CN112163482A - 一种光学准直器、指纹识别模组及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光学准直器、指纹识别模组及电子设备。所述光学准直器应用于指纹识别模组，所述光学准直器包括：多个间隔设置的导光体，用于对到达所述导光体的光线进行准直；在径向平面上，所述导光体的折射率从边缘向中心渐变式增加；遮光部，设置于所述导光体之间。所述光学准直器不包含准直孔，因而具有较高的强度。
Description
技术领域
本发明属于图像捕获领域，涉及一种准直器，特别是涉及一种光学准直器、指纹识别模组及电子设备。
背景技术
智能手机等终端产品趋向于美观化和智能化方向发展，传统的实体按键或指纹识别趋向于消亡。于是光学屏下指纹技术应运而生，为终端产品的美观化和智能化提供了有力的技术支撑。
屏下指纹技术在硬件上需要依赖于指纹识别模组实现。其中，光学准直器作为指纹识别模组的重要组成部分，主要通过光学原理或其他物理原理来过滤掉多种光学噪声，从而获取相对纯净的指纹光学信号。因此，光学准直器的效率和质量决定了整个光学屏下指纹识别的质量和效率。发明人在实际应用中发现，目前用于屏下指纹准直收光的准直器，大部分都是基于准直孔的结构，即：通过在基板上加工出大量的微孔来实现光学噪声的过滤进而实现对光线的准直；然而，这种基于准直孔的结构强度较低，且准直孔容易被灰尘、颗粒等物质阻塞。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光学准直器、指纹识别模组及电子设备，用于解决现有基于准直孔的光学准直器强度较低，且准直孔容易被灰尘、颗粒等物质阻塞的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种光学准直器；所述光学准直器应用于指纹识别模组，所述光学准直器包括：多个间隔设置的导光体，用于对到达所述导光体的光线进行准直；在径向平面上，所述导光体的折射率从边缘向中心渐变式增加；遮光部，设置于所述导光体之间。
于所述第一方面的一实施例中，对于所述导光体的任一点，其折射率为n(r)＝n0×(1-A×r2/2)；其中，r表示该点与所述导光体中心的距离，n(r)表示该点的折射率，n0表示导光体中心的折射率，A为折射率渐变系数。
于所述第一方面的一实施例中，所述导光体包括微透镜和导光主体；其中，所述微透镜位于所述导光主体的入射端或两端。
于所述第一方面的一实施例中，所述微透镜和所述导光主体为一体结构；所述一体结构是通过对所述导光体的入射端或两端进行加工后得到。
本发明的第二方面提供另一种光学准直器；所述光学准直器应用于指纹识别模组，所述光学准直器包括：多个间隔设置的导光体，用于对到达所述导光体的光线进行准直；所述导光体包括微透镜和导光主体；其中，所述微透镜位于所述导光主体的入射端或两端；所述微透镜和所述导光主体为一体结构；所述一体结构是通过对所述导光体的入射端或两端进行加工后得到；遮光部，设置于所述导光体之间。
于所述第二方面的一实施例中，在径向平面上，所述导光体的折射率为一固定值。
本发明的第三方面提供一种指纹识别模组，所述指纹识别模组包括：基板，具有第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧；所述基板的第一侧用于放置手指指纹；发光层，设置于所述基板的第二侧，用于发出穿透所述基板的第一光线；所述第一光线经手指指纹反射后形成穿透所述基板和所述发光层的第二光线；所述第一方面或所述第二方面所述的光学准直器，设置于所述发光层远离所述基板的一侧，用于对所述第二光线进行准直并形成第三光线；图像传感器，设置于所述光学准直器远离所述发光层的一侧，用于根据所述第三光线获取用户的指纹图像。
于所述第三方面的一实施例中，所述发光层为OLED屏。
于所述第三方面的一实施例中，所述图像传感器为电荷耦合元件传感器、互补金属氧化物半导体传感器或量子薄膜光电传感器。
本发明的第四方面提供一种电子设备，所述电子设备包括所述第三方面所述的指纹识别模组。
如上所述，本发明所述光学准直器、指纹识别模组及电子设备的一个技术方案，具有以下有益效果：所述光学准直器由多个间隔设置的导光体和遮光部组成，因此，所述光学准直器中不存在孔隙，强度较高且不存在准直孔被灰尘、颗粒等物质阻塞的问题。
附图说明
图1A显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的主视图。
图1B显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的俯视图。
图2A显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的结构示意图。
图2B显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的结构示意图。
图2C显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中折射率的分布曲线。
图3A显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的结构示意图。
图3B显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的结构示意图。
图3C显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中导光体的结构示意图。
图3D显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中导光体的结构示意图。
图4A显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的结构示意图。
图4B显示为本发明所述光学准直器于一具体实施例中的结构示意图。
图5A显示为本发明所述指纹识别模组于一具体实施例中的结构示意图。
图5B显示为本发明所述指纹识别模组于一具体实施例中的结构示意图。
元件标号说明
1 光学准直器
11 导光体
12 遮光部
2 光学准直器
21 导光体
211 微透镜
212 导光主体
3 光学准直器
31 导光体
311 微透镜
312 导光主体
32 遮光部
7 指纹识别模组
71 基板
72 发光层
73 光学准直器
731 导光体
732 遮光部
74 图像传感器
81 第一光线
82 第二光线
83 第三光线
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。此外，在本文中，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
目前屏下指纹模块一般使用光学准直器来准直接收到的光学指纹信号，大部分光学准直器都是基于准直孔的结构，即：通过在基板上加工出大量的微孔来实现光学噪声的过滤进而实现对光线的准直；这种基于准直孔的结构强度较低，且准直孔容易被灰尘、颗粒等物质阻塞。针对这一问题，本发明提供一种光学准直器、指纹识别模组及电子设备，所述光学准直器由多个间隔设置的导光体和遮光部组成，因此所述光学准直器中不存在孔隙，强度较高且不存在准直孔被灰尘、颗粒等物质阻塞的问题。
请参阅图1A和图1B，于本发明的一实施例中，所述光学准直器1应用于指纹识别模组，且所述光学准直器1包括多个间隔设置的导光体11以及遮光部12。
所述导光体11用于对到达所述导光体的光线进行准直。所述导光体11可以采用玻璃、树脂等材料制成。相对于采用准直孔的方案，所述导光体11为透光实体，能够增加所述光学准直器1的强度，从而使得所述光学准直器1具有更好的抗压能力；此外，所述导光体11不会被灰尘、颗粒等杂物所阻塞，因而不存在现有技术中准直孔被阻塞的问题。所述导光体11的横截面形状根据具体需求可以设置为圆形、三角形、矩形、六边形等。
所述遮光部12设置于所述导光体11之间，并与所述导光体11紧密贴合。优选地，所述遮光部12填充式设置于所述导光体11之间，即：任意两个导光体11之间均填充有所述遮光部12。需要说明的是，所述填充式设置仅用于说明所述遮光部12填充于所述导光体11之间，而非限定所述遮光部12采用填充的方式进行加工或装配。所述遮光部12优选采用对光线具有高吸收能力的材料，因而到达所述遮光部12的光线能够被所述遮光部12吸收。
根据以上描述可知，本实施例所述光学准直器由多个间隔设置的导光体和遮光部组成，因此所述光学准直器中不存在孔隙，强度较高且不存在准直孔被灰尘、颗粒等物质阻塞的问题。
此外，如果所述导光体11采用固定折射率，会导致光学准直器1的收光角增大，进而会导致指纹成像质量下降；其中，所述收光角是指所述光学准直器1允许通过的光线的最大角度。基于此，为提升所述光学准直器1的准直效果，尽可能的减小收光角，本实施例所述导光体11的折射率在径向平面上从边缘向中心渐变式增加。其中，所述导光体11为柱体，所述径向平面是指所述导光体11的横截面相平行的平面。所述导光体11的折射率从边缘向中心渐变式增加是指：所述导光体11边缘的折射率最低，中心的折射率最高，且其折射率自边缘向中心逐渐地、有规律性地增加。
请参阅图2A和图2B，显示为本实施例所述导光体11以及光线1、光线2和光线3在所述导光体11中的光路图。由于所述导光体11的折射率从边缘向中心渐变式增加，使得光线在所述导光体11中的光路为一相对圆滑的曲线，有利于增加所述光线经过所述导光体11后所产生的径向位移与轴向位移的比值，进而提升所述导光体11的准直能力。
具体地，从所述导光体11的边缘A点入射的光线1，在经过所述导光体11后到达B0点；若采用准直孔替换所述导光体11，则光线1在自A点入射并经过该准直孔后到达B1点。因此，所述导光体11的存在增大了光线1在光学准直器中传输时所产生的径向位移(2r0)与纵向位移(h)的比值。
从所述导光体11的边缘A点入射的光线3，在经过所述导光体请求后到达B3点，该B3点位于所述导光体11的侧壁，因此光线3在到达B3点后被遮光部所吸收，因此，光线3无法通过所述光学准直器1。若采用准直孔替换所述导光体11，则光线3在经过该准直孔后到达B2点，仍然能够通过该准直器。因此，所述导光体11的存在增大了光线3在光学准直器中传输时所产生的的径向位移与纵向位移的比值，进而使得光线3无法通过光学准直器。
对比可知，采用本实施例所述的方案，对于从A点入射的光线来说，若该光线的入射角大于光线1，则该光线无法通过所述光学准直器1；而采用基于准直孔的准直器时，若光线的入射角在光线1和光线3之间，则该光线仍然可以通过准直器。因此，本实施例中通过将所述导光体11的折射率限定为自边缘向中心渐变式增加，使得光线在所述导光体11内传输所产生的径向位移与轴向位移的比值，相对于在准直孔内传输所产生的径向位移与轴向位移的比值有所增加；这使得部分能够通过准直孔的光线无法通过所述导光体11，故，本实施例所述光学准直器相对于基于准直孔的光学准直器能够过滤更多的杂散光线，并且具有更小的收光角。
请参阅图2C，显示为本实施例所述导光体11于一具体实例中的折射率与位置的对应关系，其中，原点O对应所述导光体11的中心，横坐标r0和-r0处分别对应所述导光体11的边缘。本实施例中，为实现所述导光体的折射率从边缘向中心渐变式增加，所述导光体11可以采用渐变折射率材料制成，所述渐变折射率材料例如Grin(梯度折射率)材料。
优选地，所述导光体11内任一点的折射率仅与该点与所述导光体11中心的距离有关。优选地，所述导光体11的折射率在任一径向平面内的分布均相同，即：在轴向上，距离所述导光体11中轴线的距离相同的点具有相同的折射率。
对于本实施例所述光学准直器，到达所述光学准直器的光线有以下几种情况：其一为光线直接到达所述遮光部，此种光线被所述遮光部吸收或反射，此种光线无法通过所述光学准直器。其二为光线到达所述导光体的一端，经所述导光体传输后到达所述导光体的侧壁，此种光线被贴设于所述导光体的遮光部吸收，此种光线无法通过所述光学准直器。其三为光线到达所述导光体的一端，经所述导光体传输后到达所述导光体的另一端，此种光线能够通过所述光学准直器。
本实施例中，所述导光体的折射率从边缘向中心渐变式增加，增加了部分或全部光线在经过所述导光体后所产生的径向位移与纵向位移的比值，使得入射角较大的一部分光线在经过所述导光体传输后到达所述导光体的侧壁，因而这部分光线无法通过本实施例所述光学准直器。而在采用基于准直孔的准直器时，这部分光线是可以通过所述准直孔的，因此，本实施例所述光学准直器具有较小的收光角度，相对于其他方案能够允许更少的杂散光线通过，因而具有较好的准直能力。
于本发明的一实施例中，对于所述导光体的任一点，其折射率为n(r)＝n0×(1-A×r2/2)；其中，r表示该点与所述导光体中心的距离，n(r)表示该点的折射率，n0表示导光体中心的折射率，A为折射率渐变系数，所述折射率渐变系数的数值可以根据具体需求设置，例如可以为0-200之间的任意数值。需要说明的是，上述公式仅为所述导光体折射率的一种分布方式，具体应用中可以根据需求选取其他分布方式。
请参阅图3A、图3B、图3C和图3D，于本发明的一实施例中，所述导光体21包括微透镜211和导光主体212；其中，所述微透镜211位于所述导光主体212的入射端或两端。所述微透镜211可以为常用的微透镜或菲涅尔透镜。所述导光主体212包括入射端和出射端，其中，所述入射端是指光线到达所述导光主体212的一端；所述出射端是指与所述入射端相对的另一端。
所述微透镜211具有汇聚光线的作用，因此，本实施例中，通过将所述导光主体212的入射端或两端设置为所述微透镜211，有利于减小所述光学准直器2的收光角；相对于不包含微透镜的光学准直器，本实施例所述光学准直器2具有更好的准直能力。
优选地，所述微透镜211和所述导光主体212为一体结构，该一体结构是通过对所述导光体的入射端或两端进行加工后得到。具体地，可以通过化学刻蚀或者其他方式对所述导光体21的入射端或两端进行加工，以获得具有特定形状的微透镜211。
本发明还提供另一种光学准直器。请参阅图4A和图4B，于本发明的一实施例中，所述光学准直器3应用于指纹识别模组，所述光学准直器3包括多个间隔设置的导光柱31以及遮光部32。
所述导光体31用于对到达所述导光体31的光线进行准直；所述导光体31包括微透镜311和导光主体312；其中，所述微透镜311位于所述导光主体312的入射端或两端；所述微透镜311和所述导光主体312为一体结构，所述一体结构是通过对所述导光体31的入射端或两端进行加工后获得。具体地，可以通过化学刻蚀过着其他方式对所述导光体31的入射端或两端进行加工，以获得具有特定形状的微透镜311。所述导光主体312包括入射端和出射端，其中，所述入射端是指光线到达所述导光主体312的一端；所述出射端是指与所述入射端相对的另一端。
所述遮光部32设置于所述导光体31之间，并与所述导光体31紧密贴合。优选地，所述遮光部32填充式设置于所述导光体31之间，即：任意两个导光体31之间均填充有所述遮光部32。需要说明的是，所述填充式设置仅用于说明所述遮光部32填充于所述导光体31之间，而非限定所述遮光部32采用填充的方式进行加工或装配。所述遮光部32优选采用对光线具有高吸收能力的材料，因而到达所述遮光部32的光线能够被所述遮光部32所吸收。
根据以上描述可知，本实施例所述光学准直器3由多个间隔设置的导光体31和遮光部32组成，因此所述光学准直器3中不存在孔隙，强度较高且不存在准直孔被灰尘、颗粒等物质阻塞的问题。
此外，通过将所述导光体31的入射端或两端设置为微透镜的形状，能够增加部分或全部光线在所述导光体内部传输时所产生的径向位移与轴向位移的比值，使得入射角较大的一部分光线在经过所述导光体传输后到达所述导光体的侧壁，因而这部分光线无法通过本实施例所述光学准直器。而在采用基于准直孔的准直器时，这部分光线是可以通过所述准直孔的，因此，本实施例所述光学准直器3具有较小的收光角度，相对于其他方案能够允许更少的杂散光线通过，有助于抑制杂散光线并提高透光率，因而具有较好的准直能力。
于本发明的一实施例中，在径向平面上，所述导光体的折射率为一固定值，或自边缘向中心渐变式增加。
基于以上对所述光学准直器的描述，本发明还提供一种指纹识别模组。请参阅图5A和图5B，于本发明的一实施例中，所述指纹识别模组7包括：
基板71，具有第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧；所述基板71的第一侧用于放置手指指纹。所述基板71由透光材料制成，可用于支撑和保护所述指纹识别模组7。所述基板71例如为显示屏的玻璃盖板。
发光层72，设置于所述基板71的第二侧，用于发出穿透所述基板71的第一光线81；所述第一光线81经手指指纹反射后形成穿透所述基板71和所述发光层72的第二光线82。具体地，对于所述基板71，由于所述基板71由透光材料制成，因此所述第二光线82可以直接穿透所述基板71；对于所述发光层72，所述第二光线82可以通过所述发光层72所包含的发光单元之间的间隙从而穿过所述发光层72。
需要说明的是，所述发光层72会发出大量的第一光线到达用户的手指指纹，并在用户的手指指纹处发生反射产生大量的第二光线。为便于说明，图中仅示出了其中的一条第一光线81及其对应的第二光线82。
由于手指表面凹凸不平，因此，不同的第一光线在到达手指指纹并发生反射后，形成的第二光线在角度和强度上存在差异，通过对所述第二光线的角度和/或强度进行处理即可获取用户的指纹信息，因此，所述第二光线携带有用户的指纹信息。然而，由于所述第二光线要经过所述基板和所述发光层，使得所述第二光线中包含许多光学噪声，所述光学噪声例如杂光、无关反射光等，这种光学噪声的存在会对指纹成像的结果产生不利的影响。
本发明所述的光学准直器73，设置于所述发光层72远离所述基板71的一侧，包括导光体731以及遮光部732，用于对所述第二光线82进行准直并形成第三光线83。所述第三光线83是由所述第二光线82经准直后形成，因此，所述第三光线83同样携带有用户的指纹信息。此外，通过对所述第二光线82进行准直减少了所述第三光线83中所包含的光学噪声，有利于提升指纹的成像质量。
图像传感器74，设置于所述光学准直器73远离所述发光层72的一侧，用于根据所述第三光线83获取用户的指纹图像。所述图像传感器可以采用电荷耦合元件传感器(CCD)、互补金属氧化物半导体传感器(CMOS)或量子薄膜光电传感器(QD)。其中，CCD的灵敏度、分辨率以及成像质量均优于CMOS，而CMOS的生产成本更低；QD的光电转换效率优于CMOS和CCD，且其厚度更薄。实际应用中用户可以根据需求选择CCD、CMOS或QD作为所述图像传感器74。需要说明的是，所述图像传感器74不限于CCD、CMOS或QD，举凡能够将所述第三光线转化为电信号进而生成指纹图像的元件均可实现本发明。
优选地，所述发光层72为OLED屏。通过选取OLED屏作为所述发光层72，能够减小所述指纹识别模组7的厚度，
根据以上对所述光学准直器和所述指纹识别模组的描述，本发明还提供一种电子设备；所述电子设备包括本发明所述的指纹识别模组。其中，所述电子设备例如为手机、智能家电等。
根据以上描述可知，本发明所述光学准直器由多个间隔设置的导光体和遮光部组成，因此所述光学准直器中不存在孔隙，强度较高且不存在准直孔被灰尘、颗粒等物质阻塞的问题。
并且，在一些实施例中，所述光学准直器所采用的导光体的折射率在径向平面上自边缘向中心渐变式增加，使得所述光学准直器能够过滤更多的杂散光线，有利于提升所述光学准直器的准直能力。
此外，在另一些实施例中，所述导光体包括微透镜和导光主体，所述微透镜能够进一步减小收光角进而提升所述光学准直器的准直能力。
因此，本发明所述光学准直器能够保持在厚度一定的情况下，减小准直角度，提高图像对比度；基于所述光学准直器，本发明所述指纹识别模组能够获得光学性能更优的图像质量，有助于抑制杂光并增强有效的指纹光学信号。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种光学准直器，其特征在于，应用于指纹识别模组，所述光学准直器包括：
多个间隔设置的导光体，用于对到达所述导光体的光线进行准直；在径向平面上，所述导光体的折射率从边缘向中心渐变式增加；
遮光部，设置于所述导光体之间。
2.根据权利要求1所述的光学准直器，其特征在于：对于所述导光体的任一点，其折射率为n(r)＝n0×(1-A×r2/2)；其中，r表示该点与所述导光体中心的距离，n(r)表示该点的折射率，n0表示导光体中心的折射率，A为折射率渐变系数。
3.根据权利要求1所述的光学准直器，其特征在于：所述导光体包括微透镜和导光主体；其中，所述微透镜位于所述导光主体的入射端或两端。
4.根据权利要求3所述的光学准直器，其特征在于：
所述微透镜和所述导光主体为一体结构；
所述一体结构是通过对所述导光体的入射端或两端进行加工后得到。
5.一种光学准直器，其特征在于，应用于指纹识别模组，所述光学准直器包括：
多个间隔设置的导光体，用于对到达所述导光体的光线进行准直；所述导光体包括微透镜和导光主体；其中，所述微透镜位于所述导光主体的入射端或两端；所述微透镜和所述导光主体为一体结构；所述一体结构是通过对所述导光体的入射端或两端进行加工后得到；
遮光部，设置于所述导光体之间。
6.根据权利要求5所述的光学准直器，其特征在于：在径向平面上，所述导光体的折射率为一固定值。
7.一种指纹识别模组，其特征在于，所述指纹识别模组包括：
基板，具有第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧；所述基板的第一侧用于放置手指指纹；
发光层，设置于所述基板的第二侧，用于发出穿透所述基板的第一光线；所述第一光线经手指指纹反射后形成穿透所述基板和所述发光层的第二光线；
权利要求1至6任一项所述的光学准直器，设置于所述发光层远离所述基板的一侧，用于对所述第二光线进行准直并形成第三光线；
图像传感器，设置于所述光学准直器远离所述发光层的一侧，用于根据所述第三光线获取用户的指纹图像。
8.根据权利要求7所述的指纹识别模组，其特征在于：所述发光层为OLED屏。
9.根据权利要求7所述的指纹识别模组，其特征在于：所述图像传感器为电荷耦合元件传感器、互补金属氧化物半导体传感器或量子薄膜光电传感器。
10.一种电子设备，其特征在于：所述电子设备包括权利要求7-9任一项所述的指纹识别模组。
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