CN209746566U - 适用于屏下光学指纹识别的图像传感器及指纹识别模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于屏下光学指纹识别的图像传感器及指纹识别模组，图像传感器包括：感光器件，其上表面具有感光区域；设置在感光区域上的平坦介质层，平坦介质层具有平整的上表面；聚光阵列，包括多个微镜头，多个微镜头间隔设置在平坦介质层的上表面。本实用新型实施例的图像传感器可适应于屏下光学指纹识别领域中的光信号采集，且可提高信噪比及成像质量。

Description

适用于屏下光学指纹识别的图像传感器及指纹识别模组

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，尤其涉及一种适用于屏下光学指纹识别的图像传感器及指纹识别模组。

背景技术

本部分的描述仅提供与本实用新型公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

目前，光学指纹识别主要采用CIS(CMOS Image Sensor，CMOS图像传感器)的成像原理，通过对生物指纹进行信号采取，并最终成像。将所成的图像与已经存储的图像进行对比，从而鉴别生物指纹相关的信息。

诚如公告号为CN102386199B的已知实施例所阐述的，传统的CMOS图像传感器出于识别色彩信息的需要，因而需要在光传感器件的上方设置彩色滤光片CF，再在彩色滤光片CF上设置具有聚光功能的微镜头。

然而，转用到屏下光学指纹识别领域中，生物指纹识别芯片在进行光信号采集时，并不需要识别色彩信息。同时，在光信号采集的方式也有别与传统的图像传感器。因而，其微镜头的制备也大大有别与传统的CIS图像传感器。

由于光采集的色彩和距离不同，需要提供一种新的适用于屏下光学指纹识别的图像传感器，以提高信噪比及成像质量。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本实用新型的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

基于前述的现有技术缺陷，本实用新型实施例提供了一种适用于屏下光学指纹识别的图像传感器及指纹识别模组，该图像传感器可适应于屏下光学指纹识别领域中的光信号采集，且可提高信噪比及成像质量。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案。

一种适用于屏下光学指纹识别的图像传感器，包括：

感光器件，其上表面具有感光区域；

设置在所述感光区域上的平坦介质层，所述平坦介质层具有平整的上表面；

聚光阵列，包括多个微镜头，多个所述微镜头间隔设置在所述平坦介质层的上表面。

优选地，所述平坦介质层的厚度不大于3μm。

优选地，所述微镜头的高度介于0.5μm～2.5μm之间。

优选地，所述微镜头的弧度介于7°～60°之间。

优选地，相邻两个所述微镜头之间的间距不小于0.1μm。

优选地，所述感光器件的上表面还具有非感光区域，所述非感光区域上设置有与所述感光器件连接的处理电路；所述处理电路的上表面与所述感光器件的上表面平齐。

优选地，所述感光器件和所述处理电路设置在衬底上。

一种指纹识别模组，包括：如上述任一所述的图像传感器；所述图像传感器在所述指纹识别模组在显示屏的下方时用于接收自所述显示屏上方的目标生物体反射回来的目标信号光。

优选地，所述图像传感器及所述显示屏之间设置有主镜头。

本实用新型实施例的图像传感器有别于传统的CMOS图像传感器的是，去除用于供微镜头的彩色滤光片CF，并在感光器件的上表面覆盖平坦介质层，将微镜头设置在该平坦介质层上。

从而，本实用新型实施例的图像传感器可以适应于屏下光学指纹识别领域中的光信号采集，并使入射到配置该图像传感器的指纹识别模组的光在经设置在平坦介质层上的由多个微镜头构成的聚光阵列的会聚之后，形成的目标信号光能够有效的集中照射到感光器件上，从而可提高信噪比及成像质量。

参照后文的说明和附图，详细公开了本实用新型的特定实施例，指明了本实用新型的原理可以被采用的方式。应该理解，本实用新型的实施例在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。在附图中：

图1为本实用新型实施例的指纹识别模组装配到电子设备中时与电子设备的显示屏之间的位置关系及其结构示意图；

图2为图1中图像传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

由于生物信号采集的特殊性，主聚焦镜头会距离感光器件比较近，同时对于图像的采集也是贴近于主镜头，所以这对于图像传感器中的微镜头提出了特殊的要求。

诸如公告号为CN102386199B的已知实施例所提供的CMOS图像传感器，由于包含彩色滤光片CF，而微镜头设置在彩色滤光片CF上。因此，传统的CMOS图像传感器不适用于指纹识别中定焦即超近距离的图像采集。而如果在纹识别中仍沿用传统的CMOS图像传感器，将会存在会有焦距不对、不成像、或者信号弱、色彩过滤层会使信噪比差、成像质量差等问题。

因此，为了满足图像传感器适用于屏下光学指纹识别中对定焦的需要，须重新安排微镜头，去掉彩色滤光片CF，调整微透镜的高度和弧度，以适应这种屏下采集图像的特定焦距范围。

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器具有特殊制备的生物信号采集的微镜头。通过合理的平坦介质层的厚度、有效的微镜头的高度、弧度、以及微镜头之间的间距，可以增加光信号强度，提高信噪比，使其可适应于屏下光学指纹识别领域中的光信号采集。

本实用新型实施例的图像传感器被运用于指纹识别模组，并最终被装配到电子设备中。在本说明书中，将本实用新型实施例的指纹识别模组在正常使用状态下，指向或面对使用者的方向定义为“上”，将与之相反，或者背对使用者的方向定义为“下”。

更具体的，将图1和图2中所示意的向上的方向定义为“上”，将图1和图2中所示意的向下的方向定义为“下”。

值得注意的是，本说明书中的对各方向定义，只是为了说明本实用新型技术方案的方便，并不限定本实用新型实施例的指纹识别模组在包括但不限定于使用、测试、运输和制造等等其他可能导致指纹识别模组方位发生颠倒或者位置发生变换的场景中的方向。

本实用新型实施例提供的指纹识别模组，其可运用于包括但不限于屏下指纹解锁、用户身份验证、权限获取等场景中。

具体的，当本实用新型实施例的指纹识别模组被配置于电子设备中时，电子设备可以基于该指纹识别模组获取用户的指纹特征信息，用以与存储的指纹信息进行匹配，以实现对当前用户的身份验证，从而确认其是否有相应的权限来对电子设备执行相关的操作。

需要说明的是，上述获取的指纹信息，仅是用户生物特征中一种常见的实施例。在可预想的范畴内，本领域技术人员可将本实用新型实施例的技术方案扩展运用于任意合适的生物特征的验证场景中。例如通过获取用户的虹膜这一生物特征信息进行验证的场景，本实用新型实施例对此不作限定。

下文是以获取用户的指纹信息作为主述场景来阐述的。但基于上文描述可知，本实用新型实施例的保护范围并不因此而受到限定。

本实用新型实施例的用于屏下光学指纹的识别模组可以被应用在包括但不限于移动智能手机、平板电子设备、计算机、GPS导航仪、个人数字助理、智能可穿戴设备等电子设备中。

为了实现电子设备的基本功能，本实用新型实施例中所提及的电子设备还可以包括其他必需的模块或部件。以移动智能手机为例，其还可以包括通信模块、电池等。

需要说明的是，电子设备所包括的其他必需的模块或部件，可以选用任意合适的现有构造。为清楚简要地说明本实用新型所提供的技术方案，在此将不再对上述部分进行赘述，说明书附图也进行了相应简化。但应该理解，本实用新型在范围上并不因此而受到限制。

如图1所示，电子设备可以配置有显示屏200。该显示屏200可以为采用自发光单元作为显示像素的自发光显示屏，例如可以为OLED显示屏或者LED显示屏。从而，显示屏200可以作为激励光源，向目标生物体(例如用户的手指)发射激励光①。

当然，显示屏200也可以是LCD显示屏或者其他被动发光显示屏，本实用新型实施例对此不作限定。当显示屏200为被动发光显示屏时，电子设备可以配置有位于显示屏200下方的额外光源，由该额外光源作为激励光源，向目标生物体发射激励光①。

本实用新型实施例的指纹识别模组100包括用于将光信号转换成电信号的图像传感器300。图像传感器300在指纹识别模组100设置在显示屏200的下方时，用于接收自显示屏200上方的目标生物体反射回来的目标信号光②。并且，可以将目标信号光②转换为电信号，以生成指纹图像。指纹识别模组100进一步可以将该指纹图像发提供给处理电路304(图像处理器)进行图像处理得到指纹信号，并通过算法对指纹信号进行指纹识别。

本实用新型实施例的指纹识别模组100被设置在显示屏200的下方。具体的，电子设备中可以设置有中框，识别模组通过该中框被安装在显示屏200的下方，并实现固定。并且，指纹识别模组100和显示屏200之间相对且间隔。

本实用新型实施例的指纹识别模组100可以包括图像传感器300以及位于图像传感器300及显示屏200之间的主镜头400。

主镜头400用于对目标生物体反射回来的光进行会聚，以使光线聚向位于其下方的图像传感器300。主镜头400可以包括镜筒401和设置在镜筒401中的多个光学镜片402，光学镜片402可以包括凸透镜、微透镜以及凹透镜等，且凸透镜、微透镜以及凹透镜可为非球面凸透镜、微透镜以及凹透镜。即光学镜片402为非常规透镜。

光学镜片402不仅可以会聚光线，从而可以实现将广角范围内较为分散的信号光会聚至图像传感器300上，还可以矫正光学畸变，进行光学成像，从而可方便图像传感器300对指纹图形的采集，提升成像质量。

主镜头400设置在模组支架500上。具体的，镜筒401的外壁设置有外螺纹，模组支架500的安装孔为与之适配的螺纹孔。这样，镜筒401在模组支架500的安装孔中的旋合，实现主镜头400的上下移动。籍此，调节光学镜片402与图像传感器300之间的距离，实现对主镜头400的调焦。

如图2所示，本实用新型实施例的图像传感器300包括衬底301和感光器件302。由于感光器件302的厚度较薄，衬底301可以用于支撑或承载感光器件302。衬底301可以为晶硅。

感光器件302的上表面具有感光区域302a和非感光区域302b，感光器件302设置在衬底301的感光区域302a上，而与感光器件302连接的处理电路304设置在衬底301的非感光区域302b上。处理电路304的上表面与感光器件302的上表面平齐。感光器件302可以为光电二极管(PD，Photo-Diode)，包括有机光电二极管或无机光电二极管。

感光器件302的感光区域302a设置有平坦介质层303，平坦介质层303的上表面平整，从而避免因表面不平而引起的反光，防止光线发生偏差。进一步地，平坦介质层303具有透光性，其可采用有机材料制成。

平坦介质层303平整的上表面设置有聚光阵列305，聚光阵列305用于对主镜头400传来的光作进一步的会聚，形成目标信号光②。目标信号光②聚向感光器件302，感光器件302收集目标信号光②，并将收集到的目标信号光②传递给处理电路304(例如晶体管电路)进行处理。

聚光阵列305包括多个微镜头305a，多个微镜头305a间隔设置在平坦介质层303的上表面。多个微镜头305a以矩形阵列的形式排布在平坦介质层303的上表面，即多个微镜头305a呈多行多列的方式设置。

平坦介质层303的高度不宜过高，以避免对透过微镜头305a之后的目标信号光②产生干扰。在一个实施例中，平坦层的厚度不大于3μm。

此外，试验证明，微镜头305a之间的间距不小于0.1μm，以防止微镜头305a之间的光发生串扰，提高图像质量。微镜头305a的高度介于0.5μm～2.5μm之间，可以有效地聚集上方的主镜头400传来的光，从而提高图像质量及产品良率。微镜头305a的弧度介于7°～60°之间，有效的聚集信号，提高信噪比。

本实用新型实施例的图像传感器300有别于传统的CMOS图像传感器的是，去除用于供微镜头305a的彩色滤光片CF，并在感光器件302的上表面覆盖平坦介质层303，将微镜头305a设置在该平坦介质层303上。

从而，本实用新型实施例的图像传感器300可以适应于屏下光学指纹识别领域中的光信号采集，并使入射到配置该图像传感器300的指纹识别模组100的光在经设置在平坦介质层303上的由多个微镜头305a构成的聚光阵列305的会聚之后，形成的目标信号光②能够有效的集中照射到感光器件302上，从而可提高信噪比及成像质量。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.一种适用于屏下光学指纹识别的图像传感器，其特征在于，包括：

感光器件，其上表面具有感光区域；

设置在所述感光区域上的平坦介质层，所述平坦介质层具有平整的上表面；

聚光阵列，包括多个微镜头，多个所述微镜头间隔设置在所述平坦介质层的上表面。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述平坦介质层的厚度不大于3μm。

3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述微镜头的高度介于0.5μm～2.5μm之间。

4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述微镜头的弧度介于7°～60°之间。

5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，相邻两个所述微镜头之间的间距不小于0.1μm。

6.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述感光器件的上表面还具有非感光区域，所述非感光区域上设置有与所述感光器件连接的处理电路；所述处理电路的上表面与所述感光器件的上表面平齐。

7.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述感光器件和所述处理电路设置在衬底上。

8.一种指纹识别模组，其特征在于，包括：如权利要求1至7任意一项所述的图像传感器；所述图像传感器在所述指纹识别模组在显示屏的下方时用于接收自所述显示屏上方的目标生物体反射回来的目标信号光。

9.如权利要求8所述的指纹识别模组，其特征在于，所述图像传感器及所述显示屏之间设置有主镜头。