CN107203733A - 光学指纹传感器模组 - Google Patents

Abstract

一种光学指纹传感器模组，包括：保护层；光学指纹传感器，所述光学指纹传感器位于所述保护层下方；背光源，所述背光源位于所述保护层下方；所述背光源位于所述光学指纹传感器的侧边；所述光学指纹传感器和所述保护层之间还具有光学垫高层；所述背光源发出的光线从所述光学垫高层进入所述保护层。所述光学指纹传感器模组性能提高，采用所述光学指纹传感器模组获得的指纹图像质量提高。

Description

光学指纹传感器模组

技术领域

本发明涉及光学指纹识别领域，尤其涉及一种光学指纹传感器模组。

背景技术

指纹成像识别技术，是通过指纹传感器采集到人体的指纹图像，然后与系统里的已有指纹成像信息进行比对，来判断正确与否，进而实现身份识别的技术。由于其使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域。比如公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

指纹成像识别技术的实现方式有光学成像、电容成像、超声成像等多种技术。相对来说，光学指纹成像技术，其成像效果相对较好，设备成本相对较低。

现有光学指纹传感器模组的结构有待改进，性能有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种光学指纹传感器模组，以提高所述光学指纹传感器模组的性能，从而提高采用所述光学指纹传感器模组获得的指纹图像质量。

为解决上述问题，本发明提供一种光学指纹传感器模组，包括：保护层；光学指纹传感器，所述光学指纹传感器位于所述保护层下方；背光源，所述背光源位于所述保护层下方；所述背光源位于所述光学指纹传感器的侧边；所述光学指纹传感器和所述保护层之间还具有光学垫高层；所述背光源发出的光线从所述光学垫高层进入所述保护层。

可选的，所述光学垫高层与所述光学指纹传感器和所述保护层直接层叠，或者所述光学垫高层与所述光学指纹传感器和所述保护层直接粘贴。

可选的，所述背光源发出的光线从所述光学垫高层的侧面进入所述光学垫高层，再从所述光学垫高层进入所述保护层，并在所述保护层上表面发生部分反射，反射光线透过所述保护层后重新返回进入所述光学垫高层，再从所述光学垫高层进入所述光学指纹传感器。

可选的，所述光学垫高层的折射率为1.2以上。

可选的，所述背光源与所述光学指纹传感器之间具有间隔。

可选的，所述保护层为单层或者多层结构，所述保护层的上表面、下表面、所述光学垫高层上表面、下表面和所述光学指纹传感器上表面的至少其中一个表面具有滤光层。

可选的，所述背光源包括至少一个LED灯，所述LED灯的光为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

可选的，所述背光源包括两个或两个以上LED灯，所述两个或两个以上LED灯均匀地分布在所述保护层的下方，所述LED灯的光为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

可选的，所述背光源的出光面前面具有聚光透镜，所述聚光透镜能够使所述背光源的光线转换为平行光或近平行光，所述背光源的光线先进入所述聚光透镜，再进入所述光学垫高层的侧面。

可选的，所述光学垫高层用于接收背光源发出光线的侧面具有光增透层，所述光增透层能够增加所述背光源的光线进入所述光学垫高层的比例。

可选的，所述光学垫高层的侧面为聚光面，所述聚光面将所述背光源发出的光线转换为平行光或近平行光。

可选的，所述聚光面为斜面、球冠面、椭球冠面、圆锥侧面或者棱锥侧面。

可选的，所述聚光面具有光增透层，所述光增透层能够增加所述背光源的光线进入所述透光介质的比例。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，通过将光学指纹传感器和背光源同时设置在保护层下方，背光源设置在位于光学指纹传感器的侧边，并且在光学指纹传感器和保护层之间设置光学垫高层，从而使光学指纹传感器和保护层之间的距离增大，扩大光学指纹传感器接收光线区域的宽度，从而提高光学指纹传感器模组采集的指纹图像质量。更加重要的是，由于光学垫高层的存在，背光源的光线进入保护层之前被光学垫高层所调整，因此，相应光线在保护层上表面的入射角度能够增大，因此，相应入射光线在保护层上表面和空气的界面中会发生全反射，而在手指指纹与保护层上表面接触的界面则正常地进行反射和折射等光学现象，此时，手指指纹图像的不同位置(即谷位置和脊位置)对比度会明显改善，指纹图像质量提高。

附图说明

图1是一种光学指纹传感器模组的结构示意图；

图2是本发明第一实施例所提供的光学指纹传感器模组的俯视结构示意图；

图3是本发明第一实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图；

图4是本发明第二实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图；

图5是本发明第三实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图；

图6是本发明第四实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图；

图7是本发明第五实施例所提供的光学指纹传感器模组剖面结构示意图。

具体实施方式

一种光学指纹传感器模组如图1所示，包括保护层100、光学指纹传感器110和背光源120。背光源120位于保护层100下方，光学指纹传感器110直接接触层叠于保护层100下方。背光源120位于光学指纹传感器110的侧边。此时，背光源120发出的光线照射进入保护层100的入射角a较小，因此，光学指纹传感器110能够接收到反射光的区域宽度A较小，导致光学指纹传感器110大部分区域无法运用于指纹图像采集，因此图1所示光学指纹传感器模组性能有待提高，图1所示光学指纹传感器模组采集到的指纹图像质量有待提高。

更加重要的是，为了采集更高质量的指纹图像，通常希望在入射光线到达保护层100上表面时，能够在保护层100上表面与空气的第一界面(指纹谷位置与保护层100上表面之间会有空气)发生全反射，并且在保护层100上表面与指纹接触位置(指纹脊位置能够与保护层上表面接触)的第二界面正常进行折射和反射(即不发生全反射)，从而提高指纹不同位置(谷位置和脊位置)的对比度，提高指纹图像质量。而图1所示的指纹传感器模组无法实现上述第一界面发生全反射且第二界面不发生全反射的情况，因此，图1所示光学指纹传感器模组无法提高指纹图像质量。

为此，本发明提供一种光学指纹传感器模组，将光学指纹传感器和背光源同时设置在保护层下方，背光源设置在位于光学指纹传感器的侧边，并且在光学指纹传感器和保护层之间设置光学垫高层，从而使光学指纹传感器和保护层之间的距离增大，扩大光学指纹传感器接收光线区域的宽度，从而提高光学指纹传感器模组采集的指纹图像质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明第一实施例提供一种光学指纹传感器模组，请结合参考图2和图3。图2是所述光学指纹传感器模组的俯视结构示意图。图3是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。图3可视为图2沿DD点划线剖切后得到的剖面示意图。所述光学指纹传感器模组包括保护层200、光学指纹传感器210和背光源220。背光源220位于保护层200下方，光学指纹传感器210位于保护层200下方。背光源220位于光学指纹传感器210的侧边。光学指纹传感器210和保护层200之间还具有光学垫高层230。

需要说明的是，图2中，光学垫高层230和背光源220显示为虚线，因为它们实际上是被保护层200所覆盖，因此用虚线表示。需要说明的是，其它实施例中，在俯视方向上，保护层200可以不覆盖背光源220。并且，图2中，光学垫高层230和光学指纹传感器210的俯视形状和面积都相同，因此，光学垫高层230完全覆盖光学指纹传感器210。其它实施例中，光学垫高层230和指纹传感器210的俯视形状和面积也可以不完全相同，例如，光学垫高层230的俯视面积可以大于光学指纹传感器210的俯视面积。

本实施例中，背光源220发出的光线从光学垫高层230进入保护层200。具体的，背光源220发出的光线从光学垫高层230的侧面进入光学垫高层230本身，再从光学垫高层230进入保护层200，并在保护层200上表面发生反射和折射等光学现象，反射光线透过保护层200后重新返回进入光学垫高层230，再从光学垫高层230进入光学指纹传感器210。

为了使背光源220发出的光线从光学垫高层230进入保护层200(也就是说，进入保护层200的光线一定先经过光学垫高层230)，而不是未经过光学垫高层230就进入保护层200，本实施例中，可以采用两个方面的做法：一方面可以通过调整背光源220发出光线的光线范围，从而使光线仅照射光学垫高层230的侧面；另一方面，可以如图3所示，在保护层200下表面中，会被背光源220发出光线照射到的区域涂布遮光层240(如图3所示)，从而防止光线未经过光学垫高层230就进入保护层200。

本实施例中，设置进入保护层200的光线一定先经过光学垫高层230，以避免存在未经过光学垫高层230就进入保护层200的光线，从而防止这些光线以不同于其它光线的反射角度和位置照射到光学指纹传感器210，造成指纹图像变模糊。

本实施例中，背光源220位于光学指纹传感器210的左侧边，并且位于左侧下方。其它实施例中，背光源220也可以位于光学指纹传感器210的其它侧边，并且侧下方(斜下方)。

背光源220位于光学指纹传感器210的侧边下方，意味着背光源220不位于光学指纹传感器210正下方。所述光学指纹传感器210正下方是指从俯视方向上向下看，光学指纹传感器210能够覆盖的部分。由于背光源220位于光学指纹传感器210的侧边下方而不是正下方，因此，图2中可以同时看到背光源220和光学指纹传感器210，并且两者不重叠。此时，背光源220可以不包括导光板等结构。

结合图2和图3可知，当背光源220位于光学指纹传感器210的侧边下方时，背光源220发出的光线能够不经过光学指纹传感器210(或者其它会阻挡光线的结构)，而是通过空气或真空到达光学垫高层230侧面，从而有利于减小所述光学指纹传感器模组体积，有利于将更多背光源220发出的光线运用于指纹图像采集，有利于获得更好的指纹图像。

本实施例中，光学指纹传感器210、光学垫高层230和保护层200三者直接层叠，“直接层叠”指光学指纹传感器210和光学垫高层230至少有部分接触，光学垫高层230和保护层200之间至少有部分接触，当三者均为扁平基板时，可以恰好是如图3中所示层叠形态。

其它实施例中，可以是所述光学垫高层与所述保护层直接粘贴，也可以是所述光学垫高层与所述光学指纹传感器和所述保护层直接粘贴。“直接粘贴”时，所述保护层、所述光学垫高层和所述光学指纹传感器之间可以通过胶层层叠粘接。所述胶层可以是光学胶层，所述光学胶层的材料具体可以是热敏光学胶层、光敏光学胶层或光学双面胶带。其它实施例中，光学垫高层230的侧面可以具有光增透层(未显示)，从而使更多光线能够从光学垫高层230的侧面进入光学垫高层230。

本实施例中，背光源220与光学垫高层230之间可以具有间隔(未标注)。所述间隔的存在可以保证背光源220与光学垫高层230之间不直接接触。所述间隔的具体大小可以根据设计需要而定。例如在一个例子中，所述间隔的大小可以大于等于所述背光源220的宽度。其它实施例中，背光源220与光学垫高层230之间也可以没有间隔，即背光源220与光学垫高层230直接接触，此时，需要保证背光源220发出的光线全部或者大部分为斜向上的光线，可以有少量水平方向发射的光线，但要避免斜向下发射的光线，以防止光线未经过保护层200而照射到光学指纹传感器210。

本实施例中，背光源220为点光源，例如为一个LED灯。所述LED灯的光可以为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

本实施例中，保护层200为单层结构，即保护层200可以为一个基板，如图3所示。其它实施例中，保护层200也可以为多层结构。

图2和图3虽未显示，但是，其它实施例中，保护层200的上表面、下表面和光学指纹传感器210上表面的至少其中之一，可以具有滤光层。所述滤光层可以用于过滤环境光或改变保护层200或光学指纹传感器210的外观颜色。

本实施例中，光学指纹传感器210可以为基于硅晶圆的以CMOS工艺制作的图像传感器，也可以是基于玻璃基板的以TFT工艺制作的图像传感器。

本实施例所提供的光学指纹传感器模组中，通过将光学指纹传感器210和背光源220同时设置在保护层200下方，背光源220设置在位于光学指纹传感器210的侧边，并且在光学指纹传感器210和保护层200之间设置光学垫高层230，从而使光学指纹传感器210和保护层200之间的距离增大，扩大光学指纹传感器210接收光线区域的宽度(光学指纹传感器210接收光线区域的宽度为宽度B，对比图1和图3可知宽度B远大于宽度A)，从而提高光学指纹传感器模组采集的指纹图像质量。

本实施例中，背光源220发出的光线通过光学垫高层230后，再进入保护层200时，相应光线与保护层200上表面中用于接触指纹的区域所成的夹角为锐角。此时，背光源220发出的光线能够按相应的偏移量(所述偏移量指图3中的水平方向偏移距离)在保护层200上表面和手指指纹的界面发生反射和折射等现象，并使大部分有效反射光线照射到光学指纹传感器210的感光区域中(具体照射到离相应反射点基本相同偏移距离处的感光像素中)，因此，整个光学指纹传感器模组不需要导光板和聚光透镜等结构，就能够实现指纹图像的识别，形成清晰的指纹图像，并且简化了结构，降低了成本。

更加重要的是，由于光学垫高层230的存在，根据几何光学原理可知，图3中，背光源220的光线进入保护层200之前被光学垫高层230所调整，因此，相应光线在保护层200上表面的入射角度能够增大，因此，相应入射光线更加容易在保护层200上表面和空气的界面中会发生全反射，而在手指指纹与保护层200上表面接触的界面则正常地进行反射和折射等光学现象，此时，手指指纹图像的不同位置(即谷位置和脊位置)对比度会明显改善，指纹图像质量提高。

本实施例中，为了更好地使上述不同位置发生不同的折射和反射现象，光学垫高层230的折射率可以选择为1.2以上。

本发明第二实施例提供另一种光学指纹传感器模组，请参考图4。图4是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。所述光学指纹传感器模组包括保护层300、光学指纹传感器310和背光源(未标注)。保护层300上表面用于手指接触按压。光学指纹传感器310位于保护层300下方，背光源也位于保护层300下方，且背光源位于光学指纹传感器310的侧边。同时，光学指纹传感器310和保护层300之间具有光学垫高层340，保护层300、光学垫高层340和光学指纹传感器310三者直接层叠。

请返回参考图3，由于LED等点光源的出射光有一定的发散角，当仅有一个LED灯作为背光源时(可以参考前述实施例相应内容)，背光源的出射光和反射光与平行光差别较大。也就是说，照射到保护层上表面各处的光的角度会有较大差别，最终导致不同反射点的反射光入射到光学指纹传感器感光像素的偏离距离不同，从而使指纹图像会有畸变。

为了解决上述指纹图像畸变问题，本实施例中，所述背光源包括四个LED灯，由于平面显示的原因，图4所示剖面中仅显示了其中的两个LED灯，分别为LED灯320和LED灯330。四个LED灯均匀分布在保护层的下方，同时均匀分布在光学指纹传感器310侧边，或者四个灯同时均匀分布在光学指纹传感器310的四个角。此时，四个LED灯发出的光线虽然各自都可能是非平行光，但是同时利用这四个LED灯，可以实现对非平行光时的图像畸变的矫正。具体的，四个LED灯可以采取轮流采图(轮流采图指四个灯按时序先后分别进行采图)的方式，然后通过图像处理，做畸变校正，提高指纹图像质量，提高指纹识别准确性。

其它实施例中，当光学指纹传感器310的俯视图形为规则多边形时，为了令多个LED灯均匀分布在保护层的下方，在俯视方向上，可以使得相应的多个LED灯以光学指纹传感器310的俯视图形中心为对称点，呈中心对称或者轴对称的方式，均匀分布在光学指纹传感器310周边。均匀分布时，可以使得相邻LED灯之间间距相等。

本实施例中，LED灯的光可以为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

其它实施例中，背光源也可以包括两个LED灯，两个LED灯均匀分布在保护层的下方。例如，其中一个LED灯位于光学指纹传感器310左侧边，另一个LED灯位于光学指纹传感器310右侧边，也进行轮流采图。其它实施例中，背光源可以包括三个以上LED灯，三个以上LED灯均匀分布在保护层的下方，也进行轮流采图。

更多本实施例所提供的光学指纹传感器模组的结构和优点可以参考前述实施例相应内容。

本发明第三实施例提供另一种光学指纹传感器模组，请参考图5。图5是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。所述光学指纹传感器模组包括保护层400、光学指纹传感器410和背光源420。保护层400上表面用于手指430接触按压。背光源420位于保护层400下方，光学指纹传感器410位于保护层400下方。背光源420位于光学指纹传感器410的侧边。保护层400和光学指纹传感器410之间具有光学垫高层430，保护层400、光学垫高层430和光学指纹传感器410三者直接层叠。

本实施例中，光学垫高层430用于接收背光源发出光线的侧面具有光增透层440，光增透层440能够增加所述背光源的光线进入光学垫高层430的比例。

更多本实施例所提供的光学指纹传感器模组的结构和优点可以参考前述实施例相应内容。

本发明第四实施例提供另一种光学指纹传感器模组，请参考图6。图6是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。所述光学指纹传感器模组包括保护层500、光学指纹传感器510和背光源520。保护层500上表面用于手指接触按压。背光源520位于保护层500下方，光学指纹传感器510位于保护层500下方。背光源520位于光学指纹传感器510的侧边。光学指纹传感器510和保护层500之间具有光学垫高层530，保护层500、光学垫高层530和光学指纹传感器510三者直接粘贴在一起(三者之间通过胶层粘贴，所述胶层未显示)。

本实施例中，背光源520的出光面前面具有聚光透镜540，聚光透镜540能够使背光源520的光线转换为平行光或近平行光(所述近平行光指光线之间的角度差异小于10度)，背光源520的光线先进入聚光透镜540，再进入光学垫高层530。即增加聚光透镜540，使入射光为平行或近平行光，从而解决指纹图像畸变的问题。

更多本实施例所提供的光学指纹传感器模组的结构和优点可以参考前述实施例相应内容。

本发明第五实施例提供另一种光学指纹传感器模组，请参考图7。图7是所述光学指纹传感器模组的剖面结构示意图。所述光学指纹传感器模组包括保护层600、光学指纹传感器610和背光源620。保护层600上表面用于手指接触按压。背光源620位于保护层600下方，光学指纹传感器610位于保护层600下方。背光源620位于光学指纹传感器610的侧边。光学指纹传感器610和保护层600之间还具有光学垫高层630，光学指纹传感器610、光学垫高层630和保护层600三者从下到上直接层叠。

本实施例中，光学垫高层630的侧面为聚光面，所述聚光面将所述背光源发出的光线转换为平行光或近平行光，从而提高指纹成像质量。

本实施例中，光学垫高层630可以为玻璃层、塑料层或者光学胶层，光学垫高层630的折射率可以调整在1.2以上，从而使光学垫高层630更好地提高光学指纹传感器模组所采集的指纹图像质量。

本实施例中，所述聚光面可以为斜面、球冠面、椭球冠面、圆锥侧面或者棱锥侧面。

需要说明的是，其它实施例中，光学垫高层630的侧表面上还可以具有光增透层(未示出)，所述光增透层能够增加背光源620的光线进入光学垫高层630的比例，从而增大指纹图像信号值。

更多本实施例所提供的光学指纹传感器模组的结构和优点可以参考前述实施例相应内容。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种光学指纹传感器模组，包括：

保护层；

光学指纹传感器，所述光学指纹传感器位于所述保护层下方；

背光源，所述背光源位于所述保护层下方；

其特征在于，

所述背光源位于所述光学指纹传感器的侧边；

所述光学指纹传感器和所述保护层之间还具有光学垫高层；

所述背光源发出的光线从所述光学垫高层进入所述保护层。

2.如权利要求1所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述光学垫高层与所述光学指纹传感器和所述保护层直接层叠，或者所述光学垫高层与所述光学指纹传感器和所述保护层直接粘贴。

3.如权利要求1所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述背光源发出的光线从所述光学垫高层的侧面进入所述光学垫高层，再从所述光学垫高层进入所述保护层，并在所述保护层上表面发生部分反射，反射光线透过所述保护层后重新返回进入所述光学垫高层，再从所述光学垫高层进入所述光学指纹传感器。

4.如权利要求3所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述光学垫高层的折射率为1.2以上。

5.如权利要求1所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述保护层为单层或者多层结构，所述保护层的上表面、下表面、所述光学垫高层上表面、下表面和所述光学指纹传感器上表面的至少其中一个表面具有滤光层。

6.如权利要求1-5任意一项所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述背光源包括至少一个LED灯，所述LED灯的光为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

7.如权利要求1-5任意一项所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述背光源包括两个或两个以上LED灯，所述两个或两个以上LED灯均匀地分布在所述保护层的下方，所述LED灯的光为近紫外光、紫色光、蓝色光、绿色光、黄色光、红色光、近红外光或白色光。

8.如权利要求1-5任意一项所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述背光源的出光面前面具有聚光透镜，所述聚光透镜能够使所述背光源的光线转换为平行光或近平行光，所述背光源的光线先进入所述聚光透镜，再进入所述光学垫高层的侧面。

9.如权利要求1-5任意一项所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述光学垫高层的侧面为聚光面，所述聚光面将所述背光源发出的光线转换为平行光或近平行光。

10.如权利要求9所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述光学垫高层用于接收背光源发出光线的侧面具有光增透层，所述光增透层能够增加所述背光源的光线进入所述光学垫高层的比例。

11.如权利要求10所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述聚光面为斜面、球冠面、椭球冠面、圆锥侧面或者棱锥侧面。

12.如权利要求11所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述聚光面具有光增透层，所述光增透层能够增加所述背光源的光线进入所述透光介质的比例。

13.如权利要求1-5任意一项所述的光学指纹传感器模组，其特征在于，所述光学垫高层用于接收背光源发出光线的侧面具有光增透层，所述光增透层能够增加所述背光源的光线进入所述光学垫高层的比例。