全文摘要
本申请实施例提供了一种指纹识别装置，同时具有更小的厚度以及更好的成像效果。该指纹识别装置包括：光路引导结构，设置在显示屏与光学指纹传感器之间，用于将以预设角度倾斜入射至所述显示屏上方的手指并经所述手指反射的光信号，引导至光学指纹传感器；所述光学指纹传感器，设置在所述光路引导结构下方，用于检测接收到的所述光信号。
主设计要求
1.一种指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置的指纹检测区域位于显示屏的显示区域内，所述指纹识别装置包括：光路引导结构，设置在所述显示屏与光学指纹传感器之间，用于将以预设角度倾斜入射至所述显示屏上方的手指并经所述手指反射的光信号，引导至光学指纹传感器；所述光学指纹传感器，设置在所述光路引导结构下方，用于检测接收到的所述光信号。
设计方案
1.一种指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置的指纹检测区域位于显示屏的显示区域内，所述指纹识别装置包括：
光路引导结构，设置在所述显示屏与光学指纹传感器之间，用于将以预设角度倾斜入射至所述显示屏上方的手指并经所述手指反射的光信号，引导至光学指纹传感器；
所述光学指纹传感器，设置在所述光路引导结构下方，用于检测接收到的所述光信号。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构包括：
微透镜阵列，包括多个微透镜，其中每个微透镜用于对接收到的所述光信号进行汇聚；
至少一个挡光层，依次设置在所述微透镜阵列下方，其中每个挡光层包括与所述多个微透镜分别对应的多个开孔，所述至少一个挡光层内与同一微透镜对应的开孔用于将经所述同一微透镜汇聚后的所述光信号依次引导至所述光学指纹传感器。
3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学指纹传感器包括与所述多个微透镜对应的多个光学感应单元，其中，所述至少一个挡光层内与所述同一微透镜对应的开孔用于将经所述同一微透镜汇聚后的所述光信号，依次引导至与所述同一微透镜对应的光学感应单元。
4.根据权利要求2或3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一个挡光层内与所述同一微透镜对应的开孔的孔径，由上至下依次减小。
5.根据权利要求2或3所述的指纹识别装置，其特征在于，相邻两个挡光层之间的距离相等。
6.根据权利要求2或3所述的指纹识别装置，其特征在于，相邻两个挡光层内与所述同一微透镜对应的开孔之间的横向间距相等。
7.根据权利要求2或3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构还包括透光介质，所述微透镜介质用于填充在所述至少一个挡光层之间，以连接所述至少一个挡光层。
8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜阵列设置在所述透光介质的上表面。
9.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述透光介质设置在所述光学指纹传感器的上表面。
10.根据权利要求2或3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜阵列中的透镜为球面微透镜或非球面微透镜。
11.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构包括：
导光管阵列，所述导光管阵列包括倾斜的多个导光管，其中每个导光管用于将接收到的所述光信号引导至所述光学指纹传感器。
12.根据权利要求11所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学指纹传感器包括与所述多个导光管对应的多个光学感应单元，其中，每个导光管用于将接收到的所述光信号引导至其对应的光学感应单元。
13.根据权利要求11或12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述导光管为光纤，或者为贯穿所述光路引导结构的上表面和下表面的通孔。
14.根据权利要求11或12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述导光管的横截面为圆形、椭圆形或者方形。
15.根据权利要求1至3、11、12中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述预设角度为5°至35°。
16.一种电子设备，其特征在于，包括显示屏以及根据权利要求1至15中任一项所述的指纹识别装置。
设计说明书
技术领域
本申请涉及生物识别技术领域，更具体地，涉及一种光路调制器、指纹识别装置和终端设备。
背景技术
随着全面屏的广泛应用，移动终端对屏下指纹识别的设计需求越来越多。传统电容式指纹识别技术面临穿透能力的限制，难以应用于屏下指纹识别系统，而光学指纹识别技术较好地突破了显示屏和玻璃厚度的限制，因此具有较好的应用前景。
在光学指纹识别装置中，通常采用光路引导结构将携带指纹信息的反射光信号引导至光学指纹传感器进行采集，根据采集的信息与事先注册和存储的指纹信息进行对比来确认用户身份的合法性。为了满足终端设备的薄型化需求，可以减小光路引导结构的厚度，以降低光学指纹识别装置的整体厚度，但这可能对光学指纹传感器的成像效果带来影响。
实用新型内容
本申请实施例提供一种指纹识别装置和电子设备，同时具有更小的厚度以及更好的成像效果。
第一方面，提供了一种指纹识别装置，包括：
光路引导结构，设置在显示屏与光学指纹传感器之间，用于将以预设角度倾斜入射至所述显示屏上方的手指并经所述手指反射的光信号，引导至光学指纹传感器；
所述光学指纹传感器，设置在所述光路引导结构下方，用于检测接收到的所述光信号。
在一种可能的实现方式中，所述光路引导结构包括：
微透镜阵列，包括多个微透镜，其中每个微透镜用于对接收到的所述光信号进行汇聚；
至少一个挡光层，依次设置在所述微透镜阵列下方，其中每个挡光层包括与所述多个微透镜分别对应的多个开孔，所述至少一个挡光层内与同一微透镜对应的开孔用于将经所述同一微透镜汇聚后的所述光信号依次引导至所述光学指纹传感器。
在一种可能的实现方式中，所述光学指纹传感器包括与所述多个微透镜对应的多个光学感应单元，其中，所述至少一个挡光层内与所述同一微透镜对应的开孔用于将经所述同一微透镜汇聚后的所述光信号，依次引导至与所述同一微透镜对应的光学感应单元。
在一种可能的实现方式中，所述至少一个挡光层内与所述同一微透镜对应的开孔的孔径，由上至下依次减小。
在一种可能的实现方式中，相邻两个挡光层之间的距离相等。
在一种可能的实现方式中，相邻两个挡光层内与所述同一微透镜对应的开孔之间的横向间距相等。
在一种可能的实现方式中，所述光路引导结构还包括透光介质，所述微透镜介质用于填充在所述至少一个挡光层之间，以连接所述至少一个挡光层。
在一种可能的实现方式中，所述微透镜阵列设置在所述透光介质的上表面。
在一种可能的实现方式中，所述透光介质设置在所述光学指纹传感器的上表面。
在一种可能的实现方式中，所述微透镜阵列中的透镜为球面微透镜或非球面微透镜。
在一种可能的实现方式中，所述光路引导结构包括：导光管阵列，所述导光管阵列包括倾斜的多个导光管，其中每个导光管用于将接收到的所述光信号引导至所述光学指纹传感器。
在一种可能的实现方式中，所述光学指纹传感器包括与所述多个导光管对应的多个光学感应单元，其中，每个导光管用于将接收到的所述光信号引导至其对应的光学感应单元。
在一种可能的实现方式中，所述导光管为光纤，或者为贯穿所述光路引导结构的上表面和下表面的通孔。
在一种可能的实现方式中，所述预设角度为5°至35°，例如15°。
第二方面，提供了指纹识别的电子设备，包括显示屏，以及第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的指纹识别装置。
在一种可能的实现方式中，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏或者液晶LCD显示屏。
基于上述技术方案，指纹识别装置中的光路引导结构能够将以预设角度倾斜入射并经手指反射的光线，引导至光学指纹传感器。由于该光路引导结构采用了倾斜光路，而倾斜入射的光线的反射强度高于垂直入射的光线的反射强度，因此提高了光学指纹传感器的成像对比度，并大大降低该指纹识别装置的厚度。
附图说明
图1是本申请可以适用的电子设备的结构示意图。
图2是本申请实施例的指纹识别装置的示意性框图。
图3是本申请实施例的一种指纹识别装置的结构示意图。
图4是本申请实施例的一种光路引结构的示意图。
图5是本申请实施例的一种指纹识别装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应理解，本申请实施例可以应用于光学指纹系统，包括但不限于光学指纹识别系统和基于光学指纹成像的医疗诊断产品，本申请实施例仅以光学指纹系统为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用光学成像技术的系统等。
作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹系统可以应用在智能手机、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他终端设备；更具体地，在上述终端设备中，指纹识别装置可以具体为光学指纹装置，其可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下(Under-display或Under-screen)光学指纹系统。或者，所述指纹识别装置也可以部分或者全部集成至所述终端设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display或In-screen)光学指纹系统。
如图1所示为本申请实施例可以适用的终端设备的结构示意图，所述终端设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，所述光学指纹装置130设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述光学指纹装置130包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括具有多个光学感应单元131的感应阵列133。所述感应阵列所在区域或者其感应区域为所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，所述光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述终端设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹装置130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。在一种替代实施例中，所述光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述终端设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引至所述光学指纹装置130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。
应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线汇聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹装置130感应阵列的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。
应当理解，所述指纹采集区域103的面积可以与所述光学指纹识别装置130的感应阵列的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线汇聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹识别装置130的指纹采集区域103的面积大于所述光学指纹识别装置130感应阵列的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹识别装置130的指纹采集区域103也可以设计成与所述光学指纹识别装置130的感应阵列的面积相一致。
因此，使用者在需要对所述终端设备进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的终端设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个终端设备10的正面。
作为一种可选的实现方式，如图1所示，所述光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132。所述光检测部分134包括所述感应阵列以及与所述感应阵列电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器。所述感应阵列具体为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元。所述光学组件132可以设置在所述光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构、以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述导光层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光导引至所述感应阵列进行光学检测。
在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。
其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个光学感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，从而所述感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。
在另一种实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光汇聚到其下方的光检测部分134的感应阵列，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹装置的视场，以提高所述光学指纹装置130的指纹成像效果。
在其他实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层。更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层(或称为遮光层)，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜汇聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述感应单元以进行光学指纹成像。
应当理解，上述导光层或者光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用。比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层的上方或下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。
作为一种可选的实施例，所述显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。以采用OLED显示屏为例，所述光学指纹装置130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。当手指140按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指140内部散射而形成散射光，在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的脊(ridge)与谷(valley)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹脊的反射光151和来自指纹谷的发生过152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹装置130中的感应阵列134所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在终端设备10实现光学指纹识别功能。
在其他实施例中，所述光学指纹装置130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。在这种情况下，所述光学指纹装置130可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，所述终端设备10的光学指纹系统还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述终端设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹装置130可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹装置130；或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹装置130。当采用所述光学指纹装置130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面描述内容是一致的。
应当理解的是，在具体实现上，所述终端设备10还包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述终端设备10的正面。因此，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。
另一方面，在某些实施例中，所述光学指纹装置130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹装置130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。在其他替代实施例中，所述光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器。所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。也就是说，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个光学指纹传感器的感应区域，从而将所述光学指纹模组130的指纹采集区域103可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。可替代地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域130还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。
为了减小指纹识别装置的厚度，通常可以减小对光路引导结构的厚度，例如减小具有准直孔阵列的准直器的厚度，即减小准直器中的准直孔的“孔深\/孔径”的值。但是，“孔深\/孔径”的减小使得准直孔的光接收角度变大，准直度降低，从而影响光学指纹传感的成像效果。
为此，本申请实施例提供了一种指纹识别装置，同时具有更小的厚度以及更好的成像效果。
图2示出了本申请实施例的指纹识别装置的示意图。如图2所示，该指纹识别装置200可以应用在具有显示屏的电子设备，该指纹识别装置200包括光路引导结构(或称为道光层、光路调制结构等)210和光学指纹传感器220。
光路引导结构210设置在显示屏与光学指纹传感器220之间，用于将以预设角度i倾斜入射至所述显示屏上方的手指并经所述手指反射的光信号，引导至光学指纹传感器220。
光学指纹传感器220设置在光路引导结构210下方，用于检测接收到的该光信号。
其中，该预设角度i大于0°，例如可以为5°≤i≤35°。以角度i入射的光线经手指反射后，反射光线的反射角等于i。该反射光线经显示屏下表面和\/或光路引导结构的上表面的折射，最终倾斜地进入光路引导结构210。
由于采用了倾斜光路，光路引导结构210能够将以预设角度i倾斜入射并经手指反射的光线，引导至光学指纹传感器220。由于倾斜入射的光线的反射强度高于垂直入射的光线的反射强度，因此提高了光学指纹传感器220的成像对比度，并大大降低该指纹识别装置200的厚度。
本申请实施例提供了两种类型的光路引导结构210，能够实现对倾斜光线的引导。下面分别进行描述。
类型1
该光路引导结构210包括微透镜阵列和至少一个挡光层。
其中，微透镜阵列包括多个微透镜，其中每个微透镜用于对其接收到的光信号进行汇聚。
该至少一个挡光层依次设置在微透镜阵列下方，其中每个挡光层包括与该多个微透镜分别对应的多个开孔，至少一个挡光层内与同一微透镜对应的开孔用于将经同一微透镜汇聚后的该光信号依次引导至光学指纹传感器220。
该微透镜阵列中的多个微透镜镜例如可以为球面微透镜或非球面微透镜，或者该多个微透镜中同时包括球面透镜和非球面透镜。只要能够实现对光线的汇聚即可。并且，该微透镜也可以替换为透镜。
光学指纹传感器220用于检测满足预设角度i的入射光线，只有满足该预设角度i的入射光线入射至所述显示屏上方的手指并经所述手指反射后，才能够被光路引导结构210引导至光学指纹传感器220，而其他角度入射的光线无法到达光学指纹传感器220。
在进行指纹识别的过程中，手指按压在显示屏内的指纹采集区域时，手指的脊和屏幕之间接触，而手指的谷与屏幕之间存在空气间隙，这就导致被脊反射的光线的强度和被谷反射的光线的强度之间会有差异。其中，谷和屏幕之间有空气间隙，从而形成玻璃-空气界面，对光线有更大的反射。因此，光学指纹传感器220接收到谷反射的光线后成像形成“亮线”，而相应地，光学指纹传感器220接收到脊反射的光线后成像形成“暗线”。
具有准直孔阵列的准直器只能接收手指垂直反射的光线，而本申请实施例中，光路引导结构210采用了倾斜光路，以预设角度i入射至手指并经手指反射的光线，才能够到达光学指纹传感器220。由于倾斜入射的光线的反射强度大于垂直入射的光线的反射强度，因此光学指纹传感器220根据采集到的倾斜的光信号成像得到的“亮线”和“暗线”之间的对比度更高，光学指纹传感器220的成像效果更好。
该光路引导结构210中每个挡光层内的开孔，除了实现光路引导，还可以有效地防止光线串扰，阻挡杂光，使得只有满足上述预设角度i的光线才能够经过光路引导结构210达到光学指纹传感器220。
本申请实施例对该至少一个挡光层的数量不做限定。挡光层的数量太多会增加光路引导结构210的厚度和复杂度，而挡光层的数量太少会带来较多的干扰光，影响成像效果。在实际使用时，可以根据需求设置合理数量的挡光层。
由于倾斜入射至手指的光线经手指反射后仍为倾斜光线，为了对该反射后的倾斜光线进行引导，光路引导结构210采用了倾斜光路，因此，与同一微透镜对应的位于不同挡光层内的开孔之间具有横向间距。
也就是说，光路引导结构210中的至少一个挡光层内与同一微透镜对应的开孔，由上至下依次位于经该微透镜汇聚的倾斜光线的光路上。
其中，与同一透镜对应的相邻两个挡光层内的开孔之间的横向间距可以相等或者不相等。
并且，相邻两个挡光层之间的距离也可以相等或者不相等。
例如，当相邻两个挡光层之间的距离相等时，相邻两个挡光层内与同一微透镜对应的开孔之间的横向间距也相等。
可选地，光学指纹传感器220包括光学感应单元(或称为感光像素(pixel))阵列，该光学感应单元阵列中的多个光学感应单元与该微透镜阵列中的多个微透镜对应。其中，该至少一个挡光层内与同一微透镜对应的开孔用于将经该同一微透镜汇聚后的光信号，依次引导至与该同一微透镜对应的光学感应单元。
其中，该多个微透镜与该多个光学感应单元之间可以是一一对应，也可以是一个微透镜对应于多个光学感应单元，或者是一个光学感应单元对应于多个微透镜，这里不做限定。
可选地，该至少一个挡光层内与同一微透镜对应的开孔的孔径，由上至下依次减小。
由于该微透镜用于对其接收到的光线进行汇聚，经该微透镜汇聚的光线的宽度由上至下逐渐减小。因此，通过设置与该微透镜对应的不同挡光层内的开孔的孔径由上至下依次减小，能够使到达光学指纹传感器220的光线为窄光束，从而实现光学指纹传感器220对光线的窄角度接收，进一步提高了光学指纹传感器220的成像清晰度。
可选地，该光路引导结构210还包括透光介质，该透光介质用于填充在该至少一个挡光层之间，以连接该至少一个挡光层。
当然，也可以使用其他方式对光路引导结构210中的该至少一个挡光层进行连接和固定，例如通过支架等，本申请实施例对此并不做限定。
可选地，该微透镜阵列设置在该透光介质的上表面。
可选地，该光路引导结构210设置在该光学指纹传感器220的上表面。
应理解，本申请实施例中的该光路引导结构210可以与光学指纹传感器220封装在一起，例如，该光路引导结构210可以通过胶粘等方式设置在光学指纹传感器220的上表面，即光学感应单元阵列的上表面；或者，该光路引导结构210也可以作为与光学指纹传感器220相对独立的部件设置在光学指纹传感器220的上方。
下面以图3为例对本申请实施例的指纹识别装置进行具体描述。图3示出了本申请实施例的指纹识别装置的一种可能的结构。图3中示出的光路引导结构包括一个透镜阵列，以及三个挡光层(Layer Shelter，LS)。该微透镜阵列位于显示屏下方的特定位置，用于对来自显示屏上的手指的反射光进行汇聚。三个挡光层依次位于该透镜阵列的下方，用于将经该微透镜阵列汇聚后的光线引导至光学指纹传感器。三个挡光层由上至下依次为挡光层LS3、挡光层LS2和挡光层LS1。这三个挡光层之间填充有透光介质。
挡光层LS3、挡光层LS2和挡光层LS1内的指定位置上进行阵列式地开孔。其中，与微透镜1对应的开孔分别为挡光层LS3上的开孔1、挡光层LS2上的开孔2、以及挡光层LS1上的开孔3。微透镜阵列与挡光层LS1之间的距离为P0，挡光层LS1与光学指纹传感器的光学感应单元之间的距离为P1。该微透镜阵列设置在该填充介质的上表面，该微透镜阵列中的微透镜为凸透镜，其球面半径为R。该微透镜在透光介质的上表面内形成的弦长L，等于光学指纹传感器的相邻光学感应单元之间的间距L。这里以每个光学感应单元对应于一个微透镜为例。每个微透镜汇聚的光信号由与该微透镜对应的开孔依次引导至其对应的光学感应单元。
以微透镜1及其对应的开孔为例，描述该光路引导结构的工作过程。以预设角度i入射的光线经手指反射后，经过该光路引导结构最终达到光学指纹传感器。具体地，满足预设角度i的光线入射至显示屏上方的手指并被该手指反射，得到反射角等于i的反射光线，该反射光线在显示屏的下表面发生折射，并以角度θ入射至微透镜1。微透镜1对接收到的光线进行汇聚，汇聚后的光线依次经过挡光层LS3上的开孔1、挡光层LS2上的开孔2、挡光层LS1上的开孔3，到达光学指纹传感器上的与微透镜1对应的光学感应单元。
其中，挡光层LS3上的开孔1的孔径为D1，挡光层LS2上的开孔2的孔径为D2，挡光层LS1上的开孔3的孔径为D3。由于D1＞D2＞D3，因此使光学指纹传感器采集到的光线为窄角度光线，并且挡光层LS3、挡光层LS2和挡光层LS1可以分别对开孔1、开孔2和开孔3附近的串扰光线进行阻挡，因此提高了光学指纹传感器的成像效果。
挡光层LS3与挡光层LS2之间的距离为P3，挡光层LS2与挡光层LS1之间的距离为P2，挡光层LS1与光学感应单元之间的距离为P1。挡光层LS3上的开孔1与挡光层LS2上的开孔2之间的横向间距为t2，挡光层LS2上的开孔2与挡光层LS1上的开孔3之间的横向间距为t1。当P1＝P2＝P3时，t1＝t2。
可以看出，一方面，光路引导结构可以将以预设角度i入射至手指并被反射的光信号，引导至光学指纹传感器，增加了光学指纹传感器接收到的光信号的强度，提高了光学指纹传感器的成像效果。
另一方面，考虑到光学指纹传感器的光学感应单元的大小通常只有5um至25um，P0的大小通常设置为相邻光学感应单元之间的间距的3倍，且微透镜的球面半径R可以与相邻光学感应单元之间的间距相等。这样，光路引导结构的厚度可以达到很薄，基本上小于100um，因此，指纹识别装置的厚度能够得到有效减小。
相比之下，带有准直孔阵列的准直器的厚度一般大于200um，并且为了满足准直器的成像需求，准直器与光学指纹传感器之间的距离要满足500um，这样一来指纹识别装置的厚度就会很大。
类型2
该光路引导结构210包括导光管阵列，该导光管阵列包括倾斜的多个导光管，其中每个导光管用于将接收到的光信号引导至光学指纹传感器220。
如图4所示，该光路引导结构210中包括多个导光管，每个导光管的轴线方向与垂直于该光路引导结构210表面的法线方向之间的夹角r大于0°。为便于描述，以下，将夹角r称为该导光管的倾斜角度。
可选地，该光学指纹传感器220包括与该多个导光管对应的多个光学感应单元，其中，每个导光管用于将接收到的光信号引导至其对应的光学感应单元。
以预定角度i入射至手指的光线经手指反射后进入光路引导结构210，光路引导结构210对光线进行导引，以使得经过该光路引导结构210的每一个导光管的反射光以角度r倾斜地入射到该光学指纹传感器的光学感应单元。
光路引导结构210的导光管横截面例如可以为圆形、椭圆形、方形或者其他任何形状。
可选地，导光管阵列中的导光管为光纤，或者为贯穿光路引导结构210的上表面和下表面的通孔。
其中，光路引导结构210的非导光区域的材料对该指纹识别装置200所使用的波段不透光，例如该材料可以为硅、硅的碳化物、硅的氧化物或氮化物等。
光路引导结构210可以与光学指纹传感器220封装在一起，例如该光路引导结构210紧贴于光学指纹传感器220上表面，或者作为独立的部件存在于指纹识别装置200中。该光路引导结构210与显示屏之间可以存在一定距离，或者也可以不存在距离。
下面以图5为例对本申请实施例的指纹识别装置进行具体描述。图5示出了本申请实施例的指纹识别装置的一种可能的结构。图5中示出的光路引导结构包括导光管阵列。其中，导光管的直径为D，例如可以为15um。该光路引导结构的厚度为T，通常小于200um。相邻两个导光管之间的间距L等于光学指纹传感器的相邻光学感应单元之间的间距L，例如L可以为15um。这里以一个导光管对应于一个光学感应单元为例，每个导光管用于将倾斜的光信号引导至其对应的光学感应单元。
以导光管1为例，描述该光路引导结构的工作过程。以预设角度i入射至手指的光线经该手指反射后，经过该光路引导结构最终达到光学指纹传感器。具体地，满足预设角度i的光线入射至显示屏上方的手指并被该手指反射，得到反射角等于i的反射光线，该反射光线在显示屏的下表面以及导光管的上表面发生折射，最终以角度r进入导光管1。导光管1将接收到的光线引导至与导光管1对应的光学感应单元。
可以看出，该光路引导结构具有由倾斜导光管组成的导光管阵列，在使用相同长度的导光管的情况下，可以使该光路引导结构具有更小的厚度。换句话说，倾斜的导光管在保证相同的长宽比的情况下，可以得到更薄的光路引导结构的厚度。并且，通过调整光路引导结构中的导光管的倾斜角度，可以有效地改变光路的传播路径和角度，使其对光路的调制更为灵活。
另一方面，本实施例的光路引导结构还可以避免从手指表面反射回来的光信号直接垂直地入射到光学指纹传感器，在上述的光传输过程中对噪声进行有效抑制，提高指纹检测装置的信噪比，从而有效改善指纹成像效果。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括显示屏以及上述本申请各种实施例中的指纹识别装置。
可选地，该显示屏可以采用以上描述中的显示屏，例如LCD显示屏或者OLED显示屏。其中，该显示屏为OLED显示屏时，该显示屏的发光层包括多个有机发光二极管光源，其中该指纹识别装置采用至少部分有机发光二极管光源作为指纹识别的激励光源。
作为示例而非限定，所述电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分的功能，例如：智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等设备。
应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920111877.6
申请日:2019-01-22
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:94(深圳)
授权编号:CN209543374U
授权时间:20191025
主分类号:G06K 9/00
专利分类号:G06K9/00
范畴分类:40B;
申请人:深圳市汇顶科技股份有限公司
第一申请人:深圳市汇顶科技股份有限公司
申请人地址:518045 广东省深圳市福田保税区腾飞工业大厦B座13层
发明人:杜灿鸿
第一发明人:杜灿鸿
当前权利人:深圳市汇顶科技股份有限公司
代理人:王君;毛威
代理机构:11329
代理机构编号:北京龙双利达知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计