TW202215075A - 光學指紋辨識系統 - Google Patents

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Abstract

一種光學指紋辨識系統，包含由上至下依序設置的保護層、發光層、光學層、影像感測元件以及底座。保護層於上方具有指紋接觸面。光學層包含第一陣列層以及第二陣列層，且第一陣列層堆疊於第二陣列層的上方。第一陣列層與第二陣列層分別包含在第一方向上等距離地排列的多個第一陣列透鏡以及多個第二陣列透鏡。每一第一陣列透鏡與其相互對應的第二陣列透鏡的其中一者形成一成像單元。當滿足特定條件時，光學指紋辨識系統能同時滿足微型化及高取像品質的需求。

Description

光學指紋辨識系統
本發明係關於一種光學指紋辨識系統，特別是一種包含陣列透鏡的光學指紋辨識系統。
近年來，由於智慧行動裝置的普及，大量的個人資訊儲存於智慧行動裝置，使得智慧行動裝置的資訊安全需求已明顯地提高。目前市面上提供眾多種類的安全系統，諸如有圖形密碼認證系統、指紋辨識系統以及人臉辨識系統，其中又以指紋辨識系統的普及率最高。在指紋辨識系統中，過去以採用電容式裝置為大宗，但現今因應智慧行動裝置朝向高螢幕佔比的需求，而使得螢幕下指紋辨識系統快速發展。螢幕下指紋辨識系統大多分為光學式與超音波兩種，其中光學式因具備高辨識準確率以及易整合於智慧型裝置等優點，進而快速普及。
以往光學式螢幕下指紋辨識系統大多配置於螢幕下方，並利用螢幕或側向導光媒介為光源，將光線投射至使用者的指紋後反射，搭配準直層收集光線，再射向螢幕下方的感光元件，藉以記錄使用者的指紋，並進行指紋辨識的程序。然而，這樣的配置在遇到不同視場的光路時，由於僅用準直層收集光線，使得擷取指紋的影像品質易較差，且指紋辨識的難度亦較高。縱使現今有配置於螢幕下的微型鏡頭能進行指紋取像，可以提供較佳的成像品質，但因為本身聚光的需求，其鏡頭模組的厚度需較厚，造成整體電子裝置的厚度亦變厚，而不利於整體電子裝置的微型化。
鑒於以上提到的問題，本發明提供一種光學指紋辨識系統，有助於改善配置螢幕下微型鏡頭造成整體厚度變厚的問題，並還能得到高辨識準確率及高指紋影像品質的光學指紋辨識系統。
本發明提供一種光學指紋辨識系統，包含一保護層、一發光層、一光學層、一影像感測元件以及一底座。保護層於上方具有一指紋接觸面。發光層設置於保護層的下方。光學層設置於發光層的下方。影像感測元件設置於光學層的下方，且影像感測元件具有一成像面。底座設置於影像感測元件的下方。光學層包含一第一陣列層以及一第二陣列層，且第一陣列層堆疊於第二陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡，且所述多個第一陣列透鏡在第一方向上等距離地排列。第二陣列層包含多個第二陣列透鏡，且所述多個第二陣列透鏡在第一方向上等距離地排列。每一第一陣列透鏡與其相互對應的所述多個第二陣列透鏡的其中一者形成一成像單元。光學指紋辨識系統中所述多個成像單元的數量為N，指紋接觸面至第一陣列透鏡的上表面的距離為OL，第一陣列透鏡的上表面至成像面的距離為TL，其滿足下列條件：
120 ＜ N ＜ 900；以及
OL+TL ＜ 3.0 [公釐]。
本發明提供一種光學指紋辨識系統，包含一保護層、一發光層、一光學層、一影像感測元件以及一底座。保護層於上方具有一指紋接觸面。發光層設置於保護層的下方。光學層設置於發光層的下方。影像感測元件設置於光學層的下方，且影像感測元件具有一成像面。底座設置於影像感測元件的下方。光學層包含一第一陣列層以及一第二陣列層，且第一陣列層堆疊於第二陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡，且所述多個第一陣列透鏡在第一方向上等距離地排列。第二陣列層包含多個第二陣列透鏡，且所述多個第二陣列透鏡在第一方向上等距離地排列。每一第一陣列透鏡與其相互對應的所述多個第二陣列透鏡的其中一者形成一成像單元。指紋接觸面至第一陣列透鏡的上表面的距離為OL，第一陣列透鏡的上表面至成像面的距離為TL，成像單元所對應的物高為YOB，成像單元所對應的像高為YRI，其滿足下列條件：
OL+TL ＜ 3.0 [公釐]；
|YOB/YRI| ＜ 1.5；以及
2.5 ＜ OL/TL。
根據本發明所揭露的光學指紋辨識系統，係採用類晶圓陣列疊層的方式，能有效地配置透鏡陣列層，同時提供良好的聚光效果，可有效提高指紋影像品質，進而達成快速且高準確率的指紋辨識，並有利於減小厚度以使得所搭配的電子裝置整體進一步微型化。此外，透過控制整體透鏡陣列層的厚度以及成像單元的總數量，可依規格需求取得最佳的微型化效果。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
本發明提供一種光學指紋辨識系統，包含一保護層、一發光層、一光學層、一影像感測元件以及一底座。保護層於上方具有一指紋接觸面。發光層設置於保護層的下方。光學層設置於發光層的下方。影像感測元件設置於光學層的下方，且影像感測元件具有一成像面。底座設置於影像感測元件的下方。
光學層包含一第一陣列層以及一第二陣列層，且第一陣列層堆疊於第二陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡，且所述多個第一陣列透鏡在第一方向上等距離地排列。第二陣列層包含多個第二陣列透鏡，且所述多個第二陣列透鏡在第一方向上等距離地排列。藉由採用類晶圓陣列疊層的方式，能有效地配置透鏡陣列層，同時提供良好的聚光效果，可有效提高指紋影像品質，進而達成快速且高準確率的指紋辨識，並有利於減小厚度以使得所搭配的電子裝置整體進一步微型化。
第一陣列透鏡可具有正屈折力。藉此，有利於收斂入射光，以縮短光學層的總厚度。
第二陣列透鏡可具有負屈折力。藉此，有利於修正光學指紋辨識系統的像差。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，光學層更可包含一第三陣列層，且第三陣列層堆疊於第二陣列層與影像感測元件之間。第三陣列層包含多個第三陣列透鏡，且所述多個第三陣列透鏡在第一方向上等距離地排列。藉此，有利於進一步修正像差，以改善成像品質。
第三陣列透鏡可具有正屈折力。藉此，有利於提供光學指紋辨識系統在像側端的聚光，以縮短後焦距與光學層的總厚度。
每一第一陣列透鏡與其相互對應的所述多個第二陣列透鏡的其中一者形成一成像單元。其中，每一成像單元更可包含與所述多個第一陣列透鏡的其中一者或所述多個第二陣列透鏡的其中一者相互對應的所述多個第三陣列透鏡的其中一者。此處所謂的相互對應，係指其中一個第一陣列透鏡與其中一個第二陣列透鏡各自在底座上的正投影彼此重疊，亦可係指其中一個第一陣列透鏡或其中一個第二陣列透鏡與其中一個第三陣列透鏡各自在底座上的正投影彼此重疊。
光學層中可有至少一陣列透鏡在其上表面與其下表面的至少其中一者具有至少一反曲點。藉此，有利於修正離軸像差，並改善離軸聚光。其中，光學層中亦可有至少一陣列透鏡在其上表面與其下表面的至少其中一者於離軸處具有至少一臨界點。請參照圖10，係繪示有依照本發明第二實施例中第三陣列透鏡上表面3331之反曲點P與臨界點C以及第三陣列透鏡下表面3332之反曲點P的示意圖。圖10繪示第二實施例中第三陣列透鏡上表面和第三陣列透鏡下表面的反曲點與臨界點作為示例性說明，然本發明各實施例中除了第三陣列透鏡上表面和第三陣列透鏡下表面外，其他的透鏡表面也可具有一個或多個反曲點與臨界點。
光學層更可包含至少一光闌遮光層，且所述至少一光闌遮光層設置於第一陣列層與第二陣列層其中一者的上方或下方。藉此，有利於排除來自螢幕或其他光源的雜散光。
光學層更可包含至少一濾光塗層，且所述至少一濾光塗層設置於光學層中至少一陣列透鏡的上表面與下表面的至少其中一者。藉此，可限制光通波段的帶寬，以利排除特定波段的雜散光。請參照圖12，係繪示有依照本發明第七實施例之單一個成像單元與影像感測元件搭配濾光塗層的示意圖，其中濾光塗層837設置於成像單元UNIT_8中第三陣列透鏡下表面8332，以濾除特定波段的光線。
所述至少一濾光塗層可採用一般光通(Bandpass)過濾層。請參照圖14，係繪示有依照本發明之一實施例之濾光塗層於光線照射時，通過濾光塗層之光線波段與通過率(Transmission)的折線圖，其中圖表的橫軸為光線的波段(單位為奈米)，縱軸為光線的通過率(單位為百分比)。在圖14的實施例中，濾光塗層為光通過濾層。在光線入射時，大約400奈米至570奈米波長的光線皆能通過濾光塗層。如此一來，便可以濾除400奈米至570奈米波長以外的光線。
光學層更可包含一超穎透鏡(Meta Lens)或一菲涅爾透鏡(Fresnel Lens)。藉此，有利於進一步縮短光程或降低透鏡陣列層的厚度，使得所搭配的電子裝置的厚度得以再度減少。
影像感測元件於最大成像高度位置的主光線入射角度可小於45度。藉此，有利於提高影像感測元件的響應效率。請參照圖11，係繪示有依照本發明第二實施例中光學指紋辨識系統中成像路徑的局部放大圖，其中有一主光線CR入射於影像感測元件35之成像面35a的最大成像高度之位置，且成像面35a的法線方向與主光線CR之間的夾角即為主光線入射角度(CRA)。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，更可包含一準直層(Collimator Layer)，且準直層設置於影像感測元件的上方。準直層可包含多個格狀隔牆，且所述格狀隔牆的內壁可為光吸收材質。藉此，可利用準直層消除大角度的入射光，以避免鄰近影像感測元件而產生串擾(Crosstalk)。請參照圖2與圖3，圖2係繪示有依照本發明第一實施例之光學指紋辨識系統的側面剖面示意圖，而圖3係繪示有依照本發明第一實施例之光學指紋辨識系統部分元件的配置關係分解示意圖，其中準直層14包含多個格狀隔牆141以接收並導正非正向光線。亦可參照圖4與圖5，圖4係繪示有依照本發明第二實施例之光學指紋辨識系統部分元件的示意圖，而圖5係繪示有依照本發明第二實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖，其中準直層34包含格狀隔牆341，且每個格狀隔牆341所圍繞出的空間對應到每個成像單元的透鏡，以接收並導正來自每個成像單元之透鏡的非正向光線。
準直層亦可包含一光干涉過濾層以及一光吸收過濾層。藉此，可濾除大角度的入射光，亦可避免串擾的問題。光干涉過濾層與光吸收過濾層可採用濾光介質層或鍍膜於其他透光元件上的方式配置而成。請參照圖15，係繪示有依照本發明第九實施例之單一個成像單元與影像感測元件搭配光干涉過濾層與光吸收過濾層的示意圖，其中第二準直層104採用鍍膜於濾光元件4380上的方式配置而成，且第二準直層104包含光干涉過濾層1046以及光吸收過濾層1047，以接收並導正非正向光線。
光干涉過濾層與光吸收過濾層可由二個邊通(Edgepass)過濾層搭配形成，亦可採用一般光通過濾層。光干涉過濾層可根據入射光角度變化而產生過濾波段平移(Bandwidth Shift)，且光吸收過濾層可為光通過過濾層。藉由光干涉過濾層搭配光吸收過濾層，可過濾掉入射角過大的光線，以利排除影像雜訊。請參照圖16，係繪示有依照本發明之一實施例之準直層於正向光線照射時，通過光干涉過濾層與光吸收過濾層之光線波段與通過率的折線圖，其中圖表的橫軸為光線的波段(單位為奈米)，縱軸為光線的通過率(單位為百分比)。在圖16的實施例中，光干涉過濾層為一般光通過濾層，而光吸收過濾層為邊通過濾層，其中光干涉過濾層為短通(Short Pass)過濾層，而光吸收過濾層為長通(Long Pass)過濾層。在正向光線入射時，大約400奈米(短通的下限)至600奈米(短通的上限)波長的光線皆能通過光干涉過濾層，而大約500奈米(長通的下限)以上波長的光線皆能通過光吸收過濾層。也就是說，在正向光線入射時，波長在大約500奈米至大約600奈米之間的光線能同時通過光干涉過濾層與光吸收過濾層。然而，在非正向光線入射時，能通過光干涉過濾層的光線波長則會產生平移，即為前述過濾波段平移之現象。若是在特定的非正向光線入射時，能通過光干涉過濾層的光線波長從原本的400奈米至600奈米平移到250奈米至450奈米，此時所述特定的非正向光線則未能有任何波長可同時通過光干涉過濾層與光吸收過濾層。如此一來，便可達到前述過濾掉入射角過大之光線的效果，進而達到導正入射光線的目的。
發光層包含有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)顯示層。由於有機發光二極體顯示層較薄，可具有較高的光穿透率，藉此，有利於取得較多的指紋反射光線，以提高指紋成像的品質。
指紋接觸面至第一陣列透鏡的上表面的距離為OL，第一陣列透鏡的上表面至成像面的距離為TL，其滿足下列條件：OL+TL ＜ 3.0 [公釐]。藉此，有利於降低透鏡陣列層的厚度，以便搭載於薄型的電子裝置中。其中，亦可滿足下列條件：OL+TL ＜ 2.5 [公釐]。請參照圖10，係繪示有依照本發明第二實施例中參數OL和TL的示意圖。
光學指紋辨識系統中成像單元的總數為N，其可滿足下列條件：120 ＜ N ＜ 900。藉此，有利於配置較佳的陣列透鏡總數量，以提供足夠的取像範圍。其中，亦可滿足下列條件：150 ＜ N ＜ 650。其中，亦可滿足下列條件：150 ＜ N ＜ 450。
成像單元所對應的物高為YOB，成像單元所對應的像高為YRI，其可滿足下列條件：|YOB/YRI| ＜ 1.5。藉此，有利於提供低總厚度與良好成像品質的陣列透鏡配置。其中，亦可滿足下列條件：0.8 ＜ |YOB/YRI| ＜ 1.2。請參照圖10，係繪示有依照本發明第二實施例中參數YOB和YRI的示意圖。其中，YRI係指影像感測元件之有效感測區域對角線總長的一半，而入射至YRI位置的光線其所對應的被攝物高度即為YOB。
指紋接觸面至第一陣列透鏡的上表面的距離為OL，第一陣列透鏡的上表面至成像面的距離為TL，其可滿足下列條件：2.5 ＜ OL/TL。藉此，有利於進一步減小透鏡陣列層的厚度，以搭載於薄型的電子裝置中。其中，亦可滿足下列條件：3.5 ＜ OL/TL。其中，亦可滿足下列條件：3.5 ＜ OL/TL ＜ 5.0。
光學指紋辨識系統的光圈值為Fno，其可滿足下列條件：1.0 ＜ Fno ＜ 2.2。藉此，有利於提供充足的進光量，以優化成像品質以及指紋辨識的效率。其中，亦可滿足下列條件：1.0 ＜ Fno ＜ 1.70。
第一陣列透鏡的上表面至成像面的距離為TL，成像單元所對應的像高為YRI，其可滿足下列條件：TL/YRI ＜ 2.0。藉此，有利於在取像範圍以及透鏡陣列層的總厚度之間取得良好的平衡。其中，亦可滿足下列條件：TL/YRI ＜ 1.75。
第一陣列透鏡的阿貝數為V1，第二陣列透鏡的阿貝數為V2，第三陣列透鏡的阿貝數為V3，其可滿足下列條件：V1+V2+V3 ＜ 100。藉此，有利於修正色差，以提供光學指紋辨識系統利用不同色彩進行辨識的功能。
光學層所有陣列透鏡中的阿貝數最小值為Vmin，其可滿足下列條件：Vmin ＜ 30。藉此，有利於進一步優化色差修正，進而提高色彩飽和度。其中，亦可滿足下列條件：Vmin ＜ 25。
波段介於500至570奈米之間的光線通過所述至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT500，其可滿足下列條件：AvgT500 ＞ 70%；藉此，有利於提高可見光進入影像感測元件的總量。波段介於300至400奈米之間的光線通過所述至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT300，其可滿足下列條件：AvgT300 ＜ 30%；藉此，有利於排除紫外光波段的雜散光。波段介於600至700奈米之間的光線通過所述至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT600，其可滿足下列條件：AvgT600 ＜ 30%；藉此，有利於排除紅外線波段的雜散光。
上述本發明光學指紋辨識系統中的各技術特徵皆可組合配置，而達到對應之功效。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，透鏡的材質可為玻璃或塑膠。若透鏡的材質為玻璃，則可增加光學指紋辨識系統屈折力配置的自由度，並降低外在環境溫度變化對成像的影響，而玻璃透鏡可使用研磨或模造等技術製作而成。若透鏡材質為塑膠，則可以有效降低生產成本。此外，可於鏡面上設置球面或非球面(ASP)，其中球面透鏡可減低製造難度，而若於鏡面上設置非球面，則可藉此獲得較多的控制變數，用以消減像差、縮減透鏡數目，並可有效降低本發明光學指紋辨識系統的總長。進一步地，非球面可以塑膠射出成型或模造玻璃透鏡等方式製作而成。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，若透鏡表面為非球面，則表示該透鏡表面光學有效區全部或其中一部分為非球面。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，可選擇性地在任一(以上)透鏡材料中加入添加物，以改變透鏡對於特定波段光線的穿透率，進而減少雜散光與色偏。例如：添加物可具備濾除系統中600奈米至800奈米波段光線的功能，以助於減少多餘的紅光或紅外光；或可濾除350奈米至450奈米波段光線，以減少多餘的藍光或紫外光，因此，添加物可避免特定波段光線對成像造成干擾。此外，添加物可均勻混和於塑料中，並以射出成型技術製作成透鏡。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，若透鏡表面係為凸面且未界定該凸面位置時，則表示該凸面可位於透鏡表面近光軸處；若透鏡表面係為凹面且未界定該凹面位置時，則表示該凹面可位於透鏡表面近光軸處。若透鏡之屈折力或焦距未界定其區域位置時，則表示該透鏡之屈折力或焦距可為透鏡於近光軸處之屈折力或焦距。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，所述透鏡表面的反曲點(Inflection Point)，係指透鏡表面曲率正負變化的交界點。所述透鏡表面的臨界點(Critical Point)，係指垂直於光軸的平面與透鏡表面相切之切線上的切點，且臨界點並非位於光軸上。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，光學指紋辨識系統之成像面依其對應的影像感測元件之不同，可為一平面或有任一曲率之曲面，特別是指凹面朝往物側方向之曲面。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，於成像光路上最靠近成像面的透鏡與成像面之間可選擇性配置一片以上的成像修正元件(平場元件等)，以達到修正影像的效果(像彎曲等)。該成像修正元件的光學性質，比如曲率、厚度、折射率、位置、面型(凸面或凹面、球面或非球面、繞射表面及菲涅爾表面等)可配合取像裝置需求而做調整。一般而言，較佳的成像修正元件配置為將具有朝往物側方向為凹面的薄型平凹元件設置於靠近成像面處。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，可設置有至少一光闌，其可位於第一透鏡之前、各透鏡之間或最後一透鏡之後，該光闌的種類如耀光光闌(Glare Stop)或視場光闌(Field Stop)等，可用以減少雜散光，有助於提升影像品質。
本發明所揭露的光學指紋辨識系統中，光圈之配置可為前置光圈或中置光圈。其中前置光圈意即光圈設置於被攝物與第一透鏡間，中置光圈則表示光圈設置於第一透鏡與成像面間。若光圈為前置光圈，可使出射瞳(Exit Pupil)與成像面產生較長的距離，使其具有遠心(Telecentric)效果，並可增加影像感測元件的CCD或CMOS接收影像的效率；若為中置光圈，係有助於擴大光學指紋辨識系統的視場角。
本發明可適當設置一可變孔徑元件，該可變孔徑元件可為機械構件或光線調控元件，其可以電或電訊號控制孔徑的尺寸與形狀。該機械構件可包含葉片組、屏蔽板等可動件；該光線調控元件可包含濾光元件、電致變色材料、液晶層等遮蔽材料。該可變孔徑元件可藉由控制影像的進光量或曝光時間，強化影像調節的能力。此外，該可變孔徑元件亦可為本發明之光圈，可藉由改變光圈值以調節影像品質，如景深或曝光速度等。
根據上述實施方式，以下提出具體實施例並配合圖式予以詳細說明。
＜第一實施例＞
請參照圖1至圖3，圖1繪示依照本發明第一實施例之光學指紋辨識系統的應用示意圖，圖2繪示圖1之光學指紋辨識系統的側面剖面示意圖，且圖3繪示圖2之光學指紋辨識系統部分元件的配置關係分解示意圖。
在本實施例中，以光學指紋辨識系統10應用於電子裝置1來作為說明。如圖1所示，電子裝置1為具有生物特徵辨識功能的智慧型手機。電子裝置1由內側至外側依序包含顯示影像的螢幕顯示層(未繪示)、具有觸控螢幕功能的螢幕觸控層(未繪示)以及提供保護功能的透明平板(未繪示)。電子裝置1更包含光學指紋辨識系統10，光學指紋辨識系統10提供指紋辨識的功能，以供使用者的手指FG放置於其上。其中圖2僅繪示局部光學指紋辨識系統10作為示意用途，並且圖2中的光學指紋辨識系統10與手指FG非依實際比例繪示。
如圖2至圖3所示，光學指紋辨識系統10包含保護層11、發光層12、光學層13、準直層14、影像感測元件15以及底座16，其中發光層12在疊層方向Z上設置於保護層11的下方，光學層13在疊層方向Z上設置於發光層12的下方，準直層14在疊層方向Z上設置於光學層13的下方，影像感測元件15在疊層方向Z上設置於光學層13與準直層14的下方，且底座16在疊層方向Z上設置於影像感測元件15的下方。保護層11在疊層方向Z的上方具有指紋接觸面11a，且影像感測元件15具有朝向光學層13的成像面15a。
保護層11可視為一部分的透明平板，且保護層11向疊層方向Z下方的發光層12、光學層13、準直層14、影像感測元件15與底座16提供保護功能。保護層11在疊層方向Z上方的指紋接觸面11a可供使用者的手指FG放置於其上。
發光層12可讓光線穿透，且發光層12包含有機發光二極體顯示層121。有機發光二極體顯示層121可視為一部分的螢幕顯示層，且有機發光二極體顯示層121向疊層方向Z上方發光以顯示影像。
光學層13包含第一陣列層131以及第二陣列層132。第一陣列層131在疊層方向Z上堆疊於第二陣列層132的上方。第一陣列層131包含多個第一陣列透鏡1310，且第一陣列透鏡1310在第一方向X與第二方向Y上等距離地排列。第二陣列層132包含多個第二陣列透鏡1320，且第二陣列透鏡1320在第一方向X與第二方向Y上等距離地排列。第一方向X與第二方向Y彼此垂直，第一方向X與第二方向Y垂直於疊層方向Z，且第一方向X與第二方向Y所共同位於的平面實質上平行於指紋接觸面11a。
光學層13中相互對應的一個第一陣列透鏡1310以及一個第二陣列透鏡1320形成一成像單元UNIT_1。此處所謂相互對應的一個第一陣列透鏡1310以及一個第二陣列透鏡1320，係指所述一個第一陣列透鏡1310與所述一個第二陣列透鏡1320各自在底座16上的正投影彼此重疊。也可以說，所述一個第一陣列透鏡1310與所述一個第二陣列透鏡1320在疊層方向Z上彼此對正。
指紋接觸面11a至第一陣列透鏡1310的上表面1311的距離為OL，第一陣列透鏡1310的上表面1311至成像面15a的距離為TL，其滿足下列條件：OL+TL ＜ 3.0 [公釐]。在本實施例中，定義OL與TL參數時所涉及的第一陣列透鏡1310的上表面1311係以其最靠近發光層12的區域來計算。
光學指紋辨識系統10中成像單元UNIT_1的總數為N，其滿足下列條件：120 ＜ N ＜ 900。
成像單元UNIT_1所對應的物高為YOB，成像單元UNIT_1所對應的像高為YRI，其滿足下列條件：|YOB/YRI| ＜ 1.5。
指紋接觸面11a至第一陣列透鏡1310的上表面1311的距離為OL，第一陣列透鏡1310的上表面1311至成像面15a的距離為TL，其滿足下列條件：2.5 ＜ OL/TL。
光學層13更包含光闌遮光層136，且光闌遮光層136包含遮光塗覆層1361以及遮光元件層1362。遮光塗覆層1361在疊層方向Z上以塗覆的方式設置於第一陣列層131的上方表面。值得注意的是，為了讓光線能順利通過第一陣列透鏡1310，遮光塗覆層1361並未塗覆於第一陣列透鏡上表面1311上。遮光元件層1362在疊層方向Z上設置於第一陣列層131與第二陣列層132之間。值得注意的是，為了讓光線能順利通過第二陣列透鏡1320，遮光元件層1362在第一陣列透鏡1310與第二陣列透鏡1320之間具有與第二陣列透鏡1320對正的開孔(未另標號)。
準直層14包含多個格狀隔牆141，且格狀隔牆141的內壁為光吸收材質。值得注意的是，為了讓光線能順利通過準直層14，格狀隔牆141所圍繞出的空間在疊層方向Z上對正第一陣列透鏡1310與第二陣列透鏡1320。
當使用者的手指FG放置於保護層11的指紋接觸面11a上時，有機發光二極體顯示層121或其他光源(未繪示)可向手指FG發出感測光線(未繪示)。感測光線在手指FG被反射後依序通過保護層11、發光層12、光學層13的第一陣列透鏡1310、遮光元件層1362的開孔與第二陣列透鏡1320，最後由準直層14導向為正向光線，以射向設置在底座16上的影像感測元件15。正向光線成像於影像感測元件15的成像面15a上，影像感測元件15將光訊號轉換成電訊號後傳輸給處理器(未繪示)，處理器在彙整通過數個成像單元UNIT_1之光線所產生的電訊號後即可進行指紋影像的判讀。
＜第二實施例＞
請參照圖4，繪示依照本發明第二實施例之光學指紋辨識系統部分元件的示意圖。
如圖4所示，光學指紋辨識系統30包含保護層31、發光層32、光學層33、準直層34、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中發光層32在疊層方向Z上設置於保護層31的下方(圖式的右方，負Z方向)，光學層33在疊層方向Z上設置於發光層32的下方，準直層34在疊層方向Z上設置於部分之光學層33的下方，影像感測元件35在疊層方向Z上設置於光學層33與準直層34的下方，且底座在疊層方向Z上設置於影像感測元件35的下方。保護層31在疊層方向Z的上方(圖式的左方，正Z方向)具有指紋接觸面31a，且影像感測元件35具有朝向光學層33的成像面35a。
保護層31為玻璃材質，且保護層31向疊層方向Z下方的發光層32、光學層33、影像感測元件35與底座提供保護功能。保護層31在疊層方向Z上方的指紋接觸面31a可供使用者的手指放置於其上。
發光層32可讓光線穿透，且發光層32包含有機發光二極體顯示層321。有機發光二極體顯示層321向疊層方向Z上方發光以顯示影像。
接著請一併參照圖5以更清楚地說明光學層33與影像感測元件35，其中圖5繪示圖4之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。
光學層33包含第一陣列層(未另標號)、第二陣列層(未另標號)以及第三陣列層(未另標號)。第一陣列層在疊層方向Z上堆疊於第二陣列層的上方。第二陣列層在疊層方向Z上堆疊於第三陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡3310，第二陣列層包含多個第二陣列透鏡3320，且第三陣列層包含多個第三陣列透鏡3330。第一陣列透鏡3310、第二陣列透鏡3320與第三陣列透鏡3330皆在第一方向X上等距離地排列，然為圖式簡潔，圖4與圖5皆僅繪示一個第一陣列透鏡3310、一個第二陣列透鏡3320與一個第三陣列透鏡3330。
光學層33中相互對應的一個第一陣列透鏡3310、一個第二陣列透鏡3320與一個第三陣列透鏡3330形成一成像單元UNIT_3。此處所謂相互對應的一個第一陣列透鏡3310、一個第二陣列透鏡3320與一個第三陣列透鏡3330，係指所述一個第一陣列透鏡3310、所述一個第二陣列透鏡3320與所述一個第三陣列透鏡3330各自在底座上的正投影彼此重疊。也可以說，所述一個第一陣列透鏡3310、所述一個第二陣列透鏡3320與所述一個第三陣列透鏡3330在疊層方向Z上彼此對正。
第一陣列透鏡3310具有正屈折力，且為玻璃材質，其上表面3311於近光軸處為凸面，其下表面3312於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二陣列透鏡3320具有負屈折力，且為玻璃材質，其上表面3321於近光軸處為凹面，其下表面3322於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第三陣列透鏡3330具有正屈折力，且為玻璃材質，其上表面3331於近光軸處為凹面，其下表面3332於近光軸處為凸面，其兩表面皆為非球面，其上表面3331具有至少一反曲點，其下表面3332具有至少一反曲點，且其上表面3331於離軸處具有至少一臨界點。
光學層33更包含光闌遮光層(未另標號)，且光闌遮光層包含遮光元件層3362。遮光元件層3362在疊層方向Z上設置於第一陣列層與第二陣列層之間。值得注意的是，為了讓光線能順利通過第二陣列透鏡3320與第三陣列透鏡3330，遮光元件層3362在第一陣列透鏡3310與第二陣列透鏡3320之間具有與第二陣列透鏡3320對正的開孔。遮光元件層3362於每一個開孔的周邊區塊皆可視為設置在第一陣列透鏡3310與第二陣列透鏡3320之間的光圈3300。
光學層33更包含濾光元件3380，且濾光元件3380的材質為玻璃。濾光元件3380在疊層方向Z上設置於準直層34的下部，並且位於光學層33之第三陣列透鏡3330及影像感測元件35之間，並不影響光學指紋辨識系統30的焦距。
準直層34包含多個格狀隔牆341，且格狀隔牆341的內壁為光吸收材質。值得注意的是，為了讓光線能順利通過準直層34，格狀隔牆341所圍繞出的空間在疊層方向Z上對正第一陣列透鏡3310、第二陣列透鏡3320與第三陣列透鏡3330，並且濾光元件3380設置於準直層34之格狀隔牆341所圍繞出的空間內。
當使用者的手指放置於保護層31的指紋接觸面31a上時，有機發光二極體顯示層321或其他光源(未繪示)可向手指發出感測光線。感測光線在手指被反射後依序通過保護層31、發光層32、光學層33的第一陣列透鏡3310、光圈3300、第二陣列透鏡3320與第三陣列透鏡3330，最後由準直層34導向為正向光線，以射向設置在底座上的影像感測元件35。正向光線成像於影像感測元件35的成像面35a上，影像感測元件35將光訊號轉換成電訊號後傳輸給處理器(未繪示)，處理器在彙整通過數個成像單元UNIT_3之光線所產生的電訊號後即可進行指紋影像的判讀。
上述各透鏡的非球面的曲線方程式表示如下：
Figure 02_image001
X：非球面與光軸的交點至非球面上距離光軸為Y的點平行於光軸的位移；
Y：非球面曲線上的點與光軸的垂直距離；
R：曲率半徑；
k：錐面係數；以及
Ai：第i階非球面係數。
第二實施例的光學指紋辨識系統30中，光學指紋辨識系統30的焦距為f，光學指紋辨識系統30的光圈值(F-number)為Fno，光學指紋辨識系統30中最大視角的一半為HFOV，其數值如下：f = 0.86公釐(mm)，Fno = 1.65，HFOV = 14.95度(deg.)。
光學指紋辨識系統30中成像單元UNIT_3的總數為N，其滿足下列條件：N = 324。
光學指紋辨識系統30中成像單元UNIT_3所形成的陣列列數為m，光學指紋辨識系統30中成像單元UNIT_3所形成的陣列行數為n(即成像單元UNIT_3形成m×n的陣列)，其滿足下列條件：m = 18；以及n = 18。
指紋接觸面31a至第一陣列透鏡3310的上表面3311的距離為OL，第一陣列透鏡3310的上表面3311至成像面35a的距離為TL，其滿足下列條件：OL+TL = 2.0 [公釐]。在本實施例中，定義OL與TL參數時所涉及的第一陣列透鏡3310的上表面3311係指第一陣列透鏡上表面3311最靠近發光層32的區域。
成像單元UNIT_3所對應的物高為YOB，成像單元UNIT_3所對應的像高為YRI，其滿足下列條件：|YOB/YRI| = 1.0。
指紋接觸面31a至第一陣列透鏡3310的上表面3311的距離為OL，第一陣列透鏡3310的上表面3311至成像面35a的距離為TL，其滿足下列條件：OL/TL = 3.59。
第一陣列透鏡3310的上表面3311至成像面35a的距離為TL，成像單元UNIT_3所對應的像高為YRI，其滿足下列條件：TL/YRI = 1.57。
光學層33所有陣列透鏡中的阿貝數最小值為Vmin，其滿足下列條件：Vmin = 23.7。在本實施例中，在第一陣列透鏡3310至第三陣列透鏡3330當中，第二陣列透鏡3320的阿貝數小於其餘透鏡的阿貝數，因此Vmin等於第二陣列透鏡3320的阿貝數。
第一陣列透鏡3310的阿貝數為V1，第二陣列透鏡3320的阿貝數為V2，第三陣列透鏡3330的阿貝數為V3，其滿足下列條件：V1+V2+V3 = 96.9。
影像感測元件35於最大成像高度位置的主光線入射角度為CRA，其滿足下列條件：CRA = 30.0 [度]。其中，最大成像高度係指影像感測元件35之有效感測區域對角線總長的一半。
在本實施例中，光學層33更包含濾光塗層(未繪示)，且濾光塗層塗覆於光學層33的第一陣列透鏡3310至第三陣列透鏡3330當中至少一透鏡表面上，並不影響光學指紋辨識系統30的焦距。其中，波段介於500至570奈米之間的光線通過濾光塗層的平均穿透率為AvgT500，波段介於300至400奈米之間的光線通過濾光塗層的平均穿透率為AvgT300，波段介於600至700奈米之間的光線通過濾光塗層的平均穿透率為AvgT600，其滿足下列條件：AvgT500 = 97.77%；AvgT300 = 0.06%；以及AvgT600 = 0.97%。
請配合參照下列表一以及表二。
表一、第二實施例
f(焦距)＝0.86公釐(mm)，Fno(光圈值)＝1.65，HFOV(半視角)＝14.95度
表面   曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 被攝物 平面 0
1 保護層 平面 1.500 玻璃 1.517 64.2 -
2 發光層 平面 0.189
3   平面 -0.159
4 第一陣列透鏡 0.170 (ASP) 0.060 玻璃 1.811 39.5 0.23
5 1.948 (ASP) 0.043
6 光闌遮光層(光圈) 平面 0.116
7 第二陣列透鏡 -0.153 (ASP) 0.010 玻璃 1.847 23.7 -0.13
8 0.388 (ASP) 0.058
9 第三陣列透鏡 -1.311 (ASP) 0.083 玻璃 1.664 33.7 0.12
10 -0.074 (ASP) 0.000
11 準直層 平面 0.080
12 濾光元件 平面 0.020 玻璃 1.517 64.2 -
13 影像感測元件 平面 -
參考波長為550 nm
表二、非球面係數
表面 4 5 7 8 9 10
k = -7.2791E-01 -4.6747E+01 -6.7882E+01 -6.7011E+01 -8.2742E+01 -9.9000E+01
A4 = 2.2607E+01 1.4989E+01 -1.0564E+03 1.3220E+02 2.3067E+01 -3.8031E+02
A6 = -2.6748E+03 -2.4073E+03 2.2879E+05 -1.7686E+04 4.0963E+03 3.7666E+04
A8 = 3.1314E+05 3.6044E+05 -3.2775E+07 2.9957E+06 -3.1483E+05 -1.6168E+06
A10 = -1.3249E+07 -2.4894E+07 1.8969E+09 -2.4137E+08 8.6515E+06 3.4690E+07
A12 = 9.8702E+07 5.5054E+08 -3.5479E+10 5.1657E+09 -1.0348E+08 -3.6049E+08
A14 = - - - - 4.4307E+08 1.4173E+09
表一為圖4第二實施例詳細的結構數據，其中曲率半徑、厚度及焦距的單位為公釐(mm)，且表面0到12依序表示由物側至像側的表面。表二為第二實施例中的非球面數據，其中，k為非球面曲線方程式中的錐面係數，A4到A14則表示各表面第4到14階非球面係數。此外，以下各實施例表格乃對應各實施例的示意圖與像差曲線圖，表格中數據的定義皆與第二實施例的表一及表二的定義相同，在此不加以贅述。
＜第三實施例＞
請參照圖6，繪示依照本發明第三實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層43、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖6中。此外，圖6中所示的影像感測元件35與成像面35a分別相同於第二實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
光學層43包含第一陣列層(未另標號)、第二陣列層(未另標號)以及第三陣列層(未另標號)。第一陣列層在疊層方向Z上堆疊於第二陣列層的上方。第二陣列層在疊層方向Z上堆疊於第三陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡4310，第二陣列層包含多個第二陣列透鏡4320，且第三陣列層包含多個第三陣列透鏡4330。第一陣列透鏡4310、第二陣列透鏡4320與第三陣列透鏡4330皆在第一方向X上等距離地排列，然為圖式簡潔，圖6僅繪示一個第一陣列透鏡4310、一個第二陣列透鏡4320與一個第三陣列透鏡4330。
光學層43中相互對應的一個第一陣列透鏡4310、一個第二陣列透鏡4320與一個第三陣列透鏡4330形成一成像單元UNIT_4。此處所謂相互對應的一個第一陣列透鏡4310、一個第二陣列透鏡4320與及一個第三陣列透鏡4330，係指所述一個第一陣列透鏡4310、所述一個第二陣列透鏡4320與所述一個第三陣列透鏡4330各自在底座上的正投影彼此重疊。也可以說，所述一個第一陣列透鏡4310、所述一個第二陣列透鏡4320與所述一個第三陣列透鏡4330在疊層方向Z上彼此對正。
第一陣列透鏡4310具有正屈折力，且為玻璃材質，其上表面4311於近光軸處為凸面，其下表面4312於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面。
第二陣列透鏡4320具有負屈折力，且為玻璃材質，其上表面4321於近光軸處為凸面，其下表面4322於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其上表面4321具有至少一反曲點，其下表面4322具有至少一反曲點，且其上表面4321於離軸處具有至少一臨界點。
第三陣列透鏡4330具有正屈折力，且為玻璃材質，其上表面4331於近光軸處為凸面，其下表面4332於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，且其下表面4332具有至少一反曲點。
光學層43更包含光闌遮光層(未另標號)，且光闌遮光層包含遮光元件層4362。遮光元件層4362在疊層方向Z上設置於第一陣列層與第二陣列層之間。值得注意的是，為了讓光線能順利通過第二陣列透鏡4320與第三陣列透鏡4330，遮光元件層4362在第一陣列透鏡4310與第二陣列透鏡4320之間具有與第二陣列透鏡4320對正的開孔。遮光元件層4362於每一個開孔的周邊區塊皆可視為設置在第一陣列透鏡4310與第二陣列透鏡4320之間的光圈4300。
光學層43更包含濾光元件4380，且濾光元件4380的材質為玻璃。濾光元件4380位於光學層43之第三陣列透鏡4330及影像感測元件35之間，並不影響光學指紋辨識系統的焦距。
當使用者的手指放置於保護層的指紋接觸面上時，發光層的有機發光二極體顯示層或其他光源(未繪示)可向手指發出感測光線。感測光線在手指被反射後依序通過保護層、發光層、光學層43的第一陣列透鏡4310、光圈4300、第二陣列透鏡4320、第三陣列透鏡4330與濾光元件4380，最後射向設置在底座上的影像感測元件35，以成像於影像感測元件35的成像面35a上，影像感測元件35將光訊號轉換成電訊號後傳輸給處理器(未繪示)，處理器在彙整通過數個成像單元UNIT_4之光線所產生的電訊號後即可進行指紋影像的判讀。
請配合參照下列表三以及表四。
表三、第三實施例
f(焦距)＝0.27公釐(mm)，Fno(光圈值)＝1.65，HFOV(半視角)＝18.36度
表面   曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 被攝物 平面 0
1 保護層 平面 1.500 玻璃 1.517 64.2 -
2 發光層 平面 0.284
3   平面 -0.254
4 第一陣列透鏡 0.201 (ASP) 0.089 玻璃 1.828 30.1 0.26
5 2.332 (ASP) 0.058
6 光闌遮光層(光圈) 平面 0.083
7 第二陣列透鏡 0.181 (ASP) 0.011 玻璃 1.832 24.1 -0.50
8 0.123 (ASP) 0.058
9 第三陣列透鏡 0.419 (ASP) 0.065 玻璃 1.847 23.7 1.11
10 0.700 (ASP) 0.000
11 準直層 平面 0.082
12 濾光元件 平面 0.018 玻璃 1.517 64.2 -
13 影像感測元件 平面 -
參考波長為550 nm
表四、非球面係數
表面 4 5 7 8 9 10
k = -9.6478E-01 -9.8900E+01 -6.0017E+01 -7.3308E-01 -9.5641E-02 2.4846E+00
A4 = 9.1754E+00 5.7428E+00 6.2500E+01 -4.0668E+02 -3.2858E+00 8.3693E+00
A6 = -9.1952E+01 -2.2089E+02 -6.8984E+04 2.8656E+04 -1.2321E+02 -4.4974E+02
A8 = 1.9085E+04 -1.2029E+04 8.2905E+06 -1.2865E+06 7.7146E+02 4.6348E+03
A10 = -1.2391E+06 5.5954E+05 -4.6205E+08 3.7896E+07 -1.0019E+03 -1.6865E+04
A12 = 1.9407E+07 -5.5987E+06 7.9065E+09 -5.0313E+08 - -
第三實施例中，非球面的曲線方程式表示如第二實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第二實施例相同，在此不加以贅述。
第三實施例
f [公釐] 0.27 OL/TL 3.85
Fno 1.65 TL/YRI 1.16
HFOV [度] 18.4 Vmin 23.7
N 196 V1+V2+V3 77.9
m (列) 14 CRA [度] 42.7
n (行) 14 AvgT500 [%] 97.77
OL+TL [公釐] 1.993 AvgT300 [%] 0.06
|YOB/YRI| 1.0 AvgT600 [%] 0.97
＜第四實施例＞
請參照圖7，繪示依照本發明第四實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層53、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖7中。此外，圖7中所示的影像感測元件35與成像面35a分別相同於第二實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
光學層53包含第一陣列層(未另標號)以及第二陣列層(未另標號)。第一陣列層在疊層方向Z上堆疊於第二陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡5310，且第二陣列層包含多個第二陣列透鏡5320。第一陣列透鏡5310與第二陣列透鏡5320皆在第一方向X上等距離地排列，然為圖式簡潔，圖7僅繪示一個第一陣列透鏡5310與一個第二陣列透鏡5320。
光學層53中相互對應的一個第一陣列透鏡5310與一個第二陣列透鏡5320形成一成像單元UNIT_5。此處所謂相互對應的一個第一陣列透鏡5310與一個第二陣列透鏡5320，係指所述一個第一陣列透鏡5310與所述一個第二陣列透鏡5320各自在底座上的正投影彼此重疊。也可以說，所述一個第一陣列透鏡5310與所述一個第二陣列透鏡5320在疊層方向Z上彼此對正。
第一陣列透鏡5310具有正屈折力，且為玻璃材質，其上表面5311於近光軸處為凸面，其下表面5312於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其上表面5311具有至少一反曲點，其下表面5312具有至少一反曲點，且其下表面5312於離軸處具有至少一臨界點。
第二陣列透鏡5320具有負屈折力，且為玻璃材質，其上表面5321於近光軸處為凸面，其下表面5322於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其上表面5321具有至少一反曲點，其下表面5322具有至少一反曲點，且其上表面5321於離軸處具有至少一臨界點。
光學層53更包含光闌遮光層(未另標號)，且光闌遮光層包含遮光元件層5362。遮光元件層5362在疊層方向Z上設置於第一陣列層與第二陣列層之間。值得注意的是，為了讓光線能順利通過第二陣列透鏡5320，遮光元件層5362在第一陣列透鏡5310與第二陣列透鏡5320之間具有與第二陣列透鏡5320對正的開孔。遮光元件層5362於每一個開孔的周邊區塊皆可視為設置在第一陣列透鏡5310與第二陣列透鏡5320之間的光圈5300。
光學層53更包含濾光元件5380，且濾光元件5380的材質為玻璃。濾光元件5380位於光學層53之第二陣列透鏡5320及影像感測元件35之間，並不影響光學指紋辨識系統的焦距。
當使用者的手指放置於保護層的指紋接觸面上時，發光層的有機發光二極體顯示層或其他光源(未繪示)可向手指發出感測光線。感測光線在手指被反射後依序通過保護層、發光層、光學層53的第一陣列透鏡5310、光圈5300、第二陣列透鏡5320與濾光元件5380，最後射向設置在底座上的影像感測元件35，以成像於影像感測元件35的成像面35a上，影像感測元件35將光訊號轉換成電訊號後傳輸給處理器(未繪示)，處理器在彙整通過數個成像單元UNIT_5之光線所產生的電訊號後即可進行指紋影像的判讀。
請配合參照下列表五以及表六。
表五、第四實施例
f(焦距)＝0.28公釐(mm)，Fno(光圈值)＝1.65，HFOV(半視角)＝18.74度
表面   曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 被攝物 平面 0
1 保護層 平面 1.500 玻璃 1.517 64.2 -
2 發光層 平面 0.232
3   平面 -0.172
4 第一陣列透鏡 0.213 (ASP) 0.074 玻璃 1.847 23.7 0.28
5 1.644 (ASP) 0.055
6 光闌遮光層(光圈) 平面 0.116
7 第二陣列透鏡 0.125 (ASP) 0.015 玻璃 1.628 36.2 -1.42
8 0.104 (ASP) 0.010
9 準直層 平面 0.150
10 濾光元件 平面 0.020 玻璃 1.517 64.2 -
11 影像感測元件 平面 -
參考波長為550 nm
表六、非球面係數
表面 4 5 7 8
k = -1.2013E+00 -7.8705E+01 -1.7666E+01 -1.0559E+00
A4 = 8.5406E+00 -2.1937E+00 5.4500E+01 -2.8418E+02
A6 = -3.8499E+02 6.5850E+02 -2.7303E+04 1.1575E+04
A8 = 5.5486E+04 -8.3593E+04 -2.7802E+05 -6.3715E+05
A10 = -3.7281E+06 3.2767E+06 8.3118E+07 4.1707E+07
A12 = 8.2513E+07 -5.7714E+07 -2.1446E+09 -1.0838E+09
A14 = -5.4954E+08 3.9986E+08 1.5833E+10 8.8693E+09
第四實施例中，非球面的曲線方程式表示如第二實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第二實施例相同，在此不加以贅述。
第四實施例
f [公釐] 0.28 OL/TL 3.94
Fno 1.65 TL/YRI 1.08
HFOV [度] 18.7 Vmin 23.7
N 196 CRA [度] 63.5
m (列) 14 AvgT500 [%] 97.77
n (行) 14 AvgT300 [%] 0.06
OL+TL [公釐] 2.0 AvgT600 [%] 0.97
|YOB/YRI| 1.0 - -
＜第五實施例＞
請參照圖8，繪示依照本發明第五實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層63、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖8中。此外，圖8中所示的影像感測元件35與成像面35a分別相同於第二實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
光學層63包含第一陣列層(未另標號)以及第二陣列層(未另標號)。第一陣列層在疊層方向Z上堆疊於第二陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡6310，且第二陣列層包含多個第二陣列透鏡6320。第一陣列透鏡6310與第二陣列透鏡6320皆在第一方向X上等距離地排列，然為圖式簡潔，圖8僅繪示一個第一陣列透鏡6310與一個第二陣列透鏡6320。
光學層63中相互對應的一個第一陣列透鏡6310與一個第二陣列透鏡6320形成一成像單元UNIT_6。此處所謂相互對應的一個第一陣列透鏡6310與一個第二陣列透鏡6320，係指所述一個第一陣列透鏡6310與所述一個第二陣列透鏡6320各自在底座上的正投影彼此重疊。也可以說，所述一個第一陣列透鏡6310與所述一個第二陣列透鏡6320在疊層方向Z上彼此對正。
第一陣列透鏡6310具有正屈折力，且為玻璃材質，其上表面6311於近光軸處為凸面，其下表面6312於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，且其上表面6311具有至少一反曲點。
第二陣列透鏡6320具有負屈折力，且為玻璃材質，其上表面6321於近光軸處為凸面，其下表面6322於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其上表面6321具有至少一反曲點，其下表面6322具有至少一反曲點，且其上表面6321於離軸處具有至少一臨界點。
光學層63更包含光闌遮光層(未另標號)，且光闌遮光層包含遮光元件層6362。遮光元件層6362在疊層方向Z上設置於第一陣列層與第二陣列層之間。值得注意的是，為了讓光線能順利通過第二陣列透鏡6320，遮光元件層6362在第一陣列透鏡6310與第二陣列透鏡6320之間具有與第二陣列透鏡6320對正的開孔。遮光元件層6362於每一個開孔的周邊區塊皆可視為設置在第一陣列透鏡6310與第二陣列透鏡6320之間的光圈6300。
光學層63更包含濾光元件6380，且濾光元件6380的材質為玻璃。濾光元件6380位於光學層63之第二陣列透鏡6320及影像感測元件35之間，並不影響光學指紋辨識系統的焦距。
當使用者的手指放置於保護層的指紋接觸面上時，發光層的有機發光二極體顯示層或其他光源(未繪示)可向手指發出感測光線。感測光線在手指被反射後依序通過保護層、發光層、光學層63的第一陣列透鏡6310、光圈6300、第二陣列透鏡6320與濾光元件6380，最後射向設置在底座上的影像感測元件35，以成像於影像感測元件35的成像面35a上，影像感測元件35將光訊號轉換成電訊號後傳輸給處理器(未繪示)，處理器在彙整通過數個成像單元UNIT_6之光線所產生的電訊號後即可進行指紋影像的判讀。
請配合參照下列表七以及表八。
表七、第五實施例
f(焦距)＝0.28公釐(mm)，Fno(光圈值)＝1.65，HFOV(半視角)＝17.61度
表面   曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 被攝物 平面 0
1 保護層 平面 1.500 玻璃 1.517 64.2 -
2 發光層 平面 0.208
3   平面 -0.178
4 第一陣列透鏡 0.211 (ASP) 0.094 玻璃 1.847 23.7 0.29
5 1.231 (ASP) 0.075
6 光闌遮光層(光圈) 平面 0.090
7 第二陣列透鏡 0.104 (ASP) 0.017 玻璃 1.631 59.5 -0.87
8 0.082 (ASP) 0.010
9 準直層 平面 0.164
10 濾光元件 平面 0.020 玻璃 1.517 64.2 -
11 影像感測元件 平面 -
參考波長為550 nm
表八、非球面係數
表面 4 5 7 8
k = -9.4230E-01 -2.3984E+01 -9.5713E+00 -1.4225E+00
A4 = 6.0361E+00 3.8716E+00 3.7635E+01 -5.8035E+02
A6 = 6.9066E+01 1.4282E+02 -9.8165E+04 5.2230E+04
A8 = 7.1258E+03 -1.8708E+04 1.6023E+07 -2.9462E+06
A10 = -4.2567E+05 5.5248E+05 -1.3136E+09 9.6511E+07
A12 = 6.2594E+06 -7.6236E+06 4.6744E+10 -1.5028E+09
A14 = -2.7007E+07 4.6798E+07 -5.4968E+11 8.3522E+09
第五實施例中，非球面的曲線方程式表示如第二實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第二實施例相同，在此不加以贅述。
第五實施例
f [公釐] 0.28 OL/TL 3.63
Fno 1.65 TL/YRI 1.18
HFOV [度] 17.6 Vmin 23.7
N 196 CRA [度] 61.7
m (列) 14 AvgT500 [%] 97.77
n (行) 14 AvgT300 [%] 0.06
OL+TL [公釐] 2.0 AvgT600 [%] 0.97
|YOB/YRI| 1.0 - -
＜第六實施例＞
請參照圖9，繪示依照本發明第六實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層73、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖9中。此外，圖9中所示的影像感測元件35與成像面35a分別相同於第二實施例中的對應到相同標號的元件。
光學層73包含第一陣列層(未另標號)以及第二陣列層(未另標號)。第一陣列層在疊層方向Z上堆疊於第二陣列層的上方。第一陣列層包含多個第一陣列透鏡7310，且第二陣列層包含多個第二陣列透鏡7320。第一陣列透鏡7310與第二陣列透鏡7320皆在第一方向X上等距離地排列，然為圖式簡潔，圖9僅繪示一個第一陣列透鏡7310與一個第二陣列透鏡7320。
光學層73中相互對應的一個第一陣列透鏡7310與一個第二陣列透鏡7320形成一成像單元UNIT_7。此處所謂相互對應的一個第一陣列透鏡7310與一個第二陣列透鏡7320，係指所述一個第一陣列透鏡7310與所述一個第二陣列透鏡7320各自在底座上的正投影彼此重疊。也可以說，所述一個第一陣列透鏡7310與所述一個第二陣列透鏡7320在疊層方向Z上彼此對正。
第一陣列透鏡7310具有正屈折力，且為玻璃材質，其上表面7311於近光軸處為凸面，其下表面7312於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其上表面7311具有至少一反曲點，且其下表面7312具有至少一反曲點。
第二陣列透鏡7320具有負屈折力，且為玻璃材質，其上表面7321於近光軸處為凸面，其下表面7322於近光軸處為凹面，其兩表面皆為非球面，其上表面7321具有至少一反曲點，其下表面7322具有至少一反曲點，且其上表面7321於離軸處具有至少一臨界點。
光學層73更包含光闌遮光層(未另標號)，且光闌遮光層包含遮光元件層7362。遮光元件層7362在疊層方向Z上設置於第一陣列層與第二陣列層之間。值得注意的是，為了讓光線能順利通過第二陣列透鏡7320，遮光元件層7362在第一陣列透鏡7310與第二陣列透鏡7320之間具有與第二陣列透鏡7320對正的開孔。遮光元件層7362於每一個開孔的周邊區塊皆可視為設置在第一陣列透鏡7310與第二陣列透鏡7320之間的光圈7300。
光學層73更包含濾光元件7380，且濾光元件7380的材質為玻璃。濾光元件7380位於光學層73之第二陣列透鏡7320及影像感測元件35之間，並不影響光學指紋辨識系統的焦距。
當使用者的手指放置於保護層的指紋接觸面上時，發光層的有機發光二極體顯示層或其他光源(未繪示)可向手指發出感測光線。感測光線在手指被反射後依序通過保護層、發光層、光學層73的第一陣列透鏡7310、光圈7300、第二陣列透鏡7320與濾光元件7380，最後射向設置在底座上的影像感測元件35，以成像於影像感測元件35的成像面35a上，影像感測元件35將光訊號轉換成電訊號後傳輸給處理器(未繪示)，處理器在彙整通過數個成像單元UNIT_7之光線所產生的電訊號後即可進行指紋影像的判讀。
請配合參照下列表九以及表十。
表九、第六實施例
f(焦距)＝0.29公釐(mm)，Fno(光圈值)＝1.65，HFOV(半視角)＝17.41度
表面   曲率半徑 厚度 材質 折射率 阿貝數 焦距
0 被攝物 平面 0
1 保護層 平面 1.500 玻璃 1.517 64.2 -
2 發光層 平面 0.161
3   平面 -0.146
4 第一陣列透鏡 0.213 (ASP) 0.092 玻璃 1.847 23.7 0.29
5 1.169 (ASP) 0.069
6 光闌遮光層(光圈) 平面 0.103
7 第二陣列透鏡 0.115 (ASP) 0.022 玻璃 1.517 64.1 -0.83
8 0.085 (ASP) 0.010
9 準直層 平面 0.168
10 濾光元件 平面 0.020 玻璃 1.517 64.2 -
11 影像感測元件 平面 -
參考波長為550 nm
表十、非球面係數
表面 4 5 7 8
k = -8.9063E-01 -1.5984E+01 -1.7210E+01 -1.0262E+00
A4 = 6.4776E+00 3.5263E+00 1.5415E+02 -5.6785E+02
A6 = 2.0213E+01 2.0842E+02 -1.2730E+05 4.3608E+04
A8 = 8.2508E+03 -1.3812E+04 2.0076E+07 -2.2206E+06
A10 = -2.6574E+05 1.0106E+05 -1.6332E+09 6.6529E+07
A12 = 9.8024E+04 3.3365E+06 5.8412E+10 -9.5960E+08
A14 = 2.2359E+07 -4.4506E+07 -6.8650E+11 4.9832E+09
第六實施例中，非球面的曲線方程式表示如第二實施例的形式。此外，下表所述的定義皆與第二實施例相同，在此不加以贅述。
第六實施例
f [公釐] 0.29 OL/TL 3.42
Fno 1.65 TL/YRI 1.28
HFOV [度] 17.4 Vmin 23.7
N 225 CRA [度] 59.3
m (列) 15 AvgT500 [%] 97.77
n (行) 15 AvgT300 [%] 0.06
OL+TL [公釐] 2.0 AvgT600 [%] 0.97
|YOB/YRI| 1.0 - -
＜第七實施例＞
在第二到第六實施例中，係以濾光元件3380、4380、5380、6380、7380來濾除特定波段的光線，但本發明不以此為限。請參照圖12，繪示依照本發明第七實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配濾光塗層的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層83、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖12中。此外，圖12中所示的影像感測元件35、成像面35a、第一陣列透鏡4310、第二陣列透鏡4320與遮光元件層4362分別相同於第二實施例或第三實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
在本實施例中，光學層83更包含濾光塗層837。濾光塗層837塗覆於成像單元UNIT_8的第三陣列透鏡8330的下表面8332上，並不影響光學指紋辨識系統的焦距。濾光塗層837可代替前述實施例的濾光元件，以濾除特定波段的光線，可參照上述對應圖14中關於光通過濾層的敘述，在此不再贅述。
＜第八實施例＞
在第七實施例中，係以濾光塗層837來濾除特定波段的光線，但本發明不以此為限。請參照圖13，繪示依照本發明第八實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配濾光材質的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層93、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖13中。此外，圖13中所示的影像感測元件35、成像面35a、第一陣列透鏡4310、第二陣列透鏡4320與遮光元件層4362分別相同於第二實施例或第三實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
在本實施例中，成像單元UNIT_9的第三陣列透鏡9330包含有濾光材質，並不影響光學指紋辨識系統的焦距。第三陣列透鏡9330的濾光材質可代替前述實施例的濾光元件，濾光材質吸收以濾除特定波段的光線，可參照上述對應圖14中關於光通過濾層的敘述，在此不再贅述。
＜第九實施例＞
在第一到第八實施例中，係以格狀結構的準直層14、34來導正光線，但本發明不以此為限。請參照圖15，繪示依照本發明第九實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配光干涉過濾層與光吸收過濾層的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層43、第一準直層(未繪示)、第二準直層104、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、第一準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖15中。此外，圖15中所示的影像感測元件35、成像面35a與光學層43分別相同於第二實施例或第三實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
在本實施例中，第二準直層104係為設置於濾光元件4380上的濾光介質層，且第二準直層104的設置並不影響光學指紋辨識系統的焦距。第二準直層104包含光干涉過濾層1046以及光吸收過濾層1047。光干涉過濾層1046為一般光通過濾層，而光吸收過濾層1047為邊通過濾層。由於光干涉過濾層1046會根據入射光角度變化而產生過濾波段平移，且光吸收過濾層1047僅供特定波段的光線通過，光線在經過第二準直層104後即會被導正，以達到準直光線的目的，可參照上述對應圖16中關於準直層的敘述，在此不再贅述。
＜第十實施例＞
在第一到第九實施例中，係以一般透鏡來聚光與成像，但本發明不以此為限。請參照圖17，繪示依照本發明第十實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配菲涅爾透鏡的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層113、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖17中。此外，圖17中所示的影像感測元件35、成像面35a、第二陣列透鏡5320、遮光元件層5362與濾光元件5380分別相同於第二實施例或第四實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
光學層113更可包含菲涅爾透鏡1137。在本實施例中，光學層113與第四實施例的光學層53之間的差異在於，係以菲涅爾透鏡1137取代第一陣列透鏡5310。藉此，以採用厚度較薄的菲涅爾透鏡1137，來進一步降低光學指紋辨識系統的高度。此外，光學層113中相互對應的一個菲涅爾透鏡1137與一個第二陣列透鏡5320形成一成像單元UNIT_11。
＜第十一實施例＞
在第十實施例中，係以菲涅爾透鏡1137來聚光與成像，但本發明不以此為限。請參照圖18，繪示依照本發明第十一實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配超穎透鏡的示意圖。
在本實施例中，光學指紋辨識系統(未另標號)在疊層方向Z由上至下依序包含保護層(未繪示)、發光層(未繪示)、光學層123、準直層(未繪示)、影像感測元件35以及底座(未繪示)，其中保護層、發光層、準直層與底座的結構分別類似於第二實施例中的保護層31、發光層32、準直層34與底座的結構，在此不再贅述，且為圖式簡潔，亦不再繪示於圖18中。此外，圖18中所示的影像感測元件35、成像面35a、第二陣列透鏡5320、遮光元件層5362與濾光元件5380分別相同於第二實施例或第四實施例中的對應到相同標號的元件。以下僅就本實施例圖式中不同標號的元件作說明。
光學層123更可包含超穎透鏡1238。在本實施例中，光學層123與第四實施例的光學層53之間的差異在於，係以超穎透鏡1238取代第一陣列透鏡5310。藉此，以採用厚度較薄的超穎透鏡1238，來進一步降低光學指紋辨識系統的高度。此外，光學層123中相互對應的一個超穎透鏡1238與一個第二陣列透鏡5320形成一成像單元UNIT_12。
本發明在第一實施例中，以光學指紋辨識系統10應用於電子裝置1來作為說明，但本發明不以此為限。電子裝置1亦可改為配置其他實施例的的光學指紋辨識系統。此外，本發明各實施例的光學指紋辨識系統可適用於螢幕下指紋辨識，並兼具優良像差修正與良好成像品質的特色，但不以應用於智慧型手機為限。舉例來說，本發明各實施例的光學指紋辨識系統還可多方面應用於數位平板、隨身影像紀錄器與多鏡頭裝置等電子裝置中。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
1:電子裝置 10、30:光學指紋辨識系統 11、31:保護層 11a、31a:指紋接觸面 12、32:發光層 121、321:有機發光二極體顯示層 13、33、43、53、63、73、83、93、113、123:光學層 3300、4300、5300、6300、7300:光圈 131:第一陣列層 1310、3310、4310、5310、6310、7310:第一陣列透鏡 1311、3311、3321、3331、4311、4321、4331、5311、5321、6311、6321、7311、7321:上表面 3312、3322、3332、4312、4322、4332、5312、5322、6312、6322、7312、7322、8332:下表面 132:第二陣列層 1320、3320、4320、5320、6320、7320:第二陣列透鏡 3330、4330、8330、9330:第三陣列透鏡 136:光闌遮光層 1361:遮光塗覆層 1362、3362、4362、5362、6362、7362:遮光元件層 837:濾光塗層 3380、4380、5380、6380、7380:濾光元件 14、34:準直層 104:第二準直層 141、341:格狀隔牆 1046:光干涉過濾層 1047:光吸收過濾層 15、35:影像感測元件 15a、35a:成像面 16:底座 1137:菲涅爾透鏡 1238:超穎透鏡 AvgT300:波段介於300至400奈米之間的光線通過濾光塗層的平均穿透率 AvgT500:波段介於500至570奈米之間的光線通過濾光塗層的平均穿透率 AvgT600:波段介於600至700奈米之間的光線通過濾光塗層的平均穿透率 C:臨界點 CR:主光線 CRA:影像感測元件於最大成像高度位置的主光線入射角度 f:光學指紋辨識系統的焦距 FG:手指 Fno:光學指紋辨識系統的光圈值 HFOV:光學指紋辨識系統中最大視角的一半 m:光學指紋辨識系統中成像單元所形成的陣列列數 n:光學指紋辨識系統中成像單元所形成的陣列行數 N:光學指紋辨識系統中成像單元的總數 OL:指紋接觸面至第一陣列透鏡的上表面的距離 P:反曲點 TL:第一陣列透鏡的上表面至成像面的距離 UNIT_1、UNIT_3、UNIT_4、UNIT_5、UNIT_6、UNIT_7、UNIT_8、UNIT_9、UNIT_11、UNIT_12:成像單元 V1:第一陣列透鏡的阿貝數 V2:第二陣列透鏡的阿貝數 V3:第三陣列透鏡的阿貝數 Vmin:光學層所有陣列透鏡中的阿貝數最小值 X:第一方向 Y:第二方向 YOB:成像單元所對應的物高 YRI:成像單元所對應的像高 Z:疊層方向
圖1繪示依照本發明第一實施例之光學指紋辨識系統的應用示意圖。 圖2繪示圖1之光學指紋辨識系統的側面剖面示意圖。 圖3繪示圖2之光學指紋辨識系統部分元件的配置關係分解示意圖。 圖4繪示依照本發明第二實施例之光學指紋辨識系統部分元件的示意圖。 圖5繪示圖4之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。 圖6繪示依照本發明第三實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。 圖7繪示依照本發明第四實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。 圖8繪示依照本發明第五實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。 圖9繪示依照本發明第六實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件的示意圖。 圖10繪示依照本發明第二實施例之光學指紋辨識系統中參數OL、TL、YOB、YRI、部分透鏡之反曲點和臨界點以及成像路徑的示意圖。 圖11繪示圖10中光學指紋辨識系統中成像路徑的局部放大圖。 圖12繪示依照本發明第七實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配濾光塗層的示意圖。 圖13繪示依照本發明第八實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配濾光材質的示意圖 圖14繪示依照本發明之一實施例之濾光塗層於光線照射時通過濾光塗層之光線波段與通過率的圖表。 圖15繪示依照本發明第九實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配光干涉過濾層與光吸收過濾層的示意圖。 圖16繪示依照本發明之一實施例之準直層於光線照射時通過光干涉過濾層與光吸收過濾層之光線波段與通過率的圖表。 圖17繪示依照本發明第十實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配菲涅爾透鏡的示意圖。 圖18繪示依照本發明第十一實施例之光學指紋辨識系統中單一個成像單元與影像感測元件搭配超穎透鏡的示意圖。
11:保護層
11a:指紋接觸面
12:發光層
121:有機發光二極體顯示層
13:光學層
131:第一陣列層
1311:上表面
132:第二陣列層
136:光闌遮光層
1361:遮光塗覆層
1362:遮光元件層
14:準直層
141:格狀隔牆
15:影像感測元件
15a:成像面
16:底座
FG:手指
X:第一方向
Y:第二方向
Z:疊層方向

Claims (30)

  1. 一種光學指紋辨識系統，包含： 一保護層，該保護層於上方具有一指紋接觸面； 一發光層，設置於該保護層的下方； 一光學層，設置於該發光層的下方； 一影像感測元件，設置於該光學層的下方，且該影像感測元件具有一成像面；以及 一底座，設置於該影像感測元件的下方； 其中，該光學層包含一第一陣列層以及一第二陣列層，且該第一陣列層堆疊於該第二陣列層的上方； 其中，該第一陣列層包含多個第一陣列透鏡，該些第一陣列透鏡在一第一方向上等距離地排列，該第二陣列層包含多個第二陣列透鏡，且該些第二陣列透鏡在該第一方向上等距離地排列； 其中，每一該第一陣列透鏡與其相互對應的該些第二陣列透鏡的其中一者形成一成像單元； 其中，該光學指紋辨識系統中該些成像單元的總數為N，該指紋接觸面至該些第一陣列透鏡的一上表面的距離為OL，該些第一陣列透鏡的該上表面至該成像面的距離為TL，其滿足下列條件： 120 ＜ N ＜ 900；以及 OL+TL ＜ 3.0 [公釐]。
  2. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中每一該成像單元所對應的物高為YOB，每一該成像單元所對應的像高為YRI，其滿足下列條件： |YOB/YRI| ＜ 1.5。
  3. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該光學指紋辨識系統的光圈值為Fno，其滿足下列條件： 1.0 ＜ Fno ＜ 2.2。
  4. 如請求項3所述之光學指紋辨識系統，其中該些第一陣列透鏡的該上表面至該成像面的距離為TL，每一該成像單元所對應的像高為YRI，其滿足下列條件： TL/YRI ＜ 2.0。
  5. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該光學指紋辨識系統中該些成像單元的總數為N，其滿足下列條件： 150 ＜ N ＜ 650。
  6. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該些第一陣列透鏡具有正屈折力，且該些第二陣列透鏡具有負屈折力。
  7. 如請求項6所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層更包含一第三陣列層，該第三陣列層堆疊於該第二陣列層與該影像感測元件之間，該第三陣列層包含多個第三陣列透鏡，且該些第三陣列透鏡在該第一方向上等距離地排列。
  8. 如請求項7所述之光學指紋辨識系統，其中該些第三陣列透鏡具有正屈折力。
  9. 如請求項7所述之光學指紋辨識系統，其中每一該第一陣列透鏡的阿貝數為V1，每一該第二陣列透鏡的阿貝數為V2，每一該第三陣列透鏡的阿貝數為V3，其滿足下列條件： V1+V2+V3 ＜ 100。
  10. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層所有陣列透鏡中的阿貝數最小值為Vmin，其滿足下列條件： Vmin ＜ 30。
  11. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層中至少一陣列透鏡在其上表面與其下表面的至少其中一者具有至少一反曲點。
  12. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該影像感測元件於最大成像高度位置的主光線入射角度小於45度。
  13. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層更包含至少一光闌遮光層，且該至少一光闌遮光層設置於該第一陣列層與該第二陣列層其中一者的上方或下方。
  14. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層更包含至少一濾光塗層，且該至少一濾光塗層設置於該光學層中至少一陣列透鏡的上表面與下表面的至少其中一者； 其中，波段介於500至570奈米之間的光線通過該至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT500，波段介於300至400奈米之間的光線通過該至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT300，波段介於600至700奈米之間的光線通過該至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT600，其滿足下列條件： AvgT500 ＞ 70%； AvgT300 ＜ 30%；以及 AvgT600 ＜ 30%。
  15. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，更包含一準直層，其中該準直層設置於該影像感測元件的上方，該準直層包含多個格狀隔牆，且該些格狀隔牆的內壁為光吸收材質。
  16. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，更包含一準直層，其中該準直層設置於該影像感測元件的上方，且該準直層包含一光干涉過濾層以及一光吸收過濾層。
  17. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層更包含一超穎透鏡或一菲涅爾透鏡。
  18. 如請求項1所述之光學指紋辨識系統，其中該發光層包含有機發光二極體顯示層。
  19. 一種光學指紋辨識系統，包含： 一保護層，該保護層於上方具有一指紋接觸面； 一發光層，設置於該保護層的下方； 一光學層，設置於該發光層的下方； 一影像感測元件，設置於該光學層的下方，且該影像感測元件具有一成像面；以及 一底座，設置於該影像感測元件的下方； 其中，該光學層包含一第一陣列層以及一第二陣列層，且該第一陣列層堆疊於該第二陣列層的上方； 其中，該第一陣列層包含多個第一陣列透鏡，該些第一陣列透鏡在一第一方向上等距離地排列，該第二陣列層包含多個第二陣列透鏡，且該些第二陣列透鏡在該第一方向上等距離地排列； 其中，每一該第一陣列透鏡與其相互對應的該些第二陣列透鏡的其中一者形成一成像單元； 其中，該指紋接觸面至該些第一陣列透鏡的一上表面的距離為OL，該些第一陣列透鏡的該上表面至該成像面的距離為TL，每一該成像單元所對應的物高為YOB，每一該成像單元所對應的像高為YRI，其滿足下列條件： OL+TL ＜ 3.0 [公釐]； |YOB/YRI| ＜ 1.5；以及 2.5 ＜ OL/TL。
  20. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該指紋接觸面至該些第一陣列透鏡的該上表面的距離為OL，該些第一陣列透鏡的該上表面至該成像面的距離為TL，其滿足下列條件： 3.5 ＜ OL/TL。
  21. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該光學指紋辨識系統的光圈值為Fno，該些第一陣列透鏡的該上表面至該成像面的距離為TL，每一該成像單元所對應的像高為YRI，其滿足下列條件： 1.0 ＜ Fno ＜ 2.2；以及 TL/YRI ＜ 2.0。
  22. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該些第一陣列透鏡具有正屈折力，且該些第二陣列透鏡具有負屈折力。
  23. 如請求項22所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層更包含一第三陣列層，該第三陣列層堆疊於該第二陣列層與該影像感測元件之間，該第三陣列層包含多個第三陣列透鏡，且該些第三陣列透鏡在該第一方向上等距離地排列。
  24. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層所有陣列透鏡中的阿貝數最小值為Vmin，其滿足下列條件： Vmin ＜ 30。
  25. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層中至少一陣列透鏡在其上表面與其下表面的至少其中一者具有至少一反曲點。
  26. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該光學層更包含至少一濾光塗層，且該至少一濾光塗層設置於該光學層中至少一陣列透鏡的上表面與下表面的至少其中一者； 其中，波段介於500至570奈米之間的光線通過該至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT500，波段介於300至400奈米之間的光線通過該至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT300，波段介於600至700奈米之間的光線通過該至少一濾光塗層的平均穿透率為AvgT600，其滿足下列條件： AvgT500 ＞ 70%； AvgT300 ＜ 30%；以及 AvgT600 ＜ 30%。
  27. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，更包含一準直層，其中該準直層設置於該影像感測元件的上方，該準直層包含多個格狀隔牆，且該些格狀隔牆的內壁為光吸收材質。
  28. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，更包含一準直層，其中該準直層設置於該影像感測元件的上方，且該準直層包含一光干涉過濾層以及一光吸收過濾層。
  29. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該發光層包含有機發光二極體顯示層。
  30. 如請求項19所述之光學指紋辨識系統，其中該光學指紋辨識系統中該些成像單元的總數為N，其滿足下列條件： 150 ＜ N ＜ 650。
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