CN105160335A - 一种触摸上电指纹读头组件及指纹识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触摸上电指纹读头组件，包括压板、保护壳以及半导体指纹读头，半导体指纹读头与保护壳之间设有感应片。本发明还涉及一种触摸上电指纹识别系统，包括半导体指纹读头、显示屏和/或键盘以及控制主板，半导体指纹读头的边框上设置感应片，控制主板包括电容检测芯片，电容检测芯片将检测到的感应片与人体手指之间的电容变化转化为信号发送至主芯片，主芯片根据信号驱动显示屏及/或背光光源的电源管理模块。在通电的情况下，使用者只需将手指放在指纹采集区即可点亮显示屏及/或背光光源，省略了事先对系统的屏幕或键盘区域进行触摸上电的操作，一方面为使用者带来了更好的操作体验，另一方面节约能耗、提高了系统的续航能力。

Description

一种触摸上电指纹读头组件及指纹识别系统

技术领域

本发明涉及半导体指纹识别技术和电容式触摸感应技术及其应用。

背景技术

指纹读头，是利用人体生物特征指纹来进行身份安全识别，具有不可替代，不可复制和唯一性的特点，其采用高科技的数字图像处理、生物识别及DSP算法等技术，用于门禁安全、进出人员识别控制，是符合现代安防要求的新一代门禁系统。指纹读头以手指取代传统的钥匙及现有的IC、ID卡功能，它利用人体指纹的各异性和不变性，为用户提供安全可靠的加密手段，使用时只需将手指平放在指纹采集面板上，即可完成开锁任务，操作十分简便。而且避免了传统机械锁、识别卡、密码锁等由于钥匙的丢失与盗用、识别卡的伪造或密码锁的破译所造成的损失。

带有指纹读头的指纹识别系统还可具有显示屏汉字显示功能和键盘导航功能，从而增强门禁的防护措施，实现安全、方便的管理。

键盘和/或显示屏作为指纹读头的辅助设备，构成指纹识别系统的一部分，用于对指纹采集过程进行提示或者显示，提高用户完成指纹识别过程的便利性。另外，位于指纹采集区或键盘区的背光光源用于突出显示指纹采集的位置或按键的位置。然而，现有的指纹识别系统中，显示屏及/或背光光源是通过指纹识别系统的总开关进行控制，工作模式为常开或者常闭，在一些工作场合，为了降低系统功耗，通常将系统工作模式设置为常开。因此，使用者直接将手放在指纹采集区不能使系统开始工作，也就是说不能仅通过将手指放在指纹采集区来点亮显示屏及/或背光光源。实际的情况是，进行指纹识别操作之前，需要先通过触摸显示屏或辅助键盘来启动系统电源、点亮显示屏及/或背光光源，继而根据屏幕显示或系统语音播报的指纹采集指示，将手指放置在指纹采集区域进行扫描采集。这一过程需要用户进行两次手部动作，用户体验较差。

人们希望通过技术改进提升这一体验，希望仅仅将手指放在指纹采集区域就能启动系统电源、点亮显示屏及/或背光光源，继而进行扫描采集。

CN102681777A(公开日2012年9月19日，申请人华为终端有限公司)公开了一种移动终端，包括指纹传感器、处理器、显示屏，其特征在于：所述指纹传感器，用于采集指纹数据；所述处理器，用于若所述指纹传感器采集到指纹数据，则执行点亮显示屏的指令，点亮所述显示屏。该方案可以随着人手指的感应点亮显示屏，缺点是实现时需要对CPU进行复杂程序设计，程序运行功耗大。

对于采用电池供电的指纹识别系统而言，功耗过大将极大影响用户体验，甚至使得产品无法正常使用。以装配有该指纹识别系统的智能门锁为例，该门锁通常由电池供电并采用小型液晶显示屏降低功耗，以保证一组电池能够支撑智能锁正常工作数年时间。如果系统功耗过大，则需要频繁更换电池或者因电池电量过低而无法正常开锁，为人们的生活带来极大不便。因此华为终端有限公司的上述技术方案不能解决某些应用场合下对降低功耗的实施要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种在指纹采集过程中随着人手指的感应来点亮显示屏及/或背光光源的触摸上电指纹读头组件，以及一种触摸上电指纹识别系统。

为了达到上述目的本发明采用如下技术方案：

一种触摸上电指纹读头组件，包括压板、保护壳以及半导体指纹读头，所述压板及所述保护壳通过匹配的卡扣将所述半导体指纹读头夹持在所述压板与所述保护壳之间，其中所述保护壳设有第一镂空区，所述第一镂空区与所述半导体指纹读头的采集面板形状匹配，便于进行指纹采集；其特征在于：

在所述半导体指纹读头与所述保护壳之间还设有感应片，所述感应片也夹持在所述压板与所述保护壳之间，并设有与所述第一镂空区形状匹配的第二镂空区，且所述感应片适合于与用于点亮显示屏及/或背光光源的电源管理模块电连接，所述感应片用于在手指穿过所述第二镂空区时驱动电源管理模块点亮显示屏及/或背光光源。

优选地，所述半导体指纹读头与所述感应片之间还设有绝缘片，所述绝缘片也夹持在所述压板与所述保护壳之间，并设有与所述第一镂空区及第二镂空区形状匹配的第三镂空区。

优选地，所述绝缘片采用PVC材料制成。

优选地，所述绝缘片的厚度为0.2毫米至0.5毫米，优选0.4毫米。

优选地，所述感应片采用铜材料制成。

为了达到上述目的本发明还提出如下技术方案：

一种指纹识别系统，包括半导体指纹读头、与之电连接的显示屏和/或键盘、以及控制主板，所述半导体指纹读头包括采集面板和边框，所述控制主板包括主芯片和用于点亮显示屏及/或背光光源的电源管理模块，其特征在于：

所述边框上面设置一感应片，所述感应片与所述边框之间设置一绝缘层；

所述控制主板还包括一电容检测芯片，所述电容检测芯片的输入端与所述感应片连接，所述电容检测芯片的输出端与所述主芯片连接；所述电容检测芯片用于检测感应片与人体手指之间的电容变化，并将所述电容变化转化为信号发送至所述主芯片；

所述主芯片用于根据所述信号驱动所述电源管理模块。

优选地，所述感应片至少覆盖所述边框中易于被人体手指碰触的位置。

优选地，所述绝缘层为一绝缘片，或者为形成在所述感应片下表面或所述边框上表面的绝缘涂层。

优选地，所述电容检测芯片的电源电压为3-5V，优选3.3V。

优选地，所述电容检测芯片的电源在主芯片驱动所述电源管理模块完成显示屏和/或背光光源的触摸上电后，由主芯片控制其处于断开状态直至所述指纹识别系统待机后闭合。

本发明提供的触摸上电指纹读头组件和指纹识别系统，对显示屏及/或背光光源的控制更加智能化，在系统通电的情况下，通过人手指的感应来点亮显示屏及/或背光光源，无需先对系统的屏幕或键盘区进行触摸上电，一方面本发明为使用者带来了更好的操作体验；第二方面本发明所采用的方案能耗极低，所附加的部件和电路不会降低设备的续航能力；第三方面本发明的指纹读头组件无需改变现有指纹读头的结构，模块化生产成本以及针对现有指纹读头组件的改造成本低；第四方面本发明可广泛应用于各类指纹识别门禁系统，例如智能指纹锁；银行、证券、保险等金融行业工作人员的签到、签退、授权；会员管理指纹身份网络认证；考生身份识别的指纹认证；政府办公自动化的安全认证管理等，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明触摸上电指纹读头组件的第一实施例的分层爆炸视图；

图2是本发明触摸上电指纹读头组件的第一实施例的装配示意图；

图3是本发明触摸上电指纹识别系统的电路原理图；

图4是本发明触摸上电指纹读头组件的第二实施例的分层爆炸视图；

图5-6是本发明触摸上电指纹读头组件替换例中绝缘涂层的示意图；

图7是本发明触摸上电指纹读头组件的第三实施例的分层爆炸视图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1-图2显示了本发明的第一实施例，一种触摸上电指纹读头组件，包括压板5、保护壳1以及指纹读头4，所述指纹读头4包括采集面板41和边框42，从图示形式可以看出为一般的半导体指纹读头结构，本发明不对其型号作出限制。所述压板5及所述保护壳1通过匹配的卡扣将所述指纹读头夹持在所述压板5与所述保护壳1之间，其中所述保护壳1设有第一镂空区10，所述第一镂空区与所述指纹读头的采集面板41形状匹配，便于进行指纹采集；在所述指纹读头4与所述保护壳1之间还设有感应片2，所述感应片2也夹持在所述压板5与所述保护壳1之间，并设有与所述第一镂空区10形状匹配的第二镂空区20，且所述感应片2与用于点亮显示屏及/或背光光源的电源管理模块电连接，用于在手指穿过所述第二镂空区时通过所述感应片2驱动电源管理模块点亮显示屏及/或背光光源，必要时可通过编写程序进行控制。优选地，该感应片2为铜片。

在本发明的指纹读头组件结构中，所述半导体指纹读头4与所述感应片2之间还夹设有绝缘片3，所述绝缘片3设有与所述第一镂空区及第二镂空区形状匹配的第三镂空区30，所述绝缘片3用来隔开指纹读头4与感应片2或2’,避免指纹读头的信息采集区电流作用于感应片产生电容变化，从而避免造成系统不期望的上电。

所述绝缘片3的材质、厚度和面积的选择以使指纹采集区电流对感应片的干扰降低到越小越好。例如所述绝缘片3的覆盖面积大于或等于感应片2或2’的面积，以使感应片2或2’的所有区域与指纹读头的边框之间均隔离有绝缘层。本实施例中采用绝缘片为PVC材质，厚度为0.2毫米至0.5毫米，优选0.4毫米，实际应用中能够获得良好的抗干扰效果。

上述触摸上电指纹读头组件适合于用于实现本发明的指纹识别系统。需要了解的是，上述触摸上电指纹读头组件中的压板和保护壳仅是对指纹读头组件的模块化生产而言存在价值，在指纹识别系统中对实现触摸上电或指纹识别而言并非必要。

在本发明的指纹识别系统中，为了使该感应片2能够驱动显示屏和/或背光光源的电源管理模块并且不额外增加过大功耗，本发明采用了在指纹识别系统的电路中增加一个触摸芯片的方式来实现使感应片驱动电源管理模块。具体而言，感应片2驱动电源管理模块的方式可以通过如图3所示的原理图显示。图中，感应片2通过导线与触摸芯片6的输入端连接，触摸芯片6的输出端与系统主芯片7的输入端相连，主芯片7包括显示屏和背光光源的电源管理模块。所述显示屏对指纹采集过程进行提示或者显示，所述背光光源位于指纹采集区或键盘区用于突出显示指纹采集的位置或按键的位置。当人体手指接近感应片2时，触摸芯片6检测到感应片2区域的电容变化，判断有手指在感应片2上，然后触摸芯片6发出一个信号给主芯片7，主芯片7收到这个信号后，驱动显示屏和/或背光光源的电源管理模块，点亮显示屏和/或背光光源，并启动指纹模块识别指纹。

图3所示的电路原理图显示，触摸芯片6本身采用3.3V电源驱动，并且外围电路设计简单，仅包含几个电子元件，功耗极低。当然，3.3V并非限制，5V以内的触摸芯片6均可实现本发明并获得较佳系统续航效果。

本发明为了进一步降低功耗，对触摸芯片6本身的电源进行管理。触摸芯片6的电源电路处于常闭状态，在触摸芯片6感应到感应片2与人体手指之间的电容变化并将信号发送至主芯片使显示屏和背光光源点亮后，主芯片7控制触摸芯片6的电源电路断开以节约能源。直至系统恢复待机状态，显示屏和指纹读头的背光光源关闭后，触摸芯片6的电源电路才恢复闭合以供下次触摸上电使用。

图4显示了本发明指纹读头组件结构的第二实施例，其中感应片2’呈大致L型或反向L型，同样夹设在指纹读头4与保护壳1之间，所不同的是感应片2’仅局部覆盖指纹读头4的边框42。这样设计感应片2’，在人体手指接近指纹扫描区域时同样可以对感应片2’产生电容变化，从而对系统上电。基于这一设计原则，感应片2’可以全部或部分覆盖指纹读头的边框，至少覆盖所述边框中易于被人体手指碰触的位置。例如根据人体工学，细长的手指形状在接近指纹读头时，边框中靠近人体的一侧更易于被手指不经意碰触，因此此区域覆盖的感应片更容易被人体感应产生电容变化。当然，对于较粗的手指，两侧的边框也较容易被手指不经意碰触，因此在两侧边框区域覆盖感应片也可达到同样的发明目的。

在本发明指纹读头组件结构的第二实施例中，所述半导体指纹读头4与所述感应片2’之间也夹设有绝缘片3，避免指纹读头的信息采集区电流作用于感应片产生电容变化造成系统不期望的上电。

另一替代方案中，绝缘片3可替换为绝缘涂层3’或者3”，如图4和图5所示，绝缘涂层3’设置在指纹读头4的边框上表面的全部或局部，至少与感应片2或2’的形状、面积相同或者比之更大；绝缘层3”设置在感应片2或2’的下表面并覆盖全部表面。

作为上述实施例的部分优选方案，所述压板5及所述保护壳1采用非金属材料，如ABS材料制成。

作为实现本发明的触摸上电指纹读头组件的第三实施例，如图7所示，由压板5、保护壳1和半导体指纹读头4’组成，其中所述半导体指纹读头4’的金属边框通过导线与指纹识别系统中的触摸芯片连接，兼做本发明中的感应片。这一方案省略了感应片和绝缘片，简化了指纹读头组件的结构。

有益效果

本发明提供的触摸上电指纹读头组件和指纹识别系统，利用人体工学原理，巧妙地在指纹读头区域设置感应片，并借助简单的芯片对显示屏及/或背光光源进行上电控制，使人机交互更加友好、便利，提升了用户体验。在系统通电的情况下，通过人手指的感应来点亮显示屏及/或背光光源，无需先对系统的屏幕或键盘区进行触摸上电。综合来讲，本发明在以下几方面具有显著的进步：

一、为使用者带来了更好的操作体验；

二、系统能耗极低，所附加的部件和电路不会降低设备的续航能力，特别适用于对续航能力高的智能设备；

三、改变了半导体指纹读头不能直接对系统的显示屏或键盘直接进行上电的限制，可预见将带来半导体指纹读头在各领域应用中操作方式的变革；

四、无需改变现有半导体指纹读头的结构，可针对现有的指纹读头进行组件化改造和生产，成本低，利于产业推广；

五、可广泛应用于各类指纹识别门禁系统，例如智能指纹锁；银行、证券、保险等金融行业工作人员的签到、签退、授权；会员管理指纹身份网络认证；考生身份识别的指纹认证；政府办公自动化的安全认证管理等，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种触摸上电指纹读头组件，包括压板、保护壳以及半导体指纹读头，所述压板及所述保护壳通过匹配的卡扣将所述半导体指纹读头夹持在所述压板与所述保护壳之间，其中所述保护壳设有第一镂空区，所述第一镂空区与所述半导体指纹读头的采集面板形状匹配，便于进行指纹采集；其特征在于：

在所述半导体指纹读头与所述保护壳之间还设有感应片，所述感应片也夹持在所述压板与所述保护壳之间，并设有与所述第一镂空区形状匹配的第二镂空区，且所述感应片适合于与用于点亮显示屏及/或背光光源的电源管理模块电连接，所述感应片用于在手指穿过所述第二镂空区时驱动电源管理模块点亮显示屏及/或背光光源。

2.根据权利要求1所述的触摸上电指纹读头组件，其特征在于：

所述半导体指纹读头与所述感应片之间还设有绝缘片，所述绝缘片也夹持在所述压板与所述保护壳之间，并设有与所述第一镂空区及第二镂空区形状匹配的第三镂空区。

3.根据权利要求2所述的触摸上电指纹读头组件，其特征在于：

所述绝缘片采用PVC材料制成。

4.根据权利要求3所述的触摸上电指纹读头组件，其特征在于：所述绝缘片的厚度为0.2毫米至0.5毫米，优选0.4毫米。

5.根据权利要求1所述的触摸上电指纹读头组件，其特征在于：

所述感应片采用铜材料制成。

6.一种指纹识别系统，包括半导体指纹读头、与之电连接的显示屏和/或键盘、以及控制主板，所述半导体指纹读头包括采集面板和边框，所述控制主板包括主芯片和用于点亮显示屏及/或背光光源的电源管理模块，其特征在于：

所述边框上面设置一感应片，所述感应片与所述边框之间设置一绝缘层；

所述控制主板还包括一电容检测芯片，所述电容检测芯片的输入端与所述感应片连接，所述电容检测芯片的输出端与所述主芯片连接；所述电容检测芯片用于检测感应片与人体手指之间的电容变化，并将所述电容变化转化为信号发送至所述主芯片；

所述主芯片用于根据所述信号驱动所述电源管理模块。

7.根据权利要求6所述的指纹识别系统，其特征在于：所述感应片至少覆盖所述边框中易于被人体手指碰触的位置。

8.根据权利要求6所述的指纹识别系统，其特征在于：所述绝缘层为一绝缘片，或者为形成在所述感应片下表面或所述边框上表面的绝缘涂层。

9.根据权利要求6所述的指纹识别系统，其特征在于：所述电容检测芯片的电源电压为3-5V，优选3.3V。

10.根据权利要求6或9所述的指纹识别系统，其特征在于：所述电容检测芯片的电源在主芯片驱动所述电源管理模块完成显示屏和/或背光光源的触摸上电后，由主芯片控制其处于断开状态直至所述指纹识别系统待机后闭合。