CN111310742A - 一种超薄指纹采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超薄指纹采集装置，属于生物识别的技术领域。本发明所要解决的技术问题是提高指纹采集图像对比度，实现超薄化。采用的方法是利用全反射原理，通过组合棱镜的材料及角度的设计，有效控制指纹凸凹面的散射光束传输方向，使指纹凸出部分散射的光在图像传感器上形成指纹凸面部分的像，指纹凹陷部分散射光不能成像到图像传感器上，形成暗场，能有效提高指纹成像的对比度，并且实现指纹采集装置的超薄化，特别适宜嵌入其他应用系统中，做身份认证用。

Description

一种超薄指纹采集装置
技术领域
本发明涉及一种超薄指纹采集装置，属于生物识别技术领域。
背景技术
指纹识别是生物识别技术中应用最广泛的识别技术之一，指纹识别技术一直保持着良好的发展态势，指纹识别过程大致分为指纹图像采集、指纹特征点提取、指纹特征点匹配三个过程，清晰准确的指纹图像是指纹特征点提取及指纹特征点匹配的前提，指纹图像采集是指纹识别技术中最重要的环节，光学式成像指纹采集技术具有分辨率高的优点，但它也存在着尺寸偏大，对比不高的缺点，随着指纹识别应用的越来越广泛，很多应用场景都需要对比度高，厚度薄，结构紧凑的嵌入式指纹采集装置。因此，提高光学指纹采集技术的成像对比度，实现超薄化其技术发展的方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高指纹采集图像对比度，实现超薄化。采用的方法是利用全反射原理，通过组合棱镜的材料及角度的设计，有效控制指纹凸凹面的散射光束传输方向，使指纹凸出部分的散射光在图像传感器上形成指纹凸面部分的像，指纹凹陷部分的散射光不能成像到图像传感器上，形成暗场，能有效提高指纹成像的对比度，并且实现指纹采集装置的超薄化。
现结合附图详细说明本发明的技术方案：
一种超薄指纹采集装置，含组合棱镜（1），成像镜头(2），图像传感器（3）及LED光源模组 （4），组合棱镜（1）是实现照明光束和成像光束分光的棱镜，成像镜头(2）是将指纹成像至图 像传感器（3）的光学镜头，成像镜头(2）含至少两片光学透镜，图像传感器（3）是接收指纹图 像的感光元件，通常为CCD或CMOS, 图像传感器（3）与成像镜头（2）的光轴的夹角非90°，LED 光源模组（4）是指纹采集光学装置中的照明单元，LED光源模组（4）含至少一颗单色LED发光 芯片，其特征在于，组合棱镜(1）含分光棱镜（11），照明光束入射棱镜（12）和介质层（13），分 光棱镜（11）是光学棱镜，其材料是光学透明玻璃，折射率为n2，分光棱镜（11）含指纹采集面 (111），成像分光面(112）和成像光束出射面(113），指纹采集面(111）是采集指纹的表面，成 像分光面（112）是分离指纹凹凸部分散射光的表面，成像光束出射面(113）是成像光束从分 光棱镜（11）出射的表面，指纹采集面(111）、成像分光面（112）和成像光束出射面(113）形成 三棱柱的三个侧面，指纹采集面(111）与成像分光面(112）的夹角是α1，照明光束入射棱镜 （12）是光学棱镜，其材料是光学玻璃，照明光束入射棱镜（12）含照明光束透射面（121）和照 明光束入射面（122），照明光束透射面（121）是照明光束透射的表面，照明光束入射面（122） 是LED光源模组（4）发出的照明光束入射的表面，介质层（13）是光学透明介质，折射率为n3， 介质层（13）在成像分光面（112）与照明光束透射面（121）之间，介质层（13）的上表面是介质 层（13）和分光棱镜（11）的临界面，介质层（13）的下表面是介质层（13）和照明光束入射棱镜 （12）的临界面，指纹采集面（111）的临界面为空气，折射率为n1，成像光束指的是指纹的凸 出部分散射的照明光经分光棱镜（11）后能进入成像镜头（2）的光束，成像光束与指纹采集 面（111）之间夹角的最大值为α0，α1满足的条件为
Figure 420407DEST_PATH_IMAGE001
， 成像镜头(2）和图像传感器（3）在组合棱镜（1）的成像光束出射面（113）外侧，LED光源模组 （4）在照明光束入射面（122）的下方，指纹采集装置厚度小于20mm。
本发明的进一步特征在于，分光棱镜（11）和介质层（13）的材料选择使α1的范围为5°≤α1≤15°。
本发明的优点在于：组合棱镜能有效分离指纹凹凸部分的散射光，因此图像对比度高，同时还能实现指纹采集装置的超薄化。
附图说明
图1：本发明的指纹采集光学装置示意图。
图2：本发明的指纹采集光学装置组合棱镜示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案和工作原理。
所有实施例都具有与发明内容所述结构完全相同的结构，为避免重复，以下实施例仅罗列关键的技术指标。
实施例１：
分光棱镜（11）的材料是H-ZF6，折射率n2=1.755；照明光束入射棱镜（12）的材料是H-ZF6，介质层（13）的材料是UV胶，n3=1.53，α1=10°，α0=39°，指纹采集装置厚度为10mm。
工作原理：
LED光源（4）发出的照明光束照射在照明光束入射面(122）发生折射，照明光束折射后，进入照明光束入射棱镜（12），照明光束在照明光束透射面（121）和成像分光面（112）上，均不满足全反射条件，照明光束穿过照明光束透射面（121）和成像分光面（112），照射到指纹采集面（111），在指纹采集面（111），指纹凸出部分与指纹采集面（111）贴合，指纹凹陷部分与指纹采集面（111）存在空气间隙，当照明光束照射到指纹凸出部分时，光束在指纹凸出位置发生散射，散射光束中的部分光束在分光棱镜（11）的成像分光面（112）发生全反射后，穿过成像出射面（113），进入成像镜头（2）和图像传感器（3），指纹凸出部分成像在图像传感器（3）感光面，形成明亮的指纹凸出部分的图像，当光束照射到指纹凹陷部分，指纹凹陷部分同样发生散射，散射光束在指纹采集面（111）折射后，指纹凹陷部分的所有散射光束在成像分光面（112）和照明光束透射面（121）均不满足全反射条件，不能发生全反射，指纹凹陷部分的散射光束穿过成像分光面（112）、介质层（13）和照明光束透射面（121），在图像传感器（3）的指纹凹陷部分对应的位置，形成暗场。根据公式计算，所选择参数满足指纹采集面（111）与成像分光面（112）夹角α1的条件。
实施例2：
分光棱镜（11）的材料是H-K9L，折射率n2=1.516，照明光束入射棱镜（12）的材料是H-ZK11，介质层（13）的材料UV胶，n3=1.4，α1=11.5°，α0=33°，指纹采集装置厚度为13mm。
本实施例工作原理与实施例1完全相同，这里不再赘述。
本发明的超薄指纹采集装置，特别适宜嵌入其他应用系统中，做身份认证用。

Claims (4)

1.一种超薄指纹采集装置，含组合棱镜（1），成像镜头（2），图像传感器（3）及LED光源模 组（4），组合棱镜（1）是实现照明光束和成像光束分光的棱镜，成像镜头（2）是将指纹成像至 图像传感器（3）的光学镜头，成像镜头（2）含至少两片光学透镜，图像传感器（3）是接收指纹 图像的感光元件，通常为CCD或CMOS，图像传感器（3）与成像镜头（2）的光轴的夹角非90°， LED光源模组（4）是指纹采集光学装置中的照明单元，LED光源模组（4）含至少一颗单色LED 发光芯片，其特征在于，组合棱镜(1）含分光棱镜（11），照明光束入射棱镜（12）和介质层 （13），分光棱镜（11）是光学棱镜，其材料是光学透明玻璃，折射率为n2，分光棱镜（11）含指 纹采集面(111），成像分光面(112）和成像光束出射面(113），指纹采集面(111）是采集指纹 的表面，成像分光面（112）是分离指纹凹凸部分散射光的表面，成像光束出射面(113）是成 像光束从分光棱镜（11）出射的表面，指纹采集面(111）、成像分光面（112）和成像光束出射 面(113）形成三棱柱的三个侧面，指纹采集面(111）与成像分光面(112）的夹角是α1，照明光 束入射棱镜（12）是光学棱镜，其材料是光学玻璃，照明光束入射棱镜（12）含照明光束透射 面（121）和照明光束入射面（122），照明光束透射面（121）是照明光束透射的表面，照明光束 入射面（122）是LED光源模组（4）发出的照明光束入射的表面，介质层（13）是光学透明介质， 折射率为n3，介质层（13）在成像分光面（112）与照明光束透射面（121）之间，介质层（13）的 上表面是介质层（13）和分光棱镜（11）的临界面，介质层（13）的下表面是介质层（13）和照明 光束入射棱镜（12）的临界面，指纹采集面（111）的临界面为空气，折射率为n1，成像光束指 的是指纹的凸出部分散射的照明光经分光棱镜（11）后能进入成像镜头（2）的光束，成像光 束与指纹采集面（111）之间夹角的最大值为α0，α1满足的条件为
Figure 681737DEST_PATH_IMAGE001
，成像镜头(2）和图像传感器（3）在组合棱镜 （1）的成像光束出射面（113）外侧，LED光源模组（4）在照明光束入射面（122）的下方，指纹采 集装置厚度小于20mm。
2.根据权利要求1所述的一种超薄指纹采集装置，其特征在于，分光棱镜（11）和介质层（13）的材料选择使α1的范围为5°≤α1≤15°。
3.根据权利要求1所述的一种超薄指纹采集装置，其特征在于，分光棱镜（11）的材料是H-ZF6，折射率n2=1.755；照明光束入射棱镜（12）的材料是H-ZF6，介质层（13）的材料是UV胶，n3=1.53，α1=10°，α0=39°，指纹采集装置厚度为10mm。
4.根据权利要求1所述的一种超薄指纹采集装置，其特征在于，分光棱镜（11）的材料是H-K9L，折射率n2=1.516，照明光束入射棱镜（12）的材料是H-ZK11，介质层（13）的材料是UV胶，n3=1.4，α1=11.5°，α0=33°，指纹采集装置厚度为13mm。
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