CN107346411A - 光学感测模块及指纹感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学感测模块，用以感测手指的指纹。光学感测模块包括影像传感器、透光层及影像选择层。透光层配置于影像传感器上，且影像选择层配置于透光层上。当手指从光学感测模块的靠近影像选择层的一侧接触光学感测模块时，手指的指纹缝中的空气接触光学感测模块而使得影像选择层对于来自指纹缝的光具有第一透射率，且手指的凸出指纹接触光学感测模块而使得影像选择层对于来自凸出指纹的光具有第二透射率。第一透射率不等于第二透射率。一种指纹感测装置亦被提出。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学模块，且特别涉及一种光学感测模块及指纹感测装置。
背景技术
生物识别系统已经开始逐渐应用于现在的生活中，其中利用指纹作为辨识手段为最方便的手段之一。常见的指纹感测装置可概分为光学式指纹感测装置与电容式指纹感测装置。在光学式指纹感测装置中，是利用光源照射指纹，然后藉由影像传感器来感测从指纹反射回来的光所形成的影像，藉此获得指纹的影像。
手指上的指纹具有凹陷的部分(以下称为指纹缝)及凸出的部分(以下称为凸出指纹)，对于光源所发出的光而言，指纹缝与凸出指纹均会将光反射至影像传感器。现有的光学式指纹感测装置无法区别来自指纹缝的光与来自凸出指纹的光，而将此两种光都反射至影像传感器而形成指纹的影像。如此一来，在指纹的影像中对应至指纹缝的部分与对应至凸出指纹的部分的对比度便不高，而增加了指纹辨识的困难度。
发明内容
本发明提供一种光学感测模块，其可获得对比度高的指纹影像。
本发明提供一种指纹感测装置，其可获得对比度高的指纹影像。
本发明的一实施例提出一种光学感测模块，用以感测手指的指纹。光学感测模块包括影像传感器、透光层及影像选择层。透光层配置于影像传感器上，且影像选择层配置于透光层上。当手指从光学感测模块的靠近影像选择层的一侧接触光学感测模块时，手指的指纹缝中的空气接触光学感测模块而使得影像选择层对于来自指纹缝的光具有第一透射率，且手指的凸出指纹接触光学感测模块而使得影像选择层对于来自凸出指纹的光具有第二透射率。第一透射率不等于第二透射率，而使来自指纹缝与凸出指纹之一的光传递至影像传感器，且使影像选择层将来自指纹缝与凸出指纹的另一光反射至远离影像传感器的方向。
本发明的一实施例提出一种指纹感测装置，用以感测手指的指纹。指纹感测装置包括发光组件及上述光学感测模块。发光组件用以发出照射指纹的检测光。当手指从光学感测模块的靠近影像选择层的一侧接触光学感测模块时，手指的指纹缝中的空气接触光学感测模块而使得影像选择层对于来自指纹缝的检测光具有第一透射率，且手指的凸出指纹接触光学感测模块而使得影像选择层对于来自凸出指纹的检测光具有第二透射率。第一透射率不等于第二透射率，而使来自指纹缝与凸出指纹之一的检测光传递至影像传感器，且使影像选择层将来自指纹缝与凸出指纹的另一检测光反射至远离影像传感器的方向。
在本发明的实施例的光学感测模块与指纹感测装置中，当手指从光学感测模块的靠近影像选择层的一侧接触光学感测模块时，手指的指纹缝中的空气接触光学感测模块而使得影像选择层具有第一透射率，且手指的凸出指纹接触光学感测模块而使得影像选择层具有第二透射率。第一透射率不等于第二透射率，而使来自指纹缝与凸出指纹之一的光传递至影像传感器，且使影像选择层将来自指纹缝与凸出指纹的另一光反射至远离影像传感器的方向。如此一来，影像传感器所获得的指纹影像中的凸出指纹与指纹缝之间的对比便会较大，也就是影像传感器能够获得对比度高的指纹影像。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所示附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的一实施例的指纹感测装置的剖面示意图。
图2为用以说明图1中的光学感测模块的原理的简要示意图。
图3为用以说明图1中的光学感测模块的原理的放大示意图。
图4为用以说明图1中的影像选择层的细部结构的剖面示意图。
图5A为本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。
图5B为用以说明图5A中的影像选择层的细部结构的剖面示意图。
图6为图1的指纹感测装置中发光组件的发光光谱、凸出指纹接触时影像选择层的透射频谱及空气接触时影像选择层的透射频谱的比较图。
附图标记说明：
50：手指
52：指纹缝
54：凸出指纹
100：指纹感测装置
110：发光组件
112：检测光
120：基板
200、200a：光学感测模块
210：影像传感器
220：透光层
230、230a：影像选择层
232、232a：子膜
240：功能层
250：硬质覆盖层
260：光学透明树脂
具体实施方式
图1为本发明的一实施例的指纹感测装置的剖面示意图，图2为用以说明图1中的光学感测模块的原理的简要示意图，图3为用以说明图1中的光学感测模块的原理的放大示意图，而图4为用以说明图1中的影像选择层的细部结构的剖面示意图。请参照图1至图4，本实施例的指纹感测装置100用以感测手指50的指纹，指纹感测装置100包括发光组件110及光学感测模块200。发光组件110用以发出照射指纹的检测光112。在本实施例中，发光组件110例如为发光二极管(light-emitting diode,LED)。然而，在其他实施例中，发光组件110亦可以是镭射二极管(laser diode)或其他适当的发光组件。在本实施例中，检测光112例如为红外光。然而，在其他实施例中，检测光112亦可以是可见光或其他波段的不可见光。
光学感测模块200包括影像传感器210、透光层220及影像选择层230。透光层220配置于影像传感器210上，影像选择层230配置于透光层220上。在本实施例中，影像传感器320例如是电荷耦合组件(charge coupled device,CCD)或互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感测组件，而透光层220的材质可包括玻璃，其折射率例如约为1.5。
当手指50从光学感测模块200的靠近影像选择层230的一侧接触光学感测模块200时，手指的指纹缝52中的空气接触光学感测模块200而使得影像选择层230对于来自指纹缝52的检测光112具有第一透射率，且手指的凸出指纹54接触光学感测模块200而使得影像选择层230对于来自凸出指纹54的检测光112具有第二透射率。第一透射率不等于第二透射率，而使来自指纹缝52与凸出指纹54之一的检测光112传递至影像传感器210，且使影像选择层230将来自指纹缝52与凸出指纹54的另一检测光112反射至远离影像传感器210的方向，而再次照射指纹，以达到光的回收再利用。如此一来，影像传感器210所获得的指纹影像中的凸出指纹54与指纹缝52之间的对比便会较大，也就是影像传感器210能够获得对比度高的指纹影像。在本实施例中，凸出指纹54是指指纹中凸出的纹路，而指纹缝52是指指纹中相邻两凸出的纹路之间的沟槽。
在本实施例中，来自凸出指纹54的检测光112穿透影像选择层230而传递至影像传感器210，且影像选择层230将来自指纹缝52的检测光112反射至远离影像传感器210的方向，亦即第二透射率大于第一透射率。此时，影像选择层230对于来自指纹缝52的检测光112的第一反射率例如是大于对于来自凸出指纹54的检测光112的第二反射率，如图3所显示。然而，在其他实施例中，亦可以是来自指纹缝52的检测光112穿透影像选择层230而传递至影像传感器210，且影像选择层230将来自凸出指纹54的检测光112反射至远离影像传感器210的方向，亦即第一透射率大于第二透射率。此时，影像选择层230对于来自指纹缝52的检测光112的第一反射率例如是小于对于来自凸出指纹54的检测光112的第二反射率。
在本实施例中，影像选择层210例如是多层膜，其具有多个堆栈的子膜232，这些子膜232的折射率沿着这些子膜232的堆栈方向呈现高低交替出现。由于指纹缝52中的空气的折射率约为1，而凸出指纹54的折射率约为1.4，藉由这些子膜232的折射率及厚度的设计，可让来自指纹缝52与凸出指纹54两者的检测光112产生不同的薄膜干扰效果，例如让来自此两者之一的检测光112在影像选择层210的下侧产生相长性干涉，而上侧产生相消性干涉，则检测光112倾向于穿透影像选择层210而传递至影像传感器210。此外，让来自此两者的另一检测光112在影像选择层210的下侧产生相消性干涉，而上侧产生相长性干涉，则检测光112倾向于被影像选择层210反射回手指50。在本实施例中，这些子膜232中最远离影像传感器210(即最靠近手指50)的子膜232的折射率大于或等于1.5。在本实施例中，影像选择层210的这些子膜232的材质例如为二氧化硅(SiO2)、二氧化钽(TaO2)…等。藉由这些子膜232的折射率与厚度的不同设计，可决定相长性干涉与相消性干涉是发生在影像选择层210的哪一侧，进而决定是第二透射率大于第一透射率，或者是第一透射率大于第二透射率，如此便可决定是要让凸出指纹54对应至指纹影像的亮纹，或是让指纹缝52对应至指纹影像的亮纹。
在本实施例中，第一透射率与第二透射率的差值大于或等于10％，如此可有效提升凸出指纹54与指纹缝52的影像对比度。在本实施例中，光学感测模块200还包括功能层240，配置于影像选择层210上。功能层240例如为抗油污层(anti-smudge layer)。然而，在其他实施例中，功能层240亦可以是防刮层、防水层等具有其他功能性的膜层。此外，在本实施例中，光学感测模块200还包括硬质覆盖层(hard coating)250，配置于影像选择层210上，且位于功能层240与影像选择层210之间。在本实施例中，硬质覆盖层250的铅笔硬度值大于或等于9H。此外，硬质覆盖层150的材料例如是氧化铝(例如蓝宝石(sapphire))或氮化硅。
在本实施例中，影像选择层210藉由多层子膜232的不同厚度与折射率的设计而可以具有颜色，例如具有金色、玫瑰金色、银色或其他颜色。然而，在其他实施例中，影像选择层210也可以是无色，亦即不具有颜色。此外，在本实施例中，透光层220与影像传感器210之间可以用光学透明树脂(optical clear resin,OCR)260将两者贴附。或者，在其他实施例中，也可以用光学透明胶(optical clear adhesive,OCA)来取代光学透明树脂。
在本实施例中，指纹感测装置100可包括基板120，承载发光组件110与影像传感器210。基板120例如是电路板，电性连接发光组件110与影像传感器210。然而，在其他实施例中，基板120亦可以是其他适当的附加电路板。
图5A为本发明的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图，而图5B为用以说明图5A中的影像选择层的细部结构的剖面示意图。请参照图5A与图5B，本实施例的光学感测模块200a与图1中的光学感测模块200类似，而两者的差异如下所述。在本实施例的光学感测模块200a中，影像选择层230a的这些子膜232中最远离影像传感器210的子膜232a为硬质覆盖层，其折射率大于或等于1.6，且其材质例如为氧化铝(例如蓝宝石)或氮化硅，且其铅笔硬度值例如是大于或等于9H。如此一来，在本实施例中，影像选择层230a与功能层240之间就可以不用再设置另一硬质覆盖层。
图6为图1的指纹感测装置中发光组件的发光光谱、凸出指纹接触时影像选择层的透射频谱及空气接触时影像选择层的透射频谱的比较图。请参照图1及图6，由图6可知在发光组件110的发光波长的范围内，当凸出指纹54接触光学感测模块200时与指纹缝52中的空气接触光学感测模块200时，影像选择层230在此两情况下的透射率差值约为10％，由此可证明本实施例的指纹感测装置100与光学感测模块200可获得对比度较高的指纹影像。如此一来，便可有效增进指纹辨识的准确度与成功率。
综上所述，在本发明的实施例的光学感测模块与指纹感测装置中，当手指从光学感测模块之靠近影像选择层的一侧接触光学感测模块时，手指的指纹缝中的空气接触光学感测模块而使得影像选择层具有第一透射率，且手指的凸出指纹接触光学感测模块而使得影像选择层具有第二透射率。第一透射率不等于第二透射率，而使来自指纹缝与凸出指纹之一的光传递至影像传感器，且使影像选择层将来自指纹缝与凸出指纹的另一光反射至远离影像传感器的方向。如此一来，影像传感器所获得的指纹影像中的凸出指纹与指纹缝之间的对比便会较大，也就是影像传感器能够获得对比度高的指纹影像。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。
Claims (20)
1.一种光学感测模块，用以感测手指的指纹，其特征在于，该光学感测模块包括：
影像传感器；
透光层，配置于该影像传感器上；以及
影像选择层，配置于该透光层上；
其中，在该手指从该光学感测模块的靠近该影像选择层的一侧接触该光学感测模块时，该手指的指纹缝中的空气接触该光学感测模块而使得该影像选择层对于来自该指纹缝的光具有第一透射率，且该手指的凸出指纹接触该光学感测模块而使得该影像选择层对于来自该凸出指纹的光具有第二透射率，该第一透射率不等于该第二透射率，而使来自该指纹缝与该凸出指纹之一的光传递至该影像传感器，且使该影像选择层将来自该指纹缝与该凸出指纹的另一光反射至远离该影像传感器的方向。
2.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该影像选择层具有多个堆栈的子膜，所述多个子膜的折射率沿着所述多个子膜的堆栈方向呈现高低交替出现，所述多个子膜中最远离该影像传感器的子膜的折射率大于或等于1.5。
3.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该影像选择层具有颜色。
4.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该第一透射率与该第二透射率的差值大于或等于10％。
5.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，还包括功能层，配置于该影像选择层上。
6.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，还包括硬质覆盖层，配置于该影像选择层上。
7.根据权利要求6所述的光学感测模块，其特征在于，该硬质覆盖层的铅笔硬度值大于或等于9H。
8.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该影像选择层具有多个堆栈的子膜，且该影像选择层的多个子膜中最远离该影像传感器的子膜为硬质覆盖层。
9.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该影像传感器是电荷耦合组件或互补式金属氧化物半导体影像感测组件。
10.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该透光层的材质包括玻璃。
11.一种指纹感测装置，用以感测手指的指纹，其特征在于，该指纹感测装置包括：
发光组件，用以发出照射该指纹的检测光；以及
光学感测模块，包括：
影像传感器；
透光层，配置于该影像传感器上；以及
影像选择层，配置于该透光层上；
其中，在该手指从该光学感测模块的靠近该影像选择层的一侧接触该光学感测模块时，该手指的指纹缝中的空气接触该光学感测模块而使得该影像选择层对于来自该指纹缝的该检测光具有第一透射率，且该手指的凸出指纹接触该光学感测模块而使得该影像选择层对于来自该凸出指纹的该检测光具有第二透射率，该第一透射率不等于该第二透射率，而使来自该指纹缝与该凸出指纹之一的该检测光传递至该影像传感器，且使该影像选择层将来自该指纹缝与该凸出指纹的另一该检测光反射至远离该影像传感器的方向。
12.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该影像选择层具有多个堆栈的子膜，所述多个子膜的折射率沿着所述多个子膜的堆栈方向呈现高低交替出现，所述多个子膜中最远离该影像传感器的子膜的折射率大于或等于1.5。
13.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该影像选择层具有颜色。
14.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该第一透射率与该第二透射率的差值大于或等于10％。
15.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该光学感测模块还包括功能层，配置于该影像选择层上。
16.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该光学感测模块更包括硬质覆盖层，配置于该影像选择层上。
17.根据权利要求16所述的指纹感测装置，其特征在于，该硬质覆盖层的铅笔硬度值大于或等于9H。
18.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该影像选择层具有多个堆栈的子膜，且该影像选择层的所述多个子膜中最远离该影像传感器的子膜为硬质覆盖层。
19.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该影像传感器是电荷耦合组件或互补式金属氧化物半导体影像感测组件。
20.根据权利要求11所述的指纹感测装置，其特征在于，该透光层的材质包括玻璃。
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