TW202247436A - 生物特徵辨識裝置 - Google Patents

Abstract

一種生物特徵辨識裝置，包括多個像素，且每一像素包括微鏡層、光感測層以及位於微鏡層以及光感測層之間的準直結構。微鏡層包括多個以陣列形式排列的微透鏡。準直結構包括至少一遮光層，此至少一遮光層具備多個透光孔。這些微透鏡中的第一微透鏡與至少一透光孔相對應，第一微透鏡的幾何中心在光感測層的水平投影不重疊此至少一透光孔的幾何中心的水平投影。這些微透鏡中的第二微透鏡與第一微透鏡相鄰設置，且第二微透鏡對應此至少一遮光層遮光層。

Description

生物特徵辨識裝置

本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種生物特徵辨識裝置。

生物特徵辨識技術近年來被廣泛地應用在各式電子裝置上，例如行動電話以及平板電腦等，以提供各種身分登錄或身分驗證功能。為了得到較高的辨識度，需要優化微鏡層、準直結構以及光感測器三者的配置關係。然而，受限於元件的特性，每個像素的有效感測區有限，不同像素之間存在無法執行特徵辨識的非感測區，致使辨識裝置無法接收到最大的收光量，降低辨識度。因此，亟需一種能夠降低非感測區的影響的辨識裝置。

本發明提供一種生物特徵辨識裝置，避免不同像素之間的非感測區對辨識精度的影響，具有良好的辨識效果。

根據本發明一實施例，提供一種生物特徵辨識裝置，生物特徵辨識裝置包括多個像素，且每一像素包括微鏡層、光感測層以及準直結構。微鏡層包括多個微透鏡，且這些微透鏡以陣列形式排列。準直結構包括至少一遮光層，遮光層具備多個透光孔，且準直結構位於微鏡層以及光感測層之間。這些微透鏡中的第一微透鏡與這些透光孔中的至少一透光孔相對應，第一微透鏡的幾何中心在光感測層的水平投影不重疊透光孔的幾何中心在光感測層的水平投影。這些微透鏡中的第二微透鏡與第一微透鏡相鄰設置，且第二微透鏡對應遮光層。

基於上述，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置優化微透鏡與對應的透光孔的相對位置，以避免不同像素之間的非感測區對辨識精度的影響，具有良好的辨識效果。

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。

參照圖1A及圖1B，圖1A繪示根據本發明第一實施例的生物特徵辨識裝置的平面示意圖，圖1B是沿圖1A的線段AA’的橫截面示意圖。生物特徵辨識裝置1包括多個像素PX1，且每一像素PX1包括微鏡層110、光感測層130以及準直結構120。微鏡層110包括多個微透鏡ML，且這些微透鏡ML以陣列形式排列。準直結構120包括遮光層L1及L2，遮光層L1及L2具備多個透光孔LH，且準直結構120位於微鏡層110以及光感測層130之間。這些微透鏡ML中的微透鏡111與這些透光孔LH中的透光孔121及122相對應。微透鏡112與微透鏡111相鄰設置，且微透鏡112對應遮光層L1及L2，而不對應任何透光孔LH。

在本實施例中，準直結構120包括兩個遮光層L1及L2，且微透鏡112對應遮光層L1及L2兩者，但是本發明不限於此。在其他實施例中，準直結構120包括兩個遮光層L1及L2，但微透鏡112僅對應遮光層L1及L2其中一者。在其他實施例中，準直結構120只包括一個遮光層L1，微透鏡111與一個透光孔121對應，微透鏡112與遮光層L1對應。在其他實施例中，準直結構120包括至少三個遮光層，微透鏡111與每個遮光層上的透光孔對應，微透鏡112與至少一遮光層對應。

參照圖1A至圖1D，其中圖1C以及圖1D繪示了圖1A的微透鏡及透光孔的配置關係示意圖。具體而言，圖1C繪示了透光孔121在光感測層130的水平投影121P、透光孔121的幾何中心在光感測層130的水平投影121C、以及微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C。可以看到，透光孔121在光感測層130的水平投影121P為橢圓形。透光孔121的幾何中心在光感測層130的水平投影121C以及微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C不重疊，兩者之間具備在平行線段AA’的方向上的距離X1。

類似的，圖1D繪示了透光孔122在光感測層130的水平投影122P、透光孔122的幾何中心在光感測層130的水平投影122C、以及微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C。可以看到，透光孔122在光感測層130的水平投影122P為橢圓形。透光孔122的幾何中心在光感測層130的水平投影122C以及微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C不重疊，兩者之間具備在平行線段AA’的方向上的距離X2。

在一未繪示的比較例中，生物特徵辨識裝置的透光孔為圓形，且透光孔的幾何中心在光感測層的水平投影以及微透鏡的幾何中心在光感測層的水平投影相重疊。相對的，在圖1A至圖1D所示的實施例中，透光孔121及透光孔122相較於上述比較例進行了擴孔，且擴孔方向具備方向性。

具體而言，生物特徵辨識裝置1的每個像素PX1的感測區有限，且不同像素之間存在無法執行特徵辨識的非感測區。非感測區設置有如微透鏡112等對應遮光層L1及L2的偽透鏡（dummy lens），感測區設置有如微透鏡111及113等對應透光孔的有效透鏡。為了補償偽透鏡造成的收光損失，以提高生物特徵辨識裝置1的最大收光量，對微透鏡111等有效透鏡所對應的透光孔進行了擴孔，具體的擴孔方式如圖1A所示。微透鏡113及其對應的透光孔123及124大致設置於像素PX1的幾何中心，微透鏡111所對應的透光孔121及122分別朝透光孔123及124擴孔，擴孔方向如圖1A中繪示於透光孔121（122）的箭頭所示。同樣的，設置於透光孔123及124周圍的對應其他有效透鏡的透光孔亦朝透光孔123或124擴孔，如圖1A中的數個箭頭所示。

在本實施例中，微透鏡113、透光孔123以及透光孔124三者的幾何中心在光感測層130的水平投影相重疊。透光孔121的幾何中心在光感測層130的水平投影121C可以重疊透光孔122的幾何中心在光感測層130的水平投影122C，但本發明不以此為限。在本發明一實施例中，透光孔121的幾何中心在光感測層130的水平投影121C以及透光孔122的幾何中心在光感測層130的水平投影122C兩者可以互不重疊。

在本發明一實施例中，水平投影121P可以與水平投影122P具有相同的輪廓及尺寸，換言之，透光孔121及122的形狀及尺寸可以相同，但本發明不以此為限。在本發明的其他實施例中，透光孔121及122的形狀及尺寸可以不同。

同時參照圖1A、圖1B以及圖1C，微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C落在透光孔121的幾何中心的水平投影121C以及微透鏡112的幾何中心的水平投影之間。類似的，參照圖1A、圖1B以及圖1D，微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C落在透光孔122的幾何中心的水平投影122C以及微透鏡112的幾何中心的水平投影之間。

在本發明一實施例中，透光孔121的幾何中心在光感測層130的水平投影121C以及微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C之間的距離X1可以小於或等於1 um，且透光孔122的幾何中心在光感測層130的水平投影122C以及微透鏡111的幾何中心在光感測層130的水平投影111C之間的距離X2可以小於或等於1.5 um，但本發明不以此為限。

為了充分說明本發明的各種實施態樣，將在下文描述本發明的其他實施例。在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

參照圖2A及圖2B，圖2A繪示根據本發明第二實施例的生物特徵辨識裝置的平面示意圖，圖2B是沿圖2A的線段AA’的橫截面示意圖。生物特徵辨識裝置2包括多個像素PX2，且每一像素PX2包括微鏡層110、光感測層230以及準直結構220。準直結構220包括遮光層L3及L4。光感測層230包括分立的多個子感測元件231至233，每個子感測元件電性連接一開關元件。微透鏡111與透光孔221及222以及子感測元件231相對應。微透鏡113與透光孔223及224以及子感測元件232相對應。微透鏡114與透光孔225及226以及子感測元件233相對應。微透鏡112與微透鏡111相鄰設置，並對應遮光層L3及L4。

如圖2B所示，微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影不重疊子感測元件231的幾何中心，且微透鏡113的幾何中心在光感測層230的水平投影重疊子感測元件232的幾何中心。微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影落在子感測元件231的幾何中心以及子感測元件232的幾何中心之間。

參照圖2C至圖2E，其繪示了圖2A的微透鏡、透光孔以及子感測元件的配置關係示意圖。具體而言，圖2C繪示了透光孔222在光感測層230的水平投影222P、透光孔222的幾何中心在光感測層230的水平投影222C、以及微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C。圖2D繪示了透光孔221在光感測層230的水平投影221P、透光孔221的幾何中心在光感測層230的水平投影221C、以及微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C。圖2E繪示了子感測元件231、子感測元件231的幾何中心231C、以及微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C。

同時參照圖2C及圖2D，可以看到，透光孔221的幾何中心在光感測層230的水平投影221C不重疊透光孔222的幾何中心在光感測層230的水平投影222C，且微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C位於透光孔221的幾何中心的水平投影221C以及透光孔222的幾何中心的水平投影222C之間。同時參照圖2B、圖2C以及圖2E，可以看到，微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C位於子感測元件231的幾何中心231C以及透光孔222的幾何中心的水平投影222C之間。上述關於微透鏡111、透光孔221、透光孔222以及子感測元件231之間的配置關係使得子感測元件231得以接收到如圖2B所示的斜向光，補償偽透鏡造成的收光損失，以提高生物特徵辨識裝置2的最大收光量。

在本發明一實施例中，透光孔222的幾何中心在光感測層230的水平投影222C以及微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C之間的距離X3可以小於或等於2.5 um。透光孔221的幾何中心在光感測層230的水平投影221C以及微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C之間的距離X4可以小於或等於1.0 um。子感測元件231的幾何中心231C以及微透鏡111的幾何中心在光感測層230的水平投影111C之間的距離X5可以小於或等於3.5 um，但本發明不以此為限。

重新參照圖2A及圖2B，物特徵辨識裝置2還包括微透鏡114、透光孔225、透光孔226以及子感測元件233，微透鏡114對應透光孔225及226、以及子感測元件233，微透鏡114的幾何中心在光感測層230的水平投影落在子感測元件233的幾何中心以及子感測元件232的幾何中心之間。

值得注意的是，與微透鏡114類似，微透鏡114_1、微透鏡114_2、微透鏡114_3、微透鏡114_4、以及微透鏡114_5各自的幾何中心在光感測層230的水平投影亦落在其所對應的子感測元件的幾何中心以及子感測元件232的幾何中心之間，其中分別連接微透鏡114_1、微透鏡114_2、微透鏡114_3、微透鏡114_4、以及微透鏡114_5各自的幾何中心與微透鏡113的幾何中心之間的各個直線分別與連接微鏡透111的幾何中心以及微透鏡113的幾何中心之間的直線夾設45度、90度、135度、225度以及270度。並且，如同上面所描述的，微透鏡111、透光孔221、透光孔222以及子感測元件231之間的配置關係使得子感測元件231得以接收到更多斜向光，上述微透鏡114_1至114_5與其所對應的在遮光層L3及L4上的透光孔以及在微鏡層110上的子感測元件之間的配置關係同樣增加了斜向光的接收，於此不贅述。換句話說，相較於圖1A至圖1D所示實施例，圖2A至圖2E所示實施例對微透鏡、透光孔以及子感測元件之間的配置關係做出了調整，使得光感測層230得以接收到更多斜向光，補償偽透鏡造成的收光損失。

綜上所述，本發明實施例提供的生物特徵辨識裝置優化微透鏡與對應的透光孔的相對位置，以補償偽透鏡造成的收光損失，降低非感測區對生物特徵辨識裝置的辨識精度的影響，提高最大收光量，具有良好的辨識效果。

1、2:生物特徵辨識裝置 110:微鏡層 111、112、113、114、114_1、114_2、114_3、114_4、114_5:微透鏡 130、230:光感測層 131、132、231、232、233:子感測元件 120、220:準直結構 111C、121C、121P、122C、122P、221C、221P、222C、222P:水平投影 231C:幾何中心 ML:微透鏡 L1、L2、L3、L4:遮光層 LH、121、122、123、124、221、222、223、224、225、226:透光孔 PX1、PX2:像素 X1、X2、X3、X4、X5:距離

圖1A是根據本發明第一實施例的生物特徵辨識裝置的平面示意圖。 圖1B是根據本發明第一實施例的生物特徵辨識裝置的橫截面示意圖。 圖1C以及圖1D繪示了圖1A的微透鏡及透光孔的配置關係示意圖。 圖2A是根據本發明第二實施例的生物特徵辨識裝置的平面示意圖。 圖2B是根據本發明第二實施例的生物特徵辨識裝置的橫截面示意圖。 圖2C、圖2D以及圖2E是圖2A的微透鏡、透光孔以及子感測元件的配置關係示意圖。

1:生物特徵辨識裝置

110:微鏡層

111、112、113:微透鏡

ML:微透鏡

LH、121、122、123、124:透光孔

PX1:像素

Claims (11)

1. 一種生物特徵辨識裝置，該生物特徵辨識裝置包括多個像素，且每一像素包括： 一微鏡層，包括多個微透鏡，且該些微透鏡以陣列形式排列； 一光感測層；以及 一準直結構，包括至少一遮光層，該至少一遮光層具備多個透光孔，且該準直結構位於該微鏡層以及該光感測層之間； 其中該些微透鏡中的一第一微透鏡與該些透光孔中的至少一透光孔相對應，該第一微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影不重疊該至少一透光孔的幾何中心在該光感測層的水平投影；以及 該些微透鏡中的一第二微透鏡與該第一微透鏡相鄰設置，且該第二微透鏡對應該至少一遮光層。
2. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，其中該第一微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影落在該至少一透光孔的幾何中心的水平投影以及該第二微透鏡的幾何中心的水平投影之間。
3. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，其中該至少一透光孔包括一第一透光孔以及一第二透光孔，且該第一透光孔的幾何中心在該光感測層的水平投影不重疊該第二透光孔的幾何中心在該光感測層的水平投影。
4. 如請求項3所述的生物特徵辨識裝置，其中該第一微透鏡設置於該些微透鏡中的一第三微透鏡與該第二微透鏡之間，該第三微透鏡與該些透光孔中的一第三透光孔以及一第四透光孔相對應，且該第三微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影重疊該第三透光孔的幾何中心的水平投影以及該第四透光孔的幾何中心的水平投影。
5. 如請求項4所述的生物特徵辨識裝置，其中該光感測層包括分立的多個子感測元件，該些子感測元件中的一第一子感測元件對應該第一微透鏡，該些子感測元件中的一第二子感測元件對應該第三微透鏡，該第一微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影不重疊該第一子感測元件的幾何中心，且該第三微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影重疊該第二子感測元件的幾何中心。
6. 如請求項4所述的生物特徵辨識裝置，其中該光感測層包括分立的多個子感測元件，該些子感測元件中的一第一子感測元件對應該第一微透鏡，該第一微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影位於該第一子感測元件的幾何中心以及該第一透光孔的幾何中心在該光感測層的水平投影之間。
7. 如請求項6所述的生物特徵辨識裝置，其中第一微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影位於該第一透光孔的幾何中心在該光感測層的水平投影以及該第二透光孔的幾何中心在該光感測層的水平投影之間。
8. 如請求項5所述的生物特徵辨識裝置，其中該第一微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影落在該第一子感測元件的幾何中心以及該第二子感測元件的幾何中心之間。
9. 生如請求項8所述的生物特徵辨識裝置，其中該至少一透光孔還包括一第五透光孔以及一第六透光孔，該些子感測元件還包括一第三子感測元件，該些微透鏡中的一第四微透鏡對應該第五透光孔、該第六透光孔以及該第三子感測元件，該第四微透鏡的幾何中心在該光感測層的水平投影落在該第三子感測元件的幾何中心以及該第二子感測元件的幾何中心之間。
10. 如請求項9所述的生物特徵辨識裝置，其中連接該第一微透鏡的幾何中心與該第三微透鏡的幾何中心的一第一直線以及連接該第四微透鏡的幾何中心與該第三微透鏡的幾何中心的一第二直線之間的夾角範圍落在45度至270度之間。
11. 如請求項1所述的生物特徵辨識裝置，其中該至少一透光孔在該光感測層的水平投影為橢圓形。

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