指纹模组以及电子设备
技术领域
本申请涉及生物识别技术领域,尤其涉及一种指纹模组以及电子设备。
背景技术
在相关技术中,可以采用指纹模组技术进行指纹识别,具体为,当用户手指按压屏幕时,屏幕发出光线将手指区域照亮,照亮指纹的反射光线通过屏幕像素中的间隙返回到屏幕下方的传感器上,最终形成的图像通过与数据库中已存的图像进行对比分析,进行识别判断。还可以在屏幕与传感器之间设置透镜,将反射光线聚焦后在反射到传感器上,以增加传感器的进光量。
但是在上述相关技术中,为了保证经过透镜聚焦后的光线照射到传感器的感光像素上,因此透镜与感光像素的位置必须一一对应,这样会导致生产指纹模组时工艺要求较高,生产成本较大。
实用新型内容
本申请提供一种指纹模组以及电子设备,可以解决相关技术中透镜与感光像素的位置必须一一对应,导致生产指纹模组时工艺要求较高,生产成本较大的技术问题。
第一方面,本申请实施例提供一种指纹模组,所述指纹模组包括:
微透镜层,用于接收并汇聚经待测手指反射的反射光,所述反射光携带指纹信息;
准直器,所述准直器设置于所述微透镜层的远离所述待测手指的一侧,用于将所述微透镜层汇聚的所述反射光转换为准直光;
光学感应器,所述光学感应器设置于所述准直器的背离所述微透镜层的一侧,用于接收由所述准直器转换的所述准直光。
由于在微透镜层和光学感应器之间设置了准直器,因此准直器可以直接将微透镜层汇聚后的反射光平行传导至光学感应器上,因此不需要微透镜层中的透镜与光学感应器中的感光像素一一对应,使得生产指纹模组时的工艺要求较低,有效降低了指纹模组的生产成本。
可选地,所述微透镜层包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面,其中所述第一表面靠近所述待测手指;所述第一表面上形成有多个微透镜,所述第二表面为平面。
由于微透镜层的第一表面上形成有多个微透镜且第二表面为平面,照射在第一表面上携带有指纹信息的反射光,可以穿过第一表面中的微透镜并在第二表面上汇聚,因此增加了最后照射在光学感应器上的反射光的光量,有利于提升指纹模组的指纹识别速度以及识别准确率。
可选地,所述准直器包括多个准直孔,所述多个准直孔贯穿所述准直器;所述多个准直孔靠近所述微透镜层的孔口所在平面平行于所述第二表面,所述多个准直孔靠近所述光学感应器的孔口所在平面平行于所述光学感应器的感应面。
准直器中的准直孔的结构可以使得穿过微透镜层中第二表面后汇聚的反射光,平行传导至光学感应器中的感光像素上,因此不需要像素微透镜层中的透镜与光学感应器一一对应,使得生产指纹模组时的工艺要求较低,有效降低了指纹模组的生产成本。
可选地,所述光学感应器面向所述准直器的一面为所述感应面;所述感应面上设置有多个感光像素,每个所述感光像素在所述多个准直孔靠近所述光学感应器的孔口所在平面上的投影至少覆盖一个所述准直孔。
上述感光像素的设置可以使得光学感应器尽可能的从准直器获取更多的准直光。
可选地,每个所述微透镜在所述多个准直孔靠近所述微透镜层的孔口所在平面上的投影至少覆盖一个所述准直孔。
上述微透镜的设置可以使得准直器尽可能的从微透镜层获取更多的反射光。
可选地,每个所述感光像素在所述第二表面上的投影至少覆盖两个所述微透镜。
上述感光像素的设置还可以使得光学感应器尽可能的从微透镜层获取更多的经待测手指反射的反射光,便于光学感应器提取待测手指上的指纹信息。
可选地,所述第一表面上的微透镜在所述光学感应器上的投影呈圆形,以提高微透镜层的汇聚反射光的效果。
可选地,所述第一表面上微透镜的透镜中心与所述多个准直孔靠近所述微透镜层的孔口所在平面之间的距离不大于所述第一表面上微透镜的焦距。
上述微透镜与准直孔的设置可以使更多的反射光进入到准直器的准直孔中,提高指纹模组对待测手指的识别准确率。
可选地,所述指纹模组还包括滤光片,所述滤光片设置于所述准直器与所述光学感应器之间,用于对所述准直光进行过滤。
由于滤光片设置于所述准直器与所述光学感应器之间,从而使得反射光穿过滤光片进入传感器后,传感器不会受到其他光线的干扰,使传感器从反射光获取的指纹信息较为准确,提高指纹模组对指纹的识别率。
第二方面,本申请实施例提供电子设备,包括如上述的指纹模组,使得生产电子设备时的工艺要求较低,有效降低了电子设备的生产成本。
本申请一些实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
本申请提供一种指纹模组以及电子设备,指纹模组包括微透镜层,用于接收并汇聚经待测手指反射的反射光,反射光携带指纹信息;准直器,准直器设置于微透镜层的远离待测手指的一侧,用于将微透镜层汇聚的反射光转换为准直光;光学感应器,光学感应器设置于准直器的背离微透镜层的一侧,用于接收由准直器转换的准直光。由于在微透镜层和光学感应器之间设置了准直器,因此准直器可以直接将微透镜层汇聚后的反射光平行传导至光学感应器上,因此不需要微透镜层中的透镜与光学感应器中的感光像素一一对应,使得生产指纹模组时的工艺要求较低,有效降低了指纹模组的生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术中一种指纹模组的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种指纹模组的结构示意图;
图3为本申请另一实施例提供的一种微透镜层的斜轴测图;
图4为本申请另一实施例提供的一种准直器的结构示意图;
图5为本申请另一实施例提供的一种微透镜层的结构示意图;
图6为本申请另一实施例提供的一种指纹模组的结构示意图。
具体实施方式
为使得本申请的特征和优点能够更加的明显和易懂,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,而非全部实施例。基于本申请中的实施例,本领域技术人员在没有做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。
可以理解的,本申请实施例提供的指纹模组可以应用于各种指纹识别场合,不限定指纹模组的应用领域以及具体使用场景。为方便描述,下面以指纹模组应用于光学式屏下指纹识别技术为例,介绍指纹模组的具体结构。
请参阅图1,图1为相关技术中一种指纹模组的结构示意图。
在相关技术中,指纹模组100可以包括:微透镜层110和光学感应器120。其中微透镜层110设置于显示屏130中远离用户手指触摸面的一侧,即微透镜层110设置于显示屏130远离显示面的一侧,微透镜层110背离显示屏130的一侧设置有光学感应器120,光学感应器120靠近微透镜层110的一侧上设置有多个感应像素140。
当用户的手指接触显示屏130或者用户将手指置于显示屏130的上方时,光源或显示屏130发出的光线可以照射到用户的手指上,由于用户手指上存在指纹,且手指上不同位置处指纹的表皮上突起的程度不同,因此当光线照射到用户手指上时,手指不同位置处的指纹会反射出不同的反射光,反射光经过微透镜层110中的微透镜的聚光后,将聚焦后的光束照射到光学感应器120的感应像素140中,光学感应器120对反射光进行采集以及处理,得到用户的指纹信息。
但是在上述相关技术中,由于用户手指指纹的反射光经过微透镜层110汇聚后,汇聚后的反射光必须对应照射到光学感应器120中的感应像素140上时,才能实现光学感应器120的指纹采集功能,因此也就必须要求微透镜层110中的微透镜与光学感应器120中的感应像素140一一对应,否则经过微透镜层110汇聚后的反射光不能照射到光学感应器120中的感应像素140上,这也就使得在上述相关技术中,制造指纹模组100时需要较高的生产工艺,导致生产指纹模组100时的生产成本增加。因此有必要提出一种新设计的指纹模组,以解决上述相关技术中的问题。
请参阅图2,图2为本申请实施例提供的一种指纹模组的结构示意图。
如图2所示,指纹模组200包括微透镜层210、准直器220以及光学感应器230。
微透镜层210设置于显示屏130的内侧,显示屏130作为用户与具有显示屏130的电子设备的交互主体之一,且显示屏130还起着保护电子设备内部器件、显示画面以及接收用户的反馈的作用;显示屏130装配在电子设备中后,可以根据显示屏130装配后的位置以及显示屏130的发光方向,将显示屏130的两侧分为显示屏130的外侧(也即显示屏130的对应显示画面的显示侧),以及显示屏130的内侧(也即显示屏130的背光侧)。将微透镜层210设置于显示屏130的内侧,当用户手指接触显示屏130或者用户将待测手指置于显示屏130的上方时,经过待测手指反射后的反射光可以穿过显示屏130并照射到微透镜层210上,由于待测手指上不同位置处指纹的表皮上突起的程度不同,因此待测手指指纹对应的反射光可以携带有用户的指纹信息。
微透镜层210可以采用透明且具有预设折射率的材料制成,且微透镜层210在加工时可以使得微透镜层210在不同位置形成预设高度以及预设直径的凸起,当反射光穿过显示屏130照射到微透镜层210中的凸起时,凸起可以作为一个透镜,可以通过设置凸起的直径,使得凸起形成的透镜为微透镜211,且该微透镜211为凸透镜,根据凸透镜的成像原理,微透镜层210中的透镜可以将反射光进行汇聚,反射光可以汇聚在微透镜层210远离显示屏130的一侧。
由于微透镜层210可以将用户手指对应的、携带有用户指纹信息的反射光进行汇聚,因此在微透镜层210汇聚反射光的一侧,相比于反射光直接穿过显示屏130后的一侧,在相同面积下,可以在微透镜层210汇聚反射光的一侧获取更多的反射光,因此也就可以获取更多的用户指纹信息,便于提高指纹模组200的指纹识别速度以及指纹识别准确率。
准直器220可以设置于微透镜层210的背离待测手指的一侧,也即准直器220设置在微透镜层210中汇聚反射光的一侧,因此准直器220可以用于接收并平行传导穿过微透镜层210的反射光,也即准直器220的一端首先接收穿过并通过微透镜层210汇聚后的反射光,然后将汇聚后的反射光转换为准直光,以及将该准直光传导至准直器220的另一端。
准直器220可以是由任何可以传导光、并将光以预设角度输出的装置构成,例如,准直器220可以使用光纤内径管,使得光纤内径管的一端在接收到反射光后,反射光可以在光纤内径管内以较小损耗的方式传输,并且光纤内径管还可以呈现弯曲或者垂直状态,反射光可以在光纤内径管的另一端以平行于光纤内径管内壁的方向输出,输出的光即为准直光。
准直器220靠近微透镜层210的一端可以紧贴于微透镜层210汇聚反射光的一侧,由于准直器220可以将接收到的反射光转换为准直光,准直光具有平行传导特性,当准直器220的一端接收到汇聚与微透镜层210一侧汇聚的反射光后,可以将反射光转换为相同的强度且平行传导准直光至准直器220的另一端,也即准直器220的两端单位面积上的反射光的强度是相同的,准直器220相当于将微透镜层210一端汇聚后反射光,延伸一定长度后输出,也就替代了相关技术中微透镜层210一端汇聚后再次在传播路径中进行汇聚的过程。
可选地,光学感应器230设置于准直器220的背离微透镜层210的一侧,光学感应器230可以是具有感光像素231的传感器,其中感光像素231可以对光线进行感应,并形成相关数据。光学感应器230的感光像素231可以面向准直器220,以使得准直器220导出的反射光由光学感应器230的感光像素231接收。
由于准直器220的两端单位面积上的反射光的强度是相同的,当光学感应器230的感光像素231接收到准直器220导出的反射光后,对反射光进行感应以及采集,得到原始光线数据,光学感应器230对原始光线数据进行识别得到反射光对应的用户指纹信息,根据指纹信息可以对用户的身份进行识别。
在相关技术中,由于微透镜层和光学感应器之间存在光线传输空间或者光线传输介质,因此经过微透镜层中透镜聚焦后的反射光会在光线传输空间或者光线传输介质中再次聚焦,导致照射到光学感应器上的汇聚光的面积较小,而光学感应器中仅感光像素231可以采集以及接收反射光,因此要想汇聚的反射光照射到光学感应器的感光像素231上,必须使得微透镜层中透镜位置与光学感应器中感光像素231的位置一一对应。而在本申请中,经过微透镜层210中微透镜211聚焦后的反射光,可以通过准直器220转换为准直光并直接将准直光平行传导至光学感应器230上,且准直器220的两端单位面积上的反射光的强度是相同的,因此准直器220平行导出的反射光照射到光学感应器230,相当于微透镜211聚焦后的反射光直接照射到光学感应器230上,避免了相关技术中反射光在到达光学感应器230之前聚焦的过程,准直器220增大了微透镜211聚焦后的反射光的照射面积,准直器220平行导出的反射光也就更容易被光学感应器230上的感光像素231接收,也就不需要微透镜层210中的微透镜211位置与光学感应器230中感光像素231位置一一对应,微透镜层210中的微透镜211可以根据需要进行设置,可以是规则排列或者随机排列。且可以随时更换不同微透镜211规格的微透镜层210,使得生产指纹模组200时的工艺要求较低,有效降低了指纹模组200的生产成本。
可选地,微透镜层210、准直器220以及光学感应器230中的任意一个或者两个还可以单独应用于其他部件,例如,可以单独将微透镜层210和准直器220应用于显示屏中,也可以作为本申请的一种实施方式,也即本申请实施例中不限于微透镜层210、准直器220以及光学感应器230具体应用场景以及应用方法。
在本申请实施例中,指纹模组包括微透镜层,用于接收并汇聚经待测手指反射的反射光,反射光携带指纹信息;准直器,准直器设置于微透镜层的远离待测手指的一侧,用于将微透镜层汇聚的反射光转换为准直光;光学感应器,光学感应器设置于准直器的背离微透镜层的一侧,用于接收由准直器转换的准直光。由于在微透镜层和光学感应器之间设置了准直器,因此准直器可以直接将微透镜层汇聚后的反射光平行传导至光学感应器上,因此不需要微透镜层中的透镜与光学感应器中的感光像素一一对应,使得生产指纹模组时的工艺要求较低,有效降低了指纹模组的生产成本。
请参阅图3,图3为本申请另一实施例提供的一种微透镜层的斜轴测图。
如图3所示,在本申请实施例中,微透镜层210包括第一表面212以及与第一表面212相对的第二表面(图中未示出),第一表面212面向显示屏130,也即第一表面靠近待测手指,第二表面面向准直器220。其中在生产过程中可以对微透镜层210中第一表面212以第二表面的形状进行设定,以使得第一表面212形成有多个凸设的凸起面2111,一个凸起面2111以及该凸起面2111内部的材质构成一个透镜,还可以在微透镜层210的生产过程中,对第一表面212凸起的长宽或者直径进行限定,使得凸面2111形成的透镜为微透镜211,第二表面可以为平面,使得微透镜层210中微透镜211为平凸透镜。
可选地,在实际应用中还可以对微透镜层中第一表面以第二表面的形状进行设定,以使得微透镜层中微透镜为凹透镜或者平凹透镜,本申请实施例对微透镜层中微透镜的形状不做具体限定。
当反射光照射到微透镜层210中的凸起面2111时,微透镜层210可以将反射光聚焦在于凸起面2111相对的平面上,也即聚焦后的反射光可以较为均匀分布在第二表面上。当准直器220接收聚焦于第二表面上的反射光以及将反射光平行传导至光学感应器230上时,光学感应器230上的感光像素231可以更易接收到微透镜层210中聚焦后的反射光,也即微透镜层210中微透镜211的中心位置点可以不与光学感应器230中的感光像素231一一对应,只需要微透镜层210中凸起面2111在光学感应器230中的投影,与光学感应器230中的至少一个感光像素231部分或者完全重合即可,那么光学感应器230中的像素就可以接收到微透镜层210中汇聚的反射光。使得生产指纹模组200时,降低了对微透镜层210中微透镜211与光学感应器230中感光像素231之间的位置关系的相关工艺要求,有效降低了指纹模组200的生产成本。
请参阅图4,图4为本申请另一实施例提供的一种准直器的结构示意图。
如图4所示,准直器220包括多个准直孔221。准直孔221可以贯穿准直器220,准直孔221可以是光纤管等相同或者类似结构,其中准直孔221内壁具有反射层,当外部光线从准直孔221的一端进入后,可以在准直孔221的反射层上发生全反射进而在准直孔221内传播,并从准直孔221的另一端以平行于准直孔221内壁的方向输出,也即从准直孔输出的光为准直光,因此准直孔221可以实现准直器220接收并平行传导穿过微透镜层210的反射光的功能。
由于微透镜层210中第二表面为平面,光学感应器230平行于第二表面,为了使从准直器220中平行导出的准直光尽可能的照射在光学感应器230中的感光像素231上,因此多个准直孔221靠近微透镜层210的孔口所在平面平行于第二表面,多个准直孔221靠近光学感应器230的孔口所在平面平行于光学感应器230的感应面,这样可以提高光学感应器230中感光像素231的进光量,有利于提高指纹模组200对反射光中携带的指纹信息的识别速度以及识别准确率。
可选地,光学感应器230面向准直器220的一面为感应面;感应面上设置有多个感光像素231,每个感光像素231在多个准直孔221靠近光学感应器230的孔口所在平面上的投影至少覆盖一个准直孔221,上述感光像素231的设置可以使得光学感应器230尽可能的从准直器220获取更多的准直光。
可选地,每个微透镜在多个准直孔221靠近微透镜层210的孔口所在平面上的投影至少覆盖一个准直孔221,上述微透镜的设置可以使得准直器220尽可能的从微透镜层210获取更多的反射光。
可选地,每个感光像素231在第二表面上的投影至少覆盖两个微透镜。上述感光像素231的设置还可以使得光学感应器230尽可能的从微透镜层210获取更多的经待测手指反射的反射光,便于光学感应器提取待测手指上的指纹信息。同时也避免了相关技术中反射光在到达光学感应器之前聚焦的过程,那么也就扩大了反射光照射到光学感应器230上的面积,光学感应器230绝大多数位置的感光像素231都可以从准直孔221中接收到反射光,使得即使微透镜层210中微透镜211的位置不与光学感应器230中感光像素231的位置一一对应,光学感应器230仍可以工作,提高了指纹模组的指纹识别效率。
请参阅图5,图5为本申请另一实施例提供的一种微透镜层的结构示意图。
如图5所示,为了保证微透镜层210的聚焦效果,可以在生产微透镜层210时,对微透镜层210的结构进行设置,以使得微透镜层210中第一表面212中的凸起面2111在光学感应器230上的投影呈圆形。当反射光穿过显示屏130照射到微透镜层210中的凸起面2111时,凸起面2111以及凸起面2111内包含的材料可以作为一个微透镜211,且该微透镜211为凸透镜,以达到聚光效果。且微透镜层210中第一表面212中的凸起面2111在光学感应器230上的投影部分或者完全覆盖至少一个感光像素231,以使得微透镜层210中微透镜211汇聚后的反射光可以穿过准直器后照射到光学感应器230中的感光像素231上,使得光学感应器230可以接收到反射光实现指纹识别功能。
可选地,还可以将微透镜层210中的凸起面2111的直径具体设置为光学感应器230中感光像素231宽度的四分之一或者N分之一(N为大于1的正整数),这使得多个凸起面2111在光学感应器230上的投影可以位于光学感应器230中一个感光像素231中,也即微透镜层210中多个微透镜211的投影位于一个感光像素231中,使得光学感应器230中的感光像素231可以接收到更多的反射光,以提高指纹模组200对反射光中携带的指纹信息的识别速度以及识别准确率。
可选地,第一表面212上微透镜的透镜中心与多个准直孔221靠近微透镜层210的孔口所在平面之间的距离不大于第一表面212上微透镜的焦距。根据透镜的光学成像特性,上述微透镜与准直孔221的设置可以使更多的反射光进入到准直器220的准直孔221中,提高指纹模组对待测手指的识别准确率。
请参阅图6,图6为本申请另一实施例提供的一种指纹模组的结构示意图。
如图6所示,指纹模组200还包括滤光片240,滤光片240设置于反射光的光路路径中,用于对反射光进行过滤。可以理解的,由于用户手指指纹对应的反射光包括了多种物体、多个环境以及多种颜色的光线,因此由准直器220导出的反射光由光学感应器230接收后,光学感应器230对复杂光线进行处理时存在处理时间慢,且指纹识别效率低的问题,例如,反射光中的蓝光与绿光的强度分布存在较大差异性,导致光学感应器230曝光时间难以有效调节,容易造成采集到的指纹图像信息模糊,导致光学感应器230的指纹识别率较低。来自显示屏130的光照射到用户手指后,其反射光会依次穿过显示屏130、微透镜层210以及准直器220,最后到达光学感应器230,因此反射光的光路路径为显示屏130与光学感应器230之间的传播空间,因此可以在反射光的任一光路路径中设置滤光片240,对反射光中预设光线进行滤除,使得穿过滤光片240的反射光仅保留指定一种或者多种光线。
可选地,滤光片240可以设置于准直器220与光学感应器230之间,可以在减少对反射光干扰的情况下,对反射光中预设光线进行滤除;还可以选用例如带通滤光片等类型的滤光片240,以使得滤光片240可通过的光为单色光,这样可以进一步减少其余颜色的光对光学感应器230对指纹进行识别时的干扰,有利于提高指纹模组200对反射光中携带的指纹信息的识别速度以及识别准确率。
本申请实施例还提供一种电子设备,包括如上述的指纹模组,使得生产电子设备时的工艺要求较低,有效降低了电子设备的生产成本。
以上为对本申请所提供的一种指纹模组以及电子设备的描述,对于本领域的技术人员,依据本申请实施例的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。