CN204904295U - 指纹检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种指纹检测装置。该指纹检测装置包括电路板、处理器、指纹传感芯片及活体识别组件。指纹传感芯片可将采集的待验证者的手指的指纹图案传输给处理器；光源模块可发出光信号；光感测器可将被手指反射的光信号传输至处理器；其中，处理器可将被手指反射的所述光信号转换成脉搏信号，处理器可将光信号转换的脉搏信号和预存的人体的脉搏信号进行匹配以确定待验证者的手指是否为活体手指，并可根据待验证者的手指是否为活体手指以确定是否启动指纹传感芯片，处理器还可将采集的指纹图案和预存的人体的指纹图案进行匹配以确定待验证者的身份。上述指纹检测装置能够识别活体的指纹，使得该指纹检测装置用于验证身份更加的安全可靠。

Description

指纹检测装置

技术领域

本实用新型涉及触摸屏领域，特别是涉及一种指纹检测装置。

背景技术

现有技术的常规指纹识别装置只识别待测指纹图案，与系统中记录的指纹图案进行比对，若判定一致则判定该指纹图案验证通过。目前，市场上出现了专门的仿制指纹膜技术，通过复制受试者的指纹图案，可在类似硅胶材料上复制指纹，因复制的指纹与受试者指纹相同，同样也能获得常规指纹识别装置的验证通过，这就使得原本打算利用人体指纹唯一性的特点进行身份验证的安全性得不到保证。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种用于识别活体指纹的指纹检测装置，使得上述指纹检测装置验证身份更加的安全可靠。

一种指纹检测装置，包括：

电路板；

处理器，与所述电路板电连接，所述处理器预存有人体的指纹图案和人体的脉搏信号；

指纹传感芯片，与所述电路板电连接，所述指纹传感芯片用于采集待验证者的手指的指纹图案，并可将采集所述指纹图案传输给所述处理器；及

活体识别组件，包括光源模块和光感测器，所述光源模块与所述电路板电连接，所述光源模块可发出光信号；所述光感测器与所述电路板电连接，所述光感测器可接收待验证者的手指反射的光信号，并可将被所述手指反射的所述光信号传输至所述处理器；

其中，所述处理器可将被所述手指反射的所述光信号转换成脉搏信号，所述处理器可将所述光信号转换的所述脉搏信号和预存的所述人体的脉搏信号进行匹配以确定是否启动所述指纹传感芯片，所述处理器还可将采集的所述指纹图案和预存的所述人体的指纹图案进行匹配以确定所述待验证者的身份。

在其中一个实施例中，所述光源模块包括绿光光源。

在其中一个实施例中，所述光源模块还包括红光光源和红外光光源中的至少一种。

在其中一个实施例中，还包括固定于所述电路板上的外框，所述外框具有间隔设置的第一收容腔、第二收容腔及第三收容腔，所述外框上还开设有与所述第一收容腔相通的操作孔、连通外界和所述第二收容腔的出光通道、及连通外界和所述第三收容腔的入光通道；

其中，所述指纹传感芯片收容于所述第一收容腔内，且所述指纹传感芯片的位置与所述操作孔的位置相对应，所述光源模块收容于所述第二收容腔内，所述光源模块发出的光信号可从所述出光通道射出，所述光感测器收容于所述第三收容腔内，被所述手指反射的光信号可进入所述入光通道。

在其中一个实施例中，所述外框具有操作面，所述操作孔从所述第一收容腔的侧壁延伸至所述操作面，所述出光通道从所述第二收容腔的侧壁延伸至所述操作面，所述入光通道从所述第三收容腔的侧壁延伸至所述操作面。

在其中一个实施例中，所述出光通道沿一直线延伸，所述入光通道沿一直线延伸，所述出光通道和所述入光通道位于所述操作面的开口之间的距离小于所述出光通道位于所述第二收容腔的侧壁上的开口和所述入光通道位于所述第三收容腔的侧壁上的开口之间的距离。

在其中一个实施例中，还包括导电基板，所述导电基板收容于所述第一收容腔内，并与所述电路板电连接，所述指纹传感芯片固定于所述导电基板上，并与所述导电基板电连接。

在其中一个实施例中，还包括封装件，所述封装件收容于所述第一收容腔中，并与所述导电基板和所述外框均固定连接，且所述封装件与所述导电基板共同配合形成一收容所述指纹传感芯片的第四收容腔。

在其中一个实施例中，所述活体识别组件为多个，多个所述活体识别组件围绕所述指纹传感芯片设置。

在其中一个实施例中，所述指纹传感芯片为电容式指纹传感芯片。

上述指纹检测装置在用于验证待验证者的身份时，光源模块发出的光信号被待验证者的手指反射后被光感测器接收，光感测器能够将该光信号传输给处理器，处理器根据该被手指反射的光信号转换成脉搏信号，处理器通过将光信号转换出的脉搏信号与预存的人体的脉搏信号进行匹配以确定待验证者的手指是否为活体手指，并根据待验证者的手指是否为活体手指以确定是否启动指纹传感芯片，当光信号转换出的脉搏信号与预存的人体的脉搏信号相匹配时，判断该手指为活体手指，此时，处理器启动指纹传感芯片，指纹传感芯片采集待验证者手指的指纹图案，并将采集的指纹图案传输给处理器，处理器将采集的指纹图案与预存的人体的指纹图案进行匹配以确定待验证者的身份，以实现对活体手指的指纹识别，使得上述指纹检测装置用于验证身份更加的安全可靠。

附图说明

图1为一实施方式的指纹检测装置的结构示意图；

图2为图1所示的指纹检测装置的处理器、导电基板、活体识别组件、指纹传感芯片与电路板的电路连接框图；

图3为图1所示的指纹检测装置省略了电路板、导电基板、封装件及指纹传感芯片的仰视图；

图4为图1所示的指纹检测装置的外框的俯视图；

图5为图3沿A-A线的截面图；

图6为图3沿B-B线的截面图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，一实施方式的指纹检测装置100，可用于检测活体的指纹，以保证身份验证的唯一性。该指纹检测装置100包括电路板110、处理器120、指纹传感芯片130及活体识别组件140。

电路板110可以为刚性电路板、柔性电路板或软硬结合板。在本实施例中，电路板110为柔性电路板(FPC)。

处理器120与电路板110电连接。其中，处理器120用于信号的处理、转换以及数据的处理。处理器120预存有人体的指纹图案和人体的脉搏信号，此处脉搏信号是指正常活人的脉博频率范围。

指纹传感芯片130与电路板110电连接。其中，指纹传感芯片130用于采集待验证者的手指的指纹图案，并可将该采集的指纹图案传输给处理器120。

在本实施例中，指纹传感芯片130为电容式指纹传感芯片。其中，电容式指纹传感芯片是一种“平板”上集成有多个半导体器件的指纹传感芯片。其原理为：人体手指贴在“平板”上与其构成电容的另一面，由于手指平面凹凸不平，凹点处和凸点处接触“平板”的实际距离大小不一样，形成的电容数值也不一样，根据手指指纹的“脊”和“谷”与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小的不同来判断“脊”和“谷”的位置，实现对手指指纹图案的采集。其具体工作过程是通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压，当手指接触到电容式指纹传感芯片上时，因为“脊”是凸起的，“谷”是凹下的，根据电容值与距离的关系，会在“脊”处和“谷”处形成不同的电容值，然后利用放电电流进行放电，因为“脊”和“谷”所对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同，“脊”下的像素(电容量高)放电较慢，而处于“谷”下的像素(电容量低)放电较快。手指按在电容式指纹传感芯片的表面时，指纹的“脊”形成的电容要比“谷”来得略大，利用该电容阵列的充电与放电过程，便能获得指纹的数字图像信号。

请一并参阅图3、图4及图5，具体在图示的实施例中，指纹检测装置100还包括固定于电路板110上的外框150，外框150具有间隔设置的第一收容腔152、第二收容腔153及第三收容腔154，外框150上还开设有与第一收容腔152相通的操作孔155、连通外界和第二收容腔153的出光通道156、及连接外界和第三收容腔154的入光通道157，其中，指纹传感芯片130收容于第一收容腔152内，且指纹传感芯片130的位置与操作孔155的位置相对应。通过设置外框150可以起到保护指纹检测装置100的作用。

具体在图示的实施例中，外框150为方形壳体。可以理解，在其它实施例中，外框150也可以为圆形壳体、椭圆形壳体等。

进一步的，外框150的材料可以为本领域常用的材料。例如，外框150可以为陶瓷外框或金属外框。

进一步的，指纹检测装置100还包括导电基板160，导电基板160收容于第一收容腔152内，并与电路板110电连接，指纹传感芯片130固定于导电基板160上，并与导电基板160电连接。即指纹传感芯片130通过导电基板160与电路板110电连接。

请再次参阅图1，具体在图示的实施例中，导电基板160层叠于电路板110上。导电基板160通过焊锡163固定于电路板110上，以实现导电基板160的固定的同时，实现导电基板160与电路板110之间的电连接。具体的，导电基板160可通过触点阵列封装技术(LandGridArray，LGA)或球状引脚栅格阵列封装技术(BallGridArray，BGA)连接到电路板110上。

具体的，导电基板160与电路板110之间还填充有底部填充胶(Underfill胶)层165。

其中，指纹传感芯片130层叠于导电基板160远离电路板110的一侧，指纹传感芯片130远离导电基板160的一面与操作孔155相对。更具体的，指纹传感芯片130通过粘结胶片135粘贴于导电基板160上，并通过金线138与导电基板160电连接。其中，粘结胶片135为双面胶，例如，DAF(DieAttachedFilm)胶片。

进一步的，指纹检测装置100还包括封装件180，封装件180收容于第一收容腔152内，并与导电基板160和外框150均固定连接，且封装件180与导电基板160共同配合形成一收容指纹传感芯片130的第四收容腔190。具体的，封装件180通过将封装材料填充到第一收容腔152后经固化形成。其中，封装件180的材料为环氧塑封料(EpoxyMoldingCompound，EMC)。封装件180能够对指纹传感芯片130起到保护的作用。

可以理解，封装件180可以省略，在其它实施例中，指纹检测装置100可以不具有封装件180。导电基板160也可以省略，此时，指纹传感芯片130固定在电路板110上，并直接与电路板110电连接。

活体识别组件140用于活体的识别。活体识别组件140与电路板110电连接。活体识别组件140包括光源模块142和光感测器144。

光源模块142与电路板110电连接，且光源模块142可发出光信号。具体的，光源模块142通过导线与电路板110实现电连接。其中，光源模块142为LED光源模块。具体在图示的实施例中，光源模块142收容于第二收容腔153内，且光源模块142发出的光信号可从出光通道156射出。

由于当红光或红外光照射至血液时，血液能够将大部分的红光或红外光反射，而当绿光照射至血液时，血液能够将大部分绿光的吸收，从而可以根据血液吸收绿光或反射红光的光量差转换成脉搏信号。

具体的，光源模块142包括绿光光源。更具体的，光源模块142还包括红外光光源和红光光源中的至少一种。即光源模块142可以仅具有绿光光源，此时，光源模块142为绿光光源模块；或者，光源模块142为红光光源和红外光光源中的至少一种与绿光光源组成的混合光源模块。

光感测器144与电路板110电连接，光感测器144可接收待验证者的手指反射的光信号，并可将被手指反射的光信号传输至处理器120。具体的，光感测器通过导线与电路板110实现电连接。其中，处理器120可将被手指反射的光信号转换成脉搏信号，处理器120可将光信号转换的脉搏信号和预存的人体的脉搏信号进行匹配以确定是否启动指纹传感芯片130，处理器120还可将采集的指纹图案和预存的人体的指纹图案进行匹配以确定待验证者的身份。

具体在图示的实施例中，光感测器144收容于第三收容腔154内，被手指反射的光信号可进入入光通道157，以被光感测器144接收。具体的，光感测器144的光接收面朝向入光通道157，以便于光信号的接收。

进一步的，为了使活体识别组件140在待验证者的手指按压指纹传感芯片130的过程中更加准确地对待验证者进行识别，外框150具有操作面158，操作孔155从第一收容腔152的侧壁延伸至操作面158，出光通道156从第二收容腔153的侧壁延伸至操作面158，入光通道157从第三收容腔154的侧壁延伸至操作面158。即操作孔155、出光通道156的出光口和入光通道157的入光口均位于外框150的同一侧，当待验证者的手指通过操作孔155按压指纹传感芯片130时，从出光通道156出来的光信号能够直接被该按压手指反射进入到入光通道157。

请一并参阅图6，更进一步的，为了便于被手指反射的光信号能够较好地被光感测器144接收，出光通道156沿一直线延伸，入光通道157沿一直线延伸，出光通道156和入光通道157位于操作面158的开口之间的距离小于出光通道156位于第二收容腔153的侧壁上的开口和入光通道157位于第三收容腔154的侧壁上的开口之间的距离。

可以理解，在其它实施例中，出光通道156的延伸方向与入光通道157的延伸方向也可以平行，此时，需将光源模块142和光感测器144之间的距离缩短。

具体的，光感测器144为光电二极管(Photo-Diode，PD)。

进一步的，活体识别组件140为多个，且多个活体识别组件140围绕指纹传感芯片130设置，以确保活体识别组件140能够更好地识别到手指。其中，第二收容腔153、第三收容腔154、出光通道156及入光通道157分别为多个，一个活体识别组件140对应一个第二收容腔153、一个第三收容腔154、一个出光通道156和一个入光通道157。

具体在图示的实施例中，活体识别组件140为两个，且两个活体识别组件140相对设置于指纹传感芯片130的两侧。其中，第二收容腔153、第三收容腔154、出光通道156及入光通道157分别对应为两个。

可以理解，活体识别组件140不限于为两个，也可以为一个、三个、四个或者更多。其中，外框150可以省略，此时，指纹检测装置100可以不具有外框150。

具体的，具体的，电路板110上还安装有电容、电阻等元件210以及用于与其它设备信号传输的连接器220。

上述指纹检测装置100识别活体指纹的工作具体如下：

当待验证者的手指位于操作孔155处时，光源模块142发出的光信号从出光通道156射出，遇到手指之后被反射，被手指反射的光信号经入光通道157后被光感测器144接收，光感测器144将该被手指反射的光信号传输给处理器120，处理器120将被手指反射的光信号转换为电信号后转换成脉搏信号，并判断该脉搏信号是否与预存的人体的脉搏信号相匹配，进而判断手指是否为活体的手指；

当处理器120判断光信号转换得到的脉搏信号与预存的人体的脉搏信号相匹配时，且待验证者的手指通过操作孔155按压于指纹传感芯片130上时，处理器120控制指纹传感芯片130启动，此时，指纹传感芯片130采集手指的指纹图案，并将采集的指纹图案传输给处理器120，处理器120将指纹传感芯片130传输过来的指纹图案与预存的人体的指纹图案进行匹配，判断指纹传感芯片130传输过来的指纹图案与预存的人体的指纹图案是否匹配；

当处理器120判断出指纹传感芯片130传输过来的指纹图案与预存的人体指纹图案相匹配时，待验证者通过身份验证。

其中，处理器120将被手指反射的光信号转换为电信号后换算成脉搏信号的原理如下：

当光源模块142为绿光光源模块时，由于在人体的心脏跳动时，手指的微细管的血液流量会增加，吸收的绿光也会增加，在人体的心脏间隔期，手指的微细管的血液会减少，吸收的绿光也会随之减少，处理器120计算出被手指反射前后的绿光总量光量差，并转换成脉搏信号。

当光源模块142为绿光光源和红光光源组成的混合光源模块时，绿光光源和红光光源同时向人体手指发射光信号，当心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红光也会增加；心脏跳动间隔期，流经手指内的微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红光也会减少。由于同时使用绿光光源和红光光源发射光信号，发射的光总量较大，发射至人体手指表面后反射至光感测器144表面的光总量仍然较大，反射前后的光量差误差较小，处理120计算出反射前后的总量光量差，并转换成脉搏信号。

当光源模块142为绿光光源和红外光光源组成的混合光源模块时，绿光光源和红外光光源同时向人体手指发射光信号，当心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红外光也会增加；心脏跳动间隔期，流经手指内的微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红外光也会减少。由于同时使用绿光光源和红外光光源发射光信号，发射的光总量较大，发射至人体手指表面后反射至光感测器144表面的光总量仍然较大，反射前后的光量差误差较小，处理器120计算出反射前后的总量光量差，并转换成脉搏信号。

当光源模块142为绿光光源、红光光源和红外光光源组成的混合光源模块时，绿光光源、红光光源和红外光光源同时向人体手指发射光信号，当心脏跳动时，流经手指内的微血管的血液会增加，血液吸收的绿光会增加，反射的红光和红外光也会增加；心脏跳动间隔期，流经手指内的微血管的血液会减少，血液吸收的绿光会减少，反射的红光和红外光也会减少。由于同时使用绿光光源、红光光源和红外光光源发射光信号，发射的光总量较大，发射至人体手指表面后反射至光感测器144表面的光总量仍然较大，反射前后的光量差误差较小，处理器120计算出反射前后的总量光量差，并转换成脉搏信号。

上述指纹检测装置100用于验证待验证者的身份时，光源模块142发出的光信号被待验证者的手指反射后被光感测器144接收，光感测器144将该光信号传输给处理器120，处理器120根据该被手指反射的光信号转换成脉搏信号，且处理器120将光信号转换的脉搏信号和预存的人体的脉搏信号进行匹配以确定待验证者的手指是否为活体手指，并根据待验证者的手指是否为活体手指以确定是否启动指纹传感芯片130，当光信号转换出的脉搏信号与预存的人体的脉搏信号相匹配时，判断该手指为活体手指，此时，处理器120启动指纹传感芯片130，指纹传感芯片130采集待验证者手指的指纹图案，并将指纹图案传输给处理器120，处理器120将采集的指纹图案与预存的人体的指纹图案进行匹配以确定待验证者的身份，以实现对活体手指的指纹识别，使得上述指纹检测装置100用于验证身份更加的安全可靠。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种指纹检测装置，其特征在于，包括：

电路板；

处理器，与所述电路板电连接，所述处理器预存有人体的指纹图案和人体的脉搏信号；

指纹传感芯片，与所述电路板电连接，所述指纹传感芯片用于采集待验证者的手指的指纹图案，并可将采集的所述指纹图案传输给所述处理器；及

活体识别组件，包括光源模块和光感测器，所述光源模块与所述电路板电连接，所述光源模块可发出光信号；所述光感测器与所述电路板电连接，所述光感测器可接收所述待验证者的手指反射的光信号，并可将被所述手指反射的所述光信号传输至所述处理器；

其中，所述处理器可将被所述手指反射的所述光信号转换成脉搏信号，所述处理器可将所述光信号转换的所述脉搏信号和预存的所述人体的脉搏信号进行匹配以确定是否启动所述指纹传感芯片，所述处理器还可将采集的所述指纹图案和预存的所述人体的指纹图案进行匹配以确定所述待验证者的身份。

2.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述光源模块包括绿光光源。

3.根据权利要求2所述的指纹检测装置，其特征在于，所述光源模块还包括红光光源和红外光光源中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括固定于所述电路板上的外框，所述外框具有间隔设置的第一收容腔、第二收容腔及第三收容腔，所述外框上还开设有与所述第一收容腔相通的操作孔、连通外界和所述第二收容腔的出光通道、及连通外界和所述第三收容腔的入光通道；

其中，所述指纹传感芯片收容于所述第一收容腔内，且所述指纹传感芯片的位置与所述操作孔的位置相对应，所述光源模块收容于所述第二收容腔内，所述光源模块发出的光信号可从所述出光通道射出，所述光感测器收容于所述第三收容腔内，被所述手指反射的光信号可进入所述入光通道。

5.根据权利要求4所述的指纹检测装置，其特征在于，所述外框具有操作面，所述操作孔从所述第一收容腔的侧壁延伸至所述操作面，所述出光通道从所述第二收容腔的侧壁延伸至所述操作面，所述入光通道从所述第三收容腔的侧壁延伸至所述操作面。

6.根据权利要求5所述的指纹检测装置，其特征在于，所述出光通道沿一直线延伸，所述入光通道沿一直线延伸，所述出光通道和所述入光通道位于所述操作面的开口之间的距离小于所述出光通道位于所述第二收容腔的侧壁上的开口和所述入光通道位于所述第三收容腔的侧壁上的开口之间的距离。

7.根据权利要求4所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括导电基板，所述导电基板收容于所述第一收容腔内，并与所述电路板电连接，所述指纹传感芯片固定于所述导电基板上，并与所述导电基板电连接。

8.根据权利要求7所述的指纹检测装置，其特征在于，还包括封装件，所述封装件收容于所述第一收容腔中，并与所述导电基板和所述外框均固定连接，且所述封装件与所述导电基板共同配合形成一收容所述指纹传感芯片的第四收容腔。

9.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述活体识别组件为多个，多个所述活体识别组件围绕所述指纹传感芯片设置。

10.根据权利要求1所述的指纹检测装置，其特征在于，所述指纹传感芯片为电容式指纹传感芯片。