CN207557977U - 光路调制器、指纹识别装置和终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光路调制器，所述光路调制器包括上表面、下表面以及形成在所述上表面与所述下表面之间的通孔阵列，所述通孔阵列包括多个倾斜通孔，其中每个倾斜通孔的倾斜角度大于0°，所述倾斜角度为所述倾斜通孔的轴线方向与垂直于所述光路调制器表面的法线方向之间的夹角。由于该光路调制器具有由倾斜通孔组成的通孔阵列，在相同孔深的情况下，可以得到更薄的光路调制器的厚度。并且，通过调整光路调制器里边的倾斜通孔的倾斜角度，可以有效地改变光路的传播路径和角度，使其对光路的调制更为灵活。

Description

光路调制器、指纹识别装置和终端设备

技术领域

本申请涉及生物识别技术领域，更具体地，涉及一种光路调制器、指纹识别装置和终端设备。

背景技术

随着具有大屏占比的全面屏的广泛应用，移动终端对屏下指纹识别的设计需求越来越多；传统电容式指纹识别技术面临穿透能力的限制，难以应用在屏下指纹识别系统，而光学指纹识别技术可以较好地突破了显示屏和玻璃厚度的限制，因此具有较好的应用前景。

光学指纹识别系统通常采用光学通路调制器(后面简称光路调制器)对向下传输的光线进行导引，实现将手指反射的反射光导引至光学检测单元，从而光学检测单元利用手指纹路对光的反射差异可以获取到指纹图像，并根据对指纹特征点的匹配验证，在终端设备比如手机上实现指纹识别。然而，终端设备的薄型化对于屏下光学指纹模组的整体厚度有较为严格的要求，并且受制于目前的半导体刻蚀工艺，在一定程度上限制了光路调制器的光路调制和光学成像效果。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光路调制器、指纹识别装置和终端设备，能够在保证有效的光路调制的同时，具有更小的厚度。

第一方面，提供了一种光路调制器，所述光路调制器包括上表面、下表面以及形成在所述上表面与所述下表面之间的通孔阵列，所述通孔阵列包括多个倾斜通孔，其中每个倾斜通孔的倾斜角度大于0°，所述倾斜角度为所述倾斜通孔的轴线方向与垂直于所述光路调制器表面的法线方向之间的夹角。

因此，本申请实施例的光路调制器具有由倾斜通孔组成的通孔阵列，在相同孔深的情况下，可以使该光路调制器具有更小的厚度。换句话说，倾斜通孔在保证相同的孔深宽比的情况下，可以得到更薄的光路调制器的厚度。并且，通过调整光路调制器里边的倾斜通孔的倾斜角度，可以有效地改变光路的传播路径和角度，使其对光路的调制更为灵活。

在一些可能的实现方式中，所述倾斜通孔的倾斜角度大于0°且小于40°。

在一些可能的实现方式中，所述倾斜通孔为圆形通孔、椭圆形通孔或者方形通孔。

在一些可能的实现方式中，所述光路调制器形成在硅基片、碳化硅基片、氧化硅基片或者氮化物基片。

第二方面，提供了一种指纹识别装置，包括光路调制器以及设置在所述光路调制器下方的光学检测单元，其中，所述光路调制器包括基片以及形成在所述基片并贯穿所述基片的通孔阵列，所述通孔阵列包括多个倾斜通孔，其中每个倾斜通孔的倾斜角度大于0°，所述倾斜角度为所述倾斜通孔的轴线方向与垂直于所述光路调制器表面的法线方向之间的夹角。

在一些可能的实现方式中，所述光路调制器的倾斜通孔的倾斜角度大于0°且小于40°。

在一些可能的实现方式中，所述光学检测单元包括具有多个光学感应单元的感应阵列，其中所述倾斜通孔将入射光导引至其下方的光学感应单元。

在一些可能的实现方式中，所述光路调制器的每一个倾斜通孔分别对应所述感应阵列的其中一个光学感应单元。

在一些可能的实现方式中，所述光路调制器的倾斜通孔与所述感应阵列的光学感应单元为非一一对应的关系。

在一些可能的实现方式中，所述感应阵列的每一个光学感应单元分别对应于所述光路调制器的多个倾斜通孔。

在一些可能的实现方式中，所述光路调制器的倾斜通孔采用不规则排列的方式来实现跟所述感应阵列的光学感应单元之间非特定的对应关系。

在一些可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括滤光层，所述滤光层与所述光路调制器重叠设置。

在一些可能的实现方式中，所述光路调制器和所述光学检测单元封装在同一个光学指纹芯片。

第三方面，提供了一种终端设备，该终端设备包括显示屏以及上述第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的指纹识别装置，其中，所述指纹识别装置设置在所述显示屏的下方。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏为自发光显示屏，且所述指纹识别装置采用所述自发光显示屏的自发光显示单元作为光学指纹检测的激励光源，且所述指纹识别装置的指纹识别区域位于所述显示屏的至少部分显示区域。

附图说明

图1是本申请实施例可以适用的终端设备的结构示意图。

图2是图1中的光学指纹装置的一个具体的示意图。

图3是根据本申请实施例的光路调制器的示意性结构图。

图4是本申请实施例的指纹检测装置的示意性框图。

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医疗诊断产品等，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，本申请实施例涉及的指纹识别方法、指纹识别装置以及指纹识别芯片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终端设备；更具体地，在上述终端设备中，指纹识别系统可以具体为光学指纹系统，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。

如图1所示为本申请实施例可以适用的终端设备的结构示意图，该终端设备100的光学指纹系统包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，所述光学指纹装置130至少设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述光学指纹装置130可以具体为光学指纹传感器，其包括具有多个光学感应单元的感应阵列，所述感应阵列所在区域为所述光学指纹装置130的指纹识别区域103。如图1所示，所述指纹识别区域103位于所述显示屏120的显示区域102之中，因此，使用者在需要对所述终端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所述显示屏120的指纹识别区域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终端设备100无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即所述显示屏120的显示区域102可以基本扩展到整个终端设备100的正面。

作为一种优选的实施例中，所述显示屏120可以为自发光显示屏，其采用具有自发光显示单元的作为显示像素，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，所述光学指纹装置130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹识别区域103的OLED显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。并且，所述光学指纹装置130的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，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元。当手指触摸、按压或者接近(为便于描述，本申请统称为触摸)在所述指纹识别区域103时，所述指纹识别区域103的显示单元发出的光线在手指表面的指纹发生反射并形成反射光，其中所述手指指纹的纹脊和纹谷的反射光是不同的，反射光从所述显示屏120并被所述光探测器阵列所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号。基于所述指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在所述终端设备100实现光学指纹识别功能。

在其他替代实施例中，所述光学指纹装置130也可以设置在所述显示屏120下方的整个区域，从而将所述指纹识别区域103扩展到整个所述显示屏120的整个显示区域102，实现全屏指纹检测。或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述终端设备100内部的预定区域，比如所述终端设备100的边缘区域，并在所述显示屏120下方设置导光结构来将手指表面的反射光导引到所述光学指纹装置130的感应阵列。

应当理解的是，在具体实现上，所述终端设备100还包括透明保护盖板110，所述盖板110可以具体为透明盖板，比如玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述终端设备100的正面。因此，本申请实施例中，所谓的手指触摸、按压或者接近在所述显示屏120实际上是指手指触摸、按压或者接近在所述显示屏120上方的盖板110或者覆盖所述盖板110的保护层表面。另外，所述终端设备100还可以包括触摸传感器，所述触摸传感器可以具体为触控面板，其可以设置在所述显示屏120表面，也可以部分或者整体集成到所述显示屏120内部，即所述显示屏120具体为触控显示屏。

作为一种可选的实现方式，如图1所示，所述光学指纹装置130包括光学检测单元134和光学组件132，所述光学检测单元134包括所述感应阵列以及与所述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)；所述光学组件132可以设置在所述光学检测单元134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、光路调制器以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述光路调制器可以采用具有高深宽比的通孔阵列，主要用于对向下传播的光线进行准直和调制等，实现从手指表面反射回来的反射光导引至所述感应阵列进行光学检测。

图2示出了图1中的光学指纹装置130，其中包括光学组件132和光学检测单元134，光学组件132包括光路调制器和滤光层，显示屏发出的光线在该显示屏上方的待检测手指表面发生反射，该光路调制器通过其通孔阵列对从手指表面反射回来的反射光进行准直和调制，并将反射光导引至滤光层，该反射光经过滤光层的滤波后被光学检测单元134接收，光学检测单元134可以进一步对接收到的该反射光进行检测，以实现指纹识别。应当理解，图2所示的光学指纹装置130仅是一种示例性的结构，在具体实现上，该光学组件132的滤光层的位置并不局限在光路调制器的下方；比如，在一种替代实施例中，该滤光层也可以设置在光路调制器和显示屏之间，即位于光路调制器上方；或者，光学组件132可以包括两层滤光层，二者分别设置在光路调制器的上方和下方。在其他替代实施例中，该滤光层也可以集成到光路调制器内部，甚至也可以省略掉，本申请对此不做限制。

在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光学检测单元134封装在同一个光学指纹芯片，也可以是作为与光学检测单元134相对独立的部件安装在光学指纹模组内部。其中，该光路调制器可以具体为在半导体硅片或者硅氧化物(比如二氧化硅)或氮化物(比如氮化硅)制作而成的准直器(Collimator)层或者透镜(Lens)层，其具有多个准直单元或者透镜单元，所述准直单元或者透镜单元可以作为光路调制器的调制单元，具体地，所述调制单元可以具体为具有高深宽比的小孔，从手指反射回来的反射光中，入射到所述调制单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，每一个光学感应单元基本上能够接收到其上方的小孔导引过来的指纹纹路的反射光，从而所述感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。

在所述光学指纹装置130中，光路调制器的每一个调制单元可以分别对应所述感应阵列的其中一个光学感应单元；可替代地，所述调制单元跟所述感应阵列的光学感应单元之间也可以采用非一一对应的关系来降低产生莫尔条纹干扰，比如一个光学感应单元可以对应于多个调制单元，或者，所述调制单元也可以采用不规则排列的方式来实现跟所述感应阵列的光学感应单元之间不具有特定的对应关系。当所述光路调制器的调制单元采用不规则排列方式时，所述光学指纹装置130可以通过后期软件算法来对每一个感应单元检测到的反射光线进行校正。

图3所示为本申请实施例的光路调制器300，该光路调制器300可以应用于指纹识别装置例如图1和图2中所示的光学指纹装置130，来作为显示屏和光学检测单元134之间的光路调制器。该光路调制器300可以用于将从手指表面反射回来的反射光导引至设置在该光路调制器300下方的光学检测单元，该光学检测单元可以用于对接收到的该反射光进行检测以获取手指的指纹图像。

其中，如图3所示，该光路调制器300包括上表面、下表面以及形成在所述上表面与所述下表面之间的通孔阵列。该通孔阵列包括多个倾斜通孔，其中每个倾斜通孔可以作为该光路调制器300的调制单元，用于对向该光路调制器300下方的光学检测单元传播的反射光进行准直和调制。具体地，该通孔阵列中的每个倾斜通孔的轴线方向与垂直于该光路调制器的法线方向之间的夹角a大于0°。为便于描述，本申请将上述夹角a定义为所述倾斜通孔的倾斜角度，即该光路调制器300的通孔阵列的倾斜角度a大于0°。另外，应当理解，上述准直实际上是指将光线进行导引以使得经过该光路调制器300的每一个通孔的反射光以预定角度(即上述大于0°的夹角a)倾斜地入射到该光学检测单元的感应阵列。

优选地，该倾斜通孔的倾斜角度a满足0°＜a＜40°。

该光路调制器300的材料对该指纹识别装置所使用的相应波段不透光，例如该光路调制器的材料可以为硅、硅的碳化物、硅的氧化物或氮化物等。

可选地，该光路调制器300的通孔阵列中的倾斜通孔可以为圆形通孔、椭圆形通孔或者方形通孔；也可以为其他任何形状的通孔，本申请对此不作限定。

因此，本申请实施例的光路调制器具有由倾斜通孔组成的通孔阵列，在相同孔深的情况下，可以使该光路调制器具有更小的厚度。换句话说，倾斜通孔在保证相同的孔深宽比的情况下，可以得到更薄的光路调制器的厚度。并且，通过调整光路调制器里边的倾斜通孔的倾斜角度，可以有效地改变光路的传播路径和角度，使其对光路的调制更为灵活。

另一方面，相较于采用垂直通孔的光路调制器，本实施例提供的采用具有倾斜角度的通孔来作为光路调制器300的调制单元，还可以避免在从手指表面反射回来的反射光直接垂直入射到光路调制器300下方的光学检测单元，并且在上述反射光传输过程中对噪声进行有效抑制，提高所述指纹检测装置的信噪比，从而有效改善指纹成像效果。

图4示出了本申请实施例的指纹识别装置400的示意性框图。该指纹识别装置400可以应用到如图1或图2所示的移动终端设备，如图4所示，该指纹识别装置400包括光路调制器410以及设置在所述光路调制器410下方的光学检测单元420。该光路调制器410例如可以为前述图3中所示的光路调制器300。

该光路调制器410包括基片以及形成在所述基片并贯穿所述基片的通孔阵列，所述通孔阵列包括多个倾斜通孔，其中每个倾斜通孔的倾斜角度大于0°，所述倾斜角度为所述倾斜通孔的轴线方向与垂直于所述光路调制器表面的法线方向之间的夹角。

可选地，所述光路调制器的倾斜通孔的倾斜角度大于0°且小于40°。

可选地，所述光学检测单元包括具有多个光学感应单元的感应阵列，其中所述倾斜通孔将入射光导引至其下方的光学感应单元。

可选地，所述光路调制器的每一个倾斜通孔分别对应所述感应阵列的其中一个光学感应单元。

可选地，所述光路调制器的倾斜通孔与所述感应阵列的光学感应单元为非一一对应的关系。

可选地，所述感应阵列的每一个光学感应单元分别对应于所述光路调制器的多个倾斜通孔。

可选地，所述光路调制器的倾斜通孔采用不规则排列的方式来实现跟所述感应阵列的光学感应单元之间非特定的对应关系。

可选地，所述指纹识别装置还包括滤光层，所述滤光层与所述光路调制器重叠设置。

可选地，所述光路调制器和所述光学检测单元封装在同一个光学指纹芯片。

本申请实施例还提供了一种终端设备，该终端设备可以包括显示屏和上述本申请实施例中的任意一种指纹识别装置，其中，所述指纹识别装置设置在所述显示屏的下方。

应理解，本申请实施例中的终端设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑等安装有指纹识别装置的电子设备，例如可以为安装有指纹识别芯片的手机。

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及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

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、装置和方法，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，该单元的划分，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。另一点，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，可以是电性，机械或其它的形式。

该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检测单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请实施例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实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请适合私利的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种光路调制器，其特征在于，所述光路调制器包括上表面、下表面以及形成在所述上表面与所述下表面之间的通孔阵列，所述通孔阵列包括多个倾斜通孔，其中每个倾斜通孔的倾斜角度大于0°，所述倾斜角度为所述倾斜通孔的轴线方向与垂直于所述光路调制器表面的法线方向之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的光路调制器，其特征在于，所述倾斜通孔的倾斜角度大于0°且小于40°。

3.根据权利要求1或2所述的光路调制器，其特征在于，所述倾斜通孔为圆形通孔、椭圆形通孔或者方形通孔。

4.根据权利要求1或2所述的光路调制器，其特征在于，所述光路调制器形成在硅基片、碳化硅基片、氧化硅基片或者氮化物基片。

5.一种指纹识别装置，其特征在于，包括光路调制器以及设置在所述光路调制器下方的光学检测单元，所述光路调制器包括基片以及形成在所述基片并贯穿所述基片的通孔阵列，所述通孔阵列包括多个倾斜通孔，其中每个倾斜通孔的倾斜角度大于0°，所述倾斜角度为所述倾斜通孔的轴线方向与垂直于所述光路调制器表面的法线方向之间的夹角。

6.根据权利要求5所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路调制器的倾斜通孔的倾斜角度大于0°且小于40°。

7.根据权利要求6所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光学检测单元包括具有多个光学感应单元的感应阵列，其中所述倾斜通孔将入射光导引至其下方的光学感应单元。

8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路调制器的每一个倾斜通孔分别对应所述感应阵列的其中一个光学感应单元。

9.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路调制器的倾斜通孔与所述感应阵列的光学感应单元为非一一对应的关系。

10.根据权利要求9所述的指纹识别装置，其特征在于，所述感应阵列的每一个光学感应单元分别对应于所述光路调制器的多个倾斜通孔。

11.根据权利要求9所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路调制器的倾斜通孔采用不规则排列的方式来实现跟所述感应阵列的光学感应单元之间非特定的对应关系。

12.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括滤光层，所述滤光层与所述光路调制器重叠设置。

13.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路调制器和所述光学检测单元封装在同一个光学指纹芯片。

14.一种终端设备，其特征在于，包括显示屏以及如权利要求5至13中任一项所述的指纹识别装置，其中，所述指纹识别装置设置在所述显示屏的下方。

15.根据权利要求14所述的终端设备，其特征在于，所述显示屏为自发光显示屏，且所述指纹识别装置采用所述自发光显示屏的自发光显示单元作为光学指纹检测的激励光源，且所述指纹识别装置的指纹识别区域位于所述显示屏的至少部分显示区域。