CN111209803A - 光学检测装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学检测装置，镜头单元，其包括多个第一透镜，所述第一透镜能够透过并汇聚带有外部对象的生物特征信息的检测光束；检测模组，位于所述镜头单元下方，其包括第一基板；发射单元，设置在所述第一基板上，用于发射所述检测光束，所述检测光束能够透过一个显示屏到达外部对象，并从外部对象返回；感光单元，设置在所述第一基板上，用于透过所述镜头单元和显示屏接收从外部对象返回的所述检测光束并转换为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。本发明还公开了一种包括上述光学检测装置的电子设备。

Description

光学检测装置和电子设备

技术领域

本申请涉及光电技术领域，尤其涉及一种体用于屏下的小型的光学检测装置和包括该光学检测装置的电子设备。

背景技术

随着技术进步和人们生活水平提高，对于手机、平板电脑、相机等电子设备，用户要求具有更多功能和时尚外观。目前，手机等电子设备的发展趋势是具有较高的屏占比同时具有指纹检测等功能。为了实现全面屏或接近全面屏效果，使得电子设备具有高的屏占比，屏下的指纹检测技术应运而生。采用光学成像方式进行生物特征的检测和识别是目前的主流技术，然而，由于传统的光学检测装置使用的是单个大透镜，导致尺寸和体积较大，占用空间也较大。而以手机为代表的便携式电子设备的内部空间有限，因此使用大透镜的光学检测装置不能很好满足上述电子设备对屏下生物特征检测的要求。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种能够解决或改善现有技术问题的光学检测装置和电子设备。

本发明的一个方面提供一种光学检测装置，其可应用在一个显示屏的下方以实现屏下的生物特征检测，包括：

镜头单元，其包括多个第一透镜，所述第一透镜能够透过并汇聚带有外部对象的生物特征信息的检测光束；

检测模组，位于所述镜头单元下方，其包括：

第一基板；

发射单元，设置在所述第一基板上，用于发射所述检测光束，所述检测光束能够透过一个显示屏到达外部对象，并从外部对象返回；

感光单元，设置在所述第一基板上，用于透过所述镜头单元和显示屏接收从外部对象返回的所述检测光束并转换为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。

某些实施例中，所述镜头单元还包括用于准直所述发射单元发射的检测光束的第二透镜，所述感光单元包括用于接收检测光束并转换为电信号的光检测阵列，所述第一透镜位于所述光检测阵列的上方，所述第二透镜位于所述发射单元所发射的检测光束的照射范围内，所述发射单元发射的检测光束经过所述第二透镜准直后能够透过所述显示屏到达外部对象。

某些实施例中，所述第一透镜和第二透镜为凸透镜，所述第一透镜和第二透镜包括面对所述显示屏的凸面，所述凸面为球面或非球面。

某些实施例中，所述第一透镜的数量为多个，多个所述第一透镜呈阵列排布，所述光检测阵列包括多个像素单元；多个所述第一透镜中包括一个第一透镜，所述第一透镜对应一个像素单元，该像素单元只能接收该第一透镜透过的检测光束；和/或，多个所述第一透镜中包括一个第一透镜，所述第一透镜对应多个所述像素单元，所述多个像素单元同时接收透过所述第一透镜的检测光束。

某些实施例中，所述第二透镜的和所述第一透镜的直径大小相同或不同。

某些实施例中，相邻的第一透镜之间具有间隔，或相邻的第一透镜之间无间隔，或部分相邻的第一透镜之间具有间隔而部分相邻的第一透镜之间无间隔。

某些实施例中，当相邻的第一透镜之间具有间隔时，所述镜头单元还包括设置在第一透镜的间隔处的遮挡层，所述遮挡层用于遮挡光束。

某些实施例中，所述第二透镜的数量为多个，相邻的第二透镜之间具有间隔，或相邻的第二透镜之间无间隔，或部分相邻的第二透镜之间具有间隔而部分相邻的第二透镜之间无间隔。

某些实施例中，所述光学检测装置还包括光过滤层，所述光过滤层设置在所述感光单元和所述镜头单元之间，用于透过目标波段的光束并过滤掉目标波段以外的光束，所述目标波段包括所述检测光束的波长。

某些实施例中，所述感光单元包括用于接收检测光束的光检测阵列，所述光过滤层包括基材和滤光材料，所述滤光材料设置在所述基材的上表面和/或下表面，且所述滤光材料至少正对所述光检测阵列设置，所述光过滤层承载所述镜头单元。

某些实施例中，所述目标波段范围为：300纳米至750纳米，和/或，780纳米至2000纳米。

某些实施例中，所述第一基板为印刷电路板或柔性电路板。

某些实施例中，所述感光单元通过引线键合或硅通孔方式电连接所述第一基板。

某些实施例中，当所述感光单元通过引线键合方式电连接所述第一基板时，所述发射单元邻近所述感光单元未设置导线的侧边设置；当所述感光单元通过硅通孔方式电连接所述第一基板时，所述发射单元邻近所述感光单元周围设置。

某些实施例中，所述镜头单元、发射单元和感光单元封装在同一个芯片中。

某些实施例中，所述光学检测装置用于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别、活体识别。

本发明的一个方面提供一种电子设备，包括显示屏，以及上述的光学检测装置。其中，所述光学检测装置设置在所述显示屏的下方。

本申请的有益效果在于，本申请的光学检测装置及其变更实施例中，通过采用多个第一透镜透过和汇聚外部对象返回的检测光束，能够减小装置的体积。另外，通过采用第二透镜透过和准直发射单元发射的检测光束，能够提高检测光束的利用率。而且，发射单元、镜头单元和感光单元封装在一个芯片中可以实现紧凑型的封装，对应空间占用较小。本发明能够较好实现手机等电子设备的屏下生物特征检测。

附图说明

图1是本发明的光学检测装置的一个实施例的示意图；

图2是图1中光学检测装置的部分立体示意图；

图3是图1中光学检测装置的部分俯视示意图；

图4是图1中光学检测装置的部分截面示意图；

图5是本发明的光学检测装置的一个实施例的示意图；

图6是图5中光学检测装置的部分截面示意图；

图7是本发明的光学检测装置的一个实施例的示意图；

图8是本发明的光学检测装置的一个实施例的示意图；

图9是本发明的光学检测装置的一个实施例的示意图。

具体实施方式

在对本申请实施方式的具体描述中，应当理解，当第一基板、片、层或图案被称为在另一个第一基板、另一个片、另一个层或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个第一基板、另一个片、另一个层或另一个图案上，或者还可以存在一个或多个中间层。为了清楚的目的，可以夸大、省略或者示意性地表示说明书附图中的每一个层的厚度和大小。此外，附图中元件的大小并非完全反映实际大小。

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

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

作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学检测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电子设备，且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。

更具体地，在上述移动终端或电子设备中，所述光学检测装置可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下生物特征检测系统。

请参阅图1，为本申请实施例可以适用的电子设备的结构示意图，所述电子设备100包括显示屏2和光学检测装置1，其中，所述光学检测装置1设置在所述显示屏2下方的局部区域。请一并参阅图2，图2是图1中光学检测装置1的立体示意图，所述光学检测装置1包括镜头单元12和位于镜头单元12的下方的检测模组11。请一并参阅图3，图3示出了所述检测模组11的部分俯视示意图，并用虚线示出了镜头单元12。请一并参阅图4，是将所述检测模组11安装在光学检测装置1中时，沿图3中A-A线的剖切面上，所述检测模组11、镜头单元12和显示屏2的部分剖面示意图。

所述检测模组11可以包括第一基板17、发射单元16、感光单元18。所述第一基板17可以为电路基板，包括但不限于PCB印刷电路板、FPC柔性电路板等。所述发射单元16设置在所述第一基板17上，用于提供检测光束101。所述检测光束101能够透过所述显示屏2到达位于显示屏2的上方的外部对象1000，并从外部对象1000返回。可以理解，这里所述的检测光束101从外部对象1000返回可以是所述检测光束101进入外部对象1000内部后透射出来，和/或，所述检测光束101在外部对象1000表面被反射回来，为方便描述，本申请实施例统称为检测光束101从外部对象1000返回。图4示例性的示出了检测光束101进入外部对象1000，并从外部对象1000透射出来后透过所述显示屏2后被光学检测装置1的感光单元18接收的情形。

所述发射单元16和所述感光单元18可以间隔设置在所述第一基板17上。可选地，所述发射单元16和感光单元18可以通过背胶粘接在所述第一基板17上。所述发射单元16和感光单元18和所述第一基板17电连接，并可通过所述第一基板17实现与其他外围电路或者电子设备100的其他元件的电性互连和信号传输。例如但不限于，所述感光单元18、发射单元16可以通过第一基板17接收来自电子设备100的处理单元的控制信号，以及通过第一基板17将感光单元获取的检测电信号输出到电子设备100的处理单元或控制单元等。所述感光单元18可以为光学图像传感器，例如但不限于，CMOS图像传感器，CCD图像传感器。

所述感光单元18可以通过引线键合(wire bonding)的方式电连接所述第一基板17。例如图2中示出的感光单元18，其通过导线183和第一基板17电连接，可变更地，在一些实施例中，所述感光单元18可以通过焊料、导电胶、异方性导电胶膜、导线或其他任意合适的方式电连接所述第一基板17。例如但不限于，所述感光单元18可以通过硅通孔技术(Through Silicon Via，TSV)和所述第一基板17电连接。此时，所示感光单元18无需在其表面和第一基板17表面设置导线183，而直接在感光单元18的芯片上设置通孔以电连接第一基板17。所述发射单元16可以通过焊料、导电胶、异方性导电胶膜、导线或其他任意合适的方式电连接所述第一基板17。

所述感光单元18大致具有矩形的薄板结构，所述发射单元16邻近所述感光单元18未设置导线183的侧边设置。图2中示出的检测模组11包括分布在所述感光单元18周围的两个所述发射单元16，所述两个发射单元16分别邻近所述感光单元18的两个相对的侧边设置，所述两个相对的侧边为没有设置导线183的侧边。然而本申请实施例并不以此为限，所述发射单元16可以设置在所述感光单元18任意未设置导线的一侧。另外，所述发射单元16的可以配置为具有不同数量，例如可以为一个、二个、三个、四个或多个。进一步地，在一些实施例中，所述发射单元16可以包括一个或多个发光元件，所述发光元件例如为LED(发光二极管)。

所述第一基板17可以为所述发射单元16和感光单元18提供电信号。

所述感光单元18包括光检测阵列181，所述光检测阵列181用于接收光束并转换为电信号，例如但不限于，所述光检测阵列181对该电信号处理得到指纹图像信号。所述管光学检测装置1还包括导线183，所述导线183用于电连接所述感光单元18和第一基板17。

所述光检测阵列181所在区域或者其感应区域为所述光学检测装置1的检测区域21。如图1所示，所述检测区域21位于所述显示屏2的显示区域之中。所述显示屏2的显示区域可以为显示屏2上能够显示图像或文字的区域，一般地，显示屏2的正面大部分区域属于显示区域。在一种替代实施例中，所述光学检测装置1还可以设置在其他位置，比如所述显示屏2的侧面或者所述电子设备100的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏2的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学检测装置1，从而使得所述指纹检测区域21实际上位于所述显示屏2的显示区域。

可选地，在一些实施例中，所述光检测阵列181包括多个像素单元182。所述像素单元182可以呈阵列排布以形成所述光检测阵列181。所述像素单元182可以采用光电二极管(photo diode)、金属氧化物半导体场效应管(metal oxide semiconductor field effecttransistor，MOSFET)等器件。可选地，所述像素单元182对于特定波长光具有较高的光灵敏度和较高的量子效率，以便于检测相应波长的光信号。

应当理解，所述指纹检测区域21的面积可以与所述光学检测装置1的光检测阵列181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，可以使得所述光学检测装置20的指纹检测区域103的面积大于所述光检测阵列181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，所述光学检测装置1的指纹检测区域21也可以设计成与所述光检测阵列181的面积基本一致。

因此，使用者在需要对所述电子设备100进行解锁、支付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2的指纹检测区域21，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏下实现，因此采用上述结构的电子设备100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2的显示区域可以基本扩展到整个电子设备100的正面。

可选地，在一些实施例中，所述感光单元18可以包括所述光检测阵列181以及与所述光检测阵列电性连接的读取电路(图未示)及其他辅助电路(图未示)，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，所述光检测阵列181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，所述光探测器可以作为如上所述的像素单元182。

可选地，在一些实施例中，所述发射单元16、所述感光单元18以及镜头单元12可以封装在同一个光学部件，比如，所述发射单元16、所述感光单元18以及镜头单元12可以封装在同一个光学指纹芯片，从而能够实现紧凑型的封装结构，对空间占用较小。当然，也可以将所述镜头单元12或发射单元16设置在所述感光单元18所在的芯片外部，比如将所述镜头单元12贴合在所述芯片上方，或者将所述镜头单元12的部分元件集成在上述芯片之中。

可选地，在一些实施例中，所述显示屏2可以是具有自发光显示单元的显示屏，例如有机发光二极管(organic light-emitting diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。在另一些实施例中，所述显示屏2可以是被动发光型的显示屏，例如液晶显示屏。本申请的光学检测系统1可以适用于上述自发光型显示屏或被动发光型显示屏。

手指的指纹一般由脊和谷构成，而当手指接触指纹检测区域21时，指纹的脊可以直接接触所述指纹检测区域21，而指纹的谷和所述指纹检测区域21之间间隔有空气。因此，从指纹脊和指纹谷透射出来的检测光束101具有不同的光强。从外部对象1000透射出来的检测光束101经过显示屏2、透镜组件12后，被感光单元18的光检测阵列181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100实现屏下的光学指纹识别功能。

应当理解，在具体实现上，所述电子设备100还可以包括透明的保护层(图未示)，所述保护层可以包括或为玻璃、树脂、或者其他任意透明材料，其位于所述显示屏2的上方并覆盖所述电子设备100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2实际上是指按压在所述显示屏2上方的所述保护层的表面，相应地，所述检测区域21可以为所述保护层的表面的局部或全部区域。

可选地，在一些实施例中，所述光学检测装置1还包括光过滤层14，所述光过滤层14位于所述镜头单元12和检测模组11之间。所述光过滤层14可以用于透过目标波段的光束并过滤掉目标波段以外的光束。所述检测光束101波长在所述目标波段的波长范围内。具体地，例如但不限于，所述目标波段可以对应为780纳米至2000纳米的近红外光。可变更地，在一些实施例中，所述目标波段可以对应为300纳米至750纳米的可见光。进一步地，在一些实施例中，所述目标波段可以为300纳米至750纳米，和/或，780纳米至2000纳米。所述检测光束101的波长在所述目标波段的波长范围内，或者所述检测光束101可以具有和所述目标波段相同的波长范围。具体地，作为示例而非限定，所述检测光束101的波长可以为850纳米或940纳米。所述镜头单元12可以设置在所述光过滤层14上。

所述镜头单元12包括位于所述光检测阵列181的上方的第一透镜121、和位于所述发射单元16所发射的检测光束101的照射范围内的第二透镜122。所述第一透镜121可以用于透过并汇聚外部对象1000返回的检测光束101，从而光检测阵列181接收外部对象1000返回的检测光束101并转换为电信号。所述第二透镜122可以用于透过并汇聚发射单元16发射的检测光束101。

所述第一透镜121可以为凸透镜，外部对象1000返回的检测光束101透过所述第一透镜121并被汇聚，然后能够到达所述光检测阵列181。其中，一个第一透镜121可以和多个像素单元182相对应，多个像素单元182可以同时接收来自同一个第一透镜121的检测光束101。此时，所述第一透镜121的尺寸可以大于所述像素单元182的尺寸，对应多个像素单元182的第一透镜121可以称为小透镜(Mini-Lens)。根据凸透镜成像原理，外部对象1000返回的检测光束101可以通过所述第一透镜121被所述光检测阵列181接收后形成倒立缩小的实像。所述第二透镜122可以为微透镜，所述第二透镜122将发射单元16发射的检测光束101进行准直，准直后的检测光束101能够较为集中的透过显示屏2并照射到外部对象1000上。

可选地，在一些实施例中，所述第一透镜121可以和所述像素单元182一一对应，也就是说，每一个像素单元182接收来自一个第一透镜121的检测光束101。此时，所述第一透镜121的尺寸可以和所述像素单元182的尺寸相一致，例如，所述第一透镜121的直径和像素单元182的宽度基本相等。对应一个像素单元182的第一透镜121可以称为微透镜(Micro-lens)。

可选地，所述第一透镜121可以为多边形透镜，例如正方形透镜或者六边形透镜，可选地，所述第一透镜121也可以为圆形透镜。图2中所示实施例中，所述第一透镜121为圆形透镜，该圆形透镜是上表面为球面、下表面为圆形的凸透镜。

应理解，多个所述第一透镜121的形状、大小可以相同或不同，例如但不限于，第一透镜121可以全部为微透镜、或第一透镜121可以全部为小透镜、或一部分第一透镜121为微透镜而一部分第一透镜121为小透镜；或者，一部分第一透镜121为四边形透镜，一部分第一透镜121为圆形透镜。本申请实施例对多个所述第一透镜121的形状大小不做限定。

应理解，多个相邻的所述第一透镜121之间可以具有间隔或不具有间隔，例如但不限于，一部分相邻的第一透镜121之间具有间隔，一部分相邻的第一透镜121之间不具有间隔，本申请实施例对多个相邻的第一透镜121之间是否间隔不做限定。

可选地，所述第一透镜121的材料可以为透明介质，该透明介质的光透过率大于99％，例如但不限于：玻璃、树脂等。

所述第二透镜122大致位于所述发射单元16所发射的检测光束101的照射范围内。所述第二透镜122可以为凸透镜。发射单元16发射的检测光束101可以透过所述第二透镜122并被汇聚，然后能够透过所述显示屏2到达外部对象1000。所述发射单元16可以包括LED(发光二极管)，其发射的检测光束101可以具有较大的发散角范围，例如但不限于，所述发射单元16发射的检测光束101的发散角可以为120度至140度。所述检测光束101大致具有和发散角对应的圆锥或圆台形的照射范围，所述第二透镜122位于所述照射范围内。

可选地，所述第二透镜122可以为多边形透镜，例如正方形透镜或者六边形透镜，可选地，所述第二透镜122也可以为圆形透镜。应理解，多个所述第二透镜122的形状、大小可以相同或不同，本申请实施例不做限定。应理解，多个相邻的所述第二透镜122之间可以具有间隔或不具有间隔，本申请实施例不做限定。可选地，所述第二透镜122的材料可以为透明介质，该透明介质的光透过率大于99％，例如但不限于：玻璃、树脂等。

可选地，在一些实施例中，多个所述第二透镜可以完全覆盖所述发射单元16发射的检测光束101的照射范围。此时，所述发射单元16发射的检测光束101基本上能够都会透过所述第二透镜122并被所述第二透镜122汇聚。例如但不限于，所述第二透镜122可以为四边形透镜，并且相互之间无间隔设置。

所述发射单元16发射的检测光束101透过所述第二透镜122时被所述第二透镜122汇聚，使得这部分的检测光束101照射方向变得较为集中。可以理解，以指纹检测为例，当手指接触指纹检测区域21时，发射单元16发射的检测光束101穿出所述显示屏2后，只有从靠近指纹检测区域21出射的一部分检测光束101能够照射到手指上。如果不使用第二透镜122对检测光束101进行汇聚，检测光束101出射时的发散角会很大，很多检测光束101可能没有照射到手指上而浪费了。

本申请实施例中，利用第二透镜122对发射单元16发射的检测光束101进行汇聚，当这部分被汇聚的检测光束101照射到外部对象1000上时，外部对象1000接收到的检测光束101的能量可以更集中，相当于提高了检测光束101的利用率。另外，所述第二透镜122汇聚发射单元16发射的检测光束101，使得其发散角减小，可以防止发射单元16发射的检测光束101照射到指纹检测区域21。如果发射单元16发射的检测光束101直接照射到指纹检测区域21，这些检测光束101可能在指纹检测区域21反射后到达光检测阵列181，这样的话会影响到所述光检测阵列181正常接收外部对象1000返回的检测光束101。上述检测光束101从所述第二透镜122的下方透过所述第二透镜122时，所述第二透镜122对检测光束101的汇聚又可称为准直。

可选地，在一些实施例中，所述第一透镜121和第二透镜122的数量可以为多个，多个所述第一透镜121和/或第二透镜122可以呈阵列排布。例如但不限于，所述第一透镜121可以具有矩形阵列、多边形阵列、网格、蜂巢格等排布方式。所述第一透镜121和第二透镜122均包括面对所述显示屏2的凸面，所述凸面可以为球面或非球面。

可选地，在一些实施例中，所述第一透镜121和第二透镜122的直径大小可以相同或不同。

可选地，在一些实施例中，所述发射单元16和所述镜头单元12正对的一面为发光面，所述第一透镜121可以直接设置在所述发射单元16的发光面上。例如，所述发射单元16可以为顶发光型的LED，面对所述镜头单元12的一面为发光面。

可选地，在一些实施例中，所述光过滤层14可以通过蒸镀、溅射镀膜、离子束镀膜等工艺将光过滤材料形成在基材上制得。此时，所述光过滤层14可以包括位于所述感光单元18的上方的部分以及位于所述发射单元16的上方的部分。

可选地，在一些实施例中，所述光过滤层14包括基材(图未示)和滤光材料(图未示)，所述光过滤材料可以通过镀膜等工艺形成在所述基材的上表面和/或下表面。所述光过滤层14可以包括位于所述发射单元16的正上方的部分，所述第一透镜阵列1211的透镜13设置在所述光过滤层14上。所述基材可以使用玻璃、树脂或其他合适材料制成。所述基材可以作为镜头单元12的主要支撑或承载结构，或者说，此时，所述光过滤层14可以作为所述镜头单元12的承载物。所述基材可以是具有一定强度的透明材料，例如但不限于水晶、玻璃、树脂等。基材可以不阻止光束通光，设置在基材的上表面和/或下表面的滤光材料可以阻止光束通过所述光过滤层14。可选地，在一些实施例中，相邻的第一透镜121之间可以间隔设置或无间隔设置。相邻的第二透镜122之间可以间隔设置或无间隔设置。相邻的第一透镜121和第二透镜122之间可以间隔设置或无间隔设置。可选地，在一些实施例中，所述滤光材料可以至少设置在正对所述光检测阵列181的区域，或面积稍大于光检测阵列181的面积的区域。

可变更地，在一些实施例中，所述光过滤层14可以直接镀膜设置在所述光检测阵列181上。此时，在所述发射单元16的上方可以不必设置所述光过滤层14。由于所述光过滤层14的主要作用是将透过所述第一透镜121的光束中除开目标波段以外的光束滤除掉，降低这部分光束在所述光检测阵列181接收检测光束101并转换为电信号时可能造成的干扰。而发射单元16主要用于发射检测光束101，不会被目标波段以外的光束干扰，因此所述发射单元16的上方可以不必设置所述光过滤层14。

可选地，在一些实施例中，相邻的第一透镜121间隔设置时，所述相邻的第一透镜121之间的间隔处可以设置有用于遮挡光束的遮挡层(图未示)。检测光束101被所述遮挡层遮挡而无法透过。从而可以防止相邻的第一透镜121透过的检测光束101之间的干扰。可选地，所述遮挡层可以为不透光的薄膜，检测光束101和其他光束都不能够透过所述遮挡层。以避免杂散光、环境光的干扰。所述遮挡层可以为不透光材料制成。

进一步地，在一些实施例中，当所述第一透镜121为微透镜时，所述第一透镜121和所述像素单元182一一对应，此时，所述光学检测装置1可以包括至少与所述光检测阵列181正对的遮光层(图未示)，所述遮光层设置在所述光过滤层14的上方和/或下方。所述遮光层可以为非透光材料制成的薄膜，遮光层可以具有多个通光小孔。每个通光小孔对应一个所述第二透镜122，从所述第二透镜122透过的检测光束101能够穿过所述通光小孔，进而到达光检测阵列181。从而，通光设置通光小孔的孔径大小和位置，可以实现控制特定方向和角度的光束被光检测阵列181接收。

可选地，在一些实施例中，所述光学检测装置1还可以包括位于所述第一透镜121的间隔处的遮挡层15。所述遮挡层15可以用于遮挡检测光束101、以及和检测光束101波长相同和不同的其余光束，从而避免环境光、杂散光对光检测阵列181接收检测光束101的干扰。

应当理解，所述光学检测装置1采用多个第一透镜121来透过和汇聚从外部对象1000返回的检测光束101，其中每个第一透镜121汇聚的检测光束101可以用于生成部分的生物特征图像，将多个第一透镜121汇聚后的检测光束101采集后可以通过算法拼接为一个较为完整的生物特征图像。因此，第一透镜121的直径、焦距、矢高等可以做到非常小，远小于传统的单个大透镜。相对使用大透镜的成像方式，光学检测装置1的整体厚度可以更小。另外，通过采用第二透镜122准直所述发射单元16发射的检测光束101，能够提高检测光束101的利用率。第二透镜122和第一透镜121的尺寸可以相同或有些差别，但不影响光学检测装置1的整体厚度。而且，发射单元16、镜头单元12和感光单元18可以封装在一个芯片中，可以实现紧凑型的封装，对应空间占用较小。因此，所述光学检测装置1可以较好的应用在手机等便携式的电子设备中，并能够满足显示屏2的下方有限空间要求，较好的实现屏下的生物特征检测。

请参阅图5和图6，分别示出了光学检测装置1a的部分立体示意图和截面示意图。光学检测装置1a是光学检测装置1的一个变更实施例，二者的结构基本相同，主要区别在于，所述光学检测装置1a包括镜头单元12a，所述镜头单元12a包括第一透镜121a和第二透镜122a。所述第一透镜121a位于所述光检测阵列181的上方，用于透过并汇聚外部对象返回的检测光束100。光检测阵列181的像素单元182能够接收透过所述第一透镜121a的检测光束101并转换为电信号。

所述第二透镜122a位于所述发射单元16的上方，用于透过并汇聚发射单元16发射的检测光束101。其中，所述第一透镜121a和第二透镜122a的数量均为多个，相邻的第一透镜121a之间没有间隔地设置，相邻的第二透镜122a之间没有间隔地设置。所述第一透镜121a、第二透镜122a可以为微透镜。此时，每个第一透镜121a可以对应一个像素单元182，一个像素单元182只能接收从一个对应的第一透镜121透过并汇聚的检测光束101。进一步地，如图5所示，所述第一透镜121a和第二透镜122a可以为四边形的凸透镜。

请参阅图7，示出了光学检测装置1b的部分截面示意图。光学检测装置1b是光学检测装置1的一个变更实施例，二者的结构基本相同，主要区别在于，所述光学检测装置1b包括镜头单元12b，所述镜头单元12b包括多个第一透镜121b和多个第二透镜122b。相邻的第一透镜121b之间具有间隔，所述多个相邻的第二透镜122b之间无间隔。图7中示出的第一透镜121b为小透镜，可选地，在一些实施例中，所述第一透镜121b也可以为微透镜。可选地，所述第二透镜122b可以为小透镜和/或微透镜。

请参阅图8，示出了光学检测装置1c的部分立体示意图。光学检测装置1c是光学检测装置1的一个变更实施例，二者的结构基本相同，主要区别在于，所述光学检测装置1c包括镜头单元12c和位于所述镜头单元12c的下方的检测模组11c。所述镜头模组12c包括第一透镜121c和第二透镜122c。所述第二透镜122c大致位于所述第一透镜121c的周围或边缘。所述第一透镜121c和第二透镜122c可以为相同或不同结构的凸透镜。所述检测模组11c包括第一基板17c、感光单元18c和发射单元16c。所述感光单元18c和发射单元16c设置在所述第一基板17c上。所述感光单元18c大致具有矩形薄板结构。所述发射单元16c数量为四个，所述四个发射单元16c分别位于所述感光单元18c的四周。所述感光单元18c和所述第一基板17c通过TSV实现电连接。所述感光单元18c包括光检测阵列181c，所述第一透镜121c位于所述光检测阵列181c的上方。外部对象返回的检测光束能够透过所述第一透镜121c并被汇聚。所述光检测阵列181c能够接收透过所述第一透镜121c的检测光束并转换为电信号以获取外部对象的指纹特征信息或其他生物特征信息。所述第二透镜122c至少位于所述发射单元16的上方，用于透过并准直所述发射单元16发出的检测光束。当然，本申请实施例中，所述发射单元16c的数量、位置不做限制，所述发射单元16c可以邻近所述感光单元18c的一个、两个、三个、或四个侧边设置，或者所述发射单元16c可以位于所述感光单元18c的周围任意位置。所述发射单元16c可以具有任意合适的数量。

所述光学检测装置1c的感光单元18c通过TSV和第一基板17c电连接，从而不需要占用所述感光单元18c的侧边位置以布置导线。进而，所述发射单元16c能够设置在所述感光单元18c的四周，从而能够在指纹检测时从较多的方向使得较多的检测光束照射到外部对象，提高所述检测光束101的利用率，实现较好的指纹检测效果。

请参阅图9，示出了光学检测装置1d的部分立体示意图。光学检测装置1d是光学检测装置1的一个变更实施例，二者的结构基本相同，主要区别在于，所述光学检测装置1d包括镜头单元12d和位于镜头单元12d的下方的检测模组11。所述镜头单元12d包括第一透镜121d，所述检测模组11包括第一基板17、感光单元18和发射单元16。所述感光单元18和发射单元16设置在所述第一基板17上并和所述第一基板17电连接。

所述感光单元18包括光检测阵列181，所述第一透镜121d位于光检测阵列181的上方，用于将来自外部对象的检测光束101汇聚后提供到所述光检测阵列181。所述发射单元16和感光单元18间隔设置，所述镜头单元12d在所述发射单元16的上方没有设置透镜。所述发射单元16发射的检测光束101可以不经过透镜准直便到达外部对象。相比光学检测装置1，光学检测装置1d的发射单元16的上方没有设置透镜，因此发射单元16发射的检测光束没有经过准直就可以直接透过显示屏(例如图4中的显示屏2)。可选地，图9中的发射单元16上方可以设置光过滤层(未标号)，或者也可以不设置光过滤层。相对来说，光学检测装置1d中的发射单元16和光检测阵列181的距离要大于光学检测装置1中的发射单元16和光检测阵列181的距离，以避免检测光束直接照射到显示屏的指纹检测区域。所述发射单元16、感光单元18和镜头单元12c可以封装在一个芯片中，从而实现紧凑型的封装。

本申请的光学检测装置1及其变更实施例中，通过采用多个第一透镜121透过和汇聚外部对象返回的检测光束101，能够减小装置的体积。另外，通过采用第二透镜122透过和准直发射单元16发射的检测光束101，能够提高检测光束101的利用率。而且，发射单元16、镜头单元12和感光单元18封装在一个芯片中可以实现紧凑型的封装，对应空间占用较小。本申请光学检测装置1及其变更实施例能够较好实现手机等电子设备的屏下生物特征检测。

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(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，本申请实施例的部分或全部结构、功能、方法可以应用在其他或变更实施例中，而不局限于其对应描述的实施例，由此得到的所有实施例属于本申请保护范围。另外，本申请实施例中，光束可以是可见光或不可见光，不可见光例如可以为近红外光。本申请描述中可能出现的“重叠”、“重合”、“交叠”，应理解为具有相同意思并可以相互替换。

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

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

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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。权利要求书中所使用的术语不应理解为将发明限制于本说明书中所公开的特定实施方式。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种光学检测装置，其可应用在一个显示屏的下方以实现屏下的生物特征检测，其特征在于，包括：

镜头单元，其包括多个第一透镜，所述第一透镜能够透过并汇聚带有外部对象的生物特征信息的检测光束；

检测模组，位于所述镜头单元下方，其包括：

第一基板；

发射单元，设置在所述第一基板上，用于发射所述检测光束，所述检测光束能够透过一个显示屏到达外部对象，并从外部对象返回；

感光单元，设置在所述第一基板上，用于透过所述镜头单元和显示屏接收从外部对象返回的所述检测光束并转换为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。

2.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述镜头单元还包括用于准直所述发射单元发射的检测光束的第二透镜，所述感光单元包括用于接收检测光束并转换为电信号的光检测阵列，所述第一透镜位于所述光检测阵列的上方，所述第二透镜位于所述发射单元所发射的检测光束的照射范围内，所述发射单元发射的检测光束经过所述第二透镜准直后能够透过所述显示屏到达外部对象。

3.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，所述第一透镜和第二透镜为凸透镜，所述第一透镜和第二透镜包括面对所述显示屏的凸面，所述凸面为球面或非球面。

4.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，所述第一透镜的数量为多个，多个所述第一透镜呈阵列排布，所述光检测阵列包括多个像素单元；

多个所述第一透镜中包括一个第一透镜，所述第一透镜对应一个像素单元，该像素单元只能接收该第一透镜透过的检测光束；和/或，

多个所述第一透镜中包括一个第一透镜，所述第一透镜对应多个所述像素单元，所述多个像素单元同时接收透过所述第一透镜的检测光束。

5.如权利要求4所述的光学检测装置，其特征在于，所述第二透镜的和所述第一透镜的直径大小相同或不同。

6.如权利要求4所述的光学检测装置，其特征在于，相邻的第一透镜之间具有间隔，或相邻的第一透镜之间无间隔，或部分相邻的第一透镜之间具有间隔而部分相邻的第一透镜之间无间隔。

7.如权利要求6所述的光学检测装置，其特征在于，当相邻的第一透镜之间具有间隔时，所述镜头单元还包括设置在第一透镜的间隔处的遮挡层，所述遮挡层用于遮挡光束。

8.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，所述第二透镜的数量为多个，相邻的第二透镜之间具有间隔，或相邻的第二透镜之间无间隔，或部分相邻的第二透镜之间具有间隔而部分相邻的第二透镜之间无间隔。

9.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置还包括光过滤层，所述光过滤层设置在所述感光单元和所述镜头单元之间，用于透过目标波段的光束并过滤掉目标波段以外的光束，所述目标波段包括所述检测光束的波长。

10.如权利要求9所述的光学检测装置，其特征在于，所述感光单元包括用于接收检测光束的光检测阵列，所述光过滤层包括基材和滤光材料，所述滤光材料设置在所述基材的上表面和/或下表面，且所述滤光材料至少正对所述光检测阵列设置，所述光过滤层承载所述镜头单元。

11.如权利要求9所述的光学检测装置，其特征在于，所述目标波段范围为：300纳米至750纳米，和/或，780纳米至2000纳米。

12.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述第一基板为印刷电路板或柔性电路板。

13.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述感光单元通过引线键合或硅通孔方式电连接所述第一基板。

14.如权利要求13所述的光学检测装置，其特征在于，当所述感光单元通过引线键合方式电连接所述第一基板时，所述发射单元邻近所述感光单元未设置导线的侧边设置；

当所述感光单元通过硅通孔方式电连接所述第一基板时，所述发射单元邻近所述感光单元周围设置。

15.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述镜头单元、发射单元和感光单元封装在同一个芯片中。

16.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置用于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别、活体识别。

17.一种电子设备，其特征在于，包括显示屏，以及权利要求1至16中任意一项所述的光学检测装置，其中，所述光学检测装置设置在所述显示屏的下方。

Images