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CN111488830B - 指纹识别装置和电子设备 - Google Patents

指纹识别装置和电子设备 Download PDF

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CN111488830B CN202010280755.7A CN202010280755A CN111488830B CN 111488830 B CN111488830 B CN 111488830B CN 202010280755 A CN202010280755 A CN 202010280755A CN 111488830 B CN111488830 B CN 111488830B
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Abstract

提供了一种指纹识别装置和电子设备。该指纹识别装置由上至下依次包括：微透镜阵列、滤光单元组阵列、第一透明介质层、红外滤光层以及第二透明介质层，该第一透明介质层内设置有至少一个挡光层，每一个挡光层设置有小孔阵列，该第二透明介质层内设置有金属布线层和位于该金属布线层下方的像素单元阵列，该金属布线层设置有该像素单元阵列对应的光阑阵列，与该同一像素单元对应的该小孔阵列中小孔的第一中心和该光阑阵列中光阑的第二中心的连线相对像素单元阵列的上表面呈预设夹角。该指纹识别装置不仅能够在保证指纹识别效果的基础上集成真假指纹识别功能，还能够在轻薄化该指纹识别装置的基础上，提升该指纹识别装置的通用性和用户体验。

Description

指纹识别装置和电子设备
本申请要求于2019年11月04日提交中国专利局、申请号为PCT/CN2019/115443、发明名称为“指纹识别装置和电子设备”的PCT申请以及于2019年11月01日提交中国专利局、申请号为PCT/CN2019/115162、发明名称为“指纹检测装置和电子设备”的PCT申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及光学指纹技术领域，并且更具体地，涉及一种指纹识别装置和电子设备。
背景技术
由于未来手持电子产品日益小型化，目前镜头式的屏下光学指纹产品的尺寸难以适应这种趋势，急需向着厚度更薄、体积更小、集成化程度更高的方向发展。而当前存在的小型化方案中，利用准直孔成像的图像对比度与准直孔的深度有关，需要比较大的深度才能实现较高的成像质量，同时这种方案的光线利用率较低。利用微透镜聚焦的方案，受限于工艺和透镜面形，虽然光线利用率较高，但是光路设计较为复杂，而且，在兼容其他功能时容易导致指纹识别装置的厚度过厚，降低了实用性。
因此，本领域急需一种厚度较小且能够保证指纹检测效果的微透镜聚焦方案。
发明内容
提供了一种指纹识别装置和电子设备，不仅能够保证所述指纹识别装置具有较小的厚度，还能够保证指纹检测效果。
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显示屏的下方，以实现屏下光学指纹识别，所述指纹识别装置包括：
微透镜阵列，用于设置在所述显示屏的下方；
滤光单元组阵列，所述滤光单元组阵列设置在所述微透镜阵列的下方，所述滤光单元组阵列中的每个滤光单元组包括至少两个滤光单元，所述至少两个滤光单元分别用于透过至少两种颜色的光信号；
第一透明介质层，所述第一透明介质层设置在所述滤光单元组阵列的下方，所述第一透明介质层内设置有至少一个挡光层，所述至少一个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列；
红外滤光层，所述红外滤光层设置在所述第一透明介质层的下方；
第二透明介质层，所述第二透明介质层设置在所述红外滤光层的下方，所述第二透明介质层内设置有金属布线层和位于所述金属布线层下方的像素单元阵列，所述金属布线层设置有所述像素单元阵列对应的光阑阵列；
其中，第一中心和第二中心的连线相对所述像素单元阵列的上表面呈非90度的预设夹角，所述第一中心包括所述小孔阵列中的与所述像素单元阵列中的同一像素单元对应的开孔的中心，所述第二中心为所述光阑阵列中与所述同一像素单元对应的光阑的中心，以使得所述微透镜阵列将经由所述显示屏的上方的手指返回的，并相对所述显示屏倾斜的指纹检测信号，通过所述至少一个挡光层中的每一个挡光层的开孔会聚至所述光阑阵列的光阑内，所述像素单元阵列用于接收所述指纹检测信号并基于接收到的所述指纹检测信号识别所述手指的指纹信息。
基于叠层结构设计所述指纹识别装置，不仅能够将检测指纹需要的各个器件或层集成到一起，还能够避免在单独封装完某一个器件后再在封装完的器件上制备其他器件或层，相当于，可以整体封装所述指纹识别装置，相应的，有利于轻薄化所述指纹识别装置。
在功能上，通过所述微透镜阵列、所述至少一个挡光层可形成用于引导经由显示屏的上方的手指返回的光信号的指纹检测信号引导结构，以将所述指纹检测信号引导至所述像素单元阵列，进而实现屏下光学指纹检测。并且，通过所述红外滤光层，可以使得满足波长条件的光线能够到达所述像素单元阵列，并将不满足波长条件的光线过滤掉，进而，能够提高所述指纹识别装置的识别效果。
此外，通过所述滤光单元组阵列，可以获取至少两种颜色的光信号，进而可以通过对比所述至少两种颜色的光信号进行真假指纹识别。
另外，通过在所述滤光单元组阵列和所述红外滤光层之间设置包括所述至少一个挡光层的第一透明介质层，不仅能够为所述至少一个挡光层提供支撑作用，还能够为所述至少一个挡光层提供类似封装的保护作用，此外，还可以通过调整所述第一透明介质层的厚度以及所述至少一个挡光层中每一个挡光层中的开孔，以构建出与所述微透镜阵列和像素单元阵列相匹配的光路结构，基于此，能够为不同的客户或用户配置不同的参数，相应的，能够提高所述指纹识别装置的通用性和用户体验。
再者，所述金属布线层不仅可以用作所述多个指纹识别装置之间的内部连接电路，所述金属布线层上的光阑阵列还可以用作引导所述微透镜阵列会聚的指纹检测信号的孔径光阑阵列，即遮挡所述像素单元阵列不期望接收到的角度的指纹检测信号，并允许所述光学感应像素期望接收到的角度的指纹检测信号通过所述金属布线层，不仅能够提高所述指纹识别装置的检测效果还避免了额外设置光阑阵列，有利于有轻薄化所述指纹识别装置。
此外，通过相对显示屏倾斜的指纹检测信号进行指纹识别，不仅能够提高干手指的指纹识别效果，还能够将所述指纹检测信号的光路由垂直光路转换成倾斜光路，使得光路长度涉及需求一定的情况下，能够减小所述指纹识别装置的厚度。
综上，所述指纹识别装置不仅能够在保证指纹识别效果的基础上集成真假指纹识别功能，还能够在轻薄化所述指纹识别装置的基础上，提升所述指纹识别装置的通用性和用户体验。
在一些可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括平坦层或粘附层，所述平坦层或所述粘附层设置在以下位置中的至少一处：
所述微透镜阵列和所述滤光单元组阵列之间；
所述滤光单元组阵列和所述第一透明介质层之间；
所述第一透明介质层和所述红外滤光层之间；以及
所述第二透明介质层的上表面。
通过在所述微透镜阵列和所述滤光单元组阵列之间设置平坦层或粘附层，可以使得所述滤光单元组阵列的表面变的平整并具有易粘合的特性，进而，不仅能够降低所述微透镜阵列的安装复杂度，还能够保证所述微透镜阵列和所述滤光单元组阵列之间的贴合效果。
类似地，通过在所述滤光单元组阵列和所述第一透明介质层之间设置平坦层或粘附层，不仅能够降低所述滤光单元组阵列的安装复杂度，还能够保证所述滤光单元组阵列和所述第一透明介质层之间的贴合效果。通过在所述第一透明介质层和所述红外滤光层之间设置平坦层或粘附层，不仅能够降低所述第一透明介质层的安装复杂度，还能够保证所述第一透明介质层和所述红外滤光层之间的贴合效果。
此外，所述第二透明介质层的上表面的粘附层或平坦层，可以是传感器芯片(例如，所述传感器芯片可包括所述第二透明介质层和所述第二透明介质层内的金属布线层和所述像素单元阵列)中的叠层，其不仅可以用于保护所述传感器芯片，还能够将其巧妙地耦合至所述指纹识别装置中的其它功能层，有利于轻薄化所述指纹识别装置。
在一些可能的实现方式中，所述平坦层或所述粘附层为涂层，或者，所述平坦层或所述粘附层为膜层。
通过将所述平坦层(或粘附层)构建为涂层或膜层，能够有效控制所述指纹识别装置的厚度。
在一些可能的实现方式中，所述像素单元阵列包括所述滤光单元组对应的像素单元组，所述像素单元组中的至少两个像素单元分别通过所述至少两个滤光单元接收第一光信号，所述第一光信号用于检测所述手指是否为真手指，所述像素单元组中的除所述至少两个像素单元之外的像素单元通过所述至少两个滤光单元之间的透明区域接收第二光信号，或所述像素单元组之间的像素单元通过所述滤光单元组之间的透明区域接收所述第二光信号，所述第二光信号用于识别所述手指的指纹信息。
通过所述第一光信号和所述第二光信号，能够同步实现真假指纹识别和指纹信息识别，相应的，能够提升用户体验。
在一些可能的实现方式中，所述至少一个挡光层为多个挡光层，所述多个挡光层中与同一像素单元对应的开孔由上至下孔径依次减小。
在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层的厚度大于或等于预设阈值，以使得所述金属布线层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置。
在一些可能的实现方式中，所述至少一个挡光层中的底层挡光层的下表面与所述第一透明介质层的下表面齐平设置。
在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层延伸至所述小孔阵列的开孔内。
基于此，能够提高所述至少一个挡光层的稳定性，此外，避免了所述至少一个挡光层中每一个挡光层的小孔阵列中的开孔内存留空气，相应的，能够防止所述至少一个挡光层中每一个挡光层的开孔发生腐蚀，进而防止所述至少一个挡光层中每一个挡光层的开孔在使用过程中变大，以保证所述指纹识别装置的性能稳定性。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜阵列包括呈阵列分布的多个微透镜，所述多个微透镜中的每一个微透镜包括底面、顶面以及垂直于所述底面的四个侧面，所述底面固定至所述滤光单元组阵列，所述顶面为用于接收经由所述手指返回的所述指纹检测信号的曲面。
将所述微透镜阵列构造为方形透镜，进而形成所述指纹识别装置的方形透镜阵列，一方面可以获取更高的收光面积占比，一般可以为98％以上，相比圆形透镜矩阵有明显提升。另一方面，将所述微透镜阵列构造为方形透镜，也可以提高微透镜的占空比。
在一些可能的实现方式中，所述至少一个挡光层中底层挡光层的下表面与所述微透镜的下表面之间的最大距离小于或等于100um；和/或，所述微透镜阵列中的微透镜在所述微透镜阵列的排列方向上的最大宽度为100um。
在一些可能的实现方式中，所述预设夹角为18度至28度。
第二方面，提供了一种电子设备，包括：
显示屏；以及
第一方面或第一方面中任一种可能实现的方式中所述的指纹识别装置，所述装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹检测。
附图说明
图1是本申请实施例所适用的电子设备的结构示意图。
图2是真假指纹对应的彩色指纹图像的差异对比图。
图3是根据本申请实施例的指纹识别装置的示意性结构图。
图4是根据本申请实施例的滤光单元组的排布方式的示意性图。
图5是滤光单元组中的滤光单元的一种设计方式的示意性图。
图6是滤光单元组中的滤光单元的另一种设计方式的示意性图。
图7是本申请实施例的卷积神经网络的结构图。
图8是根据本申请一实施例的指纹识别方法的示意性流程图。
图9是根据本申请另一实施例的指纹识别方法的示意性流程图。
图10是根据本申请实施例的电子设备的示意性框图。
图11是根据本申请实施例的指纹识别装置的另一示意性结构图。
图12至图15是根据本申请实施例的滤光单元组阵列的示例。
图16至图18是根据本申请实施例的滤光单元组阵列中的滤光单元的示例。
图19是根据本申请实施例的像素单元组周边的像素单元的像素值发生衰减的示意性结构图。
图20是图11所示的指纹识别装置的局部结构的示意性结构图。
图21是图20所示的指纹识别装置的光路传输的示意性结构图。
图22是图11所示的指纹识别装置的局部结构的另一示意性结构图。
图23是图22所示的指纹识别装置的光路传输的示意性结构图。
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系统，包括但不限于光学指纹识别系统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系统为例进行说明，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系统等。
作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹系统可以应用在智能手机、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他终端设备；更具体地，在上述终端设备中，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)光学指纹系统。或者，所述指纹识别装置也可以部分或者全部集成至所述终端设备的显示屏内部，从而形成屏内(In-display)光学指纹系统。
如图1所示为本申请实施例可以适用的终端设备的结构示意图，所述终端设备10包括显示屏120和光学指纹装置130，其中，所述光学指纹装置130设置在所述显示屏120下方的局部区域。所述光学指纹装置130包括光学指纹传感器，所述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，所述感应阵列133所在区域或者其感应区域为所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。如图1所示，所述指纹检测区域103位于所述显示屏120的显示区域之中。在一种替代实施例中，所述光学指纹装置130还可以设置在其他位置，比如所述显示屏120的侧面或者所述终端设备10的边缘非透光区域，并通过光路设计来将所述显示屏120的至少部分显示区域的光信号导引到所述光学指纹装置130，从而使得所述指纹检测区域103实际上位于所述显示屏120的显示区域。
应当理解，所述指纹检测区域103的面积可以与所述光学指纹装置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，可以使得所述光学指纹装置130的指纹检测区域103的面积大于所述光学指纹装置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，所述光学指纹装置130的指纹检测区域103也可以设计成与所述光学指纹装置130的感应阵列的面积基本一致。
因此，使用者在需要对所述终端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所述显示屏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终端设备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，即所述显示屏120的显示区域可以基本扩展到整个终端设备10的正面。
作为一种可选的实现方式，如图1所示，所述光学指纹装置130包括光检测部分134和光学组件132，所述光检测部分134包括所述感应阵列以及与所述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，所述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，所述光探测器可以作为如上所述的光学感应单元；所述光学组件132可以设置在所述光检测部分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，所述滤光层可以用于滤除穿透手指的环境光，而所述导光层或光路引导结构主要用于从手指表面反射回来的反射光导引至所述感应阵列进行光学检测。
在具体实现上，所述光学组件132可以与所述光检测部分134封装在同一个光学指纹部件。比如，所述光学组件132可以与所述光学检测部分134封装在同一个光学指纹芯片，也可以将所述光学组件132设置在所述光检测部分134所在的芯片外部，比如将所述光学组件132贴合在所述芯片上方，或者将所述光学组件132的部分元件集成在上述芯片之中。
其中，所述光学组件132的导光层或者光路引导结构有多种实现方案，比如，所述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，所述准直单元可以具体为小孔，从手指反射回来的反射光中，垂直入射到所述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所述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，从而所述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，所述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，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，以使得所述感应阵列可以基于所述反射光进行成像，从而得到所述手指的指纹图像。可选地，所述光学透镜层在所述透镜单元的光路中还可以形成有针孔，所述针孔可以配合所述光学透镜层扩大所述光学指纹装置的视场，以提高所述光学指纹装置130的指纹成像效果。
在其他实施例中，所述导光层或者光路引导结构也可以具体采用微透镜(Micro-Lens)层，所述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所述光检测部分134的感应阵列上方，并且每一个微透镜可以分别对应于所述感应阵列的其中一个感应单元。并且，所述微透镜层和所述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，所述微透镜层和所述感应单元之间还可以包括具有微孔的挡光层，其中所述微孔形成在其对应的微透镜和感应单元之间，所述挡光层可以阻挡相邻微透镜和感应单元之间的光学干扰，并使得所述感应单元所对应的光线通过所述微透镜汇聚到所述微孔内部并经由所述微孔传输到所述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，可以在所述准直器层或者所述光学透镜层下方进一步设置微透镜层。当然，在所述准直器层或者所述光学透镜层与所述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。
作为一种可选的实施例，所述显示屏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，所述光学指纹装置130可以利用所述OLED显示屏120位于所述指纹检测区域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按压在所述指纹检测区域103时，显示屏120向所述指纹检测区域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所述手指140内部散射而形成散射光，在相关专利申请中，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；基于所述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，从而在所述终端设备10实现光学指纹识别功能。
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，所述终端设备10的光学指纹系统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终端设备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。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，其检测原理与上面描述内容是一致的。
应当理解的是，在具体实现上，所述终端设备10还包括透明保护盖板，所述盖板可以为玻璃盖板或者蓝宝石盖板，其位于所述显示屏120的上方并覆盖所述终端设备10的正面。因为，本申请实施例中，所谓的手指按压在所述显示屏120实际上是指按压在所述显示屏120上方的盖板或者覆盖所述盖板的保护层表面。
另一方面，在某些实施例中，所述光学指纹装置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所述指纹检测区域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，所述光学指纹装置130可以具体包括多个光学指纹传感器；所述多个光学指纹传感器可以通过拼接方式并排设置在所述显示屏120的下方，且所述多个光学指纹传感器的感应区域共同构成所述光学指纹装置130的指纹检测区域103。也即是说，所述光学指纹装置130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，从而将所述光学指纹模组130的指纹采集区域103可以扩展到所述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，当所述光学指纹传感器数量足够时，所述指纹检测区域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。
还应理解，在本申请实施例中，光学指纹装置中的感应阵列也可以称为像素阵列，感应阵列中的光学感应单元或感应单元也可称为像素单元。
需要说明的是，本申请实施例中的光学指纹装置也可以称为光学指纹识别模组、指纹识别装置、指纹识别模组、指纹模组、指纹采集装置等，上述术语可相互替换。
通常来说，受人体皮肤组织的皮层厚度、血红蛋白浓度、黑色素含量等因素的影响，人体皮肤组织对特定波长光线例如红色光线的反射性能与硅胶、纸张和胶带等人工材料具有显著差别。
基于此，本申请提供了一种指纹识别方案，在指纹识别装置中的部分像素单元(记为特征像素单元)上方设置具有至少两种颜色的滤光单元，这样，通过特征像素单元采集的指纹图像即为低分辨率的彩色指纹图像，对于不同的材料(例如，人体手指和硅胶等人工材料)而言，该低分辨率彩色指纹图像具有明显不同的特性，如图2所示，因此，可以根据特征像素单元采集的低分辨率的彩色指纹图像的差异，确定指纹图像的真假。
以下，结合图3至图10，详细介绍本申请实施例的指纹识别装置。
需要说明的是，为便于理解，在以下示出的实施例中，相同的结构采用相同的附图标记，并且为了简洁，省略对相同结构的详细说明。
应理解，在以下所示出的本申请实施例中的像素单元、滤波单元以及滤光单元组的数量和排布方式等仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。
图3是本申请实施例提供的一种指纹识别装置20的示意性结构图，该指纹识别装置20包括：
光学指纹传感器200，包括多个像素单元，例如，图3中的像素单元211和像素单元212；
至少两个滤光单元221，设置在该多个像素单元中的至少两个像素单元212的上方，每个滤光单元221对应一个像素单元212，并且所述至少两个滤光单元221包括至少两种颜色的滤光单元。
可选地，在本申请实施例中，该指纹识别装置可以为指纹模组，或者，该指纹识别装置可以为包括指纹模组的电子设备，本申请实施例对此不作限定。
应理解，在本申请实施例中，该至少两个滤光单元212可以构成至少一个滤波单元组220，每个滤光单元组中的滤光单元的设计方式和该至少一个滤波单元组在该光学指纹传感器中的排布方式在下文作详细阐述。
为便于区分和说明，在本申请实施例中，将上方设置有滤光单元221的像素单元，即图3中的像素单元212，记为特征像素单元；将该至少两个像素单元之外的其他像素单元，即图3中的像素单元211，记为普通像素单元，或称背景像素单元。应理解，图3中的特征像素单元212和背景像素单元211的位置、数量和分布情况仅为示例，但不应对本申请实施例构成任何限定。
在本申请实施例中，在进行指纹图像采集时，显示屏的指纹检测区域可以显示特定颜色的光斑，例如白色光斑或青色光斑等，待识别物体按压该指纹检测区域时，该光斑对应的光信号可以在待识别物体的表面反射形成指纹检测信号。由于在至少两个特征像素单元212的上方设置有至少两个滤光单元221，并且该至少两个滤光单元221包括至少两种颜色的滤光单元，这样，该指纹检测信号经过该至少两种颜色的滤光单元221后，该至少两个特征像素单元212可以采集到具有至少两种颜色的彩色指纹图像，并且经过滤光单元221后，过滤掉部分波段的光信号，相对于不设置滤光单元的像素单元所采集的指纹图像而言，指纹图像的分辨率降低，因此，通过该特征像素单元所采集的指纹图像为低分辨率的彩色指纹图像。进一步地，可以根据该低分辨率彩色指纹图像，确定真假指纹。
应理解，在本申请实施例中，只需单次采集指纹图像，通过不同颜色的滤光单元即可得到具有不同颜色的彩色指纹图像，而不必多次采集指纹图像，有利于降低采集时间，提升采集效率。
可选地，在本申请实施例中，滤光单元通常只允许特定波段范围内的光信号通过，则对于单个滤光单元而言，用于指纹检测的光源的发射光的波段范围需要包括该滤光单元的波段，以及除此波段以外的至少部分其他波段，也就是说，单个滤光单元的波段只包括该发射光的部分波段。这样，该发射光在待识别物体的表面反射后，进入滤光单元，经过该滤光单元后滤除一部分光信号，同时允许一部分光信号通过，进一步在特征像素单元上成像，进而可以得到低分辨率的彩色指纹图像。
举例来说，若该光源发射的是白光，即在指纹检测区域显示的是白色光斑，则该滤光单元可以为红色滤光单元，只允许红光波段通过，或者也可以为蓝色滤光单元，只允许蓝光波段通过，或者也可以为青色滤光单元，同时允许绿光和蓝光波段通过，等等，只要该滤光单元能够滤除部分波段的光信号，同时允许其他波段的光信号通过即可，本申请实施例对此不做限定。
作为一个可选实施例，若该滤光单元221为红色滤光单元，该红色滤光单元可以是红色滤光材料，或者红色滤波片，即可以在特征像素单元的上方涂覆红色滤光材料或设置红色滤波片，以达到只允许红光波段通过的目的，对于其他颜色的滤波单元实现方式类似，这里不再赘述。
例如，蓝色滤光片的波段范围可以是中心波段为440nm～475nm，上截止波段约为550nm，蓝光的透过率高于绿光和红光；绿色滤光片的波段范围可以是中心波段为520nm～550nm，上下截止波段约为620nm、460nm，绿光的透过率高于蓝光和红光；红色滤光片的波段范围可以是下截止波段约为550nm，红光的透过率高于绿光和蓝光。
可选地，在本申请实施例中，该用于指纹检测的光源可以是来自显示屏的自发光源，或者也可以是集成于该指纹识别装置内部的激励光源或其他外置激励光源，本申请实施例对此不做限定。
在一种可选的实现方式中，背景像素单元211的上方可以不设置其他结构，或者不涂覆任何材料，即，该背景像素单元211的上方透明不做处理，换句话说，背景像素单元和其上方的光学组件之间为空气间隙。
在另一可选的实现方式中，可以在背景像素单元211的上方设置透光材料222，此情况下，进入背景像素单元211的指纹检测信号也不受影响或影响较小。
在其他可选的实现方式中，背景像素单元211的上方也可以设置滤光层222，例如绿色滤光层，可选地，可以在该背景像素单元211的上方涂覆绿色滤光材料，或者设置绿色滤光片，这样，指纹检测信号经过该绿色滤光层后，背景像素单元211所采集的指纹图像为绿色指纹图像，即滤除了红色波段和蓝色波段的指纹检测信号，有利于降低红外光等环境光信号的影响，从而能够提升指纹识别性能。
以下，结合具体实施例，说明该至少两个滤光单元在该光学指纹传感器200中位置和颜色的设计方式。
应理解，在本申请实施例中，该至少两个滤光单元可以是连续的滤光单元，或者也可以是部分滤光单元连续，或者也可以是离散的滤光单元，本申请实施例对此不作具体限定。
可选地，在本申请实施例中，可以设置连续的滤光单元的数量小于或等于特定阈值，例如，6个，对应地，连续的特征像素单元的个数也不大于该特定阈值，从而能够避免影响指纹识别性能。
可选地，在一些实施例中，该至少两个滤光单元221可以构成多个滤光单元组220，每个滤光单元组220可以包括至少两种颜色的滤光单元，作为一个可选实施例，该多个滤光单元组220可以离散分布在该光学指纹传感器的感光区域中，相应地，可以认为滤光单元组对应的特征像素单元组离散分布在该光学指纹传感器的像素阵列中，从而能够避免滤光单元组连续覆盖的像素单元的个数过多影响指纹识别性能。应理解，光学指纹传感器的感光区域可以理解为光学指纹传感器的像素单元所在的区域，或称像素区域。
结合图4，说明滤光单元组220在光学指纹传感器中的几种可能的实现方式。
在一种实现方式中，可以设置该滤光单元组220为等间距棋盘格的排布方式，例如，如图4所示的长方形或正方形的棋盘格图案。此情况下，该滤光单元组为滤光阵列M*N，其中，该M和N可以根据光学指纹传感器的像素阵列的行数和列数确定。可选地，该M可以为M＝5,6,7,…,32等，该N可以为5,6,7,…,32等，本申请实施例对此不作限定。
在其他可选的实现方式中，该滤光单元组220也可以呈菱形、圆形或其他规则或不规则图案排布在该光学指纹传感器的感光区域中，本申请实施例对此不作限定。
应理解，图4示出了滤光单元组221几种典型的排布方式，或者说，优选的排布方式，但不应对本申请实施例构成任何限定，本申请实施例也可以采用其他排布方式设置该滤光单元组，只要不影响指纹识别性能，或对指纹识别性能的影响较小即可。
以下，以单个滤光单元组为例，说明滤光单元组中的滤光单元的设计方式。
可选地，在一些实施例中，该滤光单元组中的相邻的滤光单元至少包括红色滤光单元和蓝色滤光单元，可选地，在一些情况下，也可以包括绿色滤光单元。应理解，这里的相邻的滤光单元可以是物理上相邻的，或者也可以是中间间隔一个或多个背景像素单元，本申请实施例对此不作限定。
由上文描述可知，背景像素单元的上方可以设置滤光层(记为情况1)，或者也可以做透明处理(记为情况2)，以下，结合两种情况，说明滤光单元中的滤光单元的设计方式。
对于情况1而言，与滤光单元组中的滤光单元相邻的背景像素单元的上方设置有滤光层，则该滤光单元组可以不包括与该滤光层颜色相同的滤光单元，假设该背景像素单元的上方设置有绿色滤光层，则该相邻的滤光单元中可以只包括红色和蓝色两种颜色的滤光单元，从而能够避免对指纹识别性能的影响。当然，此情况下，也可以包括绿色滤光单元，只要设置的绿色滤光单元的数量不影响指纹识别性能，或对指纹识别性能影响较小即可。
对于情况2而言，与滤光单元组中的滤光单元相邻的背景像素单元的上方透明，此情况下，与背景像素单元相邻的滤光单元可以包括红色滤光单元、蓝色滤光单元和绿色滤光单元中的任意两种或三种。
一般情况下，相对于红光波段和蓝光波段而言，采用绿光波段的指纹图像作指纹识别，指纹识别性能更优，因此，在本申请实施例中，当背景像素单元采用绿光波段的指纹图像作指纹识别时，设置滤光单元时避免使用绿色滤光单元，能够降低对指纹识别性能的影响。
图5和图6分别示出了上述两种情况下滤光单元组中的滤光单元的几种设计方式。
具体地，图5为背景像素单元上方设置绿色滤光层时，该滤光单元组中的滤光单元的几种设计方式。如图5所示，该滤光单元组可以为1*2，2*2，4*4等规则阵列，或者也可以为不规则阵列，当背景像素单元上方设置绿色滤光层时，即背景色为绿色，此情况下，该滤光单元组中可以只有红色和蓝色两种颜色的滤光单元，从而能够避免影响指纹识别性能。
图6所示为背景像素单元上方透明时，该滤光单元组中的滤光单元的可能的设计方式。如图6所示，该滤光单元也可以为1*2，2*2，4*4等规则阵列，或者也可以为不规则阵列，当背景像素单元上方透明，即背景透明时，该滤光单元组中的滤光单元可以包括红色、蓝色和绿色三种颜色的滤光单元，当然也可以只包括其中的两种颜色的滤光单元。
应理解，在本申请实施例中，单个滤光单元组中的滤光单元可以是连续的，例如图5或图6中的设计方式a～e；或者也可以是部分不连续的，例如，图5或图6中的设计方式f～g，即部分滤光单元由背景像素单元隔开；或者也可以是离散的，即滤光单元之间均由背景像素单元隔开，例如，图5或图6中的设计方式h～i。
可选地，在本申请实施例中，背景像素单元所采集的指纹图像可以用于指纹匹配验证，由于特征像素单元的存在，导致背景像素单元所采集的指纹图像并非完整的指纹图像，因此，在进行指纹识别之前，可以根据该背景像素单元所采集的指纹图像恢复完整的指纹图像，例如，可以采用插值或拟合等方式恢复特征像素单元位置的指纹图像，以得到完整的指纹图像。
可以理解，非背景色像素单元的个数越多，背景像素单元所采集的指纹图像的缺失信息越多，不利于根据背景像素单元采集的指纹图像进行完整指纹图像的恢复或还原。
还可以理解，非背景色像素单元中连续的像素单元的数量较大时，即相邻的背景色像素单元的间隔较远时，中间丢失的指纹信息过多，也不利于完整指纹图像的恢复或还原。
因此，在本申请实施例中，可以设置非背景色滤光单元的数量满足以下条件中的至少一个，以降低对指纹识别性能的影响：
1、非背景色滤光单元的数量小于特定数量阈值，例如20个；
2、非背景色滤光单元与光学指纹传感器中的像素单元的总数量的比值小于第一阈值，例如5％或2％；
3、连续的非背景色滤光单元的数量小于第二阈值。
由于非背景色滤光单元和非背景色像素单元一一对应，换句话说，在本申请实施例中，可以设置非背景色像素单元的数量满足以下条件中的至少一个，以降低对指纹识别性能的影响：
1、非背景色像素单元的数量小于特定数量阈值，例如20个；
2、非背景色像素单元占光学指纹传感器中的像素单元的总数量的比值小于第一阈值，例如5％或2％；
3、连续的非背景色像素单元的数量小于第二阈值。
应理解，在本申请实施例中，非背景色滤光单元与背景像素单元上方所设置的滤光层的颜色不同，例如，该非背景色滤光单元为红色滤光单元，或者，所述背景像素单元上方透明。
对应地，非背景色像素单元上方所设置的滤光单元与背景像素单元上方所设置的滤光层的颜色不同，例如，非背景色像素单元上方设置红色滤光单元，背景像素单元上方设置有绿色滤光层，或者背景像素单元上方未设置滤光层。
应理解，在本申请实施例中，该第二阈值可以为水平方向连续的像素单元的个数，例如，6个，或者也可以为竖直方向连续的像素单元的个数，例如6个，或者也可以为水平方向连续的像素单元的个数和竖直方向连续的像素单元的个数，即连续的像素单元的面积，例如6*6，本申请实施例对此不作限定。
需要说明的是，在本申请实施例中，多个滤光单元组中的每个滤光单元组中的滤光单元的颜色和位置的设置方式可以相同，或者也可以变更其中的某个或某几个滤光单元组中的一个或多个滤光单元的颜色和/或位置，也就是说，可以对滤光单元组中的滤光单元的颜色和/或位置进行局部调整，只要不影响指纹识别性能即可，本申请实施例对此不作限定。
可选地，在本申请实施例中，该指纹识别装置20还可以包括：
处理器230，用于根据所述至少两个像素单元采集的指纹图像，确定指纹图像是否来自真实手指。
具体而言，光学指纹传感器的多个像素单元可以对从待识别物体表面反射的指纹检测信号进行成像，进一步地，该处理器可以提取并重组该多个像素单元中的特征像素单元所采集的指纹图像，得到低分辨率的彩色指纹图像，然后该处理器230可以将该低分辨率的彩色指纹图像输入到已训练成功的深度学习网络，通过该深度学习网络对该彩色指纹图像进行处理，确定该彩色指纹图像是否来自真实手指。
可选地，在本申请实施例中，该处理器230可以为指纹模组中的处理器，例如，微控制器(Micro Control Unit，MCU)，或者也可以为电子设备中的处理器，例如主控(Host)模块，本申请实施例对此不作限定。
可选地，在本申请实施例中，该深度学习网络可以为卷积神经网络，或者其他深度学习网络，本申请实施例对此不作限定。以下，以卷积神经网络为例，说明具体的训练过程。
首先，构建卷积神经网络结构，例如可以采用图7所示的二层卷积神经网络，或者也可以采用三层网络结构或更多层网络结构，每层卷积网络结构的构成也可以根据待提取的指纹信息进行调整，本申请实施例对此不作限定。
其次，设置该卷积神经网络的初始训练参数和收敛条件。
可选地，在本申请实施例中，该初始训练参数可以是随机生成的，或根据经验值获取的，或者也可以是根据大量的真假指纹数据预训练好的卷积神经网络模型的参数，本申请实施例对此不作限定。
可选地，在本申请实施例中，该收敛条件可以包括以下中的至少一项：
1、将真实手指的彩色指纹图像判定为真实手指的指纹图像的概率大于第一概率，例如，98％；
2、将假手指的彩色指纹图像判断为假手指的指纹图像的概率大于第二概率，例如95％；
3、将真实手指的彩色指纹图像判定为假手指的指纹图像的概率小于第三概率，例如，2％；
4、将假手指的彩色指纹图像判断为真实手指的指纹图像的概率小于第四概率，例如3％。
然后，向该卷积神经网络输入大量的真实手指和假手指的彩色指纹图像，该卷积神经网络可以基于初始训练参数对上述彩色指纹图像进行处理，确定对每个彩色指纹图像的判定结果，进一步地，根据该判定结果，调整卷积神经网络的结构和/或各层的训练参数，直至判定结果满足收敛条件。
之后，可以将特征像素单元采集的其他彩色指纹图像输入到该卷积神经网络，从而该卷积神经网络可以使用训练好的参数对该彩色指纹图像进行处理，确定该彩色指纹图像是否来自真实手指。
可选地，在本申请实施例中，该处理器230可以在该背景像素单元采集的指纹图像与注册的该待识别物体的指纹模板匹配的情况下，进一步判断该待识别物体是否为真实手指，在该待识别物体为真实手指的情况下确定指纹认证成功，从而执行触发该指纹识别的操作，例如，进行终端解锁或支付等操作。
可选地，在本申请实施例中，该处理器230也可以在该待识别物体为真实手指的情况下，进一步判断该背景像素单元采集的指纹图像是否与注册的该待识别物体的指纹模板匹配，在匹配的情况下确定指纹认证成功，进一步执行触发该指纹识别的操作，例如，进行终端解锁或支付等操作。
可选地，在本申请实施例中，该指纹识别装置200还可以包括光学组件，该光学组件可以对应于图1中的光学组件132，这里不再赘述。
上文结合图3至图7，详细描述了本申请的装置实施例，下文结合图8，详细描述本申请的方法实施例，应理解，方法实施例与装置实施例相互对应，类似的描述可以参照装置实施例。
图8是本申请实施例的指纹识别方法的示意性流程图，应理解，该方法400可以应用于如图3所示的指纹识别装置20中，如图8所示，该方法400包括：
S401，通过光学指纹传感器的多个像素单元采集待识别物体的指纹图像，其中，所述多个像素单元中的至少两个像素单元的上方设置有至少两个滤光单元，每个滤光单元对应一个像素单元，所述至少两个滤光单元包括至少两种颜色的滤光单元。
可选地，该方法400可以由该指纹识别装置中的处理器，例如，指纹模组中的微控制器(Micro Control Unit，MCU)来执行，或者也可以由电子设备中的处理器，例如主控(Host)模块来执行，本申请实施例对此不作限定。
可选地，在一些实施例中，所述方法400还可以包括：
根据所述至少两个像素单元采集的待识别物体的指纹图像，确定所述待识别物体是否为真实手指。
可选地，在一些实施例中，所述根据所述至少两个像素单元采集的待识别物体的指纹图像，确定所述待识别物体是否为真实手指，包括：
通过深度学习网络对所述至少两个像素单元采集的所述待识别物体的指纹图像进行处理，确定所述待识别物体是否为真实手指。
可选地，在一些实施例中，所述方法还包括：
通过所述光学指纹传感器采集多个真实手指和假手指的指纹图像；
提取每个指纹图像中所述滤光单元对应的像素单元的采样值，重组得到彩色指纹图像；
将所述彩色指纹图像输入至深度学习网络进行训练，得到所述深度学习网络的模型和参数。
可选地，在一些实施例中，所述方法还包括：
根据所述多个像素单元中除所述至少两个像素单元以外的其他像素单元采集的指纹图像进行指纹识别。
可选地，本申请实施例中，可以先确定该待识别物体是否为真实手指，然后在该待识别物体为真实手指的情况下，再确定该待识别物体的指纹信息与录入的该待识别物体的指纹信息是否匹配，在同时满足上述两个条件的情况下，确定指纹认证成功，进一步执行触发该指纹识别的操作，例如，进行终端解锁或支付等操作。
或者，也可以首先判断该待识别物体的指纹信息与录入的该待识别物体的指纹信息是否匹配，在指纹匹配成功的情况下，进一步判断该待识别物体是否为真实手指，然后在该待识别物体为真实手指的情况下，确定指纹认证成功，进一步执行触发该指纹识别的操作，例如，进行终端解锁或支付等操作。
可选地，在一些实施例中，所述至少两个滤光单元包括多个第一滤光单元，其中，所述多个第一滤光单元的颜色与所述多个像素单元中除所述至少两个像素单元以外的其他像素单元上方所设置的滤光层的颜色不同，或所述其他像素单元上方未设置滤光层。
可选地，在一些实施例中，所述多个第一滤光单元的数量与所述多个像素单元的总数量的比例小于第一阈值。
可选地，在一些实施例中，所述第一阈值为5％。
可选地，在一些实施例中，所述多个第一滤光单元中连续的滤光单元的个数小于第二阈值。
可选地，在一些实施例中，所述第二阈值为8。
可选地，在一些实施例中，所述至少两个滤光单元构成至少一个滤光单元组，每个滤光单元组包括至少两个滤光单元，所述滤光单元组中相邻的滤光单元包括至少两种颜色的滤光单元。
可选地，在一些实施例中，若所述多个像素单元中除所述至少两个像素单元以外的其他像素单元上方设置有绿色滤光层，所述滤光单元组中相邻的滤光单元只包括红色滤光单元和蓝色滤光单元；或者
若所述其他像素单元的上方未设置滤光层，所述滤光单元组中相邻的滤光单元包括红色滤光单元、绿色滤光单元和蓝色滤光单元中的至少两种。
可选地，在一些实施例中，所述至少两个滤光单元中的每个滤光单元的波段范围只包括用于指纹检测的光信号的波段范围中的部分。
可选地，在一些实施例中，所述至少两个滤光单元构成多个滤光单元组，所述多个滤光单元组离散分布在由所述多个像素单元构成的像素阵列中。
可选地，在一些实施例中，所述多个滤光单元组呈长方形、正方形、菱形或圆形均分分布在所述光学指纹传感器的像素阵列中。
可选地，在一些实施例中，所述滤光单元为彩色滤光材料，所述彩色滤光材料包括红色滤光材料、绿色滤光材料和蓝色滤光材料中的至少一种。
可选地，在一些实施例中，所述滤光单元为彩色滤光片，所述彩色滤光片为红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片中的一种。
以下，结合图9所示的具体实施例，说明根据本申请实施例的指纹识别方法，如图9所示，该方法可以包括如下内容：
S41，通过光学指纹传感器采集指纹图像；
其中，该指纹图像包括普通像素单元所采集的指纹图像以及特征像素单元所采集的指纹图像。
进一步地，在S42中，提取并重组该指纹图像中普通像素单元采集的指纹图像记为灰度指纹图像，以及特征像素单元所采集的指纹图像，即彩色指纹图像；
然后在S43中，将该灰度指纹图像与注册的指纹模板进行指纹匹配，确定是否匹配成功。
若匹配成功则执行S44，否则，执行S46，确定认证失败，拒绝执行该触发该指纹认证的操作，例如解锁屏幕或支付类操作等。
应理解，在该S43中，在进行指纹匹配前，可以先对灰度指纹图像中特征像素单元位置缺失的指纹信息进行插值或拟合等处理，得到完整的指纹图像，具体实现可以参考前述实施例的相关描述。
在S44中，根据彩色指纹图像确定是否来自真实手指；
具体地，可以将该彩色指纹图像输入到深度学习网络，以确定该彩色指纹图像是否来自真实手指。
若来自真实手指则执行S45，确定认证成功，则执行触发指纹认证的操作，例如解锁屏幕或支付类操作等。
应理解，在本申请实施例中，在S42之后，也可以先执行S44，在确定为来自真实手指的情况下，再执行S43，否则直接确定指纹认证失败，这里不对具体执行过程作具体限定。
如图10所示，本申请实施例还提供了一种电子设备700，所述电子设备700可以包括指纹识别装置710，该指纹识别装置710可以为前述装置实施例中的指纹识别装置20，其能够用于执行图8至图9中所述方法实施例中的内容，为了简洁，这里不再赘述。
应理解，本申请实施例的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。本申请实施例的指纹识别还可以包括存储器，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。
本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的便携式电子设备执行时，能够使该便携式电子设备执行图8所示实施例的方法。
本申请实施例还提出了一种计算机程序，该计算机程序包括指令，当该计算机程序被计算机执行时，使得计算机可以执行图8所示实施例的方法。
本申请实施例还提供了一种芯片，该芯片包括输入输出接口、至少一个处理器、至少一个存储器和总线，该至少一个存储器用于存储指令，该至少一个处理器用于调用该至少一个存储器中的指令，以执行图8所示实施例的方法。
上文介绍了滤光单元和像素单元的相对位置关系(也可称为结构关系)以及指纹识别方法，下面结合微透镜阵列和至少一个挡光层对本申请实施例的指纹识别装置进行说明。
图11为本申请实施例的指纹识别装置80的示意性侧剖图。
如图11所示，所述指纹识别装置80可包括微透镜阵列、位于所述微透镜阵列下方的至少一个挡光层以及位于所述至少一个挡光层下方的像素单元阵列。所述微透镜阵列可包括呈阵列分布的多个微透镜81，所述至少一个挡光层可包括挡光层83，所述像素单元阵列可包括呈阵列分布的多个像素单元84。其中，所述微透镜阵列用于设置在所述显示屏的下方；所述至少一个挡光层设置在所述微透镜阵列的下方，所述至少一个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列；像素单元阵列设置在所述至少一个挡光层中的底层挡光层的小孔阵列的下方。例如，所述底层挡光层中小孔阵列中的小孔和所述像素单元阵列中的像素单元一一对应。
其中，所述微透镜阵列可包括呈阵列分布的多个微透镜，所述多个微透镜中的每一个微透镜可以为半球透镜或非半球透镜，例如方形透镜。在一些实施例中，所述至少一个挡光层为多个挡光层，所述多个挡光层中顶层挡光层中的小孔阵列中的一个开孔对应所述像素单元阵列中的一个或多个像素单元。可选地，所述多个挡光层中与同一像素单元对应的开孔由上至下孔径依次减小。在另一些实施例中，所述至少一个挡光层为一个挡光层，所述第一个挡光层的厚度大于预设阈值，以保证成像质量。可选地，所述像素单元阵列的金属布线层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置，所述金属布线层在所述像素单元阵列中的每一个像素单元的上方形成有一个开孔，以形成所述底层挡光层。
应当理解，所述微透镜阵列和所述至少一层挡光层可以是图3或图4所示的光学组件132中包括的导光结构，所述像素单元阵列可以是图1至图4所示的具有多个光学感应单元131(也可以称为光学感应像素、感光像素、像素单元等)的感应阵列133，为避免重复，此处不再赘述。
如图11所示，在本申请的一些实施例中，所述指纹识别装置80还可以包括滤光单元组阵列82。所述滤光单元组阵列82中的每个滤光单元组包括至少两个滤光单元，所述至少两个滤光单元分别用于透过至少两种颜色的光信号；换言之，所述滤光单元组阵列82可以包括用于透过至少两种颜色的至少两个滤光单元。例如，所述滤光单元组阵列82中的每个滤光单元组可以包括第一滤光单元821、第二滤光单元822以及第三滤光单元823。其中所述第一滤光单元821、第二滤光单元822以及第三滤光单元823可以更别用于透过红色光信号、绿色光信号以及蓝色光信号。
在本申请的一些实施例中，所述像素单元阵列包括所述滤光单元组对应的像素单元组，所述像素单元组中的至少两个像素单元分别通过所述至少两个滤光单元接收第一光信号，所述第一光信号用于检测所述手指是否为真手指，所述像素单元组中的除所述至少两个像素单元之外的像素单元通过所述至少两个滤光单元之间的透明区域接收第二光信号，或所述像素单元组之间的像素单元通过所述滤光单元组之间的透明区域接收所述第二光信号，所述第二光信号用于识别所述手指的指纹信息。
通过所述至少两个像素单元采集的指纹图像，可以确定位于显示屏上方的手指是否为真手指，通过除所述至少两个像素单元之外的像素单元，可以获取用于指纹识别的指纹图像。即所述指纹识别装置采集一次指纹图像，不仅可以用来做真假识别，还可以做指纹识别，在不影响指纹识别效果的基础上，能够提高指纹识别的安全性。例如，所述至少两个像素单元所采集的指纹图像为两种颜色的指纹图像，由于对于不同的材料而言，不同颜色的指纹图像具有明显的差异，因此，可以通过对比不同颜色的指纹图像确定指纹图像的真假，从而能够提升指纹识别的安全性。
需要说明的是，所述滤光单元组阵列82可设置在所述微透镜阵列的上方，或所述滤光单元组阵列82可设置在所述微透镜阵列和所述像素单元阵列之间。
还需要说明的是，所述滤光单元组阵列82中的滤光单元组之间可以设置透明区820，所述透明区可以是透明介质或空气间隙。例如，所述透明区可以是针对红色、绿色以及蓝色的光信号的透过率大于或等于预设阈值的介质。
在本申请的一些实施例中，请继续参见图11，所述的指纹识别装置80还可包括第一透明介质层86。其中，所述第一透明介质层86用于连接所述微透镜阵列、所述至少一个挡光层以及所述像素单元阵列。例如，所述第一透明介质层86用于连接所述滤光单元组阵列、所述至少一个挡光层以及所述像素单元阵列。
在本申请的一些实施例中，请继续参见图11，所述指纹识别装置80还可包括第一贴合层851，所述第一贴合层851用于将所述微透镜阵列贴合在所述滤光单元组阵列82的上表面。可选地，所述指纹识别装置80还可包括第二贴合层852，所述第二贴合层852用于将所述滤光单元组阵列82设置在所述至少一个挡光层的上方。例如，所述第二贴合层852用于将所述滤光单元组阵列82贴合在所述第一透明介质层86的上表面。通过所述第一贴合层851和所述第二贴合层852可将所述滤光单元组阵列内嵌在指纹识别装置80中，所述第一贴合层851和所述第二贴合层852可以是任何形式的透明胶，以减少光信号在传输过程中的损耗。
在本申请的一些实施例中，请继续参见图11，所述指纹识别装置80还可包括第一平坦层881，所述第一平坦层881设置在所述像素单元阵列的上方，以便于设置挡光层83。
例如，所述指纹识别装置80还包括红外滤光层87，所述红外滤光层87设置在所述微透镜阵列的上方，或红外滤光层87设置在所述微透镜阵列和所述像素单元阵列之间，所述红外滤光层87用于滤除红外光信号。可选地，所述第一平坦层881设置在所述红外滤光层87的上表面。可选地，所述指纹识别装置80还可包括第二平坦层882，所述第二平坦层882可设置在所述像素单元阵列的上方，以便于设置红外滤光层87。例如，所述第二平坦层882可设置在所述第一平坦层881和所述红外滤光层87之间。
此时，所述至少两个滤光单元中用于透过红色光信号的滤光单元的个数大于所述至少两个滤光单元中用于透过其他颜色光信号的滤光单元的个数。
将用于透过红色光信号的滤光单元的个数设计为大于用于透过其他颜色光信号的滤光单元的个数，能够保证即使所述指纹识别装置中的滤光单元组阵列和所述像素单元阵列之间设置有红外滤光层，也能够保证用于真假指纹判别的红色指纹图像具有足够的亮度，提高了所述红色指纹图像的识别效果。
在本申请的一些实施例中，请继续参见图11，所述指纹识别装置80还可包括像素单元阵列84的焊盘841，其用于连接至电路板，以实现所述指纹识别装置80内部的电性互联或实现所述指纹识别装置80和外部器件(例如所述指纹识别装置80所在的电子设备的其它器件)的电性互联。
应当理解，图11中各个组件或器件之间的位置关系仅为示例，能够实现本申请的设计需求的适当变形均属于本申请的保护范围内。
还需要说明的是，上文在介绍滤光单元的图案设计中，以滤光单元为粒度的阵列式分布和以滤光单元组为粒度的阵列式分布可以相互替换使用，本申请实施例对此不做具体限定。为便于描述，下面以滤光单元组阵列包括多个呈阵列式分布的滤光单元组为例进行说明。
例如，所述滤光单元组阵列可包括呈阵列分布的多个滤光单元组90。如图12所示，所述滤光单元组阵列为9*6滤光单元组矩形阵列，。又例如，如图13所示，所述滤光单元组阵列为6*6滤光单元组矩形阵列。又例如，如图14所示，所述滤光单元组阵列为7*7滤光单元组矩形阵列。又例如，如图15所示，或所述滤光单元组阵列为6*4滤光单元组矩形阵列。当然，所述滤光单元组阵列中的每一个滤光单元组可以包括用于透过至少两种颜色的光信号。
需要说明的是，图12至图15所示的滤光单元组阵列仅为示例，不应理解为对本申请的限制。
例如，滤光单元组阵列可以为P*L滤光单元组阵列，其中，该P和L可以根据像素单元阵列的行数和列数确定。例如P可以为5,6,7,…,32等，该L可以为5,6,7,…,32等。
在本申请的一些实施例中，所述滤光单元组中的每一个滤光单元对应所述像素单元组中相邻的多个像素单元。例如，所述相邻的多个像素单元可以指呈矩形阵列分布的多个像素单元，或者所述相邻的多个像素单元可以指多个连续的像素单元。可选地，所述相邻的多个像素单元接收到的所述第一光信号用于合成一个像素值。将相邻的多个像素单元接收到的所述第一光信号用于合成一个像素值，不仅可以提高不同颜色的指纹图像的亮度，还能够简化滤光单元组矩阵的制备复杂度。
例如，如图16所示，所述像素单元组为20*20像素单元矩形阵列，所述滤光单元组为4*4滤光单元矩形阵列，所述4*4滤光单元矩形阵列中的每一个滤光单元对应所述20*20像素单元矩形阵列中的一个2*2像素单元矩形阵列，所述4*4滤光单元矩形阵列中相邻的两个滤光单元间隔4个像素单元。
在本申请的另一些实施例中，所述滤光单元组中的每一个滤光单元对应所述像素单元组中的一个像素单元。例如，所述滤光单元组阵列中的滤光单元呈阵列式分布。换言之，所述滤光单元组阵列既可以以滤光单元组为粒度呈阵列式分布，也可以以滤光单元为粒度呈阵列式分布。
将每一个滤光单元对应到所述像素单元组中的一个像素单元，不仅可以提高不同颜色的指纹图像的分辨率，还能够保证将所述至少两个像素单元均匀地分布在像素单元组内。
例如，如图17所示，所述像素单元组为20*20像素单元矩形阵列，所述滤光单元组为4*4滤光单元矩形阵列，所述4*4滤光单元矩形阵列中相邻的两个滤光单元间隔5个像素单元。例如，所述4*4滤光单元矩形阵列靠近所述20*20像素单元矩形阵列的左边和顶边对齐。
当然，在其他可替代实施例中，所述4*4滤光单元矩形阵列也可以靠近所述20*20像素单元矩形阵列的右边或底边对齐。
又例如，如图18所示，所述像素单元组为2*2像素单元矩形阵列，所述滤光单元组为2*2滤光单元矩形阵列。换言之，所述滤光单元组阵列中相邻的两个滤光单元对应像素单元组中相邻的两个像素单元。
在本申请的一些实施例中，所述滤光单元组阵列对应的像素单元与所述像素单元阵列中的所有像素单元的比值大于或等于第一预设值，且所述滤光单元组阵列对应的像素单元与所述像素单元阵列中的所有像素单元的比值大于或等于最小阈值小于或等于第二预设值。例如，所述第一预设值为1％，和/或所述第二预设值为2％。
通过所述第一预设值，能够保证用于真假指纹识别的指纹图像具有足够的特征信息，通过所述第二预设值，能够保证用于指纹信息识别的指纹图像具有足够的特征信息。换言之，通过设置所述第一预设值和所述第二预设值，能够保证在不影响指纹识别的效果的基础上，提高真假指纹判断的准确度或正确性。
当然，所述第一预设值和所述第二预设值的具体数值仅为示例，不应理解为对本申请的限制。例如，所述第一预设值还可以为2％，所述第二预设值还可以为5％。
在本申请的一些实施例中，所述滤光单元组阵列中相邻的两个滤光单元组间隔的像素单元的数量大于或等于第三预设值，所述滤光单元组阵列中相邻的两个滤光单元组间隔的像素单元的数量小于或等于第四预设值。例如，所述第三预设值为2，和/或所述第四预设值为6。
像素单元组内的至少两个像素单元用于真假指纹识别，在指纹识别过程中，所述至少两个像素单元所在的位置可以通过插值法进行恢复，考虑到受滤光单元组的影响，像素单元组之间的像素单元(例如，如图19所示，与所述像素单元组上下左右相邻的像素单元)的像素值会存在一定程度的衰减。通过所述第三预设值，能够保证像素单元组之间的像素单元不仅存在有衰减的像素单元，还存在没有发生衰减的像素单元(通过插值法，可用于恢复滤光单元组中的滤光单元对应的像素单元的像素值)，通过所述第四预设置，能够保证相邻的两个像素单元组之间的相关性，使得针对手指的同一位置，可以通过至少两种颜色的像素值判别位于显示屏上方的手指是否为真手指。
当然，所述第三预设值和所述第四预设值的具体数值仅为示例，不应理解为对本申请的限制。例如，所述第三预设值还可以为4，所述第二预设值还可以为8。
图20是图11所示的指纹识别装置的局部结构的示意性结构图。所述指纹识别装置适用于显示屏的下方，以实现屏下光学指纹识别。
如图20所示，所述指纹识别装置包括：微透镜阵列、滤光单元组阵列82、第一透明介质层86、红外滤光层87以及第二透明介质层85。其中，所述微透镜阵列用于设置在所述显示屏的下方。所述滤光单元组阵列82设置在所述微透镜阵列的下方，所述滤光单元组阵列82中的每个滤光单元组包括至少两个滤光单元，所述至少两个滤光单元分别用于透过至少两种颜色的光信号；所述第一透明介质层86设置在所述滤光单元组阵列82的下方，所述第一透明介质层86内设置有至少一个挡光层，所述至少一个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列；所述红外滤光层87设置在所述第一透明介质层86的下方；第二透明介质层85，所述第二透明介质层85设置在所述红外滤光层87的下方，所述第二透明介质层85内设置有金属布线层88和位于所述金属布线层88下方的像素单元阵列，所述金属布线层88设置有所述像素单元阵列对应的光阑阵列。例如，如图20所示，所述微透镜阵列可包括呈阵列分布的多个微透镜81。所述至少一个挡光层可包括挡光层83。
其中，第一中心和第二中心的连线垂直于所述像素单元阵列的上表面，所述第一中心包括所述小孔阵列中的与所述像素单元阵列中的同一像素单元对应的开孔的中心，所述第二中心为所述光阑阵列中与所述同一像素单元对应的光阑的中心，以使得所述微透镜阵列将经由所述显示屏的上方的手指返回的，并垂直于所述显示屏的指纹检测信号，通过所述至少一个挡光层中的每一个挡光层的开孔会聚至所述光阑阵列的光阑内，所述像素单元阵列用于接收所述指纹检测信号并基于接收到的所述指纹检测信号识别所述手指的指纹信息。
例如，如图20所示，所述小孔阵列中的开孔831的中心和所述光阑阵列的光阑861的中心之间的连线垂直于所述像素单元阵列的上表面。例如，所述小孔阵列中的开孔831的中心和所述光阑阵列的光阑861的中心之间的连线垂直于所述像素单元阵列中用于通过开孔831和光阑861接收指纹检测信号的像素单元84的上表面。
基于叠层结构设计所述指纹识别装置，不仅能够将检测指纹需要的各个器件或层集成到一起，还能够避免在单独封装完某一个器件后再在封装完的器件上制备其他器件或层，相当于，可以整体封装所述指纹识别装置，相应的，有利于轻薄化所述指纹识别装置。
在功能上，通过所述微透镜阵列、所述至少一个挡光层可形成用于引导经由显示屏的上方的手指返回的光信号的指纹检测信号引导结构，以将所述指纹检测信号引导至所述像素单元阵列，进而实现屏下光学指纹检测。并且，通过所述红外滤光层87，可以使得满足波长条件的光线能够到达所述像素单元阵列，并将不满足波长条件的光线过滤掉，进而，能够提高所述指纹识别装置的识别效果。
此外，通过所述滤光单元组阵列82，可以获取至少两种颜色的光信号，进而可以通过对比所述至少两种颜色的光信号进行真假指纹识别。
另外，通过在所述滤光单元组阵列82和所述红外滤光层87之间设置包括所述至少一个挡光层的第一透明介质层86，不仅能够为所述至少一个挡光层提供支撑作用，还能够为所述至少一个挡光层提供类似封装的保护作用，此外，还可以通过调整所述第一透明介质层86的厚度以及所述至少一个挡光层中每一个挡光层中的开孔，以构建出与所述微透镜阵列和像素单元阵列相匹配的光路结构，基于此，能够为不同的客户或用户配置不同的参数，相应的，能够提高所述指纹识别装置的通用性和用户体验。
再者，所述金属布线层88不仅可以用作所述多个指纹识别装置之间的内部连接电路，所述金属布线层88上的光阑阵列还可以用作引导所述微透镜阵列会聚的指纹检测信号的孔径光阑阵列，即遮挡所述像素单元阵列不期望接收到的角度的指纹检测信号，并允许所述光学感应像素期望接收到的角度的指纹检测信号通过所述金属布线层88，不仅能够提高所述指纹识别装置的检测效果还避免了额外设置光阑阵列，有利于有轻薄化所述指纹识别装置。
综上，所述指纹识别装置不仅能够在保证指纹识别效果的基础上集成真假指纹识别功能，还能够在轻薄化所述指纹识别装置的基础上，提升所述指纹识别装置的通用性和用户体验。
需要说明的是，本申请实施例对所述指纹识别装置或装置中的各个器件或层的材料不做具体限定。例如，所述第一透明介质层86和所述第二透明介质层85可以采用无机透光材料，作为示例而非限定，所述第一透明介质层86可以为氧化硅，所述第二透明介质层85可以为氮化硅。再如，所述金属布线层88的材料可以是铝。再如，所述至少一个挡光层的材料可以是黑胶或泡棉。再如，所述红外滤光层87可以包括至少一种无机材料。再如，所述微透镜阵列或所述滤光单元组阵列82的材料可以为有机材料。
此外，图20至图23中的各个层或器件可参见图11中采用相同的附图标记指示的层或器件层，为避免重复，此处不再赘述，
在一些可能的实现方式中，所述指纹识别装置还包括平坦层或粘附层，所述平坦层或所述粘附层设置在以下位置中的至少一处：
所述微透镜阵列和所述滤光单元组阵列82之间；
所述滤光单元组阵列82和所述第一透明介质层86之间；
所述第一透明介质层86和所述红外滤光层87之间；以及
所述第二透明介质层85的上表面。
通过在所述微透镜阵列和所述滤光单元组阵列82之间设置平坦层或粘附层，可以使得所述滤光单元组阵列82的表面变的平整并具有易粘合的特性，进而，不仅能够降低所述微透镜阵列的安装复杂度，还能够保证所述微透镜阵列和所述滤光单元组阵列82之间的贴合效果。
类似地，通过在所述滤光单元组阵列82和所述第一透明介质层86之间设置平坦层或粘附层，不仅能够降低所述滤光单元组阵列82的安装复杂度，还能够保证所述滤光单元组阵列82和所述第一透明介质层86之间的贴合效果。通过在所述第一透明介质层86和所述红外滤光层87之间设置平坦层或粘附层，不仅能够降低所述第一透明介质层86的安装复杂度，还能够保证所述第一透明介质层86和所述红外滤光层87之间的贴合效果。
此外，所述第二透明介质层85的上表面的粘附层或平坦层，可以是传感器芯片(例如，所述传感器芯片可包括所述第二透明介质层85和所述第二透明介质层85内的金属布线层88和所述像素单元阵列)中的叠层，其不仅可以用于保护所述传感器芯片，还能够将其巧妙地耦合至所述指纹识别装置中的其它功能层，有利于轻薄化所述指纹识别装置。
需要说明的是，结合图11来说，所述粘附层或平坦层可包括第一贴合层851、第二贴合层852、第一平坦层881以及第二平坦层882中的一个或多个。此外，所述第二平坦层882可作为传感器芯片中的叠层，其不仅可以用于保护所述传感器芯片，还能够将其巧妙地耦合至所述指纹识别装置中的其它功能层，有利于轻薄化所述指纹识别装置。
在一些可能的实现方式中，所述平坦层或所述粘附层为涂层，或者，所述平坦层或所述粘附层为膜层。
通过将所述平坦层(或粘附层)构建为涂层或膜层，能够有效控制所述指纹识别装置的厚度。其中，所述涂层(coating)相对所述膜层(film)而言，其厚度可以稍厚一些，例如，所述涂层可以是微米级别的，所述膜层可以是纳米级别的。可选地，可以使用镀膜机(例如离子镀膜机)制备所述涂层。可选地，可以是使用真空镀膜机(例如热蒸发镀膜机或者磁控溅射镀膜机)制备所述膜层，所述膜层也可以称为薄膜。
需要说明的是，本申请实施例对所述平坦层或所述粘附层的具体材料不做限定。
例如，所述平坦层或所述粘附层的材料的折射率可以设置为所述微透镜阵列的材料的折射率，以减少折射率突变导致的光线损失。
在一些可能的实现方式中，所述像素单元阵列包括所述滤光单元组对应的像素单元组，所述像素单元组中的至少两个像素单元分别通过所述至少两个滤光单元接收第一光信号，所述第一光信号用于检测所述手指是否为真手指，所述像素单元组中的除所述至少两个像素单元之外的像素单元通过所述至少两个滤光单元之间的透明区域接收第二光信号，或所述像素单元组之间的像素单元通过所述滤光单元组之间的透明区域接收所述第二光信号，所述第二光信号用于识别所述手指的指纹信息。
通过所述第一光信号和所述第二光信号，能够同步实现真假指纹识别和指纹信息识别，相应的，能够提升用户体验。
在一些可能的实现方式中，所述至少一个挡光层为多个挡光层，所述多个挡光层中与同一像素单元对应的开孔由上至下孔径依次减小。
在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层86的厚度大于或等于预设阈值，以使得所述金属布线层88设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置。
在一些可能的实现方式中，所述至少一个挡光层中的底层挡光层的下表面与所述第一透明介质层86的下表面齐平设置。
在一些可能的实现方式中，所述第一透明介质层86延伸至所述小孔阵列的开孔内。
基于此，能够提高所述至少一个挡光层的稳定性，此外，避免了所述至少一个挡光层中每一个挡光层的小孔阵列中的开孔内存留空气，相应的，能够防止所述至少一个挡光层中每一个挡光层的开孔发生腐蚀，进而防止所述至少一个挡光层中每一个挡光层的开孔在使用过程中变大，以保证所述指纹识别装置的性能稳定性。
在一些可能的实现方式中，所述微透镜阵列包括呈阵列分布的多个微透镜，所述多个微透镜中的每一个微透镜包括底面、顶面以及垂直于所述底面的四个侧面，所述底面固定至所述滤光单元组阵列82，所述顶面为用于接收经由所述手指返回的所述指纹检测信号的曲面。
将所述微透镜阵列构造为方形透镜，进而形成所述指纹识别装置的方形透镜阵列，一方面可以获取更高的收光面积占比，一般可以为98％以上，相比圆形透镜矩阵有明显提升。另一方面，将所述微透镜阵列构造为方形透镜，也可以提高微透镜的占空比。
在一些可能的实现方式中，所述至少一个挡光层中底层挡光层的下表面与所述微透镜的下表面之间的最大距离小于或等于100um；和/或，所述微透镜阵列中的微透镜在所述微透镜阵列的排列方向上的最大宽度为100um。
图22是图21所示的指纹检测装置的光路设计的示意性结构图。
如图21所示，经由手指以相对显示屏呈90度的光线经手指反射后，经过所述光路引导结构最终达到微透镜阵列对应的像素单元阵列。例如，满足相对显示屏呈90度的入射光线入射至显示屏48上方的手指并被所述手指反射，得到反射角等于90的反射光线，所述反射光线透过所述显示屏48入射至所述微透镜阵列。所述微透镜阵列对接收到的光线进行会聚，会聚后的光线依次经过所述至少一个挡光层中每一个挡光层的小孔阵列和所述金属布线层88上的光阑阵列，到达所述像素单元阵列。
需要说明的是，针对图20和图21示意的指纹识别装置，其第一中心和第二中心的连线垂直像素单元阵列的上表面，但本申请实施例不限于此。换言之，本申请实施例的指纹识别装置可以用于接收相对所述像素单元阵列的上表面垂直或者不垂直入射的指纹检测信号。例如，作为示例，所述第一中心和所述第二中心的连线还可以与所述像素单元阵列的上表面形成预设角度。
例如，如图22或图23所示，第一中心和第二中心之间的连线相对于所述像素单元阵列的上表面呈非90度的预设夹角θ，使得所述微透镜阵列将经由所述手指返回的并相对于所述显示屏倾斜的指纹检测信号，通过所述至少一个挡光层中的每一个挡光层的开孔会聚至所述光阑阵列的光阑内，所述像素单元阵列用于接收所述指纹检测信号并基于接收到的所述指纹检测信号识别所述手指的指纹信息。可选地，所述预设夹角θ为18度至28度。例如，所述预设夹角θ为18度至24度。又例如，所述预设夹角θ为22度至28度。例如，所述预设夹角θ为21度或25度。当然，所述预设夹角θ也可以为其它数值或数值范围，例如20度，本申请对此不做具体限定。
例如，如图23所示，以入射角度i入射的光线经手指反射后，经过所述光路引导结构最终达到微透镜阵列对应的像素单元阵列。例如，满足入射角度i的光线入射至显示屏48上方的手指并被所述手指反射，得到反射角等于i的反射光线，所述反射光线在显示屏48的下表面发生折射，并入射至所述微透镜阵列。所述微透镜阵列对接收到的光线进行会聚，会聚后的光线依次经过所述至少一个挡光层中每一个挡光层的小孔阵列和所述金属布线层88上的光阑阵列，到达所述像素单元阵列。
特别是，若上述预设角度为倾斜角度，由于倾斜入射的光线的反射强度高于垂直入射的光线的反射强度，因此提高了所述指纹识别装置的成像对比度，相应的，能够降低所述指纹识别装置对光学成像的物距的要求并降低了所述指纹识别装置的厚度。
应理解，图20至图23仅为本申请的示例，不应理解为对本申请的限制。
例如，在图20至图23中，金属布线层88设置于所述像素单元阵列的上方，这种方式为前照式(Front Side illumination，FSI)。可选地，在其他可替代实施例中，金属布线层88也可以设置于所述像素单元阵列的下方。换言之，所述像素单元阵列的上方不设置金属布线层88，而在所述像素单元阵列的下方设置金属布线层88，金属布线层88中包括所述像素单元阵列的连接电路，这种方式为背照式(Back Side illumination，BSI)。
下面结合图20至图23对本申请实施例的指纹识别装置中的微透镜阵列和至少一个挡光层中每一层挡光层的小孔阵列中小孔的参数进行说明。为便于描述，下面将上述至少一个挡光层和上述金属布线层88合成为Z个挡光层，即所述金属布线层88作为所述Z个挡光层的底层挡光层。
可选地，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足
0≤Xi/Zd≤3，使得从所述显示屏上方的手指返回的光信号通过所述微透镜阵列的会聚后，通过所述Z个挡光层中设置的小孔阵列传输至所述像素单元阵列，所述光信号用于检测所述手指的指纹信息。Zd表示所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离，Xi表示第一中心和第二中心在所述微透镜阵列所在的平面上的投影之间的距离，所述第一中心为所述微透镜阵列中的微透镜的中心，所述第二中心为所述Z个挡光层中第i个挡光层中的用于传输所述微透镜汇聚的光信号的小孔的中心。例如，Zd表示所述底层挡光层的下表面和所述微透镜阵列的下表面之间垂直距离。又例如，Zd表示所述底层挡光层的上表面和所述微透镜阵列的下表面之间垂直距离。例如，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足0≤Xi/Zd≤3/2。又例如，所述Z个挡光层中的每一个挡光层的小孔阵列满足1/2≤Xi/Zd≤3/2。
其中，所述第i个挡光层可以是由上至下的第i个挡光层，也可以是由下至上的第i个挡光层。
通过约束小孔阵列中小孔的结构参数，能够避免经由手指的不同位置返回的光信号发送混叠，即在保证指纹图像对比度的基础上提高了指纹图像的亮度，增大了指纹图像的信噪比和分辨率，提高了指纹识别效果和识别准确度。
需要说明的是，小孔阵列中小孔的结构参数Xi/Zd为第一中心和第二中心之间的距离，其可以在空间直角坐标系中划分为三个参数。例如，可以以所述微透镜阵列中的每一个微透镜阵列的中心位置为原点，以所述微透镜阵列的行所在的方向为X轴，以所述微透镜阵列的列所在的方向为Y轴，以垂直X-Y平面的方向为Z轴。此时，可以将小孔参数Xi替换为小孔在X-Y坐标系中的位置，并将小孔参数Zd替换为小孔阵列中的小孔在Z轴方向上的参数。又例如，也可以以所述微透镜阵列的中心位置为原点，确定小孔阵列中每一个小孔的空间位置。
还需要说明的是，针对小孔阵列中小孔的相关参数，由于一个微透镜有可能将会聚的光信号通过多个小孔传输至对应的光学感应像素，因此，一个微透镜有可能对应多个参数Xi/Zd。此外，由于多个微透镜有可能会通过一个小孔将会聚的光信号传输至对应的光学感应像素，类似地，一个小孔可能会对应多个参数Xi/Zd，换言之，可以通过多个参数Xi/Zd设计一个小孔的空间结构。
如图20至图23所示，在本申请的一些实施例中，所述底层挡光层中小孔阵列中的小孔的最大孔径需要大于第一预设值并小于第二预设值。
例如，所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0um<Dd≤6um，其中，Dd表示所述底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的最大孔径。例如，底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0.5um<Dd≤5um。又例如，底层挡光层中的小孔阵列中的小孔的满足0.4um<Dd≤4um。
通过小孔成像获取的指纹图像，其图像对比度越大亮度(即小孔的进光亮)越小，对应的，其亮度越大，图像对比度越小，本实施例中，通过约束小孔阵列中小孔的最大孔径，不仅能够保证像素单元阵列的每一个光学感应像素能够接收到足够的光信号，而且能够保证成像的图像具有足够的亮度。
如图20至图23所示，在本申请的一些实施例中，所述微透镜阵列中的每一个微透镜可以满足公式0<H/C≤1，其中，H表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大厚度，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径。例如，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0<H/C≤1/2。又例如，所述微透镜阵列中的每一个微透镜满足0.2<H/C≤0.4。
其中，所述微透镜的最大口径可以是所述微透镜的面积最大的剖面的最大宽度。例如，所述微透镜为半球透镜，所述微透镜的最大口径可以是所述半球透镜的平面的最大宽度。
换言之，所述微透镜阵列中每一个微透镜为半球型微透镜，所述微透镜阵列中每一个微透镜的曲率小于或等于0.5。
通过小孔成像获取指纹图像时，需要保证微透镜阵列中微透镜的球差不会影响成像质量。本实施例中，通过约束微透镜的最大厚度与最大口径之间的比值，在小型化指纹检测装置的基础上，能够保证微透镜将汇聚的光信号聚焦在底层挡光层的小孔内，进而保证指纹图像的成像质量。换言之，通过约束H和C的比值，在保证指纹检测装置具有较小的厚度的基础上，减小所述微透镜阵列的球差，进而保证指纹识别效果。
如图20至图23所示，在本申请的一些实施例中，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足0um≤Zd≤100um。例如，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足2um≤Zd≤50um。又例如，所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间满足3um≤Zd≤40um。
通过约束底层挡光层和所述微透镜阵列之间的参数，能够有效减小所述指纹检测装置的厚度。当然，也可以约束所述Z个挡光层中每一个挡光层和所述微透镜阵列之间的最大距离或最小距离，其均属于本申请实施例所保护的技术方案。
如图20至图23所示，在本申请的一些实施例中，所述微透镜阵列满足0um<P≤100um。例如，所述微透镜阵列满足2um≤P≤50um。又例如，所述微透镜阵列满足1um≤P≤40um。其中，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
换言之，所述微透镜阵列中相邻的两个微透镜的中心位置之间的距离满足0um<P≤100um，即P也可以用于表示所述微透镜阵列中相邻的两个微透镜的中心位置之间的距离。
通过约束微透镜阵列的周期，不仅便于单独生产微透镜阵列，而且有利于在空间上匹配像素单元阵列，进而获取具有期望分辨率的光学指纹图像。
如图20至图23所示，在本申请的一些实施例中，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤3，其中，Di表示所述Z个挡光层中第i个挡光层中小孔阵列中的小孔的孔径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。例如，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足0<Di/P≤2。又例如，所述Z个挡光层中每一个挡光层中小孔阵列中的小孔与所述微透镜阵列中的微透镜满足1<Di/P≤4。
换言之，指纹检测装置中小孔阵列中的一个小孔可以对应一个微透镜或多个微透镜。即一个或多个微透镜可以通过小孔阵列中的一个小孔将光信号传输至对应的光学感应像素。
针对阵列分布的微透镜阵列和小孔阵列，通过参数Di/P，可以有效简化光路参数的设计。
如图20至图23所示，在本申请的一些实施例中，所述微透镜阵列满足满足0<C/P≤1，其中，C表示所述微透镜阵列中的微透镜的最大口径，P表示所述微透镜阵列中的微透镜的周期。
通过约束C和P之间的比值，能够增大微透镜阵列的占空比，进而保证所述指纹检测装置具有较小的体积。
如图20至图23所示，在本申请的一些实施例中，所述Z个挡光层满足满足0≤Zi/Zd≤1，其中，Zi表示所述Z个挡光层中第i个挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离，Zd表示所述底层挡光层和所述微透镜阵列之间垂直距离。例如，所述Z个挡光层满足0≤Zi/Zd≤0.5。
换言之，通过规定参数Zi/Zd，能够简化所述Z个挡光层的设计参数，以在批量化生产过程中，能够提高所述Z个挡光层的安装效率。
下面为上述参数的具体数值的示例。
表1
Figure BDA0002446486910000361
Figure BDA0002446486910000371
如表1所示，指纹检测装置可以设置有两个挡光层(即与Z1和Z2相关的挡光层)，也可以设置有三个挡光层(即与Z1、Z2和Z3相关的挡光层)，当然，也设置的挡光层的数量也可以是一个，或大于三个，本申请对此不做具体限定。
基于表1的参数的取值，表2示例性给出了通过两个参数的比值设计的指纹检测装置的结构参数。
表2
参数 示例一 示例二 示例三 示例四 示例五 示例六 示例七 示例八 示例九
P 16.88 10.45 22.50 8.75 7.86 18.14 12.50 13.63 11.50
Z1 18.13 19.90 27.34 11.79 12.78 25.43 21.45 23.74 22.20
D1 1.38 2.17 5.30 1.62 1.59 4.30 2.59 2.41 1.71
H/C 0.28 0.18 0.29 0.31 0.40 0.22 0.23 0.16 0.23
C/P 0.92 0.92 1.00 1.00 1.00 0.92 0.73 0.92 0.92
D1/P 0.08 0.21 0.24 0.18 0.20 0.24 0.21 0.18 0.15
D2/P 0.80 0.38 0.33 0.36 0.52 0.36 0.46 0.59 1.06
D3/P 无 0.90 无 无 无 0.96 无 0.99 无
X1/Z1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.93 0.42 0.43 0.36 0.37
X2/Z1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.78 0.27 0.14 0.14 0.13
X3/Z1 无 0.00 无 无 无 0.00 无 0.08 无
Z1/Z1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
Z2/Z1 0.10 0.82 0.56 0.71 0.61 0.82 0.62 0.64 0.68
Z3/Z1 无 0.04 无 无 无 0.07 无 0.46 无
如表2所示，也可以利用上文中涉及的两个参数的比值设计指纹检测装置的结构。需要说明的是，本申请实施例并不局限于上述具体数值，本领域技术人员可以根据实际的光路设计需求确定各个参数的具体数值。例如，上述参数可以精确到小数点后的三位数或四位数。
以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。
例如，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。
又例如，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。
应理解，在本申请的各种方法实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括显示屏以及上述本申请实施例的指纹检测的装置，其中，所述指纹检测的装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹检测。
该电子设备可以为任何具有显示屏的电子设备。例如，所述电子设备可以是图1至图4中所示的电子设备10。
显示屏可以采用以上描述中的显示屏，例如OLED显示屏或其他显示屏，显示屏的相关说明可以参考以上描述中关于显示屏的描述，为了简洁，在此不再赘述。
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，所揭露的系统、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系统，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(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

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显示屏的下方，以实现屏下光学指纹识别，所述指纹识别装置包括：
微透镜阵列，用于设置在所述显示屏的下方；
滤光单元组阵列，所述滤光单元组阵列设置在所述微透镜阵列的下方，所述滤光单元组阵列中的每个滤光单元组包括至少两个滤光单元，所述至少两个滤光单元分别用于透过至少两种颜色的光信号；
第一透明介质层，所述第一透明介质层设置在所述滤光单元组阵列的下方，所述第一透明介质层内设置有至少一个挡光层，所述至少一个挡光层中的每一个挡光层设置有小孔阵列；
红外滤光层，所述红外滤光层设置在所述第一透明介质层的下方；
第二透明介质层，所述第二透明介质层设置在所述红外滤光层的下方，所述第二透明介质层内设置有金属布线层和位于所述金属布线层下方的像素单元阵列，所述金属布线层设置有所述像素单元阵列对应的光阑阵列；
其中，第一中心和第二中心的连线相对所述像素单元阵列的上表面呈非90度的预设夹角，所述第一中心包括所述小孔阵列中的与所述像素单元阵列中的同一像素单元对应的开孔的中心，所述第二中心为所述光阑阵列中与所述同一像素单元对应的光阑的中心，以使得所述微透镜阵列将经由所述显示屏的上方的手指返回的，并相对所述显示屏倾斜的指纹检测信号，通过所述至少一个挡光层中的每一个挡光层的开孔会聚至所述光阑阵列的光阑内，所述像素单元阵列用于接收所述指纹检测信号并基于接收到的所述指纹检测信号识别所述手指的指纹信息；
所述像素单元阵列包括所述滤光单元组对应的像素单元组，所述像素单元组中的至少两个像素单元分别通过所述至少两个滤光单元接收第一光信号，所述第一光信号用于检测所述手指是否为真手指，所述像素单元组中的除所述至少两个像素单元之外的像素单元通过所述至少两个滤光单元之间的透明区域接收第二光信号，或所述像素单元组之间的像素单元通过所述滤光单元组之间的透明区域接收所述第二光信号，所述第二光信号用于识别所述手指的指纹信息。
2.根据权利要求1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平坦层或粘附层，所述平坦层或所述粘附层设置在以下位置中的至少一处：
所述微透镜阵列和所述滤光单元组阵列之间；
所述滤光单元组阵列和所述第一透明介质层之间；
所述第一透明介质层和所述红外滤光层之间；以及
所述第二透明介质层的上表面。
3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述平坦层或所述粘附层为涂层，或者，所述平坦层或所述粘附层为膜层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一个挡光层为多个挡光层，所述多个挡光层中与同一像素单元对应的开孔由上至下孔径依次减小。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一透明介质层的厚度大于或等于预设阈值，以使得所述金属布线层设置在所述微透镜阵列的后焦平面位置。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一个挡光层中的底层挡光层的下表面与所述第一透明介质层的下表面齐平设置。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一透明介质层延伸至所述小孔阵列的开孔内。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述微透镜阵列包括呈阵列分布的多个微透镜，所述多个微透镜中的每一个微透镜包括底面、顶面以及垂直于所述底面的四个侧面，所述底面固定至所述滤光单元组阵列，所述顶面为用于接收经由所述手指返回的所述指纹检测信号的曲面。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述至少一个挡光层中底层挡光层的下表面与所述微透镜的下表面之间的最大距离小于或等于100um；和/或，所述微透镜阵列中的微透镜在所述微透镜阵列的排列方向上的最大宽度为100um。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的指纹识别装置，其特征在于，所述预设夹角为18度至28度。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
显示屏；以及
根据权利要求1至10中任一项所述的指纹识别装置，所述装置设置于所述显示屏下方，以实现屏下光学指纹识别。
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