CN102096815A - 无梯形畸变的光学指纹采集仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无梯形畸变的光学指纹采集仪，包括外壳、采集板、成像装置和电路板，其特征在于，所述采集板至少包括一透明接触层和一透明发光层；所述透明发光层位于透明接触层下方；所述成像装置位于采集板的正下方。本发明利用采集板作为指纹图像的采集元件，成像装置位于采集板的正下方，使得从采集面到成像面的距离(光程)一致，从而消除了指纹图像梯形畸变，本发明使整个产品趋于面型化，尺寸小，降低了产品成本并扩大了使用范围。

Description

无梯形畸变的光学指纹采集仪
技术领域
本发明涉及光学指纹采集仪，尤其涉及一种无梯形畸变的光学指纹采集仪。
背景技术
光学指纹采集仪，是现有的指纹识别系统中广泛使用的指纹采集装置，它利用光线在界面上因手指接触时脊线谷线的差异造成的光学差异形成图像并采集。
光学指纹采集仪采集的是指纹表层纹理图像，特定的光线照射到手指表面形成反射光线，由于指纹的脊线和谷线的凹凸不同，形成反射光线的量也就不同，反射光线再经过成像装置捕获成像。
由于传统的光学指纹采集仪的采集装置通常采用棱镜，其指纹采集面与成像面之间的距离(光程)不同，因此在形成和定相最终图像的位置处(成像面所在位置)指纹图像相对实际图像发生了畸变，导致所采集到的指纹图像将不易被识别，该畸变叫做梯形畸变。
为了解决指纹图像的梯形畸变问题，申请号为98215867的发明专利采用了远心光路的成像光学系统，通过将用于从汇聚棱镜投射的指纹图像的一聚光透镜和一校正透镜或校正棱镜相组合来对图像的梯形畸变和像散进行校正。然而，上述方法并不是从根本原因上解决图像畸变，由于聚光透镜、图像校正棱镜等被分离安装，由此会增加产品的尺寸及光路的复杂性，最终导致制造成本的增加和生产效率的降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种无梯形畸变的光学指纹采集仪，包括外壳、采集板、成像装置和电路板，其特征在于，
所述采集板至少包括一透明接触层和一透明发光层；
所述透明发光层位于透明接触层下方；
所述成像装置位于采集板的正下方。
所述透明发光层包含采集发光区域和显示发光区域，所述采集发光区域和显示发光区域分别与电路板电性连接。
所述采集发光区域为面形，位于有效采集区域下方，所述采集发光区域的面积大于或等于有效采集区域面积。
所述采集发光区域为环形，位于有效采集区域边缘。
所述透明发光层还包括一增反层，位于采集发光区域下方。
所述采集板还有一透明保护层，所述透明保护层位于透明发光层的下方。
所述采集板四周固定在外壳上；所述电路板固定在外壳底部，与采集板和外壳一起构成密闭空间。
所述成像装置由透镜组和成像面组成，所述成像装置安装在电路板上；所述光源的中心、透镜组的主光轴和成像面的中心三者共轴。
本发明利用采集板作为指纹图像的采集元件，成像装置位于采集板的正下方，使得从采集面到成像面的距离(光程)一致，从而消除了指纹图像梯形畸变，本发明使整个产品趋于面型化，尺寸小，降低了产品成本并扩大了使用范围。
附图说明
图1是本发明结构图示意图；
图2是本发明实施例的采集板结构示意图；
图3是本发明实施例一透明发光层的结构示意图；其中图3-a是实施例一透明发光层的主视图，图3-b是实施例一透明发光层的俯视图；
图4是本发明实施例一的光路图；
图5是本发明实施例二透明发光层的结构示意图；其中图5-a是实施例二透明发光层的主视图，图5-b是实施例二透明发光层的俯视图；
图6是本发明实施例二局部光路图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的优选实施例，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例一：
参见图1、图2、图3、图4，本发明的无梯形畸变的光学指纹采集仪包括：外壳1、采集板2、成像装置3和电路板4。
采集板2至少包括透明接触层21和透明发光层22，透明接触层21用于与手指直接接触；透明发光层22位于透明接触层21的下方。
透明发光层22包含采集发光区域A和显示发光区域B，采集发光区域A和显示发光区域B分别与电路板4电性连接；透明发光层22的采集发光区域A为面形，位于透明接触层21的有效采集区域正下方(如图3-a所示)，其面积大于或等于透明接触层21的有效采集区域的面积。由于采集发光区域A向采集板2的上下表面发出的光的强度是相同的，向下表面发出的光线同样会被成像装置3捕获，导致采集到的指纹图像的对比度降低。为提高指纹采集图像的对比度，透明发光层22的内部还包括一增反层C，增反层C位于采集发光区域A的正下方(如图3-b所示)，增反层C用于将采集发光区域A向下发出的光反射往透明接触层21，使得照射在手指表面的光强增加，同时减少直接从下部透出的不带指纹信息的光线。增反层C可通过具有一定厚度的金属薄层来实现，通过调节金属的种类和金属薄层的厚度来调节反射、透射和吸收光的比例，也可针对采集发光区域A发出的光的频谱来设计具有合适的折射率和厚度的单层或多层膜系来进行增反。
采集板2还包括一透明保护层23，透明保护层23位于透明发光层22的下方，用于保护采集板2内部材料不受损坏。
电路板4固定在外壳1底部，用于安装器件及电路连接，与采集板2和外壳1一起构成密闭空间。成像装置3由透镜组31和成像面32组成，成像装置3位于采集板2的正下方，并且安装在电路板4上，用于接收从采集板2出射的带指纹信息的光并形成指纹图像；所述采集板2的中心、透镜组31的主光轴和成像面32的中心三者共轴。所述成像面32为半导体成像传感器阵列，所述半导体成像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
当透明发光层22的采集发光区域A通电，显示发光区域B不通电时，无梯形畸变的光学指纹采集仪进行指纹采集：如图4所示，采集发光区域A发出的光线均匀地照射到压在采集板2上的手指上(如图4的左半部分所示)；照射在脊线处的光线直接经反射进入采集板2，透射出采集板2的反射光线被成像装置3捕获成像，而照射到谷线处的光线因谷线的凹陷使谷线受光较脊线弱，同时光线在谷线处反射后在凹陷内反射光线将被多次折射，从而到达成像装置3上的反射光的量较脊线处弱(如图4的右半部分所示)，因此在成像面32上能形成一幅明脊暗谷的指纹图像。上述采集原理基于指纹纹理固有的凹凸特性导致脊线与谷线处反射光线量的差别而采集指纹图像，因此，对于干湿手指与采集板接触程度的不同差异，本实施例所采用的技术方案都能够采集到纹理分明的指纹图像。
当指纹采集结束，透明发光层22的采集发光区域A断电，显示发光区域B通电时，显示发光区域B通过发出的光线来显示该区域的图像形状，从而反馈给使用者一个直观的结果。例如当指纹比对不正确时，采集板2显示一个“×”，若比对正确，即可在采集板2上显示一个“√”。
具体实施例二：
参见图1、图2、图5、图6，本发明的无梯形畸变的光学指纹采集仪包括：外壳1、采集板2、成像装置3和电路板4。
采集板2至少包括透明接触层21和透明发光层22，透明接触层21用于与手指直接接触，透明发光层22位于透明接触层21的下方。
透明发光层22包含采集发光区域A和显示发光区域B，采集发光区域A和显示发光区域B分别与电路板4电性连接；透明发光层22的采集发光区域A为环形，位于透明接触层21的有效采集区域边缘(如图5所示)。
采集板2还有一透明保护层23，透明保护层23位于透明发光层22的下方，用于保护采集板2内部材料不受损坏。
电路板4固定在外壳1底部，用于安装器件及电路连接，与采集板2和外壳1一起构成密闭空间。成像装置3由透镜组31和成像面32组成，成像装置3位于采集板2的正下方，并且安装在电路板4上，用于接收从采集板2出射的带指纹信息的光并形成指纹图像；所述采集板2的中心、透镜组31的主光轴和成像面32的中心三者共轴。所述成像面32为半导体成像传感器阵列，所述半导体成像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
当透明发光层22的采集发光区域A通电，显示发光区域B不通电时，本发明提供的无梯形的光学指纹采集仪进行指纹采集：如图6所示，采集发光区域A发出的光线在采集板2内部的上下两个表面发生全内反射，被反射到透明接触层21上的脊线处的光线因脊线的紧密接触改变了全反射条件，一部分被手指耦合吸收，一部分发生漫反射，从采集板2下方透射出的反射光线被成像装置3捕获成像；由于指纹谷线不与透明接触层21紧密接触，全反射条件仍然成立，谷线处的光线将在采集板2内部上下表面连续全反射，光线不会透射出采集板2，因此谷线处的光线无法被成像装置3捕获，这样从指纹谷线处入射到成像装置3的光量与从指纹脊线处入射到成像装置3的光量被区别开来，从而得到一幅脊线处较亮谷线处较暗的指纹图像。
当指纹采集结束，透明发光层22的采集发光区域A断电，显示发光区域B通电时，显示发光区域B通过发出的光线来显示该区域的图像形状，从而反馈给使用者一个直观的结果。例如当指纹比对不正确时，采集板2显示一个“×”，若比对正确，即可在采集板2上显示一个“√”。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (8)

1.无梯形畸变的光学指纹采集仪，包括外壳、采集板、成像装置和电路板，其特征在于，所述采集板至少包括一透明接触层和一透明发光层；
所述透明发光层位于透明接触层下方；
所述成像装置位于采集板的正下方。
2.根据权利要求1所述的无梯形畸变的光学指纹采集仪，其特征在于，所述透明发光层包含采集发光区域和显示发光区域，所述采集发光区域和显示发光区域分别与电路板电性连接。
3.根据权利要求2所述的无梯形畸变的光学指纹采集仪，其特征在于，所述采集发光区域为面形，位于有效采集区域下方，所述采集发光区域的面积大于或等于有效采集区域面积。
4.根据权利要求2所述的无梯形畸变的光学指纹采集仪，其特征在于，所述采集发光区域为环形，位于有效采集区域边缘。
5.根据权利要求3所述的无梯形畸变的光学指纹采集仪，其特征在于，所述透明发光层还包括一增反层，位于采集发光区域下方。
6.根据权利要求1所述的无梯形畸变的光学指纹采集仪，其特征在于，所述采集板还有一透明保护层，所述透明保护层位于透明发光层的下方。
7.根据权利要求1所述的无梯形畸变的光学指纹采集仪，其特征在于，所述采集板四周固定在外壳上；所述电路板固定在外壳底部，与采集板和外壳一起构成密闭空间。
8.根据权利要求1所述的无梯形畸变的光学指纹采集仪，其特征在于，所述成像装置由透镜组和成像面组成，所述成像装置安装在电路板上；所述光源的中心、透镜组的主光轴和成像面的中心三者共轴。
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