CN110472469A - 用于生物计量传感器的最优化的扫描序列 - Google Patents

用于生物计量传感器的最优化的扫描序列 Download PDF

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Abstract

公开了用于对输入对象成像的***和方法。一种成像设备包括：光源，其将光放射到要成像的输入对象被放置在其中的感测区；准直器滤光器层；图像传感器阵列，其设置在准直器滤光器层之下，所述准直器滤光器层阻挡从输入对象反射的某些光，而其它光穿过准直器滤光器层中的孔口并到达图像传感器阵列；以及控制器，其配置成在光源打开的情况下使得捕获输入对象的第一图像，并且在光源关闭的情况下使得捕获输入对象的第二图像之前，将第一图像传送到与电子设备相关联的处理器以执行相对于一个或多个模板图像的图像匹配。

Description

用于生物计量传感器的最优化的扫描序列
技术领域
本公开总体上涉及传感器，并且更具体地，涉及用于生物计量传感器的最优化的扫描序列。
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***对生物计量对象进行成像，以用于认证和/或检验并入生物计量识别***的设备的用户。生物计量成像提供了可靠的、非侵入的方式来检验个体身份以用于识别目的。各种类型的传感器可以用于生物计量成像。
指纹是可以成像的生物计量对象的示例。指纹，如同各种其它生物计量特性，基于有区别的个人特性，并因此提供了可靠的机制来识别个体。因此，指纹传感器具有许多潜在应用。例如，指纹传感器可用于提供诸如安全检查点之类的固定应用中的访问控制。指纹传感器还可用于提供移动设备中的访问控制，所述移动设备诸如蜂窝电话、可穿戴智能设备（例如，智能手表和活动***）、平板计算机、个人数据助理（PDA）、导航设备和便携式游戏设备。因此，一些应用，特别是涉及移动设备的应用，可能需要既在尺寸方面小又高度可靠的识别***。
许多移动设备中的指纹传感器是电容性传感器，其具有配置成感测指纹的脊和谷特征的电容性感测阵列。通常，这些指纹传感器检测绝对电容（有时称为“自电容”）或者跨电容（有时称为“互电容”）。在任一种情况下，阵列中的每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。
虽然电容性指纹传感器提供了某些优点，但是许多市场上可以买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，从而需要指纹接触接近于感测阵列的感测表面。对于电容性传感器而言，通过厚层检测指纹仍然是重大的挑战，所述厚层诸如保护许多智能电话和其它移动设备的显示器的厚覆盖玻璃（本文中有时称为“覆盖透镜”或“覆盖层”）。为了解决这个问题，常常在显示器旁边的区域中的覆盖玻璃中形成切口，并且在切口区域中放置分立的电容性指纹传感器（常常与按钮集成），使得其能够检测指纹而不必通过覆盖玻璃进行感测。对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使制造复杂。机械按钮的存在也占据了宝贵的设备基板面（real estate）。
光学传感器提供了电容性传感器的替换方案。声学（例如，超声）传感器也提供了电容性传感器的替换方案。这种传感器可以集成在电子设备的显示器内。
然而，光学传感器易受某些劣势的影响，所述劣势诸如较长的等待时间和一致的基线的缺乏（例如，由于在感测时变化的照明环境）。
发明内容
一个实施例提供了一种包括在用于对输入对象成像的电子设备中的成像设备。成像设备包括：光源，其将光放射到要成像的输入对象被放置在其中的感测区；准直器滤光器层；图像传感器阵列，其设置在准直器滤光器层以下，其中准直器滤光器层阻挡从输入对象反射的一些光，而从输入对象反射的其它光穿过准直器滤光器层中的孔口并到达图像传感器阵列；以及控制器，其配置成在光源打开的情况下使得捕获输入对象的第一图像，并且在光源关闭的情况下在使得捕获输入对象的第二图像之前，将第一图像传送到与电子设备相关联的处理器以执行相对于一个或多个模板图像的图像匹配。
另一个实施例提供了一种用于对输入对象成像的方法。方法包括：确定输入对象已经安顿在与电子设备相关联的感测区中；在光源打开的情况下使得捕获输入对象的第一图像，其中从光源放射的光从输入对象反射，并且其中从输入对象反射的一些光由准直器滤光器层阻挡，而从输入对象反射的其它光穿过准直器滤光器层中的孔口并到达捕获输入对象的第一图像的图像传感器阵列；以及在光源关闭的情况下在使得捕获输入对象的第二图像之前，将第一图像传送到与电子设备相关联的处理器以执行相对于一个或多个模板图像的图像匹配。
另一个实施例提供了一种存储指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时，通过执行以下步骤使得电子设备对输入对象成像：确定输入对象已经安顿在与电子设备相关联的感测区中；在光源打开的情况下使得捕获输入对象的第一图像，其中从光源放射的光从输入对象反射，并且其中从输入对象反射的一些光由准直器滤光器层阻挡，而从输入对象反射的其它光穿过准直器滤光器层中的孔口并到达捕获输入对象的第一图像的图像传感器阵列；以及在光源关闭的情况下在使得捕获输入对象的第二图像之前，将第一图像传送到与电子设备相关联的处理器以执行相对于一个或多个模板图像的图像匹配。
附图说明
图1是包括图像传感器和处理***的***的示例的框图。
图2图示了根据本公开的实施例的包括光学传感器的设备的示例。
图3A-3B图示了根据本公开的实施例的具有准直器滤光器层的光学传感器的示例。
图4图示了根据本公开的实施例的与具有准直器滤光器层的光学传感器相互作用的光的示例。
图5图示了根据本公开的实施例的准直器滤光器层的实施例。
图6是根据一个实施例的单个感测元件的示例。
图7图示了根据一个实施例的用于成像的方法。
图8是一个实施例中的粗略传感器阵列的示例。
图9A-9C是根据各种实施例的包括粗略传感器阵列的传感器的示例堆叠。
具体实施方式
下面的具体实施方式在本质上是示例性的，并不旨在限制本公开或本公开的使用和应用。此外，不存在受前述技术领域、背景技术、发明内容、附图说明或下面的具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论束缚的意图。
如本文中更详细描述的，所公开的实施例提供了针对用于生物计量传感器的最优化的扫描序列的***和方法。
如上所述，现存的光学传感器遭受某些限制。在某些情况下，光学传感器倾向于具有比电容性传感器更长的等待时间。此更长的等待时间可能是两个相关因素的结果。首先，基线成像水平在光学感测中不是恒定的，如同其在电容性感测中那样。例如，在光学指纹感测中，穿过手指的光的量取决于环境。当在直射日光中感测时穿过手指的光的量通常会多于当在黑暗房间中感测时穿过手指的光的量。为此，常规的光学感测技术首先在光学感测光源（例如，LED或显示屏光源）关闭的情况下捕获基线图像，这提供了关于环境中存在的光的量的信息。然后，在光学感测光源打开的情况下捕获第二图像。从第二图像中减去基线图像，并且结果用于指纹检验（例如，通过将结果与一个或多个先前的登记图像进行比较）。如能够理解的那样，首先捕获基线图像然后捕获第二图像的过程固有地增加了等待时间，这是由于捕获了两个分离的图像。另一方面，电容性传感器能够在仅捕获一个图像之后得到可用图像，这是由于针对电容性感测预定了基线水平。
其次，增加等待时间的现存光学感测技术的另一劣势是，其通常采取一帧来重置传感器电路，然后采取第二帧来捕获图像，因此采取两帧来捕获一个图像。这是对于薄膜晶体管（TFT）和互补金属氧化物半导体（CMOS）光学传感器两者的情况。
因此，常规的光学感测***通常采取至少四个帧来捕获可用的指纹图像：至少两个帧来捕获基线图像，以及至少两个帧来捕获从其中减去基线图像的第二图像。常规的光学传感器的还一个劣势是，在第一捕获（即，捕获基线图像）期间，手指可能尚未稳定，因此通常捕获更多的帧以增加手指被安顿的可能性。尝试对尚未安顿的手指成像通常导致模糊或不可用的图像。
所公开的实施例提供了光学感测扫描序列，其减轻了关于常规光学感测技术的上述劣势。如本文中更详细描述的，所公开的实施例提供了首先确定手指是否安顿的扫描序列。一旦确定手指已经安顿，就在光学感测光源（例如，LED或显示屏光源）打开的情况下捕获手指的第一图像。然后，第一图像被传送到应用处理器（例如，主机处理器）以执行（例如，相对于模板或存储的图像的）图像匹配。然后，在光学感测光源打开的情况下捕获第一图像之后，在光学感测光源关闭的情况下捕获第二（基线）图像。能够与主机处理器使用第一图像执行图像匹配并行地捕获第二图像。因此，主机处理器在不用等待接收基线图像的情况下执行图像匹配。
如果主机处理器基于第一图像确定存在匹配，则匹配过程终止，这是因为找到了正匹配。然而，如果主机处理器基于第一图像确定不存在匹配，则在光学感测光源关闭的情况下捕获的第二图像被传送到主机处理器。主机处理器从第一图像中减去第二图像。作为结果的增量图像（delta image）然后被用于执行图像匹配。
因此，在所公开的扫描序列中，如果仅基于第一图像能够找到匹配，则不需要第二图像。因此，等待时间被改进，这是由于***不需要等待捕获第二图像来开始匹配检验过程。在一些实现方式中，第二图像可以用在非常明亮的照明环境（例如，直射日光）中，但是对于在大多数其它照明环境中找到匹配而言第二图像可能是不必要的。
转向附图，图1是根据某些实施例的具有传感器100的示例性感测***的框图。传感器100可以配置成向电子***（也称为“电子设备”）提供输入。电子***的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、电子书阅读器、个人数字助理（PDA）和可穿戴计算机（诸如智能手表和活动***设备）。附加示例电子***包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子***包括***设备，诸如数据输入设备（包括遥控器和鼠标）和数据输出设备（包括显示屏和打印机）。其它示例包括远程终端、信息站和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等）。其它示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）和媒体设备（包括录音机、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。附加地，电子***可以是输入设备的从机或主机。
传感器100可以实现为电子***的物理部分，或者能够与电子***在物理上分离。传感器100可以集成为电子设备的显示器的部分。视情况而定，传感器100可以使用下面的任何一项或多项与电子***的部分进行通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。
传感器100配置成感测由感测区120中的一个或多个输入对象140所提供的输入。在一个实施例中，输入对象140是手指，并且传感器100实现为指纹传感器（也称为“指纹扫描器”），其配置成检测输入对象140的指纹特征。在其它实施例中，传感器100可以实现为脉管传感器（例如，以用于手指静脉识别）、手的几何形状传感器或接近传感器（诸如触摸板、触摸屏和/或其它触摸传感器设备）。在其它实施例中，传感器可以用于通过监测图像的反射率的动态改变的心率检测。
感测区120涵盖传感器100以上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中传感器100能够检测输入（例如，由一个或多个输入对象140所提供的用户输入）。特定感测区的尺寸、形状和位置可以因实施例而宽泛地变化。在一些实施例中，感测区120从传感器100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中。在各种实施例中，输入表面可以由传感器元件位于其内的壳体的表面、由应用在传感器元件或任何壳体上方的面板等来提供。在一些实施例中，当投影到输入设备100的输入表面上时，感测区120具有矩形形状。
传感器100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。传感器100包括一个或多个用于检测用户输入的检测器元件（或“感测元件”）。一些实现方式利用感测元件的阵列或其它规则或不规则图案来检测输入对象140。
在本文中阐述的输入设备100的光学实现方式中，一个或多个检测器元件（也称为光学感测元件）检测来自感测区的光。在各种实施例中，检测的光可能从感测区中的输入对象反射、由感测区中的输入对象发射或者其某种组合。示例光学检测器元件包括光电二极管、CMOS阵列、CCD阵列以及配置成检测可见或不可见光谱中的光（诸如红外光或紫外光）的其它类型的光电传感器。光电传感器可以是薄膜光电检测器，诸如薄膜晶体管（TFT）或薄膜二极管。
一些光学实现方式向感测区提供照射。检测来自感测区的在一个或多个照射波长中的反射，以确定对应于输入对象的输入信息。
一些光学实现方式依赖于输入对象的直接照射的原理，所述输入对象取决于配置可以或可以不与感测区的输入表面相接触。一个或多个光源和/或光导结构可以用于将光引导至感测区。当输入对象存在时，此光从输入对象的表面反射，该反射能够由光学感测元件检测并用于确定关于输入对象的信息。
一些光学实现方式依赖于内反射的原理来检测与感测区的输入表面相接触的输入对象。由于在由感测表面限定的边界的相对侧处的不同折射率，一个或多个光源可以用于以一角度在传输介质中引导光，在所述角度处光在感测区的输入表面处被内反射。由输入对象对输入表面的接触使得折射率跨此边界改变，这更改了在输入表面处的内反射特性。如果使用受抑全内反射（FTIR）的原理来检测输入对象，则常常能够得到较高的对比度信号。在这种实施例中，除了在输入对象与输入表面相接触并使得光部分地跨此界面传送的情况之外，光可以以一入射角被引导到输入表面，在所述入射角处所述光被完全地内反射。此情况的示例是被引入到由玻璃到空气界面限定的输入表面的手指的存在。与空气相比，人类皮肤的较高折射率使得以界面到空气的临界角入射在输入表面处的光被部分传送通过手指，其中光原本会在玻璃到空气界面处被完全地内反射。此光学响应能够由***检测并用于确定空间信息。在一些实施例中，这能够用于对小尺度指纹特征进行成像，其中入射光的内反射率取决于脊或谷是否与输入表面的该部分相接触而不同。
也可以使用光学传感器以外的传感器。例如，在一些实施例中，传感器100是声学传感器，诸如具有超声感测元件的超声传感器。
一些实现方式配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。输入设备可以具有取决于诸如所涉及的特定感测技术和/或感兴趣的信息的尺度之类的因素而因实施例变化的传感器分辨率。例如，一些生物计量感测实现方式可以配置成检测输入对象的生理特征（诸如手指的指纹脊特征或眼睛的血管图案），其可以利用较高的传感器分辨率并且呈现与配置成检测输入对象相对于感测区的位置（诸如手指相对于输入表面的触摸位置）的一些接近传感器实现方式不同的技术考虑。在一些实施例中，传感器分辨率由感测元件的阵列的物理布置确定，其中较小的感测元件和/或较小的节距能够用于限定较高的传感器分辨率。
在一些实施例中，传感器100实现为具有足够高以捕获指纹的特征的传感器分辨率的指纹传感器。在一些实现方式中，指纹传感器具有足以捕获细节（包括脊末端和分叉）、取向域（有时称为“脊流”）和/或脊骨架的分辨率。这些有时被称为1级和2级特征，并且在示例性实施例中，至少250像素每英寸（ppi）的分辨率能够可靠地捕获这些特征。在一些实现方式中，指纹传感器具有足以捕获较高级特征的分辨率，所述特征诸如汗毛孔或边缘轮廓（即，单独的脊的边缘的形状）。这些有时被称为3级特征，并且在示例性实施例中，至少750像素每英寸（ppi）的分辨率能够可靠地捕获这些较高级特征。
在一些实施例中，指纹传感器实现为放置传感器（也称为“区域”传感器或“静态”传感器）或扫刷传感器（也称为“滑动”传感器或“扫动”传感器）。在放置传感器实现方式中，传感器配置成当用户的手指在感测区上方保持静止时捕获指纹输入。通常，放置传感器包括能够在单个帧中捕获指纹的期望区域的感测元件的二维阵列。在扫刷传感器实现方式中，传感器配置成基于用户的手指和感测区之间的相对移动来捕获指纹输入。通常，扫刷传感器包括感测元件的线性阵列或稀二维阵列，其配置成当用户的手指在感测区上方扫刷时捕获多个帧。然后可以重构多个帧以形成对应于指纹输入的指纹的图像。在一些实现方式中，传感器配置成捕获放置和扫刷输入两者。
在一些实施例中，指纹传感器配置成在单个用户输入中捕获少于用户的指纹的完整区域（本文中称为“部分”指纹传感器）。通常，由部分指纹传感器捕获的指纹的所产生部分区域足以让***根据指纹的单个用户输入（例如，单个手指放置或单个手指扫刷）来执行指纹匹配。用于部分放置传感器的一些示例成像区域包括100mm2或较小的成像区域。在另一个示例性实施例中，部分放置传感器具有在10-50mm2的范围内的成像区域。在一些实现方式中，部分指纹传感器具有与成像区域相同尺寸的输入表面。
虽然输入设备通常在图1中的指纹传感器的上下文中描述，但是实施例包括其它生物计量传感器设备。在各种实施例中，生物计量传感器设备可以配置成捕获用户的生理生物计量特性。一些示例生理生物计量特性包括指纹图案、脉管图案（有时称为“静脉图案”）、掌纹和手的几何形状。
在图1中，示出了与输入设备100进行通信的处理***110。处理***110包括一个或多个集成电路（IC）的部分或全部，所述集成电路包括微处理器、微控制器等和/或其它电路部件。在一些实施例中，处理***可以配置成操作输入设备的硬件来捕获输入数据，和/或基于由传感器100捕获的输入数据来实现生物计量过程或其它过程。
在一些实现方式中，处理***110配置成操作传感器100的传感器硬件来检测感测区120中的输入。在一些实现方式中，处理***包括配置成利用输入设备的感测硬件来驱动信号的驱动器电路和/或配置成利用感测硬件来接收信号的接收器电路。例如，用于光学传感器设备的处理***可以包括配置成将照射信号驱动到一个或多个LED、LCD背光或其它光源的驱动器电路，和/或配置成利用光学接收元件来接收信号的接收器电路。
在一些实施例中，处理***110包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，处理***110包括用于存储电子可读指令和/或其它数据的存储器（计算机可读存储介质），所述数据诸如用于生物计量识别的参考模板。处理***110可以实现为传感器100的物理部分，或者能够与传感器100在物理上分离。处理***110可以使用总线、网络和/或其它有线或无线互连与传感器100的部分进行通信。在一些实施例中，构成处理***110的部件定位在一起，诸如靠近传感器100的（一个或多个）感测元件。在其它实施例中，处理***110的部件在物理上分离，其中一个或多个部件接近于传感器100的（一个或多个）感测元件，以及一个或多个部件在其它地方。例如，传感器100可以是耦合到计算设备的***设备，并且处理***110可以包括配置成在计算设备的中央处理单元以及与中央处理单元分离的一个或多个IC（可能具有相关联的固件）上运行的软件。作为另一示例，传感器100可以在物理上集成在移动设备中，并且处理***110可以包括作为移动设备的中央处理单元或其它主要处理器的部分的电路和/或固件。在一些实施例中，处理***110专用于实现传感器100。在其它实施例中，处理***110执行与传感器相关联的功能，并且还执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器、运行用于电子***的操作***（OS）等。
处理***110可以实现为处理处理***110的不同功能的模块（硬件或软件）的集合。每个模块可以包括作为处理***110的部分的电路、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏之类的硬件的硬件操作模块、用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据的数据处理模块以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括配置成操作（一个或多个）感测元件来检测输入的传感器操作模块、配置成识别诸如模式改变手势之类的手势的识别模块以及用于改变操作模式的模式改变模块。在一个或多个实施例中，第一和第二模块可以包括在分离的集成电路中。例如，第一模块可以至少部分地包括在第一集成电路内，并且分离模块可以至少部分地包括在第二集成电路内。另外，单个模块的部分可以跨越多个集成电路。
在一些实施例中，处理***110通过引起一个或多个动作来直接地响应于感测区120中的用户输入（或没有用户输入）。示例动作包括解锁设备或以其它方式改变操作模式，以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理***110向电子***的某个部分（例如，向与处理***110分离的电子***的中央处理***，如果这种分离的中央处理***存在的话）提供关于输入（或没有输入）的信息。在一些实施例中，电子***的某个部分处理从处理***110接收的信息，以作用于用户输入，诸如以促进包括模式改变动作和GUI动作之类的完整范围的动作。
例如，在一些实施例中，处理***110操作传感器100的（一个或多个）感测元件以产生指示感测区120中的输入（或没有输入）的电信号。处理***110可以在产生被提供到电子***的信息时对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理***110可以将从传感器电极获得的模拟电信号数字化。作为另一示例，处理***110可以执行滤波或其它信号调节。作为又另一示例，处理***110可以减去或以其它方式计及基线，使得信息反映电信号和基线之间的差。作为又另外的示例，处理***110可以确定位置信息、将输入识别为命令、认证用户等。
在一些实施例中，传感器100的感测区120与显示屏的有源区域的至少部分重叠，诸如传感器100包括触摸屏界面的实施例和/或配置成检测有源显示区域上方的生物计量输入数据的生物计量感测实施例。例如，传感器100可以包括基本上透明的传感器电极。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL）或其它显示技术。显示屏也可以是柔性的或刚性的，并且可以是平的、弯曲的或具有其它几何形状。在一些实施例中，显示屏包括用于TFT电路和/或其它电路的玻璃或塑料基板，其可用于提供画面和/或提供其它功能性。在一些实施例中，显示设备包括设置在显示电路之上的覆盖透镜（有时称为“覆盖玻璃”），其也可以为输入设备提供输入表面。示例覆盖透镜材料包括塑料、光学透明的无定形固体（诸如化学硬化玻璃）以及光学透明的晶体结构（诸如蓝宝石）。根据本公开，传感器100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以将相同电子部件中的一些用于显示画面和用于输入感测。在一个实施例中，显示设备的一个或多个显示电极可以配置用于显示更新和输入感测两者。作为另一示例，显示屏可以由与输入设备进行通信的处理***110部分地或全部地操作。在一些实施例中，来自显示器的光可以用作光源以执行光学感测。
图2图示了诸如移动电话的电子设备116的示例，其包括显示器120上方的覆盖玻璃118。所公开的方法和***可以通过将显示器120用作光学传感器以对输入对象进行成像来实现。可替换地，分离的分立部件，例如传感器122，提供光学感测能力。与尝试将光学传感器部件集成在显示器基板（诸如TFT背板）上时相比，分立传感器可以在设计传感器的光学部件时提供更多灵活性以供最优照射和/或信号调节。同样如图2中的实施例中所示出的，传感器122包括控制器124，所述控制器124可以是处理器或微处理器。传感器的控制器124与主机处理器126进行通信，所述主机处理器126诸如电子设备116（例如，电话）的应用处理器或主要处理器。控制器124和主机处理器126中的每个可以实现为一个或多个单独的处理器。
图3A图示了用于对诸如指纹的对象216进行成像的光学图像传感器设备200的堆叠的示例。传感器200包括图像传感器阵列202、设置在图像传感器阵列202之上的准直器滤光器层或光调节层204、设置在准直器滤光器层204之上的照射层207、光源208和覆盖层210。在某些实施例中，也可以提供阻挡层214。
覆盖层210保护传感器200的内部部件，诸如图像传感器阵列202。覆盖层210可以包括保护除了传感器200之外的显示器的内部部件的覆盖玻璃或覆盖透镜。在覆盖层210之上限定了用于输入对象的感测区。覆盖层210的感测表面218（即，顶部表面）可以形成感测表面，其为输入对象216（例如，指纹）提供接触区域。覆盖层210由诸如玻璃、透明聚合材料等之类的任何材料制成。
尽管出于说明性目的通常在指纹的上下文中描述，但是输入对象216是要成像的任何对象。通常，对象216将具有各种特征。作为示例，对象216具有脊和谷。由于它们的凸出本质，脊接触覆盖210层的感测表面218。相比之下，谷不接触感测表面218，而是在输入对象216和感测表面218之间形成空气间隙。对象216可以具有其它特征，诸如污渍、墨水等，所述特征不在输入对象216的部分中创建显著的结构差异，但是影响其光学性质。本文中所公开的方法和***适用于对输入对象216的这种结构和非结构特征进行成像。
照射层207包括光源208和/或光导元件206，所述光导元件206将照射引导到感测区以便对输入对象进行成像。如图3A中所示出的，光源208将光212的射束或射线传送到光导元件206中，并且所传送的光传播通过光导元件206。光导元件可以利用全内反射，或者可以包括将光朝着感测区向上提取的反射表面。照射层中的一些光可以变成入射在与输入对象216接触的区域中的感测表面218处。入射光转而朝着准直器滤光器层204被反射回。在所示出的示例中，光源208被设置成邻近于光导元件206。然而，将理解的是，光源208可以定位在传感器200内的任何位置，只要发射的光到达光导元件206。例如，光源208可以设置在图像传感器阵列202之下。此外，将理解的是，不需要分离的光导元件206。例如，从光源208传送的光可以被直接传送到覆盖层210中，在这种情况下，覆盖层210也充当光导元件。作为另一示例，从光源208传送的光能够被直接传送到感测区，在这种情况下，光源208本身充当照射层。
由照射层207提供来对对象216进行成像的光可以在近红外（NIR）中或可见的。所述光能够具有窄带波长、宽带波长或在若干带中进行操作。
图像传感器阵列202检测穿过准直器滤光器层204的光。适合的传感器阵列的示例是互补金属氧化物半导体（CMOS）和电荷耦合器件（CCD）传感器阵列。传感器阵列202包括能够检测入射光的强度的多个单独的光学感测元件。
为了通过较厚的覆盖层210实现指纹和指纹尺寸的特征的光学感测，从指纹反射的光由光准直器滤光器层204调节，使得到达图像传感器阵列202中的感测元件的光仅来自传感器元件正上方的输入对象216上的小斑点。在没有这种调节的情况下，从远离光学感测元件的对象上的区到达感测元件的任何光促成图像模糊。
为了根据本公开调节光，准直器滤光器层204被提供有孔口或准直器孔220的阵列，其中每个孔口在图像传感器阵列202上的一个或多个光学感测元件正上方。孔口220使用任何适合的技术来形成，所述技术诸如激光钻孔、蚀刻等。
准直器滤光器层204仅允许从输入对象216（例如，手指）以正入射或接近正入射被反射到准直器滤光器层204的光射线经过并到达图像传感器阵列204的光学感测元件。在一个实施例中，准直器滤光器层204是具有孔220的阵列的不透明层。准直器滤光器层204被层压、堆叠或构建在图像传感器阵列202的正上方。作为示例，准直器滤光器层204可以由诸如聚碳酸酯、PET、聚酰亚胺的塑料材料，炭黑，无机绝缘或金属材料，硅或SU-8制成。在某些实施例中，准直器滤光器层204是单片的。
图3A中还示出的是阻挡层214，其可选地作为光学传感器200的部分来提供。阻挡层214是半透明或不透明层，其可以设置在准直器滤光器层204之上。作为示例，阻挡层可以设置在覆盖层210和照射层207之间，如图3A中所示出的。可替换地，阻挡层214可以设置在照射层207和准直器滤光器层204之间。在任一情况下，阻挡层214遮蔽传感器200的部件（诸如准直器滤光器层中的孔口）使其免受环境光照射，同时仍然允许传感器200进行操作。阻挡层214可以包括多个不同的材料或子层。例如，可以使用薄金属或电子传导层，其中层厚度小于可见光谱中的光穿透的趋肤深度。可替换地，阻挡层214可以包括吸收例如可见光谱中的光的一种染料和/或颜料或者若干种染料和/或颜料。作为又另一替换方案，阻挡层214可以包括若干子层或纳米尺寸的特征，其被设计成在某些波长（诸如例如可见光）的情况下引起干涉，以便选择性地吸收或反射不同波长的光。阻挡层214的光吸收剖面可以被配制成给出颜色、纹理或反射质量的特定外观，由此允许与光学传感器200被集成到其中的设备的特定美学匹配或对比。如果使用可见照射波长，则半透明层可用于允许足够的光穿过阻挡层到感测区，同时仍然充分遮蔽下方的部件。
图3B图示了用于对诸如指纹的对象216成像的光学图像传感器设备300的堆叠的另一示例。传感器300包括图像传感器阵列202、设置在图像传感器阵列202之上的准直器滤光器层或光调节层204、设置在准直器滤光器层204之上的显示层320以及覆盖层210。在一些实施例中，也可以提供阻挡层214，但是可以是可选的。如图3B中所示出的，不需要分立光源，因为来自显示层320的光能够用于照射对象216（例如，手指）。
显示层320可以包括电子设备的显示屏，并且可以包括多个光源322。显示层320可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的光源322，诸如发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL）或其它显示技术。显示层320也可以是柔性的或刚性的，并且可以是平的、弯曲的或具有其它几何形状。在一些实施例中，显示层320包括用于TFT电路和/或其它电路的玻璃或塑料基板，其可用于提供画面和/或提供其它功能性。覆盖层210设置在显示层320之上，并且还可以为对象216提供感测表面218。示例覆盖层210材料包括塑料、光学透明的无定形固体（诸如化学硬化玻璃）以及光学透明的晶体结构（诸如蓝宝石）。
为了通过较厚的覆盖层210实现指纹和指纹尺寸的特征的光学感测，由显示层320的光源322发射的从指纹反射的光由光准直器滤光器层204调节，使得到达图像传感器阵列202中的感测元件的光仅来自传感器元件正上方的输入对象216上的小斑点。在没有这种调节的情况下，从远离光学感测元件的对象上的区到达感测元件的任何光促成图像模糊。
图4图示了设置在照射层207和图像传感器阵列202之间的准直器滤光器层204以及传感器设备200内的光的相互作用的较近的视图。由于对象216的谷的存在，覆盖层210的部分226与输入对象216的脊相接触，并且覆盖层210的部分228与空气相接触。图像传感器阵列202包括光学感测元件230、232、234和236，其设置在准直器滤光器层204的孔口或孔220之下。
示意性地示出的是在覆盖层210处反射的一系列光射线。例如，光射线238在由对象216的脊或谷占据的部分从覆盖层210反射。例如，因为光射线238在准直器孔口220之上并且相对接近垂直，所以光射线238穿过准直器滤光器层204中的孔口220并且变成入射到光学感测元件232和236上。光学感测元件然后能够用于测量光的强度并将测量的强度转换成输入对象216的图像数据。在另一方面，与垂直具有较大角度的光射束240和242在准直器滤光器层204的顶部表面上或在孔口内的表面处（例如，孔口侧壁）照到准直器滤光器层204上并且被阻挡以及被阻止到达图像传感器阵列202中的光学感测元件。
准直器滤光器层204的度量是孔口或孔220的纵横比。纵横比是准直器滤光器层204中的孔的高度（h）244除以孔直径（d）246。纵横比应当足够大以防止“散射”光到达在每个准直器孔正下方的光学感测元件。散射光的示例是从覆盖层210的部分228（例如，谷）反射的光射线242，其在没有准直器滤光器层的情况下将到达脊下面的感测元件。较大的纵横比将接收光锥限制在较小的角度，这改进了***的光学分辨率。最小纵横比能够使用从准直器滤光器层204到被成像的对象（例如，手指）的距离除以手指的期望光学分辨率的比来估计。在一些实施例中，准直器孔口220在形状上是圆柱形或圆锥形的。准直器孔口220的侧壁可以包括凹槽或其它结构以防止散射光从壁反射走并到达光学感测元件。有效纵横比由沿着准直器孔的高度的平均孔直径确定。适合的纵横比的示例是在大约3∶1至100∶1的范围内并且更通常地在大约5∶1至20∶1的范围内的比。
通常期望的是，使准直器孔口220的高度244尽可能薄，以为制造准直器滤光器层204并将其与下面的图像传感器阵列202（诸如CMOS或CCD图像传感器）集成提供最大的灵活性。小孔口直径246可用于维持期望的准直器纵横比。然而，如果孔口被做得太小（小于所使用的光的波长的数倍），则由于离开准直器孔口220的光射线分散，衍射效应可能促成附加的模糊。这种衍射效应能够通过将准直器滤光器层204放置得尽可能接近于图像传感器阵列202来减轻，所述接近理想地比夫琅和费（Fraunhofer）远场距离（r2/λ，其中r是孔口半径，并且λ是光波长）近得多。
通常还期望的是，最小化准直器滤光器层204和图像传感器阵列202之间的距离，以允许到达图像传感器阵列202的光学感测元件的光尽可能集中。另外，如果此传感器阵列202到准直器滤光器层204的距离太大，则来自相邻孔的散射光可到达特定的光学感测元件，从而促成图像模糊。
如果光学感测元件节距（元件之间的距离）小于准直器孔节距（孔之间的距离），则穿过单个准直器孔口220的光可以照射多于一个光学感测元件。这种布置由图4中的光学感测元件234和236示出。在这种情况下，处理***（图1）可以组合由对应于给定准直器孔口的所有光学感测元件记录的光强度。在处理来自图像传感器阵列202的原始数据之后的所产生指纹图像可以具有对应于准直器孔口的阵列的分辨率。将注意的是，准直器滤光器层204中的孔口220的布置可导致传感器阵列202中的一些光学感测元件不被使用。不使用的光学感测元件的示例是感测元件245。因为光学感测元件245不在准直器孔下面，所以反射的射线将在到达它们之前被阻挡。例如，在数据用于图像重构或图像匹配之前，图像处理可以移除不使用的传感器元件并适当缩放图像。
光学传感器200的成像分辨率（以dpi为单位）由准直器滤光器层204中的孔口220的分辨率限定，而节距是每个孔口之间的距离。在光学传感器设备200中，准直器滤光器层204中的每个孔口220对应于被成像的对象216的特征的样本，诸如来自指纹内的脊或谷的样本。为了最大化分辨率，采样密度（其等于孔口密度）应当足够大，使得对每个感兴趣的特征取得多个样本。因此，例如，为了对指纹中的脊成像，节距可以大约是50到100微米（μm），这是因为脊本身的节距大约是150到250微米。如果期望捕获更多的粒状特征（诸如指纹中的毛孔），则较小节距（诸如25微米）将是适当的。相反地，能够使用较大的节距来捕获输入对象的较大特征。
光学传感器设备200在准直器滤光器层204和感测表面220之间的宽范围距离上类似地执行，这是因为只要选取准直器滤光器层204中的孔的纵横比以支持期望的光学分辨率，反射的光的过滤通常与厚度无关。
图5示出准直器滤光器层204的替换实施例。如上所述，准直器滤光器层204由吸光材料制成，并且包括孔口220的阵列。在所示出的替换实施例中，准直器滤光器层204的顶部表面还包括反射层250。反射层250允许通常会被准直器滤光器层204吸收的光射束朝着感测区被向上反射回。将光重新引导回到感测区允许反射的光被回收，使得回收光中的一些能够从要成像的输入对象反射走，并且通过准直器滤光器层孔口被传送。
反射层250的内含物通过将散射光反射回到输入对象216来最小化光损失，而无需整个传感器封装中的高水平照射。反射层250可以由将反射光的任何适合的材料制成，所述材料诸如铝、铬和银等等。在实施例中，光吸收准直器滤光器层体的顶部可以使用各种纹理化技术来粗糙化，所述技术包括但不限于喷砂、利用滤光物涂覆、UV压印或干蚀刻，并且此粗糙化的顶部可以然后利用反射层250来覆盖，所述反射层250例如金属的薄层，这创建了以随机化方式被多面化的表面。在另一实施例中，反射层250可以形成在准直器滤光器层体上，并且反射层250可以被粗糙化。
在又另一实施例中，准直器滤光器层204被利用光学干涉滤光器所代替或补充，所述光学干涉滤光器阻挡在相对远离垂直于成像平面的入射角处的“散射”光。能够使用以接近正入射传送光的多层光学滤光器，这是与滤光器能够被构造成仅传送处于特定波长处的光差不多相同的方式。虽然这种角度特定的滤光器可以被设计成对于特定的光波长起作用，但是这种干涉滤光器可以用于拒绝来自相邻脊和谷的散射光。
准直器滤光器层204也可以是在顶部和底部上具有圆形开口的透明玻璃准直器滤光器。此类型的准直器滤光器层可以使用双面对准技术来制造，以创建对准的顶部和底部开口，但是没有通过玻璃体的物理上的空孔。准直器滤光器层的顶部表面能够被纹理化为用于光进入的扩散体，而底部表面可以是金属的以通过将光反射回到透明玻璃体来回收光。优点之一是此方法使得层压较简单，这是由于不存在物理上的空孔口。利用此玻璃准直器滤光器层，能够利用容易地可得的层压装备来层压覆盖玻璃、光导膜和玻璃滤光器。
在一些实施例中，能够使用具有钻孔孔口的不透明玻璃准直器滤光器。这类似于前面描述的准直器滤光器膜。除了针对体是玻璃的事实，制造方法可以是相同的。孔口密度基于所需的dpi来确定。
图6是根据一个实施例的单个感测元件的示例。例如，感测元件可以是TFT传感器。感测元件包括反向偏置二极管602和电容器604。当光入射在感测元件600上时，电流608流过二极管602并被累积在电容器604中。存储的电荷的值然后能够从感测元件600被读出610。在感测之后，能够通过将电压VCOM重置为预定值来重置感测元件。
图7图示了根据一个实施例的用于成像的方法。在图7中示出的实施例中，虚线750左边的步骤由被包括在传感器中的处理器（例如，控制器）来执行，以及虚线750右边的步骤由主机处理器来执行，所述主机处理器诸如电子设备（诸如电话）的CPU（中央处理单元）。
在步骤702中，包括在传感器中的控制器确定在感测表面处的输入对象的存在，或者所谓的“手指唤醒（WOF）”。在一些实施例中，输入对象是手指。
在步骤704，控制器向主机处理器发送中断以唤醒主机处理器。在一些实施例中，步骤704是可选的并被省略。在一些实现方式中，主机处理器可以处于睡眠模式中以节省功率，并且可能需要某个量的时间（例如，50-80ms）来将主机处理器从睡眠模式唤醒到活动状态。
取决于使用情况，节省功率或者减少等待时间可以具有较高的优先级。如果减少等待时间是优先级，则控制器向主机处理器发送中断（步骤704）以唤醒主机处理器，使得一旦控制器向主机处理器传送图像以进行匹配，主机处理器就是被唤醒的并准备好执行匹配过程。然而，主机处理器可能因此“提前”准备好，这消耗更多的功率。然而，如果节省功率是优先级，则在步骤704，控制器可以不将中断发送到主机处理器，并且在稍后（例如，就在处理之前）唤醒主机处理器，来以较长的等待时间为代价节省功率。
在步骤706，控制器确定手指已经安顿在感测表面上。如上所述，用于光学感测的常规方式可以在捕获手指的图像之前等待某数量的帧，以最小化手指尚未安顿的可能性。如果手指尚未安顿，则作为结果的图像可能会模糊。
关于图8和图9A-9C描述了用于确定手指已经安顿在感测表面上（步骤706）的一个实施例。在图8中，粗略传感器阵列800被划分成区802。作为示例，粗略传感器阵列800可以是被划分成九个区（即，3×3）的9mm×9mm。在一些示例实现方式中，区在尺寸上可以是大约1至5mm×1至5mm，例如，3mm×3mm。粗略传感器阵列800的尺寸可以在不同的实施例中变化，并且区802的数量可以取决于粗略传感器阵列800的尺寸。在一个实施例中，粗略传感器阵列800是电容性传感器阵列，并且布置在光学指纹传感器（例如，TFT或CMOS传感器）之上。
被划分成区802的粗略传感器阵列800提供了具有比光学指纹传感器的分辨率更粗略的分辨率的感测结果，这提供了更多粒状细节，例如指纹脊和谷。为了确定手指安顿，以给定的时间间隔（例如，1-10毫秒）扫描粗略传感器阵列800，并且控制器确定粗略传感器阵列800的区802中的哪个由手指覆盖。在一些实施例中，如果由手指覆盖的像素（区802）的数量从一帧到下一帧改变小于某个阈值，则手指被认为是稳定的或安顿的。如果在给定量的时间内手指没有被确定安顿，则***可能超时。
图9A是包括粗略传感器阵列902和图像传感器阵列202的传感器的示例堆叠。类似于图3B中所示出的堆叠，包括光源322的显示层320设置在覆盖层210之下。准直器滤光器层204设置在显示层320之下。图像传感器阵列202设置在准直器滤光器层204之下。如图9A中所示出的，粗略传感器阵列902可以设置在显示层320和准直器滤光器层204之间。如所描述的，在一个实施例中，粗略传感器阵列902可以是电容性传感器阵列；而图像传感器阵列202是光学传感器阵列，诸如TFT或CMOS。粗略传感器阵列902以比图像传感器阵列202更粗略的图像分辨率水平提供结果。
在另一实施例中，如图9B中所示出的，粗略传感器阵列902可以设置在准直器滤光器层204和图像传感器阵列202之间。
在又另一实施例中，如图9C中所示出的，粗略传感器阵列902可以设置在覆盖层210和显示层320之间。
返回参考图7，一旦控制器在步骤706确定手指已经安顿，则控制器在步骤708向主机处理器发送中断以唤醒主机处理器。在一些实施例中，步骤708是可选的并被省略。步骤708可以类似于上述步骤704，并且取决于使用情况，相对于节省功率和等待时间可以将类似的考虑考虑在内。在一个实施例中，如果主机控制器在步骤704由中断唤醒，则也能够省略步骤708，这是因为由于主机已经被唤醒，所以另一个中断不是必需的。
在步骤710，控制器为用于光学指纹传感器的电荷泵（即，电源）上电。如上所述，在TFT实现方式中，用于每个像素的电容器从像素上的入射光中累积电荷。
在步骤712，控制器打开光源（例如，LED）以照射在感测区处的手指。在一个实施例中，使用具有光源和/或光导元件的照射层来照射感测区。如前所述，这可以通过使用将光引导到分离的光导元件中的光源或者通过将光直接传送到覆盖层中来完成。被传送的光被朝着覆盖层之上的感测区引导，并从接近感测区的输入对象（例如，手指）朝着光准直器层反射。如还描述的，在一些实施例中，光源可以是显示屏，并且在其它实施例中，可以使用与显示器分离的分立光源。因此，在步骤712打开的光源可以包括一个或多个分立的发光元件（例如，LED）。
在步骤714，控制器在光源打开的情况下捕获手指的图像。如所描述的，一些反射光在准直器滤光器层被阻挡，而其它光穿过准直器滤光器层中的孔口并到达光学指纹传感器。通常，以相对接近正入射到准直器滤光器层的光射线将穿过孔口，而较远离正入射的光射线将被阻挡。光可由准直器层的顶部表面、准直器的中间层、准直器的底部层或准直器孔口的侧壁阻挡。
在光源打开的情况下捕获图像之后，传感器的控制器将图像传送到主机处理器。在步骤716，主机处理器执行图像匹配以确定在步骤714捕获的手指的图像是否与手指的一个或多个登记图像（即，模板图像）匹配。在一个实施例中，默认强度值（即，基线值）可以用于环境光，并且在步骤718执行匹配之前，能够从在步骤714捕获的手指的图像的每个像素位置处的强度值中减去某个值。在各种实施例中，默认基线可以在制造期间设定或者在校准期间设定。在一些实施例中，默认基线可以是动态的。例如，默认基线可以根据温度改变。
如果在步骤718，在给定阈值内找到匹配，则所述方法继续到步骤720，在其中主机处理器结束检验（即，找到成功的匹配）。存在用于执行图像匹配的许多不同的实现方式，其中的每个都在本公开的范围内。如果找到匹配，则取决于上下文可以发起各种动作，诸如例如解锁移动电话。
给定来自步骤714-716-718-720的以上工作流程，则无需捕获分离的基线图像就可以找到成功的指纹匹配。然而，如图7中还示出的，在将在步骤714捕获的图像传送到主机处理器之后或与之并行地，控制器在步骤722关闭光源，并且在步骤724在光源关闭的情况下捕获手指的图像。在步骤724捕获的图像从控制器传送到主机处理器。如果在步骤718匹配不成功（即，使用在步骤714捕获的图像），则所述方法继续到步骤726，在其中主机处理器针对第一和第二图像中的每个像素位置通过从在步骤714捕获的图像中的像素的强度值（“IMG”）中减去在步骤724捕获的图像中的像素的强度值（“IMGBS”）来计算基线减法，以生成增量图像。在步骤728，主机处理器使用增量图像执行图像匹配。如果使用增量图像找到匹配，则方法继续到步骤720，其中主机处理器结束检验（即，找到成功的匹配）。
如果在步骤728使用增量图像没有找到匹配，则方法继续到步骤730，在其中控制器执行手指安顿检查。在步骤730，控制器确定手指是否仍然安顿在感测区上。步骤730可以类似于上述步骤706。
在步骤732，控制器确定是否剩余任何附加光源，其能够被点亮以照射手指来捕获光学感测的图像。在一些实施例中，不同颜色的LED可以用于光学感测，例如，用于反欺骗目的。反欺骗，也称为“活跃度检测”，是指检测输入对象与由某种其它材料（诸如木头、橡胶、环氧树脂等）制成的假手指相对，是否是真实的或者“活的”手指。例如，在其中光源是显示器的部分的实施例中，显示器可以包括红色、蓝色和绿色LED。在步骤712打开的第一光源可以包括红色LED，并且能够被点亮的另外的光源包括（a）蓝色LED和（b）绿色LED。
同样，在一些实施例中，多个LED可以布置在感测区周围的不同位置处，来以稍微不同的角度提供光来照射手指。
如果在步骤732，控制器确定不存在附加的光源来照射手指，则方法继续到步骤734，在其中控制器使得传感器和/或电子设备进入低功率模式。在此情况下，没有找到匹配。
如果在步骤732，控制器确定存在附加的光源来照射手指，则方法返回到步骤712，在其中控制器点亮尚未被点亮的不同光源。针对附加光源重复以上在前面图7中描述的剩余步骤。在一些实施例中，控制器可以在确定不存在匹配并进入低功率模式之前循环通过多个可用的光源一次或多次以照射手指。
因此，在所公开的扫描序列中，如果能够基于（即，在光源打开的情况下捕获的）第一图像找到匹配，则不需要（即，在光源关闭的情况下捕获的）第二图像。因此，由于***不需要等待第二图像被捕获来开始匹配检验过程，等待时间被改进。在一些实现方式中，第二图像可以用于非常明亮的照明环境（例如，直射日光）中，但是对于在大多数其它照明环境中找到匹配而言第二图像可能是不必要的。
本文中记载的包括出版物、专利申请和专利的所有参考文献特此通过引用被并入以达到如同每个参考文献被单独地和特定地指示为在本文中以其整体被阐述并通过引用并入的相同程度。
在描述本发明的上下文中（特别是在以下权利要求的上下文中）的术语“一”、“一个”、“所述”、“至少一个”和类似指示物的使用要被解释为覆盖单数和复数两者，除非本文中另有指示或者通过上下文明显矛盾。对后面跟随有一个或多个项的列表的术语“至少一个”（例如，“A和B中的至少一个”）的使用要被解释为意指从所列项中选择的一项（A或B）或者所列项（A和B）中的两个或更多的任何组合，除非本文中另有指示或者通过上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”要被解释为开放式术语（即，意指“包括但不限于”），除非另有指明。本文中的值的范围的记载仅意在充当对落入该范围内的每个分离值的单独地指代的速记方法，除非本文中另有指示，并且将每个分离值并入到说明书中，如同其在本文中被单独地记载一样。
本文中所描述的所有方法能够按照任何适合的顺序来执行，除非本文中另有指示或者另外通过上下文明显矛盾。本文中所提供的任何和所有示例或示例性语言（例如，“诸如”）的使用仅意在更好地阐明本公开，而不是对本发明的范围作出限制，除非另外要求保护。说明书中没有语言应当被解释为将任何未要求保护的元素指示为对于本发明的实践是必要的。
本文中描述了示例实施例。在阅读前面的描述时，那些实施例的变化对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。发明人期望技术人员视情况而定采用这种变化，并且发明人意图本发明被以不同于本文中具体描述的那样来实践。因此，本发明包括由适用法律准许的其所附权利要求中记载的主题的所有修改和等同物。例如，尽管通常被描述为用作生物计量传感器，但是所描述的布置可以用于对任何形式的输入对象成像。此外，除非在本文中另有指示或者另外通过上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述元件以其所有可能变化的任何组合。

Claims (20)

1.一种包括在用于对输入对象成像的电子设备中的成像设备，所述成像设备包括：
光源，所述光源将光放射到要成像的所述输入对象被放置在其中的感测区；
准直器滤光器层；
图像传感器阵列，其设置在所述准直器滤光器层之下，其中所述准直器滤光器层阻挡从所述输入对象反射的某些光，而从所述输入对象反射的其它光穿过所述准直器滤光器层中的孔口并到达所述图像传感器阵列；以及
控制器，其配置成在所述光源打开的情况下使得捕获所述输入对象的第一图像，并且在所述光源关闭的情况下使得捕获所述输入对象的第二图像之前，将所述第一图像传送到与所述电子设备相关联的处理器以执行相对于一个或多个模板图像的图像匹配。
2.根据权利要求1所述的成像设备，还包括：
粗略传感器阵列，其中所述控制器还配置成在所述光源打开的情况下使得捕获所述输入对象的所述第一图像之前确定所述输入对象已经安顿在所述感测区中。
3.根据权利要求2所述的成像设备，其中确定所述输入对象已经安顿包括确定在第一帧中由所述输入对象覆盖的所述粗略传感器阵列的区的数量处于在所述第一帧之后的第二帧中由所述输入对象覆盖的所述粗略传感器阵列的区的数量的阈值内。
4.根据权利要求2所述的成像设备，其中所述图像传感器阵列是光学传感器阵列，并且所述粗略传感器阵列是电容性传感器阵列，其中所述粗略传感器阵列具有比所述图像传感器阵列的图像分辨率更粗略的所述图像分辨率。
5.根据权利要求2所述的成像设备，其中所述控制器配置成响应于确定所述输入对象已经安顿在所述感测区中而将中断发送到所述处理器，其中所述中断配置成唤醒所述处理器。
6.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述控制器还配置成：
在确定所述输入对象已经安顿在所述感测区中之前，确定所述感测区中的所述输入对象的存在；以及
响应于确定所述感测区中的所述输入对象的所述存在而将中断发送到所述处理器，其中所述中断配置成唤醒所述处理器。
7.根据权利要求1所述的成像设备，其中执行图像匹配包括针对所述第一图像中的每个像素位置从所述第一图像中的所述像素的强度值中减去默认强度值，并且针对所述第一图像中的每个像素位置使用所述从所述第一图像中的所述像素的所述强度值中减去所述默认强度值的作为结果的图像来执行图像匹配。
8.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述控制器配置成：
在所述光源关闭的情况下使得捕获所述输入对象的第二图像；以及
将所述第二图像传送到与所述电子设备相关联的所述处理器以基于所述第一图像和所述第二图像执行图像匹配。
9.根据权利要求8所述的成像设备，其中基于所述第一图像和所述第二图像执行图像匹配包括针对所述第一和第二图像中的每个像素位置，从所述第一图像中的所述像素的对应强度值中减去所述第二图像中的所述像素的强度值以生成增量图像，并且使用所述增量图像执行图像匹配。
10.根据权利要求1所述的成像设备，其中所述光源包括发光二极管，所述发光二极管被包括为所述电子设备的显示器的部分。
11.一种用于对输入对象成像的方法，所述方法包括：
确定所述输入对象已经安顿在与电子设备相关联的感测区中；
在光源打开的情况下使得捕获所述输入对象的第一图像，其中从所述光源放射的光从所述输入对象反射，并且其中从所述输入对象反射的某些光由准直器滤光器层阻挡，而从所述输入对象反射的其它光穿过所述准直器滤光器层中的孔口并到达捕获所述输入对象的所述第一图像的图像传感器阵列；以及
在所述光源关闭的情况下使得捕获所述输入对象的第二图像之前，将所述第一图像传送到与所述电子设备相关联的处理器以执行相对于一个或多个模板图像的图像匹配。
12.根据权利要求11所述的方法，其中响应于确定所述输入对象已经安顿在所述感测区中而执行在所述光源打开的情况下使得捕获所述输入对象的所述第一图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述电子设备包括粗略传感器阵列，并且其中确定所述输入对象已经安顿在所述感测区中包括确定在第一帧中由所述输入对象覆盖的所述粗略传感器阵列的区的数量处于在所述第一帧之后的第二帧中由所述输入对象覆盖的所述粗略传感器阵列的区的数量的阈值内。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述图像传感器阵列是光学传感器阵列，并且所述粗略传感器阵列是电容性传感器阵列，并且其中所述粗略传感器阵列具有比所述图像传感器阵列的图像分辨率更粗略的所述图像分辨率。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
响应于确定所述输入对象已经安顿在所述感测区中而将中断发送到所述处理器，其中所述中断配置成唤醒所述处理器。
16.根据权利要求11所述的方法，其中执行图像匹配包括针对所述第一图像中的每个像素位置从所述第一图像中的所述像素的强度值中减去默认强度值，并且针对所述第一图像中的每个像素位置使用所述从所述第一图像中的所述像素的所述强度值中减去所述默认强度值的作为结果的图像来执行图像匹配。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
在所述光源关闭的情况下使得捕获所述输入对象的第二图像；以及
将所述第二图像传送到与所述电子设备相关联的所述处理器以基于所述第一图像和所述第二图像执行图像匹配。
18.根据权利要求17所述的方法，其中基于所述第一图像和所述第二图像执行图像匹配包括：针对所述第一和第二图像中的每个像素位置，从所述第一图像中的所述像素的对应强度值中减去所述第二图像中的所述像素的强度值以生成增量图像，并且使用所述增量图像执行图像匹配。
19.一种存储指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令当由处理器执行时通过执行以下步骤使得电子设备对输入对象进行成像：
确定所述输入对象已经安顿在与所述电子设备相关联的感测区中；
在光源打开的情况下使得捕获所述输入对象的第一图像，其中从所述光源放射的光从所述输入对象反射，并且其中从所述输入对象反射的某些光由准直器滤光器层阻挡，而从所述输入对象反射的其它光穿过所述准直器滤光器层中的孔口并到达捕获所述输入对象的所述第一图像的图像传感器阵列；以及
在所述光源关闭的情况下使得捕获所述输入对象的第二图像之前，将所述第一图像传送到与所述电子设备相关联的处理器以执行相对于一个或多个模板图像的图像匹配。
20.根据权利要求19所述的计算机可读存储介质，其中所述电子设备包括粗略传感器阵列，并且其中确定所述输入对象已经安顿在所述感测区中包括确定在第一帧中由所述输入对象覆盖的所述粗略传感器阵列的区的数量处于在所述第一帧之后的第二帧中由所述输入对象覆盖的所述粗略传感器阵列的区的数量的阈值内。
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