CN109858417A - 屏下光学指纹成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种屏下光学指纹成像装置，包括：配置有发光单元的基板；设置于基板一侧的光感元件，其用于将光信号转换为电信号进行成像；设置于基板背离光感元件一侧的第一膜片单元，其包括第一1/4波片和第一线偏振片，第一1/4波片位于第一线偏振片和基板之间；设置于第一膜片单元背离基板一侧的第三1/4波片，其光轴和第一线偏振片的偏振方向之间形成第三角度，第三角度的数值为45°±5°；设置在第三1/4波片背离基板一侧的盖板，其具有透光区域，透光区域用于供用户的手指按压或靠近。本发明实施例屏下光学指纹成像装置可以有效的提高成像稳定性和质量。

Description

屏下光学指纹成像装置

技术领域

本发明涉及屏下光学指纹技术领域，尤其涉及一种屏下光学指纹成像装置。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

屏下指纹目前可采用指纹传感器成像的方法应用在OLED显示屏下。具体的，显示面板中配置的OLED光源发出的光，经依次设置于显示面板外表面的1/4波片和线偏振片到达按压或接触在玻璃盖板上的手指。光在手指的脊的位置会发成漫反射而亮度降低，而在谷的位置由于发生镜面反射亮度较高。从而反射回来并到达指纹传感器的光的亮度不同，实现成像。

如图1所示，OLED显示屏的显示面板400中配置的OLED光源400c发出的光，经过1/4波片100a和线偏振片100b后出射线偏振光①和④。其中，线偏振光①指向用户手指的谷，而线偏振光④指向用户手指的脊。并且，用户手指的谷不与盖板玻璃500接触，而用户手指的脊与盖板玻璃500接触。

由此，用户手指的谷所对应的盖板玻璃500表面的两侧，分别是玻璃材质和空气。并且，已知的，光在玻璃材质中的传播速度要小于光在空气中的传播速度。也就是说，相对于盖板玻璃500的制成材料而言，用户手指的谷与盖板玻璃500之间容置的空气是光疏介质。

根据光的反射原理，光由光密介质射向光疏介质时，会在两者的交界处发生反射。这样，大部分线偏振光①会在盖板玻璃500处发生镜面反射。反射回的光②仍然为和线偏振片100b偏振方向相同的线偏振光，从而其可以穿过线偏振片100b。随后，再穿过1/4波片100a出射圆偏振光③，并射向屏下，到达指纹传感器600。

同样的，用户手指的脊所对应的盖板玻璃500表面的两侧，分别是玻璃材质和用户的手指。由于玻璃材质与用户手指之间的密度差异，远小于玻璃材质与空气之间的密度差异。从而，光在玻璃材质中的传播速度，与光在用户手指中的传播速度的差异也较小。也就是说，盖板玻璃500的制成材料与用户手指的光密程度相近。

由此，大部分线偏振光④会在用户手指脊的位置处发生漫反射。这样，漫反射回来的光⑤的强度及亮度相较于镜面反射回来的光②较弱。并且，反射回的光⑤仍然为和线偏振片100b偏振方向相同的线偏振光，从而其可以穿过线偏振片100b。随后，再穿过1/4波片100a出射圆偏振光⑥，并射向屏下，到达指纹传感器600。

那么，由脊反射回来的圆偏振光⑥的强度及亮度，相较于在谷的位置发生镜面反射回来的圆偏振光③较弱。从而，指纹传感器600根据脊谷反射回来的光的亮度差进行成像。

由上述可知，现有利用屏下的指纹传感器600进行成像的技术，基于其成像原理，要求用户的手指必须与盖板玻璃500很好的贴合，以使光能在手指的脊的位置处发生区别于镜面反射的漫反射。如此，才能使得到达指纹传感器600的反射光的强度和亮度产生差异化，从而成像。

然而，在某些情况下，例如外界温度较低，导致用户的手指较为较硬；或者，用户手指较为干燥等，则用户的手指可能难以与盖板玻璃500保持贴合。那么，用户手指的脊与盖板玻璃500之间的接触不充分。则此时，在脊的位置也有可能发生镜面反射。这样，最终到达指纹传感器600的反射光的强度和亮度的差异不明显，成像稳定性和质量较差。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

基于前述的现有技术缺陷，本发明实施例提供了一种屏下光学指纹成像装置，其可以有效的提高成像质量。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种屏下光学指纹成像装置，包括：

配置有发光单元的基板；

设置于所述基板一侧的光感元件，所述光感元件用于将光信号转换为电信号；

设置于所述基板背离所述光感元件一侧的第一膜片单元，所述第一膜片单元包括第一1/4波片和第一线偏振片；所述第一1/4波片位于所述第一线偏振片和所述基板之间；

设置于所述第一膜片单元背离所述基板一侧的第三1/4波片，所述第三1/4波片的光轴与所述第一线偏振片的偏振方向之间成第三角度，所述第三角度的数值为45°±5°；

设置于所述第三1/4波片背离所述基板一侧的盖板，所述盖板具有透光区域，所述透光区域用于供用户的手指按压或靠近。

优选地，所述发光单元发出指向所述透光区域的光经所述第一1/4波片和第一线偏振片后出射第一线偏振光；所述第一线偏振光经所述第三1/4波片后出射第一圆偏振光；

部分所述第一圆偏振光在所述透光区域发生镜面反射后回射第二圆偏振光，所述第二圆偏振光的旋转方向和所述第一圆偏振光的旋转方向相反；所述第二圆偏振光经所述第三1/4波片后出射与所述第一线偏振片的偏振方向垂直的第二线偏振光，从而所述第二线偏振光无法透过所述第一线偏振片。

优选地，用户的手指具有指纹表层和指纹深层，且所述指纹表层和所述指纹深层均具有脊和谷；

当用户的手指按压或靠近所述透光区域时，部分所述第一圆偏振光穿透所述透光区域到达所述指纹深层，并分别在所述指纹深层的脊和谷处发生漫反射后回射目标信号光；至少部分所述目标信号光依次经所述第三1/4波片和第一膜片单元后达到所述光感元件。

优选地，所述目标信号光包括第一自然光和第二自然光；其中，所述第一自然光为所述第一圆偏振光在所述指纹表层和指纹深层的谷处发生漫反射后回射形成的，所述第二自然光为所述第一圆偏振光在所述指纹表层和指纹深层的脊处发生漫反射后回射形成的；所述第一自然光的亮度大于所述第二自然光的亮度。

优选地，所述基板和所述光感元件之间设置有第二膜片单元，所述第二膜片单元包括第二1/4波片和第二线偏振片，所述第二1/4波片位于所述第二线偏振片和所述基板之间；

所述第一1/4波片的光轴与所述第一线偏振片的偏振方向之间成第一角度，所述第二1/4波片的光轴与所述第二线偏振片的偏振方向之间成第二角度；

沿所述第二膜片单元指向所述第一膜片单元的视角方向，所述第一角度和所述第二角度其中一个为+45°±5°，另一个为-45°±5°。

优选地，所述第一角度为+45°±5°，所述第二角度为-45°±5°；或者，所述第一角度为-45°±5°，所述第二角度为+45°±5°。

优选地，所述第一膜片单元和第二膜片单元至少部分重叠。

优选地，所述第二膜片单元朝向所述第一膜片单元的投影至少部分地覆盖所述第一膜片单元。

优选地，所述光感元件配置在指纹模组中，所述第二膜片单元构成所述指纹模组结构的一部分。

优选地，所述指纹模组配置有支撑所述光感元件的支架，所述第二膜片单元设置在所述支架上。

优选地，所述支架限定出一容置空间，所述容置空间中设置有镜筒；光能经所述镜筒到达所述光感元件；所述第二膜片单元至少部分地收容在所述容置空间中；或者，所述第二膜片单元至少部分地设置在所述镜筒中。

优选地，所述第二膜片单元支撑在所述支架的端部；或者，所述第二线偏振片收容在由所述支架限定出来的容置空间中，所述第二1/4波片支撑在所述支架的端部。

优选地，所述光感元件和所述基板之间还设置有多个光学镜片。

优选地，所述第二膜片单元位于所有所述光学镜片的上方；或者，所述第二膜片单元位于所有所述光学镜片的下方；或者，所述第二膜片单元位于任意相邻的两个所述光学镜片之间；或者；所述第二1/4波片和所述第二线偏振片之间间隔有一个或多个所述光学镜片。

优选地，多个所述光学镜片设置在所述容置空间中；或者，多个所述光学镜片设置在所述镜筒中。

优选地，所述基板和所述光感元件之间还设置有滤光片，所述滤光片用于至少部分的过滤目标信号光中的噪声光。

优选地，所述滤光片位于所述第二膜片单元的上方；或者，所述滤光片位于所述第二1/4波片和所述第二线偏振片之间；或者，所述滤光片位于所述第二膜片单元和所述光感元件之间。

优选地，所述滤光片设置在所述容置空间中；或者，所述滤光片设置在所述镜筒中。

借由以上的技术方案，本发明的有益效果在于：

本发明实施例的屏下光学指纹成像装置，通过在第一膜片单元背离基板的一侧设置第三1/4波片，可以消除发生镜面反射的光，实现利用手指深层漫反射的光进行成像。从而，光感元件的成像不再受手指干湿以及是否与盖板接触良好的影响，成像的质量和稳定性较佳。

也就是说，本发明实施例的屏下光学指纹成像装置不采用镜面反射光来进行成像，而是采用漫反射光来进行成像。这样，即便用户的手指不与盖板相接触，或者，用户的手指与盖板的接触不良，即此时指纹脊与盖板的表面接触不充分，而导致有大量的镜面反射光，也不会影响光感元件对漫反射光的正常接收和成像。

由此可知，本发明实施例的屏下光学指纹成像装置，可实现即便用户的手指不与盖板接触，也能完成指纹信息的采集、成像和识别。由此，成像质量和稳定性不受用户的手指是否与盖板接触的影响。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施例包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为现有技术的下光学指纹成像装置的结构示意图及其光路图；

图2为本发明实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及其镜面反射光路图；

图3为本发明第一实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及深层漫反射的光路图；

图4为本发明第二较佳实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及其深层漫反射的光路图；

图5为本发明第三较佳实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及其深层漫反射的光路图；

图6为本发明第四较佳实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及其深层漫反射的光路图；

图7为本发明第五较佳实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及其深层漫反射的光路图；

图8为本发明第六较佳实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及其深层漫反射的光路图；

图9为本发明第七较佳实施例的屏下光学指纹成像装置的结构示意图及其深层漫反射的光路图；

图10A为第一1/4波片的光轴与第一线偏振片的偏振方向之间成+45°±5°的示意图；

图10B为第二1/4波片的光轴与第二线偏振片的偏振方向之间成-45°±5°的示意图；

图11A为第一1/4波片的光轴与第一线偏振片的偏振方向之间成-45°±5°的示意图；

图11B为第二1/4波片的光轴与第二线偏振片的偏振方向之间成+45°±5°的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本说明书中，将本发明实施例的屏下光学指纹成像装置在正常使用状态下，指向或面对使用者的方向定义为“上”，将与之相反，或者背离使用者的方向定义为“下”。

具体的，当本发明实施例的屏下光学指纹成像装置被配置在电子设备中时，将电子设备的显示屏指向或面对使用者的方向定义为“上”，将与之相反，或者背离使用者的方向定义为“下”。

更具体的，将图2至图9中所示意的向上的方向定义为“上”，将图2至图9中所示意的向下的方向定义为“下”。

本发明实施例提供的屏下光学指纹成像装置，其可运用于包括但不限于屏下指纹解锁、用户身份验证、权限获取等场景中。

具体的，当本发明实施例的屏下光学指纹成像装置被配置于电子设备中时，电子设备可以基于该屏下光学指纹成像装置获取用户的指纹特征信息，用以与存储的指纹信息进行匹配，以实现对当前用户的身份验证，从而确认其是否有相应的权限来对电子设备执行相关的操作。

需要说明的是，上述获取的指纹信息，仅是用户生物特征中一种常见的实施例。在可预想的范畴内，本领域技术人员可将本发明实施例的技术方案扩展运用于任意合适的生物特征的验证场景中。例如通过获取用户的虹膜这一生物特征信息进行验证的场景，本发明实施例对此不作限定。

下文是以获取用户指纹信息作为主述场景来阐述的。但基于上文描述可知，本发明实施例的保护范围并不因此而受到限定。

本发明实施例的屏下光学指纹成像装置可以被应用在包括但不限于移动智能手机、平板电子设备、计算机、GPS导航仪、个人数字助理、智能可穿戴设备等电子设备中。

如图2至图9所示，本发明实施例的屏下光学指纹成像装置可以包括配置有发光单元4c的基板4。基板4可以包括第一面板基材4a和第二面板基材4b。其中，第一面板基材4a位于第二面板基材4b的上方，且两者相叠置。

第一面板基材4a和第二面板基材4b可以为透光材料例如玻璃、PI树脂等制成。从而，发光单元4c发出的光可在第一面板基材4a和第二面板基材4b中传播。

发光单元4c可以为包含OLED或者LED在内的任意合适的可发光元件，其可以设置在第一面板基材4a和第二面板基材4b之间。即发光单元4c设置在第二面板基材4b上，第二面板基材4b可以作为支撑件承载发光单元4c。

由此，该基板4可以为自发光显示屏。因此，基板4的发光单元4c不仅可以用于显示，还可以用于作为激励光源。该激励光源用于向用户的手指发射激励光，该激励光被用户的手指反射，形成携带有指纹信息的目标信号光。

进一步地，屏下光学指纹成像装置还可以配置有位于基板4一侧(如图2至图9所示意的基板4的下方)的光感元件6。该光感元件6至少用于能接收自基板4上方的用户手指反射回来的目标信号光。并且，可以将目标信号光转换为电信号，以生成指纹图像。

光感元件6进一步可以将该指纹图像发送给与之信号连接的图像处理器，图像处理器进行图像处理得到指纹信号，并通过算法对指纹信号进行指纹识别。

光感元件6可以仅为指纹芯片。即指纹芯片单独构造形成光感元件6。

或者，光感元件6也可以为配置有指纹芯片的指纹传感器。即配置有指纹芯片的指纹传感器构造形成光感元件6。

亦或者，光感元件6还可以为指纹传感器阵列(如公告号为CN203909812U所提供的已知实施例)。该指纹传感器阵列可以包括多个指纹传感器，每个指纹传感器均配置有指纹芯片。

换句话说，光感元件6可以为配置有指纹芯片的任意合适的构造。

基板4背离光感元件6另一侧(如图2至图9所示意的基板4的上方)设置有第一膜片单元1。第一膜片单元1可以包括第一1/4波片1a和第一线偏振片1b。并且，第一1/4波片1a位于第一线偏振片1b和基板4之间，即第一1/4波片1a位于第一线偏振片1b的下方。

第一1/4波片1a和第一线偏振片1b可以是采用有机材料制成，也可以是采用无机材料制成，只要能分别实现相位延迟功能和偏光功能即可。

第一1/4波片1a和第一线偏振片1b可以叠置，也可以间隔设置。

进一步地，第一膜片单元1背离基板4一侧(如图2至图9所示意的第一膜片单元1的上方)设置有第三1/4波片3。第三1/4波片3可以与基板4叠置，也可以与基板4相隔离。

第三1/4波片3的光轴和第一线偏振片1b的偏振方向之间形成第三角度。并且，第三角度的数值(即绝对值)在45°附近。具体可以为，第三角度的数值在一容错范围内即可。

具体的，第三角度的数值为45°±5°，则第三角度的数值在45°，并在0-10°这一容错范围内。举例为，第三角度的数值为42°、45°、48°或50°等，均可满足实际的要求。

第三1/4波片3背离第三1/4波片3一侧(如图2至图9所示意的第三1/4波片3的上方)设置有盖板5。盖板5具有透光区域，透光区域上形成有用于供用户的手指按压或靠近的操作区域。

在本实施例中，该透光区域可以占据盖板5的整个上表面。此时盖板5整体可以由透光材料制成，其上表面不存在光线无法透过的区域。

或者，该透光区域也可以仅占据盖板5的部分上表面。例如，盖板5可以包括由透光材料制成的中央显示区域以及由不透光材料制成的边框区域。其中，该中央显示区域即可构成该透光区域。

并且，该透光区域的部分或者全部构成该操作区域。

具有透光区域的盖板5具体可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板。且该盖板5的上表面可以设置有保护层。应当理解的是，用户的手指的按压，实际上可以为用户的手指按压在盖板5上；或者，也可以为按压在设置在该盖板5上表面的保护层上。

下面介绍利用本发明上述实施例的屏下光学指纹成像装置的工作原理。

基板4中的发光单元4c朝向盖板5的透光区域发出的光，大致可分为两部分，其中一部分光发生镜面反射，另一部分光在手指的表层以及深层发生漫反射。具体如下：

如图2所示，在发生镜面反射的情形中，发光单元4c发出指向透光区域的光，经第一1/4波片1a和第一线偏振片1b后出射第一线偏振光⑦和第一线偏振光⑦和经第三1/4波片3后出射第一圆偏振光⑧和

当用户的手指按压在盖板5的透光区域上时，第一圆偏振光⑧指向用户手指的谷，第一圆偏振光指向用户手指的脊。

实质上，第一圆偏振光⑧和不仅会在透光区域上发生镜面反射，还会在用户的手指的表层以及深层发生漫反射。也就是说，有一部分第一圆偏振光⑧和在透光区域上会发生镜面反射，还有一部分第一圆偏振光⑧和会穿透盖板5的透光区域到达用户的手指，并在用户的手指处发生漫反射。

由于无论用户的手指是否按压在盖板5的透光区域上，亦或者，无论用户的手指是否与盖板5的透光区域相接触，第一圆偏振光⑧和照射到盖板5的透光区域上时均会发生镜面反射。因此，在发生镜面反射的情形中，暂且不讨论第一圆偏振光⑧和发生漫反射的情形。

由此，部分第一圆偏振光⑧和在透光区域发生镜面反射后，回射第二圆偏振光⑨和由于第二圆偏振光⑨和是第一圆偏振光⑧和经一次反射后形成的，因此第二圆偏振光⑨和的旋转方向和第一圆偏振光⑧和的旋转方向相反。

随后，第二圆偏振光⑨和继续向下传播，经第三1/4波片3后，出射与第一线偏振片1b的偏振方向垂直的第二线偏振光⑩和从而第二线偏振光⑩和无法透过第一线偏振片1b。

由此可知，通过在第一膜片单元1背离基板4的一侧设置第三1/4波片3，可以消除发生镜面反射的光。

进一步地，用户的手指具有指纹表层和指纹深层，且指纹表层和指纹深层均具有脊和谷。

如图3所示，在手指的表层以及深层发生漫反射的情形中，为了与上述发生镜面反射的情形区别开来，特使用不同标号来示出第一线偏振光和第一圆偏振光。

发光单元4c发出指向透光区域的光，经第一1/4波片1a和第一线偏振片1b后出射第一线偏振光和第一线偏振光和经第三1/4波片3后出射第一圆偏振光和

当用户的手指按压在盖板5的透光区域上时，第一圆偏振光指向用户手指的谷，第一圆偏振光指向用户手指的脊。

同样的，第一圆偏振光和不仅会在透光区域上会发生镜面反射，还会在手指的表层以及深层发生漫反射。而在手指的表层以及深层发生漫反射的情形中，暂且不讨论第一圆偏振光和发生镜面反射的情形。

由此，部分第一圆偏振光和穿透透光区域到达指纹深层，并分别在指纹深层的脊和谷处发生漫反射后，回射目标信号光和由于目标信号光和是第一圆偏振光和在手指的表层以及深层发生漫反射后形成的，因此目标信号光和是杂乱无章的，相当于是自然光。因此，至少有部分目标信号光和可以依次经第三1/4波片3和第一膜片单元1后达到光感元件6，从而实现成像。

也就是说，目标信号光主要包括第一自然光和第二自然光。其中，第一自然光为第一圆偏振光在指纹表层和指纹深层的谷处发生漫反射后回射形成的，而第二自然光为第一圆偏振光在指纹表层和指纹深层的脊处发生漫反射后回射形成的。

实践证明，第一自然光的亮度大于第二自然光的亮度。第一自然光和第二自然光的亮度产生差异的详细机理目前虽然还不是很明确，但在本发明中，认为通过增设第三1/4波片，在消除镜面反射光的同时，使第一自然光和第二自然光产生上述差异化的原因可能如下：

由于用户手指的谷(包括表层指纹的谷和深层指纹的谷)不与透光区域接触。因此，用户手指的谷与透光区域的上表面之间形成有空腔。如此，第一圆偏振光可以在用户手指的谷以及空腔内发生多次漫反射，并最终有较多量的光回射形成第一自然光。

而相应地，由于用户手指的脊(表层指纹的脊)与透光区域接触。因此，部分第一圆偏振光在表层指纹的脊上发生漫反射之后可以直接回射。由此，第一圆偏振光在表层指纹的脊上发生的漫反射，类似于镜面反射。则由上文描述可知，增设的第三1/4波片可以阻挡镜面反射光的透过。从而导致第二自然光的量较少，亮度较低。

进一步地，部分第一圆偏振光还可以在深层指纹的脊出发生漫反射后回射。且由于脊相对于谷向下***，因此第一圆偏振光在用户手指的脊的漫反射的次数可相对较少，

从而最终有较多量的光回射形成第二自然光。

也就是说，最终到达光感元件6上的光，主要为用户手指的谷反射回来的第一自然光，以及用户手指的脊反射回来的第二自然光。且由于第一自然光和第二自然光的亮度有差异，从而使得光感元件6利用强度和亮度具有差异化的信号光进行成像。

由此，实现利用手指的表层以及深层漫反射的光进行成像。从而，光感元件6的成像不再受手指干湿以及是否与盖板5接触良好的影响，成像的质量和稳定性的较佳。

也就是说，现有技术采用光在指纹谷处发生的镜面反射光以及在指纹脊处发生的漫反射光来实现成像的。因此，一旦用户的手指与盖板玻璃接触不良，则光在指纹脊处亦会发生镜面反射。如此，指纹传感器接收到的光的强度和亮度无差异，或者差异较小。从而导致指纹传感器无法成像，或者成像质量和稳定性较差。

而本发明实施例的屏下光学指纹成像装置，则可以消除镜面反射光。也就是说，本发明实施例的屏下光学指纹成像装置不采用镜面反射光来进行成像，而是采用漫反射光来进行成像。这样，即便用户的手指不与盖板5相接触，或者，用户的手指与盖板5的接触不良，即此时指纹脊与盖板5的表面接触不充分，而导致有大量的镜面反射光，也不会影响光感元件6对漫反射光的正常接收和成像。

由此可知，本发明实施例的屏下光学指纹成像装置，可实现即便用户的手指不与盖板5接触，也能完成指纹信息的采集、成像和识别。由此，成像质量和稳定性不受用户的手指是否与盖板5相接触的影响。

进一步地，由于基板4的发光单元4c不仅朝向盖板5的透光区域发光，其还直接向光感元件6发光。而直接向光感元件6发出的光，由于未携带有用户的指纹信息，因此其为噪声光。这部分光会降低光感元件6的成像质量。

因此，有必要在不衰减或较小衰减由用户手指反射回来的目标信号光的前提下，尽可能的衰减由发光单元4c直接向光感元件6发出的噪声光，以进一步提高成像质量。

为了实现上述目的，基板4和光感元件6之间可以设置有第二膜片单元2。第二膜片单元2可以包括第二1/4波片2a和第二线偏振片2b。并且，第二1/4波片2a位于第二线偏振片2b和基板4之间。

包括有第二1/4波片2a和第二线偏振片2b的第二膜片单元2，可以天然的衰减发光单元4c直接向下发出的噪声光的亮度。

然而，为了在衰减由发光单元4c直接向光感元件6发出的噪声光的亮度的同时，不衰减经手指反射回的目标信号光的亮度。则第一膜片单元1和第二膜片单元2分别包含1/4的波片的光轴和线偏振片的偏振方向之间的角度，应具有特殊的要求。

具体的，第一1/4波片1a的光轴与第一线偏振片1b的偏振方向之间成第一角度α，第二1/4波片2a的光轴与第二线偏振片2b的偏振方向之间成第二角度β。

并且，第一角度α和第二角度β的数值(即绝对值)均在45°附近。具体可以为，第一角度α和第二角度β的数值差亦在一容错范围内即可。

具体的，第一角度α的数值为45°±5°，第二角度β的数值亦为45°±5°。第一角度α和第二角度β的数值差在0-10°这一容错范围内。举例为，第一角度α的数值为45°，第二角度β的数值为43°。或者，第一角度α的数值为42°，第二角度β的数值为50°，仍可满足实际的要求。

此外，沿第二膜片单元2指向第一膜片单元1的视角方向上(由下至上)，第一角度α的方向与第二角度β的方向相反。具体可以为，沿上述由下至上的视角方向上，第一角度α和第二角度β其中一个为+45°±5°，另一个为-45°±5°。

例如，如图10A和图10B所示，第一角度α为+45°±5°，第二角度β为-45°±5°。或者，如图11A和图11B所示，第一角度α为-45°±5°，第二角度β为+45°±5°。

当然，上述的视角方向，并不限于沿第二膜片单元2指向第一膜片单元1的由下至上的方向，也可以为相反的方向。即为沿第一膜片单元1指向第二膜片单元2的由上至下的方向。

则在沿第一膜片单元1指向第二膜片单元2的由上至下的方向上，第一角度α的方向与第二角度β的方向与上述情况相反。

由于包括有第二1/4波片2a和第二线偏振片2b的第二膜片单元2所具有衰减发光单元4c直接向下发出的噪声光的亮度的原理已在上文阐述，在此不作赘述。下面仅介绍通过第一角度α与第二角度β的方向相反，数值相等或相近的方案设计，达到不衰减或较小衰减经手指反射回的目标信号光的亮度的原理。具体如下：

基板4的发光单元4c发出的指向第一膜片单元1的光，经过按压在盖板5上的手指的反射作用，再次返回穿过第一膜片单元1后，变成圆偏振或椭圆偏振的目标信号光。

目标信号光在基板4中传播，至第二膜片单元2的第二1/4波片2a后变成一个和第二线偏振片2b偏振方向相同的线偏振光，可无损耗或较低损耗的通过第二线偏振片2b入射到光感元件6成像。

由此，通过在基板4和光感元件6之间设置包含有第二1/4波片2a和第二线偏振片2b的第二膜片单元2，则由基板4直接向光感元件6发出的噪声光，经过第二1/4波片2a和第二线偏振片2b后，亮度得以衰减。从而，可以降低噪声光的亮度，成像质量得以提升。

此外，通过配置包含有第一1/4波片1a和第一线偏振片1b的第一膜片单元1，并将第一1/4波片1a和第一线偏振片1b之间所成第一角度α与第二1/4波片2a和第二线偏振片2b之间所成第二角度β的方向以及差值进行相适应的设计，在衰减噪声光的同时，不衰减或较小衰减目标信号光。如此，提高了光感元件6接收到的光的信噪比，大大提升成像质量。

第二1/4波片2a和第二线偏振片2b可以是采用有机材料制成，也可以是采用无机材料制成，只要能分别实现相位延迟功能和偏光功能即可。

第二1/4波片2a和第二线偏振片2b可以互相叠置，也可以间隔设置。

此外，第二1/4波片2a和第二线偏振片2b构造形成的第二膜片单元2可以设置在光感元件6上，即第二膜片单元2的下表面与光感元件6的上表面相贴合。并且，第二膜片单元2可通过半导体封装工艺或者IC芯片制作工艺形成在光感元件6的上表面。如此，第二膜片单元2与光感元件6可实现一体化，从而第二膜片单元2可与光感元件6形成一个单独的整体构件。

当然，第二膜片单元2也可以与光感元件6间隔设置，即第二线偏振片2b的下表面与光感元件6的上表面隔离。

此外，至少第二1/4波片2a可以被植入于基板4中。具体的，可以仅第二1/4波片2a被植入于基板4中，而第二线偏振片2b和光感元件6位于基板4外。或者，第二1/4波片2a和第二线偏振片2b均被植入于基板4中，而光感元件6位于基板4外。亦或者，第二1/4波片2a、第二线偏振片2b和光感元件6均被植入于基板4中。

通过至少将第二1/4波片2a植入于基板4内，可以使得结构集成化。从而使得本发明实施例的屏下光学指纹成像装置在组装时更加简便。

进一步地，如图2和图3所示，第二膜片单元2也可以以贴合的方式设置在基板4的下表面，第二膜片单元2与基板4叠置。即第二膜片单元2中所包含的第二1/4波片2a的上表面与基板4的下表面相贴合。

如图4至图9所示，光感元件6可以配置在指纹模组9中，第二膜片单元2还可以设置在该指纹模组9中，形成指纹模组9结构的一部分。

具体的，如图4至图9所示，该指纹模组9可以配置有支撑光感元件6的支架11，第二膜片单元2设置在支架11上。支架11限定出一容置空间11a，该容置空间11a至少上端开口，其周向可以为封闭，也可以为非封闭或者开放的。

例如，支架11可以为上端开口的筒状体，该筒状体的壁上不设置任何能接通其内部空间和外部空间的贯通结构，例如通孔、开口等。由此，限定出来的容置空间11a为周向封闭的。

或者，支架11也可以为筒状体，该筒状体的壁上设置接通其内部空间和外部空间的贯通结构例如通孔、开口等。亦或者，支架11为周向不闭合的壳体结构，例如其俯视截面形状可以呈圆弧状、C字形等。又或者，支架11可以为多个柱体，多个柱体沿周向间隔设置，从而形成类似于栅栏的结构。由此，限定出来的容置空间11a为非封闭或者开放的。

光感元件6收容在容置空间11a内，并固定在容置空间11a的内壁上。为给其他元器件预留足够的设置空间，光感元件6优选设置在容置空间11a的底部。

第二膜片单元2可以设置在支架11上。由此，第二膜片单元2形成指纹模组9自身结构的一部分。第二膜片单元2成为指纹模组9自身结构的一部分，可以为第二膜片单元2在指纹模组9装配前既已与支架11形成一体。即第二膜片单元2内置于指纹模组9中。或者，第二膜片单元2内置于支架11中。

这样，通过在支架11上设置包含有第二线偏振片2b和第二1/4波片2a的第二膜片单元2，可以实现结构的集成化，从而便于指纹模组9的装配。

进一步地，容置空间11a中可以设置有镜筒10，目标信号光可以经镜筒10到达光感元件6。具体的，镜筒10可以设置第二膜片单元2、下文提及的滤光片7、光学镜片8等结构中的任意一个或者多个。则目标信号光可以透过镜筒10中所设置的结构到达光感元件6。

其中，第二膜片单元2设置在支架11上的方式可以为，第二膜片单元2直接设置在支架11上；或者，第二膜片单元2至少部分地设置在镜筒10中，通过镜筒10间接设置在支架11上。

第二膜片单元2至少部分地设置在镜筒10中可以为，第二膜片单元2整体设置在镜筒10中(如图7至图8所示意的实施例)。

或者，仅第二膜片单元2所包含的第二线偏振片2b设置在镜筒10中，而第二1/4波片2a位于镜筒10外(未示出)。其中，第二1/4波片2a位于镜筒10外可以为，第二1/4波片2a被顶撑在支架11的顶端；或者，第二1/4波片2a设置在支架11的容置空间11a中。

亦或者，仅第二膜片单元2所包含的第二1/4波片2a设置在镜筒10中，而第二线偏振片2b位于镜筒10外(未示出)。其中，第二线偏振片2b位于镜筒10外可以为，第二线偏振片2b设置在支架11的容置空间11a中。

第二膜片单元2直接设置在支架11上可以为，第二膜片单元2至少部分地内置于支架11中。具体可以为，第二膜片单元2整体收容在容置空间11a中(如图4至图6所示意的实施例)。

或者，仅第二膜片单元2所包含的第二线偏振片2b收容在容置空间11a中，而第二1/4波片2a位于容置空间11a外(未示出)。其中，第二1/4波片2a位于容置空间11a外可以为，第二1/4波片2a被顶撑在支架11的顶端。

亦或者，第二膜片单元2也可以整***于容置空间11a外(如图9所示意的实施例)。此时，第二膜片单元2被顶撑在支架11的顶端。

进一步地，光感元件6和基板4之间还可以设置有滤光片7，滤光片7用于至少部分地过滤掉目标信号光中所夹杂的噪声光，以提高光感元件6对接收到的光的感应，提升成像质量。

具体的，基板4所配置的发光单元4c作为激励光源，该激励光源发出的激励光一般为可见光，则目标信号光亦为可见光。那么，噪声光可以为环境光中的不可见光，例如红外光、近红外光等。因此，滤光片7具体可以为红外滤光片。

滤光片7可以允许目标信号光通过，而将环境光(例如太阳光)中的噪声光(包括红外光、近红外光等不可见光)过滤。因此，当配置有本发明实施例的屏下光学指纹成像装置的电子设备在户外使用时，滤光片7可以有效的过滤外界环境光中的噪声光，从而提高到达光感元件6上的光的信噪比。

滤光片7可以设置在一透光载体上，或者，滤光片7可以被一透光载体所支撑。例如，该透光载体可以为玻璃薄片，滤光片7可以以粘贴的方式设置于在玻璃薄片的上表面或者下表面，从而滤光片7的表面与玻璃薄片的表面相贴合。则滤光片7可以以膜片的形式贴合在透光载体的表面。并且，透光载体的上表面和下表面也可以同时设置滤光片7。

或者，滤光片7可以植入于透光载体内。即滤光片7与透光载体融为一体，此时的透光载体具有过滤噪声光的功能。则透光载体可以为一单层的构件，滤光片7可以以光学过滤涂层的形式形成在透光载体中。并且，该光学过滤涂层可以在透光载体中离散或者连续分布。

亦或者，透光载体也可以为多个。则滤光片7可以以膜片的形式贴合在相邻两个透光载体之间，也可以以光学过滤涂层的形式形成在某一个或某多个透光载体中。

同样的，只要滤光片7位于光感元件6和基板4之间，对于滤光片7与第二膜片单元2、光感元件6之间的相对位置关系以及接触关系设置，可以不作限定。

例如，滤光片7可以位于第二膜片单元2的上方(如图4、图6所示意的实施例)。或者，滤光片7可以位于第二膜片单元2的下方(如图5、图7至图9所示意的实施例)。亦或者，滤光片7也可以位于第二线偏振片2b和第二1/4波片2a之间(未示出)，即滤光片7夹设在第二膜片单元2中。

并且，滤光片7与第二膜片单元2可以互相叠置，也可以相间隔。同样的，滤光片7与光感元件6可以互相叠置，也可以相间隔。

此外，为了使第二膜片单元2的投影至少部分地覆盖光感元件6，以尽可能多的对指向光感元件6的噪声光(一般由电子设备的基板4直接朝向光感元件6发出的光。由于其未经手指反射，未携带指纹信息，且会使得光感元件6提前到达光饱和，降低光感元件6接收由手指反射回来的信号光的量，从而导致光感元件6接收到的光的信噪比降低，成像质量变差)进行亮度衰减，可以在光到达光感元件6之间，采用聚光结构来实现对广角光线的汇聚。

具体的，聚光结构由多个光学镜片8构成，多个光学镜片8位于光感元件6和基板4之间。光学镜片8可以包括凸透镜、微透镜以及凹透镜等，且凸透镜、微透镜以及凹透镜可为非球面凸透镜、微透镜以及凹透镜。即光学镜片8为非常规透镜。

这样，光学镜片8不仅可以汇聚光线，从而可以实现将广角范围内较为分散的信号光汇聚至光感元件6上，还可以矫正光学畸变，进行光学成像，从而可方便光感元件6对指纹图形的采集，提升成像质量。

多个光学镜片8也可以设置在基板4的下表面，由基板4为多个光学镜片8提供设置位置及支撑。或者，多个光学镜片8可以设置在光感元件6上，从而光感元件6可以为多个光学镜片8提供设置位置及支撑。

当然，多个光学镜片8也可以与光感元件6间隔设置。具体的，可以在光感元件6的上方设置用于供多个光学镜片8设置的透光板或透光片，籍此实现多个光学镜片8与光感元件6的间隔设置。

亦或者，当本发明实施例的屏下光学指纹成像装置的光感元件6被配置在指纹模组9中时，多个光学镜片8可以通过固定在支架11的容置空间11a中的方式，实现与光感元件6的隔离。

为了不影响光感元件6的成像质量，当多个光学镜片8与光感元件6间隔设置时，多个光学镜片8中位于最下方的光学镜片8与光感元件6之间的间隔距离，与光学镜片8的焦距相等或相近。

具体可以为，该最下方的光学镜片8与光感元件6之间的间隔距离的差值在预定范围[0，Φ]内，即可认为该最下方的光学镜片8与光感元件6之间的间隔距离与光学镜片8的焦距相等或相近。其中，预定范围的上限值Φ可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不作限定。

同样的，只要多个光学镜片8位于光感元件6和基板4之间，对于多个光学镜片8与第二膜片单元2、光感元件6之间的相对位置关系以及接触关系设置，可以不作限定。

例如，第二膜片单元2可以位于所有光学镜片8的上方(如图8至图9所示意的实施例)。或者，第二膜片单元2可以位于所有光学镜片8的下方(如图4至图6所示意的实施例)。亦或者，第二膜片单元2位于任意相邻的两个光学镜片8之间(如图7所示意的实施例)。又或者，第二线偏振片2b和第二1/4波片2a之间间隔有一个或多个光学镜片8(未示出)。

籍此，通过设置多个具有聚光功能的光学镜片8，即便配置较小尺寸的第二膜片单元2，同样也可以实现第二膜片单元2的投影对光感元件6的至少部分地覆盖。也就是说，通过配置对广角光线具有汇聚功能的多个光学镜片8，可以缩小第二膜片单元2的尺寸，从而有利于指纹模组9的结构集成化。

需要说明的是，滤光片7与多个光学镜片8均位于第二膜片单元2的上方，两者之间的位置关系也可以相对自由。具体的，滤光片7可以位于所有光学镜片8的上方或下方，也可以穿插在光学镜片8之间，本发明实施例对此不作限定。

此外，滤光片7和多个光学镜片8可以设置在支架11的容置空间11a中。或者，当容置空间11a中设置有镜筒10时，滤光片7和多个光学镜片8也可以设置在镜筒10中。

此外，镜筒10可以在支架11的容置空间11a中沿靠近或远离光感元件6的方向移动。具体的，镜筒10的外壁可以与容置空间11a的内壁螺纹配合。这样，通过镜筒10在容置空间11a中的螺纹旋合长度的改变，实现镜筒10的上下移动。

籍此，当多个光学镜片8设置在镜筒10中时，通过镜筒10的移动，可以实现多个光学镜片8中位于最下方的光学镜片8与光感元件6之间距离的改变，从而可以对位于最下方的光学镜片8进行调焦。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (18)

1.一种屏下光学指纹成像装置，其特征在于，包括：

配置有发光单元的基板；

设置于所述基板一侧的光感元件，所述光感元件用于将光信号转换为电信号；

设置于所述基板背离所述光感元件一侧的第一膜片单元，所述第一膜片单元包括第一1/4波片和第一线偏振片；所述第一1/4波片位于所述第一线偏振片和所述基板之间；

设置于所述第一膜片单元背离所述基板一侧的第三1/4波片，所述第三1/4波片的光轴与所述第一线偏振片的偏振方向之间成第三角度，所述第三角度的数值为45°±5°；

设置于所述第三1/4波片背离所述基板一侧的盖板，所述盖板具有透光区域，所述透光区域用于供用户的手指按压或靠近。

2.如权利要求1所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述发光单元发出指向所述透光区域的光经所述第一1/4波片和第一线偏振片后出射第一线偏振光；所述第一线偏振光经所述第三1/4波片后出射第一圆偏振光；

部分所述第一圆偏振光在所述透光区域发生镜面反射后回射第二圆偏振光，所述第二圆偏振光的旋转方向和所述第一圆偏振光的旋转方向相反；所述第二圆偏振光经所述第三1/4波片后出射与所述第一线偏振片的偏振方向垂直的第二线偏振光，从而所述第二线偏振光无法透过所述第一线偏振片。

3.如权利要求2所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，用户的手指具有指纹表层和指纹深层，且所述指纹表层和所述指纹深层均具有脊和谷；

当用户的手指按压或靠近所述透光区域时，部分所述第一圆偏振光穿透所述透光区域到达所述指纹深层，并分别在所述指纹深层的脊和谷处发生漫反射后回射目标信号光；至少部分所述目标信号光依次经所述第三1/4波片和第一膜片单元后达到所述光感元件。

4.如权利要求3所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述目标信号光包括第一自然光和第二自然光；其中，所述第一自然光为所述第一圆偏振光在所述指纹表层和指纹深层的谷处发生漫反射后回射形成的，所述第二自然光为所述第一圆偏振光在所述指纹表层和指纹深层的脊处发生漫反射后回射形成的；所述第一自然光的亮度大于所述第二自然光的亮度。

5.如权利要求1所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述基板和所述光感元件之间设置有第二膜片单元，所述第二膜片单元包括第二1/4波片和第二线偏振片，所述第二1/4波片位于所述第二线偏振片和所述基板之间；

所述第一1/4波片的光轴与所述第一线偏振片的偏振方向之间成第一角度，所述第二1/4波片的光轴与所述第二线偏振片的偏振方向之间成第二角度；

沿所述第二膜片单元指向所述第一膜片单元的视角方向，所述第一角度和所述第二角度其中一个为+45°±5°，另一个为-45°±5°。

6.如权利要求5所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，

所述第一角度为+45°±5°，所述第二角度为-45°±5°；或者，

所述第一角度为-45°±5°，所述第二角度为+45°±5°。

7.如权利要求5所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述第一膜片单元和第二膜片单元至少部分重叠。

8.如权利要求5所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述第二膜片单元朝向所述第一膜片单元的投影至少部分地覆盖所述第一膜片单元。

9.如权利要求5所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述光感元件配置在指纹模组中，所述第二膜片单元构成所述指纹模组结构的一部分。

10.如权利要求9所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述指纹模组配置有支撑所述光感元件的支架，所述第二膜片单元设置在所述支架上。

11.如权利要求10所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述支架限定出一容置空间，所述容置空间中设置有镜筒；光能经所述镜筒到达所述光感元件；

所述第二膜片单元至少部分地收容在所述容置空间中；或者，

所述第二膜片单元至少部分地设置在所述镜筒中。

12.如权利要求10所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，

所述第二膜片单元支撑在所述支架的端部；或者，

所述第二线偏振片收容在由所述支架限定出来的容置空间中，所述第二1/4波片支撑在所述支架的端部。

13.如权利要求11所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述光感元件和所述基板之间还设置有多个光学镜片。

14.如权利要求13所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，

所述第二膜片单元位于所有所述光学镜片的上方；或者，

所述第二膜片单元位于所有所述光学镜片的下方；或者，

所述第二膜片单元位于任意相邻的两个所述光学镜片之间；或者；

所述第二1/4波片和所述第二线偏振片之间间隔有一个或多个所述光学镜片。

15.如权利要求13所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，

多个所述光学镜片设置在所述容置空间中；或者，

多个所述光学镜片设置在所述镜筒中。

16.如权利要求11所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，所述基板和所述光感元件之间还设置有滤光片，所述滤光片用于至少部分的过滤目标信号光中的噪声光。

17.如权利要求16所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，

所述滤光片位于所述第二膜片单元的上方；或者，

所述滤光片位于所述第二1/4波片和所述第二线偏振片之间；或者，

所述滤光片位于所述第二膜片单元和所述光感元件之间。

18.如权利要求16所述的屏下光学指纹成像装置，其特征在于，

所述滤光片设置在所述容置空间中；或者，

所述滤光片设置在所述镜筒中。