TW201812642A - 可變光場的生物影像感測系統 - Google Patents

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Abstract

一種可變光場的生物影像感測系統，包含：一中央處理器；一顯示器，電連接至CPU，顯示出資訊給一使用者觀看或與使用者互動，並提供一數位光源至位於顯示器上的一物體，顯示器之一覆蓋區域被物體覆蓋，覆蓋區域具有由外而內的一外圈區域及一內圈區域；以及一光學影像感測器，電連接至CPU，並位於顯示器中或位於顯示器的下方，光學影像感測器接收由物體反射的數位光源而獲得物體的生物特徵的光學圖像以獲得一影像感測信號，其中數位光源具有可變光場，可變光場從外圈區域變化到內圈區域。

Description

可變光場的生物影像感測系統
本發明是有關於一種生物影像感測系統，且特別是一種可變光場的生物影像感測系統。
傳統的光學生物特徵感測器，例如光學指紋感測器，是利用光學影像感測器，例如CMOS影像感測器(CIS)或電荷耦合元件(CCD)影像感測器來感測生物特徵，其中可以利用一個透鏡或多個透鏡組成的陣列來執行直接的光學感測。
圖1顯示一種常見的光學式指紋感測器500，請參見圖1，其主要是藉由光在指紋FP接觸的光學平面(其通常為菱鏡510的一平面512)與指紋FP間形成的全反射原理，以在一影像感測器530上建構出指紋的圖像，這種感測原理，最大的缺點是對於乾燥的手指無法顯示出好的連續性紋路影像，致使在特徵點萃取時會有誤讀的問題。同時，也需要提供一準直性的光源520來當作全反射原理的光源，這也增加了成本以及設計時的複雜度。而且這樣的感測模組都是以組裝方式將不同組件組合而成，其製造時耗時耗力，且品質控管不易，因此不易大量量產，成本也高。
上述傳統的光學式指紋感測器的另一個缺點是尺寸很 大，應用場合適合大型的產品，譬如門禁管制系統。當指紋感測器要應用在手機等薄型化產品時，其厚度限制是必須小於1mm，因此，目前的主流產品還是電容式指紋感測器，其需要裝設在按鈕的下方，或者手機的正面或背面需要開洞，不僅破壞外觀，且會藏污納垢。而且，電容式指紋感測器也有其他缺點，譬如若要將其放在玻璃面板的下方，則感測單元與指紋的電容值遠小於1fF，使得感測靈敏度不佳，隨著手機的演進，無邊框(edge less)螢幕更是未來的趨勢，因此電容式指紋感測器更無法將其設置於螢幕正下方(under display)。
因此，本發明的一個目的是提供一種可變光場的生物影像感測系統，能利用顯示器的發光單元所發出的各種光場或結構光來達成生物特徵的感測。
為達上述目的，本發明提供一種可變光場的生物影像感測系統，包含：一中央處理器；一顯示器，電連接至CPU，顯示出資訊給一使用者觀看或與使用者互動，並提供一數位光源至位於顯示器上的一物體，顯示器之一覆蓋區域被物體覆蓋，覆蓋區域具有由外而內的一外圈區域及一內圈區域；以及一光學影像感測器，電連接至CPU，並位於顯示器中或位於顯示器的下方，光學影像感測器接收由物體反射的數位光源而獲得物體的生物特徵的光學圖像以獲得一影像感測信號，其中數位光源具有可變光場，可變光場從外圈區域變化到內圈區域。
藉由上述實施例，可以提供一種可變光場的生物影像感測系統，其與電子設備的顯示器整合在一起，而能利用顯示器的發光單元所發出的各種光場(透過獨立對應到每個像素的點光源陣列，在被物體覆蓋的區域中由外而內提供亮度逐漸增加的光場)或結構光(於不同時 間點打出不同光場的光源)來達成生物特徵的感測，同時達到顯示、觸控及生物辨識的效果。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
A、B、C、W‧‧‧區域
B1‧‧‧內圍區域
B2‧‧‧外圍區域
B3‧‧‧分隔線
d‧‧‧孔徑
F‧‧‧物體/手指
f‧‧‧焦距
F11‧‧‧部位
F14‧‧‧部位
F17‧‧‧部位
FP‧‧‧指紋
OP‧‧‧光路
S11‧‧‧步驟
X‧‧‧物尺寸
X’‧‧‧像尺寸
1‧‧‧陣列影像感測模組/積體化感測模組
1A‧‧‧積體化感測模組
1B‧‧‧積體化感測模組
1C‧‧‧積體化感測模組
10‧‧‧影像感測晶片
11‧‧‧基板
12'、12‧‧‧影像感測單元
12A至12D‧‧‧感測範圍
13‧‧‧層間金屬介電層組
14‧‧‧上金屬層
15‧‧‧保護層/第一保護層
30、30'‧‧‧微孔層
31、31'‧‧‧微孔
31A至31D‧‧‧微孔
32‧‧‧透光基板
32A‧‧‧不透光基板
33‧‧‧圖案化金屬層
35‧‧‧保護層/第二保護層
36‧‧‧黏著劑
36A‧‧‧深凹槽
36B‧‧‧淺凹槽
36C‧‧‧凸狀曲面
40‧‧‧透光蓋板組合
41‧‧‧金屬層
42‧‧‧下玻璃板
43‧‧‧TFT層組
43A‧‧‧遮蔽層
44‧‧‧陰極層
44A‧‧‧光圈
44B‧‧‧電極板
44C‧‧‧空隙
45‧‧‧有機活性層或Micro LED層
46‧‧‧ITO陽極層
47‧‧‧上玻璃板
47A‧‧‧偏光板層
48‧‧‧黏膠層
49‧‧‧透光蓋板
50‧‧‧透光蓋板
51‧‧‧上表面
52‧‧‧下表面
53‧‧‧黏著劑
60‧‧‧光通濾波器
61‧‧‧遮蔽膠
70‧‧‧軟性電路板
71‧‧‧錫球
72‧‧‧光源
100‧‧‧透光基板
120‧‧‧影像感測器
300、300'‧‧‧電子裝置
310‧‧‧顯示器
320‧‧‧透光蓋板
400‧‧‧生物影像感測系統
410‧‧‧顯示器
410L‧‧‧發光單元
411至419‧‧‧發光單元
420‧‧‧光學影像感測器
430‧‧‧環境光感測器
431A‧‧‧微孔
440‧‧‧中央處理器(CPU)
450‧‧‧觸控面板
460‧‧‧儲存器
470‧‧‧記憶體
500‧‧‧光學式指紋感測器
510‧‧‧菱鏡
512‧‧‧平面
520‧‧‧光源
530‧‧‧影像感測器
圖1顯示一種常見的光學式指紋感測器。
圖2A顯示依據本發明第一應用例的積體化感測模組的示意圖。
圖2B顯示微孔成像的示意圖。
圖3A至圖3F顯示依據本發明較佳應用例的積體化感測模組的製造方法的各步驟的示意圖。
圖4A至圖4F顯示透光基板的多個例子的示意圖。
圖5顯示圖2的積體化感測模組的一個變化例的示意圖。
圖6顯示透光基板的另一變化例的示意圖。
圖7顯示影像感測單元的灰階值拼湊成影像的一個例子。
圖8顯示依據本發明第二應用例的積體化感測模組的示意圖。
圖9顯示依據本發明第三應用例的積體化感測模組的示意圖。
圖10顯示依據本發明第四應用例的積體化感測模組的示意圖。
圖11與圖12顯示光圈或微孔的形成位置的兩個例子。
圖13A顯示依據本發明較佳應用例的電子裝置的一個例子。
圖13B顯示依據本發明較佳應用例的電子裝置的另一個例子。
圖14與圖15顯示依據本發明較佳應用例的積體化感測模組的兩種應用。
圖16顯示遮蔽膠的應用的示意圖。
圖17顯示依據本發明第五應用例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。
圖18顯示依據本發明第五應用例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。
圖19顯示依據本發明第一實施例的可變光場的生物影像感測系統的示意圖。
圖20顯示生物影像感測系統的局部放大圖。
圖21A顯示沿著圖20的線L-L所得到對應於各區域所感測到的光訊號強度示意圖。
圖21B顯示對應於圖21A的感測到的指紋圖像的示意圖。
圖22A顯示沿著圖20的線L-L的感測結果的另一例子。
圖22B顯示對應於圖22A的感測到的指紋圖像的示意圖。
圖23A顯示沿著圖20的線L-L的感測結果的又另一例子。
圖23B顯示對應於圖23A的感測到的指紋圖像的示意圖。
圖23C顯示本實施例所提供的可變光場的示意圖。
圖23D顯示對應於圖23C的感測到的指紋圖像的示意圖。
圖23E顯示對應於圖23D的可變光場的示意圖。
圖24顯示依據本發明第一實施例的可變光場的生物影像感測系統的方塊示意圖。
圖25A與圖25B顯示依據本發明第一實施例的可變光場的生物影像感測系統的兩個例子的操作方法的流程圖。
圖26顯示依據本發明第二實施例的可變光場的提供方式的示意圖。
圖27顯示依據本發明第二實施例的可變光場的生物影像感測系統 的局部放大示意圖。
以下應用例最大精神在於一積體化感測模組之結構，且利用半導體晶圓製造的方式，將光學模組與光學感測晶片以晶圓堆疊的方式，完成其結構，以克服上述所有習知技術的缺點，達到尺寸微小化，製造標準化，品質易控管，以利降低成本。
圖2A顯示依據本發明第一應用例的陣列影像感測模組1或積體化感測模組的示意圖。參見圖2A，一種陣列影像感測模組1包含：一影像感測晶片10，包含多個影像感測單元12，排列成二維陣列；以及一微孔層30，位於該影像感測晶片10上，並具有多個微孔31，排列成二維微孔陣列，該等微孔31對應至該等影像感測單元12(可以是一對一、一對多、多對一的幾何排列，以配合應用時的系統設計，但是其並不脫離本發明的基本架構及原理)，其中該等影像感測單元12透過該等微孔31感測一物體F之光學影像(走光路OP)。該光學影像可以為表皮/真皮指紋影像、皮下靜脈影像及/或者陣列影像感測模組可量測其他生物特徵影像或資訊，例如血氧濃度、心跳資訊等等。
影像感測晶片10至少包含一基板11及形成於該基板11上的該等影像感測單元12，可以更包含一IMD(層間金屬介電)層組13(實際上可能有多個IMD層及金屬連接層位於該基板及該等影像感測單元上)、一上金屬層14(位於IMD層組13上)以及一保護層15(位於IMD層組13及上金屬層14上)，上金屬層14可以當作遮蔽該等微孔31到該等影像感測單元12的部分光線的遮蔽層，避免光線互相干擾，也可限制光路及/或光量，保護層15譬如是氧化矽/二氧化矽或者其他絕緣層材料，用於覆蓋上金屬層14。
圖2B顯示微孔成像的示意圖。本發明是利用微孔成像的原理，用來計算微孔的最佳直徑的公式如下： 其中，f是焦距，λ是是光的波長。紅光的波長是700nm，綠光的波長是546nm，藍光的波長是436nm。計算的時候，通常取紅光與綠光的波長的平均值，即623nm。
該等微孔31到該等影像感測單元12之焦距取決於系統設計而介於100至1000微米(um)之間，特別是150至600um之間。以下顯示部分計算結果。
所計算出的該等微孔31的孔徑d大約可以介於10至25um之間。當然以目前半導體的光刻技術(photo lithography)，這樣的尺度是可以被實施的。
如圖2A所示，陣列影像感測模組1更包含一透光蓋板50，位於該微孔層30上，其中該物體F貼合於該透光蓋板50之一上表面51上，連同透光蓋板50可以稱為是積體化感測模組。一黏著劑53(當然不限定單一層材料，亦可稱為黏著層)將透光蓋板50的一下表面52 黏著至一保護層35(該保護層35在另一應用例也是可以省略的)。透光蓋板50並非是必要元件，因為也可以利用其他結構讓影像感測晶片10感測光學影像。在本應用例，該透光蓋板50可以是手機的螢幕蓋板，這代表說該陣列影像感測模組係設置於手機螢幕蓋板下方，俗稱玻璃下(under glass)模組，亦或該透光蓋板不限定於單一均質材料，其也可以為一多層板組合，例如可以為一OLED顯示面板組結構，其具有部分透光之設計，以利光路OP通過即可，這代表說該陣列影像感測模組係設置於手機螢幕正下方，俗稱螢幕下(under display)模組，特別一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器的一部分。
該微孔層30可由一透光基板32，以及形成於該透光基板32上的一圖案化金屬層33所形成，圖案化金屬層33上面可以覆蓋有保護層35，該保護層35在另一應用例也是可以省略的，另外該保護層本身也可以是一種只讓特定光波長透過的光通濾波器，例如只容許紅外光穿透，亦或者一光通濾波器60可以設置於該透光基板32與該圖案化金屬層33中間，如圖5所示，抑或者該光通濾波器60可以設置於影像感測晶片10與透光基板32之間或或圖案化的光學基板上方(圖中未示，光通濾波器也可以被歸納不屬於微孔層的一部分)。該透光基板材料例如玻璃、石英及藍寶石等等，本發明採用之優點為相較於使用高分子材料的狀況而言，透光基板材料的熱膨脹係數與感測晶片基板(例如矽等等)差異較小，所產生的熱應力相對小，更能有穩定度的品質。
該透光蓋板50的厚度介於300與1000um之間，特別是500與900um之間，更特別是600與800um之間，又更特別是650與750um之間，又更特別是大約等於700um，但並未將本發明限制於此。
以下說明製造方法。
如圖3A所示，本發明製造係為晶圓級製造，為了方便說明，在此係以局部的晶片示意尺度說明。首先提供一個影像感測晶片10，例如是利用CMOS製程製造的CMOS影像感測器(CMOS Image Sensor(CIS)，但是不限定於此。然後將一個透光基板100接合至影像感測晶片10，如圖3B所示，可以使用低溫鍵結接合(fusion bonding)、膠合或其他技術。或者，也可以用晶圓級製造技術來一次製作多個陣列影像感測模組1，於此情況下，首先提供包含多個影像感測晶片10的第一晶圓(本應用例為矽晶圓，當然不限定於此，同時該影像晶片可以是前側照明(front-side illumination,FSI)或者背側照明(back-side illumination,BSI))，然後將一個第二晶圓(透光基板100)接合至第一晶圓，然後執行以下步驟，最後再進行切割即可。為簡化之便，以下以單一陣列影像感測模組1的製作來說明。
然後，如圖3C所示，將透光基板100磨薄(當然也可以不需要研磨)，譬如進行研磨、拋光、表面處理來產生具有預定厚度的透光基板32，因為此厚度與焦距f相當接近，因此利用半導體的晶圓製造方式來控管，更是比傳統的加工組裝方式，更利於提高良率及品質。
接著，如圖3D所示，在透光基板32上面形成一金屬層41，然後進行光阻塗佈、曝光、顯影、蝕刻等步驟來將金屬層41予以圖案化，以形成圖案化金屬層33，接著去除殘留光阻層，如圖3E所示。
當光通濾波器60設置於該透光基板32與該圖案化金屬層33中間時，如圖5所示，可以先在透光基板32上形成一光通濾波器60，然後再於光通濾波器60上形成上述金屬層41以及相關的步驟，於此不再贅述。上述步驟可以被解釋為形成一圖案化的光學基板於該影像 感測晶片上。
然後，如圖3F所示，在圖案化金屬層33與透光基板32上面形成保護層35。實際應用時，可以利用黏著劑53將保護層35貼合到透光蓋板50，譬如是手機的螢幕模組或者蓋板玻璃。
透光基板32可以是實心(圖3F)、空心的(圖4A，形成有深凹槽36A)，或實心與空心的混合(圖4B，形成有淺凹槽36B)。透光基板32也可以提供聚光(圖4C的凸狀曲面36C)或散光(類似圖4C，未顯示)的效果，可以進一步調整光路。如圖4D所示，所有對應於微孔31的透光基板32的第一部分具有聚光或散光的效果，第二部分不具有聚光或散光的效果，可以感測不同的深度影像。當然如果採用如圖4A的空心設計，則該透光基板32也可以被不透光基板32A(例如矽等等)所取代，此時該保護層35及該圖案化金屬層33是可以省略的，結構如圖6所示，於此情況下只需要對不透光基板32A圖案化即可。透光基板32與不透光基板32A也可被上位化成為光學基板，所以該微孔層包含一圖案化的光學基板，其中圖案化的結構包含蝕刻穿過光學基板，蝕刻不穿過光學基板或利用圖案化的遮光或黑膠層覆蓋在光學基板上來形成微孔的相關對應結構，譬如圖案化的光學基板可以是透光基板32與圖案化金屬層33的組合，且本發明並未嚴格受限於此。
如圖3F所示，所有微孔31具有相同的孔徑d。如圖4E所示，該等微孔31及31'具有不同的孔徑d，譬如是兩組、三組、四組孔徑d，交錯排列而成，配合不同波長的光源，如此可以感測不同的深度影像，例如將表皮層及真皮層及指靜脈圖形同時感測，這種設計在傳統的光學感測模組都是做不到的，也是本發明另一特點，此一概念也適用於圖4A、圖4B、圖4C、4D及圖6。
如圖4F所示，利用兩組微孔層30與30'的不同大小的微孔31與31'，來達成感測不同的深度影像的效果。可以從圖3F的結構，再施以類似圖3A至3F的製造方式來製作，即可在保護層35上依序形成另一微孔層30'的透光基板32'、圖案化金屬層33'及保護層35'。
本發明也提供一種電子設備，安裝有上述的陣列影像感測模組，電子設備譬如是手機、平板電腦，透光蓋板50為電子設備的顯示螢幕(特別是觸控螢幕)，特別是一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器。
為了感測生物影像，積體化感測模組本身就必須要有陣列感測元結構，也可稱為陣列影像感測模組。
上述應用例中，微孔的數目與影像感測單元的數目是呈現一對一的對應關係，因此，透過每一個微孔所成像的每一個影像感測單元所獲得的感測值只有灰階度，將所有微孔所成像的所有影像感測單元的感測值拼湊起來，才能得到生物特徵的影像，如圖7所示，圖7顯示影像感測單元的灰階值拼湊成影像的一個例子。值得注意的是，上述所有類似特徵將適用於以下的積體化感測模組。
以下應用例將提供一種積體化感測模組，其中微孔的數目與影像感測單元的數目是呈現一對多的對應關係。因此，透過一個微孔的成像原理，即可由影像感測單元得到生物特徵的影像。
本發明製造係為晶圓級製造，為了方便說明，在此係以局部的晶片示意尺度說明。首先提供一個影像感測晶片10，例如是利用CMOS製程製造的CMOS Image Sensor(CIS)，但是不限定於此。圖8顯示依據本發明第二應用例的積體化感測模組1A的示意圖。如圖8所示，本應用例的積體化感測模組1A包含：一影像感測晶片10，包含多 個影像感測單元12，排列成二維陣列；一微孔層30，位於該影像感測晶片10上，並具有一微孔31，該微孔31對應至該等影像感測單元12；以及一透光蓋板組合40，位於該微孔層30上，其中該等影像感測單元12透過該微孔31感測位於該透光蓋板組合40之上或上方之一物體F之光學影像。
包含透光蓋板組合40的理由是因為整個積體化感測模組的尺寸(亦即物空間與像空間的相對距離)要確定，而透光蓋板組合40定義的就是物距，微孔層30至該影像感測單元12定義的則是像距，才能呈現微孔成像的效果。影像感測晶片10可以更包含額外影像感測單元12'，位於該等影像感測單元12的一側或多側，好處是在組裝時萬一有沒對準的狀態，使影像感測晶片10仍能正常運作。影像感測單元12'與12構成一個影像感測器120。另外本發明利用單一微孔成像，其另一重要關係式為物空間的物尺寸X與像空間的像尺寸X’並不一定相等(除非f/h=1)，也就是X’/X=f/h(如果不考慮成像像差的話)，當然實際狀況像差是存在的，而且會影響所能偵測物空間的解析度S，代表成像系統實際的物理解析幾何，以指紋為例，如果要能滿足500dpi，則物空間的S就必須大約是50um，將像差納入考量，則S=d(X/X’+1)，其中d為微孔孔徑，因此可以得到整個設計的法則。因此本發明應用例係以滿足上述公式為設計原理的。
此外，透光蓋板組合40可具有一濾波器(filter，譬如是抗反射層、特定光光通層等)，位於透光蓋板組合40的頂面、底面，或中間。微孔層30也可具有濾波器，位於微孔層30的頂面、底面或中間。
微孔層30和透光蓋板組合40的各層材料的折射係數相同或相近(差異在0%至30%之間)，以讓光線能夠以幾乎直線的方式行 進。或者，微孔層30的等效折射係數與透光蓋板組合40的等效折射係數相同或相近，亦可達到相同的效果。
以下將說明細部結構。該影像感測晶片10包含：一基板11，其中形成有該等影像感測單元12；一層間金屬介電層組13，形成於該基板11上；以及一第一保護層15，形成於該層間金屬介電層組13上。
此外，該微孔層30包含：一透光基板32，接合至該第一保護層15；一圖案化金屬層33，其中形成該微孔31；以及一第二保護層35，形成於該透光基板32及該圖案化金屬層33上。值得注意的是，圖案化金屬層33亦可以被不透光材料層所取代。
該透光蓋板組合40包含：一透光蓋板50；以及一黏著劑53，將該透光蓋板50黏著至該微孔層30。透光蓋板50的一上表面51與物體F接觸或接近。透光蓋板50的一下表面52被黏著劑53黏著至第二保護層35。
於本應用例中，在不考慮像差情況下，(透光蓋板組合(含黏膠)40的厚度)/(微孔層30的透光基板、層間金屬介電層組13與第一保護層15的總厚度)=(物體F的被感測面積)/(成像於該等影像感測單元12的面積)。此為微孔成像原理所造成的相似三角形的尺寸關係，藉此達到微孔成像的效果。值得注意的是，第二應用例的製造方法與第一應用例相似，於此不再贅述。
圖9顯示依據本發明第三應用例的積體化感測模組1B的示意圖。如圖9所示，本應用例類似於第二應用例，不同之處在於該透光蓋板組合40為一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器的一部分。如此，可由顯示器提供光源來照射物 體。
於本應用例中，該透光蓋板組合40包含：一黏著劑53；一下玻璃板42，被黏著劑53黏著至第二保護層35；一薄膜電晶體(TFT)層組(含最頂層的保護材料)43，位於該下玻璃板42上；一陰極層44，位於TFT層組43上，並具有一光圈(aperture)44A；一有機活性層或Micro LED層45，位於陰極層44上；一氧化銦錫(ITO)陽極層46，位於有機活性層或Micro LED層45上；一上玻璃板47，位於ITO陽極層46上；一偏光板層47A，位於該上玻璃板47上；一黏膠層48，位於該偏光板層47A上；以及一透光蓋板49，位於該黏膠層48上。該黏膠層48將偏光板層47A黏著至透光蓋板49。透光蓋板49是與物體F接近或接觸的元件。當然以上描述的例如OLED顯示器結構可能隨著技術演進而有材料層的增減，本發明精神並不因此而有改變。
亦即，將第二應用例的影像感測晶片10與微孔層30貼合至OLED或Micro LED顯示器的下方(under display)，即可完成本應用例。光圈44A做為透光及限制光量使用，與針孔成像原理並無直接關係。因為譬如是鋁層之陰極層44佔了顯示器相當大的面積，目的是要將有機活性層或Micro LED層45的光線往上反射回去，來提高顯示亮度，所以都是不透光的。因此，需要開設一個光圈44A來給影像感測單元12使用。當然這個光圈44A可以藉由現成OLED結構層的材料來完成，當然也可以增加新的結構層例如黑膠層來完成，這些在製造上是有彈性的，並不會限制本發明的精神。
圖10顯示依據本發明第四應用例的積體化感測模組1C的示意圖。如圖10所示，本應用例類似於第二應用例，不同之處在於該透光蓋板組合40與該微孔層30構成一個OLED顯示器或Micro LED 顯示器的一部分。
於本應用例中，該微孔層30包含：一黏著劑36(亦可稱為黏著層)；一下玻璃板42，該黏著劑36將該下玻璃板42黏著至該第一保護層15；一TFT層組43，位於該下玻璃板42上；以及一陰極層44，具有該微孔31，當然這個微孔31可以藉由現成OLED結構層的材料來完成，當然也可以增加新的結構層例如黑膠層來完成，這些在製造上是有彈性的，並不會限制本發明的精神。
該透光蓋板組合40包含：一有機活性層或Micro LED層45，形成於該陰極層44上；一ITO陽極層46，形成於該有機活性層或Micro LED層45上；一上玻璃板47，形成於該ITO陽極層46上；一偏光板層47A，位於該上玻璃板47上；一黏膠層48，位於該偏光板層47A上；以及一透光蓋板49，位於該黏膠層48上。該黏膠層48將透光蓋板49黏著至該偏光板層47A。如此，可由顯示器提供光源給物體F。或者，也可以設置另一光源在透光蓋板組合的一側或多側，打入紅外光(顯示器無法提供紅外光)或其他特殊波長的光源。
圖11與圖12顯示光圈44A或微孔31的形成位置的兩個例子。如圖11所示，光圈44A或微孔31形成於相鄰的陰極層44的兩個電極板44B之中與之間，所以陰極層44下方的TFT層組43也提供一部分來形成光圈44A或微孔31。於一例子中，單一電極板44B的水平寬度約為30um，兩電極板44B之間的水平間隙約為2~3um。光圈44A或微孔31的尺寸約為10至25um，故需跨越兩電極板44B。如圖12所示，光圈44A或微孔31也可以完整地形成於單一電極板44B中，但是電極板44B下方的TFT層組43也需提供透光或鏤空的部分使光線穿過。
值得注意的是，圖11的陰極層44的電極板44B之間的空隙44C，在設計時可以藉由TFT層組43的導體(譬如是多晶矽polysilicon)所形成的遮蔽層43A遮蔽而不透光，避免繞射光影響針孔成像的感測效果。值得注意的是，遮蔽層43A在單一OLED或Micro LED顯示器是沒有被設計的，但是為了避免繞射光影響針孔成像的感測效果，在本應用例中，更有其存在的功效及價值。
圖13A顯示依據本發明較佳應用例的電子裝置300的一個例子。如圖13A所示，譬如是智慧型手機的電子裝置300包含一顯示器310及一位於顯示器310上的透光蓋板320。電子裝置300可以安裝有積體化感測模組1A或1B或1C，其是一種蓋板下方(under cover plate)的積體化感測模組，也可以安裝有積體化感測模組1A或1B或1C，其是一種顯示器下方(under display)的積體化感測模組(這種安裝方式可以適用於任何顯示器位置)。
當然，OLED或micro LED顯示器為習知技術，本發明之描述僅以主結構之部分予以描述，而非重新定義其結構與材料，不夠詳細的顯示器部分可以參酌現有技術，並不會影響本發明應用例的創新。本應用例最重要特色，是要使使用者可以在顯示器的任何指定位置同時獲得顯示器內容及生物識別的能力(顯示器的任何指定位置可以執行顯示及生物特徵感測)，這種設計是目前市場完全沒有的。這對例如手機產品的設計相當重要，可以有一全新的工業設計，窄邊框以及全螢幕概念。圖13B顯示依據本發明較佳應用例的電子裝置300'的另一個例子。如圖13B所示，譬如是智慧型手機的電子裝置300'包含一顯示器310及一位於顯示器310上的透光蓋板320。顯示器310是以全螢幕的型態呈現。電子裝置300'可以安裝有積體化感測模組1A、1B或1C。
圖14與圖15顯示依據本發明較佳應用例的積體化感測模組1A/1B/1C的兩種應用，稱為積體化感測組件。如圖14所示，積體化感測模組可以透過TSV或從側邊拉出導線的方式將焊接墊設置在背面，透過錫球71焊接至電路板(特別是軟性電路板70)上，軟性電路板70上也設置有光源72，該光源可以透過導光板的設計(圖中未示)將光源導向物體。圖15的架構與圖14類似，不同之處在於光源72幾乎是水平投射至透光蓋板50中，透過波導的原理將光線投射到物體。因此，光源可以位在透光蓋板組合40的一側或多側，可以位於同一高度或不同高度，從透光蓋板組合40的側面進入，利用波導的原理將光線投射到物體F。
本發明應用例更包含如圖16所顯示之遮蔽膠61的應用。如圖16所示，層間金屬介電層組13、第一保護層15及透光基板32的周圍塗有遮蔽膠61，避免光線外露或進入干擾，形成一個完美的暗室。
藉此，可以達成以單一微孔進行光學影像感測的效果，更可輕易地與顯示器整合，達到顯示觸控及生物細微特徵感測的功效。
圖17顯示依據本發明第五應用例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。於本非限制性的應用例中，是有四個微孔31A至31D，對應至四個感測單元陣列的四個彼此重疊的感測範圍12A至12D。此舉可以讓積體化感測模組的感測面積增大，更適用於圖13B的顯示器下方(under display)的應用。譬如說，原本單一微孔所對應的感測面積是5mm*5mm，採用四個微孔可以將感測面積增大成10mm*10mm，可以一次感測整隻手指的面積，且讓透過所有微孔的總光量增加，獲得較佳的感測結果，其錯誤接受率(FAR)及錯誤拒絕率(FRR)都會獲得更進一步的改善，且手指與積體化感測模組的對準狀態也不需要很嚴格 對準。感測範圍12A至12D所得到的感測結果可以是各自獨立處理，也可以利用聯集方式接圖成為一個大的感測影像。值得注意的是，雖然以四個微孔做為例子來說明，但也可以使用其他數量的微孔來實施本發明。
圖17的感測範圍12A至12D具有相同尺寸。但是並未將本發明限制於此。圖18顯示依據本發明第五應用例的具有多微孔的積體化感測模組的應用。於類似於圖17的本非限制性的應用例中，四個微孔31A至31D是不同尺寸，對應至四個感測單元陣列的四個彼此重疊的感測範圍12A至12D也是不同尺寸。配合不同波長的光源通過不同的微孔，如此可以感測不同的深度影像，例如將同一手指的表皮層及真皮層及指靜脈圖形同時感測，具有一次獲得多種生物特徵的效果，手指也可以在感測區域上進行上下左右的移動，可以獲得多種局部生物特徵的接圖效果。以上的應用例可以應用在以下的可變光場的生物影像感測系統中。
任何一種光學感測器通常都有光感測的動態範圍，太低照度下，例如天黑，則感測到的光信號太低，而在日正當中時，強光則使感測到的光信號飽和。如果使用這種光感測器(其通常為光感測器陣列元件)作為生物識別感測器，例如來感測指紋、靜脈、血氧濃度及心跳等等，特別是指紋感測器時，通常需要一個光源(結合感測器成為一感測系統)來將光線投射到手指指紋的表面，由光感測器感測從手指指紋的表面反射的光線而獲得光線強弱分佈以對應至指紋圖像。
習知技術的光感測系統所採用的光源提供的是一種固定光場的光線(其通常設置於光感測器的四周)，其具有固定的強度、顏色(波長)及分佈。當背景光很強(例如在大太陽底下)時，則很容易達 到信號飽和狀態，亦或者靠近光源的部分陣列元件感受到較強的反射光，而遠離光源的部分陣列元件感受到較弱的反射光，因此導致感測到的影像強度分佈非常不均勻，這樣都會影響到影像品質及後續處理。
以上的應用例的積體化感測模組都可以應用於本發明的可變光場的生物影像感測系統中，旨在提供至少一種可實施的方式，但是本發明的可變光場的生物影像感測系統不受限於只能應用上述的積體化感測模組。本發明的精神是為具有顯示螢幕的電子設備，譬如是智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、智能手錶等，提供一種具有可變光場的生物影像感測系統。以下以智慧型手機配合光學指紋感測器當作非限制例子作說明。
智慧型手機一直朝向無按鍵(buttonless)及全螢幕的趨勢發展，若要將光學指紋感測器設置於智慧型手機的正面中(亦即螢幕面)，則有兩種光學感測器的設計。第一種是在顯示器中(In Display，簡稱ID)的設計，第二種是在顯示器下(Under Display，簡稱UD)的設計，這兩種設計的光學指紋感測器可以在顯示器的特定的局部區域或不特定的全部區域。
在ID的設計中，可以將光學感測器整合到顯示面板的製程，例如是以薄膜電晶體(TFT)材料當作光電二極體的光感測器，業界已經存在有包含光學感測器之顯示裝置的相關技術，於此不再贅述。另外一種ID的設計是，微型發光二極體顯示器(micro LED display)，利用組裝方式將micro LED晶粒，組裝在顯示器基板上(玻璃、軟性有機基板或者矽基板等等)，同樣的概念也同時可以組裝光感測器晶粒在micro LED晶粒間，這種方式也可以視為一種ID結構。
在UD的設計中，則是以前從未提及的。請參照本專利 發明人美國臨時案申請號62/420,041以及62/384,381，其為一獨立的光學感測器，設置於顯示面板的下方。以上的應用例已經提供一種可實施UD設計的方案，於此不再贅述。
以下本發明所提出的可變光場的生物影像感測系統，其重點不完全在於感測器的設計，不管是ID或UD的設計，都可以是本發明系統設計的感測器，搭配上述可變光場的設計，可以使得光感測器感測到更均勻的亮度幾何分布，使例如指紋的圖像品質更好，更利於辨識比對。
圖19顯示依據本發明第一實施例的可變光場的生物影像感測系統400的示意圖。如圖19所示，生物影像感測系統400譬如是具有一種無按鍵及全螢幕(或窄邊框)的設計(當然本發明概念也可以適用於有按鍵及各種螢幕設計的終端產品)，並具有一顯示器410及一光學影像感測器420。光學影像感測器420的有效感測面積如虛線所示(但並非將本發明限制於此，有效感測面積的大小及形狀可以依據設計來調整)，當手指F放在顯示器410上或上方且對應於光學影像感測器420時，光學影像感測器420可以感測手指F的生物特徵的光學圖像以獲得一影像感測信號。在此該光學影像感測器可以為ID或者UD類型。
本發明的可變光場最主要的精神，就在於當設置ID/UD光學影像感測器於螢幕的特定或全部位置時，可作為生物訊號感測器來感測例如指紋、靜脈、血氧濃度及心跳等等。在此舉指紋感測器為例，有別於傳統需要一額外且為固定光場的光源，本發明利用螢幕作為ID/UD光感測器的投射光源，其優點不僅僅是節省成本(不需要額外光源及光源控制積體電路(IC))，更重要的發明精神是藉由螢幕為一數位光源的特色(亦即矩陣光點組成的光源)，可以藉由軟體及系統的主動控 制，將該數位光源設計成具有一可變光場，這一設計概念是從未被提起的，其優點及控制方式將說明如下。
圖20顯示生物影像感測系統400的局部放大圖。如圖20所示，顯示器上面分成四個區域A、B、C、W。區域W代表不被手指F覆蓋的區域，環境光線可以全部照射在區域W上；區域A代表被手指F覆蓋的外圈區域，環境光線仍然可以大部分從側邊進入到區域A中；區域B代表被手指F覆蓋的中圈區域，部份環境光線仍然可以從側邊進入到區域B中，但是會從外而內的遞減；區域C代表被手指F覆蓋的內圈區域，環境光線幾乎無法從側邊進入到區域C中。於此僅是示意地以依從於手指F的輪廓的形狀來表示，實際上這些區域的區分僅是為了方便解釋本發明的優點，並非物理性的限定或具有絕對性的意義。此外，區域W大部分是與光學影像感測器420的運作無關的區域(光學影像感測器420在設計上可以涵蓋較大的範圍，以因應各種不同大小的手指或使用狀況)。例如當光學影像感測器420在大太陽光底下運作且螢幕顯示器410不提供任何光源時，區域W除外，光學影像感測器420感測到的影像的亮度在區域A最亮，在區域B次之，在區域C最暗。光學影像感測器420接收由手指F反射的數位光源而獲得該手指F的生物特徵的光學圖像。區域A、B、C的組合稱為顯示器410之一覆蓋區域，其被手指F覆蓋，可變光場從區域A變化到中圈區域B以及內圈區域C。當然，中圈區域B不一定要存在，取決於照度或亮度的劃分標準。當中圈區域B不存在時，可變光場從區域A變化(譬如是漸層變化)到內圈區域C。此外，手指F也可以被物體取代，譬如是手掌等生物體。
圖21A顯示沿著圖20的線L-L所得到對應於各區域所 感測到的光訊號強度示意圖，值得注意的是，本圖所要表示的是一種相對性的說明，並非代表絕對性的量測結果。從圖21A可以看出，區域A的部分陣列元件的感測信號大部分接近飽和值或最大值(Max)(因為陽光強度)，區域C部分陣列元件的感測信號大部分接近最小值(Min)(因為接近黑暗)，而區域B的部分陣列元件的感測信號則是介於兩者之間，且由外而內遞減，因此，所感測到的指紋圖像如圖21B所示，其中區域A的指紋FP的紋峰紋谷分不清楚(因為訊號飽和，以虛線表示)，區域B的指紋FP較可以分辨出紋峰紋谷(以實線表示)，但是由外而內漸漸變暗，而區域C的指紋的紋峰紋谷再次無法被分辨，因為整個區域都是黑的(因為太暗而無訊號)。在這種情況下，可以感測到清楚指紋圖像(紋峰紋谷有強度對比)的面積很小，後續的辨識比對結果當然無法進行。
圖22A顯示沿著圖20的線L-L的感測結果的另一例子。如圖22A所示，如果如傳統技術般，將螢幕顯示器所發出的光源當作一固定光場的光源來提供光線至手指F時，原來太暗的區域C的指紋圖像可以被鑑別出來，但是區域A與B因為顯示器的光線加上環境光線，使得更多面積被感測出來的亮度值接近飽和值。因此，所感測到的指紋圖像如圖22B所示，其中區域A整個區域是訊號飽和(以白色表示之，故分不清是紋峰還是紋谷)，區域B的外圍區域B2的指紋訊號變得飽和(外圍區域B2與內圍區域B1是由分隔線B3劃分)，內圍區域B1仍可以分辨紋峰紋谷而區域C的指紋的影像變清楚，在這種情況下，可以感測到清楚指紋圖像(紋峰紋谷有強度對比)的面積還是很小，這也不利於後續的辨識比對。
圖23A顯示沿著圖20的線L-L的感測結果的又另一例 子。利用本發明將該固定光場改成可變光場，透過本發明所提供的可變光場的光源，透過獨立對應到每個像素的點光源陣列，在區域A不提供亮度，在區域B提供的亮度稍微增加，且由外而內逐漸增加，在區域C提供的亮度最亮，可以達到與環境光線互相補償的效果，使區域B與C的亮度盡量達到均勻的狀態，可以使光學影像感測器420獲得較佳的感測結果。所感測到的指紋圖像如圖23B所示，可以清楚分辨出大部分區域的紋峰與紋谷，這樣對後續的辨識比對將會有非常大的幫助。圖23C顯示本實施例所提供的可變光場的示意圖。如圖23C所示，由外而內的區域W至區域C利用螢幕的數位光源所提供的投射光線的亮度是越來越亮(區域A的亮度應該跟區域W的亮度差不多，亮度接近0，區域B的亮度呈漸漸增加至區域C，而區域C的亮度則接近持平)，亮度變化梯度在各區可能有所不同，這樣就可以達成本實施例的效果，使光學影像感測器420感測出圖23B的指紋圖像。值得注意的是，為達到清楚說明之目的，以上的亮度分佈圖中的所有區域並沒有依據比例繪製。此外，當沒有環境光源或環境光源不強的情況下，可以透過本發明在區域A至C提供較均勻的光場(類似固定光場)，以讓區域A到C的感測亮度不會達到飽和，進而獲得紋峰紋谷清楚鑑別的均勻圖像，其中在區域A到C都呈現有清楚的指紋圖像，如圖23D所示。圖23E顯示對應於圖23D的可變光場的示意圖。如圖23E所示，因為環境光源是暗的，所以所提供的是較均勻的光場，其中區域A的亮度稍微亮一點，而區域B與C的亮度差不多持平。
以上的可變光場是依據目前螢幕顯示器具有獨立的發光點陣列來達成，有效利用目前螢幕顯示器的功能來達成光線補償的效果。但是在應用時，是需要隨時監控當時環境的背景光，以作為可變光 場隨時調變的基礎，因此該環境光場的監控也是本發明可變光場的生物影像感測系統的一重要發明精神。
圖24顯示依據本發明第一實施例的可變光場的生物影像感測系統的方塊示意圖。此生物影像感測系統可以被視為是一電子設備，至少包含顯示器410、光學影像感測器420及一環境光感測器430(值得注意的是，環境光感測器430是用虛線表示，因為當使用ID/UD感測時，該環境光感測器430是可以省略的)，三者都電連接至一中央處理器(CPU)440。此外，生物影像感測系統可以更包含一觸控面板450、一儲存器460及一記憶體470，三者也都電連接至CPU 440。觸控面板450可以提供觸控的功能，儲存器460用來儲存資料或資料庫，記憶體470供運算時暫存使用。光學影像感測器420可以是上述的積體化感測模組的一部分或全部。
圖25A與圖25B顯示依據本發明第一實施例的可變光場的生物影像感測系統的兩個例子的操作方法的流程圖。如圖25A與圖24所示，環境光感測器(ambient light sensor)430感測電子設備所在環境的環境光場狀況(包含但不限於強度、顏色及分佈)而產生一環境光場信號(步驟S11)，將環境光場信號傳送給CPU 440，CPU 440根據環境光場信號產生一可變光場信號(步驟S12)，並依據可變光場信號控制顯示器410發出可變光場(步驟S13)，可變光場是用來照明手指。環境光感測器430可以是獨立的光感測器，也可以是本發明的ID/UD光學影像感測器同時作為環境光感測器。顯示器410除了提供可變光場以外，還顯示出資訊給使用者觀看或與使用者互動，類似於一般手機的顯示器的功能，包含了指引使用者如何放置手指於光學影像感測器420的一感測區域，但是不限定於此。於一例子中，此可變光場能與環境光場 互補，以提供對手指的照明，以得到一均勻的光學影像，這是因為手指接觸或接近顯示器410時，遮蔽了環境光場，但是環境光場會從手指的周圍進入到手指正下方的區域，為手指提供少許照明，這些照明並不足以讓光學影像感測器420產生良好的感測結果。因此，顯示器410用來提供可變光場的光線來對手指照明，以讓環境光場加上可變光場可以產生均勻的光場給手指(譬如是CPU 440可以計算出圖20的區域B與C的可變光場的資訊而控制顯示器410發光，以產生譬如方形、圓形、橢圓形或其他形狀的具有漸層光線的光場)。光學影像感測器420在環境光場及可變光場並存的情況下，感測指紋圖像並進行信號處理(可由CPU 440或光學影像感測器420來處理)而產生所要的信號，譬如是血管圖案、指紋、血氧濃度、心跳數據等(步驟S14)。接著，CPU 440直接將影像感測信號處理後進行指紋登錄、比對等動作(或於其他例子，例如靜脈圖像處理、輸出血氧濃度及心跳數據)，也就是輸出影像感測信號(步驟S17)。
圖25B的例子係類似於圖25A，不同之處為於第一模式下，CPU 440直接將影像感測信號處理後進行指紋登錄、比對等動作，也就是輸出影像感測信號(步驟S17，不作步驟S15的判斷)，而於第二模式下，CPU 440判斷影像感測信號是否在可接受的範圍內(步驟S15，判斷所感測的影像品質是否合格或可用)，若是，則輸出影像感測信號(步驟S17)；若否，則依據判斷結果來產生可變光場信號(步驟S16)，以迴授控制顯示器410改變其可變光場(步驟S13)，同時也透過顯示器410或揚聲器(未顯示)來指示使用者重新感測手指的指紋。於第三模式下，CPU 440在收到光學影像感測器420的一部分的影像感測信號(區域影像感測信號)後，隨即迴授控制顯示器410改變其可變光場， 並控制光學影像感測器420重新產生影像感測信號。
圖26顯示依據本發明第二實施例的可變光場的提供方式的示意圖。如圖26所示，顯示器410提供的可變光場是屬於一種結構光(structured light)的投射方式，譬如在圖20的各區域中打出特定圖形的光場，顯示器410的發光動作與光學影像感測器420的影像擷取動作是同步的。譬如，顯示器410包含多個發光單元411至419，譬如是發光二極體，各個發光單元可以發出紅綠藍各色的光。舉一例子說明，於第一時間點，發光單元411、414、417發出第一光線(當然也可以搭配不同的光強度)，使光學影像感測器420感測到第一影像；於第二時間點，發光單元412、415、418發出第二光線，使光學影像感測器420感測到第二影像；於第三時間點，發光單元413、416、419發出第三光線，使光學影像感測器420感測到第三影像。由於每一點光源會有一發散角，當其投射於一定距離之外時，其發散成一固定形狀的面積(例如圓形的面積)，如果投射面為一3D物體(例如3D指紋)，則該固定形狀的面積也會變形，因此藉由一組投射的點光源(在3D投射面為一組形狀不一的光面積)，光學影像感測器可以藉由感測該組不同形狀的光面積，來計算出3D的資訊。發光單元的發散角度如圖所示，發光單元411打在手指的部位F11(距離發光單元是中等距離)時，光學影像感測器420感測到的影像具有中等面積；發光單元414打在手指的部位F14(距離發光單元是最短距離)時，光學影像感測器420感測到的影像是最小面積；而發光單元417打在手指的部位F17(距離發光單元是最遠距離)時，光學影像感測器420感測到的影像是最大面積。因此，CPU 440透過計算第一至第三影像的各光點(或畫素點)的狀態，譬如變形狀態、面積大小及強度分布，並且將第一至第三影像重疊起來，係可以計算出三 維指紋(或生物特徵)影像，不同於傳統的二維影像，故可提供更多的生物特徵的判斷基準。此舉更可以防止利用二維圖像的仿冒破解系統。至此本發明可變光場不僅僅是亮度調變的光場，用以得到最佳均勻性的圖像品質，更進一步可以利用結構光的投影方式，對量測物體的3D結構進行解析，該結構光的實施方式並不限定於實施例的描述，任何幾何光的投射及影像感測處理方式，只要利用本發明可變光場的生物影像感測系統，都是本發明的涵蓋範圍。
於另一可變光場的例子中，也可以由CPU控制發光單元發出不同顏色的光線來偵測所感測的手指的皮膚的顏色，可以更進一步藉以判斷此物體是否為仿冒的手指。同時因為手指皮膚對不同光波長的吸收率不同，短波長吸收大，長波長吸收小，因此本發明可變光場也可以搭配波長的選擇，對皮膚下的特徵進行感測，例如真皮層、指靜脈、血氧濃度及心跳等等。因為本發明的顯示器的發光單元都是可以獨立被控制發光與否，所以可以達成結構光的三維圖像感測。這些都是習知技術所無法達到的優點。
圖27顯示依據本發明第二實施例的可變光場的生物影像感測系統的局部放大示意圖，此為利用UD的一種實施例。如圖27所示，顯示器的發光單元410L排列成陣列，是獨立被控制發光的，故可獨立或分區被控制發光，如上所述的微孔431A被設置於發光單元410L之間的空隙中，達成上述微孔成像原理而能執行指紋感測。值得注意的是，亦可以設置有多個微孔431A來達成微孔成像效果。此外，上述結構光也可以併入上述可變光場的光線補償功能，達到具有補償效果的結構光。
以上的可變光場的提供，可以藉由設計特定軟體安裝在 電子設備中執行(譬如是內建於電子設備的作業系統中)，此特定軟體可以執行如圖25A或25B的程序，以控制顯示器的陣列光源顯示出所要的光場，譬如顯示出特定的圖形，這在目前顯示器的控制上是毫無問題的，故於此不再詳述。
藉由上述實施例，可以提供一種可變光場的生物影像感測系統，其與電子設備的顯示器整合在一起，而能利用顯示器的發光單元所發出的各種光場(透過獨立對應到每個像素的點光源陣列，在被手指覆蓋的區域中由外而內提供亮度逐漸增加的光場)或結構光(於不同時間點打出不同光場的光源)來達成生物特徵的感測，同時達到顯示、觸控及生物辨識的效果。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

Claims (19)

  1. 一種可變光場的生物影像感測系統，包含：一中央處理器(CPU)；一顯示器，電連接至該CPU，顯示出資訊給一使用者觀看或與該使用者互動，並提供一數位光源至位於該顯示器上的一物體，該顯示器之一覆蓋區域被該物體覆蓋，該覆蓋區域具有由外而內的至少一外圈區域及一內圈區域；以及一光學影像感測器，電連接至該CPU，並位於該顯示器中或位於該顯示器的下方，該光學影像感測器接收由該物體反射的該數位光源而獲得該物體的生物特徵的光學圖像以獲得一影像感測信號，其中該數位光源具有可變光場，該可變光場從該外圈區域變化到該內圈區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的生物影像感測系統，其中：該生物影像感測系統更包含：一環境光感測器，電連接至該CPU；或者該光學影像感測器更當作該環境光感測器使用；以及該環境光感測器感測一環境光場而產生一環境光場信號，並將該環境光場信號傳送給該CPU，使得該CPU根據該環境光場信號產生一可變光場信號，並依據該可變光場信號控制該顯示器發出該可變光場來照明該物體。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的生物影像感測系統，其中該可變光場能與該環境光場互補，以提供對該物體的照明，以得到均勻的光學影像。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的生物影像感測系統，其中該CPU判斷該光學圖像的影像品質是否合格或可用，若是，則輸出對應的該影像感測信號，若否，則依據一判斷結果來產生該可變光場信號，以迴授控制該顯示器改變該可變光場，並指示該使用者重新感測該物體。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的生物影像感測系統，其中該CPU在收到該光學影像感測器的一部分的一區域影像感測信號後，隨即迴授控制該顯示器改變該可變光場，並控制該光學影像感測器重新產生該影像感測信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的生物影像感測系統，其中該顯示器更指引該使用者如何放置該物體於該光學影像感測器的一感測區域。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的生物影像感測系統，更包含：一觸控面板，電連接至該CPU，提供觸控的功能；一儲存器，電連接至該CPU，用來儲存資料或資料庫；及一記憶體，電連接至該CPU，供運算時暫存使用。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的生物影像感測系統，其中該可變光場是屬於一種結構光(structured light)的投射方式。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的生物影像感測系統，其中該顯示器包含多個發光單元，於一第一時間點，該等發光單元的第一部分的發光單元發出第一光線，使該光學影像感測器感測到一第一影像；於一第二時間點，該等發光單元的第二部分的發光單元發出第二光線，使該光學影像感測器感測到一第二影像；以及於一第三時間點，該等發光單元的第三部分的發光單元發出第三光線，使該光學影像感測器感測到一第三影像。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的生物影像感測系統，其中該CPU透過計算該第一至第三影像的各光點的狀態，並且將第一至第三影像重疊起來，而計算出三維生物特徵影像。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的生物影像感測系統，其中該CPU控制該顯示器的多個發光單元發出不同顏色的光線來偵測所感測的該物體的皮膚的顏色，藉以判斷此該物體是否為仿冒的物體。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的生物影像感測系統，其中該光學影像感測器至少包含：一影像感測晶片，包含多個影像感測單元，排列成二維陣列；以及一微孔層，位於該影像感測晶片上，並具有一個或多個微孔，該一個或多個微孔係對應至該等影像感測單元，其中該等影像感測單元透過該一個或多個微孔感測該物體的該光學圖像；以及 一透光蓋板或一透光蓋板組合，位於該微孔層上方。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的生物影像感測系統，其中該顯示器的多個發光單元排列成陣列，該一個或多個微孔被設置於該等發光單元之間的一個或多個空隙中。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的生物影像感測系統，其中其中該影像感測晶片至少包含：一基板；該等影像感測單元，形成於該基板上；一層間金屬介電層組及一金屬連接層，位於該基板及該等影像感測單元上；一上金屬層，位於該層間金屬介電層組上；以及一保護層，位於該層間金屬介電層組及該上金屬層上，其中該上金屬層遮蔽該一個或多個微孔到該等影像感測單元的部分光線。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的生物影像感測系統，其中該微孔層包含一圖案化的光學基板。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的生物影像感測系統，其中其中該微孔層更包含一光通濾波器，其中該光通濾波器設置於該圖案化的光學基板中，或該影像感測晶片與該圖案化的光學基板之間。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的生物影像感測系統，其中該一個或多個微孔係以一對一、一對多或多對一的方式對應至該等影像感測單元。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的生物影像感測系統，其中其中該透光蓋板組合係為一個有機發光二極體(OLED)顯示器或微型發光二極體(Micro LED)顯示器的一部分。
  19. 如申請專利範圍第1項所述的生物影像感測系統，其中該CPU控制該顯示器的多個發光單元發出不同波長的光線，藉由該物體的皮膚對不同波長的光線的吸收率的不同，來偵測所感測的該物體的皮膚下的特徵。
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