CN108090444B - 一种采用mems的高清指纹成像组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及摄像头及小型视频采集器技术领域，具体公开了一种采用MEMS的高清指纹成像组件，包括FPC以及设置在FPC上的CMOS传感器，所述CMOS传感器上设置有MEMS光学器件，还设有与所述CMOS传感器、所述MEMS光学器件电气连接的运算器件。本发明提供的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，MEMS光学器件及其红外光谱特征、二百万高清成像效果，其图像合成质量和图像阵系列化输出数据的有效性得到显著提高，能清晰还原指纹纹理中汗腺生物信息，有效防止用户安全信息泄露，识别指数高，同时其组件的整体高度及生产制造成本得到有效降低，提高了产品组装的生产效率，达到终端产品工业量产时超薄结构的安装要求，具有高性价比、高合格率。
Description
技术领域
本发明涉及摄像头及小型视频采集器技术领域，尤其涉及一种采用MEMS的高清指纹成像组件。
背景技术
随着消费市场对生物采集等产品在结构上越来越小的体积要求，产品的高度及安装结构位置要求也越来越严格，需要封装小体积化。现在采集指纹方式就通常有以下二种方式：
1.普通折射光学指纹传感器，其产品均为镜头加底座及折射棱镜，使用单一成像系统，但因光折射原因，指纹分辨率低且因折射棱镜安装高度过大；
2.半导体电容式传感器，只能采集到模糊的指纹纹理，只能满足508DPI的低分辨率。
这两种指纹采集器因分辨率低均无法检测到手指汗腺等细微特征点数据，也无法区别真假指纹生物特征，特别是通过假指纹可进入系统获得用户安全信息，同时使用小体积封装对生产工艺要求极高，在组件产品量产时合格率比较低，使生产成本较高，达不到工业量产时高性价比、高合格率的要求。
发明内容
本发明提供一种采用MEMS的高清指纹成像组件，解决的技术问题是，现在的指纹采集器无法检测到手指汗腺等细微特征点数据，同时不能满足小体积封装对生产工艺及成本上的要求。
为解决以上技术问题，本发明提供一种采用MEMS的高清指纹成像组件，包括FPC以及设置在FPC上的CMOS传感器，所述CMOS传感器上设置有MEMS光学器件，还设有与所述CMOS传感器、所述MEMS光学器件电气连接的运算器件。
具体地，所述MEMS光学器件上设置有透明镜片，所述透明镜片包括透明介质层，以及真空喷涂在所述透明介质层上表面的含氟聚合物层，以及贴附在所述透明介质层下表面的IPO导电膜，所述IPO导电膜连接所述运算器件。
具体地，所述透明介质层包括上透明介质层、下透明介质层；所述上透明介质层的上表面真空电镀有第一红外滤光膜、下表面真空电镀有第二红外滤光膜。
优选地，所述第一红外滤光膜的滤光波长为820um，所述第二红外滤光膜的滤光波长为920um。
具体地，所述下透明介质层的中间内部设有经过化学腐蚀及光刻工艺而成的淘空部位；
所述淘空部位真空电镀有X轴矩阵网格电极、Y轴矩阵网格电极；
所述X轴矩阵网格电极与所述Y轴矩阵网格电极的交叉点设有可变光学孔，以及驱动所述可变光学孔的X轴光驱动道路与Y轴光驱动道路，所述X轴光驱动道路与Y轴光驱动道路通过所述FPC连接所述运算器件；
所述X轴光驱动道路与所述Y轴光驱动道路之间均匀分布有IR发光单元，所述IR发光单元的下部设置有高反射薄膜，所述高反射薄膜的最下方采用亚黑吸光材质。
优选地，所述下透明介质层选用单晶硅透明材质。
至少地，所述运算器件设有通过所述FPC连接所述IPO导电膜的MEMS驱动模组，以及连接所述X轴光驱动道路与Y轴光驱动道路的定标数据模组，以及连接触控电路的FLASH存储模组及输出数据接口；所述MEMS驱动模组连接外部触控电路。
至少地，所述触控电路与所述输出数据接口之间设有I2C传输通道、MCLK时钟传输通道、MIPI差分数据传输通道。
优选地，所述透明镜片与所述MEMS光学器件之间、所述MEMS光学器件与所述CMOS传感器之间通过透光率为80%的填充水胶粘合。
本发明提供的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，透明镜片的表面真空喷涂含氟聚合物材质，使其表面形成颗粒状，有效地提高了镜面的憎油水性，减少了指纹残留在镜面上的油脂；透明镜片下增加一层IPO导电膜，能通过触控芯片唤醒采集工作，感知手指的触控动作；MEMS光学器件主要提供发光器件以及进行通光相位控制，通过内置发光体反射到待测生物体，折反射回来的光线能通过可变光学孔形成光线聚焦及扩散功能；FPC（柔性线路板）上集成MEMS驱动模组、定标数据模组、触控电路、FLASH存储模组及输出数据接口等，能够将CMOS传感器所获取到生物信息数字信号通过I2C传输通道、MIPI差分数据传输通道等快速地传递出去；所述透明镜片、所述MEMS光学器件、所述CMOS传感器两两之间用透光率为80%的填充水胶粘合，既可除去空气又能保证光线较好的入射角。
本发明提供的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，MEMS光学器件及其红外光谱特征、二百万高清成像效果，其图像合成质量和图像阵系列化输出数据的有效性得到显著提高，能清晰还原指纹纹理中汗腺生物信息，有效防止用户安全信息泄露，识别指数高，同时其组件的整体高度及生产制造成本得到有效降低，提高了产品组装的生产效率，达到终端产品工业量产时超薄结构的安装要求，具有高性价比、高合格率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种采用MEMS的高清指纹成像组件的结构示意图；
图2-1是本发明实施例提供的图1实施例的俯视图；
图2-2是本发明实施例提供的图1实施例的仰视图；
图3是本发明提供的图1实施例中FPC、CMOS传感器、MEMS光学器件、透明镜片的层级结构图；
图4是本发明提供的图1实施例中下透明介质层的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。
本发明实施例提供的一种采用MEMS的高清指纹成像组件的结构示意图，如图1所示，同时参见图2-1、2-2，分别是本发明实施例提供的图1实施例的俯视图和仰视图。在本实施例中，所述的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，包括FPC1以及设置在FPC1上的CMOS传感器2，所述CMOS传感器2上设置有MEMS光学器件3，还设有与所述CMOS传感器2、所述MEMS光学器件3电气连接的运算器件4。
参见图3是本发明提供的图1实施例中FPC、CMOS传感器、MEMS光学器件、透明镜片的层级结构图。在图3中清晰可见的是，所述MEMS光学器件3上设置有透明镜片31，所述透明镜片31包括透明介质层311，以及真空喷涂在所述透明介质层311上表面的含氟聚合物层310，以及贴附在所述透明介质层311下表面的IPO导电膜312，所述IPO导电膜312连接所述运算器件4。所述透明介质层311包括上透明介质层311A、下透明介质层311B。
所述透明镜片31的上表面真空喷涂含氟聚合物材质，使其表面形成颗粒状，形成纳米级半透明球状，有效地提高了镜面的憎油水性，减少了指纹残留在镜面上的油脂，既解决了油脂等生物残留问题又不会对指纹图像信息造成干涉。
所述透明镜片31的下表面增加一层IPO导电膜312，主要应用在生物触控唤醒功能上，即能通过触控芯片唤醒采集工作，感知手指的触控动作，并且该IPO导电膜312，通过输入一定电压，使透明镜片31上表面产生40℃左右温度，解决在冬季时容易产生的雾气现象。
所述上透明介质层311A的上表面真空电镀有第一红外滤光膜（图3中未示出）、下表面真空电镀有第二红外滤光膜（图3中未示出）。并且，所述第一红外滤光膜的滤光波长优选并不限制地设置为820um，所述第二红外滤光膜的滤光波长优选并不限制地设置为920um，使得波长为820um~920um的红外光可以通过。
更具体地，参见图4，是本发明提供的图1实施例中下透明介质层311B的俯视图。所述下透明介质层311B的中间内部设有经过化学腐蚀及光刻工艺而成的淘空部位6；所述淘空部位6真空电镀有X轴矩阵网格电极61、Y轴矩阵网格电极62；所述X轴矩阵网格电极61与所述Y轴矩阵网格电极62的交叉点设有可变光学孔63，以及驱动所述可变光学孔63的X轴光驱动道路64A与Y轴光驱动道路64B，所述X轴光驱动道路64A与Y轴光驱动道路64B通过所述FPC1连接所述运算器件4，通过所述运算器件4中的相关控制芯片控制X轴、Y轴逻辑电压驱动所述MEMS光学器件3，主要应用到光通道功能上；X轴光驱动道路64A与Y轴光驱动道路64B之间均匀分布有IR发光单元，所述IR发光单元的下部设置有高反射薄膜，所述高反射薄膜的最下方采用亚黑吸光材质。MEMS光学器件3主要提供发光器件以及进行通光相位控制，通过内置发光体反射到待测生物体，折反射回来的光线能通过可变光学孔63形成光线聚焦及扩散功能。
优选地，所述下透明介质层311B选用单晶硅透明材质；所述透明镜片31与所述MEMS光学器件3之间、所述MEMS光学器件3与所述CMOS传感器2之间通过透光率为80%的填充水胶粘合，既可除去空气又能保证光线较好的入射角。
再次参见图1、图2-2、图3。所述运算器件4至少应当设有通过所述FPC1连接所述IPO导电膜312的MEMS驱动模组41，以及连接所述X轴光驱动道路64A与Y轴光驱动道路64B的定标数据模组42，所述MEMS驱动模组41、所述MEMS驱动模组41连接外部触控电路43（不属于本组件结构），以及连接所述触控电路43的FLASH存储模组44及输出数据接口45。
所述触控电路43与所述输出数据接口45之间至少应当设有I2C传输通道、MCLK时钟传输通道、MIPI差分数据传输通道。FPC1（柔性线路板）上集成MEMS驱动模组41、定标数据模组42、FLASH存储模组44及输出数据接口45等，能够将CMOS传感器2所获取到生物信息数字信号通过I2C传输通道、MIPI差分数据传输通道等快速地传递出去。
当所述MEMS驱动模组41提供触摸检测信号给到所述IPO导电膜312，手指或其它生物接触到镜片上的相应位置后，触摸检测信号会通过MEMS驱动模组41输出TP检测信息输出唤醒信号；继而，所述IR发光单元发光，X轴矩阵网格电极61、Y轴矩阵网格电极62，可通过定标数据模组42输出到这两电极不同的逻辑电压以设置不同区域光孔通道；然后，从MEMS光学器件3得到所需光孔成像图像信息，由所述CMOS传感器2内获取到生物信息，CMOS传感器2设有高效红外接收像素点，可通过I2C数据传输方式进行选配输出图像格式、配置参数等，可通过MIPI或DVP格式输出图像信息。其中，图像定标及参数的配置可通过I2C方式写入FLASH存储模组44中的U9 E2PROM芯片内，后续可通过本组件外的外部ISP、ARM等调用图像参数，使其所获取到生物信息图像与所规定的标准图像格式一致。
再次参见图1~图4，CMOS传感器2、MEMS光学器件3、透明镜片31与运算器件4合理分部在FPC1（柔性线路板）上，均为低压、低功耗产品，FPC1还接入可靠电源。为了固定CMOS传感器2、MEMS光学器件3、透明镜片31与运算器件4以及保证FPC1不变形，FPC1的两面相应地设置有SUS钢片，同时，所述SUS钢片接地，保护数据信号，同时可以防止高频干扰。
本发明实施例提供的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，MEMS光学器件3及其红外光谱特征、二百万高清成像效果，其图像合成质量和图像阵系列化输出数据的有效性得到显著提高，能清晰还原指纹纹理中汗腺生物信息，有效防止用户安全信息泄露，识别指数高，同时其组件的整体高度及生产制造成本得到有效降低，提高了产品组装的生产效率，达到终端产品工业量产时超薄结构的安装要求，具有高性价比、高合格率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种采用MEMS的高清指纹成像组件，其特征在于，包括FPC以及设置在FPC上的CMOS传感器，所述CMOS传感器上设置有MEMS光学器件，还设有与所述CMOS传感器、所述MEMS光学器件电气连接的运算器件；
所述MEMS光学器件上设置有透明镜片，所述透明镜片包括透明介质层，以及真空喷涂在所述透明介质层上表面的含氟聚合物层，以及贴附在所述透明介质层下表面的IPO导电膜，所述IPO导电膜连接所述运算器件；
所述透明介质层包括上透明介质层、下透明介质层；所述上透明介质层的上表面真空电镀有第一红外滤光膜、下表面真空电镀有第二红外滤光膜；
所述第一红外滤光膜的滤光波长为820um，所述第二红外滤光膜的滤光波长为920um；
所述下透明介质层的中间内部设有经过化学腐蚀及光刻工艺而成的淘空部位；
所述淘空部位真空电镀有X轴矩阵网格电极、Y轴矩阵网格电极；
所述X轴矩阵网格电极与所述Y轴矩阵网格电极的交叉点设有可变光学孔，以及驱动所述可变光学孔的X轴光驱动道路与Y轴光驱动道路，所述X轴光驱动道路与Y轴光驱动道路通过所述FPC连接所述运算器件；
所述X轴光驱动道路与所述Y轴光驱动道路之间均匀分布有IR发光单元，所述IR发光单元的下部设置有高反射薄膜，所述高反射薄膜的最下方采用亚黑吸光材质。
2.如权利要求1所述的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，其特征在于：所述下透明介质层选用单晶硅透明材质。
3.如权利要求2所述的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，其特征在于：所述运算器件设有通过所述FPC连接所述IPO导电膜的MEMS驱动模组，以及连接所述X轴光驱动道路与Y轴光驱动道路的定标数据模组，以及连接外部触控电路的FLASH存储模组及输出数据接口；所述MEMS驱动模组连接外部触控电路。
4.如权利要求3所述的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，其特征在于：所述触控电路与所述输出数据接口之间设有I2C传输通道、MCLK时钟传输通道、MIPI差分数据传输通道。
5.如权利要求1所述的一种采用MEMS的高清指纹成像组件，其特征在于：所述透明镜片与所述MEMS光学器件之间、所述MEMS光学器件与所述CMOS传感器之间通过透光率为80%的填充水胶粘合。
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