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1、(10)申请公布号 CN 102436579 A(43)申请公布日 2012.05.02CN102436579A*CN102436579A*(21)申请号 201110079544.8(22)申请日 2011.03.31G06K 9/20(2006.01)G06K 9/00(2006.01)G02B 7/00(2006.01)G02B 1/10(2006.01)G02B 7/02(2006.01)G02B 7/182(2006.01)G02B 17/08(2006.01)(71)申请人车全钟地址 100081 北京市海淀区中关村南大街12号天作国际中心1号楼B座29层(72)发明人车全钟 车全。
2、宏(54) 发明名称高清晰度红外指纹采集器(57) 摘要本发明涉及一种高清晰度红外指纹采集器，为解决现有采集器易受干扰条件影响清晰度不能满足要求的问题；其由不等腰梯形棱镜、光源、透镜、光电检测器和遮蔽环境光线及支撑上述部件的横截面为矩形的塑模管架组成；塑模管架上斜口配装采集面倾斜的梯形棱镜，指纹采集光路依次为梯形棱镜、惠更斯透镜组，光电检测器；梯形棱镜下底面为指纹采集面、较大一底角的紧临斜腰面为光学透射面、上底面配置光源；所述光源为红外光源，梯形棱镜较小一底角紧临的斜腰面作为光学黑衬底涂有黑漆，所述透镜与光电检测器之间或者透镜之间还配装有红外滤光片，梯形棱镜上底面为毛面。其具有采集图像清晰、均。
3、匀、变形率小、失真率低、成像质量高、图像反差强、条纹明亮、不受外界环境光线干扰、干湿手指采集灵敏、结构简单，方便制造和安装便用的优点。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页CN 102436586 A 1/1页21.一种高清晰度红外指纹采集器，由不等腰梯形棱镜、光源、透镜、光电检测器和遮蔽环境光线及支撑上述部件的横截面为矩形的塑模管架组成；塑模管架上斜口配装采集面倾斜的梯形棱镜，指纹采集光路依次为梯形棱镜、惠更斯透镜组，光电检测器；梯形棱镜下底面为指纹采集面、较大一底角的紧临斜腰面为光学透射面、上底面配置光。
4、源；其特征在于所述光源为红外光源，梯形棱镜较小一底角紧临的斜腰面作为光学黑衬底涂有黑漆，所述透镜与光电检测器之间或者透镜之间还配装有红外滤光片，梯形棱镜上底面为毛面。2.根据权利要求1所述指纹采集器，其特征在于所述梯形棱镜的上底面为磨砂毛面；所述光源为中间配置弱绿光指示灯的红外光源板。3.根据权利要求2所述指纹采集器，其特征在于所述矩形塑模管架的下侧口配装竖放的光电检测器及其检测电路板；棱镜透射面下方配置水平大透镜；所述矩形管架中段为自上至下依次内装大透镜、小透镜和红外滤光片的管腔或者为自上至下依内装大透镜、红外滤光片和小透镜的管腔，矩形塑模管架下端为配装光电检测器的检测电路板座；光电检测器及。
5、其检测电路板与梯形棱镜相适应地向下倾斜，内装惠更斯透镜的矩形管架的管腔为严格密封的光学黑体；或者所述塑模管架下部制有与其上斜口相对称的下斜面，下斜面上配装与大透镜相配合的斜置反光镜，反光镜侧向依次配置直立小透镜、红外滤光片和光电检测器及其检测电路板或者反光镜侧向依次配置直立红外滤光片、小透镜和光电检测器及其检测电路板，光电检测器及其检测电路板与梯形棱镜倾斜采集面相适应地向外倾斜；自大透镜至小透镜的光路为严格密封的光学黑体；所述弱绿光指示灯为弱绿光LED灯，所述红外光源板为红外LED光源板。4.根据权利要求3所述指纹采集器，其特征在于所述光电检测器对红外灵敏度较高，检测电路板套有塑料保护套；指纹。
6、采集面与大透镜中心光轴的夹角为45度或者近60度，光电检测器及其检测电路板与小透镜平面呈3-8度外倾斜夹角。5.根据权利要求4所述指纹采集器，其特征在于梯形棱镜的小底角为58，大底角为62。6.根据权利要求5所述指纹采集器，其特征在于所述凸透镜组使指纹显示图象的横向压缩量为25，纵向压缩量为3040。7.根据权利要求3所述指纹采集器，其特征在于所述矩形塑模管架中部通过大透镜压板安装大透镜，小透镜及滤光片通过透镜管座安装在矩形塑模管架中；或者所述塑模管架中部在大透镜与检测电路板之间配装大透镜压板，大透镜压板下面与所述塑模管架底板之间配装内置所述滤光片和小透镜的透镜管座。8.根据权利要求3所述指纹。
7、采集器，其特征在于所述大透镜左边切除1.5毫米厚度中心光轴向左偏移；棱镜指纹采集面与管架上斜口端面在一个平面上。9.根据权利要求1或者2或者3或者4或者5或者6或者7所述指纹采集器，其特征在于所述红外光源为850nm或940nm的单色红外LED光源，所述滤光片为中心波长850nm或者940nm的窄带滤光片。10.根据权利要求1或者2或者3或者4或者5或者6或者7所述指纹采集器，其特征在于所述塑模管架安装棱镜的上斜口端面涂有长余辉荧光材料或者配装有长余辉荧光件或者弱绿光冷光片。权 利 要 求 书CN 102436579 ACN 102436586 A 1/5页3高清晰度红外指纹采集器技术领域00。
8、01 本发明专利涉及一种指纹图像采集装置。特别是涉及一种高清晰红外指纹采集器。 背景技术0002 目前，最常用的指纹采集器是由三角棱镜、光源、透镜、光电检测器和遮蔽环境光线及支撑上述部件的矩形塑模管架组成，矩形管架上端为配装棱镜、光源的槽架，矩形管架中段为内装透镜的透镜管，矩形管架下端为配装光电检测的检测器座。三角棱镜的长边面为涂有硅胶指纹增强膜为指纹采集面，矩形管架装配透镜座的旁边开有两孔，一孔是透镜焦距调节孔，另一个是配装透镜管座固定螺钉孔。经本发明人长期研究发现，该指纹图像采集器存在指纹增强膜易于损坏，强光干扰，干手指效果差等不足。随着指纹市场的发展，普遍要求不带硅胶增强膜的采集器，同时。
9、不受强光干扰，干湿手指均优，另外，现有指纹采集器普遍存在清晰度低，不能满足需要的问题。 0003 为此，本发明人设计了并申请了一种专利号为200820110272.7，名称为高清晰度梯形棱镜指纹采集器的实用新型专利：其由棱镜、光源、透镜、光电检测器和遮蔽环境光线及支撑上述部件的矩形塑模管架组成；矩形塑模管架上端为配装棱镜和光源的框槽，矩形塑模管架中段为内装透镜的管腔，矩形塑模管架下端为配装光电检测器的检测电路板座；所述棱镜为不等腰梯形棱镜，所述透镜为惠更斯透镜组，梯形棱镜的下底面为指纹采集面，小底角紧临的斜腰面为涂有黑漆的光学黑衬底面，大底角紧临的斜腰面为光学透射面，该光学透射面外侧配置惠更斯。
10、透镜组，该透镜组外侧配置光电检测器，光电检测器及其检测电路板一边向外倾斜，且与透镜的平面成48度的夹角，梯形棱镜上底面配置光源。此专利产品经使用发现仍然有不足之处，如受指纹自身质地或其它不利条件影响，清晰度不能满足要求。 发明内容0004 本发明专利的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种高清晰红外指纹采集器。 0005 为实现上述目的，本发明高清晰度红外指纹采集器由不等腰梯形棱镜、光源、惠更斯透镜组、光电检测器和遮蔽环境光线及支撑上述部件的横截面为矩形的塑模管架组成；塑模管架上斜口配装采集面倾斜的梯形棱镜，指纹采集光路依次为梯形棱镜、惠更斯透镜组，光电检测器；梯形棱镜下底面为指纹采集面、较。
11、大一底角的紧临斜腰面为光学透射面、上底面配置光源；其特别之处在于所述光源为红外光源，梯形棱镜较小一底角紧临的斜腰面作为光学 黑衬底涂有黑漆，所述透镜与光电检测器之间或者透镜之间还配装有红外滤光片，梯形棱镜上底面为毛面。如此设计，其指纹照明用红外光，并经红外滤光片滤掉杂光；单色红外光形成的指纹图像清晰、分辨率高。红外光具有穿透外皮肤的功能，可透射到指纹的真皮，真实反映指纹的凹凸弯曲状况，单色红外光也不受其他光线的干涉，将指纹图像真说 明 书CN 102436579 ACN 102436586 A 2/5页4实可靠的反映出来；有利于提高图像清晰度；使图像条纹亮度提高。采用梯形棱镜上底面为磨砂毛面，。
12、红外光线均匀的直射到棱镜的下底面即指纹面，提高了清晰度。与现有的三角棱镜指纹采集器相比较，图象效果优良。用计算机校正指纹图象时，失真很小，增强指纹分辨率。图像中清晰显示指纹汗孔，可分辨0.05mm0.08mm。所述惠更斯透镜组即惠更斯目镜(H式或HW式目镜)是由二片相互分离的单面凸透镜组成的目镜，凸面都朝向物镜一端，其中较大的透镜焦距近似为较小的透镜焦距的3倍，两块透镜的距离为焦距之和的一半。两个透镜使用同种牌号的玻璃制成。这种两片组的目镜是17世纪由荷兰物理学家惠更斯发明的，因此命名为惠更斯目镜。惠更斯目镜能够有效地消除彗差、倍率色差，像散也很小。不等腰梯形棱镜成像效果好，清晰度高。 000。
13、6 作为优化，所述梯形棱镜的上底面为磨砂毛面；所述光源为中间配置弱绿光指示灯的红外光源板。如此设计，弱绿光对采集图像干扰少，指示灯作为指纹采集面指示。 0007 作为优化，所述矩形塑模管架的下侧口配装竖放的光电检测器及其检测电路板；棱镜透射面下方配置水平大透镜； 0008 所述矩形管架中段为自上至下依次内装大透镜、小透镜和红外滤光片的管腔或者为自上至下依内装大透镜、红外滤光片和小透镜，矩形塑模管架下端为配装光电检测器的检测电路板座；光电检测器及其检测电路板与梯形棱镜相适应地向下倾斜，内装惠更斯透镜的矩形管架的管腔为严格密封的光学黑体； 0009 或者所述塑模管架下部制有与其上斜口相对称的下斜面。
14、，下斜面上配装与大透镜相配合的斜置反光镜，反光镜侧向依次配置直立小透镜、红外滤光片和光电检测器及其检测电路板或者反光镜侧向依次配置直立红外滤光片、小透镜和光电检测器及其检测电路板，光电检测器及其检测电路板与梯形棱镜倾斜采集面相适应地向外倾斜；自大透镜至小透镜的光路为严格密封的光学黑体； 0010 所述弱绿光指示灯为弱绿光LED灯，所述红外光源板为红外LED光源板。 0011 如此设计，采用近红外LED，使指纹成像反差优，图像清晰。棱镜的黑漆面经反射形成指纹图像的黑衬底，使指纹条纹为白色，并且上下左右光线均匀，使条纹完整清晰，反差优良。棱镜光透射面正好对准透镜组的腔孔，光线通过透镜的光射面射入矩。
15、形塑模的透镜组， 透镜组严格密封，形成一个光学黑体。透镜平面侧装有能滤掉红外杂光的滤光片能提高单色光源透过率。矩形塑模管架式设计保证了透镜在透镜腔中前后移动。 0012 作为优化，所述光电检测器对红外灵敏度较高，检测电路板套有塑料保护套，使采集器外表面不暴露任何电器引线。并且电路板由外罩套密封，采集器形成一个紧密的塑模管件，便于在任何场合下安装。指纹采集面与大透镜中心光轴的夹角为近60度，光电检测器及其检测电路板与小透镜平面呈3-8度外倾斜夹角；即指纹采集面与大透镜中心光轴的夹角为近60度，光电检测器感应面与小透镜面向塑模长边倾斜48度的技术方案，红外光通过红外滤光片倾斜传递，矫正了采集器的图。
16、像，在焦距调整时图像清晰、均匀，变率、失真率低，调整透镜焦距时图像整体清晰均匀。 0013 作为优化，梯形棱镜的小底角为58，大底角为62。如此设计，梯形棱镜的小底角58紧临涂黑漆面，大底角62紧临透光面形成的光学棱镜，指纹图像的衬底被反射为黑底，指纹条纹为亮光，使图像反差增强，纹理清晰。 0014 作为优化，所述凸透镜组使指纹显示图象的横向压缩量为25，纵向压缩量为说 明 书CN 102436579 ACN 102436586 A 3/5页53040。如此设计，使图像压缩量横向很小仅5，纵向30左右，减小了失真度，为计算机软件复原失真小，甚至达到采集器所成形的指纹图像可直接对比。透镜组由两个。
17、一大一小单面凸透镜组成惠更斯透镜组，便于放大倍数和焦距的调整，也组成了光学黑体腔，提供了优越的图像黑衬底，减小图像的失真率。 0015 作为优化，所述矩形塑模管架中部通过大透镜压板安装大透镜，小透镜及滤光片通过透镜管座安装在矩形塑模管架中； 0016 或者所述塑模管架中部在大透镜与检测电路板之间配装大透镜压板，大透镜压板下面与所述塑模管架底板之间配装内置所述滤光片和小透镜的透镜管座。 0017 矩形塑模管架中设计一个透镜组固定压板，使透镜组牢固可靠，并且折装方便。矩形塑模管架的棱镜安装卡位与梯形尺寸一致，棱镜可推入槽框中梯形棱镜的上底面处。 0018 作为优化，所述大透镜左边切除1.5毫米厚度。
18、中心光轴向左偏移；棱镜指纹采集面与管架上斜口端面在一个平面上。采集器光源引线在其上面通过，由后盖板压紧。大凸透镜紧靠梯形棱镜的透光面，并把大凸透镜靠近棱镜60底角的圆弧切除1.5毫米高，使透镜组中心光轴向左偏移，采集的指纹图像面积扩大，图像反映到光电检测器中间部位，使有效指纹采集面增大。棱镜由外向矩形塑模的槽框推入管架内，棱镜的指纹面与管架表面在一个平面上，增加了指纹采集面积的利用率，也提高了成像质量。同时，采集器均有一致性较好的透镜槽框，提高了采集器的一致性，提高了图像的质量和采集器的互换性能。并方便透镜的折 装。 0019 作为优化，所述红外光源为850nm或940nm的单色红外LED光源。
19、，所述滤光片为中心波长850nm或者940nm的窄带滤光片。指纹照明用近红外850nm或940nm单色光源LED，并经透镜组下端红外滤光片滤掉杂光。红外滤光片只能通过850nm或940nm红外光，可见光等其他杂光不能进入。使指纹采集器不受可见光、强光等干扰。指纹采集器的指纹采集面往往会残留指纹，残留指纹的存在是光学技术的一大缺点，但采用850nm或940nm近红外线光照射或滤光片过滤，能使可见光对残留指纹无法读出，使指纹技术的隐蔽性提高了一大步，克服了残留指纹的缺点。 0020 作为优化，所述塑模管架安装棱镜的上斜口端面涂有长余辉荧光材料或者配装有长余辉荧光件或者冷光片。所述冷光片也可称为(由。
20、电至发光材料制成的)EL灯、EL发光片或EL冷光片。如此设计，具有非常好的采集面示廓，指示作用，非常有利于在弱环境光线条件下使用，尽可能地排除环境杂光对采集图像的干扰，保证采集和识别质量。 0021 采用上述技术方案后，本发明专利高清晰红外指纹采集器与现有指纹采集器相比具有不带硅胶指纹膜、图像清晰、均匀、变形率小、失真率低、成像质量高、图像反差强、条纹明亮、不受外界环境光线干扰、干湿手指采集灵敏、指纹采集面利用率高、棱镜折装方便，切拆装时不易损坏棱镜和管架，结构简单，方便制造和安装便用的优点。 0022 本发明专利共研制了两种型号指纹采集器：第一种体积为长57.7mm、宽21.7mm、厚23.。
21、9mm；另一种称小型采集器：体积为长47mm、宽21.7mm、厚26.5mm。由于在惠更斯目镜内两片单面凸透镜中间按装了一个反射镜片，使光线产生折弯反射，压缩了指纹采集器的长度，适用于小体积场合。 附图说明说 明 书CN 102436579 ACN 102436586 A 4/5页60023 图1是本发明专利高清晰红外指纹采集器第一种实施方式的侧向剖视结构示意图； 0024 图2是本发明专利高清晰红外指纹采集器第一种实施方式拆掉后盖板的后视结构示意图； 0025 图3是本发明专利高清晰红外指纹采集器第一种实施方式的的光学原理图； 0026 图4是本发明专利高清晰红外指纹采集器第一种实施方式的大。
22、透镜的俯视结构示意图； 0027 图5是本发明专利小型高清晰红外指纹采集器第二种实施方式的侧向剖视结构示意图； 0028 图6是本发明专利小型高清晰红外指纹采集器第二种实施方式的侧视结构示意图； 0029 图7是本发明专利小型高清晰红外指纹采集器第二种实施方式的后视结构示意图。 具体实施方式0030 下面结合附图和具体实例作更进一步的说明： 0031 实施例一，如图1-4所示，本发明本发明高清晰红外指纹采集器由小底角为58、大底角为62的不等腰梯形棱镜1，中间配置弱绿光LED指示灯的波长850nm或940nm单色近红外LED光源板8，惠更斯透镜组31、32，中心波长为850nm或者940nm的。
23、窄带红外滤光片16，对红外灵敏度较高的光电检测器4和遮蔽环境光线及支撑上述部件的矩形塑模管架51组成；塑模管架51上斜口配装采集面倾斜的梯形棱镜1，棱镜1的指纹采集面与管架51上斜口端面在一个平面上；指纹采集光路依次为梯形棱镜1、透镜组31、32，红外滤光片16、光电检测器4；梯形棱镜1下底面为指纹采集面11、较大一底角的紧临斜腰面为光学透射面13、磨砂毛面5的上底面配置光源板8，棱镜右侧的红外光源板8紧靠在上底磨砂毛面5，并且平行，以增加光强度；梯形棱镜1较小一底角紧临的斜腰面12作为光学黑衬底涂有黑漆。所述凸透镜组31、32使指纹显示图象的横向压缩量为25，纵向压缩量为3040(或者30)。
24、。 0032 所述矩形塑模管架51的下口配装横放的光电检测器4及其套有塑料保护套(膜)6的检测电路板41；棱镜1透射面下方配置水平大透镜31，所述矩形管架51中段为自上至下依次内装大透镜31、小透镜32和红外滤光片16的管腔，矩形塑模管架51下端为配装光电检测器4的检测电路板41；光电检测器4及其检测电路板41与梯形棱镜1相适应地向下倾斜，使光电检测器4及其检测电路板41与小透镜平面呈3-8度外倾斜夹角；内装惠更斯透镜的矩形管架51的管腔为严格密封的光学黑体；指纹采集面与大透镜31中心光轴3的夹角为45度或者近60度。 0033 所述矩形塑模管架51中部通过大透镜压板311安装大透镜31，小透。
25、镜32及滤光片16通过透镜管座321安装在矩形塑模管架1中；所述大透镜31左边切除1.5毫米厚度中心光轴向左偏移，大透镜的直径为16毫米，而切边处的直径为14.5毫米。 0034 作为有益的改进：所述塑模管架安装棱镜的上斜口端面可以进一步涂有长余辉荧光材料或者配装有长余辉荧光件或者弱绿光冷光片。 说 明 书CN 102436579 ACN 102436586 A 5/5页70035 并且光电检测器的连接导线均密封于塑模腔内，指纹采集器外观没有任何引线。另外在光电检测器电路板外增加一密封套即塑料保护套(膜)6，以保护电路原件，采集器表面见不到电路元件，便于采集器的应用安装。 0036 另外本发明。
26、实施例二为小型高清晰红外指纹采集器，与上述实施例一采集器基本一致，只增加了一个反光镜片18，安装在惠更斯一大一小透镜组31、32中间，使红外指纹图像光波3产生折弯反射，压缩了采集器的长度，由58mm缩小到47mm。其余结构均未改变。 0037 实施例二，如图5-7所示，本发明高清晰红外指纹采集器由小底角为58、大底角为 62的不等腰梯形棱镜1，中间配置弱绿光LED指示灯的波长850nm或940nm单色近红外LED光源板8，惠更斯透镜组31、32，中心波长为850nm或者940nm的窄带红外滤光片16，对红外灵敏度较高的光电检测器4和遮蔽环境光线及支撑上述部件的矩形塑模管架51组成；塑模管架51。
27、上斜口配装采集面倾斜的梯形棱镜1，棱镜1的指纹采集面与管架51上斜口端面在一个平面上；指纹采集光路依次为梯形棱镜1、透镜组3132，红外滤光片16、光电检测器4；梯形棱镜1下底面为指纹采集面、较大一底角的紧临斜腰面为光学透射面13、磨砂毛面5的上底面配置光源板8，棱镜右侧的红外光源板8紧靠在上底磨砂毛面5，并且平行，以增加光强度；梯形棱镜1较小一底角紧临的斜腰面12作为光学黑衬底涂有黑漆。所述凸透镜组31、32使指纹显示图象的横向压缩量为25，纵向压缩量为3040(或者30)。 0038 所述矩形塑模管架51的下侧口配装竖放的光电检测器4及其套有塑料保护套(膜)6的检测电路板41；棱镜1透射面。
28、下方配置水平大透镜31，所述塑模管架51下部制有与其上斜口相对称的下斜面15，下斜面15上配装与大透镜31相配合的斜置反光镜9，反光镜9侧向依次配置直立小透镜32、红外滤光片16和光电检测器4及其检测电路板41(也可反光镜侧向依次配置直立红外滤光片、小透镜和光电检测器及其检测电路板)，光电检测器4及其检测电路板41与梯形棱镜倾斜采集面相适应地向外倾斜，使光电检测器4及其检测电路板41与小透镜平面呈3-8度外倾斜夹角；自大透镜31至小透镜32的光路为严格密封的光学黑体。指纹采集面与大透镜31中心光轴3的夹角为近60度。 0039 所述塑模管架51中部在大透镜31与检测电路板4之间配装大透镜压板3。
29、11，大透镜压板311下面与所述塑模管架底板之间配装内置所述滤光片16和小透镜32的透镜管座321。所述大透镜31左边切除1.5毫米厚度中心光轴向左偏移，大透镜的直径为16毫米，而切边处的直径为14.5毫米。 0040 作为有益的改进：所述塑模管架安装棱镜的上斜口端面可以进一步涂有长余辉荧光材料或者配装有长余辉荧光件或者弱绿光冷光片。 0041 并且光电检测器的连接导线均密封于塑模腔10内，指纹采集器外观没有任何引线。另外在光电检测器电路板外增加一密封套即塑料保护套(膜)6，以保护电路原件，采集器表面见不到电路元件，便于采集器的应用安装。 0042 另外本发明实施例二为小型高清晰红外指纹采集器，与实施例一采集器基本一致，只增加了一个反光镜片18，安装在惠更斯一大一小透镜组31、32中间，使红外指纹图像光波3产生折弯反射，压缩了采集器的长度，由58mm缩小到47mm。其余结构均未改变。 说 明 书CN 102436579 ACN 102436586 A 1/2页8图1图2图3图4说 明 书 附 图CN 102436579 ACN 102436586 A 2/2页9图5图6图7说 明 书 附 图CN 102436579 A。