CN113569597A - 物体纹路的采集装置及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种物体纹路的采集装置及终端设备，涉及纹路识别领域。物体纹路的采集装置，包括：光源、导光板、第一耦合器及图像传感器；光源用于发出检测光；导光板用于以全反射的方式将检测光传播至第一耦合器，导光板具有出光区域；第一耦合器靠近导光板的导光面设置，并用于在接收到检测光时解除检测光在导光板内的全反射状态，并用于将检测光导向出光区域，使检测光从出光区域离开导光板并传播至待识别物体；图像传感器用于接收待识别物体对检测光进行反射后形成的探测光。导光板将光源发出的光以全反射的方式进行传播，再通过第一耦合器的衍射偏转将光导向出光区域，并离开导光板并到达待识别物体，无需将光源设置于出光区域的附近。

Description

物体纹路的采集装置及终端设备

技术领域

本申请涉及物体纹路识别领域，尤其涉及一种物体纹路的采集装置及终端设备。

背景技术

光学指纹及掌纹等纹路的成像识别技术，是通过光学传感器采集纹路图像，与系统已有的纹路成像信息进行比对，来进行判断。

相关技术中，利用主动光源照明的纹路识别成像装置，在使用时成像质量较好，纹路采集的准确率高。但是上述的利用主动光源的纹路识别成像装置，光源需要配置为离出光区域较近，光源与出光区域需要满足特定的相对位置关系才能够搭建出采集图案的光路，即光源与出光区域的相对位置较为特定，对于结构限制较大，应用于终端设备时不利于终端设备的架构排布。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种物体纹路的采集装置，旨在解决现有技术中，利用主动光源的纹路识别成像装置中，光源与出光区域的相对位置设置不灵活的问题。

为达此目的，本申请实施例采用以下技术方案：

物体纹路的采集装置，包括光源、导光板、第一耦合器和图像传感器；

所述光源用于发出检测光；

所述导光板用于以全反射的方式将所述检测光传播至所述第一耦合器，所述导光板具有出光区域；

所述第一耦合器设置于所述导光板的导光面，用于在接收到所述检测光时解除所述检测光在所述导光板内的全反射状态，并用于将所述检测光导向所述出光区域，使所述检测光从所述出光区域离开所述导光板并传播至待识别物体；以及

图像传感器，用于接收所述待识别物体对所述检测光进行反射后形成的探测光。

通过导光板将光源发出的检测光以全反射的方式进行传播，再通过第一耦合器的衍射偏转将检测光导向出光区域，并在出光区域离开导光板，到达待识别物体。无需将光源设置于出光区域的附近。在第一耦合器将光源与出光区域解耦的情况下，光源与出光区域的相对位置不再特定，光源及出光区域的位置的设置更加灵活。终端设备的识别区域是供用户操作的区域，通常设置于便于用户触碰的部位,而并非任意位置，为了保证在出光区域离开导光板的检测光能够射向终端设备的识别区域，因此出光区域与识别区域的相对位置较为特定，而该物体纹路的采集装置的光源相对出光区域的位置选择更加灵活，可以远离出光区域，设置于终端设备内不影响整体架构的部位

在一个实施例中，所述第一耦合器具有第一耦合面，所述第一耦合面与所述导光面贴合设置。

在一个实施例中，所述图像传感器与所述出光区域分别位于所述导光板的相对的两侧。

在一个实施例中，所述第一耦合器为衍射光栅。

在一个实施例中，所述第一耦合器为体全息光栅。

在一个实施例中，所述导光板还具有与所述导光面呈预设角度的侧面，所述光源发出的所述检测光从所述侧面进入所述导光板。

在一个实施例中，所述光源与所述导光板之间设有第二耦合器，所述第二耦合器具有与所述导光面贴合设置的第二耦合面，所述光源位于所述第二耦合器远离所述导光板的一侧，所述第二耦合器用于将所述光源发出的所述检测光导入所述导光板。

在一个实施例中，所述第二耦合器为衍射光栅。

在一个实施例中，所述第二耦合器为体全息光栅，所述第二耦合器与所述导光板接触设置。

在一个实施例中，所述第一耦合器和/或第二耦合器与所述导光板的折射率相同。

在一个实施例中，所述图像传感器、所述光源及所述第一耦合器位于所述导光板的同一侧；

或者，所述光源与所述出光区域位于所述导光板的其中一侧，所述图像传感器与所述第一耦合器位于所述导光板的另一侧。

在一个实施例中，所述光源发出的所述检测光的波长范围为665纳米-675纳米；所述第一耦合器的折射率范围为1.45-1.55，所述第二耦合器的折射率范围为1.45-1.55，所述导光板的折射率范围为1.45-1.55。

在一个实施例中，所述导光板的厚度范围为0.15毫米-0.8毫米。

在一个实施例中，所述光源与所述第二耦合器之间设有准直镜，所述光源位于所述准直镜的焦点处。

在一个实施例中，所述光源与所述导光板之间设有窄带滤光片，使得光源发出的检测光只有单色光进入第二耦合器。衍射光栅对波长具有选择性，作用于单色光或者准单色光，当第二耦合器为衍射光栅，示例的为体全息光栅时，通过窄带滤光片获取单色波或准单色波以保证该采集装置能够有效采集数据。

在一个实施例中，所述光源为相干光光源。

在一个实施例中，所述物体纹路的采集装置还包括与所述导光板具有所述出光区域的一侧贴合设置的全反射层，所述全反射层的折射率小于所述导光板的折射率。

本申请实施例的另一个目的在于提供一种终端设备，包括上述任一实施例中所述的物体纹路的采集装置。

在一个实施例中，所述终端设备具有显示屏，所述显示屏上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体；所述导光板至少部分设置于所述显示屏下。

在一个实施例中，所述终端设备具有侧边框，所述导光板至少部分设置于所述侧边框下；

所述侧边框上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体；或者

所述导光板上设有所述全反射层，所述全反射层上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体，所述侧边框开设有对应于所述识别区域的第一识别孔。

在一个实施例中，所述终端设备具有后盖，所述导光板至少部分设置于所述后盖下；

所述后盖上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体；或者

所述后盖与所述导光板之间设有所述全反射层，所述全反射层上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体，所述后盖开设有适配于所述识别区域的第二识别孔。

本申请实施例至少具有如下的有益效果：通过导光板将光源发出的光以全反射的方式进行传播，再通过第一耦合器的衍射偏转将检测光导向出光区域，并在出光区域离开导光板，到达待识别物体。无需将光源设置于出光区域的附近，光源与出光区域的相对位置不再特定，光源及出光区域的位置的设置更加灵活。

使用该物体纹路的采集装置的终端设备,由于光源和出光区域的位置设计更为灵活,可以将光源设置在对设备整体结构和体积影响较小或无影响的位置,使终端设备内部的结构更紧凑,且具有较佳的设备外观。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的实施例中的物体纹路的采集装置的结构示意图；

图2为本申请的一个实施例中的物体纹路的采集装置的结构示意图；

图3为本申请的另一个实施例中的物体纹路的采集装置的结构示意图；

图4为本申请的再一个实施例中的物体纹路的采集装置的结构示意图；

图5为本申请的还一个实施例中的物体纹路的采集装置的结构示意图；

图6为本申请的实施例中第一耦合器对导光板内的光的衍射偏转的示意图；

图7为本申请的实施例中第二耦合器对光源发出的光的衍射偏转的示意图；

图8为本申请的实施例中物体纹路的采集装置的结构示意图(具有滤光片时)；

图9为本申请的实施例中物体纹路的采集装置的结构示意图(导光板具有全反射层时)；

图10为本申请的实施例中终端设备的结构示意图(识别区域位于显示屏上时)；

图11为图11中的终端设备内的物体纹路的采集装置的结构示意图；

图12为图11中的终端设备内的物体纹路的采集装置的结构示意图(显示屏与导光板之间具有全反射层时)；

图13为本申请的实施例中终端设备的结构示意图(侧边框开设有第一识别孔时)；

图14为本申请的实施例中终端设备的结构示意图(识别区域位于侧边框时)；

图15为本申请的实施例中终端设备的结构示意图(后盖开设有第二识别孔时)；

图16为本申请的实施例中终端设备的结构示意图(识别区域位于后盖时)；

图中：

1、光源；2、导光板；201、第一导光面；2011、出光区域；202、第二导光面；203、侧面；3、第一耦合器；4、图像传感器；5、第二耦合器；6、准直镜；7、滤光片；8、全反射层；9、设备主体；901、侧边框；9011、第一识别孔；902、后盖；9021、第二识别孔；10、检测光；11、探测光；12、显示屏；13、第三耦合器；100、物体纹路的采集装置；200、识别区域；300、待识别物体；400、终端设备。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合具体实施例对本申请的实现进行详细的描述。

本申请实施例提出的物体纹路的采集装置100，可应用于手机、平板电脑等终端设备。使用时，物体纹路的采集装置100对使用者的指纹或掌纹进行采集，并与终端设备的系统已存储的纹路信息进行比对，来进行判断检测纹路是否和已存储纹路对应，进而判断用户身份。

如图1、图3及图6所示，本申请实施例提出了一种物体纹路的采集装置100，包括：光源1、导光板2、第一耦合器3以及图像传感器4；光源1用于发出检测光10；光源1发出的检测光10于导光板2内以全反射的方式传播；导光板2一般具有相对设置的两个导光面，以及与两个导光面成角度(例如90度)的侧面203。导光面具有较大面积，侧面203具有较小面积。两个导光面界定出用于传导光线的主体部分。其中，一个导光面(例如第一导光面201)上具有出光区域2011，对应地，另一导光面(例如第二导光面202)与第一导光面201平行或者基本平行。第一耦合器3靠近导光板2的第二导光面202设置。第一导光面201上有出光区域2011，第一耦合器3用于解除导光板2内的检测光10的全反射状态并将导光板2内的经过出光区域2011射向待识别物体300。图像传感器4用于接收待识别物体300将检测光10反射后的探测光11。

可以理解，由于待识别物体300的表面纹路具有凹部及凸部，且检测光10由凹部及凸部反射后的探测光11的参数(例如强度及相位)存在差异，因此可根据探测光11的强度及相位等参数综合计算获得纹路的图像，再通过该来识别用户身份等信息。

可以理解，出光区域2011为第一导光面201的部分区域或全部区域，出光区域2011的物理特性可为与第一导光面2011的其他区域一致。第一耦合器3的位置决定出光区域2011的位置。

在本申请的实施例中，物体纹路的采集装置100对物体纹路的采集过程为：光源1发出的检测光10进入导光板2并在导光板2内传输。在导光板2内，检测光10以角度a反复投向第一导光面201和第二导光面202，该角度a大于导光板2的全反射临界角度，使得检测光10在导光板2内以全反射的方式向第一耦合器3传播。如图1及6所示，检测光10到达第一耦合器3后，第一耦合器3将检测光10衍射偏转，使衍射光束与导光板2的第二导光面202法向的夹角减小,进而使得被衍射偏转的检测光10的传播角度b小于导光板2的全反射的临界角度。因此，光不再在导光板2内发生全反射传播而是透过导光板2上第一导光面201的出光区域2011传播至待识别物体300。手指或手掌等具有纹路的待识别物体300将检测光10反射形成探测光11，待识别物体300反射的探测光11传播至图像传感器4。图像传感器4接收到带有纹路信息的探测光11后，处理器可对该探测光进行处理形成纹路图像，进而完成待识别物体300的纹路的采集。

因此本申请实施例提供的物体纹路的采集装置100，通过导光板2将光源1发出的检测光10以全反射的方式进行传播，再通过第一耦合器3的衍射偏转将检测光10导向出光区域2011。检测光10从出光区域2011离开导光板2并传播至待识别物体300。因此，无需将光源1设置于出光区域2011的附近，即解耦光源1和出光区域2011。在第一耦合器3将光源1与出光区域2011解耦的情况下，光源1与出光区域2011的相对位置不再特定，光源1的设置更加灵活，因此可以根据需要对终端的组件进行紧凑的布局。

对于导光板2的全反射传导，需基于全反射发生的条件：光线从较高折射率的介质射向较低折射率的介质，且光线的入射角度大于临界角。临界角，亦称全反射临界角，是指光从光密介质入射光疏介质时，在光密介质和光疏介质的交界面发生全反射时的最小入射角。

在一个可能的全反射方案中，如图1所示，光源1及导光板2的设置需满足上述全反射发生的条件，光源1发出的检测光10从导光板2的侧面203直接折射进入导光板2后，能够以大于或等于临界角的角度射向导光板2的第一导光面201。

在另一个可能的全反射方案中，如图2所示，光源1与侧面203之间设有第三耦合器13，光源1发出的检测光10通过第三耦合器13的衍射偏转后进入导光板2，进入导光板2的检测光10的角度满足上述全反射发生的调节。由于第三耦合器13可对光源1发出的检测光10进行衍射偏转，因此光源1与导光板2的侧面203之间的相对位置及相对角度不再特定，调节第三耦合器13的参数即可满足光源1在多种位置及角度发出的检测光10均能以满足全反射条件的角度进入导光板2。进而使得光源1的位置的设置更加灵活。

在另一个可能的全反射方案中，如图9，在导光板2的第一导光面201设置全反射层8，该全反射层由折射率小于导光板2的折射率的材质制成，因此光源1发出的检测光10进入导光板2的角度大于导光板2与全反射层8之间的临界角即可。在该方案中，全反射层8的折射率小于导光板2的折射率；导光板2相对于全反射层8的临界角为a，检测光10入射导光板2内的角度大于该临界角a，使得检测光10在经过第一耦合器3之前不会进入全反射层8，而是传播至第一耦合器3；第一耦合器3将检测光10偏转衍射后，检测光10从导光板2射向全反射层8的角度小于上述临界角a，使得经过第一耦合器3偏转衍射后的检测光10能够进入全反射层8，并投向待测物体。

全反射层8的设置，可使得物体纹路的采集装置100应用于终端设备400时，可将识别区域200(供用户操作的区域)设置于该全反射层8上，便于用户的手指及手掌的放置。此外，全反射层8还可以对导光板2具有保护作用。

对于第一耦合器3对检测光的全反射状态的解除，主要基于第一耦合器3对光实现偏转耦合。第一耦合器3可以包括采用衍射光栅等器件。具体地，第一耦合器3可以是基于布拉格衍射将检测光10偏转传输至出光区域2011，有关布拉格衍射应用于本实施例中的原理如后文所述。

在本实施例中，导光板2包括对光具有较小衰减的部件(例如由玻璃材料或树脂材料制成)，使得光源1发出的检测光10大部分能传播至第一耦合器3并被第一耦合器3衍射偏转至出光区域2011，并从出光区域2011离开导光板2传播至待识别物体300。这种结构使得到达待识别物体300的检测光10足够强，进而使得由待识别物体300反射的探测光11足够强，从而保证了图像传感器4接收到的光信号足够强。

光源1的光强可调节。例如，可根据光线在导光板2中传播的路径的不同，对光源1的光强进行调节。通过调节光源1的光强，即使在导光板2具有光损耗的情况下，也可以使到达待识别物体300的光强足够，从而使得经过待识别物体300反射到达图像传感器4的光线足以使图像传感器4准确地采集到待识别物体300的纹路图像。

请参阅图1-图3，第一耦合器3具有第一耦合面，第一耦合面与导光板2的第二导光面202接触。第一耦合器3的位置可以根据出光区域2011的位置灵活调节。相对于将第一耦合器3集成于导光板2内的固定位置的方案，前述耦合器3的位置可以根据安装的需要灵活调节。示例的，当导光板2与第一耦合器3之间没有其他介质时(当第一耦合器3为具有一定粘性时，例如基于丙烯三脂的光致聚合物，第一耦合器3可粘接于导光板2上，而无需胶水等外部介质的粘接)，检测光10在导光板2与第一耦合器3之间通过时，只由导光板2与第一耦合器3之间的折射率差的作用而改变传播角度。检测光路设计时，在导光板2与第一耦合器3之间，只需考虑导光板2与第一耦合器3自身的折射率参数，可以简化检测光路的设计。更进一步地，导光板2与第一耦合器3中衍射光栅采用相同材质制作，检测光10从导光板2进入第一耦合器3时没有折射(光线进入第一耦合器3后通过第一耦合器3中衍射光栅的衍射偏转)，在二者之间没有折射，可以进一步简化光路设计和结构设计。

请参阅图1-图3，在一个实施例中，图像传感器4与出光区域2011分别位于导光板2的相对的两侧，当第一耦合器3衍射偏转的光线透过第一导光面201上的出光区域2011传播至待识别物体300后，待识别物体300将光线反射，反射光线穿过导光板2到达图像传感器4。示例的，图像传感器4与出光区域2011可分别位于导光板2的相对的两侧且基本正对设置。

本申请实施例中的光源1、导光板2、第一耦合器3及图像传感器4可以但不限于采用如下两种设置方式：

图1为第一种方式的实例。图1中，图像传感器4、光源1及第一耦合器3位于导光板2的第二导光面202一侧。

于本实施例中，光源1发出的检测光10进入导光板2后以全反射的方式传播至第一耦合器3，与光源1同侧的第一耦合器3将检测光10偏转衍射至出光区域2011，检测光10于出光区域2011离开导光板2，传播至位于识别区域200的待识别物体300。也即于终端设备400中，出光区域2011与识别区域200位于导光板2的同一侧。当物体纹路的采集装置100应用于终端设备400时，位于导光板2的同一侧的图像传感器4、光源1及第一耦合器3可位于终端设备400的内部；如图10及图14-图16所示，识别区域200可位于终端设备400的外部，例如显示屏12、侧边框901及后盖902等位置。

图3为第二种方式的示例。图3中，光源1与出光区域2011位于第一导光面201一侧，图像传感器4与第一耦合器3位于导光板2的第二导光面202一侧。当物体纹路的采集装置100应用于具有背光键盘的笔记本时，背光键盘的背光光源可实现上述光源1的功能发出检测光10(示例的，笔记本的背光光源通过可通过导光部件将显示用的光传播至按键，背光光源同时可向导光板2提供检测光10)。也即光源1可作为背光键盘的一部分，识别区域200可设置于笔记本的表面。此时光源1与识别区域200位于第一导光面201的一侧，图像传感器4与第一耦合器3位于第二导光面202的一侧。

在本申请所有的实施例中，第一耦合器3可以是衍射光栅。衍射光栅的体积较小，可满足手机对于部件小型化的要求。具体地，第一耦合器3可以为体全息光栅。

在本申请实施例中，第一耦合器3是基于衍射效应将检测光10偏转传输以破坏其全反射状态，传输至出光区域2011，然后通过出光区域2011离开导光板2到达待识别物体300。对第一耦合器3的结构及光学参数的确定，可基于布拉格衍射条件实现。具体地，参考图6，具有折射率调制周期的介质对电磁波的衍射，可以看作多个晶面对电磁波的反射的相干叠加。不同晶面间的反射如果正好相差波长整倍数时相干加强，这种相干加强条件称为布拉格条件，即：2d₁sinθ_B1＝m₁λ₁，其中，m₁为整数，取1便于计算，λ₁为检测光1在第一耦合器3中的波长，λ₁＝λ_/n₁，n₁为第一耦合器3的折射率；进而可得2d₁sinθ_B1＝λ/n₁。同时，当入射角θ_B1等于反射角Y1(衍射角)时，才满足布拉格条件，此时的入射角又称布拉格角。该入射角θ_B1是指光束相对与折射率调制周期垂直的平面而言，而不是相对于介质表面。

在此基础上，示例的，如图6所示，假如导光板2的折射率为1.5，与导光板2的表面接触的空气的折射率为1，则导光板2相对于空气的临界角为41.8°；选择光源1发出的检测光10于导光板2内传播的角度θ_out为60°，可满足全反射条件，使得检测光10在导光板2内以全反射的方式传播至第一耦合器3。

为了计算的简化，将第一耦合器3的折射率选为与导光板2相同，例如均为1.5。同时为了破坏检测光10在导光板2内的全反射条件，选择第一耦合器3也即体全息光栅将光衍射偏转后进入导光板2的角度θ_L为30°，使得光可射出导光板2到达出光区域2011，,然后于出光区域2011离开导光板2，并照射到待识别物体300。

假设光源1发出的检测光10的波长为670纳米。由此，根据图6所示，θ_out为60°，θ_L为30°，此时入射角＝衍射角＝45°，可以确认第一耦合器3的波矢

的方向，其相对于介质表面的角度θ_K1为15°，折射率调制周期方向与波矢

的方向相互垂直，即与介质表面的角度为75°。由布拉格条件2d₁sinθ_B1＝λ/n₁，θ_B1为布拉格角，即45°，λ为光源1发出的检测光10的波长，为670nm，n₁为第一耦合器3的折射率，为1.5，d₁为第一耦合器3的折射率调制周期，进而得到第一耦合器3的折射率调制周期d₁为314.42纳米。

可以理解，根据上述布拉格条件，在波长和入射角及衍射角确定的情况下，可以确定第一耦合器的折射率调制周期d₁。当然，其中任一种参数均可以通过其他参数计算确定，进而，可根据光路的设计来确定对应的结构和光学参数。

在此基础上，当导光板2上设置有全反射层8时，为了使得第一耦合器3衍射偏转后进入导光板2的检测光10(其射入角度为角度θ_L为30°)能够射向全反射层8而不发生全反射，需要使得导光板2相对于全反射层8的临界角θ_临大于30°，且为了保证检测光10向第一耦合器3传播的过程中发生全反射，导光板2相对于全反射层8的临界角θ_临小于60°，假设全反射层8的折射率为n₃。光发生全反射的条件为：n₁sinθ_临＝n₃sin90°，当θ_临大于30°且小于60°时，则有

n₁为第一耦合器3的折射率且为1.5，因此0.75＜n₃＜1.29。可选的，第一耦合器3为光致聚合物薄膜形成的体全息光栅，例如基于丙烯酸酯的光敏聚合物，折射率为1.5。

可以理解，上述θ_out为60°，θ_L为30°，波长为670纳米均为一种可选数据，只要满足θ_out为能够发生全反射的角度，θ_L为30°能够破坏全反射的角度即可。

请参阅图1，作为光源1发出的检测光10进入导光板2的一种方式，光源1发出的检测光10从导光板2的侧面203进入导光板2。调节光源1的出光角度，使得光源1发出的检测光10经过侧面203折射进入导光板2内后，检测光10以角度a反复投向第一导光面201和第二导光面202，该角度a大于导光板2的全反射临界角度，使得检测光10在导光板2内以全反射的方式向第一耦合器3传播。

侧面203与导光面(第一导光面201或第二导光面202)呈预设角度，示例的，可为侧面203相对导光面垂直。

请参阅图3-图4，作为光源1发出的检测光10进入导光板2的一种方式：光源1与导光板2之间设有第二耦合器5，第二耦合器5具有与导光面(第一导光面201或第二导光面202)贴合设置的第二耦合面，第二耦合器5用于将光源1发出的检测光10导入导光板2。光源1发出的检测光10进入第二耦合器5内，第二耦合器5将检测光10衍射偏转，使得检测光10通过第一导光面201或第二导光面202进入导光板2后于导光板2内发生全反射。也即光源1发出的光可通过第二耦合器5衍射偏转，衍射偏转后进入导光板2的检测光10在导光板2内发生全反射。因此光源1设置时，无需特定的安装角度及安装位置，使得光源1的设置更为灵活。

作为第二耦合器5的一个实施例，请参阅图7，第二耦合器5也可以为衍射光栅。衍射光栅的体积较小，可满足手机对于部件小型化的要求。

具体地，第二耦合器5为体全息光栅，第二耦合器5与导光板2接触设置。为了简化设计，第二耦合器5与第一耦合器3的工作原理相同，采用相同材料制作。

示例的，如图7所示，导光板2的折射率为1.5，与导光板2的表面接触的空气的折射率为1，则导光板2相对于空气的临界角为41.8°；选择光源1于导光板2内传播的角度θ_out为60°，可满足全反射条件。

为了计算的简化，将第二耦合器5的折射率选为与导光板2相同，例如均为1.5。则第二耦合器5对光的衍射形成的衍射光I_diff的方向与I_diff从第二耦合器5进入导光板2形成的检测光I_out的方向相同。根据I_diff与I_out的方向，衍射光I_diff与导光板2的第二导光面202的法向间夹角为60°，且从第二耦合器5进入导光板2形成的检测光I_out与导光板2的第二导光面202的法向间夹角也为60°。

由此，根据图7所示，检测光10相对于第二耦合器5的入射角θ_B2和衍射角Y2为30°。假定光源1发出的检测光10的波长λ为670纳米，第二耦合器5产生衍射光时满足布拉格条件，即：2d₂sinθ_B2＝m₂λ₂，其中，m₂为整数，取1便于计算，λ₂为检测光1在第一耦合器3中的波长，λ₂＝λ_/n₁，n₂为第二耦合器5的折射率；进而可得2d₂sinθ_B2＝λ/n₂，θ_B2为布拉格角，为30°，λ为光源1发出的检测光10的波长，为670纳米，n₂为第二耦合器5的折射率，为1.5，d₂为第二耦合器5的折射率调制周期，布拉格角θ_B2为30°，进而得到第二耦合器5的折射率调制周期d₂为447纳米。

可选的，第二耦合器5为光致聚合物薄膜形成的体全息光栅，例如基于丙烯酸酯的光敏聚合物，折射率为1.5。

于本申请的实施例中，在满足光源1发出的检测光10在导光板2以全反射的方式传播，并在第一耦合器3处解除全反射的的情况下，光源1发出的检测光10的波长范围可为665纳米-675纳米，第一耦合器3的折射率范围可为1.45-1.55，第二耦合器5的折射率范围可为1.45-1.55，导光板2的折射率范围可为1.45-1.55。导光板2的厚度范围可为0.15毫米-0.8毫米，以供不同的终端设备400进行选择。

请参阅图5，可选地，光源1与第二耦合器5之间设有准直镜6，光源1位于准直镜6的焦点处。光源1于准直镜6的焦点处发出检测光10，准直镜6可将平行度不高的检测光10进行准直，使得检测光10可以以垂直于第二耦合器5的表面的方向进入第二耦合器5，第二耦合器5将检测光10衍射偏转后射入导光板2内。

检测光10垂直于第二耦合器5的表面的方向进入第二耦合器5，可便于设置第二耦合器5的折射率、折射率调制周期等参数。

请参阅图8，可选地，光源1与第二耦合器5之间设有窄带滤光片7，使得光源1发出的检测光10只有单色光或准单色光进入第二耦合器5。衍射光栅对波长具有选择性，作用于单色光或者准单色光。当第二耦合器5为衍射光栅，示例的为体全息光栅时，通过窄带滤光片7获取单色波或准单色波以保证该采集装置100能够有效采集数据。

示例的，于本申请的所有实施例中，光源1可以为相干光光源1，也即光源1产生的检测光10为相干光，此时不需要设置窄带滤光片7。

示例的，于本申请的所有实施例中，第一耦合器3与第二耦合器5可均为体全息衍射光栅，以实现对检测光10的衍射偏转。体全息光栅可为重铬酸盐、卤化银乳胶、重铬酸盐明胶、光致抗蚀剂、光致聚合物、光导热塑料、光折变晶体、液晶等作为记录介质该记录介质可在特定波长的照明光下产生折射率变化。厚度为20μm左右不等，折射率调制度为0.03左右不等。原始全息记录材料经过全息曝光后，形成折射率周期变化的体光栅结构，实现对入射光束的衍射偏转。

以下为第二耦合器5为体全息光栅时的设计示例：

请参阅图7，I_in为检测光10进入第二耦合器5时的光线角度，I_diff为第二耦合器5对检测光10衍射形成的光线角度，I_out为检测光10进入导光板2时的光线角度。

在I_out的方向一定，I_diff与I_out满足折射定律(n₄sinθdiff＝n₅sinθout)，n₄为第二耦合器5的折射率，n₅为导光板2的折射率。由此可根据第二耦合器5及导光板2的折射率可确定I_diff的方向。

由此，依据入射光的波矢

与衍射光的波矢

可得到第二耦合器5的波矢

第二耦合器5作为体全息光栅，可由两光束干涉得到。假设两光束的波函数表达式为

与

在全息记录材料上相干时，光强分布为

其中

由第二耦合器5的波矢

可得到两束光的波矢

与

由此可确定全息体光栅耦合器件的设计方法，进而根据不同的使用需求设计第二耦合器5。第一耦合器3的为体全息光栅时的设计方法与第二耦合器5的设计方法相同，此处不再赘述。

如图10所示，本申请实施例提出了一种终端设备400，包括设备主体9以及上述任一项实施例中的物体纹路的采集装置100，物体纹路的采集装置100安装于设备主体9上。

设备主体9可为手机、平板电脑等电子设备。识别区域200可位于终端设备400的表面，便于对使用者的指纹或掌纹等生物信息进行识别。使用者在握持该终端设备400时即可便捷的完成纹路采集，终端设备400的处理器可将其与预留的正确的纹路信息进行对比。若采集到的纹路信息与预留的匹配，则完成终端设备400的解锁、支付等功能。

光源1、第一耦合器3、第二耦合器5及图像传感器4均可设置于终端设备400的内部。

请参阅图10-图12，作为本申请提供的终端设备400的另一种具体实施方式，设备主体9上设有显示屏12，识别区域200位于显示屏12上；导光板2至少部分设置于显示屏12下(当显示屏12为液晶显示屏时，导光板2也可以为显示屏12自身的导光板)。

如图12所示，将识别区域200设置于显示屏12上，使用者握持终端设备400时，手指可按压终端设备400的显示屏12上的识别区域200，使得指纹采集快速完成。光源1发出的检测光10由导光板2传播至第一耦合器3，第一耦合器3将检测光10偏转衍射于出光区域2011处穿过导光板2及全反射层8后(若未设置有全反射层8，则检测光10穿过导光板2后直接到达显示屏12)，再透过显示屏12到达显示屏12表面的识别区域200射向待识别物体300，待识别物体300将光反射，检测光10被反射形成的探测光11透过显示屏12、全反射层8(若未设置有全反射层8，则探测光11直接到达导光板2)及导光板2，最后到达图像传感器4。

于本申请的一个实施例中，当显示屏12为液晶显示屏时，显示屏12自身的导光板可以实现上述导光板2的功能，用于传递检测光10，则在该实施例中，可以不用再设置额外的导光板2。

在设置有全反射层8的情况下，可避免异物或者松动的零部件到达显示屏12与导光板2之间，进而避免导光板2内的检测光10在到达第一耦合器3之前被解除全反射，从而避免检测光10无法到达第一耦合器3并被第一耦合器3偏转衍射后到达识别区域200，使得具有足够的光传播至识别区域200。

可将识别区域200设置于显示屏12的任何位置。利用导光板2将光源1发出的检测光10导向第一耦合器3并偏转衍射至出光区域2011，然后从出光区域2011离开导光板2并到达识别区域200即可；同时根据检测光10在导光板2中传播时损耗的光量，调节光源1的发检测光10强度，保证到达识别区域200的检测光10强足够。

请参阅图14，作为本申请提供的终端设备400的另一种具体实施方式，设备主体9具有侧边框901，导光板2至少部分位于侧边框901下,识别区域200位于侧边框901上。

当终端设备400为了内部架构更紧凑等原因，无法在显示屏12的正下方配置足够多的零部件时，可将物体纹路的采集装置100的光源1、导光板2(当显示屏12为液晶显示屏时，不同于显示屏12的导光板)、第一耦合器3以及图像传感器4等部件置于终端设备400中靠近边框901的地方。在侧边框901上设置具有足够透光率的区域以形成识别区域200。

如图13所示，当导光板2(当显示屏12为液晶显示屏时，不同于显示屏12的导光板)上设置有全反射层8时，识别区域200也可位于全反射层8上，侧边框901开设有对应于识别区域200的第一识别孔9011，以供手指伸入并与全反射层8上的识别区域200接触。请参阅图16，作为本申请提供的终端设备400的另一种具体实施方式，设备主体9具有后盖902，导光板2至少部分位于后盖902下，识别区域200位于后盖902上。

后盖902的局部或大部分位置具有足够导光率的材质，以形成识别区域200。如图15所示，当导光板2上设置有全反射层8时，识别区域200也可位于全反射层8上，后盖902开设有适配于识别区域200的第二识别孔9021，以供手指伸入并与全反射层8上的识别区域200接触。

显然，本申请的上述实施例仅仅是为了清楚说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (20)

1.物体纹路的采集装置，其特征在于，包括光源、导光板、第一耦合器和图像传感器；

所述光源用于发出检测光；

所述导光板用于以全反射的方式将所述检测光传播至所述第一耦合器，所述导光板具有出光区域；

所述第一耦合器设置于所述导光板的导光面，用于在接收到所述检测光时解除所述检测光在所述导光板内的全反射状态，并用于将所述检测光导向所述出光区域，使所述检测光从所述出光区域离开所述导光板并传播至待识别物体；以及

图像传感器，用于接收所述待识别物体对所述检测光进行反射后形成的探测光。

2.根据权利要求1所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述光源与所述导光板之间设有第二耦合器，所述第二耦合器具有与所述导光面贴合设置的第二耦合面，所述光源位于所述第二耦合器远离所述导光板的一侧，所述第二耦合器用于将所述检测光偏转导入所述导光板。

3.根据权利要求2所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述第二耦合器为衍射光栅。

4.根据权利要求3所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述第二耦合器为体全息光栅。

5.根据权利要求2-4任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述第一耦合器和/或所述第二耦合器与所述导光板的折射率相同。

6.根据权利要求2-5任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述图像传感器、所述光源及所述第一耦合器位于所述导光板的同一侧；

或者，所述光源与所述出光区域位于所述导光板的其中一侧，所述图像传感器与所述第一耦合器位于所述导光板的另一侧。

7.根据权利要求1所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述导光板还具有与所述导光面呈预设角度的侧面，所述光源发出的所述检测光从所述侧面进入所述导光板。

8.根据权利要求7所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述光源与所述侧面之间设有第三耦合器，所述第三耦合器具有与所述侧面贴合设置的第三耦合面。

9.根据权利要求1-8任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述第一耦合器具有第一耦合面，所述第一耦合面与所述导光面贴合设置。

10.根据权利要求1-9任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述图像传感器与所述出光区域分别位于所述导光板的相对的两侧。

11.根据权利要求1-10任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述第一耦合器为衍射光栅。

12.根据权利要求1-11任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述第一耦合器为体全息光栅。

13.根据权利要求1-12任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述导光板的厚度范围为0.15毫米-0.8毫米。

14.根据权利要求2-6任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述光源与所述第二耦合器之间设有准直镜，所述光源位于所述准直镜的焦点处。

15.根据权利要求1-14任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述光源为相干光光源；或者，所述光源为非相干光光源，且与所述导光板之间设有窄带滤光片。

16.根据权利要求1-15任一项所述的物体纹路的采集装置，其特征在于，所述物体纹路的采集装置还包括与所述导光板具有所述出光区域的一侧贴合设置的全反射层，所述全反射层的折射率小于所述导光板的折射率。

17.终端设备，其特征在于，包括如权利要求1-16任一项所述的物体纹路的采集装置。

18.根据权利要求17所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备具有显示屏，所述显示屏上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体；所述导光板至少部分设置于所述显示屏下。

19.根据权利要求17所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备具有侧边框，所述导光板至少部分设置于所述侧边框下；

所述侧边框上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体；或者

所述导光板上设有所述全反射层，所述全反射层上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体，所述侧边框开设有对应于所述识别区域的第一识别孔。

20.根据权利要求17所述的终端设备，其特征在于，所述终端设备具有后盖，所述导光板至少部分设置于所述后盖下；

所述后盖上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体；或者

所述后盖与所述导光板之间设有所述全反射层，所述全反射层上具有与所述出光区域对应的识别区域，所述识别区域用于放置所述待识别物体，所述后盖开设有适配于所述识别区域的第二识别孔。

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