屏下指纹认证用的传感器模块及屏下指纹认证装置的制作方法

本实用新型涉及屏下指纹认证用的传感器模块及屏下指纹认证装置，特别涉及高解析度、小型化的屏下指纹认证用的传感器模块及屏下指纹认证装置。

背景技术：

像智能手机这样的便携式电子机器，为了便于解锁或其他身份认证的应用，生物识别是必不可少的。特别是指纹认证，因为成本低且小型化，而作为主流的生物识别方法。因此，在智能手机的手机外壳或显示器的边上，加入了电容量式指纹认证传感器。然而如今的智能手机显示屏尺寸越做越大，全屏显示成了手机的主流趋势，显示屏边框的面积被进一步压缩，原先放置电容式指纹传感器的位置没有了，因此，屏下指纹认证传感器成了智能手机的新需求。传统的电容式或者感温式的接触型指纹传感器就难以满足屏下的要求，取而代之的是可放置在屏下的光学式或超声波式指纹传感器。

另一方面，手机显示屏也从液晶显示屏（lcd）逐渐向自带发光体的oled屏转化，oled的特点是在r·g·b的发光部以外的地方，其透光率约为40％。这意味着如果在手机屏幕上放置指纹的话，它是可以被安放在屏幕下方的光学指纹传感器接收并成像的。也就是说，手指、显示屏、指纹认证传感器等按顺序构成了一个指纹认证装置，这个结构可称为“屏下型指纹认证装置”，因而，在把oled屏作为手机显示屏的情况下，我们可以利用上述的屏下型指纹认证装置来进行指纹认证。

与一般玻璃不同，在oled的发光像素下，设置了不透明的发光部和电路，一般不透明部分约为60％，其余的40％虽然不是全透明，但其透光率约为40％左右。

在使用oled屏的手机里采用了指纹识别装置案例，在日本专利特开2017-194676号公报中有作了公开说明。在这里，我们看到在有源矩阵式有机发光二极管（amoled）的有效显示区域中的像素的间隙中至少部分地形成了用于指纹传感器的pin二极管。

上述以往的使用oled屏幕作为显示屏的手机终端中，oled屏的不透明部分约有60%，而所谓半透明部分的透光率也只有约40%左右，因此要把放在oled屏上面的手指指纹的图像用安放在oled屏幕下方的指纹传感器模块进行拍摄是非常困难的。但有利的方面是，由于oled屏自身发光，可以用来作为光学指纹识别装置的光源，因而省去了照明装置。

通常在oled屏下使用光学式指纹认证传感器的时候，由于oled不是完全透明的，屏内约40μm见方的发光部分作为不透明的影像，也会一道映入光学指纹传感器，从而成为需要处理的问题。

另一方面，指纹的隆线的间隔大致为250μm，上述的不透明部分的大小大致为40μm。因此，通过例如低通滤波器，过滤掉不透明区的噪音影像，而留下指纹的隆线信息，当然这种处理也会使得指纹图像的解析度有所下降。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种光学式oled屏下指纹认证传感器和指纹识别装置，它不仅可以消除由于oled屏本身的发光部形成的噪音影像，而且还可保证图像的高解析度。

为达到上述目的，本实用新型采用的屏下指纹认证用的传感器模块技术方案是：

一种屏下指纹认证用的传感器模块，其包括：

一用于放置手指的盖板玻璃罩；

一oled屏或透明玻璃，该oled屏或透明玻璃设于所述盖板玻璃罩下；

一成像单元，该成像单元设于所述oled屏或透明玻璃下，所述成像单元包括微透镜阵列，所述成像单元经由所述微透镜阵列让指纹反射光成像；

一图像检测模块，该图像检测模块设于所述成像单元下，其包括图像传感器；

其中，所述微透镜阵列的各个微透镜的周围铺设有防止光线从各个微透镜的周围投向所述图像传感器的遮光膜。

上述技术方案的有关内容变化和解释如下：

1、上述文案，还包括一用于聚集从所述盖板玻璃罩投射到所述图像传感器的光线的光圈单元。

进一步，所述光圈单元较佳文案有以下三种：

第一种，光圈单元为设置在微透镜阵列的各个微透镜周围的具有光圈作用的遮光坝。第二种，光圈单元为设置在所述盖板玻璃罩与所述oled屏显示器之间的光圈。第三种，光圈单元为对应设置于所述图像传感器的光电转换部周围的突起部。

为达到上述目的，本实用新型采用的屏下指纹认证装置技术方案是：一种屏下指纹认证装置，包括屏下指纹认证用的传感器模块，屏下指纹认证用的传感器模块包括：

一用于放置手指的盖板玻璃罩；

一oled屏或透明玻璃，该oled屏或透明玻璃设于所述盖板玻璃罩下；

一成像单元，该成像单元设于所述oled屏或透明玻璃下，所述成像单元包括微透镜阵列，所述成像单元经由所述微透镜阵列让指纹反射光成像；

一图像检测模块，该图像检测模块设于所述成像单元下，其包括图像传感器；

其中，所述微透镜阵列的各个微透镜的周围铺设有防止光线从各个微透镜的周围投向所述图像传感器的遮光膜。

本实用新型具有以下效果：

本实用新型的指纹认证用传感器模块中使用了多个微透镜阵列，使得来自指纹的光线通过微透镜阵列到达图像传感器成像，即使某一个微透镜由于oled屏中的不透明部分（发光电路等）产生的噪影而使得这个透镜无法得到所要的清晰的指纹影像，由于该部分的指纹图像也可以被其他周边的微透镜拍摄到，因此整体的指纹图像不会受到oled屏内的不透明部分的影响。另外，由于多个微透镜进行指纹的重叠拍摄，可以局部的指纹信息更加详细，因而指纹图像解析度更高。

其结果，本实用新型争对oled屏下指纹认证装置所提出的方法，不仅解决的oled屏中不透明的电路等因素造成的成像影响，而且可以保证图像的解析度，为屏下指纹认证提供了可靠的指纹识别模块和指纹认证装置。

附图说明

图1是本实用新型实施例的一个实施方案的指纹认证装置的剖面图；

图2是本实用新型实施例的一个实施方案的指纹认证装置的平面图；

图3是图2的主要部分的示意图。

图4是oled屏的具体结构的截面图；

图5是图1的主要部分的示意图；

图6是图5所示的部分的平面图；

图7是微透镜的具体配置图；

图8是本实用新型实施例的其他实施方案所涉及的指纹认证装置的剖视图；

图9是本实用新型实施例的其他实施方案所涉及的指纹认证装置的平面图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：参见图1-图7所示：

图1是本实用新型的一个实施例的指纹认证装置的剖面图，指纹认证装置是被安装在oled屏幕的下方。图2a是图1所示的oled屏下指纹认证装置的平面图，图2b是表示屏下指纹认证装置的具体尺寸关系的示意图。

参照图1和图2，oled屏下指纹认证装置10是包括了指纹认证用的传感器模块11及指纹传感器模块11上方oled屏30、还有上方的盖板玻璃罩33，该盖板玻璃罩用于放置手指，指纹认证用的传感器模块11包括了fpc（flexibleprintcircuit）基板20、以及通过垫板13a连接的拍摄指纹用的图像传感器13、还有放置在图像传感器13上的透明玻璃14（第1玻璃）和在透明玻璃14之上的成像单元19，该成像单元19用于将从盖板玻璃罩33上的手指开始的光聚光成像，成像单元19包括多个微透镜16的阵列和围绕多个微透镜16的周围的遮光膜18，以及围着多个微透镜16、在遮光膜18的周围设置具有规定厚度的遮光坝17。这里所述的遮光坝17的上端部可以接触或不接触oled屏30。所述微透镜16是指微小的凸透镜。

如图2b所示，微透镜16在纵横方向上按照相互间隔270μm来配置，由遮光坝17形成的开口部15的直径约为40μm，微透镜16的直径约为29.6μm。

图像传感器13及其上放置的透明玻璃14组成一与图像传感器13具有相同平面尺寸的直方体状的检测模块12。oled屏下指纹认证用传感器模块11还进一步包括了固定用的框体支架21，该框体支架21用于将该直方体状的检测模块12固定在fpc基板20上的预定位置。另外，fpc基板20通过垫板13a与图像传感器13焊接连接。

对于定位的具体方法进行说明。透明玻璃14的上端四边沿称为14a。另一方面，框体支架21是一个中空的直方体，其空腔可以容纳图像传感器13和透明玻璃14，他们上下部有一个段差部位22，段差部位22的上方开口面积比下方的开口面积稍小，透明玻璃14通过按压其四个边沿14a与段差部位22结合，从而使得图像传感器13和透明玻璃14由框体支架21定位并被固定。

框体支架21具有四个边框，为了方便起见，其四周分别用21a～21d表示。框体支架21的上端24的高度与透明玻璃14的上面设置的遮光坝17的位置一样高，因此，在本实施方案中，透明玻璃14上部和oled屏30之间包含了空气层。

在框体支架21的上端24的上面，放置了oled屏30和盖板玻璃罩33。另外，因为oled屏30具有自发光能力，所以不用考虑指纹上照射用的照明装置。

接下来描述成像单元19，如图2（a）及（b）所示，多个微透镜16以阵列状配置，其周围由遮光膜18及带有圆柱状开口部15的遮光坝17所包围，从上往下看，遮光坝17呈阵列状，上方有圆形的开口部15。具体参照图3的描述。

图3是表示图2所示的指纹认证装置中的一个微透镜16及其周围的详细情况的平面图。参照图3，微透镜16位于遮光坝17的圆形开口部15的中心，遮光坝17的内壁面17a和微透镜16之间由遮光膜18覆盖。

接着，对oled屏30进行说明。图4所示为oled的剖面图，oled屏30是由组成各个rgb像素的led发光部分和控制led且分布在横纵方向的tft电路等元件31a、31b、31c组成。这些元件31a～31c的存在妨碍了通过上方盖板玻璃罩33折射下来并通过微透镜阵列达到图像传感器13后形成的的指纹图像，也就是说存在于oled屏30中的电路和其他元件31a～31c阻碍了光线通过，而成为不透明部分。

因此，在本实施方案中，我们尽可能希望图像传感器能有效地接收到由指纹反射回来的光线，从而能够得到解析度高的指纹图像，在图5里我们对结构做了描述。图5(a)基本上是图1的指纹认证装置中央部分的具体结构示意图，在这里，我们没有包括框体支架21。

以下对光圈单元说明：

参照图5(a)，屏下指纹认证装置10a，光圈单元的第1实施方案中，用遮光坝17铺设在各个微透镜16的周围，并且在各个微透镜之间还加了遮光薄膜，使得多余的光线被阻止进入微透镜16，因此能够进入微透镜16在达到图像传感器13的光线就只有从上方的指纹反射回来的光线。所述遮光坝17是指不透光材质的像水坝一样围在各个微透镜16周围的物体。

接着，对光圈单元的第2实施方案进行说明，图5（b）是屏下指纹认证装置10b的光圈单元第2实施方案的示意图。参照图5（b），在本实施方案中，在oled屏30和上面的盖板玻璃罩33之间，我们加入了光圈34（34a～34e）用于限制从指纹到微透镜16的光路。各个光圈34的设置分别对应微透镜16阵列的位置。除此之外，在该实施方案中，如果再加入遮光坝17，光圈34（34a～34e）就可以也有效地限制了不需要的光线入射到图像传感器13。所述光圈是一种不透光材质的物体，它的作用是挡光，阻止不需要的光线进入到下方的微透镜。

另外，我们还对光圈单元的第3实施方案进行说明。图5（c）和图5（d）表示了屏下指纹认证装置10c的光圈单元第3种实施方案。图5（c）是同5（a）或图5（b）相同的概略示意图，图5（d）则是图5（c）中圆圈包围部分的放大图。参照图5（c）及（d），在本实施方案中，可在图像传感器13中的光电转换部13b的周围设置有突起部13c，它是不透光的材质，其作用是有效限制入射到底部的光电转换部13b的光线，突起部13c对应各个光电转换部13b的位置而设置。

在该实施方式中，配合上方的遮光坝17，通过设置突起部13c能更好地限制了不需要的入射光进入到光电转换部13b。

这里的突起部13c的高度是几μm，效果会更好。争对一个光电转换部13b的直径b，突起部13c的高度c的关系最好是c/b≥1。

接下来，我们对于如何通过oled屏30而得到指纹图像来做具体说明。

图6是针对在图4中说明的oled屏30中包含的多个元件（如led的发光部和不透明的tft电路等）31a～31e的位置平面图。这里仅示意其中的一部分。参照图6，采用本实施方案拍摄指纹图象时，到达图像传感器13的图像里不仅包含指纹信息，还包含了由于oled屏内的led不透明部分31a～31c造成的干扰信息，具体在图像传感器13上的拍到的图像中可以看出，这些干扰信息随着发光的周期而出现的噪影。

这个不透明部分的尺寸和1个1个指纹的隆线间隔比较小很多，如果对图像传感器13拍到的指纹图像，施加低通滤波器（在这没有做图示），是可以把这部分的干扰图像去除的，从而仅保留了指纹的隆线信息。具体低通滤波器做法是，采用了频谱分离方法，因为oled的不透明部分尺寸比指纹的隆线小很多，意味着它的图像的频率更高，所以可以通过滤波的方式把这两类信息进行离开。

接着，对该实施方案中的光圈单元进行说明。首先光圈的作用是，让从指纹处反射回来的光线，尽可能多地被图像传感器有效地接收，从而可以得到解析度高，真实的指纹信息。在上述第1实施方案中，就是在微透镜阵列16的周围设置了具有光圈作用的遮光坝17，它使得从上方盖板玻璃33上的指纹反射回来的光尽可能多地通过为镜头阵列16，再到达下方图像传感器13上。

在上述第2实施方案中，上述光圈单元也可以是被设置在盖板玻璃罩33和oled屏30之间的多个光圈34，以控制入射到成像单元19的光线，光圈34可以是多个，如图5（b）中的34a～34e。

在上述第3实施方案中，光圈单元还可以设置在图像传感器13的内部，图像传感器13内包含了设置在fpc基板20上的许多光电转换部13b，多个光电转换部13b的周围可设置突起部13c来起到光圈单元的相同作用。

通过采用不同的光圈单元，可以使摄像的景深变深。虽然微透镜与指纹的距离、和微透镜与oled屏的不透明部分的距离各不相同，但通过景深可以同时捕捉到指纹和oled屏内的不透明部分电路图像，两者都能对焦。不对焦部分的影像是大而模糊的，对焦的影像则是小而清晰的。因此，通过对焦指纹和oled屏内不透明部分，再用低通滤波器方法删除oled屏内的不透明部分所生成的图像信息，这样解析度高的指纹图像就被保留下来。我们还建议选f＝8.0以上的光圈值可以得到所要的景深效果。

为了获得更大的景深效果，不仅可以缩小光圈，也可以将微透镜16设为广角透镜。在这种情况下，比如60°以上的广角透镜。

接着，为了使指纹图像采集不受oled屏内的不透明部分的影响，我们说明一下微透镜16的具体配置方法。图7是表示本实施方案中由多个微透镜16构成的微透镜阵列的具体配置，这和图2相对应。图7（a）是整体的平面图，图7（b）是图7（a）中放大了的viib处的微透镜16的剖视图。

参照图7（a），在本实施方案中，在第1玻璃14的平面上（横向5808μm、纵向3288μm），以间距为282μm，设置了横向20个、纵向11个的微透镜16阵列。另外，在图中用十字表示像素中心。

本实施方案采用了具有多个微透镜的阵列，来把由指纹反射过来的光线投射到图像传感器上形成指纹图像，即使某一个微透镜由于oled屏中的不透明部分（发光电路等）产生的噪影而使得这个透镜无法得到所要的指纹影像，由于该部分的指纹图像也可以被其他周边的微透镜拍摄到，因此整体的指纹图像不会受到oled屏内的不透明部分的影响。另外，由于多个微透镜进行指纹的重叠拍摄，可以局部的指纹信息更加详细，因而指纹图像解析度更高。

注意，本方案中，像素中心是指图像传感器13的像素中心位置（在正中央）。对应地，微透镜16的阵列的中心也是从图像传感器的像素中心开始，依次的按照上下左右方向配置。其左右和上下是对称的。

参照图7（b），微透镜16所在的上端开口部15的直径为32μm，其深度为30μm，直径和深度的比大约为1:1。而微透镜的直径则为29.6μm。

接下来对本实用新型的其他实施方案进行说明：

在其他方案的指纹认证装置里，oled屏30可以用透明玻璃35来取代。在这种情况下，需要另外设置指纹照明用的led灯36。比如在框体支架21的凹陷部分设置led灯36。

图8及图9表示了该实施方案的结构。图8是与上述图1对应的剖面图，图9则是与上述图2对应的平面图。参照图8和图9，我们把图1和图2中的的oled屏30改用透明玻璃35。另外，还另外增设了用于照明指纹的led36。其他的部分与图1和图2相同，因此省略其说明。另外，在本实施方案中，指纹认证装置为用50表示，而指纹认证用传感器模块则用51表示。

在该实施方案中，由于没有先前所述的oled屏30的屏内不透明的东西的干扰，所以可以充分得到来自指纹的反射光，而且能够排除不必要的反射光后就可以拍到更鲜明和清晰的指纹的图像。

另外，本实用新型中说明了如何避免在使用oled显示器时，其内部的不透明电路对于指纹图像的影响，该方法同样适用于具有类似不透明电路的显示器。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。