专利名称：一种小型指纹采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及应用电子电路进行指纹识别的装置，特别是涉及一种小型指纹采集器。
背景技术：
本申请人的在先专利CN102043947A公开了《一种小型指纹采集器》，包括壳体和设置在所述壳体内的光学指纹成像模块，所述光学指纹成像模块包括顺应光路设置的棱镜、成像物镜、图像采集单元和光源，所述棱镜是纵截面底边大于高的均匀对称的六面梯形棱镜，包括有相互平行正对的大端面、小端面、下侧面和其余三个侧面，所述大端面是图像采集面，所述小端面是光源射入面，所述下侧面是与成像物镜相对的成像面，其特征在于 在所述棱镜和所述成像物镜之间的光路设有平面反射镜，所述光源发出的光经所述棱镜的小端面进入棱镜，被按压在所述棱镜的大端面上的指头反射光线的一部分，由所述棱镜的下侧面射出到所述平面反射镜上。这种小型指纹采集器采用平面反射镜，光源与图像采集单元共用一个主板，以及由壳体和主板夹住固定成像物镜底座，可以提高空间利用效率，节约成本，有效实现指纹采集器小型化。此外，成像物镜对成像透镜组成像定位，免对焦采集指纹图像，可以提高生产效率和进一步节约成本。但是，仍然存在与需求不相适应的问题， 主要表现在1)光路设计不甚合理，采集指纹图像畸变较大，图像不够清晰，有效用户指纹难以被安全识别，给用户正常使用带来不便；2)体积大，重量重，不适合与鼠标、键盘，门锁等安装空间受限的设备配用；3)照明电路板采用可见光发光二极管，无手指接触时，指纹采集设备未处于休眠状态，照明电路依然工作，人眼观看时比较刺眼，不太舒适。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是对本申请人的在先专利CN102043947A作出进一步的改进，提供一种改进的小型指纹采集器。本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。这种小型指纹采集器，包括壳体、光源和设置在所述壳体内的光学指纹成像模块， 所述光学指纹成像模块包括顺应光路设置的棱镜、平面反射镜、成像物境和图像采集单元， 所述棱镜是纵截面底边大于高的均匀对称的六面梯形棱镜，包括有相互平行正对的大端面、小端面、下侧面和其余三个侧面，所述大端面是图像采集面，所述小端面是光源射入面， 所述光源发出的光经所述棱镜的小端面进入棱镜，被按压在所述棱镜的大端面上的指头反射光线的一部分，所述平面反射镜的全反射光进入所述成像物镜，并经成像物镜消畸变、色差，成像于所述图像采集单元的图像接收面上，所述图像采集单元将接收到的图像转换成电信号输出，所述光源包括位于所述棱镜的小端面上方的至少I个可见光或红外光的发光二极管(light emitting diode,缩略词为LED)照明光源,用于对被采集的手指照明，所述壳体包括主壳体，以及固定平面反射镜的盖板。这种小型指纹采集器的特点是[0007]在所述棱镜与所述平面反射镜之间的光路设有独立的成像透镜，被按压在所述棱镜的大端面上的指头反射光线的一部分，由所述棱镜的下侧面射出到所述成像透镜，由成像透镜将光线汇聚射出到所述平面反射镜上，再全反射进入所述成像物镜；这种呈折线的光路相比直线光路可以明显缩短指纹采集器的纵向尺寸，实现小型化。所述成像物镜为可调焦距的镜头，内置成像透镜组，安装时调节成像物镜与图像采集单元的图像接收面的距离，以避免成像物镜和成像透镜由于工艺的误差造成采集图像不清晰，且由所述成像物镜的内置成像透镜组再次汇聚光线，以提高有效光线传播的利用率。所述光源还包括光信号发射管和光信号接收管，所述光信号发射管是红外发射管或可见发射管，所述光信号接收管也是红外发射管或可见发射管，所述光信号发射管的发射信号传输方向和所述光信号接收管的接受信号方向异向且在同一水平上。所述壳体还包括固定成像透镜和成像物镜的支架，且所述主壳体是包围光学指纹成像模块的主壳体，所述盖板采用胶粘方式固定于所述主壳体的下方，以提高空间利用率， 节约成本，进一步实现指纹采集器小型化。本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。所述成像透镜是凸透镜，用于将光线汇聚到所述平面反射镜中。所述平面反射镜是只有一个反射镜面的长方体状薄平面镜，与反射到平面镜光线的主光轴夹角为40 50°，其反射的光线直接进入成像物镜。所述平面反射镜包括反射面和遮光面，所述遮光面表面涂覆有用于遮光的黑漆层，且粘贴在所述壳体的盖板上。所述棱镜的小端面设有光源照射的位置，所述棱镜的其他三个侧面的表面涂覆有用于遮光的黑漆层，避免外界干扰的光线摄入到棱镜中，影响指纹图像信息不能被图像采集单元充分识别转换，从而提高小型指纹采集器的精确度和清晰度，显著提高采集质量和识别效率。所述棱镜的图像采集面与主光轴成40 50°，所述成像物镜与采集单元的图像接收面主光轴成90°至100°。所述图像采集单元是带Camera通讯接口的图像采集单元和带USB通讯接口的图像采集单元中的一种。所述带Camera通讯接口的图像采集单元,包括互补金属氧化物半导体场效应管 (Metal Oxide Semiconductor,缩略词为CMOS)光电转换器单元、用于给光电转换器产生原始时钟频率的晶体振荡器、复位电路、低压差线性稳压器(Low dropout regulator,缩略词为LD0)、自动检测主控单元MCU、驱动光信号发射管和照明光源的电路、光信号接收管接收信号电路和Camera通讯接口。所述自动检测主控单元MCU控制光信号发射管发射信号，无手指按捺指纹采集器时，光信号发射管一直向前发射信号，照明光源关闭，指纹采集器工作处于休眠状态，既不刺眼，又降低指纹采集器能耗；有手指按捺指纹采集器时，光信号发射管信号被反射射向光信号接收管，光信号接收管接收到被手指反射的光信号发射管发出的光信号，即向自动检测主控单元MCU发送有手指按捺指纹采集器的指令，自动检测主控单元MCU驱动照明光源工作，并发送采集、比对指纹的指令，控制指纹采集器正常工作，所述自动检测主控单元MCU内置存储单元存储指纹采集器的设置参数、采集指纹图像的大小和曝光度。所述带USB通讯接口的图像采集单元，包括CMOS光电转换器单元、数字信号处理 (Digital Signal Processing，缩略词为DSP)芯片、与DSP芯片连接的DSP晶体振荡器、存储单元EEROM、低压差线性稳压器LD0、复位电路、驱动光信号发射管和照明光源的电路、光信号接收管接收信号电路和USB通讯接口，所述驱动光信号发射管和照明光源的电路、光信号接收管接收信号电路分别与DSP芯片对应的GPIO 口连接，所述DSP芯片控制光信号发射管发射信号，无手指按捺指纹采集器时，光信号发射管一直向前发射信号，照明光源关闭，指纹采集器工作处于休眠状态，既不刺眼，又降低指纹采集器能耗；有手指按捺指纹采集器时，光信号发射管信号被反射射向光信号接收管，光信号接收管接收到被手指反射的光信号发射管发出的光信号，即向DSP芯片发送有手指按捺指纹采集器的指令，DSP芯片驱动照明光源工作，并发送采集、比对指纹的指令，控制指纹采集器正常工作，所述存储单元 EEROM存储指纹采集器的设置参数、采集指纹图像的大小和曝光度。所述CMOS光电转换器单元是分辨率为30万像素的彩色CMOS芯片。所述CMOS芯片的感光面到所述成像物镜透镜组的后焦距为4. O 5. Omm,呈现在彩色CMOS芯片感光阵列上的光线中的物像即采集的指纹图像被转换成电信号。本实用新型与现有技术对比的有益效果是本实用新型采用成像透镜、平面反射镜和成像透镜组成可调焦距的光线进行两次汇聚的光路设计，可以进一步提高空间利用效率，进一步节约成本，更有效地实现指纹采集器小型化，并提高采集图像的清晰度，进一步提高指纹采集和比对的效率和准确度。此外， 指纹采集单元具有自动检测指纹功能，降低采集器功耗和解决采用可见光二极管照明时的
刺眼问题。
[0024]图I是本实用新型具体实施方式
一、二的解体结构图；[0025]图2是图I的壳体的解体结构图；[0026]图3是图I的梯形棱镜的立体结构图；[0027]图4是图I的成像透镜的立体结构图；[0028]图5是图I的平面反射镜的立体结构图；[0029]图6是图I的光路图；[0030]图7是图I的光源中的红外发射管和红外接收管的信号传输示意图；[0031]图8是本实用新型具体实施方式
一的带Camera接口的图像采集单元主板电路方框图；[0032] 阅图9是本实用新型具体实施方式
二的带USB接口的图像采集单元主板电路方框图;图10是图I的光源电路方框图。
具体实施方式
[0034]下面结合具体实施方式
并对照附图对本实用新型进行说明。[0035]具体实施方式
一[0036]—种如图I 8、10所不的小型指纹米集器,包括壳体13、光源9和设置在壳体内的光学指纹成像模块，光学指纹成像模块包括顺应光路设置的棱镜I、成像透镜2、平面反射镜3、成像物镜4和图像采集单元5，棱镜I是纵截面底边大于高的均匀对称的六面梯形棱镜，包括有互相平行正对的大端面6、小端面7，下侧面8和其余三个侧面，大端面6是图像采集面，小端面7是光源射入面，下侧面8是与成像透镜2相对的成像面。在成像透镜2和成像物镜4之间的光路设有平面反射镜3，光源9发出光经棱镜I 的小端面7进入棱镜1，被按压在棱镜I大端面6上的指纹反射光线的一部分，由棱镜I的下侧面8射出到成像透镜2，成像透镜2将光线汇聚射出到平面反射镜3上，平面反射境3 全反射进入成像物镜4，并经过成像物镜4消畸变、色差，成像于图像采集单元5的图像接收面上，图像采集单元5将接收到的图像转换成电信号输出。采用平面反射镜3进行全反射、 光路呈折线，相比直线光路可以明显缩短指纹采集器的纵向尺寸，实现小型化。成像透镜2是凸透镜，将光线汇聚于平面反射镜3上。壳体13由光学指纹成像模块的主壳体14，固定平面反射镜的盖板16及固定成像透镜2和成像物镜4的支架15组成。平面反射镜3是只有一个反射镜面的长方体状薄平面镜，包括反射面10和遮光面 11，平面反射镜3反射面10与反射到平面镜光线的主光轴夹角为45°，其反射的光线直接进入成像物镜4，遮光面11涂覆有用于遮光的黑漆层。遮光面粘贴于盖板16上，盖板16采用点胶方式固定于主壳体的下方，以提高空间利用率，节约成本，进一步实现指纹采集器小型化。光源9包括两个可见光发光二极管(Light Emitting Diode,缩略词为LED)光源、 一个红外发射二极管17和一个红外接收二极管18组成，安装在棱镜I的小端面7下方，两个可见光LED光源用于对被采集的手指照明，红外发射二极管17发射信号传输方向和红外接收二极管18接受信号方向异向且在同一水平上。成像物镜4为可调焦距的镜头，内置成像透镜组，安装时调节成像物镜4和图像采集单元5图像接收面距离，避免成像物镜4和成像透镜2由于工艺的差异造成采集图像不清晰的现象，此外，光线经过成像物镜4的透镜组第二次汇聚光线，提高了有效光线传播的利用率。棱镜I的图像采集面于主光轴成45°，成像物镜4与图像采集单元5的图像接收面主光轴成96°。棱镜I的小端面7没有光源照射的位置，棱镜I的其他三个侧面的表面涂覆有用于遮光的黑漆层。图像采集单元6是带Camera通讯接口的图像采集单元，其包括CMOS光电转换器单元、用于给光电转换器产生原始时钟频率的晶体振荡器、复位电路、LD0、自动检测主控单元MCU、驱动红外发射二极管17和照明的两个可见光发光二极管电路、红外接收二极管18 接收信号电路和Camera通讯接口。CMOS芯片的感光面到成像物镜4透镜组的后焦距为
4.3mm，呈现在彩色CMOS芯片感光阵列上的光线中的物像即采集的指纹图像被转换成电信号，自动检测主控单元MCU控制红外发射二极管17发射光信号，无手指按捺指纹采集器时， 红外发射二极管17 —直向前发射信号，两个可见光LED照明光源关闭，指纹采集器工作处于休眠状态，既不刺眼，又降低指纹采集器能耗；有手指按捺指纹采集器时，红外发射二极管17发出的光信号被反射射向红外接收二极管18，红外接收二极管18接收到被手指反射的红外发射二极管17发出的光信号，即向自动检测主控单元MCU发送有手指按捺指纹采集器的指令，自动检测主控单元MCU驱动两个可见光LED照明光源工作，并发送采集、比对指纹的指令，控制指纹采集器正常工作。自动检测主控单元MCU内置存储单元存储指纹采集器的设置参数、采集指纹图像的大小和曝光度。彩色CMOS芯片是格科微电子(上海)有限公司出品的分辨率为30万像素的彩色传感器芯片GC0303。
具体实施方式
二一种如图I 7、9、10所示的小型指纹采集器，基本同具体实施方式
一，区别在于 图像采集单元6是带USB通讯接口的图像采集单元，其包括CMOS光电转换器单元、DSP芯片、与DSP芯片连接的DSP晶体振荡器、存储单元EER0M、LD0、复位电路、驱动红外发射二极管和照明光源的电路、红外接收二极管接收信号电路和USB通讯接口。驱动发射管和照明光源的电路、接收管接收信号电路分别与DSP芯片对应的GPIO 口连接，DSP芯片控制红外发射二极管17发射光信号，无手指按捺指纹采集器时，红外发射二极管17 —直向前发射信号，两个可见光LED照明光源关闭，指纹采集器工作处于休眠状态，既不刺眼，又降低指纹采集器能耗；有手指按捺指纹采集器时，红外发射二极管17发出的光信号被反射射向红外接收二极管18，红外接收二极管18接收到被手指反射的红外发射二极管17发出的光信号， 即向DSP芯片发送有手指按捺指纹采集器的指令，DSP芯片驱动两个可见光LED照明光源工作，并发送采集、比对指纹的指令，控制指纹采集器正常工作，存储单元EEROM存储指纹采集器的设置参数、采集指纹图像的大小和曝光度。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
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权利要求1.一种小型指纹采集器，包括壳体、光源和设置在所述壳体内的光学指纹成像模块，所述光学指纹成像模块包括顺应光路设置的棱镜、平面反射镜、成像物境和图像采集单元，所述棱镜是纵截面底边大于高的均匀对称的六面梯形棱镜，包括有相互平行正对的大端面、 小端面、下侧面和其余三个侧面，所述大端面是图像采集面，所述小端面是光源射入面，所述光源包括位于所述棱镜的小端面上方的至少I个可见光或红外光的发光二极管LED照明光源，所述壳体包括主壳体，以及固定平面反射镜的盖板，其特征在于在所述棱镜与所述平面反射镜之间的光路设有独立的成像透镜；所述成像物镜为可调焦距的镜头，内置成像透镜组；所述光源还包括光信号发射管和光信号接收管，所述光信号发射管是红外发射管或可见发射管，所述光信号接收管也是红外发射管或可见发射管，所述光信号发射管发射信号传输方向和所述光信号接收管的接受信号方向异向且在同一水平上；所述壳体还包括固定成像透镜和成像物镜的支架，且所述主壳体是包围光学指纹成像模块的主壳体，所述盖板采用胶粘方式固定于所述主壳体的下方。
2.如权利要求I所述的小型指纹采集器，其特征在于所述成像透镜是凸透镜。
3.如权利要求I或2所述的小型指纹采集器，其特征在于所述平面反射镜是只有一个反射镜面的长方体状薄平面镜，与反射到平面镜光线的主光轴夹角为40 50°。
4.如权利要求3所述的小型指纹采集器，其特征在于所述平面反射镜包括反射面和遮光面，所述遮光面表面涂覆有用于遮光的黑漆层，且粘贴在所述壳体的盖板上。
5.如权利要求4所述的小型指纹采集器，其特征在于所述棱镜的小端面设有光源照射的位置，所述棱镜的其他三个侧面的表面涂覆有用于遮光的黑漆层。
6.如权利要求5所述的小型指纹采集器，其特征在于所述棱镜的图像采集面与主光轴成40 50°，所述成像物镜与采集单元的图像接收面主光轴成90°至100°。
7.如权利要求6所述的小型指纹采集器，其特征在于所述图像采集单元是带Camera通讯接口的图像采集单元和带USB通讯接口的图像采集单元中的一种。
8.如权利要求7所述的小型指纹采集器，其特征在于所述带Camera通讯接口的图像采集单元,包括互补金属氧化物半导体场效应管CMOS 光电转换器单元、用于给光电转换器产生原始时钟频率的晶体振荡器、复位电路、低压差线性稳压器LD0、自动检测主控单元MCU、驱动光信号发射管和照明光源的电路、光信号接收管接收信号电路和Camera通讯接口，所述自动检测主控单元MCU内置存储单元存储指纹采集器的设置参数、采集指纹图像的大小和曝光度。
9.如权利要求8所述的小型指纹采集器，其特征在于所述带USB通讯接口的图像采集单元，包括CMOS光电转换器单元、数字信号处理DSP 芯片、与DSP芯片连接的DSP晶体振荡器、存储单元EEROM、低压差线性稳压器LD0、复位电路、驱动光信号发射管和照明光源的电路、光信号接收管接收信号电路和USB通讯接口，所述驱动光信号发射管和照明光源的电路、光信号接收管接收信号电路分别与DSP芯片对应的GPIO 口连接，所述存储单元EEROM存储指纹采集器的设置参数、采集指纹图像的大小和曝光度。
10.如权利要求9所述的小型指纹采集器，其特征在于所述CMOS光电转换器单元是分辨率为30万像素的彩色CMOS芯片；所述CMOS芯片的感光面到所述成像物镜透镜组的后焦距为4. O 5. 0_。
专利摘要一种小型指纹采集器，其特征在于图像采集单元包括光电转换器单元和自动检测主控单元；在棱镜与平面反射镜之间的光路设有独立的成像透镜，成像物镜为可调焦距的镜头，内置成像透镜组，光源还包括光信号发射管和光信号接收管，壳体还包括固定成像透镜和成像物镜的支架，盖板采用胶粘方式固定于主壳体的下方，本实用新型采用成像透镜、平面反射镜和成像透镜组成可调焦距的光线进行两次汇聚的光路设计，可进一步提高空间利用效率，进一步节约成本，更有效地实现指纹采集器小型化，并提高采集图像的清晰度，进一步提高指纹采集和比对的效率和准确度。此外，指纹采集单元具有自动检测指纹功能，降低采集器功耗和解决采用可见光二极管照明时的刺眼问题。
文档编号G06K9/20GK202351892SQ201120411959
公开日2012年7月25日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者仲崇亮, 林晓清, 车全宏 申请人:东莞市中控电子技术有限公司