CN217035642U - 图像采集设备 - Google Patents

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CN217035642U CN202121924691.6U CN202121924691U CN217035642U CN 217035642 U CN217035642 U CN 217035642U CN 202121924691 U CN202121924691 U CN 202121924691U CN 217035642 U CN217035642 U CN 217035642U
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杰罗姆·米沙隆
戴尔芬·德克卢
本杰明·布蒂农
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Ai Seleju
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Abstract

本公开涉及图像采集设备，包括单个传感器(11)，该单个传感器(11)包括有机光电探测器(43)、角度滤光器(13)和滤色器(45)，并且所述滤色器(45)包括：一个或多个第一部分(451)，其适于让路给可见光范围内的至少一个波长，以及过滤红色和/或近红外以外的波长的一个或多个第二部分(453)，第二部分的表面积大约等于光电探测器的表面积、或者大于或等于四个光电探测器的表面积。

Description

图像采集设备
技术领域
本公开总体涉及图像采集设备，并且更特别地，涉及指纹采集设备。
背景技术
指纹采集设备被用于许多领域，以便，例如，保护电器、保护建筑物、控制访问或控制个人身份。
当由指纹传感器保护的数据、信息和访问量成倍增加时，指纹采集设备也是重大欺诈的目标。
目前最常用的欺诈行为是手指或指纹的影印件，或者在硅胶、乳胶等中对手指或指纹的重塑。
实用新型内容
改进和保护指纹采集设备是有必要的。
实施例克服了已知指纹采集设备的全部或部分缺点。
实施例提供了一种图像采集设备，包括：
单个传感器，其包括有机光电探测器和角度滤光器，以及
滤色器，其包括：
一个或多个第一部分，适于让路(give way)给可见光范围内的至少一个波长，以及
过滤红光或近红外以外的波长的一个或多个第二部分，每个第二部分的表面积大约等于光电探测器的表面积或者大于或等于四个光电探测器的表面积；或
图像处理单元，适于提取与由传感器和波导层成像的指纹和手部静脉相关的信息，其在平面由以下照射：
发射可见光范围内的至少一个波长的第一光源，以及
仅发射红光或近红外中的一个或多个波长的第二光源。
根据一个实施例：
第一光源仅在400nm到600nm波段内发射；并且
第二光源仅在600nm到1100nm波段内发射。
根据一个实施例：
第一光源仅在460nm到600nm波段发射；并且
第二光源仅在680nm到940nm的波段内发射。
根据一个实施例：第一光源面对第二光源。
一个实施例提供了一种图像采集设备，该设备包括单个传感器，其包括有机光电探测器、角度滤光器和与角度滤光器不同的滤色器，所述滤色器包括：
一个或多个第一部分，适于让路给可见光范围内的至少一个波长，以及
过滤红色或近红外以外波长的一个或多个第二部分，每个第二部分的表面积大约等于光电探测器的表面积或者大于或等于四个光电探测器的表面积。
根据一个实施例：
滤色器的第一部分适于让路给在400nm到600nm的波段中的至少一个波长，和/或
滤色器的第二部分过滤在600nm到1100nm波段以外的波长。
根据一个实施例：
滤色器的第一部分的一些适于仅让路给460nm到600nm波段中的波长，并且第一部分的一些适于仅让路给500nm到580nm波段中的波长；和/或
滤色器的第二部分的一些适于过滤600nm到700nm波段以外的波长，并且第二部分的另一部分适于过滤700nm到1100nm波段以外的波长。
根据一个实施例：
滤色器的第一部分和第二部分都适于至少让路给700nm到1100nm波段中的波长；
滤色器的第一部分或第二部分的一些适于额外地仅让路给400nm到500nm波段中的波长；
滤色器的第一部分或第二部分的一些适于额外地仅让路给500nm到600nm波段中的波长；
滤色器的第一部分或第二部分的一些适于额外地仅让路给600nm到700nm波段中的波长；
滤色器的第一部分或第二部分的一些适于过滤700nm到1100nm波段以外的波长。
根据一个实施例：每个光电探测器限定像素，每个像素具有基本上正方形的基部，每个像素的边长优选为50μm左右。
根据一个实施例，每个第二部分的表面积在从四个光电探测器的表面积到六个光电探测器的表面积的范围内，优选地是每个第二部分的表面积大约等于四个光电探测器的表面积。
根据一个实施例，该设备包括第三光源或适于发射以下的光源：
在400nm到600nm之间的至少一个波长，优选地是在460nm和600nm之间；以及
在600nm到1100nm之间的至少一个波长，优选地是在680nm和940nm之间。
根据一个实施例，该设备包括，按顺序地：
图像传感器；
角度滤光器；
第三光源或光源；以及
滤色器。
根据一个实施例，该设备包括，按顺序地：
图像传感器；
角度滤光器；
滤色器；以及
第三光源或光源。
根据一个实施例，该设备包括，按顺序地：
图像传感器；
滤色器；
角度滤光器；以及
第三光源或光源。
根据一个实施例，存在与滤色器接触的支撑件，该支撑件由在可见光范围和红外范围内透明的聚合物制成，优选地由PET制成。
另一个实施例提供了一种由先前描述地图像采集设备检测真手指或假手指的方法，包括以下步骤：
a)在给定波长下获取手指图像；
b)从所述图像确定响应信号；并且
c)根据比较标准将所确定的响应信号与参考值进行比较，如果不遵守比较标准，则判定该手指是假手指，
其中，至少对两个不同波长重复步骤a)、b)和c)。
根据一个实施例，步骤b)包括确定所获取图像的灰度(grey level)分布，其中响应信号等于该分布的中心灰度。
根据一个实施例，比较标准包括确定所确定的响应信号是否对应于参考值，是否在阈值内。
根据一个实施例，该阈值对应于参考值与在参考分布的半最大值处的灰度值之差。
根据一个实施例，至少对三个不同波长重复步骤a)、b)和c)。
附图说明
上述特征和优点以及其他特点，将在以下参照附图以说明而非限制的方式对具体实施例进行详细描述，其中：
图1以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的实施例；
图2示出了从图像采集设备采集的图像确定的、由辐射照射的真手指和假手指的响应示例；
图3以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的另一实施例；
图4以局部简化的俯视图示出了图3所示设备的一个实施例；
图5以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的另一个实施例；
图6以局部简化的俯视图示出了图5所示的设备；
图7以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的又一实施例；
图8以局部简化的俯视图示出了图7所示的设备的一个实施例；
图9以局部简化的横截面视图示出了设置有滤色器的结构的一个实施例；
图10以局部简化的俯视图示出了图9所示的结构的一个实施例；
图11以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的又一实施例；
图12以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的又一实施例；
图13以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的又一实施例；以及
图14是由辐射照射下真手指面积变化的示例的表示。
具体实施方式
在各种图中，类似的特征由类似的参考指定。特别是，各种实施例中常见的结构或功能特征可以具有相同的参考，并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅详细说明和描述了对理解本文描述的实施例有用的步骤和元件。具体地说，尚未详细说明图像传感器的形成，所描述的实施例及其实施方案与传感器、滤光器和可能的其他传感器元件的常规形成兼容。
除非另有说明，当提及连接在一起的两个元件时，这表示这是除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，并且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以通过一个或多个其他元件耦合。
在以下公开中，除非另有说明，当参考绝对位置限定词时，诸如术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等，或参考相对位置限定符时，诸如术语“在……上”、“在……下”、“高于”、“低于”等，或参考方向限定词时，诸如“水平”、“垂直”等，均参考图中所示方向。
除非另有说明，表述“大体上”、“大约”、“基本上”和“左右”表示在10％以内，优选在5％以内。
在以下描述中，除非另有说明，否则当通过层或膜的透射率小于10％时，就称该层或膜被称为对辐射不透明。在以下描述中，当辐射穿过该层或膜的透射率大于10％时，该层或膜被称为对辐射透明。根据一个实施例，对于同一光学系统，光学系统中所有对辐射不透明的元件的透射率小于该光学系统中对辐射透明的元件的最低透射率的一半，优选地小于五分之一，更优选地的是小于十分之一。在本公开的其余部分中，表述“有用辐射”是指在运行中穿过光学系统的电磁辐射。在以下描述中，“微米范围的光学元件”是指形成在支撑件的表面上的光学元件，具有大于1μm，小于1mm的最大尺寸(平行于所述表面测量)。辐射的波长、辐射的中心波长或主要波长是指达到辐射光谱最大值时的波长。
现在将针对以下情况中的包括微米范围的光学元件的阵列的光学系统描述光学系统的实施例，其中每个微米范围的光学元件对应于由两个光圈组成的微米范围透镜或微透镜。然而，应该清楚的是，这些实施例还可以用其他类型的微米范围的光学元件实施，例如，其中每个所述微米范围的光学元件可以对应于微米范围的菲涅耳透镜、微米范围的折射率梯度透镜或微米范围的衍射光栅。
在以下描述中，可见光是指具有波长在400nm到700nm范围内的电磁辐射，在该范围内，红光是指具有波长在600nm到700nm范围内的电磁辐射。将红外辐射称为具有波长在700nm到1mm范围内的电磁辐射。在红外辐射中，人可以特别区分具有波长在700nm到1.1μm范围内的近红外辐射。
除非另有说明，否则表述“所有元件”、“每个元件”表示95％到100％的元件。
除非另有说明，否则表述“它仅包含元件”表示它以至少90％地包含该元件，优选地以至少95％地包含该元件。
图1以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备101的实施例。
根据图1所示的实施例，图像采集设备101在附图的方向上从下到上包括：
单个有机图像传感器11；
滤光器13，优选地角度滤光器；以及
层19，被称为波导，其与滤光器13竖直排列定位。
设备101包括：发射可见光范围内的至少一个波长的第一光源151和发射红光或近红外中的至少一个波长的第二光源153。
两个光源151和153优选相互面对。光源151和153横向耦合到层19，并且不与传感器11、滤光器13和层19的堆叠竖直排列。
根据图1所示的实施例，第一光源151适于发射第一辐射171或绿光辐射，其包括400nm到600nm波段中的至少一个波长。优选地，第一辐射171仅包括具有波长在400nm到600nm波段内的第一电磁波，优选地是在460nm到600nm波段内。更优选地的是，第一辐射171仅包括具有波长大约等于530nm(绿色)或500nm(青色)的第一电磁波。
第二光源153适于发射第二辐射173或红光辐射，其仅包括具有波长在600nm到1700nm波段内的第二电磁波，优选在680nm到940nm的波段内。第二电磁波可以是单色的，也可以是多色的。
根据图1所示的实施例，设备101捕获部分显示的物体21(优选地是手指)的图像响应。
根据一个实施例，设备101包括处理单元22，所述处理单元22包括，例如，微处理器(未示出)。例如，处理单元22是计算机或手机(智能手机)。
传感器11包括优选地是以阵列形式排列的光电探测器(未示出)。所述光电探测器优选地全部具有相同的结构和相同的特性/特点。换句话说，所有光电探测器基本上是相同的，在制造差异范围内。传感器11优选地适于捕获辐射171和173。
层19被称为波导层，其包括具有不同折射率的两种或三种介质的结构(图1中未示出)。
作为一个示例，层19包括能够增加最终层19硬度的子层，但其可以并不意味着波的传播。
根据本说明的需要，将介质的折射率定义为形成介质的材料针对由图像传感器捕获的辐射的波长范围的折射率。折射率在有用辐射的波长范围内被认为是基本恒定的，例如，等于由图像传感器捕获到的辐射的波长范围内的平均折射率。
波导层在结构上适于允许电磁波的限制和传播。例如，介质以三个子层堆叠的形式排列，中间层夹在上鞘层(sheath)和下鞘层之间，形成鞘层的材料的折射率小于形成中间层的材料的折射率，下鞘层位于滤光器13的一侧。优选地，在中间层和下鞘层之间形成微结构。所述微结构优选地具有棱柱或牙齿的形状，其尖端朝向要成像的物体，且使其基部与所述中间层的后表面齐平。每个微结构都具有在波传播方向上轻微倾斜的表面，使得传播的波发生偏离并遵循微结构的几何形状。例如，微结构表面的倾角在5°到80°的范围内。倾角优选为45°左右。例如，微结构不是沿波程均匀分布的。随着到由这些微结构偏离的辐射源的距离增加，微结构的密度优选为越来越高。
例如，微结构181的第一阵列适于引导由第一光源151发射的第一辐射171的第一波。然后，所述第一阵列包括微结构181，微结构181在由第一光源151发射的波的方向上倾斜。
例如，微结构183的第二阵列适于引导由第二光源153发射的第二辐射173的第二波。然后，所述第二阵列包括微结构183，微结构183在由第二光源153发射的波的方向上倾斜。
优选地，微结构181的第一阵列从层19的与光源151相邻的侧边一直延伸到(至多)层19的与光源151相对的侧边。
优选地，微结构183的第二阵列从层19的与光源153相邻的侧边一直延伸到(至多)层19的与光源153相对的侧边。
根据一个未示出的实施例，层19包括微结构的单个阵列，其中所述微结构的几何形状适于引导源于第一光源151的第一辐射171的第一个波和源于第二光源153的第二辐射173的第二个波。
根据一个未示出的实施例，设备101包括两个堆叠的波导层，其中一个覆盖了滤光器13的上表面，其中第一波导层接收由第一光源151发射的第一辐射，并且第二波导层接收由第二光源153发射的第二辐射。然后，第一波导层包括微结构181的第一阵列，并且第二波导层包括微结构183的第二阵列。
根据一个实施例，光源151和光源153相互面对。优选地是，光源151和153位于层19的外围。例如，在图1的取向中，光源151位于层19的左手侧，并且光源153位于层19的右手侧。
根据未示出的变型，光源151和153彼此无关紧要地定位。两个光源151和153位于例如，层19的同一侧，一个在另一个之后，一个在另一个旁边，或者使得辐射171和173是正交的。
根据一个实施例，一个接一个地开启光源151和光源153，以便依次地仅用第一辐射171对手指21成像、然后仅用第二辐射173对手指21成像。
发明人已经示出了，基于由图像采集设备(特别是诸如先前所述的图像采集设备)采集的手指图像可以区分真手指和假手指，其中手指被不同波长下的至少两种辐射照射。对于每个获取的图像，可以从所获取图像的像素值来确定信号(被称为手指响应)。根据一个实施例，该响应等于所获取图像的像素值的平均值(可以是加权的)。可以针对不同波长存储真手指的响应的参考值。通过将被测手指的响应与针对至少两个不同波段的参考响应进行比较，可以执行对假手指的检测。如果被测手指的响应与针对至少一个波长的参考响应不同，则认为被测手指为假手指。
根据一个实施例，设备101包括两个以上的光源，其发射在可见光波长中的相同或不同的辐射。然后设备101包括数量小于或等于光源数量的波导层，每个波导层包括至少一个微结构阵列。
图2示出了从图像采集设备采集的图像确定的受辐射照射下真手指和假手指的响应示例。
更特别地是，图2包括以视图A的第一个图，该图示出了手指的响应(振幅)根据照射它们的辐射的波长(nm)和手指的性质的变化。
在图2中，对于给定波长的手指的响应对应于由在所述波长处的辐射照射的手指的所获取图像的像素的“平均”值。
发明人已经观察到，在具有给定波长的辐射下针对假手指的响应与在相同波长的辐射下针对真手指的响应明显不同，并且这个，无所谓所考虑的波长是多少。在图2的视图A中，针对三个波长的真手指的响应由方形标记23指示，三维假手指(例如硅胶手指)的响应由圆形标记25指示，而二维假手指(例如手指的影印件)的响应由三角形标记27指示。因此，在给定波长下测量任何手指的响应使能评估该手指是真手指还是假手指。
在实际操作中，将在给定波长下待测手指的响应与真手指的参考响应进行比较。换句话说，用波长照射待测手指，在此之后基于用图像采集设备获取的待测手指的图像，确定手指的响应，并将该测量出的响应与相同波长下的参考响应进行比较。还是在实际操作中，将待测手指的响应与不同波长下的参考响应进行比较，以获得可靠性。如果对于其中一个测试波长，根据比较标准，测量出的响应与真手指的参考响应不对应，例如，如果测量出的响应与参考响应之间的差(以绝对值计)大于阈值，则被测手指被视为假手指。作为一个示例，所讨论的比较是在两个不同的波长下执行的，优选地在至少三个不同的波长下执行。还是作为一个示例，所讨论的比较在具有波长为460nm到600nm范围内(例如，大约530nm)的辐射下进行，在具有波长为600nm到700nm范围内(例如，大约680nm)的辐射下进行，在具有波长为700nm到1100nm范围内(例如，大约850nm)的辐射下进行。
根据一个实施例，对给定波长的参考响应可以如下确定：针对由给定波长下的辐射照射的手指的所获取图像，计数具有相同灰度值的像素的数量，像素灰度值的分布提供了高斯曲线。所述高斯曲线以“平均值”或中心值为中心，该值由特定于所考虑设备的值进行校准，提供了参考响应。
图2包括以视图B的图，在曲线29中示出了在630nm左右的波长处，真手指图像的像素灰度值(灰阶)的分布(发生率)的示例。例如，中心值v对应于参考响应。作为一个示例，曲线29的半最大值(O1/2)vs和vi处的值定义了比较阈值，其可以等于v-vi。
图3到图13示出了能够用于检测与图2有关的假手指的使用的图像采集设备。
图3到图13还示出了图像采集设备的其他实施例，该图像采集设备包括发射了使其波长被局部滤波的单一辐射的单一光源。所述单一辐射优选地包括同时地绿光、红光和/或红外波长。因此，由该设备的光电探测器捕获的电磁波与第一电磁波或第二电磁波局部类似。
图3以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备103的另一个实施例。
根据图3所示的实施例，图像采集设备103包括：
图像传感器11，其包括光电探测器或光电二极管43；以及
滤光器13，优选地是角度滤光器。
在本说明中，图3到图13的设备的实施例在直接正交坐标系XYZ的空间中示出，其中坐标系XYZ的Y轴与传感器11的上表面正交。
根据图3所示的实施例，设备103捕获部分示出的物体21的图像响应，优选的是手指的图像响应。
根据一个实施例，设备103包括处理单元22，所述处理单元22包括，例如，微处理器(未示出)。例如，处理单元22是计算机或手机(智能手机)。
例如，光电二极管43是集成在CMOS(互补金属氧化物半导体)基底或薄膜晶体管基底(TFT)上的有机光电二极管(OPD)。例如，所述基底是由硅制成的，优选地是单晶硅。例如，TFT晶体管的沟道、源极和漏极区由非晶硅(a-Si)、氧化铟镓锌(IGZO)或低温多晶硅(LTPS)制成。
例如，图像传感器11的光电二极管43包括有机半导体聚合物的混合物，例如，聚(3-己基噻吩)或被称为P3HT的聚(3-己基噻吩-2，5-二酰基)，与被称为PCBM的[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(N型半导体)混合。
例如，图像传感器11的光电二极管43包括小分子，即具有摩尔质量小于500g/mol、优选地小于200g/mol的分子。
光电二极管43可以是非有机光电二极管，例如，该光电二极管基于非晶硅或晶体硅形成。例如，光电二极管43由量子点形成。
光电探测器43优选地以阵列形式布置。例如，光电探测器43的重复间距在10μm到100μm的范围内，优选地在32μm到80μm的范围内。光电探测器43优选地都具有相同的结构和相同的特性/特征。换句话说，所有光电探测器43基本上是相同的，在制造差异范围内。传感器11优选地适于检测由光源15发射的辐射17。
光源15适于发射辐射17，所述辐射包括：
在可见光范围内的至少一个波长，例如在400nm到600nm波段内；以及
在红光或近红外中的至少一个波长，例如在600nm到1100nm范围的波段内。
优选地，辐射17包括：
在460nm到600nm波段内的波长，例如，波长约为500nm(青色)或530nm(绿色)；以及
在680nm到940nm波段内的波长。
例如，光源15由与波导层相关联的多个发光二极管(LED)中的一个形成。例如，光源15由一个或多个有机发光二极管(OLED)形成。光源15优选地是与波导层相关联的LED。
图3所示的滤光器13在附图的取向上从下到上包括：
第一层47包括开口49或孔，以及对辐射17不透明的壁51。例如，开口49填充有在层47的下表面上形成层53的材料；
基部或支撑件55，位于层47的上表面上；
微米范围的透镜阵列57，位于基底55的上表面，透镜57的平坦表面和基底55的上表面相互面对。透镜阵列57的顶部有平坦化层59。
基底55可由透明聚合物制成，该聚合物不吸收至少所考虑的波长(这里是在可见光和红外范围内)。特别地，该聚合物可由聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃聚合物(COP)、聚酰亚胺(PI)或聚碳酸酯(PC)制成。例如，基底55的厚度可在1μm和100μm之间变化，优选在10μm和100μm之间变化。基底55可以对应于滤色器、偏光片、半波片或四分之一波片。
透镜57可由二氧化硅、PMMA、阳性抗蚀剂、PET、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、COP、聚二甲基硅氧烷(PDMS)/硅氧烷、环氧树脂或丙烯酸酯树脂制成。透镜57可以通过抗蚀剂块的流动形成。透镜57还可通过在PET、PEN、COP、PDMS/硅酮、环氧树脂或丙烯酸酯树脂层上模制而形成。透镜57是会聚透镜，每个透镜具有在1μm到100μm范围内的焦距f，优选地是在1μm到70μm范围内。根据一个实施例，所有透镜57基本相同。例如，透镜具有在10μm到30μm范围内的直径，优选地大约等于20μm。透镜的重复间距优选在10μm到30μm的范围内，例如，大约等于20μm。
根据本实施例，透镜57和基底55优选地由透明或部分透明的材料制成，即，在与曝光期间使用的波长相对应的波长范围内，针对目标领域(例如，成像)所考虑的部分光谱是透明的。
根据一个实施例，层59是遵循透镜57形状的层。层59可以从光学透明粘合剂(OCA)，特别是液体光学透明粘合剂(LOCA)，或具有低折射率的材料(例如，环氧树脂/丙烯酸酯胶)、气体或气体混合物(例如，空气)的薄膜得到。
例如，开口49填充有空气、部分真空或在可见光和红外范围内至少部分透明的材料。
所述实施例以形成角度滤光器的滤光器13的情况为示例。然而，这些实施例可以应用于其他类型的滤光器，诸如空间滤波器。
角度滤光器13适于根据相对于透镜57的光轴的辐射的入射率来过滤入射辐射。
角度滤光器13，更特别地是，适于使图像传感器11的每个光电探测器43仅接收以下射线，其相应的入射相对于与该光电探测器43相关联的透镜57的相应光轴小于最大入射，其最大入射小于45°，优选地小于30°，更优选地小于10°，更优选地小于4°。角度滤光器13能够阻挡以下入射辐射的光线，其相应的入射相对于滤光器13的透镜57的光轴大于最大入射。
每个开口49优选地与单个透镜57相关联。透镜57的光轴优选地以层47的开口49的中心为中心。透镜57的直径优选地大于开口49的横截面(垂直于透镜57的光轴)的最大尺寸。
例如，每个光电探测器43至少与四个开口49(和四个透镜57)相关联。优选地，每个光电探测器43恰好与四个开口49相关联。
设备103优选地被划分为像素。在整个说明书中，使用术语像素来定义包括单个光电探测器43的图像传感器11的一部分。命名像素可以应用于图像传感器11的标尺，但也可以应用于结构103的标尺。在结构103的标尺上，像素是形成所述设备的整个堆叠，与传感器11的像素竖直对齐。在整个说明中，除非另有说明，否则术语像素是指设备103标尺下的像素。
在图3的示例中，对应于结构103的每个部分的像素44包括，除其他外，顶部有四个开口49的光电探测器43，所述四个开口本身顶部有四个透镜57。优选地，每个像素44沿垂直于图像传感器11上表面的方向基本上是正方形形状。例如，每个像素的表面积为50μm×50μm左右，并且优选地大约等于50.8μm×50.8μm。
根据图3所示的实施例，设备103包括滤色器45，该滤色器45位于滤光器13的前表面，更特别地是在层59的前表面。
作为一种变型，滤色器45位于图像传感器11和角度滤光器13之间，或者位于形成角度滤光器13的两层之间，例如，位于层47和基底55之间。
滤色器45被划分为两部分。
根据一个实施例，第一部分451适于让路给所有波长。作为一种变型，第一部分451适于让路给从400nm到600nm波段中的至少一个波长。作为一种变型，第一部分451适于仅让路给从460nm到600nm波段的至少一个波长。根据特定实施例，第一部分451适于仅让路给等于530nm或等于500nm的波长。
一个或多个第二部分453适于阻挡600nm到1100nm波段以外的所有波长，优选地，屏蔽680nm到940nm波段以外的所有波长。
图4以局部简化的俯视图示出了图3所示的设备103的实施例。
更特别地是，图4是图3所示设备103的俯视图。图3是沿着图4的横截面AA的视图。
根据图3和4所示的实施例，在滤光器13的表面形成滤色器45的每一个第二部分453，使每一个第二部分453覆盖单个对应的滤光器44。因此，每一个第二部分453都与光检测器43对齐。
根据图3和4所示的实施例，在图4的视图中，滤色器45的每个第二部分453都具有正方形形状。例如，滤色器45的每一个第二部分453的表面积大约等于50.8μm×50.8μm的正方形。
作为一个示例，滤色器45的第二部分453的重复间距在2到20像素之间。优选地，第二部分453的重复间距在5个像素到15个像素的范围内。更优选地是，第二部分453的重复间距沿Z轴约为10像素，沿X轴约为10像素。换句话说，9个像素分隔沿着Z(或X)轴的被第二部分453覆盖的两个连续的像素。还是换句话说，在由100个像素组成的正方形组件中(即沿Z轴10个像素和沿X轴10个像素的正方形)，单个像素被第二部分453覆盖。第二部分453的分布是对齐的，重复即在行和列中进行，或移位，即分布由一个或多个像素从一行到下一行或从一列到下一列进行移位。
根据图4所示的实施例，使用滤色器45的第一部分451覆盖其他像素44。优选地，第一部分451是在两个相邻的像素44之间接合的，即第一部分451不是像素化的，并且在图像传感器11的所有考虑像素上同时形成。
根据一个实施方案，形成第一部分451的材料沉积在滤光器13的整个上表面上，更特别地是，在层59的上表面上，然后由光刻或光刻蚀刻移除以形成旨在接收第二部分453的壳体。还是作为一个示例，形成第二部分453的材料完全平板地沉积在结构的上表面上，并且更准确地说，沉积在第一部分451的上表面上并沉积到壳体中。然后，形成第二部分453的材料层的上表面通过化学机械平面化(CMP)以暴露第一部分451的上表面，或通过光刻以去除位于第一部分451的表面的第二部分453。根据实施例，每一个第二部分453的厚度在200nm到10μm的范围内，优选地在500nm到2μm范围内。
作为一种变型，第一部分和第二部分通过局部沉积技术，诸如丝印技术、喷墨技术或喷雾技术，在角度滤光器13的表面处进行局部沉积。
作为一种变型，形成第二部分453的材料是根据上述技术之一沉积的，优选地是通过光刻蚀刻。然后，部分451对应于位于部分453之间的空间。
根据一个实施例，形成第一部分451的材料是空气、部分真空或在所有波长中透明的材料。
根据一个实施例，形成第一部分451的材料是仅对波长在400nm到600nm范围内的波长透明的材料(可见光滤波器)，优选地是在460nm到600nm范围内，例如，包括以商标名称为“OrgalonGreen520”闻名的染料的树脂，或来自制造商富士胶片的商业系列“COLORMOSAIC”中的树脂。
根据一个实施例，形成第一部分451的材料是由仅在500nm处透明(青光过滤器)或仅在530nm透明(绿光过滤器)的材料制成，例如，包括以商品名称为“PC GREEN 123P”闻名的染料的树脂或来自制造商富士胶片的商品系列“COLOR MOSAIC”中的树脂。
图5和图6以局部简化的横截面视图和俯视图示出了图像采集设备104的另一个实施例。
更特别地是，图5和图6所示的设备104与图3和图4所示的设备103相似，不同的是，图3和图4所示的滤色器45的第二部分453现在被部分455所取代，现在被部分457所取代。
图6是如图5所示的设备104的俯视图，图5是沿着图6的横截面平面A’A’的横截面视图。
根据一个实施例，图5和6所示的部分451与图3和4所示的部分451相同。
例如，部分455适于阻挡600nm到700nm波段以外的所有波长，优选地阻挡680nm到700nm波段以外的所有波长。
例如，部分457适于阻挡700nm到1100nm波段外的所有波长，优选地阻挡680nm到940nm波段外的所有波长。
图5和6所示部分455和457优选地具有与图3和4所示部分453的尺寸相似的尺寸。作为一个示例，将部分455和457组织起来，使得部分455和457沿着Z轴和X轴交替进行。换句话说，两个连续的部分455被部分457分开。
根据一个未示出的实施例，滤色器45包括在不同波长下滤波的三个部分。作为一个示例，滤色器45包括与图3和4所示的部分453相同的一个部分，适于阻挡460nm到600nm的波段以外的所有波长的另一个部分，以及适于阻挡500nm到580nm的波段以外的所有波长的又一个部分。
作为一种变型，部分的数量不同于三。例如，滤色器45包含四个部分，包括适于阻挡460nm到600nm的波段以外的所有波长的部分，适于阻挡500nm到580nm的波段以外的所有波长的另一个部分，适于阻挡600nm到700nm的波段以外的所有波长的另一个部分，以及适于阻挡700nm到1100nm的波段以外的所有波长的另一个部分。
根据另一个实施例：
滤色器45的所有第一部分和第二部分都适于至少让路给在700nm到1100nm波段中的波长；
滤色器45的第一部分或第二部分的一些适于另外仅让路给从400nm到500nm波段中的波长(通常是蓝色)；
滤色器45的第一部分或第二部分的一些(优选为大部分)适于另外仅让路给从500nm到600nm波段中的波长(通常是绿色)；
滤色器45的第一部分或第二部分的一些适于另外仅让路给从600nm到700nm波段中的波长(通常是红色)；
滤色器45的第一部分或第二部分的一些适于过滤从700nm到1100nm波段以外的波长(通常是红外)。
优选地，对于不同于图3或图6所示实施例的实施例，阻挡了在600nm到1100nm波段以外的波长的部分被组织起以取代图3和图4中所示的图像采集设备103的部分453，并且其他部分被组织起来以取代图3中所示的图像采集设备103的部分451。
图7和8以局部简化的横截面视图和俯视图示出了图像采集设备105的又一个实施例。
更特别地是，图7和图8所示的设备105与图3和图4所示的设备103相似，不同的是滤色器45的第二部分453在滤光器13的表面任意形成，并且它们每个都具有比图3和图4所示的滤色器45的每个第二部分453的表面积更大的表面积(在XZ平面)。
图8是如图7所示的设备105的俯视图，图7是沿着图8的横截面BB的横截面视图。
根据图7和8所示的实施例，滤色器45的每一个第二部分453形成在滤光器13的前表面上，其中之前没有将其与光电探测器43或底层透镜57对齐。
根据图7和8所示的实施例，在图8的视图中，滤色器45的第一部分453具有基本上是正方形形状。优选地，过滤器45的每一个第一部分453被形成为使得其一体地覆盖至少一个像素44(或光电探测器43)，并且如此这样，无论其在层59的上表面上的位置如何。因此，滤色器45的每一个第二部分453的表面积(在平面XZ上)至少等于4个像素44的表面积。优选地，每一个第二部分453的表面积处于从4个像素44的表面积到6个像素的表面积的范围内。更优选地是，每一个第二部分453的表面积正好等于4个像素44的表面积。
根据一个实施例，第二部分453的重复间距处于从4个像素的尺寸对应的距离到20个像素的尺寸对应的距离的范围内。优选地，重复间距基本上等于对应于与10个像素尺寸对应的距离。第二部分453的分布是对齐的，即重复在行和列中进行，或移位的，即分布由一个或多个像素从一行到下一行或从一列到下一列进行移位。
根据一个未示出的实施例，滤色器45位于角度滤光器13和图像传感器11之间，更准确地说，位于层53和图像传感器11之间。
图9和图10以局部简化的横截视图和俯视图示出了设置有滤色器45的结构64的一个实施例。
更特别地是，图9示出了结构64的实施例，该结构64包括滤色器45和支撑件65。
图10是图9所示的结构64的俯视图，图9是沿着图10的横截面CC的横截面视图。
图10示出了滤色器45中的第二部分453的分布。
优选地，图9和图10所示的滤色器45与图7和8所示的滤色器45相似，不同之处在于它在图9和10中的支撑件65的上表面上形成的。这有利于形成滤色器45与图像采集设备的其他元件分离。
支撑件65可以由透明聚合物制成，该聚合物至少不吸收所考虑的波长，这里是在可见光和红外范围内。这种聚合物特别可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃聚合物(COP)、聚酰亚胺(PI)或聚碳酸酯(PC)制成。支撑件65优选地由PET制成。支撑件65的厚度可以从1μm到100μm变化，优选地从10μm到50μm变化。支撑件65可以对应于滤色器、偏光片、半波片或四分之一波片。
图11以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的另一个实施例。
更特别地是，图11所示的设备107与图7所示的设备105相似，不同之处是它包括结构64而不是滤色器45。
根据图11所示的实施例，结构64位于光源15的上表面，使得支撑件65覆盖光源15的上表面，并且滤色器45覆盖支撑件65。
根据一种实施模式，结构64被转移到光源15的上表面上，其中滤色器45与底层滤光器13的透镜57没有对齐。
根据一个未示出的实施例，将结构64转移到光源15的上表面，使得滤色器45覆盖光源15的上表面，并且支撑件65覆盖滤色器45的上表面。
根据一个实施例，可以设置为将滤色器45替换为与滤色器和光源15的保护的功能相关联的硬涂层。
图12以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的又一个实施例。
更特别地是，图12所示的设备109与图11所示的设备107相似，不同的是结构64位于光源15与滤光器13之间。
根据一个未示出的实施例，将结构64转移到层59的上表面，使得滤色器45覆盖层59的上表面，并且支撑件65覆盖滤色器45的上表面。
图13以局部简化的横截面视图示出了图像采集设备的又一个实施例。
更特别地是，图13所示的设备111与图11所示的设备107相似，不同的是结构64位于传感器11和滤光器13之间。
根据一个未示出的实施例，将结构64转移到传感器11的上表面上，使得滤色器45覆盖传感器11的上表面，并且支撑件65覆盖滤色器45的上表面。
图14是由辐射照射的真手指的面积变化的一个示例。
更特别的是，图14示出了，基于由光电探测器43在设备103、104、105、107、109，或111进行成像的手指，在手指对设备施加压力77期间和随后力释放79期间，手指与所述图像采集设备的表面接触的面积的变化。
在图14中，曲线75包括一系列测量值(点)，每一个测量值(点)都是从不同的图像中提取出来的，对应于该手指中心的灰度区根据所述灰度的变化。
换句话说，在手指向设备的压力运动然后释放的过程中，设备获取了多个图像。对于每个图像，手指中心的灰度(灰色(颠倒))被提取出来，并且具有该灰度，或接近该灰度(即，具有大约几个百分比的亮度差异)的图像(以平方毫米为单位)的表面积(面积(mm2))被确定。在曲线75中收集了对多个图像的测量结果。
曲线75包括迟滞81，位于压力77和释放79之间。这种迟滞是由于在释放79期间血液流入手指造成的。
曲线75的迟滞81是血液流入的特征，其是真手指的特征。因此，可以通过提取上面描述的表面和灰度来区分欺诈的情况(假手指：例如硅胶或二维手指)。
图3到13中描述的实施例和实施模式的优点是，它们能够通过获取单一图像在二维或三维中检测假手指的使用。
图3到13中描述的实施例和实施模式的另一个优点是，它们能够在不到200毫秒的时间内检测二维中假手指的使用。
图3到13中描述的实施例和实施模式的又一个优点是，它们使用单个传感器，从而能够减少电话的厚度。事实上，装有两个传感器的电话，其中一个适于捕获可见辐射，并且另一个适于捕获红外辐射，将比装有适于捕获可见和红外辐射的单一传感器的电话更厚。
图7到11中描述的实施例和实施模式的又一个优点是，它们能够去掉滤色器45的第二部分453与光电探测器43的对齐。滤色器45的第二部分453的表面积确实被选择为以便滤色器45的每一个第二部分453完全覆盖至少一个光电探测器43。
各种实施例和变型已被描述。那些本领域熟练技术人员将理解这些不同的实施例和变型的某些特征可以被组合，而其他变型将出现在本领域熟练技术人员中。特别地，有关图5和图6中描述的实施例和示例可以与图7到13所示的实施例组合，并且有关图11描述的一些实施例可以与有关图12和13描述的实施例组合。
此外，所描述的实施例不限于以上提到的尺寸和材料的示例。
最后，基于上述给出的功能指示，所述实施例和变型的实际实施方案在本领域熟练技术人员的能力范围内。

Claims (11)

1.图像采集设备，其特征在于，包括单个传感器(11)，所述传感器包括有机光电探测器(43)、角度滤光器(13)和与所述角度滤光器不同的滤色器(45)，所述滤色器包括：
一个或多个第一部分(451)，适于让路给在可见光范围内的至少一个波长，以及
过滤了红色和/或近红外以外的波长的一个或多个第二部分(453)，每个第二部分的表面积大约等于光电探测器的表面积，或者大于或等于四个光电探测器的表面积。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述滤色器(45)的第一部分(451)适于让路给从400nm到600nm波段中的至少一个波长，和/或
所述滤色器(45)的第二部分(453)过滤从600nm到1100nm波段以外的波长。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述滤色器(45)的第一部分(451)的一些适于仅让路给从460nm到600nm波段中的波长，并且所述第一部分的一些适于仅让路给从500nm到580nm波段中的波长；和/或
所述滤色器(45)的第二部分(453)的一些适于过滤从600nm到700nm波段以外的波长，而所述第二部分的一些适于过滤从700nm到1100nm波段以外的波长。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述滤色器(45)的所有第一部分和第二部分都适于至少让路给从700nm 到1100nm波段内的波长；
所述滤色器(45)的第一部分或第二部分的一些适于另外地仅让路给从400nm到500nm波段中的波长；
所述滤色器(45)的第一部分或第二部分的一些适于另外地仅让路给从500nm到600nm波段中的波长；
所述滤色器(45)的第一部分或第二部分的一些适于另外地仅让路给从600nm到700nm波段中的波长；
所述滤色器(45)的第一部分或第二部分的一些适于过滤700nm到1100nm波段以外的波长。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个光电探测器(43)限定像素(44)，每个像素具有正方形基部，每个像素的边长为50μm，误差在10％以内。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个第二部分(453)的表面积在从四个光电探测器的表面积到六个光电探测器的表面积的范围内。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，包括光源(15)，其适于发射以下：
在400nm到600nm之间的至少一个波长；以及
在600nm和1100nm之间的至少一个波长。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，包括，按顺序地：
单个传感器(11)；
角度滤光器(13)；
光源(15)；以及
滤色器(45)。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，包括，按顺序地：
单个传感器(11)；
角度滤光器(13)；
滤色器(45)；以及
光源(15)。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，包括，按顺序地：
单个传感器(11)；
滤色器(45)；
角度滤光器(13)；以及
光源(15)。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，存在支撑件(65)以与所述滤色器(45)接触，所述支撑件由在可见光范围和红外内透明的聚合物制成。
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