CN106228147B - 一种纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置 - Google Patents

一种纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置，纹路采集器包括纹路承接板、光源、多个感光单元组、与各感光单元组一一对应、且位于感光单元组与纹路承接板之间的聚光透镜，与各聚光透镜一一对应、且位于各聚光透镜与对应的感光单元组之间的遮光部。由于在每一感光单元组与纹路承接板之间还设置有透光孔和聚光透镜，这样当手指或手掌接触纹路承接板的纹路承接面时，利用聚光透镜使由手指或手掌反射回来且照射到聚光透镜的光向主光轴方向会聚，但是由于有透光孔的设置，因此只有部分满足特定条件的光才能照到感光单元组上，从而实现各感光单元组仅采集特定传输方向的光，进而可以减少光串扰。

Description

一种纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，尤指一种纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置。
背景技术
现有的指纹采集装置大致有两种，一种是电容指纹采集装置，即基于电容式通过半导体芯片感应手指的指纹纹理，另一种是光学指纹采集装置，即利用光线在界面上因手指接触时脊线和谷线造成的光学差感应手指的指纹纹理。但是电容指纹采集方法存在抗静电、抗腐蚀能力不足，且指纹采集灵敏度不高的缺点。因此光学指纹采集方法是目前主要采用的方法之一。
现有的光学指纹采集装置如图1所示，主要包括导光板1，位于导光板1下方的若干感光单元2，以及位于导光板1一侧端面的光源3，光源3发出的光在导光板1中发生全反射，当有手指接触导光板1时，手指破坏了光线全反射的条件，因此会有部分光线照射在手指上，但是照射在手指上的光线会在手指处发生散射，这样就导致指纹同一位置处的光照射到多个感光单元2上，从而发生光串扰，特别是当手指与感光单元2之间的距离大时，光串扰问题尤为严重。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置，用以解决现有技术中存在光串扰问题。
因此，本发明实施例提供了一种纹路采集器，包括：纹路承接板、光源和位于背离所述纹路承接板的纹路承接面一侧的多个感光单元组；所述感光单元组包括至少一个感光单元，所述纹路采集器还包括：
与各所述感光单元组一一对应、且位于所述感光单元组与所述纹路承接板之间的聚光透镜，所述聚光透镜用于将由所述聚光透镜面向所述纹路承接板一侧入射的光经所述聚光透镜后向所述聚光透镜的主光轴方向会聚；
与各所述聚光透镜一一对应、且位于各所述聚光透镜与对应的所述感光单元组之间的遮光部，所述遮光部具有一个透光孔，且沿所述聚光透镜的主光轴方向会聚的光至少部分穿过所述透光孔照射在对应的所述感光单元组上。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述聚光透镜为凸透镜。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述透光孔在所述纹路承接板的正投影的形状与所述凸透镜在所述纹路承接板的正投影的形状相似，且所述透光孔的中心位于所述凸透镜的主光轴上。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，在沿所述凸透镜的主光轴的任意截面中，所述透光孔在所述截面中的宽度d满足：d≥sl/f；
其中，s表示所述透光孔的中心与所述凸透镜的焦点之间的距离，l表示在所述截面中所述凸透镜的最大宽度，f表示所述凸透镜的焦距。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述透光孔的中心位于所述凸透镜的焦点。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述纹路承接板为导光板，所述光源设置在所述导光板的入光侧。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，各所述遮光部同层设置。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所有所述遮光部为一体结构。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，各所述聚光透镜同层设置。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，还包括与各所述感光单元连接的处理单元，所述处理单元用于根据各所述感光单元的电流信号确定纹路。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述感光单元组包括一个感光单元。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述感光单元组包括至少两个相邻设置的感光单元。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述纹路承接板为透明基板。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所述纹路采集器用于指纹采集、掌纹采集或指纹和掌纹同时采集。
相应地，本发明实施例还提供了上述任一种纹路采集器的纹路采集方法，包括：
当具有纹路的物体接触所述纹路承接板的纹路承接面时，所述光源的光经所述纹路承接板照射至所述具有纹路的物体上被所述具有纹路的物体反射；
被所述具有纹路的物体所反射回来的光依次经过所述纹路承接板和所述聚光透镜后向所述聚光透镜的主光轴方向会聚；
沿所述聚光透镜的主光轴方向会聚的光至少部分穿过所述透光孔后照射在对应的所述感光单元组上。
相应地，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述任一种纹路采集器。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的上述纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置，纹路采集器主要包括纹路承接板、光源、多个感光单元组、与各感光单元组一一对应、且位于感光单元组与纹路承接板之间的聚光透镜，与各聚光透镜一一对应、且位于各聚光透镜与对应的感光单元组之间的遮光部。由于在每一感光单元组与纹路承接板之间还设置有透光孔和聚光透镜，这样当手指或手掌接触纹路承接板的纹路承接面时，利用聚光透镜使由手指或手掌反射回来且照射到聚光透镜的光向主光轴方向会聚，但是由于有透光孔的设置，因此只有部分满足特定条件的光才能照到感光单元组上，从而实现各感光单元组仅采集特定传输方向的光，进而可以减少光串扰。并且，聚光透镜可以增加光强度，从而提高触控的灵敏度。
附图说明
图1为现有的光学指纹采集装置的结构示意图；
图2a和图2b分别为本发明实施例提供的纹路采集器的结构示意图；
图3a和图3b分别为本发明实施例提供的纹路采集器在有手指触控时的原理图；
图4a至图4c分别为本发明实施例提供的纹路采集器中遮光部与聚光透镜之间的相对位置示意图；
图5为本发明实施例提供的纹路采集器采集纹路的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供的一种纹路采集器，如图2a和图2b所示，包括：纹路承接板01、光源03和位于背离纹路承接板01背离纹路承接面一侧的多个感光单元组100；其中感光单元组100包括至少一个感光单元02，纹路采集器还包括：
与各感光单元组100一一对应、且位于各感光单元组100与纹路承接板01之间的聚光透镜04，聚光透镜04用于将由聚光透镜04面向纹路承接板01一侧入射的光经聚光透镜04后向聚光透镜04的主光轴方向会聚；
与各聚光透镜04一一对应、且位于各聚光透镜04与对应的感光单元组100之间的遮光部05，该遮光部05具有一个透光孔，且沿聚光透镜04的主光轴方向会聚的光至少部分穿过对应遮光部05的透光孔照射在对应的感光单元组100上。
本发明实施例提供的提供的上述纹路采集器，包括纹路承接板、光源、多个感光单元组、与各感光单元组一一对应、且位于感光单元组与纹路承接板之间的聚光透镜，与各聚光透镜一一对应、且位于各聚光透镜与对应的感光单元组之间的遮光部。由于在每一感光单元组与纹路承接板之间还设置有透光孔和聚光透镜，这样当手指或手掌接触纹路承接板的纹路承接面时，利用聚光透镜使由手指或手掌反射回来且照射到聚光透镜的光向主光轴方向会聚，但是由于有透光孔的设置，因此只有部分满足特定条件的光才能照到感光单元组上，从而实现各感光单元组仅采集特定传输方向的光，进而可以减少光串扰。并且，聚光透镜可以增加光强度，从而提高触控的灵敏度。
需要说明的是，本发明实施例提供的上述纹路采集器，不仅可以适用于指纹采集、掌纹采集或指纹和掌纹同时采集，还可以适用于其它纹路的采集，在此不作限定。
需要说明的是，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，纹路承接板主要用于承接纹路。在具体实施时纹路承接板可选为透明基板，在此不作限定。较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，感光单元组包括至少两个相邻设置的感光单元。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，还包括与各感光单元连接的处理单元，该处理单元用于根据各感光单元的电流信号确定纹路的形状。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，如图3a和图3b所示，聚光透镜04为凸透镜。由于凸透镜可以使与主光轴平行的入射光会聚于主光轴的同一点上即凸透镜的焦点O上，从而可以利用透光孔仅采集与主光轴平行的入射光，如图3a和图3b所示，这样相当于各感光单元组100仅采集对应的聚光透镜04所覆盖的区域内、且平行主光轴的入射光，而满足这些条件的光只能是位于聚光透镜04所覆盖的区域内的指纹或掌纹所反射的光，从而不管感光单元02与纹路承接板01上表面的距离多远，均不会产生光串扰。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，透光孔在纹路承接板的正投影的形状与凸透镜在纹路承接板的正投影的形状相似，且透光孔的中心位于凸透镜的主光轴上。
需要说明的是这里的形状相似是指形状相同、但是面积可以相等也可以不相等。例如透光孔在纹路承接板的正投影的形状为圆形或正方形，那么凸透镜在纹路承接板的正投影的形状也为圆形或正方形，但是两个圆形或两个正方形的面积可以相等，也可以不相等。
进一步地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，如图4a至图4c中，在沿凸透镜的主光轴的任意截面中，透光孔在该截面中的宽度d满足：d≥sl/f；其中，
s表示透光孔的中心A与凸透镜的焦点O之间的距离，l表示在截面中凸透镜的最大宽度，f表示凸透镜的焦距。这样可以保证所有垂直入射凸透镜的光线均可以通过透光孔。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述上述纹路采集器中，如图4a所示，遮光部05与凸透镜的距离可以小于凸透镜的焦距f；或者如图4b所示，遮光部05与凸透镜的距离也可以大于凸透镜的焦距f；或者如图4c所示，遮光部05与凸透镜的距离也可以等于凸透镜的焦距f，即凸透镜的焦点O与透光孔的中心A重合，在此不作限定，可以根据实际情况确定遮光部05与凸透镜之间的相对位置。但是从图中可以看出，遮光部05距离凸透镜的焦点O越远，遮光部05上的透光孔的孔径越大。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，透光孔的中心位于凸透镜的焦点，这样可以使透光孔的孔径最小，从而可以最大程度的避免会聚于主光轴上除了焦点之外的其它点上的光通透光孔照射到感光单元组上。
需要说明的是，本发明实施例提供的上述纹路采集器中，焦点均是指位于凸透镜面向感光单元组一侧的焦点。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，凸透镜可以是双凸结构，也可以是平凸结构，在此不作限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，纹路承接板为导光板，光源设置在导光板的入光侧。
进一步地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，光源可以是直下式的，也可以是侧入式的。当光源为是直下式时，入光侧位于导光板面向感光单元组一侧，当光源为侧入式时，入光侧位于导光板的侧面，如图2a和图2b所示，光源03位于导光板的一侧端面。
以光源为侧入式例，光源由导光板的端面入射，光线的入射角能够满足光线在导光板中进行全反射，当有手指或手掌按压导光板时，由于手指的折射率与空气不同，破坏了光线在导光板内全反射的条件，从而使一部分光线经过导光板的表面投射到手指或手掌上，手指或手掌对光线进行散射，产生各个角度的散射光。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，各遮光部同层设置，这样制作时可以采用一次构图工艺同时形成
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，所有遮光部为一体结构。
较佳地，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，各聚光透镜同层设置。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述纹路采集器中，各感光单元一般呈矩阵排列，在此不作限定。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了上述任一种纹路采集器的纹路采集方法，如图5所示，包括以下步骤：
S501、当具有纹路的物体接触纹路承接板的纹路承接面时，光源的光经纹路承接板照射至具有纹路的物体上被具有纹路的物体反射；
S502、被具有纹路的物体所反射回来的光依次经过纹路承接板和聚光透镜后向聚光透镜的主光轴方向会聚；
S503、沿聚光透镜的主光轴方向会聚的光至少部分穿过透光孔后照射在对应的感光单元组上。
本发明实施例提供的上述纹路采集方法，当具有纹路的物体接触纹路承接板的纹路承接面时，光源的光经纹路承接板照射至具有纹路的物体上被具有纹路的物体反射；被具有纹路的物体所反射回来的光依次经过纹路承接板和聚光透镜后向聚光透镜的主光轴方向会聚；沿聚光透镜的主光轴方向会聚的光至少部分穿过透光孔后照射在对应的感光单元组上，从而实现各感光单元组仅采集特定传输方向的光，进而可以减少光串扰。基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述任一种纹路采集器。该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置的实施可以参见上述纹路采集器的实施例，重复之处不再赘述。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，还包括有显示面板，纹路采集器可以设置在显示面板的边缘位置，例如显示面板为手机，纹路采集器设置在手机的HOME键上。当然，纹路采集器还可以内嵌在显示面板放入显示区域中，或者纹路采集器为一独立器件，与显示面板通过导线和接口连接，在此不作限定。
本发明实施例提供的上述纹路采集器、其纹路采集方法及显示装置，纹路采集器包括纹路承接板、光源、多个感光单元组、与各感光单元组一一对应、且位于感光单元组与纹路承接板之间的聚光透镜，与各聚光透镜一一对应、且位于各聚光透镜与对应的感光单元组之间的遮光部。由于在每一感光单元组与纹路承接板之间还设置有透光孔和聚光透镜，这样当手指或手掌接触纹路承接板的纹路承接面时，利用聚光透镜使由手指或手掌反射回来且照射到聚光透镜的光向主光轴方向会聚，但是由于有透光孔的设置，因此只有部分满足特定条件的光才能照到感光单元组上，从而实现各感光单元组仅采集特定传输方向的光，进而可以减少光串扰。并且，聚光透镜可以增加光强度，从而提高触控的灵敏度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种纹路采集器，包括：纹路承接板、光源和位于背离所述纹路承接板的纹路承接面一侧的多个感光单元组；其特征在于，所述感光单元组包括至少一个感光单元，各所述感光单元呈矩阵排列，所述纹路采集器还包括：
与各所述感光单元组一一对应、且位于所述感光单元组与所述纹路承接板之间的聚光透镜，所述聚光透镜用于将由所述聚光透镜面向所述纹路承接板一侧入射的光经所述聚光透镜后向所述聚光透镜的主光轴方向会聚；
与各所述聚光透镜一一对应、且位于各所述聚光透镜与对应的所述感光单元组之间的遮光部，所述遮光部具有一个透光孔，且沿所述聚光透镜的主光轴方向会聚的光至少部分穿过所述透光孔照射在对应的所述感光单元组上。
2.如权利要求1所述的纹路采集器，其特征在于，所述聚光透镜为凸透镜。
3.如权利要求2所述的纹路采集器，其特征在于，所述透光孔在所述纹路承接板的正投影的形状与所述凸透镜在所述纹路承接板的正投影的形状相同，且所述透光孔的中心位于所述凸透镜的主光轴上。
4.如权利要求3所述的纹路采集器，其特征在于，在沿所述凸透镜的主光轴的任意截面中，所述透光孔在所述截面中的宽度d满足：；
其中，s表示所述透光孔的中心与所述凸透镜的焦点之间的距离，l表示在所述截面中所述凸透镜的最大宽度，f表示所述凸透镜的焦距。
5.如权利要求4所述的纹路采集器，其特征在于，所述透光孔的中心位于所述凸透镜的焦点。
6.如权利要求1-5任一项所述的纹路采集器，其特征在于，所述纹路承接板为导光板，所述光源设置在所述导光板的入光侧。
7.如权利要求1-5任一项所述的纹路采集器，其特征在于，各所述遮光部同层设置。
8.如权利要求7所述的纹路采集器，其特征在于，所有所述遮光部为一体结构。
9.如权利要求7所述的纹路采集器，其特征在于，各所述聚光透镜同层设置。
10.如权利要求1-5任一项所述的纹路采集器，其特征在于，还包括与各所述感光单元连接的处理单元，所述处理单元用于根据各所述感光单元的电流信号确定纹路的形状。
11.如权利要求1-5任一项所述的纹路采集器，其特征在于，所述感光单元组包括一个感光单元。
12.如权利要求1-5任一项所述的纹路采集器，其特征在于，所述感光单元组包括至少两个相邻设置的感光单元。
13.如权利要求1-5任一项所述的纹路采集器，其特征在于，所述纹路承接板为透明基板。
14.如权利要求1-5任一项所述的纹路采集器，其特征在于，所述纹路采集器用于指纹采集、掌纹采集或指纹和掌纹同时采集。
15.一种如权利要求1-14任一项所述的纹路采集器的纹路采集方法，其特征在于，包括：
当具有纹路的物体接触所述纹路承接板的纹路承接面时，所述光源的光经所述纹路承接板照射至所述具有纹路的物体上被所述具有纹路的物体反射；
被所述具有纹路的物体所反射回来的光依次经过所述纹路承接板和所述聚光透镜后向所述聚光透镜的主光轴方向会聚；
沿所述聚光透镜的主光轴方向会聚的光至少部分穿过所述透光孔后照射在对应的所述感光单元组上。
16.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-14任一项所述的纹路采集器。
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