CN2746411Y - 指纹辨识器的光学引擎结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型是一种指纹辨识器的光学引擎结构，由一光学棱镜及感应装置所构成，该光学棱镜是由一棱镜及一透镜结合成的一体成型体，其特征在于：光学棱镜的棱镜部分至少包括供手指按压的光学面A，面向LED光源的光学面B，第一全反射光学面C及第二全反射光学面D等四个主要光学面，其中第一全反射光学面C与光学面B间夹角约为130度，光学面A与光学面B两光学面间的向上夹角为锐角，由此形成宽度较小的第二全反射光学面D。由此，使整体容积缩小化，利于模块化设计，且手指纹至感应器间成为完整的光学路径，使系统的信噪比(S/N)提升，而增进光学引擎品质的稳定性及可靠性。

Description

指纹辨识器的光学引擎结构
技术领域
本实用新型涉及一种指纹辨识器的光学引擎结构，特别是一种利用一体成型且兼具有棱镜与透镜功能的光学棱镜体，藉以取代传统光学式指纹辨识器的光学引擎分由一直角棱镜及一透镜所构成的两件式结构型态，从而简化组装结构以避免传统两件式结构型态的缺点，并增进光学引擎品质的稳定性及可靠性。
背景技术
目前市场上指纹辨识器所使用的光学引擎分为传统光学式、光纤式及电容式等不同构成方式，其中，光纤式及电容式者成本较高，以致市场上的主流产品仍为传统光学式；如图1所示，传统光学式光学引擎10主要由一直角棱镜11(right angle prism)及一透镜12所构成的两件式结构型态，而手指F置放位置13是在直角棱镜11的斜光学面上，而LED光源14设在直角棱镜11的一光学面15(如图标的水平面)处，而利用Snell’s law使LED光源14散发的光在手指F置放位置13处形成全反射，使指纹成为明显的黑白条纹而经由直角棱镜11的另一光学面16(如图标的垂直面)射出，再经过透镜12显像在感应装置17上。而传统光学式光学引擎10的两件式结构型态，在结构及使用上存在以下缺陷：
(1)、两件式结构型态的整体容积较大，不利于普及化。
(2)、两件式结构型态中直角棱镜11及透镜12须精准定位以使光路正确，致使组装配件增加，组装作业亦较麻烦，成本相对提高。
(3)、由于棱镜11为一直角棱镜(right angle prism)，导致感应装置17上也会出现LED光源14的影像，造成信噪比(S/N)偏低，影响使用效率。
(4)、手指F置放位置13为一平面，使用者必须稍微施压始可取得足够的指纹影像，易造成使用者不便。
发明内容
本实用新型主要目的是提供一种指纹辨识器的光学引擎结构，利用一体成型的单一件光学棱镜而兼具有棱镜全反射与透镜显像的双重功能，藉以取代传统光学式光学引擎由一直角棱镜及一透镜所构成的两件式结构型态，从而具有避免传统两件式结构型态、减少组装配件、加工误差相对降低、增进光学引擎品质的稳定性及可靠性的技术效果。
本实用新型再一目的是提供一种指纹辨识器的光学引擎结构，其中该一体成型的光学棱镜本体上所具有的棱镜功能并非是传统的直角棱镜方式，其手指置放处的对应角系变更为约130°(传统的直角棱镜为90°，如图1所示)，且使指纹影像经两次全反射后再进入同一光学棱镜本体上的透镜部分，而可使手指纹至感应器间成为完整的光学路径，并提升系统的信噪比(S/N)。
本实用新型又一目的是提供一种指纹辨识器的光学引擎结构，利用一体成型的单一件光学棱镜而兼具有棱镜全反射与透镜显像的双重功能，使LED光源可安排于光学棱镜周围，且使手指置放处呈半径约60mm的圆弧状凹面，符合人体工学，并使指纹取像更为清晰。
本实用新型的上述目的是这样实现的，一种指纹辨识器的光学引擎结构，由一光学棱镜及感应装置所构成，该光学棱镜是由一棱镜及一透镜结合成的一体成型体，其特征在于：光学棱镜的棱镜部分至少包括供手指按压的光学面A，面向LED光源的光学面B，第一全反射光学面C及第二全反射光学面D等四个主要光学面，其中第一全反射光学面C与光学面B间夹角约为130度，光学面A与光学面B两光学面间的向上夹角为锐角，由此形成宽度较小的第二全反射光学面D；光学棱镜的透镜部分位于第二全反射光学面D与光学面B之间的延伸体上，并在透镜尾端处形成一非球面，该非球面面向感应装置的接收面。
因而在使用本实用新型时，LED光源光线可由光学面B折射进人光学棱镜内，而照射到按压在光学面A上的手指的指纹面，而指纹影像光线则在光学棱镜内朝向第一全反射光学面C，经第一全反射光学面C全反射折返后朝向第二全反射光学面D行进，再经第二全反射光学面D全反射折返后进入透镜，并朝向透镜尾端的非球面行进，而藉透镜及尾端的非球面显像，供感应装置作影像处理。
下面结合附图所示的具体实例对本实用新型进行详细说明。
附图说明
图1是传统光学式指纹辨识器的光学引擎结构的侧面示意图；
图2是本实用新型一侧面示意图；
图3是本实用新型单一件光学棱镜的立体示意图；
图4是图3的另一视角立体示意图；
图5是本实用新型的光学引擎的光路示意图；
图6是本实用新型的光学棱镜中透镜端示意图(附有参考尺寸)；
图7A、图7B、图7C是本实用新型的光学棱镜一实施例构造的三面示意图(附有参考尺寸)。
附图标记说明：棱镜20；圆弧状凹面21；棱镜面22；棱镜面23；透镜30；非球面31；感应装置40；接收面41；光学棱镜50；光学面A；光学面B；第一全反射光学面C；第二全反射光学面D。
具体实施方式
参见图2、图3、图4，本实用新型的指纹辨识器的光学引擎结构主要包括棱镜20、透镜30及感应装置40，其中，棱镜20及透镜30结合在一个一体成型的单一件光学棱镜50上，使光学棱镜50兼具有棱镜20的全反射功能及透镜30的显像功能，从而取代图1所示的传统光学式光学引擎中直角棱镜11与透镜12所构成的两件式结构型态，此乃本实用新型的主要特征。
又光学棱镜50单一体上包括棱镜20及透镜30两部分，其中，棱镜20并非设计成如传统直角棱镜11的直角三棱镜构造，而传统直角棱镜11由于是一直角棱镜(right angle prism)构造，指纹影像直接离开直角棱镜11并进入透镜12而显像在感应装置17上，致感应装置17上也会出现LED光源14的影像，使信噪比(S/N)降低而影响使用效率。然而，本实用新型光学棱镜50的棱镜20部分则是一具有光路可往复折返功能的棱镜构造，且至少包括一供手指F按压的光学面A，一面向LED光源的光学面B，一第一全反射光学面C及一第二全反射光学面D等四个主要光学面，其中第一全反射光学面C与光学面B的夹角约为130°，由此取代传统直角棱镜11中如图1所示的90°夹角，并使光学面A与光学面B两光学面间的向上夹角为锐角，从而形成宽度较小的第二全反射光学面D。而透镜30位于第二全反射光学面D与光学面B之间的延伸体上，并在透镜30尾端处形成一非球面31，如图6所示，该非球面31面向感应装置40的接收面41，而感应装置40是一种影像接收及处理装置，如CMOS器件或CCD器件。
依上述光学棱镜50中棱镜20的设计，指纹影像经第一全反射光学面C及第二全反射光学面D两次全反射再进入透镜30显像，故可有效提高信噪比(S/N)。又供手指F按压的光学面A上特别形成一呈半径约60mm的圆弧状凹面21，使手指F直接按压在圆弧状凹面21中，既可符合人体工学，亦使指纹取像更为清晰。
则使用时，如图5所示，设在光学面B外缘面处的LED光源光线由光学面B折射进人光学棱镜50本体内，而照射到按压在光学面A圆弧状凹面21上的手指F的指纹面；而指纹影像光线L则在光学棱镜50内朝向第一全反射光学面C，经第一全反射光学面C全反射折返后朝向第二全反射光学面D行进，再经第二全反射光学面D全反射折返后进入透镜30，并朝向透镜30尾端的非球面31行进，而藉透镜30及尾端的非球面31显像，供感应装置40作影像处理。
再参阅图7A、图7B、图7C所示的本实用新型光学棱镜40的一实施例成品示意图，由于光学棱镜50的单体设计，使本实用新型的光学引擎及指纹辨识器整体得以轻薄短小化，如尺寸可控制在14.5mm(H)×44mm(L)×26mm(W)，利于模块化设计，而可简便安装于各种产品上配合使用，且模块上可包含USB插座。又光学棱镜50单体上所具有多个平整面亦可作为组装时的定位面，而简化组装作业；而且单体的光学棱镜50设计成为完整的光学路径，可搭配固定良好的CMOS方式感应装置40，而成为品质稳定可靠的光学引擎模块。
在本实用新型的光学棱镜50结构中，第一全反射光学面C及第二全反射光学面D的全反射(TIR，Total Internal Reflection)功能可藉光学棱镜50的材质或各光学面相互间角度配合设计来实现，亦可直接在第一全反射光学面C及第二全反射光学面D上镀反射膜(如铝膜)，以达成光学棱镜50设计所需求的全反射效果。
依上述光学棱镜50中棱镜20的设计，LED光源可面向光学面B设置外，还可安排于光学棱镜50的其它周围面上，如图3、图4中的棱镜面22、23上，而达到最佳的光源效率。

Claims (6)

1、一种指纹辨识器的光学引擎结构，由一光学棱镜及感应装置所构成，该光学棱镜是由一棱镜及一透镜结合成的一体成型体，其特征在于：光学棱镜的棱镜部分至少包括供手指按压的光学面A，面向LED光源的光学面B，第一全反射光学面C及第二全反射光学面D等四个主要光学面，其中第一全反射光学面C与光学面B间夹角约为130度，光学面A与光学面B两光学面间的向上夹角为锐角，由此形成宽度较小的第二全反射光学面D；光学棱镜的透镜部分位于第二全反射光学面D与光学面B之间的延伸体上，并在透镜尾端处形成一非球面，该非球面面向感应装置的接收面。
2、如权利要求1所述的指纹辨识器的光学引擎结构，其特征在于，供手指按压的光学面A上设置一半径约60mm的圆弧状凹面。
3、如权利要求1所述的指纹辨识器的光学引擎结构，其特征在于，第一全反射光学面C为一镀膜面。
4、如权利要求1所述的指纹辨识器的光学引擎结构，其特征在于，该第二全反射光学面D为一镀膜面。
5、如权利要求1所述的指纹辨识器的光学引擎结构，其特征在于，LED光源安排于光学棱镜的其它周围面上。
6、如权利要求1所述的指纹辨识器的光学引擎结构，其特征在于，该感应装置为CMOS器件。
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CN102486825A (zh) * 2010-12-06 2012-06-06 一品国际科技股份有限公司 指纹影像撷取装置
CN101201896B (zh) * 2006-12-13 2013-03-20 日立麦克赛尔株式会社 生物体认证用摄像模块、生物体认证装置及棱镜

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