CN211480030U - 薄型化光学指纹识别装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种薄型化光学指纹识别装置，该装置包括：微透镜阵列、吸光层及光检测阵列；吸光层位于光检测阵列与微透镜阵列之间。此光检测阵列内设置有第一开孔层，微透镜阵列中微透镜的焦点落在第一开孔层中设置的第一开孔附近。通过将微透镜阵列的焦点面设置于光检测阵列内中的第一开孔层或第一开孔层附近，利用了光检测阵列的部分厚度作为微透镜阵列焦距的部分距离，实现光学指纹识别装置整体厚度的薄型化。吸光层在吸收光检测阵列反射回来的干扰信号光同时，亦可通过第二开孔实现光阑的作用去除微透镜与微透镜之间的干扰而提升光学指纹识别装置的成像质量。本申请的薄型化光学指纹识别装置在实现薄型化的同时还可提升光学指纹识别装置的性能。

Description

薄型化光学指纹识别装置

技术领域

本申请涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种薄型化光学指纹识别装置。

背景技术

本部分的描述仅提供与本申请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(CMOSImageSensor，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。

随着手机屏下指纹识别的需求不断增加，对于光学指纹装置的要求也越来越多样，其中随着手机日趋轻薄化，从手指按压手机屏表面到光学芯片的指纹采集区的距离也越来越短，传统的镜头方案的光学指纹模组由于其自身光程的限制，无法制作的特别薄。

如何实现光学指纹装置的薄型化，同时提高其成像质量，是亟需解决的问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请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申请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。

发明内容

鉴于上述不足，本申请的一个目的是提供一种薄型化光学指纹识别装置，以能够实现光学识别装置薄型化的前提下，也使得该薄型化指纹识别装置的成像质量也得到一定的提高。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种薄型化光学指纹识别装置，设置于检测区域下方。该薄型化光学指纹识别装置主体包括：微透镜阵列，设有若干微透镜，聚集从检测区域朝向微透镜阵列反射回来携带指纹信息的光信号；吸光层，设置有起光阑和吸光作用的第二开孔，设置于微透镜阵列下方；光检测阵列，设置于吸光层下方，光检测阵列设有感光区域、第一开孔层和若干层金属层；感光区域包含若干个光电转换器件，第一开孔层设置有若干第一开孔，且和若干层金属层中一层金属位于同一层，第一开孔与微透镜一一对应；微透镜的焦点落在第一开孔或靠近第一开孔；第一开孔层在感光区域的投影覆盖光电转换器件的感光部分；其中，

携带指纹信号的光信号至少经过微透镜阵列中微透镜聚集后，经过第二开孔后进入光检测阵列，聚焦于与微透镜对应的所述第一开孔内或附近，透过第一开孔后到达光电转换器件的感光部分接收。

以上薄型化光学指纹识别装置，将第一开孔层设置于光检测阵列之中，并与光检测阵列中的金属层位于一层。因此微透镜阵列至第一开孔层之间的焦距可以利用光检测阵列自身的部分厚度，相比于将第一开孔层设置于光剑测阵列之上的光学指纹识别装置可以制作得更薄。

进一步的，该薄型化光学指纹识别装置还包括：滤光层，该滤光层设置于光检测阵列表面，滤除非目标波段的光信号。对于该薄型化光学指纹识别装置不同的应用场景，利于检测指纹的激励光信号若为可见光，则滤光层的设置则是滤除可见光波段之外波段的光，防止可见光波段之外的光对光检测阵列的成像造成干扰。对于该薄型化指纹识别装置应用于像液晶显示这样背光模组下时，激励光源常为红外光源，因此该滤光层可以滤除红外光波段范围之外的光，避免红外波段之外的光对光检测阵列的成像造成干扰。

进一步的，在滤光层的制作工艺不利于集成进入光检测阵列里时，滤光层蒸镀于光检测阵列表面，以最靠近光检测阵列中的光电转换器件。

进一步的，在一些实施例中，由于第二开孔是主要起光阑作用，降低或减少微透镜阵列微透镜与微透镜之间的干扰，吸光层中第二开孔与微透镜阵列中微透镜一一对应可以起到更好的减少和降低微透镜之间的干扰。然而在，一些其他实施例中，对于该光学指纹装置应用于一些特殊场景或者模式下，若光电转换器件(或者理解为一个感光像素)对应多个微透镜时，若一个感光像素上对应多个微透镜的情况下，对于感光像素对应的多个微透镜之间的相互干扰不会对成像质量造成的影响下，吸光层中第二开孔可以只与感光区域中光电转换器件一一对应。

进一步地，为避免制作第一开孔层导致光检测阵列的制作复杂，第一开孔层选用光检测阵列制作金属层所采用的材料，也即第一开孔层为金属材料制作，通过对金属层的刻蚀形成第一开孔。通常，为保护光检测阵列表面不收污染或者损害，光检测阵列中顶层金属会覆盖有钝化层。

在一实施例中，第一开孔层位于光检测阵列的顶层金属层中。在此实施例中，第一开孔层至微透镜阵列之间的间距，尽管存在以上描述的光检测阵列上的结构层，但其间距仍然无法满足微透镜阵列至第一开孔层的距离大致接近微透镜阵列的微透镜焦距的要求，因此在一些实施例中需要微透镜与吸光层之间设置有第一预设厚度的第一介质层。在增加了第一介质层后，微透镜阵列至第一开孔层之间的间距仍然无法满足要求的前提下，在另一些实施例中，还可以在钝化层至吸光层之间设置第二预设厚度的第二介质层。

在其他的一些实施例中，第一开孔层位于光检测阵列的底层金属层中。在此实施例中，第一开孔层至微透镜阵列之间的间距，可以利用光检测阵列中自身金属层以及金属层之间介质层的厚度，来满足微透镜阵列至第一开孔层的距离大致接近微透镜阵列的微透镜焦距的要求。因此，在此实施例中，可以无需增加仅用来满足光程距离要求的介质层。吸光层可以紧贴微透镜阵列设置。在需要设置滤光层时，滤光层设置于钝化层表面，吸光层设置于滤光层表面。该实施例中的光学指纹识别装置可以制作的更薄。

针对上述第一开孔层采用金属层材料制作，且由于光检测阵列每个感光器件或者感光像素不必须连接有对应的金属层，尤其是第一开孔层，只有第一开孔供光线通过，其他第一开孔层的遮挡部分对进入光检测阵列的光线反射作用较强。因此，吸光层除去第二开孔位置的遮挡部分需要对这类的反射光进行吸收，避免反射光对感光像素的成像造成影响。因此，吸光层的材质可以是黑胶，或者利用第一滤光层制作。第一滤光层包括第一子滤光层和第二子滤光层；第一子滤光层和第二子滤光层堆叠设置。

由以上内容可知，第二开孔主要起光阑作用且在第一开孔光路的上游位置，而第一开孔层中第一开孔基本上微透镜阵列中微透镜的焦点附近，所以第二开孔的开孔面积大于第一开孔的面积。较佳地，第一开孔的为圆形。而第二开孔为了更好的起到光阑作用，第二开孔的形状与微透镜阵列中微透镜形状相匹配。

为尽可能最大程度利用微透镜阵列的面积，微透镜的上表面基本是凸起的曲面以实现球面或者非球面的聚光作用；其正投影的形状为四边形和六边形使得微透镜和微透镜之间仅起连接作用的面积尽可能越小。这样，便于增加微透镜阵列表面的聚光效果！

有益效果：

本申请的指纹识别装置采用小焦距的微透镜，从而可以尽可能缩短物距和像距。同时，利用光检测阵列本身已有介质层和金属层的厚度来作为微透镜至光检测阵列中第一开孔层之间部分焦距的距离，可以大幅度减小光学指纹识装置的整体厚度。在物距和像距缩小的情况下，也很容易受到外界环境因素干扰，造成成像质量不佳或者畸变。为解决本申请薄型化光学装置中成像质量问题，本申请的光学指纹识别装置设置有吸光层，和设置于吸光层的第二开孔。第二开孔在起到光阑作用时也可以减少微透镜与微透镜之间光信号的相互串扰，吸光层除去第二开孔的部分也可以有效吸收光检测阵列中反光材料反射回来的杂散光而提高光检测阵列的成像质量。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/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方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

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

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例的薄型化光学指纹识别装置结构示意图；

图2是本申请另一个实施例的薄型化光学指纹识别装置结构示意图；

图3是本申请另一实施例的薄型化光学指纹识别装置结构部分示意图；

图4是本申请一个实施例薄型化光学指纹识别装置结构中微透镜阵列示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

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另一个元件。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另一个元件。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方式。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。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。

本申请提供一种薄型化光学指纹识别装置，该光学指纹识别装置可运用于但不限于屏下指纹解锁、用户身份验证、门禁权限获取等场景中。更具体的，本申请实施例的用于屏下光学指纹的光学指纹识别装置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，本申请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申请所提供的技术方案，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，本申请在范围上并不因此而受到限制。

其中，电子设备可以配置有显示屏。该显示屏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，激励光经目标生物体反射形成目标光信号。这种激励光源通常为可见光，那么光学指纹识别装置检测的光源一般对应也为可见光。

当然，显示屏也可以是LCD显示屏或者其他被动发光显示屏等背光模组。这类电子设备可以配置有位于背光模组下方或者其他方位的额外光源。通常在背光模组的应用下，电子设备为光学指纹识别装置所配备的光源为红外光源。设置于该显示屏下的光学指纹识别装置中感光像素单元对应感测的为红外光。

传统的光学指纹识别装置，通常是在光学镜头下设置光学指纹识别芯片。光学镜头方案的指纹识别模组有着严格的物距和像距要求，其同时存在一定比例的放大和缩小。由于这些光学上光程的要求导致，这种方案的光学指纹识别装置难以实现薄型化。

以下所介绍的光学指纹识别装置，为实现薄型化，在此光学方案中去除了传统的光学镜头，而主要依赖微透镜阵列进行聚焦成像。由于物距和像距的缩小，感光区域的面积相对于传统的镜头方案中的感光面积而言会更大。虽然微透镜阵列成像方式的薄型化光学指纹厚度减薄，但微透镜下方感光区域面积的尺寸会变大。微透镜阵列成面阵，由整齐排列的微透镜构成。微透镜由于尺寸较小，通常直径小于15微米。微透镜虽然其像距和物距较短，但是其聚焦能力相对光学镜头来说也较弱，且随着像距和物距的缩短，其成像质量较易收到外界环境的干扰，比较容易产生畸变。同时，在微透镜与微透镜之间间距较小时，微透镜之间的相互干扰也对这种薄型化光学方案的成像带来了较大影响。

薄型化光学指纹装置较为常见的结构是：微透镜阵列、第一开孔层以及光检测阵列。这三者之间填充相应厚度的介质材料而实现这三者之间光学间距的设置。第一开孔层位于光检测阵列之上和微透镜阵列之下。微透镜阵列上微透镜的焦点会落在第一开孔层附近或者第一开孔层的第一开孔内。光检测阵列接收透过所述第一开孔的信号光进行成像。

总体而言，第一开孔层基本上都是在光检测阵列之上，微透镜阵列的焦平面往往也是在光学检测阵列之上，利用光学检测阵列之上的介质层厚度来满足微透镜阵列成像所要求光路间距或距离。这样的薄型化光学指纹识别装置的整体厚度仍然无法趋于更薄。

以下所介绍的本申请中的光学指纹识别装置，为使用更小尺寸的微透镜组成的微透镜阵列，第一开孔层设置于光检测阵列之中，可实现更薄的光学指纹识别装置。这样可以利用光学检测阵列自身的金属层以及位于金属层之间的介质层的厚度作为微透镜的部分焦距的，从而使得整个光学指纹识别装置的厚度减薄。

光检测阵列通常都是包含感光区域。感光区域包括若干个光电转换器件，常见的为光电转换二极管。可以理解为，一个光电转换器件对应一个感光像素。该感光区域除了有感光像素，还必须有与感光像素连接的金属布线帮助将光电转换器件输出的电信号进行处理。对于半导体工艺制作的光检测阵列而言，其金属层都是通过多层金属实现光检测阵列电路的布线。可以理解的是，金属层正常分布情况下是不会分布于光电转换器件感光部分的正上方，避免金属层影响感光部分感光。在本申请的大部分实施例中，为了简化第一开孔层的制作，开孔层直接利用光检测阵列中的金属层制作，实现光学指纹识别装置的薄型化同时而简化该光学指纹识别装置的制作工艺。因此，在本申请介绍的实施例中，至少需要一层金属层在感光区域的投影覆盖光电转换器件中的感光部分，感光部分仅感光透过该金属层上第一开孔的光。

以下结合附图对于本申请中的实施例做更进一步的描述和说明。

以图1所示的一实施例的示意图中，该光学指纹识别装置，设置于检测区域下方。该检测区域未在图1示意出。当进行指纹检测时，有激励光源照射于置于检测区域的手指，被手指反射回来朝向该光学指纹识别装置的携带指纹信号的光信号①为目标光信号。

在本实施例中，该指纹识别装置包括：微透镜阵列9，光检测阵列3，滤光层8，吸光层7。在此实施例中例举的光检测阵列3为半导体工艺制作的硅基底的感光芯片。光检测阵列3包含设有感光区域2。感光区域2形成于晶圆硅基底。以及形成与感光区域上方的若干层金属层4。在此实施例中，光检测阵列3中还设置有第一开孔层5，第一开孔层5开有若干个透光微孔51。如图1所示的实施例所示，感光区域2包含若干个光电转换器件2a。该光电转换器件2a可以是光电二极管或者是其他类型光电转换器件。该第一开孔层5与若干金属层4中一层金属层处于同一层。如图1所示的实施例中，第一开孔层5与顶层金属层4d处于同一层。

为避免金属层4干扰目标光信号①经过微透镜阵列9至光电转换器件2光路，若干金属层4布线于微透镜阵列9的聚焦的光信号至光电转换器件2光路之外的的位置。第一开孔层5在感光区域2的投影覆盖光电转换器件2的感光部分。吸光层7，设置于微透镜阵列9与滤光层8之间，并设置有与微透镜一一对应的第二开孔72。微透镜阵列9的像平面靠近和/或落在第一开孔层5。携带指纹信号的光信号经过微透镜阵列9聚集后，经过所述第二开孔后透过所述滤光层后进入所述光检测阵列，透过第一开孔层5后被光电转换器件2的感光部分接收。

在此实施例中，吸光层7和滤光层8是分开设置。滤光层8蒸镀于光检测阵列3表面。当然滤光层8也可以采用其他工艺制作于光检测阵列表面，例如溅射等其他工艺制作于光检测阵列3的表面。吸光层7上设置有第二开孔72，该第二开孔72主要是起光阑的作用，避免微透镜阵列9中存在的相互干扰，以提高光检测阵列中感光区域的成像质量。在此实施例中，利用第二开孔72与微透镜一一对应设置，该第二开孔可以有效防止微透镜与微透镜之间的聚焦的光线之间的相互干扰。

在其他实施例中，第二开孔可以仅与感光区域中感光器件一一对应。因此，在图1所示意的一个感光区域上有多个微透镜的情况下，第二开孔72可以与微透镜阵列的透镜就并非一一对应的关系，该第二开孔作为光阑主要是防止感光器件与感光器件之间相互之间光信号的干扰。也即在图1所示的实施例中，吸光层7对应于光电转换器件上多个微透镜仅设置一个第二开孔72。

在其他实施例中，请参阅图3，一个光电转换器件对应微透镜阵列中一个微透镜9。在图3所示意的实施例中，第一开孔层5设置于光检测阵列3的顶层金属中。因此其他的结构层大致与以下实施例1中描述相同，在此不做重复描述和介绍。

在本实用新型申请中，为实现光学指纹识别装置的薄型化，滤光层要避免使用额外的载体而增加此光学指纹识别装置的整体厚度。此滤光层主要用于滤除非目标波段的光信号。例如，若此光学指纹识别装置是应用于可见光，此滤光层的主要目的是滤除可见光之外的光，避免可见光之外的光对成像质量造成影响。若此光学识别装置应用于液晶显示的背光模组时，其激励光源通常为红外光，此滤光层的主要目的是滤除红外光波段之外的可见光，此滤光层的位置可以适应性进行调整。

如以上所描述内容的介绍，为实现光学指纹识别装置的薄型化，是将第一开孔层集成于光检测检测阵列中。

在一些实施例中，为简化整个光检测阵列工艺制作，同时达到薄型化的要求。第一开孔层采用金属材料制作，并与光检测阵列中的多层金属层中一层金属层制作于同一层。为保证光检测阵列中感光区域的成像质量，第一开孔层的位置基本在微透镜阵列的焦平面附近。具体地，微透镜阵列与第一开孔层之间的间距可以0.8倍至1.2倍的微透镜阵列的焦距。为提升信噪比，第一开孔层中第一开孔的面积可以为所对应光电转换器件感光面积的0.01至0.05倍。具体的，第一开孔51的面积可以在1微米左右。当然，第一开孔51的开孔尺寸可以对应不同的微透镜规格以及不同的指纹识别场景，从而第一开孔41的尺寸本申请并不作特别的限制。

如以上实施例介绍，第一开孔层采用金属材料制作，和同时感光区域存在的多层金属层，会对微透镜阵列集成进入光检测阵列的光信号进行反射，影响成像质量。所以吸光层需要对这部分的杂散光进行吸收，以帮助提高光检测阵列的成像质量。如图1所示的实施例部分示意出的吸光层7可以减少反射光、散射光③或非目标光②对感光区域2的干扰。吸光层7可以根据装置的设计需要吸光材质。吸光材质通常可以为黑胶或者第一滤光层。第一滤光层与本申请中其他部分描述的滤光层不同。该第一滤光层包括第一子滤光层和第二子滤光层，第一子滤光层和第二子滤光层堆叠设置。若滤光层是滤除可见光波段之外的光，则吸光层中第一子滤光层为蓝色滤光层，第二子滤光层为绿色滤光层。

实施例一：

请参阅图1，图1中所示实施例中，第一开孔层5设置于光检测阵列3中的顶层金属4d中。在此实施例中，第一开孔层5用顶层金属层制作。第一开孔51可以通过刻蚀顶层金属4d形成。由于微透镜阵列9的聚焦的像平面要在第一开孔层5的附近。因此，第一开孔层5至微透镜阵列9之间的光路路程需要达到预设值。因此，在滤光层8和吸光层7的总体厚度未达到预设值时。可以如图1中所示例，在顺序制作完钝化层6以及滤光层8之后，可以增加第一预设厚度的第一介质层11。第一介质层11可以用溅射或者气相沉积或者涂布等方法去制作。该第一介质层的材料需要透光材料制作，以避免影响微透镜阵列9至光电转换器件2之间的光路。另外，在增加了第一介质层11后仍旧无法满足微透镜阵列9至第一开孔层5之间的厚度预设值时，吸光层7与微透镜阵列9之间可以增加一个第二预设厚度的第二介质层10。同样，该第二介质层也需要透光材料制作，以避免影响微透镜阵列9至吸光层7之间的光通量。

此次实施例中，由于第一开孔层5利用光检测阵列3的顶层金属4d制作，因此需要在顶层金属4d至微透镜阵列9之间增加第一介质11和第二介质10来满足微透镜阵列9之间至第一开孔层5之间的焦距。

第一介质11和第二介质10都可以采用半导体工艺中制作介质层常用的方式去制作，例如化学气相沉积或者物理气相沉积去制作，然后采用研磨工艺将其表面平坦化。由于制作方法也是半导体工艺中常用的制作方法，在此就不详细描述了。第一介质层11和第二介质层10的材料可以选用半导体工艺中常用的透光材料。

实施例二：

请参阅图2，图2中所示实施例中，第二开孔层5设置于光检测阵列3中的底层金属中。在此实施例中，第一开孔层5用底层金属制作。第一开孔51可以通过刻蚀底层金属形成。同样微透镜阵列9的聚焦的像平面要在第一开孔层5的附近。因此，第一开孔层5至微透镜阵列9之间光路路程也需要达到预设值。由于在此实施例中，第一开孔层5在底层的金属层4中，可以利用其它金属层的厚度以及金属层之间的介质层的总体厚度来使得微透镜阵列9至第一开孔层5之间的厚度达到微透镜9至第一开孔层5之间焦距的要求。甚至，在其他的一些实施例中，光检测阵列中只需要布置三层或者两层金属层就可以完成布线要求，但是为了增加金属层和金属层之间介质的整体厚度，可以增加一层或者两层金属层来满足微透镜9至第一开孔层5之间的间距要求。在此实施例中，相对实施例而言，在光检测阵列3制作完钝化层7之后，可以制作滤光层8。而滤光层8与吸光层7之间无需设置预设厚度的第一介质层。在滤光层8上可以制作吸光层7，而无需如实施例1中所描述在滤光层8和吸光层7之间制作第二介质层来增加厚度。

在其他实施例中，吸光层7和滤光层8也可以集成制作为同一层—吸滤光层，滤光层8制作于吸光层7之上以及填充至第二开孔72内。如以上所描述，滤光层只要制作于微透镜阵列至感光器件之间均可，起到滤除非目标波段光信号即可。

实施例二相对实施例一而言，光学指纹识别装置整体厚度可以制作的更薄。由于可以避免制作实施例一中的第一介质和第二介质层，减少光学指纹识别装置的制作工序，提高光学指纹识别装置的制作效率，利于降低光学指纹识别装置的制作成本。

虽然以上两个实施例仅例举了，第一开孔层制作于底层金属层和顶层金属，但是可以理解的是，出于其他的一些原因，第一开孔层也可以制作于底层金属层与顶层金属层之间。从以上的两个实施例可以推理出，第一开孔层在光检测阵列3中制作得越靠近光电转换器件，其可以利用第一开孔层至光检测阵列的钝化层的厚度作为部分微透镜阵列至第一开孔层焦距厚度越多，因此整体光学指纹识别装置的厚度可以做得更薄。

实施例一和实施例二的一些共同的特征通过以下内容进行描述和说明。

该光检测阵列是通过半导体工艺在晶圆上面进行制作。如图1和图2所示，多层金属层4之前是通过绝缘介质层进行隔离。在图1和图2中并未示意出，由于是半导体工艺的公知常识我们就不做过多描述。请参阅图2，金属层4a、4b、4c和4d之间均是通过通孔12进行电性连接，底层金属层通过接触孔14与光电转换器件进行连接。接触孔14制作于介质层13内。在顶层金属层4d表面制作钝化层6，钝化层保护光检测阵列3中的金属不受污染和破坏。钝化层6为透光层，其为透明材料制成，例如，钝化层6可以为通过化学气相沉积(CVD)来气相沉积氮化硅形成的氮化硅层。

如以上两个实施例中所描述，微透镜阵列9聚焦的非目标方向的光信号容易落在第一开孔层5上。由于第一开孔层5利用金属材料制作，非目标方向的光容易被第一开孔层中金属反射而对整个光检测阵列的成像造成干扰。因此，吸光层7优选使用吸光材料来吸收来第一开孔层5反射回来的光信号。如以上所描述，若吸光层材料为黑胶，该吸光层7可以通过胶粘附于滤光层8或者其他介质层上。吸光层7材料的选取和制作在以上内容有介绍和描述在此，不重复介绍。

同时，吸光层7中开设有第二开孔72。第二开孔72如上所描述主要起光阑作用，避免微透镜和微透镜之间光信号的干扰。第二开孔72在实施例二中的位置与实施例一中稍有不同，在实施例二中，第二开孔72紧贴微透镜阵列9。在一些实施例中，可以在第二开孔中填充高透光的材料后形成微透镜阵列9也可，或者在吸光层7上直接形成微透镜阵列9也可。第二开孔72的制作可以依据吸光层7的材料相应改变，例如若吸光层7为黑胶材料制作，第二开孔72可以采用合适的模具制作。依据第二开孔72尺寸的不同采用对应的材料去制作吸光层7和相对应方式制作第二开孔。

总之，由以上两实施例所描述的结构，该第二开孔72越靠近微透镜时，其开孔面积会越大。所以实施例二中吸光层7的第二开孔72由于更靠近微透镜阵列9，所以实施例二中第二开孔72的面积会大于实施例一中吸光层7的第二开孔72的面积。第二开孔是作为光阑的作用，因此其开孔面积是大于同一微透镜光路中对应的第一开孔层5中第一开孔51的面积。另外，第一开孔51的形状优选为圆孔，其还可以为规则的多边形孔或椭圆孔，

微透镜阵列9的一实施例的示意图，请参见图4。该图4只是示意的俯视图。微透镜的表面如图1和图2的截面示意图所示，为曲面，通常为球面或者非球面而实现聚光。微透镜91为圆顶形结构，其整体弧度可以介于7度到60度之间，如此可以有效的聚集信号。如图4所示俯视图所示，该微透镜为六边形，利于微透镜无缝连成一片。当然也可以为矩形或者是其他方便连成一片的形状，使得微透镜和微透镜之间仅起连接作用的面积尽可能越小，进而充分利用微透镜阵列的整个表面进行聚光。微透镜阵列9可以通过光刻胶工艺形成，或者其他压膜方式或其他方式。

因此，以上描述的吸光层中第二开孔的形状可以根据微透镜阵列中微透镜的形状设置。以图3所示例的微透镜形状，第二开孔的形状也可以设置为六边形。

该光学指纹识别装置无需设置镜头组件，利用多个焦距更小的微透镜与光检测阵列中的开孔层相配合，实现光信号在光检测阵列中感光区域的成像，缩短成像距离。在能保证光检测阵列实现成像的前提下，实现光学指纹识别装置厚度的减薄。当然，本申请的也并不排斥与镜头组件相配合使用的场景。

本申请的光学指纹识别装置被设置在显示屏的下方。具体的，电子设备中可以设置有封装装置，光学指纹识别装置通过该封装装置固定在显示屏或者检测区域的下方。

本申请所提供的光学指纹识别装置，在实现薄型化的同时，光检测阵列的制作工艺并未复杂化，仍可以直接采用现有的CMOS图像传感器的制作工作。只是在设计光检测阵列的金属布线时，适时以及微透镜阵列的微透镜的参数的变化而调整金属层的层数，利用光检测阵列本身介质层和金属层的厚度来实现部分的微透镜焦距，从而让光学指纹识别装置更趋于薄型化。这样的薄型化光学指纹识别装置可以减少在制作好光检测阵列之后，光学指纹识别装置的制作工序，提高光学指纹识别装置的制作效率，降低光学指纹识别装置的制作成本。

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20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。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (20)

1.一种薄型化光学指纹识别装置，设置于检测区域下方，其特征在于，包括：

微透镜阵列，设有若干微透镜，聚集从所述检测区域朝向所述微透镜阵列反射回来携带指纹信息的光信号；

吸光层，设置有起光阑和吸光作用的第二开孔，设置于所述微透镜阵列下方；

光检测阵列，设置于所述吸光层下方，所述光检测阵列设有感光区域、第一开孔层和若干层金属层；所述感光区域包含若干个光电转换器件，所述第一开孔层设置有若干第一开孔，且和所述若干层金属层中一层金属位于同一层，所述第一开孔与所述微透镜一一对应；所述微透镜的焦点落在所述第一开孔或靠近所述第一开孔；所述第一开孔层在所述感光区域的投影覆盖所述光电转换器件的感光部分；其中，

所述携带指纹信号的光信号至少经过所述微透镜阵列中微透镜聚集后，经过所述第二开孔后进入所述光检测阵列，聚焦于与所述微透镜对应的所述第一开孔内或附近，透过所述第一开孔后到达所述光电转换器件的感光部分接收。

2.如权利要求1所述光学指纹识别装置，其特征在于，还包括：

滤光层，所述滤光层设置于所述光检测阵列表面，滤除非目标波段的光信号。

3.如权利要求2所述光学指纹识别装置，其特征在于，所述滤光层蒸镀于所述光检测阵列表面。

4.如权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述吸光层中第二开孔与所述微透镜阵列中微透镜一一对应。

5.如权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述吸光层中第二开孔与所述感光区域中光电转换器件一一对应。

6.如权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第一开孔层为金属材料制作，所述光检测阵列中顶层金属覆盖有钝化层。

7.如权利要求6所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第一开孔层位于所述光检测阵列的顶层金属层中。

8.如权利要求7所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜与所述吸光层之间设置有第一预设厚度的第一介质层。

9.如权利要求7所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述钝化层至所述吸光层之间设置第二预设厚度的第二介质层。

10.如权利要求6所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第一开孔层位于所述光检测阵列的底层金属层中。

11.如权利要求10所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述吸光层紧贴所述微透镜阵列设置。

12.如权利要求11所述的光学指纹识别装置，其特征在于，还包括滤光层，所述滤光层位于所述钝化层表面，所述吸光层设置于所述滤光层表面。

13.如权利要求1至11任一所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述吸光层的材质为黑胶、第一滤光层中的至少一种。

14.如权利要求13所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第一滤光层包括第一子滤光层和第二子滤光层；所述第一子滤光层和第二子滤光层堆叠设置。

15.如权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述光检测阵列中若干金属层之间设置介质层，所述介质层开有通孔，所述通孔中填充导电材料连接介质层上下的两层金属。

16.如权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第二开孔的开孔面积大于所述第一开孔的面积。

17.如权利要求16所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第一开孔的为圆形。

18.如权利要求17所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述第二开孔的形状与所述微透镜阵列中微透镜形状相匹配。

19.如权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜阵列中微透镜正投影形状为正六边或者四边形。

20.如权利要求1所述的光学指纹识别装置，其特征在于，所述光检测阵列为硅基半导体工作制作的感光像素阵列。

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