CN107251050B - 具有透明盖的指纹检测 - Google Patents

Abstract

一种电子设备包括透明盖和被放置在透明盖的边缘处的光源。光源被配置成将光注入到透明盖中。透明盖引导光，直到光在透明盖处与指纹脊线交互。电子设备进一步包括沿透明盖放置的过滤器。过滤器被配置成选择性地允许由指纹脊线散射的光通过过滤器。检测器生成指示被允许通过过滤器的经散射的光的信号。

Description

具有透明盖的指纹检测

附图描述

为更完全地理解本公开，参考以下详细描述和附图，在附图中，相同的参考标号可被用来标识附图中相同的元素。

图1是根据一个示例的具有指纹检测的电子设备的示意平面视图。

图2是沿图1的线II-II截取的图1的电子设备的部分示意截面视图。

图3是根据一个示例的图1的电子设备的指纹传感器的部分示意截面视图。

图4是根据一个示例的图3的指纹传感器的光纤束布置的示意描绘。

图5是根据另一示例的图3的指纹传感器的光纤束布置的示意描绘。

图6是根据一个示例的具有膜过滤器的指纹传感器的部分示意截面视图。

图7是根据一个示例的具有柔性或弯曲的过滤器和检测器层的基于透明盖的指纹传感器的部分示意截面视图。

图8是根据一个示例的其中可使用基于透明盖的指纹检测的电子设备的框图。

尽管所公开的设备和系统易于具有各种形式的实施例，但在附图中示出了(并在下文描述了)各具体实施例，其中要理解，本公开旨在是说明性的，而不将本发明限于本文所描述和示出的各具体实施例。

详细描述

指纹图像采集是一种常见的生物特征标识技术。电子设备可将指纹图像采集(或指纹检测)用于用户标识或认证。指纹检测可被用于各种电子设备上下文中，例如包括其主要功能是标识的那些电子设备。指纹检测也可被用作智能电话、平板计算机、膝上型计算机、可穿戴设备或其他设备上认证的机制。

指纹检测可通过电子设备的透明盖来实现。诸如盖玻璃层(或盖玻璃)之类的透明盖可定义电子设备的显示模块的外表面。透明盖也是指纹传感器的集成组件。透明盖可引导用于照明与透明盖相接触的手指脊线的光。可然后使用过滤器(例如过滤层)来捕捉(或检测)指纹的图像，以选择性地允许由指纹脊线散射的某些光线到达检测器。

更薄的电子设备可通过基于盖的检测技术来实现。使用透明盖作为波导(或光导)避免了向已经依靠该透明盖作为显示模块的外表面的那些设备添加任何厚度。该指纹传感器的其余组件可被布置在与透明盖相邻的薄层或膜的堆栈中。因此，基于盖的技术可在相较于依赖于透镜和其它光学组件来解析通过盖玻璃的指纹脊线的基于相机的技术而言更小的空间中被实现。此类光学组件通常涉及相当大的体积(例如，厚度)。因此，基于盖的技术可实用于期望薄轮廓(或形状因子)的移动电话和其他手持式或便携式电子设备。

基于盖的指纹检测与各种各样的设备形状因子兼容。过滤器(或过滤层)可被缩放以调整指纹传感器的厚度。例如，过滤器可包括光纤面板或其他光纤束，其长度可被缩放以适合应用(例如电子设备的厚度)。因此，缩放过滤器厚度可被用于适应不同类型的显示模块，其可在厚度上显著不同。例如，过滤层的厚度可被调整以适应具有背光显示器(例如，液晶显示器)的设备和没有单独背光单元的显示器(例如，有机发光二极管(OLED)显示器)的设备。

使用透明盖和相邻过滤器进行指纹检测也可支持各种大小的指纹传感器。指纹传感器的这些层的横向范围可被容易地缩放以获得所期望的大小或形状。宽指纹检测区域可因此被实现，这可实用于同时对多个手指进行成像的情形。

使用透明盖进行指纹检测可简化电子设备的机壳。因此，透明盖可延伸穿过显示模块的区域以及针对指纹检测的区域两者。例如，透明盖可延伸穿过电子设备的整个正面。不需要单独的盖或其他外部元件来保护指纹传感器的其他组件。将透明盖集成到指纹传感器中因此可能会降低设备的组件数量和/或复杂性。

指纹传感器的过滤器(或过滤层)补偿由于透明盖的厚度而会引起的模糊。过滤器通过过滤掉以广角被手指散射的光线来增加指纹检测的分辨率(或信噪比)。过滤器仅允许窄锥角的光线，例如足够垂直(或横向于检测器)的那些光线，到达检测器。因此可避免由广角光线引起的指纹图像的模糊。在光纤束示例中，过滤器的光纤可被配置成使得每个光纤的数值孔径建立窄的接受锥角。以在接受锥角外的角度入射光纤的光线要么被反射要么被吸收，而不被引导到检测器。因此，光纤束可提供过滤和图像传输两个功能。每个光纤的直径可替换地或附加地被用于建立所期望的分辨率水平。

尽管结合具有触屏的电子设备进行了描述，然而，内部支架可结合各种各样的电子设备使用，包括不具有触敏显示器的那些电子设备。电子设备的大小和形状因子可显著改变。设备的范围可以从可穿戴设备或手持式设备、到膝上型计算机、且到电视机或其他挂壁式显示器或其他大型设备。电子设备的显示模块和其他组件的合成和其他特性可相应地改变。

图1是具有透明盖102和壳体104的电子设备100的平面视图。壳体104可以是不透光的或不透明的。在此示例中，透明盖102和壳体104一起形成用于电子设备100的机壳或外壳。透明盖102的外部或外表面可因此被暴露。透明盖102沿外壳正面延伸或定义外壳正面。壳体104沿着电子设备100的后面被放置，并且可绕电子设备100的边缘或横向侧包封以建立例如外壳的边框。替换地或附加地，透明盖102沿外壳的一个或多个边缘放置。例如，外壳可以不包括壳体104。

电子设备100可包括显示区域106和指纹区域108。显示区域106被引导来经由显示模块渲染图像。显示模块(参见例如图2)可因此被定制大小以支持显示区域106。指纹区域108被引导来捕捉用于指纹检测的手指的图像。区域106、108可以是彼此毗邻的(例如，毗连)。在图1的示例中，显示区域106和指纹区域108两者都被放置在外壳正面上或都沿着外壳正面放置，该指纹区域108沿着该外壳的底部边缘位于该显示区域下方。区域106、108可被放置于其他位置。例如，指纹区域108可替换地或附加地沿诸如膝上型计算机显示器的侧边缘之类的其他边缘被放置。区域106、108中的一个或两个可以位于外壳附加的或其他的面或侧面上。在一些情况下，区域106、108被放置在外壳的不同的面或侧面上。例如，指纹区域108可沿外壳的侧面、边缘或后面放置。

在图1的示例中，指纹区域108被塑形为在外壳的底部边缘的维度上细长的条带。指纹区域108的宽度可被选择以适应多个手指。例如，指纹区域108可具有与显示区域106相同的宽度。指纹区域108的大小或横向范围可能与所示的示例不同。例如，指纹区域108可被定制大小以对单个手指(例如，拇指)进行成像。在这种情况下，指纹区域108可沿外壳的各边缘中的一个居中。

透明盖102可跨显示区域106和指纹区域108两者延伸。替换地，电子设备100可包括多个透明盖。例如，可为显示区域106和指纹区域108提供相应的透明盖。

透明盖102可以包括或由玻璃、塑料和/或其它透明材料组成。例如，透明盖102可被配置成盖玻璃或由盖玻璃组成。在一些情况下，盖玻璃可由可从康宁公司(CorningIncorporated)购得的

玻璃材料组成或包括该

玻璃材料。可替换地或附加地使用各种各样的其它玻璃和非玻璃材料，包括例如浮法玻璃板、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)面板、或聚碳酸酯面板。透明盖102可以是被实现为显示器的顶层的层，或可以被添加到显示器上以仅用作覆盖层。

盖玻璃或其它透明盖102可具有适合用作电子设备100的保护层的硬度和/或厚度。硬度被引导到耐擦伤性。该厚度可被引导到结构刚性和其他结构支架。透明盖102的硬度和厚度两者都可改变。例如，在一些情况下透明盖102可以是柔性的。透明盖102可具有大于约300微米的厚度。在一些情况下，透明盖102具有约400微米到约500微米之间的厚度，但大于500微米的厚度也可能被使用。

在操作期间，手指被放置在指纹区域108内的透明盖102的被暴露的表面上以用于成像(或检测)。因此，指纹通过透明盖102的厚度被成像或检测。因此，如果没有更多的话，大于约100微米的厚度可能导致不可接受的模糊量。如下所述，模糊是散射的结果。例如，厚度为400微米的透明盖102将使点源在0.716mm的距离上扩展，这将导致大约50微米的不可解析的指纹的特征。然而，本文所描述的指纹检测技术提供过滤(例如，空间过滤)以减少或移除此类模糊。因此，本文所描述的指纹检测技术可允许透明盖102的厚度改变，并且不构成对指纹检测的限制或约束。

透明盖102可以是单个层或包括不同材料的多个构成层。例如，透明盖102可包括玻璃层和一个或多个光管理膜。替换地或附加地，透明盖102可包括被配置成为电子设备100提供结构或其他保护的一个或多个层。透明盖102的一个或多个构成层可被用于指纹检测。构成层可以是或可以不是彼此折射率匹配的。

透明盖102的透明度可受限于一个或多个波长范围，或针对一个或多个波长范围定制。(一个或多个)波长范围可被用于指纹检测。例如，可见范围外的波长(或波长范围)可被用于指纹检测。在此示例中，透明盖102在可见波长范围内也是透明的，以允许由电子设备100的显示器生成的光的传输。

透明盖102的前表面和背表面可足够光滑以支持用于指纹检测的光的全内反射。例如，表面中的一个或两个可被抛光。

图2示出了更详细地描绘显示区域106和指纹区域108的电子设备100的部分截面视图。在此示例中，透明盖102和壳体104两者都跨区域106、108之间的边界延伸。在显示区域106中，电子设备100包括布置在显示模块110中的多个组件。显示模块110沿透明盖102被放置。在此示例中，显示模块110被定制大小以占据透明盖102和壳体104之间的大部分(如果不是全部)间距。在另一示例中，电子设备100的其他组件(包括例如电池)可被放置于显示模块110和壳体104之间。

在图2的示例中，显示模块110包括由BLU 112照明的背光单元(BLU)112和液晶(LC)面板114。各种类型的显示技术可被使用，包括例如各种类型的LCD显示器，诸如超级扭曲向列和其它扭曲向列LCD显示器以及各种薄膜晶体管(TFT)显示器，包括OLED显示器。BLU112和LC面板114中的每一个可进而包括多个构成层或组件。例如，BLU 112可包括光导板以及沿着光导板的一个或多个边缘安装的多个光源(例如，发光二极管(LED)阵列)。替换地或附加地，BLU 112可包括多个平面发射设备。LC面板114可包括诸如玻璃基板层、LC层、以及偏振器和/或其它膜之类的层的堆叠。显示模块110还可包括一个或多个光管理层或膜116、118。例如，光管理层118可以是漫射膜。显示模块110的组件、配置以及其他特性可以与所示示例有相当大的改变。例如，显示模块110可以包括OLED层而不是BLU 112和LC面板114。在又一些情况下，OLED层充当BLU 112。背光单元118(或更一般地，显示模块110)可包括任意数目的附加光管理膜或层。显示模块110可包括用于支持显示模块110的组成膜或层的一个或多个结构框架。所述框架出于简化设备100的显示模块106和其它内部组件的图示的目的而没有在附图中示出。

显示模块110还可包括触摸传感器层120和一个或多个粘合剂层122。触摸传感器层120可以是触摸感测单元(或触摸传感器)的一部分，该触摸感测单元被引导以将电子设备100的显示器配置为触摸屏或其他触敏区域。粘合剂层122可被引导成将LC面板114固定地固定到透明盖102。在图1的示例中，触摸传感器层120和粘合剂层122跨显示区域106和指纹区域108两者延伸。触摸传感器层120的放置对基于指纹区域108中发生触摸事件来发起指纹检测可能是有用的。因此，被引导用于指纹检测的电子设备100的组件可通常保持不活动，这可能导致较低的功耗和/或较低的计算资源需求。因此，触摸传感器层120和粘合剂层122可以不被单独视为显示模块110的组件。

触摸传感器层120可以使用各种类型的触摸传感器技术。例如，触摸传感器层120可包括一个或多个膜，其被配置成支持电容式或电阻式触摸感测，但其他技术也可被使用，包括例如声学触摸感测。在一种情况下，触摸传感器层120包括印刷在或以其它方式形成在透明盖的背(非暴露)面上的膜。在另一情况下，触摸传感器层120包括形成正交网格的两组线，其中各组彼此隔离。

粘合剂层122可以是或可包括一个或多个光学清晰粘合剂材料。(一个或多个)粘合剂材料可与透明盖102和/或显示模块110的顶层折射率匹配。替换地，粘合剂层122和透明盖102(和/或其他毗邻层)的折射率以不影响设备100的显示和/或指纹检测功能的程度发生偏移。

电子设备100包括指纹区域108中的指纹传感器124(或读取器或其他检测器)。除了透明盖102之外，指纹传感器124进而包括过滤器126和检测器128。过滤器126和/或检测器128可以被配置成指纹传感器124的相应层。过滤器124被毗邻并沿着透明盖102放置。在此示例中，触摸传感器层120被放置在透明盖102和过滤器126之间。触摸传感器层120可跨过滤器126的整个横向范围延伸。如图所示，过滤器126可通过粘合剂层122被固定到透明盖102。因此，过滤器126和/或检测器128可被布置在(和/或包括)透明盖102和壳体104之间的堆栈或其他分层布置中。

过滤器126被配置为选择性地允许在透明盖102处与手指交互的光到达检测器128。如下文所描述的，与手指交互的光线被与透明盖102相接触的指纹脊线所散射。过滤器126允许一些经散射的光线通过过滤器124到达检测器128。如下文所描述的，光线可由专用于指纹检测的光源提供。过滤器124可滤除以广角散射的那些光线，以减少指纹脊线图像的模糊或扩展。

在图2的示例中，过滤器126包括被放置在透明盖102和检测器128之间的多个光纤130。光纤130可被布置成二维阵列或光纤束，其中光纤130被并排放置。光纤束可由光纤面板承载或被安装在光纤面板上。光纤面板或光纤束可将光纤130定向为相干光纤束，使得每个光纤130的第一端部毗邻透明盖102，并且每个光纤130的第二端部与检测器128毗邻。每个光纤130被定向成在由指纹脊线散射的光以在光纤130的接受锥角内的入射角被引导的情况下将由指纹脊线散射的光引导到检测器128。因此，过滤器126可被配置成在被指纹脊线散射的光未以在各光纤130中的一个的接受锥角内的入射角被引导的情况下防止被指纹脊线散射的该光到达检测器128。如果透明盖102没有将光纤130与手指隔开，则光纤130可因此充当过滤器而不仅仅充当图像传输机制。

相对于表面法线，或垂直于过滤器126处的光学界面来定义接受锥角的入射角。如图2的示例所描绘的，表面法线对应于从过滤器界面向上延伸的垂直线。因此，可能落入接受锥体内并因此被允许传递到检测器128的光线是足够接近于竖直于过滤器界面的那些光线。接受锥角可因此建立用于指纹检测的空间过滤。

光纤130被配置成具有建立接受锥角的可接受大小(宽度)的数值孔径(NA)。数值孔径可能很低，以限制接受锥角的大小，并从而限制指纹图像的扩展或模糊。在一些情况下，数值孔径落入约0至约0.15的范围内，这转换为约0至约17度的接受锥角。例如，数值孔径可以为约0.12，但其他NA水平也可被使用。适合的NA水平的范围可取决于透明盖102的厚度、透明盖102(例如，前玻璃)的折射率、和过滤器126中的光纤间距，以及所需的指纹检测分辨率。

光纤130的数值孔径可因此与在其它光纤应用中通常所依赖的NA水平显著不同。例如，在夜视和医学成像行业中使用的光纤面板通常具有1.0或更高的NA水平以提供足够的聚光能力。增加NA水平更易于将光耦合到光纤。相反，光纤130代替地在指纹传感器124中提供过滤功能。因此，指纹传感器124的分辨率可受益于低于(例如，远低于)0.15的NA水平。

通过合成光纤130，此类低NA水平可被实现，并因此相应地实现窄的接受锥角。当锥角和包层材料的折射率相接近时，小的NA水平被实现。锥角和/或包层材料可因此被选择成具有相当接近于彼此的相应折射率。

相应折射率的邻近度可导致对经散射的光造成弱限制的光纤(例如即使在接受之后)。一些光可漏过光纤130的包层。因此，光纤束可相应地包括不透光光钎(例如，黑色玻璃光纤)或其他吸收区域，以吸收从用于将光线传送到检测器128的各光纤130中的一个逸出的任何光线。例如，外壁吸收(EMA)玻璃可被使用。每个吸收区域可被配置为吸收由指纹脊线散射并且角度未被定向成在各光纤130中的一个的接受锥角内的光。每个吸收区域可按填隙方式被布置在各个毗邻的光纤130之间。例如，吸收材料可按圆周方式被布置在透射光纤130周围，(例如，随机地)替代各光纤中的一些，或被合并成较窄或较小的填隙光纤。在一些情况下，光纤130可包括其中光纤130在透射和吸收光纤之间交替的布置。以下结合图3-5的各示例提供进一步的信息。

光纤束的间距布置可被配置以实现指纹检测所期望的分辨率水平。例如，光纤束的间距(或毗邻光纤130之间的中心到中心距离)可以为约6微米，该间距远低于指纹的最小特征大小(例如约50微米)。小于最小特征大小的其它光纤束间距可被使用。可根据(例如，以匹配)检测器128的分辨率(例如，像素大小)来选择光纤束间距。

检测器128被配置成生成指示被允许通过过滤器126的经散射的光的信号。毗邻过滤器126放置检测器128以捕捉被允许通过过滤器128的光。检测器128可因此与过滤器126毗邻(例如毗连)。在此示例中，检测器128也与壳体104毗连，但其他组件可被放置在电子设备100的外壳内的指纹区域108中。

检测器128可以是捕捉经散射的光的任何光电传感器或光电检测器阵列。例如，检测器128可以是或可以包括具有多个光电二极管的光电检测器电路。光电二极管可被布置为或定义二维阵列(例如，光电检测器阵列)的像素。其他类型的检测技术可被使用，包括例如电荷耦合设备(CCD)图像感测和互补金属氧化物半导体(CMOS)或平面板检测器。

过滤器126的厚度是可缩放的。过滤器126可因此被定制大小以适应(例如，填充)电子设备100(图1)的外壳内的可用空间。在图2的示例中，可通过选择光纤130的所期望长度来调整厚度。如果光的入射角在光纤130的数值孔径内，则该光以可忽略的损失传播通过光纤130。光纤130的长度可因此改变，而不会改变过滤器126的过滤能力或模糊图像。通过增加光纤长度，对到达检测器128的经散射的光的选择和传输都不会有不利影响。因此，指纹传感器124非常适合用于各种各样的应用和设备形状因子。

图3更详细地示出了指纹传感器124以描绘在操作期间通过透明盖102成像或检测指纹的方式。指纹传感器124包括被放置在透明盖102的边缘134处的光源132。在此示例中，光源132被安装以使得光源132的输出表面与边缘134的表面毗连。表面也可以按共同延伸或以按其它方式被匹配或被配置以将光限制于透明盖102。光源132被配置成将光注入到透明盖102中。透明盖102引导光，直到在透明盖102处(例如，与透明盖接触)与指纹脊线136发生交互。

光源132可以是或可以包括一个或多个发光二极管(LED)设备。其他类型的光源可被使用。LED设备或其他光源132可被配置成生成一定波长(或波长范围内)处的光，该波长避免打扰设备用户或干扰在显示区域106(图1和图2)中发射的光。在一些情况下，波长可因此落在可见范围之外。例如，光可具有在近红外(IR)范围内的波长(诸如在约780nm和约950nm之间，诸如约850nm)，但各种各样的波长(包括那些落在可见范围内的波长)可被用于结合图3的示例中的基于光纤束的过滤器126。

在操作期间，光源132发射光线以照明指纹用于成像。每条光线都在边缘134处进入透明盖102。光线然后被透明盖102引导直到与指纹脊线136交互。一旦指纹脊线阻扰在透明盖102的被暴露的表面处的全内反射，该交互就涉及光线的散射(例如，背散射)。

示出了示例性光线138来描绘被引导的路径和最终散射。光线138首先遇到透明盖102的背(或内)表面。光学界面可被定义成位于具有粘合剂层122的透明盖102的背表面处(“盖-粘合剂界面”)。为了到达该粘合剂界面，光线138可在触摸传感器层120的各元件之间通过(或绕过)，该触摸传感器层被描绘成毗连的(而不是不毗连的)层以便于说明。当触摸传感器层120可能干扰和打扰光线138时，补偿可被用于减少或消除触摸传感器层120的任何影响。例如，当透明盖102上不存在手指时，背景图像可由检测区域构成。在背景图像中可观察到触摸传感器层120的任何影响。可然后从检测区域中以正常操作拍摄的实际图像中减去该背景图像，以移除触摸传感器层120的不想要的影响。其他补偿机制也可被实现。替换地或附加地，系统可被设计成使得由光源132发射的光的波长不被触摸传感器层120的材料所散射。例如，触摸传感器层120可以由对可见光和近红外光透明的氧化铟锡(ITO)组成。在该点处，光线138穿过盖-粘合剂界面。光线138可穿过盖-粘合剂界面是因为粘合剂层122和透明盖102可以是折射率匹配的或足够折射率匹配的以使得临界角被超过。光线138可或者通过全内反射从盖-粘合剂界面反射离开。在图3的示例中，光线138最终遇到粘合剂层122和过滤器126之间的界面(“粘合剂-过滤器界面”)。在该点处，光线138的入射角不落在过滤器126(或其光纤)的接受锥角内。光线138因此朝着透明盖102的前(被暴露的)表面被反射回，在该表面处进一步发生全内反射。在遇到指纹脊线136之前，光线138再次从粘合剂-过滤器界面反射离开。

指纹脊线136在透明盖102的被暴露的表面处的存在阻扰了在此界面处的全内反射。例如，指纹脊线136与透明盖102的被暴露的表面之间的接触足以改变在该被暴露的表面处的边界条件。光线138因此与指纹脊线136交互。来自光线138的至少一些光朝着过滤器126被散射回。为了便于说明，背散射被描绘为包括三道光线140-142。光线140-142被分布在过滤器126的多个光纤的端部上。在此情况下，过滤器126包括透射光纤144和吸收光纤146两者。透射和吸收光纤144、146可如图所示交替。

光线140以最大角度入射粘合剂-过滤器界面，在此情况下，该最大角度在接受锥角之外。因此，即使光线140遇到透射光纤144中的一个，该光线140也相应地被反射回到透明盖102中，在该点处，该光线140可被用于照明另一指纹脊线。光线141不像光线140那样广泛地被散射，并因此遇到吸收光纤144中的一个。光线141可以或可不以接受锥角内的角度入射。无论哪种方式，光线141在到达检测器128之前被吸收。

光线142以足够小以落在接受锥角内的入射角度入射到透射光纤144中的一个。光线142因此离开由透明盖102提供的波导并进入光纤144。一旦进入，光线142经由光纤144被传送到检测器128。如图3所示，小的入射角导致像素位置(例如，光线142被检测器128捕捉的位置)大致等于光线138与指纹脊线136交互的位置。因此，可以以很少到没有模糊或扩展的方式渲染指纹脊线136的图像。

透明盖102和粘合剂层122的折射率可被选择以便于对光线138进行引导。例如，透明盖102相对于例如光纤144的锥角的折射率而言可具有相对高的折射率。在一些情况下，透明盖102具有落在从约1.49到约1.60的范围内的折射率(诸如1.51)，但其它折射率也可被使用。粘合剂层122可具有与透明盖102的折射率不匹配的折射率。适合的粘合剂材料的示例包括基于硅树脂的、光学透明粘合剂材料，该材料可具有约1.40的折射率。

设备100的构造和配置可与图1-3中示出的示例不同。结合多个其他附图来解决进一步的示例。

图4和5描绘了用于过滤器(或过滤层)的替换的光纤束布置。在图4中，光纤束布置400包括交替的透射光纤402和相同大小的吸收光纤404。每个透射光纤402被四个毗邻的吸收光纤404包围。在图5中，光纤束布置500还包括被吸收光纤504包围的透射光纤502。在图5的示例中，吸收光纤504比透射光纤502小。结果，透射光纤504的密度可被增加，这可导致更高的指纹分辨率。各种各样的其它光纤束布置可被使用，包括例如其中吸收区域与透射光纤形状不同的布置。

图6描绘了具有不同类型的过滤器(或过滤层)的指纹传感器600。在此示例中，过滤功能由具有足够低折射率的过滤膜602所提供。过滤膜602被放置在透明盖102和检测器128之间的堆叠布置中。过滤膜602由折射率低于透明盖102的折射率的材料组成或包括折射率低于透明盖102的折射率的材料。折射率的偏移可能足够大以建立临界角，该临界角将通过过滤器的传输限制为窄角光线。

在一些情况下，过滤膜602由在某些波长处具有比空气的有效折射率低(例如，小于1.0)的材料组成。例如，过滤膜602可由氮化钛组成，其在某些波长处具有0.7的折射率。其它低折射率材料可被使用。

指纹传感器600可包括被配置为生成用于过滤膜602的在合适波长处的光线的光源604。例如，在氮化钛示例中，波长可以位于或接近于800nm。在此类波长处的指纹成像也可实用于避免来自显示模块的光的串扰或其他干扰。光源604被放置在透明盖102的边缘134处。在此示例中，光源604被沿着边缘134安装，这可节省空间。光源604可被安装在成角度的表面606上以便以更有助于照明指纹脊线136的角度注入光线。图6所示的成角度的边缘安装可与本文所描述的任何其它示例一起使用。

过滤膜602可以是被应用到透明盖102的背表面的涂层。例如，可在透明盖102上形成触摸感测层120之后应用过滤膜602。在这种情况下，粘合剂层122可能是不必要的。

指纹传感器600的操作可以按与上文结合光纤束示例所描述的方式相似的方式进行。在边缘134处注入到透明盖102中的示例性光线608在透明盖102的前暴露表面和/或透明盖102的背表面(例如，粘合剂界面中的一个)或其附近经历全内反射，直到遇到指纹脊线136。全内反射被指纹脊线136阻扰，使得光线608朝向过滤膜602被散射回来。两条光线610、611以太大的角度被散射以至于不能超过临界角，并且由此保持被透明盖102所引导。第三光线612以窄角被散射，从而超过临界角。因此，光线612被允许通过过滤膜602到达检测器128。如在上文所描述的基于光纤的示例中，窄角允许指纹图像的很少到没有扩展。

过滤膜602可使指纹传感器600具有比基于光纤的过滤器而言更薄的形状因子。然而，过滤膜602的厚度也可被调整以将指纹传感器600缩放至适当的大小。

图7描绘了示例性指纹传感器700，其中堆叠布置的一个或多个层是弯曲的。在此示例中，透明盖702、过滤器704和检测器704是弯曲的。为此，一个或多个层可以是柔性的或直接形成在另一层上。例如，检测器704的光电检测器电路可被印刷或以其它方式被形成在过滤器704上。过滤器704进而可以是被应用到透明盖702的背表面的低折射率膜涂层，该膜涂层可以是柔性的和/或预变形成弯曲形状的。其他层，诸如触摸传感器层708和粘合剂层710也可以按弯曲的方式被应用。

各层的合成可以与所示的示例有所不同。例如，过滤器704可包括光纤束而不包括低折射率膜或涂层。光纤束的构成光纤可被屈曲成适合于堆栈的曲率的位置。

图8示出了其中可实现如上描述的指纹检测技术的示例性电子设备800。设备800包括电子模块802和显示模块804(或子系统)以及电池806。电子设备800可包括附加的、更少的或替换的组件。例如，显示模块804可与电子设备800的电子模块802和/或其它组件以不同的程度集成。例如，电子模块802和/或显示模块804可包括电子设备800的图形子系统。任何数量的显示模块或系统可被包括。在此示例中，设备800包括处理器808和与显示模块804分开的一个或多个存储器810。处理器808和存储器810可涉及执行由设备800实现的一个或多个应用。显示模块804生成用于由处理器808和存储器810支持的操作环境(例如，应用环境)的用户界面。处理器808可以是通用处理器，诸如中央处理单元(CPU)、或者任何其他处理器或处理单元。任何数量的此类处理器或处理单元可被包括。

在图8的示例中，电子模块802包括图形处理单元(GPU)812和固件和/或驱动器814。GPU 812可专用于图形相关或显示相关的功能和/或提供通用处理功能。电子模块802的一些组件可被集成。例如，处理器808、一个或多个存储器810、GPU 812和/或固件814可被集成为片上系统(SoC)或应用专用集成电路(ASIC)。电子模块802可包括附加的、更少的或替换的组件。例如，电子模块802可不包括专用图形处理器，而是可依赖于CPU 808或其它通用处理器来支持电子设备800的图形相关的功能。电子模块802可包括(一个或多个)附加存储器以支持显示相关的处理。

在图8的示例中，显示模块804包括触摸传感器单元816、背光单元(BLU)818和LCD面板或单元820。背光单元818可以根据提供窄视角的显示器的上述示例中的一个被配置。附加的、更少或替换的显示器组件可被提供。例如，在一些情况下，显示模块804不包括触摸传感器单元816和/或BLU 818。

设备800进一步包括指纹感测单元822，该指纹感测单元进而包括光源824(例如，LED设备)以及检测器826(例如光电检测器阵列)。在此示例中，指纹感测单元822由电子模块802所控制。如上所述，例如，在操作期间，CPU808可引导光源824生成光以经由透明盖照明指纹。CPU 808可然后引导检测器826通过捕获由此散射的光来生成指示指纹的信号。固件814的一个或多个驱动器可被用于这些目的。指纹感测单元822可以任何所期望的程度来与显示模块804相集成。

设备800可被配置为各种计算设备之一，包括但不限于：手持式或可穿戴计算设备(诸如平板计算机或手表)、通信设备(诸如电话)、膝上型计算机或其它移动计算机、个人计算机(PC)、服务器计算机、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、微型机、大型机、音频或视频媒体播放器、以及其它设备。设备800还可以被配置作为电子显示设备，例如计算机监视器、电视机或其它显示器或可视输出设备。

在一方面，电子设备包括透明盖和与该透明盖毗邻的光源。光源被配置成将光注入到透明盖中。透明盖引导光，直到光在该透明盖处交互。电子设备进一步包括沿透明盖放置的过滤器。过滤器被配置成选择性地允许由交互散射的光通过过滤器。电子设备进一步包括检测器，该检测器被配置成生成指示被允许通过过滤器的经散射的光的信号。

在另一方面，电子设备包括具有暴露的前表面和与该前表面相对的后表面的透明盖。光源被放置在透明盖的边缘处。光源被配置成将光注入到透明盖中。透明盖引导光，直到光在透明盖前表面处与指纹脊线交互。过滤层沿透明盖的后表面被放置。过滤层被配置成选择性地允许由手指脊线散射的光通过过滤层。光电检测器电路沿着过滤层被放置。光电检测器电路被配置成基于被允许通过滤层的经散射的光来生成指示指纹脊线的输出。

在又一方面，电子设备包括透明盖、沿着该透明盖放置的触摸感测单元以及在与指纹传感器区域毗邻的显示区域中沿着透明盖放置的显示模块。光源被放置在透明盖的边缘处。光源被配置成将光注入到透明盖中。透明盖引导光，直到光在透明盖处与指纹脊线交互。过滤层沿着指纹传感器区域中的透明盖被放置。过滤层被配置成选择性地允许由手指脊线散射的光通过过滤层。光电检测器电路沿着过滤层被放置。光电检测器电路被配置成基于被允许通过滤层的经散射的光来生成指示指纹脊线的输出。透明盖和触摸感测单元延伸穿过显示区域和指纹传感器区域。

结合前述各方面中的任一方面，该电子设备可替换地或附加地包括以下方面或特征的一者或多者的任何组合。过滤器包括被放置在透明盖和检测器之间的光纤面板。光纤面板中的每个光纤被定向成在由交互散射的光以在光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下将由交互散射的光引导到检测器。过滤器被配置成在由交互散射的光未以在光纤面板的每个光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下防止由交互散射的该光到达检测器。过滤器进一步包括多个不透光区域，每个不透光区域按填隙方式被放置在光纤面板的各个毗邻光纤之间，并被配置成吸收由该交互散射而不以在该光纤面板的每个光纤的接受锥角内的角度被引导的光。光纤面板中的每个光纤和多个不透光区域被布置成光纤束，该光纤束具有毗邻透明盖放置的第一端部和毗邻检测器放置的第二端部。透明盖、过滤器、以及检测器都是弯曲的。透明盖、过滤器、以及检测器都是柔性的。过滤器包括被放置在透明盖和检测器之间的堆叠布置中的膜。该膜包括折射率低于透明盖的折射率的材料。该膜的折射率小于1。光与指纹脊线之间发生交互。电子设备进一步包括沿着透明盖放置的触摸感测单元，以及在与指纹传感器区域毗邻的显示区域中沿着透明盖放置的显示模块，该指纹传感器区域中放置有过滤器和检测器。透明盖和触摸感测单元延伸穿过显示区域和指纹传感器区域。透明盖具有大于约300微米的厚度。透明盖、过滤器、以及检测器以分层布置的方式被放置。过滤器通过分层布置的粘合剂层被固定到透明盖。粘合剂层具有与透明盖的折射率不匹配的折射率。过滤层包括被放置在透明盖和光电检测器电路之间的多个光纤，每个光纤被定向成在由指纹脊线散射的光以在光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下将由指纹脊线散射的该光引导到光电检测器电路。过滤层被配置成在由指纹脊线散射的光未以在多个光纤的相应光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下防止由指纹脊线散射的该光到达光电检测器电路。电子设备进一步包括沿着透明盖放置的触摸感测单元，以及在与指纹传感器区域毗邻的显示区域中沿着透明盖放置的显示模块，该指纹传感器区域中放置有过滤层和光电检测器电路。透明盖和触摸感测单元延伸穿过显示区域和指纹传感器区域。过滤层包括被放置在透明盖和光电检测器电路之间的多个光纤，每个光纤被定向成在由指纹脊线散射的光以在光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下将由指纹脊线散射的该光引导到光电检测器电路。过滤层被配置成在由指纹脊线散射的光未以在多个光纤的相应光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下防止由指纹脊线散射的该光到达光电检测器电路。

尽管已经参考具体示例描述了本发明，其中这些示例旨在仅仅是说明性的而非本发明的限制，但本领域普通技术人员将明白，可以对所公开的实施例作出改变、添加和/或删除而不背离本发明的精神和范围。

上述描述只是出于清楚理解的目的给出的，并且不应从中理解出不必要的限制，因为本发明的范围内的修改对本领域普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：

透明盖；

毗邻所述透明盖的光源，所述光源被配置成将光注入到所述透明盖中，所述透明盖被配置成将所述光引导到所述透明盖处进行交互；

沿所述透明盖被放置的过滤器，所述过滤器被配置成选择性地允许由所述交互散射的光通过所述过滤器；以及

被配置成生成指示被允许通过所述过滤器的经散射的光的信号的检测器；

其中所述过滤器包括被放置在所述透明盖和所述检测器之间的光纤面板，所述光纤面板中的每个光纤被定向成在由所述交互散射的所述光以在所述光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下将由所述交互散射的所述光引导到所述检测器。

2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于：

所述过滤器被配置成在由所述交互散射的所述光未以在所述光纤面板的每个光纤的所述接受锥角内的角度被引导的情况下防止由所述交互散射的所述光到达所述检测器。

3.如权利要求2所述的电子设备，其特征在于，所述过滤器进一步包括多个不透光区域，每个不透光区域按填隙方式被放置在所述光纤面板的各个毗邻光纤之间，并被配置成吸收由所述交互散射而不以在所述光纤面板的每个光纤的所述接受锥角内的角度被引导的光。

4.如权利要求3所述的电子设备，其特征在于，所述光纤面板中的每个光纤和所述多个不透光区域被布置成光纤束，所述光纤束具有毗邻所述透明盖放置的第一端部和毗邻所述检测器放置的第二端部。

5.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述透明盖、所述过滤器、以及所述检测器是弯曲的。

6.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述透明盖、所述过滤器、以及所述检测器是柔性的。

7.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于：

所述过滤器包括被放置在所述透明盖和所述检测器之间的堆叠布置中的膜；以及

所述膜包括折射率低于所述透明盖的折射率的材料。

8.如权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述膜的所述折射率小于1。

9.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述交互发生在所述光与指纹脊线之间。

10.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，进一步包括：

沿着所述透明盖放置的触摸感测单元；以及

在与指纹传感器区域毗邻的显示区域中沿着所述透明盖放置的显示模块，所述指纹传感器区域中放置有所述过滤器和所述检测器；

其中所述透明盖和所述触摸感测单元延伸穿过所述显示区域和所述指纹传感器区域。

11.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述透明盖具有大于300微米的厚度。

12.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于：

所述透明盖、所述过滤器、以及所述检测器以分层布置的方式被放置；

所述过滤器通过所述分层布置的粘合剂层被固定到所述透明盖；以及

所述粘合剂层具有与所述透明盖的折射率不匹配的折射率。

13.一种电子设备，包括：

具有被暴露的前表面和与所述前表面相对的后表面的透明盖；

被放置在所述透明盖的边缘处的光源，所述光源被配置成将光注入到所述透明盖中，所述透明盖引导所述光到所述透明盖的所述前表面处与指纹脊线交互；

沿着所述透明盖的所述后表面放置的过滤层，所述过滤层被配置成选择性地允许由所述指纹脊线散射的所述光通过所述过滤层；以及

沿着所述过滤层放置的光电检测器电路，所述光电检测器电路被配置成基于被允许通所述过滤层的所述经散射的光来生成指示所述指纹脊线的输出；

其中所述过滤层包括被放置在所述透明盖和所述光电检测器电路之间的多个光纤，每个光纤被定向成由指纹脊线散射的所述光以在所述光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下将所述透明盖处由指纹脊线散射的所述光引导到所述光电检测器电路。

14.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于：

所述过滤层被配置成在由所述指纹脊线散射的所述光未以在所述多个光纤的相应光纤的所述接受锥角内的角度被引导的情况下防止由所述指纹脊线散射的所述光到达所述光电检测器电路。

15.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于：

所述过滤层包括被放置在所述透明盖和所述光电检测器电路之间的堆叠布置中的膜；以及

所述膜包括折射率低于所述透明盖的折射率的材料。

16.如权利要求13所述的电子设备，其特征在于，进一步包括：

沿着所述透明盖放置的触摸感测单元；以及

在与指纹传感器区域毗邻的显示区域中沿着所述透明盖放置的显示模块，所述指纹传感器区域中放置有所述过滤层和所述光电检测器电路；

其中所述透明盖和所述触摸感测单元延伸穿过所述显示区域和所述指纹传感器区域。

17.一种电子设备，包括：

透明盖；

沿着所述透明盖放置的触摸感测单元；

在与指纹传感器区域毗邻的显示区域中沿着所述透明盖放置的显示模块；

被放置在所述透明盖的边缘处的光源，所述光源被配置成将光注入到所述透明盖中，所述透明盖引导所述光到所述透明盖处与指纹脊线交互；

在所述指纹传感器区域中沿着所述透明盖放置的过滤层，所述过滤层被配置成选择性地允许由所述指纹脊线散射的所述光通过所述过滤层；以及

沿着所述过滤层放置的光电检测器电路，所述光电检测器电路被配置成基于被允许通所述过滤层的所述经散射的光来生成指示所述指纹脊线的输出；

其中所述透明盖和所述触摸感测单元延伸穿过所述显示区域和所述指纹传感器区域；

其中所述过滤层包括被放置在所述透明盖和所述光电检测器电路之间的多个光纤，每个光纤被定向成由指纹脊线散射的所述光以在所述光纤的接受锥角内的角度被引导的情况下将所述透明盖处由指纹脊线散射的所述光引导到所述光电检测器电路。

18.如权利要求17所述的电子设备，其特征在于：

所述过滤层被配置成在由所述指纹脊线散射的所述光未以在所述多个光纤的相应光纤的所述接受锥角内的角度被引导的情况下防止由所述指纹脊线散射的所述光到达所述光电检测器电路。

19.如权利要求17所述的电子设备，其特征在于：

所述过滤层包括被放置在所述透明盖和所述光电检测器电路之间的堆叠布置中的膜；以及

所述膜包括折射率低于所述透明盖的折射率的材料。

20.如权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述透明盖、所述膜、以及所述光电检测器电路是柔性的。

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