CN106845451A - 一种指纹成像的光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种指纹成像的光学系统。所述指纹成像的光学系统应用于移动终端中，包括：盖板玻璃，用于封装和保护所述光学系统；发光显示屏，用于产生红绿蓝RGB光并显示图像；照明模块，包括近红外光光源和导光板，用于照亮所述发光显示屏和指纹；近红外光滤光片，用于滤除所述RGB光；透镜组，设置于所述近红外光滤光片下方，用于会聚所述近红外光滤光片滤除所述RGB光后的近红外光并成像，形成指纹图像；感光元件，设置于所述透镜组下方，用于感应所述透镜组形成的指纹图像。本实施例提供的指纹成像的光学系统，可实现移动终端全屏幕的指纹成像，提高指纹成像系统的耐用性，降低指纹识别在移动终端中的成本及耗能量。
Description
技术领域
本发明实施例涉及指纹识别技术领域，尤其涉及一种指纹成像的光学系统。
背景技术
由于指纹具有唯一性、稳定性和可靠性等优点，指纹识别技术在生物识别领域占据着重要的优势。随着移动终端的广泛应用，用户会将大量资料及个人隐私存储于移动终端中，为了防止资料及隐私外漏，用户通过设置密码来进行保护，而传统的数字、字母或图形密码很容易被破解，此时，指纹密码受到广泛的关注。
现有技术中，移动终端使用的指纹成像技术为电容式指纹成像或超声波式指纹成像，其中，电容式指纹成像系统耐用性差，超声波式指纹成像系统耗能高且成本大，不利于广泛应用。
发明内容
本发明实施例提供一种指纹成像的光学系统，提高指纹识别系统的耐用性，降低指纹成像在移动终端中的成本及耗能量。
第一方面，本发明实施例提供了一种指纹成像的光学系统，该指纹成像的光学系统，包括：
盖板玻璃，用于封装和保护所述光学系统；
发光显示屏，设置于所述盖板玻璃下方，用于产生红绿蓝RGB光并显示图像；
照明模块，设置于所述发光显示屏下方，包括近红外光光源和导光板，用于照亮所述发光显示屏和指纹；
近红外光滤光片，设置于所述照明模块下方，用于滤除所述RGB光；
透镜组，设置于所述近红外光滤光片下方，用于会聚所述近红外光滤光片滤除所述RGB光后的近红外光并成像，形成指纹图像；
感光元件，设置于所述透镜组下方，用于感应所述透镜组形成的指纹图像。
进一步地，所述发光显示屏为液晶显示屏LCD。
进一步地，所述发光显示屏为发光二极管OLED显示屏。
进一步地，所述透镜组是微透镜阵列。
进一步地，所述透镜组是梯度折射率透镜。
进一步地，所述梯度折射率透镜是径向梯度折射的自聚焦透镜阵列。
进一步地，还包括：
第一偏振光片，设置于所述盖板玻璃下方和所述发光显示屏上方，用于调节所述RGB光的偏振方向；
第二偏振光片，设置于所述第一偏振光片下方和所述发光显示屏上方，用于调节所述RGB光的偏振方向。
进一步地，还包括：
增光片，设置于所述第二偏振光片下方和所述导光板上方，用于增强由所述导光板发出的光。
进一步地，还包括：
衬底玻璃，设置于所述发光显示屏下方及所述近红外滤光片上方。
本发明实施例提供一种指纹成像的光学系统，该光学成像的工作原理是：照明模块产生的近红外光，对放置于盖板玻璃上的指纹进行照明，被照明的指纹将近红外光反射，反射回的近红外光经近红外光滤光片进行滤光，将其中的RGB光滤掉保留近红外光，经近红外光滤光片后的近红外光被透镜组会聚被成像，形成的指纹图像被感光元件所感应。该光学成像系统应用于移动终端中，实现移动终端全屏幕的指纹成像，提高指纹成像系统的耐用性，降低指纹成像在移动终端中的成本及耗能量。
附图说明
图1是本发明实施例一中的指纹成像的光学系统的截面结构示意图；
图2是本发明实施例一中的微透镜阵列成像原理图；
图3是本发明实施例一中的梯度折射率透镜成像原理图；
图4是本发明实施例二中的指纹成像的光学系统的截面结构示意图。
具体实施方式
下方结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的指纹成像的光学系统的截面结构示意图，本实施例可适用于指纹光学成像的情况，如图1所示，该指纹成像的光学系统包括：盖板玻璃110，发光显示屏120，照明模块130，近红外光滤光片140，透镜组150和感光元件160。
盖板玻璃110，用于封装和保护光学系统。发光显示屏120，设置于盖板玻璃110下方，用于产生红绿蓝RGB光并显示图像。照明模块130，设置于发光显示屏120下方，包括近红外光光源和导光板，用于照亮发光显示屏和指纹。近红外光滤光片140，设置于照明模块130下方，用于滤除RGB光。透镜组150，设置于近红外光滤光片140下方，用于会聚近红外光滤光片滤除RGB光后的近红外光并成像，形成指纹图像。感光元件160，设置于透镜组下方，用于感应透镜组形成的指纹图像。
在本实施例中，盖板玻璃110可以是主要成分为二氧化硅的钢化玻璃，用来封装和保护整个光学成像系统，在指纹成像时，指纹需紧贴在盖板玻璃110上方。
发光显示屏120，可产生红绿蓝(Red Green Blue，RGB)光并显示图像。
优选的，发光显示屏120为液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)。
优选的，发光显示屏120为有机发光二极管显示屏(Organic Light-EmittingDiode，OLED)。
照明模块130，包括近红外光源和导光板。其中，导光板可以是在光学级的亚克力板材上利用网版印刷技术印刷导光点制成的，导光板可以将点光源或线光源转化成面光源，将点光源或线光源转化成面光源的原理可以是，由点光源或线光源发出的光照射到导光板中的各个导光点时，导光点对入射光进行反射，反射光沿各个角度扩散从而破坏反射条件使光由导光板正面射出。导光板上的疏密和大小不一的导光点可使经过导光板的光均匀射出。近红外光源可以产生近红外光，其中，近红外光(Near Infrared SpectrumInstrument，NIRS)是介于可见光和中红外光之间的电磁辐射波，中心波长在780-1500nm之间，优选的，本实施例采用的近红外光谱的中心波长范围为1000-1500nm。
近红外光滤光片140可以是通过光学玻璃镀膜制成、由有色玻璃制成或者由特种塑料制成。近红外光滤光片140可反射可见光，使近红外光透过，在本应用场下，优选的，近红外光滤光片140可透过中心波长在1000-1500nm之间的近红外光。
透镜组150具有聚焦成像的功能，用于会聚所述近红外光滤光片滤除可见光后的近红外光并成像，形成指纹图像。
在本应用场景下，优选的，透镜组150为微透镜阵列。微透镜阵列可以是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，微透镜阵列的工作原理可以是，当光束照射到微透镜阵列上时，微透镜阵列将光波在空间上分成许多微小的部分，每一部分被相应的小透镜聚焦在焦平面上。示例性的，图2为本发明实施例一中的微透镜阵列成像原理图，如图2所示，盖板玻璃上的指纹201上的一点A反射回的近红外光到达微透镜阵列202后，被微透镜阵列202的其中一个小透镜聚焦并成像到感光元件160上，形成像点A’，同理，指纹201上的其它点也以同样的成像原理被微透镜阵列成像于感光元件160上。感光元件160所在的平面与微透镜阵列202的焦平面重合。
在本应用场景下，优选的，透镜组150为梯度折射率透镜。梯度折射率透镜又称变折射率透镜或非均匀介质透镜，梯度折射率透镜可以包括轴向梯度折射率透镜、径向梯度折射率透镜和层状梯度折射率透镜。其中，轴向梯度折射率透镜的折射率沿轴向变化，等折射率面是垂直于光轴的平行平面系；径向梯度折射率透镜的折射率沿径向变化，等折射率面是中心轴对称的圆柱面系；层状梯度折射率透镜的折射率沿垂直于含光轴的某一平面变化，等折射率面是平行于光轴的平面系。
优选的，本实施例采用的梯度折射率透镜是径向梯度折射的自聚焦透镜阵列，示例性的，图3为本发明实施例一中的梯度折射率透镜成像原理图，如图3所示，盖板玻璃上的指纹301上的一点B反射回的近红外光到达梯度折射率透镜302后，被梯度折射率透镜302聚焦并成像到感光元件160上，形成像点B’，同理，指纹301上的其它点也以同样的成像原理被梯度折射率透镜成像于感光元件160上。感光元件160所在的平面与梯度折射率透镜302的焦平面重合。
感光元件160可以是电荷耦合(Charge-coupled Device，CCD)感光器件或者互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感光元件，CCD感光器件和CMOS感光器件均是利用矽感光二极体(Photodiode，PD)进行光与电的转化。其中，CCD感光器件的工作原理是，当CCD表面受到光线照射时，感光单元会将光线转化为电荷，所有的感光单元产生的信号构成完整的成像，然后转化成数字信号进行后续处理；CMOS感光元件的工作原理是，利用硅和锗两种元素做成的半导体，使CMOS上共存着带N(带–电)和P(带+电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流被处理芯片解析成影像。
在本应用场景下，光学系统的指纹成像原理是，由照明模块130产生的近红外光对作用于盖板玻璃110上的指纹进行照明，被照明的指纹将近红外光反射，反射回的近红外光被近红外光滤光片140滤光后进入透镜组150，透镜组150对滤光后的近红外光会聚并成像，形成的指纹图像被感光元件160感应。
本实施例提供的技术方案，指纹成像的光学系统包括：盖板玻璃，用于封装和保护光学系统；发光显示屏，设置于盖板玻璃下方，用于产生红绿蓝RGB光并显示图像；照明模块，设置于发光显示屏下方，包括近红外光光源和导光板，用于照亮发光显示屏和指纹；近红外光滤光片，设置于照明模块下方，用于滤除RGB光；透镜组，设置于近红外光滤光片下方，用于会聚近红外光滤光片滤除RGB光后的近红外光并成像，形成指纹图像；感光元件，设置于透镜组下方，用于感应透镜组形成的指纹图像。指纹成像原理是照明模块产生的近红外光对放置于盖板玻璃上的指纹进行照明，被照明的指纹将近红外光反射，反射回的近红外光经近红外光滤光片进行滤光，将其中的RGB滤掉保留近红外光，经近红外光滤光片后的近红外光被透镜组会聚被成像，所成的指纹图像被感光元件所感应。该光学成像系统应用于移动终端中，实现移动终端全屏幕的指纹成像，提高指纹成像系统的耐用性，降低指纹成像在移动终端中的成本及耗能量。
实施例二
图3为本发明实施例一提供的指纹成像的光学系统的截面结构示意图，以上述实施例为基础，如图3所示，该指纹成像的光学系统还包括：第一偏振光片170和第二偏振光片180。
第一偏振光片170，设置于盖板玻璃110下方和发光显示屏120，用于调节RGB光的偏振方向；
第二偏振光片180，设置第一偏振光片170下方和发光显示屏120上方，用于调节RGB光的偏振方向。
偏振光片可以是由多层高分子材料复合而成的具有产生偏振光功能的光学薄膜。在本应用场下，第一偏振光片170和第二偏振光片180配合工作使得移动终端的屏幕显示图像。
优选的，指纹成像的光学系统还包括增光片，增光片设置于第二偏振光片180下方和发光显示屏120上方，可增强由发光显示屏120产生的光。
优选的，指纹成像的光学系统还包括衬底玻璃，设置于发光显示屏120下方和近红外光滤光片140上方，用于作为照明模块130衬底。
本实施例的技术方案，该光学系统还包括：第一偏振光片，设置于盖板玻璃下方和发光显示屏上方，用于调节RGB光的偏振方向，第二偏振光片，设置于第一偏振光片下方和发光显示屏上方，用于调节RGB光的偏振方向。第一偏振片和第二偏振片配合使用，使得移动终端的屏幕正常显示图像。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种指纹成像的光学系统，其特征在于，所述指纹成像的光学系统应用于移动终端中，包括：
盖板玻璃，用于封装和保护所述光学系统；
发光显示屏，设置于所述盖板玻璃下方，用于产生红绿蓝RGB光并显示图像；
照明模块，设置于所述发光显示屏下方，包括近红外光光源和导光板，用于照亮所述发光显示屏和指纹；
近红外光滤光片，设置于所述照明模块下方，用于滤除所述RGB光；
透镜组，设置于所述近红外光滤光片下方，用于会聚所述近红外光滤光片滤除所述RGB光后的近红外光并成像，形成指纹图像；
感光元件，设置于所述透镜组下方，用于感应所述透镜组形成的指纹图像。
2.根据权利要求1所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，所述发光显示屏为液晶显示屏LCD。
3.根据权利要求1所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，所述发光显示屏为发光二极管显示屏OLED。
4.根据权利要求1所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，所述透镜组是微透镜阵列。
5.根据权利要求1所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，所述透镜组是梯度折射率透镜。
6.根据权利要求5所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，所述梯度折射率透镜是径向梯度折射的自聚焦透镜阵列。
7.根据权利要求1所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，还包括：
第一偏振光片，设置于所述盖板玻璃下方和所述发光显示屏上方，用于调节所述RGB光的偏振方向；
第二偏振光片，设置于所述第一偏振光片下方和所述发光显示屏上方，用于调节所述RGB光的偏振方向。
8.根据权利要求7所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，还包括：
增光片，设置于所述第二偏振光片下方和所述发光显示屏上方，用于增强由所述发光显示屏产生的光。
9.根据权利要求1所述的指纹成像的光学系统，其特征在于，还包括：
衬底玻璃，设置于所述发光显示屏下方及所述近红外滤光片上方。
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