TWI731507B - 圖像採集裝置及具有圖像採集裝置的電子設備 - Google Patents

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Abstract

一種圖像採集裝置，包括：一透光蓋板、一光源部件、一傳感器部件，及一位於該光源部件和該傳感器部件之間的透鏡。該透光蓋板具有用於與一待採集物體相接觸的一第一面。該光源部件與該透光蓋板貼合。該傳感器部件位於該光源部件的第二面下。該透鏡的中心軸與該光源部件的法線形成夾角。該光源部件的光線透過該透光蓋板並經該待採集物體散射後，再經該透鏡聚焦至該傳感器部件。該光源部件位於該透鏡的景深外，該待採集物體位於該透鏡的景深內。本發明能夠大幅提高圖像採集裝置的信噪比，實現對待採集物體的離屏檢測。

Description

圖像採集裝置及具有圖像採集裝置的電子設備
本發明是有關於一光學器件，特別是指一種圖像採集裝置，及一種具有圖像採集裝置的電子設備。
生物特徵識別技術在資訊安全領域發揮著越來越重要的作用，其中，指紋識別技術已成為移動互聯網領域廣泛應用的身份識別及設備解鎖的關鍵技術手段之一。
在設備的螢幕占比越來越大的趨勢下，傳統的電容式指紋識別已經不能滿足需求，而超聲波指紋識別則存在技術成熟度和成本等方面的問題，因此，利用光學指紋成像方技術的光學指紋識別是有望成為螢幕下指紋識別的主流技術方案。
現有的光學指紋成像技術，主要利用幾何光學成像原理，對一採集物體採集圖像。這樣的技術雖然能在一定程度上得到較清晰的圖像，但是，在採集“乾手指”的指紋圖像時，現有的光學指紋採集方案無法得到清晰的、完整的乾手指指紋圖像。
因此，本發明之一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的圖像採集裝置，以提高圖像採集裝置的信噪比，實現對待採集物體的離螢幕檢測。
於是，本發明圖像採集裝置，包含一透光蓋板、一光源部件、一傳感器部件，及一透鏡。
該透光蓋板具有相對的一第一面及一第二面，所述透光蓋板的第一面用於與一待採集物體相接觸。
該光源部件具有相對的一第一面及一第二面，所述光源部件的第一面與所述透光蓋板的第二面貼合。
該傳感器部件位於所述光源部件的第二面下方。
該透鏡位於所述光源部件和所述傳感器部件之間，所述透鏡的中心軸與所述光源部件的法線形成一夾設預定角度的夾角，其中，所述光源部件的法線平行於一自所述光源部件的第一面朝向所述光源部件的第二面的方向。
所述光源部件產生的光線透過所述透光蓋板後經所述待採集物體散射，散射的光線經所述透鏡聚焦至所述傳感器部件。
所述光源部件位於所述透鏡的景深之外，所述待採集物體位於所述透鏡的景深之內。
具體地，所述待採集物體位於所述透鏡的景深之內是指：所述待採集物體與所述透光蓋板的第一面的距離在一預定距離 內的部分位於所述透鏡的景深之內。
具體地，所述光源部件位於所述透鏡的景深之外是指：所述光源部件到所述透鏡的最大距離小於所述透鏡的最小成像距離。
具體地，所述傳感器部件的法線平行於所述光源部件的法線，其中，所述傳感器部件的法線平行於一自所述傳感器部件的第一面朝向所述傳感器部件的第二面的方向。
具體地，所述傳感器部件的法線與所述透鏡的中心軸形成夾設所述預定角度的所述夾角，其中，所述傳感器部件的法線平行於一自所述傳感器部件的第一面朝向所述傳感器部件的第二面的方向。
具體地，所述傳感器部件的法線平行於所述透鏡的中心軸，所述傳感器部件的法線平行於一自所述傳感器部件的第一面朝向所述傳感器部件的第二面的方向。
具體地，所述傳感器部件與所述光源部件間的距離依據所述透鏡的焦距確定。
具體地，所述夾設預定角度的夾角的角度範圍為5°至30°。
具體地，所述光源部件為一顯示面板。
具體地，所述顯示面板選自於一液晶顯示螢幕、一主 動陣列式有機發光二極體顯示螢幕，以及一微發光二極體顯示螢幕。
因此，本發明之另一目的，即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的具有圖像採集裝置的電子設備。
該具有圖像採集裝置的電子設備包括上述的圖像採集裝置，及一處理器，所述處理器與所述圖像採集裝置耦合，並用於接收所述圖像採集裝置採集到的所述待採集物體的一圖像。
本發明之功效在於：所述圖像採集裝置能夠大幅提高圖像採集裝置的信噪比，實現對待採集物體的離屏檢測效果。具體地，所述透鏡的中心軸與所述光源部件的法線形成所述夾設預定角度的夾角，能夠實現非均勻照明，相較於現有的均勻照明的成像技術，能夠將信噪比提高，使得透射光照射到未接觸所述透光蓋板的所述待採集物體後所成的像能夠被探測，從而能夠得到所述待採集物體未接觸到所述透光蓋板的部分區域的圖像。進一步地，通過調節所述光源部件與所述透鏡之間的距離，使得所述光源部件朝向所述透鏡的光通過所述透鏡後的成像為虛像(或不成像)，最大化地降低所述光源部件對圖像採集效果的負面影響。進一步地，通過調節所述透光蓋板和所述透鏡之間的距離，確保所述待採集物體位於所述透鏡的景深之內，從而使得所述待採集物體所散射的光通過所述透鏡的成像為清晰的像，改善所述待採集物體的圖像採集效果。
進一步地，所述傳感器部件的法線與所述透鏡的中心軸形成所述夾設預定角度的夾角，其中，所述傳感器部件的法線平行於所述傳感器部件之自第一面朝向所述傳感器部件的第二面的該方向。因此，可以改善經所述透鏡聚焦的光線在所述傳感器部件上的成像品質。
100:圖像採集裝置
110:待採集物體
120:透光蓋板
130:光源板
140:透鏡
150:傳感器
200:圖像採集裝置
210:待採集物體
220:透光蓋板
220a:第一面
220b:第二面
230:光源部件
230a:第一面
230b:第二面
240:透鏡
250:傳感器部件
250a:第一面
250b:第二面
L1:中軸線
L2:法線
L3:中心軸
L4:法線
L5:法線
L6:法線
θ:夾角
x:預定距離
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是現有的一利用光學指紋成像的圖像採集裝置的示意圖；圖2是本發明圖像採集裝置的一實施例的一示意圖；及圖3是該實施例的另一種變化態樣的一示意圖。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
如先前技術所言，現有的指紋採集裝置存在諸多缺陷，尤其在應對諸如乾手指的指紋採集場景中，存在採集到的指紋圖像清晰度低的問題。
本文中出現的“乾手指”是指：如指腹處的皮膚紋路較淺的手指、乾燥度較高的手指、皮脂分泌不足的手指等，也就是採集到的指紋圖像中，指紋紋路淺而細，清晰度較低的手指。
例如，相較於皮脂分泌正常的正常手指，皮脂分泌不足的手指的指紋紋路較硬，當手指按壓到一指紋採集器上時，指紋紋路(如凸紋)與該指紋採集器的指紋採集螢幕的接觸面積不會隨著手指按壓力度的變化而變化，這就導致最終採集到的指紋圖像中線條又細又淺，整體成像不清晰。
現有的圖像採集裝置的結構可以參考圖1所示，圖像採集裝置100從上到下依次包括：一透光蓋板120、一光源板130、一透鏡140及一傳感器150，其中，該透鏡140的中軸線L1是平行於透光蓋板120的法線L2設置。該光源板130發出的光線中的一部分向下照射，一部分向上照射，其中，向上照射並朝向一待採集物體110之未與該透光蓋板120接觸的區域的光線中，其中一部分直接被該透光蓋板120反射，另一部分透射後進入空氣，再被該待採集物體110散射，該散射光中的一小部分沿著原路徑從該透光蓋板120接觸的區域重新返回進入該透光蓋板120；向上照射並朝向該待採集物體110與該透光蓋板120接觸的區域的光線中，其中大部分被該待採集物體110散射。兩種情況的光路徑不同，導致返回進入該傳感器150的光線強度不同，而形成指紋圖像。
經過發明人分析發現，現有圖像採集裝置100的信噪比差，具體而言，現有這種均勻照明的成像結構，導致該光源板130直接向下發射的光線會對向上傳播後被該透光蓋板120反射和該待採集物體110散射回來的光線經過透鏡140的成像產生影響。經過發明人分析發現，現有的所述圖像採集裝置100中，自該光源板130向上的光線中，不超過4%的光線能夠被反射，其中一小部分會成功通過該透鏡140成像到該傳感器150，因而透過該透光蓋板120被該待採集物體110散射的光線由於乾手指等因素，就很難在該傳感器150形成有效的指紋圖像。
因而，現有的圖像採集裝置只能對與該待採集物體(如手指)接觸良好，或按壓充分而接觸到該圖像採集裝置的該透光蓋板的該待採集物體的部分進行成像。這就導致現有的圖像採集裝置採集到的乾手指的指紋圖像的清晰度低，因為乾手指與該透光蓋板的接觸面積小。
為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種圖像採集裝置，包括：一透光蓋板，所述透光蓋板具有相對的一第一面和一第二面，所述透光蓋板的第一面適用於與一待採集物體相接觸；一光源部件，所述光源部件具有相對的一第一面和一第二面，所述光源部件的第一面與所述透光蓋板的第二面貼合；一傳感器部件，所述傳感器部件位於所述光源部件的第二面下方；及一透鏡，所述 透鏡位於所述光源部件和所傳感器部件之間，所述透鏡的中心軸與所述光源部件的法線形成夾設預定角度的一夾角，其中，所述光源部件的法線平行於一自所述光源部件的第一面指向所述光源部件的第二面的方向；其中，所述光源部件產生的光線透過所述透光蓋板後，經所述待採集物體散射，散射的光線經所述透鏡聚焦至所述傳感器部件；所述光源部件位於所述透鏡的景深之外，所述待採集物體位於所述透鏡的景深之內。
因此，所述圖像採集裝置能夠大幅提高圖像採集裝置的信噪比，實現對待採集物體的離屏檢測。具體地，所述透鏡的中心軸與所述光源部件的法線形成夾設預定角度的該夾角，能夠實現非均勻照明，相較於現有均勻照明的成像技術，能夠將信噪比提高，使得透射光照射到未接觸透光蓋板的待採集物體後所成的像能夠被探測，從而能夠得到所述待採集物體未接觸到所述透光蓋板的那部分區域的圖像。進一步地，通過調節所述光源部件與所述透鏡之間的距離，使得所述光源部件朝向並通過所述透鏡的光的成像為虛像(或不成像)，最大化地降低所述光源部件對圖像採集效果的負面影響。進一步地，通過調節所述透光蓋板和所述透鏡之間的距離，確保所述待採集物體位於所述所述透鏡的景深之內，從而使得所述待採集物體所述散的光通過透鏡的成像為清晰的像，改善對該待採集物體的圖像採集效果。
為使本發明的上述目的、特徵和有益效果能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
圖2本發明圖像採集裝置的一實施例的示意圖。本實施例的方案可以應用於指紋採集場景。
具體地，在本實施例中，該圖像採集裝置200可以包括：一透光蓋板220，所述透光蓋板220可以具有相對的一第一面220a和一第二面220b，所述透光蓋板220的第一面220a可以適用於與一待採集物體210相接觸。
例如，所述待採集物體210可以是手指。
在一個實施例中，所述透光蓋板220可以是一單層結構或者一多層結構，該單層結構可以是一玻璃蓋板，或一有機透光材質蓋板，該單層結構的透光蓋板220也可以是具有其他功能的蓋板，如可以是一觸控螢幕。該多層結構可以是一多層玻璃蓋板或者一多層有機透光材質蓋板，或該玻璃蓋板與該有機透光材質蓋板的結合。
更為具體地，所述圖像採集裝置200還可以包括：一光源部件230，所述光源部件230可以具有相對的一第一面230a和一第二面230b，所述光源部件230的第一面230a與所述透光蓋板220的第二面220b貼合。
在一個實施例中，所述光源部件230可以是在一塊板 上設置有多個的光源。
在一個實施例中，所述光源部件230可以為一顯示面板，如一液晶顯示螢幕、一主動陣列式有機發光二極體顯示螢幕，或一微發光二極體顯示螢幕。
所述光源部件230可以具有多個光源，每一所述光源可以是一點光源、一線光源、或具有其他拓撲結構的光源。
進一步地，所述圖像採集裝置200還可以包括：一傳感器部件250，所述傳感器部件250可以位於所述光源部件230的第二面230b下方。所述傳感器部件250可以具有相對的一第一面250a和一第二面250b。
其中，下方是指：一自所述光源部件230的第一面230a朝向第二面230b的方向。換言之，所述圖像採集裝置200從上至下依次包括：所述透光蓋板220、所述光源部件230、所述透鏡240和所述傳感器部件250，所述待採集物體210從上方接觸所述透光蓋板220的第一面220a，所述圖像採集裝置200對所述待採集物體210進行圖像採集。
在一個實施例中，所述傳感器部件250可以用於獲取光線，可以包括有多個感光單元(圖未示)，該等感光單元可為光電二極體(photodiode)。
在一個實施例中，所述傳感器部件250可以設置於所 述光源部件230的下方，光線可以穿過所述光源部件230的光源之間的間隙，進入到所述傳感器部件250中。
進一步地，所述圖像採集裝置200還可以包括：一透鏡240，所述透鏡240可以位於所述光源部件230和所述傳感器部件250之間。
在一個實施例中，所述傳感器部件250與所述光源部件230之間的距離可以根據所述透鏡240的焦距確定。其中，所述傳感器部件250與所述光源部件230的距離是指：所述傳感器部件250到所述光源部件230的平均距離。
優選地，所述透鏡240的焦距可以盡可能地小，使得在所述傳感器部件250上的成像較小，能夠降低所述傳感器部件250的成本。在一些實施例中，所述透鏡240可為一凸透鏡。
進一步地，所述光源部件230的一法線L5可以平行於所述透光蓋板220的一法線L4，其中，所述光源部件230的法線L5平行於自所述光源部件230的第一面230a朝向所述光源部件230的第二面230b的方向，所述透光蓋板220的法線L4平行於一自所述透光蓋板220的第一面220a指向所述透光蓋板220的第二面220b的方向。換言之，所述透光蓋板220和所述光源部件230可以平行設置。
進一步地，所述透鏡240的一中心軸L3與所述光源 部件230的法線L5可以形成夾設預定角度的一夾角θ。由此，可以形成不均勻的照明，降低所述光源部件230向下照射的光線對所述傳感器部件250的影響，提高所述圖像採集裝置200的信噪比。
優選地，所述夾設預定角度的夾角θ的角度範圍為5°至30°。
進一步地，所述光源部件230產生的光線透過所述透光蓋板220後經所述待採集物體210散射，散射的光線經所述透鏡240聚焦至所述傳感器部件250。由此，通過調節所述透鏡240的設置角度，使得透射光照射到未接觸所述透光蓋板220的所述待採集物體210後所成的像能夠被探測，並能夠成像在所述傳感器部件250。
進一步地，所述光源部件230位於所述透鏡240的景深之外，所述待採集物體210位於所述透鏡240的景深之內。
在一個實施例中，所述待採集物體210位於所述透鏡的景深之內可以是指：所述待採集物體210與所述透光蓋板220的第一面220a的距離在一預定距離x內的部分位於所述透鏡240的景深之內。由此，確保所述預定距離x內的待採集物體210均能夠通過透鏡240在所述傳感器部件250形成清晰的像。較佳地，所述預定距離x可以為0至1毫米。
因此，利用本實施例的方案，在所述待採集物體210 與所述透光蓋板220相接觸的區域，所述光源部件230發出的光線被所述待採集物體210散射後，在所述傳感器部件250上成像。
同時，在所述待採集物體210與所述透光蓋板220未接觸且距離所述透光蓋板220的第一面220a在該預定距離x內的所述待採集物體210的區域，能夠被穿透所述透光蓋板220的光線照射，照射後散射的光線通過所述透鏡240聚焦後，同樣能在所述傳感器部件250上成像。
如此，可以實現對待採集物體210的離屏檢測，增大對所述待採集物體210的成像面積。
在一個實施例中，所述光源部件230位於所述透鏡240的景深之外是指：所述光源部件230到所述透鏡240的最大距離小於所述透鏡240的最小成像距離。透過此設計，可以確保所述光源部件230所發出並朝向所述透鏡240的光，在通過所述透鏡240而在所述傳感器部件250上的成像為虛像(或不成像)，有效降低光源部件230對成像結果的影響。
在一個實施例中，所述傳感器部件250的法線L6可以平行於所述光源部件230的法線L5，亦即，所述傳感器部件250的法線L6與所述透鏡240的中心軸L3也形成夾設所述預定角度的該夾角θ，其中，所述傳感器部件250的法線L6可以平行於自所述傳感器部件250的第一面250a朝向所述傳感器部件250的第 二面250b的該方向。換言之，所述透光蓋板220、所述光源部件230和所述傳感器部件250可以平行設置。
在本實施例的其他變化態樣中，參考圖3，所述傳感器部件250的法線L6可以平行於所述透鏡240的中心軸L3。透過此設計，可以改善經所述透鏡240聚焦的光線在所述傳感器部件250上的成像品質。
本發明實施例還提供一種具有圖像採集裝置的電子設備，可以包括上述圖2或圖3所述的圖像採集裝置200，以及一處理器，所述處理器與所述圖像採集裝置200耦合，並適用於接收所述圖像採集裝置200採集到的所述待採集物體210的圖像。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
200:圖像採集裝置
210:待採集物體
220:透光蓋板
220a:第一面
220b:第二面
230:光源部件
230a:第一面
230b:第二面
240:透鏡
250:傳感器部件
250a:第一面
250b:第二面
L1:中軸線
L2:法線
L3:中心軸
L4:法線
L5:法線
L6:法線
θ:夾角
x:預定距離

Claims (11)

  1. 一種圖像採集裝置，包含：一透光蓋板，具有相對的一第一面及一第二面，所述透光蓋板的第一面用於與一待採集物體相接觸；一光源部件，具有相對的一第一面及一第二面，所述光源部件的第一面與所述透光蓋板的第二面貼合；一傳感器部件，位於所述光源部件的第二面下方；及一透鏡，位於所述光源部件和所述傳感器部件之間，所述透鏡的中心軸與所述光源部件的法線形成一夾設預定角度的夾角，其中，所述光源部件的法線平行於一自所述光源部件的第一面朝向所述光源部件的第二面的方向；其中，所述光源部件產生的光線透過所述透光蓋板後經所述待採集物體散射，散射的光線經所述透鏡聚焦至所述傳感器部件；其中，所述光源部件位於所述透鏡的景深之外，所述待採集物體位於所述透鏡的景深之內。
  2. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述待採集物體位於所述透鏡的景深之內是指：所述待採集物體與所述透光蓋板的第一面的距離在一預定距離內的部分位於所述透鏡的景深之內。
  3. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述光源部件位於所述透鏡的景深之外是指：所述光源部件到所述透鏡的最大距離小於所述透鏡的最小成像距離。
  4. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述傳感器部件 的法線平行於所述光源部件的法線，其中，所述傳感器部件可以具有相對的一第一面及一第二面，所述傳感器部件的法線平行於一自所述傳感器部件的第一面朝向所述傳感器部件的第二面的方向。
  5. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述傳感器部件的法線與所述透鏡的中心軸形成夾設所述預定角度的所述夾角，其中，所述傳感器部件可以具有相對的一第一面及一第二面，所述傳感器部件的法線平行於一自所述傳感器部件的第一面朝向所述傳感器部件的第二面的方向。
  6. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述傳感器部件的法線平行於所述透鏡的中心軸，所述傳感器部件可以具有相對的一第一面及一第二面，所述傳感器部件的法線平行於一自所述傳感器部件的第一面朝向所述傳感器部件的第二面的方向。
  7. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述傳感器部件與所述光源部件間的距離依據所述透鏡的焦距確定。
  8. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述夾設預定角度的夾角的角度範圍為5°至30°。
  9. 如請求項1所述的圖像採集裝置，其中，所述光源部件為一顯示面板。
  10. 如請求項9所述的圖像採集裝置，其中，所述顯示面板選自於一液晶顯示螢幕、一主動陣列式有機發光二極體顯示螢幕，以及一微發光二極體顯示螢幕。
  11. 一種具有圖像採集裝置的電子設備，包含： 上述請求項1至請求項10中任一項所述的圖像採集裝置；及一處理器，與所述圖像採集裝置耦合，並用於接收所述圖像採集裝置採集到的所述待採集物體的一圖像。
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