一種生物特征成像的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型的目的是提供一種生物特征成像設(shè)備，其中該設(shè)備包括：光學(xué)鏡頭部件，用于對感興趣區(qū)域的生物特征進行光學(xué)成像(包括靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像)；圖像傳感器，用于將所述生物特征的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像(包括靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像)；以及微電機控制器，用于獲取、傳遞、或分析電子圖像的圖像質(zhì)量信息，并根據(jù)電子圖像的圖像質(zhì)量信息實時分析圖像的清晰度，實時反饋該信息從而調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件以實現(xiàn)對感興趣區(qū)域的生物特征進行自動對焦控制。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種對生物特征進行成像的技術(shù)。 一種生物特征成像的設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0002] 虹膜識別是一種新興的生物識別技術(shù)，在身份識別領(lǐng)域應(yīng)用不斷擴大。安全便捷 的身份識別是開展面向移動終端業(yè)務(wù)服務(wù)的難點。目前用移動終端作為身份確認(rèn)的手段主 要依賴密碼和卡，存在難記憶、易被竊取，安全性低等問題。在眾多身份識別技術(shù)中，虹膜識 別的安全性和精確度最高，具有個體唯一、不需要記憶、不能被竊取，安全級別高等優(yōu)點。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，虹膜成像設(shè)計一般采用定焦設(shè)計，用戶需要主動配合來尋找合適 的虹膜成像位置，導(dǎo)致需要附加額外的硬件設(shè)備如測距傳感器、三色指示燈等；也有些虹膜 成像系統(tǒng)采用步進電機或者直流電機來驅(qū)動鏡頭的前后移動實現(xiàn)虹膜自動對焦和成像，但 仍然需要測距傳感器來測量距離，并且步進電機或者直流電機的體積大，功耗大。這些均導(dǎo) 致虹膜成像系統(tǒng)的體積大大增加，識別速度拉長，用戶體驗差，無法微型化集成應(yīng)用到需求 量更廣的移動終端。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本公開的目的在于提供一種生物特征成像方法和設(shè)備以及包含該設(shè)備的移動終 端，從而減輕或消除上面提及的一個或者多個問題。
[0005] 根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種生物特征成像設(shè)備，包括：
[0006] 光學(xué)鏡頭部件，其對感興趣區(qū)域的生物特征進行光學(xué)成像；
[0007] 圖像傳感器，其將包含所述生物特征的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像；
[0008] 微電機，其利用電磁力調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件，所述微電機是音圈電機或微機電 系統(tǒng)致動器；以及
[0009] 微電機控制器，其驅(qū)動所述微電機調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件。
[0010] 根據(jù)本公開的另一方面，還提供了一種移動終端，其中該移動終端包括如上所述 的生物特征成像設(shè)備。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開采用微型電機以替代步進電機或者直流電機來調(diào)節(jié)光學(xué) 鏡頭部件。這些都為生物特征成像設(shè)備的小型化提供了可能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的 其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0013] 圖1示出根據(jù)本公開一個方面的生物特征成像設(shè)備示意圖；
[0014] 圖2示出根據(jù)本公開另一方面的生物特征成像設(shè)備示意圖。
[0015] 附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

【具體實施方式】
[0016] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白本實用新型可以以脫離這些具體細節(jié)的其它實現(xiàn)方 式來實現(xiàn)。而且為了不模糊本實用新型，在當(dāng)前的說明中省略了已知的功能和結(jié)構(gòu)的并非 必要的細節(jié)。
[0017] 下面結(jié)合附圖對本公開作進一步詳細描述。
[0018] 圖1示出根據(jù)本公開一個方面的生物特征成像設(shè)備示意圖。如圖1所示，生物特征 成像設(shè)備100包括光學(xué)鏡頭部件110,圖像傳感器120,微電機140以及微電機控制器130。
[0019] 光學(xué)鏡頭部件110用于對感興趣區(qū)域13的生物特征12進行光學(xué)成像。
[0020] 具體地，光學(xué)鏡頭部件110可以是光學(xué)鏡頭組，其實現(xiàn)在一個固定成像焦平面的 生物特征信息的成像。光學(xué)鏡頭組的材料可以采用全玻璃鏡頭、全塑料鏡頭、玻璃與塑料鏡 頭相結(jié)合或者液體鏡頭等混合材料。在本文中，將虹膜作為生物特征的實例來描述本公開 的實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，生物特征還包括視網(wǎng)膜、眼紋、唇紋、面部以及靜脈 等。感興趣區(qū)域13指代光學(xué)鏡頭部件成像能夠保持聚焦清晰的區(qū)域，即光學(xué)鏡頭部件能夠 對位于感興趣區(qū)域中的生物特征進行清晰成像。感興趣區(qū)域13的大小根據(jù)光學(xué)鏡頭部件 的景深確定，景深是指成像系統(tǒng)能夠保持聚焦清晰的最近和最遠的距離之差。它決定了用 戶可以距離生物特征成像設(shè)備的遠近的冗余度范圍，或者是生物特征識別的使用范圍。另 夕卜，光學(xué)成像原理是本領(lǐng)域公知的技術(shù)，為了簡潔起見，在此不再贅述。
[0021] 圖像傳感器120用于將從光學(xué)鏡頭部件110獲取的生物特征的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電 子圖像。
[0022] 具體地，圖像傳感器120可以包括電荷耦合元件（CXD)和金屬氧化物半導(dǎo)體元件 (CMOS)等感光元件，并利用感光元件將生物特征的光學(xué)成像轉(zhuǎn)換成電子信號以獲得相應(yīng)的 電子圖像。在一個實施例中，電子圖像包括靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像格式，動態(tài)圖像是由多幀靜 態(tài)圖像按照時間順序排列組合在一起的靜態(tài)圖像流，也稱視頻格式。電子圖像可以被存儲 成預(yù)定的圖像格式，包括但不限于BMP，JPEG、TIFF、RAW、GIF和PNG等。電子圖像的信息 也可以以二進制比特的表征形式保存在緩存或者內(nèi)存中，比如每個圖像像素使用8比特， 10比特，12比特，或者24比特的二進制信息來代表。
[0023] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像的方式僅為舉例，其 他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)換方式如可適用于本實用新型，也應(yīng)包含在本實用新型保護范 圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
[0024] 微電機控制器130利用微電機140調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件110的成像組件特性以實現(xiàn) 對所述感興趣區(qū)域的生物特征進行對焦控制。
[0025] 微電機控制器130例如可以控制微電機140移動光學(xué)鏡頭部件110或光學(xué)鏡頭部 件110中光學(xué)透鏡的位置，或改變光學(xué)鏡頭部件110的光學(xué)特性，如光學(xué)曲率半徑。
[0026] 微電機140用于調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件110,例如移動光學(xué)鏡頭部件110或光學(xué)鏡頭部 件110中光學(xué)透鏡的位置，或者例如通過改變光學(xué)鏡頭部件110中光學(xué)透鏡的形狀而改變 光學(xué)鏡頭部件110的光學(xué)特性，如光學(xué)曲率半徑。
[0027] 這里，微電機140可以是音圈電機（VCM)，它是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置， 具體地，VCM的操作包括使電流通過電磁(線圈)。這將產(chǎn)生排斥永磁體的電磁場，從而實現(xiàn) 垂直地移動光學(xué)透鏡夾持器使光學(xué)透鏡遠離圖像傳感器。VCM由彈簧提供的恢復(fù)力使光學(xué) 透鏡接近圖像傳感器；而其余的光學(xué)透鏡的位置是無限遠對焦。
[0028] 當(dāng)考慮保證成像質(zhì)量的情況下將生物特征成像設(shè)備100集成在更薄的移動終端 (如手機）時，VCM會成為實現(xiàn)此目的的障礙。具體地，若要將VCM做的更小，則需要更小的 線圈，磁體和彈簧。由于磁力是與體積成正比的，所以更小的線圈和磁體需要更多的電流才 能產(chǎn)生足夠的致動力，這將使移動終端的功耗和過熱的問題更加嚴(yán)重。此外，較小的彈簧較 為脆弱，加劇了沖程遲滯、鏡頭傾斜以及可靠性的問題。由于VCM遭受沖程遲滯的問題，所 以將使針對感興趣的生物特征區(qū)域（比如虹膜）的自動對焦成像過程變得緩慢，這樣的問題 在視頻捕獲時變得尤為突出。另外，VCM的高功耗將迅速消耗電池并且產(chǎn)生的熱量也將降 低生物特征成像設(shè)備的光學(xué)性能和成像質(zhì)量。
[0029] 為解決以上問題，微電機140還可以采用微機電系統(tǒng)致動器（MEMS Actuators)， 其結(jié)構(gòu)包括一個以硅晶圓為基礎(chǔ)的微機電機械執(zhí)行器（由可垂直移動的外殼結(jié)構(gòu)組件、提 供恢復(fù)應(yīng)力的彈簧和控制外殼結(jié)構(gòu)組件的靜電梳狀驅(qū)動器組成)，采用半導(dǎo)體工藝來制 造，有機械和電子特性。梳狀驅(qū)動器是一對導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加直流電壓時，靜電荷所產(chǎn)生的 吸引力使梳狀驅(qū)動器被拉到一起。通過將光學(xué)透鏡放置在中心位置，硅微機電系統(tǒng)對焦致 動器可以控制光學(xué)鏡片組中其中任何一片鏡片或多片鏡片的位置移動，而其他的鏡片可以 固定在其最佳位置保持不動。
[0030] 相較于VCM，微機電系統(tǒng)致動器能夠?qū)CM里面所需要的三個部件(線圈，磁體和 彈簧）整合成為一個單一組件，解決了 VCM三個組件之間的復(fù)雜物理連接，體積做到更小， 減小了它們之間的物理慣性應(yīng)力影響，從而能夠更加快速的對焦，比普通VCM對焦的控制 速度能夠快2-4倍。同時采用半導(dǎo)體工藝來制造，特別是光刻技術(shù)，所以功耗能夠控制到 更小。
[0031 ] 由于該生物特征成像設(shè)備采用微型電機以替代步進電機或者直流電機來調(diào)節(jié)光 學(xué)鏡頭部件。這些都為生物特征成像設(shè)備的小型化提供了可能。
[0032] 為了使生物特征成像設(shè)備100更加小型化，移動光學(xué)鏡頭部件110的空間以及光 學(xué)鏡頭部件110本身將變得更小。在此情況下，通過移動光學(xué)鏡頭部件或光學(xué)鏡頭部件中 的光學(xué)透鏡來實現(xiàn)對焦將變得更加困難。為解決此問題，在一個實施例中，生物特征成像設(shè) 備100中的光學(xué)鏡頭部件110米用液體鏡頭來實現(xiàn)，并且其微電機控制器130驅(qū)動微電機 140改變該液體鏡頭的形狀，從而調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件110的光學(xué)特性，如光學(xué)曲率半徑，以 實現(xiàn)自動對焦。
[0033] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，改變光學(xué)鏡頭形狀以調(diào)節(jié)其光學(xué)特性所需的力遠小于移 動光學(xué)鏡頭位置所需的力，這將節(jié)省微電機的功耗。對于便攜式設(shè)備而言，設(shè)備功耗是衡量 其適用性的重要指標(biāo)，而低功耗的生物特征成像設(shè)備將滿足這方面的要求，從而適于單獨 作為便攜式設(shè)備或集成到其他便攜式設(shè)備，如智能電話等。
[0034] 可選地，如圖2所示，生物特征成像設(shè)備100還可以包括一個或多個照明部件150， 用于在對感興趣區(qū)域中的生物特征進行光學(xué)成像時對感興趣區(qū)域進行照明，以增強采集圖 像的亮度。
[0035] 照明部件150例如可以是發(fā)光二極管（LED)，也可以是其他種類的照明器件，并且 照明部件150可以采用可見光或近紅外光進行照明。照明部件150在生物特征成像設(shè)備 100上的位置可以距離光學(xué)鏡頭部件110等間距放置，也可以圍繞光學(xué)鏡頭部件110 360度 任意放置，間距任意。
[0036] 照明部件150所發(fā)出的光的中心光譜可以根據(jù)具體待成像的生物特征進行設(shè)定。 例如，若生物特征為虹膜，則采用的近紅外光的中心光譜范圍包括700nm至950nm。
[0037] 進一步地，當(dāng)對人體虹膜進行成像時，由于不同人種的虹膜特征(例如顏色）不盡 相同，為了實現(xiàn)對不同人種的虹膜進行清晰成像，可以采用不同中心光譜的照明部件對其 進行照明。例如，生物特征成像設(shè)備100包括三個發(fā)射近紅外光的LED燈，每個LED燈發(fā)射 的近紅外光的中心光譜分別為780nm和850nm和940nm，以便對不同人種深淺不同的虹膜進 行更好的成像照明。
[0038] 在一個實施例中，生物特征成像設(shè)備100可以對單眼虹膜進行成像，也可以對雙 眼虹膜同時進行成像。
[0039] 例如，若對單眼虹膜進行清晰成像以用于虹膜識別，則光學(xué)鏡頭部件110在眼睛 水平方向的光學(xué)分辨率需大于等于640像素，垂直方向的光學(xué)分辨率需大于等于480像素。 相應(yīng)地，圖像傳感器120的圖像分辨率需大于或等于光學(xué)鏡頭部件的光學(xué)分辨率。
[0040] 若需對雙眼虹膜進行一次清晰成像以用于雙眼虹膜識別，則光學(xué)鏡頭部件110在 雙眼水平方向的光學(xué)分辨率需大于等于1500像素，垂直方向的光學(xué)分辨率需大于等于480 像素，從而保證每只單眼的圖像的光學(xué)分辨率。相應(yīng)地，圖像傳感器120的圖像分辨率需大 于或等于光學(xué)鏡頭部件的光學(xué)分辨率。
[0041] 可選地，生物特征成像設(shè)備100還包括濾光片(未示出)，其位于待成像生物特征和 光學(xué)鏡頭部件之間，以過濾該生物特征進入光學(xué)鏡頭部件110的光，從而能夠降低外界環(huán) 境對生物特征成像的影響，特別是室外環(huán)境太陽光、雜散光、燈光和黑暗環(huán)境。
[0042] 由于具有體積小、識別速度快等優(yōu)點，因此上述生物特征成像設(shè)備可以集成到諸 如智能手機、平板電腦、超級本、筆記本電腦、智能穿戴式設(shè)備等移動終端中，從而提供各種 便利的應(yīng)用。
[0043] 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而 且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新 型。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新 型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含 義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本實用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制 所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然"包括" 一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝 置權(quán)利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。 第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
【權(quán)利要求】
1. 一種生物特征成像設(shè)備（100)，包括： 光學(xué)鏡頭部件（110)，其對感興趣區(qū)域（13)的生物特征（12)進行光學(xué)成像； 圖像傳感器（120)，其將包含所述生物特征（12)的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像； 微電機（140)，其利用電磁力調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件（110)，所述微電機是音圈電機或 微機電系統(tǒng)致動器；以及 微電機控制器（130)，其驅(qū)動所述微電機調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件（110)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)鏡頭部件（110)包括液體鏡頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述生物特征包括雙眼虹膜時，所述光學(xué)鏡頭 部件（110)在雙眼水平方向的光學(xué)分辨率大于等于1500像素，垂直方向的光學(xué)分辨率大于 等于480像素，并且所述圖像傳感器（120)的分辨率大于或等于所述光學(xué)鏡頭部件（110)的 光學(xué)分辨率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述生物特征包括單眼虹膜時，所述光學(xué)鏡頭 部件（110)在眼睛水平方向的光學(xué)分辨率大于等于640像素，垂直方向的光學(xué)分辨率大于 等于480像素，并且所述圖像傳感器（120)的分辨率大于或等于所述光學(xué)鏡頭部件（110) 的光學(xué)分辨率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括： 至少一個照明部件（150)，用于對所述感興趣區(qū)域進行照明，其中所述至少一個照明部 件（150)采用可見光和/或近紅外光照明。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述生物特征包括虹膜時，所述近紅外光中心 光譜范圍包括700nm至950nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述至少一個照明部件（150)采用不同中心光譜 的近紅外光來分別對不同特征的虹膜進行照明。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括濾光片以用于過濾進入所 述光學(xué)鏡頭部件（110)的光。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的設(shè)備，其中所述生物特征包括以下至少一項： 虹膜，視網(wǎng)膜、眼紋、唇紋、面部和靜脈。
10. -種移動終端，所述移動終端包括如權(quán)利要求1至9中任一項所述的生物特征成像 設(shè)備。
【文檔編號】G06K9/32GK203849742SQ201320648245
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】王曉鵬, 徐鶴菲 申請人:王曉鵬