指纹识别装置和移动终端的制作方法

本实用新型涉及指纹识别技术领域，尤其是涉及一种指纹识别装置和移动终端。

背景技术：

随着移动终端的智能化程度越来越高，移动终端的功能也越来越丰富，人们可以在移动终端上利用社交软件发布和分享信息，可以拍摄照片，可以浏览网页，还可以进行网络支付，从而使得移动终端上保存了用户越来越多的隐私信息和敏感信息，移动终端的安全性逐渐成为人们关注的重要问题。

鉴于指纹作为人体的重要生物特征，并具有唯一性特点，因此指纹识别装置目前已广泛应用于移动终端，主要用于终端解锁、文件加解密、安全支付等功能。但现有的指纹识别装置，只能对采集到的指纹信息与预存的指纹信息进行比较，判断二者是否匹配，却无法判断当前是真实的手指指纹还是仿造的假指模指纹，因此现有的指纹识别装置有被仿造的假指纹破解的风险，从而降低了移动终端的安全性。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种指纹识别装置和移动终端，旨在降低指纹识别装置被仿造的假指纹破解的风险，提高安全性。

为达以上目的，本实用新型提出一种指纹识别装置，包括指纹传感器以及与所述指纹传感器电连接的光学模块，所述光学模块包括用于发射特定波长的光信号的光发射器，用于接收所述光发射器发射的并经触控物作用后的光信号，并将所述光信号转换为电信号的光电转换器，以及用于驱动和控制所述光发射器，并对所述电信号进行分析处理的光学电路模块，所述光学电路模块分别与所述光发射器和所述光电转换器电连接。

可选地，所述光学电路模块和所述指纹传感器集成于一个芯片，所述芯片为指纹芯片。

可选地，所述指纹传感器单独集成于一个芯片，所述光学电路模块通过数据接口与所述指纹传感器电连接，所述芯片为指纹芯片。

可选地，所述光学电路模块、光电转换器和指纹传感器集成于一个芯片，所述芯片为指纹芯片。

本实用新型同时提出一种移动终端，所述移动终端包括一指纹识别装置，所述指纹识别装置包括指纹传感器以及与所述指纹传感器电连接的光学模块，所述光学模块包括用于发射特定波长的光信号的光发射器，用于接收所述光发射器发射的并经触控物作用后的光信号，并将所述光信号转换为电信号的光电转换器，以及用于驱动和控制所述光发射器，并对所述电信号进行分析处理的光学电路模块，所述光学电路模块分别与所述光发射器和所述光电转换器电连接。

本实用新型所提供的一种指纹识别装置，通过将光学模块和指纹传感器一起集成在指纹识别装置上，当触控物(如手指)触摸指纹传感器的同时也可以作用到光学模块的光发射器和光电转换器，这样就可以同时采集到手指的指纹信号和光学信号，从而可以实现活体检测功能(即判断是否为真正的手指指纹)，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹破解的风险，提高了安全性。

此外，还可以通过光学模块实现心率检测、触摸压力检测、按键检测、血氧检测、血压监测等功能，扩展了终端设备的功能。本实用新型通过将光学模块集成于指纹识别装置来实现心率检测等功能，相对于在终端设备中单独增加心率识别模块来检测心率，具有结构简单、成本低、使用方便的优点。

附图说明

图1是本实用新型的指纹识别装置的模块示意图；

图2是本实用新型实施例中的光学电路模块的模块示意图；

图3是本实用新型第一实施例的指纹识别装置的电路集成示意图；

图4是本实用新型第一实施例的指纹识别装置的结构示意图；

图5是图4中的指纹识别装置的A-A剖视图；

图6是本实用新型第一实施例中的指纹封装片的结构示意图；

图7是图6中的指纹封装片的剖视图；

图8是图6中的指纹封装片的又一剖视图；

图9是本实用新型实施例中的光电转换器的布局示意图；

图10是本实用新型实施例中的光发射器的布局示意图；

图11是本实用新型第一实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图12是图11中的指纹识别装置的剖视图；

图13是图11中的指纹识别装置的又一剖视图；

图14是本实用新型第一实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图15是图14中的指纹识别装置的剖视图；

图16是本实用新型第一实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图17是图16中的指纹识别装置的剖视图；

图18是本实用新型第一实施例中的指纹封装片的又一结构示意图；

图19是图18中的指纹封装片的剖视图；

图20是图18中的指纹封装片的又一剖视图；

图21是本实用新型第一实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图22是图21中的指纹识别装置的剖视图；

图23是图21中的指纹识别装置的又一剖视图；

图24是图21中的指纹识别装置的又一剖视图；

图25是本实用新型第二实施例的指纹识别装置的电路集成示意图；

图26是本实用新型第二实施例的指纹识别装置的结构示意图；

图27是图26中的指纹识别装置的剖视图；

图28是本实用新型第二实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图29是图28中的指纹识别装置的剖视图；

图30是本实用新型第二实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图31是图30中的指纹识别装置的剖视图；

图32是本实用新型第二实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图33是图32中的指纹识别装置的剖视图；

图34是本实用新型第三实施例的指纹识别装置的电路集成示意图；

图35是本实用新型第三实施例的指纹识别装置的结构示意图；

图36是本实用新型第三实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图37是本实用新型第三实施例的指纹识别装置的又一结构示意图；

图38是本实用新型实施例的指纹识别装置进行指纹识别的示意图；

图39是图38的指纹识别装置的剖视图；

图40是本实用新型的移动终端一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

100-指纹传感器 200-光学模块

210-光发射器 220-光学电路模块

221-电流驱动器 222-控制电路

223-电流电压转换电路和共模抑制电路 224-可编程增益放大器

225-模数转换器 226-数据分析和处理单元

230-光电转换器 300-盖板

400-电路板 500-金属环

600-遮光件 700-胶水

10-指纹封装片 11-指纹芯片

12-基板 13-焊线

14-保护层 101-触控物

102-指纹识别装置

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1，提出本实用新型的指纹识别装置，其用于终端设备，如手机、平板等移动终端设备或者其它非移动终端设备。所述装置包括指纹传感器100和光学模块200，指纹传感器100和光学模块200电连接。指纹传感器100，用于检测和识别指纹，具有指纹注册、检测、匹配等功能，其实现方式与现有技术相同，在此不再赘述。光学模块200，用于在手指按压指纹识别装置时，实现心率检测、触摸压力检测、按键检测、血氧检测、血压监测、按键检测等功能，尤其可以与指纹传感器100结合，实现活体检测功能，即判定是否是目标用户的真实手指在按压指纹识别装置，以降低指纹识别装置被仿造的假指纹破解的风险。

如图1所示，光学模块200包括光发射器210、光学电路模块220和光电转换器230，光学电路模块220分别与光发射器210和光电转换器230电连接，其中：

光发射器210：用于发射特定波长的光信号，是光学模块200的发射部件，其可以为单个或多个，由光学电路模块220控制和驱动。

光发射器210可以是额外增加的发光二级管(light-emitting diode，简称LED)、半导体激光器(semiconductor laser，简称LD)等器件，也可以是终端设备既有的发光体，如显示器、呼吸灯、闪光灯等。光发射器可以是裸晶芯片(如晶圆)形式或者封装片形式，也可根据需求搭配特定的光学结构，比如聚光杯，光栅等结构。光发射器210可以与指纹传感器100封装在一起，也可以是独立器件，单独布局在指纹识别装置上。

光电转换器230：用于接收光发射器210发射的并经触控物作用(包括反射、散射、投射等)后的光信号，并将光信号转换为电信号，其后端连接光学电路模块220。光电转换器230能够感应光强，检测出来自光发射器210的光线的光强变化，并通过光学电路模块220分析和处理这种变化，实现对应的功能。光电转换器230可以采用光电二极管(Photo Diode，简称PD)。

光电转换器230可以与指纹传感器100集成在一起，也可以是独立器件，并与指纹传感器100封装在一起形成指纹封装片或者单独布局在指纹识别装置上。触控物即触摸指纹识别装置的物体，通常为用户的手指，当然也可能是人体其他部位，如脚趾等。经触控物作用后的光信号，即当手指等触控物按压指纹识别装置时，光发射器210发射的光线透过触控物后反射或散射到光电转换器230上或者直接被触控物反射或散射到光电转换器230上，光电转换器230接收被触控物反射或散射的光信号。

光学电路模块220：用于驱动和控制光发射器210，并对光电转换器230转换的电信号进行分析处理，包括进行积分处理、放大处理、去共模处理等，以及对最终采集到的数据(比如来自ADC采样的数据)根据不同的应用功能，进行分析处理。进一步地，光学电路模块220还对整个光学模块200的工作时序和工作状态进行控制，还包括连接外部模块(比如指纹传感器100)的数据接口。

光学电路模块220可以与指纹传感器100集成为一个芯片，也可以作为独立的电路模块，装配在指纹识别装置上。

光学电路模块220集成了实现光学模块200所有功能的电路，包括控制电路、模拟电路、数据分析和处理单元等。如图2所示，为一实施例中的光学电路模块220的模块示意图，该光学电路模块220包括电流驱动器221、控制电路222、电流电压转换电路和共模抑制电路223、可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier,简称PGA)224、模数转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)225以及数据分析和处理单元226，其中，电流驱动器221用于驱动光发射器210，控制电路222用于控制光发射器210发射特定波长的光信号，电流电压转换电路和共模抑制电路223和PGA224用于对光电转换器230转换的电信号进行一系列处理(包括积分处理、去共模处理、放大处理等)，ADC225用于将模拟信号转换为数字信号，数据分析和处理单元226用于对最终采集到的数据根据不同的应用功能，进行分析处理，以实现心率检测、触摸压力检测、按键检测、血氧检测、血压监测、按键检测等功能。

本实用新型通过将光学模块200和指纹传感器100一起集成在指纹识别装置上，当触控物(如手指)触摸指纹传感器100的同时也可以作用到光学模块200的光发射器210和光电转换器230，这样就可以同时采集到手指的指纹信号和光学信号，从而可以实现活体检测功能(即判断是否为真正的手指指纹)，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹破解的风险。

此外，还可以通过光学模块200实现心率检测、触摸压力检测、按键检测、血氧检测、血压监测等功能，扩展了终端设备的功能。本实用新型通过将光学模块200集成于指纹识别装置来实现心率检测等功能，相对于在终端设备中单独增加心率识别模块来检测心率，具有结构简单、成本低、使用方便的优势。

本实用新型中，指纹传感器100和光学模块200可以采用多种方式进行布局，其中，光学电路模块220、光发射器210、光电转换器230和指纹传感器100可以根据需求任意组合构成集成芯片或集成封装，或者彼此独立存在来构成指纹识别装置。接下来，将通过具体实施例对指纹识别装置中指纹传感器100和光学模块200的结构和布局进行详细说明。

实施例一

如图3所示，本实施例中，光学电路模块220、光电转换器230和指纹传感器100集成于一个芯片，该芯片称为指纹芯片11；光发射器210为独立的器件，可以是单个或多个。指纹芯片11可以与光发射器210封装在一起形成指纹封装片；或者，指纹芯片11单独封装成指纹封装片，光发射器210置于指纹封装片外部。

如图4、图5所示为本实施例的第一方案，其中，图4为主视图，图5为图4中A-A的剖视图(后续的剖视图均为沿A-A剖切的剖视图，为简化起见，不再一一在图中标注)。该方案为指纹芯片11与光发射器210封装在一起形成指纹封装片10的布局结构，其中，指纹识别装置包括指纹封装片10、盖板(Cover)300、金属环(Ring)500和电路板400。指纹封装片10由指纹芯片11和光发射器210封装在一起形成；盖板300需要对光发射器210发射的光线具有较高的透过率，透过率越大越好，保证光电转换器230和光发射器210上方透光即可，也可以整片盖板300均透光，盖板300可以通过镀膜、激光微孔、涂覆透过特定波长光波的油墨等方式来实现透光处理；盖板300通过胶水700粘接固定于指纹封装片10，胶水700需要对光发射器210发射的光线有较高的透过率，透过率越高越好，优选大于50％；盖板300和指纹封装片10均位于金属环500内，金属环500不是本实用新型的必要部件，在其它实施例中，也可以不使用金属环500；电路板400承载指纹封装片10、盖板300和金属环500，电路板400是包括芯片的应用电路，与外围器件、外部电路等进行电性连接，其可以是柔性电路板(Flexible Printed Circuit，简称FPC)、柔性扁平电缆(Flexible Flat Cable，简称FFC)、印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)或软硬结合板等。

指纹封装片10可以如图6-8所示，将指纹传感器100和光学模块200全部封装在一起，具体包括基板12、布置于基板12的光发射器210和指纹芯片11，指纹芯片11上集成了光学电路模块220、光电转换器230和指纹传感器100，其中部区域为指纹感应区域，基板12和指纹芯片11通过焊线13电连接。

进一步地，光发射器210和光电转换器230之间还设有遮光件600，其用于阻挡光发射器210发射的光线直接照射于光电转换器230。遮光件600需要对光线有吸收功能或较强的衰减功能，优选对目标波长光波的透过率小于1％，透过率越小越好。遮光件600可以有多种实现方式，比如可以将吸光材料粘贴或涂覆于指纹芯片11表面(如侧面或/和上表面，如图7、图8所示)，也可以在指纹芯片11上开槽，在槽内填充吸光油墨或胶水。

本实用新型中，遮光件600不是必要部件，是否需要遮光件，需要根据光发射器210与光电转换器230之间的实际距离，以及光发射器210发射的光线直接照射到光电转换器230的强度来确定。一般来说，如果光发射器210发射的光线直接照射到光电转换器230的强度小于通过手指等触控物反射后照射到光电转换器230的光线的强度的1％，可以考虑不使用遮光件600。

进一步地，还可以在指纹芯片11表面覆盖一保护层14。保护层14采用透光材料，既起到保护指纹芯片11的作用，同时满足光发射器210和光电转换器230上方透光的需求。也可以只在光发射器210和光电转换器230上方采用透光处理，而在其他区域采用不透光材料保护。

当将指纹识别装置装配在终端设备上时，为保证较好的信号质量和使用体验，优选将光电转换器230布置于靠近指尖位置，且光电转换器230与光发射器210的连线与触控物(如手指)方向平行，或交叉角度较小。这里所讲的是较优的推荐方案，对于其他装配方式，也可以正常工作，只是信号质量和使用体验有所差异。

光电转换器230和光发射器210优选分别布局在指纹传感器100两侧中部，确保手指按压到指纹感应区域时，也能同时作用到光电转换器230和光发射器210，方便配合指纹图像进行活体检测，同时也方便光学压力检测和心率检测等其它应用功能。当然，光电转换器230和光发射器210也可以采用其它布局方式，如图9所示，光电转换器230可以布置于指纹传感器100四周任意位置，也可以布置于指纹传感器100中部，且光电转换器230可以为一个，也可以有多个；如图10所示，光发射器210可以布置于指纹传感器100四周任意位置，还可以呈环状包围指纹传感器100，且光发射器210可以为一个，也可以有多个。

光电转换器230与光发射器210之间的中心距离以3mm-10mm较佳，一般可设计为5mm，以使光电转换器230接收的光线，是由光发射器210发出后经触控物反射回来的光线，尽量减少或避免由光发射器210直接照射到光电转换器230的光线。当直接照射的光线较强时，需要使用遮光件600来对这部分光线进行遮挡处理。

本实用新型中，金属环500不是必要部件，如图11-13所示，为不带金属环500的指纹识别装置的结构示意图，其中图11为主视图，图12和图13为剖视图，图12和图13分别展示了遮光件600的两种实现方法。

如图14-17所示为本实施例的第二方案，该方案为指纹芯片11单独封装成指纹封装片10的布局结构，其中，指纹识别装置包括指纹封装片10、光发射器210、盖板300、金属环500和电路板400。盖板300和指纹封装片10位于金属环500内，由于光发射器210是单独的器件，因此可以将光发射器210布置于金属环500内(如图14和图15所示)，也可以将光发射器210布置于金属环500外(如图16和17所示)。

指纹封装片10如图18-20所示，包括指纹芯片11和基板12，基板12和指纹芯片11通过焊线13电连接，指纹芯片11上集成了光学电路模块220、光电转换器230和指纹传感器100。进一步地，还可以在指纹芯片11表面覆盖一保护层14。进一步地，如图20所示，还可以在指纹芯片11表面设置遮光件600，如将吸光材料粘贴或涂覆于指纹芯片11表面，当然，在某些实施例中也可以省略遮光件600(如图19所示)。在如图16和图17所示的结构中，由于光电转换器230和光发射器210分别位于金属环500的内外两侧，此时金属环500就相当于设置于二者之间的遮光件600，因此无需再额外设置遮光件600，其中，箭头表示光发射器210发射的并经触控物101反射后的光线。

在某些实施例中，指纹识别装置也可以如图21-24所示不带金属环500，其中图21为主视图，图22-24为剖视图。图22和图23具有相同布局的遮光件600和不同布局的光电转换器230；图22和图24具有相同布局的光电转换器230和不同布局的遮光件600。

实施例二

如图25所示，本实施例中，光学电路模块220和指纹传感器100集成于一个芯片，该芯片称为指纹芯片11；光发射器210和光电转换器230分别作为独立器件。指纹芯片11可以与光发射器210和光电转换器230封装在一起形成指纹封装片10，这种集成方式的结构布局与实施例一中的第一方案的情形相似，在此不再赘述；指纹芯片11也可以与光电转换器230封装在一起形成指纹封装片10，而光发射器210置于指纹封装片10外，这种集成方式的结构布局与实施例一中的第二方案的情形相似，在此不再赘述；指纹芯片11还可以单独构成指纹封装片10，光电转换器230和光发射器210置于指纹封装片10外，下面将对这种集成方式的结构布局进行展开说明。

如图26和图27所示，指纹识别装置包括指纹封装片10、光发射器210、光电转换器230、盖板300、金属环500和电路板400。盖板300、指纹封装片10、光发射器210和光电转换器230均位于金属环内，光发射器210和光电转换器230分置于指纹封装片10两侧，且光发射器210和光电转换器230之间设有遮光件600。

由于光电转换器230和光发射器210为单独的器件，因此，也可以如图28和29所示将光发射器210和光电转换器230分别置于金属环500内外两侧(或外内两侧)，或者如图30和31所示，将光发射器210和光电转换器230均置于金属环500外。这种布局结构下，金属环500就相当于设置于光发射器210和光电转换器230之间的遮光件600，因此无需再额外设置遮光件600。

在某些实施例中，指纹识别装置也可以省略金属环500(如图32和33所示)。可选地，光发射器210和光电转换器230也可以如图32和33那样，布置于指纹封装片10的同一侧，二者相邻设置，此时二者之间需要设置一遮光件600。

实施例三

如图34所示，本实施例中，指纹传感器100单独集成于一个芯片，该芯片为指纹芯片11，光学电路模块220通过数据接口与指纹传感器100电连接，该数据接口如串行外设(Serial Peripheral Interface，简称SPI)接口、I2C(Inter-Integrated Circuit)总线接口、通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，简称UART)接口、通用串行总线(Universal Serial Bus，简称USB)接口等。光发射器210、光电转换器230、光学电路模块220可以任意两个或三个组合为一个集成芯片或组合为一个整体封装，也可以分别为单个独立器件。

如图35所示，指纹芯片11单独封装为指纹封装片10，光学电路模块220、光电转换器230、光发射器210集成为单个光学模块200，光学模块200和指纹封装片10通过数据接口电连接。

如图36所示，光学电路模块220、光电转换器230、光发射器210组成的光学模块200与指纹芯片11封装在一起，构成指纹封装片10。

如图37所示，光学电路模块220与指纹芯片11封装在一起构成指纹封装片10，光电转换器230与光发射器210置于指纹封装片10外部。

应当理解，前述实施例提到的光发射器210与光电转换器230的结构布局方案，同样适用于此实施例，在此不再赘述。

如图38和图39所示，为利用本实用新型的指纹识别装置进行指纹识别的示意图，其中图38为指纹识别装置的主视图，图39为指纹识别装置的剖视图，图38显示触控物101(如手指)正要触摸指纹识别装置，图39显示触控物101已按压到指纹识别装置的指纹传感器上100，图中箭头表示光发射器210发射的光线经触控物101反射后照射到光电转换器230的过程。

本实用新型的指纹识别装置，通过将光学模块200和指纹传感器100一起集成在指纹识别装置上，当触控物101(如手指)触摸指纹传感器100的同时也可以作用到光学模块200的光发射器210和光电转换器230，这样就可以同时采集到手指的指纹信号和光学信号，从而可以实现活体检测功能(即判断是否为真正的手指指纹)，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹破解的风险，提高了安全性。

此外，还可以通过光学模块200实现心率检测、触摸压力检测、按键检测、血氧检测、血压监测等功能，扩展了终端设备的功能。本实用新型通过将光学模块200集成于指纹识别装置来实现心率检测等功能，相对于在终端设备中单独增加心率识别模块来检测心率，具有结构简单、成本低、使用方便的优点。

参见图40，本实用新型同时提出一种移动终端，所述移动终端包括一指纹识别装置102，所述指纹识别装置102包括指纹传感器以及与指纹传感器电连接的光学模块，光学模块包括光发射器210、光学电路模块和光电转换器230，光学电路模块分别与光发射器210和光电转换器230电连接。其中，光发射器210用于发射特定波长的光信号；光电转换器230用于接收光发射器210发射的并经触控物101作用后的光信号，并将光信号转换为电信号；光学电路模块用于驱动和控制光发射器210，并对电信号进行分析处理。本实施例中所描述的指纹识别装置102为本实用新型中上述实施例所涉及的指纹识别装置102，在此不再赘述。本实施例中的指纹识别装置102设置于移动终端的home键位置，在其它实施例中，指纹识别装置102也可以设置于移动终端的其它位置，如设于移动终端侧面或背面等。

本实用新型的移动终端，通过将光学模块和指纹传感器一起集成在指纹识别装置上，当触控物(如手指)触摸指纹传感器的同时也可以作用到光学模块的光发射器和光电转换器，这样就可以同时采集到手指的指纹信号和光学信号，从而可以实现活体检测功能(即判断是否为真正的手指指纹)，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹破解的风险，提高了安全性。

此外，还可以通过光学模块实现心率检测、触摸压力检测、按键检测、血氧检测、血压监测等功能，扩展了移动终端的功能。本实用新型通过将光学模块集成于指纹识别装置来实现心率检测等功能，相对于在移动终端中单独增加心率识别模块来检测心率，具有结构简单、成本低、使用方便的优势。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本实用新型的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。