TWI636402B - Optical fingerprint detection method and device based on fingerprint information segmentation and overlap - Google Patents

Optical fingerprint detection method and device based on fingerprint information segmentation and overlap Download PDF

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Abstract

一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，包含：利用一光學指紋檢測電路對覆蓋在一玻璃蓋板上的一指紋辨識區內的一指紋進行至少一個第一局部指紋檢測作業及/或至少一個第二局部指紋檢測作業，其中，該指紋辨識區被定義為具有複數個局部區域，所述第一局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個奇數區域的重疊影像以獲得一奇數區重疊影像，且所述第二局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個偶數區域的重疊影像以獲得一偶數區重疊影像；以及依至少一所述奇數區重疊影像及/或至少一所述偶數區重疊影像產生一待辨識影像。

Description

基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法及裝置
本發明係有關於一種指紋檢測裝置，特別是關於一種結合在一顯示器上方的薄型光學指紋檢測裝置。
隨著手機技術的推陳出新及手機用戶需求的不斷提高，為了達到更佳的用戶體驗，增加手機螢幕面積占比，乃至全面屏已成為智慧終端機發展的一大趨勢。但是在傳統的電容式指紋識別架構中，由於電容檢測並無法穿透較厚玻璃，故其仍無法完成去除實體Home(還回原位)鍵的任務。
為去除實體Home鍵，習知已有將光學指紋識別模組置於螢幕下方，以針對螢幕上的特定指紋輸入區域進行光學指紋識別的技術方案。請參照圖1，其為一習知光學指紋識別裝置的示意圖。如圖1所示，該習知光學指紋識別裝置具有一玻璃蓋板11、位於玻璃蓋板11下方之一顯示器12，以及位於顯示器12下方之一光學指紋檢測模組13。在此架構下，顯示器12必須能夠透光，光學指紋檢測模組13才能夠對玻璃蓋板11上表面的指紋輸入區域進行一指紋識別作業。
然而，由於傳統的LCD(liquid crystal display；液晶顯示器)顯示幕係利用背光及偏光片等原理進行顯示，為了避免背光洩露，其非顯示部分一般係由一黑色矩陣進行遮蓋，因而使其無法滿足光學指紋檢測模組13的透光要求，也就無法用以實現屏下指紋識別的技術方案。
為解決上述問題，習知亦有以OLED (organic light emitting diode；有機發光二極體)顯示幕實現屏下指紋識別的技術方案。請參照圖2，其繪示另一習知光學指紋識別裝置的示意圖。如圖2所示，該習知光學指紋識別裝置具有一玻璃蓋板14、一OLED顯示層15、一光學墊片16、一微透鏡17及一感光陣列18，且玻璃蓋板14設有一有效感應區14a以對一手指19進行一指紋識別作業。
由於OLED是自發光元件，故可在各OLED顯示像素之間設置縫隙以讓光線透過。為了提高屏下指紋識別效果，該縫隙是越大越好。但是為了提高OLED屏的解析度，該縫隙則是越小越好。因著這個矛盾，屏下指紋識別效果乃受到限制。
另外，目前一般的屏下指紋識別技術方案僅支援在顯示幕上的玻璃蓋板的一特定區域的指紋識別操作。
為解決前述的問題，本領域亟需一新穎的光學指紋檢測技術方案。
本發明之一目的在於揭露一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，其可藉由調整入射光的入射角以在一多次全反射光程中檢測一指紋辨識區中的複數個奇數局部區域並提供一奇數區重疊影像，或檢測該指紋辨識區中的複數個偶數局部區域並提供一偶數區重疊影像。
本發明之另一目的在於揭露一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，其可依至少一所述奇數區重疊影像及/或至少一所述偶數區重疊影像提供一待辨識影像以提高一指紋識別作業的安全度。
本發明之另一目的在於揭露一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，其可降低光學指紋檢測裝置的生產難度以利實際生產。
本發明之又一目的在於揭露一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，其可藉由重疊的指紋資訊降低指紋識別難度以方便一資訊處理裝置進行一指紋辨識程序。
為達前述目的，一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法乃被提出，其包含以下步驟：
利用一控制電路啟動一個光學指紋檢測電路以對覆蓋在一玻璃蓋板上的一指紋辨識區內的一指紋進行至少一個第一局部指紋檢測作業及/或至少一個第二局部指紋檢測作業，其中，該指紋辨識區被定義為具有複數個局部區域，所述第一局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個奇數區域的重疊影像以獲得一奇數區重疊影像，且所述第二局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個偶數區域的重疊影像以獲得一偶數區重疊影像；以及
依至少一所述奇數區重疊影像及/或至少一所述偶數區重疊影像產生一待辨識影像。
在一實施例中，所述光學指紋檢測電路具有：
一光源，位於該玻璃蓋板之一第一側邊；
一透鏡，係隔著該玻璃蓋板和該光源相對且其具有一入光面及一出光面，該入光面係面對該玻璃蓋板之一第二側邊；以及
一感光陣列，係面對該透鏡之所述出光面；
其中，該光源係用以提供一可改變入射角度的入射光，以使該入射光以多次全反射的方式照射所述複數個奇數區域或所述複數個偶數區域後由該玻璃蓋板的所述第二側邊穿出，而使該感光陣列獲得所述的奇數區重疊影像或所述的偶數區重疊影像。
在一實施例中，該待辨識影像係依至少一所述奇數區重疊影像和至少一所述偶數區重疊影像的重疊而產生。
在一實施例中，該待辨識影像係依至少一所述奇數區重疊影像和至少一所述偶數區重疊影像的拼接而產生。
另外，本發明進一步提出一種光學指紋檢測裝置，其係利用如前述之基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法提供一光學指紋檢測功能。
為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明後。
請參照圖3，其繪示本發明之光學指紋檢測裝置之一實施例之側視圖。如圖3所示，該光學指紋檢測裝置包括一玻璃蓋板101、一光源102、一透鏡103及一感光陣列104。
玻璃蓋板101具有相對之一第一表面101a及一第二表面101b，以及相對之一第一側邊101c及一第二側邊101d，其中該第一表面101a係用以提供至少一指紋辨識區101r。
光源102係位於玻璃蓋板101之第一側邊101c，且其較佳為一可改變輸出光軸方向的光源。
透鏡103係隔著玻璃蓋板101和光源102相對且其具有一入光面103a及一出光面103b，入光面103a係面對玻璃蓋板101之第二側邊101d。
感光陣列104係面對透鏡103之出光面103b。
本發明的原理在於，當光源102發出的光線通過玻璃蓋板101之第一側邊101c照射到玻璃蓋板101的第一表面101a的一指紋辨識區101r時，該指紋辨識區101r與一手指200之一指紋的多個指紋谷接觸處會使其入射光線反射，然後經多次全反射穿出玻璃蓋板101之第二側邊101d，再通過透鏡103的聚焦作用而照射在感光陣列104上並形成多個亮條紋；而指紋辨識區101r與該指紋的多個指紋脊接觸處則會因接觸面變粗糙而使其入射光線發生漫反射而難以到達感光陣列104，因而在感光陣列104上對應形成多個暗條紋。依此，本發明的光學指紋檢測裝置即可將指紋的谷、脊資訊轉化為感光陣列104上的明、暗條紋資訊。
請參照圖4，其繪示本發明光學指紋檢測裝置之另一實施例之俯視圖。如圖4所示，該光學指紋檢測裝置包括一玻璃蓋板101、複數個光源102、複數個透鏡103及複數個感光陣列104。
玻璃蓋板101具有相對之一第一表面101a及一第二表面(未示於圖中)，以及相對之一第一側邊101c及一第二側邊101d，其中第一表面101a係用以提供複數個指紋辨識區101r。
複數個光源102係位於玻璃蓋板101之第一側邊101c，且各光源102較佳為一可改變輸出光軸方向的光源。
複數個透鏡103，各透鏡103均隔著玻璃蓋板101和一光源102相對且各具有一入光面103a及一出光面103b，入光面103a係面對玻璃蓋板101之所述第二側邊101d。
複數個感光陣列104，各面對一透鏡103之出光面103b。
於操作時，本發明的光學指紋檢測裝置可藉由依序或同時開啟各光源102，以使各光源102的輸出光線在玻璃蓋板101內以全反射的方式行進而傳輸至一對應的感光陣列104，而可在不管顯示器110是否能夠透光的情況下，在玻璃蓋板101的第一表面101a的任一區域提供一指紋辨識區101r以進行一指紋識別作業，從而提供一全屏光學指紋識別功能。
然而，如圖5所示，為使入射光由第一側邊101c投射到玻璃蓋板101的第一表面101a後能夠覆蓋整個指紋，入射光與玻璃蓋板101的第一表面101a的夾角θ須特別小，不利於實際生產。例如，假設指紋直徑大小為8毫米，玻璃蓋板101厚度為0.5毫米，則夾角θ=Tan-1(0.5/8)=(3.5°~3.6°)，並不利於實際生產。而且受限於玻璃蓋板101的厚度，感光陣列104的尺寸也會變得窄長，從感光陣列104上得到的指紋資訊也會產生類似的畸變而使橫向的指紋資訊的解析度降低，不利於指紋資訊認證。請參照圖6，其繪示畸變前的指紋圖形200a和畸變後的畸變指紋圖形200b。
為解決圖6所示的指紋畸變問題，本發明提出了一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方案。如圖7所示，為了消除或減少上述畸變產生的影響，本發明通過增大夾角θ(30°左右)，使得入射光在同一指紋按壓區域內進行多次全反射，以將指紋圖形200a在橫向分割成N等份(8等份，如圖8所示)，使感光陣列104上得到的指紋資訊是指紋圖形200a的奇數部分區域的影像疊加之後的結果。若改變入射光的角度，使得入射光先投射到玻璃蓋板101的下表面，且與玻璃蓋板101的夾角為θ(30°左右)，則入射光會在同一指紋按壓區域內進行多次全反射，以將指紋圖形200a在橫向8等份中的偶數部分區域的影像重疊至感光陣列104。請參照圖9，其為圖7的技術方案所產生的重疊指紋影像200c和圖5的技術方案所產生的畸變指紋圖形200b的比較圖。
依上述的說明，本發明提出一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法。請參照圖10，該光學指紋檢測方法包含以下步驟：利用一控制電路啟動一個光學指紋檢測電路以對覆蓋在一玻璃蓋板上的一指紋辨識區內的一指紋進行至少一個第一局部指紋檢測作業及/或至少一個第二局部指紋檢測作業，其中，該指紋辨識區被定義為具有複數個局部區域，所述第一局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個奇數區域的重疊影像以獲得一奇數區重疊影像，且所述第二局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個偶數區域的重疊影像以獲得一偶數區重疊影像(步驟a)；以及依至少一所述奇數區重疊影像及/或至少一所述偶數區重疊影像產生一待辨識影像(步驟b)。
在可能的實施例中，該待辨識影像係依至少一所述奇數區重疊影像和至少一所述偶數區重疊影像的重疊而產生，或依至少一所述奇數區重疊影像和至少一所述偶數區重疊影像的拼接而產生。
另外，本發明進一步提出一種光學指紋檢測裝置，其係利用如前述之基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法提供一光學指紋檢測功能。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
1.本發明的基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法可藉由調整入射光的入射角以在一多次全反射光程中檢測一指紋辨識區中的複數個奇數局部區域並提供一奇數區重疊影像，或檢測該指紋辨識區中的複數個偶數局部區域並提供一偶數區重疊影像。
2.本發明的基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法可依至少一所述奇數區重疊影像及/或至少一所述偶數區重疊影像提供一待辨識影像以提高一指紋識別作業的安全度。
3.本發明的基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法可降低光學指紋檢測裝置的生產難度以利實際生產。
4.本發明之基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法可藉由重疊的指紋資訊降低指紋識別難度以方便一資訊處理裝置進行一指紋辨識程序。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
11、14、101‧‧‧玻璃蓋板
12‧‧‧顯示器
13‧‧‧光學指紋檢測模組
14a‧‧‧有效感應區
15‧‧‧OLED顯示層
16‧‧‧光學墊片
17‧‧‧微透鏡
18、104‧‧‧感光陣列
19、200‧‧‧手指
101a‧‧‧第一表面
101b‧‧‧第二表面
101c‧‧‧第一側邊
101d‧‧‧第二側邊
101r‧‧‧指紋辨識區
102‧‧‧光源
103‧‧‧透鏡
103a‧‧‧入光面
103b‧‧‧出光面
200a‧‧‧指紋圖形
200b‧‧‧畸變指紋圖形
200c‧‧‧重疊指紋影像
步驟a‧‧‧利用一控制電路啟動一個光學指紋檢測電路以對覆蓋在一玻璃蓋板上的一指紋辨識區內的一指紋進行至少一個第一局部指紋檢測作業及/或至少一個第二局部指紋檢測作業，其中，該指紋辨識區被定義為具有複數個局部區域，所述第一局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個奇數區域的重疊影像以獲得一奇數區重疊影像，且所述第二局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個偶數區域的重疊影像以獲得一偶數區重疊影像
步驟b‧‧‧依至少一所述奇數區重疊影像及/或至少一所述偶數區重疊影像產生一待辨識影像
圖1為一習知光學指紋識別裝置的示意圖。 圖2繪示另一習知光學指紋識別裝置的示意圖。 圖3繪示本發明之光學指紋檢測裝置之一實施例之側視圖。 圖4繪示本發明光學指紋檢測裝置之另一實施例之俯視圖。 圖5繪示本發明光學指紋檢測裝置之另一實施例，其係用以使入射光由第一側邊投射到玻璃蓋板的第一表面後能夠覆蓋整個指紋。 圖6繪示畸變前的指紋圖形和圖5技術方案所產生的畸變指紋圖形的對照圖。 圖7為本發明之基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方案之示意圖。 圖8為圖7技術方案將一指紋在橫向分割成8等份的示意圖。 圖9為圖7的技術方案所產生的一重疊指紋影像和圖5的技術方案所產生的一畸變指紋圖形的比較圖。 圖10為本發明的基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法的一實施例流程圖。

Claims (4)

  1. 一種基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，其包含以下步驟：利用一控制電路啟動一個光學指紋檢測電路以對覆蓋在一玻璃蓋板上的一指紋辨識區內的一指紋進行至少一個第一局部指紋檢測作業及/或至少一個第二局部指紋檢測作業，其中，該指紋辨識區被定義為具有複數個局部區域，所述第一局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個奇數區域的重疊影像以獲得一奇數區重疊影像，且所述第二局部指紋檢測作業係用以感測所述複數個局部區域中的複數個偶數區域的重疊影像以獲得一偶數區重疊影像；以及依至少一所述奇數區重疊影像及/或至少一所述偶數區重疊影像產生一待辨識影像，其中所述光學指紋檢測電路具有：一光源，位於該玻璃蓋板之一第一側邊；一透鏡，係隔著該玻璃蓋板和該光源相對且其具有一入光面及一出光面，該入光面係面對該玻璃蓋板之一第二側邊；以及一感光陣列，係面對該透鏡之所述出光面；其中，該光源係用以提供一可改變入射角度的入射光，以使該入射光以多次全反射的方式照射所述複數個奇數區域或所述複數個偶數區域後由該玻璃蓋板的所述第二側邊穿出，而使該感光陣列獲得所述的奇數區重疊影像或所述的偶數區重疊影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，其中該待辨識影像係依至少一所述奇數區重疊影像和至少一所述偶數區重疊影像的重疊而產生。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法，其中該待辨識影像係依至少一所述奇數區重疊影像和至少一所述偶數區重疊影像的拼接而產生。
  4. 一種光學指紋檢測裝置，其係利用如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之基於指紋資訊分割與重疊的光學指紋檢測方法提供一光學指紋檢測功能。
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