JP2018512635A - ハニカム構造の指紋掌紋画像採集器及び端末装置 - Google Patents

Abstract

指紋掌紋画像採集器及び端末装置はハニカム構造を有する。指紋掌紋画像採集器は導光板と、少なくとも光の一部を前記導光板に入射する光源とを備える。ハニカム板が前記導光板の一面に設置される。相互に平行な複数の穴が前記ハニカム板に密に設置される。前記穴の直径が０．５〜５０マイクロメートルである。採集対象の指紋または掌紋の大きさが採集された画像の大きさと同じである。前記ハニカム板の厚みが前記穴の直径の５倍以上である。隣接した前記穴の中心間距離が５０．８マイクロメートル以下である。画像センサが前記マイクロメートルの他面に設置される。その指紋掌紋画像採集器は端末装置に内蔵されることができる。本発明のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器は、構造がコンパクトであり、厚さが薄く、指紋画像のコントラストを高めることができ、乾いたまたは濡れた指への適応性を高めることができる。ハニカム構造の指紋掌紋画像採集器が端末装置に内蔵されるため、その端末装置は少数の追加部品かつ低コストで指紋掌紋画像採集機能を実現する。

Description

本出願は、２０１５年１月２９日に中華人民共和国国家知識産権局に出願された、中国特許出願２０１５１００４６９９１．１、発明の名称「ハニカム構造の指紋掌紋画像採集器及び端末装置」の中国特許出願に対して優先権を主張するものであり、その全体が参照によって本明細書に組み入れられる。

本開示は画像採集技術に関し、具体的に、ハニカム構造の指紋掌紋画像採集器及びその画像採集器を有する端末装置に関する。

現在、指紋掌紋画像採集器は多くの分野で使用されており、例えば、携帯電話、タブレット、テレビおよび他の電子端末に、ならびに様々なセキュリティシステムにて使用されている。超薄型電子端末の開発動向に伴い、電子端末に内蔵された画像採集器の体積、厚み及び採集される画像の鮮明度などに対する要求が高まっている。

現有の指紋画像採集器、例えば中国特許出願公開番号２０１１２０４０３３０１．０公報で公開された薄型光学指紋採集器は、一般的には画像採集プリズムと、結像装置と、画像処理素子とを含む。結像装置は、レンズ組立体、光電信号変換回路、デジタル処理装置などをさらに含む。指紋に対する光採集部品として画像採集プリズムを採用しており、またレンズ組立体は指紋の光イメージングのために必要であるため、光イメージング（結像）の要求を満たすように十分に長い光路が必要である。画像採集プリズムとレンズ組立体組立体自体が大きな体積と厚みを有することに加え、光路が長いなどの要因によって、指紋画像を採集するために画像採集器は比較的大きな体積と厚みを有しなければならない。また、画像採集プリズムとレンズ組立体などのように互いに関連する部品により高いコストと複雑な構造がもたらされるため、現在の画像採集器では、低コスト、小体積、超薄型化などの様々な電子端末に対する要求を満たすことが難しい。

したがって、いかに光学画像採集器の厚みを減少させるか、また、いかに採集される画像の鮮明度を高めるかは当業者が解決したい解決したい技術的課題となる。

本発明の目的は、ハニカム構造の指紋掌紋画像採集器及び端末装置を提供することであり、それらは、構造がコンパクトであり、厚さが薄く、低コストであり、指紋画像のコントラストを高めることができ、乾いたまたは濡れた指への適応性を高めることができる。

上述目的を達成するために、本開示に係るハニカム構造の指紋掌紋画像採集器が提供される。指紋掌紋採集器は、導光板と、少なくとも光の一部を前記導光板に入射する光源と、を備える。ハニカム板は前記導光板の一面に設置される。相互に平行な複数のビアが前記ハニカム板に密に設置されている。前記ビアの直径が０．５〜５０マイクロメートルであり、採集対象の指紋または掌紋の大きさが採集された画像の大きさと同じである。前記ハニカム板の厚みがビアの直径の５倍以上であり、隣接したビアの中心間距離が５０．８マイクロメートル以下である。画像センサが前記ハニカム板の他面に設置される。

さらに、前記ビアの中心軸線とハニカム板の水平面とのなす角度は３０度以上であって９０度以下である。

さらに、前記光源は導光板の側面及び／または上面及び／または下面に設置される。

さらに、複数の前記ビアはアレイ状に配置されるまたは千鳥配置される。

さらに、拡散反射層は、前記ハニカム板において導光板に対向する面に配置される。

さらに、前記拡散反射層は、隣接した前記ビアの間に設けられた凸状構造から形成される。

さらに、前記導光板と前記ハニカム板とは、互いに離れて距離をあけるように、または互いに接続されるように配置され、前記ハニカム板と前記画像センサとは、互いに離れて距離をあけるように、または互いに接続されるように配置される。

さらに、前記光源は導光グローブを有する支持体によって導光板上に固定され、前記光源は前記導光グローブ内に設置される。前記導光グローブは、法線と、前記光源から出射されて前記導光グローブを通過して導光板に入射した光とのなす角度を、arcsin(n₀/n₂)からarcsin(n₁/n₂)までの範囲内に制御する。ここで、n₀は空気の屈折率を示し、n_１は導光板に接触する物体の表面にある液体の屈折率を示し、n_２は導光板の屈折率を示す。

さらに、前記ハニカム板は光ファイバ板に置き換えられる。前記光ファイバ板は相互に平行に密に配置された複数の光ファイバから形成される。それぞれの光ファイバの一端が導光板に向かい、それぞれの他端が画像センサに向かっている。

前述したハニカム構造を有する指紋掌紋画像採集器を備える端末装置が提供される。

前述方案を採用すると、本開示は以下の有益な効果をもたらす。

１．導光板と、ハニカム板と、光源と、画像センサとを備えるハニカム構造の指紋掌紋画像採集器は、構造がコンパクトであり、厚さが薄い。指または手のひらが導光板に触れている場合、導光板における光の全反射が阻害される。一部の光は導光板から漏れて指の表面または手のひらの表面に投射され、様々な角度を有する拡散光を形成する。ハニカム板に密に配置された相互に平行なビアによって、ビアと平行する単一方向の光のみがハニカム板を通過でき、複数の方向の迷光をよく遮蔽することができる。ビアの大きさは単一の光または光ビームのみがビアを通過できるように設定され、イメージングは小さい範囲、例えば１画素、において行われるので、採集対象の指紋または掌紋の大きさが採集された画像の大きさと同じとなる。ビアに平行または略平行な光はビアを通過して画像センサに投影し、デジタル画像信号を生成する。指紋掌紋採集にとって、指紋または掌紋の谷構造に対して平行な光は高コントラストな画像を取得するために用いられる。すなわち、指または手のひらに反射された単一方向の平行光において、指または手のひらの隆起部分に反射された光の強度は、指または手のひらの谷部分に反射された光の強度より強く、よって、指紋または掌紋の画像はより鮮明になる。

２．本開示において、拡散反射層はハニカム板において導光板に近い面に配置される。このようなデザインによって、導光板における全反射はさらに阻害されるため、乾いた指の問題が効果的に解決され、乾いたまたは濡れた指への適応性が向上する。

３．本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器が端末装置に内蔵されるため、その端末装置は少数の追加部品かつ低コストで指紋掌紋画像採集機能を実現する。

この明細書の一部を構成する添付図面は、本開示に対して更なる理解のために提供される。本開示の例示的な実施例及び記載は本発明を説明するために用いられ、不当に本開示の範囲を制限しようとするものでない。図面には：
本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器の第１実施例の概念図である。 本開示に基づく画像採集器の第２実施例の概念図である。 本開示に基づく画像採集器の第３実施例の概念図である。 本開示に基づく画像採集器の第４実施例の概念図である。 本開示に基づく画像採集器の第５実施例の概念図である。 本開示に基づく画像採集器の第６実施例の概念図である。 本開示に基づく端末装置の第１実施例の概念図である。 本開示に基づく端末装置の第２実施例の概念図である。

以下、図面と合同でさらに本開示の実施例を説明する。

図１は本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器の第１実施例の概念図である。指紋掌紋画像採集器は導光板１と、光源２と、ハニカム板３と、画像センサ５とを含む。

導光板１は様々な材質から、例えば、ガラス板及び様々な透明素材から選択できる。

光源２は少なくとも光の一部を導光板１に入射させる。光源２はＬＥＤ灯または他の発光要素であってもよく、ここでは限定しない。光源２は導光板１の側面及び／または上面及び／または下面に設置される。この実施例において、光源２は導光板１の左側に設置され、接着または他の固定手段によって直接に導光板１に固定されている。

この実施例において、ハニカム板３は光源２の下に、光源２と互いに距離を保つように設置される。相互に平行な複数のビア４がハニカム板３に密に設置される。一般的に、ビア４は円孔である。ビア４の中心軸線とハニカム板３の水平面とのなす角度は３０度以上であって９０度以下である。この実施例において、その角度は９０度である。ビア４の直径は０．５〜５０マイクロメートルである。好ましくは、ビア４の直径は１マイクロメートル以上であり、５．８マイクロメートル以下である。この実施例において、複数のビア４の直径は相等しい。なお、複数のビア４の直径は相等しくなくてもよい。これらのビア４はアレイ状に配置されるまたは千鳥配置されることができ、どちらも本開示の範囲に含まれる。この実施例において、ビア４の大きさは単一の光または光ビームのみがビア４を通過できるように設定される。さらに、結像は小さい範囲、例えば１画素、において行われる。もちろん、結像の範囲は１画素より広くてもよい。採集対象の指紋または掌紋の大きさが採集された画像の大きさと同じである。これらの実施形態は全部、本開示の範囲に含まれる。ハニカム板３の厚みがビア４の直径の５倍以上である。隣接したビア４の中心間距離は５０．８マイクロメートル以下である。この実施例において、中心間距離が５０．８マイクロメートルと選択され、よって、密に設置されたビア４を有する画像採集器は５００ＰＰＩの解像度という要求を満たすことができる。隣接したビア４の中心間距離は２５．４マイクロメートルと選択されると、画像採集器は１０００ＰＰＩの解像度という要求を満たすことができる。隣接したビア４の中心間距離は１２．７マイクロメートルと選択されると、画像採集器は２０００ＰＰＩの解像度という要求を満たすことができる。

画像センサ５はＣＭＯＳまたはＣＣＤ撮像素子を含む。この実施例において、画像センサ５は接着またはねじ接続によってハニカム板３の下面に固定されている。

使用時に、導光板１は指または手のひらに触れる。指または手のひらが導光板１を触れていない場合、光源２から放たれた光は導光板１に入射し、導光板において少なくとも一部の光が全反射によって伝播する。指または手のひらが導光板１を触れている場合、指または手のひらの表面の屈折率が空気の屈折率と異なるので（指または手のひらの表面に存在する汗の屈折率は水の屈折率に近い）、導光板１における光の全反射は阻害される。一部の光は導光板１から漏れて指の表面または手のひらの表面に投射し、様々な角度を有する拡散光を形成する。ハニカム板３に密に設置された相互に平行なビア４によって、ビア４と平行する単一方向の光のみがハニカム板３を通過することができ、複数の方向の迷光をよく遮蔽することができる。ビア４の大きさは単一の光または光ビームのみがビアを通過できるように設定され、採集対象の指紋または掌紋は１画素のみにおいて結像するので、採集対象の指紋または掌紋の大きさ（すなわち、物体の大きさ）が採集された画像の大きさ（すなわち、画像全体の大きさ）と同じである。言い換えると、指紋又は掌紋は密な物点（１つの物点の大きさは１画素の大きさと同一である）から形成されるものとされ、これらの物点はビア４を通過した平行光によって送られ、光学信号は画像センサ５に送られる。指紋掌紋採集にとって、指紋または掌紋の谷構造に対して平行な光は高コントラストな画像を取得するために用いられる。すなわち、指または手のひらに反射された単一方向の平行光において、指または手のひらの隆起部分に反射された光の強度は、指または手のひらの谷部分に反射された光の強度より強く、よって、指紋または掌紋の画像はより鮮明になる。

本開示においては、平行光による結像原理を用いて、十分に小さい物体を採集できることと、その物体に平行光を照射することにより、その物体の大きさと同じな大きさを有する画像を得ることができる。

図２は本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器の第２実施例の概念図であり、大半の構造は図１に示された実施例と同様である。図１に示された実施例との差異点は以下通りである。光源２の数は２つであり、その２つの光源２はそれぞれ支持体によって導光板１の下面の両端に固定される。導光グローブ７は支持体６の上面にそれぞれ設置される。２つの光源２は２つの導光グローブ７にそれぞれ設置される。導光グローブ７は、法線と、光源２から射出されてその導光グローブ７を通って導光板１に入射した光とのなす角度αを、arcsin(n₀/n₂)からarcsin(n₁/n₂)までの範囲内に制御する。ここで、n₀は空気の屈折率を示し、n₁は導光板に接触する物体の表面にある液体の屈折率を示し、n₂は導光板の屈折率を示す。角度αの範囲は反射の法則に基づいて引き出される。n₀が１．０で、n₁が１．３３で、n₂が１．５である場合、角度αは４１．８度から６２．５度までの範囲内にある。この実施例において、αとして４５度を選択した。このようなデザインは下記利点をもたらす。指または手のひらが導光板１を触れていない場合、光源２から射出されて導光板１に入射した、その角度範囲内にある光は、導光板１において全反射によって横方向で伝播することができる（図２に示された全反射の光路の概念図を参照）。また、指または手のひらが導光板１を触れている場合、導光板１における全反射伝播が阻害され、拡散光を形成する。拡散光は密に設置されビア４を通過して画像センサ５に結像する。

図３は本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器の第３実施例の概念図であり、大半の構造は図１に示された実施例と同様である。図１に示された実施例との差異点は以下通りである。画像センサ５はハニカム板３と互いに距離を保つようにハニカム板３の下に設置される。ハニカム板３のビア４の中心軸線は右下に傾く。ビア４の中心軸線とハニカム板の水平面とのなす角度は３０度以上である。この実施例において、その角度として４５度を選択した。各ビア４は相互に平行する。

このようなデザインによって、指または手のひらが導光板１を触れている場合、導光板１における光の全反射は阻害される。一部の光は導光板１から漏れて指の表面または手のひらの表面に投射し、様々な角度を有する拡散光を形成する。ビア４と平行または略平行な光のみ、すなわち、４５度または約４５度で右下に傾く光のみがビア４を通過して画像センサ５に投影することができ、外部からの迷光による妨害を効果的に低減することができる。谷構造を有する指紋または掌紋に対して、平行光は高コントラストな画像を取得するために用いられる。

図４は本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器の第４実施例の概念図であり、大半の構造は図１に示された実施例と同様である。図１に示された実施例との差異点は以下通りである。導光板１はハニカム板３の上面に設置され、拡散反射層８はハニカム板３の上面に接着される。拡散反射層８は透明ゲルに拡散反射粒子をドーピングことによって形成されることができる。拡散反射層８は、導光板１における光の全反射をさらに阻害して上に向く拡散光を形成するために配置される。したがって、光は導光板１に沿って全反射で伝播しながら、拡散照明を形成する。これは面光源によって実施する態様と類似である。拡散光は指または手のひらの表面に投射し、うち一部の平行光は指または手のひらの表面に反射されてビア４を通過して結像する。指紋又は掌紋を採集する際に、平行光結像に加えて拡散照明を採用することによって、乾いた指の問題が効果的に解決され、鮮明な指紋画像が得られる。

図５は本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器の第５実施例の概念図であり、大半の構造は図４に示された実施例と同様である。図１に示された実施例との差異点は以下通りである。ハニカム板３のビア４の中心軸線は左下に傾く。ビア４の中心軸線とハニカム板の水平面とのなす角度は３０度以上であり、９０度以下である。この実施例において、その角度として４５度を選択した。各ビア４は相互に平行する。ハニカム板３の上面にある拡散反射層８は隣接したビア４の間に設けられた凸状構造９から形成される。拡散反射層８は、導光板１における光の全反射をさらに阻害して上に向く拡散光を形成するために設置される。したがって、光は導光板１に沿って全反射で伝播しながら、拡散光は指または手のひらの表面に投射し、うち一部の平行光は指または手のひらの表面に反射されてビア４を通過して結像する。

図１−５に示されたように、ハニカム板３は導光板１の下に設置される。ハニカム板３にある複数のビアはハニカム板３の上面と下面とを貫き、複数のビアの中心軸線は相互に平行する。ビアの直径が０．５〜５０マイクロメートルであり、ハニカム板の厚みがビアの直径の５倍以上である。ビア４の中心軸線はハニカム板の水平面（すなわち、ハニカム板の上面または下面）と垂直であり、または、ビア４の中心軸線はハニカム板の水平面に対して傾いており、その傾角が３０度以上であって９０度以下である。

ハニカム板の具体実施構造の１つにおいて、隣接したビアの中心間距離は５０．８マイクロメートル以下である。隣接したビア４の中心間距離が５０．８マイクロメートルと選択されると、密に設置されたビア４を有する画像採集器は５００ＰＰＩの解像度という要求を満たすことができる。隣接したビア４の中心間距離は２５．４マイクロメートルと選択されると、画像採集器は１０００ＰＰＩの解像度という要求を満たすことができる。隣接したビア４の中心間距離は１２．７マイクロメートルと選択されると、画像採集器は２０００ＰＰＩの解像度という要求を満たすことができる。したがって、当業者は前述ビアの中心間距離と画像採集器の解像度との関係を知れば、所定解像度に基づいて隣接したビアの中心間距離を調節することができる。

図６は本開示に基づくハニカム構造の指紋掌紋画像採集器の第６実施例の概念図であり、大半の構造は図１−５に示されたいずれかの１つの実施例と同様である。図１−５に示された実施例との差異点は以下通りである。ハニカム板３は光ファイバ板１０に置き換えられる。光ファイバ板１０は、接着によって相互に平行に密に設置された複数の光ファイバから形成される。光ファイバの一端が導光板１に向かい、他端が画像センサ５に向かっている。各光ファイバは１つの画素を独立にそのファイバの一端から他端へ、最終的に画像センサ５まで送り、ファイバの間には相互に影響を与えない。これらの密な画素が画像センサに結合して指紋又は掌紋画像に形成する。

この実施例における光ファイバ板１０以外の構造は図４に示された実施例と同様であり、この実施例における画像採集の原理は前述実施例におけるハニカム板の原理と同様である。光ファイバ板を用いる画像採集技術は既知であるため、ここでは改めて説明することとしない。

前述ハニカム構造の指紋掌紋画像採集器は様々な端末装置に適用できる。実務上、画像採集器は指紋又は掌紋を採集する独立なモジュールであってもよい。図７は本開示に基づく端末装置の第１実施例の概念図である。図１から図６に示された画像採集器のいずれかの１つは画像採集器１２として端末装置１１に設置される。画像採集器１２は端末装置１１のエッジに設置される。端末装置１１は携帯電話であってもよく、画像採集器１２はその携帯電話のホームボタンに設置されることができる。端末装置１１は少数の追加部品かつ低コストで指紋掌紋画像採集機能を実現する。

図８は本開示に基づく端末装置の第２実施例の概念図であり、図１から図６に示された画像採集器１２のいずれかの１つを含む。画像採集器１２は独立な装置であり、ワイヤ及びインターフェスを介して端末装置１１に連結している。

当業者はこの明細書を考量して開示された発明を実施すると、本発明の他の実施形態を容易に想到できる。本願は、本発明の一般的な原理に従い、かつ、公開されていない本分野の常識又は慣用技術手段を含む本発明のあらゆる変形、用途または適用変化を含もうとする。明細書及び実施例は例示的なものに過ぎず、本発明の本当な範囲及び精神は下記特許請求の範囲によって定義される。

理解されるべきなのは、本発明は上に記載されたまたは図面に示された精密な構造に限定することなく、本発明の範囲から離脱せずに様々な変化または変更をすることができる。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲のみによって定義される。

Claims (10)

1. 導光板と、少なくとも光の一部を前記導光板に入射する光源とを備え、ハニカム板が前記導光板の一面に設置され、相互に平行な複数のビアが前記ハニカム板に密に設置され、前記複数のビアの直径が０．５〜５０マイクロメートルであり、採集対象の指紋または掌紋の大きさが採集された画像の大きさと同じであり、前記ハニカム板の厚みがビアの直径の５倍以上であり、隣接したビアの中心間距離が５０．８マイクロメートル以下であり、画像センサが前記マイクロメートルの他面に設置されることを特徴とするハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
2. 前記複数のビアの中心軸線とハニカム板の水平面とのなす角度は３０度以上であって９０度以下であることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
3. 前記光源は導光板の側面及び／または上面及び／または下面に設置されることを特徴とする請求項２に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
4. 拡散反射層は前記ハニカム板において導光板に対向する面に配置されることを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
5. 前記拡散反射層は隣接した前記ビアの間に設けられた凸状構造から形成されることを特徴とする請求項４に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
6. 前記導光板と前記ハニカム板とは、互いに距離を保つように設置され、または互いに連結しており、前記ハニカム板と前記画像センサとは、互いに距離を保つように設置され、または互いに連結していることを特徴とする請求項５に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
7. 前記光源は導光グローブを有する支持体によって導光板上に固定され、前記光源は前記導光グローブ内に設置され、前記導光グローブは、法線と、前記光源から射出されて前記導光グローブを通過して導光板に入射した光とのなす角度を、arcsin(n₀/n₂)からarcsin(n₁/n₂)までの範囲内に制御し、ここで、n₀は空気の屈折率を示し、n₁は導光板に接触する物体の表面にある液体の屈折率を示し、n₂は導光板の屈折率を示すことを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
8. 前記ハニカム板は光ファイバ板に置き換えられ、前記光ファイバ板は相互に平行に密に設置された複数の光ファイバから形成され、前記光ファイバの一端が導光板に向かい、他端が画像センサに向かっていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のハニカム構造の指紋掌紋画像採集器を備えることを特徴とする端末装置。
10. 導光板と、ハニカム板と、少なくとも光の一部を前記導光板に入射する光源とを備え、前記ハニカム板が前記導光板の下に設置され、相互に平行な複数のビアが前記ハニカム板の上面と下面との間に設置され、前記複数のビアの直径が０．５〜５０マイクロメートルであり、前記ハニカム板の厚みがビアの直径の５倍以上であり、画像センサが前記ハニカム板の下面に設置されることを特徴とするハニカム構造の指紋掌紋画像採集器。

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