CN207264407U - 一种指纹采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种指纹采集装置，所述指纹采集装置包括电路板、光源、光机一体部件和镜头模组；所述光机一体部件包括棱镜和多个定位柱；所述棱镜包括指纹采集面、光入射面、光出射面，所述多个定位柱在所述光入射面之下凸出；所述镜头模组安装在所述光出射面一侧；所述电路板中有多个通孔，所述棱镜的多个定位柱固定在所述电路板的多个通孔中；所述光源安装在所述电路板上，且与所述指纹采集面相对。可以去除模具和结构件等元件，降低了指纹采集装置结构的复杂度和成本，此外，光机一体部件可以应用光学塑料等折射率更高的材质进行一体化生产，可以缩短加工周期，缩短光程，从而进一步减小指纹采集装置的体积。

Description

一种指纹采集装置

技术领域

本实用新型涉及生物识别的技术领域，特别是涉及一种指纹采集装置。

背景技术

指纹由于其具有不变性、唯一性和方便性，是常用的生物特征，对于指纹的识别在金融、信息安全等领域的广泛运用。

指纹的识别主要包括采集指纹图像、提取指纹特征和对比指纹特征等等操作，其中，对于指纹图像，通常是采用指纹采集装置进行采集。

如图1所示，目前常用光学式的指纹采集装置，包括棱镜101、电路板102等元件，棱镜101通过模具和结构件固定在电路板102上，结构较为复杂，加工、装配也较为复杂，并且，多个元件导致指纹采集装置的成本较高。

如图2a所示，棱镜的底面小于上表面，如图2b所示，棱镜的侧面为直角梯形。

棱镜常用玻璃，通过粗磨、精磨、抛光等工序进行制作，加工周期较长，一般需要35天。

发明内容

本实用新型提供了一种指纹采集装置，以解决指纹采集装置加工、装配也较为复杂、成本较高、加工周期较长的问题。

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种指纹采集装置，所述指纹采集装置包括电路板、光源、光机一体部件和镜头模组；

所述光机一体部件包括棱镜和多个定位柱；

所述棱镜包括指纹采集面、光入射面、光出射面，所述多个定位柱在所述光入射面之下凸出；

所述镜头模组安装在所述光出射面一侧；

所述电路板中有多个通孔，所述棱镜的多个定位柱固定在所述电路板的多个通孔中；

所述光源安装在所述电路板上，且与所述指纹采集面相对。

可选地，所述棱镜的材质的折射率比冕玻璃高。

可选地，所述棱镜的材质为光学塑料。

可选地，所述棱镜还包括光反射面；

所述指纹采集面与所述光入射面上下平行，所述光反射面与所述光出射面左右相对。

可选地，所述棱镜的长度为20毫米至27毫米，厚度为6毫米至9毫米；所述镜头模组的焦距为2毫米至4毫米。

可选地，所述定位柱具有底座部件和柱身部件，所述底座部件连接在所述光入射面上，所述柱身部件连接在所述底座部件上，所述底座部件的横截面积比所述柱身部件的横截面积大，所述柱身部件穿设在所述电路板对应的通孔中。

可选地，所述光入射面具有纹路结构，所述纹路结构位于所述光源的光入射方向。

可选地，所述镜头模组包括透镜组、光阑、滤光片、图像传感器；

其中，所述光阑设置在所述透镜组中，所述滤光片设置在所述透镜组之后，所述图像传感器设置在所述滤光片之后。

可选地，所述图像传感器与光轴垂直方式的逆时针所成的角度为5°。

可选地，物面倾斜的角度为50°至60°，所述透镜组与物面之间的距离为30毫米至50毫米。

本实用新型包括以下优点：

本实用新型实施例的指纹采集装置包括电路板、光源、光机一体部件和镜头模组，光机一体部件包括棱镜和多个定位柱，该棱镜包括指纹采集面、光入射面、光出射面，多个定位柱在光入射面之下凸出，镜头模组安装在光出射面一侧，电路板中有多个通孔，棱镜的多个定位柱固定在电路板的多个通孔中，光源安装在电路板上，且与指纹采集面相对，光源安装在电路板上，且与指纹采集面相对，定位柱可以对电路板进行固定和限位，扩展了棱镜的功能，可以去除模具和结构件等元件，降低了指纹采集装置结构的复杂度和成本，此外，光机一体部件可以应用光学塑料等折射率更高的材质进行一体化生产，一方面，使用注塑工艺生产，可以缩短加工周期，另一方面，可以缩短光程，减小棱镜的体积，从而进一步减小指纹采集装置的体积。

附图说明

图1是目前一种指纹采集装置的结构示意图；

图2a是目前一种指纹采集装置的棱镜的仰视图；

图2b是目前一种指纹采集装置的棱镜的侧视图；

图3是本实用新型一个实施例的一种指纹采集装置的结构示意图；

图4a是本实用新型一个实施例的一种棱镜的仰视图；

图4b是图4a的A-A向剖视图；

图4c是图4a的B-B向剖视图；

图5a是本实用新型一个实施例的一种定位柱的侧视图；

图5b是本实用新型一个实施例的一种定位柱的仰视图；

图6a是本实用新型一个实施例的另一种定位柱的侧视图；

图6b是本实用新型一个实施例的另一种定位柱的仰视图；

图7是本实用新型一个实施例的一种在直角梯形的棱镜的光线传播的示意图；

图8是本实用新型一个实施例的一种在三角形的棱镜的光线传播的示意图；

图9是本实用新型一个实施例的一种镜头模组的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见图3，示出了本实用新型一个实施例的一种指纹采集装置的结构示意图。

如图3所示，指纹采集装置包括封装壳(图3未示出)、电路板301、光源302、光机一体部件303和镜头模组304等元件。

光机一体部件303是为一体化结构，所谓一体化结构，指光机一体部件303是为一个独立的整体，并非由多个独立的元件组装而成。

光机一体部件303包括棱镜3031和多个定位柱3032。

棱镜3031包括指纹采集面30311、光入射面30312、光出射面30313。

多个定位柱3032在光入射面30312之下凸出。

进一步而言，指纹采集面30311用于承载用户的手指，用户的手指可以直接接触指纹采集面30311，也可以近距离悬空在指纹采集面30311上。

光入射面3032用于入射光线。

在光入射面3032的一种实施结构中，光入射面3032上可以具有扩散膜。

在光入射面3032的另一种实施结构中，参见图4a，示出了本实用新型一个实施例的一种指纹采集装置的仰视图。

参见图4b，示出了本实用新型一个实施例的图4a的A-A向剖视图。

参见图4c，示出了本实用新型一个实施例的图4a的B-B向剖视图。

如图4a、图4b和图4c所示，对光入射面30312的部分区域进行电火花或者晒纹等处理，将光入射面30312处理成磨砂面或者特殊的纹理，使得光入射面30312具有纹路结构303121。

纹路结构303121位于光源302的光入射方向，通过该指定的纹路结构303121入射光线，该指定的纹路结构303121实现匀光作用。

本实用新型实施例通过材料的改变，将棱镜3031下表面进行了光学纹路处理，代替扩散膜，将棱镜和扩散膜合二为一，降低了组装工艺并减低了成本。

在光入射面3032上有多个凸出的定位柱3034，如4个、6个、8个等等，用于和电路板301进行固定和限位。

参见图5a，示出了本实用新型一个实施例的一种定位柱的侧视图。

参见图5b，示出了本实用新型一个实施例的一种定位柱的仰视图。

参见图6a，示出了本实用新型一个实施例的另一种定位柱的侧视图。

参见图6b，示出了本实用新型一个实施例的另一种定位柱的仰视图。

如图5a、图5b、图6a和图6b所示，定位柱3032的位置、形状可以根据实际需求(如配套电路板301)进行设计，可以设计成圆柱形、长方体形等形状，本实用新型实施例对此不加以限制。

定位柱3032具有底座部件30321和柱身部件30322，底座部件30321连接在光入射面3022上，柱身部件30322连接在底座部件30321上，底座部件30321的横截面积比柱身部件30322的横截面积大，柱身部件30322穿设在电路板301对应的通孔中。

光出射面30313用于射出光线。

在具体实现中，光线通过光入射面30312入射进入棱镜3031，到达指纹采集面30311，如果在指纹采集面30311上方没有手指，则光线从指纹采集面30311射出，如果在指纹采集面30311上方具有手指，光线由手指的指纹反射回棱镜3031，最后从光出射面30313射出。

进一步而言，在一种棱镜3031的结构中，如图7所示，棱镜3031为直角梯形棱镜，除了指纹采集面30311、光入射面30312与光出射面30313之外，该棱镜303还可以设置光反射面30314，该光反射面30314可以镀金属膜，对光线进行反射。

在此结构中，指纹采集面30311与光入射面30312上下平行，光反射面30314与光出射面30313左右相对，其侧面为直角梯形。

光线(箭头方向)通过光入射面30312入射进入棱镜3031，到达指纹采集面30311，光线经过纹采集面30311上手指40的指纹反射，到达光反射面30314，光反射面30314对光线进行反射，从光出射面30313射出。

在另一种棱镜3031的结构中，如图8所示，棱镜3031为三角形棱镜，指纹采集面30311、光入射面30312与光出射面30313两两相接，棱镜3031的侧面为三角形。

光线(箭头方向)通过光入射面30312入射进入棱镜3031，到达指纹采集面30311，光线经过纹采集面30311上手指40的指纹反射，直接从光出射面30313射出。

当然，上述棱镜3031的结构只是作为示例，在实施本实用新型实施例时，可以根据实际情况设置其他棱镜3031的结构，在不同的结构中，光线的传播路径可能有所不同，本实用新型实施例对此不加以限制。另外，除了上述棱镜3031的结构外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用其它棱镜3031的结构，本实用新型实施例对此也不加以限制。

在本实用新型的一个实施例中，棱镜3031的材质的折射率比冕玻璃(crownglass)高，其中，棱镜3031的材质可以为光学塑料，即用作光学介质材料的塑料，例如E48R、PC(聚碳酸脂)、480R、330R、PMMA(PolymethylMethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等等，则可以通过注塑工艺生产棱镜3031。

对于注塑生产工艺，通过模具进行注塑生产光学塑料等材质的棱镜3031，可以实现棱镜在各个表面的任意造型，其中可以在光入射面之下凸出多个定位柱。

在模具完成后，相对于冷加工的生产效率，大大提高生产效率，可以在几秒中内生产一个棱镜3031，如果模具穴数多的话，会更快。

例如，模具穴数为4穴、8穴、12穴等，可以几秒钟同时生产4个、8个、12个棱镜303。

目前，如果应用玻璃进行生产，棱镜的长度为25毫米(mm)至35毫米，厚度为8毫米至10毫米，折射率为1.51至1.52。

在本实用新型实施例中，应用光学塑料等折射率更高的材质进行一体化生产直角梯形的棱镜3031，可以缩短光程，棱镜3031的长度为20毫米至27毫米，厚度为6毫米至9毫米，折射率为1.5至1.7，可以减小棱镜3031的体积。

在本实用新型实施例中，如图3所示，电路板301中有多个通孔，多个定位柱3032固定在电路板301的多个通孔中。

在具体实现中，定位柱3032与通孔的数量相同，位置相同，定位柱3032穿过通孔，通过热熔等方式，将定位柱3032融化，达到固定的作用。

此外，光源302安装在电路板301上，且与指纹采集面30311相对，其中，该光源3012可以为LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)等元件，用于发射光线，从光入射面30312入射至棱镜3031中，到达指纹采集面3031。

在本实用新型实施例中，如图3所示，镜头模组304安装在光出射面30313一侧，一般情况下，镜头模组304的光轴与棱镜3031的成像光轴平行。

在棱镜3031反射的光线的量依赖于压在指纹采集面30311上指纹的脊和谷的深度以及皮肤与指纹采集面30311间的油脂和水分，光线经棱镜3031照射到谷的地方后在指纹采集面30311与空气的界面发生全反射，光线被反射到镜头模组304，而射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与指纹采集面3031吸收或者漫反射到别的地方，这样就在镜头模组304形成了指纹的图像。

目前，如果应用玻璃进行生产棱镜，镜头模组的焦距在3毫米至5毫米。

在本实用新型实施例中，应用光学塑料等折射率更高的材质进行一体化生产棱镜3031，镜头模组304的焦距为2毫米至4毫米，缩短了焦距，视场角会相应的变大，对于同样尺寸的物面，本来需要30毫米的物距，现在25毫米至27毫米就可以实现，因此，可以减小指纹采集装置的体积。

参见图9，示出了本实用新型一个实施例的一种镜头模组的结构示意图。

如图9所示，镜头模组304包括透镜组3041、光阑3042、滤光片3043、图像传感器3044、镜筒3045和镜座3046等元件。

其中，透镜组3041至少包括两片球面或非球面透镜，例如，沿光轴方向依次布置第一凸透镜、凹透镜、第二凸透镜。

采用多片透镜进行指纹成像，增加了整个指纹采集装置的光学调整的自由度，即可调整变量数量大幅增加，例如，透镜的折射率、色散系数、透镜的曲率、透镜的厚度、非球面系数、透镜间间距等等，通过不断优化调整透镜的各项参数，从而使像差校正到最小，使成像质量最佳，从而提高图像细节分辨率。

透镜组3041依次镶嵌在镜筒3045中(如位于第一凸透镜、凹透镜之间)，镜筒3045固定在镜座3046的一端。

光阑3042设置在透镜组3041中，若透镜组3041依次为第一凸透镜、凹透镜、第二凸透镜，则光阑3042可以设置在第一个凸透镜与凹透镜之间，光阑3042可以用于控制进入镜头模组304的光线，调整图像整体清晰度和亮度。

滤光片3043设置在透镜组3041之后，其为可见光窄带滤光片，滤波范围根据指纹采集装置所用的光源302而定，将透过应用的波段，不用的波段截止，例如，滤波的范围为图像传感器3044敏感度较高的495nm至555nm绿色波段。

图像传感器3044(如COMS)设置在滤光片3043之后，镶嵌在镜座3046的另一端，光线到达图像传感器3044进行成像，获得指纹图像。

由于光学式的指纹采集装置的基本成像原理是利用光的全反射来实现指纹图像的高对比度，为使手指接触指纹采集面3031产生全反射，光轴与指纹采集面30311需要存在一定的倾斜角度，通过采用棱镜303作为采集面，将光线通过光出射面3033成像到像面(即图像传感器3044)。

如图9所示，图像传感器3044与光轴垂直方式的逆时针所成的角度α为5°，物面60(可以是真实的物体面或虚拟的物体面)倾斜的角度β为50°至60°，通过简单调整镜头模组304与物面60之间的距离，可以使成像的畸变像差减小到一个较小值，一定程度上校正畸变，降低后续指纹识别的难度。

透镜组3041与物面60之间的距离L为30毫米至50毫米。

当然，上述镜头模组304的结构只是作为示例，在实施本实用新型实施例时，可以根据实际情况设置其他镜头模组304的结构，本实用新型实施例对此不加以限制。另外，除了上述镜头模组304的结构外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用其它镜头模组304的结构，本实用新型实施例对此也不加以限制。

本实用新型实施例的指纹采集装置包括电路板、光源、光机一体部件和镜头模组，光机一体部件包括棱镜和多个定位柱，该棱镜包括指纹采集面、光入射面、光出射面，多个定位柱在光入射面之下凸出，镜头模组安装在光出射面一侧，电路板中有多个通孔，棱镜的多个定位柱固定在电路板的多个通孔中，光源安装在电路板上，且与指纹采集面相对，光源安装在电路板上，且与指纹采集面相对，定位柱可以对电路板进行固定和限位，扩展了棱镜的功能，可以去除模具和结构件等元件，降低了指纹采集装置结构的复杂度和成本，此外，光机一体部件可以应用光学塑料等折射率更高的材质进行一体化生产，一方面，使用注塑工艺生产，可以缩短加工周期，另一方面，可以缩短光程，减小棱镜的体积，从而进一步减小指纹采集装置的体积。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种指纹采集装置，其特征在于，所述指纹采集装置包括电路板、光源、光机一体部件和镜头模组；

所述光机一体部件包括棱镜和多个定位柱；

所述棱镜包括指纹采集面、光入射面、光出射面，所述多个定位柱在所述光入射面之下凸出；

所述镜头模组安装在所述光出射面一侧；

所述电路板中有多个通孔，所述棱镜的多个定位柱固定在所述电路板的多个通孔中；

所述光源安装在所述电路板上，且与所述指纹采集面相对。

2.根据权利要求1所述的指纹采集装置，其特征在于，所述棱镜的材质的折射率比冕玻璃高。

3.根据权利要求1或2所述的指纹采集装置，其特征在于，所述棱镜的材质为光学塑料。

4.根据权利要求1或2所述的指纹采集装置，其特征在于，所述棱镜还包括光反射面；

所述指纹采集面与所述光入射面上下平行，所述光反射面与所述光出射面左右相对。

5.根据权利要求4所述的指纹采集装置，其特征在于，所述棱镜的长度为20毫米至27毫米，厚度为6毫米至9毫米；所述镜头模组的焦距为2毫米至4毫米。

6.根据权利要求1或2或5所述的指纹采集装置，其特征在于，所述定位柱具有底座部件和柱身部件，所述底座部件连接在所述光入射面上，所述柱身部件连接在所述底座部件上，所述底座部件的横截面积比所述柱身部件的横截面积大，所述柱身部件穿设在所述电路板对应的通孔中。

7.根据权利要求1或2或5所述的指纹采集装置，其特征在于，所述光入射面具有纹路结构，所述纹路结构位于所述光源的光入射方向。

8.根据权利要求1或2或5所述的指纹采集装置，其特征在于，所述镜头模组包括透镜组、光阑、滤光片、图像传感器；

其中，所述光阑设置在所述透镜组中，所述滤光片设置在所述透镜组之后，所述图像传感器设置在所述滤光片之后。

9.根据权利要求8所述的指纹采集装置，其特征在于，所述图像传感器与光轴垂直方式的逆时针所成的角度为5°。

10.根据权利要求8所述的指纹采集装置，其特征在于，物面倾斜的角度为50°至60°，所述透镜组与物面之间的距离为30毫米至50毫米。