一种可调整像素尺寸的成像装置的制作方法

本实用新型涉及屏下指纹识别技术，尤其涉及一种可调整像素尺寸的成像装置。

背景技术：

屏下(underdisplay)指纹传感器是整合在显示屏下的指纹传感器，由于屏幕像素间设计具有一定的间隔，能够保证光线透过。当用户手指按压屏幕时，屏幕可发出光线将手指区域照亮，照亮指纹的反射光线透过屏幕像素的间隙返回到紧贴于屏下的传感器阵列上。由于脊纹区域的指纹组织会吸收光，因此从脊纹反射的光会变暗；从谷纹反射的光相对而言较亮。因此，脊纹和谷纹产生的亮度差异，可在光学传感器阵列上形成指纹图案。

为了得到清晰的指纹图案，在屏幕和光学传感器阵列之间会设置微透镜阵列，用来聚焦反射光，让指纹图案可成像在光学传感器阵列。然而，针对不同的机型设计(例如不同手机的外观和结构设计)，手指到微透镜阵列的物距和微透镜阵列到光学传感器阵列的像距也会跟着改变，因此必须对应调整焦距和像素尺寸。

因此，如何提供一种可调整像素尺寸的成像系统，已成为本领域的课题之一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种可调整像素尺寸的成像装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调整像素尺寸的成像装置，包括：

图像传感器和耦接于该图像传感器的控制电路；

所述图像传感器包括多个像素传感器，每一个像素传感器包括：

用于感应光源照射在物体所在的视野平面而形成的像素影像的感光电路，所述感光电路在第一方向上具有像素尺寸，且视野平面在第一方向上具有视野尺寸；

形成于所述感光电路上的透明基层；以及

形成于所述透明基层上的透镜，透镜在第二方向上具有一焦距；

所述第一方向为视野平面所在平面的x方向，所述第二方向为视野平面所在平面的垂直方向；

所述控制电路，用于根据获取的视野尺寸、像距和物距，产生像素尺寸调整的第一控制信号到图像传感器，使该像素影像完全被该感光电路所接收。

按上述方案，所述感光电路包括多个感光单元，每两个感光单元之间形成有一隔离沟槽，每一个感光单元包括一光耦合二极管，用来感应该像素影像，所述感光电路的像素尺寸等于所有感光单元中所导通的光耦合二极管的数量。

按上述方案，所述控制电路包括用于采集视野尺寸的第一信号采集器、用于采集像距的第二信号采集器、用于采集物距的第三信号采集器、乘法器电路和除法器电路，所述第一信号采集器、第二信号采集器分别与乘法器电路的输入端连接，乘法器电路的输出端和第三信号采集器与除法器电路的输入端连接，除法器的输出端输出信号为第一控制信号。

按上述方案，所述感光电路设有耦接于感光单元和控制电路的开关，用来根据该第一控制信号，导通或关闭感光单元的光耦合二极管。

按上述方案，所述感光电路中的感光单元为棋盘式排列，感光电路包括n*n个感光单元，n是正奇数，耦接于感光单元和控制电路的开关为(n+1)/2个，对感光电路中的棋盘式排列感光单元进行圈层划分，每个开关控制一圈层感光单元。

按上述方案，所述感光电路中的感光单元为棋盘式排列，感光电路包括n*n个感光单元，当n＝3时，该感光电路包括：

1个第一感光单元；

8个第二感光单元，环绕该一个第一感光单元；

16个第三感光单元，环绕该16个第三感光单元和该一个第一感光单元；

一个第一开关，耦接于该一个第一感光单元，用来根据该第一控制信号，导通或关闭该一个第一感光单元的光耦合二极管；

一个第二开关，耦接于该8个第二感光单元，用来根据该第一控制信号，导通或关闭该8个第二感光单元的光耦合二极管；以及

一个第三开关，耦接于该16个第三感光单元，用来根据该第一控制信号，导通或关闭该16个第三感光单元的光耦合二极管。

按上述方案，所述感光电路中的感光单元为棋盘式排列，感光电路包括m*m个感光单元，m是正偶数，耦接于感光单元和控制电路的开关为m/2个开关，对感光电路中的感光单元进行圈层划分，每个开关控制一圈层感光单元。

按上述方案，所述感光电路中的感光单元为棋盘式排列，感光电路包括m*m个感光单元，当m＝2时，该感光电路包括：

4个第一感光单元；

12个第二感光单元，环绕该4个第一感光单元；

一个第一开关，耦接于该4个第一感光单元，用来根据该第一控制信号，导通或关闭该4个第一感光单元的光耦合二极管；以及

一个第二开关，耦接于该12个第二感光单元，用来根据该第一控制信号，导通或关闭该12个第二感光单元的光耦合二极管。

按上述方案，所述感光电路包括多个感光单元，所述多个感光单元为同心圆安排。

按上述方案，所述感光电路中多个感光单元为同心圆排列，

具体如下：

k个圆环形感光单元，两个感光单元之间形成有一隔离沟槽，每一个感光单元包括一光耦合二极管，用来感应该像素影像；以及

k个耦接于感光单元和控制电路的开关，用来根据该第一控制信号，导通或关闭该k个感光单元的光耦合二极管；

其中该像素尺寸等于该k个感光单元中所导通的光耦合二极管的数量，且k是正整数。

按上述方案，所述控制电路还包括第二控制电路，第二控制电路根据像距和物距，产生一第二控制信号到该成像装置来调整该焦距，使该物体可清晰地成像在该图像像素上。

按上述方案，所述第二控制电路包括用于采集像距的第二信号采集器、用于采集物距的第三信号采集器、以及三个除法器电路和一个加法器电路，

所述第一除法器的输入端为1和第二信号采集器，第二除法器的输入端为1和第三信号采集器，第一加法器的输入端为第一除法器和第二除法器的输出端，第三除法器的输入端为1和第一加法器的输出端，第三除法器的输出端为第二控制信号。

第二控制电路完成的计算过程为：

1/pt+1/di＝1/f，

其中，pt是物距，di是像距，f是焦距。

按上述方案，所述成像装置中物体是一手指，像素影像是一指纹。

按上述方案，所述透镜是一微液晶透镜或一弹性聚合物膜透镜阵列。

按上述方案，所述物距为显示面板在第二方向上的长度。

按上述方案，所述像距为透镜中心至透明基层的底面的距离；所述物距为透镜中心至显示面板的表面的距离。

按上述方案，所述物距为透镜中心至显示面板的表面的距离和屏幕贴膜的厚度之和。

按上述方案，所述信号采集器的信号值通过设定或传感器获得。

本实用新型产生的有益效果是：本申请通过控制电路来根据视野尺寸、像距和物距，产生控制信号到图像传感器来调整像素尺寸，使像素影像完全被感光电路所接收。

视野尺寸hfov的大小取决于应用表现和生产成本，物距pt的大小取决于显示屏的厚度，像距di的大小则取决于支撑显示屏的强度和相关制造工艺的要求。在给定视野尺寸hfov、像距di和物距pt的前提下，本申请可适应性地调整像素尺寸sz以解决串音干扰问题。获取清晰的影像(例如指纹)。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本申请实施例一成像装置的结构框图；

图2为本申请实施例一图像传感器的剖面图；

图3为本申请实施例一感光电路的上视图；

图4为本申请实施例一感光电路在一截面的剖面图和电路示意图；

图5为本申请实施例另一感光电路的上视图；

图6为本申请实施例另一感光电路在一截面的剖面图和电路示意图；

图7为本申请实施例另一感光电路的上视图；

图8为本申请实施例另一感光电路在一截面的剖面图和电路示意图；

图中：1-成像装置；10-图像传感器；12-控制电路；ctrl1-第一控制信号；ctrl2-第二控制信号；hfov-视野尺寸；pt-物距；di-像距；sz-像素尺寸；f-焦距；fp-影像；20、50、70-感光电路；21-透明基层；22-透镜；23-显示面板；301、302、303、501、502、701、702、703-感光单元；304、504、704-隔离沟槽；a-a’、b-b’、c-c’-截面

sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7、sw8-开关；x-第一方向；z-第二方向；y-第三方向。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本申请实施例一成像装置1的功能框图。成像装置1可以是一屏下(underdisplaysensor)指纹传感器，其可整合在一电子装置(例如平板电脑、智慧型手机等)，用来侦测指纹的纹路(例如脊纹和谷纹)。

成像装置1用于一电子装置，包括一图像传感器，包括多个像素传感器和一控制电路。每一个像素传感器包括一感光电路，用来感应一光源照射在一物体所在的一视野平面而形成的一像素影像，其中该感光电路在一第一方向上具有一像素尺寸，且该视野平面在该第一方向上具有一视野尺寸；一透明基层，形成于该感光电路上，其在一第二方向上的长度为一像距，该第一方向垂直该第二方向；以及一透镜，形成于该透明基层上，其在该第二方向上具有一焦距。该控制电路耦接于该图像传感器，用来根据该视野尺寸、该像距和该电子装置的一物距，产生一第一控制信号到该图像传感器来调整该像素尺寸，使该像素影像完全被该感光电路所接收。

在图1中，成像装置1包括一图像传感器10和一控制电路12。控制电路10耦接于图像传感器12，用来根据一视野尺寸hfov、一像距di和一物距pt，产生一第一控制信号ctrl1到图像传感器10来调整一像素尺寸sz。控制电路10还用来根据像距di和物距pt，产生一第二控制信号ctrl2到图像传感器10来调整一焦距f。图像传感器10用来产生一影像fp，例如指纹。

图2为本申请实施例中图像传感器10的剖面图。图像传感器10包括多个像素传感器，每一个像素传感器包括一感光电路20、一透明基层21、一透镜22。图像传感器10可与电子装置的一显示面板23相互贴合。

感光电路20用来感应光源照射在一物体所在的一视野平面而形成的一像素影像，其中感光电路在一第一方向x上具有像素尺寸sz，且视野平面在第一方向x上具有视野尺寸hfov。举例来说，当使用者将手指放在显示屏表面时，光源照射在手指所在的视野平面可产生反射光，反射光被感光电路20吸收而形成像素影像。多个感光电路产生的像素影像即可组成影像fp。在一实施例中，物体是一手指，而像素影像所组成的影像fp是一指纹。

其中，第一方向x和第三方向y为视野平面，第二方向z垂直于该平面。常见的建立方式为以显示面板表面(与视野平面同平面)左上角顶点为原点，建立xy平面。

透明基层21形成于感光电路20上，其在一第二方向z上的长度为一像距di，第一方向x垂直第二方向z。透镜22形成于透明基层21上，其在第二方向z上具有焦距f。显示面板23形成于透镜22上，其在第二方向上z的长度为物距pt。在一实施例中，显示面板23是一有机发光二极管(organiclightemittingdiode，oled)面板，而透镜22是一微液晶透镜阵列(liquidcrystalmicrolensarray)或一弹性聚合物膜透镜阵列。

从图2的结构可看出，反射光从视野尺寸hfov聚焦到透镜22所形成的三角形面积相似于反射光从透镜22到像素尺寸sz所形成的三角形面积。据此，控制电路12根据一第一方程式来决定像素尺寸sz，第一方程式为：hfov＝(sz*pt)/di，其中hfov是视野尺寸，sz是像素尺寸，pt是物距，di是像距。于一实施例中，当应用于屏下指纹传感器时，视野尺寸hfov为50微米，物距pt为1.6毫米，像距di为0.6毫米，但不限于此。

本实施例中控制电路12中通过产生第一控制信号来获得像素尺寸，使用的控制电路如下，包括：用于采集视野尺寸的第一信号采集器、用于采集像距的第二信号采集器、用于采集物距的第三信号采集器、乘法器电路和除法器电路，所述第一信号采集器、第二信号采集器分别与乘法器电路的输入端连接，乘法器电路的输出端和第三信号采集器与除法器电路的输入端连接，除法器的输出端输出信号为第一控制信号。

当视野尺寸hfov、像素尺寸sz、物距pt和像距di的大小满足第一方程式的情况下，可确保单一像素影像不会超出单一感光电路20的接收范围，也就是确保单一像素影像完全被单一感光电路20所接收。反之，当单一像素影像超出单一感光电路20的接收范围时，表示单一像素影像可能被多个感光电路20所接收，因此多个感光电路20之间可能存有串音干扰问题，导致图像传感器10产生模糊的影像fp。简言之，为解决串音干扰问题，本申请通过控制电路12来根据视野尺寸hfov、像距di和物距pt，产生第一控制信号ctrl1到图像传感器10来调整像素尺寸sz，使像素影像完全被感光电路20所接收。

进一步地，控制电路12根据一第二方程式来决定焦距f，第二方程式为：1/pt+1/di＝1/f，其中pt是物距，di是像距，f是焦距。根据透镜成像原理，当物距pt、像距di和焦距f的大小满足第二方程式的情况下，可确保物体清晰地成像在感光电路20上，让图像传感器10能产生清晰的影像fp。简言之，为取得清晰的影像fp，本申请通过控制电路12来根据物距pt和像距di来调整焦距f,以确保物体清晰地成像在感光电路20上。

本实施例中控制电路12中通过产生一第二控制信号到该成像装置来调整该焦距，使该物体可清晰地成像在该图像像素上。

产生第二控制信号的第二控制电路包括用于采集像距的第二信号采集器、用于采集物距的第三信号采集器、以及三个除法器电路和一个加法器电路，

所述第一除法器的输入端为1和第二信号采集器，第二除法器的输入端为1和第三信号采集器，第一加法器的输入端为第一除法器和第二除法器的输出端，第三除法器的输入端为1和第一加法器的输出端，第三除法器的输出端为第二控制信号。

本申请的感光电路20包括多个光耦合二极管(photodiode)，本申请通过开关来打开或关闭多个光耦合二极管,来达到调整感光像素尺寸sz的目的，本申请的实施例如将多个光耦合二极管配置为同心圆及棋盘式安排。

关于棋盘式安排的实施例，图3为本申请实施例中感光电路20的上视图。图4为本申请实施例中感光电路20在一a-a’截面的剖面图和电路示意图。在图3中，感光电路20包括n*n个感光单元(例如感光单元301、302、303)，两个感光单元之间形成有一隔离沟槽304，每一个感光单元包括一光耦合二极管(photodiode)，用来感应像素影像。在图4中，感光电路20还包括(n+1)/2个开关(例如开关sw1、sw2、sw3)。开关sw1耦接于一个感光单元301的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图4)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭光耦合二极管。开关sw2耦接于八个感光单元302的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图4)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭光耦合二极管。开关sw3耦接于十六个感光单元303的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图4)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭光耦合二极管。于一实施例中，开关sw1将感光单元301的光耦合二极管接地，以关闭感光单元301的光耦合二极管；开关sw1将感光单元301的光耦合二极管接到输出端，以导通感光单元301的光耦合二极管；开关sw2、sw3的操作方式可依此类推，但不限于此。

从图3和图4的结构可看出，假设感光电路20包括n*n个感光单元(n为正奇数，本实施例n＝5，但不限于此)，其中有一个感光单元301、八个感光单元302和十六个感光单元303。八个感光单元302环绕一个感光单元301，十六个感光单元303环绕八个感光单元302和一个感光单元301。开关sw1用来导通或关闭一个感光单元301的光耦合二极管，开关sw2用来导通或关闭八个感光单元302的光耦合二极管，且开关sw3用来导通或关闭十六个感光单元303的光耦合二极管。

在操作上，当第一控制信号crtl1指示开关sw1、sw2、sw3导通所有的感光单元301、302、303的光耦合二极管(总共导通25个光耦合二极管)时，感光电路20在xy平面(第一方向x和第三方向y)的感光面积最大(相当于最大像素尺寸sz)；当第一控制信号crtl1指示开关sw1、sw2导通感光单元301、302的光耦合二极管且开关sw3关闭感光单元303的光耦合二极管(总共导通9个光耦合二极管)时，可缩小感光电路20在xy平面的感光面积(相当于缩小像素尺寸sz)；当第一控制信号crtl1指示开关sw1导通感光单元301的光耦合二极管且开关sw2、sw3关闭感光单元302、303的光耦合二极管(总共导通1个光耦合二极管)时，感光电路20在xy平面的感光面积最小相当于最小像素尺寸sz)；以及当第一控制信号crtl1指示开关sw1、sw2、sw3关闭所有感光单元301、302、303的光耦合二极管时，感光电路20则不能感应像素影像。简言之，像素尺寸sz等于n*n个感光单元中所导通的光耦合二极管的数量，通过开关sw1、sw2、sw3导通或关闭感光单元301、302、303的光耦合二极管，本申请可调整感光电路20在xy平面的感光面积，以达到调整像素尺寸sz的目的。

关于棋盘式安排的另一个实施例，图5为本申请实施例中感光电路50的上视图。图6为本申请实施例中感光电路50在一b-b’截面的剖面图和电路示意图。感光电路20可替换为感光电路50，其中感光电路20的像素尺寸sz可调整为n*n(n＝1、3、5)，而感光电路50的像素尺寸sz可调整为m*m(m＝2、4)。本领域的技术人员可视情况选择需要的像素尺寸sz，例如n可以是任意正奇数，且m可以是任意正偶数。

在图5中，感光电路50包括m*m个感光单元(例如感光单元501、502)，两个感光单元之间形成有一隔离沟槽504，每一个感光单元包括一光耦合二极管，用来感应像素影像。在图6中，感光电路50还包括m/2个开关(例如开关sw4、sw5)。开关sw4耦接于感光单元501的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图6)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭四个光感光单元501的耦合二极管。开关sw5耦接于感光单元502的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图6)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭十二个感光单元502的光耦合二极管。于一实施例中，开关sw4将感光单元501的光耦合二极管接地，以关闭感光单元501的光耦合二极管；开关sw4将感光单元501的光耦合二极管接到输出端，以导通感光单元501的光耦合二极管；开关sw5的操作方式可依此类推，但不限于此。

从图5和图6的结构可看出，假设感光电路50包括m*m个感光单元(m为正偶数，本实施例m＝4，但不限于此)，其中有四个感光单元501和十二个感光单元502。十二个感光单元502环绕四个感光单元501。开关sw4用来导通或关闭四个感光单元501的光耦合二极管，且开关sw5用来导通或关闭十二个感光单元502的光耦合二极管。

在操作上，当第一控制信号crtl1指示开关sw4、sw5导通所有的感光单元501、502的光耦合二极管(总共导通16个光耦合二极管)时，感光电路50在xy平面(第一方向x和第三方向y)的感光面积最大(相当于最大像素尺寸sz)；当第一控制信号crtl1指示开关sw4导通感光单元501的光耦合二极管且开关sw5关闭感光单元502的光耦合二极管(总共导通4个光耦合二极管)时，可缩小感光电路50在xy平面的感光面积(相当于缩小像素尺寸sz)；以及当第一控制信号crtl1指示开关sw4、sw5关闭所有感光单元501、502的光耦合二极管时，感光电路50则不能感应像素影像。简言之，像素尺寸sz等于m*m个感光单元中所导通的光耦合二极管的数量，通过开关sw4、sw5导通或关闭感光单元501、502的光耦合二极管，本申请可调整感光电路50在xy平面的感光面积，以达到调整像素尺寸sz的目的。

关于同心圆安排的实施例，图7为本申请实施例中感光电路70的上视图。图8为本申请实施例中感光电路80在一c-c’截面的剖面图和电路示意图。感光电路20可替换为感光电路70，其中感光电路70的像素尺寸sz可调整为k(k＝1、2、3)。

在图7中，感光电路70包括k个感光单元(例如感光单元701、702、706)，两个感光单元之间形成有一隔离沟槽704，每一个感光单元包括一光耦合二极管，用来感应像素影像。在图8中，感光电路70还包括k个开关(例如开关sw6、sw7、sw8)。开关sw6耦接于感光单元701的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图8)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭光感光单元701的耦合二极管。开关sw7耦接于感光单元702的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图6)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭感光单元702的光耦合二极管。开关sw8耦接于感光单元703的光耦合二极管和控制电路12(未绘于图6)，用来根据第一控制信号crtl1，导通或关闭感光单元703的光耦合二极管。于一实施例中，开关sw6将感光单元701的光耦合二极管接地，以关闭感光单元701的光耦合二极管；开关sw7将感光单元701的光耦合二极管接到输出端，以导通感光单元701的光耦合二极管；开关sw7、sw8的操作方式可依此类推，但不限于此。

从图7和图8的结构可看出，假设感光电路70包括k个感光单元(k为正整数，本实施例k＝3，但不限于此)。感光单元701为圆形，感光单元702为环形并环绕感光单元701,感光单元703为环形并环绕感光单元702。

在操作上，当第一控制信号crtl1指示开关sw6、sw7、sw8导通所有的感光单元701、702、703的光耦合二极管(总共导通3个光耦合二极管)时，感光电路70在xy平面(第一方向x和第三方向y)的感光面积最大(相当于最大像素尺寸sz)；当第一控制信号crtl1指示开关sw6、sw7导通感光单元701、702的光耦合二极管且开关sw8关闭感光单元703的光耦合二极管(总共导通2个光耦合二极管)时，可缩小感光电路70在xy平面的感光面积(相当于缩小像素尺寸sz)；当第一控制信号crtl1指示开关sw6导通感光单元701的光耦合二极管且开关sw7、sw8关闭感光单元702、703的光耦合二极管(总共导通1个光耦合二极管)时，可缩小感光电路70在xy平面的感光面积(相当于缩小像素尺寸sz)；以及当第一控制信号crtl1指示开关sw6、sw7、sw8关闭所有感光单元701、702、703的光耦合二极管时，感光电路70则不能感应像素影像。简言之，像素尺寸sz等于k个感光单元中所导通的光耦合二极管的数量，通过开关sw6、sw7、sw8导通或关闭感光单元701、702、703的光耦合二极管，本申请可调整感光电路70在xy平面的感光面积，以达到调整像素尺寸sz的目的。

进一步的，考虑到现有的电子设备的显示面板普遍进行了屏幕保护贴膜，本申请的控制装置中的物距调整为透镜中心至显示面板的表面的距离和屏幕贴膜的厚度之和。

实际操作中，物距通过图像传感器对参数处理获得。

或者，通过选择屏幕贴膜的类型，对物距进行微调获得。

综上所述，为解决串音干扰问题，本申请通过控制电路12来根据视野尺寸hfov、像距di和物距pt，产生第一控制信号ctrl1到图像传感器10来调整像素尺寸sz，使像素影像完全被感光电路20所接收。进一步地，为取得清晰的影像fp，本申请通过控制电路12来根据物距pt和像距di来调整焦距f,以确保物体清晰地成像在感光电路20、50或70上。一般来说，视野尺寸hfov的大小取决于应用表现和生产成本，物距pt的大小取决于显示屏的厚度，像距di的大小则取决于支撑显示屏的强度和相关制造工艺的要求。在给定视野尺寸hfov、像距di和物距pt的前提下，本申请可适应性地调整像素尺寸sz和焦距f，以解决串音干扰问题和取得清晰的影像(例如指纹)。如此一来，本申请的可调整像素尺寸的成像装置可适用于各种规格的电子装置，以提升应用弹性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。