基于利用透镜-针孔模块和其他光学设计的光学成像的LCD屏上光学指纹感测制造技术

提供了设备和光学传感器模块，用于通过使用采集和检测来自屏幕的顶部上的手指的光的屏下光学传感器模块，提供指纹的屏上光学感测。提供了LCD下光学传感器模块的各种实现方式，包括：LCD下光学感测的不同光学成像模块设计，基于隐藏光学透射特征或区域于LCD不透明边界下方的不可见LCD下光学传感器模块，以及与手指的内部组织相关联的形貌特征的光学感测。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于利用透镜-针孔模块和其他光学设计的光学成像的LCD屏上光学指纹感测优先权要求和相关申请的交叉引用本专利文件要求(1)深圳市汇顶科技股份有限公司于2018年2月26日提交的申请号为62/635,538、专利技术名称为“通过用于屏上指纹感测的LCD屏下光学传感器模块中的成像透镜和成像针孔的光学成像”的美国临时专利申请(代理案卷号为117641-8040.US00)，和(2)深圳市汇顶科技股份有限公司于2018年4月8日提交的申请号为62/654,525、专利技术名称为“具有成像透镜和成像针孔的、用于屏上指纹感测和三维光学形貌感测的不可见LCD屏下光学传感器”的美国临时专利申请(代理案卷号为117641-8040.US01)的权益和优先权。上述专利申请的全部内容通过引用并入本专利申请的公开内容的一部分。
本专利文件涉及在电子设备或系统中感测指纹并执行其他参数测量值的一种或多种感测操作，该电子设备或系统包括诸如移动设备或可穿戴设备的便携式设备和较大系统。
技术介绍
各种传感器可以在电子设备或系统中实现，以提供某些期望的功能。实现用户认证的传感器是传感器的一个示例，用于在各种设备或系统中保护个人数据并防止未经授权的访问，该设备和系统包括便携式或移动计算设备(例如笔记本电脑、平板电脑、智能手机)、游戏系统、各种数据库、信息系统或较大的计算机控制的系统。电子设备或系统上的用户认证可以通过生物标识符的一种或多种形式来执行，其可以单独使用，也可以和传统的密码认证方法一起使用。生物标识符的一种普遍形式是人的指纹图案。指纹传感器可以内置于电子设备中以读取用户的指纹图案，使得设备只能由该设备的授权用户通过认证该授权用户的指纹图案进行解锁。用于电子设备或系统的传感器的另一示例是生物医学传感器，其在例如腕带设备或手表等可穿戴设备中检测用户的生物特性，例如用户的血液特性、心跳。总之，可以在电子设备中提供不同的传感器以实现不同的感测操作和功能。指纹可以用于对访问电子设备、计算机控制的系统、电子数据库或信息系统的用户进行认证，其既可以作为独立认证方法使用，也可以与一个或多个其他认证方法，例如密码认证方法组合使用。例如，包括便携式或移动计算设备的电子设备，例如笔记本电脑、平板电脑、智能手机和游戏系统，可以采用用户认证机制来保护个人数据并防止未经授权的访问。又如，用于组织或企业的计算机或计算机控制的设备或系统应该被保护仅允许授权人员访问，以保护该组织或企业的设备或系统的信息或使用。存储在便携式设备和计算机控制的数据库、设备或系统中的信息性质上可以是个人信息，例如个人联系人或电话簿、个人照片、个人健康信息或其他个人信息，或是组织或企业专用的机密信息，例如商业财务信息、雇员数据、商业秘密以及其他专有信息。如果访问电子设备或系统的安全性受到损害，则这些数据可能会被其他人访问，造成个人隐私的丧失或有价值机密信息的丢失。除了信息的安全性之外，对计算机和计算机控制的设备或系统的安全访问还允许保障由计算机或计算机处理器控制的设备或系统的使用，例如计算机控制的汽车以及ATM等其他系统。对(例如移动设备)设备或(例如电子数据库和计算机控制的系统)系统的安全访问可以以不同方式来实现，例如，使用用户密码。然而，密码可能很容易传播或获取，密码的这种性质会降低密码的安全级别。此外，由于用户在访问受密码保护的电子设备或系统时需要记住密码，在用户忘记密码的情况下，用户需要进行某些密码恢复程序以获得认证，或重新获得对设备或系统的访问的权限。这样的过程对于用户而言较为繁琐，并且具有各种实际限制和不便。可以利用个人指纹识别来实现用户认证，以增强数据安全性，同时减轻与密码相关联的某些不期望的影响。包括便携式或移动计算设备的电子设备或系统可以通过生物标识符一种或多种形式来使用用户认证，以保护个人或其他机密数据，并防止未经授权的访问。生物标识符可以单独使用，也可以和密码认证方法组合使用，以提供用户认证。生物标识符的一种形式是人的指纹图案。指纹传感器可以内置于电子设备或信息系统中以读取用户的指纹图案，使得设备只能由该设备的授权用户通过认证该授权用户的指纹图案进行解锁。
技术实现思路
提供了设备和光学传感器模块，用于通过使用(液晶显示，liquidcrystaldisplay)LCD屏下光学传感器模块提供指纹的屏上光学感测，该LCD屏下光学传感器模块采集并检测来自LCD屏顶部上的光纤的光。提供了LCD下光学传感器模块的各种实现方式，包括基于隐藏光学透射特征或区域于LCD不透明边界下方的不可见LCD下光学传感器模块和基于透镜-针孔组件的光学采集。在一些实现方式中，提供光学感测来确定接触的目标是否来自活人。一方面，所公开的技术可以用于构建一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备，该电子设备包括：液晶显示(LCD)屏，用于提供触摸感测操作，并且包括用于显示图像的LCD显示面板结构，其中，LCD显示面板包括背光模块，以产生用于显示图像的背光；顶部透明层，形成于LCD屏上方，作为被用户触摸以进行触摸感测操作，传输来自显示结构的光以向用户显示图像，并传输用于光学感测的探测光的界面；照明探测光源，用于产生探测光，照亮顶部透明层的感测区域以进行光学感测；以及光学传感器模块，位于LCD显示面板结构下方，用于接收穿过LCD屏的返回的探测光以进行光学感测。光学传感器模块包括：光学检测器的光学传感器阵列，用于将接收到的来自LCD屏，携带用户的指纹图案的探测光转换成表示指纹图案检测器信号；针孔层，位于LCD屏和光学传感器阵列之间，并且被构造为包括针孔，该针孔被构造为在收集返回的探测光时产生大的光学视场，并向光学传感器阵列传输收集到的探测光；以及透镜，位于针孔层和光学传感器阵列之间，用于接收来自针孔的传输的探测光，并将接收到的探测光聚焦到光学传感器阵列上，与利用针孔将光投射到没有透镜的光学传感器阵列上时的较低空间成像分辨率相比，透镜以增强的空间成像分辨率在光学传感器阵列处进行光学成像。另一方面，所公开的技术可以实现为提供一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备，该电子设备包括：液晶显示(LCD)屏，用于提供触摸感测操作，并且包括用于显示图像的LCD显示面板结构和外围不透明边界，外围不透明边界包围LCD显示面板结构的中心区域并覆盖LCD显示面板结构的窄外围边界。LCD显示面板结构包括背光模块，用于产生背光以在外围不透明边界内的LCD显示面板结构的中心区域中显示图像。顶部透明层形成于LCD屏上方，作为被用户触摸以进行触摸感测操作，传输来自显示结构的光以向用户显示图像，并传输用于光学感测的探测光的界面。该设备包括：照明探测光源，用于产生探测光，照亮顶部透明层的感测区域以进行光学感测；以及光学传感器模块，位于LCD屏下方且位于外围不透明边界的下方，以与LCD显示面板结构的中心区域在空间上偏移，以接收穿过LCD屏的返回的探测光以进行光学感测。LCD显示面板结构包括至少部分被外围边界覆盖且位于光学传感器模块上方的区域内的一个或多个额外传输孔或区域，以允许探测光穿过LCD显示面板结构到达光学传感器模块以进行光学感测。再一方面，所公开的技术可以实现为提供一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备，该电子设备包括：液晶显示(LCD本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备，包括：液晶显示(LCD)屏，用于提供触摸感测操作，并且包括用于显示图像的LCD显示面板结构，其中，LCD显示面板包括背光模块，以产生用于显示所述图像的背光；顶部透明层，形成于所述LCD屏上方，作为被用户触摸以进行所述触摸感测操作，传输来自所述LCD显示面板结构的光以向用户显示图像，并传输用于光学感测的探测光的界面；照明探测光源，用于产生探测光，照亮所述顶部透明层的感测区域以进行光学感测；以及光学传感器模块，位于所述LCD显示面板结构下方，用于接收穿过所述LCD屏的返回的探测光以进行光学感测，其中，所述光学传感器模块包括：光学检测器的光学传感器阵列，用于将接收到的来自所述LCD屏，携带所述用户的指纹图案的所述探测光转换成表示所述指纹图案的检测器信号，针孔层，位于所述LCD屏和所述光学传感器阵列之间，并且被构造为包括针孔，所述针孔被构造为在收集所述返回的探测光时产生大的光学视场，并向所述光学传感器阵列传输收集到的所述探测光，以及透镜，位于所述针孔层和所述光学传感器阵列之间，用于接收来自所述针孔的传输的所述探测光，并将接收到的所述探测光聚焦到所述光学传感器阵列上，与利用所述针孔将光投射到没有所述透镜的所述光学传感器阵列上时的较低空间成像分辨率相比，所述透镜以增强的空间成像分辨率在所述光学传感器阵列处进行光学成像。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2018.02.26 US 62/635,538;2018.04.08 US 62/654,5251.一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备，包括：液晶显示(LCD)屏，用于提供触摸感测操作，并且包括用于显示图像的LCD显示面板结构，其中，LCD显示面板包括背光模块，以产生用于显示所述图像的背光；顶部透明层，形成于所述LCD屏上方，作为被用户触摸以进行所述触摸感测操作，传输来自所述LCD显示面板结构的光以向用户显示图像，并传输用于光学感测的探测光的界面；照明探测光源，用于产生探测光，照亮所述顶部透明层的感测区域以进行光学感测；以及光学传感器模块，位于所述LCD显示面板结构下方，用于接收穿过所述LCD屏的返回的探测光以进行光学感测，其中，所述光学传感器模块包括：光学检测器的光学传感器阵列，用于将接收到的来自所述LCD屏，携带所述用户的指纹图案的所述探测光转换成表示所述指纹图案的检测器信号，针孔层，位于所述LCD屏和所述光学传感器阵列之间，并且被构造为包括针孔，所述针孔被构造为在收集所述返回的探测光时产生大的光学视场，并向所述光学传感器阵列传输收集到的所述探测光，以及透镜，位于所述针孔层和所述光学传感器阵列之间，用于接收来自所述针孔的传输的所述探测光，并将接收到的所述探测光聚焦到所述光学传感器阵列上，与利用所述针孔将光投射到没有所述透镜的所述光学传感器阵列上时的较低空间成像分辨率相比，所述透镜以增强的空间成像分辨率在所述光学传感器阵列处进行光学成像。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述光学传感器模块包括：光学透明结构，位于所述透镜和所述光学传感器阵列之间，用于将来自所述透镜的光引导至所述光学传感器阵列，并且被构造为具有折射特性和厚度，以减少所述光学传感器处的光学失真。3.如权利要求2所述的设备，其中：所述透镜和所述光学传感器阵列之间的所述光学透明结构包括光学透明间隔物层和光学透明保护层，所述光学透明间隔物层和所述光学透明保护层形成于所述光学传感器阵列的所述光学检测器上方。4.如权利要求3所述的设备，其中：所述光学透明保护层包括光学带通滤波器，所述光学带通滤波器传输所述探测光，同时阻挡其他波长的光。5.如权利要求1所述的设备，其中，所述光学传感器模块包括：第一光学透明层，位于显示面板和所述针孔层之间；以及第二光学透明层，位于所述针孔层和所述透镜下方且位于所述光学传感器阵列上方，其中，所述第二光学透明层的折射率和厚度值是基于(1)所述第一光学透明层的折射率和厚度值，以及(2)所述透镜的光学功率来选择的，以便减少在所述光学传感器阵列处采集的光学图像的光学失真。6.如权利要求5所述的设备，其中：位于所述显示面板和所述针孔层之间的所述第一光学透明层，以及位于所述针孔层和所述透镜下方且位于所述光学传感器阵列上方的所述第二光学透明层相对于所述针孔层对称布置。7.如权利要求1所述的设备，其中，所述光学传感器模块包括：光学透明层，位于显示面板和所述针孔层之间，并与所述针孔层接触，其中，所述针孔层的折射率高于与所述针孔层接触的所述光学透明层的折射率。8.如权利要求1所述的设备，还包括：梯度透射滤波器，位于显示面板和所述光学传感器阵列之间，用于修改穿过所述针孔和所述透镜后，在所述光学传感器阵列处接收的光的空间光学强度分布，其中，所述梯度透射滤波器被构造为在所述针孔的中心处或附近呈现高的光学衰减，并且从所述针孔的所述中心径向向外呈现递减的光学衰减，以抵消由所述针孔引起的光的光学强度分布的空间变化。9.如权利要求1所述的设备，还包括：一个或多个光学滤波器，置于所述顶部透明层的顶面和所述光学传感器模块的所述光学传感器阵列之间，用于阻挡或减少进入所述光学传感器阵列的环境光的量。10.如权利要求1所述的设备，其中：所述LCD显示面板结构包括对光进行漫射的光漫射器层，并且光漫射器包括所述光学传感器模块上方的选定区域处的孔，以允许光传输到达所述光学传感器模块。11.如权利要求1所述的设备，包括：LCD照明光模块，耦合至所述LCD显示面板结构，以向所述LCD显示面板结构提供用于显示图像的背光；其中，所述LCD显示面板结构包括背光波导层和光学反射器层，所述背光波导层被耦合，以接收来自所述LCD照明光模块的所述背光，以引导接收到的所述背光照亮LCD显示结构，所述光学反射器层形成于所述LCD显示面板结构的底部区域上，用于将光反射回所述LCD显示面板结构；以及孔，形成在所述光学传感器模块上方的选定区域中，以允许光传输到达所述光学传感器模块。12.如权利要求1所述的设备，包括：光学反射器层，形成于所述LCD显示面板结构的底部区域上，用于将光反射回所述LCD显示面板结构，其中，所述光学反射器层包括所述光学传感器模块上方的选定区域，以允许光传输到达所述光学传感器模块。13.如权利要求1所述的设备，包括：一个或多个探测光源，形成于所述LCD显示面板结构下方，用于发射穿过所述LCD显示面板结构的探测光，以照亮所述LCD显示面板结构的顶部上的或与所述LCD显示面板结构的顶面接触的目标或手指，引导反射的探测光朝向所述光学传感器模块；以及设备电子控制模块，耦合至显示面板结构，用于向所述一个或多个探测光源提供电源，并在睡眠模式下关闭所述一个或多个探测光源的电源，以及其中，所述设备电子控制模块用于，当所述光学传感器模块在所述顶部透明层的指定的指纹感测区域处检测到人的皮肤的存在时，将所述LCD显示面板结构从所述睡眠模式唤醒。14.如权利要求13所述的设备，其中：所述设备电子控制模块用于，当所述LCD显示面板结构处于所述睡眠模式时，操作所述一个或多个探测光源间歇地发出所述探测光，同时关闭所述LCD显示面板结构的电源，将间歇发出的所述探测光引导至所述顶部透明层的所述指定的指纹感测区域，以监控是否存在与所述指定的指纹感测区域接触的、用于将所述设备从所述睡眠模式唤醒的人的皮肤。15.如权利要求1所述的设备，还包括：设备电子控制模块，用于如果检测到的指纹与授权用户的指纹匹配，授权用户访问所述设备，其中，所述光学传感器模块除了用于检测指纹外，还通过光学感测来检测不同于指纹的生物特征参数，以指示所述顶部透明层处与检测到的指纹相关联的触摸是否来自活人，以及所述设备电子控制模块用于如果(1)检测到的指纹与授权用户的指纹匹配，并且(2)检测到的所述生物特征参数指示检测到的所述指纹来自活人时，授权用户访问所述设备。16.如权利要求1所述的设备，包括：设备电子控制模块，耦合至所述光学传感器模块，用于接收通过感测手指的触摸获得的多个检测到的指纹的信息，其中，所述设备电子控制模块测量所述多个检测到的指纹的变化并确定引起测量到的所述变化的触摸力。17.一种能够通过光学感测检测指纹的电子设备，包括：液晶显示(LCD)屏，用于提供触摸感测操作，并且包括用于显示图像的LCD显示面板结构和外围不透明边界，所述外围不透明边界包围所述LCD显示面板结构的中心区域并覆盖所述LCD显示面板结构的窄外围边界，其中，所述LCD显示面板结构包括背光模块，用于产生背光以在所述外围不透明边界内的所述LCD显示面板结构的所述中心区域中显示所述图像；顶部透明层，形成于所述LCD屏上方，作为被用户触摸以进行所述触摸感测操作，传输来自显示结构的光以向用户显示图像，并传输用于光学感测的探测光的界面；照明探测光源，用于产生探测光，照亮所述顶部透明层的感测区域以进行光学感测；以及光学传...

【专利技术属性】
技术研发人员：何毅，皮波，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44