光学图像采集单元、制作方法、光学图像采集器件及电子设备与流程

1.本发明涉及一种光学图像采集单元、其制作方法、光学图像采集器件及电子设备。


背景技术：

2.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。由于手机、平板电脑、相机等电子设备内部空间有限，而使用传统透镜实现光学成像的成像装置由于尺寸和体积较大，其占用空间较大。
3.现有技术光学图像采集器件以设置微透镜阵列来感测生物特征(例如指纹)的反射光线，再传达至相应部件转换成电信号。为了避免杂散光对感测精度的干扰，需要对边缘杂散光屏蔽，现有技术都是在微透镜部周围设置挡墙，如中国专利申请第cn201911151687.8号公开的一种光学式指纹感测装置和电子设备，通常情况下，挡墙高度高于微透镜部才能达到避免散光的目的，但是，此种设置不仅增加了厚度，而且制作工艺复杂，并且设置遮光层时，微透镜部所在位置上不能有遮光层，需要精准对位对其曝光，制作要求很高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种光学图像采集单元，其整体厚度更小，结构简单。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光学图像采集单元，包括具有上表面和下表面的基材、形成在所述上表面上的上层遮光区和形成在所述下表面上的下层遮光区，所述上层遮光区上贯通形成有若干上开口，所述上表面上形成有微透镜阵列，所述微透镜阵列包括若干微透镜部，所述微透镜部穿过所述上开口以暴露在上层遮光区外，所述下层遮光区上贯通形成有若干下开口，所述微透镜部的正投影覆盖所述下开口。
6.进一步地，所述微透镜部的焦点落在所述下开口内。
7.进一步地，所述微透镜部的高度高于所述上层遮光区的高度。
8.进一步地，所述上层遮光区的高度为1um～10um，所述下层遮光区的高度为1um～10um。
9.进一步地，所述微透镜部呈半球状。
10.进一步地，所述微透镜部的直径为50～200um，矢高为10～50um，相邻所述微透镜部之间的间距为100um～500um。
11.本发明还提供了一种光学图像采集单元的制作方法，包括如下步骤：
12.提供基材，所述基础具有上表面和下表面；
13.在所述基材的上表面上形成微透镜阵列和上层遮光区，其中，所述微透镜阵列包括若干微透镜部，所述上层遮光区上贯通形成有若干上开口，所述微透镜部穿过所述开口以暴露在上层遮光区外；
14.在所述基材的下表面刮涂遮光层，以形成下遮光层；
15.在所述微透镜部上进行激光照射，以使所述下层遮光层中处于所述微透镜部焦点上的部分形成下开口。
16.进一步地，所述“微透镜阵列和上层遮光区”的形成方法包括：
17.在所述基材的上表面制作微透镜阵列，所述微透镜阵列包括若干微透镜部；
18.在所述上表面上涂覆非透光材料，所述非透光材料的厚度小于所述微透镜部的高度，所述非透光材料填充除所述微透镜阵列的其余区域，并在所述微透镜部上擦除多余的所述非透光材料，以形成上层遮光区。
19.本发明还提供了一种光学图像采集器件，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。
20.本发明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，所述光线指纹识别模组包括多个光学图像采集器件，所述光学图像采集器件可以包括多个光学图像采集单元形成的阵列。
21.本发明的有益效果在于：本技术的光学图像采集单元通过上层遮光区和下层遮光区的配合，使其在结构上无需设置挡墙，与现有技术相比，整体厚度更小，结构相对简单；另外，通过下层遮光区还可以进一步减小散光的干扰，上层遮光区及下层遮光区结合可避免杂散光干扰，提高图像采集精度。
22.本技术的光学图像采集单元的制备方法通过制作上层遮光区和下层遮光区来实现挡光的作用，并且，下层遮光区的下开口直接通过激光结合微透镜部即可实现，与现有技术相比，制作简单。
23.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
24.图1为本技术一实施例所示的电子设备的正面示意图；
25.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；
26.图3为本技术一较佳实施例所示的光学图像采集单元的结构示意图；
27.图4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；
28.图5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；
29.图6为本技术一较佳实施例所示的光学图像采集单元的制备方法的流程图；
30.图7为本技术实施例一所示的光学图像采集单元的制备方法的工艺步骤图；
31.图8为本技术实施例二所示的光学图像采集单元的制备方法的工艺步骤图。
具体实施方式
32.本技术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，本技术实施例对此不做限定。本技术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。
33.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，光线指纹识别模组1b设置在显示屏200的下方。
34.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，光线指纹识别模组1b设置在显示屏200的指纹感应区域300的下方，指纹感应区域300位于显示屏200的显示区域201中。
35.作为一实施例，光线指纹识别模组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。
36.请结合图4和图5，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的指纹感应区域300时，指纹感应区域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，反射光经过光线指纹识别模组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。
37.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105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。
38.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。下面对本技术的光学图像采集单元的技术实施方案进行描述。
39.请参见图3，本技术一较佳实施例所示的光学图像采集单元包括具有上表面(未标号)和下表面(未标号)的基材1、形成在上表面上的上层遮光区22和形成在下表面上的下层遮光区32。基材1为透明的树脂或玻璃，基材1的光学透过率在90％以上，如pet、pmma等。基材1的上表面上形成有微透镜阵列，该微透镜阵列包括若干微透镜部21，微透镜部21呈半球状。微透镜部21的直径为50～200um，矢高为10～50um，相邻微透镜部21之间的间距为100um～500um。该微透镜部21采用涂布uv树脂并通过纳米压印制作而成，该制作方法为现有技术，在此不对其进行详细描述。
40.该上层遮光区22的材质为非透光材料，具体可以为黑色油墨，其采用刮涂方式制作而成。上层遮光区22上贯通形成有若干上开口(未标号)，该上开口与微透镜部21呈一对一布置，微透镜部21穿过上开口以暴露在上层遮光区22外。上层遮光区22的高度为1um～10um。微透镜部21的高度高于上层遮光区22的高度，通过此种设置，微透镜部21高出上层遮光区22的部分未遮挡即可有效采集信息，上层遮光区用于遮挡不必要的杂散光。
41.该下层遮光区32的材质同样为非透光材料，具体可以为黑色油墨，其采用刮涂方式制作而成。下层遮光区32上贯通形成有若干下开口31，微透镜部21与下开口31一对一布置，微透镜部21的正投影覆盖下开口31。微透镜部21的焦点落在下开口31内。具体的，下开口31的中轴线与微透镜部21的中轴线重合或大致重合。下层遮光区32的高度为1um～10um。
42.该下开口31通过微透镜部21与高功率激光光照形成。具体的，当微透镜部21被高功率激光光照时，微透镜部21聚焦的激光能量达到了黑色油墨材料的熔化阈值，则微透镜
部21对应该处黑色油墨材料将遭到破坏，从而形成与微透镜部21对应的下开口31，而其余位置的黑色油墨材料仍然存在形成下层遮光区32。因此控制材料的折射率和基材1的厚度，能确保微透镜部21的焦点落在下开口31处。如此得到的下开口31与微透镜部21位置一一对应，下层遮光区32可进一步防止杂散光的干扰。
43.本技术的光学图像采集单元通过上层遮光区22和下层遮光区32的配合，使其在结构上无需设置挡墙，与现有技术相比，整体厚度更小，结构相对简单；另外，通过下层遮光区32还可以进一步减小散光的干扰，上层遮光区22及下层遮光区32结合可避免杂散光干扰，提高图像采集精度。
44.请结合图4和图5，该光学图像采集单元分别对应于本技术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。需要说明书的是，光学图像采集单元与光电传感器单元之间通常会设置光学胶层(未图示)。光学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包括若干第一像素单元和第二像素单元，第一像素单元位于微透镜部21的正下方，第一像素单元包括1个或者多个像素，第一像素单元可以接受微透镜部21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，光电转换器将第一像素单元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对应的第二像素单元无法接受微透镜部21聚焦后的反射光，相邻lens的大角度光线经过微透镜部21会被第二像素单元所接受，从而避对第一像素单元的串扰。提高第一像素单元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。
45.请参见图6并结合图3，本技术一实施例所示的光学图像采集单元的制作方法可以用于制作上述光学图像采集单元，该制备方法包括如下步骤：
46.第一步，提供基材1，基础具有上表面和下表面；
47.第二步，在基材1的上表面上形成微透镜阵列和上层遮光区22，其中，微透镜阵列包括若干微透镜部21，上层遮光区22上贯通形成有若干上开口，微透镜部21穿过开口以暴露在上层遮光区22外；
48.第三步，在基材1的下表面刮涂遮光层，以形成下层遮光层；
49.第四步，在微透镜部21上进行激光照射，以使下层遮光层中处于微透镜部21焦点上的部分形成下开口31。
50.需要说明的是，上述第二步和第三步的顺序可以互换。在第二步和第一步中，形成上层遮光区22和下层遮光区32的非透光材料均可以为黑色油墨。
51.在第二步中的“微透镜阵列和上层遮光区22”的具体形成方法包括：
52.在基材1的上表面制作微透镜阵列，微透镜阵列包括若干微透镜部21；
53.在上表面上涂覆非透光材料，非透光材料的厚度小于微透镜部21的高度，非透光材料具体可以为黑色油墨，黑色油墨填充除微透镜阵列的其余区域，并在微透镜部21上擦除多余的黑色油墨，以形成上层遮光区22。
54.上述光学图像采集单元的制备方法通过制作上层遮光区和下层遮光区来实现挡光的作用，并且，下层遮光区的下开口直接通过激光结合微透镜部即可实现，与现有技术相比，制作简单。
55.请结合图7，上述光学图像采集单元的制作方法的具体制备方法如下：
56.s1：在基材1的下表面刮涂遮光层，即满版刮涂黑色油墨，从而形成下层遮光层31；
57.s2：在基材1的上表面制作微透镜阵列，具体为：通过涂布uv树脂通过纳米压印并固化形成微透镜阵列；
58.s3：在具有微透镜阵列的上表面满版刮涂黑色油墨，该黑色油墨的厚度小于微透镜部21的高度。由于黑色油墨的厚度小于微透镜部21的高度，因此微透镜部21会暴露一部分，使黑色油墨全部填充在除微透镜阵列的其余区域。然后，擦除微透镜部21上的黑色油墨，整理版面，形成上层遮光区22；
59.s4：在步骤s3之后，进行高功率激光光能照射，当照射时，下层遮光层32中与微透镜部21对应的位置处于微透镜部21焦点上，由于微透镜部21的聚焦作用，对应该点处的黑色油墨材料遭到破坏，从而形成与微透镜部21对应的下开口31，而下层遮光层32的其余位置的黑色油墨材料仍然保留，以形成下层遮光区32。
60.上述步骤s1也可以置于步骤s3之后，具体的，请结合图8，光学图像采集单元的制作方法的具体制备方法还可以为：
61.s1：在基材1的上表面制作微透镜阵列，该微透镜阵列包括若干微透镜部21。微透镜阵列通过涂布uv树脂通过纳米压印并固化形成；
62.s2：在具有微透镜阵列的上表面满版刮涂黑色油墨，该黑色油墨的厚度小于微透镜部21的高度。由于黑色油墨的厚度小于微透镜部21的高度，因此微透镜部21会暴露一部分，使黑色油墨全部填充在除微透镜阵列的其余区域。然后，擦除微透镜部21上的黑色油墨，整理版面，形成上层遮光区22；
63.s3：在基材1的下表面刮涂遮光层，即满版刮涂黑色油墨，从而形成下层遮光层；
64.s4：在步骤s3之后，进行高功率激光光能照射，当照射时，下层遮光层中与微透镜部21对应的位置处于微透镜部21焦点上，由于微透镜部21的聚焦作用，对应该点处的黑色油墨材料遭到破坏，从而形成与微透镜部21对应的下开口31，而下层遮光层的其余位置的黑色油墨材料仍然保留，形成下层遮光区32。
65.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。
66.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。