WO2018114902A1 - Device for acquiring fingerprints - Google Patents

Device for acquiring fingerprints Download PDF

Info

Publication number
WO2018114902A1
WO2018114902A1 PCT/EP2017/083467 EP2017083467W WO2018114902A1 WO 2018114902 A1 WO2018114902 A1 WO 2018114902A1 EP 2017083467 W EP2017083467 W EP 2017083467W WO 2018114902 A1 WO2018114902 A1 WO 2018114902A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
acquisition
light
photodetectors
acquisition surface
opaque
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/083467
Other languages
French (fr)
Inventor
Yang Ni
Original Assignee
New Imaging Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Imaging Technologies filed Critical New Imaging Technologies
Publication of WO2018114902A1 publication Critical patent/WO2018114902A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13Sensors therefor
    • G06V40/1318Sensors therefor using electro-optical elements or layers, e.g. electroluminescent sensing

Definitions

  • the present invention relates to a fingerprint acquisition device comprising a matrix image sensor, and more particularly to a portable electronic device provided with a fingerprint acquisition device.
  • fingerprint or papillary means the figures formed by the ridges and epidermal valleys of the palmar surface of a human finger, also called dermatoglyphs.
  • a fingerprint sensor that must be both inexpensive and as compact as possible, so that it can be incorporated in a mobile device such as a smartphone.
  • the fingerprint sensor must be thin, and have a small footprint.
  • the thin fingerprint sensors embedded in phones mainly use the principle of capacitive fingerprint detection. In these sensors, the user's finger comes into contact with a film on the surface of the sensor, and the material differences between an underlying sensing electrode and the surface create a difference in electrical capacitance that can be measured by a sensor. active circuit of the sensor.
  • capacitive sensors suffer from several limitations for this application. Thus, capacitive sensors are sensitive to electrostatic disturbances. In addition, these sensors require a complex and expensive structure, with, for example, an anisotropic single crystal sapphire blade to protect the sensor while allowing the capacitive variation of detection surface to pass.
  • TIR total internal reflection
  • CMOS complementary Metal Oxide Semi-conductor
  • FIG. 1 shows an example of such a configuration.
  • a finger 100 is affixed to an acquisition surface 101 of a sensor 102 comprising a matrix 103 of photodetectors 104 on a semiconductor substrate 105 and, superimposed on the photodetectors 104, a transparent layer 106 containing in particular the metal interconnections 107 necessary for the operation of the photodetectors.
  • the finger 100 has on its surface fingerprints including ridges 108 and valleys
  • the ridges 108 are in contact with the acquisition surface 101 of the sensor 102, while the valleys 109 are separated by air.
  • the light coming from a peak 108 whose light path 112 is represented by a arrow in full line, does not cross air to reach the acquisition surface 101 of the sensor 102, the peaks 108 being in contact with the acquisition surface 101 of the sensor 102. Therefore, there is a difference in length of the light paths 110, 112 between light from a peak 108 and light from a valley 109.
  • the loss of luminous intensity being all the greater as the path is long, the light coming from a peak108 has a higher intensity than the light coming from a valley 109.
  • the image acquired by such a CMOS sensor thus has contrast differences between the pixels corresponding to peaks 108 and the pixels corresponding to valleys 108 of the fingerprint 100. This difference in contrast results from:
  • the relative difference between the lengths of the light paths 110, 112 is hardly attenuated by the thickness of this transparent layer 106, since the difference in the lengths of the light paths 110, 112 then represents a difference of approximately a factor of 10.
  • a glass plate typically has a thickness of 400 ⁇ . The light must therefore pass through the glass plate 116 in addition to the transparent layer 106.
  • the relative difference between the lengths of the light paths 110, 116 represents only a small portion of the lengths of the light paths (less than 10%).
  • the aim of the invention is to remedy at least part of these drawbacks and preferentially to all, by proposing a simple, inexpensive and low-volume fingerprint acquisition device, in particular enabling it to be mounted on a portable electronic device such as as a smartphone, while ensuring the acquisition of fingerprint images having a resolution and a sufficient contrast to be able to implement biometric identification processes.
  • the blocking zone blocking arriving in a straight line from the acquisition surface and allowing light to pass obliquely, allows light to be blocked from the finger valleys while allowing the light coming from the peaks to pass through. .
  • the resulting image thus shows a strong contrast between the light coming from a ridge and the light coming from a valley, the latter being mainly blocked by the occultation zone.
  • the occultation zone also forms a narrow passage of light which angularly limits the catch of the lateral light, that is to say that only the light whose light path is aligned with the transparent passage can pass. This increases the spatial resolution of the device even with a thick transparent medium.
  • the occultation zone is adapted to block the light in a direction normal to the acquisition surface for at least 80% of the photosensitive surface of each photodetector;
  • the occultation zone is adapted to block the light in a direction normal to the acquisition surface for the entire photosensitive surface of each photodetector;
  • the occultation zone comprises at least:
  • a second opaque layer extending parallel to the acquisition surface and situated between the first opaque layer and the photodetectors
  • the first opaque layer and the second opaque layer having non-aligned apertures in a direction normal to the acquisition surface and forming the transparent passages of the occlusion zone;
  • the occultation zone is adapted to block the light in a direction normal to the acquisition surface for the entire photosensitive surface of each photodetector, and the openings of the first opaque layer face the second opaque layer; outside the openings of said second opaque layer, and the openings of the second opaque layer face the opaque first layer outside the openings of said first opaque layer;
  • the openings of the second opaque layer are spatially offset in a direction parallel to the acquisition surface with respect to the openings of the first opaque layer, an opening of the second opaque layer corresponding to an opening of the first opaque layer by this offset; said opening of the first layer and said opening of the corresponding second opaque layer forming a pair of apertures defining a transparent passage of the occlusion zone;
  • opaque interconnections connect the first opaque layer and the second opaque layer and surround each pair of openings
  • the propagation medium has a refractive index n greater than 1, 3, and: the transparent passages of the propagation medium are shaped to allow a light path between the acquisition surface and a point of a photosensitive surface of a photodetector when said light path forms with the normal to the acquisition surface a higher angle to arcsin (1 / n)
  • the occultation zone is shaped to block a light path between the acquisition surface and a point of a photosensitive surface of a photodetector when said light path forms with the normal to the acquisition surface an angle strictly less than arcsin (1 / n).
  • the invention also relates to a portable electronic device provided with a fingerprint acquisition device according to any one of the embodiments of the invention.
  • the invention also relates to a method comprising the steps of:
  • FIG. 3 schematically illustrates the principle of a sensor according to one possible embodiment of the invention
  • FIG. 4 schematically illustrates a sensor according to a possible embodiment of the invention, wherein the occultation zone comprises two opaque layers.
  • FIG. 5 schematically illustrates a sensor according to a possible embodiment of the invention, wherein the occultation zone comprises two opaque layers connected by interconnection partitions.
  • a fingerprint acquisition device comprises an image sensor 1, said sensor 1 comprising a matrix 3 of photodetectors 4.
  • a matrix 3 typically comprises several thousand photodetectors 4 in order to present an acceptable resolution.
  • These photodetectors 4 are formed on a semiconductor substrate and can be of any type, since these photodetectors 4 are sensitive to light and thus make it possible to acquire an image.
  • these photodetectors 4 are photodiodes produced by CMOS technology.
  • photodetectors may be of any detector type as long as they are sensitive to light, such as photodiodes or photoresistors.
  • the sensor 1 comprises an acquisition surface 6 on the side opposite the substrate 5 and intended to receive a finger 100.
  • Each photodetector 4 has a photosensitive surface 8 facing the acquisition surface 6.
  • this photosensitive surface 8 corresponds to the extent of a doped area of the substrate 5 in which charges are generated by the action of light.
  • FIGS. 3 and 4 simply show the location of a photodetector 4.
  • FIG. 5, which is more complete, also shows a transparent layer 10 placed above the photodetectors 4 towards the acquisition surface 6, which contains the metal interconnections 12 necessary for the operation of the photodetectors 4, in particular the conductive tracks and the transistors making it possible to read the photodetectors.
  • a finger 100 is affixed to the acquisition surface 6 of the sensor 1.
  • the sensor 1 is configured to acquire at least one image of the fingerprints of the finger 100 when said finger 100 is in contact with the surface acquisition of the sensor 6, as illustrated.
  • the finger 100 has on its surface fingerprints comprising ridges 108 and valleys 109 between the crests.
  • the ridges 108 are in contact with the acquisition surface 6 of the sensor, while the valleys 109 are separated by air.
  • the sensor 1 comprises a propagation medium 14 adapted to let the light pass.
  • the propagation medium 14 is therefore in transparent material.
  • the propagation medium 14 is preferably transparent at wavelengths in the sensitive strip of silicon photodetector, ie between 200 nm and 1000 nm, such as for example visible light and / or infrared light.
  • the propagation medium 14 may for example be in simple mineral glass, plastics such as PMMA or PC, sapphire etc.
  • the propagation medium 14 may be homogeneous and consist of a single material, or consist of several superimposed layers of materials with different characteristics.
  • a first mineral glass layer such as a protective glass
  • the two layers together form the propagation medium 14.
  • This propagation medium 14 has a refractive index strictly greater than 1, that is to say greater than the air, and is preferably greater than 1.3, in particular in order to be able to capture a fingerprint of a finger. wet.
  • the propagation medium 14 extends between the photodetectors 4 and the acquisition surface 6. More specifically, the propagation medium 14 is disposed on the transparent layer 10 disposed above the photodetectors 4 in the direction of the acquisition surface. 6, which contains the metal interconnections 12. It is also possible that the metal interconnections 12 of the photodetectors 4 are contained in the propagation medium 14.
  • the surface of the propagation medium 14 on the side opposite to the photodetectors 4 constitutes the acquisition surface 6 of the sensor on which a finger 100 can be affixed to acquire the fingerprints.
  • the propagation medium 14 has a thickness, between the acquisition surface 6 and the photodetectors 4, greater than at least 10 ⁇ , and preferably at least 50 ⁇ .
  • the propagation medium 14 may constitute a protective layer with a thickness of between 400 ⁇ and 1000 ⁇ .
  • the propagation medium 14 comprises occulting elements 16 extending parallel to the acquisition surface 6. These occulting elements 16 are adapted to block any light 120 having passed through the acquisition surface 6 and propagating in the propagation medium 14 in a direction normal to the acquisition surface 6.
  • the occultation zone comprises an opaque part 16a of opaque material, adapted to block the light in the wavelengths of the sensitive band of a silicon photodetector, ie between 200 nm and 1000 nm, such as visible light and infrared.
  • the opaque material may for example be metal, blackened glass or tinted plastic.
  • the occultation zone 16 is adapted to completely block the light whose light path 120 is in a direction normal to the acquisition surface 6 passing through a point of the photosensitive surface 8 of each photodetector 4.
  • the opaque portion 16a of the occultation zone 16 may be shaped to completely cover (ie 100%) the photosensitive surface 8 of each photodetector 4 in a direction normal to the acquisition surface 6.
  • the opaque portion 16a of the occulting zone 16 completely covers the photosensitive surface 8 of each photodetector 4 in a direction normal to the acquisition surface 6.
  • a sectional plane comprising a point of the photosensitive surface 8 of a photodetector 4 also comprises, above this point, an opaque portion 16a of the occulting zone 16.
  • the light rays whose light path 120 in the propagation medium 14 is normal to the acquisition surface 6, are blocked by the occultation zone 16 and do not reach the photodetectors 4.
  • the occultation zone 16 has transparent passages 16b allowing light having passed through the acquisition surface 6 and propagating in the propagation medium 14 along a light path 122 with a direction different from a direction normal to the acquisition surface 6 to reach the photodetectors.
  • FIGS. 3 to 5 show, by full arrows 122, light paths crossing the surface 6 and reaching a sensitive surface 8 of a photodetector 4 through a transparent passage 16b, and by dashed arrows 120, 121, 125 light paths passing through the acquisition surface 6 and not reaching the sensitive surface 8 of a photodetector 4.
  • These transparent passages 16b extend obliquely with respect to the normal to the acquisition surface 6. Thus, only the light rays propagating along a light path 122 with an angle 0b sufficient relative to the normal can reach the sensitive surface 8 photodetectors 4, whereas the light rays propagating along a light path 121 with an angle Q a close to the normal are blocked by the occultation zone 16.
  • a transparent passage 16b allows oblique radii of reaching said photodetector 4, so that there are as many transparent passages 16b as photodetectors 4.
  • the transparent passages 16b are defined by holes in the opaque portion 16a of the occulting zone 16.
  • These transparent passages 16b are chosen to allow sufficient light rays propagating in the propagation medium 14 from a point of the acquisition surface 6 in a given angular range to reach the sensitive surface 8 of the photodetectors 4, while blocking others. For example, these dimensions can be determined as a function of the sensitive surface 8 of a photodetector 4.
  • the ends of the sensitive surface 8 form, with the point of the acquisition surface 6 whose acquisition is to be acquired, a triangle defining the dimensions of the transparent passage 16b which must let the light rays pass.
  • the occultation zone 16 thus makes it possible to geometrically limit the origin of the light rays that reach the photodetectors 4. It is then possible to maintain a good resolution even when the distance between the photodetectors 4 and the finger 100 becomes significant, which is not the case. not the case with the devices of the state of the art such as that of Figure 2.
  • the transparent passages 16b it is particularly advantageous to shape the transparent passages 16b to allow a light path 122 between a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector 4 and the acquisition surface 6 when said light path forms with the normal to the surface of the photodetector.
  • acquisition 6 an angle 0b greater than the critical angle Q c of the interface between the air and the propagation medium 14, the propagation medium side 14.
  • the propagation medium 1 having a refractive index n greater than 1.3, the transparent passages 16b are shaped to allow a light path 122 between a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector 4 and the surface of acquisition 6 when said light path 122 forms with the normal to the acquisition surface 6 an angle 0b greater than arcsine (1 / n).
  • the occulting zone 16 may be shaped to block any light path 120, 121 between the acquisition surface 6 and a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector when said light path forms with the normal to the surface of acquisition 6 an angle strictly less than the critical angle Q c of the interface between the air and the propagation medium 14, on the middle side of propagation 14, for example when the light beam propagates along a light path 120 normal to the acquisition surface 6 towards a photodetector 4.
  • the shading area 16 can be shaped to block a light path 120, 121 between a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector 4 and the acquisition surface 6 when said light path 120, 121 forms with the normal to the acquisition surface 6 an angle Q a strictly less than arcsin (1 / n).
  • the finger 100 has at its surface fingerprints including ridges 108 and valleys 109 between the ridges 108.
  • the ridges 108 are in contact with the acquisition surface 6 of the sensor 1, while the valleys 109 are separated by air.
  • the light from a valley 109 must pass through an air-sensor interface, while the light from a peak 108 passes through a finger-sensor interface.
  • the light coming from a valley 109 is reflected by the acquisition surface 6 and can not pass through the interface between the air and the acquisition surface 6 when the angle of incidence of the light path 125 on the acquisition surface is too high compared to the normal to the acquisition surface 6.
  • the light coming from a peak 108 can pass through the acquisition surface 6 with a much higher angle of incidence.
  • the occultation zone thus comprises at least a first opaque layer 21 extending parallel to the acquisition surface, and a second opaque layer 22 extending in parallel to the acquisition area.
  • the second opaque layer 22 is located between the opaque first layer
  • Each opaque layer 21, 22 thus comprises as many openings 23, 24 as there are transparent passages 16b and therefore photodetectors 4. The light propagating along a normal light path to the acquisition surface 6 is then blocked either by the first opaque layer 21, or by the second opaque layer 22.
  • the materials constituting an opaque layer 21, 22 are chosen to block the light in the wavelengths of the sensitive band of a silicon photodetector, ie between 200 nm and 1000 nm, such as visible light. and the infrared.
  • the material may for example be metal, blackened glass or tinted plastic.
  • the two opaque layers 21, 22 are preferably separated, in a direction normal to the acquisition surface 6, by a distance of at least 0.4 ⁇ .
  • An opaque layer 21, 22 has for example a thickness of 0.1 to 0.5 ⁇ .
  • the openings 24 of the second opaque layer 22 are spatially offset in a direction parallel to the acquisition surface 6 with respect to the openings 23 of the first opaque layer 21, an opening 24 of the second opaque layer 22 corresponding to a opening 23 of the first opaque layer 21 by this offset, said opening 23 of the first layer 21 and said opening 24 of the second opaque layer 22 corresponding to a pair of openings defining a transparent passage 16b for the light.
  • the offset between the respective apertures 23, 24 of the opaque layers 21, 22 determines the amount of light propagating in a direction normal to the acquisition surface 6 which is blocked, as well as the angular range with the normal to the surface of acquisition 6 allowing the light rays to reach the photodetectors 4.
  • these openings 23, 24 are completely offset between the two opaque layers 21, 22.
  • the openings 23 of the first opaque layer 21 face the second opaque layer 22 outside the openings 24 of said second opaque layer 22, and the openings 24 of the second opaque layer 22 face the first opaque layer 21 outside the openings 23 of said first opaque layer 21.
  • the occultation zone 16 constituted by the two opaque layers 21, 22 does not block not all the light propagating in a direction normal to the acquisition surface 6.
  • the overlap of the openings 23, 24 is preferably limited to less than 50% of the area of the opening 23, 24 most small, more preferably less than 20%, and more preferably less than 10%.
  • opaque interconnecting partitions 30 can connect the first opaque layer 21 and the second opaque layer 22 and surround each pair openings 23, 24, to prevent light rays can propagate laterally between the two opaque layers 21, 22.
  • CMOS method can be used.
  • the photodetectors 4 may be either PN junction photodiodes or phototransistors.
  • the occultation zone 16 can be made by metallization layers which are naturally opaque to light in a layer made of transparent silicon dioxide. The occultation zone 16 thus produced is then composed of metallization layers of different levels. The opaque interconnections 30 may be made similarly to vias of contact between these different levels of metallization. In this way, the sensor of the present invention can be entirely manufactured in a standard CMOS manufacturing plant.
  • a layer of transparent material such as glass or plastic can be glued to the surface of the CMOS sensor to protect it mechanically and electrically.
  • This sensor can also be glued behind the protective glass of a mobile phone to perform fingerprint applications.
  • the propagation medium 14 is then composed of the transparent layer containing the occultation zone 16 and this protective layer.
  • the sensor according to the present invention can also be produced by combining a CMOS sensor and an occultation zone 16 made on a transparent medium constituting the propagation medium.
  • This occulting zone 16 is then transferred to the CMOS sensor by obliquely aligning the transparent passages 16b with the photodetectors of the CMOS sensor.
  • this occultation zone 16 may be made on glass with metallization levels having non-aligned openings.
  • the fingerprint acquisition device may comprise a pressure sensitive member arranged to emit a signal controlling the acquisition of the image when the finger exerts pressure on the device.
  • the pressure sensitive member may for example be an electromechanical switch or a pressure sensor measuring the pressure.
  • a fingerprint acquisition device as described herein is preferably incorporated into a portable electronic device such as a smartphone to acquire fingerprints of a user of the electronic device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for acquiring fingerprints comprising a matrix (3) of photo-detectors (4), each photo-detector (4) exhibiting a photosensitive surface (8) facing an acquisition surface (6), and comprising a propagation medium (14) extending between the photo-detectors (4) and an acquisition surface (6), said acquisition surface comprising an occultation zone (16) extending parallel to the acquisition surface (6) and adapted to block a major part of the light having passed through the acquisition surface and propagating in the propagation medium in a direction (6) normal to the acquisition surface, the occultation zone comprising transparent passages (16b) allowing light that has passed through the acquisition surface (6) and propagating in the propagation medium (14) in a direction different from a direction normal to the acquisition surface (6) to reach the photo-detectors.

Description

DISPOSITIF D'ACQUISITION D'EMPREINTES DIGITALES  DEVICE FOR ACQUIRING DIGITAL IMPRESSIONS
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention se rapporte à un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales comprenant un capteur matriciel d'images, et plus particulièrement à un appareil électronique portatif muni d'un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales. On entend par empreinte digitale (ou papillaire) les figures formées par les crêtes et vallées épidermiques de la face palmaire d'un doigt humain, également appelées dermatoglyphes. The present invention relates to a fingerprint acquisition device comprising a matrix image sensor, and more particularly to a portable electronic device provided with a fingerprint acquisition device. The term fingerprint (or papillary) means the figures formed by the ridges and epidermal valleys of the palmar surface of a human finger, also called dermatoglyphs.
De nombreux appareils électroniques portatifs permettent l'accès à des ressources numériques. C'est le cas notamment des téléphones mobiles intelligents de type dit "smartphone". Certaines des données de ces ressources numériques sont confidentielles, et leur accès doit être sécurisé. Le premier type de protection d'accès historiquement utilisé pour les téléphones fut de requérir le renseignement d'un numéro d'identification personnel (plus connu sous l'acronyme anglais de PIN pour "personal identification number") à quatre chiffres. Cependant, ce type de protection s'est avéré facilement contournable, et lourd à mettre en œuvre par l'utilisateur, notamment parce qu'une protection efficace requiert que ce numéro soit renseigné à chaque session d'utilisation du téléphone. Ainsi, d'autres moyens de sécurisation des téléphones ont été explorés afin de permettre des opérations de verrouillage et de déverrouillage du téléphone qui soient plus ergonomiques et plus simples. La détection d'empreintes digitales d'un utilisateur s'est révélée comme l'un des moyens de protection parmi les plus simples et les plus efficaces. Many portable electronic devices provide access to digital resources. This is particularly the case of smart mobile phones of the so-called "smartphone" type. Some of the data in these digital resources is confidential, and their access must be secure. The first type of access protection historically used for telephones was to request the identification of a personal identification number (known by the acronym of PIN for "personal identification number") at four digits. However, this type of protection has proved easy to circumvent, and heavy to implement by the user, in particular because effective protection requires that this number be filled in each session of use of the phone. Thus, other means of securing telephones have been explored to allow locking and unlocking operations of the phone that are more ergonomic and simpler. The fingerprint detection of a user has proved to be one of the simplest and most effective means of protection.
Ainsi, des appareils électroniques portatifs munis d'un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales ont été proposés. Ces dispositifs comprennent un capteur d'empreintes digitales qui doit à la fois être peu cher et le moins encombrant possible, afin de pouvoir être incorporé dans un appareil mobile tel qu'un smartphone. Notamment, pour cette application, le capteur d'empreintes digitales doit être fin, et présenter un faible encombrement. Actuellement, les capteurs d'empreintes digitales de faible épaisseur incorporés dans les téléphones utilisent principalement le principe de détection capacitive des empreintes digitales. Dans ces capteurs, le doigt de l'utilisateur rentre en contact avec un film à la surface du capteur, et les différences de matières entre une électrode de détection sous-jacente et la surface créent une différence de capacitance électrique qui peut être mesurée par un circuit actif du capteur. Cependant, les capteurs capacitifs souffrent de plusieurs limitations pour cette application. Ainsi, les capteurs capacitifs sont sensibles aux perturbations électrostatiques. En outre, ces capteurs nécessitent une structure complexe et onéreuse, avec, par exemple, une lame de saphir monocristal anisotropique pour protéger le capteur tout en laissant passer la variation capacitive surface de détection. Thus, portable electronic devices equipped with a fingerprint acquisition device have been proposed. These devices include a fingerprint sensor that must be both inexpensive and as compact as possible, so that it can be incorporated in a mobile device such as a smartphone. In particular, for this application, the fingerprint sensor must be thin, and have a small footprint. Currently, the thin fingerprint sensors embedded in phones mainly use the principle of capacitive fingerprint detection. In these sensors, the user's finger comes into contact with a film on the surface of the sensor, and the material differences between an underlying sensing electrode and the surface create a difference in electrical capacitance that can be measured by a sensor. active circuit of the sensor. However, capacitive sensors suffer from several limitations for this application. Thus, capacitive sensors are sensitive to electrostatic disturbances. In addition, these sensors require a complex and expensive structure, with, for example, an anisotropic single crystal sapphire blade to protect the sensor while allowing the capacitive variation of detection surface to pass.
Par conséquent, d'autres capteurs d'empreintes digitales utilisant le principe de détection optique ont été développés. Il est à noter que la nécessité d'une faible épaisseur des capteurs ne permet pas d'utiliser les capteurs optiques à réflexion interne totale, ou TIR, acronyme de l'anglais "total internai reflection", dont les éléments optiques sont trop encombrants. As a result, other fingerprint sensors using the optical sensing principle have been developed. It should be noted that the need for a small thickness of the sensors does not allow the use of optical sensors total internal reflection, or TIR, acronym for "total internai reflection", whose optical elements are too bulky.
Il a été proposé d'acquérir directement une image du doigt au moyen d'une matrice de photo-détecteurs constituant un capteur, typiquement avec des photodiodes en technologie à semi-conducteur à oxyde de métal complémentaire, plus connue sous l'acronyme CMOS pour l'anglais "Complementary Métal Oxide Semi-conductor". It has been proposed to directly acquire an image of the finger by means of a matrix of photodetectors constituting a sensor, typically with photodiodes in complementary metal oxide semiconductor technology, better known by the acronym CMOS for English "Complementary Metal Oxide Semi-conductor".
La figure 1 montre un exemple d'une telle configuration. Un doigt 100 est apposé sur une surface d'acquisition 101 d'un capteur 102 comprenant une matrice 103 de photodétecteurs 104 sur un substrat semi-conducteur 105 et, superposé aux photodétecteurs 104, une couche transparente 106 contenant notamment les interconnections métalliques 107 nécessaires au fonctionnement des photodétecteurs. Le doigt 100 présente à sa surface des empreintes digitales comprenant des crêtes 108 et des valléesFigure 1 shows an example of such a configuration. A finger 100 is affixed to an acquisition surface 101 of a sensor 102 comprising a matrix 103 of photodetectors 104 on a semiconductor substrate 105 and, superimposed on the photodetectors 104, a transparent layer 106 containing in particular the metal interconnections 107 necessary for the operation of the photodetectors. The finger 100 has on its surface fingerprints including ridges 108 and valleys
109 entre les crêtes 108. Les crêtes 108 sont au contact de la surface d'acquisition 101 du capteur 102, tandis que les vallées 109 en sont séparées par de l'air. 109 between the ridges 108. The ridges 108 are in contact with the acquisition surface 101 of the sensor 102, while the valleys 109 are separated by air.
Il apparaît donc que la lumière en provenance d'une vallée 109, dont le trajet lumineuxIt therefore appears that the light coming from a valley 109, whose light path
110 est représenté par une flèche en tiret, doit traverser de l'air avant d'atteindre la surface d'acquisition 101 du capteur 102, tandis que la lumière en provenance d'une crête 108, dont le trajet lumineux 112 est représenté par une flèche en trait plein, ne traverse pas d'air pour atteindre la surface d'acquisition 101 du capteur 102, les crêtes 108 étant en contact avec la surface d'acquisition 101 du capteur 102. Par conséquent, il y a une différence de longueur des trajets lumineux 110, 112 entre la lumière en provenance d'une crête 108 et la lumière en provenance d'une vallée 109. Les pertes d'intensité lumineuse étant d'autant plus élevées que le trajet est long, la lumière en provenance d'une crête108 présente une intensité plus élevée que la lumière en provenance d'une vallée 109. 110 is represented by a dashed arrow, must pass through air before reaching the acquisition surface 101 of the sensor 102, while the light coming from a peak 108, whose light path 112 is represented by a arrow in full line, does not cross air to reach the acquisition surface 101 of the sensor 102, the peaks 108 being in contact with the acquisition surface 101 of the sensor 102. Therefore, there is a difference in length of the light paths 110, 112 between light from a peak 108 and light from a valley 109. The loss of luminous intensity being all the greater as the path is long, the light coming from a peak108 has a higher intensity than the light coming from a valley 109.
L'image acquise par un tel capteur CMOS présente ainsi des différences de contrastes entre les pixels correspondant à des crêtes 108 et les pixels correspondant à des vallées 108 de l'empreinte digitale du doigt 100. Cette différence de contraste résulte : The image acquired by such a CMOS sensor thus has contrast differences between the pixels corresponding to peaks 108 and the pixels corresponding to valleys 108 of the fingerprint 100. This difference in contrast results from:
- des pertes de Fresnel à l'interface entre la surface d'acquisition 101 du capteur et l'air, affectant la lumière en provenance d'une vallée 109 doit traverser une interface air-capteur, tandis que la lumière en provenance d'une crête 108 traverse une interface doigt-capteur, plus faiblement réfractive puisque l'indice de réfraction de la couche transparente 106 du capteur est généralement plus poche de l'indice de réfraction du doigt que de l'indice de réfraction de l'air ; et  Fresnel losses at the interface between the acquisition surface 101 of the sensor and the air, affecting the light coming from a valley 109, must pass through an air-sensor interface, while the light coming from a peak 108 passes through a finger-sensor interface, more weakly refractive since the refractive index of the transparent layer 106 of the sensor is generally more pocket of the index of refraction of the finger than the refractive index of the air; and
- de la différence de la longueur du trajet lumineux entre la lumière en provenance d'une crête 108 et la lumière en provenance d'une vallée 109. Le contraste résultant principalement de cette différence des longueurs des trajets lumineux 110, 112. Toutefois, cette différence de longueur du trajet lumineux dépend essentiellement de la profondeur des vallées 109 et de la hauteur des crêtes 108, qui est de l'ordre de 40-60μιη chez les adultes. Or, la lumière doit dans les deux cas parcourir la couche transparente 106 pour atteindre les photodétecteurs. Cette couche transparente 106 présente typiquement une épaisseur d'environ 5 μιη. Ainsi, la différence relative entre les longueurs des trajets lumineux 110, 112 est à peine atténuée par l'épaisseur de cette couche transparente 106, puisque la différence des longueurs des trajets lumineux 110, 112 représente alors une différence d'environ un facteur 10. De plus, comme illustré sur la figure 2, il est par ailleurs courant de disposer une plaque de verre 116 au-dessus de la couche transparente 106 afin de protéger le capteur des agressions extérieures. Une telle plaque de verre présente typiquement une épaisseur de 400 μιη. La lumière doit donc traverser la plaque de verre 116 en plus de la couche transparente 106. Dans ce cas, la différence relative entre les longueurs des trajets lumineux 110, 116 ne représente plus qu'une petite partie des longueurs des trajets lumineux (moins de 10%). Il n'y a donc plus beaucoup de différence d'intensité entre la lumière en provenance d'une crête 108 et la lumière en provenance d'une vallée 109. Il en résulte un faible contraste entre les pixels correspondant à des crêtes 108 et les pixels correspondant à des vallées 109 de l'empreinte digitale du doigt 100. De plus, puisque le verre étant un milieu isotrope, l'augmentation de la distance entre les photodétecteurs 104 et le doigt 100 implique que la lumière provenant d'un point du doigt puisse atteindre plusieurs photodétecteurs 104 par propagation latérale ou oblique, avec des différences de trajet lumineux trop faibles pour permettre de distinguer entre la lumière en provenance d'un point du doigt face à un photodétecteur 104 et les points du doigt en face d'autres photodétecteurs 108. Il en résulte une faible résolution lumineuse. the difference in the length of the light path between the light coming from a peak 108 and the light coming from a valley 109. The contrast resulting mainly from this difference in the lengths of the light paths 110, 112. difference in length of the light path depends essentially on the depth of the valleys 109 and the height of the ridges 108, which is of the order of 40-60μιη in adults. However, in both cases the light must travel through the transparent layer 106 to reach the photodetectors. This transparent layer 106 typically has a thickness of about 5 μιη. Thus, the relative difference between the lengths of the light paths 110, 112 is hardly attenuated by the thickness of this transparent layer 106, since the difference in the lengths of the light paths 110, 112 then represents a difference of approximately a factor of 10. In addition, as illustrated in Figure 2, it is also common to have a glass plate 116 above the transparent layer 106 to protect the sensor from external aggression. Such a glass plate typically has a thickness of 400 μιη. The light must therefore pass through the glass plate 116 in addition to the transparent layer 106. In this case, the relative difference between the lengths of the light paths 110, 116 represents only a small portion of the lengths of the light paths (less than 10%). So there is not much difference in intensity between light from a peak 108 and the light from a valley 109. This results in a low contrast between the pixels corresponding to peaks 108 and pixels corresponding to valleys 109 of the fingerprint 100. Moreover, since glass is an isotropic medium, increasing the distance between photodetectors 104 and finger 100 implies that light from a finger point can reach several photodetectors 104 by lateral or oblique propagation, with differences light path too weak to distinguish between the light from a point of the finger facing a photodetector 104 and finger points in front of other photodetectors 108. This results in a low light resolution.
Afin d'améliorer la résolution, les demandes de brevet US2016/0224816 et US2016/0254312 proposent de disposer des collimateurs en face de photodiodes afin de ne laisser passer que la lumière se propageant selon une direction proche de la normale. Cette solution ne permet toutefois pas d'améliorer le contraste. In order to improve the resolution, patent applications US2016 / 0224816 and US2016 / 0254312 propose having collimators facing photodiodes in order to let only the light propagating in a direction close to normal. This solution, however, does not improve the contrast.
PRESENTATION DE L'INVENTION PRESENTATION OF THE INVENTION
L'invention a pour but de remédier au moins en partie à ces inconvénients et préférentiellement à tous, en proposant un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales simple, économique et de faible encombrement, permettant notamment de le monter sur un appareil électronique portatif tel qu'un téléphone intelligent, tout en assurant l'acquisition d'images d'empreintes digitales présentant une résolution et un contraste suffisant pour pouvoir mettre en œuvre des procédés d'identification biométrique. The aim of the invention is to remedy at least part of these drawbacks and preferentially to all, by proposing a simple, inexpensive and low-volume fingerprint acquisition device, in particular enabling it to be mounted on a portable electronic device such as as a smartphone, while ensuring the acquisition of fingerprint images having a resolution and a sufficient contrast to be able to implement biometric identification processes.
A cet égard, il est proposé un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales conforme à la revendication 1. In this regard, there is provided a fingerprint acquisition device according to claim 1.
La zone d'occultation, en bloquant arrivant en ligne droite depuis la surface d'acquisition et en laissant passer la lumière arrivant de façon oblique permet de bloquer de la lumière en provenance des vallées du doigt tout en laissant passer la lumière en provenance des crêtes. L'image résultante montre ainsi un fort contraste entre la lumière en provenance d'une crête et la lumière en provenance d'une vallée, cette dernière étant majoritairement bloquée par la zone d'occultation. Il n'y a donc plus de perte de résolution en raison de l'accroissement de la distance entre les photodétecteurs et la surface d'acquisition du capteur où est apposé le doigt. La zone d'occultation forme aussi un passage de lumière étroit qui limite angulairement la prise de la lumière latérale, c'est-à-dire que seule la lumière dont le trajet lumineux est aligné avec le passage transparent peut passer. Ceci augmente la résolution spatiale du dispositif même avec un milieu transparent épais. The blocking zone, blocking arriving in a straight line from the acquisition surface and allowing light to pass obliquely, allows light to be blocked from the finger valleys while allowing the light coming from the peaks to pass through. . The resulting image thus shows a strong contrast between the light coming from a ridge and the light coming from a valley, the latter being mainly blocked by the occultation zone. There is therefore no loss of resolution due to the increase in the distance between the photodetectors and the acquisition surface of the sensor where the finger is affixed. The occultation zone also forms a narrow passage of light which angularly limits the catch of the lateral light, that is to say that only the light whose light path is aligned with the transparent passage can pass. This increases the spatial resolution of the device even with a thick transparent medium.
Ce dispositif est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : This device is advantageously completed by the following features, taken alone or in any of their technically possible combinations:
- la zone d'occultation est adaptée pour bloquer la lumière dans une direction normale à la surface d'acquisition pour au moins 80% de la surface photosensible de chaque photodétecteur ;  the occultation zone is adapted to block the light in a direction normal to the acquisition surface for at least 80% of the photosensitive surface of each photodetector;
- la zone d'occultation est adaptée pour bloquer la lumière dans une direction normale à la surface d'acquisition pour l'ensemble de la surface photosensible de chaque photodétecteur;  the occultation zone is adapted to block the light in a direction normal to the acquisition surface for the entire photosensitive surface of each photodetector;
- la zone d'occultation comprend au moins :  the occultation zone comprises at least:
- une première couche opaque s'étendant parallèlement à la surface d'acquisition, a first opaque layer extending parallel to the acquisition surface,
- une seconde couche opaque s'étendant parallèlement à la surface d'acquisition et située entre la première couche opaque et les photo-détecteurs, a second opaque layer extending parallel to the acquisition surface and situated between the first opaque layer and the photodetectors,
la première couche opaque et la seconde couche opaque comportant des ouvertures non alignées dans une direction normale à la surface d'acquisition et formant les passages transparents de la zone d'occultation; the first opaque layer and the second opaque layer having non-aligned apertures in a direction normal to the acquisition surface and forming the transparent passages of the occlusion zone;
- la zone d'occultation est adaptée pour bloquer la lumière dans une direction normale à la surface d'acquisition pour l'ensemble de la surface photosensible de chaque photodétecteur, et les ouvertures de la première couche opaque font face à la seconde couche opaque en-dehors des ouvertures de ladite seconde couche opaque, et les ouvertures de la seconde couche opaque font face à la première couche opaque en-dehors des ouvertures de ladite première couche opaque;  the occultation zone is adapted to block the light in a direction normal to the acquisition surface for the entire photosensitive surface of each photodetector, and the openings of the first opaque layer face the second opaque layer; outside the openings of said second opaque layer, and the openings of the second opaque layer face the opaque first layer outside the openings of said first opaque layer;
- les ouvertures de la seconde couche opaque sont spatialement décalées dans une direction parallèle à la surface d'acquisition par rapport aux ouvertures de la première couche opaque, une ouverture de la seconde couche opaque correspondant à une ouverture de la première couche opaque par ce décalage, ladite ouverture de la première couche et ladite ouverture de la seconde couche opaque correspondante formant un couple d'ouvertures définissant un passage transparent de la zone d'occultation;  the openings of the second opaque layer are spatially offset in a direction parallel to the acquisition surface with respect to the openings of the first opaque layer, an opening of the second opaque layer corresponding to an opening of the first opaque layer by this offset; said opening of the first layer and said opening of the corresponding second opaque layer forming a pair of apertures defining a transparent passage of the occlusion zone;
- des interconnexions opaques relient la première couche opaque et la seconde couche opaque et entourent chaque couple d'ouvertures;  opaque interconnections connect the first opaque layer and the second opaque layer and surround each pair of openings;
- le milieu de propagation présente un indice de réfraction n supérieur à 1 ,3, et: - les passages transparents du milieu de propagation sont conformés pour permettre un trajet lumineux entre la surface d'acquisition et un point d'une surface photosensible d'un photodétecteur lorsque ledit trajet lumineux forme avec la normale à la surface d'acquisition un angle supérieur à arcsin (1 /n) the propagation medium has a refractive index n greater than 1, 3, and: the transparent passages of the propagation medium are shaped to allow a light path between the acquisition surface and a point of a photosensitive surface of a photodetector when said light path forms with the normal to the acquisition surface a higher angle to arcsin (1 / n)
- la zone d'occultation est conformée pour bloquer un trajet lumineux entre la surface d'acquisition et un point d'une surface photosensible d'un photodétecteur lorsque ledit trajet lumineux forme avec la normale à la surface d'acquisition un angle strictement inférieur à arcsin (1 /n). L'invention concerne également un appareil électronique portatif muni d'un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention.  the occultation zone is shaped to block a light path between the acquisition surface and a point of a photosensitive surface of a photodetector when said light path forms with the normal to the acquisition surface an angle strictly less than arcsin (1 / n). The invention also relates to a portable electronic device provided with a fingerprint acquisition device according to any one of the embodiments of the invention.
L'invention concerne également un procédé comprenant les étapes de: The invention also relates to a method comprising the steps of:
- fabrication d'une matrice de photodétecteurs,  - manufacture of a matrix of photodetectors,
- fabrication du milieu de propagation contenant la zone d'occultation, ladite zone d'occultation comprenant des passages transparents,  manufacturing of the propagation medium containing the occultation zone, said occultation zone comprising transparent passages,
- mise en place milieu de propagation par rapport à la matrice de photodétecteurs de sorte que les passages transparents soient alignés obliquement avec les photodétecteurs.  - Setting propagation medium relative to the photodetector matrix so that the transparent passages are aligned obliquely with the photodetectors.
PRESENTATION DES FIGURES PRESENTATION OF FIGURES
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisations et des variantes selon la présente invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: The invention will be better understood, thanks to the following description, which refers to embodiments and variants according to the present invention, given as non-limiting examples and explained with reference to the attached schematic drawings, in which: :
- les figures 1 et 2, déjà commentées, illustrent schématiquement un doigt posé à la surface d'un capteur selon l'état de la technique et des trajets lumineux depuis ce doigt jusqu'à des photodétecteurs,  - Figures 1 and 2, already commented, schematically illustrate a finger placed on the surface of a sensor according to the state of the art and light paths from this finger to photodetectors,
- la figure 3 illustre schématiquement le principe d'un capteur selon un mode de réalisation possible de l'invention,  FIG. 3 schematically illustrates the principle of a sensor according to one possible embodiment of the invention,
- la figure 4 illustre schématiquement un capteur selon un mode de réalisation possible de l'invention, dans lequel la zone d'occultation comprend deux couches opaques. - la figure 5 illustre schématiquement un capteur selon un mode de réalisation possible de l'invention, dans lequel la zone d'occultation comprend deux couches opaques reliées par des cloisons d'interconnexion. - Figure 4 schematically illustrates a sensor according to a possible embodiment of the invention, wherein the occultation zone comprises two opaque layers. - Figure 5 schematically illustrates a sensor according to a possible embodiment of the invention, wherein the occultation zone comprises two opaque layers connected by interconnection partitions.
Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires sont désignés par les mêmes références.  In all the figures, the similar elements are designated by the same references.
DESCRIPTION DETAILLEE DETAILED DESCRIPTION
En référence aux figures 3 à 5, un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales comprend un capteur d'images 1 , ledit capteur 1 comprenant une matrice 3 de photodétecteurs 4. Une telle matrice 3 comporte typiquement plusieurs milliers de photodétecteurs 4 afin de présenter une résolution acceptable. Ces photodétecteurs 4 sont formés sur un substrat 5 semi-conducteur et peuvent être de tout type, dès lors que ces photodétecteurs 4 sont sensibles à la lumière et permettent ainsi d'acquérir une image. De préférence, ces photodétecteurs 4 sont des photodiodes réalisées par la technologie CMOS. Cependant, les photodétecteurs peuvent être de tout type détecteur dès lors qu'ils sont sensibles à la lumière, comme des photodiodes ou des photorésistances. Le capteur 1 comprend une surface d'acquisition 6 du côté opposé au substrat 5 et destinée à recevoir un doigt 100. Chaque photodétecteur 4 présente une surface photosensible 8 faisant face à la surface d'acquisition 6. Généralement, cette surface photosensible 8 correspond à l'étendue d'une zone dopée du substrat 5 dans laquelle des charges sont générées par l'action de la lumière. Afin de simplifier, les figures 3 et 4 montrent simplement l'emplacement d'un photodétecteur 4. La figure 5, plus complète, montre également une couche transparente 10 disposée au-dessus des photodétecteurs 4 en direction de la surface d'acquisition 6, qui contient les interconnexions métalliques 12 nécessaires au fonctionnement des photodétecteurs 4, notamment les pistes conductrices et les transistors permettant de lire les photodétecteurs. With reference to FIGS. 3 to 5, a fingerprint acquisition device comprises an image sensor 1, said sensor 1 comprising a matrix 3 of photodetectors 4. Such a matrix 3 typically comprises several thousand photodetectors 4 in order to present an acceptable resolution. These photodetectors 4 are formed on a semiconductor substrate and can be of any type, since these photodetectors 4 are sensitive to light and thus make it possible to acquire an image. Preferably, these photodetectors 4 are photodiodes produced by CMOS technology. However, photodetectors may be of any detector type as long as they are sensitive to light, such as photodiodes or photoresistors. The sensor 1 comprises an acquisition surface 6 on the side opposite the substrate 5 and intended to receive a finger 100. Each photodetector 4 has a photosensitive surface 8 facing the acquisition surface 6. Generally, this photosensitive surface 8 corresponds to the extent of a doped area of the substrate 5 in which charges are generated by the action of light. In order to simplify, FIGS. 3 and 4 simply show the location of a photodetector 4. FIG. 5, which is more complete, also shows a transparent layer 10 placed above the photodetectors 4 towards the acquisition surface 6, which contains the metal interconnections 12 necessary for the operation of the photodetectors 4, in particular the conductive tracks and the transistors making it possible to read the photodetectors.
Sur les figures 3 à 5, un doigt 100 est apposé sur la surface d'acquisition 6 du capteur 1. Le capteur 1 est configuré pour acquérir au moins une image des empreintes digitales du doigt 100 lorsque ledit doigt 100 est en contact avec la surface d'acquisition 6 du capteur, comme illustré. Le doigt 100 présente à sa surface des empreintes digitales comprenant des crêtes 108 et des vallées 109 entre les crêtes. Les crêtes 108 sont au contact de la surface d'acquisition 6 du capteur, tandis que les vallées 109 en sont séparées par de l'air. In FIGS. 3 to 5, a finger 100 is affixed to the acquisition surface 6 of the sensor 1. The sensor 1 is configured to acquire at least one image of the fingerprints of the finger 100 when said finger 100 is in contact with the surface acquisition of the sensor 6, as illustrated. The finger 100 has on its surface fingerprints comprising ridges 108 and valleys 109 between the crests. The ridges 108 are in contact with the acquisition surface 6 of the sensor, while the valleys 109 are separated by air.
Entre les photodétecteurs et la surface d'acquisition, le capteur 1 comprend un milieu de propagation 14 adapté pour laisser passer la lumière. Le milieu de propagation 14 est donc en matériau transparent. Le milieu de propagation 14 est de préférence transparent à des longueurs d'onde dans la bande sensible de photodétecteur silicium, soit entre 200 nm et 1000 nm, comme par exemple la lumière visible et/ou l'infrarouge. Le milieu de propagation 14 peut par exemple être en simple verre minéral, plastiques comme PMMA ou PC, saphir etc. Between the photodetectors and the acquisition surface, the sensor 1 comprises a propagation medium 14 adapted to let the light pass. The propagation medium 14 is therefore in transparent material. The propagation medium 14 is preferably transparent at wavelengths in the sensitive strip of silicon photodetector, ie between 200 nm and 1000 nm, such as for example visible light and / or infrared light. The propagation medium 14 may for example be in simple mineral glass, plastics such as PMMA or PC, sapphire etc.
Le milieu de propagation 14 peut être homogène et constitué d'un seul matériau, ou bien être constitué de plusieurs couches superposées de matériaux avec différentes caractéristiques. Par exemple, une première couche de verre minéral, comme un verre de protection, peut recouvrir une seconde couche en un autre matériau transparent couramment utilisé en micro-électronique tel que le dioxyde de silicium S1O2, ou le nitrure de silicium S13N4. Les deux couches forment ensemble le milieu de propagation 14. Avantageusement, c'est dans cette seconde couche qui accueille une zone d'occultation. Ce milieu de propagation 14 présente un indice de réfraction strictement supérieur à 1 , c'est-à-dire supérieur à l'air, et est de préférence supérieur à 1 ,3 en particulier afin de pouvoir capter une empreinte digitale d'un doigt mouillé. The propagation medium 14 may be homogeneous and consist of a single material, or consist of several superimposed layers of materials with different characteristics. For example, a first mineral glass layer, such as a protective glass, may cover a second layer of another transparent material commonly used in microelectronics such as silicon dioxide S102, or silicon nitride S13N4. The two layers together form the propagation medium 14. Advantageously, it is in this second layer that hosts an occultation zone. This propagation medium 14 has a refractive index strictly greater than 1, that is to say greater than the air, and is preferably greater than 1.3, in particular in order to be able to capture a fingerprint of a finger. wet.
Le milieu de propagation 14 s'étend entre les photodétecteurs 4 et la surface d'acquisition 6. Plus précisément, le milieu de propagation 14 est disposé sur la couche transparente 10 disposée au-dessus des photodétecteurs 4 en direction de la surface d'acquisition 6, qui contient les interconnexions métalliques 12. Il est également possible que les interconnexions métalliques 12 des photodétecteurs 4 soient contenues dans le milieu de propagation 14. The propagation medium 14 extends between the photodetectors 4 and the acquisition surface 6. More specifically, the propagation medium 14 is disposed on the transparent layer 10 disposed above the photodetectors 4 in the direction of the acquisition surface. 6, which contains the metal interconnections 12. It is also possible that the metal interconnections 12 of the photodetectors 4 are contained in the propagation medium 14.
La surface du milieu de propagation 14 du côté opposé aux photodétecteurs 4 constitue la surface d'acquisition 6 du capteur sur lequel un doigt 100 peut y être apposé pour en acquérir les empreintes digitales. De préférence, le milieu de propagation 14 présente une épaisseur, entre la surface d'acquisition 6 et les photodétecteurs 4, supérieur à au moins 10 μιη, et de préférence d'au moins 50 μιη. Par exemple, le milieu de propagation 14 peut constituer une couche de protection d'une épaisseur comprise entre 400 μιη et 1000 μιη. The surface of the propagation medium 14 on the side opposite to the photodetectors 4 constitutes the acquisition surface 6 of the sensor on which a finger 100 can be affixed to acquire the fingerprints. Preferably, the propagation medium 14 has a thickness, between the acquisition surface 6 and the photodetectors 4, greater than at least 10 μιη, and preferably at least 50 μιη. For example, the propagation medium 14 may constitute a protective layer with a thickness of between 400 μιη and 1000 μιη.
Le milieu de propagation 14 comprenant des éléments d'occultation 16 s'étendant parallèlement à la surface d'acquisition 6. Ces éléments d'occultation 16 sont adaptés pour bloquer toute lumière 120 ayant traversé la surface d'acquisition 6 et se propageant dans le milieu de propagation 14 selon une direction normale à la surface d'acquisition 6. Pour ce faire, la zone d'occultation comprend une partie opaque 16a en matériau opaque, adapté pour bloquer la lumière dans les longueurs d'onde de la bande sensible d'un photodétecteur silicium, soit entre 200 nm et 1000 nm, comme par exemple la lumière visible et l'infrarouge. Le matériau opaque peut par exemple être du métal, du verre noirci ou du plastique teinté. The propagation medium 14 comprises occulting elements 16 extending parallel to the acquisition surface 6. These occulting elements 16 are adapted to block any light 120 having passed through the acquisition surface 6 and propagating in the propagation medium 14 in a direction normal to the acquisition surface 6. To do this, the occultation zone comprises an opaque part 16a of opaque material, adapted to block the light in the wavelengths of the sensitive band of a silicon photodetector, ie between 200 nm and 1000 nm, such as visible light and infrared. The opaque material may for example be metal, blackened glass or tinted plastic.
La zone d'occultation 16 est adaptée pour bloquer totalement la lumière dont le trajet lumineux 120 est dans une direction normale à la surface d'acquisition 6 passant par un point de la surface photosensible 8 de chaque photodétecteur 4. Ainsi, la partie opaque 16a de la zone d'occultation 16 peut être conformée pour couvrir totalement (i.e. 100%) la surface photosensible 8 de chaque photodétecteur 4 dans une direction normale à la surface d'acquisition 6. The occultation zone 16 is adapted to completely block the light whose light path 120 is in a direction normal to the acquisition surface 6 passing through a point of the photosensitive surface 8 of each photodetector 4. Thus, the opaque portion 16a of the occultation zone 16 may be shaped to completely cover (ie 100%) the photosensitive surface 8 of each photodetector 4 in a direction normal to the acquisition surface 6.
Ainsi, sur l'exemple de la figure 3, la partie opaque 16a de la zone d'occultation 16 recouvre entièrement la surface photosensible 8 de chaque photodétecteur 4 dans une direction normale à la surface d'acquisition 6. En découpant le capteur selon un plan perpendiculaire à la surface d'acquisition 6, un plan de coupe comportant un point de la surface photosensible 8 d'un photodétecteur 4 comporte également, au-dessus de ce point, une partie opaque 16a de la zone d'occultation 16. Thus, in the example of FIG. 3, the opaque portion 16a of the occulting zone 16 completely covers the photosensitive surface 8 of each photodetector 4 in a direction normal to the acquisition surface 6. By cutting the sensor according to a plane perpendicular to the acquisition surface 6, a sectional plane comprising a point of the photosensitive surface 8 of a photodetector 4 also comprises, above this point, an opaque portion 16a of the occulting zone 16.
Il en résulte que les rayons lumineux dont le trajet lumineux 120 dans le milieu de propagation 14 est normal à la surface d'acquisition 6, sont bloqués par la zone d'occultation 16 et ne parviennent pas jusqu'aux photodétecteurs 4. As a result, the light rays whose light path 120 in the propagation medium 14 is normal to the acquisition surface 6, are blocked by the occultation zone 16 and do not reach the photodetectors 4.
Toutefois, la zone d'occultation 16 comporte des passages transparents 16b permettant à de la lumière ayant traversé la surface d'acquisition 6 et se propageant dans le milieu de propagation 14 selon un trajet lumineux 122 avec une direction différente d'une direction normale à la surface d'acquisition 6 d'atteindre les photodétecteurs. On a représenté, sur les figures 3 à 5, par des flèches pleines 122 des trajets lumineux traversant la surface d'acquisition 6 et atteignant une surface sensible 8 d'un photodétecteur 4 en traversant un passage transparent 16b, et par des flèches en tirets 120, 121 , 125 des trajets lumineux traversant la surface d'acquisition 6 et n'atteignant pas les une surface sensible 8 d'un photodétecteur 4. However, the occultation zone 16 has transparent passages 16b allowing light having passed through the acquisition surface 6 and propagating in the propagation medium 14 along a light path 122 with a direction different from a direction normal to the acquisition surface 6 to reach the photodetectors. FIGS. 3 to 5 show, by full arrows 122, light paths crossing the surface 6 and reaching a sensitive surface 8 of a photodetector 4 through a transparent passage 16b, and by dashed arrows 120, 121, 125 light paths passing through the acquisition surface 6 and not reaching the sensitive surface 8 of a photodetector 4.
Ces passages transparents 16b s'étendent obliquement par rapport à la normale à la surface d'acquisition 6. Ainsi, seuls les rayons lumineux se propageant selon un trajet lumineux 122 avec un angle 0b suffisant par rapport à la normale peuvent atteindre la surface sensible 8 des photodétecteurs 4, tandis que les rayons lumineux se propageant selon un trajet lumineux 121 avec un angle Qa proche de la normale sont bloqués par la zone d'occultation 16. Pour chaque photodétecteur 4, un passage transparent 16b permet à des rayons obliques d'atteindre ladite photodétecteur 4, de sorte qu'il y a autant de passages transparents 16b que de photodétecteurs 4. De préférence, les passages transparents 16b sont définis par des trous dans la partie opaque 16a de la zone d'occultation 16. These transparent passages 16b extend obliquely with respect to the normal to the acquisition surface 6. Thus, only the light rays propagating along a light path 122 with an angle 0b sufficient relative to the normal can reach the sensitive surface 8 photodetectors 4, whereas the light rays propagating along a light path 121 with an angle Q a close to the normal are blocked by the occultation zone 16. For each photodetector 4, a transparent passage 16b allows oblique radii of reaching said photodetector 4, so that there are as many transparent passages 16b as photodetectors 4. Preferably, the transparent passages 16b are defined by holes in the opaque portion 16a of the occulting zone 16.
Les dimensions de ces passages transparents 16b sont choisies pour permettre à suffisamment de rayons lumineux se propageant dans le milieu de propagation 14 depuis un point de la surface d'acquisition 6 dans une plage angulaire déterminée d'atteindre la surface sensible 8 des photodétecteurs 4, tout en bloquant les autres. On peut par exemple déterminer ces dimensions en fonction de la surface sensible 8 d'un photodétecteur 4. Les extrémités de la surface sensible 8 forment avec le point de la surface d'acquisition 6 dont on veut permettre l'acquisition un triangle qui définit les dimensions du passage transparent 16b qui doit laisser passer les rayons lumineux. The dimensions of these transparent passages 16b are chosen to allow sufficient light rays propagating in the propagation medium 14 from a point of the acquisition surface 6 in a given angular range to reach the sensitive surface 8 of the photodetectors 4, while blocking others. For example, these dimensions can be determined as a function of the sensitive surface 8 of a photodetector 4. The ends of the sensitive surface 8 form, with the point of the acquisition surface 6 whose acquisition is to be acquired, a triangle defining the dimensions of the transparent passage 16b which must let the light rays pass.
La zone d'occultation 16 permet ainsi de limiter géométriquement l'origine des rayons lumineux qui atteignent les photodétecteurs 4. On peut alors conserver une bonne résolution même lorsque la distance entre les photodétecteurs 4 et le doigt 100 devient importante, ce qui n'est pas le cas avec les dispositifs de l'état de la technique tels que celui de la figure 2. The occultation zone 16 thus makes it possible to geometrically limit the origin of the light rays that reach the photodetectors 4. It is then possible to maintain a good resolution even when the distance between the photodetectors 4 and the finger 100 becomes significant, which is not the case. not the case with the devices of the state of the art such as that of Figure 2.
I l est particulièrement avantageux de conformer les passages transparents 16b pour permettre un trajet lumineux 122 entre un point d'une surface photosensible 8 d'un photodétecteur 4 et la surface d'acquisition 6 lorsque ledit trajet lumineux forme avec la normale à la surface d'acquisition 6 un angle 0b supérieur à l'angle critique Qc de l'interface entre l'air et le milieu de propagation 14, du côté du milieu de propagation 14. Plus précisément, le milieu de propagation 1 présentant un indice de réfraction n supérieur à 1 ,3, les passages transparents 16b sont conformés pour permettre un trajet lumineux 122 entre un point d'une surface photosensible 8 d'un photodétecteur 4 et la surface d'acquisition 6 lorsque ledit trajet lumineux 122 forme avec la normale à la surface d'acquisition 6 un angle 0b supérieur à arcsin(1 /n). It is particularly advantageous to shape the transparent passages 16b to allow a light path 122 between a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector 4 and the acquisition surface 6 when said light path forms with the normal to the surface of the photodetector. acquisition 6 an angle 0b greater than the critical angle Q c of the interface between the air and the propagation medium 14, the propagation medium side 14. More specifically, the propagation medium 1 having a refractive index n greater than 1.3, the transparent passages 16b are shaped to allow a light path 122 between a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector 4 and the surface of acquisition 6 when said light path 122 forms with the normal to the acquisition surface 6 an angle 0b greater than arcsine (1 / n).
Concernant la borne haute des angles avec la normale formés par les trajets lumineux 122 des rayons lumineux pouvant traverser un passage transparent 16b de la zone d'occultation, il suffit de considérer que la limite exposée au-dessus correspond à un trajet lumineux 122 des rayons lumineux atteignant une extrémité de la surface photosensible 8 d'un photodétecteur 4 tandis que les rayons lumineux avec les angles les plus élevés pouvant passer le passage transparent 16b atteignent l'extrémité opposée de la surface photosensible 8 du même photodétecteur 4. De façon similaire, la zone d'occultation 16 peut être conformée pour bloquer tout trajet lumineux 120, 121 entre la surface d'acquisition 6 et un point d'une surface photosensible 8 d'un photodétecteur lorsque ledit trajet lumineux forme avec la normale à la surface d'acquisition 6 un angle strictement inférieur à l'angle critique Qc de l'interface entre l'air et le milieu de propagation 14, du côté du milieu de propagation 14, par exemple lorsque le rayon lumineux se propage selon un trajet lumineux 120 normal à la surface d'acquisition 6 en direction d'un photodétecteur 4. Plus précisément, la zone d'occultation 16 peut être conformée pour bloquer un trajet lumineux 120, 121 entre un point d'une surface photosensible 8 d'un photodétecteur 4 et la surface d'acquisition 6 lorsque ledit trajet lumineux 120, 121 forme avec la normale à la surface d'acquisition 6 un angle Qa strictement inférieur à arcsin (1 /n). Concerning the upper bound of the angles with the normal formed by the light paths 122 of the light rays that can pass through a transparent passage 16b of the occultation zone, it is sufficient to consider that the limit exposed above corresponds to a luminous path 122 of the radii light reaching one end of the photosensitive surface 8 of a photodetector 4 while the light rays with the highest angles able to pass the transparent passage 16b reach the opposite end of the photosensitive surface 8 of the same photodetector 4. Similarly, the occulting zone 16 may be shaped to block any light path 120, 121 between the acquisition surface 6 and a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector when said light path forms with the normal to the surface of acquisition 6 an angle strictly less than the critical angle Q c of the interface between the air and the propagation medium 14, on the middle side of propagation 14, for example when the light beam propagates along a light path 120 normal to the acquisition surface 6 towards a photodetector 4. More specifically, the shading area 16 can be shaped to block a light path 120, 121 between a point of a photosensitive surface 8 of a photodetector 4 and the acquisition surface 6 when said light path 120, 121 forms with the normal to the acquisition surface 6 an angle Q a strictly less than arcsin (1 / n).
Comme indiqué plus haut, le doigt 100 présente à sa surface des empreintes digitales comprenant des crêtes 108 et des vallées 109 entre les crêtes 108. Les crêtes 108 sont au contact de la surface d'acquisition 6 du capteur 1 , tandis que les vallées 109 en sont séparées par de l'air. Ainsi, la lumière en provenance d'une vallée 109 doit traverser une interface air-capteur, tandis que la lumière en provenance d'une crête 1 08 traverse une interface doigt-capteur. Ainsi, la lumière en provenance d'une vallée 109 est réfléchie par la surface d'acquisition 6 et ne peut pas traverser l'interface entre l'air et la surface d'acquisition 6 lorsque l'angle d'incidence du trajet lumineux 125 sur la surface d'acquisition est trop élevé par rapport à la normale à la surface d'acquisition 6. A l'inverse, la lumière en provenance d'une crête 108 peut traverser la surface d'acquisition 6 avec un angle d'incidence beaucoup plus élevé. Par conséquent, en conformant la zone d'occultation 16 pour qu'elle laisse passer par les passages transparents les trajets lumineux 122 présentant un angle supérieur à l'angle critique Qc, seule la lumière en provenance des crêtes 108 peut atteindre les photodétecteurs 4. Il en résulte un fort contraste dans l'image acquise entre les pixels correspondant à des vallées 109 et des pixels correspondant à des crêtes 108 puisque seuls ceux-ci sont lumineux. As indicated above, the finger 100 has at its surface fingerprints including ridges 108 and valleys 109 between the ridges 108. The ridges 108 are in contact with the acquisition surface 6 of the sensor 1, while the valleys 109 are separated by air. Thus, the light from a valley 109 must pass through an air-sensor interface, while the light from a peak 108 passes through a finger-sensor interface. Thus, the light coming from a valley 109 is reflected by the acquisition surface 6 and can not pass through the interface between the air and the acquisition surface 6 when the angle of incidence of the light path 125 on the acquisition surface is too high compared to the normal to the acquisition surface 6. On the contrary, the light coming from a peak 108 can pass through the acquisition surface 6 with a much higher angle of incidence. Consequently, by shading the shading zone 16 so that it passes through the transparent passages the light paths 122 having an angle greater than the critical angle Q c , only the light coming from the peaks 108 can reach the photodetectors 4 This results in a strong contrast in the image acquired between the pixels corresponding to valleys 109 and pixels corresponding to peaks 108 since only these are luminous.
Il peut être toutefois difficile de percer des trous obliques dans une couche opaque pour former les passages transparents 16b de la zone d'occultation 16. Il est possible de simplifier la fabrication du capteur 1 avec une zone d'occultation 16 constituée de plusieurs couches opaques superposées, comportant des trous traversants non alignés, qui ne sont plus nécessairement obliques. However, it may be difficult to drill oblique holes in an opaque layer to form the transparent passages 16b of the occultation zone 16. It is possible to simplify the manufacture of the sensor 1 with an occultation zone 16 consisting of several opaque layers superimposed, having non-aligned through holes, which are not necessarily oblique.
De préférence, et ainsi qu'illustré sur les figures 4 et 5, la zone d'occultation comprend ainsi au moins une première couche opaque 21 s'étendant parallèlement à la surface d'acquisition, et une seconde couche opaque 22 s'étendant parallèlement à la surface d'acquisition. La seconde couche opaque 22 est située entre la première couche opaquePreferably, and as illustrated in FIGS. 4 and 5, the occultation zone thus comprises at least a first opaque layer 21 extending parallel to the acquisition surface, and a second opaque layer 22 extending in parallel to the acquisition area. The second opaque layer 22 is located between the opaque first layer
21 et les photodétecteurs 4. La première couche opaque 21 et la seconde couche opaque21 and the photodetectors 4. The first opaque layer 21 and the second opaque layer
22 comportent des ouvertures 23, 24 non alignées dans une direction normale à la surface d'acquisition 6 et qui forment les passages transparents 16b de la zone d'occultation 16.22 comprise openings 23, 24 not aligned in a direction normal to the acquisition surface 6 and which form the transparent passages 16b of the occultation zone 16.
Chaque couche opaque 21 , 22 comprend ainsi autant d'ouvertures 23, 24 qu'il y a de passages transparents 16b et donc de photodétecteurs 4. La lumière se propageant selon un trajet lumineux normale à la surface d'acquisition 6 est alors bloquée soit par la première couche opaque 21 , soit par la seconde couche opaque 22. Each opaque layer 21, 22 thus comprises as many openings 23, 24 as there are transparent passages 16b and therefore photodetectors 4. The light propagating along a normal light path to the acquisition surface 6 is then blocked either by the first opaque layer 21, or by the second opaque layer 22.
Comme précédemment, les matériaux constitutifs d'une couche opaque 21 , 22 sont choisis pour bloquer la lumière dans les longueurs d'onde de la bande sensible d'un photodétecteur silicium, soit entre 200 nm et 1000 nm, comme par exemple la lumière visible et l'infrarouge. Le matériau peut par exemple être du métal, du verre noirci ou du plastique teinté. As previously, the materials constituting an opaque layer 21, 22 are chosen to block the light in the wavelengths of the sensitive band of a silicon photodetector, ie between 200 nm and 1000 nm, such as visible light. and the infrared. The material may for example be metal, blackened glass or tinted plastic.
Les deux couches opaques 21 , 22 sont de préférence séparées, dans une direction normale à la surface d'acquisition 6, par une distance d'au moins 0,4 μιη. Une couche opaque 21 , 22 présente par exemple une épaisseur de 0,1 à 0,5 μιη. De préférence, les ouvertures 24 de la seconde couche opaque 22 sont spatialement décalées dans une direction parallèle à la surface d'acquisition 6 par rapport aux ouvertures 23 de la première couche opaque 21 , une ouverture 24 de la seconde couche opaque 22 correspondant à une ouverture 23 de la première couche opaque 21 par ce décalage, ladite ouverture 23 de la première couche 21 et ladite ouverture 24 de la seconde couche opaque 22 correspondante formant un couple d'ouvertures définissant un passage transparent 16b pour la lumière. The two opaque layers 21, 22 are preferably separated, in a direction normal to the acquisition surface 6, by a distance of at least 0.4 μιη. An opaque layer 21, 22 has for example a thickness of 0.1 to 0.5 μιη. Preferably, the openings 24 of the second opaque layer 22 are spatially offset in a direction parallel to the acquisition surface 6 with respect to the openings 23 of the first opaque layer 21, an opening 24 of the second opaque layer 22 corresponding to a opening 23 of the first opaque layer 21 by this offset, said opening 23 of the first layer 21 and said opening 24 of the second opaque layer 22 corresponding to a pair of openings defining a transparent passage 16b for the light.
Le décalage entre les ouvertures 23, 24 respectives des couches opaques 21 , 22 détermine la quantité de lumière se propageant dans une direction normale à la surface d'acquisition 6 qui est bloquée, ainsi que la plage angulaire avec la normale à la surface d'acquisition 6 permettant aux rayons lumineux d'atteindre les photodétecteurs 4. Lorsque la zone d'occultation 16 est adaptée pour bloquer la lumière dans une direction normale à la surface d'acquisition pour l'ensemble de la surface photosensible 8 de chaque photodétecteur 4, ces ouvertures 23, 24 sont complètement décalées entre les deux couches opaques 21 , 22. Ainsi, les ouvertures 23 de la première couche opaque 21 font face à la seconde couche opaque 22 en-dehors des ouvertures 24 de ladite seconde couche opaque 22, et les ouvertures 24 de la seconde couche opaque 22 font face à la première couche opaque 21 en-dehors des ouvertures 23 de ladite première couche opaque 21. The offset between the respective apertures 23, 24 of the opaque layers 21, 22 determines the amount of light propagating in a direction normal to the acquisition surface 6 which is blocked, as well as the angular range with the normal to the surface of acquisition 6 allowing the light rays to reach the photodetectors 4. When the shading area 16 is adapted to block the light in a direction normal to the acquisition surface for the entire photosensitive surface 8 of each photodetector 4, these openings 23, 24 are completely offset between the two opaque layers 21, 22. Thus, the openings 23 of the first opaque layer 21 face the second opaque layer 22 outside the openings 24 of said second opaque layer 22, and the openings 24 of the second opaque layer 22 face the first opaque layer 21 outside the openings 23 of said first opaque layer 21.
Il est possible toutefois de tolérer un chevauchement entre les ouvertures 23 de la première couche opaque 21 et les ouvertures 24 de la seconde couche opaque 22. Dans ce cas, la zone d'occultation 16 constituée par les deux couches opaques 21 , 22 ne bloque pas la totalité de la lumière se propageant dans une direction normale à la surface d'acquisition 6. Cependant, le chevauchement des ouvertures 23, 24 est de préférence limité à moins de 50 % de la superficie de l'ouverture 23, 24 la plus petite, de préférence encore à moins de 20%, et de préférence encore à moins de 10 %. Par exemple, lorsque les couches opaques 21 , 22 sont suffisamment épaisses, il est possible qu'elles soient directement superposées (avec une distance nulle entre elles), auquel cas l'aspect oblique d'un passage transparent 16b est obtenu par un décalage des ouvertures respectives 23, 24 de la première couche opaque 21 et de la seconde couche opaque 22, avec un chevauchement entre une ouverture 23 de la première couche opaque 21 et une ouverture 24 de la seconde couche opaque 22. Ainsi qu'illustré sur la figure 5, des cloisons d'interconnexion opaques 30 peuvent relier la première couche opaque 21 et la seconde couche opaque 22 et entourer chaque couple d'ouvertures 23, 24, afin d'éviter que des rayons lumineux ne puissent se propager latéralement entre les deux couches opaques 21 , 22. En effet, en fonction notamment de la distance entre les deux couches opaques 21 , 22, il est possible que des rayons lumineux se propageant avec un angle important par rapport à la normale, passent par une ouverture 23 de la première couche opaque 21 , et atteignent une ouverture 24 de la seconde couche opaque 22 différente de l'ouverture 24 de la seconde couche opaque 22 qui forme, avec l'ouverture 23 de la première couche opaque 21 , un passage transparent 16b. Les cloisons d'interconnexion opaques 30 permettent de bloquer des rayons lumineux, qui se propageraient entre les deux couches opaques 21 , 22 hors des passages transparents 16b. Ces cloisons séparent donc les différents passages les uns des autres. It is possible, however, to tolerate an overlap between the apertures 23 of the first opaque layer 21 and the openings 24 of the second opaque layer 22. In this case, the occultation zone 16 constituted by the two opaque layers 21, 22 does not block not all the light propagating in a direction normal to the acquisition surface 6. However, the overlap of the openings 23, 24 is preferably limited to less than 50% of the area of the opening 23, 24 most small, more preferably less than 20%, and more preferably less than 10%. For example, when the opaque layers 21, 22 are sufficiently thick, it is possible that they are directly superimposed (with a zero distance between them), in which case the oblique appearance of a transparent passage 16b is obtained by a shift of respective openings 23, 24 of the first opaque layer 21 and the second opaque layer 22, with an overlap between an opening 23 of the first opaque layer 21 and an opening 24 of the second opaque layer 22. As illustrated in FIG. 5, opaque interconnecting partitions 30 can connect the first opaque layer 21 and the second opaque layer 22 and surround each pair openings 23, 24, to prevent light rays can propagate laterally between the two opaque layers 21, 22. Indeed, depending in particular on the distance between the two opaque layers 21, 22, it is possible that light rays propagating at a large angle relative to the normal, pass through an opening 23 of the first opaque layer 21, and reach an opening 24 of the second opaque layer 22 different from the opening 24 of the second opaque layer 22 which forms, with the opening 23 of the first opaque layer 21, a transparent passage 16b. The opaque interconnection partitions 30 block light rays, which would propagate between the two opaque layers 21, 22 outside the transparent passages 16b. These partitions therefore separate the different passages from each other.
Pour fabriquer un capteur tel que décrit, on peut utiliser un procédé CMOS. Les photodétecteurs 4 peuvent être soit des photodiodes en jonction PN soit des phototransistors. La zone d'occultation 16 peut être réalisée par des couches de métallisation qui sont naturellement opaques à la lumière, dans une couche constituée de dioxyde de silicium transparent. La zone d'occultation 16 réalisée ainsi est alors constituée de couches de métallisation de différents niveaux. Les interconnexions opaques 30 peuvent être réalisées de façon similaire à des vias de contact entre ces différents niveaux de métallisation. De cette façon, le capteur de la présente invention peut être entièrement fabriqué dans une usine de fabrication CMOS standard. To manufacture a sensor as described, a CMOS method can be used. The photodetectors 4 may be either PN junction photodiodes or phototransistors. The occultation zone 16 can be made by metallization layers which are naturally opaque to light in a layer made of transparent silicon dioxide. The occultation zone 16 thus produced is then composed of metallization layers of different levels. The opaque interconnections 30 may be made similarly to vias of contact between these different levels of metallization. In this way, the sensor of the present invention can be entirely manufactured in a standard CMOS manufacturing plant.
Une couche de matière transparente comme du verre ou du plastique peut être collée à la surface du capteur CMOS afin de le protéger mécaniquement et électriquement. Ce capteur peut aussi être collé derrière le verre de protection d'un téléphone mobile pour réaliser des applications faisant appel aux empreintes digitales. Le milieu de propagation 14 est alors composé de la couche transparente contenant la zone d'occultation 16 et de cette couche de protection. A layer of transparent material such as glass or plastic can be glued to the surface of the CMOS sensor to protect it mechanically and electrically. This sensor can also be glued behind the protective glass of a mobile phone to perform fingerprint applications. The propagation medium 14 is then composed of the transparent layer containing the occultation zone 16 and this protective layer.
Le capteur selon la présente invention peut être aussi réalisé par association d'un capteur CMOS et d'une zone d'occultation 16 réalisée sur un support transparent constituant le milieu de propagation. Cette zone d'occultation 16 est alors reportée sur le capteur CMOS en alignant obliquement les passages transparents 16b avec les photodétecteurs du capteur CMOS. Typiquement cette zone d'occultation 16 peut être réalisée sur du verre avec des niveaux de métallisations ayant des ouvertures non alignées. Bien entendu, les procédés ci-dessus ne sont que des exemples non limitatifs. Dans tous les modes de réalisation, le dispositif d'acquisition d'empreintes digitales peut comprendre un organe sensible à la pression disposé de sorte d'émettre un signal commandant l'acquisition de l'image lorsque le doigt exerce une pression sur le dispositif. L'organe sensible à la pression peut par exemple être un commutateur électromécanique ou bien un capteur de pression mesurant la pression. The sensor according to the present invention can also be produced by combining a CMOS sensor and an occultation zone 16 made on a transparent medium constituting the propagation medium. This occulting zone 16 is then transferred to the CMOS sensor by obliquely aligning the transparent passages 16b with the photodetectors of the CMOS sensor. Typically this occultation zone 16 may be made on glass with metallization levels having non-aligned openings. Of course, the above methods are only non-limiting examples. In all embodiments, the fingerprint acquisition device may comprise a pressure sensitive member arranged to emit a signal controlling the acquisition of the image when the finger exerts pressure on the device. The pressure sensitive member may for example be an electromechanical switch or a pressure sensor measuring the pressure.
Un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales comme décrit ici est de préférence incorporé à un appareil électronique portatif tel qu'un téléphone intelligent, afin d'acquérir les empreintes digitales d'un utilisateur de l'appareil électronique. A fingerprint acquisition device as described herein is preferably incorporated into a portable electronic device such as a smartphone to acquire fingerprints of a user of the electronic device.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. The invention is not limited to the embodiment described and shown in the accompanying figures. Modifications are possible, particularly from the point of view of the constitution of the various elements or by substitution of technical equivalents, without departing from the scope of protection of the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif d'acquisition d'images d'empreintes digitales, le dispositif comprenant 1. Device for acquiring fingerprint images, the device comprising
• une surface d'acquisition (6) sur laquelle un doigt est susceptible d'être posé, · une matrice (3) de photodétecteurs (4),  An acquisition surface (6) on which a finger can be placed, a matrix (3) of photodetectors (4),
• un milieu de propagation (1 ) de lumière s'étendant entre la surface d'acquisition (6) et la matrice (3) de photodétecteurs (4),  A propagation medium (1) of light extending between the acquisition surface (6) and the matrix (3) of photodetectors (4),
• des éléments d'occultation (16) s'étendant dans le milieu et définissant des passages autorisant de la lumière ayant pénétré dans le dispositif par la surface d'acquisition et se propageant dans le milieu suivant une direction oblique par rapport à la surface d'acquisition à atteindre la matrice (3) de photodétecteurs (4),  Occulting elements (16) extending in the medium and defining passages allowing light having penetrated into the device through the acquisition surface and propagating in the medium in a direction oblique to the surface of the device; acquisition to reach the matrix (3) of photodetectors (4),
le dispositif étant caractérisé en ce que les éléments d'occultation (16) sont agencés pour empêcher toute lumière ayant pénétré dans le dispositif par la surface d'acquisition et se propageant dans le milieu suivant une direction normale à la surface d'acquisition (6) d'atteindre la matrice (3) de photodétecteurs (4). the device being characterized in that the occulting elements (16) are arranged to prevent any light having penetrated into the device by the acquisition surface and propagating in the medium in a direction normal to the acquisition surface (6). ) to reach the matrix (3) of photodetectors (4).
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel les éléments d'occultation définissent, pour chaque passage, une entrée en regard de la surface d'acquisition, et une sortie en regard de la matrice de photodétecteurs, dans lequel une entrée et une sortie d'un même passage sont non-alignées dans la direction normale à la surface d'acquisition. 2. Device according to claim 1, wherein the occulting elements define, for each passage, an input facing the acquisition surface, and an output facing the array of photodetectors, wherein an input and an output of the same passage are non-aligned in the normal direction to the acquisition surface.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel une entrée et une sortie d'un même passage sont non superposées dans la direction normale à la surface d'acquisition. 3. Device according to one of claims 1 and 2, wherein an inlet and an outlet of the same passage are not superimposed in the direction normal to the acquisition surface.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les éléments d'occultation comprennent une première couche opaque (21 ) et une deuxième couche opaque (22) située entre la première couche opaque et la matrice de photodétecteurs, dans lequel la première couche opaque présente des ouvertures formant des entrées des passages, et la deuxième couche opaque (22) présente des ouvertures formant des sorties des passages. 4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the occulting elements comprise a first opaque layer (21) and a second opaque layer (22) between the first opaque layer and the photodetector matrix, wherein the opaque first layer has apertures forming passageways, and the second opaque layer (22) has openings forming passages of the passages.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la première couche et la deuxième couche sont parallèles à la surface d'acquisition. 5. Device according to claim 4, wherein the first layer and the second layer are parallel to the acquisition surface.
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, comprenant des cloisons d'interconnexion opaques (30) reliant la première couche opaque (21 ) à la seconde couche opaque (22) et séparant les passages les uns des autres. 6. Device according to one of claims 4 and 5, comprising opaque interconnection partitions (30) connecting the first opaque layer (21) to the second opaque layer (22) and separating the passages from each other.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les éléments d'occultation comprennent une couche opaque présentant une première surface en regard de la surface d'acquisition, et une deuxième surface opposée à la première surface par rapport à la couche opaque et en regard de la matrice de photodétecteurs, dans lequel les passages débouchent dans la première surface et dans la deuxième surface. 7. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the occulting elements comprise an opaque layer having a first surface facing the acquisition surface, and a second surface opposite to the first surface relative to the layer opaque and facing the matrix of photodetectors, wherein the passages open into the first surface and the second surface.
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la surface d'entrée et la surface de sorties sont parallèles à la surface d'acquisition. 8. Device according to claim 7, wherein the input surface and the output surface are parallel to the acquisition surface.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel chaque passage défini par les éléments d'occultation n'a qu'une seule entrée et qu'une seule sortie. 9. Device according to one of claims 1 to 8, wherein each passage defined by the occluding elements has only one input and one output.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le milieu de propagation (14) présente un indice de réfraction n supérieur à 1 ,3, et les éléments d'occultation (16) sont agencés pour empêcher toute lumière ayant pénétré dans le dispositif par la surface d'acquisition (6), et se propageant dans le milieu de propagation suivant une direction formant un angle strictement inférieur à arcsin(l/n) par rapport à la direction normale, d'atteindre la matrice de photodétecteurs. 10. Device according to one of claims 1 to 9, wherein the propagation medium (14) has a refractive index n greater than 1, 3, and the occulting elements (16) are arranged to prevent any light having penetrated into the device by the acquisition surface (6), and propagating in the propagation medium in a direction forming an angle strictly less than arcsine (1 / n) with respect to the normal direction, to reach the matrix of photodetectors.
1 1 . Appareil électronique portatif comprenant un dispositif d'acquisition d'empreintes digitales selon l'une quelconque des revendications précédentes. 1 1. A portable electronic apparatus comprising a fingerprint acquisition device according to any one of the preceding claims.
PCT/EP2017/083467 2016-12-19 2017-12-19 Device for acquiring fingerprints WO2018114902A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1662797 2016-12-19
FR1662797A FR3060811A1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 DEVICE FOR ACQUIRING DIGITAL IMPRESSIONS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018114902A1 true WO2018114902A1 (en) 2018-06-28

Family

ID=59649743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/083467 WO2018114902A1 (en) 2016-12-19 2017-12-19 Device for acquiring fingerprints

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3060811A1 (en)
WO (1) WO2018114902A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3094140B1 (en) * 2019-03-22 2022-04-08 Isorg IMAGE SENSOR INCLUDING AN ANGULAR FILTER

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040252867A1 (en) * 2000-01-05 2004-12-16 Je-Hsiung Lan Biometric sensor
US20120321149A1 (en) * 2011-05-17 2012-12-20 Carver John F Fingerprint sensors
US20160132712A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-12 Shenzhen Huiding Technology Co., Ltd. Fingerprint sensors having in-pixel optical sensors
US20160224816A1 (en) 2015-02-02 2016-08-04 Synaptics Incorporated Optical sensor using collimator
US20160254312A1 (en) 2015-02-02 2016-09-01 Synaptics Incorporated Image sensor structures for fingerprint sensing
US20170161540A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-08 Synaptics Incorporated Display integrated optical fingerprint sensor with angle limiting reflector

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040252867A1 (en) * 2000-01-05 2004-12-16 Je-Hsiung Lan Biometric sensor
US20120321149A1 (en) * 2011-05-17 2012-12-20 Carver John F Fingerprint sensors
US20160132712A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-12 Shenzhen Huiding Technology Co., Ltd. Fingerprint sensors having in-pixel optical sensors
US20160224816A1 (en) 2015-02-02 2016-08-04 Synaptics Incorporated Optical sensor using collimator
US20160254312A1 (en) 2015-02-02 2016-09-01 Synaptics Incorporated Image sensor structures for fingerprint sensing
US20170161540A1 (en) * 2015-12-03 2017-06-08 Synaptics Incorporated Display integrated optical fingerprint sensor with angle limiting reflector

Also Published As

Publication number Publication date
FR3060811A1 (en) 2018-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3376544B1 (en) Optical imaging device
JP2007501391A5 (en)
FR3021780A1 (en) DIGITAL FOOTPRINT SENSOR MODULE
FR3065307A1 (en) DEVICE FOR CAPTURING AN IMPRESSION OF A BODY PART.
FR3065132B1 (en) DEVICE AND METHOD FOR MULTISPECTRAL IMAGING IN THE INFRARED
US20160092718A1 (en) Fingerprint sensor
EP2695017A1 (en) Optical guidance device and method of manufacturing such a device
EP1644868B1 (en) Optical imagery device
FR3056333A1 (en) ENHANCED QUANTUM EFFICIENT IMAGE SENSOR FOR INFRARED RADIATION
JP2007117397A (en) Biological sensor
FR3027730A1 (en) DEVICE FOR ACQUIRING DIGITAL IMPRESSIONS
EP3388976B1 (en) Method for detecting fraud
FR2946774A1 (en) IMAGING DEVICE WITH PRISMATIC ELEMENT.
WO2018114902A1 (en) Device for acquiring fingerprints
EP4139657A1 (en) Device for distributing light based on diffraction gratings
WO2015004235A1 (en) Semi-transparent photo-detector having a structured p-n junction
EP4196904A1 (en) System for acquiring images
WO2022038033A1 (en) System for acquiring images
EP4196905A1 (en) Image acquisition device
WO2022112369A1 (en) Waveguide
EP4264341A1 (en) Optical angular filter
EP3828763A1 (en) Fingerprint sensor with detection of impedance
FR3117654A1 (en) Image acquisition device
EP3936912A1 (en) Device for wavelength demultiplexing, in particular for out-of-plane demultiplexing
WO2023222604A1 (en) Optical filter for photodetectors

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17821875

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17821875

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1