CN105205446A - 指纹检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种指纹检测装置。该指纹检测装置包括电路板、处理器、导电基板、指纹传感芯片及活体识别组件。指纹传感芯片安装于导电基板上，并与导电基板电连接，指纹传感芯片用于采集待验证者的手指的指纹图案，并可将指纹图案传输给处理器；活体识别组件包括光源模块和光感测器，光源模块可发出光信号；光感测器可接收被待验证者的手指反射的光信号，并可将被手指反射的光信号传输至处理器；其中，处理器可将被手指反射的光信号转换成脉搏信号，处理器可根据该脉搏信号确定是否启动指纹传感芯片，处理器还可根据该指纹图案以确定待验证者的身份。上述指纹检测装置能够用于检测活体指纹，使得指纹验证身份更加的安全可靠。

Description

指纹检测装置

技术领域

本发明涉及触摸屏领域，特别是涉及一种指纹检测装置。

背景技术

现有技术的常规指纹识别装置只识别待测指纹图案，与系统中记录的指纹图案进行比对，若判定一致，则判定该指纹图案验证通过。现在市场上出现了专门的仿制指纹膜技术，通过复制受试者的指纹图案，可在类似硅胶材料上复制指纹，因复制的指纹与受试者指纹相同，同样也能获得常规指纹识别装置的验证通过，这就使得原本打算利用人体指纹唯一性的特点进行身份验证的安全性得不到保证。

发明内容

基于此，有必要提供一种用于识别活体指纹的指纹检测装置，使得上述指纹检测装置验证身份更加的安全可靠。

一种指纹检测装置，包括：

电路板；

处理器，与所述电路板电连接；

导电基板，与所述电路板电连接；

指纹传感芯片，安装于所述导电基板上，并与所述导电基板电连接，所述指纹传感芯片用于采集待验证者的手指的指纹图案，并可将所述指纹图案传输给所述处理器；及

活体识别组件，包括光源模块和光感测器，所述光源模块与所述导电基板电连接，所述光源模块可发出光信号；所述光感测器与所述导电基板电连接，所述光感测器可接收被所述待验证者的手指反射的光信号，并可将被所述手指反射的所述光信号传输至所述处理器；

其中，所述处理器可将被所述手指反射的所述光信号转换成脉搏信号，所述处理器可根据所述脉搏信号确定是否启动所述指纹传感芯片，所述处理器还可根据所述指纹图案确定所述待验证者的身份。

在其中一个实施例中，还包括封装件，所述封装件与所述导电基板固定连接，且所述封装件与所述导电基板共同配合形成收容所述指纹传感芯片的第一收容腔、收容所述光源模块的第二收容腔及收容于所述光感测器的第三收容腔；所述封装件上还开设有连通所述第二收容腔和外界的出光孔，以及连通所述第三收容腔和外界的入光孔。

在其中一个实施例中，所述封装件的材料为环氧塑封料。

在其中一个实施例中，还包括外框，所述外框为一端开口的壳体，所述外框上开设有操作孔，所述外框的开口边缘与所述电路板固定连接，其中，所述导电基板、所述指纹传感芯片和所述活体识别组件均收容于所述外框内，且所述指纹传感芯片的位置、所述光源模块的位置和所述光感测器的位置均与所述操作孔的位置相对应。

在其中一个实施例中，所述导电基板安装于所述电路板上，所述导电基板与所述电路板之间形成有底部填充胶层，所述指纹传感芯片、所述光源模块和所述光感测器均位于所述导电基板远离所述电路板的一侧。

在其中一个实施例中，所述光源模块为绿光光源模块。

在其中一个实施例中，所述光源模块为三个，三个所述光源模块分别为绿光光源模块、红光光源模块和红外光光源模块，且三个所述光源模块并联。

在其中一个实施例中，所述活体识别组件为多个，多个所述活体识别组件围绕所述指纹传感芯片设置。

在其中一个实施例中，还包括粘结所述指纹传感芯片和所述导电基板的粘结胶层。

在其中一个实施例中，所述指纹传感芯片为电容式指纹传感芯片。

上述指纹检测装置在用于验证待验证者的身份时，光源模块发出的光信号被待验证者的手指反射后被光感测器接收，光感测器能够将该光信号传输给处理器，处理器根据该被手指反射的光信号转换成脉搏信号，处理器通过将光信号转换出的脉搏信号确定待验证者的手指是否为活体手指，并根据待验证者的手指是否为活体手指以确定是否启动指纹传感芯片，当处理器判断该脉搏信号为活体的脉搏信号时，此时，处理器启动指纹传感芯片，指纹传感芯片采集待验证者手指的指纹图案，并将采集的指纹图案传输给处理器，处理器根据该指纹图案确定待验证者的身份，以实现对活体手指的指纹识别，使得上述指纹检测装置用于验证身份更加的安全可靠。

附图说明

图1为一实施方式的指纹检测装置的结构示意图；

图2为图1所示的指纹检测装置的电路板、导电基板、指纹传感芯片及活体识别组件的电路连接框图；

图3为图1所示的指纹检测装置省略了外框、电路板、连接器及电容和电阻等元件的结构示意图；

图4为图3所示的指纹检测装置省略了指纹传感芯片、活体识别组件、金线及粘结胶层的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，一实施方式的指纹检测装置100，可用于检测活体的指纹。该指纹检测装置100包括电路板110、处理器120、导电基板130、指纹传感芯片140及活体识别组件150。

电路板110可以为刚性电路板、柔性电路板或软硬结合板。在本实施例中，电路板110为柔性电路板(FPC)。

处理器120与电路板110电连接。其中，处理器120用于信号的处理、转换以及数据的处理。处理器120预存有人体的指纹图案和人体的脉搏信号。此处脉搏信号是指正常活人的脉博频率范围。

导电基板130用于承载指纹传感芯片140和活体识别组件150。导电基板130与电路板110电连接。其中，导电基板130固定于电路板110上。且导电基板130通过焊锡135固定于电路板110上，以实现导电基板130的固定的同时，实现导电基板130与电路板110之间的电连接。具体的，导电基板130通过触点阵列封装技术(LandGridArray，LGA)或球状引脚栅格阵列封装技术(BallGridArray，BGA)连接到电路板110上。

具体的，导电基板130安装于电路板110上，导电基板130与电路板110之间填充有底部填充胶(Underfill胶)160。

指纹传感芯片140安装于导电基板130上，并与导电基板130电连接，指纹传感芯片140用于采集待验证者的手指的指纹图案，并可将该指纹图案传输给处理器120。

具体的，指纹传感芯片140位于导电基板130远离电路板110的一侧。更具体的，指纹检测装置100还包括粘结指纹传感芯片140和导电基板130的粘结胶层170。其中，粘结胶层170为双面胶，例如，DAF(DieAttachedFilm)胶片。其中，指纹传感芯片140通过金线145与导电基板130电连接。

在本实施例中，指纹传感芯片140为电容式指纹传感芯片。其中，电容式指纹传感芯片是一种“平板”上集成有多个半导体器件的指纹传感芯片。其原理为：人体手指贴在“平板”上与其构成电容的另一面，由于手指平面凹凸不平，凹点处和凸点处接触“平板”的实际距离大小不一样，形成的电容数值也不一样，根据手指指纹的“脊”和“谷”与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小的不同来判断“脊”和“谷”的位置，实现对手指指纹图案的采集。其具体工作过程是通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压，当手指接触到电容式指纹传感芯片上时，因为“脊”是凸起的，“谷”是凹下的，根据电容值与距离的关系，会在“脊”处和“谷”处形成不同的电容值，然后利用放电电流进行放电，因为“脊”和“谷”所对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同，“脊”下的像素(电容量高)放电较慢，而处于“谷”下的像素(电容量低)放电较快。手指按在电容式指纹传感芯片的表面时，指纹的“脊”形成的电容要比“谷”来得略大，利用该电容阵列的充电与放电过程，便能获得指纹的数字图像信号。

活体识别组件150用于活体的识别。具体在图示的实施例中，活体识别组件150为一个。可以理解，在其它实施例中，活体识别组件150为多个；例如，活体识别组件150为两个，两个活体识别组件150相对设置于指纹传感芯片140的两侧；或者，活体识别组件150为三个以上，活体识别组件150围绕指纹传感芯片140设置。两个以上的活体识别组件150更有利于指纹检测装置100对活体的识别。其中，每个活体识别组件150包括光源模块152和光感测器154。

光源模块152与导电基板130电连接，光源模块152可发出光信号。其中，光源模块152安装于导电基板130上。具体的，光源模块152位于导电基板130远离电路板110的一侧上。光源模块152通过金线与导电基板130电连接。光源模块152为LED光源模块。

由于当红光或红外光照射至血液时，血液能够将大部分的红光或红外光反射，而当绿光照射至血液时，血液能够将大部分绿光的吸收，从而可以根据血液吸收绿光或反射红光的光量差转换成脉搏信号。

具体在图示的实施例中，光源模块152为三个，三个光源模块152分别为绿光光源模块、红光光源模块和红外光光源模块，且三个光源模块152并联，以便于根据需要选择哪个光源模块152开启。其中，绿光光源模块、红光光源模块和红外光光源模块可以同时工作，或者选择其中一个或两个工作；或者，可以分别在不同的时段开启三个光源模块152，处理器120分别转换出三个光源模块152得到的脉搏信号，然后得到平均值，使得脉搏信号更加的准确。

可以理解，在其它实施例中，三个光源模块152也可以串联，此时，三个光源模块152同时工作；或者，在其它实施例中，光源模块152可以仅为一个，此时，光源模块152为绿光光源模块。或者，光源模块152为两个，一个光源模块152为绿光光源模块，另一个光源模块152为红光光源模块或红外光光源模块，且两个光源模块152并联；或者，两个光源模块152也可以串联。

光感测器154与导电基板130电连接，光感测器154可接收待验证者的手指反射的光信号，并可将被手指反射的光信号传输至处理器120。其中，处理器120可将被手指反射的光信号转换成脉搏信号，处理器120可根据该脉搏信号确定是否启动指纹传感芯片120，处理器120还可根据该指纹图案确定待验证者的身份。

其中，光感测器154安装于导电基板130上。具体的，光感测器154位于导电基板130远离电路板110的一侧上。其中，光感测器154通过粘结胶安装于导电基板130上。其中，粘结胶为双面胶，例如，DAF(DieAttachedFilm)胶片。且光感测器154通过金线与导电基板130电连接。

具体的，光感测器154为光电二极管(Photo-Diode，PD)。

进一步的，指纹检测装置100还包括外框180，外框180为一端开口的壳体，外框180上开设有操作孔182，外框180的开口边缘与电路板110固定连接，导电基板130、指纹传感芯片140和活体识别组件150均收容于外框180内，且指纹传感芯片140的位置、光源模块152的位置和光感测器154的位置均与操作孔182的位置相对应。设置外框180可以起到保护指纹传感芯片140、光源模块152和光感测器154的作用。

其中，外框180可以为方形外壳、圆形外壳、椭圆形外壳等。外框180的材料可以为本领域常用的材料。例如，外框180为陶瓷外壳或金属外壳。

请一并参阅图3和图4，进一步的，指纹检测装置100还包括封装件190，封装件190与导电基板130固定连接，并与导电基板130共同配合形成收容指纹传感芯片140的第一收容腔192、收容光源模块152的第二收容腔194及收容于光感测器154的第三收容腔195；封装件190上开设有连通第二收容腔194和外界的出光孔196，以及开设有连通第三收容腔195和外界的入光孔197。

其中，第二收容腔194的数量与光源模块152的数量相等，且一个光源模块152对应一个第二收容腔194；出光孔196的数量与第二收容腔194的数量相等，一个第二收容腔194对应一个出光孔196。具体在图示的实施例中，第二收容腔194为三个，一个光源模块152收容于一个第二收容腔194中。

具体的，封装件190收容于外框180中，且封装件190与外框180的内壁固定连接。出光孔196和入光孔197均与操作孔182相通。封装件190可通过在外框180内填充封装材料后经固化形成。其中，封装件190的材料为环氧塑封料(EpoxyMoldingCompound，EMC)。封装件190能够对指纹传感芯片140起到真空密封作用，保证其不受外界环境侵蚀，并且还能够起到固定光源模块152和光感测器154的作用。

可以理解，在其它实施例中，外框180可以省略，指纹检测装置100可以不具有外框180；或者，封装件190也可以省略，指纹检测装置100可以不具有封装件190。

具体的，电路板110上还安装有电容、电阻等元件210以及用于与其它设备信号传输的连接器220。

上述指纹检测装置100识别活体指纹的工作具体如下：

当待验证者的手指位于操作孔182处时，光源模块152发出的光信号从出光孔196射出，遇到手指之后被反射，被手指反射的光信号经入光孔197后被光感测器154接收，光感测器154将该被手指反射的光信号传输给处理器120，处理器120将被手指反射的光信号转换为电信号后转换成脉搏信号，并判断该脉搏信号是否与预存的人体的脉搏信号相匹配，进而判断手指是否为活体的手指；

当处理器120判断光信号转换得到的脉搏信号与预存的人体的脉搏信号相匹配时，且当待验证者的手指通过操作孔182按压于指纹传感芯片140上，处理器120控制指纹传感芯片140启动，此时，指纹传感芯片140采集手指的指纹图案，并将指纹图案传输给处理器120，处理器120将指纹传感芯片140传输过来的指纹图案与预存指纹图案做比对，判断指纹传感芯片140传输过来的指纹图案与预存的人体的指纹图案是否匹配；

当处理器120判断出指纹传感芯片140传输过来的指纹图案与预存的人体的指纹图案相匹配时，待验证者通过身份验证。

其中，处理器120将被手指反射的光信号转换为电信号后转换成脉搏信号的原理如下：

当仅绿光光源模块工作时，由于在人体的心脏跳动时，手指的微细管的血液流量会增加，吸收的绿光也会增加，在人体的心脏间隔期，手指的微细管的血液会减少，吸收的绿光也会随之减少，处理器120计算出被手指反射前后的绿光总量光量差，并转换成脉搏信号。

当绿光光源模块和红光光源模块同时工作时，绿光光源模块和红光光源模块同时向人体手指发射光信号，当心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红光也会增加；心脏跳动间隔期，流经手指内的微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红光也会减少。由于同时使用绿光光源模块和红光光源模块反射光信号，发射的光总量较大，发射至人体手指表面后反射至光感测器154表面的光总量仍然较大，反射前后的光量差误差较小，处理器120计算出反射前后的总量光量差，并转换成脉搏信号。

当绿光光源模块和红外光光源模块同时工作时，绿光光源模块和红外光光源模块同时向人体手指发射光信号，当心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红外光也会增加；心脏跳动间隔期，流经手指内的微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红外光也会减少。由于同时使用绿光光源模块和红外光光源模块反射光信号，发射的光总量较大，发射至人体手指表面后反射至光感测器154表面的光总量仍然较大，反射前后的光量差误差较小，处理器120计算出反射前后的总量光量差，并转换成脉搏信号。

当绿光光源模块、红光光源模块和红外光光源模块同时工作时，绿光光源模块、红光光源模块和红外光光源模块同时向人体手指发射光信号，当心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红光和红外光也会增加；心脏跳动间隔期，流经手指内的微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红光和红外光也会减少。由于同时使用绿光光源模块、红光光源模块和红外光光源模块发射光信号，发射的光总量较大，发射至人体手指表面后反射至光感测器154表面的光总量仍然较大，反射前后的光量差误差较小，处理器120计算出反射前后的总量光量差，并转换成脉搏信号。

上述指纹检测装置100用于验证待验证者的身份时，光源模块152发出的光信号被待验证者的手指反射后被光感测器154接收，光感测器154能够将该光信号传输给处理器120，处理器120根据该被手指反射的光信号转换成脉搏信号，处理器120根据光信号转换出的脉搏信号确定待验证者的手指是否为活体手指，并根据待验证者的手指是否为活体手指以确定是否启动指纹传感芯片140，当光信号转换出的脉搏信号为活体手指，此时，处理器120启动指纹传感芯片140，指纹传感芯片140采集待验证者手指的指纹图案，并将采集的指纹图案传输给处理器120，处理器120根据采集的指纹图案确定待验证者的身份，以实现对活体手指的指纹识别，使得上述指纹检测装置100用于验证身份更加的安全可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种指纹检测装置，其特征在于，包括：

电路板；

处理器，与所述电路板电连接；

导电基板，与所述电路板电连接；

指纹传感芯片，安装于所述导电基板上，并与所述导电基板电连接，所述指纹传感芯片用于采集待验证者的手指的指纹图案，并可将所述指纹图案传输给所述处理器；及

活体识别组件，包括光源模块和光感测器，所述光源模块与所述导电基板电连接，所述光源模块可发出光信号；所述光感测器与所述导电基板电连接，所述光感测器可接收被所述待验证者的手指反射的光信号，并可将被所述手指反射的所述光信号传输至所述处理器；

其中，所述处理器可将被所述手指反射的所述光信号转换成脉搏信号，所述处理器可根据所述脉搏信号确定是否启动所述指纹传感芯片，所述处理器还可根据所述指纹图案确定所述待验证者的身份。

2.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括封装件，所述封装件与所述导电基板固定连接，且所述封装件与所述导电基板共同配合形成收容所述指纹传感芯片的第一收容腔、收容所述光源模块的第二收容腔及收容于所述光感测器的第三收容腔；所述封装件上还开设有连通所述第二收容腔和外界的出光孔、以及连通所述第三收容腔和外界的入光孔。

3.根据权利要求2所述的指纹检测装置，其特征在于，所述封装件的材料为环氧塑封料。

4.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括外框，所述外框为一端开口的壳体，所述外框上开设有操作孔，所述外框的开口边缘与所述电路板固定连接，其中，所述导电基板、所述指纹传感芯片和所述活体识别组件均收容于所述外框内，且所述指纹传感芯片的位置、所述光源模块的位置和所述光感测器的位置均与所述操作孔的位置相对应。

5.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述导电基板安装于所述电路板上，所述导电基板与所述电路板之间形成有底部填充胶层，所述指纹传感芯片、所述光源模块和所述光感测器均位于所述导电基板远离所述电路板的一侧。

6.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述光源模块为绿光光源模块。

7.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述光源模块为三个，三个所述光源模块分别为绿光光源模块、红光光源模块和红外光光源模块，且三个所述光源模块并联。

8.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述活体识别组件为多个，多个所述活体识别组件围绕所述指纹传感芯片设置。

9.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括粘结所述指纹传感芯片和所述导电基板的粘结胶层。

10.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹传感芯片为电容式指纹传感芯片。