CN110832503A - 光学指纹装置，电子设备和测量距离的方法 - Google Patents

Abstract

一种光学指纹装置、电子设备和测量距离的方法，该光学指纹装置包括用于设置在电子设备的显示屏的下方，包括：光学组件，用于将从显示屏上的第一图案返回的第一光信号沿第一方向引导至光学传感器，并且将从显示屏上的第二图案返回的第二光信号沿第二方向引导至光学传感器，其中，第一方向和第二方向不同；光学传感器，用于接收从显示屏上的第一图案和第二图案返回并经光学组件传输的光信号，以得到第一图案和第二图案在光学传感器的成像面上所成的像；显示屏上第一图案和第二图案之间的距离，第一图案的像和第二图案的像之间的距离，以及第一方向和第二方向分别与显示屏的法线方向之间的夹角用于确定显示屏到光学传感器的成像面之间的距离。

Description

光学指纹装置，电子设备和测量距离的方法

技术领域

本申请实施例涉及光学指纹技术领域，并且更具体地，涉及光学指纹装置，电子设备和测量距离的方法。

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，性能更优的屏下生物特征识别技术，例如屏下光学指纹识别技术已成为大众所需。

屏下光学指纹识别技术是将光学指纹装置设置于显示屏下，通过光学指纹装置中的指纹传感器接收从手指反射的光进行指纹成像，实现指纹识别。但是，受工艺误差，安装误差和贴膜等因素的影响，手指到指纹传感器的距离可能不同，相应的指纹传感器接收到的光信号的强度不同，导致指纹识别性能也不同。因此，如何确定手指到指纹传感器的距离，以调整指纹识别算法或确定该光学指纹装置的安装是否合格是一项亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种光学指纹装置，电子设备和测量距离的方法，能够确定手指到光学传感器之间的距离。

第一方面，提供了一种光学指纹装置，用于设置在电子设备的显示屏的下方，包括：光学组件，用于将从所述显示屏上的第一图案返回的第一光信号沿第一方向引导至光学传感器，并且将从所述显示屏上的第二图案返回的第二光信号沿第二方向引导至所述光学传感器，其中，所述第一方向和所述第二方向不同；光学传感器，用于接收从所述显示屏上的所述第一图案和所述第二图案返回并经所述光学组件传输的光信号，以得到所述第一图案和所述第二图案在所述光学传感器的成像面上所成的像；

其中，所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角用于确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

在一些可能的实现方式中，所述第一方向和所述第二方向与所述显示屏的法线方向均呈第一角度，且所述第一方向和所述第二方向沿所述显示屏的法线方向对称。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P根据以下公式确定：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，所述θ表示所述第一角度。

在一些可能的实现方式中，所述光学组件包括斜孔准直器，所述斜孔准直器包括至少一个第一准直孔和至少一个第二准直孔，其中，所述第一准直孔用于将从所述第一图案返回的所述第一光信号沿所述第一方向引导至所述光学传感器，所述第二准直孔用于将从所述第二图案返回的所述第二光信号沿所述第二方向引导至所述光学传感器。

在一些可能的实现方式中，所述至少一个第一准直孔中的每个第一准直孔与所述显示屏的法线方向呈所述第一角度，所述至少一个第二准直孔中的每个第二准直孔与所述显示屏的法线方向呈所述第一角度。

在一些可能的实现方式中，所述光学组件包括镜头，所述镜头用于将从所述第一图案返回的所述第一光信号沿所述第一方向传输至所述光学传感器，以及将从所述第二图案返回的所述第二光信号沿所述第二方向传输至所述光学传感器。

在一些可能的实现方式中，所述光学组件包括至少一挡光层和微透镜阵列，所述至少一挡光层设置在所述微透镜阵列下方，所述至少一挡光层中的每个挡光层中设置有多个通光孔，所述多个通光孔对应于所述微透镜阵列中的多个微透镜；

其中，所述微透镜阵列用于将从所述第一图案返回的所述第一光信号沿所述第一方向传输至所述光学传感器，以及将从所述第二图案返回的所述第二光信号沿所述第二方向传输至所述光学传感器。

在一些可能的实现方式中，所述多个微透镜包括至少一个第一微透镜和至少一个第二微透镜，所述多个通光孔包括至少一个第一通光孔和至少一个第二通光孔，所述至少一个第一通光孔与所述至少一个第一微透镜一一对应，所述至少一个第二通光孔与所述至少一个第二微透镜一一对应，其中，所述第一微透镜的中心和对应的第一通光孔的中心的连线与所述显示屏的法线方向呈第一角度，所述第二微透镜的中心和对应的第二通光孔的中心的连线与所述显示屏的法线方向呈所述第一角度。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述显示屏包括多个OLED光源，其中所述光学指纹装置采用至少部分OLED光源作为光学指纹检测的激励光源。

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指纹装置，其中，所述光学指纹装置设置在所述显示屏的下方。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述显示屏包括多个OLED光源，其中所述光学指纹装置采用至少部分OLED光源作为光学指纹检测的激励光源。

第三方面，提供了一种测量距离的方法，应用于光学指纹装置，其中，所述光学指纹装置用于设置在电子设备的显示屏的下方，所述方法包括：

接收从所述显示屏上的第一图案返回的第一光信号，以及从所述显示屏上的第二图案返回的第二光信号，以得到所述第一图案和所述第二图案在所述光学指纹装置的光学传感器的成像面上所成的像，其中，所述第一光信号是沿第一方向传输至所述光学传感器的，所述第二光信号是沿第二方向传输至所述光学传感器的，所述第一方向和所述第二方向不同；

其中，所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角用于确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

在一些可能的实现方式中，所述方法还包括：

根据所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

在一些可能的实现方式中，所述第一方向和所述第二方向与所述显示屏的法线方向呈第一角度，且所述第一方向和所述第二方向沿所述显示屏的法线方向对称，其中，所述根据所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离，包括：根据如下公式，确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，所述θ表示所述第一角度。

本申请实施例的技术方案，可以通过光学组件将从显示屏上的至少两个图案返回的光信号沿不同方向引导至光学传感器，所述光学传感器可以根据接收的光信号对所述至少两个图案进行成像，从而可以根据该至少两个图案的像之间的距离，以及显示屏上的该至少两个图案之间的距离，结合该至少两个图案的传输方向对应的角度，确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

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是本申请实施例的光学指纹装置的一种应用示意图。

图4至图6至本申请实施例的光学组件的实现方式的示意图。

图7是本申请实施例的电子设备的示意框图。

图8是本申请实施例的测量距离的方法的示意性框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的指纹识别装置可以应用在智能手机、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他终端设备；更具体地，在上述终端设备中，指纹识别装置可以具体为光学指纹装置，其可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下(Under-display)光学指纹系统。

图1和图2示出了本申请实施例可以适用的电子设备的示意图，其中，图1为电子设备10的定向示意图，图2为图1所示的电子设备10沿A’-A’的部分剖面结构示意图。

如图1至图2所示，所述电子设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，所述光学指纹装置130设置在所述显示屏120下方的局部区域，例如，显示屏中间区域的下方。所述光学指纹装置130包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器包括具有多个光学感应单元的感应阵列，所述感应阵列所在区域或者其感应区域为所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。

应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线会聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹装置130感应阵列的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。

因此，使用者在需要对所述终端设备进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于所述显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的电子设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个电子设备10的正面。

作为一种可选的实现方式，如图2所示，所述光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，所述光检测部分134包括所述感应阵列以及与所述感应阵列电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器，所述感应阵列具体为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元；所述光学组件132可以设置在所述光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，例如，干扰成像的红外光，而所述导光层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光引导至所述感应阵列进行光学检测。

在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。

其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述准直单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，而入射角度过大的光线在所述准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个光学感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，从而所述感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。

在另一种实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，其用于将从手指反射回来的反射光会聚到其下方的光检测部分134的感应阵列，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹装置的视场，以提高所述光学指纹装置130的指纹成像效果。

在其他实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在所述光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层，更具体地，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜会聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述感应单元以进行光学指纹成像。

应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。

作为一种可选的实施例，所述显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。以采用OLED显示屏为例，所述光学指纹装置130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。当手指按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指发出一束光，该光在手指的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指内部散射而形成散射光，在相关专利申请中，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的嵴(ridge)与峪(valley)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光和来自指纹峪的发射光具有不同的光强，反射光经过光学组件后，被光学指纹装置130中的感应阵列所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在所述电子设备10实现光学指纹识别功能。在其他实施例中，所述光学指纹装置130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。

在其他实施例中，所述光学指纹装置130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。在这种情况下，所述光学指纹装置130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。以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，所述终端设备10的光学指纹系统还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述终端设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹装置130可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹装置130；或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹装置130。在其他替代实现方式中，所述显示屏120也可以采用非自发光的显示屏，比如采用背光的液晶显示屏；在这种情况下，所述光学检测装置130便无法采用所述显示屏120的显示单元作为激励光源，因此需要在所述光学检测装置130内部集成激励光源或者在其外部设置激励光源来实现光学指纹检测，当采用所述光学指纹装置130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面描述内容是一致的。

应当理解的是，在具体实现上，所述电子设备10还包括透明保护盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述电子设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。

另一方面，在某些实施例中，所述光学指纹装置130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到所述指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹装置130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。在其他替代实施例中，所述光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的中间区域，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。也就是说，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个光学指纹传感器的感应区域，从而将所述光学指纹装置130的指纹采集区域103可以扩展到所述显示屏的中间部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。可替代地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域130还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。

可选地，在本申请一些实施例中，该光学指纹装置130还可以包括用于传输信号(例如所述指纹检测信号)的电路板，例如，所述电路板可以为柔性电路板(FlexiblePrinted Circuit，FPC)。光学指纹传感器可以连接到FPC，并通过所述FPC实现与其他外围电路或者电子设备中的其他元件的电性互连和信号传输。比如，所述光学指纹传感器可以通过所述FPC接收所述电子设备的处理单元的控制信号，并且还可以通过所述FPC将指纹检测信号(例如指纹图像)输出给所述电子设备的处理单元或者控制单元等。

需要说明的是，为便于理解，在以下示出的实施例中，对于不同实施例中示出的结构中，相同的结构采用相同的附图标记，并且为了简洁，省略对相同结构的详细说明。

应理解，在以下示出的本申请实施例中的光学指纹装置中的各种结构件的尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

图3是根据本申请实施例的光学指纹装置的所应用的电子设备的剖面结构示意图，该光学指纹装置40可以设置在电子设备的显示屏200的下方，如图3所示，该光学指纹装置40可以包括：

光学组件400，用于将从所述显示屏200上的第一图案211返回的第一光信号241沿第一方向引导至光学传感器300，并且将从所述显示屏200上的第二图案212返回的第二光信号242沿第二方向引导至所述光学传感器300，其中，所述第一方向和所述第二方向不同；

光学传感器300，用于接收从所述显示屏200上的所述第一图案211和所述第二图案212返回并经所述光学组件400传输的光信号，以得到所述第一图案211和所述第二图案212在所述光学传感器300的成像面上所成的像，即像311和像312，分别对应所述第一图案211和所述第二图案212；

其中，所述显示屏200上所述第一图案211和所述第二图案212之间的距离，所述第一图案的像311和所述第二图案的像312之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与显示屏的法线方向201之间的夹角用于确定所述显示屏200到所述光学传感器300的成像面之间的距离P。

需要说明的是，这里的显示屏200可以对应于图1和图2中的显示屏120，光学传感器300可以对应于图2中的光检测部分134，该光学传感器300可以包括由多个像素单元组成的像素阵列，具体实现可以参考图2所示实施例的相关描述，为了简洁，这里不再赘述。

应理解，在本申请实施例中，像素单元可以称为感应单元，或光学感应单元，或光电感应单元等，用于接收从显示屏上方的物体返回的光信号，以形成所述光学传感器所采集的图像中的一个像素，所述像素阵列可以称为感应阵列，光学感应阵列，或光电感应阵列等，该像素阵列所采集的光信号可以用于形成一幅图像，该光学传感器的成像面可以为所述光学传感器的像素阵列所在的面。

应理解，本申请实施例并不特别限定所述第一方向和所述第二方向的具体方向，在一些实施例中，所述第一方向与所述显示屏的法线方向201呈第一角度，所述第二方向与所述显示屏的法线方向201呈第二角度，并且所述第一方向和所述第二方向位于所述显示屏的法线方向201的两侧。例如，所述第一角度和所述第二角度相等，即所述第一方向和所述第二方向相对于显示屏的法线方向201对称；或者，所述第一角度和所述第二角度不相等，即所述第一方向与所述第二方向相对于所述显示屏的法线方向201不对称。在另一些实施例中，所述第一方向与所述显示屏的法线方向201呈第一角度，所述第二方向与所述显示屏的法线方向201呈第二角度，并且所述第一方向和所述第二方向位于所述显示屏的法线方向201的一侧，此情况下，所述第一角度和所述第二角度不相等。

应理解，本申请实施例对于该第一图案和第二图案的形状、大小等不作具体限定，例如，所述第一图案可以为点，直线，或特定标识，或也可以为指纹图案，类似地，所述第二图案可以为点，直线，或特定标识，或也可以为指纹图案。

在本申请实施例中，显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离可以为所述第一图案和所述第二图案上的特定点之间的距离，或特定边之间的距离，或者所述第一图案和所述第二图案上最近的两点之间的水平距离或直线距离等，本申请实施例对此不作限定。例如，若所述第一图案和所述第二图案为相同的图案，所述第一图案和所述第二图案之间的距离可以为所述第一图案和所述第二图案的相同位置的点(例如中心，顶点等)之间的距离，或者，所述第一图案相对于所述第二图案之间的水平偏移距离；又例如，若所述第一图案和所述第二图案为不同的图案，所述第一图案和所述第二图案之间的距离可以为所述第一图案和所述第二图案上最近的两点之间的水平距离或直线距离等。

对应地，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离可以为所述第一图案的像上的对应位置和所述第二图案的像上的对应位置之间的距离，这里，所述第一图案的像上的对应位置为确定显示屏上的第一图案和第二图案之间的距离时所使用的第一图案上的位置，类似地，所述第二图案的像上的对应位置为确定显示屏上的第一图案和第二图案之间的距离时所使用的第二图案上的位置。例如，若所述第一图案和第二图案为矩形，所述显示屏上的所述第一图案和第二图案之间的距离为所述第一图案的中心和所述第二图案的中心之间的距离，则所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离可以为所述第一图案的像的中心和所述第二图案的像的中心之间的距离；或者，所述显示屏上的所述第一图案和第二图案之间的距离为所述第一图案和所述第二图案靠近的两条边之间的距离，则所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离可以为所述第一图案的像和所述第二图案的像靠近的两条边之间的距离等，本申请实施例并不限于此。

以所述第一图案和所述第二图案均为点为例，说明该距离P的确定方式，若所述第一图案和所述第二图案均为点，则所述第一图案的像和所述第二图案的像也为点，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离为两个点之间的距离。在一些实现方式中，可以根据这两个点所在的像素单元之间的距离确定这两个点之间的距离，具体地，光学传感器的成像面的面积已知，像素阵列的大小和排布方式已知，则每个像素单元的面积已知，因此，可以根据第一图案的像所在的像素单元和所述第二图案的像所在的像素单元之间所间隔的像素单元的个数确定该距离P，例如，若这两个点之间间隔K个像素单元，单个像素单元的尺寸为L*L，则这两个点之间的距离可以为K*L。

需要说明的是，在一些实施例中，所述电子设备还可以包括盖板，设置在所述显示屏200的上方，此情况下，所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P可以为从盖板到所述光学传感器的成像面之间的距离，在另一些实施例中，所述显示屏200上方还可以贴膜，这种情况下，所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P可以为从所述贴膜到所述光学传感器的成像面之间的距离，总的来说，所述显示屏到光学指纹传感器的成像面之间的距离可以为手指的按压面到光学传感器的成像面之间的距离P。

在一些实施例中，若显示屏到光学传感器的成像面之间的安装距离固定，该距离P还可以用于确定显示屏的厚度，或者若该电子设备贴膜的话，还可以确定显示屏和贴膜的整体厚度，例如，可以将确定的距离P减去上述固定的安装距离的差值确定为该显示屏的厚度，或显示屏和贴膜的厚度。

在本申请实施例中，用于指纹检测的激励光源可以发射光信号照射所述显示屏200上的所述第一图案211和所述第二图案212，所述光学组件400是特别设计的，其可以实现将从所述第一图案211和所述第二图案212反射或散射而返回的光信号沿不同的方向传输到所述光学传感器300，进一步在所述光学传感器300的成像面上成像，得到所述像311和所述像312，由于所述第一图案和所述第二图案212是沿不同方向传输的，因此，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离与显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离不同，因此，可以根据所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，结合所述第一图案和所述第二图案的传输方向对应的角度，确定所述显示屏到光学传感器的成像面之间的距离P。

需要说明的是，该用于指纹检测的激励光源可以采用图1和图2所示实施例中的激励光源的各种实现方式，例如，显示屏中的OLED光源，或其他内置或外置激励光源。

作为一个实施例，从所述第一图案211返回的第一光信号241可以沿第一方向传输到所述光学传感器300，从所述第二图案212返回的第二光信号242可以沿第二方向传输到所述光学传感器300，并且所述第一方向和所述第二方向沿所述显示屏的法线方向对称，并且所述第一方向和所述第二方向与所述显示屏的法线方向均呈第一角度θ，如图3所示。此情况下，所述显示屏200到光学传感器300的成像面之间的距离P可以根据如下公式确定：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案211和所述第二图案212之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离。

应理解，本申请实施例并不限定该光学组件400的具体实现方式，只要其能够将不同的图案沿不同的方向引导至光学传感器即可，以下，结合图4至图6，说明该光学组件400的几种可选实现方式。

图4是根据本申请实施例的光学组件400的一种实现方式的示意性图，如图4所示，该光学组件400可以包括斜孔准直器410，所述斜孔准直器包括至少一个第一准直孔411和至少一个第二准直孔412，其中，所述第一准直孔411用于将从所述第一图案211返回的所述第一光信号241沿所述第一方向引导至所述光学传感器300，所述第二准直孔412用于将从所述第二图案212返回的所述第二光信号242沿所述第二方向引导至所述光学传感器300，进一步地，所述光学传感器300可以对所述第一光信号和所述第二光信号进行成像，得到所述像311和所述像312。

其中，所述至少一个第一准直孔中的每个第一准直孔411被设置为与所述显示屏的法线方向201呈所述第一角度，所述至少一个第二准直孔中的每个第二准直孔412被设置为与所述显示屏的法线方向201呈第二角度。

作为一个实施例，所述第一角度和所述第二角度相等，且所述第一方向和所述第二方向相对于显示屏的法线方向201对称，此情况下，可以根据前述公式(1)确定距离P。

作为另一实施例，所述第一角度和所述第二角度不相等，且所述第一方向和所述第二方向位于显示屏的法线方向201两侧，此情况下，可以根据如下公式确定所述距离P：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案211和所述第二图案212之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，θ1表示所述第一角度，θ2表示所述第二角度。

作为再一实施例，所述第一角度和所述第二角度不相等，且所述第一方向和所述第二方向位于显示屏的法线方向201一侧，此情况下，可以根据如下公式确定所述距离P：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案211和所述第二图案212之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，θ1表示所述第一角度，θ2表示所述第二角度。

图5是根据本申请实施例的光学组件400的另一种实现方式的示意性图，如图5所示，该光学组件400可以包括镜头460，所述镜头可以包括至少一个透镜，所述镜头460用于将从所述第一图案211返回的所述第一光信号241沿所述第一方向传输至所述光学传感器300，以及将从所述第二图案212返回的所述第二光信号242沿所述第二方向传输至所述光学传感器300，进一步地，所述光学传感器300可以对所述第一光信号和所述第二光信号进行成像，得到所述像311和所述像312。

在该实施例中，基于透镜的成像原理，镜头460可以将从多个图案返回的光信号沿不同方向传输至光学传感器300，得到该多个图案对应的像，进一步可以根据该多个图案的像之间的距离，显示屏上所述多个图案之间的距离，结合镜头的焦距和数值孔径等光学参数确定所述显示屏到光学传感器300的成像面之间的距离P。

图6是根据本申请实施例的光学组件400的再一种实现方式的示意性图，如图6所示，该光学组件400可以包括至少一挡光层420和微透镜阵列450，所述至少一挡光层420设置在所述微透镜阵列450下方，所述至少一挡光层420中的每个挡光层中设置有多个通光孔，所述多个通光孔对应于所述微透镜阵列450中的多个微透镜，其中，所述微透镜阵列450用于将从所述第一图案211返回的所述第一光信号241沿所述第一方向传输至所述光学传感器300，以及将从所述第二图案212返回的所述第二光信号242沿所述第二方向传输至所述光学传感器300，进一步地，所述光学传感器300可以对所述第一光信号和所述第二光信号进行成像，得到所述像311和所述像312。

具体地，所述微透镜阵列450包括至少一个第一微透镜451和至少一个第二微透镜452，所述挡光层420中设置有至少一个第一通光孔421和至少一个第二通光孔422，所述至少一个第一通光孔421与所述至少一个第一微透镜451一一对应，所述至少一个第二通光孔422与所述至少一个第二微透镜452一一对应，所述第一微透镜451用于将从所述第一图案211返回的第一光信号241沿第一方向引导至所述第一微透镜451对应的第一通光孔421，并经过所述第一通光孔421传输至所述光学传感器300，所述第二微透镜452用于将从所述第一图案212返回的第二光信号242沿第二方向引导至所述第二微透镜452对应的第二通光孔422，并经过所述第二通光孔422传输至所述光学传感器300。

也就是说，所述第一微透镜451的中心和所述第一微透镜451对应的第一通光孔421的中心的连线的方向为所述第一方向，所述第二微透镜452的中心和所述第二微透镜452对应的第二通光孔422的中心的连线的方向为所述第二方向。

在一个具体实施例中，所述第一微透镜451的中心F₀和所述第一微透镜451对应的第一通光孔421的中心F₁的连线与所述显示屏的法线方向201呈第一角度θ，所述第二微透镜452的中心F₀和所述第二微透镜452对应的第二通光孔422的中心F₁的连线与所述显示屏的法线方向201呈第一角度θ。

应理解，以上，仅以根据两个图案确定显示屏到光学传感器的成像面之间的距离为例进行描述，在其他实施例中，也可以基于更多个图案确定显示屏到光学传感器的成像面之间的距离，本申请实施例并不限于此。

因此，在本申请实施例中，可以通过光学组件将从显示屏上的至少两个图案返回的光信号沿不同方向引导至光学传感器，所述光学传感器可以根据接收的光信号对所述至少两个图案进行成像，从而可以根据该至少两个图案的成像距离，以及显示屏上的该至少两个图案之间的距离，结合该至少两个图案的传输方向对应的角度，确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P。

在一些实施例中，可以根据该距离P，确定该光学指纹装置40安装是否合格，例如，若该P在预设范围内，可以确定该光学指纹装置安装合格，则可以使用该预设范围对应的指纹识别算法进行指纹识别，能够保证良好的指纹识别性能；或者，若该P不在预设范围内，则可以确定该光学指纹装置安装不合格，或者也可以对指纹识别算法进行调整，以确定适用于该P值的指纹识别算法，进一步可以使用调整后的指纹识别算法进行指纹识别，以提升指纹识别性能。

在另一些实施例中，可以根据该距离P，确定相应的指纹识别算法，例如，可以测量不同的光学指纹装置对应的该距离P，确定P值的范围(可以为前文所述的预设范围)，进一步地，可以基于该预设范围，确定合适的指纹识别算法，以保证距离P在该预设范围内时，能够具有良好的指纹识别性能，进一步可以基于该预设范围进行光学指纹装置的产品卡控，具体实现可以参考上一实施例的相关描述，这里不再赘述。

可选地，在一些实施例中，可以使用所述光学组件400中的部分传输用于确定所述距离P的光信号，其他部分用于传输进行指纹检测的光信号，例如，对于图4所示实施例，光学组件400可以只包括少量的所述第一准直孔和第二准直孔用于测量所述距离P，其他准直孔用于指纹检测，用于指纹检测的准直孔可以是具有相同倾斜角度的斜孔，或者也可以为直孔，本申请实施例对此不作限定。在一种实现方式中，用于测量距离P的准直孔可以设置在光学组件的边缘区域，用于指纹检测的准直孔可以设置在光学组件的中间区域，即可以利用边缘区域的光学组件和边缘区域的感应单元进行距离测量，利用中间区域的光学组件和中间区域的感应单元进行指纹检测，能够降低距离测量对指纹检测功能的影响。

可选地，在一些实施例中，所述光学指纹装置还可以包括滤光片，设置在从所述显示屏到所述光学传感器之间的光路中，例如，所述滤光片可以设置在所述光学组件的上方，或者设置在所述光学传感器的上表面等。

本申请实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，所述电子设备700可以包括显示屏710和光学指纹装置720，其中，该光学指纹装置720设置在所述显示屏710的下方。

可选地，所述光学指纹装置720可以为前述实施例中的光学指纹装置40，具体结构可以参考前文的相关描述，这里不再赘述。

可选地，在本申请一个实施例中，所述显示屏710可以具体为自发光显示屏(比如OLED显示屏)，且其包括多个自发光显示单元(比如OLED像素或者OLED光源)。在所述光学图像采集系统为生物特征识别系统时，所述显示屏中的部分自发光显示单元可以作为所述生物特征识别系统进行生物特征识别的激励光源，用于向所述生物特征检测区域发射光信号，以用于生物特征检测。

上文结合图3至图7，详细描述了本申请的装置实施例，下文结合图8，详细描述本申请的方法实施例，应理解，方法实施例与装置实施例相互对应，类似的描述可以参照装置实施例。

本申请实施例还提供了一种测量距离的方法，如图8所示，该方法800可以应用于前文所述的光学指纹装置40或安装有所述光学指纹装置40的电子设备，其中，该光学指纹装置用于设置在所述电子设备的显示屏的下方，该方法800可以包括如下内容：

S810，接收从所述显示屏上的第一图案返回的第一光信号，以及从所述显示屏上的第二图案返回的第二光信号，以得到所述第一图案和所述第二图案在所述光学指纹装置的光学传感器的成像面上所成的像，其中，所述第一光信号是沿第一方向传输至所述光学传感器的，所述第二光信号是沿第二方向传输至所述光学传感器的，所述第一方向和所述第二方向不同；

其中，所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角用于确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

可选地，在一些实施例中，所述方法800还包括：

根据所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

可选地，在一些实施例中，所述第一方向和所述第二方向与所述显示屏的法线方向呈第一角度，且所述第一方向和所述第二方向沿所述显示屏的法线方向对称，其中，所述根据所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离，包括：根据如下公式，确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，所述θ表示所述第一角度。

应理解，该方法800中确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离的操作可以由该光学指纹装置中的处理模块执行，或者也可以由电子设备中的处理模块来执行，本申请实施例对此不作限定。

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，Random Access Memory)、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。

Claims (14)

1.一种光学指纹装置，其特征在于，用于设置在电子设备的显示屏的下方，包括：

光学组件，用于将从所述显示屏上的第一图案返回的第一光信号沿第一方向引导至光学传感器，并且将从所述显示屏上的第二图案返回的第二光信号沿第二方向引导至所述光学传感器，其中，所述第一方向和所述第二方向不同；

光学传感器，用于接收从所述显示屏上的所述第一图案和所述第二图案返回并经所述光学组件传输的光信号，以得到所述第一图案和所述第二图案在所述光学传感器的成像面上所成的像；

其中，所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角用于确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

2.根据权利要求1所述的光学指纹装置，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向与所述显示屏的法线方向均呈第一角度，且所述第一方向和所述第二方向沿所述显示屏的法线方向对称。

3.根据权利要求2所述的光学指纹装置，其特征在于，所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P根据以下公式确定：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，所述θ表示所述第一角度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学组件包括斜孔准直器，所述斜孔准直器包括至少一个第一准直孔和至少一个第二准直孔，其中，所述第一准直孔用于将从所述第一图案返回的所述第一光信号沿所述第一方向引导至所述光学传感器，所述第二准直孔用于将从所述第二图案返回的所述第二光信号沿所述第二方向引导至所述光学传感器。

5.根据权利要求4所述的光学指纹装置，其特征在于，所述至少一个第一准直孔中的每个第一准直孔与所述显示屏的法线方向呈所述第一角度，所述至少一个第二准直孔中的每个第二准直孔与所述显示屏的法线方向呈所述第一角度。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学组件包括镜头，所述镜头用于将从所述第一图案返回的所述第一光信号沿所述第一方向传输至所述光学传感器，以及将从所述第二图案返回的所述第二光信号沿所述第二方向传输至所述光学传感器。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学组件包括至少一挡光层和微透镜阵列，所述至少一挡光层设置在所述微透镜阵列下方，所述至少一挡光层中的每个挡光层中设置有多个通光孔，所述多个通光孔对应于所述微透镜阵列中的多个微透镜；

其中，所述微透镜阵列用于将从所述第一图案返回的所述第一光信号沿所述第一方向传输至所述光学传感器，以及将从所述第二图案返回的所述第二光信号沿所述第二方向传输至所述光学传感器。

8.根据权利要求7所述的光学指纹装置，其特征在于，所述多个微透镜包括至少一个第一微透镜和至少一个第二微透镜，所述多个通光孔包括至少一个第一通光孔和至少一个第二通光孔，所述至少一个第一通光孔与所述至少一个第一微透镜一一对应，所述至少一个第二通光孔与所述至少一个第二微透镜一一对应，其中，所述第一微透镜的中心和对应的第一通光孔的中心的连线与所述显示屏的法线方向呈第一角度，所述第二微透镜的中心和对应的第二通光孔的中心的连线与所述显示屏的法线方向呈所述第一角度。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述显示屏包括多个OLED光源，其中所述光学指纹装置采用至少部分OLED光源作为光学指纹检测的激励光源。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏；

如权利要求1至9中任一项所述的光学指纹装置，其中，所述光学指纹装置设置在所述显示屏的下方。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述显示屏包括多个OLED光源，其中所述光学指纹装置采用至少部分OLED光源作为光学指纹检测的激励光源

12.一种测量距离的方法，其特征在于，应用于光学指纹装置，其中，所述光学指纹装置用于设置在电子设备的显示屏的下方，所述方法包括：

接收从所述显示屏上的第一图案返回的第一光信号，以及从所述显示屏上的第二图案返回的第二光信号，以得到所述第一图案和所述第二图案在所述光学指纹装置的光学传感器的成像面上所成的像，其中，所述第一光信号是沿第一方向传输至所述光学传感器的，所述第二光信号是沿第二方向传输至所述光学传感器的，所述第一方向和所述第二方向不同；

其中，所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角用于确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向与所述显示屏的法线方向呈第一角度，且所述第一方向和所述第二方向沿所述显示屏的法线方向对称，

其中，所述根据所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，以及所述第一方向和所述第二方向分别与所述显示屏的法线方向之间的夹角确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离，包括：

根据如下公式，确定所述显示屏到所述光学传感器的成像面之间的距离P：

其中，所述D1表示所述显示屏上所述第一图案和所述第二图案之间的距离，所述D2表示所述第一图案的像和所述第二图案的像之间的距离，所述θ表示所述第一角度。

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