CN213303046U - 光学图像采集单元、光学图像系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光学图像采集单元、光学图像系统及电子设备。该光学图像采集单元包括基材、设置在所述基材上侧的透光层、部分覆盖在所透光层上的遮光层，所述透光层包括平面部、凸起部和微透镜部，所述遮光层覆盖所述平面部和凸起部、并在所述微透镜部上形成复数个光栅窗口，所述凸起部高于所述微透镜部。通过形成高于微透镜部的凸起部可以阻挡微透镜部侧面光线传递至微透镜部上，以避免及减少光束的串扰，提高感测精度干扰，且与现有技术相比，无需将平面部垫高，节省了材料，也减小了整体体积。

Description

光学图像采集单元、光学图像系统及电子设备

技术领域

本实用新型涉及一种光学图像采集单元、光学图像系统及电子设备。

背景技术

屏下生物特征识别技术是将生物特征识别模组设置于显示屏下，通过光学图像采集，实现屏下生物特征识别。随着终端产品的发展，对屏下生物特征识别的要求越来越高，相应地，对光学图像采集产品的要求也越来越高。

中国专利申请第201911151687.8公开了一种光学式指纹感测装置，该光学式指纹感测装置包括：多个像素单元；过滤层，设置在多个像素单元上，过滤层用于透过目标波段的光束给多个像素单元，且过滤掉第二预设波段的光束；和镜头模块。镜头模块包括：多个小透镜，彼此间隔设置，每个小透镜正对多个像素单元，小透镜用于会聚光束至像素单元；和遮光部，位于过滤层上，遮光部位于多个小透镜之间的间隔区域且在高度上高出小透镜，遮光部用于遮挡光束；其中，多个像素单元、过滤层、和多个小透镜集成在第二图像传感裸片中。电子设备包括光学式指纹感测装置，该光学式指纹感测装置虽然可避免及减少光束的串扰，但是，其增加了整体体积，不适应于小型化的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可避免及减少光束的串扰且小体积的光学图像采集单元。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光学图像采集单元，包括基材、设置在所述基材上侧的透光层、部分覆盖在所透光层上的遮光层，所述透光层包括平面部、凸起部和微透镜部，所述遮光层覆盖所述平面部和凸起部、并在所述微透镜部上形成复数个光栅窗口，所述凸起部高于所述微透镜部。

进一步地，所述凸起部为环形，所述微透镜部布置在所述凸起部所围设形成的环形槽内。

进一步地，所述凸起部的横截面呈弧形。

进一步地，所述遮光层延伸至所述微透镜部与所述凸起部的交界处，并覆盖所述微透镜部的边缘。

进一步地，所述微透镜部包括复数个微透镜，所述微透镜为向上突伸形成的球面部，所述微透镜的宽度设置在60～100um，矢高设置在10～30um。

进一步地，复数个所述微透镜呈间距在100um～500um的阵列方式排布。

进一步地，所述光栅窗口尺寸设置在40～60um，所述光栅窗口相对于所述微透镜的中心成均匀对称分布。

进一步地，所述基材为透明的树脂或玻璃基材，所述基材的光学透过率在 90％以上，对550nm波段的折射率在1.5～1.6之间。

进一步地，所述光学图像采集单元还包括设置在所述基材的上表面和/或下表面上的红外截止滤光膜，所述红外截止滤光膜可以透过波长为380～780纳米的可见光，厚度设置在1～10um。

本实用新型还提供了一种光学图像系统，包括上述光学图像采集单元和对应所述光学图像采集单元设置的光电传感器单元。

本实用新型还提供了一种电子设备，包括显示屏和设置在所述显示屏下方的光学指纹识别模组，所述光学指纹识别模组包括多个光学图像采集系统，所述光学图像采集系统可以包括多个上述光学图像采集单元形成的阵列。

本实用新型的有益效果在于：通过形成高于微透镜部的凸起部可以阻挡微透镜部侧面光线传递至微透镜部上，以避免及减少光束的串扰，提高感测精度干扰，且与现有技术相比，无需将平面部垫高，节省了材料，也减小了整体体积。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合图详细说明如后。

附图说明

图1为本申请一实施例所示的电子设备的正面示意图；

图2为图1中电子设备沿A-A方向的部分剖面结构示意图；

图3为本申请一实施例的光学图像采集单元；

图4为图3中光学图像采集单元遮光层的俯视示意图；

图5为图3中光学图像采集单元透光层的俯视示意图；

图6为图3中光学指纹图像采集单元设置在光电传感器单元像素的俯视示意图；

图7为本实施例中的光学图像采集单元与芯片和软板组装后剖面示意图

图8为本实施例中的光学图像采集单元与芯片和软板组装后俯视示意图。

具体实施方式

本申请实施例中的光学图像采集单元可以应用于电子设备，例如智能手机，笔记本电脑，平板电脑，游戏设备或移动计算设备等，本申请实施例对此不做限定。本申请实施例中的技术方案也可以用于生物特征识别技术例如屏下光学指纹图像采集和指纹识别技术，图1和图2示出了用于屏下光学指纹图像采集的电子设备1A的示意图，图1为电子设备1A的正面示意图，图2电子设备1A 沿A-A的部分剖面结构示意图。

如电子设备图1和2所示，电子设备1A可以包括显示屏200、玻璃盖板210 和光学指纹识别模组1B。显示屏200具有显示区域201，光学指纹识别模组1B 设置在显示屏200的下方。

显示屏200可以为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏，光学指纹识别模组1B设置在显示屏200的指纹感应区域300的下方，纹感应区域300位于显示屏200的显示区域201中。

作为一实施例，光学指纹识别模组1B可以包括多个光学图像采集系统，光学图像采集系统可以包括多个光学图像采集单元形成的阵列。

在具体的实例中，当手指的指纹按压或接近电子设备1A的显示屏200的生物特征采集感应区域300时，生物特征采集区域300的显示单元发出的光线经过手指形成反射光，由于手指指纹的脊谷位置和深度的差异形成不同的反射光，反射光经过光学指纹识别模组1B被光电传感器1b检测和转换成相应的电信号，电子设备1A根据检测的信号便可以获取用户的指纹特征信息进行身份验证。

应当可以理解的是，光学指纹识别模组1B还包括光学图像采集系统1a，光信号检测和光电转换传感器1b和柔性电路板1c，光线经过手指形成的不同反射光经过光学图像采集系统聚焦和过滤掉杂散光和非目标波段的光，被光信号检测和光电转换传感器1b接受检测并转化为电信号，光信号检测和光电转换传感器1b通过金线102与柔性电路板1c连接，并通过柔性电路板1c与电子设备1A 的其他外围电路实现电性连接和信号传输，从而实现生物特征检测的输入和输出与处理。

应当可以理解的是，光学图像采集系统1a包括有多个光学图像采集单元形成的阵列。下面对本申请的光学图像采集单元的技术实施方案进行描述。

请参见图3，光学图像采集单元包括透明基材004、设置在透明基材004上侧的透光层002、部分覆盖在所透光层上的遮光层001、以及设置在透明基材004 下方的光学胶层006。

遮光层001设置于透光层002的上方；遮光层001包括球面覆盖部101、非球面覆盖部102、以及复数个光栅窗口D1。该球面覆盖部101、非球面覆盖部 102、以及复数个光栅窗口D1均形成在透光层002上方。遮光层的厚度设置在 1um～10um以内，遮光层材料可以是一种黑色的光阻剂，遮光层材料可以通过喷涂或旋涂的方式实现在透光层002的上方，遮光层材料的在波长300～1100nm 透过率和反射率小于10％。

透光层002的厚度设置在10um～30um。透光层002包括平面部(未标号)、凸起部(未标号)和微透镜部100。平面部的高度不高于微透镜部100，凸起部高于微透镜部100。遮光层001覆盖平面部和凸起部。透光层002在微透镜部 100上形成复数个光栅窗口，用以将微透镜部100暴露在外，其中，遮光层001 的球面覆盖部101覆盖凸起部，非球面覆盖部102覆盖平面部。球面覆盖部101 与凸起部形成挡墙，挡墙围设形成有在微透镜部100的周边，以遮挡微透镜部 100侧面的光线传递至微透镜部100。本实施例中，凸起部为环形，微透镜部100布置在凸起部所围设形成的环形槽内，凸起部的横截面呈弧形。本实施例中，挡墙、微透镜部100一体成型。透光层002光学材料可以是环氧树脂或聚丙烯酸脂等材料，该光学材料的折射率在1.4～1.7之间，光学透过来大于90％。微透镜部100阵列，微透镜部100阵列的图案可以通过激光直写的方式将图案转移到模具上，使用透光层002的材料通过纳米压印的方式将微透镜部100阵列， 101阵列转印到透明基材004上。

在其他实施方式中，该挡墙的横截面也可以为其他形成，如方形等。需要说明的是，微透镜部100具有靠近凸起部的边缘(未标号)，遮光层001还延伸至边缘部并覆盖凸起部与微透镜部的交接处，并覆盖微透镜部100的边缘，以进一步地减小光束串扰。

请结合图3至图5，微透镜部包括复数个微透镜，光栅窗口D1相对于微透镜的中心成均匀对称分布，遮光层001在微透镜部100上光栅窗口D1尺寸D1 设置在40um～60um。本实施例中，微透镜100直接由透明层002形成，微透镜为向上突伸形成的球面部。微透镜部100的宽度D2设置在60um～100um，矢高H1设置在10um～30um。复数个微透镜呈间距P1在100um～500um的阵列方式排布。光线经过微透镜部100会被聚焦，焦点设置在透明基材004的内部。微透镜部100的宽度D3设置在5～20um矢高H2设置在30um～50um，间距P2设置在80um～100um。

光栅窗口D1可以通过光刻和显影的工艺在遮光层001表面实现，光栅窗口 D1可以通过手指指纹的不同角度反射光，微透镜部100可以进一步将反射光进行聚焦。

透明基材004是透光层002的载体。透明基材004可以是透明的树脂、玻璃透明基材等，透明基材004的厚度可以在20um～1mm。该透明基材004的光学透过率在90％以上，对550nm波段的折射率在1.5～1.6之间。

透明基材004上下表面设置有红外截止滤光膜(分别为第一红外截止滤光膜003、第二红外截止滤光膜005)。第一红外截止滤光膜003、第二红外截止滤光膜005可以通过蒸镀或溅镀的方式沉积上去，透明基材004通过双面设置第一红外截止滤光膜003、第二红外截止滤光膜005可以提高透明基材004的平整度，第一红外截止滤光膜003、第二红外截止滤光膜005在于通过目标波段的光束，截止到非目标波段的光束，从而减少杂散光对图像采集精度的干扰，红外截止滤光膜可以透过波长为380～780纳米的可见光，厚度设置在1um～10um。在本实施例中，红外截止滤光膜形成在透明基材004的上下表面，在其他实施例中，该红外截止滤光膜可以仅形成在透明基材004的上表面或下表面。

光学胶层006贴合在透明基材004的红外截止滤光膜005的下方，光学胶层006折射率在1.4～1.6，光学胶层006透过率大于90％。

请结合图6至图8，本申请一个实施例的光学图像采集单元设置在光电传感器单元的示意图，该光学图像采集单元分别对应于本申请的光学图像系统的其中一个光电传感器单元。即，该光学图像系统包括光学图像采集单元和光电传感器单元。该光电传感器单元为光电检测和光电转换传感器1b。光电检测和光电转换传感器1b包括若干像素单元103和104，像素单元103位于微透镜部100 的正下方，像素单元103包括1个或者多个像素，像素单元103可以接受微透镜部100聚焦后的反射光并检测光信号。

光电检测和光电转换传感器1b还包括光电转换器007，光电转换器007将像素单元103检测到的光信号转换为电信号。

光电检测和光电转换传感器1b对应的像素单元104无法接受微透镜部100 聚焦后的反射光，相邻lens的大角度光线经过微透镜部100会被像素单元104 所接受，从而避对像素单元103的串扰。提高像素单元103的成像质量和降低信噪比，提升光学图像采集系统的成像质量。

综上，通过形成高于微透镜部100的凸起部可以阻挡微透镜部100侧面光线传递至微透镜部100上，以避免及减少光束的串扰，提高感测精度干扰，且与现有技术相比，无需将平面部垫高，节省了材料，也减小了整体体积。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种光学图像采集单元，包括基材、设置在所述基材上侧的透光层、部分覆盖在所透光层上的遮光层，其特征在于，所述透光层包括平面部、凸起部和微透镜部，所述遮光层覆盖所述平面部和凸起部、并在所述微透镜部上形成复数个光栅窗口，所述凸起部高于所述微透镜部。

2.如权利要求1所述的光学图像采集单元，其特征在于，所述凸起部为环形，所述微透镜部布置在所述凸起部所围设形成的环形槽内。

3.如权利要求1所述的光学图像采集单元，其特征在于，所述凸起部的横截面呈弧形。

4.如权利要求1所述的光学图像采集单元，其特征在于，所述遮光层延伸至所述微透镜部与所述凸起部的交界处，并覆盖所述微透镜部的边缘。

5.如权利要求1所述的光学图像采集单元，其特征在于，所述微透镜部包括复数个微透镜，所述微透镜为向上突伸形成的球面部，所述微透镜的宽度设置在60～100um，矢高设置在10～30um。

6.如权利要求5所述的光学图像采集单元，其特征在于，复数个所述微透镜呈间距在100um～500um的阵列方式排布。

7.如权利要求5所述的光学图像采集单元，其特征在于，所述光栅窗口尺寸设置在40～60um，所述光栅窗口相对于所述微透镜的中心成均匀对称分布。

8.如权利要求1所述的光学图像采集单元，其特征在于，所述基材为透明的树脂或玻璃基材，所述基材的光学透过率在90％以上，对550nm波段的折射率在1.5～1.6之间。

9.如权利要求1所述的光学图像采集单元，其特征在于，所述光学图像采集单元还包括设置在所述基材的上表面和/或下表面上的红外截止滤光膜，所述红外截止滤光膜可以透过波长为380～780纳米的可见光，厚度设置在1～10um。

10.一种光学图像系统，其特征在于，包括如权利要求1至9项中任一项所述的光学图像采集单元和对应所述光学图像采集单元设置的光电传感器单元。

11.一种电子设备，其特征在于，包括显示屏和设置在所述显示屏下方的光学指纹识别模组，所述光学指纹识别模组包括多个光学图像采集系统，所述光学图像采集系统包括多个如权利要求1至9项中任一项所述的光学图像采集单元形成的阵列。

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