指纹感测系统技术方案

本发明专利技术描述了用于指纹感测/校验的装置(560、660、760)，所述装置(560、660、760)包括：包括多个传感器电容器(101)的传感器系统(100)，每个传感器电容器包括中心电极(103)以及环状地包围所述中心电极并连接至接地电位的外围电极(105)；其中，在接近所述传感器系统放置手指(317)时，在所述多个传感器电容器的所述中心电极和所述外围电极中的每个电极之间的电场的变化用于检测所述指纹。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于指纹感测的装置，确切地说涉及指纹校验或验证，涉及包括指纹校验系统的应答器以及指纹感测的方法。确切地说，本专利技术涉及智能卡，具体来说涉及允许将用户校验信息登记到智能卡中的电容式指纹感测接口的集成，以及此外，涉及此类指纹校验装置的制造。
技术介绍
在像非洲的发展中世界的地区，有生物识别支付校验的需求。在此些区域中的智能卡持卡人不习惯记忆PIN码。因为这些区域仍然处于发展过程中，可用于生物识别校验令牌和基础设施的预算受到限制。当前可用的智能卡基础设施是基于接触的并且读卡器并不可靠地准许在智能卡插入到读取装置中时通过智能卡的表面捕获指纹图像，因为在读取器与智能卡通信时，整个卡表面被读取器覆盖并且接近卡表面是不可行的。因此，有提供以非接触式和无电池模式操作并与现有智能卡基础设施兼容的买得起的生物识别校验令牌的需要。当前可用解决方案的已确定的三个主要问题是：功耗、成本和校验速度。功耗的限制因素是指纹扫描装置自身。实际的电容式指纹传感器执行人指纹的全区域扫描，从而导致过高的整体功耗。装置成本的另一限制因素是高速缓存供后续处理的所扫描数据需要足够大的存储器。从成本的观点来看，需要减少所扫描的数据的量以便能够减小所需的高速缓存存储器的大小。另一限制因素是校验速度。处理完整区域扫描的数据需要可提供足够的计算能力(以MIPS表示)的计算装置。当前，大部分的处理时间浪费在并不对最终提取的指纹特征有帮助的扫描区域上。因此，需要减少所需的数据量以便能够更快运行图像处理。已知可按惯例使用电容式传感器阵列来检测用户的指纹。由此，人皮肤按惯例充当相对电极。常规的电容式传感器阵列需要周围的或外部的金属环(带槽框)。此外，根据常规的电容式传感器系统，人皮肤充当相对电极的电极按惯例连接至接地电位。已观察到，常规的指纹感测系统需要难以在移动装置，例如智能电话、智能卡等中实现的特定构造特征。此外，常规系统可能需要妨碍在便携式或移动装置中使用此类系统的大量能量。因此，可能需要指纹感测装置尤其是指纹校验系统、包括此类指纹校验系统的应答器以及用于指纹感测尤其是指纹校验的方法，这些系统和方法减少前述缺点中的至少一些缺点。为了满足上述需要，提供用于指纹感测尤其是指纹校验的装置、包括所述指纹感测装置的应答器以及用于指纹感测的方法，如独立权利要求所指定。从属权利要求限定本专利技术的具体实施例。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供包括传感器系统的用于指纹感测(校验/验证)的装置，该传感器系统包括多个传感器电容器(例如，在平面中布置成二维阵列)，每个传感器电容器包括中心电极和环状地包围该中心电极并连接至接地电位的外围电极；其中，在将手指接近该传感器系统放置时，在该多个传感器电容器的中心电极和外围电极中的每个电极之间的电(杂散)场的变化用于检测指纹(手指的表面形状)。该装置可被集成到或用在移动装置，例如智能电话、膝上型计算机、平板计算机或尤其是应答器另外尤其是智能卡等中。传感器电容器中的每个传感器电容器的中心电极(由导电材料制成)被相应的外围电极(也由导电材料制成)完全包围，尤其是包围在平面中。在操作期间或尤其是在特定操作步骤期间，电压可施加在相应的中心电极和相应的外围电极之间。由于中心电极、外围电极的几何形状以及在该中心电极和该外围电极之间的材料，每个传感器电容器可具有特定的原生电容。存储在特定传感器电容器上的电荷取决于在该中心电极和该外围电极之间的电压以及该传感器电容器的电容。该传感器电容器的电容可主要由杂散场电容构成并可能被接近该中心电极和该外围电极的手指影响和改变。确切地说，放在传感器系统上或接近该传感器系统放置的手指，尤其是手指的表面形状可影响在该相应中心电极和该相应外围电极之间的直接电场和杂散电场的总和，由此改变该电容，使得该电容不同于在没有手指接近该传感器系统放置时所观察到的该原生电容。在该传感器电容器中的每个传感器电容器的该中心电极和该外围电极之间的电场的变化可与相应传感器电容器的电容变化相关联。指纹可呈现带有升高区域(脊部)的部分和带有非升高区域(谷部)的其它部分。该电容变化可包括关于接近该传感器系统放置的手指的表面形状的信息，并因此该信息指示指纹的升高部分或非升高部分的存在，并因此完全指示手指的指纹的图像。电容可以多种方式测量或读出。例如，该电容可转换成与该电容成比例或与相对于原生电容的电容变化成比例的电压信号。对于构建指纹感测或校验装置，可以不再需要包围传感器系统的金属环(带槽框)。可以不需要大量的能量操作传感器系统，使得该传感器系统可在移动装置，尤其是不具有内部能量供应而是由外部场例如RF场供电的装置中操作。一般而言，外围电极可彼此隔开或可彼此电连接。由此，可简化制造指纹感测或校验系统。根据本专利技术的实施例，中心电极具有矩形尤其是正方形的形状，其中，尤其是电场的变化改变相应传感器电容器的电容。由此，中心电极可易于制造。相应外围电极可包括形状可与该中心电极的外缘的形状(尤其是矩形、正方形)类似的内边缘。例如，导电材料可选择性地应用于非导电基板或材料，由此形成将中心电极与外围电极隔开的由非导电材料制成的环。分隔环的宽度可为沿该中心电极的周长是恒定的。根据本专利技术的实施例，中心电极和/或外围电极包括至少一个凹部和至少一个突起，该凹部和突起被布置以使得一个电极的突起延伸到相应的另一个电极的凹部中。外围电极和中心电极可在平面中形成。可认为凹部表示相应电极的凹形部分，以及可认为突起表示相应电极的凸形部分。因此，该电极中的一个电极的凸形部分可延伸到相应的另一个电极的凹形部分中。电极的周长可定义为相应电极的边缘长度的总和，该边缘与该相应的另一个电极的相应边缘相对或毗邻。例如，中心电极的周长可定义为该中心电极的外边缘长度的总和。外围电极的周长可定义为该外围电极的内边缘长度的总和。电极的周长越大，相应原生电容可能就越大。该传感器原生电容越大，传感器灵敏度可能就越大。因此，通过该电极设有至少一个凹部和至少一个突起，该一个或多个周长可增大并因此可提高该传感器灵敏度。根据本专利技术的实施例，指纹校验或感测装置另外包括读出系统，其适用于选择性地生成指示多个传感器电容器中的每个传感器电容器的电容的输出信号。读出系统可以多种方式配置或构造。该读出系统可被配置成精确读出多个传感器电容器中的一个传感器电容器，或例如并行读出该(相邻)多个传感器电容器中的一组传感器电容器。输出信号可例如通过模/数转换器转换为数值信号。与该多个传感器电容器的电容的变化对应的多个输出信号可用于生成指纹的图像。此类图像可存储在电子存储装置中。读出系统还可包括电容-电压转换器，其适用于将多个传感器电容器中的每个传感器电容器的电容转换为与该电容成比例的电压。电压信号可易于被后续处理设备进一步处理。在具体实施例中，该电压可能不一定与该电容成比例，但是在该电容增大时，该电压也可增大。在其它实施例中，借助于在输入电压和数字输出值之间具有非线性关系的模/数转换器，可建立在该传感器电容之间的非线性关系。下面的表1示出了非线性变换函数的例子，其中，第一列指示输入电压，第二列指示十进制输出，以及第三列指示二进制输出。如可以从表1所观察到的，在输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于指纹感测/校验的装置(560、660、760)，其特征在于，包括：包括多个传感器电容器(101)的传感器系统(100)，每个传感器电容器包括：中心电极(103)，以及环状地包围所述中心电极并连接至接地电位的外围电极(105)；其中，在将手指(317)接近所述传感器系统放置时，在所述多个传感器电容器的所述中心电极和所述外围电极中的每个电极之间的电场的变化用于检测指纹表面形状。

【技术特征摘要】
2015.06.22 EP 15173104.91.一种用于指纹感测/校验的装置(560、660、760)，其特征在于，包括：包括多个传感器电容器(101)的传感器系统(100)，每个传感器电容器包括：中心电极(103)，以及环状地包围所述中心电极并连接至接地电位的外围电极(105)；其中，在将手指(317)接近所述传感器系统放置时，在所述多个传感器电容器的所述中心电极和所述外围电极中的每个电极之间的电场的变化用于检测指纹表面形状。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中心电极(103)具有矩形尤其是正方形的形状，其中，尤其是所述电场的变化改变相应的传感器电容器(101)的电容。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中心电极(203)和/或所述外围电极(205)包括至少一个凹部(209)和至少一个突起(213)，所述至少一个凹部(209)和所述至少一个突起(213)被装置成使得一个电极的所述突起延伸到相应的另一个电极的所述凹部中。4.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，另外包括：读出系统(537、637)，所述读出系统(537、637)适用于选择性地生成指示所述多个传感器电容器(501、601)中的每个传感器电容器的电容的输出信号。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述读出系统另外包括：电容-电压转换器(545)，所述电容-电压转换器(545)适用于将所述多个传感器电容器中的每个传感器电容器的电容转换为与所述电容成比例的电压。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电容-电压转换器包括：运算放大器(540)，尤其是运算跨导放大器，所述运算放大器(540)
\t具有连接至接地电位或参考电位的非反相输入端(542)，其中，所述传感器电容器(501)中的每个传感器电容器可选择性地连接至所述运算放大器(540)的反相输入端(541)；读出电容器(C4)，所述读出电容器(C4)连接在所述运算放大器(540)的所述反相输入端(541)和所述运算放大器的输出端(544)之间；以及开关系统(546)，所述开关系统(546)适用于选择性地尤其是连续地将所述多个传感器电容器(501)中的一个或多个传感器电容器的所述电容转换为在所述运算放大器的所述输出端处的相应电压。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，其中为了读出特定传感器电容器，所述开关系统(546、646)适用于在所述手指接近所述传感器系统时：对所述读出电容器(C4)放电，将所述特定传感器电容器(501、601)的所述中心电极(503、603)连接至所述运算放大器的所述反相输入端(541)，直到在所述反相输入端处的电压为接地电位或参考电位，在此情况下，在所述运算放大器的所述输出端处的输出电压指示所述特定传感器电容器(501、601)的所述电容，并因此指示在接近所述特定传感器电容器放置的区域中的所述指纹，其中，所述开关系统另外尤其适用于，在将所述特定传感器电容器(501)的所述中心电极(503)连接至所述运算放大器的所述反相输入端(541)之前，通过将所述特定传感器电容器(501)连接至参考电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·苏沃德，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL