一种终端设备以及全屏指纹识别方法技术

一种终端设备以及全屏指纹识别方法，以实现屏幕的任意位置上的指纹识别。该终端设备包括：屏幕、多个超声换能器以及处理器，其中，多个超声换能器分别耦合在屏幕的盖板的下表面的边缘，多个超声换能器还分别与处理器耦合。超声换能器，用于在处理器的控制下，产生第一声表面波；以及，在处理器的控制下，接收第二表面波，并输出该第二声表面波对应的电信号给所述处理器，其中，该第二声表面波为该第一声表面波从该盖板的下表面传播到该盖板的上表面后，经过屏幕的盖板的上表面上按压的手指散射后产生的；处理器，用于根据该第二声表面波对应的电信号，生成指纹图像。

A terminal device and full screen fingerprint identification method

【技术实现步骤摘要】
一种终端设备以及全屏指纹识别方法
本申请涉及传感器
，尤其涉及一种终端设备以及全屏指纹识别方法。
技术介绍
随着电子信息技术的不断发展，智能手机、平板电脑等终端设备已经成为了人们工作和生活中必备的工具。由于指纹具有终身有效性、唯一性和便利性，因此，终端设备通常通过对使用者进行指纹识别，以验证使用者的身份信息，进而保障终端设备中储存的信息的安全性。目前，终端设备中的指纹识别模块一般设置在终端设备的非显示区域，例如终端设备的起始(home)键，识别面积较窄，且需要占用额外的空间，必然会限制终端设备的屏占比，不利于实现终端设备的全面屏化。因此，亟需提出一种行之有效的全屏指纹识方案，在不影响屏占比的前提下，实现屏幕的任意位置上的指纹识别。
技术实现思路
本申请提供了一种终端设备以及全屏指纹识别方法，以实现屏幕的任意位置上的指纹识别。第一方面，本申请提供了一种终端设备，该终端设备包括：屏幕、多个超声换能器以及处理器，其中，多个超声换能器分别耦合在屏幕的盖板的下表面的边缘，多个超声换能器还分别与处理器耦合，屏幕的盖板的下表面与该盖板的侧面连接处对应的表面为第一曲面，该盖板的上表面与该盖板的侧面连接处对应的表面为第二曲面。超声换能器，用于在处理器的控制下，产生第一声表面波，该第一声表面波通过该第一曲面以及该第二曲面，从该盖板的下表面传播到该盖板的上表面。该超声换能器还用于在处理器的控制下，接收第二表面波，并输出该第二声表面波对应的电信号给处理器，其中，该第二声表面波为该第一声表面波经过屏幕的盖板的上表面上按压的手指散射后产生的，该第二声表面波通过该第二曲面以及该第一曲面，从该盖板的上表面传播到该盖板的下表面。处理器，用于在确定需要进行指纹识别时，控制多个超声换能器中的部分或全部超声换能器，产生该第一声表面波；以及，控制多个超声换能器中的部分或全部超声换能器接收该第二声表面波，根据该第二声表面波对应的电信号，生成指纹图像。通过上述方案，终端设备中的处理器在确定需要进行指纹识别时，控制分布在终端设备的屏幕的盖板的下表面的边缘处的超声换能器，产生能够覆盖该盖板的上表面的声表面波，利用超声换能器接收到该盖板上表面上任意位置处手指上指纹散射的声表面波生成指纹图像，进而可以利用该指纹图像进行指纹识别。由于超声换能器在屏幕的盖板表面产生的声表面波的波长较短，能够提高处理器生成的指纹图像的空间分辨率(包括横向(与声表面波传播方向垂直的方向)分辨率和纵向(与声表面波传播方向平行的方向)分辨率)，并且声表面波衰减小，有利于扩大终端设备的指纹检测范围。另外，由于声表面波的频散小，因此还能够进一步提高处理器生成的指纹图像的纵向分辨率。并且，相较于现有的基于超声体波进行指纹识别的方案，本方案对终端设备中用于实现将声表面波在屏幕的盖板的上下表面之间传输的第一曲面以及第二曲面的制造公差要求低，终端设备量产的可行性较高。进一步地，第一声表面波沿着屏幕的盖板的下表面传播到第一曲面，通过该第一曲面传播到屏幕的盖板的侧面(第一声表面波发生第一次转向)，沿着屏幕的盖板的侧面传播到第二曲面，通过第二曲面传播到屏幕的盖板的上表面(第一声表面波发生第二次转向)。当第一声表面波在屏幕的盖板的上表面传播过程中遇到按压在屏幕的盖板的上表面的手指时，经过手指表面上指纹的脊线散射产生第二声表面波，第二声表面波沿着屏幕的盖板的上表面传播到第二曲面，通过该第二曲面传播到屏幕的盖板的侧面(第二声表面波发生第一次转向)，沿着屏幕的盖板的侧面传播到第一曲面，通过第一曲面传播到屏幕的盖板的下表面(第二声表面波发生第二次转向)，被设置在屏幕的盖板的下表面的超声换能器接收。一个可能的实施方式中，多个超声换能器可以线性阵列在屏幕的盖板的下表面的任意一边的边缘，或者线性阵列在屏幕的盖板的下表面的任意两个正交的边的边缘、或者线性阵列在屏幕的盖板的下表面的任意两个平行的边的边缘，或者线性阵列在屏幕的盖板的下表面的所有边的边缘。一个可能的实施方式中，处理器在根据第二声表面波对应的电信号，生成指纹图像时，具体可以采用波束成形算法(如全聚焦算法TFM或合成孔径聚焦SAFT算法等)、层析成像算法(如衍射层析成像DT算法)或超分辨率成像算法(如时间反演多信号分类TR-MUSIC算法)等超声成像算法处理生成指纹图像。一个可能的实施方式中，在第一声表面波的传播路径上，该第一曲面的曲率半径R1以及该第二曲面的曲率半径大于或等于该第一声表面波的波长；在第二声表面波的传播路径上，所该第一曲面的曲率半径以及该第二曲面的曲率半径大于或等于第二声表面波的波长，其中，该第一声表面波的波长等于该第二声表面波的波长，以保证第一声表面波能够由屏幕的盖板的下表面传播到该盖板的上表面指纹按压处，以及将第一声表面波经过指纹的散射产生的第二声表面波由该盖板的上表面传播至该盖板的下表面被超声换能器接收，而不引起较大的声场损耗和波型转换。进一步地，第一曲面的曲率半径可以与第二曲面的曲率半径相同，也可以不同。第一曲面以及第二曲面可以采用平滑曲面，以减少第一声表面波以及地二声表面波的损耗，提高第一声表面波以及地二声表面波信噪比，进而提高指纹检测的灵敏度。一个可能的实施方式中，当屏幕的盖板为的厚度为0.5mm～1mm的玻璃盖板(此时，第一声表面波的波长λ＝0.1mm～0.3mm)时，第一曲面的曲率半径为0.3mm～0.7mm，第二曲面的曲率半径为0.3mm～0.7mm。一个可能的实施方式中，超声换能器可以为斜入射式声表面波换能器，斜入射式声表面波换能器具有结构简单、转换效率高以及成本低的优点，因此可以降低终端设备的成本，提高指纹检测的精度。其中，该斜入射式声表面波换能器包括压电元件和楔块；压电元件用于在楔块中生成纵波，楔块用于将纵波在楔块与盖板的界面处转换为声表面波。一个可能的实施方式中，在楔块的横截面为直角三角形的场景下，楔块的入射角θ满足以下公式：θ≈arcsin(CL1/CR2)其中，CL1为纵波的波速，CR2为第一表面波的波速。一个可能的实施方式中，超声换能器也可以为叉指式换能器，叉指式换能器包括压电元件和叉指电极。叉指式换能器结构紧凑，有利于实现小型化和集成化设计，进而可以减小终端设备的体积。一个可能的实施方式中，叉指式换能器中叉指电极的指宽和间距均为λ/4，λ为第一声表面波的波长，使得叉指式换能器中每个叉指电极激励压电元件产生的第一声表面波同相位叠加，增加叉指式换能器产生的第一声表面波的强度。一个可能的实施方式中，由于屏幕的盖板是透明的，为了不影响终端设备的正常显示以及外观的美观性，盖板的下表面中用于设置所述多个超声换能器的区域上设置有遮蔽材料，其中，遮蔽材料用于遮蔽盖板的下表面上耦合的多个超声换能器，遮蔽材料的声阻抗与盖板的声阻抗匹配。以降低遮蔽材料对声换能器产生的第一表面波的影响。其中，该遮蔽材料可以是油墨。一个可能的实施方式中，多个超声换能器线性阵列在盖板的下表面的边缘，相邻两个超声换能器之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种终端设备，其特征在于，包括：屏幕、多个超声换能器以及处理器，其中，所述多个超声换能器分别耦合在所述屏幕的盖板的下表面的边缘，所述多个超声换能器还分别与所述处理器耦合；所述盖板的下表面与所述盖板的侧面连接处对应的表面为第一曲面，所述盖板的上表面与所述盖板的侧面连接处对应的表面为第二曲面；/n所述超声换能器用于在所述处理器的控制下，产生第一声表面波，所述第一声表面波通过所述第一曲面以及所述第二曲面，从所述盖板的下表面传播到所述盖板的上表面；/n所述超声换能器还用于在所述处理器的控制下，接收第二表面波，并输出所述第二声表面波对应的电信号给所述处理器，其中，所述第二声表面波为所述第一声表面波经过所述盖板的上表面按压的手指散射后产生的，所述第二声表面波通过所述第二曲面以及所述第一曲面，从所述盖板的上表面传播到所述盖板的下表面；/n所述处理器用于在确定需要进行指纹识别时，控制所述多个超声换能器中的部分或全部超声换能器，产生所述第一声表面波；/n所述处理器还用于控制所述多个超声换能器中的部分或全部超声换能器接收所述第二声表面波，根据所述第二声表面波对应的电信号生成指纹图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种终端设备，其特征在于，包括：屏幕、多个超声换能器以及处理器，其中，所述多个超声换能器分别耦合在所述屏幕的盖板的下表面的边缘，所述多个超声换能器还分别与所述处理器耦合；所述盖板的下表面与所述盖板的侧面连接处对应的表面为第一曲面，所述盖板的上表面与所述盖板的侧面连接处对应的表面为第二曲面；
所述超声换能器用于在所述处理器的控制下，产生第一声表面波，所述第一声表面波通过所述第一曲面以及所述第二曲面，从所述盖板的下表面传播到所述盖板的上表面；
所述超声换能器还用于在所述处理器的控制下，接收第二表面波，并输出所述第二声表面波对应的电信号给所述处理器，其中，所述第二声表面波为所述第一声表面波经过所述盖板的上表面按压的手指散射后产生的，所述第二声表面波通过所述第二曲面以及所述第一曲面，从所述盖板的上表面传播到所述盖板的下表面；
所述处理器用于在确定需要进行指纹识别时，控制所述多个超声换能器中的部分或全部超声换能器，产生所述第一声表面波；
所述处理器还用于控制所述多个超声换能器中的部分或全部超声换能器接收所述第二声表面波，根据所述第二声表面波对应的电信号生成指纹图像。


2.如权利要求1所述的终端设备，其特征在于，在所述第一声表面波的传播路径上，所述第一曲面的曲率半径以及所述第二曲面的曲率半径大于或等于所述第一声表面波的波长；在所述第二声表面波的传播路径上，所述第一曲面的曲率半径以及所述第二曲面的曲率半径大于或等于所述第二声表面波的波长；其中，所述第一声表面波的波长等于所述第二声表面波的波长。


3.如权利要求2所述的终端设备，其特征在于，当所述盖板为的厚度为0.5mm～1mm的玻璃盖板时，所述第一曲面的曲率半径为0.3mm～0.7mm，所述第二曲面的曲率半径为0.3mm～0.7mm。


4.如权利要求1-3任意一项所述的终端设备，其特征在于，所述超声换能器为斜入射式声表面波换能器，所述斜入射式声表面波换能器包括压电元件和楔块；
其中，所述压电元件用于在所述楔块中生成纵波，所述楔块用于将所述纵波在所述楔块与所述盖板的界面处转换为声表面波。


5.如权利要求4所述的终端设备，其特征在于，所述楔块的横截面为直角三角形，所述楔块的入射角θ满足以下公式：


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【专利技术属性】
技术研发人员：张小伟，胡轶，王帆，熊林强，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44