CN111164607B - 指纹检测的装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹检测的装置和电子设备。该指纹检测的装置包括超级像素(300)的阵列，其中，该超级像素(300)包括：中心感光像素(311)和多个周边感光像素(312)，其中，该多个周边感光像素(312)包围该中心感光像素(311)；微透镜(320)，覆盖该中心感光像素(311)和该多个周边感光像素(312)；至少一层挡光层(330)，设置于该微透镜(320)与该中心感光像素(311)和该多个周边感光像素(312)之间，至少一层挡光层(330)中每层挡光层(330)中设置有对应于该中心感光像素(311)和该多个周边感光像素(312)中每一个感光像素的开孔；其中，从显示屏上方的手指返回的第一光信号(341)经该微透镜(320)和与该中心感光像素(311)对应的开孔传输至该中心感光像素(311)，从该手指返回的第二光信号(342)经该微透镜(320)和与该周边感光像素(312)对应的开孔传输至该周边感光像素(312)。

Description

指纹检测的装置和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及生物特征识别领域，并且更具体地，涉及一种指纹检测的装置和电子设备。

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，例如屏下光学指纹识别技术的实用化已成为大众所需。

屏下光学指纹识别技术是将光学指纹模组设置于显示屏下，通过采集光学指纹图像，实现指纹识别。随着终端产品的发展，对指纹识别性能的要求越来越高。然而，在某些情况下，例如，干手指的情况，干手指和显示屏的接触面积非常小，识别响应面积非常小，导致采集的指纹不连续，特征点容易丢失，影响了指纹识别的性能。

因此，如何提升指纹识别的性能，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种指纹检测的装置和电子设备，能够提升指纹识别的性能。

第一方面，提供了一种指纹检测的装置，适用于显示屏下方以实现屏下光学指纹检测，所述装置包括超级像素的阵列，其中，所述超级像素包括：中心感光像素和多个周边感光像素，其中，所述多个周边感光像素包围所述中心感光像素；微透镜，覆盖所述中心感光像素和所述多个周边感光像素；至少一层挡光层，设置于所述微透镜与所述中心感光像素和所述多个周边感光像素之间，所述至少一层挡光层中每层挡光层中设置有对应于所述中心感光像素和所述多个周边感光像素中每一个感光像素的开孔；其中，从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号经所述微透镜和与所述中心感光像素对应的开孔传输至所述中心感光像素，从所述手指返回的第二光信号经所述微透镜和与所述周边感光像素对应的开孔传输至所述周边感光像素，所述第一光信号为相对于所述阵列垂直入射的光信号，所述第二光信号为相对于所述阵列倾斜且朝向所述超级像素的中心入射的光信号；所述中心感光像素用于接收所述第一光信号，所述周边感光像素用于接收所述第二光信号，以获取所述手指的指纹信息。

本申请实施例的技术方案，采用包括中心感光像素和多个周边感光像素的超级像素，通过中心感光像素接收相对于阵列垂直入射的光信号，周边感光像素接收相对于阵列倾斜入射的光信号，能够提升指纹识别的性能。

在一些可能的实现方式中，所述第二光信号相对于所述阵列的入射角处于25-45度的范围内。

在一些可能的实现方式中，所述第二光信号相对于所述阵列的入射角处于30-40度的范围内。

在一些可能的实现方式中，所述第二光信号相对于所述阵列的入射角为35度。

在一些可能的实现方式中，所述多个周边感光像素对应的第二光信号的入射方向以所述超级像素的中心对称分布。

在一些可能的实现方式中，所述多个周边感光像素为六个周边感光像素，所述中心感光像素和所述六个周边感光像素均为六边形像素。

六边形像素的结构排布，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。

在一些可能的实现方式中，所述六边形像素的边长的范围为2um-25um。

在一些可能的实现方式中，所述阵列的每行或每列的超级像素的数量不小于10。

在一些可能的实现方式中，所述至少一层挡光层为多层挡光层，其中，所述多层挡光层中与同一周边感光像素对应的开孔的连线相对于所述阵列倾斜，以将所述第二光信号引导至对应的周边感光像素，所述多层挡光层中与所述中心感光像素对应的开孔的连线相对于所述阵列垂直，以将所述第一光信号引导至所述中心感光像素。

在一些可能的实现方式中，所述多层挡光层中与同一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，所述至少一层挡光层为一层挡光层，其中，所述一层挡光层中与所述周边感光像素对应的开孔为倾斜通孔，以将所述第二光信号引导至所述周边感光像素，所述一层挡光层中与所述中心感光像素对应的开孔为竖直通孔，以将所述第一光信号引导至所述中心感光像素。

在一些可能的实现方式中，所述挡光层为金属层，所述开孔为形成在金属层的通孔。

在一些可能的实现方式中，所述开孔为圆柱形通孔，所述开孔的孔径大于100nm。

在一些可能的实现方式中，所述超级像素还包括：透明介质层，用于连接所述微透镜、所述至少一层挡光层以及所述中心感光像素和多个周边感光像素，并填充所述开孔。

在一些可能的实现方式中，所述超级像素还包括：滤波层，所述滤波层设置在所述微透镜到所述中心感光像素和所述多个周边感光像素之间的光路中，或者设置在所述微透镜上方，用于滤除非目标波段的光信号，透过目标波段的光信号。

在一些可能的实现方式中，所述滤波层为形成在所述光路中任一层表面的镀膜。

在一些可能的实现方式中，所述中心感光像素和所述多个周边感光像素均为互补金属氧化物半导体器件，所述互补金属氧化物半导体器件对于目标波段的光信号的光灵敏度大于第一预定阈值，且量子效率大于第二预定阈值。

在一些可能的实现方式中，所述装置的曝光时间由所述中心感光像素的亮度值决定。这样，曝光时间和正常的垂直入射的情况是一样的，从而能够不影响用户的体验。

在一些可能的实现方式中，所述装置还包括：处理单元，用于根据所述中心感光像素的亮度值补偿所述多个周边感光像素的亮度值。

第二方面，提供了一种电子设备，包括显示屏和第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的指纹检测的装置，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1A是本申请可以适用的电子设备的一种结构示意图。

图1B是图1A所示的电子设备的剖面示意图。

图2A是本申请可以适用的电子设备的另一种结构示意图。

图2B是图2A所示的电子设备的剖面示意图。

图3是本申请实施例的指纹检测的装置的示意图。

图4是本申请实施例的超级像素的示意图。

图5是本申请实施例的超级像素的结构示意图。

图6是本申请实施例的指纹检测的装置的角度分辨率的示意图。

图7是本申请实施例的指纹检测的装置的图像处理的示意图。

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。

应理解，本申请实施例可以应用于指纹系统，包括但不限于光学、超声波或其他指纹识别系统和基于光学、超声波或其他指纹成像的医疗诊断产品，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、超声波或其他成像技术的系统等。

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，指纹模组可以具体为光学指纹模组，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或Under-screen)光学指纹系统。或者，所述光学指纹模组也可以部分或者全部集成至所述电子设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display或In-screen)光学指纹系统。

光学屏下指纹识别技术使用从设备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。该返回的光携带与该顶面接触的物体(例如手指)的信息，通过采集和检测该返回的光，实现位于显示屏下方的特定光学传感器模块。光学传感器模块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。

图1A至图2B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1A和图2A为电子设备10的定向示意图，图1B和图2B为图1A和图2A所示的电子设备10的剖面示意图。

所述电子设备10包括显示屏120和光学指纹模组130。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。所述光学指纹模组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)。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。在一种替代实施例中，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。

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模组130的感应阵列133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。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，所述光学指纹模组130的指纹检测区域103也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。

因此，使用者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。

作为一种可选的实现方式，如图1B所示，所述光学指纹模组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133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。所述感应阵列133具体为光探测器(Photodetector)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133便可以检测出手指的指纹图像。

在另一种实现方式中，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汇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。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。

在其他实现方式中，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汇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，上述导光层或者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。

作为一种可选的实现方式，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。

在其他实现方式中，所述光学指纹模组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的光信号。在这种情况下，所述光学指纹模组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所述电子设备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。

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，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，在某些实现方式中，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。

例如图2A和图2B所示的电子设备10，所述电子设备10中的光学指纹装置130包括多个光学指纹传感器时，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。

可选地，与所述光学指纹模组130的多个光学指纹传感器相对应，所述光学组件132中可以有多个光路引导结构，每个光路引导结构分别对应一个光学指纹传感器，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。另外，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，所述滤光片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，所述滤光片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片同时覆盖所述多个光学指纹传感器。

所述光路调制器也可以采用光学镜头(Lens)来代替，所述光学镜头上方可以通过遮光材料形成小孔配合所述光学镜头将指纹检测光汇聚到下方的光学指纹传感器以实现指纹成像。相类似地，每一个光学指纹传感器可以分别配置一个光学镜头以进行指纹成像，或者，所述多个光学指纹传感器也可以利用同一个光学镜头来实现光线汇聚和指纹成像。在其他替代实施例中，每一个光学指纹传感器甚至还可以具有两个感应阵列(Dual Array)或者多个感应阵列(Multi-Array)，且同时配置两个或多个光学镜头配合所述两个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。

以上所示的指纹传感器的数量、尺寸和排布情况仅为示例，可以根据实际需求进行调整。例如，该多个指纹传感器的个数可以为2个，3个，4个或5个等，该多个指纹传感器可以呈方形或圆形分布等。

本申请实施例可以应用于各类手指的检测，尤其能够适用于干手指的检测。所谓的干手指，指的是比较干燥的手指或者较为干净的手指。目前的指纹识别的方案对干手指的指纹识别效果欠佳，而本申请实施例提供的指纹识别的方案能够提升对干手指的指纹识别性能。

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。图3示出了本申请实施例的指纹检测的装置30的示意图。如图3所示，所述装置30包括超级像素300的阵列。

可选地，所述阵列的每行或每列的超级像素的数量不小于10。

应理解，所述阵列中超级像素的数量可以根据指纹检测区域的大小、图像分辨率的要求等因素而设定，本申请实施例对具体的数量并不限定。图3中示出的超级像素300的数量不应理解为对本申请实施例的限制。

如图4和图5所示，所述超级像素300包括：中心感光像素311和多个周边感光像素312。所述多个周边感光像素312包围所述中心感光像素311。

可选地，所述多个周边感光像素312为六个周边感光像素312，即，一个超级像素300中包括一个中心感光像素311和六个周边感光像素312。在这种情况下，所述中心感光像素311和所述六个周边感光像素312均为六边形像素，以实现六边形像素的密堆积排列。

可选地，所述六边形像素的边长的范围为2um-25um。

六边形像素的结构排布，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。

如图6所示，对于弧形的物体，六边形像素的结构排布能够更好地成像，具有更好的角度分辨率。

由于指纹纹理多为弧形，因此，六边形像素的结构排布能够更好地对指纹进行成像，进而提高指纹识别的性能。

应理解，中心感光像素311和周边感光像素312的形状也可以为其他形状，例如其他多边形或圆形等，本申请实施例对此并不限定。

如图5所示，所示超级像素300还包括：微透镜320和至少一层挡光层330。

微透镜320覆盖所述中心感光像素311和所述多个周边感光像素312。也就说，一个超级像素300中的所有感光像素，即中心感光像素311和所有周边感光像素312对应一个微透镜320。

所述微透镜320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。

至少一层挡光层330设置于所述微透镜320与所述中心感光像素311和所述多个周边感光像素312之间，所述至少一层挡光层330中每层挡光层330中设置有对应于所述中心感光像素311和所述多个周边感光像素312中每一个感光像素的开孔331。

从显示屏上方的手指返回的第一光信号341经所述微透镜320和与所述中心感光像素311对应的开孔传输至所述中心感光像素311，从所述手指返回的第二光信号342经所述微透镜320和与所述周边感光像素312对应的开孔传输至所述周边感光像素312。所述第一光信号341为相对于所述阵列垂直入射的光信号。所述第二光信号342为相对于所述阵列倾斜且朝向所述超级像素300的中心入射的光信号。

相应地，所述中心感光像素311用于接收所述第一光信号341，所述周边感光像素312用于接收所述第二光信号342，以获取所述手指的指纹信息。

感光像素(中心感光像素311或周边感光像素312)检测的光信号可以用于形成采集图像的一个像素。

感光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，感光像素可以采用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，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，感光像素对于蓝光、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。

应理解，感光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。

在本申请实施例中，周边感光像素312接收的第二光信号342为倾斜入射的光信号。通过倾斜入射的光信号可以获得更大面积的指纹峰谷投影，这样可以得到更连续的指纹。对于干手指的情况，即便干手指和显示屏的接触面积非常小，也可以通过从手指透射出的光信号中的倾斜光获取到连续的指纹，进而提升了干手指的识别效果。

在手指和显示屏接触的区域，可以通过接触界面反射的光信号获取指纹(正色指纹)，在手指和显示屏未接触的区域，可以通过从手指透射出的光信号获取指纹(反色指纹)。对于垂直方向的光信号，正色反色过渡带成像容易糊掉。而采用本申请实施例中的这种超级像素结构，只有中心一个像素点糊掉的概率大些，其余都不容易糊掉，这样中心的即使糊掉也可以通过边上的像素点采用算法往中间做补偿，实时校准。

因此，本申请实施例的技术方案，采用包括中心感光像素和多个周边感光像素的超级像素，通过中心感光像素接收相对于阵列垂直入射的光信号，周边感光像素接收相对于阵列倾斜入射的光信号，能够提升指纹识别的性能。

可选地，在本申请一个实施例中，所述第二光信号342相对于所述阵列的入射角可以处于30-40度的范围内。

可选地，作为本申请的一个实施例，所述第二光信号342相对于所述阵列的入射角为35度。也就是说，所述第二光信号342倾斜35度。

应理解，所述第二光信号342的入射角也可以为其他特定角度，该特定角度可以根据具体的识别需求或识别效果而设定，例如，该入射角可以处于更大的25-45度的范围内，本申请实施例对此并不限定。

可选地，所述多个周边感光像素312对应的第二光信号的入射方向以所述超级像素的中心对称分布。如图5所示，多个周边感光像素312对应的第二光信号都朝向所述超级像素300的中心倾斜入射，它们的入射方向呈对称分布。

在本申请实施例中，通过挡光层中的开孔实现对光信号的引导。挡光层可以设置一层或多层。

可选地，在本申请一个实施例中，所述至少一层挡光层330为多层挡光层，其中，所述多层挡光层中与同一周边感光像素对应的开孔的连线相对于所述阵列倾斜，以将所述第二光信号引导至对应的周边感光像素，所述多层挡光层中与所述中心感光像素对应的开孔的连线相对于所述阵列垂直，以将所述第一光信号引导至所述中心感光像素。

例如，如图5所示，采用多层挡光层时，对于中心感光像素311，多层挡光层中相应的开孔竖直设置，从而能够使得中心感光像素311接收到垂直入射的光信号，而阻挡其他入射方向的光信号；对于周边感光像素312，多层挡光层中相应的开孔倾斜设置，从而能够使得周边感光像素312接收到倾斜入射的光信号，而阻挡其他入射方向的光信号。

应理解，对应于周边感光像素312的开孔倾斜设置的角度可以根据第二光信号342的光路而设定，以确保第二光信号342传输至相应的周边感光像素312。

可选地，在本申请一个实施例中，所述多层挡光层330中与同一像素对应的开孔由上至下孔径依次减小。

例如，如图5所示，上方的挡光层中的开孔孔径设置的大于下方的挡光层中的开孔孔径，这样可以引导较多(一定的角度范围)的光信号至相应的感光像素。

可选地，在本申请一个实施例中，所述至少一层挡光层330为一层挡光层，其中，所述一层挡光层中与所述周边感光像素对应的开孔为倾斜通孔，以将所述第二光信号引导至所述周边感光像素，所述一层挡光层中与所述中心感光像素对应的开孔为竖直通孔，以将所述第一光信号引导至所述中心感光像素。

采用一层挡光层时，对于中心感光像素311，相应的开孔为竖直通孔，从而能够使得中心感光像素311接收到垂直入射的光信号，而阻挡其他入射方向的光信号；对于周边感光像素312，相应的开孔为倾斜通孔，从而能够使得周边感光像素312接收到倾斜入射的光信号，而阻挡其他入射方向的光信号。

应理解，对应于周边感光像素312的开孔的倾斜角度可以根据第二光信号342的光路而设定，以确保第二光信号342传输至相应的周边感光像素312。

可选地，在本申请一个实施例中，所述挡光层330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20％，以避免相应的光通过。例如，所述挡光层330可以为金属层，相应地，所述开孔331为形成在金属层的通孔。

可选地，所述开孔331为圆柱形通孔。在本申请一个实施例中，所述开孔331的孔径大于100nm，以便于透过所需的光以进行成像。所述开孔331的孔径也要小于预定值，以确保所述挡光层330能够阻挡不需要的光。也就是说，所述开孔331的参数设置尽可能使得成像所需的光信号最大化地传输至感光像素，而不需要的光被最大化地阻挡。例如，对应于中心感光像素311，所述开孔331的参数可以设置为使得垂直入射的光信号最大化的传输至所述中心感光像素311，而最大化阻挡其他光信号；对应于周边感光像素312，所述开孔331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所述周边感光像素312，而最大化阻挡其他光信号。

可选地，在本申请实施例中，在微透镜320、挡光层330以及感光像素之间还设置有透明介质层。

透明介质层用于连接所述微透镜320、所述至少一层挡光层330以及所述中心感光像素311和多个周边感光像素312，并填充所述开孔331。

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。

可选地，在本申请一个实施例中，所述超级像素300还可以包括：滤波层。所述滤波层设置在所述微透镜320到所述中心感光像素311和所述多个周边感光像素312之间的光路中，或者设置在所述微透镜320上方，用于滤除非目标波段的光信号，透过目标波段的光信号。

可选地，滤波层对目标波段的光的透过率≥80％，对非目标波段的光的截止率≥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，可以在感光像素表面、透明介质层中任一层的表面或微透镜的下表面等镀膜，形成滤波层。

可选地，在本申请一个实施例中，所述装置30还可以包括：介质和金属层，其中可包括感光像素的连接电路。

介质和金属层可以设置于感光像素的上方，这种方式为前照式(Front Sideillumination，FSI)。

介质和金属层也可以设置于感光像素的下方，这种方式为背照式(Back Sideillumination，BSI)。

可选地，在本申请一个实施例中，所述装置30的曝光时间由所述中心感光像素311的亮度值决定。

具体而言，倾斜入射的光信号的光路较垂直入射的光信号的光路要长，损耗路径增加，进而影响到达感光像素的信号量，会增加曝光时间。曝光时间直接关系到用户体验。因此，在本申请实施例中，对于中心感光像素，保留垂直入射，在一个超级像素里，中心感光像素的亮度值能够最先饱和，以中心感光像素的亮度值决定曝光时间，即，中心感光像素的亮度值饱和时停止曝光。这样，曝光时间和正常的垂直入射的情况是一样的，从而能够不影响用户的体验。

另外，倾斜入射的光信号主要是用于采集指纹峰和谷的数据，主要关注的是峰-谷差值的大小，差值越大对比度越高，越容易找到特征点，进而进行指纹识别；而对于像素感光后的转换数值的绝对大小并不特别看重。因此，采用上述的曝光时间既能采集到所需要的数据，又能保证用户体验。

可选地，在本申请一个实施例中，所述装置30还可以包括：处理单元。

处理单元用于根据所述中心感光像素311的亮度值补偿所述多个周边感光像素312的亮度值。

具体而言，处理单元可以对感光像素采集到的数据进行处理，以便于进行指纹识别。如图7所示，由于入射光信号的不同，中心感光像素311的亮度值要高于个周边感光像素312的亮度值。在这种情况下，处理单元可以根据一个超级像素中中心感光像素311的亮度值补偿周边感光像素312的亮度值，以整体获得亮度饱和。

应理解，为了方便观察，图7中采用了隔列曝光的方式，这不应理解为对本申请实施例的限制。

应理解，所述装置30还可以包括用于支撑所述装置30的支撑结构件等，本申请实施例对此并不限定。

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。

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 (19)

1.一种指纹检测的装置，其特征在于，适用于显示屏下方以实现屏下光学指纹检测，所述装置包括超级像素的阵列，其中，所述超级像素包括：

中心感光像素和多个周边感光像素，其中，所述多个周边感光像素包围所述中心感光像素，所述中心感光像素和/或周边感光像素对于蓝光、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；

微透镜，覆盖所述中心感光像素和所述多个周边感光像素；

至少一层挡光层，设置于所述微透镜与所述中心感光像素和所述多个周边感光像素之间，所述至少一层挡光层中每层挡光层中设置有对应于所述中心感光像素和所述多个周边感光像素中每一个感光像素的开孔；

其中，从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号经所述微透镜和与所述中心感光像素对应的开孔传输至所述中心感光像素，从所述手指返回的第二光信号经所述微透镜和与所述周边感光像素对应的开孔传输至所述周边感光像素，所述第一光信号为相对于所述阵列垂直入射的光信号，所述第二光信号为相对于所述阵列倾斜且朝向所述超级像素的中心入射的光信号；

所述中心感光像素用于接收所述第一光信号，所述周边感光像素用于接收所述第二光信号，以获取所述手指的指纹信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二光信号相对于所述阵列的入射角处于30-40度的范围内。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二光信号相对于所述阵列的入射角为35度。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个周边感光像素对应的第二光信号的入射方向以所述超级像素的中心对称分布。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述多个周边感光像素为六个周边感光像素，所述中心感光像素和所述六个周边感光像素均为六边形像素。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述六边形像素的边长的范围为2um-25um。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述阵列的每行或每列的超级像素的数量不小于10。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一层挡光层为多层挡光层，其中，所述多层挡光层中与同一周边感光像素对应的开孔的连线相对于所述阵列倾斜，以将所述第二光信号引导至对应的周边感光像素，所述多层挡光层中与所述中心感光像素对应的开孔的连线相对于所述阵列垂直，以将所述第一光信号引导至所述中心感光像素。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述多层挡光层中与同一像素对应的开孔由上至下孔径依次减小。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一层挡光层为一层挡光层，其中，所述一层挡光层中与所述周边感光像素对应的开孔为倾斜通孔，以将所述第二光信号引导至所述周边感光像素，所述一层挡光层中与所述中心感光像素对应的开孔为竖直通孔，以将所述第一光信号引导至所述中心感光像素。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述挡光层为金属层，所述开孔为形成在金属层的通孔。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述开孔为圆柱形通孔，所述开孔的孔径大于100nm。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述超级像素还包括：

透明介质层，用于连接所述微透镜、所述至少一层挡光层以及所述中心感光像素和多个周边感光像素，并填充所述开孔。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述超级像素还包括：

滤波层，所述滤波层设置在所述微透镜到所述中心感光像素和所述多个周边感光像素之间的光路中，或者设置在所述微透镜上方，用于滤除非目标波段的光信号，透过目标波段的光信号。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述滤波层为形成在所述光路中任一层表面的镀膜。

16.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述中心感光像素和所述多个周边感光像素均为互补金属氧化物半导体器件，所述互补金属氧化物半导体器件对于目标波段的光信号的光灵敏度大于第一预定阈值，且量子效率大于第二预定阈值。

17.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置的曝光时间由所述中心感光像素的亮度值决定。

18.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

处理单元，用于根据所述中心感光像素的亮度值补偿所述多个周边感光像素的亮度值。

19.一种电子设备，其特征在于，包括显示屏和根据权利要求1至18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。