光学识别模块的制作方法

本发明涉及一种光学模块，尤其涉及一种可识别生物特征的光学识别模块。

背景技术：

随着物联网技术的蓬勃发展，生物识别技术的应用及需求因此迅速扩张。目前市面上常见的生物识别技术主要是利用光学、电容或超音波等方式识别指纹、掌纹、静脉分布、虹膜、视网膜或脸部特征等生物特征，藉此达到身分识别或认证的目的。相较于以电容或超音波方式识别生物特征的识别模块，以光学方式识别生物特征的光学识别模块通过传感器接收被待测物反射的光束，以进行生物特征的识别，因此具有耐用度高且成本低廉的优势。然而，被待测物反射的光束容易散乱地传递至传感器，而造成取像品质不佳，影响识别结果。

技术实现要素：

本发明提供一种光学识别模块，其具有良好的识别能力。

本发明的一种光学识别模块包括传感器以及准直器。传感器具有感测面以及多个感测区，多个感测区位于感测面上。准直器设置在多个感测区上，且准直器包括透光基板、第一光屏蔽层以及多个微透镜。第一光屏蔽层设置在感测面上，其中第一光屏蔽层包括多个第一开口，多个第一开口暴露出多个感测区的各者的至少部分区域。多个微透镜设置在透光基板的第一表面上，其中第一光屏蔽层位于多个微透镜与多个感测区之间，且多个微透镜分别与多个第一开口相对应。

本发明的一种光学识别模块，包括传感器以及准直器。传感器具有一感测面以及多个感测区，多个感测区位于感测面上。准直器设置在多个感测区上，且准直器包括透光基板、第一光屏蔽层以及多个微透镜。多个微透镜设置在透光基板的第一表面上。第一光屏蔽层设置在面板上，且位于多个微透镜与面板之间，其中第一光屏蔽层包括多个第一开口，多个第一开口分别与多个微透镜以及多个感测区的各者的至少部分区域相对应。

在本发明的一实施例中，上述的光学识别模块还包括红外线截止片以及吸收层。红外线截止片设置在透光基板的第二表面上，且第二表面与第一表面相对。吸收层设置在透光基板的第二表面上，且吸收层位于透光基板的第二表面与红外线截止片之间。

在本发明的一实施例中，上述的多个感测区的相邻二者之间具有一间距，且各微透镜的直径小于或等于间距。

在本发明的一实施例中，上述的间距与各感测区的宽度的比值大于2的正平方根。

在本发明的一实施例中，上述的第一光屏蔽层的厚度与各第一开口的宽度的比值大于2的正平方根。

基于上述，在本发明的光学识别模块中，利用准直器将传递至传感器的光束准直化，以有效改善光学干扰(crosstalk)、达到光学降噪并提升图像解析度，并且易于制作，且能减少生产成本。因此，本发明的光学识别模块可具有良好的识别能力，且易于制作，有利于产业竞争与发展。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1至图7分别是依照本发明的第一至第七实施例的光学识别模块的剖面示意图；

图8a是依照本发明的第八实施例的光学识别模块的剖面示意图；

图8b与图8c是图8a的光学识别模块的光路示意图；

图9是依照本发明的第九实施例的光学识别模块的剖面示意图。

附图标记说明

100、100a、200、200a、300、400、500、600、700：光学识别模块

110：传感器

120、120a、120b、120c、120d、120e：准直器

122：透光基板

124、124c、124d、124e：第一光屏蔽层

126：第二光屏蔽层

128：微透镜

al：吸收层

d：直径

de1：延伸方向

dt：厚度方向

ir：红外线截止片

l1、l2、l3：光束

o1：第一开口

o2：第二开口

p：间距

pl：面板

r：感测区

s1：第一表面

s2：第二表面

sr：感测面

t122、t124、t124c、t124d、t124e：厚度

wo1、wo2、wr：宽度

具体实施方式

在附图中，各附图示出的是特定示范实施例中所使用的方法、结构和/或材料的通常性特征。然而，所述附图并不局限于下列实施例的结构或特征，且这些附图不应被解释为界定或限制由这些示范实施例所涵盖的范围或性质。举例来说，为了清楚起见，各膜层、区域和/或结构的相对厚度及位置可能缩小或放大。

在各附图中使用相似或相同的元件符号倾向于标示相似或相同元件或特征的存在。附图中的相似元件符号标示相似的元件并且将省略其赘述。

下列实施例所列举的光学识别模块适于获取待测物的生物特征。待测物可为手指或手掌。对应地，生物特征可为指纹、静脉或掌纹，但不以此为限。

图1至图7分别是依照本发明的第一至第七实施例的光学识别模块的剖面示意图。请参照图1，第一实施例的光学识别模块100包括传感器110以及准直器120。

传感器110适于接收被待测物(未示出)反射的光束(即带有生物特征信息的光束，未示出)。举例来说，传感器110可包括电荷耦合元件(chargecoupleddevice,ccd)、互补式金属氧化物半导体元件(complementarymetal-oxidesemiconductor,cmos)或其他适当种类的光学感测元件。

传感器110具有多个感测区r。所述多个感测区r为传感器110中的多个收光区域。当传感器110采用多个电荷耦合元件来收光时，所述多个感测区r分别为多个电荷耦合元件的所在区域。另一方面，当传感器110采用互补式金属氧化物半导体元件来收光时，所述多个感测区r是互补式金属氧化物半导体元件中的多个像素区。

准直器120设置在所述多个感测区r上。具体地，准直器120设置在待测物与传感器110之间，以将被待测物反射且朝传感器110传递的光束准直化，藉此改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度。

进一步而言，准直器120包括透光基板122以及第一光屏蔽层124。透光基板122可以是任何能够让光束通过的载板。举例来说，透光基板122可包括玻璃基板或塑胶基板，但不以此为限。

透光基板122具有第一表面s1以及与第一表面s1相对的第二表面s2。第一光屏蔽层124设置在透光基板122的第一表面s1上。在本实施例中，第一表面s1位于第二表面s2与传感器110之间，亦即，第一表面s1为透光基板122面向传感器110的表面，而第二表面s2为透光基板122背对传感器110的表面。因此，第一光屏蔽层124位于透光基板122与传感器110之间。在另一实施例中，可将准直器120倒置，使得设置有第一光屏蔽层124的第一表面s1背对传感器110，而第二表面s2面向传感器110，如此，透光基板122位于第一光屏蔽层124与传感器110之间。

第一光屏蔽层124适于屏蔽杂散光，且第一光屏蔽层124可由任何能够屏蔽光的材质形成。举例来说，所述屏蔽光的材质可包括吸光材质，但不以此为限。举例来说，第一光屏蔽层124的材质可包括黑色油墨或黑色光致抗蚀剂。此外，第一光屏蔽层124可由印刷的方式形成在第一表面s1上。然而，第一光屏蔽层124的材质、颜色及其形成于第一表面s1上的方式可依需求改变，而不限于上述。

由于准直器120设置在待测物与传感器110之间，因此为了让传感器110接收到被待测物反射的光束(即带有生物特征信息的光束)，准直器120的第一光屏蔽层124包括对应传感器110的所述多个感测区r设置的多个第一开口o1。如此，被待测物反射的光束可经由所述多个第一开口o1传递至传感器110。

各第一开口o1的尺寸(如各第一开口o1的宽度wo1)小于或等于各感测区r的尺寸(各感测区r的宽度wr)，以使各第一开口o1中的光束传递至对应的感测区r中。上述的宽度(如第一开口o1的宽度wo1及感测区r的宽度wr)可以是开口/区域的直径(当开口/区域的形状为圆形)或是开口/区域的对角线长(当开口/区域的形状为方形)。

在本实施例中，所述多个第一开口o1与所述多个感测区r的设置关系是一对一，即每个感测区r上设置有一个第一开口o1。然而，在另一实施例中，所述多个第一开口o1与所述多个感测区r的设置关系可以是多对一，即每个感测区r上设置有多个第一开口o1。

各第一开口o1中可依需求而填充或不填充透光材质。在本实施例中，各第一开口o1中没有填充任何材质。也就是说，各第一开口o1中的光传递介质为空气。然而，在另一实施例中，各第一开口o1中可填充有透光材质。也就是说，各第一开口o1中的光传递介质为透光材质。透光材质的折射率较佳等于或接近透光基板122的折射率，以降低因介面反射或光束传递路径改变而造成的光损失。

依据不同的设计需求，各第一开口o1的延伸方向de1与透光基板122的厚度方向dt之间的夹角落在0度至45度的范围内。在本实施例中，延伸方向de1与厚度方向dt之间的夹角(未示出)为0度。换句话说，各第一开口o1朝透光基板122的厚度方向dt延伸，但本发明不以此为限。

朝感测区r传递的光束的准直化效果会与第一光屏蔽层124的厚度t124以及各第一开口o1的宽度wo1相关。第一光屏蔽层124越厚和/或各第一开口o1越窄，光束的准直化效果越显着。相反地，第一光屏蔽层124越薄和/或各第一开口o1越宽，光束的准直化效果越不显着。为了有效将光束准直化(例如通过第一光屏蔽层124屏蔽/吸收朝感测区r传递的光束中的大角度光束)，第一光屏蔽层124的厚度t124与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124/wo1)大于1。通过上述设计，可有效改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度，使得光学识别模块100具有良好的识别能力。

依据不同的需求，光学识别模块100可进一步包括其他元件。举例来说，光学识别模块100可进一步包括光源，但不以此为限。

请参照图2，第二实施例的光学识别模块200与图1中光学识别模块100的主要差异如下所述。在光学识别模块200中，各第一开口o1的延伸方向de1与透光基板122的厚度方向dt之间的夹角θ大于0度且小于或等于45度。

请参照图3，第三实施例的光学识别模块100a与图1中光学识别模块100的主要差异如下所述。在光学识别模块100a中，所述多个第一开口o1与所述多个感测区r的设置关系是多对一，即每个感测区r上设置有多个第一开口o1。

请参照图4，第四实施例的光学识别模块200a与图2中光学识别模块200的主要差异如下所述。在光学识别模块200a中，所述多个第一开口o1与所述多个感测区r的设置关系是多对一，即每个感测区r上设置有多个第一开口o1。

请参照图5，第五实施例的光学识别模块300与图1中光学识别模块100的主要差异如下所述。在光学识别模块300中，准直器120a除了透光基板122及第一光屏蔽层124之外还包括第二光屏蔽层126以及多个微透镜128。

第二光屏蔽层126设置在透光基板122的第二表面s2上。换句话说，第二光屏蔽层126与第一光屏蔽层124分别位于透光基板122的相对两侧。

第二光屏蔽层126也适于屏蔽杂散光，且第二光屏蔽层126可由任何能够屏蔽光的材质形成。举例来说，所述屏蔽光的材质可包括吸光材质，但不以此为限。举例来说，第二光屏蔽层126的材质可包括黑色油墨或黑色光致抗蚀剂。此外，第二光屏蔽层126可由印刷的方式形成在第二表面s2上。然而，第二光屏蔽层126的材质、颜色及其形成于第二表面s2上的方式可依需求改变，而不限于上述。

第二光屏蔽层126包括对应第一光屏蔽层124的多个第一开口o1设置的多个第二开口o2，且各第二开口o2的尺寸(如各第二开口o2的宽度wo2)可大于或等于各第一开口o1的尺寸(如各第一开口o1的宽度wo1)。

多个微透镜128设置在第二表面s2上且分别位于所述多个第二开口o2中。进一步而言，多个微透镜128适于汇聚光束，而有助于传感器110接收到更多被待测物反射的光束。在本实施例中，多个微透镜128阵列排列在第二表面s2上，且多个微透镜128与多个感测区r的设置关系是一对一。然而，在另一实施例中，多个微透镜128与多个感测区r的设置关系也可以是多对一。

多个微透镜128的折射率较佳等于或接近透光基板122的折射率，以降低因介面反射或光束传递路径改变而造成的光损失。举例来说，多个微透镜128与透光基板122的折射率差值的绝对值较佳小于0.1。此外，各微透镜128的曲率半径小于透光基板122的厚度t122与各感测区r的宽度wr的比值(t122/wr)，以达到较佳的汇聚效果。

在本实施例中，各第一开口o1中可依需求而填充或不填充透光材质。此外，准直器120a可省略多个微透镜128的设置，在此架构下，各第二开口o2中也可依需求而填充或不填充透光材质。另外，依据不同的需求，光学识别模块300可进一步包括其他元件。相关说明请参照前述，于此不再赘述。

请参照图6，第六实施例的光学识别模块400与图5中光学识别模块300的主要差异如下所述。在光学识别模块400中，设置有第一光屏蔽层124的第一表面s1背对传感器110，且设置有第二光屏蔽层126的第二表面s2面向传感器110，使得透光基板122位于第一光屏蔽层124与传感器110之间。

此外，各第二开口o2的尺寸(如各第二开口o2的宽度wo2)小于或等于各感测区r的尺寸(各感测区r的宽度wr)，且各第一开口的尺寸(如各第一开口o1的宽度wo1)大于或等于各第二开口o2的尺寸(如各第二开口o2的宽度wo2)。

多个微透镜128设置在第一表面s1上且分别位于多个第一开口o1中。在本实施例中，多个微透镜阵列128排列在第一表面s1上，且多个微透镜128与多个感测区r的设置关系是一对一。然而，在另一实施例中，多个微透镜128与多个感测区r的设置关系可以是多对一。微透镜128的相关设计请参照前述，于此不再重述。

在本实施例中，各第二开口o2中可依需求而填充或不填充透光材质。此外，准直器120b可省略多个微透镜128的设置，在此架构下，各第一开口o1中也可依需求而填充或不填充透光材质。另外，依据不同的需求，光学识别模块400可进一步包括其他元件。相关说明请参照前述，于此不再赘述。

请参照图7，第七实施例的光学识别模块500与图6中光学识别模块400的主要差异如下所述。在光学识别模块500中，准直器120c的第一光屏蔽层124c比图6中准直器120b的第一光屏蔽层124更薄，亦即厚度t124c小于厚度t124，且第一光屏蔽层124c的厚度t124c与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124c/wo1)可以不用大于1。因此，光学识别模块500可具有较薄的厚度。

在本实施例中，各第二开口o2中可依需求而填充或不填充透光材质。此外，准直器120c可省略多个微透镜128的设置，在此架构下，各第一开口o1中也可依需求而填充或不填充透光材质。另外，依据不同的需求，光学识别模块500可进一步包括其他元件。相关说明请参照前述，于此不再赘述。

图8a是依照本发明的第八实施例的光学识别模块的剖面示意图。图8b与图8c是图8a的光学识别模块的光路示意图。请参照图8a，第八实施例的光学识别模块600与图5中光学识别模块300的主要差异如下所述。在光学识别模块600中，准直器120d的第一光屏蔽层124d设于传感器110的感测面sr上，使得第一光屏蔽层124d位于微透镜128与传感器110的多个感测区r之间。并且，如图8a所示，在本实施例中，多个微透镜设置在透光基板122的第一表面s1上，且多个微透镜128分别与所述多个第一开口o1相对应。

如前所述，在本实施例中，朝感测区r传递的光束的准直化效果会与第一光屏蔽层124d的厚度t124d以及各第一开口o1的宽度wo1相关。第一光屏蔽层124d越厚和/或各第一开口o1越窄，光束的准直化效果越显着。相反地，第一光屏蔽层124d越薄和/或各第一开口o1越宽，光束的准直化效果越不显着。为了有效将光束准直化(例如通过第一光屏蔽层124d屏蔽/吸收朝感测区r传递的光束中的大角度光束)，第一光屏蔽层124d的厚度t124d与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124d/wo1)会视情况而调整其需求值。然而，当第一光屏蔽层124d的厚度t124d与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124d/wo1)越大时，制程难度也随之提升。

据此，如图8a所示，在本实施例中，通过将第一光屏蔽层124d设于传感器110的感测面sr上的配置，将可更有效地屏蔽/吸收朝感测区r传递的光束中的大部分的大角度光束，而可降低第一光屏蔽层124d的厚度t124d与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124d/wo1)的需求值的大小，并易于制作。具体而言，如图8a至图8c所示，在本实施例中，第一光屏蔽层124d的多个第一开口o1暴露出多个感测区r的各者的至少部分区域，而多个微透镜128分别与多个第一开口o1相对应。如此，如图8b与图8c所示，由于微透镜128适于汇聚光束，因此，朝感测区r传递的光束中的小角度的光束l1仍能经由第一开口o1传递至对应的感测区r。而朝感测区r传递的大角度的光束l2、l3中则会在经由微透镜128的折射后被传递至设于传感器110的感测面sr上的第一光屏蔽层124d，而被第一光屏蔽层124d的上表面或侧表面屏蔽/吸收，而免于被传递至传感器110的感测区r。

举例而言，如图8b与图8c所示，在本实施例中，多个感测区r的相邻二者之间具有一间距p，且各微透镜128的直径d小于或等于间距p。间距p与各感测区r的宽度wr的比值大于等于2的正平方根。第一光屏蔽层124d的厚度t124d与各第一开口o1的宽度wo1的比值大于等于2的正平方根。如此，可降低第一光屏蔽层124d的厚度t124d与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124d/wo1)的需求值的大小，而可易于制作，并能同时使光学识别模块600具有良好的识别能力。举例而言，在本实施例中，第一光屏蔽层124d的厚度t124d与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124d/wo1)可介于2的正平方根至12之间。

此外，如图8a所示，在本实施例中，光学识别模块600还包括红外线截止片ir。红外线截止片ir设置在透光基板122的第二表面s2上。红外线截止片ir可用以反射或吸收近红外线波段的入射光，而避免红外线波段的入射光被传递至传感器110的感测区r而对传感器110产生影响。此外，光学识别模块600还可选择性地还包括吸收层al，来进一步地避免影响面板pl的显示画面的品质。具体而言，如图8a所示，在本实施例中，吸收层al设置在透光基板122的第二表面s2上，而位于透光基板122的第二表面s2与红外线截止片ir之间。进一步而言，在本实施例中，吸收层al可用于吸收被红外线截止片ir反射的光线，以避免使用者观测到被红外线截止片ir反射的光线，而影响面板pl的显示画面的品质。

如此一来，通过上述设计，可有效改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度，使得光学识别模块600具有良好的识别能力，并且易于制作，且能减少生产成本。另外，依据不同的需求，光学识别模块600可进一步包括其他元件。相关说明请参照前述，于此不再赘述。

图9是依照本发明的第九实施例的光学识别模块的剖面示意图。请参照图9，第九实施例的光学识别模块700与图8a中光学识别模块600的主要差异如下所述。在光学识别模块700中，光学识别模块还包括面板pl，准直器120e的第一光屏蔽层124e设于面板pl朝向微透镜128的一表面上。举例而言，面板pl可为手机的显示面板或盖板玻璃，而适于使被待测物(未示出)反射的光束(即带有生物特征信息的光束，未示出)通过，并被传递至传感器110的多个感测区r。

进一步而言，如图9所示，在本实施例中，多个第一开口o1分别与多个微透镜128以及多个感测区r的各者的至少部分区域相对应。并且，传感器110可相对地缩减各感测区r的面积，即感测区的宽度wr。换言之，在本实施例中，只要在与多个第一开口o1以及多个微透镜128所对应的感测面sr的部分区域上设置感测区r即可。

如此，通过将第一光屏蔽层124e设于面板pl朝向微透镜128的表面的配置，亦可有效地在光束被传递至微透镜128前，就通过第一光屏蔽层124e屏蔽/吸收朝感测区r传递的光束中的大部分的大角度光束，进而可降低第一光屏蔽层124e的厚度t124e与各第一开口o1的宽度wo1的比值(t124e/wo1)的需求值的大小，并易于制作。并且，通过缩减各感测区r的面积，亦可大幅降低杂散光被传递至传感器110的感测区r的情况，并且通过微透镜128的配置，朝感测区r传递的光束中的小角度光束仍可被汇聚至设有传感器110的感测面sr上设有感测区r的区域。

如此一来，通过上述设计，亦可有效改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度，使得光学识别模块700具有良好的识别能力，并且易于制作，且能减少生产成本。另外，依据不同的需求，光学识别模块700可进一步包括其他元件。相关说明请参照前述，于此不再赘述。

综上所述，在本发明的光学识别模块中，利用准直器将传递至传感器的光束准直化，以有效改善光学干扰、达到光学降噪并提升图像解析度，并且易于制作，且能减少生产成本。因此，本发明的光学识别模块可具有良好的识别能力，且易于制作，有利于产业竞争与发展。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。