Fingerprint scanner device

Abstract

A fingerprint scanner device (200) is disclosed. The device (200) comprises an optical fingerprint acquisition assembly (100) comprising a first surface (A) and a second surface (B) opposite to the first surface (A). The first surface (A) is a scanning surface (A) that is configured to receive fingerprints of a user, and the second surface (B) comprises a microprism array (102) of a plurality of microprisms (104).

Description

FINGERPRINT SCANNER DEVICEFIELD OF THE INVENTION

[0001] The present disclosure relates to the field of biometric devices. More specifically, the present disclosure provides an improved, lightweight, and effective optical fingerprint scanner device.BACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] Biometric optical scanners have become essential in modern security and identification systems, particularly for applications requiring accurate fingerprint or palmprint recognition. Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) -based biometric scanners are highly regarded for their ability to capture high-resolution data by utilizing the principles of light reflection and transmission. At the core of these systems are optical components such as prisms, which play a critical role in directing and manipulating light to ensure reliable biometric data acquisition.

[0003] However, the reliance on prisms introduces significant challenges that hinder the practicality and scalability of FTIR-based biometric scanners. These prisms are often large and heavy, as their size is directly tied to achieving sufficient interaction between the light and the surface being scanned. This bulkiness makes the scanners less portable and limits their suitability for compact device designs. Furthermore, prisms are inherently delicate, making them susceptible to damage during manufacturing, handling, or regular use. This fragility raises concerns about the long-term durability and reliability of the systems, especially in demanding environments.

[0004] To address these issues, manufacturers have relied on specialized coatings to improve the performance and durability of prisms. Hard protective coatings are applied to enhance the mechanical resilience of the prism surfaces, while additional optical coatings are used to optimize the reflection and transmission of infrared light. While effective, these coatings significantly increase the cost and complexity of production. The combination of these factors makes traditional prism-based FTIR scanners expensive and less feasible for widespread deployment

[0005] Therefore, there is a need for a solution that addresses the above-mentioned technical problems by eliminating the dependency on traditional prisms while maintaining the performance standards required for biometric scanning.SUMMARY

[0006] The following embodiments present a simplified summary in order to provide a basic understanding of some aspects of the disclosed invention. This summary is not an extensive overview, and it is not intended to identify key / critical elements or to delineate the scope thereof. Its sole purpose is to present some concepts in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.

[0007] Some example embodiments disclosed herein provide a fingerprint scanner device. The device comprises an optical fingerprint acquisition assembly comprising a first surface and a second surface opposite to the first surface. The first surface is a scanning surface that is configured to receive fingerprints of a user, and the second surface comprises a microprism array of a plurality of microprisms.

[0008] According to some example embodiments, the device comprises a light source positioned on a side adjacent to the second surface, the light source configured to illuminate the first surface through the microprism array, which enables total internal reflection at the scanning surface. The device further comprises an image-capturing assembly positioned on the side adjacent to the second surface, where the image-capturing assembly is configured to capture fingerprint patterns of the user based on disruptions in the total internal reflection caused by fingerprint ridges of the user at the scanning surface.

[0009] According to some example embodiments, each of the microprisms has an isosceles triangular cross-section with a first side and a second side forming an angle of at least 90°.

[0010] According to some example embodiments, each of the microprisms has: a thickness ranging from 0.1 mm to 0.6 mm, a ridge depth ranging from 0.02 mm to 0.05 mm, and a pattern spacing ranging from 0.04 mm to 0.1 mm.

[0011] According to some example embodiments, the microprism array is made of a material with a refractive index of at least 1.5, such that light undergoes total internal reflection at the scanning surface.

[0012] According to some example embodiments, the optical fingerprint acquisition assembly comprises a transparent support plate beneath the microprism array.

[0013] According to some example embodiments, the support plate has a thickness of at least 3 mm and is adapted to prevent deformation or rupture of the scanning surface during fingerprint collection.

[0014] According to some example embodiments, the image-capturing assembly comprises an image sensor, and an image lens configured to converge the light reflected from the microprism array onto the image sensor. The image sensor is configured to capture the fingerprint patterns by distinguishing between disrupted total internal reflection corresponding to dark ridges, and undisturbed reflection corresponding to bright background on the scanning surface.

[0015] According to some example embodiments, the image-capturing assembly comprises a field lens oriented to enable vertical incidence of the light from the microprism array on the image lens.

[0016] According to some example embodiments, the light source is positioned on the side adjacent to the second surface to emit light parallel to the first side of the microprism array, which enables uniform illumination of the scanning surface and frustrated total internal reflection at the scanning surface.

[0017] According to some example embodiments, the field lens is oriented substantially parallel to the second side of the microprisms, which enables the vertical incidence of the light from the microprism array on the image lens.

[0018] According to some example embodiments, the scanning surface is coated or treated with a transparent material of a hardness of at least 7H.

[0019] According to some example embodiments, the microprism array is integrated into a transparent member through 3D printing or molding, with an opposite surface of the transparent member forming the first surface or scanning surface of the optical fingerprint acquisition assembly.

[0020] According to some example embodiments, the microprism array is a thin film attached to a transparent plate having a thickness of less than 0.5 mm.

[0021] According to some example embodiments, the device further comprises a mirror assembly on a side adjacent to the second surface and configured to redirect the light within the device.

[0022] The foregoing summary is illustrative only and is not intended to be in any way limiting. In addition to the illustrative aspects, embodiments, and features described above, further aspects, embodiments, and features will become apparent by reference to the drawings and the following detailed description. DEFINITIONS

[0023] The term “Total Internal Reflection (TIR) ” as used herein in the specification may refer to an optical phenomenon when a wave, such as light, traveling through a medium with a higher refractive index encounters the boundary of a medium with a lower refractive index at an angle greater than the critical angle. Under these conditions, the wave is entirely reflected back into the original medium rather than being refracted through the boundary. This phenomenon requires two conditions: (1) the wave must travel from a denser to a less dense medium, and (2) the angle of incidence must exceed the critical angle determined by the refractive indices of the two media.

[0024] The term “Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) ” as used herein in the specification may refer to a condition in which total reflection is suppressed, light cannot undergo total reflection along the path of total reflection, but is absorbed or scattered. At the receiving end, the intensity of the light received by FTIR is significantly smaller than the area where the light is completely TIR.

[0025] The use of FTIR is to enhance the contrast between fingerprint ridges and valleys. When the finger is pressed on the lens, the ridges of the fingerprint touch the mirror surface but cannot touch the valleys. The contact between the lens surface and the ridges will destroy the total reflection condition, thus forming a textured image with alternating light and dark on the image sensor. Optical fingerprint collectors are generally bulky due to the complex prism system.

[0026] The term “image lens” as used herein in the specification may refer to an optical component or assembly designed to focus, magnify, or project light to form a clear and precise image of an object onto a specific surface, such as an image sensor, film, or screen. Image lenses are typically made of one or more optical elements, such as glass or plastic, that manipulate the path of light rays through refraction.

[0027] The term “field lens” as used herein in the specification may refer to an optical lens placed near the intermediate image plane of an optical system to enhance the system's field of view and improve illumination uniformity across the image. It works by redirecting light rays toward subsequent optical elements, such as an eyepiece or detector, ensuring that light from the edges of the field is effectively transmitted and reducing vignetting (light fall-off at the edges) and the distortion of the image.

[0028] The term “refractive index” as used herein in the specification may refer to a measure of how much light slows down and changes direction as it passes through a specific medium compared to its speed in a vacuum. It is defined as the ratio of the speed of light in a vacuum to the speed of light in the material. A refractive index greater than 1 indicates that light slows down in the material compared to its speed in a vacuum. For example, the refractive index of air (n2) (shown in FIG. 1A) is approximately 1.0003, and for glass, it typically ranges from 1.5 to 1.9, depending on the type of glass. The refractive index also determines the extent to which light bends (or refracts) when it enters or exits the medium, which is crucial in optical devices like lenses and prisms. The higher the refractive index of a material, the more it will bend light passing through it.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0029] The above and still further example embodiments of the present disclosure will become apparent upon consideration of the following detailed description of embodiments thereof, especially when taken in conjunction with the accompanying drawings, and wherein:

[0030] FIG. 1A illustrates an exemplary side-cross-section view of an optical fingerprint acquisition assembly, in accordance with an example embodiment;

[0031] FIG. 1B illustrates an exemplary isometric view of a microprism array associated with the optical fingerprint acquisition assembly of FIG. 1A, in accordance with an example embodiment.

[0032] FIG. 2A illustrates an exemplary view of a first embodiment of a fingerprint scanner device having a field lens, in accordance with an example embodiment;

[0033] FIG. 2B illustrates an exemplary view of a second embodiment of a fingerprint scanner device without a field lens, in accordance with an example embodiment;

[0034] FIG. 3A illustrates an exemplary view of a third embodiment of a fingerprint scanner device having a field lens, in accordance with an example embodiment; and

[0035] FIG. 3B illustrates an exemplary view of a fourth embodiment of a fingerprint scanner device without a field lens, in accordance with an example embodiment.

[0036] The figures illustrate embodiments of the invention for purposes of illustration only. One skilled in the art will readily recognize from the following description that alternative embodiments of the structures and methods illustrated herein may be employed without departing from the principles of the invention described herein.DETAILED DESCRIPTION

[0037] In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present disclosure. It will be apparent, however, to one skilled in the art that the present disclosure can be practiced without these specific details. In other instances, systems, apparatuses, and methods are shown in block diagram form only in order to avoid obscuring the present disclosure.

[0038] Reference in this specification to “one embodiment” or “an embodiment” or “example embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the present disclosure. The appearance of the phrase “in one embodiment” in various places in the specification are not necessarily all referring to the same embodiment, nor are separate or alternative embodiments mutually exclusive of other embodiments. Further, the terms “a” and “an” herein do not denote a limitation of quantity, but rather denote the presence of at least one of the referenced items. Moreover, various features are described which may be exhibited by some embodiments and not by others. Similarly, various requirements are described which may be requirements for some embodiments but not for other embodiments.

[0039] Some embodiments of the present disclosure will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which some, but not all, embodiments of the invention are shown. Indeed, various embodiments of the invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein; rather, these embodiments are provided so that this disclosure will satisfy applicable legal requirements. Like reference numerals refer to like elements throughout.

[0040] The terms “comprise” , “comprising” , “includes” , or any other variations thereof, are intended to cover a non-exclusive inclusion, such that a setup, device, or method that comprises a list of components or steps does not include only those components or steps but may include other components or steps not expressly listed or inherent to such setup, device, or method. In other words, one or more elements in a system or apparatus proceeded by “comprises…a” does not, without more constraints, preclude the existence of other elements or additional elements in the system or method.

[0041] The embodiments are described herein for illustrative purposes and are subject to many variations. It is understood that various omissions and substitutions of equivalents are contemplated as circumstances may suggest or render expedient but are intended to cover the application or implementation without departing from the spirit or the scope of the present disclosure. Further, it is to be understood that the phraseology and terminology employed herein are for the purpose of the description and should not be regarded as limiting. Any heading utilized within this description is for convenience only and has no legal or limiting effect.

[0042] As described earlier, conventional fingerprint scanner device rely on optical components like prisms to direct and manipulate light, enabling the capture of high-resolution data through light reflection and transmission. However, the use of prisms presents significant challenges, including their large size and weight, which reduce portability and limit integration into compact designs. Additionally, the fragility of prisms raises concerns about their durability, particularly in harsh environments, impacting the long-term reliability of the scanners. Further, use specialized coatings to enhance the durability and performance of prisms increase both production cost and complexity, making traditional FTIR scanners expensive and impractical for widespread use. These inefficiencies highlight the need for a solution that eliminates the reliance on traditional heavy prisms, while preserving the performance and reliability required for biometric scanning applications.

[0043] The present disclosure provides a microprism-based fingerprint scanner device designed to replace traditional prisms in optical fingerprint acquisition systems. The device comprises a microprism array of triangle-shaped prisms with dimensions, refractive indices, and angles to ensure effective light reflection and refraction for capturing fingerprint images. The microprisms are incorporated into a thin film, which is bonded to a transparent plate to provide structural support and protect the scanning surface from deformation or damage during use. The scanning surface has a hardness, ensuring durability.

[0044] The device leverages Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) to distinguish fingerprint ridges, which disrupt light reflection, forming clear, high-contrast images. Additionally, the device may comprise optional field lenses to refine image geometry, transforming square scanned areas into rectangular or trapezoidal images on the sensor. This microprism-based design offers significant advantages over traditional prisms, including a reduction in weight and volume, leading to cost savings, reduced shipping weight, and lower CO2 emissions.

[0045] Embodiments of the present disclosure may provide a fingerprint scanner device. The device for such fingerprint scanning has been described with reference to FIG. 1A to FIG. 3B as detailed below.

[0046] FIGs. 1A and 1B illustrate exemplary views of an optical fingerprint acquisition assembly 100 for a fingerprint scanner device 200 (also referred to as device 200, herein) of FIGs. 2A to 3B, in accordance with an example embodiment. The optical fingerprint acquisition assembly 100 comprises a transparent member having a first surface (A) and a second surface (B) opposite to the first surface (A) , defining the shape of the optical fingerprint acquisition assembly 100. The first surface (A) corresponds to a scanning surface that is configured to receive fingerprints of a user. Further, the second surface (B) comprises a microprism array 102 of a plurality of triangle-shaped microprisms 104 with dimensions, refractive indices, and angles to ensure effective light reflection and refraction for capturing fingerprint images.

[0047] In one example embodiment, each of the microprisms 104 has an isosceles triangular cross-section with a first side (S1) and a second side (S2) forming an angle (θ1) of at least 90°, where the first side (S1) and the second side (S2) are the waist of the isosceles triangle. The body of the microprism array 102 is made of a material with a refractive index (n1) of at least 1.5, such that light undergoes total internal reflection at the scanning (first) surface (A) .

[0048] In addition, the optical fingerprint acquisition assembly 100 comprises a transparent support plate 106 beneath the microprism array 102. In one example embodiment, the microprisms 104 may be incorporated into a thin film 108, which is bonded to the transparent support plate 106 to provide structural support and protect the scanning surface (A) from deformation or damage during use. In another example embodiment, the microprism array 102 is integrated into a transparent member 106 through 3D printing or molding, with an opposite surface (108) of the transparent member forming the first surface (A) or scanning surface of the optical fingerprint acquisition assembly 100.

[0049] In an example embodiment, the support plate 106 may have a thickness of at least 3 mm and a refractive index (n3) greater than refractive index (n2) of air (i.e. 0003) but not limited to the like, and may be adapted to prevent deformation or rupture of the scanning surface during fingerprint collection. Further, in another example embodiment, the microprism array 102 may be a thin film attached to a transparent plate 108 having a thickness of less than 0.5 mm. Furthermore, in another example embodiment, the scanning surface (A) of the optical fingerprint acquisition assembly 100 may be coated or treated with a transparent material of a hardness of at least 7H to protect the scanning surface from damages.

[0050] In one example embodiment, each of the microprisms 104 associated with the array 102 has a thickness (h1) ranging from 0.1 mm to 0.6 mm, a ridge depth (h2) ranging from 0.02 mm to 0.05 mm, and a pattern spacing (D) ranging from 0.04 mm to 0.1 mm, but are not limited to the like.

[0051] FIGs. 2A to 3B illustrate embodiments of the fingerprint scanner device 200, in accordance with an example embodiment. As illustrated, the fingerprint scanner device 200 comprises the optical fingerprint acquisition assembly 100 of FIGs. 1A and 1B. The fingerprint scanner device 200 comprises a light source 202 positioned on a side adjacent to the second surface (B) of the optical fingerprint acquisition assembly 100. This light source 202 is oriented at an angle and is configured to illuminate the scanning (first) surface (A) of the optical fingerprint acquisition assembly 100 through the microprism array 102, which enables total internal reflection at the scanning surface (A) . The light source 202 emits light parallel to the first side (S1) of the microprism array 102, which enables uniform illumination of the scanning surface and frustrated total internal reflection at the scanning surface (A) .

[0052] In addition, the fingerprint scanner device 200 comprises an image-capturing assembly positioned on the side adjacent to the second surface (B) . Accordingly, the image-capturing assembly is configured to capture fingerprint patterns of the user (placing fingers on the scanning surface) based on disruptions in the total internal reflection caused by fingerprint ridges of the user at the scanning surface.

[0053] Further, the device comprises a mirror assembly on a side adjacent to the second surface (B) and configured to redirect the light within the fingerprint scanner device 200. As illustrated, the mirror assembly may comprise a set of three or more mirrors 210-1 to 210-3 arranged around the image-capturing assembly (field lens 208, image lens 206, and image sensor 204) , where the overall image-capturing assembly, the mirror assembly, and the microprism array 102 may be secured on a rigid frame (not shown) , with the scanning surface (A) , visible and accessible from outside for placing fingers and scanning the fingerprint.

[0054] In one example embodiment, as shown in FIGs. 2A to 3B, the image-capturing assembly comprises an image sensor 204, and an image lens 206 configured to converge the light reflected from the microprism array 102 onto the image sensor 204. The image sensor 204 is configured to capture the fingerprint patterns of the user by distinguishing between disrupted total internal reflection corresponding to dark ridges, and undisturbed reflection corresponding to bright background on the scanning surface, when the scanning (first) surface (A) of the optical fingerprint acquisition assembly 100 is illuminated by the light (form light source 202) passing through the microprism array 102.

[0055] In one example embodiment, as shown in FIGs. 2A and 3A, the image-capturing assembly comprises a field lens 208 oriented to enable vertical incidence of the light from the microprism array 102 on the image lens 206. However, in another example embodiment, as shown in FIGs. 2B and 3B, the image-capturing assembly may not involve the field lens 208. The field lens 208 may be oriented substantially parallel to the second side of the microprisms 104, which enables the vertical incidence of the light from the microprism array 102 on the image lens 206. The detailed construction and operation of the different embodiments of the fingerprint scanner device 200 have been described later with reference to FIG. 2A to FIG. 3B.

[0056] The fingerprint scanner device 200 employs Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) as a fundamental principle to achieve precise fingerprint imaging. In this process, light emitted from the light source 202 interacts with the microprism array 102 and reflects internally across the scanning surface (A) of the optical fingerprint acquisition assembly 100. The ridges of a fingerprint disrupt this reflection by absorbing or scattering light, while the valleys allow the light to remain undisturbed. This interaction produces a high-contrast image where ridges appear dark (or bright, depending on the configuration) against a contrasting background. FTIR ensures that even subtle variations in fingerprint patterns are captured with exceptional clarity, making it ideal for applications requiring accurate biometric recognition.

[0057] Additionally, the optional inclusion of field lens 208, refines the geometry of the captured images. The field lens 208 regulates the direction and angle of light entering the image lens 206 assembly, ensuring that the image projected onto the image sensor 204 is uniform and precise. For example, when a square area of the scanning surface (A) is imaged, the field lens 208 can transform it into a rectangular shape, which is more suitable for standard image sensors. In configurations without the field lens 208, the image geometry may take on a trapezoidal form, catering to other specific use cases or cost-efficient designs.

[0058] This ability to control image geometry adds significant flexibility to the device. By accommodating different optical requirements, the fingerprint scanner device 200 may be employed in various applications, from compact mobile devices to large-scale security systems. The field lens 208 ensures that no matter the design constraints, the image remains free from distortions that could compromise fingerprint recognition accuracy.

[0059] FIG. 2A illustrates an exemplary view of a first embodiment of a fingerprint scanner device 200 having a field lens 208, in accordance with an example embodiment. The fingerprint scanner device 200 comprises an array 102 of microprisms 104 that are bonded to a flat, transparent plate 106. This plate 106 provides structural stability and ensures the microprism array 102 remains intact during operation. The microprism array 102 has specific geometric parameters, such as isosceles triangle shapes with precise angles and dimensions, designed to achieve optimal light reflection and refraction. A field lens 208 is provided at the second side (S2) of the microprism array 102 to regulate the light path, ensuring uniformity in image formation. The fingerprint scanner device 200 also comprise an image lens 206 assembly to focus light onto the image sensor 204, which records the fingerprint patterns. Beneath the microprism array 102, a light source 202 is positioned to emit light toward the scanning surface (A) .

[0060] During operation, light emitted by the light source 202 travels through the microprism group and undergoes total internal reflection (TIR) on the scanning surface (A) . When a finger is placed on this surface, the ridges of the fingerprint disrupt the TIR, leading to localized light absorption. This disruption forms dark lines corresponding to the fingerprint ridges, while the valleys reflect light, resulting in a bright background. The interaction between the light and the scanning surface (A) generates a high-contrast fingerprint image. The field lens 208 transforms the light rays to ensure the image captured on the image sensor 204 has a uniform rectangular shape. Without this lens, distortions may occur, leading to irregularly shaped images.

[0061] FIG. 2B illustrates an exemplary view of a second embodiment of a fingerprint scanner device 200 without a field lens 208, in accordance with an example embodiment. The construction of the second embodiment of the fingerprint scanner device 200 is similar to the first embodiment of FIG. 2A. However, this configuration omits the field lens 208, resulting in a simpler optical path. The light source 202 remains positioned beneath the microprism array 102, emitting light toward the scanning surface (A) . The microprism array 102 in this embodiment retains the same precise geometric parameters to facilitate TIR.

[0062] During operation, light from the light source 202 passes through the microprism array 102 and reflects internally on the scanning surface (A) . Similar to the first embodiment of FIG. 2A, the fingerprint ridges interrupt the reflection, forming dark lines against a bright background in the second embodiment. The key difference lies in the image geometry: without the field lens 208, the light path is less regulated, resulting in a trapezoidal image on the sensor instead of a rectangular one. This design is particularly advantageous for scenarios where image geometry is less critical, such as compact or low-cost fingerprint scanners. By simplifying the optical system and reducing the number of components, this example achieves a balance between cost efficiency and functional performance. The absence of the field lens 208 not only reduces manufacturing complexity but also lowers the overall weight and dimensions of the scanner. This makes it an ideal choice for portable or embedded fingerprint scanning applications where compactness and affordability are priorities. Despite its simplicity, the fingerprint scanner device 200 retains the durability and accuracy of the scanning surface (A) , due to the transparent plate and high-hardness materials. This ensures the fingerprint scanner device 200 performs reliably under various usage conditions, even with frequent handling or pressure applied during fingerprint collection.

[0063] FIG. 3A illustrates an exemplary view of a third embodiment of a fingerprint scanner device 200 having a field lens 208, in accordance with an example embodiment. The fingerprint scanner device 200 modifies the imaging mechanism while retaining the core microprism-based construction. The microprism array 102, supported by a flat transparent plate 106, forms the foundation of the design. The light source 202 in this configuration emits light perpendicular to the scanning surface (A) , creating a different interaction between light and the fingerprint ridges. The image lens 206 and the image sensor 204 remain integral to the fingerprint scanner device 200 for focusing and capturing the light.

[0064] During operation, the light from the light source 202 passes through the microprism array 102 and strikes the scanning surface (A) perpendicularly. TIR occurs on the second surface (B) , but when fingerprint ridges contact the second surface (B) , they disrupt the reflection, allowing light to escape. This disruption creates bright lines corresponding to the fingerprint ridges against a dark background, which contrasts with the bright background seen in the embodiments of FIGs. 2A and 2B. The perpendicular arrangement of the light source 202 ensures even illumination across the scanning surface (A) , improving imaging uniformity. The reverse imaging mechanism offers benefits, such as enhanced visibility of fingerprint ridges in environments where a dark background is preferred for clarity or contrast. This embodiment provides the adaptability of the microprism design in achieving different imaging outputs, particularly suited for applications requiring a dark background, such as forensic or scientific fingerprint analysis, where higher contrast between ridges and the background enhances image interpretation. The structural robustness of the transparent plate ensures the fingerprint scanner device 200 withstands pressure during use, maintaining the integrity of the scanning surface (A) and the microprism array 102.

[0065] FIG. 3B illustrates an exemplary view of a fourth embodiment of a fingerprint scanner device 200 without a field lens 208, in accordance with an example embodiment. The fingerprint scanner device 200 operates with additional refinements to optimize performance for specific applications. The light source 202 emits light perpendicular to the scanning surface (A) , while the image lens 206 and the image sensor 204 are configured to capture the fingerprint image. This configuration also employs the reverse imaging mechanism, where ridges produce bright lines against a dark background. The refinements in this embodiment focus on optimizing the light source 202 and microprism array 102. The enhanced brightness and adaptability of this example make it an ideal choice for advanced fingerprint scanning technologies requiring high clarity and precision.

[0066] In one example embodiment, the image lens 206 in the fingerprint scanner device 200 is constructed with one or more aligned optical elements designed to focus light from the microprism array 102 onto the image sensor 204, ensuring high-resolution, distortion-free fingerprint images. These lenses are made from high-quality materials such as glass for superior clarity and scratch resistance or polymers like acrylic or polycarbonate for lightweight and cost-effective designs. To enhance performance, aspherical surfaces are often used to minimize spherical aberrations, while anti-reflective coatings improve light transmission and reduce glare. The lens elements are housed in durable materials like aluminum or plastic, ensuring proper alignment and protection against environmental factors. This construction enables the image lens 206 to deliver sharp, accurate images in both compact and high-performance fingerprint scanners.

[0067] In one example embodiment, the field lens 208 in the fingerprint scanner device 200 works alongside the image lens 206 to refine the light path and improve the overall image geometry. The field lens 208 is constructed from optical materials such as glass or acrylic, which is designed to direct and control the light entering the image lens 206 assembly, ensuring that the light rays are uniformly distributed across the scanning surface (A) . The field lens 208 converts the shape of the scanned area, such as from a square to a rectangular or trapezoidal image on the image sensor 204, depending on the design requirements. This adjustment helps to correct any distortions caused by the microprism array 102 and ensures that the captured fingerprint image is geometrically accurate. The field lens 208 is made from high-quality materials like optical-grade glass for clarity and durability, or lightweight polymers for more compact systems. The field lens 208 may be positioned before the image lens 206 in the optical path of the light, which may be housed in a precise frame or mount that ensures its correct alignment within the optical path, contributing to the overall efficiency of the fingerprint scanning process.

[0068] In one example embodiment, the image sensor 204 in the fingerprint scanner device 200 captures the light patterns reflected from the scanned fingerprint. The image sensor 204 may either be CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) or CCD (charge-coupled device) sensors. CMOS sensors are widely used due to their lower power consumption, faster processing speed, and higher integration, making them ideal for compact, cost-effective fingerprint scanning devices. CCD sensors, though less common in modern devices, are known for their high image quality and low noise levels, offering better performance in some high-resolution applications.

[0069] The image sensor 204 is made up of an array of light-sensitive elements, or pixels, which detect the variations in light intensity as it is reflected from the fingerprint ridges and valleys. The image sensor 204 then converts these variations into electrical signals that are processed to create a digital image of the fingerprint. These pixels are coated with a photodiode layer that is sensitive to visible and near-infrared light, allowing for accurate fingerprint recognition under various lighting conditions.

[0070] The material composition of the image sensor 204 comprises silicon, with micro-lenses placed on top of each pixel to focus incoming light and increase the sensor's sensitivity. The sensor's resolution (measured in dots per inch (DPI) is a key factor in the quality of the fingerprint image, with higher resolutions offering more detail for more precise identification. The image sensor 204 may be housed in a protective casing to safeguard it from environmental factors and physical damage. The image sensor 204 is aligned precisely with the image lens 206 and field lens 208 to ensure that the captured image is sharp and accurately represents the scanned fingerprint. This alignment ensures that the entire fingerprint pattern, from the ridges to the valleys, is captured clearly, allowing for accurate matching during biometric verification processes.

[0071] It is to be appreciated that the microprism-based fingerprint scanner device of the present disclosure provides a significant advancement over existing technologies that rely on traditional prisms. By replacing conventional prisms with an array of microprisms, the fingerprint scanner device achieves several key benefits, including reduced weight, cost, and environmental impact. The lightweight design not only simplifies manufacturing but also minimizes shipping costs and CO2 emissions, enhancing the overall sustainability of the product. Additionally, the microprism array's precise geometrical configuration ensures superior optical performance, delivering high-contrast fingerprint images with minimal distortions.

[0072] The core components enabling these advancements comprise the microprism group, which utilizes isosceles triangle patterns to optimize light reflection and refraction, and the transparent plate, which provides structural stability without compromising the thinness or durability of the system. The integration of field lenses and image lens assemblies in certain configurations further enhances image clarity and geometry, addressing specific application needs. The use of high-hardness materials for the scanning surface ensures robustness under repeated use, maintaining consistent imaging quality over time.

[0073] Unlike traditional fingerprint scanners, which are heavier and more expensive to produce, the fingerprint scanner device of the present disclosure provides a cost-effective, compact, and efficient solution without sacrificing accuracy or durability. Its ability to adapt to various imaging requirements, from bright to dark backgrounds and different geometrical constraints, highlights its versatility and scalability across diverse industries.

[0074] By adopting microprism glass, the fingerprint scanner device become lighter, with a reduction in weight ranging from 30%to 40%. This weight reduction not only saves on freight costs but also decreases the carbon footprint (CO2 savings) throughout the supply chain, from the supplier to the final client. Additionally, the use of microprism glass offers significant cost savings, as it is less expensive than traditional prisms, and the manufacturing process is simplified. The reduction in glass material required further lowers production costs. This makes the overall design smaller, more efficient, and eco-friendly.

[0075] Many modifications and other embodiments of the inventions set forth herein will come to mind to one skilled in the art to which these inventions pertain having the benefit of the teachings presented in the foregoing descriptions and the associated drawings. Therefore, it is to be understood that the inventions are not to be limited to the specific embodiments disclosed and that modifications and other embodiments are intended to be comprised within the scope of the appended claims. Moreover, although the foregoing descriptions and the associated drawings describe example embodiments in the context of certain example combinations of elements and / or functions, it should be appreciated that different combinations of elements and / or functions may be provided by alternative embodiments without departing from the scope of the appended claims. In this regard, for example, different combinations of elements and / or functions than those explicitly described above are also contemplated as may be set forth in some of the appended claims. Although specific terms are employed herein, they are used in a generic and descriptive sense only and not for purposes of limitation.

[0076] It is to be understood that the above description is intended to be illustrative, and not restrictive. For example, the above-discussed embodiments may be used in combination with each other. Many other embodiments will be apparent to those of skill in the art upon reviewing the above description.

[0077] With respect to the use of substantially any plural and / or singular terms herein, those having skill in the art can translate from the plural to the singular and / or from the singular to the plural as is appropriate to the context and / or application. The various singular / plural permutations may be expressly set forth herein for sake of clarity.

[0078] The benefits and advantages which may be provided by the present disclosure have been described above with regard to specific embodiments. These benefits and advantages, and any elements or limitations that may cause them to occur or to become more pronounced are not to be construed as critical, required, or essential features of any or all of the embodiments.

[0079] While the present disclosure has been described with reference to particular embodiments, it should be understood that the embodiments are illustrative and that the scope of the invention is not limited to these embodiments. Many variations, modifications, additions, and improvements to the embodiments described above are possible. It is contemplated that these variations, modifications, additions, and improvements fall within the scope of the invention.

Claims

1.A fingerprint scanner device (200) comprising:an optical fingerprint acquisition assembly (100) comprising a first surface (A) and a second surface (B) opposite to the first surface (A) , wherein the first surface (A) is a scanning surface (A) that is configured to receive fingerprints of a user, and the second surface (B) comprises a microprism array (102) of a plurality of microprisms (104) .2.The device (200) according to claim 1, wherein the device (200) further comprises:a light source (202) positioned on a side adjacent to the second surface (B) , the light source (202) configured to illuminate the first surface (A) through the microprism array (102) , which enables total internal reflection at the scanning surface (A) ; andan image-capturing assembly positioned on the side adjacent to the second surface (B) , the image-capturing assembly configured to capture fingerprint patterns of the user based on disruptions in the total internal reflection caused by fingerprint ridges of the user at the scanning surface (A) .3.The device (200) according to any previous claim, wherein each of the microprisms (104) has an isosceles triangular cross-section with a first side and a second side forming an angle of at least 90°.4.The device (200) according to any previous claim, wherein each of the microprisms (104) has:a thickness ranging from 0.1 mm to 0.6 mm;a ridge depth ranging from 0.02 mm to 0.05 mm; anda pattern spacing ranging from 0.04 mm to 0.1 mm.5.The device (200) according to any previous claim, wherein the microprism array (102) is made of a material with a refractive index of at least 1.5, such that light undergoes total internal reflection at the scanning surface (A) .6.The device (200) according to any previous claim, wherein the optical fingerprint acquisition assembly (100) comprises a transparent support plate beneath the microprism array (102) .7.The device (200) according to any previous claim, wherein the support plate has a thickness of at least 3 mm and is adapted to prevent deformation or rupture of the scanning surface (A) during fingerprint collection.8.The device (200) according to any previous claim, wherein the image-capturing assembly comprises:an image sensor (204) ; andan image lens (206) configured to converge the light reflected from the microprism array (102) onto the image sensor (204) ;wherein the image sensor (204) is configured to capture the fingerprint patterns by distinguishing between disrupted total internal reflection corresponding to dark ridges, and undisturbed reflection corresponding to bright background on the scanning surface (A) .9.The device (200) according to any previous claim, wherein the image-capturing assembly comprises a field lens (208) oriented to enable vertical incidence of the light from the microprism array (102) on the image lens (206) .10.The device (200) according to any previous claim, wherein the light source (202) is positioned on the side adjacent to the second surface (B) to emit light parallel to the first side of the microprism array (102) , which enables uniform illumination of the scanning surface (A) and frustrated total internal reflection at the scanning surface (A) .11.The device (200) according to any previous claim, wherein the field lens (208) is oriented substantially parallel to the second side of the microprisms (104) , which enables the vertical incidence of the light from the microprism array (102) on the image lens (206) .12.The device (200) according to any previous claim, wherein the scanning surface (A) is coated or treated with a transparent material of a hardness of at least 7H.13.The device (200) according to any previous claim, wherein the microprism array (102) is integrated into a transparent member (106) through 3D printing or molding, with an opposite surface of the transparent member forming the first surface (A) or scanning surface (A) of the optical fingerprint acquisition assembly (100) .14.The device (200) according to any previous claim, wherein the microprism array (102) is a thin film attached to a transparent plate (108) having a thickness of less than 0.5 mm.15.The device (200) according to any previous claim, wherein the device (200) further comprises a mirror assembly (210-1 to 210-3) on a side adjacent to the second surface (B) and configured to redirect the light within the device (200) .

Images