CN103699884A - 光学指纹采集方法、光学指纹采集装置及便携式电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学指纹采集方法、光学指纹采集装置及便携式电子装置。所述方法包括：发出光线并照射手指指纹；照射手指指纹形成的手指图案经导光阵列至图像传感器单元阵列，通过导光阵列有效防止相邻图像传感器单元之间的光线串扰，以及图像在导光阵列传输过程中的光线串扰；图像传感器单元分别感应手指图像的光线信息进行处理，再输出处理后生成的指纹图像数据。所述光学指纹采集装置包括：导光阵列，置于手指指纹采集装置手指接触面的内部，适于传输照射手指指纹形成的手指图像，有格子状的柱状结构；图像传感器单元阵列，对应置于导光阵列的下部，适于接收途经导光阵列的手指图像并生成指纹图像数据。本发明的光学指纹采集装置厚度较小。

Description

光学指纹采集方法、光学指纹采集装置及便携式电子装置

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种光学指纹采集方法、一种光学指纹采集装置及一种便携式电子装置。

背景技术

光学指纹传感器利用了光的折射和反射原理，射在手指表面脊线（纹线之间的突起部分）上的光线将发生全反射，反射光被投射到图像传感器上，形成黑色图像，而射在手指谷线（纹线之间的凹陷部分）上的光线被手指吸收，形成白色图像，从而光学指纹传感器就会捕捉到一个明暗相间的多灰度指纹图像。

现有的光学指纹传感器主要包含三个部分：LED光源、直角棱镜、CMOS传感器。如图1所示，将手指13放在直角棱镜12上，在LED光源14照射下，光从底部射向直角棱镜12，到达直角棱镜12的上表面，也就是放手指13的表面。如果光束抵达的位置是手指脊线，光束将会形成内部全反射，从直角棱镜12的另一侧面传出，到达CMOS图像传感器11。如果光束抵达的位置是手指谷线，则光束将被手指13的皮肤吸收。

现有光学指纹传感器的厚度至少为10-12mm。随着移动支付、物联网身份认证的应用逐渐火热，如果要在手机等移动领域中应用指纹认证，必须将光学指纹器的厚度控制在6mm以下。目前，只有半导体电容或电感式传感器可以达到此要求，但半导体电容或电感式传感器的成本极高，为大规模量产造成障碍。

因此，如何减小光学指纹传感器的厚度，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种厚度小的光学指纹采集装置。

为了解决上述问题，本发明提供了一种光学指纹采集方法，包括：

发出光线并照射手指指纹；

照射所述的手指指纹形成的手指图案经导光阵列至图像传感器单元阵列，通过所述的导光阵列有效防止相邻图像传感器单元之间的光线串扰，以及图像在导光阵列传输过程中的光线串扰；

所述图像传感器单元分别感应手指图像的光线信息进行处理，再输出处理后生成的指纹图像数据。

可选地，所述的导光阵列具有对应于图像传感器单元的导光区域与对应于图像传感器单元之间区域的隔离光线区域，通过所述的导光区域有效传导手指图像的光线信息至图像传感器单元阵列。

可选地，所述的光线通过光学薄膜照射手指指纹，并将手指图像传播至导光阵列。

可选地，所述的光学薄膜感应手指指纹的电容效应，判断手指指纹的生物特征判断。

可选地，通过光线发射模块发出光线，其为多个，对应设置于所述的导光阵列的周边。

可选地，所述的导光阵列的隔离光线区域为对应于所述图像传感器单元之间区域的光线隔离柱。

可选地，所述图像传感器单元阵列呈N行×M列的阵列式排布，其中N为大于或者等于1的自然数，M为大于或者等于1的自然数，并且N和M不同时等于1。

本发明还提供了一种光学指纹采集装置，包括：

导光阵列，置于手指指纹采集装置手指接触面的内部，适于传输照射所述的手指指纹形成的手指图像，有格子状的柱状结构；

图像传感器单元阵列，对应置于所述的导光阵列的下部，适于接收途经所述导光阵列的手指图像并生成指纹图像数据。

可选地，所述的光学指纹采集装置还包括：光线发射单元，用于提供光线。

可选地，所述的导光阵列具有对应于图像传感器单元的导光区域与对应于图像传感器单元之间区域的隔离光线区域，通过所述的导光区域有效传导手指图像的光线信息至图像传感器单元整列。

可选地，光学指纹采集装置还包括：位于指纹接触面内部的光学薄膜，所述的光线通过光学薄膜照射手指指纹，并将手指图像传播至导光阵列。

可选地，所述的光学薄膜、导光阵列、图像传感器单元阵列采用贴合的方式设置。

可选地，所述的光线发射单元为多个，对应设置于所述的导光阵列周边。

可选地，所述的导光阵列的隔离光线区域为对应于所述图像传感器之间区域的光线隔离柱。

可选地，所述图像传感器单元阵列呈N行×M列的阵列式排布，其中N为大于或者等于1的自然数，M为大于或者等于1的自然数，并且N和M不同时等于1。

本发明还提供了一种便携式电子装置，包括上述光学指纹采集装置。

可选地，所述便携式电子装置还包括显示装置和印刷电路母板，所述导光阵列固设于所述显示装置内部，并且所述显示装置暴露所述导光阵列表面；所述图像传感器单元阵列固设于所述印刷电路母板上。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明省略了传统指纹传感器中的直角棱镜，采用光学—半导体直接耦合出图的方式获取指纹图像，节省了直角棱镜所占的厚度；导光阵列与图像传感器单元阵列直接贴合，使光学指纹采集装置的厚度进一步缩小。因此，本发明的光学指纹采集装置厚度小。

附图说明

图1是光学指纹采集装置一现有技术的结构示意图；

图2是本发明的光学指纹采集装置一实施例的结构示意图；

图3是图2所示实施例的图像传感器单元阵列的俯视图；

图4是图2所示实施例的导光阵列的侧视图；

图5是图2所示实施例的结果示意图；

图6是本发明的光学指纹采集方法一实施例的流程示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

经研究，发明人发现：现有技术的光学指纹采集装置较厚，主要原因是通过直角棱镜的反射获取指纹图像。由于直角棱镜本身就具有一定的厚度，所以一定程度上限制了光学指纹采集装置的厚度。而为了获取反射出的完整图像，必须保证直角棱镜与CMOS图像传感器之间的距离足够长，这又进一步限制了光学指纹采集装置的厚度。

为了解决背景技术中的技术问题，发明人摈弃了传统的通过直角棱镜反射获取指纹图像的方法，提出了另外一种直接获取指纹图像的方法。

本发明提供了一种光学指纹采集装置。图2是本发明的光学指纹采集装置一实施例的结构示意图。如图2所示，本实施例包括：光学薄膜11、导光阵列12、光线发射单元13、图像传感器单元阵列14和封装基板15。

所述光学薄膜11位于指纹接触面内部。所述光学薄膜11可以是透明或者半透明材质。手指指纹10按压于所述光学薄膜11表面，光线通过所述光学薄膜11照射手指指纹，并将手指图像传播至所述导光阵列12。

所述光学薄膜11还可用于通过验证手指皮肤的电容效应，实现对活体指纹的判断。

所述导光阵列12位于所述光学薄膜11的下方，用于将所述光学薄膜11获取的手指图像传输到所述图像传感器整列14。

所述导光阵列12仅在垂直于所述光学薄膜11的方向上透光，在平行于所述光学薄膜11的方向上不透光。具体地，所述导光阵列12为阵列式管状结构，包括：导光区域（图未示）和隔离光线区域（图未示）。所述导光区域对应于所述图像传感器单元阵列14中的图像传感器单元。所述隔离光线区域为格子状的光线隔离柱，对应于所述图像传感器单元阵列14中图像传感器单元之间的区域。

所述导光阵列12可以直接对手指图像进行分割采样，并且可以有效防止相邻图像传感器单元之间的成像串扰，以及手指图像在所述导光阵列12传输过程中的光线串扰。

所述光线发射单元13位于所述导光阵列12周边，用于提供所述光线。

需要说明的是，本实施例中，所述光线通过置于所述光学指纹采集装置内部的光线发射单元13提供，但是本发明对此不作具体限定。在其他实施例中，所述光线还可以由其他方式提供，比如：置于所述光学指纹采集装置外的光源等。

所述图像传感器单元阵列14位于所述导光阵列12的下方，用于接收途经所述导光阵列12的手指图像并生成指纹图像数据。所述图像传感器单元阵列14包括多个图像传感器单元。所述图像传感器单元呈阵列式排布。所述导光阵列12的导光区域将分割采样得到的手指图像传输到所述图像传感器单元。所述导光阵列12的隔离光线区域对应于所述图像传感器单元的边界，可以与所述图像传感器单元的边界存在部分或全部的重合，以防止所述图像传感器单元之间的成像串扰。

所述光学薄膜11、所述导光阵列12和所述图像传感器单元阵列14的贴合方式为直接贴合，中间不需要其他光学透镜或棱镜结构，可以缩小所述光学指纹采集装置的整体厚度。

本实施例还包括：位于所述图像传感器单元阵列14下方的封装基板15，用于将所述光学薄膜11、所述导光阵列12、所述光线发射单元13、所述图像传感器单元阵列14集成在一起，封装形成独立的光学指纹采集装置。

本领域技术人员可以理解，可以通过现有的封装技术对所述光学薄膜11、所述导光阵列12、所述光线发射单元13、所述图像传感器单元阵列14进行封装，使之形成独立的光学指纹采集装置，在此不再赘述。

图3是图2所示实施例的图像传感器单元阵列的俯视图。如图3所示，本实施例中，所述图像传感器单元阵列14由多个图像传感器单元140构成。多个图像传感器单元140呈15行×20列的阵列式排布。所述图像传感器单元对应于所述导光阵列12的导光区域，所述图像传感器单元之间的区域以及所述图像传感器单元的边界对应于所述导光阵列12的隔离光线区域。所述图像传感器单元阵列14为面阵式设计，可直接耦合输出指纹图像数据。

图4是图2所示实施例的导光阵列的侧视图。如图4所示，本实施例中，所述导光阵列12包括：多个导光区域120、使所述导光区域120互不透光的隔离光线区域121。

所述导光区域120呈阵列式排布，其行与列的数量与所述图像传感器单元阵列14中图像传感器单元140相适应。在本实施例中，所述导光区域120与所述图像传感器单元140为一一对应，每个导光区域120位于一个图像传感器单元140的正上方。在其他实施例中，还可以一个导光区域120对应几个图像传感器单元140。本发明对此不作具体限定。

所述隔离光线区域121为不透光材质的格子状结构。所述隔离光线区域121位于各图像传感器单元140之间区域的正上方，可以部分或者全部覆盖所述图像传感器单元140的边界。

通过所述隔离光线区域121隔离光线，能有效防止所述图像传感器单元140之间的成像串扰。

图5是图2所示实施例的结果示意图。如图5所示，最终输出的指纹图像由多个图像传感器单元140分割采样输出的指纹图像直接耦合而成。

本实施例的光学指纹采集装置摈弃了传统的直角棱镜，采用光学—半导体直接耦合出图的方式获取指纹图像，从而节省了直角棱镜所占的厚度。还采用导光阵列与图像传感器单元阵列的直接贴合，进而使光学指纹采集装置的整体厚度更小。

本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等。

需要说明的是，本领域技术人员可以理解，上述部分组件可以是可编程逻辑器件，包括：可编程阵列逻辑（Programmable Array Logic，PAL）、通用阵列逻辑（Generic Array Logic，GAL）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）、复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)中的一种或多种，本发明对此不做具体限制。

本发明还提供了一种便携式电子装置（图未示），包括所述光学指纹采集装置。所述便携式电子装置可以是智能手机、便携式电脑、PDA等，本发明对此不作具体限定。

所述便携式电子装置还包括显示装置和印刷电路母板，所述导光阵列固设于所述显示装置内部，并且所述显示装置暴露所述导光装置表面；所述图像传感器单元阵列固设于所述印刷电路母板上。

相应地，本发明还提供了一种光学指纹采集方法。图6是本发明的光学指纹采集方法一实施例的流程示意图。如图6所示，本实施例包括以下步骤：

执行步骤S10，发出光线并照射手指指纹。

具体地，所述的光线通过光学薄膜照射手指指纹，并将手指图像传播至导光阵列。通过光线发射模块发出所述光线，所述光线发射模块有多个，对应设置于所述的导光阵列的周边。所述的光学薄膜还能感应手指指纹的电容效应，判断手指指纹的生物特征判断。

执行步骤S11，照射所述的手指指纹形成的手指图案经导光阵列至图像传感器单元阵列，通过所述的导光阵列有效防止相邻图像传感器单元之间的光线串扰,以及图像在导光阵列传输过程中的光线串扰。

具体地，所述的导光阵列具有对应于图像传感器单元的导光区域与对应于图像传感器单元之间区域的隔离光线区域，通过所述的导光区域有效传导手指图像的光线信息至图像传感器单元阵列。所述的导光阵列的隔离光线区域为对应于所述图像传感器单元之间区域的光线隔离柱。

具体地，所述图像传感器单元阵列呈N行×M列的阵列式排布，其中N为大于或者等于1的自然数，M为大于或者等于1的自然数，并且N和M不同时等于1。

执行步骤S12，所述图像传感器单元分别感应手指图像的光线信息进行处理，再输出处理后生成的指纹图像数据。

在另一实施例中，可采用多个图像传感器，每个图像传感器分别包含图像传感器单元阵列，多个图像传感器对应于导光阵列设置可分别采集部分区域的指纹图像，也可采用晶圆级的多个图像传感器直接设置于印刷电路板（PCB）或柔性电路板（FPC）上，进一步减小光学指纹采集装置的整体厚度。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (17)

1.一种光学指纹采集方法，其特征在于，包括：

发出光线并照射手指指纹；

照射所述的手指指纹形成的手指图案经导光阵列至图像传感器单元阵列，通过所述的导光阵列有效防止相邻图像传感器单元之间的光线串扰，以及图像在导光阵列传输过程中的光线串扰；

所述图像传感器单元分别感应手指图像的光线信息进行处理，再输出处理后生成的指纹图像数据。

2.根据权利要求1所述的光学指纹采集方法，其特征在于，所述的导光阵列具有对应于图像传感器单元的导光区域与对应于图像传感器单元之间区域的隔离光线区域，通过所述的导光区域有效传导手指图像的光线信息至图像传感器单元阵列。

3.根据权利要求1所述的光学指纹采集方法，其特征在于，所述的光线通过光学薄膜照射手指指纹，并将手指图像传播至导光阵列。

4.根据权利要求1所述的光学指纹采集方法，其特征在于，所述的光学薄膜感应手指指纹的电容效应，判断手指指纹的生物特征判断。

5.根据权利要求1所述的光学指纹采集方法，其特征在于，通过光线发射模块发出光线，其为多个，对应设置于所述的导光阵列的周边。

6.根据权利要求1所述的光学指纹采集方法，其特征在于，所述的导光阵列的隔离光线区域为对应于所述图像传感器单元之间区域的光线隔离柱。

7.根据权利要求1所述的光学指纹采集方法，其特征在于，所述图像传感器单元阵列呈N行×M列的阵列式排布，其中N为大于或者等于1的自然数，M为大于或者等于1的自然数，并且N和M不同时等于1。

8.一种光学指纹采集装置，其特征在于，包括：

导光阵列，置于手指指纹采集装置手指接触面的内部，适于传输照射所述的手指指纹形成的手指图像，有格子状的柱状结构；

图像传感器单元阵列，对应置于所述的导光阵列的下部，适于接收途经所述导光阵列的手指图像并生成指纹图像数据。

9.根据权利要求8所述的光学指纹采集装置，其特征在于，所述的光学指纹采集装置还包括：光线发射单元，用于提供光线。

10.根据权利要求8所述的光学指纹采集装置，其特征在于，所述的导光阵列具有对应于图像传感器单元的导光区域与对应于图像传感器单元之间区域的隔离光线区域，通过所述的导光区域有效传导手指图像的光线信息至图像传感器单元整列。

11.根据权利要求8所述的光学指纹采集装置，其特征在于，光学指纹采集装置还包括：位于指纹接触面内部的光学薄膜，所述的光线通过光学薄膜照射手指指纹，并将手指图像传播至导光阵列。

12.根据权利要求11所述的光学指纹采集装置，其特征在于，所述的光学薄膜、导光阵列、图像传感器单元阵列采用贴合的方式设置。

13.根据权利要求9所述的光学指纹采集装置，其特征在于，所述的光线发射单元为多个，对应设置于所述的导光阵列周边。

14.根据权利要求10所述的光学指纹采集装置，其特征在于，所述的导光阵列的隔离光线区域为对应于所述图像传感器之间区域的光线隔离柱。

15.根据权利要求8所述的光学指纹采集装置，其特征在于，所述图像传感器单元阵列呈N行×M列的阵列式排布，其中N为大于或者等于1的自然数，M为大于或者等于1的自然数，并且N和M不同时等于1。

16.一种便携式电子装置，包括如权利要求8至15中任一项所述的光学指纹采集装置。

17.如权利要求16所述的便携式电子装置，其特征在于，所述便携式电子装置还包括显示装置和印刷电路母板，所述导光阵列固设于所述显示装置内部，并且所述显示装置暴露所述导光阵列表面；所述图像传感器单元阵列固设于所述印刷电路母板上。

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