基于通过空间变化的光学滤光器成像的生物特征光学反欺骗的制作方法

1.本发明总体上涉及一种生物特征成像装置、包括生物特征成像装置的电子设备、用于生物特征认证的方法、以及用于制造红外截止滤光器的方法。


背景技术：

2.生物特征系统被广泛用作用于增加诸如移动电话等的个人电子设备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诸如移动电话的所有新发布的消费电子设备的很大比例的消费电子设备中。
3.光学指纹传感器为人们所知已经有一段时间，并且可以是例如某些应用中的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/或者可以采用微通道，即，准直器或微透镜来将入射光聚焦到图像传感器上。
4.与指纹传感器相关联的问题之一涉及所谓的欺骗手指(spoof finger)，其试图模仿活体指纹，由此欺骗指纹传感器。如果欺骗手指的欺骗成功，对系统的未经授权的访问可能不合期望地被批准或者未经授权的交易可能被准许，这可能导致灾难性的后果。使用光学指纹传感器评估对象的活体性的常用方法是对从对象发射的光进行滤光，并且研究例如由传感器检测到的红光的量。为此，光学传感器的像素被除了例如红外滤光器之外还有红色滤光器所覆盖，从而产生集成和制造方面的挑战。
5.因此，感兴趣的是提供改进的光学部件，其提供防止使用生物特征欺骗的未授权访问。


技术实现要素：

6.考虑到现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的是提供一种具有改进的滤光器的生物特征成像装置，其提供欺骗检测能力，并且更容易集成在生物成像解决方案中。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种生物特征成像装置，包括：图像传感器，该图像传感器包括用于捕获对象的图像的光电检测器像素阵列；以及红外截止滤光器，该红外截止滤光器被布置成至少部分地覆盖光电检测器像素阵列。
8.红外截止滤光器包括第一滤光区域和至少两个附加滤光区域，第一滤光区域具有包括可见波长范围内的波长的第一透射波长带，至少两个附加滤光区域具有包括可见波长范围内的波长的透射波长带。
9.附加滤光器区域的透射波长带不同于第一透射波长带，其中，附加滤光区域中的至少两个由第一滤光区域在空间上分隔。
10.本发明基于这样的实现以提供在可见波长范围内具有空间变化的滤光特性的红外截止滤光器。这提供了单个滤光器部件，以实现大多数图像传感器所需的红外截止滤光以及有利地提供反欺骗的滤光特性。更准确地说，与中间第一滤光区域的透射波长带相比具有不同透射波长带的两个在空间上分隔的滤光区域可以用于反欺骗。
11.例如，可以用于反欺骗的附加滤光区域可以布置在光电检测器像素阵列的高质量
成像通常不需要的部分中。反欺骗不一定需要高质量的图像，而是可以依赖于分析检测到的光的光谱内容，由此可以采用与图像的低质量部分相关的像素。这由本发明人实现，本发明人由此设计了一种红外截止滤光器，以在用于反欺骗的可见波长范围内也具有空间变化的滤光特性。本发明的红外截止滤光器可以代替传统使用的红外截止滤光器。
12.透射波长带不同允许它们至少部分重叠。因此，透射波长带不同意味着透射波长带中的一个的截止波长中的至少一个与另一个透射波长带的截止波长不同。
13.滤光区域可以布置在相同的总平面中，优选地与光电检测器像素阵列的平面平行。附加滤光区域中的至少两个附加滤光区域由第一滤光区域在空间上分隔意味着附加滤光区域中的所述至少两个附加滤光区域是彼此不直接相邻的两个不同区域，即，它们不共享它们之间的公共边缘或边界。第一滤光区域分隔附加滤光区域中的所述至少两个附加滤光区域，使得附加滤光区域中的所述至少两个附加滤光区域可以形成单独的岛。
14.然而，滤光区域的材料不需要布置在相同的层或平面中。例如，根据第一滤光区域提供滤光的第一滤光材料可以至少部分地与根据附加滤光区域提供滤光的第二材料重叠。因此，附加滤光区域由第一区域在空间上分隔，但是在附加区域中提供滤光器的材料层可以是到达超过第一滤光区域或第一滤光区域外部的连续层。
15.术语“图像传感器”应当被广义地解释，并且可以是任何合适类型的图像传感器，例如连接至相关控制和读取电路系统的cmos或ccd传感器。在一种可能的实现方式中，图像传感器是基于薄膜晶体管(tft)的图像传感器，这提供了经济高效的解决方案。光电检测器是单独可控的，并且被配置成检测入射光的量，并且生成指示由检测器所接收到的光的电信号。这样的图像传感器的操作和控制可以认为是已知的，并且本文中将不再讨论。
16.红外截止通常是指在红外范围内，即，高于约600nm、或约580nm、或约650nm、或约700nm的波长的光被衰减。处于或高于约900nm的波长由红外截止滤光器显著抑制或甚至阻断。
17.本文中可见波长范围从大约380nm至大约740nm。
18.本文中红光可以被认为是波长范围从大约600nm至大约740nm的光。
19.本文中蓝光可以被认为是波长范围从大约450nm至大约500nm的光。
20.本文中绿光可以被认为是波长范围从大约500nm至大约565nm的光。
21.可以想到不同类型的滤光器或滤光器的组合。例如，干涉滤光器通常基于反射一些波长并且透射且吸收很少或不吸收其他波长。干涉滤光器可以包括产生依赖于角度的透射谱的电介质的分层结构。而吸收性滤光器吸收某些波长的光，这是公知常识。干涉滤光器和吸收性滤光器本身是已知的。
22.在实施方式中，在空间上分隔的附加滤光区域可以布置在光电探测器像素阵列的中心的相对侧上。这有利地使得已经通过在空间上分隔的附加滤光区域的光以比已经通过第一滤光区域的光更大的角度被收集。以大角度收集的光的区域中的图像质量不太适合于成像，但足以用于反欺骗。
23.在中心的相对侧上可以是在穿过光电检测器像素阵列的中心点的轴的相对侧上，例如，在空间上分隔的附加滤光区域不共享光电检测器像素阵列的公共象限。在一些可能的实施方式中，在空间上分隔的附加滤光区域相对于光电检测器像素阵列的中心对称地布置。
24.在实施方式中，至少两个在空间上分隔的附加滤光区域的透射波长带可以基本上相等。这提供了增大的检测面积，并且由此提供了由对应的像素组获取的总信号的减小的噪声。此外，它可以帮助手指不覆盖整个传感器区域的情况。换言之，通过具有多于一个这样的附加滤光区域，增加了手指覆盖具有预定透射频谱的附加滤光区域的区域的可能性。
25.在其他实施方式中，至少两个在空间上分隔的附加滤光区域的透射波长带可以不同。因此，本发明的概念提供了选择附加滤光区域的不同透射光谱，从而选择其比率对于肤色是唯一的两种颜色。这提供了改进的反欺骗性。此外，附加滤光区域的透射光谱可以适合于特定的欺骗材料，诸如例如白纸欺骗物、红纸欺骗物、木胶欺骗物、聚合物欺骗物等。
26.滤光区域可以具有覆盖一个或更多个像素的各种尺寸。
27.在一个实施方式中，附加滤光区域中的每一个可以被布置成覆盖光电检测器像素阵列的至少两个像素。换言之，每个附加滤光区域的面积对应于至少两个像素的面积。有利地，使用更大的面积提供更好的反欺骗性能。
28.优选地，第一滤光区域被布置成覆盖光电检测器像素阵列的至少两个像素。优选地，第一滤光区域被布置成覆盖足够的像素，所述像素适合于用于生物特征验证目的的生物特征成像。
29.优选地，附加滤光区域可以被布置成覆盖光电检测器像素阵列的对应于所捕获的图像中的与图像对应于由第一滤光区域覆盖的区域的部分中的分辨率相比分辨率较低部分的区域。换言之，较低分辨率区域优选地用于反欺骗，而较高分辨率区域优选地用于生物特征成像。
30.在实施方式中，附加滤光区域可以被布置成覆盖光电检测器像素阵列的外边缘像素。
31.在实施方式中，附加滤光区域可以被布置成覆盖光电检测器像素阵列的角部分。
32.边缘像素或角部分像素通常提供较低分辨率的图像部分，所述低分辨率的图像部分比用于生物特征验证更适合于反欺骗。
33.第一滤光区域可以透射对应于蓝光和绿光的波长的光。第一滤光区域可以适于抑制对应于红光的波长。这提供了更适于生物特征验证的图像。
34.附加滤光区域可以透射对应于红光、绿光和蓝光的波长的光。
35.然而，第一滤光区域和附加滤光区域适于阻挡或至少抑制红外光，使得太高强度的红外光不会到达光电检测器像素阵列。
36.换言之，尽管所获取的图像的低分辨率区域例如图像的角在生物特征性能方面几乎没有用处，但图像的这些区域可以有利地用于如由发明人所实现的反欺骗目的。反欺骗方案可以依赖于从诸如手指的生物特征对象散射的光中的光谱信息。
37.例如，根据本发明的实施方式的红外截止滤光器可以位于图像传感器的前面，使得具有良好分辨率的图像部分由例如蓝光和绿光形成，而在对应于附加滤光区域的低分辨率区域中透射较宽的光谱。以这种方式，图像的例如其两个角周围的低分辨率部分可以用于确定到达传感器的光中的光谱信息是否与从诸如手指的真实生物特征对象散射的光的光谱信息相匹配。
38.然而，在其他可能的实现方式中，附加滤光区域的传输频谱窄于第一滤光区域的传输频谱。例如，附加滤光区域可以仅透射红色波长范围内的光，或者透射两种不同波长范
围内的光，即，第一附加滤光区域可以透射第一附加波长带内的光，而第二附加滤光区域可以透射不同于第一附加波长带的第二附加波长带内的光。第一附加波长带和第二附加波长带窄于第一滤光区域的第一透射波长带。例如，第一附加波长带可以对应于红光、蓝光和绿光中的第一者的波长带，而第二附加波长带可已对应于红光、蓝光和绿光中的第二者的波长带。
39.在一些实施方式中，生物特征成像装置可以被配置成通过获取生物特征对象的图像例如指纹图像并且分析沿与附加滤光区域的相应位置相交的轴的图像内容来执行反欺骗分析。换言之，基于由布置在附加滤光区域下方的像素获取的图像内容，有利地使用反欺骗。
40.此外，生物特征成像装置可以优选地被配置成通过获取指纹图像并且分析沿仅对应于第一滤光区域的轴的图像内容来执行生物特征验证。换言之，基于由布置在第一滤光区域下方的像素所获取的图像内容来有利地使用生物特征验证，使得像素接收已经穿过第一滤光区域的光。
41.优选地，红外截止滤光器可以被布置成覆盖整个光电检测器像素阵列。这有利地减少了到达图像传感器光电检测器像素阵列的杂散光的量。
42.在实施方式中，生物特征成像装置可以被配置成布置在至少部分透明的显示面板下方，并且获取位于至少部分透明的面板的相对侧的对象的图像。
43.透明的显示面板可以包括颜色可控光源。诸如基于oled、u-led的显示器，其具有如rgb、cmy或其他的任何类型的三刺激发光(tri-stimulus emission)。
44.在实施方式中，第一滤光区域可以被配置成至少部分地抑制第一波长范围中的光的透射，并且附加滤光区域中的至少两个可以透射第一波长范围中的波长的光。换言之，附加滤光区域适于通过第一滤光区域适于阻挡的波长范围。例如，第一滤光区域可以适于至少部分地抑制红光的透射，并且附加滤光区域中的至少两个可以透射红光。
45.可替选地，附加滤光区域可以透射比第一滤光区域更窄的波长带。例如，第一滤光区域可以透射对应于蓝和绿的波长带中的光，而附加滤光区域可以透射仅对应于蓝光的波长带中的光。这可以用于使用窄波长带执行反欺骗。
46.根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括：至少部分透明的显示面板；根据本文中公开的任何一个实施方式的生物特征成像装置；以及处理电路系统，该处理电路系统被配置成：从生物特征成像装置接收指示生物特征对象触摸透明的显示面板的信号，基于检测到的生物特征对象来执行生物特征认证过程。
47.生物特征对象可以是指纹。
48.电子设备例如可以是诸如移动电话(例如，智能电话)、平板电脑、平板手机、智能手表等的移动设备。
49.本发明的第二方面的其他效果和特征在很大程度上类似于上面关于本发明的第一方面描述的效果和特征。
50.根据本发明的第三方面，提供了一种使用生物特征成像装置进行生物特征验证的方法，所述生物特征成像装置包括：图像传感器，该图像传感器具有用于捕获对象的图像的光电检测器像素阵列；以及红外截止滤光器，该红外截止滤光器被布置成至少部分地覆盖光电检测器像素阵列。
51.该方法包括使用图像传感器获取对象的图像。
52.图像传感器的第一组像素被布置成接收透射穿过红外截止滤光器的第一滤光区域的光，该第一滤光区域具有包括可见波长范围内的波长的第一透射波长带。
53.至少两个另外的像素组被布置成接收透射通过红外截止滤光器的至少两个附加滤光区域中的相应一个的光，至少两个附加滤光区域具有包括可见波长范围内的波长的透射波长带。
54.附加滤光区域的透射波长带不同于第一透射波长带，其中，至少另外两组像素由第一组像素在空间上分隔。
55.该方法包括基于所获取的图像执行生物特征认证处理。
56.在实施方式中，该方法可以包括通过沿与另外的像素组的对应位置相交的轴分析图像内容来执行反欺骗分析。
57.在实施方式中，该方法可以包括通过沿仅对应于第一组像素的轴分析图像内容来执行生物特征验证。
58.本发明的第三方面的其他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和第二方面描述的效果和特征。
59.根据本发明的第四方面，提供了一种用于制造红外截止滤光器的方法，该红外截止滤光器可以布置成至少部分地覆盖光电检测器像素阵列。
60.该方法包括在衬底的第一区域上提供至少一层第一滤光材料，所述至少一层第一滤光材料具有包括可见波长范围内的波长的第一透射波长带。
61.该方法还包括在衬底的至少两个附加区域上提供至少一层第二滤光材料，所述至少一层第二滤光材料具有包括可见波长范围内的波长的透射波长带。
62.至少一层第二滤光材料的透射波长带不同于第一透射波长带，其中，附加区域中的至少两个由第一区域在空间上分隔。
63.衬底可以是透明衬底，例如玻璃或聚合物衬底。
64.在一些实施方式中，衬底是图像传感器。换言之，图像传感器可以由滤光层涂覆。
65.滤光层可以以薄膜形式提供。
66.在实施方式中，第二滤光材料形成滤色器，并且第一滤光材料形成至少部分覆盖滤色器的干涉滤光器，其中，滤色器的截止波长超过干涉滤光器的截止波长。
67.本发明的第四方面的其他效果和特征在很大程度上类似于以上结合本发明的第一方面、第二方面和第三方面所描述的效果和特征。
68.在研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。技术人员认识到，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在下面描述的那些实施方式之外的实施方式。
附图说明
69.现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
70.图1概念性地示出了根据本发明的实施方式的生物特征成像装置的侧视图；
71.图2概念性地示出了根据本发明的实施方式的用于生物特征成像装置的红外截止
滤光器的顶视图；
72.图3概念性地示出了根据本发明的实施方式的用于生物特征成像装置的红外截止滤光器的顶视图；
73.图4概念性地示出了根据本发明的实施方式的用于生物特征成像装置的红外截止滤光器的顶视图；
74.图5概念性地示出了根据本发明的实施方式的布置在图像传感器上的红外截止滤光器的顶视图；
75.图6a概念性地示出了真实指纹的示例图像；
76.图6b概念性地示出了假指纹的示例图像；
77.图7概念性地示出了根据本发明的实施方式的布置在至少部分透明的显示器下方的生物特征成像装置的示意性侧视图；
78.图8是根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图；
79.图9示意性地示出了根据本发明的实施方式的电子设备的示例；
80.图10是根据本发明的实施方式的电子设备的示意性框图；
81.图11是根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图；
82.图12a至图12c概念性地示出了根据本发明的实施方式的制造步骤；
83.图13a至图13c概念性地示出了根据本发明的实施方式的制造步骤；
84.图14a至图14c概念性地示出了根据本发明的实施方式的制造步骤；
85.图15概念性地示出了根据本发明的实施方式的用于生物特征成像装置的红外截止滤光器的顶视图；以及
86.图16是概念性地示出了两个不同透射波长带的透射率曲线图。
具体实施方式
87.在本详细描述中，主要参照用于捕获指纹图像的布置在显示面板下方的生物特征成像装置来描述根据本发明的生物特征成像装置的各种实施方式。然而，应当注意，所描述的成像装置也可以用于其他光学指纹成像应用，例如用于位于盖玻璃等下方的光学指纹传感器。
88.图1是包括图像传感器102的生物特征成像装置100的概念性侧视图，图像传感器102包括用于捕获对象106的图像的光电检测器像素阵列104。此外，红外截止滤光器108被布置成至少部分地覆盖光电检测器像素阵列104。
89.红外截止滤光器108包括具有第一透射波长带的第一滤光区域109，该第一透射波长带包括可见波长范围内的波长。
90.红外截止滤光器108还包括至少两个附加滤光区域110a、110b，所述至少两个附加滤光区域110a、110b具有包括可见波长范围内的波长的透射波长带。附加滤光区域110a、110b的透射波长带不同于第一透射波长带。此外，附加滤光区域110a至110b通过第一滤光区域109彼此在空间上分隔。
91.光电检测器112是单独可控的，并且被配置成检测入射光的量，并且生成指示由光电检测器112所接收到的光的电信号。
92.根据滤光器110中的光穿过的区域，对从物体106例如手指发射的光进行不同地滤
光。然而，滤光器108在整个滤光区域上提供红外截止。
93.滤光区域可以以各种方式布置，要求至少两个滤光区域由第一滤光区域在空间上分隔。
94.在图1中，示出了从放置在覆盖结构116上的手指106发射的概念性光束。光束由透镜组件114聚焦，在穿过红外截止滤光器108之后到达图像传感器102上。
95.现在转到图2，图2示出了根据本发明的实施方式的红外截止滤光器208的概念性顶视图。红外截止滤光器208包括具有第一透射波长带的第一滤光区域209，该第一透射波长带包括可见波长范围内的波长。此外，红外截止滤光器208包括由第一滤光区域209彼此在空间上分隔的两个附加滤光区域210a和210b。在该实施方式中，附加滤光区域210a至210b被布置成覆盖光电检测器像素阵列的角部分。因此，附加滤光区域210a至210b对应于光电检测器像素阵列的角。
96.图3是根据本发明的实施方式的另一概念性红外截止滤光器308的顶部。红外截止滤光器308包括具有第一透射波长带的第一滤光区域309，该第一透射波长带包括可见波长范围内的波长。此外，红外截止滤光器308包括由第一滤光区域310彼此在空间上分隔的两个附加滤光区域310a和310b。在该实施方式中，附加滤光区域310a至310b被布置成覆盖光电检测器像素阵列的外边缘像素。注意，附加滤光区域310a至310b也覆盖光电检测器像素阵列的角部分，但是以与图2中的附加滤光区域210a至210b相比不同的方式。
97.附加滤光区域310a至310b遍及滤光器308的整个侧面。
98.图4是根据本发明的实施方式的另一概念性红外截止滤光器408的顶部。红外截止滤光器408包括具有第一透射波长带的第一滤光区域409，该第一透射波长带包括可见波长范围内的波长。此外，红外截止滤光器408包括由第一滤光区域410彼此在空间上分隔的两个附加滤光区域410a和410b。
99.两个附加滤光区域410a和410b被布置成第一滤光区域409中的岛。换言之，附加滤光区域410a和410b中的每一个都被第一滤光区域409包围，但是仍然在空间上彼此分隔。
100.在图2至图4中示出的每个滤光器中，当滤光器布置在图像传感器上时，是设置在光电检测器像素阵列的中心的相对侧上的在空间上分隔的附加滤光区域。线212表示穿过光电检测器像素阵列的中心的假想线。
101.至少两个在空间上分隔的附加滤光区域，例如210a和210b、或310a和310b、或410a和410b的透射波长带可以基本上相等。然而，还可以想到的是，至少两个在空间上分隔的附加滤光区域的透射波长带彼此不同。
102.图5示出了布置在光电检测器像素阵列上的滤光器208，其中像素112以虚线示出以指示它们位于滤光器208下方。再次，至少两个空间上分隔的附加滤光区域210a和210b布置在像素阵列的角中，然而，如所讨论的，上述其他布置也是可想到的并且在本发明的范围内。
103.第一滤光区域209覆盖多个像素，即，至少两个像素。类似地，附加滤光区域210a至210b中的每一个被布置成覆盖光电检测器像素阵列的多个像素，即至少两个像素112。
104.图16示意性地示出了第一滤光区域的示例透射波长带——实线1602，和至少一个附加滤光区域的示例透射波长带——虚线1604。曲线图示出了不同透射波长带的几种可能组合中的一种，并且用作本文中的实施方式的示例。
105.在该示例中，实线1602表示的透射波长带具有在w2处的截止波长，该截止波长的波长低于附加滤光区域中的滤光器的截止波长w3。从截止波长w1到截止波长w3的波长带可以表示波长的可见范围。注意，传输波长带部分重叠，但是至少一个截止波长不同于另一传输波长带的两个截止波长，此处，上截止波长w2和w3彼此不同。
106.在一些实现方式中，附加滤光区域的透射波长带窄于第一滤光区域的透射波长带。因此，现在再次转向图16，对应于实线1602的透射波长带可以是附加波长区域的透射波长带，而虚线1604可以是第一滤光区域的透射波长带。例如，附加滤光区域210a至210b中的每一个可以透射对应于红光、绿光和蓝光中的仅一个的波长的光，而第一滤光区域可以透射更宽的波长范围例如整个可见波长范围，或者至少透射对应于红光、绿光和蓝光的波长的光。
107.在实施方式中，第一滤光区域209可以透射对应于蓝光和绿光的波长的光。第一滤光区域209还可以适于抑制对应于红光的波长。例如，在由线1602表示的透射带中，截止波长w2可以用于抑制红光。红光可以例如在w2与w3之间的波长范围内。
108.附加滤光区域210a至210b可以透射对应于红光、绿光和蓝光的波长的光。在图16所示的示例中，截止波长w3因此可以提供对被第一滤光区域抑制的红光的允许透射，在图16中由具有截止波长w2的实线1602表示。换言之，在一些实施方式中，第一滤光区域210被配置成至少部分地抑制第一波长范围内的光——此处对应于红光——的透射。至少两个附加滤光器210a至210b可以透射第一波长范围内的波长的光，此处，对应于红光。
109.因此，红外截止滤光器208或根据本发明的实施方式的任何滤光器可以位于图像传感器102的前面，使得具有良好分辨率的图像的部分由例如蓝光和绿光形成，而在对应于附加滤光区域210a至210b的低分辨率区域中透射较宽的光谱。以这种方式，图像的例如其两个角周围的低分辨率部分可以用于确定到达传感器的光中的光谱信息是否与从诸如手指的真实生物特征对象散射的光的光谱信息相匹配。
110.例如，现在转到图6a至图6b，每个图都概念性地示出了由显示器下方的指纹传感器捕获的图像。
111.在成像期间，用相对于显示器的垂直方向偏振+45或-45度的显示光照射物体。当以非常大的角度例如大于约20度或大于约30度收集光时，偏振光将影响所捕获的图像的特性，尤其是沿两个对角线的特性。此处，这被称为“s”和“p”偏振。
112.图6a概念性地示出了活体对象的指纹的图像，图6b概念性地示出了假指纹的图像。
113.在示出真实指纹图像的图6a中，沿左上至右下对角线的对比度比沿另一对角线更好，而图6b中的图像对比度沿相反对角线，即，沿左下至右上对角线更好。当区分真实指纹和欺骗时，包括红光是有利的，这在生物特征验证中经常被抑制。因此，本文中提出的红外截止滤光器可以与附加滤光区域一起布置在图像的对应的低分辨率区域中，此处沿右上至左下对角线布置，例如布置在角中，并且附加滤光区域可以允许红光的透射。对应于高分辨率区域的滤光区域，此处沿左上至右下对角线，可以抑制红光并透射蓝光和绿光。
114.在正常的生物特征验证中，使用沿“s”对角线的图像内容，其中红光被抑制。并且对于欺骗检测，使用沿“p”对角线的图像内容，其中红光被透射。
115.因此，生物特征成像装置可以被配置成通过获取指纹图像并且分析沿与附加滤光
区域的对应位置相交的轴的图像内容来执行反欺骗分析。
116.此外，生物特征成像装置可以被配置成通过获取指纹图像并且分析沿仅对应于第一滤光区域的轴的图像内容来执行生物特征验证。
117.红外截止滤光器208优选地被布置成覆盖整个光电检测器像素阵列。这提供了保护图像传感器像素免受红外辐射，其否则可能会使图像传感器饱和。
118.图7示意性地示出了根据本发明的实施方式的生物特征成像装置100。此处，生物特征成像装置100被布置在至少部分透明的显示面板701下方。然而，生物特征成像装置100可以被布置在任何足够透明的覆盖结构下方，只要图像传感器102接收到足够量的光以捕获与该覆盖结构的外表面接触的生物特征对象例如指纹或掌纹的图像即可。在下文中，描述被配置成捕获与显示面板701的盖玻璃702的外表面706接触的手指704的图像的生物特征成像装置100。
119.生物特征成像装置100包括图像传感器102，图像传感器102包括光电检测器像素阵列104，其中每个像素112是单独可控的光电检测器，其被配置成检测入射光的量并且生成指示由检测器接收的光的电信号。
120.在一些实施方式中，生物特征成像装置100还包括被布置成覆盖图像传感器102的光学堆叠712。光学堆叠712可以包括各种层和部件，例如覆盖图像传感器102的透明的衬底、一组光学重定向元件例如透镜713、具有针对透镜的单独开口的不透明层、用于将显示面板701附接至生物特征成像传感器100的粘合剂层、气隙和抗反射涂层。生物特征成像装置。
121.此外，为了完整性，此处的至少部分透明的显示面板701包括颜色可控光源730，颜色可控光源730包括单独可控的发光像素732。为了获取例如指纹或掌纹的图像，颜色可控光源730可以发射由手指704反射并且由图像传感器102的像素112检测的光。存在经过颜色可控光源730的合适的开口或光路，使得从手指704发射的光束可以到达图像传感器102。
122.光学滤光器组件108布置在光学堆叠712中并且此处被示出布置在透镜713下方的图像传感器102上。然而，光学滤光器组件108同样可以很好地布置在光学堆叠712中的其他位置例如透镜713与显示器701之间。在这样的情况下，光学堆叠712中的结构可以用作红外截止滤光器108的支撑结构。
123.图8是根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图。将结合图1、图2和图5描述图8中的流程图。方法涉及使用生物特征成像装置100的生物特征认证，生物特征成像装置100包括：图像传感器102，该图像传感器102具有用于捕获对象106的图像的光电检测器像素阵列104；以及红外截止滤光器208，该红外截止滤光器208被布置成至少部分地覆盖光电检测器像素阵列。
124.该方法包括使用图像传感器获取对象的图像的步骤s104。
125.图像传感器的第一组像素802(见图5)被布置成接收透射通过红外截止滤光器208的第一滤光区域209的光。第一滤光区域209具有包括可见波长范围内的波长的第一透射波长带。
126.图像传感器102包括至少两个另外的像素组804a至804b，所述像素组804a至804b被布置成接收透射通过红外截止滤光器208的至少两个附加滤光区域210a至210b中的相应一个的光。至少两个附加滤光区域210a至210b具有包括可见波长范围内的波长的透射波长
带。附加滤光区域的透射波长带不同于第一透射波长带，其中，至少另外两组像素由第一组像素在空间上分隔。
127.在步骤s104中，基于所获取的图像执行生物特征认证处理。
128.执行生物特征认证的步骤s104可以包括通过沿与另外的像素组804a至804b的对应位置相交的轴分析图像内容来执行反欺骗分析。换言之，可以沿与对应于附加滤光区域210a至210b的图像部分相交的轴使用图像内容来执行反欺骗。
129.执行生物特征认证的步骤s104可以包括通过沿仅对应于第一组像素的轴分析图像内容来执行生物特征验证。换言之，可以沿仅对应于第一滤光区域209的轴使用图像内容来执行生物特征验证。
130.该方法的以上描述参考图2和图5以例示像素和滤光区域。然而，其他滤光器中的任何一个，例如图3至图4中所示的滤光器，同样很好地用作图8的方法的示例实施方式。
131.执行生物特征验证本身被认为是本领域技术人员已知的，并且将不在本文中详细描述。
132.现在转向图9，示意性地示出了被配置成应用根据本公开内容的构思的电子设备的示例，该电子设备呈移动设备901的形式，移动设备901具有集成的显示器内生物特征成像装置100和具有触摸屏接口906的显示面板904。生物特征成像装置100例如可以用于解锁移动设备901以及/或者用于授权使用移动设备901执行的交易等。此外，生物特征成像装置100还可以用于由用户执行的姿势识别，以控制电子设备上的动作。
133.优选地并且对本领域技术人员明显地，图9中所示的移动设备901还包括用于wlan/wi-fi通信的第一天线、用于电信通信的第二天线、麦克风、扬声器和电话控制单元。当然，移动设备可能包括有另外的硬件元件。
134.此外，应当注意，本发明可以关于包括至少部分透明的显示面板的任何其他类型的电子设备例如膝上型计算机、平板计算机等适用。
135.此处示出的生物特征成像装置100相对较小，即所谓的热区实现方式。本文中示出的实施方式可以在显示器内成像装置中实现。
136.图10是根据本发明的实施方式的电子设备的示意性框图。根据本发明的实施方式，电子设备1000包括透明显示面板1004和生物特征成像装置100，生物特征成像装置100概念性地被示出为布置在透明显示面板1004下方。此外，电子设备1000包括诸如控制单元1002的处理电路系统。控制单元1002可以是电子设备1000的独立控制单元例如设备控制器。可替选地，控制单元1002可以包括在生物特征成像装置100中。
137.控制单元1002被配置成从生物特征成像装置100接收指示检测对象的信号。所接收的信号可以包括图像数据。
138.控制单元1002被配置成基于所接收的信号检测指纹。此外，控制单元1002被配置成基于检测到的指纹执行用于识别用户的指纹认证过程。这样的指纹认证过程或生物特征验证本身被认为是本领域技术人员已知的，并且在本文中将不再进一步详细描述。
139.此外，控制单元1002被配置成基于所获得的对象的图像，通过沿与另一组像素804a至804b的对应位置相交的轴分析图像内容来执行反欺骗分析。
140.此外，控制单元1002被配置成基于所获得的对象的图像，通过沿仅对应于第一组像素802的轴分析图像内容来执行生物特征验证。
141.图11是根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图。该方法用于制造可以布置成至少部分地覆盖光电检测器像素阵列的红外截止滤光器，并且将结合图12a至图12c进行描述。
142.该方法包括在衬底的第一区域上设置至少一层第一滤光材料的步骤s202。所述至少一层第一滤光材料具有包括可见波长范围内的波长的第一透射波长带。
143.转到图12a，在第一区域1203中，在衬底1200上设置第一滤光材料层1202。这可以通过如下来执行：使用薄膜光刻方法通过合适的抗蚀剂层或掩模沉积滤光材料以在衬底1200上形成包括第一滤光材料1202的薄膜。
144.在步骤s204中，该方法包括在衬底的至少两个附加区域上设置至少一层第二滤光材料。所述至少一层第二滤光材料具有包括可见波长范围内的波长的透射波长带。此外，所述至少一层第二滤光材料的透射波长带不同于第一透射波长带。
145.转到图12b，第二滤光材料1204的层设置在第二区域1206中的衬底1200上。这可以通过如下来执行：使用薄膜光刻方法通过合适的抗蚀剂层或掩模沉积滤光材料以在区域1206中在衬底1200上形成包括第一滤光材料1204的薄膜。
146.附加区域1206中的至少两个由第一区域1203在空间上分隔。
147.图12c示出了具有由第一滤光层区域1202分隔的第二滤光材料1204区域的衬底1200。
148.在实施方式中，衬底1200是透明衬底例如玻璃衬底。
149.在其他实施方式中，衬底1200是图像传感器。因此，滤光层直接形成在图像传感器的光电检测器像素阵列上。
150.在一些实施方式中，第二滤光材料在第一滤光材料之前设置在衬底上。转到图13a，首先，在衬底1200上设置第二滤光材料1304。其次，现在转向图13b，在衬底1200上设置第一滤光材料1302，并且至少部分地在第二滤光材料1304上设置第一滤光材料1302。
151.图13c示出了具有覆盖第一区域1306的第一滤光材料1302的衬底1200，该第一区域1306分隔由第二滤光材料1304覆盖的第二区域1308。第一滤光材料1302至少部分地覆盖第二滤光材料1304。
152.第二滤光材料1304可以例如形成滤色器，并且第一滤光材料1302可以形成至少部分地覆盖滤色器的干涉滤光器。在这样的实现方式中，滤色器的截止波长超过干涉滤光器的截止波长。例如，滤色器的截止波长可以允许透射红光，而第一滤光材料1302的截止波长可以至少部分地或完全阻挡红光。
153.在一些实施方式中，衬底1200是吸收性滤色器，第一滤光材料沉积在该吸收性滤色器上。转到图14a至图14c，在图14a中，提供了包括第二滤光材料1404的衬底1200，即，衬底本身是第二类型的滤光器。接着，在图14b中，将第一滤光材料1402沉积到衬底1200上。
154.图14c示出了具有覆盖第一区域1406的第一滤光材料1302的衬底1200，该第一区域1406分隔包括第二滤光器1404的第二区域1408。衬底1200可以是有色玻璃衬底。第一滤光材料1402同样可以制造或附着至衬底1200的底侧，使得第一滤光材料1402在安装至图像传感器上时面向光电检测器阵列。因此，吸收性滤光器1200可以用作用于第一滤光器材料1402的衬底，该衬底可以形成干涉滤光器。例如，吸收性滤光器可以是有色玻璃衬底，在该有色玻璃衬底上以抗反射涂层和/或其他干涉滤光器部件的分层结构来制造干涉滤光器。
155.图15概念性地示出了红外截止滤光器208，但是现在具有另外的附加滤光区域210c和210d。因此，除了先前描述的附加滤光区域210a和210b之外，滤光器208还包括彼此分隔但与相应的附加滤光区域210b和210a相邻的附加滤光区域210c和210d。相邻的附加滤光区域210a和210d可以具有彼此不同的波长透射带，并且相邻的附加滤光区域210b和210c可以具有彼此不同的波长透射带。这种类型的配置允许用于反欺骗的光谱分析的进一步可能性，并且因此改进反欺骗能力。
156.控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程设备。控制单元还可以包括或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元包括诸如以上提及的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程器件的情况下，处理器还可以包括控制可编程器件的操作的计算机可执行代码。应当理解，借助于控制单元(或通常称为“处理电路系统”)提供的功能的全部或某些部分可以至少部分地与生物特征成像装置集成。
157.本公开内容的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实现，或者通过为此目的或另一目的而并入的用于适当系统的专用计算机处理器来实现，或者由硬线系统实现。本公开内容范围内的实施方式包括程序产品，该程序产品包括机器可读介质，该机器可读介质用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。通过示例的方式，这样的机器可读介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储装置、或任何其他可以用于以机器可执行指令或数据结构形式携带或存储所需程序代码的介质，并且这样的机器可读介质可以由通用计算机或专用计算机或其他具有处理器的机器访问。当通过网络或其他通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)将信息传输或提供给机器时，机器会将连接正确地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接都适当地被称为机器可读介质。上述的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行特定功能或功能组的指令和数据。
158.尽管已经参考本发明的具体例示实施方式描述了本发明，但是许多不同的改变、修改等对于本领域技术人员来说将变得明显。而且，应当注意，可以以各种方式省略、互换或布置成像装置的部件以及用于制造成像装置的方法，而成像装置仍能够执行本发明的功能。
159.另外，根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究，技术人员在实践要求保护的发明时可以理解并实现所公开的实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的这一仅有事实并不指示这些措施的组合不可以被有利地使用。

技术特征：
1.一种生物特征成像装置(100)，包括：图像传感器(102)，所述图像传感器(102)包括用于捕获对象(106)的图像的光电检测器像素阵列(104)；红外截止滤光器(108)，所述红外截止滤光器(108)被布置成至少部分地覆盖所述光电探测器像素阵列，其中，所述红外截止滤光器包括：第一滤光区域(109)，所述第一滤光区域(109)具有包括可见波长范围内的波长的第一透射波长带，所述第一滤光区域(109；209)被布置成将经滤光的光透射至第一组像素(802)，以及至少两个附加滤光区域(110a，110b)，所述至少两个附加滤光区域(110a，110b)具有包括在所述可见波长范围内的波长的透射波长带，所述附加滤光区域的所述透射波长带不同于所述第一透射波长带，所述至少两个附加滤光区域被布置成将用于反欺骗的经滤光的光透射至由所述第一组像素(802)在空间上分隔的至少两个另外的像素组(804a，804b)，其中，所述附加滤光区域(110a，110b)中的至少两个由所述第一滤光区域(109)在空间上分隔，使得由第一组像素(802)接收的光与由所述另外的像素组(804a，804b)接收的光相比被不同地滤光。2.根据权利要求1所述的生物特征成像装置，其中，在空间上分隔的所述附加滤光区域(110a，110b)布置在所述光电探测器像素阵列(104)的中心(212)的相对侧上。3.根据权利要求1和2中任一项所述的生物特征成像装置，其中，至少两个空间上分隔的所述附加滤光器区域(110a，110b)的所述透射波长带基本上相等。4.根据权利要求1和2中任一项所述的生物特征成像装置，其中，至少两个空间上分隔的所述附加滤光器区域(110a，110b)的所述透射波长带不同。5.根据权利要求1和2中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述附加滤光区域(110a，110b)中的每一个被布置成覆盖所述光电探测器像素阵列的至少两个像素(112)。6.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述第一滤光区域(109)被布置成覆盖所述光电检测器像素阵列(104)的至少两个像素。7.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述附加滤光区域(110a，110b)被布置成覆盖所述光电检测器像素阵列(104)的与所捕获的图像中的部分对应的区域，所述部分是与所述图像中对应于由所述第一滤光区域(109)覆盖的区域的部分的分辨率相比的低分辨率部分。8.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述附加滤光区域(210a，210b；310a，310b)被布置成覆盖所述光电检测器像素阵列的外边缘像素。9.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述附加滤光区域(210a，210b)被布置成覆盖所述光电检测器像素阵列的角部分。10.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述第一滤光区域(109)对于对应于蓝光和绿光的波长的光是能够透射的。11.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述第一滤光区域(109)适于抑制对应于红光的波长。12.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述附加滤光区域(110a，110b)对于对应于红光、绿光和蓝光的波长的光是能够透射的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，所述生物特征成像装置被配置成通过获取生物特征对象(704)的图像并且沿与所述附加滤光区域的对应位置相交的轴(p)分析图像内容来执行反欺骗分析。14.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，所述生物特征成像装置被配置成通过获取生物特征对象的图像并且沿仅对应于所述第一滤光区域的轴(s)分析图像内容来执行生物特征验证。15.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述红外截止滤光器(108)被布置成覆盖整个所述光电检测器像素阵列。16.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，所述生物特征成像装置被配置成布置在电子设备的至少部分透明的显示面板(701)下方。17.根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，其中，所述第一滤光区域(109)被配置成至少部分地抑制第一波长范围内的光的透射，以及所述附加滤光区域中的至少两个对于所述第一波长范围内的波长的光是能够透射的。18.一种电子设备(1000)，包括：至少部分透明的显示面板(701)；根据前述权利要求中任一项所述的生物特征成像装置，以及处理电路系统(1002)，所述处理电路系统(1002)被配置成：从所述生物特征成像装置接收指示生物特征对象触摸所述透明的显示面板的信号，基于检测到的生物特征对象来执行生物特征认证过程。19.根据权利要求18所述的电子设备，其中，所述电子设备是移动设备(901)。20.一种用于使用生物特征成像装置(100)进行生物特征认证的方法，所述生物特征成像装置(100)包括图像传感器(102)和红外截止滤光器(108)，所述图像传感器(102)具有用于捕获对象的图像的光电检测器像素阵列(104)，所述红外截止滤光器(108)被布置成至少部分地覆盖所述光电检测器像素阵列(104)，其中，所述方法包括：使用所述图像传感器(102)获取(s102)对象的图像，其中，所述图像传感器的第一组像素(802)被布置成接收透射穿过所述红外截止滤光器(108)的第一滤光区域(109)的光，所述第一滤光区域(109)具有包括所述可见波长范围内的波长的第一透射波长带，以及至少两个另外的像素组(804a至804b)，至少两个另外的像素组(804a至804b)被布置成接收透射穿过所述红外截止滤光器的至少两个附加滤光区域(110a，110b)中的相应一个的光以用于反欺骗，所述至少两个附加滤光区域(110a，110b)具有包括所述可见波长范围内的波长的透射波长带，所述附加滤光区域(110a，110b)的所述透射波长带不同于所述第一透射波长带，其中，所述至少两个另外的像素组(804a至804b)由所述第一像素组(802)在空间上分隔，使得由所述第一像素组(802)接收的光与由所述另外的像素组(804a至804b)接收的光相比被不同地滤光，并且基于所获取的图像执行(s104)生物特征认证处理。21.根据权利要求20所述的方法，包括：通过沿与所述另外的像素组(804a至804b)的对应位置相交的轴(p)分析图像内容来执行反欺骗分析。
22.根据权利要求20和21中任一项所述的方法，包括：通过沿仅对应于所述第一组像素的轴(s)分析图像内容来执行生物特征验证。23.一种用于制造能够布置成至少部分地覆盖光电探测器像素阵列(104)的红外截止滤光器(108)的方法，所述方法包括：在衬底(1200)的第一区域(1203)上设置(s202)至少一层第一滤光材料(1202)，所述至少一层第一滤光材料(1202)具有包括所述可见波长范围内的波长的第一透射波长带；在所述衬底(1200)的至少两个附加区域(1206)上设置(s204)至少一个第二滤光材料层(1204)，所述至少一个第二滤光材料层具有用于反欺骗的包括所述可见波长范围内的波长的透射波长带，所述至少一个第二滤光材料层(1204)的所述透射波长带不同于所述第一透射波长带，其中，所述附加区域(1206)中的至少两个附加区域由所述第一区域(1203)在空间上分隔，使得所述附加区域中的所述至少两个附加区域是彼此不直接相邻的两个不同区域。24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述衬底(1200)是透明衬底。25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述衬底(1200)是所述图像传感器(102)。26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中，所述第二滤光材料(1204)形成滤色器，并且所述第一滤光器材料(1202)形成至少部分覆盖所述滤色器的干涉滤光器，其中，所述滤色器的所述截止波长超过所述干涉滤光器的所述截止波长。

技术总结
本发明涉及一种生物特征成像装置(100)，该生物特征成像装置(100)包括图像传感器(102)，该图像传感器(102)包括用于捕获对象(106)的图像的光电检测器像素阵列(104)。红外截止滤光器(108)被布置成至少部分地覆盖光电检测器像素阵列(104)。红外截止滤光器(108)包括第一滤光区域(109)和至少两个附加滤光区域(110a，110b)，第一滤光区域(109)具有包括可见波长范围内的波长的第一透射波长带，至少两个附加滤光区域(110a，110b)具有包括可见波长范围内的波长的透射波长带。附加滤光器(110a，110b)区域的透射波长带不同于第一透射波长带，其中，附加滤光区域(110a，110b)中的至少两个由第一滤光区域(109)在空间上分隔。个由第一滤光区域(109)在空间上分隔。个由第一滤光区域(109)在空间上分隔。


技术研发人员：阿尔维德
受保护的技术使用者：指纹卡安娜卡敦知识产权有限公司
技术研发日：2021.11.29
技术公布日：2023/7/25