CN102037477B - 指纹读取器及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种指纹读取器，包括指纹传感器和刚性元件，该指纹传感器适于输出与接合传感器的敏感表面的手指指纹有关的信息，该刚性元件包括凹槽/空腔或通孔，传感器被放置在凹槽/空腔/通孔中，使得敏感表面暴露于周围。刚性元件会防止损坏读取器。此外，刚性元件可以具有一个或多个导电面部分，该导电面部分与传感器的敏感表面相邻放置并适于在手指接触传感器时被手指接触，使得刚性元件形成为读取器的一部分。

Description

指纹读取器及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种指纹读取器，特别是，涉及一种比较耐用的指纹读取器，该读取器用于例如信用卡以及其它类型的在一定程度上可弯曲的元件中。
背景技术
指纹读取器可参见例如WO99/41696和WO2005/124659。
一般说来，指纹读取器基于不可弯曲的技术，当其设置在可弯曲元件中时会产生问题。
发明内容
在第一方面中，本发明涉及一种指纹读取器，包括：
指纹传感器，适于输出与接合传感器的敏感表面的手指指纹有关的信息，
刚性元件，其包括凹槽/空腔或通孔，
传感器被放置在凹槽/空腔/通孔中，使得敏感表面暴露于周围。
在本文中，指纹读取器会广义地解释为一种用于确定与手指指纹有关的信息的元件。
指纹传感器是一种适于感测至少部分指纹的元件，并通常利用敏感或感测表面来完成。指纹传感器可适于在一次测量中确定整个(相关部分)的指纹，这意味着指纹传感器具有足够大的敏感表面以便手指的相关部分同时与其接触，或为了连续感测指纹的部分，指纹传感器可适于使手指扫过传感器。
传感器的信息输出可以是从中能够推导有关指纹信息的任何类型的信息。这可以是描述指纹脊或沟的位置/形状的2D信息，或更复杂和/或更压缩的数据。从传感器到传感器在很大程度上是不同的。
在本文中，刚性元件是一种为传感器提供足够的刚性/支撑传感器使得在遭受预定的力时不会弯曲太多的元件。自然地，从应用到应用该特征是不同的，取决于传感器必须多么耐用，但是例如在信用卡中使用，刚性优选是100N/mm2或更多，例如150N/mm2，优选是200N/mm2或更多，例如250N/mm2，优选是300N/mm2或更多，例如350N/mm2，优选是400N/mm2或更多。
在优选的实施例中，刚性元件包括聚合物层、金属层、玻璃纤维/环氧树脂层，例如PCB，其定义了刚性元件的整体刚性并具有0.2mm或更大的厚度，例如0.4mm或更大、0.5mm或更大、1mm或更大。
优选地，凹槽/空腔或通孔沿刚性元件的主外表面延展，用于将传感器放置其中，而敏感表面远离刚性元件。
在第一实施例中：
刚性元件包括一个或多个第一导电体，
传感器包括一个或多个第二导电体，该第二导电体适于承载输出信息，第二导电体中的每一个与第一导电体连接。
在此实施例中，刚性元件可以是PCB，其中第一导电体形成在PCB的导电层中。
在一个实施例中，例如第一实施例，刚性元件还包括一个或多个导电表面部分，该导电表面部分与传感器的敏感表面相邻放置并适于在手指接触传感器时被手指接触。这些传导表面部分可选地或附加地与凹槽/空腔/通孔的外边缘相邻放置。
在本文中，″相邻(adjacently)″指的是手指同时接触传感器的导电表面部分和敏感表面部分两者。因此，通常地，导电表面部分和敏感表面部分将不超过5mm，例如3mm，优选的是彼此不超过2mm或1mm。
在该实施例中，优选的是，读取器还包括用于提供信号给导电表面部分的装置，其中传感器适于根据提供给表面部分的信号提供输出信息。
优选的是，使用所谓的有源电容测量，其中经由导电表面将RF信号输入到手指，并且传感器的敏感元件，如天线，将感测该信号由于信号强度取决于电容/电阻连接，因此来自于皮肤和像素之间的距离。
此外，将传感器和导电表面放置在相对于彼此固定的位置，这将增强检测和结构的安装。
在该实施例或另一个实施例中，读取器还包括处理元件，该处理元件包括身份信息，该处理元件适于：
从传感器接收输出信息，
将所接收的信息与身份信息相比较，以及
确定所接收的信息和身份信息之间的一致性。
在本文中，“一致性(correspondence)”将涉及实际类型的信息。重要的是，从这些信息可以确定所检测/感测的指纹是否对应于与已经存储的信息有关的信息。
因此，可基于所确定的指纹信息和预定的身份信息来确定人员身份，这些信息可存储在传感器中或与传感器有关。
在这方面，人员的肯定标识符或相应信息会致使应用的运行，该应用只有在肯定标识符下是可用的。该应用可以涉及作为现金交易的一部分的数据的传输或区域门/入口的打开。现今由智能卡或标识符令牌处理的任何应用可以这种方式开始。
尤其感兴趣的方面涉及信用卡大小的卡，该卡包括按照本发明第一方面的指纹传感器。
信用卡大小的卡是一种具有最长15cm或更小长度和3mm或更小厚度的卡。实际上，优选如标准信用卡的大小。此类型的卡的一种定义是所谓的ID-1大小的卡。
这种信用卡必须是可弯曲的，按照ISO/IEC10373-1标准所说明的，经受试验荷载的卡必须具有35mm与13mm之间的失真，并且在去除荷载之后一分钟之内，必须与其平直状态相比回到不超过1.5mm的失真。
所需要的可弯性给传感器带来问题。因此，优选的是，传感器被刚性化，或通过刚性元件使得传感器的周围更具有刚性。另外，期望保持这种卡整体需要的刚性/可弯性，使得刚性元件沿矩形卡的最长侧的延展不超过25％，例如不超过20％。因此，虽然传感器的周围更具有刚性，但这种卡的其余部分可以允许弯曲。
在这方面中，优选的是，卡还包括适于从传感器接收输出信息的处理元件，其中刚性元件还包括一个或多个导电表面部分，每一个导电表面部分与处理元件连接。因此，来自传感器的信号会经由刚性元件提供给处理元件，其可以是可与处理元件连接同时对该元件提供一定刚性并使之避免受过度弯曲的PCB。
本发明的最后一方面涉及按照第一方面的指纹读取器或按照尤其感兴趣的方面的卡的操作方法，所述方法包括如下步骤：
手指接合传感器的敏感表面，
传感器输出对应的输出信息。
因此，在用户以更随机的方式处理读取器的操作期间和待用时段期间，传感器由刚性元件支撑或变更具有刚性。
在一个实施例中，刚性元件包括一个或多个第一导电体，该方法包括传导输出信息给该第一导电体。因此，使用刚性元件不仅用于使传感器变得有刚性，还用于从传感器传送出信号。
在该实施例或另一个实施例中，接合步骤包括手指还接触与传感器的敏感表面相邻放置的刚性元件的一个或多个导电表面部分。然后，具体地，当输出步骤包括提供信号给导电表面部分并根据提供给导电表面部分的信号提供输出信息，可以得到更好的指纹读取。
虽然便于两个元件的相对位置之间的良好关联，相对于刚性元件放置传感器并同时使用刚性元件的表面会致使更简单的安装。
在另一个实施例中，该方法还包括如下步骤：
将输出信息与预定的身份信息相比较，以及
确定所接收的信息和身份信息之间的一致性。
因此，可以确定人员的身份或人员对例如用于例如交易、存取等的卡的可用性，并且这种卡等的处理元件可随后用于处理另外的操作，这些操作只有当已经输入正确指纹时才可允许/被运行/被启动。
附图说明
在下文中，将参照附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1示出了优选实施例的俯视图；
图2和图3示出了两个不同实施例的横截面；以及
图4示出了两种感测方法。
具体实施方式
在图1中，卡或读取器8的优选实施例具有放置在刚性元件/PCB10上或在刚性元件/PCB10中的传感器12，以便于手指扫过传感器12从而输出与手指指纹有关的信息。
在本实施例中，传感器12适于手指(细长形结构)的扫过动作。作为选择，使用较大面积的传感器适于感测没有手指动作的指纹。
现有的传感器12是所谓的有源电容测量类型，其需要与传感器相邻放置的一个或多个电极14和16，以便在扫过的同时将信号提供给手指。此类型的传感器可参见WO99/41696。在下面对其进行进一步描述。
另外，处理器24可以被设置在PCB10上，用于接收传感器12的信息输出并提供或控制提供给电极14和16的信号。
处理器24和周围(例如，读卡器等)之间的通信/动力传送可以经由电极18、20、22处理，其设置在传感器12周围。然而，可以自由地选择这些电极的位置。自然地，这种动力传送或通信也可以另外或者作为选择在电极14和16上进行。
为了提供PCB10和在卡8中附装在其上的元件，可以以和现今在智能卡中对芯片等分层相同的方式进行大量分层。
在图2和图3中，可参见图1中沿阴影线的横截面。两个附图示出了可选的实施例，其中传感器12或者被设置在PCB10的空腔/凹槽26(参见图2)中或者被设置在PCB10的通孔26′(参见图3)中。
应注意的是，电极14、16、18和20的厚度可以被放大，但是原则上可以使用其任何位置和其任何厚度。较厚电极还有助于提供支撑传感器12的刚性元件10。
优选的是，为了确保在其上扫过的手指接触所有这些表面，至少传感器12的表面和电极14、16彼此接近并处于相同的高度。
可见在空腔26/通孔26′中提供传感器12具有许多优点。一个优点是传感器12被优选是相对刚性的PCB10保护。细长形或较大面积的传感器12会很容易损坏，因为其通常具有玻璃的强度和脆度，并且期望提供非常薄的传感器12。实际上，例如，为了具有尽可能小的总厚度，期望将传感器12磨回到100μm的厚度。
该薄的传感器12在PCB10中只需要非常浅的凹槽或空腔，而更高或更厚的传感器12可能需要取决于PCB10的厚度的通孔。
为了提供具有期望的刚性的传感器12，PCB10或PCB可以是多层，例如四层，PCB具有200-1000N/mm2的抗弯强度，例如在460N/mm2与580N/mm2之间，这是1.6mm的玻璃纤维/环氧树脂PCB衬底的抗弯强度(IPC-TM-650，测试方法2.4.4)。
自然地，通过改变PCB10的厚度或组成来改变该刚性。
传感器12可以以任何期望的方式固定在PCB10上。通常地，传感器12将与一个或多个PCB10的导电体(未示出)电连接，并且这种连接被发现是足够的。作为选择或另外，可使用粘合剂或焊接/熔接。
通常地，PCB10将具有多个使电极14、16、18、20和22与处理器24和传感器12互相连接的导电元件。这些元件可以被设置在PCB10的表面上和/或以多层结构设置在PCB10中。
目前，PCB10可以用于芯片信用卡8，借此处理器24可用于处理来自传感器12的数据，将所获得的数据与所存储的数据相比较以便于确定是否允许接合卡的人员使用该卡，以及由芯片卡处理的正常交易/通信。作为选择，可以使用多个处理器(芯片、ASIC、FPGA或其组合)。
自然地，可以例如经由电极18、20、22、无线(例如，无线电、RF、RFID、红外、电磁场)或经由其它电极使用任何类型的通信。
如上所述，优选的测量方法是有源电容测量方法，其由瑞典的指纹卡片AB使用，带来了许多有力的优点，例如确认的高图像质量、可编程像素元件和来自每一个像素元件的256灰度值。传感器包含小电容偏板，其中每个电容偏板使其自己的电路嵌入到芯片中。传感器使用FPC自己的方法HSPA(高灵敏度像素放大器(HighSensitivePixelAmplifier))，该方法允许传感器中的每个像素元件检测非常弱的信号，这改进了所有类型的手指的图像质量。
直接电容测量和有源电容测量分别在图4的上部和下部示出。
产生经由手指发送的极其微弱的电荷，这在手指的脊或沟和传感器的板之间构造了一种图案。利用这些电荷，传感器测量跨表面的电容图案。
这种产品还具有保护涂层，比其它供应商厚25到30倍，这帮助传感器经受大大高于欧洲共同体标准4级的15kV的静电放电(ESD)要求以及损耗和磨损。
电容具有保持电荷的能力。传感器12包含数以万计的小电容偏板，其中每个电容偏板使其自己的电路嵌入到芯片中。当手指放置在传感器上时，产生极其微弱的电荷，这在手指的脊或沟和传感器的板之间构造了一种图案。利用这些电荷，传感器测量跨表面的电容图案。测得的值被传感器数字化然后发送给邻近的微处理器。
电容传感器的表面是整齐的板阵列，能够测量这些板和指纹轮廓之间的电容。这可以通过对板直接施加电荷来完成。
图4的下部方法是优选的方法，其被称为有源测量方法，有时称为反射或感应电容测量，并且它带来了许多优点。利用电容传感器配置内的可编程逻辑能够读出并且调整对不同皮肤类型和条件的传感器接收。另一个重要的好处在于，指纹表面和传感器板之间的增强信号通信允许在传感器表面上引入坚固的保护涂层，直到比其他供应商厚25到30倍。这使得传感器能维持直到并且大大高于15kV的静电放电(ESD)的要求，以及超过一百万次对传感器触摸的磨损周期测试。

Claims (11)

1.一种指纹读取器，包括：
指纹传感器，适于输出与接合传感器的敏感表面的手指指纹有关的信息，
刚性元件，其包括凹槽/空腔或通孔，
传感器被放置在所述刚性元件的凹槽/空腔/通孔中，使得敏感表面暴露于周围，
其特征在于：
所述刚性元件包括一个或多个第一导电体，以及
所述传感器包括一个或多个第二导电体，所述第二导电体适于承载输出信息，所述第二导电体中的每一个与第一导电体连接。
2.如权利要求1所述的读取器，其中：
所述刚性元件还包括一个或多个导电表面部分，所述导电表面部分与传感器的敏感表面相邻放置并适于在手指接触传感器时被手指接触。
3.如权利要求2所述的读取器，还包括用于提供信号给所述导电表面部分的装置，其中传感器适于根据提供给所述表面部分的信号提供输出信息。
4.如权利要求1所述的读取器，其中所述刚性元件包括聚合物层、金属层、或玻璃纤维/环氧树脂层，其定义了刚性元件的整体刚性并具有0.2mm或更大的厚度。
5.如前面任何一个权利要求所述的读取器，还包括处理元件，所述处理元件包括身份信息，所述处理元件适于：
从传感器接收输出信息，
将所接收的信息与身份信息比较，以及
确定所接收的信息和身份信息之间的一致性。
6.一种卡，其包括如前面任何一个权利要求所述的指纹读取器。
7.如权利要求6所述的卡，还包括适于从传感器接收输出信息的处理元件，其中刚性元件还包括一个或多个导电表面部分，每一个导电表面部分与处理元件连接。
8.一种如权利要求1-5中的任一项所述的指纹读取器或如权利要求6或7所述的卡的操作方法，所述方法包括：
手指接合传感器的敏感表面，
传感器输出对应的输出信息，以及
将输出信息传导给所述第一导电体。
9.如权利要求8所述的方法，其中，接合步骤包括手指还接触与传感器的敏感表面相邻放置的刚性元件的一个或多个导电表面部分。
10.如权利要求9所述的方法，其中，输出步骤包括提供信号给所述导电表面部分，并且根据提供给所述表面部分的信号提供输出信息。
11.如权利要求8所述的方法，还包括如下步骤：
将输出信息与预定的身份信息比较，以及
确定所接收的信息和身份信息之间的一致性。
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