CN111860296B - 一种光学指纹识别模组、显示模组及其指纹识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学指纹识别模组、显示模组及其指纹识别方法，光学指纹识别模组包括光栅结构和感光芯片；光栅结构包括多个光栅单元，光栅单元包括至少两种方向不同的光栅，光栅用于对手指反射的信号光进行相位调制，光栅单元用于获得至少两种不同相位分布的信号光；感光芯片用于根据至少两种不同相位分布的信号光，获得手指指纹的深度信息，并根据深度信息识别手指的真假。由于人体真指纹具有深度信息，而打印的2D指纹并不具有深度信息，因此，本发明可以区分人体真指纹和打印的2D指纹，提高了指纹识别的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，更具体地说，涉及一种光学指纹识别模组、显示模组及其指纹识别方法。
背景技术
光学指纹识别技术是通过采集手指反射或散射的光信号，来获得指纹信息，并将获得的指纹信息与存储的指纹信息进行对比，来实现指纹识别。但是，目前的光学指纹识别模组还无法区分人体真指纹和打印的2D指纹，如无法区分人体真指纹和指纹照片，导致现有的光学指纹识别模组的防伪性能和安全性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光学指纹识别模组、显示模组及其指纹识别方法，以提高指纹识别的安全性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光学指纹识别模组，包括光栅结构和感光芯片；
所述光栅结构包括多个光栅单元，所述光栅单元包括至少两种方向不同的光栅，所述光栅用于对手指反射的信号光进行相位调制，所述光栅单元用于获得至少两种不同相位分布的信号光；
所述感光芯片用于根据所述至少两种不同相位分布的信号光，获得所述手指指纹的深度信息，并根据所述深度信息识别所述手指的真假。
可选地，所述光学指纹识别模组还包括镜头，所述镜头和所述感光芯片在所述光学指纹识别模组的入射光路上依次排布；
所述光栅结构位于所述感光芯片的感光面上，或者，所述光栅结构位于所述镜头和所述感光芯片之间的任意位置。
可选地，所述光栅单元至少包括第一光栅、第二光栅、第三光栅和第四光栅，所述第一光栅、所述第二光栅、所述第三光栅和所述第四光栅的方向不同；
所述第一光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第一相位分布的信号光；
所述第二光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第二相位分布的信号光；
所述第三光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第三相位分布的信号光；
所述第四光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第四相位分布的信号光；
所述感光芯片用于根据所述第一相位分布的信号光、第二相位分布的信号光、第三相位分布的信号光和第四相位分布的信号光，获得所述手指的指纹的深度信息，并根据所述深度信息识别所述手指的真假。
可选地，所述第一光栅的方向为-45°或135°，所述第二光栅的方向为90°，所述第三光栅的方向为0°，所述第四光栅的方向为45°。
可选地，所述感光芯片包括多个感光单元，每个所述感光单元都与一个所述光栅对应设置。
可选地，所述感光芯片包括多个感光单元，部分所述感光单元与所述光栅对应设置。
可选地，所述光栅单元内的多个光栅与相邻的多个感光单元对应设置；
五个呈米字形排列的光栅单元构成光栅单元组，相邻的两个光栅单元组之间的最大间隔为16个感光单元。
可选地，所述光栅单元内的多个光栅与间隔排列的多个感光单元对应设置；
相邻的光栅之间的间隔为1个感光单元，四个相邻的光栅单元构成光栅单元组，相邻的两个光栅单元组之间的最大间隔为17个感光单元。
可选地，所述光栅单元内的多个光栅与间隔排列的多个感光单元对应设置，相邻光栅之间的间隔为2个感光单元，四个相邻的光栅单元构成光栅单元组，相邻的两个光栅单元组之间的最大间隔为14个感光单元。
可选地，所述光栅包括多个间隔设置的光栅栅体，所述光栅栅体的材料包括金属；
并且，50nm≤w1≤140nm，0.3≤d≤0.7，h≤240nm，其中，w1为所述光栅栅体的宽度，d为所述光栅栅体的占空比，h为所述光栅栅体的厚度。
一种显示模组，包括如上任一项所述的光学指纹识别模组。
一种指纹识别方法，应用于如上任一项所述的光学指纹识别模组，所述方法包括：
对手指反射的信号光进行相位调制，并获得至少两种不同相位分布的信号光；
根据所述至少两种不同相位分布的信号光，获得所述手指指纹的深度信息，并根据所述深度信息识别所述手指的真假。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的光学指纹识别模组、显示模组及其指纹识别方法，通过光栅对手指反射的信号光进行相位调制，通过至少两种方向不同的光栅获得至少两种不同相位分布的信号光，并根据所述至少两种不同相位分布的信号光，获得所述手指指纹的深度信息，根据所述深度信息识别所述手指的真假。由于人体真指纹具有深度信息，而打印的2D指纹并不具有深度信息，因此，本发明可以区分人体真指纹和打印的2D指纹，提高了指纹识别的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例提供的光学指纹识别模组的部分剖面结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的光栅单元10的俯视结构示意图；
图3为本发明一个实施例提供的光学指纹识别模组的部分剖面结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的光栅单元的俯视结构示意图；
图5为本发明一个实施例提供的光栅和感光单元的俯视结构示意图；
图6为本发明一个实施例提供的光栅和感光单元的俯视结构示意图；
图7为本发明一个实施例提供的光栅和感光单元的俯视结构示意图；
图8为本发明一个实施例提供的显示模组的剖面结构示意图；
图9为本发明一个实施例提供的指纹识别方法的流程图。
具体实施方式
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种光学指纹识别模组，如图1所示，图1为本发明一个实施例提供的光学指纹识别模组的部分剖面结构示意图，该光学指纹识别模组包括光栅结构1和感光芯片2。其中，光栅结构1包括多个光栅单元10，如图2所示，图2为本发明一个实施例提供的光栅单元10的俯视结构示意图，该光栅单元10包括至少两种方向不同的光栅101和102。
其中，光栅101用于对手指反射的信号光进行相位调制，光栅单元10用于获得至少两种不同相位分布的信号光，感光芯片2用于根据至少两种不同相位分布的信号光，获得手指指纹的深度信息，并根据深度信息识别手指的真假。
如光栅101对手指反射的信号光进行相位调制后，获得第一相位分布的信号光S1，并将第一相位分布的信号光S1传输至感光芯片2，光栅102对手指反射的信号光进行相位调制后，获得第二相位分布的信号光S2，并将第二相位分布的信号光S2传输至感光芯片2。感光芯片2的感光面接收第一相位分布的信号光S1和第二相位分布的信号光S2，感光芯片2内部的处理元件通过算法将第一相位分布的信号光S1生成的图像和第二相位分布的信号光S2生成的图像合并，获得手指指纹的立体图像，该立体图像包含指纹的深度信息，从而可以根据深度信息识别手指的真假。
由于方向不同的光栅出射的信号光的相位分布具有差异，因此，感光芯片2通过算法处理将相位分布具有差异的信号光合并后可以得到具有不同深度信息的图像。由于人体真指纹具有深度信息，而打印的2D指纹并不具有深度信息，因此，感光芯片2可根据深度信息区分人体真指纹和打印的2D指纹，从而提高了指纹识别的安全性。
本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，光栅结构1包括透明衬底11以及设置在透明衬底11上且间隔设置的多个光栅栅体1010，可选地，光栅栅体1010的材料包括金属，如铝、金、银、铜、铬等中的一种或多种。也就是说，光栅栅体1010可以是单层金属，也可以是多层金属或是金属与氧化物的混合堆叠。其中，光栅栅体1010之间的间隔1011可以是空气，也可以是二氧化硅等透明材料。
本发明实施例中，光栅的方向为-90°≤θ≤90°，其中，θ指光栅栅体1010的延伸方向与X轴方向的夹角。并且，50nm≤w1≤140nm，0.3≤d≤0.7，h≤240nm，其中，w1为光栅栅体1010的宽度，d为光栅栅体1010的占空比，h为光栅栅体1010的厚度，d＝w1/(w1+w2)，w2为光栅栅体1010之间的间隔1011的宽度。
可选地，本发明的一些实施例中，光栅结构1可以位于感光芯片2的感光面上，当然，本发明并不仅限于此，在其他的一些实施例中，光栅结构1还可以位于感光芯片2入光侧的任意位置，只要保证入射到感光芯片2上的信号光是经过光栅结构1中的光栅相位调制后的光即可。
本发明的一些实施例中，如图3所示，图3为本发明一个实施例提供的光学指纹识别模组的部分剖面结构示意图，光学指纹识别模组还包括镜头3，镜头3和感光芯片2在光学指纹识别模组的入射光路上依次排布，当然，在另一些实施例中，光学指纹识别模组还包括位于镜头3和感光芯片2之间的滤光片等，在此不再赘述。其中，光栅结构1位于镜头3和感光芯片2之间的任意位置。当然，本发明并不仅限于此，在一些实施例中，光栅结构1还可以位于镜头3的入光侧。
本发明实施例中，光栅单元可以包括两种方向不同的光栅，也可以包括四种方向不同的光栅，也可以包括八种方向不同的光栅在此不再一一赘述。本发明的一些实施例中，如图4所示，图4为本发明一个实施例提供的光栅单元的俯视结构示意图，光栅单元至少包括第一光栅103、第二光栅104、第三光栅105和第四光栅106，第一光栅103、第二光栅104、第三光栅105和第四光栅106的方向不同。
可选地，第一光栅103的方向为-45°，即第一光栅103的光栅栅体的延伸方向与X轴方向的夹角θ1＝-45°，第二光栅104的方向为90°，即第二光栅104的光栅栅体的延伸方向与X轴方向的夹角θ2＝90°，第三光栅105的方向为0°，即第三光栅105的光栅栅体的延伸方向与X轴方向的夹角θ3＝0°，第四光栅106的方向为45°，即第四光栅106的光栅栅体的延伸方向与X轴方向的夹角θ4＝45°。当然，本发明并不仅限于此，在其他的一些实施例中，可以根据实际需要对每个光栅的方向进行限定。
本发明的一些实施例中，第一光栅103用于对手指反射的信号光进行相位调制，以获得第一相位分布的信号光；第二光栅104用于对手指反射的信号光进行相位调制，以获得第二相位分布的信号光；第三光栅105用于对手指反射的信号光进行相位调制，以获得第三相位分布的信号光；第四光栅106用于对手指反射的信号光进行相位调制，以获得第四相位分布的信号光；感光芯片2用于根据第一相位分布的信号光、第二相位分布的信号光、第三相位分布的信号光和第四相位分布的信号光，获得手指的指纹的深度信息，并根据深度信息识别手指的真假。
本发明的一些实施例中，感光芯片2包括多个感光单元20，每个感光单元20都与一个光栅对应设置，其中一些感光单元20与一个方向的光栅对应设置，一些感光单元20与另一个方向的光栅对应设置。当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，为了节省成本，减少光栅材料的使用，在保证能够获得深度信息的基础上，令部分感光单元20与光栅对应设置，令另一部分感光单元20不与光栅对应设置。
以光栅单元10包括4个光栅，即第一光栅103、第二光栅104、第三光栅105和第四光栅106为例进行说明，本发明的一些实施例中，光栅单元内的多个光栅与相邻的多个感光单元对应设置，如图5所示，图5为本发明一个实施例提供的光栅和感光单元的俯视结构示意图，第一光栅103、第二光栅104、第三光栅105和第四光栅106相邻设置，且与4个感光单元20对应设置，并且，五个呈米字形排列的光栅单元10构成光栅单元组G，相邻的两个光栅单元组G之间的最大间隔D1为16个感光单元20，相邻两个光栅单元10之间的最大间隔D2为4个感光单元20。
本发明的另一些实施例中，光栅单元内的多个光栅与间隔排列的多个感光单元对应设置，相邻的光栅之间的间隔为1个感光单元，如图6所示，图6为本发明一个实施例提供的光栅和感光单元的俯视结构示意图，第一光栅103、第二光栅104、第三光栅105和第四光栅106呈矩阵排列，第一光栅103、第二光栅104、第三光栅105和第四光栅106之间的间隔为1个感光单元，并且，四个相邻的光栅单元10构成光栅单元组G，相邻的两个光栅单元组G之间的最大间隔D1为17个感光单元。
本发明的另一些实施例中，光栅单元内的多个光栅与间隔排列的多个感光单元对应设置，相邻光栅之间的间隔为2个感光单元，如图7所示，图7为本发明一个实施例提供的光栅和感光单元的俯视结构示意图，第一光栅103、第二光栅104、第三光栅105和第四光栅106之间的间隔为2个感光单元，四个相邻的光栅单元10构成光栅单元组G，相邻的两个光栅单元组G之间的最大间隔D1为14个感光单元。
当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，可以根据实际情况对光栅的排列情况进行限定。
本发明实施例还提供了一种显示模组，包括如上任一实施例提供的光学指纹识别模组。如图8所示，图8为本发明一个实施例提供的显示模组的剖面结构示意图，显示模组包括显示面板A和位于显示面板A下方的光学指纹识别模组B，其中，显示面板A发出的光照亮指纹C，通过光学指纹识别模组B接收到指纹C反射或散射的信号光，光学指纹识别模组B中的光栅结构用于将信号光转换为至少两种不同相位分布的信号光，光学指纹识别模组B中的感光芯片根据至少两种不同相位分布的信号光，获得手指指纹的深度信息，并根据深度信息识别手指的真假。
本发明实施例还提供了一种指纹识别方法，应用于如上任一实施例提供的光学指纹识别模组，如图9所示，方法包括：
S101：对手指反射的信号光进行相位调制，并获得至少两种不同相位分布的信号光；
S102：根据至少两种不同相位分布的信号光，获得手指指纹的深度信息，并根据深度信息识别手指的真假。
参考图1，光栅结构1中的光栅101对手指反射的信号光进行相位调制，光栅单元10获得至少两种不同相位分布的信号光，感光芯片2根据至少两种不同相位分布的信号光，获得手指指纹的深度信息，并根据深度信息识别手指的真假。
可选地，光栅101对手指反射的信号光进行相位调制后，获得第一相位分布的信号光S1，并将第一相位分布的信号光S1传输至感光芯片2，光栅102对手指反射的信号光进行相位调制后，获得第二相位分布的信号光S2，并将第二相位分布的信号光S2传输至感光芯片2。感光芯片2的感光面接收第一相位分布的信号光S1和第二相位分布的信号光S2，感光芯片2内部的处理元件通过算法将第一相位分布的信号光S1生成的图像和第二相位分布的信号光S2生成的图像合并，获得手指指纹的立体图像，该立体图像包含指纹的深度信息，从而可以根据深度信息识别手指的真假。
由于方向不同的光栅出射的信号光的相位分布具有差异，因此，感光芯片2通过算法处理将相位分布具有差异的信号光合并后可以得到具有不同深度信息的图像。由于人体真指纹具有深度信息，而打印的2D指纹并不具有深度信息，因此，感光芯片2可根据深度信息区分人体真指纹和打印的2D指纹，从而提高了指纹识别的安全性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种光学指纹识别模组，其特征在于，包括光栅结构和感光芯片；
所述光栅结构包括多个光栅单元，所述光栅单元包括至少两种方向不同的光栅，所述光栅用于对手指反射的信号光进行相位调制，所述光栅单元用于获得至少两种不同相位分布的信号光；
所述感光芯片包括多个感光单元，至少部分所述感光单元与所述光栅对应设置；
所述感光芯片用于根据所述至少两种不同相位分布的信号光，获得所述手指的指纹的深度信息，并根据所述深度信息识别所述手指的真假；
所述感光芯片根据所述至少两种不同相位分布的信号光，获得所述手指的指纹的深度信息包括：
所述感光芯片将所述至少两种不同相位分布的信号光生成的图像合并，获得所述手指的指纹的立体图像，所述手指的指纹的立体图像包含所述手指的指纹的深度信息。
2.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述光学指纹识别模组还包括镜头，所述镜头和所述感光芯片在所述光学指纹识别模组的入射光路上依次排布；
所述光栅结构位于所述感光芯片的感光面上，或者，所述光栅结构位于所述镜头和所述感光芯片之间的任意位置。
3.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述光栅单元至少包括第一光栅、第二光栅、第三光栅和第四光栅，所述第一光栅、所述第二光栅、所述第三光栅和所述第四光栅的方向不同；
所述第一光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第一相位分布的信号光；
所述第二光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第二相位分布的信号光；
所述第三光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第三相位分布的信号光；
所述第四光栅用于对所述手指反射的信号光进行相位调制，以获得第四相位分布的信号光；
所述感光芯片用于根据所述第一相位分布的信号光、第二相位分布的信号光、第三相位分布的信号光和第四相位分布的信号光，获得所述手指的指纹的深度信息，并根据所述深度信息识别所述手指的真假。
4.根据权利要求3所述的指纹识别模组，其特征在于，所述第一光栅的方向为-45°或135°，所述第二光栅的方向为90°，所述第三光栅的方向为0°，所述第四光栅的方向为45°。
5.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述感光芯片包括多个感光单元，每个所述感光单元都与一个所述光栅对应设置。
6.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述光栅单元内的多个光栅与相邻的多个感光单元对应设置；
五个呈米字形排列的光栅单元构成光栅单元组，相邻的两个光栅单元组之间的最大间隔为16个感光单元。
7.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述光栅单元内的多个光栅与间隔排列的多个感光单元对应设置；
相邻的光栅之间的间隔为1个感光单元，四个相邻的光栅单元构成光栅单元组，相邻的两个光栅单元组之间的最大间隔为17个感光单元。
8.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述光栅单元内的多个光栅与间隔排列的多个感光单元对应设置，相邻光栅之间的间隔为2个感光单元，四个相邻的光栅单元构成光栅单元组，相邻的两个光栅单元组之间的最大间隔为14个感光单元。
9.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述光栅包括多个间隔设置的光栅栅体，所述光栅栅体的材料包括金属；
并且，50nm≤w1≤140nm，0.3≤d≤0.7，h≤240nm，其中，w1为所述光栅栅体的宽度，d为所述光栅栅体的占空比，h为所述光栅栅体的厚度。
10.一种显示模组，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的光学指纹识别模组。
11.一种指纹识别方法，其特征在于，应用于权利要求1~9任一项所述的光学指纹识别模组，所述方法包括：
对手指反射的信号光进行相位调制，并获得至少两种不同相位分布的信号光；
根据所述至少两种不同相位分布的信号光，获得所述手指的指纹的深度信息，并根据所述深度信息识别所述手指的真假；
根据所述至少两种不同相位分布的信号光，获得所述手指的指纹的深度信息包括：
将所述至少两种不同相位分布的信号光生成的图像合并，获得所述手指的指纹的立体图像，所述手指的指纹的立体图像包含所述手指的指纹的深度信息。
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