包括偏振器的生物特征成像装置的制作方法

本发明涉及适于集成在显示面板中的光学生物特征成像装置。特别地，本发明涉及适于指纹感测的光学生物特征成像装置。

背景技术：

1、生物特征成像系统被广泛用作用于增加诸如移动电话、平板计算机、膝上型计算机等的个人电子装置的便利性和安全性的手段。特别地，指纹感测系统现在包括在所有新发布的消费电子装置的大部分中。

2、光学指纹传感器已经为人们所知有一段时间，并且在某些应用(例如用作智能电话、平板计算机、呈现屏幕、访问系统等中的显示器下传感器)中可以是例如电容式指纹传感器的可行替选。光学指纹传感器可以例如基于针孔成像原理，以及/或者可以采用微结构(例如准直器或微透镜)来收集入射光并将其引导向图像传感器。

3、随着例如oled触摸面板显示器的技术发展进步，具有增加的分辨率(即led像素密度)的新显示器不断被引入市场。

4、对于布置在显示器下方的光学指纹传感器，通常需要照亮手指，使得足够量的光被手指反射以随后到达指纹传感器。在显示器下传感器设备中，显示像素通常用于在指纹图像获取期间照亮手指。手指的照亮可以通过控制作为整体的显示器的亮度以照亮手指来实现，或者更具体地，在手指的位置处闪烁或以其他方式增加手指的照亮来实现。然而，装置内例如由显示面板发射的光也可能被装置中的各种层反射并且到达图像传感器，从而干扰指纹图像的捕获。

5、因此，期望提供解决由显示面板中的内反射引起的问题并且还可以改进图像捕获的解决方案。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的是提供适于在电子用户装置中的显示盖玻璃下方使用的改进的生物特征成像装置。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种用于对生物特征对象进行成像的光学生物特征成像装置。该成像装置包括：图像传感器，其包括多个光电检测器像素；透镜组件，其包括至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成将由生物特征对象反射的光聚焦至图像传感器上；至少一个光源，其被布置成邻近透镜组件并且被配置成向生物特征成像装置的感测表面发射光，其中，至少一个光源包括被配置成提供光的竖直解耦的波导；第一线性偏振器，其布置在光源与图像传感器之间；以及环形第二线性偏振器，其布置在至少一个光源上方，以使由光源在远离图像传感器的方向上发射的光偏振，并且该环形第二线性偏振器具有开口，该开口被配置成允许由生物特征对象反射的光到达透镜而不被第二线性偏振器过滤，其中，第一偏振器和第二偏振器中的至少一个是可旋转的。

3、在本上下文中，透镜组件可以包括单个透镜或多个竖直对准的同轴透镜，以通过相机类型光学成像装置提供生物特征成像。所述至少一个光源被布置成邻近透镜组件并且在透镜组件附近。实际上，期望将光源布置得尽可能靠近透镜组件，以改进对要成像的对象的照亮并且减少所发射的光的内反射。

4、对于诸如布置在例如显示面板下方的指纹传感器的生物特征成像装置，提供附加光源而不必依赖于来自显示面板的照亮可能是有利的。在所要求保护的发明中，提供了下述生物特征成像装置，其中至少一个光源被布置成邻近透镜组件，使得手指可以被光源照亮。因此，可以实现改进的指纹成像，因为光源可以由指纹传感器直接控制并且不必依赖于显示面板，这还带来了成像装置不需要能够控制显示器的功能而是可以独立操作的优点。

5、此外，当光源放置在显示面板下方时，期望确保由光源发射的光不会被显示面板反射回图像传感器。鉴于此，本发明基于以下认识：通过环形第二偏振器可以避免反射，该环形第二偏振器使由光源发射的光偏振，但是使所反射的光穿过环的开口。此外，通过将第一偏振器和第二偏振器中的至少一个布置为可旋转的，可以调节两个偏振器的偏振方向之间的关系，使得反射最小化，并且使得可以针对给定应用优化成像装置的光学性能。

6、波导可以包括用于将光从波导解耦以在朝向生物特征成像装置的感测表面的方向上发射的光栅或竖直漫射器。当使用具有竖直解耦的波导时，光源可以是一个或更多个led或合适的半导体激光器。如果期望改进对所发射的光的波长的控制，例如为了更好地匹配光栅的特性，可以使用激光器。

7、波导可以有利地是布置在透镜组件周围的圆形波导，从而提供透镜周围的均匀照亮。此外，波导可以通过全内反射来引导红外光。波导的光学解耦区域可以被配置成在与波导结构的主平面正交的方向上将红外光从全内反射引导中解耦，并且从波导结构中正交地解耦出来，该波导结构在主平面中具有其主延伸。

8、根据本发明的一个实施方式，环形第二线性偏振器具有开口，该开口具有与至少一个透镜的尺寸对应的尺寸。因此，到达透镜的所有反射光在偏振没有任何变化的情况下穿过第二偏振器的开口，并且只有由光源发射的光被第二偏振器偏振，这改进了对不想要的反射的抑制。

9、根据本发明的一个实施方式，第一线性偏振器被布置成具有与第二线性偏振器的偏振方向基本上垂直的偏振方向。这具有以下效果：由光源发射的并且已经穿过第二线性偏振器的光将被第一线性偏振器阻挡，除非沿着从第二偏振器到第一偏振器的路径的所发射的光的偏振发生了变化。这意味着可以防止所发射的光的不想要的反射到达图像传感器，或者至少减少到达图像传感器的不想要的反射的量。

10、根据本发明的一个实施方式，第一线性偏振器布置在透镜与图像传感器之间。因此，到达第一线性偏振器的光将在到达偏振器之前穿过透镜。

11、根据本发明的一个实施方式，第一线性偏振器可以布置在透镜与第二线性偏振器之间，其中，至少一个光源被布置成使得在远离图像传感器的方向上发射的光不穿过第一线性偏振器。

12、根据本发明的一个实施方式，光源被配置成发射红外波长范围内的光。通过使用红外光源例如ir-led，可以在用户没有注意到来自光源的光的情况下执行生物特征成像。如果利用使用可见光的光源，或者如果使用显示面板以使用可见光照亮手指，则用户在图像捕获期间可以看到闪烁光。在日光条件下，光可能不会被用户注意到或者干扰用户，但是在弱光或黑暗的环境下，这样的闪烁光可能会刺激和干扰用户。因此，使用发射红外光的光源，可以改进用户体验。

13、根据本发明的一个实施方式，光学生物特征成像装置可以包括被配置成阻挡可见光的滤光器，该滤光器布置在成像装置的感测表面与图像传感器之间。如果红外光用于照亮手指，则期望减少到达图像传感器的光量，并且这可以通过提供被配置成阻挡可见光的光学滤光器来实现。这样的滤光器可以例如通过将光学滤光器层压至偏振滤光器而与第一线性偏振器集成。

14、根据本发明的一个实施方式，至少一个光源包括多个发光二极管led，并且led可以例如在透镜组件周围布置成环。通过在透镜周围均匀地布置led，可以实现对要成像的对象的均匀照亮。然而，也可以通过将led成组或成行地布置成邻近透镜来实现足够的照亮。此外，可以使用各种光学元件来改进感测表面处的生物特征对象的照亮。

15、根据本发明的一个实施方式，至少一个光源包括环形光源。环形光源可以例如被设置为与环形波导组合，以提供手指的均匀照亮。

16、根据本发明的一个实施方式，透镜组件可以包括布置在透镜镜筒中的圆形透镜。透镜镜筒充当一个或多个透镜元件的保持件，并且还可以将光源和第一偏振器和/或环形第二偏振器布置在透镜镜筒上。因此，透镜、透镜镜筒、偏振器和光源可以作为单个模块被提供，以放置在包括图像传感器的基板上。

17、根据本发明的一个实施方式，生物特征成像装置被集成在显示设备中，该显示设备按从生物特征成像装置开始的顺序还步包括：显示面板；四分之一波片；线性偏振片和盖玻片。四分之一波片用于使穿过的光圆偏振，并且借助于线性偏振器和四分之一波片，可以减少显示设备中的内反射。显示面板例如可以是oled显示面板。

18、根据本发明的第二方面，提供了一种用于对生物特征对象进行成像的光学生物特征成像装置。该光学生物特征成像装置包括：图像传感器，其包括多个光电检测器像素；透镜组件，其包括至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置成将由生物特征对象反射的光聚焦至图像传感器上；环形光源，其包括波导，该波导被配置成提供布置透镜组件周围的光的竖直解耦，并且环形光源被配置成向生物特征成像装置的感测表面发射光；第一线性偏振器，其布置在光源与图像传感器之间；以及环形第二线性偏振器，其布置在至少一个光源上方，以使由光源在远离图像传感器的方向上发射的光偏振，并且环形第二线性偏振器具有开口，该开口被配置成允许由生物特征对象反射的光到达透镜而不被第二线性偏振器过滤，其中，第一线性偏振器被布置成具有与第二线性偏振器的偏振方向基本上垂直的偏振方向。

19、借助于圆形透镜周围布置的环形光源，可以实现对诸如手指的生物特征对象的改进的照亮。此外，借助于将第一线性偏振器布置成具有基本上垂直于环形第二偏振器的偏振方向，可以防止源自环形光源的光的直接反射到达图像传感器，从而提高成像质量。

20、本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的那些效果和特征。

21、本发明的其他特征和优点将在研究所附权利要求和下面的描述时变得明显。技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将本发明的不同特征进行组合以创建除了以下描述的那些实施方式之外的实施方式。