CN111523523A - 检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法、装置和显示屏 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法、装置和显示屏，能够提高指纹检测性能。指纹传感器包括多个像素单元，每个像素单元包括至少两个像素，该至少两个像素分别用于检测该显示屏照射至手指并经该手指返回的至少两个方向的光信号，显示屏照射至手指的光斑包括第一光斑和位于该第一光斑内的至少一个第二光斑。第一光斑照射手指并经手指返回的该至少两个方向的光信号用于获取手指的指纹图像，第二光斑照射手指并经手指返回的该至少两个方向的光信号形成第二光斑对应的至少两个图像，该方法包括：获取至少两个图像中的第一图像和第二图像；根据第一图像和第二图像的间距，确定显示屏与指纹传感器之间的距离，以用于处理该指纹图像。

Description

检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法、装置和显示屏

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，涉及一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法、装置和显示屏。

背景技术

屏下光学指纹检测是利用显示屏发出的光线照射手指并经手指返回的光线实现检测指纹，但是设备出厂时，显示屏的下表面与指纹传感器的上表面之间的距离很难准确测试，现阶段只能通过结构的加工工艺来保证该距离限制在某一个范围内。而用户在使用设备时，不同用户对显示屏的按压不同，可能导致显示屏与指纹传感器之间的距离改变，考虑到该距离的变化对指纹成像的质量有一定影响，因此，如何检测该距离的变化情况以提升指纹检测的性能，成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法、装置和显示屏，能够提升指纹检测的性能。

第一方面，提供了一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法，所述指纹传感器包括多个像素单元，其中每个像素单元包括至少两个像素，所述至少两个像素分别用于检测所述显示屏照射至手指并经所述手指返回的至少两个方向的光信号，所述显示屏照射至所述手指的光斑包括第一光斑和位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑，其中，所述第一光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号用于获取所述手指的指纹图像，所述第二光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号形成所述第二光斑对应的至少两个图像，所述方法包括：

获取所述至少两个图像中的第一图像和第二图像；

根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，所述距离用于处理所述指纹图像。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑的尺寸小于或等于所述手指的相邻指纹脊的间距或者相邻指纹谷的间距。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑的面积大于或等于所述至少两个像素的面积。

在一种可能的实现方式中，所述确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：根据以下公式，确定所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离：P1=K1×L1+D，K1=1/[2×tan(a)]，D=-H×tan(b)/[2×tan(a)]，b=arcsin[sin(a)/n]；其中，P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离，△L1为所述第一图像与所述第二图像的间距，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，H为所述显示屏的厚度，b为入射至所述显示屏的下表面的光线与垂直方向的夹角，n为所述显示屏的折射率，K1为与a相关的参数，D为与H、a和b相关的参数。

在一种可能的实现方式中，所述确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：根据以下公式，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的变化量：△P1=K1×△L1，K1=1/[2×tan(a)]；根据所述变化量，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离；其中，△P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离的变化量，△L1为所述第一图像与所述第二图像的间距的变化量，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，K1为与a相关的参数。

在一种可能的实现方式中，在确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离之前，所述方法还包括：在利用测试图案对所述指纹传感器进行测试的同时，根据照射在所述测试图案上的所述第二光斑，对角度a进行校准。

在一种可能的实现方式中，所述测试图案置于所述指纹传感器上方，所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离等于手指未接触时所述显示屏的上表面与所述指纹传感器之间的距离。其中，所述根据照射在所述测试图案上的所述第二光斑，对角度a进行校准，包括：获取所述第二光斑对应的所述至少两个图像中的第三图像和第四图像；根据所述第三图像和所述第四图像的间距，以及所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，确定所述角度a。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述第三图像和所述第四图像的间距，以及所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，确定所述角度a，包括：根据以下公式，确定所述角度a：P2=K2×L2，K2=1/[2×tan(a)]；其中，P2为所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，L2为所述第三图像与所述第四图像的间距，K2为与a相关的参数。

在一种可能的实现方式中，所述测试图案包括多个黑色条纹，所述第二光斑位于相邻两个黑色条纹之间。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个第二光斑包括一个第二光斑，所述根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；将所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，作为所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑位于所述第一光斑的中心区域。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个第二光斑包括多个第二光斑，所述根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：根据每个第二光斑各自对应的第一图像和第二图像的间距，确定所述显示屏在所述每个第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；根据所述显示屏在所述多个第二光斑处与所述指纹传感器之间的所述距离，形成所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

在一种可能的实现方式中，所述多个第二光斑分布于所述第一光斑的中心区域以及所述第一光斑内围绕所述中心的至少一个环形区域内。

在一种可能的实现方式中，每个环形区域内的第二光斑对称分布。

在一种可能的实现方式中，所述中心区域和所述环形区域的数量之和等于所述手指注册的指纹模板的数量，其中，在注册一个指纹模板时，确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离。

在一种可能的实现方式中，在一次指纹认证时，确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，以更新所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

在一种实现方式中，所述第一光斑与所述第二光斑的颜色或灰度不同。

第二方面，提供了一种显示屏，包括：

第一发光区域，用于形成第一光斑；

第二发光区域，用于形成位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑；

其中，所述显示屏下方设置有指纹传感器，所述指纹传感器包括多个像素单元，每个像素单元包括至少两个像素，所述至少两个像素分别用于检测所述第一光斑照和所述第二光斑照射至手指并经所述手指返回的至少两个方向的光信号，其中，所述第一光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号用于获取所述手指的指纹图像，所述第二光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号形成所述第二光斑对应的至少两个图像，所述至少两个图像中的第一图像和第二图像的间距用于确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，所述距离用于处理所述指纹图像。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑的尺寸小于或等于所述手指的相邻指纹脊的间距或者相邻指纹谷的间距。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑的面积大于或等于所述至少两个像素的面积。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个第二光斑包括一个第二光斑，所述第二光斑位于所述第一光斑的中心区域。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个第二光斑包括多个第二光斑，所述多个第二光斑分布于所述第一光斑的中心区域以及所述第一光斑内围绕所述中心的至少一个环形区域内。

在一种可能的实现方式中，每个环形区域内的第二光斑对称分布。

在一种可能的实现方式中，所述中心区域和所述环形区域的数量之和等于所述手指注册的指纹模板的数量。

在一种实现方式中，所述第一光斑与所述第二光斑的颜色或灰度不同。

第三方面，提供了一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的装置，包括：

指纹传感器，包括多个像素单元，其中每个像素单元包括至少两个像素，所述至少两个像素分别用于检测显示屏照射至手指并经所述手指返回的至少两个方向的光信号，所述显示屏照射至所述手指的光斑包括第一光斑和位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑，其中，所述第一光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号用于获取所述手指的指纹图像，所述第二光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号形成所述第二光斑对应的至少两个图像；以及，

处理器，用于获取所述至少两个图像中的第一图像和第二图像，并根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，所述距离用于处理所述指纹图像。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑的尺寸小于或等于所述手指的相邻指纹脊的间距或者相邻指纹谷的间距。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑的面积大于或等于所述至少两个像素的面积。

在一种可能的实现方式中，所述处理器具体用于：根据以下公式，确定所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离：P1=K1×L1+D，K1=1/[2×tan(a)]，D=-H×tan(b)/[2×tan(a)]，b=arcsin[sin(a)/n]；其中，P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离，L1为所述第一图像与所述第二图像的间距，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，H为所述显示屏的厚度，b为入射至所述显示屏的下表面的光线与垂直方向的夹角，n为所述显示屏的折射率，K1为与a相关的参数，D为与H、a和b相关的参数。

在一种可能的实现方式中，所述处理器具体用于：根据以下公式，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的变化量：△P1=K1×△L1，K1=1/[2×tan(a)]；根据所述变化量，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离；其中，△P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离的变化量，△L1为所述第一图像与所述第二图像的间距的变化量，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，K1为与a相关的参数。

在一种可能的实现方式中，所述处理器还用于：在利用测试图案对所述指纹传感器进行测试的同时，根据照射在所述测试图案上的所述第二光斑，对角度a进行校准。

在一种可能的实现方式中，所述测试图案置于所述指纹传感器上方，所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离等于手指未接触时所述显示屏的上表面与所述指纹传感器之间的距离。其中，所述处理器具体用于：获取所述第二光斑对应的所述至少两个图像中的第三图像和第四图像；根据所述第三图像和所述第四图像的间距，以及所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，确定所述角度a。

在一种可能的实现方式中，所述处理器具体用于：根据以下公式，确定所述角度a：P2=K2×L2，K2=1/[2×tan(a)]；其中，P2为所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，L2为所述第三图像与所述第四图像的间距，K2为与a相关的参数。

在一种可能的实现方式中，所述测试图案包括多个黑色条纹，所述第二光斑位于相邻两个黑色条纹之间。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个第二光斑包括一个第二光斑，所述处理器具体用于：根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；将所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，作为所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离。

在一种可能的实现方式中，所述第二光斑位于所述第一光斑的中心区域。

在一种可能的实现方式中，所述至少一个第二光斑包括多个第二光斑，所述处理器具体用于：根据每个第二光斑各自对应的第一图像和第二图像的间距，确定所述显示屏在所述每个第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；根据所述显示屏在所述多个第二光斑处与所述指纹传感器之间的所述距离，形成所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

在一种可能的实现方式中，所述多个第二光斑分布于所述第一光斑的中心区域以及所述第一光斑内围绕所述中心的至少一个环形区域内。

在一种可能的实现方式中，每个环形区域内的第二光斑对称分布。

在一种可能的实现方式中，所述中心区域和所述环形区域的数量之和等于所述手指注册的指纹模板的数量，其中，在注册一个指纹模板时，所述处理器确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离。

在一种可能的实现方式中，在一次指纹认证时，所述处理器确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，以更新所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

在一种实现方式中，所述第一光斑与所述第二光斑的颜色或灰度不同。

第四方面，提供了一种电子设备，包括：

第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的指纹检测的装置；或者，

第三方面或第三方面的任意可能的实现方式中的指纹检测的装置。

基于上述技术方案，显示屏发出第一光斑以及位于第一光斑内的至少一个第二光斑以照射手指，其中，第一光斑照射手指并经手指返回的光信号用于获取手指的指纹图像，第二光斑照射手指并经手指返回的光信号形成第二光斑的图像。指纹传感器能够采集至少两个方向的光信号，因此，针对每个第二光斑可以形成至少两个图像。通过至少两个图像中的第一图像和第二图像的间距，可以确定显示屏与指纹传感器之间的距离，从而基于该距离对指纹图像进行处理。这样，不同用户的按压力度不同导致显示屏和指纹传感器之间的距离不同时，都能够获得较好的指纹检测性能。

附图说明

图1和图3是本申请实施例可以适用的电子设备的示意图。

图2和图4分别是图1和图3所示的电子设备沿A-A’方向的剖面示意图。

图5是本申请实施例的检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法的示意性流程图。

图6是本申请一个实施例的第二光斑的示意图。

图7是本申请另一实施例的第二光斑的示意图。

图8是本申请另一实施例的第二光斑的示意图。

图9是本申请实施例的指纹传感器的示意图。

图10是本申请实施例的指纹传感器的光线接收方向的示意图。

图11是本申请实施例的实现多接收方向的光路的示意图。

图12是本申请实施例的实现多接收方向的光路的示意图。

图13是本申请实施例的确定显示屏与指纹传感器之间距离的原理图。

图14是本申请实施例的校准接收角度a的原理图。

图15是本申请实施例的用于校准角度a的测试图案的示意图。

图16是基于图5所示的方法的一种可能的实现方式。

图17是基于图5所示的方法的一种可能的实现方式。

图18是本申请实施例的检测显示屏与指纹传感器之间距离的装置的示意性框图。

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、具有显示屏的移动终端、以及其他电子设备；更具体地，在上述设备中，光学指纹模组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/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/In-screen）光学指纹系统。

屏下光学指纹检测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。该返回的光中携带与该顶面接触的物体例如手指的信息，通过采集和检测该手指返回的光，实现位于显示屏下方的特定光学传感器模块的光学指纹检测。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1和图3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沿A-A’方向的部分剖面示意图。

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设置在显示屏120下方的局部区域。光学指纹模组130包括光学指纹传感器，以下也简称指纹传感器。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，本申请实施例也将该光学感应单元称为像素、感光像素、像素单元、感应单元等。感应阵列133所在区域或者其感应区域为光学指纹模组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。在一种替代的实施例中，光学指纹模组130还可以设置在其他位置，比如设置在显示屏120的侧面或者电子设备10的边缘的非透光区域，并通过光路设计来将来自显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到光学指纹模组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。

应理解，指纹检测区域103的面积可以与光学指纹模组130的感应阵列133的面积不同，例如通过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，使得光学指纹模组130的指纹检测区域103的面积大于光学指纹模组130的感应阵列133的面积。在其他替代的实现方式中，如果采用例如光线准直等方式进行光路引导，那么光学指纹模组130的指纹检测区域103也可以设计成与光学指纹模组130的感应阵列133的面积基本一致。

因此，用户在需要对电子设备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例如Home键，从而可以采用全面屏的方案，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2所示，光学指纹模组130包括光检测部分134和光学组件132。其中，光检测部分134包括感应阵列133以及与感应阵列133电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以通过半导体工艺制作在一个芯片（Die）上，形成光学指纹芯片或者光学指纹传感器，也称为传感器芯片或芯片等。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，该光探测器可以作为如上所述的光学感应单元。其中，光学组件132可以设置在光检测部分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，该滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而该导光层或光路引导结构可以用于将从手指表面反射回来的反射光导引至感应阵列133以进行光学指纹检测。

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。例如，光学组件132可以与光检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将光学组件132设置在光检测部分134所在的芯片外部，比如将光学组件132贴合在该芯片的上方，或者将光学组件132的部分元件集成在该芯片之中。

其中，光学组件132的导光层有多种实现方案。例如，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开孔阵列，该准直单元可以具体为小孔。在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该准直单元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，这样，感应阵列133便可以检测出该手指的指纹图像。

在另一种实现方式中，该导光层也可以为光学透镜（Lens）层，其具有一个或多个透镜单元，例如由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，使得感应阵列133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从而扩大光学指纹模组130的视场，以提高光学指纹模组130的指纹成像效果。

在其他实现方式中，导光层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133上方，并且每一个微透镜可以分别对应于感应阵列133的其中一个感应单元。该微透镜层和该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。进一步地，该微透镜层和该感应单元之间还可以包括具有开孔的挡光层，该挡光层也可以称为阻光层或者遮光层（Shielding Layer，LS）等，其中该开孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，该挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得该感应单元所对应的光线通过该微透镜会聚到该开孔内部，并经由该开孔传输到该感应单元，从而进行光学指纹成像。

应理解，上述导光层的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用。例如，可以在准直器层或者光学透镜层的上方或下方进一步设置微透镜层。当然，在该准直器层或者该光学透镜层与该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。

本申请实施例中，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，光学指纹模组130可以利用该OLED显示屏120位于指纹检测区域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按压在指纹检测区域103时，显示屏120向指纹检测区域103上方的手指140发出一束光111，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，也将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接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号。基于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中实现光学指纹识别功能。

在其他实现方式中，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的光信号。在这种情况下，光学指纹模组130可以适用于非自发光显示屏，例如液晶显示屏或者其他的被动发光的显示屏。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光学指纹模组130；或者，光学指纹模组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模组130。当采用光学指纹模组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。

应理解，在具体实现上，电子设备10还可以包括透明保护盖板，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。因此，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。

进一步地，电子设备10还可以包括电路板，电路板设置在光学指纹模组130的下方。光学指纹模组130可以通过背胶粘接在电路板上，并通过焊盘及金属线焊接与电路板实现电性连接。光学指纹模组130可以通过电路板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。例如，光学指纹模组130可以通过电路板接收电子设备10的处理单元的控制信号，并且还可以通过电路板将来自光学指纹模组130的指纹检测信号输出给终端设备10的处理单元或者控制单元等。

在某些实现方式中，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，光学指纹模组130可以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的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模组130的指纹检测区域103。从而光学指纹模组130的指纹检测区域103可以扩展到显示屏120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，当该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。

例如图3和图4所示的电子设备10，电子设备10中的光学指纹模组130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例如拼接等方式并排设置在显示屏120的下方，且多个光学指纹传感器的感应区域共同构成光学指纹模组130的指纹检测区域103。

可选地，与光学指纹模组130的多个光学指纹传感器相对应，光学组件132中可以包括多个导光层，每个导光层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，多个光学指纹传感器也可以共享一个整体的导光层，即该导光层具有一个足够大的面积以覆盖多个光学指纹传感器的感应阵列。

另外，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，其可以设置在该导光层和该光学指纹传感器之间，或者设置在显示屏120与该导光层之间，主要用于隔离外界干扰光对光学指纹检测的影响。其中，该滤光片可以用于滤除穿透手指并经过显示屏120进入光学指纹传感器的环境光。与该导光层相类似，该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多个光学指纹传感器。

该导光层也可以采用光学镜头（Lens）来代替，该光学镜头上方可以通过遮光材料形成小孔配合该光学镜头将指纹检测光会聚到下方的光学指纹传感器以实现指纹成像。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，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会聚和指纹成像。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。

用户在使用电子设备并进行指纹检测时，不同用户对显示屏的按压不同，可能导致显示屏与指纹传感器之间的距离发生改变。该距离的变化对指纹成像的质量会产生影响。因此，本申请实施例中可以根据该距离的变化对指纹图像的算法进行调整，以适应显示屏与光学指纹传感器之间的距离变化。

本申请实施例提供了一种检测距离的方法，能够提升指纹检测的性能。

图5是本申请实施例的检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法的示意性流程图。图5所示的方法500可以由检测显示屏与指纹传感器之间距离的装置执行，其中，该装置包括存储器和处理器，该存储器用于存储指令，该处理器用于读取该指令并基于该指令执行方法500。该处理器例如可以是指纹传感器的微程序控制器（Micro-programmed ControlUnit，MCU）或者电子设备内部的处理器等。

如图5所示，该方法500包括以下步骤中的部分或全部。

其中，方法500用于获取显示屏510与指纹传感器520之间的距离。其中，指纹传感器520包括多个像素单元，其中每个像素单元包括至少两个像素，该至少两个像素分别用于检测显示屏510照射至手指并经手指返回的至少两个方向的光信号。

显示屏510照射至手指的光斑包括第一光斑和位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑。其中，该第一光斑照射手指并经手指返回的该至少两个方向的光信号用于获取手指的指纹图像，该第二光斑照射手指并经手指返回的该至少两个方向的光信号形成该第二光斑对应的至少两个图像。

在S510中，获取该第二光斑对应的至少两个图像中的第一图像和第二图像。

在S520中，根据该第一图像和该第二图像的间距，确定显示屏510与指纹传感器520之间的距离，该距离用于处理该指纹图像。

该实施例中，显示屏510发出第一光斑以及位于第一光斑内的至少一个第二光斑照射手指，其中，第一光斑照射手指并经手指返回的光信号用于获取手指的指纹图像，第二光斑照射手指并经手指返回的光信号形成第二光斑的图像。指纹传感器520能够采集至少两个方向的光信号，因此，针对每个第二光斑可以形成至少两个图像。通过至少两个图像中的第一图像和第二图像的间距，可以确定显示屏与指纹传感器之间的距离，从而基于该距离对指纹图像进行处理。这样，不同用户的按压力度不同导致显示屏和指纹传感器之间的距离不同时，都能够获得较好的指纹检测性能。

本申请实施例中，第一光斑与第二光斑的颜色或灰度不同。通常，可以使第一光斑和第二光斑的灰度相差至少一半以上。例如，第一光斑是白色、青色或者绿色，第二光斑为其他不同颜色的光斑。

首先，结合图6至图8，描述本申请实施例的显示屏510。

显示屏510包括第一发光区域和第二发光区域。其中，第一发光区域用于形成第一光斑，第二发光区域形成位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑。第一光斑例如可以对应于指纹检测的有效区域（Active Area，AA）。

该至少一个第二光斑可以包括一个或者多个第二光斑。例如图6所示，第一光斑内包括一个第二光斑P0，且第二光斑P0位于第一光斑的中心区域。又例如图7所示，第一光斑内包括多个第二光斑P1至P4，且第二光斑P1至P4位于第一光斑的一个环形区域内。又例如图8所示，第一光斑内包括多个第二光斑P0至P8，且第二光斑P0至P8位于第一光斑的中心以及围绕该中心的多个环形区域内。

本申请实施例对多个第二光斑的分布不做任何限定。例如，该多个第二光斑可以分布于第一光斑内围绕中心的至少一个环形区域内，如图7所示；又例如，该多个第二光斑可以分布于第一光斑的中心以及围绕该中心的至少一个环形区域内，并且进一步地，每个环形区域内包括若干个第二光斑，且该若干个第二光斑对称分布，如图8所示；又例如，多个第二光斑也可以阵列式分布于第一光斑内。

分布有第二光斑的环形区域的数量在此不做限定。优选地，该中心区域和该环形区域的数量之和可以等于手指注册的指纹模板的数量。当用户进行指纹注册时，如果注册n张指纹模板，则第二光斑的数量可以是4^(n-1)+1，4^(n-1)+1个第二光斑分别位于第一光斑的中心以及围绕该中心的两个环形区域内，对应地可以获得4^(n-1)+1个距离数据。

图6至图8中所示的显示屏510发出的第一光斑用于获取指纹图像，而显示屏510发出的第二光斑用于获取显示屏510与指纹传感器520之间的距离。从而根据该距离对该指纹图像进行处理。

为了避免第二光斑对指纹图像造成影响，在一种实现方式中，可以将第二光斑的尺寸设置为小于手指的相邻指纹脊的间距或相邻指纹谷的间距，例如小于300 um。这样，在利用第二光斑获取显示屏和指纹传感器之间的距离时，由于第二光斑足够小，就不会影响所获得的手指的指纹图像。也就是说，在获取指纹图像的时，可以同时获取显示屏和指纹传感器之间的距离，并且这两个过程不会彼此影响。

为了提高指纹传感器能够采集到的第二光斑照射手指并经手指返回的光信号，在一种实现方式中，第二光斑的面积大于或等于一个像素单元的面积，例如，当该像素单元包括4个像素且每个像素的边长为50 um时，第二光斑的直径可以为50×2×sqrt(2)=142 um。这样就可以使像素单元中的各个像素采集到更多的该光信号，以更加准确地确定第二光斑对应的第一图像和第二图像之间的间距。

另外，第一光斑与第二光斑的颜色或灰度不同。其中，第一光斑的颜色或灰度与第二光斑的颜色或灰度相差越大，二者的区分度越高，通常，可以使第一光斑和第二光斑的灰度相差至少一半以上。例如，第一光斑可以是白色、青色或者绿色，第二光斑为其他不同颜色的光斑。

其次，结合图9至图12，描述本申请实施例的指纹传感器520。

指纹传感器520包括多个像素单元，其中每个像素单元包括至少两个像素，该至少两个像素分别用于检测手指返回的来自至少两个方向的光信号。

图9示出了每组像素单元中的各个像素的光接收方向。每组像素单元可以接收至少两个方向的光信号。例如，图9中的每组像素单元521中包括4个像素，分别用于接收4个方向的光信号。图10中示出了一个像素单元内的几种可能的光接收方向。图10中所述的像素单元中包括4个像素，其中，4个像素可以分别接收4个不同方向的光信号，例如图10中第一行的第1个以及第二行的第1个像素单元；或者4个像素单元也可以接收2个方向的光信号，例如图10中第一行的第2个、第3个和第4个像素单元以及第二行的第2个、第3个和第4个像素单元。

本申请实施例不限定该至少两个方向的光信号的实现方式。例如可以采用微透镜和一个或多个挡光层来实现不同方向的光信号的接收。例如图11和图12所示，指纹传感器上方设置有三个挡光层和一层微透镜，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，经微透镜会聚后的光信号分别经过这4个导光通道并分别到达4个像素。如图11所示，微透镜阵列210包括多个微透镜211，每个微透镜对应一个像素单元，每个像素单元包括4个像素。挡光层211上的开孔2211、挡光层222上的开孔2221和挡光层223上的开孔2231形成一个光接收方向，该方向的光信号可以被像素231接收；挡光层211上的开孔2211、挡光层222上的开孔2222和挡光层223上的开孔2232形成另一个光接收方向，该方向的光信号可以被像素232接收；类似地，图12示出了4个光接收方向。

应理解，图11和图12仅仅为示例，其他能够实现多个接收方向的光路结构也可以应用于本申请实施例中。例如，也可以针对每个像素设置一个微透镜，即一个微透镜对应一个像素。

上面描述了本申请实施例的显示屏510和指纹传感器520，下面结合图13描述方法500的距离检测原理。

在一种实现方式中，步骤S520包括S5211。

在S5211中，可以根据以下公式，确定显示屏510的下表面与指纹传感器520之间的距离：

P1=K1×L1+D （1）；

K1=1/[2×tan(a)] （2）；

D=-H×tan(b)/[2×tan(a)] （3）；

b=arcsin[sin(a)/n] （4）。

其中，P1为显示屏510的下表面与指纹传感器520之间的距离，L1为第一图像与第二图像的间距，K1为与a相关的参数，D为与H、a和b相关的参数，a为第一图像和第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，H为显示屏510的厚度，b为入射至显示屏510的下表面的光线与垂直方向的夹角，n为显示屏510的折射率。

如图13所示，显示屏510的厚度为H，显示屏510的下表面与指纹传感器520的上表面之间的距离为P1，指纹传感器520中属于不同像素单元的两个像素采集到针对同一个第二光斑的图像，即第一图像和第二图像，两个图像的间距为L1。其中，从图中可以看出，L1=2×H×tan(b)+2×P1×tan(a)，据此可以推出P1=K1×L1+D，其中，K1=1/[2×tan(a)]，D=-H×tan(b)/[2×tan(a)]。进一步地，根据sin(b)×n=sin(a)×1，可以得到b=arcsin[sin(a)/n]，n为显示屏510的折射率，指纹传感器520与显示屏510之间为空气，其折射率为1。角度a和H为常量，根据a和H可以得到K1和D，L1为变量，因此根据P1=K1×L1+D可以计算出显示屏510与指纹传感器520之间的距离P1。

在另一种实现方式中，步骤S520包括S5212和S5213。

在S5212中，根据以下公式，确定显示屏510与指纹传感器520之间的距离的变化量：

△P1=K1×△L1 （5）；

K1=1/[2×tan(a)] （6）。

其中，△P1为显示屏510的下表面与指纹传感器520之间的距离的变化量，△L1为第一图像与第二图像的间距的变化量，K1为与a相关的参数，a为第一图像和第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角。

在S5213中，根据该距离的变化量，确定显示屏510与指纹传感器520之间的距离。

其中，△P1为显示屏510与指纹传感器520之间的距离的变化量，△L1为第一图像与第二图像的间距的变化量，a为第一图像和第二图像对应的方向与垂直方向的夹角。

仍如图13所示，由于L1=2×H×tan(b)+2×P1×tan(a)，因此△P1=K1×△L1，其中K1=1/[2×tan(a)]。△P1为显示屏510与指纹传感器520之间的距离的变化量，即当次计算的距离相对于上一次计算的该距离而言所产生的距离变化量。角度a为常量，根据角度a可以得到K1，△L1为变量，因此根据公式△P1=K1×△L1就可以获取显示屏510与指纹传感器520之间的距离变化量△P1，再根据△P1计算显示屏510与指纹传感器520之间的距离。根据△L1确定△P1的方式可以避免引入参数D的计算过程，从而提高计算效率。

通常，可以设计角度a位于10°至15°之间。但角度a的实际值与设计值之间可能存在偏差，为了保证角度a的准确，在指纹传感器520出厂前，可以对角度a进行校准。本申请实施例还提供一种校准角度a的方法。下面结合图14和图15进行描述。

在一种实现方式中，可以在利用测试图案（也称chart film）对指纹传感器520进行测试的同时，根据照射在该测试图案上的该第二光斑，对角度a进行校准。

例如图14所示，将该测试图案置于指纹传感器520的上方，并使该测试图案与指纹传感器520之间的距离等于手指未接触时显示屏510的上表面与指纹传感器520之间的距离。

首先，获取第二光斑对应的至少两个图像中的第三图像和第四图像；其次，根据该第三图像和该第四图像的间距，以及该测试图案与指纹传感器520之间的距离，确定角度a。

如图14所示，可以根据以下公式，确定所述角度a：

P2=K2×L2（7）；

K2=1/[2×tan(a)]（8）。

其中，P2为该测试图案与指纹传感器520之间的距离，L2为第三图像与第四图像的间距，K2为与a相关的参数。

从图14中可以看出，L2=2×P2×tan(a)，据此可以推出P2=K2×L2，其中K2=1/[2×tan(a)]。P2已知，L2为变量，根据公式P2=K2×L2可以得到K2，再根据公式K2=1/[2×tan(a)]可以得到角度a。

校准角度a时使用的是照射在该测试图案上的第二光斑。在一种实现方式中，该测试图案可以包括多个黑色条纹，其中，该第二光斑位于相邻两个黑色条纹之间。通过该黑色条纹可以测试指纹传感器520的信号采集性能。

例如图15所示的测试图案，通常，相间的黑白条纹用来模拟指纹的脊和谷，从而利用这些条纹测试指纹传感器520的信号采集性能，比如对指纹传感器520的信号采集量进行校准。在此基础上，将第二光斑呈现在相邻两个黑色条纹或白色条纹之间，就可以在测试指纹传感器520的信号采集性能的同时，利用第二光斑对指纹传感器520的光接收角度a进行校准，而不需要增加其他额外的成本。

图14和图15中仅示出了测试图案上呈现一个第二光斑的情况，实际应用中也可以在测试图案上呈现多个第二光斑，从而获得角度a的多个值，根据角度a的多个值可以拟合得到更加准确的K1或K2，以使得到的显示屏510与指纹传感器520之间的距离更准确。

应理解，上面结合图13描述的确定显示屏510与指纹传感器520之间距离的方法500是针对一个第二光斑而言的。当显示屏510发出多个第二光斑时，针对其中的每个第二光斑，都可以使用方法500计算出一个对应的距离。

在一种实现方式中，当显示屏510发出的至少一个第二光斑包括一个第二光斑时，步骤S520可以包括S5221和S5222。

在S5221中，根据该第二光斑对应的至少一个图像中的第一图像和第二图像的间距，确定显示屏510在该第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

在S5222中，将显示屏510在该第二光斑处与指纹传感器520之间的距离，作为显示屏510与指纹传感器520之间的距离。

此时，该第二光斑例如可以位于第一光斑的中心区域。

在另一种实现方式中，当显示屏510发出的至少一个第二光斑包括多个第二光斑时，步骤S520可以包括S5223和S5224。

在S5223中，根据每个第二光斑各自对应的第一图像和第二图像的间距，确定显示屏510在每个第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

在S5224中，根据显示屏510在多个第二光斑处与指纹传感器520之间的距离，形成显示屏510与指纹传感器520之间的距离的三维数据。

此时，该第二光斑例如可以位于第一光斑的中心以及围绕该中心的至少一个环形区域内。每个环形区域内的第二光斑可以对称分布。

该三维数据反映了指纹检测的AA区的翘曲情况。下面结合图16和图17，描述根据多个第二光斑获取显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据的流程。

该中心区域和该环形区域的数量例如可以等于手指注册的指纹模板的数量，其中，在注册一个指纹模板时，确定显示屏510在中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

也就是说，第二光斑分布于第一光斑内的多个区域时，在每次注册一个指纹模板时，确定显示屏510在其中一个区域内的第二光斑处于指纹传感器520之间的距离。由于指纹模板的数量与第二光斑所在区域的数量相等，因此可以在不增加额外的距离检测时间的情况下，获取上述距离数据，从而不影响用户体验。

以图16为例，需要用户注册的指纹模板的数量为N，例如，可以假设N=3且第二光斑的分布如图8所示，其中包括三个区域，即第二光斑P0所在的中心区域、第二光斑P1至P4所在的环形区域、以及第二光斑P5至P8所在的环形区域。根据第二光斑P0至P8获取显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据的流程，可以包括以下步骤。

1601，在注册第k个指纹模板时，获取第k个区域内各第二光斑对应的第一图像和第二图像。

其中，1≤k≤N。

1602，确定第k个区域内各第二光斑对应的第一图像和第二图像之间的间距。

1603，确定显示屏510在第k个区域内的各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

根据第k个区域内的各第二光斑对应的第一图像和第二图像之间的间距，以及前述公式（1）至（4），分别计算显示屏510在各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

1604，判断所有区域内的第二光斑是否都检测完。

若没有检测完，至重复执行1601至1604，直至所有区域内的第二光斑都检测完；若所有区域内的第二光斑都检测完，则执行1605。

1605，确定显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据。

当所有区域内的第二光斑都检测完，可以根据所有区域内的第二光斑对应的距离数据，确定显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据。例如，在图8中的第二光斑P0至P8都检测之后，可以得到第二光斑P0至P8各自对应的距离值L0’至L8’，根据第二光斑P0至P8的位置和对应的距离值L0’至L8’，可以得到显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据。

这样，在用户注册指纹模板时，就可以获取显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据，并根据该三维数据可以对当前获得的指纹图像进行处理。

在一种实现方式中，在一次指纹认证时，确定显示屏510在中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离，以更新显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据。

也就是说，注册指纹模板时得到的显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据，还可以在此后进行指纹认证时进行更新。

例如，通过图17所示的流程，可以对图16中得到的距离的三维数据进行更新。该更新流程可以包括以下步骤。

1701，进入指纹认证的流程。

1702，随机获取第k个区域内各第二光斑对应的第一图像和第二图像。

1703，判断第k个区域是否与上次指纹认证时所选择的区域重复。

若重复，则执行1702，重新选择一个区域；若不重复，则执行1704。

1704，获取第k个区域内各第二光斑对应的第一图像和第二图像之间的间距。

1705，确定显示屏510在第k个区域内的各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

根据第k个区域内的各第二光斑对应的第一图像和第二图像之间的间距，以及前述公式（1）至（4），分别计算显示屏510在各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

或者，根据第k个区域内的各第二光斑对应的第一图像和第二图像的间距，以及前述公式（5）和（6），分别计算显示屏510在各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离的变化量，并根据该距离的变化量，确定显示屏510在各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离。

1706，更新显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据。

利用显示屏510在第k个区域内的各第二光斑处与指纹传感器520之间的距离，对显示屏510与指纹传感器520之间距离的三维数据进行更新。

可见，当用户按压导致显示屏510发生翘曲或位置移动，或者当电子设备因摔落等原因造成指纹传感器520翘曲或位置移动时，获取显示屏510与指纹传感器520之间的距离的三维数据，指纹算法利用该距离的三维数据对指纹图像进行校正，能够得到更加准确的指纹信息，降低了显示屏510和指纹传感器520之间的距离变化对指纹检测造成的影响。

应理解，根据显示屏510与指纹传感器520之间的距离对指纹图像进行处理，例如可以是对指纹图像处理过程中所使用的参数进行调整，比如，可以对指纹传感器采集到的信号的低频分量（base）部分进行调整，以更加准确地提取其高频分量部分，从而获取准确的指纹特征数据。

图16和图17所示的流程仅仅为示意。在图16和图17中，之所以每次进行指纹模板注册或指纹认证时仅采集一个区域内的第二光斑的图像，是考虑到计算距离需要一定时长，如果在一次指纹检测时计算所有区域内的第二光斑对应的距离数据，则会延长指纹检测的时间，降低用户体验。因此，在指纹模板注册或者指纹认证时，可以每次仅检测或者更新一个区域内的第二光斑对应的距离数据。但本申请实施例对每次指纹检测时所获取的距离数据的数据量不做限定，当上述方法由处理能力较强的处理器来执行时，也可以在一次指纹模板注册或指纹认证时就获取多个或所有区域内的第二光斑对应的距离。

图17中对距离数据的更新也可以不是每次指纹认证时都要执行，而是可以按照一定周期或者规律去更新距离数据。

另外，第二光斑所在的中心区域和环形区域的数量也可以不等于指纹模板的数量。例如，第二光斑所在的中心区域和环形区域的数量可以大于指纹模板的数量，在注册指纹模板时获取其中一部分区域内的第二光斑对应的距离数据，在后续指纹认证时再获取其他区域内的第二光斑对应的距离数据。

本申请实施例还提供了一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的装置，如图18所示，该装置1800包括：

指纹传感器520，包括多个像素单元，其中每个像素单元包括至少两个像素，所述至少两个像素分别用于检测显示屏照射至手指并经所述手指返回的至少两个方向的光信号，所述显示屏照射至所述手指的光斑包括第一光斑和位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑，其中，所述第一光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号用于获取所述手指的指纹图像，所述第二光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号形成所述第二光斑对应的至少两个图像；以及，

处理器530，用于获取所述至少两个图像中的第一图像和第二图像，并根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，所述距离用于处理所述指纹图像。

在一种实现方式中，所述第二光斑的尺寸小于或等于所述手指的相邻指纹脊的间距或者相邻指纹谷的间距。

在一种实现方式中，所述第二光斑的面积大于或等于所述至少两个像素的面积。

在一种实现方式中，处理器530具体用于：根据以下公式，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的变化量：△P1=K1×△L1，K1=1/[2×tan(a)]；根据所述变化量，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离；其中，△P1为所述显示屏的下表与所述指纹传感器之间的距离的变化量，△L1为所述第一图像与所述第二图像的间距的变化量，K1为与a相关的参数，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角。

在一种实现方式中，处理器530具体用于：根据以下公式，确定所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离：P1=K1×L1+D，K1=1/[2×tan(a)]，D=-H×tan(b)/[2×tan(a)]，b=arcsin[sin(a)/n]；其中，P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离，△L1为所述第一图像与所述第二图像的间距，K1为与a相关的参数，D为与H、a和b相关的参数，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，H为所述显示屏的厚度，b为入射至所述显示屏的下表面的光线与垂直方向的夹角，n为所述显示屏的折射率。

在一种实现方式中，处理器530还用于：在利用测试图案对所述指纹传感器进行测试的同时，根据照射在所述测试图案上的所述第二光斑，对角度a进行校准。

在一种实现方式中，所述测试图案置于所述指纹传感器上方，所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离等于手指未接触时所述显示屏的上表面与所述指纹传感器之间的距离，其中，所述处理器具体用于：获取所述第二光斑对应的所述至少两个图像中的第三图像和第四图像；根据所述第三图像和所述第四图像的间距，以及所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，确定所述角度a。

在一种实现方式中，处理器530具体用于：根据以下公式，确定所述角度a：P2=K2×L2，K2=1/[2×tan(a)]；其中，P2为所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，L2为所述第三图像与所述第四图像的间距，K2为与a相关的参数。

在一种实现方式中，所述图案包括多个黑色条纹，所述测试图案包括多个黑色条纹，所述第二光斑位于相邻两个黑色条纹之间。

在一种实现方式中，所述至少一个第二光斑包括一个第二光斑，处理器530具体用于：根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；将所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，作为所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离。

在一种实现方式中，所述第二光斑位于所述第一光斑的中心区域。

在一种实现方式中，所述至少一个第二光斑包括多个第二光斑，处理器530具体用于：根据每个第二光斑各自对应的第一图像和第二图像之间的间距，确定所述显示屏在所述每个第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；根据所述显示屏在所述多个第二光斑处与所述指纹传感器之间的所述距离，形成所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

在一种实现方式中，所述多个第二光斑分布于所述第一光斑的中心区域以及所述第一光斑内围绕所述中心的至少一个环形区域内。

在一种实现方式中，每个环形区域内的第二光斑对称分布。

在一种实现方式中，所述中心区域和所述环形区域的数量之和等于所述手指注册的指纹模板的数量，其中，在注册一个指纹模板时，处理器530确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离。

在一种实现方式中，在一次指纹认证时，处理器530确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，以更新所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

在一种实现方式中，所述第一光斑与所述第二光斑的颜色或灰度不同。

该装置1800例如可以是光学指纹模组，该光学指纹模组包括本申请各种实施例中的指纹传感器520以及处理器530，处理器530例如可以是光学指纹模组的MCU。

该装置1800例如可以是电子设备，该电子设备包括本申请各种实施例中的指纹传感器520以及处理器530，处理器530例如可以是电子设备内部的处理器。

进一步地，该电子设备还包括显示屏510。

作为示例而非限定，本申请实施例中的电子设备可以为终端设备、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机电脑、游戏设备、车载电子设备或穿戴式智能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。该穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或部分功能的设备，例如智能手表或智能眼镜等，以及包括只专注于某一类应用功能并且需要和其它设备如智能手机配合使用的设备，例如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等设备。

需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。

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，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形均落在本申请的保护范围内。

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。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 (43)

1.一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的方法，其特征在于，所述指纹传感器包括多个像素单元，其中每个像素单元包括至少两个像素，所述至少两个像素分别用于检测所述显示屏照射至手指并经所述手指返回的至少两个方向的光信号，所述显示屏照射至所述手指的光斑包括第一光斑和位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑，其中，所述第一光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号用于获取所述手指的指纹图像，所述第二光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号形成所述第二光斑对应的至少两个图像，所述方法包括：

获取所述至少两个图像中的第一图像和第二图像；

根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，所述距离用于处理所述指纹图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二光斑的尺寸小于或等于所述手指的相邻指纹脊的间距或者相邻指纹谷的间距。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二光斑的面积大于或等于所述至少两个像素的面积。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：

根据以下公式，确定所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离：P1=K1×L1+D，K1=1/[2×tan(a)]，D=-H×tan(b)/[2×tan(a)]，b=arcsin[sin(a)/n]；

其中，P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离，L1为所述第一图像与所述第二图像的间距，K1为与a相关的参数，D为与H、a和b相关的参数，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，H为所述显示屏的厚度，b为入射至所述显示屏的下表面的光线与垂直方向的夹角，n为所述显示屏的折射率。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：

根据以下公式，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的变化量：△P1=K1×△L1，K1=1/[2×tan(a)]；

根据所述变化量，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离；

其中，△P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离的变化量，△L1为所述第一图像与所述第二图像的间距的变化量，K1为与a相关的参数，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离之前，所述方法还包括：

在利用测试图案对所述指纹传感器进行测试的同时，根据照射在所述测试图案上的所述第二光斑，对角度a进行校准。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测试图案置于所述指纹传感器上方，所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离等于手指未接触时所述显示屏的上表面与所述指纹传感器之间的距离，

其中，所述根据照射在所述测试图案上的所述第二光斑，对角度a进行校准，包括：

获取所述第二光斑对应的所述至少两个图像中的第三图像和第四图像；

根据所述第三图像和所述第四图像的间距，以及所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，确定所述角度a。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三图像和所述第四图像的间距，以及所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，确定所述角度a，包括：

根据以下公式，确定所述角度a：

P2=K2×L2，K2=1/[2×tan(a)]；

其中，P2为所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，L2为所述第三图像与所述第四图像的间距，K2为与a相关的参数。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测试图案包括多个黑色条纹，所述第二光斑位于相邻两个黑色条纹之间。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个第二光斑包括一个第二光斑，所述根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：

根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；

将所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，作为所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二光斑位于所述第一光斑的中心区域。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个第二光斑包括多个第二光斑，所述根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，包括：

根据每个第二光斑各自对应的第一图像和第二图像的间距，确定所述显示屏在所述每个第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；

根据所述显示屏在所述多个第二光斑处与所述指纹传感器之间的所述距离，形成所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个第二光斑分布于所述第一光斑的中心区域以及所述第一光斑内围绕所述中心的至少一个环形区域内。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，每个环形区域内的第二光斑对称分布。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述中心区域和所述环形区域的数量之和等于所述手指注册的指纹模板的数量，其中，在注册一个指纹模板时，确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在一次指纹认证时，确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，以更新所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

17.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一光斑与所述第二光斑的颜色或灰度不同。

18.一种显示屏，其特征在于，包括：

第一发光区域，用于形成第一光斑；

第二发光区域，用于形成位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑；

其中，所述显示屏下方设置有指纹传感器，所述指纹传感器包括多个像素单元，每个像素单元包括至少两个像素，所述至少两个像素分别用于检测所述第一光斑照和所述第二光斑照射至手指并经所述手指返回的至少两个方向的光信号，其中，所述第一光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号用于获取所述手指的指纹图像，所述第二光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号形成所述第二光斑对应的至少两个图像，所述至少两个图像中的第一图像和第二图像的间距用于确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，所述距离用于处理所述指纹图像。

19.根据权利要求18所述的显示屏，其特征在于，所述第二光斑的尺寸小于或等于所述手指的相邻指纹脊的间距或者相邻指纹谷的间距。

20.根据权利要求18所述的显示屏，其特征在于，所述第二光斑的面积大于或等于所述至少两个像素的面积。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的显示屏，其特征在于，所述至少一个第二光斑包括一个第二光斑，所述第二光斑位于所述第一光斑的中心区域。

22.根据权利要求18至20中任一项所述的显示屏，其特征在于，所述至少一个第二光斑包括多个第二光斑，所述多个第二光斑分布于所述第一光斑的中心区域以及所述第一光斑内围绕所述中心的至少一个环形区域内。

23.根据权利要求22所述的显示屏，其特征在于，每个环形区域内的第二光斑对称分布。

24.根据权利要求22所述的显示屏，其特征在于，所述中心区域和所述环形区域的数量之和等于所述手指注册的指纹模板的数量。

25.根据权利要求18至20中任一项所述的显示屏，其特征在于，所述第一光斑与所述第二光斑的颜色或灰度不同。

26.一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的装置，其特征在于，包括：

指纹传感器，包括多个像素单元，其中每个像素单元包括至少两个像素，所述至少两个像素分别用于检测显示屏照射至手指并经所述手指返回的至少两个方向的光信号，所述显示屏照射至所述手指的光斑包括第一光斑和位于所述第一光斑内的至少一个第二光斑，其中，所述第一光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号用于获取所述手指的指纹图像，所述第二光斑照射所述手指并经所述手指返回的所述至少两个方向的光信号形成所述第二光斑对应的至少两个图像；以及，

处理器，用于获取所述至少两个图像中的第一图像和第二图像，并根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离，所述距离用于处理所述指纹图像。

27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述第二光斑的尺寸小于或等于所述手指的相邻指纹脊的间距或者相邻指纹谷的间距。

28.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述第二光斑的面积大于或等于所述至少两个像素的面积。

29.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于：

根据以下公式，确定所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离：P1=K1×L1+D，K1=1/[2×tan(a)]，D=-H×tan(b)/[2×tan(a)]，b=arcsin[sin(a)/n]；

其中，P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离，L1为所述第一图像与所述第二图像的间距，K1为与a相关的参数，D为与H、a和b相关的参数，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角，H为所述显示屏的厚度，b为入射至所述显示屏的下表面的光线与垂直方向的夹角，n为所述显示屏的折射率。

30.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于：

根据以下公式，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的变化量：△P1=K1×△L1，K1=1/[2×tan(a)]；

根据所述变化量，确定所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离；

其中，△P1为所述显示屏的下表面与所述指纹传感器之间的距离的变化量，△L1为所述第一图像与所述第二图像的间距的变化量，K1为与a相关的参数，a为所述第一图像和所述第二图像对应的光线接收方向与垂直方向的夹角。

31.根据权利要求29或30所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：

在利用测试图案对所述指纹传感器进行测试的同时，根据照射在所述测试图案上的所述第二光斑，对角度a进行校准。

32.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述测试图案置于所述指纹传感器上方，所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离等于手指未接触时所述显示屏的上表面与所述指纹传感器之间的距离，其中，所述处理器具体用于：

获取所述第二光斑对应的所述至少两个图像中的第三图像和第四图像；

根据所述第三图像和所述第四图像的间距，以及所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，确定所述角度a。

33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于：

根据以下公式，确定所述角度a：

P2=K2×L2，K2=1/[2×tan(a)]；

其中，P2为所述测试图案与所述指纹传感器之间的距离，L2为所述第三图像与所述第四图像的间距，K2为与a相关的参数。

34.根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述测试图案包括多个黑色条纹，所述第二光斑位于相邻两个黑色条纹之间。

35.根据权利要求26至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个第二光斑包括一个第二光斑，所述处理器具体用于：

根据所述第一图像和所述第二图像的间距，确定所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；

将所述显示屏在所述第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，作为所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离。

36.根据权利要求35所述的装置，其特征在于，所述第二光斑位于所述第一光斑的中心区域。

37.根据权利要求26至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个第二光斑包括多个第二光斑，所述处理器具体用于：

根据每个第二光斑各自对应的第一图像和第二图像的间距，确定所述显示屏在所述每个第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离；

根据所述显示屏在所述多个第二光斑处与所述指纹传感器之间的所述距离，形成所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

38.根据权利要求37所述的装置，其特征在于，所述多个第二光斑分布于所述第一光斑的中心区域以及所述第一光斑内围绕所述中心的至少一个环形区域内。

39.根据权利要求38所述的装置，其特征在于，每个环形区域内的第二光斑对称分布。

40.根据权利要求38所述的装置，其特征在于，所述中心区域和所述环形区域的数量之和等于所述手指注册的指纹模板的数量，其中，在注册一个指纹模板时，所述处理器确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离。

41.根据权利要求40所述的装置，其特征在于，在一次指纹认证时，所述处理器确定所述显示屏在所述中心区域或者一个环形区域内的各第二光斑处与所述指纹传感器之间的距离，以更新所述显示屏与所述指纹传感器之间的距离的三维数据。

42.根据权利要求26至30中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一光斑与所述第二光斑的颜色或灰度不同。

43.一种检测显示屏与指纹传感器之间距离的装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于读取所述指令并基于所述指令执行前述权利要求1-17中任一项所述的方法。

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