一种均匀性光照采指面结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及均匀性光照采指面结构，包括指纹采集棱镜和匀光器；所述匀光器由棱镜和反射器组成；棱镜为直角棱镜，底角与指纹采集棱镜底角一致，其中一直角面与反射器的底面1?2重合，另一直角面2?2与LED发光面平行，两直角面为光滑平面，斜面2?1为磨砂面；反射器内表面1?1和底面1?2均覆有反光层，反射器的端部与LED发光面相连。本发明的有益效果是：通过对LED出光的二次设计，使指纹采集棱镜的入射端形成一个均匀发光的面光源，同时，通过计算棱镜折射率和角度等条件，使采指面的照度分布均匀化，降低算法的难度，减小棱镜的体积，使产品体积小型化，更加符合市场需求。
【专利说明】
-种均匀性光照采指面结构
技术领域
[0001] 本发明设及一种采指面结构，更具体说，设及一种均匀性光照采指面结构。
【背景技术】
[0002] 目前在指纹识别领域，采集指纹时所用的光源大多数为L抓照明。L抓相对于其他 光源，有光通量大、体积小、抗震性好、响应时间短等特点。但是L抓光源为近朗伯发光，出射 光线强度分布不均匀，对指纹信息采集的准确性产生较大的影响，从而影响指纹识别的准 确性。为了改变运种现状，有些厂家采用了亮背景的照明方式，通过对Lm)前端加入匀光装 置，使光出射面形成一个均匀的面光源来达到预期效果，但是运种方式会增加发光处的体 积，与产品的小型化相矛盾。
[0003] 现有的光学指纹采集装置中，照明方式分为亮背景和暗背景。亮背景采集是利用 全反射原理，通过采指面上指纹的脊线破坏全反射进行漫反射与谷线处保持全反射产生明 暗对比来采集指纹信息。光源布置在Ξ角棱镜底面来提供全反射条件，运种方式需要专口 设计一个结构置于LED前端使出光均匀从而使采指面上布光分布均匀，首先会增加结构的 厚度，而且体积较大，在批量生产装配中工艺比较繁琐；而暗背景采集采用漫反射原理，采 指面上仅指纹的脊线处发生漫反射，产生最终到达CMOS采集窗口的有效光线。其次，运种照 明方式的棱镜光线入射面与采指面平行，光源布置在光轴下方，对产品尺寸影响很小，有利 于产品的小型化。但是由于Lm)发光角度、棱镜的特性及结构等限制因素，暗背景照明往往 会出现采指面光照不均匀的现象，对图像的采集造成一定的影响。
[0004] 传统的指纹采集装置中，照明方式只有前面所提到的两种，为达到小型化的目的， 大部分都采用暗背景的采集方式，但是暗背景采集的运种方式中，对采指面的光照均匀性 一直没有一个很好的解决方案，都是通过算法的后期处理来弥补光路中的缺陷，而且不能 完全消除影响。而亮背景的采集方式之所W被大部分厂家所擬弃，原因首先是采集图像时 对比度不高，采集到的图像不清晰，影响功能的正常使用;再者，为了使Lm)光源均匀化，必 须加装一个匀光性质的结构件，增加了指纹采集装置的结构厚度，运都是厂家不愿意看到。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构合理，适用于暗背景照明 的均匀性光照采指面结构。
[0006] 运种均匀性光照采指面结构，包括指纹采集棱镜和匀光器;所述匀光器由棱镜和 反射器组成;棱镜为直角棱镜，底角与指纹采集棱镜底角一致，其中一直角面与反射器的底 面1-2重合，另一直角面2-2与LED发光面平行，两直角面为光滑平面，斜面2-1为磨砂面;反 射器内表面1-1和底面1-2均覆有反光层，反射器的端部与L邸发光面相连。
[0007] 作为优选:T1:指纹采集棱镜采指面长度;T2:指纹采集棱镜光入射面长度;T3:指 纹采集棱镜光出射斜面长度;T4:反射器1长度;Θ1:指纹采集棱镜底面倾角；Θ2:指纹采集棱 镜顶角；Θ3:指纹采集棱镜光出射斜面与竖直方向夹角；Θ4:反射器1反射斜面与水平方向夹 角;HI:指纹采集棱镜总高度;肥:匀光器总高度；
[000引目1和目2满足关系式：
[0009] 90°《目 1+目2《120° ;
[0010] T2与目1及目2满足关系式：
[0011]
[001^ 目3、目4、肥、T4满足关系式：
[0013]
[0014] 肥范围在1.5~7臟之间。
[0015] 本发明的有益效果是:通过对Lm)出光的二次设计，使指纹采集棱镜的入射端形成 一个均匀发光的面光源，同时，通过计算棱镜折射率和角度等条件，使采指面的照度分布均 匀化，降低算法的难度，减小棱镜的体积，使产品体积小型化，更加符合市场需求。本发明通 过两个方面来解决布光均匀性的问题:一、在Lm)光源前端增加匀光器进行首次校准，使到 达棱镜入射面上的光线更均匀;二、通过指纹采集棱镜与匀光器的配合进行二次校准，达到 使采指面上光线分布均匀的效果。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明整体光路示意图；
[0017] 图2为匀光器光路示意图；
[0018] 图3为指纹采集棱镜光路示意图；
[0019] 图4为匀光器角度尺寸示意图；
[0020] 图5为实施例一结构示意图；
[0021] 图6为实施例二结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本 发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还 可W对本发明进行若干改进和修饰，运些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围 内。
[0023] 如图1所示，采指结构由Lm)发光面、匀光器、指纹采集棱镜组成。Lm)发光面发出的 光线通过匀光器后进入棱镜，经折射和透射到指纹采集棱镜采指面。匀光器由棱镜和反射 器组成，棱镜为直角棱镜，斜面为磨砂面，其余面为光滑平面，配合反射器使用，通过改变 LED发光面出射光的方向使到达棱镜出射面的光均匀分布，同时提高光线利用率的。棱镜部 分通过计算确定角度及光线入射面大小，保证经过入射面最终到达采指面的光线均匀分 布，避免造成明显暗区。
[0024] 工作原理如图巧日图3所示：
[00巧]首先，L邸发光面发出光线L1、L2、L3，L1经过2-2面折射和1-2面反射到达2-1面，L2 经过2-2面折射到达2-1面，L3经过1-1面反射和2-2面折射到达2-1面；
[00%]然后，光线LI'、L2'、L3'从棱镜入射面3-2入射，透射到棱镜采指面3-4;
[0027]最终，光线L1'、L2 '、L3 '在棱镜采指面3-4接触手指，在指纹脊线处发生漫反射，有 效光线L1"、L2"、L3"从棱镜3-3面出射最终到达感光器件进行图像采集。
[00%]如图2所示，L抓发光面与匀光器入光面重合。匀光器由两部分组成：反射器1与棱 镜2,反射器1内表面均覆有反光层，棱镜2为直角棱镜，底角与指纹采集棱镜底角一致。其中 一直角面分别与反射器底面1-2重合，另一直角面与L邸发光面平行，两直角面为光滑平面， 斜面2-1为磨砂面。通过反射器1反射与棱镜2折射的配合使L邸发出的光线均匀地分布在棱 镜出光面2-1上，再通过磨砂面2-1的漫透射作用破坏透射光线的方向性，使L邸点光源经匀 光器的作用得到一个均匀发光的面光源。为了兼顾成本及加工工艺，匀光器部件一般采用 PMMA材料，也可使用玻璃材质。
[0029] 棱镜及反射镜角度计算：
[0030] T1:指纹采集棱镜采指面长度;T2:指纹采集棱镜光入射面长度;T3:指纹采集棱镜 光出射斜面长度;T4:反射器1长度;Θ1:指纹采集棱镜底面倾角；Θ2:指纹采集棱镜顶角；Θ3: 指纹采集棱镜光出射斜面与竖直方向夹角；Θ4:反射器1反射斜面与水平方向夹角;H1:指纹 采集棱镜总高度;肥:匀光器总高度；
[0031 ]根据折射定律η X sine =m X sin0i，光线进入棱镜入射面后，部分光线偏离法线方 向，与法线成一定角度，棱镜折射率nl越大，偏折的角度越小，相应的棱镜两端光强度越弱。 所W本发明采用常规的K9玻璃，Nd = l. 516,偏折角度为28度左右，可W兼顾上下端光线分 配。
[0032] 如图4所示，棱镜底角Θ1和顶角Θ2角度满足关系式：
[0033] 90。《目 1+目2《120。
[0034] 采指面与出光面大小一定的情况下，T2与底角Θ1及顶角Θ2的关系如下：
[0035]
[0036] 在已知侧发光L邸尺寸的情况下，反射镜角度符合W下关系式：
[0037]
[00測根据实际情况，肥范围化.5~7mm之间选择。
[0039]图5和图6为两个优选实施例。
【主权项】
1. 一种均匀性光照采指面结构，其特征在于，包括指纹采集棱镜和匀光器;所述匀光器 由棱镜(2)和反射器（1)组成;棱镜(2)为直角棱镜，底角与指纹米集棱镜底角一致，其中一 直角面与反射器（1)的底面1-2重合，另一直角面2-2与LED发光面平行，两直角面为光滑平 面，斜面2-1为磨砂面;反射器（1)内表面1-1和底面1-2均覆有反光层，反射器（1)的端部与 LED发光面相连。2. 根据权利要求1所述的均匀性光照采指面结构，其特征在于:T1:指纹采集棱镜采指 面长度;Τ2:指纹采集棱镜光入射面长度;Τ3:指纹采集棱镜光出射斜面长度;Τ4:反射器(1) 长度;θ 1:指纹采集棱镜底面倾角；Θ2:指纹采集棱镜顶角；Θ3:指纹采集棱镜光出射斜面与 竖直方向夹角；Θ4:反射器(1)反射斜面与水平方向夹角;Η1:指纹采集棱镜总高度;Η2:匀光 器总高度； Θ1和Θ2?两足关系式： 90°彡Θ1+Θ2彡120°; Τ2与Θ1及Θ2满足关系式：03. 04、!12、了4满足关系式：Η2范围在1.5~7mm之间。
【文档编号】G06K9/00GK106067014SQ201610552701
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】巩少斌, 张元玲
【申请人】杭州指安科技股份有限公司