CN110458148A - 光学检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学检测装置，包括显示装置，其包括显示模组和保护层，保护层位于显示模组的上方，所述显示模组能够透过保护层出射可见光以实现图像显示，保护层具有供外部对象接触以实现交互或生物特征检测的第一表面；发射模组，位于保护层下方，发射模组和显示模组在所述第一表面的垂直投影不相重叠或部分重叠，所述发射模组用于发射检测光束，检测光束能够透过保护层投射到外部对象的具有不同朝向的侧面上；检测模组，从外部对象返回的检测光束能够透过保护层和显示屏被所述检测模组接收，检测模组将接收到的检测光束转换为对应的电信号以获取外部对象的生物特征信息。本发明能够实现较好的屏下指纹检测效果。

Description

光学检测装置

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种利用光学成像实现指纹检测或其他检测的光学检测装置。

背景技术

随着技术进步和人们生活水平提高，对于手机、平板电脑、相机等电子产品，用户要求具有更多功能和时尚外观。目前，手机等电子产品的发展趋势是具有较高的屏占比同时具有指纹检测等功能。为了实现全面屏或接近全面屏效果，使得电子产品具有高的屏占比，屏下的指纹检测技术应运而生。然而，对于液晶显示屏等非自发光类显示器，现有技术还没有合适的屏下检测方案。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够解决现有技术问题的光学检测装置。

本发明的一个方面提供一种光学检测装置，其能够主动发光到外部对象上并通过接收外部对象的返回光实现生物特征检测，包括：液晶显示装置，其包括液晶显示模组和保护层，所述保护层位于所述液晶显示模组的上方，所述保护层具有供外部对象接触以实现交互或生物特征检测的第一表面，所述液晶显示模组包括液晶显示单元和背光单元，所述背光单元用于向液晶显示单元提供可见光的背光光束，所述背光光束能够透过所述液晶显示单元和保护层出射到外部从而实现图像显示，其中，所述保护层的第一表面具有相互垂直的长度轴和宽度轴，所述保护层具有沿所述长度轴方向相对设置的顶部和底部；发射模组，位于第一表面的下方，所述发射模组和所述液晶显示模组在所述第一表面上的垂直投影不相重叠或部分重叠，所述发射模组包括三组发光单元，相邻组之间的间距相等，所述三组发光单元设置在所述保护层的底部的下方，沿平行于所述宽度轴的方向排成一列，所述第一平面具有沿平行于长度轴方向的中心轴，所述第一组、第二组和第三组发光单元在第一平面上的正投影关于所述第一平面沿平行于长度轴方向的中心轴成轴对称分布，所述三组发光单元能够发射近红外光的检测光束，所述检测光束能够透过所述保护层投射到外部对象的具有不同朝向的侧面上；和检测模组，至少部分位于液晶显示模组的下方或液晶显示模组的内部，从外部对象返回的检测光束能够透过所述保护层和至少部分的液晶显示模组被所述检测模组接收，所述检测模组将接收到的检测光束转换为对应的电信号以获取外部对象的生物特征信息。

某些实施例中，每组发光单元包括两个发光单元，且各组中相邻的发光单元之间的中心间距相等，相邻组之间的中心间距不同于各组中相邻的发光单元之间的间距；或者，至少一组发光单元包括不少于两个的发光单元，且该组发光单元的内的相邻发光单元的中心间距小于相邻组发光单元的中心间距。

某些实施例中，所述发射模组在平行于所述宽度轴的方向上的长度不小于外部对象在平行于所述保护层宽度轴的方向上的长度。

某些实施例中，外部对象的具有不同朝向的侧面包括第一侧面、第二侧面、和第三侧面，所述发射模组的三组发光单元分别为第一组发光单元、第二组发光单元、和第三组发光单元，所述第一组发光单元用于向外部对象的第一侧面投射检测光束，所述第二组发光单元用于向外部对象的第二侧面投射检测光束，所述第三组发光单元用于向外部对象的第三侧面投射检测光束，所述保护层具有沿所述宽度轴方向相对设置的第一侧部和第二侧部，所述第一侧面朝向所述第一侧部，所述第二侧面朝向所述第二侧部，所述第三侧面朝向所述底部或顶部。

某些实施例中，所述检测光束能够从第一侧面、第二侧面和第三侧面进入外部对象内部，进入外部对象内部的检测光束能够外部对象的底面出射并穿透所述保护层后被所述检测模组接收。

某些实施例中，外部对象为手指，手指的底面包括指纹，检测时指纹与所述检测模组在第一表面上的视场区域接触，所述视场区域为第一表面位于所述检测模组的视场角范围内的部分。

某些实施例中，所述发射模组的三组发光单元分别为第一组发光单元、第二组发光单元、和第三组发光单元，第一表面具有平行于长度轴的中心轴，所述第三组发光单元在第一表面的正投影和第一表面的平行于长度轴的中心轴相交，所述第一组发光单元和第二组发光单元位于所述第三组发光单元的两侧，第一组发光单元的中心到第三组发光单元的中心的间隔距离为L1，第二组发光单元的中心到第三组发光单元的中心的间隔距离为L2，第一表面位于所述检测模组视场角范围的部分为视场区域，所述视场区域的中心和第三组发光单元在第一表面的正投影的中心的间隔距离为L3，所述视场区域为第一表面位于所述检测模组的视场角范围内的部分，L1＝L2＝8毫米至21毫米，L3＝10毫米至18毫米。

某些实施例中，所述三组发光单元分别包括两个发光单元，同一组发光单元的两个发光单元的中心间距为1.65毫米至3毫米，相邻组发光单元之间的边缘最小距离为6毫米至20毫米。

某些实施例中，所述视场区域的直径范围为7毫米至10毫米。

某些实施例中，所述液晶显示装置还包括壳体，所述壳体用于收纳和承载所述液晶显示模组和保护层，所述壳体包括位于液晶显示模组的下方的底部和连接保护层的侧部，所述发射模组固定连接所述侧部。

某些实施例中，所述发光单元具有和所述侧部连接的底面和用于出射检测光束的出光面，所述出光面为所述发光单元的侧面，所述发光单元为侧发光型发光元件，所述出光面与第一表面平行或呈锐角设置。

某些实施例中，所述保护层具有透明区域和位于透明区域周围的非透明区域，所述保护层的底部和顶部位于所述非透明区域，所述透明区域能够透射可见光和检测光束，所述非透明区域能够阻挡可见光和透射检测光束，所述预设区域至少部分位于所述非透明区域，所述视场区域至少部分位于所述透明区域，所述液晶显示模组部分或全部位于所述透明区域的下方，所述发射模组位于所述非透明区域下方，所述检测模组部分或全部位于所述液晶显示模组的下方，所述液晶显示模组能够透射所述检测光束，所述液晶显示模组能够透过所述透明区域出射可见光，所述检测模组能够透过至少部分的液晶显示模组接收外部对象返回的检测光束。

某些实施例中，外部对象返回的检测光束包括：外部对象反射和/或透射的检测光束。

某些实施例中，所述发光单元具有出光面，所述保护层具有和第一表面相对的第二表面，所述出光面的中心和所述保护层的第二表面间隔预设距离设置，所述预设距离为0至1毫米，或1毫米至3毫米。

某些实施例中，所述发光单元具有沿第一表面的长度轴方向140度的发光角，沿第一表面的宽度轴方向140度的发光角。

某些实施例中，所述外部对象包括手指、手掌、脚趾、皮肤所述检测光束用于检测指纹、掌纹、脚趾特征。

某些实施例中，所述光学检测装置是手机、平板电脑、智能手表、增强现实/虚拟现实装置、人体动作检测装置、自动驾驶汽车、智能家居设备、安防设备、智能机器人，或上述的组件。

本发明的有益效果在于，相较于现有技术，本申请实施例和变更实施例中，通过对发射模组进行配置，使得发射模组能够将检测光束投射到外部对象的具有不同朝向的侧面上，这样的话，外部对象接收检测光束的角度和光量较多，检测模组接收外部对象透射出来的检测光束具有较好的成像效果，从而提高了生物特征检测的效率和准确性。

附图说明

图1是本发明光学检测装置的一个实施例的示意图；

图2是图1所示光学检测装置的部分剖视图；

图3是图1所示光学检测装置的部分剖视图；

图4是图1所示光学检测装置的示意图；

图5是图3所示光学检测装置的示意图；

图6A和图6B是发射模组的发光单元的部分示意图；

图7是本发明光学检测装置的一个实施例的部分剖视图；

图8是本发明光学检测装置的一个实施例的部分剖视图。

具体实施方式

在对本发明实施例的具体描述中，应当理解，当基板、片、层或图案被称为在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案“上”或“下”时，它可以“直接地”或“间接地”在另一个基板、另一个片、另一个层或另一个图案上，或者还可以存在一个或多个中间层。为了清楚的目的，可以夸大、省略或者示意性地表示说明书附图中的每一个层的厚度和大小。此外，附图中元件的大小并非完全反映实际大小。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下文的描述中，提供许多具体细节以便能够充分理解本申请的实施方式。然而，本领域技术人员应意识到，即使没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其它的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请之重点。

请同时参阅图1至图3，图1是本发明光学检测装置1的一个实施例的正面俯视示意图，图2示出了图1中光学检测装置1沿A-A线的部分视图。图3示出了图1中光学检测装置1沿B-B线的部分视图。图1至图3中，三轴正交坐标系中的“X轴”可以对应于光学检测装置1的宽度方向，“Y轴”可以对应于光学检测装置1的长度方向，“Z轴”可以对应于光学检测装置1的厚度方向。

光学检测装置1包括显示装置10、发射模组18和检测模组19。发射模组18和检测模组19可以配置为位于所示显示装置10内部。显示装置10包括保护层11、显示模组12和壳体13。显示模组12位于保护层11的下方。发射模组18和所述显示模组12并列设置在保护层11的下方。

保护层11可以包括面向上方(Z轴正方向，Z+)的第一表面111。第一表面111用于供外部对象1000接触以进行交互或采集外部对象1000生物特征信息。保护层11具有透明区域120和非透明区域110，如图1所示，非透明区域110位于透明区域120周围。透明区域120能够透射来自显示模组12的可见光，用户能够透过第一表面111接收显示模组12从透明区域120出射的可见光，从而“看到”显示模组12显示的信息。第一表面111大致为矩形，其具有相互垂直的长度轴(Y轴)和宽度轴(X轴)。可选的，在一些实施例中，第一表面111的边角可以为弧形。保护层11进一步包括和第一表面111相对的第二表面112。本实施例中，第一表面111为保护层11的上表面，第二表面112为保护层11的下表面，第一表面111和第二表面112相对设置。可选的，其他或变更实施例中，第二表面112可以为保护层11的斜面或侧面。保护层11的侧面可以是平面或弯曲面。

非透明区域110用于透过检测光束101且遮挡可见光束。在本申请的实施方式中，非透明区域110对检测光束101的透过率大于50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、或90％。当非透明区域110对检测光束101的透过率越大时，检测光束101在穿透保护层11之后的强度越大。

另外，非透明区域110对可见光束进行遮挡是指：所述非透明区域110对可见光束的透过率小于10％、5％、或1％，甚至所述非透明区域110对可见光束的透过率为0。当所述非透明区域110对所述可见光束的透过率越小时，所述非透明区域110对所述可见光束的遮挡越多。当然，可变更地，所述非透明区域110对可见光束的透过率也并不局限于小于10％，只要从所述保护层11的外部透过所述非透明区域110看不到内部元件即可。所述非透明区域110例如但不局限为通过吸收和/或反射所述可见光束，从而实现遮挡所述可见光束。

通常，定义所述显示模组12显示图像的区域为显示区(未标示)，而所述显示区周围无法显示图像的区域为非显示区(未标示)。所述透明区域120正对所述显示区，且所述透明区域120在所述显示区的垂直投影位于所述显示区之中或与所述显示区完全重合。所述非透明区域110覆盖所述非显示区，且沿着背离所述显示区的方向超出所述非显示区。即，所述非透明区域110的面积大于所述非显示区的面积。当用户使用光学检测装置1时，用户在所述光学检测装置1的正面实际能看到的显示区域与所述透明区域120大小相同。

发射模组18位于非透明区域110的下方。显示模组12部分或全部位于透明区域120的下方。发射模组18和显示模组12在保护层11的第一表面的正投影无重叠、或部分重叠。发射模组18发射检测光束101，检测光束101可以通过保护层11的非透明区域110出射到位于第一表面111上方的外部对象1000，并进入外部对象1000的内部，然后从外部对象1000透射出来。进一步地，从外部对象1000透射出来的检测光束101能够透过所述保护层11和至少部分的显示模组12后被检测模组19接收并转换为对应生物特征的光学图像信息的电信号。

发射模组18发射的检测光束101能够出射到第一表面111上方的外部对象1000，然后从外部对象1000透射出来。本实施例中，发射模组18包括第一组发光单元181a、第二组发光单元181b、第三组发光单元181c，第一组发光单元181a、第二组发光单元181b、第三组发光单元181c沿第一表面111的长度轴(Y轴)方向排成一列，如图1、图3所示。

请参阅图4，保护层11具有沿长度轴(Y轴)相对设置的顶部130和底部140、以及沿宽度轴(X轴)方向相对设置的第一侧部150和第二侧部160。第三组发光单元181c对应保护层11的顶部中心到底部中心的中线设置在保护层11的非透明区域110的下方。第一组发光单元181a、第二组发光单元181b分别位于第三组发光单元181c的两侧，且位于保护层11的非透明区域110的下方。第一表面111具有平行于长度轴的中心轴。第一组发光单元181a、第二组发光单元181b、第三组发光单元181c在第一表面111的正投影关于第一表面111的平行于长度轴的中心轴成轴对称分布。

外部对象1000具有朝向不同的侧面，例如但不限于，外部对象1000具有朝向第一侧部150的第一侧面1001、朝向第二侧部160的第二侧面1002和朝向底部140的第三侧面1003。第一发光单元181a发射第一检测光束101a，第二发光单元181b发射第二检测光束101b，第三发光单元181c发射第三检测光束101c。检测光束101包括第一检测光束101a、第二检测光束101b和第三检测光束101c。

第一检测光束101a能够从第一表面111出射并从第一侧面1001进入外部对象1000内部。第二检测光束101b能够从第一表面111出射并从第二侧面1002进入外部对象1000内部。第三检测光束101c能够从第一表面111出射并从第二侧面1003进入外部对象1000内部。进入外部对象1000内部的第一检测光束101a、第二检测光束101b、第三检测光束101c能够从外部对象1000的底面进入保护层11内。外部对象1000的底面为进行生物特征检测时，外部对象1000与第一表面111的视场区域V1接触的面。

可选的，在一些实施例中，视场区域V1和第一表面111沿长度轴方向的中心轴相交，或靠近沿第一表面111沿长度轴方向的中心轴设置。进一步的，视场区域V1的中心可以位于第一表面111沿长度轴方向的中心轴上或靠近所述中心轴设置。

可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置1应用在一电子产品中，第一表面111为电子产品的最外面，所述视场区域V1的中心可以位于第一表面111沿长度方向的中心轴上或靠近所述中心轴设置。

可选的，在一些实施例中，所述光学检测装置1应用在一电子产品中，所述视场区域V1的中心与该电子产品的底部边缘之间的间隔为5至25毫米、或10至20毫米，例如但不限于，视场区域V1的中心与电子产品的底部边缘间隔距离为15毫米。进一步可选的，在一些实施例中，所述发射模组18与所述检测模组19均邻近所述电子产品的底部边缘设置，所述发射模组18较所述检测模组19更邻近所述电子产品的底部边缘，所述检测模组19和所述发射模组18的中心间距为10毫米至15毫米。

可以理解，外部对象1000可以为带有生物特征的生物对象，例如但不限于，外部对象1000为手指，光学检测装置1检测手指的指纹特征。对于生物对象来说，第一侧面1001、第二侧面1002、第三侧面1003、外部对象1000的底面等都不能看作理想的光滑平面。

进一步的，外部对象1000为手指时，外部对象1000的底面具有指纹，外部对象1000的底面与第一表面111接触时，也就是手指指纹与第一表面111接触。实际上，由于指纹具有脊和谷，指纹与第一表面111接触时，指纹的脊直接紧贴第一表面111，指纹的谷和第一表面111之间通常会存在空气间隔。检测光束101能够从指纹的脊和谷透射出来，通过折射或/或反射后进入保护层11并进一步透出保护层11的第二表面112和至少部分的显示模组12被检测模组19接收。

可选的的，在一些实施例中，第三组发光单元181c可以被省略，第一组发光单元181a发射的第一检测光束101a能够透投射到外部对象1000的第一侧面1001和第三侧面1003，和/或，第二组发光单元181b发射的第二检测光束101b能够透投射到外部对象1000的第一侧面1001和第三侧面1003。

检测模组19的至少部分位于显示模组12的下方，或检测模组19的至少部分位于显示模组12的内部。第一表面111对应检测模组19的视场角的部分为检测模组19在第一表面111的视场区域V1，进行生物特征检测时，外部对象1000可以接触视场区域V1，检测模组19能够接收来自外部对象1000的返回的检测光束101，从而实现外部对象1000的生物特征信息采集。可选的，在一些实施例中，检测模组19包括图像传感器和透镜，检测光束101经过透镜调整光路后被图像传感器接收。检测模组19的视场角指的是透镜的视场角。可以理解，透镜可以包括或为短焦透镜、透镜组、微透镜或微透镜阵列。进一步的，在一些实施例中，检测模组19的数量可以为一个或多个，当光学检测装置1配置多个检测模组19时，多个检测模组19能够对应透明区域110的不同位置设置，以实现大范围的接收检测光束101并成像。

请一并参阅图1至图4，第一组发光单元181a的中心为点a，第二组发光单元181b的中心为点b，第三组发光单元181b的中心为点b，视场区域V1的中心为点d。第一组发光单元181a的中心a和第三组发光单元181c的中心c的间隔距离为L1，第二组发光单元181b的中心b和第三组发光单元181c的中心c的间隔距离为L2，第三组发光单元181c在第一表面111的正投影的中心为c’(图未示),视场区域V1的中心d和c’的间隔距离为L3。例如但不限于：5毫米≤L1≤25毫米，5毫米≤L2≤25毫米，5毫米≤L3≤25毫米。a和b之间的间隔距离L1+L2不大于第一表面111的宽度轴方向的长度的1/2或1/3。c’和d之间的间隔距离L3不大于第一表面111的平行于长度轴方向的边长长度的1/3或1/2。当然，L1、L2、L3具体数值或比例可以根据需要设定为任意合适值，本申请对此不作限定。

可选的，在一些实施例中，当视场区域V1的中心d位于第一表面111的平行于长度轴的中心轴上时，视场区域V1关于第一表面111的平行于长度轴的中心轴成轴对称。

可选的，在一些实施例中，L1＝L2＝8毫米至21毫米，L3＝10毫米至18毫米。可选的，在一些实施例中，L1＝L2＝11.5毫米，L3＝14毫米。

可选的，在一些实施例中，第一组发光单元181a和第二组发光单元181b的中心间距大于外部对象1000的第三侧面1003的宽度。例如但不限于，外部对象1000的第一侧面1001、第二侧面1002、第三侧面1003的宽度可以等效为在第一表面111上的长度约为15毫米的线段，如图1所示，视场区域V1关于第一表面111的平行于长度轴的中心轴对称，那么L1＝L2≥8毫米时，第一组发光单元181a发射的检测光束101a能够投射到第一侧面1001上，第二组发光单元181b发射的检测光束101b能够投射到第二侧面1002上。从而，发射模组18能够从不同角度和方向向外部对象1000投射检测光束101。

可选的，在一些实施例中，第一组发光单元181a的中心a和第三组发光单元181c的中心c的间隔距离L1可以为11.5毫米，第二组发光单元181b的中心b和第三组发光单元181c的中心c的间隔距离L2可以为11.5毫米。视场区域V1的中心d和第三组发光单元181c在第一表面111的正投影的中心c’的间距L4＝14毫米。

可选的，在一些实施例中，显示模组12包括触摸面板，或者显示装置10包括设置在保护层11和显示模组12之间的触摸面板，用户可以通过在第一表面111触摸控制所述显示模组12。

可选的，在一些实施例中，显示模组12包括位于保护层11下方的显示单元和位于显示单元下方的背光单元。显示单元自身不能发光，背光单元向显示单元提供可见光的背光光束，从而实现图像显示。例如但不限于，显示模组12为液晶显示模组，显示单元为液晶显示单元，显示装置10为液晶显示装置。

壳体13包括位于显示模组12的下方的底部131和连接保护层11的侧部132。发射模组18连接到侧部132与保护层11相连的内壁。本实施例中，第一表面111为光学检测装置1的正面的最外面。对于包括光学检测装置1的电子设备，第一表面111也是电子设备的最外面。

可选的，在一些实施例中，保护层11的侧面与壳体13连接的部分向内凹陷，而从保护层11的第一表面111看过去时壳体13被保护层11遮挡。光学检测装置1此时从第一表面111看过去时具有“全面屏”效果。

可选的，在一些实施例中，壳体13配置为能够容纳各种电子组件等，并且至少一部分壳体13可以由导电材料制成。例如但不限于，壳体13可以包括形成光学检测装置1的外表面的侧壁，且光学检测装置1的外露部分可以由导电金属制成。印刷电路和/或电池可以容纳在壳体13中。例如但不限于，处理器、通信模块、各种借口、电池管理模块、驱动电路、控制电路等可以以集成电路芯片的形式安装在印刷电路板上。

可选的，在一些实施例中，发射模组18还包括电路板182。第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c电连接所述电路板182，电路板182为第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c提供发光所需的电信号，电信号例如但不限于电流、电压等。电路板182固定连接壳体13的侧部132的内壁，第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c固定连接电路板182。

可选的，在一些实施例中，显示模组12通过胶水、双面胶、螺栓、卡扣、焊接等方式与固定框13的底部131和/或侧部132固定连接或可拆卸连接。

可选的，在一些实施例中，显示模组12和固定框13的底部131和/或侧部132之间填充缓冲材料，缓冲材料例如但不限于泡棉等。

可选的，在一些实施例中，发射模组18或检测模组19通过胶水、双面胶、螺栓、卡扣、焊接等方式与固定框13的底部131和/或侧部132固定连接或可拆卸连接。

请参阅图5，第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c分别包括两个发光单元188。第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c设置在保护层11的底部的下方且沿保护层的宽度方向(X轴)排成一列，第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c中相邻两组发光单元的中心之间的间隔距离相等。各组中相邻的发光单元188之间的间距相等。第一平面111具有沿平行于长度轴方向的中心轴，第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c在第一表面111上的正投影相对第一平面111沿平行于长度轴方向的中心轴成轴对称分布。第一组发光单元181a的两个发光单元188的中心间距为L4a。第二组发光单元181b的两个发光单元188的中心间距为L4b。第三组发光单元181c的两个发光单元188的中心间距为L4c。0<L4a＝L4b＝L4c<2毫米。本实施例中，L1＝L2＞L4a＝L4b＝L4c，即相邻组发光单元之间的间距大于各组发光单元中相邻的发光单元188之间的间距。

可选的，在一些实施例中，例如但不限于，L4a＝L4b＝L4c＝1.65毫米至3毫米，第一组发光单元181a和第三组发光单元181c的边缘最小距离为6毫米至20毫米，第二组发光单元181b和第三组发光单元181c的边缘最小距离为6毫米至20毫米。发光单元188本身沿宽度轴(X轴)的长度为1毫米、沿长度轴(Y轴)的长度为0.5毫米、沿厚度轴(Z轴)的长度为0.45毫米或0.5毫米。

当然，其他或变更实施例中，第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c可以包括一个或多个发光单元188。本申请对第一组、第二组和第三组发光单元181a、181b、181c包括的发光单元188的数量不作限定。

此外，发射模组18可以包括两组、三组或更多组的发光单元，每组发光单元数量可以为一个或多个。发射模组18的多组发光单元可以沿宽度轴方向排成一列，也可以具有其他排列方式，例如但不限于：设置在保护层11的四个角处的非透明区域下方，或者排成两列，等等。本申请对此不作限定。

可选的，在一些实施例中，所述多组的发光单元位于Z轴方向的同一高度上。

可选的，在一些实施例中，不同组发光单元之间的间距(组与组的中心间距)可以相等或不相等，同一组发光单元内的多个发光单元188之间的中心间距可以相等或不相等。某一组发光单元内的多个发光单元188之间的中心间距和另一组发光单元内的多个发光单元188之间的中心间距可以相等或不相等。

发射模组18和显示模组12在保护层11的第一表面111上的正投影不重叠，且发射模组18在垂直于第一表面111的平面上的正投影和所述显示模组12在该平面上的正投影部分或全部重叠。可选的，在一些实施例中，发射模组18和显示模组12在保护层11的第一表面111上的正投影可以不重叠或部分重叠。可选的，在一些实施例中，发射模组18在垂直于第一表面111的平面上的正投影和所述显示模组12在该平面上的正投影可以部分重叠或不重叠。

可选的，在一些实施例中，发射模组18和显示模组12的边缘最小距离为2毫米至4毫米，例如但不限于，发射模组18和显示模组12的边缘之间的最小距离为3毫米，使得发射模组18发射的检测光束101不会被显示模组12遮挡。

检测模组19的至少部分位于显示模组12的下方。检测模组19和壳体13的底部131固定连接。例如但不限于，壳体13的底部131具有通孔或凹槽，检测模组19的部分或全部位于所述通孔或凹槽内。检测模组19透过保护层11和显示模组12接收外部对象1000透射的检测光束101。可选的，在一些实施例中，检测模组19的至少部分位于显示模组12的内部，检测模组19透过保护层11和至少部分显示模组12接收外部对象透射的检测光束101。

可选的，在一些实施例中，发射模组18投射检测光束101到外部对象1000。检测模组19可以接收从外部对象1000返回的检测光束101。从外部对象1000返回的检测光束101包括：进入外部对象1000内部然后从外部对象1000透射出来的检测光束101，和/或，被外部对象1000反射的检测光束101。

可选的，在一些实施例中，检测模组19可以接收外部对象1000反射和/或透射的环境光束，例如但不限于，可见光或不可见光。

可选的，在一些实施例中，检测模组19可以接收外部对象1000自身发出的光束，例如但不限于，外部对象1000发出的热辐射的红外光。

尽管本申请实施例阐述了检测模组19和发射模组18的主要成像原理和光路，但本申请并不以此为限。

保护层11可以是单层结构，或者多层结构。本实施例中，保护层11大致为具有预定长度、宽度、厚度的薄板。保护层11具有和图1中的Y轴对应的长度轴，和图1中的X轴对照宽度轴，以及和图1中的Z轴对应的厚度轴。

可选的，保护层11可以包括透明基材和光学油墨，透明基材为保护层11的主体，光学油墨位于透明基材的下表面的边缘部分，光学油墨能够透射不可见光并阻挡可见光，从而保护层11可以形成透明区域110和非透明区域120。例如但不限于，检测光束101为近红外光，检测光束101能够透过光学油墨和透明基材，可见光无法透过光学油墨。进一步可选的，透明基材可以为玻璃，树脂，塑料或任意透明物质。

光学油墨可以为红外油墨，红外油墨能够透射近红外光且阻挡可见光。近红外光可以为波长750nm(纳米)至2000nm的光束。例如但不限于，本申请实施例中，检测光束101为波长800nm至1200nm的近红外光。采用近红外光作为检测光束101通过光学成像方式对外部对象1000的生物特征信息进行采集，不会受到来自显示模组12或环境中可见光的影响，也不会影响显示模组12的正常图像显示。

由于发射模组18能够向外部对象1000的具有不同朝向的侧面投射检测光束101，检测光束101能够进入外部对象1000内部并透射出来，进而能够被检测模组19接收并用于生成外部对象1000的生物特征图像。

请同时参阅图6A，发光单元188在保护层11的宽度轴(X轴)和厚度轴(Z轴)所在平面内的发光角为α。请同时参阅图6B，发光单元188在保护层11的长度轴(Y轴)和厚度轴(Z轴)所在平面内的发光角为β。本实施例中，0°＜α＝β≤145°。例如但不限于，100°≤α＝β≤140°。进一步的，发光单元188的发光角范围可以看作一个圆锥体。由于发光单元188的发光角范围较大，可以使得保护层11的第二表面112的入光区域的范围或面积较大，进而检测光束101从第一表面111出射的区域范围或面积较大，进而外部对象1000能够在接触视场区域V1从较大的范围接收从第一表面111出射的检测光束101。

发光单元188具有出光面(未标号)，所述出光面和保护层11的第一表面111平行；或所述出光面和所述第一表面111具有夹角，所述出光面朝向所述第一表面111的视场区域和第一表面111相对倾斜。所述保护层11具有和第一表面111相对的第二表面112，所述出光面的中心和所述保护层11的第二表面112间隔一预设距离。示例性的，所述预设距离为0至1毫米，或1毫米至3毫米。

例如但不限于，所述出光面的中心和所述第二表面112间隔0.4毫米至0.5毫米，此时发光单元188的出光面可以为1毫米*0.5毫米的矩形，发光单元188的边缘和显示模组12的边缘最小距离为3毫米，发光单元188的发光角大致为140°，发光单元188的发光范围不会被显示模组12遮挡。发光单元188发射的检测光束101能够不被遮挡的从第二表面112进入保护层11。当然，预设距离可以为其他满足需求的数值，本申请对此不作限定。

可选的，在一些实施例中，发光单元188的出光面和位于非透明区域120的第二表面112之间设置有光转换器。

请参阅图7，是光学检测装置1的进一步实施例的示意图，显示装置10还包括设置光转换器14。光转换器14位于非透明区域110的下方，其和第二表面112贴合，且位于发光单元188的出光面和第二表面112之间。发光单元188的出光面和光转换器14之间间隔空气。

光转换器14用于将发射单元188发出的检测光束101向视场区域V1所在方向偏转，使得所述检测光束101进入所述保护层11时的入射角变大，从而检测光束101能够从更靠近第一表面111中心区域的位置出射到位于第一表面111上方的外部对象1000内部，这样，当发射模组18和发光单元188位于保护层11的底部140与非透明区域110的下方时，视场区域V1可以和底部140具有更大的间距，也就是说在进行检测时外部对象1000可以接触靠近第一表面111中心位置的视场区域V1。而视场区域V1为第一表面111位于检测模组19的视场角范围内的区域，因此，通过设置光转换器14，使得发射模组18和检测模组19在保护层11的长度轴方向上的间距增大。外部对象1000例如但不限于为手指，在对手指进行指纹特征检测时，手指可以与更靠近第一表面111中心的视场区域V1接触以实现光学指纹特征信息的采集。可选的，在一些实施例中，上述的光转换器14可以为棱镜、透镜、棱柱、球台、光学多层膜、光学衍射元件、光栅、光阑、光学微结构等结构或元器件中的一种或多种组合。例如但不限于，光转换器14可以一部分为光栅、一部分为光学微结构。可选的，在一些实施例中，光转换器14也可以省略或集成在所述保护层11内。可选的，在一些实施例中，光转换器14与保护层11一体成型。可选的，所述第一表面111具有平行于长度轴的中心轴，光转换器14在第一表面111的正投影和所述中心轴相交。光转换器14具有宽度和长度范围在1毫米至3毫米范围的矩形形状。或，所述光转换器17具有其他任意满足产品需求的形状，例如但不限于圆形、椭圆形、圆角矩形等，本发明对此不作限定。

请参阅图8，是光学检测装置1的一个变更实施例的示意图，为描述方便，图8中元件名称及标号与图1至图3保持一致。发射模组18包括发光单元188，发光单元188具有出射检测光束101的出光面1881。出光面1881是和第二表面112成预定角度的倾斜面。出光面1881和第二表面112之间间隔空气且相对倾斜设置。例如但不限于，发光单元188的出光面1881和第二表面112形成的预定角度为锐角。发光单元188能够通过光学斜台185固定连接壳体13的侧部132。通过将发光单元188配置为和第二表面112之间具有预定角度，发光单元188或发射模组18发射的检测光束101进入保护层11的入射角度可以具有更大取值范围，检测光束101从第一表面111出射时能够更容易进入外部对象1000。

需要说明的是，在本申请实施例中，以一个检测模组19为例进行说明，相应地，所述检测模组19在所述保护层11的第一表面111上的视场区域V1为1个。视场区域V1至少部分位于透明区域120之中。视场区域V1的面积小于透明区域120的上表面的表面积。视场区域V1邻近或远离非透明区域110。可选的，在一些实施例中，所述检测模组19的数量可以为多个或所述检测模组19可以包括多个接收单元，所述多个接收单元在所述第二表面112上具有多个视场区域V1，从而可以扩大生物特征的感测面积。甚至，所述多个视场区域V1可以扩展到整个透明区域120的上表面。从而，实现全屏生物特征感测。

本申请实施例中，所述第一表面111为所述保护层11的上表面，所述第二表面112为所述保护层11的下表面，所述第一表面111和第二表面112相对设置。可选的，其他或变更实施例中，所述第二表面112可以为所述保护层11的斜面或侧面。所述保护层11的侧面可以是平面或弯曲面。

所述光学检测装置1能够通过用于检测外部对象1000的生物特征信息、生成外部对象1000的图像、检测外部对象的位置、判断外部对象是否为活体对象等。本实施例中，以指纹检测为例，所述视场区域V1的部分或全部为指纹检测时用户手指在第一表面111的触碰区域。所述保护层11的第一表面111为指纹检测时用户手指1000直接接触的表面，通常为所述光学检测装置1或包括所述光学检测装置1的电子产品的最外面。检测光束101能够从第一表面111出射并从手指的具有不同朝向的侧面进入手指内部。手指接触视场区域V1或位于视场区域V1上方时，进入手指内部的检测光束101通过指纹的脊和指纹的谷透射出来并进一步透过保护层11和至少部分的显示模组12被检测模组19接收。由于从指纹的脊和谷透射出来的检测光束101进入保护层11时具有不同的折射率，因此，检测模组19接收到的自指纹的脊和谷透射出来的检测光束101具有不同的光束强度。不同强度的检测光束101能够用于生成对应具有不同明暗对比的指纹光学图像。

可选的，一些实施例中，发光单元188宽度(沿Y轴方向)为0.5毫米，发光单元188为顶面发光型发光元件。示例性的，发光单元188的尺寸为1毫米*0.5毫米*1毫米。可选的，在一些实施例中，发光单元188可以为侧面发光型发光元件。

可选的，一些实施例中，所述发射模组18可以进一步包括电路板182，所述电路板182为柔性电路板，所述电路板与所述发光单元181电连接，所述电路板182可以通过胶水、双面胶、粘接物、螺栓、支架、卡扣、卡槽、焊接和固定框13的侧部132和/或底部131固定连接或可拆卸连接。

可选的，视场区域V1的形状可以是方形、圆形、椭圆形等，本发明实施例中不作限定。可选的，所述视场区域V1为圆形，其半径范围为2至5毫米、或3至4毫米、或3至5毫米。视场区域V1范围较大时，进行生物特征检测时外部对象1000能够和第一表面111接触以采集生物特征信息的区域较大。

可选的，发光单元188为例如但不限于LED(light emitting diode)、LD(laserdiode)、VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)、Mini-LED、Micro-LED、OLED(organic light emitting diode)、QLED(quantum dot light emitting diode)中的一种或多种，或者包括LED、LD、VCSEL、Mini-LED、Micro-LED、OLED、QLED中的一种或多种组成的发光阵列。

本发明实施例中的检测模组19接收能够接收外部的手指1000返回的检测光束101并用于指纹检测，所述经由手指1000返回的检测光束101包括但不限于：在指纹的脊处发生漫反射的检测光束101，和/或，进入手指1000内部后被手指1000透射出来的检测光束101，和/或，在手指1000表面发生反射的检测光束101。

相较于现有技术，本申请实施例和变更实施例中，通过对发射模组18进行配置，使得发射模组18能够将检测光束101投射到外部对象1000的具有不同朝向的侧面上，而现有技术通常只能投射到外部对象1000的一个侧面上，也就是说，本申请实施例中能够从多各方向或多个角度向外部对象1000投射检测光束101，而现有技术从单个方向投射。在进行生物特征检测时，检测光束101和外部对象1000本身的生物特征成不同角度时，基于检测模组19接收的外部对象1000返回的检测光束101生成的生物特征图像也具有不同的成像清晰度。因此，利用外部对象1000的光学成像进行生物特征检测时，单一方向投射的检测光束无法保证光学成像的质量，而从多方向和多角度向外部对象1000投射检测光束101能够大幅提高生物特征检测的效率和准确性。

本申请的光学检测装置1在对外部对象1000进行生物特征检测时例如可以投射到外部对象1000的三个不同侧面上。这样的话，外部对象1000接收检测光束101的角度和光量较多，使得检测模组19接收外部对象1000透射出来的检测光束101具有较好的成像效果，从而提高了生物特征检测的效率和准确性。

另外，通过设置三组发光单元分别对应外部对象的三个不同侧面，三组发光单元设置合适的间距，既能满足生物特征检测时对检测光束101的角度要求，又能节省能耗减小发热，提高检测光束101的利用率。

需要说明的是，所述检测模组19接收来自脊和谷的折射的检测光束101并用于指纹光学成像。然而，本发明并不以此为限定，所述检测模组19可以接收其他带有指纹特征信息的光束进行成像或检测。例如但不限于，所述检测模组19可以接收来自用户手指表面(包括指纹的脊和/或谷)直接反射的检测光束101并用于指纹检测；例如但不限于，所述检测模组19接收在脊处漫反射的检测光束101并用于指纹光学成像；例如但不限于，所述检测模组19可以接收用户手指反射的外部环境中的可见光和/或不可见光并用于指纹检测；例如但不限于，所述检测模组19可以接收用户手指透射的外部环境中的可见光和/或不可见光并用于指纹检测；例如但不限于，所述检测模组19可以接收用户手指发射的可见光和/或不可见光并用于指纹检测。进一步的，上述的指纹检测也可以是针对其他检测对象的检测，能够通过光学成像方式获得检测对象的特征信息的皆可。因此，尽管本发明实施例以接收漫反射的检测光束101为例进行描述，其他可能的用于指纹光学成像的光束也属于本发明保护范围。

本申请中，所述光学检测装置1可以是手机、平板电脑、智能手表、增强现实/虚拟现实装置、人体动作检测装置、自动驾驶汽车、智能家居设备、安防设备、医疗设备、智能机器人等，或上述的组件。

本发明的上述实施例或变更实施例及相应变更设置中关于导光单元、显示模组、发射模组、检测模组、光转换器、发光单元、视场区域等的结构、位置也可以应用在本发明公开的其他实施例中，由此得到实施例及其替换、变形、组合、拆分、扩展、省略等均属于本发明保护范围。

需要说明的是，本发明描述中可能出现的出光面、入光面等，可以是实际存在的实体表面，也可以是假想表面，不影响本发明技术方案实现，均属于本发明范围。另外，本发明描述中可能出现的“重叠”、“重合”、“交叠”，应理解为具有相同意思并可以相互替换。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，在不付出创造性劳动的前提下，本发明实施例的部分或全部，以及对于实施例的部分或全部的变形、替换、变更、拆分、组合、扩展等均应认为被本发明的发明创造思想所涵盖，属于本发明的保护范围。

在本说明书中对于“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的任何引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中不同位置出现的这种短语并不一定全部指相同的实施例。另外，当结合任何实施例描述特定的特征或结构时，所主张的是，结合这些实施例的其它实施例来实现这种特征或结构在本领域技术人员的技术范围内。

本发明说明书中可能出现的“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“背面”、“正面”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“内部”、“外部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。相似的标号和字母在附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，“多种”或“多个”的含义是至少两种或两个，除非另有明确具体的限定。本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。权利要求书中所使用的术语不应理解为将发明限制于本说明书中所公开的特定实施例。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种光学检测装置，其能够主动发光到外部对象上并通过接收外部对象的返回光实现生物特征检测，其特征在于，包括：

液晶显示装置，其包括液晶显示模组和保护层，所述保护层位于所述液晶显示模组的上方，所述保护层具有供外部对象接触以实现交互或生物特征检测的第一表面，所述液晶显示模组包括液晶显示单元和背光单元，所述背光单元用于向液晶显示单元提供可见光的背光光束，所述背光光束能够透过所述液晶显示单元和保护层出射到外部从而实现图像显示，其中，所述保护层的第一表面具有相互垂直的长度轴和宽度轴，所述保护层具有沿所述长度轴方向相对设置的顶部和底部；

发射模组，位于第一表面的下方，所述发射模组和所述液晶显示模组在所述第一表面上的垂直投影不相重叠或部分重叠，所述发射模组包括三组发光单元，相邻组之间的间距相等，所述三组发光单元设置在所述保护层的底部的下方，沿平行于所述宽度轴的方向排成一列，所述第一平面具有沿平行于长度轴方向的中心轴，所述第一组、第二组和第三组发光单元在第一平面上的正投影关于所述第一平面沿平行于长度轴方向的中心轴成轴对称分布，所述三组发光单元能够发射近红外光的检测光束，所述检测光束能够透过所述保护层投射到外部对象的具有不同朝向的侧面上；和

检测模组，至少部分位于液晶显示模组的下方或液晶显示模组的内部，从外部对象返回的检测光束能够透过所述保护层和至少部分的液晶显示模组被所述检测模组接收，所述检测模组将接收到的检测光束转换为对应的电信号以获取外部对象的生物特征信息。

2.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，每组发光单元包括两个发光单元，且各组中相邻的发光单元之间的中心间距相等，相邻组之间的中心间距不同于各组中相邻的发光单元之间的间距；或者，至少一组发光单元包括不少于两个的发光单元，且该组发光单元的内的相邻发光单元的中心间距小于相邻组发光单元的中心间距。

3.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述发射模组在平行于所述宽度轴的方向上的长度不小于外部对象在平行于所述保护层宽度轴的方向上的长度。

4.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，外部对象的具有不同朝向的侧面包括第一侧面、第二侧面、和第三侧面，所述发射模组的三组发光单元分别为第一组发光单元、第二组发光单元、和第三组发光单元，所述第一组发光单元用于向外部对象的第一侧面投射检测光束，所述第二组发光单元用于向外部对象的第二侧面投射检测光束，所述第三组发光单元用于向外部对象的第三侧面投射检测光束，所述保护层具有沿所述宽度轴方向相对设置的第一侧部和第二侧部，所述第一侧面朝向所述第一侧部，所述第二侧面朝向所述第二侧部，所述第三侧面朝向所述底部或顶部。

5.如权利要求4所述的光学检测装置，其特征在于，所述检测光束能够从第一侧面、第二侧面和第三侧面进入外部对象内部，进入外部对象内部的检测光束能够外部对象的底面出射并穿透所述保护层后被所述检测模组接收。

6.如权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于，外部对象为手指，手指的底面包括指纹，检测时指纹与所述检测模组在第一表面上的视场区域接触，所述视场区域为第一表面位于所述检测模组的视场角范围内的部分。

7.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述发射模组的三组发光单元分别为第一组发光单元、第二组发光单元、和第三组发光单元，第一表面具有平行于长度轴的中心轴，所述第三组发光单元在第一表面的正投影和第一表面的平行于长度轴的中心轴相交，所述第一组发光单元和第二组发光单元位于所述第三组发光单元的两侧，第一组发光单元的中心到第三组发光单元的中心的间隔距离为L1，第二组发光单元的中心到第三组发光单元的中心的间隔距离为L2，第一表面位于所述检测模组视场角范围的部分为视场区域，所述视场区域的中心和第三组发光单元在第一表面的正投影的中心的间隔距离为L3，所述视场区域为第一表面位于所述检测模组的视场角范围内的部分，L1＝L2＝8毫米至21毫米，L3＝10毫米至18毫米。

8.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述三组发光单元分别包括两个发光单元，同一组发光单元的两个发光单元的中心间距为1.65毫米至3毫米，相邻组发光单元之间的边缘最小距离为6毫米至20毫米。

9.如权利要求6所述的光学检测装置，其特征在于，所述视场区域的直径范围为7毫米至10毫米。

10.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述液晶显示装置还包括壳体，所述壳体用于收纳和承载所述液晶显示模组和保护层，所述壳体包括位于液晶显示模组的下方的底部和连接保护层的侧部，所述发射模组固定连接所述侧部。

11.如权利要求10所述的光学检测装置，其特征在于，所述发光单元具有和所述侧部连接的底面和用于出射检测光束的出光面，所述出光面为所述发光单元的侧面，所述发光单元为侧发光型发光元件，所述出光面与第一表面平行或呈锐角设置。

12.如权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述保护层具有透明区域和位于透明区域周围的非透明区域，所述保护层的底部和顶部位于所述非透明区域，所述透明区域能够透射可见光和检测光束，所述非透明区域能够阻挡可见光和透射检测光束，所述预设区域至少部分位于所述非透明区域，所述视场区域至少部分位于所述透明区域，所述液晶显示模组部分或全部位于所述透明区域的下方，所述发射模组位于所述非透明区域下方，所述检测模组部分或全部位于所述液晶显示模组的下方，所述液晶显示模组能够透射所述检测光束，所述液晶显示模组能够透过所述透明区域出射可见光，所述检测模组能够透过至少部分的液晶显示模组接收外部对象返回的检测光束。

13.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，所述发光单元具有出光面，所述保护层具有和第一表面相对的第二表面，所述出光面的中心和所述保护层的第二表面间隔预设距离设置，所述预设距离为0至1毫米，或1毫米至3毫米。

14.如权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于，所述发光单元具有沿第一表面的长度轴方向140度的发光角，沿第一表面的宽度轴方向140度的发光角。