一種指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，包括棱鏡、光學(xué)成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，棱鏡包括背景面、指紋識(shí)別面、全反射面、光線進(jìn)出界面，其中指紋識(shí)別面和全反射面是平面，人的指紋按壓在指紋識(shí)別面后，當(dāng)光線遇到指紋凸出的部分時(shí)指紋識(shí)別面上的全反射功能被破壞后再被全反射面進(jìn)行二次全反射，然后從光線進(jìn)出界面出去；當(dāng)光線遇到指紋凹陷的部分，光線在指紋識(shí)別面上發(fā)生全反射并射向背景面，被涂黑色的背景面的配合下從光線進(jìn)出界面看，指紋凸出的部分形成光亮的白色，指紋凹陷的部分形成黑色實(shí)現(xiàn)指紋圖像的二值化。它比較薄、體積小，指紋圖像清晰。
【專利說(shuō)明】
一種指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及指紋圖像采集裝置。本發(fā)明涉及一種指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及指紋圖像采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]指紋具有唯一性和不變性，指紋識(shí)別技術(shù)使用簡(jiǎn)單方便、安全可靠。指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)是整個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)的輸入裝置即采集指紋的裝置，可廣泛地使用于指紋鎖、考勤系統(tǒng)、帶指紋識(shí)別的鼠標(biāo)、鍵盤、手機(jī)等裝置上，也可用于公安系統(tǒng)的指紋比對(duì)采集等作業(yè)，為提高指紋識(shí)別的清晰度，通常采用指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)(即光學(xué)指紋采集儀)，其光路有全反射式和散射式兩種。
[0003]現(xiàn)有的指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)普遍存在如下問(wèn)題:1)整個(gè)系統(tǒng)體積大，比較厚，原因主要是采用的棱鏡較大和較厚；2) —些棱鏡的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中把它作為成像的透鏡的功能來(lái)設(shè)計(jì)，例如一些棱鏡的指紋識(shí)別面(即接觸面)設(shè)置成弧面等，這些都會(huì)增加產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和加工難度，也導(dǎo)致系統(tǒng)厚度和體積增加；3)光學(xué)成像系統(tǒng)和PCB板上的配合不夠緊湊，整個(gè)系統(tǒng)體積大，比較厚；4)照明系統(tǒng)的布局不合理，導(dǎo)致指紋識(shí)別面光照不均勻，出現(xiàn)色斑和圖像不清晰等問(wèn)題，并且導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)體積大，比較厚。5)傳統(tǒng)指紋儀的成像存在嚴(yán)重的梯形畸變，導(dǎo)致識(shí)別率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種比較薄、體積小的指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，包括棱鏡、光學(xué)成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，所述的棱鏡包括四個(gè)功能面:背景面、指紋識(shí)別面、全反射面、光線進(jìn)出界面，其中指紋識(shí)別面和全反射面是平面并且相對(duì)，背景面與光線進(jìn)出界面相對(duì)，照明系統(tǒng)將光線照射到指紋識(shí)別面，人的指紋按壓在指紋識(shí)別面后，當(dāng)光線遇到指紋凸出的部分時(shí)指紋識(shí)別面上的全反射功能被破壞后再被全反射面進(jìn)行二次全反射，然后從光線進(jìn)出界面出去；當(dāng)光線遇到指紋凹陷的部分，光線在指紋識(shí)別面上發(fā)生全反射并射向背景面，背景面被涂上黑色，在背景面的配合下從光線進(jìn)出界面看，指紋凸出的部分形成光亮的白色，指紋凹陷的部分形成黑色實(shí)現(xiàn)指紋圖像的二值化。
[0007]上述所述的背景面可以是平面、曲面、多個(gè)面組合而成的集合面。涂黑后的背景面的形狀可以是任意的。上述所述的背景面可以是平面、曲面、多個(gè)面組合而成的集合面。涂黑后的背景面的形狀可以是任意的。
[0008]上述所述在棱鏡的后方還設(shè)置有光學(xué)成像系統(tǒng)，該光學(xué)成像系統(tǒng)包括反射鏡、光欄孔、成像透鏡，二值化的指紋圖像經(jīng)過(guò)反射鏡反射后經(jīng)過(guò)光欄孔、成像透鏡后成像于感光芯片上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局合理，使整個(gè)系統(tǒng)體積小，比較緊湊，有效消除成像存在嚴(yán)重的梯形畸變問(wèn)題，識(shí)別率高。
[0009]上述所述的照明系統(tǒng)包括安裝在PCB板上的LED光源和反射鏡，LED光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反射鏡反射后進(jìn)入棱鏡的光線進(jìn)出界面，再經(jīng)過(guò)全反射面反射后照射到指紋識(shí)別面。LED光源集成在PCB板上，可以使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，減少體積。
[0010]上述所述的棱鏡是由折射率大于I的塑料制造，與玻璃棱鏡相比，可以大大降低產(chǎn)品的重量和體積，同時(shí)適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0011]上述所述指紋識(shí)別面與光線進(jìn)出界面的夾角A2范圍是90度至150度；全反射面與光線進(jìn)出界面的夾角Al范圍是83.1度至43.1度。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明:
[0013]圖1是本發(fā)明的分解示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明的棱鏡的截面圖；
[0015]圖3是本發(fā)明的俯視圖
[0016]圖4是圖3的A-A剖視圖；
[0017]圖5是圖3的B-B剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1至圖5所示，本發(fā)明包括有結(jié)構(gòu)件1、LED光源2、棱鏡3、成像透鏡4和感光芯片5，LED光源2、棱鏡3、成像透鏡4和感光芯片5安裝在結(jié)構(gòu)件I上，所述的棱鏡3包括四個(gè)功能面:背景面34、指紋識(shí)別面33、全反射面32、光線進(jìn)出界面31，其中指紋識(shí)別面33和全反射面32是平面并且相對(duì)，背景面34與光線進(jìn)出界面31相對(duì)，照明系統(tǒng)將光線照射到指紋識(shí)別面33，人的指紋按壓在指紋識(shí)別面33后，當(dāng)光線遇到指紋凸出的部分時(shí)指紋識(shí)別面33上的全反射功能被破壞后再被全反射面32進(jìn)行二次全反射，然后從光線進(jìn)出界面出去；當(dāng)光線遇到指紋凹陷的部分，光線在指紋識(shí)別面33上發(fā)生全反射并射向背景面34，背景面34被涂上黑色，在背景面34的配合下從光線進(jìn)出界面31看，指紋凸出的部分形成光亮的白色，指紋凹陷的部分形成黑色實(shí)現(xiàn)指紋圖像的二值化。背景面34可以是平面、曲面、多個(gè)面組合而成的集合面，例如:背景面34可以是多個(gè)平面組成。棱鏡3是由折射率大于I的塑料制造，在棱鏡3的后方還設(shè)置有光學(xué)成像系統(tǒng)，該光學(xué)成像系統(tǒng)包括反射鏡6、光欄孔71、成像透鏡4，二值化的指紋圖像經(jīng)過(guò)反射鏡6反射后經(jīng)過(guò)光欄孔71、成像透鏡4后成像于感光芯片5上。照明系統(tǒng)包括安裝在PCB板13上的LED光源2和反射鏡8，LED光源2發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反射鏡8反射后進(jìn)入棱鏡3的光線進(jìn)出界面31，再經(jīng)過(guò)全反射面32反射后照射到指紋識(shí)別面33。指紋識(shí)別面33與光線進(jìn)出界面31的夾角A2范圍是90度至150度；全反射面32與光線進(jìn)出界面31的夾角Al范圍是83.1度至43.1度。棱鏡3和照明系統(tǒng)的光路與光學(xué)成像系統(tǒng)安裝在結(jié)構(gòu)件I上。所述感光芯片5和LED光源2安裝在同一 PCB 板 13 上。
[0019]所述的結(jié)構(gòu)件I包括上蓋11、殼座結(jié)構(gòu)件12，棱鏡3安裝在殼座結(jié)構(gòu)件12的空腔121內(nèi)，上蓋11安裝在殼座結(jié)構(gòu)件12頂面上，PCB板13安裝在殼座結(jié)構(gòu)件12底部，棱鏡3的指紋識(shí)別面33從上蓋11設(shè)置的窗口 111外露出來(lái)，所述的反射鏡6和反射鏡8安裝在上蓋11底面并與棱鏡3的光線進(jìn)出界面31相對(duì)的一側(cè)。在感光芯片5和LED光源2的正上方分別設(shè)置反射鏡6和反射鏡8。所述成像透鏡4位于反射鏡6與感光芯片5之間，成像透鏡4安裝在鏡筒7里面并壓圈9壓緊，鏡筒7外表面設(shè)置螺紋，鏡筒7安裝在殼座結(jié)構(gòu)件12上并與其螺紋連接。感光芯片5可以是CMOS圖像傳感器。
[0020]本實(shí)用的原理是:指紋識(shí)別時(shí)，手指按在棱鏡3的指紋識(shí)別面33上，從LED光源2發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)反射鏡8反射棱鏡3的光線進(jìn)出界面31并進(jìn)入棱鏡3，進(jìn)入棱鏡3的光線經(jīng)過(guò)全反射面32反射后到達(dá)指紋識(shí)別面33。人的指紋按壓在指紋識(shí)別面33后，當(dāng)光線遇到指紋凸出的部分時(shí)指紋識(shí)別面33上的全反射功能被破壞后再被全反射面32進(jìn)行二次全反射，然后從光線進(jìn)出界面出去；當(dāng)光線遇到指紋凹陷的部分，光線在指紋識(shí)別面33上發(fā)生全反射并射向背景面34，背景面34被涂上黑色，在背景面34的配合下從光線進(jìn)出界面31看，指紋凸出的部分形成光亮的白色，指紋凹陷的部分形成黑色實(shí)現(xiàn)指紋圖像的二值化。所述的二值化是計(jì)算機(jī)圖像處理的通用述語(yǔ)，即將圖像中黑色的部分的所有點(diǎn)賦予值1，將圖像中光亮的白色的部分的所有組成點(diǎn)賦予值0，計(jì)算機(jī)通過(guò)這兩個(gè)值可以描述出指紋的圖像。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，包括棱鏡(3)、光學(xué)成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，其特征在于:所述的棱鏡⑶包括四個(gè)功能面:背景面(34)、指紋識(shí)別面(33)、全反射面(32)、光線進(jìn)出界面(31)，其中指紋識(shí)別面(33)和全反射面(32)是平面并且相對(duì)，背景面(34)與光線進(jìn)出界面(31)相對(duì)，照明系統(tǒng)將光線照射到指紋識(shí)別面(33)，人的指紋按壓在指紋識(shí)別面(33)后，當(dāng)光線遇到指紋凸出的部分時(shí)指紋識(shí)別面(33)上的全反射功能被破壞后再被全反射面(32)進(jìn)行二次全反射，然后從光線進(jìn)出界面出去；當(dāng)光線遇到指紋凹陷的部分，光線在指紋識(shí)別面(33)上發(fā)生全反射并射向背景面(34)，背景面(34)被涂上黑色，在背景面(34)的配合下從光線進(jìn)出界面(31)看，指紋凸出的部分形成光亮的白色，指紋凹陷的部分形成黑色實(shí)現(xiàn)指紋圖像的二值化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:背景面(34)可以是平面、曲面、多個(gè)面組合而成的集合面。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:在棱鏡(3)的后方還設(shè)置有光學(xué)成像系統(tǒng)，該光學(xué)成像系統(tǒng)包括反射鏡￠)、光欄孔(71)、成像透鏡(4)，二值化的指紋圖像經(jīng)過(guò)反射鏡(6)反射后經(jīng)過(guò)光欄孔(71)、成像透鏡(4)后成像于感光芯片(5)上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:照明系統(tǒng)包括安裝在PCB板(13)上的LED光源⑵和反射鏡(8)，LED光源⑵發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反射鏡⑶反射后進(jìn)入棱鏡(3)的光線進(jìn)出界面(31)，再經(jīng)過(guò)全反射面(32)反射后照射到指紋識(shí)別面(33)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的指紋識(shí)別光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:指紋識(shí)別面(33)與光線進(jìn)出界面(31)的夾角A2范圍是90度至150度；全反射面(32)與光線進(jìn)出界面(31)的夾角Al范圍是83.1度至43.1度。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK105893910SQ201410561765
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年10月10日
【發(fā)明人】趙剛, 陳鳳
【申請(qǐng)人】重慶蝶盟科技有限公司