有效识别区扩大的光学生物识别结构、超薄模组及电子设备
技术领域
本实用新型属于指纹识别领域,具体涉及一种有效识别区扩大的光学生物识别结构、超薄模组及电子设备。
背景技术
随着智能科技的发展与进步,指纹识别技术也得到快速发展,而且已广泛应用于移动电话、便携式计算机等移动终端,特别是在手机领域,指纹识别技术已经成为智能手机必不可少的功能配置。近期,随着全面屏智能手机的浪潮涌来,指纹识别技术也得到了革新发展。传统的方式主要是采用电容式home 键,在全面屏手机时代,屏下光学指纹识别技术也被提了出来,这种屏下方式是把集成的指纹模组从移动端背面放置于玻璃触控屏内,用户可以通过手指轻按触控屏上指纹模组对应的特定触控区域,完成手指指纹信息采集,实现指纹的匹配、识别。
另一方面,在光学指纹识别技术中,指纹模组的相关光学结构采用普通摄影透镜组(Lens)和Micro lens阵列两种方式,基于Micro lens阵列的指纹识别模组方案相比于透镜组指纹模组,其结构更薄,重量更轻,在手机触控屏内部所占空间更小,有效减小了整机厚度,因此,对于手机用户和各大厂商来说存在巨大潜力。其中,经过Micro lens阵列光学结构的光线,被集成的图像传感器芯片接收,以采集指纹信息。如果要求较快的获得满足算法需求的指纹数据量,传感器需要具有较大的视场和较高的分辨率。然而,在现有技术中,受工艺、材料和成本的限制,单块图像传感器的像素阵列有限,屏上指纹有效识别区较小,一方面导致采集的指纹数据量较少,效率较低,另一方面导致用户只能在小区域内识别解锁,降低了用户的屏下解锁体验。
实用新型内容
针对上述缺陷,一方面,本实用新型提供一种有效识别区扩大的光学生物识别结构,该有效识别区扩大的光学生物识别结构扩大了指纹有效识别区,以快速获取更多的指纹数据,提升光学指纹识别的辨识效率、精度和准确度,以及用户体验感。
该有效识别区扩大的光学生物识别结构包括两组以上的Micro lens阵列光学结构组和与其组数相等的2个以上光电感应器,每组Micro lens阵列光学结构组均包括Microlens阵列,Micro lens阵列由Micro lens以M行×N 排列而成,每一组Micro lens阵列光学结构组对应一光电感应器,每一光电感应器的像素阵列单元与其相对应的Micro lens阵列光学结构组的Micro lens阵列对应,每一图像传感器的像素阵列均为m×n,所述包括两组以上的 Micro lens阵列光学结构组和与其组数相等的光电感应器均以矩阵形式排列, M和m为行,N和n为列,M、N、m和n为自然数,m≧M,n≧N。本实用新型通过这样的设置扩大了光学生物识别薄模组的有效识别区,提高了用户体验度,同时也提高了产品的品质质量。
进一步,所述矩阵形式排列为沿着所述像素阵列的行向或列向并排排列。
进一步,所述两组以上的Micro lens阵列光学结构组和与其组数相等的2 个以上光电感应器为第一Micro lens阵列光学结构组、第二Micro lens阵列光学结构组、第一光电感应器和第二光电感应器,第一Micro lens阵列光学结构组、第二Micro lens阵列光学结构组以1×2矩阵形式排列,每个Micro lens对应一聚焦有效识别区,第一Micro lens阵列光学结构组、第二Micro lens阵列光学结构组的有效识别区域为所有Micro lens的聚焦有效识别区的合集,第一光电感应器和第二光电感应器以1×2矩阵形式排列,第一Microlens阵列光学结构组与第一光电感应器相对应,第二Micro lens阵列光学结构组与第二光电感应器相对应,第一光电感应器和第二光电感应器的像素阵列形成光电感应器有效识别区集合。
进一步,所述Micro lens阵列光学结构组还顺次设置有第一阻光层、第一填充层、第二阻光层和第二填充层,第二阻光层为包含微孔阵列的阻光层,微孔阵列的微孔直径为1μm-5μm。
进一步,所述第一填充层的厚度是Micro lens的有效焦距,微孔阵列与 Microlens阵列的有效焦平面相重合,微孔阵列的微孔与Micro lens阵列的 Micro lens一一对应,微孔阵列的中心与Micro lens阵列的中心在同一竖轴。
进一步,所述2个以上光电感应器为一体,由芯片制作晶圆取片时以与2 个以上光电感应器相等数量的芯片单元为整体切割而成。
进一步,所述2个以上光电感应器中,相邻两个光电感应器之间的间距d 为0.04mm<d<0.1mm。
进一步,所述每一组Micro lens阵列光学结构组的区域大于相应的光电感应器的像素阵列区域。
进一步,所述每个Micro lens与其对应的光电感应器上的2个以上像素相对应,该Micro lens与其下方正对的1个像素的光电感应区共轴。
一方面,本实用新型还提供一种有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组,该有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组包括光学生物识别结构、FPC、补强钢片和元器件,补强钢片和元器件连接在FPC上,所述光学生物识别结构为上述的有效识别区扩大的光学生物识别结构,2个以上光电感应器与FPC与补强钢片连接的另一面相连,该有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组还包括IR滤波层。
该指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组的每个Micro lens对其对应的有效识别区域的信息进行采集,并由相对应的像素呈现该区域的生物图像,FPC传输图像传感器采集的指纹数据,IR滤波层降低或避免红外光线对所成指纹图像质量的影响。
一方面,本实用新型还提供一种电子设备,该电子设备包括显示屏,该显示屏上设置有生物识别感应区,该生物识别感应区下安装有屏下光学生物识别超薄模组,所述屏下光学生物识别超薄模组为上述的有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组,两组以上的Micro lens阵列光学结构组位于显示屏与2 个以上光电感应器之间,每一个Micro lens对应显示屏上一有效识别小区域,所有有效识别小区域的并集形成有指纹效识别区域。
本实用新型中,每个Micro lens对其对应的有效识别区域的信息进行采集,并由相对应的像素呈现该区域的生物图像,由于生物图像仅是该Micro lens对应的指纹有效识别区,大区域的指纹信息则通过图像拼接融合算法对从各单一像素采集的指纹图像进行融合拼接处理,进而获得有效识别区域完整的指纹信息。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果在于:
本实用新型发明人发现,如果要实现指纹高效、精确的识别,需要足够多的指纹数据量支撑,获取的指纹数据量与有效识别区的大小密切相关。
本实用新型在屏下利用Micro lens阵列光学结构和图像传感器双拼接扩大了指纹的有效识别区域,较快的采集足够多的指纹数据,满足系列算法需求,实现指纹的高效及精确识别,提升用户体验感,同时降低了成本。将双拼与1 个Micro lens对应多个像素结合,在增加感光灵敏度的基础上扩大了指纹的识别区域;本实用新型解决有效识别区小导致的识别准确度低、效率低和用户体验差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型光学生物识别结构光路结构示意图;
图2是本实用新型光学生物识别结构立体结构图示意图;
图3本实用新型光学生物识别结构截面示意图;
图4是本实用新型Micro lens与其对应的像素的示意图;
图5是本实用新型指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组俯视图示意图;
图6是本实用新型指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组侧视图示意图;
图7是图是本实用新型电子设备结构示意图;
图8是本实用新型电子设备光路结构示意图。
图9是光电感应器的有效识别区集合示意图;
图10是Micro lens阵列有效区域集合示意图。
附图标记说明:显示屏-101;第一Micro lens阵列光学结构组-102;第二Microlens阵列光学结构组-103;第一光电感应器-104;第二光电感应器 105;指纹有效识别区域-106;IR滤波层-107;图像融合拼接算法分析模块-108;辨别对比识别模块-109;Microlens阵列-110;第一阻光层-111;第一填充层 -112;第二阻光层-113;第二填充层-114;FPC-115;补强钢片-116;元器件 -117;生物识别感应区-118;手机按键-119;手机相关传感器-120;聚焦有效识别区的合集-121;光电感应器有效识别区-122。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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例,都属于本申请保护的范围。
下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
作为一种常见的应用场景,本申请实施例提供的屏下光学生物识别超薄模组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,且本申请实施例的技术方案可以用于生物特征识别技术。其中,生物特征识别技术包括但不限于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别以及活体识别等识别技术。为了便于说明,下文以指纹识别技术为例进行说明。
更具体地,在上述终端设备中,所述光学指纹识别装置可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域,从而形成屏下光学指纹系统。
实施例1
图1为本实用新型提供的一种指纹有效识别区扩大的光学生物识别结构光路结构示意图,图2为其立体结构图示意图,图3为其截面示意图。
一方面,本实施例提供一种指纹有效识别区扩大的屏下光学生物识别结构,该指纹有效识别区扩大的光学生物识别结构捕捉光学图像信号,将该光学图像信号转换成电信号,用于使携带指纹信息的有效光线通过,并呈现指纹信息。
本实施例中,该指纹有效识别区扩大的光学生物识别结构包括第一Micro lens阵列光学结构组102、第二Micro lens阵列光学结构组103、第一光电感应器104和第二光电感应器105,第一Micro lens阵列光学结构组102和第二 Micro lens阵列光学结构组103结构相同,均包括Micro lens阵列110,Micro lens阵列110由Micro lens以M(行)×N(列)排列而成,第一Micro lens 阵列光学结构组102、第二Micro lens阵列光学结构组103以1×2矩阵形式排列,每个Micro lens对应一聚焦有效识别区,第一Micro lens阵列光学结构组102、第二Micro lens阵列光学结构组103的有效识别区域为所有Micro lens的聚焦有效识别区的合集121,如图10所示。由于阻光结构的存在,两相邻微透镜的有效采集区重叠区域小于单个微透镜有效采集区的10%,第一光电感应器104和第二光电感应器105结构相同,第一光电感应器104和第二光电感应器105以1×2矩阵形式排列,第一Micro lens阵列光学结构组102与第一光电感应器104相对应,第二Micro lens阵列光学结构组103与第二光电感应器105相对应,第一光电感应器104和第二光电感应器105的像素阵列均为m(行)×n(列),其中,M和m为行,N和n为列,M、N、m和n为自然数,m≧M,n≧N,像素阵列的几何尺寸为G×H,第一光电感应器104和第二光电感应器105的像素阵列形成光电感应器有效识别区集合122(Identify area),如图9所示。矩阵形式排列为沿着像素阵列的行向或列向并排排列。这样的结构增加了指纹有效识别区域,换句话说,就是增加了采集指纹信息的像素单元数量,可以在较短时间内获得足够多的指纹数据,满足指纹图像的算法处理需求,使光学指纹识别更加精确、准确。
第一光电感应器104和第二光电感应器105用于捕捉照射在其上的光学图像信号并将该光学图像信号转换为电学信号并传出信号,有效识别区用于捕捉照射在其上的光学图像信号。
进一步地,第一Micro lens阵列光学结构组102和第二Micro lens阵列光学结构组103还均顺次设置有第一阻光层111、第一填充层112、第二阻光层113和第二填充层114,第一阻光层111为防杂光光阑,第二阻光层113为包含微孔阵列的阻光层,第二阻光层113确定视场光阑的范围,微孔阵列使 Micro lens(微透镜)聚集的携带指纹信息的光线通过,第一阻光层111防杂光通过,微孔阵列的微孔直径为微米量级。
进一步地,微孔阵列的微孔直径大小应合适,太大则可能会使窜扰光线和杂光通过微孔,太小则有效光线也被拦截,微孔直径1μm-5μm可以有效拦截非有效区域光线和杂散光而不会将有效光线拦截掉。
进一步地,第一填充层112的厚度是Micro lens的有效焦距EFFL(F),即微孔阵列与微透镜的有效焦平面相重合,微孔阵列的微孔与Micro lens阵列110的Micro lens一一对应,其中心与微透镜中心在同一竖轴,这样可以使微透镜对应指纹区域反射的有效光线均恰好通过对应的微孔,拦截非对应区域反射的光线,解决指纹信息串扰问题。
进一步地,第一填充层112和第二填充层114均由树脂类聚合物制成。
进一步地,第一光电感应器104和第二光电感应器105为芯片制作晶圆取片时以两个芯片单元整体切割而成,其中一个芯片单元为第一光电感应器104,另一个芯片单元为第二光电感应器105,这样一方面在芯片制作时可以降低芯片制作的成本,另一方面可以将两个芯片单元之间的间隔尽可能缩小(因为不需切割),以便缩小模组整体尺寸。第一光电感应器104和第二光电感应器1 05之间的间距d为0.04mm<d<0.1mm,过大影响指纹有效识别区,过小一方面则影响芯片制作的质量,另一方面也影响指纹有效识别。
进一步地,显示屏101优选OLED显示屏,OLED显示屏具有对比度更高,色彩更鲜明等特点。
进一步地,第一Micro lens阵列光学结构组102区域大于第一光电感应器104的像素阵列区域,第二Micro lens阵列光学结构组103区域大于第二光电感应器的像素阵列区域,这可以有效利用传感器的像素单元,高效的采集足够多指纹数据,保证图像传感器对应指纹区域得到有效识别和像素阵列的有效利用。
进一步地,Micro lens优选单凸结构或双面凸结构,Micro lens也可以为其它曲率的结构,本实用新型对此不做特别的限定。
进一步地,图4为Micro lens与其对应的像素的示意图,每个Micro lens 与其对应的光电感应器上的4个像素相对应,该Micro lens与其下方正对的1 个像素的光电感应区共轴,这样携带指纹特征识别的光线在通过该Microlens 后,仅在被该Microlens所共轴对应的一个像素感应产生信号,而该像素周围的与该Microlens所对应的其它像素无法接收到光信号并进行静默处理,对单个像素光信号增强,减少数据的传输量,提高了识别灵敏度。通过将双拼与1 个Micro lens对应4个像素对应,在增加感光灵敏度的基础上扩大了指纹的识别区域。
本实用新型用于使携带指纹信息的有效光线通过,并在图像传感器的像素单元上呈现指纹信息。
实施例2
图5为本实用新型提供的一种指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组俯视图示意图,图6为本实用新型提供的一种指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组侧视图示意图。
一方面,本实施例提供一种指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组,该指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组捕捉光学图像信号,将该光学图像信号转换成电信号,并将该电信号传递到光学结构外部。
本实施例中,该指纹有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组包括实施例 1所述的光学生物识别结构、FPC(柔性线路板)115、补强钢片116和元器件 117,FPC 115一面与第一光电感应器104、第二光电感应器105相连,另一面与补强钢片116相连,FPC 115还与元器件117连接。FPC 115用于将第一光电感应器104、第二光电感应器105接收的信息进行图像数据传输,补强钢片 116用于固定支撑屏下光学生物识别结构和FPC 115,FPC 115比补强钢片116 面积大,以保证屏下光学生物识别超薄模组具有弯折性。
进一步地,有效识别区扩大的光学生物识别超薄模组还包括IR滤波层107,IR滤波层107既可设置在第一Micro lens阵列光学结构组102和第二 Micro lens阵列光学结构组103上方,也可以设置在第一Micro lens阵列光学结构组102、第二Micro lens阵列光学结构组103与第一光电感应器104、第二光电感应器105之间,IR滤波层107用于截止红外光线,降低或避免红外光线对所成指纹图像质量的影响,避免红外光对成像影响。
实施例3
图7为本实用新型提供的一种电子设备结构示意图,图8为其光路结构示意图。
本实施例仅以智能手机为例进行说明。
本实施例的智能手机包括手机显示屏101、手机按键119和手机相关传感器120,该手机显示屏101上设置有生物识别感应区118,该生物识别感应区 118下安装有实施例2的屏下光学生物识别超薄模组,第一Micro lens阵列光学结构组102和第二Micro lens阵列光学结构组103位于显示屏101与第一光电感应器104、第二光电感应器105之间,每一个Micro lens对应显示屏 101上一有效识别小区域,所有有效识别小区域的并集形成有指纹效识别区域 106(图8 A点到B点)。
进一步地,手机显示屏101优选OLED显示屏,OLED显示屏由于同时具备自发光有机电激发光二极管,因此不需背光源,且具有对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、使用温度范围广、构造及制程较简单等优异之特性。
进一步地,智能手机还设置有图像算法处理模块,对采集的指纹数据进行拼接融合和特征提取、比对识别。
进一步地,图像算法处理模块包括图像融合拼接算法分析模块108和辨别对比识别模块109,图像融合拼接算法分析模块108将从屏下光学生物识别超薄模组传出的每一个像素的信息进行先在融合模块中进行融合处理,然后再拼接模块中进行拼接处理,得到有效识别区完整的指纹图像信息,算法分析模块进行算法分析处理完成后将形成的图像或信息传输到辨别对比识别模块109,该模块对处理的信息与原始录入的图像信息进行识别对比,并按照指纹识别的标准进行处理和处理结果的输出。
本实用新型中,通过图像融合拼接算法分析模块108对于有效识别区域完整的指纹信息进行预处理和特征提取,并通过和辨别对比识别模块109与指纹录入时的指纹信息进行对比和辨别,并按照指纹识别的标准进行处理和处理结果的输出。
当手指按在显示屏101上时(手指未示出),由于手指纹的谷脊存在高度差,导致手指按在显示屏101上时,手指的脊与屏幕紧密贴合,而谷与屏幕之间则存在有空气间隙,两者之间的反光率不同,导致光线在此处反射时反光强度有差异。OLED发出的光在屏幕上表面的指纹区域反射时,其中携带指纹信息的反射光线在穿过显示屏101后,经IR滤波层107将红外线过滤,Microlens 采集其对应有效区域内的光线聚焦透射后穿过第一阻光层111,穿过透明第一填充层112,再经过带小孔阵列的第二阻光层113,再穿过透明第二填充层114,第一光电感应器-104和第二光电感应器105的像素阵列采集相对应区域的指纹信息,图像融合拼接算法分析模块108对于有效识别区域完整的指纹信息进行预处理和特征提取,并通过和辨别对比识别模块109与指纹录入时的指纹信息进行对比和辨别,并按照指纹识别的标准进行处理和处理结果的输出。
本实用新型通过采用多块同等规格的图像传感器及Micro lens阵列按照阵列形式排布拼接,使光学指纹模组的有效识别区域成倍数增加,从而实现了手指指纹的高效、精确识别。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者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实用新型和简化描述,而不是指示或者暗示所指的装置或者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实用新型的限制。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。