本實(shí)用新型實(shí)施例涉及指紋識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于指紋具有唯一性、穩(wěn)定性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，指紋識別技術(shù)在生物識別領(lǐng)域占據(jù)著重要的優(yōu)勢。隨著移動終端的廣泛應(yīng)用，用戶會將大量資料及個人隱私存儲于移動終端中，為了防止資料及隱私外漏，用戶通過設(shè)置密碼來進(jìn)行保護(hù)，而傳統(tǒng)的數(shù)字、字母或圖形密碼很容易被破解，此時，指紋密碼受到廣泛的關(guān)注。

現(xiàn)有技術(shù)中，移動終端使用的指紋成像技術(shù)為電容式指紋成像或超聲波式指紋成像，其中，電容式指紋成像系統(tǒng)耐用性差，超聲波式指紋成像系統(tǒng)耗能高且成本大，不利于廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)，提高指紋識別系統(tǒng)的耐用性，降低指紋成像在移動終端中的成本及耗能量。

第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)，該指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)，包括：

蓋板玻璃，用于封裝和保護(hù)所述光學(xué)系統(tǒng)；

發(fā)光顯示屏，設(shè)置于所述蓋板玻璃下方，用于產(chǎn)生紅綠藍(lán)RGB光并顯示圖像；

照明模塊，設(shè)置于所述發(fā)光顯示屏下方，包括近紅外光光源和導(dǎo)光板，用于照亮所述發(fā)光顯示屏和指紋；

近紅外光濾光片，設(shè)置于所述照明模塊下方，用于濾除所述RGB光；

透鏡組，設(shè)置于所述近紅外光濾光片下方，用于會聚所述近紅外光濾光片濾除所述RGB光后的近紅外光并成像，形成指紋圖像；

感光元件，設(shè)置于所述透鏡組下方，用于感應(yīng)所述透鏡組形成的指紋圖像。

進(jìn)一步地，所述發(fā)光顯示屏為液晶顯示屏LCD。

進(jìn)一步地，所述發(fā)光顯示屏為發(fā)光二極管OLED顯示屏。

進(jìn)一步地，所述透鏡組是微透鏡陣列。

進(jìn)一步地，所述透鏡組是梯度折射率透鏡。

進(jìn)一步地，所述梯度折射率透鏡是徑向梯度折射的自聚焦透鏡陣列。

進(jìn)一步地，還包括：

第一偏振光片，設(shè)置于所述蓋板玻璃下方和所述發(fā)光顯示屏上方，用于調(diào)節(jié)所述RGB光的偏振方向；

第二偏振光片，設(shè)置于所述第一偏振光片下方和所述發(fā)光顯示屏上方，用于調(diào)節(jié)所述RGB光的偏振方向。

進(jìn)一步地，還包括：

增光片，設(shè)置于所述第二偏振光片下方和所述導(dǎo)光板上方，用于增強(qiáng)由所述導(dǎo)光板發(fā)出的光。

進(jìn)一步地，還包括：

襯底玻璃，設(shè)置于所述發(fā)光顯示屏下方及所述近紅外濾光片上方。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)成像的工作原理是：照明模塊產(chǎn)生的近紅外光，對放置于蓋板玻璃上的指紋進(jìn)行照明，被照明的指紋將近紅外光反射，反射回的近紅外光經(jīng)近紅外光濾光片進(jìn)行濾光，將其中的RGB光濾掉保留近紅外光，經(jīng)近紅外光濾光片后的近紅外光被透鏡組會聚被成像，形成的指紋圖像被感光元件所感應(yīng)。該光學(xué)成像系統(tǒng)應(yīng)用于移動終端中，實(shí)現(xiàn)移動終端全屏幕的指紋成像，提高指紋成像系統(tǒng)的耐用性，降低指紋成像在移動終端中的成本及耗能量。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一中的指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一中的微透鏡陣列成像原理圖；

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一中的梯度折射率透鏡成像原理圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例二中的指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下方結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可以理解的是，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對本實(shí)用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。

在更加詳細(xì)地討論示例性實(shí)施例之前應(yīng)當(dāng)提到的是，一些示例性實(shí)施例被描述成作為流程圖描繪的處理或方法。雖然流程圖將各步驟描述成順序的處理，但是其中的許多步驟可以被并行地、并發(fā)地或者同時實(shí)施。此外，各步驟的順序可以被重新安排。當(dāng)其操作完成時所述處理可以被終止，但是還可以具有未包括在附圖中的附加步驟。所述處理可以對應(yīng)于方法、函數(shù)、規(guī)程、子例程、子程序等等。

實(shí)施例一

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例可適用于指紋光學(xué)成像的情況，如圖1所示，該指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)包括：蓋板玻璃110，發(fā)光顯示屏120，照明模塊130，近紅外光濾光片140，透鏡組150和感光元件160。

蓋板玻璃110，用于封裝和保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)。發(fā)光顯示屏120，設(shè)置于蓋板玻璃110下方，用于產(chǎn)生紅綠藍(lán)RGB光并顯示圖像。照明模塊130，設(shè)置于發(fā)光顯示屏120下方，包括近紅外光光源和導(dǎo)光板，用于照亮發(fā)光顯示屏和指紋。近紅外光濾光片140，設(shè)置于照明模塊130下方，用于濾除RGB光。透鏡組150，設(shè)置于近紅外光濾光片140下方，用于會聚近紅外光濾光片濾除RGB光后的近紅外光并成像，形成指紋圖像。感光元件160，設(shè)置于透鏡組下方，用于感應(yīng)透鏡組形成的指紋圖像。

在本實(shí)施例中，蓋板玻璃110可以是主要成分為二氧化硅的鋼化玻璃，用來封裝和保護(hù)整個光學(xué)成像系統(tǒng)，在指紋成像時，指紋需緊貼在蓋板玻璃110上方。

發(fā)光顯示屏120，可產(chǎn)生紅綠藍(lán)(Red Green Blue，RGB)光并顯示圖像。

優(yōu)選的，發(fā)光顯示屏120為液晶顯示屏(Liquid Crystal Display，LCD)。

優(yōu)選的，發(fā)光顯示屏120為有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏(Organic Light-Emitting Diode，OLED)。

照明模塊130，包括近紅外光源和導(dǎo)光板。其中，導(dǎo)光板可以是在光學(xué)級的亞克力板材上利用網(wǎng)版印刷技術(shù)印刷導(dǎo)光點(diǎn)制成的，導(dǎo)光板可以將點(diǎn)光源或線光源轉(zhuǎn)化成面光源，將點(diǎn)光源或線光源轉(zhuǎn)化成面光源的原理可以是，由點(diǎn)光源或線光源發(fā)出的光照射到導(dǎo)光板中的各個導(dǎo)光點(diǎn)時，導(dǎo)光點(diǎn)對入射光進(jìn)行反射，反射光沿各個角度擴(kuò)散從而破壞反射條件使光由導(dǎo)光板正面射出。導(dǎo)光板上的疏密和大小不一的導(dǎo)光點(diǎn)可使經(jīng)過導(dǎo)光板的光均勻射出。近紅外光源可以產(chǎn)生近紅外光，其中，近紅外光(Near Infrared Spectrum Instrument，NIRS)是介于可見光和中紅外光之間的電磁輻射波，中心波長在780-1500nm之間，優(yōu)選的，本實(shí)施例采用的近紅外光譜的中心波長范圍為1000-1500nm。

近紅外光濾光片140可以是通過光學(xué)玻璃鍍膜制成、由有色玻璃制成或者由特種塑料制成。近紅外光濾光片140可反射可見光，使近紅外光透過，在本應(yīng)用場下，優(yōu)選的，近紅外光濾光片140可透過中心波長在1000-1500nm之間的近紅外光。

透鏡組150具有聚焦成像的功能，用于會聚所述近紅外光濾光片濾除可見光后的近紅外光并成像，形成指紋圖像。

在本應(yīng)用場景下，優(yōu)選的，透鏡組150為微透鏡陣列。微透鏡陣列可以是由通光孔徑及浮雕深度為微米級的透鏡組成的陣列，微透鏡陣列的工作原理可以是，當(dāng)光束照射到微透鏡陣列上時，微透鏡陣列將光波在空間上分成許多微小的部分，每一部分被相應(yīng)的小透鏡聚焦在焦平面上。示例性的，圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一中的微透鏡陣列成像原理圖，如圖2所示，蓋板玻璃上的指紋201上的一點(diǎn)A反射回的近紅外光到達(dá)微透鏡陣列202后，被微透鏡陣列202的其中一個小透鏡聚焦并成像到感光元件160上，形成像點(diǎn)A’，同理，指紋201上的其它點(diǎn)也以同樣的成像原理被微透鏡陣列成像于感光元件160上。感光元件160所在的平面與微透鏡陣列202的焦平面重合。

在本應(yīng)用場景下，優(yōu)選的，透鏡組150為梯度折射率透鏡。梯度折射率透鏡又稱變折射率透鏡或非均勻介質(zhì)透鏡，梯度折射率透鏡可以包括軸向梯度折射率透鏡、徑向梯度折射率透鏡和層狀梯度折射率透鏡。其中，軸向梯度折射率透鏡的折射率沿軸向變化，等折射率面是垂直于光軸的平行平面系；徑向梯度折射率透鏡的折射率沿徑向變化，等折射率面是中心軸對稱的圓柱面系；層狀梯度折射率透鏡的折射率沿垂直于含光軸的某一平面變化，等折射率面是平行于光軸的平面系。

優(yōu)選的，本實(shí)施例采用的梯度折射率透鏡是徑向梯度折射的自聚焦透鏡陣列，示例性的，圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一中的梯度折射率透鏡成像原理圖，如圖3所示，蓋板玻璃上的指紋301上的一點(diǎn)B反射回的近紅外光到達(dá)梯度折射率透鏡302后，被梯度折射率透鏡302聚焦并成像到感光元件160上，形成像點(diǎn)B’，同理，指紋301上的其它點(diǎn)也以同樣的成像原理被梯度折射率透鏡成像于感光元件160上。感光元件160所在的平面與梯度折射率透鏡302的焦平面重合。

感光元件160可以是電荷耦合(Charge-coupled Device，CCD)感光器件或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感光元件，CCD感光器件和CMOS感光器件均是利用矽感光二極體(Photodiode，PD)進(jìn)行光與電的轉(zhuǎn)化。其中，CCD感光器件的工作原理是，當(dāng)CCD表面受到光線照射時，感光單元會將光線轉(zhuǎn)化為電荷，所有的感光單元產(chǎn)生的信號構(gòu)成完整的成像，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號進(jìn)行后續(xù)處理；CMOS感光元件的工作原理是，利用硅和鍺兩種元素做成的半導(dǎo)體，使CMOS上共存著帶N(帶–電)和P(帶+電)級的半導(dǎo)體，這兩個互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流被處理芯片解析成影像。

在本應(yīng)用場景下，光學(xué)系統(tǒng)的指紋成像原理是，由照明模塊130產(chǎn)生的近紅外光對作用于蓋板玻璃110上的指紋進(jìn)行照明，被照明的指紋將近紅外光反射，反射回的近紅外光被近紅外光濾光片140濾光后進(jìn)入透鏡組150，透鏡組150對濾光后的近紅外光會聚并成像，形成的指紋圖像被感光元件160感應(yīng)。

本實(shí)施例提供的技術(shù)方案，指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)包括：蓋板玻璃，用于封裝和保護(hù)光學(xué)系統(tǒng)；發(fā)光顯示屏，設(shè)置于蓋板玻璃下方，用于產(chǎn)生紅綠藍(lán)RGB光并顯示圖像；照明模塊，設(shè)置于發(fā)光顯示屏下方，包括近紅外光光源和導(dǎo)光板，用于照亮發(fā)光顯示屏和指紋；近紅外光濾光片，設(shè)置于照明模塊下方，用于濾除RGB光；透鏡組，設(shè)置于近紅外光濾光片下方，用于會聚近紅外光濾光片濾除RGB光后的近紅外光并成像，形成指紋圖像；感光元件，設(shè)置于透鏡組下方，用于感應(yīng)透鏡組形成的指紋圖像。指紋成像原理是照明模塊產(chǎn)生的近紅外光對放置于蓋板玻璃上的指紋進(jìn)行照明，被照明的指紋將近紅外光反射，反射回的近紅外光經(jīng)近紅外光濾光片進(jìn)行濾光，將其中的RGB濾掉保留近紅外光，經(jīng)近紅外光濾光片后的近紅外光被透鏡組會聚被成像，所成的指紋圖像被感光元件所感應(yīng)。該光學(xué)成像系統(tǒng)應(yīng)用于移動終端中，實(shí)現(xiàn)移動終端全屏幕的指紋成像，提高指紋成像系統(tǒng)的耐用性，降低指紋成像在移動終端中的成本及耗能量。

實(shí)施例二

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖，以上述實(shí)施例為基礎(chǔ)，如圖3所示，該指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)還包括：第一偏振光片170和第二偏振光片180。

第一偏振光片170，設(shè)置于蓋板玻璃110下方和發(fā)光顯示屏120，用于調(diào)節(jié)RGB光的偏振方向；

第二偏振光片180，設(shè)置第一偏振光片170下方和發(fā)光顯示屏120上方，用于調(diào)節(jié)RGB光的偏振方向。

偏振光片可以是由多層高分子材料復(fù)合而成的具有產(chǎn)生偏振光功能的光學(xué)薄膜。在本應(yīng)用場下，第一偏振光片170和第二偏振光片180配合工作使得移動終端的屏幕顯示圖像。

優(yōu)選的，指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)還包括增光片，增光片設(shè)置于第二偏振光片180下方和發(fā)光顯示屏120上方，可增強(qiáng)由發(fā)光顯示屏120產(chǎn)生的光。

優(yōu)選的，指紋成像的光學(xué)系統(tǒng)還包括襯底玻璃，設(shè)置于發(fā)光顯示屏120下方和近紅外光濾光片140上方，用于作為照明模塊130襯底。

本實(shí)施例的技術(shù)方案，該光學(xué)系統(tǒng)還包括：第一偏振光片，設(shè)置于蓋板玻璃下方和發(fā)光顯示屏上方，用于調(diào)節(jié)RGB光的偏振方向，第二偏振光片，設(shè)置于第一偏振光片下方和發(fā)光顯示屏上方，用于調(diào)節(jié)RGB光的偏振方向。第一偏振片和第二偏振片配合使用，使得移動終端的屏幕正常顯示圖像。

注意，上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本實(shí)用新型不限于這里所述的特定實(shí)施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本實(shí)用新型不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。