[发明专利]基于光栅结构与微棱镜阵列的指纹识别系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学式指纹成像技术领域，特别是一种基于光栅结构与微棱镜阵列的指纹识别系统。

背景技术

指纹识别技术，按指纹图像采集方式分类，可分为光学式、电容式、射频式三大类。在手指接触时，相应的传感器通过探测相应物理量并转化为电学量形成指纹图像进行比对识别。

生物射频式通过传感器发射微量的射频信号，穿透手指表皮层获取里层的纹路信息，手指指纹的脊与谷造成射频信号的能量损失不同，接收器通过接受的能量分布形成指纹图像。这种方式对手指的洁净度要求不高，是目前较新的技术方案，但成本一直成为阻碍普及的因素。

电容式指纹识别系统是采用传感器作为电容的一极，手指作为另一极，手指指纹的脊与谷相对极板位置不同形成电容差，从而形成指纹图像。

光学式指纹识别系统，通过接收手指指纹反射的图像进行成像。传统的光学指纹识别系统一般具有三个缺点：结构笨重难以微型化；光路受手指漫反射影响较大，成像质量不高；使用滑动式的指纹扫描方式，用户体验感较差。美国专利US5177802公布了一种用棱镜实现指纹图像读取的结构，但该结构由于使用了棱镜，因而难以实现微型化，不能用于智能手机、平板电脑等移动端。中国专利CN1820272A公布了一种用光波导结构实现指纹图像读取的系统，但该结构的光路较粗糙，成像质量较差并且光波导结构较厚，难以实现超薄化。美国专利US6259108B1公布了一种使用线阵图像传感器进行滑动式指纹扫描的结构，但整体结构较大，并且很难微型化。中国专利CN104751121A公布了一种基于光栅结构的光波导式指纹识别系统，但指纹图像的对比度不高，且不够轻薄化。

发明内容

本发明的目的是针对上述光学式指纹识别技术的不足，提供一种基于光栅结构与微棱镜阵列的指纹识别系统，实现微型和超薄化的同时，显著提高指纹成像质量，降低成本，提高指纹识别准确率。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于光栅结构与微棱镜阵列的指纹识别系统，其特点在于，包括光源、光波导、微棱镜阵列、光栅、指纹检测区域和成像器件，所述的光栅位于所述的光波导的下表面的一端且光栅的方向垂直于所述的光波导，所述的微棱镜阵列是一组平行于所述的光栅的三棱柱阵列，该微棱镜阵列位于所述的光波导的上表面，所述的微棱镜阵列与所述的光波导的贴合面为所述的指纹检测区域，所述的成像器件位于所述的光波导的下表面另一端的下方并处于所述的微棱镜阵列的全反射方向，所述的光源位于所述的光栅的下方。

所述的成像器件是图像传感器阵列，或是透镜或透镜阵列及图像传感器，当其为透镜或透镜阵列及图像传感器时，应保证透镜或透镜阵列距离所述的光波导的长度大于一倍透镜焦距。

所述的成像器件的探测的区域宽度L₃、所述的光栅的光栅区域总宽度L₁、所述的微棱镜阵列的微棱镜阵列区域总宽度L₂、指纹识别系统的总宽度L₀、指纹检测区域宽度m和光栅周期T满足下列关系:

L₂≥L₁≥L₃≥m

L₀≥L₁+L₃

其中，i为光的入射角，n₀及n₁分别为入射介质和衍射介质的折射率，h为光波导的厚度；

所述的微棱镜阵列的棱柱的截面三角形全反射面的截面底角θ、另一侧面所对底角θ₁和底边宽度d应满足下列关系：

所述的微棱镜阵列棱柱截面的底角θ的范围应满足：

其中，j为光线在所述的光波导中的衍射角；

所述的微棱镜阵列棱柱截面底边宽度d小于手指脊纹路宽度0.5mm。

所述的光源可以为单色LED光源但不限于单色。

所述光波导材料的折射率可以是单一的，也可以是渐变的。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过光栅和光波导器件的使用及微棱镜结构的加入，可实现精准的光路控制，降低手指散射的影响，有效增加指纹采集得到的指纹图像对比度，同时由于微棱镜结构的加入，减小了光波导的厚度，使得指纹采集装置更加轻薄化，成本也更低廉。

附图说明

图1是基于光栅结构与微棱镜阵列的光学式指纹识别系统的几何结构示意。