本發(fā)明涉及生物識別領(lǐng)域，具體涉及一種提高虹膜采集分辨率和采集區(qū)范圍和3d人臉采集分辨率的晶圓級圖像采集裝置。

背景技術(shù)：

生物識別主要分三個階段：圖像采集、圖像預(yù)處理和特征提取與匹配。每個階段對最終的識別效果的影響都至關(guān)重要。

目前市場上大部分公司的相關(guān)技術(shù)主要集中在虹膜算法方面，虹膜采集技術(shù)瓶頸一直沒有突破。圖像采集技術(shù)中如何消除眼角膜、眼鏡片和皮膚的鏡面反光對虹膜識別的影響，就是其中一個重要問題。在采取主動照明方案中或在其它較強光源環(huán)境中，眼鏡片的反射光較強使得在虹膜紋理圖像中形成飽和光斑，導(dǎo)致掩蓋了虹膜紋理信息，現(xiàn)有技術(shù)普遍采用照明光源與成像鏡頭分離較遠距離的布局，以緩解這種干擾，但不能消除。

3d人臉識別技術(shù)是未來人臉識別的重要方向，包含了三維全臉曲面幾何信息，然而，目前市場上針對3d人臉的具有高保真紋理、大景深的三維全臉數(shù)據(jù)采集方案任然具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前，采集虹膜和人臉圖像都使用單鏡頭，已有產(chǎn)品基本上分兩類：一類是采集圖像滿足算法分辨率要求，但是景深較小，一般為50mm左右；另一類是景深可以做到100mm多，但是虹膜圖像的分辨率比虹膜算法要求的低，無法既滿足虹膜算法分辨率又使得景深大。

因此，為了適應(yīng)市場需求和改善性能，尋求一款在任何條件下不受眼角膜、眼鏡片、皮膚、環(huán)境光耀斑影響的圖像采集器，且既滿足三維人臉高分辨率要求，又能增大景深的圖像采集器，是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，既能消除反光，又能增大景深提高像素，本發(fā)明提供了一種晶圓級圖像采集裝置，能有效去除由于鏡面反射光對成像造成的影響，并能實現(xiàn)大景深高分辨率成像的特點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種晶圓級圖像采集裝置，包括光源發(fā)射器和圖像傳感器，所述圖像傳感器包括成像鏡頭陣列和感光芯片或者感光芯片陣列，所述成像鏡頭陣列布置于所述感光芯片的感光面上或所述感光芯片陣列的感光面上，所述感光芯片的感光面或所述感光芯片陣列的感光面的電性通過金屬重布線引出至其非感光面；所述圖像傳感器還包括具有偏振作用的偏振片和具有濾光作用的濾光片，所述偏振片、所述濾光片及所述成像鏡頭陣列疊置于所述感光芯片或所述感光芯片陣列上，它們的疊置順序可相互調(diào)換，所述光源發(fā)射器輸出結(jié)構(gòu)光或均勻光，所述光源發(fā)射器的出射光照射被測物體后形成的成像光束經(jīng)所述偏振片、所述濾光件及所述成像鏡頭陣列后進入所述感光芯片的感光面。

進一步的，所述成像鏡頭陣列由m行鏡頭組成，每行包含n個鏡頭，每行鏡頭之間平行排布或非平行排布，其中，m和n至少有一個為≥1的正整數(shù)，所述感光芯片陣列的各感光區(qū)與所述成像鏡頭陣列的各鏡頭一一對應(yīng)。

進一步的，設(shè)有兩層或兩層以上所述成像鏡頭陣列，每層成像鏡頭陣列為一個整體，兩層或兩層以上所述成像鏡頭陣列之間上下直接或通過間隔片鍵合在一起。

進一步的，通過一透明蓋板替換掉所述偏振片和所述濾光片，所述透明蓋板自身具有偏振作用，所述透明蓋板的上表面鍍有一層具有濾光作用的ir膜。

進一步的，通過一透明蓋板替換掉所述偏振片，所述透明蓋板自身具有偏振作用，所述透明蓋板布置于所述成像鏡頭陣列與所述感光芯片或所述感光芯片陣列之間，所述濾光片安裝在所述成像鏡頭陣列外側(cè)。

進一步的，通過一透明蓋板替換掉所述濾光片，所述透明蓋板的上表面鍍有一層具有濾光作用的ir膜，所述透明蓋板布置于所述成像鏡頭陣列與所述感光芯片或所述感光芯片陣列之間，所述偏振片安裝在所述成像鏡頭陣列外側(cè)。

進一步的，還包括一不具有偏振作用和濾光作用的透明蓋板，所述透明蓋板布置于所述成像鏡頭陣列與所述感光芯片或所述感光芯片陣列之間，所述偏振片和所述濾光片均安裝在所述成像鏡頭陣列外側(cè)，所述偏振片和濾光片的疊放次序可互換。

進一步的，所述偏振片或具有偏振作用的透明蓋板為圓偏振片或線偏振片。

進一步的，還包括一基底，所述基底正面中部具有凹槽，所述圖像傳感器包括感光芯片陣列和成像鏡頭陣列，所述光源發(fā)射器安裝于所述凹槽內(nèi)，所述感光芯片陣列的非感光面布置于所述基底及光源發(fā)射器的正面，所述感光芯片陣列對應(yīng)所述光源發(fā)射器的光源發(fā)射區(qū)的位置形成有通光孔，且所述通光孔位于所述感光芯片陣列的感光區(qū)及焊墊之外的區(qū)域；所述感光芯片陣列的各芯片感光面的電性通過導(dǎo)電通孔結(jié)構(gòu)引出至所述基底的背面，所述光源發(fā)射器的光源電極區(qū)的電性通過導(dǎo)電通孔結(jié)構(gòu)引出至所述基底的背面。

進一步的，所述光源發(fā)射器輸出結(jié)構(gòu)光和均勻光，所述均勻光照射人臉的眼睛及周邊部分，所述結(jié)構(gòu)光照射眼睛及周邊部分以外的人臉部分。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種晶圓級圖像采集裝置，通過設(shè)置光源發(fā)射器輸出結(jié)構(gòu)光照射人臉，可形成三維人臉成像光束；通過設(shè)置偏振片或設(shè)置具有偏振作用的透明蓋板，可以起到消除鏡面反光的作用，即三維人臉成像光束中來自眼角膜、眼鏡片、皮膚的鏡面反射光無法通過偏振片或具有偏振作用的透明蓋板，而形成的成像光束則被成像鏡頭陣列收集并聚焦在圖像傳感器的感光芯片的感光面，從而消除反光；通過設(shè)置濾光片或具有濾光作用的透明蓋板，可讓三維人臉成像光束中的可見光徹底的過濾掉，只保留特定波長的光線；通過設(shè)置成像鏡頭陣列，可收集三維人臉成像光束，并聚焦在圖像傳感器的感光芯片的感光面，再采用超分辨率重建算法，可得到高清的虹膜和3d人臉,實現(xiàn)大景深拍攝，在景深至少大于100mm的范圍內(nèi)達到500ppi(pixelsperinch)。另外，成像鏡頭陣列每層鏡頭為一個整體，即處于同一片面上，鏡頭光軸較為一致，使得像素接近統(tǒng)一，離散性小，滿足虹膜和三維人臉分辨率高的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明晶圓級加工形成的成像鏡頭陣列截面圖；

圖2為本發(fā)明晶圓級加工形成的成像鏡頭陣列俯視圖；

圖3為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置一實施例(包括透明蓋板，透明蓋板具有偏振作用及濾光作用)剖面圖；

圖4為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置另一實施例(包括具有偏振作用的透明蓋板和濾光片)剖面圖；

圖5為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置又一實施例(包括透明蓋板、偏振片和濾光片)剖面圖；

圖6為圖5晶圓級圖像采集裝置的偏振片和濾光片互換后的剖面圖；

圖7為均勻光和結(jié)構(gòu)光在人的面部的分布圖；

圖8為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置再一實施例(包括感光芯片陣列)俯視圖；

圖9為圖8中s-s’向剖面圖。

結(jié)合附圖，對附圖符號做以下說明：

100-圖像傳感器，101-感光芯片或感光芯片陣列，1011-通光孔，1012-焊墊，102-透明蓋板，103-成像鏡頭陣列，104-圍堰，105-金屬重布線，106-間隔片，107-導(dǎo)電凸塊，108-保護層，109-偏振片，110-濾光片，120-ir膜，200-光源發(fā)射器，201-光源發(fā)射區(qū)，300-基底，301-凹槽，302-通孔，303-穿孔，400-均勻光圖案，500-結(jié)構(gòu)光圖案。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖3所示，為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置一實施例的剖面圖，包括光源發(fā)射器200和圖像傳感器100，所述圖像傳感器包括感光芯片101、透明蓋板102和兩層成像鏡頭陣列103，所述感光芯片的感光面與所述透明蓋板下表面通過圍堰104鍵合，所述感光芯片感光面的電性通過金屬重布線105引出至所述感光芯片的非感光面，所述透明蓋板自身具有偏振作用和濾光作用，兩層所述成像鏡頭陣列疊置在所述透明蓋板上，所述光源發(fā)射器輸出的結(jié)構(gòu)光照射人臉后形成的成像光束經(jīng)所述成像鏡頭陣列及所述透明蓋板后進入所述感光芯片的感光面。

如圖4所示，為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置另一實施例的剖面圖，包括光源發(fā)射器200和圖像傳感器100，所述圖像傳感器包括感光芯片101、透明蓋板102、濾光片110和兩層成像鏡頭陣列103，所述感光芯片的感光面與所述透明蓋板下表面通過圍堰104鍵合，所述感光芯片感光面的電性通過金屬重布線105引出至所述感光芯片的非感光面，所述透明蓋板具有偏振作用，兩層所述成像鏡頭陣列疊置在所述透明蓋板上，所述濾光片安裝在所述成像鏡頭陣列外側(cè)；所述光源發(fā)射器輸出的結(jié)構(gòu)光照射人臉后形成的成像光束經(jīng)所述成像鏡頭陣列及所述透明蓋板后進入所述感光芯片的感光面。

本實施例中，透明蓋板上表面不鍍有ir膜，采用濾光片代替，濾光片放置在成像鏡頭陣列外側(cè)(上表面)，相同的，讓可見光徹底的過濾掉只保留特定波長的光線，且濾光片放置在成像鏡頭陣列外側(cè)，可保護鏡頭，減少外界環(huán)境對其造成的污染，如圖4所示。

如圖5所示，為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置另一實施例的剖面圖，包括光源發(fā)射器200和圖像傳感器100，所述圖像傳感器包括感光芯片101、透明蓋板102、濾光片110、偏振片109和兩層成像鏡頭陣列103，所述感光芯片的感光面與所述透明蓋板下表面通過圍堰104鍵合，所述感光芯片感光面的電性通過金屬重布線105引出至所述感光芯片的非感光面，所述透明蓋板不具有偏振作用和濾光作用，兩層所述成像鏡頭陣列疊置在所述透明蓋板上，所述偏振片置于所述成像鏡頭陣列上表面，所述濾光片置于所述偏振片背對成像鏡頭陣列的一面，所述光源發(fā)射器輸出的結(jié)構(gòu)光照射人臉后形成的成像光束經(jīng)所述成像鏡頭陣列及所述透明蓋板后進入所述感光芯片的感光面。

本實施例中，透明蓋板102采用不具有偏振效果的普通玻璃，價格相對具有偏振作用的玻璃便宜，由于封裝制程(例如壓合、研磨、刻蝕、切割等)的流程中出現(xiàn)異常(例如玻璃破裂)的原因造成的成本浪費也相對較少；且偏振片和濾光片雙置于成像鏡頭陣列上表面，更有效保證鏡頭的潔凈度；偏振片和濾光片疊置順序可以互換，參見圖6。

在其他實施例中，也可采用成像鏡頭陣列直接安裝在圖像傳感器的感光芯片上方，以使其感光區(qū)不受污染，從而省去透明蓋板。

如圖8和圖9所示，為本發(fā)明晶圓級圖像采集裝置又一實施例的剖面圖，包括光源發(fā)射器200、圖像傳感器100和基底300，所述圖像傳感器包括感光芯片陣列101、兩層成像鏡頭陣列103、偏振片109和濾光片110，所述基底正面中部具有凹槽301，所述光源發(fā)射器安裝于所述凹槽內(nèi)，所述感光芯片陣列的非感光面布置于所述基底及光源發(fā)射器的正面，所述感光芯片陣列對應(yīng)所述光源發(fā)射器的光源發(fā)射區(qū)201的位置形成有通光孔1011，且所述通光孔位于所述感光芯片陣列的感光區(qū)及焊墊1012之外的區(qū)域，這樣，光源發(fā)射區(qū)201恰好通過通光孔1011發(fā)射光束照射人臉或/和虹膜，成像鏡頭陣列收集人臉或/和虹膜的成像光束將其投影在感光芯片陣列各芯片的感光區(qū)；所述感光芯片陣列的各芯片感光面的電性通過導(dǎo)電通孔結(jié)構(gòu)引出至所述基底的背面，所述光源發(fā)射器的光源電極區(qū)的電性通過導(dǎo)電通孔結(jié)構(gòu)引出至所述基底的背面。兩層所述成像鏡頭陣列直接疊置在所述感光芯片陣列上，所述偏振片置于所述成像鏡頭陣列上表面，所述濾光片置于所述偏振片背對成像鏡頭陣列的一面，所述光源發(fā)射器輸出的結(jié)構(gòu)光照射人臉后形成的成像光束經(jīng)所述成像鏡頭陣列及所述透明蓋板后進入所述感光芯片的感光面。

本實施例中，光源發(fā)射器與感光芯片陣列通過基底組合在一起，具有高集成的優(yōu)點，使得圖像采集裝置結(jié)構(gòu)更加緊湊；由于成像鏡頭陣列的成像范圍無法利用單個感光芯片的全部感光區(qū)域，即成像鏡頭陣列中子成像面與子成像面之間存在一定數(shù)量的無法參與成像的像素點，進一步地，該無用像素點的采集傳輸處理會占用一部分cpu時間，因此，采用單個感光芯片的圖像傳感器的像素使用效率低。本實施例中，采用感光芯片陣列與成像鏡頭陣列一一對應(yīng)，相對于單個感光芯片，可排除無用像素，提高像素的使用效率與傳輸速度。

在其他實施例中，所述偏振片109或濾光片110也可以設(shè)置在成像鏡頭陣列下方或兩層成像鏡頭陣列之間，所述成像鏡頭陣列由m行鏡頭組成，每行包含n個鏡頭，每行鏡頭之間可以平行排布也可以非平行排布，其中，m和n至少有一個為≥1的正整數(shù)，所述成像鏡頭陣列為2x2的陣列，所述偏振片與濾光片的位置可以調(diào)換，圖像采集效果不變。

在其他實施中，圖像傳感器還可以包括透明蓋板，通過透明蓋板替換掉所述偏振片和所述濾光片，所述透明蓋板自身具有偏振作用，所述透明蓋板的上表面鍍有一層具有濾光作用的ir膜?；蛘咄ㄟ^透明蓋板替換掉所述偏振片，所述透明蓋板自身具有偏振作用，所述透明蓋板布置于所述成像鏡頭陣列與所述感光芯片陣列之間，所述濾光片安裝在所述成像鏡頭陣列外側(cè)?；蛘?，通過透明蓋板替換掉所述濾光片，所述透明蓋板的上表面鍍有一層具有濾光作用的ir膜，所述透明蓋板布置于所述成像鏡頭陣列與所述感光芯片或所述感光芯片陣列之間，所述偏振片安裝在所述成像鏡頭陣列外側(cè)?；蛘咄该魃w板不具有偏振作用和濾光作用，所述透明蓋板布置于所述成像鏡頭陣列與所述感光芯片陣列之間，所述偏振片和所述濾光片均安裝在所述成像鏡頭陣列外側(cè)，所述偏振片和濾光片的疊放次序可互換。

上述各實施例中，光源發(fā)射器用于輸出結(jié)構(gòu)光照射人臉，以形成三維全臉成像光束，結(jié)構(gòu)光是3d掃描的一個光學(xué)方法，可包括led(lightemittingdiode，發(fā)光二極管)、ld(laserdiode，激光二極管)、vcsel(verticalcavitysurfaceemittinglaser，垂直腔面發(fā)射激光器)。優(yōu)選的，如圖7所示，是以人臉為例的掃描分布圖，所述光源發(fā)射器輸出結(jié)構(gòu)光和均勻光，所述均勻光照射人臉的眼睛及周邊部分，形成均勻光圖案400，所述結(jié)構(gòu)光照射眼睛及周邊部分以外的人臉部分，形成結(jié)構(gòu)光圖案500。即均勻光照射眼睛，虹膜的成像光束將被成像鏡頭陣列收集聚焦在圖像傳感器的感光芯片的感光面，結(jié)構(gòu)光照射臉部，三維全臉成像光束將被成像鏡頭陣列收集聚焦在圖像傳感器的感光芯片的感光面，然后采用超分辨率重建算法可得到高清的虹膜和3d人臉圖像。

成像鏡頭陣列用于收集三維全臉成像光束，并聚焦在圖像傳感器的感光芯片的感光面，再采用超分辨率重建算法，可得到高清的虹膜和3d人臉,實現(xiàn)大景深拍攝，在景深至少大于100mm的范圍內(nèi)達到500ppi(pixelsperinch)。這里，成像鏡頭陣列由晶圓級的封裝工藝加工而成整體結(jié)構(gòu)，各鏡頭處于同一面上，各鏡頭的光軸較為一致，使得像素接近統(tǒng)一，離散性小，從而滿足虹膜和三維人臉滿足清晰、高保真紋理的要求。本實施例中，成像鏡頭陣列顯示為2x2的陣列，參見圖1和圖2，但不限于此。所述成像鏡頭陣列由m行鏡頭組成，每行包含n個鏡頭，每行鏡頭之間可以平行排布也可以非平行排布，其中，m和n至少有一個為≥1的正整數(shù)，所述感光芯片陣列的各感光區(qū)與所述成像鏡頭陣列的各鏡頭一一對應(yīng)；成像鏡頭陣列的層數(shù)也不限，優(yōu)選的，本實施例設(shè)有兩層所述成像鏡頭陣列，每層成像鏡頭陣列為一個整體，兩層所述成像鏡頭陣列上下直接或通過間隔片106鍵合在一起，以實現(xiàn)大景深高分辨率成像的特點。但不限于此，單層或兩層以上的成像鏡頭陣列也可根據(jù)實際需要進行設(shè)置，兩層成像鏡頭陣列之間也不限于通過間隔片鍵合，也可以無間隔片進行直接鍵合(附圖未示出)。

感光芯片或感光芯片陣列的感光面的電性通過金屬重布線105引出至感光芯片或感光芯片陣列的非感光面。如圖3中所示，感光芯片的非感光面具有導(dǎo)電凸塊107，金屬重布線通過開口引出至感光芯片的非感光面的導(dǎo)電凸塊107，即導(dǎo)電凸塊通過金屬重布線將感光芯片的電性引出至外界。如圖9所示，在基底300下表面設(shè)置有連通基底和感光芯片陣列露出芯片焊墊1012的通孔302以及穿透凹槽底部露出光源電極區(qū)(未示出)的穿孔303，在通孔302和穿孔303內(nèi)布置有金屬重布線105將圖像傳感器的感光芯片和光源發(fā)射器的電性引出至基底下表面，在金屬重布線上面覆蓋有保護層108，導(dǎo)電凸塊107設(shè)置在保護層預(yù)設(shè)的位置并與金屬重布線105電連接。

透明蓋板自身具有偏振作用和濾光作用，比如，透明蓋板為本身具有偏振作用的玻璃蓋板，透明蓋板上表面采用光學(xué)鍍膜工藝鍍有一層ir膜120，以起到濾光作用。優(yōu)選的，具有偏振作用的透明蓋板為圓偏振片或線偏振片。線偏振或圓偏振片與光源的偏振態(tài)正交，可以阻止眼角膜、眼鏡片等鏡面反射光通過，可以衰減虹膜、皮膚等散射光，以便消除來自眼角膜、皮膚或眼鏡的反射光。

可選的，圖像傳感器為cmo、ccd或量子點圖像傳感器；

本發(fā)明通過設(shè)置光源發(fā)射器輸出結(jié)構(gòu)光照射人臉，可形成三維全臉成像光束；通過設(shè)置偏振片或設(shè)置具有偏振作用的透明蓋板，可以起到消除反光的作用，即三維全臉成像光束中來自眼角膜、眼鏡片、皮膚的反射光無法通過偏振片或具有偏振作用的透明蓋板，而形成的成像光束則被成像鏡頭陣列收集并聚焦在圖像傳感器的感光芯片的感光面，從而消除反光；通過設(shè)置濾光片或具有濾光作用的透明蓋板，可讓三維全臉成像光束中的可見光徹底的過濾掉，只保留特定波長的光線；通過設(shè)置成像鏡頭陣列，可收集三維全臉成像光束，并聚焦在圖像傳感器的感光芯片的感光面，再采用超分辨率重建算法，可得到高清的虹膜和3d人臉,實現(xiàn)大景深拍攝，在景深至少大于100mm的范圍內(nèi)達到500ppi(pixelsperinch)。由于成像鏡頭陣列的多個鏡頭通過晶圓級的封裝工藝加工而成一個整體，光軸較為一致，像素接近統(tǒng)一，離散性小，從而滿足虹膜和三維人臉分辨率高的要求。

以上實施例是參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對上述實施例進行各種形式上的修改或變更，但不背離本發(fā)明的實質(zhì)的情況下，都落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。