CN107977627B - 纹路的光学检测装置、电子设备及纹路的光学检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纹路的光学检测装置、电子设备及纹路的光学检测方法。该光学检测装置包括透明盖板、光源和感光元件，透明盖板具有与入光面和出光面连接且相对的第一表面和第二表面，第一表面具有触摸区域，触摸区域包括至少一个由第一区域和第二区域组成的触摸区间，各第二区域与各第一区域交替设置，光源设置于透明盖板的一侧且靠近入光面，用于发出进入透明盖板的检测光束，检测光束包括第一光束和第二光束，第一光束用于在第一区域发生全反射并从出光面射出，第二光束用于在第二区域发生全反射并从出光面射出，感光元件设置于透明盖板的另一侧且靠近出光面，用于接收从出光面射出的第一光束和/或第二光束并将光学信息转换为纹路图像信息。

Description

纹路的光学检测装置、电子设备及纹路的光学检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种纹路的光学检测装置、电子设备及纹路的光学检测方法。

背景技术

随着手机技术的推陈出新及手机用户需求的不断提高，为了达到更佳的用户体验，增加手机屏幕面积占比，全面屏已成为智能终端发展的一大趋势。但是对于传统的电容式指纹识别技术，由于电容检测无法穿透较厚玻璃等多方面限制，其无法完成去除Home键的任务。

现有技术中提供的一种光学指纹识别方案如图1所示，光源20＇向盖板玻璃10＇提供入射光，已知指纹直径大小约为8毫米，盖板玻璃10＇厚度约为0.5毫米，为使入射光由侧边投射到盖板玻璃10＇上表面后能够覆盖整个指纹，则需要光线与盖板玻璃10＇上表面的夹角特别小(3.5°～3.6°)，然而上述夹角太小不利于实际生产；而且受限于盖板玻璃10＇的厚度，感光阵列的尺寸也会变得窄长，从感光阵列上得到的指纹信息也会产生类似的畸变，这种畸变导致横向上的指纹信息分辨率降低，不利于指纹信息认证。畸变前后的指纹信息如图2和3所示。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种纹路的光学检测装置、电子设备及纹路的光学检测方法，以解决现有技术中由于得到的指纹信息产生畸变而导致横向上的指纹信息分辨率降低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种纹路的光学检测装置，包括：透明盖板，具有沿第一方向相对的入光面和出光面，第一方向垂直于透明盖板的厚度方向，透明盖板还具有与入光面和出光面连接且相对的第一表面和第二表面，第一表面具有触摸区域，触摸区域包括至少一个由第一区域和第二区域组成的触摸区间，各第二区域与各第一区域交替设置；光源，设置于透明盖板的一侧且靠近入光面，用于发出进入透明盖板的检测光束，检测光束包括第一光束和第二光束，第一光束用于在第一区域发生全反射并从出光面射出，第二光束用于在第二区域发生全反射并从出光面射出；感光元件，设置于透明盖板的另一侧且靠近出光面，用于接收从出光面射出的第一光束和/或第二光束并将光学信息转换为纹路图像信息。

进一步地，触摸区域包括多个触摸区间，第一光束和第一光束均在至少两个触摸区间发生全反射并从出光面射出。

进一步地，第一光束包括多个平行的第一光线，且第二光束包括多个平行的第二光线。

进一步地，第一光束的宽度大于或者等于触摸区域在第一方向上的宽度，且第二光束的宽度大于或者等于触摸区域在第一方向上的宽度。

进一步地，光学纹路检测装置还包括：透镜，设置在感光元件与出光面之间，透镜用于将出光面射出的第一光束和/或第二光束会聚至感光元件中。

进一步地，光源包括多个沿第二方向依次排列的分光源，第二方向与第一方向垂直且与入光面平行。

进一步地，任意相邻的各分光源在第二方向上的间距相同。

进一步地，光学检测装置包括由沿第二方向排列的多个感光元件组成的感光阵列，各感光元件与各分光源一一对应设置。

进一步地，任意相邻的感光元件在第二方向上的间隔相等。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，包括显示屏和光学检测装置，光学检测装置包括透明盖板，透明盖板设置于显示屏上，光学检测装置为上述的光学检测装置。

进一步地，显示屏选自LCD、LED、OLED和MicroLED。

根据本发明的另一方面，还提供了一种纹路的光学检测方法，包括以下步骤：S1，在透明盖板的第一表面形成纹路，透明盖板的第一表面具有触摸区域，触摸区域包括至少一个由第一区域和第二区域组成的触摸区间，各第二区域与各第一区域交替设置；S2，透明盖板具有沿第一方向相对的入光面和出光面，第一方向垂直于透明盖板的厚度方向，使包括第一光束和第二光束的检测光束从入光面进入透明盖板中，且第一光束在第一区域发生全反射并从出光面射出，第二光束在第二区域发生全反射并从出光面射出；S3，从出光面接收第一光束和/或第二光束并将光学信息转换为纹路图像信息。

进一步地，在步骤S2中，使进入透明盖板的第一光束包括多个平行的第一光线，并使进入透明盖板的第二光束包括多个平行的第二光线。

进一步地，在步骤S2中，使进入透明盖板的第一光束的宽度大于或者等于触摸区域在第一方向上的宽度，并使进入透明盖板的第二光束的宽度大于或者等于触摸区域在第一方向上的宽度。

应用本发明的技术方案，提供了一种光学检测装置，由于透明盖板的第一表面具有至少一个触摸区域，各触摸区域包括至少一个由第一区域和第二区域组成的触摸区间，各第二区域与各第一区域交替设置，光源能够发出进入透明盖板的第一光束和/或第二光束，第一光束用于在第一区域发生全反射，第二光束用于在第二区域发生全反射，通过划分上述第一区域和第二区域，能够将纹路信息在横向方向上分割成多个交替设置的奇数区域和偶数区域，从而使感光阵列上得到的纹路信息是间隔设置的多个奇数区域的纹路信息叠加之后的结果，或多个偶数区域的纹路信息叠加之后的结果，然后对重叠后的纹路信息进行认证和处理，与改进前对畸变的纹路信息进行认证和处理相比，识别和认证难度降低，有利于实际系统处理。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中提供的一种指纹的光学检测装置的结构示意图；

图2示出了畸变前的指纹图像示意图；

图3示出了采用图1提供的光学检测装置得到的畸变后的指纹图像示意图；

图4示出了根据本发明的一种实施例提供的光学检测装置的结构示意图；

图5示出了本发明的另一种实施例提供的光学检测装置的结构示意图；以及

图6示出了本发明的实施例1中的图像传感器在将第一光束的光学信息转换后得到的指纹图像示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、透明盖板；20、光源；210、分光源；30、透镜；40、感光元件；11、入光面；12、出光面；13、第一表面；130、触摸区域；131、第一区域；132、第二区域；100、指纹。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

正如背景技术中上述，现有技术中由于得到的指纹信息产生畸变而导致横向上的指纹信息分辨率降低。为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种纹路的光学检测装置，如图4所示，包括：透明盖板10，具有沿第一方向相对的入光面11和出光面12，第一方向垂直于透明盖板10的厚度方向，透明盖板10还具有与入光面11和出光面12连接且相对的第一表面13和第二表面，第一表面13具有触摸区域130，触摸区域130包括至少一个由第一区域131和第二区域132组成的触摸区间，各第二区域132与各第一区域131交替设置；光源20，设置于透明盖板10的一侧且靠近入光面11，用于发出进入透明盖板10的检测光束，检测光束包括第一光束和第二光束，第一光束用于在第一区域131发生全反射并从出光面12射出，第二光束用于在第二区域132发生全反射并从出光面12射出；感光元件40，设置于透明盖板10的另一侧且靠近出光面12，用于接收从出光面12射出的第一光束和/或第二光束并将光学信息转换为纹路图像信息。

由于各触摸区域130包括至少一个由第一区域131和第二区域132组成的触摸区间，各第二区域132与各第一区域131交替设置，光源20能够发出进入透明盖板10的第一光束和/或第二光束，第一光束用于在第一区域131发生全反射，第二光束用于在第二区域132发生全反射，通过划分上述第一区域131和第二区域132，能够将纹路信息在横向方向上分割成多个交替设置的奇数区域和偶数区域，从而使感光阵列上得到的纹路信息是间隔设置的多个奇数区域的纹路信息叠加之后的结果，或多个偶数区域的纹路信息叠加之后的结果，然后对重叠后的纹路信息进行认证和处理，与改进前对畸变的纹路信息进行认证和处理相比，识别和认证难度降低，有利于实际系统处理。

本发明的上述光学检测装置能够应用于对多种纹路的检测，上述纹路可以包括指纹等皮肤上的各种纹路。在本发明的上述光学检测装置中，若触摸区域130上的纹路为指纹100，盖板玻璃上表面某部位与指纹谷接触，光线发生多次全发射穿出盖板玻璃侧面并通过透镜30聚焦到感光阵列上，形成亮条纹，若盖板玻璃上表面某部位与指纹脊接触，由于接触面变得粗糙，光线在此发生漫反射，难以形成到达感光阵列的穿透光线，形成暗条纹，从而能够将指纹的谷脊信息转化为感光阵列上的明暗条纹信息。

上述光学检测装置中的感光元件40为能够将获取到的光线信息转换为纹路图像信息的任意组件，如图像传感器。上述光学检测装置中的透明盖板10可以为任意满足透光和硬度需求的板材，如玻璃盖板、PET盖板等。

上述光学检测装置中的光源20用于发出进入透明盖板10的第一光束和第二光束，第一光束对应的入射角以及第二光束对应的入射角均可以根据纹路的尺寸以及触摸区域130所包括的触摸区间的数量而定，还可以结合透明盖板10的厚度以及材料等而定。本领域技术人员可以根据实际情况设置上述第一光束和第二光束的入射角，只要上述第一光束和第二光束能够分别在经过第一区域131和第二区域132时发生全反射即可。

为了提高光学检测装置的检测准确性，在一种优选的实施方式中，触摸区域130包括多个触摸区间，第一光束和第一光束均在至少两个触摸区间发生全反射并从出光面12射出；更为优选地，第一光束和第一光束均在各触摸区间发生全反射并从出光面12射出。如图4所示，该透明盖板10的第一表面13具有包括多个触摸区间的触摸区域130，光源20发出的第一光束能够在经过各触摸区间中的第一区域131时发生了全反射，光源20发出的第二光束能够在经过各触摸区间中的第二区域132时发生了全反射。

为了进一步获得触摸区域130的全部纹路信息，从而使得获取的图像信息更加准确且更好地与纹路吻合，上述第一光束包括多个平行的第一光线，且上述第二光束包括多个平行的第二光线；并且，优选地，上述第一光束的宽度大于或者等于触摸区域130在第一方向上的宽度，且上述第二光束的宽度大于或者等于触摸区域130在第一方向上的宽度。

在本发明的上述光学检测装置中，光学纹路检测装置还可以包括透镜30，透镜30设置在感光元件40与出光面12之间，透镜30用于将出光面12射出的第一光束和/或第二光束会聚至感光元件40中。上述透镜30用于将上述出光面12射出的第一光束和/或第二光束会聚至上述感光元件40中，这样能够使得从出光面12出射的光线全部会聚至感光元件40中，从而使得感光元件40转化得到图像信息更加准确，从而进一步提高了该光学检测装置的检测的准确性。

在本发明的上述光学检测装置中，优选地，上述光源20包括多个沿第二方向依次排列的分光源210，上述第二方向与上述第一方向垂直且与上述入光面11平行，如图5所示。多个分光源210对应发出多个第一光束和多个第二光束，各第一光束的入射角可以是相同的，也可以是不同的，各第二光束的入射角可以是相同的，也可以是不同的，这些分光源210发出的第一光束和第二光束在透明盖板10的不同的触摸区域130中发生全反射，使得该透明盖板10上可以设置更多的触摸区域130，进而实现更多纹路的叠加信息的检测。

为了提高对各触摸区域130上纹路检测的准确性，优选地，任意相邻的上述各分光源210在第二方向上的间距相同，如图5所示。

为了将不同的分光源210发出的光线经过全反射后得到的出射光线转化为纹路图像信息，优选地，光学检测装置包括由沿第二方向排列的多个感光元件40组成的感光阵列，各感光元件40与各分光源210一一对应设置，如图5所示。这种一一对应的设置方式不仅是指数目上的一一对应，也同时指二者的位置上的一一对应，即一个分光源210发出的光线经过全反射后得到的出射光线能够进入到对应的感光元件40中。

为了提高对各触摸区域130上纹路检测的准确性，优选地，任意相邻的上述感光元件40在第二方向上的间隔相等。

在本发明的上述光学检测装置中，分光源210与感光元件40在数量上并不一定是一一对应的，还可以是其他的数量对应关系，如两个分光源210对应一个感光元件40等，本领域技术人员可以根据实际需求对分光源210和感光元件40的数量和位置进行调整。

根据本发明的另一方面，还提供了一种电子设备，包括显示屏和光学检测装置，光学检测装置包括透明盖板10，透明盖板10设置于显示屏上，该光学检测装置为上述的光学检测装置。上述的电子设备由于包括上述的指纹的光学检测装置，使得其指纹识别的准确性更高，进而能够更好地保证该电子设备的安全。

在本发明的上述电子设备中，显示屏可以选自LCD、LED、OLED和MicroLED，本领域技术人员根据实际需求对显示屏的种类进行合理选取。

根据本发明的再一方面，还提供了一种纹路的光学检测方法，包括以下步骤：S1，在透明盖板的第一表面形成纹路，透明盖板的第一表面具有触摸区域，触摸区域包括至少一个由第一区域和第二区域组成的触摸区间，各第二区域与各第一区域交替设置；S2，透明盖板具有沿第一方向相对的入光面和出光面，第一方向垂直于透明盖板的厚度方向，使包括第一光束和第二光束的检测光束从入光面进入透明盖板中，且第一光束在第一区域发生全反射并从出光面射出，第二光束在第二区域发生全反射并从出光面射出；S3，从出光面接收第一光束和/或第二光束并将光学信息转换为纹路图像信息。

在本发明的上述光学检测方法中通过划分上述第一区域和第二区域，能够将纹路信息在横向方向上分割成多个交替设置的奇数区域和偶数区域，然后通过调整第一光束和第二光束进入透明盖板时的角度，使第一光束在第一区域发生全反射并从出光面射出，第二光束在第二区域发生全反射并从出光面射出，从而通过接收第一光束和/或第二光束使得到的纹路信息是间隔设置的多个奇数区域的纹路信息叠加之后的结果，或多个偶数区域的纹路信息叠加之后的结果，然后对重叠后的纹路信息进行认证和处理，与改进前对畸变的纹路信息进行认证和处理相比，识别和认证难度降低，有利于实际系统处理。

在上述步骤S2中，为了进一步获得触摸区域的全部纹路信息，从而使得获取的图像信息更加准确且更好地与纹路吻合，优选地，使进入透明盖板的第一光束包括多个平行的第一光线，并使进入透明盖板的第二光束包括多个平行的第二光线。并且，优选地，使进入透明盖板的第一光束的宽度大于或者等于触摸区域在第一方向上的宽度，并使进入透明盖板的第二光束的宽度大于或者等于触摸区域在第一方向上的宽度。

下面将结合实施例进一步说明本发明提供的纹路的光学检测装置。

实施例1

本实施例提供的光学检测装置如图4所示，包括透明盖板10、光源20、透镜30和感光元件40，具体的位置关系如图1所示，透明盖板10为玻璃盖板，且该透明盖板10的长度(图1中透明盖板10在垂直于纸面或者显示屏向里的边的宽度)160mm，宽度(图1中透明盖板10在水平方向的边的宽度)为56mm，厚度为0.5mm，且其折射率为1.5。该透明盖板10的表面上具有触摸区域130，触摸区域130上具有指纹100，触摸区域130的长度为8mm，宽度为8mm，触摸区域130的中心距离透明盖板10的边的距离是4mm，触摸区域130包括两个由第一区域131和第二区域132构成的触摸区间，第一区域131和第二区域132交替，各第一区域131和第二区域132的长度均为2mm，宽度均为8mm。

采用上述光学检测装置的检测过程包括：

假设盖板玻璃的折射率为1.5，光源20发出的第一光束在入光面11的入射角为48.6°，光源20发出的第二光束在入光面11的入射角为138.6°，将指纹触摸区域130，第一区域131和第二区域132将指纹划分为交替的奇区域和偶区域；

第一光束在经过上述的各第一区域131时均会发生全反射并经过出光面12入射至透镜30中，经过透镜30的会聚作用进入图像传感器中，图像传感器将第一光束中光线对应的光学信息转化为图像信息，最终得到指纹图像中奇区域的叠加图像；

同样地，第二光束在经过上述的各第二区域132时均会发生全反射并经过出光面12入射至透镜30中，经过透镜30的会聚作用进入图像传感器中，图像传感器将第二光束中光线对应的光学信息转化为图像信息，最终得到指纹图像中偶区域的叠加图像。

上述图像传感器在将第一光束的光学信息转换后得到的指纹图像示意图如图6所示。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

由于各触摸区域包括至少一个由第一区域和第二区域组成的触摸区间，各第二区域与各第一区域交替设置，光源能够发出进入透明盖板的第一光束和/或第二光束，第一光束用于在第一区域发生全反射，第二光束用于在第二区域发生全反射，通过划分上述第一区域和第二区域，能够将纹路信息在横向方向上分割成多个交替设置的奇数区域和偶数区域，从而使感光阵列上得到的纹路信息是间隔设置的多个奇数区域的纹路信息叠加之后的结果，或多个偶数区域的纹路信息叠加之后的结果，然后对重叠后的纹路信息进行认证和处理，与改进前对畸变的纹路信息进行认证和处理相比，识别和认证难度降低，有利于实际系统处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种纹路的光学检测装置，其特征在于，包括：

透明盖板（10），具有沿第一方向相对的入光面（11）和出光面（12），所述第一方向垂直于所述透明盖板（10）的厚度方向，所述透明盖板（10）还具有与所述入光面（11）和所述出光面（12）连接且相对的第一表面（13）和第二表面，所述第一表面（13）具有触摸区域（130），所述触摸区域（130）包括多个由第一区域（131）和第二区域（132）组成的触摸区间，各所述第二区域（132）与各所述第一区域（131）交替设置；

光源（20），设置于所述透明盖板（10）的一侧且靠近所述入光面（11），用于发出进入所述透明盖板（10）的检测光束，所述检测光束包括第一光束和第二光束，所述第一光束用于在所述第一区域（131）发生全反射并从所述出光面（12）射出，所述第二光束用于在所述第二区域（132）发生全反射并从所述出光面（12）射出；

感光元件（40），设置于所述透明盖板（10）的另一侧且靠近所述出光面（12），用于接收从所述出光面（12）射出的所述第一光束和/或所述第二光束并将光学信息转换为纹路图像信息，

所述触摸区域（130）包括多个触摸区间，所述第一光束和所述第一光束均在至少两个所述触摸区间发生全反射并从所述出光面（12）射出。

2.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述第一光束包括多个平行的第一光线，且所述第二光束包括多个平行的第二光线。

3.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，所述第一光束的宽度大于或者等于所述触摸区域（130）在所述第一方向上的宽度，且所述第二光束的宽度大于或者等于所述触摸区域（130）在所述第一方向上的宽度。

4.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，纹路检测装置还包括：

透镜（30），设置在所述感光元件（40）与所述出光面（12）之间，所述透镜（30）用于将所述出光面（12）射出的所述第一光束和/或所述第二光束会聚至所述感光元件（40）中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学检测装置，其特征在于，所述光源（20）包括多个沿第二方向依次排列的分光源（210），所述第二方向与所述第一方向垂直且与所述入光面（11）平行。

6.根据权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于，任意相邻的各所述分光源（210）在所述第二方向上的间距相同。

7.根据权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于，所述光学检测装置包括由沿所述第二方向排列的多个所述感光元件（40）组成的感光阵列，各所述感光元件（40）与各所述分光源（210）一一对应设置。

8.根据权利要求7所述的光学检测装置，其特征在于，任意相邻的所述感光元件（40）在所述第二方向上的间隔相等。

9.一种电子设备，包括显示屏和光学检测装置，所述光学检测装置包括透明盖板（10），所述透明盖板（10）设置于所述显示屏上，其特征在于，所述光学检测装置为权利要求1至8中任一项所述的光学检测装置。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述显示屏选自LCD、 LED、OLED和MicroLED。

11.一种纹路的光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在透明盖板的第一表面形成所述纹路，所述透明盖板的第一表面具有触摸区域，所述触摸区域包括多个由第一区域和第二区域组成的触摸区间，各所述第二区域与各所述第一区域交替设置；

S2，透明盖板具有沿第一方向相对的入光面和出光面，所述第一方向垂直于所述透明盖板的厚度方向，使包括第一光束和第二光束的检测光束从所述入光面进入所述透明盖板中，且所述第一光束在所述第一区域发生全反射并从所述出光面射出，所述第二光束在所述第二区域发生全反射并从所述出光面射出，其中，所述触摸区域包括多个触摸区间，所述第一光束和所述第一光束均在至少两个所述触摸区间发生全反射并从所述出光面射出；

S3，从所述出光面接收所述第一光束和/或所述第二光束并将光学信息转换为纹路图像信息。

12.根据权利要求11所述的光学检测方法，在所述步骤S2中，使进入所述透明盖板的所述第一光束包括多个平行的第一光线，并使进入所述透明盖板的所述第二光束包括多个平行的第二光线。

13.根据权利要求11所述的光学检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，使进入所述透明盖板的所述第一光束的宽度大于或者等于所述触摸区域在所述第一方向上的宽度，并使进入所述透明盖板的所述第二光束的宽度大于或者等于所述触摸区域在所述第一方向上的宽度。