TW202022693A - 螢幕下圖像獲取結構及電子設備 - Google Patents

Abstract

本發明一種螢幕下圖像獲取結構，包括一透光蓋板、一具有第一光源的光源板和一具有第二傳感器的光傳感器，該透光蓋板、該光源板與該光傳感器從上至下設置，該第一光源與該第二傳感器不與該透光蓋板的同一條法線相交。該第一光源的光線經過該透光蓋板的全反射後射入該第二傳感器上。利用光學全反射原理，使得在同一成像單元範圍外的圖像數據可以被另一成像單元的光傳感器採集到，增加小尺寸成像傳感器的有效成像面積，使得被成像的指紋面積超過傳感器的面積，不同成像單元之間存在間隙，從而能夠節省螢幕下圖像獲取結構的設計成本。

Description

螢幕下圖像獲取結構及電子設備

本發明是有關於一種圖像成像結構，特別是指一種螢幕下圖像獲取結構，及一種電子設備。

隨著資訊科技的發展，生物特徵識別技術在保障資訊安全的方面發揮著越來越重要的作用，其中指紋識別已經成為移動互聯網領域廣泛應用的身份識別、設備解鎖的關鍵技術手段之一。在設備的螢幕占比越來越大的趨勢下，由於傳統的電容式指紋識別已經不能滿足需求，而超聲波指紋識別則存在技術成熟度不足和成本過高等的問題，因此，光學指紋識別成為螢幕下指紋識別的主流技術之一。

現有的一光學指紋識別模組是基於幾何光學透鏡成像原理，該光學指紋識別模組包含一微透鏡陣列，及一光學空間濾光器等元件，但該光學指紋指別模組存在結構複雜、模組厚度厚、感測範圍小、成本高等諸多缺點。反觀通過物理光學的全反射成像原理之無透鏡螢幕下光學指紋識別模組，相比於現有的光學指紋識別模組而言，具有結構簡單、模組厚度薄、感測範圍大、成本低等優點。然而，目前螢幕下光學成像的成像面積一般小於傳感器的面積，而為了獲取到較大的成像面積，需要較大的傳感器，就會擠佔螢幕下空間。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術「為了獲取到較大的成像面積，需要較大的傳感器，就會擠佔螢幕下空間」的缺點的螢幕下圖像獲取結構。

於是，本發明螢幕下圖像獲取結構，包含一透光蓋板、一光源板，及一光傳感器。

該光源板包括一第一光源。

該光傳感器包括一第二傳感器，該透光蓋板、該光源板與該光傳感器從上至下依次設置，該第一光源與該第二傳感器不與該透光蓋板的同一條法線相交。

其中，該透光蓋板具有一超出該第一光源邊緣的透光區，該第一光源射向該透光區的光線，經過該透光蓋板的全反射後，射入該第二傳感器上。

具體地，該光傳感器還包括一第一傳感器，該第一傳感器、該第一光源與該透光蓋板的同一條法線相交。

具體地，該第一傳感器與該第二傳感器之間互相間隔，並界定有一間隙。

具體地，所述間隙小於全反射光線經一次全反射在該透光蓋板中的傳播距離。

具體地，所述光源板為一顯示面板。

具體地，所述顯示面板為液晶顯示螢幕、主動陣列式有機發光二極體顯示螢幕，或微發光二極體顯示螢幕。

具體地，該第二傳感器在水平的任意方向上的投影均長於該第一光源。

因此，本發明之另一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的電子設備。

該電子設備包括一處理器，及與該處理器連接的該螢幕下圖像獲取結構。

本發明之功效在於：利用光學全反射原理，使得在該光傳感器範圍外的圖像數據也可以被該光傳感器採集到，以增加小尺寸的光傳感器的有效成像面積，使得被成像的指紋面積超過該光傳感器的面積，從而能夠有效利用無透鏡成像的圖像訊息，並減少該光傳感器面積，避免佔用過多螢幕下的空間。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

請參閱圖1到圖3，圖1是現有的一種螢幕下圖像獲取結構，圖2至圖3是本發明螢幕下圖像獲取結構的一實施例。

現有的該螢幕下圖像獲取結構包括一透光蓋板、一光源板，及一光傳感器。所述光源板與所述光傳感器都是整面性地置於所述透光蓋板的下方，具體地，所述透光蓋板、所述光源板和所述光傳感器平行堆疊設置。其中，所述光源板即是在一塊板上設置有多個的間隔光源。所述透光蓋板可以是一單層板結構或一多層結構，該單層板結構可以是玻璃蓋板或者有機透光材質蓋板，該單層蓋板也可以是具有其他功能的蓋板，如可以是觸控螢幕。該多層結構可以是一多層玻璃蓋板、一多層有機透光材質蓋板，或一玻璃蓋板與一有機透光材質蓋板的結合。該光傳感器用於獲取光線，並包括有多個感光單元(例如：光電二極體(photodiode))，可以單獨設置在該光源板的下方或者設置在該光源板上方。在該光傳感器設置在該光源板下方時，光線可以穿過該光源板上的光源之間的間隙進入到該光傳感器中。在該光傳感器設置在該光源板上時，該感光單元可以設置在該光源板的所述光源（像素點）之間的間隙中。該光傳感器用於獲取螢幕下圖像，如可以獲取指紋圖像或掌紋圖像等。該透光蓋板與該光源板間需要填充一光學膠進行連接，以及避免空氣影響光線的反射。該光學膠的折射率接近該透光蓋板的折射率，避免光線在該光學膠與該透光蓋板間發生全反射。

全反射成像原理是成像時，手指與該透光蓋板91接觸，指紋凹陷處由於有空氣，入射角超過全反射臨界角的光線會在形成全反射，該光傳感器會採集到明亮光線，而指紋凸出處與該透光蓋板上表面直接接觸，光線不會產生全反射，則該光傳感器會採集到較暗光線，從而可以區分出指紋圖像。在成像的時候，如圖1所示，將手指按壓到作為該透光蓋板的玻璃蓋板（Cover glass）上某一處A，該光源板上的光源所發出的光線經過該透光蓋板上表面的全反射而成像到該光傳感器表面上的B點，根據B點採集到的光線數據可以獲取到A處的指紋圖像。

本實施例的超成像的螢幕下圖像獲取結構如圖2所示，本發明螢幕下圖像獲取結構的該實施例包括一透光蓋板、一光源和一光傳感器,所述光源包括一第一光源11，所述光傳感器包括一第二傳感器22，所述透光蓋板、所述光源及所述光傳感器從上至下依次設置；該第一光源11與第二傳感器22不與所述透光蓋板的同一條法線相交；所述透光蓋板具有一超出沿一垂直方向對應至該該第一光源11之右側邊緣的透光區，所述第一光源11射向透光區的光線，經過所述透光蓋板的全反射後，射入所述第二傳感器22上。這樣在獲取超出第一光源11之右側垂直邊緣的指紋圖像的時候，本實施例可以採用成像在非光源正下方的光傳感器的方法，使得所述光傳感器的設計可以超出光源而不需對應位於所述光源所在的範圍，同時也擴大了光學指紋成像的範圍。另一方面的好處是，能夠節省位於第一光源11下方的設計空間，因為在所述透明蓋板超過第一光源11部分的透光區的成像是成像在其他豎直方向的所述第二傳感器22上了。

本實施例並不限定所述透光蓋板的大小，只要所述透光蓋板有超出所述第一光源11邊緣的區域即可；具體地只要所述透光蓋板的投影有超出第一光源11邊緣區域的投影即可，在某些實施例中，所述光源板的面積尺寸是小於所述透光蓋板的，即所述透光區有一部分垂直投影處在所述第一光源之外。

為了能夠更好地獲取指紋圖像，在具體的實施例中，請參考圖2，本實施例還包括一第一傳感器21及一第二光源12。所述第一傳感器21及第一光源11與所述透光蓋板的同一條法線相交，也就是說，所述第一傳感器21在該垂直方向上設置於所述第一光源11的下方；具體地，所述第二光源12射向所述透光區的光線，經過所述透光蓋板的全反射後，射入所述第一傳感器21上。也就是說，所述第一傳感器21在某些情況下，還承擔著成像來自不在同一垂直位置的所述第二光源12發出的光。所述第二光源12與所述第一光源11同處光源板上，可以獨立設計，也可以是一顯示面板的發光像素或發光顆粒。而所述透光蓋板之對應所述第一光源11與所述第二光源12之間的透光區，通過上述設計，能夠通過不在同一垂直面上的所述光傳感器進行成像，我們的方案達到了進一步地提高大範圍成像的效果。

而在圖2所示的實施例的其他變化態樣中，所述第一傳感器21、所述第二傳感器22及其他未在圖中示出的傳感器可以構成一傳感器陣列，所述傳感器陣列裡的第一傳感器21與第二傳感器22還具有如下特點:所述第一傳感器21與第二傳感器22之間互相間隔，並界定有一間隙d。通過設計所述間隙d來使得所述光傳感器的空間能夠進一步改善，所述傳感器不用密集排列從而節約硬件成本，並提高內部空間的利用效率。具體的原理可以結合圖2進行說明。圖2中的指紋紋路按壓在所述透光蓋板上方中部的位置，由於該位置的法線位在所述第一光源11與第二光源12之間，而超出了所述第一光源11和所述第二光源12的範圍，該位置就是我們所稱的透光區，所述透光區中相鄰的兩處A與A’的圖像訊息都需要被採集，這時候，假設所述第一光源11的垂直邊緣極限發出一道光OA採集到了一第一紋路訊息，並經所述透光區的A點全反射，而反射到所述第二傳感器22上的B點，構成一光路OAB。所述第二光源12的垂直邊緣極限發出一道光O’A’採集到了一第二紋路訊息，並經所述透光區的A’ 點全反射，而反射到所述第一傳感器21上的B’點，構成一光路O’A’B’。其中，B與B’點之間的一距離假設為D，則為了保證經所有的透光區反射的訊息都能夠被收集，則A與A’處需要重合或幾乎重合，那麼D的距離就是一反射光線經所述透光蓋板的一次全反射後在我們的結構中經過所述透光蓋板及所述光源板的水平方向傳播距離，假設所述光源板的厚度可以忽略不計或所述光源板的第一光源11與第二光源12之間為真空，則D的距離為反射光線經一次全反射在透光蓋板中的水平方向傳播距離。當然理論上全反射的入射角極大的情況下，該距離沒有上限，我們這裡討論的入射角是最小情況，即所述反射光線為剛發生全反射時的臨界入射角度，而且入射角越大，成像效果的衰減也越厲害，我們只需要考慮距離D為最小全反射距離的情況即可。那麼所述第一傳感器21與所述第二傳感器22間的距離為d，只需要小於上述距離D，就能夠獲取到經所述透光區反射的全部的指紋圖像。而解析複合圖像的方法暫不贅述。上述方案通過在所述第一傳感器21與所述第二傳感器22之間的界定的間隙d，既而節省了d寬度空間的傳感器材料，更進一步地節約了成本。

從圖2中我們可以看出，所述第一傳感器21在水平面的一個方向上要長於第一光源11的長度。因此在圖3所示的實施例中，我們可以進一步設計一種螢幕下指紋採集單元，所述螢幕下指紋採集單元位於所述透光蓋板的下方，並包括位於上層的所述光源11和位於下層的所述傳感器21，所述傳感器21在水平的任意方向上的投影均大於所述光源11的投影。所述傳感器21可以在水平方向上包圍所述光源11設計。這種螢幕下指紋採集單元可以設計為任意形狀，圖中以四邊形為例，四邊形的優勢在於能夠便於拼接。當然也可以設計為六角形、圓形等，只需要滿足相鄰的所述螢幕下指紋採集單元的傳感器之間設置有間隙即可。這樣可以盡可能地擴大所述透光蓋板上指紋的獲取面積。

本發明提供一種電子設備，包括一處理器和與處理器連接的圖像獲取結構，所述圖像獲取結構為上述的螢幕下圖像獲取結構。這樣的電子設備通過所述處理器驅動所述光源板後，可以在所述光傳感器上採集到所述透光蓋板所反射的表面圖像，且只需要相對較小的傳感器尺寸，因此，可以減少所述光源板下方的所述傳感器所佔用的體積，為現有的電子設備騰出更多的空間，這些空間可以供給一蓄電池使用，從而可以延長電子設備的續航時間。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11:第一光源 12:第二光源 21:第一傳感器 22:第二傳感器 d:距離 A:處 A’:處 B:點 B’:點

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1為一示意圖，為現有之利用全反射成像原理實現無透鏡螢幕下光學指紋成像的一螢幕下圖像獲取結構； 圖2為一示意圖，為本發明螢幕下圖像獲取結構的一實施例，及成像示意；及 圖3為該實施例的一第光傳感器與一第一光源的俯視示意圖。

11:第一光源

12:第二光源

21:第一傳感器

22:第二傳感器

d:距離

A:處

A’:處

B:點

B’:點

Claims (8)

1. 一種螢幕下圖像獲取結構，包含： 一透光蓋板； 一光源板，包括一第一光源；及 一光傳感器，包括一第二傳感器，該透光蓋板、該光源板與該光傳感器從上至下依次設置，該第一光源與該第二傳感器不與該透光蓋板的同一條法線相交； 其中，該透光蓋板具有一超出該第一光源邊緣的透光區，該第一光源射向該透光區的光線，經過該透光蓋板的全反射後，射入該第二傳感器上。
2. 如請求項1所述的螢幕下圖像獲取結構，其中，該光傳感器還包括一第一傳感器，該第一傳感器、該第一光源與該透光蓋板的同一條法線相交。
3. 如請求項2所述的螢幕下圖像獲取結構，其中，該第一傳感器與該第二傳感器之間互相間隔，並界定有一間隙。
4. 如請求項3所述的螢幕下圖像獲取結構，其中，所述間隙小於全反射光線經一次全反射在該透光蓋板中的傳播距離。
5. 如請求項1所述的螢幕下圖像獲取結構，其中，所述光源板為一顯示面板。
6. 如請求項5所述的螢幕下圖像獲取結構，其中，所述顯示面板為一液晶顯示螢幕、一主動陣列式有機發光二極體顯示螢幕，或一微發光二極體顯示螢幕。
7. 如請求項1所述的螢幕下圖像獲取結構，其中，該第二傳感器在水平的任意方向上的投影均長於該第一光源。
8. 一種電子設備，包含： 一處理器；及 一與該處理器連接的圖像獲取結構，所述圖像獲取結構為請求項1到請求項7任一項所述的一種螢幕下圖像獲取結構。

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