CN111366997A - 微透镜阵列、生物识别模组及其电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微透镜阵列、生物识别模组及其电子设备，微透镜阵列包括透明基底、微透镜组件及吸光组件，透明基底包括第一表面和第一表面相对的第二表面；微透镜组件包括多个呈阵列排列于第一表面上的微透镜，吸光组件包括第一吸光层、第二吸光层；第一吸光层设有多个第一透光孔，第二吸光层设有多个第二透光孔；本发明的微透镜阵列通过第二吸光层和第一吸光层共同作用，可以更好的提高微透镜的聚光效率，提高成像效果；且第一吸光层和第二吸光层分别设置有多个透光孔，相对于吸光层仅设置一个透光孔，此种设置对微透镜与透光孔的位置设置要求不高，只需外形对准即可，能够降低透光孔与微透镜对位精度的要求，且制作工艺更简单，成本更低。

Description

微透镜阵列、生物识别模组及其电子设备

技术领域

本发明涉及微透镜领域，特别是涉及微透镜阵列、生物识别模组及其电子设备。

背景技术

微透镜阵列是指一定数量微纳尺度的球面或自由曲面透镜的排列组合，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。一般地，照射到微透镜阵列上的入射光包括垂直光和非垂直光。垂直光指与微透镜的入射面垂直的光，否则便为非垂直光。垂直光透过微透镜和微透镜阵列后光强减弱很小，从而使得形成的图像的清晰度较高。而非垂直光通过微透镜阵列时因发生折射，而导致非垂直光通过微透镜阵列后光强减弱较多，从而使得形成的图像的清晰度较低。当垂直光和非垂直光同时存在，且非垂直光的入射至微透镜或透明基底时将导致入射光透过微透镜阵列后形成的图像的清晰度的一致性较弱，从而使得微透镜聚光效率较低，影响成像效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种可提高成像效果的微透镜阵列。

本发明提供了一种微透镜阵列，包括：

透明基底，所述透明基底包括第一表面和所述第一表面相对的第二表面；

微透镜组件，所述微透镜组件包括多个呈阵列排列于所述第一表面上的微透镜，所述微透镜具有第三表面，所述第三表面与第一表面贴合，以及

吸光组件，所述吸光组件包括第一吸光层，所述第一吸光层设于所述第二表面；所述第一吸光层设有多个第一透光孔；所述微透镜在所述第一吸光层上的正投影的边缘均落在所述第一吸光层上，且与所述第一吸光层的边缘有间隔。

一般地，垂直光透过微透镜和微透镜阵列后光强减弱很小，从而使得形成的图像的清晰度较高。而非垂直光通过微透镜阵列组件时因发生折射，而导致非垂直光通过微透镜阵列后光强减弱较多，从而使得形成的图像的清晰度较低。通过在每个微透镜的第二表面设置有第一吸光层，通过折射进入微透镜内部的非垂直光能被第一吸光层吸收，最终仅垂直光从微透镜透过，可实现提升准直效果的目的，从而可提高产品性能。

在微透镜的制作过程中，如通过压印的工艺在透明基底上形成微透镜阵列，此种采用分离式制作方法，在制作吸光层的透光孔时，一般为了能够有更好的成像效果，通常一个微透镜对应设置一个透光孔，而此种设置要求微透镜与吸光层的透光孔的对位精度要求比较高(+/-1.5um)，制作工艺复杂，成本高，得到的微透镜性能不理想，而本发明采用多对一或一对多的方式进行设置，可以降低成本，降低后段模组贴合工艺精度要求，进光量不会比一对一的少，清晰度方面不会有降低的问题，本发明的吸光层设置有多个透光孔，相对于吸光层仅设置一个透光孔，此种设置对微透镜与透光孔的位置设置要求不高，只需外形对准即可，且能够符合基本性能要求，该种结构的制作工艺更简单，且能够降低对位精度的要求。

在其中一个实施例中，所述第一吸光层的厚度为800nm～3μm。此种范围设置，不仅能够实现超薄化需求，同时能够有效的起到吸光作用。

在其中一个实施例中，所述第一吸光层为钛层、铬层、硅层、碳化硅层及二氧化硅层中的一种或多种的组合。钛层、铬层、硅层、二氧化硅层和碳化硅层均为吸光性较好的黑色吸光层。

在其中一个实施例中，所述第一吸光层的数量为多个，且与所述微透镜一一对应设置。

在其中一个实施例中，所述第一透光孔的孔径为0.5μm～5μm。孔径太小，部分垂直光线被吸光层吸收，不能够透过基底，影响性能，而第一通孔的孔径太大，非垂直光亦透过基底，不能够有效的被吸收。

在其中一个实施例中，所述吸光组件还包括第二吸光层，所述第二吸光层设置于所述第三表面和所述第一表面之间，所述第二吸光层设有多个第二透光孔，所述微透镜在所述第二吸光层上的正投影的边缘均落在所述第二吸光层上，且与所述第二吸光层的边缘有间隔。单一的吸光层难以完全将非垂直光吸收，导致部分非垂直光进入透明基底内部，通过在透明基底的第一表面设置第二吸光层，可以进一步的吸收透过透明基底的入射角较大的杂光。从而进一步提高入射光透过微透镜后形成的图像的清晰度的一致性，提高微透镜的聚光效率，即提高成像效果。即第二吸光层和第一吸光层共同作用，可以更好的提高微透镜的聚光效率，提高成像效果。

在其中一个实施例中，所述第二吸光层的数量为多个，且与所述微透镜一一对应设置。

在其中一个实施例中，所述第二透光孔的孔径为5μm～10μm。第二通孔的孔径大于第一通孔的孔径，光线的路径决定了透明基底上方第二通孔的孔径小于透明基底下方第一通孔，折射下来的非垂直光才能被有效屏蔽掉，进而提高微透镜的聚光效率，提高成像效果。

在其中一个实施例中，所述第二吸光层的厚度为800nm～3μm。此种范围设置，不仅能够实现超薄化需求，同时，能够有效的起到吸光作用。

在其中一个实施例中，所述第二吸光层为钛层、铬层、硅层、碳化硅层或二氧化硅层中的一种或多种的组合。钛层、铬层、硅层、二氧化硅层和碳化硅层均为吸光性较好的黑色吸光层。

在其中一个实施例中，所述微透镜为多边形微透镜。

在其中一个实施例中，所述微透镜为球面微透镜。

本发明还提供一种生物识别模组，包括所述的微透镜阵列。上述生物识别模组，通过第一吸光层可以遮挡入射角较大的杂光，从而提高入射光透过微透镜后形成的图像的清晰度的一致性，提高微透镜聚光效率，即提高成像效果。

本发明还提供了一种电子设备，包括所述的生物识别模组。上述电子设备，通过第一吸光层可以遮挡入射角较大的杂光，从而提高入射光透过微透镜后形成的图像的清晰度的一致性，提高微透镜聚光效率，即提高成像效果。

附图说明

图1为本发明一实施方式的微透镜阵列组件的俯视图；

图2为图1中微透镜阵列组件的A-A向剖视图；

图3为图1中微透镜阵列组件的仰视图；

图4为本发明另一实施方式的微透镜阵列组件的剖视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1～3所示，一实施方式的微透镜阵列，可应用于光电元件如数码相机、手机等领域。其中，该微透镜阵列包括透明基底100、微透镜组件200和吸光组件；

透明基底100包括第一表面101和该第一表面101相对的第二表面102；

透明基底100的厚度可根据实际需要进行设定，在其中一些实施例中，透明基底100的厚度为70μm～150μm；此范围内的基底具有更合适的强度和表面效果。

进一步地，透明基底100采用光学透明材质制成，可采用折射率满足1.52左右的透明材料，例如可以是玻璃、云母片等，选用上述材质的透明基底100均为光学性能优异的材料，具有更高的强度和表面效果。

微透镜组件200用于聚焦、成像等；该微透镜组件200包括多个微透镜201，多个微透镜201呈阵列排列于透明基底100的第一表面101上；相邻的微透镜201之间间隔设置，或者无间隔设置；微透镜201具有与第一表面101贴合的第三表面202。

具体地，微透镜201可为多边形微透镜，进一步地，可以为正六边形微透镜、正五边形微透镜、正四边形微透镜或正三角形微透镜。当微透镜201为多边形微透镜时，微透镜可采用侧面贴合设置方式。

微透镜201还可以为球面微透镜。

一般地，照射到微透镜201上的入射光包括垂直光和非垂直光。吸光组件用于将入射至微透镜201内的非垂直光进行吸收，从而减少非垂直光与微透镜201组合使用的光学元件之间的多次折射与反射，可以防止非垂直光的折射弱化问题，进而只接收垂直光从而达到提升准直效果的目的，从而提高成像效果。

需要说明的是，垂直光指与透明基底100的入射面垂直的光，即与第一表面101垂直的光，否则便为非垂直光。

吸光组件包括第一吸光层301，第一吸光层301设于透明基底100的第二表面102；进一步地，第一吸光层301的数量为多个，且与微透镜201一一对应设置；第一吸光层301设有多个第一透光孔3011，多个第一透光孔3011在微透镜201的第三表面202上的正投影完全落在第三表面202上，且与第三表面202的边缘有间隔，即多个第一透光孔3011均被微透镜201完全覆盖。

进一步地，微透镜201在第一吸光层301上的正投影的边缘均落在第一吸光层301上，且与第一吸光层301的边缘有间隔。即第一吸光层301能够完全覆盖第三表面202。

进一步地，多个第一透光孔3011的大小相同，且多个第一通光孔3011均匀分布，即相邻的两个第一透光孔3011的距离相同。从而使得每个微透镜201对应的聚光位置的边缘的聚光效率一致，进而提高微透镜阵列组件的整体成像效果。

垂直光透过微透镜201后再透过第一透光孔3011穿过透明基底100；部分非垂直光进入微透镜201内部会发生折射，第一吸光层301吸收能够将其吸收，从而使得仅垂直光从透明基底100透过，进而实现提升准直效果的目的，更好的提高微透镜201的聚光效率，提高成像效果。

再者，本实施例中，第一吸光层301遮挡入射角较大的杂光，可以有效缓解入射角较大的杂光折射至其它微透镜201的聚光位置，进而使得不同微透镜201之间的取样不会产生串扰，从而避免形成的图像出现视差现象。

进一步地，第一吸光层301的位于任何相邻两个第一透光孔3011之间的部分的宽度均相同，从而使得每个微透镜201对应的聚焦位置的聚光效率一致，需要说明的是，为了微透镜阵列组件的整体成像效果，每个微透镜的对应的第一吸光层301的结构、位置均相同。

具体地，第一透光孔3011的孔径为0.5μm～5μm；具体的示例中，可以为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm或5μm。第一透光孔3011的孔径太小，部分垂直光被第一吸光层301吸收，不能够透过基底，影响成像性能，而第一透光孔3011的孔径太大，非垂直光亦透过基底，不能够有效的被吸收。第一透光孔3011的形状为圆形。

具体地，第一吸光层301的厚度为800nm～3μm。可以为800nm、1μm、2μm或3μm。此种范围设置，不仅能够实现超薄化需求，同时能够有效的起到遮光作用。

第一吸光层301采用黑色吸光层，可以为但不限于钛层、铬层、硅层、碳化硅层或及二氧化硅层中的一种或多种的组合，上述吸光层能够将光线有效的吸收；第一吸光层301可采用本领域常用的工艺设置，如可采用蒸镀或涂覆光刻胶的方式将第一吸光层301设于透明基底的第一表面101。采用该工艺形成的第二吸光层更平整、均匀。

如图4所示，二实施方式的微透镜阵列，该微透镜阵列与上述实施方式的微透镜阵列区别仅在于，吸光组件的不同，具体地，本实施方式的吸光组件包括第一吸光层301、第二吸光层302；

单一的吸光层难以完全的吸收非垂直光，导致部分非垂直光进入透明基底内部，第二吸光层302的设置可以进一步的吸收透过透明基底100的入射角较大的杂光。从而进一步提高入射光透过微透镜201后形成的图像的清晰度的一致性，提高微透镜201的聚光效率，即提高成像效果。即第一吸光层301和第二吸光层302共同作用，可以更好的提高微透镜201的聚光效率，提高成像效果。

第二吸光层302设置于第三表面202和第一表面101之间；进一步地，第二吸光层302的数量为多个，且与微透镜201一一对应设置；第二吸光层302设有多个第二透光孔3021，多个第二透光孔3021在微透镜201的第三表面202上的正投影完全落在第三表面202上，且与第三表面202的边缘有间隔，即多个第二透光孔3011均被微透镜201完全覆盖。

在垂直于第一表面101的方向，第二通光孔3021的中心轴与对应的第一透光孔3011的中心轴a重合。

进一步地，微透镜201在第二吸光层302上的正投影的边缘均落在第二吸光层301上，且与第二吸光层302的边缘有间隔。即第二吸光层302能够完全覆盖第三表面202。

进一步地，多个第二透光孔3021的大小相同，且多个第二通光孔3021均匀分布，即相邻的两个第二透光孔3021的距离相同。从而使得每个微透镜201对应的聚光位置的边缘的聚光效率一致，进而提高微透镜阵列组件的整体成像效果。

垂直光透过微透镜201后再透过第二透光孔3021穿过透明基底100；部分经折射进入微透镜201的非垂直光能被第二吸光层302吸收，从而使得仅垂直光从透明基底100透过，可实现提升准直效果的目的，可以更好的提高微透镜201的聚光效率，提高成像效果。

再者，本实施例中，第二吸光层302遮挡入射角较大的杂光，可以有效缓解入射角较大的杂光折射至其它微透镜201的聚光位置，进而使得不同微透镜201之间的取样不会产生串扰，从而避免形成的图像出现视差现象。

进一步地，第二吸光层302的位于任何相邻两个第二透光孔3021之间的部分的宽度均相同，从而使得每个微透镜201对应的聚焦位置的聚光效率一致，需要说明的是，为了微透镜阵列组件的整体成像效果，每个微透镜的对应的第一吸光层301的结构、大小、位置均相同。

具体地，第二透光孔3011的孔径为5μm～10μm；其中第二透光孔3021的孔径大于第一透光孔3011的孔径，光线的路径决定了只有下方的第一透光孔3011小于上方的第二透光孔3021的孔径，折射下来的非垂直光才能被有效屏蔽掉，因此第二透光孔3021的孔径大于第一透光孔3021的孔径，第二透光孔3021的形状与第一透光孔3011相同；

具体的示例中，第二透光孔3011的孔径可以为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。第二透光孔3021的孔径太小，部分垂直光被第二吸光层302吸收，不能够透过基底，影响成像性能，而第二透光孔3021的孔径太大，非垂直光亦透过基底，不能够有效的被吸收。第二透光孔3021的形状为圆形。

具体地，第二吸光层302的厚度为800nm～3μm。可以为800nm、1μm、2μm或3μm。此种范围设置，不仅能够实现超薄化需求，同时能够有效的起到遮光作用。

第二吸光层301可以为但不限于钛层、铬层、硅层及碳化硅层中的一种或多种的组合，上述吸光层能够将光线有效的吸收；第二吸光层302可采用本领域常用的工艺设置，如可采用蒸镀或涂覆光刻胶的方式将第二吸光层302设于透明基底的第二表面102。采用该的工艺形成的第二吸光层更平整、均匀。

需要说明的是，第一吸光层301和第二吸光层302的厚度可以相同，也可以不同。

上述微透镜阵列至少具有如下优点：

1)通过在微透镜201的第一表面设置第一吸光层301，使得部分经折射进入微透镜201内部的非垂直光可被第一吸光层301吸收，最终仅垂直光从微透镜201通过，可实现提升准直效果的目的，从而可提高产品性能。

2)在微透镜的制作过程中，如通过压印的工艺在透明基底上形成微透镜阵列，此种采用分离式制作方法，在制作第一吸光层301的第一透光孔3021时，一般为了能够有更好的成像效果，通常一个微透镜对应设置一个透光孔，而此种设置要求微透镜与吸光层的透光孔的对位精度要求比较高(+/-1.5um)，制作工艺复杂，成本高，得到的微透镜性能不理想，性能不如一体式制作微透镜的吸光层；而本发明采用多对一或一对多的方式进行设置，可以降低成本，降低后段模组贴合工艺精度要求，且进光量不会比一对一的少，清晰度方面不会有降低的问题；本发明的第一吸光层301设置有多个第一透光孔3021，相对于第一吸光层301仅设置一个透光孔，此种设置对微透镜与透光孔的位置设置要求不高，只需外形对准即可，同样能够符合基本性能要求，该种结构的制作工艺更简单，且能够降低对位精度的要求。

3)单一的吸光层难以完全的吸收非垂直光，导致部分非垂直光进入透明基底内部，因此，分别在每个微透镜对应的透明基底100的第一表面101、第二表面102设置吸光层，可以进一步的吸收透过透明基底的入射角较大的杂光。非垂直光射入微透镜201后再射至第二吸光层302上，被第二吸光层302吸收。其中第二透光孔3021的孔径大于第一透光孔3011的孔径，光线的路径决定了只有下方的第一透光孔3011小于上方的第二透光孔3021的孔径，折射下来的非垂直光才能被有效屏蔽掉，即第二吸光层302的设置可进一步遮挡入射角较大的杂光。换言之，第一吸光层301和第二吸光层302共同作用，可吸收的入射光的最小入射角减小。从而进一步提高微透镜201形成的图像清晰度的一致性，提高微透镜的聚光效率，即提高成型效果。

本发明进一步还提供了一种生物识别模组，包括上述的微透镜阵列。上述生物识别模组，通过第一吸光层和第二吸光层可以吸收入射角较大的杂光，从而提高入射光透过微透镜后形成的图像的清晰度的一致性，提高微透镜聚光效率，即提高成像效果。

本发明进一步还提供了一种电子设备，包括生物识别模组。

具体的，电子设备可以是手机、相机或平板电脑等。

以上所述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。

以上所述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。

Claims (14)

1.一种微透镜阵列，其特征在于，包括：

透明基底，所述透明基底包括第一表面和所述第一表面相对的第二表面；

微透镜组件，所述微透镜组件包括多个呈阵列排列于所述第一表面上的微透镜，所述微透镜具有第三表面，所述第三表面与第一表面贴合，以及

吸光组件，所述吸光组件包括第一吸光层，所述第一吸光层设于所述第二表面；所述第一吸光层设有多个第一透光孔；所述微透镜在所述第一吸光层上的正投影的边缘均落在所述第一吸光层上，且与所述第一吸光层的边缘有间隔。

2.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第一吸光层的数量为多个，且与所述微透镜一一对应设置。

3.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第一吸光层的厚度为800nm～3μm。

4.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第一吸光层为钛层、铬层、硅层、碳化硅层及二氧化硅层中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第一透光孔的孔径为0.5μm～5μm。

6.根据权利要求1所述的微透镜阵列，其特征在于，所述吸光组件还包括第二吸光层，所述第二吸光层设置于所述第三表面和所述第一表面之间，所述第二吸光层设有多个第二透光孔，所述微透镜在所述第二吸光层上的正投影的边缘均落在所述第二吸光层上，且与所述第二吸光层的边缘有间隔。

7.根据权利要求6所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第二吸光层的数量为多个，且与所述微透镜一一对应设置。

8.根据权利要求6所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第二透光孔的孔径为5μm～10μm。

9.根据权利要求6所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第二吸光层的厚度为800nm～3μm。

10.根据权利要求6所述的微透镜阵列，其特征在于，所述第二吸光层为钛层、铬层、硅层、碳化硅层及二氧化硅层中的一种或几种的组合。

11.根据权利要求1～10任一项所述的微透镜阵列，其特征在于，所述微透镜为多边形微透镜。

12.根据权利要求1～10任一项所述的微透镜阵列，其特征在于，所述微透镜为球面微透镜。

13.一种生物识别模组，其特征在于，包括如权利要求1～12任一项所述的微透镜阵列。

14.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求13所述的生物识别模组。

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