手机指纹仪的光学设计.pdf

光电信息科学与工程 专业认知调研报告 题 目： 手机指纹仪的光学设计 姓 名： 吴宇豪、徐羽沁、刘芯雨、王雪霁 时 间： 2015 年 7 月 手机指纹仪的光学设计 摘要：本文首先介绍了现今常见的指纹身份认证系统，并简要分析了其原理和各自的优缺点。 之后就其中的光学系统进行较为详细分析，阐述了光学指纹身份认证系统的基本原理，并利 用三种技术：波导全息指纹采集、非接触式指纹识别、光学相干断层成像实现手机指纹仪的 应用。最后分析了此类光学系统仍存在的问题以及未来的发展方向。 关键词：手机 指纹采集 光学设计 波导全息 非接触式指纹识别 光学相干断层成像 The Optical Design of Fingerprint Identification System Department of Optical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027,China； Yuqin Xu Abstract : In this thesis, we present the common fingerprint identification systems, introduce their principle, and report their advantages and disadvantages. Then, we report the optical design among the systems. We recommend the basic principle of the optical system, and use the Waveguide hologram 、Touch-less Fingerprint identification and OCT to use this system on mobilephone. At last, we present the problems remained and prospect of this system. Key words: mobile phone, fingerprint identification, optical design, Waveguide hologram, Touch-less Fingerprint identification, OCT. 一、 常见的指纹身份认证系统 目前，常见的指纹身份认证系统大致分为三类，第一类采用晶体传感器的相关技术实现， 第二类采用超声波扫描技术，第三类利用光学系统进行采集。 1.1 晶体传感器 晶体传感器技术是智能手机领域最为通用指纹采集技术。其中有很多不同类型，包括压 感、热感等。目前最为先进的是苹果公司在iphone 上所使用的Trueprint 技术，这项技术的 基本原理如下图所示。 我们知道，对于由两块平行板构成的电容器，在通电后会在两板间产生匀强电场，即 场强处处相等（不考虑边缘效应）。而如果我们将其中一个电级变为弯曲的形状，那么板间 将不再是匀强电场，用等电位线描述该电场，会发现电位线与弯曲的电级近似平行。Trueprint 技术即利用该原理，手指指纹作为弯曲的电级，晶体传感器作为电容的另一级。通电后，在 传感器列阵的不同位置将感应出不同的电信号，将信号输出并利用计算机进行后期还原，即 可以得到对应的指纹信息。由于手指上的表皮层不导电，作为电级的是表皮层下的真皮层， 这样就在很大程度上避免的手指表面清洁度和湿度等对指纹采集的干扰。 此外，对于晶体传感器，其还具有体积小，能耗低的优点，这也成为其在智能手机领 域被广泛采用的重要原因。但是，这项技术也存在很大的缺陷，即其非常容易受到静电的干 扰，导致采集信息错误或失败，同时由于自身非常容易损坏，静电还可导致整个系统失效。 设备的耐用性较低，这在实际应用领域是一个很致命的缺点。 1.2 超声波扫描 相比于晶体传感器，利用超声波设备进行指纹采集的设备耐用性要高出很多。该技术 利用超声波设备发出超声波，由于指纹的谷和脊对超声波的阻抗不同，在设备的不同位置接 收到的反射超声波信号也不相同，经过后期还原便可以得到指纹信