CN100363937C - 确定携带指纹的部件的生命特征的方法及指纹敏感元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定携带指纹的部件的生命特征的方法，包括借助于电极测量所述部件上不同点处的阻抗。根据本发明的方法特征在于其包括确定所述阻抗测量结果是否满足所述电极测量的阻抗的变化规律，其是所述部件覆盖的所述电极的表面积的函数，即Z＝f_Dt(S)。

Description

确定携带指纹的部件的生命特征的方法及指纹敏感元件

技术领域

本发明涉及借助于指纹敏感元件检测手指的生命特征的方法。本发明还涉及用于实施该方法的指纹敏感元件。

背景技术

概括地说，对于经授权的人，其可通过其独自拥有的手段进行任何受保护的访问。限制个人访问的一种手段是要求该人的指纹。人的指纹的图象通过指纹敏感元件获得。一旦敏感元件获得指纹图象，其被传输给图象处理单元，该单元将所获得的图象与指纹图象库进行比较以检测由敏感元件采集的指纹是否是已知的指纹。接着，图象处理单元作出的指纹识别可向指纹所对应的人开放其所寻求的访问。

尽管指纹识别是公知的方法，但已发现其还引起一些问题。这是因为，有许多伪造者企图使用伪造物欺骗指纹敏感元件。具体使用的手段是使用假手指。

为了阻挠这些伪造者，已提出了一些方法来确定携带指纹的部件是否是活着的。某些方法使用光学装置。例如，文献US-A-5719950描述了一种方法，其包括测量生物统计参数如血液中的氧量、皮肤温度等。文献US-A-5737439描述了一种用于通过两个波长检测血流量的光学测量系统。其它方法还包括进行电学测量，例如，文献JP-A-11197135描述了两个电极之间的电容的变化的测量，文献US-A-5953441描述了一种设备，其测量手指的复数阻抗并将其与参考曲线进行比较，其中参考曲线是频率的函数。

通过已知的方法，已经发现手指的阻抗的测量是最适于检测手指的生命特征的方法之一，但其有时偶然还会为伪造物欺骗。

因此，本发明的目的在于提出一种检测手指的生命特征的方法，其可确定地辨别活的手指和伪造物。

发明内容

为此，本发明涉及确定携带指纹的部件的生命特征的方法，包括：借助于电极在所述部件上的不同点进行阻抗测量。该方法特征在于其包括确定所述阻抗测量结果是否满足所述电极根据所述部件覆盖的所述电极的表面积测量的阻抗的变化规律，使得Z＝f_Dt(S)。

根据本发明的另一特征，该方法包括测量两个具有预定表面积的第一电极之间的阻抗，测量两个具有预定表面积的第二电极之间的阻抗，及核验由对应于第一和第二电极的阻抗和表面积值确定的点是否属于满足所述变化规律的同一曲线。

根据本发明的另一特征，该方法包括：首先，在两个具有预定表面积的第一电极之间进行第一阻抗测量并确定其曲线是否满足所述变化规律，接着，在两个具有预定表面积的第二电极之间进行第二阻抗测量，并核验由对应于第二电极的阻抗和表面积值确定的点是否属于位于预定曲线周围的容限区域(area of tolerance)。

有利地是，所述第二阻抗测量可在两个同样大小的电极之间或两个不同大小的电极之间随机进行。

根据本发明的另一特征，所述第二阻抗测量在两个同样大小的电极之间和两个不同大小的电极之间交替进行。

本发明还涉及使得确定携带指纹的部件的生命特征成为可能的指纹敏感元件。根据本发明的敏感元件特征在于其包括至少两对具有不同表面积的电极。

根据本发明的另一特征，所述电极对之一由两个靠在一起的小电极组成，其设计来允许阻抗的局部测量。

根据本发明的另一特征，所述敏感元件包括第一组具有相同表面积的四个单片电极及第二组具有同样表面积的两个交叉梳状电极。

根据本发明的另一特征，所述敏感元件包括光学系统，其设计来产生指纹图象并确定测量电极的表面积未完全被指纹覆盖。

附图说明

本发明的上述及其它特征在阅读下面的实施例的描述后将更加清楚，所述描述参考附图给出，其中：

图1为根据本发明的指纹敏感元件的截面图，携带指纹的部件放于敏感元件的上面。

图2a示出了指纹敏感元件的示意性平面图，其电极完全被指纹覆盖。

图2b示出了指纹敏感元件的示意性平面图，其电极部分被指纹覆盖。

图3示出了在两个电极之间测量的阻抗的变化规律，其是这些电极的表面积的函数。

图4为根据本发明的指纹敏感元件的第一实施例，其具有4个电极。

图5为根据本发明的指纹敏感元件的第二实施例，其具有六个电极。及

图6和7示出了根据本发明的指纹敏感元件的第三和第四实施例，其具有8个电极。

具体实施方式

本发明涉及通过测量携带指纹的部件的阻抗Z而检测该部件的生命特征的方法。在下述描述中，应该注意的是，阻抗测量意为其自身中阻抗Z的测量及典型测量阻抗、电容、电感等的测量。如图1中所示，阻抗Z的测量由放置为与携带指纹的部件接触的指纹敏感元件1进行，携带指纹的部件在此用手指D表示。光学系统SO放置在敏感元件的底部以产生指纹的图象。根据本发明的指纹敏感元件1包括由透明材料如玻璃或透明塑料材料制成的板10，其使得手指D的指纹的摄影在光学上可见。在该板10的表面11上，布置有电极Ei和Ej，其间的阻抗Zij被测量。电极Ei、Ej之间的阻抗Zij的测量依靠传导透明线路20进行。这些线路20还与板10接触，它们必须是传导性的和透明的，以允许敏感元件1既实现其图象敏感元件的功能又实现其检测手指的生命特征的功能。线路20的透明度最好通过非常细的材料层的真空沉积获得，所述材料最好是ITO(氧化铟锡)，其厚度小于1微米。敏感元件1的整个表面，除了电极Ei、Ej以外，均被覆盖以一层绝缘材料30，从而使得只有电极Ei、Ej与手指D接触。

图2a和2b示出了根据本发明的指纹敏感元件1的平面图。在这些图中，敏感元件2包括两个具有小表面积的电极Ea、Eb及两个具有较大表面积的电极Ec、Ed。这四个电极设计来使得能成对地测量手指D的阻抗Z，手指用其指纹4覆盖这些电极。有利地，先测量两个最小电极Ea、Eb之间的阻抗Zab，接着再测量两个最大电极Ec和Ed之间的阻抗Zed。

在图2a和图2b之间，由指纹4覆盖的电极的表面积S是不同的。该不同可能源于两个手指之间指纹的不同或同一手指施加于敏感元件1上的压力的不同。概括地，应该注意的是，所讨论的表面Sij最好对应于由手指D的指纹4覆盖的电极Ei和Ej的两个表面中的较小表面。换言之，如图2a中所示，如果手指D的指纹4完全覆盖电极Ec和Ed，所讨论的表面Scd将方便地对应于电极Ec和Ed之一的表面。如图2b中所示，如果指纹4未完全覆盖电极Ec和Ed，则所讨论的表面Scd将对应于由手指D的指纹4覆盖的区域Ac或Ad中的较小区域。这些区域Ac和Ad，在图2b中用阴影线示出，均借助于放置在敏感元件1下面的光学系统SO确定。同样，如果在小电极Ea和较大电极Ec之间进行阻抗Z的测量且手指D的指纹4未完全覆盖电极，如图2b所示，则所讨论的表面Sac将是电极Ea的表面Sa和电极Ec的区域Ac之中的较小表面。

根据本发明的方法基于两个电极之间根据这些电极的表面积S测量的阻抗Z的统计变化规律。图3示出了给定手指D在给定时间t的变化规律图。该图中的曲线表明，阻抗Z与表面积S成正比：Z＝f_Dt(S)。

对于给定手指D在给定时间t，仅存在一个曲线。基于该发现，首先测量两个小电极Ea和Eb之间的阻抗Zab。此外，已知小电极Ea、Eb的表面积Sab，满足上述变化规律的曲线之一的点Pab的坐标因此也得以知道。自该第一测量，满足规律的对应于手指D的曲线C继而被确定。

其次，检测手指D的各处的阻抗Z是否均为常数。为此目的，测量两个大电极Ec和Ed之间的阻抗Zcd。还已知大电极Ec和Ed的表面积Scd，则可能将点Pcd放置在图3的图上。如果由该第二测量获得的点Pcd位于曲线C周围的容限T区域内，则认为该第二点Pcd满足所示规律，因而表明手指是活的。容限T区域大致对应于曲线C周围的标准偏差b，使得T＝2b。该标准偏差b随统计数据变化。

应该注意的是，还可能同时测量小电极之间的阻抗Zab和大电极之间的阻抗Zcd，并核验对应于所进行的测量的点Pab和Pcd是否属于同一曲线。

该方法通过指纹敏感元件1的使用而得以实施。根据本发明的敏感元件1的几个实施例被提出。这些不同的实施例如图4、5、6和7所示。图4示出了根据本发明的指纹敏感元件的第一实施例。在该第一实施例中，敏感元件1包括两个小电极Ea、Eb和两个大电极Ec、Ed，即在同一组件内包括两组两个具有同样表面积的电极。每一电极由线路20连接到用于测量阻抗Z的装置，其中线路20最好由ITO(氧化铟锡)制成。因而，在敏感元件的第一实施例中，上述方法被实施并通过该手段检测手指D是否是活的。

令敏感元件的所有实施例满意的本发明的一实质特征是阻抗测量的任意性特征。任意特征意为可能既在两个小电极之间进行阻抗测量，还在小电极和大电极之间进行阻抗测量，并能够颠倒用于测量阻抗的电极，从而挫败任何已理解敏感元件的机能的伪造者。因此，使用图4所示的敏感元件，可进行第三阻抗测量，例如，对两个手指交替测量，先在电极Ec和Ea之间测量，再在电极Ed和Eb之间测量。该第三测量确认第二测量。

图5示出了根据本发明的指纹敏感元件的第二实施例，其包括六个测量电极。在这六个电极中，有四个大电极Ec、Ed、Ee和Ef及两个小电极Ea和Eb，即具有相同表面积的第一组四个单片电极和具有相同表面积的第二组两个交叉梳状形式的电极。两个小电极中的每一个均由两个电极部分组成，两个电极部分由一串传导材料电连接，所述材料最好由ITO制成。同一电极的两个部分由另一电极的一部分分隔开，以测量非常局部化的准确阻抗。阻抗测量以下述方式进行。小电极Ea、Eb之间的阻抗Zab被测量，且第二和第三阻抗被测量，或在大电极之中的两个之间，例如在电极Ec和Ee之间(Zce)及Ef和Ed(Zfd)之间(如果这些电极被手指D覆盖的话)，或相反的情况，在大电极和小电极之间进行测量，例如Ec和Ea(Zca)之间及Ee和Eb(Zeb)之间。

在根据本发明的敏感元件的第三和第四实施例中，测量电极为八个，即四个大电极Ec、Ed、Ee和Ef及四个小电极Ea、Eb、Eg和Eh。这些实施例如图6和7所示，在第三实施例中，敏感元件1包括两组电极，每一组包括四个具有同样表面积的单片电极；而在第四实施例中，敏感元件1包括第一组四个具有相同表面积的单片电极、第二组两个具有相同表面积的单片电极、和第三组两个具有相同表面积的交叉梳状形式的电极。每一实施例的阻抗Z的测量均以相同的方式进行。阻抗Zah和Zbg在小电极Ea、Eh和Eb、Eg之间测量，或者也可测量阻抗Zce，如果手指覆盖相应的电极的话或者其不属于Zdb或Zfa或Zab的情况。还可能测量阻抗Zfd，如果相应的电极被手指D覆盖的话，否则测量Zcb或Zeg或Zgh。

Claims (11)

1.确定携带指纹的部件的生命特征的方法，包括借助于电极测量所述部件上不同点处的阻抗Z，其特征在于：其包括确定所述阻抗测量结果是否满足所述电极测量的阻抗的变化规律，所述阻抗是所述部件覆盖的所述电极的表面积S的函数，Z＝f_Dt(S)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其包括测量两个具有预定表面积的第一电极之间的阻抗，测量两个具有预定表面积的第二电极之间的阻抗，及核验由对应于第一和第二电极的阻抗值和表面积确定的点是否属于满足所述变化规律的同一曲线。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于其包括：首先，在两个具有预定表面积的第一电极之间进行第一阻抗测量并确定曲线是否满足所述变化规律，接着，在两个具有预定表面积的第二电极之间进行第二阻抗测量，并核验由对应于第二电极的阻抗和表面积值确定的点是否属于位于预定曲线周围的容限区域。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述第二阻抗测量在两个同样大小的电极之间或两个不同大小的电极之间随机进行。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述第二阻抗测量在两个同样大小的电极之间或两个不同大小的电极之间交替进行。

6.用于确定携带指纹的部件的生命特征的指纹敏感元件，其特征在于其包括至少四个电极，其中至少两个具有较其它两个小的表面，测量阻抗的装置至少一方面在两个具有较小表面的电极之间测量，另一方面还在两个具有较大表面的电极之间测量，核验所述测量阻抗的装置所测量的所述阻抗是否遵循阻抗的预定变化规律的装置，所述变化规律为阻抗是用于测量的电极的表面积的函数。

7.根据权利要求6所述的指纹敏感元件，其特征在于相比两个具有较大表面的电极，所述两个具有较小表面的电极相互之间的距离相对较小。

8.根据权利要求6或7所述的指纹敏感元件，其特征在于其包括第一组具有相同大表面的四个单片电极及第二组具有同样表面的两个交叉梳状形式的电极，第二组电极的表面小于所述大表面。

9.根据权利要求6或7所述的指纹敏感元件，其特征在于其包括第一组具有相同大表面的四个单片电极及第二组具有同样表面的四个单片电极，第二组电极的表面小于所述大表面。

10.根据权利要求6或7所述的指纹敏感元件，其特征在于其包括第一组具有相同大表面的四个单片电极及第二组具有同样表面的两个单片电极，第二组电极的表面小于所述大表面，其还包括第三组具有同样表面的两个交叉梳状形式的电极，第三组电极的表面小于所述大表面。

11.根据权利要求6或7所述的指纹敏感元件，其特征在于其包括光学系统，其产生指纹的图象并确定测量电极的表面积未完全被指纹覆盖。

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