專利名稱：安全性高的指紋感測盒及有關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及個人鑒定和驗證領(lǐng)域，更具體地涉及指紋感測和處理的領(lǐng)域。
指紋感測和吻合是個人鑒定和驗證中可靠和廣泛地采用的技術(shù)。指紋鑒定的一種通用方法是將一個樣本指紋或它的圖像進行掃描及將指紋圖像的圖像和/或獨特特征存儲起來。樣本指紋的特征可與早已存儲的參考指紋的信息進行比較以便為了驗證的目的確定個人的恰當標識。
一個典型的電子指紋感測器基于用可見光、紅外光或超聲輻射對指紋表面照明。例如，反射的能量由某種形式的照相機獲取，其結(jié)果的圖像被定幀、數(shù)字化并作為靜態(tài)數(shù)字圖像存儲，這已在美國專利號4,210,899的說明書中公開，所公開的內(nèi)容是一個與中央處理站連用的光學掃描指紋閱讀器，供安全存取之用。美國專利號4,525,859的說明書公開了一個用于獲取指紋圖像的視頻照相機并使用指紋的細節(jié)即指紋凸線的分支和末端確定與參考指紋數(shù)據(jù)庫的吻合程度。
污染的手指可能影響光學感測，或者光學感測器可能被指紋的一幅照相或印刷圖像而不是真正現(xiàn)實的指紋所欺騙。
在無法形成指紋的可接受的圖像的情況下，美國專利號4,947,443的說明書公開了一系列指示標志，為用戶提供一個在其它可能的系統(tǒng)鑒定失誤中對指紋掃描可接受度的簡單的通過或不通過標志。換言之，常規(guī)指紋感測器的另一個缺點是相對于感測器的手指定位不正確可能減少處理器正確地和快速地確定樣本指紋和眾多參考指紋之間的吻合程度的能力。
美國專利號4,353,056的說明書公開了另一個感測現(xiàn)實指紋的方法。具體地，它公開了一個位于一個與裝置感測面平行的平面中的非常小電容器陣列。當手指觸及感測面并使該面變形時，串接電容器的電壓分布可能變化。每個電容器上的電壓由多路轉(zhuǎn)換技術(shù)所確定。
美國專利號5,325,442的說明書公開了一個包括眾多感測極的指紋感測器。與每個感測極相關(guān)連的切換裝置提供了對感測極有效尋址的可能性。
本發(fā)明的一個目的是克服常規(guī)指紋感測器的缺點，即常規(guī)指紋感測器，如光學的、超聲的或電容的感測器的引線和內(nèi)部部件可能會被擾亂，例如向設(shè)備的相關(guān)連部分發(fā)送一個虛假的接收信號。因此，即使感測器是正確的和可靠的，它可能被旁路而訪問或進入本應(yīng)由指紋感測器保護的設(shè)備或區(qū)域。
本發(fā)明的一個目的是提供一個用于正確地感測指紋的指紋感測器和有關(guān)方法，該感測器是結(jié)實的、緊湊的、可靠的和相對地便宜的，以及提供一個可以阻止旁路或擺弄企圖的安全的指紋感測盒或模塊和有關(guān)方法。
指紋感測盒最好能包括一個在操作時連結(jié)于指紋感測器與加密輸出裝置之間的處理器。此外，該盒還可能包括用于存儲參考指紋信息的參考指紋存儲裝置。因此該處理器最好包括參考指紋吻合裝置，用于確定所感測指紋是否與所存儲參考指紋吻合。為進一步提高所存儲參考指紋信息的安全性，感測器盒最好包括清除裝置，用于對擺弄作出反應(yīng)將參考指紋信息自參考指紋存儲裝置中清除掉。
為了方便，指紋感測器最好包括一個具有用于接納與其相鄰的手指的外表面部分的集成電路。外殼又最好包括一個穿過其中與集成電路的外表面部分對準的開口。最好提供密封裝置以密封集成電路外表面部分與相鄰外殼部分之間的接口?？捎梢欢迅采w接口的密封材料形成密封裝置。也可由一層模壓塑料材料的環(huán)繞層與集成電路的相鄰部分之間形成的密封層提供密封裝置。
集成電路可包括一層用于抵抗例如手指接觸的污染的最外層的氮化硅層。此外，集成電路可包括一層包括碳化硅和鉆石中的一種用于增強抗腐蝕能力的最外層。
本發(fā)明包括一個指紋感測盒，后者包括一個防擺弄的外殼；一個裝在所述外殼內(nèi)的指紡感測器；及一個裝在所述外殼內(nèi)并在操作上連至所述指紋感測器以產(chǎn)生與所感測指紋相關(guān)的一個加密輸出信號的加密輸出裝置，所述指紋感測器與所述加密輸出裝置之間在操作上連接一個處理器。
一種方法很好地用于制做和安全地操作一類包括指紋感測器的指紋感測盒，該方法最好包括以下步驟將指紋感測器安裝在外殼內(nèi)及在防擺弄外殼內(nèi)產(chǎn)生一個與來自指紋感測器的所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號。該方法尚可包括以下步驟將參考指紋信息存儲在外殼內(nèi)及在防擺弄外殼內(nèi)確定所感測指紋是否與所存儲參考指紋吻合。相應(yīng)地，為進一步提高安全性，該方法尚可包括對擺弄作出反應(yīng)自防擺弄外殼內(nèi)清除參考指紋信息的步驟。
本發(fā)明還包括一種用于制造和安全地操作一類包括指紋感測器的指紋感測盒的方法，該方法包括以下步驟將指紋感測器安裝在外殼內(nèi)；在防擺弄外殼內(nèi)產(chǎn)生一個與來自指紋感測器的所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號，將參考指紋信息存儲在外殼內(nèi)以及在防擺弄外殼內(nèi)確定所感測指紋是否與所存儲參考指紋吻合。
現(xiàn)將參照附圖通過例子描述本發(fā)明，附圖中

圖1是與筆記本計算機一起使用的指紋感測器的原理圖；圖2是與計算機工作站和相關(guān)連的信息處理計算機和局域網(wǎng)(LAN)一起使用的指紋感測器的原理圖；圖3是一個指紋感測器實施例的原理透視圖；圖4是感測器和覆蓋指紋模式的一部分的原理平面圖，其中一部分為闡述清晰起見被高度放大；圖5是指紋感測器一部分的高度放大平面圖，為闡述清晰起見其中上層絕緣層被移去；圖6是指紋感測器一部分的原理透視圖；圖7是指紋感測器一部分的原理透視圖；圖8是用于闡述電場的具有部分剖面的原理側(cè)面圖；圖9是指紋感測器一部分的電路原理圖；圖10是用于進一步闡述電場的具有部分剖面的放大的原理側(cè)面圖；圖11是一個實施例中指紋感測器和相關(guān)連的電路的原理框圖；圖12是另一實施例中指紋感測器和相關(guān)連的電路的原理框圖13是感測電路實施例的原理框圖；圖14是感測電路另一實施例的原理框圖；圖15是用于闡述眾多感測單元的原理框圖；圖16是指紋感測器的一部分信號處理的實施例的原理框圖；圖17是指紋感測器的一部分信號處理的另一實施例的原理框圖；圖18是指紋感測器的信號處理電路的又一實施例的原理框圖；圖19是指紋感測器的一部分信號處理的另外一個實施例的電路原理圖；圖20是指紋感測器的一部分信號處理的又一個實施例的電路原理圖，用于闡述供動態(tài)對比度增強用的電阻矩陣；圖21是指紋感測器的一部分信號的處理的又一個實施例的電路原理圖，用于闡述供動態(tài)對比度增強用的電容矩陣實施；圖22是指紋感測盒一個實施例的原理框圖；圖23是指紋感測盒另一實施例的原理圖；圖24是感測器另一方面的原理框圖，用于闡述于指位置的準實時定位反饋；圖25是計算機的原理透視圖，用于闡述手指位置的準實時定位反饋，以及圖26是包括指示器的指紋感測器的原理透視圖，用于闡述手指位置的準實時定位反饋。
在全部附圖中相同部件由相同數(shù)字標示。附圖中不同特征，尤其是手指和層的尺寸都為了敘述清晰的目的而放大。
參照圖1-3，首先描述指紋感測器30。所描述的感測器30包括一外殼或盒51，一層暴露于盒的上表面、為手指提供放置面的絕緣層52及眾多信號導線53。圍繞絕緣層52周圍的導電帶或極54也為手指提供接觸極，這在下面將更詳細地描述。感測器30可提供輸出信號，該輸出信號的范圍是決定于盒中具有的處理級別的改進級別。
指紋感測器30用于個人鑒定或驗證。例如，感測器30用于允許使用計算機工作站，例如包括一個鍵盤36和相關(guān)連的折疊式顯示屏37的筆記本計算機35(圖1)。換言之，只有首先感測所需指紋后用戶才被允許存取筆記本計算機35的信息和程序。
指紋感測器30的另一用途具體地參照圖2加以闡述。感測器30可用于同意或拒絕使用計算機信息系統(tǒng)40的固定工作站41。該系統(tǒng)可包括眾多由一個局域網(wǎng)(LAN)43鏈接的這類工作站41，而該局域網(wǎng)又連至一個指紋鑒定服務(wù)器43和一個總中央計算機44。
參照圖4-10，感測器30包括眾多排列成陣列模式的單個象元或感測元件30a，此可在圖4和5中很好地看出。感測元件相對地很小以便能感測一個典型指紋的凸線59和相間的凹紋60(圖4)。由電場感測器30讀取的現(xiàn)實指紋比光學感測更可靠，因凸線和凹紋模式的手指皮膚的導電性非常難于模仿。相反地，例如光學感測器可能被一個準備好的照片或指紋的其它類似圖像所欺騙。
感測器30包括一層襯底65和位于其上的一層或更多層操作的半導體層66。一層接地平面極層68位于操作層66上面并由一層絕緣層67與之隔離。位于另一層絕緣層70之上的驅(qū)動極層71連至一個激勵驅(qū)動放大器74。激勵驅(qū)動信號通?？稍诖蠹s1Khz至1Mhz的范圍內(nèi)及同相地送遍全部陣列。因此驅(qū)動或激勵電子電路相對地不復雜及感測器30的總價格可以減少，而可靠性則增加。
在驅(qū)動極層71之上的是另一層絕緣層76，而在絕緣層76之上的是一個示例性的圓形感測極78。如原理圖所闡述，感測極78可連至在操作層66內(nèi)形成的感測電子電路73。
一個環(huán)狀屏蔽極80圍繞感測極78而又與后者隔開。感測極78及其周圍的屏蔽極80可具有其它形狀，例如六角形，以便于緊湊地封裝象元或感測元件30a的陣列結(jié)構(gòu)。屏蔽極80是一個操作極，它由放大電路73輸出量的一部分所驅(qū)動以有助于將電場能量集聚，因而減低對相鄰電極驅(qū)動的要求。因此，與現(xiàn)有技術(shù)感測器中對每個感測極個別驅(qū)動的要求截然相反的是感測器30允許用同一個驅(qū)動信號驅(qū)動所有感測元件。
圖8-10中的激勵極71分別隔開距離d1和d2向感測極78產(chǎn)生第一電場和在感測極78與手指表面79之間產(chǎn)生第二電場。換言之，在激勵極71與感測極78之間形成第一電容器83(圖8)及在手指皮膚與感測極78之間形成第二電容器85。第二電容器85的電容隨著感測極78靠近凸線或凹紋的不同程度而變化。因此感測器30可模擬為一上電容式分壓器。當距離d2改變時，由單位增益電壓跟隨器或放大器73所感測的電壓也隨之變化。
通常感測元件30a在極小電流和極高阻抗下操作。例如，希望每個感測極78的輸出信號大約為5至10毫伏以減小干擾的作用及允許進一步處理信號。由屏蔽極80外部尺寸所限定的每個感測元件30a的直徑大約為0.002至0.005英寸。絕緣層76和表面絕緣層54的厚度最好在大約1μm的范圍內(nèi)。接地平面極68將操作電子裝置自激勵極71屏蔽掉。一層較厚絕緣層67使這兩層結(jié)構(gòu)之間電容減小，從而減小需用于激勵電極的電流。熟悉技術(shù)的人可以理解很容易形成通過電極78、80的導線接至操作電子電路的不同信號。此外，所闡述的信號極性可容易地改換。
感測器30的總接觸或感測面最好大約為0.5乘0.5英寸，這個尺寸容易制造同時仍能提供足夠大的表面用于正確的指紋感測和鑒定。根據(jù)本發(fā)明的感測器30也相當?shù)厝萑淌笤蚋袦y元件30a。典型的感測器30包括一個由256乘256個象元或感測元件組成的陣列，當然本發(fā)明也設(shè)想其它陣列尺寸。感測器30也可主要使用常規(guī)半導體制造技術(shù)于同一時間制造出來，因而顯著地減少制造費用。
參照圖11，它描述了包括指紋感測器30在內(nèi)的設(shè)備90的功能劃分。指紋感測設(shè)備90可配置以提供一個或多個指紋的位移感測，提供圖像顯現(xiàn)觸發(fā)器，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，提供充分的圖像獲取和圖像整體性確定，提供對比度增強和規(guī)范化，及提供圖像二進制化。在所闡述的實施例中，感測器30通過所述接口91連至并行處理器和存儲陣列92及控制處理器93。并行處理器92可對圖像質(zhì)量和壞塊進行確認；對邊緣進行增強、平滑和削?。划a(chǎn)生凸線走向向量；使向量平滑并產(chǎn)生指紋吻合中所需的凸線走向特征；鑒別指紋中心；將曲線生成、平滑和凈化；以及提供細節(jié)鑒定。所述控制處理器93可提供細節(jié)對準和吻合，細節(jié)存儲，生成授權(quán)碼，及通過所述接口94與主機通信。所闡述的本地非易失性存儲器95也可包括在設(shè)備90內(nèi)。
圖11的設(shè)備90的一種改變由圖12的設(shè)備100所闡述。此實施例包括感測器和處理電子電路的雙芯片型式。設(shè)備100包括通過一個本地存儲總線接口99連接的一個感測器芯片96和一個鑒定芯片97。圖12的所闡述實施例中還包括一個掃描控制處理器98，而余下的功能部件與圖11中的部件相同。
參照圖13和14可進一步了解來自感測器30的感測信號的解調(diào)和初始處理。所闡述電路110和120兩者最好都用交流供電。此外，感測器上的電壓幅值與本地接地平面的位移成比例，因此信號供進一步使用前應(yīng)予解調(diào)。圖13闡述一個本地比較器112，用于控制和管理并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程。該處理器能向整排或整列象元或感測元件30a提供參考電壓序列并顯示SigO線上的轉(zhuǎn)變。如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，可以實現(xiàn)連續(xù)逼近的轉(zhuǎn)換先按大步處理，接著按較小范圍內(nèi)愈來愈細的步子處理。SigO輸出量可以是二進制總線連接而SigA輸出量是一個可用作模擬參考電壓發(fā)生電路一部分的解調(diào)模擬信號。
圖14中闡述的電路120中的存儲器可用于同時地為全部感測單元或象元實行局部對比度增強。模擬比較器112能用于為判定元件進行計算。由所闡述的鎖存器113所提供的二進制移位寄存器可將二進制輸出圖像移位。另一方案是，如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，可使用常規(guī)存儲陣列尋址將輸出圖像讀出。由于電路120具有它自己的本地存儲器，它不需單獨的緩存組以存儲象元數(shù)據(jù)。
皮膚導電性的變化和污染可能導致電場信號的相移。因此圖13和14的處理電子電路110、120最好包括一個同步解調(diào)器或檢測器111以使全部電路對任何這類導電性的變化不太敏感。
一部分陣列中感測單元或象元30a的互連原理性地闡述于圖15中。所示的列數(shù)據(jù)傳送線121、排數(shù)據(jù)傳送線122和比較器參考線123連至感測單元30a陣列?；ミB形式最好是8乘8感測單元的塊，當然本發(fā)明也設(shè)想其它配置。
可參照圖16和17了解處理器電路。圖16的電路130包括電荷耦合裝置(CCD)移位寄存器131，后者包括眾多的單個移位寄存器135。移位寄存器131的功能是用作一個抽頭的延遲線以便于圖像信號處理。寄存器135向在所述塊處理器134控制下操作的相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器132饋送信號。感測放大器輸出端連至CCD模擬移位寄存器135，每排象元有一個移位寄存器。接著自寄存器移位出一排數(shù)據(jù)至用作操作轉(zhuǎn)換裝置的A/D轉(zhuǎn)換器132。轉(zhuǎn)換器在象元到達時將每個象元轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字的字。轉(zhuǎn)換過程和A/D參考電壓在塊處理器控制之下，其中每個塊處理器可控制一排或更多排，例如每個處理器控制16排?？墒褂孟惹跋笤D(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)完成有限的動態(tài)對比度補償以為參考電壓定標；然而仍需要有效的下游數(shù)字圖像處理。
圖17的電路140類似于圖16的電路。在圖17中，如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，在所闡述的塊處理器134的控制下，比較器141提供圖像輸出信號。
轉(zhuǎn)向圖18，此電路實施例150類似于圖11中的實施例。圖18的電路150闡述性地包括一個16乘16的感測單元或圖像單元30b陣列，感測單元由所述排選擇數(shù)據(jù)輸入多路轉(zhuǎn)換器151，列選擇總線驅(qū)動器153和比較器參考電壓分壓器152選擇性地尋址和讀取。一旦自電場感測極獲取一個圖像并加以數(shù)字化，即可自圖像中提取指紋特征。圖18闡述一個連至數(shù)字信號處理器組92的感測器的高水平視圖。此例中一個128乘128的象元陣列劃分為16乘16的圖像單元30b陣列，其中每個圖像單元由8乘8象元陣列組成。
每個圖像單元30b具有一個服務(wù)于整個單元的單個比較器參考線。當對一個單元30b掃描時，并行處理器中的一個為該單元30b管理參考電壓并為該單元的所有感測器記錄數(shù)字化信號。在對單元30b中的感測器的掃描過程中，處理器能同時使來自單元的數(shù)據(jù)相關(guān)連，以產(chǎn)生該單元中凸線走向的初步估算。在所闡述的實施例中，控制處理器93管理感測信號的掃描和數(shù)字化，并對完成特征提取和吻合功能的并行處理器組92進行監(jiān)管。其它所闡述的部件類似于以上參照圖11所討論的部件。
轉(zhuǎn)向圖19，圖中闡述了有可能用于指紋細節(jié)處理的流水線式實施的4乘4處理器矩陣電路180。電路180包括一個處理器陣列184，一個感測器陣列輸入/輸出部分181，一個非易失性存儲器接口182，及所闡述的多處理器陣列時鐘和控制單元182。所闡述電路180用于鑒定指紋的獨特細節(jié)和確定其位置以確定所感測指紋與眾多參考指紋中之一的吻合程度。換言之，處理器184可使細節(jié)與一套先前存儲的參考細節(jié)吻合以完成鑒定過程。例如，當完成肯定的鑒定之后，電路180可通過一個主處理器接口發(fā)送一個恰當?shù)丶用艿南⒁酝ㄖ獠刻幚砥鳌?br> 一般需要保證在指紋的整個面積上在指紋的凸線和凹紋之間存在足夠?qū)Ρ榷?。圖20的電路160原理性地闡述用于對象元陣列30a提供動態(tài)對比度增強的包括眾多互連的電阻器162的電阻性網(wǎng)絡(luò)或矩陣161。相鄰象元的作用是用于將每個象元輸出量規(guī)范化而仍提供足夠的對比度。該電路包括一對用于提供增強對比度輸出信號的放大器163、164。
將感測器信號與參考信號相比較可確定每個象元的值，該參考信號將塊參考信號與來自直接面積的所有感測器的信號的加權(quán)平均值相加。方的電阻網(wǎng)或矩陣向每個象元比較器同時提供必需的加權(quán)平均值。全局塊參考線165最好用階梯狀波形驅(qū)動，而比較器輸出量則顯示狀態(tài)的變化。通過注意階梯哪一步促使象元的比較器改變狀態(tài)，即可確定每個象元的灰度值。
參照圖21的電路170可了解動態(tài)對比度增強的改變方案。動態(tài)對比度增強也可由互連象元節(jié)點174的電容器171的陣列172實現(xiàn)。在此實施例中，陣列172接收自上面更詳細地描述的同步解調(diào)器175獲取的交流信號。這些電容器171用作AC阻抗網(wǎng)絡(luò)，用于以類似于供DC信號用的電阻網(wǎng)絡(luò)161(圖20)特性的方式將AC信號散布和求平均值。在AC對比度增強電路170中，在其它實施例中可能為解調(diào)電路一部分的低通濾波器移至比較器177電路部分?？墒褂贸Ｒ?guī)半導體加工技術(shù)容易地做出電容器陣列172，其優(yōu)點是與電阻器陣列實施方式相比較尺寸較小。
電阻矩陣電路160和電容矩陣電路170可提供用于圖像對比度增強的加權(quán)。另一方案是通過下游軟件完成這類增強，這可能需要相當長的時間完成全部過程。相應(yīng)地，電阻矩陣和電容矩陣配置可提供更大的總處理速度。此外，感測器30處的這類初始處理可在某此實施例中允許將8位AD轉(zhuǎn)換器簡化成1位轉(zhuǎn)換器，但仍能提供高速和相對低的費用。例如，希望指紋圖像的處理和吻合程度的確定在一定的應(yīng)用場合下在幾秒鐘內(nèi)完成以避免用戶失望。
參照圖22，描述了本發(fā)明另一方面，其中感測器30可包含于安全的感測盒190內(nèi)。感測器30最好安裝時避免彎曲或挪位以免對芯片或其電連線產(chǎn)生應(yīng)力。更具體地，整個盒子可包括一個防擺弄外殼191。例如，外殼191可由硬塑料材料或金屬制成，這些材料堅實得可抗切割、擦磨或鋸割。另一方案是外殼191的材料在遇到鋸割、溶蝕或其它形式侵襲時被壓皺并將其內(nèi)部電路部件毀壞。
感測盒190還包括所闡述的襯底195，處理器192，可被破壞的存儲器195和加密輸出電路194。更具體地，加密輸出電路194所提供的輸出信號只能由指定的下游裝置解密。美國專利號4,140,272；5,337,357；4,993,068和5,436,972的說明書中每個都公開了不同的加密方法。
感測盒190的輸出量可通過導電線或銷子送至相關(guān)連的下游解密設(shè)備，或者可如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，電感地或光學地連至有關(guān)設(shè)備。還如熟悉技術(shù)的人所了解的，可在加密輸出部分提供電的或其它類型的保護以保證諸如存儲在存儲器193內(nèi)的指紋數(shù)據(jù)庫之類的數(shù)據(jù)不易被外部連結(jié)和/或信號操作所讀取。
感測器30和處理器192可配置以提供完整的感測器處理特征范圍中的任何一個。例如，加密輸出量可以是一個原始圖像，一個處理過的圖像，指紋細節(jié)數(shù)據(jù)，一個是/否吻合標志，或個人鑒定和數(shù)字記號鍵。
所闡述的感測盒190還包括位于感測器30的上絕緣層52與外殼191的相鄰部分之間的接口處的一堆密封材料196。本發(fā)明也設(shè)想其它用于在暴露的上絕緣層與相鄰外殼部分之間的接口處提供很好的防水密封的密封結(jié)構(gòu)。此外，可例行地用清潔液擦清窗口以減少它的污染。由于通常將諸如異丙基酒精之類的不同酒精用作清潔液，因此外殼191和密封堆196最好是抗這類化學品的。
轉(zhuǎn)向圖23，其中闡述了另一個感測盒220，并討論了根據(jù)本發(fā)明的集成電路盒的有關(guān)問題和解決方法。如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，由于指紋感測器集成電路需被所掃描的手指觸摸，它提出了特殊的封裝困難。在常規(guī)集成電路制造中通常希望避免對集成電路觸摸，部分是由于潛在的污染。有關(guān)的主要污染物是鈉和其它堿金屬。這些污染物可在通常用于鈍化保護集成電路的SiOx層中產(chǎn)生游離離子。其結(jié)果的氧化物電荷使裝置特性變壞，在MOS技術(shù)中尤其如此。
一種用于控制游離離子污染的常規(guī)的方法是在集成電路上用帶有攙雜磷的鈍化層的密封封裝。如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，攙雜磷通過俘獲機制可減小污染物的游離性。塑料封裝現(xiàn)已更為普及，及一層氮化硅鈍化層可用于塑料封裝。氮化硅可極大地減小污染物的滲透性以允許用戶手指與集成電路直接接觸。因此，根據(jù)本發(fā)明，最好將氮化硅用作指紋感測器的鈍化層。
本發(fā)明中的指紋感測器也提出了幾個獨特的封裝要求，包括該盒應(yīng)該開啟以允許手指與感測器的指模接觸；該盒在物理上應(yīng)堅實以經(jīng)受住粗糙的使用；該盒和指模應(yīng)能經(jīng)受清潔劑和/或消毒液的反復清洗；該指模應(yīng)能經(jīng)受各種不同有機和無機污染物的觸摸，并應(yīng)能經(jīng)受腐蝕；以及最后該盒應(yīng)比較便宜。
圖23的所闡述的盒220是針對這些問題的。盒220包括一個裝在金屬襯板222上的集成電路指模221，在澆注模壓該盒的環(huán)繞塑料材料191時金屬襯板222連至連接框223。如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，由連線227和連接框223通至向外伸展的引線228，從而實現(xiàn)連接。塑料外殼191的上表面包括一個整體模壓而成的允許接觸指模221的開口52。塑料模壓件與相鄰的指模的上表面部分之間的粘合產(chǎn)生此實施例中的密封。
集成電路指模221也可包括一層氮化硅的鈍化層224，用于上面強調(diào)過的目的。此外，如所述感測盒220中所示，指模221可具有第二層保護層225。為保留感測器靈敏度，每一層224、225最好比較薄，例如1個微米的數(shù)量級。外面的一層225可以是有機材料，例如聚酰亞胺或PTFE(聚四氟乙烯)，它們的優(yōu)點是抗磨損并提供物理保護。無機涂層，例如碳化硅或非晶狀鉆石，也可用作外面的一層225，并可很大地增強抗磨損能力，特別是抵抗腐蝕性顆粒。此外，保護性指模涂層225的材料最好與標準的IC模式確定方法相兼容以便允許對焊片進行蝕刻。
集成電路指模221上的焊片可用鋁制成。另一種可能更好的方法是用電鍍方法形成的金塞將焊片密封。為減小由彎繞的連接線227所占高度，該指模221可直接倒裝焊接，這是另一個本發(fā)明的實施例，但未示出。在其它實施例中感測盒220可使用自動帶焊技術(shù)制造。
回到圖22，感測盒190可在例如外殼191破裂時將存儲器198和/或其它集成電路部件損壞掉或變得安全?？稍诩呻娐分改Ｉ霞佑靡粚硬牧?93，它在溶解時能破壞指模。存儲器193也可在暴露于光線下時或在維持電流消失時毀壞自身或?qū)⑵鋬?nèi)容清除掉。熟悉技術(shù)的人容易理解用于保證感測盒190的數(shù)據(jù)和處理能力的完整性的其它方法。相應(yīng)地，本發(fā)明提供條件以使諸如授權(quán)指紋的數(shù)據(jù)庫，加密用秘鑰或授權(quán)碼等敏感數(shù)據(jù)不易自感測盒190中盜走。此外，雖然如此處廣泛描述的感測盒190可能最好包含電場感測器30，但其它感測器也可包含于安全感測盒內(nèi)。
感測器30及其相關(guān)連的處理電路的不同實施例可實現(xiàn)若干常規(guī)指紋吻合算法中的任何一種。
指紋細節(jié)也即指紋凸線的分支或分又和末端經(jīng)常用于確定樣本指紋與參考指紋數(shù)據(jù)庫之間的吻合程度。這類細節(jié)吻合容易由處理電路實現(xiàn)。例如，美國專利號3,859,633和3,893,080的說明書中有基于指紋細節(jié)吻合的指紋鑒定。美國專利號4,151,512的說明書描述了使用提取的凸線外形數(shù)據(jù)的指紋區(qū)分方法。美國專利號4,185,270的說明書，公開了一種也是基于細節(jié)的用于編碼和驗證的過程。美國專利號5,040,224的說明書公開了一種方法，用于將指紋預(yù)處理以便正確地確定每個指紋圖像的中心位置以供以后細節(jié)模式吻合之用。
轉(zhuǎn)至圖24-26，其中描述了本發(fā)明另一主要方面。由于本發(fā)明的上述感測器30與相關(guān)連的電路提供相當快和有效的指紋圖像處理，用戶可獲得有關(guān)在諸如所闡述的電場感測器30的指紋感測器上的手指定位的準實時反饋。因此，用戶可快速地和正確地將他的手指重新定位，正確地獲得鑒定，以及接著向前完成所需任務(wù)。在過去，例如在美國專利號4,947,443的說明書中只描述了一種用戶所用簡單的通過或不通過標志，這種標志很可能需要相當長時間。通常知道，除非能在數(shù)秒內(nèi)給出標志，否則隨著時間的增長將會導致用戶失望。此外，簡單的通過/不通過標志只能提示用戶重新嘗試而無任何有關(guān)不通過標志的原因的有用指導信息。
設(shè)備200(圖24)闡述性地包括一個在操作上連至一個圖像處理器201的指紋感測器30。如熟悉技術(shù)的人所容易理解的，圖像處理器201可包括抽頭延遲線或其它用于自所感測指紋中確定中心點的功能性中心點計算器202?？梢源_定相對于預(yù)定參考中心點的中心點位置并通過位置指示器203給用戶一個標志。圖像可進一步分析，及如所加的手指壓力太大或太小，則也可給用戶一個標志。因此可以顯著地減小可能的用戶失望。如果經(jīng)過預(yù)定次數(shù)嘗試后重新定位和/或壓力的變化無效，則將有效地通知用戶需要清潔感測器。
轉(zhuǎn)向圖25，圖中進一步描述了在諸如所闡述的包括一個鍵盤36和顯示器37在內(nèi)的這類筆記本計算機35的計算機工作站中使用的位置反饋的感測和指示的具體實施方式
。本發(fā)明的這個方面除所闡述的筆記本計算機外，尚可用于許多類型的固定的和可攜帶計算機工作站。
指紋感測器30接納用戶手指。計算機處理器與指紋感測器30一起在顯示器37的窗口207上產(chǎn)生一個指紋圖像206及圖像上的中心點205。在所闡述的實施例中，顯示圖像還包括一個目標中心點208以協(xié)助用戶重新將手指定位以供正確讀取用。
除可視圖像指示之外，可給出進一步指示，顯示帶有相關(guān)連方向箭頭的字幕“向上移”及“向下移”。尚可給出有關(guān)壓力的指示，例如所闡述的字幕“增大壓力”。
還有一種反饋和壓力指示的方案，可以由裝在計算機外殼內(nèi)的揚聲器39發(fā)出合成生成的語音消息。例如，所生成的語音消息可闡述性地包括聲明“將手指移向上方和左方”及“增加手指壓力”。本發(fā)明也設(shè)想其它有用消息。
參照圖26的設(shè)備210可理解手指位置反饋的感測和指示的又一個實施例。在此實施例中，感測器30用于操縱一個訪問控制器211，而后者又能例如操縱一扇門以允許恰當?shù)罔b別過的用戶入內(nèi)。用于分別指示向上和向下移動及向左和向右移動具有LED 212、213形式的簡單可視指示可用于向用戶指示將手指恰當定位和重新定位。所闡述的實施例也包括眾多用于指示壓力的LED 214。
一個指紋感測盒包括一個防擺弄的外殼，一個裝在外殼內(nèi)的指紋感測器，一個裝在外殼內(nèi)并在操作上連至指紋感測器用于產(chǎn)生一個與所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號的加密輸出電路。指紋感測盒還可包括一個在操作上連在指紋感測器與加密電路之間的處理器。該盒包括一個用于存儲參考指紋信息的參考指紋存儲器。處理器具有能力判斷所感測指紋是否與所存儲參考指紋吻合。一個清除電路能對擺弄作出反應(yīng)而將參考指紋信息自參考指紋存儲裝置中清除掉。
權(quán)利要求
1.一種指紋感測盒，包括一個防擺弄外殼；一個裝在所述外殼內(nèi)的指紋感測器；及一個裝在所述外殼內(nèi)并在操作上連至所述指紋感測器用于產(chǎn)生一個與所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號的加密輸出裝置，同時一個處理器在操作上連在所述指紋感測器與所述加密輸出裝置之間。
2.權(quán)利要求1所要求的指紋盒，其中參考指紋存儲裝置用于存儲參考指紋信息，及所述處理器包括用于確定所感測指紋是否與所存儲參考指紋吻合的參考指紋吻合裝置。
3.權(quán)利要求1所要求的指紋盒，其中清除裝置用于對擺弄作出反應(yīng)將參考指紋信息自所述參考指紋存儲裝置中清除掉。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所要求的指紋盒，其中所述指紋感測器包括一個具有一個用于接納與其相鄰的手指的外表面部分的集成電路，及所述外殼包括一個穿過其中與集成電路的外表面部分對準的開口。
5.如權(quán)利要求4所要求的指紋盒，其中密封裝置用于將集成電路的外表面部分與相鄰的外殼部分之間的接口密封，其中所述密封裝置最好包括一堆密封材料。
6.如權(quán)利要求5所要求的指紋盒，其中所述外殼包括一種塑料材料，及密封裝置包括塑料材料與集成電路的相鄰部分之間的密封層。
7.如權(quán)利要求3所要求的指紋盒，其中所述集成電路包括一層最外面的氮化硅層，在所述指紋盒中所述集成電路包括一層包括碳化硅和鉆石中的一個的最外層，及所述指紋感測器包括一個電場指紋感測器，及所述電場指紋感測器最好包括一個電場感測極陣列；一層與所述電場感測極相鄰的絕緣層，所述絕緣層用于接納與其相鄰的手指；以及驅(qū)動裝置，用于將電場驅(qū)動信號加至所述電場感測極和手指的相鄰部分以便當手指電極暴露于所述外殼外表面上時，所述電場感測極產(chǎn)生一個指紋圖像。
8.一種指紋感測盒，包括一個防擺弄外殼；一個裝在所述外殼內(nèi)的指紋感測器；位于所述外殼內(nèi)用于存儲參考指紋信息的參考指紋存儲裝置；一個在操作上連至所述指紋感測器與所述參考指紋存儲裝置用于確定所感測指紋是否與所存儲參考指紋吻合的處理器，以及用于對擺弄作出反應(yīng)將參考指紋信息自所述參考指紋存儲裝置中清除掉的清除裝置。
9.權(quán)利要求1至7或8中的任一項所要求的指紋盒包括裝在所述外殼內(nèi)和在操作上連至所述處理器用于產(chǎn)生與所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號的加密輸出裝置，及所述指紋感測器包括一個具有一個用于接納與其相鄰的手指的外表面部分的集成電路，及所述外殼包括一個穿過其中與集成電路的外表面部分對準的開口。
10.一種指紋感測盒，包括一個具有一個穿過其中的開口的外殼；一個裝在所述外殼內(nèi)并包括一個集成電路的指紋感測器，所述集成電路具有一個用于接納與其相鄰的手指的外表面部分并如此定位以使外表面部分與所述外殼的開口對準；以及密封裝置定位以將集成電路的外表面部分與相鄰外殼部分之間的接口密封，其中所述密封裝置包括一堆密封材料，同時所述外殼包括一種塑料材料，及密封裝置包括塑料材料與集成電路的相鄰部分之間的密封層，還包括裝在所述外殼內(nèi)和在操作上連至所述指紋感測器用于產(chǎn)生一個與所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號的加密輸出裝置，及一個在操作上連至所述指紋感測器的處理器。
11.一種用于制做和安全地操作一類包括指紋感測器的指紋感測盒的方法，所述方法包括以下步驟在防擺弄的外殼內(nèi)安裝指紋感測器；在防擺弄的外殼內(nèi)產(chǎn)生一個與來自指紋感測器的所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號，將參考指紋信息存儲在外殼內(nèi)以及在防擺弄的外殼內(nèi)確定所感測指紋是否與一個所存儲參考指紋吻合。
12.權(quán)利要求11所要求的方法包括以下步驟對擺弄作出反應(yīng)將參考指紋信息自防擺弄的外殼中清除掉；形成一個具有一個用于接納與其相鄰的手指的外表面的集成電路指紋感測器；將集成電路指紋感測器安裝在一個具有一個穿過其中的開口并使開口與集成電路的外表面部分對準的外殼內(nèi)；以及將集成電路的外表面部分與相鄰的外殼部分之間的接口密封，同時安裝的步驟包括將一種塑料材料模壓在集成電路周圍的步驟，及密封的步驟包括將塑料材料與集成電路的相鄰部分之間的接口密封的步驟。
全文摘要
本發(fā)明為一種指紋感測盒包括一個防擺弄的外殼，一個安裝在外殼內(nèi)的指紋感測器，一個安裝在外殼內(nèi)并在操作上連至指紋感測器用于產(chǎn)生一個與所感測指紋相關(guān)的加密輸出信號的加密輸出電路。該指紋感測盒可包括一個在操作上連在指紋感測器與加密電路之間的處理器。該盒包括一個用于存儲參考指紋信息的參考指紋存儲器。處理器可確定所感測指紋是否與所存儲參考指紋吻合。提供的清除電路用于對擺弄作出反應(yīng)將參考指紋信息自參考指紋存儲裝置中清除掉。
文檔編號G06K9/00GK1164076SQ9710230
公開日1997年11月5日 申請日期1997年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月20日
發(fā)明者卡爾·W·麥克考利, 斯蒂芬·D·威爾森, 戴勒·R·塞特拉克, 尼考拉斯·W·萬活諾, 查勒斯·L·黑威特 申請人:哈里公司