CN211349375U - 光学指纹装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种光学指纹装置和电子设备，该光学指纹装置用于设置在电子设备的显示屏的下方，包括：入射角转换结构，设置在所述显示屏的下方，用于将从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号转换为与第二光信号，其中，所述第一光信号为相对所述显示屏倾斜的光信号，所述第二光信号为相对所述显示屏垂直的光信号；光学组件设置在所述入射角转换结构的下方，用于接收所述第二光信号，并将所述第二光信号传输至光学传感器；光学传感器包括多个光学感应单元，设置在所述光学组件的下方，用于接收经所述光学组件传输的光信号，所述光信号用于获取所述手指的指纹信息。

Description

光学指纹装置和电子设备

本申请要求于2019年8月8日提交中国专利局、申请号为 PCT/CN2019/099822、申请名称为“指纹检测装置和电子设备”的PCT专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请实施例涉及光学指纹技术领域，并且更具体地，涉及光学指纹装置和电子设备。

背景技术

随着终端行业的高速发展，生物识别技术越来越受到人们重视，更加便捷的屏下生物特征识别技术，例如屏下光学指纹识别技术的实用化已成为大众所需。

屏下光学指纹识别技术是将光学指纹模组设置于显示屏下，通过采集光学指纹图像，实现指纹识别。随着终端产品的发展，对指纹识别性能的要求越来越高。因此，如何提升指纹识别的性能，成为一个亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光学指纹装置和电子设备，能够提升指纹识别性能。

第一方面，提供了一种光学指纹装置，用于设置在电子设备的显示屏的下方，包括：入射角转换结构，设置在所述显示屏的下方，用于将从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号转换为与第二光信号，其中，所述第一光信号为相对所述显示屏倾斜的光信号，所述第二光信号为相对所述显示屏垂直的光信号；光学组件设置在所述入射角转换结构的下方，用于接收所述第二光信号，并将所述第二光信号传输至光学传感器；光学传感器包括多个光学感应单元，设置在所述光学组件的下方，用于接收经所述光学组件传输的光信号，所述光信号用于获取所述手指的指纹信息。

在一些可能的实现方式中，所述入射角转换结构包括微棱镜阵列，所述微棱镜阵列包括多个微棱镜单元，每个微棱镜单元包括至少一个微棱镜，每个微棱镜包括至少一个第一入射面和至少一个第一出射面，所述第一入射面相对于所述显示屏的平面倾斜，所述第一出射面平行于所述显示屏的平面。

在一些可能的实现方式中，所述每个微棱镜单元包括一个微棱镜，一个微棱镜的下方设置有一个光学感应单元或一列光学感应单元；或

所述每个微棱镜单元包括呈中心对称分布的多个微棱镜，其中，所述多个微棱镜的下方设置有多个光学感应单元。

在一些可能的实现方式中，所述多个微棱镜的入射面相对于所述光学传感器平面的方向各不相同。

在一些可能的实现方式中，所述多个微棱镜包括四个微棱镜，所述四个微棱镜中的相邻微棱镜的入射面相对于所述光学传感器的方向角相差90度。

在一些可能的实现方式中，所述第一光信号与垂直于所述光学传感器的方向形成第一夹角

所述每个微棱镜的第一入射面和第一出射面形成第二夹角θ，其中，所述第一夹角

所述第二夹角θ，所述第一光信号的传播媒介的折射率n₁，所述微棱镜的折射率n₂满足如下关系：

在一些可能的实现方式中，所述每个微棱镜包括至少一个第一支撑面，所述至少一个第一支撑面设置有反射层。

在一些可能的实现方式中，所述第一光信号入射至所述第一入射面，进入所述微棱镜形成第三光信号，所述第三光信号在所述第一支撑面反射后再次入射到所述第一入射面，从所述第一入射面再次反射后，形成垂直出射的所述第二光信号，其中，所述第一光信号与垂直于所述光学传感器的方向形成第一夹角

所述每个微棱镜的第一入射面和第一出射面形成第二夹角θ，所述第三光信号与垂直于所述第一入射面的方向形成第三夹角α，所述第三光信号与平行于所述第一出射面的方向形成第四夹角β，其中，所述第一夹角

所述第二夹角θ，所述第三夹角α，所述第四夹角β，所述第一光信号的传播媒介的折射率n₁，所述微棱镜的折射率n₂满足如下关系：

β＝(90°-θ)+α

θ＝(90°-θ)+β。

在一些可能的实现方式中，所述光学指纹装置还包括：

透光涂层，设置在所述入射光转换结构的入射面，所述透光涂层包括至少一个第二入射面和至少一个第二出射面，其中，所述第一光信号从所述第二入射面进入所述透光涂层形成第四光信号，所述第四光信号从所述第二出射面出射，并入射至所述入射光转换结构，通过所述入射光转换结构转换为垂直出射的所述第二光信号。

在入射角转换结构的入射面设置高折射率的透光涂层，能够使得从手指返回的第一光信号在经过两次折射后，转换为垂直出射的光信号，一方面可以转换入射光的方向，使得正对所述入射光转换结构的入射面的光信号在该空气/透光涂层界面发生折射进而转换为垂直的光信号，最终到达光学传感器，另一方面，采用高折射率的透光涂层，在相同的入射角的情况下，所需的入射角转换结构的倾斜角更小，有利于降低入射角转换结构的厚度，进而降低光学指纹装置的整体厚度。

在一些可能的实现方式中，所述第二出射面与所述入射光转换结构的入射面平行，所述第二入射面和所述入射光转换结构的出射面平行，所述第一光信号与垂直于所述第二入射面的方向形成第一夹角

所述入射光转换结构的入射面和所述入射光转换结构的出射面形成第二夹角θ，所述第四光信号与垂直于所述入射光转换结构的入射面的方向形成第三夹角α，其中，所述第一夹角

所述第二夹角θ，所述第三夹角α，所述透光涂层的折射率n₀，所述第一光信号的传播媒介的折射率n₁和所述微棱镜的折射率n₂满足如下关系：

n₁sinα＝n₂sinθ。

在一些可能的实现方式中，所述透光涂层通过旋涂或喷涂方式制备在所述入射光转换结构的入射面。

在一些可能的实现方式中，所述透光涂层的所述至少一个第二入射面设置有抗反涂层和/或偏振涂层，其中，所述抗反射涂层用于降低所述第一光信号在所述至少一个第二入射面的反射率，所述偏振涂层用于选择所述第一光信号的偏振方向。

在一些可能的实现方式中，所述光学组件包括至少一挡光层和微透镜阵列，所述至少一挡光层设置在所述微透镜阵列下方，所述至少一挡光层中的每个挡光层中设置有开孔；

其中，所述微透镜阵列用于将接收的所述第二光信号通过所述至少一挡光层中的开孔传输至所述光学传感器。

在一些可能的实现方式中，所述至少一挡光层中包括第一挡光层，所述第一挡光层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置。

在一些可能的实现方式中，所述第一挡光层为所述光学传感器的金属层。

在一些可能的实现方式中，所述光学组件还包括：

滤光片，设置在以下位置中的至少一处：

所述入射角转换结构和所述微透镜阵列之间；

所述微透镜阵列和所述光学传感器之间。

在一些可能的实现方式中，所述光学组件包括直孔准直器，包括多个准直孔，所述光学传感器中的每个光学感应单元对应所述直孔准直器中的至少一个准直孔，其中，所述直孔准直器用于接收所述入射光转换结构转换的第二光信号，并通过所述直孔准直器中的准直孔传输至所述多个光学感应单元。

在一些可能的实现方式中，所述直孔准直单元通过所述光学感应单元的金属层和金属通孔层形成。

在一些可能的实现方式中，所述光学组件还包括：

滤光片，设置在以下位置中的至少一处：

所述入射角转换结构和所述直孔准直器之间；

所述直孔准直器和所述光学感应单元之间。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述光学指纹装置利用所述OLED显示屏的部分显示单元作为光学指纹检测的激励光源。

第二方面，提供了一种电子设备，包括：

显示屏；

以及第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的光学指纹装置，其中，所述光学指纹装置设置在所述显示屏的下方。

在一些可能的实现方式中，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述显示屏包括多个OLED光源，其中所述光学指纹装置采用至少部分OLED 光源作为光学指纹检测的激励光源。

本申请实施例的技术方案，通过在所述光学组件的上方设置入射角转换结构，从而可以将倾斜的入射光转换为垂直的入射光入射至光学组件，能够降低倾斜光入射导致的光损，进而能够提升光学传感器接收到光信号的信号量，从而能够缩短曝光时长，提升指纹识别速度。

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是图1所示的电子设备沿A’-A’的部分剖面示意图。

图3是基于倾斜光进行指纹检测的一种指纹检测装置的示意图。

图4是基于倾斜光进行指纹检测的另一种指纹检测装置的示意图。

图5是本申请实施例的光学指纹装置的示意框图。

图6是本申请实施例的光学指纹装置的一例示意性剖面图。

图7是微棱镜的工作原理的示意图。

图8是支撑面设置有反射涂层的微棱镜的工作原理的示意图。

图9是图6所示微棱镜组成的微棱镜阵列的立体图。

图10是图6所示的光学指纹装置的俯视方向的示意性结构图。

图11是本申请实施例的光学指纹装置的另一例示意性剖面图。

图12和图13是图11中的微棱镜单元的俯视图。

图14是本申请实施例的光学指纹装置的再一例示意性剖面图。

图15是本申请实施例的光学指纹装置的视场的示意性结构图。

图16是包括微棱镜阵列和透光涂层的光学指纹装置的一例示意剖面图。

图17是图16所示的结构的工作原理的示意图。

图18是包括微棱镜阵列和透光涂层的光学指纹装置的另一例示意剖面图。

图19是包括微棱镜阵列和透光涂层的光学指纹装置的再一例示意剖面图。

图20是根据本申请实施例的电子设备的示意性结构图。

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。

作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的指纹识别装置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。

图1和图2示出了本申请实施例可以适用的电子设备的示意图，其中，图1为电子设备10的定向示意图，图2为图1所示的电子设备10沿A’-A’的部分剖面结构示意图。

如图1至图2所示，所述电子设备10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设置在所述显示屏120下方的局部区域，例如，显示屏中间区域的下方。所述光学指纹装置130包括光学指纹传感器，所述光学指纹传感器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或者其感应区域为所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。

应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹装置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会聚或者反射等光路设计，可以使得所述光学指纹装置 130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹装置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，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹装置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，即所述显示屏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2所示，所述光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，所述光检测部分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)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器，所述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；所述光学组件 132可以设置在所述光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构以及其他光学元件，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，例如，干扰成像的红外光，而所述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引导至所述感应阵列进行光学检测。

在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134 封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。

其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述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，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述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所述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，从而所述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，所述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会聚到其下方的光检测部分134 的感应阵列，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹装置的视场，以提高所述光学指纹装置130的指纹成像效果。

在其他实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜 (Micro-Lens)层，所述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所述光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述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，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜会聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述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，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述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，所述显示屏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，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。当手指按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域103上方的目标手指发出一束光，该光在手指的表面发生反射形成反射光或者经过所述手指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。由于指纹的嵴(ridge)与峪(valley)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光和来自指纹峪的发射光具有不同的光强，反射光经过光学组件后，被光学指纹装置130中的感应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，从而在所述电子设备 10实现光学指纹识别功能。在其他实施例中，所述光学指纹装置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。

在其他实施例中，所述光学指纹装置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，所述光学指纹装置 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，所述终端设备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，所述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，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述终端设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹装置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所述光学指纹装置130；或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述背光模组下方，且所述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所述光学指纹装置130。在其他替代实现方式中，所述显示屏120也可以采用非自发光的显示屏，比如采用背光的液晶显示屏；在这种情况下，所述光学检测装置130便无法采用所述显示屏120的显示单元作为激励光源，因此需要在所述光学检测装置130内部集成激励光源或者在其外部设置激励光源来实现光学指纹检测，当采用所述光学指纹装置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，所述电子设备10还包括透明保护盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述电子设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏 120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。

另一方面，在某些实施例中，所述光学指纹装置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所述指纹检测区域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，所述光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的中间区域，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。也就是说，所述光学指纹装置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，从而将所述光学指纹装置130的指纹采集区域 103可以扩展到所述显示屏的中间部分的主要区域，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，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域130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。

可选地，在本申请一些实施例中，该光学指纹装置130还可以包括用于传输信号(例如所述指纹检测信号)的电路板，例如，所述电路板可以为柔性电路板(FlexiblePrinted Circuit，FPC)。光学指纹传感器可以连接到FPC，并通过所述FPC实现与其他外围电路或者电子设备中的其他元件的电性互连和信号传输。比如，所述光学指纹传感器可以通过所述FPC接收所述电子设备的处理单元的控制信号，并且还可以通过所述FPC将指纹检测信号(例如指纹图像)输出给所述电子设备的处理单元或者控制单元等。

需要说明的是，为便于理解，在以下示出的实施例中，对于不同实施例中示出的结构中，相同的结构采用相同的附图标记，并且为了简洁，省略对相同结构的详细说明。

应理解，在以下示出的本申请实施例中的各种结构件的高度或厚度，以及光学指纹装置的整体厚度仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

在一些实施例中，为了提升指纹识别的灵活性，提出了基于倾斜光进行指纹检测的方案，图3和图4分别示出了基于倾斜光进行指纹检测的指纹检测装置的示意性结构图。

如图3所示，所述指纹检测装置20可以包括微透镜21，设置在微透镜 21的后焦平面211上的微孔光阑22，设置在所述微孔光阑22下方的光学感应单元23，以及设置在微透镜21上方的滤光片25。

当入射角度为

的手指反射光24进入指纹检测装置20后，首先经过滤光片25，滤光片25对可见光波段的光的透过率较高，对红外光的透过率较低，可以用于防止太阳光中红外波段的光信号穿透手指，对指纹图像的采集造成干扰。然后反射光24通过微透镜21并被会聚到微透镜的后焦平面211 上的点F₁。其中，F₁距离微透镜21的后焦点F₀的距离F₀F₁可以近似表达为：

其中，r为微透镜21的曲率半径，n为微透镜21的折射率。微孔光阑22 设置在F1处，微孔光阑22以外的区域设置有非透光层220，微孔光阑的孔径的大小决定了可通过的入射光的角度范围

只有入射角在

到

范围内的手指反射光24可到达光学感应单元23。通过微透镜21加微孔光阑22的组合可以实现入射光的角度筛选，非目标角度的入射光则被非透光层220阻挡。

然而，当涉及接收大角度光信号时(例如入射角

大于30度)，图3所示的方案会面临两个问题：一是滤光片25对于大角度入射光的透过率相对垂直入射光的透过率较低；二是微透镜21的部分区域(如图3中的区域241) 由于阴影效应(lens shading effect)不能起到会聚作用。因此，导致指纹检测装置20在接收较大角度的入射光的时候，光损失较大，因此必须依靠延长指纹检测装置20的曝光时间获取足够的信号量，这样会使得指纹识别间较长，影响了用户体验。

如图4所示，指纹检测装置30可以包括滤光片35，设置在滤光片35下方的斜孔准直器36(设置有多个斜孔361)，以及斜孔准直器36下方的光学感应单元33。由于设置斜孔361的方向与法线310的方向夹角为

因此，光学感应单元33只能够接收到手指反射光34中入射角度为

或接近

的倾斜光信号。

图4所示的方案仍然存在滤光片35对大角度的斜入射光的透过率低的问题。另外，制作斜孔准直器36的工艺相对复杂，制造难度较大，不适合大规模生产。

进一步地，为了解决上述问题，本申请实施例提出了一种光学指纹装置，如图5所示，该光学指纹装置70可以包括入射角转换结构71，光学组件72 和光学传感器73，其中：

所述入射角转换结构71设置在所述光学组件72的上方，用于将从手指返回的第一光信号转换为第二光信号，其中，所述第一光信号为相对于光学传感器的平面倾斜的光信号，所述第二光信号为与所述光学传感器的平面垂直的光信号；

所述光学组件72设置在所述光学传感器73的上方，用于接收所述第二光信号，并将所述第二光信号传输至所述光学传感器73；

所述光学传感器73可以包括多个光学感应单元，用于接收经所述光学组件72传输的第二光信号，并根据所述第二光信号获取手指的指纹信息。

因此，在本申请实施例中，通过在所述光学组件的上方设置入射角转换结构，从而可以将倾斜的入射光转换为垂直的入射光入射至光学组件，能够降低倾斜光入射导致的光损，进而能够提升光学传感器接收到光信号的信号量，并且相对于斜孔准直器的方案，该技术方案工艺简单，易于实现。

可选地，在一些实施例中，所述入射角转换结构71可以为由微棱镜组成的结构，微棱镜可以具有倾斜的入射面，可以用于将入射到该倾斜的入射面的入射光转换为垂直于显示屏的光信号，或者，在其他实施例中，所述入射角转换结构也可以为其他具有高折射率的材料制成的结构，只要能够起到上述作用即可，本申请实施例对此不作限定。以下，以所述入射角转换结构为微棱镜结构为例进行说明，但本申请实施例并不限于此。

作为一个示例，该光学指纹装置70可以为图6所示的光学指纹装置40。如图6所示，该光学指纹装置40可以包括光引导部分41和光检测部分42。其中，所述光引导部分41可以用于将经由手指反射或散射的光信号引导至所述光检测部分42。所述光引导部分41可以包括入射光转换结构和光学组件 (例如图2中的光学组件132)，分别对应于图5中的入射光转换结构71和光学组件72，在进一步的实施例中，所述光引导部分41还可以包括透光涂层，下文进行详细描述。

所述光检测部分42对应于图5中的光学传感器73，可以包括光学感应阵列424，其可以包括多个光学感应单元。例如，所述光学感应阵列424可以包括第一光学感应单元424a、第二光学感应单元424b以及第三光学感应单元424c。所述光学感应阵列424接收到的光信号用于检测所述手指的指纹信息。

所述入射光转换结构，例如可以为图6所示的微棱镜阵列410，其可以包括多个微棱镜(micro-prism)，例如，第一微棱镜410a、第二微棱镜410b 以及第三微棱镜410c等。所述微棱镜阵列410可以用于将经由手指反射的第一光信号转变为第二光信号。其中，所述第一光信号可以为相对所述显示屏倾斜的光信号，所述第二光信号为相对所述显示屏垂直的光信号。或者说，所述第一光信号可以为相对所述光检测部分42的平面倾斜的光信号，所述第二光信号可以为相对所述光检测部分42的平面垂直的光信号。

在一些实施例中，所述微棱镜阵列410中的每个微棱镜的下方设置有至少一个光学感应单元，例如所述第一微棱镜410a的下方至少设置有第一光学感应单元424a，所述第二微棱镜410b的下方至少设置有所述第二光学感应单元424b，所述第三微棱镜410c的下方至少设置有所述第三光学感应单元424c。

进一步地，所述光检测部分42还可以包括至少一层金属层421和介质层 423。其中，所述金属层421可以是所述光学感应阵列424的金属布线层，用于电性互联所述光学感应阵列424中的光学感应单元，以及将所述光学感应阵列424电连接至外部器件，以实现与电子设备中其他器件之间的通信。所述介质层可以设置在金属层421之间，以及金属层421和光学感应阵列424 之间，所述介质层423的材料可以是透明材料。

在本申请的一些实施例中，所述光学组件可以设置在所述微棱镜阵列410 和所述光学感应阵列424之间，所述光学组件用于筛选或分离经过所述微棱镜阵列410转换后的第二光信号。即所述光学组件可以用于在经过所述微棱镜阵列410转换后的第二光信号中筛选出部分光信号并引导至所述光学感应阵列424中的特定光学感应单元。在该实施例中，所述光学组件用于将对应的微棱镜转换的第二光信号引导至所述微棱镜下方的光学感应单元。例如，从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号经由微棱镜410a转换成第二光信号后，所述第二光信号通过对应的所述光学组件(例如，微透镜412a)将所述微棱镜410a转换的第二光信号传输至所述微棱镜410a的下方设置的光学感应单元424a。

在实际产品中，由于所述微棱镜阵列410的厚度通常较薄，能够保证所述光学指纹装置40的厚度较小。

应理解，图6仅示出了一个微棱镜对应一个光学感应单元的场景，在其他实施例中，一个微棱镜也可以对应多个光学感应单元，即可以在微棱镜的下方可以设置多个光学感应单元，即从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号经由该一个微棱镜转换成第二光信号后，进一步通过对应的光学组件可以将所述第二光信号传输至所述多个光学感应单元，例如，若微棱镜410a对应光学感应单元424a和424b，则从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号经由微棱镜410a转换成第二光信号后，进一步通过对应的光学组件(例如，微透镜412a)将所述微棱镜410a转换的第二光信号传输至所述微棱镜410a 的下方设置的光学感应单元424a和424b。

可选地，在一些实施例中，当一个微棱镜对应多个光学感应单元时，所述微棱镜在光学感应阵列所在的平面的投影覆盖其所对应的多个光学感应单元，以保证经所述微棱镜转换的光信号能够最大化地到达所述多个光学感应单元。

可选地，在一些实施例中，所述光学组件可以包括微透镜阵列和至少一个挡光层，如图6所示，所述微透镜阵列413包括多个微透镜，例如，第一微透镜412a，第二微透镜412b和第三微透镜412c等，设置在所述微棱镜阵列410的下方；所述至少一个挡光层可以设置在所述微透镜阵列410和所述光学感应阵列424之间，所述至少一层挡光层中的每层挡光层中设置有对应于所述微透镜阵列或光学感应单元的开孔。其中，所述光学感应阵列424用于接收经由所述微透镜阵列412会聚的并通过所述至少一个挡光层的开孔传输的光信号。或者说，所述微透镜阵列412用于接收所述微棱镜阵列转换的第二光信号，并将所述第二光信号通过所述至少一个挡光层中的开孔传输至所述光学感应阵列424。

可选地，作为一个示例，如图6所示，所述至少一个挡光层包括第一挡光层和第二挡光层414，其中，所述第一挡光层和所述第二挡光层414中分别设置有微透镜阵列412中每个微透镜对应的开孔。例如，可复用所述光检测部分42中的金属层421作为所述第一挡光层，以简化所述光学指纹装置的结构，这样，所述第一挡光层421中设置有第一微透镜412a对应的第一开孔 422a、所述第二微透镜412b对应的第二开孔422b以及所述第三微透镜412c 对应的第三开孔422c。类似地，所述第二挡光层414中设置有所述第一微透镜412a对应的第四开孔415a、所述第二微透镜412b对应的第五开孔415b 以及所述第三微透镜412c对应的第六开孔415c。

所述第一光学感应单元424a用于接收经由所述第一微透镜412a会聚的，并通过所述第四开孔415a和所述第一开孔422a传输的光信号。所述第二光学感应单元424b用于接收经由所述第二微透镜412b会聚的，并通过所述第五开孔415b和所述第二开孔422b传输的光信号。所述第三光学感应单元424c 用于接收经由所述第三微透镜412c会聚的，并通过所述第六开孔415c和所述第三开孔422c传输的光信号。

应理解，在图6所示的方案中，一个微透镜可以对应一个光学感应单元，即微透镜可以将经由微棱镜传输的第二光信号引导至一个光学感应单元，或者，一个微透镜也可以对应多个光学感应单元，即微透镜可以将经由微棱镜传输的第二光信号引导至多个光学感应单元，此情况下，所述至少一个挡光层中的一个开孔也可以对应多个光学感应单元，传输到该多个光学感应单元的光信号都可以通过该一个开孔传输。

因此，图6所示的方案与图4所示的方案相比，先通过所述微棱镜阵列 410将经由手指反射的相对显示屏倾斜的光信号转换成相对显示屏垂直的信号，再通过微透镜和挡光层对垂直光信号进行会聚，能够降低微透镜的边缘区域的阴影效应，进而提升了所述光学感应阵列424接收到的信号量，从而能够缩短曝光时间和指纹识别时间。

可选地，在一些实施例中，所述第一挡光层设置在所述微透镜阵列中的微透镜的后焦平面位置，其中，所述微透镜阵列的后焦平面可以是所述微透镜阵列中每个微透镜的后焦点形成的平面。微透镜的聚焦点在所述第一挡光层中的开孔内，这样，经微棱镜转换得到的第二光信号进入该微棱镜对应的微透镜，经该微透镜会聚并传输至所述第一挡光层中的开孔，进一步通过该开孔传输至对应的光学感应单元。

如前文所述，可复用所述光检测部分42中的金属层421作为所述第一挡光层，即所述第一挡光层可以设置在光检测部分42的内部，例如利用芯片后道工艺(BEOL)中的金属层来形成所述第一挡光层421，该金属层可以为光检测部分42中的任一位置处的金属层421，例如处于底部位置，中间位置或顶部位置的的金属层。通过复用所述光学感应阵列424的金属布线层作为挡光层，有利于能够降低光学指纹装置40的厚度。

需要说明的是，在本申请实施例中，一个光学感应单元，及其上所设置的光学组件(例如，图6中的滤光片，微透镜和挡光层，或图14中的滤光片和一个或多个准直孔)，以及微棱镜可以构成一个光学图像采集单元，该光学图像采集单元可以用于形成采集图像的一个像素，多个光学图像采集单元构成的阵列构成该光学指纹装置。

应理解，在本申请实施例中，所述至少一个挡光层可以只包括所述第一挡光层，在另一些实施例中，所述至少一个挡光层可以包括所述第一挡光层和所述第二挡光层414，所述第二挡光层414用于避免相邻的光学图像采集单元之间的干扰。在一些实施例中，所述第二挡光层414可以设置在所述微透镜阵列和所述第一挡光层之间；在其他实施例中，所述第二挡光层也可以设置在相邻的微透镜之间或者设置在滤光片的上表面或下表面。可选地，在一些实施例中，同一微透镜对应的第一挡光层中的开孔小于第二挡光层414 中的开孔，例如，所述微透镜412a对应的在第一挡光层中的开孔415a大于该微透镜412a对应的在第二挡光层421中的开孔422a。

进一步地，在一些实施例中，所述光学指纹装置40还可以包括位于微透镜阵列412上方的平坦层(planarization layer)411，以及位于微透镜阵列412 下方的光路层413。所述平坦层411和所述光路层413可以由透光材料形成，由不透光材料形成的第二挡光层414可以设置在光路层413内。

可选地，在一些实施例中，所述光学组件还可以包括滤光片416，可以制作在沿着到经由手指反射形成的反射光至成所述光学感应阵列424的光学路径的任一位置上，本申请实施例对此不做具体限定。例如所述滤光片416 可以设置在微透镜阵列412的上方，或者也可以设置在微透镜阵列412的下方，或者设置在光学感应单元的上方等。可选地，所述滤光片416可以是红外截止滤光片(IR cut filter)。

与倾斜光信号直接经过所述滤光片416相比，垂直光信号进入所述滤光片，能够降低光信号的损失，且无需定制滤光片416进而降低了其制造复杂度。

在本申请实施例中，滤光片416用于来减少指纹感应中的不期望的环境光，以提高所述光学感应阵列424对接收到的光的光学感应。滤光片416具体可以用于过滤掉特定波长的光，例如，近红外光和部分的红光等。例如，人类手指吸收波长低于580nm的光的能量中的大部分，如果一个或多个光学过滤器或光学过滤层被设计为过滤波长从580nm至红外的光，则可以大大减少环境光对指纹感应中的光学检测的影响。

例如，所述滤光片416可以包括一个或多个光学过滤器，一个或多个光学过滤器可以配置为例如带通过滤器，以允许OLED屏发射的光的传输，同时阻挡太阳光中的红外光等其他光组分。当在室外使用屏下所述光学指纹装置40时，这种光学过滤可以有效地减少由太阳光造成的背景光。一个或多个光学过滤器可以实现为例如光学过滤涂层，光学过滤涂层形成在一个或多个连续界面上，或可以实现为一个或多个离散的界面上。此外，所述滤光片416 的进光面可以设置有有光学镀膜，以使得滤光片的进光面的反射率低于第一阈值，例如1％，从而能够保证所述光学感应阵列424能够接收到足够的光信号，进而提升指纹识别效果。

在图6所示的示例中，微棱镜阵列410可以只接收从手指返回的以特定角度

入射的光信号(例如图6所示的光信号43)。以第二微棱镜410b为例，以角度

入射的光信号43经过第二微棱镜410b后转换为垂直光信号。该垂直光信号先穿过滤光片416滤除掉非目标波段的光，然后经过第二微透镜 412b在微透镜的作用下会聚在该微透镜412b的后焦点，即会聚在第二微透镜412b对应的第五开孔422b内，通过该第五开孔422b的光信号被对应的光学感应单元424b所接收。由于来自指纹峪的光的光强大于来自指纹嵴的，故指纹峪对应的光学感应单元输出的电信号更强、图像更亮；指纹嵴对应的光学感应单元输出的电信号较弱、图像较暗，最终输出具有一定对比度的清晰指纹图像。

可选地，在一些实施例中，所述微棱镜可以包括至少一个第一入射面，至少一个第一支撑面和至少一个第一出射面，假设所述至少一个第一出射面平行于所述显示屏，并且所述至少一个第一入射面与所述至少一个第一出射面形成第二夹角，以使所述微棱镜能够将所述第一光信号转换成所述第二光信号。下面结合图7，以图6所示的微棱镜阵列410中的第二微棱镜410b为例，对微棱镜的工作原理进行说明。

具体地，所述第二微棱镜410b包括第一入射面501，第一出射面502以及第一支撑面500。当入射光51到达第一入射面501时，部分光发生反射而形成反射光53，剩余的部分发生折射而形成折射光52，并由第一出射面502 射出。

假设所述第一光信号与垂直于所述显示屏的方向形成第一夹角，则所述第一夹角和所述第一入射面和第二出射面的第二夹角可以满足以下公式(1)：

其中，θ表示所述第二夹角，

表示所述第一夹角，n₁表示入射光51的传播媒介的折射率，n₂表示所述微棱镜的折射率。

假设

第二微棱镜410b的折射率为1.56，入射光51从空气入射，即n₁＝1。通过上面的公式可以得到第二夹角为35.8度。也就是说，在微棱镜的折射率为1.56，从空气入射的情况下，第二夹角为35.8度的第二微棱镜410b 可以将第一夹角为30°的第一光信号转换为垂直出射的第二光信号。

由上述公式(1)可知，在第一夹角

固定的情况下，通过控制所述第二微棱镜的折射率n₂可以控制所述第二微棱镜的第二夹角θ，例如，通过设置微棱镜的折射率n₂较大，可以使得所述微棱镜的第二夹角θ较小，也就是说，采用高折射率材料的微棱镜，有利于降低微棱镜的厚度，进而能够降低光学指纹装置的整体厚度。

需要说明的是，由于经由手指反射的光信号包括各个方向的光信号，因此本申请实施例对第一夹角的具体数值不做限定。本领域技术人员可以根据实际要采集的经由手指反射的倾斜光信号的角度确定微棱镜阵列410中的微棱镜的入射面和出射面形成的第二夹角的角度。优选地，所述第一夹角大于或者等于20度。即所述光学指纹装置40可以基于大角度的倾斜光信号检测手指的指纹信息，进而提高指纹识别效果。

可选地，在本申请实施例中，具有第二夹角的微棱镜可以通过纳米压印或者灰度光刻等工艺制作，其工艺较为成熟，在此不再赘述。

在以上示例中，所述第一支撑面可以是透光的，或者也可以是不透光的，本申请实施例对此不作限定。

在另一些实施例中，所述微棱镜可以包括至少一个第一入射面，至少一个第一支撑面和至少一个第一出射面，所述至少一个支撑面设置有反射层，其中，从手指返回的第一光信号入射至所述第一入射面，进入所述微棱镜形成第三光信号，所述第三光信号在所述第一支撑面反射后再次入射到所述第一入射面，从所述第一入射面再次反射后，形成垂直出射的所述第二光信号，即所述反射层用于使入射到该第一支撑面的光信号在该第一支撑面发生镜面反射，以形成垂直出射的光信号，该反射层可以为金属涂层，例如，银涂层，铝涂层等，此类型的微棱镜可以为李特洛型棱镜。

假设所述至少一个第一出射面平行于所述显示屏，并且所述至少一个第一入射面与所述至少一个第一出射面形成第二夹角，以使所述微棱镜能够将所述第一光信号转换成所述第二光信号。下面结合图8，以图6所示的微棱镜阵列410中的第二微棱镜410b为例，对微棱镜的工作原理进行说明。

具体地，所述第二微棱镜410b包括第一入射面501，第一出射面502以及第一支撑面505，所述第一支撑面505设置有反射层。当入射光51到达第一入射面501时，部分光发生反射而形成反射光53，剩余的部分发生折射而形成折射光54(即第三光信号)，该折射光54在第一支撑面505发生镜面反射，反射光56再次到达第一入射面501，由于此时反射光56与第一入射面 501的法线503的夹角大于临界角，故发生全反射形成反射光52，垂直于第一出射面502出射。

在该实施例中，入射光51与垂直于所述光学传感器的方向形成第一夹角

所述第一入射面和所述第一出射面形成第二夹角θ，所述折射光54与垂直于所述第一入射面501的方向形成第三夹角α，所述折射光54与平行于所述第一出射面502的方向形成第四夹角β，其中，所述第一夹角

所述第二夹角θ，所述第三夹角α，所述第四夹角β，所述第一光信号的传播媒介的折射率n₁，所述微棱镜的折射率n₂满足如下公式(2)：

以下，结合图9至图13，说明本申请实施例的微棱镜阵列410的具体排布方式。

可选地，作为一个实施例，记为方式1，所述微棱镜阵列410可以包括阵列式分布的多个微棱镜单元，每个微棱镜单元可以包括一个微棱镜，该一个微棱镜可以对应一个光学感应单元，例如，所述光学感应单元可以设置在所述微棱镜的入射面的下方，这样，该微棱镜以及其下方设置的光学组件和光学感应单元可以构成一个光学图像采集单元。

可选地，作为另一实施例，记为方式2，所述微棱镜阵列410可以包括阵列式分布的多个微棱镜单元，每个微棱镜单元可以包括一个微棱镜，该一个微棱镜可以对应多个光学感应单元，例如，每个微棱镜可以对应光学感应阵列中的一行光学感应单元或一列光学感应单元，例如，可以将所述一行或一列光学感应单元设置在所述微棱镜的入射面的下方。也就是说，所述多个微棱镜单元可以包括呈阵列式分布的一列微棱镜或一行微棱镜，每个微棱镜为长条状。

图9可以为图6所示的微棱镜阵列410采用方式2实现的示意性立体图。如图9所示，所述微棱镜阵列410可以包括一行微棱镜，每个微棱镜的下方可以设置有一列光学感应单元。也就是说，在图6中，所述第一微棱镜410a、所述第二微棱镜410b以及所述第三微棱镜410c可以是条形结构。

应理解，本申请实施例对于设置在所述微棱镜和光学感应单元之间的微透镜的个数不作限定，当一个微棱镜可以对应一列光学感应单元时，该一个微棱镜下方可以设置一个微透镜，该微透镜也可以为条形结构，对应该一列光学感应单元，此情况下，经微棱镜转换的第二光信号通过该一个微透镜传输后到达该一列光学感应单元；或者，该微棱镜下方可以设置一列微透镜，每个微透镜对应一个光学感应单元，此情况下，经微棱镜转换的第二光信号通过该一列微透镜传输后到达每个微透镜对应的光学感应单元。

图10是本申请实施例的光学指纹装置40的俯视图。应理解，附图中所示的微棱镜和微透镜的个数仅为示例，但本申请不限于此。

可选地，作为再一实施例，记为方式3，如图11所示，所述微棱镜阵列 410可以包括阵列式分布的多个微棱镜单元810，每个微棱镜单元810可以包括多个微棱镜，该多个微棱镜具有多个不同方向的入射面，可以用于接收来自不同方向的经由手指返回的光信号。可选地，所述多个微棱镜在所述光学感应单元所在平面的投影可以呈四边形，五边形或其他形状等，本申请实施例对此不作限定。所述微棱镜单元810的中每个微棱镜在光学感应单元阵列 424所在平面的投影面积可以等于或近似等于所述微透镜阵列中每个微透镜在所述光学感应单元424所在平面的投影面积，以提高所述微棱镜单元810 的利用率，以及减小所述光学指纹装置40的体积。

图12至图13是以微棱镜单元包括四个微棱镜为例的示意性俯视图，图 12是光学指纹装置沿E-E’方向的截面图，应理解，附图中以一个微棱镜单元为例进行说明，但本申请不限于此。

参见图12，所述微棱镜单元810可以包括4个微棱镜，例如，所述4个微棱镜呈中心对称分布。进一步地，每个微棱镜单元810中的每个微棱镜的下方可以设置有一个微透镜。每个微透镜的下方设置有至少一个挡光层，所述挡光层中设置有开孔，所述开孔的下方设置有一个光学感应单元。

应理解，在该实施例中，一个微棱镜单元810及其下方包含的光学组件以及光检测部分42可以用于构成指纹检测装置40的一个母单元。即，每个母单元由四个子单元(子单元a，子单元b，子单元c以及子单元d)组成，分别包括第一微棱镜810a、第二微棱镜810b、第三微棱镜810c、第四微棱镜 810d，以及其下方对应的光学组件以及光检测部分，每个子单元可以形成一个光学图像采集单元，用于形成采集图像的一个像素，则一个母单元可以用于形成采集图像的四个像素，即2行*2列的像素。

作为一个示例，由第一微棱镜810a、第二微棱镜810b、第三微棱镜810c 以及第四微棱镜810d所组成的微棱镜单元810可以构成是一个平头金字塔。即被削去塔尖的金字塔，例如第一微棱镜810a、第二微棱镜810b、第三微棱镜810c以及第四微棱镜810d所组成的微棱镜单元810可以被正四边形内切以形成所述平头金字塔，即微棱镜单元810的俯视图可以是如图12所示的 ABCD围成的区域。或者说，图12可以是图11在OA方向上的俯视图。

若建立以横向方向为X轴，以纵向方向为Y轴的坐标系，则第一微棱镜 810a、第二微棱镜810b、第三微棱镜810c以及第四微棱镜810d相对于原点O的方向各不相同，例如∠AOX＝135°，∠BOX＝45°，∠COX＝-45°，∠ DOX＝-135°。

即，所述微棱镜单元810中的相邻两个微棱镜相对原点O的角度相差90 度。因此，所述微棱镜单元810可以用于接收来自四个不同方向、入射角度为

的光信号(图11中的光831和832表示其中的两个方向)，能够有效降低指纹验证时对手指放置角度的依赖性。

例如，可以将微棱镜单元阵列中的微棱镜分为多组，每组微棱镜用于接收一个方向的光信号，将光学感应阵列中的光学感应单元分为多组，每组光学感应单元可以用于接收一个方向的光信号，每组微棱镜中的每个微棱镜可以用于将一个方向的光信号转换为垂直光信号传输至对应的微透镜，进一步通过微透镜传输至对应的一组光学感应单元，该一组光学感应单元接收到的光信号可以用于生成一张指纹图像，因此，该多组多个光学感应单元接收到的光信号可以用于生成多张指纹图像，进一步对将所述多张指纹图像进行处理，可以获取一张完整指纹图像。

因此，在本申请实施例中，通过设置微棱镜单元接收多个角度的光信号，能够降低所述光学感应阵列的曝光时长，从而能够缩短指纹识别时间，并且能够降低指纹采集对入射光角度的依赖性。

此外，通过每个微棱镜单元810接收多个角度的光信号，可以增大指纹检测装置40的视场。

图14是沿图13所示的E-E'方向的具有显示屏的电子设备的侧剖面图。

参见图14，电子设备60可以包括显示屏61和位于显示屏下方的指纹检测装置40，其中，指纹检测装置40中的微棱镜单元可用于接收4个方向的光信号。例如，第三微棱镜810c可用于接收第二方向上的光信号，即图中所示的第二视场可以是所述第三微棱镜810c的视场，类似的，图中所示的第一视场可以是第一微棱镜810a的视场。即所述指纹检测装置40在E-E'方向为视场为图中所示的第三视场，其大于所述第一视场，也大于所述第二视场，有效增加了指纹检测装置40的视场。

应理解，本申请实施例对所述微棱镜阵列410中的微棱镜的入射面的数量做不限制。例如所述多个微棱镜中的每个微棱镜包括至少一个入射面，所述多个微棱镜中的每个微棱镜的每个入射面下设置有至少一个光学感应单元；又例如，所述多个微棱镜中的每个微棱镜包括轴对称或中心对称的多个入射面。

还应理解，本申请实施例对所述微棱镜阵列410中的具体形状做不限制。例如，所述多个微棱镜中的每个微棱镜为三角棱镜或梯形棱镜；又例如，所述多个微棱镜中的每个微棱镜为直角棱镜，所述多个微棱镜中的每个微棱镜的入射面为所述直角棱镜的斜面；再例如，所述微棱镜阵列410中的每个微棱镜包括但不限于以下中的任一种：直角三角棱镜、等腰三角棱镜、直角梯形棱镜以及等腰梯形棱镜。

可选地，本申请实施例对所述光学组件的具体结构不做限定。例如，可以是图2所示的光学组件132。例如所述光学组件可以包括微透镜阵列和挡光层，也可以为直孔准直器。例如，所述直孔准直器包括多个准直孔，其中每个光学感应单元用于接收经由一个或多个准直孔传输的光信号。进一步地，所述光学组件还可以包括滤光片。

如图15所示为光学组件采用直孔准直器实现的光学指纹装置的示意性剖视图。如图15所示，所述光学组件为直孔准直器911，所述直孔准直器911 可以设置在微棱镜阵列410和光检测部分42之间，所述直孔准直器911可以包含按照一定方式排列的多个准直孔912，每个光学感应单元可以对应一个或多个准直孔912。例如，每个光学感应单元可以对应3个准直孔912。入射角度为

的经由手指反射的光信号，经由微棱镜阵列410转换为垂直光信号，进一步经由直孔准直器911传输至光学感应阵列424。入射角度不为

的经由手指反射的光信号，则被直孔准直器911阻挡，因此无法到达光学感应阵列 424。

与图4所示的斜孔准直器方案相比，先通过所述微棱镜阵列410将经由手指返回的相对显示屏倾斜的光信号转换成相对显示屏垂直的信号，再通过直孔准直器911将光信号传输至光电感应阵列，有效降低了准直器的制造难度以及成本。

此外，由于直孔准直器911的角度筛选能力主要取决于准直孔912的深宽比(深度与孔径的比值)，因此小孔径的直孔有利于提高图像分辨率，但是却会降低进光量，因此需要延长光学感应阵列424的曝光时长。在本申请实施例中，在每个光学感应单元上方设置多个直孔，可以有效降低光学感应阵列424的曝光时长，进而提升用户体验。

应理解，图15仅为本申请的一种示例性结构，不应对本申请构成任何限制。

例如，所述光学感应阵列424和直孔准直器911也可以集成设置。例如，直孔准直器911可以集成在光检测部分92内，例如利用后道工艺中的金属层和金属通孔层形成直孔准直器911中的准直孔。

以上，结合图6至图15，说明了微棱镜进行角度转换的工作原理，在一些情况下，若从手指返回的光信号的入射角过大，例如，图7所示的示例中，

为40度，若微棱镜的折射率为1.5，则所需的微棱镜的入射面和出射面的角度θ为41.2度，此情况下，入射光相对于微棱镜的入射面的法线的夹角为

即81.2度，这时，约有43％的入射光在空气/微棱镜界面被反射，因此，仍然需要延长曝光时长以弥补进光量的不足，增加了指纹识别时间，影响用户体验。

基于该问题，进一步地，在本申请实施例中，可以在入射光角度转换结构的入射面上设置透光涂层，其中，该透光涂层的折射率大于所述入射光角度转换结构的折射率，以使入射光正对所述入射光角度转换结构的第一入射面，从而能够增加入射到光学感应阵列的进光量，从而缩短曝光时长和指纹识别时间。

以下，结合图16至图19，以入射光角度转换结构为微棱镜阵列为例进行具体说明，当该入射光角度转换结构为其他结构时，实现方式类似，这里不再赘述。

图17至图19是在入射光转换结构上设置透光涂层的一种光学指纹装置的示意性截面图，如图17至图19所示，所述光引导部分41除了可以包括前述实施例中所述的结构之外，还可以进一步包括：透光涂层417，设置在入射光转换结构的入射面，例如若所述入射光转换结构为微棱镜阵列，所述透光涂层417设置在微棱镜阵列410中的微棱镜的入射面，所述透光涂层417 用于将从手指返回的第一光信号转换为第四光信号，进一步所述第四光信号入射到所述微棱镜阵列410中的微棱镜的入射面，经所述微棱镜阵列410转换为垂直出射的第二光信号，其中，所述透光涂层417的折射率大于所述微棱镜的材料的折射率。以下以入射光转换结构为微棱镜阵列为例，说明所述透光涂层的具体实现，但本申请并不限于此。应理解，图17至图19所示的光学指纹装置中的各个结构件的具体说明参考前述实施例的相关描述，这里不再赘述。

因此，在本申请实施例中，通过在微棱镜阵列的入射面设置高折射率的透光涂层，能够使得从手指返回的第一光信号在经过两次折射后，转换为垂直出射的光信号，一方面可以转换入射光的方向，使得正对所述微棱镜阵列的第一入射面的光信号在该空气/透光涂层界面发生折射进而转换为垂直的光信号，最终到达光学感应阵列，另一方面，采用高折射率的透光涂层，在相同的入射角的情况下，所需的微棱镜的入射面和出射面的夹角更小，有利于降低微棱镜的厚度，进而降低光学指纹装置的整体厚度。

应理解，本申请实施例对于所述透光涂层的厚度、形状等不作限定，只要其可以与微棱镜阵列配合将第一光信号转换为垂直出射的第二光信号即可。

可选地，在一些实施例中，可以在所述微透镜阵列410中的每个微棱镜上设置一层透光涂层。具体地，所述透光涂层417可以设置在所述微棱镜的入射面上。例如，所述透光涂层417具有至少一个第二入射面，至少第二出射面和至少一个第二支撑面，所述第二出射面与所述微棱镜的第一入射面平行。以下，结合图16，以微棱镜410b上的透光涂层417b为例，说明透光涂层的具体的工作原理。

具体地，所述透光涂层417b可以具有第二入射面504，第二出射面501 (即微棱镜的入射面)和第二支撑面500，所述第二入射面504可以与显示屏的方向平行，或者说，与微棱镜的出射面平行。可选地，所述透光涂层417b 可以采用涂覆方式(例如，旋途，喷涂等)生长，以得到上述结构的透光涂层。

从手指返回的入射光51入射到透光涂层417b的第二入射面504，部分光发生反射形成反射光53，其他光在空气/透光涂层界面发生折射形成折射光 54，进一步地，该折射光54在透光涂层/微棱镜界面发射第二次折射，最终从微棱镜的第一出射面502出射，若要使得折射光52垂直出射，其中，所述入射光51与垂直于所述第二入射面504的方向形成第一夹角

所述第一入射面501和第一出射面502形成第二夹角θ，所述折射光54与垂直于所述第一入射面501的方向形成第三夹角α，其中，所述第一夹角，所述第二夹角，所述第三夹角，所述透光涂层的折射率n₀，所述入射光51的传播媒介的折射率n₁和所述微棱镜的折射率n₂满足如下公式(3)：

在该实施例中，若

度，入射光51从空气入射，即n₁＝1，高折射率的透光涂层的折射率为2，微透镜的材料的折射率为1.3，则可以确定微棱镜的夹角θ为38.2。

应理解，在本申请实施例中，所述透光涂层的第二入射面与微棱镜的第一出射面平行可以为透光涂层的第二入射面与所述微棱镜的第一出射面基本平平行或近似平行，对应地，折射光54可以从微棱镜的第一出射面近似垂直或基本垂直出射。

可选地，在该实施例中，可以设置所述透光涂层417的第二入射面与所述微棱镜的支撑面的最高点所在平面平齐，或者略高于该平面，或者略低于该平面，也就是说，在微棱镜的第一入射面设置透光涂层对模组的整体厚度影响不大。

应理解，采用图16所示的透光涂层的光学指纹装置，由于透光涂层的入射面与显示屏平行，可以在制备微棱镜阵列之后，在微棱镜阵列的入射面统一制备每个微棱镜对应的透光涂层，能够降低制备工艺的复杂度。

可选地，在该实施例中，所述透光涂层可以采用通过在有机材料中填充高折射率无机材料形成，例如，氧化锆或其他无机材料。

为了进一步降低透光涂层表面的反射率，还可以在透光涂层的入射面上设置一层抗反射涂层，能够进一步降低透光涂层表面的光损失，使得大部分光信号能够发生折射进入透光涂层，进而进入微棱镜阵列。

可选地，在一些实施例中，所述抗反射涂层可以为增透膜，提高光信号的透过率降低光信号的反射率。

通过在微棱镜阵列的入射面设置高折射率的透光涂层，能够使得入射光在该透光涂层和微棱镜中发生两次折射，进而从微棱镜的出射面垂直出射，在同样入射角的情况下，设置高折射率的透光涂层，有利于减小所需的微棱镜的入射面和出射面的夹角，从而能够降低模组的厚度，并且在微棱镜上设置高折射率的透光涂层能够降低微棱镜表面的反射率，减小光损，从而能够缩短曝光时长，提升指纹识别速度。

应理解，相对于图6，图11和图15所示的光学指纹装置，图16至图19 所示的光学指纹装置，可以接收正对微棱镜的入射面入射的光信号，有利于增加光学指纹装置的收光面积，这里的收光面积可以为光学指纹装置接收光信号的面积。例如，对于图6所示的光学指纹装置，在入射光为30°时，单个微棱镜的收光面积为微棱镜的底面积的58.4％，当采用光路为图16所述的光学指纹装置时，对于同样的入射角度，在透光涂层的折射率为2的情况下，单个微棱镜的收光面积为微棱镜的底面积的1.34倍，约为图6所示的光学指纹装置的收光面积的2.29倍，有利于提升光学传感器接收到光信号的信号量，从而能够缩短曝光时长，提升指纹识别速度。

应理解，在不设置透光涂层的情况下，相对于图7所示的微棱镜结构，图8所示的微棱镜结构也具有较高的收光面积，因此，对于大角度入射光，例如

大于45°，微棱镜依然可以有效的进行入射光的接收，因此，采用图 8所示的微棱镜结构可以不设置透光涂层，在另一些实施例中，也可以在图8 所示的微棱镜结构上方设置透光涂层，进一步提升收光面积，缩短曝光时间，提升指纹识别速度。

需要说明的是，图16至图19中的透光涂层的厚度仅为便于说明透光涂层中的光路传输，实际产品中，透光涂层的厚度很薄，对光学指纹装置的厚度的影响不大。

本申请实施例还提供了一种电子设备，如图20所示，所述电子设备700 可以包括显示屏710和光学指纹装置720，其中，该光学指纹装置720设置在所述显示屏710的下方。

可选地，所述光学指纹装置720可以为前述实施例中的光学指纹装置40，具体结构可以参考前文的相关描述，这里不再赘述。

可选地，在本申请一个实施例中，所述显示屏710可以具体为自发光显示屏(比如OLED显示屏)，且其包括多个自发光显示单元(比如OLED像素或者OLED光源)。在所述光学图像采集系统为生物特征识别系统时，所述显示屏中的部分自发光显示单元可以作为所述生物特征识别系统进行生物特征识别的激励光源，用于向所述生物特征检测区域发射光信号，以用于生物特征检测。

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(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、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 (22)

1.一种光学指纹装置，其特征在于，用于设置在电子设备的显示屏的下方，包括：

入射角转换结构，设置在所述显示屏的下方，用于将从所述显示屏上方的手指返回的第一光信号转换为与第二光信号，其中，所述第一光信号为相对所述显示屏倾斜的光信号，所述第二光信号为相对所述显示屏垂直的光信号；

光学组件设置在所述入射角转换结构的下方，用于接收所述第二光信号，并将所述第二光信号传输至光学传感器；

光学传感器包括多个光学感应单元，设置在所述光学组件的下方，用于接收经所述光学组件传输的光信号，所述光信号用于获取所述手指的指纹信息。

2.根据权利要求1所述的光学指纹装置，其特征在于，所述入射角转换结构包括微棱镜阵列，所述微棱镜阵列包括多个微棱镜单元，每个微棱镜单元包括至少一个微棱镜，每个微棱镜包括至少一个第一入射面和至少一个第一出射面，所述第一入射面相对于所述显示屏的平面倾斜，所述第一出射面平行于所述显示屏的平面。

3.根据权利要求2所述的光学指纹装置，其特征在于，所述每个微棱镜单元包括一个微棱镜，一个微棱镜的下方设置有一个光学感应单元或一列光学感应单元；或

所述每个微棱镜单元包括呈中心对称分布的多个微棱镜，其中，所述多个微棱镜的下方设置有多个光学感应单元。

4.根据权利要求3所述的光学指纹装置，其特征在于，所述多个微棱镜的入射面相对于所述光学传感器平面的方向各不相同。

5.根据权利要求4所述的光学指纹装置，其特征在于，所述多个微棱镜包括四个微棱镜，所述四个微棱镜中的相邻微棱镜的入射面相对于所述光学传感器的方向角相差90度。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述第一光信号与垂直于所述光学传感器的方向形成第一夹角

所述每个微棱镜的第一入射面和第一出射面形成第二夹角θ，其中，所述第一夹角

所述第二夹角θ，所述第一光信号的传播媒介的折射率n₁，所述微棱镜的折射率n₂满足如下关系：

7.根据权利要求2至5中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述每个微棱镜包括至少一个第一支撑面，所述至少一个第一支撑面设置有反射层。

8.根据权利要求7所述的光学指纹装置，其特征在于，所述第一光信号入射至所述第一入射面，进入所述微棱镜形成第三光信号，所述第三光信号在所述第一支撑面反射后再次入射到所述第一入射面，从所述第一入射面再次反射后，形成垂直出射的所述第二光信号，其中，所述第一光信号与垂直于所述光学传感器的方向形成第一夹角

所述每个微棱镜的第一入射面和第一出射面形成第二夹角θ，所述第三光信号与垂直于所述第一入射面的方向形成第三夹角α，所述第三光信号与平行于所述第一出射面的方向形成第四夹角β，其中，所述第一夹角

所述第二夹角θ，所述第三夹角α，所述第四夹角β，所述第一光信号的传播媒介的折射率n₁，所述微棱镜的折射率n₂满足如下关系：

β＝(90°-θ)+α

θ＝(90°-θ)+β。

9.根据权利要求2至5中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学指纹装置还包括：

透光涂层，设置在所述入射角转换结构的入射面，所述透光涂层包括至少一个第二入射面和至少一个第二出射面，其中，所述第一光信号从所述第二入射面进入所述透光涂层形成第四光信号，所述第四光信号从所述第二出射面出射，并入射至所述入射角转换结构，通过所述入射角转换结构转换为垂直出射的所述第二光信号。

10.根据权利要求9所述的光学指纹装置，其特征在于，所述第二出射面与所述入射角转换结构的入射面平行，所述第二入射面和所述入射角转换结构的出射面平行，所述第一光信号与垂直于所述第二入射面的方向形成第一夹角

所述入射角转换结构的入射面和所述入射角转换结构的出射面形成第二夹角θ，所述第四光信号与垂直于所述入射角转换结构的入射面的方向形成第三夹角α，其中，所述第一夹角

所述第二夹角θ，所述第三夹角α，所述透光涂层的折射率n₀，所述第一光信号的传播媒介的折射率n₁和所述微棱镜的折射率n₂满足如下关系：

n₁sinα＝n₂sinθ。

11.根据权利要求9所述的光学指纹装置，其特征在于，所述透光涂层通过旋涂或喷涂方式制备在所述入射角转换结构的入射面。

12.根据权利要求9所述的光学指纹装置，其特征在于，所述透光涂层的所述至少一个第二入射面设置有抗反射涂层和/或偏振涂层，其中，所述抗反射涂层用于降低所述第一光信号在所述至少一个第二入射面的反射率，所述偏振涂层用于选择所述第一光信号的偏振方向。

13.根据权利要求9所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学组件包括至少一挡光层和微透镜阵列，所述至少一挡光层设置在所述微透镜阵列下方，所述至少一挡光层中的每个挡光层中设置有开孔；

其中，所述微透镜阵列用于将接收的所述第二光信号通过所述至少一挡光层中的开孔传输至所述光学传感器。

14.根据权利要求13所述的光学指纹装置，其特征在于，所述至少一挡光层中包括第一挡光层，所述第一挡光层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置。

15.根据权利要求14所述的光学指纹装置，其特征在于，所述第一挡光层为所述光学传感器的金属层。

16.根据权利要求13所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学组件还包括：

滤光片，设置在以下位置中的至少一处：

所述入射角转换结构和所述微透镜阵列之间；

所述微透镜阵列和所述光学传感器之间。

17.根据权利要求9所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学组件包括直孔准直器，包括多个准直孔，所述光学传感器中的每个光学感应单元对应所述直孔准直器中的至少一个准直孔，其中，所述直孔准直器用于接收所述入射角转换结构转换的第二光信号，并通过所述直孔准直器中的准直孔传输至所述多个光学感应单元。

18.根据权利要求17所述的光学指纹装置，其特征在于，所述直孔准直单元通过所述光学感应单元的金属层和金属通孔层形成。

19.根据权利要求17所述的光学指纹装置，其特征在于，所述光学组件还包括：

滤光片，设置在以下位置中的至少一处：

所述入射角转换结构和所述直孔准直器之间；

所述直孔准直器和所述光学感应单元之间。

20.根据权利要求1至5中任一项所述的光学指纹装置，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述光学指纹装置利用所述OLED显示屏的部分显示单元作为光学指纹检测的激励光源。

21.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏；

如权利要求1至19中任一项所述的光学指纹装置，其中，所述光学指纹装置设置在所述显示屏的下方。

22.根据权利要求21所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏，所述显示屏包括多个OLED光源，其中所述光学指纹装置采用至少部分OLED光源作为光学指纹检测的激励光源。

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