指纹识别装置及其形成方法与流程

1.本发明涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种指纹识别装置及其形成方法。


背景技术：

2.指纹识别装置可实现指纹自动采集，广泛应用于考勤机、门禁、手机或者平板电脑等设备上。
3.按指纹成像原理，指纹识别装置可分为光学指纹识别装置、半导体电容识别装置、半导体热敏识别装置、半导体压感识别装置等。
4.其中，光学指纹识别装置主要是利用光的折射和反射原理，光源射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗不同，光学传感器相应会收集到不同明暗程度的图片信息，从而完成指纹的采集。
5.光学指纹识别装置具有较强的环境适应性及良好的稳定性，且生产成本低，因而光学指纹识别装置应用较为广泛。
6.但是，现有光学指纹识别装置的结构仍有待改进。


技术实现要素：

7.本发明解决的问题是提供一种指纹识别装置及其形成方法，有助于提高光透过率，提升图像对比度，改善图像质量。
8.为解决上述问题，本发明提供一种指纹识别装置，包括：传感器单元；光阑层，位于所述传感器单元上，所述光阑层具有多个光阑孔；凸透镜组，位于所述光阑层上，所述凸透镜组包括多个凸透镜，与所述光阑孔一一对应，所述多个凸透镜包括中心凸透镜以及位于所述中心凸透镜外围的边缘凸透镜；发光单元，位于所述凸透镜组上方，所述发光单元对准所述中心凸透镜；其中，所述中心凸透镜对应的所述光阑孔尺寸大于所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔尺寸。
9.可选的，所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔沿径向向外偏离所述边缘凸透镜的中心在所述光阑层上的投影。
10.可选的，所述边缘凸透镜与对应的所述光阑孔的连线指向所述发光单元。
11.可选的，所述中心凸透镜外围具有一圈或者多圈所述边缘凸透镜。
12.可选的，与所述中心凸透镜距离越远的所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔的偏离值越大。
13.可选的，所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔大小相等。
14.可选的，与所述中心凸透镜距离越远的所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔的尺寸越小。
15.可选的，所述传感器单元的数量为一个或者多个，所述凸透镜组的数量与所述传感器单元的数量相等，所述发光单元的数量与所述传感器单元的数量相等。
16.可选的，所述传感器单元的数量为多个时，还包括：感光层，覆盖所述光阑层底面，
所述感光层包括多个像素区，各所述像素区内具有一个所述传感器单元；聚光层，覆盖所述光阑层顶面，所述像素区对应的所述聚光层内各具有一个所述凸透镜组；触屏，所述聚光层位于所述触屏与所述光阑层之间，所述像素区对应的所述触屏内各具有一个所述发光单元。
17.可选的，所述光阑层的数量为一层或者多层。
18.可选的，当所述光阑层的数量为多层时，由上至下，所述光阑层的所述光阑孔尺寸逐渐增大。
19.可选的，所述凸透镜组朝向所述光阑层表面的投影为中心对称图形，所述中心凸透镜及所述发光单元在所述中心对称图形的中心对称轴上。
20.本发明提供一种所述指纹识别装置的形成方法，包括：提供传感器单元；在所述传感器单元上形成光阑层，所述光阑层具有多个光阑孔；在所述光阑层上形成凸透镜组，所述凸透镜组包括多个凸透镜，与所述光阑孔一一对应，所述多个凸透镜包括中心凸透镜以及位于所述中心凸透镜外围的边缘凸透镜；在所述凸透镜组上形成发光单元，所述发光单元对准所述中心凸透镜；其中，所述中心凸透镜对应的所述光阑孔尺寸大于所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔尺寸。
21.可选的，所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔沿径向向外偏离所述边缘凸透镜的中心在所述光阑层上的投影。
22.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
23.所述发光单元发出的光线经手指表面反射形成反射光，所述反射光经所述凸透镜组聚焦，并经所述光阑层准直处理筛选后被所述传感器单元接收。所述凸透镜组包括多个凸透镜，所述多个凸透镜对应一个所述传感器单元，因此所述传感器单元接收所述多个凸透镜输出并经相应所述光阑孔筛选后的所述反射光。手指按压在所述发光单元上，所述发光单元发出的沿垂直方向的入射光经正上方的手指表面反射形成的反射光也沿垂直方向，其携带的指纹信息由于不容易受到干扰光信号影响因而准确性高。所述多个凸透镜包括中心凸透镜以及位于所述中心凸透镜外围的边缘凸透镜，由于所述发光单元对准所述中心凸透镜，因此具有高准确性的沿垂直方向传输的所述反射光大部分甚至全部被所述中心凸透镜接收进而输出至相应的所述光阑孔。所述中心凸透镜对应的所述光阑孔尺寸大于所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔尺寸，使得所述光阑层对所述中心凸透镜输出的光的透过率更高，从而使得所述传感器单元接收更多的由所述中心凸透镜输出的具有高准确性的光信号，有助于提高所述传感器单元成像的清晰度，进而改善指纹图像的对比度。
附图说明
24.图1是本发明一实施例的指纹识别装置的结构示意图；
25.图2是图1所示的指纹识别装置的指纹识别单元组的结构示意图；
26.图3是图2所示的凸透镜组及光阑孔的分布示意图；
27.图4是其它实施例中凸透镜组及光阑孔的分布示意图；
28.图5是另一实施例中凸透镜组及光阑孔的分布示意图；
29.图6是再一实施例中凸透镜组及光阑孔的分布示意图；
30.图7是其它实施例的指纹识别单元组的结构示意图；
31.图8至图12是本发明指纹识别装置形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
32.由背景技术可知，现有指纹识别装置的结构仍有待改进。
33.现结合一种指纹识别装置进行分析，出于获得更大光转化效率的目的，所述指纹识别装置的一个传感器单元上对应多个凸透镜，所述多个凸透镜构成凸透镜组。所述指纹识别装置还包括位于所述凸透镜组上的发光单元，所述发光单元发出的光线经手指表面反射形成反射光，所述反射光经所述凸透镜聚焦传输至所述传感器单元。为提高所述传感器单元接收的所述反射光方向的一致性，所述指纹识别装置还包括位于所述凸透镜组及所述传感器单元之间的光阑层，所述光阑层具有多个光阑孔，与所述凸透镜一一对应。
34.其中，所述光阑层的光阑孔尺寸相等。所述光阑层对各个所述凸透镜输出的所述反射光进行筛选，各个所述光阑孔出射的光量相近。所述传感器单元接收各个所述光阑孔出射的光信号形成所述发光单元正上方的手指表面图像。由于不同所述凸透镜与所述发光单元间的偏离程度具有差异，因此偏离所述发光单元越远的所述凸透镜越容易接收到干扰光信号因而其输出的光线中越容易含有干扰光。所述传感器单元接收各个所述光阑孔出射的光量相近，根据接收的光信号形成的指纹图像受干扰光影响对比度差，造成指纹成像质量差。
35.发明人对上述指纹识别装置进行了研究，经创造性劳动，发明人注意到，中心凸透镜对应的光阑孔尺寸大于所述边缘凸透镜对应的所述光阑孔尺寸，能够提高中心凸透镜输出的光信号透过率，提升图像对比度，改善图像质量。
36.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
37.图1是本发明一实施例的指纹识别装置100的结构示意图。图2是图1所示的指纹识别装置100的指纹识别单元组101的结构示意图。
38.参考图1，一种指纹识别装置100，包括：传感器单元210；光阑层300，位于所述传感器单元210上，所述光阑层300具有多个光阑孔301；凸透镜组410，位于所述光阑层300上，所述凸透镜组410包括多个凸透镜411，与所述光阑孔301一一对应；发光单元510，位于所述凸透镜组410上方。
39.所述传感器单元210的数量为一个或者多个，所述凸透镜组410的数量与所述传感器单元210的数量相等，所述发光单元510的数量与所述传感器单元210的数量相等。
40.本实施例中，所述传感器单元210的数量为多个。
41.本实施例中，所述指纹识别装置100还包括：感光层200，覆盖所述光阑层300底面，所述感光层200包括多个像素区ⅰ，各所述像素区ⅰ内具有一个所述传感器单元210；聚光层400，覆盖所述光阑层300顶面，所述像素区ⅰ对应的所述聚光层400内各具有一个所述凸透镜组410；触屏500，所述聚光层400位于所述触屏500与所述光阑层300之间，所述像素区ⅰ对应的所述触屏500内各具有一个所述发光单元510。
42.手指按压所述触屏500表面，所述发光单元510发出的光线经手指表面反射形成反射光。由于手指表面包括凹凸不平的脊及谷，使得脊与谷处形成的反射光的强度具有差异，
因而反射光携带有指纹信息。
43.参考图2，处于同一所述像素区ⅰ的所述传感器单元210、所述光阑层300、所述凸透镜组410及所述发光单元510构成指纹识别单元组101。由上至下，所述指纹识别单元组101依次包括：所述发光单元510、所述凸透镜组410、所述光阑层300及所述传感器单元210。
44.在所述指纹识别单元组101内，所述反射光经所述凸透镜组410聚焦，并经所述光阑层300准直处理筛选后被所述传感器单元210接收。所述凸透镜组410包括的多个凸透镜411对应一个所述传感器单元210，所述传感器单元210接收所述多个凸透镜411输出并经相应所述光阑孔301筛选后的所述反射光，并根据接收到的所述反射光形成位于发光单元510正上方的手指表面局部图像。
45.对于单一所述指纹识别单元组101，所述传感器单元210适于根据相应发光单元510发出光线形成的反射光，形成位于相应发光单元510正上方的手指表面局部图像。对于两个相邻的所述指纹识别单元组101，其中一个所述指纹识别单元组101内的所述反射光若进入另一个所述指纹识别单元组101内，则构成干扰光信号。
46.如图1所示，以相邻的第一指纹识别单元组101a与第二指纹识别单元组101b举例说明。所述第一指纹识别单元组101a的发光单元510发出光线经正上方手指表面反射形成第一反射光，所述第一指纹识别单元组101a的传感器单元210接收所述第一反射光，形成位于所述第一指纹识别单元组101a的发光单元510正上方的手指表面局部图像。
47.所述第二指纹识别单元组101b的发光单元510发出光线经正上方手指表面反射形成第二反射光，所述第二指纹识别单元组101b的传感器单元210接收所述第二反射光，形成位于所述第二指纹识别单元组101b的发光单元510正上方的手指表面局部图像。
48.所述第一指纹识别单元组101a及所述第二指纹识别单元组101b正上方的手指表面位置不同，使得所述第一反射光与所述第二反射光强度具有差异。例如：所述第一指纹识别单元组101a正上方为手指表面的谷，而所述第二指纹识别单元组101b正上方为手指表面的脊，所述第一反射光为亮光，所述第二反射光为暗光。
49.若所述第一反射光进入所述第二指纹识别单元组101b，进而被所述第二指纹识别单元组101b的传感器单元210接收，由于所述第一反射光携带的并非所述第二指纹识别单元组101b的发光单元510正上方手指表面信息，因此所述第一反射光构成所述第二指纹识别单元组101b的干扰光信号，造成图像对比度差。同样的，若所述第二反射光进入所述第一指纹识别单元组101a，进而被所述第一指纹识别单元组101a的传感器单元210接收，所述第二反射光则构成所述第一指纹识别单元组101a的干扰光信号，影响图像对比度。
50.图3是图2所示的凸透镜组410及光阑孔301的分布示意图。
51.参考图2及图3，下面对处于同一所述像素区ⅰ的所述传感器单元210、所述光阑层300、所述凸透镜组410及所述发光单元510进行分析。
52.如图2所示，所述凸透镜组410包括多个凸透镜，所述多个凸透镜包括中心凸透镜411a以及位于所述中心凸透镜411a外围的边缘凸透镜411b。
53.如图3所示，本实施例中，所述中心凸透镜411a的数量为一个，所述边缘凸透镜411b的数量为多个。所述边缘凸透镜411b环绕所述中心凸透镜411a排布。在其他实施例中，所述边缘凸透镜411b子在所述中心凸透镜411a两侧沿预定直线方向依次排布。
54.所述中心凸透镜411a的横截面呈圆形或者正多边形。其中，正多边形例如正方形、
正五边形或者正六边形等等。
55.所述边缘凸透镜411b的横截面呈圆形或者正多边形。其中，正多边形例如正方形、正五边形或者正六边形等等。
56.本实施例中，所述中心凸透镜411a与所述边缘凸透镜411b形状相同。在其他实施例中，所述中心凸透镜411a与所述边缘凸透镜411b形状不相同，全部所述边缘凸透镜411b形状相同。
57.本实施例中，所述中心凸透镜411a及所述边缘凸透镜411b的横截面均呈圆形。
58.本实施例中，所述中心凸透镜411a外围具有多圈所述边缘凸透镜411b。在其他实施例中，所述中心凸透镜411a外围具有一圈所述边缘凸透镜411b。
59.本实施例中，所述边缘凸透镜411b与所述中心凸透镜411a间具有空隙。
60.本实施例中，所述凸透镜组410朝向所述光阑层300表面的投影为中心对称图形。结合参考图2及图3，所述中心凸透镜411a及所述发光单元510在所述中心对称图形的中心对称轴aa
′
上。所述中心凸透镜411a与所述发光单元510的连线为所述中心对称轴aa
′
，所述中心对称轴aa
′
垂直于所述光阑层300表面。
61.所述发光单元510位于所述中心凸透镜411a正上方，与所述中心凸透镜411a间具有一定间距。本实施例中，所述中心凸透镜411a与所述发光单元510间为空气层。在其他实施例中，所述中心凸透镜411a与所述发光单元510间具有透光介质层。
62.如图2所示，所述发光单元510发出的光线经手指表面反射后，形成的反射光为发散光，光线方向差异性大。所述光阑层300适于对所述反射光进行准直处理，以对所述反射光进行筛选，将光线方向倾斜角度过大的反射光滤除掉，从而提高所述反射光的方向一致性。
63.本实施例中，所述光阑层300的数量为一层。在其他实施例中，所述光阑层300的数量为多层。
64.本实施例中，所述指纹识别装置100还包括：第一透光层610，位于所述聚光层400(参考图1)与所述光阑层300之间；第二透光层620，位于所述光阑层300与所述感光层200(参考图1)之间。
65.本实施例中，所述光阑层300材料为吸光材料。斜入射至所述光阑层300表面或者在经过所述光阑孔301过程中斜入射孔壁上的所述反射光会被所述光阑层300吸收，从而被滤除掉。
66.所述光阑孔301的数量与所述凸透镜411数量相等。
67.如图3所示，所述光阑孔301的开口形状为圆形或者正多边形。本实施例中，所述光阑孔301的开口形状为圆形。
68.结合参考图2及图3，所述中心凸透镜411a对应的所述光阑孔301d的尺寸d1大于所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的尺寸d2。
69.手指按压在所述发光单元510上，所述发光单元510发出的沿垂直方向的入射光经正上方的手指表面反射形成的反射光也沿垂直方向，其携带的指纹信息由于不容易受到干扰光信号影响因而准确性高。由于所述发光单元510对准所述中心凸透镜411a，因此具有高准确性的沿垂直方向传输的所述反射光大部分甚至全部被所述中心凸透镜411a接收进而输出至相应的所述光阑孔301。所述中心凸透镜411a对应的所述光阑孔301的尺寸d1大于所
述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的尺寸d2，使得所述光阑层300对所述中心凸透镜411a输出的光的透过率更高，从而使得所述传感器单元210接收更多的由所述中心凸透镜411a输出的具有高准确性的光信号，有助于提高所述传感器单元210成像的清晰度，进而改善指纹图像的对比度。
70.所述边缘凸透镜411b与所述中心凸透镜411a对应的所述光阑孔301直径比值大于等于0.2且小于1。本实施例中，所述边缘凸透镜411b与所述中心凸透镜411a对应的所述光阑孔301直径比值为0.643。
71.如图3所示，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301沿径向向外偏离所述边缘凸透镜411b的中心o在所述光阑层300上的投影。本实施例中，位于所述中心凸透镜411a外围距离相同的所述边缘凸透镜411b的中心o围成第一圆形421，围成所述第一圆形421的所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301围成第二圆形422，所述第二圆形422与所述第一圆形421的圆心重合，所述第二圆形422直径大于所述第一圆形421直径。
72.如图2所示，本实施例中，所述边缘凸透镜411b与对应的所述光阑孔301的连线指向所述发光单元510。所述边缘凸透镜411b与对应的所述光阑孔301、以及所述发光单元510位于同一条直线上，有助于提高所述光阑孔301接收的来自同一指纹识别单元组101的发光单元510形成的反射光的透过率，相应的，降低来自于相邻指纹识别单元组101的干扰光信号透过率，有利于改善所述传感器单元210接收的光信号携带指纹信息的准确度。
73.结合参考图2及图3，与所述中心凸透镜411a距离越远的所述边缘凸透镜411b中心o与所述发光单元510连线倾斜度越大，因而相应的所述光阑孔301与边缘凸透镜411b中心o的横向偏移量越大，即相应的所述第二圆形422直径与所述第一圆形421直径的差值越大。由此，与所述中心凸透镜411a距离越远的所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的偏离值越大。
74.本实施例中，所述边缘凸透镜411b与所述中心凸透镜411a距离为所述边缘凸透镜411b的中心o与所述中心凸透镜411a的中心o的距离。
75.本实施例中，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301大小相等。
76.图4是其它实施例中凸透镜组410及光阑孔301的分布示意图。
77.参考图2，所述边缘凸透镜411b与所述中心凸透镜411a距离越远，则所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301与所述发光单元510的距离越远，干扰光信号入射所述边缘凸透镜411b并输出至相应光阑孔301的风险加大。
78.参考图4，本实施例中，与所述中心凸透镜411a距离越远的所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的尺寸越小。由此，随着所述边缘凸透镜411b与所述中心凸透镜411a距离逐渐增大，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301输出的光信号量在所述传感器单元210接收的总光信号量中的比例逐渐减小，有助于提高所述传感器单元210接收的光信号质量，保证接收的光信号准确反映位于所述发光单元510正上方的指纹表面局部信息，从而能够提升图像对比度。
79.图5是另一实施例中凸透镜组410及光阑孔301的分布示意图。
80.参考图5，本实施例中，所述中心凸透镜411a及所述边缘凸透镜411b的横截面均正六边形。
81.所述中心凸透镜411a外围具有一圈或者多圈所述边缘凸透镜411b。本实施例中，
所述中心凸透镜411a外围具有多圈所述边缘凸透镜411b。
82.本实施例中，所述边缘凸透镜411b与所述中心凸透镜411a呈蜂窝阵列紧密排布。
83.本实施例中，所述中心凸透镜411a对应的所述光阑孔301尺寸大于所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301尺寸。
84.本实施例中，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301沿径向向外偏离所述边缘凸透镜411b的中心o在所述光阑层300上的投影。与所述中心凸透镜411a距离越远的所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的偏离值越大。
85.本实施例中，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301大小相等。
86.图6是再一实施例中凸透镜组410及光阑孔301的分布示意图。
87.参考图6，本实施例中，与上一实施例不同之处在于，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301大小具有差异。与所述中心凸透镜411a距离越远的所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的尺寸越小。
88.图7是其它实施例的指纹识别单元组101的结构示意图。
89.参考图7，所述光阑层300的数量为多层，有助于去除杂散光。本实施例中，所述光阑层300的数量为两层。
90.当所述光阑层300的数量为多层时，由上至下，所述光阑层300的所述光阑孔301尺寸逐渐增大，处于下层的所述光阑层300适于滤除来自于相邻指纹识别单元组101的串扰光信号。
91.本发明提供一种所述指纹识别装置100的形成方法，包括：提供传感器单元210；在所述传感器单元210上形成光阑层300，所述光阑层300具有多个光阑孔301；在所述光阑层300上形成凸透镜组410，所述凸透镜组410包括多个凸透镜411，与所述光阑孔301一一对应，所述多个凸透镜411包括中心凸透镜411a以及位于所述中心凸透镜411a外围的边缘凸透镜411b；在所述凸透镜组410上形成发光单元510，所述发光单元510对准所述中心凸透镜411a；其中，所述中心凸透镜411a对应的所述光阑孔301尺寸大于所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301尺寸。
92.图8至图12是本发明指纹识别装置100形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
93.参考图8，提供感光层200，所述感光层200包括多个像素区ⅰ，各所述像素区ⅰ内形成一个所述传感器单元210。
94.参考图9，在所述感光层200上形成光阑层300，所述光阑层300覆盖所述感光层200顶面，所述光阑层300具有多个光阑孔301。形成覆盖所述光阑层300顶面的聚光层400，所述像素区ⅰ对应的所述聚光层400内各形成一个所述凸透镜组410。
95.所述光阑层300的数量为一层或者多层。
96.图10为图9的局部放大图。
97.参考图10，所述凸透镜组410包括多个凸透镜，与所述光阑孔301一一对应，所述多个凸透镜包括中心凸透镜411a以及位于所述中心凸透镜411a外围的边缘凸透镜411b。所述中心凸透镜411a对应的所述光阑孔301的尺寸d1大于所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的尺寸d2。
98.本实施例中，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301沿径向向外偏离所述边
缘凸透镜411b的中心在所述光阑层300上的投影。与所述中心凸透镜411a距离越远的所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的偏离值越大。
99.本实施例中，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301尺寸相同。在其他实施例中，所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301尺寸具有差异。与所述中心凸透镜411a距离越远的所述边缘凸透镜411b对应的所述光阑孔301的尺寸越小。
100.参考图11，形成触屏500，所述聚光层400位于所述触屏500与所述光阑层300之间，在所述像素区ⅰ对应的所述触屏500内各形成一个所述发光单元510。
101.处于同一所述像素区ⅰ的所述传感器单元210、所述光阑层300、所述凸透镜组410及所述发光单元510构成指纹识别单元组101。
102.图12为指纹识别单元组101的结构示意图。
103.参考图12，本实施例中，所述边缘凸透镜411b与对应的所述光阑孔301的连线指向所述发光单元510。
104.虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。