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CN111368809A - 光学生物指纹识别结构及图像边缘相对照度提高方法 - Google Patents

光学生物指纹识别结构及图像边缘相对照度提高方法 Download PDF

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CN111368809A CN202010325991.6A CN202010325991A CN111368809A CN 111368809 A CN111368809 A CN 111368809A CN 202010325991 A CN202010325991 A CN 202010325991A CN 111368809 A CN111368809 A CN 111368809A
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张昂
黄昊
姜洪霖
杨成龙
张顺星
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SHANGHAI FEIGEEN MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.
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Chengdu Finger Microelectronic Technology Co ltd
Shanghai Feigeen Microelectronics Technology Co ltd
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Abstract

发明公开了一种光学生物指纹识别结构，包括光学镜头和位于光学镜头下方的CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块，该光学镜头包括第一镜片，该第一镜片包括第一镜片本体，所述光学生物指纹识别结构的边缘位置从内向外依次设置有第一带区、第二带区…第n带区，n为大于0的自然数。发明具有增加边缘区域通光量，提升图像边缘相对照度，提高生物识别准确度。

Description

光学生物指纹识别结构及图像边缘相对照度提高方法
技术领域
发明属于光学图像采集领域，具体涉及一种光学生物指纹识别结构、显示装置、电子设备及图像边缘相对照度提高的方法。
背景技术
生物识别技术发展日新月异，尤其在手机行业中应用越来越广泛，目前，全面屏手机在手机市场中已趋向于主流，而且屏下生物指纹识别也成为了全面屏手机的主要解锁方式。
在屏下生物指纹识别的发展中，光学生物识别多采用微距摄像头置于屏下，对指纹进行光学成像，由于广角镜头边缘的光线与光轴夹角较大，造成失光，所成图像边缘相对照度较低，出现暗黑阴影现象，这种现象会使图像的边缘生物特征信息缺失或模糊，图像无法识别或识别区域减小，降低用户实际体验。结构相对简单的广角镜头其成像边缘相对照度低或暗影现象是不可避免的，目前，有对OLED自发光光源进行调制以增强边缘光照强度的技术方案，但是此方案不可以保证到达镜头镜片的光强也呈所采用的调制波形。
发明内容
为了解决上述问题，一方面，本发明提供一种光学生物指纹识别结构，该光学生物指纹识别结构包括光学镜头和位于光学镜头下方的CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块，该光学镜头包括第一镜片，该第一镜片包括第一镜片本体，所述光学生物指纹识别结构的边缘位置从内向外依次设置有第一带区、第二带区…第n带区，n为大于0的自然数。该光学生物指纹识别结构解决了边缘暗影问题，增加了边缘区域通光量，提升图像边缘相对照度，提高生物识别准确度。
可选地，所述光学生物指纹识别结构还设置有光学滤波片，该光学滤波片包括滤波片基体，第一带区、第二带区…第n带区从内向外依次设置在所述滤波片基体的边缘，需要注意的是基体的厚度不应太大，其范围优选地在0.04mm～0.4mm之间。
可选地，所述第一带区、第二带区…第n带区任一透光率>滤波片基体透光率。
可选地，所述第一带区、第二带区…第n带区从内向外依次设置在第一镜片本体的边缘。
可选地，所述第一带区、第二带区…第n带区任一透光率>第一镜片本体透光率。
可选地，所述第一带区透光率<第二带区透光率…<第n带区透光率。
可选地，所述第一带区为第一镀制膜层，第二带区为第二镀制膜层，…，第n带区为第n镀制膜层。
可选地，所述第一镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第二镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，…，第n镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层。
一方面，本发明还提供一种显示装置，该显示装置包括显示屏和光学生物指纹识别结构，所述光学生物指纹识别结构为上述的光学生物指纹识别结构。
显示屏可以为OLED、QlED、LCD等可以显示的装置。
一方面，本发明还提供一种电子设备，该电子设备包括上述的显示装置。
电子设备可以为手机、平板电脑等。
一方面，本发明还提供一种图像边缘相对照度提高的方法，该方法在光学生物指纹识别结构的边缘从内到外渐变性增加边缘区域的通光能力。
与现有技术相比，发明的有益效果在于：
发明发明人经研究发现，对于非复杂结构的广角光学镜头，其所成像在边缘区域会出现暗影现象，降低了图像质量，影响图像呈现的有效生物信息和可识别的区域大小，然而生物识别的准确度与图像呈现的有效生物信息密切相关。
发明在屏下利用镜头镀制渐变型薄膜或插入边缘镀制渐变性滤光膜层的滤波片，有效提升镜头边缘进光量，进而提升CMOS图像传感器所成图像的边缘相对照度，较清晰呈现边缘采集的生物信息且可识别，实现指纹的准确识别，提升用户体验感。
发明通过在第一镜片或光学滤波片的边缘区域根据图像暗影区域的相对照度不同划分多个带区，多个带区从内至外的通光能力的增强程度呈逐渐增强的趋势。
发明具有增加边缘区域通光量，提升图像边缘相对照度，提高生物识别准确度的优势。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是发明实施例1的光学生物指纹识别结构截面示意图；
图2是发明实施例1光学滤波片的截面示意图；
图3是发明实施例2光学滤波片的截面示意图；
图4是发明实施例2光学滤波片的带区在使用时的通光强弱关系图；
图5是是发明实施例3的光学生物指纹识别结构截面示意图；
图6是发明第一镜片俯视图示意图；
图7是发明光学生物指纹识别结构采集的假指模图像；
图8是发明光学生物指纹识别结构采集的生物指纹图像；
图9是现有的光学生物指纹识别结构采集的假指模图像；
图10是现有的光学生物指纹识别结构采集的生物指纹图像。
附图标记说明：OLED显示屏-101；光学滤波片-102；光学镜头-103；CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块-104；第三带区-105；第二带区-106；第一带区-107；第一镜片-108；滤波片基体-111；第四带区-112；第五带区-113。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面以具体地实施例对发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
作为一种常见的应用场景，本申请实施例提供的光学指纹识别装置可以应用在智能手机、平板电脑以及其他具有显示屏的移动终端或者其他终端设备，且本申请实施例的技术方案可以用于生物特征识别技术。其中，生物特征识别技术包括但不限于指纹识别、掌纹识别、虹膜识别、人脸识别以及活体识别等识别技术。为了便于说明，下文以指纹识别技术为例进行说明。
更具体地，在上述终端设备中，所述光学指纹识别装置可以设置在显示屏下方的局部区域或者全部区域，从而形成屏下光学指纹系统。
实施例1
请参考图1，图1为发明提供的一种光学生物指纹识别结构截面示意图。
本实施例提供一种光学生物指纹识别结构，该光学生物指纹识别结构捕捉光学图像信号，将该光学图像信号转换成电信号，并将该电信号传递到模组外部。
本实施例中，该光学生物指纹识别结构包括光学滤波片102、光学镜头103和CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块104，该光学生物指纹识别结构位于OLED显示屏101下方，光学滤波片102位于光学镜头103与OLED显示屏101之间，CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块104位于光学镜头103下方。
光学镜头103聚焦于显示屏101上表面，使显示屏101上表面生物特征信息成像于CMOS图像传感器。
本实施例中，光学滤波片102具有渐变性滤波作用，请参考图2，图2为一种光学滤波片102的截面示意图。
进一步地，作为一种可选的实施方式，光学滤波片102包括滤波片基体111，该滤波片基体111的边缘位置从内向外依次设置有第一带区107、第二带区106和第三带区105，第一带区107、第二带区106和第三带区105的任一透光率>滤波片基体111透光率。安装时，第一带区107、第二带区106和第三带区105与光学系统所成图像的暗影区域相对应。
进一步地，滤波片基体111透光率<第一带区107透光率<第二带区106透光率<第三带区105透光率，因此，滤波片基体111从第一带区107到第三带区105的通光能力是增强的。
进一步地，基体111的厚度不应太大，非图示所展示厚度差别，其范围优选地在0.04mm～0.4mm之间。
发明通过上述透光率不同的设置，在使用时，将发明的渐变型滤波片上的第一带区107、第二带区106和第三带区105与光学系统所成图像的暗影区域相对应，有效提升镜头边缘进光量，进而提升CMOS图像传感器所成图像的边缘相对照度，较清晰呈现边缘采集的生物信息且可识别，实现指纹的准确识别，提升用户体验感。
进一步地，第一带区107为第一镀制膜层、第二带区106为第二镀制膜层，第三带区105为第三镀制膜层。加工时，可以采用现有的镀制方法分别在滤波片基体111的上表面的边缘部位分别镀制第一镀制膜层、第二镀制膜层和第三镀制膜层。
进一步地，第一镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第二镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第三镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层。
进一步地，高折射率材料为Ta2O5或TiO2，低折射率材料为MgF2或SiO2，所述材料种类不局限于以上几种材料。
需要说明的是，本实施例光学生物指纹识别结构也可以称为光学指纹识别模组、指纹识别装置、指纹识别模组、指纹模组、指纹采集装置、识别模组等，上述术语可相互替换。
实施例2
本实施例与实施例1相比，除光学滤波片102不同外，其余与实施例1均相同。
请参考图3，图3为另一种光学滤波片102，本实施例中，光学滤波片102包括滤波片基体111，该滤波片基体111的边缘位置从内向外依次设置有第一带区107、第二带区106、第三带区105、第四带区112和第五带区113，第一带区107、第二带区106、第三带区105、第四带区112和第五带区113的任一透光率>滤波片基体111透光率。安装时，第一带区107、第二带区106、第三带区105、第四带区112和第五带区113与光学系统所成图像的暗影区域相对应。
进一步地，滤波片基体111透光率<第一带区107透光率<第二带区106透光率<第三带区105透光率<第四带区112透光率<第五带区113透光率，因此，滤波片基体111从第一带区107到第五带区113的通光能力是逐渐增强的。
发明通过上述透光率不同的设置，在使用时，将发明的渐变型滤波片上的第一带区107、第二带区106、第三带区105、第四带区112和第五带区113与光学系统所成图像的暗影区域相对应，有效提升镜头边缘进光量，进而提升CMOS图像传感器所成图像的边缘相对照度，较清晰呈现边缘采集的生物信息且可识别，实现指纹的准确识别，提升用户体验感。
进一步地，第一带区107为第一镀制膜层、第二带区106为第二镀制膜层，第三带区105为第三镀制膜层，第四带区112为第四镀制膜层，第五带区113为第五镀制膜层。加工时，可以采用现有的镀制方法分别在滤波片基体111的上表面的边缘部位分别镀制第一镀制膜层、第二镀制膜层、第三镀制膜层、第四镀制膜层和第五镀制膜层。
进一步地，第一镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第二镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第三镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第四镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第五镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层。
进一步地，高折射率材料为Ta2O5或TiO2，低折射率材料为MgF2或SiO2，所述材料种类不局限于以上几种材料。
本实施例的光学滤波片102的通光能力请参考图4，图4为本实施例光学滤波片的带区在使用时的通光强弱关系图。
实施例3
请参考图5，图5为发明提供的一种光学生物指纹识别结构截面示意图。
本实施例提供一种光学生物指纹识别结构，该光学生物指纹识别结构捕捉光学图像信号，将该光学图像信号转换成电信号，并将该电信号传递到模组外部。
本实施例中，该光学生物指纹识别结构包括光学镜头103和CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块104，该光学生物指纹识别结构位于OLED显示屏101下方，光学镜头103位于OLED显示屏101与CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块104之间，光学镜头103包括第一镜片108。
请参考图6，图6为发明提供的一种第一镜片。
第一镜片108包括第一镜片本体，第一镜片本体的边缘位置从内向外依次设置有第一带区107、第二带区106和第三带区105，第一带区107、第二带区106和第三带区105的任一透光率>第一镜片本体透光率。
第一镜片本体透光率<第一带区107透光率<第二带区106透光率<第三带区105透光率，因此，第一镜片108从第一带区107到第三带区105的通光能力是增强的。
发明通过上述透光率不同的设置，在使用时，将发明第一带区107、第二带区106和第三带区105与光学系统所成图像的暗影区域相对应，有效提升镜头边缘进光量，进而提升CMOS图像传感器所成图像的边缘相对照度，较清晰呈现边缘采集的生物信息且可识别，实现指纹的准确识别，提升用户体验感。
进一步地，第一带区107为第一镀制膜层、第二带区106为第二镀制膜层，第三带区105为第三镀制膜层。加工时，可以采用现有的镀制方法分别在第一镜片本体的上表面的边缘部位分别镀制第一镀制膜层、第二镀制膜层和第三镀制膜层。
进一步地，第一镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第二镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第三镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层。
进一步地，高折射率材料为Ta2O5或TiO2，低折射率材料为MgF2或SiO2，所述材料种类不局限于以上几种材料。
基于上述的实施例，发明还提供一种显示装置。
该显示装置包括显示屏101、实施例1-3任一实施例的光学生物指纹识别结构。
光学生物指纹识别结构位于显示屏7下方。
基于上述的显示装置，本实施例提供一种电子设备。
该电子设备包括上述的显示装置。
电子设备可以为手机、平板电脑等。
请参考图7-8，图7为发明的光学生物指纹识别结构采集的假指模图像，图8为发明的光学生物指纹识别结构采集的生物指纹(如真手指指纹)图像。
参考图9-10，图9为现有的光学生物指纹识别结构采集的假指模图像，图10为光学生物指纹识别结构采集的生物指纹(如真手指指纹)图像。
图9-10与图7-8相比，图7-8边缘区域相对照度得到明显提升，特别是该区域的生物指纹信息可以获得更优的分辨识别。
发明通过设置带区，不改变光学生物指纹识别结构的光路传输结构参数，仅增加边缘区域的进光量；也就是说，发明仅是增加边缘区域的通光能力，不影响光学成像模块的焦距(EFL)、视场角(FOV)、F数等参数。
发明通过在第一镜片或光学滤波片的边缘区域根据图像暗影区域相对照度不同划分多个带区，多个带区从内至外的通光能力的增强程度呈逐渐增强的趋势。
发明具有增加边缘区域通光量，提升图像边缘相对照度，提高生物识别准确度的优势。
发明对于第一镀制膜层、第二镀制膜层、第三镀制膜层、第四镀制膜层和第五镀制膜层的膜层厚度不做特别地限制，但在满足功能需求条件下应尽可能的降低膜厚，减小对光路传输的影响。
发明中，微距光学镜头视场角100°＜FOV＜140°。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。在发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)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，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光学生物指纹识别结构，包括光学镜头和位于光学镜头下方的CMOS图像传感器及图像处理和识别算法模块，该光学镜头包括第一镜片，该第一镜片包括第一镜片本体，其特征在于：所述光学生物指纹识别结构的边缘位置从内向外依次设置有第一带区、第二带区…第n带区，n为大于0的自然数。
2.根据权利要求1所述的光学生物指纹识别结构，其特征在于：所述光学生物指纹识别结构还设置有光学滤波片，该光学滤波片包括滤波片基体，第一带区、第二带区…第n带区从内向外依次设置在所述滤波片基体的边缘。
3.根据权利要求2所述的光学生物指纹识别结构，其特征在于：所述第一带区、第二带区…第n带区任一透光率>滤波片基体透光率。
4.根据权利要求1所述的光学生物指纹识别结构，其特征在于：所述第一带区、第二带区…第n带区从内向外依次设置在第一镜片本体的边缘。
5.根据权利要求4所述的光学生物指纹识别结构，其特征在于：所述第一带区、第二带区…第n带区任一透光率>第一镜片本体透光率。
6.根据权利要求1所述的光学生物指纹识别结构，其特征在于：所述第一带区透光率<第二带区透光率…<第n带区透光率。
7.根据权利要求6所述的光学生物指纹识别结构，其特征在于：所述第一带区为第一镀制膜层，第二带区为第二镀制膜层，…，第n带区为第n镀制膜层；优选所述第一镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，第二镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层，…，第n镀制膜层为由若干高折射率材料层和若干低折射率材料层堆叠而成的镀制膜层；优选所述高折射率材料层为Ta2O5层或TiO2层，低折射率材料为MgF2层或SiO2层。
8.一种显示装置，该显示装置包括显示屏和光学生物指纹识别结构，其特征在于：所述显示装置为权利要求1-7任一所述的光学生物指纹识别结构。
9.一种电子设备，其特征在于：该电子设备包括权利要求8所述的显示装置。
10.一种图像边缘相对照度提高的方法，该方法在光学生物指纹识别结构的边缘从内到外渐变性增加边缘区域的通光能力。
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