一种生物特征成像的设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型的目的是提供一种生物特征成像设备，其中该设备包括：光学镜头部件，用于对感兴趣区域的生物特征进行光学成像(包括静态图像和动态图像)；图像传感器，用于将所述生物特征的光学图像转换成电子图像(包括静态图像和动态图像)；以及微电机控制器，用于获取、传递、或分析电子图像的图像质量信息，并根据电子图像的图像质量信息实时分析图像的清晰度，实时反馈该信息从而调节光学镜头部件以实现对感兴趣区域的生物特征进行自动对焦控制。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学【技术领域】，尤其涉及一种对生物特征进行成像的技术。 一种生物特征成像的设备
【背景技术】
[0002] 虹膜识别是一种新兴的生物识别技术，在身份识别领域应用不断扩大。安全便捷 的身份识别是开展面向移动终端业务服务的难点。目前用移动终端作为身份确认的手段主 要依赖密码和卡，存在难记忆、易被窃取，安全性低等问题。在众多身份识别技术中，虹膜识 别的安全性和精确度最高，具有个体唯一、不需要记忆、不能被窃取，安全级别高等优点。
[0003] 在现有技术中，虹膜成像设计一般采用定焦设计，用户需要主动配合来寻找合适 的虹膜成像位置，导致需要附加额外的硬件设备如测距传感器、三色指示灯等；也有些虹膜 成像系统采用步进电机或者直流电机来驱动镜头的前后移动实现虹膜自动对焦和成像，但 仍然需要测距传感器来测量距离，并且步进电机或者直流电机的体积大，功耗大。这些均导 致虹膜成像系统的体积大大增加，识别速度拉长，用户体验差，无法微型化集成应用到需求 量更广的移动终端。 实用新型内容
[0004] 本公开的目的在于提供一种生物特征成像方法和设备以及包含该设备的移动终 端，从而减轻或消除上面提及的一个或者多个问题。
[0005] 根据本公开的一个方面，提供了一种生物特征成像设备，包括：
[0006] 光学镜头部件，其对感兴趣区域的生物特征进行光学成像；
[0007] 图像传感器，其将包含所述生物特征的光学图像转换成电子图像；
[0008] 微电机，其利用电磁力调节所述光学镜头部件，所述微电机是音圈电机或微机电 系统致动器；以及
[0009] 微电机控制器，其驱动所述微电机调节所述光学镜头部件。
[0010] 根据本公开的另一方面，还提供了一种移动终端，其中该移动终端包括如上所述 的生物特征成像设备。
[0011] 与现有技术相比，本公开采用微型电机以替代步进电机或者直流电机来调节光学 镜头部件。这些都为生物特征成像设备的小型化提供了可能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的 其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0013] 图1示出根据本公开一个方面的生物特征成像设备示意图；
[0014] 图2示出根据本公开另一方面的生物特征成像设备示意图。
[0015] 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0016] 本领域的技术人员应当明白本实用新型可以以脱离这些具体细节的其它实现方 式来实现。而且为了不模糊本实用新型，在当前的说明中省略了已知的功能和结构的并非 必要的细节。
[0017] 下面结合附图对本公开作进一步详细描述。
[0018] 图1示出根据本公开一个方面的生物特征成像设备示意图。如图1所示，生物特征 成像设备100包括光学镜头部件110,图像传感器120,微电机140以及微电机控制器130。
[0019] 光学镜头部件110用于对感兴趣区域13的生物特征12进行光学成像。
[0020] 具体地，光学镜头部件110可以是光学镜头组，其实现在一个固定成像焦平面的 生物特征信息的成像。光学镜头组的材料可以采用全玻璃镜头、全塑料镜头、玻璃与塑料镜 头相结合或者液体镜头等混合材料。在本文中，将虹膜作为生物特征的实例来描述本公开 的实施例，但本领域技术人员应当理解，生物特征还包括视网膜、眼纹、唇纹、面部以及静脉 等。感兴趣区域13指代光学镜头部件成像能够保持聚焦清晰的区域，即光学镜头部件能够 对位于感兴趣区域中的生物特征进行清晰成像。感兴趣区域13的大小根据光学镜头部件 的景深确定，景深是指成像系统能够保持聚焦清晰的最近和最远的距离之差。它决定了用 户可以距离生物特征成像设备的远近的冗余度范围，或者是生物特征识别的使用范围。另 夕卜，光学成像原理是本领域公知的技术，为了简洁起见，在此不再赘述。
[0021] 图像传感器120用于将从光学镜头部件110获取的生物特征的光学图像转换成电 子图像。
[0022] 具体地，图像传感器120可以包括电荷耦合元件（CXD)和金属氧化物半导体元件 (CMOS)等感光元件，并利用感光元件将生物特征的光学成像转换成电子信号以获得相应的 电子图像。在一个实施例中，电子图像包括静态图像和动态图像格式，动态图像是由多帧静 态图像按照时间顺序排列组合在一起的静态图像流，也称视频格式。电子图像可以被存储 成预定的图像格式，包括但不限于BMP，JPEG、TIFF、RAW、GIF和PNG等。电子图像的信息 也可以以二进制比特的表征形式保存在缓存或者内存中，比如每个图像像素使用8比特， 10比特，12比特，或者24比特的二进制信息来代表。
[0023] 本领域技术人员应当理解，上述将光学图像转换成电子图像的方式仅为举例，其 他现有的或今后可能出现转换方式如可适用于本实用新型，也应包含在本实用新型保护范 围以内，并在此以引用方式包含于此。
[0024] 微电机控制器130利用微电机140调节光学镜头部件110的成像组件特性以实现 对所述感兴趣区域的生物特征进行对焦控制。
[0025] 微电机控制器130例如可以控制微电机140移动光学镜头部件110或光学镜头部 件110中光学透镜的位置，或改变光学镜头部件110的光学特性，如光学曲率半径。
[0026] 微电机140用于调节光学镜头部件110,例如移动光学镜头部件110或光学镜头部 件110中光学透镜的位置，或者例如通过改变光学镜头部件110中光学透镜的形状而改变 光学镜头部件110的光学特性，如光学曲率半径。
[0027] 这里，微电机140可以是音圈电机（VCM)，它是一种将电能转化为机械能的装置， 具体地，VCM的操作包括使电流通过电磁(线圈)。这将产生排斥永磁体的电磁场，从而实现 垂直地移动光学透镜夹持器使光学透镜远离图像传感器。VCM由弹簧提供的恢复力使光学 透镜接近图像传感器；而其余的光学透镜的位置是无限远对焦。
[0028] 当考虑保证成像质量的情况下将生物特征成像设备100集成在更薄的移动终端 (如手机）时，VCM会成为实现此目的的障碍。具体地，若要将VCM做的更小，则需要更小的 线圈，磁体和弹簧。由于磁力是与体积成正比的，所以更小的线圈和磁体需要更多的电流才 能产生足够的致动力，这将使移动终端的功耗和过热的问题更加严重。此外，较小的弹簧较 为脆弱，加剧了冲程迟滞、镜头倾斜以及可靠性的问题。由于VCM遭受冲程迟滞的问题，所 以将使针对感兴趣的生物特征区域（比如虹膜）的自动对焦成像过程变得缓慢，这样的问题 在视频捕获时变得尤为突出。另外，VCM的高功耗将迅速消耗电池并且产生的热量也将降 低生物特征成像设备的光学性能和成像质量。
[0029] 为解决以上问题，微电机140还可以采用微机电系统致动器（MEMS Actuators)， 其结构包括一个以硅晶圆为基础的微机电机械执行器（由可垂直移动的外壳结构组件、提 供恢复应力的弹簧和控制外壳结构组件的静电梳状驱动器组成)，采用半导体工艺来制 造，有机械和电子特性。梳状驱动器是一对导电结构，当施加直流电压时，静电荷所产生的 吸引力使梳状驱动器被拉到一起。通过将光学透镜放置在中心位置，硅微机电系统对焦致 动器可以控制光学镜片组中其中任何一片镜片或多片镜片的位置移动，而其他的镜片可以 固定在其最佳位置保持不动。
[0030] 相较于VCM，微机电系统致动器能够将VCM里面所需要的三个部件(线圈，磁体和 弹簧）整合成为一个单一组件，解决了 VCM三个组件之间的复杂物理连接，体积做到更小， 减小了它们之间的物理惯性应力影响，从而能够更加快速的对焦，比普通VCM对焦的控制 速度能够快2-4倍。同时采用半导体工艺来制造，特别是光刻技术，所以功耗能够控制到 更小。
[0031 ] 由于该生物特征成像设备采用微型电机以替代步进电机或者直流电机来调节光 学镜头部件。这些都为生物特征成像设备的小型化提供了可能。
[0032] 为了使生物特征成像设备100更加小型化，移动光学镜头部件110的空间以及光 学镜头部件110本身将变得更小。在此情况下，通过移动光学镜头部件或光学镜头部件中 的光学透镜来实现对焦将变得更加困难。为解决此问题，在一个实施例中，生物特征成像设 备100中的光学镜头部件110米用液体镜头来实现，并且其微电机控制器130驱动微电机 140改变该液体镜头的形状，从而调节光学镜头部件110的光学特性，如光学曲率半径，以 实现自动对焦。
[0033] 如本领域技术人员所知，改变光学镜头形状以调节其光学特性所需的力远小于移 动光学镜头位置所需的力，这将节省微电机的功耗。对于便携式设备而言，设备功耗是衡量 其适用性的重要指标，而低功耗的生物特征成像设备将满足这方面的要求，从而适于单独 作为便携式设备或集成到其他便携式设备，如智能电话等。
[0034] 可选地，如图2所示，生物特征成像设备100还可以包括一个或多个照明部件150， 用于在对感兴趣区域中的生物特征进行光学成像时对感兴趣区域进行照明，以增强采集图 像的亮度。
[0035] 照明部件150例如可以是发光二极管（LED)，也可以是其他种类的照明器件，并且 照明部件150可以采用可见光或近红外光进行照明。照明部件150在生物特征成像设备 100上的位置可以距离光学镜头部件110等间距放置，也可以围绕光学镜头部件110 360度 任意放置，间距任意。
[0036] 照明部件150所发出的光的中心光谱可以根据具体待成像的生物特征进行设定。 例如，若生物特征为虹膜，则采用的近红外光的中心光谱范围包括700nm至950nm。
[0037] 进一步地，当对人体虹膜进行成像时，由于不同人种的虹膜特征(例如颜色）不尽 相同，为了实现对不同人种的虹膜进行清晰成像，可以采用不同中心光谱的照明部件对其 进行照明。例如，生物特征成像设备100包括三个发射近红外光的LED灯，每个LED灯发射 的近红外光的中心光谱分别为780nm和850nm和940nm，以便对不同人种深浅不同的虹膜进 行更好的成像照明。
[0038] 在一个实施例中，生物特征成像设备100可以对单眼虹膜进行成像，也可以对双 眼虹膜同时进行成像。
[0039] 例如，若对单眼虹膜进行清晰成像以用于虹膜识别，则光学镜头部件110在眼睛 水平方向的光学分辨率需大于等于640像素，垂直方向的光学分辨率需大于等于480像素。 相应地，图像传感器120的图像分辨率需大于或等于光学镜头部件的光学分辨率。
[0040] 若需对双眼虹膜进行一次清晰成像以用于双眼虹膜识别，则光学镜头部件110在 双眼水平方向的光学分辨率需大于等于1500像素，垂直方向的光学分辨率需大于等于480 像素，从而保证每只单眼的图像的光学分辨率。相应地，图像传感器120的图像分辨率需大 于或等于光学镜头部件的光学分辨率。
[0041] 可选地，生物特征成像设备100还包括滤光片(未示出)，其位于待成像生物特征和 光学镜头部件之间，以过滤该生物特征进入光学镜头部件110的光，从而能够降低外界环 境对生物特征成像的影响，特别是室外环境太阳光、杂散光、灯光和黑暗环境。
[0042] 由于具有体积小、识别速度快等优点，因此上述生物特征成像设备可以集成到诸 如智能手机、平板电脑、超级本、笔记本电脑、智能穿戴式设备等移动终端中，从而提供各种 便利的应用。
[0043] 对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而 且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新 型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新 型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含 义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制 所涉及的权利要求。此外，显然"包括" 一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装 置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。 第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
【权利要求】
1. 一种生物特征成像设备（100)，包括： 光学镜头部件（110)，其对感兴趣区域（13)的生物特征（12)进行光学成像； 图像传感器（120)，其将包含所述生物特征（12)的光学图像转换成电子图像； 微电机（140)，其利用电磁力调节所述光学镜头部件（110)，所述微电机是音圈电机或 微机电系统致动器；以及 微电机控制器（130)，其驱动所述微电机调节所述光学镜头部件（110)。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中所述光学镜头部件（110)包括液体镜头。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中当所述生物特征包括双眼虹膜时，所述光学镜头 部件（110)在双眼水平方向的光学分辨率大于等于1500像素，垂直方向的光学分辨率大于 等于480像素，并且所述图像传感器（120)的分辨率大于或等于所述光学镜头部件（110)的 光学分辨率。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中当所述生物特征包括单眼虹膜时，所述光学镜头 部件（110)在眼睛水平方向的光学分辨率大于等于640像素，垂直方向的光学分辨率大于 等于480像素，并且所述图像传感器（120)的分辨率大于或等于所述光学镜头部件（110) 的光学分辨率。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的设备，该设备还包括： 至少一个照明部件（150)，用于对所述感兴趣区域进行照明，其中所述至少一个照明部 件（150)采用可见光和/或近红外光照明。
6. 根据权利要求5所述的设备，其中当所述生物特征包括虹膜时，所述近红外光中心 光谱范围包括700nm至950nm。
7. 根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个照明部件（150)采用不同中心光谱 的近红外光来分别对不同特征的虹膜进行照明。
8. 根据权利要求1至4中任一项所述的设备，该设备还包括滤光片以用于过滤进入所 述光学镜头部件（110)的光。
9. 根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述生物特征包括以下至少一项： 虹膜，视网膜、眼纹、唇纹、面部和静脉。
10. -种移动终端，所述移动终端包括如权利要求1至9中任一项所述的生物特征成像 设备。
【文档编号】G06K9/32GK203849742SQ201320648245
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】王晓鹏, 徐鹤菲 申请人:王晓鹏