用来基于接触同时采集手足的印痕的装置的制作方法

本发明涉及一种通过受干扰的全反射用来基于接触同时采集人类手足的多个血液通流的皮肤区域的印痕的装置。这样的装置从将要放置的皮肤区域的方向上、例如从将手指或手放置到指纹传感器上的人的方向包括：预定厚度的具有用于放置至少一个皮肤区域的放置面的保护体，其中，放置面的尺寸使得可以同时放置多个手足、通常是多个手指。这种装置还包括传感器层，传感器层本身可以是层系统的一部分。传感器层包括以阵列形式布置的光敏传感器元件，用于检测至少一个预定波长范围的光。对于至少一个预定义的照射波长范围的光而言透明的通带区域布置在传感器元件之间，传感器元件也称为像素。最后，该装置还包括光导，光导由对于预定照射波长范围的光透明的材料制成。光导设计成平面平行板的形式，并具有下部大面和与其平行设置的上部大面，上部大面朝向传感器层。对应于平面平行板的形状，光导还具有多个将大面彼此连接的窄面；光导本身通常构造为实心玻璃体或塑料体。光导的一个窄面设计为用于照明光的耦合入射面。为此，光源沿耦合输入面的纵向发射照明光，光源沿着该纵向方向伸展并将光发射到耦合输入面上。在此，窄面的纵向指的是平行于大面平面的方向。

背景技术：

通过生物特征来识别和检测人员变得越来越重要。除了其他生物识别功能外，指纹起着重要作用。一方面，给出用于验证生物特征的系统，其中因此必须与存储的特征相一致，例如以便能够实现进入或访问监控。其他系统用于通过搜索和存储在参考数据库中进行识别，例如是在机场的边境监控的情况下或在警察的身份检查的情况下。对于后一种系统，在对皮肤纹理的采集图像的质量、分辨率和原始忠实度方面存在大量要求。尤其是因为以身份检查措施委托的组织(例如联邦调查局(fbi))的高要求，在这些系统中存在高度标准化，以便一方面是确保尽可能无疑问的识别，另一方面，使由不同系统采集的数据集具有可比性。例如，这种系统必须具有至少500ppi(每英寸点数)的分辨率，这对应于50.8μm的传感器元件间距。另外，对对比度传递函数(ctf)，信噪比(snr)和失真有确定的要求。最后，灰度级必须包括至少200的灰度值，并且必须在像素的紧邻周边和作为整体的图像中尽可能均匀地照亮图像场。

所有需求标准都需要均衡和高质量的系统设计。在光学系统中，这意味着，例如，不仅一个采集传感器或多个采集传感器必须满足要求，而且还需要照明件和生成图像所需的所有其他部件。

为了检测满足所述高质量要求的指纹和手印，目前主要使用如下的光学结构，其根据受干扰的全反射原理工作。为此，应用棱镜，棱镜的设置用于采集印痕的面积基于机械和光学需求，必须大于采集印痕所需的面积。由此产生的棱镜的尺寸通常作为采集通道中的较大组件，对设备的最小整体尺寸和最小重量具有决定性影响。

然而，另一方面，高图像质量允许快速和可靠地检测和识别人员，这特别是也涉及除了取证准确性之外，人员通过量也起作用的应用情况，例如在边境监控的情况下。除了整体尺寸和重量之外，不利之处在于，还需要使用复杂的机械部件；此外，校准和组装在技术上非常复杂且耗时。

为了将可以通过受干扰的全反射实现高图像质量的优点与小的、特别是平坦的整体尺寸相结合，例如在us9,245,167b2中介绍了如下方案。其中公开的、将手指放置在tft显示器(薄膜晶体管显示器)上的指纹传感器采集指纹并将指纹通过电子器件传送到计算机系统。在此，对应于指纹形式的亮度分布如在具有棱镜的布置的情况下那样以如下方式产生，将放置于tft显示器表面上的表皮脊，即所谓的乳头状脊(其干扰来自光源的光的内部反射)当在乳头状脊之间的谷中，即表皮谷或乳头状谷中，在皮肤与tft显示表面之间不发生接触，并且来自光源的光在tft显示器的表面上在内部发生反射。指纹的负像以这种方式形成在tft显示器的光敏区域上。一方面，该解决方案假设tft显示器中的光敏区域与放置面之间的距离具有最小尺寸，使得光可以照射到tft的光敏区域。另一方面，照明必须满足关于入射方向和孔径角的确定的要求。

us9,245,167b2公开了关于如何能够实现照明的各种可行方案。一种可行方案包括布置在传感器层下方的光导，光从侧面耦合到光导中，光从光导耦合到传感器层中。因为那里描述的装置被设计用于检查单个手指，所以光导可以保持相对紧凑，结果随着距光源的距离的增加，照射强度的下降不会干扰性地变得显著。然而，在设置用于放置多个手足部分或整个手的较大放置面的情况下，照射强度降低，使得位于窄面的手足不再被正确照亮或者它们的图像由于对比度降低不再完全可用于评估。为了获得距离光源最远地放置的手指的足够照射强度，需要强大的光源，然而，这导致最接近光源的手指被过强地照射，这也具有对比度有不利影响或导致这些区域的过度曝光。相反，对于这些手足而言最佳的照明使得：距离光源最远地放置的手足是曝光不足的，因此也不能得到表达。然而，在us9,245,167b2中，这种类型的照明不与受干扰的全反射(tir)一起应用；对于这种情况，当光源布置在传感器层下方时，提出使用布置在光导与传感器层之间的微型棱镜阵列的应用。

在其他结构中，光还直接耦合到布置在传感器层上方和盖玻璃上方的棱镜结构中。us9,245,167b2中描述的另一个实施方案使用布置在光敏传感器元件之间的光源；然而，在这里，全反射不用于图像采集。该实施方案也可以与文档的扫描结合使用。

当使用微棱镜阵列时，由于光导本身的反射可能形成双重图像，此外来自周围环境的寄生散射光会损害图像质量。在us9,245,167b2中描述的方法的情况下，传感器层上的保护层必须保持得尽可能薄，这是因为否则漫射光会产生光学串扰，这会降低分辨率。这意味着来自不同入射角的光照射到放置面的相同区域的情况，并且在此，记录下关于放置在该特定部位上或未放置在该特定部位上的手指的相同或非常类似的信息，但是由于不同的入射角而以不同的出射角发射并因此在不同的部位处被检测到，从而导致分辨率变差。

在现有技术中已知根据利用棱镜、物镜和传感器的受干扰的全反射原理工作的其他指纹扫描仪，例如由us6,647,133b1、wo2011/059496a1或wo2007/115589a1已知那样。在wo2008/033265a2中描述了具有触敏表面和通过光导照明的光学指纹扫描仪。具有触敏控制系统的电容式tft传感器同样是已知的，例如从wo2001/36905a1或从已经提到的us9,245,167b2中已知。

如已经提到的，棱镜装置比直接扫描仪明显更大和更重，特别是当其为同时采集多个手指设定规格时。必须非常精确地进行校准，这在技术上是复杂的。还排除了直接在皮肤打印的采集区域中的用户指导。使用此原则也无法采集文档。

直接光学指纹扫描仪仅在传感器元件与皮肤表面之间的小距离下、即距离小于25μm的情况下发挥功能。尽管借助于这种薄的盖玻璃可以实现传感器/像素结构的坚固封装，但是与较厚的盖玻璃相比，降低了抵抗外部机械影响的坚固性。如果使用至少部分透明的涂层代替玻璃或陶瓷，与玻璃相比，静电放电的稳定性(esd稳定性)降低，此外这种保护层仅具有比玻璃或陶瓷更低的硬度和耐磨性。因此，这种装置不太适合扫描文档。虽然厚度小于30μm的玻璃是市售的并且适合于批量生产，但是在大的放置面上加工是复杂的。特别是无气泡的光学键合是具有挑战性的。这种小厚度的透明陶瓷不能批量生产。原则上，期望使用较厚的玻璃覆盖层，但是这伴随着在开始时描述的相关的降低的分辨率。

另一方面，电容设备不能用于采集文档；此外，传感器通常不透明，结果迄今为止，安装在其下方的显示器在采集面中既没有实现用户指导也没有实现用户反馈。

技术实现要素：

本发明的目的是，进一步开发一种开头所述类型的、用于采集指纹的装置，一方面可以同时采集多个手足的印痕，另一方面可以应用更厚的保护体，例如盖玻片，这种保护体也可以选择性地允许扫描文档。接触面应当平坦，特别是该装置必须能够针对所有所放置的手足同时实现符合根据规定给定的质量要求的图像质量。原则上应该可以直接在接触面上进行用户指导。

该目的是针对开头所述类型的装置以如下方式实现，使得光源被设计成在围绕优先方向或者说在优先方向周围的有限角度范围内发光，优先方向与大面形成入射角，入射角以如下方式规定，使得在角度范围内发射的光的主要部分在进入光导之后，在具有与之接触的空气折射率的介质的情况下在大面处被全反射。“主导”意味着超过50％的比例。然而，为了尽可能完全地利用光量，优选地选择这样的配置，使得在优选角度附近的角度范围内发射的所有光在所述条件下都会被全反射。

另外，在传感器层与光导之间布置镜面层，镜面层将一部分照明光反射回光导中并透射另一部分照明光。最后，该装置还包括用于使照明光的照射强度均匀化的机构，照明光通过其上部大面离开光导并且打到放置面上。该装置另外或可选地还包括用于根据来自保护体打到放置面上的照明光的照射强度使待检测光量均匀化的机构。在此，均匀化是相对于到光源的距离或根据该距离而实现的。

为了实现全反射的原理，在光导中传播的光线必须以相应的、以其能够实现全反射的角度打到上部或下部大面上。在此，全反射的临界角由所参与的两种介质的折射率决定，发生全反射的前提还在于，光线在其中传播的介质的折射率高于大面的另一侧的介质的折射率。在当前情况下，光导在其上部大面上连接到另一材料层，例如与镜面层连接，例如方式为：两个层都用透明粘合剂光学耦合，或者也只是彼此并排放置，并且夹紧在一起，在高精确度抛光的表面的情况下，这同样实现足够的连接度和足够的界面接触。与下部大面接触的介质是空气。

沿优先方向传播的光线首先根据耦合方向打到下部或上部大面上。光线在下部大面上全反射，并且以相同的角度朝向上部大面的方向转向。上部大面的另一侧上的介质通常不是空气，而是例如镜面层或另一材料层。镜面层不反射100％的光线，而是允许一部分照明光透过，即透射镜面层，而另一个主要部分被反射，使得光导可以在大面的整个伸展上，将光发射通过上部大面，因为光可以穿透光导直到收尾窄面，即与耦合输入面相反的窄面。

层堆垛的透明材料(特别是由镜面层、传感器层和保护体组成的透明材料)优选地具有相似的折射率，使得能够以不为零的角度折射进入介质的光线尽可能少。但是，这不是绝对必要的，而在组合材料时必须确保至少在光导中以优先方向传播的光线在穿过所有介质直至达到保护体上的放置面的下侧之后，以如下的角度打到保护体上，使得：只要处在放置面的另一侧上的是介质空气，则光线也在这里被全反射。因此，一方面必须以如下方式选择优先方向与光导的大面的法线形成的角度，使得：只要在另一侧作为介质的是空气，则在这些大面本身处发生全反射。另一方面，还必须以如下方式选择角度，使得：只要在另一侧是空气的话，全部内部反射同样在穿过所有以层的形式堆叠的介质之后在保护体的放置面上发生。当放置手指时，光线不是全反射，而是进入手指中并在许多方向上散射，使得位于其上的皮肤颗粒在图像中显示为暗点。

优选的是，不同的层彼此光学耦合，例如通过光学键合实现。光源仅在有限的角度范围内发光。为了尽可能高效地保持进入光导中的耦合并且使通过折射来扩大角度范围的程度保持得尽可能小，在基本上点状的光源的情况下也限定出孔径锥的角度范围优选地是对称地围绕优先方向定向，其中，在有利实施方案中，耦合输入面的法线相当于该优先方向或平行于该优先方向。

光源应当有利地以如下方式取向，使得包含在有限角度范围内的所有角度仍然与在进入光导之后与大面的法线形成角度的光线相对应，这使得可以利用空气作为相邻介质实现全反射。在此，孔径角的大小也限制了保护体的可行厚度，因为孔径锥的直径在对称孔径角的情况下，随着走过光路而变得更大并且因此在盖玻璃更厚的情况下，分辨率降低。角度范围越小，保护体选择得越厚。led适合作为在价格方面有利的光源。当激光器用作光源时，可以实现特别小的孔径角范围。

当角度范围被限制为20°，即偏离优先方向±10°时，保护体的厚度可以近似达到0.1mm，以便例如当使用折射率为1.5的薄玻璃作为保护体时，还达到500dpi的分辨率时；根据材料的不同，可能会产生其他角度范围或最大厚度。由光源发射的光被引导到位于放置面上的手指上，其中，由相对于放置面的法线的有限角度范围中产生的光的入射角优选地全都大于保护体与空气之间的全反射的临界角，使得：当手指放置在乳头状脊之间的乳头状谷中时，光反射回到传感器上。这种全反射在乳头状脊上受到干扰，使得这些反射看起来表现为暗区。

传感器优选地是光学tft传感器，使得例如可以直接并且以基于接触的方式采集指纹。传感器有利地是半透明的，以允许来自布置在传感器层下方的光导的尽可能多的光通过。

该装置的重要部件是分别根据到光源的距离用于均匀化照明光照射强度的机构或用于使待检测光量均匀化的机构。通过均匀化，实现了以相同质量同时照射或检测位于放置面上的所有手足部分，例如四个手指或整个手。这一方面可以通过以下方式实现，即通过其上部大面离开光导并且打到放置面上的照明光是均匀化的，即平均任何地方具有相同的照射强度。另一种可行方案包括不使照明光均匀化，而是使待检测的光或待检测的光量均匀化。这也可以根据来自保护体打到放置面上的照明光的照射强度来实现，因为这最终也确定了待检测的光量。根据到光源的距离实现均匀化。由于散射损失和耦合输出，从光源发射到传感器层中的光的照射强度或强度对于一定程度的例如10％透过性的镜面层，随着距光源的距离的增加而减小，这种减少对于本身均匀的层是连续发生的。因此，在没有均匀化层的情况下，光源附近的照射强度更大。这时，用于使照射强度均匀化的机构确保照射到放置面的照明光的照射强度在整个放置面上基本上是均匀的，即是恒定的。为此，必须将光导附近的照射强度减小到与最远离光源的放置面区域中的照射强度相对应的值。放置面的面积越接近光源，此时照射强度必须减小的程度越大，而在放置面上的最远点的区域中，照射强度的减小将是尽可能小或可忽略不计。在这两个极限位置之间，照射强度相应地降低，其中，平均地、即在放置面上的代表性面区域上，例如指骨的尺寸，该变化优选地连续地且不是突然地发生。

可以替代地或附加地，这种装置还包括用于根据来自保护体打到放置面上的照明光的照射强度来是待检测的光量均匀化的机构。在此，首先允许照明光完全通过，因此不均匀地照射放置面上，并且靠近光源的手足部分照明光更强。于是，用于使待检测光量均匀化的机构例如包括布置在传感器元件上方或其光敏区域上方的光阑。随着与光源的距离增加，这些光阑的孔径增加，使得照射到传感器元件的光敏区域的光量得到调节。用于使待检测光量均匀化的机构可以附加地或替代地还包括用于改变传感器元件的灵敏度的控制器。光源附近的传感器元件的光灵敏度降低或者光源的光灵敏度增加，其中两者可以相互组合以获得最佳的信噪比。灵敏度越高，检测到的光量越大。均匀化的另一种可行方案是在光敏传感器元件与放置面之间引入具有吸收效果的层，其中层的各个位置处的吸收度是不同的。在光源附近，吸收很强；距离光源更远，则吸收变弱。

在本发明的一个特别优选的实施例中，用于均匀化照射强度的机构构造在镜面层上，即镜面层额外还承担均匀化层的功能，方式为：镜面层的反射程度随着与光源的距离的增加而降低，并且镜面层的透射率增加，这能够以不同的方式实现。在此，反射程度或透射程度的变化不需要随着距离的增加而连续地进行，而是对于单个像素大小的区域也可以或多或少地不规律地实现或根本不实现：反射程度的减少或透射程度的增加涉及的是关于放置面的整体尺寸具有代表性尺寸的区域，例如放置面的大约10％或者手指或指骨的尺寸的区域。所述区域的尺寸和形状还根据实现镜面层中均匀化的方式而定。例如，可以通过像条形码那样反射和透射条带的图案来实现均匀化，其中，条带平行于光源延伸，并且反射条带的宽度随着距光源的距离的增加而减小，而透射条带的宽度增加。在这种情况下，在远离光源的方向上的代表性区域包括至少一个对应于具有最高反射率的最宽条带和具有最低反射率或最高透射度的相邻最窄空隙的区域。如果代表区域然后逐渐垂直于耦合输入面或条带的纵向方向远离光源，则在代表性区域中反射率平均降低，即在代表性区域上平均降低并且透射率平均增加。

为了实现均匀化，镜面层因此优选地包括反射区域和透射区域，其中每单位面积的或相对于代表性尺寸的区域的反射区域的比例随着远离光源而平均减小，每单位面积的透射区域的比例随着远离光源而平均增加。通过表述“每单位面积”和“平均”这里的意思是，随着距光源的距离增加，变化也可能在最小的像素大小的区域中突然地发生或根本不发生，而是仅在在更大的代表性面区域上发生。这些代表性面区域的尺寸和形状根据透射或反射区域的尺寸和形状而定，并且可以关于整个放置面占高达四分之一或甚至更多。

反射区域的密度(以之表示每个面或单位面积的所述区域数目)有利地随着距光源的距离的增加而减小，而透射区域的密度增加。在这种情况下，透射区域或在另一个实施例中为反射区域分别可以具有相同的尺寸。然而，可选地或另外地还可以考虑的是，反射区域的尺寸随着距光源的距离的增加而减小，而透射区域的尺寸增大。反射区域的反射程度显著大于入射光的50％，例如在70％与90％之间。传输区域的传输程度应显著大于50％，例如在70％与90％之间。

区域本身可以具有任意形状，例如圆形或矩形；也可以考虑其他多边形形状。这些区域本身也可以由不规则多边形界定，其形状是例如随机地预先定义的；以这种方式，可以在照明期间任选地避免由于规则结构而形成的人为干扰。

借助于镜面层实现照射强度均匀化的另一种可行方案在于改变镜面层的厚度，其中镜面层的厚度随着距光源的距离的增加而减小，这种减小优选地连续发生。以这种方式，随着距光源的距离增加，层的透射程度逐渐增加。然后，例如在穿过层结构的横截面中，垂直于放置面并远离光源地，镜面层可以设计为楔形，为了保持不同层的接触平面的平行度，镜面层可以与透明的补偿层组合，补偿层也是楔形的。

所有层，即光导、镜面、可选的补偿层、传感器层和保护体对应于，其在叠层中的顺序彼此光学耦合。这意味着，在两层之间没有空气层，但是分别两层直接或通过粘合剂层连接，粘合剂层优选尽可能薄；这种类型的连接也称为光学键合。

实现均匀化的另一种可行方案包括使用镜面层，其中基本上负责镜面层中的反射的材料的密度随着距光源的距离的增加而减小。当仅使用特定波长的光(例如激光)时，该实施例是特别有利的。

镜面层可以是例如金属镜，并且它可以以各种方式生产，例如以喷墨印刷方法、光刻、通过pvd(物理气相沉积)或激光烧蚀来生产。然而，用于均匀化的机构也可以在镜面层上实现，方式为：镜面层被设计为干涉镜，这当仅使用单独选择的波长时，又是有利的。

然而，用于使照射强度均匀化的机构还可以包括吸收层，吸收层在镜面层与传感器层之间或者在传感器元件之间布置在通带区域中，其中，当距光源的距离增加时，针对照明光的吸收层的吸收程度减少，透射程度增加。然后可以将镜面层设计成具有高反射率，使得高比例的光被反射到光导的末端，这确保了相对较高的亮度。

为了围绕优先方向的角度分布尽可能对称地并且尽可能受限地保持，有利的是，耦合输入面的法线平行于优先方向而置，因此，耦合输入面与上部或下部大面形成锐角。应该优选地选择如下的角度分布，使得以其耦合输入光的所有角度都发生全反射，以便保持尽可能低的损耗并且实现尽可能高的图像质量。

为了防止在传感器区域中出现双重或多重图像，构造或布置用于抑制返回光线形成的机构，以减少光导的设计为收尾窄面的窄面处的反射，所述收尾窄面与在光传播方向上的耦合输入面相反。例如，可以通过在该端部上施加吸收层或者使窄面粗糙化来实现光导端部处的反射的减少。可以与之前提到的方案组合的另一种可行方案还包括添加类似于耦合输入面的倒角部，也就是然后收尾窄面基本上垂直于沿优先方向已经进入光导的光的传播方向来布置。其中，光的传播方向根据入射角以及在收尾窄面的区域中根据光导在传播方向上的范围而定。具有多个吸收面的实施例也是可设想的，所述吸收面优选地设置有吸收层并且分别成对地彼此形成不同于0°和180°的角度。根据光的传播方向预定角度，使得吸收最大化。吸收面的实际位置同样根据优先方向相对于大面的取向以及光导在耦合输入面与收尾窄面之间的纵向范围而定；与此相关地，吸收的最大化是具有多个等效可能解决方案的结构性问题。

如上所述，保护体有利地具有50μm与1000μm之间的厚度，并且其与传感器层光学耦合。保护体可以由不同的材料组成，例如玻璃、陶瓷或塑料。围绕优先方向的光锥越窄，即入射的角度范围越窄，可以选择的保护体的厚度越大，即放置面距传感器层的距离越大。由于与使用内部漫射照明的现有技术相比，根据本发明，使用借助于led或激光的有向窄面照明，并且利用受干扰的全反射的效果，可以使用具有大于50μm的厚度的市售的薄玻璃，这在采购和可加工性方面证明不太复杂，即在光学粘合期间或在涂覆期间的工艺稳定性不太复杂。此外，如显示器工业中所使用地，可以在不留下残留物的情况下，将移除的保护膜或保护玻璃也可以用作保护体，由此通过更容易的可替换性可以更新传感器保护件。也可以使用透明陶瓷。由于保护体的厚度增加，传感器层被非常稳定地、以机械的和化学的方式封装。此外，整个模块既可以重量小于300克地生产，也可以很薄地厚度小于2.5厘米地生产。

在放置面与传感器层之间有利地为了抑制检测到环境光而布置有光阑层，其中，光阑分别布置在传感器元件上方。这用于防护环境光，因为根据一些用户的要求，传感器还必须在直射阳光下照射期间仍起作用。可检测的角度范围由光阑限制为由光耦合输入条件限定的关键范围。光谱过滤层可以附加地或替代地也形成在放置面与传感器层之间，或者保护体本身可以设计为光谱过滤层。光谱过滤层也可以仅是保护体的一部分。还可行的是，传感器元件本身波长选择性地仅针对照射波长的光来设计。所有措施也可以相互结合。

例如利用吸收性的、有机或无机染料、颗粒、等离子体滤光器(共振金属纳米颗粒)或干涉滤光器，可以实现通过将光谱滤光层集成在保护体中来限制光谱范围。如果使用粘合剂将保护体连接到传感器层，则也可以在其中集成对环境光的防护，然后，光谱过滤层对应于粘合剂层。通过结构化的光谱滤波器可以在像素级精度地防护环境光。这里，只有从要通过放置面采集的皮肤区域传播到传感器元件的光敏区域的光被光谱过滤并允许通过，而不是通过传感器组件和放置面传播的并照亮要采集的皮肤区域照明光线。

在本发明的特别优选的实施例中，附加光源布置在光导的下部大面下方，并且与光导的下部大面间隔开。折射率低于光导的层位于光导与附加光源之间。因此不应当阻止光导中的光传导；实现此目的的一种可行方案是光导与附加光源之间的气隙。附加光源以平面形式发光；例如，附加光源可以设计为背景照明，如其用于显示器行业那样，或者也可以设计为完整的显示器。显示器使得可以在放置面上表示信息成为可能；通过这种方式可以实现直接的用户指导。发射平面形式的光的附加光源不是直接连接到光导的下部大面，即没有与光导光学耦合；例如，薄空气层位于两者之间，以便不干扰下部大面的全反射。借助于附加光源也可以采集文档，因为来自该光源的光通常是无指向的，并且全反射原理在此不适用。然而，附加光源的照射强度有利地匹配于用于均匀化的机构的透射程度，使得在采集文档期间尽可能以相同的照射强度对待采集的物体进行照明。

可以形成附加光源，使得附加光源同时或连续地发射光，优选地通过控制在多个不同波长或多个不同波长范围内、特别是彼此不重叠地发射光。这使得针对安全文档和钞票的认证的控制图像成为可能。为此，有利的是，除了人眼可见的波长范围之外，光源还可以在红外或紫外范围内发光。为了采集彩色文档，还有利的是，附加光源可以一个接一个地从红色、蓝色和绿色波长范围发射光。这些波长范围的光可以优选地通过控制单独地接通和断开，特别是如果传感器元件仅检测强度而不检测颜色，则可以通过相应的图像处理算法评估彩色图像。

附加照明也可以由单独的光源组成，然后这些光源也可以布置在传感器层与镜面层之间；在这种情况下，可以省去照射强度与均匀化机构的透射程度的匹配。然而，在光导下方的布置是优选的，因为这里对于附加光源的选择具有更大的灵活性，并且承载该附加光源的元件不需要是透明的。而且，照明光不需要穿透另外的层，这分别都与损耗相关。当使用附加照明时，可以有利地关闭发射用于采集皮肤区域的照明光的光源。

不言而喻的是，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的特征和下面还要说明的特征不仅能够以所述组合使用，而且能够以其他组合或单独使用。

附图说明

下面借助于也公开了对于本发明关键的特征的附图详细阐述本发明。其中：

图1示出用于采集指纹的装置的基本结构，

图2a-f示出整合到镜面层中的均匀化机构的不同的构造方案，

图3a-e示出用于阻止折回反射的收尾窄面的不同的构造方案，

图4示出针对一角度范围的照明光的光线分布，

图5示出具有厚的保护体的装置的实施方案，

图6示出具有在传感器元件上方的光阑的装置的实施方案，

图7a、b示出具有受限的孔径和光阑的传感器元件的功能，

图8示出具有光谱过滤层的装置的实施方案，

图9a-c示出光耦合输入的不同的构造方案，

图10示出具有用于采集文档的附加光源的、用于采集皮肤区域的装置，

图11以俯视图示出具有用于均匀化的不同尺寸的光阑的装置，

图12示出用于均匀化的、具有厚度可变的吸收层的结构。

具体实施方式

图1示出通过受干扰的全反射用于基于接触同时采集血液通流的人类手足的多个皮肤区域的印迹的装置的基本结构。沿着发光方向示出该装置的截段。作为示例，这里作为手足的两个手指101放置在采集面102上，采集面102形成预定厚度的保护体103的收尾部。这里的放置面102的尺寸使得可以同时放置多个手足。从手指101看，在保护体103下方布置有传感器层104，传感器层包括以阵列形式布置的光敏传感器元件201，其在下文中也称为像素。传感器元件201设计用于检测至少一个预定波长范围的包括至少一个波长的光。对于至少一个预定照射波长范围的光是透明的通带区域202布置在光敏传感器元件201之间。从手指101看，在传感器层104下方布置有由对于预定义照明波长范围的光透明的材料制成的光导106。

光导106设计成平面平行板或者说完全平行板的形式，并包括下部大面155和上部大面156，上部大面平行于下部大面155设置并面向传感器层104。两个大面155、156通过多个窄面相互连接，这些窄面未在示出了装置的一部分的图1中示出。其中一个窄面设计为用于照明光的耦合输入面。发射照明光的光源112沿着耦合输入面的纵向方向布置，即在此垂直于片材平面。

光源112在优先方向113周围的有限角度范围内发光，该优先方向113与两个大面155、156形成入射角，入射角以如下方式规定，使得在角度范围内发射的光在进入光导106之后，在与之接触的介质具有空气折射率的情况下，在两个大面155、156上会发生全反射。实际上，空气与作为介质的下部大面155接触，使得在那里满足了全反射的条件。然而，布置在传感器层104与光导106之间的镜面层105位于上部大面156上，镜面层将照明光的一部分反射回光导106并透射另一部分照明光。保护体103、传感器层104、镜面层105和光导106分别对应层序列地彼此光学耦合，即例如通过光学键合彼此粘接。粘合剂和层的材料以如下方式选择，使得它们具有尽可能相似的折射率，以便入射角谱在优先方向113周围尽可能小地扇状铺展。

由光源112发射的光沿着优先方向113耦合到光导106中。在此，光的全反射在光导106的下部大面155上发生。在每次反射时，仅一部分光作为透射光107透射通过位于光导106和传感器层104之间的镜面层105，并被引导通过传感器层104中的通带区域202并穿过保护体103到达放置面102。

以这种方式确保：在光导106中引导的光经很多次反射中仅略微减弱。在没有镜面层105的情况下，大部分光根据传感器层104的透射程度在传感器层104中被吸收，这会导致非常不均匀的照明，这种非常不均匀的照明还与所放置手指101的位置相关。在没有反射层的情况下，随着到光源112的距离增加，照明强度还以更大的程度下降，这种下降被镜面层105减轻。

如果所放置的物体(例如这里示例性地示出的手指101)在发射光线107位于放置面102上的反射点处不与放置面发生接触，则发生全反射。在放置面102处反射的光线108打到传感器元件201上并且基于其光灵敏度被记录。相对应的传感器元件201相对于放置面102上的反射点102以δz＝d·tan(α)远离光源移动地安置，其中，d表示保护体103的厚度，α表示反射的光线108相对于放置面102的面法线的角度。

皮肤区域、特别是手指不是光滑的面。例如，手指具有乳头状凹陷和乳头状脊，从而产生已知的个性化的结构。在这里示出的手指101的情况下，乳头状凹陷110不与放置面102接触；光线在这里发生全反射并得到记录。然而，手指101与乳头状脊111一起位于放置面102上，并且在这里手指101与放置面102接触。透射光线107在那里穿过手指101。光在手指内部在自然存在的散射中心109上发生散射，光的主要部分保留在手指中，并且仅一部分通过放置面102再次耦合到保护体103中并且具有打到光敏传感器元件201上的可能性。因此，乳头脊由于较低的强度而在图像中变得明显；乳头脊的图像比乳头状凹陷110的图像更暗。总之，以这种方式，通过传感器层104的所有传感器元件201形成对应于放置在其上的手指101的印痕的明暗图案。在此，保护体103用作光学介质，以便将已经通过通带区域202的透射光线107连同照明光引导到光敏传感器元件201上，在光敏传感器元件上，光被对应于强度地转换成电信号。此外，保护体103还用于保护传感器层104，免受放置在其上的物体的损坏或破坏。

沿优先方向113进入光导106的光线在打到上部大面156上时，被分成透射光线107和反射光线114，基于镜面层105，仅一部分光被进一步作为透射光线107引导。反射光线114再次在下部大面155处被反射并再次作为反射光线115打到上部大面156上，在上部大面上，再次将一部分作为透射光线耦合输出并由镜面层105引导到放置面102，同时，光线115的主要部分再次被反射并作为反射光线116被转向到下部大面155。随着上部大面156处的每次反射，一小部分强度被耦合输出并传输，使得在光导106中传播的光线的强度逐渐减小。

当使用镜面层105时，尽管随着距光源112的距离增加，照明强度下降的程度小于没有这样的镜面层105的情况，但是在此必须尽可能高地选择镜面层105的反射程度，以便使照射强度下降保持得尽可能低。因此，系统变得效率较低，因为大部分光未被利用地引导通过光导106并且在末端耦合输出或被吸收。为了校正照射强度下降以获得尽可能均匀地照明的明亮图像，该装置因此包括用于使照明光的照射强度均匀化的机构，照明光通过其上部大面156离开光导106并且照射到放置面102上。附加地或替代地，这种装置包括用于根据从保护体103照射到放置面102上的照明光的照射强度来使待检测光量均匀化的机构。在此，均匀化涉及的是随着与光源112的距离增加的照射强度的下降，因此根据与光源112的距离来实现，其中，必要时考虑到照射强度的下降的非线性进程。用于使照射强度或待检测光量均匀化的机构能够以各种方式实现，其中，一些方式在下面通过示例的方式解释。

第一可行方案在于，将用于使照射强度均匀化的机构构造在镜面层105上，镜面层105与传感器层104和光导106光学耦合，如前所述那样。用于均匀化的机构在镜面层105上的构造包括上述镜面层105的一个实施方案，其效果是镜面层105的反射程度随着距光源112的距离增加而下降并且透射程度增加。针对这种随着到光源112的距离增加而具有降低的反射程度和增加的透射程度的镜面层的示例在图2a-2f中示出。在图2a-2d和2f中所示的实施例中，这是通过改变反射区域208和透射区域207的面积比例来实现的，其中，确定反射程度的代表性面积比例必须包括明显大于各个反射区域208或透射区域207的伸展的截段，使得每单位面积的反射区域208的比例平均减小，每单位面积的透射区域207的比例随着远离光源112而平均增加。

在图2a中，其从上方俯视图示出了镜面层105，然后放置面平行于片平面放置，同样在图2b、c、d、f中，为了更好地理解，省略了传感器层104和保护体103，反射区域208通过示例设计为矩形，更精确地设计为方形，反射区域每单位面积、即每个代表面区域的数目是恒定的，相反，反射区域208的面积、即尺寸随着距光源112的距离的增加而减小，这里的光源被设计成发射线性光并且可以例如由彼此相邻布置的多个led157来形成，使得透射区域207的比例增大。在此，反射区域208原则上可以具有任何所需的几何形状，几何形状可以设计为多边形、星形、圆形、椭圆形或环形，也可以具有不规则形状。在此，反射区域208的比例在代表性面区域上可以平均呈线性减小或匹配于照明强度或照射强度的计算的或测量的非线性衰减，以更好地补偿照明衰减。除了反射区域208或透射区域207的尺寸之外，还可以其沿光源112的距离改变其数目或其彼此的距离，并且这种变化同样简化线性地或与实际的照明条件匹配地进行。在图1和图2中方格状布置的反射区域208能够当平行于线性照明112成行布置的情况下，图2a和2b以彼此跟随的行、也相对于前一行或后一行的反射区域错开安置。区域的距离、大小或数目的变化也可以彼此组合，以便获得最佳结果。

图2b示出了图2a中的结构的细节。这里，光源112由单独的led形成，这些led沿着与传感器层104的平面伸展的一个维度平行的耦合输入面彼此相邻排列，以便形成线光源，线光源的长度为优选至少等于传感器层104的相应尺寸。在此，各个led157以这样的方式布置，使得由其以平行于放置面102的平面中的孔径角152发射的光束彼此重叠，从而使得当光线被反射到光敏传感器元件201上时，总是在纵向方向上，即沿着由光源112形成的线确保了光束的混合并因此确保了放置面102的照明的均匀化。led157在此也可以是激光器用作单独的光源，能够可以有利地通过控制器单独操控，并且以这种方式可以使不均匀的照明进一步减少。控制可以与图像内容的评估相关联，使得在图像采集期间对各个led157的主动控制用于改善图像中的对比度并且用于更好地操控传感器元件201。

图2c示出了镜面层的另一实施例，在镜面层上，用于均匀化的机构设计为条带状。透射区域207表现为白色条带，反射区域208表示为黑色条带。透射区域207和反射区域208分别在光源112的整个伸展上纵向延伸，即基本上横向于光传播方向延伸。这里，传输变化也通过改变区域的大小来实现；在选择用于图示的视图中，改变黑色的反射区域208和白色的透射区域207的宽度，即改变沿光传播的伸展。照射强度的均匀化也可以通过沿着照射方向的反射区域208之间的距离的线性或适应的减小来实现，然后这是反射区域208则具有恒定尺寸，或者也可以通过尺寸和距离的变化的组合来实现。

图2d示出了镜面层105的另一实施例，随着距光源112的距离增加，即纵向于照射方向，透射率增加。这里的透射程度的变化是通过透射区域207的放大和横向于照射方向(即与线光源平行)的反射区域208的尺寸的相应减小来实现的，随着距光源112的距离增加。反射区域208在光源112的纵向方向上的伸展减小。这里，沿着照射方向的反射区域208的尺寸的减小是线性地实现的，如直线所示；透射区域207与反射区域208之间的分离线是直线，这对于生产来说更简单。在这里，也可以适配实际的照明条件；例如当线具有适配于照射强度下降的实际进程的曲线形状，则可以改善校正。

图2f示出了镜面层105的另一实施例，其中，透射率随着距光源112的距离的增加而增加。仅作为示例，这里的反射区域208具有易于制造的圆形形状并且具有相同的尺寸。这里，圆形反射区域208布置成使得其在照射方向上彼此的距离随着距光源112的距离的增加而增加的方式。沿着纵向方向，即平行于光源，圆形反射区域208分别成行地彼此相对错开地布置，使得在光源112的区域中可以实现特别密集的布置。按照这种方式，当传感器平面104与保护体103的厚度比例保持恒定时，可以使用较大的反射区域208和/或较大的透射区域207，而其投影结构对放置的物体的在平面中利用传感器元件201产生的图像没有降低质量的效果。与由led157形成的并且发射线形光的光源112平行地，在该示例中，反射区域208分别均等地间隔开，但这不是强制性的。

图2e示出了另一实施例，其具有集成在镜面层中的、用于均匀化的机构；所示的截面垂直于放置面102而置。这里，镜面层105的厚度随着距光源112的距离的增加而减小；以这种方式，镜面层105的透射程度增加，因此反射程度降低。在这里，厚度也可以随距离线性减小，或者可以特别适应于计算或测量上的照射强度下降。如果镜面层105设计为楔形，则镜面层可以光学粘合到由透明材料制成的补偿层上，补偿层优选地具有与其他材料相似的折射率，以便使角度光谱的分裂，然后，该双楔结构的外部面彼此平行，使得层复合物的所有其他界面包括放置面彼此平行放置。

而在前面的例子中，透明区域表现为亮，反射区域表示为暗，镜结构也可以反向构造，即先前描述为反射的暗区域是透明的，反之亦然。在这些情况下，从相对侧进行照射，以便随着距光源的距离增加，镜面层105的透射程度变大，并且反射程度变小，即光源112和耦合输入面在以与图2a-d和2f中相反的方式形成镜面层105中则布置在所示的镜面层105的右手侧。

作为前述实例的替代或补充，主要引起镜面层105(即镜面层105的组件)的反射的材料密度也可随着距光源的距离增加而减小。

在图12所示的优选实施例中，均匀化机构替代镜面层105借助于用于此目的的专门的层而实现，例如通过具有吸收层303的吸收器301实现，吸收层303布置在镜面层105与传感器层104之间，其中随着与光源112的距离增加，吸收层303对于照明光的吸收程度降低并且透射程度增加。这在图12中示例地以楔形构造的吸收层303示出；为了保证界面的平行位置，吸收层303与透明的补偿层304光学耦合，并且两者一起形成吸收体301。

图11最后示出了一个实施例，其中该装置包括用于使待检测光量均匀化的机构；这些装置包括像素孔径光阑层124，其可以布置在传感器层104上方，具有单独的像素孔径光阑132，像素孔径光阑在图11中被极大地放大。像素孔径光阑132的光阑孔203随着距光源112的距离而增加，即距光源112的距离越大，可检测到的光越多。用于使待检测光量均匀化的机构可以附加地或替代地还包括用于改变传感器元件201的光灵敏度的控制器；在这种情况下，光阑孔203也可以是相同的。

用于抑制返回光线形成的装置优选地形成在光导106的设计为收尾窄面300的窄面上，该收尾窄面300在光传播方向上与耦合输入面相对。图3a-3e示出了这这种抑制机构的各种实施例。在这些图中，分别示出了具有收尾窄面300的结构的背向光源的侧面。光的由光导106传播的部分，作为光线160在末端打到光导106的收尾窄面300上。在没有进一步的措施的情况下，在此示例性地以光线160的形式表示的光被光导106反射并以一定角度再次通过光导106传播返回，所示角度根据收尾窄面300相对于上部大面156的倾斜度而定。当收尾窄面300与上部大面156成直角时，反射回的光线161在下部大面155上被全反射并且作为再次反射的光线162继续传播时。因为镜面层105允许一部分光通过，所以返回的一部分光线163也穿过镜面层105、传感器层104和保护体103并打到放置面102上。如果在那里没有放置物体的话(这里参考与图1有关的描述)，光线在放置面102处全反射并作为光线164打到光敏传感器元件201上；否则，光线进入放置于其上的物体中并在那里发生散射。返回光线的光路由虚线表示，入射光线的光路由连续线表示，其对应于结合图1描述的光线。物体纹理的图像被由入射光线和返回光线投射到具有不同的201的传感器层104上，这些传感器元件以两个像素的距离彼此推移。另外。在图3a所示的前提条件中，收尾窄面300垂直于上部大面156地布置，产生两个图像，其中，返回光线的图像在光源112的方向上以δz＝-d·tan(α)移位。在此，d是保护层的厚度，α是反射光线与放置面102的面法线的角度。在无需其他措施的情况下，因此通过前进和返回光线产生双重图像，并且两个单独的图像移位2δz的量。

通过下面描述的措施抑制返回光线。一种简单的措施是：为收尾窄面300设有吸收层302，在图3a中用粗黑条表示。这防止了在收尾窄面300处的反射并且此外防止辐射能够往回传播。抑制机构的另一个实施例如图3b所示。这里，收尾窄面300是倾斜的，使得投射的光线优选地以直角投射，即，收尾窄面300基本上垂直于沿着优先方向113进入光导106的光的传播方向地布置，以便实现尽可能低的反射。额外地，在这里收尾窄面300设置有抗反射层154，以使反射最小化。透射光线136由额外的吸收器305收集。

图3c表示图3b的变型；这里，收尾窄面300也相对于下部大面155以相对于直角额外的倾斜角153倾斜，这里，收尾窄面300本身设置有吸收层302。吸收层302可以例如通过使表面变黑、通过粗糙化或通过两者的组合或通过现有技术中已知的其他措施的组合来实现。

其他构造方案在图3d和3e中所示；这里，收尾窄面300由两个或三个单独的面组成，这两个或多个单独的面分别成对地彼此形成不同于0°和180°的角度，其中，角度根据光的传播方向以如下方式预先确定，使得吸收最大化。在收尾窄面300的区域中，下部大面155相比于上部大面156延长，并且与收尾窄面300一起形成相应的角度，该角度被选择成使得反射光在那里尽可能垂直地打到收尾窄面300上。收尾窄面300的区域在此由多个吸收面组成，这些吸收面以不同的角度彼此相遇。在图3d中，下部大面155的端部区域同样设有吸收层302；未被吸收的光尽可能垂直地照射到收尾窄面300上并且在那里被另外的吸收层302吸收；以这种方式可以增加吸收程度。图3e最后示出了一种变型，其中光导106沿光源112发出的光的方向延伸超出传感器层104、镜面层105和保护体103的区域之外，并且下部大面155和上部大面156的端部区域以及收尾窄面300分别设置有吸收层302。光线166的未被下部大面155上的第一吸收层302吸收的部分转向到收尾窄面300并且光线167的未被吸收的比例被引导到形成在上部大面156上的吸收层302上。按照这种方式，通过简单的技术手段可以实现三倍的吸收，使得可以实现高度吸收。在图3e中选择的图示中，光导106不与保护体103、传感器层104和镜面层105的其他三层齐平地收尾，但是例如当上部大面156的端部段设置有吸收层时，则可以容易实现齐平的收尾，例如通过相应的粗糙化实现，之后，光导106与镜面层105光学耦合。

这里，参考图4更详细地解释光导106中的光线传播。光源112沿着优先方向113将光发射到光导106中，其中由于技术原因，光也在优先方向113周围的角度范围中发射；角度范围的边缘光线117和119由虚线表示，对应直接在离开光源112之后的入射角范围。沿着优先方向113发射的光的一部分透射穿过镜面层105并在那里继续作为中心光线118传播；这同样适用于边缘光线117和119。然而，光的较大部分被反射并继续作为反射光线114传播。在下部大面155处反射之后，光线作为反射光线115继续传播，较小比例作为中心光线121通过镜面层105，而较大比例作为反射光线116保留在光导中。类似地，边缘光线也被反射，然而其中，对应于光路的长度，例如可以具有锥形的孔径角度范围的直径一直变大，例如在边缘光线120和122中可以看到。这根据光导的厚度、使用的入射角和在角度范围的大小的，随着距光源112的距离变大，导致由镜面层105透射的按比例的光束重叠；以这种方式，实现了放置面102的均匀照亮，而与照射强度的均匀化无关。为了均匀照射放置面102的为图像采集设置的区域，因此应当在第一光敏传感器元件201之前提供光通过光导106的路线，其根据光导的厚度、光源112发出的光的入射角和角度范围得到匹配，使得尽可能已经在该第一传感器元件201的区域内是照明均匀化。由光源112发射的光束的光的角度范围与保护体103的厚度和折射率一起确定了系统的分辨能力，并且优选地在图1所示的片平面中的优先方向113周围小于±10°。相反，在与放置面平行的平面中，尽可能宽地呈扇形铺展光线是有利的。

保护体103例如可以通过沉积工艺安装到传感器层104上。然而，与已知的结构相比，可以使用更厚的保护体103，其也可以借助通过在照明光的透明度和折射率方面适配的粘合剂通过所谓的光学键合与传感器层104光学耦合。在图5中示出了这样的示例，其中，在传感器层104与保护体103之间，设置有粘合剂层140，为了清楚起见，粘合剂层在这里表示为具有比实际更大的厚度。通过使用粘合剂层140，产生了用于施加具有比沉积工艺中可以产生的更大厚度和更大硬度的保护体的进一步技术可行方案，优选厚度在50μm与1000μm之间。然后，保护体103优选由硬质薄玻璃，钢化玻璃或陶瓷制成。当然，保护体对于照明光必须是透明的，但是也可以将保护体本身设计为光谱过滤器，结果例如它阻挡环境光。保护体103可以在应用于传感器之前单独生产并加工，以使其更好地适应预期用途。例如，保护体103可以硬化或具有电或光学活性涂层；美学治疗也是可以想象的。用于粘合剂层140的粘合剂至少部分透明，并且可以通过其本身或通过引入光学活性添加剂而具有光谱限制作用。为了防止在放置面处的反射，粘合剂的折射率与保护体103的折射率适配。可以由传感器元件201记录的光在其波长谱中受到最后提到的测量的限制。通过光谱过滤，能够以这种方式降低传感器元件201对于环境和干扰光方面的灵敏度，从而提高图像质量，特别是如果可以避免一些或所有传感器元件的过载的话。

图5还示出了中心光线的光路，其考虑了粘合剂层140与保护体103之间的界面处的折射率的微小变化。如果放置面102的下侧上没有布置皮肤区域的话，中心光线121打到放置面102的下侧上，则再次全反射并作为光线142进入粘合剂层140，然后作为光线143打到传感器元件201上。

图6示出了该装置的另一实施例，其中未示出单独的粘合剂层140。在传感器层104与保护体103之间布置有附加的环境光光阑层123，以抑制检测到环境光，其中环境光光阑130分别布置在传感器元件201上方。在环境光光阑130中，环境光光阑层123设计成透明的。环境光137的光线在采集面102处被折射并且作为折射光线138在传感器元件201的方向上传播。环境光光阑130可以被设计为简单的、完全填充的吸收区域；以这种方式，防止了折射的环境光的光线138打到光敏传感器元件201上，从而防止了图像干扰的发生。然而，如结合图11所述，光阑还可以同时承担均匀化的功能，并且可以包括根据到光源112的距离的不同尺寸的透明区域。

当结合图11描述的具有像素孔径光阑的光阑层124及其上方的单独的环境光光阑层布置有环境光光阑130，以便阻挡层系统中的环境光时，能够更好地实现环境光的吸收和待检测的光量的均匀化两个方面。这在图7a和7b中示出。图7a示出了这样的结构，其上放置有手指101和具有像素孔径光阑132的光阑层123和124用于均匀化光圈层124中的待检测光量和环境光光阑层123中的环境光光阑130，以便与布置在其下方的光阑层124相互作用下实现选择性角度限制，光阑层控制传感器元件201的孔径。对待检测的光量的均匀化只有一种选择，这也可以通过镜面层105的相应实施例如前所述，即所有像素孔径光阑132也可以具有相同的开口，使得阻挡环境光的条件对于所有传感器元件201是相同的。

图7a示出了在放置手指101的情况下的光路，其中，中心光线118在手指101的乳头状凹陷110所在的区域中打到放置面102上，使得中心光线118是完全内部反射的，并且通过环境光光阑130并穿过像素孔径光阑132通过光阑孔203照射到光敏传感器元件201上。环境光的情况另外在图7b中示出。举例来说，来自外部光源125的光作为光线126进入手指101并在散射光线127和128中散射。在多次散射之后，一部分光作为光线129通过乳头状脊111和采集面102进入保护体103，其中，照射方向是随机的。因此，这获得了环境光可以作为光线129得到收集的多个可行的方向。因为干扰辐射的光线129主要是不能通过环境光光阑130的吸收区域与像素孔径光阑132之间的间隙传播的角度，所以图像采集不会被干扰辐射破坏，并且不会降低对比度。

图8示出在传感器层104与保护体103之间具有光谱过滤层131的装置的另一构造方案。该构造方案当然可以与其他实施例组合，正如所有其他实施例也可以相互组合。光谱过滤层131的目的是，限制到达光敏传感器元件201的光的光谱带宽。光谱过滤层131可以设计为均匀表面或构造成，以最小程度通过传感器层104的光敏传感器元件201形成滤光器，也就是其光谱选择性可以通过面积改变，这特别是对于使用来自附加光源的光的情况是有利的，如下面结合图10所述。光谱过滤层131可以例如在施加保护体103之前施加到传感器层104，或者可选地施加到保护体103上。光谱过滤层131优选地仅对于那些不能穿透放置的物体的波长或波长范围是透明的。光谱过滤层131的透射带越窄，这种结构对干扰光的屏蔽越好。当然也可以组合多个光谱过滤层或设计光谱过滤层，使得它对多个波长范围具有选择性。

为了尽可能高效地并且高产率地将来自光源112的光耦合到光导106中，有利的是，相应地形成耦合输入面，方式为：耦合输入面的法线例如平行于优先方向113而置。特别合适的耦合输入面的示例在图9a-9c中示出。图9a示出了相对于镜面层105的面法线或相对于上部大面156以角度150倾斜的耦合输入面158；角度150优选地具有10°与50°之间的值。光源112以相应的角度对准，使得优选至少中心光线118垂直地打到耦合输入面158上并以全反射所需的角度打到上部大面156上，这里假设外部介质而不是镜面层105具有空气的折射率。光源112发光的角度范围由作为虚线绘制的边缘光线117和119表示。中心光线118以足以进行全反射的角度打到放置面102上，而图9a中所示的边缘光线117在放置面102处不全反射，而边缘光线119是全反射的。也就是在边缘光线117与中心光线118之间的角度的光束部分不是全反射的，并且即使光源本身为光发射提供了更大的孔径角，仍以这种方式有效地限制在光导106中传播的光线的孔径角。在光源以较大角度范围发光的情况下，这导致系统分辨率的提高，但也导致强度损失。

图9b示出了类似于图9a的情况，其中，角度150具有与图9a中相同的值但是具有不同于图9a的符号，以及对应中心光线118和边缘光线117的相应的光路。光源112以角度范围151，在片平面中、即在垂直于放置而102的平面中发射光。

图9c示出了图9b中所示实施例的变型。这里，耦合输入面158在其窄面处设置有倒角159，这使得可以更有效地利用光源112发出的光。耦合输入面158的法线平行于优先方向113或中心光线118而置，而倒角159与耦合输入面158形成不同于0°和180°的角度。由此，实现了边缘光线117和119在进入光导106时更强烈地折射，因此减小了照明光的有效角度范围。这使得整个系统的分辨率的提高。当然，还可以另外将耦合输入面158分成另外的、分别相对于彼此倾斜的子分段。也可以将其分成无限小的面分段；例如，耦合输入面158也可以具有曲率。

此外，还可以减小在其中将呈宽缝形式的光阑安装在耦合输入面158上的角度范围151，并且可以增加从光源112到耦合输入面158的距离。然而，这些措施与辐照强度的损失有关，这特别是对于移动设备的情况，会导致不必要的能量损失和更短的电池寿命。

最后，图10示出了一种装置，其中，发射呈面状的光的附加光源320布置在光导106的下部大面155下方，并且与光导106的下部大面155间隔开。附加光源320的照射强度可以适配于均匀化机构的透射程度，并且可以局部变化。此外，附加光源可以有利地发射至少两个优选地彼此不重叠的波长范围的光。在此，多个波长范围中的一个有利地与人眼可见的波长范围相邻，这实现了对文档的验真；彩色照明也是有利的，为此，附加光源320优选地设计成从红色、蓝色和绿色波长范围发射光。可以接通这些波长范围。附加光源320优选用于采集皮肤区域以外的物体，例如平整文档325。由此，不干扰光源112发出的光的全反射而且因此不能在传感器元件201或传感器层104上产生其纹理的图像的物体也可以得到采集，附加光源还用于采集在光源112由于其表面结构而发光的情况下在传感器层104上产生双图像的物体。为了利用附加光源320采集图像，优选地关闭光源112。由附加光源发射的光线321在它们也穿过放置面102之前，穿透光导106、镜面层105、传感器层104的通带区域202和保护体103。当光线打到位于放置面102上的物体(例如文档325)上时如图所示，光线321作为为散射光323散射返回，该光线照射到光敏传感器元件201。在该成像过程的情况下，最大分辨率低于在借助通过光导的定向照射的情况下的指纹采集，并根据保护体的厚度而定。保护体越厚，即光敏传感器元件与待采集物体之间的距离越大，系统的分辨率越低。为了能够以300ppi解析，此距离不得超过预定义值。例如，如果使用折射率为1.5的薄玻璃作为保护体，则距离不得大于约50μm。最大分辨率通常根据保护体的折射率而定。折射率越高，最大分辨率越高。附加光源320的亮度有利地与镜面层105的相应区域的透射相协调，使得在放置面102上实现均匀照明。附加光源有利地发出用于单色采集一个对象的白光。对于文档的验真，有利的是，附加光源320还可以通过切换以另外的、光谱受限波长范围内发光，例如在与可见波长范围相邻的红外或紫外范围内发光。

附加光源320可以附加地或替代地也在对应红色、绿色和蓝色光的有限波长范围内依次地或同时地发光。利用依次照明，可以彼此先后采集三种颜色的图像，并且当传感器元件201仅记录强度时可以通过相应的图像处理算法组装以形成彩色图像，如现有技术中已知的那样。具有不同波长范围的照明也可以同时实现，其中传感器元件201必须设计有相应的子像素，所述子像素分别仅检测该波长范围，和/或设计为具有不同的颜色滤波器，使得不同的子像素可以分别检测不同的波长范围。

此外，附加光源320还可以用于在放置面上显示信息项，其以操作指令的方式向用户显示使用该装置的指示或附加信息项。然而为此，附加光源320必须由可单独控制的元件组成，例如，实施为显示器。

利用先前描述的装置，可行的是，通过均匀化，对于所有皮肤区域以相同的采集质量同时采集多个手指的印痕，其中，与基于全反射用于采集手足的其他布置相比，该装置被构造为扁平的。另外，可以在也可以用作屏幕的放置面上显示诸如用户指导或评估之类的信息项，并且可以通过附加光源采集文档并检查其真实性，例如借助于连接发热数据库的比较来实现。

附图标记列表

101手指

102采集面/放置面

103保护体

104传感器层

105镜面层

106光导

107透射光线

108反射光线

109散射中心

110乳头状凹陷

111乳头状脊

112光源

113优先方向

114、115、116反射光线

117边缘光线

118中心光线

119、120边缘光线

121中心光线

122边缘光线

123环境光光阑层

124光阑层

125外部光源

126光线

127、128散射光线

129光线

130环境光光阑

131光谱过滤层

132像素孔径光阑

135光线

136光线

137环境光

138光线

140粘合剂层

142、143光线

150角度

151角度范围

152孔径角

153倾斜角

154抗反射层

155下部大面

156上部大面

157led

158耦合输入面

159倒角部

160-167光线

201传感器元件

202透过区域

203光阑孔

207透射区域

208反射区域

300收尾窄面

301吸收器

302、303吸收层

304透明的补偿层

305吸收器

320附加光源

321光线

322空气层

323散射光

325文档