CN111133445B - 指纹识别装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种指纹识别装置和电子设备，能够提高指纹识别装置的性能。该指纹识别装置适用于显示屏的下方，多个指纹识别单元中的每个指纹识别单元包括：微透镜；至少两层挡光层，其中的每一层挡光层中设置通光小孔以形成不同方向的四个导光通道；四个像素单元，分别位于四个导光通道的底部；其中，从显示屏上方的手指返回的指纹光信号通过微透镜会聚后，其中不同方向的四个目标指纹光信号分别经过四个导光通道传输至四个像素单元，四个导光通道相对显示屏的夹角不完全相同。该指纹识别装置中多组四个像素单元接收四个不同方向的指纹光信号并转换形成四张指纹图像，该四张指纹图像移动重构为一张重构图像，该重构图像用于进行指纹识别。

Description

指纹识别装置和电子设备

本申请要求以下申请的优先权，其全部内容通过应用结合在本申请中：

2019年8月23日提交中国专利局、申请号为PCT/CN2019/102366、发明名称为“指纹检测装置、方法和电子设备”的PCT申请；

2019年10月18日提交中国专利局、申请号为PCT/CN2019/111978、发明名称为“指纹检测装置和电子设备”的PCT申请。

技术领域

本申请涉及指纹识别技术领域，更为具体地，涉及一种指纹识别装置和电子设备。

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，更加便捷的屏下生物特征识别技术，例如屏下指纹识别技术的实用化已成为大众所需。屏下指纹识别技术是将指纹识别装置设置于显示屏下，通过采集指纹图像，实现指纹识别。例如，指纹识别装置可以通过微透镜阵列将接收到的光信号会聚至光电传感器中的像素阵列，光电传感器基于像素阵列接收到的光信号生成指纹图像，进而进行指纹识别。

在一些相关技术中，指纹识别装置中的微透镜阵列位于像素阵列的正上方，且一个微透镜对应一个像素单元，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像素单元中，且多个像素单元呈阵列排列。采用该技术方案，指纹识别装置的整体进光量小，曝光时间长，整体成像质量较差，且对干手指的识别性能不佳。与此同时，指纹识别装置中的光路厚度厚，增加光路的加工难度以及成本，也不利于指纹识别装置轻薄化的发展。

因此，如何综合提高指纹识别装置的性能，是一项亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种指纹识别装置和电子设备，能够提高指纹识别装置的性能。

第一方面，提供了一种指纹识别装置，该指纹识别装置适用于显示屏的下方以实现屏下光学指纹识别，该指纹识别装置包括呈方形阵列分布的多个指纹识别单元，该多个指纹识别单元中的每个指纹识别单元包括：

微透镜；

至少两层挡光层，设置在该微透镜下方，该至少两层挡光层中的每一层挡光层中设置通光小孔以形成不同方向的四个导光通道；

四个像素单元，设置在该至少两层挡光层下方，该四个像素单元分别位于该四个导光通道的底部；

其中，从该显示屏上方的手指反射或散射后返回的指纹光信号通过该微透镜会聚后，其中不同方向的四个目标指纹光信号分别经过该四个导光通道传输至该四个像素单元，该四个导光通道相对该显示屏的夹角不完全相同，且该四个目标指纹光信号用于检测该手指的指纹信息。

通过本申请的方案，一个微透镜对应四个像素单元，且四个像素单元分别接收经过该微透镜会聚并通过四个导光通道的四个方向的目标指纹光信号，该四个方向的目标指纹光信号分别被四个像素单元接收。相对于一个微透镜对应一个像素单元的技术方案，能够增大提高指纹识别装置的进光量，减小曝光时间，增大指纹识别装置的视场。此外，相对于一个微透镜对应四个像素单元，且微透镜中心与四个像素单元的中心在垂直方向上重合的技术方案，本申请的技术方案中，四个导光通道相对该显示屏的夹角不完全相同，四个像素单元接收的指纹光信号的角度由该四个像素单元与微透镜的相对位置关系决定，若像素单元偏移微透镜的中心越远，则像素单元接收的指纹光信号的角度越大。因此，通过灵活设置像素单元的位置，可以使得像素单元可以接收大角度的指纹光信号，进一步改善干手指的识别问题，并且能够进一步降低指纹识别单元中光路的厚度，从而减小指纹识别装置的厚度、降低工艺成本。

在一种可能的实现方式中，该四个像素单元形成四边形区域的像素区域，该像素区域的中心点与该微透镜的中心在垂直方向上不重合。

在一种可能的实现方式中，该像素区域为边长为a的正方形区域，该微透镜的中心在该四个像素单元所在平面上的投影点与该像素区域的中心点的距离为d，其中0＜d＜a。

在一种可能的实现方式中，该四个导光通道的方向中至少三个导光通道的方向相对于该显示屏倾斜。

采用本申请实施方式的方案，通过设置导光通道的方向，可以使得四个像素单元中的像素单元分别接收到垂直方向的指纹光信号和倾斜方向的指纹光信号，当手指与显示屏接触良好时，垂直方向的指纹光信号光强大，对应的指纹图像信号质量好，能够快速进行指纹识别，与此同时，当干手指与显示屏接触不良，倾斜方向的指纹光信号能够改善干手指的指纹识别问题，且能够减小指纹识别装置的厚度。若四个像素单元均接收到倾斜方向的指纹光信号，则不同的倾斜方向的指纹光信号用于进一步优化干手指的识别问题。

在一种可能的实现方式中，该四个导光通道中的两个导光通道在该四个像素单元所在平面上的投影的夹角为90度。

采用本申请实现方式的方案，通过设置导光通道的方向，使得四个像素单元中的两个像素单元接收的指纹光信号相互垂直，便于采集到的垂直于指纹中脊和谷纹路的指纹光信号，能够提高指纹识别单元接收的指纹光信号的质量，从而提高指纹图像质量，提升指纹识别装置的指纹识别性能。

在一种可能的实现方式中，该四个像素单元中分别包括四个感光区域，该四个感光区域分别位于该四个导光通道的底部。

在一种可能的实现方式中，该四个感光区域中的至少一个感光区域偏离于其所在的像素单元的中心设置。

在一种可能的实现方式中，该至少一个感光区域向远离于该微透镜中心的方向偏离。

在一种可能的实现方式中，该四个像素单元形成四边形的像素区域，该四个感光区域分别位于该像素区域的四角。

在一种可能的实现方式中，该四个像素单元包括第一像素单元，该第一像素单元中包括第一感光区域，该第一像素单元与该第一感光区域均为四边形；其中，该第一像素单元的长和宽分别为L和W，W≤L，W和L均为正数，该第一感光区域的长和宽均大于等于0.1×W。该

采用本申请实现方式的方案，像素单元的感光区域增大，能够提高像素单元的满阱容量以及像素单元的动态范围，从而提升像素单元的整体性能，实现指纹识别装置的高动态范围成像。

在一种可能的实现方式中，该四个目标指纹光信号分别在该四个像素单元上形成四个光斑，该四个感光区域为四边形区域且外切于该四个光斑。

在一种可能的实现方式中，该微透镜与该四个像素单元所在平面之间的光路高度根据公式计算，该公式为：h＝x×cotθ；

其中，h为该光路高度，x为该四个感光区域中的第一感光区域的中心与该微透镜的中心在该四个像素单元所在平面上的投影点之间的距离，θ为该第一感光区域接收的第一目标指纹光信号与垂直方向的夹角，该四个目标指纹光信号中该第一目标指纹光信号与垂直方向的夹角大于该四个目标指纹光信号中其它三个目标指纹光信号与垂直方向的夹角，所述垂直方向为垂直于所述显示屏的方向。

在一种可能的实现方式中，该四个像素单元为大小相同的四边形像素单元。

在一种可能的实现方式中，该四个导光通道分别与该四个像素单元所在平面的夹角在30°至90°之间。

在一种可能的实现方式中，该至少两层挡光层中的底层挡光层设置有与该四个像素单元分别对应的四个通光小孔。

在一种可能的实现方式中，该底层挡光层为该四个像素单元表面的金属布线层。

在一种可能的实现方式中，该四个导光通道中的通光小孔由上至下孔径依次减小。

在一种可能的实现方式中，该四个导光通道在该至少两层挡光层的顶层挡光层中的通光小孔重合。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别单元还包括：透明介质层；

其中，该透明介质层用于连接该微透镜、该至少两层挡光层以及该四个像素单元。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别单元还包括：光学滤波层；

其中，该光学滤波层设置在该显示屏到该四个像素单元所在平面之间的光路中，用于滤除非目标波段的光信号，以透过目标波段的光信号。

在一种可能的实现方式中，该滤波层集成于该四个像素单元表面。

在一种可能的实现方式中，该光学滤波层设置在该至少两层挡光层的底层挡光层与该四个像素单元所在平面之间。

在一种可能的实现方式中，该多个指纹识别单元中包括：多组该四个像素单元包括多个目标像素单元，该多个目标像素单元对应的导光通道中设置有彩色滤波层，该彩色滤波层用于通过红色可见光、绿色可见光或者蓝色可见光。

通过本实现方式的技术方案，可以通过设置多个目标像素单元感测彩色光信号，根据不同的目标像素单元接收的彩色光信号的差异，确定显示屏上的手指按压的指纹区域和非手指按压的区域，在指纹识别的过程中，直接对手指按压的指纹区域对应的像素单元感测的光信号进行指纹识别处理，而避免了非手指按压区域对应的像素单元对指纹识别造成的干扰，从而提高指纹识别的成功率。此外，由于手指对于彩色光信号的吸收和反射性能不同于其他材料对彩色光信号的吸收和反射性能，因而根据接收彩色光信号的强度，可以对增强对指纹识别的防伪功能，也可以判断是真手指按压还是假手指按压。

在一种可能的实现方式中，多组该四个像素单元所在区域由多个单位像素区域组成，该多个单位像素区域中每个单位像素区域中设置有一个该目标像素单元。

在一种可能的实现方式中，该多个目标像素单元均匀分布在多组该四个像素单元中。

在一种可能的实现方式中，该彩色滤波层设置于该目标像素单元对应导光通道的通光小孔中。

在一种可能的实现方式中，多组该四个像素单元中的多个第一像素单元接收的光信号用于形成该手指的第一指纹图像，多组该四个像素单元中的多个第二像素单元接收的光信号用于形成该手指的第二指纹图像，多组该四个像素单元中的多个第三像素单元接收的光信号用于形成该手指的第三指纹图像，多组该四个像素单元中的多个第四像素单元接收的光信号用于形成该手指的第四指纹图像，该第一指纹图像、该第二指纹图像、该第三指纹图像和第四指纹图像中的一张或者多张图像用于进行指纹识别。

在一种可能的实现方式中，该多个第一像素单元中每X个第一像素单元的像素平均值用于形成该第一指纹图像中的一个像素值；该多个第二像素单元中每X个第二像素单元的像素平均值用于形成该第二指纹图像中的一个像素值，该多个第三像素单元中每X个第三像素单元的像素平均值用于形成该第三指纹图像中的一个像素值；该多个第四像素单元中每X个第四像素单元的像素平均值用于形成该第四指纹图像中的一个像素值，其中，X为正整数。

采用本实施方式的方案，能够进一步减小指纹图像的像素数量，提高指纹识别的速度，且在本实施方式中，若X个像素单元中有若干个像素单元故障，该X个像素单元仍然可以输出得到像素值，不会影响指纹图像的形成以及指纹识别的效果。

在一种可能的实现方式中，该多个第一像素单元之间互不相邻，该多个第二像素单元之间互不相邻，该多个第三像素单元之间互不相邻，且该多个第四像素单元之间互不相邻。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别装置还包括处理单元，该处理单元用于移动该第一指纹图像、该第二指纹图像、该第三指纹图像和该第四指纹图像以组合形成为一张重构图像，并根据该重构图像的质量参数，调整该第一指纹图像、该第二指纹图像、该第三指纹图像和该第四指纹图像的移动距离，以形成目标重构图像，该目标重构图像用于进行指纹识别。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别装置和该显示屏之间的距离为0至1mm。

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任一种可能的实现方式中的指纹识别装置，该指纹识别装置设置于该显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。

在一种可能的实现方式中，该指纹识别装置和该显示屏之间的距离为0至1mm。

在电子设备中设置上述指纹识别装置，通过提升指纹识别装置的指纹识别性能，从而提升该电子设备的指纹识别性能。

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和图3是根据本申请实施例的一种指纹识别装置的示意性截面图和示意性俯视图。

图4和图5是根据本申请实施例的另一指纹识别装置的示意性截面图和示意性俯视图。

图6是根据本申请实施例提供的一种指纹识别装置的示意性俯视图。

图7是根据本申请实施例的一种指纹识别单元的示意性立体结构图。

图8是图7中指纹识别单元的一种示意性俯视图。

图9是图8中指纹识别单元沿A-A’方向的截面示意图。

图10是图8中指纹识别单元沿B-B’方向的截面示意图。

图11是根据本申请实施例的另一指纹识别单元的示意性俯视图。

图12是图11中指纹识别单元沿A-A’方向的截面示意图。

图13是根据本申请实施例的另一指纹识别单元的示意性俯视图。

图14是根据本申请实施例的另一指纹识别单元的示意性俯视图。

图15是根据本申请实施例的另一指纹识别单元的示意性俯视图。

图16是根据本申请实施例的指纹识别装置中一种像素阵列的示意图。

图17a和图17b是根据本申请实施例的指纹识别装置中两种像素阵列的示意图。

图18是根据本申请实施例的一种电子设备的示意性结构图。

图19至图25是本申请实施例的指纹识别过程中的指纹图像的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应理解，本申请实施例可以应用于光学指纹系统，包括但不限于光学指纹识别系统和基于光学指纹成像的产品，本申请实施例仅以光学指纹系统为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用光学成像技术的系统等。

作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹系统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电子设备；更具体地，在上述电子设备中，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。或者，该指纹识别装置也可以部分或者全部集成至电子设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display)光学指纹系统。

如图1所示为本申请实施例可以适用的电子设备的结构示意图，该电子设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，该光学指纹装置130设置在显示屏120下方的局部区域。该光学指纹装置130包括光学指纹传感器，该光学指纹传感器包括具有多个光学感应单元131的感应阵列133，该感应阵列133所在区域或者其感应区域为光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，指纹检测区域103位于显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如显示屏120的侧面或者电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到光学指纹装置130，从而使得指纹检测区域103实际上位于显示屏120的显示区域。

应当理解，指纹检测区域103的面积可以与光学指纹装置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汇聚或者反射等光路设计，可以使得光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于光学指纹装置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，光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与该光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。

因此，使用者在需要对电子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1所示，光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，该光检测部分134包括感应阵列以及与该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，该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，该光探测器可以作为上述的光学感应单元；该光学组件132可以设置在光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括导光层或光路引导结构以及其他光学元件，该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感应阵列进行光学检测。

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

其中，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，该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，该准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到该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该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，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汇聚到其下方的光检测部分134的感应阵列，以使得该感应阵列可以基于该反射光进行成像，从而得到该手指的指纹图像。可选地，该光学透镜层在该透镜单元的光路中还可以形成有针孔，该针孔可以配合该光学透镜层扩大光学指纹装置的视场，以提高光学指纹装置130的指纹成像效果。

在其他实施例中，导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，该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感应阵列的其中一个感应单元。并且，微透镜层和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，微透镜层和感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中该微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得感应单元所对应的光线通过微透镜汇聚到微孔内部并经由该微孔传输到该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，可以在准直器层或者光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在准直器层或者光学透镜层与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，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，光学指纹装置130可以利用OLED显示屏120位于指纹检测区域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140按压在指纹检测区域103时，显示屏120向指纹检测区域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手指140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。由于指纹的脊141(ridge)与谷142(valley)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹脊141的反射光151和来自指纹谷142的反射光152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹装置130中的感应阵列134所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于该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。

在其他实施例中，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，该光学指纹装置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，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，该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光学指纹装置130；或者，光学指纹装置130也可以设置在背光模组下方，且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光学指纹装置130。当采用光学指纹装置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，电子设备10还包括透明保护盖板，该盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于显示屏120的上方并覆盖电子设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在显示屏120实际上是指按压在显示屏120上方的盖板或者覆盖该盖板的保护层表面。

还应当理解，电子设备10还可以包括电路板150，该电路板设置在光学指纹装置130的下方。光学指纹装置130可以通过背胶粘接在电路板150上，并通过焊盘及金属线焊接与电路板150实现电性连接。光学指纹装置130可以通过电路板150实现与其他外围电路或者电子设备10的其他元件的电性互连和信号传输。比如，光学指纹装置130可以通过电路板150接收电子设备10的处理单元的控制信号，并且还可以通过电路板150将来自光学指纹装置130的指纹检测信号输出给电子设备10的处理单元或者控制单元等。

另一方面，在某些实施例中，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，光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；该多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在显示屏120的下方，且该多个光学指纹传感器的感应区域共同构成光学指纹装置130的指纹检测区域103。也即是说，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，从而将光学指纹装置130的指纹采集区域103可以扩展到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。可替代地，当光学指纹传感器数量足够时，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。

还应理解，在本申请实施例中，光学指纹装置中的感应阵列也可以称为像素阵列，感应阵列中的光学感应单元或感应单元也可称为像素单元或者像素。

需要说明的是，本申请实施例中的光学指纹装置也可以称为光学指纹识别模组、指纹识别装置、指纹识别模组、指纹模组、指纹采集装置等，上述术语可相互替换。

图2和图3示出了一种指纹识别装置的示意性截面图和示意性俯视图。

如图2和图3所示，指纹识别装置200包括微透镜阵列210、至少一层挡光层220和像素阵列230。微透镜阵列210位于像素阵列230和至少一层挡光层220的正上方，且一个微透镜211对应一个像素单元231，即微透镜阵列210中的每一个微透镜211将接收到的光线通过至少一层挡光层220的小孔2201聚焦至同一微透镜211对应的像素单元231中。其中，每一个微透镜211接收的光信号主要为经过显示屏上方手指反射或散射后垂直于微透镜阵列210入射的指纹光信号。

如图3所示，像素阵列230中的像素单元231按照周期性排列，且像素阵列230中的每一个像素单元231的感光区域2311均设置在同一个像素单元的中心位置，以提高感光区域的占空比。

换言之，微透镜阵列210中的多个微透镜211和像素阵列230中的多个像素单元231一一对应，且像素阵列230中多个像素单元231的感光区域2311呈周期性排列且均匀分布。

但是，像素阵列230的感光区域会受到微透镜阵列210的尺寸的影响，且指纹识别装置200的厚度较大，进而增加了指纹识别装置200的光路的加工难度、周期以及成本。

此外，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，其按压在显示屏上时，手指局部区域会出现接触不良。当干手指与显示屏接触不好时，上述指纹识别装置200形成的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，因而，上述指纹识别装置200对于干手指的指纹识别性能较差。

图4和图5示出了另一种指纹识别装置的示意性截面图和示意性俯视图。

如图4和图5，指纹识别装置200包括：微透镜阵列210、至少一层挡光层220和像素阵列230。所述至少一挡光层形成有微透镜阵列210中的每个微透镜对应的多个导光通道，且多个导光通道中每个导光通道底部均设置有一个像素单元。

例如，如图4和图5所示，微透镜阵列210中的第一微透镜211下方的挡光层形成有4个导光通道，第一微透镜211对应位于其下方的4个像素，该4个像素单元包括图中所示的第一像素单元231以及第二像素单元232。

可选地，如图4所示，至少一层挡光层中，位于最上方的挡光层为第一挡光层221，第一挡光层221下方设置有第二挡光层222，且在像素阵列230上方设置有第三挡光层223。其中，在第一挡光层221上，形成与第一微透镜211对应的第一小孔2211，在第二挡光层222上，形成与第一微透镜211对应的第二小孔2221以及第三小孔2222，且该第二小孔2221以及第三小孔2222均位于第一小孔2211的下方，此外，在第三挡光层223上，形成与第一微透镜211对应的第四小孔2231以及第五小孔2232。在该结构中，第一小孔2211、第二小孔2221以及第四小孔2231形成第一微透镜对应的一个导光通道，第一微透镜会聚的第一方向的光信号经过该导光通道被第一像素单元231中的第一感光区域2311接收。第一小孔2211、第三小孔2222以及第五小孔2232形成第一微透镜对应的另一个导光通道，第一微透镜会聚的第二方向的光信号经过该导光通道被第二像素单元232单元中的第二感光区域2321接收。

图4为指纹识别装置200的截面示意图，该图中仅示出了一个微透镜对应2个导光通道以及2个像素单元的情况，应理解，在本申请实施例中，一个微透镜对应4个导光通道以及4个像素单元，一个微透镜对应的另2个导光通道以及2个像素单元的情况可以参见图4。

如图5所示，在指纹识别装置200中，微透镜阵列210中的多个微透镜呈方形阵列排列，像素阵列230中的多个像素单元同样呈方形阵列排列在微透镜阵列下方，且一个微透镜与4个像素单元对应，4个像素单元的中心与其对应的微透镜的中心在垂直方向上重合。

通过该实施例的方案，通过光路的设计，单个微透镜对应的4个像素单元能同时接收4个方向的光信号，从而提高指纹识别装置的进光量，减小曝光时间，增大视场。与此同时，通过单个微透镜与多像素单元搭配的成像光路可以对指纹的物方光束进行非正对光成像(即倾斜光成像)，能够提高干手指的识别效果，且能够扩大光学系统的物方数值孔径并缩短像素阵列的光路设计的厚度，最终能够有效降低指纹识别装置的厚度。

但在该实施例中，一个微透镜的中心与四个像素单元的中心在垂直方向上重合，受限于像素阵列与微透镜阵列的固定排布，像素单元接收的光信号倾斜角度受限，干手指的识别性能未达到最优，且整体的光路仍然较厚，不利于指纹识别装置进一步的轻薄化发展。

基于上述问题，本申请实施例中，提供一种指纹识别装置，在提高指纹识别装置的进光量、减小曝光时间、提高光学分辨率以及光学视场的同时，还能优化干手指的识别性能，且减小指纹识别装置的厚度。

以下，结合图6至图25，详细介绍本申请实施例的指纹识别装置。

需要说明的是，为便于理解，在以下示出的实施例中，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，在以下所示出的本申请实施例中的像素单元、微透镜以及阻光层上通光小孔的数量和排布方式等仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

图6是本申请实施例提供的一种指纹识别装置300的示意性俯视图，该指纹识别装置300适用于显示屏的下方，以实现屏下光学指纹识别。

如图6所示，该指纹识别装置300可以包括呈方形阵列分布的多个指纹识别单元301。其中，多个指纹识别单元301中包括多个微透镜，该多个微透镜呈方形阵列排列，若多个微透镜为圆形微透镜，则该多个微透镜的圆心呈方形阵列排列，四个相邻的微透镜的圆心构成一个正方形。

当然，该指纹识别装置300也可包括在结构上相互交错的多个指纹识别单元301。例如，该指纹识别装置300中的每一个指纹识别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识别单元中的微透镜下方的像素单元。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像素单元。

可选地，图7示出了一种指纹识别单元301的示意性立体结构图。

如图7所示，该多个指纹检测单元中的每个指纹检测单元301包括：

微透镜310；

至少两层挡光层，设置在上述微透镜310下方，该至少两层挡光层中的每一层挡光层中设置通光小孔以形成不同方向的四个导光通道(第一导光通道、第二导光通道、第三导光通道和第四导光通道)；

四个像素单元(第一像素单元331、第二像素单元332和第三像素单元333)，设置在该至少两层挡光层下方，该四个像素单元分布位于上述四个导光通道的底部；

其中，从显示屏上方的手指反射或散射后返回的指纹光信号通过上述微透镜310会聚后，其中不同方向的四个目标指纹光信号(第一目标指纹光信号、第二目标指纹光信号、第三目标指纹光信号和第四目标指纹光信号)分别经过上述四个导光通道传输至上述四个像素单元，该四个导光通道相对于显示屏的夹角不完全相同，且该四个目标指纹光信号用于检测手指的指纹信息。

在本申请中，微透镜310可以是各种具有会聚功能的镜头，用于增大视场，增加传输至像素单元的光信号量。该微透镜310的材料可以为有机材料，例如树脂。可选地，该微透镜310的表面可以为球面或者非球面。该微透镜310可以为圆形透镜或者方形透镜等等，本申请实施例对此不做限定。

可选地，若该微透镜310为圆形微透镜，其直径不大于四个像素单元的排列周期。例如，若四个像素单元所在区域为A×B的四边形区域，其中，A≤B，A与B为正整数，则微透镜310的直径小于等于A。

在本申请中，像素单元可以为一种光电转换单元。可选地，该像素单元可以包括互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)器件，具体包括光电二极管(Photo Diode，PD)以及CMOS开关管等等，其中，光电二极管为由一个PN结组成的半导体器件，具有单方向导电特性，其可以将接收的光信号转换为对应的电信号，从而实现光图像至电图像的转换，CMOS开关管用于接收控制信号控制光电二极管的工作，并可以用于控制输出光电二极管的电信号。

可选地，如图7所示，指纹检测单元301中的四个像素单元可以为四边形，该四个四边形的像素单元对应于微透镜310，并设置于微透镜310下方。

此处需要说明的是，设置于微透镜310下方的四个像素单元还可以为多边形或者其它异形图案，以使得指纹识别装置300中的像素阵列具有更高的对称性，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。

可选地，在一种可能的实施方式中，该指纹检测单元301中包括两层挡光层，例如图7中的第一挡光层321，以及第二挡光层。该第一挡光层321形成于微透镜310与四个像素单元所在平面之间的任意位置，本申请实施例对此不做限定。

该第二挡光层在图7中未示中，其可以形成于第一像素单元331以及第二像素单元的表面，具体可以为第一像素单元331以及第二像素单元332表面的金属层。

当然，该第二挡光层还可以形成于微透镜310与四个像素单元所在平面之间的任意位置，例如，形成于第一挡光层321与四个像素单元所在平面之间，本申请实施例同样对此不做具体限定。

可选地，如图7所示，第一挡光层321上形成有第一通光小孔3211，第二挡光层上形成有4个通光小孔，分别为第二通光小孔3221、第三通光小孔3222、第四通光小孔3223以及第五通光小孔3224。该第二通光小孔3221和第一通光小孔3211形成第一导光通道，用于通过经过微透镜310会聚后的指纹光信号中的第一目标指纹光信号，其被位于第一导光通道底部的第一像素单元331接收。同样的，第三通光小孔3222和第一通光小孔3211形成第二导光通道，用于通过第二目标指纹光信号，其被位于第二导光通道底部的第二像素单元332接收。第四通光小孔3223和第一通光小孔3211形成第三导光通道，用于通过第三目标指纹光信号，其被位于第三导光通道底部的第三像素单元333接收。第五通光小孔3224和第一通光小孔3211形成第四导光通道，用于通过第四目标指纹光信号，其被位于第四导光通道底部的第四像素单元334接收，该第一目标指纹光信号、第二目标指纹光信号、第三目标指纹光信号和第四目标指纹光信号用于检测指纹信息。

在本申请实施例中，上述各通光小孔可以位于微透镜310下方的任意位置，旨在形成任意四个不同方向的导光通道，且该四个不同方向的导光通道与显示屏的夹角不完全相同。换言之，微透镜310对应的第一像素单元331、第二像素单元332、第三像素单元333以及第四像素单元334也可以位于微透镜310下方的任意位置，旨在接收经过四个不同方向的导光通道的四个不同方向的指纹光信号，该四个不同方向的指纹光信号同样与显示屏的夹角不完全相同。

可选地，通过调整四个像素单元与微透镜310之间的相对位置关系，并在像素单元与微透镜310之间通过在挡光层上开小孔构建导光通道，以通过不同方向的指纹光信号，从而使得四个像素单元中的感光区域接收不同方向的指纹光信号。

可选地，还可以通过调整四个像素单元中感光区域的面积和/或感光区域在像素单元中的相对位置关系，使得四个像素单元中的感光区域接收不同方向的指纹光信号。

通过本申请实施例的方案，一个微透镜对应四个像素单元，且四个像素单元分别接收经过该微透镜会聚并通过四个导光通道的四个方向的指纹光信号，该四个方向的指纹光信号分别被四个像素单元接收。相对于一个微透镜对应一个像素单元的技术方案(例如图2与图3中的指纹识别装置)，能够增大提高指纹识别装置的进光量，减小曝光时间，增大指纹识别装置的视场。

此外，相对于一个微透镜对应四个像素单元，且微透镜中心与四个像素单元的中心在垂直方向上重合的技术方案(例如图4与图5中的指纹识别装置)，本申请实施例中，四个导光通道相对所述显示屏的夹角不完全相同，四个像素单元接收的指纹光信号的角度(指纹光信号与垂直于显示屏方向的夹角)由该四个像素单元与微透镜的相对位置关系决定，若像素单元偏移微透镜的中心越远，则像素单元接收的指纹光信号的角度越大。因此，通过灵活设置像素单元的位置，可以使得像素单元可以接收大角度的指纹光信号，进一步改善干手指的识别问题，并且能够进一步降低指纹识别单元中光路的厚度，从而减小指纹识别装置的厚度、降低工艺成本。

综上，采用本申请实施例的技术方案，在改善干手指的识别问题、降低指纹识别装置的厚度、降低工艺成本的同时，便于像素阵列的电路设计，提高指纹识别的处理速度。

可选地，上述指纹识别单元301接收的四个方向的目标指纹光信号均为相对于显示屏倾斜的光信号，或者四个方向的目标指纹光信号中一个目标指纹光信号为垂直于显示屏的光信号，另三个目标指纹光信号为倾斜于显示屏的光信号。

换言之，在指纹识别装置301中，至少两层挡光层中形成的四个不同方向的导光通道的方向均为相对于显示屏倾斜的方向。或者，四个不同方向的导光通道中一个导光通道的方向为垂直于显示屏的方向，另三个导光通道的方向为相对于显示屏倾斜的方向。

可选地，上述四个方向的目标指纹光信号的角度(目标指纹光信号与垂直于显示屏的方向的夹角)可以在0°至60°之间。或者说，微透镜310接收的指纹光信号的角度也可以在0°至60°之间。

即至少两层挡光层中形成的四个不同方向的导光通道与垂直于显示屏方向的夹角也可以在0°至60°之间，或者说，至少两层挡光层中形成的四个不同方向的导光通道与显示屏的夹角可以在30°至90°之间，若显示屏与上述四个像素单元所在平面平行设置，则至少两层挡光层中形成的四个不同方向的导光通道分别与上述四个像素单元所在平面的夹角可以在30°至90°之间。

在本申请的一些实施例中，至少两层挡光层中的底层挡光层设置有与四个像素单元分别对应的四个通光小孔。

例如，如图7所示，指纹识别单元中包括两层挡光层，两层挡光层中的顶层挡光层上设置第一通光小孔3211，两层挡光层中的底层挡光层上设置对应于四个像素单元的四个通光小孔。

可选地，若至少两层挡光层为多于两层的多层挡光层，则多层挡光层中的导光通道的方向可以为导光通道中最上层通光小孔的中心与最下层通光小孔的中心连线方向。或者导光通道的方向为与该中心连线方向相近的方向，例如，导光通道的方向与中心连线的方向在±5°之内。

例如，图7中，第一像素单元331对应的第一导光通道的方向为第一通光小孔3211与第二通光小孔3221的连线方向或者为与该连线方向相近的方向，第二像素单元331对应的第二导光通道的方向为第一通光小孔3211与第三通光小孔3222的连线方向或者为与该连线方向相近的方向，第三像素单元333对应的第三导光通道的方向为第一通光小孔3211与第四通光小孔3223的连线方向或者为与该连线方向相近的方向，第四像素单元334对应的第四导光通道的方向为第一通光小孔3211与第五通光小孔3224的连线方向或者为与该连线方向相近的方向。

可选地，该至少两层挡光层还可以为三层挡光层，例如，在上述申请实施例中的两层挡光层中再设置一层挡光层，该挡光层中同样设置与四个像素单元对应的通光小孔，形成该四个像素单元对应的四个导光通道。

可选地，若至少两层挡光层为三层以及三层以上的挡光层，则底层挡光层与顶层挡光层之间的挡光层为中间挡光层，四个导光通道中，底层挡光层与顶层挡光层的通光小孔的连线方向为导光通道的方向，该中间挡光层中通光小孔的中心可以分别位于四个导光通道的连线上。

可选地，至少两层挡光层中的底层挡光层为四个像素单元表面的金属布线层。

例如，四个像素单元的金属布线层设置在微透镜310的后焦平面位置，该金属布线层为至少两层挡光层的底层挡光层，且在四个像素单元的感光区域的上方分别形成有第二通光小孔3221、第三通光小孔3222、第四通光小孔3223以及第五通光小孔3224。

换言之，通过在指纹传感器芯片的金属布线层上，形成至少两层挡光层中的底层挡光层，并在每一个像素单元的感光区域上方形成对应的通光小孔。或者说，可以将指纹传感器芯片的金属布线层复用于微透镜和像素单元之间的光路层。

可选地，至少两层挡光层的顶层挡光层设置有与四个像素单元对应的至少一个通光小孔。例如，顶层挡光层中可为四个像素单元分别设置一个通光小孔，又例如，顶层挡光层中也可为四个像素单元共同设置一个通光小孔，例如上述的第一通光小孔3211，换言之，第一像素单元331对应的第一导光通道、第二像素单元332对应的第二导光通道、第三像素单元333对应的第三导光通道以及第四像素单元334对应的第四导光通道在至少两层挡光层的顶层挡光层中的通光小孔重合。

可选地，上述四个导光通道中的通光小孔由上至下孔径依次减小，例如上述第二通光小孔3221、第三通光小孔3222、第四通光小孔3223以及第五通光小孔3224的孔径均小于第一通光小孔3211的孔径。

换言之，上方的挡光层中的通光小孔的孔径设置的大于下方的挡光层中的通光小孔的孔径，由此。可以使得至少两层挡光层可以引导较多(一定的角度范围)的光信号至相应的像素单元。

应理解，在具体实现中，本领域技术人员可以根据光路设计要求确定导光通道的方向，从而确定至少两层挡光层中通光小孔的分布，形成满足光路设计要求的导光通道，通过特定方向的目标指纹光信号被像素单元接收。

在具体实现中，至少两层挡光层中的每层挡光层对特定波段(比如可见光或者610nm以上波段)的光的透过率小于预设阈值(例如20％)，以避免相应的光通过。其中的通光小孔可以为圆柱形通孔，也可以为其它形状的通孔，例如多边形通孔。该通光小孔的孔径可以大于预定值，例如，该通光小孔的孔径大于100nm，以便于透过所需的光以进行成像。该通光小孔的孔径也要小于预定值，以确保挡光层能够阻挡不需要的光。又例如，该通光小孔的孔径可以小于微透镜的直径。

作为示例，至少两层挡光层中的通光小孔也可以包括通过多个小孔径的开孔等效合成的大孔径开孔。例如，可以将至少两层挡光层中的顶层挡光层中的用于传输同一微透镜会聚的光信号的多个小孔径开孔合并为一个大孔径开孔。

可选地，至少两层挡光层中的每层挡光层可以为金属层，相应地，挡光层内设置的通光小孔可以为形成在金属层的通孔。至少两层挡光层中的挡光层也可以是黑色高分子吸光材料。例如，针对大于预设角度的光信号，该至少两层挡光层具有小于2％的可见光波段透过率。

应理解，挡光层中的通光小孔的参数设置应尽可能使得成像所需的光信号最大化地传输至像素单元，而不需要的光被最大化地阻挡。例如，该通光小孔的参数可以设置为使得以特定角度(例如35度)倾斜入射的光信号最大化的传输至对应的像素单元，而最大化阻挡其他光信号。

在本申请的一些实施例中，上述指纹识别单元301还可以包括透明介质层。

其中，该透明介质层用于连接上述微透镜310、至少两层挡光层以及上述四个像素单元。

例如，透明介质层可透过目标波段的光信号(即指纹检测所需波段的光信号)。例如，透明介质层可采用氧化物或氮化物等。可选地，透明介质层可以包括多层，以分别实现保护、过渡和缓冲等功能。例如，在无机层和有机层之间可以设置过渡层，以实现紧密的连接；在易氧化的层上可以设置保护层，以实现保护。

在本申请的一些实施例中，上述指纹识别单元301还可包括光学滤波层。

其中，该光学滤波层设置在上述微透镜310到四个像素单元所在平面之间的光路中或者设置在上述微透镜310上方，该光学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，该光学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，该光学滤波层可以为独立形成的光学滤波层。例如，该光学滤波层可以是采用蓝水晶或者蓝玻璃做载体形成的光学滤波层。可选地，该光学滤波层可以为形成在上述微透镜310到四个像素单元所在平面之间的光路中任一层表面的镀膜。例如，可以在像素单元的表面、透明介质层中任一层的表面或微透镜的表面形成的镀膜，进而形成光学滤波层。

可选地，当至少两层挡光层均位于像素单元上方，而非像素单元表面时，光学滤波层设置在至少两层挡光层的底层挡光层与四个像素单元所在平面之间。

可选地，当至少两层挡光层的底层挡光层为像素单元表面的金属布线层时，光学滤波层设置在该底层挡光层与其上方的挡光层之间。

可选地，该光学滤波层生长于像素单元所在的传感器芯片的表面，并集成在该传感器芯片中。

可选地，可以采用物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)工艺在像素单元上进行镀膜形成光学滤波层，例如，通过原子层沉积、溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、离子束镀膜等方法在像素单元上方制备多层滤光材料薄膜。

可选地，在本申请实施例中，光学滤波层包括多层氧化物薄膜，其中，该多层氧化物薄膜包括硅氧化物薄膜和钛氧化物薄膜，该硅氧化物薄膜和钛氧化物薄膜依次交替生长形成该光学滤波层；或者该多层氧化物薄膜包括硅氧化物薄膜和铌氧化物薄膜，该硅氧化物薄膜和铌氧化物薄膜依次交替生长形成该光学滤波层。

可选地，本申请实施例中，光学滤波层的厚度在1μm至10μm之间。

可选地，光学滤波层用于通过400nm至650nm波段范围的光信号，换言之，上述目标波段的波长范围包括400nm至650nm。

图8示出了图7中指纹识别单元301的示意性俯视图。

如图8所示，该第一像素单元331、第二像素单元332、第三像素单元333和第四像素单元334所在区域(为了便于描述，该四个像素单元所在区域简称为像素区域330)可以位于微透镜310的斜下方，像素区域330的中心与微透镜310的中心在垂直方向上不重合。其中，四个像素单元均接收倾斜方向的目标指纹光信号，即四个像素单元对应的四个导光通道的方向均相对于显示屏倾斜。

其中，四个像素单元中均包括感光区域(Active Area，AA)，用于分别接收经过四个导光通道的四个目标指纹光信号并转换为对应的电信号。该感光区域可以为像素单元中光电二极管所在的区域，即像素单元中接收光信号的区域，像素单元中的其它区域可以用于设置像素单元中的其它电路以及用于像素间走线的排布。可选地，该感光区域对于蓝光、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，该感光区域对于蓝光(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。

第一像素单元331的第一感光区域3311位于第二通光小孔3221的下方，即位于第一导光通道的底部，用于接收第一目标指纹光信号；第二像素单元332的第二感光区域3321位于第三通光小孔3222的下方，即位于第二导光通道的底部，用于接收第二目标指纹光信号；第三像素单元333的第三感光区域3331位于第四通光小孔3223的下方，即位于第三导光通道的底部，用于接收第三目标指纹光信号，第四像素单元334的第四感光区域3341位于第五通光小孔3224的下方，即位于第四导光通道的底部，用于接收第四目标指纹光信号。

图9示出了图8中指纹识别单元301沿A-A’方向的截面示意图。

如图9所示，第一目标指纹光信号311通过第一通光小孔3211以及第二通光小孔3221构成的第一导光通道被第一像素单元中的第一感光区域3311接收，第二目标指纹光信号312通过第一通光小孔3211以及第三通光小孔3222构成的第二导光通道被第二像素单元中的第二感光区域3321接收。

可选地，在本申请实施例中，第一感光区域3311的中心至微透镜310中心的距离和第二感光区域3321的中心至微透镜310中心的距离相等。

可选地，在该情况下，第一感光区域3311接收的第一目标指纹光信号311与第二感光区域3321接收的第二目标指纹光信号312与显示屏的夹角相同，或者说，第一感光区域3311对应的第一导光通道与显示屏的夹角和第二感光区域3321对应的第二导光通道与显示屏的夹角相等。

图10示出了图8中指纹识别单元301沿B-B’方向的截面示意图。

如图10所示，第二感光区域3321的中心至微透镜310中心的距离和第四感光区域3341的中心至微透镜310中心的距离不相等，此时，第二感光区域3321接收的第二目标指纹光信号312与第四感光区域3341接收的第四目标指纹光信号314与显示屏的夹角不相同，或者说，第二感光区域3321对应的第一导光通道与显示屏的夹角和第四感光区域3341对应的第四导光通道与显示屏的夹角不相等。

在本申请实施例中，第一感光区域3311和第二感光区域3321接收的目标指纹光信号与显示屏的夹角相同，第三感光区域3321和第四感光区域3341接收的目标指纹光信号与显示屏的夹角相同。

应当理解的是，四个感光区域接收的指纹光信号与显示屏的夹角可以部分相同或者全部不相同，本申请实施例对此不做限定。

上述图8以及图9、图10示出了指纹识别单元301中包括两层挡光层的情况，可选地，指纹识别单元301还可以包括三层挡光层的情况。

图11示出了一种指纹识别单元301的示意性俯视图，图12示出了图11中指纹识别单元301沿A-A’方向的截面示意图。

如图11和图12所示，该指纹识别单元301包括三层挡光层。其中，顶层挡光层中设置上述第一通光小孔3211，底层挡光层中设置上述第二通光小孔3221、上述第三通光小孔3222、上述第四通光小孔3223以及上述第五通光小孔3224。此外，新增的中间层挡光层中设置有第六通光小孔3231、第七通光小孔3232、第八通光小孔3233和第九通光小孔3234。其中，第一通光小孔3211、第六通光小孔3231以及第二通光小孔3221形成第一感光区域3311单元对应的第一导光通道，该四个通光小孔的中心可以位于同一直线上。此外，第一通光小孔3211、第七通光小孔3232以及第三通光小孔3222形成第二感光区域3321对应的第二导光通道，该四个通光小孔的中心也可以位于同一直线上，并且，第一通光小孔3211、第八通光小孔3233以及第四通光小孔3223形成第三感光区域3331对应的第三导光通道，该四个通光小孔的中心也可以位于同一直线上。第一通光小孔3211、第九通光小孔3234以及第五通光小孔3224形成第四感光区域3341对应的第四导光通道，该四个通光小孔的中心也可以位于同一直线上。

可选地，在本申请实施例中，第一通光小孔3211的孔径大于第六通光小孔3231、第七通光小孔3232、第八通光小孔3233以及第九通光小孔3234的孔径，且该第六通光小孔3231、第七通光小孔3232、第八通光小孔3233以及第九通光小孔3234的孔径大于第二通光小孔3221、第三通光小孔3222、第四通光小孔3223以及第五通光小孔3224的孔径。

应理解，在本申请中，指纹识别单元301还可以包括更多层的挡光层，下文中均以两层挡光层作为示意进行说明，两层以上的多层挡光层的情况可以参考相关说明，此处不再赘述。

参见图8和图11，在一种可能的实施方式中，四个像素单元中的感光区域只占据像素单元中的小部分区域，以满足接收光信号的要求。

在该申请实施例方式中，第一感光区域3311的中心可以位于第一导光通道的底部，换言之，第一感光区域3311的中心可以位于第一通光小孔3211与第二通光小孔3221的连线上。同样的，其它像素单元中的感光区域的中心同样可以位于其对应的导光通道的底部。

通过上述设置，第一目标指纹光信号通过第一导光通道在第一像素单元331上形成第一光斑3301，第二目标指纹光信号通过第二导光通道在第二像素单元332上形成第二光斑3302，第三目标指纹光信号通过第三导光通道在第三像素单元333上形成第三光斑3303，第四目标指纹光信号通过第四导光通道在第四像素单元334上形成第三光斑3304。

为了最大化的接收第一目标指纹光信号、第二目标指纹光信号、第三目标指纹光信号以及第四目标指纹光信号，可选地，第一像素单元331上的第一感光区域3311可以完全覆盖上述第一光斑3301，第二像素单元332上的第二感光区域3321可以完全覆盖上述第二光斑3302，第三像素单元333上的第三感光区域3331可以完全覆盖上述第三光斑3303，并且第四像素单元334上的第四感光区域3341可以完全覆盖上述第四光斑3304。

可选地，四个像素单元中，第一像素单元331可以为四边形区域，其长和宽分别为L和W，其中，W≤L，W和L均为正数，第一像素单元331中的第一感光区域3311的长和宽均大于等于0.1×W。当然，四个像素单元中其它三个像素单元和感光区域的尺寸也可以对应满足上述条件。

在一种可能的实施方式中，如图8以及图11所示，四个像素单元中的感光区域为四边形区域且外切于该感光区域。

在此情况下，像素单元中的感光区域较小，但充分接收了经过导光通道后的指纹光信号，满足指纹成像要求，且与此同时，像素单元中的其它区域面积较大，给像素单元的布线提供了足够的空间，降低了工艺要求，提高了工艺制造的效率，且其它区域可以用于设置其它的电路结构，能够提高像素单元的信号处理能力。

应理解，当四个像素单元中的感光区域只占据像素单元中的小部分区域时，感光区域的中心还可以不位于导光通道的底部，而发生一定的偏移，此时，可以扩大感光区域的面积，使得感光区域能够覆盖指纹光信号在像素单元上的光斑的全部面积。

可选地，在图8和图11中，四个像素单元均为大小相同的四边形像素单元。

应理解，在本申请实施例中，除上述图中所示的像素分布外，四个像素单元的形状大小以及相对位置可以任意设置，四个像素的形状大小可以相同也可以不相同，本申请实施例对此不做任何限定。例如，四个像素单元的第一像素单元和第三像素单元为正方形像素，而第二像素单元为长方形像素，或者四个像素单元均为正方形像素等等。

在图8以及图11中，四个感光区域偏移于四个像素单元的中心设置。由于四个感光区域均接收倾斜方向的光信号，且倾斜角度越大，则像素单元中的感光区域距离微透镜的中心距离越远，例如，第三感光区域以及第四感光区域距离微透镜的中心距离较远，而第一感光区域以及第二感光区域距离微透镜的中心距离较近，因而第三感光区域和第四感光区域接收的目标指纹光信号的角度较大，第一感光区域和第二感光区域接收的目标指纹光信号的角度较小。

此外，四个感光区域除了偏移于像素单元的中心设置外，还向远离于微透镜中心的方向偏移，能够增大四个感光区域接收的目标指纹光信号角度，从而进一步减小指纹识别单元的厚度。

应理解，在本申请实施例中，四个感光区域也可以分别位于四个像素单元的中心，为了满足感光区域接收光信号的角度需求，可以将四个像素单元向远离于微透镜中心的方向偏移，增大四个感光区域接收的目标指纹光信号角度，减小指纹识别单元的厚度。

在本申请实施例中，四个像素单元也可以设置于微透镜下方的任意位置，且四个感光区域可以设置于该四个像素单元中的任意位置，旨在接收经过四个通道的目标指纹光信号，本申请实施例对四个像素单元的位置以及四个感光区域在像素单元中的具体位置不做任何限定。

如图8以及图11所示，第一感光区域3311接收的第一目标指纹光信号与第二感光区域3321接收的第二目标指纹光信号在像素区域330所在平面的投影的夹角呈+90°，第一感光区域3311接收的第一目标指纹光信号与第三感光区域3331接收的第三目标指纹光信号在像素区域330所在平面的投影的夹角呈-90°，并且，第一感光区域3311接收的第一目标指纹光信号与第四感光区域3341接收的第四目标指纹光信号在像素区域330所在平面的投影的夹角呈180°。

或者说，第一导光通道在像素区域330所在平面的投影与第二导光通道在像素区域330所在平面的投影呈+90°夹角，第一导光通道在像素区域330所在平面的投影与第三导光通道在像素区域330所在平面的投影呈-90°夹角，并且第一导光通道在像素区域330所在平面的投影与第四导光通道在像素区域330所在平面的投影呈180°夹角。

采用本申请实施例的方案，四个像素单元中多组两个像素单元接收的指纹光信号相互垂直，即其中的第一像素单元与第二像素单元，第一像素单元与第三像素单元，第四像素单元与第二像素单元，以及第四像素单元与第三像素单元接收的指纹光信号相互垂直，在此情况下，便于采集到的垂直于指纹中脊和谷纹路的指纹光信号，能够提高指纹识别单元接收的指纹光信号的质量，从而提高指纹图像质量，提升指纹识别装置的指纹识别性能。

应理解，四个像素单元中任意两个像素单元接收的指纹光信号垂直，即可以采集到的垂直于指纹中脊和谷纹路的指纹光信号，提高指纹识别单元接收的指纹光信号的质量，该四个像素单元中其它两个像素单元接收的指纹光信号的角度本申请实施例对此不做限定。

在上述图8至图12中，微透镜在四个像素单元上的投影点与四个像素单元的中心点的连线方向与像素单元的一边平行。可选地，微透镜还可以设置在四个像素单元上方的任意位置，其在四个像素单元上的投影点与四个像素单元的中心点的连线方向可以为任意方向。

图13示出了另一种指纹识别单元301的示意性俯视图。

如图13所示，微透镜310的中心在像素区域330上的投影点与像素区域330的中心的连线位于像素区域330中的一条对角线上。其中，四个像素单元中的感光区域均远离于微透镜设置，便于接收更大角度的指纹光信号，其中，微透镜310的中心距离第四像素单元334最远，该第四像素单元334中的感光区域设置在第四像素单元中远离微透镜310的对角上，此时，在四个像素单元中，第四像素单元334中的感光区域接收的指纹光信号角度最大。采用该方式，能够进一步减小指纹识别单元以及指纹识别模组的光路厚度。

此外，在本申请实施例中，第一感光区域3311接收的第一目标指纹光信号与第三感光区域3331接收的第三目标指纹光信号在像素区域330所在平面的投影的夹角呈90°，或者说，第一导光通道在像素区域330所在平面的投影与第三导光通道在像素区域330所在平面的投影呈90°夹角。而第一导光通道在像素区域330所在平面的投影与第四导光通道在像素区域330所在平面的投影的夹角为小于90°的锐角，第一导光通道在像素区域330所在平面的投影与第二导光通道在像素区域330所在平面的投影的夹角为大于90°的钝角。

可选地，若上述四个像素单元所在的像素区域330为边长为a的正方形区域，该微透镜310的中心在该四个像素单元所在平面上的投影点与该像素区域330的中心点的距离为d，其中0＜d＜a。

上述图8、图9、图11和图13仅举例说明了几种指纹识别单元301的俯视示意图，应理解，四个导光通道中任意两个导光通道在像素区域330所在平面的投影可以呈0°至180°之间的任意夹角，且四个导光通道分别与像素区域330所在平面的夹角也可以呈0°至90°之间的任意角度，本申请实施例对此不作任何限定。

还应理解，在本申请实施例中，可以通过像素单元、像素单元中的感光区域的设置，调整其对应的导光通道方向，使其满足设计的光路需求。

在上述申请实施例中，四个像素单元中的感光区域仅占据像素单元中的小部分区域，在另一种可能的实施方式中，四个像素单元中的感光区域占据像素单元中的大部分区域，以提高像素单元的动态范围。

可选地，图14示出了指纹识别单元301的另一种示意性俯视图。

如图14所示，四个像素单元中的感光区域面积较大，除了覆盖像素单元上光斑外，还覆盖了其它区域。在图14中，四个像素单元中的感光区域占据了像素单元的大部分面积。例如，第一像素单元331中的第一感光区域3311占据了第一像素单元331中的95％以上的面积，或者其它像素单元中各自的感光区域占据了95％以上的面积。

在该实施方式下，像素单元的感光区域增大，能够提高像素单元的满阱容量以及像素单元的动态范围(Dynamic Range)，从而提升像素单元的整体性能，实现指纹识别装置的高动态范围成像(High Dynamic Range Imaging，HDR)。

可选地，基于上述申请实施例中，第一感光区域3311的中心至微透镜310中心的距离、第二感光区域3321的中心至微透镜310中心的距离、第三感光区域3331的中心至微透镜310中心的距离、以及第四感光区域3341的中心至微透镜310中心的距离中任意两个距离可以不相等，或者四个距离均不相等，此时，第一目标指纹光信号、第二目标指纹光信号、第三目标指纹光信号以及第四目标指纹光信号与显示屏的四个夹角中任意两个夹角不相等，或者四个夹角均不相等，或者说，第一导光通道、第二导光通道、第三导光通道以及第四导光通道与显示屏的四个夹角中任意两个夹角不相等，或者四个夹角均不相等。

以上仅举例说明了指纹识别单元301中四个像素单元所在的像素区域330位于微透镜310的斜下方的几种情况，应理解，像素区域300还可以位于微透镜310斜下方的任意区域，本申请实施例对此不做任何限定，且四个像素单元中的感光区域可以位于其所在的像素单元中的任意区域，本申请实施例对此也不做任何限定。

应当理解的是，随着像素单元和感光区域的移动，感光区域接收的目标指纹光信号的方向以及感光区域对应的导光通道的方向也随之发生变化，换言之，也可以根据光路设计中，目标指纹光信号需求的方向，设计像素单元、感光区域相对于微透镜的位置。

具体地，在一种可能的光路设计方式中，第一目标指纹光信号的角度大于四个目标指纹光信号中其它三个目标指纹光信号的角度，其中，光信号的角度是指光信号与垂直于显示屏的方向的夹角。

微透镜310与四个像素单元所在平面之间的光路高度h根据以下公式计算：

h＝x×cotθ；

其中，x为接收第一目标指纹光信号的第一感光区域3311的中心与微透镜310的中心在四个像素单元所在平面上的投影点之间的距离，θ为第一目标指纹光信号的角度。

上述申请实施例示出了指纹识别单元301中的四个像素单元均接收倾斜光信号的情况，可选地，四个像素单元中有一个像素单元可以接收垂直方向的目标指纹光信号，另两个像素单元接收倾斜方向的目标指纹光信号，换言之，四个像素单元中有一个像素单元对应的导光通道的方向相对于显示屏垂直，另两个像素单元对应的导光通道的方向均相对于显示屏倾斜。

下文以第一像素单元331、第三像素单元333以及第四像素单元334接收倾斜方向的目标指纹光信号，第二像素单元332接收垂直方向的目标指纹光信号进行举例说明。

图15示出了指纹识别装置300的一种指纹识别单元301的俯视图。

如图15所示，在空间位置上，第二像素单元332中的第二感光区域3321位于微透镜310中心的正下方，或者说，第二感光区域3321的中心与微透镜310的中心在垂直方向上重合。此时，第二感光区域3321对应的第二导光通道也对应的垂直于微透镜310或者说垂直于显示屏。此时，第二导光通道中的第一通光小孔3211的中心、第三通光小孔3222的中心、微透镜310的中心以及第二感光区域3321的中心均位于同一垂直于显示屏的直线上。

在空间位置上，第一像素单元331中的第一感光区域3311、第三像素单元333中的第三感光区域3331以及第四像素单元334中的第四感光区域3341则位于微透镜310中心的斜下方，接收倾斜于显示屏的光信号，其对应的第一导光通道、第三导光通道和第四导光通道的方向倾斜于显示屏设置。具体地，该第一像素单元331、第三像素单元333以及第四像素单元334及其相关的技术特征可以参照上述四个像素单元均接收倾斜光信号技术方案中的技术特征，此处不再赘述。

上述图15仅举例说明了指纹识别单元301中第一像素单元331和第三像素单元333、与微透镜310的相对位置关系的一种情况，应理解，在空间位置上，第一像素单元331和第三像素单元333还可以位于微透镜310斜下方的任意区域，本申请实施例对此不做任何限定，且四个像素单元中的感光区域可以位于其所在的像素单元中的任意区域，本申请实施例对此也不做任何限定。

在本申请实施例中，通过四个像素单元分别接收到垂直方向的指纹光信号和倾斜方向的指纹光信号，当手指与显示屏接触良好时，垂直方向的指纹光信号光强大，对应的指纹图像信号质量好，能够快速进行指纹识别，与此同时，当干手指与显示屏接触不良，倾斜方向的指纹光信号能够改善干手指的指纹识别问题，且能够减小指纹识别装置的厚度。

上面结合图6至图15详细介绍了本申请中的指纹识别单元301。

具体地，指纹识别装置300中包括多个指纹识别单元301，其中，多个指纹识别单元301中的每个指纹识别单元中均包括上述四个像素单元，因而，指纹识别装置300中包括多组上述四个像素单元，该多组上述四个像素单元形成指纹识别装置300的像素阵列。

可选地，如图16所示，在一种可能的实施方式中，一个指纹识别单元301中的四个像素单元为四边形像素单元，且形成四边形区域，指纹识别装置300的像素阵列302呈现为多个四边形的像素单元阵列排列的像素矩阵。

可选地，在该像素阵列302中设置有多个目标像素单元3021，该多个目标像素单元3021对应的导光通道中设置有彩色滤波层，该彩色滤波层用于通过特定波长的彩色光，被多个目标像素单元接收。

可选地，该多个目标像素单元3021可以均为上述第一像素单元331，或者上述第二像素单元332，或者上述第三像素单元333，或者上述第四像素单元334，还可以同时包括上述第一像素单元331、第二像素单元332、第三像素单元和第四像素单元334，本申请实施例对此不做限定。

可选地，该彩色滤波层可以设置于目标像素单元对应的导光通道中的任意光路位置，例如，设置在至少两层挡光层的通光小孔中，或者也可以设置在两层挡光层之间，或者还可以设置在目标像素单元的表面。

在一种可能的实施方式中，若目标像素单元对应三层挡光层或者三层以上挡光层，则该彩色滤波层可以设置在导光通道的中间层挡光层中。

可选地，在本申请实施例中，像素阵列302中的多个目标像素单元3021用于感测红光信号、蓝光信号或者绿光信号中的一种，例如，多个目标像素单元3021只对红光信号进行感测并形成对应的电信号，而不对红光信号以外的光信号进行感测。

当手指按压时，多个目标像素单元3021感测红光信号，多个目标像素单元中部分目标像素单元能够接收经过手指的红光信号，其它部分目标像素单元不能接收经过手指的红光信号。

基于多个目标像素单元3021感测的红光信号的不同，从而确定出手指的指纹区域303。

在本申请实施例中，多个目标像素单元3021感测的红光信号可以为完整的红色波段光信号，例如，波长为590nm～750nm之间的光信号，或者也可以为红色波段中的部分波段的光信号，例如该红光光信号为590nm～750nm之间任意波段范围或任意波长的红光信号。

可选地，多个目标像素单元3021感测的绿光信号和蓝光信号可以为完整的绿色波段光信号或者蓝色波段光信号，例如，波长为490nm～570nm之间的绿光信号或者450nm～475nm之间的蓝光信号，或者也可以为绿色波段或者蓝色波段中的部分波段的光信号，例如该绿光信号为490nm～570nm之间任意波段范围或任意波长的绿光信号，该蓝光信号为450nm～475nm之间任意波段范围或任意波长的绿光信号。

因此，在本申请实施例的技术方案中，可以通过设置多个目标像素单元3021感测彩色光信号，根据不同的目标像素单元接收的彩色光信号的差异，确定显示屏上的手指按压的指纹区域和非手指按压的区域，在指纹识别的过程中，直接对手指按压的指纹区域对应的像素感测的光信号进行指纹识别处理，而避免了非手指按压区域对应的像素对指纹识别造成的干扰，从而提高指纹识别的成功率。此外，由于手指对于彩色光信号的吸收和反射性能不同于其他材料对彩色光信号的吸收和反射性能，因而根据接收彩色光信号的强度，可以对增强对指纹识别的防伪功能，即可以判断是真手指按压还是假手指按压。

指纹识别装置300中包括多组上述四个像素单元，该多组上述四个像素单元形成指纹识别装置300的像素阵列。

可选地，该多个目标像素单元3021均匀或者非均匀的分布在像素阵列302中。

可选地，像素阵列302由多个单位像素区域3023组成，该多个单位像素区域3023中每个单位像素区域中设置有一个该目标像素单元3021。

例如，如图16所示，该单位像素区域3023可以为4个指纹识别单元的像素区域，即16个像素单元的像素区域。应理解，该单位像素区域还可以其它任意大小的像素单元区域，本申请实施例对此不做限定。

可选地，每个单位像素区域中，目标像素单元在单位像素区域中的相对位置关系相同。例如，如图16所示，每个单位像素区域中，目标像素单元均位于单位像素区域的右下角。应理解，每个单位像素区域中，目标像素单元在单位像素区域中的相对位置关系也可以不相同，目标像素单元在单位像素区域中任意设置，本申请实施例对此也不做任何限定。

图17a至图17b示出了两种指纹识别装置300中的像素阵列302的示意图。如图17a至图17b所示，数字“1”表示上述第一像素单元331，数字“2”表示上述第二像素单元332，数字“3”表示上述第三像素单元333，数字“4”表示上述第四像素单元334。

如图17a和图17b所示，多个第一像素单元331之间、多个第二像素单元332之间、多个第三像素单元333之间、以及多个第四像素单元334之间彼此均不相邻。

应理解，上述图17a和图17b仅为两种像素阵列302的示意图，其中第一像素单元331、第二像素单元332、第三像素单元333和第四像素单元334的相对位置关系可以任意设置，例如，图中的第一像素单元331的位置也可为第二像素单元332或者第三像素单元333或者第四像素单元334，本申请实施例对此不做限定。

在该像素阵列302中，多个第一像素单元331接收一个方向的指纹光信号，该指纹光信号用于形成手指的第一指纹图像，且一个第一像素单元331接收的第一目标指纹光信号用于形成第一指纹图像中的一个像素点。多个第二像素单元332接收另一个方向的指纹光信号，该指纹光信号用于形成手指的第二指纹图像，且一个第二像素单元332接收的第二目标指纹光信号用于形成第二指纹图像中的一个像素点。多个第三像素单元333接收第三个方向的指纹光信号，该指纹光信号用于形成手指的第三指纹图像，且一个第三像素单元333接收的第三目标指纹光信号用于形成第三指纹图像中的一个像素点。多个第四像素单元334接收第四个方向的指纹光信号，该指纹光信号用于形成手指的第四指纹图像，且一个第四像素单元334接收的第四目标指纹光信号用于形成第四指纹图像中的一个像素点。该第一指纹图像、第二指纹图像、第三指纹图像以及第四指纹图像可以单独用于指纹识别，也可以将其中的任意两张或者三张指纹图像进行重构，将重构后的指纹图像进行指纹识别。

可选地，在一种可能的实施方式中，一个第一像素单元331接收的第一目标指纹光信号用于形成第一指纹图像中的一个像素点。一个第二像素单元332接收的第二目标指纹光信号用于形成第二指纹图像中的一个像素点。一个第三像素单元333接收的第三目标指纹光信号用于形成第三指纹图像中的一个像素点。一个第四像素单元334接收的第四目标指纹光信号用于形成第四指纹图像中的一个像素点。

可选地，在另一种可能的实施方式中，多个第一像素单元中每X个第一像素单元331接收的第一目标指纹光信号用于形成第一指纹图像中的一个像素点。多个第二像素单元中每X个第二像素单元332接收的第二目标指纹光信号用于形成第二指纹图像中的一个像素点。多个第三像素单元中每X个第三像素单元333接收的第三目标指纹光信号用于形成第三指纹图像中的一个像素点。多个第四像素单元中每X个第四像素单元334接收的第四目标指纹光信号用于形成第四指纹图像中的一个像素点。其中，X为大于1的正整数。

当然，除了上述实施方式外，多个第一像素单元中每A个第一像素单元331接收的第一目标指纹光信号可以用于形成第一指纹图像中的一个像素点。多个第二像素单元中每B个第二像素单元332接收的第二目标指纹光信号用于形成第二指纹图像中的一个像素点。多个第三像素单元中每C个第三像素单元333接收的第三目标指纹光信号用于形成第三指纹图像中的一个像素点。多个第四像素单元中每D个第四像素单元334接收的第四目标指纹光信号用于形成第四指纹图像中的一个像素点。其中，A，B，C，D为正整数，且其中至少两个数互不相等。

具体地，在本申请实施例中，指纹识别装置300还包括处理单元，可选地，该处理单元可以为处理器，该处理器可以为指纹识别装置300中的处理器，例如微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)等等。该处理器还可以为所述指纹识别装置300所在的电子设备中的处理器，例如手机中主控芯片等，本申请实施例对此不做限定。

具体地，该处理单元包括第一子处理单元、第二子处理单元、第三子处理单元以及第四子处理单元，其中，第一子处理单元用于获取X个第一像素单元331的电信号以形成手指的第一指纹图像中的一个像素值，第二子处理单元用于获取X个第二像素单元332的电信号以形成手指的第二指纹图像中的一个像素值，第三子处理单元用于获取X个第三像素单元333的电信号以形成手指的第三指纹图像中的一个像素值，第四子处理单元用于获取X个第四像素单元334的电信号以形成手指的第四指纹图像中的一个像素值。

可选地，第一子处理单元用于通过金属走线连接至像素阵列302中的X个第一像素单元331，将该X个第一像素单元331的像素值的平均值作为第一指纹图像中的一个像素值。

第二子处理单元用于通过金属走线连接至像素阵列302中的X个第二像素单元332，将该X个第二像素单元332的像素值的平均值作为第二指纹图像中的一个像素值。

第三子处理单元用于通过金属走线连接至像素阵列302中的X个第三像素单元333，将该X个第三像素单元333的像素值的平均值作为第三指纹图像中的一个像素值。

第四子处理单元用于通过金属走线连接至像素阵列302中的X个第四像素单元334，将该X个第四像素单元334的像素值的平均值作为第四指纹图像中的一个像素值。

可选地，该X个第一像素单元331可以为像素阵列302的多个第一像素单元331中相邻的X个像素单元，例如，可以为2×2的4个第一像素单元，或者为3×3的9个第一像素单元，同样的，该X个第二像素单元332可以为像素阵列302的多个第二像素单元332中相邻的X个像素单元，该X个第三像素单元333可以为像素阵列302的多个第三像素单元333中相邻的X个像素单元，或者该X个第四像素单元334可以为像素阵列302的多个第四像素单元334中相邻的X个像素单元，本申请实施例对X不做具体限定。

图18是包括多个指纹检测单元的电子设备的示意性框图。

如图18所示，所述电子设备30可包括显示屏120、位于该显示屏120的下方的滤波片400，以及位于该滤波片400下方的由多个指纹识别单元301构成的指纹识别装置300，其中每一个指纹识别单元301的像素单元，即上述像素阵列302可以设置在基板500的上表面。其中像素阵列302和该基板500可以称为指纹传感器或图像传感器。

可选地，在本申请实施例中，该滤波片400还可以生长于像素阵列302的表面，与像素阵列302集成在指纹传感器或图像传感器中。

具体地，该基板可以为图1中的电路板150，其具体可以电路板(Printed circuitboard，PCB)，柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)或者软件结合板等等，本申请实施例对此不做限定。

以下结合图19至图25对本申请实施例的基于多个方向的倾斜光信号的指纹识别过程进行说明。为便于理解，下面以4个方向的倾斜光信号为例对指纹识别过程的示例性说明。

当指纹识别装置接收的光信号为携带有图19所示亮暗条纹相间图案的光信号，且指纹识别装置中的每个微透镜对应的4个像素单元用于接收4个方向不同的目标指纹光信号时，该指纹识别装置中的像素阵列同时对不同成像区域的光信号进行成像，因此，该指纹识别装置中的像素阵列形成的图像为不同成像区域叠加的图像，为一张模糊不清的图像。例如图20所示的图像。

在本申请的一些实施例中，处理单元可以通过对图20中的原始图像进行提取处理得到第一图像、第二图像、第三图像和第四图像。特别地，当指纹识别装置接收的光信号为经过手指反射或散射的指纹光信号时，像素阵列形成的图像为指纹的不同区域叠加的图像，同样为一张模糊不清的图像。可以通过对该原始图像进行处理得到像素阵列中多个第一像素单元的电信号，形成第一指纹图像，以及多个第二像素单元的电信号，形成第二指纹图像，多个第三像素单元的电信号，形成第三指纹图像，以及多个第四像素单元的电信号，形成第四指纹图像。

例如，像素阵列中多个第一像素单元产生的原始图像如图21所示。由于多个第一像素单元均接收同一方向的光信号，不存在不同成像区域图像叠加的情况，因此，处理单元可以处理得到第一方向的光信号对应的如图21所示的第一图像，为一张清晰的图像。类似的，处理单元可以处理得到多个第二像素单元产生的如图22所示的第二图像，多个第三像素单元产生的如图23所示的第三图像，和多个第四像素单元产生的如图24所示的第四图像。

在本申请的一些实施例中，可以对第一图像、第二图像和第三图像进行处理重构，以形成如图25所示的一张清晰的图像。可选地，可以先对第一图像和第二图像进行重构得到第一目标重构图像，且对第三图像和第四图像进行重构得到第二目标重构图像，再将该第一目标重构图像与第二目标重构图像再次进行重构，得到最终的目标重构图像。可选地，也可以对四张图像同时进行处理，并进行重构，得到最终的目标重构图像。其中，该处理过程包括但不限于图像上采样、滤波等图像处理过程。

例如，可以将第一图像、第二图像、第三图像以及第四图像分别移动图像中的若干位图像像素的距离，以形成如图25所示的一张清晰的图像。

换言之，可以将第一图像向左和向上均移动若干图像像素的距离，将第二图像向右和向上移动若干像素的距离，将第三图像向左和向下移动若干像素的距离，将第四图像向右和向下移动若干像素的距离，形成如图25所示的一张清晰的图像。

换言之，当一个微透镜对应四个像素单元的时，通过光路设计可以让该四个像素单元分别接收四个方向的光信号。进而，像素阵列表面覆盖了一层微透镜阵列时，像素阵列可以基于四个方向的光信号进行成像，以获得原始图像。由于该原始图像为四个方向的图像叠加后形成的图像，因此可以通过算法，对所述原始图像进行重构，进而可以得到一张清晰的重构图像。

在本申请实施例中，处理单元可以根据重构图像的质量参数，通过算法调整四张图像(例如，上述第一图像、第二图像、第三图像和第四图像)的移动距离，以形成目标重构图像。

具体地，上述重构图像的质量参数包括但不限于：重构图像的对比度、重构图像清晰程度，重构图像的信噪比或者重构图像与三张图像的相似度。

可选地，调整四张图像的移动距离可以为调整四张图像移动图像像素点的数量。当该四张图像的移动距离为N个图像像素点的距离时，可以根据重构图像的质量参数，调整所述N，以形成目标重构图像。

由于显示屏的厚度一定，且显示屏与指纹识别装置的相对位置基本不变，因此可以先对原始图像进行采集(例如图20所示的图像)，将重构后的图像的成像质量最清晰时，每一个方向的倾斜光信号对应的图像需要移动的图像像素的数量，确定为移动图像参数，并将该移动图像参数存储在存储单元中。进而，在后续指纹采集过程中，可以基于该移动图像参数重构出清晰图像。

应理解，上述原始图像可以是指纹图像，也可以是任何对比度清晰的原始覆在显示屏表面的图案。例如，图19中的图像与指纹图像中的指纹脊和指纹谷形态近似，当指纹识别装置接收的光信号为经过手指反射或散射后的光信号时，处理单元处理得到的图像在处理重构前可以与图20所示的图像近似，处理重构后的指纹图像可以与图25所示的图像近似，为一张清晰的指纹图像。

此外，当安装有指纹识别装置的电子设备被用户使用，在遇到强烈的冲击，指纹识别装置与显示屏的安装距离发生变化或者在量产过程中，指纹识别装置与显示屏之间安装距离波动变化时，四张图像移动的图像像素距离发生变化，此时，可以自动校准在安装距离变化情况下的四张图像移动的图像像素的距离，进而保证重构后的图像的清晰度，信噪比以及对比度，从而保证指纹识别装置的指纹识别效果，提高用户体验。

换言之，如果指纹模组相对于显示屏的位置发生偏移，可以通过原始图像重新确定每一幅图像要移动的图像像素的距离。还可以通过评估图像的质量低于预设阈值或者加速度计测量的数值超过预设阈值时，确定指纹模组相对于显示屏的位置已经发生偏移。

此外，还可以通过对比重构后的图像的中心区域与单幅图像的重叠区域的相似度，二次判断重构后的图像的清晰度是否达到最优状态。

应理解，附图仅为本申请实施例的示例，不应理解为对本申请的限制。

例如，可替代地，上述指纹识别装置包括的至少一个挡光层包括的挡光层的数量大于3层的挡光层。

又例如，上述指纹识别装置还可以包括图像传感器驱动单元，微程序控制器等器件。

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识别装置，其中，该指纹识别装置设置于显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备。

其中，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。

在本申请的一些实施例中，该显示屏的下方可以设置有一层泡棉层，该泡棉层在指纹识别装置的上方可以设置有至少一个开孔，该至少一个开孔用于将经由手指反射的光信号传输至指纹识别装置。

例如，显示屏下方有一层黑色泡棉，该黑色泡棉在指纹识别装置的上方可以设置有一个开孔，当手指放于点亮的显示屏上方时，手指就会反射显示屏发出的光，经由手指反射的反射光会穿透显示屏以及通过至少一个开孔传输至指纹识别装置。指纹是一个漫反射体，其反射光在各方向都存在。

此时，可以使用指纹识别装置中的特定光路，使指纹识别装置中的光学感应像素阵列接收多个方向的倾斜光信号，该指纹识别装置中的处理单元或与该指纹识别装置相连的处理单元通过算法可以获取重构的指纹图像，进而进行指纹识别。

在本申请的一些实施例中，指纹识别装置和显示屏之间可以存在或不存在间隙。

例如，指纹识别装置和显示屏之间可以存在0至1mm的间隙。

在本申请的一些实施例中，指纹识别装置可以将采集的图像输出给计算机专用处理器或者电子设备的专用处理器，进而进行指纹识别。

应理解，本申请实施例的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解，本申请实施例的指纹识别还可以包括存储器，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(DynamicRAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DR RAM)。应注意，本文描述的系统和方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

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，也可以是四个或四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、随机存取存储器、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 (25)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，适用于显示屏的下方以实现屏下光学指纹识别，所述指纹识别装置包括呈方形阵列分布的多个指纹识别单元，所述多个指纹识别单元中的每个指纹识别单元包括：

一个微透镜；

至少两层挡光层，设置在所述一个微透镜下方，所述至少两层挡光层中的每一层挡光层中设置通光小孔以形成不同方向的四个导光通道；

对应于所述一个微透镜的四个像素单元，设置在所述至少两层挡光层下方，所述四个像素单元分别位于所述四个导光通道的底部，所述至少两层挡光层中的底层挡光层设置有与所述四个像素单元分别对应的四个通光小孔，且所述四个像素单元中每个像素单元包括一个感光区域，所述感光区域位于导光通道的底部；

其中，从所述显示屏上方的手指反射或散射后返回的指纹光信号中不同方向的四个目标指纹光信号经过所述一个微透镜会聚后，分别通过所述四个导光通道传输至所述四个像素单元，所述指纹光信号中非目标指纹光信号被所述挡光层阻挡，所述四个导光通道相对所述显示屏的夹角不完全相同，且所述四个目标指纹光信号用于检测所述手指的指纹信息；

所述四个导光通道中的两个导光通道在所述四个像素单元所在平面上的投影的夹角为90度；

所述四个像素单元中的四个感光区域中，至少一个感光区域偏离于其所在的像素单元的中心设置，且所述至少一个感光区域向远离于所述微透镜中心的方向偏离；

所述多个指纹识别单元包括：多组所述四个像素单元，多组所述四个像素单元所在区域由多个单位像素区域组成，所述多个单位像素区域中每个单位像素区域包括多个像素单元，且所述多个像素单元包括一个目标像素单元；

所述目标像素单元对应的导光通道中设置有彩色滤波层，所述彩色滤波层用于通过红色可见光、绿色可见光或者蓝色可见光，所述目标像素单元用于感测红色可见光、绿色可见光或者蓝色可见光，以确定所述手指按压的指纹区域或判断所述手指是否为真手指，所述指纹区域对应的像素单元感测的光信号用于进行指纹识别。

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个像素单元形成四边形区域的像素区域，所述像素区域的中心点与所述微透镜的中心在垂直方向上不重合。

3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述像素区域为边长为a的正方形区域，所述微透镜的中心在所述四个像素单元所在平面上的投影点与所述像素区域的中心点的距离为d，其中0＜d＜a。

4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个导光通道的方向中至少三个导光通道的方向相对于所述显示屏倾斜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个像素单元形成四边形的像素区域，所述四个感光区域分别位于所述像素区域的四角。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个像素单元包括第一像素单元，所述第一像素单元中包括第一感光区域，所述第一像素单元与所述第一感光区域均为四边形；

其中，所述第一像素单元的长和宽分别为L和W，所述第一感光区域的长和宽均大于等于0.1×W，W≤L，W和L均为正数。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个目标指纹光信号分别在所述四个像素单元上形成四个光斑，所述四个感光区域为四边形区域且外切于所述四个光斑。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜与所述四个像素单元所在平面之间的光路高度根据公式计算，所述公式为：h＝x×cotθ；

其中，h为所述光路高度，x为所述四个感光区域中的第一感光区域的中心与所述微透镜的中心在所述四个像素单元所在平面上的投影点之间的距离，θ为所述第一感光区域接收的第一目标指纹光信号与垂直方向的夹角，所述四个目标指纹光信号中所述第一目标指纹光信号与垂直方向的夹角大于所述四个目标指纹光信号中其它三个目标指纹光信号与垂直方向的夹角，所述垂直方向为垂直于所述显示屏的方向。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个像素单元为大小相同的四边形像素单元。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个导光通道分别与所述四个像素单元所在平面的夹角在30°至90°之间。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述底层挡光层为所述四个像素单元表面的金属布线层。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个导光通道中的通光小孔由上至下孔径依次减小。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述四个导光通道在所述至少两层挡光层的顶层挡光层中的通光小孔重合。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

透明介质层；

其中，所述透明介质层用于连接所述微透镜、所述至少两层挡光层以及所述四个像素单元。

15.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

光学滤波层；

其中，所述光学滤波层设置在所述显示屏到所述四个像素单元所在平面之间的光路中，用于滤除非目标波段的光信号，以透过目标波段的光信号。

16.根据权利要求15所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学滤波层集成于所述四个像素单元表面。

17.根据权利要求15所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学滤波层设置在所述至少两层挡光层的底层挡光层与所述四个像素单元所在平面之间。

18.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，多个目标像素单元均匀分布在多组所述四个像素单元中。

19.根据权利要求18所述的指纹识别装置，其特征在于，所述彩色滤波层设置于所述目标像素单元对应导光通道的通光小孔中。

20.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，

多组所述四个像素单元中的多个第一像素单元接收的光信号用于形成所述手指的第一指纹图像，多组所述四个像素单元中的多个第二像素单元接收的光信号用于形成所述手指的第二指纹图像，多组所述四个像素单元中的多个第三像素单元接收的光信号用于形成所述手指的第三指纹图像，多组所述四个像素单元中的多个第四像素单元接收的光信号用于形成所述手指的第四指纹图像，所述第一指纹图像、所述第二指纹图像、所述第三指纹图像和第四指纹图像中的一张或者多张图像用于进行指纹识别。

21.根据权利要求20所述的指纹识别装置，其特征在于，所述多个第一像素单元中每X个第一像素单元的像素平均值用于形成所述第一指纹图像中的一个像素值；

所述多个第二像素单元中每X个第二像素单元的像素平均值用于形成所述第二指纹图像中的一个像素值，

所述多个第三像素单元中每X个第三像素单元的像素平均值用于形成所述第三指纹图像中的一个像素值；

所述多个第四像素单元中每X个第四像素单元的像素平均值用于形成所述第四指纹图像中的一个像素值，其中，X为正整数。

22.根据权利要求20所述的指纹识别装置，其特征在于，所述多个第一像素单元之间互不相邻，所述多个第二像素单元之间互不相邻，所述多个第三像素单元之间互不相邻，且所述多个第四像素单元之间互不相邻。

23.根据权利要求20所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括处理单元，所述处理单元用于移动所述第一指纹图像、所述第二指纹图像、所述第三指纹图像和所述第四指纹图像以组合形成为一张重构图像，并根据所述重构图像的质量参数，调整所述第一指纹图像、所述第二指纹图像、所述第三指纹图像和所述第四指纹图像的移动距离，以形成目标重构图像，所述目标重构图像用于进行指纹识别。

24.根据权利要求1至4中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置和所述显示屏之间的距离为0至1mm。

25.一种电子设备，其特征在于，包括：显示屏；以及

根据权利要求1至24中任一项所述的指纹识别装置，所述指纹识别装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。

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