CN107408203A - 指纹扫描仪和使用指纹扫描仪扫描指纹的方法 - Google Patents

Abstract

指纹扫描仪包括第一构件和第二构件。第一构件上为第一接触面，接触手指第一节，第二构件上为第二接触面，与第一构件相邻，接触手指第一节旁的第二节。第一接触面为第一高度，第二接触面为第二高度，第一高度与第二高度之间具有固定或变化的高度差。指纹扫描仪还包括与第一接触面相连的第一指纹传感器，以及与第二接触面相连的第二指纹传感器。

Description

指纹扫描仪和使用指纹扫描仪扫描指纹的方法

技术领域

本发明涉及扫描指纹，更具体地说，涉及扫描包含指纹的手指表面。特别是，本发明涉及指纹扫描仪，以及使用指纹扫描仪扫描指纹的方法。

背景技术

目前已经证明指纹对每个人来说实际上都是独一无二的，因此被广泛地用于各种识别和访问应用中，识别和/或认证该应用使用者。现有技术中已有多种指纹扫描仪，使用不同类型的扫描技术。可以通过光学或电子扫描获得高质量的指纹扫描图像，与预先存储的真实指纹数据相匹配。扫描图像可以与高等计算机算法或其他扫描或检测方法结合使用。

通过扫描指纹来捕获指纹图案也可能被滥用，可能向指纹扫描仪提供假指纹以试图欺骗基于指纹的识别或认证系统。例如，可以使用某种液体将指纹复制到纸或薄膜上来伪造指纹。再如，可以使用塑料、玻璃、金属、橡胶、粘合剂、硅酮、明胶等制成的指套模具，特别使用真正手指表面薄层的模具来伪造指纹。

需要进一步增加指纹扫描的安全性。

发明概述

最好能够提供一种针对指纹防伪的高安全性指纹传感器，以及高安全性的手指扫描方法。

为了更好地解决这些问题，本发明的第一部分中说明了一种指纹扫描仪，由第一构件和第二构件组成。第一构件上为第一接触面，接触手指第一节，第二构件上为第二接触面，与第一构件相邻，接触手指第一节旁的第二节。第一接触面为第一高度，第二接触面为第二高度，第一高度与第二高度之间具有固定或变化的高度差。第一指纹传感器与第一接触面相连，第二指纹传感器与第二接触面相连。

这里，第一构件和第二构件各自表示接触面结构。

一实施方式中，接触面通常是平的或弯曲的。一般而言，第一构件的第一接触面，特别是最靠近第二构件第二接触面的部分平行于第二接触面，特别是最靠近第一接触面的部分。

可以沿着与第一接触面的代表面成直角的假设线测量第一接触面的第一高度。类似，可以沿着与第二接触面的代表面成直角的假设线测量第二接触面的第二高度。所述的线可能重合。第一接触面的第一高度与第二接触面的第二高度不同意味着，也就是说第一接触面的边缘高度与相邻第二接触面的边缘高度不同。部分实施方式中，“差”或“高度差”一词指第一接触面，至少与第二接触面边缘相邻的边缘位于第二接触面(边缘)上方。其它实施方式中，“差”或“高度差”一词指第一接触面，至少与第二接触面边缘相邻的边缘位于第二接触面(边缘)下方。

本发明的指纹扫描仪中，第一指纹传感器的输出结合第二指纹传感器的输出，提供手指皮肤在第一接触面和第二接触面的图像。利用上述第一构件和第二构件，手指同时按压第一接触面和第二接触面上时，可通过第一构件与第二构件在手指接触面施加的不同力获得皮肤变形的技术效果。特别是，在第一接触面到第二接触面的过渡区域中，手指按压指纹扫描仪时，皮肤局部产生不同收缩，从而形成局部变形。因此，不存在局部张力时组合第一和第二指纹传感器输出提供的图像将与同一区域皮肤接触面的图像显著不同，因此能够在局部张力的影响下提供特定皮肤的局部行为信息。这种行为代表皮肤材料，特别是特定人物的皮肤材料。

而采用伪造材料(基于硅基或凝胶等相对较软材料或塑料、玻璃或金属材料等相对较硬材料)代替皮肤接触本发明的指纹扫描仪时，在第一构件至第二构件的过渡区域中局部张力的影响下，伪造材料的变形明显不同，更高或更低，或局部更高或更低。因此，即使伪造材料能够准确模仿(未变形)指纹图案，但接触本发明的指纹扫描仪时将出现与原手指皮肤显著不同的扫描结果。可以通过将其与预先存储的原始指纹真实扫描结果进行比较，以检测出伪造的扫描结果，还可以采取措施拒绝伪造的扫描结果，并采取适当的进一步动作。

所示指纹扫描仪中，第一构件固定至第二构件，换句话说，第一构件不能相对第二构件移动。因此，第一构件的第一接触面位置相对第二构件的第二接触面静止。例如，第一接触面一般在第二接触面上方，说明手指接触指纹扫描仪时将先接触第一接触面。另举一个例子，第二接触面一般在第二接触面下方，说明手指接触指纹扫描仪时将先接触第二接触面。第一接触面和第二接触面之间的高度差，特别是在相邻边缘处的高度差产生指纹的(局部)变形。

指纹扫描仪的另一实施方式中，第一构件可相对第一位置和第二位置之间的第二构件移动，第一位置中第一接触面位于第二接触面上方，而第二位置中第一接触面相对第一位置移动。一实施方式中，指纹扫描仪还包括偏置组件，在第一构件从第一位置移动至第二位置时通过第一构件的第一接触面在手指第一节上施力，方向从第二位置朝向第一位置。

使用该例中的指纹扫描仪时，通过从第一构件第一位置移向第二位置的手指移动第一构件，对抗偏置组件施加在第一构件上的力。相应的，在手指接触面，也就是第一构件的第一接触面上施加压力。至少在第一构件从第一位置移至第二位置时，该压力一直高于施加在第二构件的第二接触面上的压力，也可能高于第一构件第二位置上的压力，但不是必然。由于这一压力差，手指皮肤拉伸或出现变形，特别是在靠近第一接触面边缘的区域。换句话说，手指将第一构件从第一位置按向第二位置时产生变形。在该例中再次达到皮肤变形的效果。

第一构件的第二位置处，第一接触面可能位于第二接触面上方或者与第二接触面对齐，手指不仅接触指纹扫描仪第一构件的第一接触面，还接触指纹扫描仪第二构件的第二接触面。偏置组件可以设在第一构件的第二位置处，在第一构件第一接触面处手指接触面上施加预定压力。而施加在第二构件第二接触面处手指接触面上则较低。

手指松开第一构件时，偏置组件可使第一构件返回到第一位置。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中，偏置组件包括弹簧构件，例如压缩弹簧构件。第一构件从第一位置移动至第二位置时，第一构件加载弹簧构件，通过第一构件的第一接触面向手指第一节施力。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中，偏置组件还包括制动构件，限制第一构件从第一位置移动至第二位置。特别是，可通过制动构件确定第二位置。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中，偏置组件还可使得第一构件位于第二位置时施力大幅降低。这里，降低偏置组件施加的力可能也包括偏置组件不通过第一构件的第一接触面向手指第一节施力。第一次施加较大的力之后降低施加的力使得变形皮肤随着时间逐渐减少变形，如果力降低到零，甚至恢复皮肤初始形状，同时激活第一指纹传感器和第二指纹传感器。因此，随着时间的推移可以获取指纹数据，显示手指皮肤随时间的变形。当然，也可以在降低施加的力后立即获取指纹数据。降低施加的力将为扫描指纹者提供触觉反馈，让手指放在扫描仪上。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中，偏置组件还包括由灵活的弹性材料制成的囊状物，内部液体通过具有预定流动阻力的开口与外部连通。第一构件的第一位置处，囊内可充满空气，压力与外部空气压力相同。第一构件相对第二构件从第一位置移动至第二构件时，气囊压缩，由此囊内压力升高。第一构件从第一位置移动至第二位置过程中，将囊内空气压出开口。通过将开口设计成具有预定的流动阻力，在第一构件从第一位置移动至第二位置过程中，气囊通过第一构件的第一接触面向手指第一节施力。第一构件到达第二位置之后，囊内空气通过开口流出，导致囊内囊外压力相等。结果，降低施加的力。

手指松开第一构件时，气囊的弹性导致空气通过开口流入囊内，由此气囊渐渐恢复初始形状，使第一构件回到第一位置。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中，偏置组件还包括与第一构件相连的第一磁体部件和与第二构件相连的第二磁体部件，至少其中之一可励磁或去励磁以分别将第一构件固定至第二构件的相对位置或释放第一构件。

至少第一磁体部件和第二磁体部件之一通电时，第一磁体部件和第二磁体部件之间产生吸引力。吸引力在先前其他作用力，例如偏置组件其他部分施加的力的作用下，使第一构件相对第二构件固定在某一位置。而第一磁体部件和第二磁体部件都未通电时，第一磁体部件和第二磁体部件之间无吸引力，第一部件可根据先前其他作用力相对第二部件处于某一位置。可激励的磁体部件可能包括电磁体。作为第一磁体部件和第二磁体部件之一的电磁体可以与由可磁化材料制成的另一第一磁体部件或第二磁体部件相互作用，或者作为永磁体。

激励第一磁体部件和第二磁体部件之一时，偏置组件通过第一部件的第一接触面施加在手指第一节上的力可能大幅降低，或变为零。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中，偏置组件还包括一个圆珠笔式机构，可将第一构件保持在第一位置或第二位置之一。圆珠笔式机构具有两个稳定位置，此处不会通过第一构件的第一接触面向手指第一节施力，而第一构件移动时(例如从第一位置移动至第二构件)圆珠笔型机构通过第一构件的第一接触面向手指第一节施力。

一实施方式中，指纹扫描仪还包括力传感器，用于测量施加在至少第一接触面和第二接触面之一上的力。

当力传感器作为第一构件第一接触面的第一高度与第二构件第二接触面的第二高度具有固定高度差的指纹扫描仪的一部分时，力传感器可以确保利用第一指纹传感器和第二指纹传感器的输出，每次指纹扫描时手指向指纹扫描仪施加相同或相似的力。因此，可以在类似情况下取得不同扫描的结果，而不同扫描期间相同皮肤区域的变形相似，改进不同扫描下同一手指扫描结果的再现性，从而提高指纹扫描仪的可靠性和安全性。

一实施方式中，指纹扫描仪还包括位置检测器，用于检测第一构件的位置。

当位置传感器作为第一构件第一接触面的第一高度与第二构件第二接触面的第二高度具有固定高度差的指纹扫描仪的一部分时，位置检测器可以确保利用第一指纹传感器和第二指纹传感器的输出，每次在第一构件的相同或相似位置(即第一高度)处扫描指纹图案。因此，可以在类似情况下取得不同扫描的结果，而不同扫描期间相同皮肤区域的变形相似，改进不同扫描下同一手指扫描结果的再现性，从而提高指纹扫描仪的可靠性和安全性。

所示指纹扫描仪中，至少第一接触面和第二接触面中之一带有皮肤电阻传感器。

皮肤电阻传感器有助于辨别是真实手指还是模拟指纹接触指纹扫描仪。可以利用皮肤电阻传感器测得真实手指的皮肤电阻值显著不同，立即发现可能出现伪造指纹。

为了再现手指皮肤变形并进行测量，所示指纹扫描仪中第一接触面边缘和第二接触面相邻边缘之间的距离或间隙至少为0.1mm，或者至少0.5mm，更甚至至少1mm。需注意，第一接触面位于第二接触面上方或下方时，基本可在高度方向上测得这一距离，或者对齐时，可测得基本平行于第一接触面和第二接触面。

分别在第一和第二构件的第一和第二接触面相邻边缘附近发生皮肤变形。所示指纹扫描仪中，第二接触面至少部分围绕第一构件。围绕范围越大，手指皮肤变形区域越大，手指扫描仪扫描的再现性、可靠性和安全性越好。

所示指纹扫描仪中，至少第一接触面和第二接触面中之一为凹形，以将用户手指尽可能引导至预定的扫描位置，使得不同时间进行扫描时在同一皮肤位置或附近发生皮肤变形。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中可设处理装置以：从力传感器接收输出；比较力传感器测得的力值与参考值；如果实测值符合参考值，则激活第一指纹传感器和第二指纹传感器以提供相应的输出。力传感器的输出表示力传感器测得的力值。第一指纹传感器和第二指纹传感器的输出表示相应的手指数据。处理装置可以是信号处理装置和/或数据处理装置。

指纹扫描仪的第一构件可移动至第二构件的一实施方式中可设处理装置以：从位置检测器接收输出；确定位置检测器检测到的位置是否符合第一构件的第二位置；如果检测到的位置符合第二位置，则激活第一指纹传感器和第二指纹传感器提供相应输出。力传感器的输出表示力传感器测得的力值。第一指纹传感器和第二指纹传感器的输出表示相应的手指数据。处理装置可以是信号处理装置和/或数据处理装置。

所示指纹扫描仪中处理装置还可用于：接收第一指纹传感器和第二指纹传感器的输出；处理上述输出以确定接触第一接触面和第二接触面的手指表面数据。

所示另一指纹扫描仪中处理装置还用于：将手指数据与预先存储的真实手指数据进行比较；提供信号说明手指数据和预先存储的真实手指数据的一致程度。

指纹扫描仪一实施方式中，第一指纹传感器和第二指纹传感器都包括光学传感器、超声波传感器和电容传感器之一。

指纹扫描仪可以用于识别或访问应用，例如数字或物理访问。这种情况下，指纹扫描仪可以作为识别装置或访问控制装置的一部分。

本发明的第二部分说明了指纹扫描方法。

使用第一构件固定或可相对第二构件移动的指纹扫描仪时，指纹扫描方法包括以下步骤：手指接触第一接触面和第二接触面；手指按压第一接触面和第二接触面，直至力传感器测得的力值符合参考值；然后激活第一指纹传感器和第二指纹传感器。

使用第一构件可相对第二构件移动的指纹扫描仪时，指纹扫描方法包括以下步骤：手指第一节在第一位置接触第一构件第一接触面；手指按压第一构件，使第一接触面朝向第二接触面移动，直至第一构件位于第二位置；然后激活第一指纹传感器和第二指纹传感器。

一实施方式中指纹扫描方法还包括：接收第一指纹传感器和第二指纹传感器的输出；然后处理上述输出以确定接触第一接触面和第二接触面的手指表面数据。

另一实施例中一实施方式中指纹扫描方法还包括：将手指数据与预先存储的真实手指数据进行比较；提供信号说明手指数据和预先存储的真实手指数据的一致程度。

参考以下详细描述并结合附图中类似的参考符号，更能理解本发明的其它部分。

附图说明

图1a为图1b平面A所示根据本发明的所示指纹扫描仪一示意图的横截面图。

图1b为图1a所示指纹扫描仪的俯视图。

图2a为图2b平面B所示根据本发明的所示指纹扫描仪一示意图的横截面图。

图2b为图2a、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g和3h所示指纹扫描仪的俯视图。

图3a为根据本发明的指纹扫描仪例三示意图的横截面图，其中第一构件位于第一位置。

图3b为图3a所示横截面图，其中第一构件位于第二位置。

图3c为根据本发明的指纹扫描仪例四示意图的横截面图，其中第一构件位于第一位置。

图3d为图3c所示横截面图，其中第一构件位于第二位置。

图3e为根据本发明的指纹扫描仪例四示意图的横截面图，其中第一构件位于第一位置。

图3f为图3e所示横截面图，其中第一构件位于第二位置。

图3g为根据本发明的指纹扫描仪例六示意图的横截面图，其中第一构件位于第二位置。

图3h为图3g所示横截面图，其中第一构件位于第一位置。

图4为一个指纹，说明手指皮肤的变形位置。

图5a为图1a、1b、2a、2b所示指纹扫描仪的方框图。

图5b为图3a、3b所示指纹扫描仪的方框图。

图5c为图3c、3d所示指纹扫描仪的方框图。

图5d为图3e、3f所示指纹扫描仪的方框图。

图5e为图3g、3h所示指纹扫描仪的方框图。

图6为使用图1a、1b、2a和2b所示类型指纹扫描仪进行指纹扫描过程的流程图。

图7为使用图3a和3b所示类型指纹扫描仪进行指纹扫描过程的流程图。

具体实施方式

图1a和1b分别为指纹扫描仪2的横截面图和俯视图。指纹扫描仪2包括固定至第二构件6的第一构件4。指纹扫描仪2的底座8通过称重传感器等力传感器10连接至第一构件4。第一构件4和第二构件6的组装可相对底座8在双箭头11的方向上移动，以使力传感器10能够感测施加在第一构件4和/或第二构件6上的底座8方向上的力。或者，第一构件4、第二构件6和底座8可以由可变形的柔性材料制成，并且互相固定，以使力传感器10能够感测施加在第一构件4和/或第二构件6上的底座8方向上的力，当上述力被消除时，柔性材料的弹性使其能够恢复初始形状。

第一构件4包括第一接触面12，与第一指纹传感器14相连。图1a中，第一指纹传感器14位于第一接触面12处或附近。第一指纹传感器14用于扫描接触第一接触面12的手指16(由虚线表示)第一节(表面)。

第二构件6包括第二接触面18，与第二指纹传感器20相连。图1a中，第二指纹传感器20位于第二接触面18处或附近。第二指纹传感器20用于扫描接触第二接触面12的手指16(由虚线表示)第二节(表面)。

第一和第二接触面12、18为平整平面。而其他实施方式中，第一和第二接触面12、18中的一个或两个可以是弯曲的，特别是凹形的，例如边缘处(略微)向上弯曲，可能除了相邻边缘之外。第一接触面12的第一高度与第二接触面18的第二高度不同，例如相对底座8的高度。第一高度和第二高度的差值固定。指纹扫描仪2中，第一接触面12位于第二接触面18的上方。其他实施方式中，第一接触面12可能在第二接触面18下方。

指纹扫描仪2可能包含电路22，用于操作第一和第二指纹传感器14、20和力传感器10，与另一装置或网络等进行通信，包括近场通信NFC。电路22可能包含电池等电源，也可能包括处理装置23用于处理数据和/或信号，以及存储器25。

图2a和2b分别为指纹扫描仪30的横截面图和俯视图。指纹扫描仪30包括固定至第二构件34的第一构件32。指纹扫描仪30的底座36通过称重传感器等力传感器38连接至第一构件32。第一构件32和第二构件34的组装可相对底座36在双箭头39的方向上移动，以使力传感器38能够感测施加在第一构件32和/或第二构件34上的底座36方向上的力。或者，第一构件32、第二构件34和底座36可以由可变形的柔性材料制成，并且互相固定，以使力传感器10能够感测施加在第一构件32和/或第二构件34上的底座36方向上的力，当上述力被消除时，柔性材料的弹性使其能够恢复初始形状。

第一构件32包括第一接触面40，与第一指纹传感器42相连。图2a中，第一指纹传感器42位于第一接触面40处或附近。第一指纹传感器42用于扫描接触第一接触面40的手指16(由虚线表示)第一节(表面)。

第二构件34包括第二接触面46，与第二指纹传感器48相连。图2a中，第二指纹传感器48位于第二接触面46处或附近。第二指纹传感器48用于扫描接触第二接触面40的手指16(由虚线表示)第二节(表面)。

第一和第二接触面40、46为平整平面。而其他实施方式中，第一和第二接触面40、46中的一个或两个可以是弯曲的，特别是凹形的，例如边缘处(略微)向上弯曲，可能除了相邻边缘之外。第一接触面40的第一高度与第二接触面46的第二高度不同，例如相对底座36的高度。第一高度和第二高度的差值固定。指纹扫描仪30中，第一接触面40位于第二接触面46的上方。其他实施方式中，第一接触面40可能在第二接触面46下方。

指纹扫描仪30可能包含电路50，用于操作第一和第二指纹传感器42、48和力传感器38，与另一装置或网络等进行通信，包括近场通信NFC。电路50可能包含电池等电源，也可能包括处理装置51用于处理数据和/或信号，以及存储器53。

图3a和3b为指纹扫描仪60的横截面视图，俯视图类似图2b。指纹扫描仪60包含位于第一位置和第二位置之间可相对第二构件64移动的第一构件62，第一位置如图3a所示，其中第一构件62的第一接触面66位于第二构件642的第二接触面68上方，第二位置如图3b所示，其中第一接触面66已经相对第一位置移动，特别是朝向第二接触面68。指纹扫描仪60的底座70和第一构件62之间设偏置构件72，可采用嵌入式压缩弹簧以通过第一构件62第一接触面66向手指第一节施力，方向从第二位置朝向第一位置。

可以朝第二构件62按压第一构件62，对抗偏置构件72，使得第一构件62可从第一位置向第二位置移动，如双箭头74所示。松开手指时，第一构件62通过偏压构件72的作用移回第一位置。

指纹扫描仪60还包括位置检测器76，用于检测第一构件62的位置。

第一构件62及第一接触面66与第一指纹传感器78相连。图3a，3b中，第一指纹传感器78位于第一接触面66处或附近。第一指纹传感器78用于扫描接触第一接触面66的手指16(由虚线表示)第一节(表面)。

第二构件64及第二接触面68与第二指纹传感器80相连。图3a，3b中，第二指纹传感器80位于第二接触面68处或附近。第二指纹传感器80用于扫描接触第二接触面68的手指16(由虚线表示)第二节(表面)。

第一和第二接触面66、68为平整平面。而其他实施方式中，第一和第二接触面66、68中的一个或两个可以是弯曲的，特别是凹形的，例如边缘处(略微)向上弯曲，可能除了相邻边缘之外。第一接触面66的第一高度与第二接触面68的第二高度不同，例如相对底座70的高度。第一高度和第二高度的差值可变。指纹扫描仪60中，第一接触面66在第一构件62的第一位置和第二位置处都位于第一接触面68的上方。但第二位置处，第一接触面66也可能与第二接触面68对齐。

指纹扫描仪60可能包含电路82，用于操作第一和第二指纹传感器78、80和检测器76，与另一装置或网络等进行通信，包括近场通信NFC。电路82可能包含电池等电源，也可能包括处理装置84用于处理数据和/或信号，以及存储器86。

图3c和3d为指纹扫描仪100的横截面视图，俯视图类似图2b。指纹扫描仪100包含位于第一位置和第二位置之间可相对第二构件102移动的第一构件106，第一位置如图3c所示，其中第一构件106的第一接触面104位于第二构件102的第二接触面105上方，第二位置如图3d所示，其中第一接触面104已经相对第一位置移动，特别是朝向第二接触面105。指纹扫描仪100的底座112和第一构件106之间设偏置构件，可采用嵌入式气囊116以通过第一构件106第一接触面104向手指16第一节施力，方向从第二位置朝向第一位置。

气囊116由灵活的弹性材料制成。气囊116内部充满空气，通过具有预定流动阻力的开口117与气囊116外部流体连通。第一构件106的第一位置处，气囊116内的空气压力可借助开口117等于气囊116外部的空气压力。压缩气囊116时通过选择开口117的适当流动阻力，使得气囊116内的空气压力比通过开口117从气囊116逸出的空气压力增加得更快，从而均衡内外压力。结果，气囊通过第一构件106的第一接触面104向手指16的第一节(由虚线表示)施力。

压缩气囊116内空气增加空气压力，使得朝第二构件102按压第一构件106，对抗气囊116时，第一构件106可从第一位置向第二位置移动，如双箭头126所示。

可按下第一构件106直至其下段环107接触设在底座112上的制动构件114。第一构件106的第二位置处，第一接触面104与第二接触面105对齐。其他实施方式中，第一接触面104可能在第二接触面105上方或下方。

手指按压在第一构件106，将第一构件106保持在第二位置时，气囊116的内部压力通过开口117与外部压力相等，由此可以减小气囊116通过其第一构件106的第一接触面104施加在手指16第一节上的力。松开手指时，弹性气囊116恢复其在第一构件106第一位置处的初始形状，从而使第一构件106移回第一位置。

第一构件106及第一接触面104与第一指纹传感器108相连。图3c，3d中，第一指纹传感器108位于第一接触面104处或附近。第一指纹传感器108可用于扫描接触第一接触面104的手指16第一节(表面)。

第二构件102及第二接触面105与第二指纹传感器110相连。图3c，3d中，第二指纹传感器110位于第二接触面105处或附近。第二指纹传感器110可用于扫描接触第二接触面105的手指16第二节(表面)。

第一和第二接触面104、105为平整平面。而其他实施方式中，第一和第二接触面104、105中的一个或两个可以是弯曲的，特别是凹形的，例如边缘处(略微)向上弯曲，可能除了相邻边缘之外。第一接触面104的第一高度与第二接触面105的第二高度不同，例如相对底座112的高度。第一高度和第二高度的差值可变。指纹扫描仪100中，第一接触面104在第一构件106的第一位置和第二位置处都位于第二接触面105的上方。但第二位置处，第一接触面104也可能与第二接触面105对齐。

指纹扫描仪100可能包含电路120，用于操作第一和第二指纹传感器108、110，与另一装置或网络等进行通信，包括近场通信NFC。电路120可能包含电池等电源，也可能包括处理装置122用于处理数据和/或信号，以及存储器124。

图3e和3f为指纹扫描仪130的横截面视图，俯视图类似图2b。指纹扫描仪130包含位于第一位置和第二位置之间可相对第二构件138移动的第一构件132，第一位置如图3e所示，其中第一构件132的第一接触面136位于第二构件132的第二接触面137上方，第二位置如图3f所示，其中第一接触面136已经相对第一位置移动，特别是朝向第二接触面137。指纹扫描仪130的底座144和第一构件132之间设偏置构件72，可采用嵌入式压缩弹簧149以通过第一构件132第一接触面136向手指16第一节施力，方向从第二位置朝向第一位置。压缩弹簧149是由金属或塑料等灵活的弹性材料制成。

可以朝第二构件138按压第一构件132，压缩弹簧149，使得第一构件132可从第一位置向第二位置移动，如双箭头156所示。

可按下第一构件132直至其下段部件134接触电线圈148上的制动构件146，而电线圈148又设在底座144上。第一构件132的第二位置处，第一接触面136与第二接触面137对齐。其他实施方式中，第一接触面136可能在第二接触面137上方或下方。

下段部件134可以由可磁化或永久磁化的材料制成。电线圈148通电时产生的磁场极性可以吸引下段部件134。通电时，电线圈148可将第一构件132固定在第二位置，从而补偿压缩弹簧149通过第一构件132第一接触面136对手指16第一节施加的力被减少为零。当电线圈148断电时，第一构件132通过压缩弹簧149的作用移回第一位置。

制动构件146可以由导电材料制成。第一构件132的下段部件134也可以是导电的，并形成电路的接触部分，以检测部件134之间是否接电。可通过第一构件132第二位置的制动构件146形成此类电气连接。检测到部件134之间存在电气连接时，电线圈148可在预定时间内通电。因此，部件134和制动构件146可以形成电气开关。

第一构件132及第一接触面136与第一指纹传感器142相连。图3e，3f中，第一指纹传感器142位于第一接触面136处或附近。第一指纹传感器142可用于扫描接触第一接触面136的手指16第一节(表面)。

第二构件138及第二接触面137与第二指纹传感器140相连。图3e，3f中，第二指纹传感器140位于第二接触面137处或附近。第二指纹传感器140可用于扫描接触第二接触面137的手指16第二节(表面)。

第一和第二接触面136、137为平整平面。而其他实施方式中，第一和第二接触面136、137中的一个或两个可以是弯曲的，特别是凹形的，例如边缘处(略微)向上弯曲，可能除了相邻边缘之外。第一接触面136的第一高度与第二接触面137的第二高度不同，例如相对底座144的高度。第一高度和第二高度的差值可变。指纹扫描仪130中，第一接触面136在第一构件132的第一位置和第二位置处都位于第二接触面137的上方。但第二位置处，第一接触面136也可能与第二接触面137对齐。

指纹扫描仪130可能包含电路150，用于操作第一和第二指纹传感器142、140，与另一装置或网络等进行通信，包括近场通信NFC。电路150可能包含电池等电源，也可能包括处理装置152用于处理数据和/或信号，以及存储器154。

图3g和3h为指纹扫描仪160的横截面视图，俯视图类似图2b。指纹扫描仪160包含位于第一位置和第二位置之间可相对第二构件168移动的第一构件162，第一位置如图3h所示，其中第一构件162的第一接触面166位于第二构件168的第二接触面167上方，第二位置如图3g所示，其中第一接触面166已经相对第一位置移动，特别是朝向第二接触面167。指纹扫描仪160的底座174和第一构件162之间设偏置构件72，可采用嵌入式压缩弹簧178以通过第一构件162第一接触面166向手指16第一节施力，方向从第二位置朝向第一位置。压缩弹簧178是由金属或塑料等灵活的弹性材料制成。

可以朝第二构件168按压第一构件162，压缩弹簧178，使得第一构件162可从第一位置向第二位置移动，如双箭头186所示。

图3g、3h中所示指纹扫描仪160例包括一圆珠笔型机构，其第一部分组件连接至第一构件162，朝底座174突出；而第二部分组件177连接至底座174，朝第一构件162突出。通过圆珠笔型机构确定第一构件162的第一位置和第二位置稳定。通过环164进一步确定第一位置。从第一位置(图3h)过渡到第二位置(图3g)的过程中，压缩弹簧通过第一构件162的第一接触面166向手指16第一节施力，方向从第二位置朝向第一位置。通过位于第一构件162的第一位置和第二位置的圆珠笔型机构来补偿这一作用，并完全抵消。

第一构件162及第一接触面166与第一指纹传感器170相连。图3g，3h中，第一指纹传感器170位于第一接触面166处或附近。第一指纹传感器170可用于扫描接触第一接触面166的手指16第一节(表面)。

第二构件168及第二接触面167与第二指纹传感器172相连。图3g，3h中，第二指纹传感器172位于第二接触面167处或附近。第二指纹传感器172可用于扫描接触第二接触面167的手指16第二节(表面)。

第一和第二接触面166、167为平整平面。而其他实施方式中，第一和第二接触面166、167中的一个或两个可以是弯曲的，特别是凹形的，例如边缘处(略微)向上弯曲，可能除了相邻边缘之外。第一接触面166的第一高度与第二接触面167的第二高度不同，例如相对底座174的高度。第一高度和第二高度的差值可变。指纹扫描仪160中，第一接触面166在第一构件162的第一位置和第二位置处都位于第一接触面167的上方。但第二位置处，第一接触面166也可能与第二接触面167对齐。

指纹扫描仪160可能包含电路180，用于操作第一和第二指纹传感器170、172，与另一装置或网络等进行通信，包括近场通信NFC。电路180可能包含电池等电源，也可能包括处理装置182用于处理数据和/或信号，以及存储器184。

指纹扫描仪100、130、160都还可能包括力传感器，用于测量施加在第一接触面上的力，如上文所讨论，参考图1a。此外，指纹扫描仪100、130、160也还可能包括一个位置检测器，用于检测第一构件的位置，如上文所讨论，参考图3a、3b。

图1a、1b实施方式中，第一构件4沿线5紧挨着第二构件6，如图1b所示。采用点划线7表示手指16和指纹扫描仪2之间的接触区域，并且与部分第一接触面12和第二接触面18相重叠。图2a、2b、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h实施方式中，第二构件34、64、102、138围绕第一构件32、62、106、132、162，而第二接触面46、68、105、137、167围绕第一构件32、62、106、132、162，从上方图2b可以看出，还沿着闭环线9围绕第一接触面40、66、104、136、166，闭环线9表示第一部件32、62、106、132、162的外周边缘。采用点划线11表示手指16和指纹扫描仪30、60、100、130、160之间的接触区域，并且与全部第一接触面40、66、104、136、166和部分第二接触面46、68、105、137、167相重叠。

图1a、1b、2a、2b、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h实施方式中，皮肤电阻传感器95可能连接至第一接触面12、40、66、104、136、166和/或第二接触面18、46、68、105、137、167。基于感测到的手指16和指纹扫描仪2、30、60、100、130、160之间接触区域的阻抗值(电阻)，数据处理装置能够确定接触指纹扫描仪2、30、60、100、130、160的是否确实为人类手指。

图4为指纹扫描仪30、60、100、130或160获得的指纹图像400。如图1a、2a、3b、3d、3f、3g所示，因手指16在第一构件4、32、62、106和第二构件6、34、64、102、138、168上的按压力不同产生皮肤变形。特别是，如图1a、1b、2a、2b、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h所示，至少第一构件62、106、132、162从第一位置移至第二位置过程中(见图3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h)，第一接触面12、40、66、104、136、166上施加的压力高于第二接触面18、46、68、105、137、167上施加的压力。这些压力差导致手指16的皮肤在某些部位绷得更紧，在接触位置或者第一接触面12、40、66、104、136、166和第二接触面18、46、68、105、137、167之间的过渡区域产生变形。这可以在第一指纹传感器14、42、78、108、142、170和第二指纹传感器20、48、80、110、140、172所捕获图像组合的指纹图像中观察到。用点表示图2a、2b、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g所示指纹扫描仪中的变形位置，如图4所示，并且大致沿着第一接触面40、66、104、136、166的边缘。

为了能够捕捉手指皮肤的预期变形，第一接触面12、40、66、104、136、166的边缘和第二接触面18、46、68、105、137、167的边缘之间至少距离0.1mm，或者至少0.5mm，更甚至至少1mm。

图5a为指纹扫描仪2、30的方框图实施方式。指纹扫描仪2、30包括第一指纹传感器14、42，第二指纹传感器20、48，可选力传感器10、38，可选皮肤电阻传感器95和连接至处理装置的存储器25、53。这些组件的操作将在下文参考图6进行讨论。

图5b为指纹扫描仪60的方框图实施方式。指纹扫描仪60包括第一指纹传感器78，第二指纹传感器80，可选位置检测器76，可选皮肤电阻传感器95和连接至处理装置84的存储器86。这些组件的操作将在下文参考图7进行讨论。

图5c为指纹扫描仪100的方框图实施方式。指纹扫描仪100包括第一指纹传感器108，第二指纹传感器110，可选皮肤电阻传感器95和连接至处理装置122的存储器124。

图5d为指纹扫描仪130的方框图实施方式。指纹扫描仪130包括第一指纹传感器142，第二指纹传感器140，下段导电部件134，导电制动构件146，电线圈148，可选皮肤电阻传感器95和连接至处理装置152的存储器154。

图5e为指纹扫描仪160的方框图实施方式。指纹扫描仪160包括第一指纹传感器170，第二指纹传感器172，可选皮肤电阻传感器95和连接至处理装置182的存储器184。

图1a、1b所示指纹扫描仪2或图2a、2b所示指纹扫描仪30的操作见图6流程图。

步骤600中，手指16接触指纹扫描仪2、30的第一接触面12、40和第二接触面18、46。

步骤602中，手指16压在第一接触面12、40和第二接触面18、46上，直至力传感器10、38测得的力值符合参考值。可采用处理装置23、51或其他处理装置接收力传感器10、38的输出，比较力传感器10、38测得的力值与参考值。与参考力值相关的数据可以存储在存储器25、53或在其他存储器中。

步骤604中，处理装置23、51或其他处理装置确定力传感器10、38测得的力值符合参考值时，采用处理装置23、51或其他处理装置激活第一指纹传感器14、42和第二指纹传感器20、48以提供相应的输出，每个输出表示一部分指纹图像。

步骤606中，采用处理装置23、51或其他处理装置接收第一指纹传感器14、42和第二指纹传感器20、48的输出。

步骤608中，采用处理装置23、51或其他处理装置处理这些输出，以确定手指16和指纹扫描仪2、30在第一接触面12、40和第二接触面18、46上接触区域7、11的手指数据。

步骤610中，采用处理装置23、51或其他处理装置比较手指数据与预先存储的真实手指数据。真实手指数据可以存储在存储器25、53或其他存储器中。

步骤612中基于手指数据与预先存储的真实手指数据的比较结果提供信号说明手指数据和预先存储的真实手指数据之间的一致程度。该信号可以由处理装置23、51或其他处理装置提供。可以用于识别或访问控制等需要获取和检查指纹的应用，通过信号接受或拒绝指纹。

图3a、3b所示指纹扫描仪60的操作见图7流程图。

步骤700中，手指16的第一节接触第一构件62的第一接触面66。

步骤702中，手指16按压第一构件62，使得第一接触面66朝第二接触面68移动，直至位置检测器76检测到的位置符合第一构件62的第二位置。可通过处理装置84或其他处理装置接收位置检测器76的输出，根据输出确定位置检测器76检测到的位置是否符合第一构件62的第二位置。

与第二位置相关的数据可存储在存储器86或其他存储器中。

步骤704中，处理装置84或其他处理装置确定位置检测器76检测到的位置符合第一构件62的第二位置时，通过处理装置84或其他处理装置激活第一指纹传感器78和第二指纹传感器80，以提供相应输出，每个输出代表指纹图像的一部分。

步骤706中，采用处理装置84或其他处理装置接收第一指纹传感器78和第二指纹传感器80的输出。

步骤708中，采用处理装置84或其他处理装置处理这些输出，以确定手指16和指纹扫描仪60在第一接触面66和第二接触面68上接触区域11的手指数据。

步骤710中，采用处理装置84或其他处理装置比较手指数据与预先存储的真实手指数据。真实手指数据可以存储在存储器86或其他存储器中。

步骤712中基于手指数据与预先存储的真实手指数据的比较结果提供信号说明手指数据和预先存储的真实手指数据之间的一致程度。该信号可以由处理装置84或其他处理装置提供。可以用于识别或访问控制等需要获取和检查指纹的应用，通过信号接受或拒绝指纹。

图7的流程图同样适用于图3c、图3d、图3e、3f、3g和3h所示指纹扫描仪。但步骤702中图3c、图3d、图3e、3f、3g和3h所示指纹扫描仪的位置检测器可能无法检测出第一构件106，132的第二位置，如图3a、3b所示，而是通过与制动构件114、146相连的第一构件106，132来确定第一构件106，132的第二位置。对于图3e、3f所示指纹扫描仪，可以通过第一构件132下段导电部件134连接导电制动构件146，从而连接下段部件146形成的电气开关检测出第二位置。对于图3g、3h所示指纹扫描仪，可以通过步骤702中的圆珠笔型机构176177预先确定第二位置。

可分别根据图6和图7流程图按照步骤600或步骤700激活可选皮肤电阻传感器95。首选通过步骤600、602、604(图6)之一或全部，或步骤700、702、704(图7)之一或全部激活皮肤电阻传感器95的，以进一步防止处理或接受伪造指纹。

图1a、1b、2a、2b、3a、3b、3c、3d、3e、3f、3g、3h实施方式中，第一指纹传感器14、42、78、108、142、170和第二指纹传感器20、48、80、110、140、172都包括都包括光学传感器、超声波传感器和电容传感器之一。

如上所述，指纹扫描仪包括第一构件和第二构件。第一构件上为第一接触面，接触手指第一节，第二构件上为第二接触面，与第一构件相邻，接触手指第一节旁的第二节。第一接触面为第一高度，第二接触面为第二高度，第一高度与第二高度之间具有固定或变化的高度差。指纹扫描仪还包括与第一接触面相连的第一指纹传感器，以及与第二接触面相连的第二指纹传感器。

本发明有可以提高安全访问和/或识别应用的安全性，例如在安全访问管理中结合手指图像或指纹，提供设备、服务和系统的安全访问。

本发明可替换或补充其它安全访问装置，如密钥、密码、NFC或RFID标记等，

·获得或限制远程或本地计算机、服务器、平板电脑、移动设备(笔记本电脑或智能电话、路由器、服务器、打印机)等的访问；

·计算机系统配置文件、用户帐户、网络服务、移动应用、计算机应用程序、打印机设置、咖啡机设置、电视设置、访问管理、安全级别管理、通关管理等个性化设置；

·获得或限制汽车、火车、飞机等交通工具的访问和使用；

·开关锁

·控制报警系统、远程控制系统

·实现信用卡、安全卡、电子密钥，ID卡或标签、标记的安全；

·启用支付服务；

·等。

根据需要，本文披露了本发明的详细范例；但应理解，所公开的范例仅代表本发明，可以体现为不同形式。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应解释为具有限制性，而是作为专利申请的基础，和作为某一技术领域教导实际使用本发明具体结构的代表性基础。此外，本文所用术语和短语也非限制性，而是用于理解本发明的描述。

本文中“一”指一个或一个以上。本文中复数词指两个或两个以上。本文中“其他”一词指第二个或更多个。本文中“包括”和/或“具有”一词指包含(即开放性词语，不排除其他元件或步骤)。专利申请中的参考标记不应当被解释为仅限专利申请或本发明的范围。

某些措施与从属专利申请不同并不表示不能利用这些措施的组合。

可以采用单个处理器或其他单元实现专利申请中记载的若干项功能。另一方面，也可以采用不同的处理器或数据处理装置来实现不同的功能。

Claims (26)

1.指纹扫描仪，包括：

第一构件和第二构件，其中第一构件上的第一接触面接触手指第一节，第二构件上的第二接触面邻近第一构件，并接触手指第一节旁的第二节，而第一接触面的第一高度与第二接触面的第二高度之间差异固定或可变；

与第一接触面相连的第一指纹传感器；和

与第二接触面相连的第二指纹传感器。

2.根据权利要求1所述的指纹扫描仪，其中，所述第一构件固定至所述第二构件。

3.根据权利要求1所述指纹扫描仪，

其中，所述第一构件可在第一位置与第二位置之间相对第二构件移动，第一位置处第一接触面位于第二接触面上方，而第二位置处第一接触面相对第一位置移动；且指纹扫描仪还包括：

偏置组件，在第一构件从第一位置移动至第二位置时通过第一构件的第一接触面在手指第一节上施力，方向从第二位置朝向第一位置。

4.根据权利要求3所述指纹扫描仪，其中，所述偏置组件也包括一弹簧构件。

5.根据权利要求3所述指纹扫描仪，其中，所述偏置组件还包括一制动构件，限制第一构件只可从第一位置移至第二位置。

6.根据权利要求3所述指纹扫描仪，其中，所述第一构件处于第二位置时，偏置组件可大幅降低所施加的力。

7.根据权利要求6所述指纹扫描仪，其中，所述偏置组件包括灵活的弹性材料制成的气囊，气囊内外通过具有预定流动阻力的开口实现流体连通。

8.根据权利要求6所述指纹扫描仪，其中，所述偏置组件包括连接至第一构件的第一磁体部件和连接至第二构件的第二磁体部件，至少其中之一可励磁或去励磁以分别将第一构件固定至第二构件的相对位置或释放第一构件。

9.根据权利要求6所述指纹扫描仪，其中，所述偏置组件还包括圆珠笔型机构，将第一构件固定在第一位置或第二位置之一。

10.根据权利要求1所述指纹扫描仪，其中，还包括：

力传感器，用于测量施加在至少第一接触面和第二接触面之一上的力。

11.根据权利要求3所述指纹扫描仪，其中，还包括：

位置检测器，用于检测第一构件的位置。

12.根据权利要求1所述指纹扫描仪，其中，所述第一接触面和第二接触面上都带有皮肤电阻传感器。

13.根据权利要求1所述指纹扫描仪，其中，所述第一接触面边缘和第二接触面边缘之间至少距离0.1mm，或者至少0.5mm，更甚至至少1mm。

14.根据权利要求1所述指纹扫描仪，其中，所述第二接触面至少围绕部分第一构件。

15.根据权利要求1所述指纹扫描仪，其中，所述第一接触面和第二接触面至少一个呈凹形。

16.根据权利要求10所述指纹扫描仪，其中，还包括处理装置用于：

接收力传感器的输出，即力传感器测得的力值，

比较力传感器测得的力值与参考值；和

如果测得的力值符合参考值，则激活第一指纹传感器和第二指纹传感器，以提供相应的输出，分别表示第一指纹传感器和第二指纹传感器的指纹数据。

17.根据权利要求11所述指纹扫描仪，其中，还包括处理装置以：

接收位置检测器的输出，即第一构件的位置；

根据输出数据确定位置检测器检测出的位置是否符合第一构件的第二位置；和

如果检测的位置与第二位置相对应，则激活第一指纹传感器和第二指纹传感器，以提供相应的输出，分别表示第一指纹传感器和第二指纹传感器的指纹数据。

18.根据权利要求16或17所述指纹扫描仪，其中，所述处理装置还可以用于：

接收第一指纹传感器和第二指纹传感器的输出；和

处理输出以确定与第一接触面和第二接触面接触的手指表面数据。

19.根据权利要求18所述指纹扫描仪，其中，所述处理装置还可以用于：

将手指数据与预先存储的真实手指数据进行比较；和

提供信号说明手指数据与预先存储的真实手指数据之间的一致程度。

20.根据权利要求1所述指纹扫描仪，其中，所述第一指纹传感器和第二指纹传感器都包括光学传感器、超声波传感器和电容传感器之一。

21.一种包括权利要求1至20任一项所述指纹扫描仪的识别装置。

22.一种包括权利要求1至20任一项所述指纹扫描仪的访问控制装置。

23.手指扫描方法，包括以下步骤：

根据权利要求10提供指纹扫描仪；

通过手指接触第一接触面和第二接触面；

手指按压第一接触面和第二接触面，直至力传感器测得的力值符合参考值；然后激活第一指纹传感器和第二指纹传感器。

24.手指扫描方法，包括以下步骤：

根据权利要求3提供指纹扫描仪；

在第一位置处，通过第一构件的第一接触面接触手指第一节；

手指按压第一构件，将第一接触面移向第二接触面，直至第一构件位于第二位置；然后激活第一指纹传感器和第二指纹传感器。

25.根据权利要求23或24所述指纹扫描方法，还包括如下步骤：

接收第一指纹传感器和第二指纹传感器输出；处理输出以确定接触第一接触面和第二接触面的手指表面数据。

26.根据权利要求25所述指纹扫描方法，还包括如下步骤：

将手指数据与预先存储的真实手指数据进行比较；提供信号说明手指数据与预先存储的真实手指数据之间的一致程度。