DE212018000136U1

DE212018000136U1 - Optische Bildgebung per Bildgebungslinse und Bildgebungsnadelloch in optischemSensormodul unter dem Bildschirm für Fingerdruckerkennung auf dem Bildschirmin Vorrichtungen mit organischen lichtemittierenden Dioden- (OLED) Bildschirmenoder anderen Bildschirmen

Info

Publication number: DE212018000136U1
Application number: DE212018000136.7U
Authority: DE
Original assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-08-23
Publication date: 2019-12-06
Anticipated expiration: 2028-08-24
Also published as: CN209640882U; CN208861297U; US10216975B1; EP3549065A4; WO2019161646A1; CN111401243B; EP3549065A1; EP3549065B1; US10360432B1; CN111401243A

Abstract

Optisches Sensormodul, das dazu ausgelegt ist, unter einem Anzeigepanel angeordnet zu sein, um ein Fingerabdruckmuster eines Fingers über dem Anzeigepanel zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst:ein optisches Sensorarray optischer Detektoren zum Umwandeln von zurückgegebenem Licht, das Fingerabdruckinformationen trägt, in Detektorsignale, die ein Fingerabdruckmuster darstellen, wobei das zurückgegebene Licht erzeugt wird, wenn der Finger beleuchtet wird, und durch das Anzeigepanel übertragen wird;eine Nadellochschicht, die über dem optischen Sensorarray angeordnet ist, wobei die Nadellochschicht ein Nadelloch zum Sammeln des zurückgegebenen Lichts und zum Übertragen des zurückgegebenen Lichts in Richtung des optischen Sensorarrays umfasst, undeine Linseneinheit, die zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, wobei die Linseneinheit konfiguriert ist, das zurückgegebene Licht vom Nadelloch zu empfangen und das zurückgegebene Licht auf das optische Sensorarray zu fokussieren.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Dieses Patentdokument bezieht sich auf die Erkennung von Fingerabdrücken und die Durchführung von einer oder mehreren Erkennungsoperationen anderer Parametermessungen in elektronischen Vorrichtungen oder Systemen, einschließlich tragbaren Vorrichtungen wie einer mobilen Vorrichtung oder einer tragbaren Vorrichtung und größeren Systemen.
HINTERGRUND
Verschiedene Sensoren können in elektronischen Vorrichtungen oder Systemen umgesetzt sein, um bestimmte gewünschte Funktionen bereitzustellen. Es besteht ein steigender Bedarf daran, Zugang zu Computern und computergesteuerten Vorrichtungen oder Systemen sicherzustellen, bei dem nur autorisierte Benutzer identifiziert und von nicht autorisierten Benutzern unterschieden werden.
Beispielsweise sind Mobiltelefone, Digitalkameras, Tablet-PCs, Notebookcomputer und andere tragbare elektronische Vorrichtungen in privater, kommerzieller und staatlicher Verwendung immer beliebter geworden. Tragbare elektronische Vorrichtungen zur privaten Verwendung können mit einem oder mehreren Sicherheitsmechanismen ausgestattet sein, um die Privatsphäre des Benutzers zu schützen.
In einem anderen Beispiel kann ein Computer oder eine computergesteuerte Vorrichtung oder ein System für eine Organisation oder ein Unternehmen gesichert sein, um nur autorisierten Mitarbeitern den Zugriff zu erlauben, um die Informationen oder die Nutzung der Vorrichtung oder des Systems für die Organisation oder das Unternehmen zu schützen.
Die Informationen, die auf tragbaren Vorrichtungen und in computergesteuerten Datenbanken, Vorrichtungen oder Systemen gespeichert sind, können bestimmte Merkmale aufweisen, die gesichert werden sollten. Beispielsweise können die gespeicherten Informationen persönlicher Art sein, wie etwa persönliche Kontaktlisten oder das Telefonbuch, persönliche Fotos, persönliche Gesundheitsinformationen oder andere persönliche Informationen, oder vertrauliche Informationen für firmeneigene Verwendung durch eine Organisation oder ein Unternehmen, wie etwa Geschäftsfinanzinformationen, Mitarbeiterdaten, Geschäftsgeheimnisse und andere firmeneigene Informationen. Wenn die Sicherheit des Zugriffs auf die elektronische Vorrichtung oder das System kompromittiert wird, können andere auf die Daten zugreifen, die nicht autorisiert sind, Zugriff zu erhalten, was zu einem Verlust der Privatsphäre von Einzelnen oder zum Verlust wertvoller vertraulicher Informationen führen kann. Neben der Sicherheit von Informationen, erlaubt das Sichern des Zugriffs auf Computer und computergesteuerte Vorrichtungen oder Systeme auch das Sichern der Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen, die von Computern oder Computerprozessoren wie computergesteuerte Automobile und andere Systeme wie etwa Geldautomaten gesteuert werden.
Ein gesicherter Zugang zu einer Vorrichtung (wie etwa einer mobilen Vorrichtung) oder einem System (wie etwa einer elektronischen Datenbank und einem computergesteuerten System) kann auf unterschiedliche Weisen erreicht werden. Beispielsweise ist eine übliche Art zur Umsetzung eines gesicherten Zugangs die Verwendung von Benutzerpasswörtern. Ein Passwort kann jedoch leicht verteilt oder beschafft werden und diese Eigenschaft von Passwörtern kann die Sicherheitsstufe verringern. weiterhin muss ein Benutzer sich ein Passwort zum Verwenden von passwortgeschützten elektronischen Vorrichtungen oder Systemen merken, und wenn der Benutzer das Passwort vergisst, muss der Benutzer bestimmte Passwortwiederherstellungsverfahren durchlaufen, um authentifiziert zu werden oder anderweitig wieder auf die Vorrichtung zuzugreifen. Leider sind solche Passwortwiederherstellungsverfahren unter verschiedenen Umständen für die Benutzer anstrengend und weisen verschiedene praktische Einschränkungen und Unannehmlichkeiten auf.
Die Identifizierung mit dem persönlichen Fingerabdruck kann verwendet werden, um die Benutzerauthentifizierung zu verbessern, um die Datensicherheit zu erhöhen, während bestimmte unerwünschte Wirkungen in Zusammenhang mit Passwörtern vermieden werden.
Elektronische Vorrichtungen oder Systeme, einschließlich tragbarer oder mobiler Rechnervorrichtungen, können Benutzerauthentifizierungsmechanismen verwenden, um persönliche oder andere vertrauliche Daten zu schützen und nichtautorisierten Zugriff zu vermeiden. Benutzerauthentifizierung auf einer elektronischen Vorrichtung oder einem System kann durch eine oder mehrere Formen biometrischer Kennungen erfolgen, die alleine oder zusätzlich zu konventionellen Passwortauthentifizierungsverfahren verwendet werden können. Eine Form von biometrischen Kennungen ist das Fingerabdruckmuster einer Person. Ein Fingerabdrucksensor kann in eine elektronische Vorrichtung oder ein System eingebaut werden, um das Fingerabdruckmuster einer Person als Teil des Authentifizierungsverfahrens zu lesen, sodass die Vorrichtung oder das System durch einen autorisierten Benutzer durch Authentifizierung des Fingerabdruckmusters des autorisierten Benutzers entsperrt werden kann.
KURZDARSTELLUNG
Die Sensortechnologie und Beispiele von Umsetzungen der Sensortechnologie, die in diesem Patentdokument beschrieben sind, stellen ein optisches Sensormodul bereit, das Licht von einer Bildschirmanzeige verwendet, um eine oder mehrere Erkennungsoperationen basierend auf optischer Erkennung eines solchen Lichts durchzuführen. Eine geeignete Bildschirmanzeige für die Umsetzung der offenbarten optischen Sensortechnologie kann auf verschiedenen Anzeigetechnologien oder Konfigurationen basieren, einschließlich einer Bildschirmanzeige die lichtemittierende Anzeigepixel aufweist, ohne Hinterleuchtung zu verwenden, wobei jedes einzelne Pixel Licht zur Ausbildung eines Anteils eines Anzeigebilds auf dem Bildschirm, wie etwa organischen lichtemittierenden Diode (OLED) Bildschirmanzeigen oder elektrolumineszierenden Bildschirmanzeigen, erzeugt. Die offenbarte optische Sensortechnologie kann ebenfalls zur Verwendung mit anderen Bildschirmanzeigen angepasst sein, wie etwa für Liquid-Crystal-Display- (LCD) Bildschirme. In Anwendungen kann die offenbarte Technologie umgesetzt sein, um eine optische Erkennung von Fingerabdrücken auf dem Bildschirm durch Verwendung eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm bereitzustellen, das das zurückgeworfene Licht erfasst und erkennt, das von der Bildschirmanzeige zur Anzeige von Bildern abgegeben wird, und das von der Oberfläche der Bildschirmbaugruppe zurückreflektiert wird.
Speziell sind Vorrichtungen und optische Sensormodule offenbart, um optische Erkennung von Fingerabdrücken auf dem Bildschirm durch Verwendung eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm bereitzustellen, das eine Nadellochlinsenbaugruppe enthält, um die optische Bildgebungsleistung zu verbessern, wobei solche optischen Sensormodule unter organischen lichtemittierenden Dioden- (OLED) Anzeigemodulen und anderen Anzeigemodulen platziert sind. Techniken zum Verringern des Umgebungslichts bei optischer Erkennung werden bereitgestellt.
In einem Aspekt kann die offenbarte Technologie umgesetzt werden, um ein Verfahren für den Betrieb einer elektronischen Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen. Dieses Verfahren enthält den Betrieb eines optischen Sensormoduls, das sich unter einem Berührungsanzeigepanel befindet, das Berührungserkennungsoperationen für die Vorrichtung bereitstellt, um ein Sondenlicht bereitzustellen, um eine obere transparente Schicht des Berührungsanzeigepanels zu beleuchten; Leiten des zurückgegebenen Sondenlichts von der oberen transparenten Schicht in ein Nadelloch in dem optischen Sensormodul, um dem Empfang des zurückgegeben Lichts in dem Nadelloch unter verschiedenen Winkeln in einem großen Blickfeld zu ermöglichen; die Verwendung einer Linse, angeordnet zwischen dem Nadelloch und einem optischen Sensorarray optischer Detektoren in dem optischen Sensorarray zum Empfangen von Licht von dem Nadelloch und zum Fokussieren des empfangenen Lichts von dem Nadelloch auf das optische Sensorarray für optische Bildgebung bei einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung an dem optischen Sensorarray im Vergleich mit einer geringeren räumlichen Bildgebungsauflösung bei Verwendung des Nadellochs zum Projizieren von Licht auf das optische Sensorarray ohne die Linse.
In einem anderen Aspekt kann die offenbarte Technologie umgesetzt sein, um eine elektronische Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen und ein Anzeigepanel zu enthalten, das Anzeigepixel enthält, die Bilder anzeigen; eine obere transparente Schicht ist über dem Anzeigepanel als eine Schnittstelle ausgebildet, um durch einen Benutzer berührt zu werden und das Licht von dem Anzeigepanel zur Darstellung von Bildern zu übertragen; und ein optisches Sensormodul befindet sich unter dem Anzeigepanel zum Empfangen von Licht von der oberen transparenten Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks. Das optische Sensormodul enthält ein optisches Sensorarray optischer Detektoren zum Umwandeln des empfangenen Lichts von der oberen transparenten Schicht und das Anzeigepanel, das ein Fingerabdruckmuster des Benutzers in Detektorsignale überträgt, die das Fingerabdruckmuster darstellen; eine Nadellochschicht, angeordnet zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray und strukturiert zum Enthalten eines optisch transparenten Nadellochschichtmaterials mit einem hohen Refraktionsindex zum Empfangen von Licht von der oberen transparenten Schicht und dem Anzeigepanel und eine undurchsichtige Schicht, die auf einer Fläche des optisch transparenten Nadellochschichtmaterials ausgebildet ist, um ein Nadelloch zu enthalten, um das Licht, das durch das optisch transparente Nadellochschichtmaterial empfangen wurde, zu übertragen; eine optische Abstandhalterschicht, die zwischen dem Anzeigepanel und der Nadellochschicht ausgebildet ist, um mit dem optisch transparenten Nadellochschichtmaterial der Nadellochschicht zum Lenken des empfangenen Lichts von der oberen transparenten Schicht und dem Anzeigepanel zu dem Nadelloch, das an einer gegenüberliegenden Seite des optisch transparenten Nadellochschichtmaterials ausgebildet ist, in Kontakt zu kommen; und eine Linse, die zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, um das von dem Nadelloch übertragene Licht zu empfangen und das empfangene Licht auf das optische Sensorarray für optische Bildgebung mit einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung und einer verringerten Bildgröße an dem optischen Sensorarray zu fokussieren. Die optische Abstandhalterschicht ist konfiguriert, einen Refraktionsindex aufzuweisen, der geringer ist als der hohe Refraktionsindex des optisch transparenten Nadellochschichtmaterials, um ein großes optisches Blickfeld zum Erfassen des zurückgegebenen Lichts von der oberen transparenten Schicht und des Anzeigepanels zur Übertragung durch das Nadelloch an das optische Sensorarray zu erzeugen. In Umsetzungen kann das Anzeigepanel ein Anzeigepanel mit organischen lichtemittierenden Dioden (OLED) oder ein Liquid Crystal Display (LCD) Panel sein.
In noch einem anderen Aspekt kann die offenbarte Technologie umgesetzt sein, um eine elektronische Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen. Eine Umsetzung einer solchen elektronischen Vorrichtung enthält ein Anzeigepanel das lichtemittierende Anzeigepixel enthält, die bedienbar sind, um Licht zu emittieren, um Bilder anzuzeigen, eine obere transparente Schicht, die über dem Anzeigepanel als eine Schnittstelle ausgebildet ist, um durch einen Benutzer berührt zu werden und um das Licht von dem Anzeigepanel, um Bilder darzustellen, zu übertragen; und ein optisches Sensormodul, das sich unter dem Anzeigepanel befindet, zum Empfangen von Licht über die obere transparente Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks. Das optische Sensormodul enthält ein optisches Sensorarray optischer Detektoren zum Umwandeln des empfangenen Lichts von der oberen transparenten Schicht und ein Anzeigepanel, das ein Fingerabdruckmuster des Benutzers in Detektorsignale überträgt, die das Fingerabdruckmuster darstellen, eine Nadellochschicht, angeordnet zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray und strukturiert, ein Nadelloch zu enthalten, das strukturiert ist, ein großes optisches Blickfeld zum Erfassen des empfangenen Lichts und Übertragen des erfassten Lichts an das optische Sensorarray zu erzeugen, und eine Linse, angeordnet zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray zum Empfangen des übertragenen Lichts von dem Nadelloch und zum Fokussieren des empfangenen Lichts auf das optische Sensorarray für optische Bildgebung mit einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung an dem optischen Sensorarray im Vergleich mit einer geringeren räumlichen Bildgebungsauflösung bei Verwendung des Nadellochs zum Projizieren von Licht auf das optische Sensorarray ohne die Linse.
Diese und andere Aspekte und deren Umsetzungen sind ausführlicher in den Zeichnungen, der Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Systems mit einem Fingerabdruckerkennungsmodul, das umgesetzt werden kann, um einen optischen Fingerabdrucksensor zu enthalten, der in diesem Dokument offenbart wird.
2A und 2B illustrieren eine beispielhafte Umsetzung einer elektronischen Vorrichtung 200, die eine Berührungserkennungsbildschirmanzeigebaugruppe und ein optisches Sensormodul aufweist, das unter der Berührungserkennungsbildschirmanzeigebaugruppe angeordnet ist.
2C und 2D illustrieren ein Beispiel einer Vorrichtung, die das optische Sensormodul in 2A und 2B umsetzt.
3 illustriert ein Beispiel einer OLED-Anzeige und Berührungserkennungsbaugruppe, die sich eignet, um die offenbarte optische Fingerabdruckerkennungstechnologie umzusetzen.
4A und 4B zeigen ein Beispiel einer Umsetzung eines optischen Sensormoduls unter der Bildschirmanzeigebaugruppe zur Umsetzung des Designs in 2A und 2B.
5A und 5B illustrieren Signalerzeugung für das zurückgegebene Licht aus der Erkennungszone an der oberen Erkennungsfläche unter zwei verschiedenen optischen Bedingungen, um das Verständnis des Betriebs des optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm zu erleichtern.
6A-6C, 7, 8A-8B, 9 und 10A-10B zeigen beispielhafte Designs von optischen Sensormodulen unter dem Bildschirm.
11 zeigt die Bildgebung des Fingerabdruckerkennungsbereichs an der oberen transparenten Schicht über ein Bildgebungsmodul unter verschiedenen Kachelbedingungen, wobei eine Bildgebungsvorrichtung den Fingerabdruckerkennungsbereich auf ein optisches Sensorarray abbildet und die Bildgebungsvorrichtung optisch transmissiv oder optisch reflektiv sein kann.
12 zeigt ein Beispiel eines Betriebs des Fingerabdrucksensors zum Verringern oder Eliminieren unerwünschter Beiträge des Hintergrundlichts bei der Fingerabdruckerkennung.
13 zeigt einen Ablauf für den Betrieb eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm zur Erfassung eines Fingerabdruckmusters.
14A, 14B und 15 zeigen ein Beispiel eines Betriebsverfahrens, um festzustellen, ob ein Objekt in Kontakt mit der OLED-Bildschirmanzeige Teil eines Fingers einer lebenden Person ist, indem die OLED-Pixel dahingehend bedient werden, den Finger in zwei verschiedenen Lichtfarben zu beleuchten.
16 zeigt ein Beispiel eines Standardkalibrierungsmusters, das von der OLED-Anzeige zur Kalibrierung der Bildgebungserkennungssignale erzeugt wird, die durch das optische Sensorarray zur Fingerabdruckerkennung ausgegeben werden.
17 zeigt zwei verschiedene Fingerabdruckmuster desselben Fingers unter verschiedenen Druckkräften: den leicht aufgepressten Fingerabdruck 2301 und den stark aufgepressten Fingerabdruck 3303.
18 zeigt ein Beispiel der optischen Übertragungsspektralprofile eines typischen menschlichen Daumens und kleinen Fingers bei mehreren verschiedenen optischen Wellenlängen von etwa 525 nm bis etwa 940 nm.
19 illustriert Einflüsse des Hintergrundlichts in einem Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm.
20 zeigt ein Beispiel eines Designalgorithmus für das Design der optischen Filterung in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm zum Verringern des Hintergrundlichts.
21 illustriert ein Beispiel eines Sensorinitialisierungsverfahrens, das jedes Mal, wenn ein Fingerabdruck erfasst wird, eine Baselinehintergrundebene an dem optischen Sensorarray misst.
22 und 23 zeigt Verhaltensweisen verschiedener optischer Signale in einem Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm, der weitere Beleuchtungslichtquellen aufweist, um die Fingerabdruckerkennungsbeleuchtung durch das OLED-Anzeigelicht zu ergänzen.
24 zeigt ein Beispiel eines Designalgorithmus für das Design der optischen Filterung in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm zum Verringern des Hintergrundlichts bei Vorhandensein zusätzlicher Lichtquellen für die optische Erkennung.
25 zeigt ein Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm basierend auf einer Nadellochlinsenbaugruppe.
26 zeigt ein Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm basierend auf einer Nadellochlinsenbaugruppe mit passenden Materialschichten an der Objektseite und Bildgebungsseite der Nadellochlinsenbaugruppe.
27A-27B zeigen Bildgebungsoperationen einer Nadellochkamera und einer Nadellochlinsenbaugruppe, um die verbesserte räumliche Bildgebungsauflösung durch Vorhandensein einer Linse in der Nadellochlinsenbaugruppe zu illustrieren.
28 zeigt die Bildgebung einer Nadellochlinsenbaugruppe, um die verringerten Bildverzerrungen durch das Vorhandensein einer Hochindexschicht zur Unterstützung des Nadellochs, die sich über der Nadellochlinsenbaugruppe befindet, zu illustrieren.
29 zeigt ein Beispiel eines Gefälleübertragungsfilterprofils für einen optischen Filter, der in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm basierend auf einer Nadellochlinsenbaugruppe verwendet wird, um die Gleichförmigkeit des Bilds zu verbessern.
30 zeigt ein Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm basierend auf einer Nadellochlinsenbaugruppe, die ein Gehäuse verwendet, um das Umgebungslicht zu blockieren.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die optische Erkennungstechnologie, die in diesem Patentdokument offenbart ist, kann zur optischen Erkennung von Fingerabdrücken und zur optischen Erkennung anderer Parameter oder Eigenschaften verwendet werden und kann auf spezifische Weisen umgesetzt werden, die verschiedene Vorteile oder Nutzen bringen, einschließlich beispielsweise durch Umsetzung eines Nadellochs in einer Nadellochlinsenbaugruppe für verbesserte optische Bildgebung und kompakte optische Sensormodulpackung.
Elektronische Vorrichtungen oder Systeme können mit Fingerabdruckauthentifizierungsmechanismen versehen sein, um die Sicherheit für Zugriff auf die Vorrichtungen zu verbessern. Solche elektronischen Vorrichtungen oder Systeme können tragbare oder mobile Rechenvorrichtungen enthalten, z. B. Smartphones, Tabletcomputer, am Handgelenk getragene Vorrichtungen und andere tragbare oder mitnehmbare Vorrichtungen, größere elektronische Vorrichtungen oder Systeme, z. B. persönliche Computer in tragbaren Formen oder Desktopformen, Geldautomaten, verschiedene Endgeräte für verschiedene elektronische Systeme, Datenbanken oder Informationssysteme für kommerzielle oder staatliche Verwendung, motorisierte Transportsysteme, einschließlich Autos, Boote, Züge, Flugzeuge und dergleichen.
Fingerabdruckerkennung ist in mobilen Anwendungen und anderen Anwendungen nützlich, die gesicherten Zugriff verwenden oder erfordern. Beispielsweise kann die Fingerabdruckerkennung verwendet werden, um gesicherten Zugriff auf eine mobile Vorrichtung bereitzustellen und finanzielle Transaktionen, einschließlich Onlinekäufe, zu sichern. Es ist wünschenswert, robuste und zuverlässige Fingerabdruckerkennung zu enthalten, die sich für mobile Vorrichtungen und andere Anwendungen eignet. In mobilen, tragbaren oder mitnehmbaren Vorrichtungen ist es wünschenswert, dass Fingerabdrucksensoren den Raumbedarf für die Fingerabdruckerkennung minimieren oder eliminieren, da der zur Verfügung stehende Platz auf diesen Vorrichtungen beschränkt ist, insbesondere hinsichtlich des Bedarfs an einen maximalen Anzeigebereich auf einer gegebenen Vorrichtung.
Das Licht, das von einer Bildschirmanzeige erzeugt wird, um Bilder anzuzeigen, kann durch die obere Fläche der Bildschirmanzeige dringen, um von einem Benutzer gesehen zu werden. Ein Finger kann die obere Fläche berühren und so mit dem Licht an der oberen Fläche interagieren und dazu führen, dass das reflektierte oder gestreute Licht an dem Flächenbereich der Berührung räumliche Bildinformationen des Fingers zurück zu dem Anzeigepanel unter der oberen Fläche trägt. Bei Berührungserkennungsanzeigevorrichtungen ist die obere Fläche die Berührungserkennungsschnittstelle zum Benutzer und diese Interaktion zwischen dem Licht zum Anzeigen von Bildern und dem Benutzerfinger oder der Hand erfolgt ständig, aber die Rückgabe von solchen Informationen tragendem Licht auf das Anzeigepanel wird größtenteils verschwendet und in den meisten Berührungserkennungsvorrichtungen nicht verwendet. In verschiedenen mobilen oder tragbaren Vorrichtungen mit Berührungserkennungsanzeigen und Fingerabdruckerkennungsfunktionen ist ein Fingerabdrucksensor meistens eine von der Bildschirmanzeige separate Vorrichtung, die entweder auf derselben Fläche der Bildschirmanzeige an einem Ort außerhalb des Bildschirmanzeigebereichs platziert ist, wie bei den beliebten Apple iPhones und den neuen Samsung Galaxy Smartphones, oder an der Rückseite eines Smartphones platziert ist, wie etwa bei einigen neueren Modellen der Smartphones von Huawei, Lenovo, Xiaomi oder Google, um zu vermeiden, wertvollen Raum zur Anbringung einer großen Bildschirmanzeige an der Vorderseite wegzunehmen. Solche Fingerabdrucksensoren sind von den Bildschirmanzeigen separate Vorrichtungen und müssen daher kompakt sein, um Raum für die Anzeige und andere Funktionen einzusparen, aber dennoch zuverlässige und schnelle Fingerabdruckerkennung mit einer räumlichen Bildauflösung über einem bestimmten annehmbaren Niveau bereitzustellen. Die Notwendigkeit, kompakt und klein zu sein, und die Notwendigkeit, eine hohe räumliche Bildauflösung zur Erfassung eines Fingerabdruckmusters bereitzustellen, stehen bei vielen Fingerabdrucksensoren direkt miteinander in Konflikt, da eine hohe räumliche Bildauflösung bei der Erfassung eines Fingerabdruckmusters basierend auf verschiedenen geeigneten Fingerabdruckerkennungstechnologien (z. B. kapazitive Berührungserkennung oder optische Bildgebung) einen großen Sensorbereich mit einer großen Anzahl von Erkennungspixeln erfordert.
Die optische Sensortechnologie, die herein offenbart ist, verwendet das Licht zum Anzeigen von Bildern auf einer Bildschirmanzeige, das von der oberen Fläche der Vorrichtungsanzeigebaugruppe zurückgeworfen wird, zur Fingerabdruckerkennung und für andere Erkennungsoperationen. Das zurückgegebene Licht trägt Informationen eines Objekts, das die obere Fläche berührt (z. B. ein Finger) und die Erfassung und Erkennung dieses zurückgegebenen Lichts stellen einen Teil der Designüberlegungen bei der Umsetzung eines bestimmten optischen Sensormoduls dar, das sich unter der Bildschirmanzeige befindet. Da die obere Fläche der Touchbildschirmbaugruppe als Fingerabdruckerkennungsbereich verwendet wird, sollte das optische Bild dieses berührten Bereichs durch ein optisches Bildgebungssensorarray in dem optischen Sensormodul mit einer hohen Bildtreue zu dem originalen Fingerabdruck für robuste Fingerabdruckerkennung erfasst werden. Das optische Sensormodul kann entworfen sein, um diese gewünschte optische Bildgebung zu erreichen, indem optische Elemente zur Erfassung und Erkennung des zurückgegebenen Lichts korrekt konfiguriert werden.
Die offenbarte Technologie kann umgesetzt werden, um Vorrichtungen, Systeme und Techniken bereitzustellen, die die optische Erkennung menschlicher Fingerabdrücke und Authentifizierung zur Authentifizierung eines Zugriffsversuchs auf eine gesperrte computergesteuerte Vorrichtung wie etwa eine mobile Vorrichtung oder ein computergesteuertes System durchführen, das mit einem Fingerabdruckerkennungsmodul ausgestattet ist. Die offenbarte Technologie kann verwendet werden, um den Zugriff auf verschiedene elektronische Vorrichtungen und Systeme zu sichern, einschließlich tragbarer oder mobiler Rechenvorrichtungen wie Laptops, Tablets, Smartphones und Spielevorrichtungen sowie anderer elektronischer Vorrichtungen oder Systeme wie etwa elektronischer Datenbanken, Autos, Geldautomaten usw.
Die hier offenbarte optische Sensortechnologie kann umgesetzt sein, um einen Anteil des Lichts zu erkennen, der zum Anzeigen von Bildern in einer Bildschirmanzeige verwendet wird, wobei ein solcher Anteil des Lichts für die Bildschirmanzeige das gestreute Licht, reflektierte Licht oder verteiltes Licht sein kann. Beispielsweise kann in einigen Umsetzungen der offenbarten optischen Sensortechnologie für eine OLED-Bildschirmanzeige oder eine andere Bildschirmanzeige, die lichtemittierende Anzeigepixel ohne Hinterleuchtung aufweist, das Bildlicht, das durch die OLED-Bildschirmanzeige an oder in der Nähe der oberen Fläche der OLED-Bildschirmanzeige erzeugt wird, auf die OLED-Bildschirmanzeige als zurückgegebenes Licht reflektiert oder zurückgestreut werden, wenn es auf ein Objekt wie etwa einen Benutzerfinger oder eine Handfläche oder eine Benutzerzeigevorrichtung wie einen Stylus trifft. Solches zurückgegebenes Licht kann zur Durchführung einer oder mehrerer optischer Erkennungsoperationen unter Verwendung der offenbarten optischen Sensortechnologie verwendet werden. Durch die Verwendung des Lichts von eigenen OLED-Pixeln der OLED-Bildschirmanzeige zur optischen Erkennung kann ein optisches Sensormodul basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie in einigen Umsetzungen speziell entworfen sein, um in die OLED-Bildschirmanzeige in einer Weise integriert zu werden, die die Anzeigeoperationen und Funktionen der OLED-Bildschirmanzeige ungestört erhält, während sie optische Erkennungsoperationen und Funktionen bereitstellt, um die Gesamtfunktionalität, Vorrichtungsintegration und Benutzererfahrung der elektronischen Vorrichtung wie etwa eines Smartphones oder einer anderen mobilen/tragbaren Vorrichtung oder anderen Formen elektronischer Vorrichtungen oder Systeme zu verbessern.
Beispielsweise kann ein optisches Sensormodul basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie mit einer Bildschirmanzeige gekoppelt sein, die lichtemittierende Anzeigepixel ohne Verwendung von Hinterleuchtung aufweist (z. B. eine OLED-Bildschirmanzeige), um einen Fingerabdruck einer Person durch Verwendung des oben beschriebenen zurückgegebenen Lichts von dem Licht, das durch die OLED-Bildschirmanzeige erzeugt wird, zu erkennen. Im Betrieb kann der Finger einer Person entweder in direkter Berührung der OLED-Bildschirmanzeige oder sehr nahe der OLED-Bildschirmanzeige das in die OLED-Bildschirmanzeige zurückgegebene Licht erzeugen, das Informationen zu einem Anteil des Fingers trägt, der durch das Licht beleuchtet wird, das durch die OLED-Bildschirmanzeige ausgegeben wird. Solche Informationen können beispielsweise die räumliche Struktur und Platzierungen der Grate und Rillen des beleuchteten Anteils des Fingers enthalten. Dementsprechend kann das optische Sensormodul integriert werden, um mindestens einen Anteil des zurückgegebenen Lichts zu erfassen, um die räumliche Struktur und Platzierungen der Grate und Rillen des beleuchteten Anteils des Fingers durch optische Bildgebung und optische Erkennungsoperationen zu erkennen. Die erkannte räumlichen Struktur und Platzierungen der Grate und Rillen des beleuchteten Anteils des Fingers kann dann verarbeitet werden, um ein Fingerabdruckmuster zu erzeugen und eine Fingerabdruckidentifizierung durchzuführen, z. B. durch Vergleich mit einem gespeicherten autorisierten Benutzerfingerabdruckmuster, um als Teil eines Benutzerauthentifizierungs- und Vorrichtungszugriffsprozesses festzustellen, ob der erkannte Fingerabdruck übereinstimmt. Diese auf optischer Erkennung basierte Fingerabdruckerkennung durch Verwendung der offenbarten optischen Sensortechnologie verwendet die OLED-Bildschirmanzeige als eine optische Erkennungsplattform und kann verwendet werden, um bestehende kapazitive Fingerabdrucksensoren oder andere Fingerabdrucksensoren zu ersetzen, die im Wesentlichen in sich geschlossene Sensoren als „Add-On“-Bauteile sind, die nicht das Licht der Bildschirmanzeigen oder die Bildschirmanzeigen zur Fingerabdruckerkennung für Mobiltelefone, Tablets und andere elektronische Vorrichtungen verwenden.
Die offenbarte optische Sensortechnologie kann auf Weisen umgesetzt sein, die eine Bildschirmanzeige, die lichtemittierende Anzeigepixel aufweist (z. B. eine OLED-Bildschirmanzeige) als eine optische Erkennungsplattform verwenden, indem das Licht, das von den Anzeigepixeln der OLED-Bildschirmanzeigen abgegeben wird, zur Durchführung der Fingerabdruckerkennung oder anderer optischer Erkennungsfunktionen verwendet wird, nachdem dieses abgegebene Licht mit einem Bereich an der oberen Berührungsfläche interagiert, die von einem Finger berührt wurde. Diese enge Beziehung zwischen der offenbarten optischen Sensortechnologie und der OLED-Bildschirmanzeige stellt eine einzigartige Gelegenheit zur Verwendung eines optischen Sensormoduls basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie bereit, um sowohl (1) weitere optische Erkennungsfunktionen als auch (2) nützliche Operationen oder Steuermerkmale in Verbindung mit dem Berührungserkennungsaspekt der OLED-Bildschirmanzeige bereitzustellen.
Es ist anzumerken, dass in einigen Umsetzungen ein optisches Sensormodul in einigen elektronischen Vorrichtungen wie etwa einem Smartphone, einem Tablet oder einer tragbaren Vorrichtung, bei der der Außenflächenbereich eingeschränkt ist, basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie mit einer Rückseite der OLED-Bildschirmanzeige gekoppelt werden kann, ohne einen bestimmten Bereich auf der Anzeigeflächenseite der OLED-Bildschirmanzeige zu benötigen, der einen wertvollen Vorrichtungsflächenbereich belegen würde. Ein solches optisches Sensormodul kann unter der OLED-Bildschirmanzeige platziert sein, die vertikal den Bildschirmanzeigebereich überlappt, und aus Sicht des Benutzers ist das optische Sensormodul hinter dem Bildschirmanzeigebereich verborgen. Weiterhin benötigt das offenbarte optische Sensormodul, da die optische Erkennung eines solchen optischen Sensormoduls durch Erkennung des Lichts erfolgt, das durch die OLED-Bildschirmanzeige abgegeben und von der oberen Fläche des Anzeigebereichs zurückgegeben wird, keinen speziellen Erkennungsport oder Erkennungsbereich, der von dem Bildschirmanzeigebereich getrennt ist. Dementsprechend kann, anders als bei Fingerabdrucksensoren in anderen Designs, einschließlich z. B. Apples iPhone/iPad-Vorrichtungen oder Samsung Galaxy Smartphonemodellen, bei denen sich der Fingerabdrucksensor an einem bestimmten Fingerabdrucksensorbereich oder -port (z. B. dem Homebutton) an derselben Fläche der Bildschirmanzeige aber in einem vorgegebenen Nichtanzeigebereich außerhalb des Bildschirmanzeigebereichs befindet, das optische Sensormodul basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie auf Weisen umgesetzt werden, die die Durchführung der Fingerabdruckerkennung an einem Ort der OLED-Bildschirmanzeige durch Verwendung einzigartiger optischer Erkennungsdesigns zum Weiterleiten des zurückgegebenen Lichts von dem Finger in einen optischen Sensor und durch Bereitstellung korrekter optischer Bildgebungsmechanismen zum Erreichen hochauflösender optischer Bilderkennung erlauben würden. Diesbezüglich kann die offenbarte optische Sensortechnologie umgesetzt werden, um eine einzigartige Fingerabdruckerkennungskonfiguration auf dem Bildschirm durch Verwendung derselben oberen Berührungserkennungsfläche zu erlauben, die Bilder anzeigt, und die Berührungserkennungsoperationen ohne separaten Fingerabdruckerkennungsbereich oder Port außerhalb des Bildschirmanzeigebereichs bereitstellt.
Neben der Fingerabdruckerkennung kann die optische Erkennungstechnologie, die in diesem Patentdokument offenbart ist, verwendet werden, um andere Parameter zu messen oder andere optische Erkennungsfunktionen auszuführen. Beispielsweise kann die offenbarte optische Sensortechnologie eine Struktur einer Handfläche einer Person messen, da der Berührungsbereich über die gesamte OLED-Bildschirmanzeige groß ist (im Gegensatz dazu haben einige spezielle Fingerabdrucksensoren wie etwa der Fingerabdrucksensor in dem Homebutton von Apples iPhone/iPad-Vorrichtungen einen recht kleinen und ausgewiesenen Fingerabdruckerkennungsbereich außerhalb des Bildschirms, der in der Erkennungsbereichsgröße stark eingeschränkt ist und sich möglicherweise nicht zur Erkennung großer Strukturen eignet). In noch einem anderen Beispiel kann die offenbarte optische Sensortechnologie nicht nur verwendet werden, um eine optische Erkennung zu verwenden, um eine Struktur eines Fingers oder einer Handfläche, der/die mit einer Person assoziiert ist, zu erfassen und zu erkennen, sondern auch um optische Erkennung oder andere Erkennungsmechanismen zu verwenden, um zu erkennen, ob die erfasste oder erkannte Struktur eines Fingerabdrucks oder einer Handfläche von der Hand einer lebenden Person stammt, indem ein Erkennungsmechanismus für einen „lebenden Finger“ eingesetzt wird, der beispielsweise auf verschiedenen optischen Absorptionsverhaltensmustern des Bluts bei verschiedenen optischen Wellenlängen, auf der Tatsache, dass der Finger einer lebenden Person sich zumeist bewegt oder streckt, da sich die Person natürlich (absichtlich oder unabsichtlich) bewegt oder durch Pulsation, wenn das Blut aufgrund des Herzschlags durch den Körper einer Person fließt, basieren kann. In einer Umsetzung kann das optische Sensormodul eine Änderung des zurückgegebenen Lichts von einem Finger oder einer Handfläche durch den Herzschlag/die Blutflussänderung erkennen und so erkennen, ob ein lebender Herzschlag in dem Objekt vorhanden ist, das als Finger oder Handfläche vorgehalten wird. Die Benutzerauthentifizierung kann zum Verbessern der Zugriffskontrolle auf der Kombination der optischen Erkennung des Fingerabdrucks/der Handflächenstruktur und der positiven Feststellung der Anwesenheit einer lebenden Person basieren. In noch einem anderen Beispiel kann das optische Sensormodul eine Erkennungsfunktion enthalten, um einen Glukosespiegel oder eine Sauerstoffsättigung basierend auf der optischen Erkennung in dem von einem Finger oder einer Handfläche zurückgegebenen Licht zu bestimmen. In noch einem weiteren Beispiel kann, wenn eine Person die OLED-Bildschirmanzeige berührt, eine Änderung der Berührungskraft auf eine oder mehrere Weisen wiedergegeben werden, einschließlich durch Deformieren des Fingerabdruckmusters, einer Änderung der Kontaktfläche zwischen dem Finger und der Bildschirmfläche, Aufweitung der Fingerabdruckgrate oder einer Änderung der Blutflussdynamik. Diese und andere Änderungen können durch optische Erkennung basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie gemessen und verwendet werden, um die Berührungskraft zu berechnen. Diese Berührungskrafterkennung kann verwendet werden, um weitere Funktionen zu dem optischen Sensormodul über die Fingerabdruckerkennung hinaus hinzuzufügen.
Bezüglich nützlicher Funktionen oder Steuermerkmale in Verbindung mit dem Berührungserkennungsaspekt der OLED-Bildschirmanzeige, kann die offenbarte optische Sensortechnologie Auslöseoperationen oder weitere Funktionen basierend auf einem oder mehreren Erkennungsergebnissen von dem optischen Sensormodul enthalten, um bestimmte Operationen in Verbindung mit der Berührungserkennungskontrolle über die OLED-Bildschirmanzeige auszuführen. Beispielsweise ist die optische Eigenschaft einer Fingerhaut (z. B. der Refraktionsindex) meist anders als bei künstlichen Objekten. Auf dieser Grundlage kann das optische Sensormodul entworfen sein, um zurückgegebenes Licht, das durch einen Finger in Kontakt mit der Fläche der OLED-Bildschirmanzeige verursacht wird, selektiv zu empfangen und zu erkennen, während zurückgegebenes Licht, das durch andere Objekte verursacht wird, nicht durch das optische Sensormodul erkannt würde. Diese objektselektive optische Erkennung kann verwendet werden, um nützliche Benutzerkontrollen durch Berührungserkennung bereitzustellen, wie etwa zum Aufwecken des Smartphones oder der Vorrichtung nur durch eine Berührung mit dem Finger oder der Handfläche einer Person, während Berührung durch andere Objekten die Vorrichtung nicht aufwecken würde, um energieeffizienten Betrieb zu gewährleisten und Batterieleistung zu sparen. Diese Operation kann durch eine Kontrolle basierend auf der Ausgabe des optischen Sensormoduls umgesetzt sein, um die Aufweckschaltungsoperation der OLED-Bildschirmanzeige zu steuern, bei der die meisten OLED-Pixel in einen „Schlaf“-Modus versetzt werden, indem sie abgeschaltet werden, ohne Licht abzugeben, während ein Teil der OLED-Pixel in der OLED-Bildschirmanzeige in einem Blinkmodus aktiviert sind, um intermittierend Lichtblitze an die Bildschirmfläche abzugeben, um eine Berührung durch den Finger oder die Handfläche einer Person zu erkennen. Eine andere „Schlaf“-Moduskonfiguration kann erreicht werden, indem eine oder mehr zusätzliche LED-Lichtquellen in das optische Sensormodul eingebaut werden, um die Lichtblitze zum Erkennen des Aufweckens aus dem „Schlaf“-Modus zu erkennen, wobei alle OLED-Pixel im Schlafmodus abgeschaltet werden, sodass das optische Sensormodul zurückgegebenes Licht des Aufweckerkennungslichts erkennen kann, das durch die Fingerberührung an der OLED-Bildschirmanzeige ausgelöst wird, und bei positiver Erkennung werden die OLED-Pixel an der OLED-Bildschirmanzeige eingeschaltet oder „aufgeweckt“. In einigen Umsetzungen können die Aufweckerkennungslichter im unsichtbaren Infrarotspektralbereich liegen, sodass der Benutzer keinen optischen Lichtblitz wahrnimmt. In einem anderen Beispiel basiert die Fingerabdruckerkennung durch das optische Sensormodul auf der Erkennung des zurückgegebenen Lichts von der Fläche der OLED-Bildschirmanzeige im Verlauf der normalen OLED-Bildschirmanzeigenoperation, wobei die OLED-Bildschirmanzeigenoperation gesteuert werden kann, um eine verbesserte Fingerabdruckerkennung bereitzustellen, indem Hintergrundlicht für die optische Erkennung des Fingerabdrucks eliminiert wird. In einer Umsetzung erzeugt beispielsweise jeder Anzeigescanrahmen einen Rahmen der Fingerabdrucksignale. Wenn zwei Rahmen der Fingerabdrucksignale mit der Anzeige in einem Rahmen erzeugt werden, wenn die OLED-Bildschirmanzeige eingeschaltet wird, und in dem anderen Rahmen, wenn die OLED-Bildschirmanzeige abgeschaltet wird, kann die Subtraktion zwischen diesen beiden Rahmen der Signale verwendet werden, um den Einfluss des Umgebungshintergrundlichts zu verringern. Durch Verwendung der Fingerabdruckerkennung, bei der die Framerate die Hälfte der Anzeigeframerate ist, kann in einigen Umsetzungen das Hintergrundlichtrauschen für die Fingerabdruckerkennung verringert werden.
Wie oben erörtert, kann ein optisches Sensormodul basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie mit der Rückseite der OLED-Bildschirmanzeige gekoppelt werden, ohne die Erzeugung eines vorgegebenen Bereichs an der Flächenseite der OLED-Bildschirmanzeige zu benötigen, die in einigen elektronischen Vorrichtungen wie etwa einem Smartphone, einem Tablet oder einer tragbaren Vorrichtung einen wertvollen Bereich der Vorrichtungsfläche belegen würde. Dieser Aspekt der offenbarten Technologie kann verwendet werden, um bestimmte Vorteile oder Nutzen in Vorrichtungsdesigns und Produktintegration oder Herstellung bereitzustellen.
In einigen Umsetzungen kann ein optisches Sensormodul basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie als ein nichtinvasives Modul erzeugt werden, das leicht in eine Bildschirmanzeige integriert werden kann, die lichtemittierende Anzeigepixel aufweist (z. B. eine OLED-Bildschirmanzeige), ohne eine Änderung des Designs der OLED-Bildschirmanzeige zu benötigen, um eine gewünschte optische Erkennungsfunktion wie etwa Fingerabdruckerkennung bereitzustellen. Diesbezüglich kann ein optisches Sensormodul basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie durch die Art des optischen Sensormoduls von dem Design eines bestimmten OLED-Bildschirmanzeigedesigns unabhängig sein: die optische Erkennung eines solchen optischen Sensormoduls erfolgt durch Erkennung des Lichts, das durch die OLED-Bildschirmanzeige abgegeben wird und von der oberen Fläche des Anzeigebereichs zurückgegeben wird, und das offenbarte optische Sensormodul ist mit der Rückseite der OLED-Bildschirmanzeige als optisches Sensormodul unter dem Bildschirm gekoppelt, um das zurückgegebene Licht von der oberen Fläche des Anzeigebereichs zu empfangen, und benötigt daher keinen speziellen Erkennungsport oder Erkennungsbereich, der von dem Bildschirmanzeigebereich getrennt ist. Dementsprechend kann ein solches optisches Sensormodul unter dem Bildschirm verwendet werden, um mit OLED-Bildschirmanzeigen kombiniert zu werden, um eine optische Fingerabdruckerkennung und andere Sensorfunktionen auf einer OLED-Bildschirmanzeige bereitzustellen, ohne eine speziell entworfene OLED-Bildschirmanzeige mit Hardware zu verwenden, die speziell für die Bereitstellung einer solchen optischen Erkennung entworfen ist. Dieser Aspekt der offenbarten optischen Sensortechnologie ermöglicht einen großen Bereich von OLED-Bildschirmanzeigen in Smartphones, Tablets oder anderen elektronischen Vorrichtungen mit verbesserten Funktionen von der optischen Erkennung der offenbarten optischen Sensortechnologie.
Beispielsweise kann für ein bestehendes Telefonbaugruppendesign, das keinen separaten Fingerabdrucksensor bereitstellt, wie bestimmte Apple iPhones oder Samsung-Galaxy-Modelle, ein solches bestehendes Telefonbaugruppendesign das optische Sensormodul unter dem Bildschirm wie hierin offenbart integrieren, ohne die Berührungserkennungsbildschirmanzeigebaugruppe zu ändern, um eine zusätzliche Bildschirmfingerabdruckerkennungsfunktion bereitzustellen. Weil die offenbarte optische Erkennung keinen separaten vorgegebenen Erkennungsbereich oder Port benötigt, wie bei bestimmten Apple iPhones/Samsung Galaxy-Telefonen mit einem vorderen Fingerabdrucksensor außerhalb des Bildschirmanzeigebereichs, oder einigen Smartphones mit einem vorgegebenen hinteren Fingerabdrucksensor auf der Rückseite wie bei einigen Modellen von Huawei, Xiaomi, Google oder Lenovo, verlangt die Integration der hierin offenbarten Fingerabdruckerkennung auf dem Bildschirm keine wesentliche Änderung des bestehenden Telefonbaugruppendesigns oder des Berührungserkennungsanzeigemoduls, das die Berührungserkennungsschichten und die Anzeigeschichten aufweist. Basierend auf der offenbarten optischen Erkennungstechnologie in diesem Dokument sind kein externer Erkennungsport und keine externe Hardwaretaste an der Außenseite einer Vorrichtung erforderlich, um das offenbarte optische Sensormodul zur Fingerabdruckerkennung hinzuzufügen. Das ergänzte optische Sensormodul und die zugehörige Schaltung befinden sich unter der Bildschirmanzeige in dem Telefongehäuse und die Fingerabdruckerkennung kann praktisch an derselben Berührungserkennungsfläche wie der Touchbildschirm stattfinden.
In einem anderen Beispiel kann aufgrund der oben beschriebenen Art des optischen Sensormoduls für die Fingerabdruckerkennung ein Smartphone, das ein solches optisches Sensormodul integriert, mit verbesserten Designs, Funktionen und Integrationsmechanismus ohne Beeinträchtigung oder Belastung des Designs oder der Herstellung der OLED-Bildschirmanzeigen aktualisiert werden, um die gewünschte Flexibilität für Vorrichtungsherstellung und Verbesserungen/Upgrades der Produktzyklen zu ermöglichen, während die Verfügbarkeit neuerer Versionen der optischen Erkennungsfunktionen für Smartphones, Tablets oder andere elektronische Vorrichtungen, die OLED-Bildschirmanzeigen verwenden, erhalten bleibt. Speziell können die Berührungserkennungsschichten oder die OLED-Anzeigeschichten in dem nächsten Produktrelease aktualisiert werden, ohne wesentliche Hardwareänderungen für die Fingerabdruckerkennungsfunktion unter Verwendung des offenbarten optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm hinzuzufügen. Außerdem kann eine verbesserte optische Erkennung zur Fingerabdruckerkennung oder andere optische Erkennungsfunktionen auf dem Bildschirm durch ein solches optisches Sensormodul zu einem neuen Produktrelease hinzugefügt werden, indem eine neue Version des optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm verwendet wird, ohne wesentliche Änderungen der Telefonbaugruppendesigns zu verlangen, einschließlich des Hinzufügens weiterer optischer Erkennungsfunktionen.
Die obigen und andere Merkmale der offenbarten optischen Sensortechnologie können umgesetzt werden, um eine neue Generation elektronischer Vorrichtungen mit verbesserter Fingerabdruckerkennung und anderen Erkennungsfunktionen bereitzustellen, insbesondere für Smartphones, Tablets und andere elektronische Vorrichtungen mit Bildschirmanzeigen, die lichtemittierende Anzeigepixel ohne Verwendung von Hinterleuchtung aufweisen (z. B. eine OLED-Bildschirmanzeige), um verschiedene Berührungserkennungsoperationen und Funktionen bereitzustellen und die Benutzererfahrung bei solchen Vorrichtungen zu verbessern.
In praktischen Anwendungen kann die Leistung der optischen Erkennung zur Fingerabdruckerkennung und anderen Erkennungsfunktionen in einer elektronischen Vorrichtung, die mit optischer Fingerabdruckerkennung ausgestattet ist, durch das Vorhandensein von unerwünschtem Hintergrundlicht aus der Umgebung verringert werden, wenn ein Anteil des Hintergrundlichts in das optische Sensormodul einfallen kann. Solches Hintergrundlicht führt dazu, dass die optischen Detektoren in dem optischen Sensormodul ein Rauschsignal erzeugen, das unerwünscht den Rauschabstand der optischen Fingerabdruckerkennungserkennung verringert. Unter einigen Bedingungen kann ein solches Hintergrundrauschen so hoch sein, dass es den Signalpegel des Nutzsignals übertönt, das die optischen Fingerabdruckinformationen oder andere nützliche Informationen trägt (z. B. biometrische Informationen), und kann potenziell eine unzuverlässige optische Erkennungsoperation oder sogar Fehlfunktion der optischen Erkennung auslösen. Beispielsweise kann eine der Quellen für das unerwünschte Hintergrundlicht an dem optischen Sensormodul von dem Tageslicht der Sonne kommen und die Auswirkung des Sonnenlichts kann bei Anwendungen im Freien oder in einem geschützten Umfeld mit starkem Sonnenlicht besonders problematisch sein. In einem anderen Beispiel können andere Lichtquellen, die sich an Orten an oder in der Nähe des Orts der Vorrichtung mit der offenbarten optischen Fingerabdruckerkennung befinden, ebenfalls zu dem unerwünschten Hintergrundlicht an dem optischen Sensormodul führen.
Die unerwünschte Auswirkung des Hintergrundlichts an dem optischen Sensormodul kann durch Verringerung der Menge des unerwünschten Hintergrundlichts verringert werden, das in das optische Sensormodul eintreten kann, durch Verbesserung des optischen Signalpegels des optischen Erkennungssignals, das den Fingerabdruck trägt, oder andere nützliche Informationen, die über den Signalpegel hinausgehen, indem das zurückgegebene OLED-Anzeigelicht verwendet wird, oder eine Kombination von Hintergrundverringerung und Verbesserung des optischen Erkennungssignalpegels. In Umsetzungen kann die Hintergrundverringerung erreicht werden, indem ein oder mehrere optische Filtermechanismen in Verbindung mit dem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm verwendet werden. Durch Verbesserung des optischen Signalpegels des optischen Erkennungssignals, das den Fingerabdruck oder andere nützliche Informationen trägt, können eine oder mehrere zusätzliche Beleuchtungslichtquellen zu der Vorrichtung hinzugefügt werden um ein weiteres optisches Beleuchtungslicht über den Signalpegel hinausgehend bereitzustellen, der durch das zurückgegebene OLED-Anzeigelicht erzeugt wird.
In den folgenden Abschnitten werden Beispiele verschiedener Designs für ein optisches Sensormodul unter dem Bildschirm zum Erfassen eines optischen Signals an die optischen Detektoren und Bereitstellen gewünschter optischer Bildgebung wie etwa einer ausreichenden Bildgebungsauflösung durch Umsetzung von mindestens einer Bildgebungslinse gezeigt. Spezifische Beispiele der Umsetzung eines Nadellochs in einer Nadellochlinsenbaugruppe für verbesserte optische Bildgebung und kompakte optische Sensormodulverpackung. Weiterhin sind Hintergrundlichtfilterung oder Hinzufügen von zusätzlichem Beleuchtungslicht für optische Erkennung bereitgestellt.
In Umsetzungen der offenbarten technischen Merkmale können weitere Erkennungsfunktionen oder Erkennungsmodule, wie etwa ein biomedizinischer Sensor, z. B. ein Herzschlagsensor in tragbaren Vorrichtungen wie Armbandvorrichtungen oder Armbanduhren bereitgestellt werden. Allgemein können verschiedene Sensoren in elektronischen Vorrichtungen oder Systemen bereitgestellt werden, um verschiedene Erkennungsoperationen und Funktionen zu erreichen.
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Systems 180 mit einem Fingerabdruckerkennungsmodul 180, einschließlich eines Fingerabdrucksensors 181, der umgesetzt werden kann, um einen optischen Fingerabdrucksensor basierend auf der optischen Erkennung von Fingerabdrücken zu enthalten, wie in diesem Dokument offenbart. Das System 180 enthält einen Fingerabdrucksensorsteuerschaltkreis 184 und einen digitalen Prozessor 186, der einen oder mehr Prozessoren für die Verarbeitung von Fingerabdruckmustern und die Feststellung, ob ein Eingabefingerabdruckmuster eines für einen autorisierten Benutzer ist, enthalten kann. Das Fingerabdruckerkennungssystem 180 verwendet den Fingerabdrucksensor 181 zum Erfassen eines Fingerabdrucks und vergleicht den erfassten Fingerabdruck mit einem gespeicherten Fingerabdruck, um die Funktionalität in einer Vorrichtung oder einem System 188, die/das durch das Fingerabdruckerkennungssystem 180 gesichert ist, zu aktivieren oder zu deaktivieren. Im Betrieb wird der Zugriff auf die Vorrichtung 188 durch den Fingerabdruckverarbeitungsprozessor 186 basierend darauf gesteuert, ob der erfasste Benutzerfingerabdruck von einem autorisierten Benutzer stammt. Wie illustriert, kann der Fingerabdrucksensor 181 mehrere Fingerabdruckerkennungspixel enthalten, wie etwa Pixel 182A-182E, die kollektiv mindestens einen Anteil eines Fingerabdrucks darstellen. Beispielsweise kann das Fingerabdruckerkennungssystem 180 an einem Geldautomaten als das System 188 umgesetzt sein, um den Fingerabdruck eines Kunden festzustellen, der auf sein Geld oder andere Transaktionen zugreifen will. Basierend auf einem Vergleich des Kundenfingerabdrucks, der von dem Fingerabdrucksensor 181 erhalten wurde, mit einem oder mehr der gespeicherten Fingerabdrücke, kann das Fingerabdruckerkennungssystem 180 nach positiver Identifizierung das Geldautomatensystem 188 veranlassen, den angeordneten Zugriff auf das Benutzerkonto zu gewähren oder bei negativer Identifizierung den Zugriff verweigern. In einem anderen Beispiel kann die Vorrichtung oder das System 188 ein Smartphone oder eine tragbare Vorrichtung sein und das Fingerabdruckerkennungssystem 180 ist ein Modul, das in die Vorrichtung 188 integriert ist. In einem anderen Beispiel kann die Vorrichtung oder das System 188 ein Tor oder ein gesicherter Eingang in eine Einrichtung oder eine Wohnung sein, der den Fingerabdrucksensor 181 verwendet, um Zutritt zu gewähren oder zu verweigern. In noch einem anderen Beispiel kann die Vorrichtung oder das System 188 ein Auto oder ein anderes Fahrzeug sein, das den Fingerabdrucksensor 181 in Verbindung mit dem Anlassen des Motors verwendet, und um zu identifizieren, ob eine Person autorisiert ist, das Auto oder Fahrzeug zu bedienen.
In einem spezifischen Beispiel illustrieren 2A und 2B eine beispielhafte Umsetzung einer elektronischen Vorrichtung 200, die eine Berührungserkennungsbildschirmanzeigebaugruppe und ein optisches Sensormodul aufweist, das unter der Berührungserkennungsbildschirmanzeigebaugruppe angeordnet ist. In diesem bestimmten Beispiel kann die Anzeigetechnologie durch eine OLED-Bildschirmanzeige oder eine andere Bildschirmanzeige umgesetzt werden, die lichtemittierende Anzeigepixel aufweist, ohne Hinterleuchtung zu verwenden. Die elektronische Vorrichtung 200 kann eine tragbare Vorrichtung wie etwa ein Smartphone oder ein Tablet sein und kann die Vorrichtung 188 sein wie in 1 dargestellt.
2A zeigt die Vorderseite der Vorrichtung 200, die einigen Merkmalen in einigen bestehenden Smartphones oder Tablets ähneln kann. Der Vorrichtungsbildschirm befindet sich an der Vorderseite der Vorrichtung 200 und bedeckt diese entweder vollständig, größtenteils oder einen wesentlichen Anteil des Vorderseitenraums und die Fingerabdruckerkennungsfunktion ist an dem Vorrichtungsbildschirm bereitgestellt, z. B. mit einem oder mehr Erkennungsbereichen zur Aufnahme eines Fingers auf dem Vorrichtungsbildschirm. Zum Beispiel zeigt 2A eine Fingerabdruckerkennungszone auf dem Vorrichtungsbildschirm, die ein Finger berühren soll, die als optisch identifizierbare Zone oder Bereich beleuchtet werden kann, in die/den der Benutzer einen Finger zur Fingerabdruckerkennung legen soll. Eine solche Fingerabdruckerkennungszone kann wie der Rest des Vorrichtungsbildschirms zum Anzeigen von Bildern funktionieren. Wie illustriert, kann das Vorrichtungsgehäuse der Vorrichtung 200, in verschiedenen Umsetzungen Seitenfacetten aufweisen, die Seitensteuertasten unterstützen, die in verschiedenen Smartphones, die aktuell auf dem Markt sind, üblich sind. Außerdem können ein oder mehrere optionale Sensoren an der Vorderseite der Vorrichtung 200 außerhalb des Vorrichtungsbildschirms bereitgestellt werden, wie durch ein Beispiel in der oberen linken Ecke des Vorrichtungsgehäuses in 2A illustriert.
2B zeigt ein Beispiel des strukturellen Aufbaus der Module in der Vorrichtung 200, der für die optische Fingerabdruckerkennung relevant ist, die in diesem Dokument offenbart ist. Die Vorrichtungsbildschirmbaugruppe, die in 2B gezeigt ist, enthält z. B. das Berührungserkennungsbildschirmmodul mit Berührungserkennungsschichten über, und ein Bildschirmanzeigemodul mit Anzeigeschichten unter dem Berührungserkennungsbildschirmmodul. Ein optisches Sensormodul ist mit dem Bildschirmanzeigebaugruppenmodul gekoppelt und darunter angeordnet, um das zurückgegebene Licht von der oberen Fläche des Berührungserkennungsbildschirmmoduls zu empfangen und zu erfassen und das zurückgegebene Licht auf ein optisches Sensorarray optischer Erkennungspixel oder Photodetektoren zu lenken und abzubilden, die das optische Bild in dem zurückgegebenen Licht in Pixelsignale umwandeln, um weiter verarbeitet zu werden. Unter dem optischen Sensormodul befindet sich die Vorrichtungselektronikstruktur, die bestimmte elektronische Schaltungen für das optische Sensormodul und andere Teile in der Vorrichtung 200 enthält. Die Vorrichtungselektronik kann in dem Vorrichtungsgehäuse angeordnet sein und kann ein Teil enthalten, das sich unter dem optischen Sensormodul befindet, wie in 2B dargestellt.
In Umsetzungen kann die obere Fläche der Vorrichtungsbildschirmbaugruppe eine Fläche einer optisch transparenten Schicht sein, die als Benutzerberührungserkennungsfläche dient, um mehrere Funktionen bereitzustellen, wie etwa (1) eine Anzeigeausgabefläche, durch die das Licht, das die Anzeigebilder trägt, fällt, um die Augen des Betrachters zu erreichen, (2) eine Berührungserkennungsschnittstelle zur Aufnahme der Berührungen eines Benutzers für die Berührungserkennungsoperationen durch das Berührungserkennungsbildschirmmodul, und (3) eine optische Schnittstelle für Fingerabdruckerkennung auf dem Bildschirm (und möglicherweise eine oder mehr andere optische Erkennungsfunktionen). Diese optisch transparente Schicht kann eine steife Schicht wie etwa ein Glas oder eine Kristallschicht oder eine flexible Schicht sein.
Ein Beispiel einer Bildschirmanzeige, die lichtemittierende Anzeigepixel ohne Verwendung von Hinterleuchtung aufweist, ist eine OLED-Anzeige, die ein Array individueller emittierender Pixel aufweist, und eine Dünnfilmtransistor- (TFT) Struktur oder ein Substrat, das Arrays aus kleinen Löchern enthalten kann und optisch transparent sein kann, und ein Abdecksubstrat zum Schutz der OLED-Pixel. Unter Bezugnahme auf 2B ist das optische Sensormodul in diesem Beispiel unter dem OLED Anzeigepanel platziert, um das zurückgegebene Licht von der oberen Berührungserkennungsfläche zu erfassen und Hochauflösungsbilder von Fingerabdruckmustern aufzunehmen, wenn der Finger des Benutzers einen Erkennungsbereich an der oberen Fläche berührt. In anderen Umsetzungen kann das offenbarte optische Sensormodul unter dem Bildschirm zur Fingerabdruckerkennung auf einer Vorrichtung ohne das Berührungserkennungsmerkmal umgesetzt sein. Weiterhin kann ein geeignetes Anzeigepanel in verschiedenen Bildschirmdesigns, die keine OLED-Anzeigen sind, verwendet werden.
2C und 2D illustrieren ein Beispiel einer Vorrichtung, die das optische Sensormodul in 2A und 2B umsetzt. 2C zeigt eine Querschnittsansicht eines Anteils der Vorrichtung, die das optische Sensormodul unter dem Bildschirm enthält. 2D zeigt links eine Ansicht der Vorderseite der Vorrichtung mit der Berührungserkennungsanzeige, die einen Fingerabdruckerkennungsbereich an dem unteren Anteil der Bildschirmanzeige anzeigt, und rechts eine perspektivische Ansicht eines Anteils der Vorrichtung, der das optische Sensormodul enthält, das sich unter der Vorrichtung Bildschirmanzeigebaugruppe befindet. 2D zeigt außerdem ein Beispiel des Layouts des flexiblen Bands mit Schaltkreiselementen.
In den Designbeispielen aus 2A, 2B, 2C und 2D unterscheidet sich das optische Fingerabdrucksensordesign von einigen anderen Fingerabdrucksensordesigns unter Verwendung einer separaten Fingerabdrucksensorstruktur von der Bildschirmanzeige mit einer physischen Abgrenzung zwischen der Bildschirmanzeige und dem Fingerabdrucksensor (z. B. einer buttonähnlichen Struktur in einer Öffnung der oberen Glasabdeckung in einigen Mobiltelefondesigns) an der Fläche der mobilen Vorrichtung. In den hier illustrierten Designs befinden sich der optische Fingerabdrucksensor für die Erkennung der Fingerabdruckerkennung und anderer optischer Signale unter dem oberen Abdeckglas oder der Schicht (z. B. 2C), sodass die obere Fläche des Abdeckglases als die obere Fläche der mobilen Vorrichtung als eine fortlaufende und einheitliche Glasfläche über die Bildschirmanzeigeschichten und den optischen Erkennungssensor hinweg dient, die vertikal gestapelt sind und sich vertikal überlappen. Dieses Design für die Integration optischer Fingerabdruckerkennung und die berührungsempfindliche Bildschirmanzeige unter einer gemeinsamen und einheitlichen Fläche stellt Vorteile bereit, einschließlich verbesserter Vorrichtungsintegration, verbesserter Vorrichtungsverpackung, verbessertem Vorrichtungswiderstand gegen externe Elemente, Ausfall und Abnutzung sowie verbesserte Benutzererfahrung über den Eigentumszeitraum der Vorrichtung.
Verschiedene OLED-Anzeigedesigns und Berührungserkennungsdesigns können für die Vorrichtungsbildschirmbaugruppe in 2A, 2B, 2C und 2D über dem optischen Sensormodul verwendet werden. 3 illustriert ein Beispiel einer OLED-Anzeige und Berührungserkennungsbaugruppe, die 7B aus U.S.-Patentveröffentlichung Nr. US 2015/0331508 A1 , veröffentlicht am 19. November 2015, als Patentanmeldung mit dem Titel „Integrated Silicon-OLED Display and Touch Sensor Panel“ von Apple, Inc., ist, die hierin durch Bezugnahme als Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments aufgenommen ist. OLEDs können in verschiedenen Typen oder Konfigurationen umgesetzt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Passiv-Matrix-OLEDs (PMOLEDs), Aktiv-Matrix-OLEDs (AMOLEDs), transparente OLEDs, Cathode-Common-OLEDs, Anode-Common-OLEDs, Weiß-OLEDs (WOLEDs), und RGB-OLEDs. Die verschiedenen Typen der OLEDs können verschiedene Verwendungen, Konfigurationen und Vorteile aufweisen. In dem Beispiel eines Systems, das eine integrierte Silizium-OLED-Anzeige und ein Berührungssensorpanel aufweist, kann das System ein Siliziumsubstrat, ein Array von Transistoren, eine oder mehrere Metallisierungsschichten, eine oder mehrere Durchkontaktierungen, einen OLED-Stapel, Farbfilter, Berührungssensoren und weitere Bauteile und Schaltungen umfassen. Weitere Bauteile und Schaltungen können eine elektrostatische Entladungsvorrichtung, eine Lichtabschirmung, eine Schaltmatrix, eine oder mehr Photodioden, einen Near-Infrared-Detektor und Near-Infrared-Farbfilter umfassen. Die integrierte Silizium-OLED-Anzeige und das Berührungssensorpanel können ferner für die Nahfeldbildgebung, optisch-unterstützte Berührung und Fingerabdruckerkennung konfiguriert sein. In einigen Beispielen können mehrere Berührungssensoren und/oder Anzeigepixel in Cluster gruppiert sein, und die Cluster können an eine Schaltmatrix für dynamische Änderung der Berührung und/oder Anzeigegranularität gekoppelt sein. In dem OLED-Beispiel in 3 und anderen Umsetzungen können Berührungssensoren und Berührungserkennungsschaltungen beispielsweise Berührungssignalleitungen, wie etwa Antriebsleitungen und Sensorleitungen, Erdungsregionen und andere Schaltungen umfassen. Eine Möglichkeit zur Verringerung der Größe eines integrierten Touchbildschirms kann sein, Multifunktionsschaltungselemente einzuschließen, die einen Teil der Anzeigeschaltungen bilden können, die vorgesehen sind, um als Schaltungen des Anzeigesystems zu funktionieren, um ein Bild auf der Anzeige zu erzeugen. Die Multifunktionsschaltungselemente könne auch einen Teil der Berührungserkennungsschaltungen eines Berührungserkennungssystems bilden, das eine oder mehr Berührungen an oder in der Nähe der Anzeige erkennen kann. Die Multifunktionsschaltungselemente können beispielsweise Kondensatoren in Anzeigepixeln eines LCD sein, die konfiguriert sein können, um als Speicherkondensatoren/Elektroden, gewöhnliche Elektroden leitfähige Drähte/Pfade usw. der Anzeigeschaltungen in dem Anzeigesystem zu dienen und auch konfiguriert sein können, als Schaltungselemente der Berührungserkennungsschaltungen zu dienen. Das OLED-Anzeigebeispiel in 3 kann umgesetzt sein, um Multitouchfunktion an einer OLED-Anzeige zu enthalten, ohne ein separates Multitouchpanel oder eine Schicht zu benötigen, die über der OLED-Anzeige liegt. Die OLED-Anzeige, Anzeigeschaltungen, Berührungssensoren und Berührungsschaltungen können auf einem Siliziumsubstrat ausgebildet sein. Durch Herstellung der integrierten OLED-Anzeige und des Berührungssensorpanels auf einem Siliziumsubstrat können extrem hohe Werte für Pixel pro Zoll (PPI) erreicht werden. Andere Anordnungen, die sich von 3 unterscheiden, sind für die OLED und Berührungserkennungsstrukturen ebenfalls möglich. Beispielsweise können die Berührungserkennungsschichten eine Baugruppe darstellen, die sich auf der OLED-Anzeigebaugruppe befindet.
Erneut unter Bezugnahme auf 2A und 2B kann das illustrierte optische Sensormodul unter dem Bildschirm zur Fingerabdruckerkennung auf dem Bildschirm in verschiedenen Konfigurationen umgesetzt sein.
In einer Umsetzung kann eine Vorrichtung basierend auf dem obigen Design strukturiert sein, um einen Vorrichtungsbildschirm zu enthalten, der Berührungserkennungsoperationen bereitstellt eine Anzeigepanelstruktur enthält, die lichtemittierende Anzeigepixel aufweist, die jeweils bedienbar sind, Licht abzugeben, um ein Anzeigebild auszubilden, eine obere transparente Schicht, die über dem Vorrichtungsbildschirm als eine Schnittstelle ausgebildet ist, um für die Berührungserkennungsoperationen durch einen Benutzer berührt zu werden und um das Licht von der Anzeigestruktur zur Darstellung von Bildern an einen Benutzer zu übertragen, und ein optisches Sensormodul, das sich unter der Anzeigepanelstruktur befindet, zum Empfangen von Licht, das durch mindestens einen Anteil der lichtemittierenden Anzeigepixel der Anzeigestruktur abgegeben und von der oberen transparenten Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks zurückgegeben wird.
Diese Vorrichtung kann ferner mit verschiedenen Merkmalen konfiguriert sein.
Beispielsweise kann ein elektronisches Steuermodul der Vorrichtung in der Vorrichtung enthalten sein, um einem Benutzer Zugriff auf die Vorrichtung zu gewähren, wenn ein erkannter Fingerabdruck zu einem Fingerabdruck eines autorisierten Benutzers passt. Weiterhin ist das optische Sensormodul konfiguriert, um neben der Erkennung von Fingerabdrücken auch durch optische Erkennung einen biometrischen Parameter zu erkennen, der sich von einem Fingerabdruck unterscheidet, um anzuzeigen, ob eine Berührung an der oberen transparenten Schicht, die mit einem erkannten Fingerabdruck assoziiert ist, von einer lebenden Person stammt, und das elektronische Steuermodul der Vorrichtung ist konfiguriert, einem Benutzer Zugriff auf die Vorrichtung zu gewähren, wenn sowohl (1) ein erkannter Fingerabdruck zu einem Fingerabdruck eines autorisierten Benutzers passt und (2) der erkannte biometrische Parameter anzeigt, dass der erkannte Fingerabdruck von einer lebenden Person stammt. Der biometrische Parameter kann z. B. enthalten, ob der Finger einen Blutfluss oder den Herzschlag einer Person enthält.
Beispielsweise kann die Vorrichtung ein elektronisches Steuermodul der Vorrichtung enthalten, das mit der Anzeigepanelstruktur gekoppelt ist, um Energie an die lichtemittierenden Anzeigepixel zu übertragen und die Bildanzeige durch die Anzeigepanelstruktur zu steuern, und bei einer Fingerabdruckerkennungsoperation funktioniert das elektronische Steuermodul der Vorrichtung durch Abschalten der lichtemittierenden Anzeigepixel in einem Rahmen und Einschalten der lichtemittierenden Anzeigepixel in einem nächsten Rahmen, damit das optische Sensorarray zwei Fingerabdruckbilder mit und ohne die Beleuchtung durch die lichtemittierenden Anzeigepixel erfassen kann, um das Hintergrundlicht zur Fingerabdruckerkennung zu verringern.
In einem anderen Beispiel kann ein elektronisches Steuermodul der Vorrichtung mit der Anzeigepanelstruktur gekoppelt sein, um Energie für das lichtemittierende Anzeigepixel bereitzustellen und die Energieversorgung der lichtemittierenden Anzeigepixel in einem Schlafmodus zu deaktivieren, und das elektronische Steuermodul der Vorrichtung kann konfiguriert sein, die Anzeigepanelstruktur aus dem Schlafmodus aufzuwecken, wenn das optische Sensormodul die Anwesenheit der Haut einer Person an der vorgegebenen Fingerabdruckerkennungsregion der oberen transparenten Schicht erkennt. Genauer kann in einigen Umsetzungen das elektronische Steuermodul der Vorrichtung konfiguriert sein, eine oder mehr ausgewählte lichtemittierende Anzeigepixel zu bedienen, um intermittierend Licht abzugeben, während die Energieversorgung für andere lichtemittierende Anzeigepixel deaktiviert wird, wenn die Anzeigepanelstruktur sich in dem Schlafmodus befindet, um das intermittierend abgegebene Licht zu der vorgegebenen Fingerabdruckerkennungsregion der oberen transparenten Schicht zu lenken, um zu überwachen, ob die Haut einer Person in Kontakt mit der vorgegebenen Fingerabdruckerkennungsregion steht, um die Vorrichtung aus dem Schlafmodus aufzuwecken. Außerdem kann die Anzeigepanelstruktur entworfen sein, um eine oder mehr LED-Lampen neben den lichtemittierenden Anzeigepixeln zu enthalten, und das elektronische Steuermodul der Vorrichtung kann konfiguriert sein, die eine oder die mehreren LED-Lampen zu bedienen, intermittierend Licht abzugeben, während es die Energieversorgung für lichtemittierende Anzeigepixel deaktiviert, wenn die Anzeigepanelstruktur sich in dem Schlafmodus befindet, um das intermittierend abgegebene Licht zu der vorgegebenen Fingerabdruckerkennungsregion der oberen transparenten Schicht zu lenken, um zu überwachen, ob die Haut einer Person mit der vorgegebenen Fingerabdruckerkennungsregion in Kontakt steht, um die Vorrichtung aus dem Schlafmodus aufzuwecken.
In einem anderen Beispiel kann die Vorrichtung ein elektronisches Steuermodul der Vorrichtung enthalten, das mit dem optischen Sensormodul gekoppelt ist, um Informationen zu mehreren erkannten Fingerabdrücken aufzunehmen, die von der Erkennung einer Berührung eines Fingers erhalten wurden, und das elektronische Steuermodul der Vorrichtung wird bedient, um eine Änderung der mehreren erkannten Fingerabdrücke zu messen, und bestimmt eine Berührungskraft, die die gemessene Änderung auslöst. Die Änderung kann beispielsweise eine Änderung des Fingerabdruckbilds durch die Berührungskraft, eine Änderung des Berührungsbereichs durch die Berührungskraft oder eine Änderung der Abstände der Fingerabdruckgrate umfassen.
In einem anderen Beispiel kann die obere transparente Schicht eine vorgegebene Fingerabdruckerkennungsregion umfassen, die ein Benutzer mit einem Finger zur Fingerabdruckerkennung berühren soll, und das optische Sensormodul unter der Anzeigepanelstruktur kann einen transparenten Block in Kontakt mit dem Anzeigepanelsubstrat umfassen, um Licht zu empfangen, das von der Anzeigepanelstruktur abgegeben und von der oberen transparenten Schicht zurückgeworfen wird, ein optisches Sensorarray, das das Licht empfängt, und ein optisches Bildgebungsmodul, das das empfangene Licht in dem transparenten Block auf das optische Sensorarray abbildet. Das optische Sensormodul kann relativ zu der vorgegebenen Fingerabdruckerkennungsregion positioniert und strukturiert sein, um selektiv das zurückgegebene Licht über Gesamtinnenreflexion an der oberen Fläche der oberen transparenten Schicht aufzunehmen, wenn es in Kontakt mit der Haut einer Person steht, während es das zurückgegebene Licht von der vorgegebenen Fingerabdruckerkennungsregion nicht empfängt, wenn kein Kontakt mit der Haut einer Person vorliegt.
In noch einem anderen Beispiel kann das optische Sensormodul strukturiert sein, einen optischen Keil zu enthalten, der sich unter der Anzeigepanelstruktur befindet, um einen Gesamtreflexionszustand an einer unteren Fläche der Anzeigepanelstruktur zu modifizieren, die eine Schnittstelle mit dem optischen Keil aufweist, um die Extraktion von Licht aus der Anzeigepanelstruktur durch die untere Fläche zu erlauben, ein optisches Sensorarray, das das Licht von dem optischen Keil empfängt, der von der Anzeigepanelstruktur extrahiert wurde, und ein optisches Bildgebungsmodul, das zwischen dem optischen Keil und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, um das Licht von dem optischen Keil auf das optische Sensorarray abzubilden.
Spezifische Beispiele optischer Sensormodule unter dem Bildschirm zur Fingerabdruckerkennung auf dem Bildschirm sind nachfolgend bereitgestellt.
4A und 4B zeigen ein Beispiel einer Umsetzung eines optischen Sensormoduls unter der Bildschirmanzeigebaugruppe zur Umsetzung des Designs in 2A und 2B. Die Vorrichtung in 4A-4B enthält eine Anzeigebaugruppe 423 mit einer oberen transparenten Schicht 431, die über der Vorrichtungsbildschirmbaugruppe 423 als eine Schnittstelle ausgebildet ist, um für die Berührungserkennungsoperationen durch einen Benutzer berührt zu werden und das Licht von der Anzeigestruktur zum Darstellen von Bildern an einen Benutzer zu übertragen. Diese obere transparente Schicht 431 kann in einigen Umsetzungen ein Abdeckglas oder ein Kristallmaterial sein. Die Vorrichtungsbildschirmbaugruppe 423 kann ein OLED-Anzeigemodul 433 unter der oberen transparenten Schicht 431 enthalten. Das OLED-Anzeigemodul 433 enthält unter anderem OLED-Schichten, die ein Array von OLED-Pixeln umfassen, die Licht zum Anzeigen von Bildern abgeben. Die OLED-Schichten weisen Elektroden und eine Verdrahtungsstruktur auf, die optisch als ein Array von Löchern und lichtstreuenden Objekten dienen. Das Locharray in den OLED-Schichten erlaubt die Übertragung von Licht von der oberen transparenten Schicht 431 durch die OLED-Schichten, um das optische Sensormodul unter den OLED-Schichten zu erreichen, und die Lichtstreuung durch die OLED-Schichten beeinflusst die optische Erkennung durch das optische Sensormodul unter dem Bildschirm zur Fingerabdruckerkennung. Ein Vorrichtungsschaltungsmodul 435 kann unter dem OLED-Anzeigepanel bereitgestellt sein, um Operationen der Vorrichtung zu steuern und Funktionen für den Benutzer bereitzustellen, die Vorrichtung zu bedienen.
Das optische Sensormodul in diesem speziellen Umsetzungsbeispiel ist unter dem OLED-Anzeigemodul 433 platziert. Die OLED-Pixel in einer Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 können gesteuert werden, Licht abzugeben, um die Fingerabdruckerkennungszone 615 an der oberen transparenten Schicht 431 innerhalb des Vorrichtungsbildschirmbereichs zu beleuchten, in den ein Benutzer seinen Finger zur Fingerabdruckidentifizierung platzieren kann. Wie illustriert ist, wird ein Finger 445 in der beleuchteten Fingerabdruckerkennungszone 615 als der effektiven Erkennungszone zur Fingerabdruckerkennung platziert. Ein Anteil des reflektierten oder gestreuten Lichts in der Zone 615, die durch die OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 beleuchtet wird, wird in das optische Sensormodul unter der OLED-Anzeigemodul 433 geleitet, und ein Photodetektorerkennungsarray in dem optischen Sensormodul empfängt solches Licht und erfasst die Fingerabdruckmusterinformationen, die von dem empfangenen Licht getragen werden.
In diesem Design der Verwendung der OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 in dem OLED Anzeigepanel zum Bereitstellen des Beleuchtungslichts für die optische Fingerabdruckerkennung können die OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 gesteuert werden, um sich intermittierend mit einem relativ niedrigen Zyklus einzuschalten, um die optische Leistung zu verringern, die für die optischen Erkennungsoperationen verwendet wird. Beispielsweise können, während der Rest der OLED-Pixel in dem OLED-Panel deaktiviert werden (z. B. in einem Schlafmodus) die OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 intermittierend eingeschaltet werden, um Beleuchtungslicht für optische Erkennungsoperationen abzugeben, einschließlich zur Durchführung optischer Fingerabdruckerkennung und zum Aufwecken des OLED-Panels. Die Fingerabdruckerkennungsoperation kann in einigen Umsetzungen in einem zweischrittigen Prozess durchgeführt werden: Zuerst werden einige der OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 in dem OLED-Anzeigepanel in einem Blinkmodus eingeschaltet, ohne andere OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 einzuschalten, um das Blinklicht zu verwenden, um zu erkennen, ob ein Finger die Erkennungszone 615 berührt und dann, wenn eine Berührung in der Zone 615 erkannt wird, werden die OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 eingeschaltet, um das optische Erkennungsmodul zu aktivieren, um die Fingerabdruckerkennung durchzuführen. Außerdem können bei Aktivierung des optischen Erkennungsmoduls zum Durchführen der Fingerabdruckerkennung die OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 bei einer Helligkeitsstufe bedient werden, um die optische Erkennungsleistung zur Fingerabdruckerkennung zu verbessern, z. B. bei einer höheren Helligkeitsstufe als ihre helle Stufe beim Anzeigen von Bildern.
In dem Beispiel in 4B enthält ein optisches Sensormodul unter dem Bildschirm einen transparenten Block 701, der mit dem Anzeigepanel gekoppelt ist, um das zurückgegebene Licht von der oberen Fläche der Vorrichtungsbaugruppe zu empfangen, das anfänglich durch die OLED-Pixel in der Fingerabdruckerkennungszone 613 abgegeben wird, und einen optischen Bildgebungsblock 702, der die optische Bildgebung und Bildgebungserfassung ausführt. Licht von den OLED-Pixeln in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 wird nach Erreichen der oberen Abdeckfläche, z. B. der oberen Abdeckfläche an dem Erkennungsbereich 615, an dem ein Benutzerfinger berührt, von der oberen Abdeckfläche reflektiert oder zurückgestreut. Wenn die Fingerabdruckgrate in engem Kontakt mit der oberen Abdeckfläche in dem Erkennungsbereich 615 stehen, ist die Lichtreflexion unter den Fingerabdruckgraten durch das Vorhandensein der Haut oder des Gewebes des Fingers in Kontakt an dem Ort anders als die Lichtreflexion an einem andere Ort unter der Fingerabdruckrille, wo die Haut oder das Gewebe des Fingers fehlen. Dieser Unterschied der Lichtreflexionsbedingungen an den Platzierungen der Grate und Rillen in dem berührten Fingerbereich an der oberen Abdeckfläche bildet ein Bild aus, das ein Bild oder eine räumliche Verteilung der Grate und Rillen des berührten Anteils des Fingers darstellt. Das Reflexionslicht wird zu den OLED-Pixeln zurückgelenkt, und nach Durchlaufen der kleinen Löcher des OLED-Anzeigemoduls 433 erreicht es die Schnittstelle mit dem optisch transparenten Block 701 des optischen Sensormoduls mit niedrigem Index. Der optisch transparente Block 701 mit niedrigem Index ist aufgebaut, um einen Refraktionsindex aufzuweisen, der unter einem Refraktionsindex des OLED-Anzeigepanels liegt, sodass das zurückgegebene Licht aus dem OLED-Anzeigepanel in den optisch transparenten Block 701 extrahiert werden kann. Wenn das zurückgegebene Licht in dem optisch transparenten Block 701 empfangen wird, tritt das empfangene Licht in die optische Bildgebungseinheit als Anteil des Bildgebungserkennungsblocks 702 ein und wird auf das Photodetektorerkennungsarray oder das optische Erkennungsarray in dem Block 702 abgebildet. Die Lichtreflexionsunterschiede zwischen Fingerabdruckgraten und -rillen erzeugen den Kontrast des Fingerabdruckbilds. Wie in 4B dargestellt, ist eine Steuerschaltung 704 (z. B. ein Mikrocontroller oder MCU) mit dem Bildgebungserkennungsblock 702 und anderen Schaltungen wie etwa dem Hauptprozessor 705 der Vorrichtung auf einer Hauptplatine gekoppelt.
In diesem speziellen Beispiel ist das optische Lichtpfaddesign so, dass der Lichtstrahl, der in die obere Abdeckfläche in den Gesamtreflexionswinkeln an der oberen Fläche der Schnittstelle zwischen Substrat und Luft eintritt, am effektivsten durch die Bildgebungsoptik und das Bildgebungssensorarray in dem Block 702 erfasst wird. In diesem Design zeigt das Bild des Fingerabdrucksgrat-/-rillenbereichs einen maximalen Kontrast. Ein solches Bildgebungssystem kann unerwünschte optische Verzerrungen aufweisen, die sich negativ auf die Fingerabdruckerkennung auswirken würden. Dementsprechend kann das erfasste Bild ferner bei der Bildgebungsrekonstruktion bei der Verarbeitung der Ausgabesignale des optischen Sensorarrays in dem Block 702 basierend auf dem optischen Verzerrungsprofil entlang der Lichtpfade des zurückgegebenen Lichts an dem optischen Sensorarray durch eine Verzerrungskorrektur korrigiert werden. Die Verzerrungskorrekturkoeffizienten können durch Bilder erzeugt werden, die an jedem Photodetektorpixel erfasst werden, indem eine Testbildstruktur ein Zeilenpixel nach dem anderen eingescannt wird, durch den gesamten Erkennungsbereich hindurch in X-Richtungszeilen und Y-Richtungszeilen. Dieser Korrekturprozess kann auch Bilder von der Einstellung jedes einzelnen Pixels eines nach dem anderen verwenden, und durch den gesamten Bildbereich des Photodetektorarrays scannen. Diese Korrekturkoeffizienten müssen nur einmal erzeugt werden, nachdem der Sensor montiert wurde.
Das Hintergrundlicht aus der Umgebung (z. B. Sonnenlicht oder Raumlicht) kann in den Bildsensor durch die obere Fläche des OLED-Panels, durch Substratlöcher in der Dünnfilmtransistor- (TFT) Struktur der OLED-Anzeigebaugruppe 433 eintreten. Dieses Hintergrundlicht kann eine Hintergrundbaseline in den Bildern der Finger von Interesse erzeugen und ist nicht wünschenswert. Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um diese Baselineintensität zu verringern. Ein Beispiel ist das Ein- und Ausschalten der OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 mit einer bestimmten Frequenz F und entsprechend erfasst der Bildsensor die empfangenen Bilder mit derselben Frequenz durch Phasensynchronisierung des Pixeltreiberimpulses und des Bildsensorrahmens. Unter dieser Funktion wird nur in einer der Bildphasen Licht von Pixeln abgegeben. Durch Subtrahieren geradzahliger und ungeradzahliger Rahmen ist es möglich, ein Bild zu erhalten, das größtenteils aus Licht besteht, das von modulierten OLED-Pixeln in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 abgegeben wird. Basierend auf diesem Design erzeugt jeder Anzeigescanrahmen einen Rahmen von Fingerabdrucksignalen. Wenn zwei sequenzielle Rahmen von Signalen durch Einschalten der OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 in einem Rahmen und Ausschalten in dem anderen Rahmen subtrahiert werden, kann der Einfluss des Umgebungshintergrundlichts minimiert oder im Wesentlichen eliminiert werden. In Umsetzungen kann die Fingerabdruckerkennungsframerate die Hälfte der Anzeigeframerate betragen.
Ein Anteil des Lichts von den OLED-Pixeln in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 kann auch durch die obere Abdeckfläche fallen und in die Fingergewebe eintreten. Dieser Anteil der Lichtenergie wird gestreut und ein Anteil dieses gestreuten Lichts kann durch die kleinen Löcher an dem OLED-Panelsubstrat fallen und wird schließlich durch das Bildgebungssensorarray in dem optischen Sensormodul erfasst. Die Lichtintensität dieses gestreuten Lichts ist abhängig von der Hautfarbe des Fingers und der Blutkonzentration in dem Fingergewebe, und diese Informationen über den Finger, die durch dieses gestreute Licht getragen werden, sind nützlich zur Fingerabdruckerkennung und können als Teil der Fingerabdruckerkennungsoperation erkannt werden. Beispielsweise ist es durch Integrieren der Intensität einer Region des Bilds des Fingers des Benutzers möglich, die Erhöhung/Verringerung der Blutkonzentration anhängig von der Phase des Herzschlags des Benutzers zu beobachten, Diese Signatur kann verwendet werden, um den Puls des Benutzers zu bestimmen, zu bestimmen, ob der Finger des Benutzers ein lebender Finger ist, oder um eine Spoofvorrichtung mit einem fabrizierten Fingerabdruckmuster bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf das OLED-Anzeigebeispiel in 3 weist eine OLED-Anzeige üblicherweise verschiedene Farbpixel auf, z. B. bilden angrenzende rote, grüne und blaue Pixel ein farbiges OLED-Pixel. Durch Steuerung davon, welche Pixelfarbe innerhalb welches Farbpixels eingeschaltet wird und Aufzeichnung der entsprechenden gemessenen Intensität kann die Hautfarbe des Benutzers festgestellt werden. Als ein Beispiel misst der optische Fingerabdrucksensor, wenn ein Benutzer einen Finger für die Fingerabdruckauthentifizierungsoperation registriert, auch die Intensität des Streulichts von dem Finger in Farbe A und B als Intensität Ia, Ib. Das Verhältnis von Ia/Ib könnte für einen Vergleich mit einer späteren Messung aufzeichnet werden, wenn der Finger des Benutzers auf dem Erkennungsbereich platziert wird, um den Fingerabdruck zu messen. Dieses Verfahren kann helfen, die Spoofvorrichtung abzulehnen, die möglicherweise nicht der Hautfarbe des Benutzers entspricht.
In einigen Umsetzungen können zum Bereitstellen einer Fingerabdruckerkennungsoperation unter Verwendung des oben beschriebenen optischen Sensormoduls, wenn das OLED-Anzeigepanel nicht eingeschaltet ist, eine oder mehrere zusätzliche LED-Lichtquellen 703, die für die Bereitstellung der Fingerabdruckerkennungsbeleuchtung vorgesehen sind, auf der Seite des transparenten Blocks 701 platziert werden, wie in 4B gezeigt. Dieses vorgegebene LED-Licht 703 kann durch dieselbe Elektronik 704 (z. B. MCU) zur Steuerung des Bildsensorarrays in Block 702 gesteuert werden. Das vorgegebene LED-Licht 703 kann für einen kurzen Zeitraum bei einem niedrigen Lastzyklus pulsiert werden, um Licht intermittierend abzugeben und Pulslicht für die Bilderkennung bereitzustellen. Das Bildsensorarray kann bedient werden, um die Lichtstruktur, die von dem OLED-Panelabdecksubstrat reflektiert wird, mit demselben Impulslastzyklus zu überwachen. Wenn eine Berührung eines menschlichen Fingers in dem Erkennungsbereich 615 auf dem Bildschirm vorliegt, kann das Bild, das in dem Bildgebungserkennungsarray in Block 702 erfasst wird, verwendet werden, um das Berührungsereignis zu erkennen. Die Steuerelektronik oder MCU 704, die mit dem Bildsensorarray in Block 702 verbunden ist, wird bedient, um festzustellen, ob die Berührung eine menschliche Fingerberührung darstellt. Wenn bestätigt wird, dass ein menschliches Fingerberührungsereignis vorliegt, kann die MCU 704 bedient werden, um das Smartphonesystem aufzuwecken, das OLED-Anzeigepanel (oder mindestens die deaktivierten OLED-Pixel in der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 zur Durchführung der optischen Fingerabdruckerkennung) einzuschalten und den normalen Modus zu verwenden, um ein volles Fingerabdruckbild zu erfassen. Das Bildsensorarray in Block 702 sendet das erfasste Fingerabdruckbild an den Hauptprozessor 705 des Smartphones, der bedient werden kann, um das erfasste Fingerabdruckbild mit der Datenbank registrierter Fingerabdrücke abzugleichen. Wenn ein Treffer erfolgt, entsperrt das Smartphone das Telefon und geht in den normalen Betrieb über. Wenn das erfasste Bild keinen Treffer findet, informiert das Smartphone den Benutzer, dass die Authentifizierung fehlgeschlagen ist. Der Benutzer kann es erneut versuchen oder einen Passcode eingeben.
In dem Beispiel in 4A-4B (siehe insbesondere bestimmte Details aus 4B) verwendet das optische Sensormodul unter dem Bildschirm den optisch transparenten Block 701 und den Bildgebungserkennungsblock 702 mit dem Photodetektorerkennungsarray zum optischen Abbilden des Fingerabdruckmusters eines berührenden Fingers in Kontakt mit der oberen Fläche der Bildschirmanzeige auf dem Photodetektorerkennungsarray. Die optische Bildgebungsachse oder Erkennungsachse 625 aus der Erkennungszone 615 an das Photodetektorarray in Block 702 ist in 4B illustriert. Der optisch transparente Block 701 und das vordere Ende des Bildgebungserkennungsblocks 702 vor dem Photodetektorerkennungsarray bilden ein Bulk-Bildgebungsmodul zum Erreichen korrekter Bildgebung für die optisches Fingerabdruckerkennung. Durch die optischen Verzerrungen in diesem Bildgebungsverfahren kann eine Verzerrungskorrektur verwendet werden, wie oben erklärt, um eine gewünschte Bildgebungsoperation zu erreichen.
In der optischen Erkennung durch das optisches Sensormodul unter dem Bildschirm in 4A-4B und anderen hierin offenbarten Designs enthält das optische Signal aus der Erkennungszone 615 an der oberen transparenten Schicht 431 an das optische Sensormodul unter dem Bildschirm verschiedene Lichtbestandteile. 5A und 5B illustrieren die Signalerzeugung für das zurückgegebene Licht aus der Erkennungszone 615 unter zwei verschiedenen optischen Bedingungen für ein leichteres Verständnis des Betriebs des optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm.
5A zeigt, wie von OLED abgegebenes Licht von dem OLED-Anzeigemodul 433 nach der Übertragung durch die obere transparente Schicht 431 verschiedene zurückgegebene Lichtsignale erzeugt, einschließlich Lichtsignalen, die Fingerabdruckmusterinformationen an das optische Sensormodul unter dem Bildschirm tragen. Zwei OLED-Pixel 71 und 73 an zwei verschiedenen Platzierungen sind dargestellt als OLED-Ausgabelichtstrahlen 80 und 82 abgebend, die auf die obere transparente Schicht 431 gerichtet sind, ohne die Gesamtreflexion an den Schnittstellen der oberen transparenten Schicht 431 zu erfahren. Ein Finger 60 befindet sich in Kontakt mit der Erkennungszone 615 an der oberen transparenten Schicht 431. Wie illustriert, erreicht der OLED-Lichtstrahl 80 einen Fingergrat in Kontakt mit der oberen transparenten Schicht 431 nach der Übertragung durch die obere transparente Schicht 431 zum Erzeugen des Lichtstrahls 183 in dem Fingergewebe und einen anderen Lichtstrahl 181 zurück zu dem OLED-Anzeigemodul 433. Der OLED-Lichtstrahl 82 erreicht eine Fingerrille, die sich über der oberen transparenten Schicht 431 befindet, nach der Übertragung durch die obere transparente Schicht 431 zum Erzeugen des reflektierten Lichtstrahls 185 von der Schnittstelle mit der oberen transparenten Schicht 431 zurück zu dem OLED-Anzeigemodul 433, eines zweiten Lichtstrahls 189, der in das Fingergewebe eintritt, und eines dritten Lichtstrahls 187, der von der Fingerrille reflektiert wird.
In dem Beispiel in 5A wird angenommen, dass der Refraktionsäquivalenzindex der Fingerhaut ca. 1,44 bei 550 nm beträgt und der Refraktionsindex des Abdeckglases etwa für die obere transparente Schicht 431 1,51 beträgt. Unter diesen Annahmen wird das Anzeige-OLED-Pixel 71 am Fingerhautgratort 61 eingeschaltet, um den Strahl 80 zu erzeugen. Die Fingergrat-Abdeckglasschnittstelle reflektiert einen Teil des Strahls 80 als reflektiertes Licht 181 an die unteren Schichten 524 unter dem OLED-Anzeigemodul 433. Die Reflexion ist gering, bei etwa 0,1%. Der Großteil des Lichtstrahls 80 wird zu dem Strahl 183, der in das Fingergewebe 60 übertragen wird, das Streuung des Lichts 183 bewirkt, um das zurückgegebene gestreute Licht 191 an das OLED-Anzeigemodul 433 und die unteren Schichten 524 bereitzustellen. Die Streuung des übertragenen Lichtstrahls 189 von dem OLED-Pixel 73 in das Fingergewebe trägt auch zu dem zurückgegebenen gestreuten Licht 191 bei.
Der Strahl 82 von der Anzeige-OLED-Gruppe 73 an dem Fingerhautrillenort 63, die Abdeckglasfläche reflektiert etwa 3,5 % der Energie des einfallenden Lichts 82 (Licht 185) an die unteren Schichten 524, und die Fingerrillenfläche reflektiert etwa 3,3 % der Energie des einfallenden Lichts (Licht 187) an die unteren Schichten 524. Die Gesamtreflexion beträgt etwa 6,8 %. Der größte Teil des Lichts 189 wird in das Fingergewebe 60 übertragen. Ein Anteil der Lichtenergie in dem übertragenen Licht 189 in dem Fingergewebe wird durch das Gewebe gestreut, um zu dem gestreuten Licht 191 zu den und in die unteren Schichten 524 beizutragen.
Daher sind die Lichtreflexionen von verschiedenen Schnittstellen oder Flächen an Fingerrillen und Fingergraten eines berührenden Fingers unterschiedlich und der Reflexionsverhältnisunterschied trägt die Fingerabdruckkarteninformationen und kann gemessen werden, um das Fingerabdruckmuster des Anteils zu extrahieren, der mit der oberen transparenten Schicht 431 in Kontakt ist und mit dem OLED-Licht beleuchtet wird.
5B zeigt, wie das von der OLED abgegebene Licht von dem OLED-Anzeigemodul 433 unter einem Gesamtreflexionszustand an der Schnittstelle mit der oberen transparenten Schicht 431 verschiedene zurückgegebene Lichtsignale erzeugt, einschließlich Lichtsignale, die Fingerabdruckmusterinformationen an das optische Sensormodul unter dem Bildschirm tragen. Es wird angenommen, dass das Abdeckglas 431 und das OLED-Anzeigemodul 433 ohne Luftspalte dazwischen miteinander verklebt sind, sodass ein OLED-Lichtstrahl, der durch ein OLED-Pixel 73 mit einem großen Einfallswinkel gegenüber dem Abdeckglas 431 abgegeben wird, vollständig an der Abdeckglas-Luftschnittstelle reflektiert wird. Wenn das Anzeige-OLED-Pixel 73 eingeschaltet ist, können die abweichenden Lichtstrahlen in drei Gruppen unterteilt werden: (1) mittlere Strahlen 82 mit kleinen Einfallswinkeln zu dem Abdeckglas 431 ohne die Gesamtreflexion, (2) Strahlen 201, 202, 211, 212 mit hohem Kontrast, die vollständig am Abdeckglas 431 reflektiert werden, wenn nichts die Abdeckglasfläche berührt und in das Fingergewebe gekoppelt werden können, wenn ein Finger das Abdeckglas 431 berührt, und (3) entkommende Strahlen mit sehr großen Einfallswinkeln, die vollständig am Abdeckglas 431 reflektiert werden, auch an einem Ort, an dem Fingergewebe in Kontakt ist.
Für die zentralen Lichtstrahlen 82 reflektiert die Abdeckglasfläche etwa 0,1%~3,5% des Lichtstrahls 185, der in die unteren Schichten 524 übertragen wird, die Fingerhaut reflektiert etwa 0,1% -3,3% des Lichtstrahls 187, der auch in die unteren Schichten 524 übertragen wird. Der Reflexionsunterschied ist davon abhängig, ob die Lichtstrahlen 82 auf einen Fingerhautgrat 61 oder eine Rille 63 treffen. Der Restlichtstrahl 189 wird in das Fingergewebe 60 gekoppelt.
Für die Lichtstrahlen 201 und 202 mit hohem Kontrast reflektiert die Abdeckglasfläche annähernd 100% der Lichtstrahlen 205 bzw. 206, wenn nichts die Abdeckglasfläche berührt. Wenn die Fingerhautgrate die Abdeckglasfläche berühren, wird an den Positionen der Lichtstrahlen 201 und 202 der größte Teil der Lichtenergie durch Lichtstrahlen 203 und 204 in das Fingergewebe 60 gekoppelt.
Für die Lichtstrahlen 211 und 212 mit hohem Kontrast reflektiert die Abdeckglasfläche annähernd 100% der Lichtstrahlen 213 bzw. 214, wenn nichts die Abdeckglasfläche berührt. Wenn der Finger die Abdeckglasfläche berührt und Fingerhautrillen an den Positionen der Lichtstrahlen 211 und 212 vorliegen wird keine Lichtenergie in das Fingergewebe 60 gekoppelt.
Ähnlich wie die Situation in 5A erfahren Lichtstrahlen, die in das Fingergewebe 60 gekoppelt werden, eine zufällige Streuung durch die Fingergewebe, um Niederkontrastlicht 191 zu bilden.
Daher verursachen in Bereichen, die mit Lichtstrahlen mit hohem Kontrast beleuchtet sind, Fingerhautgrate und -rillen verschiedene optische Reflexionen und die Reflexionsunterschiedsstruktur trägt die Fingerabdruckmusterinformationen. Die Fingerabdrucksignale mit hohem Kontrast können durch Vergleichen des Unterschieds erreicht werden.
Die offenbarte optische Erkennungstechnologie unter dem Bildschirm kann in verschiedenen Konfigurationen ausgeführt werden, um optisch Fingerabdrücke zu erfassen, basierend auf dem Design aus 2A und 2B.
Beispielsweise können die spezifischen Umsetzungen in 4B basierend auf optischer Bildgebung durch Verwendung eines Bulk-Bildgebungsmoduls in dem optischen Erkennungsmodul in verschiedenen Konfigurationen umgesetzt werden. 6A-6C, 7, 8A-8B, 9, 10A-10B, 11 und 12 illustrieren Beispiele verschiedener Umsetzungen und weiterer Merkmale und Operationen von Designs des optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm zur optischen Fingerabdruckerkennung.
6A, 6B und 6C zeigen ein Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm basierend auf optischer Bildgebung über eine Linse zur Erfassung eines Fingerabdrucks von einem Finger 445, der auf das Abdeckglas 423 der Anzeige drückt. 6C ist eine vergrößerte Ansicht des optischen Sensormodulanteils, der in 6B dargestellt ist. Das optische Sensormodul unter dem Bildschirm wie in 6B dargestellt, das unter dem OLED-Anzeigemodul 433 platziert ist, enthält einen optisch transparenten Abstandhalter 617, der in die untere Fläche des OLED-Anzeigemoduls 433 eingreift, um das zurückgegebene Licht aus der Erkennungszone 615 an der oberen Fläche der oberen transparenten Schicht 431 zu empfangen, eine Bildgebungslinse 621, die dazwischen angeordnet ist, und Abstandhalter 617 und das Photodetektorarray 623 zum Abbilden des empfangenen zurückgegebenen Lichts aus der Erkennungszone 615 auf dem Photodetektorarray 623. Wie das Bildgebungssystem aus dem Beispiel in 4B, kann dieses Bildgebungssystem in 6B für das optische Sensormodul Bildverzerrungen erfahren, und eine geeignete optische Korrekturkalibrierung kann verwendet werden, um solche Verzerrungen zu verringern, z. B. die Verzerrungskorrekturverfahren, die für das System in 4B beschrieben sind.
Ähnlich wie die Annahmen in 5A und 5B wird angenommen, dass der Refraktionsäquivalenzindex der Fingerhaut etwa 1,44 bei 550 nm beträgt, und ein Refraktionsindex des blanken Abdeckglases für das Abdeckglas 423 etwa 1,51 beträgt. Wenn das OLED-Anzeigemodul 433 ohne Luftspalt auf das Abdeckglas 431 geklebt wird, erfolgt die Gesamtinnenreflexion in großen Winkeln bei oder über dem kritischen Einfallswinkel für die Schnittstelle. Der Gesamtreflexionseinfallswinkel beträgt etwa 41,8,° wenn nichts mit der oberen Fläche des Abdeckglases in Kontakt steht, und der Gesamtreflexionswinkel beträgt etwa 73,7,° wenn die Fingerhaut die obere Fläche des Abdeckglases berührt. Der entsprechende Gesamtreflexionswinkelunterschied beträgt etwa 31,9°.
In diesem Design definieren die Mikrolinse 621 und das Photodiodenarray 623 einen Blickwinkel θ zur Erfassung des Bilds eines Kontaktfingers in der Erkennungszone 615. Dieser Blickwinkel kann korrekt ausgerichtet werden, indem die physischen Parameter oder Konfigurationen gesteuert werden, um einen gewünschten Anteil der Abdeckglasfläche in der Erkennungszone 615 zu erkennen. Beispielsweise kann der Blickwinkel ausgerichtet sein, um eine Gesamtinnenreflexion der OLED-Anzeigebaugruppe zu erkennen. Speziell ist der Blickwinkel θ ausgerichtet, um die effektive Erkennungszone 615 an der Abdeckglasfläche zu erkennen. Die effektive Erkennungsabdeckglasfläche 615 kann als Spiegel betrachtet werden, sodass das Photodetektorarray effektiv ein Bild einer Blickzone oder der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 in der OLED-Anzeige erkennt, das durch die Erkennungsabdeckglasfläche 615 auf das Photodetektorarray projiziert wird. Wenn die OLED-Pixel in der Blickzone/ Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 eingeschaltet werden, um Licht abzugeben, kann das Photodioden-/Photodetektorarray 623 das Bild der Zone 613 empfangen, das durch die Erkennungsabdeckglasfläche 615 reflektiert wird. Wenn ein Finger die Erkennungszone 615 berührt, kann ein Anteil des Lichts in die Grate des Fingerabdrucks gekoppelt werden, und dies führt dazu, dass das Photodetektorarray Licht von dem Ort des Grats empfängt, das als ein dunkleres Bild des Fingerabdrucks erscheint. Weil die Geometrien des optischen Erkennungspfads bekannt sind, kann die Fingerabdruckbildverzerrung in dem optischen Pfad in dem optischen Sensormodul korrigiert werden.
Als spezifisches Beispiel ist zu betrachten, dass der Abstand H in 6B von der zentralen Achse des Erkennungsmoduls zu der oberen Fläche des Abdeckglases 2 mm beträgt. Dieses Design kann direkt 5 mm einer effektiven Erkennungszone 615 mit einer Breite Wc auf dem Abdeckglas abdecken. Die Anpassung der Dicke des Abstandhalters 617 kann den Detektorpositionsparameter H anpassen und die effektive Erkennungszonenbreite Wc kann optimiert werden. Weil H die Dicke des Abdeckglases 431 und des Anzeigemoduls 433 enthält, sollte das Anwendungsdesign diese Schichten in Betracht ziehen. Der Abstandhalter 617, die Mikrolinse 621 und das Photodiodenarray 623 können unter der Farbbeschichtung 619 an der unteren Fläche der oberen transparenten Schicht 431 integriert werden.
7 zeigt ein Beispiel weiterer Designüberlegungen des optischen Bildgebungsdesigns für das optisches Sensormodul aus 6A-6C durch Verwendung eines speziellen Abstandhalters 618 zum Ersetzen des Abstandhalters 617 in 6B-6C zum Erhöhen der Größe des Erkennungsbereichs 615. Der Abstandhalter 618 ist mit einer Breite Ws und einer Dicke Hs entworfen, um einen geringen Refraktionsindex (RI) ns aufzuweisen, und ist unter dem OLED-Anzeigemodul 433 platziert, z. B. durch Befestigung (z. B. Klebung) an der unteren Fläche des OLED-Anzeigemoduls 433. Die Endfacette des Abstandhalters 618 ist eine abgewinkelte oder geneigte Facette, die eine Schnittstelle mit der Mikrolinse 621 aufweist. Diese relative Position des Abstandhalters und der Linse ist anders als in 6B-6C, wo die Linse unter dem Abstandhalter 617 platziert ist. Die Mikrolinse 621 und ein Photodiodenarray 623 sind in das optische Erkennungsmodul mit einer Erkennungswinkelbreite θ montiert. Die Erkennungsachse 625 ist aufgrund von optischer Refraktion an der Schnittstelle zwischen dem Abstandhalter 618 und Anzeigemodul 433 und an der Schnittstelle zwischen dem Abdeckglas 431 und der Luft gebogen. Der örtliche Einfallswinkel ϕ1 und ϕ2 wird durch die Refraktionsindizes RIs, ns, nc und na der Materialien für die Bauteile bestimmt.
Wenn nc größer als ns ist, ist ϕ1 größer als ϕ2. So vergrößert die Refraktion die Erkennungsbreite Wc. Wird beispielsweise angenommen, dass der äquivalente RI der Fingerhaut etwa 1,44 bei 550 nm beträgt und der RI-Index des Abdeckglases etwa 1,51 beträgt, wird der Gesamtreflexionseinfallswinkel auf etwa 41,8° geschätzt, wenn nichts die obere Fläche des Abdeckglases berührt, und der Gesamtreflexionswinkel beträgt etwa 73,7°, wenn die Fingerhaut die obere Fläche des Abdeckglases berührt. Der entsprechende Gesamtreflexionswinkelunterschied beträgt etwa 31,9°. Wenn der Abstandhalter 618 aus demselben Material wie das Abdeckglas hergestellt ist und der Abstand von der Erkennungsmodulmitte zur oberen Fläche des Abdeckglases 2 mm beträgt, beträgt, wenn die Erkennungswinkelbreite θ=31,9°ist, die effektive Erkennungsbereichsbreite Wc etwa 5 mm. Der örtliche Einfallswinkel der entsprechenden Mittelachse beträgt ϕ1=ϕ2=57,75°. Wenn das Material für den speziellen Abstandhalter 618 einen Refraktionsindex ns von etwa 1,4 aufweist und Hs 1,2 mm beträgt und das Erkennungsmodul mit ϕ1 =70°gekippt ist. Die effektive Erkennungsbereichsbreite wird erhöht, um größer zu sein als 6,5 mm. Unter diesen Parametern wird die Erkennungswinkelbreite in dem Abdeckglas auf 19° verringert. Daher kann das Bildgebungssystem für das optische Sensormodul entworfen sein, um die Größe des Erkennungsbereichs 615 an der oberen transparenten Schicht 431 vorteilhaft zu vergrößern.
Wenn der RI des speziellen Abstandhalters 618 entworfen ist, um ausreichend gering zu sein (z. B. durch Verwendung von MgF2, CaF2, oder selbst Luft zur Ausbildung des Abstandhalters), ist die Breite Wc des effektiven Erkennungsbereichs 615 nicht mehr durch die Dicke des Abdeckglases 431 und des Anzeigemoduls 433 beschränkt. Diese Eigenschaft gibt dem Designer die gewünschte Flexibilität. Grundsätzlich kann, wenn das Erkennungsmodul eine ausreichend hohe Auflösung aufweist, der effektive Erkennungsbereich sogar vergrößert werden, um die gesamte Bildschirmanzeige abzudecken.
Da die offenbarte optische Sensortechnologie verwendet werden kann, um einen großen Erkennungsbereich zur Erfassung einer Struktur bereitzustellen, können die offenbarten optischen Sensormodule unter dem Bildschirm verwendet werden, um nicht nur eine Struktur eines Fingers, sondern auch eine größere Struktur wie etwa die Handfläche einer Person, die mit einer Person assoziiert ist, zur Benutzerauthentifizierung zu erfassen und zu erkennen.
8A-8B zeigen ein Beispiel für weitere Designüberlegungen des optischen Bildgebungsdesigns für das optische Sensormodul aus 7 durch relative Einstellung des Erkennungswinkels θ' des Photodetektorarrays in der Bildschirmanzeigefläche und dem Abstand L zwischen der Linse 621 und dem Abstandhalter 618. 8A zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Richtung senkrecht zu der Bildschirmanzeigefläche und 8B zeigt eine Ansicht der Vorrichtung von unten oder oben des Verschiebungsbildschirms. Ein Füllermaterial 618c kann verwendet werden, um den Raum zwischen der Linse 621 und dem Photodetektorarray 623 zu füllen. Beispielsweise kann das Füllermaterial 618c dasselbe Material des speziellen Abstandhalters 618 oder ein anderes verschiedenes Material sein. In einigen Designs kann das Füllermaterial 618c der Luftraum sein.
9 zeigt ein anderes Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm basierend auf dem Design in 7, wobei die Blickzone oder die Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 in dem OLED-Anzeigemodul 433 entworfen ist, um eine oder mehr zusätzliche Lichtquellen 614 zu enthalten, die an derselben Position oder Region der Blickzone 613 befestigt oder angeklebt sind, um zusätzliche Beleuchtung für die Erkennungszone 615 bereitzustellen, wodurch die Lichtintensität in optischen Erkennungsoperationen erhöht wird. Dies ist eine Möglichkeit zur Verbesserung der optischen Erkennungsempfindlichkeit. Die zusätzlichen Lichtquellen 614 können von einem erweiterten Typ oder von einem kollimierten Typ sein, sodass alle Punkte in der effektiven Erkennungszone 615 beleuchtet sind. Die zusätzlichen Lichtquellen 614 können eine einzelne Elementlichtquelle oder ein Array von Lichtquellen sein. Wie oben erwähnt, können die OLED-Pixel in der Blickzone oder die Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 in dem OLED-Anzeigemodul 433 während der optischen Fingerabdruckerkennungsoperation mit einer höheren Helligkeitsstufe über der Helligkeitsstufe betrieben werden, die zum Anzeigen von Bildern in der OLED-Anzeige verwendet wird.
10A-10B zeigen ein Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm, das einen optischen Koppler 628 verwendet, der als ein dünner Keil geformt ist, um die optische Erkennung an dem optischen Sensorarray 623 zu verbessern. 10A zeigt einen Querschnitt der Vorrichtungsstruktur mit einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm zur Fingerabdruckerkennung und 10B zeigt eine Draufsicht des Vorrichtungsbildschirms. Der optische Keil 628 (mit einem Refraktionsindex n_s) befindet sich unter der Anzeigepanelstruktur zum Modifizieren eines Gesamtreflexionszustands an einer unteren Fläche der Anzeigepanelstruktur, die eine Schnittstelle mit dem optischen Keil 628 aufweist, um die Extraktion von Licht aus der Anzeigepanelstruktur durch die untere Fläche zu erlauben. Das optische Sensorarray 623 empfängt das Licht von dem optischen Keil 628, der aus der Anzeigepanelstruktur extrahiert wurde, und das optische Bildgebungsmodul 621 ist zwischen dem optischen Keil 628 und dem optischen Sensorarray 623 angeordnet, um das Licht von dem optischen Keil 628 auf das optische Sensorarray 623 abzubilden. In dem illustrierten Beispiel enthält der optische Keil 628 eine diagonale optische Keilfläche, die zu dem optischen Bildgebungsmodul und dem optischen Erkennungsarray 623 weist. Außerdem gibt es, wie dargestellt, einen freien Raum zwischen dem optischen Keil 628 und dem optischen Bildgebungsmodul 621.
Wenn das Licht vollständig an der Erkennungsfläche des Abdeckglases 431 reflektiert wird, ist die Reflexionsfähigkeit 100% der höchsten Effizienz. Das Licht wird jedoch auch vollständig an der unteren OLED-Fläche 433b reflektiert, wenn diese parallel zu den Abdeckglasflächen ist. Der Keilkoppler 628 wird verwendet, um den örtlichen Flächenwinkel so zu modifizieren, dass das Licht für die Erkennung an dem optischen Sensorarray 623 ausgekoppelt werden kann. Die Mikrolöcher in den TFT-Schichten des OLED-Anzeigemoduls 431 stellen den gewünschten Lichtweiterleitungspfad für Licht zur Verfügung, das durch das OLED-Anzeigemodul 431 für die optische Erkennung unter dem Bildschirm weitergeleitet werden soll. Die tatsächliche Lichtübertragungseffizienz kann schrittweise verringert werden, wenn der Lichtübertragungswinkel zu groß wird oder wenn die TFT-Schicht zu dick wird. Wenn der Winkel sich dem Gesamtreflexionswinkel nähert, namentlich etwa 41,8°, wenn der Refraktionsindex des Abdeckglases 1,5 beträgt, sieht das Fingerabdruckbild gut aus. Dementsprechend kann der Keilwinkel des Keilkopplers 628 angepasst werden, um ein paar Grad zu betragen, sodass die Erkennungseffizienz erhöht oder optimiert werden kann. Wenn der Refraktionsindex des Abdeckglases höher gewählt ist, wird der Gesamtreflexionswinkel kleiner. Wenn beispielsweise das Abdeckglas aus Saphir hergestellt ist, dessen Refraktionsindex etwa 1,76 beträgt, beträgt der Gesamtreflexionswinkel etwa 34,62°. Die Erkennungslichtübertragungseffizienz in der Anzeige wird ebenfalls verbessert. Daher wird das Design für die Verwendung eines dünnen Keils zum Einstellen des Erkennungswinkels höher als der Gesamtreflexionswinkel, und/oder zur Verwendung eines Abdeckglasmaterials mit hohem Refraktionsindex zum Verbessern der Erkennungseffizienz.
In den Designs für das optische Sensormodul unter dem Bildschirm in 6A-10B ist der Erkennungsbereich 615 an der oberen transparenten Fläche nicht vertikal oder rechtwinklig zu der Erkennungsachse 625 des optischen Sensormoduls, sodass die Bildebene des Erkennungsbereichs ebenfalls nicht vertikal oder rechtwinklig zu der Erkennungsachse 625 ist. Dementsprechend kann die Ebene des Photodetektorarrays 523 relativ zur Erkennungsachse 625 gekippt werden, um eine qualitativ hohe Bildgebung an dem Photodetektorarray 623 zu erreichen.
11 zeigt drei Beispielkonfigurationen für die Kachelung. 11 (1) zeigt, dass der Erkennungsbereich 615a gekippt und nicht rechtwinklig zur Erkennungsachse 625 ist. In einem spezifizierten Fall aus (2) ist der Erkennungsbereich 615b ausgerichtet, um auf der Erkennungsachse 625 zu liegen, und seine Bildebene befindet sich ebenfalls auf der Erkennungsachse 625. In der Praxis kann die Linse 621 teilweise abgeschnitten sein, um das Paket zu vereinfachen. In verschiedenen Umsetzungen kann die Mikrolinse 621 auch vom Übertragungstyp oder Reflexionstyp sein. Beispielsweise ist ein vorgegebener Ansatz in (3) illustriert. Der Erkennungsbereich 615c wird durch einen Bildgebungsspiegel 621a ausgebildet. Ein Photodiodenarray 623b ist ausgerichtet, um die Signale zu erkennen.
In den obigen Designs, in denen die Linse 621 verwendet wird, kann die Linse 621 entworfen sein, um eine effektive Öffnung aufzuweisen, die größer ist als die Öffnung der Löcher in den OLED-Anzeigeschichten, die die Übertragung von Licht durch die OLED-Anzeige zur optischen Fingerabdruckerkennung erlauben. Dieses Design kann den unerwünschten Einfluss der Verdrahtungsstrukturen und anderer Streuungsobjekte in dem OLED-Anzeigemodul verringern.
In einigen Umsetzungen der offenbarten Fingerabdrucktechnologie kann der Fingerabdruckerkennungskontrast an dem optischen Sensorarray 623 verbessert werden, indem die OLED-Pixel (613) der Bildschirmanzeige gesteuert werden, die die Beleuchtung zur Erfassung der Fingerabdruckmuster in der Fingerabdruckberührungserkennung bereitstellen. Wenn der Fingerabdrucksensor aktiviert wird, z. B. aufgrund des Vorhandenseins einer Berührung, können die OLED-Pixel in der örtlichen Blickzone 613 mit hoher Helligkeit eingeschaltet werden, um den Kontrast der Fingerabdruckerkennung zu verbessern. Beispielsweise kann die Helligkeit der OLED-Pixel in der örtlichen Blickzone 613 so gesteuert werden, dass sie höher ist als ihre maximale Helligkeit, wenn dieselben OLED-Pixel in der örtlichen Blickzone 613 wie in der regulären Anzeige verwendet werden.
Die optische Erkennung unter dem Bildschirm, die in diesem Patentdokument offenbart wird, kann durch Rauschen aufgrund verschiedener Faktoren negativ beeinflusst werden einschließlich durch Hintergrundlicht aus der Umgebung, in der eine Vorrichtung verwendet wird. Verschiedene Techniken zum Verringern des Hintergrundlichtrauschens werden bereitgestellt.
Beispielsweise kann das unerwünschte Hintergrundlicht in der Fingerabdruckerkennung verringert werden, indem eine gute optische Filterung in dem Lichtpfad bereitgestellt wird. Ein oder mehr optische Filter können verwendet werden, um Umgebungslichtwellenlängen, wie etwa Nah-IR und Teile des roten Lichts usw. abzuweisen. In einigen Umsetzungen können solche optische Filterbeschichtungen auf den Flächen der optischen Teile erfolgen, einschließlich der unteren Fläche der Anzeige, Prismaflächen, der Sensorfläche usw. Beispielsweise absorbieren menschliche Finger den größten Teil der Energie der Wellenlängen unter -580 nm, und wenn ein oder mehr optische Filter oder optische Filterbeschichtungen entworfen werden können, um Licht in Wellenlängen von 580 nm bis Infrarot abzuweisen, können unerwünschte Beiträge des Umgebungslichts zu der optischen Erkennung bei der Fingerabdruckerkennung wesentlich verringert werden. Mehr Details zur Hintergrundverringerung basierend auf optischer Filterung sind in späteren Abschnitten enthalten.
12 und 13 zeigen zwei Beispiele von Techniken basierend auf bestimmten Wegen der Erfassung und Verarbeitung optischer Signale an dem optischen Sensormodul.
12 zeigt ein Beispiel eines Betriebs des Fingerabdrucksensors zum Verringern oder Eliminieren unerwünschter Beiträge des Hintergrundlichts bei der Fingerabdruckerkennung. Das optische Sensorarray kann verwendet werden, um verschiedene Rahmen zu erfassen und die erfassten Rahmen können verwendet werden, um Differenziale und Durchschnittsbildungsoperationen unter mehreren Rahmen durchzuführen, um den Einfluss des Hintergrundlichts zu verringern. Beispielsweise ist im Rahmen A die OLED-Anzeige eingeschaltet, um den Fingerberührungsbereich zu beleuchten, und in Rahmen B wird die Beleuchtung geändert oder ausgeschaltet. Subtraktion der Signale des Rahmens B von den Signalen des Rahmens A kann in der Bildverarbeitung verwendet werden, um den unerwünschten Einfluss des Hintergrundlichts zu verringern.
13 zeigt ein Beispiel eines Betriebsverfahrens zur Korrektur der Bildverzerrung in dem optischen Sensormodul. In Schritt 1301 werden bestimmte Anzeigepixel kontrolliert und bedient, um Licht in einer spezifischen Region abzugeben und die Lichtemission solcher Pixel wird durch eine Frequenz F moduliert. In Schritt 1302 wird ein Bildgebungssensor unter dem Anzeigepanel bedient, um das Bild mit einer Framerate mit derselben Frequenz F zu erfassen. In der optischen Fingerabdruckerkennungsoperation wird ein Finger auf das Anzeigepanelabdecksubstrat platziert und die Anwesenheit des Fingers moduliert die Lichtreflexionsintensität der oberen Fläche des Anzeigepanelabdecksubstrats. Der Bildgebungssensor unter der Anzeige erfasst die durch den Fingerabdruck modulierte Reflexionslichtstruktur. In Schritt 1303 wird die Demodulierung der Signale von Bildsensoren mit der Frequenz F synchronisiert und die Hintergrundsubtraktion wird durchgeführt. Das entstehende Bild weist einen verringerten Hintergrundlichteffekt auf und enthält Bilder von pixelemittierenden Lichtern. In Schritt 1304 wird das Erfassungsbild verarbeitet und kalibriert, um Bildsystemverzerrungen zu korrigieren. In Schritt 1305 wird das korrigierte Bild als ein menschliches Fingerabdruckbild zur Benutzerauthentifizierung verwendet.
Dieselben optischen Sensoren, die für die Erfassung des Fingerabdrucks eines Benutzers verwendet werden, können auch verwendet werden, um das gestreute Licht von dem beleuchteten Finger zu erfassen, wie durch das zurückgestreute Licht 191 in 5A und 5B gezeigt. Die Detektorsignale von dem zurückgestreuten Licht 191 in 5A und 5B in einer Region von Interesse können für verschiedene Messungen verwendet werden, einschließlich Messungen basierend auf der eigentlichen Art des zurückgestreuten Lichts 191 für das Vorliegen in den Geweben unter der Fingerhaut zum Tragen bestimmter Informationen, die in Lichtstrahlen 187 oder 206 möglicherweise nicht vorhanden sind, die an der externen Fläche der Haut gestreut oder reflektiert werden. Beispielsweise kann das zurückgestreute Licht 191 integriert sein, um ein Intensitätssignal zu erzeugen und die Intensitätsvariation dieses Intensitätssignals kann bewertet werden, um die Pulsfrequenz des Benutzers zu bestimmen.
Der obige Fingerabdrucksensor kann durch böswillige Personen gehackt werden, die den autorisierten Fingerabdruck des Benutzers beschaffen können und das gestohlene Fingerabdruckmuster auf ein Trägerobjekt kopieren, das einem menschlichen Finger ähnelt. Solche nicht autorisierten Fingerabdruckmuster können auf dem Fingerabdrucksensor verwendet werden, um die Zielvorrichtung zu entsperren. Daher ist ein Fingerabdruckmuster, auch wenn es sich um eine eindeutige biometrische Kennung handelt, an sich möglicherweise keine vollständig zuverlässige oder sichere Identifizierung. Das optische Sensormodul unter dem Bildschirm kann auch als ein optischer Antispoofingsensor verwendet werden, um zu erkennen, ob ein Eingabeobjekt mit Fingerabdruckmustern ein Finger einer lebenden Person ist, und um festzustellen, ob eine Fingerabdruckeingabe ein Fingerabdruckspoofingangriff ist. Die optische Antispoofingerkennungsfunktion kann ohne die Verwendung eines separaten optischen Sensors bereitgestellt werden. Das optische Antispoofing kann Hochgeschwindigkeitsreaktionen bereitstellen, ohne die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit des Fingerabdruckerkennungsbetriebs zu beeinträchtigen.
14A zeigt beispielhafte optische Extinktionskoeffizienten von Materialien, die in Blut überwacht werden, wobei die optischen Absorptionen sich zwischen dem sichtbaren spektralen Bereich, z. B. rotes Licht bei 660 nm, und dem Infrarotbereich, z. B. IR-Licht bei 940 nm, unterscheiden. Durch Verwendung von Sondenlicht zum Beleuchten eines Fingers mit einer ersten sichtbaren Wellenlänge (Farbe A) und einer zweiten anderen Wellenlänge wie etwa einer IR-Wellenlänge (Farbe B) können die Unterschiede in der optischen Absorption des Eingabeobjekts erfasst werden, um zu bestimmen, ob das berührte Objekt ein Finger einer lebenden Person ist. Da die OLED-Pixel OLED-Pixel enthalten, die Licht verschiedener Farben abgeben, um Sondenlicht abzugeben, werden mindestens zwei verschiedene optische Wellenlängen für die verschiedenen optischen Absorptionsverhaltensweisen des Bluts für die Erkennung eines lebenden Fingers verwendet. Wenn das Herz einer Person schlägt, pumpt der Pulsdruck das Blut durch die Arterien, sodass das Extinktionsverhältnis der überwachten Materialien in dem Blut sich mit dem Puls ändert. Das empfangene Signal trägt die Pulssignale. Diese Eigenschaften des Bluts können verwendet werden, um zu erkennen, ob das überwachte Material ein lebender Fingerabdruck oder ein gefälschter Fingerabdruck ist.
14B zeigt einen Vergleich zwischen optischen Signalverhaltensweisen in dem reflektierten Licht von einem nichtlebenden Material (z. B. einem gefälschten Finger) und einem lebenden Finger. Der optische Fingerabdrucksensor kann auch als ein Herzschlagsensor wirken, um einen lebenden Organismus zu überwachen. Wenn zwei oder mehr Wellenlängen des Sondenlichts erkannt werden, kann der Extinktionsverhältnisunterschied verwendet werden, um schnell zu bestimmen, ob das überwachte Material ein lebender Organismus ist, wie etwa ein lebender Fingerabdruck. In dem Beispiel aus 14B wurde Sondenlicht mit verschiedenen Wellenlängen verwendet, eines mit einer sichtbaren Wellenlänge und ein anderes mit einer IR-Wellenlänge wie in 14A illustriert.
Wenn ein nichtlebendes Material das obere Abdeckglas über dem Fingerabdrucksensormodul berührt, zeigt das empfangene Signal Kraftniveaus, die mit der Flächenstruktur des nichtlebenden Materials korreliert sind, und das empfangene Signal enthält keine Signalbauteile, die mit einem Finger einer lebenden Person assoziiert sind. Wenn jedoch ein Finger einer lebenden Person das obere Abdeckglas berührt, zeigt das empfangene Signal Signaleigenschaften, die mit einer lebenden Person assoziiert sind, einschließlich offensichtlich verschiedenen Kraftniveaus, weil die Extinktionsverhältnisse sich für verschiedene Wellenlängen unterscheiden. Dieses Verfahren benötigt nicht viel Zeit, um festzustellen, ob das berührende Material ein Teil einer lebenden Person ist. In 14B reflektiert das pulsförmige Signal mehrere Berührungen statt eines Blutpulses. Ebenso zeigen mehrere Berührungen mit einem nichtlebenden Material nicht den Unterschied, der durch einen lebenden Finger verursacht wird.
Diese optische Erkennung verschiedener optischer Absorptionsverhaltensweisen des Bluts bei verschiedenen optischen Wellenlängen kann zum Erkennen eines lebenden Fingers in einem kurzen Zeitraum durchgeführt werden und kann schneller sein als die optische Erkennung eines Herzschlags einer Person unter Verwendung desselben optischen Sensors.
15 zeigt ein Beispiel eines Betriebsverfahrens zur Feststellung, ob ein Objekt in Kontakt mit der OLED-Bildschirmanzeige Teil eines Fingers einer lebenden Person ist, indem die OLED-Pixel bedient werden, den Finger in zwei verschiedenen Lichtfarben zu beleuchten.
In noch einem anderen Beispiel kann die offenbarte optische Sensortechnologie verwendet werden, um zu erkennen, ob die erfasste oder erkannte Struktur eines Fingerabdrucks oder einer Handfläche von der Hand einer lebenden Person stammt, indem ein „lebender Finger“-Erkennungsmechanismus durch andere Mechanismen ausgeführt wird, als die oben beschriebenen unterschiedlichen optischen Absorptionen von Blut bei verschiedenen optischen Wellenlängen. Beispielsweise neigt der Finger einer lebenden Person dazu, sich aufgrund der natürlichen Bewegung einer Person (absichtlich oder unabsichtlich) zu bewegen oder zu strecken, oder zu pulsieren, wenn das Blut in Verbindung mit dem Herzschlag durch den Körper der Person strömt. In einer Umsetzung kann das optische Sensormodul eine Änderung des zurückgegebenen Lichts von einem Finger oder einer Handfläche durch den Herzschlag/die Blutflussänderung erkennen und so erkennen, ob ein lebender Herzschlag in dem Objekt vorhanden ist, das als Finger oder Handfläche vorgehalten wird. Die Benutzerauthentifizierung kann zum Verbessern der Zugriffskontrolle auf der Kombination der optischen Erkennung des Fingerabdrucks/der Handflächenstruktur und der positiven Feststellung der Anwesenheit einer lebenden Person basieren. In noch einem anderen Beispiel kann, wenn eine Person die OLED-Bildschirmanzeige berührt, eine Änderung in der Berührungskraft auf einem oder mehreren Wegen reflektiert werden, einschließlich durch Deformierung des Fingerabdruckmusters, einer Änderung des Kontaktbereichs zwischen dem Finger und der Bildschirmfläche, Aufweitung der Fingerabdruckgrate oder einer Änderung der Blutflussdynamik. Diese und andere Änderungen können durch optische Erkennung basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie gemessen und verwendet werden, um die Berührungskraft zu berechnen. Diese Berührungskrafterkennung kann verwendet werden, um weitere Funktionen zu dem optischen Sensormodul über die Fingerabdruckerkennung hinaus hinzuzufügen.
In den obigen Beispielen, in denen das Fingerabdruckmuster auf dem optischen Sensorarray über ein Bildgebungsmodul erfasst wird wie in 4B und 6B, neigen optische Verzerrungen dazu, die Bilderkennungstreue zu verringern. Solche optischen Verzerrungen könne auf verschiedene Weisen korrigiert werden. 16 zeigt ein Beispiel eines Standardkalibrierungsmusters, das von der OLED-Anzeige zur Kalibrierung der Bildgebungserkennungssignale erzeugt wird, die durch das optische Sensorarray zur Fingerabdruckerkennung ausgegeben werden. Das Fingerabdruckerkennungsmodul kalibriert die Ausgabekoordinaten, die auf das Bild der Standardstruktur verweisen.
Mit Blick auf die Offenbarung in diesem Patentdokument können verschiedene Umsetzungen für das optische Sensormodul wie offenbart vorgenommen werden.
Beispielsweise kann ein Anzeigepanel konstruiert werden, in dem jedes Pixel Lichter abgibt, und einzeln gesteuert werden kann; das Anzeigepanel enthält ein mindestens teilweise transparentes Substrat; und ein Abdeckungssubstrat, das im Wesentlichen transparent ist. Ein optisches Sensormodul ist unter dem Anzeigepanel platziert, um die Bilderform an der Oberseite der Anzeigepanelfläche zu erkennen. Das optische Sensormodul kann verwendet werden, um die Bilderform von Licht zu erkennen, das von Anzeigepanelpixeln emittiert wird. Das optische Sensormodul kann einen transparenten Block mit Refraktionsindex enthalten, der geringer ist als das Anzeigepanelsubstrat, und einen Bildgebungssensorblock mit einem Bildgebungssensorarray und einer optischen Bildgebungslinse. In einigen Umsetzungen weist der Block mit niedrigem Refraktionsindex einen Refraktionsindex in dem Bereich von 1,35 bis 1.46 oder 1 bis 1,35 auf.
In einem anderen Beispiel kann ein Verfahren zur Fingerabdruckerkennung bereitgestellt werden, in dem Licht, das von einem Anzeigepanel emittiert wird, von einem Abdecksubstrat reflektiert wird, und ein Finger, der auf dem Abdecksubstrat platziert wird, mit dem Licht interagiert, um die Lichtreflexionsstruktur durch den Fingerabdruck zu modulieren. Ein Bildgebungserkennungsmodul unter dem Anzeigepanel wird verwendet, um das reflektierte Lichtstrukturbild zu erkennen und das Fingerabdruckbild zu rekonstruieren. In einer Umsetzung ist das abgegebene Licht von dem Anzeigepanel in der Zeitdomäne moduliert und der Bildgebungssensor ist mit der Modulierung der abgebenden Pixel synchronisiert, wobei ein Demodulierungsprozess den größten Teil des Hintergrundlichts abweist (Licht, das nicht von den Zielpixeln stammt).
Verschiedene Designüberlegungen für das offenbarte optische Sensormodul unter dem Bildschirm zur optischen Fingerabdruckerkennung werden ferner in der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/ US2016/038445 mit dem Titel „MULTIFUNCTION FINGERPRINT SENSOR HAVING OPTICAL SENSING CAPABILITY“ beschrieben, die am 20. Juni 2016 eingereicht wurde (Priorität gegenüber der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/181,718 , eingereicht am 18. Juni 2015 und unter der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2016/205832 A1 am 22. Dezember 2016 veröffentlicht beanspruchend) und der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/ CN2016/104354 mit Titel „MULTIFUNCTION FINGERPRINT SENSOR HAVING OPTICAL SENSING AGAINST FINGERPRINT SPOOFING“, eingereicht am 2. November 2016 (Priorität gegenüber der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/249,832 , eingereicht am 2. November 2015 und unter der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 2017/076292 A1 veröffentlicht beanspruchend). Die gesamten Offenbarungen der oben genannten Patentanmeldungen sind durch Bezugnahme als Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments aufgenommen.
Tragbare Vorrichtungen wie etwa Mobiltelefone oder andere Vorrichtungen oder Systeme basierend auf der optischen Erkennung, die in diesem Dokument offenbart sind, können konfiguriert sein, um weitere Betriebsmerkmale bereitzustellen.
Beispielsweise kann das OLED-Anzeigepanel gesteuert sein, um einen örtlichen Blinkmodus bereitzustellen, um den Fingerabdruckerkennungsbereich 613 zu beleuchten, indem ausgewählte OLED-Anzeigepixel unter dem Erkennungsbereich 613 bedient werden. Dies kann in einem optischen Sensormodul unter dem OLED-Anzeigepanel, z. B. 4A und 4B basierend auf einem optisches Bildgebungsdesign bereitgestellt werden. Bei Erfassung eines Fingerabdruckbilds können die OLED-Anzeigepixel in dem Fensterbereich 613 kurzfristig eingeschaltet werden, um Beleuchtung mit hoher Intensität zur optischen Erkennung eines Fingerabdrucks zu erzeugen, wobei gleichzeitig das Photoerkennungssensorarray 621 eingeschaltet ist, um das Fingerabdruckbild synchron mit dem Einschalten der OLED-Pixel unter dem Erkennungsbereich 613 zu erfassen. Die Zeit zum Einschalten dieser OLED-Pixel kann relativ kurz sein, aber die Emissionsintensität kann höher eingestellt sein als die normale Emission zum Anzeigen von Bildern auf dem OLED-Anzeigepanel. Daher ist dieser Modus zur optischen Fingerabdruckerkennung ein Blinkmodus, der dem Photodetektor-Sensorarray 621 ermöglicht, eine größere Menge an Licht zu erkennen, um die Leistung der Bilderkennung zu verbessern.
In einem anderen Beispiel kann das optische Sensormodul entworfen sein, um den Gesamtinnenreflexionszustand an der oberen Erkennungsfläche des OLED-Anzeigepanels zu erfüllen, um eine Blinkaufweckfunktion zu erreichen, bei der ein Anteil der OLED-Pixel in der Blickzone 613 eingeschaltet wird, um zu blinken, während andere OLED-Pixel abgeschaltet werden und sich in einem Schlafmodus befinden, um Energie zu sparen, wenn die Vorrichtung nicht in Verwendung ist. Als Reaktion auf das Blinken der OLED-Pixel in der Blickzone 613 werden die entsprechenden Photosensoren in dem optischen Sensorarray 621 bedient, um Lichtsignale zu empfangen und zu erkennen. Wenn ein Finger die Erkennungszone 613 während dieses Blinkaufweckmodus berührt, führt der Finger dazu, dass zurückgegebenes Licht vollständig reflektiert wird, um ein starkes zurückgegebenes Sondenlicht zu erzeugen, das an dem optischen Sensorarray erkannt wird, und die Erkennung der Anwesenheit des Lichts kann verwendet werden, um die Vorrichtung im Schlafmodus aufzuwecken. Neben der Verwendung des Anteils der OLED-Pixel in der Blickzone 613 kann eine oder mehrere zusätzliche Lichtquellen in der Nähe des optischen Sensormoduls bereitgestellt sein, um die Blinkmodusbeleuchtung an der Blickzone 613 für die Blinkaufweckfunktion bereitzustellen. Wenn ein Nichtfingerobjekt die Blickzone 613 an der oberen Fläche über dem OLED-Anzeigepanel berührt, tritt ein Gesamtinnenreflexionszustand möglicherweise nicht auf, weil andere Materialien selten die Eigenschaften von Fingerhaut aufweisen. Daher kann, selbst wenn ein Nichtfingerobjekt die Erkennungszone 613 berührt, das Fehlen der Gesamtinnenreflexion an der Berührungsstelle dazu führen, dass unzureichend Sondenlicht zurückgegeben wird, um das optische Sensorarray zu erreichen, um den Blinkaufweckbetrieb auszulösen.
Die optischen Sensoren zur Erkennung optischer Fingerabdrücke, die oben offenbart sind, können verwendet werden, um qualitativ hochwertige Bilder von Fingerabdrücken zu erfassen, um eine Unterscheidung kleiner Änderungen der erfassten Fingerabdrücke zu erlauben, die zu verschiedenen Zeiten erfasst werden. Insbesondere wenn eine Person mit einem Finger auf die Vorrichtung drückt, kann sich der Kontakt mit der oberen Berührungsfläche über der Bildschirmanzeige durch Änderungen der Druckkraft ändern. Wenn der Finger die Erkennungszone auf dem Abdeckglas berührt, können Änderungen der Berührungskraft zu mehreren erkennbaren Änderungen an dem optischen Sensorarray führen: (1) Verformung des Fingerabdrucks, (2) Änderung des Kontaktbereichs, (3) Aufweitung der Fingerabdruckgrate und (4) Änderung der Blutflussdynamik in dem gedrückten Bereich. Diese Änderungen können optisch erfasst werden und verwendet werden, um die entsprechenden Änderungen der Berührungskraft zu berechnen. Die Berührungskrafterkennung fügt mehr Funktionen zu der Fingerabdruckerkennung hinzu.
Unter Bezugnahme auf 17 erhöht sich der Kontaktprofilbereich mit einer Erhöhung der Druckkraft, wobei der Gratabdruck sich mit der Erhöhung der Druckkraft ausdehnt. Umgekehrt sinkt der Kontaktprofilbereich mit einer Verringerung der Druckkraft, wobei der Gratabdruck sich mit der Verringerung der Druckkraft zusammenzieht oder schrumpft. 17 zeigt zwei verschiedene Fingerabdruckmuster desselben Fingers unter verschiedenen Druckkräften: den leicht aufgepressten Fingerabdruck 2301 und den stark aufgepressten Fingerabdruck 3303. Das zurückgegebene Sondenlicht von einer ausgewählten Integrationszone 3305 des Fingerabdrucks auf der Berührungsfläche kann durch einen Anteil der optischen Sensoren an dem optischen Sensorarray erfasst werden, der der ausgewählten Integrationszone 3305 auf der Berührungsfläche entspricht. Die erkannten Signale von diesen optischen Sensoren werden analysiert, um nützliche Informationen zu extrahieren, wie nachfolgend ausführlicher erläutert.
Wenn ein Finger die Sensorfläche, berührt, absorbiert das Fingergewebe die Lichtenergie, sodass die über das Photodiodenarray integrierte Aufnahmeenergie verringert wird. Vor allem im Fall des Gesamtinnenreflexionsmodus, der die Materialien mit niedrigem Refraktionsindex nicht erkennt (Wasser, Schweiß usw.) kann der Sensor verwendet werden, um zu erkennen, ob ein Finger den Sensor berührt oder ob etwas anderes den Sensor versehentlich berührt, indem der Aufnahmeenergieänderungstrend analysiert wird. Basierend auf diesem Erkennungsprozess kann der Sensor entscheiden, ob eine Berührung eine echte Fingerabdruckberührung ist, und so darauf basierend, ob die Berührung ein echter Fingerdruck ist, erkennen, ob die mobile Vorrichtung aufgeweckt werden soll. Weil die Erkennung auf der Integrationsenergieerkennung basiert, die Lichtquelle zur optischen Fingerabdruckerkennung in einem Energiesparmodus.
In der detaillierten Fingerabdruckkarte erweitern sich, wenn sich die Druckkraft erhöht, die Fingerabdruckgrate und mehr Licht wird an der Berührungsschnittstelle durch die erweiterten Fingerabdruckgrate aufgenommen. Daher reflektiert in einer relativ kleinen Beobachtungszone 3305 die integrierte empfangene Lichtenergie die Änderungen der Druckkraft. Darauf basierend kann die Druckkraft erkannt werden.
Dementsprechend kann durch Analyse der Änderung der integrierten empfangenen Sondenlichtenergie in einer kleinen Zone die Zeitdomänenentwicklung der Fingerabdruckgratstrukturverformung erkannt werden. Die Informationen zu der Zeitdomänenentwicklung der Fingerabdruckgratstrukturverformung kann dann verwendet werden, um die Zeitdomänenentwicklung der Druckkraft auf dem Finger festzustellen. In Anwendungen kann die Zeitdomänenentwicklung der Druckkraft durch den Finger einer Person verwendet werden, um die Dynamik der Interaktion des Benutzers durch die Berührung des Fingers festzustellen, einschließlich der Feststellung, ob eine Person auf die Berührungsfläche drückt oder einen gedrückten Finger von der Berührungsfläche wegnimmt. Solche Benutzerinteraktionsdynamiken können verwendet werden, um bestimmte Operationen der mobilen Vorrichtung oder Operationen bestimmter Apps auf der mobilen Vorrichtung auszulösen. Beispielsweise kann die Zeitdomänenentwicklung der Druckkraft durch den Finger einer Person verwendet werden, um festzustellen, ob eine Berührung durch eine Person eine absichtliche Berührung, um die mobile Vorrichtung zu betätigen, oder eine ungewollte versehentliche Berührung ist und, basierend auf dieser Feststellung kann das Steuersystem der mobilen Vorrichtung bestimmen, ob die mobile Vorrichtung in einem Schlafmodus aufgeweckt werden soll.
Weiterhin kann unter verschiedenen Druckkräften ein Finger einer lebenden Person in Kontakt mit der Berührungsfläche verschiedene Eigenschaften in dem optischen Extinktionsverhältnis aufweisen, das an zwei verschiedenen Sondenlichtwellenlängen empfangen wird, wie mit Bezug auf 14A und 14B erklärt. Erneut unter Bezugnahme auf 17 schränkt der leicht aufgepresste Fingerabdruck 3301 den Blutfluss in den gedrückten Anteil des Fingers möglicherweise nicht wesentlich ein und erzeugt so ein optisches Extinktionsverhältnis, das an zwei verschiedenen Sondenlichtwellenlängen erhalten wird, das das Vorhandensein des Gewebes einer lebenden Person anzeigt. Wenn die Person den Finger fest aufdrückt, um den stark aufgepressten Fingerabdruck 3303 zu erzeugen, kann der Blutfluss in den aufgepressten Fingeranteil stark verringert werden, und das entsprechende optische Extinktionsverhältnis, das an zwei verschiedenen Sondenlichtwellenlängen erhalten würde, würde sich daher von dem des leicht aufgepressten Fingerabdrucks 3301 unterscheiden. Daher variieren die optischen Extinktionsverhältnisse, die an zwei verschiedenen Sondenlichtwellenlängen erhalten werden, unter verschiedenen Druckkräften und verschiedenen Blutflussbedingungen. Diese Variation unterscheidet sich von den optischen Extinktionsverhältnissen, die an zwei verschiedenen Sondenlichtwellenlängen erhalten werden, wenn mit verschiedenen Kräften eines gefälschten Fingerabdruckmusters eines von Menschen hergestellten Materials gedrückt wird.
Daher können die optischen Extinktionsverhältnisse, die an zwei verschiedenen Sondenlichtwellenlängen erhalten werden, auch verwendet werden, um festzustellen, ob eine Berührung durch einen Finger des Benutzers oder durch etwas anderes erfolgt. Diese Feststellung kann auch verwendet werden, um festzustellen, ob die mobile Vorrichtung in einem Schlafmodus aufgeweckt werden soll.
In noch einem anderen Beispiel kann die offenbarte optische Sensortechnologie verwendet werden, um die natürlichen Bewegungen zu überwachen, die der Finger einer lebenden Person üblicherweise durchführt, weil sich die Person (absichtlich oder unabsichtlich) natürlich bewegt, oder durch das Pulsieren, wenn das Blut in Verbindung mit dem Herzschlag durch den Körper der Person strömt. Die Aufweckoperation oder Benutzerauthentifizierung kann auf der Kombination der optischen Erkennung des Fingerabdruckmusters und der positiven Feststellung der Anwesenheit einer lebenden Person beruhen, um die Zugriffskontrolle zu verbessern. In noch einem anderen Beispiel kann das optische Sensormodul eine Erkennungsfunktion enthalten, um einen Glukosespiegel oder eine Sauerstoffsättigung basierend auf der optischen Erkennung in dem von einem Finger oder einer Handfläche zurückgegebenen Licht zu bestimmen. In noch einem weiteren Beispiel kann, wenn eine Person die Bildschirmanzeige berührt, eine Änderung der Berührungskraft auf eine oder mehrere Weisen wiedergegeben werden, einschließlich durch Verformung des Fingerabdruckmusters, einer Änderung des Kontaktbereichs zwischen dem Finger und der Bildschirmfläche, Aufweitung der Fingerabdruckgrate oder einer Änderung der Blutflussdynamik. Diese und andere Änderungen können durch optische Erkennung basierend auf der offenbarten optischen Sensortechnologie gemessen und verwendet werden, um die Berührungskraft zu berechnen. Diese Berührungskrafterkennung kann verwendet werden, um weitere Funktionen zu dem optischen Sensormodul über die Fingerabdruckerkennung hinaus hinzuzufügen.
Die obigen Designs und Merkmale des optischen Sensormoduls sind auf das Erfassen des optischen Signals für die optischen Detektoren in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm und die Bereitstellung einer optischen Bildgebungsqualität (z. B. der erkannten Bildauflösung) über eine optische Bildgebung durch Umsetzung von mindestens einer Bildgebungslinse oder einem Array von Kollimatoren oder Nadellöchern gerichtet. Wie oben erwähnt, können Hintergrundverringerungstechniken in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm bereitgestellt werden, indem bestimmte Steuerungen und Signalverarbeitung umgesetzt werden, wie etwa die beiden Beispiele aus 12 und 13. Weiterhin können ein oder mehrere weitere optische Designmerkmale zu den oben offenbarten optischen Sensormoduldesigns hinzugefügt werden, um das Hintergrundlicht basierend auf Hintergrundlichtfilterung oder Hinzufügung zusätzlicher Beleuchtungslichtquellen zu verringern. Die verschiedenen Hintergrundlichtverringerungstechniken basierend auf Betriebssteuerung/Signalverarbeitung, optischer Filterung und Hinzufügen zusätzlicher Beleuchtungslichtquellen können auf verschiedene Weisen in Umsetzungen kombiniert werden.
Die optische Filtertechnik zum Verringern des Hintergrundlichts kann in verschiedenen optischen Sensormoduldesigns umgesetzt werden, die in diesem Dokument offenbart werden. Während ein allgemeines Ziel des Einfügens optischer Filter in den optischen Pfad des optischen Sensormoduls ist, die Umgebungslichtwellenlängen, wie etwa Nah-IR und Anteile des roten Lichts und andere unerwünschte Wellenlängen abzuweisen, können die spezifischen Umsetzungen solcher optischen Filter basierend auf dem spezifischen Bedarf jeder Anwendung variieren. Solche optischen Filter können durch Formen optischer Filterbeschichtungen auf ausgewählten Flächen der optischen Anteile in dem optischen Pfad ausgebildet werden, die zu dem optischen Detektorarray 621 führen, einschließlich z. B. der unteren Fläche der Anzeige, Flächen anderer optischer Bauteile wie etwa optischer Prismen, der oberen Sensorfläche des optisches Detektorarrays 621 usw. Beispielsweise absorbieren menschliche Finger den größten Teil der Energie der Wellenlängen unter einer bestimmten Wellenlänge (z. B. etwa -580 nm), wenn die optischen Filter entworfen sind, um das Licht in den Wellenlängen von dieser Wellenlänge um -580 nm bis Infrarot abzuweisen, kann der unerwünschte Umgebungslichteinfluss stark verringert werden.
18 zeigt ein Beispiel der optischen Übertragungsspektralprofile eines typischen menschlichen Daumens und kleinen Fingers bei mehreren verschiedenen optischen Wellenlängen von etwa 525 nm bis etwa 940 nm. Für kurze Wellenlängen, wie etwa Wellenlängen von weniger als 610 nm, kann weniger als 0,5% des Umgebungslichts durch den Finger dringen. Rotes Licht und Nah-IR-Licht weisen eine stärkere Übertragung auf. Die Übertragung des Umgebungslichts durch einen Finger geht aufgrund der Streuung durch das Fingergewebe in eine große Anzahl von Richtungen und kann sich so mit dem Signallicht mischen, um durch das optische Sensormodul unter dem Bildschirm erkannt zu werden. Bei Bedienung unter Sonnenlicht, muss das unerwünschte Umgebungslicht des Sonnenlichts sorgfältig gehandhabt werden, weil das Sonnenlicht eine hohe optische Energie aufweist, um die negative Auswirkung auf die Leistung des optischen Fingerabdrucksensors zu verringern oder zu minimieren.
19 illustriert Einflüsse des Hintergrundlichts in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm 600a. Das unerwünschte Umgebungslicht, das sich negativ auf die optische Fingerabdruckerkennung auswirken kann, kann durch verschiedene Pfade verlaufen, um den optischen Fingerabdrucksensor 600a zu erreichen. In einigen Fällen können die Umgebungslichtpfade in verschiedenen Situationen basierend auf ihren optischen Pfaden aufgeteilt werden: ein Lichtbereich wie 937 durchdringt den Finger und tritt in den optischen Fingerabdrucksensor 600a ein, und ein Lichtbereich wie 937a durchdringt den Finger nicht, sondern tritt in den optischen Fingerabdrucksensor 600a von einer oder mehreren Seiten um den Finger herum ein.
In dem illustrierten optischen Sensormodul unter dem Bildschirm 600a zur Fingerabdruckerkennung ist ein Sensorpaket 600b außerhalb des optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm 600a ausgebildet und kann aus einem optisch undurchsichtigen oder absorbierenden Material als Hintergrundblockade ausgebildet sein, mindestens für einen Teil des einfallenden Hintergrundlichts, wie etwa dem Anteil des Lichts mit großem Winkel aus dem Hintergrundlicht, wie etwa 937a, das nicht durch den Finger dringt, sondern in den optischen Fingerabdrucksensor 600a von einer oder mehreren Seiten um den Finger herum einfällt.
Bezüglich des Umgebungslichts 937, das sich durch den Finger 60a ausbreitet, absorbiert der Finger 60a einen Teil des einfallenden Lichts, sodass ein Anteil des Lichts 939 durch den Finger 60a übertragen wird, um das Abdeckglas 431 zu erreichen, und nachfolgend durch das Abdeckglas 431 übertragen wird, um die OLED-TFT-Schichten zu erreichen. Die kleinen Löcher 450 in den OLED-TFT-Schichten blockieren den größten Teil dieses Hintergrundlichts, aber ein kleiner Anteil des Lichts 941 dieses Hintergrundlichts 939 durchdringt die kleinen Löcher 450, um in das optische Fingerabdrucksensorpaket 600a/600b einzudringen.
Ein Teil des Umgebungslichts 937a breitet sich direkt durch Übertragung durch den Finger bis zum Abdeckglas 431 aus. Dieses übertragene Licht wird in dem Abdeckglas 431 gebrochen und wird zu Licht 939a. Die kleinen Löcher 450 der OLED-TFT-Schichten erlauben einem kleinen Anteil des Lichts 941a, sie zu durchdringen, um das optische Fingerabdrucksensorpaket 600a/600b zu erreichen. Dieser Bestandteil des Umgebungslichts neigt dazu, Lichtbestandteile mit großen Einfallswinkeln zu enthalten. Die Erkennungslichtpfade können so entworfen sein, dass dieser Anteil des Umgebungslichts sich nicht mit dem Signallicht mischt.
Das optische Fingerabdrucksensorpaket kann entworfen sein, das optische Sensormodul 600a zu veranlassen, nur Licht von dem Erkennungslichtpfadfenster aufzunehmen, und dabei unerwünschtes Umgebungslicht mit großen Einfallswinkeln zu blockieren. Beispielsweise kann in einigen Umsetzungen die OLED-Lichtquelle einer OLED-Anzeige als Sondenlichtquelle verwendet werden, um den Finger zur optischen Fingerabdruckerkennung zu beleuchten. Unter diesem Design ist nur die obere Seite des optischen Sensormoduls 600a, die mit der unteren Seite des OLED-Anzeigemoduls in Kontakt steht (z. B. daran festgeklebt ist), offen zum Empfangen von Licht, wie etwa das optische Fenster 600c an der Oberseite des optischen Fingerabdrucksensorpakets, das in 19 gezeigt ist, und die Unter- und Seitenwände des Sensors sind in dem Erkennungslichtwellenlängenband nicht optisch transparent, sodass das Umgebungslicht, das in den optischen Fingerabdrucksensor eintreten kann, verringert wird. Daher kann für das Umgebungslicht, das in das optische Sensormodul ohne vorherige Übertragung durch den Finger eintritt, die Packung des optischen Sensormoduls so entworfen sein, dass eine Absorption oder Blockade dieses Lichts mit lichtblockierenden Seitenwänden oder einer angemessen entworfenen optischen Aufnahmeöffnung stattfindet, sodass solches Licht bei Erreichen des Aufnahmeoptikmaterials oder des Paketmaterials absorbiert oder blockiert wird.
Das unerwünschte Umgebungslicht kann verschiedene Wellenlängenbestandteile enthalten, sodass verschiedene Umgebungslichtbestandteile unterschiedlich behandelt werden sollten, um deren Auswirkungen auf die optische Fingerabdruckerkennung bei der Umsetzung der offenbarten Technologie zu verringern.
Beispielsweise kann das unerwünschte Umgebungslicht Lichtbestandteile enthalten, die in roten (z. B. länger als 580 nm) und längeren Wellenlängen durch den Finger übertragen werden, und Lichtbestandteile, die in den kürzeren Wellenlängen als den roten Wellenlängen (z. B. weniger als 580 nm) nicht durch den Finger übertragen werden. Durch diese wellenlängenabhängige Absorption des Fingers enthält das durch den Finger übertragene Umgebungslicht üblicherweise einige Nah-IR Lichtbestandteile und/oder Lichtbestandteile aus dem roten Spektrum. Daher kann eine optische Filterung in dem optischen Fingerabdrucksensorpaket eingeschlossen werden, um das unerwünschte Umgebungslicht auszufiltern, das anderweitig in das optische Detektorarray eintreten würde.
Ein Beispieldesign ist die Verwendung einer oder mehr IR-Blockadefilterbeschichtungen, z. B. eine IR-Schnittfilterbeschichtung, um das IR- oder Nah-IR-Licht in dem von dem Finger übertragenen Licht zu verringern. Verschiedene IR-Schnittfilter, die für Bildgebungsvorrichtungen verwendet werden, beschränken jedoch üblicherweise nur Wellenlängen von mehr als 710 nm. Wenn eine Vorrichtung direktem oder indirektem Sonnenlicht ausgesetzt ist, ist diese Filterleistung möglicherweise nicht ausreichend zum Verringern von IR-Hintergrundlicht in der optischen Fingerabdruckerkennung. Geeignete IR Filterbeschichtungen sollten die kurze abgeschnittene Endwellenlänge in einigen Anwendungen auf kürzere Wellenlängen unter 710 nm erweitern, wie beispielsweise 610 nm.
Durch die Spektralantworten verschiedener IR-Schnittbeschichtungen kann ein einzelner IR-Schnittfilter mit einem erweiterten Arbeitsband auf kürzere Wellenlängen möglicherweise nicht die gewünschte IR-Blockadeleistung bereitstellen. In einigen Filterdesigns für das optische Sensormodul unter dem Bildschirm können zwei oder mehrere optische Filter in Kombination verwendet werden, um die gewünschte IR-Blockadeleistung in den Sensorlichtpfaden zu erreichen. Die Verwendung von zwei oder mehr Filtern liegt teilweise darin, dass ein wesentliches technisches Problem das starke Hintergrundlicht durch das natürliche Tageslicht der Sonne ist. In den Beispielen der offenbarten optischen Sensoren unter dem OLED-Anzeigepanel kann ein optischer Filtermechanismus in den optischen Sensorstapel unter dem Bildschirm eingebaut werden, um das starke Hintergrundlicht des natürlichen Tageslichts der Sonne zu blockieren oder zu verringern, das in das optische Sensorarray 600a eintritt. Dementsprechend können eine oder mehrere optische Filterschichten in den optischen Sensorstapel unter dem Bildschirm über dem optischen Sensorarray integriert werden, um das unerwünschte Hintergrundtageslicht der Sonne zu blockieren und dabei das Beleuchtungslicht für die optische Fingerabdruckerkennung durchzulassen, um das optische Sensorarray zu erreichen.
Beispielsweise kann sich das Beleuchtungslicht in einigen Umsetzungen in dem sichtbaren Bereich der OLED-Emission für die Anzeige, z. B. von 400 nm bis 650 nm, befinden, und der eine oder die mehreren optischen Filter zwischen dem OLED-Panel und dem optischen Sensorarray können optisch transmissiv für Licht zwischen 400 nm und 650 nm sein, aber Licht mit optischen Wellenlängen von mehr als 650 nm blockieren, einschließlich des starken IR-Lichts in dem Tageslicht. In der Praxis weisen einige kommerzielle optische Filter Übertragungsbänder auf, die für diese bestimmte Anwendung für optische Sensoren unter dem Bildschirm, die in diesem Dokument offenbart sind, möglicherweise nicht wünschenswert sind. Beispielsweise können einige kommerzielle mehrlagige Bandpassfilter Licht über 600 nm blockieren, würden jedoch Übertragungsspitzen im Spektralbereich über 600 nm aufweisen, z. B. optische Übertragungsbänder zwischen 630 nm und 900 nm. Starkes Hintergrundlicht im Tageslicht innerhalb dieser optischen Übertragungsbänder kann durchdringen, um das optische Sensorarray zu erreichen und die optische Erkennung zur optischen Fingerabdruckerkennung negativ beeinflussen. Diese unerwünschten optischen Übertragungsbänder in solchen optischen Filtern kann durch Kombination von zwei oder mehr verschiedenen optischen Filtern mit verschiedenen Spektralbereichen eliminiert oder verringert werden, sodass unerwünschte optische Übertragungsbänder in einem Filter in dem optischen Blockadespektralbereich eines anderen optischen Filters liegen können, sodass die Kombination von zwei oder mehr solcher Filter kollektiv die unerwünschten optischen Übertragungsbänder zwischen 630 nm und 900 nm eliminieren oder verringern können. Speziell können beispielsweise zwei optische Filter durch Verwendung eines Filters kombiniert werden, der Licht von 610 nm bis 1100 nm abweist, während sichtbares Licht mit einer Wellenlänge unter 610 nm übertragen wird, während ein anderer Licht in einem verschobenen Spektralbereich von 700 nm bis 1100 nm abweist, während sichtbares Licht mit einer Wellenlänge unter 700 nm übertragen wird. Diese Kombination von zwei oder mehr optischen Filtern kann verwendet werden, um die gewünschte Abweisung des Hintergrundlichts bei optischen Wellenlängen zu erreichen, die länger als die obere Übertragungswellenlänge sind. Solche optischen Filter könne auf einer oder mehr Flächen in dem optischen Pfad des Lichts beschichtet sein, die durch das optisches Sensorarray erkannt werden sollen.
In einigen Umsetzungen kann bei Verwendung von zwei oder mehr optischen Filtern wie oben offenbart ein optisch absorbierendes Material zwischen den zwei Filtern eingefüllt sein, um angemessene Absorption für das abgewiesene Lichtband bereitzustellen, sodass das abstrahlende Licht zwischen den zwei optischen Filtern absorbiert werden kann. Beispielsweise kann ein Filter auf dem Abstandhalter 917 beschichtet sein und der andere Filter kann auf dem Schutzmaterial 919 beschichtet sein, während der Kollimator 617 optisch absorbierend gemacht sein kann, um das durch die zwei Filter abgewiesene Lichtband zu absorbieren. Als ein spezifisches Beispiel kann ein Stück blaues Glas, das eine hohe Absorption von 610 nm bis 1100 nm aufweist, als Basis der Filter verwendet werden. In diesem Fall sind die beiden Filter auf den oberen und unteren Flächen des blauen Glases beschichtet, und dieses Bauteil kann als Abstandhalter oder als Schutzmaterial verwendet werden.
Neben der Verwendung angemessener optischer Filterung zum Abschneiden des Hintergrundlichts in den roten und IR-Bereichen in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm kann das Hintergrundlicht, das durch die optische Filterung verringert werden kann, Licht mit den kürzeren Wellenlängenspektralbereichen umfassen, die die UV-Wellenlängen enthalten. In einigen Umsetzungen sollte das Umgebungslicht in dem UV-Band reduziert oder eliminiert werden, weil dieses Lichtband Rauschen erzeugt. Diese Eliminierung kann durch UV-Anteilbeschichtung oder durch Materialabsorption erreicht werden. Fingergewebe, Silizium und schwarze Öltinte sowie andere Materialien absorbieren UV-Licht stark. Die Materialabsorption von UV-Licht kann verwendet werden, um den UV-Lichteinfluss auf die optische Fingerabdruckerkennung zu verringern.
20 zeigt ein Beispiel eines Designalgorithmus für das Design der optischen Filterung in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm unter dem Aspekt der obigen Erklärungen zum Verringern des Hintergrundlichts. Daher können neben dem Design angemessener optischer Filter in dem optischen Pfad zu dem optischen Sensormodul weitere Designmerkmale zum Verringern des Hintergrundlichts zu dem Design der aufnehmenden Optiken für das optische Detektorarray in dem optischen Sensormodul hinzugefügt werden. Diese optischen Filterüberlegungen und die weitere Hintergrundlichtverringerung über die Betriebssteuerung und Signalverarbeitung im Betrieb eines solchen optischen Sensormoduls können kombiniert werden, um die gewünschte optische Erkennungsleistung zu erreichen.
In einigen Umsetzungen können ein oder mehrere optische Filter als das Substrat zur Unterstützung von Nadellochkameratypoptiken verwendet werden, sodass mehrere funktionale Anteile kombiniert oder in ein Stück Hardware integriert werden können. Diese Integration oder Kombination verschiedener Hintergrundlichtverringerungsmechanismen können die Vorrichtungskosten verringern und außerdem die Vorrichtungsdicke reduzieren.
Ein optisches Sensormodul unter dem Bildschirm kann ebenfalls mit einem Sensorinitialisierungsprozess bedient werden, um unerwünschte Einflüsse des Hintergrundlichts zu verringern. Wie die Techniken aus 12 und 13 ist dieser Sensorinitialisierungsprozess betrieblicher Art. 21 illustriert ein Beispiel dieses Sensorinitialisierungsprozesses, der einen Baseline-Hintergrundpegel an dem optischen Sensorarray misst, wann immer ein Fingerabdruck erfasst wird. Vor der Durchführung der eigentlichen Fingerabdruckerkennung wird in einer dunklen Raumumgebung ohne Umgebungslichteinfluss, in der das Beleuchtungslicht oder das optische Sondenlicht für die optische Erkennung (die OLED-Anzeige) eingeschaltet ist, eine Fingersimulatorvorrichtung auf dem Abdeckglas platziert, um die Bilddaten aufzunehmen. Die Fingersimulatorvorrichtung ist entworfen, um das Fingerhautreflexionsverhalten zu simulieren, aber weist kein Fingerabdruckmuster auf. Die Bilddaten, die von der Fingersimulatorvorrichtung erhalten werden, werden in den Speicher als Basis-1-Daten für die Hintergrundlichtverringerungsverarbeitung in echten Erkennungsoperationen gespeichert. Dieser Prozess kann ein Vorrichtungskalibrierungsprozess sein, der im Werk vor dem Versand der Vorrichtung ausgeführt wird.
In einer Echtzeitfingerabdruckerkennung ist der Umgebungseinfluss vorhanden. Im Betrieb wird das Beleuchtungslicht oder das optische Sondenlicht (z. B. der OLED-Bildschirm) erst abgeschaltet, um die Bilddaten als Basis 2 aufzunehmen, was unter einer Bedingung mit dem Umgebungslicht erfolgt. Diese Basis 2 stellt den Gesamteinfluss aller Umgebungslichtreste dar. Die Summe von Basis 1 und Basis 2 ergibt die Echtzeitbasis. Als nächstes wird das Beleuchtungslicht oder optische Sondenlicht eingeschaltet, um die Fingerabdruckerkennung durchzuführen, um ein Echtzeitsignal zu erfassen, das eine Mischung aus dem echten Fingerabdrucksignal von dem Fingerabdruck und der Echtzeitbasis darstellt. Ein Unterschied zwischen der Signalmischung und der Echtzeitbasis kann als Anteil der Signalverarbeitung durchgeführt werden, um den Signalbeitrag durch das Umgebungslicht zu verringern, sodass die Bildqualität des Fingerabdruckbilds erfasst werden kann. Das obige Beispiel in 21 illustriert ein Verfahren für den Betrieb einer elektronischen Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen, indem ein optisches Sensormodul bedient wird, das sich unter einem Berührungsanzeigepanel, befindet, das Berührungserkennungsoperationen für die Vorrichtung bereitstellt, um Sondenlicht zu erzeugen, um eine obere transparente Schicht des Berührungsanzeigepanels zu beleuchten, um ein optisches Sensorarray in dem optischen Sensormodul zum Erhalten eines ersten Bilds von zurückgegebenem Sondenlicht von der oberen transparenten Schicht zu betreiben. Dieses Verfahren enthält das Bedienen des optischen Sensorarrays in dem optischen Sensormodul, während das Sondenlicht zum Erhalten eines zweiten Bilds unter Beleuchtung nur mit Umgebungslicht ohne Beleuchtung der oberen transparenten Schicht des Berührungsanzeigepanels mit Sondenlicht abgeschaltet wird; und das Verarbeiten des ersten Bilds und des zweiten Bilds zum Entfernen des Effekts von dem Umgebungslicht in einer Bildgebungsoperation der Vorrichtung.
Basierend auf dem Obigen kann der unerwünschte Effekt des Hintergrundlichts auf die Leistung des optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm in verschiedenen Techniken verringert werden, einschließlich durch Umsetzung von optischer Filterung in dem optischen Pfad zu dem optischen Sensorarray zum Verringern des Hintergrundlichts, Entwerfen der Empfangsoptik für das optische Sensorarray zum Verringern des Hintergrundlichts, oder Steuerung der Operationen des optischen Sensormoduls und Signalverarbeitung zur weiteren Verringerung der Wirkung des Hintergrundlichts auf die optische Erkennungsleistung. Diese verschiedenen Techniken könne einzeln oder in Kombination verwendet werden, um die gewünschte Vorrichtungsleistung zu erreichen.
In der offenbarten optischen Erkennungstechnologie können neben der Verwendung des durch die OLED abgegebenen Lichts von dem OLED-Anzeigemodul eine oder mehrere zusätzliche Lichtquellen verwendet werden, um den Finger zu beleuchten, der erkannt werden soll, um die optische Fingerabdruckerkennung zu verbessern, z. B. durch Verbesserung des Rauschabstands in der Erkennung. Dieser Einschluss einer oder mehrerer zusätzlicher Beleuchtungslichtquellen zum Erhöhen des optischen Signalpegels des optischen Erkennungssignals, das den Fingerabdruck oder andere nützliche Informationen über den Signalpegel hinaus trägt, der durch das zurückgegebene OLED-Anzeigelicht erzeugt wird, um die optische Erkennungsempfindlichkeit zu verbessern, kann alleine oder in Kombination mit den oben offenbarten Techniken zum Verringern der Menge des Hintergrundlichts, das in das optische Sensorarray in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm eintritt, verwendet werden.
Diesbezüglich kann eine elektronische Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen, dazu ausgelegt sein, einen Vorrichtungsbildschirm zu enthalten, der Berührungserkennungsoperationen bereitstellt und eine Anzeigepanelstruktur enthält, die lichtemittierende Anzeigepixel aufweist, wobei jedes Pixel bedienbar ist, Licht abzugeben, um einen Anteil eines Anzeigebilds auszubilden, eine obere transparente Schicht, die über dem Vorrichtungsbildschirm als eine Schnittstelle ausgebildet ist, um durch einen Benutzer für die Berührungserkennungsoperationen berührt zu werden und das Licht von der Anzeigestruktur an einen Benutzer zu übertragen, um Bilder darzustellen, und eine oder mehr zusätzliche Beleuchtungslichtquellen, die platziert sind, um weiteres Beleuchtungslicht an die obere transparente Schicht bereitzustellen, die über dem Vorrichtungsbildschirm als die Schnittstelle ausgebildet ist, um durch einen Benutzer berührt zu werden. Eine solche Vorrichtung kann ferner ein optisches Sensormodul enthalten, das sich unter dem Anzeigepanelstruktur befindet, um Licht zu empfangen, das durch mindestens einen Anteil der lichtemittierenden Anzeigepixel der Anzeigestruktur und durch die eine oder mehr zusätzlichen Beleuchtungslichtquellen abgegeben und von der oberen transparenten Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks zurückgegeben wird, wobei das optische Sensormodul ein optisches Sensorarray umfasst, das ein Bild in dem empfangenen Licht in dem optischen Sensormodul erkennt. In Umsetzungen, wie etwa in verschiedenen OLED-Anzeigen, umfasst die Anzeigepanelstruktur Öffnungen oder Löcher zwischen den lichtemittierenden Anzeigepixeln der Anzeigepanelstruktur, damit das zurückgegebene Licht durch die Anzeigepanelstruktur fallen kann, um das optische Sensormodul zu erreichen, und das optische Sensormodul umfasst ein Array optischer Kollimatoren oder ein Array von Nadellöchern zum Sammeln des von der Anzeigepanelstruktur zurückgegebenen Lichts und zum Trennen des Lichts von verschiedenen Platzierungen in der oberen transparenten Schicht bei Weiterleitung des gesammelten zurückgegebenen Lichts zu dem optischen Sensorarray.
Das erste Beispiel zur Verwendung einer zusätzlichen Beleuchtung ist in 9 gezeigt, die eine oder mehr zusätzliche Lichtquellen 614 enthält, die an derselben Position oder Region der Blickzone 613 befestigt oder angeklebt sind, um eine weitere Beleuchtung für die Erkennungszone 615 bereitzustellen und damit die Lichtintensität in optischen Erkennungsoperationen zu erhöhen. Die zusätzlichen Lichtquellen 614 können von einem erweiterten Typ oder von einem kollimierten Typ sein, sodass alle Punkte in der effektiven Erkennungszone 615 beleuchtet sind. Die zusätzlichen Lichtquellen 614 können eine einzelne Elementlichtquelle oder ein Array von Lichtquellen sein. Weiter können die OLED-Pixel in der Blickzone oder der Fingerabdruckbeleuchtungszone 613 in dem OLED-Anzeigemodul 433 während der optisches Fingerabdruckerkennungsoperation mit einer höheren Helligkeitsstufe über der Helligkeitsstufe betrieben werden, die zum Anzeigen von Bildern in der OLED-Anzeige verwendet wird, um den Beleuchtungspegel für die optische Erkennungsoperation zu erhöhen.
22 und 23 zeigen optische Verhaltensweisen verschiedener optischer Signale in einem Beispiel eines optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm, der weitere Beleuchtungslichtquellen aufweist, um die optische Fingerabdruckerkennungsbeleuchtung zu ergänzen, die durch das OLED-Anzeigelicht bereitgestellt wird.
Das Beispiel in 22 und 23 enthält zusätzliche Lichtquellen 971, die in dem optischen Sensormodul montiert sind. Speziell sind zwei oder mehr zusätzliche Lichtquellen 971 außerhalb des optischen Sensormoduls 600a platziert und befinden sich außerhalb der Packungswände 600b. Jede zusätzliche Lichtquelle 971 kann eine Lichtquelle sein oder mehrere Quellen, wie beispielsweise LED-Lichtquellen, enthalten. Die zusätzlichen Lichtquellen 971 können bedienbar sein, um Licht in einer einzigen Wellenlänge oder mit mehreren Wellenlängen abzugeben (beispielsweise grüne LED, rote LED, Nah-IR LED). Die zusätzlichen Lichtquellen 971 können moduliert werden, um moduliertes Beleuchtungslicht zu erzeugen oder bedient werden, um ihre Emission in verschiedenen Phasen einzuschalten. An dem Ausgabeport jeder zusätzlichen Lichtquelle 971 wird ein angemessenes Kopplungsmaterial 972 zwischen jeder zusätzlichen Lichtquelle 971 und dem OLED-Anzeigemodul bereitgestellt. Das Kopplungsmaterial 972 kann ein geeignetes optisch transparentes Material enthalten, damit das Sondenlicht 973 von der zusätzlichen Lichtquelle 971 in die Anzeige zu dem Finger auf der Abdeckfläche 431 gekoppelt werden kann. In einigen Umsetzungen kann es wünschenswert sein, große Ausgabewinkel des Sondenlichts 973 in der Anzeige zu vermeiden, und das Kopplungsmaterial 972 kann konfiguriert sein, die numerische Öffnung des Sondenlichts einzuschränken. Das Kopplungsmaterial 972 kann ein Material mit niedrigem Index sein, wie etwa ein Luftspalt, und kann strukturiert sein, um eine gewünschte Ausgabeöffnung aufzuweisen, die den Ausgabewinkel des Sondenlichts 973 in der Anzeige einschränkt.
Die kleinen Löcher 450 in den TFT-Schichten des OLED-Anzeigemoduls streuen den Sondenlichtstrahl 973 in verschiedene Richtungen. Wie in 22 gezeigt, breitet sich ein Teil des gestreuten Lichts 977 zu dem optischen Sensormodul 660a mit großen Winkeln aus und tritt aufgrund der Absorption oder Blockade durch die kleine Öffnung der aufnehmenden Optik des optischen Sensormoduls 660a weniger wahrscheinlich in das optische Sensormodul ein. Ein Teil des gestreuten Lichts 977a breitet sich in andere Richtungen aus, die von der Öffnung des optischen Sensormoduls 660a weg führen, und beeinflusst daher nicht die optische Erkennung. Es ist zu beachten, dass ein Anteil des Sondenlichts 973 von jeder zusätzlichen Lichtquelle 971 als Sondenlicht 975 durch die TFT-Schichten auf die obere Fläche der oberen transparenten Schicht 431 fällt. Das Sondenlicht 975 kann in den Finger 60a gekoppelt sein. Die Gewebe in dem Finger 60a streuen das Sondenlicht 975 zum Erzeugen von gestreutem Sondenlicht 979 in verschiedenen Richtungen, einschließlich des zurückgestreuten Sondenlichts 981. Das zurückgestreute Sondenlicht 981 breitet sich durch die obere transparente Schicht 431 zurück aus, um in die TFT-Schichten zu dem optischen Sensormodul 600a hin einzutreten. Die TFT Schichten brechen oder streuen das zurückgestreute Sondenlicht 981, von dem ein Anteil der Sondenlichtbestandteil 983 wird, der durch das Photodetektorarray in dem optischen Sensormodul 600a erkannt werden kann.
Wenn sich das Sondenlicht 979 durch die Fingerhaut ausbreitet, manifestieren der Fingerabdruckgrat- und -rillenbereich Lichtsignale mit verschiedenen Helligkeiten und dieser Helligkeitskontrast bildet das Fingerabdruckmuster aus und wird durch die Fingergewebeabsorption, Refraktion und Reflexion, durch die Fingerhautstrukturschattierung und durch den Reflexionsfähigkeitsunterschied an der Schnittstelle zwischen Fingerhaut und Anzeigeabdeckglas verursacht. Aufgrund des komplizierten Mechanismus des Fingerabdruckkontrasts kann der Fingerabdruck auch erkannt werden, wenn der Finger trocken, nass oder schmutzig ist.
23 zeigt ferner, dass Hintergrundlicht, das an der Vorrichtung vorhanden ist, allgemein zwei verschiedene Anteile des Umgebungs- oder Hintergrundlichts 937 enthalten kann, das auf den Finger 60a fällt, und des Umgebungs- oder Hintergrundlichts 937c, das auf die obere transparente Schicht 431 fällt, ohne in den Finger 60a einzutreten. Da das Umgebungs- oder Hintergrundlicht 937 sich in den Finger 60a ausbreitet, streuen die Fingergewebe das empfangene Hintergrundlicht 937 als gestreutes Hintergrundlicht 937b in verschiedene Richtungen und es mischt sich mit dem Sondenlicht 979. Ein Anteil des gestreuten Lichts 939 in dem gestreuten Hintergrundlicht 937b breitet sich durch den Finger 60a zurück zu dem optischen Sensormodul 600a aus. Das gestreute Hintergrundlicht 939 und ein Anteil des Umgebungslichts 937c, der nicht durch den Finger 60a fällt und in das optische Sensormodul 600a eintritt, wirkt sich negativ auf die optische Erkennungsoperation des optischen Sensormoduls 600a aus. Daher ist es wünschenswert, durch optische Filterung, durch das Design der Aufnahmeoptik oder durch Steuerung der Operation und Signalverarbeitung des optischen Sensormoduls die Menge des Umgebungslichts zu verringern oder zu eliminieren, die in das optische Sensormodul 600a eintritt, wie oben unter Bezugnahme auf 20 und 21 besprochen.
24 zeigt ein Beispiel eines Designalgorithmus für das Design der optischen Filterung in einem optischen Sensormodul unter dem Bildschirm mit zusätzlichen Lichtquellen zur optischen Erkennung. Die Überlegungen für das Design in 24 sind die Verringerung oder Eliminierung des Umgebungslichts an dem optischen Sensormodul, einschließlich Umgebungslicht, das durch den Finger übertragen wird, und das nicht durch den Finger übertragen wird. Dies ist ähnlich wie das Design aus 20. Durch die Absorption des Fingers enthält das übertragene Umgebungslicht einige Nah-IR- und/oder einen Anteil roter Lichtbestandteile. Daher sollten die optischen Filterbeschichtungen entworfen sein, um das verbleibende Umgebungslicht zu handhaben. Ein Beispieldesign ist die Verwendung von Rot- oder Infrarot- (IR) Bandpassfilterung, da das rote und Nah-IR-Licht relativ weit durch Fingergewebe dringen können. Da das Sonnenlicht stark ist, kann der Bandpassfilter basierend auf dem Sondenlichtquellenwellenlängenband entworfen sein. Wie oben in Verbindung mit 20 besprochen, sollte auch das Licht des ultravioletten (UV) Bands eliminiert werden, weil das UV-Band des Lichts zu Rauschen führt. Diese Eliminierung kann durch UV-Anteilbeschichtung oder durch Materialabsorption erreicht werden. Fingergewebe, Silizium und schwarze Öltinte usw. absorbieren UV-Licht stark. In einigen Designs kann die Materialabsorption verwendet werden, um den UV-Lichteinfluss zu eliminieren. Für das Umgebungslicht, das nicht durch den Finger dringt, kann die Extinktion durch Entwerfen der Aufnahmeoptikabsorption erreicht werden. Dieser Anteil des Lichts weist große Einfallswinkel auf, die durch eine angemessen entworfene aufnahmenumerische Öffnung blockiert werden können.
Die Techniken zum Verringern des Hintergrundlichts in 19-24 können auch mit zusätzlichen Lichtquellen zur optischen Erkennung zum Verringern des Umgebungslichts auf das optische Sensormodul angewendet werden.
Wenn zusätzliche Lichtquellen zur optischen Erkennung bereitgestellt sind, ist die Beleuchtungsenergie zur optischen Erkennung nicht mehr durch die optische Energie von dem OLED-Anzeigelicht beschränkt. Solche zusätzlichen Lichtquellen können entworfen sein, um ausreichende Beleuchtung zur optischen Erkennung bereitzustellen, um den optischen Erkennungsrauschabstand zu verbessern, um den Umgebungslichteinfluss auszugleichen. In Umsetzungen können die zusätzlichen Lichtquellen moduliert sein, ohne die Anzeigefunktion und -standzeit zu beeinflussen. Weiterhin können die zusätzlichen Lichtquellen während der Fingerabdruckerkennung kurzzeitig mit hoher Ausgabeenergie blinken, um eine optimierte Erkennung zu erhalten. Weiterhin kann die Verwendung zusätzlicher Lichtquellen Flexibilität bei der Feststellung erhöhen, ob ein erkannter Finger ein lebender Finger ist, sodass gefälschte Fingerabdruckerkennung vermieden werden kann. Beispielsweise können grüne LEDs und Nah-IR-LEDs als zusätzliche Lichtquellen verwendet werden, um bei der Erkennung lebender Finger zu helfen, wie unter Bezugnahme auf 14A und 14B erklärt, wenn die Fingergewebe das grüne Licht stark absorbieren, sodass das Fingerbild sich mit einem gewünschten großen Helligkeitsgefälle manifestiert und das Nah-IR Licht ganz durch den Finger leuchtet, sodass die Fingerbildhelligkeit einheitlicher erscheint.
In verschiedenen Umsetzungen der Technologie des optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm zur Fingerabdruckerkennung, das hierin offenbart ist, wird ein Bildmodul, das mindestens eine Bildgebungslinse aufweist, verwendet, um die optische Bildgebung des beleuchteten berührten Anteils eines Fingers auf dem optischen Sensorarray in dem optisches Sensormodul unter dem Bildschirm zu erreichen. Der Linseneffekt des Bildgebungsmoduls dient teilweise der Steuerung der räumlichen Verteilung des zurückgegebenen Lichts, das das zurückgegebene Licht von verschiedenen Platzierungen an dem berührten Anteil des Fingers an dem optischen Sensorarray räumlich streuen kann, sodass die räumlichen Informationen in dem zurückgegebenen Licht, das dem Fingerabdruckmuster an einem Finger entspricht, durch die Bildgebungslinse mit einer gewünschten räumlichen Bildgebungsauflösung erhalten bleiben kann, wenn die Bildgebungslinse das zurückgegebene Licht leitet, um das optische Sensorarray zu erreichen. Die räumliche Bildgebungsauflösung eines Bildgebungsmoduls, das eine einzelne Bildgebungslinse oder eine Baugruppe aus zwei oder mehr Bildgebungslinsen aufweist, ist proportional zu der numerischen Öffnung des Bildgebungsmoduls. Dementsprechend verlangt eine hochauflösende Bildgebungslinse eine große numerische Öffnung und daher eine Linse mit einem großen Durchmesser. Dieser Aspekt eines linsenbasierten Bildgebungsmoduls verlangt zwangsweise ein Bulking-Linsensystem zum Erzeugen eines hochaufgelösten Bildgebungssystems. Weiterhin weist eine gegebene Bildgebungslinse ein begrenztes Blickfeld auf, das sich vergrößert, wenn die sich die Brennweite verringert, und sich verringert, wenn sich die Brennweite erhöht.
In vielen Fingerabdruckerkennungsanwendungen, wie etwa optischen Fingerabdrucksensoren, die unter einer Bildschirmanzeige in einer mobilen Vorrichtung, umgesetzt sind, ist es wünschenswert, ein kompaktes Bildgebungssystem mit einer hohen räumlichen Bildgebungsauflösung und einem großen Blickfeld zu besitzen. Mit Blick auf die gegenseitige Beeinflussung verschiedener Bildgebungsmerkmale eines linsenbasierten Bildgebungssystems wie oben besprochen, wird ein kompaktes optisches Bildgebungssystem zur optischen Fingerabdruckerkennung nachfolgend bereitgestellt, indem ein linsenbasiertes Bildgebungssystem kombiniert wird, um eine hohe räumliche Bildgebungsauflösung über die Linse und eine verringerte Größe des erfassten Bilds an dem optischen Detektorarray zu erhalten, um die Größe des optischen Detektorarrays über dieselbe Linse zu verringern. Das Nadelloch wird vor der Linse platziert, um ein Blickfeld in der optischen Bildgebung zu erzeugen, indem eine Nadellochkamera bereitgestellt wird, ohne jedoch eine Linse mit großem Durchmesser zu benötigen. Eine konventionelle Nadellochkamera kann eine kleine Öffnung für die optische Bildgebung enthalten und ein großes Blickfeld erzeugen, während es durch die kleine Öffnung und eine geringe räumliche Bildgebungsauflösung einer eingeschränkten Bildhelligkeit unterliegt. Eine Kombination einer Bildgebungslinse und einer Nadellochkamera kann bei angemessenem Design einen Nutzen aus der hohen räumlichen Bildgebungsauflösung der Bildgebungslinse und dem großen Blickfeld der Nadellochkamera ziehen.
25 zeigt ein Beispiel eines optischen Sensormoduls 620, das unter einer OLED-Bildschirmanzeige platziert ist, wobei ein Nadelloch und eine Linse verwendet werden, um das optische Bildgebungssystem für das optische Sensormodul 620 auszubilden. In diesem Beispiel ist das optische Erkennungsmodul 620 durch Verwendung einer Mikrolinse 621e mit einem kleinen Durchmesser, der etwa dieselbe Größe wie das Nadelloch aufweisen kann, ein kompaktes Modul, das nur wenig größer als das Nadelloch ist. Die Mikrolinse 621e ist an einer Nadellochstruktur 621g angebracht, die optisch undurchsichtig ist und eine Schicht eines geschwärzten oder metallischen Materials sein kann, die auf einer Fläche eines Nadellochsubstrats 621f eines optisch transparenten Materials mit einer Öffnung als Nadelloch 643 ausgebildet ist. Die Mikrolinse 621e ist auf der unteren Seite des Nadellochsubstrats 621f platziert. Im Betrieb sind die optischen Schichten über dem Nadelloch 643 in der Nadellochstruktur 621g strukturiert, um ein großes optisches Blickfeld zum Sammeln des zurückgegebenen Lichts von dem OLED-Anzeigepanel zu erzeugen und das gesammelte Licht an das optische Sensorarray 623e zu übertragen. Die optischen Detektoren in dem optischen Sensorarray 623e reagieren auf die empfangene optische Struktur zum Erzeugen von Detektorsignalen und ein Detektorschaltungsmodul 623f ist mit dem optischen Sensorarray 623e gekoppelt, um die Detektorsignale zu empfangen und zu verarbeiten. Das Detektorschaltungsmodul 623f kann in einigen Umsetzungen eine flexible gedruckte Schaltung (PFC) enthalten. Die Mikrolinse 621e empfängt das übertragene Licht von dem Nadelloch und konzentriert das empfangene Licht auf das optische Sensorarray 623e für optische Bildgebung mit einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung an dem optischen Sensorarray 623e im Vergleich mit einer geringeren räumlichen Bildgebungsauflösung des Nadellochs beim Projizieren des Lichts auf das optische Sensorarray 623e ohne die Mikrolinse 621e. In diesem Design wird die niedrige Auflösung des Nadellochs durch Verwendung der Mikrolinse 621e ausgeglichen, und das eingeschränkte Blickfeld der Mikrolinse 621e wird durch das große Blickfeld des Nadellochs 643 ausgeglichen.
In dem illustrierten Beispiel der Verwendung der Nadellochlinsenbaugruppe für optische Bildgebung in 25 befindet sich die Objektebene der Nadellochlinsenbaugruppe in der Nähe der oberen effektiven Erkennungszone 615 an der oberen Fläche der transparenten Schicht 431, wie etwa einem Abdeckglas für das OLED-Anzeigepanel der Berührungserkennung, und die Bildgebungsebene der Nadellochlinsenbaugruppe ist die Empfangsfläche der optischen Detektoren des optischen Sensorarrays 623e. Neben dem Nadellochsubstrat 621f ist ein optisch transparenter Abstandhalter 618e mit einem Refraktionsindex, der niedriger ist als der des Nadellochsubstrats 621f, zwischen dem Nadellochsubstrat 621f und dem OLED-Anzeigepanel bereitgestellt. Diese Verwendung eines Materials mit geringerem Index über dem Nadellochsubstrat 621f ist Teil des optischen Designs zum Erreichen eines großen Blickfelds zum Empfangen von Licht von dem OLED-Anzeigepanel. In einigen Umsetzungen kann der Abstandhalter 618e mit niedrigerem Index ein Luftspalt sein. Dieses Design stellt eine optische Schnittstelle von zwei verschiedenen optischen Materialien zwischen dem Abstandhalter 618e mit niedrigerem Index und dem Nadellochsubstrat 621f mit höherem Index bereit, und die optische Refraktion an dieser Schnittstelle wandelt ein großes Blickfeld (FOV) (in einigen Fällen z. B. etwa 140 Grad) von einfallendem Licht von dem OLED-Anzeigepanel in dem Abstandhalter 618e mit niedrigerem Index in ein kleineres FOV in dem Nadellochsubstrat 621f mit höherem Index um. Dementsprechend haben die Ausgabelichtstrahlen, die durch die Nadellochlinsenbaugruppe erzeugt werden, ein relativ kleines FOV.
Dieses Design zum Verringern des FOV ist in verschiedenen Aspekten vorteilhaft. Erstens ist das optische Eingabe-FOV in dem Abstandhalter 618e mit niedrigerem Index des optischen Sensormoduls 620 ein großes FOV. Zweitens ist das tatsächliche FOV, das durch die Nadellochlinsenbaugruppe behandelt wird, die sich unter dem Nadellochsubstrat 621f mit höherem Index befindet, im Vergleich zu dem optischen Eingabe-FOV ein verringertes FOV, sodass Lichtstrahlen mit großen Einfallswinkeln durch dieses verringerte FOV eingeschränkt sind. Dies ist vorteilhaft, weil Bildverzerrungen, die durch Lichtstrahlen bei großen Einfallswinkeln an der Nadellochlinsenbaugruppe verursacht werden, durch dieses verringerte FOV verringert werden. Weiterhin verringert dieses verringerte FOV an der Nadellochlinsenbaugruppe die unerwünschte Nadellochschattierungswirkung, die die Helligkeitsverteilung des Bilds an dem optischen Sensorarray verzerren würde.
Anders als eine konventionelle Nadellochkamera, die in einigen Nadellochkameradesigns ein Nadelloch mit einem Durchmesser von etwa 40 Mikron verwendet, ist das Nadelloch 643 entworfen, um einen Durchmesser aufzuweisen, der viel größer ist als die übliche Größe eines Nadellochs in einer Nadellochkamera, z. B. in einigen Designs größer als 100 Mikron oder 200 Mikron (z. B. 250 Mikron). In dieser Kombination der Linse und des Nadellochs erlaubt die Verwendung des Materials mit hohem Index für das Nadellochsubstrat 612f direkt über dem Nadelloch 643 und die Verwendung der Schicht 618e mit niedrigerem Index über dem Nadellochsubstrat 612f einen Durchmesser des Nadellochs 643, der viel größer ist als die übliche Größe eines Nadellochs in einer Nadellochkamera, wobei noch immer ein großes FOV erreicht wird. Beispielsweise kann in einigen Umsetzungen der Durchmesser des Nadellochs 643 etwa gleich oder ähnlich sein wie der Radius der Biegung der Kurvenfläche der Linse 621e, wenn diese als Halbkugellinse mit einer flachen Fläche strukturiert ist, die zu dem Nadelloch 643 weist, und einer teilweise kugelförmigen Fläche, die das Licht von dem Nadelloch 643 zu dem Photodetektorarray 621e lenkt.
Weitere Designmerkmale können auch umgesetzt sein, um die allgemeine optische Leistung und Kompaktheit des optischen Bildgebungssystems basierend auf der Nadellochlinsenbaugruppe zu verbessern. Beispielsweise können, wie in 25 illustriert, weitere optische Schichten zwischen der Linsennadellochbaugruppe und dem Photodiodenarray 623e angeordnet sein. In diesem Beispiel sind ein optisch transparenter Abstandhalter 621h und ein Schutzmaterial 623g in dem Lichtpfad von der Nadellochlinsenbaugruppe zu dem optischen Sensorarray 623e bereitgestellt. In einigen Umsetzungen kann der Abstandhalter 621h eine Schicht mit niedrigem Index wie etwa ein Luftspalt sein und das Schutzmaterial 623g kann eine Schicht sein, die die Oberseite der optischen Detektoren des optischen Sensorarrays 623e abdeckt und einen Refraktionsindex aufweist, der höher ist als der des Abstandhalters 621h. Die Schichten 621h und 623g können strukturiert sein, um die Bildgebungsverzerrung an dem optischen Sensorarray 623e zu verringern oder zu eliminieren. Wenn Licht an den Medienschnittstellen gebrochen wird, besteht eine Nichtlinearität in den Richtungen der gebrochenen Strahlen und erzeugt Bildverzerrungen an dem optischen Sensorarray 623e. Diese Verzerrungen werden stärker, wenn die Einfallswinkel groß sind. Um solche Verzerrungen zu verringern, kann das optische Dickeverhältnis der Abstandhalter 621h und 623g mit Blick auf die optische Struktur der Nadellochlinsenbaugruppe und das optische Objektivfeld der Nadellochlinsenbaugruppe (z. B. den optischen Schichten von der oberen Erkennungsfläche des obere Glasschicht 431 zum Nadellochsubstrat 621f) ausgewählt sein.
Optische Verzerrungen treten an jeder Schnittstelle verschiedener optischer Materialien entlang des optischen Lichtpfads von der Oberseite des OLED-Anzeigepanels zu dem optischen Sensorarray 623e auf. Eine Designtechnik zum Verringern solcher optischer Verzerrungen ist die Bereitstellung optisch passender Strukturen an der Unterseite der Nadellochlinsenbaugruppe (d. h. die optischen Schichten an der Bildgebungsseite der Nadellochlinsenbaugruppe), zu entsprechenden optischen Strukturen an der Oberseite der Nadellochlinsenbaugruppe (d. h. die optischen Schichten an der Objektseite der Nadellochlinsenbaugruppe), sodass eine optische Verzerrung, die an einer Schnittstelle entlang des optischen Pfads von dem OLED-Panel zu der Nadellochlinsenbaugruppe in der Objektseite der Nadellochlinsenbaugruppe auftritt, durch optische Refraktion an einer passenden Schnittstelle entlang des optischen Pfads von der Nadellochlinsenbaugruppe zu dem optischen Sensorarray 623e in der Bildgebungsseite der Nadellochlinsenbaugruppe beseitigt oder ausgeglichen wird. Die optischen Abgleichschichten in der Bildgebungsseite der Nadellochlinsenbaugruppe werden unter Beachtung der optischen Energie der Linse in der Nadellochlinsenbaugruppe entworfen.
26 illustriert ein optisches Bildgebungssystem, wobei die Nadellochlinsenbaugruppe eine Reihe von Schichten (633,635,637,639,641 usw.) über dem Nadelloch 643 und entsprechende Materialschichten 645, 647, 649 usw. unter dem Nadelloch 643 aufweist. In einem Nadellochbildgebungssystem mit dem Nadelloch 643 alleine ohne die Linse 621e liegen optische Verzerrungen vor, wenn die Medien zwischen dem Objekt und den Bildfeldern nicht übereinstimmen. Solche optischen Verzerrungen können die Form einer Tonnenverzerrung aufweisen, wenn das FOV groß ist. Beispielsweise kann, wie in 26 illustriert, statt eines Fingers 447 ein Objekt 651 mit einer Gitterstruktur wie dargestellt über der oberen Erkennungsfläche platziert werden, um die Verzerrungen zu prüfen. Die Tonnenverzerrung durch die nicht abgeglichenen optischen Schichten zwischen dem Objekt und den Bildfeldern des Nadellochs 643 können durch die verzerrte Struktur 653 dargestellt sein. Solche Verzerrungen sind nicht erwünscht, weil sie sich direkt auf die Genauigkeit des Fingerabdruckmusters auswirken, das durch das optische Sensorarray 623e erfasst wird. Es wird angemerkt, dass die Stufe dieser Verzerrungen in dem zentralen Anteil des Bildgebungsfelds an dem optischen Sensorarray 623e üblicherweise höher ist, als in dem peripheren Anteil, wie durch das verzerrte Bild 653 illustriert.
Um solche Verzerrungen zu verringern, können die Materialschichten 645, 647, 649, usw. unter dem Nadelloch in dem Bildgebungsfeld entsprechend ihrer Refraktionsindizes und Dickewerte strukturiert werden, um die Verzerrungen umzukehren, die durch die Materialschichten in der Objektseite verursacht werden. Dies wird erreicht, indem das Refraktionsverhalten bei großen Einfallswinkeln abgeglichen wird, um das Bild so zu korrigieren, dass es linear an der Detektorfläche ausgebildet ist. Beispielsweise kann in einem Nadellochbildgebungssystem mit einer Bildgebungsvergrößerung von 1/5 bei einer Glasschicht mit einer Dicke von 2 mm und einer Luftspaltschicht mit einer Dicke von 1 mm über dem Nadelloch 643 eine Glasschicht mit einer Dicke von 0,4 mm und ein Luftspalt mit einer Dicke von 0,25 mm unter dem Nadelloch 643 und über dem optischen Sensorarray 623e bereitgestellt sein, um die optischen Verzerrungen an dem optischen Sensorarray 623e zu verringern. Diese Technik kann angewendet werden, um Abgleichschichten unter dem Nadelloch 643 für komplexe Materialschichten über dem Nadelloch 643 bereitzustellen.
Die Nadellochlinsenbaugruppe für optische Bildgebung in dem Beispiel in 25 kann eine höhere räumliche Bildgebungsauflösung erreichen, um feine Merkmale in den erfassten Bildern über die räumliche Bildgebungsauflösung des Systems mit dem Nadelloch 643 hinaus alleine ohne die Linse 621e zu erfassen. Diese höhere räumliche Bildgebungsauflösung ist ein Ergebnis des Vorhandenseins der Linse 621e. 27A-27B illustrieren die Bildgebungsoperation des Nadellochs alleine und die Bildgebungsoperation der Nadellochlinsenbaugruppe.
27A zeigt ein Nadellochbildgebungssystem ohne die Linse, wobei das Nadelloch 643 den einfallenden Lichtstrahl 661 beugt, um einen gebeugten Ausgabelichtstrahl 673 zu erzeugen, der durch die Diffraktion durch das Nadelloch 643 abweicht. Dieser abweichende Lichtstrahl 673 bildet einen Bildlichtpunkt 679 an der Bildgebungsebene 667 aus, der die Auflösung dieses Bildgebungssystems reflektiert.
27B zeigt eine Mikrolinse 621e, die unter dem Nadelloch 643 hinzugefügt ist, und die Biegung der Mikrolinse 621e modifiziert die Wellenfront der Lichtstrahlen, die durch das Nadelloch 643 gebeugt werden, um einen Lichtpunkt 681 an der Bildgebungsebene 667 zu erzeugen, der kleiner ist als der Lichtpunkt 679, der durch das Nadelloch 643 alleine ohne die Linse 621e erzeugt wird.
Die Nadellochlinsenbaugruppe kann in dem Beispiel in 25 umgesetzt sein, um ein kompaktes optisches Sensormodul 620 zu erzeugen. Durch die Refraktion an den Medienschnittstellen können die Lichtausbreitungswinkel durch Verwendung verschiedener optischer Materialien gesteuert werden. Wie beispielsweise in 28 dargestellt, wird ein Lichtstrahl 683 mit einem großen Einfallswinkel zu einem Strahl 685 mit einem kleineren Winkel gebogen, nachdem er in das Nadellochsubstrat 621f eintritt, wenn der Refraktionsindex n1 in dem Medium über dem Nadellochsubstrat 621f kleiner als der Refraktionsindex n2 des Nadellochsubstrats 621f ist. Daher kann ein extrem großes Blickfeld umgesetzt werden, um Eingabelicht an der Objektseite der Nadellochlinsenbaugruppe durch Verwendung eines Materials mit höherem Index für das Nadellochsubstrat 621f zu empfangen. In einigen Umsetzungen kann ein großes FOV (z. B. nahe bei oder über 140 Grad) durch Verwendung eines Materials mit hohem Index für das Nadellochsubstrat 621f erreicht werden, um einen ausreichend großen Unterschied zwischen den Refraktionsindizes des Nadellochsubstrats 621f und der Schicht über dem Nadellochsubstrat 621f zu erreichen.
Das obige Design zum Erreichen einer großen Diffraktionsbiegung der Lichtstrahlen an der oberen Fläche des Nadellochsubstrats 621f kann verwendet werden, um die Dicke des optischen Sensormoduls zu verringern, indem einige Spalte mit niedrigem Refraktionsindex in den Lichtpfad integriert werden (wie etwa Luftspalte). Weiterhin kann die Bildeinheitlichkeit des Bilds von der Nadellochlinsenbaugruppe verbessert werden, weil die Kippwinkel der Lichtstrahlen, die in die Linse unter dem Nadellochsubstrat eintreten, mit einem kleineren FOV durch die große Refraktion an der Oberseite des Nadellochsubstrats 621e verringert werden.
In der Nadellochlinsenbaugruppe ist die Mikrolinse unter dem Nadelloch 643 platziert und die optische Öffnung der Mikrolinse ist daher durch die kleine Öffnung des Nadellochs 643 klein. So zeigt die Mikrolinse geringere Abweichungen, weil Lichtstrahlen, die von dem Nadelloch 643 durch die Mikrolinse gesammelt werden, allgemein nahe an der Achse der gebogenen Flächen der Mikrolinse liegen.
Durch Umsetzung dieser Nadellochlinsenbaugruppe wird die Mitte des Nadellochs 643 an oder in der Nähe der Mitte der Mikrolinsenfläche platziert. In dem Beispiel in 28 ist eine Halbkugellinse als ein Beispiel dargestellt und auf einer Nadellochplatine befestigt (z. B. aufgeklebt), um diese Konfiguration zu erreichen. Die flache Fläche der Halbkugellinse 621e zeigt nach oben, um in das Nadelloch 643 einzugreifen, und die Mitte der flachen Fläche der Halbkugellinse 621e befindet sich an oder in der Nähe der Mitte des Nadellochs 643. Unter diesem Design hätte jegliches einfallendes Licht bei kleinen oder großen Einfallswinkeln zur flachen Fläche der Halbkugellinse 621e über das Nadelloch 643 seine Lichtstrahlenrichtung so, dass diese mit einer radialen Richtung der Halbkugellinse 621e übereinstimmt, die die optische Achse der Linse in dieser Richtung ist. Die Konfiguration verringert optische Abweichungen. Für Lichtstrahlen 663 und 683 mit verschiedenen Einfallswinkeln an der Oberseite des Nadellochsubstrats 621f werden die Lichtpfade modifiziert, nachdem sie in das Nadellochsubstrat 621f eintreten, um nahe an den jeweiligen optischen Achsen 689 und 691 der Halbkugellinsenfläche zu liegen. Daher zeigen unter diesem spezifischen Design die Bildlichtpunkte 681 und 693 geringe optische Abweichungen.
Die Nadellochlinsenbaugruppe kann einer Öffnungsschattierungswirkung unterliegen, die das endgültige Bild auf der Bildgebungsebene (das optische Sensorarray 623e) in der Mitte heller und in dem peripheren Bereich dunkler aussehen lässt, mit einer graduellen Änderung der Helligkeit entlang der radialen Richtung von der Mittel zu dem peripheren Bereich. Diese Wirkung verschlechtert das Bild, das an dem optischen Sensorarray 623e erfasst wird, und kann durch Verwendung einer korrigierenden optischen Filterung verbessert werden, die die räumliche Helligkeitsverteilung modifiziert. Beispielsweise kann ein optischer Filter mit einem räumlichen Übergangsübertragungsprofil in den optischen Pfad des Lichts eingesetzt werden, das durch das optische Sensormodul empfangen wird, z. B. einem Ort zwischen dem OLED-Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray. Dieser Übergangsübertragungsfilter ist so strukturiert, dass er eine hohe optische Abschwächung an oder in der Nähe einer Mitte des Nadellochs und eine Verringerung der optischen Abschwächung von der Mitte des Nadellochs radial auswärts zum Ausgleichen einer räumlichen Variation einer optischen Intensitätsverteilung des Lichts durch das Nadelloch aufweist. 29 zeigt ein Beispiel eines optischen Abschwächungsprofils für einen solchen Übergangsübertragungsfilter mit einer radialen Übergangsabschwächung, die von der Mittel zur Kante abnimmt.
In Umsetzungen kann der Übergangsübertragungsfilter eine oder mehrere Beschichtungen enthalten, die auf einer Fläche des Lichtpfads erfolgen können, um die Uneinheitlichkeit der Bildhelligkeit zu korrigieren, z. B. an der unteren Fläche der Anzeige, der Fläche des Modulanteils oder der oberen Fläche des optischen Sensorarrays. Neben dem Ausgleichen der räumlichen Uneinheitlichkeit durch die Öffnungsschattierungswirkung kann der Filter ferner konfiguriert sein, andere Typen von Helligkeitsuneinheitlichkeiten auszugleichen und kann auch Merkmale enthalten, die andere optische Verzerrungen und optische Abweichungen verringern können.
Wie oben unter Bezugnahme auf 18-24 erklärt, kann unerwünschtes Hintergrund- oder Umgebungslicht sich negativ auf die optische Erkennungsoperation auswirken und durch verschiedene Techniken verringert werden. Diese und andere Techniken zum Verringern der Auswirkung des Umgebungslichts können auch verwendet werden, um die Leistung eines solchen optischen Sensormoduls unter dem Bildschirm basierend auf der Nadellochlinsenbaugruppe zu verbessern.
Beispielsweise kann die Verwendung eines Lichtabschirmpakets außerhalb des optischen Sensormoduls, wie in 19, 22 und 23 illustriert, auch auf ein optisches Sensormodul unter dem Bildschirm basierend auf der Nadellochlinsenbaugruppe angewendet werden. 30 zeigt ein Beispiel, in dem das Sensormodul 620 in ein Paket 620a integriert ist, um das Umgebungslicht von dem Eintritt in das optische Sensorarray zu blockieren. Ein Fenster ist in der Schutzschicht der Anzeige ausgebildet. Das Modul 620 und 620a ist unter der Schutzschicht installiert. Ein Abstandhaltermaterial 631 kann angewendet werden, um die Ansicht der Anzeige zu modifizieren und einen Schutz der Anzeige bereitzustellen. Wenn der Abstandhalter 618e ein Luftspalt ist, ist das Sensormodul nicht mit der Anzeige direkt in Kontakt, sodass die Anzeige bei der Verwendung nicht beeinträchtigt wird.
Die in diesem Patentdokument offenbarte optische Erkennungstechnologie unter dem Bildschirm kann in verschiedenen Konfigurationen umgesetzt werden. Einige Beispiele solcher Konfigurationen sind nachfolgend bereitgestellt.
Konfiguration 1 ist eine elektronischen Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen, und enthält ein Anzeigepanel, das lichtemittierende Anzeigepixel enthält, die bedienbar sind, um Licht zum Anzeigen von Bildern abzugeben; eine obere transparente Schicht, die über dem Anzeigepanel als eine Schnittstelle ausgebildet ist, um durch einen Benutzer berührt zu werden und Licht von dem Anzeigepanel zu übertragen, um Bilder darzustellen; und ein optisches Sensormodul, das sich unter dem Anzeigepanel befindet, um Licht zu empfangen, das durch mindestens einen Anteil der lichtemittierenden Anzeigepixel von der oberen transparenten Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks abgegeben wird. Das optische Sensormodul enthält ein optisches Sensorarray optischer Detektoren zum Umwandeln des von dem Anzeigepanel zurückgegebenen Lichts, das ein Fingerabdruckmuster des Benutzers in Detektorsignale überträgt, die das Fingerabdruckmuster darstellen, eine Nadellochschicht, angeordnet zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray und strukturiert, ein Nadelloch zu enthalten, das strukturiert ist, ein großes optisches Blickfeld zum Sammeln des von dem Anzeigepanel zurückgegebenen Lichts und Übertragen des gesammelten Lichts zu dem optischen Sensorarray, und eine Linse, angeordnet zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray zum Empfangen des übertragenen Lichts von dem Nadelloch und zum Fokussieren des empfangenen Lichts auf das optische Sensorarray für optische Bildgebung mit einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung an dem optischen Sensorarray im Vergleich zu einer geringeren räumlichen Bildgebungsauflösung bei Verwendung des Nadellochs zum Projizieren von Licht auf das optische Sensorarray ohne die Linse.
Konfiguration 2 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, wobei eine Mitte des Nadellochs und eine Mitte der Linse entlang einer Richtung in rechtem Winkel von der Nadellochschicht zu dem optischen Sensorarray ausgerichtet sind.
Konfiguration 3 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, wobei das optische Sensormodul eine optisch transparente Struktur enthält, die zwischen der Linse und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, um Licht von der Linse zu dem optischen Sensorarray zu lenken und mit einer Refraktionseigenschaft und einer Dicke strukturiert ist, um eine optische Verzerrung an dem optischen Sensorarray zu verringern.
Konfiguration 4 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 3, wobei die optisch transparente Struktur zwischen der Linse und dem optischen Sensorarray eine optisch transparente Abstandhalterschicht und eine optisch transparente Schutzschicht enthält, die über den optischen Detektoren des optischen Sensorarrays ausgebildet ist.
Konfiguration 5 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 4, wobei die optisch transparente Schutzschicht einen optischen Bandpassfilter enthält, der Licht überträgt, das durch das Anzeigepanel abgegeben wird, während er Licht mit anderen Wellenlängen blockiert.
Konfiguration 6 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 4, wobei die optisch transparente Abstandhalterschicht einen Luftspalt enthält.
Konfiguration 7 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, wobei das optische Sensormodul erste optisch transparente Schichten enthält, die zwischen dem Anzeigepanel und der Nadellochschicht angeordnet sind; und zweite optisch transparente Schichten, die sich unter der Nadellochschicht und der Linse und über dem optischen Sensorarray befinden. Die Refraktionsindizes und Dickewerte der zweiten optisch transparenten Abstandhalterschicht und der zweiten optisch transparenten Schichten sind basierend auf sowohl (1) Refraktionsindizes und Dickewerten der ersten optisch transparenten Abstandhalterschicht als auch (2) einer optischen Energie der Linse zum Verringern einer optischen Verzerrung in einem optischen Bild ausgewählt, das an dem optischen Sensorarray erfasst wird.
Konfiguration 8 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 7, wobei die ersten optisch transparenten Schichten, die zwischen dem Anzeigepanel und der Nadellochschicht angeordnet sind, und die zweiten optisch transparenten Schichten, die sich unter der Nadellochschicht und der Linse und über dem optischen Sensorarray befinden, bezüglich der Nadellochschicht symmetrisch angeordnet sind.
Konfiguration 9 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, wobei das optische Sensormodul eine optisch transparente Schicht enthält, die zwischen dem Anzeigepanel und der Nadellochschicht angeordnet ist und mit der Nadellochschicht in Kontakt steht, wobei die Nadellochschicht einen Refraktionsindex aufweist, der höher ist als ein Refraktionsindex der optisch transparenten Schicht in Kontakt mit der Nadellochschicht.
Konfiguration 10 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, wobei die Linse, die zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, direkt mit dem Nadelloch in Kontakt steht.
Konfiguration 11 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, die ferner einen Übergangsübertragungsfilter enthält, der zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, um eine räumliche optische Intensitätsverteilung des Lichts zu modifizieren, das an dem optischen Sensorarray empfangen wird, nachdem es durch das Nadelloch und die Linse gefallen ist. Der Übergangsübertragungsfilter ist so strukturiert, dass er eine hohe optische Abschwächung in einer oder in der Nähe einer Mitte des Nadellochs und eine Verringerung der optischen Abschwächung von der Mitte des Nadellochs radial auswärts zum Ausgleichen einer räumlichen Variation einer optischen Intensitätsverteilung des Lichts durch das Nadelloch aufweist.
Konfiguration 12 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 11, wobei der Übergangsübertragungsfilter zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensormodul angeordnet ist.
Konfiguration 13 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 11, wobei sich der Übergangsübertragungsfilter in dem optischen Sensormodul befindet.
Konfiguration 14 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, die ferner einen oder mehrere optische Filter enthält, die zwischen einer oberen Fläche der oberen transparenten Schicht und dem optischen Sensorarray des optischen Sensormoduls platziert sind, um eine Menge an Umgebungslicht zu blockieren oder zu verringern, das in das optische Sensorarray eintritt.
Konfiguration 15 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 14, wobei der eine oder die mehreren optischen Filter entworfen sind, um infrarotes (IR) Licht auszufiltern.
Konfiguration 16 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 14, wobei der eine oder die mehreren optischen Filter entworfen sind, um ultraviolettes (UV) Licht auszufiltern.
Konfiguration 17 ist die Vorrichtung aus Anspruch 1, die ferner Seitenwände enthält, die an Seiten des optischen Sensorarrays ausgebildet sind, um Umgebungslicht zu blockieren, das in das optische Sensorarray mit großen Einfallswinkeln eintritt.
Konfiguration 18 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 1, die ferner eine oder mehrere zusätzliche Beleuchtungslichtquellen enthält, platziert, um weiteres Beleuchtungslicht an die obere transparente Schicht bereitzustellen, die über dem Vorrichtungsbildschirm als die Schnittstelle ausgebildet ist, um durch einen Benutzer berührt zu werden, und das optische Sensormodul ist zum Empfangen von Licht platziert, das durch mindestens einen Anteil der lichtemittierenden Anzeigepixel und durch die eine oder mehreren zusätzlichen Beleuchtungslichtquellen abgegeben wird und von der oberen transparenten Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks zurückgegeben wird.
Konfiguration 19 ist ein Verfahren für den Betrieb einer elektronischen Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen, und enthält den Betrieb eines optischen Sensormoduls, das sich unter einem Berührungsanzeigepanel befindet, das Berührungserkennungsoperationen für die Vorrichtung bereitstellt, um Sondenlicht zu erzeugen, um eine obere transparente Schicht des Berührungsanzeigepanels zu beleuchten; Lenken des zurückgegebenen Sondenlichts von der oberen transparenten Schicht in ein Nadelloch in dem optischen Sensormodul, um dem Empfang an dem Nadelloch des zurückgegeben Lichts bei verschiedenen Winkeln in einem großen Blickfeld zu erlauben; die Verwendung einer Linse, die zwischen dem Nadelloch und einem optischen Sensorarray optischer Detektoren in dem optischen Sensorarray platziert ist zum Empfangen von Licht von dem Nadelloch und zum Fokussieren des empfangenen Lichts von dem Nadelloch auf das optische Sensorarray für optische Bildgebung mit einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung an dem optischen Sensorarray im Vergleich mit einer geringeren räumlichen Bildgebungsauflösung bei Verwendung des Nadellochs zum Projizieren von Licht auf das optische Sensorarray ohne die Linse; und Blockieren oder Verringern der Menge an Umgebungslicht, das in das optische Sensorarray eintritt, zum Verbessern der optischen Erkennung des Sondenlichts an dem optischen Sensorarray.
Konfiguration 20 ist das Verfahren aus Konfiguration 19, das ferner die Platzierung eines Übergangsübertragungsfilters zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray mit einer hohen optischen Abschwächung in einer oder in der Nähe einer Mitte des Nadellochs und eine Verringerung der optischen Abschwächung von der Mitte des Nadellochs radial auswärts zum Ausgleichen einer räumlichen Variation einer optischen Intensitätsverteilung des Lichts durch das Nadelloch enthält.
Konfiguration 21 ist das Verfahren aus Konfiguration 19, das ferner die Verwendung eines oder mehrerer optischer Filter zum Blockieren oder Verringern einer Menge an Umgebungslicht, das in das optische Sensorarray eintritt enthält.
Konfiguration 22 ist das Verfahren aus Konfiguration 21, wobei der eine oder die mehreren optischen Filter entworfen sind, um infrarotes (IR) Licht auszufiltern.
Konfiguration 23 ist das Verfahren aus Konfiguration 21, wobei der eine oder die mehreren optischen Filter entworfen sind, um ultraviolettes (UV) Licht auszufiltern.
Konfiguration 24 ist das Verfahren aus Konfiguration 19, das ferner die Bereitstellung von Seitenwänden enthält, die an Seiten des optischen Sensorarrays ausgebildet sind, um Umgebungslicht zu blockieren, das in das optische Sensorarray mit großen Einfallswinkeln eintritt.
Konfiguration 25 das Verfahren aus Konfiguration 19, das ferner den Betrieb des optischen Sensormoduls enthält, zum Messen des zurückgegebenen Sondenlichts mit zwei oder mehr verschiedenen Wellenlängen, das von lichtemittierenden Anzeigepixeln in dem Anzeigepanel abgegeben wird; und Vergleichen eines Extinktionsverhältnisses des Sondenlichts mit den zwei oder mehr verschiedenen Wellenlängen, um festzustellen, ob das zurückgegebene Licht ein Signal trägt, das anzeigt, dass der Benutzer ein lebender Mensch ist.
Konfiguration 26 ist das Verfahren aus Konfiguration 19, das ferner den Betrieb des optischen Sensormoduls enthält, um verschiedene Fingerabdruckmuster zu verschiedenen Zeiten zu erfassen, um die Zeitdomänenentwicklung der Fingerabdruckgratstrukturverformung zu überwachen, die die Zeitdomänenentwicklung einer Druckkraft von der Kontakteingabe anzeigt.
Konfiguration 27 ist das Verfahren aus Konfiguration 19, das ferner den Betrieb des Anzeigepanels in einem Blinkmodus enthält, um einen Anteil der lichtemittierenden Anzeigepixel in dem Anzeigepanel mit einem Lichtemissionspegel blinken zu lassen, der höher ist als ein Lichtemissionspegel beim Anzeigen von Bildern, um eine Anwesenheit eines Fingers zu erkennen und einen Fingerabdruck des Fingers zu erhalten.
Konfiguration 28 ist das Verfahren aus Konfiguration 19, das ferner umfasst: Betrieb des optischen Sensormoduls zum Erhalten eines ersten Bilds von dem zurückgegebenen Sondenlicht von der oberen transparenten Schicht; Betrieb des optischen Sensormoduls bei Abschalten des Sondenlichts zum Erhalten eines zweiten Bilds unter Beleuchtung nur mit Umgebungslicht ohne Beleuchtung der oberen transparenten Schicht des Berührungsanzeigepanels mit Sondenlicht; und Verarbeitung des ersten Bilds und des zweiten Bilds zum Entfernen eines Effekts von dem Umgebungslicht in einer Bildgebungsoperation der Vorrichtung.
Konfiguration 29 ist eine elektronische Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Fingerabdruck durch optische Erkennung zu erkennen, und enthält ein Anzeigepanel, das lichtemittierende Anzeigepixel enthält, die bedienbar sind, um Licht zu emittieren, um Bilder anzuzeigen; eine obere transparente Schicht, die über dem Anzeigepanel als eine Schnittstelle ausgebildet ist, um durch einen Benutzer berührt zu werden und das Licht von dem Anzeigepanel zu übertragen, um Bilder darzustellen; und ein optisches Sensormodul, das sich unter dem Anzeigepanel befindet, um Licht zu empfangen, das durch mindestens einen Anteil der lichtemittierenden Anzeigepixel abgegeben und von der oberen transparenten Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks zurückgegeben wird. Das optische Sensormodul enthält ein optisches Sensorarray optischer Detektoren zum Umwandeln des von dem Anzeigepanel zurückgegebenen Lichts, das ein Fingerabdruckmuster des Benutzers in Detektorsignale überträgt, die das Fingerabdruckmuster darstellen; eine Nadellochschicht, angeordnet zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray und strukturiert, um ein optisch transparentes Nadellochschichtmaterial mit einem hohen Refraktionsindex zum Empfangen von Licht von der oberen transparenten Schicht und dem Anzeigepanel zu enthalten und eine undurchsichtige Schicht, die auf einer Fläche des optisch transparenten Nadellochschichtmaterials ausgebildet ist, um ein Nadelloch zu enthalten, um das durch das optisch transparente Nadellochschichtmaterial empfangene Licht zu übertragen; eine optische Abstandhalterschicht, die zwischen dem Anzeigepanel und der Nadellochschicht ausgebildet ist, um mit dem optisch transparenten Nadellochschichtmaterial der Nadellochschicht in Kontakt zu stehen, um das empfangene Licht von der oberen transparenten Schicht und dem Anzeigepanel zu dem Nadelloch zu lenken, das an einer gegenüberliegenden Seite des optisch transparenten Nadellochschichtmaterials ausgebildet ist; und eine Linse, angeordnet zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray, zum Empfangen des übertragenen Lichts von dem Nadelloch und zum Fokussieren des empfangenen Lichts auf das optische Sensorarray für optische Bildgebung mit einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung und einer verringerten Bildgröße an dem optischen Sensorarray im Vergleich mit einer geringeren räumlichen Bildgebungsauflösung bei Verwendung des Nadellochs zum Projizieren von Licht auf das optische Sensorarray ohne die Linse. In Konfiguration 29, ist die optische Abstandhalterschicht konfiguriert, einen Refraktionsindex aufzuweisen, der geringer ist als der hohe Refraktionsindex des optisch transparenten Nadellochschichtmaterials, um ein großes optisches Blickfeld zum Sammeln des zurückgegebenen Lichts von der oberen transparenten Schicht und des Anzeigepanels zur Übertragung durch das Nadelloch an das optische Sensorarray zu erzeugen.
Konfiguration 30 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 29, in der die Linse eine Halbkugellinse ist, die eine flache Fläche aufweist, die an der undurchsichtigen Schicht befestigt ist, die auf dem optisch transparenten Nadellochschichtmaterial ausgebildet ist, um das Nadelloch das Nadelloch abzudecken und zum Empfangen von Licht von dem Nadelloch und einer teilweise kugelförmigen Fläche, die Licht, das von dem Nadelloch empfangen wurde, zu dem optischen Sensorarray lenkt, und eine Mitte der flachen Fläche der Halbkugellinse befindet sich in der oder in der Nähe der Mitte des Nadellochs.
Konfiguration 31 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 30, wobei das Nadelloch einen Durchmesser aufweist, der ähnlich oder gleich wie der Radius der Biegung der teilweise kugelförmigen Fläche der Halbkugellinse ist.
Konfiguration 32 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 30, wobei das Nadelloch einen Durchmesser von über 100 Mikrometern aufweist.
Konfiguration 33 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 32, wobei das Nadelloch einen Durchmesser von über 200 Mikrometern aufweist.
Konfiguration 34 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 29, die ferner einen Übergangsübertragungsfilter enthält, der zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, um eine räumliche optische Intensitätsverteilung des Lichts zu modifizieren, das an dem optischen Sensorarray empfangen wird, nachdem es durch das Nadelloch und die Linse gefallen ist. Der Übergangsübertragungsfilter ist so strukturiert, dass er eine hohe optische Abschwächung in der oder in der Nähe einer Mitte des Nadellochs und eine Verringerung der optischen Abschwächung von der Mitte des Nadellochs radial auswärts zum Ausgleichen einer räumlichen Variation einer optischen Intensitätsverteilung des Lichts durch das Nadelloch aufweist.
Konfiguration 35 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 34, wobei der Übergangsübertragungsfilter zwischen dem Anzeigepanel und dem optischen Sensormodul angeordnet ist.
Konfiguration 36 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 34, wobei sich der Übergangsübertragungsfilter in dem optischen Sensormodul befindet.
Konfiguration 37 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 29, die ferner einen oder mehrere optische Filter enthält, die zwischen einer oberen Fläche der oberen transparenten Schicht und dem optischen Sensorarray des optischen Sensormoduls platziert sind, um eine Menge an Umgebungslicht zu blockieren oder zu verringern, das in das optische Sensorarray eintritt.
Konfiguration 38 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 37, wobei der eine oder die mehreren optischen Filter entworfen sind, um infrarotes (IR) Licht auszufiltern.
Konfiguration 39 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 37, wobei der eine oder die mehreren optischen Filter entworfen sind, um ultraviolettes (UV) Licht auszufiltern.
Konfiguration 40 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 29, die ferner ein Gehäuse enthält, um das optische Sensormodul aufzunehmen, um Umgebungslicht zu blockieren, das in das optische Sensorarray mit hohen Einfallswinkeln eintritt.
Konfiguration 41 ist die Vorrichtung aus Konfiguration 29, die ferner eine oder mehrere zusätzliche Beleuchtungslichtquellen enthält, platziert, um weiteres Beleuchtungslicht an die obere transparente Schicht bereitzustellen, die über dem Vorrichtungsbildschirm als die Schnittstelle ausgebildet ist, um durch einen Benutzer berührt zu werden, und wobei das optische Sensormodul zum Empfangen von Licht platziert ist, das durch mindestens einen Anteil der lichtemittierenden Anzeigepixel und durch die eine oder mehreren zusätzlichen Beleuchtungslichtquellen abgegeben wird und von der oberen transparenten Schicht zum Erkennen eines Fingerabdrucks zurückgegeben wird.
Wenngleich dieses Patentdokument viele spezifische Angaben enthält, sollten diese nicht als einschränkend für den Umfang jeglicher Erfindung oder dessen, was beansprucht wird, ausgelegt werden, sondern vielmehr als Beschreibungen der Merkmale, die spezifisch für bestimmte Ausführungsformen bestimmter Erfindungen sein können. Bestimmte Merkmale, die in diesem Patentdokument im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben werden, können in Kombination in einer einzigen Ausführungsform umgesetzt werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Kontakt einer einzigen Ausführungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungsformen getrennt oder in geeigneten Unterkombinationen umgesetzt werden. Weiterhin können zwar Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben sein und sogar anfänglich so beansprucht sein, es können jedoch ein oder mehr Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen von der Kombination gelöst werden und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
Ähnlich sind zwar Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, es sollte jedoch nicht so verstanden werden, als müssten diese Operationen in der bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden, wie dargestellt, oder in aufeinander folgender Reihenfolge, oder dass alle illustrierten Operationen durchgeführt werden müssen, um gewünschte Ergebnisse zu erreichen. Weiterhin sollte die Unterteilung verschiedener Systembestandteile in den in diesem Patentdokument beschriebenen Ausführungsformen nicht als diese Unterteilung in allen Ausführungsformen verlangend verstanden werden.
Es wurden nur einige wenige Umsetzungen und Beispiele beschrieben, und andere Umsetzungsverbesserungen und Variationen sind basierend auf dem, was in diesem Patentdokument beschrieben und illustriert ist, möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2015/0331508 A1 [0044]
US 2016/038445 [0111]
US 62181718 [0111]
WO 2016/205832 A1 [0111]
CN 2016/104354 [0111]
US 62249832 [0111]
WO 2017/076292 A1 [0111]

Claims

Optisches Sensormodul, das dazu ausgelegt ist, unter einem Anzeigepanel angeordnet zu sein, um ein Fingerabdruckmuster eines Fingers über dem Anzeigepanel zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes umfasst: ein optisches Sensorarray optischer Detektoren zum Umwandeln von zurückgegebenem Licht, das Fingerabdruckinformationen trägt, in Detektorsignale, die ein Fingerabdruckmuster darstellen, wobei das zurückgegebene Licht erzeugt wird, wenn der Finger beleuchtet wird, und durch das Anzeigepanel übertragen wird; eine Nadellochschicht, die über dem optischen Sensorarray angeordnet ist, wobei die Nadellochschicht ein Nadelloch zum Sammeln des zurückgegebenen Lichts und zum Übertragen des zurückgegebenen Lichts in Richtung des optischen Sensorarrays umfasst, und eine Linseneinheit, die zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, wobei die Linseneinheit konfiguriert ist, das zurückgegebene Licht vom Nadelloch zu empfangen und das zurückgegebene Licht auf das optische Sensorarray zu fokussieren.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, wobei das Anzeigepanel ein OLED-Anzeigepanel ist, das mehrere OLED-Pixel umfasst, und zumindest manche der OLED-Pixel konfiguriert sind, Beleuchtungslicht zum Beleuchten des Fingers zu erzeugen, um das zurückgegebene Licht zu erzeugen.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, wobei das Nadelloch so strukturiert ist, dass es ein großes optisches Blickfeld beim Sammeln des zurückgegebenen Lichts erzeugt.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, wobei eine Mitte des Nadellochs und eine Mitte der Linseneinheit entlang einer Richtung in rechtem Winkel von der Nadellochschicht zum optischen Sensorarray ausgerichtet sind.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 4, wobei die Linseneinheit mindestens eine Linse für optische Bildgebung bei einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung umfasst, wenn das zurückgegebene Licht auf das optische Sensorarray fokussiert wird.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, wobei die Linseneinheit eine Mikrolinse mit einer Größe, die etwas größer als die des Nadellochs ist, umfasst und die Mikrolinse an einer Nadellochstruktur angebracht ist, die optisch undurchsichtig ist und auf einer Oberfläche eines Nadellochsubstrats eines optisch transparenten Materials mit einer Öffnung ausgebildet ist, wobei die Öffnung als das Nadelloch konfiguriert ist.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen oder mehrere optische Filter, die zwischen der Linseneinheit und dem optischen Sensorarray platziert sind, um eine Menge an Umgebungslicht zu blockieren oder zu verringern, das in das optische Sensorarray eintritt.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 7, wobei der eine oder die mehreren optischen Filter entworfen sind, um infrarotes (IR) Licht oder ultraviolettes (UV) Licht auszufiltern.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, wobei das optische Sensormodul Folgendes enthält: eine optisch transparente Struktur, die zwischen der Linseneinheit und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, um Licht von der Linseneinheit zum optischen Sensorarray zu lenken, und mit einer Refraktionseigenschaft und einer Dicke strukturiert ist, um eine optische Verzerrung an dem optischen Sensorarray zu verringern.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, wobei die optisch transparente Struktur zwischen der Linseneinheit und dem optischen Sensorarray eine optisch transparente Abstandhalterschicht und eine optisch transparente Schutzschicht enthält, die über den optischen Detektoren des optischen Sensorarrays ausgebildet sind.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 10, wobei die optisch transparente Schutzschicht einen optischen Bandpassfilter enthält, der Licht überträgt, das durch das Anzeigepanel abgegeben wird, während er Licht mit anderen Wellenlängen blockiert.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 10, wobei die optisch transparente Abstandhalterschicht einen Luftspalt enthält.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, ferner umfassend: erste optisch transparente Schichten, platziert zwischen dem Anzeigepanel und der Nadellochschicht; und zweite optisch transparente Schichten, platziert unter der Nadellochschicht und der Linseneinheit und über dem optischen Sensorarray, wobei Refraktionsindizes und Dickewerte der zweiten optisch transparenten Abstandhalterschicht und der zweiten optisch transparenten Schichten sowohl auf (1) Refraktionsindizes und Dickewerten der ersten optisch transparenten Abstandhalterschicht als auch (2) einer optischen Leistung der Linseneinheit zum Verringern einer optischen Verzerrung in einem optischen Bild basierend ausgewählt werden, das an dem optischen Sensorarray erfasst wird.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 13, wobei die ersten optisch transparenten Schichten, die zwischen dem Anzeigepanel und der Nadellochschicht angeordnet sind, und die zweiten optisch transparenten Schichten, die sich unter der Nadellochschicht und der Linse und über dem optischen Sensorarray befinden, bezüglich der Nadellochschicht symmetrisch angeordnet sind.
Optisches Sensormodul nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine oder mehrere zusätzliche Beleuchtungslichtquellen, die so angeordnet sind, dass sie zusätzliches Beleuchtungslicht zum Beleuchten des Fingers über dem Anzeigepanel bereitstellen.
Elektronische Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst: ein Anzeigepanel; und ein optisches Sensormodul, das unter dem Anzeigepanel angeordnet ist, wobei das optische Sensormodul konfiguriert ist, ein Fingerabdruckmuster eines Fingers über dem Anzeigepanel zu erfassen; wobei das optische Sensormodul Folgendes umfasst: ein optisches Sensorarray optischer Detektoren zum Umwandeln von zurückgegebenem Licht, das Fingerabdruckinformationen trägt, in Detektorsignale, die ein Fingerabdruckmuster darstellen, wobei das zurückgegebene Licht erzeugt wird, wenn der Finger beleuchtet wird, und über das Anzeigepanel übertragen wird; eine Nadellochschicht, die über dem optischen Sensorarray angeordnet ist, wobei die Nadellochschicht ein Nadelloch zum Sammeln des zurückgegebenen Lichts und Übertragen des zurückgegebenen Lichts in Richtung des optischen Sensorarrays umfasst, und eine Linseneinheit, die zwischen der Nadellochschicht und dem optischen Sensorarray angeordnet ist, wobei die Linseneinheit konfiguriert ist, das zurückgegebene Licht vom Nadelloch zu empfangen und das zurückgegebene Licht auf das optische Sensorarray zu fokussieren.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Anzeigepanel ein OLED-Anzeigepanel ist, das mehrere OLED-Pixel umfasst, und zumindest manche der OLED-Pixel konfiguriert sind, Beleuchtungslicht zum Beleuchten des Fingers zu erzeugen, sodass das zurückgegebene Licht erzeugt wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Nadelloch so strukturiert ist, dass es ein großes optisches Blickfeld beim Sammeln des zurückgegebenen Lichts erzeugt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Linseneinheit mindestens eine Linse für optische Bildgebung mit einer verbesserten räumlichen Bildgebungsauflösung umfasst, wenn das zurückgegebene Licht auf das optische Sensorarray fokussiert wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das optische Sensormodul ferner einen oder mehrere optische Filter umfasst, die zwischen der Linseneinheit und dem optischen Sensorarray platziert sind, um eine Menge an Umgebungslicht zu blockieren oder zu verringern, das in das optische Sensorarray eintritt.