TW201740310A - 光學感測模組及指紋感測裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學感測模組，用以感測一手指的指紋。光學感測模組包括一影像感測器、一透光層及一影像選擇層。透光層配置於影像感測器上，且影像選擇層配置於透光層上。當手指從光學感測模組之靠近影像選擇層的一側接觸光學感測模組時，手指的指紋縫中的空氣接觸光學感測模組而使得影像選擇層對於來自指紋縫的光具有一第一透射率，且手指的凸出指紋接觸光學感測模組而使得影像選擇層對於來自凸出指紋的光具有一第二透射率。第一透射率不等於第二透射率。一種指紋感測裝置亦被提出。

Description

光學感測模組及指紋感測裝置

本發明是有關於一種光學模組，且特別是有關於一種光學感測模組與指紋感測裝置。

生物識別系統已經開始逐漸應用於現在的生活中，其中利用指紋作為辨識手段為最方便的手段之一。常見的指紋感測裝置可概分為光學式指紋感測裝置與電容式指紋感測裝置。在光學式指紋感測裝置中，是利用光源照射指紋，然後藉由影像感測器來感測從指紋反射回來的光所形成的影像，藉此獲得指紋的影像。

手指上的指紋具有凹陷的部分（以下稱為指紋縫）及凸出的部分（以下稱為凸出指紋），對於光源所發出的光而言，指紋 縫與凸出指紋均會將光反射至影像感測器。現有的光學式指紋感測裝置無法區別來自指紋縫的光與來自凸出指紋的光，而將此兩種光都反射至影像感測器而形成指紋的影像。如此一來，在指紋的影像中對應至指紋縫的部分與對應至凸出指紋的部分的對比度便不高，而增加了指紋辨識的困難度。

本發明提供一種光學感測模組，其可獲得對比度高的指紋影像。

本發明提供一種指紋感測裝置，其可獲得對比度高的指紋影像。

本發明的一實施例提出一種光學感測模組，用以感測一手指的指紋。光學感測模組包括一影像感測器、一透光層及一影像選擇層。透光層配置於影像感測器上，且影像選擇層配置於透光層上。當手指從光學感測模組之靠近影像選擇層的一側接觸光學感測模組時，手指的指紋縫中的空氣接觸光學感測模組而使得影像選擇層對於來自指紋縫的光具有一第一透射率，且手指的凸出指紋接觸光學感測模組而使得影像選擇層對於來自凸出指紋的光具有一第二透射率。第一透射率不等於第二透射率，而使來自指紋縫與凸出指紋之一的光傳遞至影像感測器，且使影像選擇層將來自指紋縫與凸出指紋之另一的光反射至遠離影像感測器的方向。

本發明的一實施例提出一種指紋感測裝置，用以感測一手指的指紋。指紋感測裝置包括一發光元件及上述光學感測模組。發光元件用以發出照射指紋的一偵測光。當手指從光學感測模組之靠近影像選擇層的一側接觸光學感測模組時，手指的指紋縫中的空氣接觸光學感測模組而使得影像選擇層對於來自指紋縫的偵測光具有一第一透射率，且手指的凸出指紋接觸光學感測模組而使得影像選擇層對於來自凸出指紋的偵測光具有一第二透射率。第一透射率不等於第二透射率，而使來自指紋縫與凸出指紋之一的偵測光傳遞至影像感測器，且使影像選擇層將來自指紋縫與凸出指紋之另一的偵測光反射至遠離影像感測器的方向。

在本發明的實施例的光學感測模組與指紋感測裝置中，當手指從光學感測模組之靠近影像選擇層的一側接觸光學感測模組時，手指的指紋縫中的空氣接觸光學感測模組而使得影像選擇層具有一第一透射率，且手指的凸出指紋接觸光學感測模組而使得影像選擇層具有一第二透射率。第一透射率不等於第二透射率，而使來自指紋縫與凸出指紋之一的光傳遞至影像感測器，且使影像選擇層將來自指紋縫與凸出指紋之另一的光反射至遠離影像感測器的方向。如此一來，影像感測器所獲得的指紋影像中的凸出指紋與指紋縫之間的對比便會較大，也就是影像感測器能夠獲得對比度高的指紋影像。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明的一實施例的指紋感測裝置的剖面示意圖，圖2為用以說明圖1中的光學感測模組的原理的簡要示意圖，圖3為用以說明圖1中的光學感測模組的原理的放大示意圖，而圖4為用以說明圖1中的影像選擇層的細部結構的剖面示意圖。請參照圖1至圖4，本實施例的指紋感測裝置100用以感測一手指50的指紋，指紋感測裝置100包括一發光元件110及一光學感測模組200。發光元件110用以發出照射指紋的一偵測光112。在本實施例中，發光元件110例如為發光二極體（light-emitting diode, LED）。然而，在其他實施例中，發光元件110亦可以是雷射二極體（laser diode）或其他適當的發光元件。在本實施例中，偵測光112例如為紅外光。然而，在其他實施例中，偵測光112亦可以是可見光或其他波段的不可見光。

光學感測模組200包括一影像感測器210、一透光層220及一影像選擇層230。透光層220配置於影像感測器210上，影像選擇層230配置於透光層220上。在本實施例中，影像感測器320例如是電荷耦合元件（charge coupled device, CCD）或互補式金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor, CMOS）影像感測元件，而透光層220的材質可包括玻璃，其折射率例如約為1.5。

當手指50從光學感測模組200之靠近影像選擇層230的一側接觸光學感測模組200時，手指的指紋縫52中的空氣接觸光學感測模組200而使得影像選擇層230對於來自指紋縫52的偵測光112具有一第一透射率，且手指的凸出指紋54接觸光學感測模組200而使得影像選擇層230對於來自凸出指紋54的偵測光112具有一第二透射率。第一透射率不等於第二透射率，而使來自指紋縫52與凸出指紋54之一的偵測光112傳遞至影像感測器210，且使影像選擇層230將來自指紋縫52與凸出指紋54之另一的偵測光112反射至遠離影像感測器210的方向，而再次照射指紋，以達到光的回收再利用。如此一來，影像感測器210所獲得的指紋影像中的凸出指紋54與指紋縫52之間的對比便會較大，也就是影像感測器210能夠獲得對比度高的指紋影像。在本實施例中，凸出指紋54是指指紋中凸出的紋路，而指紋縫52是指指紋中相鄰兩凸出的紋路之間的溝槽。

在本實施例中，來自凸出指紋54的偵測光112穿透影像選擇層230而傳遞至影像感測器210，且影像選擇層230將來自指紋縫52的偵測光112反射至遠離影像感測器210的方向，亦即第二透射率大於第一透射率。此時，影像選擇層230對於來自指紋縫52的偵測光112的第一反射率例如是大於對於來自凸出指紋54的偵測光112的第二反射率，如圖3所繪示。然而，在其他實施例中，亦可以是來自指紋縫52的偵測光112穿透影像選擇層230而傳遞至影像感測器210，且影像選擇層230將來自凸出指紋54的偵測光112反射至遠離影像感測器210的方向，亦即第一透射率大於第二透射率。此時，影像選擇層230對於來自指紋縫52的偵測光112的第一反射率例如是小於對於來自凸出指紋54的偵測光112的第二反射率。

在本實施例中，影像選擇層210例如是多層膜，其具有多個堆疊的子膜232，這些子膜232的折射率沿著這些子膜232的堆疊方向呈現高低交替出現。由於指紋縫52中的空氣的折射率約為1，而凸出指紋54的折射率約為1.4，藉由這些子膜232的折射率及厚度的設計，可讓來自指紋縫52與凸出指紋54兩者的偵測光112產生不同的薄膜干擾效果，例如讓來自此兩者之一的偵測光112在影像選擇層210的下側產生相長性干涉，而上側產生相消性干涉，則偵測光112傾向於穿透影像選擇層210而傳遞至影像感測器210。此外，讓來自此兩者之另一的偵測光112在影像選擇層210的下側產生相消性干涉，而上側產生相長性干涉，則偵測光112傾向於被影像選擇層210反射回手指50。在本實施例中，這些子膜232中最遠離影像感測器210（即最靠近手指50）的子膜232的折射率大於或等於1.5。在本實施例中，影像選擇層210的這些子膜232的材質例如為二氧化矽（SiO₂ ）、二氧化鉭（TaO₂ ）…等。藉由這些子膜232的折射率與厚度的不同設計，可決定相長性干涉與相消性干涉是發生在影像選擇層210的哪一側，進而決定是第二透射率大於第一透射率，或者是第一透射率大於第二透射率，如此便可決定是要讓凸出指紋54對應至指紋影像的亮紋，或是讓指紋縫52對應至指紋影像的亮紋。

在本實施例中，第一透射率與第二透射率的差值大於或等於10%，如此可有效提升凸出指紋54與指紋縫52的影像對比度。在本實施例中，光學感測模組200更包括一功能層240，配置於影像選擇層210上。功能層240例如為抗油污層（anti-smudge layer）。然而，在其他實施例中，功能層240亦可以是防刮層、防水層等具有其他功能性的膜層。此外，在本實施例中，光學感測模組200更包括一硬質覆蓋層（hard coating）250，配置於影像選擇層210上，且位於功能層240與影像選擇層210之間。在本實施例中，硬質覆蓋層250的鉛筆硬度值大於或等於9H。此外，硬質覆蓋層150的材料例如是氧化鋁（例如藍寶石（sapphire））或氮化矽。

在本實施例中，影像選擇層210藉由多層子膜232的不同厚度與折射率的設計而可以具有顏色，例如具有金色、玫瑰金色、銀色或其他顏色。然而，在其他實施例中，影像選擇層210也可以是無色，亦即不具有顏色。此外，在本實施例中，透光層220與影像感測器210之間可以用光學透明樹脂（optical clear resin, OCR）260將兩者貼附。或者，在其他實施例中，也可以用光學透明膠（optical clear adhesive, OCA）來取代光學透明樹脂。

在本實施例中，指紋感測裝置100可包括一基板120，承載發光元件110與影像感測器210。基板120例如是一電路板，電性連接發光元件110與影像感測器210。然而，在其他實施例中，基板120亦可以是其他適當的承載板。

圖5A為本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖，而圖5B為用以說明圖5A中的影像選擇層的細部結構的剖面示意圖。請參照圖5A與圖5B，本實施例之光學感測模組200a與圖1中之光學感測模組200類似，而兩者的差異如下所述。在本實施例之光學感測模組200a中，影像選擇層230a的這些子膜232中最遠離影像感測器210的子膜232a為一硬質覆蓋層，其折射率大於或等於1.6，且其材質例如為氧化鋁（例如藍寶石）或氮化矽，且其鉛筆硬度值例如是大於或等於9H。如此一來，在本實施例中，影像選擇層230a與功能層240之間就可以不用再設置另一硬質覆蓋層。

圖6為圖1之指紋感測裝置中發光元件的發光光譜、凸出指紋接觸時影像選擇層的透射頻譜及空氣接觸時影像選擇層的透射頻譜的比較圖。請參照圖1及圖6，由圖6可知在發光元件110的發光波長的範圍內，當凸出指紋54接觸光學感測模組200時與指紋縫52中的空氣接觸光學感測模組200時，影像選擇層230在此兩情況下的透射率差值約為10%，由此可證明本實施例之指紋感測裝置100與光學感測模組200可獲得對比度較高的指紋影像。如此一來，便可有效增進指紋辨識的準確度與成功率。

綜上所述，在本發明的實施例的光學感測模組與指紋感測裝置中，當手指從光學感測模組之靠近影像選擇層的一側接觸光學感測模組時，手指的指紋縫中的空氣接觸光學感測模組而使得影像選擇層具有一第一透射率，且手指的凸出指紋接觸光學感測模組而使得影像選擇層具有一第二透射率。第一透射率不等於第二透射率，而使來自指紋縫與凸出指紋之一的光傳遞至影像感測器，且使影像選擇層將來自指紋縫與凸出指紋之另一的光反射至遠離影像感測器的方向。如此一來，影像感測器所獲得的指紋影像中的凸出指紋與指紋縫之間的對比便會較大，也就是影像感測器能夠獲得對比度高的指紋影像。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

50‧‧‧手指
52‧‧‧指紋縫
54‧‧‧凸出指紋
100‧‧‧指紋感測裝置
110‧‧‧發光元件
112‧‧‧偵測光
120‧‧‧基板
200、200a‧‧‧光學感測模組
210‧‧‧影像感測器
220‧‧‧透光層
230、230a‧‧‧影像選擇層
232、232a‧‧‧子膜
240‧‧‧功能層
250‧‧‧硬質覆蓋層
260‧‧‧光學透明樹脂

圖1為本發明的一實施例的指紋感測裝置的剖面示意圖。 圖2為用以說明圖1中的光學感測模組的原理的簡要示意圖。 圖3為用以說明圖1中的光學感測模組的原理的放大示意圖。 圖4為用以說明圖1中的影像選擇層的細部結構的剖面示意圖。 圖5A為本發明的另一實施例的光學感測模組的剖面示意圖。 圖5B為用以說明圖5A中的影像選擇層的細部結構的剖面示意圖。 圖6為圖1之指紋感測裝置中發光元件的發光光譜、凸出指紋接觸時影像選擇層的透射頻譜及空氣接觸時影像選擇層的透射頻譜的比較圖。

50‧‧‧手指

52‧‧‧指紋縫

54‧‧‧凸出指紋

100‧‧‧指紋感測裝置

110‧‧‧發光元件

112‧‧‧偵測光

120‧‧‧基板

200‧‧‧光學感測模組

210‧‧‧影像感測器

220‧‧‧透光層

230‧‧‧影像選擇層

240‧‧‧功能層

250‧‧‧硬質覆蓋層

260‧‧‧光學透明樹脂

Claims (20)

1. 一種光學感測模組，用以感測一手指的指紋，該光學感測模組包括： 一影像感測器； 一透光層，配置於該影像感測器上；以及 一影像選擇層，配置於該透光層上； 其中，當該手指從該光學感測模組之靠近該影像選擇層的一側接觸該光學感測模組時，該手指的指紋縫中的空氣接觸該光學感測模組而使得該影像選擇層對於來自該指紋縫的光具有一第一透射率，且該手指的凸出指紋接觸該光學感測模組而使得該影像選擇層對於來自該凸出指紋的光具有一第二透射率，該第一透射率不等於該第二透射率，而使來自該指紋縫與該凸出指紋之一的光傳遞至該影像感測器，且使該影像選擇層將來自該指紋縫與該凸出指紋之另一的光反射至遠離該影像感測器的方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該影像選擇層具有多個堆疊的子膜，該些子膜的折射率沿著該些子膜的堆疊方向呈現高低交替出現，該些子膜中最遠離該影像感測器的子膜的折射率大於或等於1.5。
3. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該影像選擇層具有顏色。
4. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該第一透射率與該第二透射率的差值大於或等於10%。
5. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，更包括一功能層，配置於該影像選擇層上。
6. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，更包括一硬質覆蓋層，配置於該影像選擇層上。
7. 如申請專利範圍第6項所述的光學感測模組，其中該硬質覆蓋層的鉛筆硬度值大於或等於9H。
8. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該影像選擇層具有多個堆疊的子膜，且該影像選擇層的該些子膜中最遠離該影像感測器的子膜為一硬質覆蓋層。
9. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該影像感測器是電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體影像感測元件。
10. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測模組，其中該透光層的材質包括玻璃。
11. 一種指紋感測裝置，用以感測一手指的指紋，該指紋感測裝置包括： 一發光元件，用以發出照射該指紋的一偵測光；以及 一光學感測模組，包括： 一影像感測器； 一透光層，配置於該影像感測器上；以及 一影像選擇層，配置於該透光層上； 其中，當該手指從該光學感測模組之靠近該影像選擇層的一側接觸該光學感測模組時，該手指的指紋縫中的空氣接觸該光學感測模組而使得該影像選擇層對於來自該指紋縫的該偵測光具有一第一透射率，且該手指的凸出指紋接觸該光學感測模組而使得該影像選擇層對於來自該凸出指紋的該偵測光具有一第二透射率，該第一透射率不等於該第二透射率，而使來自該指紋縫與該凸出指紋之一的該偵測光傳遞至該影像感測器，且使該影像選擇層將來自該指紋縫與該凸出指紋之另一的該偵測光反射至遠離該影像感測器的方向。
12. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該影像選擇層具有多個堆疊的子膜，該些子膜的折射率沿著該些子膜的堆疊方向呈現高低交替出現，該些子膜中最遠離該影像感測器的子膜的折射率大於或等於1.5。
13. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該影像選擇層具有顏色。
14. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該第一透射率與該第二透射率的差值大於或等於10%。
15. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該光學感測模組更包括一功能層，配置於該影像選擇層上。
16. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該光學感測模組更包括一硬質覆蓋層，配置於該影像選擇層上。
17. 如申請專利範圍第16項所述的指紋感測裝置，其中該硬質覆蓋層的鉛筆硬度值大於或等於9H。
18. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該影像選擇層具有多個堆疊的子膜，且該影像選擇層的該些子膜中最遠離該影像感測器的子膜為一硬質覆蓋層。
19. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該影像感測器是電荷耦合元件或互補式金屬氧化物半導體影像感測元件。
20. 如申請專利範圍第11項所述的指紋感測裝置，其中該透光層的材質包括玻璃。