專利名稱：成像器件及包含成像器件的電子設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
按照慣例，能夠?qū)顼L(fēng)景和人物等周圍遠(yuǎn)距離的影像(下文中稱為環(huán)境)和例如指紋等(下文中稱為指紋)近距離的影像采用同一個(gè)圖像拾取器件進(jìn)行捕獲的電子設(shè)備是已知的。這種電子設(shè)備中包括兩個(gè)獨(dú)立聚焦的光學(xué)系統(tǒng)，并且對(duì)其進(jìn)行配置使其能夠用機(jī)械方式選擇應(yīng)當(dāng)接受光線并將來(lái)自環(huán)境或指紋的光線輸送給圖像拾取器件。特別地，對(duì)于器件的體積和制造成本要求較為苛刻的便攜電子設(shè)備，采用同一個(gè)圖像拾取器件對(duì)例如風(fēng)景和人物等環(huán)境成像以及通過(guò)指紋驗(yàn)證尋求鑒別的個(gè)人是很有意義的。
日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)2001-142606公開(kāi)了這種電子設(shè)備的一個(gè)例子。

圖1A和1B分別是這種常規(guī)電子設(shè)備的前視圖和剖面圖，表示出了用于環(huán)境成像的操作。圖2A和2B分別是這種常規(guī)電子設(shè)備的前視圖和剖面圖，示出了用于指紋成像的操作。如圖1A和1B所示，電子設(shè)備為具有環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)(下文中表示用于環(huán)境成像的透鏡系統(tǒng))102、轉(zhuǎn)換部分105和由透明材料制成的手指放置棱鏡(下文中代表手指放置下的棱鏡)106的移動(dòng)電話，所有這些放置在外殼104中。反射鏡103安裝在轉(zhuǎn)換部分105中，可以左右方向滑動(dòng)以轉(zhuǎn)換成像方式。
手指放置棱鏡106具有面向外殼104外側(cè)的手指放置表面106a和形成在手指放置表面106a的對(duì)面的棱鏡底面106b，以及形成在手指放置表面106a和棱鏡底面106b之間的反射面106c和透鏡系統(tǒng)固定面106d。在外殼104內(nèi)放置了圖像拾取器件101，例如CCD、指紋成像透鏡系統(tǒng)107和顯示器108，例如液晶顯示器，并且顯示器108面對(duì)棱鏡底面106b放置，此外，指紋成像透鏡系統(tǒng)107固定在透鏡系統(tǒng)固定面106d上。當(dāng)轉(zhuǎn)換部分105位于兩個(gè)側(cè)中的一側(cè)時(shí)，環(huán)境光通過(guò)環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)102聚焦到圖像拾取器件101上。在這種情況下，定位開(kāi)關(guān)部分105，從而使反射鏡103位于光路外。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)換部分105位于另一側(cè)時(shí)，手指放置棱鏡106上的入射光通過(guò)指紋成像透鏡系統(tǒng)107并由反射鏡103反射，從而聚焦到圖像拾取器件101上。
下面描述電子設(shè)備對(duì)環(huán)境成像的操作。如圖1A所示，當(dāng)轉(zhuǎn)換部分105滑動(dòng)到圖中的右側(cè)時(shí)，環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)102收集環(huán)境光并聚焦到圖像拾取器件101上，如圖1B所示。因此，環(huán)境的圖像由圖像拾取器件101捕獲。其后，所捕獲的環(huán)境圖像在顯示器108上顯示，因?yàn)槭种阜胖美忡R106由透明材料制成，所以可以從外側(cè)看到所捕獲的圖像。
然后，在下面說(shuō)明電子設(shè)備對(duì)指紋成像的操作。首先，如圖2A所示，轉(zhuǎn)換部分105滑動(dòng)到圖中的左側(cè)。然后，如圖2A和2B所示，手指緊貼在手指放置棱鏡106的手指放置表面106a上。手指保持該狀態(tài)，使顯示器108均勻的發(fā)光并照亮緊貼在手指放置表面106a上的手指。由手指散射的光被手指放置棱鏡106的反射表面106c反射并通過(guò)透鏡系統(tǒng)固定表面106d和指紋成像透鏡系統(tǒng)107，隨后被反射鏡103反射，并最終聚焦到圖像拾取器件101。在圖像拾取器件101如上所述捕獲下指紋圖像之后，捕獲的圖像顯示在顯示器108上，然后，因?yàn)槭种阜胖美忡R106由透明材料制成，所以可以從外側(cè)看到所捕獲的圖像。此外，因?yàn)轱@示器108在對(duì)指紋成像時(shí)能夠顯示表示指紋形狀的圖形的符號(hào)和例如“將手指放在這里”的消息，使用者能把其手指放在預(yù)先確定的位置，因此，成像器件完全能夠?qū)χ讣y的特定部分成像。
如上所述，在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)2001-142606中公開(kāi)的常規(guī)電子設(shè)備中具有兩個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)分別用于對(duì)環(huán)境和指紋成像，并對(duì)其進(jìn)行配置使其可以用機(jī)械方式轉(zhuǎn)換分別通過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)的光線，從而允許光線之一通過(guò)兩個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)中相應(yīng)的一個(gè)，從而將相應(yīng)的光線輸送到圖像拾取器件，由此使設(shè)備能夠用同一個(gè)圖像拾取器件捕獲環(huán)境和指紋圖像。
應(yīng)當(dāng)注意，本申請(qǐng)的發(fā)明人在過(guò)去研制了名為“SOFI(單光纖成像)”的光學(xué)系統(tǒng)，并在出版物“NEC TECHNICAL JOURNAL Vol.51，No.10 pp.90-95(1998)‘Development of a pen-shaped scanner and itsapplications’”中公開(kāi)。研制SOFI光學(xué)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)用于跟蹤文獻(xiàn)的人工掃描器，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中。
SOFI光學(xué)系統(tǒng)具有光源、玻璃基片、圖像傳感器以及光纖陣列。玻璃基片放置在能夠?qū)⒐庠吹墓馊肷涞降奈恢?。圖像傳感器位于玻璃基片上與面對(duì)光源的表面相對(duì)的表面。光纖陣列面對(duì)圖像傳感器。圖像傳感器有可以通過(guò)光的一個(gè)窗口和多個(gè)像素。在光纖陣列中有多個(gè)光纖。從而，光源發(fā)出的光穿過(guò)玻璃基片和窗口進(jìn)入到多個(gè)光纖中。
SOFI光學(xué)系統(tǒng)的操作過(guò)程如下。首先，要讀取的文獻(xiàn)與光纖陣列接觸并且文獻(xiàn)保持該狀態(tài)，使光源發(fā)光。光源發(fā)出的光穿過(guò)玻璃基片、形成在像素上的窗口以及光纖照亮文獻(xiàn)。由文獻(xiàn)反射的光進(jìn)入照明光透過(guò)的光纖，然后進(jìn)入圖像傳感器。由此，SOFI光學(xué)系統(tǒng)獲得文獻(xiàn)的圖像。雖然SOFI光學(xué)系統(tǒng)是為讀取文獻(xiàn)而研制的，但是它也可以用作指紋成像的成像器件。
然而，上述常規(guī)技術(shù)包括如下問(wèn)題。首先，在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)2001-142606中公開(kāi)的電子設(shè)備中包括具有較大體積的用于物體成像的元件，因此，該設(shè)備被迫增加其體積。也就是，上述常規(guī)電子設(shè)備中有兩個(gè)獨(dú)立的聚焦光學(xué)系統(tǒng)，分別用于環(huán)境和指紋成像，因此，必須確保將各圖像分別聚焦到圖像拾取器件上所需的相應(yīng)透鏡和圖像拾取器件之間的距離。此外，為了轉(zhuǎn)換兩個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)，電子設(shè)備中需要物理空間使轉(zhuǎn)換部分能夠沿左或右方向滑動(dòng)，從而轉(zhuǎn)換成像方式。如上所述，在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)2001-142606中公開(kāi)的電子設(shè)備被迫增加其體積。
其次，在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)2001-142606中公開(kāi)的電子設(shè)備使使用者能夠通過(guò)手指放置棱鏡觀看顯示器。由此，因?yàn)閳D像位于棱鏡后的較深處，所以使用者感到觀看顯示的圖像有困難。此外，當(dāng)捕獲指紋圖像時(shí)，手指表面的油脂粘附在手指放置棱鏡上，使顯示圖像變差。如上所述，常規(guī)電子設(shè)備包括缺點(diǎn)。即，使用者明顯地感到顯示在顯示器上的圖像位于設(shè)備中的較深的位置，并且留在手指放置棱鏡上的指紋圖像會(huì)使顯示的圖像變差。
第三，當(dāng)捕獲例如環(huán)境或人物等的環(huán)境圖像時(shí)，希望能夠捕獲許多方向上的環(huán)境圖像，其中要移動(dòng)該電子設(shè)備而不考慮電子設(shè)備的方向。但是，因?yàn)樯鲜龀Ｒ?guī)電子設(shè)備用于環(huán)境成像的聚焦光學(xué)系統(tǒng)固定在設(shè)備的外殼上，設(shè)備只能在與其對(duì)準(zhǔn)的特定方向上對(duì)目標(biāo)成像。如上所述，常規(guī)電子設(shè)備包括缺點(diǎn)。即，在選定的方向上設(shè)備移動(dòng)以捕獲環(huán)境圖像的自由度是很小的。
此外，上述采用SOFI光學(xué)系統(tǒng)的成像器件包括問(wèn)題。即，雖然成像器件能夠捕獲指紋圖像，但不能捕獲環(huán)境圖像。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的成像器件具有在其上提供第一和第二開(kāi)口的第一外殼、用于選擇第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)以打開(kāi)第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)的開(kāi)/關(guān)單元、當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)口打開(kāi)時(shí)用于將通過(guò)的光線聚焦到成像平面的聚焦光學(xué)單元、多個(gè)以有序的方式排列的用于檢測(cè)由聚焦光學(xué)單元聚焦到成像平面的光線的光敏元件、以及當(dāng)?shù)诙_(kāi)口打開(kāi)時(shí)允許光線通過(guò)第二開(kāi)口進(jìn)入多個(gè)光敏元件的接觸式成像單元(該單元作為對(duì)緊貼的物體成像的單元)。
在本發(fā)明中，當(dāng)捕獲環(huán)境圖像時(shí)，開(kāi)/關(guān)單元打開(kāi)第一開(kāi)口，環(huán)境光進(jìn)入到聚焦光學(xué)單元，并且聚焦光學(xué)單元將光線聚焦到光敏元件的位置上。因此，光敏元件能檢測(cè)環(huán)境光。當(dāng)成像指紋等時(shí)，開(kāi)/關(guān)單元打開(kāi)第二開(kāi)口，并且指紋等的位置在與接觸式成像單元接觸，來(lái)自指紋等的光線到達(dá)光敏元件。由此，光敏元件能檢測(cè)來(lái)自指紋等的光線。如上所述，只采用一個(gè)圖像拾取器，成像器件能捕獲兩類物體的圖像，即，環(huán)境和指紋等，因而減小了體積。
此外，開(kāi)/關(guān)單元可以是具有第三開(kāi)口的第二外殼，以容納和可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐第一外殼。并且，第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)可以通過(guò)使第一外殼旋轉(zhuǎn)從而使第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)的位置與第三開(kāi)口的位置對(duì)準(zhǔn)而被打開(kāi)。成像器件的結(jié)構(gòu)使其能夠通過(guò)采用簡(jiǎn)化的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)單元。此外，在將成像器件加入到電子設(shè)備中的情況下，因?yàn)殡娮釉O(shè)備能夠相對(duì)于第二外殼在所希望的方向上移動(dòng)聚焦光學(xué)單元。所以成像器件在許多方向上捕獲環(huán)境圖像，與電子設(shè)備的方向無(wú)關(guān)。
此外，本發(fā)明的成像器件的位于關(guān)閉第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)的開(kāi)/關(guān)單元的部分由能吸收光的材料構(gòu)成。成像器件的這種結(jié)構(gòu)能夠防止光反射到關(guān)閉的開(kāi)口內(nèi)的位置，從而消除了對(duì)通過(guò)打開(kāi)的開(kāi)口入射的光的影響。結(jié)果，本發(fā)明的成像器件能捕獲更高精度的圖像。
另外，接觸型成像單元可以有多個(gè)光纖。并且，接觸型成像單元還可以有將從聚焦光學(xué)單元發(fā)出的光反射到多個(gè)光敏元件的反射部分。反射部分可以是部分形成在接觸型成像單元的端部、并位于聚焦光學(xué)單元一側(cè)的金屬膜。
而且，本發(fā)明的成像器件還包括反射/透射轉(zhuǎn)換單元。所述反射/透射轉(zhuǎn)換單元對(duì)用于反射聚焦光學(xué)單元發(fā)出的光，使其到達(dá)多個(gè)光敏元件和用于透過(guò)反射/透射轉(zhuǎn)換單元發(fā)射從聚焦光學(xué)單元發(fā)出的光，使其到達(dá)接觸型成像單元的操作進(jìn)行轉(zhuǎn)換。反射/透射轉(zhuǎn)換單元可以有兩個(gè)彼此平行放置的透明電極和放置在兩個(gè)透明電極之間的手征向列液晶材料。成像器件的這種結(jié)構(gòu)能夠在對(duì)環(huán)境成像時(shí)增加反射/透射轉(zhuǎn)換單元的反射系數(shù)，在對(duì)指紋等成像時(shí)增加反射/透射轉(zhuǎn)換單元的透射率，從而不管對(duì)環(huán)境還是指紋進(jìn)行成像，都可改進(jìn)光的可用性并提高捕獲圖像的質(zhì)量。
此外，本發(fā)明的成像器件最好具有位于接觸型成像單元和多個(gè)光敏元件之間的彩色濾色片。成像器件的這種結(jié)構(gòu)使每個(gè)光敏元件只能夠檢測(cè)通過(guò)它的單色光。因此，在成像器件中形成代表多種顏色的多個(gè)彩色濾色片以根據(jù)多種顏色檢測(cè)光，就能夠捕獲彩色圖象。
此外，本發(fā)明的成像器件中最好多個(gè)光敏元件分成多個(gè)組，每個(gè)組對(duì)應(yīng)于多個(gè)光敏元件的位置的一組，并且用于使屬于所有的多個(gè)組的光敏元件檢測(cè)光和用于使屬于多個(gè)組中的一個(gè)組的光敏元件檢測(cè)光的操作是可選擇的。即使在聚焦光學(xué)單元和光敏元件之間的距離很小以進(jìn)一步減小成像器件的體積的情況下，成像器件的這種結(jié)構(gòu)也能使得只有捕獲環(huán)境圖像的光敏元件檢測(cè)光。
此外，本發(fā)明的成像器件可以有設(shè)在第一外殼中的發(fā)光元件，其中發(fā)光元件發(fā)出的光穿過(guò)接觸型成像單元照亮要成像的目標(biāo)，并且由目標(biāo)反射的光穿過(guò)接觸型成像單元，由多個(gè)光敏元件檢測(cè)。成像器件的這種結(jié)構(gòu)使其能夠以高精度對(duì)例如指紋進(jìn)行成像。
此外，本發(fā)明的成像器件可能有在第一外殼的外表面和第二外殼的外表面中的一個(gè)上的發(fā)光元件，其中發(fā)光元件發(fā)出的光入射在要成像的目標(biāo)，并且由目標(biāo)反射或散射的光穿過(guò)接觸型成像單元，由多個(gè)光敏元件檢測(cè)。成像器件的這種結(jié)構(gòu)能夠消除在第一外殼中提供發(fā)光元件的必要性，進(jìn)而減小第一外殼的體積。
本發(fā)明的電子設(shè)備的特征在于電子設(shè)備包含了上述的成像器件。
本發(fā)明的電子設(shè)備可以是移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理或筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的電子設(shè)備還可以有用來(lái)顯示圖像并發(fā)光的顯示單元，其中由所述顯示單元發(fā)出的光入射到要成像的目標(biāo)，并且由所述目標(biāo)反射或散射的光穿過(guò)接觸型成像單元，由所述多個(gè)光敏元件檢測(cè)。如上所述構(gòu)成的電子設(shè)備不需要在其中提供專用的發(fā)光元件，從而降低電子設(shè)備的體積和制造成本。
如上所述，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種表現(xiàn)出如下優(yōu)點(diǎn)的成像器件和一種在其中包含成像器件的電子設(shè)備。也就是，成像器件能夠捕獲環(huán)境圖像和指紋等的圖像，其中成像器件的體積減小，并且成像器件顯示圖像的能力不會(huì)變差，而且成像器件在選定的方向上移動(dòng)以捕獲環(huán)境圖像的自由度變大。
圖14示出了第四實(shí)施例的變型的電子設(shè)備的剖面圖。
如圖3A和3B所示，本實(shí)施例的電子設(shè)備具體來(lái)說(shuō)是一個(gè)在一端裝有成像器件5的手機(jī)1。成像器件5具有外殼10和外殼80。在該實(shí)施例中，成像器件5的外殼80也作為手機(jī)1的外殼。手機(jī)1中具有例如液晶顯示器等的薄顯示器90并固定在外殼80上。此外，在外殼80上形成有開(kāi)口83。
外殼10為柱狀，具有形成在其側(cè)面的開(kāi)口11和12，由外殼80可旋轉(zhuǎn)的支撐，外殼10繞外殼10的軸線旋轉(zhuǎn)。雖然本實(shí)施例可以采用電動(dòng)機(jī)等作為驅(qū)動(dòng)源來(lái)驅(qū)動(dòng)外殼10旋轉(zhuǎn)，但是本實(shí)施例采用了在外殼10的端部提供的刻痕部分10a，通過(guò)用手指移動(dòng)刻痕部分10a來(lái)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)外殼10，如圖3A所示。這是因?yàn)橛檬謩?dòng)旋轉(zhuǎn)外殼10的操作排除了電動(dòng)機(jī)等的必要性，有利于降低組裝電子設(shè)備所需的空間以及電子設(shè)備的制造成本和功耗。旋轉(zhuǎn)外殼10使開(kāi)口11或12的位置對(duì)準(zhǔn)開(kāi)口83的位置，從而允許打開(kāi)開(kāi)口11或12。注意，成像器件的構(gòu)造是當(dāng)打開(kāi)開(kāi)口11時(shí)，外殼80覆蓋開(kāi)口12從而關(guān)閉開(kāi)口12，當(dāng)打開(kāi)開(kāi)口12時(shí)，外殼80覆蓋開(kāi)口11從而關(guān)閉開(kāi)口11。外殼10包括后面說(shuō)明的其中的電子部件。用于向這些部件體供電源和控制信號(hào)的電線(未示出)將在外殼10中的電子部件和在外殼80中的電子部件(未示出)連接在一起。
如圖4所示，外殼10在其兩個(gè)部分提供有開(kāi)口11或12，開(kāi)口11具有安裝在外殼10中的環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20，開(kāi)口12具有安裝在外殼10中的光纖收集部件70。在外殼10中固定有發(fā)光元件82，并且在光纖收集部件70的端部通過(guò)粘接層59粘接到區(qū)域圖像傳感器30(參考圖6)。形成了區(qū)域圖像傳感器30，從而使多個(gè)光敏元件50以有序的方式和矩陣的形式排列在透明基片31的一個(gè)表面上。構(gòu)造光纖收集部件70，從而將許多光纖捆扎并熔接在一起，并沿垂直于光纖延伸方向的方向切割，然后，磨光光纖的切割面，從而構(gòu)成用于從光纖的一端面將圖像傳送到光纖的另一個(gè)端面的光學(xué)單元。發(fā)光元件82采用小尺寸的發(fā)白光的光源例如芯片型發(fā)光二極管(LED)來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)光元件82固定在外殼10中的環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20的附近，并由外部控制信號(hào)打開(kāi)以照亮透明基片31的整個(gè)表面。此外，對(duì)著外殼10的外殼80的表面部分作為光吸收表面81。而且，在圖4中，雖然環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20只畫了一個(gè)透鏡，但是環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20可由多個(gè)組合的透鏡構(gòu)成。
下面將詳細(xì)說(shuō)明包括區(qū)域圖像傳感器30和光纖收集部件70的光學(xué)系統(tǒng)。如圖6所示，光纖收集部件70通過(guò)粘接層59粘接到區(qū)域圖像傳感器30。區(qū)域圖像傳感器30具有提供在其中的透明基片31、形成在透明基片31的一部分上的遮光層32以及形成在透明基片31和遮光層32上的層間絕緣膜33。薄膜晶體管40形成在層間絕緣膜33的一部分上，該部分位于遮光層32的正上方，光敏元件50形成在層間絕緣膜33的錯(cuò)位部分，該錯(cuò)位部分與遮光層32的正上方錯(cuò)開(kāi)，而且，柵極線63、數(shù)據(jù)線64和偏置線65形成在錯(cuò)位部分上。此外，形成平面化膜56以覆蓋薄膜晶體管40、光敏元件50、柵極線63、數(shù)據(jù)線64和偏置線65。彩色濾色片57形成在平面化膜56上，保護(hù)膜58形成在彩色濾色片57上，從而形成區(qū)域圖像傳感器30。
在區(qū)域圖像傳感器30的保護(hù)層58上提供粘接層59，區(qū)域圖像傳感器30通過(guò)粘接層59與光纖收集部件70粘接在一起。
下面重點(diǎn)說(shuō)明區(qū)域圖像傳感器30的一個(gè)光敏元件50及其周圍部分。圖5C示出了當(dāng)從透明基片31側(cè)觀察光敏元件時(shí)光敏元件50及其周圍部分的平面圖。圖5A和5B分別示出了只組成區(qū)域圖像傳感器30的元件和只組成光纖收集部件70的元件。
如圖5A所示，光敏元件50上具有多個(gè)開(kāi)口54。薄膜晶體管40連接到光敏元件50上，并且這些有源元件，即，光敏元件50和薄膜晶體管40，通過(guò)三種線(柵極線63、數(shù)據(jù)線64和偏置線65)連接到外部驅(qū)動(dòng)電路(未示出)。從透明基片31一側(cè)入射到區(qū)域圖像傳感器30上的光穿過(guò)開(kāi)口54。此外，在透明基片31上未形成光敏元件50、薄膜晶體管40和那些線的區(qū)域允許光通過(guò)。
另外，如圖5B所示，光纖收集部件70的端面部分包括光纖的纖心部分71以及形成的用來(lái)覆蓋光纖的包層和包層的周圍的反射部分72。纖心部分71的面積與光纖收集部件70的端面的面積的比大約為50％。反射部分72的面積與光纖收集部件70的端面的面積的比也大約為50％。構(gòu)成反射部分72以使光吸收材料熔化并粘到包層及其周圍區(qū)域，例如鋁或銀的材料形成在其上以覆蓋光吸收部件，從而達(dá)到不低于大約95％的高反射系數(shù)。
在其端面具有這種高反射系數(shù)的光纖收集部件可通過(guò)對(duì)光纖收集部件例如施加采用自對(duì)準(zhǔn)的剝離步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。更具體地，光致抗蝕劑涂覆到光纖收集部件的一個(gè)端面，通過(guò)濺射方法在其上形成鋁薄膜。然后，通過(guò)在光纖收集部件的另一個(gè)端面輸入光來(lái)曝光光致抗蝕劑，并且只有位于纖心部分71的光致抗蝕劑發(fā)生變性。其后，變性的光致抗蝕劑與形成在其上的鋁膜一起通過(guò)濕腐蝕工藝被去掉，從而形成上述的具有高反射系數(shù)的光纖收集部件。
如圖5C所示，形成多個(gè)纖心部分71與光敏元件50重疊。在這種情況下，即使當(dāng)光敏元件50和纖心部分71之間的位置關(guān)系發(fā)生一定程度的變化，也不會(huì)引起很大的問(wèn)題。即，當(dāng)把區(qū)域圖像傳感器30粘到光纖收集部件70上時(shí)，它們之間不需要精確的位置對(duì)準(zhǔn)。
此外，如圖6所示，在本實(shí)施例中，光敏元件50采用光電二極管實(shí)現(xiàn)，該光電二極管具有由非晶硅氫化物(a-SiH)等組成的光轉(zhuǎn)換層52、由鉻等組成的不透明電極51和由氧化銦錫(ITO)等形成的透明電極53，其中光轉(zhuǎn)換層52介于不透明電極51和透明電極53之間。如上所示，光敏元件50上形成有開(kāi)口54。此外，本實(shí)施例采用頂柵(top-gate)晶體管作為薄膜晶體管40，其中溝道層42由多晶硅(poly-Si)形成。更具體地，薄膜晶體管40具有溝道層42、形成在溝道層42上的柵極絕緣膜43以及排列在其上的柵極線63，其中構(gòu)成溝道層42的多晶硅層用高濃度的摻雜元素?fù)诫s。源/漏層41與溝道層42形成在同一層中，并位于溝道層42的兩側(cè)。這種頂柵多晶硅薄膜晶體管廣泛的用作驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的像素、圖像傳感器等的元件。
此外，如前所述，為了防止光入射到溝道層42上所引起的故障，借助于層間絕緣膜33在薄膜晶體管40的下面形成遮光層32。薄膜晶體管40和光敏元件50通過(guò)柵極線63、數(shù)據(jù)線64和偏置線65連接到外部器件。平面化膜56形成在這些元件上，以使位于這些元件上的表面平面化，彩色濾色片57和保護(hù)膜58形成在其上。這樣形成的區(qū)域圖像傳感器30通過(guò)粘接層59與光纖收集部件70粘接在一起。透明基片31由無(wú)堿玻璃構(gòu)成。因?yàn)闊o(wú)堿玻璃與多晶硅薄膜晶體管和氫化非晶硅光電二極管的制造工藝是相容的。
上述說(shuō)明更具體地以數(shù)值形式示出。例如，透明基片31的厚度為0.7mm，對(duì)應(yīng)于元件的從遮光層32到平面化膜56的垂直范圍的總的厚度為1到2μm，彩色濾色片57的厚度為1到3.5μm，粘接層59的厚度為大約10μm，光纖收集部件70的厚度為0.5到1.0mm。此外，這些元件的橫向尺寸，即，平行于透明基片31的表面的尺寸如下。光敏元件50放置的間距為30μm，開(kāi)口54的寬度為4μm，光纖收集部件70的纖心部分71的直徑為10μm。區(qū)域圖像傳感器30的像素的數(shù)量表示為500乘500，區(qū)域圖像傳感器30的像素區(qū)的一側(cè)的長(zhǎng)度和光纖收集部件70的一側(cè)的長(zhǎng)度均為約15mm。柱狀外殼10的直徑為20mm，其直徑稍小于移動(dòng)電話和筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)的厚度。
接下來(lái)，說(shuō)明包含上述成像器件的電子設(shè)備對(duì)環(huán)境成像的操作過(guò)程。如圖4所示，來(lái)自風(fēng)景、人物等的光被環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20聚焦到形成區(qū)域圖像傳感器30的光敏元件50的平面上。
下面詳細(xì)說(shuō)明上述的聚焦操作。如圖5A到5C和圖6所示，環(huán)境光從位于透明基片31下面的位置，即，環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20一側(cè)，傳送到其上面，即，光纖收集部件70側(cè)，同時(shí)部分光穿過(guò)開(kāi)口54到達(dá)彩色濾色片57。進(jìn)而，另一部分光穿過(guò)未被薄膜晶體管40、光敏元件50、或者接線63至65占據(jù)的區(qū)域圖像傳感器30的一個(gè)區(qū)域并到達(dá)彩色濾色片57。彩色濾色片57允許具有預(yù)定波長(zhǎng)范圍的特定光通過(guò)，而吸收除特定光以外的光。透過(guò)彩色濾色片57的光穿過(guò)粘接層59到達(dá)光纖收集部件70，并有部分光被反射部分72反射(參考圖5B)，剩余的光入射到纖心部分71。由反射部分72反射的光重新穿過(guò)粘接層59、彩色濾色片57等，然后由光敏元件50檢測(cè)。因此，部分入射在環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20上的光聚焦到形成區(qū)域圖像傳感器30的光敏元件50的平面上。另一方面，入射到纖心部分71的一端的光線從其另一端出來(lái)，并被外殼80上的光吸收表面81吸收。被光吸收表面81吸收的光和沒(méi)有穿過(guò)區(qū)域圖像傳感器30的光不能用于目標(biāo)成像，因此，沒(méi)有產(chǎn)生損耗。
應(yīng)當(dāng)注意，在圖3和4中，雖然如前所述放置外殼10，以使環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20的光學(xué)軸線垂直于外殼80的前表面，但是使外殼10相對(duì)于外殼80旋轉(zhuǎn)允許成像器件在各個(gè)方向上捕獲環(huán)境圖像。此外，在區(qū)域圖像傳感器30中形成具有多種顏色，例如，紅、綠和藍(lán)，的彩色濾色片57，使成像器件能夠捕獲彩色圖像。
接下來(lái)，說(shuō)明用于對(duì)指紋成像的電子設(shè)備。如圖7A和7B所示，使外殼10相對(duì)于圖3中所示的方向旋轉(zhuǎn)180度，使外殼10的開(kāi)口12與外殼80的開(kāi)二 83對(duì)齊，從而將光纖收集部件70暴露出來(lái)。在手指緊貼在光纖收集部件70的端面上的情況下進(jìn)行指紋成像操作，并打開(kāi)發(fā)光元件82。發(fā)光元件82發(fā)出的光大致均勻地照亮區(qū)域圖像傳感器30。
重新參考圖5A到5C和圖6，說(shuō)明光走過(guò)的光路。光從發(fā)光元件82發(fā)出(參考圖4)并從透明基片31的下面通過(guò)開(kāi)口54、彩色濾色片57入射到光纖收集部件70。一部分光被反射部分72反射，剩余部分入射到纖心部分71。在這種情況下，入射到纖心部分71的光照亮了緊貼在光纖收集部件70的另一端面上的手指。由手指反射或散射的光以與照明光線穿過(guò)彩色濾色片57的方向的相反方向通過(guò)相同的纖心部分71等。然后所說(shuō)的光由光敏元件50檢測(cè)。這樣檢測(cè)到的光的強(qiáng)度分布代表了指紋的圖像。另一方面，由反射部分72反射的一部分光到達(dá)光敏元件50，并產(chǎn)生區(qū)域圖像傳感器30的輸出，這一輸出代表光的恒定強(qiáng)度分布。因此，區(qū)域圖像傳感器30的輸出由代表指紋圖像的光的成分和具有恒定強(qiáng)度分布的光的成分構(gòu)成。因此，在隨后的圖像處理中去掉后者的成分之后，可以得到高對(duì)比度的清晰的指紋圖像。
應(yīng)當(dāng)注意，這樣獲得的指紋圖像是彩色圖像。單色的指紋圖像對(duì)于檢驗(yàn)尋求鑒別的個(gè)人的識(shí)別算法已經(jīng)足夠了。但是，當(dāng)要求成像器件具有檢驗(yàn)壓在光纖收集部件上的物體是否為真正的手指時(shí)，成像器件最好采用彩色指紋圖像，這是因?yàn)楫?dāng)手指放在光纖收集部件上時(shí)，它能檢測(cè)手指顏色的變化。
此外，在上述的指紋成像的過(guò)程中，使顯示器90顯示提示用戶輸入他/她的指紋的消息和指示手指的位置的圖形符號(hào)，使用戶能夠準(zhǔn)確地確定他/她的手指放置的位置。
如上所述，構(gòu)成本實(shí)施例的成像器件5，從而使環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20和區(qū)域圖像傳感器30形成在透明基片31上，而且光纖收集部件70可旋轉(zhuǎn)地放置在外殼10中，因此，電子設(shè)備不需要有分別用于捕獲環(huán)境和指紋的兩個(gè)獨(dú)立的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。此外，因?yàn)橛糜谵D(zhuǎn)換要成像目標(biāo)即環(huán)境和指紋的操作是通過(guò)使成像器件的外殼相對(duì)于電子設(shè)備的外殼旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以電子設(shè)備不需要在設(shè)備中保留在常規(guī)電子設(shè)備中所必需的用于以機(jī)械方式轉(zhuǎn)換對(duì)目標(biāo)成像必須的元件的位置的空間。因此，本實(shí)施例的成像器件與常規(guī)的成像器件相比具有更小的體積，并有利于安裝到便攜的電子設(shè)備中。
此外，根據(jù)常規(guī)技術(shù)構(gòu)成的電子設(shè)備可能具有以下缺點(diǎn)。即，使用者明顯地感到顯示在顯示器上的圖像位于設(shè)備中的較深的位置，并且留在手指放置棱鏡上的指紋圖像使顯示的質(zhì)量變差。但是，根據(jù)本實(shí)施例的電子設(shè)備通過(guò)采用獨(dú)立于顯示器的成像機(jī)構(gòu)解決了上述問(wèn)題。
又，當(dāng)關(guān)注對(duì)例如風(fēng)景和人物的環(huán)境成像操作時(shí)，常規(guī)電子設(shè)備只在由電子設(shè)備的方向決定的一個(gè)方向捕獲環(huán)境圖像。但是，本發(fā)明的成像單元可以相對(duì)于電子設(shè)備的外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，所以本發(fā)明的電子設(shè)備在很多方向上都能捕獲環(huán)境的圖像，和電子設(shè)備的方向無(wú)關(guān)。這意味著根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備在選定的成像器件捕獲環(huán)境圖像方向上的自由度提高到了更大的范圍。電子設(shè)備的這種結(jié)構(gòu)使如下操作很容易實(shí)現(xiàn)。即，例如，電子設(shè)備的用戶與另一端的人通信時(shí)同時(shí)通過(guò)手機(jī)能夠看到他/她的臉或同時(shí)發(fā)送指示風(fēng)景、人物等的運(yùn)動(dòng)圖像的信息。
應(yīng)當(dāng)理解，在本實(shí)施例中，在說(shuō)明的例子中雖然能夠?qū)h(huán)境和指紋成像的成像器件引入到手機(jī)外殼的端部，但是，根據(jù)本實(shí)施例構(gòu)成的電子設(shè)備并不局限于手機(jī)，而可能是，例如，筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)或個(gè)人數(shù)字助理。此外，成像器件安裝的位置并不局限于電子設(shè)備的端部。例如，在折疊手機(jī)和筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)中可以引入到用于連接容納顯示器的第一外殼和容納鍵盤和按鈕的第二外殼的一部分鉸接部分中。
此外，與光纖收集部接觸的物體的圖像種類并不限于指紋。在本實(shí)施例中，光纖收集部件的端部的面積限為15mm2。當(dāng)光纖收集部件的端部變大時(shí)，本發(fā)明的電子設(shè)備能夠像捕獲大的圖像。除了指紋圖像還存在其它適于輸入到計(jì)算機(jī)等的圖像。例如，用戶可以使用手機(jī)輸入印章的圖像以檢驗(yàn)印章是否合法。
另外，不脫離本發(fā)明的目的的實(shí)質(zhì)和范圍，可對(duì)上述實(shí)施例中構(gòu)成該電子設(shè)備的各種元件進(jìn)行選擇和替代。例如，如圖6所示，雖然本實(shí)施例采用了非晶硅光電二極管作為區(qū)域圖像傳感器的光敏元件，但是光敏元件并不限于非晶硅光電二極管。例如，即使電子設(shè)備采用光電導(dǎo)型元件作為光敏元件也可以實(shí)現(xiàn)類似于在上述實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的功能。
下面說(shuō)明本實(shí)施例的一種變型。圖8示出了根據(jù)該變型構(gòu)成的區(qū)域圖像傳感器和光纖收集部件的剖面圖。如圖8所示，在該變型中，在其中形成光電導(dǎo)光敏元件50b來(lái)代替第一實(shí)施例中所述的光電轉(zhuǎn)換光敏元件50。構(gòu)成光電導(dǎo)光敏元件50b從而使具有高雜質(zhì)濃度的源極/漏極層41和53b放置在光轉(zhuǎn)換層52b的兩側(cè)。此外，遮光層32b形成在光敏元件50b下面的透明基片31和層間絕緣膜33之間。除了上述結(jié)構(gòu)以外該變型電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例的電子設(shè)備的相同。光轉(zhuǎn)換層52b和源極/漏極層53b可以分別與薄膜晶體管40的溝道層42和源極/漏極層41一起形成。用于給光敏元件50b施加一定電壓的偏置線65也可以與在用于形成薄膜晶體管40的工藝步驟中形成的元件一起形成。
下面說(shuō)明該變型的電子設(shè)備的操作。當(dāng)對(duì)環(huán)境或指紋中的任一個(gè)成像時(shí)，光最終在穿過(guò)彩色濾色片57后入射到光轉(zhuǎn)換層52b。由于光產(chǎn)生的電子和/或空穴使光轉(zhuǎn)換層52b的電導(dǎo)率增加，使電流流過(guò)源極/漏極層53b和源極/漏極層41之間。通過(guò)對(duì)該電流的積分得到的電荷的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接由光電子轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷數(shù)量。在光電二極管中，從那里輸出的電荷數(shù)量絕不會(huì)超過(guò)由入射光產(chǎn)生的電荷數(shù)量。因此，在使用光電導(dǎo)光敏元件50b的這個(gè)變型中，可以簡(jiǎn)化外部電路，使其比使用光電二極管的第一實(shí)施例中的外部電路簡(jiǎn)單。但是，光電導(dǎo)光敏元件的輸入范圍比光電二極管窄，在所述的光敏元件的輸入范圍內(nèi)可維持輸入光量和輸出電荷量之間的比例關(guān)系。
如上所述，具有光導(dǎo)光敏元件作為光敏元件的成像器件可以實(shí)現(xiàn)與具有光電二極管作為光敏元件的成像器件實(shí)現(xiàn)的功能相似的功能。光導(dǎo)光敏元件作為光敏元件的輸入/輸出特性在線性度上低于光電二極管。光電導(dǎo)光敏元件有利于簡(jiǎn)化與之相關(guān)的制造步驟，并且能夠簡(jiǎn)化外部電路。
應(yīng)當(dāng)注意，在上述第一實(shí)施例及其變型中，雖然采用頂柵多晶硅薄膜晶體管作為驅(qū)動(dòng)光敏元件的電路元件，但是也可以采用包括交錯(cuò)多晶硅薄膜晶體管或非晶硅薄膜晶體管的各種薄膜晶體管或者各種二極管元件。因此，電子設(shè)備的這些結(jié)構(gòu)包括在本發(fā)明中。
此外，在上述第一實(shí)施例中，如圖5所示，說(shuō)明了由光敏元件和薄膜晶體管組成的區(qū)域圖像傳感器的像素的最簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)。但是，在數(shù)字靜物照相機(jī)等中使用的“CMOS傳感器”通常采用“有源型”電路結(jié)構(gòu)，其中在每個(gè)像素上提供放大電路。因?yàn)檫@樣一種有源像素CMOS傳感器一般形成在晶體硅基片上，所以不能用在需要這種透明基片的本發(fā)明中。但是，通過(guò)采用薄膜半導(dǎo)體工藝形成上述的非晶硅或多晶硅薄膜晶體管，可以在透明基片上形成等效于有效像素CMOS傳感器的電路。因此，采用這種有源像素圖像傳感器的電子設(shè)備也包括在本發(fā)明中。
另外，雖然本實(shí)施例采用發(fā)白光的LED作為發(fā)光元件，但是，單色的指紋圖像對(duì)于檢驗(yàn)尋求鑒別的個(gè)人的識(shí)別算法已經(jīng)足夠了。如果單色圖像已經(jīng)足夠了，則不要求發(fā)光元件發(fā)白光，并且例如，可以采用發(fā)射峰值波長(zhǎng)大約為550nm的綠色LED來(lái)實(shí)現(xiàn)。
再者，在本實(shí)施例中，雖然所說(shuō)明的例子中提供了光纖收集部件作為光學(xué)單元，用于使手指緊貼在其上，但是在本發(fā)明中也可以采用下面的結(jié)構(gòu)作為光學(xué)單元，用于使物體緊貼在其上，產(chǎn)生的效果類似于在成像器件中采用光纖收集部件的情況下所產(chǎn)生的效果。即，設(shè)置在表面具有以相同的有序方式排列的一個(gè)被反射材料覆蓋的區(qū)(反射區(qū))和另一個(gè)未被覆蓋的區(qū)(透明區(qū))的透明基片，代替圖6中所示的光纖收集部件70。例如，透明基片可以是玻璃基片。在這種情況下，透明基片粘貼到區(qū)域圖像傳感器30的保護(hù)層58上，從而形成有反射區(qū)的透明基片的表面通過(guò)粘接層59與區(qū)域圖像傳感器30面對(duì)。注意，例如，反射區(qū)的形狀可以與圖5B中所示的反射部分72的相同。此外，反射區(qū)的形狀可以與圖5B中所示的纖心部分71的相同，或者將方形反射區(qū)和方形透明區(qū)交替放置，以形成棋盤圖形。如上所述，可以放置反射區(qū)和透明區(qū)以形成各種圖形。此外，為了防止來(lái)自手指的光線沿橫向傳播而導(dǎo)致圖像分辨率的下降，透明基片的厚度要求足夠薄。當(dāng)透明基片的厚度等于或小于光敏元件排列的間隔時(shí)，這種下降通常不會(huì)產(chǎn)生大問(wèn)題。例如，在傳感器的分辨率為500dpi的情況下，光敏元件排列的間隔為50μm，因此，透明基片的厚度最好不大于50μm。
接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施例中使用的區(qū)域圖像傳感器的透視圖，圖10示出了區(qū)域圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)的電路圖。本發(fā)明通過(guò)安裝環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)、形成在透明基片上的區(qū)域圖像傳感器和在旋轉(zhuǎn)外殼中的光纖收集部件與常規(guī)成像器件相比實(shí)現(xiàn)了顯著的小型化。當(dāng)采用具有15mm2的像素面積和500×500的像素?cái)?shù)的區(qū)域圖像傳感器30時(shí)，上述第一實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)直徑大約2cm的可旋轉(zhuǎn)外殼10。
但是，一個(gè)妨礙成像器件進(jìn)一步減小其體積的主要原因是環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)的焦距。即，假設(shè)圖4中所示的成像器件采用了較短的焦距的環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)，可以縮短環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)和區(qū)域圖像傳感器30之間的距離，從而使外殼10進(jìn)一步縮小。但是，因?yàn)榄h(huán)境圖像被聚焦到區(qū)域圖像傳感器30中心區(qū)域，成像器件的這種結(jié)構(gòu)使所捕獲的圖像的分辨率降低。此外，因?yàn)閳D像沒(méi)有聚焦在周圍區(qū)的像素上，所以這些像素的輸出不包括任何信息。即使在這種情況下，這些像素以與位于像素區(qū)的中心部分附近的像素相同的方式輸出信號(hào)到外圍電路。這使得區(qū)域圖像傳感器需要花費(fèi)比輸出圖像信號(hào)必要的時(shí)間多的時(shí)間，因此，當(dāng)以較高的速率輸出移動(dòng)圖像時(shí)會(huì)出現(xiàn)不利的情況。于是，本實(shí)施例采用下面的成像器件的結(jié)構(gòu)來(lái)解決上述問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化。
本實(shí)施例不同于上述第一實(shí)施例之處在于電子設(shè)備(手機(jī)1)的結(jié)構(gòu)。即，本實(shí)施例采用了更短的焦距區(qū)域圖像傳感器30b，和比外殼10的直徑更短的外殼。其余部分的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的電子設(shè)備的相同。
如圖9所示，本實(shí)施例的區(qū)域圖像傳感器30b具有透明基片31、通過(guò)以矩陣的形式排列多個(gè)像素形成在透明基片31上的像素組35(每個(gè)像素由光敏元件50(參考圖6)和薄膜晶體管40(參考圖6)組成)、形成在透明基片31上的像素組35的旁邊的用來(lái)提供驅(qū)動(dòng)這些像素所必須的信號(hào)的垂直驅(qū)動(dòng)電路61a、61b、61c、形成在像素組35的旁邊用來(lái)放大像素的輸出信號(hào)并將輸出信號(hào)送到外電路(未示出)的水平驅(qū)動(dòng)電路62a、62b、62c以及布線，即，用來(lái)將像素和驅(qū)動(dòng)電路連接在一起的柵極線63、數(shù)據(jù)線64、偏置線65。在圖9中，對(duì)于在第二實(shí)施例中所用的并與在第一實(shí)施例中所用到的具有相同功能的部件和元件以與第一實(shí)施例中所標(biāo)的相同的數(shù)字表示，并且為了簡(jiǎn)化省略了它們的詳細(xì)說(shuō)明。
在本實(shí)施例中，如上所述，分別提供了三個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)電路和三個(gè)水平驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)這些驅(qū)動(dòng)電路的布局，即，垂直驅(qū)動(dòng)電路61a、61b、61c，水平驅(qū)動(dòng)電路62a、62b、62c以及區(qū)域圖像傳感器30b的像素組35分成九個(gè)矩形區(qū)35a到35i。因此，多個(gè)光敏元件50中的每一個(gè)分別屬于九個(gè)矩形區(qū)35a到35i中的一個(gè)。注意，九個(gè)矩形區(qū)35a到35i形成三行三列的矩陣結(jié)構(gòu)，矩形區(qū)35a位于中心，并且，矩形區(qū)35b到35i放置在矩形區(qū)35a的周圍。在這種情況下，設(shè)計(jì)矩形區(qū)35a到35i使環(huán)境圖像由環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20聚焦到位于中心的矩形區(qū)35a上。
應(yīng)當(dāng)注意，在圖10中，光敏元件和薄膜晶體管分別標(biāo)為“PD”和“TP”?！癡b”代表加到光敏元件“PD”上的電壓，“IMG-OUT”表示圖像傳感器的輸出。如圖10所示的電路圖，這些驅(qū)動(dòng)電路每個(gè)包括三個(gè)獨(dú)立的移位寄存器電路(在圖中用“S/R”表示)。每個(gè)移位寄存器電路在接收例如“STRT-V1”的控制信號(hào)之后立即從其輸出終端的一端到其另一端依次輸出矩形脈沖?！癈LK-V”和“CLK-H”為分別加到垂直驅(qū)動(dòng)電路61a、61b、61c和水平驅(qū)動(dòng)電路62a、62b、62c的控制信號(hào)。此外，每個(gè)水平驅(qū)動(dòng)電路62a、62b、62c包括用于積分光敏元件“PD”輸出的電流并放大積分電流的電路(用“AMP”表示)。
下面，參考圖9和10說(shuō)明本實(shí)施例的電子設(shè)備的操作過(guò)程。如前所述，當(dāng)捕獲環(huán)境圖像時(shí)，從環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)來(lái)的光由位于中心的矩形區(qū)35a收集。在矩形區(qū)35a以外的矩形區(qū)中的光敏元件不包含關(guān)于圖像的信息。在這種情況下，當(dāng)只向?qū)?yīng)的位于中心的移位寄存器電路輸入控制信號(hào)“STRT-V2”和“STRT-H2”時(shí)，垂直驅(qū)動(dòng)電路61b和水平驅(qū)動(dòng)電路62b工作，然后，只有包括在矩形區(qū)35a中的像素依次輸出信號(hào)。因?yàn)榭刂菩盘?hào)沒(méi)有輸入到位于中心的移位寄存器電路以外的其它移位寄存器電路，這意味著在位于中心的矩形區(qū)以外的其它矩形區(qū)中的光敏元件實(shí)質(zhì)上是不存在的。因此，本實(shí)施例的電子設(shè)備能夠沒(méi)有任何浪費(fèi)的高速輸出環(huán)境圖像。
當(dāng)對(duì)指紋成像時(shí)，手指反射或散射的光到達(dá)區(qū)域圖像傳感器30b的整個(gè)像素區(qū)(矩形區(qū)35a到35i)。在這種情況下，關(guān)于垂直驅(qū)動(dòng)電路的操作，要調(diào)節(jié)控制信號(hào)“STRT-V1”、“STRT-V2”、“STRT-V3”的時(shí)序，從而使三個(gè)獨(dú)立的移位寄存器電路的輸出在時(shí)間域上不重疊。更詳細(xì)地，例如，在垂直驅(qū)動(dòng)電路61a的最后一級(jí)完成輸出操作之后，控制信號(hào)“STRT-V2”輸入到垂直驅(qū)動(dòng)電路61b。因此，本實(shí)施例的電子設(shè)備能夠使三個(gè)獨(dú)立的移位寄存器電路基本上象一個(gè)移位寄存器電路一樣工作。此外，關(guān)于水平驅(qū)動(dòng)電路的操作，調(diào)節(jié)控制信號(hào)的時(shí)序允許本實(shí)施例的電子設(shè)備使三個(gè)獨(dú)立的移位寄存器電路基本上象一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路一樣工作。因此，本實(shí)施例的電子設(shè)備在區(qū)域圖像傳感器30b的所有像素的信號(hào)輸出之后可以得到指紋的圖像。
如上所述，因?yàn)楸緦?shí)施例的電子設(shè)備通過(guò)將區(qū)域圖像傳感器分塊而只能夠使對(duì)應(yīng)于區(qū)域圖像傳感器的期望區(qū)域的像素輸出信號(hào)，所以電子設(shè)備即使在環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)和區(qū)域圖像傳感器之間的距離縮短時(shí)仍能夠沒(méi)有任何浪費(fèi)地輸出環(huán)境圖像，實(shí)現(xiàn)成像器件和包含成像器件的電子設(shè)備的進(jìn)一步縮小。
應(yīng)當(dāng)注意，通過(guò)分割區(qū)域圖像傳感器的像素區(qū)得到的分區(qū)的數(shù)量并不局限為九個(gè)。例如，形成能夠在兩個(gè)不同的透鏡系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)作為環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)使電子設(shè)備增加“用于拍攝詳細(xì)的特寫鏡頭的操作”成為可能，例如，除了用于捕獲環(huán)境圖像的正常操作外，用于對(duì)靠近鏡頭的物體成像。在這種情況下，要求電子設(shè)備能夠捕獲三種尺寸的圖像，即，環(huán)境圖像、在用于拍攝詳細(xì)的特寫鏡頭時(shí)的環(huán)境圖像以及指紋圖像。通過(guò)將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路分別分成5個(gè)子驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能，并且將像素區(qū)分成25個(gè)子像素區(qū)。因此，具有這種結(jié)構(gòu)的成像器件包括在本發(fā)明中。
然后，說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例。在本發(fā)明的成像器件中，光的可用性(usability)是決定所顯示圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此，最好盡量提高光的可用性。接下來(lái)，回到第一實(shí)施例，參考圖5A到5C和圖6說(shuō)明光的利用效率。從透明基片3 1側(cè)入射的光穿過(guò)光敏元件50的開(kāi)口54和沒(méi)有形成光敏元件50、薄膜晶體管40以及布線63到65的區(qū)域。這些區(qū)域允許光通過(guò)，并假設(shè)其透射率為“T1”。隨后，光穿過(guò)彩色濾色片57。彩色濾色片57允許光通過(guò)，并假設(shè)其透射率為“T2”。通過(guò)這些相關(guān)區(qū)域或元件的光的透射率為“T1×T2”，并且到達(dá)光纖收集部件70的端面的光或者被反射部分72反射，或者入射到纖心部分71。假設(shè)光被反射部分72反射的情況發(fā)生的幾率用“T3”表示。假設(shè)光被反射部分72反射重新穿過(guò)彩色濾色片57到達(dá)光敏元件50的情況發(fā)生的幾率用“T4”表示。因此，光的利用效率由幾率T1到T4相乘來(lái)計(jì)算，即，“T1×T2×T3×T4”。乘積“T1×T4”絕不會(huì)超過(guò)0.25。此外，如果幾率“T3”大于0.5，在對(duì)指紋進(jìn)行成像操作時(shí)光的可用性降低。因此，在這種情況下，第一實(shí)施例在提高光的可用性上遇到了困難。
下面，說(shuō)明用于解決上述問(wèn)題并提高光的可用性的作為第三實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)。圖11示出了本實(shí)施例的區(qū)域圖像傳感器的剖面圖。注意，在圖11中，在第三實(shí)施例中所用的并與在圖6中所示的第一實(shí)施例中所用到的具有相同功能的部件和元件以與第一實(shí)施例中所標(biāo)的相同的數(shù)字表示，并且為了簡(jiǎn)化省略了它們的詳細(xì)說(shuō)明。
如圖11所示，本實(shí)施例的電子設(shè)備與在圖6中所示的第一實(shí)施例的電子設(shè)備的不同之處在于前者用光纖收集部件70b代替第一實(shí)施例的光纖收集部件70。光纖收集部件70b在其區(qū)域圖像傳感器30上提供有反射/透射轉(zhuǎn)換單元75，并且沒(méi)有反射部分72(參考圖5B)。反射/透射轉(zhuǎn)換單元75由依次層疊透明電極76、液晶層77和透明電極78形成。這意味著制造光纖收集部件70b的步驟中不需要包括形成反射部分72的步驟，但是需要包括依次層疊透明電極76、液晶層77和透明電極78的步驟，以形成反射/透射轉(zhuǎn)換單元75。液晶層77可以采用例如手征向列液晶來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)未施加電壓時(shí)，手征向列液晶保持其螺旋扭曲結(jié)構(gòu)，散射入射的光。當(dāng)施加電壓時(shí)，螺旋扭曲結(jié)構(gòu)被拉伸，允許入射光通過(guò)。透明電極76和78通過(guò)濺射例如ITO等材料在光纖收集部件70b的整個(gè)端面上形成。
在本實(shí)施例的電子設(shè)備中，當(dāng)對(duì)環(huán)境成像時(shí)，電壓沒(méi)有加在透明電極76和78之間，使反射/透射轉(zhuǎn)換單元75處于反射方式。這允許上述幾率“T3”大于0.5。另一方面，當(dāng)對(duì)指紋成像時(shí)，在透明電極76和78之間施加電壓，使反射/透射轉(zhuǎn)換單元75處于透射方式。因此，本實(shí)施例的電子設(shè)備通過(guò)在區(qū)域圖像傳感器和光纖收集部件之間放置反射/透射轉(zhuǎn)換單元，從而不管在對(duì)環(huán)境還是對(duì)指紋成像的情況下都能提高光的可用性。
應(yīng)當(dāng)注意，反射/透射轉(zhuǎn)換單元75并不局限于本實(shí)施例中所采用的結(jié)構(gòu)和材料。例如，即使在構(gòu)成電子設(shè)備以使通過(guò)將液晶滴分散到聚合物網(wǎng)格中形成的液晶(聚合物分散的液晶)放置在兩個(gè)透明電極之間，這樣構(gòu)成的電子設(shè)備產(chǎn)生的效果與采用本實(shí)施例的電子設(shè)備所產(chǎn)生的效果相同。此外，構(gòu)成本實(shí)施例的電子設(shè)備，以使厚度不大于50μm并包括在其表面上形成的透明電極的透明基片、與具有在其表面上形成的透明電極的區(qū)域圖像傳感器之間插入手征向列液晶或聚合物分散的液晶。因此，具有這種結(jié)構(gòu)的成像器件也包括在本發(fā)明中。
接下來(lái)，說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖12A是本實(shí)施例的電子設(shè)備的前視圖，圖12B是電子設(shè)備的剖視圖，圖13A示出了在本實(shí)施例中如何對(duì)指紋成像的前視圖，圖13B是如何對(duì)指紋成像的剖視圖。
在上述的第一實(shí)施例中，對(duì)指紋成像所需要的光由放置在外殼10中的例如芯片型LED之類的發(fā)光元件82(參考圖4)提供。但是，放置發(fā)光元件的位置并不限于第一實(shí)施例中所采用的位置。
如圖12A和12B所示，電子設(shè)備具有提供在外殼80b中的發(fā)光元件82b。在外殼80b中提供容納發(fā)光元件82b的孔80c，孔80c位于顯示器90和環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)20之間，其位置與外殼80b的外表面位置對(duì)準(zhǔn)。發(fā)光元件82b放置在孔80c中。放置發(fā)光元件82b，從而當(dāng)手指緊貼在光纖收集部件70上時(shí)使其發(fā)出的光非常有效地入射在一部分照亮手指上。除上述結(jié)構(gòu)以外，本實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施例的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)相同。
接下來(lái)，說(shuō)明在本實(shí)施例中電子設(shè)備對(duì)指紋成像的操作過(guò)程。如圖13A和13B所示，首先，手指緊貼在光纖收集部件70上。然后，在手指緊貼在光纖收集部件70上期間，使發(fā)光元件82b發(fā)光。發(fā)光元件82b發(fā)出的光通過(guò)接近發(fā)光元件82b的手指部分入射到手指中，并反復(fù)地被反射和散射，然后，一部分光入射到與手指緊密接觸的光纖收集部件70上。電子設(shè)備通過(guò)使區(qū)域圖像傳感器30檢測(cè)該光的強(qiáng)度分布而獲得指紋的圖像。除了上述操作，在本實(shí)施例中對(duì)環(huán)境和指紋成像所進(jìn)行的操作與上述第一實(shí)施例中進(jìn)行的相似。因?yàn)楸緦?shí)施例不需要在外殼10中包含發(fā)光元件，所以外殼10可以進(jìn)一步縮小。
下面說(shuō)明本實(shí)施例的一個(gè)變型。圖14示出了根據(jù)該變型構(gòu)成的電子設(shè)備的剖面圖。如圖14所示，該變型中沒(méi)有提供獨(dú)立的發(fā)光元件，而是采用顯示器90c作為指紋成像的發(fā)光光源。這種結(jié)構(gòu)的操作如下。即，從顯示器90c發(fā)出的光入射到手指中，并反復(fù)地被反射和散射，然后，一部分光入射到光纖收集部件70上。因此，電子設(shè)備獲得指紋的圖像。除了上述結(jié)構(gòu)和操作處，該變型的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作與上述第四實(shí)施例的電子設(shè)備的相同。因?yàn)樵撟冃筒恍枰谄渲刑峁Ｓ玫陌l(fā)光元件，所以外殼10可以進(jìn)一步縮小同時(shí)可以進(jìn)一步降低電子設(shè)備的制造成本。
權(quán)利要求
1.一種成像器件，包括其中提供第一和第二開(kāi)口的第一外殼；用于選擇所述第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)以打開(kāi)所述第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)的開(kāi)/關(guān)單元；當(dāng)所述第一開(kāi)口打開(kāi)時(shí)，用于將通過(guò)所述第一開(kāi)口的光線聚焦的聚焦光學(xué)單元；多個(gè)以有序的方式排列的用于檢測(cè)由所述聚焦光學(xué)單元聚焦的光線的光敏元件；以及當(dāng)所述第二開(kāi)口打開(kāi)時(shí)，允許光線通過(guò)所述第二開(kāi)口進(jìn)入所述多個(gè)光敏元件的接觸型成像單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，其中所述開(kāi)/關(guān)單元為具有第三開(kāi)口的第二外殼，用于在所述第二外殼中容納所述第一外殼，并且可旋轉(zhuǎn)地支撐所述第一外殼，而且所述第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)通過(guò)使所述第一外殼旋轉(zhuǎn)，從而使所述第一和第二開(kāi)口中的一個(gè)的位置與所述第三開(kāi)口的位置對(duì)準(zhǔn)而打開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，還包括設(shè)置在所述多個(gè)光敏元件和所述聚焦光學(xué)單元之間的透明基片，其中所述多個(gè)光敏元件形成在所述透明基片的表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，其中位于關(guān)閉所述第一和所述第二開(kāi)口中的一個(gè)的所述開(kāi)/關(guān)單元的部分由能吸收光的材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，其中所述聚焦光學(xué)單元中有至少一個(gè)透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，其中所述接觸型成像單元中有多個(gè)光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，還包括用于將從所述聚焦光學(xué)單元發(fā)出的光反射到所述多個(gè)光敏元件的反射部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的成像器件，其中所述反射部分是形成在所述接觸型成像單元的端部的局部、并位于所述聚焦光學(xué)單元一側(cè)的金屬膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，還包括反射/透射轉(zhuǎn)換單元，用于在反射所述聚焦光學(xué)單元發(fā)出的光使其到達(dá)多個(gè)所述光敏元件、并允許所述聚焦光學(xué)單元發(fā)出的光透過(guò)反射/透射轉(zhuǎn)換單元到達(dá)所述接觸型成像單元之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的成像器件，其中所述反射/透射轉(zhuǎn)換單元包括兩個(gè)彼此平行設(shè)置的透明電極；以及設(shè)置在兩個(gè)透明電極之間的手征向列液晶層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，還包括設(shè)置在所述接觸型成像單元和所述多個(gè)光敏元件之間的彩色濾色片。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，其中所述多個(gè)光敏元件分成多個(gè)組，每個(gè)組對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)光敏元件的位置的一組，并且可選擇用于使屬于所有的所述多個(gè)組的光敏元件檢測(cè)光、和用于使屬于所述多個(gè)組中的一個(gè)組的光敏元件檢測(cè)光的操作中的一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，還包括在所述第一外殼中提供的發(fā)光元件，其中所述發(fā)光元件發(fā)出的光穿過(guò)所述接觸型成像單元，照亮要成像的目標(biāo)，并且由所述目標(biāo)反射的光穿過(guò)所述接觸型成像單元，由所述多個(gè)光敏元件檢測(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的成像器件，還包括在所述第一外殼的外表面和所述第二外殼的外表面中的一個(gè)上提供的發(fā)光元件，其中從所述發(fā)光元件發(fā)出的光入射到成像的目標(biāo)，并且由所述目標(biāo)反射或散射的光穿過(guò)所述接觸型成像單元，由所述多個(gè)光敏元件檢測(cè)。
15.一種包含在權(quán)利要求1到14的任何一個(gè)中說(shuō)明的所述成像器件的電子設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電子設(shè)備，它是移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理和筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)中的一個(gè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的電子設(shè)備，還包括用來(lái)顯示圖像并發(fā)光的顯示單元，其中由所述顯示單元發(fā)出的光入射到要成像的目標(biāo)，并且由所述目標(biāo)反射或散射的光穿過(guò)所述接觸型成像單元，由所述多個(gè)光敏元件檢測(cè)。
全文摘要
一種成像器件及包含該成像器件的電子設(shè)備。提供了第一外殼從而能夠相對(duì)于第二外殼旋轉(zhuǎn)，并且在第一外殼上提供第一和第二開(kāi)口。在第一外殼中提供有放置在透明基片的一個(gè)表面上的具有多個(gè)光敏元件的圖像拾取器件、固定在第一開(kāi)口上并放置在圖像拾取器件的透明基片一側(cè)的環(huán)境成像透鏡系統(tǒng)、固定在第二開(kāi)口上并通過(guò)粘接層與圖像拾取器件的光敏元件一側(cè)粘接的光纖收集部件、以及發(fā)光元件。此外，在與第一外殼接觸的第二外殼的表面形成光吸收表面。
文檔編號(hào)G03B19/02GK1410940SQ0214443
公開(kāi)日2003年4月16日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者藤枝一郎 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社