CN205375502U - 指纹图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种指纹图像采集装置，包括：具有指纹采集表面的第一光学反射部，所述指纹采集表面对按压至其上的指纹进行采集；第二光学反射部，其光学地接收第一光学反射部采集到的指纹光学图像；向第一光学反射部提供入射光线的导光板；以及连接至导光板的导光管。所述导光管从所述指纹图像采集装置的外部接收入射光线，并且第二光学反射装置将第一光学反射部采集到的指纹光学图像光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部。

Description

指纹图像采集装置

技术领域

本申请涉及光学图像采集装置，更具体地，涉及一种指纹图像采集装置。

背景技术

由于人类指纹的独特性和不变性以及指纹识别的高效、快速、高可靠性及全自动处理特性，使得指纹图像广泛应用于身份识别、特征鉴定等领域。目前已经存在许多指纹图像采集装置，例如警用指纹采集仪或集成在特殊设备中的指纹采集装置等，但是这些装置或由于需要特殊的电源和/或额外的光源而成本较高，或不便于携带。

为了使指纹图像采集装置满足便携和低成本的要求，一种可行的方式为，将指纹图像采集装置与便携式外部设备(例如，移动电话、智能手机、上网平板等)结合设计。在现有技术中，一种结合设计方式为将指纹传感器嵌入到便携式外部设备中，但是在这种结合方式中，传感器尺寸受到限制，并且指纹图像采集的质量较低；另一种结合方式为，使得指纹图像采集装置通过有线或无线的通信方式与便携式外部设备连接，从而将采集到的指纹图像以电信号的形式传输至便携式外部设备，但是在这种结合方式中，指纹图像采集装置内部需设有光电转换电路、光源和电源等，从而不利于降低该装置的成本。

因此，需要一种指纹图像采集装置，其能够同时满足便携和低成本的要求，并且能够采集到较高质量的指纹图像。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，提出了本实用新型的构思。根据本实用新型的构思，提供了一种指纹图像采集装置，其能够在实现便携和低成本的同时采集到较高质量的指纹图像。

根据本申请的一个方面，提供了一种指纹图像采集装置，包括：第一光学反射部，其包括指纹采集表面，所述指纹采集表面对按压至其上的指纹进行采集；第二光学反射部，其光学地接收第一光学反射部采集到的指纹光学图像；导光板，其向第一光学反射部提供入射光线；以及连接至所述导光板的导光管。所述导光管从所述指纹图像采集装置的外部接收入射光线，并且第二光学反射装置将第一光学反射部采集到的指纹光学图像光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部。

根据本申请的示例实施例，所述指纹图像采集装置还可包括壳体，所述壳体包括设置在其上的外部光源窗口和外部图像采集窗口。外部光源发出的光通过外部光源窗口进入导光管，并且第二光学反射部发送的指纹光学图像通过外部图像采集窗口光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部。

根据本申请的示例实施例，所述指纹图像采集装置还可包括设置在壳体上的连接部，以使得所述指纹图像采集装置与外部设备紧密连接。所述外部设备提供所述外部光源，并且所述外部设备对第二光学反射部发送的指纹光学图像进行成像处理。

根据本申请的示例实施例，所述指纹图像采集装置的连接部可与所述外部设备的壳体相连接，以使得所述指纹图像采集装置固定在所述外部设备上，使得所述外部设备的外部光源的位置与所述外部光源窗口的位置相对应，并且使得所述外部设备的用于成像处理的镜头的位置与所述外部图像采集窗口的位置相对应。

根据本申请的示例实施例，第一光学反射部可为全反射棱镜，指纹采集表面设置在该全反射棱镜的全反射表面上，导光板设置在与该全反射表面相邻的一个表面上以将入射光线提供至该全反射表面，并且第一光学反射部采集到的指纹光学图像通过与该全反射表面相邻的另一个表面光学地向外发送。

根据本申请的示例实施例，第二光学反射部可为全反射棱镜。

根据本申请的示例实施例，第二光学反射部可为平面反射镜。

根据本申请的示例实施例，第二光学反射部可包括三个平面反射镜。

根据本申请的示例实施例，可在所述导光板的邻近于所述第一光学反射部的第一表面上设置散射膜，并且可在所述导光板的与所述第一表面相对的第二表面上设置反射膜。

根据本申请的示例实施例，所述导光板可由透光材料制成。

根据本申请的示例实施例，所述导光板可由合成玻璃或丙烯酸制成。

根据本申请的示例实施例，所述指纹图像采集装置还可包括设置在外部图像采集窗口处的会聚透射部，并且第二光学反射部发送的指纹光学图像经会聚透射部之后光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部。

根据本申请的示例实施例，会聚透射部可为具有第一焦距的透镜，第一焦距与外部设备的用于成像处理的镜头的焦距相匹配，以使得从第二光学反射部发送的指纹光学图像在外部设备中清晰地成像。

根据本申请的示例实施例，所述导光管可包括至少一根光纤。

根据本实用新型构思的指纹图像采集装置，可以从所述指纹图像采集装置的外部接收入射光线、对按压至其上的指纹进行光学图像采集、并且将采集到的指纹光学图像光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部，从而可以在易于便携和节省成本的同时采集到较高质量的指纹图像。

附图说明

通过参照附图对本实用新型构思的示例实施例进行详细描述，这些示例实施例的上述和其他特征和优点将变得更加清楚。附图旨在描述本实用新型构思的示例实施例，而不应当解释为限制权利要求的范围。在附图中：

图1是示出根据本实用新型的示例实施例的指纹图像采集装置的示图；

图2是示出根据本实用新型的另一示例实施例的指纹图像采集装置的示图；

图3是示出根据本实用新型的又一示例实施例的指纹图像采集装置的示图；

图4是示出根据本实用新型的示例实施例的指纹图像采集装置中的导光板的示图；

图5是示出光学棱镜所造成的图像畸变的示意图；以及

图6是示出外部设备的摄像头所造成的图像形变的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本实用新型构思的示例性实施例。

然而，本实用新型构思可以按照许多不同的形式示例，并且不应理解为限于本文所阐述的示例性实施例。此外，提供这些实施例是为了使得本公开将是彻底而完整的，并且将向本领域的技术人员充分地传达本实用新型构思的范围。

在附图中，为了清楚起见，会放大各元件的形状和尺寸，并且相同的附图标记将始终用于指示相同或相似的元件。

应当理解的是，虽然在本文中使用了术语第一、第二等来描述各个元件，然而这些元件不应当被这些术语所限定。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可被称作第二元件，并且类似地，第二元件可被称作第一元件，而没有背离本实用新型构思的示例实施例的范围。如在本文中所使用的那样，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任意和全部组合。

本文所使用的术语仅用于描述本文所阐述的示例性实施例，而非旨在限定本实用新型构思。如同本文所使用的那样，除非上下文中另外明确表示，否则单数形式“一个”、“一”和“该”也旨在包括复数形式。还应当理解，当术语“包括”、“提供有”和/或“具有”用于示例性实施例中时，其指示了存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或增加其他一个或多个特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。

除非另有说明，否则本文使用的包括说明性术语或技术术语的所有术语应该被理解为具有对于本领域普通技术人员之一明显的含义。另外，在普通词典中定义并且在以下描述中使用的术语应该被理解为具有与相关描述中使用的含义等同的含义，除非本文中另有说明，否则所述术语不应被理解为理想的或过于正式的含义。

图1是示出根据本实用新型的示例实施例的指纹图像采集装置的示图。

参照图1，根据本实用新型的示例实施例的指纹图像采集装置200可包括第一光学反射部201、第二光学反射部202、导光板203、导光管204和壳体205。第一光学反射部201包括指纹采集表面201a，其用于对按压至其上的手指210的指纹进行采集。第二光学反射部202包括反射表面202a，其接收由第一光学反射部201采集到的指纹光学图像。导光管204的一端连接至导光板203，另一端用于从指纹图像采集装置200的外部接收入射光线。导光管204可包括至少一根光纤。导光板203用于向第一光学反射部201提供经由导光管204入射的入射光线。在壳体205上设置有外部图像采集窗口206和外部光源窗口207。

外部光源所提供的光线作为入射光线通过壳体205上的外部光源窗口207进入指纹图像采集装置200，从而无需在指纹图像采集装置200中设置光源。具体地，导光管204的另一端可连接至外部光源窗口207，并且接收由外部光源提供的穿过外部光源窗口207的入射光线。这种情况下，入射光线经导光管204传送至导光板203，使得导光板203成为在采集指纹图像时使用的面光源。导光板203所提供的入射光线发送至第一光学反射部201的一个侧面。入射光线在指纹采集表面201a发生全反射，当带有指纹的手指210按压至指纹采集表面201a上时，在手指210与指纹采集表面201a的接触点产生光的散射或吸收，使得所述接触点处的全反射光减少。指纹采集表面201a的全反射光组成指纹光学图像，在该光学图像中，对应于所述接触点的图像点(或区域)较暗，而对应于非接触点的图像点(或区域)较亮，从而可以通过明暗程度区分出指纹的脊点(较暗的点)和谷点(较亮的点)。

所述指纹光学图像由第二光学反射部202接收，并且由第二光学反射部202通过外部图像采集窗口206光学地发送至指纹图像采集装置200的外部。具体地，指纹采集表面201a的全反射光入射至第二光学反射部202的一个表面，并且被第二光学反射部202的反射表面202a反射，相应的反射光线穿过外部图像采集窗口206而发送至指纹图像采集装置200的壳体205之外。当在指纹图像采集装置200外部的对应于外部图像采集窗口206的位置设置有能够进行成像和光电转换的外部设备100时，外部设备100可以对指纹光学图像进行诸如成像和光电转换等的进一步处理。

参照图1，指纹图像采集装置200还可包括连接部208，其设置在壳体205上，以使得指纹图像采集装置200紧密连接在外部设备100上。该连接方式可以是通过凹槽等进行卡接，但本实用新型的示例实施例不限于此，其可以是能够将指纹图像采集装置200固定在外部设备100上的任意一种可拆卸的连接方式，例如通过夹持部进行夹持等。

外部设备100可包括外壳101、摄像头102和外部光源103。外部设备100对指纹图像采集装置200的第二光学反射部202发送的指纹光学图像进行成像处理，并向指纹图像采集装置200提供外部光源。

外部设备100可为便携式智能设备，例如智能手机、移动电话、上网平板等，但是本实用新型的示例实施例不限于此，其可以是能够提供光源和成像镜头的任意一种电子设备。

如图1所示，当指纹图像采集装置200通过连接部208固定在外部设备100上时，外部设备100的摄像头102处于与外部图像采集窗口206相对应的位置，外部光源103处于与外部光源窗口207相对应的位置。然后，开启外部设备100的外部光源103和摄像头102。外部光源103发出的入射光线经过外部光源窗口207进入指纹图像采集装置200，并由导光管204提供给导光板203以作为指纹图像采集的面光源。接下来，第一光学反射部201和第二光学反射部202分别采集和接收指纹光学图像，并且光学地发送所述指纹光学图像，以使其穿过外部图像采集窗口206并被外部设备100的摄像头102采集成像。外部设备100对所述指纹光学图像进行成像处理、光电转换以及电信号处理，以识别该图像所对应的指纹。

在图1中，第一光学反射部201为全反射棱镜。此时，将该全反射棱镜的全反射表面设置为指纹采集表面201a，并将导光板203设置在与所述全反射表面相邻的一个表面上，以使得入射光线可入射至所述全反射表面来形成指纹光学图像，并且使得该指纹光学图像通过与所述全反射表面相邻的另一个表面向外发送。根据本实用新型的构思，第一光学反射部201也可以是其他全反射光学元件，并且可根据其具体结构来设置第一光学反射部201与其他元件(例如导光板203以及第二光学反射部202)之间的位置关系。

图1示出了其中第二光学反射部202为全反射棱镜的指纹图像采集装置200，但是根据本实用新型示例实施例的指纹图像采集装置的第二光学反射部也可以是具有反射功能的其他光学元件。图2是示出根据本实用新型的另一示例实施例的指纹图像采集装置的示图。为了简明起见，将着重描述图2与图1所示的指纹图像采集装置之间的差异。

参照图2，第二光学反射部202′可为平面反射镜，其具有反射平面202b。该平面反射镜可设置在与第一光学反射部201的指纹采集表面201a相应的位置，以接收由第一光学反射部201a采集到的指纹光学图像。另外，为了保证第二光学反射部202′发送的指纹光学图像通过外部图像采集窗口206发送至指纹图像采集装置200的外部，可相应地调整第二光学反射部202′的设置位置和角度。

对于大多数便携式外部设备100而言，其最小焦距较大，通常大于5厘米。为了保证清晰成像，需要保证光线从指纹采集面201a到外部设备100的摄像头102所经过的距离(即，图1和图2中的D₁+D₂)大于摄像头102的焦距F₀，即：

D₁+D₂＞F₀(公式1)

增大第一光学反射部201与第二光学反射部202或202′之间的距离D₃可以使D₁增加，进而使D₁+D₂增加。

可替换地，可通过改变第二光学反射部的配置来使D₁+D₂增加，例如，如图3所示。

图3是示出根据本实用新型的又一示例实施例的指纹图像采集装置的示图。参照图3，第二光学反射部202"可包括三个平面反射镜，其分别具有反射表面202c、202d和202e。与图1和图2相比，图3所示的第二光学反射部202"具有更长的光程，由第一光学反射部201发送的指纹光学图像首先到达第二光学反射部202"的反射表面202e，经反射表面202e反射到达反射表面202d，然后经反射表面202d反射到达反射表面202c，进一步经反射表面202c反射而发送至指纹图像采集装置200的外部。通过这种方式，增加了第二光学反射部202"的光程，从而增大了光线从指纹采集面201a到外部设备100的摄像头102所经过的距离，因此更易于确保指纹光学图像在外部设备中的清晰成像。虽然在图3中并未示出外部设备100，但是可按照与图1和图2相同或相似的方式将外部设备100连接至指纹图像采集装置200。

除了增大第二光学反射部202、202′或202"的光程之外，还可采用诸如增加成像焦距的其他方式来保证指纹光学图像在外部设备100中的清晰成像。例如，可以在图1至图3中的指纹图像采集装置200的外部图像采集窗口206处添加焦距为F₁的诸如凸透镜的会聚透射部(未在图1至图3中示出)，以使得第二光学反射部202所发送的指纹光学图像经过所述会聚透射部后发送至指纹图像采集装置200的外部。通过这种方式，成像焦距F可由下式表示：

F＝(F₀×F₁)/(F₀+F₁+d)(公式2)

其中F₀是摄像头102的焦距，F₁是会聚透射部的焦距，d是摄像头102与会聚透射部之间的距离。通过合理地选取会聚透射部的焦距F₁，可以使成像焦距F大于D₁+D₂，从而确保指纹光学图像在外部设备100中的清晰成像。

图4是示出根据本实用新型的示例实施例的指纹图像采集装置中的导光板的示图。

参照图4，导光板203可包括第一表面203a、第二表面203b和侧表面203c。如图1至图3中示出的那样，导光板203是用于向第一光学反射部201提供入射光线的面光源。因此，可在第一表面203a上设置散射膜以提供均匀的入射光线，并且可在与第一表面203a相对的第二表面203b上设置反射膜以提高入射光线的利用效率。此外，还可在侧表面203c上设置反射膜，以防止入射光线从导光板203的边缘射出。导光板203可由诸如合成玻璃或丙烯酸的透光材料制成。由于根据本实用新型的示例实施例的指纹图像采集装置200由外部光源提供光线来作为入射光线，因此导光板203中无需设置发光二极管，从而无需额外的向光源供电的电源。

根据本实用新型的示例实施例的指纹图像采集装置可与便携式外部设备结合使用。特别地，所述便携式外部设备可以是智能手机等，其具有较高的成像和图像处理能力，能够生成较高质量的指纹图像。因此，可将所述指纹图像采集装置的尺寸设计为与智能手机等外部设备相匹配。

与现有技术中的用于便携式外部设备的指纹图像采集装置相比，根据本实用新型的指纹图像采集装置是一种无需外部电源的指纹图像采集装置，因此尺寸更小、成本更低且更易于携带；与将指纹传感器嵌入到便携式外部设备的现有技术相比，根据本实用新型的指纹图像采集装置可以提供更高质量的指纹图像。

已经在上文中描述了能够采集指纹光学图像的指纹图像采集装置。为了最终能够获得更高质量的指纹图像，可通过外部设备100来校正不同原因所导致的图像失真。例如，图1至图3所示的指纹图像采集装置200的第一光学反射部201和/或第二光学反射部202、202′或202"有可能产生图像畸变，如图5所示。为了校正此类图像失真，可以在指纹采集表面201a的边缘设置刻度线，并且由外部设备100对采集到的刻度线图像与刻度线的原始设置进行对比和畸变参数计算，并通过计算图像的缩放比例来将最终得到的指纹图像缩放到特定的分辨率(如500ppi)。在此基础上，外部设备100可对最终指纹图像进行特征提取、图像识别与验证。另外，指纹采集表面201a可能不平行于外部设备100的电荷耦合元件(CCD)或CMOS摄像头，因此可能产生图像形变，如图6所示。为了校正此类图像失真，可由外部设备100对采集到的指纹图像进行处理以去除形变，并将图像调整到合适的分辨率和尺寸。例如，可以通过外部设备100中的软件模块来实现上述图像失真。

根据本实用新型的指纹图像采集装置，可以通过由外部设备提供光源以及将指纹光学图像发送至该装置外部，来实现便携性和较低成本，并在同时采集到较高质量的指纹图像。

各个示例性实施例的各种优点和效果并不限于上述描述，并且可以通过本公开中的具体实施例的解释而易于理解这些优点和作用。

虽然上文示出并描述了各个示例性实施例，但是对于本领域的技术人员而言显而易见的是，可以做出许多修改和变化而没有背离如权利要求所定义的本实用新型构思的范围。

Claims (14)

1.一种指纹图像采集装置，包括：

第一光学反射部，其包括指纹采集表面，所述指纹采集表面对按压至其上的指纹进行采集；

第二光学反射部，其光学地接收所述第一光学反射部采集到的指纹光学图像；

导光板，其向所述第一光学反射部提供入射光线；以及

导光管，其连接至所述导光板，

其中，所述导光管从所述指纹图像采集装置的外部接收入射光线，并且所述第二光学反射装置将所述第一光学反射部采集到的指纹光学图像光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部。

2.根据权利要求1所述的指纹图像采集装置，还包括壳体，所述壳体包括设置在其上的外部光源窗口和外部图像采集窗口，

其中，外部光源发出的光通过所述外部光源窗口进入所述导光管，并且所述第二光学反射部发送的指纹光学图像通过所述外部图像采集窗口光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部。

3.根据权利要求2所述的指纹图像采集装置，还包括设置在所述壳体上的连接部，以使得所述指纹图像采集装置与外部设备紧密连接，所述外部设备提供所述外部光源，并且所述外部设备对所述第二光学反射部发送的指纹光学图像进行成像处理。

4.根据权利要求3所述的指纹图像采集装置，其中，所述连接部与所述外部设备的壳体相连接，以使得所述指纹图像采集装置固定在所述外部设备上，使得所述外部设备的外部光源的位置与所述外部光源窗口的位置相对应，并且使得所述外部设备的用于成像处理的镜头的位置与所述外部图像采集窗口的位置相对应。

5.根据权利要求1所述的指纹图像采集装置，其中，所述第一光学反射部为全反射棱镜，所述指纹采集表面设置在所述全反射棱镜的全反射表面上，所述导光板设置在与所述全反射表面相邻的一个表面上以将入射光线提供至所述全反射表面，并且所述第一光学反射部采集到的指纹光学图像通过与所述全反射表面相邻的另一个表面光学地向外发送。

6.根据权利要求5所述的指纹图像采集装置，其中，所述第二光学反射部为全反射棱镜。

7.根据权利要求5所述的指纹图像采集装置，其中，所述第二光学反射部为平面反射镜。

8.根据权利要求5所述的指纹图像采集装置，其中，所述第二光学反射部包括三个平面反射镜。

9.根据权利要求1所述的指纹图像采集装置，其中，在所述导光板的邻近于所述第一光学反射部的第一表面上设置散射膜，并且在所述导光板的与所述第一表面相对的第二表面上设置反射膜。

10.根据权利要求1所述的指纹图像采集装置，其中，所述导光板由透光材料制成。

11.根据权利要求10所述的指纹图像采集装置，其中，所述导光板由合成玻璃或丙烯酸制成。

12.根据权利要求3所述的指纹图像采集装置，还包括设置在所述外部图像采集窗口处的会聚透射部，

其中，所述第二光学反射部发送的指纹光学图像经所述会聚透射部之后光学地发送至所述指纹图像采集装置的外部。

13.根据权利要求12所述的指纹图像采集装置，其中，所述会聚透射部为具有第一焦距的透镜，所述第一焦距与所述外部设备的用于成像处理的镜头的焦距相匹配，以使得从所述第二光学反射部发送的指纹光学图像在所述外部设备中清晰地成像。

14.根据权利要求1所述的指纹图像采集装置，其中，所述导光管包括至少一根光纤。