CN211653677U - 指纹感测模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种指纹感测模块，适于配置于显示面板的下方，且包括图像传感器、微透镜阵列及光束分隔器。图像传感器配置于显示面板的下方，微透镜阵列配置于图像传感器与显示面板之间，且包括排成阵列的多个微透镜。光束分隔器配置于图像传感器与微透镜阵列之间，且具有多个光通道，每一光通道皆被遮光体所围绕而成，其中来自这些微透镜的光束分别通过这些光通道而传递至图像传感器。此指纹感测模块可产生锐利度高与分辨率高的指纹图像。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学感测模块，且特别是涉及一种指纹感测模块。
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，这样所获得的指纹图像虽然较为清晰，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。若是采用针孔板来取代上述多片透镜，则会有进光量过低导致图像对比低而难以识别的缺点。另外，针孔板会遮挡部分像素，而使得部分像素没有接收到光，如此还得通过软件额外处理没有信号的像素。另一方面，若采用光纤板来取代上述多片透镜时，则会有当来自指纹脊与指纹凹槽的光同时被同一条光纤传递至图像传感器时，则从图像传感器所接收到的图像无法判别此为指纹脊或指纹凹槽，而只是看到一个模糊的图像。此外，从光纤板射出的光有一定的发散程度，导致不同的光纤所传递的光信号有串扰(crosstalk)的问题，如此会造成指纹图像的分辨率与锐利度降低。
实用新型内容
本实用新型是针对一种指纹感测模块，其可产生锐利度高与分辨率高的指纹图像，且可以具有较薄的厚度。
本实用新型的一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、微透镜阵列及光束分隔器。图像传感器配置于显示面板的下方，微透镜阵列配置于图像传感器与显示面板之间，且包括排成阵列的多个微透镜。光束分隔器配置于图像传感器与微透镜阵列之间，且具有多个光通道，每一光通道皆被遮光体所围绕而成，其中来自这些微透镜的光束分别通过这些光通道而传递至图像传感器。
在本实用新型的一实施例中，来自每一微透镜的光束通过一个对应的光通道而传递至图像传感器的一个对应的像素。
在本实用新型的一实施例中，图像传感器为薄膜晶体管传感器。
在本实用新型的一实施例中，遮光体为吸光体。
在本实用新型的一实施例中，光束分隔器为光纤光学板。
在本实用新型的一实施例中，微透镜阵列具有吸光层，位于这些微透镜的周围。
在本实用新型的一实施例中，这些微透镜为非球面透镜。
在本实用新型的一实施例中，每一微透镜的朝向显示面板的表面为非球面。
在本实用新型的一实施例中，这些微透镜为固化的液态硅胶的透镜。
在本实用新型的一实施例中，显示面板与图像传感器的间距小于1毫米。
在本实用新型的实施例的指纹感测模块中，由于采用了微透镜阵列来将指纹图像会聚于图像传感器，且利用光束分隔器的遮光体来将不同光通道的光束分隔，因此图像传感器可感测到锐利度高与分辨率高的指纹图像。
附图说明
图1为本实用新型的一实施例的指纹感测模块的剖面示意图。
图2为图1的指纹感测模块的立体示意图。
具体实施方式
现将详细地参考本实用新型的示范性实施例，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为本实用新型的一实施例的指纹感测模块的剖面示意图，而图2为图1的指纹感测模块的立体示意图。请参照图1与图2，本实施例的指纹感测模块100适于配置于显示面板200的下方，其中显示面板200例如为透明显示面板。举例而言，显示面板200可以是有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)显示面板、液晶显示面板(liquidcrystal display panel)微发光二极管(micro light-emitting diode)显示面板或其他适当的透明显示面板。
在本实施例中，指纹感测模块100包括图像传感器110、微透镜阵列120及光束分隔器130。图像传感器110配置于显示面板200的下方，其中图像传感器例如为互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)或其他适当的图像传感器。
微透镜阵列120配置于图像传感器110与显示面板200之间，且包括排成阵列的多个微透镜122。光束分隔器130配置于图像传感器110与微透镜阵列120之间，且具有多个光通道132，每一光通道132皆被遮光体134所围绕而成。
显示面板200所发出的光束201照射到按压于显示面板200的上表面(即表面S1)的手指50，接着光束201被手指50反射而穿透显示面板200并传递至微透镜阵列120，其中被手指50反射的光束201会携带着手指50的指纹52的信息。然后，光束201通过微透镜122，且来自这些微透镜122的光束201分别通过这些光通道132而传递至图像传感器110。
在本实施例中，图像传感器110为薄膜晶体管(thin film transistor)传感器，其例如是通过在玻离基板上沉积薄膜以形成晶体管与光电二极管而制成。此外，此薄膜晶体管传感器可以布满整个显示面板200下方，以达到全屏幕指纹感测的效果。然而，在其他实施例中，图像传感器110也可以是位于显示面板200的局部区域(如指纹感测区)的下方，且图像传感器110可以是传统的做在硅基板上的半导体图像传感器。
在本实施例中，来自每一微透镜122的光束201通过一个对应的光通道132而传递至所述图像传感器110的一个对应的像素112。举例而言，每一个微透镜122成像的大小对应到图像传感器110的一个像素112。在本实施例中，遮光体134为吸光体，例如为黑色材料。每一光通道132可以是一个空间，其中可布有空气、其他气体或透明液体，或者此空间为真空空间。或者，每一光通道132可以是由透明固体材质所形成。在一实施例中，光束分隔器130为光纤光学板(fiber optical plate)，其具有的排成阵列的多个光纤即分别形成这些光通道132，而光纤周围则填充有遮光体134。光通道132的形状可以是矩形柱状、方形柱状、圆柱状或其他适当的几何形状。当光束分隔器130为光纤光学板时，光通道132可呈圆柱状。
在本实施例的指纹感测模块100中，由于采用了微透镜阵列120来将指纹图像会聚于图像传感器110，且利用光束分隔器130的遮光体134来将不同光通道132的光束201分隔，因此图像传感器110可感测到锐利度高与分辨率高的指纹图像。图2中所示出的微透镜阵列120中的微透镜122是以4×4个为例，但事实上图2只是一个示意图，而微透镜阵列120中的微透镜122可以是M×N个，其中M可以等于N，也可以不等于N，M与N皆为大于1的正整数，而在一实施例中，微透镜122的数量可以与图像传感器110的的像素的数量一致。此外，由于本实施例的指纹感测模块100采用微透镜阵列120与光束分隔器130来取代传统沿着光轴排列的多片镜片，因此指纹感测模块100的厚度可以较薄，进而使包括显示面板200与指纹感测模块100的电子装置300可以较薄，其中电子装置300例如为智能手机、平板电脑、笔记型电脑或其他可携式电子装置。在一实施例中，显示面板200与图像传感器110的间距T1小于1毫米。也就是说，电子装置300确实有较薄的厚度，而本实施例的指纹感测模块100兼具有较薄的厚度及较锐利与分辨率较高的指纹图像的优点。
为了进一步抑制通过不同的微透镜122的光束201之间的串扰，在本实施例中，微透镜阵列120可具有吸光层124，位于这些微透镜122的周围，也就是位于相邻两微透镜122之间的区域与这些微透镜122所形成的整个阵列的外围区域。
在本实施例中，这些微透镜122可以是非球面透镜，其可准确地将光束201会聚于图像传感器110的像素112上，而形成清晰的指纹图像。也就是说，采用非球面透镜可以改善指纹图像的质量。当微透镜以传统的半导体制程来制造时，通常是做成球面透镜，而无法做成非球面透镜。相较之下，本实施例的这些微透镜122及微透镜阵列120可利用液态硅胶射出成型技术来形成，也就是这些微透镜122为固化的液态硅胶的透镜。在一实施例中，每一微透镜122的朝向显示面板200的表面S3与朝向图像传感器110的表面S4皆为非球面。然而，在其他实施例中，也可以是表面S3为非球面且表面S4为球面，或者也可以是表面S3为球面且表面S4为非球面，其中又以至少表面S3为非球面为较佳。此外，相较于传统半导体制程所形成的微透镜通常限于做成单曲面，而本实施例采用液态硅胶射出成型技术形成的微透镜122则可以具有两个曲面(即表面S3与表面S4)，大幅地增加了微透镜122的设计自由度与成像质量。
以下列出一实施例的电子装置300的光学参数表：
上表中，表面S1为显示面板200的上表面，表面S2为显示面板的下表面，而感测面S5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1.5毫米是指表面S1至下一个表面(即表面S2)的距离为1.5毫米。表面S3那一列的间距为0.09毫米是指表面S3至下一个表面(即表面S4)在微透镜122的光轴A上的距离为0.09毫米。其余的间距的定义以此类推。在本实施例中，表面S3形成孔径光阑(aperture stop)，且表面S3为非球面。此外，在本实施例中，表面S4为球面。再者，表面S3例如为凸面，表面S4例如为凹面，而微透镜122的屈光度(refractive power)为正。
在本实施例中，表面S3的非球面可以利用下列的公式来定义：
其中：
R为微透镜122的表面S3近光轴A处的曲率半径；
Z为非球面之深度(非球面上距离光轴A为Y的点，其与相切于非球面光轴A上顶点之切面，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，锥面系数K为-0.6215，而表面S3在上述公式中的R值为0.0909毫米。
综上所述，在本实用新型的实施例的指纹感测模块中，由于采用了微透镜阵列来将指纹图像会聚于图像传感器，且利用光束分隔器的遮光体来将不同光通道的光束分隔，因此图像传感器可感测到锐利度高与分辨率高的指纹图像。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
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；
微透镜阵列，配置于所述图像传感器与所述显示面板之间，且包括排成阵列的多个微透镜；以及
光束分隔器，配置于所述图像传感器与所述微透镜阵列之间，且具有多个光通道，每一光通道皆被遮光体所围绕而成，其中来自所述多个微透镜的光束分别通过所述多个光通道而传递至所述图像传感器。
2.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，来自每一微透镜的光束通过一个对应的光通道而传递至所述图像传感器的一个对应的像素。
3.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述图像传感器为薄膜晶体管传感器。
4.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述遮光体为吸光体。
5.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述光束分隔器为光纤光学板。
6.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述微透镜阵列具有吸光层，位于所述多个微透镜的周围。
7.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述多个微透镜为非球面透镜。
8.根据权利要求7所述的指纹感测模块，其特征在于，每一微透镜的朝向所述显示面板的表面为非球面。
9.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述多个微透镜为固化的液态硅胶的透镜。
10.根据权利要求1所述的指纹感测模块，其特征在于，所述显示面板与所述图像传感器的间距小于1毫米。
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