专利名称：二次全反射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生物特征识别的方法或装置，特别是涉及ー种大采集面的指纹采集装置。
背景技术：
中国专利CN2867454Y和CN2867455Y分别公告了同一申请人的ー种《不等边棱镜指纹采集器》和ー种《大幅面指纹采集器》，合并的技术方案提供了一种解决原有指纹采集器体积大、采集面小的指纹采集器，其由光源、半五角棱镜、透镜和光电检测器组成，半五角棱镜截面为顶角大于90°的不等腰三角形，高度为8 14毫米，底面宽度为18 26毫米，长度为24 36毫米，半五角棱镜ー侧斜长腰面配装光源，右端下方还配装透镜，透镜外侧配装光电检测器，半五角棱镜另一侧斜短腰面一侧配有上端向斜短腰面倾斜的一次反 光镜，一次反光镜下端右侧配有与之夹角大于90°且右端向下倾斜的二次反光镜，光源由位于半五角棱镜斜长腰面一侧的导光板和位于导光板外端的发光二极管(light emittingdiode，缩略词为LED)组成，导光板位于棱镜ー侧的照射面为蒙沙毛面或为三角形凸棱构成的波纹面，三角形凸棱的宽度为0. 20 0. 28毫米，高度为0. 10 0. 14毫米。上述指纹采集器具有半五角棱镜薄、采集面大、畸变小、失真率低、识别率高、性能可靠、体积小、重量轻、使用方便，以及最适合于公安、海关、身份证等身份识别领域的优点。但是，其图像采集単元只支持JPEG压缩格式，有损图像的清晰度，系统资源占用率高，半五角棱镜仅靠两个対称的侧面固定不够稳固，且光源装配需螺丝组装，不仅加大了指纹采集器的体积和成本，而且降低了生产效率，此外，透镜不可调焦，在透镜聚焦不一致吋，图像不够清晰，对指纹识别效率有负面影响。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是对中国专利CN2867454Y和CN2867455Y公告的指纹采集器进行进一步改进，提供一种改进的大采集面的指纹采集装置。本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解決。这种二次全反射型指纹采集器，包括截面为顶角大于90°的不等腰三角形的半五角棱镜、配装在所述半五角棱镜的斜短腰面ー侧的上端向斜短腰面倾斜的一次反光镜、配装在所述一次反光镜下端右侧与之夹角大于90°且右端向下倾斜的二次反光镜、配装在所述半五角棱镜的斜长腰面ー侧右端下方的透镜、配装在所述半五角棱镜的斜长腰面ー侧的光源、配装在所述透镜外侧的光电检测器，以及壳体。所述半五角棱镜的斜长腰面是光源射入面，所述半五角棱镜的斜短腰面是指纹图像射出面，所述半五角棱镜的大面积的底面涂覆有作为指纹图像采集面的透明弹性树脂膜层，所述透明弹性树脂膜是有机硅树脂和丙烯酸树脂中的ー种。因指纹的凸纹会压迫所述透明弹性树脂膜，使其下陷，当入射光照射到指纹时，凸纹与透明弹性树脂膜发生浸润，可以更好地吸收入射光，而指纹的凹纹不会压迫所述透明弹性树脂膜，并被空气隔离，对入射光形成完全内反射，以提高指纹图像的识别率，降低失真率。所述光源包括位于所述半五角棱镜的斜长腰面一侧的导光板的上方，以及位于所述导光板外端的至少I个可见光或红外光的发光二极管，具有光源面积大，厚度小的特点，适用于大采集面的照明。这种大采集面的指纹采集装置的特点是所述光电检测器是采用彩色互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,缩略词为CMOS)芯片的CMOS传感器。设有数字信号处理(Digital Signal Processing,缩略词为DSP)芯片、分别与所述DSP芯片连接的晶体振荡器、存储单元EEROM、低压差线性稳压器(LowDropout Regulator,缩略词为LD0)、复位电路和USB通讯接ロ，所述DSP芯片、晶体振荡器、EEROM、LD0、复位电路和USB通讯接ロ，与所述采用彩色CMOS芯片的CMOS传感器组成带USB通讯接ロ的图像采集单元，所述LDO还分别与USB通讯接口和光源板接ロ连接，所述DSP芯片通过I2C端ロ与彩色CMOS芯片的I2C端ロ连接，对彩色CMOS芯片进行配置和图像处理，所述DSP芯片的I2C端口和彩色CMOS芯片的12C接ロ分别与EEROM的I2C端ロ连接，将指纹采集器的设置參数、采集指纹图像的大小和曝光度数据传输至所述EEROM保存，所述DSP芯片通过输出端ロ将复位信号传输给彩色CMOS芯片，对彩色CMOS芯片进行复位，将行信号LV、场信号FV、数据同步时钟信号PCLK和图像数据DATA与所述DSP芯片的输入端ロ连接，所述彩色CMOS芯片传输的图像数据经过所述DSP芯片处理校正后传输至所述EEROM保存，并由所述DSP芯片通过USB通讯接ロ将图像数据输出。在所述半五角棱镜的斜长腰面的下方还设有用于分散均匀光线的均光板，所述均光板与所述半五角棱镜的斜长腰面平行，且与所述导光板重叠粘贴为一体，所述光源经过所述均光板将光线分散均匀，柔和地照射在所述半五角棱镜的大面积的底面。所述均光板正对所述半五角棱镜ー侧的照射面为蒙沙毛面或为三角形凸棱构成的波纹面，所述三角形凸棱的宽度为0. 20 0. 28毫米，高度为0. 10 0. 14毫米，以更好地照売指纹，提闻检测精度。本实用新型的技术问题通过以下进ー步的技术方案予以解決。所述DSP芯片是美国德州仪器公司(Texas Instruments Incorporated,缩略词为TI)出品的型号为TMS320C5515AZCH的DSP芯片。所述CMOS传感器是采用分辨率为500dpi的至少30万像素的彩色CMOS芯片的CMOS传感器。优选的是，所述CMOS传感器是采用格科微电子(上海)有限公司出品的型号为GC0303的分辨率为500dpi的30万像素的彩色CMOS芯片的CMOS传感器。所述EEROM是美国ATMEL公司出品的型号为AT24C64的存储芯片。所述导光板是薄膜状有机玻璃板，位于所述光源的左下方且在同一水平面上。所述半五角棱镜的斜长腰面与斜短腰面的夹角为112.5°，所述半五角棱镜的斜长腰面与底面的夹角为22. 5°，所述半五角棱镜的斜短腰面与底面的夹角为45°。所述半五角棱镜的高度为8 14毫米，底面宽度为18 26毫米，长度为24 36毫米，满足采集全指指纹图像的要求，采用截面为顶角大于90°的不等腰三角形的半五角棱镜，可以在不増加棱镜高厚度的前提下显著增加棱镜的长度，相对增大指纹图像采集面的面积。所述半五角棱镜的底面的透明弹性树脂膜是有机硅树脂和丙烯酸树脂中的ー种，所述透明弹性树脂膜层与所述五角棱镜的底面形状一致。所述一次反光镜和二次反光镜是只有ー个反射镜面的长方体状薄平面反射镜，包括反光面和遮光面，遮光面表面涂覆有用于遮光的黒漆层。所述一次反光镜的主光轴与所述半五角棱镜的斜短腰面的主光轴夹角为4° 9°，所述二次反光镜与所述一次反光镜的夹角大于90°，以降低指纹图像的畸变率，提高指纹图像的清晰度。所述透镜是凹透镜，与所述光电检测器表面之间夹角为4° 9°，且所述凹透镜安装在所述壳体的主壳体设有调焦孔的外侧，便于校正指纹图像的清晰度。所述半五角棱镜、所述一次反光镜、所述二次反光镜和所述凹透镜组成顺应光路设置的光学指纹成像模块，被按压在所述半五角棱镜的底面上的指头反射光线的一部分，经过所述半五角棱镜的斜短腰面射出到所述一次反光镜进行全反射，全反射光线射到所述二次反光镜上进行第二次全反射汇聚进入所述凹透镜，并由所述凹透镜直接射出到距离所述凹透镜的后焦距为4. 0 8. Omm的所述光电检测器，将呈现在的光线中的物像即采集的指纹图像转换成电信号输出。无需安装成像物镜，既降低了指纹采集装置的体积与成本，又不影响指纹采集的效果。所述壳体包括固定所述半五角棱镜、所述一次反光镜、所述二次反光镜和所述凹透镜组成顺应光路设置的光学指纹成像模块的主壳体、固定导光板和光源板的背光板，以及遮挡外界光线进入主壳体的盖板，所述半五角棱镜是通过其小端面及两个侧面稳固地安装在所述壳体的主壳体。所述主壳体与所述背光板之间由对应卡槽卡扣式固定连接，无需安装螺丝。所述盖板通过卡槽或双面胶与主壳体固定连接，组装简便，可以进一歩降低成本，提闻生广效率。本实用新型与现有技术相比的有益效果是本实用新型设有包括采用彩色CMOS芯片的CMOS传感器的带USB通讯接ロ的图像采集单元，输出图像无压缩，图像清晰度高，系统资源占用率低，还设有与导光板重叠粘贴为一体均光板，照射在大采集面的光线分散均匀又柔和，半五角棱镜通过其小端面和另外两个侧面稳固安装在所述壳体的主壳体，主壳体与背光板之间由对应卡槽卡扣式固定连接，无需安装螺丝组装，盖板通过卡槽或双面胶与主壳体固定连接，组装简便，降低成本，提高生产效率，主壳体外侧设有调整凹透镜的调焦孔，便于提高指纹图像的清晰度和指纹识别效率。
图I是本实用新型具体实施方式
的解体结构图；图2是图I的光路图；图3是图I的棱镜立体图；图4是本实用新型具体实施方式
的壳体解体结构图；图5是本实用新型具体实施方式
的图像采集单元组成方框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。一种如图I 5所示的二次全反射型指纹采集器，包括截面为顶角大于90°的不等腰三角形的半五角棱镜6、配装在半五角棱镜6的斜短腰面14 ー侧的上端向斜短腰面14倾斜的一次反光镜4、配装在一次反光镜4下端右侧与之夹角大于90°且右端向下倾斜的二次反光镜5、配装在半五角棱镜6的斜长腰面13 —侧右端下方的透镜7、配装在半五角棱镜6的斜长腰面13 —侧的光源2、配装在透镜7外侧的光电检测器，以及壳体1，半五角棱镜6的斜长腰面13是光源射入面，半五角棱镜6的斜短腰面14是指纹图像射出面，半五角棱镜6的大面积的底面15涂覆有作为指纹图像采集面即活体指纹采集窗ロ的透明弹性树脂膜层19，透明弹性树脂膜19是有机硅树脂和丙烯酸树脂中的ー种。因指纹的凸纹会压迫透明弹性树脂膜19，使其下陷，当入射光照射到指纹时，凸纹与透明弾性 树脂膜19发生浸润，可以更好地吸收入射光，而指纹的凹纹不会压迫透明弹性树脂膜19，并被空气隔离，对入射光形成完全内反射，以提高指纹图像的识别率，降低失真率。光源2包括位于半五角棱镜6的斜长腰面13 —侧的薄膜状有机玻璃导光板3的上方，以及位于导光板3外端的至少I个可见光或红外光的发光二极管,具有光源面积大，厚度小的特点，适用于大采集面的照明。导光板3是薄膜状有机玻璃板，位于光源2的左下方且在同一水平面上。光电检测器是采用格科微电子(上海)有限公司出品的型号为GC0303的分辨率为500dpi的30万像素的彩色CMOS芯片的CMOS传感器。设有美国TI公司出品的型号为TMS320C5515AZCH的DSP芯片、分别与DSP芯片连接的晶体振荡器、EER0M、LD0、复位电路和USB通讯接ロ，DSP芯片、晶体振荡器、EER0M、LD0、复位电路和USB通讯接ロ，与采用彩色CMOS芯片的CMOS传感器组成带USB通讯接ロ的图像采集单元9，LDO还分别与USB通讯接口和光源板接ロ连接，EEROM是美国ATMEL公司出品的型号为AT24C64的存储芯片。DSP芯片通过I2C端ロ与彩色CMOS芯片的I2C端ロ连接，对彩色CMOS芯片进行配置和图像处理，DSP芯片的I2C端口和彩色CMOS芯片的I2C接ロ分别与EEROM的I2C端ロ连接，将指纹采集器的设置參数、采集指纹图像的大小和曝光度数据传输至EEROM保存，DSP芯片通过输出端ロ将复位信号传输给彩色CMOS芯片，对彩色CMOS芯片进行复位，将行信号LV、场信号FV、数据同步时钟信号PCLK和图像数据DATA与DSP芯片的输入端ロ连接，彩色CMOS芯片传输的图像数据经过DSP芯片处理校正后传输至EEROM保存，并由DSP芯片通过USB通讯接ロ将图像数据输出。在半五角棱镜6的斜长腰面13的下方还设有用于分散均匀光线的均光板16，均光板16与半五角棱镜6的斜长腰面13平行，且与导光板3重叠粘贴为一体，光源2经过均光板16将光线分散均匀，柔和地照射在半五角棱镜6的大面积的底面15。均光板16正对半五角棱镜6 —侧的照射面为蒙沙毛面或为宽度为0. 20 0. 28毫米，高度为0. 10 0. 14毫米的三角形凸棱构成的波纹面，以更好地照亮指紋，提高检测精度。[0045]半五角棱6的斜长腰面与斜短腰面的夹角为112. 5°，斜长腰面与底面的夹角为22.5°，斜短腰面与底面的夹角为45°。半五角棱镜6的高度为10. 5毫米，底面宽度为22毫米，长度为30毫米，满足采集全指指纹图像的要求，采用截面为顶角大于90°的不等腰三角形的半五角棱镜，可以在不増加棱镜高度的前提下显著增加棱镜的长度，相对增大指纹图像采集面的面积。一次反光镜4和二次反光镜5是只有ー个反射镜面的长方体状薄平面反射镜，包括反光面和遮光面，遮光面表面涂覆有用于遮光的黒漆层。一次反光镜4的主光轴与半五角棱镜6的斜短腰面的主光轴夹角为4° 9°，ニ次反光镜5与一次反光镜4的夹角为95. 94°，以降低指纹图像的畸变率，提高指纹图像的清晰度。透镜7是凹透镜，与COMS传感器表面之间夹角为4° 9°，且凹透镜安装在壳体的主壳体10设有调焦孔8的外侧，便于校正指纹图像的清晰度。
半五角棱镜6、一次反光镜4、二次反光镜5和凹透镜组成顺应光路设置的光学指纹成像模块，被按压在半五角棱6镜的底面上的指头反射光线的一部分，经过半五角棱镜6的斜短腰面射出到一次反光镜4进行全反射，全反射光线射到二次反光镜5上进行第二次全反射汇聚进入凹透镜，并由凹透镜直接射出到距离凹透镜的后焦距为4. 0 8. Omm的COMS传感器，将呈现在的光线中的物像即采集的指纹图像转换成电信号输出。无需安装成像物镜，既降低了指纹采集装置的体积与成本，又不影响指纹采集的效果。壳体I包括固定半五角棱镜6、一次反光镜4、二次反光镜5和凹透镜组成顺应光路设置的光学指纹成像模块的主壳体10、固定导光板3和光源板的背光板11，以及遮挡外界光线进入主壳体的盖板12，所述半五角棱镜6是通过其小端面17及两个侧面稳固地安装在壳体的主壳体10。主壳体10与背光板11之间由对应卡槽卡扣式固定连接，无需安装螺丝。盖板12通过卡槽或双面胶与主壳10体固定连接，组装简便，可以进一歩降低成本，提闻生广效率。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.ー种二次全反射型指纹采集器，包括包括截面为顶角大于90°的不等腰三角形的半五角棱镜、配装在所述半五角棱镜的斜短腰面ー侧的上端向斜短腰面倾斜的一次反光镜、配装在所述一次反光镜下端右侧与之夹角大于90°且右端向下倾斜的二次反光镜、配装在所述半五角棱镜的斜长腰面ー侧右端下方的透镜、配装在所述半五角棱镜的斜长腰面ー侧的光源、配装在所述透镜外侧的光电检测器，以及壳体，所述半五角棱镜的斜长腰面是光源射入面，所述半五角棱镜的斜短腰面是指纹图像射出面，所述半五角棱镜的大面积的底面涂覆有作为指纹图像采集面的透明弹性树脂膜层，所述光源包括位于所述半五角棱镜的斜长腰面一侧的导光板的上方、以及位于所述导光板外端的至少I个可见光或红外光的发光二极管，其特征在于 所述光电检测器是采用彩色互补金属氧化物半导体芯片的CMOS传感器； 设有数字信号处理DSP芯片、分别与所述DSP芯片连接的晶体振荡器、存储单元EEROM、低压差线性稳压器LD0、复位电路和USB通讯接ロ，所述DSP芯片、晶体振荡器、EER0M、LD0、复位电路和USB通讯接ロ，与所述采用彩色CMOS芯片的CMOS传感器组成带USB通讯接ロ的图像采集单元，所述LDO还分别与USB通讯接口和光源板接ロ连接，所述DSP芯片通过I2C端ロ与彩色CMOS芯片的I2C端ロ连接，所述DSP芯片的I2C端口和彩色CMOS芯片的I2C接ロ分别与EEROM的I2C端ロ连接； 在所述半五角棱镜的斜长腰面的下方还设有用于分散均匀光线的均光板，所述均光板与所述半五角棱镜的斜长腰面平行，且与所述导光板重叠粘贴为一体； 所述均光板正对所述半五角棱镜ー侧的照射面为蒙沙毛面或为三角形凸棱构成的波纹面，所述三角形凸棱的宽度为0. 20 0. 28毫米，高度为0. 10 0. 14毫米； 所述DSP芯片是美国德州仪器公司出品的型号为TMS320C5515AZCH的DSP芯片。
2.如权利要求I所述的二次全反射型指纹采集器，其特征在于，所述CMOS传感器是采用分辨率为500dpi的至少30万像素的彩色CMOS芯片的CMOS传感器，所述导光板是薄膜状有机玻璃板，位于所述光源的左下方且在同一水平面上。
3.如权利要求2所述的二次全反射型指纹采集器，其特征在于，所述半五角棱镜的斜长腰面与斜短腰面的夹角为112.5°，所述半五角棱镜的斜长腰面与底面的夹角为22.5°，所述半五角棱镜的斜短腰面与底面的夹角为45° ;所述半五角棱镜的高度为8 14毫米，底面宽度为18 26毫米，长度为24 36毫米。
4.如权利要求3所述的二次全反射型指纹采集器，其特征在于所述半五角棱镜的底面的透明弹性树脂膜是有机硅树脂或丙烯酸树脂，所述透明弹性树脂膜层与所述五角棱镜的底面形状一致。
5.如权利要求4所述的二次全反射型指纹采集器，其特征在于所述一次反光镜和ニ次反光镜是只有ー个反射镜面的长方体状薄平面反射镜，包括反光面和遮光面，遮光面表面涂覆有用于遮光的黑漆层；所述一次反光镜的主光轴与所述半五角棱镜的斜短腰面的主光轴夹角为4° 9°，所述二次反光镜与所述一次反光镜的夹角大于90°。
6.如权利要求5所述的二次全反射型指纹采集器，其特征在于所述透镜是凹透镜，与所述光电检测器表面之间夹角为4° 9°，且所述凹透镜安装在所述壳体的主壳体设有调焦孔的外側。
7.如权利要求6所述的二次全反射型指纹采集器，其特征在于所述壳体包括固定所述半五角棱镜、所述一次反光镜、所述二次反光镜和所述凹透镜组成顺应光路设置的光学指纹成像模块的主壳体、固定导光板和光源板的背光板，以及遮挡外界光线进入主壳体的盖板，所述半五角棱镜是通过其小端面及两个侧面安装在所述壳体的主壳体。
8.如权利要求7所述的二次全反射型指纹采集器，其特征在于所述主壳体与所述背光板之间由对应卡槽卡扣式固定连接；所述盖板通过卡槽或双面胶与主壳体固定连接。
专利摘要一种二次全反射型指纹采集器，包括半五角棱镜、一次反光镜、二次反光镜、透镜、光源、采用彩色CMOS芯片的CMOS传感器，以及壳体。设有与CMOS传感器组成图像采集单元的DSP芯片、晶体振荡器、EEROM、LDO、复位电路和USB通讯接口，还设有与半五角棱镜的斜长腰面平行的均光板，其与导光板重叠粘贴为一体，照射在大采集面的光线分散均匀又柔和，本实用新型的图像采集单元输出图像无压缩，图像清晰度高，系统资源占用率低，半五角棱镜通过其小端面及两个侧面稳固地安装，壳体与背光板的固定连接无需安装螺丝，组装简便，降低成本，提高生产效率，在壳体外侧设有调整凹透镜的调焦孔，便于提高指纹图像的清晰度和指纹识别效率。
文档编号G06K9/20GK202584158SQ20122008328
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月6日 优先权日2012年3月6日
发明者不公告发明人 申请人:上海博云信息技术有限公司, 戴云