CN111414901A - 指纹感测模块与电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子装置与指纹感测模块，指纹感测模块适于配置于显示面板的下方，且包括图像传感器及透镜模块。图像传感器配置于显示面板的下方，透镜模块配置于图像传感器与显示面板之间。显示面板具有受使用者的手指接触的上表面、朝向图像传感器的下表面及位于上表面与下表面之间的电极结构。镜模块将接触上表面的手指的指纹成像于图像传感器，透镜模块形成电极结构的虚像，且电极结构位于虚像与图像传感器之间。指纹感测模块可以避免电极结构成像于图像传感器上而影响指纹图像的质量。

Description

指纹感测模块与电子装置
技术领域
本发明涉及一种指纹感测模块与电子装置。
背景技术
随着可携式电子装置(例如智能手机或平板电脑等)朝向高屏占比发展，设置于装置正面的传统电容式指纹感测模块便不再适用，取而代之的则是屏下式指纹感测模块。
屏下式指纹感测模块可分为超声波式指纹感测模块与光学式指纹感测模块，其中又以光学式指纹感测模块较具量产性，且成本较低。传统的光学式指纹感测模块通过多片排列于光轴上的透镜来将显示面板上的指纹图像成像于显示面板下方的图像传感器上，但却有感测模块过厚的缺点，而使得可携式电子装置的厚度虽以缩减。
此外，在传统的光学式指纹感测模块中，多片透镜除了将显示面板上的指纹成像于图像传感器之外，也将显示面板中的电极结构成像于图像传感器，造成图像传感器所感测到的指纹图像中具有网纹干扰(moire)，进而降低了指纹识别的成功率与准确率。
发明内容
本发明是针对一种指纹感测模块，其可有效克服网纹干扰的问题。
本发明是针对一种电子装置，其指纹感测模块可达到较高的指纹识别成功率与准确率。
本发明的实施例提出一种指纹感测模块，适于配置于显示面板的下方，且包括图像传感器及透镜模块。图像传感器配置于显示面板的下方，透镜模块配置于图像传感器与显示面板之间。显示面板具有受使用者的手指接触的上表面、朝向图像传感器的下表面及位于上表面与下表面之间的电极结构。镜模块将接触上表面的手指的指纹成像于图像传感器，透镜模块形成电极结构的虚像，且电极结构位于虚像与图像传感器之间。
本发明的实施例提出一种电子装置，包括显示面板与上述指纹感测模块，其中指纹感测模块配置于显示面板的下方。
在根据本发明的实施例的指纹感测模块与电子装置中，镜模块将接触上表面的手指的指纹成像于图像传感器，透镜模块形成电极结构的虚像，且电极位于虚像与图像传感器之间。因此，指纹可以清晰地成像于图像传感器上，但显示面板的电极结构无法成像于图像传感器上。如此一来，图像传感器便能够感测到清晰的指纹图像，而不会受到网纹干扰的影响，进而使指纹感测模块达到较高的指纹识别成功率与准确率。
附图说明
图1为本发明的一实施例的电子装置的局部剖面示意图；
图2A为图1中来自电极结构的光传递至图像传感器的光迹图；
图2B示出图2A中的电极结构的虚像；
图2C为图2A中的电极结构在图像传感器上所形成的图像的衍射调制传递函数的曲线图；
图3A为图1中按压于显示面板的上表面的手指所反射的光传递至图像传感器的光迹图；
图3B为图3A中的手指在图像传感器上所形成的图像的衍射调制传递函数的曲线图。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1为本发明的一实施例的电子装置的局部剖面示意图。请参照图1，本实施例的电子装置100包括显示面板110与指纹感测模块200，其中指纹感测模块200配置于显示面板110的下方。在本实施例中，显示面板110为透明显示面板，例如为有机发光二极管(organiclight-emitting diode,OLED)显示面板。然而，在其他实施例中，显示面板110也可以是液晶显示面板。
指纹感测模块200包括图像传感器210及透镜模块220。图像传感器210配置于显示面板110的下方，且透镜模块220配置于图像传感器210与显示面板110之间。显示面板110具有受使用者的手指50接触的上表面S1、朝向图像传感器210的下表面S3及位于上表面S1与下表面S3之间的电极结构116。电极结构116包括显示面板110的像素结构中所存在的不透光的电极。
显示面板110的像素所发出的光111往上传递而照射在接触于上表面S1的手指50上。手指50接着将光111反射，而经手指50反射的光111携带着手指50的指纹52的信息并依序穿透显示面板110及透镜模块220而传递至图像传感器210，以在图像传感器210上形成指纹52的图像。也就是说，镜模块将接触上表面S1的手指50的指纹52成像于图像传感器210。
另一方面，透镜模块220形成电极结构116的虚像117，且电极结构116位于虚像117与图像传感器210之间。也就是说，透镜模块220不会将电极结构116成像于图像传感器210上，而指纹52可以清晰地成像于图像传感器210上。如此一来，图像传感器210便能够感测到清晰的指纹图像，而不会受到网纹干扰的影响，进而使电子装置100与指纹感测模200块达到较高的指纹识别成功率与准确率。
在本实施例中，图像传感器210例如为互补金属氧化物半导体(complementarymetal oxide semiconductor,CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)、薄膜晶体管(thin film transistor)图像传感器或其他适当的图像传感器。此外，在本实施例中，透镜模块220为微透镜阵列(micro-lens array)，其具有排成阵列(例如是二维阵列)的多个微透镜222。每一微透镜222为凸透镜，例如为双凸透镜(biconvex lens)。然而，在其他实施例中，微透镜222也可以是其他种类的凸透镜，例如凹凸透镜或平凸透镜。
在本实施例中，电极结构116位于每一微透镜222的靠近显示面板110的主点(principal point)P1与靠近显示面板110的焦点F1之间，且每一微透镜222的靠近显示面板110的焦点F1位于上表面S1与微透镜222之间，如此可达到将接触上表面S1的手指的指纹52清晰地成像于图像传感器210上，但不会将电极结构116成像于图像传感器210上的效果。补充说明的是，每一微透镜222具有两个焦点，其中一个在靠近显示面板110的一侧，另一个在靠近图像传感器210的一侧，而上述焦点F1是指在靠近显示面板110的一侧的焦点。此外，每一微透镜222具有两个主点，其中一个较靠近显示面板110，而另一个较靠近图像传感器210，而上述主点P1是指较靠近显示面板110的主点。
此外，在本实施例中，指纹感测模块200还包括孔径光阑(aperture stop)230，配置于微透镜阵列(即透镜模块220)与图像传感器210之间，且孔径光阑230具有分别对应至这些微透镜222的多个开孔232，而来自这些微透镜222的光111分别通过这些开孔232而传递至图像传感器210。孔径光阑230可限制入光角度，进而提升指纹52的成像质量，且抑制串扰(crosstalk)现象。
以下列出一实施例的电子装置100的光学参数表：
Figure BDA0002476349840000041
上表中，表面S2为电极结构的下表面(即朝向图像传感器210的表面)，表面S4为微透镜222的上表面(即朝向显示面板110的表面)，表面S5为微透镜222的下表面(即朝向图像传感器210的表面)，表面S6为孔径光阑230的下表面(即朝向图像传感器110的表面)，而感测面S7为图像传感器110的感测面。手指50那一列的间距为0是指手指50到下一个表面(即上表面S1)的距离为0。显示面板200的表面S1那一列的间距为1.25毫米是指表面S1至下一个表面(即表面S2)的距离为1.25毫米。下表面S3那一列的间距为0.05毫米是指下表面S3至下一个表面(即表面S4)在微透镜222的光轴A上的距离为0.05毫米。其余的间距的定义以此类推。在本实施例中，孔径光阑230为形成于微透镜阵列(即透镜模块220)上的遮光膜。此外，在本实施例中，表面S4与表面S5皆为非球面。此外，在本实施例中，表面S4与表面S5皆为凸面。
在本实施例中，表面S4与表面S5的非球面皆可以利用下列的公式来定义：
Figure BDA0002476349840000051
其中：
R为微透镜222的表面S4(或表面S5)近光轴A处的曲率半径；
Z为非球面的深度(非球面上距离光轴A为Y的点，其与相切于非球面光轴A上顶点的切面，两者间的垂直距离)；
Y为非球面曲线上的点与光轴A的距离；
K为锥面系数(conic constant)。
在本实施例中，表面S4的锥面系数K为0.9194，表面S5的锥面系数K为-100，表面S4在上述公式中的R值为0.1647毫米，而表面S5在上述公式中的R值为-0.4349。
图2A为图1中来自电极结构的光传递至图像传感器的光迹图，图2B示出图2A中的电极结构的虚像，而图2C为图2A中的电极结构在图像传感器上所形成的图像的衍射调制传递函数的曲线图。请参照图2A至图2C，由图2A可明显看出，来自电极结构116的光113无法在图像传感器210的感测面S7成像，而由图2B可看出，由光113的逆追迹115的交会点可得到电极结构116所在的表面S2的虚像117的位置，其中在本实施例中，虚像117与孔径光阑230的表面S7的间距D3为2.5毫米。此外，由图2C可知，空间频率在大于40周期/毫米时的调制传递函数(modulation transfer function,MTF)的模数(modulus)几乎为零，代表电极结构116在图像传感器210上无法成像，其中调制传递函数的模数代表图像的对比，图2C中标示为F0的曲线是代表衍射极限，标示为F1的曲线是代表物高(object height)为0处所对应的调制传递函数，标示为F2:T的曲线是代表物高为0.050毫米处且于子午方向(tangentialdirection)所对应的调制传递函数，而标示为F2:R的曲线是代表物高为0.05毫米处且于弧矢方向(sagittal direction)所对应的调制传递函数。
图3A为图1中按压于显示面板的上表面的手指所反射的光传递至图像传感器的光迹图，而图3B为图3A中的手指在图像传感器上所形成的图像的衍射调制传递函数的曲线图。由图3A可清楚地看出，按压于上表面S1的手指所反射的光111可以良好地成像于图像传感器210的感测面S7上，而从图3B可清楚看出，在各个空间频率上皆有足够大的调制传递函数的模数，代表指纹图像可以具有良好的对比，其中标示为F0的曲线是代表衍射极限，标示为F1的曲线是代表物高为0处所对应的调制传递函数，标示为F3:T的曲线是代表物高为0.050毫米处且于子午方向所对应的调制传递函数，而标示为F3:R的曲线是代表物高为0.05毫米处且于弧矢方向所对应的调制传递函数。
综上所述，在根据本发明的实施例的指纹感测模块与电子装置中，镜模块将接触上表面的手指的指纹成像于图像传感器，透镜模块形成电极结构的虚像，且电极位于虚像与图像传感器之间。因此，指纹可以清晰地成像于图像传感器上，但显示面板的电极结构无法成像于图像传感器上。如此一来，图像传感器便能够感测到清晰的指纹图像，而不会受到网纹干扰的影响，进而使指纹感测模块达到较高的指纹识别成功率与准确率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种指纹感测模块，其特征在于，适于配置于显示面板的下方，且包括：
图像传感器，配置于所述显示面板的下方；以及
透镜模块，配置于所述图像传感器与所述显示面板之间，其中所述显示面板具有受使用者的手指接触的上表面、朝向所述图像传感器的下表面及位于所述上表面与所述下表面之间的电极结构，所述透镜模块将接触所述上表面的手指的指纹成像于所述图像传感器，所述透镜模块形成所述电极结构的虚像，且所述电极结构位于所述虚像与所述图像传感器之间。
2.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述透镜模块为微透镜阵列。
3.根据权利要求2所述的指纹感测模块，其特征在于，还包括孔径光阑，配置于所述微透镜阵列与所述图像传感器之间，其中所述微透镜阵列具有排成阵列的多个微透镜，且所述孔径光阑具有分别对应至所述多个微透镜的多个开孔。
4.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述透镜模块为微透镜阵列，所述微透镜阵列包括排成阵列的多个微透镜，所述电极结构位于每一微透镜的靠近所述显示面板的主点与靠近所述显示面板的焦点之间，且每一微透镜的靠近所述显示面板的焦点位于所述上表面与所述微透镜之间。
5.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述透镜模块为微透镜阵列，所述微透镜阵列包括排成阵列的多个微透镜，每一微透镜为凸透镜。
6.根据权利要求5所述的指纹感测模块，其特征在于，每一微透镜为双凸透镜。
7.一种电子装置，其特征在于，包括：
显示面板；以及
指纹感测模块，配置于显示面板的下方，且包括：
图像传感器，配置于所述显示面板的下方；以及
透镜模块，配置于所述图像传感器与所述显示面板之间，其中所述显示面板具有受使用者的手指接触的上表面、朝向所述图像传感器的下表面及位于所述上表面与所述下表面之间的电极结构，所述透镜模块将接触所述上表面的手指的指纹成像于所述图像传感器，所述透镜模块形成所述电极结构的虚像，且所述电极结构位于所述虚像与所述图像传感器之间。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述透镜模块为微透镜阵列。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述指纹感测模块还包括孔径光阑，配置于所述微透镜阵列与所述图像传感器之间，其中所述微透镜阵列具有排成阵列的多个微透镜，且所述孔径光阑具有分别对应至所述多个微透镜的多个开孔。
10.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述透镜模块为微透镜阵列，所述微透镜阵列包括排成阵列的多个微透镜，所述电极结构位于每一微透镜的靠近所述显示面板的主点与靠近所述显示面板的焦点之间，且每一微透镜的靠近所述显示面板的焦点位于所述上表面与所述微透镜之间。
11.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述透镜模块为微透镜阵列，所述微透镜阵列包括排成阵列的多个微透镜，每一微透镜为凸透镜。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其特征在于，每一微透镜为双凸透镜。
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