CN107798273B - 提高光学指纹识别性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高光学指纹识别性能的方法，包括：提供透光的导光基板；光线通过在导光基板内多次全反射，从手指指纹周围区域传输至手指指纹区域；手指接触导光基板，破坏光线在导光基板中的全反射条件，在导光基板上形成指纹图像，所述指纹图像的部分光线通过光学成像传递至感光元件，其余不通过光学成像的光线被遮光结构吸收和散射，通过提高遮光结构的吸收光线的能力，提高光学指纹识别性能。

Description

提高光学指纹识别性能的方法
技术领域
本发明涉及光学识别领域，尤其涉及一种提高光学指纹识别性能的方法。
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。但现有的光学指纹传感器由于接收的为全反射的光线，需要光线较长、体积较大难以应用于手机等便携式电子装置中；此外现有技术中还采用于手机触摸处进行贴膜或镀膜的方式，但这种方式需要手指具有一定的湿度已保证成像质量，并且膜的颜色的选择也有所限制，增加了传感器的成本。
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。
在照射至手指山脊区域的光线会发生反射、折射、散射的现象，其中部分的光线照射山脊区域并通过导光基板传输并通过CMOS图像传感器采集，为有效的图像指纹图像；其中部分的光线继续在导光基板中发生全反射再至手指指纹的介面，这部分光线容易形成影响手指指纹正常成像的杂散光，影响光学指纹识别的性能。
发明内容
鉴于对背景技术中的技术问题的理解。
本发明提供一种提高光学指纹识别性能的方法，包括：提供透光的导光基板；光线通过在导光基板内多次全反射，从手指指纹周围区域传输至手指指纹区域；手指接触导光基板，破坏光线在导光基板中的全反射条件，在导光基板上形成指纹图像，所述指纹图像的部分光线通过光学成像传递至感光元件，其余不通过光学成像的光线被遮光结构吸收和散射，通过提高遮光结构的吸收光线的能力，提高光学指纹识别性能。
优选的，所述提高遮光结构的吸收光线的能力是指：在所述指纹图像的成像光谱内，遮光结构对光线吸收与对光线散射的光通量的比率大于等于1:1。
优选的，所述微镜头阵列整体贴合于感光元件上部。
优选的，所述感光元件包括：若干间隔的像素阵列，所述像素阵列之间由遮光结构隔离光线；所述遮光结构的顶部和/或侧壁设置有吸光层。
优选的，所述像素阵列之间的区域设计有逻辑电路单元或存储单元，节省芯片面积。
优选的，在所述光学指纹识别之前，测试微镜头阵列的性能，保存测量过程中微镜头阵列不一致性的相关参数；在所述检测指纹图像中，通过所述参数修正所述微镜头的不一致性，提高光学指纹识别的性能。
优选的，导光基板材质为玻璃。
本发明手指接触导光基板，破坏光线在导光基板中的全反射条件，在导光基板上形成指纹图像，所述指纹图像的部分光线通过光学成像传递至感光元件，其余不通过光学成像的光线被遮光结构吸收和散射，通过提高遮光结构的吸收光线的能力，成像的山脊和山谷的图像的对比度更大，成像效果更好。
附图说明
图1 为现有技术中光学指纹识别的光线原理图；
图2为本发明一实施例中光学指纹识别装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例中光学指纹识别方法中光线于导光基板中的光线原理图；
图4为本发明一实施例中提高光学指纹识别性能的方法的步骤示意图。
具体实施方式
为提高光学指纹识别的性能，提高光学指纹识别性能的方法，包括：
提供透光的导光基板；光线通过在导光基板内多次全反射，从手指指纹周围区域传输至手指指纹区域；
手指接触导光基板，破坏光线在导光基板中的全反射条件，在导光基板上形成指纹图像，所述指纹图像的部分光线通过光学成像传递至感光元件，其余不通过光学成像的光线被遮光结构吸收和散射，通过提高遮光结构的吸收光线的能力，提高光学指纹识别性能。
针对本发明结合一下的具体实施方式对其详细说明，图2为本发明一实施例中光学指纹识别装置的结构示意图；
请参考图2，光学指纹识别装置包括：导光基板100，导光基板为玻璃，设置在导光基板100底部两侧的导光区域800和光源装置700，在本实施例中采用LED灯提供光线，在导光基板100的底部中间区域设置有遮光结构200，遮光结构200采用半导体结构制作形成，在本实施例中采用硅材质，在遮光结构200的顶部210和/或侧壁220设置有吸光层，提供微镜头阵列300，微镜头阵列300整体贴合于感光元件500上部的透光基板400上，通过遮光结构200吸收杂散光，通过微镜头阵列将有效光线传输至若干像素阵列500，在像素阵列500之间还设置有逻辑电路单元或存储单元510，可节省芯片的面积；
当手指接触导光基板100时，破坏光线在导光基板100中的全反射条件，在导光基板100上形成指纹图像，指纹图像的部分光线通过微镜头阵列300递至感光元件（在本实施例中为若干像素阵列），其余不通过光学成像的光线被遮光结构200吸收和散射，通过提高遮光结构200的吸收光线的能力，提高光学指纹识别性能，提高遮光结构200的吸收光线的能力是指：在指纹图像的成像光谱内，遮光结构200对光线吸收与对光线散射的光通量的比率大于等于1:1。
此外，在光学指纹识别之前，测试微镜头阵列300的性能，保存测量过程中微镜头阵列300不一致性的相关参数；在检测指纹图像中，通过所述参数修正所述微镜头的不一致性，提高光学指纹识别的性能。
请继续参考图3，图3为本发明一实施例中光学指纹识别方法中光线于导光基板中的光线原理图；
光线100’由光学指纹识别装置的两侧进入，在进入导光基板300’后，光线100’于导光基板300’内可进行多次的全反射，手指200’按压于导光基板300’的第一表面上，由于手指200’的因素，光线100’在传导至手指200’与导光基板300’的基面时由于全反射条件不同可能发生漫反射，手指包括山脊210’和山谷220’，山脊210’贴近导光基板的第一表面，山谷220’远离导光基板的第一表面，在本实施例中光线100’在传输至山脊210’时，光线发生散射，其中光线110’、光线120’经过导光基板300’的第二表面传输至外部，该光线110’、光线120’为有效的指纹图像，请继续参考图2，光线110’、光线120’传输至微镜头阵列并传输至像素阵列。请继续参考图3，图3中100’经过山脊210’的散射的另外一些光线再次经过全反射至导光基板300的第一表面，此时光线位于山谷220’的下部，此光线中部分光线150’通过基面传输至山谷220’，最终通过两次折射穿输出导光基板300’的第二表面；另一部分光线140’继续于导光基板300’传输在不满足全反射条件后折射出导光基板300’的第二表面，光线140’、光线150’均为影响光学指纹成像的杂散光，因为光线100’为照射山脊210’的光线，若最终由像素阵列采集则实际为山谷220’的图像。除此之外，其它的部分输入光线有可能照射并折射至山脊210’和导光基板第一表面未完全贴合的区域，此类光线也为杂散光，请继续参考图3，杂散光中有大量的不通过光学成像的光线被遮光结构200吸收，或者继续散射。在指纹图像的成像光谱内，遮光结构对光线吸收与对光线散射的光通量的比率大于等于1:1，通过该设计实现山脊和山谷的识别度。
此外，光学指纹识别之前，测试微镜头阵列的性能，保存测量过程中微镜头阵列不一致性的相关参数至存储装置中，本实施例中采用OTP（One Time Programmable）或EEPROM进行保存；在所述检测指纹图像中，通过所述参数修正所述微镜头的不一致性，提高光学指纹识别的性能.
请继续参考图4，图4为本发明一实施例中提高光学指纹识别性能的方法的步骤示意图。
S100：提供透光的导光基板；光线通过在导光基板内多次全反射，从手指指纹周围区域传输至手指指纹区域；
S200：手指接触导光基板，破坏光线在导光基板中的全反射条件，在导光基板上形成指纹图像，所述指纹图像的部分光线通过光学成像传递至感光元件，其余不通过光学成像的光线被遮光结构吸收和散射，通过提高遮光结构的吸收光线的能力，提高光学指纹识别性能。
本发明手指接触导光基板，破坏光线在导光基板中的全反射条件，在导光基板上形成指纹图像，所述指纹图像的部分光线通过光学成像传递至感光元件，其余不通过光学成像的光线被遮光结构吸收和散射，通过提高遮光结构的吸收光线的能力，成像的山脊和山谷的图像的对比度更大，成像效果更好。
那些本技术领域的一般技术人员能够通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在本发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。

Claims (6)

1.一种提高光学指纹识别性能的方法，包括：
提供透光的导光基板；光线通过在导光基板内多次全反射，从手指指纹周围区域传输至手指指纹区域；
手指接触导光基板，破坏光线在导光基板中的全反射条件，在导光基板上形成指纹图像，所述指纹图像的部分光线通过光学成像传递至感光元件，其余不通过光学成像的光线被遮光结构吸收和散射，通过提高遮光结构的吸收光线的能力，提高光学指纹识别性能；
所述提高遮光结构的吸收光线的能力是指：在所述指纹图像的成像光谱内，遮光结构对光线吸收与对光线散射的光通量的比率大于等于1:1。
2.根据权利要求1所述的提高光学指纹识别性能的方法，其特征在于，提供微镜头阵列，所述微镜头阵列整体贴合于感光元件上部。
3.根据权利要求1所述的提高光学指纹识别性能的方法，其特征在于，所述感光元件包括：若干间隔的像素阵列，所述像素阵列之间由遮光结构隔离光线；所述遮光结构的顶部和/或侧壁设置有吸光层。
4.根据权利要求3所述的提高光学指纹识别性能的方法，其特征在于，所述像素阵列之间的区域设计有逻辑电路单元或存储单元，节省芯片面积。
5.根据权利要求2所述的提高光学指纹识别性能的方法，其特征在于，在所述光学指纹识别之前，测试微镜头阵列的性能，保存测量过程中微镜头阵列不一致性的相关参数；在检测指纹图像中，通过所述参数修正所述微镜头的不一致性，提高光学指纹识别的性能。
6.根据权利要求1所述的提高光学指纹识别性能的方法，其特征在于，导光基板材质为玻璃。
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