ES2784534T3 - Sensor óptico compacto para la detección de huellas dactilares - Google Patents

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Abstract

Un sistema de sensores ópticos para colocar debajo de un panel de visualización para detectar y/o generar imágenes de luz que regresa de un objeto en la parte superior del panel de visualización, comprendiendo el sensor óptico - una estructura de microlente que tiene una cara frontal con un conjunto de elementos de enfoque de luz y una cara posterior opaca con un conjunto de aberturas ópticamente transparentes alineadas con los elementos de enfoque, y - un conjunto de sensores de detectores ópticos orientados hacia la cara posterior de la estructura de la microlente, donde el sistema de sensores ópticos está configurado de tal manera que la luz que regresa del objeto puede ser enfocada por la estructura de la microlente en el conjunto de sensores a través de las aberturas transparentes.

Description

DESCRIPCIÓN
Sensor óptico compacto para la detección de huellas dactilares
La presente descripción se refiere a un sensor óptico para su uso en un dispositivo de reconocimiento de imágenes, por ejemplo, un sistema de reconocimiento biométrico, tal como un detector de huellas dactilares. El sensor óptico descrito en el presente documento tiene una transmisión de luz mejorada en una estructura compacta y rentable. En particular, el sensor óptico descrito en el presente documento se puede situar debajo de un panel de visualización de un dispositivo electrónico, tal como un teléfono inteligente.
Antecedentes de la invención
Los sensores de huellas dactilares se han integrado masivamente en dispositivos electrónicos con pantallas, tales como teléfonos inteligentes, tabletas, ordenadores portátiles, para la privacidad y protección de datos, así como para la autenticación de identidad. Hoy en día, el sensor de huellas dactilares más común es un sensor capacitivo que funciona de forma independiente de la pantalla del dispositivo. El presente movimiento hacia pantallas que cubren casi toda la parte delantera del dispositivo dificulta la integración del sensor de huellas dactilares con la superficie delantera porque los sensores capacitivos no se integran fácilmente con la pantalla electrónica.El documento WO2016154378 describe un sensor de imágenes para usarlo debajo de una pantalla que incluye una capa de máscara de conjunto de orificios por encima del sensor ópti
Los sensores ópticos de huellas dactilares se pueden situar debajo del vidrio de protección de las pantallas, porque los reflejos de un dedo se pueden retrodispersar a través del vidrio de protección y la pantalla hacia el sensor de huellas dactilares. Pero, para evitar una imagen borrosa de la huella dactilar, un sensor óptico de huellas dactilares típicamente necesita filtrar los reflejos retrodispersados de gran ángulo del dedo antes de que los rayos de luz incidan en los píxeles del conjunto de sensores.
Las tecnologías de filtrado actuales proporcionan canales de absorbentes de luz ubicados entre la pantalla y los conjuntos de sensores que funcionan de este modo como colimadores, véanse, por ejemplo los documentos WO2017/211152, US2017/357840, US 2017/270342 y US 2018/012069. Para filtrar sustancialmente la luz de fondo no deseada, el grosor de los canales debe ser de aproximadamente 300 micrómetros con un diámetro de cada canal de aproximadamente 30 micrómetros con una ranura de aproximadamente 50 micrómetros.
Resumen de la invención
Un problema con estos canales absorbentes es que se absorbe una parte sustancial de la luz deseada. Y la tecnología actual usada para fabricar los canales absorbentes es cara y no proporciona un alto rendimiento. Por lo tanto, uno de los objetos de la presente invención es proporcionar una solución de sensor óptico para la detección de huellas dactilares que sea rentable y que se pueda integrar con una pantalla transparente en un dispositivo electrónico. Se apreciará que el alcance de la invención es de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas. La descripción de las disposiciones fuera del alcance de las reivindicaciones se proporciona en la memoria descriptiva como antecedentes y para ayudar a comprender la invención.
Descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de la presente descripción y se incorporan y constituyen una parte de esta memoria descriptiva.
La figura 1A muestra una vista lateral en corte de una microlente única ejemplar de una estructura de microlentes como se describe en el presente documento y un píxel correspondiente. El elemento de enfoque en lado delantero de la microlente enfoca la luz sobre el píxel por medio de una superficie delantera convexa.
La figura 1B muestra una vista lateral en corte de una microlente única ejemplar con una superficie delantera cóncava como parte de una estructura de microlentes como se describe en el presente documento y un píxel correspondiente.
La figura 1C muestra una vista lateral en corte de una microlente única ejemplar con una superficie delantera convexa y un lado posterior curvado como parte de una estructura de microlentes como se describe en el presente documento y un píxel correspondiente.
La figura 1C muestra una vista lateral en corte de una microlente única ejemplar con una superficie delantera convexa y un lado posterior reflectante como parte de una estructura de microlentes como se describe en el presente documento y una huella dactilar correspondiente.
La figura 2 muestra una vista en corte de un diagrama esquemático de una parte de una estructura de microlentes que incluye once microlentes contiguas dispuestas en un conjunto.
La figura 3 muestra una ilustración en perspectiva de la microlente píxel que se muestra en la figura 1A.
La figura 4 muestra una ilustración en perspectiva de una pluralidad de microlentes en la figura 3 dispuestas en un conjunto que forma parte de una estructura de microlentes en la parte delantera de un conjunto de píxeles. La figura 5 muestra otra ilustración en perspectiva del lado delantero de un conjunto de microlentes.
La figura 6 muestra el lado posterior del conjunto de microlentes en la figura 5. Los círculos ilustran las aberturas transparentes. La parte restante del lado posterior es opaca.
La figura 7 muestra un ejemplo de conjunto de píxeles que se corresponde con el conjunto de microlentes en las figuras 5-6. Los cuadrados negros ilustran los píxeles.
La figura 8 muestra una ilustración de las relaciones entre las microlentes correspondientes, la apertura transparente y el píxel.
La figura 9 muestra otra disposición de microlentes en una estructura de microlentes donde las microlentes se disponen en una configuración hexagonal.
La figura 10 muestra un contorno de un teléfono móvil/teléfono inteligente con una posición ejemplar de un sensor de huellas dactilares debajo de la pantalla del teléfono.
La figura 11 muestra una vista lateral en corte de la colocación en la figura 10, donde el vidrio de protección que es para que lo toque un usuario de teléfono móvil se ubica encima de una pantalla OLED. El sensor de huellas dactilares se ubica debajo de la pantalla OLED.
La figura 12 muestra una ilustración de la funcionalidad de una realización del sensor óptico descrito en el presente documento. La luz reflejada de la huella dactilar con un ángulo de incidencia de 0° se enfoca mediante una microlente al píxel.
La figura 13 se corresponde con la figura 12, pero el ángulo de incidencia ahora es de 6°. El resultado es que la microlente enfoca la luz y la transmite a través del lado posterior de la estructura de microlentes, pero con el ángulo de incidencia mayor, la luz enfocada no golpea el píxel debido a la separación entre el conjunto de sensores y el lado posterior de la estructura microlentes. Es decir, no se detecta la luz no deseada con un ángulo de incidencia mayor.
La figura 14 se corresponde con la figura 12, pero el ángulo de incidencia ahora es de 13°. El resultado es que la microlente enfoca la luz, pero la absorbe el lado posterior de la estructura de microlentes que es opaca por fuera de las aberturas transparentes. Es decir, no se detecta la luz no deseada con un ángulo de incidencia grande. La figura 15A es una combinación de las figuras 12-14. La fuente de luz usada es la pantalla OLED.
La figura 15B se corresponde con la figura 15A, pero la pintura absorbente se ha cambiado por material reflectante.
La figura 16 es una vista ampliada de la figura 15A.
La figura 17 es una vista ampliada de la figura 12.
La figura 18 es una vista ampliada de la figura 13.
La figura 19 es una vista ampliada de la figura 14.
La figura 20 muestra un frente de onda de luz con un ángulo de incidencia de 30° que incide en el conjunto de microlentes mostrado en la figura 2. La microlente enfoca la luz, pero la absorben a continuación las superficies opacas.
La figura 21 muestra un frente de onda de luz con un ángulo de incidencia de 30° que incide en el conjunto de microlentes mostrado en la figura 2, sin embargo, sin las aberturas, toda la superficie posterior es transparente.
La figura 22 muestra una configuración ejemplar de un led infrarrojo como fuente de luz del sensor de huellas dactilares montado junto al sensor de huellas dactilares.
La figura 23 es un primer plano de la configuración de la fuente de luz de la figura 22.
La figura 24 muestra una vista lateral en corte de una única microlente donde se integra una fuente de luz con el píxel para proporcionar iluminación coaxial.
La figura 25 muestra un ejemplo con cuatro ledes IR como fuentes de luz montados alrededor del sensor de huellas dactilares.
La figura 26 muestra un led IR integrado en el sensor de huellas dactilares.
La figura 27 muestra un micro led integrado en un único píxel para realizar una iluminación coaxial como también se ilustra en la figura 24.
La figura 28 muestra un diagrama esquemático de un conjunto de microlentes que tiene una abertura alargada junto con dos frentes de onda que tienen un ángulo de incidencia de 30° y 0°.
La figura 29 muestra una ilustración de la funcionalidad de un conjunto de microlentes que comprende una abertura alargada. La luz reflejada de la huella dactilar con un ángulo de incidencia de 6° la bloquea la superficie opaca que actúa para formar la abertura.
La figura 30 muestra un diagrama esquemático para la fabricación de aberturas que se alinean con las microlentes mediante el uso de un material fotosensible.
Descripción detallada de la invención
Una ventaja principal de la presente invención es que la estructura de microlentes puede enfocar la luz deseada de modo que la luz deseada dentro del ángulo de incidencia predefinido pueda formar una imagen de píxeles en un conjunto de sensores. En comparación con las soluciones de la técnica anterior, esto significa que se detecta más luz deseada, es decir, la presente estructura de microlentes tiene una mayor transmitancia de la luz deseada. Con más luz en el detector, se puede detectar una huella dactilar de forma más rápida y/o más precisa.
Con la presente estructura de microlentes también es posible enfocar la luz de modo que solo una parte de los píxeles, por ejemplo, en un conjunto de CCD o CMOS estándar, se use para la detección, posiblemente solo un tercio de los píxeles. Esto hace posible usar un conjunto de sensores con muchos menos píxeles que serán mucho más rápidos de leer, es decir, el sensor de huellas dactilares puede detectar una huella dactilar más rápido. El píxel podría ser un píxel de un CCD (dispositivo de carga acoplada), CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) o un fotodiodo.
Otra ventaja es que la estructura descrita en el presente documento se puede hacer muy compacta. Las soluciones de la técnica anterior necesitan una cierta altura de los canales absorbentes para funcionar correctamente. Los canales absorbentes tienen típicamente una altura de 300-500 pm, mientras que la presente estructura de microlentes se puede hacer con una altura de solo 50-100 pm. Esto encaja mucho mejor con la tendencia actual de hacer que los dispositivos de visualización electrónicos sean cada vez más delgados.
Cada elemento de enfoque de la estructura de microlentes se puede personalizar para un determinado diseño óptico y configuración. Los elementos de enfoque pueden ser esféricos, asféricos, piramidales, convexos, cóncavos, etc. El diseño depende del medio que rodea las microlentes. Por ejemplo, si la superficie de contacto es el aire, el elemento de enfoque típicamente sería esférico. Si la superficie de contacto es adhesiva, los elementos de enfoque típicamente serían asféricos. El lado posterior puede ser plano, pero también se podría diseñar para ayudar con el enfoque de la luz, el ajuste de la distancia focal posterior, la corrección de anomalías, etc. Por ejemplo, esférica, asférica, piramidal, convexa, cóncava, etc.
Para reducir los costes, la presente estructura de microlentes se puede fabricar de modo que todos los elementos de enfoque sean idénticos.
Como se indicó anteriormente, la estructura de microlentes puede comprender un lado posterior donde se puede transmitir la luz de las huellas dactilares. En una realización preferida, no es todo el lado posterior del conjunto de microlentes el que es transparente, sino solo las aberturas transparentes, tal como un conjunto de aberturas transparentes, que se corresponden con el conjunto del elemento de enfoque. La parte restante del lado posterior se puede hacer opaca. Las aberturas transparentes se ejemplifican en la figura 6. La estructura de microlentes se configura preferiblemente de modo que cada uno de dichos elementos de enfoque esté en correspondencia óptica con una de dichas aberturas transparentes. Estas aberturas transparentes ayudan a garantizar que solo se transmita la luz dentro del ángulo de incidencia predefinido al conjunto de sensores. La luz no deseada se puede, por ejemplo, dispersar o absorber de modo que no golpee el detector/conjunto de sensores. La estructura de microlentes se puede configurar, por ejemplo, para absorber o dispersar al menos parte de la luz de huellas dactilares que tiene un ángulo de incidencia mayor que dicho valor predefinido. Por ejemplo, la estructura de microlentes se puede configurar para absorber la luz excepto por el lado delantero de los elementos de enfoque y las aberturas transparentes que son transmisoras de luz. Esto se puede conseguir, por ejemplo, aplicando un color oscuro a la parte de la superficie de la estructura de microlentes que debería absorber la luz. La opacidad también se puede proporcionar desbastando la superficie del lado posterior. Otra solución es hacer que la superficie del lado posterior sea al menos parcialmente reflectante, por ejemplo, cubriendo al menos una parte de la superficie del lado posterior con un material al menos parcialmente reflectante.
En la realización preferida del sensor óptico descrito en el presente documento, se configura de modo que la luz de huellas dactilares se enfoque y se refleje en el conjunto de sensores. Es decir, cada microlente se puede configurar para enfocar y/o formar imágenes de la luz de huellas dactilares que se corresponde con un píxel en el conjunto de sensores. Por tanto, la estructura de microlentes se puede configurar de modo que cada elemento de enfoque sea capaz de hacer converger la luz de huellas dactilares a través de una abertura transparente correspondiente del lado posterior de la estructura de microlente.
El enfoque se puede proporcionar, por ejemplo, proporcionando al menos una parte o todos los elementos de enfoque con una superficie esférica.
En la realización preferida, no hay superficie de contacto entre los elementos de microlente individuales en la estructura de microlentes, el volumen dentro de las microlentes es preferiblemente un bloque sólido uniforme de un material transparente. Las propiedades ópticas del sensor óptico descrito en el presente documento se podrían mejorar si las superficies laterales, es decir, las superficies que conectan los lados delantero y posterior, de cada elemento de microlente individual fueran opacos, de modo que la luz no deseada la pudieran absorber las superficies laterales. Sin embargo, eso haría que la estructura de microlentes fuera mucho más complicada y cara de fabricar. En cambio, las propiedades ópticas se pueden controlar mediante las aberturas que se pueden diseñar y fabricar de forma rentable.
Como se indicó anteriormente, el conjunto de sensores puede ser un conjunto de sensores CCD estándar. Sin embargo, como típicamente solo entre % y ^ , posiblemente incluso entre 1/10 y ^ , de los píxeles de un sensor estándar se usan realmente en esta colocación, el conjunto de sensores usado en esta solicitud se puede configurar para comprender solo un píxel para cada microlente. Menos píxeles hacen que la lectura del conjunto de sensores sea mucho más rápida, de modo que un detector de huellas dactilares pueda ser más eficiente.
Típicamente, el sensor óptico descrito en el presente documento se diseña ópticamente para que coincida con un panel de visualización predefinido donde la distancia desde la superficie táctil a la estructura de microlentes proporciona una restricción óptica para el diseño de la estructura de microlentes y el conjunto de sensores. Con un conjunto de sensores estándar listo para usar, el tamaño de píxel está predefinido, lo que proporciona otra restricción óptica. Con un conjunto de sensores personalizado, el tamaño de píxel puede formar parte del espacio de diseño óptico.
En una realización adicional, el sensor óptico descrito en el presente documento comprende al menos un filtro óptico. Un filtro óptico de este tipo puede ser un filtro de color que se puede configurar para filtrar la luz de un intervalo de longitud de onda predefinido, tal como la luz de fondo no deseada. También se puede configurar un filtro de modo que solo se permita el paso del intervalo de longitud de onda de la fuente de luz. Por ejemplo, si se utiliza una fuente de luz IR, el filtro de color se puede configurar para transmitir solo luz IR. Un panel de pantalla OLED típicamente emplea luz con tres intervalos de longitud de onda diferentes. El filtro de color se puede configurar para transmitir solo uno o dos de estos intervalos de longitud de onda. Por ejemplo, se puede proporcionar un filtro entre el lado posterior de la estructura de microlentes y el conjunto de sensores, por ejemplo, justo delante del conjunto de sensores como se ejemplifica en las figuras 1A-C y las figuras 12-19.
El sensor óptico descrito en el presente documento se puede configurar para utilizar luz procedente de un panel de visualización emisor de luz, por ejemplo, un panel de visualización de un dispositivo electrónico, por ejemplo, mediante el uso de fuentes de luz OLED que típicamente forman parte de un panel de visualización. Sin embargo, un OLED típicamente ilumina la luz tanto hacia arriba, hacia la superficie de la pantalla, como hacia abajo, hacia el sensor de huellas dactilares. Por tanto, esta no es una solución preferida ya que sería necesario distinguir esta luz OLED hacia abajo de la luz reflejada de la huella dactilar. Por lo tanto, la solución preferida es proporcionar al menos una fuente de luz (separada) para transmitir luz, de modo que la luz se transmita desde la superficie táctil donde se ubicarán las huellas dactilares. La(s) fuente(s) de luz se puede(n) configurar de forma ventajosa para emitir luz infrarroja, tal como aproximadamente 700-900 nm o 800-900 nm, de forma alternativa o adicional, luz verde. Sin embargo, son posibles otros intervalos de longitud de onda. La fuente de luz puede ser al menos un láser o led que se puede proporcionar de forma muy rentable y muy compacta. Existen muchas soluciones para integrar una o más fuentes de luz de modo que la luz se transmita desde la superficie táctil. Los dibujos ilustran varios ejemplos. Una solución preferida son cuatro fuentes de luz distribuidas alrededor del conjunto de sensores como se ejemplifica en la figura 25. La(s) fuente(s) de luz también se puede(n) integrar en el conjunto de sensores. La(s) fuente(s) de luz se puede(n) incluso integrar en cada píxel del conjunto de sensores que está en correspondencia óptica con una abertura de la estructura de microlentes. Esta es una forma de garantizar la iluminación coaxial. La(s) fuente(s) de luz también se puede(n) integrar de modo que se use un vidrio de protección en el panel de visualización como guía de ondas para distribuir la luz como se ejemplifica en las figuras 22-23.
En la realización preferida, la estructura de microlentes se fabrica en un material polimérico, tal como PMMA o PC, preferiblemente, mediante moldeo por inyección o prensado de película. Las estructuras de microlentes se pueden fabricar en grandes unidades, cada unidad comprende una pluralidad de estructuras de microlentes. Las estructuras de microlentes individuales para su uso en un sensor óptico se pueden proporcionar a continuación cortando las unidades grandes en estructuras más pequeñas.
Las aberturas transparentes se pueden proporcionar pintando el lado posterior de la estructura de microlentes en un color absorbente, preferiblemente un color oscuro tal como el negro, excepto por las aberturas que forman de ese modo las aberturas transparentes. La pintura se puede proporcionar mediante impresión en la estructura de microlentes, por ejemplo, con la combinación de una máscara. Las aberturas transparentes pueden tener cualquier forma geométrica, pero se prefiere una estructura circular por motivos de formación de imágenes ópticas. Las aberturas transparentes pueden tener de forma ventajosa un área inferior a 800 |jm2, más preferiblemente, inferior a 400 jm 2, más preferiblemente, inferior a 200 jm 2, de forma más preferida, inferior a o aproximadamente 100 jm 2. Es decir, las aberturas pueden ser cilindricas.
Las aberturas transparentes también se pueden proporcionar haciendo al menos una parte del lado posterior de la estructura de microlentes al menos parcialmente reflectante, tal como totalmente reflectante o parcialmente reflectante parcialmente absorbente. Esto se puede proporcionar fijando un material reflectante al lado posterior de la estructura de microlentes como se ejemplifica en la figura 15B, donde se ha fijado material reflectante al lado posterior de la estructura de microlentes, es decir, debajo de la estructura de microlentes, para crear las aberturas transparentes entre los elementos de material reflectante. La ventaja de esta solución es que la luz que incide en el lado posterior reflectante se puede reflejar hacia el panel de visualización y, por lo tanto, se puede usar para iluminar un objeto tal como una huella dactilar en el panel de visualización. Es decir, se desperdician menos fotones debido a la absorción en la estructura de microlentes, pero se pueden reutilizar para la iluminación, lo que aumenta de este modo la utilización de la fuente de luz y mejora la eficiencia del dispositivo.
En una realización de la presente descripción, se proporciona un lado posterior reflectante de la estructura de microlentes por medio de un metal, tal como una lámina de metal, tal como una lámina de aluminio, que se puede fijar al lado posterior de la estructura de microlentes. Las aberturas transparentes se pueden proporcionar cortando y/o estampando agujeros en la lámina de metal, de modo que se proporcione correspondencia con las microlentes individuales de la estructura de microlentes.
En una realización del sensor óptico descrito en el presente documento, la distancia entre el lado delantero y el lado posterior de la estructura de microlentes es inferior a 400 jm, más preferiblemente, inferior a 300 jm, incluso más preferiblemente, inferior a 200 jm, todavía más preferiblemente, inferior a 100 jm, incluso más preferiblemente, inferior a 75 jm, todavía más preferiblemente, inferior a 60 jm, de forma más preferida, inferior a 55 jm. Los elementos de enfoque, es decir, las microlentes, de la estructura de microlentes pueden tener un diámetro inferior a 100 jm, más preferiblemente, inferior a 50 jm, incluso más preferiblemente, inferior a 30 jm, de forma más preferida, inferior a o de aproximadamente 25 jm. Los elementos de enfoque individuales se pueden configurar para tener una distancia focal posterior inferior a 30 jm, más preferiblemente, inferior a 20 jm, más preferiblemente, inferior a 15 jm, de forma más preferida, inferior a o de aproximadamente 10 jm. Por tanto, la huella dactilar de la estructura de microlentes en el plano del conjunto de sensores puede ser, por lo tanto, inferior a 400 mm2, más preferiblemente, inferior a 200 mm2, de forma más preferida, inferior a o aproximadamente 100 mm2.
En una realización del sensor óptico descrito en el presente documento, el conjunto de sensores se pega a la estructura de microlentes. Para mejorar además las propiedades ópticas del sensor óptico descrito en el presente documento, el conjunto de sensores puede estar separado del lado posterior de la estructura de microlentes, como también se ejemplifica en muchos de los dibujos. Esta separación se puede proporcionar mediante pegamento. Esta fijación entre la estructura de microlentes y el conjunto de sensores se puede proporcionar de modo que la superficie de contacto entre la estructura de microlentes y el conjunto de sensores sea el aire o puede ser un pegamento transparente. Por ejemplo, el conjunto de sensores se monta con una distancia predefinida al lado posterior de la estructura de microlentes, por ejemplo, una distancia predefinida de entre 5 y 30 jm, preferiblemente, entre 10 y 15 jm. Esta distancia típicamente se corresponde con la distancia focal posterior de los elementos de enfoque. Esta separación garantiza que parte de la luz no deseada que se transmite a través de la abertura transparente, por ejemplo, luz entrante con un ángulo de incidencia que es ligeramente superior al ángulo predefinido, no golpee en el píxel correspondiente.
La altura total del sensor óptico descrito en el presente documento puede ser, por consiguiente, inferior a 500 jm, más preferiblemente, inferior a 300 jm, más preferiblemente, inferior a 200 jm, incluso más preferiblemente, inferior a 150 jm, de forma más preferida, inferior a 100 jm.
El sensor óptico puede ser sustancialmente cuadrado o rectangular. Sin embargo, una realización sustancialmente alargada también es una opción, de modo que el sensor se convierta en un escáner de líneas.
Una realización se refiere a un sensor óptico (sistema) para adquirir imágenes que comprende una estructura de microlentes que tiene un lado delantero con un conjunto de elementos de enfoque de luz y una capa de bloqueo de luz con un conjunto de aberturas ópticamente transparentes alineadas con los elementos de enfoque, y un conjunto de sensores de detectores ópticos dispuestos debajo de la capa de bloqueo de luz, donde la estructura de microlentes se configura para hacer converger una señal óptica desde arriba de la estructura de microlentes hacia las aberturas, la señal óptica se transmite al conjunto de sensores a través de las aberturas. Los puntos de enfoque de dicha estructura de microlentes se ubican preferiblemente dentro de dichas aberturas. De forma ventajosa, las aberturas pueden ser cilindricas. Por tamaño, el número de microlentes en la estructura de microlentes es preferiblemente no inferior a 121.
Grosor del conjunto de aberturas
En una realización adicional de la presente descripción, las aberturas tienen un grosor significativo a lo largo de un eje perpendicular al plano principal de las aberturas, tal como al menos 3 |jm, más preferiblemente, al menos 6 |jm, incluso más preferiblemente, al menos 9 jm, incluso todavía más preferiblemente, al menos 12 jm, de forma más preferida, al menos 15 jm, para formar aberturas alargadas, por ejemplo, cilindricas. El grosor de las aberturas alargadas de la estructura de microlentes puede tener un impacto significativo en la capacidad de las aberturas de filtrar la luz no deseada con ángulos de incidencia grandes. Las partes no transmisoras de luz del lado posterior de la estructura de microlentes, que actúan para formar las aberturas, pueden tener un grosor similar al transmisor de luz/aberturas ópticamente transparentes. De forma alternativa, las partes opacas, no transmisoras de luz se pueden aplicar en una configuración sustancialmente tridimensional para la formación de aberturas alargadas que tienen un grosor sustancial a lo largo de un eje perpendicular al conjunto de sensores, tal como al menos 3 jm, más preferiblemente, al menos 6 jm, incluso más preferiblemente al menos 9 jm, todavía incluso más preferiblemente, al menos 12 jm, de forma más preferida, al menos 15 jm. Un mayor grosor de las aberturas alargadas puede disminuir el ángulo de incidencia al que la luz puede pasar por la abertura sin que la bloqueen/absorban las partes no transmisoras de luz, por ejemplo, pintura opaca. Tener un espesor significativo de las aberturas alargadas, tal como al menos 3 jm, más preferiblemente, al menos 6 jm, incluso más preferiblemente, al menos 9 jm, todavía incluso más preferiblemente, al menos 12 jm, de forma más preferida, al menos 15 jm, puede llevar a la negación de la necesidad de un espacio entre las aberturas y el conjunto de sensores. De modo que la luz de huellas dactilares con un gran ángulo de incidencia la pueda bloquear o absorber la abertura. Las aberturas alargadas se ejemplifican en las figuras 28 y 29.
Separación entre microlentes, aperturas y conjunto de sensores
En una realización adicional de la presente descripción, se proporcionan medios para aislar eléctricamente el conjunto de sensores del conjunto de aberturas. Los medios aislantes pueden comprender el uso de una capa entre el conjunto de sensores y el conjunto de aberturas, donde la capa puede consistir en un hueco, tal como un hueco de aire, o mediante un material que es sustancialmente un aislante. Mediante la incorporación de una capa aislante, el conjunto de aberturas de la estructura de microlentes se puede fabricar en un material conductor orientado al conjunto de sensores que contiene los píxeles fotoeléctricos, sin correr el riesgo de que la disposición lleve a una señal de salida distorsionada del conjunto de sensores, tal como un aumento del ruido o, incluso, un cortocircuito del conjunto. Preferiblemente, las aberturas comprenden un filtro óptico, o múltiples filtros ópticos, tal como uno para cada microlente, que se configura para filtrar la luz de un intervalo de longitud de onda predefinido, tal como luz de fondo no deseada. También se puede configurar el filtro de modo que solo se permita el paso del intervalo de longitud de onda de la fuente de luz. El filtro se puede proporcionar en la misma capa que las aberturas de la estructura de microlentes. La capa de filtro puede comprender además un único filtro para cada microlente, de modo que cada filtro esté rodeado por la pintura no transmisora de luz. De esta forma, el filtro de luz puede constituir, o formar parte de, la abertura. Por ejemplo, cada abertura de la estructura de microlentes puede comprender un filtro.
En una realización adicional, el conjunto de aberturas puede estar en contacto con el conjunto de sensores, pero, en otra realización, se puede situar adyacente, con un hueco, al conjunto de sensores. La ausencia de espacio entre las partes de la disposición de sensores puede ayudar en la producción en masa del dispositivo.
En una realización adicional de la presente descripción, las aberturas están en contacto con la capa de microlentes. De forma alternativa, las aberturas pueden no estar en contacto con la capa de microlentes, de modo que haya un hueco entre el conjunto de microlentes y las aberturas.
Fabricación de aberturas alineadas con las microlentes
En una realización adicional de la presente descripción, se proporciona un procedimiento para la fabricación de una estructura de microlentes que tiene aberturas alineadas. Preferiblemente, el procedimiento de fabricación se basa en el uso de un material fotosensible que se aplica al lado posterior de la estructura de microlentes. El material fotosensible puede ser cualquier material que cambie sus propiedades al recibir luz, de modo que el resultado final después de la fabricación de la estructura de la microlentes sea que las áreas del material fotosensible que han recibido luz y las áreas que no han recibido luz tengan una transmisividad diferente de la luz incidente. Como tal, el material fotosensible puede ser un fotopolímero, por ejemplo, un fotopolímero positivo donde la solubilidad en un revelador adecuado se altera mediante la aplicación de luz, tal como luz UV. El procedimiento de fabricación se basa preferiblemente en que la luz la reciba y la refleje la estructura de microlentes, donde la luz recibida por cada microlente o el conjunto de microlentes se enfoca a un único punto en el material fotosensible en el lado posterior de dicha estructura de microlentes. La luz que irradia el material fotosensible es preferiblemente suficiente en el punto focal de las microlentes para inducir dichos cambios en el material, donde, si se usa un fotopolímero, se pueden formar aberturas transparentes que se alinean con precisión con las microlentes de la estructura de microlentes. Un experto en la materia reconocerá que son posibles muchas combinaciones de fotopolímeros, longitudes de onda y requisitos de dosis para lograr una estructura de microlentes que tenga aberturas transparentes alineadas.
En una realización preferida, el fotopolímero no se puede trasmitir (por ejemplo, opaco) a la luz reflejada de un objeto. En otra realización, el fotopolímero se puede usar como capa de sacrificio después de cubrir el lado posterior de la estructura de microlentes con un material secundario, tal como un metal. La luz usada para la fabricación de las aberturas puede ser, pero no necesariamente, luz colimada y/o luz coherente, y puede consistir además sustancialmente en una única longitud de onda o puede consistir en un amplio espectro de longitudes de onda. En una realización preferida del proceso de fabricación, se usa luz sustancialmente colimada, lo que hace que la luz incidente que pasa a través de las microlentes de la estructura de microlentes se enfoque en puntos más estrechos. Ya que el grosor del material fotosensible aplicado, tal como un fotopolímero, se refleja después de la fabricación en la longitud de la abertura, a lo largo de un eje sustancialmente perpendicular al lado posterior de la estructura de microlentes. Preferiblemente, sin ser limitante, el proceso de fabricación se realiza sin necesidad de una fotomáscara. Al tener la parte delantera de la estructura de la microlentes, donde se recibe la luz de huellas dactilares, compuesta enteramente por microlentes, como la superficie, por ejemplo, consta enteramente de múltiples estructuras convexas, toda la estructura de microlentes se puede irradiar simultáneamente, ya que toda la luz incidente se puede enfocar en un punto focal de una de las lentes. En otra realización, la luz colimada puede tener un ángulo de incidencia distinto de cero para poder ajustar el tamaño y la conformación de las aberturas finales. Además, la luz colimada puede tener la forma de una línea o una superficie. En otra realización, hay una capa de aire, polímero, vidrio u otro material aislante entre el conjunto de microlentes y el material sensible a la luz. Durante la fabricación, se usa al menos una fuente de luz, se pueden usar múltiples fuentes de luz y, además, pueden tener la misma o diferentes longitudes de onda. La figura 30 muestra un ejemplo del uso de luz colimada para generar aberturas en el lado posterior de una estructura de microlentes cubierta con material fotosensible.
En otra realización, el procedimiento de fabricación se basa en la aplicación de un material que es sensible a la ablación con láser en el lado posterior de la estructura de microlentes; el material preferiblemente no se puede transmitir a la luz devuelta desde el objeto. Después de la aplicación del material, la luz láser se puede iluminar posteriormente sobre el lado delantero de la estructura de microlentes, de modo que las microlentes de la estructura de microlentes enfoquen la luz láser sobre el material no transmisor, actuando para formar aberturas dentro del material. Un experto en la materia reconocerá que se pueden combinar muchos tipos de fuentes de láser y materiales fotosensibles para formar aberturas mediante ablación con láser.
Propiedades de las lentes
Como se usa en esta solicitud, una lente (por ejemplo, una microlente) incluye, pero no se limita a, elementos con una estructura de sección transversal que es hemisférica, asférica, cónica, triangular, rectangular, poligonal o una combinación de las mismas a lo largo de un plano perpendicular a la estructura de microlentes de la lente a través del centro de la lente.
La lente puede tener propiedades ópticas de modo que sea sustancialmente transparente al menos a la luz que devuelve el objeto. Además, la lente puede tener un índice de refracción superior a 1, preferiblemente, al menos 1,1, más preferiblemente, al menos 1,2, incluso más preferible, al menos 1,25, de forma más preferida, al menos superior a 1,25. Preferiblemente, la luz incidente colimada la enfoca la microlente en un único punto ubicado en el plano focal de la microlente.
En una realización adicional de la presente descripción, las lentes son lentes lenticulares, tales como conjunto de lentes lineales y/o conjuntos de lentes bidimensionales tales como conjuntos hexagonales muy densos o cualquier otro conjunto bidimensional. Las aberturas de una estructura de microlentes que emplean lentes lenticulares pueden ser, pero no se limitan a, el uso de hendiduras en lugar de aberturas estenopeicas. En realizaciones adicionales de la presente descripción, las aberturas tienen otras conformaciones, tales como rectangulares, tales como cuadradas, ovaladas o poligonales.
Ejemplos
La figura 1A muestra una vista lateral en corte de una microlente única ejemplar de una estructura de microlentes como se describe en el presente documento y un píxel correspondiente. El elemento de enfoque en lado delantero de la microlente enfoca la luz sobre el píxel por medio de una superficie delantera convexa. La superficie delantera convexa funciona como elemento de enfoque cuando se ubica en un medio con un índice de refracción más bajo que él mismo, tal como el aire. Parte del lado posterior se pinta para que sea opaco. La parte sin pintar es la abertura transparente. La luz deseada pasa a través de la apertura y, a continuación, golpea el píxel, que es un detector óptico. La pintura absorbe la luz no deseada, la filtra el filtro o golpea fuera del píxel. El lado delantero de la microlente en la figura 1A es una esfera con un radio de curvatura de 24 micrómetros, mientras que el lado posterior es un plano. La longitud de la microlente es de 54 micrómetros, el ancho y la altura son ambos de 24 micrómetros. La distancia focal posterior es de 13 micrómetros. La abertura transparente en el centro del lado posterior es circular y se forma pintando el resto del lado posterior para que sea opaco o áspero. El tamaño del píxel correspondiente es de 8 * 8 micrómetros. El centro del lado delantero, el lado posterior y el píxel es una correspondencia uno a uno. En otras palabras, son coaxiales. La microlente se diseña para que se exponga al aire, es decir, la superficie de contacto entre el lado delantero y el lado posterior de la microlente debe ser el aire. Se proporciona un filtro delante del píxel para filtrar la luz con longitudes de onda no deseadas, por ejemplo, permitiendo solo la luz con el paso de la longitud de onda de la señal. Un filtro adecuado puede reducir significativamente la luz de fondo.
El tamaño del área sensible a las huellas dactilares depende de la necesidad práctica. Para proporcionar un área de 10 * 10 mm que sea sensible a las huellas dactilares, entonces, un conjunto de microlentes y píxeles de 417 * 417 como se ilustra en la figura 1A sería adecuado.
En otro ejemplo, el lado delantero de la microlente es esférico con un radio de curvatura de 50 micrómetros, mientras que el lado posterior es un plano. La longitud de la microlente es de 100 micrómetros, el ancho y la altura son ambos de 50 micrómetros. La distancia focal posterior es de 20 micrómetros. La abertura transparente en el centro del lado posterior, es decir, coaxial, es circular con un diámetro de 20 micrómetros. El tamaño del píxel correspondiente es de 15 * 15 micrómetros. La microlente se diseña para que se exponga al aire.
La figura 1A muestra una vista lateral en corte de una microlente única ejemplar de una estructura de microlentes como se describe en el presente documento y un píxel correspondiente. El elemento de enfoque cóncavo en lado delantero de la microlente enfoca la luz sobre el píxel. La superficie delantera cóncava funciona como elemento de enfoque cuando se ubica en un medio con un índice de refracción más alto que él mismo.
La figura 1C muestra una vista lateral en corte de una microlente única ejemplar de una estructura de microlentes como se describe en el presente documento y un píxel correspondiente. El elemento de enfoque en lado delantero de la microlente enfoca la luz sobre el píxel. El lado delantero de la microlente es convexo y el lado posterior de la microlente no es plano, se curva para ayudar a enfocar la luz. Esto puede proporcionar un ajuste de la distancia focal posterior, corrección de anomalías, etc.
La figura 1D muestra que se usa un tipo de material reflectante en el lado posterior de la microlente para formar la abertura transparente. En el ejemplo ilustrado, la luz con un gran ángulo de incidencia incide sobre el material reflectante. En lugar de absorberla, la luz se refleja hacia el panel de visualización para aumentar la iluminación de la huella dactilar. Es decir, la fuente de luz original ilumina la huella dactilar, así como la luz reflejada por el lado posterior reflectante de la microlente.
La figura 2 muestra una vista en corte de un diagrama esquemático de una parte de una estructura de microlentes que incluye once microlentes contiguas dispuestas en un conjunto. Aunque las microlentes individuales están indicadas en horizontal, no hay superficie de contacto entre las microlentes, debido a que el aislamiento óptico entre las microlentes no es necesario, esto reduce los costes de fabricación. Esto contrasta con la solución de canal óptico de la técnica anterior donde es necesario el aislamiento óptico entre canales vecinos.
La figura 3 muestra una ilustración en perspectiva de la microlente píxel que se muestra en la figura 1A. Se indican las superficies laterales transparentes.
La figura 4 muestra una ilustración en perspectiva de una pluralidad de microlentes en la figura 3 dispuestas en un conjunto que forma parte de una estructura de microlentes en la parte delantera de un conjunto de píxeles. Como una implementación práctica típicamente comprende muchos miles de microlentes, el conjunto ilustrado de 121 microlentes es solo una parte muy pequeña de una estructura de microlentes real.
La figura 5 muestra otra ilustración en perspectiva del lado delantero de un conjunto de microlentes. El ejemplo de la figura 5 muestra partes delanteras circulares, pero son posibles otras opciones, por ejemplo, hexagonales, triangulares, etc. Siempre que se pueda formar un área.
La figura 6 muestra el lado posterior del conjunto de microlentes en la figura 5. Los círculos ilustran las aberturas transparentes. La parte restante del lado posterior es opaca o rugosa, de modo que se absorba la luz no deseada. La conformación de la abertura también podría ser cuadrada, hexagonal u otros polígonos equiláteros, pero circular es la más preferida. Sin aislamiento óptico entre microlentes vecinas, las aberturas transparentes son importantes para filtrar/absorber la luz no deseada.
La figura 7 muestra un ejemplo de conjunto de píxeles que se corresponde con el conjunto de microlentes en las figuras 5-6. Los cuadrados negros ilustran los píxeles usados. Cada cuadrado representa un píxel efectivo. La conformación del píxel individual también podría variar, el tamaño de los píxeles forma parte del diseño óptico. El píxel efectivo podría ser un píxel o una pluralidad de píxeles, tales como píxeles CCD, píxeles COMS y fotodiodos. El software puede controlar el ensamblaje de varios píxeles (vecinos) en un píxel efectivo en un conjunto de sensores.
La figura 8 muestra una ilustración de las relaciones entre las microlentes correspondientes, la apertura transparente y el píxel. En este caso, una única microlente es cuadrada. La abertura es circular y con un área sustancialmente más pequeña. El píxel es un cuadrado que corresponde en diámetro a la apertura. Una disposición de microlentes cuadrada como se ilustra hace un uso completo del lado delantero del conjunto de microlentes. Recoge tanta luz como sea posible y, por lo tanto, mejora la transmitancia de la luz en comparación con los sensores ópticos de huellas dactilares de la técnica anterior.
La figura 9 muestra otra disposición de microlentes en una estructura de microlentes donde las microlentes se disponen en una configuración hexagonal. En comparación con la disposición cuadrada de la figura 9, esta disposición hexagonal tendrá típicamente menos transmitancia de la luz porque la disposición espacial de las microlentes es menos eficiente en cuanto al espacio.
La figura 10 muestra un contorno de un teléfono móvil/teléfono inteligente con una posición ejemplar de un sensor de huellas dactilares debajo de la pantalla del teléfono. Siempre que el teléfono móvil tenga una pantalla transparente, el sensor óptico y el detector de huellas dactilares descritos en el presente documento se pueden montar en cualquier lugar debajo de la pantalla.
La figura 11 muestra una vista lateral en corte de la colocación en la figura 10, donde el vidrio de protección que es adecuado para que lo toque un usuario de teléfono móvil se ubica encima de una pantalla OLED. El sensor de huellas dactilares se ubica debajo de la pantalla OLED. El dimensionamiento en la figura 11 no se muestra de forma realista porque el detector de huellas dactilares descrito en el presente documento será típicamente mucho más delgado que un panel de visualización vidrio de protección.
La figura 12 muestra una ilustración de la funcionalidad de una realización del sensor óptico que se describe en el presente documento. La luz reflejada de una huella dactilar con un ángulo de incidencia de 0° se enfoca mediante una microlente al píxel correspondiente. Antes de llegar al conjunto de microlentes, la luz reflejada pasa a través del vidrio de protección y el panel de visualización transparente o translúcido. En otros medios, el sensor óptico y el dispositivo de reconocimiento de imágenes descritos en el presente documento se pueden montar debajo de otro material transparente o translúcido.
La figura 13 se corresponde con la figura 12, pero el ángulo de incidencia de la luz reflejada ahora es de 6°. El resultado es que la microlente enfoca la luz y la transmite a través del lado posterior de la estructura de microlentes, pero con el ángulo de incidencia mayor, la luz enfocada no golpea el píxel debido a la separación entre el conjunto de sensores y el lado posterior de la estructura microlentes. Es decir, no se detecta la luz no deseada con un ángulo de incidencia mayor.
La figura 14 se corresponde con la figura 12, pero el ángulo de incidencia ahora es de 13°. El resultado es que la microlente enfoca la luz, pero la absorbe el lado posterior de la estructura de microlentes que es opaca por fuera de las aberturas transparentes. Es decir, no se detecta la luz no deseada con un ángulo de incidencia grande.
La figura 15A es una combinación de las figuras 12-14 que muestran la luz reflejada por la huella dactilar con ángulos de incidencia de 0, 6 y 13 grados, respectivamente. La fuente de luz usada es la pantalla OLED. El OLED es una fuente de luz conveniente para el sensor de huellas dactilares descrito en el presente documento. Emite una luz lo suficientemente fuerte y con un control adecuado proporciona una iluminación uniforme. Pero el OLED también proporciona mucha luz de fondo. Y además, una pantalla OLED emite luz visible. Como resultado, la luz ambiental se convierte también en luz de fondo para los píxeles. Esta es una de las razones por las que se prefiere una fuente de luz IR.
La figura 15B ilustra cómo se pueden utilizar elementos de material reflectante para reemplazar la superficie absorbente del lado posterior del conjunto de microlentes mostrado en la figura 15A. El resultado es que la luz se puede reflejar hacia la huella dactilar para aumentar la iluminación de la huella dactilar, en lugar de que los fotones se absorban en el lado posterior de la estructura de microlentes.
La figura 16 es una vista en primer plano de la figura 15A que muestra la transmitancia de la luz a través de la microlente y la apertura. La luz con un ángulo de incidencia de 0 grados se enfoca al píxel, la luz con un ángulo de incidencia de 6° se enfoca mediante la microlente y se transmite a través de la abertura, pero no llega al píxel debido a la separación entre el lado posterior de la microlente y el conjunto de sensores. La microlente enfoca la luz con un ángulo de incidencia de 13°, pero la absorbe la parte opaca del lado posterior de la microlente.
La figura 17 es una vista en primer plano de la figura 12 que muestra la situación con un ángulo de incidencia de 0 grados.
La figura 18 es una vista en primer plano de la figura 13 que muestra la situación con un ángulo de incidencia de 6 grados. Parte de la luz enfocada la absorbe el lado posterior de la microlente, parte de la luz enfocada se transmite a través de la abertura pero no llega al píxel y, por lo tanto, no se detecta.
La figura 19 es una vista en primer plano de la figura 14 que muestra la situación con un ángulo de incidencia de 13 grados.
La figura 20 muestra un frente de onda de luz con un ángulo de incidencia de 30° que incide en el conjunto de microlentes mostrado en la figura 2. Las microlentes enfocan la luz, pero, a continuación, la absorben las superficies laterales posteriores pintadas.
La figura 21 muestra un frente de onda de luz con un ángulo de incidencia de 30° que incide en el conjunto de microlentes mostrado en la figura 2, sin embargo, sin las aberturas, toda la superficie posterior es transparente. Y, a continuación, la microlente enfoca la luz y se transmite a un píxel adyacente, es decir, la luz no deseada con un gran ángulo de incidencia se transmite al conjunto de sensores. Este ejemplo ilustra la importancia de la abertura transparente en el lado posterior opaco, es decir, ayudan a garantizar que solo se transmita la luz deseada al conjunto de sensores.
La figura 22 muestra una configuración ejemplar de un led infrarrojo como fuente de luz del sensor de huellas dactilares montado junto a la estructura de microlentes conjunto de sensores. El led IR se puede configurar para iluminar el área táctil que debe ser sensible a la huella dactilar. Un led IR tiene un gran ángulo de divergencia para determinadas estructuras ópticas. El vidrio de protección guía la luz y, por lo tanto, se distribuye adecuadamente de modo que haya suficiente luz para la detección de huellas dactilares.
La figura 23 muestra un ejemplo donde se monta un led IR cerca de una esquina o lado de un panel de visualización vidrio de protección. Se proporciona un reflector para reflejar la luz del led IR de vuelta al vidrio de protección. En este ejemplo, el led IR se monta separado del sensor de huellas dactilares y el vidrio de protección se usa como guía de ondas para la luz IR.
La figura 24 muestra una vista lateral en corte de una única microlente donde se integra una fuente de luz con el píxel para proporcionar iluminación coaxial, una fuente de luz tal como un micro-led. Esto proporciona la iluminación óptima de una huella dactilar, pero no es necesariamente una solución rentable porque requiere una fuente de luz para cada píxel activo. En este caso, si la abertura la forma material reflectante como se ejemplifica en las figuras 1D y 15B, el lado posterior del material reflectante hacia el píxel debe estar cubierto por material absorbente de luz.
La figura 25 muestra un ejemplo con cuatro ledes IR como fuentes de luz montados alrededor del conjunto de sensores. Esta es una solución preferida porque proporciona una iluminación sustancialmente homogénea de la superficie sensible al tacto y la solución sigue siendo rentable.
La figura 26 muestra un led IR integrado en el sensor de huellas dactilares. Esto proporcionaría una buena iluminación, sustancialmente coaxial, de la superficie sensible al tacto con una única fuente de luz. Sin embargo, afectaría a la detección, porque el espacio requerido por la fuente de luz formaría parte del conjunto de sensores.
La figura 27 muestra un micro led integrado en un único píxel para realizar una iluminación coaxial como también se ilustra en la figura 24.
La figura 28 muestra un diagrama esquemático de un conjunto de microlentes que tiene una abertura alargada. En este caso, la abertura se alarga sustancialmente a lo largo de un eje perpendicular hacia el plano principal de la estructura de microconjuntos. Se muestran dos frentes de onda que tienen ángulos de incidencia de 30° y 0°, donde el frente de onda con el ángulo de incidencia más alto no alcanza los píxeles del conjunto de sensores debido a que está bloqueado por la pintura opaca en el lado de la abertura alargada.
La figura 29 muestra una ilustración de la funcionalidad de un conjunto de microlentes que comprende una abertura alargada, donde la pintura opaca forma las paredes laterales de la abertura alargada. La luz reflejada de una huella dactilar con un ángulo de incidencia de 6° la bloquea la pintura dentro de la abertura alargada. El filtro para clasificar las longitudes de onda no deseadas se muestra situado parcialmente dentro de la abertura alargada.
La figura 30 muestra un diagrama esquemático para la fabricación de aberturas que se alinean con las microlentes. Mediante la aplicación de un material fotosensible en el lado posterior del conjunto de microlentes seguida de la irradiación de dicho material con luz colimada a través de las microlentes, el material fotosensible se puede eliminar para formar aberturas alineadas con las microlentes. Preferiblemente, la parte restante del material fotosensible constituiría a partir de entonces la pintura opaca que bloquea la luz no deseada que regresa del objeto, es decir, que regresa con un ángulo de incidencia demasiado alto.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de sensores ópticos para colocar debajo de un panel de visualización para detectar y generar imágenes de luz que regresa de una huella digital en la parte superior del panel de visualización, comprendiendo el sensor óptico
- una estructura de microlente que tiene una cara frontal con un conjunto de elementos de enfoque de luz y una cara posterior opaca con un conjunto de aberturas ópticamente transparentes alineadas con los elementos de enfoque, y
- un conjunto de sensores de píxeles de detectores ópticos orientados hacia la cara posterior de la estructura de la microlente, donde cada abertura está alineada con al menos uno de dichos píxeles de detectores ópticos, donde el sistema de sensores ópticos está configurado de tal manera que la luz que regresa de la huella digital puede ser enfocada por la estructura de la microlente en el conjunto de sensores a través de las aberturas transparentes y tal que la luz que regresa de la huella digital con un ángulo incidente menor o igual a un valor predefinido es enfocada por la estructura de la microlente al conjunto de sensores, mientras que la luz que regresa de la huella digital con un ángulo incidente superior a dicho valor predefinido no es detectada.
2. El sistema de sensores ópticos según la reivindicación 1, donde el valor predefinido del ángulo incidente es 10 grados o 5 grados.
3. El sensor óptico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada elemento de enfoque está configurado para enfocar y/o captar la imagen de la luz que regresa a al menos un píxel correspondiente en el conjunto de sensores.
4. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la estructura de la microlente está configurada para absorber al menos parte de la luz que regresa que tiene un ángulo incidente mayor que dicho valor predefinido.
5. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la estructura de la microlente está configurada para reflejar al menos parte de la luz que regresa que tiene un ángulo incidente de dicho valor predefinido, preferiblemente hacia la cara frontal del conjunto de la microlente.
6. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material reflectante está unido a la cara posterior de la estructura de la microlente para formar las aberturas transparentes y de tal manera que la luz incidente en la cara posterior del interior de la microlente es transmitida a través de la abertura transparente o reflejada por el material reflectante.
7. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una lámina metálica, tal como una lámina de aluminio, está unida a la cara posterior de la estructura de la microlente de modo que la cara posterior de la estructura de la microlente es reflectante hacia la cara frontal de la estructura de la microlente, y donde las aberturas transparentes se proporcionan preferiblemente como agujeros en la lámina metálica.
8. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conjunto de sensores comprende solo un píxel para cada elemento de enfoque.
9. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una pluralidad de píxeles vecinos del conjunto de sensores es montado en grupos.
10. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la distancia entre la cara frontal y la cara posterior de la estructura de la microlente es inferior a 400 pm o inferior a 100 pm, y/o donde los elementos de enfoque tienen un diámetro de menos de 100 pm o menos de 30 pm, y/o
donde los elementos de enfoque están configurados para tener una longitud focal posterior de menos de 30 pm o menos de 15 pm, y/o
el sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las aberturas en la estructura de la microlente tienen un área de menos de 800 pm2 o menos de 200 pm2.
11. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conjunto de sensores está montado con una distancia predefinida a la cara posterior del conjunto de la microlente, de manera que el conjunto de sensores está separado de las aberturas.
12. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos una fuente de luz infrarroja para transmitir luz hacia la cara frontal de la estructura de la microlente, de modo que la luz IR incida sobre un objeto en la parte superior del panel de visualización.
13. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurado para utilizar la luz de un panel de visualización emisor de luz.
14. El sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la estructura de la microlente se fabrica en un material polimérico mediante moldeo por inyección o por prensado de película.
15. Un dispositivo de reconocimiento de imagen, como un detector de huellas digitales, que comprende un sistema de sensores ópticos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, un conjunto de almacenamiento para almacenar información de imágenes y un conjunto de procesamiento para procesar la señal del conjunto de sensores para reconocer una imagen.
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