CN108564023A - 指纹识别装置和显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种指纹识别装置，包括摄像模块，所述摄像模块包括采光镜头，所述指纹识别装置还包括发光模块和光波导模块；所述光波导模块具有入光面；所述发光模块朝向所述指纹识别装置的外部发光，且所述发光模块的至少一部分光线能够被所述发光模块出光侧的指纹反射至所述光波导模块的入光面，所述光波导模块用于将射入其入光面的光线进行多次全反射后，射向所述采光镜头。相应地，本发明还提供一种显示设备。本发明的显示设备在进行指纹识别时，能够防止因指纹沾水而错误识别的问题，且可以控制生成成本。

Description

指纹识别装置和显示设备
技术领域
本发明涉及智能设备领域，具体涉及一种指纹识别装置和显示设备。
背景技术
指纹识别技术在诸多领域得到了广泛应用，日常所使用的手机等设备上越来越多地集成有指纹识别功能。目前手机上多采用电容式指纹识别技术，在手机背面或主键(Home键)上集成电容式指纹识别结构。而由于电容式指纹识别技术是通过检测电容来判断指纹的谷和脊，从而进行指纹识别的，因此，当手指上沾水时，容易导致识别错误或失灵。而对于利用光学式指纹识别技术的手机中，需要额外设置图像采集单元进行图像采集，这种方式则会增加生产成本。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种指纹识别装置和显示设备，以防止因指纹沾水而错误识别的问题，并控制生成成本。
为了解决上述技术问题之一，本发明提供一种指纹识别装置，包括摄像模块，所述摄像模块包括采光镜头，所述指纹识别装置还包括发光模块和光波导模块；所述光波导模块具有入光面；
所述发光模块朝向所述指纹识别装置的外部发光，且所述发光模块的至少一部分光线能够被所述发光模块出光侧的指纹反射至所述光波导模块的入光面，所述光波导模块用于将射入其入光面的光线进行多次全反射后，射向所述采光镜头。
优选地，所述发光模块、所述光波导模块和所述采光镜头沿预定方向依次排列，所述预定方向垂直于所述采光镜头的光轴；
所述光波导模块包括沿所述发光模块的出光方向依次叠置的第一光疏介质层、光密介质层和第二光疏介质层，所述第一光疏介质层和所述第二光疏介质层的折射率均小于所述光密介质层的折射率；
所述光密介质层具有与所述第一光疏介质层贴合的底面、与所述第二光疏介质层贴合的顶面、朝向所述发光模块所在区域的入光面和朝向所述采光镜头所在区域的出光面，所述光密介质层的入光面为所述光波导模块的入光面，射入所述光密介质层入光面的至少一部分光线能够在所述光密介质层中发生多次全反射后，从所述出光面射出。
优选地，所述光密介质层的出光面为斜面，且与底面之间的角度为锐角；所述光波导模块还包括设置在所述第二光疏介质层上的反射层，所述反射层朝向所述光密介质层的出光面设置，用于将从所述出光面射出的光线反射至所述采光镜头。
优选地，所述反射层设置在所述第二光疏介质层背离所述第一光疏介质层的表面上。
优选地，所述发光模块包括发光件、导光板和透光膜层，所述导光板设置在所述发光件的出光侧，所述导光板的入光面朝向所述发光件设置，所述导光板的出光面朝向所述透光膜层设置；所述透光膜层设置在所述导光板背离所述发光件的一侧，被所述指纹反射的至少一部分光线能够经过所述透光膜层而射入所述光密介质层的入光面。
优选地，所述发光模块用于发射单色光。
相应地，本发明还提供一种显示设备，包括显示面板和上述指纹识别装置，所述采光镜头、所述发光模块和所述光波导模块均位于所述显示面板所在区域外的周边区域。
优选地，所述光密介质层与所述采光镜头之间以及所述发光模块与所述显示面板之间均设置有遮光块。
优选地，所述显示设备还包括位于所述显示面板出光侧的盖板以及位于所述采光镜头入光侧的保护板，所述第二光疏介质层、所述盖板、所述保护板和所述透光膜层为一体结构。
优选地，所述发光模块、所述光波导模块和所述采光镜头沿逐渐远离所述显示面板的方向依次排列。
在本发明中，发光模块的光线被出光侧的指纹反射，反射光线的至少一部分最终进入采光镜头，以使得摄像模块采集到指纹图像，从而进行指纹识别。与电容式指纹识别的方式相比，这种光学式指纹识别的方式不会因为手指上沾水而发生识别错误或失灵；并且，由于利用了设备上已有的摄像模块采集指纹图像，因此，不需要再额外增加图像采集的结构，从而降低了整体成本。另外，由于被指纹反射的光线的至少一部分是在光波导模块内发生多次反射后，才射向采光镜头的，即，包括指纹信息的光线经过较长的路径才进入采光镜头，从而防止因指纹与采光镜头之间距离过小而无法成像。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例中提供的指纹识别装置的剖视图；
图2是本发明实施例中摄像模块的结构分解图；
图3是本发明实施例中提供的显示设备的部分的剖视图；
图4为显示设备中的显示面板、采光镜头、发光模块和光波导模块的位置关系示意图。
其中，附图标记为：
10、显示面板；20、摄像模块；21、采光镜头；22、棱镜组；23、感光器件；30、发光模块；31、发光件；32、导光板；33、透光膜层；40、光波导模块；41、第一光疏介质层；42、第二光疏介质层；43、光密介质层；44、反射层；50、遮光块；60、背板；70、盖板；80、保护板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种指纹识别装置，结合图1和图2所示，所述指纹识别装置摄像模块20、发光模块30和光波导模块40，摄像模块20包括采光镜头21、棱镜组22和感光器件23等结构。光波导模块40具有入光面。发光模块30朝向指纹识别装置的外部发光，且发光模块30的至少一部分光线能够被发光模块30出光侧的指纹反射至光波导模块40的入光面，光波导模块40用于将射入其入光面的光线进行多次全反射后，射向采光镜头21。
指纹识别装置尤其适用于手机、平板电脑等显示设备，当然也可以适用于打卡机等设备，摄像模块20可以为设备上用于拍照的摄像头。在本发明中，发光模块30的光线被出光侧的指纹反射，反射光线的至少一部分最终进入采光镜头21，以使得摄像模块20采集到指纹图像，从而进行指纹识别。与电容式指纹识别的方式相比，这种光学式指纹识别的方式不会因为手指上沾水而发生识别错误或失灵；并且，由于利用了设备已有的摄像模块20采集指纹图像，因此，不需要再额外增加图像采集的结构，从而降低了整体成本。
其中，光波导模块40的设置是为了使得摄像模块20能够清楚地得到指纹图像。在图2所示的摄像模块20中，采光镜头21的等效焦距f约为24mm，感光器件23与采光镜头21的间距(即，像距v)较小，在1～5mm之间；根据成像公式(1/u+1/v＝1/f)，采光镜头21只能对距离(物距u)超过15cm以上的物体清晰成像，如果直接将指纹贴近到采光镜头21，则因为镜头焦距21的限制，无法直接得到指纹图像，而在本发明中，被指纹反射的光线的至少一部分是在光波导模块40内发生多次反射后，才射向采光镜头21的，即，包括指纹信息的光线经过较长的路径才进入采光镜头21，也就相当于指纹在采光镜头21的焦距之外，从而使得摄像模块20的感光器件23可以清晰成像，实现对指纹图像的采集。
为了便于被指纹反射的光线进入光波导模块40的入光面，并便于光波导模块40所射出的光线进入采光镜头21，本发明将发光模块30、光波导模块40和采光镜头21沿预定方向依次排列，该预定方向垂直于采光镜头21的光轴。
下面结合图1对发光模块30和光波导模块40的结构进行介绍。
如图1所示，光波导模块40包括沿发光模块30的出光方向依次叠置的第一光疏介质层41、光密介质层43和第二光疏介质层42，第一光疏介质层41和第二光疏介质层42的折射率均小于光密介质层43的折射率。其中，第一光疏介质层41和第二光疏介质层42的折射率可以相同。光密介质层43具有与第一光疏介质层41贴合的底面、与第二光疏介质层42贴合的顶面、朝向发光模块30所在区域的入光面和朝向采光镜头21所在区域的出光面，光密介质层43的入光面为上述光波导模块40的入光面，射入光密介质层43入光面的光线的至少一部分能够在光密介质层43中发生多次全反射后，从所述出光面射出，进而射向采光镜头21。
进一步地，光密介质层43的入光面可以为斜面，且与底面之间的角度为锐角，以接收更多被指纹反射的光线。光密介质层43的出光面为斜面，且与底面之间的角度为锐角。光波导模块40还包括设置在第二光疏介质层42上的反射层44。反射层44朝向光密介质层43的出光面设置，以将从出光面射出的光线反射至采光镜头21。
需要说明的是，采光镜头21与光密介质层43并不在同一平面上，而是将光密介质层43设置在采光镜头21前方(即，入光侧)的平面上，以便于光密介质层43出光面射出的光线进入采光镜头21，如图1所示。由于光密介质层43的折射率大于第一光疏介质层41和第二光疏介质层42的折射率，因此，至少一部分光线在光密介质层43中射向光密介质层43的顶面和底面时，入射角会大于全反射的临界角，从而在光密介质层43中进行多次全反射；当多次全反射的光线射向出光面时，由于出光面是朝反射层44倾斜的，因此，至少一部分光线的入射角将小于全反射临界角，从而射向反射层44，而被反射层44反射至采光镜头21。当出光面的面积为s，发光模块30所在区域的面积为D时，包含指纹信息的光线进入采光镜头21，相当于在采光镜头21的焦距外形成一个缩小的指纹图像，该图像为原始图像大小的s/D，因此，在实际应用中，可以根据采光镜头21的焦距来设置发光模块30所在区域的大小和出光面的大小。
其中，反射层44可以设置在第二光疏介质层42朝向第一光疏介质层41的表面上，也可以设置在第二光疏介质层42背离第一光疏介质层41的表面上。优选地，如图1所示，反射层44设置在第二光疏介质层42背离第一光疏介质层41的表面上，光密介质层43与采光镜头21之间设置有遮光块50，光密介质层43与采光镜头21之间的遮光块50用于防止一些不含指纹信息的杂光进入采光镜头21。应当理解的是，第二光疏介质层42和采光镜头21之间并没有被遮光块50间隔开，因此，被反射层44所反射的光线可以经过第二光疏介质层42而进入采光镜头21。
上述光波导模块40中，光密介质层43的出光面所射出的光线被反射层44反射而进入采光镜头21；当然，也可以不设置反射层44，而使光密介质层43的出光面与底面呈钝角，从而出光面射出的光线直接进入采光镜头21，这种情况下，光密介质层43与采光镜头21之间不再设置遮光块。
如图1所示，发光模块30包括发光件31、导光板32和透光膜层33，导光板32设置在发光件31的出光侧，透光膜层33设置在导光板32背离发光件31的一侧，光密介质层43所在平面位于导光板32背离发光件31的一侧，被所述指纹反射的至少一部分光线能够经过透光膜层33而射入光密介质层43的入光面。导光板32的入光面朝向发光件31设置，出光面朝向透光膜层33设置，导光板32用于将射向其入光面的光线扩散后，从导光板32的出光面射出，从而产生均匀的面光源，以使更多的光线能被指纹反射至光密介质层43中。
其中，发光模块30用于发射单色光，发光模块30所发射的单色光一方面可以用于进行指纹识别，另一方面可以作为指纹采集区域的标志。具体地，发光件31的数量为多个，发光件31可以为单色光LED，且多个单色光LED的发光颜色相同，发光颜色可以为红光、绿光、蓝色或黄色等。发光件31可以设置在不透光的背板60上。导光板32位于发光件31背离背板60的一侧。
相应地，本发明还提供一种显示设备，如图3所示，该显示设备包括显示面板10和上述指纹识别装置。所述显示设备可以为手机(如图4所示)、平板电脑等设备，摄像模块20可以为显示设备的后置摄像头，这时，采光镜头21、发光模块30和光波导模块40可以均位于显示面板10的背后，发光模块30的出光方向与显示面板10的出光方向相反。为了防止显示设备的厚度过大，可以将采光镜头21、发光模块30和光波导模块40均设置在显示面板10所在区域外的周边区域。另外，摄像模块20可以为显示设备的前置摄像头，此时，发光模块30的出光方向与显示面板10的出光方向相同。
通常在手机、平板电脑等显示设备中，前置摄像头的采光镜头21与显示面板10之间存在一定的间隙，为了防止增大显示设备的边框宽度，可以将光波导模块40和发光模块30均设置在显示面板10与采光镜头21之间，即，发光模块30、光波导模块40和采光镜头21沿远离显示面板10的方向依次排列(如图4所示)。
如图3所示，发光模块30与显示面板10之间也设置有遮光块50，以防止指纹识别过程中的光线与显示面板10所出射的光发生干扰。另外，如图3所示，所述显示设备还包括位于显示面板10出光侧的盖板70以及位于采光镜头21入光侧的保护板80，第二光疏介质层42、盖板70、保护板80和透光膜层33为一体结构，从而使显示设备的表面更平整，防止发光模块30、光波导模块40的设置对显示设备的整体外观造成影响。
以上为对本发明的指纹识别装置和显示设备的描述，可以看出，本发明的指纹识别装置的摄像模块不仅可以用于拍照，还可以用于指纹识别，这种光学式指纹识别的方式不需引入传感器等器件，不会出现因手指沾水而导致识别错误的问题，并节省了成本；另外，显示设备在进行指纹识别时，不会对显示造成干扰。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种指纹识别装置，包括摄像模块，所述摄像模块包括采光镜头，其特征在于，所述指纹识别装置还包括发光模块和光波导模块；所述光波导模块具有入光面；
所述发光模块朝向所述指纹识别装置的外部发光，且所述发光模块的至少一部分光线能够被所述发光模块出光侧的指纹反射至所述光波导模块的入光面，所述光波导模块用于将射入其入光面的光线进行多次全反射后，射向所述采光镜头。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光模块、所述光波导模块和所述采光镜头沿预定方向依次排列，所述预定方向垂直于所述采光镜头的光轴；
所述光波导模块包括沿所述发光模块的出光方向依次叠置的第一光疏介质层、光密介质层和第二光疏介质层，所述第一光疏介质层和所述第二光疏介质层的折射率均小于所述光密介质层的折射率；
所述光密介质层具有与所述第一光疏介质层贴合的底面、与所述第二光疏介质层贴合的顶面、朝向所述发光模块所在区域的入光面和朝向所述采光镜头所在区域的出光面，所述光密介质层的入光面为所述光波导模块的入光面，射入所述光密介质层入光面的至少一部分光线能够在所述光密介质层中发生多次全反射后，从所述出光面射出。
3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光密介质层的出光面为斜面，且与底面之间的角度为锐角；所述光波导模块还包括设置在所述第二光疏介质层上的反射层，所述反射层朝向所述光密介质层的出光面设置，用于将从所述出光面射出的光线反射至所述采光镜头。
4.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述反射层设置在所述第二光疏介质层背离所述第一光疏介质层的表面上。
5.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光模块包括发光件、导光板和透光膜层，所述导光板设置在所述发光件的出光侧，所述导光板的入光面朝向所述发光件设置，所述导光板的出光面朝向所述透光膜层设置；所述透光膜层设置在所述导光板背离所述发光件的一侧，被所述指纹反射的至少一部分光线能够经过所述透光膜层而射入所述光密介质层的入光面。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光模块用于发射单色光。
7.一种显示设备，其特征在于，包括显示面板和权利要求1至6中任意一项所述的指纹识别装置，所述采光镜头、所述发光模块和所述光波导模块均位于所述显示面板所在区域外的周边区域。
8.根据权利要求7所述的显示设备，其特征在于，所述指纹识别装置为权利要求3所述的指纹识别装置，所述光密介质层与所述采光镜头之间以及所述发光模块与所述显示面板之间均设置有遮光块。
9.根据权利要求7所述的显示设备，其特征在于，所述指纹识别装置为权利要求5所述的指纹识别装置，所述显示设备还包括位于所述显示面板出光侧的盖板以及位于所述采光镜头入光侧的保护板，所述第二光疏介质层、所述盖板、所述保护板和所述透光膜层为一体结构。
10.根据权利要求7所述的显示设备，其特征在于，所述发光模块、所述光波导模块和所述采光镜头沿逐渐远离所述显示面板的方向依次排列。
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