一种无棱镜的掌纹采集装置的制作方法

本实用新型属于生物识别领域，尤其是涉及一种无棱镜的掌纹采集装置。

背景技术：

随着生物识别技术的发展，指纹采集仪作为技术最成熟，应用范围最广泛的生物识别产品应用领域越来越广。为了更准确有效的获取更多的数据，这就要求采集时增大采集窗口面积，提高采集的分辨率。目前市场上的500DPI(Dots Per Inch)的掌纹采集仪很难满足这方面的要求。所以需要将采集的分辨率提高至1000DPI以上，但是传统的利用三角棱镜全反射的结构，图像传感器至少需要38M以上的像素才可以满足要求，传输速率大，采集速度慢，成本高；而且由于使用了超大尺寸的采集三角棱镜，增加了产品重量，对于运输和使用极不便利。

为解决上述问题，需要研发设计一种无棱镜的掌纹采集装置。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种无棱镜的掌纹采集装置，以解决上述公知技术中存在的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种无棱镜的掌纹采集装置,包括照明背光板，采集窗口镜片组，成像采集镜头和图像传感器，所述采集窗口镜片组包括微棱镜阵列薄膜、以及分别设于微棱镜阵列薄膜上下两侧的保护玻璃片和窗口支撑镜片，所述照明背光板设于窗口支撑镜片的下方，所述成像采集镜头位于采集窗口镜片组的下方，且成像采集镜头和采集窗口镜片组之间设有反光镜组，所述图像传感器位于成像采集镜头的出光口处。

进一步的，所述微棱镜阵列薄膜的数量不少于2片，且互相平行叠加放置，所述微棱镜阵列薄膜的一侧表面形成多个锯齿状的微棱镜，所述微棱镜为等腰直角形，其中一个直角边为微棱镜阵列薄膜光线入射面，另一个直角边为微棱镜阵列薄膜光线出射面；所述微棱镜阵列薄膜光线入射面为粗糙的磨砂面，所述微棱镜阵列薄膜光线出射面为光滑的平面。

进一步的，所述反光镜组包括第一反光镜、第二反光镜和第三反光镜，经过反光镜组反射后的光路主光轴与采集窗口镜片组的采集窗口垂直。

进一步的，窗口支撑镜片采用钢化工艺，厚度不小于3.0mm；所述成像采集镜头为6片式玻璃镜片结构，有效焦距为70mm～100mm。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种无棱镜的掌纹采集装置具有以下优势：

本实用新型所述的一种无棱镜的掌纹采集装置，用于反射光路，结构简单，体积小，重量轻；而且可以采集窗口同时兼顾掌纹采集，四指指纹采集，双指指纹采集，滚动指纹采集，单指指纹采集，降低了掌纹采集仪的高度，减小了掌纹采集仪的整体体积，满足市面上对掌纹采集仪小型化的要求。同时，指纹采集的窗口面垂直于光轴，不同于传统指纹采集的纹采集的窗口面与主光轴不垂直，形成大于全反射角的倾斜，同时使得采集图像在横方向和纵方向的分辨率完全一致，并且消除了整个系统的畸变，大大降低了对图像传感器的分辨率的要求，并见减小了数据运算和传输量，提高了采集速度和效率。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为传统光学棱镜式指掌纹采集仪的光路结构示意图；

图2为按照本实用新型的一种无棱镜的掌纹采集装置的一优选实施例的光路结构示意图；

图3为图2所示实施例的采集窗口镜片组的光路原理示意图。

附图标记说明：

1、照明背光板；2、采集窗口镜片组；2-1、保护玻璃片；2-2、微棱镜阵列薄膜；2-2-1、微棱镜阵列薄膜光线入射面；2-2-2、微棱镜阵列薄膜光线出射面；2-2-3、第二片微棱镜阵列薄膜上表面，2-3、窗口支撑镜片；3-1、第一反光镜；3-2、第二反光镜；3-3、第三反光镜；4、成像采集镜头；5、图像传感器；6、指纹采集三角棱镜；7、视场透镜。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

指纹采集的原理为：

如图1所示，照明背光板1发出的光照射到指纹采集三角棱镜6的采集窗口面，在采集窗口面形成全反射，当手指接触指纹采集三角棱镜6的采集窗口面时，实际上只是手指皮肤的山脊接触到了采集窗口面，而手掌皮肤的山谷则没有接触到采集窗口面，由于手掌皮肤的山脊接触到了采集窗口面而无法形成全反射，从而形成明暗相间的指纹、掌纹的图像。全反射的光线经过经过视场透镜7形成汇聚效果，使得整个光路系统形成远心光路，从而消除了整个成像系统的畸变。经过视场透镜7校准的光线再经过第一反光镜3-1、第二反光镜3-2、第三反光3-3的反射后进入成像采集镜头5，并最终汇聚于图像传感器5，形成亮背景的掌纹图像。

如图2所示，本实用新型所述的一种无棱镜的掌纹采集装置,包括照明背光板1，采集窗口镜片组2，成像采集镜头4和图像传感器5，所述照明背光板1设于窗口支撑镜片2-3的下方，所述成像采集镜头4位于采集窗口镜片组2的下方，且成像采集镜头4和采集窗口镜片组2之间设有反光镜组，所述图像传感器5位于成像采集镜头4的出光口处，所述反光镜组包括第一反光镜3-1、第二反光镜3-2和第三反光镜3-3，经过反光镜组反射后的光路主光轴与采集窗口镜片组2的采集窗口垂直，所述窗口支撑镜片2-3采用钢化工艺，厚度不小于3.0mm；所述成像采集镜头4为6片式玻璃镜片结构，有效焦距为70mm～100mm。

如图3所示，所述采集窗口镜片组2包括微棱镜阵列薄膜2-2、以及分别设于微棱镜阵列薄膜2-2上下两侧的保护玻璃片2-1和窗口支撑镜片2-3，微棱镜阵列薄膜2-2通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上涂刷光明树脂胶热压成型，保护玻璃片2-1通过胶合粘结的方式设于微棱镜阵列薄膜2-2上方，与其组合在一起，形成表面加硬的微棱镜阵列薄膜，增加了采集表面的硬度，减小用户使用过程中的划伤，损坏。微棱镜阵列薄膜2-2的数量为2片，且互相平行叠加放置，第一片微棱镜阵列薄膜位于第二片微棱镜阵列薄膜上方，所述微棱镜阵列薄膜2-2的一侧表面形成多个锯齿状的微棱镜，所述微棱镜为等腰直角形，其中一个直角边为微棱镜阵列薄膜光线入射面2-2-1，所述微棱镜阵列薄膜光线入射面2-2-1为粗糙的磨砂面，可以使得入射光线照明更加均匀，而且有效的消除了因为光线在采集窗口镜片组内的镜面反射带来的杂散光，另一个直角边为微棱镜阵列薄膜光线出射面2-2-2，微棱镜阵列薄膜光线出射面2-2-2为光滑的平面。

本实用新型所述的一种无棱镜的掌纹采集装置，首先照明背光板1发出的光照射到采集窗口镜片组2，光线在采集窗口镜片组2内部的传输方式如图3所示，光线经过窗口支撑镜片2-3依次进入第二片微棱镜阵列薄膜和第一片微棱镜阵列薄膜，并在保护玻璃片2-1形成全反射，反射的光线经过第一片微棱镜阵列薄膜的出射面2-2-2垂直出射，并在第二片微棱镜阵列薄膜上表面2-2-3进入第二片微棱镜阵列薄膜2-2，此时的入射角为45°，根据光线的折射原理：

n1sin(θ1)＝n2sin(θ2)＝n3sin(θ3)……＝nxsin(θx)

n1表示空气折射率，约等于1；

θ1表示入射角，等于45°；

n2表示聚对苯二甲酸乙二醇酯折射率，等于1.55；

θ2表示出射角，可以计算出约等于27.14°。

所以当光线到达第二片微棱镜阵列薄膜2-2的出射面2-2-2时，入射角则等于θ3＝45-27.14＝17.86°，同样根据光线的折射原理可以计算出从第二片微棱镜阵列薄膜2-2的出射面2-2-2的光线出射角θ4＝28.38°。光线再进过窗口支撑镜片2-3，以及反光镜组的反射后仍然以28.38°的角度进入成像采集镜头4，最终成像到图像传感器5，形成指纹图像。

所以在进行光学设计时，我们需要考虑的半视角为28.38°，而不是全反色角45.00°，大大降低了设计难度，同时也使得指纹采集的窗口面垂直于光轴，不同于传统指纹采集的纹采集的窗口面与主光轴不垂直，形成大于全反射角的倾斜，同时使得采集图像在横方向(垂直手指放置方向)和纵方向(平行于收拾放置方向)的分辨率完全一致，并且消除了整个系统的畸变，大大降低了对图像传感器的分辨率的要求，并见减小了数据运算和传输量，提高了采集速度和效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。