CN210072645U - 用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构及电子设备，该Microlens光路结构包括Microlens阵列、消杂光光阑、视场光阑、光电感应器及红外滤光片。本实用新型基于芯片上Microlens收集光强的工作方式，增加消杂光光阑、视场光阑、光学填充材料，并在Microlens外增加红外滤光片，通过视场光阑和消杂光光阑结构来调整Microlens的可视视场和防止杂光干扰，实现了超薄间距下的OLED屏下指纹图像采集。
Description
技术领域
本实用新型属于图像采集技术领域，具体涉及一种用于OLED 屏幕指纹识别的Microlens光路结构及电子设备。
背景技术
Microlens结构在芯片领域常用于照相机的CMOS感应芯片上，在每个像素点上匹配一个Microlens，将照相机镜头像面的光线收集传输到每个像素点的光电转换区上。由于单个像素点的光电转换区尺寸小于像素点尺寸，使用Microlens能够能够将像素点尺寸区域的光线汇聚到光电转换区上，增加光电转换区的光照强度，从而增加光电转换区上的光信号强度。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，以实现超薄型的光学指纹采集功能的指纹解锁芯片方案。
为实现上述目的，本实用新型提供一种用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，包括：
Microlens阵列，由多个Microlens单元呈一定间距排布组成，其用于将经OLED屏幕识别区域反射的入射光线汇集至光电感应器上；
消杂光光阑，设置于所述Microlens单元的曲面下方，其用于穿过所述Microlens阵列的入射光线穿过消杂光光阑孔且吸收入射到各个Microlens单元之间非接触区域的入射光线；
视场光阑，设置于所述Microlens阵列的像面位置，其用于穿过所述消杂光光阑的入射光线穿过视场光阑孔且吸收入射到所述视场光阑的非通光孔径区域的入射光线；以及
光电感应器，由多个像素点光电转换区组成，其用于对穿过所述视场光阑并照射到所述像素点光电转换区的入射光线进行感应。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述Microlens阵列与所述光电感应器之间填充有光学填充材料。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述消杂光光阑置于所述光学填充材料区域，且消杂光光阑孔填充有光学填充材料。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述视场光阑置于所述光学填充材料区域，且视场光阑孔填充有光学填充材料。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述视场光阑通过调节孔径控制所述Microlens阵列对应的物面区域。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述Microlens单元与消杂光光阑孔、视场光阑孔及像素点光电转换区一一对应且同轴设置。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述视场光阑孔径和消杂光光阑孔径阵列参数与Microlens阵列参数相同。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述消杂光光阑孔径等于或微小于Microlens单元口径。
作为上述Microlens光路结构的进一步改进，所述Microlens阵列与OLED屏幕之间设置有与Microlens阵列呈一定间距的红外滤光片。
本实用新型还提出了一种基于OLED屏幕指纹识别的电子设备，包括：
OLED屏幕，用于利用所述OLED屏幕中的发光器件发出光线，并在所述OLED屏幕上表面进行反射，形成入射光线；
Microlens光路结构，设置于所述OLED屏幕下方，其用于采用上述Microlens光路结构对所述入射光线进行光学处理并获取图像信息。
本实用新型的有益效果是：本实用新型基于芯片上Microlens收集光强的工作方式，增加消杂光光阑、视场光阑、光学填充材料，并在Microlens外增加红外滤光片，通过视场光阑和消杂光光阑结构来调整Microlens的可视视场和防止杂光干扰，实现了超薄间距下的 OLED屏下指纹图像采集。
附图说明
图1为本实用新型的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构示意图；
图2为本实用新型中OLED屏幕上表面物面区域反光示意图；
图3为本实用新型中的光路的图像采集示意图；
图4为本实用新型中的Microlens阵列结构示意图；
图5为本实用新型中的消杂光光阑结构示意图；
图6为本实用新型中的视场光阑结构示意图；
图7为本实用新型中的光路传输示意图；
图8为本实用新型中基于OLED屏幕指纹识别的电子设备结构示意图。
其中附图标记为：手指100，谷脊101，OLED屏幕200，发光阵列2010，手机按键210，手机相关传感器220，指纹识别感应区299，红外滤光片300，Microlens阵列400，消杂光光阑500，光学填充材料600，视场光阑700，光电感应器800，光电转换区810，DAF胶、 FPC线缆1010，补强钢板1020。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例的主要解决方案为：
如图1所示，一种用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，包括：
Microlens阵列，由多个Microlens单元呈一定间距排布组成，其用于将经OLED屏幕识别区域反射的入射光线汇集至光电感应器上；
消杂光光阑，设置于所述Microlens单元的曲面下方，其用于穿过所述Microlens阵列的入射光线穿过消杂光光阑孔且吸收入射到各个Microlens单元之间非接触区域的入射光线；
视场光阑，设置于所述Microlens阵列的像面位置，其用于穿过所述消杂光光阑的入射光线穿过视场光阑孔且吸收入射到所述视场光阑的非通光孔径区域的入射光线；以及
光电感应器，由多个像素点光电转换区组成，其用于对穿过所述视场光阑并照射到所述像素点光电转换区的入射光线进行感应。
本实用新型通过将光路中的Microlens阵列400、消杂光光阑500、视场光阑700、光学填充材料600集成加工在光电感应器800上，并设置红外滤光片300在OLED屏幕200下方；其中红外滤光片300 对外界传播过来的红外干扰予以滤除，Microlens阵列400与光电感应器800之间的光路结构器件对OLED屏幕200上表面的图像信息进行光学上的筛选和杂光滤除，从而实现OLED屏幕200上表面的图像信息在光电感应器800上进行图像采集。
本实用新型的Microlens光路结构工作在OLED屏幕200下，其采集图像光强信息的物面为OLED屏幕200的上表面的反射光线，如图2所示，OLED屏幕200中的发光阵列2010发出光线201a、202a，其中201a表示经过屏幕上表面反射后，与屏幕法线成大角度的光线， 202a表示经过屏幕上表面反射后与屏幕法线呈小角度的光线。
在本实用新型的一个可选实施例中，光电感应芯片上集成的光路结构中的Microlens阵列400方式如图4所示，Microlens阵列400由多个Microlens单元呈一定间距均匀排布组成，各个Microlens单元之间存在有非接触区域。单个Microlens单元的口径φ为：5μm≤φ≤ 12μm；单个Microlens单元的F数FNo.为：1.2≤FNo.≤2；Microlens 单元与光电感应器800之间的距离小于50μm，以之实现超薄型的光学指纹采集功能的指纹解锁芯片方案。
如图3所示，在Microlens阵列400投影到OLED屏幕200上表面的区域为可识别区域，其中手指100按在OLED屏幕200上时，由于指纹的谷脊101存在高度差，在与OLED屏幕200上表面接触时存在紧密接触和有空气间隔，导致OLED屏幕200发出的光线在该区域的反射光强度存在差异，本实用新型即对该区域的光强进行过滤筛选，对OLED屏幕200上表面的指纹图像信息进行采集。
Microlens阵列400的物面区域为OLED屏幕200玻璃的上表面，该物面通过Microlens阵列400后，成像在Microlens阵列400与光电感应器800之间的光学填充材料600区域。
经OLED屏幕200识别区域反射的穿过红外滤光片300的入射光线照射到Microlens单元的曲面，按斯涅尔定律进行光线传播，在视场光阑700处成像。
在本实用新型的一个可选实施例中，在Microlens阵列400与光电感应器800之间填充有光学填充材料600，并设置有两层光阑结构，包括消杂光光阑500和视场光阑700；消杂光光阑500置于所述光学填充材料600区域，且消杂光光阑孔填充有光学填充材料600；视场光阑700置于所述光学填充材料600区域，且视场光阑孔填充有光学填充材料600。
消杂光光阑500位于Microlens阵列400下方，其由黑色吸光物质构成，结构如图5所示，其用于限制Microlens阵列400之间的非接触区域的光线透过，为第一道防杂光结构。
视场光阑700位于Microlens阵列400的共轭像面位置，其结构如图6所示，其作用是通过调节视场光阑孔径来控制Microlens阵列 400的视场角度Fov，即控制物面的区域范围，只有穿过消杂光光阑 500后的光线，再穿过视场光阑700后，才能到达光电感应器800上，被像素点光电转换区810感应。视场光阑700为黑色的吸光物质构成，通过设置视场光阑孔径的大小，以之控制该Microlens阵列400在 OLED屏幕200上表面的物面区域，调节Microlens阵列400的视场角Fov，Microlens阵列400的最大视场角Fov为36°。本实施例中Microlens阵列400的视场角Fov＝20°，F数为FNo.＝2，Microlens 阵列400的φ＝8μ。
本实用新型的Microlens光路结构中，每个Microlens单元与消杂光光阑孔、视场光阑孔及像素点光电转换区810一一对应且同轴设置。视场光阑孔径和消杂光光阑孔径阵列参数与Microlens阵列参数相同。消杂光光阑孔径等于或微小于Microlens单元口径。
在本实用新型的一个可选实施例中，Microlens阵列400与OLED 屏幕200之间设置有与Microlens阵列400呈一定间距的红外滤光片 300，Microlens阵列400与红外滤光片300之间有空气间隙，外界的红外干扰光线在经过红外滤光片300时被反射。
本实用新型的Microlens光路结构的工作原理为：
OLED屏幕200发出的光线在屏幕可识别区域进行反射，其中 201a、201b为大角度光线示例，202a为该识别区域反射的小角度光线示例。OLED屏幕200上表面反射的光线穿过OLED屏幕200后，再穿过红外滤光片300，在往下到达Microlens阵列400区域。
大角度光线201a照射到在Microlens阵列400之间的区域，被消杂光光阑500吸收；小角度光线202a和部分大角度光线201b在穿过 Microlens 400后在光学填充材料600中继续向下传输；
部分大角度光线201b在传输到视场光阑700时，该光线的共轭像点位于该视场光阑700的非通光孔径区域，在视场光阑700上被吸收。同时小角度光线202a在视场光阑700的共轭像点位于视场光阑 700的同光孔径内，继续向下传播。
小角度光线202a穿过光学填充材料600后到达光电感应器800 上，照射到感应芯片像素点上光电转换区810，实现光电信息的转换，进而得到该Microlens对应的物面区域的光强图像信息。
Microlens阵列400中所有的Microlens单元将对应区域的光强信息汇集到光电感应器800上，从而得到整个Microlens阵列400面对应物面区域的图像光强信息，如图7所示。
基于上述实施例中的Microlens光路结构，本实用新型还提供了一种基于OLED屏幕指纹识别的电子设备，如图8所示，包括：
OLED屏幕，用于利用所述OLED屏幕中的发光器件发出光线，并在所述OLED屏幕上表面进行反射，形成入射光线；
Microlens光路结构，设置于所述OLED屏幕下方，其用于采用上述实施例中的的Microlens光路结构对所述入射光线进行光学处理并获取图像信息。
本实用新型实现了超薄的OLED屏下采集光路，作为OLED屏下指纹识别的图像采集系统及电子装置的光路方式之一，可以应用于终端设备的其中一种堆叠方式，如图8所示。整个指纹图像采集系统安装在手机OLED屏幕200下，手机OLED屏幕200外侧设置有手机按键210及手机相关传感器220，当手指按在OLED屏幕上方的指纹识别感应区299时，在光电感应器800上采集到的图像即为 Microlens阵列区域正对于屏幕区域上的光强信息，并将该光强信息转换成灰阶图像提供给指纹识别设备进行后续的分析和处理；光电感应器800通过DAF胶、FPC线缆1010等固定在补强钢板1020上。
本实用新型还会有各种变化和改进，如Microlens形状、消杂光光阑形状、视场光阑形状的变化和改进，都落入要求保护的本实用新型范围内。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，包括：
Microlens阵列，由多个Microlens单元呈一定间距排布组成，其用于将经OLED屏幕识别区域反射的入射光线汇集至光电感应器上；
消杂光光阑，设置于所述Microlens单元的曲面下方，其用于穿过所述Microlens阵列的入射光线穿过消杂光光阑孔且吸收入射到各个Microlens单元之间非接触区域的入射光线；
视场光阑，设置于所述Microlens阵列的像面位置，其用于穿过所述消杂光光阑的入射光线穿过视场光阑孔且吸收入射到所述视场光阑的非通光孔径区域的入射光线；以及
光电感应器，由多个像素点光电转换区组成，其用于对穿过所述视场光阑并照射到所述像素点光电转换区的入射光线进行感应。
2.如权利要求1所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述Microlens阵列与所述光电感应器之间填充有光学填充材料。
3.如权利要求2所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述消杂光光阑置于所述光学填充材料区域，且消杂光光阑孔填充有光学填充材料。
4.如权利要求3所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述视场光阑置于所述光学填充材料区域，且视场光阑孔填充有光学填充材料。
5.如权利要求3所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述视场光阑通过调节孔径控制所述Microlens阵列对应的物面区域。
6.如权利要求1-5任一所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述Microlens单元与消杂光光阑孔、视场光阑孔及像素点光电转换区一一对应且同轴设置。
7.如权利要求6所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述视场光阑孔径和消杂光光阑孔径阵列参数与Microlens阵列参数相同。
8.如权利要求7所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述消杂光光阑孔径等于或微小于Microlens单元口径。
9.如权利要求8所述的用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构，其特征在于，所述Microlens阵列与OLED屏幕之间设置有与Microlens阵列呈一定间距的红外滤光片。
10.一种基于OLED屏幕指纹识别的电子设备，其特征在于，包括：
OLED屏幕，用于利用所述OLED屏幕中的发光器件发出光线，并在所述OLED屏幕上表面进行反射，形成入射光线；
Microlens光路结构，设置于所述OLED屏幕下方，其用于采用如权利要求1-9所述的Microlens光路结构对所述入射光线进行光学处理并获取图像信息。
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| CN201921203873.7U CN210072645U (zh) | 2019-07-29 | 2019-07-29 | 用于OLED屏幕指纹识别的Microlens光路结构及电子设备 |
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Cited By (2)
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| WO2023206974A1 (zh) * | 2022-04-26 | 2023-11-02 | 上海禾赛科技有限公司 | 封装结构及其封装方法、光电装置、接收单元、激光雷达 |
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