JP6340480B2 - 画像取得装置、端末装置、及び画像取得方法 - Google Patents

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Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１４年６月２０日に出願された中国特許出願番号２０１４１０２８１３８０．０であって、発明の名称が「超薄型指紋・掌紋取得装置、及び指紋・掌紋画像の取得方法」である出願に基づいて優先権を主張するものであり、その全体の内容が参照により本明細書に援用される。
本発明は、画像取得技術領域に関し、具体的には、超薄型画像取得装置、端末装置、液晶端末装置、及び画像取得方法に関する。
従来の指紋の取得装置には、主に２つのタイプがある。１つは、半導体チップを用いて直接的に指紋テクスチャを感知して指紋を取得する装置である。もう一つは、指がデバイスの表面に接触したときに、山と谷との間における光強度の差によって形成される指紋画像を取得する光学的指紋取得装置である。しかしながら、半導体チップを用いた指紋取得方法は、静電防止性、耐腐食性が不十分で、指紋取得感度が低いという欠点がある。図１に示されているように、従来の光学的指紋及び掌紋取得装置において、指紋及び掌紋を伝達する光学素子は、主に、プリズム１´と、プリズムの一側に設置される光源２´と、画像センサ３´と、プリズムの他側に設置されるレンズ４´とを備えている。プリズム１´の垂直寸法が大きく、他の光学素子を利用して指紋を伝達しても、光学レンズの厚さが大きすぎる。また、多くの従来の取得装置においては、多数の光学素子が使用されているため、全体的に取得装置の寸法及び厚さが大きすぎる。
前述したように、図１に示されている光学的指紋及び掌紋取得装置は、単一の指紋を取得するためのみに利用されたとしても、多くの欠点を有している。しかしながら、掌紋を取得するために前記光学的指紋及び掌紋取得装置を利用する場合、掌紋は、単一の指紋よりもはるかに大きいため、より大きなプリズム、及びより多くのレンズと光検知素子とが必要になる。プリズムの形状及び構造によれば、指紋又は掌紋を伝達するためのプリズムの表面が大きいほど、プリズムの体積が大きくなる。従って、全体的に指紋及び掌紋取得装置の物理的な寸法が更に大きくなり、コストの増大に繋がる。
科学技術の発展及び公衆のセキュリティ意識が増加し続けることに伴い、従来のセキュリティ分野を超えて、指紋及び掌紋取得装置は、携帯電話、ノートブック、タブレットなどの持ち運び可能な電子製品にますます広く利用されている。
超薄型電子製品の開発動向に伴い、従来の光学的指紋及び掌紋取得装置は、サイズが大きく、電子製品の現在の要求を満たすことが困難である。一方、直接的に半導体チップを利用した指紋及び掌紋取得装置は、美観的なデザイン性が低く、コストが高いため、従来の電子製品の超薄型要求を満たすことができない。
従って、指紋の光学取得装置の薄型化は、解決すべき技術課題となっている。
前記課題に鑑み、本開示は、画像取得装置、端末装置、液晶端末装置、及び画像取得方法を提供する。画像取得装置は、コンパクトで極薄な構造を有し、端末装置及び液晶端末装置における画像取得モジュールのサイズ及び厚さを大幅に減少させ、コストダウンを実現することができる。
前記目的を達成するために、本開示は以下のように構成する。
本開示の一態様によれば、
導光板と、
前記導光板の一側に設置され、前記導光板に光を発する光源と、
前記導光板から離間して設置され、前記導光板上の対象物の画像を取得する画像走査部と、
を備える、画像取得装置を提供する。
また、前記画像走査部は、前記導光板から離間して設置されているピンホール撮像板を更に備え、
前記ピンホール撮像板には、少なくとも１つの撮像ピンホールが設けられ、
前記ピンホール撮像板の他側から離間して、前記撮像ピンホールに対応する位置に、少なくとも１つの画像センサが設置されている。
更に、前記導光板における前記ピンホール撮像板から離れた面から前記撮像ピンホールの中心面までの垂直距離を対象物距離ｈobjectとすると、前記対象物距離ｈobjectは、以下の式を満たす。
ここで、ｒは隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
なお、隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離ｒは、以下の式を満たす。
ここで、ｈimageは前記画像センサから前記撮像ピンホールの中心面までの垂直距離である像距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
また、前記撮像ピンホールの開口は、０．００１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内であり、前記ピンホール撮像板の厚さは、０．００５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であり、前記導光板の厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内である。
更に、前記撮像ピンホールと前記画像センサとの間には、光学フィルタが設置されている。
なお、前記撮像ピンホールの一側又は両側には、補正レンズが配置されている。
また、前記画像取得装置は、
前記導光板から離間して設置されている少なくとも１つのレンズと、
前記レンズの他側から離間して設置されている少なくとも１つの画像センサと、を更に備える。
また、本開示の一態様によれば、前記画像取得装置を備える端末装置を提供する。
本開示の一態様によれば、
導光板と、
前記導光板から離間して配置された表示パネルと、を備え、
前記導光板の一側には、少なくとも一部の光を前記導光板に発する光源が設置され、
前記表示パネルは、ピンホール撮像板として機能し、
前記表示パネルには、少なくとも１つの撮像ピンホールが設けられ、
前記表示パネルの他側から離間して、前記撮像ピンホールに対応する位置に、少なくとも１つの画像センサが設置されている、端末装置を提供する。
また、前記導光板における前記表示パネルから離れた面から前記撮像ピンホールの中心面までの垂直距離を対象物距離ｈobjectとすると、前記対象物距離ｈobjectは、以下の式を満たす。
ここで、ｒは隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
なお、隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離ｒは、以下の式を満たす。
ここで、ｈimageは、前記画像センサから前記撮像ピンホールの中心面までの垂直距離である像距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
本開示の一態様によれば、
導光板と、
前記導光板から離間して配置された表示パネルと、を備え、
前記導光板の一側には、少なくとも一部の光を前記導光板に発する光源が設置され、
前記表示パネルには、少なくとも１つの通光孔が設けられ、
前記表示パネルの他側から離間して、前記通光孔に対応する位置に、少なくとも１つのレンズが設置され、
前記レンズの他側から離間して少なくとも１つの画像センサが設置されている、端末装置を提供する。
また、本開示の一態様によれば、
液晶表示（ＬＣＤ）スクリーンを備える液晶端末装置であって、
前記ＬＣＤスクリーンは、ＬＣＤパネルと、バックライト素子と、前記画像取得装置と、を備え、
前記ＬＣＤパネルは、前記画像取得装置の導光板と画像走査部との間に設置され、
前記バックライト素子は、反射シートと、バックプレートと、前記反射シートと前記ＬＣＤパネルとの間に設置された少なくとも一層の光学フィルムと、を備え、
前記画像走査部は、前記反射シートと前記バックプレートとの間に設置され、
前記反射シートの前記画像走査部に対応する位置には、貫通孔が設けられ、
前記光学フィルムの前記貫通孔に対応する位置には、透光窓が設けられている、
液晶端末装置を提供する。
また、本開示の一態様によれば、
液晶表示（ＬＣＤ）スクリーンを備える液晶端末装置であって、
前記ＬＣＤスクリーンは、ＬＣＤパネルと、バックライト素子と、前記画像取得装置と、を備え、
前記ＬＣＤパネルは、前記画像取得装置の導光板と画像走査部との間に設置され、
前記バックライト素子は、反射シートと、バックプレートと、前記反射シートと前記ＬＣＤパネルとの間に設置された少なくとも一層の光学フィルムと、を備え、
前記反射シート及び前記バックプレートの前記画像走査部に対応する位置には、第１貫通孔と第２貫通孔とがそれぞれ設けられ、
前記光学フィルムの前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔に対応する位置には、透光窓が設けられている、
液晶端末装置を提供する。
また、本開示の一態様によれば、
液晶表示（ＬＣＤ）スクリーンを備える液晶端末装置であって、
前記ＬＣＤスクリーンは、ＬＣＤパネルと、前記ＬＣＤパネルの一側に設置されているバックライト素子と、前記ＬＣＤパネルの他側から離間して設置されている導光板と、を備え、
前記導光板の一側には、光源が設置され、
前記バックライト素子は、反射シートと、バックプレートと、前記反射シートと前記ＬＣＤパネルとの間に設置された少なくとも一層の光学フィルムと、を備え、
前記反射シートと前記反射シートから離間して設置された前記バックプレートとの間には、画像センサが設置され、
前記反射シートは、ピンホール撮像板として機能し、
前記反射シートの前記画像センサに対応する位置には、少なくとも１つの撮像ピンホールが前記画像センサから離間して設けられ、
前記光学フィルムの前記撮像ピンホールに対応する位置には、透光窓が設けられている、液晶端末装置を提供する。
また、本開示の一態様によれば、
液晶表示（ＬＣＤ）スクリーンを備える液晶端末装置であって、
前記ＬＣＤスクリーンは、ＬＣＤパネルと、前記ＬＣＤパネルの一側に設置されているバックライト素子と、前記ＬＣＤパネルの他側から離間して設置されている導光板と、を備え、
前記導光板の一側には、光源が設置され、
前記バックライト素子は、反射シートと、バックプレートと、前記反射シートと前記ＬＣＤパネルとの間に設置された少なくとも一層の光学フィルムと、を備え、
前記バックプレートの他側には、少なくとも１つの画像センサが離間して設置され、
前記反射シートと前記バックプレートとは、互いに協働してピンホール撮像板として機能し、
前記反射シート及び前記バックプレートの前記画像センサに対応する位置には、少なくとも１つの撮像ピンホールが前記画像センサから離間して設けられ、
前記光学フィルムの前記撮像ピンホールに対応する位置には、透光窓が設けられている、液晶端末装置を提供する。
また、本開示の一態様によれば、
液晶表示（ＬＣＤ）スクリーンを備える液晶端末装置であって、
前記ＬＣＤスクリーンは、ＬＣＤパネルと、前記ＬＣＤパネルの一側に設置されたバックライト素子と、を備え、
前記ＬＣＤパネルは、導光板として機能し、
前記導光板の一側には、光源が設置され、
前記バックライト素子は、反射シートと、バックプレートと、前記反射シートと前記ＬＣＤパネルとの間に設置された少なくとも一層の光学フィルムと、を備え、
前記反射シートと前記反射シートから離間して設置された前記バックプレートとの間には、少なくとも１つの画像センサが設置され、
前記反射シートは、ピンホール撮像板として機能し、
前記ピンホール撮像板の前記画像センサに対応する位置には、少なくとも１つの撮像ピンホールが前記画像センサから離間して設けられ、
前記光学フィルムの前記撮像ピンホールに対応する位置には、透光窓が設けられている、液晶端末装置を提供する。
また、本開示の一態様によれば、
液晶表示（ＬＣＤ）スクリーンを備える液晶端末装置であって、
前記ＬＣＤスクリーンは、ＬＣＤパネルと、前記ＬＣＤパネルの一側に設置されたバックライト素子と、を備え、
前記ＬＣＤパネルは、導光板として機能し、
前記導光板の一側には、光源が設置され、
前記バックライト素子は、反射シートと、バックプレートと、前記反射シートと前記ＬＣＤパネルとの間に設置された少なくとも一層の光学フィルムと、を備え、
前記バックプレートの他側には、少なくとも１つの画像センサが離間して設置され、
前記反射シートと前記バックプレートとは、互いに協働してピンホール撮像板として機能し、
前記反射シート及び前記バックプレートの前記画像センサに対応する位置には、少なくとも１つの撮像ピンホールが前記画像センサから離間して設けられ、
前記光学フィルムの前記撮像ピンホールに対応する位置には、透光窓が設けられている、液晶端末装置を提供する。
更に、前記導光板における前記ピンホール撮像板から離れた面から前記撮像ピンホールの中心面までの垂直距離を対象物距離ｈobjectとすると、前記対象物距離ｈobjectは、以下の式を満たす。
ここで、ｒは隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
なお、隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離ｒは、以下の式を満たす、
ここで、ｈimageは前記画像センサから前記撮像ピンホールの中心面までの垂直距離である像距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
本開示の一態様によれば、
前記画像取得装置を用いた画像取得方法であって、
前記光源から発せられた光の少なくとも一部を導光板に入射させ、全反射により導光板の内部に伝搬させるステップと、
前記画像走査部によって前記導光板の上の対象物の画像を取得するステップと、
を含む、画像取得方法を提供する。
なお、前記画像走査部によって前記導光板の上の対象物の画像を取得するステップは、
隣接する走査領域が互いに重なるように、複数の前記撮像ピンホールに対応して、前記導光板上の対象物の複数の走査領域を設定するステップと、
対応する前記走査領域における走査される前記導光板上の対象物の部分画像として、前記部分画像が互いに重ならないように、前記画像センサによって、複数の前記撮像ピンホールに対応する複数の撮像領域を取得するステップと、
取得された各前記撮像領域の部分画像を合成し、走査される前記対象物の完成した画像を得るステップと、
を含む。
また、本開示の一態様によれば、
前記液晶端末装置を用いた画像取得方法であって、
制御信号に応じて液晶表示（ＬＣＤ）パネルを透明状態にするステップと、
前記光源から発せられた光の少なくとも一部を導光板に入射させ、全反射により導光板の内部に伝搬させるステップと、
前記画像走査部によって前記導光板の上の対象物の画像を取得するステップと、
を含む、画像取得方法を提供する。
なお、前記画像走査部によって前記導光板の上の対象物の画像を取得するステップは、具体的に、
隣接する走査領域が互いに重なるように、複数の撮像ピンホールに対応して、導光板上の対象物の複数の走査領域を設定するステップと、
対応する前記走査領域における走査される前記導光板上の対象物の部分画像として、前記部分画像が互いに重ならないように、前記画像センサによって、複数の前記撮像ピンホールに対応する複数の撮像領域を取得するステップと、
取得された各前記撮像領域の部分画像を合成し、走査される前記対象物の完成した画像を得るステップと、
を含む。
また、前記画像走査部によって前記導光板の上の対象物の画像を取得するステップは、具体的に、
隣接する走査領域が互いに重なるように、複数の撮像ピンホールに対応して、導光板上の対象物の複数の走査領域を設定するステップと、
制御信号に応じて各走査領域に対応する前記ＬＣＤパネルの領域を順に透明状態にするステップと、
対応する前記走査領域における走査される前記導光板上の対象物の部分画像として、前記部分画像が互いに重ならないように、前記画像センサによって、複数の前記撮像ピンホールに対応する複数の撮像領域を取得するステップと、
取得された各撮像領域の部分画像を合成し、走査される前記対象物の完成した画像を得るステップと、
を含む。
前述した技術案を採用することによって、本開示に係る画像取得装置、端末装置、液晶端末装置、及び画像取得方法は、以下の効果を奏することができる。
１．導光板内の光の全反射の乱れを利用し、且つ光源を導光板の一側に設置することによって、撮像光源の厚さを減少させることができる。また、極薄構造の導光板を用いて対象物を反射することによって、対象物の画像を生成する光学ミラーの厚さを減少させることができる。更に、コンパクトな構造のピンホール撮像板及び画像センサによって構成される画像走査部、或いはレンズ及び画像センサによって構成される画像走査部を利用することによって、対象物における画像取得部分の厚さを減少させることができる。上記のいくつかの諸要素を組み合わせることによって、従来の光学的取得装置に比べ、画像取得装置、端末装置、及び液晶端末装置の厚さを大幅に減少させることができる。
２．本開示に係る画像取得装置を端末装置又は液晶端末装置に一体化することによって、指紋及び／又は掌紋の取得機能を付加することができるとともに、部品の増加を少なくして、コストを抑えることができる。
従来技術における指紋・掌紋取得装置の概略図である。 本開示の第１実施形態に係る画像取得装置の概略図である。 本開示の第２実施形態に係る画像取得装置の概略図である。 本開示の第３実施形態に係る画像取得装置の概略図である。 図４Ａに示されている画像走査領域の概略上面図である。 本開示の第４実施形態に係る画像取得装置の概略図である。 本開示の第１実施形態に係る端末装置の概略図である。 本開示の第２実施形態に係る端末装置の概略図である。 本開示の第３実施形態に係る端末装置の概略図である。 本開示の第４実施形態に係る端末装置の概略図である。 本開示の第１実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第２実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第３実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第４実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第５実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第６実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第７実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 図１６に示されている液晶端末装置によって収集された複数のピンホール画像の概略図である。 図１７に示されている指紋画像から合成された完全なピンホール画像である。 本開示の第８実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第９実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。 本開示の第１０実施形態に係る液晶端末装置の概略図である。
以下、図面を参照しながら本開示を詳細に説明する。
図２は、本開示の第１実施形態に係る画像取得装置の概略図を示す。画像取得装置は、導光板１と、導光板１から離間して設置された画像走査部とを備える。導光板１は、ガラス又は他の透明材料などの様々な材料で構成されてもよい。本実施形態において、画像走査部は、導光板１の下方に設置され、光源２は導光板１の一側に設置されている。光源２は、支持要素を介して導光板１の左側に固定されてもよい。本実施形態において、画像走査部は、導光板１から離間して設置されたピンホール撮像板３を備え、ピンホール撮像板３は、導光板１の下方に設置されている。本実施形態において、１つ以上の撮像ピンホール４は、ピンホール撮像板３に設けられてもよい。画像センサ５は、ピンホール撮像板３の他側（すなわち、下面）から離間して、撮像ピンホール４に対応する位置に設置されている。画像センサ５は、光電変換素子と、画像信号処理素子とを備えている。光源２から発せられた光は、導光板１の左側から導光板１に入射され、導光板１内において、入射された光の少なくとも一部は、全反射（ＴＩＲ）によって伝搬される。具体的に、入射された光の全部が導光板１内において全反射によって伝搬されるか、或いはその一部が導光板１内において全反射によって伝搬されるかは、本実施形態及び以下の各実施形態に限定されるものではなく、対象物の画像の取得を実現するように、全反射によって伝搬される光が十分であればよい。
導光板１は、走査すべき指（対象物）が接触する表面として用いられる。導光板１に指が接触していないときに、光源２から発せられた光は、導光板１に入射され、導光板１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射（ＴＩＲ）によって伝搬される。導光板１の表面に指が接触していると、対象物の表面の屈折率と空気（屈折率が水に近似する分泌液は、指の表面に付着している）の屈折率とが異なるため、導光板１内における光の全反射が乱される。一部の光は、導光板１から透過して指の表面に投射し、指の表面で散乱され、様々な角度の散乱光が生じる。一部の散乱光は、撮像ピンホール４を通過して指紋画像を形成し、形成された指紋画像は、ピンホール撮像板３の下方の画像センサ５に取得される。
本実施形態に係る画像取得装置の指紋取得方法は、以下のステップを含む。
光源２から発せられた光の少なくとも一部を導光板１に入射させ、全反射により導光板１の内部に伝搬させる。
画像走査部の画像センサ５によって、導光板１の上面の指の画像を取得する。
図３は、本開示の第２実施形態に係る画像取得装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図２に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、本実施形態に係る画像取得装置が導光板１から離間して設置されているレンズ６を備えている点である。本実施形態において、レンズ６は、導光板１の下方に設置され、レンズ６の他側（すなわち、下面）から離間して画像センサ５が設置されている。使用時に、光源２から発せられた光は、導光板１に入射され、導光板１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射（ＴＩＲ）によって伝搬される。導光板１の表面に指が接触していると、導光板１内における光の全反射が乱される。一部の光は、導光板１から透過して指の表面に投射され、指の表面で反射された一部の光は、様々な角度で散乱される。一部の光は、レンズ６に屈折され、指紋画像を形成し、形成された指紋画像は、レンズ６の下方の画像センサ５に取得される。
図２及び図３を参照して前述された実施形態は、手掌（掌紋）、或いは指紋及び掌紋を同時に取得するように適用されてもよい。
図４Ａは、本開示の第３実施形態に係る画像取得装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図２に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、画像取得装置のピンホール撮像板３に複数の撮像ピンホール４が設けられ、ピンホール撮像板３の下方において、各撮像ピンホール４に対応する位置に、画像センサ５がそれぞれ設置されている点である。ピンホール撮像板３に複数の撮像ピンホール４を設ける理由は、導光板１と、ピンホール撮像板３と、画像センサ５との間の間隔が小さい場合、すなわち全体の厚さが小さい場合に、単一の撮像ピンホール４の視野が小さく、指紋の僅か一部のみが走査されるためである。従って、指紋の撮像エリアを増加させるために、複数の撮像ピンホール４が必要となる。本実施形態において、撮像ピンホール４及び画像センサ５の数は、ともに４つに設定されている。
導光板１のピンホール撮像板３から離れた面（すなわち、上面）から撮像ピンホール４の軸Ａ−Ａの中心Ｏまでの距離を対象物距離ｈobjectとする。本実施形態において、対象物距離ｈobjectは、以下の式を満たしている。
ここで、ｒは隣接する２つの撮像ピンホール４の中心間距離を表し、αは撮像ピンホール４の視野角を表す。これは、走査される指紋画像が完全であり、漏れる部分がないことを保証する。走査領域は、各撮像ピンホール４の視野角に対応する導光板１の上面の可視領域として定義されている。また、隣接する２つの撮像ピンホール４の中心間距離ｒは、以下の式を満たしている。
ここで、ｈimageは画像センサ５から撮像ピンホール４の中心面までの距離である像距離を表し、αは撮像ピンホール４の視野角を表す。これは、各撮像ピンホール４に対応する撮像領域の画像が互いに重ならないようにして、取得される画像の品質を保証する。撮像領域は、画像センサ５における各撮像ピンホール４の視野角αに対応するセンシング領域として定義されている。
本実施形態において、ｈimage＝３ｍｍ、α＝１２０°と仮定すると、ｒ≧６√３ｍｍ、すなわち、ｒは１０．３９２ｍｍ以上である。なお、対象物距離ｈobject≧４．２４２ｍｍであり、各撮像ピンホール４の撮像領域は互いに重ならない。
前述した２つの式は、以下のように求められる。
（１）ピンホール撮像板３の厚さをｈholeとし、撮像ピンホール４の直径をｄholeとする。
（２）図４Ａを参照すれば、前述したｈhole及びｄholeすなわち、以下の式１に基づいて、撮像角αを計算することができる。
（３）像距離ｈimageを与えると、図４Ａを参照し、以下の式２により撮像領域の直径ｄimageを計算することができる。
（４）撮像領域が互いに重なってはならないため、隣接する２つの撮像ピンホール４の中心間距離ｒは、以下の式３により計算することができる。
（５）図４Ａと図４Ｂとを合わせて参照すれば、指紋画像が完全であり、漏れる部分がないことを保証するために、隣接する画像走査領域は、互いに重ならなければならない。このため、以下の式４により計算することができる。
本実施形態に係る画像取得装置を用いた画像取得方法は、以下のステップを含む。
光源２から発せられた光の少なくとも一部を導光板１に入射させ、全反射により導光板１の内部に伝搬させる。
撮像ピンホール４の数が４つであるため、隣接する走査領域が互いに重なるように、導光板１の上面に４つの走査領域を設定する。
画像走査部内の画像センサ５によって、ピンホール撮像板３の撮像ピンホール４を通して、各隣接する撮像領域の指紋の部分画像が互いに重ならないように、各走査領域の指紋の部分画像を取得する。
指紋の部分画像を合成することによって完全な指紋画像を形成し、更に画像増強処理を経て完成した指紋画像を得る。
導光板１は、指又は手掌などの対象物が接触する表面を提供するために用いられ、指紋及び掌紋画像の取得を容易にするとともに、導光板１の下方の構成要素を保護する。
本実施形態は、図２に示されている実施形態に係る画像取得装置の全ての利点を有する。しかしながら、図２に示されている実施形態と比較すれば、導光板１、ピンホール撮像板３、及び画像センサ５の間の距離が更に減少され、画像の取得面積に影響を与えることなく、指紋の合成過程において、組み合わせ及び切り取り工程が追加されている。
前述した各実施形態において、撮像ピンホール４の開口は、０．００１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。最良のイメージング効果、より短いイメージング距離、より迅速な処理、及び加工などの要素を考慮すれば、撮像ピンホール４の開口は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内で選択されてよいが、望ましくは０．０５ｍｍである。ピンホール撮像板３の厚さは、０．００５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であり、望ましくは０．００１ｍｍ〜５ｍｍである。導光板１の厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内である。光の均一性を制御するために、撮像ピンホール４と画像センサ５との間には、光学フィルタを設置してもよい。撮像ピンホール４の開口が大きい場合でも鮮明な画像を取得できるように、撮像ピンホール４の一側又は両側には、光を調節するための補正レンズを配置してもよい。
図５は、本開示の第４の実施形態に係る画像取得装置の概略図を示す。本実施形態は、掌紋画像の取得に適用される。当該画像取得装置の構造の大部分は、図４Ａに示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、当該画像取得装置が、導光板１から離間して配置された複数のレンズ６と、レンズ６の他側（すなわち、下面）から離間して配置された複数の画像センサ５とを備えている点である。本実施形態において、レンズ６の数と画像センサ５の数は共に４である。
本実施形態に係る画像取得装置を用いた画像取得方法は、以下のステップを含む。
光源２から発せられた光の少なくとも一部を導光板１に入射させ、全反射により導光板１の内部に伝搬させる。
レンズ６の数が４であるため、隣接する走査領域が互いに重なるように、導光板１の表面に、４つの走査領域を設定する。
画像走査部内の画像センサ５によって、複数のレンズ６を介して、各隣接する撮像領域の掌紋の部分画像が互いに重ならないように、各走査領域の掌紋の部分画像を取得する。
掌紋の部分画像を合成することによって完全な掌紋画像を形成し、更に画像増強処理を経て完成した掌紋画像を得る。
本実施形態において、複数のレンズ６及び複数の感光素子５は、単一のレンズの不十分な視野を回避するために使用されている。
なお、本実施形態の構造は、指紋画像を取得するために適用することもできる。指紋画像を取得する場合、いくつか小さめのレンズを利用してもよく、取得された指紋画像を合成すればよい。
前述した画像取得装置は、各種端末装置に適用することができる。実際に、画像取得装置は、スタンドアローンの指紋採取装置であってもよい。図６は、本開示の第１の実施形態に係る端末装置の概略図を示す。端末装置７には、前述した図１〜図５に示されたいずれかの画像取得装置８が設置されている。画像取得装置８は、端末装置７の縁部に配置されている。例えば、端末装置は、携帯電話であってもよく、画像取得装置８は、ホームキー上に設置されてもよい。従来の指紋画像取得装置に比べ、前記実施形態に記載された画像取得装置は、簡単な構造及び極薄型である点で優れている。
図７は、本開示の第２の実施形態に係る端末装置の概略図を示しており、当該端末装置は前述した図１〜図５に示されたいずれかの画像取得装置８を含み、画像取得装置８は、スタンドアローンの装置であり、ケーブル及びインタフェースを介して端末装置７に接続されている。
図８は、本開示の第３の実施形態に係る端末装置の概略図を示す。当該端末装置は、導光板１と、導光板１から離間して配置された表示パネル９とを備えている。導光板１の左側には光源２が設置されている。表示パネル９は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルである。本実施形態において、表示パネル９は、導光板１の下方に設置され、ピンホール撮像板として機能する。表示パネル９には、少なくとも１つの撮像ピンホール４が設けられている。本実施形態において、４つの撮像ピンホール４が設けられ、表示パネル９の他側（すなわち、下面）から離間して、撮像ピンホール４に対応する位置に、４つの画像センサ５が設置されている。本実施形態において、各撮像ピンホール４は、１つの画像センサ５に対応し、画像走査部は、複数の撮像ピンホール４を有するパネル９、及び複数の画像センサ５によって構成されている。
本実施形態において、導光板１の表示パネル９から離れた面（すなわち、上面）から前記撮像ピンホール４の中心面までの距離を対象物距離ｈobjectとする。本実施形態において、対象物距離ｈobjectは、以下の２つの式を満たしている。
ここで、ｒは隣接する２つの前記撮像ピンホール４の中心間距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
ここで、ｈimageは画像センサ５から撮像ピンホール４の中心面までの距離である像距離を表し、αは撮像ピンホール４の視野角を表す。
本実施形態において、ｈimage＝２ｍｍ、α＝１２０°と仮定すると、ｒ≧４√３ｍｍ、すなわち、ｒは６．９２８ｍｍ以上である。なお、対象物距離ｈobjectは２．８２８ｍｍ以上であり、各撮像ピンホール４を通じて別々に撮像が行われ、各撮像ピンホール４は互いに干渉しない。
図４Ａに示されている実施形態を参照してもよい。本実施形態において、表示パネル９は、ピンホール撮像板として機能し、その上に複数の撮像ピンホール４が設けられている。導光板１に指が接触していないとき、光源２から導光板１に入射された光の少なくとも一部は、全反射によって伝搬される。導光板１の表面に指が接触しているとき、導光板１内における光の全反射が乱される。一部の光は、導光板１を透過して指の表面に投射され、指の表面で反射された光の一部は、様々な角度で散乱する。一部の光は、撮像ピンホール４を通過して複数の指紋の部分画像を形成し、形成された複数の指紋の部分画像を合成することによって完全な指紋画像が形成され、表示パネル９の下方の画像センサ５によって取得される。
前述した実施形態において、光の均一性を制御するために、撮像ピンホール４と画像センサ５との間には、光学フィルタを設置してもよい。撮像ピンホール４の開口が大きい場合でも鮮明な画像を取得できるように、撮像ピンホール４の一側又は両側には、光を調節するための補正レンズを配置してもよい。
図９は、本開示の第４の実施形態に係る端末装置の概略図を示す。当該端末装置は、導光板１と、導光板１から離間して配置された表示パネル９とを備えている。表示パネル９は、ＬＣＤパネルである。導光板１の左側に、少なくとも一部の光を導光板１に発する光源２が設置されており、導光板１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射によって伝搬される。表示パネル９には、少なくとも１つの通光孔１０が設けられている。本実施形態において、４つの通光孔１０が設けられている。表示パネル９の他側（すなわち、下面）から離間して、通光孔１０に対応する位置に、少なくとも１つのレンズ６が設置されている。本実施形態において、各通光孔１０の下方に１つのレンズ６が対応して設置されており、各レンズ６の下方に画像センサ５が対応して設置されている。画像走査部は、４つのレンズ６、及び４つの画像センサ５によって構成されている。
使用時に、導光板１の表面に指が接触していると、導光板１内における光の全反射が乱される。一部の光は、導光板１を透過して指紋の表面に投射され、指紋の表面で散乱された光の一部は、様々な角度で散乱する。通光孔１０を通過してレンズ６に投射された一部の光は、レンズ６に屈折され、複数の指紋の部分画像を形成し、形成された複数の指紋の部分画像を合成することによって完全な指紋画像が形成され、表示パネル９の下方の画像センサ５によって取得される。
前述した２つの実施形態において、指紋の取得のみが記載されているが、複数の指の指紋又は複数の掌紋を同時に取得することもできる。掌紋の取得は、導光板１の上面が異なるサイズを有することを除き、指紋の取得と同様な原理を有する。
図１０は、本開示の第１実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示す。液晶端末装置は、液晶表示スクリーンを備えている。液晶表示スクリーンは、ＬＣＤパネル１１と、ＬＣＤパネル１１の下方に設置されたバックライト素子１２と、図１〜図５に示されたいずれかの実施形態に係る画像取得装置とを備えている。本実施形態において、ＬＣＤパネル１１は、２つのガラスパネル（上、下）と、２つのガラスパネルの間に挟まれている液晶分子とによって構成された透明なパネル本体である。バックライト素子１２は、上から下に向かって、一層以上の光学フィルム１３と、反射シート１４と、バックプレート１５とを備えている。ＬＣＤパネル１１は、画像取得装置の導光板１と画像走査部１６との間に設置されている。画像走査部１６は、少なくとも１つの画像センサと、少なくとも１つの撮像ピンホールを有するピンホール撮像板とを備えてもよいし、少なくとも１つの画像センサと、少なくとも１つのレンズとを備えてもよい。本実施形態において、反射シート１４は、バックプレート１５に密着して設置されている。反射シート１４の中央には、貫通孔１７が設けられている。バックプレート１５の上面の貫通孔１７に対応する位置には、凹部１８が設けられ、画像走査部１６は、凹部１８内に固定されており、光学フィルム１３の画像走査部１６に対応する位置には、透光窓が設けられている。
本実施形態に係る液晶端末装置を用いた画像取得方法は、以下のステップを含む。
制御信号に応じて、ＬＣＤパネル１１を透明状態に制御する。
導光板１の左側の光源２から発せられた光の少なくとも一部を導光板１に入射させ、全反射により導光板１の内部に伝搬させる。
ＬＣＤパネル１１の下方における画像走査部１６によって、反射シート１４の貫通孔１７と、光学フィルム１３の透光窓と、ＬＣＤパネル１１と、導光板１とを通して、導光板１の上面の指の画像を取得する。
本実施形態は、指紋、掌紋、又は顔の画像の取得に適用することができる。光学フィルム１３が光を透過しにくい場合、或いは光を透過しない場合、画像の取得に与える影響を回避するために、光学フィルム１３に透光窓が設けられている。光学フィルム１３が全透光性である場合、光学フィルム１３自身が透光窓である。光学フィルム１３が透光性が低い又は非透光性である場合、光学フィルム１３の透光窓は、通光孔又は透光性シートであってもよい。
前述した各実施形態において、撮像ピンホール４の開口は、０．００１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。最良の撮像効果、より短い撮像距離、及び加工などの要素を考慮すれば、撮像ピンホール４の開口は、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲内で選択されてもよく、望ましくは０．０５ｍｍである。ピンホール撮像板３の厚さは、０．００５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であって、望ましくは０．００１ｍｍ〜５ｍｍである。導光板１の厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内である。光の均一性を制御するために、撮像ピンホール４と画像センサ５との間には、光学フィルタを設置してもよい。撮像ピンホール４の開口が大きい場合でも鮮明な画像を取得できるように、撮像ピンホール４の一側又は両側には、光を調節するための補正レンズを配置してもよい。
図１１は、本開示の第２の実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１０に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、画像走査部１６がバックライト素子１２の下方に設置され、バックライト素子１２の反射シート１４及びバックプレート１５の画像走査部１６に対応する位置に第１の通光孔１９と第２の通光孔２０とがそれぞれ設けられ、光学フィルム１３の第１の通光孔１９及び第２の通光孔２０に対応する位置に透光窓が設けられている点である。
使用時に、ＬＣＤパネル１１が透明状態にあるとき、光源２から発せられた光の少なくとも一部は、導光板１に入射され、導光板１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射によって伝搬される。導光板１の表面に指が接触しているとき、画像走査部１６によって、第２の通光孔２０と、第１の通光孔１９と、光学フィルム１３の透光窓と、ＬＣＤパネル１１と、導光板１とを通じて、導光板１の上面の指の画像が取得される。勿論、本実施形態は、掌紋の画像を走査するためにも適用することができる。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１０に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、バックプレート１５の上面の凹部１８内に画像センサ５が固定され、反射シート１４がピンホール撮像板として機能し、反射シート１４の画像センサ５に対応する位置に少なくとも１つの撮像ピンホール４が設けられ、撮像ピンホール４が画像センサ５から離間して設置され、光学フィルム１３の撮像ピンホール４に対応する位置に透光窓が設けられている点である。
指紋又は掌紋を取得する際、ＬＣＤパネル１１は、制御信号に応じて透明状態になる。
光源２から発せられた光の少なくとも一部は、導光板１に入射され、導光板１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射によって伝搬される。
画像走査部の画像センサ５によって、撮像ピンホール４と、光学フィルム１３の透光窓と、ＬＣＤパネル１１と、導光板１とを通じて、導光板１の上面の指の画像が取得される。
図１３は、本発明の第４実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１１に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、バックプレート１５の他側（すなわち、下面）において、ＬＣＤパネル１１に対応する位置に画像センサ５が設置され、反射シート１４とバックプレート１５とが互いに協働してピンホール撮像板として機能し、ピンホール撮像板の画像センサ５に対応する位置に撮像ピンホール４が画像センサ５から離間して設置されている点である。ＬＣＤパネル１１が透明状態にあるときに、光源２から発せられた光の少なくとも一部は、導光板１に入射され、導光板１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射によって伝搬される。画像走査部の画像センサ５によって、撮像ピンホール４と、光学フィルム１３の透光窓と、ＬＣＤパネル１１と、導光板１とを通して、導光板１の上面の指の画像が取得される。
図１４は、本発明の第５実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１２に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、液晶表示スクリーンがＬＣＤパネル１１と導光板１との間に設置されたタッチスクリーン２１を更に含む点である。
図１５は、本発明の第６実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１３に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、液晶表示スクリーンがＬＣＤパネル１１と導光板１との間に設置されたタッチスクリーン２１を更に含む点である。
前述した図１２〜図１５に示された液晶端末装置の実施形態において、撮像ピンホール４の開口は、０．００１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内である。最良の撮像効果、より短い撮像距離、及び加工などの要素を考慮すると、撮像ピンホール４の開口は、０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲内で選択されてもよく、望ましくは０．０５ｍｍである。ピンホール撮像板３の厚さは、０．００５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であって、望ましくは０．００１ｍｍ〜５ｍｍである。導光板１の厚さは、０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲内である。光の均一性を制御するために、撮像ピンホール４と画像センサ５との間には、光学フィルタを設置してもよい。撮像ピンホール４の開口が大きい場合でも鮮明な画像を取得できるように、撮像ピンホール４の一側又は両側には、光を調節するための補正レンズを配置してもよい。
図１６は、本発明の第７実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１５に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、反射シート１４とバックプレート１５とが互いに協働してピンホール撮像板として機能し、ピンホール撮像板に複数の撮像ピンホール４が設けられている点である。本実施形態において、撮像ピンホール４が４つ、画像センサ５が４つ設置されており、各画像センサ５は、それぞれ１つの撮像ピンホール４に対応するように構成されている。
本実施形態に係る液晶端末装置を用いた画像取得方法は、以下のステップを含む。
制御信号に応じて、ＬＣＤパネル１１を透明状態に制御する。
導光板１の左側の光源２から発せられた光の少なくとも一部を導光板１に入射させ、全反射により導光板１の内部に伝搬させる。
隣接する走査領域が互いに重なるように、複数の撮像ピンホールに対応して、導光板１上の対象物の複数の走査領域を設定する。なお、本実施形態において、走査領域の数は４つである。
画像センサ５を制御することによって、対応する撮像ピンホール４と、光学フィルム１３の透光窓と、ＬＣＤパネル１１と、タッチスクリーン２１と、導光板１とを通じて、各走査領域内の指紋の部分画像を１つずつ取得する。例えば、図１７には、取得された２０枚の指紋の部分画像が示されている。
完全な指紋画像を得るように、各撮像領域の指紋の部分画像を合成する。具体的には、取得された４つの指紋の部分画像における重複領域を切り取り、次に、４つの指紋の部分画像を組み合わせることによって、完全な指紋画像が得られる。例えば、図１８には、図１７に示されている２０枚の指紋の部分画像を合成することによって得られた完全な指紋画像が示されている。
前記制御信号は、タッチスクリーン２１によって得られる制御信号、キーを押して得られる制御信号、遠隔信号に応じて得られる制御信号、又はこれらに類似する制御信号であってもよい。
前述した液晶端末装置の実施形態においては、指紋が走査すべき対象物であるが、対象物は、他の任意の平面的又は立体的な対象物であってもよい。
図１９は、本発明の第８実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１６に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、画像センサ５の数が１つである点である。
本実施形態に係る液晶端末装置を用いた画像取得方法は、以下のステップを含む。
制御信号に応じて、ＬＣＤパネル１１を透明状態に制御する。
光源２から発せられた光の少なくとも一部を導光板１に入射させ、全反射により導光板１の内部に伝搬させる。
隣接する走査領域が互いに重なるように、複数の撮像ピンホールに対応して、導光板１上の対象物の複数の走査領域を設定する。なお、本実施形態において、走査領域の数は４つである。
ＬＣＤパネル１１を４つの走査領域のそれぞれに対応するように４つの領域に分割し、制御信号に応じて４つのＬＣＤ領域の作動を制御することによって、各ＬＣＤ領域を１つずつ順に透明状態に制御し、画像センサ５が、撮像ピンホール４及び対応するＬＣＤ領域を通じて対応する走査領域内の指紋の部分画像を取得する。このようにすることによって、ＬＣＤ領域内の指紋の部分画像を、順に取得することができる。ここでは、各撮像領域の指紋の部分画像は、互いに重ならないように構成されている。
各撮像領域の指紋の部分画像を合成することによって、完全な指紋画像を得る。
図２０は、本発明の第９実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１２に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、本実施形態では、ＬＣＤパネル１１が導光板として機能し、当該ＬＣＤパネル１１の左側に光源２が設定されている点である。
使用時に、ＬＣＤパネル１１を透明状態に制御するとともに、光源２を作動し、光源２から発せられた光の少なくとも一部は、ＬＣＤパネル１１に入射され、ＬＣＤパネル１１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射によって伝搬される。反射シート１４とバックプレート１５との間に設置された画像センサ５によって、反射シート１４の撮像ピンホール４と、光学フィルム１３の透光窓と、ＬＣＤパネル１１とを通じて、ＬＣＤパネル１１の上面又は上方の対象物の画像が取得される。本実施形態において、対象物は、指紋であってもよく、掌紋又は顔であってもよい。
図２１は、本発明の第１０実施形態に係る液晶端末装置の概略図を示し、その構造の大部分は、図１３に示された実施形態に係る構造と同様である。相違点は、本実施形態では、ＬＣＤパネル１１が導光板として機能し、当該ＬＣＤパネル１１の左側に光源２が設定されている点である。
使用時に、ＬＣＤパネル１１を透明状態に制御するとともに、光源２を作動し、光源２から発せられた光の少なくとも一部は、ＬＣＤパネル１１に入射され、ＬＣＤパネル１１内に入射された光の少なくとも一部は、全反射によって伝搬される。バックプレート１５の下方に設置された画像センサ５によって、反射シート１４と、バックプレート１５の撮像ピンホール４と、光学フィルム１３の透光窓と、ＬＣＤパネル１１とを通じて、ＬＣＤパネル１１の上面又は上方の対象物（指紋又は掌紋）の画像が取得される。
前記図１２〜図２１に示された実施形態において、前記導光板の前記ピンホール撮像板から離れた面から撮像ピンホールの中心面までの距離を対象物距離ｈobjectとする。当該対象物距離ｈobjectは、以下の式を満たしている。
ここで、ｒは隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。また、隣接する２つの撮像ピンホールの中心間距離ｒは、以下の式を満たしている。
ここで、ｈimageは前記画像センサから前記撮像ピンホールの中心面までの距離である像距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す。
前述した実施形態は、本開示に係る好ましい実施形態のみであり、本開示の特許請求の範囲を限定するものではない。当業者は、本発明の精神から逸脱することなく、容易に想到できる任意の変更又は置換は、本発明の範囲内に含まれる。従って、本発明の特許請求の範囲は、添付の請求項に従って定義されるべきである。

Claims (4)

  1. 導光板と、
    前記導光板の一側に設置され、前記導光板に光を入射する光源と、
    前記導光板から離間して設置され、少なくとも１つの撮像ピンホールを有するピンホール撮像板と、
    前記ピンホール撮像板から離間して設置され、前記導光板上の対象物の画像を取得する画像センサと、
    を備え、
    前記導光板における前記ピンホール撮像板から離れた面から前記ピンホール撮像板の中心面までの垂直距離を対象物距離ｈ object とすると、前記対象物距離ｈ object は、以下の式を満たす、
    ここで、ｒは隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す、
    画像取得装置。
  2. 隣接する２つの前記撮像ピンホールの中心間距離ｒは、以下の式を満たす、
    ここで、ｈimageは、前記画像センサから前記ピンホール撮像板の中心面までの垂直距離である像距離を表し、αは前記撮像ピンホールの視野角を表す、
    請求項１に記載の画像取得装置。
  3. 請求項１又は２に記載の画像取得装置を備える、端末装置。
  4. 請求項１又は２に記載の画像取得装置を用いた画像取得方法であって、
    前記光源から発せされた光の少なくとも一部を導光板に入射させ、全反射により導光板の内部に伝搬させるステップと、
    隣接する走査領域が互いに重なるように、複数の前記撮像ピンホールに対応して、前記導光板上の対象物の複数の走査領域を設定するステップと、
    対応する前記走査領域における走査される前記導光板上の対象物の部分画像として、前記部分画像が互いに重ならないように、前記画像センサによって、複数の前記撮像ピンホールに対応する複数の撮像領域を取得するステップと、
    取得された各前記撮像領域の部分画像を合成し、走査される前記対象物の完成した画像を得るステップと、
    を含む、画像取得方法。
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