CN111291731A - 光学式感测装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学式感测装置，包括：图像传感芯片，包括多个像素单元，像素单元用于接收光束，并转换接收到的光束为相应的电信号；镜头模块，位于所述图像传感芯片的上方，所述镜头模块包括多个第一透镜，所述多个第一透镜彼此间隔设置，所述图像传感芯片具有和所述多个第一透镜分别对应的有效感测区域，所述有效感测区域包括多个所述像素单元，所述第一透镜用于会聚光束至对应的有效感测区域，目标波段的光束能够透过所述第一透镜到达对应的有效感测区域，并被转换为相应的电信号；其中，所述多个第一透镜的部分或全部具有三角形网格的排列。本申请还公开了一种电子设备。

Description

光学式感测装置和电子设备

技术领域

本申请涉及光电技术领域，尤其涉及一种具有超薄尺寸的光学式感测装置和电子设备。

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、相机等电子设备，用户要求具有更多功能和时尚外观。目前，手机等电子设备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，使得电子设备具有高的屏占比，屏下的指纹检测技术应运而生。由于手机等电子设备内部空间有限，而使用传统透镜实现光学成像的成像装置由于尺寸和体积较大，占用空间较大。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种能够解决或改善现有技术问题的光学式感测装置和电子设备。

本申请的一个方面提供一种光学式感测装置，包括：

图像传感芯片，包括多个像素单元，所述像素单元用于接收光束，并转换接收到的光束为相应的电信号；

镜头模块，位于所述图像传感芯片的上方，所述镜头模块包括：

多个第一透镜，所述多个第一透镜彼此间隔设置，所述图像传感芯片具有和所述多个第一透镜分别对应的有效感测区域，所述有效感测区域包括多个所述像素单元，所述第一透镜用于会聚光束至对应的有效感测区域，目标波段的光束能够透过所述第一透镜到达对应的有效感测区域，并被转换为相应的电信号；其中，所述多个第一透镜的部分或全部具有三角形网格的排列。

某些实施例中，所述三角形网格包括等边三角形网格。

某些实施例中，所述图像传感芯片具有用于接收光束的感光面，所述镜头模块与所述感光面正对的部分第一透镜具有等边三角形网格的排列。

某些实施例中，相邻的两个透镜的中心间距大于或等于所述第一透镜的直径的1倍或2倍或3倍或4倍或5倍或6倍。

某些实施例中，所述第一透镜为凸透镜，其包括背对所述图像传感芯片所在一侧的凸面，光束从所述凸面进入所述第一透镜并被会聚后从所述镜头模块朝向所述图像传感芯片的一侧出射。

某些实施例中，所述镜头模块还包括设置在所述第一透镜的间隔区域上的挡墙，其中：所述挡墙能够遮挡第一预设波段的光束，所述第一预设波段包括所述目标波段；或所述镜头模块还包括覆盖所述挡墙的遮光层，所述遮光层能够遮挡所述第一预设波段光束。

某些实施例中，所述光学式感测装置还包括过滤层，所述过滤层位于所述镜头模块和所述图像传感芯片之间，或者所述过滤层形成在所述镜头模块背对所述图像传感芯片的一侧，所述过滤层用于透过目标波段的光束，且过滤掉第二预设波段的光束，所述第二预设波段与所述目标波段不同。

当所述目标波段的光束为近红外光时，所述第二预设波段包括可见光波段，所述过滤层用于过滤掉可见光并透射近红外光，所述过滤层为可见光截止滤光片；当所述目标波段的光束为可见光时，所述第二预设波段包括近红外光波段，所述过滤层用于过滤掉近红外光并透射可见光，所述过滤层为红外光截止滤光片。

某些实施例中，所述镜头模块还包括位于所述第一透镜和挡墙的下方的光学间隔层，所述光学间隔层位于所述图像传感芯片的上方，所述第一透镜和所述挡墙具有一体结构，所述光学间隔层为形成所述第一透镜和挡墙时的残留层，所述第一透镜、所述挡墙和光学间隔层的材料相同。

某些实施例中，所述镜头模块的第一透镜直接形成在所述图像传感芯片上；或所述光学式感测装置还包括设置在所述图像传感芯片的上方的第一基板，所述镜头模块形成在所述第一基板上。

某些实施例中，所述第一透镜为凸透镜，其包括背对所述图像传感芯片所在一侧的凸面，光束从所述凸面进入所述第一透镜并被会聚后从所述镜头模块朝向所述图像传感芯片的一侧出射。

某些实施例中，所述目标波段的光束包括可见光和/或近红外光。

本申请的一个方面提供一种电子设备，包括显示屏、和位于所述显示屏的下方的光学式感测装置，所述光学式感测装置为上述的光学式感测装置，所述光学式感测装置能够透过所述显示屏接收带有外部对象的生物特征信息的光束并转换为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。

本申请的有益效果在于，本申请的光学式感测装置采用多个第一透镜透光并会聚光束到图像传感芯片的多个像素单元上，像素单元接收并转换光束为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。多个第一透镜的部分或全部具有等边三角形网格的排列，如此，可以具有更大的光通量，从而具有较好的生物特征检测效果。

附图说明

图1是本申请的一种电子设备的示意图，所述电子设备包括光学式感测装置；

图2是图1中光学式感测装置的一个实施例的部分立体***示意图；

图3是图2中光学式感测装置的多个第一透镜的俯视示意图，示出了多个第一透镜的排列方式；

图4是图2中光学式感测装置的部分截面示意图；

图5A和图5B分别是第一透镜的正方形网格排列和等边三角形网格排列示意图；

图6是图2中光学式感测装置的部分第一透镜的俯视示意图；

图7是本申请电子设备的一个实施例的部分截面示意图；

图8是现有技术的大透镜的成像示意图。

具体实施方式

在对本申请实施方式的具体描述中，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。

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。

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。

请参阅图1，图1为本申请电子设备一实施方式的结构示意图。所述电子设备100包括光学式感测装置1和显示屏2。所述显示屏2用于显示画面。所述光学式感测装置1位于所述显示屏2的下方，用于透过所述显示屏2接收由外部对象返回的光束，并转换接收到的光束为相应的电信号，以执行相应的信息感测。所述光学式感测装置1例如用于执行生物特征信息感测，所述生物特征信息例如但不局限于包括指纹信息、掌纹信息等纹路特征信息，和/或，血氧信息、心跳信息、脉搏信息等活体信息。然，本申请并不以此为局限，所述光学式感测装置1还可用于执行其它信息感测，例如用于执行深度信息感测、接近感测等等。在本申请中，主要以所述光学式感测装置1执行生物特征信息感测为例进行说明。所述显示屏2例如但不局限为OLED显示屏或LCD显示屏等。所述显示屏2可作为激励光源，提供用于检测的光束，或者，在所述电子设备100中额外设置一激励光源来提供用于检测的光束。所述显示屏2背对所述光学式感测装置1的一侧的表面为上表面(未标号)，所述上表面包括检测区域VA。外部对象1000接触检测区域VA时，外部对象1000反射和/或透射的光束能够从所述检测区域VA穿过所述显示屏2，光学式感测装置1能够透过显示屏2接收所述光束以获取外部对象的生物特征图像。

所述电子设备100例如但不限于消费性电子产品、家居式电子产品、车载式电子产品、金融终端产品等合适类型的电子产品。其中，消费性电子产品例如为手机、平板电脑、笔记本电脑、桌面显示器、电脑一体机等。家居式电子产品例如为智能门锁、电视、冰箱等。车载式电子产品例如为车载导航仪、车载DVD等。金融终端产品例如为ATM机、自助办理业务的终端等。

请一并参阅图2，图2为本申请的一个实施例的光学式感测装置1的部分***示意图，所述光学式感测装置1包括镜头模块10和位于所述镜头模块10下方的图像传感芯片20。所述镜头模块10用于会聚光束至所述图像传感芯片20。所述图像传感芯片20用于转换接收到的光束为相应的电信号。所述图像传感芯片20具有用于感光的感光面，到达所述感光面的光束可以被所述图像传感芯片20接收并转换为电信号。

所述镜头模块10包括多个第一透镜12。所述多个第一透镜12彼此之间间隔排列分布。所述第一透镜12能够会聚光束，光束能够透过第一透镜12会聚至所述图像传感芯片20上。所述多个第一透镜12间隔设置。

请一并参阅图3至图4。图3为图2所示的多个第一透镜12的俯视示意图。其中，所述多个第一透镜12具有三角形网格的排列方式。图4为所述光学式感测装置1沿图3中A-A线的部分截面示意图。可选地，所述三角形网格包括等边三角形网格，所述多个第一透镜12可以具有等边三角形网格的排列。本申请说明书中以等边三角形网格为例进行说明，但应当理解，本申请实施例中多个第一透镜12可以具有不等边三角形、或具有包括三角形在内的多边形、或其他合适形状形成的网格状排列。

所述第一透镜12具有光心，相邻的两个第一透镜12的光心之间的距离为所述相邻的两个第一透镜12的中心间距P。所述中心间距P可以为从100微米至1000微米的任意数值，例如但不限于，所述中心间距P可以为100微米、200微米、300微米、350微米、400微米、450微米等等。可选地，所述第一透镜12的直径D可以为从80微米至500微米的任意数值，例如但不限于，所述第一透镜12的直径D可以为100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、150微米、160微米、170微米、180微米、200微米等。

所述第一透镜12的矢高H1可以为0至100微米之间的任意数值，例如10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米等。所述第一透镜12还包括和所述凸面121相对的底面(未标号)，这里所述的矢高H1可以看作凸面121相对所述底面的最大垂直距离。所述实施例中，所述第一透镜12的底面为圆形，其具有直径D。所述第一透镜12的直径D可以为10微米至500微米之间的任意数值。例如50微米、80微米、100微米、120微米、150微米等等。为描述方便，所述第一透镜12的底面的直径D也称为所述第一透镜12的直径。可选地，在一些实施例中，所述第一透镜12的底面可以为圆形、矩形、六边形、多边形等，相应地，所述第一透镜12可以称为圆形透镜、矩形透镜、六边形透镜等。本申请对此不作限定，本领域技术人员可以知晓，本申请实施例不再赘述。

所述第一透镜12包括凸面121，所述凸面121为朝向背向所述图像传感芯片20的一侧凸起的入光面，光束可以从所述凸面121进入第一透镜12，并从所述镜头模块10面向所述图像传感芯片20的一侧出射，进而被图像传感芯片20的光检测单元所述接收，并转换为电信号。

所述图像传感芯片20包括多个像素单元21，当带有外部对象1000的生物特征信息的光束101透过所述第一透镜12到达所述图像传感芯片20时，所述像素单元21能够接收所述光束101并转换为对应的电信号，以获取外部对象1000(见图1)的相应的生物特征信息。所述外部对象1000例如但不局限为用户的手指、手掌等。所述像素单元212例如但不局限于包括光电二极管等。所述多个像素单元21构成了所述图像传感芯片20的光检测阵列22，也即所述图像传感芯片20的感光区域或感光面。

可选地，在一些实施例中，每一所述第一透镜12分别正对多个所述像素单元21，此时所述第一透镜12可以为小透镜(Mini-lens)。相较于每个第一透镜12分别只正对一个像素单元21，所述第一透镜12正对多个像素单元21，使得单个透镜对应的感光面积得到增加，具有较高的感测精度。

然，可变更地，在某些实施方式中，所述多个第一透镜110也可与所述多个像素单元21一一正对，此时所述第一透镜12可以为微透镜(Micro-lens)。

如图3所示，所述图像传感芯片21的光检测阵列22具有和所述第一透镜12对应的有效感光区域25。所述有效感光区域25能够接收透过与该有效感光区域25对应的第一透镜12的光束并转换成代表外部对象1000的生物特征信息的电信号。所述有效感光区域25对应具有多个像素单元21。

所述有效感光区域25可以正对所述第一透镜12，所述第一透镜12在所述图像传感芯片21的光检测阵列22上的正投影可以完全覆盖所述有效感光区域25。然，可变更地，所述有效感光区域25也可以和所述第一透镜12的正投影部分重叠。可选地，所述有效感光区域25和所述第一透镜12具有一一对应的关系。可选地，所述第一透镜12和对应的有效感测区域EA相互正对。对于圆形的第一透镜12，所述第一透镜12的直径D可以大于、等于或小于与其对应的有效感测区域EA的直径。可选地，所述第一透镜12的面积可以大于、等于或小于与其对应的有效感测区域EA的面积。

可选地，一些实施例中，存在不具有对应的有效感光区域25的第一透镜12。比如位于所述镜头模块10的边缘部分的第一透镜12，这些第一透镜12在图像传感芯片20上的正投影实际上可能位于所述感光面的外部，透过这些第一透镜12的光束不会被图像传感芯片20接收并转换为相应的电信号，这些第一透镜12在图像传感芯片20上也不具有对应的有效感光区域25。

为了保证成像质量和避免串扰，需要尽可能保证从外部对象1000反射和/或透射的光束透过一个第一透镜12后只能够照射到与该第一透镜12对应的有效感测区域EA上。如果透过一个第一透镜12的光束照射到相邻的或其他的第一透镜12所对应的有效感测区域EA，会干扰相邻的或其他的第一透镜12所对应的有效感测区域EA的正常成像，也就是所述的串扰现象。为了避免发生串扰，本申请实施例中，相邻的第一透镜12之间间隔设置，并且其中心间距P不小于所述第一透镜12的直径的1倍或2倍或3倍或4倍或5倍或6倍等。

可选地，在一些实施例中，所述多个第一透镜12的排列可以具有二维的周期性网格状结构，所述网格状结构可以包括正方形网格、等边三角形网格、等边六边形网格或其他任意合适的形状的网格中的一种或多种。可选地，在一些实施例中，所述第一透镜12的光心为所述网格状结构的顶点。应当理解，制造时因为工艺、材料等的差异导致实际产品有误差，例如存在第一透镜12的光心偏离网格状结构的顶点，但整体上所述多个第一透镜12具有网格状排列，这种情况同样属于本申请保护范围。

可选地，在一些实施例中，所述镜头模块10的多个第一透镜12中，至少正对所述图像传感芯片20的感光面的部分第一透镜12具有等边三角形网格的排列方式。

可以理解，相较于正方形网格和等边六边形网格等，等边三角形网格的排列方式较为紧密。在保证相邻的第一透镜12的中心间距不小于第一预设距离时，使用等边三角形网格的排列可以使得所述镜头模块10在同样面积大小的区域内能够容纳下更多的第一透镜12。那么，第一透镜12的数量较多时，透过第一透镜12的光束的量较多。也就是说，使用等边三角形网格的方式排列的第一透镜12可以在相同大小的感光面上实现更大的光通量。从而，采用等边三角形网格排列的多个第一透镜12的光学式感测装置1能够避免串扰对成像影响，同时具有较好的成像效果和生物特征检测效果。

请参阅图5A和图5B，图5A示出了矩形区域R1内以正方形网格方式排列的多个第一透镜12，其中，所述正方形网格的边长为相邻两个第一透镜12的中心间距P。图5B示出了同样的矩形区域R1内以等边三角形网格方式排列的多个第一透镜12，其中，所述等边三角形网格的边长为相邻两个第一透镜12的中心间距P。可以看到，同样的矩形区域R1内，按照等边三角形网格方式排列的第一透镜12的数量为36个，而按照正方形网格方式排列的第一透镜12的数量为30个。假设每个第一透镜12的透过的光束的量(即)相等，那么可以近似认为图5B中的多个第一透镜12的光通量比图5A中的多个第一透镜12的光通量高出20％。

可选地，在一些实施例中，所述镜头模块10可以直接形成在图像传感芯片20上。例如但不限于，所述图像传感芯片20是裸片，所述多个第一透镜12通过镀膜工艺形成在所述图像传感芯片20上。或者，在一些实施例中，所述多个第一透镜12通过胶粘剂粘接在所述图像传感芯片20上。所述胶粘剂可以为DAF(die attach film)胶，固体胶，液体胶等，本申请不作限定。

可选地，在一些实施例中，所述镜头模块10包括设置在所述第一透镜10之间的间隔区域的挡墙13。为了防止相邻的第一透镜12透过的光束之间发生串扰，所述挡墙13的高度可以大于所述第一透镜12的高度。当然，所述挡墙13的高度也可小于或等于第一透镜12的高度。这里，所述挡墙13的高度可以为所述挡墙13相对第一透镜12的底面所在的平面的最大垂直距离，所述第一透镜12的高度可以为所述第一透镜1的凸面121相对其底面所在的平面的最大垂直距离。可选地，在一些实施例中，所述挡墙13可以只设置在部分相邻的第一透镜12之间，或者，任意相邻的第一透镜12之间均设置有所述挡墙13。

进一步地，所述挡墙13可以比所述第一透镜12高出5微米至10微米中的任意数值。由于挡墙13高出所述第一透镜12，而所述遮光层14覆盖所述挡墙13，来自第一透镜12的斜侧方的干扰光束能够被所述遮光层14遮挡，而不会透过第一透镜12后被相邻的第一透镜12所正对的有效感测区域25上的像素单元21接收，从而有效避免了相邻的第一透镜12之间透过的光束的串扰问题。例如图4中所示，光束101被覆盖在挡墙13上的遮光层14遮挡，而无法透过第一透镜12到达相邻的第一透镜12所正对的有效感测区域25。因此，所述图像传感芯片20具有较好的感测精度。另外，在对镜头模块10从上至下施加压力时，挡墙13能够承担全部或大部分的压力，所述第一透镜12不会因为受到压力作用而产生变形或破损，从而不会影响图像传感芯片20接收透过所述第一透镜12的光束以获取外部对象1000(见图1)的生物特征信息。所述生物特征信息可以为指纹信息、静脉信息、人脸信息、虹膜信息等。

进一步地，所述挡墙13可以包括顶面131和多个侧面132，所述多个侧面分别相对所述第一透镜12设置，且每一侧面132围绕一个第一透镜12。所述顶面131可以包括平面和/或曲面，所述侧面132可以包括平面和/或曲面。所述顶面131和所述侧面132的连接处相对所述第一透镜12的底面所在平面的高度大于所述第一透镜12的矢高。可选地，所述挡墙13的顶面131可以向下凹陷，使得所述挡墙13的沿图1中A-A线的截面看起来具有凹字型。当然，所述挡墙13也可以具有其他结构配置，本申请对此不作限定。

所述挡墙13可以为透光材料或不透光材料制成，所述镜头模块10进一步包括设置在所述挡墙13的表面和所述第一透镜12的间隔处的遮光层14。所述遮光层14可以用于遮挡第一预设波段的光束。所述遮光层14可以覆盖所述多个第一透镜12之间的间隔区域和位于所述间隔区域上的挡墙13。从而，第一预设波段以外的光束只能够透过第一透镜12达到图像传感芯片20。其中，所述第一预设波段至少包括目标波段。可选地，所述遮光层14可以覆盖所述挡墙13的侧面132和顶面131。可选地，所述挡墙13的侧面132和所述第一透镜12之间存在空隙，例如但不限于，光学间隔层11在所述空隙处曝露。所述遮光层14覆盖所述挡墙13的侧面132和顶面131、以及所述空隙。

可变更地，在一些实施例中，所述挡墙13可以用于遮挡第一预设波段的光束。例如但不限于，所述挡墙13可以为不透光的材料制成，或所述挡墙13可以使用能够遮挡第一预设波段的光束的材料制成。此时，第一预设波段的光束会被所述挡墙13遮挡。所述第一预设波段至少包括目标波段。

所述目标波段的光束可以透过所述第一透镜12、然后被所述图像传感芯片20接收并转换为电信号的光束。此时，所述挡墙13上可以不需要覆盖所述遮光层14。

需要说明的是，所述目标波段的光束可以是所述图像传感芯片20接收并转换为电信号以获取具有生物特征信息的图像数据的光束。本申请实施例中，所述目标波段可以为300纳米至2000纳米。

可选地，在一些实施例中，所述镜头模块10可以进一步包括位于所述第一透镜12和挡墙13的下方的光学间隔层11。所述第一透镜12和挡墙13可以看作一个整体结构。例如但不限于，所述第一透镜12和挡墙13可以通过压印工艺一次成型。所述第一透镜12和挡墙13可以使用透光的树脂、光学胶等材料制成。所述光学间隔层11和所述第一透镜12和挡墙13的材料相同。所述光学间隔层11可以是形成所述第一透镜12和挡墙13时的残留层。当然，所述光学间隔层11也可以是在形成所述第一透镜12、挡墙13时根据需要形成为具有一定的厚度。当然，在一些实施例中，所述第一透镜12、挡墙13、光学间隔层11也可以使用其他材料或工艺制成。可选地，在一些实施例中，所述光学间隔层11具有上表面111，所述第一透镜12的底面所在的平面可以看作所述光学间隔层11的上表面111。目标波段的光束可以透过第一透镜12并透过所述光学间隔层11后被图像传感器芯片20接收并转换为电信号。

可选地，在一些实施例中，所述光间隔层11具有上表面111，所述第一透镜12和挡墙13位于所述上表面111上。相对于所述光间隔层11的上表面111，所述第一透镜12的高度(矢高)为H1，所述挡墙13的高度为H2，且H2≥H1。也即，所述挡墙13在高度上高出所述第一透镜12。示例性而非限定地，所述挡墙13可以比所述第一透镜12高出0至100微米中的任意数值。

可选地，在一些实施例中，所述多个第一透镜12为凸透镜。进一步可选地，所述多个第一透镜12为球面透镜或非球面透镜。所述凸面121为球面或非球面。

可选地，在一些实施例中，所述多个第一透镜12由透明材料制成。所述透明材料例如但不限于为透明丙烯酸树脂、透明玻璃、UV胶材料等。

可选地，在一些实施例中，所述多个第一透镜12例如完全相同。然，可变更地，在某些实施方式中，所述多个第一透镜12也可不完全相同。

可选地，在一些实施例中，所述光学式感测装置1可以进一步包括第一基板30，所述多个镜头模块10设置在所述第一基板30上。所述第一基板30可以用于承载所述镜头模块10。所述第一基板30可以为玻璃、树脂、金属等材料制成。本申请对此不作限定。目标波段的光束可以依次透过第一透镜12、光学间隔层11、第一基板30后被所述图像传感芯片20接收并转换为电信号。当然，可变更地，在一些实施例中所述镜头模块10可以直接形成在所述图像传感芯片20上，此时，所述图像传感芯片20可以作为所述镜头模块10的承载基板。所述图像传感芯片20可以是裸片(die)或经封装的芯片。相较于先将镜头模块10制作在第一基板30上，然后将承载有所述镜头模块10的第一基板30与所述图像传感芯片20例如通过粘接物等进行固定。将所述镜头模块20直接形成在图像传感芯片20上可以使得光学式感测装置1的整体厚度变得更薄。

可选地，在一些实施例中，所述光学式感测装置10可以进一步包括设置在镜头模块10和图像传感芯片20之间的过滤层40。所述过滤层40用于透过所述目标波段的光束，并遮挡第二预设波段的光束，所述第二预设波段与所述目标波段不同。目标波段的光束可以依次透过第一透镜12、光学间隔层11、第一基板30、过滤层40后被所述图像传感芯片20接收并转换为电信号。例如但不限于，所述过滤层40可以为红外截止滤光片，能够遮挡红外光，并透过红外光以外的光束。可见光可以透过所述过滤层40后被图像传感芯片20接收并转换为电信号，从而图像传感芯片20能够获取相应的可见光图像数据。可选地，在一些实施例中，所述过滤层40例如通过蒸镀工艺形成在所述图像传感芯片20的感光阵列22上。所述过滤层40的厚度可以例如但不限于为1微米至5微米。

可变更地，在另外一些实施例中，所述镜头模块10包括用于过滤掉第一预设波段的光束的遮光层14，所述光学式感测装置10包括用于过滤掉第二预设波段的光束的过滤层40。所述第一预设波段与所述第二预设波段完全不同或完全相同或部分相同。当所述第一预设波段与所述第二预设波段部分相同时，所述第一预设波段包括所述第二预设波段。例如，所述第一预设波段包括可见光波段和近红外光波段，所述第二预设波段包括近红外光波段。所述过滤层40例如为红外截止滤光片，能够截止红外光并透过可见光。可选地，在一些实施例中，所述过滤层40设置在所述图像传感芯片20上，或/和，所述过滤层40设置在所述镜头模块10上。具体地，例如，所述过滤层40设置在所述多个第一透镜12和所述遮光层14上。

可选地，在一些实施例中，所述光学式感测装置1进一步包括设置在所述多个像素单元21的上方的过滤层40。所述过滤层40用于透过目标波段的光束，并过滤掉目标波段以外的光束，从而减少杂散光对感测精度的干扰。所述目标波段的光束例如为可见光。可选地，在一些实施例中，目标波段的光束为可见光，所述遮光层40可以为可见光截止滤光片，能够截止可见光并透过近红外光。可选地，在一些实施例中，所述过滤层40可以通过镀膜形成在图像传感芯片20上，所述过滤层40可以包括多层光学薄膜结构，或者所述过滤层40包括具有对目标波段光束透射且对其他波段的光束截止的光学特性的材料，本领域技术人员可以理解，本申请对此不作限定。

可选地，在一些实施例中，目标波段对应的光束可以包括可见光和/或红外光。所述目标波段可以为波长范围从300纳米至2000纳米。其中，波长为300纳米至780纳米的光束可以看作可见光，波长780纳米至2000纳米的光束可以看作近红外光。

可选地，在一些实施例中，所述镜头模块10形成在第一基板30上，所述第一基板30通过粘接物连接所述过滤层40。所述粘接物可以为DAF(die attach film)、液体胶、固体胶、光学胶等。本申请实施例对此不作限定。可变更地，在一些实施例中，所述第一基板30可以省略，所述镜头模块10可以直接形成在所述过滤层40上，例如通过压印工艺直接形成在所述过滤层40上。需要说明的是，所述镜头模块10也可以通过其他工艺形成，所述第一透镜12和挡墙13可以一次成型或多次成型。本申请对此不作限定。

请参阅图6，是图2中呈等边三角形网格排列的部分第一透镜12的俯视示意图，其中，所述多个第一透镜12包括沿B-B线依次设置的第一透镜12a、12b和12c。请一并参阅图7，是所述电子设备100沿图6中B-B线的部分截面示意图。所述显示屏2背对所述光学式感测装置1的一侧的表面为上表面，其可以供外部对象1000触摸以采集外部对象1000的生物特征信息。所述显示屏2的上表面具有和第一透镜12a、12b、12c分别对应的子检测区域V1、V2、V3。所述第一透镜12a、12b、12c在图像传感芯片20的感光面上对应的有效感光区域分别为25a、25b、25c。

外部对象1000反射和/或透射的光束中的一部分能够从子检测区域V1穿过所述显示屏2，并透过所述第一透镜12a后被有效感测区域25a接收并转换为电信号。同样地，外部对象1000反射和/或透射的光束中的一部分能够从子检测区域V2穿过显示屏2，并透过所述第一透镜12b后被有效感测区域25b接收并转换为电信号。外部对象1000反射和/或透射的光束中的一部分能够从子检测区域V3穿过显示屏2，并透过所述第一透镜12c后被有效感测区域25c接收并转换为电信号。所述子检测区域V1和V2存在交叠部分，所述子检测区域V2和V3存在交叠部分。可以认为，在图6和图7所示实施例中，对于多个第一透镜12，相邻的两个第一透镜12各自对应的子检测区域存在交叠区域，或者说相邻的子检测区域存在交叠区域。

以指纹检测为例，外部对象1000为手指时，手指通常需要触摸显示屏2的上表面的检测区域VA，使得来自显示屏2或外部激励光源的检测光束能够到达手指，并从手指透射和/或反射后从所述检测区域穿过所述显示屏2，并能够被位于显示屏2的下方的光学式感测装置1接收进而获取手指对应的光学指纹图像。手指反射和/或透射的检测光束会携带有指纹特征信息，手指的不同位置反射和/或透射的检测光束带有的指纹信息不同。为描述方便，下文中将外部对象1000反射和/或透射的检测光束统称为外部对象1000返回的检测光束。可以理解，多个第一透镜12间隔设置，多个第一透镜12对应的多个有效感测区域25之间彼此间隔设置。所述光学指纹图像可以包括多个分隔开来的子检测图像，每一子检测图像对应一个第一透镜12，透过该对应的第一透镜12的检测光束经所述图像传感芯片20的光电转换后生成所述子检测图像。

利用光学指纹图像进行指纹识别和比对时，可以通过指纹识别算法对不同的子检测图像的图像特征进行识别，以交叠区域的光束被不同有效感测区域接收后生成的图像特征作为对齐(alignment)参考(透过交叠区域的检测光束可以看作携带有相同的指纹特征信息)，将不同的子检测图像进行拼接从而获取拼接后的指纹特征图像。

然，可变更地，在其他实施例中，相邻的两个第一透镜12各自对应的子检测区域可以不交叠或存在间隔。

所述第一透镜12a、12b、12c的光心分别为O1、O2、O3。所述光心O1、O2、O3和所述图像传感芯片20的感光面的垂直距离为像距L1，所述光心O1、O2、O3和所述显示屏2的上表面的垂直距离为物距L2。可以得到：

其中，diameter(Vi)表示子检测区域Vi的直径，diameter(Ei)表示有效感测区域Ei的直径，k为所述光学式感测装置1对外部对象1000的生物特征进行光学成像的物像比。需要说明的是，这里将子检测区域Vi和有效感测区域Ei看作圆形的区域，第一透镜12a看作圆形透镜。应当理解，第一透镜12a可以具有不同形状的底面，所述子检测区域Vi和有效感测区域Ei可以具有不同形状，上述等式也可以根据实际情况有所调整，本申请并不以此为限。

应当理解，第一透镜12a、12b和12c，子检测区域V1、V2、V3，有效感光区域25a、25b、25c等均为方便描述而作的示例性标示，不作为本申请实施例的限定。

当k＞1时，所述第一透镜12对应的子检测区域的面积大于其对应的有效感测区域的面积，且k的值越大，所述第一透镜12所对应的子检测区域和有效感测区域的面积比值越大。例如，像距L1不变，物距L2增大时，子检测区域V1、V2、V3相应变大，由于有效感测区域E1、E2、E3的大小不变，像素单元21的个数不变(可以认为每个第一透镜12对应的子检测图像的分辨率不变)，在保证生物特征检测算法的识别精度前提下，物距L2可以适当增大。

可选地，在一些实施例中，所述子检测区域的直径大于相邻的两个第一透镜12的中心间距P。此时，相邻的两个第一透镜12所述对应的两个子检测区域存在交叠。

可选地，在一些实施例中，所述子检测区域的直径等于相邻的两个第一透镜12的中心间距P。此时，相邻的两个第一透镜12所述对应的两个子检测区域刚好不交叠但也没有间隔。

可选地，在一些实施例中，所述子检测区域的直径小于相邻的两个第一透镜12的中心间距P，此时，相邻的两个第一透镜12所述对应的两个子检测区域不交叠且具有间隔。

示例而非限定地，所述像距L1可以为200微米，所述物距L2可以为1000微米，所述子检测区域25a的直径可以为100微米，所述子检测区域V1的直径可以为500微米。

对于第一透镜12而言，其满足凸透镜成像等式：

其中，L2表示物距，L1表示像距，f表示第一透镜12的焦距。示例而非限定地，所述像距L1可以为200微米，所述物距L2可以为1000微米，根据上述等式，所述第一透镜12的焦距可以为166微米。本申请实施例中，所述第一透镜12可以配置为短焦或超短焦的凸透镜。需要说明的是，本申请文件中描述的第一透镜12均指的是凸透镜。第一透镜12的焦距可基于电子设备100的视角和第一透镜12的尺寸来确定。当视角固定时，第一透镜12的焦距可与其尺寸成比例地增大。

可选地，在一些实施例中，所述显示屏2的厚度大于所述光学式感测装置1的厚度(这里的厚度为图1中的Z轴方向的长度)，此时，对于光学式感测装置1采集外部对象1000获取的生物特征图像来说，其物像比k＞1。多个第一透镜12的检测区域在所述显示屏2的上表面共同形成一个较大的检测区域，外部对象1000可以触摸所述检测区域，光学式感测装置1可以透过所述显示屏2接收外部对象1000从所述检测区域返回的检测光束。

请参阅图8，图8示出现有技术的大透镜1002的成像示意图。以指纹检测为例，为了获取足够的指纹特性信息，大透镜1002和第一透镜12需要对检测区域VA内的光束进行会聚成像。例如但不限于，检测区域VA可以为4毫米*4毫米至10毫米*10毫米的矩形区域，或者检测区域VA可以为直径为4毫米至10毫米的圆形。当然检测区域VA可以具有其他形状和大小，本申请实施例对此不作限定。在所述光学式感测装置1中，每个不同的第一透镜12分别用于采集检测区域VA上的一部分区域。相比之下，现有技术的大透镜1002需要对透过整个检测区域VA的光束101进行会聚成像。实际进行成像时，第一透镜12的光心和检测区域VA的距离小于大透镜1002的光心和检测区域VA的距离，第一透镜12的光心和图像传感芯片20的感光阵列22的距离小于大透镜1002的光心和感光阵列22的距离。

因此，现有技术中的检测区域VA到图像传感芯片20的距离要大于本申请实施例中光学式感测装置1用于指纹检测时的检测区域VA和图像传感芯片20的距离。由此可知，相较于现有技术，本申请的光学式感测装置1具有更紧凑、小巧的体积和尺寸，能够用于对内部空间占用要求更为苛刻的电子设备100中，例如手机、平板电脑、智能手表等。本申请的光学式感测装置1的整体厚度可以达到0.5毫米以内，例如0.4毫米、0.35毫米或更小，所述光学式感测装置1可以用作超薄的相机，或应用于在所述显示屏2(参见图1)的下方以实现屏下的光学生物特征检测。

应理解，本申请实施例中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围。

应理解，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”、“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。

本领域普通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，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所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，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，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来实现本申请实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元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，或者该技术方案的全部或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)执行本申请各个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(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，本申请实施例的部分或全部结构、功能、方法可以应用在其他或变更实施例中，而不局限于其对应描述的实施例，由此得到的所有实施例属于本申请保护范围。另外，本申请实施例中，光束可以是可见光或不可见光，不可见光例如可以为近红外光。本申请描述中可能出现的“重叠”、“重合”、“交叠”，应理解为具有相同意思并可以相互替换。

在本说明书中对于“一个实施方式”、“实施方式”、“示例实施方式”等的任何引用表示结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本申请的至少一个实施方式中。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方式。另外，当结合任何实施方式描述特定的特征或结构时，所主张的是，结合这些实施方式的其它实施方式来实现这种特征或结构在本领域技术人员的技术范围内。

本申请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申请实施方式和简化描述，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申请的限制。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，在本申请的描述中，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。在本申请的描述中，“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。本申请的描述中，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申请中的具体含义。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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方式。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种光学式感测装置，其特征在于，包括：

图像传感芯片，包括多个像素单元，所述像素单元用于接收光束，并转换接收到的光束为相应的电信号；

镜头模块，位于所述图像传感芯片的上方，所述镜头模块包括：

多个第一透镜，所述多个第一透镜彼此间隔设置，所述图像传感芯片具有和所述多个第一透镜分别对应的有效感测区域，所述有效感测区域包括多个所述像素单元，所述第一透镜用于会聚光束至对应的有效感测区域，目标波段的光束能够透过所述第一透镜到达对应的有效感测区域，并被转换为相应的电信号；

其中，所述多个第一透镜的部分或全部具有三角形网格的排列。

2.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述三角形网格包括等边三角形网格。

3.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述图像传感芯片具有用于接收光束的感光面，所述镜头模块与所述感光面正对的部分第一透镜具有等边三角形网格的排列。

4.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，相邻的两个第一透镜的中心间距大于或等于所述第一透镜的直径的1倍或2倍或3倍或4倍或5倍或6倍。

5.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述第一透镜为凸透镜，其包括背对所述图像传感芯片的凸面，光束从所述凸面进入所述第一透镜并被会聚后从所述镜头模块朝向所述图像传感芯片的一侧出射。

6.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述镜头模块还包括设置在所述第一透镜的间隔区域上的挡墙，其中：

所述挡墙能够遮挡第一预设波段的光束，所述第一预设波段包括所述目标波段；或

所述镜头模块还包括覆盖所述挡墙的遮光层，所述遮光层能够遮挡所述第一预设波段光束。

7.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述光学式感测装置还包括过滤层，所述过滤层位于所述镜头模块和所述图像传感芯片之间，或者所述过滤层形成在所述镜头模块背对所述图像传感芯片的一侧，所述过滤层用于透过目标波段的光束，且过滤掉第二预设波段的光束，所述第二预设波段与所述目标波段不同。

8.如权利要求7所述的光学式感测装置，其特征在于，当所述目标波段的光束为近红外光时，所述第二预设波段包括可见光波段，所述过滤层用于过滤掉可见光并透射近红外光，所述过滤层为可见光截止滤光片；当所述目标波段的光束为可见光时，所述第二预设波段包括近红外光波段，所述过滤层用于过滤掉近红外光并透射可见光，所述过滤层为红外光截止滤光片。

9.如权利要求6所述的光学式感测装置，其特征在于，所述镜头模块还包括位于所述第一透镜和挡墙的下方的光学间隔层，所述光学间隔层位于所述图像传感芯片的上方，所述第一透镜和所述挡墙具有一体结构，所述光学间隔层为形成所述第一透镜和挡墙时的残留层，所述第一透镜、所述挡墙和光学间隔层的材料相同。

10.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述镜头模块的第一透镜直接形成在所述图像传感芯片上；或

所述光学式感测装置还包括设置在所述图像传感芯片的上方的第一基板，所述镜头模块形成在所述第一基板上。

11.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述第一透镜为凸透镜，其包括背对所述图像传感芯片所在一侧的凸面，光束从所述凸面进入所述第一透镜并被会聚后从所述镜头模块朝向所述图像传感芯片的一侧出射。

12.如权利要求1所述的光学式感测装置，其特征在于，所述目标波段的光束包括可见光和/或近红外光。

13.一种电子设备，其特征在于，包括显示屏、和位于所述显示屏的下方的光学式感测装置，所述光学式感测装置为权利要求1至12中任意一项所述的光学式感测装置，所述光学式感测装置能够透过所述显示屏接收带有外部对象的生物特征信息的光束并转换为电信号，以获取外部对象的生物特征信息。

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