CN1164076A - 安全性高的指纹感测盒及有关方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种指纹感测盒包括一个防摆弄的外壳，一个安装在外壳内的指纹感测器，一个安装在外壳内并在操作上连至指纹感测器用于产生一个与所感测指纹相关的加密输出信号的加密输出电路。该指纹感测盒可包括一个在操作上连在指纹感测器与加密电路之间的处理器。该盒包括一个用于存储参考指纹信息的参考指纹存储器。处理器可确定所感测指纹是否与所存储参考指纹吻合。提供的清除电路用于对摆弄作出反应将参考指纹信息自参考指纹存储装置中清除掉。

Description

安全性高的指纹感测盒及有关方法

本发明涉及个人鉴定和验证领域，更具体地涉及指纹感测和处理的领域。

指纹感测和吻合是个人鉴定和验证中可靠和广泛地采用的技术。指纹鉴定的一种通用方法是将一个样本指纹或它的图像进行扫描及将指纹图像的图像和/或独特特征存储起来。样本指纹的特征可与早已存储的参考指纹的信息进行比较以便为了验证的目的确定个人的恰当标识。

一个典型的电子指纹感测器基于用可见光、红外光或超声辐射对指纹表面照明。例如，反射的能量由某种形式的照相机获取，其结果的图像被定帧、数字化并作为静态数字图像存储，这已在美国专利号4,210,899的说明书中公开，所公开的内容是一个与中央处理站连用的光学扫描指纹阅读器，供安全存取之用。美国专利号4,525,859的说明书公开了一个用于获取指纹图像的视频照相机并使用指纹的细节即指纹凸线的分支和末端确定与参考指纹数据库的吻合程度。

污染的手指可能影响光学感测，或者光学感测器可能被指纹的一幅照相或印刷图像而不是真正现实的指纹所欺骗。

在无法形成指纹的可接受的图像的情况下，美国专利号4,947,443的说明书公开了一系列指示标志，为用户提供一个在其它可能的系统鉴定失误中对指纹扫描可接受度的简单的通过或不通过标志。换言之，常规指纹感测器的另一个缺点是相对于感测器的手指定位不正确可能减少处理器正确地和快速地确定样本指纹和众多参考指纹之间的吻合程度的能力。

美国专利号4,353,056的说明书公开了另一个感测现实指纹的方法。具体地，它公开了一个位于一个与装置感测面平行的平面中的非常小电容器阵列。当手指触及感测面并使该面变形时，串接电容器的电压分布可能变化。每个电容器上的电压由多路转换技术所确定。

美国专利号5,325,442的说明书公开了一个包括众多感测极的指纹感测器。与每个感测极相关连的切换装置提供了对感测极有效寻址的可能性。

本发明的一个目的是克服常规指纹感测器的缺点，即常规指纹感测器，如光学的、超声的或电容的感测器的引线和内部部件可能会被扰乱，例如向设备的相关连部分发送一个虚假的接收信号。因此，即使感测器是正确的和可靠的，它可能被旁路而访问或进入本应由指纹感测器保护的设备或区域。

本发明的一个目的是提供一个用于正确地感测指纹的指纹感测器和有关方法，该感测器是结实的、紧凑的、可靠的和相对地便宜的，以及提供一个可以阻止旁路或摆弄企图的安全的指纹感测盒或模块和有关方法。

指纹感测盒最好能包括一个在操作时连结于指纹感测器与加密输出装置之间的处理器。此外，该盒还可能包括用于存储参考指纹信息的参考指纹存储装置。因此该处理器最好包括参考指纹吻合装置，用于确定所感测指纹是否与所存储参考指纹吻合。为进一步提高所存储参考指纹信息的安全性，感测器盒最好包括清除装置，用于对摆弄作出反应将参考指纹信息自参考指纹存储装置中清除掉。

为了方便，指纹感测器最好包括一个具有用于接纳与其相邻的手指的外表面部分的集成电路。外壳又最好包括一个穿过其中与集成电路的外表面部分对准的开口。最好提供密封装置以密封集成电路外表面部分与相邻外壳部分之间的接口。可由一堆覆盖接口的密封材料形成密封装置。也可由一层模压塑料材料的环绕层与集成电路的相邻部分之间形成的密封层提供密封装置。

集成电路可包括一层用于抵抗例如手指接触的污染的最外层的氮化硅层。此外，集成电路可包括一层包括碳化硅和钻石中的一种用于增强抗腐蚀能力的最外层。

本发明包括一个指纹感测盒，后者包括一个防摆弄的外壳；一个装在所述外壳内的指纺感测器；及一个装在所述外壳内并在操作上连至所述指纹感测器以产生与所感测指纹相关的一个加密输出信号的加密输出装置，所述指纹感测器与所述加密输出装置之间在操作上连接一个处理器。

一种方法很好地用于制做和安全地操作一类包括指纹感测器的指纹感测盒，该方法最好包括以下步骤：将指纹感测器安装在外壳内及在防摆弄外壳内产生一个与来自指纹感测器的所感测指纹相关的加密输出信号。该方法尚可包括以下步骤：将参考指纹信息存储在外壳内及在防摆弄外壳内确定所感测指纹是否与所存储参考指纹吻合。相应地，为进一步提高安全性，该方法尚可包括对摆弄作出反应自防摆弄外壳内清除参考指纹信息的步骤。

本发明还包括一种用于制造和安全地操作一类包括指纹感测器的指纹感测盒的方法，该方法包括以下步骤：

将指纹感测器安装在外壳内；

在防摆弄外壳内产生一个与来自指纹感测器的所感测指纹相关的加密输出信号，将参考指纹信息存储在外壳内以及

在防摆弄外壳内确定所感测指纹是否与所存储参考指纹吻合。

现将参照附图通过例子描述本发明，附图中：

图1是与笔记本计算机一起使用的指纹感测器的原理图；

图2是与计算机工作站和相关连的信息处理计算机和局域网(LAN)一起使用的指纹感测器的原理图；

图3是一个指纹感测器实施例的原理透视图；

图4是感测器和覆盖指纹模式的一部分的原理平面图，其中一部分为阐述清晰起见被高度放大；

图5是指纹感测器一部分的高度放大平面图，为阐述清晰起见其中上层绝缘层被移去；

图6是指纹感测器一部分的原理透视图；

图7是指纹感测器一部分的原理透视图；

图8是用于阐述电场的具有部分剖面的原理侧面图；

图9是指纹感测器一部分的电路原理图；

图10是用于进一步阐述电场的具有部分剖面的放大的原理侧面图；

图11是一个实施例中指纹感测器和相关连的电路的原理框图；

图12是另一实施例中指纹感测器和相关连的电路的原理框图；

图13是感测电路实施例的原理框图；

图14是感测电路另一实施例的原理框图；

图15是用于阐述众多感测单元的原理框图；

图16是指纹感测器的一部分信号处理的实施例的原理框图；

图17是指纹感测器的一部分信号处理的另一实施例的原理框图；

图18是指纹感测器的信号处理电路的又一实施例的原理框图；

图19是指纹感测器的一部分信号处理的另外一个实施例的电路原理图；

图20是指纹感测器的一部分信号处理的又一个实施例的电路原理图，用于阐述供动态对比度增强用的电阻矩阵；

图21是指纹感测器的一部分信号的处理的又一个实施例的电路原理图，用于阐述供动态对比度增强用的电容矩阵实施；

图22是指纹感测盒一个实施例的原理框图；

图23是指纹感测盒另一实施例的原理图；

图24是感测器另一方面的原理框图，用于阐述于指位置的准实时定位反馈；

图25是计算机的原理透视图，用于阐述手指位置的准实时定位反馈，以及

图26是包括指示器的指纹感测器的原理透视图，用于阐述手指位置的准实时定位反馈。

在全部附图中相同部件由相同数字标示。附图中不同特征，尤其是手指和层的尺寸都为了叙述清晰的目的而放大。

参照图1-3，首先描述指纹感测器30。所描述的感测器30包括一外壳或盒51，一层暴露于盒的上表面、为手指提供放置面的绝缘层52及众多信号导线53。围绕绝缘层52周围的导电带或极54也为手指提供接触极，这在下面将更详细地描述。感测器30可提供输出信号，该输出信号的范围是决定于盒中具有的处理级别的改进级别。

指纹感测器30用于个人鉴定或验证。例如，感测器30用于允许使用计算机工作站，例如包括一个键盘36和相关连的折叠式显示屏37的笔记本计算机35(图1)。换言之，只有首先感测所需指纹后用户才被允许存取笔记本计算机35的信息和程序。

指纹感测器30的另一用途具体地参照图2加以阐述。感测器30可用于同意或拒绝使用计算机信息系统40的固定工作站41。该系统可包括众多由一个局域网(LAN)43链接的这类工作站41，而该局域网又连至一个指纹鉴定服务器43和一个总中央计算机44。

参照图4-10，感测器30包括众多排列成阵列模式的单个象元或感测元件30a，此可在图4和5中很好地看出。感测元件相对地很小以便能感测一个典型指纹的凸线59和相间的凹纹60(图4)。由电场感测器30读取的现实指纹比光学感测更可靠，因凸线和凹纹模式的手指皮肤的导电性非常难于模仿。相反地，例如光学感测器可能被一个准备好的照片或指纹的其它类似图像所欺骗。

感测器30包括一层衬底65和位于其上的一层或更多层操作的半导体层66。一层接地平面极层68位于操作层66上面并由一层绝缘层67与之隔离。位于另一层绝缘层70之上的驱动极层71连至一个激励驱动放大器74。激励驱动信号通常可在大约1Khz至1Mhz的范围内及同相地送遍全部阵列。因此驱动或激励电子电路相对地不复杂及感测器30的总价格可以减少，而可靠性则增加。

在驱动极层71之上的是另一层绝缘层76，而在绝缘层76之上的是一个示例性的圆形感测极78。如原理图所阐述，感测极78可连至在操作层66内形成的感测电子电路73。

一个环状屏蔽极80围绕感测极78而又与后者隔开。感测极78及其周围的屏蔽极80可具有其它形状，例如六角形，以便于紧凑地封装象元或感测元件30a的阵列结构。屏蔽极80是一个操作极，它由放大电路73输出量的一部分所驱动以有助于将电场能量集聚，因而减低对相邻电极驱动的要求。因此，与现有技术感测器中对每个感测极个别驱动的要求截然相反的是感测器30允许用同一个驱动信号驱动所有感测元件。

图8-10中的激励极71分别隔开距离d1和d2向感测极78产生第一电场和在感测极78与手指表面79之间产生第二电场。换言之，在激励极71与感测极78之间形成第一电容器83(图8)及在手指皮肤与感测极78之间形成第二电容器85。第二电容器85的电容随着感测极78靠近凸线或凹纹的不同程度而变化。因此感测器30可模拟为一上电容式分压器。当距离d2改变时，由单位增益电压跟随器或放大器73所感测的电压也随之变化。

通常感测元件30a在极小电流和极高阻抗下操作。例如，希望每个感测极78的输出信号大约为5至10毫伏以减小干扰的作用及允许进一步处理信号。由屏蔽极80外部尺寸所限定的每个感测元件30a的直径大约为0.002至0.005英寸。绝缘层76和表面绝缘层54的厚度最好在大约1μm的范围内。接地平面极68将操作电子装置自激励极71屏蔽掉。一层较厚绝缘层67使这两层结构之间电容减小，从而减小需用于激励电极的电流。熟悉技术的人可以理解很容易形成通过电极78、80的导线接至操作电子电路的不同信号。此外，所阐述的信号极性可容易地改换。

感测器30的总接触或感测面最好大约为0.5乘0.5英寸，这个尺寸容易制造同时仍能提供足够大的表面用于正确的指纹感测和鉴定。根据本发明的感测器30也相当地容忍失效象元或感测元件30a。典型的感测器30包括一个由256乘256个象元或感测元件组成的阵列，当然本发明也设想其它阵列尺寸。感测器30也可主要使用常规半导体制造技术于同一时间制造出来，因而显著地减少制造费用。

参照图11，它描述了包括指纹感测器30在内的设备90的功能划分。指纹感测设备90可配置以提供一个或多个指纹的位移感测，提供图像显现触发器，完成模数转换，提供充分的图像获取和图像整体性确定，提供对比度增强和规范化，及提供图像二进制化。在所阐述的实施例中，感测器30通过所述接口91连至并行处理器和存储阵列92及控制处理器93。并行处理器92可对图像质量和坏块进行确认；对边缘进行增强、平滑和削薄；产生凸线走向向量；使向量平滑并产生指纹吻合中所需的凸线走向特征；鉴别指纹中心；将曲线生成、平滑和净化；以及提供细节鉴定。所述控制处理器93可提供细节对准和吻合，细节存储，生成授权码，及通过所述接口94与主机通信。所阐述的本地非易失性存储器95也可包括在设备90内。

图11的设备90的一种改变由图12的设备100所阐述。此实施例包括感测器和处理电子电路的双芯片型式。设备100包括通过一个本地存储总线接口99连接的一个感测器芯片96和一个鉴定芯片97。图12的所阐述实施例中还包括一个扫描控制处理器98，而余下的功能部件与图11中的部件相同。

参照图13和14可进一步了解来自感测器30的感测信号的解调和初始处理。所阐述电路110和120两者最好都用交流供电。此外，感测器上的电压幅值与本地接地平面的位移成比例，因此信号供进一步使用前应予解调。图13阐述一个本地比较器112，用于控制和管理并行的模数转换过程。该处理器能向整排或整列象元或感测元件30a提供参考电压序列并显示SigO线上的转变。如熟悉技术的人所容易理解的，可以实现连续逼近的转换：先按大步处理，接着按较小范围内愈来愈细的步子处理。SigO输出量可以是二进制总线连接而SigA输出量是一个可用作模拟参考电压发生电路一部分的解调模拟信号。

图14中阐述的电路120中的存储器可用于同时地为全部感测单元或象元实行局部对比度增强。模拟比较器112能用于为判定元件进行计算。由所阐述的锁存器113所提供的二进制移位寄存器可将二进制输出图像移位。另一方案是，如熟悉技术的人所容易理解的，可使用常规存储阵列寻址将输出图像读出。由于电路120具有它自己的本地存储器，它不需单独的缓存组以存储象元数据。

皮肤导电性的变化和污染可能导致电场信号的相移。因此图13和14的处理电子电路110、120最好包括一个同步解调器或检测器111以使全部电路对任何这类导电性的变化不太敏感。

一部分阵列中感测单元或象元30a的互连原理性地阐述于图15中。所示的列数据传送线121、排数据传送线122和比较器参考线123连至感测单元30a阵列。互连形式最好是8乘8感测单元的块，当然本发明也设想其它配置。

可参照图16和17了解处理器电路。图16的电路130包括电荷耦合装置(CCD)移位寄存器131，后者包括众多的单个移位寄存器135。移位寄存器131的功能是用作一个抽头的延迟线以便于图像信号处理。寄存器135向在所述块处理器134控制下操作的相应的A/D转换器132馈送信号。感测放大器输出端连至CCD模拟移位寄存器135，每排象元有一个移位寄存器。接着自寄存器移位出一排数据至用作操作转换装置的A/D转换器132。转换器在象元到达时将每个象元转换为8位数字的字。转换过程和A/D参考电压在块处理器控制之下，其中每个块处理器可控制一排或更多排，例如每个处理器控制16排。可使用先前象元转换的数据完成有限的动态对比度补偿以为参考电压定标；然而仍需要有效的下游数字图像处理。

图17的电路140类似于图16的电路。在图17中，如熟悉技术的人所容易理解的，在所阐述的块处理器134的控制下，比较器141提供图像输出信号。

转向图18，此电路实施例150类似于图11中的实施例。图18的电路150阐述性地包括一个16乘16的感测单元或图像单元30b阵列，感测单元由所述排选择数据输入多路转换器151，列选择总线驱动器153和比较器参考电压分压器152选择性地寻址和读取。一旦自电场感测极获取一个图像并加以数字化，即可自图像中提取指纹特征。图18阐述一个连至数字信号处理器组92的感测器的高水平视图。此例中一个128乘128的象元阵列划分为16乘16的图像单元30b阵列，其中每个图像单元由8乘8象元阵列组成。

每个图像单元30b具有一个服务于整个单元的单个比较器参考线。当对一个单元30b扫描时，并行处理器中的一个为该单元30b管理参考电压并为该单元的所有感测器记录数字化信号。在对单元30b中的感测器的扫描过程中，处理器能同时使来自单元的数据相关连，以产生该单元中凸线走向的初步估算。在所阐述的实施例中，控制处理器93管理感测信号的扫描和数字化，并对完成特征提取和吻合功能的并行处理器组92进行监管。其它所阐述的部件类似于以上参照图11所讨论的部件。

转向图19，图中阐述了有可能用于指纹细节处理的流水线式实施的4乘4处理器矩阵电路180。电路180包括一个处理器阵列184，一个感测器阵列输入/输出部分181，一个非易失性存储器接口182，及所阐述的多处理器阵列时钟和控制单元182。所阐述电路180用于鉴定指纹的独特细节和确定其位置以确定所感测指纹与众多参考指纹中之一的吻合程度。换言之，处理器184可使细节与一套先前存储的参考细节吻合以完成鉴定过程。例如，当完成肯定的鉴定之后，电路180可通过一个主处理器接口发送一个恰当地加密的消息以通知外部处理器。

一般需要保证在指纹的整个面积上在指纹的凸线和凹纹之间存在足够对比度。图20的电路160原理性地阐述用于对象元阵列30a提供动态对比度增强的包括众多互连的电阻器162的电阻性网络或矩阵161。相邻象元的作用是用于将每个象元输出量规范化而仍提供足够的对比度。该电路包括一对用于提供增强对比度输出信号的放大器163、164。

将感测器信号与参考信号相比较可确定每个象元的值，该参考信号将块参考信号与来自直接面积的所有感测器的信号的加权平均值相加。方的电阻网或矩阵向每个象元比较器同时提供必需的加权平均值。全局块参考线165最好用阶梯状波形驱动，而比较器输出量则显示状态的变化。通过注意阶梯哪一步促使象元的比较器改变状态，即可确定每个象元的灰度值。

参照图21的电路170可了解动态对比度增强的改变方案。动态对比度增强也可由互连象元节点174的电容器171的阵列172实现。在此实施例中，阵列172接收自上面更详细地描述的同步解调器175获取的交流信号。这些电容器171用作AC阻抗网络，用于以类似于供DC信号用的电阻网络161(图20)特性的方式将AC信号散布和求平均值。在AC对比度增强电路170中，在其它实施例中可能为解调电路一部分的低通滤波器移至比较器177电路部分。可使用常规半导体加工技术容易地做出电容器阵列172，其优点是与电阻器阵列实施方式相比较尺寸较小。

电阻矩阵电路160和电容矩阵电路170可提供用于图像对比度增强的加权。另一方案是通过下游软件完成这类增强，这可能需要相当长的时间完成全部过程。相应地，电阻矩阵和电容矩阵配置可提供更大的总处理速度。此外，感测器30处的这类初始处理可在某此实施例中允许将8位AD转换器简化成1位转换器，但仍能提供高速和相对低的费用。例如，希望指纹图像的处理和吻合程度的确定在一定的应用场合下在几秒钟内完成以避免用户失望。

参照图22，描述了本发明另一方面，其中感测器30可包含于安全的感测盒190内。感测器30最好安装时避免弯曲或挪位以免对芯片或其电连线产生应力。更具体地，整个盒子可包括一个防摆弄外壳191。例如，外壳191可由硬塑料材料或金属制成，这些材料坚实得可抗切割、擦磨或锯割。另一方案是外壳191的材料在遇到锯割、溶蚀或其它形式侵袭时被压皱并将其内部电路部件毁坏。

感测盒190还包括所阐述的衬底195，处理器192，可被破坏的存储器195和加密输出电路194。更具体地，加密输出电路194所提供的输出信号只能由指定的下游装置解密。美国专利号4,140,272；5,337,357；4,993,068和5,436,972的说明书中每个都公开了不同的加密方法。

感测盒190的输出量可通过导电线或销子送至相关连的下游解密设备，或者可如熟悉技术的人所容易理解的，电感地或光学地连至有关设备。还如熟悉技术的人所了解的，可在加密输出部分提供电的或其它类型的保护以保证诸如存储在存储器193内的指纹数据库之类的数据不易被外部连结和/或信号操作所读取。

感测器30和处理器192可配置以提供完整的感测器处理特征范围中的任何一个。例如，加密输出量可以是一个原始图像，一个处理过的图像，指纹细节数据，一个是/否吻合标志，或个人鉴定和数字记号键。

所阐述的感测盒190还包括位于感测器30的上绝缘层52与外壳191的相邻部分之间的接口处的一堆密封材料196。本发明也设想其它用于在暴露的上绝缘层与相邻外壳部分之间的接口处提供很好的防水密封的密封结构。此外，可例行地用清洁液擦清窗口以减少它的污染。由于通常将诸如异丙基酒精之类的不同酒精用作清洁液，因此外壳191和密封堆196最好是抗这类化学品的。

转向图23，其中阐述了另一个感测盒220，并讨论了根据本发明的集成电路盒的有关问题和解决方法。如熟悉技术的人所容易理解的，由于指纹感测器集成电路需被所扫描的手指触摸，它提出了特殊的封装困难。在常规集成电路制造中通常希望避免对集成电路触摸，部分是由于潜在的污染。有关的主要污染物是钠和其它碱金属。这些污染物可在通常用于钝化保护集成电路的SiOx层中产生游离离子。其结果的氧化物电荷使装置特性变坏，在MOS技术中尤其如此。

一种用于控制游离离子污染的常规的方法是在集成电路上用带有搀杂磷的钝化层的密封封装。如熟悉技术的人所容易理解的，搀杂磷通过俘获机制可减小污染物的游离性。塑料封装现已更为普及，及一层氮化硅钝化层可用于塑料封装。氮化硅可极大地减小污染物的渗透性以允许用户手指与集成电路直接接触。因此，根据本发明，最好将氮化硅用作指纹感测器的钝化层。

本发明中的指纹感测器也提出了几个独特的封装要求，包括：该盒应该开启以允许手指与感测器的指模接触；该盒在物理上应坚实以经受住粗糙的使用；该盒和指模应能经受清洁剂和/或消毒液的反复清洗；该指模应能经受各种不同有机和无机污染物的触摸，并应能经受腐蚀；以及最后该盒应比较便宜。

图23的所阐述的盒220是针对这些问题的。盒220包括一个装在金属衬板222上的集成电路指模221，在浇注模压该盒的环绕塑料材料191时金属衬板222连至连接框223。如熟悉技术的人所容易理解的，由连线227和连接框223通至向外伸展的引线228，从而实现连接。塑料外壳191的上表面包括一个整体模压而成的允许接触指模221的开口52。塑料模压件与相邻的指模的上表面部分之间的粘合产生此实施例中的密封。

集成电路指模221也可包括一层氮化硅的钝化层224，用于上面强调过的目的。此外，如所述感测盒220中所示，指模221可具有第二层保护层225。为保留感测器灵敏度，每一层224、225最好比较薄，例如1个微米的数量级。外面的一层225可以是有机材料，例如聚酰亚胺或PTFE(聚四氟乙烯)，它们的优点是抗磨损并提供物理保护。无机涂层，例如碳化硅或非晶状钻石，也可用作外面的一层225，并可很大地增强抗磨损能力，特别是抵抗腐蚀性颗粒。此外，保护性指模涂层225的材料最好与标准的IC模式确定方法相兼容以便允许对焊片进行蚀刻。

集成电路指模221上的焊片可用铝制成。另一种可能更好的方法是用电镀方法形成的金塞将焊片密封。为减小由弯绕的连接线227所占高度，该指模221可直接倒装焊接，这是另一个本发明的实施例，但未示出。在其它实施例中感测盒220可使用自动带焊技术制造。

回到图22，感测盒190可在例如外壳191破裂时将存储器198和/或其它集成电路部件损坏掉或变得安全。可在集成电路指模上加用一层材料193，它在溶解时能破坏指模。存储器193也可在暴露于光线下时或在维持电流消失时毁坏自身或将其内容清除掉。熟悉技术的人容易理解用于保证感测盒190的数据和处理能力的完整性的其它方法。相应地，本发明提供条件以使诸如授权指纹的数据库，加密用秘钥或授权码等敏感数据不易自感测盒190中盗走。此外，虽然如此处广泛描述的感测盒190可能最好包含电场感测器30，但其它感测器也可包含于安全感测盒内。

感测器30及其相关连的处理电路的不同实施例可实现若干常规指纹吻合算法中的任何一种。

指纹细节也即指纹凸线的分支或分又和末端经常用于确定样本指纹与参考指纹数据库之间的吻合程度。这类细节吻合容易由处理电路实现。例如，美国专利号3,859,633和3,893,080的说明书中有基于指纹细节吻合的指纹鉴定。美国专利号4,151,512的说明书描述了使用提取的凸线外形数据的指纹区分方法。美国专利号4,185,270的说明书，公开了一种也是基于细节的用于编码和验证的过程。美国专利号5,040,224的说明书公开了一种方法，用于将指纹预处理以便正确地确定每个指纹图像的中心位置以供以后细节模式吻合之用。

转至图24-26，其中描述了本发明另一主要方面。由于本发明的上述感测器30与相关连的电路提供相当快和有效的指纹图像处理，用户可获得有关在诸如所阐述的电场感测器30的指纹感测器上的手指定位的准实时反馈。因此，用户可快速地和正确地将他的手指重新定位，正确地获得鉴定，以及接着向前完成所需任务。在过去，例如在美国专利号4,947,443的说明书中只描述了一种用户所用简单的通过或不通过标志，这种标志很可能需要相当长时间。通常知道，除非能在数秒内给出标志，否则随着时间的增长将会导致用户失望。此外，简单的通过/不通过标志只能提示用户重新尝试而无任何有关不通过标志的原因的有用指导信息。

设备200(图24)阐述性地包括一个在操作上连至一个图像处理器201的指纹感测器30。如熟悉技术的人所容易理解的，图像处理器201可包括抽头延迟线或其它用于自所感测指纹中确定中心点的功能性中心点计算器202。可以确定相对于预定参考中心点的中心点位置并通过位置指示器203给用户一个标志。图像可进一步分析，及如所加的手指压力太大或太小，则也可给用户一个标志。因此可以显著地减小可能的用户失望。如果经过预定次数尝试后重新定位和/或压力的变化无效，则将有效地通知用户需要清洁感测器。

转向图25，图中进一步描述了在诸如所阐述的包括一个键盘36和显示器37在内的这类笔记本计算机35的计算机工作站中使用的位置反馈的感测和指示的具体实施方式。本发明的这个方面除所阐述的笔记本计算机外，尚可用于许多类型的固定的和可携带计算机工作站。

指纹感测器30接纳用户手指。计算机处理器与指纹感测器30一起在显示器37的窗口207上产生一个指纹图像206及图像上的中心点205。在所阐述的实施例中，显示图像还包括一个目标中心点208以协助用户重新将手指定位以供正确读取用。

除可视图像指示之外，可给出进一步指示，显示带有相关连方向箭头的字幕“向上移”及“向下移”。尚可给出有关压力的指示，例如所阐述的字幕“增大压力”。

还有一种反馈和压力指示的方案，可以由装在计算机外壳内的扬声器39发出合成生成的语音消息。例如，所生成的语音消息可阐述性地包括声明“将手指移向上方和左方”及“增加手指压力”。本发明也设想其它有用消息。

参照图26的设备210可理解手指位置反馈的感测和指示的又一个实施例。在此实施例中，感测器30用于操纵一个访问控制器211，而后者又能例如操纵一扇门以允许恰当地鉴别过的用户入内。用于分别指示向上和向下移动及向左和向右移动具有LED 212、213形式的简单可视指示可用于向用户指示将手指恰当定位和重新定位。所阐述的实施例也包括众多用于指示压力的LED 214。

一个指纹感测盒包括一个防摆弄的外壳，一个装在外壳内的指纹感测器，一个装在外壳内并在操作上连至指纹感测器用于产生一个与所感测指纹相关的加密输出信号的加密输出电路。指纹感测盒还可包括一个在操作上连在指纹感测器与加密电路之间的处理器。该盒包括一个用于存储参考指纹信息的参考指纹存储器。处理器具有能力判断所感测指纹是否与所存储参考指纹吻合。一个清除电路能对摆弄作出反应而将参考指纹信息自参考指纹存储装置中清除掉。

Claims (12)

1.一种指纹感测盒，包括：

一个防摆弄外壳；一个装在所述外壳内的指纹感测器；及一个装在所述外壳内并在操作上连至所述指纹感测器用于产生一个与所感测指纹相关的加密输出信号的加密输出装置，同时一个处理器在操作上连在所述指纹感测器与所述加密输出装置之间。

2.权利要求1所要求的指纹盒，其中参考指纹存储装置用于存储参考指纹信息，及所述处理器包括用于确定所感测指纹是否与所存储参考指纹吻合的参考指纹吻合装置。

3.权利要求1所要求的指纹盒，其中清除装置用于对摆弄作出反应将参考指纹信息自所述参考指纹存储装置中清除掉。

4.如权利要求1至3中的任一项所要求的指纹盒，其中所述指纹感测器包括一个具有一个用于接纳与其相邻的手指的外表面部分的集成电路，及所述外壳包括一个穿过其中与集成电路的外表面部分对准的开口。

5.如权利要求4所要求的指纹盒，其中密封装置用于将集成电路的外表面部分与相邻的外壳部分之间的接口密封，其中所述密封装置最好包括一堆密封材料。

6.如权利要求5所要求的指纹盒，其中所述外壳包括一种塑料材料，及密封装置包括塑料材料与集成电路的相邻部分之间的密封层。

7.如权利要求3所要求的指纹盒，其中所述集成电路包括一层最外面的氮化硅层，在所述指纹盒中所述集成电路包括一层包括碳化硅和钻石中的一个的最外层，及所述指纹感测器包括一个电场指纹感测器，及所述电场指纹感测器最好包括：

一个电场感测极阵列；

一层与所述电场感测极相邻的绝缘层，所述绝缘层用于接纳与其相邻的手指；以及

驱动装置，用于将电场驱动信号加至所述电场感测极和手指的相邻部分以便当手指电极暴露于所述外壳外表面上时，所述电场感测极产生一个指纹图像。

8.一种指纹感测盒，包括：

一个防摆弄外壳；

一个装在所述外壳内的指纹感测器；

位于所述外壳内用于存储参考指纹信息的参考指纹存储装置；

一个在操作上连至所述指纹感测器与所述参考指纹存储装置用于确定所感测指纹是否与所存储参考指纹吻合的处理器，以及用于对摆弄作出反应将参考指纹信息自所述参考指纹存储装置中清除掉的清除装置。

9.权利要求1至7或8中的任一项所要求的指纹盒包括装在所述外壳内和在操作上连至所述处理器用于产生与所感测指纹相关的加密输出信号的加密输出装置，及所述指纹感测器包括一个具有一个用于接纳与其相邻的手指的外表面部分的集成电路，及所述外壳包括一个穿过其中与集成电路的外表面部分对准的开口。

10.一种指纹感测盒，包括：

一个具有一个穿过其中的开口的外壳；

一个装在所述外壳内并包括一个集成电路的指纹感测器，所述集成电路具有一个用于接纳与其相邻的手指的外表面部分并如此定位以使外表面部分与所述外壳的开口对准；以及

密封装置定位以将集成电路的外表面部分与相邻外壳部分之间的接口密封，其中所述密封装置包括一堆密封材料，同时所述外壳包括一种塑料材料，及密封装置包括塑料材料与集成电路的相邻部分之间的密封层，还包括装在所述外壳内和在操作上连至所述指纹感测器用于产生一个与所感测指纹相关的加密输出信号的加密输出装置，及一个在操作上连至所述指纹感测器的处理器。

11.一种用于制做和安全地操作一类包括指纹感测器的指纹感测盒的方法，所述方法包括以下步骤：

在防摆弄的外壳内安装指纹感测器；

在防摆弄的外壳内产生一个与来自指纹感测器的所感测指纹相关的加密输出信号，将参考指纹信息存储在外壳内以及

在防摆弄的外壳内确定所感测指纹是否与一个所存储参考指纹吻合。

12.权利要求11所要求的方法包括以下步骤：对摆弄作出反应将参考指纹信息自防摆弄的外壳中清除掉；形成一个具有一个用于接纳与其相邻的手指的外表面的集成电路指纹感测器；

将集成电路指纹感测器安装在一个具有一个穿过其中的开口并使开口与集成电路的外表面部分对准的外壳内；以及

将集成电路的外表面部分与相邻的外壳部分之间的接口密封，同时安装的步骤包括将一种塑料材料模压在集成电路周围的步骤，及密封的步骤包括将塑料材料与集成电路的相邻部分之间的接口密封的步骤。

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