CN108509821A - 指纹成像模组和电子设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹成像模组和电子设备，所述指纹成像模组包括：光源，用于产生入射光，所述入射光包含红外光，所述红外光用于经待成像件传导形成携带有指纹信息的成像光；图像传感器，用于采集所述成像光以获得指纹图像。本发明技术方案通过采用光源，有效的提高了所述指纹成像模组对干性手指的成像效果，有利于改善所述指纹成像模组所获得指纹图像的质量。

Description

指纹成像模组和电子设备

技术领域

本发明涉及指纹成像领域，特别涉及一种指纹成像模组和电子设备。

背景技术

指纹识别技术通过指纹成像模组采集到人体的指纹图像，然后与指纹识别系统里已有指纹成像信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如：公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

指纹识别技术中所采用成像模组的成像方式有光学式、电容式、超声波式等多种技术。其中一种是通过光学成像模组采集人体的指纹图像。光学式指纹成像模组的工作原理：人的手指按压在光学式指纹成像模组的保护盖板上时，光源发出的光形成入射光；入射光透过图像传感器(Sensor)和保护盖板后到投射到保护盖板与手指的界面，在手指和保护盖板相接触的位置处发生反射和折射；通过图像传感器采集所述反射光，将所述反射光的光信号转换为电信号，处理后即可得到手指的指纹图像。

但是，现有技术中的指纹成像模组对干性手指的成像效果有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种指纹成像模组和电子设备，以改善对干性手指的成像效果。

为解决上述问题，本发明提供一种指纹成像模组，包括：

光源，用于产生入射光，所述入射光包含红外光，所述红外光用于经待成像件传导形成携带有指纹信息的成像光；图像传感器，用于采集所述成像光以获得指纹图像。

可选的，所述指纹成像模组包括感测区，位于所述图像传感器上；所述感测区位于所述图像传感器上；所述光源的数量为多个，所述多个光源环绕所述感测区设置。

可选的，所述多个光源均匀分布于所述感测区的四周。

可选的，所述指纹成像模组还包括：保护盖板，位于所述图像传感器上；所述光源位于所述保护盖板上；所述感测区为所述多个光源和所述保护盖板围成的区域。

可选的，所述光源为近红外光源或红外光源。

可选的，所述光源为红外发光二极管。

可选的，所述红外光的波长在700纳米到1000纳米范围内。

可选的，所述图像传感器为红外图像传感器。

可选的，所述图像传感器的感应窗口在700纳米到1000纳米。

可选的，所述指纹成像传感器还包括：感触探测器，与所述光源相对设置，用于探测所述入射光，在未接收到所述入射光时，控制所述图像传感器采集所述成像光。

相应的，本发明还提供一种电子设备，包括：本发明的指纹成像模组。

可选的，所述电子设备为手机或平板电脑。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

光源所产生的入射光包括红外光；人体皮肤对红外光具有较好的穿透和传输作用，因此在指纹成像时，所述红外光投射至手指表面，被手指吸收并传导，从手指表面出射，形成携带有指纹信息的成像光；由于所述成像光是直接从手指出射，因此所述成像光的形成不受到手指表面油脂层的影响，所以所述光源的采用能够有效降低对接触的要求，提高所述指纹成像模组对干性手指的成像效果，有利于改善所述指纹成像模组所获得指纹图像的质量。

本发明可选方案中，所述指纹成像模组包括感测区，所述感测区位于所述图像传感器上，所述光源环绕所述感测区，也就是说，所述光源设置于所述图像传感器外围对应位置处；这种做法有利于实现所述指纹成像模组的超薄化，有利于提高所述指纹成像模组的集成度。

本发明可选方案中，所述指纹成像模组还包括：与所述光源相对设置的感触探测器，用于探测所述入射光；还用于在未接收到所述入射光时，控制所述图像传感器采集所述成像光。通过所述光源和所述感触探测器能够判断所述感测区内是否具有手指，是否进行指纹感测，从而实现了所述指纹成像模组的触控功能，有利于减少具有触控功能指纹成像模组的体积，有利于降低所述指纹成像模组的能耗。

附图说明

图1是一种指纹成像模组的剖面结构示意图；

图2是图1所示指纹成像模组中虚线框14所示结构中入射光发生反射和折射的光路示意图；

图3是本发明指纹成像模组一实施例的剖面结构示意图；

图4是图3所示实施例指纹感测过程中的光路示意图；

图5是图3所示实施例中沿A方向的俯视结构示意图；

图6是本发明指纹成像模组另一实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中的指纹成像模组对干性手指存在成像效果不佳的问题。现结合指纹成像模组的结构和成像原理分析其成像效果差问题的原因：

光学式指纹成像模组主要包括：保护盖板、光学传感器、集成芯片(IC)、柔性电路板(FPC)和柔性电路板上的电子器件(包括光源LED)、导光板、上保护壳体以及下保护壳体等主要部件。其中光学传感器是利用非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)、低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)或氧化物半导体薄膜晶体管(OS TFT)等半导体工艺技术，在玻璃基板上制作的；之后经过切割、点胶、粘接等过程实现封装。

参考图1，示出了一种指纹成像模组的剖面结构示意图。

如图1所示，所述指纹成像模组为超薄型光学式指纹成像模组。所述指纹成像模组是通过光电转换原理实现指纹成像的，包括：光源11、位于所述光源11上的光学面阵传感器12、位于所述光学面阵传感器12上的保护层13。

在采集指纹时，手指10按压于保护层13上；光源11产生的入射光在手指10与保护层13的接触界面发生反射和透射；所形成的反射光透过保护层13，投射至光学面阵传感器12上；光学面阵传感器12采集所述反射光，并进行光电转换和信号处理，实现指纹图像的采集。所述光学面阵传感器12的封装主要采用在切割后将光电传感器小片通过密封材料与上盖进行贴合实现封装。

结合参考图2，示出了图1所示指纹成像模组中虚线框14所示结构中入射光发生反射和折射的光路示意图。

如图2所示，在采集指纹时，手指10按压在所述保护层13的表面，随着手指10表面的纹理的起伏，手指10表面油脂层10a与所述保护层13表面的接触面积发生变化：在指纹谷的位置，油脂层10a与所述保护层13表面的接触面积较小，甚至不接触，在手指10和所述保护层13之间形成空气层15；在指纹脊的位置，10a与所述保护层表面13表面的接触面积较大。

由于空气和油脂的折射率并不相等，所以入射光11a投射至所述油脂层10a与所述保护层13相接触位置处所发生的折射和反射的情况与入射光11a投射至空气层15与所述保护层13相接触位置处所发生的折射和反射的情况并不相同，也就是说，入射光11a投射至指纹脊位置处所形成反射光11b的光强和入射光11a投射至指纹谷位置处所形成反射光11c的光强并不相同。所以如图1所示，在所形成的反射光携带有指纹分布信息，所以所述光学面阵传感器12通过采集所述反射光能够获得指纹图像。

但是对于干性手指而言，手指表面的油脂、水分含量较少，也就是说，所述油脂层10a的厚度和面积较小，所以在采集指纹时，油脂层10a与保护层13表面的接触不充分，接触面积较小，入射光11a在指纹脊位置处所形成反射光11b光强与所述入射光11a在所述指纹谷位置处所形成反射光11c光强的差异较小，所以所述光学面阵传感器12采集所述反射光所获得指纹图像质量较差。

为解决所述技术问题，本发明提供一种指纹成像模组，通过光源产生包括红外光的入射光，利用手指对红外光吸收和传导的作用，形成所述成像光，从而改善所述指纹成像模组对干性手指的成像效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图3，示出了本发明指纹成像模组一实施例的剖面结构示意图。

所述指纹成像模组包括：

光源110，用于产生入射光，所述入射光包含红外光，所述红外光用于经待成像件传导形成携带有指纹信息的成像光；图像传感器130，用于采集所述成像光以获得指纹图像。

光源110所产生的入射光包括红外光；人体皮肤对红外光具有较好的穿透和传输作用，因此在指纹成像时，所述红外光投射至手指表面，被手指吸收并传导，从手指表面出射，形成携带有指纹信息的成像光；由于所述成像光是直接从手指出射，因此所述成像光的形成不受到手指表面油脂层的影响，所以所述光源110的采用能够有效降低对接触的要求，提高所述指纹成像模组对干性手指的成像效果，有利于改善所述指纹成像模组所获得指纹图像的质量。

下面结合附图详细说明本发明指纹成像模组的技术方案。

所述光源110用于产生入射光。具体的，所述光源为近红外光源或者红外光源。所以所述光源110所产生入射光包括红外光。本实施例中，所述光源110为红外发光二极管，以减小所述指纹成像模组的体积，提高所述指纹成像模组的集成度。

结合参考图4，示出了图3所示实施例指纹感测过程中的光路示意图。

如图4所示，本实施例中，所述待成像件为手指100。

人体皮肤对红外光具有较好的穿透和传输能力，因此在指纹感测过程中，所述入射光在投射至手指100表面时，红外光被手指100吸收并传导，从手指100表面出射，形成成像光；由于指纹谷部位出射成像光的光强和指纹脊部位出射成像光的光强并不相同，所以所述成像光光强的分布与手指表面起伏的分布相关，也就是说，所述成像光携带有指纹信息。

人体对不同波长的红外光反射和吸收的能力并不相同：长波红外光(波长在1.5微米以上)对人体的穿透能力较弱，长波红外光投射至人体时，绝大部分红外光被反射或者被浅层皮肤组织吸收；短波红外光(波长在1.5微米以内)以及红光的近红外部分对人体的穿透能力较强，短波红外光投射至人体时，大部分被人体吸收；而且人体本身是一个红外辐射源，人体持续不断的会发射远红外光，人体红外辐射的波长范围在2.5微米范围内。

所以所述光源110所产生入射光中红外光的波长范围在700纳米到1000纳米范围内，从而使所述红外光尽可能多的穿透手指100，并被手指100传导，从而提高所形成成像光的光强；此外，将所述红外光波长设定在合适的范围内，还可以降低人体辐射的干扰，提高所述指纹成像模组的信噪比，获得高质量的指纹图像。具体的，本实施例中，所述光源100所产生入射光的波长范围可以为780纳米到850纳米范围内。

由于所述红外光源光源110用于根据手指100对入射光的吸收和反射，形成所述成像光，所以所述成像光的形成并不受到手指100表面油脂层的影响，对手指100与所述指纹成像模组的接触要求降低，所以采用光源110的做法能够有效提高所述指纹成像模组对干性手指的成像效果，有利于改善所述指纹成像模组获得指纹图像的质量。

所述图像传感器130用于采集所述成像光，并将所述成像光的光信号转换为电信号以获得指纹图像。

具体的，本实施例中，所述指纹成像模组是通过手指吸收和传导红外光而形成所述成像光的，所以所述成像光主要成分为红外光，所以所述图像传感器130为红外图像传感器，所述图像传感器130的感应窗口在700纳米到1000纳米范围内，从而使所述图像传感器130能够对所述成像光具有较好的成像效果，有利于获得高质量的指纹图像。

需要说明的是，可以通过改变所述图像传感器130的结构(例如膜层厚度)的做法调制所述图像传感器130的响应窗口，从而使所述图像传感器130的响应窗口与所述入射光的波长范围相适应，以提高所获得指纹图像的质量。

结合参考图5，示出了图3所示实施例中沿A方向的俯视结构示意图。

所述指纹成像模组还包括感测区120，位于所述图像传感器130上；所述光源110的数量为多个，所述多个光源110环绕所述感测区120设置。采用多个光源110产生入射光，并使所述多个光源110环绕所述感测区120的做法，能够有效提高所产生入射光的强度，有利于提高所形成成像光的光强，有利于提高指纹图像的质量。

如图5所示，所述多个光源110均匀分布于所述感测区120的四周。本实施例中，所述光源110的数量为4个，所述感测区120的形状为方形，所述4个光源110分别位于所述方形感测区120的四条边上。将所述多个光源110均匀设置于所述感测区120四周的做法能够有效提高所产生入射光的均匀度，有利于高质量指纹图像的获取。

本实施例中，所述图像传感器130包括基底(图中未标示)、位于所述基底上的感光层(图中未标示)和覆盖所述感光层的封装层(图中未标示)。

所述基底用于提高工艺基础；所述感光层内具有感光器件(例如光电二极管)，用于采集所述成像光以获得指纹图像；所述封装层用于隔离所述感光层和外界环境，避免所述感光层暴露于外界环境中，还用于降低所述感光层被触摸而受损的几率，从而提高所述图像传感器130的稳定性。具体的，所述封装层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等透明封装材料。

继续参考图3，本实施例中，所述指纹成像模组还包括：保护盖板140，位于所述图像传感器130上；所述光源110位于所述保护盖板140上；所述感测区120为所述多个光源110和所述保护盖板140围成的区域。

所述光源110位于所述保护盖板140上，且设置于所述感测区120外围，可以将所述光源110与所述指纹成像模组的边缘整合，从而有利于实现所述指纹成像模组的超薄化，有利于提高所述指纹成像模组的集成度。

参考图6，示出了本发明指纹成像模组另一实施例的剖面结构示意图。

本实施例与前述实施例相同之处本发明在此不再赘述。本实施例与前述实施例不同之处在于，本实施例中，所述指纹成像模组还包括：感触探测器210，用于探测所述入射光，在未接收到所述入射光时，控制所述图像传感器230采集所述成像光。

由于光的直线传播性质，所述感触探测器211与所述光源210相对设置，也就是说，所述感触探测器211与所述光源210分别位于所述感测区220的两侧。这种做法有利于所述感触探测器211对所述入射光的探测，有利于提高对感触探测的精度。

当未进行指纹感测时，所述光源210所产生的入射光直接投射至所述感触探测器211上，被所述感触探测器211探测到，所述感触探测器211判断所述感测区220内没有手指，所以不进行指纹感测，所述图像传感器220不采集成像光；当进行指纹感测时，手指位于所述感测区220内，所述入射光投射至手指上，由于手指的遮挡，所述感触探测器211无法探测到所述入射光，所以所述感触探测器211判断所述感测区220内有手指，所以进行指纹感测，所述感触探测器211控制所述图像传感器230采集成像光，以获得指纹图像。

所以采用光源210进行指纹感测的同时，配合所述感触探测器211，能够判断所述感测区220内是否具有手指，是否进行指纹感测，从而实现了所述指纹成像模组的触控功能，有利于减少具有触控功能指纹成像模组的体积，有利于降低所述指纹成像模组的能耗。

相应的，本发明还提供一种电子设备，包括：本发明指纹成像模组。

所述指纹成像模组用于采集指纹图像。所述指纹成像模组为本发明指纹成像模组，具体技术方案参考前述指纹成像模组的具体实施例，本发明在此不再赘述。所述电子设备根据所述指纹成像模组所获得指纹图像，进行指纹识别。

在进行指纹感测的过程中，所述指纹成像模组通过所述光源产生的入射光进行指纹感测，根据手指对所述入射光的吸收和反射作用不同而获得指纹图像，所以所述指纹图像的获得与手指表面油脂层无关，所述指纹成像模组对干性手指的成像效果较好，能够有效的提高所述指纹成像模组的成像质量，从而有利于提高所述电子设备指纹识别功能的识别精度和使用体验。

本实施例中，所述电子设备为手机或平板电脑。所述指纹成像模组可以通过将所述光源与模组边缘实现整合，从而有利于实现所述指纹成像模组的超薄化，有利于提高所述电子设备的集成度。

综上，所述光源所产生的入射光包括红外光；人体皮肤对红外光具有较好的穿透和传输作用，因此在指纹成像时，所述红外光投射至手指表面，被手指吸收并传导，从手指表面出射，形成携带有指纹信息的成像光；由于所述成像光是直接从手指出射，因此所述成像光的形成不受到手指表面油脂层的影响，所以所述光源的采用能够有效降低对接触的要求，提高所述指纹成像模组对干性手指的成像效果，有利于改善所述指纹成像模组所获得指纹图像的质量。而且，本发明可选方案中，所述指纹成像模组包括感测区，所述感测区位于所述图像传感器上，所述光源环绕所述感测区，也就是说，所述光源设置于所述图像传感器外围对应位置处；这种做法有利于实现所述指纹成像模组的超薄化，有利于提高所述指纹成像模组的集成度。此外，本发明可选方案中，所述指纹成像模组还包括：与所述光源相对设置的感触探测器，用于探测所述入射光；还用于在未接收到所述入射光时，控制所述图像传感器采集所述成像光。通过所述光源和所述感触探测器能够判断所述感测区内是否具有手指，是否进行指纹感测，从而实现了所述指纹成像模组的触控功能，有利于减少具有触控功能指纹成像模组的体积，有利于降低所述指纹成像模组的能耗。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种指纹成像模组，其特征在于，包括：

光源，用于产生入射光，所述入射光包含红外光，所述红外光用于经待成像件传导形成携带有指纹信息的成像光；

图像传感器，用于采集所述成像光以获得指纹图像。

2.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组包括感测区，位于所述图像传感器上；

所述光源的数量为多个，所述多个光源环绕所述感测区设置。

3.如权利要求2所述的指纹成像模组，其特征在于，所述多个光源均匀分布于所述感测区的四周。

4.如权利要求2所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像模组还包括：保护盖板，位于所述图像传感器上；

所述光源位于所述保护盖板上；

所述感测区为所述多个光源和所述保护盖板围成的区域。

5.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述光源为近红外光源或红外光源。

6.如权利要求1或5所述的指纹成像模组，其特征在于，所述光源为红外发光二极管。

7.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述红外光的波长在700纳米到1000纳米范围内。

8.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述图像传感器为红外图像传感器。

9.如权利要求1或8所述的指纹成像模组，其特征在于，所述图像传感器的感应窗口在700纳米到1000纳米范围内。

10.如权利要求1所述的指纹成像模组，其特征在于，所述指纹成像传感器还包括：感触探测器，与所述光源相对设置，用于探测所述入射光，在未接收到所述入射光时，控制所述图像传感器采集所述成像光。

11.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至权利要求10任意一项权利要求所述的指纹成像模组。

12.如权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为手机或平板电脑。