CN110390310A - 一种指纹识别装置及指纹锁 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于指纹识别技术领域，提供一种指纹识别装置及指纹锁，其中指纹识别装置，包括：光源，用于提供弱相干光；分束器，用于将所述弱相干光分为沿线状排布的N个分光束，N为正整数；分光棱镜，用于分别将N个所述分光束分成朝向第一表面射出的N个第一光束及朝向第二表面射出的N个第二光束，所述第二表面上覆盖有反光层；光谱采集组件，用于采集所述分光棱镜从第三表面射出的N个反射相干光，得到与所述反射相干光对应的光谱；信息处理部件，用于基于所述光谱，识别指纹信息，提升指纹识别的准确性，减少误识别。
Description
技术领域
本申请属于指纹识别技术领域，尤其涉及一种指纹识别装置及指纹锁。
背景技术
随着科技的进步与发展，用户的生物特征被运用的越来越普遍，例如利用声音特征进行语音识别，利用瞳孔特征或眼白纹理等实现身份验证，利用指纹信息实现用户识别等。
其中指纹信息已被广泛应用至现实生活的各个场景，例如指纹打卡，指纹解锁，指纹身份认证等。
而当前的指纹识别技术方案主要是光学成像和超声波识别方案。这两种方案所能实现的手指纹理识别受技术的限制，准确性尚有待提高，较容易出现误识别。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种指纹识别装置及指纹锁，以解决现有的手指纹理识别技术较容易出现误识别，准确性不足的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种指纹识别装置，包括：
光源，用于提供弱相干光；
分束器，用于将所述弱相干光分为沿线状排布的N个分光束，N为正整数；
分光棱镜，用于分别将N个所述分光束分成朝向第一表面射出的N个第一光束及朝向第二表面射出的N个第二光束，所述第二表面上覆盖有反光层，所述第二表面与所述第一表面相邻；
光谱采集组件，用于采集所述分光棱镜从第三表面射出的N个反射相干光，得到与所述反射相干光对应的光谱，其中，所述第三表面与所述第一表面朝向相反；
信息处理部件，用于基于所述光谱，识别指纹信息。
本申请实施例的第二方面提供了一种指纹锁，包括如第一方面所述的指纹识别装置。
由上可见，本申请实施例中的指纹识别装置把来自宽光源的弱相干光分成设定数量进行输出，通过分光在探测表面形成一个呈线状排布的指纹扫描线，当手指在探测表面沿设定方向滑动时，实现一次手指的扫描，整个过程基于光的干涉原理，使用弱相干光作为光源，把单个光源形成一条扫描线，配合手指滑动的方式，实现指纹的采集与识别，通过参考光和探测光之间的干涉，采集相应的干涉光谱实现对相关指纹信息的识别，提升指纹识别的准确性，减少误识别。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的部件结构图；
图2是本申请实施例提供的光纤探头的截面结构图；
图3是本申请实施例提供的分光棱镜与窗口镜片之间的结构图。
附图标记：
1-光源，2-分束器，3-分光棱镜，4-光谱采集组件，5-信息处理部件，6-窗口镜片，7-开关，8-第一成像透镜，9-反射镜，21-光纤耦合器，22-光纤探头，31-第一表面，32-第二表面，41-第二成像透镜，42-狭缝，43-准直透镜，44-光栅，45-聚焦透镜，46-面阵相机，221-光纤出口。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，图1是本申请实施例提供的一种指纹识别装置的部件结构图的流程图一。如图1所示，该指纹识别装置包括：
光源1，用于提供弱相干光；
分束器2，用于将所述弱相干光分为沿线状排布的N个分光束，N为正整数；
分光棱镜3，用于分别将N个所述分光束分成朝向第一表面31射出的N个第一光束及朝向第二表面32射出的N个第二光束，所述第二表面32上覆盖有反光层，所述第二表面32与所述第一表面31相邻；
光谱采集组件4，用于采集所述分光棱镜3从所述第三表面射出的N个反射相干光，得到与所述反射相干光对应的光谱，其中，所述第三表面与所述第一表面31朝向相反；
信息处理部件5，用于基于所述光谱，识别指纹信息。
该装置中，将光源1提供的弱相干光进行光束的分割，生成设定数量的分光束，并使得到的分光束沿线状排布，该沿线状排布的N个分光束射入分光棱镜3。
其中，分光棱镜3的第二表面32可以是与N个分光束的射入方向相垂直的一个表面。当N个分光束射入分光棱镜3之后，分光棱镜3将N个分光束进行分离，一部分朝向第二表面32射去，一部分朝向与第二表面32相邻的另一个表面(第一表面31)射去，其中第一表面31可以是与第二表面32相垂直的一个表面。
具体地，分光棱镜3的结构中可以是存在一个分光面，该分光面的第一边位于第一表面31与第二表面32的交线位置处，且该分光面沿分光棱镜3的斜对角延伸。
分光面的与第一边相对的第二边位于第三表面与第四表面的交线位置处。
分光棱镜3的分光比例为1比1，分束器2分得的N个分光束成像于参考表面(第二表面32)和探测表面(第一表面31)。N个分光束被分光棱镜3分束之后，会在第一表面31形成N个第一光束，该N个第一光束也为沿线状排布，以便于在第一表面31形成一个扫描线，实现对手指中指纹信息的扫描采集，整个过程把单个光源形成一条扫描线，提升结构合理性。其中，N可以是32、64或128，可以根据需要进行具体设置。其中，可选地，N个分光束为等份光束。
可选地，分束器2位于光源1的射出方向上，分光棱镜3位于分束器2的光线射出方向上，光谱采集组件4位于分光棱镜3中第一光束及所述第二光束形成的反射相干光的射出方向上，信息处理部件5与光谱采集组件4相连接，具体可以是线路连接或者无线通信连接。其中光源1、分束器2及分光棱镜3的排布可以是沿着光源所提供弱相干光的射出方向进行依次排列设置。该些组件的具体设置位置、设置角度、设置方向等可以根据指纹识别装置的整体结构设计需要进行具体设置。
其中，参考表面镀反射膜，射向参考表面的光反射经过分光棱镜3之后，一部分光线从分光棱镜3的第三表面射出，朝向光谱采集组件4射去。
探测表面的光则受探测表面外的手指的影响而产生反射及散射，光线返回分光棱镜3中，一部分光线从分光棱镜3的第三表面射出，朝向光谱采集组件4射去，与从参考表面反射回的光线之间形成相干光。
光谱采集组件4，对相干光进行采集分析处理，得到与反射相干光对应的光谱。其中，该反射相干光为N个，得到的光谱也为N个。
频域光学相干断层扫描OCT是一种使用相干光源来进行成像的技术，通常用于眼科的诊断之中，使用OCT技术，识别手指从表面到表面以下1mm的真皮的纹理。本申请实施例中，指纹识别装置采用光学相干断层摄影技术(OCT)，利用相干光实现对指纹的扫描进行指纹信息的获取，可以探测到手指表面以下1mm的皮肤3D结构并进行识别。
在光谱采集组件4对每个干涉光斑分别分集光谱之后，信息处理部件5对每个光谱进行傅立叶变换，则可以得到手指32个采样点的深度信息，一次性可以探测到32个采样点的深度，再由信息处理部件5对采集的指纹和已经形成的指纹库对比，则可以识别出指纹。该信息处理部件5包括但不限于服务器、处理器、电脑计算机、云端处理器等。
其中，具体地，每一反射相干光为由第一光束反射后的反射光束及第二光束反射后的反射光束重叠形成。
该上述指纹识别装置把来自宽光源的弱相干光分成设定数量进行输出，通过分光在探测表面形成一个呈线状排布的指纹扫描线，当手指在探测表面沿设定方向滑动时，实现一次手指的扫描，整个过程基于光的干涉原理，使用弱相干光作为光源，把单个光源形成一条扫描线，配合手指滑动的方式，实现指纹的采集与识别，通过参考光和探测光之间的干涉，采集相应的干涉光谱实现对相关指纹信息的识别，提升指纹识别的准确性，减少误识别。
作为一可选的实施方式，所述分束器2包括：光纤耦合器21及与所述光纤耦合器21连接的光纤探头22。
其中，所述光纤探头22中包括沿线状排布的N个光纤出口221，所述N个光纤出口221的朝向靠近所述分光棱镜3的第四表面，所述第四表面与所述第二表面32朝向相反。
具体地，作为一个可实施的方式，一个光纤耦合器21把来自光源1的光等份的分成32份，该光纤耦合器21可由31个1分2的3dB耦合器组成，实现把一个宽光源分成32份分光束。
一个光纤探头22把来自光纤耦合器21的32束等份分光束分别汇聚成线形输出，光纤探头22中N个光纤出口221的排布如图2所示。
光纤探头22中的32个光纤出口221为均匀分布。可选地，光纤探头22中沿线状排布的光纤出口221的总的宽度可以设置为10mm，如图2所示。
进一步地，可选地，该指纹识别装置还包括：用于承载手指的窗口镜片6，设置于所述第一表面31外。
所述窗口镜片6包括与所述第一表面31具有设定距离的第一状态，及与所述第一表面31贴合的第二状态。
分光棱镜3和窗口镜片6的具体结构分布如图3所示。
其中，分光棱镜3的入射面(第四表面)可选为20x20mm的正方形，探测窗口片的厚度可选为1mm。
窗口镜片6在受到手指按压时，会与分光棱镜3的第一表面31进行贴合，处于上述的第二状态；当手指指纹扫描完毕手指离开时，窗口镜片6会与分光棱镜3的第一表面31进行分离，处于具有设定距离的第一状态。
进一步地，可选地，该指纹识别装置还包括：所述电源的开关7；
所述开关7的触动端位于所述窗口镜片6由所述第一状态切换至所述第二状态的移动路径上。
在指纹采集时，如图1所示，手指轻压在窗口镜片6上，窗口镜片6在朝向分光棱镜3的第一表面31移动时，窗口镜片6触动光源开关触动端，打开光源。光源打开后，在第一表面31形成扫描线，手指按照图中箭头方向滑动，即可完成一次指纹采集过程。
其中，该触动端可以是一个触动按钮或者是一个触动弹片，可以根据实际需要进行具体设置。或者该触动端与窗口镜片6具有连接关系，当窗口镜片6朝向分光棱镜3的第一表面31移动时，带动触动端运动，实现电源开关的打开。
进一步地，可选地，所述窗口镜片6包括远离所述分光棱镜3的第五表面，在所述窗口镜片6处于第二状态时，所述第五表面与所述第三表面之间具有第一距离，所述第二表面32与N个所述分光束入射的第四表面之间具有第二距离，所述第一距离等于所述第二距离，所述第四表面与所述第二表面32朝向相反。
由于设置的窗口镜片6具有一定的厚度，为使得不同方向上的反射光能够更好地产生相干光，需要补偿窗口镜片6的厚度光程，分光棱镜3由分光束入射的第四表面至第二表面32之间的距离需要比由第一表面31至第三表面之间的距离长出一个窗口镜片6的厚度的距离，即如图3中所示出的分光棱镜3在图像中宽度比高度多1mm。
这里，可选地，需要在当窗口镜片6与分光棱镜3的第一表面31贴合时，窗口镜片6原理分光棱镜3的表面与分光棱镜3的第三表面之间的相对距离与分光棱镜3的第二表面32与第四表面之间的距离相等，以提升反射相干光的干涉光部的生成效果，提升指纹的识别准确度。
更进一步地，可选地，该窗口镜片6还包括靠近所述分光棱镜3的第六表面；
所述分光棱镜3的所述第一表面31及所述窗口镜片6的所述第五表面和所述第六表面上均镀设有增透膜。
在该结构中，分光棱镜3的探测表面上和窗口镜片6的两个面上均镀增透膜，以减少光线传递过程中产生不必要光线的干扰，提升指纹信息采集及处理的准确度。
进一步地，可选地，该指纹识别装置还包括：
第一成像透镜8，位于所述分束器2与所述分光棱镜3之间，所述分光束穿过所述第一成像透镜8输出至所述分光棱镜3。
在分束器2与分光棱镜3之间设置一个成像透镜，该成像透镜把光纤探头22的线形分光束分别进行汇聚，增加光线的集中度，使得分光束穿过第一成像透镜8输出至分光棱镜3，使该些分光束分别成像于参考表面和探测表面，当探测表面外设置有窗口镜片6时，则使该些分光束分别成像于参考表面和探测表面之外的窗口镜片6上。
其中，该第一成像透镜8把光纤探头22的32个光纤出口221成像于分光棱镜3的探测表面或窗口镜片6上，其成像的倍数为1:1，因此当光纤探头22中沿线状排布的光纤出口221的总的宽度设置为10mm时，此时在探测表面或窗口镜片6上形成的扫描线的宽度为10mm。
作为一可选的实施方式，其中，所述光谱采集组件4包括：
第二成像透镜41，位于狭缝42的一侧，N个所述反射相干光通过所述第二成像透镜41分别汇聚至所述狭缝42中；
准直透镜42，位于所述狭缝42相对的另一侧，用于将在所述狭缝42中汇聚的N个所述反射相干光进行准直，得到N个准直光；
光栅44，用于将N个所述准直光进行发散，得到N个发散光；
聚焦透镜45，用于将N个所述发散光聚焦至面阵相机46形成N个谱线。
其中，由第二成像透镜41把参考表面和探测表面或窗口镜片6反射来的光成像于狭缝42之中，狭缝42的长度为3mm，因此成像透镜6的成像放大倍率为10：3。
准直透镜42与第二成像透镜41分别位于狭缝42相对的两侧外，三者沿光线传输路径依次排布设置。
在上述过程中，光纤探头22有N个出射光斑，相应的在参考表面与探测表面也分别有N个相对应的光斑，最终在狭缝42中也有N个干涉光斑。狭缝42中的每个光斑都是由参考表面和探测表面对应光斑反射回的光线重合干涉而成。
在狭缝42中形成干涉光斑后，后续的传输光路如下：狭缝42中的N个干涉光斑经过准直透镜42的准直后成为N束相应的准直光，每一束准直光都通过光栅44形成N束发散光，形成的发散光是按波长进行发散的，不周波长发散角不同，从而在面阵相机46上的聚焦点也不同，面阵相机46上的不同的点代表不同的波长，最终需要由聚焦透镜45在面阵相机46上聚焦成为N条谱线，使用一个面阵相机46来同时采集N个光谱。最终通过信息处理部件5记录并计算出手指纹路的深度信息，得到对应的指纹信息。
狭缝42之中有N个小的光斑，每个光斑都是由参第一光束的反射光束与第二光束的反射光束重合而成，因此面阵相机46是一次采集狭缝42中的N个光斑的光谱，该光谱采集组件4实现了光谱仪的功能。
具体地，光谱与深度是一个傅立叶变换的关系，即探测一条光谱经过傅立叶变换之后得到一个对应的深度信息。
该指纹识别装置，通过手指滑动的方式，只使用单个光源和单个面阵相机46，即实现指纹的采集与识别，减少结构设置复杂度，节约设置空间及设置成本，提升指纹识别的准确度。
其中，光谱采集组件4还包括：反射镜9，该反射镜9设置于准直透镜42和光栅44之间，该反射镜9用于调整准直透镜42准直后形成的准直光的传输角度，可以将该反射镜9设置一个反射角度，以实现对准直光的传输角度及传输方向的调节，便于后续面阵相机46及其他相关部件的结构设置位置的调整，便于指纹识别装置的整体结构及形状的设置。
更进一步地，可选地，该光源1为超辐射发光二极管SLD宽带光源。
本申请实施例使用一个SLD宽带光源提供系统的弱相干光。
在具体实施中，因为800nm左右的近红外光对皮肤的穿透性较强，SLD光源采用780-900nm的宽带光源。
本申请实施例中还公开了一种指纹锁，包括如上任一项所述的指纹识别装置，采集相应的干涉光谱实现对相关指纹信息的识别，提升指纹识别的准确性，减少误识别。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种指纹识别装置，其特征在于，包括：
光源，用于提供弱相干光；
分束器，用于将所述弱相干光分为沿线状排布的N个分光束，N为正整数；
分光棱镜，用于分别将N个所述分光束分成朝向第一表面射出的N个第一光束及朝向第二表面射出的N个第二光束，所述第二表面上覆盖有反光层，所述第二表面与所述第一表面相邻；
光谱采集组件，用于采集所述分光棱镜从第三表面射出的N个反射相干光，得到与所述反射相干光对应的光谱，其中，所述第三表面与所述第一表面朝向相反；
信息处理部件，用于基于所述光谱，识别指纹信息。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，
所述分束器包括：光纤耦合器及与所述光纤耦合器连接的光纤探头；
其中，所述光纤探头中包括沿线状排布的N个光纤出口，所述N个光纤出口的朝向靠近所述分光棱镜的第四表面，所述第四表面与所述第二表面朝向相反。
3.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：
用于承载手指的窗口镜片，设置于所述第一表面外；
所述窗口镜片包括与所述第一表面具有设定距离的第一状态，及与所述第一表面贴合的第二状态。
4.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：
所述电源的开关；
所述开关的触动端位于所述窗口镜片由所述第一状态切换至所述第二状态的移动路径上。
5.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，
所述窗口镜片包括远离所述分光棱镜的第五表面；
在所述窗口镜片处于第二状态时，所述第五表面与所述第三表面之间具有第一距离，所述第二表面与N个所述分光束入射的第四表面之间具有第二距离，所述第一距离等于所述第二距离，所述第四表面与所述第二表面朝向相反。
6.根据权利要求3所述的指纹识别装置，其特征在于，
所述窗口镜片还包括靠近所述分光棱镜的第六表面；
所述分光棱镜的所述第一表面及所述窗口镜片的所述第五表面和所述第六表面上均镀设有增透膜。
7.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，还包括：
第一成像透镜，位于所述分束器与所述分光棱镜之间，所述分光束穿过所述第一成像透镜输出至所述分光棱镜。
8.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，
所述光谱采集组件包括：
第二成像透镜，位于狭缝的一侧，N个所述反射相干光通过所述第二成像透镜分别汇聚至所述狭缝中；
准直透镜，位于所述狭缝相对的另一侧，用于将在所述狭缝中汇聚的N个所述反射相干光进行准直，得到N个准直光；
光栅，用于将N个所述准直光进行发散，得到N个发散光；
聚焦透镜，用于将N个所述发散光聚焦至面阵相机形成N个谱线。
9.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，
所述光源为超辐射发光二极管SLD宽带光源。
10.一种指纹锁，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的指纹识别装置。
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2019
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