基于光柵結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)式指紋識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)式指紋成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于光柵結(jié)構(gòu)的光波導(dǎo)式指紋 識(shí)別系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 指紋識(shí)別技術(shù)，按指紋圖像采集方式分類，可分為光學(xué)式、電容式、射頻式三大類。 在手指接觸時(shí)，相應(yīng)的傳感器通過探測(cè)相應(yīng)物理量并轉(zhuǎn)化為電學(xué)量形成指紋圖像進(jìn)行比對(duì) 識(shí)別。
[0003] 電容式指紋識(shí)別系統(tǒng)是采用傳感器作為電容的一極，手指作為另一極，手指指紋 的脊與谷相對(duì)極板位置不同形成電容差，這種電容差被檢測(cè)出來(lái)形成指紋圖像。射頻式指 紋識(shí)別系統(tǒng)是通過系統(tǒng)內(nèi)部的射頻發(fā)射裝置發(fā)射微量的射頻信號(hào)，該信號(hào)穿透手指皮膚表 層到達(dá)真皮層，手指指紋的脊與谷造成射頻信號(hào)的能量損失不同，接收器通過接受的能量 分布形成指紋圖像。
[0004] 光學(xué)式指紋識(shí)別系統(tǒng)，通過接收手指指紋反射的圖像進(jìn)行成像。傳統(tǒng)的光學(xué)指紋 識(shí)別系統(tǒng)一般具有三個(gè)缺點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜難以微型化；2.光路受手指漫反射影響較大，成 像質(zhì)量不高；3.使用滑動(dòng)式的指紋掃描方式，用戶體驗(yàn)感較差；美國(guó)專利US5177802公布了 一種用棱鏡實(shí)現(xiàn)指紋圖像讀取的結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)由于使用了棱鏡，因而難以實(shí)現(xiàn)微型化，不 能用于智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)端。中國(guó)專利CN1820272A公布了一種用光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 指紋圖像讀取的系統(tǒng)，但該結(jié)構(gòu)的光路較粗糙，成像質(zhì)量較差并且光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)較厚，難以實(shí) 現(xiàn)超薄化。美國(guó)專利US6259108B1公布了一種使用線陣CCD進(jìn)行滑動(dòng)式指紋掃描的結(jié)構(gòu)， 但整體結(jié)構(gòu)較大，并且很難微型化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)上述光學(xué)式指紋識(shí)別技術(shù)的不足，提供一種基于光柵結(jié)構(gòu)的 光波導(dǎo)式指紋識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微型和超薄化的同時(shí)，顯著提高指紋成像質(zhì)量，增大取向面 積，降低成本，提高指紋識(shí)別準(zhǔn)確率。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0007] -種基于光柵的光波導(dǎo)式指紋識(shí)別系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于，包括光波導(dǎo)、位于該光波 導(dǎo)外部的光源、分別位于該光波導(dǎo)的一側(cè)面或相對(duì)兩側(cè)面上的光柵和圖像傳感器；
[0008] 所述的光源發(fā)出的光經(jīng)所述的光柵衍射后形成探測(cè)光，在所述的光波導(dǎo)中進(jìn)行全 反射后被所述的圖像傳感器接收，所述的探測(cè)光到達(dá)的光波導(dǎo)的一側(cè)面或相對(duì)兩側(cè)面形成 多個(gè)檢測(cè)區(qū)域，該檢測(cè)區(qū)域通過手指接觸采集指紋信息。
[0009] 當(dāng)所述的檢測(cè)區(qū)域?yàn)楣獠▽?dǎo)的任一面呈周期性分布的區(qū)域，則光柵衍射角0滿 足如下公式：
[0010] tan 9多L/2d
[0011] L彡m
[0012] 式中：L為探測(cè)光到達(dá)光波導(dǎo)的一側(cè)面的單一區(qū)域?qū)挾?，m為檢測(cè)區(qū)域?qū)挾?，d為光 波導(dǎo)的厚度。
[0013] 當(dāng)所述的檢測(cè)區(qū)域?yàn)楣獠▽?dǎo)任一面的整面區(qū)域，則單面光柵衍射角0滿足如下 公式：
[0014] tan 0 = L/2d
[0015] L ^ m
[0016] 式中：L為探測(cè)光到達(dá)光波導(dǎo)的一側(cè)面的單一區(qū)域?qū)挾?，m為檢測(cè)區(qū)域?qū)挾?，d為光 波導(dǎo)的厚度；
[0017] 當(dāng)所述的檢測(cè)區(qū)域?yàn)楣獠▽?dǎo)的兩面的整面區(qū)域，則雙面光柵衍射角0滿足如下 公式：
[0018] tan 0 = L/d
[0019] L ^ m
[0020] 式中：L為探測(cè)光到達(dá)光波導(dǎo)的一側(cè)面的單一區(qū)域?qū)挾龋琺為檢測(cè)區(qū)域?qū)挾?，d為光 波導(dǎo)的厚度。
[0021] 所述的圖像傳感器的寬度至少等于單個(gè)檢測(cè)區(qū)域的寬度，所述的光柵寬度至少等 于單個(gè)檢測(cè)區(qū)域的寬度，所述的圖像傳感器位于光波導(dǎo)內(nèi)部或者外部。
[0022] 所述的圖像傳感器是二維陣列，排布于所述的光波導(dǎo)的兩個(gè)相鄰的兩側(cè)面。
[0023] 所述的光柵方向是垂直于光波導(dǎo)或者是以與探測(cè)光傳播方向相反的方向傾斜于 光波導(dǎo)的。
[0024] 當(dāng)所述的檢測(cè)區(qū)域?yàn)檎鏁r(shí)，圖像傳感器至少等于檢測(cè)面的寬度并放置在光波 導(dǎo)的一面上，或者寬度、位置分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)光柵形成的探測(cè)區(qū)域的傳感器位于光波導(dǎo)兩 面相對(duì)放置，兩面光柵總寬度應(yīng)至少等于檢測(cè)面寬度。
[0025] 所述的指紋識(shí)別系統(tǒng)用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)觸控功能，此時(shí)所述的圖像傳感器是二維陣 列，排布于光波導(dǎo)的兩個(gè)相鄰邊上，在實(shí)現(xiàn)觸控的同時(shí)實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。
[0026] 位于光波導(dǎo)外部的光柵以分布于光波導(dǎo)一側(cè)的部分區(qū)域，或者分布于整面的全部 區(qū)域，或者分布于光波導(dǎo)兩面的部分區(qū)域。
[0027] 所述的光柵是金屬光柵由透明或者不透明材料制成，包括單層或者多層金屬，或 者是在光柵表面覆蓋金屬層；所述光柵周期滿足在一定入射光波長(zhǎng)下使得接收到的圖像不 發(fā)生混疊。
[0028] 所述的光源可以為單色LED光源但不限于單色；
[0029] 所述的光柵結(jié)構(gòu)為透明或者金屬材料制成，周期限定。
[0030] 所述的光柵結(jié)構(gòu)相對(duì)于入射光可以是豎直光柵或者是斜光柵。
[0031] 所述光波導(dǎo)材料的折射率可是是單一或者是漸變的。
[0032] 在一定波長(zhǎng)入射光情況下，單面光柵（即光柵位于光波導(dǎo)的一側(cè)面）的周期滿足 在光波導(dǎo)厚度、折射率一定的情況下，在光波導(dǎo)遠(yuǎn)離或者靠近光源的兩面上形成周期性的 檢測(cè)區(qū)域，供指紋信息采用。進(jìn)一步，形成周期性的檢測(cè)區(qū)域相互鄰接、探測(cè)區(qū)域相互補(bǔ)充 覆蓋整個(gè)光波導(dǎo)面的探測(cè)光。
[0033] 在一定波長(zhǎng)入射光情況下，經(jīng)雙面光柵（即光柵同時(shí)位于光波導(dǎo)的兩側(cè)面）進(jìn)行 衍射之后，形成的探測(cè)光在光波導(dǎo)的兩面上形成的周期性檢測(cè)區(qū)域是相互補(bǔ)充的，因此，構(gòu) 成上下整個(gè)光波導(dǎo)面均可采集指紋。
[0034] 本發(fā)明可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)觸控功能，此時(shí)圖像傳感器是二維陣列，排布于光波導(dǎo)的兩 個(gè)相鄰邊上，在實(shí)現(xiàn)觸控的同時(shí)實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。
[0035] 位于光波導(dǎo)上的光柵分布于光波導(dǎo)一側(cè)的部分區(qū)域，或者分布于整面的全部區(qū) 域。也可以是分布于光波導(dǎo)兩面的部分區(qū)域。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：
[0037] 本發(fā)明通過光柵和光波導(dǎo)器件的使用，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的光路控制，有效增加指紋采 集的圖像質(zhì)量，在同體積下獲得較大的圖像采集面積，有效提升指紋采集的圖像質(zhì)量，并可 實(shí)現(xiàn)非接觸式采集，同時(shí)大幅縮小指紋采集裝置的體積，使得該裝置可內(nèi)置在手機(jī)，平板電 腦等移動(dòng)端，并且成本低廉。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發(fā)明基于光柵的光波導(dǎo)式指紋識(shí)別系統(tǒng)輔助闡述數(shù)學(xué)關(guān)系的示意圖。
[0039] 圖2是光柵周期為360nm，波長(zhǎng)為550nm，入射光以-90到90度入射到光柵時(shí)0級(jí) 透射光和