一種均勻性光照采指面結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及均勻性光照采指面結構，包括指紋采集棱鏡和勻光器；所述勻光器由棱鏡和反射器組成；棱鏡為直角棱鏡，底角與指紋采集棱鏡底角一致，其中一直角面與反射器的底面1?2重合，另一直角面2?2與LED發(fā)光面平行，兩直角面為光滑平面，斜面2?1為磨砂面；反射器內表面1?1和底面1?2均覆有反光層，反射器的端部與LED發(fā)光面相連。本發(fā)明的有益效果是：通過對LED出光的二次設計，使指紋采集棱鏡的入射端形成一個均勻發(fā)光的面光源，同時，通過計算棱鏡折射率和角度等條件，使采指面的照度分布均勻化，降低算法的難度，減小棱鏡的體積，使產品體積小型化，更加符合市場需求。
【專利說明】
-種均勻性光照采指面結構
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種采指面結構，更具體說，設及一種均勻性光照采指面結構。
【背景技術】
[0002] 目前在指紋識別領域，采集指紋時所用的光源大多數(shù)為L抓照明。L抓相對于其他 光源，有光通量大、體積小、抗震性好、響應時間短等特點。但是L抓光源為近朗伯發(fā)光，出射 光線強度分布不均勻，對指紋信息采集的準確性產生較大的影響，從而影響指紋識別的準 確性。為了改變運種現(xiàn)狀，有些廠家采用了亮背景的照明方式，通過對Lm)前端加入勻光裝 置，使光出射面形成一個均勻的面光源來達到預期效果，但是運種方式會增加發(fā)光處的體 積，與產品的小型化相矛盾。
[0003] 現(xiàn)有的光學指紋采集裝置中，照明方式分為亮背景和暗背景。亮背景采集是利用 全反射原理，通過采指面上指紋的脊線破壞全反射進行漫反射與谷線處保持全反射產生明 暗對比來采集指紋信息。光源布置在Ξ角棱鏡底面來提供全反射條件，運種方式需要?？?設計一個結構置于LED前端使出光均勻從而使采指面上布光分布均勻，首先會增加結構的 厚度，而且體積較大，在批量生產裝配中工藝比較繁瑣；而暗背景采集采用漫反射原理，采 指面上僅指紋的脊線處發(fā)生漫反射，產生最終到達CMOS采集窗口的有效光線。其次，運種照 明方式的棱鏡光線入射面與采指面平行，光源布置在光軸下方，對產品尺寸影響很小，有利 于產品的小型化。但是由于Lm)發(fā)光角度、棱鏡的特性及結構等限制因素，暗背景照明往往 會出現(xiàn)采指面光照不均勻的現(xiàn)象，對圖像的采集造成一定的影響。
[0004] 傳統(tǒng)的指紋采集裝置中，照明方式只有前面所提到的兩種，為達到小型化的目的， 大部分都采用暗背景的采集方式，但是暗背景采集的運種方式中，對采指面的光照均勻性 一直沒有一個很好的解決方案，都是通過算法的后期處理來彌補光路中的缺陷，而且不能 完全消除影響。而亮背景的采集方式之所W被大部分廠家所擬棄，原因首先是采集圖像時 對比度不高，采集到的圖像不清晰，影響功能的正常使用;再者，為了使Lm)光源均勻化，必 須加裝一個勻光性質的結構件，增加了指紋采集裝置的結構厚度，運都是廠家不愿意看到。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種結構合理，適用于暗背景照明 的均勻性光照采指面結構。
[0006] 運種均勻性光照采指面結構，包括指紋采集棱鏡和勻光器;所述勻光器由棱鏡和 反射器組成;棱鏡為直角棱鏡，底角與指紋采集棱鏡底角一致，其中一直角面與反射器的底 面1-2重合，另一直角面2-2與LED發(fā)光面平行，兩直角面為光滑平面，斜面2-1為磨砂面;反 射器內表面1-1和底面1-2均覆有反光層，反射器的端部與L邸發(fā)光面相連。
[0007] 作為優(yōu)選:T1:指紋采集棱鏡采指面長度;T2:指紋采集棱鏡光入射面長度;T3:指 紋采集棱鏡光出射斜面長度;T4:反射器1長度;Θ1:指紋采集棱鏡底面傾角；Θ2:指紋采集棱 鏡頂角；Θ3:指紋采集棱鏡光出射斜面與豎直方向夾角；Θ4:反射器1反射斜面與水平方向夾 角;HI:指紋采集棱鏡總高度;肥:勻光器總高度；
[000引目1和目2滿足關系式：
[0009] 90°《目 1+目2《120° ;
[0010] T2與目1及目2滿足關系式：
[0011]
[001^ 目3、目4、肥、T4滿足關系式：
[0013]
[0014] 肥范圍在1.5~7臟之間。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是:通過對Lm)出光的二次設計，使指紋采集棱鏡的入射端形成 一個均勻發(fā)光的面光源，同時，通過計算棱鏡折射率和角度等條件，使采指面的照度分布均 勻化，降低算法的難度，減小棱鏡的體積，使產品體積小型化，更加符合市場需求。本發(fā)明通 過兩個方面來解決布光均勻性的問題:一、在Lm)光源前端增加勻光器進行首次校準，使到 達棱鏡入射面上的光線更均勻;二、通過指紋采集棱鏡與勻光器的配合進行二次校準，達到 使采指面上光線分布均勻的效果。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明整體光路示意圖；
[0017] 圖2為勻光器光路示意圖；
[0018] 圖3為指紋采集棱鏡光路示意圖；
[0019] 圖4為勻光器角度尺寸示意圖；
[0020] 圖5為實施例一結構示意圖；
[0021] 圖6為實施例二結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合實施例對本發(fā)明做進一步描述。下述實施例的說明只是用于幫助理解本 發(fā)明。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還 可W對本發(fā)明進行若干改進和修飾，運些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍 內。
[0023] 如圖1所示，采指結構由Lm)發(fā)光面、勻光器、指紋采集棱鏡組成。Lm)發(fā)光面發(fā)出的 光線通過勻光器后進入棱鏡，經折射和透射到指紋采集棱鏡采指面。勻光器由棱鏡和反射 器組成，棱鏡為直角棱鏡，斜面為磨砂面，其余面為光滑平面，配合反射器使用，通過改變 LED發(fā)光面出射光的方向使到達棱鏡出射面的光均勻分布，同時提高光線利用率的。棱鏡部 分通過計算確定角度及光線入射面大小，保證經過入射面最終到達采指面的光線均勻分 布，避免造成明顯暗區(qū)。
[0024] 工作原理如圖巧日圖3所示：
[00巧]首先，L邸發(fā)光面發(fā)出光線L1、L2、L3，L1經過2-2面折射和1-2面反射到達2-1面，L2 經過2-2面折射到達2-1面，L3經過1-1面反射和2-2面折射到達2-1面；
[00%]然后，光線LI'、L2'、L3'從棱鏡入射面3-2入射，透射到棱鏡采指面3-4;
[0027]最終，光線L1'、L2 '、L3 '在棱鏡采指面3-4接觸手指，在指紋脊線處發(fā)生漫反射，有 效光線L1"、L2"、L3"從棱鏡3-3面出射最終到達感光器件進行圖像采集。
[00%]如圖2所示，L抓發(fā)光面與勻光器入光面重合。勻光器由兩部分組成：反射器1與棱 鏡2,反射器1內表面均覆有反光層，棱鏡2為直角棱鏡，底角與指紋采集棱鏡底角一致。其中 一直角面分別與反射器底面1-2重合，另一直角面與L邸發(fā)光面平行，兩直角面為光滑平面， 斜面2-1為磨砂面。通過反射器1反射與棱鏡2折射的配合使L邸發(fā)出的光線均勻地分布在棱 鏡出光面2-1上，再通過磨砂面2-1的漫透射作用破壞透射光線的方向性，使L邸點光源經勻 光器的作用得到一個均勻發(fā)光的面光源。為了兼顧成本及加工工藝，勻光器部件一般采用 PMMA材料，也可使用玻璃材質。
[0029] 棱鏡及反射鏡角度計算：
[0030] T1:指紋采集棱鏡采指面長度;T2:指紋采集棱鏡光入射面長度;T3:指紋采集棱鏡 光出射斜面長度;T4:反射器1長度;Θ1:指紋采集棱鏡底面傾角；Θ2:指紋采集棱鏡頂角；Θ3: 指紋采集棱鏡光出射斜面與豎直方向夾角；Θ4:反射器1反射斜面與水平方向夾角;H1:指紋 采集棱鏡總高度;肥:勻光器總高度；
[0031 ]根據(jù)折射定律η X sine =m X sin0i，光線進入棱鏡入射面后，部分光線偏離法線方 向，與法線成一定角度，棱鏡折射率nl越大，偏折的角度越小，相應的棱鏡兩端光強度越弱。 所W本發(fā)明采用常規(guī)的K9玻璃，Nd = l. 516,偏折角度為28度左右，可W兼顧上下端光線分 配。
[0032] 如圖4所示，棱鏡底角Θ1和頂角Θ2角度滿足關系式：
[0033] 90。《目 1+目2《120。
[0034] 采指面與出光面大小一定的情況下，T2與底角Θ1及頂角Θ2的關系如下：
[0035]
[0036] 在已知側發(fā)光L邸尺寸的情況下，反射鏡角度符合W下關系式：
[0037]
[00測根據(jù)實際情況，肥范圍化.5~7mm之間選擇。
[0039]圖5和圖6為兩個優(yōu)選實施例。
【主權項】
1. 一種均勻性光照采指面結構，其特征在于，包括指紋采集棱鏡和勻光器;所述勻光器 由棱鏡(2)和反射器（1)組成;棱鏡(2)為直角棱鏡，底角與指紋米集棱鏡底角一致，其中一 直角面與反射器（1)的底面1-2重合，另一直角面2-2與LED發(fā)光面平行，兩直角面為光滑平 面，斜面2-1為磨砂面;反射器（1)內表面1-1和底面1-2均覆有反光層，反射器（1)的端部與 LED發(fā)光面相連。2. 根據(jù)權利要求1所述的均勻性光照采指面結構，其特征在于:T1:指紋采集棱鏡采指 面長度;Τ2:指紋采集棱鏡光入射面長度;Τ3:指紋采集棱鏡光出射斜面長度;Τ4:反射器(1) 長度;θ 1:指紋采集棱鏡底面傾角；Θ2:指紋采集棱鏡頂角；Θ3:指紋采集棱鏡光出射斜面與 豎直方向夾角；Θ4:反射器(1)反射斜面與水平方向夾角;Η1:指紋采集棱鏡總高度;Η2:勻光 器總高度； Θ1和Θ2?兩足關系式： 90°彡Θ1+Θ2彡120°; Τ2與Θ1及Θ2滿足關系式：03. 04、!12、了4滿足關系式：Η2范圍在1.5~7mm之間。
【文檔編號】G06K9/00GK106067014SQ201610552701
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】鞏少斌, 張元玲
【申請人】杭州指安科技股份有限公司