CN1417751A - 指纹输入装置及设有该指纹输入装置的电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种指纹输入装置，包括：与手指的指纹表面进行紧密接触的集束光纤元件、用于照明所述指纹表面的平面光源，和二维图像传感器，用于检测从所述指纹表面反射的光和在手指中散射并从指纹表面发射的光，该二维图像传感器具有二维地排列在一基底上的多个光电转换元件。该指纹输入装置通过在同时输出所述多个光电转换元件产生的电信号的一个模式，和顺序输出所述多个光电转换元件产生的电信号的另一个模式之间进行切换，来检测指纹图像和体积描记图或加速体积描记图。从而这种结构简单的指纹输入装置可以高精度地检测指纹图像或体积描记图。

Description

指纹输入装置及设有该指纹输入装置的电子设备
发明背景
发明领域
本发明涉及一种指纹输入装置。特别是，涉及一种具有检测血流脉搏功能的指纹输入装置及设有该指纹输入装置的电子设备。
背景技术
通常，已知的血液循环诊断仪器，可从指尖检测出体积描记图(加速的体积描记图)的第二派生物，用于确定周围血液循环的情况。例如，专利号No.2000-23928的日本专利说明书中公开了这样一种诊断仪器。图9A和9B示出了本说明书中所述的血流脉搏检测器的结构。在图9A和9B中，该血流脉搏检测器包括光发射器110，用于以光照射手指F；光检测器120用于检测手指散射的光和支架130，用于可靠地把手指F对这些元件定位。在图9A中，光发射器110和光检测器120并排的置于手指F下。在图9B中，手指F置于光发射器110和光检测器120之间。
下面将说明图9A和9B中的结构的操作。在图9A所示的结构中，光发射器110发射的光在手指F中散射或漫射，散射或漫射的光由光检测器120检测。在图9B所示的结构中，光发射器110发射的光穿过手指F，然后由光检测器120检测。图9A和9B所示的结构中，光检测器120都产生一个指示反射手指F的毛细血管中的血量的输出。因此，通过监视光检测器120的输出中的时域变化，可以确定一个体积描记图，它是血量的时域变化。而且，众所周知，可以根据加速体积描记图来诊断患者的血液循环情况。通过对该体积描记图进行二次微分可以确定该加速体积描记图。因此，若利用外部计算装置分析图9A或9B的结构获得的体积描记图，则可以诊断血液循环的情况。
目前，已知有微小的指纹输入装置。例如，USP 5446290中公开了这样一种指纹输入装置。图10中示出所述USP 5446290中所述的装置的基本部件。该指纹输入装置包括平面光源堆栈210，二维图像传感器和集束光纤部件。平面光源210为很薄的光源，包括置于光导一端上的发光二极管(LED)，所述发光二极管(LED)通常用于液晶显示器(LCD)的背光源。
该二维图像传感器220包括二维地置于透明基底221的表面上的像素。每个像素各包括一个开关元件222和一个光电转换元件223，并与开关配线224、信号读出配线225、偏置配线226连接。透明基底221具有一个位于不包括配线和像素且可透光的区域的开口227。集束光纤元件230是这样制造的：将大量的光纤熔合在一起，熔合的光纤被切成片状，然后将该片的表面抛光。入射的光线通过集束光纤元件230的芯线231，从而在该部件一个表面上形成的图像就会传输到另一个表面。
下面将说明指纹输入装置的工作。平面光源210发出的光依次通过二维图像传感器220的开口227和集束光纤元件230的芯线231，照射到手指上(未示出)，所述手指按在集束光纤元件230得上表面上。然后，手指处反射和散射的光入射到集束光纤元件230的芯线231上，然后由图像传感器220的光电转换元件223检测。在施加给开关配线224的控制信号的控制下，通过信号读出配线225顺序读出光电转换元件223产生的电信号，并将读出的信号记录在外部电路(未示出)中，从而获得指纹图像。
图9A和9B中所示的现有技术现有技术的用于血液循环的诊断仪器不具有输入指纹图像的功能。另一方面，现有技术现有技术的指纹输入装置不具有检测血流脉搏的功能。如果这两个功能，检测血流脉搏的功能和输入指纹图像的功能被集成在一个装置中，则该装置就可以具有多种应用。
为了将这两种功能集成在一个装置中，很容易想到将这两种装置的元件并排安置在一个壳体中。但是，这种结构具有以下问题。
首先，为了达到高精度的个人身份识别，必须要使指纹图像包括大量的特性特征(指纹条纹的端点或分叉点)，每一个所述特征对个体来说都是独特的，因此集束光纤元件需要被置于手指的中心位置。另一方面，为了足够灵敏地检测血流脉搏，光检测器最好置于手指上可得到最大的光散射或漫射量位置。这意味着集束光纤元件和光检测器都应该位于手指的中心处，而这在物理上是不可能的。
其次，必须冗余地设置具有相似功能的部件，譬如都可发光的光发射器和平面光源，和都可进行光电转换的光检测器和二维图像传感器。但是，这将导致该装置的尺寸和制造成本增加。
这种情况下，可通过二维图像传感器来检测血流脉搏，从而可省去独立的光检测器。但是，这种结构下，不能获得高精度的加速体积描记图。特别是，例如，在通常的指纹输入装置中，二维图像传感器包括500×500像素，每个像素的读取时间是100ns。这种情况下，对于二维图像传感器来说读取一个图像所需的时间是25ms。这个时间间隔大于用于提供该加速体积描记图的派生物的时间常数(例如在日本专利公开号No.2000-23928中为10ms)，因此不能获取高精度的加速体积描记图。
发明内容
本发明即是考虑到上述情况而提出的，本发明的目的是提供一种能够根据手指所散射的光量而精确地确定加速体积描记图的结构紧凑的指纹输入装置，以及安装有该装置的电子设备。
特别地，本发明的第一目的是提供检测血流脉搏和高精度地输入指纹图像这两种功能。本发明的第二目的是将上述两种功能集成在一个装置中时减少该装置的尺寸和制造成本。
为达到上述目的，本发明提供一种指纹输入装置，包括：与手指进行紧密接触的光学器件；用于照明该手指的光源；和图像拾取装置，用于检测从手指反射的光和被手指散射并从手指处发射的光，该图像拾取装置包括二维地排列在基底上的多个光电转换元件，和模式转换装置，用于同时输出多个光电转换元件产生的电信号的第一输出模式，与顺序输出多个光电转换元件产生的电信号的第二输出模式之间进行切换。根据本发明，还提供一种检测仪器，用于根据第一输出模式中输出的电信号检测体积描记图或加速体积描记图。
为达到上述目的，本发明提供一种指纹输入装置，包括：与手指进行紧密接触的光学器件；用于照明该手指并与该光学器件紧密接触的光源；和指纹传感器，用于通过检测从手指反射的光和被手指散射并从手指处发射的光来检测指纹图像，所述指纹传感器具有：透明部分用于传送在该部分形成的光；光检测器，用于检测通过指纹传感器传送过来的光，该光检测器被置于指纹传感器之下；检测仪器，用于根据光检测器的输出信号来检测体积描记图或加速体积描记图。
为达到上述目的，本发明提供一种指纹输入装置，包括：微棱镜，所述微棱镜与手指紧密接触并在所述与手指紧密接触的表面正相对的表面上形成有多个小棱镜；光源，用于照明该手指；图像拾取器，通过检测穿过微棱镜的光来检测指纹图像，该图像拾取装置被置于该微棱镜之下；光检测器，用于检测通过微棱镜传送的光，该光检测器被置于微棱镜之下；和检测仪器，用于根据光检测器的输出信号来检测体积描记图或加速体积描记图。
附图说明
图1表示根据本发明第一实施例的指纹输入装置中使用的二维图像传感器的结构；
图2表示根据本发明第一实施例的指纹输入装置的基本部件；
图3示出了二维图像传感器的另一个例子；
图4示出了根据本发明的指纹输入装置的第二实施例；
图5示出了根据本发明的指纹输入装置的第二实施例；
图6示出了根据本发明的指纹输入装置的第三实施例；
图7示出了根据本发明的指纹输入装置的第三实施例；
图8示出了根据本发明的指纹输入装置的第三实施例；
图9A示出了用于血液循环的现有技术诊断仪器中的脉冲检测器的结构；
图9B示出了用于血液循环的现有技术诊断仪器中的脉冲检测器的另一种结构；
图10示出了现有技术薄型指纹输入装置的结构；
图11是说明根据本发明第一实施例的指纹输入装置的工作时序图；
图12表示根据本发明的电子设备的结构；
图13表示根据本发明的电子设备的另一种结构。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明作进一步的详述。(第一实施例)
图1和2示出了根据本发明的指纹输入装置的第一实施例。图1表示第一实施例中使用的二维图像传感器的结构，图2表示根据该实施例的指纹输入装置的基本部件。如图2所示，根据该实施例的指纹输入装置包括：平面光源10；二维图像传感器20；和集束光纤元件30，它们相互层叠地被置于壳体40中，只露出集束光纤元件30的一个表面。
所述指纹输入装置与图10所示的现有技术装置不同之处在于二维图像传感器20的电路结构。下面将参照图1详细说明该实施例中的二维图像传感器20。
如图10所示，二维图像传感器20包括许多二维排列的像素，每个像素各包括一开关元件Tp和光电转换元件PD。每个像素都通过三种配线，即开关配线24、信号读出配线25和偏置配线26，与外部驱动电路相连。
与现有技术现有技术的二维图像传感器的电路结构中开关配线24被直接连接到驱动电路不同，本装置中开关配线24通过开关元件SW-V连接到驱动电路(垂直移位寄存器)101，如图1的结构中所示。开关元件SW-V由一对MOS晶体管T1和T2构成，具有两个输入端和一个输出端。从外部向晶体管T1的输入端输入控制信号“Monitor”。
信号读出配线25通过开关元件SW-H被连接至驱动电路(表示为I-AMP和水平移位寄存器)102。开关元件SW-H由一对MOS晶体管T3和T4构成，具有一个输入端和两个输出端。晶体管T4的输出端被连接至电流积分器I-AMP。晶体管T3的输出端被连接至微分电路D-AMP。控制信号“Mode”被提供给各个开关元件SW-V和SW-H。
在现有技术的结构中，控制信号CLK-V和STRT-V被提供给垂直驱动电路(垂直移位寄存器)101，控制信号CLK-H和STRT-H被提供给水平驱动电路(水平移位寄存器)102。CLK-V(CLK-H)是驱动电路中操作移位寄存器电路所需的时钟信号，STRT-V(STRT-H)是用于触发移位寄存电路的控制信号。
为简单起见，图1中只示出了九个像素，一个指纹输入图像所需的像素(例如500×500像素)应当精确地以矩阵形式排列在二维图像传感器的像素区域。开关元件SW-V或SW-H可分别由开关配线24或信号读出配线25提供，或者仅仅设在手指中心所按压的部分。
图1中所示的电路部件可通过薄膜半导体技术形成在透明基底，例如玻璃板上。最好图1所示的整个电路利用由多晶硅制成的薄膜晶体管(Poly-Si TFT)都形成在透明基底上。全部形成在透明基底上的电路可降低其连接的复杂性，从而提高了可靠性。若外部电路的数量减少了，则可降低制造成本。当然，可以预计只有电路中的像素利用无定形硅技术形成在透明基底上，而电路的其余部分由硅晶体集成电路(IC)形成，该IC电路被安装在该透明基底上。光检测器可以是光电转换元件或由氢化无定形硅技术或有机薄膜半导体技术形成的光导单元。
平面光源10的厚度为1到2mm，二维图像传感器20和集束光纤元件30各自的厚度约为0.5到1mm，总计厚度为2到4mm。这种紧密结构使根据本发明的指纹输入装置能够可靠地安装在电子设备上，例如笔记本PC，手机或其他便携设备。
参照图1和2，下面将根据图11的时序图来描述本实施例的指纹输入装置的工作。首先，将说明指纹图像的输入操作。当输入指纹图像时，图1中的控制信号“Mode”被设为低电平(L电平)，开关配线24和信号读出配线25被分别连接至各自的驱动电路101和102。
即，开关元件SW-V中一对MOS晶体管中的晶体管T2被导通，从而与配线24电连接，用于垂直驱动电路(垂直移位寄存器)101的开关。开关元件SW-H中一对MOS晶体管中的晶体管T4被导通，从而与配线25电连接，用于电流积分器I-AMP的信号读出。
当控制信号CLK-V和STRT-V被提供给垂直驱动电路(垂直移位寄存器)101且控制信号CLK-H和STRT-H被提供给水平驱动电路(水平移位寄存器)102时，二维图像传感器20开始进行与现有技术二维图像传感器相同的工作。简单地说，一高电平(H电平)驱动信号由垂直驱动电路101被提供至开关配线24的第一条线，由此与配线24的第一条线连接的用于开关的所有晶体管Tp都被导通。
随后，水平驱动电路102提供一驱动信号至MOS晶体管T5，该图中从左到右的每个MOS晶体管都构成一个电流积分器I-AMP，而第一条线的光电转换元件PD中累积的信号被顺序地输出(IMG-OUT)。对于第二条线和随后的线，光电转换元件PD中的信号也以同样方式输出。然后，根据这些读出信号而获得指纹图像。这里手指F被平面光源10发出的光照明，如前面所述，指纹图像是由二维图像传感器20感应从手指F反射的光或由手指F散射后从手指表面发射的光而获得的。
下面，说明检测血流脉搏的操作。当检测血流脉搏时，控制信号“Mode”被设为H电平，开关配线24和信号读出配线25分别与控制信号“Monitor”和微分电路D-AMP电连接。即，开关元件SW-V中一对MOS晶体管T1和T2中的另一个晶体管T1被导通，从而与控制信号“Monitor”输入的开关配线24电连接。开关元件SW-H中一对MOS晶体管T3和T4中的另一个晶体管T3被导通，从而与信号读出配线25和微分电路D-AMP电连接。
在这种状态下，若控制信号“Monitor”被设为H电平，则向开关配线24提供H电平信号。从而所有的开关元件Tp都被导通，开关配线24所选择的所有像素的光电转换元件PD都与微分电路D-AMP平行地连通。在此模式下，不提供控制信号CLK-V，STRT-V，CLK-H，STRT-H。
在这种状态下，二维图像传感器20等效于大面积的光电转换元件都连通微分电路的结构。因此在现有技术的光检测器中，血流脉搏可被连续地检测。并且通过微分电路D-AMP对连续获得的血流脉搏信号微分两次可精确地确定加速体积描记图。
如上所述，根据本发明，检测血流脉搏和输入指纹图像这两个功能可根据手指中心部分获得的信息而被准确地实现。即，与将实现这两种功能的各个部件并排放置的结构相比，本实施例的优点在于，包括大量特性特征的指纹可由手指的中心部分而成像。并且，由于二维图像传感器20可用作大面积光电转换元件，来连续地检测血流脉搏，所以可获得高精度的加速体积描记图。
此外，根据本实施例，平面光源和二维图像传感器还可用作要求提供上述两种功能的发光部件和光电转换部件。从而避免了指纹输入装置的尺寸和制造成本的增加。在该装置被安装在便携设备，例如手机上的情况下，这是特别有利的。(第二实施例)
虽然在第一实施例中说明了图1所示的二维图像传感器20，但二维图像传感器并不局限于这种结构。例如，它也可以是图3所示的结构。图3中，每个垂直驱动电路和水平驱动电路都被分为三个移位寄存器，用于触发移位寄存器的控制信号被分别提供给每个移位寄存器。
特别地，垂直驱动电路101被分为三个移位寄存器V-S/R1，V-S/R2，V-S/R3，触发信号STRT-V1，STRT-V2，STRT-V3被分别提供给三个移位寄存器V-S/R1，V-S/R2，V-S/R3。类似地，水平驱动电路102被分为三个移位寄存器H-S/R1，H-S/R2，H-S/R3，触发信号STRT-H1，STRT-H2，STRT-H3被分别提供给三个移位寄存器H-S/R1，H-S/R2，H-S/R3。
下面说明指纹输入装置的工作。当输入指纹图像时，独立的移位寄存电路可作为单个独立的移位寄存器。例如，当第一垂直移位寄存器V-S/R1的最后一级输出结束时，控制信号STRT-V2被提供至第二垂直移位寄存器V-S/R2以触发该移位寄存器，当第二垂直移位寄存器V-S/R2的最后一级输出结束时，控制信号STRT-V3被提供至第三垂直移位寄存器V-S/R3以触发该移位寄存器。这也适用于所有的水平驱动电路。输入指纹图像的特定工作与图1所示的情况相同。
当检测血流脉搏时，控制信号STRT-V2和STRT-H2被分别提供至第二垂直移位寄存器V-S/R2和第二水平移位寄存器H-S/R2，以仅仅触发移位寄存器V-S/R2和H-S/R2。这样，手指中心的图像就可被高效地读出。例如，若像素间距为50μm，1平方毫米的区域就包括20×20的像素，因此，假设输出每个像素的时间为100ns，则读出手指中心处的1平方毫米区域的图像所需的时间为40μs。40μs的时间周期远远少于通常情况下500×500像素所需的时间25ms。即，血流脉搏所反射的从手指散射的光，可以用很短的时间间隔监测，从而根据检测的信号来获得加速体积描记图。
当检测血流脉搏时，相比于输入指纹图像的时间，光电转换元件以更短的时间累积电荷。然而，若平面光源10的光量增加，或与信号读出配线25相连的放大电路AMP的增益增加，就不会存在任何问题。这样，图3所示的电路结构可以提供与图1所示结构相同的效果。因此，该结构也被包含在本发明的保护范围内。
并且，虽然第一实施例中，手指被平面光源发射并穿过二维图像传感器的光所照明，然而照明手指的方法并不仅限于此种方式，各种各样的方式都可适用。图4和5示出了照明手指的其他方法。
根据图4所示的实施例，二维传感器20b，集束光线元件30b和光发射器10b构成的堆栈被置于壳体40b中，并使手指F可按压到它们。这种结构的特点在于，不像图2中那样将平面光源10置于二维图像传感器的背面，被置于集束光线元件30b一侧的光发射器10b就可用于照明手指F。
在检测指纹图像或血流脉搏时，从光发射器10b发射的光进入手指F，在手指中散射的光被二维图像传感器20b所检测。本实施例中二维图像传感器20b可以是图1或图3中所示的结构。在此情况下，二维图像传感器的基底不是必须透明的。从而，可以使用在硅晶片上用CMOS工艺形成的CMOS传感器。
另一方面，图5中所示的实施例结构适于被安装在像笔记本PC或手机这样具有发射光显示器的电子设备(例如具有背光源的传输类型液晶显示器)上。该结构的特点在于，与图4中的光发射器10a不同，手指F被电子设备中安装的发射光显示器10c所照明。这种结构限定了该设备的设计，即指纹输入装置必须被置于发射光显示器附近。但是不需要单独的光发射器，从而该装置的尺寸和部件数量可显著减少。其操作类似于图4中所示的结构。并且二维图像传感器20c的基底不必是透明的，从而可使用在硅片上形成的CMOS传感器。
如上所述，图3的二维图像传感器和图4、图5所示的结构也可提供与第一实施例相同的效果。即单个装置可具有输入指纹图像和检测血流脉搏两种功能，由于两种功能所需的信号是由手指中心的相同区域获得的，因此可以以很高地精度来识别指纹。并且由于血流脉搏是以很高的灵敏度被检测的，从而也能够获得高精度的加速体积描记图。并且还避免了该装置的制造成本和尺寸的增加。因此这些结构也包含在本发明的保护范围内。
另外，上述结构中的集束光纤元件可以被省去，而手指可直接按压在表面上有保护层的二维图像传感器上。这是因为：集束光纤元件能够将其从一个表面上获得的图像传输到另一个表面，并保护二维图像传感器的表面不被损坏；但若在二维图像传感器的表面上形成SiN，SiON或类似物的一保护薄层，则在某种程度上不需要集束光纤元件也可提供这些功能。
随着应用指纹输入装置的电子设备的设计或使用环境的不同，所需的保护级别也不一样。例如，若该电子设备总在户外使用，则需要高级别的保护。若能在电子设备的一部分壳体上粘贴一保护层，则指纹输入装置本身所需的保护级别就能降低。因此若保护级别可降低，或可附着保护层，就可被省去集束光纤元件，手指就可直接按在二维图像传感器表面的保护层上。
形成这种保护层的技术通常使用在电容类型的指纹输入装置中。例如USP 6055324中公开了一种电容类型的指纹输入装置。其中，在大量微电极的每一个和手指之间都插入保护层和空气层以形成一个电容。每个这种电容都被充电和放电，从而得到一种电容量分布，这种电容量分布是关于手指表面上的隆起和凹陷，也就是指纹的信息。
为了以高精度输入指纹图像，希望该电容很大，因此该保护层的厚度应为约等于或小于1μm。对于光指纹输入装置，保护层的厚度限制相对不那么严格，其厚度甚至可以接近于光电转换元件的间距。因此光指纹输入装置可以比电容类型的指纹输入装置更容易地形成保护层。
虽然已经说明了二维图像传感器像素部分的最简单形式，但该像素部分的电路结构并不局限于此，也就是每个像素都包括开关元件Tp和光电转换元件PD。特别地，每个像素还可包含一放大器，从而光电转换元件产生的电荷就可以在像素层次进行放大，从而降低以后要叠加的噪声成分的相对分量。
具有这样的像素部分的图像拾取装置被称为“有源像素传感器”，特别地，它们通常应用在用CMOS工艺在硅晶片上形成的CMOS传感器中。在I.Fujieda et al(IEDM Tech.Digest PP.587-590，1993)的“关于线性图像传感器的自参考多晶硅TFT放大器输出”中就说明了一种根据与有源像素传感器相同的技术理念通过薄膜半导体技术在透明基底上形成的图像拾取装置。
这样，在不脱离本发明精神的前提下，可在各种适用的部件中进行选择和替换。因此，该结构也包含在本发明的保护范围中。(第三实施例)
在第一实施例中，本发明的目的是通过这样的方式实现的，即二维图像传感器中用于输入指纹图像的光电转换元件也用于检测血流脉搏。这里，本发明要首先实现的是第一目的，即根据从手指中心获得的信息提供高精度的检测血流脉搏和输入指纹图像这两种功能，而本发明的第二目的，即减少该装置的尺寸和部件数量，某种程度上除了上述部件之外，还可包含各种各样的结构。因此在第三实施例中，用于照明手指的光源还用于检测指纹图像和检测血流脉搏，并且提供专门的检测器用于检测指纹图像和检测血流脉搏。
在根据第三实施例的各种结构中，图6，7，8示出了三个典型的例子。首先，在图6示出的例子中，光检测器120被置于形成在普通透明基底上的二维图像传感器220之下。光检测器120的厚度约为2mm，二维图像传感器220和集束光纤元件230的总厚度约为3到4mm。
在检测血流脉搏时，从发射光显示器10d发出的光穿过手指F传播。从手指F内散射后，光进入集束光纤元件230，穿过二维图像传感器220的透明区域，随后被光检测器120检测。体积描记图可由光检测器120的连续输出得到，加速体积描记图可通过对光检测器120的输入微分两次得到。发射光显示器10d可被安装在例如手机这样的电子设备中，作为光源。
相比于第一实施例，图6中提供专门检测血流脉搏的光检测器的结构，在某种程度上不利于减少装置的制造成本和尺寸。但是它可以实现本发明的第一目的，即根据从手指中心获得的信息提供高精度的检测血流脉搏和输入指纹图像这两种功能。
图6所示的结构中使用的二维图像传感器仅仅用于输入指纹图像。因此该指纹图像不需要进行光学检测，从而各种类型的指纹传感器都可适用，包括上述的电容类型，以及可检测指纹的隆起和凹陷部分引起的压力差异的按压感应类型。但是为了使光能到达光检测器120，指纹传感器至少需要能从中透射部分的光。
图7表示使用透明基底上形成电容类型指纹传感器的一个例子。附图标记20e表示一个电容类型指纹传感器。作为电容类型指纹传感器，例如可使用USP 6055324中描述的一种传感器。附图标记10e表示一个发射光显示器，附图标记120表示一个光检测器。发射光显示器10e可被安装在电子设备中作为光源。
在图7所示的结构中，通过由手指中心获得的信息可以以高精度实现指纹识别和加速体积描记图的检测。由于电容类型指纹传感器20e的厚度约为0.5到1mm，包括光检测器在内的该装置的总厚度约为2.5到3.5mm。在图6和7中，可提供专门的光源，而不是使用电子装置中的光源。
对于总厚度约为10到20mm的装置，图8中所示的结构也可适用。该指纹输入装置包括光发射器10f，透镜60，二维图像传感器20f和光检测器120，并被置于具有形成在表面上的许多小棱镜的微棱镜50之下。二维图像传感器20f可以是由上述薄膜半导体技术形成的传感器，也可以是CMOS传感器，或者CCD。
下面将说明指纹输入装置的工作。光发射器10f发出的光在微棱镜50和手指F的隆起指纹相互接触的区域进入手指F，在手指F中散射后又泄漏出去。散射的光被光检测器120检测，从而得到体积描记图(加速体积描记图)。得到体积描记图(加速体积描记图)的工作与第一实施例的相同。此外，在手指F的其余区域，在手指和微棱镜50之间有一空气夹层，从光发射器10f发出的光在微棱镜50的上表面和空气层之间的界面被全部反射。该光通过透镜60在二维图像传感器20f上会聚，从而得到增强对比度的指纹图像。(第四实施例)
然后将参照图12和13说明安装有根据本发明的具有检测血流脉搏功能的指纹输入装置的电子设备。根据本发明的指纹输入装置可被应用于笔记本PC，手机和其他便携设备等电子设备。个人身份识别是按如下步骤进行的：电子设备持有者的指纹被预先登记在存储装置121中；指纹输入装置122读入一个指纹；个人身份识别单元123将读入的指纹与存储装置中登记的指纹相比较。这里，指纹输入装置122检测的体积描记图或加速体积描记图可被输入个人身份识别单元123以确定该指纹是否为一个个体的指纹。体积描记图或加速体积描记图可通过一个专用线被输入个人身份识别单元，或通过与指纹数据相同的信号线被输入个人身份识别单元，指纹数据和体积描记图数据可以以时分方式被输入。
个人身份识别单元123可在根据指纹进行个人身份识别的同时，根据体积描记图或加速体积描记图完成个人身份识别。如图13所示，在根据指纹进行个人身份识别期间，根据本发明的指纹输入装置被用于检测体积描记图或加速体积描记图，并将该体积描记图或加速体积描记图记录在记录器124中。该纪录以规律的时间间隔进行。体积描记图或加速体积描记图是在几天到几周的时间范围内不会变化的个人信息，因此可通过将指纹输入装置122检测的体积描记图或加速体积描记图与记录器124中的体积描记图或加速体积描记图进行比较，来完成身份识别。
根据本发明的安装在电子设备上的指纹输入装置具有以下优点。首先，若基于指纹的个人身份识别被用于网络登录，则根据体积描记图或加速体积描记图的身体检查可与登录操作同步进行。例如，若用户的体积描记图或加速体积描记图在每个早上在办公室进行登录时都被检测，并记录身体检测的结果，则该用户的身体状况就可被定时监测。这是很有价值的医疗信息。
此外，在通过网络访问重要个人信息等各种各样的会计服务的应用中，非常需要防止有人使用伪造手指来冒充他人的欺诈行为。根据本发明，该体积描记图或加速体积描记图还可用于确定手指是否某个个体的，从而避免了由伪造手指而引起的错误识别。
并且，由于体积描记图或加速体积描记图是在几天到几周的时间范围内不会变化的个人信息，因此若体积描记图或加速体积描记图被定时检测并将检测结果记录在纪录器中，且根据体积描记图或加速体积描记图的个人身份识别和基于指纹图像的个人身份识别可结合使用，则相比于仅使用指纹图像进行个人身份识别的情况，本发明可以以更高的精度完成个人身份识别。
如上所述，根据本发明，检测体积描记图和输入指纹图像这两种功能可用一个单独的装置来实现，并且不同于将实现两种功能的各个部件并排放置的结构，在包含大量特性特征的手指中心处生成指纹图像的同时，还可由手指的中心以高精度检测体积描记图或加速体积描记图。并且，可单独地使用的光源或图像拾取装置被集成在一起，从而避免了该装置的制造成本和尺寸的增加。在将本发明的指纹输入装置结合在便携设备中的情况下，这一点是非常有利的。
根据本发明的指纹输入装置，可在进行个人身份识别的同时可靠地完成根据加速体积描记图的身体检查，并通过利用体积描记图或加速体积描记图来判断该手指是否某一个个体的，而避免了使用伪造手指的冒充行为。此外，根据体积描记图或加速体积描记图的个人身份识别和基于指纹图像的个人身份识别可结合使用，以提高个人身份识别的精确度。

Claims (23)

1.一种指纹输入装置，包括：
与手指的指纹表面进行紧密接触的光学器件；
用于照明所述指纹表面的光源；
图像拾取装置，用于检测从所述指纹表面反射的光和在手指中散射并从指纹表面发射的光，该图像拾取装置包括二维地排列在基底上的多个光电转换元件；和
模式转换装置，用于在同时输出所述多个光电转换元件产生的电信号的第一输出模式、和顺序输出所述多个光电转换元件产生的电信号的第二输出模式之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的指纹输入装置，其特征在于，所述光学器件是形成在所述图像拾取装置的表面上的透明保护层，该图像拾取装置与指纹表面或是由许多光纤束构成的集束光纤元件进行紧密接触。
3.根据权利要求1所述的指纹输入装置，其特征在于，所述图像拾取装置的基底是由透明材料制成的，所述光源是由平面光源构成的，该平面光源被置于所述基底之下。
4.根据权利要求1所述的指纹输入装置，其特征在于，所述光源被置于所述光学器件的一侧。
5.一种电子设备，包括；
根据权利要求1的指纹输入装置；和
根据所述指纹输入装置输入的指纹图像与预先登记的指纹图像之间的比较来完成个人身份识别的装置。
6.根据权利要求5所述的电子设备，进一步包括：
检测仪器，用于根据所述第一输出模式输出的电信号检测体积描记图或加速体积描记图；和
记录元件，用于记录从用于检测体积描记图或加速体积描记图的检测仪器输入的体积描记图或加速体积描记图。
7.根据权利要求5所述的电子设备，进一步包括：
检测仪器，用于从所述第一输出模式输出的电信号检测体积描记图或加速体积描记图，
其中根据从用于检测体积描记图或加速体积描记图的检测仪器输入的体积描记图或加速体积描记图来完成个体识别。
8.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，该电子设备中的发射光显示器也可作为所述指纹输入装置的光源。
9.一种电子设备，包括；
根据权利要求1的指纹输入装置；
第一个人身份识别单元，用于根据所述指纹输入装置的第二模式中输入的指纹图像和预先登记的指纹图像之间的比较来完成个人身份识别；
检测仪器，用于根据所述指纹输入装置的第一模式中输入的电信号来检测体积描记图或加速体积描记图；
第二个人身份识别单元，用于根据从所述用于检测体积描记图或加速体积描记图的检测仪器输入的体积描记图或加速体积描记图和预先登记的体积描记图或加速体积描记图之间的比较来完成个人身份识别，
其中所述第一个人身份识别单元和所述第二个人身份识别单元相互结合使用，以进行个人身份识别。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，在该电子设备中的发射光显示器可作为所述指纹输入装置的光源。
11.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述体积描记图或加速体积描记图被定时地检测和更新。
12.一种指纹输入装置，包括：
与手指的指纹表面紧密接触的光学器件；
用于照明所述手指的指纹表面并与所述光学器件紧密接触的光源；
指纹传感器，通过检测从所述指纹表面反射的光和在手指中散射并从指纹表面发射的光来检测指纹图像，该指纹传感器具有透明部分用于传送在该部分形成的光；
光检测器，用于检测通过所述指纹传感器传送过来的光，该光检测器被置于所述指纹传感器之下；和
检测仪器，用于根据所述光检测器的输出信号来检测体积描记图或加速体积描记图。
13.根据权利要求12所述的指纹输入装置，其特征在于，所述指纹传感器可以是光学图像传感器、电容类型指纹传感器、也可以是按压感应类型指纹传感器。
14.一种电子设备，包括：
根据权利要求12的指纹输入装置；和
根据所述指纹输入装置输入的指纹图像与预先登记的指纹图像之间的比较来完成个人身份识别的装置。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，进一步包括：
记录元件，用于记录从所述指纹输入装置输入的体积描记图或加速体积描记图。
16.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述个体识别是根据从所述指纹输入装置输入的体积描记图或加速体积描记图来完成的。
17.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，在该电子设备中的发射光显示器可作为所述指纹输入装置的光源。
18.一种电子设备，包括
根据权利要求12的指纹输入装置；
第一个人身份识别单元，用于根据从所述指纹输入装置输入的指纹图像和预先登记的指纹图像之间的比较来完成个人身份识别；
第二个人身份识别单元，用于根据从所述指纹输入装置输入的体积描记图或加速体积描记图和预先登记的体积描记图或加速体积描记图之间的比较来完成个人身份识别，
其中所述第一个人身份识别单元和所述第二个人身份识别单元相互结合使用，以进行个人身份识别。
19.根据权利要求18所述的电子设备，其特征在于，在该电子设备中的发射光显示器也用作所述指纹输入装置的光源。
20.根据权利要求18的电子设备，其特征在于，所述体积描记图或加速体积描记图被定时地检测和更新。
21.一种指纹输入装置，包括：
微棱镜，所述微棱镜与手指的指纹表面进行紧密接触并在所述与指纹表面要紧密接触的表面正相对的表面上形成有多个小棱镜；
光源，用于照明所述指纹表面；
图像拾取器，通过检测穿过微棱镜的光来检测指纹图像，该图像拾取装置被置于所述微棱镜之下；
光检测器，用于检测穿过微棱镜透射的光，该光检测器被置于所述微棱镜之下；
检测仪器，用于根据光检测器的输出信号来检测体积描记图或加速体积描记图。
22.一种指纹输入装置，包括；
与手指的指纹表面进行紧密接触的光学器件；
用于照明所述指纹表面的光源；
图像拾取装置，用于检测从所述指纹表面反射的光和在手指中散射并从指纹表面发射的光，该图像拾取装置包括二维地排列在基底上的多个光电转换元件；
双进单出类型的第一开关，连接在所述多个光电转换元件和垂直驱动电路之间；
单进双出类型的第二开关，连接在所述多个光电转换元件和水平驱动电路之间；
模式转换装置，用于控制所述第一和第二开关，在同时输出所述多个光电转换元件产生的电信号的第一输出模式、和顺序输出所述多个光电转换元件产生的电信号的第二输出模式之间进行切换；
电流积分器，与所述第二开关的其中一个输出端相连；
微分电路，与所述第二开关的另一个输出端相连。
23.一种指纹输入装置，包括；
与手指的指纹表面紧密接触的光学器件；
用于照明所述指纹表面的光源；
图像拾取装置，用于检测从所述指纹表面反射的光和在手指中散射并从指纹表面发射的光，该图像拾取装置包括二维地排列在基底上的多个光电转换元件；
多个垂直驱动电路，沿垂直方向顺序驱动所述多个光电转换元件；
多个水平驱动电路，沿水平方向顺序驱动所述多个光电转换元件：
其中某些垂直驱动电路和某些水平驱动电路被触发后可输出电信号。
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