CN101137995B - 具有供用户使用的信息显示器的光学生物测定采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物测定采集光学元件(1)，包括棱柱形光学元件(2)，所述棱柱形光学元件具有表面(4)和照明装置(6)，表面(4)呈现在窗口(3)上以便为身体部位提供支撑面，照明装置(6)设计用来从所述元件(2)的内侧照亮表面(4)并通过全反射形成所述身体部位的生物测定图像；此外发光信息显示装置与所述窗口(3)相对地位于所述元件(2)的下方，以便在没有身体部位位于表面(4)上时，在不发生全反射的情况下，通过所述窗口(3)传送从外部(15)可见的发光信息图像。

Description

具有供用户使用的信息显示器的光学生物测定采集装置

本发明涉及生物测定采集的一般领域，尤其涉及指纹获取，更特别涉及对光学生物测定采集装置的改进，所述光学生物测定采集装置包括：

棱柱形光学元件，所述棱柱形光学元件的一个表面的至少一部分出现在窗口中，并构成用于放置将要形成生物测定图像的身体部位的应用表面；以及

照明装置，其相对于所述棱柱形光学元件设置，以使其从所述棱柱形光学元件内侧照亮所述窗口，并且如果窗口的所述应用表面上放置有身体部位，则通过散射形成所述身体部位的生物测定图像。

光学生物测定采集装置广泛地用于控制被授权人的访问(授权进入房屋、授权使用设备等)。

这些装置通常具有显示器，该显示器能够向用户提供一个或多个信息项，例如该装置可用或不可用的指示、用户需要做什么的指示(例如“按右手食指”)、关于识别操作成功或失败的指示等。这些信息项可为字母数字信息项和/或符号信息项。

在现有的装置中，显示器设置在用于确定手指的应用表面的界限的窗口内侧。如此设置的结果是包封这些组件的外壳相对较大。

至少对于某些工作配置来说，期望该装置(包括其显示器)容纳在更小且不那么笨重的外壳中。

此外，还存在这样一种光学生物测定采集装置，其不具有用于向用户显示信息的任何装置。这些装置不像先前那些装置那样笨重。在某些情况下，期望能够配备这些装置的增强版本，以便能够将信息显示给用户，而无需增大外壳的尺寸。

本发明的一个目的是提供一种可满足实际需要的解决方案，以及为此而提供一种光学生物测定采集装置，该光学生物测定采集装置容纳在尺寸相对较小的外壳内，并且可以向用户提供信息显示。

为此，本发明提供了如前文所述根据本发明设置的光学生物测定采集装置，其特征在于还包括用于显示发光信息的装置，所述装置设置在棱柱形光学元件的下方并大致接近所述窗口，从而在不发生散射的情况下通过窗口发送发光信息的外部可感知图像。

通过这种设置，当没有身体部位放置在所述应用表面上时，通过所述窗口呈现的发光信号可被观察者感知。换言之，选择性地使用窗口来传送发光信息，从而当身体部位放置在外表面上时，通过全反射来传送生物测定图像，或者如果没有身体部位放置在所述表面上，则通过折射来传送用户所需的发光信息。因此该装置可以紧凑的形式制造，因而不像具有侧面显示器的现有装置那样笨重，并且不具有用于显示信息的显示器的装置可配备一个该装置，而不会增加外壳的体积。

不管实际使用的装置如何，如下文所述，期望所述装置包括控制装置，以便当身体部位放置在所述应用表面上时，所述控制装置能够抑制显示发光信息的装置发挥作用，从而使发光信息的显示(其在任何情形下都是不可被用户感知的，因为身体部位遮掩了窗口的大部分)在以生物测定采集模式操作期间不会干扰携带生物测定图像的光束。

在本发明的范围内更具体地设想到的特别有益的实施方案中，棱柱形光学元件包括两个基本平行的表面，其中位于外侧的一个表面与所述窗口和黑色的倾斜侧面相关联，而照明装置(在生物测定采集模式下，放置在窗口的外表面上的身体部位与倾斜的黑色表面一起，使得传送生物测定图像的光线发生全反射)和用于显示发光信息的装置(当没有身体部位放置在窗口的外表面上时，传送信息的光线穿过窗口的该表面)靠近两个平行的表面中位于内侧的另一个表面并且靠近所述窗口。

为了简单并紧凑地实现这种设置，所述照明装置包括设置在与棱柱形光学元件的内表面基本平行的平板上的发光二极管，以及插入于所述二极管的平板和棱柱形光学元件的内表面之间的透明的LCD屏。由此，当身体部位放置在所述应用表面上时，所述照明装置发出的光线穿过所述LCD屏，然后控制所述LCD屏以显示信息，并且在所述光线穿过所述棱柱形光学元件之后向观察者提供发光信息。

有利地，在这种情况下，有益的是该装置还包括设置于LCD屏和棱柱形光学元件的所述内表面之间的会聚性光学元件。

这种设置可产生各种实施方案。在优选的实施方案中，所述会聚性光学元件可以使所述发光信息的图像聚焦在大致位于所述窗口上方的屏幕上，或者聚焦在适合观察者直接进行视觉感知的距离处。有益的实施方案可以涉及一种配备有护目镜的装置，所述护目镜设置于所述窗口的上方，并公知用来防止受到杂散的环境光照。这种情况下，靠近所述窗口的护目镜的至少一部分由半透明材料构成，并且所述会聚性光学元件能够使发光信息的图像聚焦在所述护目镜的半透明部分上，或者穿过所述护目镜的半透明部分使其聚焦在适合观察者直接进行视觉感知的距离处，从而通过控制护目镜，用户可容易地感知呈现在护目镜上或穿过该护目镜而呈现的信息。

在可简单制造的、紧凑的实施方案中，会聚性光学元件可有益地集成在棱柱形光学元件的内表面中。

通过阅读下面纯粹以示例的方式给出的、对本发明某些优选实施方案的详细描述，可更好地理解本发明。在此描述中，参照以下附图，其中：

图1A和1B是分别在两种不同功能情形下、简单说明根据本发明设置的光学生物测定采集装置的基本设置的示意图；

图2A和2B是分别在两种不同功能情形下、根据本发明设置的光学生物测定采集装置的有益实施方案的示意图；

图3A和3B是分别在两种不同功能情形下、图2A和2B中的装置的优选实施方案的示意图；

图4A和4B是根据可选实施方案、与图3A和3B类似的示意图；

图5是说明图4A和4B中的装置的一部分的优选的实施方案的局部示意图；以及

图6A和6B是根据另一可选实施方案、与图4A和4B类似的示意图。

如图1A所示，光学生物测定采集装置，其整体由附图标记1表示，包括：

棱柱形光学元件2，其主表面4的至少一部分出现在(例如由盖体3a限定的)窗口3内，并构成用于放置待形成生物测定图像的身体部位5(例如手指指尖)的应用表面；以及

照明装置6，其相对于棱柱形光学元件2设置，以使其从所述棱柱形光学元件内侧照亮窗口3内的表面4。

在图1A所示的示例性实施例中，照明装置6靠近棱柱形光学元件2的侧面7设置，以使照明辐射基本垂直地到达侧面6，并通过折射、基本不带明显偏差地进入棱柱形光学元件2。

辐射传感器9靠近另一侧面8并基本与之平行。

最后，用于发出发光信息的装置11靠近棱柱形光学元件2的小表面10(位于与主表面相对的一侧并基本与之平行)，当装置11被激活时，可发射携带信息的光束。

在图1A所示的功能情形中，身体部位5(例如手指)放置在由窗口3限定的表面4的一部分上。被激活的照明装置发出辐射12，辐射12通过侧面7进入棱柱形光学元件而照亮表面4，并且由于放置在表面4上的身体部位5的存在而产生全反射。

传送身体部位5的生物测定图像的反射辐射13沿着基本垂直于另一侧面8的方向到达侧面8，通过不带明显偏差的折射离开棱柱形光学元件2并到达传感器9。

在该装置的这种功能情形中，用于发出发光信息的装置11优选不被激活，以使其发射的光线不干扰用于照亮身体部位5的辐射12。

在身体部位5放置在由窗口3限定的表面4的一部分上以便进行生物测定采集的时间周期之外，可优选关闭照明装置6，如图1B所示，而激活用于发出发光信息的装置11。装置11所发出的光线14基本垂直地穿过小表面10和主表面4，以使靠近窗口3的观察者15感知到装置11所产生的发光信息。

应该在此环境中提供控制装置(未示出)，以根据身体部位5是否放置在由窗口3限定的表面4的一部分上，选择性地控制照明装置6的激活和用于发出发光信息的装置11的激活。

上述设置使得可以按照常规来采集身体部位5的生物测定图像，而身体部位不存在时，该装置发出用户想要的发光信息(例如设备可用或不可用的信号、关于待执行的动作的信息等)。根据本发明，同样的光学生物测定采集装置能够以比目前使用两个并列窗口的装置更紧凑的形式实现两种功能。

图2A和2B(其中保留了相同的附图标记来表示与图1A和1B中的相应部件或部分相似的部件或部分)说明了上述基本设置的实际的实施方式。

棱柱形光学元件2为伸长型元件，其中窗口3位于斜面7附近，斜面7位于与斜面8相对的一侧，斜面8用于输出传送生物测定采集图像的辐射。表面7是黑色的，以便在棱柱形光学元件2的内部形成全反射面。最后，上文提到的照明装置和用于发出发光信息的装置组合成单一的单元16，单元16按照与棱柱形光学元件2的下表面10基本平行的平板的形式组织。单元16实际上可包括发光二极管17的矩阵。

在图2A所示的功能情形中，例如手指的身体部位5放置在由窗口3限定的表面4的一部分上。至少一定数量的被激活的发光二极管17发出辐射12，辐射12通过内表面10进入棱柱形光学元件、照亮表面4、并且由于接触到放置在表面4上的身体部位5而通过散射来进行反射；身体部位5的生物测定图像呈现在由黑色的侧面7产生的黑色背景上(指纹的隆起处呈现白色而凹下处呈现黑色)。反射辐射13通过在相对的表面4和10上发生的多次全反射而沿着棱柱形光学元件的整个长度传播，直到其从另一侧面8射出而到达传感器9为止。

在身体部位5放置在由窗口3限定的表面4的一部分上以便进行生物测定采集的时间周期之外，如图2B所示，在图1A所示的功能情形中用于照明的二极管或者其中某些二极管被关闭，而单元16中的其它二极管、或者选择用来再产生提供信息的信号或预定文本的某些二极管被激活。二极管所发出的光线14按照基本垂直于内表面10和主表面4的方向穿过内表面10和主表面4，从而使得靠近窗口3的观察者15感知到发光信息。

图3A和3B说明了图2A和2B所示设置的优选实施方案。除了结合发光二极管17的单元16(其仍然采用与棱柱形光学元件2的下表面10基本平行的平板的形式设置)之外，该优选实施方案还包括插入单元16和表面10之间的透明的LCD屏18。

在图3A所示的功能情形中，例如手指的身体部位5放置在由窗口3限定的表面4的一部分上。单元16中的全部二极管17都被激活并发出辐射12，辐射12通过下表面10进入棱柱形光学元件2，照亮表面4并在与前述相同的条件下发生全反射。

在身体部位5放置在由窗口3限定的表面4的一部分上以便进行生物测定采集的时间周期之外，如图3B所示，全部二极管或者至少足够数量的二极管被激活，并且其发出的光线穿过透明的LCD屏。传送由透明的LCD屏18显示的信息的光线14，按照基本垂直于主表面4的方向经由主表面4从棱柱形光学元件2射出。

图3A和3B所示的优选实施方案由于可实现紧凑性和对目前的装置只作有限的改动，因此是特别有益的。

需要强调的是，上文中参照图3A和3B所描述的对该装置的控制是被简化的：单元16在操作上保持不变，并且根据身体部位5是否放置在表面4上，选择性地将单元16发出的光线用于生物测定应用或信息的显示。为了防止永久的信息显示(包括生物测定采集的时间在内)干扰传送生物测定采集图像的辐射，因而可有利地规定，只有当身体部位没有应用在表面4上时，透明的LCD屏18才被激活，而在生物测定采集过程中，LCD屏18不被激活(LCD屏18此时为完全透明的)。

图4A和4B示出了图3A和3B所示实施方案的变体。根据该变体，在LCD屏18和表面10之间插入会聚性光学元件19(典型地为会聚透镜)，以便对在LCD屏18上显示的信息进行聚焦。另外，组件的结构不变，除此之外，在该变体的环境中，可有利地规定，会聚性光学元件19能够使光线14聚焦，以使其所传送的信息图像形成在位于窗口3上方的屏幕上，或者形成在适合观察者直接进行视觉感知的距离处，这样，用户便可以观察到聚焦在屏幕上或其上方的图像。

方便地，根据本发明，所述屏幕并不是附着在该装置上的附加部分，而是非常简单地包括本身公知的、保护性的护目镜20，用于保护装置不受到杂散的光照(环境光、日光)。然后规定靠近窗口3的护目镜20的一部分由半透明材料形成以构成出口21，信息图像呈现在出口21的外表面上或者穿过出口21而呈现，然后使得该图像对于观察者15来说是可见的。

图5示出了有益的且优选的可选实施方案，根据该实施方案，会聚性光学元件19被并入棱柱形光学元件2的内表面10上，这样在组装时则只需生产并安装单一的光学元件。作为变体，以附着方式结合附着在棱柱形光学元件2的下表面10上的装置也是可行的，例如与上文提到的并入的会聚性光学元件19实现相同功能的Fresnel透镜。在另一个变体中，由出口21构成会聚性光学元件。

图6A和6B示出了另一个实施方案，根据该实施方案，由LCD屏18显示的信息并不直接到达观察者15，而是在反射面22上经过反射后再到达观察者15，其中根据表面4对反射面22进行设置，并使得反射面22相对于表面4倾斜。该反射面可为平面(图6A)，在这种情况下可有利地提供如前所述的聚焦透镜19；也可为凹面(图6B)，在这种情况下可由表面22自身实现聚焦。在图6A和6B示出的实施例中，反射面22可由安装在盖体3a上的护目镜23携带或与其一体形成。

Claims (10)

1.一种获取身体部位的生物测定图像的光学生物测定采集装置(1)，包括：

棱柱形光学元件(2)，所述棱柱形光学元件(2)包括两个基本平行的相对的表面(4，10)，其中一个表面(4)的至少一部分呈现在窗口(3)中，并构成用于放置待形成生物测定图像的身体部位(5)的应用表面，所述棱柱形光学元件(2)还包括黑色的倾斜侧面(7)，

照明装置(6)，其从所述棱柱形光学元件的内部照亮所述窗口(3)，并且如果有身体部位(5)放置在所述窗口的所述应用表面上，所述照明装置则通过散射形成所述身体部位的生物测定图像，以及

用于显示发光信息的装置(11)，所述用于显示发光信息的装置(11)设置于所述棱柱形光学元件(2)下方、靠近所述棱柱形光学元件(2)的另一表面(10)、并且大致靠近所述窗口(3)，并且在不发生散射的情况下，所述用于显示发光信息的装置通过所述窗口传送发光信息的外部可感知图像，

所述照明装置(6)和所述用于显示发光信息的装置被设置为靠近所述棱柱形光学元件(2)的所述另一表面(10)，

由此，当没有身体部位(5)放置在所述应用表面上时，通过所述窗口(3)呈现的所述发光信息的图像可被观察者(15)感知。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括控制装置，当身体部位(5)放置在所述应用表面上时，所述控制装置被设置为控制所述用于显示发光信息的装置(11)不被激活。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述照明装置(6)和用于显示发光信息的装置(11)被设置为单一的单元(16)，所述单元(16)包括发光二极管(17)，所述发光二极管(17)设置在与所述棱柱形光学元件(2)的所述另一表面(10)基本平行的平板上，并且透明的LCD屏(18)插入于所述发光二极管(17)的平板和所述棱柱形光学元件(2)的所述另一表面(10)之间，

由此，当身体部位(5)被放置在所述应用表面上时，所述单元(16)的照明装置(6)通过所述透明的LCD屏(18)照亮所述身体部位(5)并通过全反射来提供所述身体部位(5)的生物测定图像，而当没有身体部位(5)被放置在所述应用表面上时，所述单元(16)的用于显示发光信息的装置发出的光线穿过所述LCD屏(18)，然后控制所述LCD屏(18)以显示信息，并且在所述光线穿过所述棱柱形光学元件(2)之后向观察者(15)提供发光信息。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，进一步包括设置于所述LCD屏(18)和所述棱柱形光学元件(2)的所述另一表面(10)之间的会聚性光学元件(19)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述会聚性光学元件(19)适于使所述发光信息的图像聚焦在大致位于所述窗口(3)上方的屏幕(20)上。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述会聚性光学元件(19)适于使所述发光信息的图像聚焦在适合观察者直接进行视觉感知的距离处。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置包括设计作为护目镜的屏幕(20)以防止受到杂散的环境光照，所述屏幕(20)设置于所述窗口(3)的上方，其中，靠近所述窗口(3)的所述护目镜的至少一部分(21)由半透明材料构成，并且所述会聚性光学元件(19)适于使所述发光信息的图像聚焦到所述护目镜的所述半透明部分(21)上，或者穿过所述半透明部分聚焦在适合观察者直接进行视觉感知的距离处。

8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述会聚性光学元件(19)集成在所述棱柱形光学元件(2)的所述另一表面(10)中。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括会聚性光学元件，所述会聚性光学元件由在大致位于所述窗口(3)上方的设计作为护目镜的屏幕(20)上设置的出口(21)构成。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于包括护目镜，所述护目镜具有适于反射所述发光信息的反射面(22)，所述反射面(22)相对于放置所述身体部位的所述应用表面倾斜。

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