CN111860244A - 包含发光面的生物特征识别光学系统、光源组件及制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种包含发光面的生物特征识别光学系统，包括：光源组件，光源组件配置为当接触生物特征时发射光线，光源组件包括光学元件，光学元件为至少一面是曲面经过光学设计且接触面具有发光功能的聚光透镜；光学镜头，光学镜头能够接收光源组件发射的光线；以及图像传感器，光学镜头将接收的光线投影到图像传感器上，图像传感器设置在光学镜头的投影面上以采集生物特征的图像。本公开还提供了一种光源组件及制造方法。

Description

包含发光面的生物特征识别光学系统、光源组件及制造方法

技术领域

本公开属于指纹识别技术领域，本公开尤其涉及一种包含发光面的生物特征识别光学系统、光源组件及制造方法。

背景技术

通过指纹识别的生物识别技术不仅方便，而且在安保性和经济性方面都非常出色，并且广泛用于考勤管理/门禁控制。

作为用于指纹输入的设备，存在使用半导体传感器和光学传感器的方法，半导体传感器小而薄，但是具有缺点，由于其低耐久性和高成本而难以大面积制造。

半导体传感器是通过利用人类皮肤的电特性而获得的原理，并且测量手指与感知电极之间的电容以对其形成图像。因此，如果皮肤非常干燥，皮质变厚或粘了其他异物，则图像质量会大大降低。

光学传感器具有出色的图像清晰度和较低的生产成本，因此从注册设备到认证设备都得到了广泛的应用。

光学指纹传感器利用光的反射，吸收和散射的原理，并且根据该方法可以分为亮背景采集仪和暗背景采集仪：1、暗背景指纹采集仪采用漫反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，照射在脊线上的光束发生漫反射，透镜组将指纹脊线接触部位漫反射的光成像到成像装置上，显示为亮线，谷线不接触，光线仍旧透射出采集棱镜，所以谷线在成像装置上显示为暗线，从而得到暗背景的图像。2、亮背景指纹采集仪采用全反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，破坏了全反射条件，一部分入射光被手指吸收，余下部分光发生漫反射，透镜组将该反射光束成像到成像装置上，脊线吸收了部分全反射光线，显示为暗线；谷线不与采集面接触，全反射依旧成立，显示为亮线，从而形成亮背景的指纹图像。

但是，需要高难度的照明设计来照射均匀的照明，并且必须有效地阻止外部光和与其干扰的内部反射，而且对周围环境(如直射光线和入射光)敏感。存在的问题是光学设计的难度增加，并且camera控制会变的复杂化。

为了克服现有的光学传感器和半导体传感器的缺点，开发了直接照相方式和超声波方式的各种技术，但是由于它们的可用性很低或价格很高，所以尚未被广泛使用。

为了使照明更加均匀必须要进行光学及电路布局设计。但是光学和电路布局设计需要大量的时间和精力来开发，相应的产品结构也需要进行特殊设计，这样会使产品开发时间和成本增加。

例如中国专利CN101656299B当中，公开了一种接触发光元件、其制造方法以及指纹识别装置，使用了接触发光元件。其原理是指掌接触发光元件的情况下，在指掌纹中流过交流电而产生电场，由此根据指掌纹的接触面而产生指掌纹的图像，发出的光经过图像传感器接收后进行光电信号转换，达到采集和识别的功能。该中国专利的核心是制作这种接触发光元件的方法和构造。而且接触发光元件在产品中，为了保持稳定性，需要采用尺寸大小与接触发光元件相同的透明支撑物，并且必须使用透明粘结剂将透明支撑物和接触发光元件粘合在一起使用，不仅制造成本会增加，而且发出的光会经过多次的折射和散射，光的效率和均匀性也会降低。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种包含发光面的生物特征识别光学系统、光源组件及制造方法。

本公开的包含发光面的生物特征识别光学系统、光源组件及制造方法通过以下技术方案实现。

根据本公开的一个方面，提供一种包含发光面的生物特征识别光学系统，包括：光源组件，光源组件配置为当接触生物特征时发射光线，光源组件包括光学元件，光学元件为至少一面是曲面经过光学设计且接触面具有发光功能的聚光透镜；光学镜头，光学镜头能够接收光源组件发射的光线；以及图像传感器，光学镜头将接收的光线投影到图像传感器上，图像传感器设置在光学镜头的投影面上以采集生物特征的图像。

根据本公开的至少一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统，光学元件的光线出射面为曲面。

根据本公开的至少一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统，光源组件还包括透明半导体薄膜层、发光层、涂黑层以及保护层；透明半导体薄膜层设置在光学元件的光线入射面上，发光层设置在透明半导体薄膜层上，涂黑层设置在发光层上，保护层设置在涂黑层上。

根据本公开的至少一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统，还包括控制单元，控制单元对图像传感器采集的生物特征的图像进行处理，以及为光源组件提供交流电。

根据本公开的至少一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统，还包括壳体，光源组件、光学镜头、图像传感器以及控制单元均设置在壳体之内，且壳体具有采集窗口，通过采集窗口对生物特征进行图像采集。

根据本公开的至少一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统，生物特征为掌纹或者指纹。

根据本公开的至少一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统，透明半导体薄膜层为ITO薄膜层。

根据本公开的至少一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统，光学元件的光线入射面包括曲面，相应地，透明半导体薄膜层、发光层、涂黑层以及保护层均包括曲面以配合光学元件的光线入射面的曲面。

根据本公开的另一个方面，提供一种光源组件，光源组件配置为当接触生物特征时发射光线，包括：光学元件，光学元件为至少一面是曲面经过光学设计的聚光透镜；透明半导体薄膜层，透明半导体薄膜层设置在光学元件的光线入射面上；发光层，发光层设置在透明半导体薄膜层上；涂黑层，涂黑层设置在发光层上；以及保护层，保护层设置在涂黑层上，当透明半导体薄膜层被通电且生物特征通过保护层接触光源组件时，发光层响应于接触并发射光线，光线通过光学元件的光线出射面射出。

根据本公开的至少一个实施方式的光源组件，光学元件的光线入射面包括曲面，相应地，透明半导体薄膜层、发光层、涂黑层以及保护层均包括曲面以配合光学元件的光线入射面的曲面。

根据本公开的至少一个实施方式的光源组件，透明半导体薄膜层为ITO薄膜层。

根据本公开的又一个方面，提供一种制造上述任一项的光源组件的方法，包括：将光学元件的至少一面设置为曲面，使得光学元件成为至少一面是曲面经过光学设计的聚光透镜；将透明半导体薄膜层形成在光学元件的与曲面相对的表面上；将发光层形成在透明半导体薄膜层上；将涂黑层形成在发光层上；以及将保护层形成在涂黑层上。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统的结构示意图。

图2是根据本公开的一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统的光源组件的结构示意图。

图3是根据本公开一个实施方式的具有平面接触面的光源组件被手指触摸时的示意图。

图4是根据本公开一个实施方式的具有曲面接触面的光源组件被手指触摸时的示意图。

图5是电致发光原理示意图。

图6是根据本公开的又一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统的结构示意图。

附图标记说明

100包含发光面的生物特征识别光学系统

101光源组件

1011光学元件

1012透明半导体薄膜层

1013发光层

1014涂黑层

1015保护层

102光学镜头

103图像传感器

104控制单元

105壳体。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开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方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧(例如，在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

图1是根据本公开的一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统100的结构示意图。

如图1所示，包含发光面的生物特征识别光学系统100包括：光源组件101，光源组件101配置为当接触生物特征时发射光线，光源组件101包括光学元件，光学元件为至少一面是曲面经过光学设计且接触面具有发光功能的聚光透镜；光学镜头102，光学镜头102能够接收光源组件101发射的光线；以及图像传感器103，光学镜头102将接收的光线投影到图像传感器103上，图像传感器103设置在光学镜头102的投影面上以采集生物特征的图像。

其中，上文描述的曲面可以是球面或者球面的一部分，也可以是椭球面或者椭球面的一部分。

其中，光源组件101被配置成基于接触的物体部位(生物特征)发出光的功能。

光学镜头102可以是多种光学镜片的组合。

图像传感器103用于捕捉图像信息，将捕捉到的图像信息进行光电信号转换。

上文描述的生物特征可以为掌纹或者指纹。

优选地，光源组件101被通电且生物特征通过光源组件101的接触面接触光源组件101时，光源组件101响应于该接触并发射光线，光线通过光源组件101的光线出射面射出。

图5是电致发光原理示意图。下文结合图5对光源组件的发光原理进行说明。

如图5中的上图所示，当发光组件的发光层上下各设置有一层透明电极层时，对透明电极层两端施加交流电，发光层受激发从而发光。图5中的上图中的箭头即为电场方向。

将此原理运用到生物特征识别(例如指纹识别)需要进行结构改造，即去掉发光层一端的透明电极层，通过手指接触(即指纹接触)实现交流电流通，如图5中的下图所示，指纹接触的发光组件的部位(以三个小椭圆示例性的表示)的交流电流通，发光层中与指纹接触的发光组件的部位对应的部位将被激发而发光。

为了保证图像质量和产品的耐用性，以及阻止外部光线进入到发光组件，以及吸收内部光线，在发光层的去掉了透明电极层的一侧设置涂黑层(图5中下图的黑色层)，更优选地，在涂黑层的表面设置保护层。

根据本公开的优选实施方式，如图1所示，包含发光面的生物特征识别光学系统100包括光源组件101，光源组件101配置为当接触生物特征时发射光线；光学镜头102，光学镜头102能够接收光源组件101发射的光线；图像传感器103，光学镜头102将接收的光线投影到图像传感器103上，图像传感器103设置在光学镜头102的投影面上以采集生物特征的图像；以及控制单元104，控制单元104对图像传感器103采集的生物特征的图像进行处理，以及为光源组件101提供交流电。

控制单元104可以实现以下功能：为光源组件101提供交流电以及接收处理来自图像传感器103的电信号，产生基于接触物体表面纹路的图像。

图2是根据本公开的一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统100的光源组件101的结构示意图。

以上实施方式中的光源组件101优选地具有图2所示的结构。

如图2所示，根据本公开的一个优选实施方式，包含发光面的生物特征识别光学系统100的光源组件101包括光学元件1011，光学元件1011的光线出射面为曲面。即光学元件1011的光线出射面(图1、图2中的光学元件1011的下表面)形成有聚光透镜。

如图2所示，根据本公开的一个优选实施方式，包含发光面的生物特征识别光学系统100的光源组件101还包括透明半导体薄膜层1012、发光层1013、涂黑层1014以及保护层1015；透明半导体薄膜层1012设置在光学元件1011的光线入射面上，发光层1013设置在透明半导体薄膜层1012上，涂黑层1014设置在发光层1013上，保护层1015设置在涂黑层1014上。

其中，优选地，透明半导体薄膜层1012为ITO薄膜层。

上文描述的光源组件101的制造可以通过以下方式实现：

1、光学元件，至少一面是曲面经过光学设计的聚光透镜；

2、透明半导体薄膜层(例如ITO薄膜层)，蒸镀在光学元件的表面；

3、发光层，丝印在透明半导体薄膜层上；

4、涂黑层，喷涂在发光层上；

5、保护层，喷涂在涂黑层上。

发光层位于ITO薄膜层的表面，被配置成在物体接触后通过供给ITO薄膜层的交流电经过物体来产生电场从而发光的功能，可以产生基于接触物体表面纹路的光线图；涂黑层位于发光层的表面，被配成阻挡外部光线和吸收内部光线的功能；保护层位于涂黑层的表面，被配置成防水耐刮擦的功能。

图6是根据本公开的又一个实施方式的包含发光面的生物特征识别光学系统100的结构示意图。

如图6所示，在图1示出的包含发光面的生物特征识别光学系统100的基础之上，包含发光面的生物特征识别光学系统100还包括壳体105，光源组件101、光学镜头102、图像传感器103以及控制单元104均设置在壳体105之内，且壳体105具有采集窗口，通过采集窗口对生物特征例如指纹进行图像采集。

优选地，采集窗口设置在壳体105的上端面，壳体105的表面进行了表面处理，被配置成具有优良导电功能，包含发光面的生物特征识别光学系统100中的光源组件101设置于壳体105的采集窗口之下，包含发光面的生物特征识别光学系统100中的控制单元104与壳体105连接。当手指置于光源组件101的表面且与壳体105接触时，光源组件101的发光层1013流经交流电而发出基于手指指纹的光线，透过聚光透镜1011的会聚到达下方的光学镜头102投影在图像传感器103上，控制单元104接收来来自图像传感器103的电信号，输出指纹图像。

根据本公开的一个实施方式，如图3所示，上文描述的各个实施方式的光学组件101中的光学元件1011，其光线入射面(图1、图2、图6中的上表面)是平面，图3示出了具有平面接触面的光源组件101被手指触摸时的示意图。

根据本公开的优选实施方式，对于上文描述的各个实施方式的光学组件101中的光学元件1011，其光线入射面(图1、图2、图6中的上表面)包括曲面，相应地，透明半导体薄膜层1012、发光层1013、涂黑层1014以及保护层1015均包括曲面以配合光学元件1011的光线入射面的曲面。图4示出了具有曲面接触面的光源组件101被手指触摸时的示意图。

光学元件1011的光线入射面即发光面根据手指的弧度进行加工，提高了生物特征例如指纹的采集准确性。

根据本公开的又一个实施方式，如图2所示，提供一种光源组件101，光源组件101配置为当接触生物特征时发射光线，包括：光学元件1011，光学元件1011的光线出射面为曲面；透明半导体薄膜层1012，透明半导体薄膜层1012设置在光学元件1011的光线入射面上，发光层1013，发光层1013设置在透明半导体薄膜层1012上；涂黑层1014，涂黑层1014设置在发光层1013上；以及保护层1015，保护层1015设置在涂黑层1014上，当透明半导体薄膜层1012被通电且生物特征通过保护层1015接触光源组件时，发光层1013响应于接触并发射光线，光线通过光学元件1011的光线出射面射出。

优选地，光源组件101的光学元件1011的光线入射面包括曲面，相应地，透明半导体薄膜层1012、发光层1013、涂黑层1014以及保护层1015均包括曲面以配合光学元件1011的光线入射面的曲面。

优选地，透明半导体薄膜层1012为ITO薄膜层。

本公开的技术方案可以实现在光学元件上直接进行ITO镀膜，依次印刷发光层、涂黑层和保护层，达到消除外部光线和内部光线干扰的效果，直接在光学元件上发出基于接触物体表面纹路的光，减少照明设计，降低成本。采用具有发光面的光学元件，降低了由于皮肤干燥、皮质变厚或粘了其他异物导致的图像质量降低的影响。

本公开的技术方案克服了现有专利技术中无法克服的工艺困难，降低了成本和改善了图像质量。本公开的技术方案减小了产品的厚度和尺寸。

本公开的上述实施方式中，包括发光面的光学系统通过设计各种类型的指纹接触表面(如平面和曲面)来最大程度地提高用户的便利性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种包含发光面的生物特征识别光学系统，其特征在于，包括：

光源组件，所述光源组件配置为当接触生物特征时发射光线，所述光源组件包括光学元件，所述光学元件为至少一面是曲面经过光学设计且接触面具有发光功能的聚光透镜；

光学镜头，所述光学镜头能够接收所述光源组件发射的光线；以及

图像传感器，所述光学镜头将接收的光线投影到所述图像传感器上，所述图像传感器设置在所述光学镜头的投影面上以采集所述生物特征的图像。

2.根据权利要求1所述的包含发光面的生物特征识别光学系统，其特征在于，所述光学元件的光线出射面为曲面。

3.根据权利要求2所述的包含发光面的生物特征识别光学系统，其特征在于，所述光源组件还包括透明半导体薄膜层、发光层、涂黑层以及保护层；

所述透明半导体薄膜层设置在所述光学元件的光线入射面上，所述发光层设置在所述透明半导体薄膜层上，所述涂黑层设置在所述发光层上，所述保护层设置在所述涂黑层上。

4.根据权利要求3所述的包含发光面的生物特征识别光学系统，其特征在于，所述光学元件的光线入射面包括曲面，相应地，所述透明半导体薄膜层、发光层、涂黑层以及保护层均包括曲面以配合所述光学元件的光线入射面的所述曲面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的包含发光面的生物特征识别光学系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元对所述图像传感器采集的生物特征的图像进行处理，以及为所述光源组件提供交流电。

6.根据权利要求5所述的包含发光面的生物特征识别光学系统，其特征在于，还包括壳体，所述光源组件、所述光学镜头、所述图像传感器以及所述控制单元均设置在所述壳体之内，且所述壳体具有采集窗口，通过所述采集窗口对生物特征进行图像采集。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的包含发光面的生物特征识别光学系统，其特征在于，所述生物特征为掌纹或者指纹。

8.一种光源组件，所述光源组件配置为当接触生物特征时发射光线，其特征在于，包括：

光学元件，所述光学元件为至少一面是曲面经过光学设计的聚光透镜；

透明半导体薄膜层，所述透明半导体薄膜层设置在所述光学元件的光线入射面上；

发光层，所述发光层设置在所述透明半导体薄膜层上；

涂黑层，所述涂黑层设置在所述发光层上；以及

保护层，所述保护层设置在所述涂黑层上，

当所述透明半导体薄膜层被通电且所述生物特征通过所述保护层接触所述光源组件时，所述发光层响应于所述接触并发射光线，光线通过所述光学元件的光线出射面射出。

9.根据权利要求8所述的光源组件，其特征在于，所述光学元件的光线入射面包括曲面，相应地，所述透明半导体薄膜层、发光层、涂黑层以及保护层均包括曲面以配合所述光学元件的光线入射面的所述曲面。

10.一种制造权利要求8或9所述的光源组件的方法，其特征在于，包括：

将所述光学元件的至少一面设置为曲面，使得所述光学元件成为至少一面是曲面经过光学设计的聚光透镜；

将所述透明半导体薄膜层形成在所述光学元件的与所述曲面相对的表面上；

将所述发光层形成在所述透明半导体薄膜层上；

将所述涂黑层形成在所述发光层上；以及

将所述保护层形成在涂黑层上。

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