CN111898397B - 纹路识别装置 - Google Patents

Abstract

一种纹路识别装置。该纹路识别装置包括光源阵列、图像传感器阵列和遮光层。光源阵列包括多个子光源，配置为提供第一感光光源；图像传感器阵列设置在光源阵列的一侧，配置为可接收从光源发出且经纹路反射至图像传感器阵列的光以用于纹路图像采集；遮光层在光源阵列和图像传感器阵列之间，包括第一遮光图案，配置为可遮挡部分射向图像传感器阵列的光。第一感光光源在图像传感器阵列上的第一感光范围包括第一中心残影区和第一成像区；第一遮光图案相对于第一感光光源在图像传感器阵列上的遮光范围，与第一中心残影区至少部分重叠。该纹路识别装置可以更快速地获得具有较高清晰度与准确度的纹路图像。

Description

纹路识别装置

技术领域

本公开的实施例涉及一种纹路识别装置。

背景技术

随着移动终端的日益普及，越来越多的用户使用移动终端进行身份验证、电子支付等操作。由于皮肤纹路例如指纹图案或掌纹图案的唯一性，结合光学成像的指纹识别技术逐渐被移动电子设备采用以用于身份验证、电子支付等。如何提高纹路识别的速度和准确性是本领域关注的焦点问题。

发明内容

本公开至少一个实施例提供一种纹路识别装置，包括光源阵列、图像传感器阵列和遮光层。光源阵列包括多个子光源，配置为提供第一感光光源；图像传感器阵列设置在所述光源阵列的一侧，配置为可接收从所述光源发出且经纹路反射至所述图像传感器阵列的光以用于纹路图像采集；遮光层在所述光源阵列和所述图像传感器阵列之间，包括第一遮光图案，配置为可遮挡部分射向所述图像传感器阵列的光；其中，所述第一感光光源在所述图像传感器阵列上的第一感光范围包括第一中心残影区和第一成像区，所述第一成像区围绕所述第一中心残影区；所述第一遮光图案相对于所述第一感光光源在所述图像传感器阵列上的遮光范围，与所述第一中心残影区至少部分重叠。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述第一中心残影区位于所述遮光范围内，且所述第一成像区与所述遮光范围不重叠。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述第一感光光源和所述第一遮光图案的平面形状相同，并且在所述图像传感器阵列上的正投影的几何中心重合。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述第一遮光图案的形状为圆形、椭圆形或者多边形。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述光源阵列还配置为提供第二感光光源，所述第二感光光源在所述图像传感器阵列上的正投影与所述第一遮光图案在所述图像传感器阵列上的正投影不重叠；所述第二感光光源在所述图像传感器阵列上的第二感光范围包括第二中心残影区和第二成像区，所述第二成像区围绕所述第二中心残影区；所述第二成像区与所述第一中心残影区至少部分重叠。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述遮光层还包括第二遮光图案，所述第二遮光图案相对于所述第二感光光源在所述图像传感器阵列上的遮光范围，与所述第二中心残影区至少部分重叠。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述第一感光光源包括呈阵列排布的8×8个子光源、7×7个子光源、3×7个子光源或者3×8个子光源。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述光源阵列与所述遮光层之间的距离T为2μm-20μm。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述第一感光光源发出且被反射至所述图像传感器阵列以形成所述第一中心残影区的光的最大入射角度为θ1，所述第一感光光源的直径为C，所述第一遮光图案的直径L为：

L＝C+2T×tanθ1。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置还包括显示面板，所述显示面板包括像素单元阵列，所述像素单元阵列包括多个像素单元；所述光源阵列包括所述像素单元阵列，所述多个子光源包括所述多个像素单元；其中，单个像素单元或连续排列的n个像素单元被点亮以提供所述第一感光光源，n为大于等于2的正整数。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述显示面板还包括驱动电路层和发光器件层，每个所述像素单元包括位于所述驱动电路层的驱动电路和位于所述发光器件层的发光器件；所述遮光层位于所述驱动电路层和所述发光器件层之间。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述显示面板还包括衬底基板，所述遮光层位于所述显示面板的衬底基板上，所述像素单元阵列位于所述遮光层的远离所述衬底基板的一侧。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述遮光层为金属层或者黑色树脂层。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述遮光层为吸光材料层，位于所述显示面板的非显示侧，所述图像传感器阵列设置在所述遮光层的远离所述显示面板的一侧。

例如，本公开至少一个实施例提供的纹路识别装置中，所述遮光层包括多个遮光图案，所述多个遮光图案包括所述第一遮光图案，且多个所述遮光图案呈阵列排布。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1A为指纹成像原理图；

图1B为点光源的成像范围示意图；

图1C为线光源的成像范围示意图；

图1D为分时点亮的两个点光源的成像范围示意图；

图1E为残影的图片；

图2为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置的截面示意图；

图3为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置被纹路触摸的示意图；

图4A为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置中点亮感光光源的示意图；

图4B为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置中感光光源的成像范围的示意图；

图4C为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置中点亮多个子光源以形成感光光源的示意图；

图5A为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置中遮光图案对感光光源的遮光效果的示意图；

图5B为本公开一些实施例提供的一种纹路识别装置中遮光图案缩小感光光源在图像传感器阵列上形成的中心残影区的示意图；

图6为本公开一些实施例提供的一种纹路识别装置中点亮两个感光光源的成像范围的示意图；

图7为本公开一些实施例提供的一种纹路识别装置中点亮呈阵列排布的多个感光光源的示意图；

图8为本公开一些实施例提供的一种纹路识别装置的截面示意图；

图9为本公开一些实施例提供的另一种纹路识别装置的截面示意图；

图10为本公开一些实施例提供的再一种纹路识别装置的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

目前，窄边框逐渐成为显示装置设计和制造的主流，尤其是对于例如移动电话的便携式显示装置。实现窄边框的手段之一是将具有指纹识别功能的图像传感器集成到显示装置中，实现屏下指纹识别方式，提高显示装置的显示区域的面积，进而提高屏占比。

例如，可以采用点光源、线光源或者具有一定图案的光源等作为图像传感器的感光光源，以进行指纹识别。

下面以点光源作为图像传感器的感光光源为例，对指纹识别原理进行介绍，但是这不对本公开的实施例构成限制。

在一种反射式光学指纹识别装置中，在指纹识别的过程中，如图1A所示，在点光源L1发光时，其发出的光以不同的角度照射到指纹按压界面(例如玻璃屏幕外表面)上，由于指纹按压界面的全反射的作用，这些光中入射角大于或等于全反射的临界角θ的部分会发生全反射作用，导致这部分光线不能从指纹按压界面出射，由此产生全反射区域。相应地，这些光中入射角小于全反射的临界角θ的部分从指纹按压界面出射。因此，可以通过全反射区域反射的光进行纹路图像采集，例如，在指纹成像界面的B1处形成清晰的纹路图像，该纹路图像对应于指纹的位于F1处的部分，F1即为全反射区域，B1即为成像区域。

具体而言，当例如用户手指的指纹按压到全反射区域F1时，指纹的脊触摸到全反射区域F1的表面，因此与指纹的脊相应的位置的全反射条件被破坏，因此光将在该相应的位置出射，使得原有的反射路径被改变，而指纹的谷不会触摸到全反射区域F1的表面，因此与指纹的谷相应的位置的全反射条件没有被破坏，因此光将在该相应的位置仍然被全反射，使得原有的反射路径没有被改变。这样，全反射区域中的光线由于指纹的谷、脊对于全反射条件的不同影响，使得入射到指纹成像界面上的光在不同位置形成明暗相间的纹路图像。

另外，由于从指纹按压界面出射并被指纹等反射的光所造成的干扰，或者光源发出的光还没有到达指纹按压界面就被其他功能层反射至指纹成像界面，指纹成像界面的A1处成为检测无效的区域，该区域不能形成有效的纹路图像。在无效区A1中，光源L1发出的光中还没有到达指纹按压界面就被其他功能层反射至指纹成像界面的部分以及被指纹按压界面近乎垂直反射的部分亮度较高，基本位于无效区A1的中心位置，由此形成高亮区，该高亮区由于光线亮度较高，因此在图像传感阵列的相应部分产生较大光电信号，容易形成残影，也可称为残影区。

例如，图1B示出了一种点光源的成像范围图。如图1B所示，在点光源的感光范围中，有效的成像范围呈环形，即在图1B中，内圆11和外圆12之间的环形区域为有效的成像范围，对应于图1A中与全反射区域F1对应的成像区域B1；该环形的内圆11以内的区域(以下称为环心10)为无效成像区，对应于图1A中的无效区A1；环心10内部的部分区域(阴影区域)13为高亮区(残影区)，该高亮区容易在成像过程中在图像传感器阵列中导致残影。

类似地，图1C示出了一种线光源的成像范围图。如图1C所示，对于一个线光源的有效成像范围为内圆21和外圆22之间的跑道状环形区域或长椭圆状环形区域，环心20为无效成像区，环心10内部的部分区域(阴影区域)23为容易在成像过程中在图像传感器阵列中导致残影的高亮区(残影区)。

在纹路识别的过程中，一个光源所形成的有效成像范围有限，因此可以同时提供多个并排的光源(例如排列为阵列)，并且组合各个光源的有效成像范围从而形成更大的有效成像范围。但是，如上所述，对于每个光源仍然存在无效区，因此在一些情况下，一组光源阵列仍可能不能满足纹路识别的需求，对此，例如可以采用分时点亮多个光源阵列的方式，以形成多个有效成像范围，并且一个光源阵列的有效成像范围覆盖另一个光源阵列的无效区，从而这些有效成像范围相叠加、拼接，可以获得更大的纹路图像。但是，在分时点亮多个光源(阵列)以形成更大范围的纹路图像时，由于相邻两个光源的点亮间隔时间较短，一个光源所形成的高亮区对于图像传感阵列的相应部分的影响不会很快消失，而是会部分地残留在图像传感阵列的该相应部分中，当图像传感阵列的该相应部分位于其他之后点亮的光源的有效成像区中时，上述残留的影响将导致拼接形成的纹路图像中有残影，因此会造成拼接形成的纹路图像不完整，进而导致无法识别纹路图像或者纹路图像识别不准确。另一方面，若延长相邻两个光源的点亮间隔时间，则又会延长纹路图像采集的时间，影响用户体验。

例如，图1D示出了分时点亮的两个点光源的成像范围示意图，第一点光源的成像范围包括环形的第一成像区30，环形内部为第一无效成像区31，第二点光源的成像范围包括环形的第二成像区40，环形内部为第二无效成像区41，第二点光源的第二成像区40覆盖第一点光源的第一无效成像区31。由于第一无效成像区31中的高亮区(残影区)32短时间内无法消失，因此会残留在之后第二点光源形成的第二成像区40中，从而在第二成像区40中形成残影，导致纹路图像不完整。例如，图1E示出了分时采集纹路的过程中形成的残影的图片，其中高亮的斑点即为残影，可见，该残影严重影响了纹路图像的完整性。

本公开至少一实施例提供一种纹路识别装置，该纹路识别装置包括光源阵列、图像传感器阵列和遮光层。光源阵列包括多个子光源，配置为提供第一感光光源；图像传感器阵列设置在光源阵列的一侧，配置为可接收从光源发出且经纹路反射至图像传感器阵列的光以用于纹路图像采集；遮光层在光源阵列和图像传感器阵列之间，包括第一遮光图案，配置为可遮挡部分射向图像传感器阵列的光。第一感光光源在图像传感器阵列上的第一感光范围包括第一中心残影区和第一成像区，第一成像区围绕第一中心残影区；第一遮光图案相对于第一感光光源在图像传感器阵列上的遮光范围，与第一中心残影区至少部分重叠。

下面，将参考附图详细地说明本公开实施例提供的纹路识别装置及其驱动方法。

图2为本公开至少一实施例提供的一种纹路识别装置100的截面示意图。如图2所示，纹路识别装置100具有触摸侧112(图2中示出为纹路识别装置100的上侧)，且包括光源阵列、图像传感器阵列120和遮光层140，该纹路识别装置100例如可以用于纹路，例如指纹或掌纹的采集以用于指纹或掌纹识别。例如，纹路识别装置的触摸侧112包括触控结构，例如触控传感器，用于检测触控指令。

如图2所示，光源阵列包括多个子光源111，这些子光源111在预定区域内布置为阵列，配置为提供用于纹路图像采集的光源，例如本公开中的第一感光光源，例如通过点亮至少一个子光源111以形成第一感光光源。图像传感器阵列120设置在光源阵列的一侧，例如设置在光源阵列的远离触摸侧112的一侧(图2中的下侧)，图像传感器阵列120包括多个图像传感器121，这些图像传感器121在预定区域内布置为阵列。图像传感器阵列120配置为可接收从子光源111发出且经纹路反射至图像传感器阵列120的光以用于纹路图像采集。例如，该反射至图像传感器阵列120的光是由具有纹路的操作体，例如操作者的手指或手掌，反射到该纹路识别装置100中的光；该多个图像传感器121根据该光产生的各个电信号来合成得到需要的纹路图像。

遮光层140设置在光源阵列和图像传感器阵列120之间，包括多个遮光图案，该多个遮光图案包括本公开中的第一遮光图案141，配置为可遮挡部分射向图像传感器121的光。例如，遮光层140包括的多个遮光图案呈阵列排布。在一些实施例中，多个遮光图案按照预定方式对应于多个子光源111设置，例如一个遮光图案对应于预定的多个子光源111，该预定的多个子光源111被点亮时可形成感光光源。例如，第一遮光图案141对应于可形成第一感光光源的多个子光源111，之后将详细描述。

例如，如图2所示，纹路识别装置100例如可以进一步包括盖板150，盖板150例如为玻璃盖板，可对纹路识别装置100进行封装与保护。例如，盖板150的表面为触摸侧112。当手指等具有纹路的操作体触摸纹路识别装置100的触摸侧112时，子光源111发出的光线可以被操作体反射，例如，反射光线经光源阵列中各个子光源111之间的间隙以及各个遮光图案之间的间隙，到达图像传感器121，图像传感器121即可以采集操作体的纹路图像。

如上所述，具有纹路的操作体可以为手，此时图像传感器121识别的纹路为皮肤纹路，例如指纹、掌纹等；另外，具有纹路的操作体也可以为具有一定纹路的非生物体，例如采用树脂等材料制作的具有一定纹路的物体，本公开的实施例对此不做具体限定。

在操作者的手指等具有纹路的操作体触摸纹路识别装置100的触摸侧112的过程中，如图3所示，纹路识别装置100开始进行纹路图像采集。在纹路识别装置100进行纹路图像采集的过程中，如图4A所示，例如可以根据操作者在触摸侧112的按压位置以及不同按压位置的按压力度，选择性点亮按压位置下方的子光源111，以形成第一感光光源。可以通过多种方式检测操作者在触摸侧112的按压位置以及不同按压位置的按压力度，例如，纹路识别装置100可以包括触控结构(例如互电容型或自电容型触控结构)，由此可以实现对按压位置的检测以及例如通过检测按压面积等来推导按压力度。

例如，在第一时刻，光源阵列工作以提供第一感光光源201(例如点光源)，如图4B所示，第一感光光源201在图像传感器阵列120上的第一感光范围包括第一中心残影区3011和第一成像区301，环形的第一成像区301围绕第一中心残影区3011；第一遮光图案141相对于第一感光光源201在图像传感器阵列120上的遮光范围1411与第一中心残影区3011至少部分重叠，这里，在图4B中示出为完全重叠，即遮光范围1411与第一中心残影区3011的形状、尺寸完全相同。因此，由于第一遮光图案141的遮挡作用，第一感光光源201在图像传感器阵列120上实际形成的中心残影区变小(对应于遮光范围1411与第一中心残影区3011部分重叠的情况)或者实际不会形成中心残影区(对应于遮光范围1411与第一中心残影区3011完全重叠的情况)，此时被遮挡的中心残影区变为非感光状态下的暗区。

需要说明的是，在不设置遮光层140的情况下，中心残影区3011为第一感光光源201发出的光还没有到达指纹按压界面就被纹路识别装置100中的其他功能层反射至图像传感器阵列120上而形成的，与中心残影区3011对应的图像传感器121感光较多，因此形成为高亮区，并且该高亮区对于图像传感器121的影响需要较长的时间才会消失，因此在该影响消失之前，如果该高亮区对应的图像传感器阵列的部分继续采集纹路图像，则将会形成残影。在设置了遮光层140的情况下，由于遮光层140的遮挡作用，图像传感器阵列120上与中心残影区3011对应的区域即变为无感光区，此时与中心残影区3011对应的图像传感器121处于非感光状态，中心残影区3011实际上变为非感光状态下的暗区。

例如，在一些实施例中，第一中心残影区3011可以位于遮光范围1411内，并且遮光范围1411与第一成像区301不完全重叠。此时，第一遮光图案141起到完全遮挡的效果，使得第一感光光源201在图像传感器阵列120上不会形成高亮区，并且第一遮光图案141也不会影响第一成像区301的形成。

例如，在一些实施例中，第一感光光源201和第一遮光图案141的平面形状相同，并且在图像传感器阵列120上的正投影的几何中心重合，从而第一遮光图案141可以在具有尽量小的尺寸的情况下起到充分遮挡的效果。

例如，在一些实施例中，第一遮光图案141的形状为圆形、椭圆形或者多边形。此时，例如第一感光光源包括多个子光源111，多个子光源111也排列形成圆形、椭圆形或者多边形。当多个子光源111排列形成圆形或者正多边形(例如正方形、正五边形或者正六边形等)时，所形成的第一感光光源为点光源。当多个子光源111排列形成椭圆形或者非正多边形(例如矩形或者梯形等)时，所形成的第一感光光源为线光源。

当然，在一些实施例中，第一感光光源也可以为具有一定形状的图案化光源，本公开的实施例对此不做限定。

例如，在图4A中，第一感光光源201的形状为圆形时，相应地，位于第一感光光源201下方的第一遮光图案141也为圆形，并且第一感光光源201和第一遮光图案141的形状相同、几何中心重合。由此，第一遮光图案141可以对第一感光光源201发出且被反射至图像传感器阵列120以形成残影区(高亮区)的光起到充分的遮挡作用，以避免在图像传感器阵列中形成残影区。又例如，当第一感光光源201的形状为圆形时，相应地，位于第一感光光源201下方的第一遮光图案141也可以为正多边形，例如正方形、正六边形等。

例如，在一些实施例中，可以采用分时点亮感光光源的方式提供(多个)第一感光光源和(多个)第二感光光源，分别形成不同帧的纹路图像，然后再将这些帧的叠加、拼接得到完整的纹路图像。例如，如图4A所示，在第一时刻，光源阵列工作提供第一感光光源201，用于获得第一帧纹路图像，在与第一时刻不同的第二时刻，光源阵列工作还提供第二感光光源202，用于获得第二帧纹路图像。例如，第一感光光源201和第二感光光源202彼此间隔预定距离，并且除了点亮位置不同外，第一感光光源201和第二感光光源202的其他参数(例如子光源数量、形状等)均相同。例如，第二感光光源202在图像传感器阵列120上的正投影与第一遮光图案141在图像传感器阵列120上的正投影不重叠，例如，如下所述的，对应于第二感光光源还设置有第二遮光图案。

例如，图5A示出了第一遮光图案141对第一感光光源201和第二感光光源202发出的光的遮挡效果示意图。请注意，图5A中未示出对应于第二感光光源的第二遮光图案。例如，该示例中，第一感光光源201和第二感光光源202为点光源。如图5A和图5B所示，第一遮光图案141对第一感光光源201的遮光范围为半径为R1的圆形，第一遮光图案141对第二感光光源202的遮光范围为半径为R2的圆形，可见，R1大于R2。由此，当第一遮光图案141对第一感光光源201的遮光范围与第一中心残影区重叠时，第二感光光源202的第二成像区302可至少部分覆盖第一感光光源201形成的第一中心残影区，也即至少部分地将第一感光光源201形成的第一中心残影区再纳入成像范围，从而在缩小了第一感光光源201形成的残影区的范围的情况下，由第一感光光源和第二感光光源总地提供的成像区可扩大。例如，当第一遮光图案141对第一感光光源201的遮光范围与第一中心残影区恰好完全重叠(即第一遮光图案141对第一感光光源201的遮光范围与第一中心残影区的形状、尺寸完全相同)时，第一感光光源201形成的残影区被缩小的范围最大。

需要注意的是，在本公开的其他实施例中，由于第二感光光源202与第一遮光图案141错位设置，第一遮光图案141对第二感光光源202的遮光范围也可能是椭圆形等圆形的变形形状，相应地，第一遮光图案141对第二感光光源202的遮光范围的半径R2表示该椭圆形在第一感光光源201和第二感光光源202连线方向上的尺寸。

例如，如图6所示，第二感光光源202在图像传感器阵列120上的第二感光范围包括第二中心残影区3021和第二成像区302，第二成像区302围绕第二中心残影区3021，第二成像区302与第一中心残影区3011至少部分重叠。图6中示出为第一中心残影区3011在第二成像区302的范围内，但是本公开的实施例对此不作限制，例如第一中心残影区3011也可以部分地在第二成像区302的范围之外。由此，第二感光光源202在图像传感器阵列120上形成的第二成像区302可至少部分补充(覆盖)第一感光光源201在图像传感器阵列120上形成的第一中心残影区3011，使得至少部分第一中心残影区3011内也会形成有效的纹路图像。并且，第一感光光源201形成的第一成像区301和第二感光光源202形成的第二成像区302分别对应的纹路图像可以相互拼接，以形成具有更大尺寸的纹路图像。

例如，如图5A和图5B所示，设定第一感光光源201的直径为C，光源阵列与遮光层140之间的距离为T，光源阵列与图像传感器阵列120的距离为D，第一感光光源201发出且反射至图像传感器阵列120以形成第一中心残影区3011的光的最大入射角度为θ1，第二感光光源201发出且射至图像传感器阵列120以补充第一中心残影区3011的光的最小入射角度为θ2。当第一遮光图案141对第一感光光源201的遮光范围与第一中心残影区3011恰好完全重叠时，第一遮光图案141的直径L为：

L＝C+2T×tanθ1。

因此，可以根据纹路识别装置的结构参数，例如光源阵列与遮光层140之间的距离T、感光光源的点亮规则(包括感光光源的形状、位置等)，并根据上述公式，设计第一遮光图案141的形状、尺寸与设置位置。

例如，在上述情况下，第一遮光图案141对第一感光光源201的遮光半径R1为：

第一遮光图案141对第二感光光源202的遮光半径R2为：

由面积公式S＝πR²以及上述R1和R2，可以得到，在设置有第一遮光图案的情形下，第一感光光源201实际形成的残影区相对于没有第一遮光图案的情形被缩小的面积，即△S＝π(R1)²－π(R2)²，代入上述R1和R2的公式，可以得出，光源阵列与遮光层140之间的距离T越小，第一感光光源201形成的残影区被缩小的面积越大。

例如，在一些实施例中，结合纹路识别装置的结构参数等，当光源阵列与遮光层140之间的距离T在2μm-20μm范围时，例如4μm、6μm、10μm或者15μm时，第一感光光源201形成的残影区可以被有效缩小，最终形成的有效成像区足以满足纹路识别的需求。

例如，在一些实施例中，结合纹路识别装置的结构设计等，光源阵列与图像传感器阵列的距离为D通常选择在100μm-2mm范围内，例如300μm、800μm、1mm或者1.5mm等，本公开的实施例对此不做限定。

需要说明的是，在本公开中，感光光源的“直径”可以解释为感光光源所形成的形状的主要尺寸参数。例如，当感光光源的形状形成为圆形时，感光光源的直径可以指该圆形的直径；当感光光源的形状形成为正方形时，感光光源的直径可以指该正方形的边长；当感光光源的形状形成为长方形时，感光光源的直径可以指该长方形的长边的长度。对于其他形状的感光光源，其直径也可以按照上述规律定义，本公开的实施例对此不做具体限定。

例如，在一些实施例中，如图4A所示，遮光层140还包括第二遮光图案142，第二遮光图案142相对于第二感光光源202在图像传感器阵列上的遮光范围，与第二中心残影区3021至少部分重叠，例如完全重叠。由此，第二遮光图案142还可以遮挡部分由第二感光光源202发出且被反射至图像传感器阵列120的光，以避免形成第二中心残影区3021。

例如，第二感光光源202和第二遮光图案142的平面形状相同，并且在图像传感器阵列120上的正投影的几何中心重合。此时，第一遮光图案141和第二遮光图案142的设置距离可以根据第一感光光源201和第二感光光源202的距离确定，例如第一遮光图案141和第二遮光图案142的几何中心的距离与第一感光光源201和第二感光光源202的几何中心的距离相等。

例如，在一些实施例中，第一感光光源201包括1个子光源～10×10个子光源。当第一感光光源201包括多个子光源时，这些子光源例如呈阵列排布，并且形成一定的形状。例如，这些子光源形成的形状所占有的面积大约在0.5mm×0.5mm的范围内。

例如，如图4C所示，在一些示例中，第一感光光源201包括呈阵列排布的8×8个子光源、7×7个子光源、3×7个子光源或者3×8个子光源。例如，第二感光光源202与第一感光光源201所包括的子光源的数量相同，且形状相同，因此也包括呈阵列排布的8×8个子光源、7×7个子光源、3×7个子光源或者3×8个子光源等。第一感光光源201和第二感光光源202包括的子光源的数量以及所形成的形状可以根据实际情况进行选择，本公开的实施例对此不做限定。

例如，在采用分时点亮第一感光光源201和第二感光光源202的情况下，继续接合图6，第一感光光源201形成的第一成像区301和第二感光光源202形成的第二成像区302分别得到的不同帧纹路图像可以相互补充与拼接，最终形成的纹路图像中，除了被缩小的在操作中处于暗态的第一中心残影区3011和在操作中处于暗态的第二中心残影区3021外，第一成像区301和第二成像区302覆盖的区域均可以用于形成有效的纹路图像。由此，相对于第一中心残影区3011没有被缩小的情况来说，上述方案扩大了有效纹路图像的范围。并且，由于遮光层140的遮挡作用，第一感光光源201在图像传感器阵列120上的感光范围不具有可能形成残影的部分，因此即使第一感光光源201和第二感光光源202点亮的间隔时间很短，也不会产生残影的问题。由此，本公开实施例提供的纹路识别装置可以更快速地获得具有较高清晰度与准确度的纹路图像。

例如，在一些实施例中，光源阵列工作还可以提供第三感光光源，并且第三感光光源在图像传感器阵列120上形成的第三成像区可以补充第二感光光源202形成的第二中心残影区3021，从而可以缩小第二感光光源202形成的残影区的范围。此时，遮光层140例如还包括用于遮挡第三感光光源的第三遮光图案，以避免第三感光光源在图像传感器阵列120上形成第三中心残影区。

例如，可以在第一时刻和第二时刻之后的第三时刻，光源阵列工作以提供第三感光光源，由此形成另一帧用于叠加、拼接的纹路图像。或者，在一些实施例中，也可以采用同时点亮的方式点亮多个感光光源，例如同时点亮第一感光光源和第二感光光源，或者同时点亮第一感光光源、第二感光光源和第三感光光源。本公开的实施例对感光光源的具体点亮方式以及相应的遮光图案具体设置方式不做限定。

例如，在一些实施例中，如图7所示，纹路识别装置100包括呈阵列排布的多个遮光图案。该多个遮光图案包括对应于第一感光光源201的第一遮光图案141，并且在一些实施例中，该多个遮光图案还包括对应于第二感光光源202的第二遮光图案142。例如，当按压在纹路识别装置触摸侧112的纹路尺寸较大，例如按压拇指为大拇指时，可以通过提供多个感光光源来获得更大的成像范围。

例如，在一个实施例中，可以检测纹路与触摸侧的接触面积，当接触面积大于阈值面积时，提供呈阵列排布的多个第一感光光源201(图中示出为两个)以及在第二时刻提供呈阵列排布的多个第二感光光源202(图中示出为两个)。由此，多个第一感光光源201和多个第二感光光源202形成的有效成像区可以相互补充与拼接，以形成更大的纹路图像。例如，在其他实施例中，根据情况，所提供的第一感光光源201和第二感光光源202还可以为更多个，并且还可以提供多个第三感光光源，本公开的实施例对此不做限定。

需要注意的是，本公开的实施例对接触面积的获取方式与阈值面积的大小不做限定。例如，在一些示例中，纹路识别装置100包括触控结构，因此可以通过触控结构获取纹路与触摸侧的接触面积。例如，阈值面积可以根据提供纹路的操作体(例如手指)设定，例如设定为1cm×1cm等。由此，纹路识别装置100可以根据接触面积获取相应大小的纹路图像，以便于纹路识别。

例如，在一些实施例中，纹路识别装置100为具有屏下纹路识别功能的显示屏，相应地包括显示面板110，该显示面板110包括像素单元阵列，该像素单元阵列包括多个像素单元101。例如，显示面板110的像素单元阵列被用于实现为光源阵列，多个像素单元101实现为多个子光源111。也即，显示面板110的像素单元101被复用为感光光源，因此可以提高装置的紧凑性、降低各功能结构的布置难度。此时，单个像素单元或连续排列的n个像素单元被点亮以提供第一感光光源，n为大于等于2的正整数。图4B示出为多个连续排列的像素单元101被点亮以形成第一感光光源的情况。

例如，显示面板110的整个显示区中的像素单元101都可以受控以被复用为感光光源，图像传感器阵列120也可以相应地布置在整个显示区下方，由此可以实现全屏纹路识别。

在另一些实施例中，具有屏下纹路识别功能的显示屏包括显示面板110以及单独提供的作为实现纹路识别的感光光源的发光器件，这些发光器件例如设置于像素单元阵列中相邻的像素单元之间，或者与像素单元重叠设置。本公开的实施例对光源阵列的具体形式不做限定。

例如，在一些实施例中，遮光层集成在显示面板中。例如，如图8所示，显示面板110包括衬底基板1101，衬底基板1101例如为玻璃基板、石英基板等刚性基板或者聚酰亚胺等柔性基板。遮光层140设置在衬底基板1101和像素单元阵列之间。

例如，在一些示例中，遮光层140可以直接设置在衬底基板1101上，即遮光层140与衬底基板1101之间不包括其他结构，然后在遮光层140上设置绝缘层、驱动电路层和发光器件层等其他功能层。例如，如图8所示，遮光层140包括的第一遮光图案141对应设置在预定的多个像素单元101下方，该预定的多个像素单元101配置为形成第一感光光源。

例如，如图9所示，在另一些示例中，遮光层140也可以设置在显示面板110的驱动电路层和发光器件层之间。例如，显示面板110的驱动电路层包括多个薄膜晶体管1102(图中示出为一个)和电容(图中未示出)等结构，发光器件层包括多个发光器件1103(图中示出为一个)，遮光层140设置在薄膜晶体管1102和发光器件1103之间。

例如，遮光层140可以为金属层或者黑色树脂层。金属层的材料例如包括铜、铝、钼等金属材料或其合金，只要能起到遮光效果即可。黑色树脂层的材料例如包括添加有黑色染料的树脂材料，本公开的实施例对遮光层140的具体材料不做限定。

例如，当遮光层140为金属层时，如图9所示，遮光层140与驱动电路层之间设置有第一绝缘层160，遮光层140与发光器件层之间设置有第二绝缘层170。例如，第一绝缘层160和第二绝缘层170可以包括氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅等无机绝缘材料或者聚酰亚胺等有机绝缘材料，第一绝缘层160和第二绝缘层170的材料可以相同，也可以不同，本公开的实施例对此不做限定。第一绝缘层160和第二绝缘层170可以起到绝缘、保护以及平坦化的作用。

例如，当遮光层140为金属层且设置在驱动电路层和发光器件层之间时，遮光层140还可以起到电磁屏蔽的作用，以避免信号串扰；另外，在一些示例中，遮光层140还可以与薄膜晶体管1102的源漏极电连接，从而增加薄膜晶体管1102的电学稳定性。

例如，当遮光层140为黑色树脂层时，由于黑色树脂层本身就可以起到绝缘、保护以及平坦化的作用，从而可以有选择地设置第一绝缘层160和第二绝缘层170，例如只设置第一绝缘层160和第二绝缘层170中的一个。

例如，在一个具体示例中，遮光层设置在驱动电路层和发光器件层之间(参照图9)，遮光层的第一遮光图案对第一感光光源的遮光范围与第一感光光源形成的第一中心残影区完全重叠，并且，结合图5A，第一感光光源包括呈阵列排布的8×8个像素单元，此时光源的直径C为0.4mm，光源阵列与遮光层之间的距离为T为4um，光源阵列与图像传感器阵列的距离为D为0.2mm，第一感光光源发出且射至图像传感器阵列以形成第一中心残影区的光的最大入射角度为θ1为70°，第二感光光源发出且射至图像传感器阵列以补充第一中心残影区的光的最小入射角度为θ2为42°，得到第一遮光图案141对第一感光光源201的遮光半径R1为0.75mm，在点亮第二感光光源后，第一遮光图案141对第二感光光源的遮光半径R2为0.39mm，由此计算得到第一中心残影区的面积区由1.77mm²减小为0.478mm²。可见，第一遮光图案的引入有效缩小了第一感光光源形成的残影区的范围。

例如，在另一些实施例中，如图10所示，遮光层140为吸光材料层，并且位于显示面板110的非显示侧(图中示出为下侧)，此时，图像传感器阵列设置在遮光层140的远离显示面板110的一侧(图中示出为下侧)。在上述情况下，在纹路识别装置的制备过程中，可以在显示面板110制备完成后再在显示面板110的非显示侧形成遮光层140和图像传感器阵列，从而不会改变原有的显示面板110的制程。

例如，吸光材料层可以为黑色树脂层，石墨层等。例如在一些示例中，吸光材料层可以采用与显示面板110中的黑矩阵(BM)相同的材料或者采用黑色胶带形成，本公开的实施例对吸光材料层的具体材料不做限定，只要能实现吸光作用即可。

例如，在一些示例中，遮光层140和图像传感器阵列120可以通过粘合胶，例如光学透明胶(OCA)，依次结合在显示面板110的非显示侧，由此遮光层140位于显示面板110与图像传感器阵列120之间。

例如，在一个具体示例中，遮光层位于显示面板的非显示侧(参考图10)，遮光层的第一遮光图案对第一感光光源的遮光范围与第一感光光源形成的第一中心残影区完全重叠，并且，结合图5A，第一感光光源包括呈阵列排布的8×8个像素单元，此时光源的直径C为0.4mm，光源阵列与遮光层之间的距离为T为0.12mm，光源阵列与图像传感器阵列的距离为D为0.2mm，第一感光光源发出且射至图像传感器阵列以形成第一中心残影区的光的最大入射角度为θ1为70°，第二感光光源发出且射至图像传感器阵列以补充第一中心残影区的光的最小入射角度为θ2为42°，得到第一遮光图案对第一感光光源的遮光半径R1为0.75mm，在点亮第二感光光源后，第一遮光图案对第二感光光源的遮光半径R2为0.6mm，由此计算得到第一中心残影区的面积区由1.77mm²减小为0.13mm²。可见，该示例中，第一遮光图案的引入也在一定程度上缩小了第一感光光源形成的残影区的范围。

例如，在一些实施例中，显示面板110可以为有机发光二极管(OLED)显示面板，也可以为量子点发光二极管(QLED)显示面板等，本公开的实施例对此不做限定。OLED显示面板例如可以为柔性OLED显示面板。OLED显示面板具有自发光特性，并且其显示像素单元的发光还可以根据需要进行控制或调制，从而可以为纹路图像采集提供便利，而且有助于提高装置的集成度。

例如，显示面板110除了包括像素单元阵列以外，还包括用于提供电信号(包括扫描信号、数据信号、检测信号等)的信号线(包括栅线、数据线、检测线等)，每个像素单元包括发光器件(例如，OLED器件)以及用于驱动该发光器件(OLED器件)发光的像素驱动电路(例如包括薄膜晶体管、电容等)等。例如，可以通过驱动电路控制发光器件的发光状态以实现像素单元的点亮，并形成感光光源等。例如，根据需要，显示面板110还可以包括其他结构或功能层，例如还包括位于显示面板出光侧的封装层、触控结构以及偏振片等，这些结构例如通过光学透明胶结合在显示面板110上。本公开的实施例对显示面板的具体结构不做限定。

例如，在一些实施例中，如图2所示，纹路识别装置100还包括控制器130，例如，控制器130与像素单元阵列耦接，配置为在图像传感器阵列120进行纹路图像采集的过程中，控制像素单元阵列工作以提供感光光源。例如，在采用分时点亮多个感光光源的情况下，控制器130可以配置为在第一时刻提供第一感光光源，在与第一时刻不同的第二时刻提供第二感光光源等。例如，在其他示例中，控制器130也可以配置为同时点亮多个感光光源，本公开的实施例对控制器130的具体配置情形不做限定。

例如，控制器130可以为各种类型的具有处理功能的集成电路芯片，其可以具有各种计算架构，例如复杂指令集计算机(CISC)结构、精简指令集计算机(RISC)结构或者一种实行多种指令集组合的结构。在一些实施例中，控制器230可以是微处理器，例如X86处理器或ARM处理器，或者可以是数字处理器(DSP)等。

例如，在一些实施例中，控制器130还可以包括存储器，该存储器用于存储点亮多个像素单元以形成感光光源的控制程序以及分时点亮多个感光光源的控制程序等，还可以用于存储工作过程中接收或产生的数据。例如，该存储单元可以为任意形式的存储介质，例如易失性存储器或非易失性存储器等，例如半导体存储器或磁性介质存储器等，本公开的实施例对此不做限定。

例如，在一些实施例中，图像传感器121可以包括光敏二极管(例如PIN型二极管、PN型二极管或者OPD型二极管)等各种适当类型的图像传感器。根据需要，该图像传感器121例如可以仅对某个波长的光(例如红光或绿光)感测，也可以对全部可见光进行感测。例如，该图像传感器121通过引线与处理器(例如集成电路芯片)耦接，从而可以将采集的纹路图像以数据信号的方式传送给该处理器，处理器可以实现纹路识别等操作。例如，该处理器可以由通用处理器或专用处理器实现，本公开的实施例对此不做限定。

例如，在另一些实施例中，图像传感器阵列还可以实现为芯片等，还可以为电荷耦合装置(CCD)型或互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器等，本公开的实施例对图像传感器的类型不做具体限定。

需要注意的是，以上实施例是以感光光源为点光源为示例进行介绍的，在其他实施例，感光光源还可以是线光源或者其他图案化的光源，这些光源形成纹路图像的原理基本相同，因此不再赘述。

本公开一些实施例还提供一种纹路识别装置的驱动方法，适用于根据本公开至少一个实施例的纹路识别装置。参考图2，该纹路识别装置100具有触摸侧112(图中示出为纹路识别装置100的上侧)，且包括光源阵列、图像传感器阵列120以及遮光层140。光源阵列包括多个子光源111。图像传感器阵列120设置在光源阵列的一侧，包括多个图像传感器121，图像传感器阵列120配置为可接收从子光源111发出且经纹路反射至图像传感器阵列120的光以用于纹路图像采集。遮光层140在光源阵列和图像传感器阵列120之间，包括第一遮光图案141，配置为可遮挡部分射向图像传感器阵列120的光。

上述纹路识别装置100的驱动方法包括：驱动光源阵列工作以提供第一感光光源，第一感光光源在图像传感器阵列上的第一感光范围包括第一中心残影区和第一成像区，第一成像区围绕第一中心残影区；第一遮光图案相对于第一感光光源在图像传感器阵列上的遮光范围，与第一中心残影区至少部分重叠。具有第一感光光源的情况下，纹路识别装置启动图像传感器阵列以采集(第一帧)纹路图像。

例如，在一些实施例中，参考图2，纹路识别装置100包括显示面板110，显示面板110包括像素单元阵列，该像素单元阵列包括多个像素单元101。例如，显示面板110的像素单元阵列实现为光源阵列，多个像素单元101实现为多个子光源111。此时，纹路识别装置100的驱动方法包括：控制点亮单个像素单元101或连续排列的n个像素单元101，以提供第一感光光源，这里n为大于等于2的正整数。通过被控制点亮的像素单元的个数、布置方式等，可以使得第一感光光源形成为点光源、线光源等。

例如，在一些示例中，纹路识别装置100的驱动方法还可以包括：驱动光源阵列工作以提供第二感光光源，例如在第一时刻提供第一感光光源，在与第一时刻不同的第二时刻提供第二感光光源。具有第二感光光源的情况下，纹路识别装置启动图像传感器阵列以采集(第二帧)纹路图像，并且之后，第一帧纹路图像和第二纹路图像被彼此叠加、拼接以用于形成更完整的纹路图像。

例如，在一些示例中，遮光层包括呈阵列排布的多个遮光图案，多个遮光图案包括第一遮光图案，纹路识别装置100的驱动方法还包括：驱动光源阵列工作以提供呈阵列排布的多个第一感光光源和呈阵列排布的多个第二感光光源，例如在第一时刻提供呈阵列排布的多个第一感光光源，在与第一时刻不同的第二时刻提供呈阵列排布的多个第二感光光源，由此分别形成具有更大成像区的第一帧纹路图像和第二纹路图像。

纹路识别装置100的更多驱动方法可以参见上述实施例，在此不再赘述。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种纹路识别装置，包括：

光源阵列，包括多个子光源，配置为提供第一感光光源；

图像传感器阵列，设置在所述光源阵列的一侧，配置为可接收从所述光源发出且经纹路反射至所述图像传感器阵列的光以用于纹路图像采集；

遮光层，在所述光源阵列和所述图像传感器阵列之间，包括第一遮光图案，配置为可遮挡部分射向所述图像传感器阵列的光；

其中，所述第一感光光源在所述图像传感器阵列上的第一感光范围包括第一中心残影区和第一成像区，所述第一成像区围绕所述第一中心残影区；所述第一遮光图案相对于所述第一感光光源在所述图像传感器阵列上的遮光范围，与所述第一中心残影区至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的纹路识别装置，其中，所述第一中心残影区位于所述遮光范围内，且所述第一成像区与所述遮光范围不重叠。

3.根据权利要求2所述的纹路识别装置，其中，所述第一感光光源和所述第一遮光图案的平面形状相同，并且在所述图像传感器阵列上的正投影的几何中心重合。

4.根据权利要求3所述的纹路识别装置，其中，所述第一遮光图案的形状为圆形、椭圆形或者多边形。

5.根据权利要求2所述的纹路识别装置，其中，所述光源阵列还配置为提供第二感光光源，所述第二感光光源在所述图像传感器阵列上的正投影与所述第一遮光图案在所述图像传感器阵列上的正投影不重叠；

所述第二感光光源在所述图像传感器阵列上的第二感光范围包括第二中心残影区和第二成像区，所述第二成像区围绕所述第二中心残影区；所述第二成像区与所述第一中心残影区至少部分重叠。

6.根据权利要求5所述的纹路识别装置，其中，所述遮光层还包括第二遮光图案，所述第二遮光图案相对于所述第二感光光源在所述图像传感器阵列上的遮光范围，与所述第二中心残影区至少部分重叠。

7.根据权利要求1-6任一所述的纹路识别装置，其中，所述第一感光光源包括呈阵列排布的8×8个子光源、7×7个子光源、3×7个子光源或者3×8个子光源。

8.根据权利要求1-6任一所述的纹路识别装置，其中，所述光源阵列与所述遮光层之间的距离T为2μm-20μm。

9.根据权利要求8所述的纹路识别装置，其中，所述第一感光光源发出且被反射至所述图像传感器阵列以形成所述第一中心残影区的光的最大入射角度为θ1，所述第一感光光源的直径为C，所述第一遮光图案的直径L为：

L＝C+2T×tanθ1。

10.根据权利要求1所述的纹路识别装置，还包括显示面板，所述显示面板包括像素单元阵列，所述像素单元阵列包括多个像素单元；

所述光源阵列包括所述像素单元阵列，所述多个子光源包括所述多个像素单元；

其中，单个像素单元或连续排列的n个像素单元被点亮以提供所述第一感光光源，n为大于等于2的正整数。

11.根据权利要求10所述的纹路识别装置，其中，所述显示面板还包括驱动电路层和发光器件层，每个所述像素单元包括位于所述驱动电路层的驱动电路和位于所述发光器件层的发光器件；

所述遮光层位于所述驱动电路层和所述发光器件层之间。

12.根据权利要求10所述的纹路识别装置，其中，所述显示面板还包括衬底基板，所述遮光层位于所述衬底基板上，所述像素单元阵列位于所述遮光层的远离所述衬底基板的一侧。

13.根据权利要求11或12所述的纹路识别装置，其中，所述遮光层为金属层或者黑色树脂层。

14.根据权利要求10所述的纹路识别装置，其中，所述遮光层为吸光材料层，位于所述显示面板的非显示侧，所述图像传感器阵列设置在所述遮光层的远离所述显示面板的一侧。

15.根据权利要求1所述的纹路识别装置，其中，所述遮光层包括多个遮光图案，所述多个遮光图案包括所述第一遮光图案，且多个所述遮光图案呈阵列排布。