[发明专利]具有发散光学元件的生物计量传感器

说明书

光学生物计量传感器包括光感测元件阵列、发散光学元件阵列和孔径阵列，所述孔径阵列设置在光感测元件阵列与发散光学元件阵列之间。在所限定接收角内入射在发散光学元件上的光穿过孔径并且朝着光感测元件，而在所限定接收角之外入射在发散光学元件上的光远离孔径发散。

技术领域

本公开一般涉及光学传感器，且更具体地涉及使用发散光学元件的光学传感器。

背景技术

对象成像在多种应用中是有用的。作为示例，生物计量识别系统对生物计量对象成像以用于认证和/或检验包含识别系统的设备的用户。生物计量成像提供可靠的、非入侵的方式来检验个体身份以用于识别的目的。各种类型的传感器可以用于生物计量成像。

如同各种其它生物计量特性，指纹基于有区别的个人特性并因而提供可靠的机制来识别个体。因而，指纹传感器具有许多潜在的应用。例如，指纹传感器可以用来提供固定应用中的访问控制，所述固定应用诸如为安全检查点。指纹传感器也可以用来提供移动设备中的访问控制，所述移动设备诸如为蜂窝电话、可穿戴智能设备（例如，智能手表和活动跟踪器）、平板计算机、个人数据助理（PDA）、导航设备以及便携式游戏设备。因此，一些应用，特别是关于移动设备的应用，可能要求不但在尺寸上小而且高度可靠的识别系统。

大多数商业上可以得到的指纹传感器基于光学感测技术或电容性感测技术。遗憾的是，常规的光学指纹传感器体积太大以至于不能被封装在移动设备和其它通常的消费者电子设备中，从而将它们的用途限制在门禁控制终端和其中传感器尺寸不是限制的类似应用。

结果，大多数移动设备中的指纹传感器是具有被配置为感测指纹的脊和谷特征的感测阵列的电容性传感器。通常，这些指纹传感器检测绝对电容(有时被称为“自电容”)或跨电容(有时被称为“互电容”) 。在任一情况下，阵列中的每一个感测元件处的电容取决于是否存在脊或谷而变化，并且这些变化被电检测以形成指纹的图像。

尽管电容性指纹传感器提供某些优点，但大多数商业上可以得到的电容性指纹传感器难以通过远距离感测精细的脊和谷特征，从而要求指纹接触接近于感测阵列的感测表面。对于电容性传感器，通过厚层检测指纹仍然是重大的挑战，所述厚层诸如为保护许多智能电话和其它移动设备的显示器的厚护罩玻璃（本文中有时称为“护罩透镜”）。为了解决此问题，常常在显示器旁边的区域中在护罩玻璃中形成切口，并且将（常常与机械按钮集成的）分立的电容性指纹传感器放置在切口区域中，使得其可以在不必通过护罩玻璃进行感测的情况下检测指纹。对于切口的需要使得难以在设备的正面上形成齐平的表面，从而减损用户体验并且使制造复杂化。机械按钮的存在也占据宝贵的设备基板面。

用于基于光学的传感器的一种可能的解决方案是使用针孔型相机。针孔相机包括具有小孔径的薄阻光层。来自所述阻挡层的一侧上的对象的光穿过所述孔径且以倒转的方式投射到设置在阻挡层的相对侧上的检测表面上。然而，针孔相机遭受某些缺点。例如，从针孔相机布置收集的图像被反转，因而可能要求额外的处理是有用的。而且，来自对象的大量光被阻挡层阻挡，并且仅少量的光透射穿过孔径。因而，图像质量可能是问题。而且，成像的对象的面积随着阻挡层与待成像对象之间的距离变化而显著变化。

发明内容

本公开提供光学生物计量感测设备，其包括在(待成像对象与孔径之间的)孔径上方的发散光学元件，以用于每一个感测元件或者像素来增强孔径的效果，所述效果是来优选地移除来自远离感测元件或像素的中间轴的对象特征的光的贡献。这样的实施例有利地减少了当输入对象进一步远离传感器移动时发生的模糊效果。在包括光学“准直器过滤器”的某些实施例中，(与不使用或者与会聚元件相反的)发散光学元件的此使用减小了所需要的准直器过滤器的高度或长度，这可以是传感器制造中的优点，所述传感器制造包括其中更长或更高的过滤器可以影响显示图像质量的显示器中感测。