光学及半导体指纹识别传感器性能分析.doc

普泰升指纹锁 您的守护神光学式和电容式指纹锁的性能分析关于到底是光学式指纹锁好，还是电容式指纹锁好？我们部门乃至公司一直存在不同的看法，我是搞技术的，我的想法和见识也有过两种截然不同的观点，为此，花了不少时间去搜索资料，从光学式和电容式指纹模块的结构和原理上做了如下的分析。两种采集头的结构如下：真皮细胞层半导体传感器上的金属板阵列（纵向和横向排列约 7 万个金属板）表皮层光学采集原理同数码照相机依靠表皮的光反射采集一般相当于30万像素照相机金属氧化物下面我就这两种指纹模块的成相原理和结构来分析这两种模块的利弊，以便公司在选择模块是有个技术依据，可以做出更明智的决定。光学式传感器指纹模块的特点：*成相原理：从上面的光学传感器指纹模块的结构上看，我们知道光学成相原理是，从采集头发射出来的强光（红色或者蓝色）射到手指上，光由手指漫射后进入三棱镜，折射后打在凸透镜（CCD）上，这个带有指纹信号的光聚焦在屏幕CMOS上成相，图象再由处理器处理。*下面我具体说说光学采集头的不足以及他们为了提高光学采集头做的相应措施。1）三棱镜是裸露在最外面的，由于它本身的特别，经不起手指的触摸，所以，在使用到一定的时候，三棱镜就会变形，以致成相和最先登记的指纹不匹配，开不了门。现在一般的采集头都使用了有机玻璃来保护，因为有机玻璃有很好的耐磨性，还起来ESD作用(抗静电作用)。2）手指要能成相必须要手指上有足够的油脂，不然，起不了漫射的作用，这样采集头对手指的要求就比较高了，如果冬天手上油脂少采集头就会失灵，此外，如果夏天手上汗太多，或者游泳后手指上有水，在开锁的时候，手指就会产生全反射，根本成不了相。所以，光学采集头对干湿要求很好。经过很多公司的努力，现在这些不足已经有些改进了。3）光学采集头对温度要求很高，在0度以下采集头就会变形，成相就会出现误差，这个是光学采集头这个技术的瓶颈，永远无法克服。4）由于光学采集头的成相是靠内部发光源发出的强光，这样的话使得整个模块的功耗非常大，如果使用红光是可以减少功耗，但是受外部的光线影响很大；所以现在都是采用发射蓝光来提高他的稳定性，但是，这样功耗大就难以避免了。此外，光学传感器在强光照射是无法工作的。5）光学采集头的体积非常大，这由他的采集原理决定的这种结构，是一种照相机的原理，体积的问题很难解决，现在也有做得很小的光学采集头，但是，效果一直都不让人满意。6）从光学采集头的结构上我们知道，它的一致性不好，很难两个采集头互换，而且，不能经受太大的振动。7）从价格来说，同档次的光学传感器是比同档次的电容传感器要贵得多，目前市面上见到的那些光学采集头那么便宜都是用稳定性了做赌注的，产品的退货率非常高,制造的精确度达不到要求。8）光学采集头的精度不高，安全性也不高，有的甚至用手指的照片就可以开锁。电容式传感器指纹模块的特点：*成相原理：半导体指纹传感器其实是一个统称，其实它包括通过采集电容信号和电场信号、温度信号(热敏)、压力信号来成相的传感器。简单的原理如下：传感器上发射一个射频信号，信号经过指纹的纹路反射，在同一个等高面上出现不同的电容变化特性，电荷数的多少不一样，我们对这些特性作探测，最终得到图象。*结构和原理解析：从图上我们可以看到，电容传感器有3层：保护层（ESD作用(抗静电作用)，是一个绝缘层，耐磨），硅晶集成电路层（发射和接受层，有一个电路点阵板屏幕），陶瓷板层（用于封装、固定）；原理也就是从硅晶层发射出来的射频信号穿过保护膜层射到手指的表皮层，进入真皮层，在真皮层纹路上面由于人体活体细胞有电场性，它根据纹路的不同而不同分布，这样射频信号进入真皮层有部分的信号就被吸收了，其他的反射回来，经过手指的表皮层，保护膜进入硅晶体的点阵电路成相，然后放大取得最终信号交由DSP处理器处理。从电容式传感器的成相原理和结构我们可以知道如下的优缺点，以及相应的改进措施：1）射频信号经过保护膜肯定要衰减，但是，我们不可能直接让硅晶体和人体接触，所以保护膜是必须存在的，唯一可以减少的就是减少穿过保护膜的次数，象APC瑞典的传感器就是只穿过保护膜一次，发射射频信号从左右两边发射，只是反射回来时经过保护膜，大大减少了功耗也提高了稳定性。这也是该公司传感器比Athentec公司的质量好的原因。2）既然电容式传感器是利用反射式测量发测量电场的不同来成相，那么手指上面的静电是一个对采集器影响最大的因素，轻则采集失灵，重则烧坏底层电路，也就是说的这个抗静电能力了，行业要求要达到15KV。经过不断的改善这个保护膜的质量提高了很多，而且可以做到非常厚，瑞典的fPC传感器不单厚度厚，抗静电能力可以达到30KV。3）手指的干湿度的问题，电容式传感器越干越好，不存在光学传感器的那些问题，湿度在85%是没有问题的，太湿的话因为水是导体，会影响电场，所以，不可以超过这个85%的湿度。此外，因为采集的是真皮层的纹路，所以，表皮层的磨损是不影响他的灵敏度的。4）对光的影响不大，即使强光照射都没有问题。5）电容传感器是由一些高精密度，易破坏的材料做成，所以，防爆性能很差，做成产品必须对采集头进行保护。以上是我关于光学式和电容式指纹锁的性能分析，由于手上的资料有限，加上时间仓促，所以分析得不全面和不深入肯定难免，希望可以达到抛砖引玉的功效。此外，因为网上对这两种指纹传感器的评论众说纷纭，我采取抓原理和结构作一分析，希望可以给公司上级一些尽量客观和准确的信息。成都普泰升科技有限公司 地址：成都成华区龙潭工业园成致路48号 电话 [phone]