屏下光学指纹识别装置及电子设备的制作方法

本申请涉及生物识别技术领域，特别涉及一种屏下光学指纹识别装置及采用所述屏下光学指纹识别装置的电子设备。

背景技术：

随着手机等终端制造产业的高速发展，生物识别技术也越来越受到人们重视，更加便捷的屏下指纹识别技术成为大众所需。已公开的屏下光学指纹识别技术主要有两种。第一种是基于周期性微孔阵列的屏下光学指纹识别技术，该技术成像清晰度较低、易受莫尔条纹干扰且成本较高。第二种是基于微透镜的屏下光学指纹识别技术，该技术成像清晰度有所提升且成本更低。

不过，由于手指的状况不同，例如一些湿度较小的干手指，上述微透镜屏下光学指纹识别技术也存在一定程度的成像模糊现象。

技术实现要素：

本申请部分实施例的目的在于提供一种屏下光学指纹识别装置及采用所述屏下光学指纹识别装置的电子设备，可以进一步提高成像的清晰度。

本申请实施例提供了一种屏下光学指纹识别装置，包括反射组件、透镜以及指纹传感器；所述反射组件、所述透镜和所述指纹传感器设置在所述屏下光学指纹识别装置的指纹检测光路；所述透镜设置在所述反射组件的反射路径，用于将所述反射组件反射而来的指纹光线汇聚到指纹传感器；其中，由手指反射至所述显示屏且通过所述指纹检测光路进入所述指纹传感器的指纹光线在所述显示屏上的入射角均大于或者等于预设角度。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括如前所述的屏下光学指纹识别装置。

本申请实施例相对于现有技术而言，通过反射组件、透镜和指纹传感器的光路设计，使得通过指纹检测光路进入指纹传感器参与成像的指纹光线均为在显示屏上的入射角大于或者等于预设角度的指纹光线。指纹光线在显示屏上的入射角(下文简称指纹光线的角度)越大则手指的指纹脊谷线表面反射的指纹光线的光强差异越大，反之，指纹光线的角度越小则手指的指纹脊谷线表面反射的指纹光线的光强差异越小，而光强差异影响成像的清晰度，因此，通过本申请实施例提供的方案使得参与成像的指纹光线均为大角度的指纹光线，从而可以提高成像的清晰度。并且，通过反射组件形成反射光路，不仅有利于增大视场，而且有利于应用该屏下光学指纹识别装置的设备的薄型化。

作为一种实施例，所述反射组件包括反射镜，所述反射镜朝向于显示屏设置，且所述透镜的入光面与所述显示屏垂直设置。

作为一种实施例，所述反射镜和所述指纹传感器均平行于所述显示屏设置。

作为一种实施例，所述反射镜和所述指纹传感器至少一个相较于所述显示屏具有预设倾斜角度。

作为一种实施例，所述反射镜或所述指纹传感器相对于所述显示屏的倾斜角度在0度到30度之间。

作为一种实施例，所述反射镜相对于所述显示屏的倾斜角度在5度到20度之间。

作为一种实施例，所述反射镜和所述指纹传感器相互平行，且二者相较于所述显示屏均具有所述预设倾斜角度。

作为一种实施例，所述反射组件包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜朝向于显示屏设置，所述第二反射镜设置在所述第一反射镜的反射路径；所述透镜设置在所述第二反射镜的反射路径，且其入光面与所述显示屏平行设置。

作为一种实施例，所述第一反射镜和所述第二反射镜至少一个相较于所述显示屏具有预设倾斜角度。

作为一种实施例，所述第一反射镜和所述第二反射镜相互平行，且二者相较于所述显示屏均具有所述预设倾斜角度。

作为一种实施例，所述指纹传感器相较于所述显示屏具有预设的倾斜角度。

作为一种实施例，所述反射组件包括反射镜本体；所述反射镜本体的至少一面形成反射镜；所述反射组件还包括设置于所述反射镜本体上的安装部，所述透镜通过所述安装部固定在所述反射镜本体上。

作为一种实施例，所述反射镜本体包括两个相互平行且相较于显示屏具有一定倾斜角度的斜面，其中一个斜面与反射镜本体的底面相邻接并形成第一反射镜，而另一个斜面与反射镜本体的顶面相邻接并形成第二反射镜，其中所述第二反射镜位于所述第一反射镜的反射路径。

作为一种实施例，所述反射镜本体在所述第二反射镜的反射路径形成有缺口，该缺口具有一个平行于显示屏的安装平面，该安装平面作为所述安装部用以安装所述透镜。

作为一种实施例，所述指纹传感器收容在该缺口内部并朝向所述透镜设置，且所述指纹传感器的感光面平行于所述安装平面。

所述透镜包括透镜本体和孔径光阑，所述透镜本体包括一个微透镜或者由两个或多个微透镜组成的微透镜组，所述孔径光阑设置于所述透镜本体的入光面。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本申请第一实施例中的具有一个反射镜且反射镜以及指纹传感器均平行于显示屏的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图2是根据本申请第一实施例中的具有一个反射镜且反射镜相对显示屏倾斜设置的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图3是根据本申请第一实施例中的具有一个反射镜且指纹传感器相对显示屏倾斜设置的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图4是根据本申请第一实施例中的具有一个反射镜且反射镜以及指纹传感器均相对显示屏倾斜设置的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图5是根据本申请第一实施例中的两个反射镜以及指纹传感器均平行显示屏设置的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图6是根据本申请第一实施例中的两个反射镜均平行显示屏设置的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图7、图8是根据本申请第一实施例中的两个反射镜中的一个反射镜相对显示屏倾斜设置的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图9是根据本申请第一实施例中的两个反射镜以及指纹传感器均相对显示屏倾斜设置的屏下光学指纹识别装置的结构示意图；

图10是根据本申请第二实施例的屏下光学指纹识别装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请部分实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请第一实施例涉及一种屏下光学指纹识别装置，所述屏下光学指纹装置可以设置在显示屏(比如触摸显示屏)的下方，且其包括：反射组件、透镜以及指纹传感器，当手指按压在显示屏时，光源发出的激励光(比如显示屏的显示单元或者显示屏下方的红外光源发出的光线)在手指表面发生反射并形成返回显示屏的指纹光线；其中，指纹光线在显示屏上的入射角大于或者等于第一预设角度，且反射组件将穿过显示屏的指纹光线反射到透镜，透镜将所述指纹光线汇聚到指纹传感器。

在本实施例中，由手指反射至显示屏的指纹光线经过反射组件和透镜传输到指纹传感器的光学路径可以定义为指纹检测光路，且指纹光线在显示屏上的入射角大于或者等于第一预设角度从而形成大角度光线，其中，大角度指纹光线可以通过指纹检测光路进入指纹传感器，而不允许入射角小于第一预设角度的指纹光线(下文亦称小角度光线)通过指纹检测光路进入指纹传感器，从而使得参与成像的指纹光线均为大角度光线，进而可提高成像清晰度，并且通过反射组件形成反射光路不仅有利于增大视场，而且有利于应用该屏下光学指纹识别装置的设备的薄型化。

在实现指纹检测光路时，可以从显示屏、反射组件以及透镜之间的相对位置、相对距离，以及指纹检测光路中的光传播介质的折射率以及厚度等的影响因素出发，综合考虑设计出特定的指纹检测光路，从而通过指纹检测光路实现均为大角度光线参与成像。在实际应用中可以有多种实现指纹检测光路的屏下光学指纹装置的具体结构，本实施例主要举例说明一些较佳的实施例。

请参阅图1，指纹光线的角度可以采用指纹光线在显示屏10上的入射角α进行表示，而指纹光线的角度会影响手指30的指纹脊谷线表面反射的指纹光线的光强差异，其中，该光强差异很小时会造成指纹图像的成像模糊。因此，减小小角度指纹光线参与指纹图像成像可提高成像清晰度。在本实施例中，允许通过上述指纹检测光路的指纹光线的入射角被设计为大于或者等于第一预设角度，其中第一预设角度可以根据需要的成像清晰度得到，一般而言，第一预设角度越大，成像可能越清晰，反之，第一预设角度越小成像可能越模糊。在实际应用中，第一预设角度可以在大于或者等于20度且小于或者等于30度范围内取值，然不限于此。

请参阅图1至图9，透镜12包括透镜本体120以及孔径光阑121，透镜本体120可以包括一个微透镜或者由两个或多个微透镜组成的微透镜组，孔径光阑121设置于透镜本体120的入光面，参与成像的指纹光线经反射组件110反射后，首先通过孔径光阑121进入透镜本体120，再经透镜本体120进入指纹传感器13。在实际应用中，屏下光学指纹识别装置还可以包括滤波片15，滤波片15可设置于指纹传感器13的感光区，通过滤波片15可滤除例如红光或者红外光线。指纹传感器13可通过传感器基板14等的载体安装至电子设备中。本实施方式对于指纹传感器13、滤波片15以及传感器基板14等的具体实现方式均不作限制。

反射组件可以包括一个反射镜或者多个反射镜，在一些例子中，反射镜的数量可以为奇数个，请参阅图1至图4，反射镜110的数量例如为1个。在一些例子中，反射镜的数量还可以为偶数个，请参阅图5至图9，反射镜110的个数例如为2个，然不限于此。在实现指纹检测光路时，在反射镜110的个数为奇数时，透镜12的入光面与显示屏10的操作面(即触模面)可以垂直设置，在反射镜110的个数为偶数时，透镜12的入光面与显示屏10的操作面可以平行设置。

本实施例的透镜12采用直径一般是毫米级的微透镜，在装配至电子设备中时装配难度较大，而将透镜12的入光面与显示屏10的操作面垂直或者平行设置，相比透镜12的入光面与显示屏10的操作面倾斜设置而言，有利于降低透镜的装配难度。本实施方式对于透镜12与显示屏10的相对位置不作具体限制，透镜12也可相对显示屏10倾斜设置。

在透镜12与显示屏10之间采用上述垂直或者平行方式设置时，反射镜110可以相对显示屏10平行设置(如图1或图3所示)，或者反射镜110可以相对显示屏10倾斜设置(如图2或图4所示)，且两者的倾斜角度大于0度且小于或者等于30度，其中，反射镜110相对显示屏10采用较小的倾斜角度设置时，有利于避免小角度指纹光线进入所述指纹光路。

在一些例子中，在透镜12与显示屏10倾斜设置时，透镜12与显示屏10之间的倾斜角度可以为大于或者等于5度且小于或者等于20度的某个角度，从而有利于通过指纹检测光路控制角度更佳的指纹光线参与成像，例如使得参与成像的指纹光线的入射角均在大于或者等于30度且小于或者等于75度的角度范围内取值，然不限于此。这样既可以保证成像的清晰度，而且可避免角度过大的指纹光线参与成像造成的成像畸变。

在一些例子中，透镜12与指纹传感器13的相对位置、相对距离等因素也会影响指纹光线参与指纹图像成像。因此，在本实施例中，通过选择合适的透镜12与指纹传感器13的相对位置或者相对距离，可以控制由透镜12汇聚到指纹传感器13的这一部分指纹光线为在显示屏10的入射角大于或者等于第二预设角度，其中，第二预设角度大于第一预设角度，即通过透镜12与指纹传感器13之间的光路设计使得具有更大入射角度的指纹光线才能参与成像。在一些例子中，在透镜12与显示屏10垂直或者平行设置时，指纹传感器13的感光面与显示屏10可以平行设置，或者指纹传感器13的感光面与触摸显示屏10之间的具有预定倾斜角度，其中该预定倾斜角度大于0度且小于或者等于30度。

请参阅图1，在图1所示的实施例中，屏下光学指纹识别装置包括一个反射镜110，反射镜110与指纹传感器13的感光面均平行于显示屏10设置，反射镜110并不直接设置在显示屏10的指纹感测区正下方，而是偏离显示屏10的指纹感测区(例如手指30所在区域)垂直投影一定距离设置。透镜12垂直于显示屏10和反射镜110设置，且位于反射镜110的反射路径上，其中透镜12与反射镜110之间具有一定的距离，以使得指纹光线在反射镜110反射之后可以传输到透镜12并进入其孔径光阑121。指纹传感器13与显示屏10平行设置且具有一定的距离，其中，指纹传感器13的感光面可以朝向反射镜110的反射面，并背离显示屏10的显示面；指纹传感器13与透镜12之间的距离可以使得指纹光线通过透镜120汇聚到指纹传感器13的感光面。

通过图1中的手指30边界处的第一指纹光线21以及第二指纹光线22进入指纹传感器13的传播路径可以看出，假设第二指纹光线22对应于第一预设角度，则入射角度小于第二指纹光线22的指纹光线将无法通过反射镜110反射并经透镜120汇聚进入指纹传感器13。因此，采用本实施例的指纹识别装置不仅可满足大角度指纹光线成像要求，而且光路的设计以及器件的装配难度也更低。

请参阅图2，图2所示的实施例与图1所示的屏下光学指纹识别装置相比区别在于，反射镜110相对显示屏10倾斜设置，且两者之间的倾斜角度优选地小于30度，例如将反射镜110远离透镜12的一端顺时针旋转30度以内的某个角度，从而与显示屏10具有上述小于30度的倾斜角度，且由于透镜12与显示屏10垂直，经过旋转之后反射镜110会同时与透镜12具有一定的倾斜角度。相较于反射镜110与显示屏10平行设置的方案，反射镜110相对显示屏10的倾斜角度可以减小经反射镜110反射后的指纹光线在透镜12的入光面的入射角，其中上述倾斜角度越大，则指纹光线在透镜12的入射角会越小；其中所述反射镜110的倾斜角度需要控制在一定的范围之内，以避免指纹光线在透镜12的入射角减小到一定程度出现无法经孔径光阑121进入透镜本体120，从而无法参与成像。另一方面，由于上述反射镜110的倾斜角度可以减小指纹光线在透镜12的入射角，通过选择合适的反射镜110相对显示屏10的倾斜角度可以防止在透镜12入射角度过大的指纹光线进入透镜12，从而可避免上述入射角度过大的指纹光线参与成像造成的图像畸变。

请参阅图3，图3所示的实施例与图1所示的屏下光学指纹识别装置相比区别在于，指纹传感器13相对显示屏10倾斜设置，且两者之间的倾斜角度优选地在30度以内，例如将指纹传感器13远离透镜12的一端顺时针旋转30度以内的某个角度。这样，随着指纹传感器13相对显示屏10的倾斜角度的增大，在显示屏10入射角度过大的指纹光线在经过所述指纹检测光路之后无法进入指纹传感器13的有效感光区域而无法参与成像。因此，通过选择合适的指纹传感器13相对触摸显示屏10的倾斜角度可以防止角度过大的指纹光线进入指纹传感器13，从而可避免角度过大的指纹光线参与成像造成的图像畸变。

请继续参阅图4，图4所示的实施例与图1所示的屏下光学指纹识别装置相比区别在于，反射镜110以及指纹传感器13均相对显示屏10倾斜设置，并且作为一种可选的实现方案，反射镜110可以与指纹传感器13的感光面是平行设置，或者二者也可以具有一些较小的倾斜角度。因此，相比图2或者图3的只有反射镜110或者指纹传感器13相对触摸显示屏10倾斜设置而言，可以更好地避免角度过大的指纹光线参与成像造成的图像畸变。

请参阅图5，在图5所示的实施例中，屏下光学指纹识别装置的反射组件包括两个反射镜110，从而使得指纹光线在所述指纹检测光路传输过程中进行两次反射。在具体实现上，两个反射镜110可以均与显示屏10平行设置，其中第一个反射镜110的反射面朝向于显示屏10的底面以接收穿过所述显示屏10的指纹光线，第二个反射镜110设置在第一个反射镜的反射路径，且其反射面朝向第一个反射镜110的反射面。透镜12设置于第二次反射的反射路径，且透镜12平行于显示屏10设置，指纹传感器13平行于显示屏10设置。基于上述结构，指纹光线在经过第一个反射镜110的反射之后，可以在第二个反射镜110进行二次反射之后进入透镜12，且透镜12可以进一步将指纹光线汇聚到指纹传感器13。这样，可以确保参与成像的指纹光线均为大角度指纹光线，同时，通过两次反射不仅可以进一步增大视场，而且更有利于设备的薄型化。

请继续参阅图6，图6所示的实施例与图5所示的屏下光学指纹识别装置相比区别在于，两个反射镜110彼此相互平行且二者相对显示屏10均倾斜设置，其中，两个反射镜110与触摸显示屏10之间的倾斜角度优选为30度以内。例如将反射镜110靠近透镜12的一端顺时针旋转30度以内的某个角度。这样，两个反射镜110相对显示屏10的倾斜角度可以减小经两个反射镜110反射后的指纹光线在透镜12的入光面的入射角。其中上述倾斜角度越大，则指纹光线在透镜12的入射角会越小；其中所述两个反射镜110的倾斜角度需要控制在一定的范围之内，以避免指纹光线在透镜12的入射角减小到一定程度就无法经孔径光阑121进入透镜本体120，从而无法参与成像。另一方面，通过选择合适的两个反射镜110相对显示屏10的倾斜角度可以防止在透镜12入射角度过大的指纹光线进入透镜12，从而可避免上述角度过大的指纹光线参与成像造成的图像畸变。

请继续参阅图7和图8，图7和图8与图5所示的屏下光学指纹识别装置相比区别在于，两个反射镜110中的一个相对显示屏10倾斜设置。具体地，在图7所示的实施例中，第一个反射镜110相对于显示屏10倾斜设置，而第二个反射镜110依然维持平行于显示屏10；在图8所示的实施例中，第一个反射镜110相对于显示屏10依然维持平行设置，而第二个反射镜110相较于显示屏10具有一定的倾斜角度。类似地，通过选择合适的其中一个反射镜110相对显示屏10的倾斜角度可以防止在透镜12的入射角度过大的指纹光线进入透镜12，从而可避免角度过大的指纹光线参与成像造成的图像畸变。

请继续参阅图9，图9所示的实施例与图6所示的屏下光学指纹识别装置相比区别在于，指纹传感器13相对显示屏10也倾斜设置，且两者之间的倾斜角度优选地小于30度。并且，指纹传感器13的感光面倾斜方向与两个反射镜110的倾斜方向相反。例如，将指纹传感器13远离显示屏10的指纹感测区域的一端逆时针旋转30度以内的某个角度。这样，指纹传感器13相对触摸显示屏10的倾斜角度可以使得角度过大的指纹光线会无法进入指纹传感器13的有效感光区域而无法参与成像。因此，通过选择合适的指纹传感器13相对显示屏10的倾斜角度可以防止角度过大的指纹光线进入指纹传感器13，从而可避免角度过大的指纹光线参与成像造成的图像畸变。

需要说明的是，在实际应用中，反射组件、透镜以及指纹传感器均可以通过结构件安装在电子设备中，此处不再赘述。

本实施例相对于现有技术而言，可以通过对显示屏、反射组件、透镜以及指纹传感器形成的光路进行设计，使得通过该光路参与成像的指纹光线的角度均为大角度光线，从而提高成像的清晰度，并且，通过反射组件对指纹光线进行反射，不仅可增大视场，而且可减小指纹识别装置的厚度，有利于电子设备的薄型化。

本申请第二实施例涉及一种屏下光学指纹识别装置。第二实施例在第一实施例的基础上做出改进，主要改进之处在于，在第二实施例中，提供了一种易于实现且易于装配的反射组件结构。

请参阅图10，本实施例中，反射组件包括反射镜本体，反射镜本体的至少一面形成反射镜110，反射组件还包括形成在反射镜本体上的安装部，透镜12通过安装部固定在反射镜本体上。

其中，反射镜本体的材料例如为玻璃，反射镜本体可以具有一个或者多个反射平面，通过在一个或者多个反射平面上喷涂光学涂层即可得到一个或者多个反射镜110。例如，在图10所示的实施例中，反射镜本体可以包括两个相互平行且相较于显示屏具有一定倾斜角度的斜面，其中一个斜面与反射镜本体的底面相邻接并形成第一反射镜110，而另一个斜面与反射镜本体的顶面相邻接并形成第二反射镜110。第二反射镜110位于第一反射镜110的反射路径，且反射镜本体在第二反射镜110的反射路径可以形成有缺口，该缺口具有一个平行于显示屏的安装平面，该安装平面可以作为安装部用以安装透镜12。另外，指纹传感器可以收容在该缺口内部并朝向该透镜12设置，然不限于此。

本实施例与前述实施例相比，通过设计具有多个平面的反射镜本体，不仅可以方便地加工出一个反射镜，或者多个平行或者不平行的反射镜，而且还可以直接将透镜固定在反射镜本体上，从而可大大降低透镜装配难度。

本申请第三实施例涉及一种电子设备，包括如第一或者第二实施例所述的屏下光学指纹识别装置。该电子设备例如是智能手机、平板电脑等，然不限于此。

本实施例相对于现有技术而言，可以通过对显示屏、反射组件、透镜以及指纹传感器形成的光路进行设计，使得通过该光路参与成像的指纹光线的角度均为大角度光线，从而提高成像的清晰度，并且，通过反射组件对指纹光线进行反射，不仅可增大视场，而且可减小指纹识别装置的厚度，有利于电子设备的薄型化。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。