CN212625580U - 光学指纹器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光学指纹器件，包括：相对设置的若干微透镜和像素单元；设置于所述微透镜之间的第一阻光层；设置于所述微透镜和像素单元之间的第二阻光层；所述像素单元包括光电二极管和位于光电二极管之上的多层金属层；经过所述微透镜的入射光的成像焦平面位于对应像素单元的光电二极管上。本实用新型减少了斜角度杂散光进入光电二极管，提高了信噪比，改善了成像质量，可以同时获取多个视场角的指纹图像，从而获取指纹图像的三维立体信息用于防伪，改善太阳强光下过曝引起有效指纹区域减小，还可以对多视场角指纹图像的融合处理获取更高分辨率或者更高信噪比的指纹图像，改善光学指纹器件的整体性能。

Description

光学指纹器件

技术领域

本实用新型涉及一种光学指纹器件。

背景技术

目前的指纹识别方案有光学技术，硅技术（电容式/射频式），超声波技术等。其中，光学指纹识别技术已被广泛应用于便携式电子装置中。

光学指纹识别技术采用光学取像设备根据的是光的全反射原理（FTIR）。光线照到压有指纹的透光层（例如有机、无机玻璃）外表，反射光线由图像传感器去取得，反射光的量依赖于压在玻璃外表的指纹脊和谷的深度，以及皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃射到谷的中央后在玻璃与空气的界面发生全反射，光线被反射到图像传感器，而射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与玻璃接触面吸收或者漫反射到别的中央，这样就在图像传感器上构成了指纹的图像。

图1示出现有技术的光学指纹器件的局部剖视示意图。其中，每个光学指纹器件包括相对设置的若干微透镜M10和像素单元P10，在此仅示出三组一一对应设置的微透镜M10和像素单元P10作为示例而非限制。相邻的微透镜M10之间设置有第一阻光层11，对应的微透镜M10和像素单元P10之间设置有第二阻光层12。每个像素单元P10包括光电二极管14和位于光电二极管14之上的多层金属层13。在现有技术的光学指纹器件中，经过微透镜M10的入射光的成像焦平面F1位于多层金属层13中的顶层金属层之间的开口处，由此带来的问题是，斜角度杂散光容易进入像素单元P10的光电二极管14中，从而产生噪声，降低成像质量，因此，如何提高系统信噪比直接影响指纹识别效果，尤其是干手指的指纹识别效果。

现有技术中大多采用如图1所示的一个微透镜对应一个像素单元的设置，此时每个像素单元对应的视场区域大于等于微透镜的间距，每个像素单元收集的能量受限于微透镜的尺寸，能量比较弱，噪声的影响比较显著，而且只能获取单一视场角的指纹图像，无法分辨打印的平面指纹图片和真实的立体指纹信息。

另外，现有技术中也有采用一个微透镜对应多个像素单元的设置，例如申请号为201980004242.9的中国专利申请中，图5-图9所示的具体实施例就是一个微透镜对应多个像素单元，但是在这些实施例中，不同的像素单元之间对应的视场角不同，视场区域不连续，相邻微透镜之间无重叠的视场区域。

因此，无论是一个微透镜对应一个像素单元还是对应多个像素单元，现有技术的微透镜光学系统用于获取指纹图像时，每一个微透镜都不是对物方区域进行连续采样，即非局部区域成像，因此每个微透镜能够收集到的指纹信号都比较有限，容易受到噪声影响，进而影响指纹识别准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光学指纹器件，减少杂散光带来的影响，提高信噪比，改善成像质量，同时获取多个视场角的指纹图像，改善光学指纹器件的整体性能。

基于以上考虑，本实用新型提供一种光学指纹器件，包括：相对设置的若干微透镜和像素单元；设置于所述微透镜之间的第一阻光层；设置于所述微透镜和像素单元之间的第二阻光层；所述像素单元包括光电二极管和位于光电二极管之上的多层金属层；经过所述微透镜的入射光的成像焦平面位于对应像素单元的光电二极管上。

优选的，一个微透镜对应多个像素单元。

优选的，一个微透镜对应N*N阵列排布的多个像素单元，N为大于等于3的自然数。

优选的，经过一个微透镜的垂直入射光进入对应的多个像素单元阵列中心的像素单元，倾斜入射光进入对应的多个像素单元阵列周围的像素单元。

优选的，所述像素单元包括三层金属层。

优选的，所述三层金属层中的顶层金属层之间的开口尺寸是大小不同的。

优选的，所述的光学指纹器件还包括位于所述微透镜和像素单元之间的红外截止滤光膜。

优选的，所述第一阻光层用于光线通过的开口尺寸为15-50微米，所述第二阻光层用于光线通过的开口尺寸为10-35微米。

优选的，所述第一阻光层与第二阻光层之间的距离为10-20微米，所述第二阻光层与像素单元之间的距离为4-8微米。

本实用新型的光学指纹器件，通过经过所述微透镜的入射光的成像焦平面位于对应像素单元的光电二极管上，减少了斜角度杂散光进入光电二极管，提高了信噪比，改善了成像质量，通过一个微透镜对应多个像素单元，经过一个微透镜的垂直入射光进入对应的多个像素单元阵列中心的像素单元，倾斜入射光进入对应的多个像素单元阵列周围的像素单元，同时获取多个视场角的指纹图像，从而获取指纹图像的三维立体信息用于防伪，改善太阳强光下过曝引起有效指纹区域减小，还可以对多视场角指纹图像的融合处理获取更高分辨率或者更高信噪比的指纹图像，改善光学指纹器件的整体性能。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为现有技术的光学指纹器件的局部剖视示意图；

图2为本实用新型实施例一的光学指纹器件的局部剖视示意图；

图3为本实用新型实施例二的光学指纹器件的局部剖视示意图；

图4为本实用新型实施例二的光学指纹器件的局部俯视示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。

具体实施方式

本实用新型提供一种光学指纹器件，通过经过所述微透镜的入射光的成像焦平面位于对应像素单元的光电二极管上，减少了斜角度杂散光进入光电二极管，提高了信噪比，改善了成像质量，通过一个微透镜对应多个像素单元，经过一个微透镜的垂直入射光进入对应的多个像素单元阵列中心的像素单元，倾斜入射光进入对应的多个像素单元阵列周围的像素单元，同时获取多个视场角的指纹图像，从而获取指纹图像的三维立体信息用于防伪，改善太阳强光下过曝引起有效指纹区域减小，还可以对多视场角指纹图像的融合处理获取更高分辨率或者更高信噪比的指纹图像，改善光学指纹器件的整体性能。

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细阐述。

实施例一

图2示出本实用新型实施例一的光学指纹器件的局部剖视示意图。其中，每个光学指纹器件包括相对设置的若干微透镜M20和像素单元P20，在此仅示出三组一一对应设置的微透镜M20和像素单元P20作为示例而非限制。相邻的微透镜M20之间设置有第一阻光层21，对应的微透镜M20和像素单元P20之间设置有第二阻光层22。每个像素单元P20包括光电二极管24和位于光电二极管24之上的多层金属层23，在此示出为三层金属层23。与现有技术的光学指纹器件不同的是，本实用新型的光学指纹器件中，经过微透镜M20的入射光的成像焦平面F2位于对应像素单元P20的光电二极管24上，减少了斜角度杂散光进入光电二极管，提高了信噪比，改善了成像质量，进而提高了指纹识别效果，尤其是干手指的指纹识别效果。

优选的，所述的光学指纹器件还包括位于所述微透镜M20和像素单元P20之间的红外截止滤光膜（未示出），以减少入射光中的红外光进入像素单元P20造成噪声串扰和图像失真。

优选的，所述第一阻光层21用于光线通过的开口尺寸为15-50微米，所述第二阻光层22用于光线通过的开口尺寸为10-35微米。

优选的，所述第一阻光层21与第二阻光层22之间的距离为10-20微米，所述第二阻光层22与像素单元P20之间的距离为4-8微米。

实施例二

由于指纹光学系统中微透镜的焦距特别短，一般在100微米以内，虽然每个微透镜只是一个球面的微透镜，但是由于系统的像差比较小，每个微透镜能够实现比较大的视场角而不至于边缘视场的成像质量过低。利用这一特点，可以将每个微透镜作为一个成像光学系统使用，即通过每个微透镜对应多个像素单元对局部指纹进行成像。

具体的，图3示出本实用新型实施例二的光学指纹器件的局部剖视示意图。其中，每个光学指纹器件包括相对设置的若干微透镜M20和像素单元P21、P22，在此仅示出三组对应设置的微透镜M20和像素单元P21、P22作为示例而非限制。相邻的微透镜M20之间设置有第一阻光层21，对应的微透镜M20和像素单元P20之间设置有第二阻光层22。每个像素单元P21、P22包括光电二极管24和位于光电二极管24之上的多层金属层23，在此示出为三层金属层23。与现有技术的光学指纹器件不同的是，本实用新型的光学指纹器件中，经过微透镜M20的入射光的成像焦平面F2位于对应像素单元P20的光电二极管24上，减少了斜角度杂散光进入光电二极管，提高了信噪比，改善了成像质量，进而提高了指纹识别效果，尤其是干手指的指纹识别效果。

与实施例一不同的是，本实施例中一个微透镜M20对应多个像素单元P21、P22。优选的，一个微透镜对应N*N阵列排布的多个像素单元，N为大于等于3的自然数。如图4所示，在此示出为一个微透镜M20对应3*3阵列排布的9个像素单元，包括位于多个像素单元阵列中心的像素单元P21和位于多个像素单元阵列周围的像素单元P22。于是，经过一个微透镜M20的垂直入射光进入对应的多个像素单元阵列中心的像素单元P21，倾斜入射光进入对应的多个像素单元阵列周围的像素单元P22，从而通过一个微透镜M20对应的多个像素单元P21、P22同时获取多个视场角的指纹图像，从而分辨打印的平面指纹图片和真实的立体指纹信息，实现防伪的目的，并且可以选择受到太阳强光影响较小的视场角的指纹图像用于指纹识别，改善太阳强光下过曝引起有效指纹区域减小的问题，另外还可以通过对多视场角指纹图像的融合处理获取更高分辨率或者更高信噪比的指纹图像，改善光学指纹器件的整体性能。

优选的，不同像素单元P21、P22的多层金属层中的顶层金属层之间的开口尺寸可以是大小不同的。

优选的，所述的光学指纹器件还包括位于所述微透镜M20和像素单元P20之间的红外截止滤光膜（未示出），以减少入射光中的红外光进入像素单元P20造成噪声串扰和图像失真。

优选的，所述第一阻光层21用于光线通过的开口尺寸为15-50微米，所述第二阻光层22用于光线通过的开口尺寸为10-35微米。

优选的，所述第一阻光层21与第二阻光层22之间的距离为10-20微米，所述第二阻光层22与像素单元P20之间的距离为4-8微米。

综上所示，本实用新型的光学指纹器件，通过经过所述微透镜的入射光的成像焦平面位于对应像素单元的光电二极管上，减少了斜角度杂散光进入光电二极管，提高了信噪比，改善了成像质量，通过一个微透镜对应多个像素单元，经过一个微透镜的垂直入射光进入对应的多个像素单元阵列中心的像素单元，倾斜入射光进入对应的多个像素单元阵列周围的像素单元，同时获取多个视场角的指纹图像，从而获取指纹图像的三维立体信息用于防伪，改善太阳强光下过曝引起有效指纹区域减小，还可以对多视场角指纹图像的融合处理获取更高分辨率或者更高信噪比的指纹图像，改善光学指纹器件的整体性能。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (9)

1.一种光学指纹器件，其特征在于，包括：

相对设置的若干微透镜和像素单元；

设置于所述微透镜之间的第一阻光层；

设置于所述微透镜和像素单元之间的第二阻光层；

所述像素单元包括光电二极管和位于光电二极管之上的多层金属层；

经过所述微透镜的入射光的成像焦平面位于对应像素单元的光电二极管上。

2.如权利要求1所述的光学指纹器件，其特征在于，一个微透镜对应多个像素单元。

3.如权利要求2所述的光学指纹器件，其特征在于，一个微透镜对应N*N阵列排布的多个像素单元，N为大于等于3的自然数。

4.如权利要求3所述的光学指纹器件，其特征在于，经过一个微透镜的垂直入射光进入对应的多个像素单元阵列中心的像素单元，倾斜入射光进入对应的多个像素单元阵列周围的像素单元。

5.如权利要求2所述的光学指纹器件，其特征在于，所述像素单元包括三层金属层。

6.如权利要求5所述的光学指纹器件，其特征在于，所述三层金属层中的顶层金属层之间的开口尺寸是大小不同的。

7.如权利要求1所述的光学指纹器件，其特征在于，还包括位于所述微透镜和像素单元之间的红外截止滤光膜。

8.如权利要求1所述的光学指纹器件，其特征在于，所述第一阻光层用于光线通过的开口尺寸为15-50微米，所述第二阻光层用于光线通过的开口尺寸为10-35微米。

9.如权利要求1所述的光学指纹器件，其特征在于，所述第一阻光层与第二阻光层之间的距离为10-20微米，所述第二阻光层与像素单元之间的距离为4-8微米。

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