CN106233306A - 指纹传感器上的滑动移动注册 - Google Patents

Abstract

一方面，在移动设备上注册指纹配置文件的方法包括在一矩形的指纹检测模块检测、手指接触并进行滑动动作。所述方法包括对在一矩形指纹检测模块上检测到的接触的响应、在滑动移动捕获指纹图像。所述方法包括将在滑动移动捕获到的指纹图像保存为认证用户的注册指纹配置文件。

Description

指纹传感器上的滑动移动注册

本申请为于2015年7月31日递交的、申请号为PCT/US2015/043048的PCT申请的继续，本申请要求在2014年9月6日提交美国专利局、申请号为62/046,934的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及用于安全访问移动设备的指纹识别。

背景技术

电子设备包括可携带或移动计算设备，例如膝上电脑、平板电脑、智能手机和游戏系统可能使用用户认证机制以保护个人数据和防止非授权访问。一个电子设备上的用户认证可通过一种或多种形式的生物识别器来完成，这些生物识别器可单独使用也可配合传统的密码认证方法使用。常见的生物识别方式是人的指纹模式。可在电子设备中设置指纹传感器用于读取用户的指纹模式，这样设备就能通过认证授权用户的指纹模式，仅授权用户可对设备进行解锁。

发明内容

本发明所描述的技术提供设备、系统和技术能完成人体指纹检测及向锁定的具有指纹检测模块的移动设备进行授权认证访问。

一方面，本发明公开了一种在移动设备上注册和识别指纹配置文件的方法。所述方法包括在指纹注册模式下运行。在指纹注册模式下运行包括在非统一形状的指纹检测模块上检测从一个用户的手指的滑动移动接触。在指纹注册模式下运行包括响应在所述具有非统一形状的指纹检测模块上检测到的所述接触，捕获在所述滑动移动的指纹图像。在指纹注册模式下运行包括将在所述滑动移动捕获到的所述指纹图像保存为授权用户的注册指纹配置文件。所述方法包括在指纹识别模式下运行。在指纹识别模式下运行包括在移动设备锁定时，检测从一用户的手指在所述移动设备的非统一形状的指纹检测模块上的非滑动接触。在指纹识别模式下运行包括响应检测到的所述非滑动接触，激活所述非统一形状的指纹检测模块来捕获所述手指在所述移动设备的非统一形状的指纹检测模块上的非滑动接触的部分图像。在指纹识别模式下运行包括将所述捕获到的与所述非统一形状的指纹检测模块上的非滑动接触的手指的部分图像，与所述移动设备的所述授权用户的所述注册指纹配置文件对比。在指纹识别模式下运行包括根据对比结果，识别所述捕获到的部分图像属于所述授权用户，并授权用户访问所述锁定的移动设备。

所述方法可用多种方式实现，包括一个或多个下述特性。所述方法可包括接收一指示指纹注册模式的信号。所述方法可包括响应接收指示指纹注册模式的信号，激活指纹检测模块来捕获手指图像。在滑动移动捕获手指的图像可包括捕获手指的部分图像序列，以积累形成基本上完整的指纹图像，保存为一授权用户的注册指纹配置文件。在滑动移动捕获手指图像可包括检测非统一形状的指纹检测模块的三条像素化感应元件的不同。所述方法可包括分析在滑动移动捕获到的手指的部分图像来判断是否捕获到足够的手指的部分图像以便作为授权用户的注册指纹配置文件。所述方法可包括输出一条信息指导用户将手指在非统一形状的指纹检测模块上滑动。所述消息可包括语音、文字、图像或视频中至少其一。所述对比可包括将所述手指的捕获图像与所述授权用户的注册指纹配置文件关联。所述识别可包括当捕获的手指的图像与授权用户的注册指纹配置文件的关联具有统计学上的意义时，将捕获的手指的图像识别为属于授权用户。所述非统一形状的指纹检测模块包括一矩形指纹检测模块，有在一个方向的第一数量的传感器像素，及在另一方向的大于第一数量的第二数量的感应电极。所述方法可包括接收指示指纹识别模式的信号；响应接收指示指纹识别模式的信号，激活指纹检测模式运行于指纹识别模式。

另一方面，一种移动设备包括透明上盖。所述移动设备包括触摸面板配置为接收触摸输入，所述触摸面板布置在透明上盖的下方。所述移动设备包括一非统一形状的指纹检测模块，配置为运行于指纹注册模式，来检测非滑动移动接触。在指纹注册模式，所述非统一形状的指纹检测模块配置为检测从一手指的滑动移动的接触，响应检测到的滑动移动接触，捕获手指的图像，和将在滑动移动捕获到的手指的图像保存为授权用户的注册指纹配置文件。在指纹识别模式，所述非统一形状的指纹检测模块配置为：当移动设备被锁定时，检测从用户手指的非滑动接触，响应检测到的非滑动接触，激活非统一形状的指纹检测模块以捕获手指与非统一形状的指纹检测模块的非滑动接触的部分图像，将捕获到的与非统一形状指纹检测模块接触的手指的部分图像与授权用户的注册指纹配置文件比较，及识别捕获的部分图像属于授权用户，允许用户访问锁定的移动设备。

所述方法可用多种方式实现，包括一个或多个下述特性。所述矩形指纹检测模块集成到透明上盖中，将非统一形状的指纹检测模块的上表面暴露，以与用户的手指直接接触。所述的非统一形状的指纹检测模块包括一个矩形的指纹检测模块，有在一个方向的第一数量的传感器像素，及在另一方向的大于第一数量的第二数量的感应电极。所述的移动设备可包括一个保护盖布置在透明上盖、触摸板和非统一形状的指纹检测模块上方，防止用户手指与非统一形状的指纹检测模块直接接触。所述非统一形状指纹检测模块包括指纹感应电路；和一组检测用户手指的接触的感应电极，以激活非统一形状的指纹检测模块来捕获用户手指的图像。所述感应电路包括像素化感应元件的列数比像素化感应元件的行数多。所述非统一形状指纹检测模块配置为接收指示指纹注册模式的信号。所述非统一形状指纹检测模块配置为在滑动移动捕获手指的部分图像序列，以积累形成基本上完整的指纹图像，来保存为授权用户的注册指纹配置文件。所述非统一形状指纹检测模块配置为分析在滑动移动捕获到的手指的部分图像来判断是否捕获到足够的手指的部分图像而有资格作为授权用户的注册指纹配置文件。

本专利文件中描述的多种实施例的指纹检测模块和指纹传感器模块可集成于移动设备(例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑)、计算机设备(如个人电脑)和其它电子设备，以完成在这些设备上的指纹认证过程。

附图说明

图1A为根据本专利所述的一些实施例的指纹检测模块的一实施例的剖面图的示意图。

图1B为缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块的剖面图示意图。

图1C为一显示混合模式操作中指纹注册模式的示范过程140的流程图。

图1D为混合模式操作中用于指纹识别模式的过程160的流程图。

图2A为按本专利所述的一些实施例的指纹传感器检测芯片的一实施例的示意图。

图2B为缩小尺寸的形状为条状的指纹传感器检测芯片的一实施例的示意图。

图3A为根据本专利所述的一些实施例包括光学感应机制用于判断检测的物体是否是人体指纹检测模块一实施例的透视和剖面图。

图3B提供根据本专利所述的一些实施例的图3A中的指纹检测模块的另一透视和剖面图。

图3C提供根据本专利所述的一些实施例的图3A中的整个指纹检测模块的透视图。

图3D为包括光学感应机制用于判断检测的物体是否与授权用户的指纹的配置文件匹配的形状为条状的指纹检测模块的一实施例的示意图。

图3E为缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块的一实施例的透视图。

图4A举例说明根据本专利所述的一些实施例的使用指纹检测模块来检测和判断检测的物体是否是人体的概念。

图4B举例说明使用缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块判断检测物体是否与授权用户的注册指纹配置文件匹配的概念。

图5A为根据本专利所述的一些实施例的将正常人体皮肤的反射率(单位％)作为光源的波长的函数的数据图。

图5B为根据本专利所述的一些实施例的将人体血液的光吸收特性作为光源的波长的函数的数据图。

图6A为根据本专利所述的一些实施例的集成触摸面板和指纹检测模块的移动设备的示意图。

图6B为根据本专利所述的一些实施例的集成触摸面板和指纹检测模块的另一移动设备的示意图。

图6C为集成触摸面板和缩小尺寸的指纹检测模块的移动设备的示意图。

图6D为集成触摸面板和缩小尺寸的指纹检测模块的另一移动设备的示意图。

图7A表示一流程图，举例说明根据本专利所述的一些实施例的激活处于待机状态的指纹检测模块并使用所述指纹检测模块认证试图访问锁定移动设备的尝试的过程。

图7B表示一流程图，举例说明根据本专利所述的一些实施例的激活处于待机状态的指纹检测模块并使用所述指纹检测模块认证试图访问锁定的处于高度安全模式的移动设备的尝试的过程。

图8表示一流程图，举例说明根据本专利所述的一些实施例的使用所述指纹检测模块通过高度安全的过程认证试图访问锁定的移动设备的尝试的过程。

图9A举例说明根据本专利所述的一些实施例的指纹检测模块900是用于判断检测到的物体的接触是否来自人体皮肤的指纹检测模块的一种变体。

图9B举例说明根据本专利所述的一些实施例的包含用彩色层喷涂的保护盖的指纹检测模块的一实施例。

图9C举例说明缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块判断检测物体是否与授权用户的注册指纹配置文件匹配的一实施例。

图9D举例说明根据本专利所述的一些实施例的包含用彩色层喷涂的保护盖的指纹检测模块。

图10是根据本专利所述的一些实施例的实现人体指纹检测和认证的指纹检测系统的图。

具体实施方式

具有指纹认证机制的电子设备可能会被未获取授权的用户指纹恶意个人破坏，他可以将偷来的指纹模板拷贝到类似于人体手指的载体上，用于解锁目标设备。这样，所述指纹模板尽管是唯一的生物识别标识，但本身也可能不是完全可靠的或安全的标识。本专利所描述的技术、设备和系统提升了使用于已有电子设备中的指纹认证技术，以防止偷来的指纹用于得到目标设备的访问权限。

本专利中描述的实施例提供了实现多种用于人体指纹检测和认证的指纹检测模块的设备、系统和技术。进一步，本专利中描述的实施例提供了实现包括光学感应单元来判断检测的物体是否是人体的多种指纹检测模块的设备、系统和技术。具体地说，本专利公开的技术使用从人得到的额外的测量，结合此人的指纹配置文件作为组合认证方法来识别授权用户是否正访问所述设备。

所述公开技术使用两个或更多不同光波长的探测光，人体皮肤对所述两个或多个不同波长的光学响应不同。对所述两个或多个不同波长的光学响应的测量用于与用户的指纹配置文件的有效识别组合，来认证此次访问。所述额外的认证可提升认证的安全性，而这对于仅使用指纹配置文件是不可能的。在接下来描述的特定例子中，可选择所述两个或多个不同探测光波长，因此人的皮肤反射或吸收由于皮肤中的血液及血液中的氧水平，导致待定的两个或多个不同波长反射光或发射光具有不同的光学反应。在实施例中，所述设备可包括两个传感器设备：(1)指纹模板识别传感器及(2)用于产生两个或多个不同波长探测光的光学检测模块，及测量手指的反射或发射光的光学反应模块。从所述两个传感器设备的测量值组合起来认证访问设备的人。在实施例中，这两个传感器设备可集成到位于设备的表面的指纹身份证模块中，来让用访问设备时输入用户的指纹。这样的指纹身份证模块可与其它仅检测和处理指纹模板的指纹身份模块类似，但额外的光学检测模块令两个或更多不同波长的检测光在正确的用户访问所述设备时提供了独特的附加安全性和精度。

图1A显示根据本专利所述的一些实施例的指纹检测模块100(没有包含手指)的剖面图的示意图。如图1A所示，指纹检测模块100包含基底载体102和贴于基底载体102上面的指纹传感器检测芯片104。指纹传感器检测芯片104可使用电容感应来收集指纹数据和检测指纹。然而，指纹传感器检测芯片104也能配置为使用非电容方法来收集指纹数据和检测指纹。指纹检测模块100也包含放置在指纹传感器检测芯片104上方的保护盖106，用于保护指纹传感器检测芯片104，同时也可作为间隔。保护盖106可使用高介电常数的材料制作，例如陶瓷、蓝宝石、氧化锆及其它材料。保护盖106也可有硬涂层，例如类金刚石碳膜。注意，在图1A所示的实施例中，保护盖106的边在各个方向上都超过指纹传感器检测芯片104的边。

指纹检测模块100额外包括感应或信号电极如金属环108，来检测人体手指或物体的接触。金属环108放置在基底载体102上并围绕保护盖106，除可以对保护盖106进行保护外，也能作为感应或信号电极。也注意当手指110按压在指纹检测模块100上做指纹检测时，手指110(不是指纹检测模块100的一部分)可与金属环108接触。

图1B显示缩小尺寸且形状为条状的指纹检测模块120的剖面图示意图。缩小尺寸且形状为条状的指纹检测模块120大体上与指纹检测模块100类似，除了缩小尺寸的指纹检测模块120的整体尺寸或形状要小一些。缩小尺寸的指纹检测模块120在一个方向(如垂直方向)上比较小或窄，以最小化或减少所述缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块120在移动设备如智能手机上占用的实际位置。缩小尺寸且形状为条状的指纹检测模块120包括基底载体122、贴于基底载体102上面的指纹传感器检测芯片122、放置于指纹传感器检测芯片124上方的保护盖126和感应或信号电极如金属环128，以检测人体手指或物体的接触。

在一实施例中，缩小尺寸且形状为条状的指纹检测模块120的宽度比小尺寸的形状为条状的指纹检测模块120的高度大。在另一实施例中，缩小尺寸且形状为条状的指纹检测模块120的高度可比宽度大。所述宽度与所述高度的比例可至少取决于缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块120在移动设备上的方位。与缩小尺寸且形状为条状的指纹检测模块120一致，关联的基底载体122、指纹传感器检测芯片、保护盖106和金属环108也能缩小尺寸。除了缩小尺寸外，在缩小尺寸的指纹检测模块120中的每个部件的形状比例和/或形状改变，以便与宽度比高度大的不规则矩形形状的缩小尺寸的指纹检测模块120的整体形状比例和大小匹配。换句话说，所述指纹检测模块120在一方向上的传感器像素的数量比基本上与该方向垂直的另一方向的大。

为了适应缩小的缩小尺寸的指纹检测模块的形状比例，混合操作模式可实现为包含指纹注册和指纹识别。所述混合操作模式包括显示为箭头130的手指110的滑动移动，来注册授权用户的指纹图像，并将所述指纹图像作为授权用户的注册指纹配置文件保存，及将注册指纹配置文件与授权用户做关联。注册授权用户的指纹图像的滑动移动以获取授权用户的指纹的基本上完整的图像。授权用户在所述混合操作模式中的注册部分时，可被指导来在预定义方式，如从上往下、从下往上和从一边到另一边来滑动用户的手指，方式取决于缩小尺寸的指纹检测模块120相对于授权用户及/或相对于其所在的移动设备的方位。进一步，所述授权用户可在混合操作模式的注册部分时，被指导以恒定速度或预定义速度等滑动用户的手指。提供给授权用户关于注册授权用户的指纹图像的方式的指导可以是在移动设备的显示屏上写文字、一段录音、语音或所述视觉和听觉指导的任意组合。

一旦授权用户的指纹注册成功，相同的授权用户可在混合操作模式的指纹识别部分来得到访问移动设备的权限。为在混合操作模式的指纹识别部分来得到访问移动设备的权限，授权用户将授权用户的手指(或大拇指)的任意部分按在缩小尺寸的指纹检测模块120上。在注册部分时使用的滑动操作在混合操作模式的识别阶段并不需要。尽管由于尺寸缩小了，以至指纹检测模块120捕获的只是授权用户的指纹的一小部分，但是捕获到的小部分授权用户的指纹足够与前面注册和保存的与授权用户有联系的指纹配置文件进行匹配。匹配过程包括将捕获到的授权用户指纹的一部分指纹图像与注册的基本上完整的授权用户指纹的图像匹配。所述图像匹配过程可包括按像素匹配操作和包括处理所述的两个图像包括旋转、过滤、图像增强、插值、压缩等，以对比这两个图像。如果匹配过程的结果满足预定义的阈值，则所述捕获的指纹图像可判断为与授权用户的注册指纹配置文件匹配。例如，预定义的阈值可与两个图像间的统计学上显著的相关性有关。

图像1C是一显示混合操作模式中指纹注册模式的示范过程140的流程图。混合操作模式140包括接收指示激活或启动注册操作模式的信号(142)。例如，所述接收指示激活或启动注册操作模式的信号可包括用户的选择(例如，从菜单上的用户可选功能列表)来启动或激活指纹注册。所述指纹注册常发生在用户购买移动设备后不久，需要将用户注册成授权用户，或者在需要增加或删除移动设备的授权用户的任何时间。直到指纹注册完成至少一个授权用户时，指纹识别安全特性才能被激活。

响应指示启动或激活指纹注册模式的信号(142)，提供给用户的指导描述用户的手指或大拇指接触或触摸所述缩小尺寸的指纹检测模块的方式(144)。所述提供的指导可包含显示在移动设备的显示模块上的文本显示、声音指导、显示在显示模块上的演示指导(包括一个或一系列图像和/或视频片断)，或其它视觉和/或音频指导。为了适应缩小尺寸的形状比例和/或缩小尺寸的指纹检测模块的尺寸(144)，指导中可包含滑动移动的建议。所述滑动移动可包含“从上至下”、“从下至上”、“从一边到另一边”、“对角线上”和“对角线下”等，与所述缩小尺寸的指纹检测模块120相对于布置了所述缩小尺寸的指纹检测模块120的移动设备的其余部分的方位和/或位置有关。例如，当所述缩小尺寸的指纹检测模块120的宽度大于所述缩小尺寸的指纹检测模块的高度时，可使用“从上至下”或“从下至上”的滑动移动。

响应用户在所述缩小尺寸的指纹检测模块上的滑动移动，用户指纹的图像就获取或捕获到了(146)。获取到或捕获到的用户指纹的图像与模板或默认用户指纹对比，以判断是否捕获到了基本上全的或完整的指纹图像(148)。当判断捕获到基本上全的或完整的用户的指纹图像后，所述捕获的基本上全的或完整的用户的指纹图像就被作为用户的注册指纹配置文件保存，并标记为授权用户的注册指纹配置文件(150)。可从用户处接收用户的名字、电话号码、地址和年龄等的信息，以将用户识别为独特的用户，而且所述接收到的信息可包含到指纹配置文件或与所述注册指纹配置文件建立联系(152)。

图1D显示混合操作模式中用于指纹识别模式的过程160的流程图。混合操作模式140包括接收指示激活或启动指纹识别操作模式的信号(162)。例如，所述接收指示激活或启动指纹识别操作模式的信号可包括用户触摸或接触锁定移动设备的缩小尺寸指纹检测模块来启动或激活指纹识别。所述用户触摸或接触所述缩小尺寸的指纹检测模块，可从感应电极(如金属环128)启动信号来指示所述触摸或接触。

响应指示启动或激活指纹识别模式的信号(162)，触摸所述缩小尺寸的指纹检测模块的物体的至少一部分的图像被捕获(164)。所述获取或捕获的用户指纹的图像被与模板或默认用户指纹比较，以判断捕获的图像是否是人体指纹(166)。当认为捕获的图像是人体指纹图像(168)，所述捕获的图像与授权用户的注册指纹配置文件比较。当认为所述捕获的图像与授权用户的注册指纹配置文件匹配时，所述用户被允许作为授权用户访问移动设备(170)。当认为所述捕获到的图像与授权用户的注册指纹配置文件不匹配时，所述用户被拒绝作为授权用户访问移动设备(172)。

图2A显示按本专利所述的一些实施例的指纹传感器检测芯片200的一实施例的示意图。注意所述指纹传感器检测芯片200(或“传感器芯片200”)可被用作在指纹检测模块100中的传感器芯片或与下面描述的其它类型的指纹检测模块组合。

如图2A所示，指纹传感器检测芯片200包含占据所述传感器芯片的明显部分的像素感应元件组202。像素感应元件组202中的每个感应元件可以是CMOS电容传感器或其它类型可用于感应指纹特征的传感器。指纹传感器检测器也可包含信号处理单元204，用于处理从像素感应元件组202接收到的信号，及与信号处理单元204耦合的连接单元206。连接单元206可包含多个通过引线键合、凸点键合或其它连接方式连接到外部电路的电极。为方便与指纹检测模块的其它部分对接，连接单元206可沿传感器芯片200的边进行布置。

注意传感器芯片200也包括可能位于传感器芯片200的一个或多个部分的一个或多个光电探测器元件208。光电元件探测器208可包括，但不仅限于，CMOS光电探测器、电荷耦合器件(CCD)光电探测器、发光二极管(LED)光电探测器、光敏电阻、光伏光电探测器和光电二极管。在显示的实施例中，有两个沿传感器芯片的边缘区布置的光电探测器元件。在一实施例中，也可能仅有一个光电探测器元件或多于两个光电探测器元件。所述多个光电探测器元件可位于传感器芯片的不同边缘区，而不是都在芯片的同一边。注意图2A显示光电探测器元件208与像素感应元件组202集成到同一芯片中，而其它实施例中所述光电探测器元件可在传感器芯片外而位于所述指纹传感器模块的另一区域。

图2B显示缩小尺寸的指纹传感器检测芯片210的一实施例的示意图。所述缩小尺寸的指纹传感器检测芯片210(或“缩小尺寸传感器芯片210”)可用作在指纹检测模块120中的传感器芯片124，或与下面描述的其它类型的指纹检测模块组合。所述缩小尺寸传感器芯片210基本上与传感器芯片200类似，除了尺寸减小和与缩小尺寸传感器芯片210不同的形状。如图2B所示，指纹传感器检测芯片200包括占据所述传感器芯片的明显部分的像素感应元件组212。像素感应元件组212中的每个感应元件可以是CMOS电容传感器或可用于感应指纹特性的其它类型的传感器。指纹传感器检测器也可包含信号处理单元214，用于处理像素感应元件组212接收到的信号，及与信号处理单元214耦合的连接单元216。连接单元216可包含多个通过引线键合、凸点键合或其它连接方式连接到外部电路的电极。为方便与指纹检测模块的其它部分对接，连接单元216可沿传感器芯片210的边布置。

所述传感器芯片210也能包含可能位于传感器芯片210的一个或多个部分的一个或多个光电探测器元件218。光电元件探测器218可包括，但不仅限于，CMOS光电探测器、电荷耦合器件(CCD)光电探测器、发光二极管(LED)光电探测器、光敏电阻、光伏光电探测器和光电二极管。在显示的实施例中，有两个沿传感器芯片的边缘区布置的光电探测器元件。在一实施例中，也可能仅有一个光电探测器元件或多于两个光电探测器元件。所述多个光电探测器元件可位于传感器芯片的不同边缘区，而不是都在芯片的同一边。图2B显示光电探测器元件218与像素感应元件组212集成到同一芯片中，而其它实施例中所述光电探测器元件可在传感器芯片外而位于所述指纹传感器模块的另一区域。

所述缩小尺寸传感器芯片210的形状可为一缩小尺寸的矩形，其宽度大于传感器芯片210的高度。所述缩小尺寸的传感器芯片210的尺寸例子包括24x88、32x88、56x88像素感应元件，与之对应的是传感器芯片200的方形(例如64x64像素感应元件)。所述像素感应元件的尺寸或数量可减少来获取全部指纹图像的基本上完整图像，足够将用户作为授权用户使用滑动动作来注册，并在指纹识别模式通过触摸或点击接触摸，获得足够部分的用户指纹图像，完成与注册指纹配置文件图像的比较。通过使用最少三条线，从像素感应元件组212捕获的图像识别所述三条线间的增量的不同，用户手指的滑动移动可用于获取用户的指纹。

图3A显示根据本专利所述的一些实施例包括光学感应机制用于判断检测的物体是否是人体的指纹检测模块300一实施例的透视和剖面图。与指纹检测模块100类似，指纹检测模块300包括基底载体302、指纹传感器检测芯片304、保护盖306和金属环308。指纹传感器检测芯片304可以是包含一个或多个光电探测器元件的指纹传感器检测芯片200。而在一些实施例中，所述一个或多个光电探测器元件位于基底载体302腔内保护盖306上传感器芯片200外的另一区域。所述保护盖由如蓝宝石或氧化锆等透明材料制成。如果保护盖306上有装饰色彩，则可在保护盖306上使用透明窗户来允许光线通过。注意在此实施例中，保护盖306盖住传感器芯片304的整个表面。

指纹检测模块300也包含一个或多个放置在金属环308的空腔312的发光源310。发光源310可包含一个或多个发光二极管(LED)芯片、一个或多个二极管激光器或一个或多个其它微型发光设备。LED芯片的一个实施例在这种应用中的面积可为约200微米x200微米，厚度可为约200微米。在显示的实施例中，空腔312为环结构，环绕着金属环308的下边。然而，在金属环308中的空腔312也可有一些其它配置，例如，仅出现在围绕发光源310所在位置。

作为人体手指或物体接触到指纹检测模块300的响应，发光源310可配置为发出需要波长的检测光线。例如，金属环308可作为感应电极来检测从人体手指或物体的接触。发光源310可通过一个或多个穿过金属环308连接到空腔312的发光窗口。在图3A中，发光窗口314位于在空腔312中的一个所述发光源310的上方。在一些实施例中，发光源310包括调制的光源。

图3B提供根据本专利所述的一些实施例的图3A中的指纹检测模块300的另一透视和剖面图。图3C提供根据本专利所述的一些实施例的图3A中的整个指纹检测模块300

图3D显示包括光学感应机制用于判断检测的物体是否与授权用户的指纹的配置文件匹配的缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块320的一实施例的示意图。缩小尺寸的指纹检测模块320基本上与指纹检测模块300相似，除了尺寸缩小及缩小尺寸的指纹检测模块320具有不同的形状。如上所述相对于缩小尺寸的指纹检测模块120，缩小尺寸的指纹检测模块320的尺寸和形状在一个方向(如垂直)更小、短或窄，以最小化或减小所述缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块320在移动设备如智能手机上占用的实际位置。在一个例子中，缩小尺寸的指纹检测模块320的宽度比缩小尺寸的指纹检测模块320的高度大。

为了适应缩小尺寸的指纹检测模块320的更小、更短或更窄的形状比例和/或尺寸，可在指导中建议滑动移动。所述滑动移动可包括“从上至下”、“从下至上”、“从一边到另一边”、“对角线上”和“对角线下”等，与所述缩小尺寸的指纹检测模块320相对于布置了所述缩小尺寸的指纹检测模块320的移动设备的其余部分的方位和/或位置有关。例如，当缩小尺寸的指纹检测模块320的宽度比高度大时，可使用“从上至下”或“从下至上”滑动移动。

与缩小尺寸的指纹检测模块120类似，缩小尺寸的指纹检测模块320包含基底载体322、指纹传感器检测芯片324、保护盖326和金属环328。缩小尺寸的指纹传感器检测芯片304可基本上与包含一个或多个光电探测器元件的指纹传感器检测芯片210类似。而在一些实施例中，所述一个或多个光电探测器元件位于基底载体腔保护盖326上传感器芯片324外的另一区域。所述保护盖326由如蓝宝石或氧化锆等透明材料制成。如果保护盖306上有装饰色彩，则可在保护盖326上使用透明窗户来允许光线通过。注意在此实施例中，保护盖326盖住传感器芯片324的整个表面。

缩小尺寸的指纹检测模块320也包括一个或多个放置在感应电极如金属环328的空腔332的发光源330。发光源330可包含一个或多个发光二极管(LED)芯片、一个或多个二极管激光器或一个或多个其它微型发光设备。LED芯片的一个实施例在这种应用中的面积可为约200微米x200微米，厚度可为约200微米。在显示的实施例中，空腔332为环结构，环绕着金属环328的下边。然而，在金属环328中的空腔312也可有一些其它配置，例如，仅出现在围绕发光源330所在位置。

作为人体手指或物体接触到指纹检测模块320的响应，发光源330可配置为发出需要波长的检测光线。例如，金属环328可作为感应电极来检测从人体手指或物体的接触。发光源330可通过一个或多个穿过金属环328连接到空腔332的发光窗口。在图3D中，发光窗口334位于在空腔332中的一个所述发光源330的上方。在一些实施例中，发光源330包括调制的光源。

图3D显示缩小尺寸的指纹检测模块320的一实施例的从上往下的透视图。

图4A举例说明根据本专利所述的一些实施例的使用指纹检测模块400(与指纹检测模块300基本上一样)来检测和判断检测的物体是否是人体。图4A在指纹检测模块400的相应描述中，这里描述的技术一般适用于多种指纹传感器模块400，其中一些在本公开文件中稍后描述。

如上所述，指纹检测模块400包含基底载体402、保护盖406、金属环328和传感器芯片404，也可包括电容感应阵列来感应指纹的峰和谷的模板。指纹检测模块400包括放置在金属环408下面的空腔中的发光源410。在一些实施例中，发光源410可通过金属环408的发光窗口414发出至少两种不同波长的光。指纹检测模块400也包含一个或多个集成到传感器芯片404中或分开放置到基底载体402的光电探测器416。在显示的实施例中，光电探测器416位于传感器芯片404的一个边缘。

在一些实施例中，当物体420(不是指纹检测模块400的一部分)与指纹检测模块400接触时，发光源410通过发光窗口发出检测光。所述检测光被物体420反射，所述反射光可被光电探测器416接收和测量。在特定的实施例中，一种波长可为660nm，另一波长为905nm、910nm或940nm中的一种。在另外一个实施例中，所述两个光波长为520nm和575nm。

图4B显示使用缩小尺寸的指纹检测模块430(基本上与检测检测模块320相同)从与缩小尺寸的指纹检测模块430接触的物体捕获的图像是否与授权用户的注册指纹配置文件匹配的概念。例如，图4B显示用户在指纹识别模式下捕获用户指纹的至少一部分，并将捕获到的图像与授权用户的注册指纹配置文件比对，判断所述用户是否为授权用户。

缩小尺寸指纹检测模块430基本上与指纹检测模块400一样，除了缩小尺寸的指纹检测模块430的尺寸缩小和形状不同。如上描述，相对于缩小尺寸的指纹检测模块120和320，缩小尺寸指纹检测模块430的尺寸和形状在一个方向(如垂直)上更小、短或窄，以最小化或减小所述缩小尺寸的指纹检测模块430在移动设备如智能手机上占用的实际位置。在一个例子中，缩小尺寸的指纹检测模块430的宽度比缩小尺寸的指纹检测模块430的高度大。

为了容纳缩小尺寸的指纹检测模块430的更小、更短或更窄的形状比例和/或尺寸，可在指导中建议滑动移动。所述滑动移动可包括“从上至下”、“从下至上”、“从一边到另一边”、“对角线上”和“对角线下”等，与所述缩小尺寸的指纹检测模块430相对于布置了所述缩小尺寸的指纹检测模块430的移动设备的其余部分的方位和/或位置有关。例如，当缩小尺寸的指纹检测模块430的宽度比缩小尺寸的指纹检测模块的高度大时，可使用“从上至下”或“从下至上”滑动移动。

缩小尺寸指纹检测模块430包含基底载体432、保护盖436、如金属环438的感应电极和传感器芯片434，也可包括电容感应阵列来感应指纹的峰和谷的模板。指纹检测模块430包括放置在金属环438下面的空腔中的发光源440。在一些实施例中，发光源440可通过金属环438的发光窗口444发出至少两种不同波长的光。缩小尺寸的指纹检测模块430也包含一个或多个集成到传感器芯片434中或分开放置到基底载体432的光电探测器446。在显示的实施例中，光电探测器446位于传感器芯片434的一个边缘。

在一些实施例中，当物体420(不是指纹检测模块400的一部分)与指纹检测模块430接触时，发光源440通过发光窗口444发出检测光。所述检测光被物体420反射，所述反射光可被光电探测器446接收和测量。发光源440可发两种波长的检测光。例如，一种波长可为660nm，另一波长为905nm、或者910nm或940nm中的一种。在另外一个实施例中，所述两个光波长为590nm和805nm。在另外一个实施例中，所述两个光波长为520nm和575nm。

图5A显示了根据本专利所述的一些实施例的正常人体皮肤的反射率(单位％)作为光源的波长的函数的数据图。注意人体皮肤对不同波长有不同的反射，这种联系可以测量出来。结果，从两个选定的波长得到的光电检测器信号可明显不同。在一些实施例中，光电检测器416可配置为测量两种波长的反射光。两个测量的比值接下来被计算出来，并与用户手指/皮肤的标准或校准值比较，以判断物体420是否是人体手指。所述计算、对比和判断操作可由芯片信号处理单元，如图2中的信号处理单元204完成。

图5B显示根据本专利所述的一些实施例将人体血液的光吸收特性(消光系统)作为光源的波长的函数的数据图。注意人体血液对不同波长有不同的吸收。进一步，对于缺氧的血红蛋白(被称作“Hb状态”)及结合氧(称为“HbO2状态”)，吸收行为也明显不同。结果，对应的两个选择的波长的反射光的光电检测器信号也明显不同，及对应的同样波长下的Hb或HbO2状态下的反射光的光电检测器信号也明显不同。在一些实施例中，光电检测器416可被配置为测量两种波长情况下通过物体420发送的光。两种测量值的比值可被计算并与人体血液吸收的标准或校准值比较，来判断物体420是不是人体手指。计算、比较和判断操作可由在片信号处理单元如图2中显示的信号处理单元204来完成。

光电探测器416也能被配置为测量在Hb状态和HbO2状态下一个或两个波长情况下通过物体420发送的光。两个不同波长下在两个状态下的每个状态的两个测量值的比值可被计算和与人体血液吸收的标准或校准值进行比较来判断物体420是否是人体手指。计算、比较和判断操作可由在片信号处理单元如图2中显示的信号处理单元204来完成。

光电探测图5A或5B或两者的上述测量基于由于心脏的泵压的血液中的氧水平，可用于测量人的心跳。所述两个不同波长可分别在红色光谱区和红外光谱区。所述心跳测量可用于一些脉博血氧饱和度基于血液中氧的饱和度水平监测仪设备或心率监测器。红色(由氧合血吸收)和红外(由缺氧血吸收)的相对吸收与动脉血氧饱和度有关。使用相对光吸收的测量并处理以获取心率。当指纹模板提交到将要被访问的设备时，所述心跳测量提供是否是人体的另一检查。

如上所述，在指纹检测模块内的触摸传感器，如指纹检测模块400中的金属环可用于检测物体如用户的手指的最初接触。在一实施例中，所述金属环可为用于初始化接触检测和模块激活的电路的一部分。在一些实施例中，在检测到新的接触前，所述指纹检测模块可以在待机模式(如省电模式).一旦检测到新的接触，所述金属环电路激活所述指纹检测模块的主电路。当完成当前指纹检测和认证过程后，所述指纹检测模块的主电路可被关闭或停用，然后指纹检测模块加以待机模式，同时所述金属环电路保持激活并等待下次接触。

图6A显示根据本专利所述的一些实施例的集成触摸面板和指纹检测模块的移动设备600的示意图。如图6A所示，移动设备600(如智能手机)包含指纹检测模块602，其中有触摸传感器如位于基本上与移动设备600的表面水平的金属环604，与玻璃上盖606并列并暴露给用户。所述触摸传感器可使用任意导电材料实现，如任意数量的已知金属。另外，所述触摸传感器的形状可基于指纹检测模块的形状和设计而变化。所述触摸传感器可被设计为位于所述指纹检测模块的边缘或靠近边缘，这样基本上环绕在暴露于用户的所述指纹检测模块的区域。例如，对于一个圆形的指纹检测模块，金属环可用作触摸传感器。对于一个矩形的指纹检测模块，触摸传感器外形可为矩形框架的形状。移动设备600的玻璃上盖606包含一开口，让指纹检测模块602穿过并暴露于表面。另外，玻璃上盖606可使用不是玻璃的材料来实现，包括各种水晶结构如提供给移动设备600保护同时允许至少可见光穿透的蓝宝石。移动设备600也包含触摸屏608和LCD显示模块610，位于电容触摸板608的下方。触摸板608可使用不同触摸技术包括电容触摸传感器、感应式触摸传感器或其它触摸传感器实现。所述触摸板和LCD显示模块610一起组成了触摸屏组件。当移动设备600被锁定，LCD显示模块610关闭，移动设备600的主处理器和指纹检测模块602处于待机状态。为解锁移动设备600，例如用户可通过用户的手指接触指纹检测模块602。如金属环604和通讯耦合到金属环604的相应的电路的触摸传感器可用于使用指纹检测模块602检测物体612的触摸。作为轻触的响应，所述触摸传感器和相应的电路可用于激活指纹检测模块602响应轻触，而无需通过一个机械开关如启动物理按钮等的额外用户输入。

图6B显示根据本专利所述的一些实施例的集成触摸面板和指纹检测模块的另一移动设备620的示意图。与图6A中的移动设备600类似，移动设备620包括带触摸传感器如金属环624的指纹检测模块622。然而，与移动设备600不同的是，移动设备620的玻璃上盖626没有开口，用于暴露指纹检测模块622的上表面(如暴露于用户的表面)。相反地，指纹检测模块622位于玻璃上盖626的下方，并设置为不直接接触手指632感应手指的指纹。

在图6B的实施例中，玻璃上盖626保护所述触摸屏组件的触摸板628和LCD显示模块630和移动设备620的上表面的其它区域，所述区域基本上与玻璃上盖626并列并超出与触摸板关联的触摸敏感区，包括指纹检测模块622上的位置。触摸板628嵌入到位于玻璃盖626下方的支撑玻璃634中。玻璃上盖626和支撑玻璃634包含一开口来让指纹检测模块622穿过，并放置于玻璃上盖626的下方。支撑玻璃634上开口的位置可靠近支撑玻璃634的一端，与图6A中玻璃上盖606上开口的相对位置类似。此设计中的指纹检测模块622可感应手指632的指纹与强化玻璃上盖626的上表面的接触，无须物体如手指632直接与指纹检测模块622的表面接触。这使玻璃上盖626完全覆盖在空间上连续，且不含开口的保护表面下的所述触摸屏组件和所述指纹传感器。

在一个实施例中，玻璃上盖626和支撑玻璃634粘合在一起，形成一整体玻璃盖结构，它明显比单个的玻璃上盖626和支撑玻璃634厚一些及机械强度大一些。所述两个玻璃层可使用粘合层来粘合，如环氧树脂粘合层。所述组合结构的整体厚度可与图6A中的玻璃上盖606相当。位于支撑玻璃634的开口中的指纹检测模块622可直接布置于玻璃上盖626的下面。

在日常应用中当一个用户拿着或带着(例如，在接近身体的口袋中)一移动设备600或移动设备620，经常无意识和意外接触金属环604或金属环624上的表面，这很难避免。由于无意识的接触触摸传感器，从待机状态激活指纹检测模块602或622和/或移动设备600或620的主处理器，这对移动设备的电源消耗是有负面影响的。在多个实施例中描述的设备、系统和技术可允许轻触激活指纹检测模块602或622，同时防止无意识的接触从待机状态激活同样的指纹检测模块602和622和/或移动设备600或620。

图6C显示集成触摸面板和缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块642的移动设备640的示意图。缩小尺寸的指纹检测模块642基本上与图6A中的指纹检测模块640一样，除了尺寸缩小和缩小尺寸的指纹检测模块642的不同外形以外。

如上描述，对应于缩小尺寸的指纹检测模块120、320和430，缩小尺寸的指纹检测模块642的大小和形状在一个方向(如垂直方向)上更小或更窄以最小化或减少所述缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块642在移动设备640如智能手机上占用的实际位置。在一实施例中，缩小尺寸的指纹检测模块642的宽度比缩小尺寸的形状为条状的指纹检测模块642的高度大。

为了容纳缩小尺寸的指纹检测模块642的更小、更短或更窄的形状比例和/或尺寸，可在指导中建议滑动移动。所述滑动移动可包括“从上至下”、“从下至上”、“从一边到另一边”、“对角线上”和“对角线下”等，与所述缩小尺寸的指纹检测模块642相对于布置了所述缩小尺寸的指纹检测模块642的移动设备的其余部分的方位和/或位置有关。例如，当缩小尺寸的指纹检测模块642的宽度比缩小尺寸的指纹检测模块的高度大时，可使用“从上至下”或“从下至上”滑动移动。当高度大于宽度时，可使用“从一边到另一边”移动。

移动设备640(如智能手机)包含指纹检测模块642，其中有触摸传感器或传感器电极如位于基本上与移动设备640的表面水平的金属环644，与玻璃上盖646并列并暴露给用户。所述触摸传感器或传感器电极可使用任意导电材料实现，如任意已知的金属。另外，所述触摸传感器的形状可基于指纹检测模块的形状和设计而变化。所述触摸传感器可被设计为位于所述指纹检测模块的边缘或靠近边缘，这样基本上环绕在暴露于用户的所述指纹检测模块的区域。例如，对于一圆形的指纹检测模块，金属环可用作触摸传感器。对于一矩形的指纹检测模块，触摸传感器外形可为矩形框架的形状。移动设备640的玻璃上盖646包含一开口，让指纹检测模块642穿过并暴露于表面。另外，玻璃上盖646可使用不是玻璃的材料来实现，包括各种水晶结构如提供给移动设备640保护的同时允许至少可见光穿透的蓝宝石。移动设备640也包含触摸屏648和LCD显示模块650，位于电容触摸板648的下方。触摸板648可使用不同触摸技术包括电容触摸传感器、感应式触摸传感器或其它触摸传感器实现。所述触摸板和LCD显示模块650一起组成了触摸屏组件。当移动设备640被锁定，LCD显示模块640关闭，移动设备640的主处理器和指纹检测模块642处于待机状态。为解锁移动设备640，用户可用用户的手指接触指纹检测模块642。触摸传感器如金属环644和通讯耦合到金属环644的相应的电路可用于使用指纹检测模块642检测从物体652的触摸。作为轻触的响应，所述触摸传感器和相应的电路可用于激活指纹检测模块642响应轻触，而无需通过一个机械开关如启动物理按钮等的额外用户输入。

图6D显示根据本专利所述的一些实施例的集成触摸面板和缩小尺寸的指纹检测模块的另一移动设备660的示意图。与图6C中的移动设备640类似，移动设备660包括与含触摸传感器或传感器电极如金属环664的缩小尺寸的指纹检测模块642基本上一样的缩小尺寸的指纹检测模块662。然而，与移动设备640不同的是，移动设备660的玻璃上盖666没有开口用于暴露指纹检测模块662的上表面(如暴露于用户的表面)。相反地，指纹检测模块662位于玻璃上盖666的下方，并设置为不直接接触手指672感应手指的指纹。

在图6D的实施例中，玻璃上盖666保护所述触摸屏组件的触摸板668和LCD显示模块670和移动设备620的上表面的其它区域，所述区域基本上与玻璃上盖666并列并超出与触摸板联系的触摸敏感区，包括指纹检测模块662上的位置。触摸板668嵌入到位于玻璃盖666下方的支撑玻璃674中。玻璃上盖666和支持玻璃674可用与玻璃上盖646一样的材料实现。支撑玻璃674包含一个开口来让指纹检测模块672穿过，并放置于玻璃上盖666的下方。支撑玻璃674上开口的位置可靠近支撑玻璃674的一端，与图6D中玻璃上盖646上开口的相对位置类似。此设计中的指纹检测模块662可感应手指672的指纹与强化玻璃上盖666的上表面(如暴露于用户的表面)的接触，不用如手指672的物体直接与指纹检测模块662的表面接触。这使玻璃上盖666完全覆盖在空间上连续不含开口的保护表面下所述触摸屏组件和所述指纹传感器。

在一实施例中，玻璃上盖666和支撑玻璃674粘合在一起，形成一整个玻璃盖结构，它明显比单个的玻璃上盖666和支撑玻璃674厚一些及机械强度大一些。所述两个玻璃层可使用薄的粘合层来粘合，如环氧树脂粘合层。所述组合结构的整体厚度可与图6A中的玻璃上盖666相当。位于支撑玻璃674的开口中的指纹检测模块662可直接布置于玻璃上盖666的下面。

在日常应用中当一个用户拿着或带着(例如，在接近身体的口袋中)一移动设备640或移动设备660，经常无意识和意外接触金属环644或金属环664上的表面，这很难避免。由于无意识的接触触摸传感器，从待机状态激活指纹检测模块642或662和/或移动设备640或660的主处理器，这对移动设备的电源消耗是有负面影响的。本申请文件中的多个实施例中描述的设备、系统和技术可允许轻触激活指纹检测模块642或662，同时防止无意识的接触从待机状态激活同样的指纹检测模块642和662和/或移动设备640或660。

图7A表示一流程图，举例说明根据本专利所述的一些实施例的激活处于待机状态的指纹检测模块并使用所述指纹检测模块认证试图访问锁定移动设备的尝试的过程700。图7A中的例子进程700被描述为与指纹检测模块400或300和移动设备600或620有关。处于待机模式的指纹检测模块(例如指纹检测模块400或430)具有打开的触摸传感器，以从触摸传感器连续接收指示一个物体触摸所述触摸传感器(如金属环)和指纹检测模块702的触摸传感器信号(如从金属环触摸传感器的金属环信号)。在一个实施例中，所述指纹检测模块的所述金属环触摸传感器(如在指纹检测模块400的金属环408或在缩小尺寸的指纹检测模块430中的金属环438)和相关的触摸感应电路(可能与传感器芯片404或缩小尺寸的传感器芯片434集成)用于触摸检测。例如，相关的触摸感应电路可响应所属金属环由物体如手指接触金属环而导致的增加的电容负载，生成信号。注意在指纹检测模块中的发光源在这里没有打开。直到在检测到金属环信号前，所述指纹检测模块保持在待机模式，等待如图7A所示的指示检测到接触的金属环信号(702)。

响应指纹检测模块从触摸传感器和相关的触摸感应电路接收到金属环信号，所述指纹检测模块激活光学检测模块并打开发光源，如在指纹检测模块内的LEDs来发出两个选择波长的检测光(704)。所述光学检测模块包含一个或多个在指纹检测模块光电探测器(如在模块400内的光电探测器416)以测量发出的检测光从接触物体反射和/或发出的检测光通过(即发射光)接触的物体光学信号(706)。检测光通过接触物体可用于判断接触物体的光吸收特性。信号处理模块处理对应在两个预定义波长的测量光学信号的光电探测器信号。至少部分基于处理的光电探测器信号，所述信号处理模块判断检测到的接触是否从人体皮肤，方法是通过将计算的在两个选择的波长的光电检测器信号的信号比与人体皮肤的相同参数的特性值比较(708)。

当708判断检测到的接触不是来自人体皮肤，所述指纹检测模块切换回待机模式(702)。例如，检测到的接触可能基于非人体皮肤的物体与金属环接触，如人体通过衣服与所述金属环接触。在一实施例中，返回到待机模式也包括关闭发光源。然而，当708判断检测到的接触来自人体皮肤，所述指纹检测模块激活所述主指纹传感器和在所述指纹检测模块上的相关的电路，开始从人体皮肤获取指纹传感器数据(710)。

所述指纹检测模块处理获取到的指纹传感器数据来判断是否检测到人体指纹(712)。这个进行完整的指纹检查前完成，用于区分人体指纹与人体其它部分皮肤，如与所述指纹检测模块接触的人手的其它部分、人体手臂和人脸。在一些实施例中，712中的人体指纹的初步判断不获取完整的指纹数据以节省电力和处理时间。例如，所述指纹传感器测量单方向(1D)人体皮肤配置文件，相关的检测电路判断测量的1D皮肤配置文件是否大体上与人体指纹匹配。与所述指纹传感器有关的检测电路可将测量的1D皮肤配置文件与包含周期峰和谷模板的典型的1D指纹轮廓比较，然后判断测量的1D皮肤配置文件是否与人体指纹相似。进一步，用于完成712中的初步人体指纹判断的检测电路可为在指纹检测模块中的低功耗检测电路，例如，电路与传感器芯片集成。这样，完成702中初步的人体指纹判断不需要移动设备的主处理器(如应用处理器)，所述处理器保持在待机模式直到需要全指纹校验。使用部分指纹数据和低功耗电路可确保在710和712的低功耗。

当712判断人体指纹不是来自人体皮肤检测到的，所述指纹检测模块再次切换回到702的待机模式。例如，检测到的接触来自没有人体指纹的人体皮肤，可能是用户手的一边、手臂或脸接触到金属环。在一实施例中，返回到702的待机模式也包括关闭发光源。

当712判断检测到的接触是来自人体指纹，所述指纹检测模块用指纹传感器获取全指纹数据，并将获取到的全指纹数据发送到主处理单元进行处理(714),这可能涉及到将主处理单元从待机模式唤醒。所述全指纹传感器数据由主处理单元处理，以检测获取到的全指纹数据是否与保存的移动设备的授权用户的指纹数据匹配。基于检验的结果，主处理单元授权或拒绝用户访问锁定的移动设备(716)。如果访问被拒绝，所述指纹检测模块切换回702的待机模式。否则，如果访问被授受，所述指纹检测模块也切换回待机模式，但不回到702。

图7B表示一流程图，举例说明根据本专利所述的一些实施例的激活处于待机状态的指纹检测模块并使用所述指纹检测模块认证试图访问锁定的处于高度安全模式的移动设备的尝试的过程701。图7B中过程701包含指纹检测过程，与图7A中的过程700中(702)到(714)基本上一样。获取的全指纹传感器数据(714)被处理，以检验获取到的指纹数据是否与锁定的移动设备授权用户的保存指纹数据匹配(726)。当不匹配时，用户访问移动设备的要求被拒绝，且指纹检测模块切换回待机模式(702)。当匹配时，指纹检测模块激活包括发光源和光电检测器的光学检测模块，来检测人体心跳信号(728)。检测人体心跳信号可实现为带或不带判断实际的心率。如上描述，发光源所发出的所述两个光学波长基于由于心脏的泵压的血液中的氧水平，可用于测量用户的心跳。此心跳测量提供了一个额外的检查，用于检查检测到的人体指纹是否来自活人。

当检测到心跳信号(730)，用户访问锁定移动设备的要求被接受，指纹检测模块切换回待机模式(732)。否则，用户访问锁定移动设备的要求被拒绝，指纹检测模块切换回待机模式(702)。心跳检测与指纹检测组合，为用户认证过程提供额外的安全层。

图8表示一流程图，举例说明根据本专利所述的一些实施例的使用所述指纹检测模块通过高度安全的过程认证试图访问锁定的移动设备的尝试的过程800。

在待机模式下的指纹检测模块可连续监视物体与指纹检测模块的接触802。当指纹检测模块检测到物体与指纹检测模块的接触时，指纹检测模块用于判断检测到的接触是否来自人体皮肤804。如果缺少来自人体皮肤的接触，指纹检测模块加到待机模式并继续监视另一接触802。当检测到来自人体皮肤的接触，指纹检测模块从制造接触的物体获取数据，以判断从物体获取到的数据是不明类似人体指纹806。如果没有检测到指纹，指纹检测模块返回到待机模式并继续监视另一接触802。当判断检测到的接触是来自人体指纹，主处理单元尝试认证获取到的指纹数据来判断获取到的指纹数据是否与保存的移动设备的授权用户的指纹模板匹配808。如果获取到的指纹数据与保存的移动设备的授权用户的指纹模板不匹配，指纹检测模块加到待机模式并继续监视下一次接触802。当获取到的指纹数据与保存的移动设备的授权用户的指纹模板匹配，指纹检测模块判断检测到的移动设备的授权用户的指纹是否来自活人，方法是检测是否有心跳信号810。当检测到存在心跳信号，则用户访问锁定移动设备的请求被接受。当没有检测到心跳信号的存在，则用户访问锁定移动设备的请求被拒绝，指纹检测模块加到待机模式并继续等待下一次接触802。在多个实施例中，810中附加的与授权用户指纹检测有关的心跳信号校验，可实现为可选过程，仅通过808授权用户的指纹可决定用户对锁定移动设备的请求被接受或拒绝。在一些实施例中，用户认证过程800可直接从接触的物体获取，而不含一个或两个中间用于识别检测到的接触是来自人体皮肤804并判断是否能从识别的人体皮肤上找到指纹806。在另外一些实施例中，心跳检测过程810可在检测物体的接触后完成，但要在判断授权用户的指纹数据是否能在与指纹检测器的触摸传感器接触的人体皮肤检测到之前808。

图9A举例说明根据本专利所述的一些实施例的指纹检测模块900是用于判断检测到的物体的接触是否来自人体皮肤的指纹检测模块400。

与指纹检测模块400类似，指纹检测模块900包含基底载体902、保护盖906、如金属环908的触摸传感器和传感器芯片904，也可包括电容感应阵列来感应指纹的峰和谷的模板。指纹检测模块900也包括一个或多个集成于传感器芯片904上或分开放置到基底载体902上的光电探测器916。用于检测来自物体的接触的触摸传感器可使用按指纹检测模块的形状的导电材料实现，例如金属环908放置在环绕及在保护盖上一点，以保护保护盖的边。触摸传感器可用作感应电极来检测物体920与指纹检测模块900的接触。在指纹检测模块900中，一个或多个发光源910位于保护盖906下，在保护盖906和基底载体902间的缝隙中。这样，与指纹检测模块400不同，在指纹检测模块900中的金属环908不包含用于放置发光源910的空腔。在一些实施例中，发送源910可发出至少两种不同波长。

为使从发光源910发出的检测光信号通过保护盖906和到达物体920，保护盖906对检测光是透明的。当保护盖906在底面涂有彩色层以达到需要的外观，彩色层可对于直接放置在彩色层下方的发光源910发出的光的波长是不透明的。

图9B举例说明根据本专利所述的一些实施例的包含用彩色层喷涂的保护盖的指纹检测模块901的一实施例。如图9B中所示，指纹检测模块901包含基底载体902、传感器芯片904、保护盖906、金属环908、位于保护盖906下的一个或多个发光源910及一个或多个光电探测器916。保护盖906在底面涂有彩色层912以达到需要的外观。彩色层912对于发光源910发出的光是透明的，允许发出的光穿过彩色层912并到达与保护盖906接触的物体。进一步，彩色层912对于从与保护盖906接触的物体反射的光到达位于彩色层912下方的光电探测器也是透明的。在图9B中显示的实施例中，对于发射光和反射光都透明，是通过在发光源910和光电探测器916上的区域设置多个微孔914实现。这些微孔914足够小，以致于对用户不可见，但又足够大以允许发光源910发射的光穿透并到达物体，然后从物体的反射光穿透并到达光电探测器916。例如，多微孔的尺寸可以是大约1微米到几微米。在一些实施例中，微孔914是使用激光在彩色层912上形成的。

在如上描述的指纹检测模块的多个实施例中(即指纹检测模块100、300、400、900和901)，在各自的指纹检测模块中的指纹传感器芯片的厚度可为200微米到500微米。在各自的指纹检测模块中的衬底的厚度可为0.5毫米到2毫米。在各自的指纹检测模块中的金属环的厚度可在0.5毫米到2毫米。在各自的指纹检测模块中的保护盖的厚度可在100微米到500微米。保护盖106可使用单一材料制成，如蓝宝石、氧化锆或陶瓷。然而，在一些实施例中，保护盖可做成至少两层：一个相对较硬和较贵且有高介电常数的材料(如蓝宝石、氧化锆或类金刚石碳)的上层，和一个高介电常数且相对便宜的材料(例如陶瓷材料氮化铝(AlN))的下层。例如，如果保护盖的整体厚度为450微米，则上层可以是150微米的蓝宝石，下层可以是300微米的AlN。这样的双层结构可降低保护盖的成本，同时保持足够高的硬度和介电强度。

图9C举例说明作为指纹检测模块430的一变化的缩小尺寸的指纹检测模块930判断从与缩小尺寸的指纹检测模块930接触的物体捕获的图像是否与授权用户的注册指纹配置文件匹配的一实施例。缩小尺寸的指纹检测模块930基本上与指纹检测模块900一样，除了尺寸更小及形状不同(如形状为带状)。

与指纹检测模块430类似，指纹检测模块930包含基底载体932、保护盖936、如金属环938的触摸传感器和缩小尺寸的传感器芯片934，也可包括电容感应阵列来感应指纹的峰和谷的模板。指纹检测模块930也包括一个或多个集成于传感器芯片934上或分开放置到基底载体932上的光电探测器946。用于检测来自物体的接触的触摸传感器可使用按指纹检测模块的形状的导电材料实现，例如金属环938放置在环绕及在保护盖上一点，以保护保护盖的边。触摸传感器可用作感应电极来检测物体920与指纹检测模块930的接触。在指纹检测模块930中，一个或多个发光源940位于保护盖936下，在保护盖936和基底载体932间的缝隙中并靠近传感器芯片934的一条边。这样，与指纹检测模块430不同，在指纹检测模块930中的金属环938不包含用于放置发光源940的空腔。在一些实施例中，发送源940可发出至少两种不同波长。

为使从发光源940发出的检测光信号通过保护盖936和到达物体920，保护盖936对检测光是透明的。当保护盖936在底面涂有彩色层以达到需要的外观，彩色层可对于直接放置在彩色层下方的发光源910发出的光的波长是不透明的。

图9D举例说明包含涂有彩色层962的保护盖956的指纹检测模块950。如图9D所示，缩小尺寸的指纹检测模块950包含基底载体952、缩小尺寸传感器芯片954、保护盖956、如金属环958的触摸传感器或感应电极、位于保护盖956下的一个或多个发光源960及一个或多个光电探测器966。保护盖956在底面涂有彩色层962以达到需要的外观。彩色层962对于发光源960发出的光是透明的，允许发出的光穿过彩色层962并到达与保护盖956接触的物体。进一步，彩色层962对于从与保护盖956接触的物体反射的光到达位于彩色层962下方的光电探测器966也是透明的。在图9D中显示的实施例中，对于发射光和反射光都透明，是通过在发光源960和光电探测器966上的区域设置多个微孔964实现。这些微孔964足够小，以致于对用户不可见，但又足够大以允许发光源960发射的光穿透并到达物体，然后从物体的反射光穿透并到达光电探测器966。例如，多微孔的尺寸可以是大约1微米到几微米。在一些实施例中，微孔964是使用激光在彩色层962上形成的。

在在如上描述的指纹检测模块的多个实施例中(即指纹检测模块120、320、430、930和950)，在各自的指纹检测模块中的指纹传感器芯片的厚度可为200微米到500微米。在各自的指纹检测模块中的衬底的厚度可为0.5毫米到2毫米。在各自的指纹检测模块中的金属环的厚度可在0.5毫米到2毫米。在各自的指纹检测模块中的保护盖的厚度可在100微米到500微米。保护盖106可使用单一材料制成，如蓝宝石、氧化锆或陶瓷。然而，在一些实施例中，保护盖可做成至少两层：一个相对较硬和较贵且有高介电常数的材料(如蓝宝石、氧化锆或类金刚石碳)的上层，和一个高介电常数且相对便宜的材料(例如陶瓷材料氮化铝(AlN))的下层。例如，如果保护盖的整体厚度为450微米，则上层可以是150微米的蓝宝石，下层可以是300微米的AlN。这样的双层结构可降低保护盖的成本，同时保持足够高的硬度和介电强度。

图10是根据本专利所述的一些实施例的实现人体指纹检测和认证的指纹检测系统1000的图。如图10所示，指纹检测系统1000包含触摸感应模块1002，触摸感应模块1002包含触摸传感器(如金属环)和用于检测与指纹检测系统1000接触的物体的传感器电路。指纹检测系统1000也包含光学传感器模块1004、指纹模板传感器1006和认证处理器1008。触摸感应模块1002与光学传感器模块1004通讯耦合来组合来自触摸和光学传感器的数据。当触摸感应模块1002检测到来自如手指的物体的接触，触摸感应模块1002激活光学传感器模块1004来完成指纹分析。光学传感器模块1004产生两个或多个不同波长探测光，人体皮肤由于存在血液对所述两个或多个不同波长的探测光产生不同的光学响应。在光学传感器模块1004中的光学探测单元接收来自与接触的物体的反射或发射探测光，以检测表示在两个或更多不同光学波长的反射探测光的光学测量值。在不同波长的反射探测光的光学测量值可用于计算与人体血液吸收的标准或校准值进行比较的值，并判断检测的接触是否来自人体皮肤。所述反射探测光操作的计算、对比和判断操作可由与光学传感器模块1004集成的在片信号处理单元完成。。

光学传感器模块1004与指纹模板传感器1006通讯耦合。当光学传感器模块1004检测到接触的物体是人体皮肤时，光学传感器模块1004激活指纹模板传感器1006。指纹模板传感器1006包含获取指纹数据的传感器阵列和用于判断获取到的指纹数据是否与人体指纹相似的指纹模板处理器。指纹模板传感器1006与认证处理器1008通讯耦合。当指纹模板传感器1006检测到人体指纹，指纹模板传感器1006激活认证处理器1008。认证处理器1008接收从指纹模板传感器1006获取到的指纹数据，检验获取到的指纹数据是否与保存的授权用户的指纹模板的指纹数据匹配。基于检验的结果，所述认证处理器生成认证决定1010来判断用户访问锁定移动设备的请求是被接收或被拒绝。

在高安全选项模式下，认证处理器1008可从光学传感器模块1004接收在两个或更多波长的光学测量值，并使用光学测量值来检测是否存在人体心跳信号。此心跳检测提供了附加的安全层用于决断检测到的人体指纹是否来自活人。认证处理器1008接着基于指纹认证的结果和心跳检测的结果生成认证决定1010。

公开了技术、系统和设备用于实现用光学检测模块及指纹模板识别传感器进行人体指纹检测和认证。所述公开的人体指纹检测和认证技术可与移动设备(如智能手机和平板电脑)和其它设备(如计算机显示器)集成，以提高现有设备中使用的指纹身份验证技术。

虽然该专利文献包含许多细节，但这些不应被解释为对任何发明或要求保护的范围的限制，而是作为特征的描述，可能是特定发明的特定实施例的具体描述。在这篇专利文献中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以结合单个实施例实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在单独的多个实施例或在任何适当的子组合实现。此外，虽然以上描述的特征与在某些组合中所起的作用相同，甚至最初主张如此，但是要求的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以针对一个子组合或一个子组合的变体。

类似地，虽然操作是以特定的顺序在附图中被描述，但这不应该被理解为要求这些操作以所示的特定顺序或以连续顺序被执行，或者要求所有示出的操作都被执行，以达到期望的结果。此外，在该专利文献中描述的实施例的各种系统组件的分离不应被理解为要求所有这些分离。

本文仅描述一些实施方案和示例，其他实施方案、改进和变型都可以基于本文的描述获得。

Claims (20)

1.一种在移动设备上注册和识别指纹配置文件的方法，包括：

运行于指纹注册模式，包括：

在具有非统一形状的指纹检测模块上检测手指的滑动移动接触；

响应在所述具有非统一形状的指纹检测模块上检测到的所述接触，捕获所述滑动移动的指纹图像；及

将所述滑动移动捕获到的所述指纹图像保存为授权用户的注册指纹配置文件；及

运行于指纹识别模式，包括：

在移动设备锁定时，检测从一用户的手指在所述移动设备的非统一形状的指纹检测模块上的非滑动接触；

响应检测到的所述非滑动接触，激活所述非统一形状的指纹检测模块来捕获所述手指在所述移动设备的非统一形状的指纹检测模块上的非滑动接触的手指的部分图像；及

将所述捕获到的与所述非统一形状的指纹检测模块上的非滑动接触的手指的部分图像，与所述移动设备的所述授权用户的所述注册指纹配置文件对比；及

根据对比结果，识别所述捕获到的部分图像属于所述授权用户，并授权用户访问所述锁定的移动设备。

2.如权利要求1所述的方法，包括：

接收一指示指纹注册模式的信号；及

响应所述接收指示指纹注册模式的信号，激活指纹检测模块运行于指纹注册模式。

3.如权利要求1所述的方法，其中在所述滑动移动捕获的指纹图像包括：

在滑动移动捕获手指的部分图像序列，以积累形成基本上完整的指纹图像，保存为一授权用户的注册指纹配置文件。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述滑动移动捕获指纹图像包括：

检测非统一形状的指纹检测模块的三条像素化感应元件之间的不同。

5.如权利要求1所述的方法，包括：

分析在滑动移动捕获到的手指的部分图像来判断是否捕获到足够的手指的部分图像以便作为授权用户的注册指纹配置文件。

6.如权利要求1所述的方法，包括：

输出一条信息指导用户将手指在非统一形状的指纹检测模块上滑动。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述消息包括语音、文字、图像或视频中至少一种。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述比较包括：

将所述手指的捕获图像与所述授权用户的注册指纹配置文件关联。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述识别包括：

当捕获的手指的图像与授权用户的注册指纹配置文件的关联具有统计学上的意义时，将捕获的手指的图像识别为属于授权用户。

10.如权利要求8所述的方法，所述非统一形状的指纹检测模块包括一矩形指纹检测模块，有在一个方向的第一数量的传感器像素，及在另一方向的大于第一数量的第二数量的感应电极。

11.如权利要求1所述的方法，包括：

接收指示指纹识别模式的信号；及

响应接收指示指纹识别模式的信号，激活指纹检测模式运行于指纹识别模式。

12.一种移动设备包括：

一透明上盖；

一触摸面板，配置为接收触摸输入，所述触摸面板布置在透明上盖的下方；及

一非统一形状的指纹检测模块，配置为运行于指纹注册模式，来检测一滑动移动接触，以及指纹识别模式，以检测一非滑动移动接触，其中：

在指纹注册模式，非统一形状的指纹检测模块配置为：

检测一手指的滑动移动的接触，

响应检测到的滑动移动接触，捕获手指的图像，及

将在滑动移动捕获到的手指的图像保存为授权用户的注册指纹配置文件；及

在指纹识别模式，所述非统一形状的指纹检测模块配置为：

当移动设备被锁定时，检测从用户手指的非滑动接触，

响应检测到的非滑动接触，激活非统一形状的指纹检测模块以捕获手指与非统一形状的指纹检测模块的非滑动接触的手指的部分图像，及

将捕获到的与非统一形状指纹检测模块接触的手指的部分图像与授权用户的注册指纹配置文件比较，及

识别捕获的部分图像属于授权用户，允许用户访问锁定的移动设备。

13.如权利要求12所述的移动设备，所述非统一形状指纹检测模块集成到透明上盖中，将非统一形状的指纹检测模块的上表面暴露，以与用户的手指直接接触。

14.如权利要求12所述的移动设备，所述的非统一形状的指纹检测模块包括一矩形的指纹检测模块，有在一个方向的第一数量的传感器像素，及在另一方向的大于第一数量的第二数量的感应电极。

15.如权利要求12所述的移动设备，包括一保护盖布置在透明上盖、触摸板和非统一形状的指纹检测模块上方，防止用户手指与非统一形状的指纹检测模块直接接触。

16.如权利要求12所述的移动设备，所述非统一形状指纹检测模块包括：

指纹感应电路；及

一组检测用户手指的接触的感应电极，以激活非统一形状的指纹检测模块来捕获用户手指的图像。

17.如权利要求16所述的移动设备，所述感应电路包括像素化感应元件的列数比像素化感应元件的行数多。

18.如权利要求12所述的移动设备，所述非统一形状指纹检测模块配置为接收指示指纹注册模式的信号。

19.如权利要求12所述的移动设备，所述非统一形状指纹检测模块配置为在滑动移动捕获手指的部分图像序列，以积累形成基本上完整的指纹图像，来保存为授权用户的注册指纹配置文件。

20.如权利要求19所述的移动设备，所述非统一形状指纹检测模块配置为分析在滑动移动捕获到的手指的部分图像来判断是否捕获到足够的手指的部分图像以便作为授权用户的注册指纹配置文件。