专利名称：电容式感应装置与光学指纹采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及手指感应装置与光学指纹采集器，具体而言，涉及电容式手指感应装置以及包含该感应装置的光学指纹采集器。
背景技术：
指纹识别实际上是图像识别的一种，目的在于通过人手指指纹的唯一性、不变性以及便捷性来进行个人的身份识别。要进行指纹识别，首先需使用指纹采集器采集下某人的指纹图像，然后通过软件方法进行图像识别。为了区别于捺印指纹，从个人手指上直接采集指纹一般称作活体指纹采集。常用的活体指纹采集器多种多样，有半导体电容式指纹采集器，有超声波式指纹采集器，但用得最多的还是光学指纹采集器。使用光学指纹采集器时，将手指按压在采集棱镜的采集面上，由于棱镜的全反射原理，采集面上会形成清晰的手指指纹图像，再通过光学拍照的方法，拍下这幅指纹图像，就完成了指纹图像的采集。 众所周知，手指按在任何一个物体上都会留下指纹，只是由于所接触的物体不同，指纹的清晰度会不一样。同样，手指按在采集器的采集面上也会留下指纹，这一指纹图像并不会随着手指的移开而消失。这枚指纹在采集器内部灯光或外部灯光的照射下，会变得足够清晰，采集器的指纹拍照系统照样可以拍下指纹图像。这种指纹称为残留指纹，也就是上一次指纹采集时，使用者留在采集面上的指纹。这种残留指纹对指纹识别系统的性能影响很大，因为，残留指纹的存在会使系统出现误操作，系统会误认为有手指按在了采集面上。因此，对指纹识别产品来说，怎样识别是否有手指按在采集面上就变得尤为重要。目前，市面上大量销售的光学指纹采集器大多不具备手指感应功能。系统工作时，会不断地采集图像，再由软件方法来识别是否有指纹图像存在。这就要求系统的软件与硬件持续处于工作状态，增加了系统的耗电，尤其对于电池供电的产品，如指纹锁等，这种耗电问题更是产品成败的关键。此外，系统不断采集图像也降低了其抗干扰能力，如果采集面上存有残留指纹或其它图像噪声，如强光照射，系统会误认为是指纹而进行指纹识别，并报识别失败，甚至可能产生误识而进行开门、开锁等误操作。虽然也存在一些与手指感应相关的技术方案，但由于各种各样的原因，这些方案并未得到推广应用。例如，在中国实用新型专利CN201465142U(2010年5月12日授权公告)中，披露了一种感应式光学指纹采集装置，该装置采用电容检测的方法来实现手指感应功能。但是，该方案中，将电容感应电极置于采集棱镜的下方，采集棱镜与电极之间存在较大的间隙。由于空气的介电常数是1，玻璃的介电常数是4，相比之下，空气的介电常数比玻璃的介电常数小得多，这样，间隙中空气的存在对手指感应的灵敏度将产生较大的影响，甚至导致无法实现感应功能。而且，因该方案中使用的电极尺寸较大，需要对采集头的机械结构相应进行较大的改动，才能实现手指感应功能，不利于推广使用。又如，中国发明专利申请CN102496014A(2012年6月13日公开)中，披露了一种用于活体手指识别的光学指纹采集系统，但该系统因结构太复杂、不可靠而不便推广。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提供一种新型、高灵敏度电容式手指感应装置及相应光学指纹采集器。根据本实用新型的第一方面，提供一种光学指纹采集器中的电容式感应装置，所述电容式感应装置包括感应电极以及电容检测电路，其特征在于，所述感应电极采用金属箔，其粘贴在所述采集器中采集棱镜的背景面或侧面上，并且通过导线与所述电容检测电路连接；所述电容检测电路用以检测手指在采集棱镜的采集面按压过程中所述感应电极的电容值变化。在第一方面中，优选的是，所述金属箔为铜箔，其厚度小于O. 06毫米。优选的是，所述金属箔粘贴在所述采集棱镜的一个侧面上，其通过一根导线与所述电容检测电路连接。优选的是，所述金属箔粘贴在所述采集棱镜的两个侧面上，其通过并在一起的两根导线与所述电容检测电路连接。优选的是，所述电容式感应装置还包括一电源，所述电容检测电路还用以在手指按压在所述采集面上时，控制接通所述电源。优选的是，所述电容检测电路还用以在手指按压在所述采集面上时，控制点亮所述采集器中的LED照明装置。根据第二方面，提供一种光学指纹采集器，其特征在于，包括上述第一方面中所述的电容式感应装置。根据第三方面，提供一种光学指纹采集器，所述采集器的采集棱镜具有镀有金属膜的反射面，所述采集器包括电容检测电路，其特征在于，所述金属膜用作感应电极，并且与所述电容检测电路电气联接，所述电容检测电路用以检测手指在采集棱镜的采集面按压过程中所述感应电极的电容值变化。在第三方面中，优选的是，所述电容检测电路还用以在手指按压在所述采集面上时，控制点亮所述采集器中的LED照明装置。按照本实用新型，电容式感应装置结构简单，只要更换相应的电子电路部分，而无需改变现有光学指纹采集器的光学和机械结构，即可实现只有当手指按在采集面上时，采集器才会开始工作的感应功能。该感应装置灵敏度高，使用安全可靠，对环境具有自适应功能，可准确侦测到手指按下过程中电容值的瞬变信息。
为更好地理解本实用新型，下文以实施例结合附图对本实用新型作进一步说明。附图中图I为本实用新型的电容式感应装置中感应电极的结构示例；图2为本实用新型的电容式感应装置中电容检测电路的结构示例；图3为采集棱镜的三维图；图4示出了另一种结构的光学指纹采集器；图5示出了又一种结构的光学指纹采集器。
具体实施方式
参照图1，图I为本实用新型的电容式感应装置中感应电极的结构示例。其中，采集棱镜I、透镜组2及图像采集电路板3构成光学指纹采集器常用的光路系统。采集棱镜I具有三个主要的光学平面，面11为指纹采集面；面13为背景面；面12则为透视面，也就是图像传感器安装的平面。这三个面之间的角度，依具体结构的不同有所不同。例如，面11与面12之间，以及面11与面13之间，可设计成倒角作为过渡平面以便于安装。面12与面13之间，也可增加一个过渡平面，用来安装LED照明装置16。另外，采集棱镜I还具有两个侧面14、15。 本实用新型中，采用电容式感应装置来感应手指是否按压在采集面11上。该电容式感应装置主要包括感应电极和电容检测电路两部分。与现有电容式感应装置完全不同的是，在不影响采集器照明灯光的情况下，该感应电极通过在采集棱镜的合适表面上贴金属箔而制作。如图I所示，采集器的灯光照明从面12与面13之间的过渡面上打入，在面13上先涂黑漆作为背景，再将一块金属箔17，如铜箔贴在面13上，铜箔的厚度最好不超过
O.06mm。最后，再按图2所示的电路图，通过一根导线将铜箔与电容检测电路的输入引脚TP连接。这里，也可采用其他金属箔，例如铝箔或锡箔来制作感应电极。可替换地，若使用背光板作一个面光源从背景面上打光，则可将金属箔粘贴在采集棱镜的侧面上。参照图3，图3为采集棱镜的三维图，其中标出了棱镜侧面14、15的位置。可将金属箔粘贴在一个棱镜侧面14或15上，并通过一根导线与电容检测电路连接。也可将金属箔同时粘贴在两个侧面14、15上，再通过并在一起的两根导线与电容检测电路连接。电容检测电路用以检测手指在采集面按压过程中上述感应电极的电容值变化。参照图2，图2为电容检测电路的结构示例。可选用现有的电容检测芯片。图2所示的芯片中，产生两个输出。第一路输出为0UT0，在没有手指按下时，该管脚处于高阻态，“按下”(PRESSED)为高电平；当有手指按下时，OUTO为漏极开路(open drain)模式，“按下”为低电平，由此实现了手指感应功能。第二路输出为0UT1，当有手指按下时，OUTl发出一个高电平信号，该信号用于触发电容式感应装置的电源(未图示)给其供电，并且，该信号还用于导通三极管，以点亮采集器的LED照明装置。可以看出，本实用新型中感应电极的制作，对于采集器的机械结构与光学结构影响不大，并且消除了电极与采集棱镜玻璃之间的间隙，从而极大提高了手指感应的灵敏度。而且，通过与电容检测电路的连接，实现了手指感应对于采集器照明灯光的直接控制，也就是说，平时采集器的照明灯光不供电，只有当手指按压在采集面上时照明灯光才会点亮，这样，就使得残留指纹完全失去作用。按照本实用新型，电容式感应装置的制作原理也可应用于采集棱镜结构不同的指纹采集器。例如，参照图4，图4示出了另外一种结构的光学指纹采集器。该采集器的采集棱镜I具有一个镀有金属膜的反射面41，对于其他与图I所示采集器中相同的部分，这里不再赘述。针对这种镀有金属反射膜的采集器，设计手指感应装置时，只需要将金属反射膜用作感应电极，并按图2所示电路将其与电容检测电路的TP输入引脚进行电气联接即可。联接既可以采用焊接方式，也可以采取机械方式。当然，根据结构需要，也可以采用在棱镜的合适位置粘贴铜箔来制作感应电极，例如在棱镜的侧面或背景面上粘贴铜箔。图5示出了又一种结构的光学指纹采集器。该采集器的采集棱镜也具有镀有金属膜的反射面51，与图4所示采集器不同的是，采集棱镜反了一个方向。同样地，也可以将该金属膜用作感应电极。 显而易见，在此描述的本实用新型可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本实用新型的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。
权利要求1.一种光学指纹采集器中的电容式感应装置，所述电容式感应装置包括感应电极以及电容检测电路，其特征在于，所述感应电极采用金属箔，其粘贴在所述采集器中采集棱镜的背景面或侧面上，并且通过导线与所述电容检测电路连接；所述电容检测电路用以检测手指在采集棱镜的采集面按压过程中所述感应电极的电容值变化。
2.如权利要求I所述的电容式感应装置，其特征在于，所述金属箔为铜箔，其厚度小于O. 06晕米。
3.如权利要求I所述的电容式感应装置，其特征在于，所述金属箔粘贴在所述采集棱 镜的一个侧面上，其通过一根导线与所述电容检测电路连接。
4.如权利要求I所述的电容式感应装置，其特征在于，所述金属箔粘贴在所述采集棱镜的两个侧面上，其通过并在一起的两根导线与所述电容检测电路连接。
5.如权利要求I所述的电容式感应装置，其特征在于，所述电容式感应装置还包括一电源，所述电容检测电路还用以在手指按压在所述采集面上时，控制接通所述电源。
6.如权利要求I或5所述的电容式感应装置，其特征在于，所述电容检测电路还用以在手指按压在所述采集面上时，控制点亮所述采集器中的LED照明装置。
7.一种光学指纹采集器，其特征在于，包括权利要求I至6中任一项所述的电容式感应>j-U ρ α装直。
8.一种光学指纹采集器，所述采集器的采集棱镜具有镀有金属膜的反射面，所述采集器包括电容检测电路，其特征在于，所述金属膜用作感应电极，并且与所述电容检测电路电气联接，所述电容检测电路用以检测手指在采集棱镜的采集面按压过程中所述感应电极的电容值变化。
9.如权利要求8所述的光学指纹采集器，其特征在于，所述电容检测电路还用以在手指按压在所述采集面上时，控制点亮所述采集器中的LED照明装置。
专利摘要本实用新型公开一种光学指纹采集器中的电容式感应装置，以及包含该感应装置的光学指纹采集器。所述电容式感应装置包括感应电极以及电容检测电路，其特征在于，所述感应电极采用金属箔，其粘贴在所述采集器中采集棱镜的背景面或侧面上，并且通过导线与所述电容检测电路连接；所述电容检测电路用以检测手指在采集棱镜的采集面按压过程中所述感应电极的电容值变化。该电容式感应装置结构简单，灵敏度高，使用安全可靠，对环境具有自适应功能，可准确侦测到手指按下过程中电容值的瞬变信息。
文档编号G06K9/20GK202677425SQ20122033596
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者邓国强 申请人:邓国强