CN105046204A - 一种采用折反式的光学指纹传感器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用折反式的光学指纹传感器结构，包括采集棱镜、光源、透镜和成像装置，采集棱镜、光源、透镜和成像装置安装在外壳内；采集棱镜至少包括入射面、采集面、全反射面、出射面一以及出射面二，入射面与全反射面在同一平面内，出射面一与出射面二平行，出射面一与全反射面存在夹角一；采集棱镜的出射面一外表面对应的设有一反射镜，出射面一与反射镜之间存在夹角二，采集棱镜的出射面二外表面对应的设有成像装置，成像装置与出射面二之间安装有光阑，出射面二与成像装置之间存在夹角三。本发明通过在采集棱镜上进行光路反射和折射，有效增加了光轴的长度和焦深，使得制造的精度更加精准，从而实现了产品的易生产性和小型化的要求。

Description

一种采用折反式的光学指纹传感器结构

技术领域

本发明涉及了指纹传感器技术领域，尤其涉及一种采用折反式的光学指纹传感器结构。

背景技术

指纹传感器(又称指纹Sensor)是实现指纹自动采集的关键器件，指纹传感器目前主要分为两类，光学指纹传感器和半导体指纹传感器，其中市场使用较多的还是光学指纹传感器，光学指纹传感器主要是利用光的折射和反射原理，将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，光从底部射向三棱镜或多棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样，用棱镜将其投射在电荷耦合器件上，进而形成脊线(指纹图线中具有一定宽度和走向的纹线)呈黑色、谷线(纹线之间的凹陷部分)呈白色的数字化，可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像，从而完成了指纹的采集。由于光学指纹传感器在指纹门锁、指纹门禁、指纹箱柜，甚至是智能手机等产品领域得到了越来越多的应用，人们追求越来越追求光学指纹传感器的小型化和易生产(大批量快速生产和测试并保证一致性)的要求，而传统的光学指纹传感器内部均是将棱镜、透镜、光阑及成像器件沿光轴方向排列，运用的是直通式光轴设计原理，这样造成了光学指纹传感器轴向距离较长或较短，当在轴向距离较长时，增加了光学指纹传感器的体积，不利于追求小型化和易生产的要求；在轴向距离较短时，对于光学指纹传感器中的会无法精准控制调整焦距和固定焦距，大大增加了调焦的难度，且不利于生产制造和使用，降低了生产效率，不利于追求小型化和易生产的要求；传统的反射式光学指纹传感器通常对杂散光无法抑制，这是因为光源发出的部分散射光线也会经过全反射直接到达成像器件上或者采集窗口入射的自然光通过透射进入采集器件，从而对最终成像造成干扰，使得获得的图像不清晰，不能够达到人们的使用需求。

发明内容

针对现有技术中的光学指纹传感器中不足，本发明提供了一种采用折反式的光学指纹传感器结构。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种采用折反式的光学指纹传感器结构，包括采集棱镜、光源、透镜和成像装置，所述采集棱镜、光源、透镜和成像装置安装在外壳内；所述采集棱镜至少包括入射面、采集面、全反射面、出射面一以及出射面二，所述入射面与全反射面在同一平面内，所述出射面一与出射面二平行，出射面一与全反射面存在夹角一；所述采集棱镜的出射面一外表面对应的设有一反射镜，出射面一与反射镜之间存在夹角二，采集棱镜的出射面二外表面对应的设有成像装置，成像装置与出射面二之间安装有光阑，出射面二与成像装置之间存在夹角三；所述光源发出的光线从采集棱镜的入射面进入，在采集面发生反射后到达全反射面，全发射面发生全反射到达出射面一，然后从出射面一出射，出射面一发生出射到反射镜上，发射镜再次反射到出射面一上，再次从出射面一出射到出射面二上，在通过出射面二出射到成像装置上形成指纹图案，其光阑阻挡从采集棱镜射出的杂散光射入到成像装置上。

所述出射面一与全反射面存在夹角一为35°-45°。

所述出射面一与反射镜之间存在夹角二为65°-75°。

所述出射面二与成像装置之间存在夹角三为0°-9°。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的优点第一，利用光线从采集棱镜的入射面进入，在采集面发生反射后到达全反射面，全发射面发生全反射到达出射面一，然后从出射面一出射，出射面一发生出射到反射镜上，发射镜再次反射到出射面一上，再次从出射面一出射到出射面二上，在通过出射面二出射到成像装置上形成指纹图案，将传统的直通光轴多次反射，使较长的光轴压缩到较小的空间，从而缩小的产品的轴向距离，能够减少了光学指纹传感器的体积，有利于实现小型化的要求，且也方便生产制造；第二，通过反射镜的引入以及反射镜角度的设定，将从采集棱镜中经多次反射、折射而来的光轴重新投射到采集棱镜中，增加光轴长度和保证了较大的焦深，从而减少对透镜的调焦难度，大大提高了产品的易生产性；第三，可以获得更清晰的图像，更加满足市场的需求，通过光阑和反射镜有利配合也可以滤除杂散光，同时采集棱镜使光线从适当位置发生折射和对不同频率光线的偏折，使杂散光线偏离主光轴，达到滤除杂散光的目的，从而有利于避免了对最终成像造成干扰。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作原理示意图。

图中标号的含义为：1，采集棱镜；2，光源；3，透镜；4，成像装置；5，反射镜；6，光阑；7，指纹；11，入射面；12，采集面；13，全反射面；14，出射面一；15，出射面二。

具体实施方式

如图1所示，一种采用折反式的光学指纹传感器结构，包括采集棱镜1、光源2、透镜3和成像装置4，所述采集棱镜1、光源2、透镜3和成像装置4安装在外壳内；所述采集棱镜1至少包括入射面11、采集面12、全反射面13、出射面一14以及出射面二15，所述入射面11与全反射面13在同一平面内，所述出射面一14与出射面二15平行，出射面一14与全反射面13存在夹角一；所述采集棱镜1的出射面一14外表面对应的设有一反射镜5，出射面一14与反射镜5之间存在夹角二，采集棱镜1的出射面二15外表面对应的设有成像装置4，成像装置4与出射面二15之间安装有光阑6，出射面二15与成像装置4之间存在夹角三；所述光源2发出的光线从采集棱镜1的入射面11进入，在采集面12发生反射后到达全反射面13，全发射面13发生全反射到达出射面一14，然后从出射面一14出射，出射面一14发生出射到反射镜5上，发射镜5再次反射到出射面一14上，再次从出射面一14出射到出射面二15上，在通过出射面二15出射到成像装置4上形成指纹图案，其光阑6阻挡从采集棱镜1射出的杂散光射入到成像装置4上，所述出射面一14与全反射面13存在夹角一为35°-45°，在本发明实施例中出射面一14与全反射面13的夹角一为40°，且所述采集棱镜1的出射面一14和出射面二15均分别垂直于水平面，所述出射面一14与反射镜5之间存在夹角二为65°-75°，在本发明实施例中出射面一14与反射镜5的夹角二为70°，所述出射面二15与成像装置4之间存在夹角三为0°-9°，在本发明实施例中出射面二15与成像装置4的夹角三为5°，所述光源2为LED光源。

如图2所示，本发明手指与采集棱镜1的采集面12接触于P点，光源2发出的光线从采集棱镜1的入射面11进入采集棱镜1，到达采集面12，指纹7的脊线与采集面12紧密接触，一部分光被手指吸收，余下部分光发生漫反射，谷线不接触，光线在谷线处透出采集棱镜1，采集面12上的漫反射光线入射到全反射面13，具体的光线从D1处进入采集棱镜1内部形成光线L1，且杂散光线在D1’、D1”处一同进入采集棱镜中分别形成光线L1’和L1”，经全反射面13全反射到出射面一14，也就是光线L1、L1’、L1”分别在D2、D2’、D2”处产生部分反射，形成光线L2、L2’、L2”，再从出射面一14出射到反射镜5上，也就是光线L2、L2’、L2”分别在D3、D3’、D3”处产生部分折射，形成光线L3、L3’、L3”，由于光线频率不同，导致光线出射角度不同，分别到达反射镜5的D4、D4’、D4”上，反射镜5再反射到出射面一14上，再从出射面一14出射到出射面二15上形成光线L4、L4’、L4”，光线L4、L4’、L4”在出射面二15上达到D5、D5’、D5”处产生折射，由于入射角度不同，不同频率的光线折射后被光阑6遮挡，无法进入成像系统形成干扰，有效的改善了成像质量，最后从出射面二15出射到采集棱镜1外侧的成像装置4上形成一幅暗背景的指纹图像。此外，本发明充分利用采集棱镜1折射原理对不同频率光线的分离作用，通过调整采集棱镜1角度和反射镜5安装角度对杂散光线进行分离，避免杂散光进入到成像系统中，提高了图像的清晰度。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的优点第一，利用光线从采集棱镜的入射面进入，在采集面发生反射后到达全反射面，全发射面发生全反射到达出射面一，然后从出射面一出射，出射面一发生出射到反射镜上，发射镜再次反射到出射面一上，再次从出射面一出射到出射面二上，在通过出射面二出射到成像装置上形成指纹图案，将传统的直通光轴多次反射，使较长的光轴压缩到较小的空间，从而缩小的产品的轴向距离，能够减少了光学指纹传感器的体积，有利于实现小型化的要求，且也方便生产制造；第二，通过反射镜的引入以及反射镜角度的设定，将从采集棱镜中经多次反射、折射而来的光轴重新投射到采集棱镜中，增加光轴长度和保证了较大的焦深，从而减少对透镜的调焦难度，大大提高了产品的易生产性；第三，可以获得更清晰的图像，更加满足市场的需求，通过光阑和反射镜有利配合也可以滤除杂散光，同时采集棱镜使光线从适当位置发生折射和对不同频率光线的偏折，使杂散光线偏离主光轴，达到滤除杂散光的目的，从而有利于避免了对最终成像造成干扰。

Claims (4)

1.一种采用折反式的光学指纹传感器结构，包括采集棱镜、光源、透镜和成像装置，所述采集棱镜、光源、透镜和成像装置安装在外壳内，其特征在于，所述采集棱镜至少包括入射面、采集面、全反射面、出射面一以及出射面二，所述入射面与全反射面在同一平面内，所述出射面一与出射面二平行，出射面一与全反射面存在夹角一；

所述采集棱镜的出射面一外表面对应的设有一反射镜，出射面一与反射镜之间存在夹角二，采集棱镜的出射面二外表面对应的设有成像装置，成像装置与出射面二之间安装有光阑，出射面二与成像装置之间存在夹角三；

所述光源发出的光线从采集棱镜的入射面进入，在采集面发生反射后到达全反射面，全发射面发生全反射到达出射面一，然后从出射面一出射，出射面一发生出射到反射镜上，发射镜再次反射到出射面一上，再次从出射面一出射到出射面二上，在通过出射面二出射到成像装置上形成指纹图案，其光阑阻挡从采集棱镜射出的杂散光射入到成像装置上。

2.如权利要求1所述的一种采用折反式的光学指纹传感器结构，其特征在于，所述出射面一与全反射面存在夹角一为35°-45°。

3.如权利要求1所述的一种采用折反式的光学指纹传感器结构，其特征在于，所述出射面一与反射镜之间存在夹角二为65°-75°。

4.如权利要求1所述的一种采用折反式的光学指纹传感器结构，其特征在于，所述出射面二与成像装置之间存在夹角三为0°-9°。