專利名稱：利用具有不同選擇性的生物測(cè)量學(xué)的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物測(cè)量感測(cè)，并且更具體地涉及使用集成電路生物測(cè)量傳感器的生物測(cè)量感測(cè)以及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
指紋感測(cè)和匹配是一種可靠的和廣泛使用的用于個(gè)人識(shí)別或驗(yàn)證的技術(shù)。具體地，指紋識(shí)別的常見方法涉及掃描樣本指紋或者其圖象并且存儲(chǔ)該圖象和/或該指紋圖象的獨(dú)特特征。樣本指紋的特征可以和數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的基準(zhǔn)指紋的信息比較以確定對(duì)個(gè)人的正確識(shí)別，例如用于驗(yàn)證目的。
Setlak的美國(guó)5,953,441號(hào)專利公開一種特別有利的指紋感測(cè)方法，該專利轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人。該指紋傳感器是一種集成電路傳感器，其用電場(chǎng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)用戶的手指并且利用集成電路基片上的電場(chǎng)感測(cè)象素陣列感測(cè)該電場(chǎng)。Setlak的專利還公開一種通過(guò)感測(cè)用戶手指的另一個(gè)生物測(cè)量特性減小電子欺騙的方法，具體地利用同一組電場(chǎng)感測(cè)象素確定對(duì)該傳感器呈現(xiàn)的對(duì)象的復(fù)阻抗。欺騙減小電路判定呈現(xiàn)對(duì)象的復(fù)阻抗是否指示人的手指。換言之，Setlak專利公開一種依賴用戶手指的多種生物測(cè)量學(xué)的生物測(cè)量鑒證方法。
其它的多種生物測(cè)量方法例如可以包括語(yǔ)言識(shí)別、面部識(shí)別、指紋識(shí)別和簽名動(dòng)態(tài)特征的各種組合。為了符合該系統(tǒng)，用戶必須數(shù)次獨(dú)立地符合選定的生物測(cè)量。這樣的系統(tǒng)可以顯示比單種生物測(cè)量系統(tǒng)增強(qiáng)的選擇性，因?yàn)橐环N生物測(cè)量特性的虛假匹配不和第二生物測(cè)量特性的虛假匹配相關(guān)。這種多種生物測(cè)量系統(tǒng)更難以欺騙，因?yàn)樾枰垓_每種生物測(cè)量才能兼顧整個(gè)系統(tǒng)。
多生物測(cè)量系統(tǒng)的代表例如是授予Murakami的美國(guó)專利申請(qǐng)公布2002/0138768號(hào)。該資料公開了感測(cè)基本上但是不必完全獨(dú)特的心跳波形作為第一生物測(cè)量特性或特征。和第一生物測(cè)量特性一起使用的第二生物測(cè)量特性最好也是活體生理特性。活的可能基本唯一的生物特性的例子包括各個(gè)人的皮膚表面某個(gè)給定點(diǎn)下面的各個(gè)上皮組織層的深度。特殊類型的連接組織的密度例如骨密度可能是另一種基本唯一的組織特性。類似地，皮膚組織的光吸收特征或者虹膜的視網(wǎng)膜圖案可以是基本唯一的特性。按照這個(gè)方向，授予Bennett的美國(guó)專利申請(qǐng)公布2003/0128867號(hào)以及授予Murakami等的美國(guó)專利6,483,929號(hào)都公開把紅外能注入到用戶的手指中并且感測(cè)來(lái)自用戶的該手指的結(jié)果紅外能的生物測(cè)量系統(tǒng)，就象把用戶的心跳作為生物測(cè)量那樣。
授予Harkin的美國(guó)專利6,327,376公開一種多生物測(cè)量傳感器，其感測(cè)玻璃透明感測(cè)表面下的象素以感測(cè)用戶手指的紋圖案。該傳感器還包括一個(gè)不接觸型的輔助傳感器，后者的感測(cè)依賴光的使用，例如可以位于容性指紋感測(cè)陣列后面的可見光或紅外光。
授予Rowe等的美國(guó)6,560,352號(hào)專利公開一種基于利用近紫外、可見、極近紅外、近紅外能量或者它們的組合的生物測(cè)量分析。授予Willmore的美國(guó)專利5,351,303號(hào)公開一種感測(cè)個(gè)人手指的紅外圖象圖案并且和存儲(chǔ)在系統(tǒng)存儲(chǔ)器內(nèi)的同一手指的另一紅外圖象圖案比較的生物測(cè)量系統(tǒng)。還公開利用超聲成像的別的生物測(cè)量感測(cè)方法，例如授予Schneider等的5,689,576號(hào)美國(guó)專利以及授予Lapsley等的5,737,439號(hào)美國(guó)專利。
遺憾的是，這些現(xiàn)有技術(shù)多生物測(cè)量系統(tǒng)可能具有明顯缺點(diǎn)。帶有二個(gè)不同傳感器的系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜并且安裝和操作費(fèi)錢。要求多次呈現(xiàn)用戶體部的系統(tǒng)是不方便的。多步驟的要求還放慢處理。獨(dú)立傳感器也可能是獨(dú)立欺騙的。當(dāng)然，仍然需要進(jìn)一步開發(fā)即使為單個(gè)的生物測(cè)量傳感器和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述背景從而本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)確、緊湊和可靠的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅骱拖嚓P(guān)方法。
依據(jù)本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)一種感測(cè)具有不同匹配選擇性的并且至少具有已知空間關(guān)系的不同生物測(cè)量特征的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備提供的。更具體地，該傳感器設(shè)備可包括用于接收靠近其的用戶手指的集成電路基片，以及位于該集成電路基片上的用來(lái)感測(cè)第一手指生物特征以產(chǎn)生具有第一匹配選擇性的第一手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)的第一組生物測(cè)量感測(cè)象素。該傳感器還可包括位于該集成電路基片上的第二組生物測(cè)量感測(cè)象素，用于感測(cè)和第一手指生物測(cè)量特征不同的第二手指生物測(cè)量特征以產(chǎn)生帶有對(duì)第一指紋特征數(shù)據(jù)的已知空間關(guān)系的第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)可具有小于第一匹配選擇性的第二匹配選擇性。從而，選擇性較低的特征可以和選擇性較高的特征組合以提供更準(zhǔn)確的結(jié)果，例如在基于集成電路技術(shù)的緊湊傳感器裝置中。
第一生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)可包括指紋圖象數(shù)據(jù)。處理器可以和第一及第二組生物測(cè)量感測(cè)象素合作以便空間上相對(duì)于該指紋圖象數(shù)據(jù)相關(guān)第二手指生物測(cè)量數(shù)據(jù)。另外，該處理器可以大致同時(shí)地操作第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素。
每個(gè)第一生物測(cè)量感測(cè)象素例如可以由一個(gè)電場(chǎng)指紋圖象感測(cè)象素構(gòu)成。每個(gè)電場(chǎng)指紋圖象感測(cè)象素還可以產(chǎn)生一個(gè)復(fù)阻抗作為第三手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。
每個(gè)第二生物測(cè)量感測(cè)象素例如可以由一個(gè)紅外感測(cè)象素構(gòu)成。另外，每個(gè)紅外感測(cè)象素可以用來(lái)感測(cè)用戶手指天然發(fā)出的紅外輻射。
替代地或者補(bǔ)充地，每個(gè)第二生物測(cè)量感測(cè)象素可以由用來(lái)感測(cè)來(lái)自用戶手指的散射光的光散射感測(cè)象素構(gòu)成。該多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備還可以包括一個(gè)光源，用于當(dāng)用戶手指定位成靠近集成電路基片時(shí)把光引到手指中。該光可以傳播到用戶的手指中并由手指散射，從而至少一部分的散射光沿著朝著光散射感測(cè)象素的方向從用戶手指退出。
該多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備還可以包括一個(gè)和第一以及第二生物測(cè)量感測(cè)象素連接的匹配器。例如可以在該集成電路基片上設(shè)置處理電路。
第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素可以基于靜止地把用戶手指置成靠近該集成電路基片操作。替代地，第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素可以基于靠近集成電路基片滑動(dòng)放置用戶手指操作。
該傳感器可以包括第一和第二生物測(cè)量感測(cè)象素上方的并且其上定位用戶手指的最頂上的介質(zhì)鈍化層。另外，該集成電路基片例如可包括單晶硅或者薄膜基片材料。
本發(fā)明的方法方面指向一種多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅鞣椒āＴ摲椒砂ń邮湛拷患呻娐坊挠脩羰种?，以及通過(guò)利用該集成電路基片上的第一組生物測(cè)量感測(cè)象素感測(cè)第一手指生物測(cè)量特征以產(chǎn)生具有第一匹配選擇性的第一手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。該方法還可以包括通過(guò)利用位于該集成電路基片上的第二組生物測(cè)量感測(cè)象素感測(cè)不同于第一手指生物測(cè)量特征的第二手指生物測(cè)量特征以產(chǎn)生帶有對(duì)第一指紋特征數(shù)據(jù)的已知空間關(guān)系的第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)可具有比第一匹配選擇性小的第二匹配選擇性。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的包含光散射手指?jìng)鞲衅鞯碾娮釉O(shè)備第一實(shí)施例的示意圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的包含光散射手指?jìng)鞲衅鞯碾娮釉O(shè)備的第二實(shí)施例的示意圖。
圖3是圖1所示電子設(shè)備的一部分以部分剖面的更詳細(xì)示意圖。
圖4是圖2所示電子設(shè)備的一部分以部分剖面的更詳細(xì)示意圖。
圖5是大大放大的圖2中所示的紅外傳感器部分的一種變型的示意剖面圖。
圖6是圖2中所示的光散射傳感器的示意頂視圖。
圖7是依據(jù)本發(fā)明的包含紅外手指?jìng)鞲衅鞯碾娮釉O(shè)備第一實(shí)施例的示意圖。
圖8是依據(jù)本發(fā)明的包含紅外手指?jìng)鞲衅鞯碾娮釉O(shè)備第二實(shí)施例的示意圖。
圖9是圖7中所示電子設(shè)備的一部分以部分剖面的更詳細(xì)示意圖。
圖10是圖8中所示電子設(shè)備的一部分以部分剖面的更詳細(xì)示意圖。
圖11是用于圖7中所示的紅外傳感器紅外感測(cè)象素的示意平面圖。
圖12是用于圖11中所示的紅外感測(cè)象素的單個(gè)紅外天線以及熱電偶溫度傳感器的示意剖面圖。
圖13是圖12中所示的紅外天線元件和熱電偶傳感器的頂視圖。
圖14是用于圖11中所示的紅外感測(cè)象素的單個(gè)紅外天線以及熱電偶溫度傳感器的一替代實(shí)施例的示意剖面圖。
圖15是穿過(guò)圖12中所示的單個(gè)紅外天線和溫度和溫度傳感器的中部的放大示意剖面圖。
圖16是可在圖7中的紅外傳感器中使用的單個(gè)紅外感測(cè)象素的頂視圖。
圖17是從圖16的中央部分的放大頂視圖。
圖18是依據(jù)本發(fā)明的包含多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅鞯碾娮釉O(shè)備第一實(shí)施例的示意圖。
圖19是依據(jù)本發(fā)明的包含多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅鞯碾娮釉O(shè)備第二實(shí)施例的示意圖。
圖20是圖18是所示電子設(shè)備的一部分以部分剖面的更詳細(xì)示意圖。
圖21是圖19中所示電子設(shè)備的一部分以部分剖面的更詳細(xì)示意圖。
圖22是可在圖18中所示的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髦惺褂玫碾妶?chǎng)手指感測(cè)象素的部分剖面的示意透視圖。
圖23是依據(jù)本發(fā)明的包含電場(chǎng)感測(cè)象素和光散射感測(cè)象素的多生物測(cè)量傳感器實(shí)施例的一部分的示意頂視圖。
圖24是依據(jù)本發(fā)明的包含電場(chǎng)感測(cè)象素和光散射感測(cè)象素的多生物測(cè)量傳感器另一實(shí)施例的一部分的示意頂視圖。
圖25可在圖19的設(shè)備中使用的并示出生物測(cè)量數(shù)據(jù)的處理的多生物測(cè)量傳感器的示意圖。
圖26-28是來(lái)自三個(gè)不同用戶的可以利用圖19的生物測(cè)量傳感器得到的收集到的和處理后的光散射數(shù)據(jù)曲線。
圖29是依據(jù)本發(fā)明的包含電場(chǎng)感測(cè)象素和紅外感測(cè)象素的多生物測(cè)量傳感器的另一實(shí)施例的一部分的頂視圖。
圖30是依據(jù)本發(fā)明的多生物測(cè)量傳感器的另一實(shí)施例的示意方塊圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照其中示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖在下面更全面地說(shuō)明本發(fā)明。但是，可以在許多不同的形式下體現(xiàn)本發(fā)明從而不應(yīng)該認(rèn)為受本文所描述的實(shí)施例的限制。相反，這些實(shí)施例是這樣提供的，其公開是透徹和完整的從而對(duì)業(yè)內(nèi)人士全面地傳遞本發(fā)明的范圍。整文中類似的數(shù)字代表類似的部分，并且利用主標(biāo)志(prime notation)指示替代實(shí)施例中的類似部分。
最初參照?qǐng)D1-6，首先說(shuō)明作為生物測(cè)量特征的光散射手指感測(cè)。特別參照?qǐng)D1和3，該電子設(shè)備為包含便攜機(jī)殼51的蜂窩電話50示例形式。便攜機(jī)殼51帶有光散射手指?jìng)鞲衅?5和發(fā)光小鍵盤52，發(fā)光小鍵盤52進(jìn)而包括多個(gè)用戶可操作的輸入鍵53。便攜機(jī)殼51還攜帶與光散射傳感器55以及光源57連接的處理器54。顯示器58被示出由便攜機(jī)殼51的上部攜帶并且也和處理器54連接。
蜂窩電話50還可以包括電源，例如充電電池62，其由便攜機(jī)殼攜帶并且如業(yè)內(nèi)人士理解那樣和處理器54以及該機(jī)殼內(nèi)的其它電子器件連接。存儲(chǔ)器64也和處理器54連接。通過(guò)可以是用于在其中傳導(dǎo)光的塑料體的光導(dǎo)61，光源57和發(fā)光小鍵盤52的各個(gè)鍵53連接。光源57例如可以是LED或者是電致發(fā)光源。
考慮其它物品，光導(dǎo)61可以具有和光源57耦合的輸入61a以及通過(guò)機(jī)殼51中的開口暴露的第一輸出61b。第二輸出61c示成和各個(gè)鍵53耦合，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣。采用板上光源57并且小小修改光導(dǎo)61提供一種相對(duì)便宜的把光耦合到用戶手指70中供光散射感測(cè)的方案。
當(dāng)然，在其它實(shí)施例中可以通過(guò)便攜機(jī)殼51攜帶專用光源。這種專用光源會(huì)允許例如從發(fā)光小鍵盤52獨(dú)立控制。
光散射傳感器55包括一塊集成電路基片72以及多個(gè)位于該集成電路基片上的用來(lái)感測(cè)來(lái)自用戶手指70的散射光的光散射感測(cè)象素73。在其它實(shí)施例中，可以使用少到一個(gè)的光散射感測(cè)象素73。更具體地，當(dāng)用戶手指70靠近集成電路基片72時(shí)通過(guò)暴露的光導(dǎo)輸出61b提供的光源把光引導(dǎo)到用戶手指70中。光傳播到用戶手指70的內(nèi)部組織中并且散射，從而至少一部分的散射光沿朝向集成電路基片72的方向從用戶手指射出。該散射光由光感測(cè)象素73捕獲。
處理器54和光散射感測(cè)象素73連接，以便根據(jù)來(lái)自用戶手指70的散射光產(chǎn)生光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)。如在后面更詳細(xì)討論那樣，光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)可以例如包括沿著用戶手指70的至少一維上的光強(qiáng)數(shù)據(jù)。光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)可以補(bǔ)充地或替代地包括用戶手指的表皮下結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。
另外，處理器54還示出包含匹配器74，用來(lái)判定用戶手指的光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)和為登記用戶存儲(chǔ)的光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)的匹配。這種匹配判定又可以由該處理器的功能允許器75使用以便允許至少一個(gè)設(shè)備功能，例如允許操作蜂窩電話50的發(fā)送和接收功能。匹配器74和允許器75可以在存儲(chǔ)的程序控制下操作的處理器54的CPU上實(shí)現(xiàn)，如業(yè)內(nèi)人士理解并且不需要本文進(jìn)一步討論那樣。
業(yè)內(nèi)人士理解可以控制其它設(shè)備功能，例如如果該電子設(shè)備是個(gè)人數(shù)字助理(PDA)控制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。當(dāng)然，許多其它電子設(shè)備可以從光散射手指感測(cè)獲益，并且這些設(shè)備可以包括其它進(jìn)入限制功能。利用緊湊的基于集成電路的傳感器55可以準(zhǔn)確地和有效地得到光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)。
光散射傳感器55的另一個(gè)方面是它的處理可以在集成電路72自身中自備，或者如該示出的實(shí)施例中所示該集成電路可以包含一些處理電路77。例如，可以利用常規(guī)CMOS技術(shù)在基片72上設(shè)置象素讀出放大器和/或其它圖象處理有效器件。在再一些其它實(shí)施例中，所有或者大部分信號(hào)處理電路可能位于芯片外面。如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，在一些實(shí)施例中，集成電路基片72可由單晶硅基片(single crystalsilicon)構(gòu)成，或者在其它實(shí)施例中由例如玻璃基片的薄膜技術(shù)構(gòu)成。
該示出的光散射傳感器55是靜止布置的傳感器。換言之，和后面討論的滑動(dòng)布置傳感器相比，象素陣列73的尺寸相對(duì)大。另外，對(duì)于靜止布置傳感器55，處理器54根據(jù)靜止地把用戶手指放置成靠近集成電路基片72產(chǎn)生光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在在更具體地參照?qǐng)D2和4-6情況下說(shuō)明光散射手指?jìng)鞲衅?5′的另一類型實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，光源為集成電路基片72′自身上的一個(gè)或多個(gè)LED光源80的形式。所示的光傳感器55′還以滑動(dòng)布置傳感器為形式，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣這種傳感器具有較小的用戶在上面滑動(dòng)手指的感測(cè)區(qū)。在這些實(shí)施例中，處理器54′可以從光散射感測(cè)象素組73′收集光散射數(shù)據(jù)幀。在其它實(shí)施例中，也可以在上面說(shuō)明的靜止布置傳感器55上采用LED光源80。
更特別地參照?qǐng)D5，該多個(gè)光散射感測(cè)象素可以包括具有對(duì)LED80或光源57(圖3)發(fā)出的光的寬帶頻率范圍內(nèi)的不同頻率選擇性的光散射感測(cè)象素73a′、73b′。例如，如該示出的實(shí)施例中所示，這些光散射感測(cè)象素可以包括埋在不同深度上的從而提供不同頻率選擇性的以P/N結(jié)檢測(cè)器73a′、73b′為形式的埋入光檢測(cè)器。換言之，埋入的P/N感測(cè)結(jié)73a′、73b′上方的半導(dǎo)體材料高度可充當(dāng)用于不同頻率的濾波器。還預(yù)期其它濾波或頻率選擇技術(shù)，例如濾波器涂層。如業(yè)內(nèi)人士會(huì)理解那樣，通過(guò)擴(kuò)展這些公開的技術(shù)還可以選擇二個(gè)以上的頻率。
第二實(shí)施例蜂窩電話50′的其它元件和上面說(shuō)明的第一實(shí)施例蜂窩電話50的其它元件是類似的并且用主標(biāo)志指示。相應(yīng)地，本文不必進(jìn)一步討論這些元件。
再次參照?qǐng)D1-6，方法方面涉及光散射手指感測(cè)。該方法可包括接收靠近集成電路基片72、72′的用戶手指70、70′，并且當(dāng)位于靠近該集成電路基片時(shí)把來(lái)自光源57、80的光引到用戶手指中。該光可傳播到用戶的手指70、70′中并且散射，從而至少一部分的散射光沿朝著集成電路基片72、72′的方向從用戶手指射出。該方法還包括利用集成電路基片72、72′上的多個(gè)光散射感測(cè)象素73、73′感測(cè)來(lái)自用戶手指的散射光并且根據(jù)來(lái)自用戶手指70、70′的散射光產(chǎn)生光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)。該方法還可以包括根據(jù)來(lái)自用戶手指70、70′的光散射生物測(cè)量數(shù)據(jù)允許至少一種的設(shè)備功能。
如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，同一組光散射感測(cè)象素73、73′還可以用于脈搏/血氧測(cè)量。這可以通過(guò)提取心臟搏動(dòng)波形并且檢測(cè)新鮮氧飽和血液的周期到達(dá)造成的每分鐘的紅到紅外光強(qiáng)比的改變達(dá)到。
現(xiàn)參照?qǐng)D7-10首先說(shuō)明紅外感測(cè)象素手指?jìng)鞲衅?5，85′的不同實(shí)施例。尤其參照?qǐng)D7和9，該電子設(shè)備以包含便攜機(jī)殼81的蜂窩電話80為示例形式。便攜機(jī)殼81裝著紅外手指?jìng)鞲衅?5和發(fā)光小鍵盤82，小鍵盤82又包括多個(gè)用戶可操作輸入鍵83。便攜機(jī)殼81還裝著和紅外傳感器85連接的處理器84以及通過(guò)光導(dǎo)91對(duì)小鍵盤82照明的光源87。顯示器88示出裝在便攜機(jī)殼81的上部并且也和處理器84連接。
蜂窩電話80還可以包括電源，例如充電電池92，其由便攜機(jī)殼81攜帶并且如業(yè)內(nèi)人士理解那樣和處理器84以及該機(jī)殼內(nèi)的其它電子器件連接。存儲(chǔ)器94也和處理器84連接。
紅外傳感器85包括一塊集成電路基片102和多個(gè)位于該集成電路基片上的用于感測(cè)用戶手指的皮下特征天然發(fā)出的紅外輻射的紅外感測(cè)象素103。處理器84和這些紅外感測(cè)象素83連接，以便根據(jù)用戶手指100的皮下特征天然發(fā)出的輻射產(chǎn)生紅外生物測(cè)量數(shù)據(jù)。
處理器84還示出包含匹配器104，用來(lái)判定用戶手指的紅外生物測(cè)量數(shù)據(jù)和為登記用戶存儲(chǔ)的紅外生物測(cè)量數(shù)據(jù)。這種匹配判定又可以由該處理器84的功能允許器105使用以便允許至少一個(gè)設(shè)備功能，例如允許操作蜂窩電話80的發(fā)送和接收功能。匹配器104和允許器105可以在存儲(chǔ)的程序控制下操作的處理器84的CPU上實(shí)現(xiàn)，如業(yè)內(nèi)人士理解并且不需要本文進(jìn)一步討論那樣。
業(yè)內(nèi)人士理解可以控制其它設(shè)備功能，例如如果該電子設(shè)備是PDA控制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。當(dāng)然，許多其它電子設(shè)備可以從紅外手指感測(cè)獲益，并且這些設(shè)備可以包括其它進(jìn)入限制功能。利用緊湊的基于集成電路的傳感器85可以準(zhǔn)確地和有效地得到紅外生物測(cè)量數(shù)據(jù)。
紅外傳感器85的另一個(gè)方面是它的處理可以在集成電路基片102自身中自備，或者如該示出實(shí)施例中所示該集成電路可以包含一些處理電路107。例如，可以利用常規(guī)CMOS技術(shù)在基片102上設(shè)置象素讀出放大器和/或其它圖象處理有效器件。在再一些其它實(shí)施例中，所有或者大部分信號(hào)處理電路可能位于芯片外面。集成電路基片102最好可由硅基片構(gòu)成，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣。
紅外傳感器85的該示出實(shí)施例是靜止布置傳感器。換言之，和后面討論的滑動(dòng)布置傳感器相比，象素陣列103的尺寸相對(duì)大。另外，對(duì)于靜止布置傳感器105，處理器104根據(jù)靜止地把用戶手指放置成靠近集成電路基片102產(chǎn)生紅外生物測(cè)量數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在在更具體地參照?qǐng)D8和10說(shuō)明另一種實(shí)施例類型的紅外手指?jìng)鞲衅?5′。在這些實(shí)施例中，所示的紅外傳感器85′以滑動(dòng)布置傳感器為形式，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣這種傳感器具有較小的用戶在上面滑動(dòng)手指100′的感測(cè)區(qū)。在這些實(shí)施例中，處理器104′可以從紅外感測(cè)象素組103′收集紅外圖象數(shù)據(jù)幀。
圖8和10中示出的蜂窩電話實(shí)施例80′的其它元件和上面對(duì)圖7和9說(shuō)明的蜂窩電話實(shí)施例80的其它元件是類似的并且用主標(biāo)志指示。相應(yīng)地，本文不必進(jìn)一步討論這些元件。
現(xiàn)在補(bǔ)充地轉(zhuǎn)到圖11到17說(shuō)明示例紅外感測(cè)象素103的其它細(xì)節(jié)方面。如圖11中所示，紅外感測(cè)象素103例如包括一組串聯(lián)連接的紅外感測(cè)單元105并且其輸出饋送到紅外感測(cè)放大器(未示出)。每個(gè)感測(cè)單元105包括一個(gè)以蝴蝶結(jié)偶極天線為形式的尺寸相對(duì)小的紅外天線以便有效收集紅外能量，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣。例如，對(duì)于波長(zhǎng)約為7微米的紅外輻射，偶極天線106的長(zhǎng)度可以約為3.5微米。紅外感測(cè)象素103的總尺寸可以約為每條邊50微米，以和后面更詳細(xì)討論的類型電場(chǎng)感測(cè)象素的尺寸一致。紅外感測(cè)象素密度對(duì)于捕獲皮下圖象可以為每英寸125個(gè)象素，而對(duì)于脊/谷成像約為每英寸250個(gè)象素。當(dāng)然，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，也可以使用其它尺寸和類型的紅外天線。
如圖12、13和15中所示，可以有益地利用通過(guò)層間介質(zhì)層隔開的各個(gè)金屬和多晶層形成紅外感測(cè)單元109，如半導(dǎo)體器件加工中通常采用那樣。在該示出的實(shí)施例中，上金屬層被構(gòu)圖以形成蝴蝶結(jié)偶極天線106的二個(gè)偶極天線件106a、106b。層間介質(zhì)層107使偶極件106a、106b和通過(guò)構(gòu)形第二金屬層提供的天線基礎(chǔ)接地層隔開，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣。另一個(gè)層間介質(zhì)層111使天線導(dǎo)電接地層108和利用第一金屬層成形的電路隔開。
二個(gè)導(dǎo)電通路112a、112b把信號(hào)從偶極天線件106a、106b傳送到以帶有測(cè)量結(jié)114和基準(zhǔn)結(jié)115的熱電偶為形式的溫度傳感器上。利用多晶硅耗散區(qū)117a、117b匹配大約300歐的阻抗。鎢通路部分120、121示出分別和在第一金屬層上構(gòu)形的鋁信號(hào)線122、123連接。如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，這些熱電偶結(jié)是在第一聚層的多晶硅和第一金屬層的鋁之間定義的。為了清晰解釋還把基準(zhǔn)結(jié)115示出相對(duì)靠近測(cè)量結(jié)114；但是，在其它有益實(shí)施例中，基準(zhǔn)結(jié)可能明顯地遠(yuǎn)離測(cè)量結(jié)。如業(yè)內(nèi)人士也會(huì)理解那樣，在偶極天線106上面也設(shè)置鈍化層125(圖17)。
紅外單元105例如采用熱電偶而不采用電阻器是為了降低成像期間的功耗。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，可以把電阻器或輻射熱測(cè)量計(jì)用作為溫度傳感器。每個(gè)紅外單元105例如產(chǎn)生大約0.2到20微伏的輸出電壓。
參照?qǐng)D14解釋紅外感測(cè)單元105′的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中通過(guò)基片117′的一部分提供減壓電阻器。該電阻區(qū)還可以是能通過(guò)改變柵極電壓調(diào)制耗散的功率的FET的溝道。導(dǎo)電通道112a′、112b′允許來(lái)自偶極天線106′的電流波傳導(dǎo)穿過(guò)該集成電路器件下方的幾個(gè)層。另外，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，設(shè)置可提供附加ESD保護(hù)的介質(zhì)層124。未特別提及的圖14實(shí)施例的其它元器件用主標(biāo)志指示并且類似于上面參照?qǐng)D12和13說(shuō)明的元器件。
如圖16和17的頂視圖所示，紅外天線的徑向線(string)定位成在圓孔125內(nèi)穿過(guò)紅外感測(cè)象素103的接地面。測(cè)量結(jié)位于紅外天線的下面，而和基準(zhǔn)結(jié)連接的信號(hào)線位于整個(gè)象素的周邊上。從而如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，通過(guò)接地面使基準(zhǔn)結(jié)和紅外輻射隔開。當(dāng)然還可以設(shè)想紅外象素103、103′的其它布局。
再次參照?qǐng)D7-17，現(xiàn)在說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)涉及紅外手指感測(cè)的方法方面。該方法包括在集成電路基片102、102′附近接收用戶的手指100、100′并且利用該集成電路基片上的多個(gè)紅外感測(cè)象素103、103′感測(cè)從位于該集成電路基片附近的用戶手指100、100′的皮下特征發(fā)出的紅外輻射。每個(gè)紅外感測(cè)象素103、103′可包括至少一個(gè)溫度傳感器，例如上面說(shuō)明的熱電偶結(jié)114、115和114′、115′，以及至少一個(gè)在至少一個(gè)的溫度傳感器上方的并與其連接的紅外天線106、106′。該方法還可以包括根據(jù)用戶手指的皮下特征發(fā)出的紅外輻射產(chǎn)生紅外生物測(cè)量數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D18至21首先說(shuō)明多生物測(cè)量感測(cè)象素手指?jìng)鞲衅鞯母鞣N實(shí)施例85、85′。尤其參照?qǐng)D18和20，該電子設(shè)備以包括便攜機(jī)殼141的蜂窩電話140為示例形式。便攜機(jī)殼141裝有多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅?45和發(fā)光小鍵盤142，小鍵盤142進(jìn)而包括多個(gè)用戶可操作的輸入鍵143。便攜機(jī)殼141還裝有和多生物測(cè)量傳感器145連接的處理器145以及用于通過(guò)光導(dǎo)151照明小鍵盤142的光源147。顯示器148示出裝在便攜機(jī)殼141的上部并且也和處理器144連接。
蜂窩電話140還可以包括電源，例如充電電池152，其由便攜機(jī)殼141攜帶并且如業(yè)內(nèi)人士理解那樣和處理器144以及該機(jī)殼內(nèi)的其它電子器件連接。存儲(chǔ)器154也和處理器144連接。多生物測(cè)量傳感器145包括集成電路基片162，位于該集成電路基片上的用來(lái)感測(cè)第一手指生物測(cè)量特征以產(chǎn)生帶有第一匹配選擇性的第一手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)的第一組生物測(cè)量感測(cè)象素103a。
傳感器145還包括位于集成電路基片102上的用來(lái)感測(cè)和第一手指生物測(cè)量特征不同的第二手指生物測(cè)量特征以產(chǎn)生對(duì)第一指紋特征數(shù)據(jù)具有已知空間關(guān)系的第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)的第二組生物測(cè)量感測(cè)象素103b。第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)可能具有比第一匹配選擇性低的第二匹配選擇性。從而，較低選擇性的特征可以和較高選擇性的特征組合以便例如在基于集成電路技術(shù)的緊湊傳感器組件中提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。
處理器144為生成第一和第二生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)和第一以及第二組感測(cè)象素163a、163b連接。第一生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)例如可包括指紋圖象數(shù)據(jù)。也可以使用其它在用戶手指160上產(chǎn)生已知位置的成像數(shù)據(jù)，例如基于細(xì)節(jié)圖案，同樣可以使用其它類似的產(chǎn)生可和第二生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)相關(guān)的已知空間關(guān)系的數(shù)據(jù)。從而，對(duì)于這些實(shí)施例處理器144還示成包括高/低選擇性相關(guān)器159，用于使第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素103a、103b合作以便相對(duì)于指紋圖象數(shù)據(jù)空間上相關(guān)第二手指生物測(cè)量數(shù)據(jù)。在還提供數(shù)據(jù)之間的已知時(shí)間關(guān)系情況下，處理器144可以大致同時(shí)地操作第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素103a、103b。
匹配器164和相關(guān)器169連接以判定用戶手指160的多生物測(cè)量數(shù)據(jù)和為登記用戶存儲(chǔ)的多生物測(cè)量數(shù)據(jù)之間的匹配。這種匹配判定轉(zhuǎn)而可以由處理器144的功能允許器165使用以便允許至少一個(gè)的設(shè)備功能，例如允許操作蜂窩電話140的發(fā)送和接收功能。相關(guān)器169、匹配器164以及允許器165可以在由存儲(chǔ)的程序控制下的處理器的CPU上實(shí)現(xiàn)，如業(yè)內(nèi)人士理解不需要本文進(jìn)一步討論那樣。
業(yè)內(nèi)人士理解可以控制其它設(shè)備功能，例如如果該電子設(shè)備是PDA控制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。當(dāng)然，許多其它電子設(shè)備可以從多生物測(cè)量手指感測(cè)獲益，并且這些設(shè)備可以包括其它進(jìn)入限制功能。利用緊湊的基于集成電路的傳感器145可以準(zhǔn)確地和有效地得到多生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。
紅外傳感器85的另一個(gè)方面是它的處理可以在集成電路基片162自身中自備，或者如該示出實(shí)施例中所示該集成電路可以包含一些處理電路167。例如，可以利用常規(guī)CMOS技術(shù)在基片162上設(shè)置象素讀出放大器和/或其它圖象處理有效設(shè)備。在再一些其它實(shí)施例中，所有或者大部分信號(hào)處理電路可能位于芯片外面。集成電路基片162最好是硅基片，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣。
多生物測(cè)量傳感器145的該示出實(shí)施例是靜止布置傳感器。換言之，和下面討論的滑動(dòng)布置傳感器相比，象素陣列163a、163b的尺寸相對(duì)大。另外，對(duì)于靜止布置傳感器145，處理器144根據(jù)靜止地把用戶手指放置成靠近集成電路基片162產(chǎn)生多生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在更具體地參照?qǐng)D19和21說(shuō)明另一種實(shí)施例類型的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅?45′。在這些實(shí)施例中，所示的多生物測(cè)量傳感器145′以滑動(dòng)布置傳感器為形式，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，這種傳感器具有較小的用戶在上面滑動(dòng)手指160′的感測(cè)區(qū)。在這些實(shí)施例中，處理器144′可以從感測(cè)象素103a′、103b′收集紅外生物測(cè)量數(shù)據(jù)幀。
授予Willmore的美國(guó)專利5,351,303號(hào)公開一種讀出手指的紅外分布的接觸式傳感器，但是迄今尚不知道該所說(shuō)明的方法的成功實(shí)現(xiàn)。這種紅外傳感器可能遭受對(duì)傳導(dǎo)熱能以及輻射熱能的靈敏性。在手指接觸應(yīng)用中，傳導(dǎo)熱能通常是主要的，并且其中手指表面摩擦脊的圖案是主要的。皮下源圖案例如動(dòng)脈供血被強(qiáng)大的脊圖案信號(hào)淹沒。盡管讀出摩擦脊圖案可以是有用的，但是它典型地不是多生物測(cè)量傳感器實(shí)施例中紅外傳感器所需要的。在此情況下，摩擦脊圖案是噪聲，而皮下特征源圖案是該傳感器試圖捕獲的唯一數(shù)據(jù)。
現(xiàn)有技術(shù)的紅外傳感器陣列還可能遭受象素的無(wú)定向的靈敏性圖案。如果要成像的熱結(jié)構(gòu)距離陣列超過(guò)象素間距3或4倍以上，象素之間的交擾可能變成造成削弱的問(wèn)題。實(shí)際上對(duì)手指的皮下結(jié)構(gòu)成像時(shí)就是這種情況。為了成功，象素應(yīng)具有某種形式的聚焦以使交擾為最小。
本文公開的紅外傳感器85、85′可以采用不同的排斥通過(guò)設(shè)備表面?zhèn)鲗?dǎo)的熱(它主要包含摩擦脊圖案)但檢測(cè)輻射紅外熱(其主要包含代表皮下動(dòng)脈血液分布的圖案)的熱感測(cè)。天線和溫度傳感器結(jié)構(gòu)提供減小象素之間的交擾或使交擾最小的聚焦并且形成皮下熱圖案的清晰圖象。如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，可以在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)CMOS硅鑄造工藝下制造紅外傳感器85、85′。
圖18和21中示出的蜂窩電話實(shí)施例140′的其它元件和上面對(duì)圖18和20說(shuō)明的蜂窩電話實(shí)施例的其它元件是類似的并且用主標(biāo)志指示。相應(yīng)地，本文不必進(jìn)一步討論這些元件。
現(xiàn)在補(bǔ)充地參照?qǐng)D22下說(shuō)明電場(chǎng)感測(cè)象素形式下的高選擇性生物測(cè)量特征感測(cè)象素163a的實(shí)施例。根據(jù)如下面說(shuō)明的它的工作頻率，還可以把電場(chǎng)感測(cè)象素163a看成是或稱為RF感測(cè)象素。
具體地，電場(chǎng)傳感器象素163a包括一個(gè)或更多的在基片162上形成的有源半導(dǎo)體器件，例如示例示出的放大器180。第一金屬層181互連這些有源半導(dǎo)體器件。第二或接地面電極層182在第一金屬層181的上面并且通過(guò)絕緣層184彼此隔開。第三金屬層185定位在另一個(gè)介質(zhì)層186的上面160。在該示出的實(shí)施例中，第一外電極190和激勵(lì)驅(qū)動(dòng)放大器191連接，該放大器191進(jìn)而用典型地在1千赫到1兆赫范圍內(nèi)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)手指。從而，驅(qū)動(dòng)或激勵(lì)電子電路相對(duì)不復(fù)雜并且電場(chǎng)感測(cè)象素163a的總成本可以相對(duì)低，而且可靠性高。
一個(gè)示例的圓形電場(chǎng)感測(cè)電極192位于絕緣層186上。該感測(cè)電極192可以和感測(cè)集成電子電路，例如示例示成靠近基片162形成的示出的放大器180，連接，如業(yè)內(nèi)人士容易理解那樣。
在相距關(guān)系下環(huán)形屏蔽電極195圍繞感測(cè)電極192。如業(yè)內(nèi)人士容易理解那樣，感測(cè)電極192以及圍繞它的屏蔽電極195可以具有其它形狀例如六角形以便便利感測(cè)象素的緊密封裝方案或排列。屏蔽電極195是有源屏蔽，其由放大器180的部分輸出驅(qū)動(dòng)以幫助聚焦電場(chǎng)能并且從而減小驅(qū)動(dòng)相鄰電場(chǎng)感測(cè)電極的要求。
電場(chǎng)感測(cè)象素163a還示出包括上鈍化層197以及選用的ESD電極196。電場(chǎng)傳感器象素163a只包括三個(gè)金屬或?qū)щ妼?81、182和185/195?？梢栽诓恍枰渌鼤?huì)增加制造成本并且可能降低產(chǎn)量的金屬層情況下制造感測(cè)象素163a。從而，如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，與包含四個(gè)或更多金屬層的傳感器相比較，整個(gè)多生物測(cè)量傳感器145可能更便宜并且可能更堅(jiān)固和更可靠。如業(yè)內(nèi)人士會(huì)理解那樣，電場(chǎng)感測(cè)象素163a的結(jié)構(gòu)和本文說(shuō)明的光散射和/或紅外感測(cè)象素是完全相容的。
例如在授予Setlak的并且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)5,953,441號(hào)專利中公開電場(chǎng)感測(cè)象素163a以及各種處理特征和進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。Setlak的該專利的整個(gè)內(nèi)容收錄作為參考。該專利還公開利用電場(chǎng)感測(cè)象素163a確定用戶手指的復(fù)阻抗，從而幫助減小利用非人體手指欺騙該傳感器的可能性。在本多生物測(cè)量傳感器145中，電場(chǎng)感測(cè)象素163a還可以用于復(fù)阻抗測(cè)量，以作為用戶的另一種生物測(cè)量特征來(lái)幫助有效的匹配。
多生物測(cè)量傳感器145的第二組生物測(cè)量感測(cè)象素可包括光散射感測(cè)象素163b，以便在和圖23的實(shí)施例所示的電場(chǎng)感測(cè)象素的組合下感測(cè)來(lái)自用戶手指的散射光。在該實(shí)施例中，電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)環(huán)190繞著周邊展開，并且在感測(cè)區(qū)中這二種象素類型互相混合。光源是通過(guò)集成電路基片162攜帶的表面發(fā)射LED 200提供的。
在圖24中示出光散射感測(cè)象素163b′和電場(chǎng)感測(cè)象素163a′的另一種可能布局。在多生物測(cè)量傳感器145′的該實(shí)施例中，光散射象素排列成位于電場(chǎng)感測(cè)象素163a′陣列側(cè)面的第一和第二組中。手指驅(qū)動(dòng)電極162′也示成是分別位于第一和第二組光散射感測(cè)象素163b′外側(cè)的二個(gè)部分。在該實(shí)施例中，光源200′設(shè)置在集成電路基片162′的外面。
現(xiàn)補(bǔ)充地轉(zhuǎn)到圖25說(shuō)明對(duì)來(lái)自多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅?10的多生物測(cè)量數(shù)據(jù)的便利處理。該示出的多生物測(cè)量傳感器210為上面所說(shuō)明的包含電場(chǎng)感測(cè)象素和光散射象素的滑動(dòng)型。在該示出的實(shí)施例中光源212位于集成電路基片上。如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，靜止布置多生物測(cè)量傳感器可產(chǎn)生類似數(shù)據(jù)。
具體地，通過(guò)圖象塊213a-213a-213d示出第一序列的相對(duì)強(qiáng)度數(shù)據(jù)。光強(qiáng)是沿X方向，即用戶手指215的前進(jìn)方向，于二個(gè)間隔的點(diǎn)上順序感測(cè)的。這些二個(gè)間隔位置上的強(qiáng)度畫在圖216中的上、下曲線上。如預(yù)期那樣，接近光源位置上的曲線比另一個(gè)間隔位置上的值大。如還示出那樣，確定這二條曲線之間的差并畫在圖217中。如看出那樣，下圖217中看出的本地光散射差隨手指上的位置變化。
現(xiàn)簡(jiǎn)單地參照?qǐng)D26、27和28的不同的人A、B和C的曲線，可以看出光散射數(shù)據(jù)收集成通過(guò)重復(fù)測(cè)量實(shí)際上對(duì)于不同的人是獨(dú)有的。從而，這樣處理的光散射數(shù)據(jù)可以用作為有用的生物測(cè)量匹配特征，尤其當(dāng)和由電場(chǎng)電感象素提供的指紋摩擦脊圖象感測(cè)得到的更高選擇性組合時(shí)。
再次參照?qǐng)D25，圖的右側(cè)示出一序列的增強(qiáng)的光圖象以顯示脊、谷、孔等。如框220中注解那樣，可以匹配這些增強(qiáng)的圖象并且用來(lái)建立沿著手指215各個(gè)幀的確切位置。如處理框221中注解那樣，這些增強(qiáng)的圖象還可以由傳統(tǒng)指紋匹配使用。此外，在光散射圖象中諸如孔的皮下結(jié)構(gòu)是尤其清楚的。
現(xiàn)在補(bǔ)充參照?qǐng)D29說(shuō)明另一個(gè)多生物測(cè)量傳感器225。在該實(shí)施例中，集成電路基片232上的紅外感測(cè)象素227提供選擇性相對(duì)低的第二組生物測(cè)量感測(cè)象素，而電場(chǎng)感測(cè)象素218提供匹配選擇性較高的感測(cè)象素組。驅(qū)動(dòng)電極233還示成繞傳感器225的周邊定位。當(dāng)然，上面展開地說(shuō)明了紅外感測(cè)象素的示范實(shí)施例從而不必進(jìn)一步說(shuō)明。如果不同感測(cè)象素227、228的工作頻率充分不同，例如按106赫量級(jí)相隔，可能可以同時(shí)操作二種類型的感測(cè)象素。業(yè)內(nèi)人士理解，在其它實(shí)施例中，電場(chǎng)感測(cè)象素228的選擇性可以比紅外感測(cè)象素227低，例如通過(guò)改變彼此的相對(duì)數(shù)量。
在補(bǔ)充參照?qǐng)D30下解釋另一個(gè)多生物測(cè)量感測(cè)和匹配系統(tǒng)235。在該實(shí)施例中組合上面說(shuō)明的若干生物測(cè)量手指特征感測(cè)和處理方面。系統(tǒng)235示成包括和多生物測(cè)量匹配器237耦合的多生物測(cè)量傳感器236。多生物測(cè)量傳感器236包括一塊其上設(shè)置電場(chǎng)感測(cè)象素241、光散射感測(cè)象素242以及紅外感測(cè)象素243的集成電路基片240。
在框245執(zhí)行對(duì)應(yīng)軟件模塊的處理器利用電場(chǎng)感測(cè)象素241完成皮膚復(fù)阻抗測(cè)量。還在框246操作電場(chǎng)感測(cè)象素241以產(chǎn)生摩擦脊圖案。類似地，框247產(chǎn)生來(lái)自光散射感測(cè)象素242的皮膚光散射圖案。另外，在框250利用紅外感測(cè)象素產(chǎn)生皮下熱或紅外圖案?？?45、246、247和250產(chǎn)生的數(shù)據(jù)示成饋入框251以供信號(hào)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
信號(hào)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換框251的輸出連接到多生物測(cè)量匹配器237中的數(shù)個(gè)模塊或框中。具體地，框255的手指阻抗匹配器接收輸出，并且框256的手指圖案匹配器、框260的光散射圖案匹配器以及框257的熱圖案匹配器都接收輸出。如上面解釋那樣，可能希望把熱或紅外圖案數(shù)據(jù)以及光散射數(shù)據(jù)和手指位置相關(guān)聯(lián)，而這是通過(guò)連接框256的指紋圖案匹配器的輸出和框257及260的輸出達(dá)到的。
如在示出的系統(tǒng)235中最后示出那樣，可以利用框261進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匹配決策。如業(yè)內(nèi)人士理解那樣，這可以通過(guò)簡(jiǎn)單的投票算法或者通過(guò)更復(fù)雜的加權(quán)算法完成。
和傳統(tǒng)的單生物測(cè)量傳感器以及不集成的多生物測(cè)量結(jié)果相比，本文公開的含有不同傳感器類型混合的多生物測(cè)量傳感器類型具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)?？梢酝瑫r(shí)并且在同一個(gè)小的物理空間中滿足多種生物測(cè)量方法。時(shí)空并存性要求使欺騙更加困難。容易并且方便使用該傳感器，因?yàn)橛脩艨梢砸淮纬尸F(xiàn)單個(gè)體部例如手指以產(chǎn)生用于高準(zhǔn)確識(shí)別和身份驗(yàn)證的多種生物測(cè)量結(jié)果，這大大簡(jiǎn)化并且加快多生物測(cè)量。這種傳感器提供單個(gè)采集/信號(hào)處理設(shè)備，其集成幾種不同的生物測(cè)量特征的測(cè)量，不需要多個(gè)獨(dú)立的讀出設(shè)備和信號(hào)處理系統(tǒng)并且免除掉現(xiàn)有技術(shù)多生物測(cè)量系統(tǒng)的過(guò)高設(shè)備成本。
本文公開的多生物測(cè)量傳感器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們可以使用本身在不同的人之間只具有有限選擇程度的生物測(cè)量結(jié)果。由于它們本身不是非常有用的，過(guò)去很少利用這種生物測(cè)量。但是如果在統(tǒng)計(jì)上正交和同時(shí)獲取下組合這些生物測(cè)量中的數(shù)個(gè)，可以得到逼近各個(gè)選擇性的數(shù)學(xué)乘積的聯(lián)合選擇性。較少選擇的生物測(cè)量可以和諸如指紋驗(yàn)證的較強(qiáng)的生物測(cè)量組合，以產(chǎn)生一個(gè)帶有非常強(qiáng)的選擇性的系統(tǒng)，和單獨(dú)單個(gè)的高選擇性生物測(cè)量例如單獨(dú)指紋相比欺騙這種系統(tǒng)要難得多。
一些次要生物測(cè)量，例如手指熱分布，產(chǎn)生非常分散的圖象特征。由于這些圖象中不存在明確的邊緣，難以找到用于匹配的適當(dāng)對(duì)齊。當(dāng)同時(shí)利用諸如指紋的強(qiáng)鋒利特征以及諸如手指熱分布的分散特征取同一個(gè)區(qū)域的圖象時(shí)，利用鋒利的特征可以建立匹配數(shù)據(jù)和樣板的準(zhǔn)確對(duì)齊，然后可以對(duì)分散特征應(yīng)用這種對(duì)齊，以達(dá)到對(duì)該特征的更高置信的匹配評(píng)估。其結(jié)果是一種在匹配準(zhǔn)確性和減小欺騙的性能上超過(guò)傳統(tǒng)生物測(cè)量系統(tǒng)的小型、便宜、易于使用的多生物測(cè)量傳感器。
本文說(shuō)明的多生物測(cè)量傳感器設(shè)想成是在硅集成電路基片上制造的并且?guī)в屑稍诠柚械母鞣N傳感器和信號(hào)處理。用戶把手指放在設(shè)備上，并且該系統(tǒng)同時(shí)讀出靠近傳感器的手指皮膚的幾種不同的屬性或生物測(cè)量特性。可以采用的生物測(cè)量結(jié)果和傳感器的類型的例子包括各種已知的用來(lái)測(cè)量皮膚的物理摩擦脊結(jié)構(gòu)的感測(cè)機(jī)構(gòu)中的任何機(jī)構(gòu)。這種傳感器包括光系統(tǒng)，RF成像系統(tǒng)，接觸式溫度和熱通量系統(tǒng)、電容系統(tǒng)，壓力測(cè)量系統(tǒng)，振動(dòng)阻尼系統(tǒng)，超聲波系統(tǒng)等等。用來(lái)檢測(cè)皮膚的體電氣和電磁特性的電子機(jī)構(gòu)例如電阻抗傳感器也是可能的。另外，在再一些實(shí)施例中可能使用檢測(cè)皮膚的光傳輸擴(kuò)散性質(zhì)的感測(cè)機(jī)構(gòu)，例如光測(cè)器、發(fā)光器、濾光器、光柵、涂層等等。
還可以使用測(cè)量手指的皮下熱分布的器件，例如紅外鏡頭和紅外傳感器陣列。在別的實(shí)施例中可能使用檢測(cè)血液、心搏性質(zhì)或皮膚的其它內(nèi)部結(jié)構(gòu)的傳感器，例如脈搏血壓檢測(cè)器，深讀出式光或紅外發(fā)射器和檢測(cè)器，脈壓傳感器等等。另外，可以使用測(cè)量皮膚的體機(jī)械剛性或低頻機(jī)械阻尼特性的傳感器，例如測(cè)力計(jì)或應(yīng)力計(jì)，壓力感測(cè)件，振動(dòng)件，加速度計(jì)等等。可以使用測(cè)量皮膚的分層結(jié)構(gòu)性質(zhì)的其它傳感器，例如超聲波轉(zhuǎn)換器。如業(yè)內(nèi)人士會(huì)理解那樣，在各種其它實(shí)施例中還可以使用皮膚表面化學(xué)的器件，例如半導(dǎo)體電解離子檢測(cè)器。
可以在下述共同待決專利申請(qǐng)中得到本文說(shuō)明的傳感器的其它相關(guān)特征和方面“采用光散射感測(cè)的手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法”，代理摘要號(hào)51581；“包含光散射感測(cè)象素的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法”，代理摘要號(hào)51599；“包含電場(chǎng)感測(cè)象素的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法”，代理摘要號(hào)51600；“利用具有不同選擇性的不同生物測(cè)量的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法”，代理摘要號(hào)51601；“包含紅外天線的紅外生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法”，代理摘要號(hào)51602；“紅外生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法”，代理摘要號(hào)51603；“包含光散射手指?jìng)鞲衅鞯碾娮釉O(shè)備以及相關(guān)方法”，代理摘要號(hào)51604；以及“包含紅外感測(cè)象素的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅饕约跋嚓P(guān)方法”，代理摘要號(hào)51605，這些申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人，并且它們的內(nèi)容收錄作為參考。從上面的說(shuō)明以及關(guān)聯(lián)附圖給出的講授業(yè)內(nèi)人士會(huì)想到本發(fā)明的許多修改和其它實(shí)施例。從而應(yīng)理解，本發(fā)明不受公開的特定實(shí)施例的限制，并且預(yù)期在附屬權(quán)利要求書的范圍內(nèi)包含這些修改和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，包括一集成電路基片，用于接收靠近它的用戶手指；所述集成電路基片上的第一組生物測(cè)量感測(cè)象素，用于感測(cè)第一手指生物測(cè)量特征以生成具有第一匹配選擇性的第一手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)；以及所述集成電路基片上的第二組生物測(cè)量感測(cè)象素，用于感測(cè)不同于所述第一手指生物測(cè)量特征的第二手指生物測(cè)量特征以生成對(duì)第一指紋特征數(shù)據(jù)具有已知空間關(guān)系的第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)，所述第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)具有低于第一匹配選擇性的第二匹配選擇性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中第一生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)包括指紋圖象數(shù)據(jù)；并且還包括和所述第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素合作，用來(lái)相對(duì)于指紋圖象數(shù)據(jù)空間相關(guān)所述第二手指生物測(cè)量數(shù)據(jù)的處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中所述處理器大致同時(shí)地操作所述第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中所述第一組生物測(cè)量感測(cè)象素的每個(gè)象素包括一個(gè)電場(chǎng)指紋圖象感測(cè)象素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中每個(gè)所述電場(chǎng)指紋圖象感測(cè)象素包括一個(gè)電場(chǎng)感測(cè)電極；一個(gè)圍繞所述電場(chǎng)感測(cè)電極的保護(hù)屏蔽；以及一個(gè)連接在所述電場(chǎng)感測(cè)電極和所述保護(hù)屏蔽之間的放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，還包括一個(gè)靠近所述多個(gè)電場(chǎng)感測(cè)象素的手指驅(qū)動(dòng)電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中每個(gè)所述電場(chǎng)指紋圖象感測(cè)象素還產(chǎn)生復(fù)阻抗作為第三手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中所述第二組生物測(cè)量感測(cè)象素的每個(gè)象素包括一個(gè)紅外感測(cè)象素。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中每個(gè)所述紅外感測(cè)象素用于感測(cè)用戶手指天然發(fā)出的紅外輻射。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中所述第二組生物測(cè)量感測(cè)象素的每個(gè)象素包括用來(lái)感測(cè)來(lái)自用戶手指的散射光的光散射感測(cè)象素。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，還包括一個(gè)用于當(dāng)用戶手指靠近所述集成電路基片時(shí)把光引導(dǎo)到手指中的光源，該光傳播到用戶手指中并且散射從而至少一部分散射光沿朝著所述多個(gè)光散射感測(cè)象素的方向從用戶手指射出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，還包括一個(gè)和所述第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素連接的匹配器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，還包括所述集成電路基片上的處理電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中所述第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素基于靠近所述集成電路基片靜止放置用戶手指來(lái)操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中所述第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素基于靠近所述集成電路基片滑動(dòng)放置用戶手指來(lái)操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，還包括在所述第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素上方的和把用戶手指放在其上的一層最高介質(zhì)鈍化層。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髟O(shè)備，其中所述集成電路基片包括單晶硅。
18.一種多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅鞣椒?，包括接收靠近一塊集成電路基片的用戶手指；利用該集成電路基片上的第一組生物測(cè)量感測(cè)象素，感測(cè)第一手指生物測(cè)量特征以生成具有第一匹配選擇性的第一手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)；以及利用該集成電路基片上的第二組生物測(cè)量感測(cè)象素，感測(cè)不同于第一手指生物測(cè)量特征的第二手指生物測(cè)量特征以生成對(duì)第一指紋特征數(shù)據(jù)具有已知空間關(guān)系的第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)，第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)具有低于第一匹配選擇性的第二匹配選擇性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中第一生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)包括指紋圖象數(shù)據(jù)；并且還包括相對(duì)于該指紋圖象數(shù)據(jù)空間相關(guān)的第二手指生物測(cè)量數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中大致同時(shí)地操作該第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中第一組生物測(cè)量感測(cè)象素的每個(gè)象素包括電場(chǎng)指紋圖象感測(cè)象素。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括利用每個(gè)電場(chǎng)指紋圖象感測(cè)象素產(chǎn)生復(fù)阻抗作為第三手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該第二組生物測(cè)量感測(cè)象素的每個(gè)象素包括紅外感測(cè)象素。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中每個(gè)紅外感測(cè)象素用于感測(cè)用戶手指天然發(fā)出的紅外輻射。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該第二組生物測(cè)量感測(cè)象素的每個(gè)象素包括用來(lái)感測(cè)來(lái)自用戶手指的散射光的光散射感測(cè)象素。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括當(dāng)用戶手指靠近該集成電路基片時(shí)利用光源把光引到手指中，該光傳播到用戶手指中并且散射從而至少一部分散射光沿朝著多個(gè)光散射感測(cè)象素的方向從用戶手指射出。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該第一和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素基于靠近該集成電路基片靜止放置用戶手指來(lái)操作。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該第一組和第二組生物測(cè)量感測(cè)象素基于靠近該集成電路基片滑動(dòng)放置用戶手指來(lái)操作。
29.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該集成電路基片包括單晶硅。
全文摘要
一種多生物測(cè)量手指?jìng)鞲衅髂芨袦y(cè)具有不同匹配選擇性并且至少具有已知空間關(guān)系的不同生物測(cè)量特征。該傳感器可包括一塊集成電路基片用于靠近它接收用戶手指，以及該基片上的用來(lái)感測(cè)第一手指生物測(cè)量特征以生成具有第一匹配選擇性的第一手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)的第一組生物測(cè)量感測(cè)象素。該傳感還可以包括該基片上的用于感測(cè)不同于該第一手指生物測(cè)量特征的第二手指生物測(cè)量特征以生成對(duì)該第一指紋特征數(shù)據(jù)具有已知空間關(guān)系的第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)。該第二手指生物測(cè)量特征數(shù)據(jù)可具有低于該第一匹配選擇性的第二匹配選擇性。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1875370SQ200480031771
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者戴爾·R·賽特拉克 申請(qǐng)人:奧森泰克公司