CN214704658U - 指纹成像模组及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹成像模组及电子设备。所述指纹成像模组包括：至少一个传感组件，所述传感组件具有感测面；点光源组件，位于预设斜面上，用于产生入射光；透光盖板，位于所述传感组件及所述点光源组件上方；所述透光盖板具有用于输入指纹信息的第一面；其中，所述预设斜面所在平面与所述透光盖板的第一面所在平面斜交；所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面反射后，被所述传感组件的感测面接收。采用上述方案，可以增大指纹采集面积或者提高指纹图像清晰度。

Description

指纹成像模组及电子设备

技术领域

本实用新型涉及指纹成像技术领域，具体涉及一种指纹成像模组及电子设备。

背景技术

指纹识别是在采集人体指纹图像后，将指纹图像与指纹识别系统中已有的指纹信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如，公安局、海关、个人电脑等。

现有的指纹识别方法中，大都通过光学传感器采集人体指纹图像。具体地，光源可以产生入射光，入射光投射至手指表层时，经手指反射会形成带有指纹信息的反射光，由光学传感器接收所述反射光，获得指纹图像。

然而，现有指纹成像模组所获得的指纹图像，要么指纹采集面积较小，要么指纹图像清晰度较差，难以较好地满足用户需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是：增大指纹采集面积或者提高指纹图像清晰度。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种指纹成像模组，所述指纹成像模组包括：

至少一个传感组件，所述传感组件具有感测面；

点光源组件，位于预设斜面上，用于产生入射光；

透光盖板，位于所述传感组件及所述点光源组件上方；所述透光盖板具有用于输入指纹信息的第一面；

其中，所述预设斜面所在平面与所述透光盖板的第一面所在平面斜交；所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面反射后，被所述传感组件的感测面接收。

可选地，所述指纹成像模组还包括：位于所述点光源组件与所述透光盖板之间的棱镜，所述棱镜用于提供所述预设斜面；所述点光源组件产生的入射光经所述棱镜入射至所述透光盖板内。

可选地，所述点光源组件至所述透光盖板的距离，大于所述传感组件感测面至所述透光盖板的距离。

可选地，所述指纹成像模组还包括：支撑部件，用于提供所述预设斜面；所述点光源组件位于所述支撑部件和所述透光盖板之间。

可选地，所述透光盖板具有与其第一面相对的第二面，所述透光盖板的第二面形成有凹槽，所述点光源组件容纳至所述凹槽内。

可选地，所述透光盖板具有所述预设斜面和与其第一面相对的第二面，所述预设斜面位于所述透光盖板的第一面及第二面之间。

可选地，所述预设斜面与所述透光盖板的第一面所在平面之间的锐角夹角范围为大于等于40度且小于等于60度。

可选地，所述指纹成像模组还包括：摄像头组件，位于所述透光盖板下方。

可选地，所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面反射后，被所述传感组件面向所述透光盖板的第一面的感测面接收。

可选地，还包括：基板，所述传感组件位于所述透光盖板和所述基板之间，透光盖板所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面反射至所述基板，再由所述基板反射至所述传感组件背向所述透光盖板的感测面，所述基板具有透光性。

可选地，所述传感组件包括具有透光且面向所述透光盖板设置的第一面，所述传感组件还包括：位于所述传感组件的第一面上的掩膜层，所述掩膜层用于阻挡由所述传感组件的第一面进入的光线。

可选地，所述掩膜层包括吸光介质；或者所述掩膜层包括感光像素，所述掩膜层包括所述感光像素的电极。

可选地，所述指纹成像模组还包括：

摄像头组件，位于所述基板下方；

位于所述透光盖板上方的物体散射的光线被所述摄像头组件接收。

可选地，所述摄像头组件为两套以上。

可选地，所述指纹成像模组还包括：至少一个光学元件，位于所述基板下方；位于所述透光盖板上方的物体散射的光线透过所述传感组件之间的区域达到所述光学元件，并经所述光学元件反射后被所述感光像素接收。

可选地，所述传感组件包括感光像素阵列，每个感光像素包括像素电路和感光元件，所述像素电路包括薄膜晶体管，所述感光元件包括光电二极管或光敏电晶管。

可选地，所述点光源组件包括：LED灯、掩膜层及位于所述LED灯和所述掩膜层之间的扩散层；所述掩膜层上具有预设尺寸的孔，所述LED灯产生的光线经所述扩散层扩散至所述预设尺寸的孔后，形成所述入射光。

可选地，所述指纹成像模组不包括显示层。

可选地，所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面全反射后，被所述传感组件的感测面接收。

可选地，所述指纹成像模组采集的指纹图像包括第一区域和第二区域，所述第一区域来自于所述传感组件接收的所述点光源组件在所述透光盖板表面的入射角小于全反射临界角的光线，所述第二区域来自于所述传感组件接收的所述点光源组件在所述透光盖板表面的入射角大于或等于所述全反射临界角的光线，所述全反射临界角为所述点光源组件发射的光线在所述透光盖板表面发生全反射的临界角；

其中，所述第一区域和所述第二区域均包含有指纹信息，且所述第二区域的信号强度大于所述第一区域的信号强度。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括上述任一种所述的指纹成像模组。

可选地，所述电子设备包括电子锁。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下优点：

应用本实用新型的方案，通过将点光源组件放置在预设斜面上，点光源组件产生的入射光经透光盖板的第一面反射后，可以被所述传感组件的感测面接收。一方面使得点光源组件发出的强光束得以更大范围地利用，另一方面，在透光盖板厚度不变的情况下，改变点光源组件在预设斜面上的位置，进而影响指纹信息的放大率。由于指纹信息的放大率与指纹采集面积及指纹图像清晰度相关联，故本实用新型的方案，相对于将点光源组件与传感组件的感测面平行设置的方案，可以增大指纹采集面积或者提高指纹图像清晰度。

进一步，将点光源组件设置在棱镜提供的斜面上，并使得点光源组件至透光盖板第二面的距离，大于所述传感组件感测面至透光盖板第二面的距离，可以增大通光量，进而减小指纹信息的放大率，也就增大了指纹采集面积，

进一步，将点光源组件设置在透光盖板第二面形成的凹槽中，或者，将点光源组件设置在透光盖板提供的预设斜面上，可以使得点光源组件至透光盖板第二面的距离，小于所述传感组件感测面至透光盖板第二面的距离，由此可以减小通光量，进而增大指纹信息的放大率，也就提高了指纹图像清晰度。

进一步，将预设斜面与所述传感组件感测面所在平面之间的锐角夹角，设置在40度至60度范围之间，由此可以兼顾指纹采集面积及指纹图像清晰度。

进一步，通过设置摄像头组件来采集掌纹图像，可以使得指纹成像模组既可以采指纹也可以采集掌纹，且互不干扰。

进一步，通过设置传感组件的感测面背向透光盖板的第一面，进而使得点光源组件产生的入射光经透光盖板的第一面反射至基板，再由基板反射至所述传感组件的感测面，可以消除环境光对指纹成像影响，提高近场及远场采集图像的信噪比，从而使得最终得到的指纹图像更加清晰。

进一步，在基板下方设置摄像头组件，可以使得所述透光盖板上方的物体散射的光线被所述摄像头组件接收，从而可以使得对空间物体成像。

进一步，通过在基板下方设置至少一个光学元件，可以使得所述透光盖板上方的物体散射的光线透过传感组件之间的区域达到该光学元件，并经光学元件反射后被感光像素接收，实现远场图像采集。并且，远场图像采集与近场指纹采集共用传感器，而无需设置额外的CMOS器件，可以减小元件数目，器件厚度大幅减少，同时降低了成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例中一种指纹成像模组的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中另一种指纹成像模组的结构示意图；

图3是图2中点光源组件沿斜面下移的光路示意图；

图4是点光源组件在斜面的不同位置的示意图；

图5是图4中点光源组件在斜面的不同位置对应的模拟指纹图像；

图6是一种模拟指纹图像的示意图；

图7是另一种模拟指纹图像的示意图；

图8是本实用新型实施例中另一种指纹成像模组的结构示意图；

图9是本实用新型实施例中又一种指纹成像模组的结构示意图；

图10是本实用新型图1至图9所示实施例的指纹成像模组采集的指纹图像；

图11是本实用新型实施例中再一种指纹成像模组的结构示意图；

图12是本实用新型实施例中又一种指纹成像模组的结构示意图；

图13是本实用新型图11至图12所示实施例的指纹成像模组采集的指纹图像；

图14是本实用新型实施例中一种点光源组件的结构示意图；

图15是采用图14中点光源组件与采用不包含扩散层的点光源组件得到指纹图像的对比示意图。

具体实施方式

如图1所示，对于点光源11与传感组件12的感测面设置在同一平面上的情形，点光源11发出的光线，经透光盖板13的第一面131全反射后，被传感组件12接收。此时，最终得到的指纹图像，较原输入的指纹信息放大比例为2。

在一些实施例中，所述点光源11包括LED灯，LED灯通常具有预设的发光角度，例如120°，160°，180°或200°等，不同角度的发光强度不同，一般而言法线光轴方向的光强最大，为了使光源法线光轴方向及附近小角度范围内的强光束被更好地利用起来，可以通过将所述LED灯放置在预设斜面上，从而使所述点光源的法线光轴方向及其附近小角度范围内的强光束更多地发生全反射被所述传感组件接收，能够提高光源利用效率和采集的指纹图像的清晰度。

另一方面，在实际应用中，常常需要更大指纹采集面积，这就需要改变指纹图像相对于原始输入的指纹信息的放大比例，以满足用户需求。

经发明人研究发现，指纹图像相对于原始指纹信息的放大比例与点光源、指纹与透光盖板的接触面、和传感组件的感测面三者的相对位置有关，因此可以通过改变三者的位置关系来调节指纹图像相对于原始输入的指纹信息的放大比例。

针对该问题，本实用新型提供了另一种指纹成像模组。在所述指纹成像模组中，点光源组件放置在预设斜面上，点光源组件产生的入射光经透光盖板的第一面反射后，可以被所述传感组件的感测面接收。一方面使得点光源组件发出的强光束得以更大范围地利用，另一方面在透光盖板厚度不变的情况下，改变点光源组件预设斜面上的位置，进而影响指纹信息的放大率，从而可以达到可以增大指纹采集面积或者提高指纹图像清晰度的目的。参照图2、图7及图8，本实用新型实施例还提供了一种指纹成像模组，所述指纹成像模组可以包括：基板20，传感组件，点光源组件O及透光盖板30。其中：

所述传感组件的数量可以为一个，也可以为多个。多个传感组件之间可以呈阵列排布。多个传感组件可以形成传感器层40，每个传感组件作为传感器层的一个像素。在一些实施例中，相邻传感器组件之间的区域透光。比如，相邻传感器组件之间可以形成区域开孔，或者采用透光材料进行填充。所述传感组件位于所述基板上方。所述传感组件具有感测面40a，所述感测面40a用于接收光线，以形成指纹图像。

在具体实施中，所述透光盖板30可以位于所述传感组件及点光源组件O上方。所述透光盖板30具有相对的第一面及第二面，所述透光盖板30的第一面用于输入指纹信息，所述透光盖板30的第二面与所述传感器层40可以相贴合。所述点光源组件O产生的入射光经所述透光盖板30的第一面反射后，被所述传感组件的感测面40a接收。

在具体实施中，所述透光盖板30可以是单层结构，也可以是多层结构。单层结构的透光盖板，其材料可以为单层玻璃或者单层有机透光材质。单层结构的透光盖板可以是具有其它功能(例如触摸屏)的盖板。多层结构的透光盖板，其材料可以为多层玻璃或者多层有机透光材质盖板，还可以是多层玻璃和有机透光材质的结合。

在具体实施中，所述传感组件可以为正向传感组件，即所述传感组件的感测面40a面向所述透光盖板30的第一面。此时，点光源组件O产生的入射光被透光盖板30反射后，直接被传感组件的感测面40a所接收。

在一些实施例中，所述传感组件也可以为背向传感组件，即所述传感组件的感测面40a背向所述透光盖板30的第一面即面向所述基板20设置。所述点光源组件O产生的入射光经所述透光盖板30的第一面反射至所述基板20，再由所述基板20反射至所述传感组件40a的感测面。此时，所述点光源组件O产生的入射光，在所述透光盖板30第一面的入射角大于或等于全反射临界角。

在具体实施中，所述传感器层40可以通过多种方式贴合于透光盖板30表面，此处不作限制。比如，可以通过光学胶(Optically Clear Adhesive，OCA)，将传感器层40贴合于透光盖板30的第二面。

所述点光源组件O，位于预设斜面m1上，用于产生入射光。所述预设斜面m1与所述透光盖板30的第一面所在平面斜交。所述预设斜面m1与所述透光盖板30的第一面之间锐角夹角的角度，会对指纹采集面积及指纹图像清晰度产生影响，故可以根据实际需要进行设置，具体大于0度小于90度均可。

在一实施例中，为了兼顾指纹采集面积及指纹图像清晰度，将预设斜面与所述透光盖板30的第一面所在平面之间的锐角夹角，设置为大于光线在所述透光盖板30的第一面上发生全反射的临界角，例如所述锐角夹角可以在40度至60度范围之间。比如，所述锐角夹角可以为45度。

具体地，当所述透光盖板30的材料为玻璃时，其全反射临界角约为42°，则所述预设斜面与所述透光盖板30的第一面所在平面之间的锐角夹角大于42°。当然，也可以再适当增加所述锐角夹角，使得所述点光源组件O发光角度的法线(即光轴)两侧的强光束均被利用起来用于采集指纹图像。

在具体实施中，可以通过多种方式，提供所述预设斜面，具体不作限制。

在本实用新型的一实施例中，参照图2，所述指纹成像模组还可以包括：固定在所述透光盖板30第二面上的棱镜50，用于提供所述预设斜面m1；所述点光源组件O产生的入射光经所述棱镜50入射至所述透光盖板30内。

在本实用新型的一实施例中，所述点光源组件O与所述透光盖板30第二面的距离，大于所述传感组件感测面40a至透光盖板30第二面的距离。也就是说，相对于传感组件感测面40a，点光源组件O距离透光盖板30第二面的距离更远。

在一些实施例中，所述点光源组件O可以与所述棱镜50提供的预设斜面m1直接相接触。在另一些实施例中，所述光源组件O的最强发光角度为所述预设斜面m1的法线方向，或者与所述预设斜面m1的法线方向有预设范围的夹角(例如呈±30°的夹角，法线方向为0°)，则所述点光源组件O可以与所述棱镜50提供的预设斜面m1之间保留一定间隙，所述间隙可以是空气隙，也可以填充有硅油或光学胶(Optically Clear Adhesive,OCA)。

以所述传感组件的感测面40a面向所述透光盖板30的第一面为例，此时，如图2所示，点光源组件O产生的入射光经所述棱镜50入射至所述透光盖板30第一面的A、B及C点处，再由所述透光盖板30第一面反射至传感组件的感测面40a。整个传感器层40中，部分传感组件可以接收到反射光线，形成指纹图像，而另一部分传感组件无法接收到指纹图像，如传感器层40中黑色覆盖部分。参照图3，AB为指纹按压部位，A'B'为传感组件采集到的被放大的指纹图像，其中B是全反射临界点，BC为TIR(全反射边界)环，B左边的指纹信息可以被反射到传感组件上。光源OP延长线与指纹图像的交点为A，A点是能够采集到的指纹的最大范围边界，对应采集到的指纹图像，则B'为TIR环边界，左边才出现指纹信息，A'是图像所能显示的边界。故A'B'是有效信息区域。TIR环内的反射光线，均为入射角小于全全反射角的反射光线，包含的有效信息比TIR环外弱很多，通常被认为是无效信息区域。

参照图3，以所述透光盖板30厚度为g，而所述棱镜50为等腰棱镜为例，当点光源组件O沿预设斜面m1向下平移一小段距离，得到点光源组件O₁，会发现成像区域边界点由点A移动至点A₁，由此可知，点光源下移会对对成像区域范围造成明显的影响。由于全反射临界角是固定的，所以O₁B₁平行于OB，TIR环移动的距离BB₁较短。

假设点光源组件O距离感测面40a的距离为d，指纹图像的放大率＝2-1/(g/d+1)，此时所述指纹图像的放大率大于1且小于2。并且随着点光源组件O至感测面40a距离的缩小，指纹图像的放大率逐渐增大。

参照图4，在预设斜面m1上设置6个位置，分别为位置1至位置6。点光源组件O在预设斜面m1由位置1依次移动至位置6，所得到的指纹图像依次如图5中(a)至(f)。从图5可以看出，随着点光源组件O的下移，所采集到的指纹图像范围逐渐变大，并且，TIR环的面积也在减小。

因此，在实际应用中，基于实际需求，比如TIR环的面积、采集范围及指纹图像清晰度等因素，可以合理设置点光源组件O在预设斜面m1上的位置。为了消除TIR环，可以使得传感组件与棱镜之间设置一定距离，该距离对指纹图像的质量并无影响，但却能够使得传感组件更少地接收甚至不接收TIR环的无效信息。

在一些实施例中，当采集到的图像边界已经超出传感组件的采集范围，例如点光源组件O位于位置3、4及5、6时，表明指纹按压部位偏右，此时，指纹模组的处理器或者控制电路，可以通过简单计算向用户提示指纹按压部位应向由光源组件O指向传感组件的方向移动，并将该提示信息显示在透光盖板30下方，以便在该有效区域内尽可能地采集到更完整的指纹，如图6所示，是将用户指纹按压部位由图3的右侧向左侧移动后采集到的更为完整的指纹图像。在具体实施中，除图2至图5示出的实施例中，除可以用于检测指纹外，还可以结合血氧检测、心跳检测等手段，通过光电方法测试人体自身血液氧气的相关反应，来辨别假指纹，防止假指纹攻击。

需要说明的是，图5和图6所示的模拟指纹图像中，设定所述透光盖板的透射率为100％，因此获得的指纹图像的全反射(TIR)环内无指纹信息。

在图7所示的模拟指纹图像中，设定所述透光盖板的透射率为90％，反射率为10％，获得的指纹图像的全反射(TIR)环内即101区域有明显的指纹信息(如图7中箭头指向区域)，但相比于TIR环以外，指纹信息要弱很多。

在本实用新型的另一实施例中，参照图8，所述指纹成像模组还可以包括：支撑部件，用于提供所述预设斜面m1。所述点光源组件O产生的入射光直接入射至所述透光盖板30。

在本实用新型的一实施例中，所述透光盖板30的第二面形成有凹槽，所述点光源组件O可以容纳至所述凹槽内。其中，所述凹槽的开口面向所述点光源组件O。所述凹槽的大小可以根据所需容纳的部件大小进行设置。所述凹槽的形状也不作限制，只要能够容纳所需容纳的部件即可。

所述支撑部件可以仅包括支撑层61，所述支撑层61的材料可以与透光盖板30的材料相同，比如，均为玻璃，所述支撑层61的材料也可以为非透光材料。所述点光源组件O位于所述支撑层61提供的预设斜面m1上。所述点光源组件O可以贴合凹槽侧壁的表面。所述点光源组件O与凹槽侧壁之间也可以存在空气隙或者填充有OCA，具体不作限制。

以所述传感组件40为正向传感组件为例，点光源组件O产生的光线经透光盖板30第一面反射后，可以直接被传感组件的感测面所接收。

在一些实施例中，所述传感组件40与所述透光盖板30相贴合，使得两者之间无空气隙。具体地，所述传感组件40与所述透光盖板30通过光学胶OCA相贴合。

在本实用新型的另一实施例中，所述透光盖板30具有所述预设斜面m1，所述预设斜面m1位于所述透光盖板30第一面及第二面之间。

参照图9，在一些实施中，可以直接对透光盖板30靠近传感器层40的顶角进行斜切，得到预设斜面m1，然后将点光源组件O置于预设斜面m1上，根据所述光源组件O的发光角度的不同，所述光源组件O可以与所述预设斜面m1直接接触、或者两者之间存在预设距离。点光源组件O产生的光线经透光盖板30第一面反射后，可以直接被传感组件的感测面所接收。所述透光盖板30的材料可以是透光介质，比如钢化玻璃、普通玻璃、或有机玻璃如(如亚克力)等。

在图9示出的指纹模组中，指纹图像的放大率为2+1/(g/d+1)，其中，g为透光盖板30的厚度，d为点光源组件O距离感测面40a的距离。

前述图2和图3所示实施例中，当棱镜50上的点光源组件O距离所述透光盖板30较远时，那么棱镜50靠近传感器层40的直角棱会挡住一部分光线，如图5所示，在采集的指纹图像上会形成一条分界线，所述分界线的一侧有指纹图像，另一侧为无信号区；而图8和图9实施例相比于图2和图3所示实施例，所述点光源组件O与所述透光盖板30之间没有棱镜50，发射的光线不会被遮挡，几乎所有光线都照射至手指按压的透光盖板30表面。

在本实用新型的一实施例中，所述指纹模组还可以包括摄像头组件，位于所述基板20上方且位于所述透光盖板30下方。通常情况下，所述摄像头组件与传感器层40可以位于同一层。所述摄像头组件的大小，可以根据实际可占用空间的大小进行设置。当所述传感器层40的面积小于所述透光盖板30的面积时，在所述透光盖板30下方会有一定富余的空间用于放置所述摄像头组件。

在一些实施例中，所述摄像头组件可以包括：透镜组和图像传感器，除此之外，所述摄像头组件还可以包括电路板，图像处理器和/或存储器。

参照图9，所述摄像头组件70可以设置在透光盖板30的第二面上，用于采集近场、中场或远场图像，例如用于采集掌纹图像。采用该指纹模组，既可以采指纹也可以采集掌纹，且互不干扰。

参照图10，图10是本实用新型图1至图9所示实施例的指纹成像模组采集的指纹图像，可以看出，采集的指纹图像包含两部分：一部分是位于TIR环内即201区域的信号相对较弱的指纹图像(如箭头指向区域所示)，另一部分是位于TIR环外即202区域的信号相对较强的指纹图像。经发明人研究发现，在实际测试中，如图10示出的指纹图像中，点光源组件O检测指纹得到的TIR环里有明显的指纹信息原因在于：点光源组件O在指纹成像模组的外侧，其最大出射光是斜向，这样在TIR环内的反射光较弱，同时不会因为直接透射至传感组件而使传感组件饱和，因此对于TIR环内的指纹信息，是点光源组件O发射的在透光盖板表面入射角小于全反射临界角的光线，经手指漫散射和透光盖板表面反射后传输至感光像素形成，此时可以进一步分析TIR环内的指纹图像的信噪比等信息。本实用新型实施例中以LED作为光源的情形和OLED显示屏中的显示像素作为光源的情形相比，两者采集到的图像相差很远。采用本实用新型实施例的指纹成像模组，其采集的指纹图像包含TIR环内和TIR环外两部分。其中，TIR环外的指纹图像数据有着高信噪比，可以用于提取有效的指纹信息，对于TIR环内的指纹图像数据，当感光像素的感光面朝向所述透光盖板时，也能够提取出有效的指纹信息，从而扩大了基于物理光学的全反射原理采集的指纹图像中可利用的指纹信息面积。

在具体实施中，参照图11，若传感组件为正向传感组件，则环境光H1、H2等杂散光通常会透过透光盖板30，形成折射光线H1’及H2’。折射光线H1’及H2’会到达传感器层40，进而被传感组件的感测面接收，影响成像效果。

为了抑制环境光等杂散光，本实用新型的一实施例中，设置所述传感组件为背向传感组件，此时，所述传感组件包括：若干个感光像素42构成的感光阵列。所述感光像素42具有所述感测面。感光像素42的感测面面向所述基板20的表面设置，例如所述感光像素42的感测面可以贴合于所述基板20。每个所述感光像素42包括像素电路和感光元件，所述像素电路包括薄膜晶体管，所述感光元件包括光电二极管或光敏电晶管。

在一些实施例中，所述感光像素42具有第一面和第二面，所述第一面透光且面向所述透光盖板30设置，所述第二面为感测面，所述第二面朝向所述基板20设置，则所述传感组件还包括位于所述感光像素42的第一面上的掩膜层41，用于阻挡光线由所述感光像素42的第一面进入所述感光像素42。所述掩膜层41的横向尺寸(即平行于所述透光盖板30表面方向)大于等于所述感光像素42的横向尺寸。

在一些实施例中，所述掩膜层41包括吸光材料，用于吸收光线，避免产生高阶的二次反射，因为二次反射可能形成不同放大率的指纹图像。

在一些实施例中，所述掩膜层41也可以为所述感光像素42的电极(例如金属电极)，在制作时，用于掩膜层41的感光像素42的电极要比常规的像素电极尺寸要大，以便完全阻挡由所述感光像素42的第一面进入所述感光像素42的光线。

在一些实施例中，所述传感器层40包括透光基板(例如玻璃基板)和位于所述玻璃基板上的感光像素42，所述透光基板的厚度可以约为0.5mm。

在一些实施例中，所述基板20为透光材料，例如可以为SiNx，所述基板20的厚度可以为约0.5μm。

在一些实施例中，所述透光盖板30的材料可以为玻璃，其厚度可以为约5mm。

在具体实施中，所述掩膜层41由遮光材料制成，可以对环境光等杂散光进行遮挡和抑制。具体地，由于折射光线H1’及H2’的入射角通常小于全反射角θ_C，故在设置掩膜层41后，折射光线H2’可以透过基板20投射出去，而折射光线H1’可以被掩膜层41遮挡。

由于感光像素42的感测面朝向基板20，故点光源组件O产生的光线L1及L2，在透光盖板30第一面发生全发射后，得到全反射光线L1’及L2’。全反射光线L1’及L2’经基板20再次全反射后，会被感光像素42的感测面接收。

在本实用新型的一实施例中，继续参照图11，所述指纹成像模组还包括：

摄像头组件，位于所述基板下方20。

所述摄像头组件可以包括：CMOS器件81及透镜组件82。所述CMOS器件81可以为CMOS图像传感器或CCD图像传感器，位于所述基板20下方.所述透镜组件82，位于所述CMOS器件81与基板20之间，或位于CMOS器件81与基板20之间。位于所述透光盖板30上方的物体散射的光线经所述透镜组件82透射后被所述CMOS器件81接收。

在一些实施例中，掩膜层41表面可以设置透光孔。位于所述透光盖板30上方的待采集物体80散射的光线经掩膜层41表面的透光孔及传感组件之间的区域到达透镜82，再透过所述透镜组件82成像后达到所述CMOS器件81。

在具体实施中，通过设置CMOS器件81及透镜组件82，可以实现远场成像，还可以实现近场或中场成像，例如悬空指纹的识别。其中，所述待采集物体80可以为人脸，也可以为掌纹等。所述待采集物体80，为不需要通过与透光盖板80接触即可识别的物体。

在本实用新型的一实施例中，所述指纹成像模组中CMOS器件及所述透镜分别为两个以上，且所述CMOS器件与所述透镜一一对应。例如，参照图11，所述指纹成像模组可以包括CMOS器件81及CMOS器件83，透镜组件82及透镜组件84。待采集物体80散射的光线透过所述透镜82后达到所述CMOS器件81。待采集物体80散射的光线透过所述透镜组件84后到所述CMOS器件83。

通过设置多个CMOS器件及透镜组件，可以实现对待采集物体80的空间物体成(3D)像。

在图11及图12示出的实施例中，所述点光源组件O可以位于棱镜提供的斜面m1上。所述棱镜位于指纹模组的一侧，且位于透明盖板30下方。棱镜提供的斜面m1可以与透明盖板30、传感器层40及基板20的侧壁接触或存在一定间隙；所述点光源组件O也可以通过支撑物固定于所述透明盖板30、传感器层40及基板20的侧壁所形成的斜面m1上，或者与所述斜面m1之间存在一定间隙；或者，所述点光源组件O也可以通过硅油或光学胶贴合于所述透明盖板30、传感器层40及基板20的侧壁所形成的斜面m1上。

在本实用新型的另一实施例中，参照图12，可以无需设置CMOS器件及透镜，而设置至少一个光学元件90。所述光学元件90位于所述基板20下方。待采集物体80散射的光线透过传感组件之间的区域达到所述光学元件90，并经所述光学元件90反射后被所述感光像素42接收。

所述光学元件90位于基板下方，且与基板下表面之间的距离大于0。所述光学元件90将待采集物体80通过几何光学原理成像于感光像素42。在具体实施中，所述光学元件90可以为凹面镜，所述凹面镜会聚所述待采集物体80散射的光线至所述感光像素42。

通过设置光学元件90，也可以实现远场、近场或中场成像，例如人脸识别、或者悬空指纹的识别(适合于手指快速滑动的应用场景)、或者与所述透光盖板30相接触的掌纹和指纹的识别。近场成像和远场成像共用感光像素42，可以分时进行。并且，相对于采用CMOS器件及透镜方式成像，可以有效减少元件数量及成本，还可减小指纹成像模组的整体厚度。

参考图13，图13是本实用新型图11和图12所示实施例的指纹成像模组采集的指纹图像，可以看出，采集的指纹图像包含两部分：一部分是位于TIR环内即211区域的信号相对较弱的指纹图像(如箭头指向区域所示)，另一部分是位于TIR环外即212区域的信号相对较强的指纹图像。经发明人研究发现，在实际测试中，如图13示出的指纹图像中，点光源组件O检测指纹得到的TIR环里有的指纹信息原因在于：点光源组件O在指纹成像模组的外侧，其最大出射光是斜向，这样在TIR环内的反射光较弱，同时不会因为直接透射至传感组件而使传感组件饱和，因此对于TIR环内的指纹信息，是点光源组件O发射的在透光盖板表面入射角小于全反射临界角的光线，经手指漫散射和透光盖板表面一次反射后至基板20再经基板20的二次反射传输至感光像素形成，相比于图10所对应的传感组件的感测面正向(即面向所述透光盖板放置)的情况下采集的指纹图像，图13的TIR环内的指纹图像由于发生了二次反射，因此信号强度要弱很多。

在具体实施中，参照图14，所述点光源组件可以包括：LED灯O1、掩膜层O2及位于所述LED灯O1和所述掩膜层O2之间的扩散层O3；所述掩膜层O2上具有预设尺寸的孔，所述LED灯O1产生的光线经所述扩散层O3扩散至所述预设尺寸的孔后，形成所述入射光。在另一些实施例中，所述掩膜层O2可以位于所述LED灯O1和所述扩散层O3之间，所述LED灯O1产生的光线先经所述掩膜层O2上的预设尺寸的孔后，再经所述扩散层O3局部扩散，形成更加均匀的入射光。

由于LED灯的尺寸通常较大，会使指纹图像模糊无法成像，为了形成光学系统上的点光源，在所述LED灯O1和透光盖板之间设置带有小孔的掩膜层O2。所述掩膜层O2可以是金属箔(例如铝箔)开孔、丝印开孔或者不透光的涂层，对于图2所示的实施例，所述不透光的涂层可以位于所述棱镜50上，对于图8和图9所示的实施例，所述不透光的涂层可以位于所述透光盖板30上。所述掩膜层O2上的小孔尺寸不能太大也不能太小，小孔尺寸太大，则无法形成用于清晰成像的点光源，小孔尺寸太小，则LED灯O1的光线绝大部分被遮挡，光线利用率低，可以通过实验确定小孔的最佳尺寸。本实施例中，所述小孔尺寸约为0.4mm。

在另一些实施例中，所述LED灯的尺寸足够小，例如小于0.4mm，则无需设置所述具有开孔的掩膜层O2。

参照图15，图15(a)中为LED灯O1和掩膜层O2上的孔未设置扩散层O3时，所采集到的指纹图像。图15(b)中LED灯O1和掩膜层O2上的孔之间设置扩散层O3时，所采集到的指纹图像。将图15(a)与图15(b)对比可知，通过在LED灯O1和掩膜层O2上的孔之间插入扩散层O3，在其他参数不变的情况下，可以使指纹图像对比度较强，光线更均匀，图像质量也就更高。

由上述内容可知，本实用新型实施例中的指纹模组，通过将点光源组件设置在预设斜面上，调整点光源组件在预设斜面的位置，可以达到间接调整指纹采集面积及指纹图像清晰度的目的，由此可以更好地满足用户需求。

本实用新型图1至图12所示各实施例中，所述传感组件与所述透光盖板之间不存在空气层，但可以设置其它折射率与透光盖板相接近的介质层，以降低对所述传感组件接收的全反射信号光的光路影响。

本实用新型实施例的指纹模组可以不包括显示层，因此能够解决任意透明介质的指纹成像问题。

本实用新型实施例的指纹模组可以应用于需要进行身份认证的各种场景，例如智能门锁、智慧家居中对于家电的控制、智能无人销售中的支付交易、或汽车车主在车窗上的操控等。

本实用新型实施例的指纹模组除了检测指纹外，还可以结合血氧检测、心率检测，利用光电方法测试人体血液、氧气或心脏的相关反应，以辨别假指纹。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备。所述电子设备包括上述的指纹模组。

在具体实施中，所述电子设备可以为手机、计算机等终端、或者电子锁、智能锁(例如智能门锁)、指纹锁等，具体不作限制。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (22)

1.一种指纹成像模组，其特征在于，包括：至少一个传感组件，所述传感组件具有感测面；

点光源组件，位于预设斜面上，用于产生入射光；

透光盖板，位于所述传感组件及所述点光源组件上方；所述透光盖板具有用于输入指纹信息的第一面；

其中，所述预设斜面所在平面与所述透光盖板的第一面所在平面斜交；所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面反射后，被所述传感组件的感测面接收。

2.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：位于所述点光源组件与所述透光盖板之间的棱镜，所述棱镜用于提供所述预设斜面；所述点光源组件产生的入射光经所述棱镜入射至所述透光盖板内。

3.如权利要求2所述的指纹成像模组，其特征在于，所述点光源组件至所述透光盖板的距离，大于所述传感组件感测面至所述透光盖板的距离。

4.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：支撑部件，用于提供所述预设斜面；所述点光源组件位于所述支撑部件和所述透光盖板之间。

5.如权利要求4所述的指纹成像模组，其特征在于，所述透光盖板具有与其第一面相对的第二面，所述透光盖板的第二面形成有凹槽，所述点光源组件容纳至所述凹槽内。

6.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述透光盖板具有所述预设斜面和与其第一面相对的第二面，所述预设斜面位于所述透光盖板的第一面及第二面之间。

7.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述预设斜面与所述透光盖板的第一面所在平面之间的锐角夹角范围为大于等于40度且小于等于60度。

8.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：摄像头组件，位于所述透光盖板下方。

9.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面反射后，被所述传感组件面向所述透光盖板的第一面的感测面接收。

10.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，还包括：基板，所述传感组件位于所述透光盖板和所述基板之间，所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面反射至所述基板，再由所述基板反射至所述传感组件背向所述透光盖板的感测面，所述基板具有透光性。

11.如权利要求10所述的指纹成像模组，其特征在于，所述传感组件包括具有透光且面向所述透光盖板设置的第一面，所述传感组件还包括位于所述传感组件的第一面上的掩膜层，所述掩膜层用于阻挡由所述传感组件的第一面进入的光线。

12.如权利要求11所述的指纹成像模组，其特征在于，所述掩膜层包括吸光介质；或者所述掩膜层包括感光像素，所述掩膜层包括所述感光像素的电极。

13.如权利要求10至12任一项所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：

摄像头组件，位于所述基板下方；

位于所述透光盖板上方的物体散射的光线被所述摄像头组件接收。

14.如权利要求13所述的指纹成像模组，其特征在于，所述摄像头组件为两套以上。

15.如权利要求12所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：至少一个光学元件，位于所述基板下方；位于所述透光盖板上方的物体散射的光线透过所述传感组件之间的区域达到所述光学元件，并经所述光学元件反射后被所述感光像素接收。

16.如权利要求1至12任一项所述的指纹成像模组，其特征在于，所述传感组件包括感光像素阵列，每个感光像素包括像素电路和感光元件，所述像素电路包括薄膜晶体管，所述感光元件包括光电二极管或光敏电晶管。

17.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述点光源组件包括：LED灯、掩膜层及位于所述LED灯和所述掩膜层之间的扩散层；所述掩膜层上具有预设尺寸的孔，所述LED灯产生的光线经所述扩散层扩散至所述预设尺寸的孔后，形成所述入射光。

18.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组不包括显示层。

19.如权利要求1至12、17及18任一项所述的指纹成像模组，其特征在于，所述点光源组件产生的入射光经所述透光盖板的第一面全反射后，被所述传感组件的感测面接收。

20.如权利要求1至12、17及18任一项所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组采集的指纹图像包括第一区域和第二区域，所述第一区域来自于所述传感组件接收的所述点光源组件在所述透光盖板表面的入射角小于全反射临界角的光线，所述第二区域来自于所述传感组件接收的所述点光源组件在所述透光盖板表面的入射角大于或等于所述全反射临界角的光线，所述全反射临界角为所述点光源组件发射的光线在所述透光盖板表面发生全反射的临界角；

其中，所述第一区域和所述第二区域均包含有指纹信息，且所述第二区域的信号强度大于所述第一区域的信号强度。

21.一种电子设备，包括权利要求1至20任一项所述的指纹成像模组。

22.如权利要求21所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括电子锁。

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