CN1201541A - 识别手指活件特征的指纹识别设备中的检测器 - Google Patents

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Abstract

装在指纹识别设备中用于识别手指活件特征的检测器,该检测器与构成指纹形成部件(1)的活件手指的指纹区(2)接触,而且为了检测指纹区(2),指纹识别设备包括一个指纹检测器(5),它具有一个由指纹区(2)部分覆盖的指纹成像面(4)。该检测器包括一个由导电材料制成并传感指纹形成部件(1)存在的电极系统(3),以及一个通过电触点(10)与电极系统(3)耦合的电鉴定装置(18),装置(18)传感由于指纹形成部件(1)的贴近而产生的电极系统(3)状态的变化。电极系统(3)布置在由指纹区(2)覆盖的指纹检测器(5)的一部分上,并与指纹成像面(4)耦合。

Description

识别手指活件特征的指纹识别设备中的检测器
本发明涉及装在指纹识别设备中用于识别手指活件特征的检测器。该检测器与构成指纹形成部件的活件手指的指纹区接触，而且为了检测指纹区，该指纹识别设备包括一个指纹检测器，它具有一个由指纹区部分覆盖的指纹成像面，并且该检测器包括一个由导电材料制成的电极系统，传感指纹形成部件的存在。该检测器还包括一个通过电触点与电极系统耦合的电子鉴定装置，该装置传感由于指纹形成部件的贴近而产生的电极系统状态的变化。
基于指纹识别的个体识别近来成为广泛使用的技术。在利用着色纸的传统指纹分析以及光电指纹分析系统的情况下，当一根手指的顶部按在一个面上时，便获得了指纹。现代光电指纹识别能够在人体监视(例如当指纹进入刑事记录中时)或者没有任何监视(例如出入口管制系统)之下发生。
在没有人体监视的指纹识别情况下，指纹读取装置可以通过使用一个要辨认的人的手指的塑性印记复制件而被欺骗，从而虚假读取不能排除。因此，在保护或者安全系统以及允许使用计算机的系统中，以及任何除指纹识别外的相似应用中，指纹是取自活件手指还是取自复制件也是至关重要的。快速并可靠的检测手指的活件特征也是重要的。
有一些检测手指的活件特征的众所周知的方法。在欧洲专利EP0194783 A2中，在两个波长上测量手指的光谱反射系数。测量反射系数在按到指纹识别设备上手指的两个自由侧进行。两反射系数之比在把手指放到指纹区的过程中是变化的，从手指的顶部刚刚接触表面时起直变到全部接触状态为止。手指活件特征的检测是基于所检测的反射系数之比的变化。此技术的缺点在于，如果在另一个人的活件手指上放置一个由薄膜制成的薄透明复制件，则反射系数之比的变化将是活件手指的特征，并且得到错误的检测。如“生物统计报告，ISBN 190018009，1995第69页”登载，这一系统用于由生物统计技术公司制造的个人识别装置中。
在公开号为05309082的日本专利中可以发现一个实例，其测量是基于把电阻作为指纹形成部件的一个特征来检测的。在该技术中，提供了一个电极，它接触手指的表面，刚好在最初接合面之下，即在被提取指纹之外的区域。电极用来检测活件手指的电阻。电阻值取决于手指的湿度，如果此电阻值属于一预定范围，则活件特征被确定。这种识别也不可靠，因为检测发生在一个不同于指纹被提取位置的位置。如果在手指顶部与指纹区之间放置一个薄复制件，则接触仍能啮合活件手指。
从上述已知方法可以理解，它们不适宜用于可靠检测活件手指是否属于授权人。
本发明的目的是提供一种检测系统，它不仅能检测手指的活性特征，而且与一个指纹识别设备相关联，并且如果该人与用其手指作为识别基准的人不同，则排除错误识别。
此问题的可靠解决是基于这样的发现，当按下手指并同时进行指纹识别时，手指活件特征的识别是通过测定布置在指纹成像面的指纹区中的电极系统的电信号决定的。
在指纹形成部件(手指)与指纹成像表面之间，最好是在用作载体的此表面上或者导引向此表面，在指纹区内提供一个电极系统，并且电极系统的材料是导电的，能够提供合适的检测信号。而且最好电极系统的材料足够光透明，不干扰或者限制指纹识别进程。
电极系统应当有一个适当的能够检测的图案，并且应当提供电连接，而且电极系统至少能够部分被薄光透明层覆盖。
根据上述原理设计的适当的电极系统，将不干扰或者限制指纹识别进程，并且在进行指纹识别时，能够同时检测活件手指的一个或多个特征或这些特征的变化。这些特征可以是例如：
-电特征(介电常数，阻抗等)
-生物物理特征(针刺点，反射点等)
-生物化学特征(pH，表面湿度等)
根据本发明的检测器的另一个较好特征在于，通过组合几种检测，可以获得增加的可靠性，例如通过利用取自不同表面区的检测，和/或利用具有组合图形的电极系统，和/或测量一个或多个特征或这些特征的变化，其中为测定手指活件特征可以定义多个条件。
本发明将结合最佳实施例叙述，其中附图作为参考。附图中：
图1示出了用于同时检测手指活件特征以及指纹本身的检测器的基本布置；
图2示出了一个电极系统的实施例，它具有一个不同于利用薄层的设计，其中可以看到电连接；
图3示出了一个被绝缘薄层部分覆盖的电极系统；
图4示出了一个被玻璃板覆盖的电极系统；
图5示出了一个最好用于测量介电常数的单元电极系统图案的实施例；
图6示出了另一个最好用于测量指纹形成部件电阻抗的一单元电极系统的图案；
图7示出了一个最好用于同时测量介电常数和电阻抗的三单元电极系统的图案；以及
图8示出了一个由导电和光透明材料制成的多单元电极系统及其图案，用于同时测量介电常数和电阻抗。
识别手指活件特征的检测器的基本操作原理现在结合图1叙述。在图1中，一个指纹形成部件1如活件手指，当贴在检测器表面上时，与检测器的电极系统3沿指纹区2接触。电极系统3布置在最好设计为指纹检测器5的平表面的指纹形成面4上。
指纹检测器5的材料最好是光学玻璃或者透明塑料材料。当指纹通过光电成像而成像时，指纹的图像首先产生在指纹成像面4上，并且此图像将接着通过二维检测器系统(最好是一个CCD检测器)转换成电信号顺序。当成像通过全反射方法产生时，利用了照射光束6和成像光束7。当成像是基于光衍射时，应当给照射光束8和成像(反向散射)光束9提供自由行程(free path)。这些光束8和9的作用可以互换。
在图1中，电极系统3与引出触点被设计成一个薄层电极。引出触点形成电极的附加部分。电极的材料具有良好的导电性并且最好在照射光束6和8的波长处是透明的。各个电连接与引出触点耦合。电连接可以由例如金属导线制作。导线可以用可靠的方式连接，例如通过与薄层超声波热连接，通过导电涂漆(electrically conductive paints)或者通过充满许多微小金颗粒的环氧粘合剂。
本文献叙述了几个制作导电且同时光透明的薄层的例子。这样的技术包括例如利用化学、真空溅镀、真空蒸发或者等离子技术，并且电极系统3的结构可以通过掩膜的传统利用制成。薄层的材料可以是例如氧化铟(In2O3)和氧化锡(Sn2O)的混合物，通常称为ITO层。而且象纯氧化锡层和包括铝锌氧化物(Al2ZnO2)的混合物层也可以用。这些层不仅导电和光透明，而且它们具有所需抵抗机械和热负载的阻力。薄层的典型厚度在20至100μm范围内，它们的比电阻在R□＝250至1000欧姆/□范围内，并且它们具有足够高的光透明度(实际接近95％)。当利用这样的层时，整个指纹区2可以被成像，因为薄层的存在不能改变任何提到的使用全反射或者光衍射图像检测方法中所测图像的对比度。指纹图像的对比度典型地为50-80％，而且相对这一数字，由透明薄层的存在引起的附加5％的对比度调节小到忽略不计。
检测器的电极系统3也可通过利用不透光或者仅有有限透光的薄层实现。这样的薄层是例如典型地由金、铝、铬及类似金属制成的薄金属层。这些缺乏光透明度的层便宜，但是，它们的显著缺点在于由它们的结构覆盖的指纹面部分不能成像，因此这部分不能参与指纹的识别。
图2示出了一个电极系统3以及没有利用薄层技术制成的电连接的实施例。在该实施例中，电极系统3的图案由埋在指纹检测器5的材料中的电导线11的纤维端12构成。导线11同时构成引出线。电导线11既可以由薄金属线制成，也可以由掺杂金属离子的玻璃纤维制成。上述后一种选择可以得到光透明的附加优点。结合图2应当注意到，当指纹成像面4作成时(通过研磨或抛光)，由纤维端12构成的电极系统3将构成指纹成像面4的一部分。
在图3所示的实施例中，指纹成像部件1通过中间电绝缘薄层13而部分或者完全与电极系统3绝缘，绝缘的程度依赖于待检测的材料。如果绝缘薄层完全覆盖电极系统13，指纹形成部件1将紧贴电极系统3。紧贴意味着指纹形成部件1将在电极系统3的电场内。在薄层的情况下相应距离不大于几个微米，穿透是明显的。所需贴近极限取决于电极系统的图案，在预定图案情况下，100μm的几倍足够了。电绝缘电极系统3在所测材料特征由介电常数构成时是重要的必要条件。
薄绝缘层的制备是本领域已知的。这样的层典型地由氧化硅通过真空沉积技术制成。
图4示出了使电极系统3电绝缘的另一个实施例。对装载电极系统3的指纹成像面，以通过光学粘合剂将绝缘覆盖片与指纹成像面4耦合的方式，而覆盖一层绝缘覆盖片。此光学粘合剂材料是本领域已知的，它们是透明的，而且光学折射率与玻璃接近，从而它们不能产生不需要的反射光，即提供了一个正确的光学耦合器。此光透明覆盖层15的存在不妨碍照射光束6和8到达指纹检测器5以及将指纹成像。显然，在这种情况下，与指纹形成部件1接触的电绝缘覆盖片14的表面将起指纹成像面4的作用。
图5示出了一个用于测量介电常数的电极系统3的一个单元的图案。该图案以及引出导体沿电绝缘薄层13的整个表面与指纹形成部件1完全绝缘。图案本身是最适宜测量介电常数的所谓叉指式电极16的类型。叉指式电极16包括一对相对排列的“梳状”图案。这一电极类型已知用于其它目的和原理例如表面波滤声器领域。用于测量介电常数的电极图案的典型尺寸数据是：梳状的行宽在5-100μm之间，并且行间距离在5-100μm之间。通过叉指式电极16，能够确定介电常数与频率的关系。梳状图案的尺寸数据可以根据所用频率范围变化。实践中检测频率范围在0.1-200kHz之间。在此频率范围内，活件组织的介电常数基本上不同于能买到的塑料(Hedvig P.：应用聚合物分析与特征，第二卷，第五章，郝氏出版社，慕尼黑，1992)。活件体组织典型的相对介电常数值大约在60至90之间，而在塑料的情况下此值大约在5至30之间。该差别足够大，可用来将活件组织与塑料区分开来。
图6示出了用于测量电阻抗的电极系统3的一个单元的图案。该图案代表最适合用于电阻测量的所谓的双点电极17。传感器点的典型尺寸大约在0.1-1mm之间，点之间的间隔为1至5mm。测量点电极17的点与指纹形成部件1电接触，因为在覆盖图案的绝缘薄层13上面的点位置作成各个开窗口，而点的引出导体与指纹形成部件1绝缘。
图7示出一个包括三个单元的电极系统3。两个单元分别构成叉指式电极16，而第三个是双点电极17。根据介电常数测量的频率范围，两个叉指式电极单元图案的尺寸可以不同。使用多个频率范围进一步增加识别活件手指的可靠性。在覆盖电极系统3的电绝缘薄层13上，如图6所示提供了一个开窗口用于进行阻抗测量。
图8示出了根据本发明检测器的一个最佳实施例，使用了多单元电极系统3。电极系统3的双点电极单元布置在指纹区2之内，离轮廓线3至5mm，同时叉指式电极单元16布置在指纹区中部。在此示范布置中，指纹区2充分地由电极系统的单元覆盖，并且它能防止由仅仅覆盖部分指纹区的假复制件可能引起的错误个人识别。当然，电极系统3中单元的数目可以增加，而且在本发明的范围内可以作出其它图案和布置。
电极系统3的单元的电触点10与电鉴定装置18的输入端连接。此装置18不仅能测定指纹形成部件1的一定材料特征的静态值，而且能测定这些材料特征随时间的变化。这种变化的测量最好在指纹形成部件1接触指纹成像面4起，直到它压在其上为止之间的时间期间进行。此时间的典型值是大约0.2到0.6秒之间。
电鉴定装置18产生一个用于指纹识别的启动信号，或者它为指纹识别设备的中央处理装置提供数据，并且这一装置通过分析所获数据启动识别。这样一个电鉴定装置可以用几种方式设计，因为对那些熟悉利用微型控制器的测量技术的人来说是显然的。

Claims (12)

1、装在指纹识别设备中用于识别手指活件特征的检测器，并且该检测器与构成指纹形成部件(1)的活件手指的指纹区(2)接触，而且为了检测所述指纹区(2)，指纹识别设备包括一个指纹检测器(5)，它具有一个由所述指纹区(2)部分覆盖的指纹成像面(4)，并且所述检测器包括一个由导电材料制成的并传感指纹形成部件(1)存在的电极系统(3)，以及一个通过电触点(10)与电极系统(3)耦合的电鉴定装置(18)，所述装置(18)传感由于指纹形成部件(1)的贴近而产生的电极系统(3)状态的变化，其特征在于，所述电极系统(3)布置在由所述指纹区(2)覆盖的所述指纹检测器(5)的一部分上，并与所述指纹成像面(4)耦合。
2、根据权利要求1的检测器，其特征在于电极系统(3)和所述电触点(10)的导电材料是由在所述指纹成像面(4)上沉积的薄层制作的。
3、根据权利要求2的检测器，其特征在于电极系统(3)的导电材料是透光的。
4、根据权利要求2的检测器，其特征在于电极系统(3)至少部分被电绝缘材料的薄层(13)覆盖。
5、根据权利要求4的检测器，其特征在于绝缘薄层(13)是透光的。
6、根据权利要求1的检测器，其特征在于电极系统(3)包括埋在所述指纹检测器(5)的材料中的导电线(11)的纤维端(12)，并且所述纤维端(12)形成部分所述指纹成像面(4)。
7、根据权利要求6的检测器，其特征在于所述导电线(11)是金属线或者掺入金属离子的玻璃纤维。
8、根据权利要求2的检测器，其特征在于电极系统(3)被电绝缘覆盖片(14)覆盖，并且在覆盖片(14)与指纹成像面(4)之间布置一个透光覆盖层，用于提供光学耦合。
9、根据权利要求1的检测器，其特征在于所述电极系统被设计用来测定介电常数，并且由被一个薄绝缘层覆盖的叉指式电极(16)构成。
10、根据权利要求4的检测器，其特征在于所述电极系统被设计用来测定电阻抗，并且至少由一个双点电极(17)构成，而且电绝缘薄层(13)不覆盖所述双点电极(17)而覆盖电极(17)的导引触点。
11、根据权利要求1的检测器，其特征在于电极系统(3)包括多个相同的单元，并且所述单元以非重叠方式布置，用于识别指纹形成部件(1)的不同部分。
12、根据权利要求1的检测器，其特征在于电极系统(3)包括多个不同单元，用于测定指纹形成部件(1)的不同材料特征或者这些特征随时间的变化。
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