CN201788469U - 光学取像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光学取像系统，包含一具有一反射结构、一光源组及一成像单元的光学取像装置及一影像应用装置。反射结构具有一供一手指端部分指纹接触且至少一边宽度小于手指端的长条形感测面、一与感测面相向的全反射面、一连接感测面与全反射面且与全反射面呈锐角的反射面以及一与反射面相向的出光面。光源组提供一照射感测面光束，光束的部分会被感测面上的手指端所散射，而散射所形成的一散射光依序经全反射面与反射面并由出光面射出。成像单元具有一散射光穿透的成像透镜及一撷取散射光所形成一手指端部分指纹之影像的影像传感器。影像应用装置连接影像传感器且接收影像，藉此进行指纹辨识功能与手指导航功能。

Description

光学取像系统

技术领域

本实用新型涉及一种取像系统，特别是指一种光学式的指纹辨识及手指导航取像系统，属于电气设备技术领域。

背景技术

请参阅图1，美国专利公告第7158659号揭示了一种适用于提取指纹影像的成像装置。该成像装置1包含LED模块11、第一棱镜12、光学组件13、第二棱镜14、光感测模块15及耦合透镜16。第一棱镜12与第二棱镜14对应设置，LED模块11设置于第一棱镜12的一侧且用以提供光线，光学组件13设置于第一棱镜12与第二棱镜14之间，光感测模块15设置于第二棱镜14的下方，而耦合透镜16设于LED模块11与第一棱镜12之间且用以将光线导向第一棱镜12。

第一棱镜12具有一个倾斜的第一表面120、连接第一表面120且用以供手指19放置的感测面121，以及与第一表面120相对的第二表面122。LED模块11所提供的光线会由第一表面120进入第一棱镜12且朝向感测面121，而光线会因感测面121上的手指19指纹反射回第一表面120，并经反射后由第二表面122射出。所射出的光再通过光学组件13与第二棱镜14，而进入光感测模块15以产生指纹影像。

然而，手指19的指纹具有纹峰(ridge)与纹谷(valley)，且指纹的纹峰与纹谷肤色相同且是不明显的结构，但光感测模块15是接收全部的反射光，以致于所产生的指纹影像中之纹峰与纹谷的对比度不佳，将造成使用成像装置1之指纹影像的成像系统在执行指纹辨识功能不易得到特征点，即在执行指纹辨识功能的效果不佳。

有鉴于此，如何提供对比度佳的指纹影像，以供系统执行指纹辨识功能或是手指导航功能，将是本实用新型需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述的技术问题，提供一种可提取到较佳对比度的指纹影像，且将指纹影像进行应用于指纹辨识及手指导航的小型化光学取像系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种光学取像系统，适于对手指端影像进行应用，该光学取像系统包含光学取像装置及影像应用装置。光学取像装置包括反射结构、光源组及成像单元。反射结构具有供该手指端部分指纹接触且至少一边宽度小于该手指端的长条形感测面、与该感测面相向的全反射面、连接该感测面与该全反射面且与该全反射面呈锐角的反射面，以及与该反射面相向的出光面。光源组与该反射结构对应设置且提供照射该感测面光束，该光束的部分会被该感测面上的该手指端所散射，而散射所形成的散射光依序经该全反射面与该反射面并由该出光面射出。成像单元具有对应该出光面设置且供该散射光穿透的成像透镜及对应该成像透镜设置的影像传感器，该影像传感器通过该成像透镜而提取该散射光所形成该手指端部分指纹的影像。影像应用装置连接该影像传感器且接收该影像，并通过该影像进行应用。

另外，本实用新型的另一目的在于，提供另一种的光学取像系统。

即又一种光学取像系统包含光学取像装置及影像应用装置。光学取像装置包括反射结构、光源组及成像单元。反射结构具有供该手指端部分指纹接触且至少一边宽度小于该手指端的长条形感测面、连接该感测面且与该感测面呈锐角的反射面，以及与该反射面相向的出光面。光源组与该反射结构对应设置且提供照射该感测面光束，该光束的部分会被该感测面上的该手指端所散射，而散射所形成的散射光经该反射面后由该出光面射出。成像单元具有对应该出光面设置且供该散射光穿透的成像透镜及对应该成像透镜设置的影像传感器，该影像传感器通过该成像透镜而提取该散射光所形成该手指端部分指纹的影像。影像应用装置连接该影像传感器且接收该影像，并通过该影像进行应用。

进一步地，当该手指端对该感测面滑动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括进行指纹辨识模式的第一处理单元，该第一处理单元具有将该等连续的影像连接成指纹图案的接图模块、于该指纹图案找出至少一个特征点的特征点建立模块及将该特征点与记忆模块内的其他指纹图案进行比对以确认身分的比对模块。

进一步地，当该手指端对该感测面上下左右移动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括进行手指导航模式的第二处理单元，该第二处理单元通过该等影像判断出该手指端相对于该感测面的相对位移量，该相对位移量可供控制显示屏幕的光标。

进一步地，该感测面界定出第一感测区及第二感测区，该第一感测区用于该指纹辨识模式，该第二感测区用于该手指导航模式。

进一步地，该光源组具有相邻于该感测面侧边下方的第一光源，以及一相邻于该感测面另一侧边下方的第二光源。

进一步地，该出光面为负曲度的圆柱面，来调整影像垂直和水平的变形量。但此面可为球面，非球面或者是平面，再由处理程序或电路来校正其变形量。

进一步地，该成像单元还具有设置于该出光面与该成像透镜之间的光圈。

本实用新型的有益效果主要体现在：(1)光学取像装置通过反射结构的设计，使得成像单元的影像传感器仅接收到由指纹之纹峰部分所传回的散射光，所以影像传感器撷取到之影像的对比度较佳。因此，后端进行指纹辨识模式与手指导航模式的影像应用装置具有良好的使用效果。

(2)通过反射结构的设计，可使光学取像装置达到小型化，故光学取像系统确实能达成本实用新型之目的。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

图1：现有的成像装置及成像系统示意图。

图2：本实用新型光学取像系统的第一较佳实施例的侧视示意图。

图3：该光学取像系统的光学取像装置俯视示意图。

图4：手指端对感测面滑动所提取到的连续影像示意图。

图5：该光学取像系统的影像应用装置的第一处理单元方块图。

图6：第一较佳实施例的另一方式的侧视示意图。

图7：第一较佳实施例的又另一方式的侧视示意图。

图8：本实用新型光学取像系统的第二较佳实施例的侧视示意图。

图9：该光学取像系统的光学取像装置的俯视示意图。

图10：第二较佳实施例的另一方式的侧视示意图。

图11：影像传感器的第一光感测数组与第二光感测数组的示意图。

图12：影像传感器的第一光感测数组与第二光感测数组的另一方式的示意图。

图13：影像传感器的第一光感测数组与第二光感测数组的又另一方式的示意图。

其中：

2      光学取像系统      3      光学取像装置

31     光束              302    散射光

303    散射光            31     反射结构

311    感测面            312    全反射面

313    反射面            314    出光面

32     光源组            321    第一光源

322    第二光源          33     成像单元

331   成像透镜          332    影像传感器

333   光圈              34     第一感测区

35    第二感测区        4      影像应用装置

41    第一处理单元      411    接图模块

412   特征点建立模块    413    比对模块

42    第二处理单元      43     控制单元

431   选取模块          432    调整模块

5     光学取像系统      6      光学取像装置

601   光束              602    散射光

61    反射结构          611    感测面

612   反射面            613    出光面

801   第一光侦测数组    802    第二光侦测数组

9     手指端            91     指纹

911   纹峰部分          912    纹谷部分

92    指纹图案          921    特征点

93    反射镜            94     棱镜

具体实施方式

有关本实用新型之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

在本实用新型被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

请参阅图2，为本实用新型光学取像系统的第一较佳实施例。该光学取像系统2适用于装设在电子产品(图未示)，例如：手机、笔记本电脑等，并进行指纹辨识功能与手指导航功能。光学取像系统2包括光学取像装置3及影像应用装置4，光学取像装置3用于提取到手指端9的指纹的影像，而影像应用装置4连接光学取像装置3，并通过光学取像装置3所提取的影像进行指纹辨识模式及手指导航模式。

如图2所示，光学取像装置3包括反射结构31、光源组32及成像单元33。反射结构31具有供手指端9部分指纹接触且至少一边宽度小于手指端9的长条形感测面311、与感测面311相向的全反射面312、连接感测面311与全反射面312且与全反射面312呈锐角的反射面313，以及与反射面313相向的出光面314，也就是说，感测面311与全反射面312位于上、下方，而反射面313与出光面314位于左、右方，全反射面312与反射面313所夹的较佳角度范围为65-75度之间。请参阅图3，感测面311具有用于指纹辨识模式的第一感测区34及用于手指导航模式的第二感测区35，第一感测区34的宽度大于或等于第二感测区35的宽度。

光源组32与反射结构31对应设置且提供照射感测面311光束301，请进一步参阅图2与图3，光源组32具有相邻于感测面311侧边下方的第一光源321，以及相邻于感测面311另一侧边下方的第二光源322，也就是第一光源321与第二光源322分别于反射结构31的两侧，在本实施例中，第一光源321与第二光源322为发光二极管(LED)，或是第一光源321与第二光源322可由数颗LED所组成，但不以此为限。成像单元33具有对应出光面314设置的成像透镜331及对应成像透镜331设置的影像传感器332，在本实施例中，影像传感器332可为电荷耦合组件(CCD)，也可为互补金属氧化物半导体组件(CMOS)，但不以此为限。较佳地，成像单元33还具有设置于出光面314与成像透镜331之间的光圈333，以调整通过光圈333的通光量，使得影像传感器332具有较佳地成像质量。

以光学取像装置3中的光路径来说明，手指端9的指纹91具有纹峰部分911与纹谷部分912。如图2所示，光源组32提供光束301照射感测面311，而部分的光束301会被感测面311上的指纹91的纹峰部分911所散射，而散射所形成的散射光302会于全反射面312进行全反射，再经反射面313反射，最后由出光面314射出。然后，射出的散射光302通过光圈333，并通过成像透镜331聚焦成像于影像传感器332，于是，影像传感器332通过成像透镜331而提取散射光302所形成手指端9部分指纹91的影像。较佳地，出光面314为负曲度的圆柱面，当然，也可为负曲度的球面，并且影像传感器332所产生的影像可通过电子产品内的软件程序或硬件电路进行校正。

本实施例的影像传感器332所接收的散射光302，是由指纹91的纹峰部分911所传回来的，而光束301照射到指纹91的纹谷部分912所散射的散射光303，则会在全反射面312直接穿透到外部，不会进入影像传感器332。如此，使得影像传感器332仅接收到纹峰部分911所传回来的散射光302，由于影像传感器332所产生的影像仅显示纹峰部分911，相较于现有技术具有较佳的对比度。而且，通过成像透镜331聚焦成像于影像传感器332，使得光学取像装置3相较于现有技术可减少其影像传感器332所需设置的面积。另外，感测面311的尺寸是仅考虑手指端9的宽度设计成长条形，使得光学取像装置3整体为体积较小的结构。

请继续参阅图2，影像应用装置4具有进行指纹辨识模式的第一处理单元41及进行手指导航模式的第二处理单元42。请一并参阅图4，使用者透过手指端9相对于感测面311滑动，使得影像传感器332提取到多数个连续的影像。请一并参阅图5，第一处理单元41具有将该等连续的影像连接成指纹图案92的接图模块411、于指纹图案92找出指纹特征点921的特征点建立模块412及将指纹特征点921与电子产品的记忆模块(图未示)内的其他指纹图案进行比对以确认身分的比对模块413，在本实施例中，上述各模块是以软件程序来实现，由电子产品的中央处理器(CPU)来进程运算。也可以由用专用的指纹辨识处理器进行运算，以提升效能。

在进行手指导航模式时，手指端相对于感测面上、下、左、右滑动产生连续多数个影像，第二处理单元42能通过这些连续影像判断出手指端9相对于感测面311的相对位移量(Δx，Δy)，于是，电子产品的中央处理器(CPU)可依据该相对位移量控制电子产品的显示屏幕的光标，以进行手指导航的功能。在本实施例中，第二处理单元42是以处理器(Processor)来实现的。

此外，影像应用装置4还包括控制单元43，控制单元5具有连接影像传感器332的选取模块431及连接影像传感器332与光源组32的调整模块432，在本实施例中，选取模块431与调整模块432是以电路来实现。

在进行手指导航模式时，是不需提取到整个指纹91宽度的影像，所以在上述的感测面311定义出宽度较小的第二感测区35来进行手指导航模式。请参阅图11，选取模块431可在影像应用装置4进行指纹辨识模式时，令影像传感器332选取其对应至感测面311的第一感测区34的第一光侦测数组(photo detector array)801进行成像，以使影像传感器332产生的影像是对应第一感测区34上的指纹91。另一方面，选取模块431可在影像应用装置4进行手指导航模式时，令影像传感器332选取其对应至感测面311的第二感测区35的第二光侦测数组802进行成像，以使影像传感器332产生的影像是对应第二感测区35上的指纹91。须说明的是，第一感测区34的宽度大于或等于第二感测区35的宽度，第一光侦测数组801与第二光侦测数组802也可变换为其他方式，如图12及图13所示。调整模块432可依影像应用装置4进行指纹辨识模式或手指导航模式，来调整光源组32的亮度。

以电子产品为手机来说明实际应用的情形，手机开机时，内部软件程序令光学取像系统2进行指纹辨识模式，以确认用户的身份后再执行开机。在开机后，内部软件程序令光学取像系统2进行手指导航模式，用户则可通过手指端9相对于感测面311滑动，以控制手机之显示屏幕的光标。再者，若使用者通过手机上网且需在网络上进行身份认证时，内部软件程序会再令光学取像系统2进行指纹辨识模式。整体来说，通过光学取像系统2可将指纹辨识功能与手指导航功能整合于电子产品(手机)上。

参阅图6，为第一较佳实施例的另一方式，其中的差异在于，于成像透镜331后设置反射镜93，以使散射光302的光路径转折而往位于下方的影像传感器332，以此来缩短光学取像装置3的整体长度，并且同样可以达到与第一较佳实施例的功效。参阅图7，为第一较佳实施例的又另一方式，其中的差异在于，上述的反射镜93可置换为棱镜94。再者，光源组32是设置于反射结构31的下方，以照射反射结构31的感测面311，同样可以达到与第一较佳实施例的功效。

参阅图8，为本实用新型光学取像系统的第二较佳实施例。光学取像系统5包括光学取像装置6及影像应用装置4，光学取像装置6用于提取到手指端9的指纹的影像，而影像应用装置4连接光学取像装置6，并通过光学取像装置6所提取的影像进行指纹辨识模式及手指导航模式。而第二较佳实施例与第一较佳实施例的差异在于光学取像装置6的反射结构，详细说明如下。

光学取像装置6包括反射结构61、光源组32及成像单元33。反射结构61具有供手指端9部分指纹91接触且至少一边宽度小于手指端91的长条形感测面611、连接感测面611且与感测面611呈锐角的反射面612，以及与反射面612相向的出光面613。其中，感测面611与反射面612所夹的较佳角度范围为45-50度之间。参阅图9，此外，感测面611具有用于指纹辨识模式的第一感测区34及用于手指导航模式的第二感测区35，第一感测区34的宽度大于第二感测区35。

光源组32与成像单元33相同于第一较佳实施例，光源组32具有相邻于感测面611侧边下方的第一光源321，以及相邻于感测面611另一侧边下方的第二光源322。成像单元33具有对应出光面613设置的成像透镜331、对应成像透镜331设置的影像传感器332，及一设置于出光面613与成像透镜331之间的光圈333。

以光学取像装置6中的光路径来说明，光源组32提供光束601照射感测面611，而部分的光束601会被感测面311上的指纹91的纹峰部分911所散射，而散射所形成的散射光602会于反射面612进行反射而由出光面613射出。然后，散射光602通过光圈333，并通过成像透镜331聚焦成像于影像传感器332，于是，影像传感器332通过成像透镜331而提取散射光302所形成手指端9部分指纹91的影像，并且纹谷部分912所形成的散射光(图未示)同样会由反射结构61的底面穿透，因此，光学取像装置6达到与第一较佳实施例的功效。较佳地，出光面613为负曲度的圆柱面来调整影像垂直和水平的变形量，但此面也可为球面，非球面或者是平面，再由处理程序或电路来校正其变形量。

并且，影像应用装置4通过光学取像装置6的所提取的影像进行指纹辨识模式与手指导航模式，而使光学取像系统5达到与第一较佳实施之光学取像系统2例相同的功效。

参阅图10，为第二较佳实施例的另一方式，其中的差异在于，光源组32是设置于反射结构61的下方，以照射反射结构61的感测面611，同样可以达到与第一较佳实施例的功效。

综上所述，本较佳实施例的光学取像装置3、6通过反射结构31、61的设计，使得成像单元33的影像传感器332仅接收到由指纹91之纹峰部分911所传回的散射光302、602，所以影像传感器332提取到的影像的对比度较佳。因此，后续进行指纹辨识模式与手指导航模式的影像应用装置4具有良好的使用效果。另外，反射结构31、61的设计，还可使光学取像装置3、6达到小型化，光学取像系统2、5确实能达成本实用新型的目的。

尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本实用新型的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代也是可能的。

Claims (12)

1.一种光学取像系统，适于对手指端影像进行应用，其特征在于：该光学取像系统包含光学取像装置，所述光学取像装置包括：

反射结构，具有供该手指端部分指纹接触且至少一边宽度小于该手指端的长条形感测面、与该感测面相向的全反射面、连接该感测面与该全反射面且与该全反射面呈锐角的反射面，以及与该反射面相向的出光面；

光源组，与该反射结构对应设置且提供照射该感测面光束，该光束的部分会被该感测面上的该手指端所散射，而散射所形成的散射光依序经该全反射面与该反射面并由该出光面射出；

成像单元，具有对应该出光面设置且供该散射光穿透的成像透镜及对应该成像透镜设置的影像传感器，该影像传感器通过该成像透镜而提取该散射光所形成该手指端部分指纹的影像；及

影像应用装置，连接该影像传感器且接收该影像，并通过该影像进行应用。

2.依据权利要求1所述的光学取像系统，其特征在于：当手指端对所述感测面滑动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括进行指纹辨识模式的第一处理单元，该第一处理单元具有将该等连续的影像连接成指纹图案的接图模块、于该指纹图案找出至少一个特征点的特征点建立模块及将该特征点与记忆模块内的其他指纹图案进行比对以确认身分的比对模块。

3.依据权利要求1所述的光学取像系统，其特征在于：当手指端对所述感测面上下左右移动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括进行手指导航模式的第二处理单元，该第二处理单元通过影像判断出该手指端相对于该感测面的相对位移量，该相对位移量可供控制显示屏幕的光标。

4.依据权利要求1所述的光学取像系统，其特征在于：当手指端对所述感测面滑动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括：

第一处理单元，用以进行指纹辨识模式且具有将连续的影像连接成指纹图案的接图模块、于该指纹图案找出至少一个特征点的特征点建立模块及将该特征点与记忆模块内的其他指纹图案进行比对以确认身分的比对模块；及

第二处理单元，用以进行手指导航模式且通过影像判断出该手指端相对于该感测面的相对位移量，该相对位移量可供控制显示屏幕的光标。

5.依据权利要求4所述的光学取像系统，其特征在于：所述感测面界定出第一感测区及第二感测区，该第一感测区用于该指纹辨识模式，该第二感测区用于该手指导航模式。

6.依据权利要求1所述的光学取像系统，其特征在于：所述光源组具有相邻于该感测面侧边下方的第一光源，以及相邻于该感测面另一侧边下方的第二光源；该光源组是设置于该反射结构的下方，以照射该反射结构的该感测面；该成像单元还具有设置于该出光面与该成像透镜之间的光圈。

7.一种光学取像系统，适于对手指端影像进行应用，其特征在于：所述光学取像系统包含光学取像装置，所述光学取像装置包括：

反射结构，具有供该手指端部分指纹接触且至少一边宽度小于该手指端的长条形感测面、一连接该感测面且与该感测面呈锐角的反射面，以及与该反射面相向的出光面；

光源组，与该反射结构对应设置且提供照射该感测面光束，该光束的部分会被该感测面上的该手指端所散射，而散射所形成的散射光经该反射面后由该出光面射出；

成像单元，具有对应该出光面设置且供该散射光穿透的成像透镜及对应该成像透镜设置的影像传感器，该影像传感器通过该成像透镜而提取该散射光所形成该手指端部分指纹的影像；及

影像应用装置，连接该影像传感器且接收该影像，并通过该影像进行应用。

8.依据权利要求7所述的光学取像系统，其特征在于：当手指端对所述感测面上下左右移动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括进行指纹辨识模式的第一处理单元，该第一处理单元具有将连续的影像连接成指纹图案的接图模块、于该指纹图案找出至少一个特征点的特征点建立模块及将该特征点与记忆模块内的其他指纹图案进行比对以确认身分的比对模块。

9.依据权利要求7所述的光学取像系统，其特征在于：当手指端对所述感测面滑动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括进行手指导航模式的第二处理单元，该第二处理单元通过该等影像判断出该手指端相对于该感测面的相对位移量，该相对位移量可供控制显示屏幕的光标。

10.依据权利要求7所述的光学取像系统，其特征在于：当手指端对所述感测面滑动时，该影像传感器提取多数个连续的影像；该影像应用装置包括：

第一处理单元，用以进行指纹辨识模式且具有将该等连续的影像连接成指纹图案的接图模块、于该指纹图案找出至少一特征点的特征点建立模块及将该特征点与记忆模块内的其他指纹图案进行比对以确认身分的比对模块；及

第二处理单元，用以进行手指导航模式且通过该等影像判断出该手指端相对于该感测面的相对位移量，该相对位移量可供控制显示屏幕的光标。

11.依据权利要求10所述的光学取像系统，其特征在于：该所述感测面界定出第一感测区及第二感测区，该第一感测区用于该指纹辨识模式，该第二感测区用于该手指导航模式。

12.依据权利要求7所述的光学取像系统，其特征在于：所述光源组具有相邻于该感测面侧边下方的第一光源，以及相邻于该感测面另一侧边下方的第二光源；该光源组是设置于该反射结构的下方，以照射该反射结构的该感测面；该成像单元还具有设置于该出光面与该成像透镜之间的光圈。

Images