指纹识别模组及终端设备的制作方法

1.本实用新型涉及指纹识别技术领域，尤其是涉及一种指纹识别模组及终端设备。


背景技术：

2.目前，屏下指纹成像系统通常采用镜头式成像方案，该方案需要设置镜头和传感器，且镜头与传感器之间的搭配会对指纹成像产生一定影响。通常情况下，为保证指纹识别的性能要求，传感器的感应区域应内接于镜头的成像区域，然而这种结构将增加镜头的设计难度。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种指纹识别模组及终端设备，不仅可以具备较好地指纹识别效果，还可以显著降低镜头的设计难度。
4.第一方面，本实用新型提供了一种指纹识别模组，包括：镜头组件和指纹传感器；其中，所述镜头组件包括至少一个透镜；所述指纹传感器位于所述镜头组件的成像面附近，以接收经过所述镜头组件的光信号并基于接收到的光信号成像；所述镜头组件的成像区域的第一面积与所述指纹传感器的感应区域的第二面积之间的比值大于0.78且小于1.54；其中，所述镜头组件的成像区域为所述经过镜头组件的光信号在所述感应区域能够成像的最大区域；所述成像区域为圆形或椭圆形，所述感应区域为正方形或矩形，所述成像区域和所述感应区域同心。
5.在一种实施方式中，所述成像区域为圆形，所述感应区域为正方形，圆形直径和正方形的边长之比大于1且小于1.41。
6.在一种实施方式中，所述成像区域的直径为1.8mm，所述感应区域的边长为1.4616mm。
7.在一种实施方式中，所述成像区域与所述感应区域之间的重叠部分上的参考点的清晰度高于清晰阈值；其中，所述参考点与所述圆心点之间的距离小于或等于所述成像区域的半径。
8.在一种实施方式中，所述参考点位于所述重叠部分的边缘。
9.在一种实施方式中，所述透镜的约束参数至少包括：视场角、放大倍率、焦距、厚度。
10.在一种实施方式中，所述成像区域的第一面积与物面尺寸呈正相关；其中，所述物面尺寸包括手指与触摸界面的接触面积；所述成像区域的第一面积与所述透镜的放大倍率呈负相关；所述成像区域的第一面积等于所述物面尺寸与所述放大倍率的比值除以预设倍数。
11.第二方面，本实用新型实施例提供了一种终端设备，包括：显示屏，用于为手指提供触摸界面；如第一方面提供过的任一项所述的指纹识别模组，位于所述显示屏下方，用于对所述手指进行指纹识别。
12.本实用新型实施例提供的一种指纹识别模组及终端设备，包括镜头组件和指纹传感器，其中，镜头组件包括至少一个透镜，指纹传感器位于镜头组件的成像面附近，以接收经过镜头组件的光信号并基于接收到的光信号成像，上述镜头组件的成像区域的第一面积与指纹传感器的感应区域的第二面积之间的比值大于0.78且小于1.54，镜头组件的成像区域为经过镜头组件的光信号在感应区域能够成像的最大区域，成像区域为圆形或椭圆形，感应区域为正方形或矩形，成像区域和感应区域同心。上述指纹识别模组可以控制成像区域的第一面积与感应区域的第二面积之间的大小关系，通过将第一面积与第二面积的比值控制在0.78和1.54之间，不仅可以在满足指纹识别的性能要求，还可以显著降低镜头组件的设计复杂程度，而且在相同的镜头组件设计难度下还可以减少指纹识别模组的整体尺寸。
13.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
14.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型实施例提供的一种镜头式成像方案的示意图；
17.图2为本实用新型实施例提供的一种指纹识别模组的结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例提供的一种指纹成像光路示意图；
19.图4为本实用新型实施例提供的一种光线接收关系示意图；
20.图5为本实用新型实施例提供的一种最大成像圆的示意图；
21.图6为本实用新型实施例提供的一种成像区域与感应区域的相对位置示意图；
22.图7为本实用新型实施例提供的一种mtf清晰度的曲线示意图；
23.图8为本实用新型实施例提供的一种参考点示意图；
24.图9为本实用新型实施例提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合实施例对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.目前，镜头的成像区域与传感器的感应区域通常成内接状态，参见图1所示的一种镜头式成像方案的示意图，图1中示意出镜头的成像区域为圆形，传感器的感应区域为正方形，传感器的感应区域内接于镜头的最大成像圆，然而这种内接状态将导致镜头设计的复
杂程度较高。基于此，本实用新型实施例提供了一种指纹识别模组及终端设备，不仅可以具备较好地指纹识别效果，还可以显著降低镜头的设计难度。
27.为便于对本实用新型实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种指纹识别模组进行详细介绍，参见图2说是的一种指纹识别模组的结构示意图，该指纹识别模组包括镜头组件110和指纹传感器120。其中，镜头组件110包括至少一个透镜，指纹传感器120位于镜头组件110的成像面附近，该指纹传感器120用于接收经过镜头组件110的光信号并基于接收到的光信号成像，镜头组件110的成像区域的第一面积与指纹传感器120的感应区域的第二面积之间的比值大于0.78且小于1.54。另外，镜头组件110的成像区域可以理解为经过镜头组件110的光信号在感应区域能够成像的最大区域，成像区域可以为圆形或椭圆形，感应区域为正方形或矩形，且成像区域与感应区域同心。假设成像区域为圆形，则上述成像区域可以称之为最大成像圆。在实际应用中，指纹识别模组可以设置在显示屏下方，且指纹识别模组还可以设置有光源，光源用于照射手指以得到反射光线，当手指接触显示屏时，触发光源向手指发射光线，该光线照射至手指后将进行反射得到上述光信号，此时指纹传感器120将接收到经过镜头组件110的光信号，从而基于该光信号得到手指对应的指纹成像，进而基于该指纹成像对手指进行指纹识别。
28.为保证屏下指纹成像的性能，以及为了降低镜头组件的设计复杂程度，本实用新型实施例提供的指纹识别模组中，其镜头组件的成像区域的第一面积与指纹传感器的感应区域的第二面积之间的比值大于0.78且小于1.54。例如，镜头组件的成像区域的第一面积用s1表示，指纹传感器的感应区域的第二面积用s2表示，则本实用新型实施例中镜头组件的成像区域与指纹传感器的感应区域应满足如下关系：0.78<s1/s2<1.54。
29.本实用新型实施例提供的上述指纹识别模组，可以控制成像区域的第一面积与感应区域的第二面积之间的大小关系，通过将第一面积与第二面积的比值控制在0.78与1.54之间，不仅可以在满足指纹识别的性能要求，还可以显著降低镜头组件的设计复杂程度，而且在相同的镜头组件设计难度下还可以减少指纹识别模组的整体尺寸。
30.在一种实施方式中，上述成像区域可以为圆形或椭圆形，感应区域可以为正方形或矩形。为便于对屏下指纹识别进行理解，本实用新型实施例以成像区域为圆形、感应区域为正方形为例，提供了如图3所示的一种指纹成像光路示意图，手指(finger)接触显示屏，反射光线将经过镜头组件(lens)成像至指纹传感器(sensor)位置处。另外，图3中还示意出反射光线l2和反射光线l3被指纹传感器接收，反射光线l1和反射光线l4未被指纹传感器接收。
31.具体的，可参见图4所示的一种光线接收关系示意图，镜头组件的最大成像圆与指纹传感器的感应区域相交，另外，感应区域的四个角没有接收到反射光线。为了既保证指纹成像性能，又降低镜头组件的设计难度，本实用新型实施例对镜头组件的最大成像圆与指纹传感器的感应区域的代销进行限制，基于此，本实用新型实施例设定第一面积与第二面积的比值最小值应大于0.78，以及设定第一面积与第二面积的比值最大值应小于1.54，若镜头组件的成像区域的第一面积用s1表示，指纹传感器的感应区域的第二面积用s2标识，则第一面积s1与第二面积s2的关系应该满足：0.78<s1/s2<1.54。
32.在另一种实施方式中，当成像区域为圆形、感应区域为正方形时，圆形直径d和正方形边长l之间应满足如下关系：1<d/l<1.414，优选1.2
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1.25。例如，假设指纹传感器的感
应区域采用边长为1.46mm的正方形，基于上述大小关系限制，镜头组件的成像区域的直径应满足：1.46mm<d<2.06mm。
33.在一种可选的实施方式中，假设指纹传感器的感应区域采用边长为1.46mm的正方形，镜头组件的成像区域为圆形，镜头组件的成像区域的直径可以为1.8mm。
34.在一种可选的实施方式中，镜头组件可以包括至少一个透镜，也即镜头组件为单片透镜或多片透镜组合。由于镜头组件具有一定厚度，且镜头组件的厚度决定了指纹识别模组的厚度，因此若需要厚度较薄的指纹识别模组，以将指纹识别模组安装进智能手机、平板电脑等具备指纹识别功能的电子器件内，则需要对镜头组件的厚度记性限制。在实际应用中，可以对透镜的约束参数进行设置，其中，透镜的约束参数至少包括：视场角、放大倍率、焦距、厚度，以使厂商基于上述约束参数生产所需的透镜。
35.在实际应用中，成像区域的第一面积与物面尺寸呈正相关，其中，物面指触摸界面上手指所在区域，物面尺寸包括手指与触摸界面的接触面积，触摸界面由显示屏提供，可以理解的，手指与触摸界面的接触面积越大，即物面尺寸越大，成像区域的最大成像圆的尺寸越大。
36.另外，成像区域的第一面积与透镜的放大倍率呈负相关。为便于理解，参见图5所示的一种最大成像圆的示意图，假设透镜的放大倍率包括第一放大倍率和第二放大倍率，且第一放大倍率小于第二放大倍率，一般而言，第一放大倍率的透镜与第二放大倍率的透镜相比，第一放大倍率的透镜更容易满足各种参数要求。在此基础上，在物面尺寸相同的情况下，第一放大倍率下的最大成像圆小于第二放大倍率下的最大成像圆，也即若物面尺寸相同，则放大倍率越大成像区域的第一面积越大。另外，图5还示意出不同放大倍率下成像清晰度mtf(modulation transfer function，调制传递函数)的值，示例性的，第一放大倍率下的成像清晰度mtf值为0.8，第二放大倍率下的成像清晰度mtf值为0.7。
37.在一种实施方式中，成像区域的第一面积等于物面尺寸与放大倍率的比值除以预设倍数，也即最大成像圆的尺寸＝物面尺寸/镜头组件的放大倍率/采样频率倍数，其中，采样频率倍数也即上述预设倍数，可选的，预设倍数可以设置为不会造成损失的采样频率下限，诸如设置为4倍。
38.为便于对上述实施例提供的指纹识别模组进行理解，本实用新型实施例提供了一种控制成像区域的第一面积与感应区域的第二面积之间的大小关系的应用示例。在实际应用中，指纹传感器的尺寸通常是固定的，也即感应区域的第二面积通常是固定的，此时可以按照上述第一面积与第二面积的比值限制，选择所需的最大成像圆。具体的，在感应区域的尺寸确定的前提下，参见图6所示的一种成像区域与感应区域的相对位置示意图，成像区域与感应区域之间的相对位置关系存在以下三种情况：(a)成像区域内切于感应区域；(b)成像区域不完全落入感应区域，或称之为成像区域与感应区域相交；(c)成像区域外接于感应区域。对于(a)中所示的成像区域与感应区域的相对位置关系，该种情况导致指纹传感器的感应区域被浪费，可能导致采集到的指纹数据不足以支撑指纹识别的问题；对于(c)中所示的成像区域与感应区域的相对位置关系，所需的镜头组件的尺寸过大，从而导致很难设计出同时满足镜头组件厚度需求和mtf清晰度需求的透镜。因此，本实用新型实施例针对上述(b)所示的成像区域与感应区域的相对位置关系进行研究，控制镜头组件的最大成像圆，以使该镜头组件同时满足镜头组件厚度需求和mtf清晰度需求的透镜。
39.在图6的基础上，本实用新型实施例对上述三种相对位置关系下待参考点的mtf清晰度进行测量，其中，待参考点可以理解为成像区域与感应区域之间的重叠部分内任意一点。具体的，上述(a)种情况对应的最大成像圆的半径为r1，待参考点与最大成像圆的圆心点之间的距离为r1s；上述(b)种情况对应的最大成像圆的半径为r2，待参考点与最大成像圆的圆心之间的距离为r2s；上述(c)种情况对应的最大成像圆的半径为r3，待参考点与最大成像圆的圆心之间的距离为r3s。基于此，参见图7所示的一种mtf清晰度的曲线示意图，假设清晰阈值为大于或等于0.5，其中，虽然(a)种情况中待参考点的mtf清晰度均满足清晰阈值，但是该种方案将浪费指纹传感器的感应区域的第二面积，而(c)种情况中距离圆心点距离较近的待参考点的mtf清晰度满足清晰阈值，但是随着待参考点与圆心点之间的距离增大，待参考点的mtf清晰度将不再满足清晰阈值。
40.对于(b)种情况，可以将位于重叠部分边缘的待考察点作为参考点，参见图8所示的一种参考点示意图，参考点可以为p1或p2，其中，参考点p1与圆心点之间的距离小于成像区域的半径，参考点p2与圆心点之间的距离等于成像区域的半径，在实际应用中，如果位于重叠部分边缘的参考点的mtf清晰度可以满足于清晰阈值，则可以确定重叠部分内任意待考察点的mtf清晰度均将满足清晰阈值。
41.因此，本实用新型实施例通过使镜头组件的成像区域与指纹传感器的感应区域应满足如下关系：0.78<s1/s2<1.54，使参考点的mtf清晰度满足清晰阈值，即可使镜头组件同时满足镜头组件厚度需求和mtf清晰度需求的透镜。
42.综上所述，本实用新型实施例提供的指纹识别模组，不仅可以在满足指纹识别的性能要求，还可以显著降低镜头组件的设计复杂程度，而且在相同的镜头组件设计难度下还可以减少指纹识别模组的整体尺寸。
43.对于前述实施例提供的指纹识别模组，本实用新型实施例还提供了一种终端设备，参见图9所示的一种终端设备的结构示意图，该终端设备包括显示屏200和前述实施例提供的指纹识别模组100，指纹识别模组100位于显示屏200下方，其中，显示屏200用于为手指提供触摸界面指纹识别模组100用于对手指进行指纹识别。上述指纹识别模组对镜头组件的成像区域的第一面积与指纹传感器的感应区域的第二面积的比值进行控制，使其比值位于0.78和1.54之间。
44.在一种实施方式中，显示屏可以为oled(organiclight
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emitting diode，有机点激光显示)。
45.本实用新型实施例提供的上述终端设备，其中的指纹识别模组可以控制成像区域的第一面积与感应区域的第二面积之间的大小关系，通过将第一面积与第二面积的比值控制在0.78与1.54之间，不仅可以在满足指纹识别的性能要求，还可以显著降低镜头组件的设计复杂程度，而且在相同的镜头组件设计难度下还可以减少指纹识别模组的整体尺寸。
46.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
47.另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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
在本实用新型中的具体含义。
48.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.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。