CN107944411A - 指纹图像传感器及指纹识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指纹图像传感器，包括：外壳，所述外壳的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，所述外壳内部设置有电源器件、介电层、电极板、采样电路和图像生成器，所述介电层连接所述外壳与所述电极板，所述电极板上分布有二维金属电极阵列，所述采样电路连接各个所述金属电极与所述图像生成器。可见，本发明提供的指纹图像传感器的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，因此，用户在使用过程中，只需要将手指轻放到指纹图像传感器上即可，不再需要过分用力按压，因而降低了指纹图像传感器发生损坏的风险，提高了指纹图像传感器的便利性。本发明还提供了一种指纹识别系统，其作用与上述一种指纹图像传感器的作用相对应。

Description

指纹图像传感器及指纹识别系统

技术领域

本发明涉及指纹识别领域，特别是涉及一种指纹图像传感器及指纹识别系统。

背景技术

随着信息时代的到来，人们越来越注重个人信息安全。由于每个人皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，具有唯一性，而且一般不会发生突变，因此可以利用指纹识别技术识别用户身份。指纹识别技术的主要原理是在执行用户请求之前，先获取用户的指纹信息，然后将指纹信息与预存的指纹信息进行比较，从而验证用户的身份，进而决定是否继续执行用户请求。

20世纪90年代后期，基于电容式传感器的技术趋于成熟。其工作原理为，传感器作为电容的一个极板，手指则作为另一极板，二极之间有一层钝化层作为电容的介电层，由于指纹的脊和谷与传感器接触时会产生不同的电容值，可以根据这些不同的电容值生成图像。电容式指纹传感器不易受手指表面尘污的影响，提高辨识准确率，有效防止辨识错误，因而成为目前使用最为广泛的指纹传感器之一。

但是，传统的指纹图像电容式传感器是平面的，用户在进行指纹识别时，为了保证手指与传感器的接触面积较大，需要用力按压传感器，在按压过程中可能造成指纹图像发生畸变，传感器承受较大压力也容易发生损坏，因而使用起来十分不便利。

发明内容

本发明的目的是提供一种指纹图像传感器及指纹识别系统，用以解决传统指纹图像传感器容易发生损坏，使用起来极为不便利的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种指纹图像传感器，包括：外壳，所述外壳的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，所述外壳内部设置有电源器件、介电层、电极板、采样电路和图像生成器，所述介电层连接所述外壳与所述电极板，所述电极板上分布有二维金属电极阵列，所述采样电路连接各个所述金属电极与所述图像生成器；

其中，所述电源器件用于为所述电极板、所述采样电路和所述图像生成器供电，所述采样电路用于响应于用户手指对所述介电层的按压，获取各个所述金属电极与所述用户手指之间的电容值，所述图像生成器用于根据各个所述电容值生成用户的指纹图像。

优选的，所述电极板为与所述外壳的上表面相配合的曲面结构。

优选的，所述采样电路还用于放大所述电容值。

优选的，所述电源器件为交流电源器件。

优选的，所述电源器件还用于保证用户手指表面分布有预设数量的电荷。

优选的，所述介电层为云母材料。

优选的，所述介电层上表面存在防水材料。

优选的，所述采样电路与各个所述金属电极连接处设置有绝缘材料。

本发明还提供了一种指纹识别系统，包括存储器、处理器，还包括前述的指纹图像传感器；

其中，所述存储器用于存储用户的标准指纹特征，所述处理器用于根据所述指纹图像传感器的指纹图像确定当前指纹特征，并通过对所述当前指纹特征和所述标准指纹特征进行匹配确定指纹识别结果。

优选的，所述存储器还用于当所述指纹识别结果为指纹识别通过时保存所述当前指纹特征。

本发明所提供的指纹图像传感器，包括：外壳，所述外壳的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，所述外壳内部设置有电源器件、介电层、电极板、采样电路和图像生成器，所述介电层连接所述外壳与所述电极板，所述电极板上分布有二维金属电极阵列，所述采样电路连接各个所述金属电极与所述图像生成器。其中，所述电源器件用于为所述电极板、所述采样电路和所述图像生成器供电，所述采样电路用于响应于用户手指对所述介电层的按压，获取各个所述金属电极与所述用户手指之间的电容值，所述图像生成器用于根据各个所述电容值生成用户的指纹图像。

可见，本发明提供的指纹图像传感器的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，因此，用户在使用过程中，只需要将手指轻放到指纹图像传感器上即可，不再需要过分用力按压，因而降低了指纹图像传感器发生损坏的风险，提高了指纹图像传感器的便利性。

本发明还提供了一种指纹识别系统，其作用与上述一种指纹图像传感器的作用相对应，这里不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种指纹图像传感器的结构示意图；

图2为本发明提供的一种指纹识别系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种指纹图像传感器及一种指纹识别系统，降低了指纹图像传感器发生损坏的风险，提高了指纹图像传感器的使用便利性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面开始详细介绍本发明提供的一种指纹图像传感器实施例一，参见图1，实施例一包括：

外壳100，所述外壳的上表面110为与手指形状相配合的曲面结构，所述外壳内部设置有电源器件200、介电层300、电极板400、采样电路500和图像生成器600，所述介电层连接所述外壳与所述电极板，所述电极板上分布有二维金属电极阵列，所述采样电路连接各个所述金属电极与所述图像生成器。其中，所述电源器件用于为所述电极板、所述采样电路和所述图像生成器供电，所述采样电路用于响应于用户手指对所述介电层的按压，获取各个所述金属电极与所述用户手指之间的电容值，所述图像生成器用于根据各个所述电容值生成用户的指纹图像。

外壳100是指用于保护传感器内部结构的壳体，其材料可以为绝缘材料，为了保证指纹图像传感器本身的体积较小，外壳的厚度应该尽可能的小。外壳的结构可以设计为一个横截面为圆形的类圆柱体，也可以设计为一个横截面为椭圆形的柱体。此外，为了保证用户的使用体验，降低指纹图像传感器的磨损，外壳的边角可以设计为光滑的。

外壳的上表面110为与人类手指形状相配合的曲面结构，具体的，可以将上表面设计成对称结构，即四周高中间略低的结构；也可以依据手指形状设计为非对称结构，即与手指指尖接触的部分可以设计成坡度较高的结构，与手指指尖相对应的部分可以设计成坡度略低的结构。

值得注意的是，由于本实施例中，指纹图像的生成依据为电极板与手指之间的电容值，电容值受介电常数和两极之间的距离影响。本实施例中指纹图像传感器将手指作为电容的一极，电极板作为电容的另一极，且电极板与手指之间隔着上表面和介电层，因而，优选的，可以选择介电常数相同的材料作为外壳上表面和介电层。此外，还可以将外壳的上表面到介电层的下表面之间的距离设计成近似相等的。与之相对应的，电极板的形状也可以与外壳上表面的形状相配合对应。

需要说明的是，由于人与人之间手指的形状大小都略有差别，可以将外壳同一设计成同一的结构，即适合大多数人手指的形状大小的结构。另外，考虑到上表面为曲面结构，因而在使用过程中，指纹传感器的四周的磨损程度会比中间部分的磨损程度要高，因而可以将外壳上表层设计成四周较厚中间较薄的结构。

电源器件200是用于为电极板、采样电路与图像生成器供电的器件，具体的，电源器件可以为交流电电源器件，也可以为直流电电源器件。优选的，为了避免手指上的电荷过少而造成测得的电容值过小，误差大的问题，可以连通电源器件与外壳上表面，使得电源器件可以为手指提供电荷，从而保证手指上分布有预设数量的电荷。需要说明的是，这里的预设数量，并非一个具体的数值，而是指一个范围。

具体的，介电层300又称电介质，是电的绝缘材料，主要用于制造电容器。介电层要求介电材料的电阻率高，介电常量大。常用介电材料种类很多，包括含二氧化钛的复合氧化物陶瓷，如钛酸钙、钛酸镁、钛酸钡等。其中，云母具有层状结构，易剥离成薄片，适于用作叠层型电容器。优选的，可以在所述介电层上涂抹防水材料。

电极板400上分布有二维金属电极阵列，又叫二维金属电极颗粒，每个金属电极相当于电容的一极。优选的，在电极板和所述采样电路之间可以填充绝缘材料。

采样电路500用于获取每个金属电极与手指之间的电容值。半导体电容传感器根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是嵴什么位置是峪。其工作过程可以为通过对电极板上的每个金属电极预先充电到某一参考电压，当手指接触到外壳的上表面时，因为嵴是凸起、峪是凹下，根据电容值与距离的关系，会在嵴和峪的地方形成不同的电容值。然后利用放电电流进行放电，因为嵴和峪对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同。嵴下的像素，电容量高，放电较慢，而处于峪下的像素，电容量低，放电较快。最后根据放电速率的不同，确定每个金属电极与手指之间的电容值。

优选的，为了减小误差，所述采样电路还可以用于放大所述电容值。具体的，在获取到每个金属电极与手指之间的电容值之后，且在将各个所述电容值发送给图像生成器之前，将各个所述电容值进行放大。

图像生成器600,用来根据采样电路获取的各个电容值生成指纹图像。具体的，由于嵴是手指表面凸出的部分，因而嵴与其对应的金属电极之间的距离稍大，在其他参数都相同的条件下，两者之间的电容值偏大。而由于峪是手指表面凹陷的部分，因而峪与其对应的金属电极之间的距离稍小，在其他参数相同的条件下，两者之间的电容值偏小。需要说明的是，图像生成器不仅仅从采样电路获取到了各个金属电极与手指之间的电容值，还获取到了各个电容值所在的位置信息。据此，可以预设设置一个标准电容值，对于采样电路获取的各个所述电容值，超过标准电容值的部分生成嵴的图像，低于标准电容值的部分生成峪的图像，最终得到指纹图像的全貌。

本实施例所提供的指纹图像传感器，包括：外壳，所述外壳的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，所述外壳内部设置有电源器件、介电层、电极板、采样电路和图像生成器，所述介电层连接所述外壳与所述电极板，所述电极板上分布有二维金属电极阵列，所述采样电路连接各个所述金属电极与所述图像生成器。可见，本实施例提供的指纹图像传感器的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，因此，用户在使用过程中，只需要将手指轻放到指纹图像传感器上即可，不再需要过分用力按压，因而降低了指纹图像传感器发生损坏的风险，提高了指纹图像传感器的便利性。

下面对本发明实施例提供的指纹识别系统进行介绍，下文描述的指纹识别系统采用了上文所描述的一种指纹图像传感器。图2为本发明实施例提供的指纹识别系统的结构示意图，参见图2，本实施例提供的指纹识别系统包括存储器700、处理器800，还包括前述的指纹图像传感器。其中，所述存储器用于存储用户的标准指纹特征，所述处理器用于根据所述指纹图像传感器的指纹图像确定当前指纹特征，并通过对所述当前指纹特征和所述标准指纹特征进行匹配确定指纹识别结果。

本实施例中指纹图像传感器的介绍可以参见前述实施例中对指纹图像传感器的描述，这里不再详细介绍。

存储器700可以为硬盘，U盘等存储器件，本实施例中存储器主要用于存储用户预先保存的指纹特征。也就是说，在正常使用指纹传感器之间，用户一般需要先输入自己的指纹特征，并进行保存，以便日后用于验证发起访问的用户的身份。考虑到安全性，本实施例中存储的指纹特征，应该是只允许添加和删除，而不允许任意修改的。

优选的，存储器还可以用于在指纹识别结果为通过时，保存所述当前指纹特征。

处理器800具体的可以为CPU，其主要作用是为了在执行用户的请求之前，根据当前发起请求的用户的指纹图像，对指纹图像进行一系列处理，包括图像预处理，提取指纹图像的图像特征等，最终确定用户的当前指纹特征，并通过匹配所述指纹特征和预存在存储器的指纹特征验证当前用户的身份，得到指纹识别结果，进而决定是否继续执行该用户的请求。

本实施例提供的指纹识别系统包括存储器、处理器，还包括前述的指纹图像传感器。其中，所述存储器用于存储用户的标准指纹特征，所述处理器用于根据所述指纹图像传感器的指纹图像确定当前指纹特征，并通过对所述当前指纹特征和所述标准指纹特征进行匹配确定指纹识别结果。可见，本实施例提供的指纹识别系统采用了上表面为与手指形状相配合的曲面结构的指纹图像传感器，因此，用户在进行指纹识别的过程中，不再需要过分用力按压，因而降低了指纹识别系统发生损坏的风险，提高了指纹识别系统使用的便利性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的指纹图像传感器及指纹识别系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种指纹图像传感器，其特征在于，包括：外壳，所述外壳的上表面为与手指形状相配合的曲面结构，所述外壳内部设置有电源器件、介电层、电极板、采样电路和图像生成器，所述介电层连接所述外壳与所述电极板，所述电极板上分布有二维金属电极阵列，所述采样电路连接各个所述金属电极与所述图像生成器；

其中，所述电源器件用于为所述电极板、所述采样电路和所述图像生成器供电，所述采样电路用于响应于用户手指对所述介电层的按压，获取各个所述金属电极与所述用户手指之间的电容值，所述图像生成器用于根据各个所述电容值生成用户的指纹图像。

2.如权利要求1所述的指纹图像传感器，其特征在于，所述电极板为与所述外壳的上表面相配合的曲面结构。

3.如权利要求2所述的指纹图像传感器，其特征在于，所述采样电路还用于放大所述电容值。

4.如权利要求3所述的指纹图像传感器，其特征在于，所述电源器件为交流电源器件。

5.如权利要求4所述的指纹图像传感器，其特征在于，所述电源器件还用于保证用户手指表面分布有预设数量的电荷。

6.如权利要求5所述的指纹图像传感器，其特征在于，所述介电层为云母材料。

7.如权利要求6所述的指纹图像传感器，其特征在于，所述介电层上表面存在防水材料。

8.如权利要求7所述的指纹图像传感器，其特征在于，所述采样电路与各个所述金属电极连接处设置有绝缘材料。

9.一种指纹识别系统，包括存储器、处理器，其特征在于，还包括如权利要求1-8任意一项所述的指纹图像传感器；

其中，所述存储器用于存储用户的标准指纹特征，所述处理器用于根据所述指纹图像传感器的指纹图像确定当前指纹特征，并通过对所述当前指纹特征和所述标准指纹特征进行匹配确定指纹识别结果。

10.如权利要求9所述的指纹识别系统，其特征在于，所述存储器还用于当所述指纹识别结果为指纹识别通过时保存所述当前指纹特征。