CN112784721A

CN112784721A - 指纹识别装置和电子设备

Info

Publication number: CN112784721A
Application number: CN202110043312.0A
Authority: CN
Inventors: 张思超; 王胤; 林峻贤; 蔡斐欣
Original assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2040-07-24
Also published as: CN111598068A; CN112784721B; CN111598068B

Abstract

一种指纹识别装置和电子设备，在实现指纹识别装置轻薄化的同时，提高指纹成像质量。指纹识别装置适用于显示屏的下方，包括呈阵列分布的多个指纹识别单元，其中每个指纹识别单元包括：微透镜；至少一阻光层，其中每一层阻光层均设置有通光小孔，且在底层阻光层中设置有N个通光小孔，每个通光小孔的最大口径D₁与微透镜的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4，以形成不同方向的N个导光通道；N个像素单元，设置在至少一阻光层下方，并一一对应的设置于N个导光通道的底部；从显示屏上方的手指返回的指纹光信号通过微透镜会聚后，其中不同方向的N个目标指纹光信号分别经过N个导光通道传输至N个像素单元，并用于进行指纹识别。

Description

指纹识别装置和电子设备

本申请是申请日为2020年7月24日、申请号为202010724731.6、名称为“指纹识别装置和电子设备”的发明申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及光学指纹技术领域，并且更具体地，涉及一种指纹识别装置和电子设备。

背景技术

由于未来手持电子产品日益小型化，目前镜头式的屏下光学指纹产品的尺寸难以适应这种趋势，急需向着厚度更薄、体积更小、集成化程度更高的方向发展。而当前存在的小型化方案中，利用准直孔成像的图像对比度与准直孔的深度有关，需要比较大的深度才能实现较高的成像质量，同时这种方案的光线利用率较低。利用微透镜聚焦的方案，受限于工艺和透镜面形，虽然光线利用率较高，但信号容易混叠，造成信号对比度偏低，指纹的成像质量不高。

因此，如何在实现光学指纹识别装置轻薄化的同时，兼顾提高指纹成像质量，是一项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识别装置和电子设备，在实现指纹识别装置轻薄化的同时，兼顾提高指纹成像质量。

第一方面，提供一种指纹识别装置，适用于显示屏的下方以实现屏下光学指纹识别，该指纹识别装置包括呈阵列分布的多个指纹识别单元，该多个指纹识别单元中的每个指纹识别单元包括：微透镜；至少一阻光层，该至少一阻光层中每一层阻光层均设置有通光小孔，且在该至少一阻光层的底层阻光层中设置有N个通光小孔，其中，该底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与该微透镜的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4，以形成不同方向的N个导光通道，N为大于1的正整数；N个像素单元，设置在该至少一阻光层下方，该N个像素单元一一对应的设置于该N个导光通道的底部；其中，从该显示屏上方的手指反射或散射后返回的指纹光信号通过该微透镜会聚后，其中不同方向的N个目标指纹光信号分别经过该N个导光通道传输至该N个像素单元，该N个目标指纹光信号用于检测该手指的指纹信息以进行指纹识别。

本申请实施例的技术方案中，指纹识别装置中一个微透镜对应N个像素单元，可以提高指纹识别装置的进光量，减小曝光时间，增大视场。与此同时，通过单个微透镜与多像素单元搭配的成像光路可以对指纹的物方光束进行非正对光成像(即倾斜光成像)，能够提高干手指的识别效果，且能够扩大光学系统的物方数值孔径并缩短像素阵列的光路设计的厚度，最终能够有效降低指纹识别装置的厚度。

进一步地，综合考虑成本、工艺、指纹成像性能等因素，在至少一阻光层的底层阻光层中设置有N个通光小孔，其中，该底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与该微透镜的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4，以实施对指纹识别装置的光学系统的结构以及参数进行约束限制，在实现超薄指纹识别装置的同时，能够进一步的降低杂散光对图像的影响，减少图像混叠，均衡图像的亮度以及对比度，实现包括指纹在内的各种目标较好的成像效果，从而进一步提高指纹识别装置的性能，提高指纹识别准确度。

在一种可能的实施方式中，该底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与该微透镜的最大口径CA满足0.08≤D₁/CA≤0.18。

在一种可能的实施方式中，该底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与该微透镜的最大口径CA满足0.12≤D₁/CA≤0.14。

在一种可能的实施方式中，该微透镜的曲率半径ROC与该底层阻光层的下表面至该微透镜的下表面之间的深度距离Z₁满足0.25≤ROC/Z₁≤0.75。

通过本实施方式的技术方案，约束微透镜411的曲率半径ROC与该底层阻光层的下表面至微透镜411的下表面之间的深度距离Z₁满足0.25≤ROC/Z₁≤0.75的条件，综合考虑了微透镜的焦点与底层阻光层的位置之间的比例关系，使得N个方向的目标指纹光信号中每个方向的目标指纹光信号被微透镜411会聚后，均聚焦或者接近聚焦于底层阻光层中各通光小孔，以提高图像质量和识别成功率。

在一种可能的实施方式中，该微透镜的曲率半径ROC与该底层阻光层的下表面至该微透镜的下表面之间的深度距离Z₁满足0.4≤ROC/Z₁≤0.6。

在一种可能的实施方式中，该微透镜的曲率半径ROC与该底层阻光层的下表面至该微透镜的下表面的深度距离Z₁满足0.47≤ROC/Z₁≤0.49。

在一种可能的实施方式中，该底层阻光层中每个通光小孔的位置满足0＜S₁/Z₁≤1，其中，S₁为该底层阻光层中每个通光小孔的中心至该微透镜在该底层阻光层上投影的中心的距离。

在本申请实施方式中，通过进一步约束底层阻光层中各通光小孔的位置，使得N个方向的目标指纹光信号更为准确的传输至底层阻光层中各通光小孔中，从而进一步的提高图像质量。

在一种可能的实施方式中，该底层阻光层中每个通光小孔的位置满足0.2≤S₁/Z₁≤0.5。

在一种可能的实施方式中，该至少一阻光层为多层阻光层，该多层阻光层中除该底层阻光层外，第i层阻光层中每个通光小孔的位置满足0≤S_i/Z₁≤1，其中，S_i为该第i层阻光层中每个通光小孔的中心至该微透镜在该第i层阻光层上投影的中心的距离。

在本申请实施方式中，通过约束底层阻光层外其它阻光层中多个通光小孔的位置，进一步优化导光通道的导光性能，即允许目标方向的光信号通过，而阻挡非目标方向的光信号，降低杂散光对于成像的影响。

在一种可能的实施方式中，该第i层阻光层中每个通光小孔的位置满足0.2≤S_i/Z₁≤0.5。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b与该指纹识别装置中像素单元的排列周期P_a满足1＜P_b/P_a≤4。

在一种可能的实施方式中，P_b/P_a＝2，N＝4。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b满足5μm≤P_b≤40μm。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b满足10μm≤P_b≤30μm。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：保护层；该保护层设置于该底层阻光层上方，且与该底层阻光层、该N个像素单元一起集成于传感器芯片中。

在一种可能的实施方式中，该至少一阻光层为两层阻光层，该两层阻光层中的顶层阻光层中设置有一个通光小孔，该多个导光通道在该顶层阻光层中的通光小孔重合。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：红外滤光层，该红外滤光层为镀膜生长于该传感器芯片表面的滤光层，用于截止红外光。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：粘附层，该粘附层为涂覆于该红外滤光层表面的平坦透明层，该顶层阻光层设置于该粘附层上方。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：第一透明介质层，设置于该顶层阻光层上方并填充该顶层阻光层中的通光小孔。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：颜色滤光层，设置于该微透镜与该第一透明介质层之间，该颜色滤光层包括红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层或者白色滤光层。

在一种可能的实施方式中，该至少一阻光层为两层阻光层，该两层阻光层中的顶层阻光层设置有一一对应于该N个像素单元的N个通光小孔。

在一种可能的实施方式中，该顶层阻光层设置于该保护层的上表面。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：第二透明介质层，设置于该顶层阻光层上方并填充该顶层阻光层中的通光小孔。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：红外滤光层，该红外滤光层为镀膜生长于该第二透明介质层表面的滤光层，用于截止红外光。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：颜色滤光层，设置于该红外滤光层上方，该颜色滤光层包括红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层或者白色滤光层。

在一种可能的实施方式中，该指纹识别单元还包括：第三透明介质层，设置于该微透镜与该颜色滤光层之间。

在一种可能的实施方式中，该至少一阻光层中的通光小孔为圆形通光小孔或者为圆角矩形孔，该微透镜为球面透镜或者为非球面透镜。

第二方面，提供一种电子设备，包括：显示屏；以及第一方面或者第一方面中任一种可能的实施方式中的指纹识别装置，该指纹识别装置设置于该显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。

在电子设备中设置上述指纹识别装置，通过提升指纹识别装置的指纹识别性能，从而提升该电子设备的指纹识别性能。

附图说明

图1是本申请可以适用的电子设备的平面示意图。

图2和图3是一种指纹识别装置的示意性截面图和示意性俯视图。

图4至图6是根据本申请实施例的另一指纹识别装置的示意性截面图、示意性俯视图和示意性立体图。

图7至图9是根据本申请实施例的另一指纹识别装置的示意性截面图、示意性俯视图和示意性立体图。

图10是根据本申请实施例的一种指纹识别装置中像素阵列的排列示意图。

图11和图12是根据本申请实施例的一种指纹识别装置及其指纹识别单元的示意性截面图和示意性俯视图。

图13和图14是根据本申请实施例的另一指纹识别单元的示意性截面图和示意性俯视图。

图15是根据本申请实施例的另一指纹识别装置及其指纹识别单元的截面示意图。

图16和图17是根据本申请实施例的另一指纹识别装置及其指纹识别单元的示意性截面图和示意性俯视图。

图18是根据本申请实施例的另一指纹识别装置及其指纹识别单元的截面示意图。

图19是根据本申请实施例的指纹识别装置采集的图像的衬度和亮度随ROC/Z₁变化的曲线图。

图20是根据本申请实施例的三种ROC/Z₁约束条件下采集图像的示意图。

图21是根据本申请实施例的指纹识别装置采集的图像的衬度和亮度随D₁/CA变化的曲线图。

图22是根据本申请实施例的三种D₁/CA约束条件下采集图像的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应理解，本申请实施例可以应用于光学指纹系统，包括但不限于光学指纹识别系统和基于光学指纹成像的产品，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，指纹识别装置可以具体为光学指纹装置，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)光学指纹系统。或者，该指纹识别装置也可以部分或者全部集成至电子设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display)光学指纹系统。

如图1所示为本申请实施例可以适用的电子设备的结构示意图，该电子设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，该光学指纹装置130设置在显示屏120下方的局部区域。该光学指纹装置130包括光学指纹传感器，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，该感应阵列133所在区域或者其感应区域为光学指纹装置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。在一种替代实施例中，光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如显示屏120的侧面或者电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到光学指纹装置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。

应当理解，指纹检测区域103的面积可以与光学指纹装置130的感应阵列的面积不同，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，可以使得光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于光学指纹装置130感应阵列的面积。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，光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与该光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。

因此，使用者在需要对电子设备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(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，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1所示，光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，该光检测部分134包括感应阵列以及与该感应阵列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)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器，该感应阵列具体为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，该光探测器可以作为上述的光学感应单元；该光学组件132可以设置在光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括导光层或光路引导结构以及其他光学元件，该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感应阵列进行光学检测。

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。比如，该光学组件132可以与该光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将该光学组件132设置在该光检测部分134所在的芯片外部，比如将该光学组件132贴合在该芯片上方，或者将该光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。

其中，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，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微孔阵列，该准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到该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，从而感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。

在另一种实施例中，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，以使得该感应阵列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，该光学透镜层在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扩大光学指纹装置的视场，以提高光学指纹装置130的指纹成像效果。

在其他实施例中，导光层或者光路引导结构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的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于感应阵列的其中一个感应单元。并且，微透镜层和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，微透镜层和感应单元之间还可以包括具有微孔的阻光层，其中该微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，阻光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得感应单元所对应的光线通过微透镜汇聚到微孔内部并经由该微孔传输到该感应单元以进行光学指纹成像。应当理解，上述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，可以在准直器层或者光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在准直器层或者光学透镜层与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。

作为一种可选的实施例，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，光学指纹装置130可以利用OLED显示屏120位于指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)来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，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的脊(ridge)与谷(valley)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，被光学指纹装置130中的光学检测部分134所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于该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。

在其他实施例中，光学指纹装置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，该光学指纹装置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，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，而光学指纹装置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装置130；或者，光学指纹装置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装置130。当采用光学指纹装置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，电子设备10还包括透明保护盖板，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。因为，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。

还应当理解，电子设备10还可以包括电路板150，该电路板设置在光学指纹装置130的下方。光学指纹装置130可以通过背胶粘接在电路板150上，并通过焊盘及金属线焊接与电路板150实现电性连接。光学指纹装置130可以通过电路板150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。比如，光学指纹装置130可以通过电路板150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150将来自光学指纹装置130的指纹检测信号输出给电子设备10的处理单元或者控制单元等。

另一方面，在某些实施例中，光学指纹装置130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹装置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指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹装置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，光学指纹装置130可以具体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装置130的指纹检测区域103。也即是说，光学指纹装置130的指纹检测区域103可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个光学指纹传感器的感应区域，从而将光学指纹装置130的指纹采集区域103可以扩展到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。可替代地，当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。

还应理解，在本申请实施例中，光学指纹装置中的感应阵列也可以称为像素阵列，感应阵列中的光学感应单元或感应单元也可称为像素单元。

需要说明的是，本申请实施例中的光学指纹装置也可以称为光学指纹识别模组、指纹识别装置、指纹识别模组、指纹模组、指纹采集装置等，上述术语可相互替换。

图2和图3示出了一种指纹识别装置的示意性截面图和示意性俯视图。

如图2和图3所示，指纹识别装置200包括微透镜阵列210、至少一层阻光层220和像素阵列230。微透镜阵列210位于像素阵列230和至少一层阻光层220的正上方，且一个微透镜211对应一个像素单元231，即微透镜阵列210中的每一个微透镜211将接收到的光线通过至少一层阻光层220的小孔2201聚焦至同一微透镜211对应的像素单元231中。其中，每一个微透镜211接收的光信号主要为经过显示屏上方手指反射或散射后垂直于微透镜阵列210入射的指纹光信号。

如图3所示，像素阵列230中的像素单元231按照周期性排列，且像素阵列230中的每一个像素单元231的感光区域2311均设置在同一个像素单元的中心位置，以提高感光区域的占空比。

换言之，微透镜阵列210中的多个微透镜211和像素阵列230中的多个像素单元231一一对应，且像素阵列230中多个像素单元231的感光区域2311呈周期性排列且均匀分布。

但是，像素阵列230的感光区域会受到微透镜阵列210的尺寸的影响，且指纹识别装置200的厚度较大，进而增加了指纹识别装置200的光路的加工难度、周期以及成本。

在该指纹识别装置200中，由于多个微透镜相邻较近，光线可能从其他微透镜中入射到芯片表面，因此影响成像效果。且由于微透镜和像素单元是一一对应的，一个像素单元能够接收到的理论最大信号量，是当微透镜占满一个像素单元的面积后，接收的准直光的能量。这种接收方式，限制了图像信号量的进一步提升，在微弱光照下，信噪比较低，影响了图像质量。

此外，在正常生活场景下，例如洗完手、早晨起床、手指抹灰、低温等场景下手指通常较干，其角质层不均匀，其按压在显示屏上时，手指局部区域会出现接触不良。当干手指与显示屏接触不好时，上述指纹识别装置200形成的垂直方向的指纹图像的指纹脊和指纹谷的对比度差，图像模糊到分辨不了指纹纹路，因而，上述指纹识别装置200对于干手指的指纹识别性能较差。

基于上述问题，本申请提出一种指纹识别装置300，采用一层或更多层设置有小孔阵列的阻光层与微透镜阵列相结合，且每一个微透镜对应N个像素单元，其中，N为大于1的正整数。N个像素单元中每个像素单元都能收到整个微透镜会聚的倾斜准直光，但是对应一个微透镜的N个像素单元，接收的入射光倾斜方向不同。最终可以从图像芯片阵列中取出N张图像，每张都是由相同倾斜方向接收的像素单元构成的。这种接收方式，能够大幅提升图像的衬度和亮度，还可以实现扩大物方视场尺寸等其他应用方向。

图4至图6示出了另一种指纹识别装置的示意性截面图、示意性俯视图和示意性立体图。

如图4至图6所示，指纹识别装置300包括：微透镜阵列310、至少一层阻光层，例如图中所示的第一阻光层321和第二阻光层322，以及像素阵列330。该至少一阻光层形成有微透镜阵列310中的每个微透镜对应的多个不同方向的导光通道，且多个不同方向的导光通道中每个导光通道底部均设置有一个像素单元。

在具体实现中，至少一层阻光层中的每层挡光层对特定波段(比如可见光或者610nm以上波段)的光的透过率小于预设阈值(例如20％)，以避免相应的光通过。

在本申请实施例中，每个微透镜对应的多个导光通道以及多个导光通道底部设置的像素单元可以看成是一个指纹识别单元301，本申请实施例中的指纹识别装置300可以看成是多个指纹识别单元301阵列形成的装置。其中，多个指纹识别单元301中的多个微透镜形成上述微透镜阵列310，多个指纹识别单元301中的局部阻光层拼接形成上述至少一阻光层，且多个指纹识别单元301中的多个像素单元形成上述像素阵列330。

为了方便描述，下文以指纹识别单元301为单位介绍本申请实施例中的指纹识别装置，指纹识别单元301中的局部阻光层简称为阻光层。

在一些实施方式中，在指纹识别单元301中，一个微透镜对应4个像素单元。

例如，如图4至图6所示，在指纹识别单元301中，第一微透镜311下方对应设置有第一像素单元331、第二像素单元332、第三像素单元333和第四像素单元334，该4个像素单元分别位于4个不同方向的导光通道的底部。

具体地，每个像素单元中均设置有感光区域(Active Area，AA)，用于分别接收经过四个导光通道的四个目标指纹光信号并转换为对应的电信号。该感光区域可以为像素单元中光电二极管所在的区域，即像素单元中接收光信号的区域，像素单元中的其它区域可以用于设置像素单元中的其它电路以及用于像素间走线的排布。具体地，上述第一像素单元331中的第一感光区域3311，第二像素单元332中的第二感光区域3321，第三像素单元333中的第三感光区域3331以及第四像素单元334中的第四感光区域3341均设置在上述4个不同方向的导光通道的底部。

可选地，在一些实施方式中，例如，如图4至图6所示，第一微透镜311对应的4个导光通道在第一阻光层321以及第二阻光层322上均设置有4个通光小孔，每层阻光层上的4个通光小孔对应于4个像素单元。例如，在图5中，第一阻光层321上设置有对应于第一像素单元331的1#通光小孔3211，第二阻光层322上设置有对应于第一像素单元331的2#通光小孔3221，该1#通光小孔3211和2#通光小孔3221均为对应于第一像素单元331的第一导光通道上的通光小孔，换言之，该1#通光小孔3211和2#通光小孔3221形成对应于第一像素单元331的第一导光通道。可选地，该1#通光小孔3211和2#通光小孔3221的中心可以在一条直线上，该直线的方向即为第一导光通道的方向。第一方向的倾斜光信号31通过第一微透镜311会聚后，通过第一导光通道至第一像素单元331中的第一感光区域3311，而其他方向的光信号(例如，图中虚线所示的光信号)则被阻挡在阻光层中，无法传输至像素单元。

其中，上述第一方向的倾斜光信号31可以为经过显示屏上方的手指反射或散射后，穿过显示屏，到达第一微透镜311的第一方向的指纹倾斜光信号，该第一方向的倾斜光信号31可以用于检测指纹信息。

类似地，第一微透镜311下方其它像素单元对应的通光小孔的设置可以参见上文第一像素单元对应的通光小孔的设置，其它像素单元同样可以接收其它方向的倾斜指纹光信号，该其它方向的倾斜指纹光信号经过第一微透镜311会聚后，经过通光小孔形成的导光通道后，传输至对应的像素单元。例如，图4中，第三方向的倾斜光信号33通过第一微透镜311会聚后，通过第三导光通道至第三像素单元333中的第一感光区域3311。

在另一些实施方式中，每个微透镜对应的4个导光通道在第一阻光层321中设置有4个通光小孔，该4个通光小孔对应于4个像素单元，在第二阻光层322中仅设置1个通光小孔。换言之，4个导光通道在第二阻光层322上的通光小孔重合。

图7至图9示出了另一种指纹识别装置的示意性截面图、示意性俯视图和示意性立体图。

在图7、图8以及图9中，第一阻光层321上设置有对应于第一像素单元331的1#通光小孔3211，第二阻光层322上设置有1个大的2#通光小孔3221，该2#通光小孔3221对应于4个像素单元。该1#通光小孔3211和2#通光小孔3221形成对应于第一像素单元331的第一导光通道。可选地，该1#通光小孔3211和2#通光小孔3221的中心可以在一条直线上，该直线的方向即为第一导光通道的方向。第一方向的倾斜光信号31通过第一微透镜311会聚后，通过第一导光通道至第一像素单元331中的第一感光区域3311，而其他方向的光信号(例如，图中虚线所示的光信号)则被阻挡在阻光层中，无法传输至像素单元。

类似地，其它像素单元对应的通光小孔的设置可以参见上文第一像素单元对应的通光小孔的设置，此处不再赘述。

在上述申请实施例中，指纹识别装置300中每个微透镜对应的4个像素单元均通过4个不同方向的导光通道接收4个不同方向的倾斜光信号。由此，指纹识别装置300中的像素阵列330，可以基于接收到的4个不同方向的光信号生成4幅指纹图像，进而得到一幅高分辨率的指纹图像，以提升指纹识别效果。

图10示出了一种像素阵列330的排列示意图，如图10所示，其中，“1”表示用于接收第一方向的倾斜光信号的像素单元，“2”表示用于接收第二方向的倾斜光信号的像素单元，“3”表示用于接收第三方向的倾斜光信号的像素单元，“4”表示用于接收第四方向的倾斜光信号的像素单元。也就是说，像素阵列330中，所有的“1”表示的像素单元分别可以用于生成第一幅指纹图像，所有的“2”表示的像素单元分别可以用于生成第二幅指纹图像，所有的“3”表示的像素单元分别可以用于生成第三幅指纹图像，所有的“4”表示的像素单元分别可以用于生成第四幅指纹图像，即总共可以生成4幅指纹图像，这4幅指纹图像可以用于单独进行指纹识别，或者也可以合并成一幅高分辨率的指纹图像，进而提升指纹识别装置的识别效果。

进一步地，由于4幅指纹图像通过不同方向的倾斜光信号生成得到，因此该4幅指纹图像对应着不同的物方成像区域，还可以实现扩大物方视场尺寸等其他应用方向。

通过该实施例的方案，通过光路的设计，单个微透镜对应的4个像素单元能同时接收4个方向的光信号，从而提高指纹识别装置的进光量，减小曝光时间，增大视场。与此同时，通过单个微透镜与多像素单元搭配的成像光路可以对指纹的物方光束进行非正对光成像(即倾斜光成像)，能够提高干手指的识别效果，且能够扩大光学系统的物方数值孔径并缩短像素阵列的光路设计的厚度，最终能够有效降低指纹识别装置的厚度。

可以理解的是，在上文中以指纹识别单元301中，一个微透镜对应4个像素单元为例，说明了指纹识别装置的结构以及指纹成像原理，可选地，在指纹识别单元301中，一个微透镜还可以对应2个、3个、或者4个以上的像素单元，本申请实施例对指纹识别单元中像素单元的数量不做限定。

基于上述指纹识别装置中一个微透镜对应N个像素单元的技术方案，进一步地，综合考虑成本、工艺、指纹成像性能等因素，对指纹识别装置的光学系统的结构以及参数进行约束限制，在实现超薄指纹识别装置的同时，能够进一步的降低杂散光对图像的影响，减少图像混叠，均衡图像的亮度以及对比度，实现包括指纹在内的各种目标较好的成像效果，从而进一步提高指纹识别装置的性能，提高指纹识别准确度。

具体地，本申请实施例提供一种指纹识别装置400，该指纹识别装置400适用于显示屏的下方以实现屏下光学指纹识别，该指纹识别装置包括呈方形阵列分布的多个指纹识别单元401。

图11和图12示出了一种指纹识别装置400的截面示意图和俯视示意图。

如图11和图12所示，该指纹识别装置400中，每个指纹识别单元401包括：

微透镜411，

至少一阻光层，至少一阻光层中每一层阻光层均设置有通光小孔，且在该至少一阻光层的底层阻光层(例如，图11和图12中的第一阻光层421)中设置有N个通光小孔，其中，该底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与微透镜411的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4，以形成不同方向的N个导光通道；

N个像素单元，设置在该至少一阻光层下方，该N个像素单元一一对应的设置于上述N个导光通道的底部；

其中，从显示屏上方的手指反射或散射后返回的指纹光信号通过该微透镜411会聚后，其中不同方向的N个目标指纹光信号分别经过该N个导光通道传输至该N个像素单元，该N个目标指纹光信号用于检测该手指的指纹信息，以进行指纹识别。

可选地，考虑工艺以及成本问题，在本申请实施例中，每个指纹识别单元401中像素单元的数量N可以为A×A，其中，1＜A≤4，且A为正整数，优选地，A＝2或者3。

例如，图11和图12中示出了A＝2，N＝2×2时指纹识别单元401以及指纹识别装置400的结构，其相关方案可以参考上文中图4至图7中的相关描述。

可选地，在本申请实施例中，A＝P_b/P_a，其中，P_b为指纹识别装置中多个微透镜的排列周期，P_a为指纹识别装置中多个像素单元的排列周期。

例如，如图12所示，多个指纹识别单元401阵列排列后，其中的多个微透镜形成微透镜阵列，其中多个像素单元形成像素阵列，在水平面上，多个微透镜在X方向和Y方向上的排列周期均为P_b，多个像素单元在X方向和Y方向上的排列周期均为P_a，在本申请中，水平面平行于显示屏所在平面，垂直面垂直于显示屏所在平面。

综合考虑图像空间采样率以及工艺成本，在一些实施方式中，5μm≤P_b≤40μm，优选地，10μm≤P_b≤30μm。

具体地，在本申请实施例中，D₁表示底层阻光层中每个通光小孔的最大口径。在一些实施方式中，如图12所示，底层阻光层，即图12中的第一阻光层421中多个通光小孔为圆形小孔，则D₁表示通光小孔的直径。

在另一些实施方式中，底层阻光层中的多个通光小孔为圆角矩形小孔，则D₁表示通光小孔对角之间的距离。

在本申请实施例中，采用圆形通光小孔或者圆角矩形小孔，具有良好的对称性，对各个方向上的光信号具有对称的通光性能，从而能够提高图像在各个方向上的均衡性，从而提高图像质量。

具体地，在本申请实施例中，CA表示微透镜411的最大口径，该CA可以是微透镜411在水平面方向最大的剖面中的最大宽度。

可选地，微透镜411可以为球面透镜或者为非球面透镜，其上表面为球面或者为非球面，下表面为水平面，该微透镜411的最大口径CA可以为其下表面的最大宽度。

例如，在图11和图12中，微透镜411可以为球面透镜，其下表面为圆形水平面，该微透镜411的最大口径CA为圆形水平面的直径。

通过本申请实施例的技术方案，约束底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与微透镜的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4，综合考虑了微透镜的受光面积与通光小孔大小之间的比例关系，在该比例关系小于等于0.4时，当前微透镜下方的底层阻光层中每个通光小孔能够良好的遮挡相邻微透镜传导的杂散光，减少图像的混叠，从而提高成像的对比度，或者说提高图像的衬度，在该比例关系大于等于0.02时，保证底层阻光层中每个通光小孔能够通过足够的光信号，以保证成像的亮度，因此，采用本申请实施例的方案，能够兼顾图像亮度以及图像对比度，从而提高图像质量和识别成功率。

一般来讲，若需要提高图像的亮度以及图像对比度，则可以增加一个指纹识别单元中微透镜对应的像素单元数量，则能够更为充分的利用微透镜会聚的光信号，且提高图像的空间采样率，从而提高图像的亮度和对比度，但采用该方式会造成制造工艺难度上升且成本增高。因此，采用本申请实施例的技术方案，在考虑制造工艺以及成本的基础上，通过约束指纹识别装置中的参数满足一定的条件，满足图像亮度和对比度的要求。

在一些实施方式中，0.08≤D₁/CA≤0.18。优选地，0.12≤D₁/CA≤0.14，例如：D₁/CA＝0.12，0.13或者0.14，或者D₁/CA还可以为0.12至0.14之间任意的数值，本申请实施例对此不做具体限定。

为了均衡提高图像的对比度和亮度，除了上述约束底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与微透镜411的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4的条件外，本申请还提出如下另一种方案。

具体地，如图11和图12所示，在指纹识别装置400中，每个指纹识别单元401包括：

微透镜411，

至少一阻光层，至少一阻光层中每一层阻光层均设置有通光小孔，且在该至少一阻光层的底层阻光层(例如，图11和图12中的第一阻光层421)中设置有N个通光小孔，以形成不同方向的N个导光通道，其中，微透镜411的曲率半径ROC与该底层阻光层的下表面至微透镜411的下表面之间的深度距离Z₁满足0.25≤ROC/Z₁≤0.75；

其中，从显示屏上方的手指反射或散射后返回的指纹光信号通过该微透镜411会聚后，其中不同方向的N个目标指纹光信号分别经过该N个导光通道传输至该N个像素单元，该N个目标指纹光信号用于检测该手指的指纹信息。

与上述实施例类似，在本申请实施例中，每个指纹识别单元401中像素单元的数量N可以为A×A，其中，1＜A≤4，且A为正整数，优选地，A＝2或者3。

可选地，在本申请实施例中，A＝P_b/P_a，其中，P_b为指纹识别装置中多个微透镜的排列周期，P_a为指纹识别装置中多个像素单元的排列周期。综合考虑图像空间采样率以及工艺成本，在一些实施方式中，5μm≤P_b≤40μm，优选地，10μm≤P_b≤30μm。

具体地，在本申请实施例中，若微透镜411为球面透镜，则该微透镜411的曲率半径ROC可以通过如下公式计算得到：

其中，MLH为微透镜411的高度，即微透镜的顶点到其下表面的高度，CA为微透镜411的最大口径。

当然，非球面透镜的曲率半径也有其计算方式，具体的计算方式可以参见相关技术中的计算方法，此处不做具体论述。

当N个方向的目标指纹光信号中每个方向的目标指纹光信号被微透镜411会聚后，均聚焦于底层阻光层中各通光小孔时，此时成像效果最优，在兼顾图像亮度的同时能够提高图像对比度。因此，通过本申请实施例的技术方案，约束微透镜411的曲率半径ROC与该底层阻光层的下表面至微透镜411的下表面之间的深度距离Z₁满足0.25≤ROC/Z₁≤0.75，综合考虑了微透镜的焦点与底层阻光层的位置之间的比例关系，使得底层阻光层中各通光小孔满足或者接近上述条件，以提高图像质量和识别成功率。

在一些实施方式中，0.4≤ROC/Z₁≤0.6。优选地，0.47≤ROC/Z₁≤0.49，例如：ROC/Z₁＝0.47，0.48或者0.49，或者ROC/Z₁还可以为0.47至0.49之间任意的数值，本申请实施例对此不做具体限定。

进一步地，在本申请实施例中，可以约束底层阻光层中各通光小孔的位置，使得N个方向的目标指纹光信号更为准确的传输至底层阻光层中各通光小孔中，从而进一步的提高图像质量。

可选地，底层阻光层中各通光小孔的约束条件可以为：0＜S₁/Z₁≤1，其中，S₁为底层阻光层中各通光小孔的中心距离微透镜411在该底层阻光层上投影的中心的偏移量。

优选地，在一些实施方式中，0.2≤S₁/Z₁≤0.5。

此处需要说明的是，在其它一些实施方式中，也可以调整该S₁/Z₁的约束范围，然后根据该S₁/Z₁的约束范围，调整上述ROC/Z₁的约束范围，从而通过调整底层阻光层中通光小孔的位置，调整需求的目标指纹光信号的角度，然后再调整微透镜的曲率半径以及底层阻光层的下表面至微透镜411的下表面之间的深度距离，以使得本申请实施例中的指纹识别装置在满足良好的成像条件的同时，可以接收各种角度的倾斜光信号，适用于更广泛的应用场景。

可选地，在本申请实施例中，底层阻光层中各通光小孔的中心距离微透镜411在该底层阻光层上投影的中心的偏移量S₁可以相同，也可以不同，本申请实施例对此不做具体限定。

在上述两个申请实施例中，均是在考虑制造工艺以及成本的基础上，通过约束指纹识别装置中的参数满足一定的条件，满足图像亮度和对比度的要求。

因此，在第三种实施例中，微透镜411的曲率半径ROC与该底层阻光层的下表面至微透镜411的下表面之间的深度距离Z₁满足0.25≤ROC/Z₁≤0.75，且底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与微透镜411的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4，综合两种约束条件，可以进一步精准的满足提高图像亮度和对比度的要求，较大程度的优化图像质量。

在图11和图12所示的指纹识别装置400的基础上，进一步地，每个指纹识别单元401中至少一阻光层可以为多层阻光层，以进一步实现良好的导光作用。

可选地，在一些实施方式中，至少一阻光层中的顶层阻光层设置一个通光小孔，换言之，多个导光通道在顶层阻光层的通光小孔重合。

在另一些实施方式中，至少一阻光层中的顶层阻光层同样设置多个通光小孔，通过设置多个通光小孔可以进一步阻挡杂散光，防止光信号在像素之间的串扰。

进一步地，至少一阻光层中，每一层阻光层均可以设置多个通光小孔，以形成导光性能良好的导光通道。

可选地，在本申请实施例中，每个指纹识别单元401中至少一阻光层可以为两层阻光层，在实现良好的导光作用的同时，降低指纹识别装置的成本。

图13至图14示出了另一种指纹识别单元401的截面示意图和俯视示意图。

作为示例，在图13至图14中，指纹识别单元401中包括第一像素单元431、第二像素单元432、第三像素单元433，第四像素单元434，且至少一阻光层中的通光小孔形成对应于该4个像素单元的4个导光通道。具体地，在本申请实施例中，第一阻光层421为底层阻光层，第二阻光层422位于第一阻光层421上方，为顶层阻光层。在该第一阻光层421和第二阻光层422中均设置有4个通光小孔，以形成4个不同方向的导光通道。

具体地，该指纹识别单元401可以为图4至图6中的指纹识别单元301，其阻光层以及像素单元的设计可以参见上文中图4至图6的相关介绍和描述，此处不再赘述。

进一步地，在本申请实施例中，若除底层阻光层外，其它阻光层(例如，图13和图14中的第二阻光层422)同样设置多个通光小孔，则可以约束其它阻光层中多个通光小孔的位置，进一步优化导光通道的导光性能，即允许目标方向的光信号通过，而阻挡非目标方向的光信号。

可选地，其它阻光层中各通光小孔的位置同样可以约束为：0≤S_i/Z₁≤1，优选地，在一些实施方式中，0.2≤S_i/Z₁≤0.5，其中，S_i表示指纹识别单元中的第i层阻光层中的各通光小孔距离微透镜在该第i层阻光层上投影的中心的偏移量。类似地，指纹识别单元中的第i层阻光层中的各通光小孔的直径可以表示为D_i，第i层阻光层的下表面至微透镜的下表面之间的深度距离可以表示为Z_i。作为示例，在图13和图14中，第二阻光层422中各通光小孔距离微透镜在该第二层阻光层422上投影的中心的偏移量表示为S₂，第二阻光层422中各通光小孔的直径表示为D₂，第二阻光层422的下表面至微透镜的下表面之间的深度距离可以表示为Z₂。

应理解，该第i层阻光层中各通光小孔的中心距离微透镜在该第i层阻光层上投影的中心的偏移量S_i可以相同，也可以不同，本申请实施例对此不做具体限定。

在图13和图14实施例的基础上，图15示出了另一种指纹识别装置400及其指纹识别单元401的截面示意图。

如图15所示，在该指纹识别单元401中，除了微透镜411及其对应的4个像素单元，第一阻光层421和第二阻光层422以外，还包括：保护层441，该保护层441位于第一阻光层421上方。

可选地，在本申请实施例中，第一阻光层421与像素单元均集成于传感器芯片中，该第一阻光层421可以是传感器芯片中的金属线路层，或者该第一阻光层421也可以为其它可见光透过率低的材料层。

上述保护层441可以同样为传感器芯片中的叠层结构，其形成于传感器芯片的表面，用于保护传感器芯片防止受到外界水汽与例子的污染，导致传感器性能失效。可选地，该保护层441包括但不限于是硅的氧化物和/或硅的氮化物。

可以理解的是，该保护层441同样为透明材料层，对于光信号具有高透过率，通过设置该保护层411的高度，可以为传感器芯片中的像素单元提供一定的聚焦距离。

如图15所示，第二阻光层422设置于上述传感器芯片的上表面，即设置于上述保护层441的上表面。这样设置可以减小第一阻光层421和第二阻光层422之间的距离，提高两层阻光层中形成的导光通道的导光性能。

在具体实现上，该第二阻光层可以是黑色高分子吸光材料，以吸收环境中的大部分光信号。

进一步地，指纹识别单元401还包括：第二透明介质层442，该第二透明介质层442设置于上述第二阻光层422上方并填充该第二阻光层422中的通光小孔。该第二透明介质层442同样为光学高透过率材料形成的介质层。

可选地，该第二透明介质层442可以通过半导体旋涂工艺与固化工艺形成于第二阻光层422上方并填充该第二阻光层422中的通光小孔，通过设置该第二透明介质层442的高度，也可以为传感器芯片中的像素单元提供一定的聚焦距离。

继续参见图15，指纹识别单元401还包括：红外滤光层450，用于截止红外光以及部分红光，防止该红外光以及部分红光进入到像素单元中，影响成像效果。

例如，在强光情况下，环境中红外光较强，该较强的红外光若进入像素单元中，容易造成像素单元的信号饱和，且红外光易穿透手指，形成手指的透射光，该部分透射光会影响正常指纹识别过程中，手指反射光的成像，综合两方面原因，红外光对指纹成像影响较大，需要通过红外滤光层进行截止滤除。

在一些实施方式中，该红外滤光层450包括多层无机材料层，该多层无机材料层可以采用镀膜工艺在第二透明介质层442上镀膜形成，该镀膜工艺包括但不限于是物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)镀膜方法。该多层无机材料层可以为二氧化钛/二氧化硅(TiO₂/SiO₂)交替生长的多层无机材料层，或者为五氧化二铌/二氧化硅(Nb₂O₅/SiO₂)交替生长的多层无机材料层，或者还可以为其它用于截止红外光信号的有机或者无机材料，本申请实施例对此不做限定。

如图15所示，该指纹识别单元401还包括：颜色滤光层460，该颜色滤光层460设置于上述红外滤光层450上方，用于通过目标波段的光信号，并截止除该目标波段的彩色光信号以外的其它非目标波段的光信号，该颜色滤光层可以通过半导体光刻工艺实现。

可选地，该颜色滤光层包括但不限于是红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层或者白色滤光层，用于透过红光信号、蓝光信号、绿光信号或者白光信号。

一方面，若颜色滤光层为彩色滤光层，透过彩色光信号，该指纹识别单元401中的像素单元接收的为彩色光信号，可以用于进行指纹防伪来判断真假手指。若颜色滤光层为白色滤光层，透过白光信号，则该指纹识别单元401中的像素单元接收的为白光信号，可以用于进行指纹图像生成以进行指纹识别。则本申请实施例提供的指纹识别装置可以在指纹识别的基础上进一步进行指纹防伪判断，提高指纹识别的成功率。

另一方面，该颜色滤光层可以用于对其下方红外滤光层反射的光信号进行吸收，防止反射的光信号透过显示屏被人眼接收，从而解决屏下指纹识别装置的外观问题。

可以理解的是，若颜色滤光层为白色滤光层，则此处的颜色滤光层可以为透明介质层或者其它透过可见光的滤光材料，本申请实施例对颜色滤光层的结构不做具体限定。

继续参见图15，在颜色滤光层460上方，该指纹识别单元401还包括：第三透明介质层443，该第三透明介质层443设置于微透镜411与上述颜色滤光层460之间。

可选地，该第二透明介质层442同样为光学高透过率材料形成的介质层，其可以通过半导体旋涂工艺与固化工艺形成于颜色滤光层460上方，并通过设置该第三透明介质层443的高度，为传感器芯片中的像素单元提供一定的聚焦距离。

指纹识别单元401的最上层为微透镜411，其材料一般为光学透明有机材料，例如树脂等，其可以通过半导体光刻工艺设计微透镜411的大小和形状，并通过热回流工艺方式成形。该微透镜411可以为球面微透镜或者也可以为非球面微透镜。

图16至图17示出了另一种指纹识别单元401的截面示意图和俯视示意图。

可选地，在本申请实施例中，该指纹识别单元401可以为图7至图9中的指纹识别单元301，其阻光层以及像素单元的设计可以参见上文中图7至图9的相关介绍和描述，此处不再赘述。

在本申请实施例中，若除底层阻光层外，顶层阻光层(例如，图16和图17中的第二阻光层422)中设置一个通光小孔，采用此实施方式，在保证导光性能的同时，可以降低工艺要求，从而提高生产良率降低生产成本。

可选地，如图17所示，该第二阻光层422中设置的通光小孔为圆角矩形孔，或者该第二阻光层422中设置的通光小孔也可以为圆形孔。

通过在第二阻光层422中设置圆角矩形孔，相比于圆形孔，可以减少该圆角矩形孔在非圆角区域的漏光情况，减少非目标方向的杂散光通过该第二阻光层422，在保证足够的光信号通过的同时，吸收杂散光，进一步提高导光通道的导光性能。

在本申请实施中，第二阻光层422中的一个通光小孔的中心与微透镜411在该第二阻光层422上投影的中心重合，换言之，第二阻光层422中的一个通光小孔的中心与微透镜411在该第二阻光层422上投影的中心的偏移量位0，本申请实施例中，S₂/Z₁＝0，S₂为第二阻光层422中通光小孔距离微透镜在该第二层阻光层422上投影的中心的偏移量。

图18示出了另一种指纹识别装置400及其指纹识别单元401的截面示意图。

如图18所示，在该指纹识别单元401中，除了微透镜411及其对应的4个像素单元，第一阻光层421和第二阻光层422以外，还包括：保护层441，该保护层441位于第一阻光层421上方。

可选地，如图18所示，该指纹识别单元401还包括：红外滤光层450，该红外滤光层450形成于保护层441的表面，用于截止红外光信号。

进一步地，在该红外滤光层450上方，该指纹识别单元401还包括：粘附层470，用于连接第二阻光层422和红外滤光层450。

可选地，该粘附层470可以为涂覆于红外滤光层450上方的光学高透过率有机材料层，其可以通过半导体旋涂工艺和固化工艺实现。该粘附层470可以为表面平坦的平坦透明层，防止多层有机材料层形成的红外滤光层450产生的翘曲影响第二阻光层422的平坦度，从而防止影响成像效果。

继续参见图18，第二阻光层422上方还形成有第一透明介质层444，该第一透明介质层444可以通过半导体旋涂工艺与固化工艺形成于第二阻光层422上方并填充该第二阻光层422中的通光小孔，通过设置该第一透明介质层444的高度，可以为传感器芯片中的像素单元提供一定的聚焦距离。

可选地，该指纹识别单元401还包括：颜色滤光层460，该颜色滤光层460设置于上述第一透明介质层444上方，连接第一透明介质层444和微透镜411。该颜色滤光层460用于通过目标波段的光信号，并截止除该目标波段的彩色光信号以外的其它非目标波段的光信号。同样的，该颜色滤光层包括但不限于是红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层或者白色滤光层，用于透过红光信号、蓝光信号、绿光信号或者白光信号。

具体地，本申请实施例中的保护层441、第一阻光层421、第二阻光层422、红外滤光层450、颜色滤光层460的相关技术方案可以参见上文图15中的相关描述，此处不再赘述。

以上描述了本申请提出的各种指纹识别装置的结构以及其中参数的约束条件，下述表1和表2示出了几种具体实施例的指纹识别装置中参数的数值以及约束条件数值，其中，表1中各参数的单位均为微米(μm)，且表2中P_b参数的单位为μm。

表1

如表1所示，其中第一类中的实施例1和实施例2可以对应于图16至图18中的指纹识别单元401及其指纹识别装置400，第二类中的实施例3至实施例7可以对应于图13至图15中的指纹识别单元401及其指纹识别装置400。

基于表1的参数的取值，下述表2示例性给出了各种实施例中不同约束条件的计算值。

表2

如表2所示，也可以利用表2中涉及的约束值来设计指纹识别装置中的参数，而不局限于表1中各实施例列举的具体参数。

需要说明的是，本申请实施例并不局限于上述具体数值，本领域技术人员可以根据实际的光路设计需求确定各个参数的具体数值。例如，上述参数可以精确到小数点后的三位数或四位数。

基于上述实施例，图19示出了指纹识别装置采集的图像的衬度和亮度随ROC/Z₁变化的曲线图，图20示出了三种ROC/Z₁约束条件下采集图像的示意图。可以理解的是，图像衬度表征的是图像中明暗程度的差异，也可以理解为图像的对比度。

如图19所示，随着ROC/Z₁的增大，图像亮度增高，但图像衬度先增大后减小，在ROC/Z₁≈0.47处，图像衬度最大。进一步通过图20可以看出，ROC/Z₁＝0.47时，图像的亮度以及对比度较高，图像成像效果最优，ROC/Z₁较大或者较小，图像过亮或者过暗，图像的对比度较差，图像成像效果较差。

类似地，图21示出了指纹识别装置采集的图像的衬度和亮度随D₁/CA变化的曲线图，图22示出了三种D₁/CA约束条件下采集图像的示意图。

如图21所示，随着D₁/CA的增大，图像亮度增高，但图像衬度减小，综合考虑图像亮度和衬度，选择D₁/CA可以取值在上述0.08至0.18之间，较优的，D₁/CA可以取值为0.13。进一步通过图22可以看出，D₁/CA＝0.13时，图像成像效果最优，D₁/CA较大或者较小，图像成像效果较差。

此处需要说明的是，上述图19至图22仅为示例性说明，不应对本申请实施方案造成限制。

以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

例如，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

又例如，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

应理解，在本申请的各种方法实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

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识别装置，其中，该指纹识别装置设置于显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。

该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备。例如，所述电子设备可以是图1中所示的电子设备10。

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(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。

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

1.一种指纹识别装置，其特征在于，适用于显示屏的下方以实现屏下光学指纹识别，所述指纹识别装置包括呈阵列分布的多个指纹识别单元，所述多个指纹识别单元中的每个指纹识别单元包括：

微透镜；

至少一阻光层，所述至少一阻光层中每一层阻光层均设置有通光小孔，且在所述至少一阻光层的底层阻光层中设置有N个通光小孔，其中，所述微透镜的曲率半径ROC与所述底层阻光层的下表面至所述微透镜的下表面的深度距离Z₁满足0.25≤ROC/Z₁≤0.75，且所述底层阻光层中每个通光小孔的中心至所述微透镜在所述底层阻光层上投影的中心的距离S₁与所述底层阻光层的下表面至所述微透镜的下表面的深度距离Z₁满足0＜S₁/Z₁≤1，以形成不同倾斜方向的N个导光通道，N为大于1的正整数；

N个像素单元，设置在所述至少一阻光层下方，所述N个像素单元一一对应的设置于所述N个导光通道的底部；

其中，从所述显示屏上方的手指反射或散射后返回的指纹光信号通过所述微透镜会聚后，其中不同倾斜方向的N个目标指纹光信号分别经过所述N个导光通道传输至所述N个像素单元，所述N个目标指纹光信号用于检测该手指的指纹信息以进行指纹识别。

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜的曲率半径ROC与所述底层阻光层的下表面至所述微透镜的下表面之间的深度距离Z₁满足0.4≤ROC/Z₁≤0.6。

3.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述底层阻光层中每个通光小孔的位置满足0.2≤S₁/Z₁≤0.5。

4.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与所述微透镜的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4。

5.根据权利要求4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与所述微透镜的最大口径CA满足0.08≤D₁/CA≤0.18。

6.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层为多层阻光层，所述多层阻光层中除所述底层阻光层外，第i层阻光层中每个通光小孔的位置满足0≤S_i/Z₁≤1，其中，S_i为所述第i层阻光层中每个通光小孔的中心至所述微透镜在所述第i层阻光层上投影的中心的距离。

7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第i层阻光层中每个通光小孔的位置满足0.2≤S_i/Z₁≤0.5。

8.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b与所述指纹识别装置中像素单元的排列周期P_a满足1＜P_b/P_a≤4。

9.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，P_b/P_a＝2，N＝4。

10.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b满足5μm≤P_b≤40μm。

11.根据权利要求10所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b满足10μm≤P_b≤30μm。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：保护层；

所述保护层设置于所述底层阻光层上方，且与所述底层阻光层、所述N个像素单元一起集成于传感器芯片中。

13.根据权利要求12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层为两层阻光层，所述两层阻光层中的顶层阻光层中设置有一个通光小孔，所述多个导光通道在所述顶层阻光层中的通光小孔重合。

14.根据权利要求13所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：红外滤光层，

所述红外滤光层为镀膜生长于所述传感器芯片表面的滤光层，用于截止红外光。

15.根据权利要求14所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：粘附层，

所述粘附层为涂覆于所述红外滤光层表面的平坦透明层，所述顶层阻光层设置于所述粘附层上方。

16.根据权利要求15所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

第一透明介质层，设置于所述顶层阻光层上方并填充所述顶层阻光层中的通光小孔。

17.根据权利要求16所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

颜色滤光层，设置于所述微透镜与所述第一透明介质层之间，所述颜色滤光层包括红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层或者白色滤光层。

18.根据权利要求12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层为两层阻光层，所述两层阻光层中的顶层阻光层设置有一一对应于所述N个像素单元的N个通光小孔。

19.根据权利要求18所述的指纹识别装置，其特征在于，所述顶层阻光层设置于所述保护层的上表面。

20.根据权利要求19所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

第二透明介质层，设置于所述顶层阻光层上方并填充所述顶层阻光层中的通光小孔。

21.根据权利要求20所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：红外滤光层，

所述红外滤光层为镀膜生长于所述第二透明介质层表面的滤光层，用于截止红外光。

22.根据权利要求21所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

颜色滤光层，设置于所述红外滤光层上方，所述颜色滤光层包括红色滤光层、蓝色滤光层、绿色滤光层或者白色滤光层。

23.根据权利要求22所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

第三透明介质层，设置于所述微透镜与所述颜色滤光层之间。

24.根据权利要求1至11中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层中的通光小孔为圆形通光小孔或者为圆角矩形孔，所述微透镜为球面透镜或者为非球面透镜。

25.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏；以及

根据权利要求1至24中任一项所述的指纹识别装置，所述指纹识别装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。

26.一种指纹识别装置，其特征在于，适用于显示屏的下方以实现屏下光学指纹识别，所述指纹识别装置包括呈阵列分布的多个指纹识别单元，所述多个指纹识别单元中的每个指纹识别单元包括：

微透镜；

至少一阻光层，所述至少一阻光层中每一层阻光层均设置有通光小孔，且在所述至少一阻光层的底层阻光层中设置有N个通光小孔，其中，所述底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与所述微透镜的最大口径CA满足0.02≤D₁/CA≤0.4，且所述微透镜的曲率半径ROC与所述底层阻光层的下表面至所述微透镜的下表面的深度距离Z₁满足0.25≤ROC/Z₁≤0.75，以形成不同倾斜方向的N个导光通道，N为大于1的正整数；

27.根据权利要求26所述的指纹识别装置，其特征在于，所述底层阻光层中每个通光小孔的最大口径D₁与所述微透镜的最大口径CA满足0.08≤D₁/CA≤0.18。

28.根据权利要求26所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜的曲率半径ROC与所述底层阻光层的下表面至所述微透镜的下表面之间的深度距离Z₁满足0.4≤ROC/Z₁≤0.6。

29.根据权利要求28所述的指纹识别装置，其特征在于，所述底层阻光层中每个通光小孔的中心至所述微透镜在所述底层阻光层上投影的中心的距离S₁与所述底层阻光层的下表面至所述微透镜的下表面的深度距离Z₁满足0＜S₁/Z₁≤1。

30.根据权利要求29所述的指纹识别装置，其特征在于，所述底层阻光层中每个通光小孔的位置满足0.2≤S₁/Z₁≤0.5。

31.根据权利要求28所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层为多层阻光层，所述多层阻光层中除所述底层阻光层外，第i层阻光层中每个通光小孔的位置满足0≤S_i/Z₁≤1，其中，S_i为所述第i层阻光层中每个通光小孔的中心至所述微透镜在所述第i层阻光层上投影的中心的距离。

32.根据权利要求31所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第i层阻光层中每个通光小孔的位置满足0.2≤S_i/Z₁≤0.5。

33.根据权利要求26所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b与所述指纹识别装置中像素单元的排列周期P_a满足1＜P_b/P_a≤4。

34.根据权利要求33所述的指纹识别装置，其特征在于，P_b/P_a＝2，N＝4。

35.根据权利要求33所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b满足5μm≤P_b≤40μm。

36.根据权利要求35所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置中微透镜的排列周期P_b满足10μm≤P_b≤30μm。

37.根据权利要求26至36中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：保护层；

38.根据权利要求37所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层为两层阻光层，所述两层阻光层中的顶层阻光层中设置有一个通光小孔，所述多个导光通道在所述顶层阻光层中的通光小孔重合。

39.根据权利要求38所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：红外滤光层，

40.根据权利要求39所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：粘附层，

41.根据权利要求40所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

42.根据权利要求41所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

43.根据权利要求37所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层为两层阻光层，所述两层阻光层中的顶层阻光层设置有一一对应于所述N个像素单元的N个通光小孔。

44.根据权利要求43所述的指纹识别装置，其特征在于，所述顶层阻光层设置于所述保护层的上表面。

45.根据权利要求44所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

46.根据权利要求45所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：红外滤光层，

47.根据权利要求46所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

48.根据权利要求47所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别单元还包括：

49.根据权利要求26至36中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一阻光层中的通光小孔为圆形通光小孔或者为圆角矩形孔，所述微透镜为球面透镜或者为非球面透镜。

50.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏；以及

根据权利要求26至49中任一项所述的指纹识别装置，所述指纹识别装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。