CN111898500A - 屏下光学检测系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种屏下光学检测系统，包括：保护层、位于保护层下方的显示屏、位于所述显示屏下方的光学检测装置、控制模块及处理模块。所述显示屏包括多个显示像素，所述显示像素用于发出可见光以显示画面。所述控制模块用于控制至少部分显示像素在不同时间段分别从不同方向发出检测光线照射外部对象的相同部位。所述光学检测模块用于透过所述显示屏和保护层分别在所述不同时间段获取外部对象在不同方向检测光线照射下的图像。所述处理模块用于比较所获取的外部对象图像的灰度值差异，并当所述灰度值差异大于预设灰度值差异阈值时判断所述外部对象为立体物体。本申请还公开了一种包括所述屏下光学检测系统的电子设备。

Description

屏下光学检测系统及电子设备

技术领域

本申请涉及光电技术领域，尤其涉及一种利用光学成像原理对外部对象进行检测的屏下光学检测系统及电子设备。

背景技术

目前，手机、平板电脑等电子产品的光学指纹识别功能通常是通过识别用户手指按压屏幕表面时获取的指纹平面图像来实现的，比较容易被不法分子利用造价低廉的平面假指纹道具攻破，比如：将印有指纹图案的胶带或图片等贴在屏幕表面的指纹识别区域。由此，现有电子产品的光学指纹识别功能具有较明显的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够改善现有技术问题的屏下光学检测系统及电子设备。

本申请的一个方面提供一种屏下光学检测系统，用于对一外部对象进行检测，包括：

保护层；

显示屏，位于所述保护层的下方，所述显示屏包括多个显示像素，所述显示像素用于发出可见光以显示画面；

控制模块，用于控制至少部分显示像素在不同时间段分别从不同方向发出检测光线照射外部对象的相同部位；

光学检测装置，位于所述显示屏下方，用于透过所述显示屏和保护层分别在所述不同时间段获取外部对象在不同方向检测光线照射下的图像；及

处理模块，用于比较所获取的外部对象图像的灰度值差异，并当所述灰度值差异大于预设灰度值差异阈值时判断所述外部对象为立体物体。

在某些实施例中，用于在检测时发出检测光线的显示像素为检测发光像素，所述检测发光像素包括至少一个检测发光单元，每一个所述检测发光单元至少包括第一发光组和第二发光组，所述检测发光单元的各个发光组分别在不同时间段从不同方向发出检测光线照射外部对象的相同部位。

在某些实施例中，所述第一发光组包括至少一个第一检测发光像素，所述第一检测发光像素在第一时间段内同时发出所述检测光线，所述第二发光组包括至少一个第二检测发光像素，所述第二检测发光像素在第二时间段内同时发出所述检测光线，所述第一时间段和第二时间段分别为发生在不同时刻的时间段，相互之间无交叠且具有时间上的先后顺序。

在某些实施例中，同一个所述检测发光单元的第一发光组和第二发光组相连设置，所述第一发光组的至少一个第一检测发光像素的边界与所述第二发光组的至少一个第二检测发光像素的边界相互连接；或者

同一个所述检测发光单元的第一发光组和第二发光组相互间隔设置，最靠近的第一检测发光像素与第二检测发光像素之间不直接相连而是间隔有其他在检测期间不发光的显示像素。

在某些实施例中，所述检测发光像素包括多个检测发光单元，所述多个检测发光单元依次相连地排布，相邻的不同检测发光单元的边界相互连接；或者

所述多个检测发光单元之间相互间隔设置，不同检测单元之间间隔有其他在检测期间不发光的显示像素。

在某些实施例中，分别属于不同检测发光单元的第一发光组相互间隔设置，分别属于不同检测发光单元的第二发光组相互间隔设置。

在某些实施例中，所述检测发光单元具有一发出所述检测光线的发光区域，所述发光区域的最大宽度定义为发光区域边界上相距最远的两个点之间的间距，所述检测单元发光区域的最大宽度大于或等于400μm。

在某些实施例中，所述外部对象为用户手指的指纹，包括间隔重复的脊部和谷部，相邻的脊部和谷部构成一个脊谷周期，所述手指指纹被同一个所述检测发光单元分别在不同时间段照射的相同部位至少包括一个脊谷周期。

在某些实施例中，所述光学检测装置包括光学组件及图像传感器，所述光学组件将经由所述外部对象返回的光线会聚在所述图像传感器上以对所述外部对象进行成像，所述图像传感器用于将经光学组件所成的外部对象图像转换为相应的图像数据。

在某些实施例中，所述图像传感器包括多个感光单元，所述光学组件包括一个或多个光学元件，所述光学组件的全部或部分光学元件与所述图像传感器一起封装成一个图像传感芯片，所述光学元件包括微透镜阵列、滤光片阵列和/或微孔阵列，所述光学元件形成有多个微型成像单元，每一个所述微型成像单元分别与单个感光单元对应设置，由所述外部对象返回的光线经所述微型成像单元进行光路准直或汇聚之后被位于其下方的感光单元接收；或者

所述光学组件的全部或部分光学元件不与所述图像传感器一起封装，而是设置在所述图像传感器的外部，所述光学元件包括一小透镜层，所述小透镜层包括多个小透镜，每一个小透镜将由外部对象返回的光线会聚在与其相对的多个感光单元上进行成像。

在某些实施例中，所述显示屏为有机发光二极管显示屏，所述检测光线为可见光，波长变化范围为380nm至780nm。

本申请的一个方面提供一种电子设备，包括如上述实施例所提供的屏下光学检测系统。

本申请的有益效果在于，本申请的屏下光学检测系统通过比较在不同时间段分别获取的不同角度打光下的指纹图像之间的灰度值差异，进而判断所检测的指纹是否为立体指纹，可有效防止不法分子利用印有指纹图案的廉价平面仿制品对所述屏下光学检测系统的识别功能进行攻击,提高了电子设备的安全性。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的屏下光学检测系统应用于电子设备上的结构示意图；

图2是图1中的所述屏下光学检测系统沿II-II线的部分截面示意图；

图3是图2中的光学检测装置的另一实施例的结构示意图；

图4是本申请一实施例提供的显示屏的检测发光像素照射指纹的光路示意图；

图5是本申请一实施例提供的检测发光单元内的检测发光像素的排布示意图；

图6是本申请另一实施例提供的检测发光单元内的检测发光像素的排布示意图；

图7是本申请另一实施例提供的检测发光单元内的检测发光像素的排布示意图；

图8是本申请另一实施例提供的检测发光单元内的检测发光像素的排布示意图；

图9是本申请一实施例提供的显示屏内的检测发光单元的排布示意图；

图10是本申请另一实施例提供的显示屏内的检测发光单元的排布示意图；

图11是本申请一实施例提供的电子设备的功能模块示意图。

具体实施例

在对本申请实施例的具体描述中，应当理解，当基板、片、层或图案被称为在另一个基板、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例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设定之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

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例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，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。

请参阅图1，图1是本申请实施例所提供的屏下光学检测系统10应用于电子设备1上的结构示意图。所述电子设备1包括屏下光学检测系统10，用于对外部对象2进行光学检测。所述屏下光学检测系统10包括保护层12、显示屏14、及位于显示屏14下方的光学检测装置16。所述显示屏14位于所述保护层12的下方。所述显示屏14包括多个显示像素140(参见图2)，所述显示屏14通过显示像素140发出可见光以显示画面。所述保护层12可透过显示屏14发出的用于显示画面的光线，并保护所述显示屏14免受损坏。所述显示屏14的至少部分显示像素140 用于在不同时间段分别从不同方向发出检测光线照射外部对象2的相同部位。所述光学检测装置16用于透过所述保护层12和显示屏14接收经由外部对象2返回的光线，并转换接收到的光线为相应的电信号，以执行相应的信息感测。所述外部对象2例如为用户手指，所述光学检测装置16例如用于执行生物特征信息感测，所述生物特征信息例如但不局限于指纹信息、掌纹信息等纹路特征信息，和/或，血氧信息、心跳信息、脉搏信息等活体信息。然，本申请并不以此为局限，所述光学检测装置16还可用于执行其它信息感测，例如用于执行深度信息感测、接近感测等等。可以理解的是，经由所述外部对象2返回的光线包括但不限于被外部对象2表面反射而返回的检测光线和从外部对象2内部经表面透射出来而返回的检测光线或其他光线。

在本申请的实施中，以所述外部对象2为用户手指，所述光学检测装置16执行指纹感测举例进行说明。因所述显示像素140(参见图2)会分别从不同方向发出检测光线照射手指指纹的相同部位，若所检测的指纹为立体的真实指纹，在不同方向的检测光线照射下所述光学检测装置16会分别获取到灰度值分布明显不同的指纹图像；若所检测的指纹为伪造的平面指纹图案，在不同方向的检测光线照射下所述光学检测装置16分别获取到的指纹图像的灰度值差异较小。通过对在不同时间段分别获取的检测光线从不同方向照射的指纹图像进行灰度值差异的比较分析，便可以判断出所检测的指纹是否为立体的真实指纹。

所述电子设备1例如但不限于消费性电子产品、家居式电子产品、车载式电子产品、金融终端产品等合适类型的电子产品。其中，消费性电子产品例如为手机、平板电脑、笔记本电脑、桌面显示器、电脑一体机等。家居式电子产品例如为智能门锁、电视、冰箱等。车载式电子产品例如为车载导航仪、车载触控交互装置等。金融终端产品例如为ATM机、自助办理业务的终端等。

可选地，在一些实施例中，所述保护层12可以包括透明材料，例如但不限于为透明玻璃、透明聚合物、其他任意透明材料等。所述保护层12可以是单层结构，也可以是多层结构。所述保护层12大致为具有预定长度、宽度、厚度的薄板。可以理解的是，所述保护层12可以包括实际使用时用户贴附的塑料膜、钢化膜、或其他膜层等。所述保护层12的外表面120可以为电子设备1位于最外侧的表面。在进行检测时，所述外部对象2可以直接接触所述保护层12 的外表面120。

如图2所示，图2为图1所示的屏下光学检测系统沿II-II线的部分截面示意图。可选地，在一些实施例中，所述光学检测装置16包括光学组件160及图像传感器162。所述光学组件 160将经由所述外部对象2返回的光线会聚在所述图像传感器162上以对所述外部对象2进行成像。所述图像传感器162用于将经光学组件160所成的外部对象2图像转换为相应的电信号，以作为可供后续存储、传输和处理分析的图像数据。例如但不限于，所述外部对象2可以为用户手指，所述外部对象2的图像可以为指纹图像。

所述图像传感器162包括多个感光单元1624以及与所述感光单元1624电连接的读出电路 (图未示)和其他辅助电路(图未示)。所述感光单元1624为光探测器(photodetector)，例如但不限于为光电二极管。多个所述感光单元1624呈阵列式分布以接收经所述光学组件160会聚的成像光线并转换为相应的电信号。所述图像传感器162的多个感光单元1624及其读出电路和其他辅助电路可以通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)上，以形成一个光学成像芯片或者图像传感芯片。可选地，单个所述感光单元1624的面积大小的取值范围例如为5微米(μ m)*5μm至10μm*10μm。

所述光学组件160可以包括一个或多个能够对外部对象进行成像或者有利于提高成像质量的光学元件。例如，所述光学组件160包括但不限于光学滤波器、光学调制元件、光路引导结构以及其他光学元件。

可选地，在一些实施例中，所述光学组件160的全部或部分光学元件可以与所述图像传感器162一起封装成一个图像传感芯片。具体地，所述光学组件160可以为通过半导体工艺在所述图像传感器162的感光单元1624上形成的微型光学元件，包括但不限于：微透镜阵列 163(Micro-lens)、滤光片阵列164和/或微孔阵列165等，所述微型光学元件160与所述图像传感器162一起进行封装。所述微透镜阵列163包括多个微透镜1630。所述滤光片阵列164包括多个滤光片1640。所述微孔阵列165上形成有多个微孔1650。所述微型光学元件160形成有多个微型成像单元1600，每一个所述微型成像单元1600分别与单个所述感光单元1624对应设置，比如：每一个所述微型成像单元1600包括相互对应设置的微透镜1630、滤光片1640和/ 或微孔1650。由所述外部对象2返回的光线经所述微型成像单元1600进行光路准直或汇聚之后被位于其下方的感光单元1624接收。

可选地，在其他的一些实施例中，也可以将所述光学组件160的全部或部分光学元件不与所述图像传感器162一起封装，而是设置在所述感光单元1624所在的图像传感器162外部，比如将所述光学组件160贴合在所述图像传感器162的感光面上，或者通过镜筒等支撑结构架设在所述图像传感器162上方。例如：如图3所示，所述光学组件160可以包括一小透镜层166。所述小透镜层166贴合在所述图像传感器162上。所述小透镜层166包括多个小透镜 1660(Mini-lens)，所述小透镜1660例如为球面透镜或非球面透镜。每一个小透镜1660可以将由外部对象2返回的光线汇聚在与其相对的多个感光单元1624上进行成像。所述多个小透镜1660可以呈阵列排布，也可以非规则排布。

所述光学检测装置16具有预设的检测范围，即所述光学检测装置16能够有效检测所述外部对象的空间范围。例如，在一些实施例中，所述外部对象2为用户手指，所述光学检测装置16通过光学检测原理获取用户的指纹图像。对应地，所述光学检测装置16的检测范围为所述光学组件160和图像传感器162构成的光学成像系统的视场角范围(Filed ofView,FOV)。在检测手指的指纹时，用户将手指按压在所述保护层12的外表面120上预设的检测区域122，手指的指纹与所述保护层12外表面120上的检测区域122相接触。可以理解的是，所述检测区域122位于所述光学检测装置16的视场角范围内，以使得所述光学检测装置16能够获取用户手指与检测区域122接触部分的指纹图案。

可选地，在一些实施例中，所述显示屏14可以为主动发光式显示屏，例如但不局限为有机发光二极管(OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏等。如图4所示，图4为本申请一实施例提供的显示屏14检测指纹时的光路示意图。所述显示屏14包括多个显示像素 140，所述显示像素140发出可见光以显示画面。其中的至少部分显示像素140为检测发光像素142，用于在指纹检测时发出检测光线照射指纹。所述检测发光像素142包括至少一个检测发光单元143，每一个所述检测发光单元143在进行检测的不同时间段分别从不同方向发出检测光线照射手指指纹的一个相同部位。真实的手指指纹具有立体的纹路，包括间隔重复的脊部(Ridge)和谷部(Valley)。手指按压在所述保护层12的外表面120上时，所述脊部直接与保护层12的外表面120接触，而谷部与所述外表面120相隔一定的间隙，相邻的脊部和谷部构成一个脊谷周期。可选地，所述手指指纹被同一个所述检测发光单元143分别在不同时间段照射的相同部位至少包括一个脊谷周期。

所述检测发光单元143具有一发出所述检测光线的发光区域。本申请的实施例不对所述检测发光单元143的发光区域形状进行限定，所述检测发光单元143的发光区域大小可以通过发光区域的最大宽度进行衡量，所述发光区域的最大宽度定义为发光区域边界上相距最远的两个点之间的间距。可选地，在一些实施例中，所述检测发光单元143的发光区域的最大宽度大于或等于一个脊谷周期的平均间距，以使得所述检测发光单元143发出的检测光线能够至少照射到一个脊谷周期。所述一个脊谷周期的平均间距为400μm。可选地，所述检测发光单元143发光区域的最大宽度大于或等于400μm。可选地，在其他一些实施例中，所述检测发光单元143发光区域的最大宽度也可以小于400μm。

每一个所述检测发光单元143至少包括第一发光组1431和第二发光组1432，所述第一发光组1431和第二发光组1432分别在不同时间段从各自所在的不同方向发出检测光线照射指纹的相同部位，比如：指纹的一个脊谷周期。具体地，例如：所述检测发光单元143的第一发光组1431在第一时间段发出检测光线(图4中以实线标示)照射指纹，所述检测发光单元143的第二发光组1432在第二时间段发出检测光线(图4中以虚线标示)照射指纹，所述第一时间段和第二时间段分别为发生在不同时刻的时间段，相互之间无交叠且具有时间上的先后顺序。所述光学检测装置16在第一时间段获取在第一发光组1431照射下的第一指纹图像，所述光学检测装置16在第二时间段获取在第二发光组1432照射下的第二指纹图像。所述第一时间段和第二时间段的持续时长可以根据光学检测装置16的曝光时间进行调整，例如为：10毫秒(ms)、 20ms、30ms、或40ms，所述第一时间段和第二时间段的持续时长可以相等也可以不相等。

所述第一发光组1431包括至少一个第一检测发光像素1421，所述第一检测发光像素1421 在相同时间段内，比如：所述第一时间段内，同时发出检测光线照射指纹。所述第二发光组 1432包括至少一个第二检测发光像素1422，所述第二检测发光像素1422在相同时间段内，比如：所述第二时间段内，同时发出检测光线照射指纹。每一个所述检测发光像素142具有对应的发光面，所述第一发光组1431的发光区域为全部所述第一检测发光像素1421的发光面之和，所述第二发光组1432的发光区域为全部所述第二检测发光像素1422的发光面之和。可选地，所述检测发光单元143所包括的各个发光组在各自的发光时间内所发出的检测光线强度大致相同，以减少不同发光组因所发出的检测光线的强度差异对形成的不同指纹图像之间的灰度值差异造成的影响。为此，在一些实施例中，所述检测发光单元143的各个发光组具有大致相等的发光区域面积比例，或者大致相同数量的检测发光像素142。例如：所述检测发光单元143包括第一发光组1431和第二发光组1432，所述第一发光组1431的发光区域面积占所述检测发光单元143发光区域面积的50％，所述第二发光组1432的发光区域面积占所述检测发光单元143的发光区域面积的50％。类似地，本申请的实施例不对所述第一发光组1431和第二发光组1432的发光区域形状进行限定，所述第一发光组1431和第二发光组1432的发光区域大小可以通过发光区域的最大宽度进行衡量，所述发光区域的最大宽度定义为发光区域边界上相距最远的两个点之间的间距。可选地，在一些实施例中，所述第一发光组1431和第二发光组1432的发光区域的最大宽度均大于200μm。

需要说明的是，所述检测发光像素142，比如：第一检测发光像素1421和第二检测发光像素1422，为所述显示屏14在显示画面时用于发出可见光的显示像素140。因此，每一个所述检测发光像素142通常包括多个分别用于发出不同颜色可见光的亚像素(图未示)，比如：用于发出红色光的红色亚像素、用于发出绿色光的绿色亚像素、以及用于发出蓝色光的蓝色亚像素。每一个所述检测发光像素142发出的检测光线实则为所包括的多个亚像素所发出光线的综合效果。可选地，在一些实施例中，所述检测光线为可见光，波长变化范围为380纳米(nm)至780nm。

所述检测发光单元143所包括的发光组内的检测发光像素142可以具有各种不同的排布形式，例如但不限于：同一个发光组内的全部或部分检测发光像素可以依次相连地排布，也可以相互间隔地排布，可以呈规则的阵列式排布，也可以非规则地排布。同一个检测单元143 内的不同发光组可以具有相同的检测发光像素排布方式，也可以具有彼此不同的检测发光像素排布方式。

以下的图5至图8从所述显示屏14发光表面的俯视角度分别展示所述检测发光单元143内不同的检测发光像素142排布方式的多个实施例。其中，所述显示屏14发光表面上与保护层 12的检测区域122对应的位置用虚线进行标示，即为所述检测区域122在显示屏14发光面上的垂直投影区域。所述检测发光像素142对应所述检测区域122进行设置。可选地，在一些实施例中，所述检测发光像素142均位于所述保护层12外表面120(参见图1)的检测区域122在显示屏14上的垂直投影区域内。可选地，在其他的一些实施例中，至少部分的所述检测发光像素 142也可以位于所述保护层12外表面120(参见图1)的检测区域122在显示屏14上的垂直投影区域之外。

如图5所示，在一些实施例中，所述第一发光组1431包括多个第一检测发光像素1421，所述多个第一检测发光像素1421依次相连地排布，以形成一个单连通的发光区域。所述第二发光组1432包括多个第二检测发光像素1422，所述多个第二检测像素依次相连地排布，以形成一个单连通的发光区域。同一个所述检测发光单元143的第一发光组1431和第二发光组 1432可以相连设置。即，所述第一发光组1431的至少一个第一检测发光像素1421的边界与所述第二发光组1432的至少一个第二检测发光像素1422的边界相互连接。

如图6所示，在其他一些实施例中，同一个所述检测发光单元143的第一发光组1431和第二发光组1432也可以相互间隔设置。即，最靠近的第一检测发光像素1421与第二检测发光像素1422之间不直接相连而是间隔有其他在检测期间不发光的显示像素140。可以理解的是，同一个所述检测发光单元143内的第一发光组1431和第二发光组1432还可以有其他不同的像素排布形式，只需要使得所述第一发光组1431和第二发光组1432在不同发光时间段内发出的检测光线能够分别从不同方向照射指纹上的相同部位即可。

如图7所示，在一些实施例中，同一个所述检测发光单元143的第二发光组1432围绕所述第一发光组1431进行设置。具体地，所述第二发光组1432的第二检测发光像素1422围成一个中间具有空洞的多连通区域，例如：一个矩形框区域。所述第一发光组1431的第一检测发光像素1421依次相连地排布形成一个单连通区域，并填满所述第二发光组1432的多连通区域中间的空洞。在本实施例中，所述第一发光组1431的至少一个第一检测发光像素1421的边界与所述第二发光组1432的至少一个第二检测发光像素1422的边界相互连接。可选地，在其他实施例中，所述第一发光组1431的第一检测发光像素1421的边界也可以与所述第二发光组1432 的第二检测发光像素1422的边界均不连接。

如图8所示，在一些实施例中，同一个所述检测发光单元143的第一发光组1431和第二发光组1432分别具有不同检测检测发光像素142排布方式。具体地，所述第一发光组1431的多个第一检测发光像素1421非规则地排布。其中，部分第一检测发光像素1421相互之间连接设置，部分第一检测发光像素相互之间间隔设置。所述第二发光组1432的多个第二检测发光像素1422非规则地排布。其中，部分第二检测发光像素1422相互之间连接设置，部分第一检测发光像素1422相互之间间隔设置。

可选地，在一些实施例中，所述检测发光像素142可以包括多个检测发光单元143。所述多个检测发光单元143可以具有多种不同的排布方式，例如但不限于：所述检测发光单元143 依次相连地排布，也可以相互间隔地排布，可以呈规则的阵列式排布，也可以非规则地排布。不同的检测单元143之间可以具有相同的检测发光像素142排布方式，也可以分别具有不同的检测发光像素142排布方式。

如图9所示，在一些实施例中，每一个所述检测发光单元143可以具有相同的像素排布形式，比如：同一个所述检测发光单元143内的所述第一发光组1431和第二发光组1432依次相连地排布。所述多个检测发光单元143依次相连地排布，即，相邻的不同检测发光单元143的边界相互连接。分别属于不同检测发光单元143的第一发光组1431相互间隔设置，分别属于不同检测发光单元143的第二发光组1432相互间隔设置。不同检测发光单元143的多个第一发光组1431在相同的第一时间段内同时发出检测光线以照射指纹，不同检测发光单元143的多个第二发光组1432在相同的第二时间段内同时发出检测光线以照射指纹。

可选地，如图10所示，在其他一些实施方式中，所述多个检测发光单元143非规则地排布。不同的检测发光单元143各自发光区域的最大宽度方向可以不同，比如：分别沿图中的水平方向、竖直方向或与水平/竖直方向成一定角度的其他方向。不同的检测发光单元143之间可以相互连接，也可以相互间隔有其他在检测期间不发光的显示像素140。

可以理解的是，所述检测发光单元143为实现分时从不同方向打光功能的最小重复单元，所述检测发光像素只需要包括至少一个所述检测发光单元143即可以实现上述分时从不同方向打光的功能。若所述检测发光像素包括多个所述检测发光单元143，所述多个检测发光单元143可以具有多种不同的排布方式，而不仅限于如图9和图10所示的排布方式。而且不同检测发光单元143中对应的发光组可以在相同时间段内发出检测光线也可以在不同时间段内发出检测光线，本申请对此也不做具体限定。

如图11所示，所述屏下光学检测系统10还包括控制模块17。所述控制模块17分别与所述显示屏14和所述光学检测装置16连接。所述控制模块17用于控制所述第一检测发光像素1421 和第二检测发光像素1422在不同时间段分时工作。例如但不限于，所述控制模块17控制所述第一检测发光像素1421在第一时间段发出检测光线照射手指指纹，而控制所述第二检测发光像素1422在第一时间段不工作；所述控制模块17控制第二检测发光像素1422在第二时间段发出检测光线照射手指指纹，而控制所述第一检测发光像素1421在第二时间段不工作。所述控制模块17可以是电路、集成电路、控制器或具有等同功能的软件及其载体，本申请对此不作限定。可以理解的是，所述控制模块17还用于控制所述光学检测装置16在上述时间段内均工作，以分别获取在不同方向的检测光线照射下形成的指纹图像。

所述屏下光学检测系统10还包括处理模块18。所述处理模块18与所述光学检测装置16连接。所述处理模块18用于比较在不同时间段分别获取的指纹图像的亮度分布差异，并根据比较结果判断所检测的指纹是立体指纹还是平面的指纹图案。请一并参见图4和图11，若所检测的指纹为立体的真指纹，所述指纹表面由脊部至谷部具有明显的高度变化，假设所述第一检测发光像素1421发出的检测光线和所述第二检测发光像素1422发出的检测光线分别照射在所述指纹上的重叠区域为指纹谷部分别向两侧脊部延伸的表面ABC。其中，在所述第一检测发光像素1421的照射下，距离较近的AB段具有较高的亮度而距离较远的BC段具有较低的亮度。在所述第二检测发光像素1422的照射下，距离较远的AB段具有较低的亮度而距离较近的BC段具有较高的亮度。因此，在所述第一检测发光像素1421照射下所获取的第一指纹图像，与在所述第二检测发光像素1422照射下所获取的第二指纹图像进行比较时，所述指纹AB段和BC段对应的部分指纹图像具有明显的灰度值差异。若所检测的指纹为伪造的平面指纹图案，假设所述第一检测发光像素1421和第二检测发光像素1422在平面指纹图案上的照射重叠区域为 EFG，虽然所述照射重叠区域EFG的EF段和FG段也会因为其分别与第一检测发光像素1421和第二检测发光像素1422的距离差异而导致对应所成的图像部分具有不同的亮度，然而因所述照射重叠区域EFG为平面且距离所述第一检测发光像素1421和第二检测发光像素1422的较近，而所述指纹的立体表面ABC具有明显的高度变化且整体距离所述第一检测发光像素1421和第二检测发光像素1422较远。所以，所述照射重叠区域EFG分别在第一检测发光像素1421和第二检测发光像素1422照射下所形成图像的灰度值差异会明显小于所述指纹立体表面ABC段分别在第一检测发光像素1421和第二检测发光像素1422照射下所形成图像的灰度值差异。为此，通过预设一灰度值差异阈值，若所检测的指纹在第一检测发光像素1421照射下获取的第一指纹图像与在第二检测发光像素1422照射下获取的第二指纹图像之间的亮度差异超出预设的灰度值差异阈值，则所述处理模块18可以判断所检测的指纹为具有立体形状的指纹。若所检测的指纹在第一检测发光像素1421照射下获取的第一指纹图像与在第二检测发光像素1422照射下获取的第二指纹图像之间的灰度值差异小于或等于预设的灰度值差异阈值，则所述处理模块18可以判断所检测的指纹为伪造的平面指纹图案。

因此，通过分析在不同时间段内从不同方向照射指纹所获取的指纹图像的灰度值差异可以判断出所检测的指纹是否为立体，从而防止不法分子利用印有指纹图案的平面仿制品对所述屏下光学检测系统的识别功能进行攻击。

具体而言，所述处理模块18可以通过比较两张指纹图像上对应像素的灰度值差异的整体平均水平来判断所检测指纹是否为立体指纹。例如：在一些实施例中，所述处理模块18对所述第一指纹图像和第二指纹图像上对应位置的像素进行灰度值差异分析，遍历分析完所述第一指纹图像和第二指纹图像上所有对应位置的像素对的灰度值差异后计算所述灰度值差异的平均值，所述灰度值差异的平均值体现了所述第一指纹图像和第二指纹图像之间灰度值差异的平均水平。所述处理模块18将所获取的灰度值差异的平均值与预设的灰度值差异阈值进行比较，若所获取的灰度值差异的平均值大于所述预设的灰度值差异阈值，则所述处理模块18 可以判断所检测的指纹为立体指纹；若所获取的灰度值差异的平均值小于或等于所述预设的灰度值差异阈值，则所述处理模块18可以判断所检测的指纹为伪造的平面指纹图案。

可以理解地，在其他一些实施例中，所述处理模块18也可以通过其他计算方式来评估所述灰度值差异的平均水平，比如：计算所述灰度值差异的标准差等，本申请对此并不做出限定。

可选地，在一些实施例中，每一个所述检测发光单元143还可以包括两个以上分别在不同时间段发出检测光线的发光组，例如：第三发光组、第四发光组等。所述第三发光组、第四发光组等具有与所述第一发光组1431或第二发光组1432相同的像素排布形式。所述控制模块17控制所述发光组分别在不同时间段发出检测光线照射指纹。所述控制模块17控制所述光学检测装置在不同时间段内分别获取在各个发光组照射下的多张指纹图像。所述处理模块18 对应分析每两张指纹图像之间的灰度值差异程度，再评估所述灰度值差异程度的平均水平进而与预设的灰度值差异阈值比较，根据比较结果判断所检测的指纹是否为立体指纹。

可选地，在一些实施例中，所述处理模块18还可以用于将获取的所述第一指纹图像和/ 或第二指纹图像与预存的指纹模板进行比对，并根据比对结果识别所述用户的身份。

可以理解的是，在一些实施例中，所述处理模块18在判断出所检测的指纹为立体指纹后再进行上述比对和识别。所述处理模块18在判断出所检测的指纹为平面指纹图案后不执行后续的比对和识别，从而节省所述光学检测装置的能耗。

可选地，在一些实施例中，所述处理模块18可以直接从所述图像传感器162获取经光学组件160所成的指纹图像的图像数据。可选地，在另外一些实施例中，所述屏下光学检测系统10还可以包括存储器15，所述图像传感器162根据所成的指纹图像转换得到的图像数据可以存储在所述存储器15内，所述处理模块18再从所述存储器15获取所述指纹图像的图像数据。

可选地，在一些实施例中，所述控制模块17和处理模块18可以是固化在存储器15内的韧件或者是存储在存储器15内的计算机软件代码。所述控制模块17和处理模块18由对应的一个或多个处理器13执行以控制相关部件来实现对应的功能。所述处理器13例如但不限于应用处理器(Application Processor,AP)、中央处理器(CPU)、微处理器(MCU)等。所述存储器15 包括但不限于闪存(Flash Memory)、带电可擦写可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable read only memory,EEPROM)、可编程只读存储器(Programmable read only memory,PROM)、以及硬盘等。所述存储器15可以用于存储用于识别用户身份的所述指纹模板、各种预设的阈值、所述图像传感器162获取的指纹的图像数据、以及比较和判断过程中产生的中间数据等。

可选地，在一些实施例中，所述处理器13和/或存储器15可以设置在所述光学检测装置 16内，比如：与所述图像传感器162集成在相同的基板上。可选地，在其他一些实施例中，所述处理器和/或存储器15也可以设置在所述电子设备1的其他位置，比如：手机的主电路板上。

可选地，在一些实施例中，所述控制模块17和/或处理模块18的功能还可以通过硬件来实现，例如通过下列技术中的任一项或者他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。可以理解的是，用来实现所述控制模块17和/或处理模块18功能的上述硬件可以设置在所述光学检测装置16内，比如：与所述图像传感器162 集成在相同的基板上。用来实现所述控制模块17和/或处理模块18功能的上述硬件也可以设置在所述电子设备1的其他位置，比如：设置在手机的主机板上。

相较于现有技术，本申请的屏下光学检测系统10通过比较在不同时间段分别获取的不同角度打光下的指纹图像之间的灰度值差异，进而判断所检测的指纹是否为立体指纹，可有效防止不法分子利用印有指纹图案的廉价平面仿制品对所述屏下光学检测系统10的识别功能进行攻击,提高了电子设备1的安全性。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在不付出创造性劳动的前提下，本申请实施例的部分或全部，以及对于实施例的部分或全部的变形、替换、变更、拆分、组合、扩展等均应认为被本申请的发明创造思想所涵盖，属于本申请的保护范围。

在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本申请的至少一个实施例中。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例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征或结构时，所主张的是，结合这些实施例的其它实施例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例和简化描述，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例，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例。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 (12)

1.一种屏下光学检测系统，用于对一外部对象进行检测，其特征在于，包括：

保护层；

显示屏，位于所述保护层的下方，所述显示屏包括多个显示像素，所述显示像素用于发出可见光以显示画面；

控制模块，用于控制至少部分显示像素在不同时间段分别从不同方向发出检测光线照射外部对象的相同部位；

光学检测装置，位于所述显示屏下方，用于透过所述显示屏和保护层分别在所述不同时间段获取外部对象在不同方向检测光线照射下的图像；及

处理模块，用于比较所获取的外部对象图像的灰度值差异，并当所述灰度值差异大于预设的灰度值差异阈值时判断所述外部对象为立体物体。

2.如权利要求1所述的屏下光学检测系统，其特征在于：

用于在检测时发出检测光线的显示像素为检测发光像素，所述检测发光像素包括至少一个检测发光单元，每一个所述检测发光单元至少包括第一发光组和第二发光组，所述检测发光单元的各个发光组分别在不同时间段从不同方向发出检测光线照射外部对象的相同部位。

3.如权利要求2所述的屏下光学检测系统，其特征在于，所述第一发光组包括至少一个第一检测发光像素，所述第一检测发光像素在第一时间段内同时发出所述检测光线，所述第二发光组包括至少一个第二检测发光像素，所述第二检测发光像素在第二时间段内同时发出所述检测光线，所述第一时间段和第二时间段分别为发生在不同时刻的时间段，相互之间无交叠且具有时间上的先后顺序。

4.如权利要求3所述的屏下光学检测系统，其特征在于，同一个所述检测发光单元的第一发光组和第二发光组相连设置，所述第一发光组的至少一个第一检测发光像素的边界与所述第二发光组的至少一个第二检测发光像素的边界相互连接；或者

同一个所述检测发光单元的第一发光组和第二发光组相互间隔设置，最靠近的第一检测发光像素与第二检测发光像素之间不直接相连而是间隔有其他在检测期间不发光的显示像素。

5.如权利要求2所述的屏下光学检测系统，其特征在于，所述检测发光像素包括多个检测发光单元，所述多个检测发光单元依次相连地排布，相邻的不同检测发光单元的边界相互连接；或者

所述多个检测发光单元之间相互间隔设置，不同检测单元之间间隔有其他在检测期间不发光的显示像素。

6.如权利要求5所述的屏下光学检测系统，其特征在于，分别属于不同检测发光单元的第一发光组相互间隔设置，分别属于不同检测发光单元的第二发光组相互间隔设置。

7.如权利要求2所述的屏下光学检测系统，其特征在于，所述检测发光单元具有一发出所述检测光线的发光区域，所述发光区域的最大宽度定义为发光区域边界上相距最远的两个点之间的间距，所述检测单元发光区域的最大宽度大于或等于400μm。

8.如权利要求2所述的屏下光学检测系统，其特征在于，所述外部对象为用户手指的指纹，包括间隔重复的脊部和谷部，相邻的脊部和谷部构成一个脊谷周期，所述手指指纹被同一个所述检测发光单元分别在不同时间段照射的相同部位至少包括一个脊谷周期。

9.如权利要求1所述的屏下光学检测系统，其特征在于，所述光学检测装置包括光学组件及图像传感器，所述光学组件将经由所述外部对象返回的光线会聚在所述图像传感器上以对所述外部对象进行成像，所述图像传感器用于将经光学组件所成的外部对象图像转换为相应的图像数据。

10.如权利要求9所述的屏下光学检测系统，其特征在于，所述图像传感器包括多个感光单元，所述光学组件包括一个或多个光学元件，所述光学组件的全部或部分光学元件与所述图像传感器一起封装成一个图像传感芯片，所述光学元件包括微透镜阵列、滤光片阵列和/或微孔阵列，所述光学元件形成有多个微型成像单元，每一个所述微型成像单元分别与单个感光单元对应设置，由所述外部对象返回的光线经所述微型成像单元进行光路准直或汇聚之后被位于其下方的感光单元接收；或者

所述光学组件的全部或部分光学元件不与所述图像传感器一起封装，而是设置在所述图像传感器的外部，所述光学元件包括一小透镜层，所述小透镜层包括多个小透镜，每一个小透镜将由外部对象返回的光线会聚在与其相对的多个感光单元上进行成像。

11.如权利要求1所述的屏下光学检测系统，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管显示屏，所述检测光线为可见光，波长变化范围为380nm至780nm。

12.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至11所述的屏下光学检测系统。

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