隐藏式指纹采集器的制作方法与工艺

本实用新型涉及图像采集技术领域，具体涉及一种隐藏式指纹采集器。

背景技术：
通常，一些电子设备(如智能手机)的透明盖板下方会涂覆油墨等对可见光有遮蔽作用的物质，以在透明盖板下方形成遮蔽涂层，同时使电子设备的透明盖板呈现出与油墨颜色相同的颜色，以增加设备的美观性。隐藏式指纹采集器即是将指纹采集器安装于遮蔽涂层之下，不需要破坏遮蔽涂层、或在盖板上开孔或挖槽，且在电子设备外部不可见，进而保持电子设备表面外观的一致性并提高设备的抗摔性。本实用新型的发明人曾在申请号为CN201520290873.0的专利中公开了一种薄型光学指纹采集器。图1示出了已公开薄型光学指纹采集器的结构示意图。如图1所示，薄型光学指纹采集器包括导光板1、设置于导光板外侧面的发光器件2，设置于导光板下面的支架7，支架的底部连接附属电路板9，且支架7和附属电路板9之间围成的腔体设置有指纹芯片8，指纹芯片下与附属电路板9电连接。图1所示指纹采集器将发光器件2与支架7分离设置，其方便加工，且体积小巧、厚度薄。由于近红外光源或者红外光源能够穿透油墨，在采用上述结构的指纹采集器作为隐形采集器时，只需使发光器件2发出近红外光源或者红外光源，即可成为薄型隐藏式指纹采集器。在电子设备趋于超薄结构时，电子设备厂商需要更为轻薄的隐藏式指纹采集器，如何使现有薄型隐藏式采集器的厚度减小同时又能保证电子设备的美观，成为本技术领域人员亟待解决的技术难题。

技术实现要素：
本实用新型的发明目的在于提供一种隐藏式指纹采集器，相较于现有光学指纹采集器，其厚度更薄，并完全不影响电子设备的外观。根据本实用新型的一个方面，提供一种隐藏式指纹采集器，包括透明盖板、支架、发光器、图像采集器和电路基板，所述盖板的下表面涂覆有油墨层；所述油墨层上开有均匀阵列的多个小孔；所述支架安装在油墨层的下方，所述支架的底部安装所述电路基板；所述支架、电路基板的上表面和所述油墨层下表面围成腔体；在所述腔体内、所述盖板的下方设有小孔板，所述小孔板的上表面设有遮光层，所述遮光层上开有均匀阵列的多个可透光的小孔；所述遮光层上的小孔位置对应于油墨层小孔的正下方；所述图像采集器设置于所述小孔板的下方；所述发光器设置于所述腔体外部并向所述盖板发射能够透过所述油墨层的倾斜光线。其中，所述倾斜光线进入所述透明盖板后与所述透明盖板表面法线方向之间的夹角为α，所述α满足：arcsin(n1/n0)≤α≤arcsin(n2/n0)；其中，n1为未捺印手指时透明盖板外介质的折射率，n2为手指表面的折射率，n0为透明盖板的折射率。优选地，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方、侧端或者上方位置；所述发光器与所述透明盖板之间填充有透明光学胶，所述透明光学胶的折射率与所述透明盖板折射率相同或相似。作为其中一种优选方案，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方；所述发光器的中心光轴方向与所述透明盖板下表面之间的夹角为90°-α。作为另一优选方案，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方；所述发光器的中心光轴方向与所述透明盖板下表面平行；在所述发光器与所述支架之间还设有反射面，所述反射面与所述透明盖板下表面之间的角度为(90°-α)/2。进一步优选地，所述反射面上还设有纵向扩散槽。优选地，所述发光器为发射近红外线的近红外发光器或者发射红外线的红外发光器。根据本实用新型的另一方面，还提供了一种隐藏式指纹采集器，包括透明盖板、支架、发光器、图像采集器和电路基板，所述盖板的下表面由上而下涂覆有可透光的透光油墨层和不透光的遮光层；所述透光油墨层的面积大于所述遮光层的面积；所述遮光层上开有均匀阵列的多个小孔；所述支架安装在遮光层的下方，所述支架的底部安装所述电路基板；所述支架、电路基板的上表面和所述遮光层下表面围成腔体；在所述腔体内、所述遮光层的下方设有透光板，所述透光板的下方设置所述图像采集器；所述发光器设置于所述腔体外部并向所述盖板发射能够透过所述透光油墨层的倾斜光线。其中，所述倾斜光线进入所述透明盖板后与所述透明盖板表面法线方向之间的夹角为α，所述α满足：arcsin(n1/n0)≤α≤arcsin(n2/n0)；其中，n1为未捺印手指时透明盖板外介质的折射率，n2为手指表面的折射率，n0为透明盖板的折射率。优选地，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方、侧端或者上方位置；所述发光器与所述透明盖板之间填充有透明光学胶，所述透明光学胶的折射率与所述透明盖板折射率相似。作为优选方案之一，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方；所述发光器的中心光轴方向与所述透明盖板下表面之间的夹角为90°-α。作为另一优选方案，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方；所述发光器的中心光轴方向与所述透明盖板下表面平行；在所述发光器与所述支架之间还设有反射面，所述反射面与所述透明盖板下表面之间的角度为(90°-α)/2。优选地，所述反射面上还设有纵向扩散槽。优选地，所述遮光层为不透光的油墨层；所述发光器为发射近红外线的近红外发光器或者发射红外线的红外发光器。作为本实用新型的再一方面，还提供了一种隐藏式指纹采集器，包括透明盖板、支架、发光器、图像采集器和电路基板，所述盖板下表面涂覆有可透光的、构成封闭环形的第一油墨层；所述支架安装在第一油墨层的下方，所述支架的底部安装所述电路基板；所述支架、电路基板的上表面和所述透明盖板下表面围成腔体；在所述腔体内、所述盖板的下方设置涂覆有不透光的第二油墨层的小孔板，所述小孔板的第二油墨层上开有均匀阵列的多个小孔；所述小孔板上表面的边缘与封闭环形的第一油墨层的内环边缘抵接；第一油墨层内环边缘围成的未涂覆油墨的区域与所述小孔板上表面形成空气层；所述图像采集器设置于所述小孔板的下方；所述发光器设置于所述腔体外部并向所述盖板发射能够透过第一油墨层的光线。其中，所述倾斜光线进入所述透明盖板后与所述透明盖板表面法线方向之间的夹角为α，所述α满足：arcsin(n1/n0)≤α≤arcsin(n2/n0)；其中，n1为未捺印手指时透明盖板外介质的折射率，n2为手指表面的折射率，n0为透明盖板的折射率。优选地，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方、侧端或者上方位置；所述发光器与所述透明盖板之间填充有透明光学胶，所述透明光学胶的折射率与所述透明盖板折射率相同或近似。作为其中一种优选方案，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方；所述发光器的中心光轴方向与所述透明盖板下表面之间的夹角为90°-α。作为另一优选方案，所述发光器设置于所述支架的外围、所述透明盖板的下方；所述发光器的中心光轴方向与所述透明盖板下表面平行；在所述发光器与所述支架之间还设有反射面，所述反射面与所述透明盖板下表面之间的角度为(90°-α)/2。进一步优选地，所述反射面上还设有纵向扩散槽。优选地，所述发光器为发射近红外线的近红外发光器或者发射红外线的红外发光器。由以上技术方案可知，本申请实施例中的隐藏式指纹采集器，相较于现有指纹采集器相比，省去了导光板，并将透明盖板和图像采集器之间的距离大幅缩减，使隐藏式采集器的厚度更薄成为可能，同时完全不影响电子设备的外观。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了已公开薄型光学指纹采集器的结构示意图；图2为根据一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图；图3为根据另一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图；图4为根据再一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图；图5为根据再一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面通过具体实施例对本申请中隐藏式指纹采集器的结构及工作原理进行详细阐述。图2为根据一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图。如图2所示，隐藏式指纹采集器包括透明盖板101、支架102、发光器103、图像采集器104和电路基板105。透明盖板101的下表面涂覆有油墨层106。油墨层106上开有均匀阵列的多个可透光的小孔107。支架102安装在油墨层的下方，支架102的底部安装电路基板105。支架102、电路基板105的上表面和油墨层下表面围成中空腔体。在腔体内、盖板的下方设有小孔板108。小孔板108的上表面设有遮光层109，遮光层109上开有均匀阵列的多个可透光的小孔110。遮光层109上的小孔110位置对应于油墨层小孔的正下方。优选地，遮光层上的小孔110的孔径小于油墨层小孔107的孔径。图像采集器104设置于小孔板的下方。图像采集器固定于电路基板105上并与电路基板105中的电路电连接。需要说明的是，遮光层小孔的孔径小于油墨层小孔的孔径只是示例性的，本实施例中对于遮光层上小孔的孔径与油墨层上小孔的孔径之间的大小关系不做具体限定，只要满足由遮光层小孔射入的光线能够通过油墨层小孔和小孔板入射至图像采集器上即可。发光器103设置于腔体外部并向盖板发射倾斜光线。优选地，发光器为发射近红外线的近红外发光器或者发射红外线的红外发光器。倾斜光线进入透明盖板101后与透明盖板101表面法线方向之间的夹角为α，α满足：arcsin(n1/n0)≤α≤arcsin(n2/n0)；其中，n1为未捺印手指时透明盖板101外介质的折射率，n2为手指表面的折射率，n0为透明盖板101的折射率。举例来讲，当n1＝1.0(空气的折射率)，n2＝1.33，n0＝1.5(玻璃的折射率)时，通过计算得出41.8度≤A≤62.5。当盖板上无手指捺印时，以此角度射入的光线可在盖板的上表面形成全反射。实现发光器103所发光线进入透明盖板101时为倾斜光线，可通过不同的方案来实现。作为各实施例中的优选实施例，将发光器103设置于支架102的外围以及透明盖板101的下方，发光器103的中心光轴方向与透明盖板101下表面之间的夹角为90°-α。发光器103的中心光轴方向与透明盖板下表面之间的夹角为90°-α，即由发光器103的中心光轴方向发出的光线与透明盖板下表面之间的夹角为90°-α。作为另一优选实施方案，依然是降发光器103设置于支架102的外围、透明盖板的下方。图3为根据另一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图。如图3所示，与图2所示实施方案不同的是，在图2所示的方案中，发光器103的中心光轴方向与透明盖板下表面平行，即发光器103发射与透明盖板101下表面平行的平行光。在发光器103与支架102之间还设有反射面111，反射面111与透明盖板101下表面之间的角度为(90°-α)/2。为使反射面具有更好的扩散功能，进一步地，在上述反射面上还可以制作纵向的扩散槽(图中未示出)，扩散槽能够使入射到透明盖板101内的光线在水平面上更加均匀。本实施例中所述的纵向，为图1中垂直纸面的方向为纵向。上述将发光器103设置在支架102外围、透明盖板101下方的位置只是较为优选的方案，并非用于限定发光器103的安装位置。作为其他实施方案，本申请中的发光器103也可设置在透明盖板101的侧端，或者透明盖板101的上方。本申请中对于发光器103的设置位置不做具体限定，只要能够使发光器发出的光线进入透明盖板101后与透明盖板表面法线方向之间的夹角为α的位置均落入本实用新型的保护范围。为实现发光器的光线能够以设定角度入射至透明盖板中，本申请优选地，在发光器与透明盖板之间填充有透明光学胶，透明光学胶的折射率与所述透明盖板折射率相同或近似。上述实施例中的隐藏式指纹采集器与现有指纹采集器不同点之处在于，且省略掉了现有指纹采集器中的导光板和空气层，故其厚度大幅变薄。下面对上述实施例中的隐藏式指纹采集器的工作原理进行详细阐述。隐藏式指纹采集器处于通电状态时，发光器103发射的倾斜光线透过透明盖板101下表面的油墨层106在透明盖板101内进行全反射。当有手指捺印在透明盖板101上时，由于指纹的表面以脊和谷分布，指纹上的脊与透明盖板101紧密接触，光线在透明盖板101与空气的介面处反射、经由遮光层上的小孔和油墨层上的小孔照射到图像采集器104的感光件上。由于手指捺印在透明盖板101上时，指纹上的脊与透明盖板101接触，破坏光线的全反射，一部分光线逸出透明盖板101，将手指表面照亮，并经手指表面反射，穿过成像小孔，由此在图像传感器上形成清晰的指纹图像。根据本实用新型的另一方面，还提供了一种隐藏式指纹采集器，该种结构的指纹采集器使用于在盖板下方形成小孔等凹陷结构的电子设备中。图4为根据再一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图。如图4所示，与图1中所示隐藏式指纹采集器的结构相似，该实施例中的隐藏式指纹采集器包括透明盖板401、支架402、发光器403、图像采集器404和电路基板405。其不同之处在于：本实施例中，透明盖板401下表面涂覆有构成封闭环形的第一油墨层406。支架402安装在第一油墨层的下方，支架402的底部安装电路基板。支架402、电路基板的上表面和透明盖板401下表面围成中空腔体。在腔体内、盖板的下方设置涂覆有不透光的第二油墨层407的小孔板408，小孔板的上表面开有均匀阵列的多个小孔409。小孔板408上表面的边缘与封闭环形的第一油墨层的内环边缘抵接，第一油墨层内环边缘围成的未涂覆油墨的区域与小孔板上表面形成空气层410。其中，优选地，所述空气层410的厚度大于100纳米。图像采集器设置于小孔板的下方。图像采集器固定于电路基板上并与电路基板中的电路电连接。发光器403设置于腔体外部并向盖板发射能够透过第一油墨层的倾斜光线。倾斜光线进入透明盖板401后与透明盖板401表面法线方向之间的夹角为α，α满足：arcsin(n1/n0)≤α≤arcsin(n2/n0)；其中，n1为未捺印手指时透明盖板401外介质的折射率，n2为手指表面的折射率，n0为透明盖板401的折射率。举例来讲，当n1＝1.0(空气的折射率)，n2＝1.33，n0＝1.5(玻璃的折射率)时，通过计算得出41.8度≤A≤62.5。当盖板上无手指捺印时，以此角度射入的光线可在盖板的上表面形成全反射。由于盖板下方存在空气层，故只要入射光线的入射角满足下述条件：arcsin(n1/n0)≤α≤arcsin(n2/n0)，入射光即可在透明盖板401内形成全反射。实现发光器所发光线进入透明盖板401时为倾斜光线，可通过不同的方案来实现。作为各实施例中的优选实施例，将发光器设置于支架402的外围以及透明盖板401的下方，发光器的中心光轴方向与透明盖板401下表面之间的夹角为90°-α。发光器的中心光轴方向与透明盖板401下表面之间的夹角为90°-α，即由发光器的中心光轴方向发出的光线与透明盖板401下表面之间的夹角为90°-α。作为另一优选实施方案，依然是降发光器设置于支架402的外围、透明盖板401的下方。与上述实施方案不同的是，在该方案中，发光器的中心光轴方向与透明盖板401下表面平行。在发光器与支架402之间还设有反射面，与图3中反射面的结构相同，此处不再示出。反射面与透明盖板401下表面之间的角度为(90°-α)/2。为使反射面具有更好的扩散功能，进一步地，在上述反射面上还可以制作纵向的扩散槽，扩散槽能够使入射到透明盖板401内的光线在水平面上更加均匀。本实施例中所述的纵向，为图4中垂直纸面的方向为纵向。为实现发光器的光线能够以设定角度入射至透明盖板中，本申请优选地，在发光器与透明盖板之间填充有透明光学胶，透明光学胶的折射率与所述透明盖板折射率相同或近似。下面对该实施例中的隐藏式指纹采集器的工作原理进行详细阐述。隐藏式指纹采集器处于通电状态时，发光器发射倾斜光线，发光器发射的光线透过透明盖板下表面的第一油墨层进入透明盖板。由于透明盖板与小孔板之间预留有空气层，所以发光器发出的倾斜光线在透明盖板内进行全反射。当有手指捺印在透明盖板上时，由于指纹的表面以脊和谷分布，指纹上的脊与透明盖板紧密接触，光线在透明盖板与空气的介面处反射、经由小孔板上表面第二油墨层上的小孔照射到图像采集器的感光件上。由于手指捺印在透明盖板1上时，指纹上的脊与透明盖板1接触，破坏倾斜光线的全反射，一部分倾斜光线逸出透明盖板1，将手指表面照亮，并经手指表面反射，穿过成像小孔，由此在图像传感器上形成清晰的指纹图像。根据本实用新型的再一方面，还提供一种隐藏式指纹采集器。该实施例中隐藏式指纹采集器的结构与图2所示的隐藏式指纹采集器的结构相似。图5为根据再一优选实施例示出的隐藏式指纹采集器的结构示意图。如图5所示，隐藏式指纹采集器包括透明盖板501、支架502、发光器503、图像采集器504和电路基板505。盖板501的下表面由上而下涂覆有可透光的透光油墨层506和不透光的遮光层507。透光油墨层的面积大于遮光层的面积。遮光层507上开有均匀阵列的多个小孔508。优选地，遮光层可为不透光的油墨层。支架502安装在遮光层的下方，支架502的底部安装电路基板505。支架、电路基板的上表面和遮光层下表面围成腔体。在腔体内以及遮光层的下方设有透光板509，透光板509的下方设置图像采集器504。发光器设置于腔体外部并向盖板发射能够透过透光油墨层的倾斜光线。所述发光器优选为发射近红外线的近红外发光器或者发射红外线的红外发光器。显而易见的是，如果盖板相应位置没有油墨涂层，则使用可见光发光器也可以达到本实用新型中指纹采集的功能。其中，本实施例中发光器的设置与图2所示隐藏式指纹采集器中发光器的设置相同，此处不再赘述。同时本实施例中的隐藏式指纹采集器与图2所示隐藏式指纹采集器的工作原理相同，此处亦不再赘述。由以上技术方案可知，上述各实施例中的隐藏式指纹采集器，相较于现有指纹采集器相比，省去了导光板，并将透明盖板和图像采集器之间的距离大幅缩减，使隐藏式采集器的厚度更薄成为可能，同时完全不影响电子设备的外观。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确方法，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。