CN107526998A - 光学指纹传感器及其棱镜模块 - Google Patents

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Abstract

本发明一种光学指纹传感器及其棱镜模块，其包括一壳体；一设于壳体中的光学棱镜，该光学棱镜包含有一采集面、一底面、一镜面及一输出面，该镜面与采集面之间具有一第一夹角，该镜面与底面之间具有一第二夹角，该输出面与采集面之间具有一第三夹角，且该输出面与底面之间具有一第四夹角；以及一与壳体结合的影像传感单元，其包含有多数对应设于光学棱镜底面的发光元件、及一对应输出面的影像接收器。藉此，可让操作者将指纹置放于采集面上，使发光元件的光源由底面输入照射于指纹上，让影像接收器接收光线并形成一指纹影像，而达到有效保持光路距离以及缩小光学指纹传感器体积的功效。

Description

光学指纹传感器及其棱镜模块
技术领域
本发明是一种光学指纹传感器及其棱镜模块，尤指一种可作为指纹辨识的使用者。
背景技术
一般常用的光学指纹影像撷取装置，通常可由棱镜、凸透镜、影像传感器以及光源所构成，其中该棱镜呈倒三角形设置，该凸透镜对应棱镜的第一侧边，该影像传感器与凸透镜对应，而该光源对应棱镜的第二侧边。
当使用时，让操作者将指纹置放于棱镜的第三侧边，此时光源同时由棱镜的第二侧边进行照射，且使光线被指纹影像反射至棱镜的第一侧边，进而使光线进入凸透镜后聚焦于影像传感器上，藉以进行指纹辨识。
以上述已知的光学指纹影像撷取装置而言，其棱镜的体积通常会受限于形状而无法缩小，导致无法有效运用于目前小型化的电子装置上。
为解决常用光学指纹影像撷取装置的缺失，便有相关专利如中华人民共和国发明专利公开第CN101034437A号的“指纹采集方法及高清晰薄型指纹采集器”，其为解决现有技术采集面小、清晰度差的问题，其方法是光源通过棱镜照射到棱镜下底面，棱镜下底面上的指纹反射到棱镜斜腰面的反射镜面上和棱镜上底面的黑漆层上，反射镜面和黑漆层上的指纹图像再通过棱镜的直腰面和透镜投射到光电检测器上。采集器由光源、纵截面底边大于高的直角梯形棱镜、透镜和光电检测器组成，透镜和光电检测器配置在棱镜直腰面一侧，棱镜的斜腰面置有反射镜面，透镜外侧配置有斜向布置的反光镜，反光镜上方为光电检测器，棱镜上底面涂有黑漆层，黑漆层和反射镜面作为反射面。方法具有指纹反射面大，采集面积大，清晰度高的优点。采集器具有体积小、重量轻、采集指纹图像面积大、清晰度高，采集器及棱镜能实现超薄，方便与滑鼠、键盘、门锁、汽车、手机等安装空间受限的设备配用的优点。
另如中华人民共和国发明专利公开第CN CN102004912B号的“指纹采集装置”，其包括光源、棱镜、光检测器，及图像传感器。棱镜具有指纹采集面、反射面，及出射面。该光检测器具有一透镜，及分别设于该出射面与透镜之间、该透镜与图像传感器之间的反射镜。光源发出的光射入该棱镜，在其观测角范围内检测该出射面射出的光，并将其传播至该图像传感器。该反射面相对于该光检测器的观测轴不对称，使得光由棱镜一角出射；并经反射镜的反射将光路折反于棱镜一侧的富余空间。因此，具有降低体积的优点，适应产品小型化的趋势。
虽然上述的各专利案使光线进入棱镜后，再以反射的方式输出至光电检测器，藉以利用反射光路的方式使单一光路缩短，进而达到缩小指纹采集装置的体积，此方式虽可改善常用光学指纹影像撷取装置的缺失，但以该些经过一次反射光路的棱镜而言，仍无法符合目前日益微型化(薄型化)的电子产品，因此，上述各类常用的产品于实际运用上仍有不足之处。
有鉴于此，本案的发明人特潜心研究，开发出一种光学指纹传感器，以期可改善上述常用技术的种种缺失。
发明内容
本发明的主要目的在于，可让操作者将指纹置放于采集面的指纹放置区上，使发光元件的光源由底面输入照射于指纹上，并分别以底面及镜面进行光线的第一次反射与第二次反射，之后由输出面作为光线第二次反射时的背景面与光线输出，让影像接收器接收光线并形成一指纹影像，而达到有效保持光路距离以及缩小光学指纹传感器体积的功效。
为达上述的目的，本发明一种光学指纹传感器，其包括有：一壳体；一设于壳体中的光学棱镜，该光学棱镜包含有一设于顶部的采集面、一与采集面对应且位于光学棱镜底部的底面、一设于光学棱镜一端的镜面、及一设于光学棱镜另一端的输出面，而该镜面与采集面之间具有一第一夹角，该镜面与底面之间具有一第二夹角，该输出面与采集面之间具有一第三夹角，且该输出面与底面之间具有一第四夹角；以及一与壳体结合的影像传感单元，其包含有多数对应设于光学棱镜底部的发光元件、及一对应输出面的影像接收器。
于上述之实施例中，该壳体包含有一基座、及一结合于基座外侧且包覆光学棱镜与影像传感单元的外壳。
于上述的实施例中，该基座具有一可放置光学棱镜的容置区，且该容置区底部设有多数分别对应各发光元件的穿孔，并于该底座的一端侧设有一缺口部，该缺口部中嵌接有一扣件，并于该外壳的一面上设有与采集面对应的镂空区。
于上述的实施例中，该影像传感单元更进一步包含有一软性排线，该软性排线的一端设于基座的底部，且供设置各发光元件，而该影像接收器设于软性排线的另一端适当处，于该影像接收器对应输出面后，使该软性排线的另一端部分穿出底座的缺口部，并以扣件嵌接于缺口部中将该软性排线的另一端加以固定。
于上述的实施例中，该光学棱镜模块为玻璃、塑胶、水晶或石英等透明材质制成。
于上述的实施例中，该第一夹角大于或等于100度且小于或等于125度，该第三夹角大于或等于75度且小于或等于90度，该第四夹角大于或等于75度且小于或等于90度，该第二夹角是360度减去该第一夹角、该第三夹角与该第四夹角的和。
于上述的实施例中，该指纹放置区的长度为大于或等于6毫米且小于或等于28毫米。
于上述的实施例中，该指纹放置区的长度为大于或等于25毫米且小于或等于80毫米。
于上述的实施例中，该指纹放置区的长度为大于或等于60毫米且小于或等于250毫米。
于上述的实施例中，该输出面的长度为大于或等于0.2毫米且小于或等于20毫米。
本发明的光学指纹传感器及其棱镜模块，确可达到发明的预期目的，可让操作者将指纹置放于采集面上，使发光元件的光源由底面输入照射于指纹上，并分别以底面及镜面进行光线的第一次反射与第二次反射，之后由输出面作为光线第二次反射时的背景面与光线输出，让影像接收器接收光线并形成一指纹影像，而达到有效保持光路距离以及缩小光学指纹传感器体积的功效，具有实用价值无疑。
附图说明
图1是本发明的立体外观示意图。
图2是本发明的立体元件分解示意图。
图3是本发明的剖面结构示意图。
图4是本发明使用时的光路径示意图。
图5是本发明的使用状态示意图。
图6是本发明使用时的另一光路径示意图。
附图标号：
壳体1
基座11
容置区111
穿孔112
缺口部113
扣件114
外壳12
镂空区121
光学棱镜2
采集面21
指纹放置区211
底面22
镜面23
输出面24
第一夹角201
第二夹角202
第三夹角203
第四夹角204
影像传感单元3
发光元件31
影像接收器32
透镜33
软性排线34
左端点a
左端入射线A
中央点b
中央入射线B
右端点c
右端入射线C
左端第一次反射线A’
中央第一次反射线B’
右端第一次反射线C’
左端第二次反射线A”
中央第二次反射线B”
右端第二次反射线C”
具体实施方式
为充分了解本发明的目的、特征及功效，兹通过下述具体的实施例，并配合所附的图式，对本发明做一详细说明如后。
请参阅图1至图4所示，分别为本发明的立体外观示意图、本发明的立体元件分解示意图、本发明的剖面结构示意图以及本发明使用时的光路径示意图。如图所示：本发明是一种光学指纹传感器及其棱镜模块，其至少包含一壳体1、一光学棱镜2以及一影像传感单元3所构成。
上述的壳体1包含有一基座11、及一结合于基座11外侧且包覆光学棱镜2与影像传感单元3的外壳，该基座11具有一容置区111，且该容置区111底部设有多数穿孔112，并于该底座11的一端侧设有一缺口部113，该缺口部113中嵌接有一扣件114，并于该外壳12的一面上设有一镂空区121。
请参阅图5及图6所示，光学棱镜2设于基座11的容置区111中，该光学棱镜2包含有一设于顶部且对应镂空区121的采集面21、一与采集面21对应且位于光学棱镜2底部的底面22、一设于光学棱镜2一端的镜面23、及一设于光学棱镜2另一端的输出面24，而该镜面23与采集面21之间具有一第一夹角201，该镜面23与底面22之间具有一第二夹角202，该输出面24与采集面21之间具有一第三夹角203，且该输出面24与底面22之间具有一第四夹角204，其中该光学棱镜2为玻璃、塑胶、水晶或石英等透明材质制成。在本实施例中，第一夹角201大于或等于100度且小于或等于125度，第三夹角203大于或等于75度且小于或等于90度，第四夹角204大于或等于75度且小于或等于90度，而第二夹角202是360度减去该第一夹角201、该第三夹角203与该第四夹角204的和。另外，在本实施例中，输出面24的长度为大于或等于0.2毫米且小于或等于20毫米(mm)。
在本实施例中，采集面21的指纹放置区211的长度可根据所希望测量的手指的数量而做不同的设计，例如当仅测量一根手指的指纹时，指纹放置区211的长度为大于或等于6毫米且小于或等于28毫米(mm)；当测量两根手指的指纹时，指纹放置区211的长度为大于或等于25毫米且小于或等于80毫米(mm)；当测量五根手指的指纹时，指纹放置区211的长度为大于或等于60毫米且小于或等于250毫米(mm)。
本发明通过光学棱镜模块2内的各夹角的角度范围的设计，使得光线在棱镜内经过反射后，可以聚集在透镜33上，而达到指纹影像可正确且清晰地成像于影像接收器32的效果。依照本发明的设计原理，对于现有光学指纹图像采集器无论为一指、二指、五指皆可进一步缩小指纹撷取装置的体积，并且能具有较大的指纹采集面积，较目前常用的指纹撷取装置进一步具有显著的功效。
影像传感单元3与壳体1结合，其包含有分别对应各穿孔112且设于光学棱镜2所设底面22的多数发光元件31、及一对应输出面24的影像接收器32及镜头33，其中该影像传感单元3更进一步包含有一软性排线34，该软性排线34的一端设于基座11的底部，且供设置各发光元件31，而该影像接收器32与镜头33设于软性排线34的另一端适当处，于该影像接收器32对应输出面24后，使该软性排线34的另一端部分穿出基座11的缺口部113，并以扣件114嵌接于缺口部113中将该软性排线34的另一端加以固定。
当本发明于运用时，可利用影像传感单元3的软性排线33与相关的辨识机构(未图示)连接，而该辨识机构除提供发光元件31与影像接收器32所需的电力外，亦可判断影像接收器32所接收的指纹影像并进行后续的相关辨识处理。
而当本发明于使用时，可让操作者通过外壳12的镂空区121将指纹置放于采集面21的指纹放置区211上，使各发光元件31的光源由底面22输入照射于指纹上，并通过指纹的凹凸纹路将光源所发出的光线形成左端点a的左端入射线A、中央点b的中央入射线B以及右端点c的右端入射线C且投射于底面22上，使左端入射线A、中央入射线B以及右端入射线C于底面22上进行第一次反射，此时底面22同时作为光面与反射面使用，而让该左端入射线A、中央入射线B以及右端入射线C分别形成反射于镜面23上的左端第一次反射线A’、中央第一次反射线B’以及右端第一次反射线C’，的后该左端第一次反射线A’、中央第一次反射线B’以及右端第一次反射线C’便再利用镜面23作为反射面进行第二次反射，进而让该左端第一次反射线A’、中央第一次反射线B’以及右端第一次反射线C’分别形成反射于输出面24的左端第二次反射线A”、中央第二次反射线B”以及右端第二次反射线C”，藉以让该左端第二次反射线A”、中央第二次反射线B”以及右端第二次反射线C”利用输出面24同时作为背景面进行输出，达到背景面和图像成像面一致的作用，使该左端第二次反射线A”、中央第二次反射线B”以及右端第二次反射线C”通过透镜33及影像接收器32接收进而形成一指纹影像，并将该指纹影像传输至辨识机构进行后续的相关处理；如此，本发明通过至少二次的反射达到有效保持光路距离，以及由于光路折射越多次棱镜的体积可越小型化，而可缩小光学指纹传感器的体积。
综上所述，依上文所揭示的内容，本发明确可达到发明的预期目的，可让操作者将指纹置放于采集面上，使发光元件的光源由底面输入照射于指纹上，并分别以底面及镜面进行光线的第一次反射与第二次反射，之后由输出面作为光线第二次反射时的背景面与光线输出，让影像接收器接收光线并形成一指纹影像，而达到有效保持光路距离以及缩小光学指纹传感器体积的功效，具有实用价值无疑，确具备申请专利所需的新颖性、进步性及产业利用性要件，依法提出发明专利申请。
以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，举凡依本发明申请专利范围所作的均等设计变化，均应为本发明的技术范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，包括：
一壳体；
一光学棱镜，设于该壳体中，该光学棱镜包含有一设于顶部的具有一指纹放置区的采集面、一与采集面对应且位于光学棱镜底部的底面、一设于光学棱镜一端的镜面、及一设于光学棱镜另一端的输出面，而该镜面与采集面之间具有一第一夹角，该镜面与底面之间具有一第二夹角，该输出面与采集面之间具有一第三夹角，且该输出面与底面之间具有一第四夹角；以及
一影像传感单元，与该壳体结合，其包含有多数对应设于光学棱镜底部的发光元件、以及对应输出面的镜头与影像接收器。
2.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该壳体包含有一基座、及一结合于基座外侧且包覆该光学棱镜与影像传感单元的外壳。
3.如权利要求2所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该基座具有一可放置光学棱镜的容置区，且该容置区底部设有多数分别对应各发光元件的穿孔，并于该基座的一端侧设有一缺口部，该缺口部中嵌接有一扣件，并于该外壳的一面上设有与采集面对应的镂空区。
4.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该光学棱镜为玻璃、塑胶、水晶或石英等透明材质制成。
5.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该第一夹角大于或等于100度且小于或等于125度，该第三夹角大于或等于75度且小于或等于90度，该第四夹角大于或等于75度且小于或等于90度，该第二夹角是360度减去该第一夹角、该第三夹角与该第四夹角的和。
6.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该指纹放置区的长度为大于或等于6毫米且小于或等于28毫米。
7.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该指纹放置区的长度为大于或等于25毫米且小于或等于80毫米。
8.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该指纹放置区的长度为大于或等于60毫米且小于或等于250毫米。
9.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该输出面的长度为大于或等于0.2毫米且小于或等于20毫米。
10.如权利要求1所述的光学指纹传感器及其棱镜模块，其特征在于，该影像传感单元更进一步包含有一软性排线，该软性排线的一端设于基座的底面，且供设置各发光元件，而该镜头及影像接收器设于软性排线的另一端适当处，于该影像接收器对应输出面后，使该软性排线的另一端部分穿出基座的缺口部，并以扣件嵌接于缺口部中将该软性排线的另一端加以固定。
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