TW201600904A - 圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備及圖像採集方法 - Google Patents

圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備及圖像採集方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備及圖像採集方法，圖像採集裝置包括導光板及與導光板間隔設置的圖像採集器，導光板一側設有光源；該圖像採集裝置整合在前述終端設備；液晶終端設備包括液晶板、背光模組及圖像採集裝置，圖像採集裝置的圖像採集器設置於背光模組內；圖像採集方法為：使光源射入導光板內至少部分光線發生全反射傳輸，藉由圖像採集器採集導光板另一側的被檢測物圖像。本發明根據光波導原理及多孔成像原理形成超薄的圖像採集裝置、終端設備及液晶終端設備，其可大大降低設備中圖像採集模組的尺寸和厚度，對於需要圖像採集功能的移動設備和嵌入式設備的實現帶來極大便利。

Description

圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備及圖像採集方法
本發明要求於2014年6月20日提交中國專利局、申請號為201410281380.0、發明名稱為「超薄型指紋、掌紋採集裝置及指紋、掌紋圖像採集方法」的中國專利申請主張優先權，其全部內容藉由引用結合在本發明中。
本發明係關於圖像採集技術領域，具體而言係關於一種超薄型的圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備及圖像採集方法。
現有的指紋採集裝置大致有兩種。一種是根據半導體晶片藉由感應手指的指紋紋理採集指紋。另一種是光學指紋採集裝置，利用光線在介面上因手指接觸時脊線和谷線造成的光學差異形成指紋圖像進行採集。但是半導體晶片指紋採集方法存在抗靜電、抗腐蝕能力不足，且指紋採集靈敏度不高。如圖1所示，現有的光學指紋、掌紋採集裝置中，用於承載指紋、掌紋的光學構件大多包括稜鏡1'，稜鏡的一側設置光源2'，另一側設置感光裝置3'和透鏡4'，稜鏡1'的厚度較大，即使應用其他的光學鏡片承載指紋，也存在光學鏡片較厚的問題。同時現有的採集裝置大多應用太多光學元件，導致採集裝置的尺寸較大、厚度較 厚。
上述圖1中的光學指紋、掌紋採集裝置，如果僅應用於採集指紋就已經有很多不盡入意的地方了，但是如果再應用於採集掌紋，由於掌紋在尺寸上明顯大過指紋，因此需要應用更大的稜鏡，以及更多的透鏡和感光裝置，稜鏡的形狀結構決定了其承載指紋或掌紋的表面越大，其體積就越大，使得應用其的指紋、掌紋採集裝置體積也越大，成本也就越高。
隨著科技的發展及公眾安全意識的增強，除了相對傳統的安保領域，指紋、掌紋採集裝置越來越廣泛的應用在便於攜帶的電子產品上，例如手機、筆記型電腦、平板電腦等各種電子產品上。
隨著現在電子產品超薄化的發展趨勢，現有的光學指紋、掌紋採集裝置的尺寸很難滿足現有電子產品的對超薄尺寸的要求。半導體晶片超薄型指紋、掌紋採集裝置一方面成本極高，另一方面其美觀度較低，不能很好的滿足現有電子產品超薄化的需求。光學採集器同時也存在厚度太厚，難以滿足超薄型電子產品超薄化的需求。
因此，如何減小光學指紋採集裝置的厚度係成為所屬技術領域者極待解決的技術難題。
針對上述問題，本發明提供一種圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備及圖像採集方法，其圖像採集裝置結構緊密、厚度薄，使終端設備、液晶終端設備中圖像採集 模組的尺寸和厚度大大降低，成本降低。
為了達到上述目的，本發明提供一種圖像採集裝置，其中包括：導光板；用於將光線射入導光板中的光源，前述光源設置於導光板的一側；用於採集導光板上被檢測物圖像的圖像採集器，前述圖像採集器與導光板間隔設置。
進一步地，前述圖像採集器包括與前述導光板間隔設置的成像板，前述成像板上設有至少一個成像孔，前述成像板的另一面對應成像孔間隔設置有至少一個感光元件。
進一步地，前述導光板遠離成像板的一面至成像孔軸心線中點的距離為物距h object ，該物距h object 滿足公式： ，其中r為相鄰兩個成像孔的孔中心間距，α是 成像孔的視場角。
進一步地，相鄰兩個成像孔的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件至成像孔軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角。
進一步地，前述成像孔的孔徑為0.001mm~1mm，前述成像板的厚度為0.005mm至5mm，前述導光板的厚度為0.1mm至5mm。
進一步地，前述成像孔與前述感光元件之間設有濾光片。
進一步地，前述成像孔的任意一側或兩側設置有矯正透鏡。
進一步地，前述圖像採集裝置包括與導光板間隔設置 的至少一個透鏡，前述透鏡另一面間隔設置有至少一個感光元件。
一種終端設備，其中包括前述圖像採集裝置。
一種終端設備，其中包括導光板及與導光板間隔設置的顯示面板，前述導光板的一側設置有將至少部分光線射入導光板的光源，以前述顯示面板作為成像板，前述顯示面板上設有至少一個成像孔，前述顯示面板的另一面對應成像孔間隔設置有至少一個感光元件。
進一步地，前述導光板遠離前述顯示面板的一面至成像孔軸心線中點的距離為物距h object ，該物距h object 滿足公 式：，其中r為相鄰兩個成像孔的孔中心間 距，α是成像孔的視場角。
進一步地，相鄰兩個成像孔的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件至成像孔軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角。
一種終端設備，其中包括導光板及與導光板間隔設置的顯示面板，前述導光板的一側設置有將至少部分光線射入導光板的光源，前述顯示面板上設置有至少一個通光孔，前述顯示面板的另一面對應通光孔間隔設置有至少一個透鏡，前述透鏡另一側間隔設置有至少一個感光元件。
一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板、背光模組及前述圖像採集裝置，其中，前述液晶板設置於前述圖像採集裝置的導光板與圖 像採集器之間；前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學薄片，前述反射片與背板之間設置有圖像採集器，前述反射片上對應圖像採集器的位置設置有通孔，前述光學膜片上對應前述通孔的位置設置有透光部。
一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板、背光模組及前述圖像採集裝置，其中，前述液晶板設置於前述圖像採集裝置的導光板與圖像採集器之間，前述背光模組設置於液晶板與圖像採集器之間；前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述反射片與背板上對應圖像採集器的位置分別設置有第一通孔和第二通孔，前述光學膜片上對應前述第一通孔和第二通孔的位置設置有透光部。
一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板、設置於液晶板一面的背光模組及間隔設置於液晶板另一面的導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述反射片與背板之間設置有感光元件，以前述反射片作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述成像孔與感光組件間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液 晶顯示元件包括液晶板、設置於液晶板一面的背光模組及間隔設置於液晶板另一面的導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述背板另一側設置有至少一個感光元件，以前述反射片、背板整體作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述感光元件與成像孔間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板和背光模組，以前述液晶板作為導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述反射片與背板之間設置有至少一個感光元件，以前述反射片作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述成像孔與感光組件間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板和背光模組，以前述液晶板作為導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述背板另一側設置有至少一個感光元件，以前述反射片、背板整體作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述感光元件與成 像孔間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
進一步地，前述導光板遠離前述成像板的一面至成像孔軸心線中點的距離為物距h object ，該物距h object 滿足公式： ，其中r為相鄰兩個成像孔的孔中心間距，α是 成像孔的視場角。
進一步地，相鄰兩個成像孔的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件至成像孔軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角。
一種前述的圖像採集裝置的圖像採集方法，其包括以下步驟：將光源發射的至少部分光線射入導光板內，使射入導光板內的至少部分光線發生全反射傳輸；藉由圖像採集器採集導光板另一側的被檢測物圖像。
進一步地，前述藉由圖像採集器採集導光板另一側的被檢測物圖像具體包括：在被檢測物觸摸的導光板表面建立多個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；藉由前述圖像採集器對各掃描區域的部分被檢測物取像，使各相鄰成像區域圖像不能重疊；將掃描獲得的各成像區域圖像進行拼接，獲得完整的被檢測物圖像。
一種前述的液晶終端設備的圖像採集方法，其包括以下步驟：回應一控制訊號使液晶板處於透光狀態；將光源發射的至少部分光線射入導光板內，使射入導光板內的至少部分光線發生全反射傳輸；在液晶板一側藉由前述圖像 採集器對遠離液晶板的導光板另一側的被檢測物進行圖像採集。
進一步地，前述在液晶板一側藉由前述圖像採集器對遠離液晶板的導光板另一側的被檢測物進行圖像採集具體為：在被檢測物觸摸的導光板表面建立針對同一被檢測物的多個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；逐一對各個掃描區域的部分被檢測物取像，使各相鄰成像區域圖像不能重疊；將掃描獲得的各成像區域圖像進行拼接，獲得完整的被檢測物圖像。
進一步地，前述在液晶板一側藉由前述圖像採集器對遠離液晶板的導光板另一側的被檢測物進行圖像採集具體為：在被檢測物觸摸的導光板表面建立針對同一被檢測物的多個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；回應一控制訊號使對應各個掃描區域的液晶板逐一處於透光狀態；逐一對各個掃描區域的部分被檢測物取像，使各相鄰成像區域圖像不能重疊； 將掃描獲得的各成像區域圖像進行拼接，獲得完整的被檢測物圖像。
採用上述方案後，本發明圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備及圖像採集方法具有以下優點。
1、藉由利用破壞前述導光板中光的全反射傳播，並將光源設置在導光板的一側，首先在厚度上降低了成像光源的厚度，其次採用超薄的導光板將被檢測物進行反射，降低了產生被檢測物圖像的光學鏡面的厚度，最後採用結 構精巧的成像板和感光元件形成採集器或透鏡與感光元件組成採集器，進一步降低了被檢測物採集部分的厚度，幾部分組合起來形成了一個厚度較傳統的光學採集器厚度大幅降低的超薄型的圖像採集裝置、終端設備、液晶終端設備。
2、將本發明圖像採集裝置整合在終端設備或液晶液端設備上，使終端設備、液晶終端設備增加了指紋採集功能和/或掌紋採集功能，該終端設備、液晶終端設備額外增加的構件少且成本低。
1‧‧‧導光板
1'‧‧‧稜鏡
2、2'‧‧‧光源
3‧‧‧成像板
3'‧‧‧感光器件裝置
4‧‧‧成像孔
4'、6‧‧‧透鏡
5‧‧‧感光元件
7‧‧‧終端設備
8‧‧‧圖像採集裝置
9‧‧‧顯示面板
10‧‧‧通光孔
11‧‧‧液晶板
12‧‧‧背光組件
13‧‧‧光學膜片
14‧‧‧反射片
15‧‧‧背板
16‧‧‧圖像採集器
17‧‧‧通孔
18‧‧‧凹陷部
19‧‧‧第一通孔
20‧‧‧第二通孔
21‧‧‧觸控式螢幕
O‧‧‧軸心線A-A中點
α‧‧‧成像孔的視場角
h object ‧‧‧物距
h image ‧‧‧像距
h hole ‧‧‧成像板的厚度
d hole ‧‧‧成像孔的直徑
d image ‧‧‧成像區域直徑
d object ‧‧‧圖像掃描區域直徑
圖1是先前技術中的指紋、掌紋採集裝置的結構示意圖。
圖2是本發明圖像採集裝置的實施例一的結構示意圖。
圖3是本發明圖像採集裝置的實施例二的結構示意圖。
圖4A是本發明圖像採集裝置的實施例三的結構示意圖。
圖4B是圖4A的圖像掃描區域俯視示意圖。
圖5是本發明圖像採集裝置的實施例四的結構示意圖。
圖6是本發明終端設備的實施例一的結構示意圖。
圖7是本發明終端設備的實施例二的結構示意圖。
圖8是本發明終端設備的實施例三的結構示意圖。
圖9是本發明終端設備的實施例四的結構示意圖。
圖10是本發明液晶終端設備的實施例一的結構示意圖。
圖11是本發明液晶終端設備的實施例二的結構示意圖。
圖12是本發明液晶終端設備的實施例三的結構示意圖。
圖13是本發明液晶終端設備的實施例四的結構示意圖。
圖14是本發明液晶終端設備的實施例五的結構示意圖。
圖15是本發明液晶終端設備的實施例六的結構示意圖。
圖16是本發明液晶終端設備的實施例七的結構示意圖。
圖17是採用圖16前述液晶終端設備採集到的多個指紋圖像示意圖。
圖18是圖17所示各指紋圖像拼接後的完整指紋圖像。
圖19是本發明液晶終端設備的實施例八的結構示意圖。
圖20是本發明液晶終端設備的實施例九的結構示意圖。
圖21是本發明液晶終端設備的實施例十的結構示意 圖。
下面結合說明書附圖對本發明做進一步的描述。
如圖2所示本發明圖像採集裝置的實施例一的結構示意圖，包括導光板1及與導光板1間隔設置的圖像採集器，導光板1的選材廣泛，例如玻璃板及各種透明材料。該實施例圖像採集器設置於導光板1的下方，導光板1的一側設置有光源2，此實施例光源2可藉由支架固定於導光板1的左側。在本實施例中圖像採集器包括與導光板1間隔設置的成像板3，成像板3設置於導光板1的下方。該實施例中成像板3上設有一個成像孔4，也可以設置為多個。成像板3的另一面(即其下面)對應成像孔4的位置間隔設置有感光元件5，感光元件5包括光電轉換感測器及影像處理器。光源2發射的光線由導光板1的左側面射入導光板1內，其中有至少部分光線在導光板1內進行全反射傳輸。具體而言，光線是全部在導光板1內進行全發射傳輸還是部分進行全反射傳輸，本實施例以及下述的各實施例係不對其進行限定，只要光線有全反射傳輸且能夠實現被檢測物圖像的採集即可。
使用時，導光板1提供被檢測物(手指)按壓，在手指未按壓時，光源2發射的光線射入導光板1內，其中有至少部分光線在導光板1內以全反射形式傳輸，當手指按壓在導光板1上表面時，由於手指表面的折射率和空氣不同，手指表面有汗液，其折射率與水近似，破壞了光線在 導光板1內的全反射條件，藉此使一部分光線穿過導光板1表面投射到指紋上，指紋表面對光進行散射，產生各個角度的散射光，一部分散射光經過成像孔4形成一個指紋圖像，被在成像板3下方的感光組件5採集。
本實施例的圖像採集裝置的指紋採集方法，包括以下步驟：將光源2發射的至少部分光線射入導光板1內，其中有至少部分光線在導光板1內進行全反射傳輸；藉由圖像採集器的感光元件5採集導光板1上表面的指紋圖像。
如圖3所示本發明圖像採集裝置的實施例二的結構示意圖，其大部分結構與圖2前述實施例相同，不同之處在於，圖像採集裝置包括與導光板1間隔設置的透鏡6，透鏡6在本實施例中設置於導光板1的下方，透鏡6的另一面(即其下麵)間隔設置有前述的感光組件5。使用時，光源2發射的光線射入導光板1內，其中有至少部分光線在導光板1內進行全反射傳輸，當被檢測物(手指)按壓在導光板1的上表面，使導光板1內的光線全反射傳輸被破壞，使部分光線穿過導光板1表面投射到指紋上，指紋表面對光進行散射，產生各個角度的散射光，一部分散射光射在透鏡6上經折射形成一個指紋圖像，被在透鏡6下方的感光組件5採集。
上述圖2和圖3前述實施例也可以應用於採集手掌的掌紋圖像，或者同時採集手指和手掌(整個手部)的圖像。
如圖4A所示本發明圖像採集裝置的實施例三的結構示意圖，其大部分結構與圖2前述實施例相同，不同之處 在於，圖像採集裝置的成像板3上設置有多個成像孔4，成像板3的下方對應各成像孔4的位置分別設置有感光組件5，在成像板3上設置多個成像孔4是因為當導光板1、成像板3、感光元件5三者之間的間距小時，即整體厚度較小時，單個成像孔4的視場範圍很小，只能對一小部分指紋進行清晰顯現，為增大指紋的成像面積，因此設置多個成像孔4。此實施例中，成像孔4、感光組件5均設置為4個。
導光板1遠離成像板3的一面(即上表面)至成像孔4軸心線A-A中點O的距離為物距h object ，該實施例中，該 物距h object 滿足公式：，其中r為相鄰兩個成像 孔4的孔中心間距，α是成像孔4的視場角，這樣設置保證了掃描區域的指紋圖像完整不出現遺漏，其中掃描區域定義為：被檢測物(手指指紋)上，每個成像孔4的視場角對應的可視範圍。同時相鄰兩個成像孔4的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件5至成像孔4軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角，這樣設置進一步保證各成像孔4對應的成像區域圖像之間不互相重疊，提高圖像品質，其中成像區域定義為：在感光元件5上，每個成像孔4的視場角α對應的感光範圍，即每個成像孔4的像斑(image speckle)大小。
該實施例中假設h image =3毫米，α=120°，則，即 r 10.392毫米。則物距h object 4.242毫米，其使各成像孔4單獨成像，互不干擾。
上述公式和r 2．h image tg(α/2)是由以下計算 過程得來：
(1)首先假定成像板3的厚度為h hole ，成像孔4的直徑為d hole ；
(2)參考圖4A，由上述h hole 和d hole ，可計算出成像角α，tg(α/2)=(d 孔/2)/(h 孔/2)，則α=2arctg(d 孔/h 孔) (公式一)
(3)假定像距h image ，可計算確定出成像區域直徑d image ，參考圖4A所示：d image =2．h image ．tg(α/2) (公式二)
(4)根據成像區域必須不能互相重疊，可得出相鄰成像孔的孔中心間距r：
(5)結合圖4A和圖4B，為了保證被檢測物圖像完整不出現遺漏，每個成像孔對應的圖像掃描區域(即在導光板1上，每個成像孔4的視場角對應的可視範圍，圖中d object 為其直徑)必須重疊：
本實施例圖像採集裝置的圖像採集方法包括如下步驟：將光源2發射的至少部分光線射入導光板1內，使射入導光板1內的至少部分光線進行全反射傳播；根據成像孔4的數量為四個，在同一手指觸摸的導光板1的上表面建立四個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；藉由圖像採集器的感光元件5透過成像板3的成像孔4對各掃描區域的部分指紋取像，使各相鄰成像區域部分指紋圖像不能重疊；將掃描獲得的各成像區域的部分指紋圖像進行拼接，再經圖像增強處理後，可獲得完整的指紋圖像。
該導光板1用以提供給手指或手掌等被檢測物一個觸碰平面，便於對指紋、掌紋圖像採集，另外可以保護其下面的構件。
本實施例具備圖2前述實施例前述圖像採集裝置的全部優點，本實施例相較於圖2前述實施例能夠進一步縮小導光板1、成像板3及感光元件5三者之間的間距，且不會影響對指紋的採集面積，僅是在對指紋進行合成過程中增加了拼接和裁剪的過程。
上述各實施例中，前述成像孔4的孔徑為0.001~1mm；考慮到最佳的成像效果和較短的成像距離以及加工等因素，前述的成像孔4的孔徑宜選擇在0.01~0.1mm之間，如0.05mm較佳。成像板3的厚度為0.005mm至5mm，較佳厚度為0.001mm至5mm，導光板 1的厚度為0.1mm至5mm。在成像孔4與感光元件5之間可以設濾光片，用於調節光照的均勻性。在成像孔4的任意一側或兩側可以增設矯正透鏡，對光線進行調節，藉此在成像孔尺寸較大時依然獲得清晰的成像。
如圖5所示本發明圖像採集裝置的實施例四的結構示意圖，該實施例用於對掌紋圖像的採集，其大部分結構與圖4A所示實施例結構相同，不同之處在於，圖像採集裝置包括與導光板1間隔設置的多個透鏡6，前述透鏡6的另一面(下面)間隔設置有多個感光組件5，此實施例中透鏡6和感光組件5均為4個。
本實施例圖像採集裝置的圖像採集方法具體包括如下步驟：將光源2發射的至少部分光線射入導光板1內，使射入導光板1內的至少部分光線進行全反射傳輸；根據透鏡6的數量為四個，在同一手掌觸摸的導光板1的上表面建立四個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；將掃描獲得的各成像區域的部分掌紋圖像進行拼接，再經圖像增強處理後，可獲得完整的掌紋圖像。
該實施例中，採用多個透鏡6和多個感光元件5是為避免單個透鏡的視場不夠。
另外，本實施例的結構也可以應用於採集指紋圖像，採集指紋圖像時，可以利用幾個小一點的透鏡，然後將採集到的指紋圖像進行拼接即可。
上述前述各圖像採集裝置可應用於各種終端設備中。在應用中，前述圖像採集裝置可作為獨立模組對指紋 進行採集。如圖6所示本發明終端設備的實施例的結構示意圖，該終端設備7上設置有如上述圖1~圖5中任一圖所記載的圖像採集裝置8，該圖像採集裝置8設置於終端設備7的邊緣位置上，該終端設備如手機，可以在其HOME鍵上設置。這種圖像採集裝置較通常的攝像元件具有結構簡單、厚度薄等特點。
如圖7所示本發明終端設備的實施例二的結構示意圖，其包括上述圖1~圖5中任一圖所記載的圖像採集裝置8，該圖像採集裝置8為獨立裝置，其與終端設備7藉由導線和介面互相連接。
如圖8所示本發明終端設備的實施例三的結構示意圖，包括導光板1及與導光板1間隔設置的顯示面板9，導光板1的左側設置有光源2，該顯示面板9為液晶螢幕，在該實施例中顯示面板9設置於導光板1的下方，以前述顯示面板9作為成像板，該顯示面板9上設有至少一個成像孔4，此實施例為四個成像孔4，在顯示面板9的另一面(即下面)對應成像孔4的位置間隔設置有四個感光組件5，此實施例中各成像孔4對應一個感光元件5，帶有多個成像孔4的顯示面板9與多個感光元件5組成圖像採集器。
本實施例導光板1遠離顯示面板9的一面(即上表面)至成像孔4軸心線中點的距離為物距h object ，該實施例中， 該物距h object 滿足公式：，其中r為相鄰兩個成 像孔4的孔中心間距，α是成像孔4的視場角，同時相鄰兩個成像孔4的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件5至成像孔4軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角。
該實施例中假設h image =2毫米，α=120°，則，即 r 6.928毫米。則物距h object 2.828毫米，其使各成像孔4單獨成像，互不干擾。
該實施例可以參考圖4A前述實施例，顯示面板9作為成像板，其上設置多個成像孔4，當手指未按壓在導光板1上時，光源2射入導光板1內的至少部分光線進行全反射傳輸，當手指按壓在導光板1上時，破壞了導光板1內光線的全反射傳播，使部分光線穿過導光板1表面投射到指紋上，指紋表面對光進行散射，產生各個角度的散射光，一部分散射光經過多個成像孔4後形成多個部分指紋圖像並最終拼接成一個完整指紋圖像，被在顯示面板9下方的感光組件5採集。
上述實施例中，在成像孔4與感光元件5之間可以設置濾光片，用於調節光照的均勻性。還可以在前述成像孔4的任意一側或兩側增設矯正透鏡，對光線進行調節，藉此在成像孔4尺寸較大時依然獲得清晰的成像。
如圖9所示本發明終端設備的實施例四的結構示意圖，包括導光板1及間隔設置於導光板1下方的顯示面板9，該顯示面板9為液晶螢幕，導光板1的左側設置有將至少部分光線射入導光板1的光源2，且射入導光板1內 的至少部分光線發生全反射傳輸，顯示面板9上設置有至少一個通光孔10，此實施例通光孔10設置有四個，顯示面板9的另一面(下面)對應通光孔10間隔設置有至少一個透鏡6，此實施例中各通光孔10的下方對應設置一個透鏡6，各透鏡6的下方對應設置有感光組件5。四個透鏡6和四個感光元件5構成圖像採集器。
使用時，當手指按壓在導光板1上表面，破壞了導光板1內光線的全反射傳輸，一部分光穿過導光板1表面投射到指紋上，指紋表面對光進行散射，產生各個角度的散射光，一部分散射光穿過多個通光孔10射在多個透鏡6上經折射，形成多個部分指紋圖像並最終拼接成一個完整指紋圖像，被在透鏡6下方的感光組件5採集。
上述兩個實施例僅僅揭示對指紋的採集，其也能同時採集多個手指的指紋或者多個掌紋，對掌紋的採集也是同樣的原理，不同之處僅僅在於導光板1上表面尺寸大小有所不同。
如圖10所示本發明液晶終端設備的實施例一的結構示意圖，其包括液晶顯示元件，該液晶顯示元件包括液晶板11、設置於液晶板11下方的背光組件12及圖1~圖5中任一實施例所記載的圖像採集裝置，本實施例的液晶板11選擇由上、下兩塊玻璃面板及夾在兩塊玻璃面板之間的液晶分子構成的透明面板體，背光模組12由上向下依序包括一層或一層以上的光學膜片13、反射片14及背板15。液晶板11設置於圖像採集裝置的導光板1與圖像採 集器16之間，該圖像採集器16可以為帶有至少一個成像孔的成像板和至少一個感光元件組成的圖像採集器，或者為由至少一個透鏡與至少一個感光元件組成的圖像採集器。該實施例中反射片14與背板15互相緊貼。在反射片14的中心設置有一通孔17，在背板15的上表面對應通孔17的位置設置有一凹陷部18，圖像採集器16固定在該凹陷部18內，在各光學膜片13上對應圖像採集器16的位置均設有透光部。
該實施例的液晶終端設備的圖像採集方法包括如下步驟：回應一控制訊號使液晶板11處於透光狀態；將導光板1左側端的光源2發射的至少部分光線射入導光板1內，使射入導光板1內的至少部分光線進行全反射傳輸；在液晶板11下方藉由圖像採集器16透過反射片14上的通孔17、光學膜片13的透光部、液晶板11及導光板1，對導光板1上表面的指紋進行圖像採集。
此實施例被檢測物為手指指紋，也可以為掌紋或人臉。在光學膜片13上設置透光部是為了防止光學膜片13不易透光或不透光時對圖像採集造成影響。當任一光學膜片13是全透光時，則該光學膜片13便是透光部。當任一光學膜片13不易透光或不透光時，該光學膜片13上的透光部可為一個透光孔或透光片。
上述各實施例中，前述成像孔4的孔徑為0.001~1mm；考慮到最佳的成像效果和較短的成像距離以及加工等因素，前述的成像孔4的孔徑宜選擇在 0.01~0.1mm之間，如0.05mm較佳。成像板3的厚度為0.005mm至5mm，較佳厚度為0.001mm至5mm，導光板1的厚度為0.1mm至5mm。在成像孔4與感光元件5之間可以設濾光片，用於調節光照的均勻性。在成像孔4的任意一側或兩側可以增設矯正透鏡，對光線進行調節，藉此在成像孔尺寸較大時依然獲得清晰的成像。
如圖11所示本發明液晶終端設備的實施例二的結構示意圖，該實施例的大部分結構與圖10前述實施例相同，不同之處在於，圖像採集器16設置於背光模組12的下方，背光模組12的反射片14與背板15上對應圖像採集器16的位置分別設置有第一通孔19和第二通孔20，光學膜片13上對應第一通孔19和第二通孔20的位置設置有透光部。
使用時，使液晶板11處於透光狀態時，將光源2的至少部分光線射入導光板1內，使導光板1內的至少部分光線發生全反射傳輸，將手指按壓在導光板1的上表面，圖像採集器16透過第二通孔20、第二通孔19、光學膜片13上的透光部、液晶板11及導光板1採集到導光板1上表面的指紋圖像，當然該實施例也可以檢測掌紋圖像。
如圖12所示本發明液晶終端設備的實施例三的結構示意圖，其大部分結構與圖10前述實施例相同，不同之處在於，背板15上表面的凹陷部18內固定有感光元件5，以前述反射片14作為成像板，前述反射片14上與感光元件5對應的位置設置有至少一個成像孔4，前述成像 孔4與感光元件5間隔設置，光學膜片13上對應前述成像孔4的位置設置有透光部。
採集指紋或掌紋時，回應一控制訊號使液晶板11處於透光狀態；將光源2的至少部分光線射入導光板1內，使入射到導光板1內的至少部分光線進行全反射傳輸；圖像採集器的感光元件5透過成像孔4、光學膜片13上的透光部、液晶板11及導光板1後採集到導光板1上表面的指紋圖像。
如圖13所示本發明液晶終端設備的實施例四的結構示意圖，其大部分結構與圖11所記載的實施例相同，不同之處在於，在背板15另一側(即背板下面)對應液晶板11的位置設置有感光組件5，以反射片14、背板15整體作為成像板，該成像板上與感光組件5對應的位置設置有成像孔4，感光組件5與成像孔4呈間隔設置。在液晶板11透光狀態下，使光源2發射的至少部分光線射入導光板1內，且使射入導光板1內的至少部分光線進行全反射傳輸，圖像採集器的感光元件5透過成像孔4、光學膜片13上的透光部、液晶板11及導光板1後採集到導光板1上表面的指紋圖像。
如圖14所示本發明液晶終端設備的實施例五的結構示意圖，其大部分結構與圖12前述實施例結構相同，不同之處在於，該液晶顯示元件還包括觸控式螢幕21，該觸控式螢幕21位於導光板1與液晶板11之間。
如圖15所示本發明液晶終端設備的實施例六的結構 示意圖，其大部分結構與圖13前述實施例結構相同，不同之處在於，該液晶顯示裝置還包括觸控式螢幕21，該觸控式螢幕21位於導光板1與液晶板11之間。
上述圖12~圖15所記載的液晶終端設備的實施例中，前述成像孔4的孔徑為0.001~1mm；考慮到最佳的成像效果和較短的成像距離以及加工等因素，前述的成像孔4的孔徑宜選擇在0.01~0.1mm之間，如0.05mm較佳。成像板3的厚度為0.005mm至5mm，較佳厚度為0.001mm至5mm，導光板1的厚度為0.1mm至5mm。在成像孔4與感光元件5之間可以設濾光片，用於調節光照的均勻性。在成像孔4的任意一側或兩側可以增設矯正透鏡，對光線進行調節，藉此在成像孔尺寸較大時依然獲得清晰的成像。
如圖16所示本發明液晶終端設備的實施例七的結構示意圖，其大部分結構與圖15前述實施例結構相同，不同之處在於，以前述反射片14和背板15整體作為成像板，該成像板上加工有多個成像孔4，此實施例成像孔4設置為四個，感光組件5設置有四個，各感光元件5分別與一個成像孔4上下對應。
本實施例液晶終端設備的圖像採集方法為：回應一控制訊號使液晶板11處於透光狀態；將導光板1左側的光源2發射的至少部分光線射入導光板1內，並使射入導光板1內的至少部分光線進行全反射傳輸；在導光板1的上表面建立針對同一按印指紋的多個掃描區域，此實施例為 四個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；藉由控制圖像採集器的四個感光元件5逐一對各個掃描區域的部分指紋取像，即依序控制一個感光元件5開啟，其它三個感光元件5關閉來分別採集四個掃描區域的部分指紋圖像，使各相鄰成像區域部分指紋圖像相互不重疊，各感光元件5分別透過其對應的成像孔4、光學膜片13上的透光部、液晶板11、觸控式螢幕21及導光板1採集其所對應的掃描區域內的部分指紋圖像，可參考圖17所示，該圖中顯示的是採集到20個部分指紋圖像；將掃描獲得的各成像區域圖像進行拼接，獲得完整的指紋圖像：先將採集到的四張部分指紋圖像中重複區域裁剪，之後再拼接即得到完整的指紋圖像，此處可參考由圖17中20個部分指紋圖像拼接成圖18中完整的指紋圖像。
上述回應一控制訊號，可以是觸控式螢幕21所得到的控制訊號或觸動按鍵所得到的控制訊號或回應遠端訊號所得到的控制訊號等，在此不一一列舉。
上述液晶終端設備的實施例中均以手指指紋作為被檢測物，被檢測物也可以為其他立體或平面目標物體。
如圖19所示本發明液晶終端設備的實施例八的結構示意圖，其大部分結構與圖16所示實施例結構相同，不同之處在於，感光元件5設置為一個。
該液晶終端設備的圖像採集方法包括以下步驟：回應一控制訊號使液晶板11處於透光狀態；將光源2發射的至少部分光線射入導光板1內，並使射入導光板1內的至 少部分光線進行全反射傳輸；在導光板1的上表面建立針對同一按印指紋的多個掃描區域，此實施例為四個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；將液晶板11分成四個液晶區域，分別對應各前述掃描區域，回應一控制訊號，藉由控制四個液晶區域的啟閉，使各液晶區域逐一處於透光狀態，藉此使感光元件5能夠透過成像孔4及對應的液晶區域採集到所對應的掃描區域的部分指紋圖像，例如，每次控制一個液晶區域開啟，其它三個液晶區域關閉，這樣可以依序採集到各液晶區域的部分指紋圖像，此處要使各成像區域部分指紋圖像相互不重疊；最後將四張成像區域部分指紋圖像進行拼接，拼接後得到完整的指紋圖像。
如圖20所示本發明液晶終端設備的實施例九的結構示意圖，其大部分結構與圖12前述實施例的結構相同，不同之處在於，該實施例中省略了圖12中的導光板1，而將液晶板11作為導光板，在該液晶板11的左側設置光源2。
使用時，使液晶板11處於透光狀態，同時將光源2開啟，使光源2發射的至少部分光線射入液晶板11中，且射入液晶板11內的至少部分光線進行全反射傳輸，位於反射片14和背板15之間的感光元件5透過反射片14上的成像孔4、光學膜片13上的透光部及液晶板11，採集到液晶板11上面或上方的被檢測物圖像，此實施例中被檢測物為手指指紋，也可以為掌紋或人臉。
如圖21所示本發明液晶終端設備的實施例十的結構示意圖，其大部分結構與圖13前述實施例的結構相同，不同之處在於，該實施例中省去了圖13中的導光板1，而將液晶板11作為導光板，在該液晶板11的左側設置有光源2。
使用時，使液晶板11處於透光狀態，同時將光源2開啟，使光源2發射的至少部分光線射入液晶板11中，且射入液晶板11內的至少部分光線進行全反射傳輸，位於背板15下方的感光組件5透過反射片14、背板15上的成像孔4、光學膜片13上的透光部及液晶板11，採集到液晶板11上面或上方的被檢測物(指紋或掌紋)圖像。
上述圖12至圖21所記載的各實施例中，前述導光板遠離前述成像板的一面至成像孔軸心線中點的距離為物 距h object ，該物距h object 滿足公式：，其中r為相鄰 兩個成像孔的孔中心間距，α是成像孔的視場角。且相鄰兩個成像孔的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件至成像孔軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角。
以上僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何所屬技術領域中具有通常知識者在本發明揭露的技術範圍內可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以申請專利範圍的保護範圍為準。
1‧‧‧導光板
2‧‧‧光源
3‧‧‧成像板
4‧‧‧成像孔
5‧‧‧感光元件

Claims (26)

  1. 一種圖像採集裝置，其包括：導光板；用於將光線射入導光板中的光源，前述光源設置於導光板的一側；用於採集導光板上被檢測物圖像的圖像採集器，前述圖像採集器與導光板間隔設置。
  2. 如請求項1所記載的圖像採集裝置，其中前述圖像採集器包括與前述導光板間隔設置的成像板，前述成像板上設有至少一個成像孔，前述成像板的另一面對應成像孔間隔設置有至少一個感光元件。
  3. 如請求項2所記載的圖像採集裝置，其中前述導光板遠離成像板的一面至成像孔軸心線中點的距離為物距 h object ，該物距h object 滿足公式：，其中r為相鄰 兩個成像孔的孔中心間距，α是成像孔的視場角。
  4. 如請求項2或3所記載的圖像採集裝置，其中相鄰兩個成像孔的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件至成像孔軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角。
  5. 如請求項2所記載的圖像採集裝置，其中前述成像孔的孔徑為0.001mm~1mm，前述成像板的厚度為0.005mm至5mm，前述導光板的厚度為0.1mm至5mm。
  6. 如請求項2、3、5中任一項所記載的圖像採集裝置，其 中前述成像孔與前述感光元件之間設有濾光片。
  7. 如請求項2、3、5中任一項所記載的圖像採集裝置，其中前述成像孔的任意一側或兩側設置有矯正透鏡。
  8. 如請求項1所記載的圖像採集裝置，其中前述圖像採集裝置包括與導光板間隔設置的至少一個透鏡，前述透鏡另一面間隔設置有至少一個感光元件。
  9. 一種終端設備，其包括請求項1~8中任一項所記載的圖像採集裝置。
  10. 一種終端設備，其包括導光板及與導光板間隔設置的顯示面板，前述導光板的一側設置有將至少部分光線射入導光板的光源，以前述顯示面板作為成像板，前述顯示面板上設有至少一個成像孔，前述顯示面板的另一面對應成像孔間隔設置有至少一個感光元件。
  11. 如請求項10所記載的終端設備，其中前述導光板遠離前述顯示面板的一面至成像孔軸心線中點的距離為物 距h object ，該物距h object 滿足公式：，其中r為 相鄰兩個成像孔的孔中心間距，α是成像孔的視場角。
  12. 如請求項10或11所記載的終端設備，其中相鄰兩個成像孔的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件至成像孔軸心線中點的距離，α是成像孔的視場角。
  13. 一種終端設備，其包括導光板及與導光板間隔設置的顯示面板，前述導光板的一側設置有將至少部分光線 射入導光板的光源，前述顯示面板上設置有至少一個通光孔，前述顯示面板的另一面對應通光孔間隔設置有至少一個透鏡，前述透鏡另一側間隔設置有至少一個感光元件。
  14. 一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板、背光模組及請求項1~8中任一項所記載的圖像採集裝置；前述液晶板設置於前述圖像採集裝置的導光板與圖像採集器之間；前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學薄片，前述反射片與背板之間設置有圖像採集器，前述反射片上對應圖像採集器的位置設置有通孔，前述光學膜片上對應前述通孔的位置設置有透光部。
  15. 一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板、背光模組及請求項1~8中任一項所記載的圖像採集裝置，其中，前述液晶板設置於前述圖像採集裝置的導光板與圖像採集器之間，前述背光模組設置於液晶板與圖像採集器之間；前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述反射片與背板上對應圖像採集器的位置分別設置有第一通孔和第二通孔，前述光學膜片上對應前述第一通孔和第二通孔的 位置設置有透光部。
  16. 一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板、設置於液晶板一面的背光模組及間隔設置於液晶板另一面的導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述反射片與背板之間設置有感光元件，以前述反射片作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述成像孔與感光組件間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
  17. 一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板、設置於液晶板一面的背光模組及間隔設置於液晶板另一面的導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述背板另一側設置有至少一個感光元件，以前述反射片、背板整體作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述感光元件與成像孔間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
  18. 一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板和背光模組，以前述液晶板作為導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光 模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述反射片與背板之間設置有至少一個感光元件，以前述反射片作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述成像孔與感光組件間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
  19. 一種液晶終端設備，包括液晶顯示元件，其中前述液晶顯示元件包括液晶板和背光模組，以前述液晶板作為導光板，前述導光板的一側設置有光源，前述背光模組包括反射片、背板及設置於反射片與液晶板之間的至少一層光學膜片，前述背板另一側設置有至少一個感光元件，以前述反射片、背板整體作為成像板，前述成像板上與感光元件對應的位置設置有至少一個成像孔，前述感光元件與成像孔間隔設置，前述光學膜片上對應前述成像孔的位置設置有透光部。
  20. 如請求項16至19中任一項所記載的液晶終端設備，其中前述導光板遠離前述成像板的一面至成像孔軸心線中點的距離為物距h object ，該物距h object 滿足公式： ，其中r為相鄰兩個成像孔的孔中心間距， α是成像孔的視場角。
  21. 如請求項20所記載的液晶終端設備，其中相鄰兩個成像孔的孔中心間距r滿足公式：r 2．h image tg(α/2)，其中h image 為像距，是感光組件至成像孔軸心線中點的距離，α是 成像孔的視場角。
  22. 一種圖像採集裝置的圖像採集方法，係使用如請求項1~8之一所記載的圖像採集裝置，其中包括以下步驟：將光源發射的至少部分光線射入導光板內，使射入導光板內的至少部分光線發生全反射傳輸；藉由圖像採集器採集導光板另一側的被檢測物圖像。
  23. 如請求項22所記載的圖像採集裝置的圖像採集方法，其中前述藉由圖像採集器採集導光板另一側的被檢測物圖像具體包括：在被檢測物觸摸的導光板表面建立多個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；藉由前述圖像採集器對各掃描區域的部分被檢測物取像，使各相鄰成像區域圖像不能重疊；將掃描獲得的各成像區域圖像進行拼接，獲得完整的被檢測物圖像。
  24. 一種液晶終端設備的圖像採集方法，係使用如請求項14至21之一所記載的液晶終端設備，其中包括以下步驟：回應一控制訊號使液晶板處於透光狀態；將光源發射的至少部分光線射入導光板內，使射入導光板內的至少部分光線發生全反射傳輸；在液晶板一側藉由前述圖像採集器對遠離液晶板的導光板另一側的被檢測物進行圖像採集。
  25. 如請求項24所記載的液晶終端設備的圖像採集方法， 其中前述在液晶板一側藉由前述圖像採集器對遠離液晶板的導光板另一側的被檢測物進行圖像採集具體為：在被檢測物觸摸的導光板表面建立針對同一被檢測物的多個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；逐一對各個掃描區域的部分被檢測物取像，使各相鄰成像區域圖像不能重疊；將掃描獲得的各成像區域圖像進行拼接，獲得完整的被檢測物圖像。
  26. 如請求項24所記載的液晶終端設備的圖像採集方法，其中前述在液晶板一側藉由前述圖像採集器對遠離液晶板的導光板另一側的被檢測物進行圖像採集具體為：在被檢測物觸摸的導光板表面建立針對同一被檢測物的多個掃描區域，使相鄰的掃描區域之間相互重疊；回應一控制訊號使對應各個掃描區域的液晶板逐一處於透光狀態；逐一對各個掃描區域的部分被檢測物取像，使各相鄰成像區域圖像不能重疊；將掃描獲得的各成像區域圖像進行拼接，獲得完整的被檢測物圖像。
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