CN1867927A - 指纹成像光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学装置，该装置用于形成指纹图像。本发明的装置包含一个光学板(1)，该板具有一个第一主面(2)，一个手指放在该面上；一个第一侧面(4)，该侧面包含一个会聚镜；以及一个第二侧面(5)，该侧面设置在第一侧面的对面，并且构成一个输出面，一个聚焦透镜(9)设置在所述的输出面(5)的对面。根据本发明，该第一主面(2)与该输出面(5)形成一个大于90°的角，以致：在光学板内，光线在该第一主面上的入射得到增加；在出射面上的杂散辐射得到减少；以及可以使用一个较薄的板。

Description

指纹成像光学装置
技术领域
本发明总的来说涉及指纹识别领域，以及更具有地说，它涉及形成指纹图像的光学装置的改进。
背景技术
在这里要强调的是，本发明仅仅是关于能够形成指纹图像的光学装置，并且它不涉及处于所述的装置下游的硬件，该硬件用于扫描/记录获得的图像、检测指纹的特征点以及提供相关人员的信息。
人们已经知道各种不同的用于形成指纹图像的光学成像装置的实施例。
特别地，国际公布WO 01/88835揭露一种指纹成像装置，其包含：
-一个光学板，其具有：
●一个第一主面，该面构成用于即将获得其指纹图像的手指贴放的面，
●一个第一侧面，其形状如一个会聚镜，和
●一个第二侧面，与第一侧面相对，并且构成光学板的出射面，
-至少一个光源，用于穿过光学板照亮所述第一主面，
-一个聚焦物镜，其处于所述光学板的出射面的对面，并且它的物方焦点(object focal point)基本上处于会聚镜的焦平面内，和
-一个设有孔的光圈，该光圈插放在所述的出射面和所述的聚焦物镜之间，并且基本上处于聚焦物镜附近。
这个已知的光学装置经证明，由于其包括的光学元件的数量小，以及制造和装配容易，在原则上是有益的。但是，这个装置由于散射光的重要性呈现出一个可观的缺点，散射光伴随着指纹的成像并且影响该图像的质量。可以通过增加光学板的厚度来减少散射光。
特别地，用于检测指纹的装置可以用来鉴别一个人，以便后者有权执行一个确定的操作：在这种情况下，用于检测指纹的装置经常是与经鉴定的人将有权使用的另一个设备(计算机、银行机器，等等)可操作地联在一起。可用于安装指纹检测装置的空间将减少，结合在该指纹检测装置内的光学成像装置就更加必须以尽可能最紧凑的形式实施，特别是用尽可能最小的厚度(或者高度)。为了解决问题，至少对于某些硬用，要求光学成像装置的厚度(或高度)不超过大约5mm。
因此，在WO 01/88835中描述的成像装置，对于在获得的指纹图像质量好的同时，满足非常小的厚度的要求这一点，不令人满意，而这一点是装备指纹检测装置所需要的。
发明内容
本发明的目的在于以这样的方法改进上述已知的成像装置，以大大减少伴随获得的指纹图像的散射光，同时以这样的方法来设计：成像装置具有很小的厚度，该厚度是所面临的应用所需的，并且不超过大约5mm。
为了这些目的，如上面提出的一种形成指纹图像的光学装置，根据本发明的布置，其特征在于，所述光学板的第一主面与该光学板的出射面形成一个大于90°的角，由此光线在所述的第一主面上的入射角在光学板内得到增加，并且到达出射面的杂散辐射得到减少，同时光学板的厚度可以减小。
而且有利的是，由所述的第一主面所定义的平面与光圈相交在光圈的孔的下方，其中从出射面发射的大部分散射光被光圈拦截在光圈的孔的下方。但是，第一主面的倾斜不该太大，以致不会导致光学板的厚度本质上的增加，并且这是所想要的：所述的第一主面的倾斜正好足够所述平面与光圈相交在适度邻近其孔之处。实际上，可设计所述的第一主面关于垂直于出射面的平面的倾斜角为2°到25°之间，该角典型地优选为约10°。
虽然可以想出各种不同的解决方案来安装关于光学板的光源，但仍然以实施一个尽可能薄的厚度的装置为目的，采用包含如下内容的解决方案是很有益的：光学板具有分别在所述的第一和第二侧面之间延伸且彼此相对的第三和第四侧面，所述的第三和第四侧面从第一侧面相互向着对方倾斜；至少一个光源放置在第三和第四侧面中的至少一个侧面的对面。
为了简化根据本发明的光学装置的大规模生产，可能想象出减少元件数量(一个在开始时就已经很小的数量)并且为此目的进行设计，以致光学板和聚焦物镜是以一个单一元件的形式构成，该元件具有一个狭缝，该狭缝是由光学板的出射面和聚焦物镜的入射面限定的，所述狭缝做成这样的形状以便接收所述的光圈。由此构成的一体化的元件可以例如通过用一种具有好的光学质量的透明材料模铸成型进行制造，特别一种便宜的合成材料。
在本发明的装置的一个优选的实施例中，在物镜的下游布置一个镜子，以反射基本上垂直于光学板的光辐射。因而，仍保持广受欢迎的特征，即一个为成像装置尽可能减少的厚度，被出射镜反射的光束可能直接撞击在一个属于装置的传感器上，该传感器用于处理图像和分析处于下游的指纹。换句话说，光束从成像装置的出射是经由第二主面射出的，该主面与手指贴放的第一主面相对，由此使得设计一个总体上紧凑的、厚度如期望的那样小的设备成为可能。
附图说明
通过阅读下面关于某些优选的实施例的详细描述，将更好地理解本发明，这些实施例仅以非限制的例子而给出的。该描述是参照附图进行的。
图1是光学示意图，其以一个侧视图示出一个根据本发明布置的成像装置的结构；
图2是以一个端视图示出图1中的成像装置的一个优选的布置的示意图；
图3是图1中的成像装置的一个优选实施例的侧视图；和
图4是以简化的方式示出根据本发明的成像装置的一个优选的布置的示意图。
具体实施方式
首先，参照图1，根据本发明的成像装置包含一个光学板1，其包括
-一个第一主面2，该面构成用于即将获得其指纹图像的一个手指3贴放的面，
-一个第一侧面4，其形状如一个会聚镜，和
-一个第二侧面5，其与第一侧面4相对，并且形成光学板1的出射面。
光学板1还具有一个第二主面6，其与所述的第一主面2相对，并且可以例如基本上垂直于出射面5。两个其他的侧面8(在图1不可见)分别在两个所述的第一和第二侧面4，5之间延伸，这两个侧面将在以后涉及。
成像装置还包括至少一个光源7，其用于穿过光学板1照亮所述的第一主面2。光源可以放置在光学板1的下面，与光学板的第二主面6相对；但是，这样的布置会导致成像装置的厚度增加。因此，经证明，这是更明智的，即将光源横向于光学板1布置，并且在所述板1的其他两个侧面8中的至少一个侧面的对面提供至少一个光源7。优选地，如图2所示，更加均匀地照亮第一主面2和贴放在其上的手指3，这可以通过下列设计得到：
-将两个光源7分别相对放置在其他两个侧面8，和
-使两个侧面8从第一主面2相互朝向对方倾斜，该倾斜尽可能大，以致光以尽可能最小的入射角到达面2。
成像装置还包括一个聚焦物镜9(例如一个会聚透镜)，其与光学板1的出射面5相对放置。该聚焦物镜9的物方焦点基本上处于会聚镜4的焦平面内。
最后，设有一孔11的光圈10是插放在所述的光学板1的出射面5和聚焦物镜9之间，并且基本上处于聚焦物镜9附近。
由会聚镜4反射的光束的轴线12基本上垂直于出射面5，光圈10的孔11和聚焦物镜9是与所述的轴线12同轴放置的。
根据本发明，光学板1的第一主面2与出射面5以这样的方式形成一个大于90°的角度α，使得由那个或那些光源7发出的光线在这个主面2上的入射角得到增加且更接近标准，这导致到达出射面5的杂散辐射(散射光)的减少。结果是在杂散辐射量相同的情况下，光学板的厚度相对于先前的光学板可以减小。
为了进一步减少到达聚焦物镜9的杂散辐射，将由第一主面2形成的平面P设计成与光圈10相交在光圈的孔11之外，更确切地说，考虑到面2和光圈10的相对位置，使平面P与光圈10相交在孔11的下方。但是，面2的过度倾斜会使得光学板的厚度不能如期望的那样小：因此有必要将面2的倾斜度限制到一个值，该值正好足够使得前述的平面P与光圈10确实相交在光圈的孔11的下方但适度邻近所述的孔。实际上，所述角α是在2°和25°之间，在一个典型的实施例中，其为大约10°。
根据本发明，成像装置的光学元件的很小的数量使得可能大规模生产：光学板1和聚焦物镜9以一个单一的、一体化的元件13的形式结合在一起，如图3所示，所述的元件13具有一个由光学板1和聚焦物镜9的相对面限定的狭缝14，所述的狭缝14做成接收光圈10的形状。元件13可以通过用一种具有好的光学质量的透明材料模铸成型进行制造，特别一种便宜的合成材料。
图4图解了根据本发明的成像装置在一个指纹检测设备的一个模范安装。根据本发明布置的成像装置(以它的布局进行解释，被看作如图1的不同元件)添加了一个平面镜15，该平面镜是以这样的方式跟随在聚焦物镜9之后放置的，以反射垂直于光轴12的光束到一个在下方的光学传感器16，该传感器构成装置17的入口元件，装置17适合用于检测图像和分析指纹。
由于根据本发明的设计，成像装置，其作为一个整体在图4的标记为18，可以将被设计为具有一个很小的厚度h，可小到5mm，根据要求，这对于其安装在指纹检测设备是必需的，同时这能够提高指纹图像的质量。

Claims (8)

1.一种用于形成指纹图像的光学装置，包含：
一个光学板(1)，其包含：
一个第一主面(2)，该面构成用于即将获得其指纹图像的手指(3)贴放的面，
一个第一侧面(4)，其形状如一个会聚镜，和
一个第二侧面(5)，其与第一侧面(4)相对，并且构成光学板的出射面，
至少一个光源(7)，用于穿过光学板(1)照亮所述的第一主面(2)，
一个聚焦物镜(9)，其处于所述的光学板的出射面(5)的对面，并且它的物方焦点处于会聚镜的焦平面内，和
一个设有孔(11)的光圈(10)，该光圈插放在所述出射面(5)和所述聚焦物镜(9)之间，并且处于聚焦物镜附近，
其特征在于，所述光学板(1)的第一主面(2)与该光学板的出射面(5)形成一个大于90°的角，由此在光学板内，光线在所述第一主面上的入射角得到增加，到达出射面的杂散辐射得到减少，同时光学板的厚度可以减小。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，由所述第一主面(2)形成的平面(P)与光圈(10)相交在后者的孔(11)下方，由此从出射面发射的大部分散射光被光圈拦截在后者的孔的下方。
3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述第一主面(2)的倾斜正好足够使所述的平面(P)与光圈(10)相交在适度邻近其孔(11)之处。
4.如权利要求3所述的光学装置，其特征在于，所述第一主面(2)关于垂直于出射面的一个平面的倾斜角为2°到25°之间。
5.如权利要求4所述的光学装置，其特征在于，所述第一主面(2)的倾斜角为大约10°。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的光学装置，所述光学板(1)具有第三和第四侧面(8)，其分别在所述的第一和第二侧面(4、5)之间延伸并且彼此相对，其特征在于，所述的第三和第四侧面(8)从第一主面(2)相互向着对方倾斜，以及在第三和第四侧面中的至少一个侧面的对面放置至少一个光源(7)。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的光学装置，其特征在于，所述光学板(1)和聚焦物镜(9)是以一个单一元件(13)的形式构成，该元件具有一个由光学板(1)的出射面(5)和聚焦物镜(9)的入射面限定的狭缝(14)，所述狭缝(14)做成接收所述的光圈(10)的形状。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的光学装置，其特征在于，在所述聚焦物镜(9)的下游放置一个镜子(15)，以反射垂直于光学板的光辐射。
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