CN111095286A - 指纹检测装置和电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种指纹检测装置和电子设备，所述指纹检测装置适用于显示屏的下方，以实现屏下光学指纹检测，所述指纹检测装置包括：微透镜阵列，用于设置在所述显示屏的下方；Z个挡光层，设置在所述微透镜阵列的下方，所述Z个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列，Z为正整数；光学感应像素阵列，设置在所述Z个挡光层中的底层挡光层的小孔阵列的下方；其中，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3。通过约束小孔阵列中小孔的结构参数，能够避免经由手指的不同位置返回的光信号发送混叠，即在保证指纹图像对比度的基础上提高了指纹图像的亮度，增大了指纹图像的信噪比和分辨率，提高了指纹识别效果和识别准确度。

Description

指纹检测装置和电子设备
技术领域
本申请实施例涉及指纹检测领域，并且更具体地，涉及指纹检测装置和电子设备。
背景技术
由于未来手持电子产品日益小型化，目前镜头式的屏下光学指纹产品的尺寸难以适应这种趋势，急需向着厚度更薄、体积更小、集成化程度更高的方向发展。而当前存在的小型化方案中，利用准直孔成像的图像对比度与准直孔的深度有关，需要比较大的深度才能实现较高的成像质量，同时这种方案的光线利用率较低。利用微透镜聚焦的方案，受限于工艺和透镜面形，虽然光线利用率较高，但是光路设计较为复杂，缺少具有规范性的设计参数，使得不同位置处的光信号容易混叠，造成信号对比度偏低，指纹的成像质量不高。
发明内容
本申请实施例提供一种指纹检测装置和电子设备，通过约束小孔阵列中小孔的结构参数，能够避免经由手指的不同位置返回的光信号发送混叠，即在保证指纹图像对比度的基础上提高了指纹图像的亮度，增大了指纹图像的信噪比和分辨率，提高了指纹识别效果和识别准确度。
第一方面，提供了一种指纹检测装置，适用于显示屏的下方，以实现屏下光学指纹检测，所述指纹检测装置包括：微透镜阵列，用于设置在所述显示屏的下方；
Z个挡光层，设置在所述微透镜阵列的下方，所述Z个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列，Z为正整数；
光学感应像素阵列，设置在所述Z个挡光层中的底层挡光层的小孔阵列的下方；
其中，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3，使得从所述显示屏上方的手指返回的光信号通过所述微透镜阵列的会聚后，通过所述Z个挡光层中设置的小孔阵列传输至所述光学感应像素阵列，所述光信号用于检测所述手指的指纹信息；
Zd表示所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离，Xi表示第一中心和第二中心在所述微透镜阵列所在的平面上的投影之间的距离，所述第一中心为所述微透镜阵列中微透镜的中心，所述第二中心为所述Z个挡光层中第i个挡光层中的用于传输所述微透镜汇聚的光信号的小孔的中心。
通过约束小孔阵列中小孔的结构参数，能够避免经由手指的不同位置返回的光信号发送混叠，即在保证指纹图像对比度的基础上提高了指纹图像的亮度，增大了指纹图像的信噪比和分辨率，提高了指纹识别效果和识别准确度。
在一些可能的实现方式中，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3/2。
在一些可能的实现方式中，所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0um<Dd≤6um，其中，Dd表示所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的最大孔径。
通过小孔成像获取的指纹图像，其图像对比度越大亮度(即小孔的进光亮)越小，对应的，其亮度越大，图像对比度越小，本实施例中，通过约束小孔阵列中小孔的最大孔径，不仅能够保证光学感应像素阵列的每一个光学感应像素能够接收到足够的光信号，而且能够保证成像的图像具有足够的亮度。
在一些可能的实现方式中，所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0.5um<Dd≤5um。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0<H/C≤1，其中，H表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大厚度，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径。
通过小孔成像获取指纹图像时，需要保证微透镜阵列中微透镜的球差不会影响成像质量。本实施例中，通过约束微透镜的最大厚度与最大口径之间的比值，在小型化指纹检测装置的基础上，能够保证微透镜将汇聚的光信号聚焦在底层挡光层的小孔内，进而保证指纹图像的成像质量。换言之，通过约束H和C的比值，在保证指纹检测装置具有较小的厚度的基础上，减小所述微透镜阵列的球差，进而保证指纹识别效果。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0<H/C≤1/2。
在一些可能的实现方式中，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足0um≤Zd≤100um。
在一些可能的实现方式中，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足2um≤Zd≤50um。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜阵列满足0um<P≤100um，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜阵列满足2um≤P≤50um。
在一些可能的实现方式中，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤3，其中，Di表示所述Z个挡光层中第i个挡光层中小孔阵列中的小孔的孔径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
在一些可能的实现方式中，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤2。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜阵列满足0<C/P≤1，其中，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
通过约束C和P之间的比值，能够增大微透镜阵列的占空比，进而保证所述指纹检测装置具有较小的体积。
在一些可能的实现方式中，所述Z个挡光层满足0≤Zi/Zd≤1，其中，Zi表示所述Z个挡光层中第i个挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离。
在一些可能的实现方式中，所述Z个挡光层为多个挡光层。
在一些可能的实现方式中，所述多个挡光层中的顶层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的多个光学感应像素。
在一些可能的实现方式中，所述多个挡光层中的顶层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的一个光学感应像素。
在一些可能的实现方式中，所述多个挡光层中与同一光学感应像素对应的开孔由上至下孔径依次减小。
在一些可能的实现方式中，所述Z个挡光层为一个挡光层。
在一些可能的实现方式中，所述光学感应像素阵列的金属布线层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置，所述金属布线层在所述光学感应像素阵列中的每一个光学感应像素的上方一个开孔，以形成所述底层挡光层。
在一些可能的实现方式中，所述指纹检测装置还包括：
透明介质层；
其中，所述透镜介质层用于连接所述微透镜阵列、所述Z个挡光层以及所述光学感应像素阵列。
在一些可能的实现方式中，所述指纹检测装置还包括：
滤波层；
其中，所述滤波层设置在所述微透镜阵列到所述光学感应像素阵列之间的光路中或者设置在所述微透镜阵列上方，所述滤波层用于滤除非目标波段的光信号，以透过目标波段的光信号。
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中的任一种可能的实现方式中所述的指纹检测的装置，所述装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹检测。
附图说明
图1是本申请可以适用的电子设备的示意性结构图。
图2是图1所示的电子设备的剖面示意图。
图3是本申请可以适用的电子设备的另一示意性结构图。
图4是图3所示的电子设备的剖面示意图。
图5至图29本申请实施例的指纹检测单元的示意性结构图。
图30是本申请实施例的指纹检测装置的示意性俯视图。
图31是图30所示的指纹检测装置沿B-B'方向的示意性侧剖面图。
图32是本申请实施例的指纹检测装置中结构参数的示意性结构图。
图33和图34均为图32所示的指纹检测装置的示意性俯视图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请实施例的技术方案可以应用于各种电子设备。例如，智能手机、笔记本电脑、平板电脑、游戏设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(Automated Teller Machine，ATM)等其他电子设备。但本申请实施例对此并不限定。
本申请实施例的技术方案可以用于生物特征识别技术。其中，生物特征识别技术包括但不限于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别以及活体识别等识别技术。为了便于说明，下文以指纹识别技术为例进行说明。
本申请实施例的技术方案可以用于屏下指纹识别技术和屏内指纹识别技术。
屏下指纹识别技术是指将指纹识别模组安装在显示屏下方，从而实现在显示屏的显示区域内进行指纹识别操作，不需要在电子设备正面除显示区域外的区域设置指纹采集区域。具体地，指纹识别模组使用从电子设备的显示组件的顶面返回的光来进行指纹感应和其他感应操作。这种返回的光携带与显示组件的顶面接触或者接近的物体(例如手指)的信息，位于显示组件下方的指纹识别模组通过采集和检测这种返回的光以实现屏下指纹识别。其中，指纹识别模组的设计可以为通过恰当地配置用于采集和检测返回的光的光学元件来实现期望的光学成像，从而检测出所述手指的指纹信息。
相应的，屏内(In-display)指纹识别技术是指将指纹识别模组或者部分指纹识别模组安装在显示屏内部，从而实现在显示屏的显示区域内进行指纹识别操作，不需要在电子设备正面除显示区域外的区域设置指纹采集区域。
图1至图4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和图3为电子设备10的定向示意图，图2和图4分别为图1和图3所示的电子设备10的剖面示意图。
请参见图1至图4，电子设备10可以包括显示屏120和光学指纹识别模组130。
其中，显示屏120可以为自发光显示屏，其采用具有自发光的显示单元作为显示像素。比如显示屏120可以为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。在其他可替代实施例中，显示屏120也可以为液晶显示屏(Liquid Crystal Display,LCD)或者其他被动发光显示屏，本申请实施例对此不做限制。进一步地，显示屏120还可以具体为触控显示屏，其不仅可以进行画面显示，还可以检测用户的触摸或者按压操作，从而为用户提供一个人机交互界面。比如，在一种实施例中，电子设备10可以包括触摸传感器，所述触摸传感器可以具体为触控面板(Touch Panel,TP)，其可以设置在所述显示屏120表面，也可以部分集成或者整体集成到所述显示屏120内部，从而形成所述触控显示屏。
光学指纹模组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131(也可以称为光学感应像素、感光像素、像素单元等)的感应阵列133。所述感应阵列133所在区域或者其感应区域为所述光学指纹模组130的指纹检测区域103(也称为指纹采集区域、指纹识别区域等)。例如，所述光学感应单元131可以是光探测器，即所述感应阵列133具体可以为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器。
其中，所述光学指纹模组130设置在所述显示屏120下方的局部区域。
请继续参见图1，所述指纹检测区域103可以位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种可替代实施例中，所述光学指纹模组130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将来自所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹模组130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。
针对电子设备10，用户在需要对所述电子设备10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。
请继续参见图2，所述光学指纹模组130可以包括光检测部分134和光学组件132。所述光检测部分134包括所述感应阵列133(也可称为光学指纹传感器)以及与所述感应阵列133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)上，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器。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133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，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导引至所述感应阵列133进行光学检测。
在本申请的一些实施例中，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。
在本申请的一些实施例中，所述光学指纹模组130的感应阵列133的所在区域或者光感应范围对应所述光学指纹模组130的指纹检测区域103。其中，所述光学指纹模组130的指纹采集区域103可以等于或不等于所述光学指纹模组130的感应阵列133的所在区域的面积或者光感应范围，本申请实施例对此不做具体限定。
例如，通过光线准直方式进行光路引导，所述光学指纹模组130的指纹检测区域103可以设计成与所述光学指纹模组130的感应阵列的面积基本一致。
又例如，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模组130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹模组130的感应阵列133的面积。
下面对光学组件132可以包括的光路引导结构进行示例性说明。
以所述光路引导结构采用具有高深宽比的通孔阵列的光学准直器为例，所述光学准直器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，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传感器芯片接收，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，因此每一个传感器芯片基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，能够有效提高图像分辨率，进而提高指纹识别效果。
以所述光路引导结构采用光学镜头的光路设计为例，所述光路引导结构可以为光学透镜(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133，以使得所述感应阵列133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。进一步地，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或者微孔光阑，比如，在所述透镜单元的光路中可以形成有一个或者多个遮光片，其中至少一个遮光片可以在所述透镜单元的光轴或者光学中心区域形成有透光微孔，所述透光微孔可以作为上述针孔或者微孔光阑。所述针孔或者微孔光阑可以配合所述光学透镜层和/或所述光学透镜层上方的其他光学膜层，扩大光学指纹模组130的视场，以提高所述光学指纹模组130的指纹成像效果。
以所述光路引导结构采用微透镜(Micro-Lens)层的光路设计为例，所述光路引导结构可以为包括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133上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列133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(或称为开孔)的挡光层(或称为遮光层、阻光层等)，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。
应理解，上述针对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。
例如，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层的上方或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。
另一方面，所述光学组件132还可以包括其他光学元件，比如滤光层(Filter)或其他光学膜片，其可以设置在所述光路引导结构和所述光学指纹传感器之间或者设置在所述显示屏120与所述光路引导结构之间，主要用于隔离外界干扰光对光学指纹检测的影响。其中，所述滤光层可以用于滤除穿透手指并经过所述显示屏120进入所述光学指纹传感器的环境光，与所述光路引导结构相类似，所述滤光层可以针对每个光学指纹传感器分别设置以滤除干扰光，或者也可以采用一个大面积的滤光层同时覆盖所述多个光学指纹传感器。
指纹识别模组140可以用于采集用户的指纹信息(比如指纹图像信息)。
以显示屏120采用具有自发光显示单元的显示屏为例，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。所述光学指纹模组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)作为光学指纹检测的激励光源。当手指140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140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指140内部散射而形成散射光(透射光)。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。由于指纹的脊(ridge)141与谷(valley)142对于光的反射能力不同，因此，来自指纹脊的反射光151和来自指纹谷的反射光152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹模组130中的感应阵列133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，从而在电子设备10实现光学指纹识别功能。
在其他替代方案中，光学指纹模组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识别的光信号。在这种情况下，光学指纹模组130不仅可以适用于如OLED显示屏等自发光显示屏，还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，电子设备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电子设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹模组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模组130；或者，所述光学指纹模组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模组130。当采用所述光学指纹模组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。
在具体实现上，所述电子设备10还可以包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，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。因此，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，所述光学指纹模组130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹模组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，否则光学指纹模组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，所述光学指纹模组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的下方，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模组130的指纹检测区域103。从而所述光学指纹模组130的指纹检测区域103可以扩展到所述显示屏的下半部分的主要区域，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。进一步地，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域103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。
请参见图3和图4，所述电子设备10中的光学指纹模组130可以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例如拼接等方式并排设置在所述显示屏120的下方，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。
进一步地，所述光学组件132可以包括多个光路引导结构，每个光路引导结构分别对应一个光学指纹传感器(即感应阵列133)，并分别贴合设置在其对应的光学指纹传感器的上方。或者，所述多个光学指纹传感器也可以共享一个整体的光路引导结构，即所述光路引导结构具有一个足够大的面积以覆盖所述多个光学指纹传感器的感应阵列。
以所述光学组件132采用具有高深宽比的通孔阵列的光学准直器为例，所述当光学指纹模组130包括多个光学指纹传感器时，可以为每个光学指纹传感器的光学感应阵列中的一个光学感应单元配置一个或多个准直单元，并贴合设置在其对应的光学感应单元的上方。当然，所述多个光学感应单元也可以共享一个准直单元，即所述一个准直单元具有足够大的孔径以覆盖多个光学感应单元。由于一个准直单元可以对应多个光学感应单元或一个光学感应单元对应多个准直单元，破坏了显示屏120的空间周期和光学指纹传感器的空间周期的对应性，因此，即使显示屏120的发光显示阵列的空间结构和光学指纹传感器的光学感应阵列的空间结构类似，也能够有效避免光学指纹模组130利用经过显示屏120的光信号进行指纹成像生成莫尔条纹，有效提高了光学指纹模组130的指纹识别效果。
以所述光学组件132采用光学镜头为例，当光学指纹模组130包括多个传感器芯片时，可以为每一个传感器芯片配置一个光学镜头进行指纹成像，或者为多个传感器芯片配置一个光学镜头来实现光线会聚和指纹成像。甚至于，当一个传感器芯片具有两个感应阵列(Dual Array)或多个感应阵列(Multi-Array)时，也可以为这个传感器芯片配置两个或多个光学镜头配合所述两个感应阵列或多个感应阵列进行光学成像，从而减小成像距离并增强成像效果。
应当理解，附图1至4仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。
例如，本申请对指纹传感器的数量、尺寸和排布情况不做具体限定，其可以根据实际需求进行调整。例如，光学指纹模组130可以包括多个呈方形或圆形分布的多个指纹传感器。
需要说明的是，假设光学组件132包括的光学导引结构为光学准直器或微透镜阵列时，所述光学指纹模组130的感应阵列133的有效视受到到光学组件的面积的限制。以微透镜阵列为例，一般设计中，所述微透镜阵列位于感应阵列133的正上方或斜上方，且一个微透镜对应一个光学感应单元，即微透镜阵列中的每一个微透镜将接收到的光线聚焦至同一微透镜对应的光学感应单元。因此，所述感应阵列133的指纹识别区域受到微透镜阵列的尺寸的影响。
因此，如何提升指纹识别的区域，成为一个亟待解决的技术问题。
本申请实施例的指纹检测的装置适用于显示屏下方以实现屏下光学指纹检测。所述指纹检测装置可以适用于图1至图4所示的电子设备10，或者说所述装置可以是图2或与4所示的光学指纹模组130。例如，所述指纹检测装置包括多个如图5所示的指纹检测单元21。
应当理解，所述指纹检测装置可包括呈阵列分布或交错设置多个指纹检测单元，也可以包括呈中心对称或轴对称分布的多个指纹检测单元，本申请实施例对此不做具体限定。例如，所述指纹检测装置可以包括在结构上独立设置但在排列方式上交错设置的多个指纹检测单元。例如，所述指纹检测装置中的相邻的两列或两行指纹检测单元交错设置。当然，所述指纹检测装置也可包括在结构上相互交错的多个指纹检测单元。例如，所述指纹检测装置中的每一个指纹检测单元中的微透镜可将接收到的倾斜光信号会聚至相邻的多个指纹检测单元中的微透镜下方的光学感应像素。换言之，每一个微透镜将接收到的倾斜光信号会聚至与同一微透镜相邻的多个微透镜下方的光学感应像素。
其中，所述多个指纹检测单元中的每个指纹检测单元包括多个光学感应像素、至少一个微透镜以及至少一个挡光层。
在具体实现中，所述至少一个微透镜可以设置在所述多个光学感应像素的上方，或所述多个光学感应像素可分别设置在与所述一个微透镜相邻的多个微透镜的下方；所述至少一个挡光层可设置在所述至少一个微透镜和所述多个光学感应像素之间，所述至少一层挡光层中每一层挡光层中设置有所述多个光学感应像素对应的开孔。其中，从所述显示屏上方的手指反射的多个方向上的倾斜光信号通过所述至少一个微透镜会聚后，通过所述至少一层挡光层中设置的开孔分别传输至所述多个光学感应像素，所述倾斜光信号用于检测所述手指的指纹信息。
至少一个微透镜接收到的多个方向上的倾斜光信号可以是针对所述至少一个微透镜的倾斜光的入射方向。例如，可以将所述至少一个微透镜看作一个整体，此时在俯视图上，所述多个方向可以是所述至少一个微透镜接收到的来自上下左右4个方向的光信号，这4个方向的倾斜光信号相对所述显示屏所在的平面的夹角可以相同，也可以不同。所述多个方向可以是针对所述显示屏所在的平面而言的方向，也可以是针对立体空间而言的方向。所述多个方向可以互不相同，也可以部分不相同。
所述微透镜可以是各种具有会聚功能的镜头，用于增大视场，增加传输至感光像素的光信号量。所述微透镜的材料可以为有机材料，例如树脂。
所述光学感应像素可以为光电传感器，用于将光信号转换为电信号。可选地，所述光学感应像素可以采用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)器件，由一个PN结组成的半导体器件，具有单方向导电特性。可选地，所述光学感应像素对于蓝光、绿光、红光或红外光的光灵敏度大于第一预定阈值，量子效率大于第二预定阈值。例如，该第一预定阈值可以为0.5v/lux-sec，该第二预定阈值可以为40％。也就是说，感光像素对于蓝光(波长为460±30nm)、绿光(波长为540±30nm)、红光或红外光(波长≥610nm)具有较高的光灵敏度和较高的量子效率，以便于检测相应的光。
需要说明的是，本申请实施例对所述微透镜和所述光学感应像素的具体形状不做限定。例如，所述多个光学感应像素中每个光学感应像素可以是四边形或六边形像素等多边形像素，也可以是其他形状像素，例如圆形像素，以使得所述多个光学感应像素具有更高的对称性，更高的采样效率，相邻像素等距，更好的角度分辨率，更少的混迭效应。此外，针对光学感应像素的上述参数可以对应于指纹检测所需的光，例如，若指纹检测所需的光仅为一种波段的光，则感光像素的上述参数仅需要满足该波段的光的要求即可。
所述多个光学感应像素接收的信号为多个方向的倾斜光信号。即倾斜入射的多个方向的光信号。
当干手指纹与OLED屏接触不好时，垂直方向的指纹图像的指纹脊和指纹谷的对比度差，图像模糊到分辨不了指纹纹路，本申请通过合理的光路设计，让光路接收倾斜光信号，在能够较好的获取正常手指指纹的同时，可以更好的检测出干手指指纹图像。在正常生活场景下，例如洗完手、早晨起床、手指抹灰、低温等场景下手指通常较干，其角质层不均匀，其按压在OLED屏上时，手指局部区域会出现接触不良。这种情况的出现造成当前光学指纹方案对干手指纹识别的效果不好，本申请的有益效果就是提升干手指纹成像效果，让干手指纹图像变清晰。
此外，通过所述一个微透镜对所述多个方向的倾斜光信号可以进行非正对光成像(即倾斜光成像)，能够缩短所述一个微透镜至所述光学感应像素阵列之间的光路设计层的厚度，进而，能够有效降低所述指纹检测装置的厚度。
于此同时，通过对多个方向的倾斜光信号成像，能够扩大光学系统的物方数值孔径，进而提高指纹检测装置的鲁棒性以及公差容忍度。其中数值孔径可以用以衡量所述至少一个微透镜能够收集的光的角度范围。换言之，所述多个光学感应像素通过接收多个方向的光信号还能够扩大所述指纹检测单元的视场角和视场，进而增加所述指纹检测装置的视场角和视场，例如所述指纹检测装置的视场可以由6x9mm2扩展到7.5x10.5mm2，进一步提升指纹识别效果。
而且，通过在所述至少一个微透镜的下方设置多个光学感应像素，在所述至少一个微透镜的数量和所述多个光学感应像素的数量不相等时，可以使得微透镜的空间周期(即相邻微透镜之间的间距)和光学感应像素的空间周期(即相邻光学感应像素之间的间距)不相等，进而能够避免指纹图像中出现莫尔条纹并提升指纹识别效果。尤其是，所述至少一个微透镜的数量小于所述多个光学感应像素的数量时，可以减少透镜的成本以及提升所述多个光学感应像素的密度，进而降低所述指纹检测装置的尺寸和成本。
与此同时，通过单个指纹检测单元可以复用多个方向的光信号(例如通过单个微透镜可以复用4个角度的光信号)，可以对不同的物方孔径角的光束进行分割成像，有效提高了指纹检测装置的进光量，由此可以降低光学感应像素的曝光时长。
而且，由于所述多个光学感应像素分别能够接收到来自多个方向的倾斜光信号，因此按照倾斜光信号的方向，可以将所述多个光学感应像素划分为多个光学感应像素组，所述多个光学感应像素组可以分别用于接收所述多个方向的倾斜光信号，即每个光学感应像素组可以基于接收到的倾斜光信号生成一张指纹图像，由此所述多个光学感应像素组可以用于生成多张指纹图像，在这种情况下，可以将所述多张指纹图像进行叠加，以获取一张高分辨率的指纹图像，进而基于这张高分辨率的指纹图像进行指纹识别，可以提高指纹识别性能。
基于以上分析可知，从所述显示屏上方的手指反射的多个方向上的倾斜光信号通过所述至少一个微透镜会聚后，通过所述至少一层挡光层中设置的开孔分别传输至所述多个光学感应像素，不仅能够降低所述多个光学感应像素的曝光时长，以及指纹检测装置的厚度和成本，而且能够提高指纹检测装置的鲁棒性、公差容忍度、视场角以及视场，进而提升指纹识别效果，尤其是干手指的指纹识别效果。
下面结合附图对本申请实施例的指纹检测单元进行说明。
在本申请的一些实施例中，所述至少一个微透镜的数量等于所述多个光学感应像素的数量，其中所述多个光学感应像素中的每一个光学感应像素的上方设置有一个微透镜。
在一种实现方式中，所述至少一个微透镜为2x2微透镜矩形阵列，所述多个光学感应像素为2x2光学感应像素矩形阵列，所述2x2光学感应像素矩形阵列中的每一个光学感应像素的正上方设置有一个微透镜。在另一种实现方式中，所述至少一个微透镜为2x2微透镜矩形阵列，所述多个光学感应像素为2x2光学感应像素矩形阵列，所述2x2光学感应像素矩形阵列中的每一个光学感应像素的斜上方设置有一个微透镜。例如，如图5所示，所述指纹检测单元21可包括呈矩形阵列分布的4个光学感应像素211和4个微透镜212，其中，每个光学感应像素211的正上方设置有一个微透镜212。此时，就光路设计而言，如图6所示，所述指纹检测单元21可包括顶层挡光层和底层挡光层。其中，所述顶层挡光层可包括分别对应所述4个微透镜212的4个开孔2141，所述底层挡光层可包括分别对应所述4个微透镜212的4个开孔213。
在光线传输过程中，所述2x2微透镜矩形阵列沿顺时针方向接收所述多个方向上的倾斜光信号，所述2x2微透镜矩形阵列中的每一个微透镜将接收到的倾斜光信号会聚至所述顺时针方向上的相邻微透镜下方的光学感应像素，或所述2x2微透镜矩形阵列沿逆时针方向接收所述多个方向上的倾斜光信号，所述2x2微透镜矩形阵列中的每一个微透镜将接收到的倾斜光信号会聚至所述逆时针方向上的相邻微透镜下方的光学感应像素。结合图7来说，所述4个微透镜212可以沿以下路径将多个方向的倾斜光信号分别会聚至所述4个光学感应像素211：右上角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至左上角的光学感应像素211，左上角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至左下角的光学感应像素211，左下角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至右下角的光学感应像素211，以及右下角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至右上角的光学感应像素211。由此，所述指纹检测装置包括阵列分布的多个指纹检测单元时，可以基于接收到的多个方向的光信号生成多幅指纹图像，进而得到一幅高分辨率的指纹图像，以提升指纹识别效果。
换言之，所述4x4指纹检测单元矩形阵列可以包括如图8所示的光学感应像素阵列，其中，“1”表示用于接收第一方向的倾斜光信号的光学感应像素，“2”表示用于接收第二方向的倾斜光信号的光学感应像素，“3”表示用于接收第三方向的倾斜光信号的光学感应像素，“4”表示用于接收第四方向的倾斜光信号的光学感应像素。也就是说，“1”、“2”、“3”以及“4”表示的光学感应像素分别可以用于生成一幅指纹图像，即总共可以生成4幅指纹图像，这4幅指纹图像可以用于合并成一幅高分辨率的指纹图像，进而提升指纹检测装置的识别效果。结合图7来说，所述第一方向至第四方向可以分别是右下角微透镜212、右上角微透镜212、左上角微透镜212以及左下角微透镜212接收的倾斜光信号所在的方向。
图9是位于显示屏下方的指纹检测装置的侧视图。
如图9所示，所述指纹检测装置可包括呈阵列分布的微透镜212，位于微透镜212下方的顶层挡光层和底层挡光层，以及位于底层挡光层下方的呈阵列分布的光学感应像素，其中针对每个微透镜212，所述顶层挡光层和底层挡光层分别形成有对应的开孔2141和开孔213。所述指纹检测装置设置在显示屏216的下方。其中，每个微透镜212通过对应的开孔2141以及开孔213将接收到的具有特定方向的倾斜光信号(图中实线所示的光信号)会聚至对应的光学感应像素，并将接收到的非特定方向的倾斜光信号(图中虚线所示的光信号)传输至挡光层中除开孔2141以及开孔214之外的区域，以避免被其他光学感应像素接收，进而实现指纹图像的分割成像。
图10是本申请实施例针对两个方向倾斜光信号的光路示意图。
结合图7来说，图10可以是包括图7所示的指纹检测单元的指纹检测装置在A-A'方向上的示意性侧剖面图，此时，指纹检测单元中的一个微透镜212(例如图7所示的右上角微透镜212)通过对应的开孔2141以及开孔213将接收到的一个方向(即所述第二方向)的倾斜光信号(图10中实线所示的光信号)会聚至对应的光学感应像素(例如图7所示的左上角光学感应像素211)，指纹检测单元中的另一微透镜212(例如图7所示的左下角微透镜212)通过对应的开孔2141以及开孔213将接收到的另一方向(即所述第四方向)的倾斜光信号(图10中虚线所示的光信号)会聚至对应的光学感应像素(例如图7所示的右下角光学感应像素211)。
在指纹采集过程中，图10所示的指纹检测装置的指纹识别区域(又称为指纹采集区域或指纹检测区域)包括第一识别区域和第二识别区域，其中用于汇聚所述第二方向上的倾斜光信号的微透镜212对应的指纹识别区域为第一识别区域，用于会聚所述第四方向上的倾斜光信号的微透镜对应的指纹识别区域为第二识别区域。所述第一识别区域相对光学感应像素形成的阵列向右偏移第一增加区域，所述第二识别区域相对光学感应像素形成的这列向左偏移第二增加区域。换言之，假设所述第一识别区域和所述第二识别区域均等于所述光学感应阵列所在的区域，相对仅接收一个方向上的光信号的指纹检测装置，图10所示的指纹检测装置的识别区域额外包括所述第一增加区域和所述第二增加区域，有效增加了可视区域(即视场)。此外，所述第一识别区域和所述第二识别区域的重叠区域，能够有效提高指纹图像的图像分辨率，进而提升了指纹识别效果。
应理解，图7所示的光路设计仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。
对于光路设计，在另一种实现方式中，所述2x2微透镜矩形阵列沿所述2x2微透镜矩形阵列的对角线方向接收所述多个方向上的倾斜光信号，所述2x2微透镜矩形阵列中每一个微透镜将接收到的倾斜光信号会聚至所述对角线方向上的相邻微透镜下方的光学感应像素。例如，如图11和图12所示，所述4个微透镜212可以沿以下路径将多个方向的倾斜光信号分别会聚至所述4个光学感应像素211：右上角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至左下角的光学感应像素211，左下角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至右上角的光学感应像素211，左上角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至右下角的光学感应像素211，以及右下角的微透镜212将接收到的倾斜光信号会聚至左上角的光学感应像素211。由此，所述指纹检测装置包括阵列分布的多个指纹检测单元时，可以基于接收到的多个方向的光信号生成多幅指纹图像，进而得到一幅高分辨率的指纹图像，以提升指纹识别效果。
类似地，所述4x4指纹检测单元矩形阵列可以包括如图8所示的光学感应像素阵列，其中，“1”表示用于接收第一方向的倾斜光信号的光学感应像素，“2”表示用于接收第二方向的倾斜光信号的光学感应像素，“3”表示用于接收第三方向的倾斜光信号的光学感应像素，“4”表示用于接收第四方向的倾斜光信号的光学感应像素。也就是说，“1”、“2”、“3”以及“4”表示的光学感应像素分别可以用于生成一幅指纹图像，即总共可以生成4幅指纹图像，这4幅指纹图像可以用于合并成一幅高分辨率的指纹图像，进而提升指纹检测装置的识别效果。结合图11来说，所述第一方向至第四方面可以分别是左下角微透镜212、右下角微透镜212、右上角微透镜212、左上角微透镜212接收的倾斜光信号所在的方向。
所述指纹检测装置可包括至少一个挡光层和光学感应像素阵列。在一种实现中，所述至少一个挡光层为多个挡光层。所述多个挡光层中的每一个挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的多个光学感应像素，或者所述多个挡光层中的每一个挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的一个光学感应像素。例如，所述多个挡光层中的顶层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的多个光学感应像素。又例如，所述多个挡光层中的顶层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的一个光学感应像素。所述多个挡光层中的底层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的一个光学感应像素。可选地，所述多个挡光层中与同一光学感应像素对应的开孔由上至下孔径依次减小。在另一种实现中，所述Z个挡光层为一个挡光层。可选地，所述一个挡光层的厚度大于预设阈值。可选地，所述光学感应像素阵列的金属布线层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置，所述金属布线层在所述光学感应像素阵列中的每一个光学感应像素的上方一个开孔，以形成所述底层挡光层。
换言之，所述指纹检测单元可包括至少一个挡光层和多个光学感应像素，其中所述至少一层挡光层中每一层挡光层中设置有所述多个光学感应像素对应的开孔。例如，所述至少一层挡光层可为多层挡光层，所述多层挡光层的顶层挡光层可设置有所述多个光学感应像素对应的至少一个开孔。例如，所述顶层挡光层中的小孔阵列的一个小孔对应所述多个光学感应像素中的至少两个光学感应像素。例如，如图12所示，所述至少一层挡光层可包括顶层挡光层和底层挡光层，其中所述顶层挡光层设置有4个光学感应像素分别对应的4个开孔2141。底层挡光层设置有4个光学感应像素分别对应的4个开孔213。又例如，如图13所示，所述至少一层挡光层可包括顶层挡光层和底层挡光层，其中所述顶层挡光层设置有4个光学感应像素对应的1个开孔2142。底层挡光层设置有4个光学感应像素分别对应的4个开孔213。
需要说明的是，图12和图13中挡光层中设置的开孔仅以图11所示的指纹检测单元为例进行了说明，其实现方式可适用于本申请的各种实施例，本申请对此不做限制。例如，所述至少一个挡光层可以是大于2层的挡光层。或者，所述至少一个挡光层可以是一层挡光层，即所述至少一个挡光层可以是具有一定厚度的直孔准直器或些孔准直器。还应理解，图5至图13仅为每一个光学感应像素的上方设置有一个微透镜的示例，不应理解为对本申请的限制。例如，所述指纹检测单元还可包括其它数量或其它排列方式的微透镜或光学感应像素。例如，在另一种实现方式中，所述至少一个微透镜为多排微透镜，所述多个光学感应像素为所述多排微透镜对应的多排光学感应像素，其中所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素错位设置在对应的一排微透镜的下方。可选地，所述多排微透镜可以是多列或多行微透镜。所述多排光学感应像素可以是多列或多行光学感应像素。
其中，所述至少一层挡光层可设置有相应的光路设计，以使得所述多排微透镜沿所述多排光学感应像素的错位方向接收所述多个方向上的倾斜光信号，所述多排微透镜中的每一排微透镜将接收到的倾斜光信号汇聚至同一排微透镜或相邻微透镜下的光学感应像素。
例如，如图14所示，所述指纹检测单元22可包括呈矩形阵列分布的4列光学感应像素和所述4列光学感应像素对应的4列微透镜，其中这4列光学感应像素中的每列光学感应像素包括6个光学感应像素221，这4列微透镜中的每列微透镜包括6个微透镜222，一个光学感应像素221错位设置在一个微透镜222的下方。指纹检测单元22还可包括顶层挡光层和底层挡光层。此时，针对每个微透镜222，所述顶层挡光层和所述底层挡光层可分别设置有其对应的开孔2241和开孔2231。其中，所述多排微透镜中的每一排微透镜中的每一个微透镜222通过对应的开孔2241和开孔2231可以将接收到的光信号会聚至同一微透镜222斜下方的光学感应像素221。由此，所述指纹检测装置包括阵列分布的多个指纹检测单元时，可以基于接收到的多个方向的光信号生成多幅指纹图像，进而得到一幅高分辨率的指纹图像，以提升指纹识别效果。
换言之，图14所示的指纹检测单元可以包括如图15所示的光学感应像素阵列，其中，“1”表示用于接收第一方向的倾斜光信号的光学感应像素，“2”表示用于接收第二方向的倾斜光信号的光学感应像素。也就是说，“1”和“2”、表示的光学感应像素分别可以用于生成一幅指纹图像，即总共可以生成2幅指纹图像，这2幅指纹图像可以用于合并成一幅高分辨率的指纹图像，进而提升指纹检测装置的识别效果。结合图14来说，基于由左向右的顺序，所述第一方向可以是针对第一列和第二列微透镜中的微透镜接收的倾斜光信号所在的方向，所述第二方向可以是第三列和第四列微透镜接收的倾斜光信号所在的方向。
在本申请的一个实施例中，所述多排微透镜中的每一排微透镜中的每一个微透镜在所述显示屏所在平面的投影为圆形，所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素在所述显示屏所在平面的投影为矩形，所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素的中心在所述显示屏所在的平面上的投影，相对对应的微透镜的中心在所述显示屏所在的平面上的投影，沿所述多排光学感应像素的错位方向偏移预设距离，所述预设距离小于或等于所述矩形的边长，或所述预设距离小于或等于所述圆形的直径。在一种实现方式中，如图14所示，所述错位方向为所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素的对角线方向，即所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素221沿同一光学感应像素221的对角线方向偏移预设距离。此时，所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素221的上方可设置有其对应的开孔2241和开孔2231，即所述指纹检测单元22中的至少一层挡光层在每一个光学感应像素221的上方设置有其对应的开孔。所述错位方向为所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素的竖直边长所在的方向。所述竖直边长可以是与光学感应像素的排列方向平行的方向。
需要说明的是，所述预设距离也可以是在光学感应像素221的边长所在的方向的偏移距离，例如，以光学感应像素221的两个边长为X轴方向和Y轴方向，其中，所述预设距离可以包括沿X轴方向的偏移距离和沿Y轴方向的偏移距离。例如，假设所述光学感应像素的边长为12.5mm，所述微透镜的直径为11.5mm，沿X轴方向的偏移距离可以为4～5mm，沿Y轴方向的偏移距离可以为4～5mm。当然，上述参数仅为示例，不应理解为对本身的限制，例如，所述沿X轴方向的偏移距离也可以不等于沿Y轴方向的偏移距离，又例如，所述沿X轴方向的偏移距离或所述沿Y轴方向的偏移距离可以是大于5mm或小于4mm。
针对所述错位方向，在另一种实现方式中，如图16所示，所述指纹检测单元22可包括顶层挡光层和底层挡光层。此时，针对每个微透镜222，所述顶层挡光层和所述底层挡光层可分别设置有其对应的开孔2242和开孔2232。其中，所述多排微透镜中的每一排微透镜中的每一个微透镜222通过对应的开孔2242和开孔2232可以将接收到的倾斜光信号会聚至相邻微透镜222正下方的光学感应像素221。例如，左上角微透镜222可将接收到的倾斜光信号会聚至相邻的第二行第一列微透镜222正下方的光学感应像素221。此时，所述底层挡光层可在所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素221的上方设置其对应的开孔2232，以及所述顶层挡光层可在与同一光学感应像素221相邻的光学感应像素221的上方设置有其对应的开孔2242。
应当理解，所述错位方向也可以为其他方向。例如，所述错位方向为所述多排光学感应像素中的每一排光学感应像素中的每一个光学感应像素的水平边长所在的方向。所述水平边长可以是与光学感应像素的排列方向垂直的方向。
在本申请的另一些实施例中，所述至少一个微透镜的数量小于所述多个光学感应像素的数量。
在一种实现方式中，所述至少一个微透镜为一个微透镜，所述多个光学感应像素为2x2光学感应像素矩形阵列，其中所述一个微透镜设置在所述2x2光学感应像素矩形阵列的正上方。例如，如图17所示，所述指纹检测单元23可包括一个微透镜232和呈矩形阵列分布的4个光学感应像素231。
在具体光路设计中，所述指纹检测单元23中的至少一个挡光层可在所述一个微透镜的下方分别设置有所述4个光学感应像素231对应的开孔，以使得所述一个微透镜可沿所述2x2光学感应像素矩形阵列的对角线方向接收所述多个方向上的倾斜光信号，所述一个微透镜将所述多个方向上的倾斜光信号可沿所述对角线方向分别会聚至所述光学感应像素矩形阵列中的光学感应像素，以增加每个光学感应像素能够接收到的信号量，进而提升指纹识别效果。例如，如图18或图19所示，所述至少一个挡光层可包括顶层挡光层和底层挡光层。所述顶层挡光层在所述一个微透镜232的下方设置有所述4个光学感应像素231分别对应的开孔2341，所述底层挡光层在所述一个微透镜232的下方设置有所述4个光学感应像素231分别对应的开孔232。所述一个微透镜232通过对应的开孔2341以及开孔232将接收到的多个方向的光信号分别会聚至所述4个光学感应像素231。当然，所述顶层挡光层的对应所述4个光学感应像素231的4个小孔也可以合并为一个大孔。例如图20或图21所示的开孔2342。
在另一种实现方式中，所述一个微透镜为2x2微透镜矩形阵列，所述多个光学感应像素为3x3光学感应像素矩形阵列，所述3x3矩形阵列中每相邻的4个光学感应像素的正上方设置有一个微透镜。例如，所述3x3矩形阵列中每相邻的4个光学感应像素的中心位置的正上方设置有一个微透镜。例如，如图22所示，所述指纹检测单元24可包括呈矩形阵列分布的4个微透镜242和呈矩形阵列分布的9个光学感应像素241。
在具体光路设计中，如图23所示，所述指纹检测单元24中的至少一个挡光层可分别设置有所述3x3光学感应像素矩形阵列的4个角上的光学感应像素241对应的开孔，以使得所述2x2微透镜矩形阵列中的每一个微透镜242可将接收到的倾斜光信号会聚至所述3x3光学感应像素矩形阵列的4个角上的光学感应像素241中的距离同一微透镜424距离最近的光学感应像素241。例如，所述至少一个挡光层可包括顶层挡光层和底层挡光层。所述顶层挡光层设置有所述4个角上的光学感应像素241分别对应的开孔244，所述底层挡光层设置有所述4个角上的光学感应像素241分别对应的开孔243。由此，所述4个微透镜242可通过对应的开孔2341和开孔243将所述多个方向的倾斜光信号分别会聚至所述4个角上的光学感应像素241。
由于所述3x3光学感应像素矩形阵列中只有4个角上的光学感应像素241会接收到用于检测指纹信息的倾斜光信号，因此，为了增加光学感应像素的利用率，在本申请的一些实施例中，可以通过交错排列的方式可形成包括多个指纹检测单元24的指纹检测装置。例如，如图24所示，位于中间位置的中心指纹检测单元，其左上角光学感应像素241和右上角光学感应像素241之间的光学感应像素241可被复用为另一个指纹检测单元的位于左下角的光学感应像素241，所述中心指纹检测单元的左上角光学感应像素241和左下角光学感应像素241之间的光学感应像素241可被复用为另一指纹检测单元的位于右下角的光学感应像素241，所述中心指纹检测单元的左下角光学感应像素241和右下角光学感应像素241之间的光学感应像素241可被复用于另一指纹检测单元的位于右上角的光学感应像素241，所述中心指纹检测单元的右下角光学感应像素241和右上角光学感应像素241之间的光学感应像素241可被复用于另一指纹检测单元的位于左上角的光学感应像素241。
换言之，所述指纹检测装置可包括如图25所示的多个光学感应像素，其中，“0”表示不用于接收光信号的光学感应像素，“1”、“2”、“3”以及“4”分别表示用于接收4个不同方向的光学感应像素。也就是说，“1”、“2”、“3”以及“4”表示的光学感应像素分别可以用于生成一幅指纹图像，即总共可以生成4幅指纹图像，这4幅指纹图像可以用于合并成一幅高分辨率的指纹图像，进而提升指纹检测装置的识别效果。
在另一种实现方式中，所述至少一个微透镜为3x3微透镜矩形阵列，所述多个光学感应像素为4x4光学感应像素矩形阵列，所述4x4光学感应像素矩形阵列中每相邻的4个光学感应像素的正上方设置有一个微透镜。例如，如图26所示，所述指纹检测单元25可包括呈矩形阵列分布的9个微透镜252和呈矩形阵列分布的16个光学感应像素251。其中，所述16个光学感应像素251中每相邻的4个光学感应像素251的正上方设置有一个微透镜252。
在具体光路设计中，所述指纹检测单元25中的至少一个挡光层可分别设置有所述16个的光学感应像素251对应的开孔，以使得所述3x3微透镜矩形阵列中的中心微透镜将接收到的倾斜光信号分别会聚至所述中心微透镜下方的4个光学感应像素，所述3x3微透镜矩形阵列中的4个角上的微透镜中的每一个微透镜将接收到的倾斜光信号会聚至同一微透镜下方的位于所述4x4光学感应像素矩形阵列的角上的光学感应像素，所述3x3微透镜矩形阵列中的其他微透镜中的每一个微透镜将接收到的倾斜光信号会聚至同一微透镜下方的外侧的两个光学感应像素。例如，如图27所示，所述至少一个挡光层可包括顶层挡光层和底层挡光层。所述顶层挡光层设置有所述16个的光学感应像素251分别对应的开孔2541，所述底层挡光层设置有所述16个的光学感应像素251分别对应的开孔253。由此，所述9个微透镜252可通过对应的开孔2341和开孔243将所述多个方向的倾斜光信号分别会聚至所述16个光学感应像素251。
换言之，所述指纹检测装置可包括如图28所示的多个光学感应像素，其中，“1”、“2”、“3”以及“4”分别表示用于接收4个不同方向的光学感应像素。也就是说，“1”、“2”、“3”以及“4”表示的光学感应像素分别可以用于生成一幅指纹图像，即总共可以生成4幅指纹图像，这4幅指纹图像可以用于合并成一幅高分辨率的指纹图像，进而提升指纹检测装置的识别效果。
当然，图27仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。
例如，图29所示，所述4x4光学感应像素矩形阵列中的位于两个角之间的两个光学感应像素251在顶层挡光层对应的两个小孔，可合并为一个大孔，所述4x4光学感应像素矩形阵列中的位于中心位置的4个相邻的光学感应像素251在顶层挡光层对应的四个个小孔，可合并为一个大孔，以降低加工难度，以及增加会聚的光信号量，进而提升所述指纹检测装置的指纹识别效果。
上文针对在排列方式上可错位设置的指纹检测单元进行了介绍，下面对在光路结构上交错设置的指纹检测单元进行说明。
例如，指纹检测装置可包括呈阵列分布或交错设置的多个指纹检测单元，所述多个指纹检测单元中的每一个指纹检测单元可包括一个微透镜、至少一个挡光层以及多个光学感应像素，所述至少一个挡光层中的每一个挡光层设置有所述多个光学感应像素对应的开孔，所述至少一个挡光层设置在所述一个微透镜和所述多个光学感应像素的中间。其中，所述多个指纹检测单元中的微透镜可将接收到的倾斜光信号会聚至相邻的多个指纹检测单元中的光学感应像素。换言之，所述指纹检测装置中的每一个指纹检测单元中的多个光学感应像素用于接收相邻的多个指纹检测单元中的微透镜会聚的倾斜光信号。为便于描述，下面从指纹检测装置的角度对交错设置的多个指纹检测单元进行说明。
图30是本申请实施例的指纹检测装置30的示意性俯视图，图31是图30所示的指纹检测装置30沿B-B'方向的侧剖面图。
如图30所示，指纹检测装置30可包括3x3指纹检测单元，其中所述3x3指纹检测单元中的每一个指纹检测单元包括一个微透镜和位于所述一个微透镜下方的2x2光学感应像素矩形阵列。以3x3指纹检测单元中位于中间位置的中间指纹检测单元为例，所述中间指纹检测单元中的2x2光学感应像素矩形阵列分别用于接收3x3指纹检测单元中的位于4个角上的指纹检测单元中的微透镜所汇聚的倾斜光信号。换言之，所述3x3指纹检测单元矩形阵列中的位于中心位置的中心指纹检测单元中的微透镜用于将接收到的多个方向的倾斜光信号沿3x3指纹检测单元矩形阵列的对角线方向会聚至相邻的指纹检测单元中的靠近所述中心指纹检测单元的光学感应像素。当然，可替代地，指纹检测装置30中的每一个微透镜也可以用于将接收到的多个方向的倾斜光信号沿以同一微透镜为中心的3x3微透镜矩形阵列的边长方向相邻的微透镜的下方设置的光学感应像素。
如图31所示，所述指纹检测装置30可以包括微透镜阵列310、至少一层挡光层以及光学感应像素阵列340。所述微透镜阵列310可以用于设置在电子设备的显示屏的下方，所述至少一层挡光层可以设置在所述微透镜阵列310的下方，所述光学感应像素阵列340可以设置在所述至少一个挡光层的下方。其中，所述微透镜阵列310和所述至少一层挡光层可以是图3或图4所示的光学组件132中包括的导光结构，所述光学感应像素阵列340可以是图1至图4所示的具有多个光学感应单元131(也可以称为光学感应像素、感光像素、像素单元等)的感应阵列133，为避免重复，此处不再赘述。
微透镜阵列310包括多个微透镜。例如所述微透镜阵列310可以包括第一微透镜311、第二微透镜312以及第三微透镜313。所述至少一个挡光层可以包括多个挡光层，例如所述至少一个挡光层可以包括第一挡光层320和第二挡光层330。所述光学感应像素阵列340可以包括多个光学感应像素，例如所述光学感应像素阵列可以包括第一光学感应像素341、第二光学感应像素342、第三光学感应像素343、第四光学感应像素344、第五光学感应像素345以及第六光学感应像素346。第一挡光层320和第二挡光层330中分别设置有所述多个微透镜(即第一微透镜311、第二微透镜312以及第三微透镜313)中每一个微透镜对应的至少一个开孔。例如，所述第一挡光层320设置有第一微透镜311对应的第一开孔321和第二开孔322，所述第一挡光层320还设置有第二微透镜312对应的第二开孔322和第三开孔323，以及所述第一挡光层320中设置有第三微透镜313对应的第三开孔323和第四开孔324。类似地，所述第二挡光层330设置有第一微透镜311对应的第五开孔331和第六开孔332，所述第二挡光层330还设置有第二微透镜312对应的第七开孔333和第八开孔334，以及所述第二挡光层330中设置有第三微透镜313对应的第九开孔335和第十开孔336。
在具体光路设计中，所述微透镜阵列310中的每一个微透镜的下方设置有多个光学感应像素。所述每一个微透镜下方设置的多个光学感应像素分别用于接收经由相邻的多个微透镜汇聚的光信号。以所述第二微透镜312为例，所述第二微透镜312的下方可以设置有第三光学感应像素343和第四光学感应像素344，其中，所述第三光学感应像素343可以用于接收经过第一微透镜311汇聚的并通过第二开孔322和第七开孔333的倾斜光信号，所述第四光学感应像素344可以用于接收经过第三微透镜313汇聚的并通过第三开孔323和第八开孔334的倾斜光信号。
换言之，所述至少一个挡光层形成有微透镜阵列310中的每个微透镜对应的多个导光通道，所述每个微透镜对应的多个导光通道的底部分别延伸至相邻的多个微透镜的下方。以所述第二微透镜312为例，所述第二微透镜312对应的多个导光通道可以包括由第二开孔322和第六开孔332形成的导光通道，以及由第三开孔323和第九开孔335形成的导光通道。由第二开孔322和第六开孔332形成的导光通道延伸至第一微透镜311的下方，由第三开孔323和第九开孔335形成的导光通道延伸至第三微透镜313的下方。所述微透镜阵列310中的每个微透镜对应的多个导光通道中的每个导光通道的下方可以设置有一个光学感应像素。以所述第二微透镜312为例，由第二开孔322和第六开孔332形成的导光通道的下方设置有第二光学感应像素342，由第三开孔323和第九开孔335形成的导光通道的下方设置有第五光学感应像素345。
通过对每一个微透镜对应的多个导光通道的合理设计，可以使得光学感应像素阵列340接收多个方向的倾斜光信号，并通过单个微透镜汇聚多个方向的倾斜光信号，能够单物方远心微透镜阵列方案曝光时间过长的问题。换言之，所述指纹检测装置30不仅能够解决垂直光信号对干手指的识别效果过差的问题以及单物方远心微透镜阵列方案曝光时间过长的问题，还能够解决厚度过大、公差容忍度过差以及尺寸过大的问题。
应理解，本申请实施例对所述光学感应像素阵列中的排列方式以及尺寸不做具体限定。例如，所述指纹检测单元可包括多个呈多边形(例如菱形)、圆形或椭圆形分布的光学感应像素。
请继续参见图30，指纹检测装置30还可以包括透明介质层350。
其中透明介质层350可以设置在以下位置中的至少一处：所述微透镜阵列310和所述至少一个挡光层之间；所述至少一个挡光层之间；以及所述至少一个挡光层和光学感应像素阵列340之间。例如，所述透明介质层350可以包括位于所述微透镜阵列310和所述至少一个挡光层(即所述第一挡光层320)之间的第一介质层351以及所述第一挡光层320和所述第二挡光层330之间的第二介质层352。
透明介质层350的材料是对光透明的任一透明材料，例如玻璃，也可以是由空气或真空过渡，本申请对此不做具体限定。
上文针对指纹检测单元或指纹检测装置的结构进行了介绍，例如基于光信号的传递期望构造指纹检测单元或指纹检测装置的结构，而在制造过程中，需要基于具体的设计参数进行批量化生产，下面对指纹检测装置的具体设计参数进行示例性说明。
图32是本申请实施例的指纹检测装置的示意性结构图，为便于理解，下面结构图32对所述指纹检测装置的设计参数进行说明。
作为示例，指纹检测装置包括微透镜阵列、位于所述微透镜阵列下方的Z个挡光层以及位于所述Z个挡光层下方的光学感应像素阵列，Z为正整数。其中，所述微透镜阵列用于设置在所述显示屏的下方；Z个挡光层设置在所述微透镜阵列的下方，所述Z个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列；光学感应像素阵列设置在所述Z个挡光层中的底层挡光层的小孔阵列的下方。
应当理解，所述指纹检测装置以及所述指纹检测装置中的所述微透镜阵列、所述Z个挡光层、所述光学感应像素阵列可以参见上文中的相关描述，为避免重复，此处不再赘述。
如图32所示，所述微透镜阵列可包括多个微透镜411，所述Z个挡光层可以包括顶层挡光层412,、中间挡光层413以及底层挡光层414，所述光学感应像素阵列可以包括多个光学感应像素415。C表示单个微透镜的最大口径，若为方形或其他形状微透镜，C可以为在周期方向微透镜截面的最大长度。P表示微透镜的周期。H表示单个微透镜的高度，即微透镜顶点到平坦层顶部的高度。D1、D2、D3分别表示底层挡光层414、中间挡光层413以及顶层挡光层412中的小孔最大孔径，即开孔的最大口径处尺寸。X1、X2、X3分别表示底层挡光层414、中间挡光层413以及顶层挡光层412中开孔的中心位置与对应的微透镜的中心位置在所述微透镜阵列所在的平面上的偏移量。Z1、Z2、Z3分别表示底层挡光层414、中间挡光层413以及顶层挡光层412与所述微透镜阵列的底部(例如下表面)之间的距离。
所述微透镜阵列中的微透镜可以是圆形微透镜，即图32可以是图33所示的指纹检测装置40沿E-E'方向的侧剖面图。所述微透镜阵列中的微透镜也可以是方形微透镜。即图32可以是图34所示的指纹检测装置40沿F-F'方向的侧剖面图。例如，所述微透镜阵列中的微透镜为圆形微透镜，圆形微透镜矩阵中相邻圆形微透镜之间的空隙较大导致其有效收光面积占比较小，其占比一般为60％；方形微透镜矩阵中的微透镜可以通过将一球体通过长方体形式去裁切得到方形微透镜，相比圆形微透镜矩阵，其可以获得更高的收光面积占比(例如98％以上)。当然，为了实现高占空比，单个微透镜也可以是其他形状。
下面以图32所示的结构为例，设计指纹检测装置的具体参数。
在本申请的一些实施例中，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3，使得从所述显示屏上方的手指返回的光信号通过所述微透镜阵列的会聚后，通过所述Z个挡光层中设置的小孔阵列传输至所述光学感应像素阵列，所述光信号用于检测所述手指的指纹信息。Zd表示所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离，Xi表示第一中心和第二中心在所述微透镜阵列所在的平面上的投影之间的距离，所述第一中心为所述微透镜阵列中的微透镜的中心，所述第二中心为所述Z个挡光层中第i个挡光层中的用于传输所述微透镜汇聚的光信号的小孔的中心。例如，Zd表示所述底层挡光层的下表面和所述微透镜阵列的下表面之间垂直距离。又例如，Zd表示所述底层挡光层的上表面和所述微透镜阵列的下表面之间垂直距离。例如，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3/2。又例如，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足1/2≤Xi/Zd≤3/2。
其中，所述第i个挡光层可以是由上至下的第i个挡光层，也可以是由下至上的第i个挡光层。
通过约束小孔阵列中小孔的结构参数，能够避免经由手指的不同位置返回的光信号发送混叠，即在保证指纹图像对比度的基础上提高了指纹图像的亮度，增大了指纹图像的信噪比和分辨率，提高了指纹识别效果和识别准确度。
需要说明的是，小孔阵列中小孔的结构参数Xi/Zd为第一中心和第二中心之间的距离，其可以在空间直角坐标系中划分为三个参数。例如，可以以所述微透镜阵列中的每一个微透镜阵列的中心位置为原点，以所述微透镜阵列的行所在的方向为X轴，以所述微透镜阵列的列所在的方向为Y轴，以垂直X-Y平面的方向为Z轴。此时，可以将小孔参数Xi替换为小孔在X-Y坐标系中的位置，并将小孔参数Zd替换为小孔阵列中的小孔在Z轴方向上的参数。又例如，也可以以所述微透镜阵列的中心位置为原点，确定小孔阵列中每一个小孔的空间位置。
还需要说明的是，针对小孔阵列中小孔的相关参数，由于一个微透镜有可能将会聚的光信号通过多个小孔传输至对应的光学感应像素，因此，一个微透镜有可能对应多个参数Xi/Zd。此外，由于多个微透镜有可能会通过一个小孔将会聚的光信号传输至对应的光学感应像素，类似地，一个小孔可能会对应多个参数Xi/Zd，换言之，可以通过多个参数Xi/Zd设计一个小孔的空间结构。
在本申请的一些实施例中，所述底层挡光层中小孔阵列中的小孔的最大孔径需要大于第一预设值并小于第二预设值。
例如，所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0um<Dd≤6um，其中，Dd表示所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的最大孔径。例如，底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0.5um<Dd≤5um。又例如，底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0.4um<Dd≤4um。
通过小孔成像获取的指纹图像，其图像对比度越大亮度(即小孔的进光亮)越小，对应的，其亮度越大，图像对比度越小，本实施例中，通过约束小孔阵列中小孔的最大孔径，不仅能够保证光学感应像素阵列的每一个光学感应像素能够接收到足够的光信号，而且能够保证成像的图像具有足够的亮度。
在本申请的一些实施例中，所述微透镜阵列中的每一个微透镜可以满足公式0<H/C≤1，其中，H表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大厚度，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径。例如，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0<H/C≤1/2。又例如，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0.2<H/C≤0.4。
其中，所述微透镜的最大口径可以是所述微透镜的面积最大的剖面的最大宽度。例如，所述微透镜为半球透镜，所述微透镜的最大口径可以是所述半球透镜的平面的最大宽度。
换言之，所述微透镜阵列中每一个微透镜为半球型微透镜，所述微透镜阵列中每一个微透镜的曲率小于或等于0.5。
通过小孔成像获取指纹图像时，需要保证微透镜阵列中微透镜的球差不会影响成像质量。本实施例中，通过约束微透镜的最大厚度与最大口径之间的比值，在小型化指纹检测装置的基础上，能够保证微透镜将汇聚的光信号聚焦在底层挡光层的小孔内，进而保证指纹图像的成像质量。换言之，通过约束H和C的比值，在保证指纹检测装置具有较小的厚度的基础上，减小所述微透镜阵列的球差，进而保证指纹识别效果。
在本申请的一些实施例中，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足0um≤Zd≤100um。例如，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足2um≤Zd≤50um。又例如，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足3um≤Zd≤40um。
通过约束底层挡光层和所述微透镜阵列之间的参数，能够有效减小所述指纹检测装置的厚度。当然，也可以约束所述Z个挡光层中每一个挡光层和所述微透镜阵列之间的最大距离或最小距离，其均属于本申请实施例所保护的技术方案。
在本申请的一些实施例中，所述微透镜阵列满足0um<P≤100um。例如，所述微透镜阵列满足2um≤P≤50um。又例如，所述微透镜阵列满足1um≤P≤40um。其中，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
换言之，所述微透镜阵列中相邻的两个微透镜的中心位置之间的距离满足0um<P≤100um，即P也可以用于表示所述微透镜阵列中相邻的两个微透镜的中心位置之间的距离。
通过约束微透镜阵列的周期，不仅便于单独生产微透镜阵列，而且有利于在空间上匹配光学感应像素阵列，进而获取具有期望分辨率的光学指纹图像。
在本申请的一些实施例中，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤3，其中，Di表示所述Z个挡光层中第i个挡光层中小孔阵列中的小孔的孔径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。例如，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤2。又例如，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足1<Di/P≤4。
换言之，指纹检测装置中小孔阵列中的一个小孔可以对应一个微透镜或多个微透镜。即一个或多个微透镜可以通过小孔阵列中的一个小孔将光信号传输至对应的光学感应像素。
针对阵列分布的微透镜阵列和小孔阵列，通过参数Di/P，可以有效简化光路参数的设计。
在本申请的一些实施例中，所述微透镜阵列满足满足0<C/P≤1，其中，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
通过约束C和P之间的比值，能够增大微透镜阵列的占空比，进而保证所述指纹检测装置具有较小的体积。
在本申请的一些实施例中，所述Z个挡光层满足满足0≤Zi/Zd≤1，其中，Zi表示所述Z个挡光层中第i个挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离，Zd表示所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离。例如，所述Z个挡光层满足0≤Zi/Zd≤0.5。
换言之，通过规定参数Zi/Zd，能够简化所述Z个挡光层的设计参数，以在批量化生产过程中，能够提高所述Z个挡光层的安装效率。
下面为上述参数的具体数值的示例。
表1
参数 示例一 示例二 示例三 示例四 示例五 示例六 示例七 示例八 示例九
P 16.88 10.45 22.50 8.75 7.86 18.14 12.50 13.63 11.50
C 15.53 9.61 22.50 8.75 7.86 16.68 9.09 12.54 10.58
H 4.37 1.71 6.55 2.76 3.17 3.63 2.06 1.96 2.47
D1 1.38 2.17 5.30 1.62 1.59 4.30 2.59 2.41 1.71
D2 13.51 4.01 7.47 3.12 4.09 6.50 5.81 7.97 12.22
D3 无 9.44 无 无 无 17.33 无 13.47 无
X1 0.00 0.00 0.00 0.00 11.91 10.68 9.13 8.64 8.19
X2 0.00 0.00 0.00 0.00 9.93 6.85 3.10 3.40 2.79
X3 无 0.00 无 无 无 0.00 无 2.00 无
Z1 18.13 19.90 27.34 11.79 12.78 25.43 21.45 23.74 22.20
Z2 1.79 16.25 15.44 8.41 7.74 20.90 13.30 15.24 14.99
Z3 无 0.75 无 无 无 1.72 无 10.86 无
如表1所示，指纹检测装置可以设置有两个挡光层(即与Z1和Z2相关的挡光层)，也可以设置有三个挡光层(即与Z1、Z2和Z3相关的挡光层)，当然，也设置的挡光层的数量也可以是一个，或大于三个，本申请对此不做具体限定。
基于表1的参数的取值，表2示例性给出了通过两个参数的比值设计的指纹检测装置的结构参数。
表2
参数 示例一 示例二 示例三 示例四 示例五 示例六 示例七 示例八 示例九
P 16.88 10.45 22.50 8.75 7.86 18.14 12.50 13.63 11.50
Z1 18.13 19.90 27.34 11.79 12.78 25.43 21.45 23.74 22.20
D1 1.38 2.17 5.30 1.62 1.59 4.30 2.59 2.41 1.71
H/C 0.28 0.18 0.29 0.31 0.40 0.22 0.23 0.16 0.23
C/P 0.92 0.92 1.00 1.00 1.00 0.92 0.73 0.92 0.92
D1/P 0.08 0.21 0.24 0.18 0.20 0.24 0.21 0.18 0.15
D2/P 0.80 0.38 0.33 0.36 0.52 0.36 0.46 0.59 1.06
D3/P 无 0.90 无 无 无 0.96 无 0.99 无
X1/Z1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.93 0.42 0.43 0.36 0.37
X2/Z1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.78 0.27 0.14 0.14 0.13
X3/Z1 无 0.00 无 无 无 0.00 无 0.08 无
Z1/Z1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
Z2/Z1 0.10 0.82 0.56 0.71 0.61 0.82 0.62 0.64 0.68
Z3/Z1 无 0.04 无 无 无 0.07 无 0.46 无
如表2所示，也可以利用上文中涉及的两个参数的比值设计指纹检测装置的结构。需要说明的是，本申请实施例并不局限于上述具体数值，本领域技术人员可以根据实际的光路设计需求确定各个参数的具体数值。例如，上述参数可以精确到小数点后的三位数或四位数。
应理解，上述附图仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。
例如，在本申请的一些实施例中，所述指纹检测装置还包括滤波层。其中，所述滤波层设置在所述微透镜阵列到所述光学感应像素阵列之间的光路中或者设置在所述微透镜阵列上方，所述滤波层用于滤除非目标波段的光信号，以透过目标波段的光信号。
例如，所述滤波层可以是偏振片、彩色滤光片以及红外滤光片等，以实现如选择偏振、选择特定光谱的功能。
又例如，所述滤波层对目标波段的光的透过率可以大于或等于预设阈值，对非目标波段的光的截止率可以大于或等于所述预设阈值。例如，所述预设阈值可以是80％。可选地，所述滤波层可以为独立形成的滤波层。例如，所述滤波层可以是采用蓝水晶或者蓝玻璃做载体形成的滤波层。可选地，所述滤波层可以为形成在所述光路中任一层表面的镀膜。例如，可以在光学感应像素表面、透明介质层中任一层的表面或微透镜的表面形成的镀膜，进而形成滤波层。
以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。
例如，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。
又例如，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。
应理解，在本申请的各种方法实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括显示屏以及上述本申请实施例的指纹检测的装置，其中，所述指纹检测的装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹检测。
该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备。例如，所述电子设备可以是图1至图4中所示的电子设备10。
显示屏可以采用以上描述中的显示屏，例如OLED显示屏或其他显示屏，显示屏的相关说明可以参考以上描述中关于显示屏的描述，为了简洁，在此不再赘述。
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 (23)

1.一种指纹检测装置，其特征在于，适用于显示屏的下方，以实现屏下光学指纹检测，所述指纹检测装置包括：
微透镜阵列，用于设置在所述显示屏的下方；
Z个挡光层，设置在所述微透镜阵列的下方，所述Z个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列，Z为正整数；
光学感应像素阵列，设置在所述Z个挡光层中的底层挡光层的小孔阵列的下方；
其中，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3，使得从所述显示屏上方的手指返回的光信号通过所述微透镜阵列的会聚后，通过所述Z个挡光层中设置的小孔阵列传输至所述光学感应像素阵列，所述光信号用于检测所述手指的指纹信息；
Zd表示所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离，Xi表示第一中心和第二中心在所述微透镜阵列所在的平面上的投影之间的距离，所述第一中心为所述微透镜阵列中微透镜的中心，所述第二中心为所述Z个挡光层中第i个挡光层中的用于传输所述微透镜汇聚的光信号的小孔的中心。
2.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3/2。
3.根据权利要求1或2所述的指纹检测装置，其特征在于，所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0um<Dd≤6um，其中，Dd表示所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的最大孔径。
4.根据权利要求3所述的指纹检测装置，其特征在于，所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0.5um<Dd≤5um。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0<H/C≤1，其中，H表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大厚度，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径。
6.根据权利要求5所述的指纹检测装置，其特征在于，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0<H/C≤1/2。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足0um≤Zd≤100um。
8.根据权利要求7所述的指纹检测装置，其特征在于，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足2um≤Zd≤50um。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述微透镜阵列满足0um<P≤100um，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
10.根据权利要求9所述的指纹检测装置，其特征在于，所述微透镜阵列满足2um≤P≤50um。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤3，其中，Di表示所述Z个挡光层中第i个挡光层中小孔阵列中的小孔的孔径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
12.根据权利要求11所述的指纹检测装置，其特征在于，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤2。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述微透镜阵列满足0<C/P≤1，其中，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述Z个挡光层满足0≤Zi/Zd≤1，其中，Zi表示所述Z个挡光层中第i个挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述Z个挡光层为多个挡光层。
16.根据权利要求15所述的指纹检测装置，其特征在于，所述多个挡光层中的顶层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的多个光学感应像素。
17.根据权利要求15所述的指纹检测装置，其特征在于，所述多个挡光层中的顶层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述光学感应像素中的一个光学感应像素。
18.根据权利要求15所述的指纹检测装置，其特征在于，所述多个挡光层中与同一光学感应像素对应的开孔由上至下孔径依次减小。
19.根据权利要求1至14中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述Z个挡光层为一个挡光层。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述光学感应像素阵列的金属布线层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置，所述金属布线层在所述光学感应像素阵列中的每一个光学感应像素的上方一个开孔，以形成所述底层挡光层。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹检测装置还包括：
透明介质层；
其中，所述透镜介质层用于连接所述微透镜阵列、所述Z个挡光层以及所述光学感应像素阵列。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹检测装置还包括：
滤波层；
其中，所述滤波层设置在所述微透镜阵列到所述光学感应像素阵列之间的光路中或者设置在所述微透镜阵列上方，所述滤波层用于滤除非目标波段的光信号，以透过目标波段的光信号。
23.一种电子设备，其特征在于，包括：
显示屏；以及
根据权利要求1至22中任一项所述的指纹检测的装置，所述装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹检测。
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