一种轴向移动的屏下光学指纹识别模块的制作方法

1.本发明属于微型传感器技术领域，具体涉及一种轴向移动的屏下光学指纹识别模块。


背景技术：

2.指纹识别技术是众多生物特征识别技术中的一种，所谓生物特征识别技术，系指利用人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定，由于生物识别所具有的便捷与安全等优点使得生物识别技术在身份认证识别和网络安全领域拥有广阔的应用前景，可用的生物特征识别技术有指纹、人脸、声纹、虹膜等，指纹是其中应用最为广泛的一种。目前指纹识别技术可以分为三类：电容式指纹识别、光学屏幕指纹识别和超声波指纹识别。
3.由于现有的手机等移动终端设备均会采用生物识别技术作为一种安全保障措施，但随着技术不断发展，人们对于全面屏的需求也逐渐提高，能够在有效的终端设备上尽可能扩大显示面积，势必会挤占其他功能模块的空间。现有的指纹识别技术均是需要设置在壳体外部直接与手指表面接触，为了进一步提高手机等终端设备的外部一体性，各个厂家均在研发屏下指纹识别技术来替代实体识别按键。上述内容中提到的光学屏幕指纹识别和超声波指纹识别则是可行的方案。
4.超声波指纹识别技术成本较高，结构复杂，而光学指纹识别设备和解决方案较为成熟，成本较低。但是由于光学指纹识别对于屏幕的透光性有一定要求，达到这种需求势必会对识别区域处的屏幕进行特殊处理，这种处理会影响屏幕的正常显示效果。故为了保证整个屏幕的观感，则屏幕识别区域不宜过大，而现有的识别设备通常采用固定式结构，这种结构在有限的屏幕识别区域内无法获取到更多的光线反射信息，且与超声波不同的是，光学识别是根据获取的图像信息进行比对识别，一旦在其表面贴有保护膜或手指按压力道引起屏幕形变，则在原有确定的焦距条件下所获取到的指纹图像变得模糊，从而影响识别率，这也是现有光学屏下指纹识别模块识别速率较慢的原因之一。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种轴向移动的屏下光学指纹识别模块，可补偿优化在使用不同厚度的保护贴贴合在屏幕上造成的影像模糊。
6.本发明所采用的技术方案为：
7.第一方面，本发明提供一种轴向移动的屏下光学指纹识别模块，设置在具有屏幕的终端设备内，用于获取贴合在屏幕对应位置的手指指纹信息，包括可相对活动的镜头模组和传感器，由镜头模组将屏幕外的指纹反射光导向传感器进行成像；
8.还包括至少与镜头模组、传感器其中任一个连接的致动模组，所述致动模组推动其中一个或多个沿光线入射方向运动来补偿指纹面与屏幕之间的间距差。
9.需要说明的是，屏下光学指纹识别的原理是通过光源照射在贴合在屏幕上的手指指纹一面，使其产生的指纹反射光能够反馈到传感器上，由传感器识别后转换成电信号对
外发送，再由外部的处理器将获取到的指纹图像数据处理分析比对。
10.则设置这种识别模块的设备一般为带有显示器(主要是触摸显示器)的紧凑级移动终端，有提高屏占比的需求，将各种功能模块尽可能以内置的方式设置。由于内置的传感器需要接收外部的反射光，则普通的lcd屏幕这种具有背光板的结构无法满足需求，则该屏幕一般为oled屏幕，则上述内容中所述的屏幕即为该显示屏幕和覆盖在显示屏幕表面的保护玻璃。
11.虽然屏幕厚度与保护玻璃的厚度为既定条件，在调试时则会根据两层透光结构的厚度计算确定镜头模组与传感器之间的间距。但由于在使用时因为手指贴合状态或屏幕外表面的保护膜等其他阻挡物影响，使得固定的识别模块无法获取到最佳的指纹影响。故本发明中通过可轴向移动的识别模块来调整焦距，其中的致动模组能够移动传感器和镜头模组中的一个或两个，并通过外部的处理模块根据获取到的图像信息分析是否对焦，可通过激光测距对焦或内部的相位对焦方式获取需要移动的距离数据，由处理模块控制致动模组动作推动从而完成对焦工作。
12.还值得说明的是，由于保护膜或其他因素导致的手指指纹面与屏幕之间的间距较小，对于普通的摄像模组，上述误差影响较小，可忽略不计。但由于是屏下光学指纹识别，则原本的透光量小于正常值，且本身焦距较小，属于微距状态，则一点间距的改变识别会影响识别效率。而本发明中的致动模组体积较小，其移动行程同样较小，在一定小的移动行程内能够充分满足识别模组的对焦需求。
13.结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，所述致动模组与镜头模组连接并通过外部电路控制动作。
14.致动模组直接通过调整镜头模组的移动来实现对焦，而传感器被固定在终端设备的屏幕内侧，与现有的微型摄像头相同。
15.结合第一方面，本发明提供第一方面的第二种实施方式，所述致动模组与传感器连接并通过外部电路控制动作。
16.由于传感器具有较小的厚度和重量，则致动模组所需的推动力也相较于推动镜头模组要更小，使得致动模组的体积能够进一步降低。
17.结合第一方面的第一种或第二种实施方式，本发明提供第一方面的第三种实施方式，所述致动模组为包括磁体和线圈的音圈马达。
18.所谓的音圈马达是常用于微型摄像头中的电磁致动结构，主要包括磁体和线圈两部分，通电的线圈在磁体有效磁场范围内能够形成与磁体之间的相互作用力，则通过固定一端移动另一端，或两端弹性连接具有固定状态在通过两部分相对移动的方式来实现移动控制。由于音圈马达体积小且运动可控，可适用于小行程的移动需求。
19.结合第一方面的第一种或第二种实施方式，本发明提供第一方面的第四种实施方式，所述致动模组为微电机组件。
20.所谓的微电机组件同样是常用于移动终端设备中的电动机构，一般为丝杠电机结构，现有的手机升降摄像头均采用这种动作机构。其体积较小，并能够精确控制移动行程，也同样适用于本发明的需求。
21.结合第一方面的第三种实施方式，本发明提供第一方面的第五种实施方式，所述致动模组包括设置在终端设备内的外壳，镜头模组和传感器设置在外壳内；传感器下部设
有通过弹片连接的底座，传感器上具有线圈，底座上设有磁体。
22.结合第一方面、第一方面的第一种或第二种实施方式，本发明提供第一方面的第六种实施方式，所述指纹反射光由屏幕发光照射形成。
23.需要说明的是，屏幕本身是发光源，则现有的屏下光学指纹识别模块均会在对应位置设置识别区域，对该区域内的屏幕进行处理，在尽可能不降低画质的情况下提高透光率。然后在特定区域发光提示手指进行按压，由于间距较小，则反射光的强度能够满足识别需求。且额外设有的滤光片能够将外部其他光线过滤，仅保留有特殊的指纹发射光。
24.结合第一方面、第一方面的第一种或第二种实施方式，本发明提供第一方面的第七种实施方式，所述指纹反射光由设置在屏幕内侧的红外发射源射向手指表面反射形成。
25.与上述屏幕激发方式不同，单独设有的红外发射源能够发射不可见光，在既不影响屏幕成像和屏幕特定区域的发光单元的使用寿命的基础上，也能够通过特殊的光源降低干扰，提高识别效率。
26.结合第一方面的第五种实施方式，本发明提供第一方面的第八种实施方式，所述传感器与镜头模组之间设有滤光片。
27.本发明的有益效果为：
28.本发明补偿优化消费者使用不同厚度的保护贴造成的影像糊模，可依不同波长，调整后焦以得到最清晰的影像；屏幕发出的可见光用于皮肤表面进行指纹辨识，而红外光用于皮肤内部血管及血流进行生物活体辨识；
29.同时，可进行轴向扫描得到指纹的立体信息，也可补偿优化手机(含指纹模块)因温度变化而产生的尺寸变异；且本发明中的镜头不需移动。
附图说明
30.图1是本发明整个光学指纹识别模块在手机上的应用外部图示；
31.图2是本发明整个光学指纹识别模块的侧面结构原理示意图；
32.图3是本发明整个光学指纹识别模块在实施例1中的具体结构轴侧图；
33.图4是本发明整个光学指纹识别模块在实施例1中将外壳取下后的内部结构轴侧图；
34.图5是本发明整个光学指纹识别模块在屏幕发光反射状态的识别原理图；
35.图6是本发明在图5基础上在屏幕上覆盖有保护膜时的识别原理图；
36.图7是本发明整个光学指纹识别模块在单独设置红外光源的识别原理图。
37.图中：1
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传感器，2
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滤光片，3
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镜头模组，4
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底座，5
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外壳，6
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红外发射源，7
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屏幕，8
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保护膜。
具体实施方式
38.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
42.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。此外，本技术的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.此外，本技术的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
44.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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技术中的具体含义。
45.实施例1：
46.现有许多智能手机都主打高屏占比，通过提高屏占比能够带来更好的视觉体验。但由于原本必要的生物识别模块则只能进行调整和优化，许多厂家都在推进屏下指纹识别技术，但现在市面上的屏下指纹识别设备的识别效率低于实体识别模块，且在贴有保护膜8之后识别成功率明显下降，则各家都在提高识别成功率上进行探索。
47.本实施例公开一种可轴向移动的屏下光学指纹识别模块，如图2
‑
6所示，图中展示了本实施例中该模块的具体结构，包括完整和拆分状态，同时也示出了该模块在屏幕7下进行指纹识别的光路原理图。
48.具体来说，该模块是设置在移动终端设备中的独立结构，其采光一端包括相互扣合的外壳5和底座4，在外壳5内设有相互独立的镜头模组3和传感器1，镜头模组3中具有多篇固定的镜片，而传感器1为类矩形板体结构，通过弹性连接件与外壳5或底座4保持活动连接。
49.在底座4上设有多个磁石，而在传感器1的固定板背面或外侧环形面上设有线圈，线圈内中心部分设有霍尔传感器1，用于检测运动距离来形成控制闭环。
50.线圈通过fpc与外部控制电路连接，由控制电路输入电流使得线圈与磁石之间产生相互作用力。由于磁石被固定在底座4上，则线圈会被作用力推动并带动整个传感器1进行定向移动。(磁石与线圈的可控相对运动原理是该领域的公知常识，由于本实施例并未对其推动力和控制逻辑要求，则不进行详述)。
51.而镜头模组3被固定在外壳5内，其进光一侧的端面朝向屏幕7方向，其轴向与屏幕
7垂直。而镜头模组3的轴线穿过屏幕7上指纹识别区域的正中心。在图1中可以看到，该移动终端设备为一种全面屏的智能手机，手机正面靠下侧具有一个识别区域，通过屏幕7局部形成圆形亮斑指示使用者将手指放置在该处。
52.当手指如图5中所示已经贴合在对应区域时，该圆形亮斑依然保持点亮状态，且可在手指贴合时提高亮度以增加识别效率。此时由于屏幕7自发光照向手指表面，而从手指指纹端面反射的光进入屏幕7内时，则能够通过镜头模组3调整后射向传感器1。
53.在图5中可以看到，光束经过镜头模组3聚合后聚焦在传感器1表面。而传感器1表面还覆盖有滤光片2，滤光片2能够将其他非对象光线过滤，将指纹反射光保留并进入传感器1上，从而提高识别精度。
54.而在图6中可以看到，屏幕7上覆盖有一层保护膜8，由于存在保护膜8，使得原本处于对焦点上的手指表面上移。由于本身屏幕7到镜头模组3、镜头模组3到传感器1之间的间隙较小，一旦作为采样对象的手指表面产生位移势必会导致焦点脱离传感器1识别的有效范围。故本实施例通过外部手机处理器控制，通过线圈将传感器1进行轴向移动。在图6中则是为了适应保护膜8的存在，将传感器1向上移动，使得变化的焦点又能够落在传感器1上，使其能够获得更加清晰的图像，提高识别效率。
55.实施例2：
56.本实施例同样公开一种屏下光学指纹识别模块，与实施例1不同的是，如图7所示，本实施例中的终端设备内部设有一个单独的发光源，即红外发射源6。通过设置在识别区域附近，向屏幕7的识别区域投射红外光。红外光不仅能够通过手指反射进行指纹识别，同时还能够进行生物体识别，通过对血管的反射光信息提取和分析，手机能够获取到该用户的脉搏甚至血氧饱和度等信息。
57.本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。