CN105989323A - 手指手掌触摸感应器、指纹掌纹图像采集设备及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手指手掌触摸感应器、指纹掌纹图像采集设备及电子设备，触摸感应器包括透光板、用于将至少部分光线射在手指或手掌的光源及用于接收手指或手掌反射光线的光敏单元阵列，所述光敏单元阵列的感光面朝向手指或手掌；指纹掌纹图像采集设备包括至少一个所述的手指手掌触摸感应器，相邻所述手指手掌触摸感应器的透光板连接成一体；电子设备包括所述的手指手掌触摸感应器。本发明结构简单厚度薄，该发明的手指手掌触摸感应器可实现触摸屏功能、指纹采集功能及键盘功能，可应用于各种类型的带有图像采集功能的设备中。

Description

手指手掌触摸感应器、指纹掌纹图像采集设备及电子设备

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种手指手掌触摸感应器、指纹掌纹图像采集设备及电子设备。

背景技术

目前，指纹图像成像技术主要有基于光学镜头的指纹成像技术(如相机或传统光学指纹采集器)。

例如201120403301.0公开的薄型光学指纹采集器，通常包括图像采集棱镜、成像装置及图像处理组件，其中，所述成像装置还包括透镜组件，以及光电信号转换电路和数字处理器等部件。由于采用图像采集棱镜作为指纹光线的采集部件，必须要有足够长的光路才能满足光线的成像需求，特别是，还需要通过所述透镜组件完成指纹光线的成像，由此更需要较长光路满足光线的成像需求。由于图像采集棱镜和透镜组件本身具有较大的体积和厚度，再加上光路长度等因素，使得图像采集器必须具有较大的体积和厚度才能实现指纹图像的采集。

对于带有液晶的显示设备，比如手机、智能手表、平板电脑等，用基于光学镜头的成像技术的缺点在于镜头厚度太大、无法很好地集成到这类设备中。

因此，如何使指纹采集装置实现超薄化小型化且能集成在带有液晶的显示设备，如手机、智能手表、平板电脑等，成为本技术领域人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手指手掌触摸感应器、指纹掌纹图像采集设备及电子设备，其手指手掌触摸感应器具有结构简单厚度薄、可实现触摸屏功能、指纹采集功能及键盘功能，广泛应用于指纹掌纹图像采集设备及电子设备，保证这些设备整体厚度薄，并且这些设备都具有高可靠性的指纹或掌纹身份验证功能，为使用这些设备的用户提供隐私安全和财产安全。

为了达到上述目的，本发明提供一种手指手掌触摸感应器，其中包括：

用于提供光路及手指或手掌按压的透光板；

用于将至少部分光线射在手指或手掌按压面的光源；及

用于接收手指或手掌按压面反射光线的光敏单元阵列，所述光敏单元阵列的感光面朝向手指或手掌。

进一步地，所述光敏单元阵列紧贴于透光板上远离手指或手掌按压面的一面。

进一步地，所述光源设置于透光板及光敏单元阵列的下方。

进一步地，所述光敏单元阵列中的相邻光敏单元的间距小于50.8um。

一种指纹掌纹图像采集设备，其中包括至少一个所述的手指手掌触摸感应器，相邻所述手指手掌触摸感应器的透光板连接成一体。

进一步地，所述手指手掌触摸感应器的光敏单元阵列中的相邻光敏单元的间距小于50.8um。

一种电子设备，其中包括所述的手指手掌触摸感应器。

一种电子设备，其中包括液晶屏幕，所述液晶屏幕上设置有所述的手指手掌触摸感应器。

一种电子设备，其中液晶屏幕，以所述液晶屏幕作为透光板，所述液晶屏幕的下面设置有用于接收手指或手掌按压面反射光线的光敏单元阵列。

进一步地，所述液晶屏幕的下方设置有用于将至少部分光线射在手指或手掌按压面的光源。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

1、由透光板、光源及光敏单元阵列组成的手指手掌触摸感应器，其结构简单，用其替代现有的棱镜，其厚度薄至微米级甚至以下，远远薄于棱镜厚度，可实现触摸屏功能、指纹采集功能及键盘功能，可应用于本发明所保护的指纹掌纹图像采集设备及电子设备中，使这些设备均具备指纹或掌纹采集功能，从而使这些设备都可以具有高可靠性的指纹、掌纹身份验证功能，为使用这些设备的用户提供隐私安全和财产安全；

2、无机械部件，使用寿命长；

3、表面为整体光洁的透明板，极易进行维护和清洁；

4、对手指或手掌是否捺印能够准确响应：只有在手指或手掌捺印在透光板上，使光源发射的光线受到阻挡，形成漫反射光线，使其中一部分光投射到光敏单元阵列的感光面上才会响应，否则不响应。

附图说明

图1是本发明手指手掌触摸感应器作为触摸屏使用的实施例结构示意图；

图2是图1中光敏单元的分布结构示意图；

图3是本发明手指手掌触摸感应器作为带有指纹采集功能的触摸屏使用的实施例光敏单元的分布结构示意图；

图4是本发明指纹掌纹图像采集设备的实施例放大结构示意图；

图5是本发明指纹掌纹图像采集设备的实施例光敏单元的分布结构示意图；

图6是本发明电子设备的实施例一结构示意图；

图7是本发明电子设备的实施例二结构示意图；

图8是本发明电子设备的实施例三结构示意图；

图9是本发明电子设备的实施例四结构示意图；

图10是本发明电子设备的实施例五结构示意图；

图11是本发明电子设备的实施例六结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示本发明手指手掌触摸感应器作为触摸屏使用的实施例结构示意图，包括：

用于提供光路及手指或手掌按压的透光板1；

用于将至少部分光线直接射在手指或手掌按压面的光源2；及

用于接收手指或手掌按压面反射光线的光敏单元阵列3，结合图2所示，该实施例中所述光敏单元阵列3紧贴于透光板1的下表面(即远离手指或手掌按压的一面)，光敏单元阵列3由密集分布、矩阵排列的多个光敏单元组成，相邻光敏单元之间的间距小于50.8微米，所述光敏单元阵列3的感光面朝向被检测的手指或手掌，此实施例感光面朝上。

该实施例中，透光板1由玻璃或塑料等透光材料制成，其可以做成矩形板或圆板等，此实施例中设置为矩形板。光源2设置于透光板1及光敏单元阵列3的下方，其可通过支架固定于透光板1的下方，此实施例中下方优选为透光板1的正下方，使光源2垂直向上发射光线到透光板1上。当然位于透光板1及光敏单元阵列3的左下方或右下方也可以，使光源2呈倾斜向上发射光线到透光板1上，只要保证光线发射到透光板1后，当被检测的手指或手掌按压在透光板1上，使部分光线反射在光敏单元阵列3上，使光敏单元阵列3的至少一个光敏单元接收到光线产生明显的电信号即可。光源2在此实施例中选择用LED灯。光源2也可用选择用其它可以发出可见光或肉眼不可见的近红外光、红外光的发光部件，只要保证光源发射的光线在有被检测的手指或手掌按压在透光板1上时，有部分光线会反射在光敏单元阵列3上，使光敏单元阵列3的至少一个光敏单元接收到光线后，将产生明显的电信号响应即可。

使用时，当手指按压在透光板1的上表面时，由于手指遮挡住了光源2发射的光线，使部分光线反射到光敏单元阵列3的感光面上，通过检测光敏单元阵列3中输出的电信号响应，即可知道哪些光敏单元接收到光信号，从而可以准确判断手指的按压位置及手指触摸运行的轨迹。

同理，上述实施例也可以用作光感键盘使用。如图3所示本发明手指手掌触摸感应器作为带有指纹采集功能的触摸屏使用的实施例光敏单元的分布结构示意图，其与图2所述实施例的不同之处是，该手指手掌触摸感应器的光敏单元阵列3中设置有一第二光敏单元阵列3′，该第二光敏单元阵列3′的各光敏单元做的更加微型、更加密集，例如，该第二光敏单元阵列3′的各光敏单元做成几个微米宽，此时肉眼不可见，其几乎不影响光的透过。相邻光敏单元的间距小于50.8um(即25.4mm/500)时，该第二光敏单元阵列3′可做为指纹采集功能使用，其可以保证成像分辨率不低于500PPI，达到指纹识别的有关国际标准。此实施例中，该第二光敏单元阵列3′设置于光敏单元阵列3的下端中部位置。也可以设置在其它部位，都是本发明保护的范围。

如图4所示本发明指纹掌纹图像采集设备的实施例结构示意图，其包括多个如图2所述手指手掌触摸感应器的实施例结构，各手指手掌触摸感应器4的透光板1均为矩形板，且相邻透光板1连接成一体，此实施例为多个透光板1为一体构成，结合图5所示，透光板1下表面紧贴有光敏单元阵列3，该光敏单元阵列3的各光敏单元要足够微型、足够密，例如，光敏单元做成几个微米宽，其几乎不影响光的透过。相邻光敏单元的间距小于50.8um(即25.4mm/500)时，这样可以保证成像分辨率不低于500PPI，达到指纹识别的有关国际标准。

如果上述光敏单元阵列3中的光敏单元的尺寸、相邻光敏单元的间距不能做到500PPI的指纹采集分辨率，但比较接近500PPI的指纹采集分辨率，例如300PPI以上，虽然不符合有关国际标准，也是可以使用的。

使用时，将手指放置在透光板1上，由于手指指纹表面为高低不平的突起及沟壑，当手指捺印到透光板1上时，突起的纹线将与透光板1紧密接触，而纹线间的沟壑区不能与透光板1接触。接触的部分会阻挡光源2向上发射的部分光线，使该部分光线发生反射至光敏单元阵列3上，接触透光板1区域所对应的光敏单元阵列3的光敏单元有较强的电信号响应；没有接触透光板1区域所对应的光敏单元阵列3的光敏单元将不能产生明显的电信号响应。通过对光敏单元阵列3中的所有光敏单元输出的电信号响应进行测量，即可得到有明暗条纹的指纹图像。

上述图1-图3中各手指手掌触摸感应器的实施例可安装于电子设备上，参考图6所示本发明电子设备的实施例一结构示意图，手指手掌触摸感应器4用于电子设备5的边缘位置上，如手机，可以在HOME键上。

如图7所示本发明电子设备的实施例二结构示意图，本实施例与图6所述实施例的不同之处在于：手指手掌触摸感应器4为独立器件，与电子设备5通过导线和接口互相连接。

如图8所示本发明电子设备的实施例三结构示意图，其包括液晶屏幕6，所述液晶屏幕6上设置有图1-图3之一所述的手指手掌触摸感应器4，此实施例选择图2所述手指手掌触摸感应器，该手指手掌触摸感应器4的透光板1设置于液晶屏幕6的下表面。光敏单元阵列3设置于透光板1的下表面，光源2设置于透光板1和光敏单元阵列3的下方，该光敏单元阵列3的光敏单元做到足够微型、足够密集，相邻光敏单元之间的间距达到小于50.8微米，使其能实现指纹采集功能。

使用时，光源2向上垂直照射在透光板1及液晶屏幕6上，此处液晶屏幕6的上表面作为手指按压面，当手指按压在液晶屏幕6的上表面时，阻挡了光源2向上发射的光线，使一部分光线反射到光敏单元阵列3的感光面上，使光敏单元阵列3相应区域的光敏单元产生明显的电信号响应，实现指纹采集，此处描述可参考图4所述指纹采集设备实施例所述，此处不再赘述，采集到的指纹图像可以用于指纹识别，此处也可以用于掌纹采集，实现掌纹识别。

如图9所示本发明电子设备的实施例四结构示意图，其与图8所述实施例的不同之处是：所述手指手掌触摸感应器4的透光板1及透光板1下表面的光敏单元阵列3设置于液晶屏幕6的上表面，光源2设置于液晶屏幕6的下表面，同样可以实现上述图8所述实施例的指纹采集功能，同理，其也可以实现掌纹采集，采集到的指纹图像或掌纹图像可以用于该液晶终端设备的指纹识别或掌纹识别。

如图10所示本发明电子设备的实施例五结构示意图，其包括液晶屏幕6，以该液晶屏幕6作为透光板使用，该液晶屏幕6的下表面设置有多个用于接收被检测手指或手掌按压面反射光线的光敏单元阵列3，该光敏单元阵列3的各光敏单元做到足够微型、足够密集，使其能实现指纹采集功能，同理，其也可以实现掌纹采集，采集到的指纹图像或掌纹图像可以用于该液晶终端设备的指纹识别或掌纹识别。

该实施例中液晶屏幕6选择加电时透明，其既做透光板使用，同时兼具光源作用，其替代了光源，使用时，点亮液晶屏幕6，液晶屏幕6垂直向上发射的光线在手指按压在液晶屏幕6的上表面时，发出的光线受到阻挡，反射在液晶屏幕6下表面的光敏单元阵列3上，使光敏单元阵列3相应区域的光敏单元产生明显的电信号响应，实现指纹采集，同理，其也可以实现掌纹采集，采集到的指纹图像或掌纹图像可以用于该液晶终端设备的指纹识别或掌纹识别。

如图11所示本发明电子设备的实施例六结构示意图，其与图10所述实施例的区域在于：该液晶屏幕6选择只在加电使用时透光，在液晶屏幕6的下面设置光源2，其同样可以实现指纹或掌纹采集，采集到的指纹图像或掌纹图像可以用于该液晶终端设备的指纹识别或掌纹识别。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种手指手掌触摸感应器，其特征在于，包括：

用于提供光路及手指或手掌按压的透光板；

用于将至少部分光线射在手指或手掌按压面的光源；及

用于接收手指或手掌按压面反射光线的光敏单元阵列，所述光敏单元阵列的感光面朝向手指或手掌。

2.如权利要求1所述的手指手掌触摸感应器，其特征在于，所述光敏单元阵列紧贴于透光板上远离手指或手掌按压面的一面。

3.如权利要求1或2所述的手指手掌触摸感应器，其特征在于，所述光源设置于透光板及光敏单元阵列的下方。

4.如权利要求3所述的手指手掌触摸感应器，其特征在于，所述光敏单元阵列中的相邻光敏单元的间距小于50.8微米。

5.一种指纹掌纹图像采集设备，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-4之一所述的手指手掌触摸感应器，相邻所述手指手掌触摸感应器的透光板连接成一体。

6.如权利要求5所述的指纹掌纹图像采集设备，其特征在于，所述手指手掌触摸感应器的光敏单元阵列中的相邻光敏单元的间距小于50.8微米。

7.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-4之一所述的手指手掌触摸感应器。

8.一种电子设备，其特征在于，包括液晶屏幕，所述液晶屏幕上设置有权利要求1-4之一所述的手指手掌触摸感应器。

9.一种电子设备，其特征在于，包括液晶屏幕，以所述液晶屏幕作为透光板，所述液晶屏幕的下面设置有用于接收手指或手掌按压面反射光线的光敏单元阵列。

10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述液晶屏幕的下方设置有用于将至少部分光线射在手指或手掌按压面的光源。