感光像元、图像采集器、指纹采集设备及显示设备的制作方法

本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种具有平面窄视场角的感光像元及使用该感光像元的图像采集器及光学指纹采集设备。

背景技术：

感光像元一般指感光像素，每个感光像元或像素每“帧”输出一个光强数值，所有的这些像元或像素输出的值构成了一幅图像的数值表达。像元，亦称像素点或像元点。即影像单元(pictureelement)。是组成数字化影像的最小单元。在遥感数据采集，如扫描成像时，它是传感器对地面景物进行扫描采样的最小单元；在数字图像处理中，它是对模拟影像进行扫描数字化时的采样点。是构成遥感数字图像的基本单元，是遥感成像过程中的采样点。像元大小决定了数字影像的影像分辨率和信息量。像元小，影像分辨率高，信息量大；反之，影像分辨率低，信息量小。

图像采集器中用于接收光信号的最小单位为感光像元，现有的图像采集器使用的感光像元都具有较宽的视场角。感光像元的视场角是指感光像元能响应的不同方向的入射光线所形成的最大角度。使用现有图像采集器直接进行成像时，视场角较大，往往得到的图像不清晰。因此有必要提供一种具有窄视场的能够获得清晰图像的图像采集设备。

技术实现要素：

本申请提供一种具有窄视场角的感光像元及使用该感光像元的图像采集器及光学指纹采集设备，以解决使用现有图像采集器直接进行成像时，视场角较大，往往得到的图像不清晰的问题。

第一方面，本申请提供一种感光像元，包括容置光电转换单元的腔体，包括：在所述腔体的上方覆盖有阻光层，在所述阻光层的上方设有透明介质层，所述透明介质层的上方设有聚光结构,所述阻光层包括至少一层阻光膜，所述阻光层上开设有至少一个透光小孔；

所述聚光结构、透明介质层及透光小孔使所述感光像元在所述设定区域的物面上具有限定视场角的物方视场；所述物方视场内的物点，其像点或像斑落在所述阻光层的透光小孔内；位于所述物方视场外的物点，其像点或像斑落在所述透光小孔之外。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，每一个或多个所述感光像元上共用一个聚光结构。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述聚光结构选用波带片或光子筛。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，在每个所述感光像元上对应设有一个所述波带片或光子筛时，所述透光小孔与所述波带片或光子筛的中心连线与所述阻光膜的上表面垂直。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，在每个所述感光像元上对应设有多个聚光结构,其中，每个所述聚光结构下方的所述阻光层上对应开设有一个透光小孔。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述聚光结构选用波带片和光子筛中任一种或两种。

第二方面，本申请提供一种图像采集器，包括若干所述的感光像元，若干所述感光像元阵列排布，在若干所述感光像元的上方由下而上依次设有低折射率层和透明盖板；

每个所述感光像元在透明盖板上表面对应的物方视场的物点，其像点落在所述阻光膜的透光小孔内；物方视场外的物点，其像点落在所述透光小孔之外。

第三方面，本申请提供一种指纹采集设备，包括所述的图像采集器。

第四方面，本申请提供一种支持指纹采集功能的显示设备，包括若干显像像元，在所述显示像元之间或下方设置所述的感光像元。

结合第四方面及上述可能的实现方式，在第四方面第一种可能的实现方式中，所述感光像元集成于屏幕之中。

本申请提供的具有窄视场角的感光像元及使用该感光像元的图像采集器及光学指纹采集设备，在感光像元上集成了透明介质层和聚光结构，并通过阻光层上的小孔和聚光结构对入射光路进行约束，使感光像元具有视场角较小的窄视场，能够获得清晰的图像，同时利用聚光结构，不同于现有技术中透镜的，聚光结构可以采用微透镜或者具有平面结构的波带片或光子筛，厚度小，能够满足现有电子设备日趋超薄的形式与要求，同时采用具有平面结构的聚光结构更容易制造，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的感光像元的结构示意图；

图2为本申请的阻光层的结构示意图；

图3为本申请的又一阻光层的结构示意图；

图4为本申请的又一阻光层的结构示意图；

图5为本申请的图像采集器的结构示意图；

图6为本申请的多个感光像元共用一个聚光结构的结构示意图；

图7为本申请的一个感光像元共用多个聚光结构的结构示意图；

图8为本申请支持指纹采集功能的显示设备的结构示意图。

附图标记说明

1-腔体，2-透光小孔，3-阻光膜，4-透明介质层，5a-波带片，5b-光子筛，6-物方视场，7-低折射率层，8-透明盖板，901-显像像元，902-显示面板，903-感光像元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，使用现有图像采集器直接进行成像时，视场角较大，往往得到的图像不清晰。利用透镜系统来解决视场角较大、得到的图像不清晰的技术问题，但是，由于透镜系统等结构的使用，使得现有图像采集设备通常具有较厚的厚度。对于现有电子设备日趋超薄的形式与要求下，具有较厚厚度的图像采集设备便不能满足生产商的要求，为了解决上述技术问题，本申请提供一种具有窄视场的、且能够满足生产商厚度超薄的生产要求，又能够获得清晰图像的图像采集设备。

本申请实施例一提供一种感光像元，如图1所示，包括容置光电转换单元的腔体1，在所述腔体的上方覆盖开有阻光层，在所述阻光层的上方设有透明介质层，所述透明介质层的上方设有聚光结构,聚光结构按照预设距离设置在阻光层的上方，所述阻光层包括至少一层阻光膜3，所述阻光层上开设有至少一个透光小孔。

阻光层的作用是限制物方视场范围，如图2-图4所示，阻光层可以包括一层阻光膜3或多层阻光膜3，当所述阻光层包括一层阻光膜3时，所述阻光膜3上可以开设有一个或多个透光小孔，当透光膜上开设多个透光小孔时，其透光小孔的大小一般要小于当阻光膜3上只开设有一个透光小孔时的透光小孔2的大小。如果在阻光膜3上只开设有一个较大的透光小孔2，则在生产制造过程中，很容易将阻光膜3损坏。所以，在阻光膜3上开设多个较小的透光小孔2，一方面同样能够限制物方视场范围，另一方面，能够避免在生产制造过程中，对阻光膜3的损坏。

当所述阻光层包括多层阻光膜3时，阻光层上同样可以开设一个或多个透光小孔2，其中，每个透光小孔2均为贯穿各层阻光膜3的小孔，可以理解为，每层阻光膜3上都对应开设有一个或多个透光小孔2，其中，各层阻光膜3在同一个位置上的透光小孔2的大小、形状可以相同或不相同。设置多层阻光膜3，可以将倾斜光线遮挡，保证进入透光小孔2的光线为物方视场对应的光线。

优选的，阻光膜3为不透光材料制作的薄膜，且阻光膜3的厚度小于100um。

其中，透明介质层一般可以为透明胶水或透明塑料，当透明介质层为透明胶水或透明塑料时，透明介质层还可以起到固定聚光结构的作用。

其中，聚光结构可以选用微透镜或者具有平面结构特征的波带片5a或光子筛5b。一方面微透镜、波带片5a和光子筛5b都具有聚焦的作用，另一方面波带片5a和光子筛5b都是平面结构，微透镜的厚度也很小，因此，能够满足现有电子设备日趋超薄的形式与要求，同时也更容易制造、成本更低廉。

波带片5a包括间隔设置遮光带和透光带，波带片5a是根据光衍射和干涉的原理计算设计得到，使得经过透光带的单色光相干增强汇聚于感光像元上，而对于遮光带部分为经过计算单色光相干相消汇聚与于感光像元上的部分，进而使得汇聚在图像传感器上的光均为相干增强光线，极大的放大了光强。

光子筛5b是波带片5a的一种变形结构，包括遮光带和透光带，其中，光子筛5b的透光带是由若干个透光微孔构成，光子筛5b主要依靠光的衍射来收集和聚焦光线。

位于所述感光像元上方设定区域的物面，其像面落在所述阻光层最上层所在平面上；所述聚光结构、透明介质层4及透光小孔2使所述感光像元在所述设定区域的物面上具有限定视场角的物方视场；所述物方视场内的物点，其像点或像斑落在所述阻光层的透光小孔2内；位于所述物方视场外的物点，其像点或像斑落在所述透光小孔2之外。

在一个例子中，物方视场6内物点发出的光线经过聚光结构聚焦后，通过透光小孔2进入腔体1内，相应地，光电转换单元能够接收较高强度的光线，从而使物方视场6内的图像能够清晰成像。由于位于物方视场6外的物点，其像点或像斑的主要部分落在透光小孔2之外，从而光电转换单元不能感受或只能以低强度感受到物方视场6外的物点发出的光线，则物方视场6外的图像便不能被获取或者获取的部分不会影响物方视场6内的光线在光电转换单元上的成像。

与现有的感光像元相比，本实施例在感光像元上集成了透明介质层4和聚光结构，并通过阻光层上的透光小孔和聚光结构对入射光路进行约束，使感光像元具有视场角较小的窄视场，能够获得清晰的图像，同时利用聚光结构，不同于现有技术中透镜的，聚光结构可以采用微透镜或者具有平面结构的波带片或光子筛，厚度小，能够满足现有电子设备日趋超薄的形式与要求。

需要说明的是，本技术领域人员可根据生产需求通过调整聚光结构的焦距、透明介质层的厚度和透光小孔的孔径，以得到对应的视场角，本申请对此不作过多限定。

在实际生产即使用过程中，可以根据感光像元的大小，对应设置聚光结构的数量。每一个或者每几个所述感光像元上可以共用一个聚光结构，即，每一个或者每几个所述感光像元包括一个聚光结构。其中，对应的每个感光像元的阻光层上可以开设一个或多个透光小孔2。

参照图1，当感光像元也就是感光像素比较小时，每个所述感光像元上可以共用一个聚光结构，即，每个所述感光像元包括一个聚光结构，所述聚光结构选用波带片5a或光子筛5b。也可以每几个感光像元共用同一个聚光结构，如图6所示。

进一步地，在每个所述感光像元上对应设有一个所述波带片5a或光子筛5b时，所述透光小孔与所述波带片5a或光子筛5b的中心连线与所述阻光3膜的上表面垂直。从而物方视场中心在感光像元的中心法线上，即该种情况为正物方视场。如图7所示，当感光像元也就是感光像素比较大时，每个所述感光像元上可以对应设有多个聚光结构，其中，每个所述聚光结构下方的所述阻光层上对应开设有一个透光小孔。即，每个所述感光像元包括多个聚光结构。当每个所述感光像元包括多个聚光结构时，每个聚光结构下方单独对应一个透光小孔，通过阻光层上的透光小孔和聚光结构对入射光路进行约束，使感光像元采集物方视场6范围内的图像，具有视场角较小的窄视场。所述聚光结构可以选用微透镜、波带片5a和光子筛5b中任一种、两种或三种。

可以理解，多个聚光结构可以单独选用微透镜、波带片5a或光子筛5b，也可以组合选用微透镜、波带片5a和光子筛5b，例如，每个所述感光像元上对应设有两个聚光结构，其中两个聚光结构都选用波带片5a，或者，两个聚光结构都选用光子筛5b，或者，两个聚光结构其中之一选用波带片5a，另一个选用光子筛5b，本申请对此不做限定。

进一步的，在每个所述感光像元上对应设有多个聚光结构时，所有聚光结构设置于同一水平面内，聚光结构所在的水平面与阻光膜3的上表面平行，优选的，每相邻两个聚光结构之间的距离相同，最远距离的两个聚光结构的中心连线与所述阻光3膜的上表面垂直。通过上述的设计，能够更好的获得物方视场清晰完整的图像。

本申请实施例二提供一种图像采集器，如图5所示，包括若干实施例一中所述的感光像元，若干所述感光像元阵列排布，在若干所述感光像元的上方由下而上依次设有低折射率层7和透明盖板8；每个所述感光像元在透明盖板8上表面对应的物方视场的物点，其像点落在所述阻光膜3的透光小孔2内；物方视场外的物点，其像点落在所述透光小孔2之外。

进一步地，每个所述聚光结构对应一个或多个所述感光像元。对应的每个感光像元的阻光层上可以开设一个或多个透光小孔2。

在感光像元较小时，可以多个感光像元对应设置一个聚光结构，即，多个感光像元共用同一个聚光结构，聚光结构可以是微透镜、波带片5a或光子筛5b，每个感光像元可以采集物方视场不同的物点。如图6所示，两个感光像元共用同一个波带片5a，两个感光像元可以同时分别采集物方视场物点a和物点b，最后，将所有感光像元采集到的图像拼接成完整清晰的图像。

本申请实施例三提供一种指纹采集设备，包括上述实施例中所述的图像采集器。

本申请实施例四提供一种支持指纹采集功能的显示设备，如图8所示，显示设备包括若干显像像元901和显示面板902，在显示像元901之间或下方还设置有如上所述具有设定视场角的感光像元903。该实施种的感光像元903的视场角具有较窄的物方视场。感光像元阵列排布，具有窄物方视场的感光像元903能够对捺印在显示面板上的指纹获得清晰的指纹图像。相反，如果感光像元的物方视场比较宽(又可称为宽物方视场)，则相邻感光像元的物方视场会有大幅度的重叠，其输出图像是模糊不清的。

在本实施例中，感光像元的光敏部分以及对应的放大电路、驱动电路等可以集成于屏幕中，利用屏幕制造工艺在制造屏幕的同时一起制造。并且，屏幕原有的电路可以和感光像元的像素共用。

由以上技术方案可知，本申请中感光像元上集成了透明介质层4和聚光结构，并通过阻光膜3上的小孔和聚光结构对入射光路进行约束，使感光像元具有视场角较小的窄视场，能够获得清晰的图像，同时利用聚光结构，不同于现有技术中透镜的，聚光结构可以采用微透镜或者具有平面结构的波带片或光子筛，厚度小，能够满足现有电子设备日趋超薄的形式与要求。

本申请还提供一种感光像元的制备方法，该方法主要基于带有滤光片或滤光膜的图像传感器的制备方法，其中，制备得到的带有滤光片或滤光膜的图像传感器中，每个图像传感器上包括若干个感光像元，每个感光像元上对应设有一个滤光片或滤光膜。

基于上述带有滤光片或滤光膜的图像传感器的制备方法，本申请中将设置滤光片或滤光膜的过程改为设置阻光膜，原有的方法中每个感光像元上对应设有一个滤光片或滤光膜，以用于获得彩色图像；本申请中，在本该设置滤光片或滤光膜的位置设置片结构或膜结构，然后按照预设尺寸和数量在片结构或膜结构上设置小孔，形成透光小孔2，最后将片结构或膜结构中其他不是透光小孔2的区域设置成不透光的形式，如：涂覆阻光材料，以形成阻光膜3；或者，直接采用不透明的片结构或膜结构。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确方法，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。