CN111093497A - 具有活性检测的指纹传感器 - Google Patents

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罗伯特·穆勒
翁德雷·科诺普卡
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Abstract

一种具有内置活性检测能力的指纹传感器装置包含：区域传感器，其经安置于基板的顶部表面上；加强条，其经安置于所述基板的底部表面下方；印刷电路，其电连接到经安置于所述加强条下方的所述传感器；及光源及光检测器。所述光源及所述光检测器中的至少一者经安置于所述区域传感器下方的所述印刷电路上。所述加强条包含至少一个通孔，其相对于所述光源或所述光检测器定位以允许来自所述光源的光透射穿过所述加强条朝向经定位于所述区域传感器上的手指或允许从所述手指反射的光穿过所述加强条到所述光检测器。

Description

具有活性检测的指纹传感器
技术领域
本发明大体上涉及指纹传感器。
背景技术
生物测定可建立身份证明且在某种程度上证明用户进入给定交易的意图。在实际应用中，生物测定的有用性受生物测定方法(由假匹配及假不匹配率捕捉)的精确度及系统级实施方案的质量限制。
生物测定系统的一个问题是其可被误导，也就是被骗而接受一些非真实生物测定特点。例如，可使用照片误导面部识别系统。且大多数指纹传感器可被由包含纸打印输出、橡胶、明胶、硅胶、木胶等的不同材料制成的假手指误导，尤其是当这些假手指导电时。
采用所谓“作用热原理”的指纹传感器经揭示于第6,091,837号及第7,910,902号美国专利案中，两个案颁给恩戈克明丁(Ngoc Minh Dinh)。作用热手指传感器的基本原理是使用PIN二极管阵列作为热传感器来区分人指纹的脊与谷，因为这两个区域中的热传递是不同的。(PIN二极管是在p型半导体区域与n型半导体区域之间具有宽、未掺杂本征半导体区域的二极管。所述p型区域及所述n型区域通常经重掺杂以形成欧姆接触)。这种类型的装置的典型问题是用户留在传感器上的指印可经扫描且所述传感器无法确定何时真实手指正接触传感器。活性检测方案(即用于确定活目标物呈现手指用于指纹检测的技术)可用来对抗这些误导技术及指印的问题。
传感器通常通过将感测技术应用到衬底材料而制成。此沉积接着由保护涂层覆盖。围绕作用感测区域的所述衬底材料的区域需要被覆盖以保护其免受环境(例如静电放电、湿气)影响。因此，单独活性检测传感器不可放置于传感器区域外侧。
存在若干方式来特征化指纹传感器中的活性检测技术。特征化这些技术的一个方法是区分内建(in-band)方法与需要专用活性检测传感器的方法。内建方法从指纹传感器看活图像且尝试区分难以在误导目标中复制的活手指的特征。静态内建方法看小于脊大小的特征，例如气孔。动态内建方法看活图像的特征如何随时间改变：例如，手指在落于传感器上时变形的方式或在压力增加时汗珠从脊溢出的方式。内建方法的优点是其不需要专用硬件。其主要缺点是其受传感器的空间及时间分辨率限制。
基于硬件的活性检测方法需要专用传感器。本技术已知三个主要方法。一个已知方法是基于通过脉搏血氧仪的血氧测量。所述方法依赖于在氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白之间的相对吸收的差：氧合血红蛋白在红外光谱中吸收更多光，而脱氧血红蛋白在红色光谱中吸收更多光。典型血氧监测器搭配两个LED一起工作，一个具有660纳米(红色)的峰值波长且一个具有接近940纳米(红外)的峰值波长。透射红外光与红光的比例允许血氧的估计。
另一技术是基于所谓的变白效应。一般原理是当手指落在传感器上时，血随着压力增加而减退且手指改变色彩，即其变淡。此技术经描述于亨福斯(Hengfoss)等人的“基于在400nm到1650nm区域中的光谱学的手指表面的动态活性及伪造检测(Dynamic Livenessand Forgeries Detection of the Finger Surface on the Basis of Spectroscopy inthe 400-1650nm Region)”，《国际法医科学(Forensic Science International)》212(2011年)61-68页中，所述案的全文以引用的方式并入本文中。
另一已知技术是基于激光多普勒(Doppler)血流计。此技术使用多普勒频移效应以检测血微粒的移动。
发明内容
在具有内置活性检测能力的指纹传感器装置的实施例中，所述指纹传感器装置包含：区域传感器，其经安置于衬底的顶部表面上；加强条，其经安置于所述衬底的底部表面下方；印刷电路，其电连接到经安置于所述加强条下方的所述传感器；及光源及光检测器。所述光源及所述光检测器中的至少一者经安置于所述区域传感器下方的所述印刷电路上。所述加强条包含至少一个通孔，所述至少一个通孔相对于所述光源或所述光检测器定位以允许来从所述光源的光透射穿过所述加强条朝向经定位于所述区域传感器上的手指或允许从所述手指反射的光穿过所述加强条到所述光检测器。
在实施例中，具有内置活性检测能力的所述指纹区域传感器装置包含：区域传感器，其经安置于衬底的顶部表面上，其中所述区域传感器包含集成压力或接近传感器；加强条，其经安置于所述衬底的底部表面下方；柔性印刷电路，其电连接到所述传感器，所述柔性印刷电路从所述衬底的所述顶部表面延伸到所述加强条的底部侧；及光源及光检测器，其经安置于所述柔性印刷电路上。所述加强条包含第一通孔，所述第一通孔相对于所述光源定位以允许来自所述光源的光透射穿过所述加强条朝向经定位于所述区域传感器上的手指，且包含第二通孔，所述第二通孔相对于所述光检测器定位以允许从所述手指反射的光穿过所述加强条到所述光检测器。微控制器经安置于所述柔性印刷电路上且经配置以在通过所述集成压力传感器或接近传感器在所述区域传感器上检测到手指之后获得所反射的光数据用于活性检测分析。
在实施例中，一种方法包含以下步骤：使用第一检测阈值在指纹区域传感器上检测手指的存在；在使用所述第一检测阈值检测到所述手指的存在之后，使用经安置于所述指纹区域传感器的感测区域下方的光源及光检测器执行活性检测测量；使用大于所述第一检测阈值的第二检测阈值检测所述指纹区域传感器上的所述手指的存在；及在使用所述第二检测阈值检测到所述手指的存在之后，执行所述手指的指纹扫描。
附图说明
所附图式说明本发明的优选实施例，以及关于本揭示内容的其它信息，其中：
图1是具有经安装于安装架上的外壳中的指纹传感器模块的装置的横截面视图。
图2展示针对指纹传感器模块的在400纳米到1000纳米范围中的所测量的吸收光谱。
图3及4分别示意性地说明光源的并列及堆叠布置。
图5到5F是经配置用于活性检测的指纹传感器的横截面视图。
图6A及6B说明具有用于允许透射光及反射光穿过的通孔的加强条的实施例。
图7是流程图，其说明用于传感器模块的经组合活性检测及指纹扫描方法的实施例。
图8是流程图，其说明用于嵌入式传感器模块的经组合活性检测及指纹扫描方法的实施例。
图9展示传感器的作用区域的俯视图。
图10展示经配置用于活性检测的指纹传感器的另一实施例的横截面视图。
具体实施方式
实例实施例的此描述希望结合附图阅读，附图被视作整个书面描述的部分。在描述中，例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”及“底部”以及其变型(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等)的相对术语应解释为是指随后描述的或在所论述的图中展示的定向。这些相对术语是为了便于描述且不需要装备在特定定向上建构或操作，也无需彼此接触，除非另有指示。例如“重叠”的术语是指图形上覆盖，并不一定彼此接触。涉及附接、耦合及类似者(例如“连接”及“互连”)的术语是指其中结构直接或通过中间结构间接固定或附接到彼此的关系，以及可移动或刚性附接关系两者，除非本文另有明确描述。同样地，涉及电“连接”及“耦合”的术语是指其中组件彼此直接或通过中间结构间接电通信的关系，除非另有描述。
在本文中所揭示的实施例中，具成本效益、基于硬件、占据面积小的动态活性检测在传感器衬底下方实现。在本文中所描述的实施例中，活性检测方案经设计用于采用作用热原理的指纹传感器，如(例如)经描述于均颁给恩戈克明丁的第6,091,837号及第7,910,902号美国专利案中，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。
本文中所描述的技术可与经配置以传输图像到主机的传感器模块或其中图像处理、特征提取及匹配发生于模块上的嵌入式模块一起使用。在传感器模块的情况下，可在主机上(例如，在装置驱动器级)计算活性。在嵌入式模块的情况下，可在模块的微控制器(例如，来自ARM的以166兆赫兹运行的
Figure BDA0002356734610000041
M4处理器)上计算活性。
图1展示装置10的横截面，其具有经安装于安装架14上的外壳12中的指纹传感器模块16。模块16可(例如)为购自挪威奥斯陆的NEXT生物测定公司(NEXT Biometrics)的NB-2023-S2(SPI接口)或NB-2023-U2(USB接口)指纹区域传感器模块。安装架14经由螺丝或铆钉18而经耦合到外壳12。外壳12具有开口22。指纹传感器模块16可包含用作手指引导件的边框20。电子器件24(例如用于所述传感器阵列的寻址、模/数转换及/或信号处理)经耦合到指纹传感器模块16。柔性印刷电路(未展示)经接合到传感器16的顶部且卷绕传感器模块16的侧以与安装架14进行接触，其为传感器模块16提供接地连接。
指纹传感器模块16包含：衬底层，其通常为玻璃或聚乙烯；感测层，例如由低温多晶硅制成；保护涂层；加强条，其为所述感测层提供机械支撑；及信号处理层，其可为印刷电路板或其上具有处理组件的柔性印刷电路。这些特征更详细展示于下文描述的图5中。传感器技术自身及保护涂层不透明但又不完全不透明。衬底材料可选择为透明的，例如玻璃。图2展示用于NEXT生物测定公司的NB-S510-P2传感器玻璃的在400纳米到1000纳米范围中的吸收光谱。吸收比例是以10为底的对数，即值1对应于10-1透射(10％)；值2对应于10-2透射(1％)等。
在实施例中，一或多个光源(例如LED)及零或多个光检测器(例如光电二极管)可经放置于所述传感器表面下方。此布置可用于测量变白效应或用于测量血氧(在测量血氧的情况下，需要至少两个LED)。并列或堆叠布置是可行的。图3是具有分离器114的LED110及光电二极管112的并列布置100的实施例的示意性说明，所述分离器114阻断LED110与光电二极管112之间的直接光路径。图4展示堆叠布置100A，其中LED 110a经布置于光电二极管112上方使得在LED 110a与光电二极管112之间不存在直接光路径。应理解，所述光源(LED)及所述光检测器(光电二极管)的定向可颠倒，其中所述光电二极管在所述LED上方，只要不存在从所述LED到所述光电二极管的直接光路径即可。
优选阻断所述光源(例如LED)与所述光检测器(例如光电二极管)之间的直接光路径，使得由所述光检测器接收的光是入射于所述手指上的光。这结合图5展示。图5展示具有基于集成硬件的光学活性检测的指纹传感器模块200。指纹传感器模块200包含传感器202(其包含作用区域205中的传感器元件阵列)及保护涂层204。传感器层202经形成于衬底层206上。加强条208经提供于衬底层204下方。在实施例中，加强条208可为具有在(例如)0.1毫米到2毫米的范围中且在实施例中至少0.2毫米的厚度的铝片或铝板。柔性印刷电路210在指纹传感器202与电子器件221之间进行电连接。用于模/数转换、传感器寻址及/或信号处理的额外电子组件212可经放置于所述柔性印刷电路上。使用所述柔性印刷电路是因为所述传感器接触件是在所述模块的面向手指侧上且所述电子器件是在相反侧上。加强条208用于保护传感器模块以防弯曲，其为柔性印刷电路210上的组件提供保护来抵抗机械破坏以防弯曲。一或多个光源214(例如LED)及一或多个光检测器216(例如光电二极管)经安置于加强条208下方。除提供装置机械整体性外，加强条208经配置以防止从(若干)光源214到(若干)光检测器216的直接光路径。在实施例中，一或多个通孔218通过加强条208在(若干)光源214上方形成以允许从光源214透射的光穿过原本不透明的加强条208到所述手指。一或多个通孔219还经形成为通过加强条208以允许从所述手指反射的光由(若干)光检测器216接收。
应理解，尽管间隙经展示于柔性印刷电路210、加强条208及衬底206之间，但这在图5的示意性说明中仅出于便于说明这些层的目的。这些层之间的任何间隙应被最小化以控制反射。
透射光通孔218与反射光通孔219之间的距离应为小的以最大化由光检测器216捕捉的反射光量。在实施例中，所述距离是在0.1毫米到4毫米的范围中。在实施例中，所述距离小于0.25毫米。在不折衷所述加强条的机械稳定性的情况下在通孔218、219之间实现小有效距离(经展示为经形成于通孔218、219之间的片段208a上的距离D)的一个方法是使一个(或两个)通孔218、219成形为锥形孔，其中较大直径背离光源214及光检测器216，如图5A中所展示。片段208a用作图3中所展示的分离器，其阻断所述光源与所述光检测器之间的任何直接光路径。在生产中，这可通过从相反方向放置两个同心孔洞到加强条208中实现。所述孔洞中的一者具有较大直径且此孔洞不行进穿过所述加强条的整个厚度，因此在所得通孔中产生锥形形状。
图5B及5C分别说明指纹传感器模块200A及200B的实施例。相同特征由来自图5的相同元件符号标记。如图5B中所展示，柔性电路210A从衬底206的顶侧延伸，其中其通过经形成于作用区域205的外侧的衬底206上的导电低温多晶硅区域、围绕衬底206及加强条208A的侧到加强条208A的底侧而电连接到传感器202。光源214A、光检测器216A及一或多个额外电子组件212(例如用于模/数转换及/或信号处理)是在背离加强条208A的底侧的柔性印刷电路210A的侧上。通孔220经形成于柔性印刷电路210A中以与加强条208A中的通孔218A对准。通孔220及218A允许来自光源214A的光穿过柔性印刷电路210A及加强条208A朝向经放置于传感器202上的手指。通孔224经形成于柔性印刷电路210A中以与加强条209A中的通孔219A对准。通孔219A及224允许从所述手指反射的光穿过加强条208A及柔性印刷电路210A到光检测器216A。如果柔性印刷电路210A是充分半透明使得活性检测不受损，那么在柔性印刷电路210A中的通孔220及224并不是必需的。替代地，如图5C中所展示，光源214B及光检测器216B可经定位于面向加强条208B的柔性印刷电路210B的侧上。在此实施例中，光源214B及光检测器216B分别至少部分经安置于加强条208B内的通孔218B及219B内。以这种方式，不存在关于柔性印刷电路210B干扰从光源214B透射朝向所述手指且由光检测器216B从所述手指接收的光的问题，且加强条208B阻断光源214B与光检测器216B之间的任何直接光路径。
在实施例中，通孔218A及通孔219A可为覆盖通孔220及通孔224两者的一个通孔，假设柔性电路部分分离通孔220及通孔224提供从光源214A发射的光的充分阻断以使其无法在光检测器216A处接收。
在实施例中，光检测器经放置于所述光源(例如LED)下方。例如，所述LED及所述光检测器是在所述柔性印刷电路的不同侧上，其中其作用侧面向相同方向。经安置于背向所述手指的所述柔性印刷电路的面上的组件将被倒置安装。在实施例中，图5C的光源214B可与图5C的光检测器216A一起使用。替代地，所述光源可经放置于所述光检测器下方。即，图5B的光源214A可与图5C的光检测器216B一起使用。所述光源及所述光检测器可彼此横向偏离或甚至彼此垂直对准，只要顶部上的元件不阻断反射光(在光源在顶部上的情况中)或透射光(在光源在底部上的情况中)即可，因其可能对执行活性检测分析的能力造成负面影响。
光源/光检测器/加强条配置300的实施例经展示于图6A中。图6A展示俯视图(左)及横截面(右)两者。加强条308具有经形成于其中的两个相对较大矩形狭槽或开口，其中第一开口310用于允许来自光源302的光的透射，且第二开口312用于传递反射光到光检测器304。传感器玻璃衬底的形状由虚线306展示。如可在横截面中所见，光源302及光检测器304经接收于开口310、312中或以其它方式相对于(即接近)开口310、312定位，使得两者之间的光路径完全或大体上由加强条片段308a阻断(即，使得接收于光检测器304处的所有或几乎所有光是来自所述手指的反射光且并不是直接从光源302到光检测器304的光)。配置300最大化经发射到所述手指中的光及从所述手指反射的光且在实验设置中工作良好。然而，因为在加强条308中的开口312的大小，此配置更易受在所述光检测器处接收的周围光影响。周围光基本上是噪声，其降低系统信噪比(S/N)。
图6B说明光源/光检测器/加强条配置400的替代实施例。图6B展示俯视图(左)及横截面(右)两者。加强条408具有经形成于其中的两个相对较小或较窄圆柱形狭槽或开口，其中第一开口410用于允许来自光源402的光透射通过加强条408，且第二开口412用于允许反射光穿过加强条408到光检测器404。所述传感器玻璃的形状由虚线406展示。如可在横截面中所见，光源402及光检测器404经接收于开口410、412中或以其它方式相对于(即接近)开口410、412定位，使得两者之间的直接光路径由加强条片段408a完全或实质上阻断(即，使得接收于光检测器304处的所有或几乎所有光是来自所述手指的反射光且非来自光源302的透射光)。配置400对环境周围光不敏感，但信号(经透射到所述手指且从所述手指反射到所述光电二极管的光)还较弱。应了解，图5A的锥型孔设计可与图6A及6B的配置一起使用。
光源/光检测器/加强条配置应经设置以控制环境光。图6A及6B的配置两者防止所述光源与所述光检测器之间的直接光路径。但图6B的配置对环境光较不敏感。然而，其也对信号(来自所述光源的由所述手指反射的光)较不敏感。在图的上半部分中的图6A的配置更均匀照明手指且允许更多来自手指的反射光到达光检测器。然而，其还允许更多环境光。在实施例中，用于控制环境光的一种非硬件方法涉及使用光源(LED)断开进行一或多个基线测量，且使其与其中LED被切换成接通的测量进行比较。这些测量之间的差(或平均差)是所要信号。
应理解，基于本发明，所属领域的一般技术人员可配置加强条中的孔的形状、其位置、大小及间隔以及光源及光检测器的相对位置以便针对给定设计优化光透射到手指且从手指接收，排除周围光(其是有效噪声)。在实施例中，允许光透射到手指的(若干)加强条通孔的形状及/或大小，及允许反射光传递到光检测器的(若干)加强条通孔的形状是不同的。应努力增加从光源发射的光的方向性，即提供更窄的聚焦光束。如果光束角度太大，那么太多光色散于衬底材料内且不足够光将从手指反射。光源及光检测器的定向也重要。在实验设置中，具有光源的印刷电路板(PCB)经胶合到传感器的玻璃衬底。随着手指压力增加，衬底及PCB弯曲且可通过放置铝箔于手指上而误导检测器。因此加强条确实“加强”是重要的。假设铝加强条，1.5毫米厚度被证明是足够的。可行的是，更薄加强条在给定不同材料或刚度及通孔配置下也适用。在实施例中，最小刚度是足以为如上文所描述的装置提供机械保护同时提供防止导致非平坦(因为弯曲)的弯曲保护的刚度，所述弯曲可使装置被误导，如上文所描述。已尝试用于光源的不同波长。具有570纳米到580纳米的峰值波长的LED被证明最好。宽光谱(白色)LED似乎比窄光谱(绿色)LED效果更好。
基于活性检测使用变白效应执行实验。在实验中，观察到温度漂移效应，其可与变白效应重叠。因此，确定在手指放置过程早期开始测量是重要的。高时间测量分辨率可帮助区分温度漂移效应与变白效应；推荐大于250赫兹时间分辨率(即每时间单位的测量数目)。
优选实施例使用变白效应。此解决方案因两个原因优于血氧计及血流量检测。首先，其成本低。在可见光谱中的LED及光电二极管可由较便宜磷化镓(GaP)制成，而非红外LED及光电二极管通常所需的较昂贵砷化镓。血氧计需要红外LED及检测器。测量血流动检测系统中的多普勒效应所需的表面安装装置(SMD)甚至更昂贵。其次，变白效应技术快速。测量手指落于传感器上的动态仅花几百毫秒。对比之下，为可靠测量血氧，需要若干脉冲循环(即若干秒)。
如上文所描述，一个优选实施例将LED及光电二极管放置成直接彼此相邻。然而，直接光路径由直接放置于所述光路径中的金属加强条阻止。在实施例中，所述加强条具有圆锥形洞穴，其中较大半径仅在所述加强条的顶部表面处接触(或几乎接触)彼此以最大化从手指反射的光量。在实施例中，(若干)光源及(若干)光检测器经放置于指纹模块内的柔性印刷电路上。此柔性印刷电路还包含用于指纹传感器的信号处理元件。在实施例中，用于指纹的信号处理的相同微控制器用于控制光源及由(若干)光检测器接收的(若干)的处理信号以进行活性检测。模/数转换器可经集成到微控制器中用于将来自光检测器的模拟信号转换成数字信息。在替代实施例中，可使用专用模/数转换器。在实施例中，位深度(即可用于量化给定信号的位数目)是至少10位。如果所述柔性印刷电路足够透明，那么光可行进通过所述柔性印刷电路(参见图5)。替代地，柔性印刷电路可具有通孔，其与所述加强条的通孔对准以允许光自由行进，如图5B中所展示。替代地，所述光源及所述光检测器可经定位于所述(柔性)印刷电路的面向加强条侧上且与加强条中的通孔对准。
当使用变白效应原理时，在实施例中使来自经内置到所述指纹传感器中的单独传感器(例如电容性传感器或压电传感器)的压力相关联是有利的。本文中所识别的NEXT生物测定指纹传感器具有内置电容性接近传感器(其信号与手指压力相关联)，其可为此目的而使用。活性检测测量应在手指已开始触摸传感器表面之后在前几百毫秒内发生，如由所述电容性传感器检测。上文所论述的NEXT生物测定扫描仪花约400毫秒以在经由所述电容性力传感器检测手指之后扫描指纹，其是充分时间以在扫描时间内容纳活性检测。在实施例中，活性检测测量在手指触摸传感器时且在指纹扫描开始之前开始。指纹扫描时间及活性检测时间可重叠。使用这些设计指示，可观察到小但充分稳健的变白效应。
仅在来自接近或压力传感器的信号是在预定范围中时(优选所述电容性传感器经集成到所述指纹传感器中)评估来自所述光电二极管的信号。
在实施例中，具有如同玻璃的折射率的折射率的接触油(例如硅胶油)可经放置于光源及/或所述光检测器与所述衬底的表面之间以最小化非所要反射。在实施例中，接触油经放置于所述衬底的底部表面与所述加强条的顶部表面之间。
应了解，血氧测量还可通过所述传感器玻璃作为活性检测机构而完成，但可想到将需要更长时间(相较于变白效应技术)来进行所述测量。
在实施例中，分别具有峰值波长600纳米及940纳米的两个LED可用于测量血氧。在实施例中，将提供具有不同峰敏感度及尽可能小的敏感度重叠的不同光检测器以收集不同波长的反射光。
在实施例中，SMD激光光源可用于使用多普勒频移来检测血流动。
在实施例中，所述光检测器(例如光电二极管)直接集成到所述感测层中。
图9展示传感器的作用区域900的俯视图。如上文所描述，作用区域900包含传感器元件908的阵列902(布置成行及列)。这些元件用于捕捉指纹图像数据，例如，使用作用热原理。电容性接近传感器904经展示为通过所述传感器区域的中心的平行于所述长边缘的线。在实施例中，感测阵列902的选择像素使用光检测器910替换，即专用于光检测器而非热感测。这些像素理想地集中于所述传感器中心附近的区域906中。图5D展示指纹传感器模块200C的实施例的横截面视图。此传感器模块200C包含具有作用区域205A的传感器202A，所述作用区域205A包含如上文结合图9所描述的一或多个光检测器。因而，加强条层208C仅包含通孔218B用于传递从经安置于柔性印刷电路210C上的光源214B透射的光，其不具有光检测器安置于其上。可以与来自传感器202A的其它连接相同的方式进行来自区域205A的光检测器到电子器件212的连接。
在实施例中，单个LED可用作光源及光检测器两者，假设所述LED作为光检测器的充分敏感性。此实施例的实例经展示于图5E中，其展示指纹传感器模块200D的实施例的横截面视图。在此实施例中，柔性印刷电路212上的元件230用作光源及光检测器两者。加强条208D包含透射光及反射光两者均穿过其的通孔232。
图5F是指纹传感器模块200E的另一实施例的横截面视图。就图5E的实施例来说，加强条208E包含透射光及反射光两者均通过其的通孔234。在此实施例中，光源214B及216B在柔性印刷电路208E上彼此相邻且在相同通孔234内或相对于相同通孔234。在此实施例中，光源214B可以高速率选通以便在光检测器216B检测反射光期间避免发射干扰光。如上文所描述，光源及光检测器不需要安装于柔性印刷电路的相同侧上。
在实施例中，专用接近或压力传感器用于检测传感器上的手指放置且触发活性检测测量。
注意，上文描述使用柔性印刷电路及单独加强条(例如薄铝板)的实施例。在实施例中，刚性(非柔性)印刷电路板组合件(PCBA)可用于印刷电路及加强条的相同双重功能。在此情况下，通孔或单独柔性印刷电路(FPC)或柔性平坦电缆(FFC)可用于连接PCBA及传感器。此实施例的实例经展示于图10中。图10展示指纹传感器模块1000的横截面视图。传感器1004(其包含作用区域1006中的传感器元件阵列)且保护涂层1008经安置于衬底1002上方。所述衬底经安置于PCBA 1010的顶部表面上。电子器件1020(例如用于所述传感器阵列的寻址、模/数转换及/或信号处理)经安置于PCBA的底部表面上且经耦合到传感器模块1004，如上文所描述。通孔1016通过PCBA 1010以与经安置于PCBA的底部表面上的光源1012对准而形成，且通孔1018通过PCBA 1010以与经安置于PCBA 1010的底部表面上的光检测器1014对准而形成。当然，如上文所描述，想到其中所述光源及所述光检测器中的一者经安置于PCBA1010上的实施例以及其中在PCBA 1010中存在一个通孔的实施例。
图7说明经组合活性检测及用于传感器模块的指纹扫描方法的实施例，所述传感器模块经介接到主机装置以使所述主机装置与经存储指纹模板进行指纹比较。此类传感器模块的实例包含NEXT生物测定NB-2023-S2及NB-2023-U2指纹区域传感器模块。
在702处，检测手指在所述传感器上的存在。此步骤可使用电容性手指存在检测方法且使用第一(降低)阈值。
在704处，假设满足或超过第一阈值，开始活性检测技术。在此步骤中，接通所述光源((若干)LED)。
在706处，使用所述(若干)光检测器进行动态活性检测测量。以不同手指压力进行若干测量，直到在大于所述第一阈值的第二(增加)阈值处进行所述手指存在检测为止(步骤708)。
在710处，在在第二阈值处的手指存在检测之后，将所述经测量活性检测数据传输到所述主机装置用于分析，即用于(例如)使用已知变白效应确定“活”手指是否存在。
在712处，开始指纹扫描。
在714处，将经扫描指纹图像传输到所述主机用于特征提取且与经存储模板比较，用于使用已知技术存储，或其它使用。
在716处，所述方法结束。
尽管图7展示以在增加阈值处的指纹的检测(步骤708)结束的活性检测测量，但应理解在实施例中，所述活性检测测量继续且步骤708仅用作触发器以开始所述指纹扫描且不结束指纹测量。
图8说明经组合活性检测及用于具有嵌入式指纹匹配能力的嵌入式传感器模块的指纹扫描方法的实施例。此类传感器模块的实例包含NEXT生物测定NB-1411-S及NB-1411-U指纹区域嵌入式传感器模块。处理指纹匹配的处理器或为模块的部分的不同处理器经配置以执行活性检测确定。
在802处，检测手指在所述传感器上的存在。此步骤可使用电容性手指存在检测使用第一(降低)阈值。
在804处，假设满足或超过所述第一阈值，开始活性检测技术。在此步骤中，接通所述光源((若干)LED)。
在806处，使用所述(若干)光检测器进行动态活性检测测量。以不同手指压力进行若干测量，直到在大于所述第一阈值的第二(增加)阈值处进行所述手指存在检测为止(步骤808)。
在810处，在所述手指存在检测作为所述第二阈值之后，在不传输所述活性检测数据到主机装置用于分析的情况下进行活性检测确定。所述确定基于(例如)所述变白效应。
在实施例中，在计算所述活性检测结果的同时，在812处，开始所述指纹扫描。在实施例中，处理图像处理及匹配(步骤818)的处理器在扫描操作中是闲置的，意谓在由图像处理及匹配操作负重之前自由处理活性检测处理。
在814处，确定所述活性检测计算是否指示活手指。如果无活手指，那么发送失败(例如以认证失败码的形式)到主机(步骤816)。在步骤818处，如果所述活性检测指示活手指，那么执行特征提取及匹配。在步骤820处，j将步骤818的结果(例如正认证码或负认证码)传输到主机。所述方法在步骤822处结束。
尽管已关于实例实施例描述本发明，但其不限于此。而是，所附权利要求书应广泛解释以包含可在不背离本发明的等效物的范围及范围的情况下由所属领域的技术人员完成的本发明的其它变型及实施例。

Claims (23)

1.一种具有内置活性检测能力的指纹区域传感器装置，其包括：
区域传感器，其经安置于衬底的顶部表面上；
加强条，其经安置于所述衬底的底部表面下方；
印刷电路，其电连接到经安置于所述加强条下方的所述传感器；光源；及
光检测器，
其中所述光源及光检测器中的至少一者经安置于所述区域传感器下方的所述印刷电路上；
其中所述加强条包含至少一个通孔，所述至少一个通孔相对于所述光源或所述光检测器定位以允许来自所述光源的光透射穿过所述加强条朝向经定位于所述区域传感器上的手指或允许从所述手指反射的光穿过所述加强条到所述光检测器。
2.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中印刷电路及加强条是刚性印刷电路板组合件的部分，且经安置于所述印刷电路上的所述光源或所述光检测器经倒置安装于所述印刷电路板组合件上。
3.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中所述加强条阻断所述光源与所述光检测器之间的直接光路径。
4.根据权利要求3所述的指纹区域传感器装置，其中所述加强条包含分别相对于所述光源及所述光检测器定位的第一通孔及第二通孔，所述第一通孔及所述第二通孔彼此相邻且经安置于所述第一通孔与所述第二通孔之间的所述加强条的片段阻断所述直接光路径。
5.根据权利要求4所述的指纹区域传感器装置，其中所述第一通孔及所述第二通孔的壁分别倾斜朝向所述光源及所述光检测器。
6.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中所述印刷电路是从所述衬底的顶部表面延伸到所述加强条的底部侧的柔性印刷电路的部分，其中所述柔性印刷电路具有面向所述加强条的第一侧及与所述第一侧相对的第二侧，其中所述光源及所述光检测器经安置于所述柔性印刷电路的所述第二侧上。
7.根据权利要求6所述的指纹区域传感器装置，其中所述柔性印刷电路对来自所述光源的光半透明。
8.根据权利要求6所述的指纹区域传感器装置，
其中所述加强条包含分别相对于所述光源及所述光检测器定位的第一通孔及第二通孔，
其中所述印刷电路包含相对于所述加强条的所述第一通孔及所述光源对准的第一通孔，及
其中所述印刷电路包含相对于所述加强条的所述第二通孔及所述光检测器对准的第二通孔。
9.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中经安置于所述印刷电路上的所述光源或所述光检测器至少部分经安置于所述通孔内。
10.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中所述指纹区域传感器装置包含经耦合到所述光检测器的模/数转换器且经配置以将对应于由所述光检测器检测的光的数据传输到主机装置用于活性检测分析。
11.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其进一步包括微控制器，所述微控制器经耦合到所述光检测器用于基于由所述光检测器检测的光来执行活性检测分析。
12.根据权利要求11所述的指纹区域传感器装置，其中所述微控制器进一步经配置以执行指纹匹配分析。
13.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中所述加强条包括铝板且所述印刷电路是柔性印刷电路的部分。
14.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中所述光检测器经形成于所述区域传感器内且所述光源经安置于所述区域传感器下方的所述印刷电路上。
15.根据权利要求1所述的指纹区域传感器装置，其中所述光源及所述光检测器由经安置于所述区域传感器下方的所述印刷电路上的一个集成装置提供。
16.一种具有内置活性检测能力的指纹区域传感器装置，其包括：
区域传感器，其经安置于衬底的顶部表面上，其中所述区域传感器包含集成压力或接近传感器；
加强条，其经安置于所述衬底的底部表面下方；
柔性印刷电路，其电连接到所述传感器，所述柔性印刷电路从所述衬底的所述顶部表面延伸到所述加强条的底部侧；
光源及光检测器，其经安置于所述柔性印刷电路上；
其中所述加强条包含第一通孔，所述第一通孔相对于所述光源定位以允许来自所述光源的光透射穿过所述加强条朝向经定位于所述区域传感器上的手指，
其中所述加强条包含第二通孔，所述第二通孔相对于所述光检测器定位以允许从所述手指反射的光穿过所述加强条到所述光检测器；及
微控制器，其经安置于所述柔性印刷电路上且经配置以在通过所述集成压力或接近传感器在所述区域传感器上检测到手指之后获得所反射的光数据用于活性检测分析。
17.根据权利要求16所述的指纹区域传感器装置，其中所述微控制器经配置以在使用第一阈值在所述区域传感器上检测到所述手指之后获得所述所反射的光数据，且进一步经配置以在使用第二阈值在所述区域传感器上检测到所述手指之后起始所述手指的扫描，其中所述第二阈值高于所述第一阈值。
18.根据权利要求16所述的指纹区域传感器装置，其中所述所反射的光数据是用于基于变白效应的活性检测分析。
19.根据权利要求18所述的指纹区域传感器装置，其中来自所述光源的所述光具有在570纳米到580纳米的范围中的波长。
20.一种方法，其包括以下步骤：
使用第一检测阈值在指纹区域传感器上检测手指的存在；
在使用所述第一检测阈值检测到所述手指的所述存在之后，使用经安置于所述指纹区域传感器的感测区域下方的光源及光检测器执行活性检测测量；
使用大于所述第一检测阈值的第二检测阈值检测所述指纹区域传感器上的所述手指的存在；及
在使用所述第二检测阈值检测到所述手指的所述存在之后，执行所述手指的指纹扫描。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤：
传输活性检测测量数据到主机用于活性检测分析；及
将数据传输且指纹扫描到所述主机用于指纹匹配分析。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括以下步骤：
进行活性检测确定且传输所述确定的指示到主机；
执行指纹匹配分析且传输验证结果到所述主机。
23.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括使用变白效应来执行活性检测的步骤。
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