CN101647030A - 指纹识别设备以及包括指纹识别设备的卡的用户认证方法 - Google Patents

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Abstract

提供了执行指纹识别功能并能插入到卡中的指纹识别设备、包括指纹识别设备的卡以及包括指纹识别设备的卡的用户认证方法。指纹识别设备包括指纹与其接触的指纹接触单元和通过采用从指纹接触单元(310)反射的反射波来获得指纹图案并将比较参照指纹图案与所获得的指纹图案进行比较的图像传感器。包括指纹识别设备的卡，该设备预先存储为卡的用户的指纹图案的比较参照指纹图案、获得输入到卡中的指纹、并确定所存储的指纹图案和所获得的指纹图案是否具有相同图案。用于包括指纹识别设备的卡的用户认证方法包括：将包括指纹识别设备的卡插入在线连接至卡公司或银行的卡终端；获得从卡输入的指纹图案；并且将所获得的指纹图案与为卡的用户的指纹图案的比较参照指纹图案进行比较。

Description

指纹识别设备以及包括指纹识别设备的卡的用户认证方法
技术领域
本发明涉及指纹识别设备，更具体地，涉及可插入卡内以认证卡的用户的指纹认证设备。
背景技术
随着信息技术的发展以及电子商务的增长，对精确的用户认证的需求越来越多。为了使机器识别个人，身份(ID)、密码、居住登记号、名字等被广泛地使用。目前，生物特征识别已经被广泛地应用。然而，诸如ID、密码、居住登记号等的信息可能在容易被偷盗的现实生活中暴露。因此，可见，被确定为最难以复制的身体特征是信息化时代最可靠的认证工具。
指纹形成具有汗腺的脊。指纹是有区别的并且一生不会改变。这就是为何将指纹印在居住登记卡上的原因。指纹认证系统是指用于通过指纹识别设备或系统、采用个人从出生便具有的指纹来识别和认证个人的技术，并且指纹认证系统具有非常高的安全性。指纹认证系统被应用于生物特征识别，并且与采用除了指纹之外的其他身体部分的其他认证系统相比，指纹认证系统可以较低的成本实施，因而指纹认证系统已被广泛地用于识别和认证技术。
已广泛应用在人类生活中的指纹识别设备或指纹识别系统包括2D指纹识别和3D指纹识别。通常使用2D指纹识别并且其能够以非常低的成本实施。然而，其问题在于通过仅采用指纹照片便能执行该认证。3D指纹认证进一步采用指纹的谷和脊的深度作为识别因子并具有高精确度。
指纹识别的第一步是获得指纹。为了感测指纹的形状，通常使用压力传感器或光学图像传感器。
图1示出了用来感测指纹形状的传统压力传感器。
参照图1，压力传感器100包括：多个像素110，用于接触具有待识别指纹的手指；多个电容器120，具有连接至各个像素110的端部；以及传感电路130，连接至多个电容器120的其他端部。施加在多个像素110上的压力根据指纹的谷和脊的深度而不同。根据接触压力，对应于像素110的电容器120的电容发生变化。连接至多个电容器120的其他端部的传感电路130扫描对应的电容器120的电容变化并将接触指纹识别设备100的指纹的形状生成为数据。
图1中示出的压力传感器100的优点在于尺寸小且生产成本低。然而，当手指接触压力传感器100时，无论何时接触压力传感器，即使是同一个人，从手指施加在压力传感器100上的压力也不同。尤其是，为了考虑太强或太弱的压力，必须控制像素的适当区域以及相应电容器的电容。因为在技术上难以控制上述情况中所考虑的像素的区域以及相应电容器的电容，因此目前使用的压力传感器100的指纹识别性能不佳。
图2示出了用来感测指纹形状的传统光学图像传感器。
参照图2，光学图像传感器200包括硅接触单元210、聚光透镜220以及图像传感器230。硅接触单元210通过采用这样的材料实施，该材料在指纹离开硅接触单元210的预定时间内根据指纹的谷和脊的深度而记忆形状。聚光透镜220传输反射波，该反射波为入射到所记忆的指纹形状上的光并反射至图像传感器230。在图2中示出的通过光学图像传感器200识别的指纹的分辨率比在图1中示出的通过采用压力传感器100识别的指纹的分辨率高得多。然而，如可通过图1和图2中示出的竖直结构看到的那样，在图2中示出的光学图像传感器200的尺寸非常大并且实施光学图像传感器200所耗费的生产成本相对较高。
已被广泛使用的信用卡通过密码来认证卡的用户的ID。在这种情况下，密码必须由银行或信用信息公司存储，并且该信息通常具有泄露的可能性。因此，如果存在具有前述的指纹识别功能的信用卡，则无需使用可能被泄露并因而可能使用户受到损失的密码，便能够检验卡的用户的ID。
为了实现该方法，需要具有指纹识别功能的信用卡。然而，在图1中示出的压力传感器具有指纹识别性能的问题，而图2中示出的光学图像传感器尺寸较大且不能被插入到信用卡中。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种执行指纹识别功能并能被插入到卡中的指纹识别设备。
本发明还提供了一种包括执行指纹识别功能的指纹识别设备的卡。
本发明还提供了一种用于包含指纹识别设备的卡的用户认证方法，该方法能够采用包含该指纹识别设备的卡来认证卡的用户的身份(ID)。
技术方案
根据本发明的一方面，提供了一种指纹识别设备，包括：指纹接触单元，指纹与其接触；以及图像传感器，其通过采用从所述指纹接触单元反射的反射波来获得指纹图案并将比较参照指纹图案与所获得的指纹图案进行比较，其中，所述指纹接触单元和所述图像传感器在半导体衬底的不同表面上实施。
根据本发明的另一方面，提供了一种指纹识别设备，包括：指纹接触单元，指纹与其接触；发射红外光的光发射单元；以及图像传感器，其通过采用从所述指纹接触单元反射的反射波来获得指纹图案并将比较参照指纹图案与所获得的指纹图案进行比较，其中，所述指纹接触单元和与红外发光二极管相邻的所述图像传感器在半导体衬底的不同表面上实施。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括指纹识别设备的卡，其中，所述指纹识别设备预先存储比较参照指纹图案，所述比较参照指纹图案为卡的用户的指纹图案；所述指纹识别设备获得输入到所述卡中的指纹；并且所述指纹识别设备确定所存储的指纹图案和所获得的指纹图案是否具有相同的图案。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于包括指纹识别设备的卡的用户认证方法，包括以下步骤：将包括所述指纹识别设备的所述卡插入在线连接至卡公司或者银行的卡终端；获得从所述卡输入的指纹图案；以及将所获得的指纹图案与比较参照指纹图案进行比较，所述比较参照指纹图案为所述卡的用户的指纹图案。
附图说明
图1示出了用来感测指纹形状的传统压力传感器；
图2示出了用来感测指纹形状的传统光学图像传感器；
图3示出了根据本发明的实施方案采用外部光源的指纹识别设备；
图4示出了根据本发明的实施方案包括光源的指纹识别设备；
图5示出了根据本发明的另一实施方案包括光源的指纹识别设备；
图6为示出了在图3、4或5中示出的图像传感器的框图；
图7示出了指纹的谷和脊的深度的一般形状；
图8示出了当具有待识别的指纹的手指施加较强的力时指纹的谷和脊的深度的形状；
图9示出了具有指纹识别功能的信用卡的实例；以及
图10为将包括指纹识别设备的卡的用户认证为真正用户的方法的流程图。
具体实施方式
下面，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方案。
图3示出了根据本发明的实施方案采用外部光源的指纹识别设备。
参照图3，指纹识别设备300包括指纹接触单元310和图像传感器320。
指纹接触单元310实施在半导体衬底330的表面处，指纹接触单元310被研磨并且是待识别指纹所接触的部分。图像传感器320在其上实施有指纹接触单元310的半导体衬底330的另一表面处实施，并且图像传感器320具有获得指纹形状的功能以及将比较参照指纹图案与所获得的指纹图案相比较的功能。下文将参照图4描述比较参照指纹图案和所获得的指纹图案。
处理晶片(半导体电路通常被集成在晶片中)的最后一步是研磨与集成了电路的表面相对的表面。这是因为预定的偏置电压必须施加到半导体电路衬底上，并且随着衬底厚度的减少串联电阻器减小。根据本发明的实施方案，其中实施有图像传感器320的晶片的厚度被尽可能地减小，并且手指接触在与实施图像传感器320的表面相对的表面上。如果使用被研磨至厚度约为200至300μm的晶片，则根据本发明的指纹识别可以适当地执行。
在此，指纹接触单元310由粗线表示，以区别指纹接触单元310、衬底330和图像传感器320。在某些情况下，为了改进指纹接触单元310的性质，可以涂覆诸如氧化层的绝缘材料或传导层。
为了得到用来识别指纹形状的反射波或折射波，在从指纹接触单元310(在图3中称为上部)或者从图像传感器320(在图3中称为下部)的方向上发射具有预定频率范围的光。当存在用于向指纹接触单元310发射光的光源(未示出)时，通过手指和指纹接触单元310的光根据指纹的谷和脊的深度形成反射波和折射波。当存在用于向图像传感器320发射光的光源(未示出)时，通过图像传感器320和指纹接触单元310的光根据指纹的谷和脊的深度形成反射波和折射波。
图像传感器320接收反射波并获得指纹形状。
图4示出了根据本发明的实施方案包括光源的指纹识别设备。
参照图4，指纹识别设备包括指纹接触单元410、图像传感器420以及光发射单元450。
指纹接触单元410实施在半导体衬底430的表面上，指纹接触单元410被研磨并且是待识别指纹所接触的部分。图像传感器420实施在半导体衬底430的、与实施指纹接触单元410的表面相对的另一表面上，并且图像传感器420具有获得指纹形状的功能以及将比较参照指纹图案与所获得的指纹图案相比较的功能。光发射单元450形成在图像传感器420的侧表面处。
为了防止从光发射单元450发射的光直接入射在图像传感器420上，可以在图像传感器420和光发射单元450之间设置阻挡层(未示出)。光发射单元450可以以这样的方法实施，其中，多个发光二极管(LED)被附接至图像传感器420的侧表面。从光发射单元450发射的光440入射在指纹接触单元410上并根据指纹的谷和脊的深度形成反射波和折射波。图像传感器420接收反射波或折射波并获得指纹形状。
图5示出了根据本发明的另一实施方案包括光源的指纹识别设备。
参照图5，指纹识别设备500包括指纹接触单元510、图像传感器520以及光发射单元550。指纹识别设备500与在图4中示出的指纹识别设备400类似，但与指纹识别设备400的区别在于光发射单元550形成在图像传感器520中。
图6为示出了在图3、4或5中示出的图像传感器的框图。
参照图6，图像传感器320、420或520包括图像传感块610、图像传感器电路620、存储器以及信号处理块640。
存储器630存储比较参照指纹图案Drfp，其为卡的用户的指纹。图像传感块610将从指纹接触单元310、410或510传输的反射波(即，指纹图像Afp)转换为电信号。图像传感器电路620从图像传感块610接收电信号并得到指纹图像。信号处理块640确定从图像传感器电路620输出的所获得的指纹图案Dfp是否与从存储器630读取的比较参照指纹图案Drfp一致，并输出确定的结果Dout。
在图6中，示出了比较参照指纹图案Drfp被强制地存储在存储器630中。然而，在由用户的手指直接接触图像传感块610而生成的传感信号被图像传感器电路620获取并存储在存储器630中之后，所存储的传感信号可以用作为比较参照指纹图案Drfp。该功能可以由信号处理块640来控制。
个人的指纹可以包括如下五个部分。
1.脊：指纹的类似山脉的较长上部。
2.谷：与脊之间的谷类似的凹陷。
3.终点：脊结束的部分。
4.分支：脊分裂开的部分。
5.高地：三个脊在三个方向上结合的部分。
因为终点、分支和高地能够用脊和谷表示，因此在下文中，根据本发明仅使用术语脊和谷。
图7示出了指纹的谷和脊的深度的一般形状。
如上所述，指纹主要包括谷和脊。入射光形成从谷和脊反射和折射的反射波和折射波，并且谷和脊的反射波或折射波的形状彼此不同。参照图7，从上方或下方入射的光的频率具有的强度足以生成反射波和折射波。例如，具有红外频率的信号可以通过手指和衬底330、430或530。
现在，描述具有待识别指纹的手指接触根据图3中示出的本发明实施方案的指纹识别设备300的指纹接触单元310的情况。该描述可分别适用于在图4和图5示出的指纹识别设备400和500。
参照图7，当手指以适当的力接触指纹接触单元310时，可以看到指纹的形状被适当地保持。
图8示出了当具有待识别的指纹的手指施加较强的力时指纹的谷和脊的深度的形状。
参照图8，当手指以较强的力接触指纹接触单元310时，可以看到指纹的形状与在图7中示出的通常情况相比被扭曲了。然而，除了施加不可预料的过大的力的情况之外，尽管手指施加了一定量的力，但是保持了指纹的谷和脊的形状。因此，根据本发明实施方案的指纹识别设备300可示出对于过大压力(其为图1中示出的压力传感器100所不能克服的问题)的明显改进的效果。此外，相比于图2中示出的光学图像传感器200的高度，指纹识别设备300具有很低的高度(例如，在几百微米之内)，因而指纹识别设备300可以满足被插入卡中的基本条件。
图9示出了具有指纹识别功能的信用卡的实例。
参照图9，信用卡包括用于执行指纹识别功能的指纹识别设备300、400或500。如上所述，根据本发明的指纹识别设备300、400或500具有在施加在手指上的压力以及厚度方面的优点，因而指纹识别设备300、400或500可以插入到不能应用传统指纹识别设备的卡中。
尽管指纹识别设备300、400或500在图9中示出为插入卡中，但这仅是示例，并且指纹识别设备300、400或500可以附接至卡的表面。在这种情况下，指纹识别设备300、400或500的表面可以由与卡的材料相同的不透明的绝缘材料覆盖。此外，在指纹识别设备300、400或500被设置为插入卡中的情况下，指纹识别设备300、400或500的一个表面或两个表面都可以由透明的绝缘材料覆盖。
图10为将包括指纹识别设备的卡的用户认证为真正用户的方法的流程图。
参照图10，将卡的用户认证为真正用户的方法包括以下步骤：将卡插入终端(步骤1010)；获得从卡输入的指纹图案(步骤1020)；以及比较所获得的指纹图案与比较参照指纹图案(步骤1030)。
在将卡插入终端的步骤(步骤1010)中，卡的用户将包括指纹识别设备的卡插入在线连接至卡公司或者银行的卡终端。
获得从卡输入的指纹图案的步骤(步骤1020)包括以下步骤：由用户的手指接触包含在卡中的指纹识别设备(步骤1021)；从包含在指纹识别设备中的光源或者设置在卡终端的上部或下部的光源发射具有预定频率的光(步骤1022)；以及获取由从光源发射的光所生成的指纹图案(步骤1023)。
比较所获得的指纹图案与比较参照指纹图案的步骤包括以下步骤：将存储在卡中的比较参照指纹图案与所获得的指纹图案进行比较，以确定这两个指纹图案是否彼此一致(步骤1031)；当两个指纹图案彼此一致时，生成核准信号(步骤1032)；以及当两个指纹图案彼此不一致时，生成未核准信号(步骤1033)。
当从卡中输出核准信号时，卡公司或者银行提供卡的用户通过卡终端请求的服务，当输出未核准信号时，卡公司或者银行不提供任何服务。
尽管结合本发明的示例性实施方案对本发明进行了详细地说明和描述，但本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种形式上和细节上的变化。
工业应用性
如上所述，指纹识别设备、包括指纹识别设备的卡以及采用包括指纹识别设备的卡的用户认证方法，不采用可能易于在现实生活中被泄露的信息，诸如密码和居住登记号，而采用被确定为最难以复制的指纹，以由卡公司或者银行执行认证过程。

Claims (17)

1.一种指纹识别设备，包括：
指纹接触单元，指纹与其接触；以及
图像传感器，其通过采用从所述指纹接触单元反射的反射波来获得指纹图案并将比较参照指纹图案与所获得的指纹图案进行比较，
其中，所述指纹接触单元和所述图像传感器在半导体衬底的不同表面上实施。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述指纹接触单元通过半导体制造工艺中的表面研磨工艺实施。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述图像传感器包括：
存储器，其从所述指纹识别设备的外部接收并存储所述比较参照指纹图案Drfp；
图像传感块，其将从所述指纹接触单元传输的反射波转换为电信号；
图像传感器电路，其从所述图像传感块接收所述电信号并得到指纹图像；以及
信号处理块，其确定所述所获得的指纹图案Dfp与所述比较参照指纹图案Drfp是否彼此一致并输出确定的结果Dout。
4.如权利要求3所述的设备，其中，所述存储器将通过采用所述图像传感块和所述图像传感器电路获得的指纹图案存储作为所述比较参照指纹图案Drfp，代替从外部接收和存储所述比较参照指纹图案Drfp。
5.如权利要求1所述的设备，其中，从所述指纹接触单元反射的所述反射波是由光源生成的，所述光源在从所述指纹接触单元的上部或者从所述图像传感器的上部朝向所述指纹接触单元的方向上发射。
6.如权利要求1所述的设备，进一步包括光发射单元。
7.如权利要求6所述的设备，其中，从所述光发射单元发射的光具有红外频率。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述光发射单元包括一个或多个发光二极管。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述光发射单元连同所述指纹接触单元和所述图像传感器一起在所述半导体衬底中实施，或者所述光发射单元在所述图像传感器中实施。
10.一种包括指纹识别设备的卡，其中，所述指纹识别设备预先存储了比较参照指纹图案，所述比较参照指纹图案为卡的用户的指纹图案；所述指纹识别设备获得输入到所述卡中的指纹；并且所述指纹识别设备确定所存储的指纹图案和所获得的指纹图案是否具有相同的图案。
11.如权利要求10所述的卡，其中，所述指纹识别设备包括：
指纹接触单元，指纹与其接触；以及
图像传感器，其通过采用从所述指纹接触单元反射的反射波来获得指纹图案并将所述比较参照指纹图案与所述所获得的指纹图案进行比较，所述比较参照指纹图案为所述卡的用户的指纹图案，
其中，所述指纹接触单元和所述图像传感器在半导体衬底的不同表面上实施。
12.如权利要求10所述的卡，其中，所包括的指纹识别设备的一个表面或两个表面由绝缘材料覆盖。
13.一种用于包含指纹识别设备的卡的用户认证方法，包括以下步骤：
将包含所述指纹识别设备的所述卡插入在线连接至卡公司或者银行的卡终端；
获得从所述卡输入的指纹图案；以及
将所获得的指纹图案与比较参照指纹图案进行比较，所述比较参照指纹图案为所述卡的用户的指纹图案。
14.如权利要求13所述的方法，其中，获得从所述卡输入的指纹图案的步骤包括：
用手指接触包含在所述卡中的所述指纹识别单元的指纹接触单元；
向所述指纹识别设备的所述指纹接触单元发射具有预定频率的光；以及
获取由从光源发射的光生成的指纹图案。
15.如权利要求14所述的方法，其中，具有所述预定频率的所述光由设置于所述卡终端的上部或下部的光源发射，或者由包含在所述卡中的光源发射。
16.如权利要求15所述的方法，其中，具有所述预定频率的所述光为红外光。
17.如权利要求13所述的方法，其中，将所获得的指纹图案与比较参照指纹图案进行比较的步骤包括以下步骤：
将存储在所述卡中的所述比较参照指纹图案与所述所获得的指纹图案进行比较，以确定所述比较参照指纹图案与所述所获得的指纹图案是否彼此一致；
当所述比较参照指纹图案与所述所获得的指纹图案彼此一致时，生成核准信号；以及
当所述比较参照指纹图案与所述所获得的指纹图案彼此不一致时，生成未核准信号。
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