專利名稱：智能卡的制作方法
發(fā)明
背景技術：
這個發(fā)明通常涉及智能卡，尤其是涉及一種具有改善工作能力的改進智能卡結構。
智能卡目前是已知的，而且通常包含一個具有集成在該卡結構內(nèi)部的有源系統(tǒng)元件的卡形數(shù)據(jù)令牌，用于啟動該卡與多種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的交互式使用，其中這多種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)諸如啟動銷售點購買交易的信用卡計費系統(tǒng)、簽帳卡系統(tǒng)、用于公共交通的費用收取系統(tǒng)、安全存取設備、和任何需要一個能夠與一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相互作用的數(shù)據(jù)標記的應用。智能卡具有兩種基本配置，一種要求與卡閱讀器有直接、正面接觸(諸如那些使用電阻接觸的卡)，而另一種僅僅要求接近該卡閱讀器(諸如那些使用電感或電容性傳輸元件的卡)。兩種配置通常都在物理卡結構內(nèi)部集成了幾個被一個適當起作用設備所需要的基本元件。這些元件包含一個輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸電路；一個局部數(shù)據(jù)處理器；某種類型的非易失性存儲器，用于在有效使用期間在該卡內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)，以及存儲某種形式的程序以啟動該卡與外部數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一起起作用；以及一個電源傳輸電路。就直接接觸智能卡來說，輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸電路和電源傳輸電路通常使用電阻接觸，它允許將由卡閱讀器單元提供的直流DC電源傳送到在該卡內(nèi)部的元件，并提供一個數(shù)據(jù)傳輸路徑。就非接觸的智能卡來說，輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸電路和電源傳輸電路通常采用一個r.f.能量接收電路，它包含用于將接收的能量從一個r.f.形式的外源轉換成為可用的直流電形式的電路。該r.f.能量接收電路通常包含一個電感，它也被用于提供一個數(shù)據(jù)傳輸路徑。在一個可從Racom Systems公司中獲得、題為“About Smart Cards”的刊物中闡述了對當前智能卡技術的綜述。這個刊物的公開因此被包含在此處作為參考。
已經(jīng)提出了包括一個驗證機制用于阻止該卡由除了特許用戶外的所有人使用的智能卡。迄今為止所提出的最安全驗證機制在該卡自身內(nèi)部使用一個指紋閱讀器和相關電路，它能夠讀取該用戶唯一的手指指紋或拇指指紋，將讀取的指紋與一個已知是真跡的存儲版本進行比較，并且如果這兩個版本匹配則允許使用該卡用于交易。這樣一種安全智能卡的描述能夠在1995年12月5日公布的、題為“CREDIT CARD WITH DIGITIZED FINGER PRINT AND READINGAPPARATUS”的美國專利5,473,144，以及題為“IC CARD WITH INDIVIDUAL AUTHENTICATION FUNCTION”的美國專利5,180,901中找到，這些公開在此被包含在內(nèi)作為參考。
在已知的、在卡和閱讀器裝置之間使用直接接觸的這種類型的智能卡中，卡必須被插入到一個槽(諸如在′144設備中的槽18)中，而且用戶的手指或姆指必須被壓在一個支撐表面(諸如在′144設備中的掃描屏幕20)上以便執(zhí)行驗證過程。在901專利中所示的智能卡裝置中，它看起來也使用了直接接觸，該卡必須被置于一個穩(wěn)固的支承表面上以便允許用戶的手指堅固地壓在指紋傳感器區(qū)域1和3上以便允許驗證過程正確進行。
盡管上述方案非常適于內(nèi)在要求智能卡在卡閱讀器中保持固定持續(xù)一段時間的直接接觸應用，但是當這個方案被試圖用于非接觸的智能卡時就遇到了問題。非接觸智能卡的基本優(yōu)點在于以下事實，即該卡可以被飛速地讀取，而不需要用戶在卡閱讀器位置處停止、將該卡插入到一個卡閱讀器里、等待驗證過程結束、然后從閱讀器取回卡。相反地，在一個非接觸卡的裝置中，用戶只要將卡放置在閱讀器的附近，通常同時沿安全入口(例如一個運輸系統(tǒng)十字轉門、或一個自動安全大門或房門)的方向繼續(xù)前進，而驗證過程在用戶前進的同時繼續(xù)進行。如果授權過程是成功的，則該過程期間用戶經(jīng)過安全入口而不需要暫停。這個優(yōu)點在高流通量應用中尤其有效，在該高流通量應用中期望的結果是安全訪問和正常速率的連續(xù)流通流的結合。已知的使用指紋校驗的智能卡系統(tǒng)的確提供了高度的安全訪問，然而，這種系統(tǒng)要經(jīng)受以下的缺點當用戶的指紋正在被檢查真實性時需要在流通流中暫停。
發(fā)明概述本發(fā)明包含一種智能卡，它將指紋核驗集成到一個物理卡結構中，并允許讀取用戶的個人指紋而不需要任何靜態(tài)的讀取表面元件，以便該卡可以被飛速地用于控制對一個安全入口的訪問。
在一個廣義方面，本發(fā)明包含一個物理卡結構，它具有一個位于該卡一個表面上的指紋登記區(qū)域、用于允許用戶緊握該卡以壓下手指或姆指指紋從而用該指紋登記區(qū)域啟動登記的裝置、以及位于該卡內(nèi)部、用于將提供給該指紋登記區(qū)域的物理指紋信息轉換成為用于執(zhí)行該用戶的個人指紋真實性核對的電指紋信號的電子電路。
該啟動裝置最好是在該卡表面上包含傳感器部分，它位于當該卡由用戶緊握時姆指或手指的指紋部分自然放置的位置處，以便每當用戶以恰當?shù)姆绞秸莆赵摽〞r能自動建立穩(wěn)固的接觸，并且能生成可靠的信號。
該電子電路包含用于完全在該卡本身內(nèi)部執(zhí)行指紋驗證核對處理并用于發(fā)送一個通過/未通過信號到安全檢驗點的電路元件。該電路包含一個非易失性存儲器用于存儲授權用戶的指紋的真實版本，以及一個處理器用于將這些已知版本與由指紋傳感器生成的當前指紋信號進行比較。一個r.f.傳輸電路在卡和任何外部設備之間提供了一個數(shù)據(jù)傳輸路徑，而且還能使r.f.能量從一個外部源傳輸?shù)皆摽▋?nèi)部的電路元件。
本發(fā)明提供了與個人指紋校驗有關的相對高的安全性，而沒有妨礙通過該安全檢驗點的流通流。
為了全面了解本發(fā)明的特性和優(yōu)點，應當結合附圖進行隨后的詳細說明。
附圖簡要說明

圖1是一種集成了本發(fā)明的非接觸傳輸智能卡的方框圖；圖2是顯示了一個集成本發(fā)明的智能卡的指紋登記區(qū)域的第一卡表面的視圖；圖3是一個集成了本發(fā)明的智能卡的卡反面的視圖；以及圖4-5是說明了在一個用戶的姆指和手指以及該指紋傳感器之間的交互作用的示意圖。
最佳實施例的詳細說明下面參看附圖，圖1是一種集成了本發(fā)明的非接觸傳輸智能卡的方框圖。如這個附圖中所示，該智能卡包含一個微處理器12、一個指紋存儲器14、一個正面指紋閱讀器16、一個反面指紋閱讀器18、以及一個r.f.傳輸電路20。微處理器12可以包含許多商業(yè)上可獲得的、能夠提供智能卡所需要的如下所述的控制和數(shù)據(jù)處理功能的微處理器中的任何一個，諸如可從Arizona州Chandler的Microchip Technology公司中獲得的這種設備的PIC族中的一種嵌入式處理器。指紋存儲器14包含一個具有足夠存儲容量的非易失性存儲單元，以便永久地存儲授權用戶的一個或多個個人指紋的數(shù)字版本，最好是一個姆指指紋和一個手指指紋(最好是同一只手的食指指紋和姆指指紋)。適于用作指紋存儲器14的非易失性存儲設備的已知類型包含閃速存儲器、PROM、EEPROM、以及在下面這篇專利文獻中公開的磁存儲器單元，這篇文獻為1992年6月30日出版的、題為“Thin Film Magnetic Core Memory And Method Of Making Same”的美國專利No.5,126,971，在此將這篇文獻包含在內(nèi)作為參考。
指紋閱讀器16和18可以包含任何形式的能夠在用戶的手指或姆指部分被牢固地壓在智能卡表面上指紋閱讀器所在的一部分上時，生成表示該用戶的手指或姆指的個人指紋圖案電信號的指紋閱讀器設備。這些電信號通常指示一個在末端和第一個關節(jié)之間手指或姆指的肉質部分上發(fā)現(xiàn)的脊和谷的唯一圖案，且這個圖案是真實性的一個高度可靠指示。閱讀器16和18可以結合在以上參考的兩個專利′144和′901中公開的原理，或者可以包含其它已知的、能夠單獨從手指或姆指按壓中生成所需的圖案信號的等效設備。
R.f.傳輸電路20在內(nèi)部智能卡元件和外部設備之間提供能量和數(shù)據(jù)傳輸，而且通常包含一個感應回路，用于感測從這些外部設備提供的能量和數(shù)據(jù)，以及用于以適當方式處理能量和數(shù)據(jù)信號的電路。這種電路在本領域中是公知的，而且通常包含用于分離r.f.能量和數(shù)據(jù)信號的電路、以及用于在輸入和輸出方向上緩存數(shù)據(jù)的電路。
圖2和3分別說明了在本發(fā)明最佳實施例中的智能卡正面和反面，以及指紋傳感器區(qū)域在每個表面上的最佳位置。參考圖2，在智能卡正面23上的指紋傳感器區(qū)域22位于大約在正面23的右下象限、當由用戶握緊卡(如圖4所示)時該用戶的姆指指紋部分將進行牢固接觸的位置。參考圖3，在智能卡反面25上的指紋傳感器區(qū)域24位于大約在反面25的左下象限、當由用戶握緊卡(如圖5所示)時該用戶的手指指紋部分將進行牢固接觸的位置。由于該指紋傳感器區(qū)域的這種放置，每當由用戶牢固地握緊該卡時，姆指和手指的指紋被牢固地與指紋傳感器區(qū)域進行操作上的接觸。作為結果，該卡能被飛速地使用而不會如現(xiàn)有技術設備所要求的那樣需要任何支撐平臺。
在使用中，通過將授權用戶的一個或多個指紋載入指紋存儲器14把智能卡準備好。這通常在某些授權場所中進行，諸如卡發(fā)行人(例如銀行、停車場所的安全辦公室、航線旅行辦公室、控制訪問團體的行政辦公室、運輸代理的票據(jù)購買場所、等類似機構)的一個分支機構。一旦個人指紋被永久地存儲在存儲器14中，該卡就能夠與相應的控制訪問系統(tǒng)的安全檢驗點結合使用。在每個這樣的檢驗點，提供了一個外部場所，它將用于實現(xiàn)安全訪問控制必要的電子和機械元件結合起來。該外部設備與智能卡以兩種方式進行相互作用第一，通過提供一個r.f.能量源以使智能卡電子設備通電；第二，通過從該智能卡接收允許訪問/拒絕訪問的信號。在卡本身內(nèi)部借助于由微處理器12使用的一個驗證算法執(zhí)行驗證核對。如果由微處理器執(zhí)行的驗證核對的結果表明該卡正由授權用戶攜帶，則微處理器發(fā)布一個允許訪問信號，該信號經(jīng)由r.f.傳輸電路20傳輸?shù)酵獠繄鏊Ｒ坏┯赏獠繄鏊盏竭@個信號，該場所就執(zhí)行必要的控制功能以允許該用戶獲得訪問。否則，則拒絕訪問。
盡管當實質上為了經(jīng)濟和簡單原因，優(yōu)先選用了如圖2-5中所示的平的卡表面外形時，應當明白可以依照期望采用其它表面外形。例如，卡主體可以被制成一個具有實質厚度的三維令牌，在一個或兩個主要表面上具有波狀外形的部分以形成用于姆指或手指的天然嵌入?yún)^(qū)域。
現(xiàn)在將會是顯然的，依據(jù)本發(fā)明示教制成的智能卡提供了兩個優(yōu)點通過指紋驗證技術提供了相對高的安全，以及通過控制區(qū)域的不受阻礙的流通流。本發(fā)明能被使用在需要智能卡技術性能的廣泛種類應用中，這對本領域技術人員來說將是顯而易見的。本發(fā)明特別適用于那些涉及需要不受阻礙的流通流的應用、諸如運輸系統(tǒng)費用收費裝備、機場安全檢驗點、機動車輛通行費收費站、受控制地訪問一個居住團體，以及任何需要將安全性測量和要求車輛或個人的平穩(wěn)流動的要求結合起來的應用。本發(fā)明可以被配置用于單獨訪問控制，或用于結合費用收取進行訪問控制，如在一個運輸系統(tǒng)或收費關卡應用中那樣。
本發(fā)明可以被配置用于如圖所示的右手使用、用于左手使用、和用于單或雙指紋驗證。例如，就單指紋驗證來說，只有一個指紋傳感器區(qū)域22或24被并入到智能卡里，且單一的相應真實指紋信號的集合被存儲在存儲器14中。此外，本發(fā)明可以被配置為右手或左手都使用。在這樣一個應用中，指紋傳感器區(qū)域22、24位于該卡下部的中心附近，以便使一只右手或者左手的姆指和/或食指指紋都能夠被登記下來。
盡管以上提供了本發(fā)明最佳實施例的完整和全面的公開，但是對本領域技術人員來說可以進行各種修改、替換構造和等效。例如，雖然用于微處理器12、指紋存儲器14、和指紋傳感器16、18的具體實例已經(jīng)被描述過了，但是可以依照要求選擇其它設備類型。因此，以上不應該被認為是限制本發(fā)明，本發(fā)明由附加的權利要求書來定義。
權利要求
1.一種用于在安全用戶驗證系統(tǒng)中使用的智能卡，所述卡包含一個具有前面和背面的卡主體；一個指紋傳感器，由所述卡攜帶，并具有一個部分位于所述前面和背面中的一面上，用于提供表示壓在所述傳感器上的一個用戶的一個手指或拇指指紋的實時信號；用于當所述卡由所述用戶的一只手緊握、且所述用戶的所述一只手的手指或姆指與該傳感器表面接觸時允許所述指紋傳感器提供所述信號而不需要外部支撐的幫助的裝置；以及該卡內(nèi)部的驗證裝置，用于從所述指紋傳感器信號中生成電驗證信號，借此，所述實時信號和所述驗證信號能夠在所述卡進行移動時產(chǎn)生而不需要用一個外部支撐來支撐所述卡。
2.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于所述驗證裝置在所述卡中包含一個指紋存儲器，用于存儲已知的真實指紋信號，以及處理器裝置，用于將所述真實指紋信號與所述實時信號進行比較。
3.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于所述卡進一步包含一個r.f.傳輸電路，用于從一個相關的外部源接收r.f.能量，以及用于啟動在所述卡和一個外部相關設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。
4.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于所述驗證裝置進一步包含用于生成一個訪問控制信號以用來控制一個外部訪問控制設備的裝置。
5.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于所述指紋傳感器具有位于所述卡的前面和背面中的一面上的第一部分，用于提供表示一個用戶壓在所述傳感器的所述第一部分上的一個手指指紋的實時信號，以及位于所述卡的所述前面和背面中的另一面上的第二部分，用于提供表示所述用戶壓在所述傳感器的所述第二部分上的一個拇指指紋的實時信號，所述第一和所述第二部分以這樣相對的位置位于所述卡的所述前面和所述背面上，借此使當所述用戶緊握所述卡時所述手指指紋和所述拇指指紋能與所述第一和所述第二部分自我對準。
6.如權利要求5所述的發(fā)明，其特征在于所述驗證裝置在所述卡中包含一個指紋存儲器，用于存儲已知的真實手指指紋及拇指指紋信號，以及處理器裝置，用于將所述真實的手指指紋及拇指指紋信號與所述實時信號進行比較。
7.如權利要求5所述的發(fā)明，其特征在于所述卡進一步包含一個r.f.傳輸電路，用于從一個相關的外部源接收r.f.能量，以及用于啟動在所述卡和一個外部相關設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。
8.如權利要求5所述的發(fā)明，其特征在于所述驗證裝置進一步包含用于生成一個訪問控制信號以用來控制一個外部訪問控制設備的裝置。
9.一種用于安全用戶驗證系統(tǒng)中的智能卡，所述卡包含一個具有前面和背面的卡主體；一個由所述卡攜帶的指紋傳感器，具有位于所述卡的所述前面和背面中的一面上的第一部分，用于提供表示一個用戶壓在所述傳感器的所述第一部分上的一個手指指紋的實時信號，以及位于所述卡的所述前面和背面中的另一面上的第二部分，用于提供表示所述用戶壓在所述傳感器的所述第二部分上的一個拇指指紋的實時信號，所述第一和所述第二部分以這樣相對的位置位于所述卡的所述前面和所述背面上，借此使當所述用戶緊握所述卡時，所述手指指紋和所述拇指指紋能與所述第一和所述第二部分自我對準；用于當所述卡由所述用戶緊握、且所述用戶的手指或姆指與所述傳感器的所述第一和第二部分接觸時允許所述指紋傳感器提供所述信號而不需要外部支撐的幫助的裝置；以及在該卡內(nèi)部的驗證裝置，用于從所述指紋傳感器信號中生成電驗證信號，借此，所述實時信號和所述驗證信號能夠在所述卡進行移動時產(chǎn)生而不需要用一個外部支撐來支撐所述卡。
全文摘要
一個用于和一個安全入口、諸如運輸十字轉門、居住訪問門、或停車設施等一起使用的智能卡，用于執(zhí)行對授權通過的驗證核對。一個指紋傳感器位于該卡的每個主要表面上、在對應于姆指和一個手指的自然放置的位置上。指紋傳感器生成指紋圖案信號，通過使用一個位于該卡內(nèi)部的處理器將它與存儲在該卡的非易失性存儲器中的真實版本進行核對。驗證核對的結果經(jīng)過一個r.f.電路傳遞給相關的外部安全入口，其中該r.f.電路也從該外部設備接收r.f.能量以提供D.C.電源用于該卡內(nèi)部的電路。該卡能被忙碌地使用而不需要在檢驗點停止，借此便于經(jīng)過該檢驗點的業(yè)務流。
文檔編號G06K19/07GK1430178SQ0114548
公開日2003年7月16日 申請日期2001年12月29日 優(yōu)先權日2001年12月29日
發(fā)明者林豐杰, 朱生勃 申請人:麥格耐克斯有限公司