技术领域

[0001] 本方案属于图像传感技术领域， 尤其涉及一种光学图像传感系统。

背景技术

[0002] 随着科学技术的不断发展， 指纹识别、 面部识别、 静脉识别、 虹膜识别等生物 图像传感技术被广泛应用于手机、 打卡签到机、 门锁等智能终端， 提高了智能 终端的安全性能。

技术问题

[0003] 现有的光学图像传感系统在采集物体反射的光 信号吋， 极易受到自然光线或终 端本身发出的光线的干扰， 导致采集结果不准确， 从而降低了终端的生物特征 识别性能。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本方案实施例的第一方面提供了一种光学图像 传感系统， 其包括信号发射模块 、 信号接收模块和信号处理模块；

[0005] 所述信号发射模块和所述信号接收模块与所述 信号处理模块电连接；

[0006] 所述信号发射模块包括发光源和脉冲频率控制 单元， 所述脉冲频率控制单元发 出脉冲频率控制信号， 所述发光源根据所述脉冲频率控制信号发射预 设频率的 周期性脉冲光信号， 每个周期的脉冲光信号包括第一强度的第一相 位光信号和 第二强度的第二相位光信号； 所述信号接收模块接收物体反射回来的所述第 一 相位光信号和所述第二相位光信号， 将物体反射回来的所述第一相位光信号处 理为第一相位电信号， 将物体反射回来的所述第二相位光信号处理为 第二相位 电信号； 所述信号处理模块对所述第一相位电信号和所 述第二相位电信号进行 信号处理和减运算， 得到有效电信号。

[0007] 在一个实施例中， 所述光学图像传感系统还包括设置在所述信号 发射模块和所 述信号接收模块之间的滤光片； [0008] 所述滤光片对物体反射的光信号进行过滤， 将物体反射回来的所述第一相位光 信号和所述第二相位光信号透射至所述信号接 收模块。

[0009] 在一个实施例中， 所述滤光片的透射波段与所述第一相位光信号 和所述第二相 位光信号的波长范围相同。

[0010] 在一个实施例中， 所述脉冲光信号包括红外光、 紫外光或任意可见的有色光中 的一种或多种。

[0011] 在一个实施例中， 所述发光源包括 LED灯、 冷阴极荧光灯或 LED灯阵列。

[0012] 在一个实施例中， 所述信号接收模块包括至少一个感光元件。

[0013] 在一个实施例中， 所述信号处理模块包括信号放大单元和逻辑运 算单元；

[0014] 所述信号放大单元与所述信号接收模块和所述 逻辑运算单元电连接；

[0015] 所述信号放大单元对所述第一相位电信号和所 述第二相位电信号进行信号放大

， 所述逻辑运算单元对放大后的所述第一相位电 信号和所述第二相位电信号进 行减运算， 得到所述有效电信号。

[0016] 在一个实施例中， 所述信号处理模块还包括与所述信号放大单元 和所述逻辑运 算单电连接的滤波单元， 所述滤波单元对放大后的所述第一相位电信号 和所述 第二相位电信号进行滤波。

[0017] 在一个实施例中， 所述逻辑运算单元包括采样保持电路， 所述采样保持电路包 括两个第一相位幵关、 两个第二相位幵关、 第一隔离器件和第二隔离器件； [0018] 所述第一隔离器件连接在所述两个第一相位幵 关之间， 所述第二隔离器连接在 所述两个第二相位幵关之间， 其中一个所述第一相位幵关和其中一个所述第 二 相位幵关与所述信号放大单元连接， 另一个所述第二相位幵关和另一个所述相 位幵关连接。

[0019] 在一个实施例中， 所述光学图像传感系统应用于显示装置， 所述显示装置包括 背光模组、 显示模块、 显示控制模块、 滤光片、 所述信号接收模块和所述信号 处理模块；

[0020] 所述背光模组包括所述信号发射模块， 所述发光源包括红外 LED; 所述信号接 收模块包括由多个感光元件组成的感光元件阵 列， 所述信号接收模块的面积大 于或等于所述显示模块的面积， 所述信号接收模块设置在所述显示模块的上方 或者下方； 所述滤光片为可透过红外光的红外滤光片； 所述显示控制模块和所 述显示模块电连接， 所述显示控制模块控制所述红外光透过所述显 示模块。 发明的有益效果

有益效果

[0021] 本方案通过发射包括第一强度的第一相位光信 号和第二强度的第二相位光信号 的周期性脉冲光信号， 接收物体反射回来的第一相位光信号和第二相 位光信号 并处理为对应的第一相位电信号和第二相位电 信号， 然后对第一相位电信号和 第二相位电信号进行减运算， 能够抵消反射回来的信号中的环境光线或终端 本 身发出的光线， 有效消除外界光线对信号采集结果的干扰， 避免产生误判和误 识别现象。

对附图的简要说明

附图说明

[0022] 为了更清楚地说明本方案实施例中的技术方案 ， 下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本方案的一些实 施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。

[0023] 图 1是本方案实施例一提供的光学图像传感系统� �结构示意图；

[0024] 图 2是本方案实施例一提供的周期性脉冲光信号� �波形示意图；

[0025] 图 3是本方案实施例二提供的光学图像传感系统� �结构示意图；

[0026] 图 4是本方案实施例三提供的光学图像传感系统� �结构示意图；

[0027] 图 5是本方案实施例四提供的显示装置的结构示� �图。

本发明的实施方式

[0028] 以下描述中， 为了说明而不是为了限定， 提出了诸如特定系统结构、 技术之类 的具体细节， 以便透彻理解本方案实施例。 然而， 本领域的技术人员应当清楚 ， 在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实 现本方案。 在其它情况中， 省 略对众所周知的系统、 装置、 电路以及方法的详细说明， 以免不必要的细节妨 碍本方案的描述。

[0029] 为了说明本方案所述的技术方案， 下面通过具体实施例来进行说明。

[0030] 实施例一：

[0031] 如图 1所示， 本方案的一个实施例提供一种光学图像传感系 统 100， 其包括信号 发射模块 10、 信号接收模块 20和信号处理模块 30， 信号发射模块 10包括发光源 1 1和脉冲频率控制单元 12; 其中， 信号发射模块 10和信号接收模块 20与信号处理 模块 30电连接。 在本实施例中， 脉冲频率控制单元用于发出脉冲频率控制信号 ， 脉冲频率控制信号用于控制发光源发射预设频 率的周期性脉冲光信号， 每个 周期的脉冲光信号包括第一强度的第一相位光 信号和第二强度的第二相位光信 号。

[0032] 在具体应用中， 脉冲光信号的频率可以根据实际需要设定， 脉冲光信号的频率 越大， 则光学图像传感系统对物体的光学扫描速度越 快， 第一相位光信号和第 二相位光信号的持续吋间也就越短。

[0033] 在本实施例中， 第一相位和第二相位不同， 第一相位滞后于第二相位或者第二 相位滞后于第一相位， 在多个周期中两个相位交替出现； 在一个周期中， 有且 仅有一个第一相位光信号和一个第二相位光信 号。

[0034] 在本实施例中， 第一强度和第二强度不同， 第一强度大于第二强度或者第二强 度大于第一强度， 且低强度可以为 0， 即信号发射模块在发射强度较低的第一相 位光信号或第二相位光信号吋实际上可以不发 射信号。 当然， 低强度也可以不 为 0。

[0035] 在具体应用中， 脉冲频率控制单元具体可以选用脉冲频率调制 器或芯片， 也可 以是具有相应功能的逻辑电路。 如图 2所示， 示例性的示出第一相位滞后于第二 相位且第一强度大于第二强度吋， 多个周期的脉冲光信号的波形示意图。 图 2中 ， PH1表示第一相位、 PH2表示第二相位， 脉冲的高度则表示脉冲的振幅大小， 振幅大小与信号强度成正比。

[0036] 在具体应用中， 脉冲光信号可以根据实际需要选择任何颜色或 波段的光信号， 例如， 在采集指纹、 静脉图像或虹膜图像吋， 则可以选择红外光。

[0037] 在一个实施例中， 脉冲光信号包括红外光、 紫外光或任意可见的有色光中的一 种或多种。

[0038] 在具体应用中， 发光源包括用于发射一种或多种光信号的灯具 ， 可以根据实际 需要选择任意类型的灯具， 例如， 红外 LED灯、 紫外 LED灯等。

[0039] 在一个实施例中， 发光源包括 LED灯、 冷阴极荧光灯或 LED灯阵列。 当发光源 包括 LED灯阵列吋， 可以仅能发射一种光信号也可以具备发射多种 不同类型的光 信号的功能。

[0040] 在本实施例中， 信号接收模块 20接收物体反射回来的第一相位光信号和第二� �� 位光信号， 将物体反射回来的第一相位光信号处理为第一 相位电信号， 将物体 反射回来的第二相位光信号处理为第二相位电 信号。

[0041] 在具体应用中， 物体具体可以是手指、 静脉或虹膜等生物特征载体。

[0042] 在具体应用中， 信号接收模块可以包括任意能够实现光信号采 集并转化为信号 处理模块可处理的电信号的器件， 例如， 感光元件。

[0043] 在一个实施例中， 信号接收模块包括至少一个感光元件。 当包括多个感光元件 吋， 多个感光元件可以阵列式排布构成图像传感器 。

[0044] 在一个实施例中， 感光元件为光电二极管、 光敏电阻、 电荷耦合元件或互补金 属氧化物半导体中的任一种。

[0045] 在本实施例中， 信号处理模块用于对第一相位电信号和第二相 位电信号进行信 号处理和减运算， 得到有效电信号。

[0046] 在具体应用中， 信号处理具体可以包括信号放大、 滤波等常规信号处理步骤， 对信号进行减运算是为了抵消第一相位电信号 和第二相位电信号中的环境噪声 或者是器件本身带来的噪声部分。 在实际应用中， 物体反射的第一相位光信号 和第二光信号由于是连续采集的， 因此环境或者器件本身对这两个信号造成干 扰的干扰因素基本上是相同的， 通过对这两个光信号转化而来的电信号进行减 运算， 则可以基本上抵消掉干扰因素所带来的干扰， 从而得到较为准确的信号 采集结果， 通过对最终得到的信号进行处理， 可以得到较为准确的生物特征图 像， 从而可以提供对生物特征的识别准确度。

[0047] 本实施例通过发射包括第一强度的第一相位光 信号和第二强度的第二相位光信 号的周期性脉冲光信号， 接收物体反射回来的第一相位光信号和第二相 位光信 号并处理为对应的第一相位电信号和第二相位 电信号， 然后对第一相位电信号 和第二相位电信号进行减运算， 能够抵消反射回来的信号中的环境光线或终端 本身发出的光线， 有效消除外界光线对信号采集结果的干扰， 避免产生误判和 误识别现象。

[0048] 实施例二：

[0049] 如图 3所示， 在本方案的一个实施例中， 实施例一中的光学图像传感系统 100还 包括设置在信号发射模块 10和信号接收模块 20之间的滤光片 40。

[0050] 如图 3所示， 本实施例中， 示例性的示出发光源 11为一个发光二极管， 信号接 收模块 20为一个感光二极管。 应当理解的是， 图 3中的发光二极管和感光二极管 仅仅只是一种功能性的示意， 并不代表信号发射模块和信号接收模块必须或 者 仅包括这两个器件， 在实际应用中， 还可以包括其他器件或者采用功能类似的 器件等效替换。

[0051] 在本实施例中， 滤光片用于对物体反射的光信号进行过滤， 将物体反射回来的 第一相位光信号和第二相位光信号透射至信号 接收模块。

[0052] 在具体应用中， 滤光片的作用是反射或者吸收信号接收模块所 不需要的光信号 ， 透过信号接收模块需要的光信号。 具体的， 可以选用透光波段与第一相位光 信号和第二相位光信号的波长范围相当或较为 接近的滤光片。

[0053] 在一个实施例中， 滤光片的透射波段与第一相位光信号和第二相 位光信号的波 长范围相同。 应当理解的是， 选用与第一相位光信号和第二相位光信号的波 长 范围相同的滤光片是一种理想情况， 在实际应用中很难做到完全相同， 只能尽 量的选用波段相近的。

[0054] 如图 3所示， 在本实施例中， 信号处理模块 30包括信号放大单元 31和逻辑运算 单元 32; 信号放大单元 31与信号接收模块 20和逻辑运算单元 32电连接。

[0055] 在本实施例中， 信号放大单元用于对第一相位电信号和第二相 位电信号进行信 号放大。

[0056] 在具体应用中， 信号放大单元具体可以是信号放大器或者相应 的逻辑电路。

[0057] 在本实施例中， 逻辑运算单元用于对放大后的第一相位电信号 和第二相位电信 号进行减运算， 得到有效电信号。 [0058] 在具体应用中， 逻辑运算单元具体可以包括采样保持电路和对 应的逻辑运算电 路。

[0059] 如图 3所示， 在本实施例中， 信号处理模块 30还包括与信号放大单元 31和逻辑 运算单 32电连接的滤波单元 33， 滤波单元 33对放大后的第一相位电信号和第二 相位电信号进行滤波。

[0060] 在具体应用中， 滤波单元具体可以包括并联的滤波电容和电阻 构成的滤波电路 ， 也可以是其他类型的滤波电路。

[0061] 基于本实施例所提供的光学图像传感系统的结 构， 本实施例中， 对放大后的第 一相位电信号和第二相位电信号进行减运算的 计算方法如下：

[0062] 设信号放大单元的放大系数为 A， 在第一相位期间 phi期间的反射的第一相位光 信号的强度为 Sl， 外部光干扰幅度为 N_il， 器件噪声为 N_cl， 在第二相位 ph2期 间反射的第二相位光信号的强度为 S2， 外部光干扰幅度为 N_i2， 器件噪声为 N_c 2， 物体反射的第一相位光信号对应的第一相位电 信号为 V_ol， 物体反射的第二 相位光信号对应的第二相位电信号为¥_ ₀ 2；

[0063] 则可得如下关系式：

[0064] V_ol=A(Sl+N_il) +N_cl ;

[0065] V_o2=A(S2+N_i2) +N_c2;

[0066] 对上式进行减运算， 得到有效电信号 V_o2 - V_ol=A(S2 - SI + N_i2 - N_il) + N_c2 - N_cl ;

[0067] 在实际应用中， 若采用适当的脉冲频率， 则 N_i2 «N_il， N_c2 «N_cl， 从而得 到有效电信号 V_o2 - V_ol=A(S2 - Sl) 。

[0068] 由上述计算结果可以看到， 最终得到的有效信号基本上消除了噪声。

[0069] 由于脉冲的振幅与信号强度是成正比的， 因此， 在计算吋将信号强度等效为振 幅。

[0070] 实施例三：

[0071] 如图 4所示， 在本发的一个实施例中， 实施例二中的逻辑运算单元 32包括采样 保持电路， 采样保持电路包括两个第一相位幵关 PH1、 两个第二相位幵关 PH2、 第一隔离器件 C1和第二隔离器件 C2; 第一隔离器件 C1连接在两个第一相位幵关 PHI之间， 第二隔离器 PH2连接在两个第二相位幵关 PH2之间， 其中一个第一相 位幵关和其中一个第二相位幵关与信号放大单 元 31连接， 另一个第二相位幵关 和另一个相位幵关连接。

[0072] 在具体应用中， 四个幵关可以为任意类型的电子幵关管， 例如， 三极管、 场效 应晶体管等具有电子幵关作用的元器件， 两个隔离器件也可为任意类型的信号 隔离器件， 本实施例中不作特别限定。

[0073] 图 4中示例性的示出四个幵关均为单刀单掷幵关� � 两个隔离器件均为电容器。

[0074] 图 4中示例性的示出信号放大单元 31为信号放大器， 滤波单元 33包括电阻 R和电 容 C3， 该信号放大器的负输入端接电容 C3的一端和电阻 R的一端， 信号放大器 的正输入端接入参考信号 VR， 信号放大器的输出端接其中一个第一相位幵关 和 其中一个第二相位幵关。

[0075] 基于本实施例所提供的结构， 在实际应用中， 脉冲频率控制单元 13发出脉冲电 流驱动信号， 在驱动发光源 11发出第一相位光信号吋， 脉冲电流驱动信号为大 电流， 发光源 11发出强光 （具体可以是红外光） ；

[0076] 在驱动发光源 11发出第二相位光信号吋， 脉冲电流驱动信号为小电流或者没有 电流， 发光源 11发出弱光或者不发光；

[0077] 滤光片 40透射波长与发光源 11发射的光信号波长类似的光信号；

[0078] 信号接收模块 20接收透射的光信号并转换成电流信号；

[0079] 运算放大单元 32对信号进行放大， 滤波单元 34对信号进行滤波并将电流信号转 换成电压信号； 电容 C1和 C2分别在第一相位吋段和第二相位吋段对放大� ��的信 号进行采样；

[0080] 其中， 第一相位阶段采集的电压信号对应发强光吋的 信号量为 V1-VR, 第二相 位阶段采集的电压信号对应发弱光或不发光吋 的信号量为 V2-VR;

[0081] 对以上两次采样的信号值进行减运算就可以得 到有效信号 V1-V2, 即得到最终 能够被处理为生物特征图像的输出电压信号。

[0082] 通过上述信号处理方法， 假如有干扰存在， 则第一相位阶段采集的信号对应发 强光加干扰吋的电压信号为 Vl+Vn-VR， 第二相位阶段采集的信号对应不发光或 发弱光加干扰吋的电压信号为 V2+Vn-VR， 进行减运算之后得到的结果依然是 VI -V2， 因此， 干扰带来的影响会被消除。

[0083] 实施例四：

[0084] 如图 5所示， 在本方案的一个实施例中， 光学图像传感系统 100应用于显示装置

1000， 显示装置 1000包括背光模组 200、 显示模块 300、 显示控制模块 400、 滤光 片 40、 信号接收模块 20和信号处理模块 30。

[0085] 如图 5所示， 在本实施例中， 信号发送模块 10属于背光模组 200的一部分。

[0086] 在具体应用中， 显示装置的背光模组通常包括背光灯和匀光板 ， 背光灯通常是 白光 LED , 其设置在匀光板的下方或侧面。 信号发送模块具体可以包括红外 LED 灯， 也可以包括其他颜色或类型的灯。

[0087] 如图 5所示， 在本实施例中背光模组 200还包括匀光板 201。

[0088] 在具体应用中， 信号接收模块具体是指显示装置的图像传感器 上的感光元器件

， 信号接收模块设置在显示模块的上方或者下方 。 在本实施例中， 信号接收模 块即是图像传感器本身， 其包括多个阵列式排列的感光元件。

[0089] 如图 5所示， 在本实施例中， 信号接收模块 20包括由多个感光元件组成的感光 元件阵列， 信号接收模块 20的面积大于或等于显示模块 300的面积， 且设置在显 示模块 300上方。

[0090] 如图 5所示， 在本实施例中， 滤光片 40为可透过红外光的红外滤光片。 在具体 应用中， 其也可以通过白光。

[0091] 在一个实施例中， 滤光片为可透过红外光、 红光、 绿光和蓝光的红外三基色滤 光片。 其通过特殊镀膜工艺制备， 可以同吋透过红外光、 红光、 绿光和蓝光， 使得显示模块既可以显示三基色图像也可以采 集指纹、 静脉、 虹膜等光学生物 图像。

[0092] 如图 5所示， 在本实施例中， 显示控制模块 400和显示模块 300电连接， 显示控 制模块 400用于控制红外光透过显示模块 300。

[0093] 在具体应用中， 显示模块具体可以为任意类型的显示器件， 例如， 薄膜晶体管 液晶显示器 （TFT-LCD , Thin Film Transistor-Liquid Crystal

Display) ， OLED (Organic Electroluminescence Display , 有机电激光显示) 显示 器、 QLED (Quantum Dot Light Emitting Diodes , 量子点发光二极管） 显示器等 。 本实施例中， 显示模块具体为薄膜晶体管液晶显示器。 对应的， 显示控制模 块具体为 TFT (Thin Film Transistor, 薄膜晶体管） 液晶驱动芯片。 显示控制模 块通过调节施加给显示模块的电压的大小， 调节显示模块中的液晶微粒的光轴 取向， 来控制显示模块显示。

[0094] 如图 5所示， 本实施例所提供的显示装置 1000还包括透明盖板 500， 透明盖板 50 0、 滤光片 40、 信号接收模块 20、 显示模块 300、 显示控制模块 400和背光模组 20 0由上而下依次层叠设置。

[0095] 在具体应用中， 透明盖板具体可以为玻璃盖板或触控显示面板 。

[0096] 本实施例通过提供一种大面积图像传感器和显 示模块相结合的显示装置， 无需 电容式触摸信号采集装置， 能够实现显示装置的全屏生物图像采集功能， 可以 应用于全面屏显示装置， 可以提高光生物特征的识别准确率， 避免产生误判和 误识别现象。

[0097] 以上所述实施例仅用以说明本方案的技术方案 ， 而非对其限制； 尽管参照前述 实施例对本方案进行了详细的说明， 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本方案各 实施例技术方案的精神和范围， 均应包含在本方案的保护范围之内。