CN111183429A - 指纹识别的方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹识别的方法、装置（130）和电子设备（10），能够提高指纹的成像质量。该指纹识别装置（130）适用于具有显示屏（120）的电子设备（10），包括指纹传感器（280），指纹传感器（280）的指纹检测区域（103）位于显示屏（120）的显示区域，指纹传感器（280）用于设置在显示屏（120）的下方，并用于接收返回光信号，以及根据返回光信号检测手指（210）的指纹图像，其中，返回光信号包括第一返回光信号（205），第一返回光信号（205）为第一光信号（201）透射进指纹检测区域（103）上方的手指（210）并从手指（210）透射出并穿过显示屏（120）的光信号，第一光信号（201）到达指纹检测区域（103）处的玻璃盖板（220）时的入射角大于或等于光信号从玻璃盖板（220）入射到空气的全反射角。

Description

指纹识别的方法、装置和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及指纹识别领域，并且更具体地，涉及一种指纹识别的方法、装置和电子设备。

背景技术

近年来，智能手机进入全面屏时代，手机的屏占比越来越大，屏下指纹识别技术顺势成为潮流，光学屏下指纹技术率先进入商用，国内主流手机厂商均发布了光学屏下指纹机型，国际品牌厂商的屏下指纹技术新机也在紧密锣鼓地研发中。

目前的光学屏下指纹技术基本都应用在有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)和有源矩阵有机发光二极体(Active-matrix organic light-emitting diode，AMOLED)等自发光的手机屏幕上，利用这类屏幕包括的自发光的屏幕像素作为光源，光线照射到手指上经过手指反射，透过手机屏幕和特殊光学镜头，被屏下的传感器接收到，实现指纹图像采集和指纹识别。但是这种利用自发光的屏幕像素作为光源进行指纹识别的方式，存在成像质量差的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种指纹识别的方法、装置和电子设备，能够提高指纹的成像质量。

第一方面，提供了一种指纹识别装置，所述指纹识别装置适用于具有显示屏的电子设备，所述指纹识别装置包括光路引导结构和指纹传感器，所述指纹传感器的指纹检测区域设置在所述显示屏的显示区域，所述光路引导结构设置在所述显示屏和所述指纹传感器之间，用于将所述指纹检测区域上方的手指形成的返回光信号引导至所述指纹传感器；所述指纹传感器用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器包括具有多个光学感应单元的感应阵列，所述感应阵列用于接收经过所述光路引导结构的所述返回光信号，并根据所述返回光信号检测所述手指的指纹图像，其中，所述返回光信号包括第一返回光信号，所述第一返回光信号为第一光信号透射进所述指纹检测区域上方的手指并从所述手指透射出并穿过所述显示屏的光信号，所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射到空气的全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述入射角大于或等于42.6°。

在一种可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括发光组件，所述发光组件设置在所述显示屏的非显示区域的下方，用于向所述指纹检测区域发射所述第一光信号。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件设置在所述显示屏的下巴区域。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括垂直腔表面发射激光器，所述垂直腔表面发射激光器发出的所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括光源和透镜，所述透镜用于将所述光源发出的所述第一光信号汇聚至所述指纹检测区域，使得到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的所述第一光信号的入射角大于或等于所述全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括光源和遮挡件，所述遮挡件用于对所述光源发出的光信号进行遮挡，使得所述光源发出的未被所述遮挡件遮挡的所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述遮挡件为油墨，所述油墨涂覆在所述玻璃盖板的下表面，且设置在所述光源的远离所述指纹检测区域的一侧，所述油墨用于对所述光源发出的光信号进行遮挡。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件中的光源相对所述显示屏倾斜设置，使得所述光源发出的所述第一光信号能够以预设角度到达所述指纹检测区域，且到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时所述第一光信号的入射角大于或等于所述全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括光源和导光柱，所述导光柱用于将所述光源发出的所述第一光信号导向所述指纹检测区域，使得经过所述导光柱的所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述导光柱包括第一段导光柱和第二段导光柱，所述第一段导光柱和所述第二段导光柱相连接，所述第一段导光柱设置在所述光源的周围，且所述第一导光柱的轴向与所述显示屏垂直，所述第二段导光柱的轴向相对所述显示屏倾斜设置，使得经过所述第二段导光柱的光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括光源和反光装置，所述光源朝向所述反光装置发射光信号，所述反光装置用于对所述光源发出的光信号进行反射，使得经过所述反光装置反射后的光信号到达所述显示屏的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

在一种可能的实现方式中，所述反光装置设置在所述玻璃盖板的侧面，且所述反光装置的反光面与所述玻璃盖板的表面垂直。

在一种可能的实现方式中，所述反光装置为反光涂层或反光薄膜。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件发出的所述第一光信号光为红外光或可见光。

在一种可能的实现方式中，所述红外光的波长为940nm；或者，所述可见光的波长为550nm。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件与所述指纹传感器在所述显示屏的长度方向上的距离为15mm～20mm。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括第一光源，所述显示屏包括与所述第一光源所在位置相对的第一位置，以及与所述指纹传感器所在位置相对的第二位置，所述第一位置位于所述第二位置的中心沿所述显示屏的长度方向延伸的位置上。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括第一光源，所述显示屏包括与所述第一光源所在位置相对的第一位置，以及与所述指纹传感器所在位置相对的第二位置，所述第一位置位于所述第二位置的中心位置沿所述显示屏的长度方向延伸的位置的一侧。

在一种可能的实现方式中，所述发光组件包括第二光源和第三光源，所述显示屏包括与所述第二光源所在位置相对的第三位置、与所述第三光源所在位置相对的第四位置、以及与所述指纹传感器所在位置相对的第二位置，所述第三位置和所述第四位置设置在所述第二位置的中心位置沿所述显示屏的长度方向延伸的位置的两侧。

在一种可能的实现方式中，所述显示屏包括多个自发光显示单元，所述多个自发光显示单元用于显示图像，所述返回光信号还包括第二返回光信号，所述第二返回光信号为至少部分自发光显示单元发出的第二光信号照射所述手指，并经过所述手指反射或散射而产生的光信号。

在一种可能的实现方式中，所述指纹传感器用于根据所述第一返回光信号检测出所述手指的第一指纹图像，还用于根据所述第二返回光信号检测出所述手指的第二指纹图像。

在一种可能的实现方式中，所述第二光信号的波长为550nm。

在一种可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括处理器，所述处理器用于：获取所述第一指纹图像，所述第一指纹图像是根据所述第一返回光信号生成的；在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功；或，在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

在一种可能的实现方式中，所述处理器用于：获取所述第二指纹图像，所述第二指纹图像是根据所述第二返回光信号生成的；在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像匹配成功时，和/或在所述第二指纹图像与所述第二预设指纹图像匹配成功时，确定指纹识别成功；或在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配，且所述第二指纹图像与所述第二预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

在一种可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括控制单元，所述控制单元用于在所述发光组件发出所述第一光信号时控制所述至少部分自发光显示单元不发出所述第二光信号，以及在所述至少部分自发光显示单元发出所述第二光信号时控制所述发光组件不发出所述第一光信号。

在一种可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括控制单元，所述控制单元用于在所述指纹传感器采集完所述第一指纹图像的数据后，控制所述发光组件不发光，以及控制所述至少部分自发光单元发出所述第二光信号。

在一种可能的实现方式中，所述光路引导结构包括光学透镜，所述光学透镜设置在所述指纹传感器上方，用于将穿过所述显示屏的返回光信号汇聚到所述指纹传感器的感应阵列。

在一种可能的实现方式中，所述第一返回光信号为红外光，所述第二返回光信号为可见光，所述光学透镜对红外光可成像和对可见光成像不具有像色差。

在一种可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括滤光片，位于所述指纹传感器上方，所述滤光片用于滤除所述第一返回光信号和所述第二返回光信号以外的其他光信号。

在一种可能的实现方式中，所述第一返回光信号为波长940nm的红外光，所述第二返回光信号为波长550nm的可见光，所述滤光片至少用于滤除波长不等于940nm和550nm的光。

在一种可能的实现方式中，所述光路引导结构包括具有多个准直单元或者微孔阵列的光学准直器，所述光学准直器用于将穿过所述显示屏的返回光信号通过所述多个准直单元或者微孔阵列分别传输到所述指纹传感器的感应阵列中对应的光学感应单元；或者，所述光路引导结构包括具有多个微透镜的微透镜阵列和具有多个微孔的挡光层，所述微透镜阵列用于将穿过所述显示屏的返回光信号分别聚焦到所述挡光层对应的微孔，并通过所述微孔传输到所述指纹传感器的感应阵列中对应的光学感应单元。

本申请提供的指纹识别装置，指纹图像不是基于反射成像的原理生成的，而是基于透射原理生成的。本申请利用全反射光作为指纹识别的光源，由于谷线处的光信号全部发生全反射，不能被指纹传感器接收到，而脊线处的光信号大部分透射进手指，并从手指纹脊处透射出来穿过显示屏被指纹传感器接收到，这样指纹传感器接收到的纹脊和纹谷处返回的光信号存在较高的对比度，能够获得较好的成像效果。

第二方面，提供一种电子设备，包括：上述第一方面或其各个可能的实现方式中的指纹识别的装置。

第三方面，提供了一种指纹识别的方法，该方法可应用于上述第一方面或其各个可能的实现方式中的指纹识别装置，该方法包括：获取第一指纹图像，所述第一指纹图像是根据第一返回光信号生成的，所述第一返回光信号为第一光信号透射进所述指纹检测区域上方的手指并从所述手指透射出并穿过所述显示屏的光信号，所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射到空气的全反射角；根据所述第一指纹图像，进行指纹识别。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一指纹图像，进行指纹识别，包括：在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功；或，在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

在一种可能的实现方式中，所述显示屏包括多个自发光单元，所述方法还包括：获取第二指纹图像，所述第二指纹图像为根据第二返回光生成的，所述第二返回光为第二光信号照射所述手指后反射的光信号，所述第二光信号为至少部分自发光单元发出的光信号；所述根据所述第一指纹图像，进行指纹识别，包括：在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配，和/或所述第二指纹图像与所述第二预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功。

在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一指纹图像，进行指纹识别，包括：在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配，或所述第二指纹图像与第二预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

在一种可能的实现方式中，所述第一光信号为发光组件发出的光信号，所述方法还包括：在所述发光组件发出所述第一光信号时，控制所述多个自发光显示单元不发出所述第二光信号；在所述多个自发光显示单元发出所述第二光信号时，控制所述发光组件不发出所述第一光信号。

在一种可能的实现方式中，所述第一光信号为发光组件发出的光信号，所述方法还包括：在采集完所述第一指纹图像的数据后，控制所述发光组件不发光，并控制所述自发光单元发出所述第二光信号。

附图说明

图1是本申请实施例的电子设备的结构的俯视图。

图2是本申请实施例的电子设备的结构的侧视图。

图3是本申请实施例的通过准直器引导光路的示意图。

图4是本申请实施例的通过透镜引导光路的示意图。

图5是本申请实施例的基于反射成像的原理的示意图。

图6是本申请实施例的基于反射成像获得的指纹图像。

图7是本申请实施例的干手指基于反射成像获得的指纹图像。

图8是本申请实施例的以全反射光作为光源时的成像原理示意图。

图9是本申请实施例的又一种以全反射光作为光源时的成像原理示意图。

图10是根本申请实施例提供的指纹识别装置的示意图。

图11是本申请实施例提供的以自发光显示屏作为光源时的指纹识别过程的示意图。

图12是本申请实施例提供的一种发光组件的结构示意图。

图13是本申请实施例提供的又一种发光组件的结构示意图。

图14是本申请实施例提供的又一种发光组件的结构示意图。

图15是本申请实施例提供的又一种发光组件的结构示意图。

图16是本申请实施例提供的又一种发光组件的结构示意图。

图17是本申请实施例提供的发光组件包括的一个光源对应于显示屏的位置的示意图。

图18是本申请实施例提供的又一种发光组件包括的一个光源对应于显示屏的位置的示意图。

图19是本申请实施例提供的发光组件包括的两个光源对应于显示屏的位置的示意图。

图20是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的示意图。

图21是本申请实施例提供的又一种指纹识别装置的示意图。

图22是本申请实施例提供的光学透镜的多色光焦点偏移的曲线。

图23是本申请实施例提供的滤光片对不同波长的光的透过率的曲线。

图24是本申请实施例提供的电子设备的示意性框图。

图25是本申请实施例提供的指纹识别方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应理解，本申请实施例可以应用于光学指纹***，包括但不限于光学指纹识别***和基于光学指纹成像的医疗诊断产品，本申请实施例仅以光学指纹***为例进行说明，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例同样适用于其他采用光学成像技术的***等。

作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹***可以应用在智能手机、平板电脑、游戏设备等便携式或移动计算设备，以及电子数据库、汽车、银行自动柜员机(automated teller machine，ATM)等其他电子设备，但本申请实施例对此并不限定，本申请实施例可以应用在其他具有显示屏的移动终端或者其他电子设备；更具体地，在上述电子设备中，指纹识别装置可以具体为光学指纹装置，其可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下(Under-display)光学指纹***。或者，所述指纹识别装置也可以部分或者全部集成至所述电子设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display)光学指纹***。

如图1和图2所示为本申请实施例可以适用的电子设备的两个结构示意图，其中，图1为俯视图，图2为侧视图。该电子设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，该光学指纹装置130设置在该显示屏120下方的局部区域。该光学指纹装置130包括光学指纹传感器，该光学指纹传感器包括具有多个光学感应单元131的感应阵列133，该感应阵列所在区域或者其感应区域为该光学指纹装置130对应的指纹检测区域103。如图1所示，该指纹检测区域103位于该显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，该光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如该显示屏120的侧面或者该电子设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将该显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到该光学指纹装置130，从而使得该指纹检测区域103实际上位于该显示屏120的显示区域。

应当理解，该指纹检测区域103的面积可以与该光学指纹装置130的感应阵列的面积不同，例如通过例如透镜成像的光路设计、反射式折叠光路设计或者其他光线汇聚或者反射等光路设计，可以使得该光学指纹装置130对应的指纹检测区域103的面积大于该光学指纹装置130感应阵列的面积。在其他替代实现方式中，如果采用例如光线准直方式进行光路引导，该光学指纹装置130对应的指纹检测区域103也可以设计成与该光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。

因此，使用者在需要对该电子设备进行解锁或者其他指纹验证的时候，只需要将手指按压在位于该显示屏120的指纹检测区域103，便可以实现指纹输入。由于指纹检测可以在屏内实现，因此采用上述结构的电子设备10无需其正面专门预留空间来设置指纹按键(比如Home键)，从而可以采用全面屏方案，即该显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个电子设备10的正面。

作为一种可选的实现方式，如图2所示，该光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，该光检测部分134包括感应阵列以及与该感应阵列电性连接的读取电路及其他辅助电路，其可以在通过半导体工艺制作在一个芯片(Die)，比如光学成像芯片或者光学指纹传感器，该感应阵列具体为光探测器(Photo detector)阵列，其包括多个呈阵列式分布的光探测器，该光探测器可以作为上述的光学感应单元；该光学组件132可以设置在该光检测部分134的感应阵列的上方，其可以具体包括滤光层(Filter)、导光层或光路引导结构以及其他光学元件，该滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而该导光层或光路引导结构主要用于将从手指处返回的光导引至该感应阵列进行光学检测。

在具体实现上，该光学组件132可以与该光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，该光学组件132可以与该光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将该光学组件132设置在该光检测部分134所在的芯片外部，比如将该光学组件132贴合在该芯片上方，或者将该光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。

其中，该光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，如图3所示，该光学组件132的该导光层可以具体为在半导体硅片制作而成的准直器(Collimator)层，其具有多个准直单元或者微孔阵列，该准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到该准直单元的光线可以穿过并被其下方的光学感应单元接收，而入射角度过大的光线在该准直单元内部经过多次反射被衰减掉，因此每一个光学感应单元基本只能接收到其正上方的指纹纹路反射回来的反射光，从而该感应阵列便可以检测出手指的指纹图像。

在另一种实施例中，该导光层或者光路引导结构也可以为光学透镜(Lens)层，其具有一个或多个透镜单元，比如一个或多个非球面透镜组成的透镜组，例如，如图4所示，该光学组件132可以包括一个透镜，其用于将从手指反射回来的反射光汇聚到其下方的光检测部分134的感应阵列，以使得该感应阵列可以基于该反射光进行成像，从而得到该手指的指纹图像。可选地，该光学透镜层在该透镜单元的光路中还可以形成有针孔，该针孔可以配合该光学透镜层扩大该光学指纹装置的视场，以提高该光学指纹装置130的指纹成像效果。

在其他实施例中，该导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，该微透镜层具有由多个微透镜形成的微透镜阵列，其可以通过半导体生长工艺或者其他工艺形成在该光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于该感应阵列的其中一个感应单元。并且，该微透镜层和该感应单元之间还可以形成其他光学膜层，比如介质层或者钝化层，更具体地，该微透镜层和该感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中该微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，该挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得该感应单元所对应的光线通过该微透镜汇聚到该微孔内部并经由该微孔传输到该感应单元以进行光学指纹成像。应当理解，上述光路引导结构的几种实现方案可以单独使用也可以结合使用，比如，可以在该准直器层或者该光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在该准直器层或者该光学透镜层与该微透镜层结合使用时，其具体叠层结构或者光路可能需要按照实际需要进行调整。

可选的，在某些实施例中，该光学指纹装置130可以仅包括一个光学指纹传感器，此时光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积较小且位置固定，因此用户在进行指纹输入时需要将手指按压到该指纹检测区域103的特定位置，否则光学指纹装置130可能无法采集到指纹图像而造成用户体验不佳。

在其他替代实施例中，该光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；该多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在该显示屏120的下方，且该多个光学指纹传感器的感应区域共同构成该光学指纹装置130对应的指纹检测区域103。也即是说，该光学指纹装置130对应的指纹检测区域103可以包括多个子区域，每个子区域分别对应于其中一个光学指纹传感器的感应区域，从而将该光学指纹模组130的指纹采集区域103可以扩展到该显示屏的下半部分的主要区域，即扩展到手指惯常按压区域，从而实现盲按式指纹输入操作。可替代地，当该光学指纹传感器数量足够时，该指纹检测区域130还可以扩展到半个显示区域甚至整个显示区域，从而实现半屏或者全屏指纹检测。

应当理解的是，在具体实现上，该电子设备10还包括透明盖板110，或者称为透明保护盖板110，该盖板110可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于该显示屏120的上方并覆盖该电子设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在该显示屏120实际上是指按压在该显示屏120上方的盖板110或者覆盖该盖板110的保护层表面。

应理解，本申请实施例中的该显示屏120可以采用具有自发光显示单元的显示屏，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏或者微型发光二极管(Micro-LED)显示屏。以采用OLED显示屏为例，该光学指纹装置130可以利用该OLED显示屏120位于该指纹检测区域103的显示单元(即OLED光源)来作为光学指纹检测的激励光源。当手指140按压在该指纹检测区域103时，显示屏120向该指纹检测区域103上方的目标手指140发出一束光111，该光111在手指140的表面发生反射形成反射光或者经过该手指140内部散射而形成散射光。

在其他实施例中，所述光学指纹装置130也可以采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号。在这种情况下，所述光学指纹装置130可以适用于非自发光显示屏，比如液晶显示屏或者其他的被动发光显示屏。以应用在具有背光模组和液晶面板的液晶显示屏为例，为支持液晶显示屏的屏下指纹检测，所述电子设备10的光学指纹***还可以包括用于光学指纹检测的激励光源，所述激励光源可以具体为红外光源或者特定波长非可见光的光源，其可以设置在所述液晶显示屏的背光模组下方或者设置在所述电子设备10的保护盖板下方的边缘区域，而所述光学指纹装置130可以设置液晶面板或者保护盖板的边缘区域下方并通过光路引导以使得指纹检测光可以到达所述光学指纹装置130；或者，所述光学指纹装置130也可以设置在所述背光模组下方，且所述背光模组通过对扩散片、增亮片、反射片等膜层进行开孔或者其他光学设计以允许指纹检测光穿过液晶面板和背光模组并到达所述光学指纹装置130。

在其他替代实现方式中，该显示屏120也可以采用非自发光的显示屏，比如采用背光的液晶显示屏；在这种情况下，所述光学检测装置130便无法采用所述显示屏120的显示单元作为激励光源，因此需要在所述光学检测装置130内部集成激励光源或者在其外部设置激励光源来实现光学指纹检测，当采用所述光学指纹装置130采用内置光源或者外置光源来提供用于进行指纹检测的光信号时，其检测原理与上面自发光显示屏的描述内容是一致的。

应理解，为便于描述，上述反射光和散射光统称为反射光。由于指纹的嵴(ridge)与峪(vally)对于光的反射能力不同，因此，来自指纹嵴的反射光151和来自指纹峪的发生过152具有不同的光强，反射光经过光学组件132后，被光学指纹装置130中的感应阵列134所接收并转换为相应的电信号，即指纹检测信号；基于该指纹检测信号便可以获得指纹图像数据，并且可以进一步进行指纹匹配验证，从而在该电子设备10实现光学指纹识别功能。

具体地，图5示出了基于反射光成像的原理的示意图。如图5所示，这里假设手机的表面为玻璃盖板，手指进行指纹识别时接触手机玻璃盖板表面，其中，手指的指纹脊线可以与表面接触良好，而手指的指纹谷线与表面存在空隙，该空隙内为空气。

另外，如图5所示，这里还假设通过该玻璃盖板照射至手指的光I为均匀的。该光I可以为显示屏的至少部分自发光显示单元发出的光信号，通常显示屏的发光区域设置在指纹检测区域的正下方，这样能够减少光信号从发光单元到达手指的路径长度，使得较多的光信号用于指纹检测。因此，自发光显示单元发出的光信号I到达玻璃界面的入射角通常较小，例如，对于图3所示的指纹识别装置，指纹传感器接收到的光信号通常是入射角度小于10°的光信号经过手指返回的光信号，对于图4所示的指纹识别装置，指纹传感器接收到的光信号通常是入射角度小于30°的光信号经过手指返回来的光信号。

根据光学的折射和反射定律，当光I照射至手指时，指纹脊线处因为接触良好，并且手指与玻璃盖板的折射率相近，所以被手指吸收的光I_T1较多，而反射光I_R1较少；但谷线处存在空气间隙，由于空气与玻璃盖板的折射率差异较大，所以折射进手指的光I_T2较少，在玻璃盖板表面发生反射的反射光I_R2较多，由此形成了指纹谷脊之间的对比信号，谷线处的反射信号I_R2较强，而脊线处的反射信号I_R1较弱，指纹传感器通过谷线与脊线处的信号差异，进而可以形成指纹图像，例如，如图6所示的指纹图像。

但是在实际应用中，由于利用反射式成像的光学指纹原理上存在干手指问题，所以可能会存在指纹图像不清晰的情况。干手指是指手指表面的油脂和汗液较少，例如，目前大约有10％～20％的人群是干手指，另外，普通人群在特殊场景也会转化为干手指，如洗手后或者低温状态下，都会导致手指变干。

手指上的油脂和汗液较少，会影响手指的折射率，导致手指的折射率与玻璃的折射率的差异增大，当光I照射到手指时，被指纹脊线吸收的光信号I_T1变少，而反射的光信号I_R1变多；谷线处反射的光信号基本不变，这样由于脊线处反射的光信号增强，导致脊线处的光信号I_R1和谷线处的光信号I_R2的对比度降低，造成指纹图像不清晰的现象。例如，如图7所示，在干手指状态下，光学指纹无法获得很好的信号，指纹图像十分不清楚，这将导致解锁的成功率严重下降。

因此，本申请实施例提供一种指纹识别的装置，能够提高指纹识别的成功率。

该指纹识别装置适用于具有显示屏的电子设备，该装置可以包括指纹传感器，该指纹传感器的指纹检测区域位于显示屏的显示区域，以形成屏下指纹识别。该指纹传感器用于接收返回光信号，并根据该返回光信号，生成手指的指纹图像。

其中，该返回光信号可以包括第一返回光信号，第一返回光信号为第一光信号经过指纹检测区域上方的手指并从手指透射出的光信号，且第一光信号到达指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于光信号从玻璃盖板入射到空气的全反射角。

本申请实施例中的第一光信号也可以称为全反射光信号。该第一光信号为具有方向性的光信号，该第一光信号可以为以预设角度朝向指纹采集区域发射的光信号。该第一光信号可以是外部光源发出的光信号，也可以是自发光显示屏中的自发光显示单元发出的光信号，只要其发出的光信号为全反射光信号即可。

本申请实施例中的显示屏可以是自发光显示屏，如OLED显示屏，也可以是被动式发光的显示屏，如液晶显示(liquid crystal display，LCD)屏。

本申请实施例中的指纹传感器可包括具有多个光学感应单元的感应阵列，该感应阵列用于接收经过光路引导结构的返回光信号，并根据该返回光信号检测手指的指纹图像。

如图8所示，第一光信号L到达玻璃盖板时，由于指纹谷线与玻璃盖板之间存在空隙，第一光信号L在纹谷处发生全反射。由于指纹的密度大于空气的密度，因此光信号从玻璃盖板入射至手指脊线的全反射角大于光信号从玻璃盖板入射至空气的全反射角，当脊线与玻璃盖板接触时，到达纹脊处的第一光信号一部分发生反射，一部分透射进手指的纹脊，透射进手指的光信号用于指纹成像。

如图8所示，脊线处的反射光L_R1和谷线处的反射光L_R2会在玻璃盖板的上下表面发生全反射，最后被衰减掉。脊线处的透射光L_T1进入手指后，再从手指中透射出来，形成第一返回光信号，第一返回光信号经过显示屏后，被显示屏下方的指纹传感器接收到。指纹传感器根据接收到的第一返回光信号，进行指纹识别。

由于谷线处的光信号都发生了全反射，指纹传感器几乎接收不到谷线处返回的光信号，而脊线处的大部分光信号会透射进手指，然后从手指中透射出来被指纹传感器接收到，从而指纹传感器可以根据纹脊和纹谷处的光信号的强度差进行指纹识别。

传统的指纹识别方式中，利用纹脊和纹谷处的反射光进行成像，如图5所示，反射光I_R1和反射光I_R2的对比度差异约为1:40。与传统的指纹识别方式不同，本申请实施例并不是而是利用透射光进行成像，纹谷和纹脊处的光信号的对比度约为1:200，这样采用透射光进行成像，能够获得5倍于传统的反射光成像的信号，能够获得更好的成像质量，有利于提高指纹识别的成功率。

此外，传统方案中会存在手指为干手指时，纹脊和纹谷处的反射光相近导致指纹图像不清晰的现象。本申请实施例提供的技术方案，即使手指为干手指，仍然会有光信号透射进纹脊，从纹脊处透射出来的光信号会被指纹传感器接收到，而纹谷处的光信号会发生全反射，不会被指纹传感器接收到，这样纹脊和纹谷处返回的光信号仍然存在较高的对比度，因此采用透射光成像，受干手指的影响较小。

本申请实施例中，第一光信号到达指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于42.6°。

该指纹识别装置还可以包括光路引导结构，该光路引导结构设置在显示屏和指纹传感器之间，用于将指纹检测区域上方的手指形成的返回光信号引导至指纹传感器。

该光路引导结构可以包括光学透镜、光学准直器或微透镜阵列。该光路引导结构例如可以是图3和图4中的准直器阵列和光学透镜。

下面结合具体实施例，对本申请实施例的指纹识别装置进行描述。

如图9所示，光源260可用于发射全反射光信号，如第一光信号201，第一光信号201在纹谷处的全反射光信号203以及在纹谷处的反射光信号204在玻璃盖板220的上下表面不断进行全反射，最后被衰减掉。第一光信号201在纹谷处发生折射，折射后的光信号透射进手指，经手指透射出来的光信号为光信号205，光信号205穿过玻璃盖板220等最后被显示屏下方的指纹传感器接收到。

指纹识别装置可以包括指纹传感器280，该指纹传感器280用于接收第一返回光信号205，该第一返回光信号205为第一光信号202通过指纹纹脊透射进手指210，然后从所述手指210透射出来的光信号，该第一光信号201入射至手指按压处的玻璃盖板220时的入射角θ大于或等于光信号从玻璃盖板入射至空气的全反射角。

可以理解的是，第一光信号201到达指纹采集区域的任意位置时的入射角可以均大于或等于所述全反射角，例如，第一光信号到达指纹检测区域的边缘位置时的入射角大于所述全反射角，第一光信号到达指纹检测区域的靠近光源位置时的入射角大于或等于所述全反射角。或者，第一光信号可以在到达部分指纹采集区域时的入射角大于或等于所述全反射角，例如，第一光信号可以在到达指纹采集区域的中心区域时的入射角大于或等于所述全反射角。

图9所示的指纹识别装置还可以包括位于玻璃盖板220和显示层250之间的导电玻璃230和偏光片240。

本申请实施例中的指纹识别装置还可以包括光学镜头270，该光学镜头用于将光信号205聚焦至指纹传感器280上。

本申请实施例中的指纹传感器280可以设置在电子设备内部，其中，该电子设备可以为上述电子设备10。例如，该指纹传感器280可以设置在该电子设备的正面或者背面，或者，可以设置在该电子设备的显示屏下方，或者设置在显示屏的周围，例如，显示屏的底部。

为了便于说明，本申请实施例以将该光学指纹传感器设置在电子设备的显示屏下方为例进行说明。对应地，手指在进行指纹识别时，触摸在该显示屏的上方，也就是说，该指纹传感器为屏下指纹传感器。

应理解，本申请实施例的指纹传感器280可以对应于电子设备10中的光检测部分134，为了简洁，在此不再赘述。

指纹识别装置还可以包括发光组件260，该发光组件260设置在显示屏的非显示区域的下方，用于向指纹检测区域发射第一光信号。该发光组件260例如可以设置在玻璃盖板220的边缘区域的下方。作为一种优选的实现方式，发光组件260可以设置在电子设备的下巴区域的玻璃盖板的下方。

其中，导电玻璃230和偏光片240同发光组件260之间的位置设置可以参照显示层250与发光组件260之间的关系。具体地，该发光组件260位于该导电玻璃230和该偏光片240的边缘；该发光组件260与该导电玻璃230互不遮挡；该发光组件260与该偏光片240互不遮挡。

如图10所示，玻璃盖板310用于手指触摸，玻璃盖板310上设置有指纹检测区域330，光源320设置在玻璃盖板310的边缘区域的下方，其中，光源320发出的概念股信号入射至指纹检测区域330处的玻璃盖板310的上表面时的入射角θ大于或等于玻璃到空气的全反射角。

发光组件可以以预设角度向指纹检测区域发射第一光信号，使得第一光信号到达指纹检测区域的玻璃盖板时的入射角小于所述全反射角。

发光组件发出的第一光信号可以是可见光，也可以是不可见光。不可见光例如可以是红外光。采用不可见光作为指纹识别的光源，使得用户不会在非显示区域的屏幕上感知到光信号，能够提高用户体验。

发光组件发出的红外光的波长可以为940nm，或者，发光组件发出的可见光的波长可以为550nm。

在传统的指纹识别装置中，对于自发光显示屏，如OLED屏幕，都是采用自发光显示单元作为指纹识别的光源，当用户手指按压在屏幕上时，采集数据需要等待光斑亮起，如图11所示。OLED屏幕需要50ms～100ms的时间点亮光斑，然后指纹传感器才能进行指纹数据采集。而通常一次轻触的按压解锁，手指的按压时间很短，约为150ms～200ms，所以从用户按压屏幕到光斑亮起，已经经过了较长时间，留给指纹传感器采集数据的时间较少，轻触解锁时，有可能数据还未采集完手指就离开了，导致解锁失败，造成用户体验较差。

本申请实施例采用外部光源作为指纹识别的光源，外部光源发光仅需较短的时间，因此能够留给指纹传感器较多的时间采集指纹数据，用户轻触就可进行指纹识别，有利于提高指纹识别的成功率，提高用户体验。

发光组件的结构可以有多种，下面结合图12-图16进行详细描述。

如图12所示，该发光组件可以包括光源320，该光源320可以为激光器，由于激光器可以发出定向光信号，因此采用激光器作为光源，容易实现全反射光信号。

另外，由于垂直腔表面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)的方向性更强，因此，该发光组件可以包括VCSEL。

本申请实施例可以将VCSEL倾斜安装，以更好地获得全反射角度光。如图12所示，VCSEL可以倾斜安装，VCSEL倾斜安装可以理解为VCSEL的发出的光信号301相对显示屏倾斜，使得VCSEL朝向指纹检测区域发光，提高VCSEL发出的光信号的利用率，使得VCSEL发出的大部分光信号都能到达指纹检测区域，并且VCSEL发出的光信号301到达指纹探测区域330的玻璃盖板310的上表面时的入射角度大于或等于玻璃到空气的全反射角。

该发光组件还可以包括VCSEL的支撑框架340，VCSEL设置在该支撑框架340中，将VCSEL倾斜安装，可以理解为将支撑框架340倾斜安装。

图13示出了另一种发光组件的结构。该发光组件可以包括光源320和透镜350，该透镜350用于将光源320发出的光信号汇聚至指纹检测区域330，使得到达指纹检测区域330处的玻璃盖板310的上表面的光信号的入射角大于或等于玻璃到空气的全反射角。

该光源320例如可以为发光二极管(light emitting diode，LED)灯，也可以为其他光源，例如激光器等。

图12所示的发光组件也可以倾斜设置，使得该发光组件朝向指纹检测区域330发光，发光组件发出的大部分光信号都能到达指纹检测区域330，提高光源320发出的光信号的利用率。

发光组件倾斜安装可以理解为透镜350的光轴相对玻璃盖板310倾斜安装，该透镜350的光轴例如朝向指纹检测区域330倾斜，使得经过透镜350汇聚的光信号朝向指纹检测区域330传输。

该发光组件还可以包括支撑框架340，光源320和透镜350可以设置在该支撑框架340中，发光组件倾斜安装也可以理解为将支撑框架340倾斜安装。

图14示出了另一种发光组件的结构。该发光组件可以包括光源320和遮挡件360，该遮挡件360用于对光源320发出的光信号进行遮挡，使得光源320发出的未被遮挡件遮挡的所述第一光信号到达指纹检测区域330的玻璃盖板310时的入射角大于或等于玻璃到空气的全反射角。

该光源可以为LED灯，也可以为激光器。

该遮挡件360可以是在光源320的部分表面上涂覆吸光层形成的，使得未被涂覆的表面发出的光信号到达指纹检测区域330的玻璃盖板310时的入射角大于或等于玻璃到空气的全反射角。

该遮挡件360也可以是在在玻璃盖板310的下表面涂覆吸光层形成的，且吸光层设置在光源320的远离指纹检测区域330的一侧，减少光源320发出的光信号漏光到非显示区域的光量，提高用户体验。

该遮挡件360例如可以是油墨，也可以是其他吸光物质。

该发光组件还可以包括支撑框架340，光源320可以设置在支撑框架340中，该支撑框架340可以与玻璃盖板310平行设置，如图14所示，也可以相对玻璃盖板310倾斜设置，如图12和图13所示的支撑框架340，本申请实施例对此不作具体限定。

图15示出了另一种发光组件的结构，该发光组件可以包括光源320和导光柱370，光源320可以设置在导光柱370中，导光柱370用于将光源320发出的光信号引导至指纹检测区域330，使得经过导光柱370的所述第一光信号到达指纹检测区域330的玻璃盖板310的上表面时的入射角大于或等于玻璃到空气的全反射角。

该光源320可以为LED灯，也可以为激光器。

如图15所示，该导光柱370可以包括第一段导光柱370-1和第二段导光柱370-2，该第一段导光柱370-1与第二段导光柱370-2相连接，第二段导光柱370-2的轴向相对第一段导光柱370-1的轴向倾斜。例如，第一段导光柱370-1设置在光源320的周围，且其轴向垂直于玻璃盖板310的表面，第二段导光柱370-2的轴向相对玻璃盖板310倾斜设置，且其轴向朝向指纹检测区域330倾斜，使得经过第二段导光柱370-2的光信号能够朝向指纹检测区域330传输，且经过第二段导光柱370-2的光信号到达指纹检测区域330处的玻璃盖板310的上表面的入射角大于或等于玻璃到空气的全反射角。

当然，该导光柱也可以仅包括一段导光柱，光源320设置在该导光柱中间，该一段导光柱的轴向相对玻璃盖板310倾斜，且其轴向朝向指纹检测区域330倾斜，使得经过该导光柱的光信号朝向指纹检测区域330传输，且经过该导光柱的光信号到达指纹检测区域330处的玻璃盖板310的上表面的入射角大于或等于玻璃到空气的全反射角。

图16示出了又一种发光组件的结构示意图，该发光组件包括光源320和反光装置380，该光源320朝向反光装置380发射光信号，该反光装置380用于对光源320发出的光信号进行反射，经过反光装置380反射后的光信号303朝向指纹检测区域330传输，并且经过反光装置380反射后的光信号303到达指纹检测区域330处的玻璃盖板310的上表面的入射角大于或等于玻璃到空气的全反射角，从而形成全反射光。

如图16所示，该反光装置380可以设置在玻璃盖板310的侧面，具体地，可以设置在玻璃盖板310的边缘位置的侧面。该反光装置380的反光面可以朝向指纹检测区域330，该反光装置380的反光面可以与玻璃盖板310的表面垂直。

该反光装置380例如可以包括反光涂层或反光薄膜。该反光涂层可以涂覆在玻璃盖板310的侧面，或该反光薄膜可以贴合在玻璃盖板310的侧面。

该光源320可以为普通光源，如LED等，也可以为激光器，本申请实施例对此不作具体限定。

发光组件可以设置在显示屏的非显示区域下方的任意位置，本申请实施例对此不作具体限定。下面结合具体实施例，对发光组件的位置设置进行描述。

作为一种实现方式，该发光组件与指纹传感器在显示屏的长度方向上的距离可以为15mm～20mm。如图17-图19所示，m₁的长度为15mm～20mm。

该发光组件可以包括一个光源，也可以包括多个光源，当一个光源的光强不够时，可以通过多个光源来增加光强。

发光组件可以包括第一光源，显示屏410包括与第一光源所在位置相对的第一位置401，以及与指纹传感器所在位置相对的第二位置402。为方便描述，下文均采用第一位置401和第二位置402对发光组件的位置设置进行描述。

图17示出了发光组件包括的一个光源相对显示屏410的位置的示意图。第一位置401可以设置在第二位置402的中心位置沿显示屏410的长度方向延伸的位置上，也就是说，第一位置401的中心和第二位置402的中心的连线平行于显示屏410的侧边缘，或者说第一位置401的中心和第二位置402的中心的连线垂直于显示屏410的下边缘。

优选地，第一位置401的中心和第二位置402的之间的距离为15mm～20mm。

如果存在结构干涉，第一位置401也可以设置在第二位置402的一侧，如图18所示，或者，第一位置401可以设置在显示屏410的两侧的边缘位置等。

如果一个光源的光强不够，可以采用多个光源作为指纹识别的光源，例如可以使用两个光源作为指纹识别的光源。两个光源的布局可以如图19所示。

发光组件可以包括第二光源和第三光源，显示屏包括与第二光源所在位置相对的第三位置403、与第三光源所在位置相对的第四位置404以及与指纹传感器所在位置相对的第二位置402，其中，第三位置403和第四位置404可以设置在第二位置402的中心位置沿显示屏410的长度方向延伸的位置的两侧。

第三位置403和第四位置404可以对称分布在第二位置402的中心位置沿显示屏410的长度方向延伸的位置的两侧，也可以不对称分布在第二位置402的中心位置沿显示屏410的长度方向延伸的位置的两侧。

当然，如果存在结构干涉，第三位置403和第四位置404也可以设置在第二位置402沿显示屏410的长度方向延伸的位置的同一侧。

上文描述的都是采用外置光源作为指纹识别的光源的方案，本申请实施例在此基础上，可以兼容传统的指纹识别方案，即采用自发光单元发出的光信号进行指纹识别，以提高指纹识别的成功率。

显示屏可以包括多个自发光显示单元，该自发光显示单元也可以理解为发光像素点，该多个自发光显示单元可用于显示图像。指纹传感器接收到的返回光信号可以包括第二返回光信号，该第二返回光信号可以为至少部分的自发光显示单元发出的第二光信号照射手指，并经过所述手指反射或散射而产生的光信号。

该第二光信号可以为上文描述的光斑发出的光信号，本申请实施例可以利用第二返回光信号在纹脊和纹谷处的光强的差异进行指纹识别。

第二光信号可以为可见光，该可见光的波长可以为550nm，或者第二光信号也可以为其他波长的光信号。

本申请实施例中，指纹传感器可以根据第一返回光信号检测出手指的第一指纹图像，根据第二返回光信号检测出手指的第二指纹图像。

可以理解的是，第一指纹图像和第二指纹图像不同，第一指纹图像是基于透射成像原理生成的，第二指纹图像是根据反射成像原理生成的。

第一指纹图像由于是采用全反射光照射手指而生成的，参见上文的描述，因此第一指纹图像中的纹脊处的光强较亮，纹谷处的光强较暗；而第二指纹图像主要是根据纹脊和纹谷处的反射光生成的，因此第二指纹图像中的纹谷处的光强较亮，而纹脊处的光强较暗。

应理解，采用本申请实施例的指纹识别装置可以对应获得第一指纹图像和/或第二指纹图像，因此，在指纹识别过程中，根据不同的应用场景，可以选择根据该第一指纹图像和/或第二指纹图像进行识别。

本申请实施例中的指纹识别装置还可以包括处理器，该处理器可用于获取第一指纹图像和/或第二指纹图像，然后根据该第一指纹图像和/或第二指纹图像进行指纹识别。

作为一个示例，该处理器可用于获取第一指纹图像，该第一指纹图像是根据第一返回光信号生成的。该处理器还用于在第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功；或在第一指纹图像与第一预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

该第一预设指纹图像可以为用户在指纹注册过程中录入的指纹图像，作为后续指纹识别的指纹模板。此外，第一预设指纹图像还可以在后续的指纹识别过程中进行更新，以提高指纹识别的成功率。

作为又一示例，该处理器可用于获取第二指纹图像，该第二指纹图像是根据第二返回光信号生成的。该处理器还用于在第二指纹图像与第二预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功；或在第二指纹图像与第二预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

该第二预设指纹图像可以为用户在指纹注册过程中录入的指纹图像，作为后续指纹识别的指纹模板。此外，第二预设指纹图像还可以在后续的指纹识别过程中进行更新，以提高指纹识别的成功率。

作为再一示例，在采用两种光源进行指纹识别的过程中，处理器用于获取第一指纹图像和第二指纹图像，并在第一指纹图像与第一预设指纹图像匹配成功时，和/或第二指纹图像与第二预设指纹图像匹配成功时，确定指纹识别成功；或在第一指纹图像与第一预设指纹图像不匹配，且第二指纹图像与第二预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

因此，在采用两种光源进行指纹识别的过程中，只要第一指纹图像和第二指纹图像中的至少一个匹配成功，则可以确认指纹识别成功，这样能够提高指纹识别的成功率。

该指纹识别装置还可以包括控制单元，该控制单元可用于控制发光组件和自发光显示单元发光。具体地，该控制单元可用于控制发光组件和自发光显示单元分别发光，也就是说，控制单元可用于控制发光组件和自发光显示单元不同时发光。

由于根据第一光信号和第二光信号生成的指纹图像不同，因此，可以通过控制单元分别控制发光组件和自发光显示单元发光，这样就不会对指纹成像造成干扰。

例如，该控制单元可用于在发光组件发出第一光信号时控制至少部分自发光显示单元不发出第二光信号，以便于指纹传感器仅接收第一光信号对应的第一返回光信号，而不受第二返回光信号的影响；该控制单元还可以在至少部分自发光显示单元发出第二光信号时控制发光组件不发出第一光信号，以便于指纹传感器仅接受第二光信号对应的第二返回光信号，而不受第一返回光信号的影响。

又例如，该控制单元可以在指纹传感器采集完第一指纹图像的数据后，控制发光组件不发光，即控制发光组件关闭光源，且控制至少部分自发光显示单元发出第二光信号。这样，第一光信号和第二光信号无缝切换，有利于节约指纹传感器采集数据所需的时间，也能够减少用户按压屏幕的时间，提高用户体验。

作为一种简单的实现方式，该控制单元可以在手指按压屏幕时，立即控制发光组件发出第一光信号，并且在手指按压屏幕后的预设时长之后，控制发光组件关闭光源，且控制自发光显示单元发出第二光信号。

在本申请实施例中，处理器可以在指纹传感器采集第二指纹图像的同时，并行对第一指纹图像进行指纹识别，从而节约指纹识别的整体时间。

本申请实施例可以将指纹传感器设置在显示屏的下方，具体地，可以将指纹识别模组设置在显示屏的下方，该指纹识别模组可以包括指纹传感器。

其中，该指纹识别模组可以对应于图1至图4所示的指纹识别装置130，为了简介，此处不再赘述。

该指纹识别装置还可以包括光路引导结构，具体地，显示屏下方的指纹识别模组可以包括光路引导结构。该光路引导结构设置在指纹传感器的上方，用于将返回光信号引导至指纹传感器。

该光路引导结构可以对应于电子设备10中的光学组件132，例如，可以对应于光学组件132中的光路引导结构，为了简介，此处不再赘述。

该光路引导结构可以包括光学透镜，光学准直器或者微透镜层。

下面以光学透镜为例，对指纹识别模组的结构进行描述。

图20和图21示出了两种指纹识别模组的结构，图20中的光学镜头包括一层光学镜头，图21中的光学镜头包括两层光学镜头。

两层光学镜头相对一层光学镜头来说，所需要的曝光时间较短，因此如果采用两种光源分别成像，如采用外置光源生成第一指纹图像和采用自发光显示单元作为光源生成第二指纹图像，则优选地可以使用图21所示的指纹模组。

如果光路引导结构包括微透镜层，也可以采用两层微透镜层来减少曝光时长。

但是，图20所示的指纹识别模组也可以用于两种光源分别成像，虽然可能需要较长的曝光时间，但是一层光学镜头的制造成本较低。

如果采用两种光源进行成像，需要对光学镜头308进行合理设计。普通的光学镜头对于不同波段的光可能存在像色差，本申请实施例中的光学镜头308需要对两个波段的光信号的成像不具有像色差。

例如，对于第一返回光信号为红外光，第二返回光信号为可见光的情况，需要合理设计该光学镜头308，使得该光学透镜308对红外光可成像和对可见光成像不具有像色差。即光学透镜308的像色差设计兼容可见光波段和红外波段的波长光成像，保证在可见光和红外波段上都能成像较优。

例如可以参见图22对应设计光学透镜308。图22出了光学透镜308的多色光焦点偏移的曲线。如图22所示，这里假设该第一返回光信号为红外光，波长选择940nm；该第二返回光信号为可见光，波长选择550nm，对应可以确定该光学透镜308的焦点位置，以避免像色差。

此外，参见图20和图21，该光路引导结构还可以包括滤光片(filter)306。该滤光片306用于滤除除了第一返回光信号和第二返回光信号以外的其他光信号的干扰，以减少环境杂散光的干扰。

常规滤光片一般都是针对单一波长，但是本申请实施例的滤光片306可以采用特殊设计，使其可以透过可见光和红外光两种特定波段。

例如，图23示出了滤光片306对不同波长的光的透过率的曲线。如图23所示，这里假设该第一返回光信号为红外光，波长选择940nm；该第二返回光信号为可见光，波长选择550nm，该滤光片306对这两种波长的透过率远大于其他波长的光，即该滤光片306可以用于滤掉这两种波长以外其他波长的光。

可选的，本申请实施例中的光学指纹识别模组还可以包括其他结构。例如，如图20和图21所示，该光学指纹识别模组还可以包括柔性电路板(flexible printed circuit，FPC)305和边框307，本申请实施例并不限于此。再例如，该光学指纹识别模组还可以包括处理器，该处理器用于将第一返回光信号生成第一指纹图像。其中，该处理器可以设置在FPC305上。

可选地，本申请实施例中的光路引导结构可以包括具有多个准直单元或者微孔阵列的光学准直器，所述光学准直器用于将穿过所述显示屏的返回光信号通过所述多个准直单元或者微孔阵列分别传输到所述指纹传感器的感应阵列中对应的光学感应单元。

可选地，本申请实施例中的光路引导结构可以包括具有多个微透镜的微透镜阵列和具有多个微孔的挡光层，所述微透镜阵列用于将穿过所述显示屏的返回光信号分别聚焦到所述挡光层对应的微孔，并通过所述微孔传输到所述指纹传感器的感应阵列中对应的光学感应单元。

本申请实施例中的指纹识别装置可以为指纹模组，也可以为包括显示屏的电子设备。

如图24所示，本申请实施例还提供了一种电子设备2500，该电子设备2500可以包括如上文描述的任一种指纹识别装置2510。该电子设备2500还可以包括显示屏，该显示屏可以是自发光的显示屏，例如OLED显示屏，也可以是非自发光的显示屏，例如LCD屏。

图25是本申请实施例提供的一种指纹识别的方法的示意性流程图。该方法适用于上文描述的任一种指纹识别装置中，图25的方法中的相应技术特征可以参见上文的描述。该方法包括步骤S510～520。

S510、获取第一指纹图像，该第一指纹图像是根据第一返回光信号生成的，所述第一返回光信号为第一光信号透射进所述指纹检测区域上方的手指并从所述手指透射出并穿过所述显示屏的光信号，所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射到空气的全反射角。

S520、根据第一指纹图像，进行指纹识别。

本申请实施例中的指纹识别的方法可以有多种。

作为一个示例，可以在第一指纹图像匹配成功的情况下，确定指纹识别成功。

例如，可以在第一指纹图像与第一预设指纹图像匹配的情况下，确定指纹识别成功；在第一指纹图像与第一预设指纹图像不匹配的情况下，确定指纹识别不成功。

作为又一示例，还可以获取第二指纹图像，并根据第一指纹图像和第二指纹图像进行指纹识别，只要第一指纹图像和第二指纹图像中的至少一个指纹图像匹配成功，则确认指纹识别成功，其中，该第二指纹图像为根据第二返回光生成的，所述第二返回光为第二光信号照射所述手指后反射的光信号，第二光信号为至少部分自发光显示单元发出的光信号。

例如，可以在第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配，和/或第二指纹图像与第二预设指纹图像相匹配的情况下，确定指纹识别成功；在第一指纹图像与第一预设指纹图像不匹配，且第二指纹图像与第二预设指纹图像不匹配的情况下，确定指纹识别不成功。

可选地，第一光信号为发光组件发出的光信号，该方法还可以包括：在所述发光组件发出所述第一光信号时，控制所述多个自发光显示单元不发出所述第二光信号；在所述多个自发光显示单元发出所述第二光信号时，控制所述发光组件不发出所述第一光信号。

可选地，所述方法还包括：在采集完所述第一指纹图像的数据后，控制所述发光组件不发光，并控制所述自发光单元发出所述第二光信号。

具体的指纹识别方式可以参见上文的描述，此处不再赘述。

需要说明的是，本申请实施例中的光学指纹传感器可以表示光学指纹传感器芯片。

可以理解的是，本申请附图中的结构仅表示一种示意图，不代表真实的尺寸和比例，这并不会对本申请实施例造成限定。

需要说明的是，在本申请实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。

例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

所属领域的技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。

如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电子设备、装置和方法，可以通过其它的方式实现。

例如，以上所描述的装置实施例中单元或模块或组件的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些单元或模块或组件可以忽略，或不执行。

又例如，上述作为分离/显示部件说明的单元/模块/组件可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块/组件来实现本申请实施例的目的。

最后，需要说明的是，上文中显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上内容，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (39)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置适用于具有显示屏的电子设备，指纹传感器的指纹检测区域设置在所述显示屏的显示区域，

所述光路引导结构设置在所述显示屏和所述指纹传感器之间，用于将所述指纹检测区域上方的手指形成的返回光信号引导至所述指纹传感器；

所述指纹传感器用于设置在所述显示屏的下方，所述指纹传感器包括具有多个光学感应单元的感应阵列，所述感应阵列用于接收经过所述光路引导结构的所述返回光信号，并根据所述返回光信号检测所述手指的指纹图像，

其中，所述返回光信号包括第一返回光信号，所述第一返回光信号为第一光信号透射进所述指纹检测区域上方的手指并从所述手指透射出并穿过所述显示屏的光信号，所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射到空气的全反射角。

2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述入射角大于或等于42.6°。

3.根据权利要求1或2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括发光组件，所述发光组件设置在所述显示屏的非显示区域的下方，用于向所述指纹检测区域发射所述第一光信号。

4.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件设置在所述显示屏的下巴区域。

5.根据权利要求3或4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括垂直腔表面发射激光器，所述垂直腔表面发射激光器发出的所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

6.根据权利要求3或4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括光源和透镜，所述透镜用于将所述光源发出的所述第一光信号汇聚至所述指纹检测区域，使得到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的所述第一光信号的入射角大于或等于所述全反射角。

7.根据权利要求3或4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括光源和遮挡件，所述遮挡件用于对所述光源发出的光信号进行遮挡，使得所述光源发出的未被所述遮挡件遮挡的所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述遮挡件为油墨，所述油墨涂覆在所述玻璃盖板的下表面，且设置在所述光源的远离所述指纹检测区域的一侧，所述油墨用于对所述光源发出的光信号进行遮挡。

9.根据权利要求3-8中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件中的光源相对所述显示屏倾斜设置，使得所述光源发出的所述第一光信号能够以预设角度到达所述指纹检测区域，且到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时所述第一光信号的入射角大于或等于所述全反射角。

10.根据权利要求3或4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括光源和导光柱，所述导光柱用于将所述光源发出的所述第一光信号导向所述指纹检测区域，使得经过所述导光柱的所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

11.根据权利要求10所述的指纹识别装置，其特征在于，所述导光柱包括第一段导光柱和第二段导光柱，所述第一段导光柱和所述第二段导光柱相连接，所述第一段导光柱设置在所述光源的周围，且所述第一导光柱的轴向与所述显示屏垂直，所述第二段导光柱的轴向相对所述显示屏倾斜设置，使得经过所述第二段导光柱的光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

12.根据权利要求3或4所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括光源和反光装置，所述光源朝向所述反光装置发射光信号，所述反光装置用于对所述光源发出的光信号进行反射，使得经过所述反光装置反射后的光信号到达所述显示屏的玻璃盖板时的入射角大于或等于所述全反射角。

13.根据权利要求12所述的指纹识别装置，其特征在于，所述反光装置设置在所述玻璃盖板的侧面，且所述反光装置的反光面与所述玻璃盖板的表面垂直。

14.根据权利要求12或13所述的指纹识别装置，其特征在于，所述反光装置为反光涂层或反光薄膜。

15.根据权利要求3-14中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件发出的所述第一光信号光为红外光或可见光。

16.根据权利要求15所述的指纹识别装置，其特征在于，所述红外光的波长为940nm；或者，所述可见光的波长为550nm。

17.根据权利要求3-16中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件与所述指纹传感器在所述显示屏的长度方向上的距离为15mm～20mm。

18.根据权利要求3-17中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括第一光源，所述显示屏包括与所述第一光源所在位置相对的第一位置，以及与所述指纹传感器所在位置相对的第二位置，所述第一位置位于所述第二位置的中心沿所述显示屏的长度方向延伸的位置上。

19.根据权利要求3-17中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括第一光源，所述显示屏包括与所述第一光源所在位置相对的第一位置，以及与所述指纹传感器所在位置相对的第二位置，所述第一位置位于所述第二位置的中心位置沿所述显示屏的长度方向延伸的位置的一侧。

20.根据权利要求3-17中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发光组件包括第二光源和第三光源，所述显示屏包括与所述第二光源所在位置相对的第三位置、与所述第三光源所在位置相对的第四位置、以及与所述指纹传感器所在位置相对的第二位置，所述第三位置和所述第四位置设置在所述第二位置的中心位置沿所述显示屏的长度方向延伸的位置的两侧。

21.根据权利要求1-20中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述显示屏包括多个自发光显示单元，所述多个自发光显示单元用于显示图像，所述返回光信号还包括第二返回光信号，所述第二返回光信号为至少部分自发光显示单元发出的第二光信号照射所述手指，并经过所述手指反射或散射而产生的光信号。

22.根据权利要求21所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹传感器用于根据所述第一返回光信号检测出所述手指的第一指纹图像，还用于根据所述第二返回光信号检测出所述手指的第二指纹图像。

23.根据权利要求22所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第二光信号的波长为550nm。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括处理器，所述处理器用于：

获取所述第一指纹图像，所述第一指纹图像是根据所述第一返回光信号生成的；

在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功；或，

在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

25.根据权利要求21-23中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述处理器用于：

获取所述第二指纹图像，所述第二指纹图像是根据所述第二返回光信号生成的；

在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像匹配成功时，和/或在所述第二指纹图像与所述第二预设指纹图像匹配成功时，确定指纹识别成功；或

在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配，且所述第二指纹图像与所述第二预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

26.根据权利要求21-25中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括控制单元，所述控制单元用于在所述发光组件发出所述第一光信号时控制所述至少部分自发光显示单元不发出所述第二光信号，以及在所述至少部分自发光显示单元发出所述第二光信号时控制所述发光组件不发出所述第一光信号。

27.根据权利要求21-26中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括控制单元，所述控制单元用于在所述指纹传感器采集完所述第一指纹图像的数据后，控制所述发光组件不发光，以及控制所述至少部分自发光单元发出所述第二光信号。

28.根据权利要求21-27中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构包括光学透镜，所述光学透镜设置在所述指纹传感器上方，用于将穿过所述显示屏的返回光信号汇聚到所述指纹传感器的感应阵列。

29.根据权利要求28所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一返回光信号为红外光，所述第二返回光信号为可见光，

所述光学透镜对红外光可成像和对可见光成像不具有像色差。

30.根据权利要求21-29中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹识别装置还包括滤光片，位于所述指纹传感器上方，所述滤光片用于滤除所述第一返回光信号和所述第二返回光信号以外的其他光信号。

31.根据权利要求30所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一返回光信号为波长940nm的红外光，所述第二返回光信号为波长550nm的可见光，

所述滤光片至少用于滤除波长不等于940nm和550nm的光。

32.根据权利要求1-31中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述光路引导结构包括具有多个准直单元或者微孔阵列的光学准直器，所述光学准直器用于将穿过所述显示屏的返回光信号通过所述多个准直单元或者微孔阵列分别传输到所述指纹传感器的感应阵列中对应的光学感应单元；或者，

所述光路引导结构包括具有多个微透镜的微透镜阵列和具有多个微孔的挡光层，所述微透镜阵列用于将穿过所述显示屏的返回光信号分别聚焦到所述挡光层对应的微孔，并通过所述微孔传输到所述指纹传感器的感应阵列中对应的光学感应单元。

33.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至32中任一项所述的指纹识别装置。

34.一种指纹识别的方法，其特征在于，适用于如权利要求1至32中任一项所述的指纹识别装置，所述方法包括：

获取第一指纹图像，所述第一指纹图像是根据第一返回光信号生成的，所述第一返回光信号为第一光信号透射进所述指纹检测区域上方的手指并从所述手指透射出并穿过所述显示屏的光信号，所述第一光信号到达所述指纹检测区域处的玻璃盖板时的入射角大于或等于光信号从所述玻璃盖板入射到空气的全反射角；

根据所述第一指纹图像，进行指纹识别。

35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一指纹图像，进行指纹识别，包括：

在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功；或，

在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

36.根据权利要求35所述的方法，其特征在于，所述显示屏包括多个自发光单元，所述方法还包括：

获取第二指纹图像，所述第二指纹图像为根据第二返回光生成的，所述第二返回光为第二光信号照射所述手指后反射的光信号，所述第二光信号为至少部分自发光单元发出的光信号；

所述根据所述第一指纹图像，进行指纹识别，包括：

在所述第一指纹图像与第一预设指纹图像相匹配，和/或所述第二指纹图像与所述第二预设指纹图像相匹配时，确定指纹识别成功。

37.根据权利要求36所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一指纹图像，进行指纹识别，包括：

在所述第一指纹图像与所述第一预设指纹图像不匹配，或所述第二指纹图像与第二预设指纹图像不匹配时，确定指纹识别失败。

38.根据权利要求36或37所述的方法，其特征在于，所述第一光信号为发光组件发出的光信号，所述方法还包括：

在所述发光组件发出所述第一光信号时，控制所述多个自发光显示单元不发出所述第二光信号；

在所述多个自发光显示单元发出所述第二光信号时，控制所述发光组件不发出所述第一光信号。

39.根据权利要求36-38中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一光信号为发光组件发出的光信号，所述方法还包括：

在采集完所述第一指纹图像的数据后，控制所述发光组件不发光，并控制所述自发光单元发出所述第二光信号。

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