CN105787417A - 光学指纹成像系统和光学指纹成像方法 - Google Patents

Abstract

一种光学指纹成像系统和光学指纹成像方法。其中，所述光学指纹成像系统包括光学面阵传感器和柔性基板，所述光学面阵传感器制作在柔性基板上，并且柔性基板具有凹曲面，所述光学面阵传感器制作在凹曲面上。当采用此光学指纹成像系统采集指纹时，能够获得手指的三维指纹信息，从而使得所采集的指纹基本没有变形，即能够得到更加真实准确的指纹数据。同时，由于能够得到三维指纹信息，三维指纹信息可以增加指纹识别的安全性，即光学指纹成像系统更具安全性。

Description

光学指纹成像系统和光学指纹成像方法

技术领域

本发明涉及光学指纹成像领域，尤其涉及一种光学指纹成像系统和光学指纹成像方法。

背景技术

指纹识别是通过指纹传感系统采集到人体的指纹图像，然后与系统里的已有指纹图像信息进行比对，来判断指纹图像正确与否，进而实现身份识别的技术。指纹识别采用了指纹成像技术。由于其使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域。比如公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

现有指纹成像技术的实现方式有光学指纹成像、电容指纹成像、超声指纹成像等多种技术。电容指纹成像和超声指纹成像中，外界环境的干扰因素较大。由于外界环境的电磁波和电信号不会对光学指纹成像系统造成干扰，因此光学指纹成像技术受到业界的青睐。

然而，现有光学指纹成像系统和光学指纹成像方法存在识别真实性和准确度不高的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种光学指纹成像系统和光学指纹成像方法，从而提高指纹成像的真实性和准确度。

为解决上述问题，本发明提供一种光学指纹成像系统，包括：

柔性基板，所述柔性基板具有凹曲面和凸曲面，所述凹曲面和凸曲面平行；

光学面阵传感器，所述光学面阵传感器包括阵列排布的多个像素，所述光学面阵传感器位于所述柔性基板的所述凹曲面上。

可选的，还包括光源，所述光源发出的光线能够穿过所述柔性基板和所述光学面阵传感器。

可选的，所述像素包括感光区和透光区，所述光源发现的光线能够通过所述透光区穿过所述光学面阵传感器，所述感光区具有感光元件。

可选的，所述凹曲面的弯曲曲率与手指指纹表面的弯曲曲率相等。

可选的，还包括数据采集芯片，所述数据采集芯片与所述感光元件电连接，并且所述数据采集芯片位于所述柔性基板上。

可选的，所述数据采集芯片采用玻璃上芯片技术或者柔性基板上芯片技术封装在所述柔性基板上。

可选的，所述数据采集芯片电连接外围电路，所述外围电路包括指纹识别电路。

可选的，所述感光元件为光电二极管。

为解决上述问题，本发明还提供了一种光学指纹成像方法，所述方法运用于光学指纹成像系统，所述光学指纹成像系统包括柔性基板和感光元件，所述柔性基板具有凹曲面和凸曲面，所述凹曲面和凸曲面平行，所述光学面阵传感器位于所述柔性基板的所述凹曲面上，所述光学指纹成像方法包括：

以平行于所述柔性基板凹曲面的方向为Z轴，建立由X轴、Y轴和Z轴组成的三维直角坐标系；

获取指纹上的不同位置在所述三维直角坐标系中的三维数据；

根据所述三维数据得到指纹的三维指纹信息。

可选的，获取指纹上的不同位置在所述三维直角坐标系中的三维数据包括：

在再X-Y平面获取指纹表面的曲线数据；

增加所述曲线信息对应的Z轴数据，得到所述三维数据。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，将所述光学面阵传感器制作在柔性基板上，并且柔性基板具有凹曲面，所述光学面阵传感器制作在凹曲面上。当采用此光学指纹成像系统采集指纹时，能够获得手指的三维指纹信息，从而使得所采集的指纹基本没有变形，即能够得到更加真实准确的指纹数据。同时，由于能够得到三维指纹信息，三维指纹信息可以增加指纹识别的安全性，即光学指纹成像系统更具安全性。

进一步，设置凹曲面的弯曲曲率与手指指纹表面的弯曲曲率基本相等，从而能够使后续采用此光学指纹成像系统采集的指纹图像更加真实准确。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的光学指纹成像系统的结构示意图；

图2是图1所示光学指纹成像系统中部分结构放大示意图；

图3是图1所示光学指纹成像系统采集手指指纹时的示意图；

图4是本发明实施例所提供的光学指纹成像方法对应的结构示意图；

图5是本发明另一实施例所提供的光学指纹成像系统的结构示意图；

图6是图5所示光学指纹成像系统中部分结构放大示意图。

具体实施方式

现有光学指纹成像系统通常在玻璃板或硅片上制作感光元件，这两种基板均不能弯曲，并且都是平板结构，其接受手指按压的表面为平面，因此只能形成二维平面的图像。而人体手指纹路具有三维立体结构，按压在平面上会造成一定的失真，即所获得的指纹图像与真实指纹之间的真实性和准确度不高。

为此，本发明提供一种新的光学指纹成像系统，包括柔性基板，所述柔性基板具有凹曲面；感光元件，所述感光元件位于所述柔性基板的所述凹曲面上。由于采用在柔性基板上制作感光元件，因此，能够获得三维指纹图像，从而提高指纹图像与真实指纹之间的真实性和准确度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种光学指纹成像系统100，如图1至图3所示。

请参考图1，光学指纹成像系统100包括柔性基板110，柔性基板110具有凹曲面110a和凸曲面110b，凹曲面110a和凸曲面110b平行，即柔性基板110整体是弯曲的形状。光学指纹成像系统100还包括光学所述光学面阵传感器(未标注)，所述光学面阵传感器可以为CMOS图像传感器，并可以包括阵列排布的多个像素(未标注，图1中仅标注了所述像素中的感光元件101，请参考本实施例后续内容)，所述光学面阵传感器位于柔性基板110的凹曲面110a上。

图2为图1所示虚线框100A包围部分放大后的结构示意图。由于柔性基板110能够透光，因此，图1中可以从凸曲面110b看到所述光学面阵传感器上的像素。但是，所述光学面阵传感器是位于凹曲面110a上的，如图2所示。需要说明的是，由于虚线框100A包围部分的面积较小，图2中看到的部分柔性基板110基本呈平面形状。

请继续参考图2，所述光学面阵传感器包括沿第一轴向排布的多个信号线103，沿第二轴向排布的多个驱动线104，以及阵列排布的上述像素。所述像素又由信号控制开关102和感光元件101构成。其中控制开关102和感光元件101都不透光。也就是说，在所述像素中，信号线103、驱动线104、控制开关102和感光元件101通常位于非透光区，而除了信号线103、驱动线104、控制开关102和感光元件101以外的其他部分均可以为的透光区。即所述像素包括感光区(未标注，感光区为非透光区的一部分)和透光区(未标注)。感光区通常为感光元件101所在区域，或者说感光区具有感光元件101。感光区以外的区域可以为透光区，光线能够通过所述透光区穿过所述光学面阵传感器。

本实施例中，柔性基板110可以由柔软的材料制成，实现可变型可弯曲的基材，来承托各种半导体工艺制作的物理器件。柔性基板110具体可以为有机材料，例如柔性塑料板。为了能够使光线透过柔性基板110，柔性基板110具有透光性能。

本实施例中，可以设置凹曲面110a的弯曲曲率与手指指纹表面的弯曲曲率基本相等，从而能够使后续采用此光学指纹成像系统100采集的指纹图像更加真实准确。虽然凹曲面110a的弯曲曲率与手指指纹表面的弯曲曲率相等，但是凹曲面110a的弯曲直径可以略大于通常手指指纹表面的直径，从而保证不同人的手指都能够采用同一光学指纹成像系统100进行采集和识别。

本实施例中，感光元件101可以为光电二极管。光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。光电二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。本实施例中，所采用的光电二极管可以是具有PIN结的光电二极管，从而增加器件对信号的响应速度。但是，在其它实施例中，所采用的光电二极管也可以为PN结的光电二极管。

请参考图3，采用本实施例所提供的光学指纹成像系统100进行指纹图像采集时，手指200按压在所述光学面阵传感器上(所述光学面阵传感器上可以具有保护层，未示出)，此时，由于手指200上指纹纹路反射光的差异，会在所述光学面阵传感器上的光电二极管产生不同的信号，从而形成深浅不一的灰度图像，即指纹图像。

本实施例所提供的光学指纹成像系统100中，将所述光学面阵传感器制作在柔性基板110上，并且柔性基板110具有弯曲结构，即柔性基板110具有凹曲面110a，所述光学面阵传感器制作在凹曲面110a上。当采用此光学指纹成像系统100采集指纹时，能够获得手指200的三维指纹信息，从而使得所采集的指纹基本没有变形，即能够得到更加真实准确的指纹数据。同时，由于能够得到三维指纹信息，三维指纹信息可以增加指纹识别的安全性，即光学指纹成像系统100更具安全性。

本发明实施例还提供了一种光学指纹成像方法。

请参考图4，所述方法运用于上述实施例所提供的光学指纹成像系统100。光学指纹成像系统100包括柔性基板110和感光元件101，柔性基板110具有凹曲面110a和凸曲面110b，凹曲面110a和凸曲面110b平行，所述光学面阵传感器位于柔性基板110的凹曲面110a上。其中，所述光学指纹成像方法包括：以平行于柔性基板110凹曲面110a的方向为Z轴，建立由X轴、Y轴和Z轴组成的三维直角坐标系，如图4所示；然后获取指纹上的不同位置在三维直角坐标系中的三维数据；根据三维数据得到指纹的三维指纹信息。由于平行于柔性基板110凹曲面110a的方向为Z轴，因此，X轴和Y轴位于垂直柔性基板110凹曲面110a的平面内(此平面未示出)，并且X轴和Y轴相互垂直。

其中，获取指纹上的不同位置在三维直角坐标系中的三维数据包括：在再X-Y平面获取指纹表面的曲线数据；然后增加曲线信息对应的Z轴数据，得到所述三维数据(即手指指纹的所述直角坐标系中的三维数据)。

本实施例所提供的方法能够采用上述实施例提供的光学指纹成像系统100采集手指指纹的三维指纹信息，从而使光学指纹成像系统100获取的指纹图像真空性和准确度更高。

本发明另一实施例提供另一种光学指纹成像系统300，如图5至图6所示。

请参考图5，光学指纹成像系统300包括柔性基板310，柔性基板310具有凹曲面310a和凸曲面310b，凹曲面310a和凸曲面310b平行，即柔性基板310整体是弯曲的形状。光学指纹成像系统300还包括光学所述光学面阵传感器(未标注)，所述光学面阵传感器包括阵列排布的多个像素(未标注，图5中仅标注了所述像素中的感光元件301，请参考本实施例后续内容)，所述光学面阵传感器位于柔性基板310的凹曲面310a上。

请继续参考图5，本实施例中，光学指纹成像系统300还包括光源320，光源320发出的光线能够穿过柔性基板310和所述光学面阵传感器。光源320直接贴合在凸曲面310b下方。光源320直接贴合在柔性基板310的凸曲面310b上，因此，光源320也呈弯曲形状，并且光源320呈曲面光源状。

需要说明的是，在其它实施例中，光源320和柔性基板310也可以具有一定间距，并且光源320也可以是其它形状，并且可以是单点状或多点状光源，或者片状光源。

本实施例中，光源320可以透过柔性基板310和所述光学面阵传感器，从而直接利用光源310对手指(未示出)进行照射，并且光源320能够根据需要调整亮度和波长(调整波长可以使光源320能够发射可见光或者红外光等)，从而保证光学指纹成像系统300能够在各种外界(光线)条件下进行指纹的采集，提高光学指纹成像系统300的使用灵活性和所采集到的指纹图像的准确性。

请继续参考图5，本实施例中，光学指纹成像系统300还包括数据采集芯片330，数据采集芯片330可以包括模拟信号采集单元、信号放大单元、模拟转数字单元和IO传输接口等。

本实施例中，数据采集芯片330与感光元件301电连接，并且数据采集芯片330位于柔性基板310上。

本实施例中，数据采集芯片330采用玻璃上芯片技术(chiponglass，COG)或者柔性基板上芯片技术(chiponflex，COF)封装在柔性基板310上。通过绑定工艺将数据采集芯片330和所述光学面阵传感器连接，从而实现数据采集芯片330与感光元件301的电连接。

其中，当采用玻璃上芯片技术将数据采集芯片330安装在柔性基板310上时，通常需要配合使用一个基底(substrate)，然后将柔性基板310固定在基底上(例如贴合固定)，再采用各向异性导电胶进行绑定，使数据采集芯片330安装在柔性基板310上。而当采用柔性基板上芯片技术时，与上述过程类似，并且还可以使用回流焊的方法进行焊接。其中，采用柔性基板上芯片技术能够更进一步地减少所述光学面阵传感器外围的面积。

数据采集芯片330与感光元件301电连接，因此，可以直接输出指纹图像数字信号，从而使整个光学指纹成像系统300的抗干扰能力强，保证数据的准确性。具体的，数据采集芯片330可以将感光元件301的光电信号，再将读出的光电信号放大后转换成16bits的数字信号，并且还可以进行图像增强和存储等功能。

本实施例中，数据采集芯片330电连接外围电路，外围电路包括指纹识别电路。并且可以通过绑定工艺方式连接物理器件和外围电路，从而保证在数据采集芯片330读取信号后在输出到后续的电路。

图6为图5所示虚线框300A包围部分放大后的结构示意图。图6显示的是虚线框300A包围部分的侧面，因此，可以看到光源320与柔性基板310直接层叠在一起。这种层叠方式有助于减小整个光学指纹成像系统300的体积。需要说明的是，由于虚线框300A包围部分的面积较小，图6中看到的部分柔性基板310和光源320基本呈平面形状。

所述光学面阵传感器包括沿第一轴向排布的多个信号线，沿第二轴向排布的多个驱动线，以及阵列排布的上述像素。所述像素又由信号控制开关和感光元件301构成。其中控制开关和感光元件都不透光。也就是说，在所述像素中，信号线、驱动线、控制开关和感光元件301通常位于非透光区，而除了信号线、驱动线、控制开关和感光元件301以外的其他部分均可以为的透光区。即所述像素包括感光区(未标注，感光区为非透光区的一部分)和透光区(未标注)。感光区通常为感光元件301所在区域，或者说感光区具有感光元件301。感光区以外的区域可以为透光区，光线能够通过所述透光区穿过所述光学面阵传感器。光源320发射的光线能够通过透光区穿过所述光学面阵传感器。所述内容可以结合参考本说明书第一实施例中与图2相关的内容。

本实施例中，柔性基板310可以由柔软的材料制成，实现可变型可弯曲的基材，来承托各种半导体工艺制作的物理器件。柔性基板310具体可以为有机材料，例如柔性塑料板。为了能够使光线透过柔性基板310，柔性基板310具有透光性能。

本实施例中，可以设置凹曲面310a的弯曲曲率与手指指纹表面的弯曲曲率基本相等，从而能够使后续采用此光学指纹成像系统300采集的指纹图像更加真实准确。虽然凹曲面310a的弯曲曲率与手指指纹表面的弯曲曲率相等，但是凹曲面310a的弯曲直径可以略大于通常手指指纹表面的直径，从而保证不同人的手指都能够采用同一光学指纹成像系统300进行采集和识别。

本实施例中，感光元件301可以为光电二极管。光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。光电二极管可以直接暴露在光源320附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。本实施例中，所采用的光电二极管可以是具有PIN结的光电二极管，从而增加器件对信号的响应速度。但是，在其它实施例中，所采用的光电二极管也可以为PN结的光电二极管。

采用本实施例所提供的光学指纹成像系统300进行指纹图像采集时，手指(未示出)按压在所述光学面阵传感器上(所述光学面阵传感器上可以具有保护层，未示出)，此时，由于手指上指纹纹路反射光的差异，会在所述光学面阵传感器上的光电二极管产生不同的信号，从而形成深浅不一的灰度图像，即指纹图像。

本实施例所提供的光学指纹成像系统300中，将所述光学面阵传感器制作在柔性基板310上，并且柔性基板310具有弯曲结构，即柔性基板310具有凹曲面310a，所述光学面阵传感器制作在凹曲面310a上。当采用此光学指纹成像系统300采集指纹时，能够获得手指的三维指纹信息，从而使得所采集的指纹基本没有变形，即能够得到更加真实准确的指纹数据。同时，由于能够得到三维指纹信息，三维指纹信息可以增加指纹识别的安全性，即光学指纹成像系统300更具安全性。

本发明另一实施例还提供了另一种光学指纹成像方法。

所述方法运用于前一实施例所提供的光学指纹成像系统300。光学指纹成像系统300包括柔性基板310和感光元件301，柔性基板310具有凹曲面310a和凸曲面310b，凹曲面310a和凸曲面310b平行，所述光学面阵传感器位于柔性基板310的凹曲面310a上。其中，所述光学指纹成像方法包括：以平行于柔性基板310凹曲面310a的方向为Z轴，建立由X轴、Y轴和Z轴组成的三维直角坐标系；然后获取指纹上的不同位置在三维直角坐标系中的三维数据；根据三维数据得到指纹的三维指纹信息。由于平行于柔性基板310凹曲面310a的方向为Z轴，因此，X轴和Y轴位于垂直柔性基板310凹曲面310a的平面内(此平面未示出)，并且X轴和Y轴相互垂直。

其中，获取指纹上的不同位置在三维直角坐标系中的三维数据包括：在再X-Y平面获取指纹表面的曲线数据；然后增加曲线信息对应的Z轴数据，得到所述三维数据(即手指指纹的所述直角坐标系中的三维数据)。

由于本实施例中，数据采集芯片330一方面与所述光学面阵传感器电连接，另一方面与外围电路电连接，因此，采用上述方法获得的三维指纹信息可以通过数据采集芯片330发送到外围电路中，从而快速准确地进行指纹识别。并且，本实施例中，光源320可以直接用于对手指进行照射，并且能够根据需要调整亮度和波长，因此，能够更加灵活和准确地获取指纹图像。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光学指纹成像系统，其特征在于，包括：

柔性基板，所述柔性基板具有凹曲面和凸曲面，所述凹曲面和凸曲面平行；

光学面阵传感器，所述光学面阵传感器包括阵列排布的多个像素，所述光学面阵传感器位于所述柔性基板的所述凹曲面上。

2.如权利要求1所述的光学指纹成像系统，其特征在于，还包括光源，所述光源发出的光线能够穿过所述柔性基板和所述光学面阵传感器。

3.如权利要求1所述的光学指纹成像系统，其特征在于，所述像素包括感光区和透光区，所述光源发现的光线能够通过所述透光区穿过所述光学面阵传感器，所述感光区具有感光元件。

4.如权利要求1所述的光学指纹成像系统，其特征在于，所述凹曲面的弯曲曲率与手指指纹表面的弯曲曲率相等。

5.如权利要求1所述的光学指纹成像系统，其特征在于，还包括数据采集芯片，所述数据采集芯片与所述感光元件电连接，并且所述数据采集芯片位于所述柔性基板上。

6.如权利要求4所述的光学指纹成像系统，其特征在于，所述数据采集芯片采用玻璃上芯片技术或者柔性基板上芯片技术封装在所述柔性基板上。

7.如权利要求4所述的光学指纹成像系统，其特征在于，所述数据采集芯片电连接外围电路，所述外围电路包括指纹识别电路。

8.如权利要求3所述的光学指纹成像系统，其特征在于，所述感光元件为光电二极管。

9.一种光学指纹成像方法，其特征在于，所述方法运用于光学指纹成像系统，所述光学指纹成像系统包括柔性基板和感光元件，所述柔性基板具有凹曲面和凸曲面，所述凹曲面和凸曲面平行，所述光学面阵传感器位于所述柔性基板的所述凹曲面上，所述光学指纹成像方法包括：

以平行于所述柔性基板凹曲面的方向为Z轴，建立由X轴、Y轴和Z轴组成的三维直角坐标系；

获取指纹上的不同位置在所述三维直角坐标系中的三维数据；

根据所述三维数据得到指纹的三维指纹信息。

10.如权利要求9所述的光学指纹成像方法，其特征在于，获取指纹上的不同位置在所述三维直角坐标系中的三维数据包括：

在再X-Y平面获取指纹表面的曲线数据；

增加所述曲线信息对应的Z轴数据，得到所述三维数据。