CN212933540U - 指纹检测装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹检测装置和电子设备，该指纹检测装置适用于显示屏下方以实现屏下光学指纹识别，包括：光学组件和指纹传感器；该光学组件用于将经过手指反射或散射后的光信号传导至该指纹传感器；该指纹传感器包括：N组子像素，该N组子像素中的每组子像素包括至少一个子像素，N为大于1的正整数；其中，该N组子像素中的第一组子像素用于接收第一光信号，以形成该手指的第一指纹图像中的一个像素值；该N组子像素中的第二组子像素用于接收第二光信号，以形成该手指的第二指纹图像中的一个像素值；该第一光信号与该第二光信号的方向不同，该第一指纹图像和/或该第二指纹图像用于进行指纹识别。

Description

指纹检测装置和电子设备

本申请要求于2019年8月2日提交国际局、申请号为PCT/CN2019/099135、发明名称为“指纹检测装置和电子设备”的国际申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及指纹检测领域，并且更具体地，涉及一种指纹检测装置和电子设备。

背景技术

指纹检测装置中，通常需要采用指纹图像传感器(Image Sensor)，或简称指纹传感器，将采集到的指纹光信号转换为指纹图像电信号。在指纹传感器中，主要包括像素阵列(Pixel Array)电路和信号处理电路，其中像素阵列电路中包括多个像素单元，每一个像素单元对应输出图像中的一个像素值。当一个像素单元出现故障时，则不输出图像中对应的像素值，影响图像质量。且该指纹传感器只能处理得到一张指纹图像，无法满足不同场景下不同指纹图像的需求，影响指纹检测装置的性能。

因此，如何提高指纹图像质量，满足不同场景需求，提高指纹检测装置及其指纹传感器的性能是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种指纹检测装置和电子设备，能够满足不同场景下不同图像的需求，提高指纹检测装置及其指纹传感器性能。

第一方面，提供了一种指纹检测装置，适用于显示屏下方以实现屏下光学指纹识别，包括：光学组件和指纹传感器；

该光学组件用于将经过手指反射或散射后的光信号传导至该指纹传感器；该指纹传感器包括：N组子像素，该N组子像素中的每组子像素包括至少一个子像素，N为大于1的正整数；其中，该N组子像素中的第一组子像素用于接收第一光信号，以形成该手指的第一指纹图像中的一个像素值；该N组子像素中的第二组子像素用于接收第二光信号，以形成该手指的第二指纹图像中的一个像素值；该第一光信号与该第二光信号的方向不同，该第一指纹图像和/或该第二指纹图像用于进行指纹识别。

在本申请实施例中，通过采用N组子像素采集N种经过手指反射或散射的不同方向的光信号，可以得到N张指纹图像信号，从而满足不同场景的需求。此外，还可以对N张指纹图像信号进行融合优化，得到一个新的优化后的指纹图像信号，可以提高指纹图像质量和指纹传感器的性能。

此外，当每组子像素中多个子像素用于形成指纹图像中的一个像素值时，多个子像素中任意一个子像素损坏，还有其他子像素可以工作，仍旧能够形成像素值，因此，在提取不同特征图像的同时还可以提高指纹传感器的可靠性和生产良率。

并且，采用本申请实施例的方案，在保证相邻两个子像素不相互影响的情况下可以提升多个子像素的密度，进而能够降低所述指纹检测装置的尺寸。

在一种可能的实施方式中，该第一光信号与该第二光信号为方向不同的倾斜光信号。

在一种可能的实施方式中，该指纹传感器包括：M*N组子像素，其中，M为正整数；该M*N组子像素中的M个第一组子像素用于接收经过手指反射或散射的第一光信号，以形成包括M个像素值的该第一指纹图像；该M*N组子像素中的M个第二组子像素用于接收经过手指反射或散射的第一光信号，以形成包括M个像素值的该第二指纹图像。

在一种可能的实施方式中，该第一组子像素中包括K个第一子像素，其中，K为大于1的整数，该K个第一子像素用于连接至第一子处理单元，该第一子处理单元用于将该K个电信号求和，得到该第一指纹图像中的一个像素值。

在一种可能的实施方式中，该第一组子像素中的K个子像素通过K条信号线连接至该第一子处理单元。

在一种可能的实施方式中，该第一子处理单元用于在同一时间接收该第一组子像素中的K个子像素的K个第一电信号，并对该K个第一电信号进行求和计算。

在一种可能的实施方式中，K＝4。

在一种可能的实施方式中，该指纹检测装置包括该第一子处理单元。

在一种可能的实施方式中，该指纹检测装置包括N个子处理单元，该N个子处理单元包括该第一子处理单元。

在一种可能的实施方式中，该N组子像素中的每组子像素的子像素数量相等。

在一种可能的实施方式中，该N组子像素中的每个子像素形状大小相同，且呈阵列排列。

在一种可能的实施方式中，该第一组子像素中的多个第一子像素彼此互不相邻，且该第一组子像素中的多个第一子像素与该N组子像素中除该第一组子像素外的其它子像素相邻。

在一种可能的实施方式中，该N组子像素中的每一组子像素在该N组子像素中的排列方式相同。

在一种可能的实施方式中，N＝4，所述指纹传感器包括M*4组子像素，用于接收四个方向的光信号以形成所述手指的四张指纹图像；

其中，所述4组子像素中每组子像素包括K个子像素，该指纹传感器中M*K个子像素用于接收一个方向的光信号，形成该四张指纹图像中的一张指纹图像；该四张指纹图像的一张指纹图像单独用于进行指纹识别，或者该四张指纹图像的多张指纹图像融合后用于进行指纹识别。

在一种可能的实施方式中，该光学组件包括：微透镜阵列和至少一个挡光层；该微透镜阵列包括多个微透镜；该至少一个挡光层设置在该微透镜阵列的下方，且形成有该多个微透镜中每个微透镜对应的多个导光通道；该指纹传感器设置于该至少一个挡光层的下方，该每个微透镜对应的多个导光通道中的每个导光通道的下方设置有一个子像素；其中，该每个微透镜的下方设置有多个子像素，该每个微透镜下方设置的多个子像素分别用于接收经由其上方的微透镜汇聚的并通过对应的导光通道传输的光信号，该光信号用于检测手指的指纹信息。

第二方面，提供了一种电子设备，包括显示屏以及如第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中的指纹检测装置，其中，该指纹检测装置设置在该显示屏下方。

附图说明

图1是本申请实施例所适用的电子设备的结构示意图。

图2是根据本申请实施例的一种像素阵列电路的像素排列示意图。

图3是根据本申请实施例的一种像素阵列电路的电路连接示意图。

图4是根据本申请实施例的另一种像素阵列电路的电路连接示意图。

图5是根据本申请实施例的一种指纹检测装置的示意图。

图6a至图6d是根据本申请一种实施例的多种子像素排列示意图。

图7a至图7c是根据本申请另一实施例的多种子像素排列示意图。

图8是根据本申请实施例的另一指纹检测装置的示意图。

图9是根据本申请实施例的另一指纹检测装置的示意图。

图10a至图10c是根据本申请一种实施例的多种像素阵列电路的电路连接示意图。

图11a至图11b是根据本申请另一实施例的多种像素阵列电路的电路连接示意图。

图12是根据本申请实施例的一种指纹检测装置的示意性框图。

图13是根据本申请实施例的一种指纹检测装置的示意性结构图。

图14是根据本申请实施例的另一指纹检测装置的示意性结构图。

图15是根据本申请实施例的另一指纹检测装置的示意性结构图。

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。

本申请实施例的技术方案可以应用于各种指纹传感器，例如可以应用于光学指纹系统中的指纹传感器，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指纹传感器可以应用在智能手机、相机、平板电脑以及其他具有成像功能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，指纹检测装置可以具体为指纹检测装置，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，所述指纹检测装置也可以部分或者全部集成至所述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，所述电子设备10包括显示屏120和指纹检测装置130，其中，所述指纹检测装置130设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述指纹检测装置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131的感应阵列133，所述感应阵列133所在区域或者其感应区域为所述指纹检测装置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。在一种替代实施例中，所述指纹检测装置130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述指纹检测装置130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。

应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述指纹检测装置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，可以使得所述指纹检测装置130的指纹检测区域103的面积大于所述指纹检测装置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，所述指纹检测装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述指纹检测装置130的感应阵列的面积基本一致。

作为一种可选的实现方式，如图1所示，所述指纹检测装置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，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导引至所述感应阵列进行光学检测。

还应理解，在本申请实施例中，指纹检测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，本申请实施例中的指纹检测装置也可以称为光学指纹识别模组、光学指纹装置、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至图4示出了一种像素阵列电路11的示意图。该像素阵列电路可以为图1中光检测装置中的感应阵列。

图2为像素阵列电路11的像素排列示意图。如图2所示，像素阵列电路11包括多个像素单元111构成的阵列结构，一个像素单元用于接收光信号并输出一个电信号值，该电信号值对应于指纹图像中的一个像素点值。其中，一个像素单元(Pixel)包括多个子像素(Cell)，一个像素单元的电信号值为多个子像素的电信号之和。

可选地，如图2至图4所示，一个像素单元111包括相邻的4个子像素，分别为第一子像素，第二子像素，第三子像素和第四子像素。在图3和图4中，第一子像素标识为“1”，第二子像素标识为“2”，第三子像素标识为“3”，第四子像素标识为“4”。

具体地，如图3所示，每个子像素通过开关连接到信号线上进行数据输出，将4个子像素的值通过处理单元114进行求和输出为一个像素单元的像素值。进一步地，通过控制不同的子像素在不同的时间开启，依次对不同的像素单元中的子像素进行求和，依次输出不同的像素单元的像素值。

应理解，一个像素单元111用于对待成像目标物体中一个目标区域的进行成像，因此，一个像素单元111中的4个子像素均接收手指中同一目标区域的光信号，4个子像素产生的电信号之和对应于手指指纹图像中第一目标区域的像素值。

还应理解，在本申请实施例中，一个像素单元还可以包括2个，3个或其它任意个数量的子像素，本申请实施例对此不做限定。

可选地，如图4所示，在一种可能的实施方式中，一个子像素可以由光电二极管、场效应晶体管等器件组成，其中，光电二极管用于接收光信号并转换为电信号，场效应晶体管用于控制光电二极管的开关。

如图4所示，像素阵列电路11还包括：第一驱动单元112和第二驱动单元113。所述第一驱动单元112通过多根信号线连接至每一列子像素，具体地，可以连接至每一列子像素中的场效应晶体管栅极，通过开启场效应开关管驱动光电二极管接收光信号并转换为电信号。可选地，第一驱动单元112通过方波驱动信号依次驱动像素阵列电路11中M列子像素中的每一列子像素。

所述第二驱动单元113通过多根信号线连接至每一行子像素，具体地，可以连接至每一行子像素的场效应晶体管的源极，用于驱动每一行子像素电信号的传输。可选地，第二驱动单元113也可以通过方波驱动信号依次驱动像素阵列电路11中N行子像素中的每一行子像素。

应理解，所述第一驱动单元112还可以通过信号线连接至每一行子像素，控制每一行子像素的开关，例如，第一驱动单元连接至每一行子像素的场效应晶体管的栅极。对应的，所述第二驱动单元113可以通过信号线连接至每一列子像素，控制每一列子像素的电信号的输出，例如，第二驱动单元连接至每一列子像素的场效应晶体管的源极。

如图3和图4所示，像素阵列电路11还包括：多个处理单元114，用于对一个像素单元111中的4个子像素的电信号值进行相加求和。例如，第一求和单元1141为多个处理单元114中的一个处理单元，该第一求和单元1141连接于4根行信号线，将第一目标像素单元中的第一目标子像素1111、第二目标子像素1112、第三目标子像素1113和第四目标子像素1114的像素值相加。具体地，在t1时段，第一驱动单元112驱动第一列子像素和第二列子像素工作，此时，第一求和单元1141同时接收第一目标像素单元1111至第四目标像素单元1114的电信号值，并将接收到的4个电信号值相加并输出为第一目标像素单元的电信号值。

应理解，图4中，第一求和单元1141可以在t2时段接收位于第一行和第二行以及第三列和第四列上的4个子像素的电信号值，并将该4个子像素的电信号值相加并输出。因此，在不同的时段，第一求和单元1141可以接收第一行和第二行上所有子像素的电信号值，并依次加上输出得到像素单元的像素值。同样的，其它求和单元同样连接两行子像素，并依次将两行子像素对应的像素单元的像素值依次相加输出。

在上述像素阵列电路中，一个像素单元包括4个相邻的子像素，通过求和单元将4个子像素的电信号值相加并作为该像素单元的电信号值，当4个相邻的子像素中的任意一个或多个子像素由于制造工艺不良、静电影响或者其它问题造成损坏时，只要4个子像素中有一个子像素正常可以使用，则可以基于正常的子像素值输出当前像素单元的信号值。

但在该技术方案中，将4个相邻的子像素作为一个像素单元进行处理，所有像素单元中的4个子像素的类型相同，因此只能输出一种类型的图像，不能根据不同的需求和场景输出不同的图像。

在本申请中，提出一种能够利用多种不同的子像素接收不同特性的光信号，可以输出多张图像适应不同的需求和场景，并且，可以对多张图像进行合成以提高指纹传感器的成像质量，在提升指纹传感器的性能和可靠性的同时，还可以降低指纹检测装置的尺寸和厚度。

以下，结合图5至图15，详细介绍本申请实施例的指纹检测装置及其指纹传感器。

需要说明的是，为便于理解，在以下示出的实施例中，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，在以下所示出的本申请实施例中的子像素的数量和排布方式等仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

图5示出了本申请实施例的一种指纹检测装置20的示意图。该指纹检测装置20适用于显示屏下方，可以实现屏下光学指纹识别功能。

如图5所示，指纹检测装置20包括：指纹传感器200；

所述指纹传感器200包括：N组子像素，N为大于1的正整数；

所述N组子像素中的不同组子像素分别接收经过手指反射或散射而返回的光信号中的特性不同的光信号，所述N组子像素中的每组子像素接收的光信号用于形成所述手指的指纹图像中的一个像素。

例如，如图5所示，所述N组子像素中包括第一组子像素210和第二组子像素220。所述第一组子像素210包括至少一个第一子像素211，所述第二组子像素220包括至少一个第二子像素221。

其中，所述第一子像素211用于接收经过手指反射或散射的第一光信号，所述第二子像素221用于接收经过手指反射或散射的第二光信号。所述第一光信号和所述第二光信号的特性不同。

并且，第一组子像素210中至少一个第一子像素211接收的第一光信号用于形成指纹图像中的一个像素值，第二组子像素220中至少一个第二子像素221接收的第二光信号用于形成指纹图像中的一个像素值。

具体地，至少一个第一子像素211接收第一光信号并将第一光信号转换为至少一个第一电信号，所述至少一个第一电信号用于处理得到指纹图像中的一个像素值。至少一个第二子像素221接收第二光信号并将第二光信号转换为至少一个第二电信号，所述至少一个第二电信号同样用于处理得到指纹图像中的一个像素值。

在本申请实施例中，所述特性不同的光信号包括：传播方向，波长，偏振方向中至少一种特性不同的光信号。即，第一光信号和第二光信号可以为不同波段、不同传播方向、不同偏振方向、不同强度等等不同特性的光信号，本申请实施例对此不做限定。

可选地，第一光信号和第二光信号的波长不同，例如，第一光信号为红光，第二光信号为蓝光，或者第一光信号为可见光，第二光信号为红外光等等。

可选地，第一光信号和第二光信号的方向不同，换言之，即入射至子像素的入射角度不同，例如，第一光信号与子像素所在平面的夹角为30°，第二光信号与子像素所在平面的夹角为45°等等。

可选地，第一光信号和第二光信号的偏振方向不同，例如，第一光信号为经过0°线偏振片的线偏振光信号，第二光信号为经过90°线偏振片的线偏振光等等。

可选地，所述第一子像素211和第二子像素221的结构可以与图4中的子像素结构相同或类似，可以包括一个或多个发光二极管，以及控制子像素工作的开关管。

可选地，在本申请实施例中，所述N组子像素中的每组子像素的子像素数量相等或者不相等，例如：所述第一组子像素210和第二组子像素220中的子像素的数量相等或者不相等，本申请实施例对此不做限定。

优选地，所述N组子像素中的每组子像素的子像素数量相等。

可选地，所述N组子像素中的每组子像素包括多个子像素，所述多个子像素接收的多个光信号之和用于形成所述手指的指纹图像中的一个像素。

例如，所述第一组子像素210可以包括2个或2个以上任意数量的子像素，所述第一组子像素210接收的多个第一光信号之和用于形成所述手指的指纹图像中的一个像素。

具体地，所述第一组子像素210中的多个第一子像素211接收第一光信号并将第一光信号转换为多个电信号，所述多个电信号之和用于处理得到指纹图像中的一个像素值。

可选地，N组子像素可以按照一定规律排列，例如，呈阵列规律排列，也可以按照品字形排列，或者其它任意排列方式，本申请对此不做限定。

应理解，N组子像素中每个子像素的形状可以为四边形、六边形或者其它形状，所述N组子像素中每个子像素的形状大小相同或者不同，本申请实施例对此均不做任何限定。

还应理解，图5中的第一组子像素210和第二组子像素220为所述N组子像素中的任意两组子像素，当N大于2时，N组子像素中其它任意组子像素接收的光信号特性与第一光信号、第二光信号的特性均不同，且其它任意组子像素均可以对应的参照上述第一组子像素210或者所述第二组像素220的相关描述和技术方案，此处不再赘述。

在本申请实施例中，通过采用N组子像素采集N种经过手指反射或散射的不同特性的光信号，可以得到N种对应的指纹图像信号，从而满足不同场景的需求。此外，还可以对N种指纹图像信号进行融合优化，得到一个新的优化后的指纹图像信号，可以提高指纹图像质量和指纹传感器的性能。

此外，当多个子像素用于形成指纹图像中的一个像素值时，多个子像素中任意一个子像素损坏，还有其他子像素可以工作，仍旧能够形成像素值，因此，在提取不同特征图像的同时还可以提高指纹传感器的可靠性和生产良率。

并且，采用本申请实施例的方案，在保证相邻两个子像素不相互影响的情况下可以提升多个子像素的密度，进而能够降低所述指纹检测装置的尺寸。

特别地，当N组子像素分别能够接收到不同方向的倾斜光信号时，首先，可以提高指纹识别装置接收的进光量，由此可以降低子像素阵列的曝光时长。

其次，还可以通过N组子像素接收倾斜光信号，并利用倾斜光信号检测干手指的指纹信息。当干手指纹与OLED屏接触不好时，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，本申请通过让子像素接收倾斜方向光信号，在能够较好的获取正常手指指纹的同时，可以更好的检测出干手指指纹图像。在正常生活场景下，手指通常较干，其角质层不均匀，其按压在OLED屏上时，手指局部区域会出现接触不良。这种情况的出现造成当前光学指纹方案对干手指纹识别的效果不好，本申请的有益效果就是提升干手指纹成像效果，让干手指纹图像变清晰。

第三，所述指纹传感器中的N组子像素通过接收倾斜光信号还能够扩大所述指纹传感器中N组子像素的视场角和视场，例如可以所述指纹检测装置的视场由6*9mm²扩展到7.5*10.5mm²，进一步提升指纹识别效果。此外，N组子像素接收倾斜光信号时，能够缩短多个子像素光路设计的厚度，从而能够有效降低所述指纹检测装置的厚度。

可选地，所述指纹传感器200包括：M*N组子像素，其中，M为正整数，所述N组子像素接收的光信号用于形成所述手指的N张指纹图像，所述手指的N张指纹图像中的每张指纹图像的像素为M个。

具体地，N组子像素中的每一组子像素均输出得到所述手指的指纹图像中的一个像素，将N组子像素看成一个像素集合，当指纹传感器200中包括M个重复的像素集合时，每个像素集合中的N组子像素中的第一组子像素输出一个像素值，M个像素集合中对应的M个第一组子像素输出M个像素值，组成一张手指的指纹图像。由此可知，一共可以输出手指的N张指纹图像，且每一张指纹图像中的像素值均是由接收同一特性的光信号的子像素处理得到的。

在这种情况下，可以将手指的N张指纹图像应用于不同的场景以满足不同的需求，也可以将所述N张指纹图像进行叠加，以获取一张高分辨率的指纹图像，进而基于这张高分辨率的指纹图像进行指纹识别，能够提高指纹识别性能。应理解，M个像素集合中，不同的像素集合中的N组子像素排列方式相同或者不同，本申请实施例对此不做限定。

优选地，M个像素集合呈阵列排列，每一个像素集合中N组子像素的排列方式相同。

可选地，所述N组子像素中的每组子像素包括多个子像素，所述多个子像素接收的多个光信号之和用于形成所述手指的指纹图像中的一个像素。

可选地，所述N组子像素有多种不同的排列方式。例如，第一组子像素为N组子像素中任意一组子像素。

在一种可能的实施方式中，所述第一组子像素中的多个第一子像素彼此互不相邻，且所述第一组子像素中的多个第一子像素与所述N组像素中除所述第一组子像素外的其它子像素相邻。

在另一种可能的实施方式中，所述第一组子像素中的多个第一子像素彼此相邻。

在第三种可能的实施方式中，所述第一组子像素中的多个第一子像素中的部分第一子像素彼此相邻。

例如，N组子像素中包括第一组子像素210和第二组子像素220。其中，第一组子像素210中包括4个第一子像素211，第二组子像素220中包括4个第二子像素221。

以下结合图6a至图6d举例说明4个第一子像素211和4个第二子像素221的位置关系。在图6a至图6d中，第一子像素211和第二子像素221的数量为4，且第一子像素211标识为“1”，第二子像素221标识为“2”。

可选地，如图6a所示，4个第一子像素211之间彼此不相邻，且4个第二子像素221彼此也不相邻，4个第一子像素211和4个第二子像素221间隔排列；

可选地，如图6b和图6c所示，4个第一子像素211之间彼此相邻，且4个第二子像素221彼此之间也相邻。

可选地，如图6d所示，4个第一子像素211之间部分彼此相邻，且4个第二子像素221之间也部分彼此相邻。

又例如，N组子像素中包括第一组子像素210、第二组子像素220、第三组子像素230以及第四组子像素240。其中，第一组子像素210中包括4个第一子像素211，第二组子像素220中包括4个第二子像素221，第三组子像素230中包括4个第三子像素231，第四组子像素340中包括4个第四子像素241。

以下结合图7a至图7c举例说明4种多个子像素的位置关系。在图7a至图7c中，第一子像素311标识为“1”，第二子像素321标识为“2”，第三子像素标识为“3”，第四子像素标识为“4”。

优选地，如图7a所示，4个第一子像素之间、4个第二子像素之间、4个第三子像素之间、以及4个第四子像素之间彼此均不相邻。

可选地，如图7b所示，4个第一子像素之间、4个第二子像素之间、4个第三子像素之间、4个第四子像素之间彼此均相邻。

可选地，如图7c所示，4个第一子像素之间、4个第二子像素之间、4个第三子像素之间、4个第四子像素中部分子像素之间彼此相邻。

应理解，上述图示仅为举例说明4个第一子像素、4个第二子像素、4个第三子像素以及4个第四子像素之间的位置关系和排列方式，本申请实施例对此不做限定。

可选地，所述N组子像素中的每一组子像素在所述N组子像素中的排列方式相同或者不同，本申请实施例对此不做限定。

优选地，所述N组子像素中的每一组子像素在所述N组子像素中的排列方式相同。

例如，如图6b、图6c、图6d中第一组子像素210中多个第一子像素211之间的相对位置关系与第二组子像素220中多个第二子像素221之间的相对位置关系相同，所述第一组子像素210与所述第二组子像素220在两组子像素中的排列方式相同。

并且，在图7a和图7b中，第一组子像素210中多个第一子像素211之间的相对位置关系、第二组子像素220中多个第二子像素221之间的相对位置关系、第三组子像素230中多个第三子像素231之间的相对位置关系以及第四组子像素240中多个第四子像素241之间的相对位置关系相同，所述第一组子像素210、所述第二组子像素220、所述第三组子像素230和所述第四组子像素240在四组子像素中的排列方式相同。

应理解，所述N组子像素中不同组的子像素用于接收不同特性的光信号，上述图示仅为举例说明多组子像素之间的位置关系以及排列方式，本申请实施例对此不做限定。

可选地，所述N组子像素中的每组子像素包括K个子像素，其中，K为大于1的整数，如图8所示，所述指纹检测装置20还包括：处理单元300；

所述K个子像素用于将接收的光信号转换为K个电信号；所述处理单元用于将所述K个电信号求和，得到所述手指的指纹图像中的一个像素。

应理解，所述处理单元300可以为指纹检测装置20中的处理器或者为指纹传感器300中的处理电路，均可以用于对N组子像素中的每一组子像素输出的电信号值进行求和计算，并处理得到指纹图像中的一个像素值。

可选地，在一种可能的实施方式中，所述N组子像素对应N个子处理单元，所述N个子处理单元中的一个子处理单元用于对所述N组子像素中的一组子像素求和。

例如，如图9所示，所述指纹传感器200包括第一组像素210中的多个第一子像素211，以及第二组像素220中的多个第二子像素221。对应的，处理单元300包括第一子处理单元310和第二子处理单元320。所述第一子处理单元310用于对第一组像素210中的第一子像素211进行求和，所述第二子处理单元320用于对第二组像素220中的第二子像素221进行求和。

可选地，可以采用不同的连接方式将第一子处理单元310连接到多个第一子像素211上，并且将第二子处理单元320连接到多个第二子像素221上。不同的连接方式下，图像处理器传输数据的速度不同。

下面，结合图10a至图10c举例说明在图6a的子像素排列方式下，第一子处理单元310和第二子处理单元320与子像素的不同连接方式。

如图10a所示，4个第一子像素和4个第二子像素分别通过1根信号线连接到第一子处理单元310和第二子处理单元320。在此情况下，t1时刻开启第一列子像素，第一子处理单元310和第二子处理单元320分别接收第一个电信号值，t2时刻开启第二列子像素，第一子处理单元310和第二子处理单元320分别接收第二个电信号值，依次进行到t4时刻，第一子处理单元310和第二子处理单元320接收到4个电信号值，并对4个电信号值进行求和相加。

如图10b所示，4个第一子像素和4个第二子像素分别通过2根信号线连接到第一子处理单元310第二子处理单元320。在此情况下，t1时刻开启第一列像素和第二列像素，第一子处理单元310和第二子处理单元320分别接收2个电信号值，t2时刻开启第三列子像素和第四列子像素，第一子处理单元310和第二子处理单元320分别再接收2个电信号值，并对两次接收的4个电信号值进行求和相加。

如图10c所示，4个第一子像素和4个第二子像素分别通过4根信号线连接到第一子处理单元310第二子处理单元320。在此情况下，t1时刻可以开启第一列子像素、第二列子像素、第三列子像素和第四列子像素，第一子处理单元310和第二子处理单元320分别同时接收4个电信号值，并对接收的4个电信号值进行求和相加。

经过上述分析可知，两组不同的子像素，可以通过两个独立的子处理单元对信号值进行相加输出，且通过不同的连接方式，可以实现不同的处理速度，当一组子像素中的多个子像素一一对应多根信号线时，此时的计算处理速度最快，信号线数量最多。

应理解，在图6b至图6d的像素排列情况下，子处理单元与子像素的连接方式可以参考上述图10a至图10c的各种连接方式，一组子像素的4个子像素可以分别连接1根信号线，2根信号线或者4根信号线，此处不再赘述。

又例如，N组子像素中包括第一组子像素210、第二组子像素220、第三组子像素230以及第四组子像素240。对应的，处理单元300包括第一子处理单元310、第二子处理单元320、第三子处理单元330和第四子处理单元340。所述第三子处理单元330用于对第三组像素230中的第三子像素231进行求和，所述第四子处理单元340用于对第四组像素240中的第四子像素241进行求和。

可选地，可以采用不同的连接方式将第一子处理单元310连接到多个第一子像素211上，将第二子处理单元320连接到多个第二子像素221上，将第三子处理单元330连接到多个第三子像素231上，并且将第四子处理单元340连接到多个第四子像素241上。不同的连接方式下，图像处理器传输数据的速度不同。

下面，结合图11a和图11b举例说明在图7a的子像素排列方式下，第一子处理单元310、第二子处理单元320、第三子处理单元330以及第四子处理单元340与子像素的不同连接方式。

优选地，图11a所示，在一种可能的连接方式中，4组子像素中的每个子像素均连接到独立的信号线上，第一子处理单元310、第二子处理单元320、第三子处理单元330以及第四子处理单元340依次通过4根信号线连接到其对应的4个子像素上，在t1时刻，可以同时驱动第一列到第四列的子像素，4个子处理单元同时接收4个子像素的信号值并进行求和相加。

应理解，图11a所示的连接方式适用于4个第一子像素、4个第二子像素、4个第三子像素以及4个第四子像素任意一种位置关系和排列方式。

可选地，如图11b所示，每一组子像素中的4个子像素通过2根数据链连接到对应的子处理单元。在t1时刻，驱动第一列子像素和第二列子像素，4个子处理单元同时接收2个子像素的信号值，在t2时刻，驱动第三列子像素和第四列子像素，4个子处理单元同时再接收另外2个子像素的信号值，然后将4个子像素的信号值进行求和相加。

图11b与图11a的连接方式相比，图11b的像素信号采集时间是图11a的子像素信号采集时间的2倍，但数据信号线的数量为图11a的一半。

可选地，每一组子像素中的4个子像素可以通过1根信号线连接到对应的子处理单元上，此时子像素的信号采集时间更长，但数据信号线的数量最少。

可选地，如图12所示，所述指纹检测装置20还可以包括：光学组件400；

所述光学组件400用于通过不同特性的光信号，例如，当光学组件包括微透镜阵列和挡光层时，经过手指反射或折射后的指纹光信号，再通过光学组件可以为方向不同的指纹光信号。

优选地，在一种可能的实施方式中，光学组件400包括微透镜阵列410和至少一个挡光层420。

微透镜阵列410用于设置在所述显示屏的下方，且包括多个微透镜；

至少一个挡光层420设置在微透镜阵列410的下方，且形成有所述多个微透镜中每个微透镜对应的多个导光通道；

光学感应像素阵列，包括所述N组子像素，设置在至少一个挡光层420的下方，所述每个微透镜对应的多个导光通道中的每个导光通道的下方设置有一个子像素；

其中，所述每个微透镜的下方设置有多个子像素，所述每个微透镜下方设置的多个子像素分别用于接收经由相邻的微透镜汇聚的并通过对应的导光通道传输的光信号，所述光信号用于检测手指的指纹信息。

具体地，所述N组子像素中不同组子像素对应的导光通道的方向不同，且所述N组子像素中同一组子像素对应的导光通道的方向相同，进一步的，相同方向的导光通道的通过的光信号方向相同。

例如，如图13所示，所述微透镜阵列410可以包括第一微透镜411、第二微透镜412以及第三微透镜413。至少一个挡光层420可以包括多个挡光层，例如所述至少一个挡光层420可以包括第一挡光层421和第二挡光层422。N组子像素包括第一组子像素和第二组子像素，所述第一组子像素中的多个第一子像素211和第二组子像素中的多个第二子像素221设置在第二挡光层422下方。

其中，至少一个挡光层420形成有微透镜阵列410中的每个微透镜对应的多个导光通道，所述每个微透镜对应的多个导光通道的底部分别延伸至相邻的多个微透镜的下方。

如图13所示，所述第一挡光层421和所述第二挡光层422中分别设置有所述多个微透镜中每个微透镜(即第一微透镜411、第二微透镜412以及第三微透镜413)对应的至少一个开孔。例如，所述第一挡光层220设置有第一微透镜411对应的第一开孔4211和第二开孔4212，所述第一挡光层421还设置有第二微透镜412对应的第二开孔4212和第三开孔4213，以及所述第一挡光层421中设置有第三微透镜413对应的第三开孔4213和第四开孔4214。类似地，所述第二挡光层422设置有第一微透镜411对应的第五开孔4221和第六开孔4222，所述第二挡光层422还设置有第二微透镜412对应的第七开孔4223和第八开孔4224，以及所述第二挡光层422中设置有第三微透镜413对应的第九开孔4225和第十开孔4226。

以所述第二微透镜412为例，所述第二微透镜412对应的多个导光通道可以包括由第二开孔4212和第六开孔4222形成的导光通道，以及由第三开孔4213和第九开孔4225形成的导光通道。由第二开孔4212和第六开孔4222形成的导光通道延伸至第一微透镜411的下方，由第三开孔4213和第九开孔4225形成的导光通道延伸至第三微透镜413的下方。

进一步地，每个微透镜对应的多个导光通道中的每个导光通道的下方设置有一个子像素。

以所述第二微透镜412为例，由第二开孔4212和第六开孔4222形成的导光通道的下方设置有第二子像素221，由第三开孔4213和第九开孔4225形成的导光通道的下方设置有第一子像素211。

更进一步地，每个微透镜的下方设置有多个子像素。所述每个微透镜下方设置的多个子像素分别用于接收经由相邻的多个微透镜汇聚的并通过对应的导光通道传输的光信号，所述光信号用于检测手指的指纹信息。

以所述第二微透镜412为例，所述第二微透镜412的下方可以设置有一个第一子像素211和一个第二子像素221，其中，该第一子像素211可以用于接收经过第一微透镜411汇聚的并通过由第二开孔4212和第七开孔4223形成的导光通道传输的第一倾斜光信号，该第二子像素221可以用于接收经过第三微透镜413汇聚的并通过由第三开孔4213和第八开孔4224形成的导光通道传输的第二倾斜光信号。其中，第一倾斜光信号的方向与第二倾斜光信号的方向不同。

与此同时，第一组子像素210中的多个第一子像素211中每个第一子像素对应的导光通道方向相同，且第二组子像素220中的多个第二子像素221中每个第二子像素对应的导光通道方向相同，因此，每个第一子像素均接收第一倾斜光信号，每个第二子像素均接收第二倾斜光信号。

可选地，在另一种可能的实施方式中，至少一个挡光层420设置在微透镜阵列410的下方，且形成有所述多个微透镜中每个微透镜对应的一个导光通道；

所述N组子像素，设置在至少一个挡光层420的下方，所述每个微透镜对应的导光通道的下方设置有一个子像素；

其中，所述每个微透镜的下方设置有一个子像素，所述每个微透镜下方设置的子像素分别用于接收经由该微透镜汇聚的并通过对应的导光通道传输的光信号。

具体地，N组子像素中不同组子像素对应的导光通道的方向不同，且所述N组子像素中同一组子像素对应的导光通道的方向相同。

例如，如图14所示，微透镜阵列410中的每个微透镜对应一个导光通道，一个导光通道的下方设置一个子像素，且第一组子像素210中的多个第一子像素211对应的导光通道的方向与第二组子像素220中的多个第二子像素221对应的导光通道的方向不同，因此，不同的导光通道通过不同方向的光信号，第一组子像素接收的第一光信号的方向与第二子像素接收的第二光信号的方向不同。同样的，第一组子像素210中的多个第一子像素211中每个第一子像素对应的导光通道方向相同，且第二组子像素220中的多个第二子像素221中每个第二子像素对应的导光通道方向相同，每个第一子像素均接收第一光信号，每个第二子像素均接收第二光信号。

可选地，在另一种可能的实施方式中，至少一个挡光层420设置在微透镜阵列410的下方，且形成有所述多个微透镜中每个微透镜对应的多个导光通道。

所述N组子像素，设置在至少一个挡光层420的下方，所述每个微透镜对应的多个导光通道的每个导光通道的下方设置有一个子像素。

其中，所述每个微透镜的下方设置有多个子像素，所述每个微透镜下方设置的多个子像素分别用于接收经由该微透镜汇聚的并通过对应的导光通道传输的光信号。

例如，如图15所示，微透镜阵列410中的每个微透镜对应多个导光通道，一个导光通道的下方设置一个子像素，且多个导光通道均位于当前微透镜的下方，而没有延伸至其它微透镜，例如相邻微透镜的下方。因此，多个子像素均位于当前微透镜下方。同样的，在本申请实施例中，多个第一子像素211对应的导光通道的方向与多个第二子像素221对应的导光通道的方向不同，且多个第一子像素211中每个第一子像素对应的导光通道方向相同，多个第二子像素221中每个第二子像素对应的导光通道方向相同。

在本申请实施例中，基于微透镜阵列和至少一个挡光层的光学组件的设计，可以使N组子像素中的不同组子像素接收不同方向的光信号，因而可以对多种方向的光信号生成多张方向特征的指纹图像，与此同时还可以对多张方向特征的指纹图像进行融合处理，优化成一张高分辨率的指纹图像，提升指纹传感器的成像质量，且利用该高分辨率的指纹图像进行指纹识别，能够提升识别效果。

此外，采用本申请实施例的技术方案，微透镜阵列中每个微透镜下方设置可以多个子像素，使得微透镜阵列的空间周期和N组子像素的空间周期不相等，进而能够避免指纹图像中出现莫尔条纹并提升指纹识别效果。

并且，通过为每个微透镜设计多个导光通道，可以形成单个微透镜与多个子像素搭配的成像光路。即通过单个微透镜可以复用多个角度的光信号(例如通过单个微透镜可以复用4个角度的光信号)，由此可以对不同的物方孔径角的光束进行分割成像，有效提高了指纹检测装置的进光量，由此可以降低子像素阵列的曝光时长。

通过单个微透镜与多子像素搭配的成像光路可以对屏下指纹的物方光束进行非正对光成像(即倾斜光成像)，尤其是所述每个微透镜下方设置的多个子像素分别用于接收经由相邻的多个微透镜汇聚的光信号，由此能够扩大光学系统的物方数值孔径并缩短子像素阵列的光路设计(即所述至少一个挡光层)的厚度，最终能够有效降低所述指纹检测装置的厚度，以及提高系统的鲁棒性以及指纹检测装置20的公差容忍度。

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检测装置，其中，所述指纹检测的装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹检测。

该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备。

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。

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。

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 (16)

1.一种指纹检测装置，其特征在于，适用于显示屏下方以实现屏下光学指纹识别，所述指纹检测装置包括：光学组件和指纹传感器；

所述光学组件用于将经过手指反射或散射后的光信号传导至所述指纹传感器；

所述指纹传感器包括：N组子像素，所述N组子像素中的每组子像素包括至少一个子像素，N为大于1的正整数；

其中，所述N组子像素中的第一组子像素用于接收第一光信号，以形成所述手指的第一指纹图像中的一个像素值；

所述N组子像素中的第二组子像素用于接收第二光信号，以形成所述手指的第二指纹图像中的一个像素值；

所述第一光信号与所述第二光信号的方向不同，所述第一指纹图像和/或所述第二指纹图像用于进行指纹识别。

2.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一光信号与所述第二光信号为方向不同的倾斜光信号。

3.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹传感器包括：M*N组子像素，其中，M为正整数；

所述M*N组子像素中的M个第一组子像素用于接收经过手指反射或散射的第一光信号，以形成包括M个像素值的所述第一指纹图像；

所述M*N组子像素中的M个第二组子像素用于接收经过手指反射或散射的第一光信号，以形成包括M个像素值的所述第二指纹图像。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一组子像素中包括K个第一子像素，其中，K为大于1的整数，

所述K个第一子像素用于连接至第一子处理单元，所述第一子处理单元用于将所述K个电信号求和，得到所述第一指纹图像中的一个像素值。

5.根据权利要求4所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一组子像素中的K个子像素通过K条信号线连接至所述第一子处理单元。

6.根据权利要求5所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一子处理单元用于在同一时间接收所述第一组子像素中的K个子像素的K个第一电信号，并对所述K个第一电信号进行求和计算。

7.根据权利要求4所述的指纹检测装置，其特征在于，K＝4。

8.根据权利要求4所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹检测装置包括所述第一子处理单元。

9.根据权利要求8所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹检测装置包括N个子处理单元，所述N个子处理单元包括所述第一子处理单元。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述N组子像素中的每组子像素的子像素数量相等。

11.根据权利要求10所述的指纹检测装置，其特征在于，所述N组子像素中的每个子像素形状大小相同，且呈阵列排列。

12.根据权利要求11所述的指纹检测装置，其特征在于，所述第一组子像素中的多个第一子像素彼此互不相邻，且所述第一组子像素中的多个第一子像素与所述N组子像素中除所述第一组子像素外的其它子像素相邻。

13.根据权利要求12所述的指纹检测装置，其特征在于，所述N组子像素中的每一组子像素在所述N组子像素中的排列方式相同。

14.根据权利要求4所述的指纹检测装置，其特征在于，N＝4，所述指纹传感器包括M*4组子像素，用于接收四个方向的光信号以形成所述手指的四张指纹图像；

其中，所述4组子像素中每组子像素包括K个子像素，所述指纹传感器中M*K个子像素用于接收一个方向的光信号，形成所述四张指纹图像中的一张指纹图像；

所述四张指纹图像的一张指纹图像单独用于进行指纹识别，或者所述四张指纹图像的多张指纹图像融合后用于进行指纹识别。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹检测装置，其特征在于，所述光学组件包括：微透镜阵列和至少一个挡光层；

所述微透镜阵列包括多个微透镜；

所述至少一个挡光层设置在所述微透镜阵列的下方，且形成有所述多个微透镜中每个微透镜对应的多个导光通道；

所述指纹传感器设置于所述至少一个挡光层的下方，所述每个微透镜对应的多个导光通道中的每个导光通道的下方设置有一个子像素；

其中，所述每个微透镜的下方设置有多个子像素，所述每个微透镜下方设置的多个子像素分别用于接收经由其上方的微透镜汇聚的并通过对应的导光通道传输的光信号，所述光信号用于检测所述手指的指纹信息。

16.一种电子设备，其特征在于，包括：

显示屏以及如权利要求1至15中任一项所述的指纹检测装置，其中，所述指纹检测装置设置在所述显示屏下方。

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