CN110503019A - 光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学检测装置，本发明公开了一种光学检测装置，包括保护层、光源、光转换器和检测模组，保护层包括第一表面和第二表面，显示模组位于所述保护层背离第一表面的一侧。光源位于所述第二表面的一侧，向保护层的第一表面的上方发射检测光束。光转换器位于光源和第一表面之间，光转换器使检测光束偏转后从第二表面进入保护层。检测模组接收外部对象返回的检测光束并转换为电信号以获取外部对象的生物特征信息。本发明能够实现较好的屏下指纹检测效果。

Description

光学检测装置

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种利用光学成像实现指纹检测或其他检测的光学检测装置。

背景技术

随着技术进步和人们生活水平提高，对于手机、平板电脑、相机等电子产品，用户要求具有更多功能和时尚外观。目前，手机等电子产品的发展趋势是具有较高的屏占比同时具有指纹检测等功能。为了实现全面屏或接近全面屏效果，使得电子产品具有高的屏占比，屏下的指纹检测技术应运而生。然而，对于液晶显示屏等非自发光类显示器，现有技术还没有合适的屏下检测方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够解决现有技术问题的光学检测装置。

本发明的一个方面提供一种光学检测装置，其能够主动发光到外部对象上并通过接收外部对象的返回光实现生物特征检测，包括：保护层，其包括相对的第一表面和第二表面；光源，位于所述第二表面的一侧，所述光源用于向所述保护层的上方发射检测光束，所述检测光束沿所述保护层长度轴方向具有20至30度角的发光范围、且沿所述保护层宽度轴方向具有20至140度角的发光范围；光转换器，位于所述光源和所述保护层的第一表面之间，所述光转换器被配置为使从所述光源发出的至少部分检测光束偏转后从所述第二表面进入所述保护层；检测模组，位于所述保护层的下方，所述检测模组透过所述保护层接收外部对象返回的检测光束，其中，所述检测模组在所述第一表面具有视场区域，所述光转换器将光源发出的检测光束朝向所述视场区域的方向偏转为非准直光束。

某些实施例中，所述检测光束的部分或全部满足至少在所述保护层内全反射传输的条件。

某些实施例中，所述光学检测装置还包括显示模组，其位于所述保护层的下方，所述显示模组能够透过所述保护层的透明区域向外出射可见光，所述显示模组用于显示图像；外部对象为用户手指，所述检测模组透过至少部分的显示模组和所述保护层接收用户手指返回的检测光束，所述检测模组接收所述检测光束并转换为电信号以获取外部用户手指的指纹信息，所述光源和所述显示模组在所述保护层的第一表面上的正投影无重叠或部分重叠，且所述光源在垂直于第一表面的平面上的正投影位于所述显示模组在该平面上的正投影的下方。

某些实施例中，所述光转换器和所述保护层的第二表面全贴合，所述检测光束的至少部分能够在至少所述保护层内全反射传输，定义所述检测光束初次到达所述第一表面的区域为预设区域，当预设区域未有手指接触时，所述视场区域存在检测光束发生全反射，当视场区域有手指接触时，所述检测光束的至少部分在视场区域与指纹的脊接触处漫反射，所述检测模组接收漫反射的检测光束。

某些实施例中，所述预设区域和视场区域存在交叠区域，直接照射到交叠区域的检测光束满足在保护层内全反射传输的条件，且所述预设区域未与所述视场区域交叠的非交叠区域的检测光束中的至少部分能够经过全反射传输后到达所述视场区域。

某些实施例中，所述交叠区域的面积不小于所述视场区域的面积的50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％。

某些实施例中，所述光学检测装置还包括连接所述保护层和所述显示模组的光学胶，所述显示模组包括位于保护层下方的显示单元和位于显示单元下方的背光单元，所述检测光束能够在所述保护层内全反射传输，或所述检测光束能够在所述保护层、所述光学胶内全反射传输，或所述检测光束能够在所述保护层、所述光学胶和至少部分的所述显示单元内全反射传输。

某些实施例中，所述保护层具有非透明区域和透明区域，所述非透明区域位于所述透明区域周围；所述光源位于所述保护层的非透明区域的下方，所述光转换器位于所述光源和所述保护层的非透明区域之间，所述光源发出的检测光束经所述光转换器偏转后从非透明区域进入保护层，并能够直接照射到所述保护层位于透明区域的第一表面。

某些实施例中，所述保护层包括从其顶端到其底端的中线，所述光转换器位于所述保护层的底端附近的非透明区域的中线上或靠近所述中线设置，所述光转换器具有宽度和长度在1毫米至50毫米范围内的矩形形状。

某些实施例中，所述光学检测装置还包括显示模组，所述显示模组位于所述保护层的下方，所述检测模组至少部分位于所述显示模组的下方，所述检测光束在所述保护层的第一表面在指纹的脊发生漫反射回到所述保护层内部并进一步透过保护层的第二表面出射，所述检测模组能够透过至少部分显示模组接收从所述保护层出射的检测光束并转换为电信号。

本发明的有益效果在于，本发明光学检测装置包括保护层、检测模组和光源，所述保护层包括第一表面和第二表面，光源用于提供检测光束，所述检测光束从所述导光单元的第二表面进入所保护层并能够在所述保护层内部全反射传输或从一个预设区域出射。所述检测光束能够在手指的脊处漫反射后从所述保护层背离第一表面的一侧出射。所述检测模组能够接收透过所述保护层的检测光束。所述光学检测装置能够用于屏下或屏内的生物特征检测，包括指纹检测、指纹光学成像、指纹识别等。本发明光学检测装置具有较好的指纹检测效果。

附图说明

图1是本发明光学检测装置的一个实施例的示意图；

图2是图1所示光学检测装置的部分截面示意图；

图3是图1所示光学检测装置的部分立体示意图；

图4是图1所示光学检测装置的部分截面示意图；

图5是图4所示光源的部分示意图；

图6是一种光学检测装置的部分截面的示意图；

图7是一种光学检测装置的部分截面的示意图；

图8是本发明光学检测装置的一个实施例的部分截面示意图；

图9是图8所示光学检测装置的部分立体示意图。

具体实施方式

在对本发明实施例的具体描述中，应当理解，当基板、片、层或图案被称为在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案上，或者还可以存在一个或多个中间层。为了清楚的目的，可以夸大、省略或者示意性地表示说明书附图中的每一个层的厚度和大小。此外，附图中元件的大小并非完全反映实际大小。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

请同时参阅图1至图2，图1是本发明光学检测装置1的一个实施例的示意图，图2是图1中光学检测装置1沿A-A线的部分截面示意图。所述光学检测装置1包括显示装置10、光转换器17、光源18、检测模组19。所述显示装置10包括保护层11、显示模组12和固定框13。所述显示模组12位于所述保护层11的下方并能够透过所述保护层11出射可见光实现图像显示。所述固定框13收纳所述显示模组12和保护层11。

所述保护层11包括相对的第一表面111和第二表面112，以及位于所述第一表面111和第二表面112之间侧面。所述显示模组12位于所述保护层11的第二表面112的一侧。所述固定框13包括底部131和侧部132，所述底部131位于所述显示模组12的下方。所述侧部132与所述保护层11固定连接。

本实施例中，所述侧部132和保护层11的侧面连接。其他或可选实施例中，所述侧部132可以和保护层11的第二表面112连接。

所述光源18位于所述第二表面112的一侧。所述光源18固定在所述固定框13的底部131上，用于向所述保护层11的第一表面的上方发射检测光束101。所述光源18和所述显示模组12在所述保护层11的第一表面111上的正投影无重叠。所述光源18和所述显示模组12在垂直于所述第一表面111的平面上的正投影无重叠，且所述光源18在垂直于第一表面111的平面上的正投影位于所述显示模组121在该平面上的正投影的下方。所述光源18发出的检测光束通过所述固定框13的侧部132和所述显示模组12之间的空间从固定框13的底部131上方传输到所述光转换器17。

可选的，在一些实施例中，所述光源18和所述显示模组12在所述保护层11的第一表面111上的正投影部分重叠，且所述光源18在垂直于第一表面111的平面上的正投影位于所述显示模组121在该平面上的正投影的下方。

所述检测模组19位于所述显示模组12的下方，所述检测模组19和所述固定框13的底部131固定连接。例如但不限于，所述固定框13的底部131具有通孔或凹槽，所述检测模组19的部分或全部位于所述通孔或凹槽内。所述检测模组19用于透过所述保护层11和显示模组12接收外部对象返回的检测光束101。

所述光转换器17位于所述第二表面112的下方，所述光转换器17和所述第二表面112相贴合。所述光转换器17用于将光源18发出的检测光束101进行偏转后投射进入所述保护层11。所述检测模组19具有预设的视场角，其在所述第一表面111上具有视场区域V1。

所述光转换器17用于将光源18发出的检测光束101向视场区域V1所在方向偏转，使得所述检测光束101进入所述保护层11时的入射角变大。所述第二表面112具有入光区域E1，经过所述光转换器17偏转后的检测光束101从所述入光区域E1进入所述保护层11，并直接照射到第一表面111上的一个预设区域P1。所述预设区域P1为所述检测光束101进入所述保护层11后初次到达所述第一表面111的区域。所述入光区域E1例如但不限于为平面或非平面。所述预设区域P1和所述视场区域V1存在交叠区域Q1。

可选的，在一些实施例中，所述光源18和所述光转换器17具有间距，所述间距为1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米。

可选的，在一些实施例中，所述光源18和所述显示模组12在所述保护层11的第一表面111上的投影存在部分重叠。

可选的，在一些实施例中，所述光源18和所述显示模组12在垂直于所述第一表面111的平面上的投影存在部分重叠。

可选的，在一些实施例中，所述保护层11的侧面与所述固定框13连接的部分向内凹陷，而从所述保护层11的第一表面111看过去时所述固定框13被所述保护层11遮挡。所述光学检测装置1此时从第一表面111看过去时具有“全面屏”效果。

可选的，在一些实施例中，所述固定框13可以为手机等电子产品中的中框、边框等用于起到支撑和固定作用的组件。所述固定框13可以包括金属和/或塑料，或者其他合适材料。可变更地，所述显示模组12通过胶水、双面胶、螺栓、卡扣与固定框13的底部131和/或侧部132固定连接或可拆卸连接。可选的，所述显示模组12和所述固定框13的底部131和/或侧部132之间填充缓冲材料，例如但不限于泡棉等。

所述保护层11具有相连的透明区域120和非透明区域110。所述非透明区域110位于所述透明区域120的周围或边缘。所述透明区域120用于透过可见光和检测光束101。所述非透明区域310用于遮挡可见光和透射检测光束101。所述显示模组12发出的可见光束通过所述透明区域120出射到光学检测装置1的外部，从而实现图像显示。所述非透明区域110用于遮挡所述显示模组12发出的可见光束以及环境光中的可见光束，从而，使得用户在所述非透明区域110看不到光学检测装置1内部的元件。

示例性的，所述保护层11可以包括透明材料，例如但不限于，透明玻璃、透明聚合物材料、其他任意透明材料等。所述保护层11可以是单层结构，或者多层结构。所述保护层11大致为具有预定长度、宽度、厚度的薄板。所述保护层11的长度轴对应附图中的Y轴，宽度轴对应附图中的X轴，厚度轴对应附图中的Z轴。

通常，定义所述显示模组12显示图像的区域为显示区(未标示)，而所述显示区周围无法显示图像的区域为非显示区(未标示)。所述透明区域120正对所述显示区，且所述透明区域120在所述显示区的垂直投影位于所述显示区之中或与所述显示区完全重合。所述非透明区域110覆盖所述非显示区，且沿着背离所述显示区的方向超出所述非显示区。即，所述非透明区域110的面积大于所述非显示区的面积。当用户使用光学检测装置1时，用户在所述光学检测装置1的正面实际能看到的显示区域与所述透明区域120大小相同。

可选的，在一些实施例中，所述视场区域V1位于所述显示区的局部区域的正上方。进一步可选的，所述检测模组19包括图像传感器以及位于图像传感器上方的超微距镜头，其中，所述超微距镜头用于将检测光束101会聚至所述图像传感器上，所述图像传感器用于转换检测光束101为相应的电信号，所述超微距镜头与所述图像传感器在所述第一表面111的垂直投影位于所述视场区域V1之内，且所述垂直投影的面积小于所述视场区域V1的面积。

所述非透明区域110包括相对设置的上表面与下表面。所述透明区域120包括相对设置的上表面和下表面。所述保护层11的第一表面111包括所述非透明区域110的上表面和所述透明区域120的上表面。所述保护层11的第二表面112包括所述非透明区域110的下表面和所述透明区域120的下表面。所述第一表面111为所述保护层11的上表面，第二表面112为所述保护层11的下表面。

所述非透明区域110用于透过所述检测光束101且遮挡可见光束。在本申请的实施方式中，所述非透明区域110对所述检测光束101的透过率大于50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、或90％。当所述非透明区域110对所述检测光束101的透过率越大时，所述检测光束101在穿透所述保护层11之后的强度越大。

另外，所述非透明区域110对可见光束进行遮挡是指：所述非透明区域110对可见光束的透过率小于10％、5％、或1％，甚至所述非透明区域110对可见光束的透过率为0。当所述非透明区域110对所述可见光束的透过率越小时，所述非透明区域110对所述可见光束的遮挡越多。当然，可变更地，所述非透明区域110对可见光束的透过率也并不局限于小于10％，只要从所述保护层11的外部透过所述非透明区域110看不到内部元件即可。所述非透明区域110例如但不局限为通过吸收和/或反射所述可见光束，从而实现遮挡所述可见光束。

所述显示模组12位于所述透明区域120的下方。所述光转换器17为所述非透明区域110的下方，所述光源18位于所述非透明区域110的下方且位于所述光转换器17的下方。所述检测模组19位于所述显示模组12的下方。本实施例中，所述光转换器17和所述非透明区域110的下表面全贴合设置，例如但不限于，所述光转换器17和所述非透明区域110的下表面之间没有空气，检测光束101经光转换器17转换后从光转换器17不经过空气地进入保护层11。例如但不限于，所述光转换器17可以通过光学胶或其他粘合介质连接所述保护层11，检测光束101从光转换器17透过光学胶或其他粘合介质进入保护层11。

可选的，其他或变更实施例中，所述光转换器17和所述非透明区域110的下表面框贴设置，例如但不限于，所述光转换器17和非透明区域110的下表面存在空气。

在本申请中，以一个检测模组19为例进行说明，相应地，所述检测模组19在所述保护层11的第一表面111上的视场区域V1为1个。所述视场区域V1至少部分位于所述透明区域120之中。所述视场区域V1的面积小于所述透明区域120的上表面的表面积。所述视场区域V1邻近所述第一非透明区域110。可选的，在一些实施例中，所述检测模组19的数量可以为多个或所述检测模组19可以包括多个接收单元，所述多个接收单元在所述第二表面112上具有多个视场区域V1，从而可以扩大生物特征的感测面积。甚至，所述多个视场区域V1可以扩展到整个透明区域120的上表面。从而，实现全屏生物特征感测。

本实施例中，所述第一表面111为所述保护层11的上表面，所述第二表面112为所述保护层11的下表面，所述第一表面111和第二表面112相对设置。可选的，其他或变更实施例中，所述第二表面112可以为所述保护层11的斜面或侧面。所述保护层11的侧面可以是平面或弯曲面。

所述光学检测装置1能够通过用于检测外部对象的生物特征信息、生成外部对象的图像、检测外部对象的位置、判断外部对象是否为活体对象等。本实施例中，以指纹检测为例，所述视场区域V1的部分或全部为指纹检测时用户手指在第一表面111的触碰区域。所述保护层11的第一表面111为指纹检测时用户手指1000直接接触的表面，通常为所述光学检测装置1或包括所述光学检测装置1的电子产品的最外面。为描述方便，所述预设区域P1也可以看作所述检测光束101在第一表面111直接照射的区域。所述检测光束101中的部分或全部满足在所述保护层11中进行全反射传输的条件。

当所述预设区域P1上未有用户手指1000接触时，存在检测光束101在所述视场区域V1发生全反射。当所述视场区域V1上有用户手指1000接触时，检测光束101在与所述视场区域V1相接触的指纹脊处发生漫反射，检测光束101在所述视场区域V1与指纹谷正对处发生全反射。其中，发生漫反射的检测光束101中的至少部分能够穿出所述保护层11和所述显示模组12被所述检测模组19接收。所述检测模组19转换接收到的检测光束101为相应的电信号以获得指纹信息。

本实施例中，所述预设区域P1和视场区域V1具有交叠区域Q1。所述预设区域P1未与所述视场区域V1交叠的部分为非交叠区域N1。所述交叠区域Q1的面积不小于所述视场区域V1的面积的30％。例如但不限于，所述交叠区域Q1的面积为所述视场区域V1的面积的50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％。当所述交叠区域Q1占所述视场区域V1的面积比例达到100％时，所述交叠区域Q1即为所述视场区域V1，所述视场区域V1为所述预设区域P1的一部分。

当所述视场区域V1上未有用户手指接触时，在所述视场区域V1上能够发生全反射的检测光束101包括从非交叠区域(预设区域P1未与视场区域V1交叠的区域为非交叠区域)经过多次全反射传输到达所述视场区域V1的检测光束，或/和，从所述光源18进入所述保护层11内部后初次到达所述交叠区域Q1并满足在交叠区域Q1进行全反射的检测光束101。

照射到所述交叠区域Q1以外的预设区域P1上的检测光束101的部分或全部能够全反射传输后到达所述视场区域V1(包括视场区域V1和预设区域P1的交叠区域Q1以及视场区域V1未与预设区域P1交叠的区域)。当用户手指触碰所述视场区域V1时：从入光区域113进入并初次到达所述交叠区域Q1的检测光束101，其在指纹的脊处发生漫反射且在交叠区域Q1相对谷处发生全反射；从预设区域P1的交叠区域以外的部分通过全反射传输到所述视场区域V1的检测光束101，其同样在指纹的脊处发生漫反射且在交叠区域Q1相对谷处发生全反射。检测模组19在所述保护层11远离所述第一表面的一侧接收漫反射的检测光束101并用于指纹成像。需要说明的是，所述第一表面111为光学检测装置1或包括所述光学检测装置1的电子产品的最外侧表面，所述检测模组19位于所述保护层11背向所述外侧的一侧。

可选的，在一些实施例中，所述预设区域P1可以位于所述视场区域V1之中，或者所述视场区域P1位于所述预设区域P1之中，或所述预设区域P1与所述视场区域V1部分重叠，或所述预设区域P1和视场区域V1之间无交叠。当预设区域P1和视场区域V1之间无交叠时，所述预设区域P1和视场区域V1间隔设置或紧邻设置。本发明实施例对此不作限定。

可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置1应用在一电子产品中，所述电子产品包括从其顶端到其底端的中线，所述视场区域V1的中心可以位于所述中线上或靠近所述中线设置。

可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置1应用在一电子产品中，所述电子产品包括从其顶端到其底端的中线，所述预设区域P1的中心可以位于所述中线上或靠近所述中线设置。

可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置1应用在一电子产品中，所述视场区域V1与该电子产品的底部边缘之间的间隔为3至20毫米、或3至15毫米、或3至10毫米。进一步可选的，在一些实施例中，所述光源18与所述检测模组19均邻近所述电子产品的底部边缘设置，所述光源18较所述检测模组19更邻近所述电子产品的底部边缘，所述检测模组19和所述光源18的水平距离为10至15毫米。

请参阅图3，本实施例中，所述入光区域E1存在a点，所述交叠区域Q1存在b点，所述直线ab为所述入光区域E1和所述交叠区域Q1之间的最短直线。所述直线ab和所述交叠区域1或第一表面111的夹角不小于所述检测光束101在所述保护层12内进行全反射的临界角。也就是说，从所述入光区域113到所述交叠区域的最短距离的检测光束101满足在所述保护层11内进行全反射传输的条件，或者，所述光源18通过所述第二表面112直接投射到所述交叠区域的检测光束101能够在所述保护层11内进行全反射传输。

可选的，在一些实施例中，所述入光区域113与所述预设区域P1之间存在最短直线，所述最短直线与所述预设区域P1的法线之间的夹角不小于检测光束101在保护层11内进行全反射传输的临界角，或者，从所述入光区域113到所述预设区域P1的最短距离的检测光束101满足在所述保护层11内进行全反射传输的条件，或者，所述光源18通过所述第二表面112直接投射到所述预设区域P1的检测光束101满足在所述导光单元内进行全反射传输的条件。

可选的，在一些实施例中，所述入光区域113与所述视场区域V1之间存在最短直线，所述最短直线与所述视场区域V1的法线之间的夹角不小于检测光束101在保护层11内进行全反射传输的临界角，或者，从所述入光区域113到所述视场区域V1的最短距离的检测光束101满足在所述保护层11内进行全反射传输的条件，或者，所述光源18通过所述第二表面112直接投射到所述交叠区域的检测光束101满足在所述保护层11内进行全反射传输的条件。

可选的，在一些实施例中，可以理解的，只要所述光源18发射的检测光束101能够到达所述光转换器17并进一步从入光区域E1进入保护层11。所述光源18可以设置在光学检测装置1的任何位置。例如但不限于，光源18可以设置在显示模组12或检测模组19的下方并通过一个导光元件将发出的检测光束101传导至所述光转换器17。所述导光元件可以是实心的导光结构，和/或，所述导光元件可以是空腔的导光结构。可选的，在一些实施例中，所述光源18发出的检测光束101可以直接到达所述入光区域E1，而不必经过导光元件。进一步可选的，所述光转换器17在一些实施例中可以省略或集成在所述保护层11中。例如但不限于，所述保护层11集成有光转换器17的功能，所述光源18发出的检测光束101直接照射到所述入光区域E1而无需经过其他的光转换器件，所述保护层11将从所述入光区域E1进入的检测光束101的入射角度进行偏转后直接照射到预设区域P1。指纹检测时，指纹的脊接触所述视场区域V1，指纹的谷与所述视场区域V1的对应部分具有间隔物。所述间隔物可以为空气，水等。一般地，指纹的谷和所述视场区域V1之间的间隔物为空气。当然，由于手指出汗等原因，指纹的谷和所述视场区域V1之间的间隔物可以是液体或其他。本发明所述实施例以间隔物为空气进行描述，可以理解，其他可能的间隔物也属于本发明范围，本发明实施例对此不作限定。

可以理解的，虽然出于说明性的目的本申请上下文中总体上以指纹为例进行了描述，但是所述光学检测装置1并不限于指纹的检测，所述光学检测装置1的检测对象能够是要被成像的任何对象。通常地，检测对象会具有包括生物特征在内的各种特征。需要说明的是，作为示例，本发明光学检测装置1以手指指纹作为检测对象进行描述，可以理解，手掌、脚趾、掌纹、皮肤表面纹理等纹路也能够作为本发明的检测对象或待检测的外部对象的特征。

由于指纹具有脊和谷，在进行指纹检测时，脊接触第一表面111(即所述光学检测装置1的供用户触碰的外表面)。相比之下，谷不接触第一表面111，在谷与第一表面111之间具有间隔物，间隔物例如但不限于为空气。可以理解的，指纹上还可以具有诸如污点、墨水、水分等物质，本发明实施例对具有这些物质的指纹的光学成像同样适用。

所述检测光束101在指纹的脊处发生漫反射。所述检测模组19能够透过所述保护层11和显示模组12接收自脊返回的检测光束101。所述检测模组19接收所述检测光束101并转换为电信号。所述电信号能够用于指纹的光学成像或指纹检测。照射在视场区域V1与谷相对处的检测光束101发生全反射。

需要说明的是，本申请中描述的视场区域V1和预设区域P1的交叠包括：视场区域V1和预设区域P1完全重合、视场区域V1为预设区域P1的一部分区域、预设区域P1为视场区域V1的一部分、或预设区域P1和视场区域V1具有共同的部分区域。

需要说明的是，本发明附图仅为示例性表示，实际上，指纹的脊、谷的尺寸很小(约为300～500微米)，而指纹检测时需要检测的指纹范围大小约为4毫米*4毫米～10毫米*10毫米的区域，或者更大范围区域。

需要说明的是，尽管本实施例中所述入光区域E1位于所述第二表面112，但本发明并不以此为限定，所述入光区域E1可以在所述保护层11的其他位置。例如但不限于，所述入光区域E1可以位于所述保护层11的一个侧面上，所述保护层11的侧面可以与其第一表面111和的第二表面112相连。又或者，所述入光区域E1可以位于所述保护层11的一个斜面上，所述斜面可以相对所述第一表面111或第二表面112具有一定倾斜角。因此，所述入光区域E1可以位于所述保护层11的任意合适位置，本发明对此不作限定。

可选的，其他或变更实施例，直接照射到所述预设区域P1的检测光束101的部分满足在所述导光单元100内全反射传输的条件，所述检测光束101中的另一部分在预设区域P1上发生折射和/或反射。

进一步可选的，照射到预设区域P1的检测光束101中不少于20％-30％的部分满足在保护层11内全反射传输的条件。此时，例如但不限于，所述光源18的总功率可以为90mW(毫瓦)～120mW,当所述光源包括3个发光元件时，每个发光元件功率可以为30mA(毫安)～40mA、电流可以为70mA。当然，照射到预设区域P1的满足全反射传输的条件的检测光束101的比例可以大于30％、40％、50％，此时光源18的电流或功率可以适当相应调整，从而能够减小能耗和发热。而当照射到预设区域P1的满足全反射传输条件的检测光束101的比例小于20％或者10％时，光源18的电流或功率则需要相应增大，以满足指纹光学成像所需要的光强。

可选的，其他或变更实施例，从所述入光区域E1进入保护层11的检测光束101的部分或全部满足在所述保护层11内全反射传输的条件。所述全反射传输的条件包括：所述检测光束101在保护层11的第一表面的未与指纹的脊接触处全反射，在保护层11的第二表面上全反射。所述检测光束101在保护层11的第一表面与指纹1000的脊1100接触处发生漫反射。

可选的，在一些实施例中，当所述保护层11的第一表面111和第二表面112不相对设置时，例如但不限于，所述第一表面111为所述保护层11的上表面，所述第二表面112为所述保护层11的侧面，此时所述保护层11还包括和所述第一表面111相对的第三表面。所述检测光束101从第二表面112进入保护层11，并能够在第一表面111和第三表面上发生全反射，进而在所述保护层11内全反射传输。

可选的，在一些实施例中，经过所述光转换器17偏转的检测光束101在所述第一表面111的入射角为大于或等于预设阈值。示例性的，所述保护层11例如但不限于为透明玻璃，其折射率为n1＝1.5，空气折射率n0＝1.0。所述预设阈值可以为42度。可选的，考虑到材料和组装误差，在一些实施例中，所述预设阈值为42度±3度。当然，其他或变更实施例中，材料不同时，不同材料折射率不同，预设阈值亦可相应变化，均属于本发明保护范围。本发明实施例对此不作限定。

本实施例中，所述检测光束101为不可见光，包括但不限于近红外光。所述近红外光例如为波长范围750～2000nm(纳米)的光束。示例的，例如但不限于，所述检测光束101为波长800～1200nm的近红外光。

可选的，所述光源18发出的检测光束101沿所述保护层11长度轴(Y轴)方向的发光角范围具有10至50度角、且沿所述保护层宽度轴(X轴)方向的发光角范围具有20至140度角。可选的，一些实施例中，所述检测光束101沿所述保护层11长度轴(Y轴)方向的发光角范围具有20至30度角。

可选的，一些实施例中，所述光源18发出的检测光束101包括两条第一光线101a和第二光线101b，所述光线101a和101b位于沿所述保护层11的长度轴方向(即图1、图2中Y轴方向)垂直于所述第一表面111的平面内，所述第一光线101a和第二光线101b的夹角为α，所述夹角α例如但不限于为：不大于10度、20度、30度、40度、50度。其中，可选的，所述光源18具有和第一表面111平行的出光面，所述第一光线101a和/或第二光线101b相对所述第一表面111的法线的夹角不大于10度、15度、20度、25度。

请同时参阅图4，是图1中光学检测装置1沿B-B线的部分截面示意图。所述光源18包括发光单元181。图4中示例性的示意发光单元181的数量为4个，但是本发明并不以此为限定，所述发光单元181的数量可以为一个或多个。如图4所示，所述发光单元181沿X轴方向排成一排。可选的，所示光源18还包括电路板182。所述发光单元181电连接所述电路板182，所述电路板182为所述发光单元181提供发光所需的电信号，所述电信号例如但不限于电流、电压等。

请同时参阅图5，是图4所示光源18的示意图。所述发光单元181发出的检测光束101还包括第三光线101c和第四光线101d，所示第三光线101c和第四光线101d在沿X轴方向垂直于所述第一表面111的平面内，所述第三光线101c和第四光线101d之间的夹角β不小于20度。可选的，例如但不限于，20度≤β≤140度。或者，β＝20度、25度、30度、35度、40度、50度、60度、70度、80度、90度、100度、110度、120度、130度、140度。

本实施例中，经过所述光转换器17转换的检测光束101为非准直光束。也就是说，所述检测光束101从入光区域E1照射向预设区域V1时的入射角可以不相同。所述检测光束101经过所述光转换器17偏转后具有预设的扩散角度，例如但不限于，偏转后的所述检测光束101在包括长度轴和宽度轴在内水平面(XY平面)上的水平扩散角为10度～60度，在XZ平面上的垂直扩散角为10度～60度。经光转换器17偏转后的检测光束101包括多条检测光线，所述水平扩散角可以看作是夹角最大的两条检测光线在XY平面上的投影的夹角，所述垂直扩散角可以看作夹角最大的两条检测光线在XZ平面上的投影的夹角。可选的，一些实施例中，偏转后的所述检测光束101在包括保护层11的长度轴和宽度轴在内水平面(XY平面)上的水平扩散角为20度～80度或30度～140度，在XZ平面上的垂直扩散角为20度～80度、或30度～140度。

可以理解，由于所述检测光束101存在扩散角，所述预设区域P1的面积大于所述入光区域E1的面积。

所述检测模组19在所述第一表面111的垂直投影的面积小于所述视场区域V1的面积，或所述检测模组19在所述第一表面的垂直投影位于所述视场区域V1内。所述光学检测装置1通过采集漫反射的检测光束101进行成像，从而实现指纹检测和识别。所述漫反射的检测光束101能够以不同的入射角进入所述检测模组19，所述检测模组19的体积较小。

可选的，在一些实施例中，所述视场区域V1位于所述显示区的局部区域的正上方。进一步可选的，所述检测模组19包括图像传感器以及位于图像传感器上方的超微距镜头，其中，所述超微距镜头用于将检测光束101会聚至所述图像传感器上，所述图像传感器用于转换检测光束101为相应的电信号，所述超微距镜头与所述图像传感器在所述第一表面111的垂直投影位于所述视场区域V1之内，且所述垂直投影的面积小于所述视场区域V1的面积。

当然，在一些实施例中，也可以采用准直光作为检测光束。可以理解，如果使用准直光束作为检测光束，那么会导致预设区域的宽度和入光区域的宽度相同。由于现在主流的能够进行图像显示的电子产品都在追求全面屏和窄边框，所述光学检测装置1用于显示图像的区域可以称为可视区，可视区域周围的不显示图像的部分称为边框区。所述边框区较窄，而为了不影响可视区域的图像显示，所述入光区域113一般位于所述光学检测装置1的边框区，故而所述入光区域113的宽度也非常小。示例性的，所述入光区域E1的宽度为0.5毫米～1毫米。相应地，导致预设区域P1的宽度也会非常小，而视场区域V1一般为5毫米*5毫米的矩形或半径为2至5毫米的圆形区域。由于准直光的平行传输特点，预设区域P1的宽度小于视场区域V1的宽度。此时，很可能出现下述的问题：所述视场区域V1上存在某些位置没有检测光束能够直接照射到，也没有检测光束能够经过全反射后到达所述视场区域V5的这些位置。如图6所示，视场区域V1存在部分区域没有检测光束照射的这种情况导致对应这些位置的部分指纹没有能够被检测到。因此，尽管准直光的检测光束也能指纹检测或光学成像，但是具有较大的缺点，对于指纹的检测效率和成像质量上不如非准直光的检测光束101。

当然，在另外一些实施例中，也可以使用非准直的检测光束101。请参阅图7。所述非准直的检测光束101通过全反射后穿出所述保护层11并能够进一步被一个检测模组接收，此时，相当于所述光学检测装置1接收全反射的检测光束101进行成像和检测。例如，非准直的检测光束101在导光单元100的上表面全反射后透出所述光学检测装置1的保护层11并进一步被检测模组接收。指纹检测时，用户手指触摸保护层11的第一表面111上被所述检测光束101直接照射的预设区域P1，照射到脊处的检测光束101发生漫反射而不会被所述检测模组接收或检测模组接收到这部分检测光束101光强小于入射光。照射到其他位置的检测光束101发生全反射并通过一个与保护层11下表面贴合的光学元件出射到显示模组12，并能够进一步穿出所述显示模组12被检测模组接收，检测模组接收到的这部分在非脊处全反射的光强和入射光一样。从而得到指纹的具有明暗对比的图像。然，这些实施例中，需要在保护层11的第二表面112上设置光学元件，使得所述检测光束101在保护层11的第一表面111上全反射后能够从下表面出射。设置所述光学元件必然导致光学检测装置1的成本增加、组装复杂度增加。而且，这些实施例中，由于所述检测光束101为非准直光，其投射在所述保护层11的第一表面111的预设区域P1时具有一定的发散角，因此所述预设区域P1的宽度大于入光区域113的宽度。相应地，所述检测光束101在预设区域15全反射后的反射光也具有一定的发散角，那么，可以理解地，全反射至所述保护层11的下表面的检测光束101从所述下表面出射，出射的所述检测光束101在所述下表面对应具有的出射区域的宽度大于所述预设区域P1的宽度。因此，所述全反射到第二表面112并出射的检测光束101形成的指纹图像会出现比较严重的放大现象，从而引起指纹图像变形。此外，所述检测光束101在所述第二表面112的出射区域面积较大，相应的，用于接收出射的检测光束101的检测模组需要较大的体积和面积才能接收到从所述出射区域出来的检测光束101。例如但不限于，检测模组需要较大的感光面积，或者较大体积的透镜等等。例如，该检测模组需要设置较大体积透镜，所述透镜的横截面积需要不小于所述预设区域P1的面积；或者该检测模组需要设置较大体积的图像传感器，所述图像传感器的接收检测光束101的感光区域的面积需要不小于所述预设区域P1的面积。如此，为了设置该检测模组，甚至需要挤占其他部件原本的空间，这些都会影响光学检测装置的整体体积、成本和组装，并不能适用于满足设置在手机等电子产品内部的需求。

再者，根据全反射光学原理，全反射后的检测光束101在所述保护层11的第二表面112的出射区域和所述光源18的水平距离要大于所述预设区域P1和所述光源18的水平距离。而且，从所述出射区域出射的检测光束101的出射方向遵循反射和折射原理，因此接收这些检测光束101的检测模组需要设置在相应的出射光路上才能保证接收和成像效果。因此，检测模组和光源18的水平距离要大于所述预设区域P1和光源18的水平距离。检测模组需要位于所述预设区域P1远离光源18的一侧，检测光束101需要在保护层11内部传输更远的路径才能出射，而且需要在预设区域P1以外的部分进行传输。这样的话，如果预设区域P1和上述出射区域之间的保护层11出现断裂、破损时，检测光束101将无法顺利的通过全反射从第二表面112的出射区域出射。换言之，就是所述预设区域P1以外的区域损坏时会影响检测光束的接收和成像，导致用户体验下降。

在进行指纹检测时，包括但不限于，对光学检测装置1或包括光学检测装置1的电子产品解锁、支付、身份验证时，用户手指触碰所述视场区域V1。定义所述视场区域V1上与指纹的脊接触的区域为脊区域，与指纹的谷通过间隔物相对的区域为谷区域。直接或经过全反射后间接照射到所述脊区域的检测光束101发生漫反射，所述漫反射的检测光束101中的至少部分透过所述透明区域120的下表面122和所述显示模组11到达所述检测模组19。所述检测模组19接收所述检测光束101并转换为对应的电信号，所述电信号例如但不限于，可以用于形成所述指纹的特征图像，或者用于表示所述指纹的特征。

直接或经过全反射传输后间接照射到所述谷区域的检测光束301发生全反射。由于谷区域通过间隔物和指纹的谷相对，本实施例中，以间隔物为空气为例进行描述，本领域技术人员可以理解，所述间隔物可以为水，液体，汗渍，或其他物体。可选的，其他或变更实施例中，指纹检测时，所述预设区域P1的部分区域没有接触脊，也没有和谷相对，这些区域是指纹没有覆盖的区域，定义预设区域P1上未被指纹覆盖的区域为空区域。直接照射到所述空区域上的检测光束101发生全反射。

可选的，所述光学检测装置1还包括支架，所述光源18可以通过胶水、双面胶、粘接物、螺栓、支架、卡扣、卡槽、焊接等方式和所述支架固定连接或可拆卸连接。可选的，所述检测模组19可以通过胶水、双面胶、粘接物、螺栓、支架、卡扣、卡槽、焊接等方式和一个支架固定连接或可拆卸连接。进一步可选的，所述支架可以为任何用于和所述保护层11和/或所述显示模组12固定连接的部件。所述光源18和所述检测模组19可以通过所述支架和所述固定框13连接，或：所述支架为所述固定框13或固定框13的组成部分。

本实施例中，所述显示模组12可以为例如但不限于液晶显示模组、电子纸显示模组、微显示投影机模组等。所述显示模组12可以包括位于所述保护层11的下方的显示单元和位于所述显示单元下方的背光单元。所述背光单元用于向所述显示单元提供可见光的背光光束，所述显示单元用于在所述背光光束照明下显示图像。所述显示单元和背光单元能够透射在预设区域的手指脊处漫反射后从所述导光单元下表面出射的所述检测光束。进一步可选的，所述检测模组19至少部分位于所述背光单元下方；或所述检测模组19至少部分位于所述显示单元内部，或所述检测模组19至少部分位于所述背光单元内部，或所述检测模组19至少部分位于所述显示单元和背光单元之间。

可选的，其他或变更实施例中，所述显示模组12包括二相对的基板和位于所述基板之间的显示层，所述显示层可以是有机发光二极管(OLED)层，或者是液晶层。需要说明的是，本发明并不以此为限，所述显示模组12可以是其他适当的显示模组、显示组件或显示器。可选的，在一些实施例中，所述显示模组12可以为自发光型显示器件，所述显示模组12和保护层11共同构成一自发光的显示装置。

本实施例中或其他变更实施例中，所述光转换器17包括光学薄膜、光栅、光阑、光学微结构、衍射光学元件、透镜、棱镜、棱柱结构、球台结构、半圆柱结构或其他光学结构中的一种或多种，或上述之组合等。可选的，在一些实施例中，所述光转换器17也可以省略或集成在所述保护层11内。可选的，在一些实施例中，所述光转换器17设置在所述光源18的出光面与所述保护层11的下表面之间，或，所述光转换器17与所述保护层11一体成型，所述入光区域E1为所述光转换器17的部分表面。

本实施例中，所述光源18位于所述光转换器17的下方且与所述光转换器17间隔设置。所述光源18在XY平面上的沿Y轴方向的扩散角小于其沿X轴方向的扩散角。所述发光单元181沿X轴方向排成一排。为了提高光源18发出检测光束101的利用率，所述光转换器17具有大致为长的矩形的形状，和所述光源18的长条形对应。较佳地，所述光转换器17为多层光学膜或衍射光学元件。当然，所述光转换器17也可以例如为棱镜、光学微结构等，本发明不作限定。

可选的，一些实施例中，所述发光单元181宽度(沿Y轴方向)为0.5毫米，所述发光单元181为顶面发光型发光元件。示例性的，所述发光单元181的尺寸为1毫米*0.5毫米*1毫米。可选的，在一些实施例中，所述发光单元181可以为侧面发光型发光元件。

可选的，一些实施例中，所述预设区域P1的数量可以为多个，例如但不限于，所述保护层11的顶部和底部附近分别具有不同的预设区域P1。

可选的，一些实施例中，所述入光区域E1的数量可以为多个，例如但不限于，所述保护层11的顶部和底部附近分别具有不同的入光区域E1。

可选的，一些实施例中，所述光源18的数量可以为多个，例如但不限于，所述光源18可以对应所述保护层11的非透明区域110的不同位置设置在所述非透明区域110的下方。

可选的，一些实施例中，所述光转换器17的折射率大于所述保护层11的折射率。可以理解的，检测光束101从入光区域E1进入保护层11时，在光转换器17和入光区域E1的界面处发生折射，且折射角大于入射角。

可选的，一些实施例中，所述光转换器17具有相对的输入面和输出面，所述输入面正对所述光源18，所述输出面正对所述非透明区域110，所述输入面用于接收光源18发出的检测光束101，所述输出面用于向所述保护层11的非透明区域110的下表面投射具有预定的入射角的检测光束。

可选的，所述保护层11包括从其顶端到其底端的中线，所述光转换器17位于所述保护层11的底端附近的非透明区域的中线上或靠近所述中线设置，所述光转换器17具有宽度和长度范围在1毫米至10毫米、或1毫米至30毫米、或1毫米至50毫米的矩形形状。或，所述光转换器17具有其他任意满足产品需求的形状或尺寸，例如但不限于圆形，椭圆形，圆角矩形等，所述光转换器17根据产品需要可以具有不太尺寸，本发明对此不作限定。

可选的，一些实施例中，所述光源18可以进一步包括电路板182，所述电路板182为柔性电路板，所述电路板与所述发光单元181电连接，所述电路板182可以通过胶水、双面胶、粘接物、螺栓、支架、卡扣、卡槽、焊接和固定框13的侧部132和/或底部131固定连接或可拆卸连接。

可选的，一些实施例中，所述发光单元181具有正对所述光转换器17的出光面和连接电路板182的下表面，所述发光单元181的出光面的较短的边长为不大于0.5毫米。进一步可选的，所述光源18可以进一步包括电路板182，所述电路板182的较短的边长为不大于1毫米。

可选的，一些实施例中，所述发光单元181的数量可以为一个或多个，例如但不限于：1个、2个、3个、4个或更多。

可选的，所述预设区域P1和/或视场区域V1的形状可以是方形、圆形、椭圆形等，本发明实施例中不作限定。可选的，所述视场区域V1为圆形，其半径范围为2至5毫米或3至4毫米或3至5毫米。

可选的，所述发光单元181为例如但不限于LED(light emitting diode)、LD(laser diode)、VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)、Mini-LED、Micro-LED、OLED(organic light emitting diode)、QLED(quantum dot light emitting diode)中的一种或多种，或者包括LED、LD、VCSEL、Mini-LED、Micro-LED、OLED、QLED中的一种或多种组成的发光阵列。

可选的，在一些实施例中，所述保护层11包括透明基板和光学膜层。所述透明基板包括位于所述非透明区域110的部分和位于所述透明区域120的部分。所述光学膜层正对所述非显示区域110位于所述透明基板下方，所述光学膜层能够用于透射检测光束301并拦截可见光。所述光转换器17可以形成在所述光学膜层的下表面上，或者所述光转换器17可以是和所述光学膜层一体成型的。进一步可选的，所述光学膜层可以被省略。此时，所述保护层11的非透明区域110可以通过采用不透可见光材料制作。进一步可选的，所述光学膜层可以集成在所述基材的下表面、上表面、内部。进一步可选的，所述光学膜层对所述检测光束101的透过率大于50％、或60％、或70％。所述光学膜层对可见光的透过率小于10％、或5％、或1％。进一步可选的，所述光学膜层例如但不限于为红外油墨。其他或变更实施例中，所述光学膜层可以根据设计需要具有不同的结构、功能，本发明实施例对此不做限定。

所述光学检测装置1使用非准直的检测光束101，通过直接投射检测光束101到预设区域P1和视场区域V1的交叠区域，以及通过所述预设区域P1的非交叠区域的检测光束101经过全反射传输到所述视场区域V1,并且通过在显示模组12的下方接收在视场区域V1与指纹的脊接触处发生漫反射的检测光束101，从而能够捕捉触碰所述视场区域V1的指纹的光学图像，进而实现屏下的指纹检测。

需要说明的是，尽管上述实施例中以保护层11作为检测光束101全反射传输的介质，本发明实施例对此并不限定。在一些实施例中，所述检测光束101从所述保护层11的非显示区域110的下表面的入光区域E1入射进入所述保护层11，所述检测光束101可以至少在所述保护层11内进行全反射传输。例如但不限于，所述显示装置10还包括连接所述保护层11和所述显示模组12的光学胶，所述检测光束101可以在所述保护层11内全反射传输，或检测光束101可以在所述保护层11、所述光学胶内全反射传输，或者所述检测光束101可以在所述保护层11、所述光学胶和至少部分的所述显示模组11内全反射传输。进一步地，例如但不限于，所述显示模组12包括位于保护层11的下方的下述显示单元和位于显示单元下方的背光单元，所述检测光束101可以在所述保护层11、所述光学胶和至少部分的所述显示单元内全反射传输。

因此，本发明光学检测装置1能够通过利用所述检测光束101在所述光学检测装置1的不同组件和/或介质中全反射传输，以及视场区域V1与指纹的脊接触处的检测光束101漫反射后检测模组19接收并转换为电信号，从而获取指纹的光学图像并实现指纹检测和识别。

可选的，在一些实施例中，所述检测模组19还可以包括处理器和存储器，所述处理器能够根据接收的检测光束101获得用户的指纹信息，例如但不限于包括脊/谷明暗对比的指纹图像。所述存储器预先存储生物特征信息数据，所述处理器能够将获得的指纹信息和预先存储的指纹信息数据进行比对，从而实现指纹检测和识别。通过对指纹进行检测和识别，本发明光学检测装置5可用于电子产品的锁定或解锁，在线支付业务验证，金融系统或公安系统的身份验证，门禁系统的通行验证等多种产品和应用场景。

需要说明的是，本发明说明书和权利要求书的描述中出现的紧贴/贴合可以表示例如但不限于：通过层压结合在一起，或者紧紧的贴近或靠近且具有缝隙，或者通过光学介质紧密连接。本发明对此不作限定。

综上，本发明的光学检测装置1可以至少利用保护层11作为导光单元，检测光束101能够在导光单元内全反射传输。将检测光束101以满足全反射传输条件的角度射入所述保护层11并可以照射到预设区域P1。所述预设区域P1为检测光束101在保护层的第一表面111的照射区域，所述视场区域V1为指纹检测时供用户手指触碰的区域。所述预设区域P1和视场区域V1具有交叠区域Q1，照射到交叠区域Q1的检测光束101也就相当于能够直接照射到指纹的脊。照射到所述预设区域P1未与视场区域V1交叠的非交叠区域的检测光束101能够经过多次全反射传输后到达所述视场区域V1。由于指纹的谷和视场区域V1之间具有空气间隔，检测光束101在视场区域V1和谷相对的位置处发生全反射，并能够在导光单元内全反射传输。由于指纹的脊和预设区域之间直接接触，检测光束101在视场区域V1和脊接触的位置处发生漫反射，一部分漫反射的检测光束101能够透过所述透明区域120的下表面后被所述检测模组19接收。所述检测光束101为非准直光和/或准直光，包括但不限于非准直的近红外光。所述检测模组19接收漫反射的检测光束101进行成像，由于漫反射的光束特性是向空间各个方向发散，其中至少部分漫反射后的检测光束101从导光单元的下表面出射，从所述导光单元的下表面出射的检测光束101的至少部分能够被所述检测模组19接收，所述检测光束501进入所述检测模塑19时可以具有不同的入射角。

所以，所述检测模组19可以大致设置在所述视场区域V1的正下方位置即可接收到所述漫反射的检测光束101。当然，所述检测模组19可以设置在光学检测装置1的任意位置，只要所述检测模组19能够接收到来自脊处漫反射的检测光束101，均为本发明保护范围。本发明对此不作限定。所述检测模组19和光源18的水平距离可以小于或等于所述视场区域V1和所述光源18的水平距离。本实施例中，所述检测模组19和所述光源18的水平距离大约为10～15毫米。当然，可选的，在一些实施例中，所述检测模组19可以邻近所述光源18设置，所述检测模组19和所述光源18的水平距离可以小于10毫米、8毫米、5毫米。

所述检测模组19位于所述视场区域V1下方时，检测光束101在导光单元中传输的路径较短，所述检测光束101不需要再所述导光单元的其他区域全反射传输。因此，所述检测模组19接收到的检测光束101能量损耗较小。另外，如上所述，所述检测模组19的尺寸或体积较小，从而可以满足设置在手机等电子产品的内部的需求。

因此，本发明的光学检测装置1及变更实施例中采用非准直的检测光束101，所述非准直的检测光束101能够直接照射到整个预设区域P1，从而直接到达指纹的脊的检测光束101具有更多的能量，而且对于整个预设区域P1的指纹信息都能够检测。本发明光学检测装置1及其变更实施例具有较好的指纹检测效果。

请再同时参阅图8和图9，光学检测装置1的一个变更实施例中，光学检测装置1a和光学检测装置1的结构基本相同，为描述方向，元件标号保持一致。光学检测装置1a和光学检测装置1的区别在于：光转换器17和所述保护层11的第二表面112具有空气间隔，例如但不限于，所述光转换器17和所述第二表面112之间框贴设置，或者所述光转换器17和第二表面112之间间隔一定距离。

在一些实施例中，所述光转换器17和所述第二表面112之间间隔可以为0-1毫米、1毫米-1.5毫米、1.5毫米-2毫米、或者大于2毫米。

由于光转换器17和第二表面112之间间隔有空气，被光转换器17偏转角度后的检测光束101中的至少部分经由空气折射进入保护层11，这部分检测光束101进入保护层11后不会发生全反射。此时，光转换器17将检测光束101向视场区域V1的方向偏转后，所述检测光束101中至少部分经由空气进入所述保护层11，并从第一表面111出射。所述检测光束101在第一表面111上具有直接照射的预设区域P1。检测光束101从预设区域P1出射到保护层11的上方。所述出射的检测光束101能够进入手指1000内部，所述检测光束101在手指1000内部传输，然后分别从手指1000的脊和谷透射出来。所述检测光束101在谷和脊处主要发生折射并射出光强不同的检测光束101。从脊和谷折射进入保护层11的检测光束101能够透过保护层11和显示模组12到达所述检测模组19。所述检测模组19接收所述检测光束101并转换为电信号，所述电信号能够用于生成对应脊和谷的具有对比度的指纹图像。图8中所示预设区域P1和视场区域V1间隔设置且没有交叠，其他或变更实施例中，所述预设区域P1和视场区域V1可以存在交叠区域，所述交叠区域的面积不大于所述视场区域V1的面积的30％、25％、20％、15％、10％、5％；或者所述预设区域P1和视场区域V1不存在交叠但边缘紧挨设置。

所述光学检测装置1a使用从手指1000透射的检测光束101进行指纹光学成像，从而得到具有对比度的脊和谷的指纹图像，进而实现指纹检测和识别。所述光学检测装置1a同时接收来自脊和谷透射的检测光束101，而光学检测装置1只接收来自脊处漫反射的检测光束101。理想情况下，光学检测装置1的成像对比度要好一些，但光学检测装置1a的泛用性(Versatility)好一些。

可选的，在一些实施例中，检测光束101在手指1000表面发生反射，所述检测模组19能够接收在手指1000表面反射的检测光束101并用于指纹成像。

结合上述实施例，本发明实施例中的检测模组19接收能够接收外部的手指1000返回的检测光束101并用于指纹检测，所述经由手指1000返回的检测光束101包括但不限于：在指纹的脊处发生漫反射的检测光束101，和/或，进入手指1000内部后被手指1000透射出来的检测光束101，和/或，在手指1000表面发生反射的检测光束101。

需要说明的是，所述检测模组19接收在脊处漫反射的检测光束101并用于指纹光学成像，或所述检测模组19接收来自脊和谷的折射的检测光束101并用于指纹光学成像。然而，本发明并不以此为限定，所述检测模组19可以接收其他带有指纹特征信息的光束进行成像或检测。例如但不限于，所述检测模组19可以接收来自用户手指表面(包括指纹的脊和/或谷)直接反射的检测光束101并用于指纹检测；例如但不限于，所述检测模组19可以接收用户手指反射的外部环境中的可见光和/或不可见光并用于指纹检测；例如但不限于，所述检测模组19可以接收用户手指透射的外部环境中的可见光和/或不可见光并用于指纹检测；例如但不限于，所述检测模组19可以接收用户手指发射的可见光和/或不可见光并用于指纹检测。进一步的，上述的指纹检测也可以是针对其他检测对象的检测，能够通过光学成像方式获得检测对象的特征信息的皆可。因此，尽管本发明实施例以接收漫反射的检测光束101为例进行描述，其他可能的用于指纹光学成像的光束也属于本发明保护范围。

本申请中，所述光学检测装置1或1a可以是手机、平板电脑、智能手表、增强现实/虚拟现实装置、人体动作检测装置、自动驾驶汽车、智能家居设备、安防设备、医疗设备、智能机器人等，或上述的组件。

本发明的上述实施例或变更实施例及相应变更设置中关于导光单元、显示模组、光源、光转换器、发光单元、入光区域、预设区域、视场区域等的结构、位置也可以应用在本发明公开的其他实施例中，由此得到实施例及其替换、变形、组合、拆分、扩展、省略等均属于本发明保护范围。

需要说明的是，本发明描述中可能出现的出光面、入光面等，可以是实际存在的实体表面，也可以是假想表面，不影响本发明技术方案实现，均属于本发明范围。另外，本发明描述中可能出现的“重叠”、“重合”、“交叠”，应理解为具有相同意思并可以相互替换。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在不付出创造性劳动的前提下，本发明实施例的部分或全部，以及对于实施例的部分或全部的变形、替换、变更、拆分、组合、扩展等均应认为被本发明的发明创造思想所涵盖，属于本发明的保护范围。

在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中不同位置出现的这种短语并不一定全部指相同的实施例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征或结构时，所主张的是，结合这些实施例的其它实施例来实现这种特征或结构在本领域技术人员的技术范围内。

本发明说明书中可能出现的“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“背面”、“正面”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“内部”、“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。相似的标号和字母在附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，“多种”或“多个”的含义是至少两种或两个，除非另有明确具体的限定。本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。权利要求书中所使用的术语不应理解为将发明限制于本说明书中所公开的特定实施例。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光学检测装置，其能够主动发光到外部对象上并通过接收外部对象的返回光实现生物特征检测，其特征在于，包括：

保护层，其包括相对的第一表面和第二表面；

光源，位于所述第二表面的一侧，所述光源用于向所述保护层的上方发射检测光束，所述检测光束沿所述保护层长度轴方向具有20至30度角的发光范围、且沿所述保护层宽度轴方向具有20至140度角的发光范围；

光转换器，位于所述光源和所述保护层的第一表面之间，所述光转换器被配置为使从所述光源发出的至少部分检测光束偏转后从所述第二表面进入所述保护层；

检测模组，位于所述保护层的下方，所述检测模组透过所述保护层接收外部对象返回的检测光束，其中，所述检测模组在所述第一表面具有视场区域，所述光转换器将光源发出的检测光束朝向所述视场区域的方向偏转为非准直光束。

2.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述检测光束的部分或全部满足至少在所述保护层内全反射传输的条件。

3.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置还包括显示模组，其位于所述保护层的下方，所述显示模组能够透过所述保护层的透明区域向外出射可见光，所述显示模组用于显示图像；外部对象为用户手指，所述检测模组透过至少部分的显示模组和所述保护层接收用户手指返回的检测光束，所述检测模组接收所述检测光束并转换为电信号以获取外部用户手指的指纹信息，所述光源和所述显示模组在所述保护层的第一表面上的正投影无重叠或部分重叠，且所述光源在垂直于第一表面的平面上的正投影位于所述显示模组在该平面上的正投影的下方。

4.如权利要求3所述的光学检测装置，其特征在于，所述光转换器和所述保护层的第二表面全贴合，所述检测光束的至少部分能够在至少所述保护层内全反射传输，定义所述检测光束初次到达所述第一表面的区域为预设区域，当预设区域未有手指接触时，所述视场区域存在检测光束发生全反射，当视场区域有手指接触时，所述检测光束的至少部分在视场区域与指纹的脊接触处漫反射，所述检测模组接收漫反射的检测光束。

5.如权利要求4所述的光学检测装置，其特征在于，所述预设区域和视场区域存在交叠区域，直接照射到交叠区域的检测光束满足在保护层内全反射传输的条件，且所述预设区域未与所述视场区域交叠的非交叠区域的检测光束中的至少部分能够经过全反射传输后到达所述视场区域。

6.如权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于，所述交叠区域的面积不小于所述视场区域的面积的50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％。

7.如权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置还包括连接所述保护层和所述显示模组的光学胶，所述显示模组包括位于保护层下方的显示单元和位于显示单元下方的背光单元，所述检测光束能够在所述保护层内全反射传输，或所述检测光束能够在所述保护层、所述光学胶内全反射传输，或所述检测光束能够在所述保护层、所述光学胶和至少部分的所述显示单元内全反射传输。

8.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述保护层具有非透明区域和透明区域，所述非透明区域位于所述透明区域周围；所述光源位于所述保护层的非透明区域的下方，所述光转换器位于所述光源和所述保护层的非透明区域之间，所述光源发出的检测光束经所述光转换器偏转后从非透明区域进入保护层，并能够直接照射到所述保护层位于透明区域的第一表面。

9.如权利要求8所述的光学检测装置，其特征在于，所述保护层包括从其顶端到其底端的中线，所述光转换器位于所述保护层的底端附近的非透明区域的中线上或靠近所述中线设置，所述光转换器具有宽度和长度在1毫米至50毫米范围内的矩形形状。

10.如权利要求8所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置还包括显示模组，所述显示模组位于所述保护层的下方，所述检测模组至少部分位于所述显示模组的下方，所述检测光束在所述保护层的第一表面在指纹的脊发生漫反射回到所述保护层内部并进一步透过保护层的第二表面出射，所述检测模组能够透过至少部分显示模组接收从所述保护层出射的检测光束并转换为电信号。