CN105184248A - 一种指纹识别装置及指纹识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指纹识别装置及指纹识别系统，将透明盖板的其中一个侧面设置为倾斜面，并在透明盖板的倾斜面一侧设置检测用光源，当无手指触控时，由于透明盖板的折射率是大于空气的折射率的，从透明盖板的倾斜面入射至透明盖板的光在透明盖板的上表面发生全反射，利用光电传感器检测光强的大小。当有手指触控时，指纹的谷不与透明盖板接触，光线发生全反射，而指纹的脊与透明盖板接触，由于透明盖板的折射率小于人体的折射率，光线一部分发生折射进入空气，一部分发生反射照射至光电传感器上，导致谷位置处与脊位置处所反射的光的光强差异较大，从而提高指纹识别装置的准确率。

Description

一种指纹识别装置及指纹识别系统

技术领域

本发明涉及触控技术领域，尤指一种指纹识别装置及指纹识别系统。

背景技术

随着指纹识别技术的发展，使其在诸多领域得到广泛的应用。如电子设备终端中的手机、平板电脑和电视等；安全防护系统中的门禁和保险柜等。在指纹识别技术中指纹采集的实现方式主要有光学式、电容式和超声成像式等，其中采用光学式进行指纹采集的指纹识别技术的识别范围相对较大，且成本相对较低。

目前，应用于液晶显示器例如手机等移动终端的光学式指纹识别技术尚不成熟，如图1所示，具有指纹识别功能的液晶显示器一般包括背光源1、阵列基板2、液晶层3、对向基板4、以及玻璃盖板5、光电传感器01一般设置于阵列基板2上，利用背光源1作为检测用光源，当手指6触控玻璃盖板5时，背光源1的光依次经过阵列基板2、液晶层3、对向基板4和玻璃盖板5后，在手指6触控的地方发生漫反射后再依次经过玻璃盖板5、对向基板4和液晶层3后到达光电传感器01，从而通过检测光电传感器01的信号大小确定手指6的指纹的波谷(以下称为谷)和波峰(以下称为脊)的位置，实现指纹识别。但由于液晶层3的透过率较低，因此上述液晶显示器中背光源1的光两次经过液晶层3后到达光电传感器01的光能量是非常低的，并且由于光线是由手指6漫反射回光电传感器01的，而手指6指纹的谷和脊所漫反射的发散光的光能量差异是极小的，同时在手指指纹的谷脊之间还存在环境光的干扰，因此上述液晶显示器很难对指纹进行准确的识别。

发明内容

有鉴于于此，本发明实施例提供了一种指纹识别装置及指纹识别系统，使光电传感器接收到的指纹谷和脊的反射光的光强具有较大差异，以提高指纹识别系统的准确率。

本发明实施例提供的一种指纹识别装置，包括基板，以及位于所述基板正上方的透明盖板；还包括：检测用光源和多个光电传感器；其中，

所述透明盖板的折射率小于人体的折射率，所述透明盖板的其中一个侧面为倾斜面，且所述倾斜面与所述透明盖板的上表面的夹角α为锐角；

所述检测用光源位于所述透明盖板的倾斜面一侧，且所述检测用光源发出的光从所述透明盖板的倾斜面入射至所述透明盖板，并且当所述透明盖板上表面与空气接触时所述光在所述透明盖板的上表面发生全反射；

在有手指触控所述透明盖板上表面时，手指将部分所述光反射到所述光电传感器；

所述光电传感器位于所述透明盖板的下表面一侧，且所述光电传感器用于接收经所述透明盖板上表面反射回来的光。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，所述检测用光源发出的光为平行光，且所述平行光入射至所述透明盖板的入射角β满足β＝90°-α，或β＝0°。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，所述透明盖板为玻璃盖板。

较佳地，所述基板为显示面板，并且所述显示面板具有显示区域和周边区域；其中，

所述多个光电传感器位于所述显示区域内，所述夹角α根据如下公式确定：

h·tanθ₁+h/tanα+d·tanθ₁<L1

其中，当β＝90°-α时，θ₁＝arcsin(sinβ·n₀/n₁)，当β＝0°时，θ₁＝α；

n1表示所述透明盖板的折射率，h表示所述透明盖板的厚度，d表示所述光电传感器距离所述透明盖板的上表面的距离，L1表示所述透明盖板的上表面由倾斜面一侧至相对侧显示区域的边缘的宽度，n₀表示所述检测用光源所在位置处的介质的折射率，θ₁表示所述光进入所述透明盖板后在上表面处的入射角。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，所述夹角α还根据触控区域的宽度w₁决定；其中，w₁＝h·tanθ₁+h/tanα。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，所述显示面板在显示区域具有相对设置的阵列基板和对向基板；其中，所述对向基板位于所述透明盖板与所述阵列基板之间；

所述光电传感器位于所述阵列基板面向所述对向基板一侧；或

所述光电传感器位于所述对向基板面向所述阵列基板一侧；或

所述光电传感器位于所述透明盖板与所述对向基板之间。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，所述基板为显示面板，并且所述所述显示面板具有显示区域和周边区域；其中，

所述多个光电传感器位于与所述倾斜面相对一侧的周边区域内，所述夹角α根据如下公式确定：

0<(d-L+h·tanθ₁+h/tanα-L2)·cotθ₁·cot[arcsin(cosθ₁·n₁/n₂)]<L2

其中，当β＝90°-α时，θ₁＝arcsin(sinβ·n₀/n₁)，当β＝0°时，θ₁＝α；

n1表示所述透明盖板的折射率，h表示所述透明盖板的厚度，d表示所述光电传感器距离所述透明盖板的上表面的距离，L2表示周边区域O的宽度，L表示所述透明盖板的上表面由倾斜面一侧至相对侧周边区域的边缘的宽度，n₀表示所述检测用光源所在位置处的介质的折射率，θ₁表示所述光进入所述透明盖板后在上表面处的入射角，n2表示经所述透明盖板上表面反射回来的光进入周边区域所经过的介质的折射率。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，所述夹角α还根据触控区域的宽度w₁决定；其中，w₁＝d·tanθ₁-(L-h·tanθ₁-h/tanα-L2)。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，还包括位于所述周边区域且设置于所述显示面板与所述透明盖板之间挡光层；

所述挡光层中设置有若干过孔，经所述透明盖板上表面反射回来的光经过所述过孔照射至所述光电传感器。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，所述夹角α大小还根据手指触控所述透明盖板时所述光在所述透明盖板与手指接触处发生部分反射的反射光的折射率ρ决定；其中，

$\mathrm{\&rho;}=\frac{1}{2}\&lsqb;\frac{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}+\frac{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}\&rsqb;$

θ₂＝arcsin(n₁·sinθ₁/n')

n'表示人体皮肤的折射率，θ₂表示手指触控所述透明盖板时所述光在所述透明盖板与手指接触处发生折射的折射角。

相应地，本发明实施例还提供了一种指纹识别系统，包括本发明实施例提供的上述任一种指纹识别装置。

本发明实施例提供的指纹识别装置及指纹识别系统，将透明盖板的其中一个侧面设置为倾斜面，使透明盖板的倾斜面与上表面的夹角为锐角，并在透明盖板的倾斜面一侧设置检测用光源，当无手指触控时，由于透明盖板的折射率是大于空气的折射率的，因此只要保证经倾斜面入射的光在照至透明盖板上表面时的入射角大于光线由透明盖板进入空气时全反射的临界角，就可以保证从透明盖板的倾斜面入射至透明盖板的光在透明盖板的上表面发生全反射，将光电传感器在可以接受到经透明盖板上表面反射回来的光的位置，从而利用光电传感器检测光强的大小，当有手指触控时，指纹的谷不与透明盖板接触，因此谷位置处光线发生全反射只产生反射光线，光能被全部反射回去，而指纹的脊与透明盖板接触，由于透明盖板的折射率小于人体的折射率，因此在脊位置处光线一部分发生折射形成折射光线进入空气，一部分发生反射形成反射光线照射至光电传感器上，导致谷位置处与脊位置处所反射的光的光强差异较大，从而提高指纹识别装置的准确率。

附图说明

图1为现有的具有指纹识别功能的液晶显示器的结构示意图；

图2a至图2d为本发明实施例提供的指纹识别装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的手指触控时指纹谷与脊位置处光线传播示意图；

图4a为本发明实施例一提供的指纹识别装置中夹角α与触控区域的位置示意图；

图4b为本发明实施例二提供的指纹识别装置中夹角α与触控区域的位置示意图；

图4c为本发明实施例三提供的指纹识别装置中夹角α与触控区域的位置示意图；

图4d为本发明实施例四提供的指纹识别装置中夹角α与触控区域的位置示意图；

图5a为本发明实施例提供的指纹识别装置中光电传感器设置于阵列基板的结构示意图；

图5b为本发明实施例提供的指纹识别装置中光电传感器设置于对向基板的结构示意图；

图5c为本发明实施例提供的指纹识别装置中光电传感器设置于透明盖板与对向基板之间的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例提供的指纹识别装置及指纹识别系统的具体实施方式进行详细地说明。

附图中各部件的形状和大小不反映指纹识别面板和指纹识别装置的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供的一种指纹识别装置，如图2a至图2d所示，包括基板10，以及位于基板10正上方的透明盖板11，检测用光源12和多个光电传感器01；其中，

透明盖板11的折射率小于人体的折射率，透明盖板11的其中一个侧面为倾斜面，且倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α为锐角；

检测用光源12位于透明盖板11的倾斜面一侧，且检测用光源12发出的光从透明盖板11的倾斜面入射至透明盖板11，并且当透明盖板11上表面与空气接触时光在透明盖板11的上表面发生全反射；

在有手指15触控该透明盖板11上表面时，手指15将部分光反射到光电传感器01；

光电传感器01位于透明盖板11的下表面一侧，且光电传感器01用于接收经透明盖板11上表面反射回来的光。

本发明实施例提供的上述指纹识别装置，将透明盖板的其中一个侧面设置为倾斜面，使透明盖板的倾斜面与上表面的夹角为锐角，并在透明盖板的倾斜面一侧设置检测用光源，当无手指15触控时，由于透明盖板的折射率是大于空气的折射率的，因此只要保证经倾斜面入射的光在照至透明盖板上表面时的入射角大于光线由透明盖板进入空气时全反射的临界角，就可以保证从透明盖板的倾斜面入射至透明盖板的光在透明盖板的上表面发生全反射，将光电传感器在可以接受到经透明盖板上表面反射回来的光的位置，从而利用光电传感器检测光强的大小，如图3所示，当有手指15触控时，指纹的谷不与透明盖板11接触，因此谷位置处光线B1发生全反射只产生反射光线B2，光能被全部反射回去，而指纹的脊与透明盖板11接触，由于透明盖板11的折射率小于人体的折射率，因此在脊位置处光线B1一部分发生折射形成折射光线C1进入空气，一部分发生反射形成反射光线C2照射至光电传感器01上，导致谷位置处与脊位置处所反射的光的光强差异较大，从而提高指纹识别装置的准确率。

并且在上述指纹识别装置中，由于检测用光源的光不需要多次穿过液晶层，因此可以保证反射至光电传感器上的光强较大，从而可以进一步提高指纹识别装置的准确率。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，控制检测用光源发出的光为平行光，且该平行光入射至透明盖板的入射角β满足β＝90°-α，或β＝0°。

具体地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，当检测用光源发出的平行光入射至透明盖板的入射角β＝90°-α时，如图2a和图2c所示，检测用光源12设置为与透明盖板11的上表面垂直，而检测用光源12发出的平行光的传播方向与透明盖板11的上表面平行。该结构方便组装，但是检测用光源12发出的平行光在进入透明盖板11时会有一部分光发生反射，从而会有部分光能损失。

具体地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，当检测用光源发出的平行光入射至透明盖板的入射角β＝0°时，即平行光垂直射入透明盖板的倾斜面，如图2b和图2d所示，可以将检测用光源12贴附在透明盖板11的倾斜面上，检测用光源12发出的平行光垂直射入透明盖板11的倾斜面，从而使得光能无反射损失，提高入射到透明盖板11的光强度，进而提高指纹识别的准确率。但是该结构在工艺上存在一定难度，并且对光源的要求较高，通常需要价值高昂的柔性光源来实现。

进一步地，在本发明实施例提供的指纹识别装置中，透明盖板选择为玻璃盖板。一是目前大多数显示装置的透明盖板均为玻璃盖板，再则玻璃盖板的折射率与显示面板中的各膜层的折射率比较相近，可以降低能量损失。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，基板为显示面板，具体显示面板可以为液晶显示面板，也可以为有机电致发光显示面板，在此不作限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，显示面板一般具有显示区域和周边区域，通过选择适当的夹角α可以将光电传感器设置在显示区域，也可以将光电传感器设置在周边区域，当然也可以部分设置在显示区域部分设置在周边区域，在此不作限定。

较佳地，为了避免检测区在显示区域和周边区域上接收的光能存在差异从而影响指纹识别的准确率，将光电传感器均设置在显示区域，或均设置在周边区域。

具体地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，如图4a和图4b所示，显示面板具有显示区域A/A和周边区域O；其中，

当光电传感器01位于显示区域A/A内，可以根据透明盖板11的折射率、入射角β、透明盖板11的厚度、光电传感器01与透明盖板11之间各膜层的厚度以及折射率、透明盖板11的上表面由倾斜面一侧至相对侧显示区域A的边缘的宽度，设计倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α的范围。

下面以透明盖板与光电传感器之间各膜层的折射率与透明盖板的折射率相同为例进行说明。

具体地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，当多个光电传感器01位于显示区域A/A时，夹角α的范围根据如下公式确定：

h·tanθ₁+h/tanα+d·tanθ₁<L1

其中，当β＝90°-α时，θ₁＝arcsin(sinβ·n₀/n₁)，当β＝0°时，θ₁＝α；

n1表示透明盖板的折射率，h表示透明盖板的厚度，d表示光电传感器距离所述透明盖板的上表面的距离，L1表示透明盖板的上表面由倾斜面一侧至相对侧显示区域A/A的边缘的宽度，n₀表示检测用光源12所在位置处的介质的折射率，θ₁表示光进入透明盖板后在上表面处的入射角。

下面通过两个实施例来具体说明本发明实施例提供的上述指纹识别装置。

实施例一：

当入射角β等于90°－α时，如图4a所示，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α与多个光电传感器01所在的检测区域M满足如下关系式：

β＝90°-α(1)

sinβ·n₀＝sinα'·n₁(2)

θ₁＝α'+α(3)

w＝h·tanθ₁+h/tanα(4)

w+d·tanθ₁<L1(5)

其中，α'表示平行光进入透明盖板11后的折射角，w表示平行光进入透明盖11后照射至其上表面的覆盖区域宽度。

由图4a可知，只要满足照射至该透明盖板11的上表面、且距离该检测用光源12距离最远的光线反射至光电传感器01所在层时不超过显示区域A/A的边缘即可，即满足上述公式(5)，从而根据上述公式(1)至(5)就可以确定出当光电传感器01位于显示区域A/A内时，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α的取值范围。

实施例二：

当入射角β等于0°时，如图4b所示，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α与多个光电传感器01所在的检测区域M的位置满足如下关系式：

θ₁＝α(6)

w＝h·tanθ₁+h/tanα(4)

w+d·tanθ₁<L1(5)

由图4b可知，只要满足照射至该透明盖板11的上表面、且距离该检测用光源12距离最远的光线反射至光电传感器01所在层时不超过显示区域A/A的边缘即可，即满足上述公式(5)，从而根据上述公式(4)至(6)就可以确定出当光电传感器01位于显示区域A/A内时，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α的取值范围。

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，透明盖板的倾斜面与透明盖板的上表面的夹角α的大小还根据触控区域的宽度w₁决定；其中，

w₁＝h·tanθ₁+h/tanα

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，透明盖板的倾斜面与透明盖板的上表面的夹角α的大小还根据手指触控透明盖板时光在透明盖板与手指接触处发生部分反射的反射光的折射率ρ决定；其中，

$\mathrm{\&rho;}=\frac{1}{2}\&lsqb;\frac{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}+\frac{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}\&rsqb;$

θ₂＝arcsin(n₁·sinθ₁/n')

n'表示人体皮肤的折射率，θ₂表示手指触控透明盖板时所述光在所述透明盖板与手指接触处发生折射的折射角。

具体地，人体皮肤折射率n'＝1.55，大于透明盖板11的折射率n1，如图3所示，当光线B1由透明盖板11入射到指纹脊时，相当于由光疏介质入射到光密介质，在脊的位置处发生折射和反射，其中折射光线C1的折射角记为θ₂，反射光线为C2的反射角为θ₁；而光线B1由透明盖板11入射到指纹谷的位置时，相当于由光密介质入到光疏介质，发生全反射并且只形成反射光线B2。由于指纹谷的位置处的反射光线B2为全反射，因此反射率为100％，而指纹脊的位置处的反射光线C2的反射率却小于100％。

下面以屏幕的显示区域为五寸移动电话为例，透明盖板的厚度h为0.55mm，光电传感器距离透明盖板的上表面的距离d为0.953mm，透明盖板11的上表面由倾斜面一侧至相对侧显示区域A的边缘的宽度L1＝110+15＝125mm，实施例一中，检测用光源所在位置处的介质为空气，空气的折射率n₀为1。通过上述公式可以得到不同的夹角α对应的手指触控区域的宽度w₁和发生部分反射的反射光的反射率ρ。具体如下表1和表2所示：

α	w1	ρ
			87.9°	44.08mm	78.6％
85.4°	20.13mm	59.1％
			80.8	10.09mm	35％

表1

α	w1	ρ
			89.3°	45.02mm	79％
88.4°	19.71mm	58.4％
			86.9	10.19mm	35.6％

表2

其中，表1为当β＝90°-α时，不同的夹角α对应的手指触控区域的宽度w₁和发生部分反射的反射光的反射率ρ；表2为当β＝0°时，不同的夹角α对应的手指触控区域的宽度w₁和发生部分反射的反射光的反射率ρ。

由表1和表2可以看出当夹角α取值较大时，手指触控区域的宽度w₁也较大，但是发生部分反射的反射光的反射率ρ也较大，反射率ρ大会导致指纹脊与谷的反射光的差异较小，从而不利于提高指纹识别的准确率。当夹角α取值较小时，发生部分反射的反射光的反射率ρ也较小，有利于提高指纹识别的准确率，但是手指触控区域的宽度w₁也较小。因此本发明实施例提供的上述指纹识别装置，可以根据夹角α调节手指触控区域的大小，同时反过来根据实际需要的手指触控区域的大小、以及要求的指纹识别的准确率的大小设计适当的夹角α。

由上述实施例一和实施例二可以看出，当将检测区设置于显示区域时，手指触控区域的宽度w₁相对较大，检测区的宽度也相对较大。但是会存在环境光的影响。

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，当多个光电传感器01位于显示区域A/A时，如图5a至图5c所示，显示面板在显示区域A/A具有相对设置的阵列基板101和对向基板102；其中，对向基板102位于透明盖板11与阵列基板101之间；

如图5a所示，光电传感器01位于阵列基板101面向对向基板102一侧；或

如图5b所示，光电传感器01位于对向基板102面向阵列基板101一侧；或

如图5c所示，光电传感器01位于透明盖板11与对向基板102之间。

较佳地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，光电传感器位于阵列基板面向对向基板一侧，这样在工艺上便于实现。

上述实施例一和实施例二是以将光电传感器设置于显示区域为例进行说明的。下面介绍将光电传感器设置于周边区域的情况。

具体地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，如图4c和图4d所示，显示面板具有显示区域A/A和周边区域O；其中，

当光电传感器01位于与倾斜面相对一侧的周边区域O内，可以根据透明盖板11的折射率、入射角、透明盖板11的厚度、光电传感器01与透明盖板11之间各膜层的厚度以及折射率、透明盖板11的上表面由倾斜面一侧至相对侧周边区域O的边缘的宽度、周边区域O的宽度、检测区的宽度、以及经透明盖板11上表面反射回来的光进入周边区域O所经过的介质的折射率决定。

下面以透明盖板与光电传感器之间各膜层的折射率与透明盖板的折射率相同为例进行说明。

具体地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，当多个光电传感器01位于周边区域O时，夹角α的范围根据如下公式确定：

0<(d-L+h·tanθ₁+h/tanα-L2)·cotθ₁·cot[arcsin(cosθ₁·n₁/n₂)]<L2

其中，当β＝90°-α时，θ₁＝arcsin(sinβ·n₀/n₁)，当β＝0°时，θ₁＝α；

n1表示透明盖板的折射率，h表示透明盖板的厚度，d表示光电传感器距离透明盖板的上表面的距离，L2表示周边区域O的宽度，L表示透明盖板的上表面由倾斜面一侧至相对侧周边区域的边缘的宽度，n₀表示检测用光源所在位置处的介质的折射率，θ₁表示光进入透明盖板后在上表面处的入射角，n2表示经透明盖板上表面反射回来的光进入周边区域所经过的介质的折射率。

下面通过两个实施例来具体说明本发明实施例提供的上述指纹识别装置。

实施例三：

当入射角β等于90°－α时，如图4c所示，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α与多个光电传感器01所在的检测区域M满足如下关系式：

β＝90°-α(1)

sinβ·n₀＝sinα'·n₁(2)

θ₁＝α'+α(3)

w＝h·tanθ₁+h/tanα(4)

L3＝L-w-L2(9)

$d_1=\frac{L3}{{\mathrm{tan\&theta;}}_1}---\left(10\right)$

d₂＝d-d₁(11)

n₂sinλ＝n₁·cosθ₁(12)

$s=\frac{d_2}{tan\mathrm{\&lambda;}}---\left(13\right)$

其中，α'表示平行光进入透明盖板11后的折射角，w表示平行光进入透明盖11后照射至其上表面的覆盖区域宽度，λ表示平行光经透明盖板11反射后进入周边区域O时的折射角，s为检测区M在周边区域O的宽度，d₁表示平行光进入透明盖板11后的反射光在照射至显示区域A/A与周边区域O分界处时距离透明盖板11上表面的距离，d₂表示平行光进入透明盖板11后的反射光在照射至显示区域A/A与周边区域O分界处时距离光电传感器01上表面的距离。

由图4c可知，只要检测区M在周边区域O的宽度s满足0<s<L2，就可以确定出当检测区M位于周边区域O内时，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α的取值范围。

实施例四：

当入射角β等于0°时，如图4d所示，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α与多个光电传感器01所在的检测区域M的位置满足如下关系式：

θ₁＝α(6)

w＝h*tanθ₁+h/tanα(4)

L3＝L-w-L2(9)

$d_1=\frac{L3}{{\mathrm{tan\&theta;}}_1}---\left(10\right)$

d₂＝d-d₁(11)

n₂sinλ＝n₁·cosθ₁(12)

$s=\frac{d_2}{tan\mathrm{\&lambda;}}---\left(13\right)$

由图4d可知，只要检测区M在周边区域O的宽度s满足0<s<L2，就可以确定出当检测区M位于周边区域O内时，透明盖板11的倾斜面与透明盖板11的上表面的夹角α的取值范围。

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，透明盖板的倾斜面与透明盖板的上表面的夹角α还根据检测区M在周边区域O的宽度s决定。

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，透明盖板的倾斜面与透明盖板的上表面的夹角α的大小还根据触控区域的宽度w₁决定；其中，

w₁＝d·tanθ₁-(L-h·tanθ₁-h/tanα-L2)

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，透明盖板的倾斜面与透明盖板的上表面的夹角α的大小还根据手指触控透明盖板时光在透明盖板与手指接触处发生部分反射的反射光的折射率ρ决定；其中，

$\mathrm{\&rho;}=\frac{1}{2}\&lsqb;\frac{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}+\frac{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}\&rsqb;$

θ₂＝arcsin(n₁·sinθ₁/n')

n'表示人体皮肤的折射率，θ₂表示手指触控透明盖板时所述光在所述透明盖板与手指接触处发生折射的折射角。

下面以屏幕的显示区域为五寸移动电话为例，透明盖板的厚度h为0.55mm，光电传感器距离透明盖板的上表面的距离d为0.953mm，透明盖板11的上表面由倾斜面一侧至相对侧周边区域O的边缘的宽度L＝110+15+15＝140mm，实施例三中，检测用光源所在位置处的介质为空气，空气的折射率n₀为1。实施例三和四中，周边区域O的介质为空气，空气的折射率为1。通过上述公式可以得到不同的夹角α对应的手指触控区域的宽度w₁、发生部分反射的反射光的反射率ρ、以及检测区M在周边区域O的宽度s。具体如下表3和表4所示：

α	w1	s	ρ
				88.28°	22.03mm	14.53mm	82.1％
88.14°	10.96mm	7.23mm	80.8％

表3

α	w1	s	ρ
				89.41°	20.96mm	13.82mm	82％
89.37°	11.69mm	7.7mm	80.9％

表4

其中，表3为当β＝90°-α时，不同的夹角α对应的手指触控区域的宽度w₁、发生部分反射的反射光的反射率ρ、以及检测区M在周边区域O的宽度s；表4为当β＝0°时，不同的夹角α对应的手指触控区域的宽度w₁、发生部分反射的反射光的反射率ρ、以及检测区M在周边区域O的宽度s。

由表3和表4可以看出当夹角α取值较大时，手指触控区域的宽度w₁和检测区M在周边区域O的宽度s也较大，但是发生部分反射的反射光的反射率ρ也较大，反射率ρ大会导致指纹脊与谷的反射光的差异较小，从而会降低指纹识别的准确率。当夹角α取值较小时，发生部分反射的反射光的反射率ρ也较小，有利于提高指纹识别的准确率，但是手指触控区域的宽度w₁和检测区M在周边区域O的宽度s也较小。因此本发明实施例提供的上述指纹识别装置，可以根据夹角α调节手指触控区域的大小，同时反过来根据实际需要的手指触控区域的大小、检测区M的宽度、以及要求的指纹识别的准确率的大小设计适当的夹角α。

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，如图2a至图2d所示，还包括位于周边区域O且设置于显示面板(即基板10)与透明盖板11之间挡光层13。在具体实施时，挡光层一般包括有油墨，在此不作限定。

由上述实施例三和实施例四可以看出，当将检测区设置于周边区域时，挡光层可以使检测区避免受环境光的影响，但是手指触控区域的宽度和检测区的宽度相对较小。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，当经透明盖板上表面反射回来的光需要经过该挡光层时，该挡光层中设置有若干过孔，从而使经透明盖板上表面反射回来的光经过该挡光层中的过孔照射至光电传感器上。

进一步地，在本发明实施例提供的上述指纹识别装置中，如图2a至图2d所示，还包括包围显示面板(即基板10)、透明盖板11、以及检测用光源12的外边框14，在此不作限制。

进一步地，在具体实施时，在透明盖板与显示面板之间一般还设置的粘结层，从而通过粘结层使透明盖板与显示面板相互固定，在此不作限制。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种指纹识别系统，包括本发明实施例提供的上述任一种指纹识别装置。由于该指纹识别系统解决问题的原理与前述一种指纹识别装置相似，因此该指纹识别系统的实施可以参见前述指纹识别装置的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的上述指纹识别装置及指纹识别系统，将透明盖板的其中一个侧面设置为倾斜面，使透明盖板的倾斜面与上表面的夹角为锐角，并在透明盖板的倾斜面一侧设置检测用光源，当无手指触控时，由于透明盖板的折射率是大于空气的折射率的，因此只要保证经倾斜面入射的光在照至透明盖板上表面时的入射角大于光线由透明盖板进入空气时全反射的临界角，就可以保证从透明盖板的倾斜面入射至透明盖板的光在透明盖板的上表面发生全反射，将光电传感器在可以接受到经透明盖板上表面反射回来的光的位置，从而利用光电传感器检测光强的大小，当有手指触控时，指纹的谷不与透明盖板接触，因此谷位置处光线发生全反射只产生反射光线，光能被全部反射回去，而指纹的脊与透明盖板接触，由于透明盖板的折射率小于人体的折射率，因此在脊位置处光线一部分发生折射形成折射光线进入空气，一部分发生反射形成反射光线照射至光电传感器上，导致谷位置处与脊位置处所反射的光的光强差异较大，从而提高指纹识别装置的准确率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种指纹识别装置，包括基板，以及位于所述基板正上方的透明盖板；其特征在于，还包括：检测用光源和多个光电传感器；其中，

所述透明盖板的折射率小于人体的折射率，所述透明盖板的其中一个侧面为倾斜面，且所述倾斜面与所述透明盖板的上表面的夹角α为锐角；

所述检测用光源位于所述透明盖板的倾斜面一侧，且所述检测用光源发出的光从所述透明盖板的倾斜面入射至所述透明盖板，并且当所述透明盖板上表面与空气接触时所述光在所述透明盖板的上表面发生全反射；

在有手指触控所述透明盖板上表面时，手指将部分所述光反射到所述光电传感器；

所述光电传感器位于所述透明盖板的下表面一侧，且所述光电传感器用于接收经所述透明盖板上表面反射回来的光。

2.如权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述检测用光源发出的光为平行光，且所述平行光入射至所述透明盖板的入射角β满足β＝90°-α，或β＝0°。

3.如权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述透明盖板为玻璃盖板。

4.如权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述基板为显示面板，并且所述显示面板具有显示区域和周边区域；其中，

所述多个光电传感器位于所述显示区域内，所述夹角α根据如下公式确定：

h·tanθ₁+h/tanα+d·tanθ₁＜L1

其中，当β＝90°-α时，θ₁＝arcsin(sinβ·n₀/n₁)，当β＝0°时，θ₁＝α；

n1表示所述透明盖板的折射率，h表示所述透明盖板的厚度，d表示所述光电传感器距离所述透明盖板的上表面的距离，L1表示所述透明盖板的上表面由倾斜面一侧至相对侧显示区域的边缘的宽度，n₀表示所述检测用光源所在位置处的介质的折射率，θ₁表示所述光进入所述透明盖板后在上表面处的入射角。

5.如权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述夹角α还根据触控区域的宽度w₁决定；其中，w₁＝h·tanθ₁+h/tanα。

6.如权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述显示面板在显示区域具有相对设置的阵列基板和对向基板；其中，所述对向基板位于所述透明盖板与所述阵列基板之间；

所述光电传感器位于所述阵列基板面向所述对向基板一侧；或

所述光电传感器位于所述对向基板面向所述阵列基板一侧；或

所述光电传感器位于所述透明盖板与所述对向基板之间。

7.如权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述基板为显示面板，并且所述所述显示面板具有显示区域和周边区域；其中，

所述多个光电传感器位于与所述倾斜面相对一侧的周边区域内，所述夹角α根据如下公式确定：

0＜(d-L+h·tanθ₁+h/tanα-L2)·cotθ₁·cot[arcsin(cosθ₁·n₁/n₂)]＜L2

其中，当β＝90°-α时，θ₁＝arcsin(sinβ·n₀/n₁)，当β＝0°时，θ₁＝α；

n1表示所述透明盖板的折射率，h表示所述透明盖板的厚度，d表示所述光电传感器距离所述透明盖板的上表面的距离，L2表示周边区域O的宽度，L表示所述透明盖板的上表面由倾斜面一侧至相对侧周边区域的边缘的宽度，n₀表示所述检测用光源所在位置处的介质的折射率，θ₁表示所述光进入所述透明盖板后在上表面处的入射角，n2表示经所述透明盖板上表面反射回来的光进入周边区域所经过的介质的折射率。

8.如权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述夹角α还根据触控区域的宽度w₁决定；其中，w₁＝d·tanθ₁-(L-h·tanθ₁-h/tanα-L2)。

9.如权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括位于所述周边区域且设置于所述显示面板与所述透明盖板之间挡光层；

所述挡光层中设置有若干过孔，经所述透明盖板上表面反射回来的光经过所述过孔照射至所述光电传感器。

10.如权利要求4-7任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述夹角α大小还根据手指触控所述透明盖板时所述光在所述透明盖板与手指接触处发生部分反射的反射光的折射率ρ决定；其中，

$\mathrm{\&rho;}=\frac{1}{2}\&lsqb;\frac{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\sin }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}+\frac{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1-{\mathrm{\&theta;}}_2)}{{\tan }^2({\mathrm{\&theta;}}_1+{\mathrm{\&theta;}}_2)}\&rsqb;$

θ₂＝arcsin(n₁·sinθ₁/n')

n'表示人体皮肤的折射率，θ₂表示手指触控所述透明盖板时所述光在所述透明盖板与手指接触处发生折射的折射角。

11.一种指纹识别系统，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的指纹识别装置。