光学图像采集装置和电子设备的制作方法

本申请是申请日为2018年9月25日、申请号为201821564124.2、名称为“光学图像采集装置和电子设备”的实用新型申请的分案申请。

本申请实施例涉及信息技术领域，并且更具体地，涉及一种光学图像采集装置和电子设备。

背景技术：

随着终端行业的高速发展，生物识别技术越来越受到人们重视，更加便捷的屏下生物特征识别技术，例如屏下指纹识别技术的实用化已成为大众所需。

屏下生物特征识别技术是将生物特征识别模组设置于显示屏下，通过光学图像采集，实现屏下生物特征识别。随着终端产品的发展，对屏下生物特征识别的要求越来越高，例如，要求的识别区域越来越大，相应地，对光学图像采集产品的要求也越来越高。

因此，如何提升光学图像采集产品的性能，成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种光学图像采集装置和电子设备，能够提升光学图像采集产品的性能。

第一方面，提供了一种光学图像采集装置，包括：镜头组件，包括至少一个镜头；多个传感器，设置于所述镜头组件下方，其中，所述多个传感器中的每个传感器用于分别根据所述镜头组件汇聚的一部分光信号进行成像。

本申请实施例的技术方案，通过多个传感器分别根据镜头组件汇聚的一部分光信号进行成像，可以拼接得到高质量的图像，从而能够提升光学图像采集产品的性能。

在一些可能的实现方式中，所述镜头组件中的镜头的数量与所述传感器的数量相同，所述多个传感器与多个镜头对应，所述多个传感器中的每个传感器用于分别根据对应的镜头汇聚的光信号进行成像。

在一些可能的实现方式中，所述镜头组件中的镜头的数量为1或者小于所述传感器的数量。

在一些可能的实现方式中，所述光学图像采集装置还包括：基板，其中多个传感器设置于所述基板上；电连接组件，用于电连接所述基板与所述多个传感器。

在一些可能的实现方式中，所述基板包括封装基板、软硬结合板或软板中的至少一种。

在一些可能的实现方式中，所述电连接组件包括焊线。

在一些可能的实现方式中，所述多个传感器为一个芯片中的多个传感器、一个基板上的多个芯片中的多个传感器、或者多个基板上的多个芯片中的多个传感器。

在一些可能的实现方式中，所述多个传感器间的拼接距离小于2mm。

在一些可能的实现方式中，所述镜头组件还包括：镜筒，用于固定所述镜头；镜座，用于支撑所述镜筒。

在一些可能的实现方式中，所述镜头组件为镜筒与镜座一体式的镜头组件。

在一些可能的实现方式中，所述镜头组件为镜筒与镜座分离式的镜头组件。

在一些可能的实现方式中，所述镜筒为直通式镜筒或者螺纹调焦式镜筒。

在一些可能的实现方式中，所述镜头组件还包括：滤光组件，设置于所述镜筒或者所述镜座内。

在一些可能的实现方式中，所述光学图像采集装置还包括：处理器，用于对所述多个传感器成像的图像进行拼接。

在一些可能的实现方式中，所述光学图像采集装置设置于显示屏下方。

第二方面，提供了一种电子设备，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光学图像采集装置，其中，所述光学图像采集装置设置于所述显示屏下方。

附图说明

图1是本申请可以适用的电子设备的平面示意图。

图2是图1所示的电子设备沿a’-a’的部分剖面示意图。

图3是本申请一个实施例的光学图像采集装置的示意图。

图4是本申请实施例的多传感器与单传感器成像对比的示意图。

图5至图7是本申请实施例的多传感器实现方式的示意图。

图8是本申请另一个实施例的光学图像采集装置的示意图。

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。

本申请实施例的技术方案可以应用于各种电子设备，例如智能手机、笔记本电脑、平板电脑、游戏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(automatedtellermachine，atm)等其他电子设备，但本申请实施例对此并不限定。

本申请实施例的技术方案可以用于屏下光学图像采集，例如，屏下生物特征识别或者屏下隐藏式摄像头功能等，其中，生物特征识别除了指纹识别外，还可以为其他生物特征识别，例如，活体识别等，本申请实施例对此也不限定。为了便于理解本申请实施例的技术方案，下面首先对屏下生物特征识别技术进行介绍。

随着电子设备步入全面屏时代，电子设备正面生物特征采集区域受到全面屏的挤压，因此屏下(under-display或者under-screen)生物特征识别技术越来越受到关注。屏下生物特征识别技术是指将生物特征识别模组(比如指纹识别模组)安装在显示屏下方，从而实现在显示屏的显示区域内进行生物特征识别操作，不需要在电子设备正面除显示区域外的区域设置生物特征采集区域。

屏下生物特征识别技术使用从设备显示组件的顶面返回的光来进行指纹感应和其他感应操作。该返回的光携带与该顶面接触的物体(例如手指)的信息，通过采集和检测该返回的光实现位于显示屏下方的特定光学传感器模块。光学传感器模块的设计可以为通过恰当地配置用于采集和检测返回的光的光学元件来实现期望的光学成像。

图1和图2示出了屏下生物特征识别技术可以适用的电子设备100的示意图，其中图1为电子设备100的正面示意图，图2为图1所示的电子设备100沿a’-a’的部分剖面结构示意图。

如图1和图2所示，电子设备100可以包括显示屏120和生物特征识别模组140，其中，所述显示屏120具有显示区域102，所述生物特征识别模组140设置在所述显示屏120的下方。

所述显示屏120可以为自发光显示屏，其采用具有自发光的显示单元作为显示像素。比如显示屏120可以为有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，oled)显示屏或者微型发光二极管(micro-led)显示屏。在其他替代实施例中，所述显示屏120也可以为液晶显示屏(liquidcrystaldisplay,lcd)或者其他被动发光显示屏，本申请实施例对此不做限制。

另一方面，所述显示屏120具体为触控显示屏，其不仅可以进行画面显示，还可以检测用户的触摸或者按压操作，从而为用户提供一个人机交互界面。比如，在一种实施例中，所述电子设备100可以包括触摸传感器，所述触摸传感器可以具体为触控面板(touchpanel,tp)，其可以设置在所述显示屏120表面，也可以部分集成或者整体集成到所述显示屏120内部，从而形成所述触控显示屏。

所述生物特征识别模组140可以具体为光学生物特征识别模组，比如光学指纹模组，其主要用于采集用户的生物特征信息(比如指纹图像信息)。在本申请实施例中，所述生物特征识别模组140可以至少设置在所述显示屏120下方的局部区域，从而使得所述生物特征识别模组140的生物特征采集区域(或感应区域)130至少部分位于所述显示屏120的显示区域102。

作为一种实施例，所述生物特征识别模组140可以具体包括具有光学感应阵列的光学生物特征传感器，比如光学指纹传感器；所述光学感应阵列包括多个光学感应单元，且所述光学感应阵列的所在区域对应所述生物特征识别模组140的生物特征采集区域130。如图1所示，所述生物特征采集区域130位于所述显示屏120的显示区域102之中，因此，用户在需要对所述电子设备100进行解锁或者其他生物特征验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的生物特征采集区域130，便可以实现生物特征输入操作。由于生物特征采集检测可以在所述显示屏120的显示区域102内部实现，采用上述结构的电子设备100无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如home键)，因而可以采用全面屏方案。因此，所述显示屏120的显示区域102可以基本扩展到所述电子设备100的整个正面。

本申请实施例以所述显示屏120采用oled显示屏为例，所述显示屏120的发光层具有呈阵列式排布的oled显示单元阵列，所述生物特征识别模组140可以利用所述oled显示屏120位于所述生物特征采集区域130的oled显示单元(即oled光源)作为生物特征检测识别的激励光源。当然，应当理解，在其他替代实现方案中，该生物特征识别模组140也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行生物特征检测识别的光信号。在这种情况下，光学图像采集装置不仅可以适用于如oled显示屏等自发光显示屏，还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。并且，所述生物特征识别模组140的光学感应阵列具体为光探测器(photodetector)阵列(或称为光电探测器阵列、感光单元阵列)，其包括多个呈阵列式分布的光探测器/感光单元，所述光探测器/感光单元可以作为如上所述的光学感应单元。

当手指触摸、按压或者接近(为便于描述，在本申请中统称为按压)在所述生物特征采集区域130时，所述生物特征采集区域130的显示单元发出的光线在手指发生反射并形成反射光，其中所述反射光可以携带有用户手指的生物特征信息。比如，所述光线被用户手指表面的指纹发生反射之后，由于手指指纹的纹脊和纹谷的反射光是不同的，因此反射光便携带有用户的指纹信息。所述反射光返回所述显示屏120并被其下方的生物特征识别模组140的光探测器阵列所接收并且转换为相应的电信号，即生物特征检测信号。所述电子设备100基于所述生物特征检测信号便可以获得用户的生物特征信息，并且可以进一步进行生物特征匹配验证，从而完成当前用户的身份验证以便于确认其是否有权限对所述电子设备100进行相应的操作。

在其他替代实施例中，所述生物特征识别模组140也可以设置在所述显示屏120下方的较大或整个区域，从而将所述生物特征采集区域130扩展到更大的区域或者整个所述显示屏120的整个显示区域102，进而实现全屏生物特征识别。相应地，图1和图2中所示部件的大小不应理解为对本申请实施例的限定。

应当理解的是，在具体实现上，所述电子设备100还包括保护盖板110，所述盖板110可以具体为透明盖板，比如玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述电子设备100的正面，且所述保护盖板110表面还可以设置有保护层。因此，本申请实施例中，所谓的手指按压所述显示屏120实际上可以是指手指按压在所述显示屏120上方的盖板110或者覆盖所述盖板110的保护层表面。

另一方面，所述生物特征识别模组140的下方还可以设置有电路板150，比如软性电路板(flexibleprintedcircuit，fpc)，所述生物特征识别模组140可以通过焊盘焊接到所述电路板150，并通过所述电路板150实现与其他外围电路或者所述电子设备100的其他元件的电性互连和信号传输。比如，所述生物特征识别模组140可以通过所述电路板150接受所述电子设备100的处理单元的控制信号，并且还可以通过所述电路板150将所述生物特征检测信号输出给所述电子设备100的处理单元或者控制单元等。

由于空间以及成像质量等因素，对生物特征识别模组140中的光学图像采集系统的设计要求越来越高。本申请实施例提供了一种改进的光学图像采集方案，可以用于较大图像面积的生物特征识别(例如上述的全屏生物特征识别)以及其他需要光学图像采集的应用中。以下描述的本申请实施例的技术方案可以用于改进图1和图2所示的技术方案，例如，可以用于改进其中的生物特征识别模组140。以下描述中未提及或未详细描述的产品部件可以参考图1和图2所示方案中的相关描述，为了简洁，不再赘述。

图3示出了本申请一个实施例的光学图像采集装置300的示意图。

所述光学图像采集装置300可以设置于显示屏下方。

如图3所示，光学图像采集装置300可以包括：

镜头组件310，包括至少一个镜头；

多个传感器320，设置于所述镜头组件下方，其中，所述多个传感器中的每个传感器用于分别根据所述镜头组件汇聚的一部分光信号进行成像。

在本申请实施例中，采用多个传感器进行成像，其中，每个传感器分别根据所述镜头组件汇聚的一部分光信号进行成像。可选地，多个传感器感测的光信号可以部分重叠，即，多个传感器成像的图像可以部分重叠。

这样，可以对多个传感器成像的图像进行拼接得到完整的图像。相对于仅用一个传感器进行成像的方案，本申请实施例的技术方案获得的图像质量更高，从而能够提升光学图像采集产品的性能。

对于较大的识别区域，需要较大的图像面积。图像面积与视场大小呈正相关。要获得大的视场，可能又需要足够大的镜头总长(totaltrackinglength，ttl)，而目前消费类电子如手机等设备，其空间是有限的，所以很难通过扩大ttl去获得更大的图像面积。这种情况下截取到的图像就不得不截取一些边缘区，这些边缘区往往是畸变很大，亮度很低的区域，后续识别算法就很难处理。也就是说，在镜头成像所获得的图像里，中间区域的图像质量往往最好，越往边缘畸变越大，亮度越低，越难处理。采用多个传感器的好处是，只取每个传感器质量最好的中间区域的图像，这样拼接获得与原来同样面积大小的图像质量会好的多。如图4所示，在同样ttl下，对比单传感器截取图区域(图4左侧)与多传感器拼接截图区(图4右侧)，可以明显看到后者的畸变小很多，而亮度绝对值大很多。

因此，本申请实施例的技术方案，通过多个传感器分别根据镜头组件汇聚的一部分光信号进行成像，可以拼接得到高质量的图像，从而能够提升光学图像采集产品的性能。

在本实施例中，所述镜头组件310的至少一个镜头可以是透镜(lens)或者透镜组；作为一种替代的实施例，所述至少一个镜头还可以是一个或多个光路调制器，所述光路调制器可以具体为光准直器或者微孔阵列，其主要用于将光线准直到下方的传感器320，并且隔离入射角度较大的光线以使得所述光路调制器下方的传感器320的感应阵列的感测光限制在基本垂直入射的光信号。作为一种具体实施例，当所述传感器320的数量为两个或者多个时，所述镜头组件310也可以包括两个或多个光路调制器，其中每个光路调制器分别对应于一个传感器320，并设置在其对应的传感器320的上方或者贴合在所述传感器320的上方。在本申请文件中，当所述镜头组件310采用上述光路调制器时，所述光路调制器对光线进行准直并隔离大角度光线也可以理解为对光信号进行汇聚，也即是说，本申请文件中关于所述镜头组件310对光信号的汇聚不局限于用汇聚透镜的光信号处理方式，还可以包括对光线准直的方式。

另外，本申请实施例的技术方案可以实现大面积的光学图像采集，从而可以把识别区域扩大至更大的区域甚至显示屏的全屏，这样屏上可以不设计指引按压结构，进而提升盲按性能。

可选地，所述镜头组件310中的镜头的数量可以与所述传感器320的数量相同，所述多个传感器320与多个镜头对应，所述多个传感器320中的每个传感器320用于分别根据对应的镜头汇聚的光信号进行成像。

在本实施例中，传感器的数量与镜头数量匹配。每个传感器分别根据对应的镜头汇聚的光信号进行成像。

可选地，所述镜头组件中的镜头的数量为1或者小于所述传感器的数量。也就是说，镜头数量也可以与传感器的数量不同。例如，可以以一个大镜头覆盖多个传感器，或者，少量的镜头覆盖多个传感器。

可选地，如图3所示，所述光学图像采集装置300还包括：

基板330，其中多个传感器320设置于所述基板330上；

电连接组件340，用于电连接所述基板330与所述多个传感器320。

基板330可以采用各种类型的基板，例如，所述基板330可以包括封装基板、软硬结合板或软板中的至少一种。

电连接组件340用于实现所述基板330与所述多个传感器320之间的电连接。例如，所述电连接组件340可以为焊线，其可以采用不同直径，不同线材如金线、铜线以及各类合金线等。所述电连接组件340也可以采用其他可以实现电连接的结构。

所述多个传感器320间的拼接距离小于预定距离，例如，2mm。

可选地，所述多个传感器320可以为一个芯片中的多个传感器、一个基板上的多个芯片中的多个传感器、或者多个基板上的多个芯片中的多个传感器。

以两个传感器拼接为例，图5-图7分别示出了上述三种拼接方式。图5-图7中上方为俯视图，下方为侧视图，其中未示出镜头组件310。

如图5所示，两个传感器320可以为一个芯片350中的两个传感器。芯片350设置于基板330上，芯片350包括两个传感器320。芯片350上方可设置镜头组件310，其中，两个传感器320可设置于上方的镜头组件310的光信号汇聚区域内，以分别检测上方的镜头组件310汇聚的一部分光信号，以进行成像。两个传感器320通过电连接组件340与基板330连接，以将各自检测的图像发送给后续的处理器以进行图像拼接。该实现方式为芯片(wafer/die)级，即，在一个芯片上实现多个传感器，多个传感器的检测电路在一个芯片上集成，并可以通过共同的电连接组件传输信息给后续处理电路。

如图6所示，两个传感器320可以为一个基板330上的两个芯片350中的两个传感器。两个芯片350设置于基板330上，每个芯片350包括一个传感器320。每个芯片350分别通过电连接组件340与基板330连接。芯片350上方可设置镜头组件310，其中，两个传感器320可设置于镜头组件310的光信号汇聚区域内，以分别检测上方的镜头组件310汇聚的一部分光信号，以进行成像。两个传感器320分别通过电连接组件340与基板330连接，以将各自检测的图像发送给后续的处理器以进行图像拼接。该实现方式为板上芯片(chipsonboard，cob)/封装级，即，在一个基板上的多个芯片中的每个芯片上分别实现一个传感器，多个传感器在不同的芯片上，并分别通过各自对应的电连接组件传输信息给后续处理电路。

如图7所示，两个传感器320可以为两个基板330上的两个芯片350中的两个传感器。两个芯片350分别设置于不同的基板330上，每个芯片350包括一个传感器320。每个芯片350分别通过电连接组件340与基板330连接。芯片350上方可设置镜头组件310，其中，两个传感器320可设置于镜头组件310的光信号汇聚区域内，以分别检测上方的镜头组件310汇聚的一部分光信号，以进行成像。两个传感器320分别通过电连接组件340与基板330连接，以将各自检测的图像发送给后续的处理器以进行图像拼接。其中，各个基板330可以在连接器端拼接。该实现方式为模组级，即，在不同基板上的多个芯片中的每个芯片上分别实现一个传感器，多个传感器在不同的芯片上，并分别通过各自对应的电连接组件传输信息给后续处理电路。

应理解，上述各种实现方式也可以相互结合。例如，多个传感器实现芯片级拼接后还可以再与其他传感器实现cob级或模组级拼接，本申请实施例对此并不限定。

还应理解，图5-图7中示出的两个传感器仅为示例，相应拼接方式可以扩展到更多个传感器，不应理解为对本申请实施例的限定。

所述镜头组件310除了镜头外，还可以包括镜筒和镜座。镜筒用于固定所述镜头；镜座用于支撑所述镜筒。

可选地，所述镜头组件为镜筒与镜座一体式的镜头组件。或者，所述镜头组件为镜筒与镜座分离式的镜头组件。

可选地，所述镜筒为直通式镜筒或者螺纹调焦式镜筒。

图8为采用螺纹调焦式镜筒的一个示例。图8中，螺纹调焦式镜筒820与镜座830螺纹连接。这样，可以通过调整螺纹调焦式镜筒820的高度来实现调整镜头810与芯片层840之间的距离，以实现期望的图像的成像。其中，利用螺纹调焦式镜筒进行调焦，可以实现灵活准确的调焦，降低了对加工工艺的要求。图8中，基板层850和芯片层840可以采用本申请实施例提供的技术方案，例如，可以采用图5-图7中示出的设置方式，实现多个传感器的拼接。

可选地，所述镜头组件310还可以包括：

滤光组件，设置于所述镜筒或者所述镜座内。

滤光组件可以用于滤掉不期望的光信号，进一步提升成像质量。

例如，滤光组件可以用于过滤掉环境光，如近红外光和部分的红光等。例如，人类手指吸收波长低于580nm的光的能量中的大部分，如果滤光组件可以设计为过滤波长从580nm至红外的光，则可以大大减少环境光对指纹感应中的光学检测的影响。

滤光组件可以设置于从镜头到传感器之间的任一位置，本申请实施例对此并不限定。

可选地，所述光学图像采集装置300还可以包括：

处理器，用于对所述多个传感器成像的图像进行拼接。

处理器根据所述多个传感器320成像的图像进行拼接，获得一个拼接的图像，进而行列拼成整个识别区的图像，最终获得所需图像。

本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括显示屏以及上述本申请实施例的光学图像采集装置，其中，所述光学图像采集装置设置于所述显示屏下方。

该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备。

显示屏可以采用以上描述中的显示屏，例如oled显示屏或其他显示屏，显示屏的相关说明可以参考以上描述中关于显示屏的描述，为了简洁，在此不再赘述。

可选地，所述显示屏为有机发光二极管显示屏，所述显示屏的发光层包括多个有机发光二极管光源，其中，在所述光学图像采集系统为生物特征识别系统时，所述生物特征识别系统采用至少部分有机发光二极管光源作为生物特征识别的激励光源。

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。

应理解，在本申请实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。