相關(guān)申請的交叉引用

本專利申請要求申請日為2015年11月2日的美國臨時專利申請no.62/249,832的優(yōu)先權(quán)。上述專利申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合在本申請中，作為本申請公開的一部分。

本專利申請主要涉及指紋識別和其在電子設(shè)備安全訪問中的應(yīng)用、信息系統(tǒng)或計算機(jī)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

指紋可以用于對訪問電子設(shè)備、計算機(jī)控制系統(tǒng)、電子數(shù)據(jù)庫或者信息系統(tǒng)的用戶進(jìn)行認(rèn)證，其既可以作為標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證方法，也可以與一種或多種其他認(rèn)證方法，例如，密碼認(rèn)證方法，結(jié)合使用。例如，電子設(shè)備，包括便攜式或移動計算設(shè)備，如筆記本電腦、平板電腦、智能電話和游戲系統(tǒng)，可以使用用戶驗證機(jī)制來保護(hù)個人數(shù)據(jù)，并防止未授權(quán)的訪問。在另一個例子中，為了安全起見，組織或者企業(yè)使用的計算機(jī)或計算機(jī)控制設(shè)備或者系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)僅僅允許授權(quán)人員訪問，從而保護(hù)組織或系統(tǒng)的信息或者其設(shè)備或系統(tǒng)的使用。便攜式設(shè)備以及計算機(jī)控制數(shù)據(jù)庫、設(shè)備或系統(tǒng)中存儲的信息本質(zhì)上可以為個人信息，例如，個人的聯(lián)系人或電話本、個人照片、個人健康信息或其他個人信息，或者組織或企業(yè)專有使用的機(jī)密信息，例如，運(yùn)營財務(wù)信息、員工數(shù)據(jù)、商業(yè)機(jī)密和其他專有信息。如果訪問電子設(shè)備或系統(tǒng)的安全性得到妥協(xié)，那么這些數(shù)據(jù)可以被其他人訪問，從而導(dǎo)致個人私密信息的丟失或有價值機(jī)密信息的丟失。除了信息的安全之外，保證訪問計算機(jī)和計算機(jī)控制設(shè)備或系統(tǒng)的安全性也可以使得設(shè)備或系統(tǒng)的使用得到保護(hù)，該設(shè)備或系統(tǒng)由計算機(jī)和計算機(jī)處理器控制，例如，計算機(jī)控制汽車和其他系統(tǒng)，如atm。

如移動設(shè)備等設(shè)備或如電子數(shù)據(jù)庫和計算機(jī)控制系統(tǒng)等系統(tǒng)的安全訪問可以通過多種途徑實現(xiàn)，例如，使用用戶密碼。然而，密碼可能被輕易擴(kuò)散或獲取，密碼的這一屬性降低了安全性。進(jìn)一步地，用戶需要憑密碼才能使用電子設(shè)備或系統(tǒng)。如果用戶忘記密碼，那么用戶需要執(zhí)行具體的密碼恢復(fù)程序重新獲得認(rèn)證，或者重新獲得訪問設(shè)備的權(quán)限。這樣的過程對用戶來說較為繁瑣，在實際操作中具有各種限制和不便。個人指紋識別可以用于實現(xiàn)用戶認(rèn)證，以減輕與密碼相關(guān)的不必要影響的同時，提高數(shù)據(jù)安全性。

電子設(shè)備或系統(tǒng)，包括便攜式或移動計算設(shè)備，可以使用用戶認(rèn)證機(jī)制來保護(hù)個人或其他私密數(shù)據(jù)并阻止非授權(quán)訪問。電子設(shè)備或者系統(tǒng)上的用戶認(rèn)證可以通過生物特征標(biāo)識中的一個或多個的形式實現(xiàn)，該生物特征標(biāo)識可以單獨(dú)使用或者與常規(guī)的密碼的認(rèn)證方法結(jié)合使用。生物特征標(biāo)識的一種形式是人體的指紋圖案。指紋傳感器可以內(nèi)置于電子設(shè)備或者信息系統(tǒng)中以讀取用戶的指紋圖案，以便該設(shè)備只能由該設(shè)備的授權(quán)用戶通過授權(quán)用戶的指紋圖案的認(rèn)證解鎖。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本專利申請描述的具體實現(xiàn)的例子提供了指紋傳感器設(shè)計，該設(shè)計綜合了以下兩種用于指紋感測的感測功能：(1)使用指定的指紋傳感器捕捉用于指紋識別的指紋圖案；(2)使用指定的光學(xué)反欺騙傳感器感測具有指紋圖案的輸入物體是否為人體手指。指定的指紋傳感器可以給予各種指紋傳感技術(shù)實現(xiàn)。例如，指定的指紋傳感器可以實現(xiàn)為光學(xué)指紋傳感器，其包括用戶指紋識別的一個或多個光學(xué)傳感器。又例如，指定的指紋傳感器也可以為其他類型的指紋傳感器，例如，用于感測指紋的電容指紋傳感器。指定的光學(xué)反欺騙傳感器用于與指定的指紋傳感器協(xié)作，提供額外的感測功能：使用光學(xué)探測光來指示輸入物體通過光學(xué)測量不同于指紋圖案的一個或多個指標(biāo)，針對該可能具有指紋圖案的輸入物體是否為人體手指進(jìn)行光學(xué)感測。所述的指紋傳感器設(shè)計可以用于各種設(shè)備、系統(tǒng)或應(yīng)用中。所述的技術(shù)可以用于保證訪問各電子設(shè)備和系統(tǒng)的安全性，包括便攜式或移動計算設(shè)備，如便攜式電腦、平板電腦、只能手機(jī)和游戲設(shè)備，以及大型系統(tǒng)，如汽車和大型信息系統(tǒng)。

一方面，提供了一種指紋掃描中識別活體手指指紋的方法，包括：使用指紋傳感器檢測與指紋源關(guān)聯(lián)的接觸輸入；響應(yīng)于所述檢測到的接觸輸入，由所述指紋傳感器生成圖像信號，其中，所述由所述電容指紋傳感器生成的圖像信號指示所述指紋的一個或多個圖像；使用與所述指紋傳感器分離設(shè)置的光學(xué)生物特征傳感器生成生物特征標(biāo)記檢測信號，所述生物特征標(biāo)記檢測信號指示不同于所示指紋的生物特征標(biāo)記；處理電路處理所述生成的圖像信號和生物特征標(biāo)記檢測信號，以確定所述檢測到的接觸和所述關(guān)聯(lián)的一個或多個指紋圖像是否來自進(jìn)行觸摸接觸的人體的手指。

另一方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：設(shè)備處理器，執(zhí)行所述電子設(shè)的功能；觸控板，與所述設(shè)備處理器通信，作為用戶界面以操作所述電子設(shè)備；指紋傳感器，與所述設(shè)備處理器通信，且用于檢測與指紋關(guān)聯(lián)的接觸輸入，并生成指示所述指紋的圖像的信號；光學(xué)生物特征傳感器，包括：(1)光源，用于朝所述接觸輸入的位置反射探測光，并生成攜帶與所述接觸輸入關(guān)聯(lián)的信息的信號光，所述信息包括當(dāng)手指為所述接觸輸入時該手指的脊和谷；(2)光學(xué)傳感器，用于接收來自所述接觸輸入位置的信號光，并將接收到的信號光轉(zhuǎn)換為信號，所述信號指示不同于所述指紋的生物特征標(biāo)記的標(biāo)識。所述設(shè)備還包括：指紋處理電路，與所述傳感電路耦合，用于處理所述生成的傳感器信號，以確定與指紋關(guān)聯(lián)的所述接觸輸入是否屬于活體的手指。所述設(shè)備處理器用于，基于所述處理電路對所述指紋的圖像以及所述指紋是否屬于允許接入所述電子設(shè)備的人體的手指的判定，允許或拒絕通過接入所述觸控板來操作所述電子設(shè)備。

另一方面，提供了一種指紋傳感器裝置，包括：觸控板，具有集成觸摸傳感器模塊，所述觸摸傳感器模塊包括：傳感電路，用于響應(yīng)于檢測指紋相關(guān)聯(lián)的觸摸輸入而生成傳感器信號，所述傳感電路包括：電容指紋傳感器，用于檢測所述觸摸輸入并生成作為所述傳感器信號一部分的指示所述指紋的圖像的信號，光學(xué)生物特征傳感器，用于生成指示與指紋不同的作為傳感器信號一部分的生物特征標(biāo)記的信號；處理電路，與所述傳感電路耦合，用于處理所述生成的傳感器信號，以確定與指紋關(guān)聯(lián)的所述接觸輸入是否屬于活體的手指。

另一方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：設(shè)備處理器，執(zhí)行所述電子設(shè)的功能；觸控板，與所述設(shè)備處理器通信；以及集成在所述觸控板中并與所述設(shè)備處理器通信的指紋傳感器裝置，其中，所述指紋傳感器裝置包括傳感電路，用于響應(yīng)于檢測指紋相關(guān)聯(lián)的觸摸輸入而生成傳感器信號，所述傳感電路包括：電容指紋傳感器，與所述觸控板配合，用于檢測所述觸摸輸入并生成作為所述傳感器信號一部分的指示所述指紋的圖像的信號，以及光學(xué)生物特征傳感器，包括：(1)一個或多個光源，用于產(chǎn)生探測光，以照亮所述接觸輸入的位置，并生成攜帶與所述接觸輸入關(guān)聯(lián)的信息的信號光，所述信息包括當(dāng)手指為所述接觸輸入時該手指的脊和谷；(2)分布于不同位置的光學(xué)傳感器，用于接收來自所述接觸輸入位置的信號光，以產(chǎn)生光學(xué)傳感器信號，所述光學(xué)傳感器信號集體代表不同于所述指紋的生物特征標(biāo)記；處理電路，與所述傳感電路耦合，用于處理所述生成的傳感器信號，以確定與指紋關(guān)聯(lián)的所述接觸輸入是否屬于活體的手指。所述設(shè)備處理器用于，基于所述處理電路對所述指紋的圖像以及所述指紋是否屬于允許訪問所述電子設(shè)備的人體的手指的判定，允許或拒絕通過訪問所述電子設(shè)備。

一方面，提供了一種指紋掃描中識別活體手指指紋的方法，該方法包括：使用電容指紋傳感器檢測與指紋源關(guān)聯(lián)的接觸輸入；響應(yīng)于所述檢測到的接觸輸入，由所述指紋傳感器生成圖像信號，其中，所述由所述電容指紋傳感器生成的圖像信號指示所述指紋的一個或多個圖像；使用與所述電容指紋傳感器分離設(shè)置的光學(xué)生物特征傳感器生成生物特征標(biāo)記檢測信號，所述生物特征標(biāo)記檢測信號指示不同于所示指紋的生物特征標(biāo)記；處理電路處理所述生成的圖像信號和生物特征標(biāo)記檢測信號，以確定所述檢測到的接觸和所述關(guān)聯(lián)的一個或多個指紋圖像是否來自進(jìn)行觸摸接觸的人體的手指。

以下結(jié)合附圖、說明書和權(quán)利要求詳細(xì)描述以上所述和其他的方面以及其具體實現(xiàn)。

附圖說明

圖1a為示例性用戶指紋認(rèn)證系統(tǒng)的框圖，其中所述用戶指紋認(rèn)證系統(tǒng)，使用(1)用于采集用于指紋識別的指紋圖案的指定指紋傳感器和(2)用于感測具有指紋圖案的輸入物體是否為人體手指并確定指紋輸入是否為指紋欺騙攻擊的指定光學(xué)反欺騙傳感器，控制對計算機(jī)處理器控制設(shè)備或系統(tǒng)的訪問。

圖1b為在智能手機(jī)中實現(xiàn)的示例性指紋傳感器裝置的框圖。

圖2a為如圖1b的包括壓力傳感器和光學(xué)反欺騙傳感器的諸如智能設(shè)備的移動設(shè)備中結(jié)合使用的示例性指紋傳感器裝置或模塊的框圖。

圖2b為圖2a中所示的示例性指紋傳感器裝置的兩種版本的正視圖。

圖2c為圖2a中所示的指紋傳感器裝置或模塊中的光學(xué)反欺騙傳感器的示例性操作的示意圖。

圖2d為圖2a中所示的指紋傳感器裝置或模塊的另一示例性操作的示意圖。

圖3示出了用于建立認(rèn)證活體手指不同安全性的示例性過程的流程圖。

圖4a為實現(xiàn)有源傳感器像素和放大功能的自電容傳感的示例性指紋傳感器裝置的框圖。

圖4b示出了示例性的傳感器像素。

圖4c示出了所述示例性傳感器像素的電路。

圖5a示出了指紋傳感器裝置的示例，其中，除光學(xué)傳感器之外，該指紋傳感器裝置在每個傳感器像素中結(jié)合使用電容傳感器，以實現(xiàn)指紋信息采集。

圖5b示出了指紋傳感器裝置的另一示例，其中，該指紋傳感器裝置在結(jié)構(gòu)上以空間重疊的配置方式，將光學(xué)傳感器和電容傳感器集成在傳感器像素陣列的每個混合傳感器像素中，以縮小每個混合傳感器像素的表面區(qū)域。

圖6為示例性混合指紋傳感器裝置的正視圖，該混合指紋傳感器裝置在每個混合傳感像素中結(jié)合了光學(xué)傳感器和電容傳感器。

圖7a示出了示例性混合指紋傳感元件或像素的電路圖，其中該混合指紋傳感元件或像素同時具有指紋的電容傳感和光學(xué)傳感功能。

圖7b示出了另一示例性混合指紋傳感元件或像素的電路圖。

圖7c示出了示例性混合指紋傳感元件或像素的電路圖，用于對來自光電檢測器和電容傳感器極板的信號進(jìn)行并行檢測。

圖8為包括電容傳感器和光電探測器的示例性指紋傳感器裝置的框圖。

圖9a和9b示出了基于血液中不同光學(xué)波長下不同光吸收行為的用于手指檢測的光學(xué)傳感。

圖10示出了用于活體指紋檢測中使用空間分布的光學(xué)傳感器的示例。

圖11、12和13示出了光學(xué)指紋傳感器設(shè)計的示例。

圖14、15和16示出了電容指紋傳感器的其他示例，其中，電容指紋傳感器可以用于圖1a所示的設(shè)計中，且每個圖都示出了傳感器像素電路的示例。

具體實施方式

電子設(shè)備或系統(tǒng)可配備有指紋認(rèn)證機(jī)制，以提高設(shè)備訪問的安全性。這類電子設(shè)備或系統(tǒng)可包括：便攜式或移動計算設(shè)備，例如，智能手機(jī)、平板電腦、手腕可穿戴設(shè)備以及其他可穿戴或便攜式設(shè)備，大型電子設(shè)備或系統(tǒng)，例如，便攜式或桌面式的個人電腦，atm，各種終端及各種電子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫或商用或政府用信息系統(tǒng)，監(jiān)控交通系統(tǒng)，包括汽車、船舶、火車、飛機(jī)以及其他。

然而，通過由各種方式攻擊指紋認(rèn)證機(jī)制，來削弱此類設(shè)備或系統(tǒng)的安全或認(rèn)證的訪問。例如，指紋傳感器可被惡意用戶攻擊，惡意用戶可以獲取認(rèn)證用戶的指紋并將盜取的指紋圖案拷貝到與人類手指相似的承載物體上。此類未經(jīng)授權(quán)的指紋圖案可以用于指紋傳感器，以對目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行解鎖。從而，盡管指紋圖案是唯一的生物特征標(biāo)識，但指紋圖案本身也并非完全可靠和安全的標(biāo)識。本文所描述的技術(shù)、裝置和系統(tǒng)提高了現(xiàn)有電子設(shè)備中常用的指紋認(rèn)證技術(shù)，從而可能避免被盜指紋被用于訪問目標(biāo)設(shè)備。具體地，所公開的技術(shù)結(jié)合了(1)用于采集用于指紋識別的指紋圖案的指定指紋傳感器和(2)用于感測具有指紋圖案的輸入物體是否為人體手指并確定指紋輸入是否為指紋欺騙攻擊的指定光學(xué)反欺騙傳感器。指定的指紋傳感器和指定的光學(xué)反欺騙傳感器可以以各種方式集成，如下面示例所示。

在具備指紋傳感安全特性的應(yīng)用中，需要包括具有魯棒性和可靠性的指紋傳感器特性，用于對授權(quán)用戶進(jìn)行高速識別。在諸如消費(fèi)者移動設(shè)備等各種應(yīng)用中，指紋識別慢可以直接影響用戶對其余高質(zhì)量設(shè)備的興趣或信心，從而使得此類設(shè)備中的指紋傳感的性能變得特別重要。所公開的指定的光學(xué)反欺騙傳感器設(shè)計可以以多種實現(xiàn)方式實現(xiàn)，以確定具有指紋圖案的輸入物體是否來自人體，還確定人體是否使用制造的人體手指的假指紋層嘗試入侵系統(tǒng)的指紋傳感安全性。因此，指定的光學(xué)反欺騙傳感器設(shè)計提高了基于指紋傳感技術(shù)用戶安全性。除此之外，用于指定的光學(xué)反欺騙傳感器設(shè)計的光學(xué)傳感機(jī)制可以提供高速響應(yīng)，而不會影響指紋傳感操作的整體響應(yīng)速度。

根據(jù)本申請所描述的技術(shù)，在一些實施例方案中，在指定的指紋傳感器中使用了電容指紋傳感器；在其他實現(xiàn)方案中，在指定的指紋傳感器中使用了光學(xué)指紋傳感器。在電容指紋傳感器中，鑒于傳感電極與手指表面之間的在傳感像素陣列的，每一個傳感像素中的電容耦合，指紋的傳感基于測量傳感電極與手指表面之間的電容實現(xiàn)。由于電容傳感器像素之上的保護(hù)蓋變得非常厚，每個電容傳感器像素感應(yīng)到的電場在空間上快速分散，從而導(dǎo)致傳感器空間分辨率的陡降。結(jié)合傳感空間像素的這種陡降，每個傳感器像素接收的傳感器信號強(qiáng)度也隨著保護(hù)蓋厚度的增加而大幅降低。從而，當(dāng)保護(hù)蓋的厚度超過某個閾值時(例如，300μm)，這樣的電容傳感器將更難提供需要的高空間分辨率的傳感指紋圖案，更難可靠地以可接受保真度的解析感應(yīng)到的指紋圖?？商娲?，指紋傳感器還可以使用光學(xué)指紋傳感器實現(xiàn)。在諸如用于光學(xué)指紋傳感器的移動設(shè)備或厚度有限的設(shè)備等應(yīng)用中，光學(xué)指紋模塊的厚度必須滿足厚度要求。此處公開的光學(xué)指紋傳感器的例子可以配置為足夠薄，以滿足相關(guān)要求。

一方面，所公開的技術(shù)為光學(xué)指紋傳感器提供了指紋傳感器設(shè)計，以將其集成在諸如移動設(shè)備等電子設(shè)備和指定光學(xué)反欺騙傳感器中，來執(zhí)行獨(dú)立的反欺騙傳感功能。一方面，所公開的技術(shù)提供了指紋傳感器設(shè)計，該設(shè)計使用了電容指紋傳感器，用于在電子設(shè)備和指定光學(xué)反欺騙傳感器中進(jìn)行指紋傳感，以提供獨(dú)立的反欺騙傳感功能。根據(jù)所公開技術(shù)的另一方面，提供了基于電容指紋傳感器和指定光學(xué)反欺騙傳感器的混合指紋傳感器，其在像素化傳感器陣列的每個傳感像素中都包括光學(xué)反欺騙像素傳感器和電容指紋傳感器。在實現(xiàn)中，在顯示器的邊緣處，光學(xué)傳感器可以封裝為cmos傳感器陣列或光電二極管陣列，用于指定的光學(xué)反欺騙傳感器或指定的光學(xué)指紋傳感器，或者同時用于指定的光學(xué)反欺騙傳感器和指定的光學(xué)指紋傳感器?？梢栽跈z測器中使用窗口或部分透明涂層。所公開的技術(shù)實現(xiàn)方式的例子可以用于介紹感應(yīng)手指屬性的光學(xué)技術(shù)，包括指紋檢測和判斷指紋輸入是否為指紋欺騙攻擊。光學(xué)技術(shù)可以用于各種具有顯示結(jié)構(gòu)的不同的設(shè)備或系統(tǒng)中。光學(xué)技術(shù)可以搭載在離散設(shè)備中。

指紋傳感器電路和活體檢測

圖1a示出了控制計算機(jī)處理器控制設(shè)備或系統(tǒng)的訪問的用戶指紋認(rèn)證系統(tǒng)的例子。該系統(tǒng)包括指定的指紋傳感器，其包括用于采集用于指紋認(rèn)證的指紋圖案的指紋傳感像素陣列。指紋傳感器控制電路與指定的指紋傳感器耦合，用于接收來自指紋傳感像素的輸出信號，并進(jìn)一步處理所述輸出信號(例如，過濾或放大信號)以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該系統(tǒng)還包括指定的光學(xué)反欺騙傳感器，其向輸入物體投射探測光，并檢測來自輸入物體的反射光以感測具有指紋圖案的輸入物體是否為人體的手指，確定指紋輸入是否為指紋欺騙攻擊。反欺騙傳感器控制電路與指定的光學(xué)反欺騙傳感器耦合，用于接收來自指定光學(xué)反欺騙傳感器的一個或多個輸出信號，并進(jìn)一步處理所述一個或多個輸出信號(例如，過濾或放大信號)以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。指紋處理模塊與所述兩個傳感器控制電路耦合，用于接收各自的數(shù)字信號，并處理所接收的信號，以確定請求的訪問是否允許或拒絕。指紋處理模塊可包括一個或者多個處理器，用于處理指紋圖案并確定輸入的指紋圖案是否為授權(quán)用戶的指紋圖案。指紋處理模塊可以將采集的指紋于存儲的指紋進(jìn)行比較，從而使能或去使能由用戶指紋認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)的功能。在諸如手機(jī)和平板電腦等提供了觸控板與設(shè)備處理器通信作為用戶界面操作電子設(shè)備的各種設(shè)備中，指紋處理模塊操作以允許或拒絕對設(shè)備的觸控板的訪問。

除了指紋圖案以外，指紋處理模塊處理來自指定的光學(xué)反欺騙處理器的信息，以通過確定輸入物體內(nèi)是否有血液流動來確定具有指紋圖案的輸入物體是否為人體手指。指紋處理模塊還可以處理一段時間內(nèi)來自指定的光學(xué)反欺騙傳感器的信息，以提取心跳或輸入物體的某些運(yùn)動，從而進(jìn)一步確定輸入物體是否為人體手指。這就為系統(tǒng)提供了更高的安全性。指紋處理模塊可以處理來自指定光學(xué)反欺騙傳感器的信息，以通過使用人體手指上的制作的材料層來確定指紋輸入是否為指紋欺騙攻擊。進(jìn)而，指紋處理模塊可以分析一段時間內(nèi)來自指定的指紋傳感器的指紋圖像中的某些動態(tài)或特征，以確定輸入物體是否為人體手指。這些特性可以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。例如，atm的用戶指紋認(rèn)證系統(tǒng)可確定請求獲取資金的客戶的指紋?；诳蛻糁讣y與存儲的一個或多個指紋之間的比較，用戶指紋認(rèn)證系統(tǒng)可使atm系統(tǒng)允許用戶獲取資金，且可識別客戶從而將適合的賬戶關(guān)聯(lián)到卡片上或扣除請求的資金額。

在一些實施例中，指定的指紋傳感器使用具有電容傳感像素陣列的電容指紋傳感器，采集代表采集指紋圖像的指紋的不同部分的電容。在其他實現(xiàn)中，指定的指紋傳感器使用光學(xué)檢測器陣列，采集接收光的光學(xué)圖像，該光學(xué)圖像攜帶來自觸摸于光學(xué)指紋傳感器傳感表面的手指的指紋圖案，其中，光學(xué)指紋傳感器傳感表面由照明光線照亮。在進(jìn)一步的實現(xiàn)中，除電容或光學(xué)傳感之外，基于其他指紋采集技術(shù)的指紋傳感器可以用于指定的指紋傳感器，例如，基于壓力的傳感、超聲波傳感、熱傳感等等。不管指定的指紋傳感器如何實現(xiàn)，其指紋傳感都可以通過使用指定的光學(xué)反欺騙傳感器得以增強(qiáng)。

許多設(shè)備或系統(tǒng)可以用于與公開的具有指定的光學(xué)反欺騙傳感器的指紋傳感器通信，包括移動應(yīng)用，各種可穿戴或便攜式設(shè)備(例如，智能手機(jī)、平板電腦，手腕可穿戴設(shè)備)、大型電子設(shè)備或系統(tǒng)，例如便攜式或桌面式個人電腦，atm，各種終端或接入設(shè)備及各種電子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫或商用或政府用信息系統(tǒng)，監(jiān)控交通系統(tǒng)，包括汽車、船舶、火車、飛機(jī)以及其他。圖1b示出了智能手機(jī)或便攜式設(shè)備的示例，其中，圖1a所示的用戶指紋認(rèn)證系統(tǒng)為集成到智能手機(jī)的模塊。

在圖1b中，指紋傳感器裝置23在移動設(shè)備中實現(xiàn)，例如智能手機(jī)1。示出了指紋傳感器裝置標(biāo)記21，以指示指紋傳感器裝置23相對于移動設(shè)備1的示例性位置。在本示例中，指紋傳感器裝置23位于顯示屏的外面。指紋傳感器裝置23包括傳感單元或電路2，其執(zhí)行指紋掃面并獲取指示接收的指紋是否來自人體手指的信號。傳感單元2與處理電路5通信耦合，其包括圖1a所示的指紋處理模塊，以處理來自傳感單元2的信號流并處理與指紋掃描和活體/非活體指紋判斷等相關(guān)聯(lián)的信號。界面6聯(lián)通指紋傳感裝置23和應(yīng)用平臺或主機(jī)設(shè)備7之間的信號流，其可以包括智能手機(jī)1.應(yīng)用平臺7的示例包括智能手機(jī)1、平板電腦、便攜式電腦、可穿戴設(shè)備、以及需要進(jìn)行安全訪問其他電子設(shè)備或系統(tǒng)。例如，界面6可以與智能手機(jī)1的設(shè)備或中央處理器(直接或通過其他部件，如總線或界面)通信，以提供從指紋傳感器裝置21獲得的傳感器數(shù)據(jù)，包括指紋圖像數(shù)據(jù)和指示檢測到的執(zhí)行接觸輸入的指紋是否屬于活體手指的信息。由于用戶的指紋圖案可通過各種方式受損，例如，人體指紋圖案可以由入侵者在物體表面復(fù)制再生從而用于獲取訪問僅僅依靠指紋圖案識別獲取訪問權(quán)限的設(shè)備的權(quán)限，指紋傳感器裝置指示接收的指紋是否來自人體手指可以提高受保護(hù)設(shè)備的安全性。指紋傳感器裝置23對某些指示接收的指紋是否來自人體手指進(jìn)行參數(shù)的進(jìn)行光學(xué)傳感。這是因為，當(dāng)人以手指觸摸到指紋傳感器時，傳感器上接收的信號自身攜帶了某些信號特征，這些特征與人體相關(guān)并且不存在于非活體上，例如，與人體血液流動或心跳相關(guān)的信號特征。

傳感單元2同時執(zhí)行指紋掃描和活體指紋檢測。指紋傳感單元2包括與圖1a中指定的指紋傳感器對應(yīng)的指紋傳感器3，和活體手指傳感器4。指紋傳感器3可以使用自電容傳感，互電容傳感，光學(xué)傳感或者其他傳感技術(shù)中一種或者多種的組合來實現(xiàn)?；铙w手指傳感器4可以包括用于分析指紋圖像動態(tài)來獲取與人體關(guān)聯(lián)的信號特征的電路。例如，從指紋傳感器4獲得的指紋電容或光學(xué)圖像可以攜帶指紋活動信息，從而圖像細(xì)節(jié)，例如，信號幅度，和亮點(diǎn)坐標(biāo)可以用戶確定手指接觸傳感器裝置是否來自于人體。在某些實施例中，活體手指傳感器4可以包括電路，例如，如圖1a所示的光學(xué)反欺騙傳感器的光學(xué)傳感器。電路用戶感測其他生物特征標(biāo)記，例如，掃描的指紋的血液光吸收或心跳或心率等特征。

活體手指傳感器4執(zhí)行活體手指檢測或判斷，該檢測或判斷基于這樣一個事實：當(dāng)血液在整個用戶體內(nèi)流動時，活體手指會移動、伸展或者搏動?；铙w手指傳感器4可以包括壓力傳感器，光學(xué)傳感器或其他可以檢測活體手指活動、伸展或搏動的傳感器。例如，光學(xué)傳感器可以包括光源，如，發(fā)光二極管(lightemittingdiode，led)或激光二極管(laserdiode，ld)，以發(fā)射光；還可以包括光探測器，如，cmos傳感器或光電二極管，以響應(yīng)于發(fā)射光檢測由手指散射的散射光。當(dāng)光在手指組織或血液細(xì)胞中傳播時，一部分光被吸收，一部分光被散射?；铙w手指活動或血液流動導(dǎo)致光吸收橫截面發(fā)生變化。光學(xué)傳感器檢測此類變化，檢測到的信號可以用于指示呈現(xiàn)于裝置的指紋是否來自人體。

一種確定指紋是否來自人體的方法是：分析指紋圖像動態(tài)。在一些實施例中，電容指紋傳感器或光學(xué)指紋傳感器采集的指紋圖像可以攜帶與人體關(guān)聯(lián)的指紋活動信息，從而圖像細(xì)節(jié)，例如，信號幅度，和亮點(diǎn)坐標(biāo)可以用戶確定接觸傳感器裝置的手指是否來自于活體。

在一些實施例中，可以基于光學(xué)傳感來分析手指材料。例如，一個或多個波長的探測廣可以用于照亮手指，手指散射的光指示手指材料信息，包括血液細(xì)胞、心跳、血液流動導(dǎo)致的斑點(diǎn)圖案多普勒頻率變化等?？梢詫κ种干⑸涞墓膺M(jìn)行分析以提取某些與人體相關(guān)的特征。這樣的分析可以用于識別人體是否正在進(jìn)行輸入操作。

在一些實施例中，可以檢測到或拒絕對假指紋(例如，印制在半透明或透明基材上，可以覆蓋在人體手指上)認(rèn)證的嘗試。例如，通過將假指紋圖案置于人體手指上，可以使用兩種方法來拒絕這樣的指紋欺騙。

第一種指示接收的指紋是否來自人體手指的方法是將光學(xué)傳感器(例如，cmos或光電二極管傳感器元件)集成在指紋傳感元件內(nèi)，從而使得攻擊者無法繞過活體指紋檢測。將光學(xué)傳感集成在指紋傳感器芯片可以通過多種方式實現(xiàn)，包括這樣的配置：某些像素傳感器為電容傳感器且至少一個像素傳感器為光學(xué)傳感器。電容傳感器可以用于檢測用于指紋識別的指紋的谷和脊的圖像。光學(xué)傳感器可以作為額外的傳感機(jī)制，通過響應(yīng)于一個或多個不同波長的發(fā)射光檢測手指的散射光來執(zhí)行活體手指檢測。例如，血液針對不同光波長的光吸收特征可以作為指標(biāo)來指示手指是否來自于人體。又例如，人體的手指會經(jīng)?；顒?，因此，入射得到人體手指的光可以產(chǎn)生對應(yīng)的反應(yīng)，這種反應(yīng)是很難被假手指材料復(fù)制的。由此，手指的電容傳感器圖像和人體的光學(xué)傳感特征可以結(jié)合使用，以實現(xiàn)高訪問安全的輸入認(rèn)證。

第二種指示接收的指紋是否來自人體手指的示例性方法是測量來自輸入測量散射光分布，以識別輸入物體是否為假手指。當(dāng)攻擊者手指上佩戴半透明或透明假手指以嘗試欺騙指紋傳感器時，可以使用此方法。由于假指紋的厚度，來自假手指的散射光分布會具有不同于活體指紋的特征，活體指紋不具有多余的假指紋層。因此，即使光散射分布可以與活體指紋類似(由于光通過了透明假指紋)，注冊散射光分布于穿戴在活體手指的假指紋的散射光分布之間仍然具體具有可檢測的區(qū)別。例如，指紋傳感器的頂部傳感表面與置于活體手指上的假指紋層之間形成的界面不同于頂部傳感表面與和定于傳感表面直接接觸的活體手指之間的界面。進(jìn)一步地，可以在不同位置處使用多個光源來提供由手指不同部位散射的散射光分布，從而通過使用不同位置處的光學(xué)檢測器獲得更加完全的手指輪廓。

在實現(xiàn)中，電容指紋傳感器或光學(xué)指紋傳感器采集的指紋圖像的順序可以用來代表指紋圖像輪廓，且可以用于恢復(fù)或采集信號幅度和亮斑分布隨時間發(fā)生的變化。假手指顯示出不同于活體手指的動態(tài)。此外，微壓力傳感器可以集成在設(shè)備中，以通過采集按壓手指表示指紋活動輪廓，來采集活體手指的活動信號。有生命的個體用戶可以處理對應(yīng)的獨(dú)特指紋圖像輪廓和獨(dú)特指紋活動輪廓。通過使用指紋圖像輪廓、指紋活動輪廓和其組合，所述技術(shù)中的指紋傳感器可以區(qū)別假指紋和攻擊者活體手指上的假指紋。

集成壓力傳感器的指紋圖像動態(tài)傳感

圖2a為如圖1b的包括壓力傳感器的諸如智能設(shè)備1的移動設(shè)備中結(jié)合使用的示例性指紋傳感器裝置23的框圖。示出了指紋傳感器裝置標(biāo)記21，以指示置于頂部玻璃蓋50下方的指紋傳感器裝置23相對于移動設(shè)備1的示例性位置。圖2a底部所示為智能平臺1沿分割線22的截面圖，和集成了光學(xué)反欺騙檢測器的指紋傳感器裝置23的放大圖。圖2b示出了用于指紋傳感器裝置23的光源和光學(xué)檢測器的光學(xué)反欺騙檢測器排列的兩種示例性版本的正視圖。

智能設(shè)備1包括具有顯示器和集成指紋傳感器模塊或裝置23的觸控板組件10，集成指紋傳感器模塊或裝置23位于靠近觸控板組件10的顯示屏的位置處。智能設(shè)備1還包括其他傳感器12，如，攝像頭。智能設(shè)備1還可以包括各種按鈕14和16，如，用于接收某些手機(jī)操作過程中用戶輸入的側(cè)面按鈕。觸控板組件10可以包括頂部透明蓋50，如，增強(qiáng)蓋板玻璃，其位于支撐玻璃54之上。彩色環(huán)氧材料層52可以用于將蓋板玻璃50貼到支撐玻璃54上。支撐玻璃54可以用于支撐觸包括顯示屏的控板組件10的底部層56。例如，底部層56可以包括光學(xué)透明導(dǎo)電層，例如，ito圖案，其可以印制在支撐玻璃54的地面或背面。支撐玻璃54可以構(gòu)造形成空洞或其他尺寸或切割，以提供外殼或凹坑以放置指紋傳感器模塊或裝置23及光學(xué)反欺騙檢測器。如果指紋傳感器模塊或裝置23實現(xiàn)電容傳感像素陣列的電容指紋傳感器，覆蓋電容指紋傳感器的頂部透明蓋50可以足夠薄以實現(xiàn)更為有效的電容傳感。

指紋傳感器模塊或裝置23可以包括指紋傳感器芯片24，其設(shè)置于具有集成電路的背部印刷電路板(printedcircuitboard，pcb)25上。背部pcb25可以設(shè)置于柔性印刷電路(flexibleprintedcircuit，fpc)27上。微壓力傳感器26設(shè)置于fpc27的底邊，以測量壓力，并基于壓力測量采集觸摸輪廓，作為整個裝置的反欺騙機(jī)制的一部分。光學(xué)金屬環(huán)結(jié)構(gòu)29可以設(shè)置為包圍指紋傳感器芯片23且位于彩色環(huán)氧材料層52下方。薄環(huán)氧材料可以用于將指紋傳感器裝置20粘貼到蓋板玻璃50上。一個或多個光源33，包括離散組件，如發(fā)光二極管(led)或者激光二極管(ld)，可以設(shè)置為背部pcb25之上或附近。一個或多個光電檢測器35，如光電二極管，可以設(shè)置于指紋傳感器芯片24上，作為活體檢測的光學(xué)反欺騙傳感器的一部分。

在圖2b所示的光學(xué)指紋傳感器設(shè)計中，封裝設(shè)計與其他指紋傳感器設(shè)計不同。在該設(shè)計中，使用與顯示屏分離的單獨(dú)指紋傳感器結(jié)構(gòu)，在顯示屏和指紋傳感器之間設(shè)置了分界(例如，某些手機(jī)設(shè)計中，頂部玻璃蓋板的開口中設(shè)置有類似按鈕的結(jié)構(gòu))。在圖2b所示的設(shè)計下，形成于區(qū)域21中用于光學(xué)指紋的指紋傳感器23位于頂部蓋板玻璃下50下方，從而使得蓋板玻璃或?qū)?0的頂部表面可以作為裝置的頂部表面，其作為連續(xù)均勻的玻璃表面橫跨觸控顯示組件10的顯示屏和光學(xué)檢測器傳感器模塊23。這種在普通的均勻表面集成指紋傳感與觸敏顯示屏的設(shè)計具備的有益效果，包括提高設(shè)備集成度，增強(qiáng)設(shè)備封裝，增強(qiáng)設(shè)備抗故障抗磨損破裂能力，并改善用戶體驗。在一些實施例中，例如圖2d所示的設(shè)計，指紋傳感器模塊可以封裝在離散設(shè)備配置99中，該配置具有帶有顯示屏的結(jié)構(gòu)邊框或邊界，例如，類似于頂部玻璃蓋板50的開口中的指紋傳感器結(jié)構(gòu)的按鈕。

在操作中，指紋傳感器芯片24，基于電容指紋傳感、光學(xué)指紋傳感或其他合適的指紋傳感技術(shù)，采集與位于指紋傳感器芯片24上方的頂部玻璃蓋板上的指紋傳感表面區(qū)域21接觸的手指的指紋圖案。當(dāng)手指觸摸指紋傳感器表面區(qū)域21時，壓力傳感器26執(zhí)行壓力測量，光學(xué)反欺騙傳感器中的一個或多個光源33產(chǎn)生探測光照亮手指進(jìn)行光學(xué)測量，以感應(yīng)接觸的手指是否來自人體。

活體指紋的光學(xué)檢測

在圖2b中，示出了指紋傳感器裝置或模塊的光學(xué)反欺騙傳感的兩種實現(xiàn)23a和23b，其中配置有各種光電二極管和光源。光學(xué)反欺騙床干起的光源可以發(fā)射不同波長的光，例如，可見光范圍的波長和紅外(ir)范圍的其他波長，用于測量血液的在不同光學(xué)波長下的不同光吸收水平，這作為光學(xué)反欺騙傳感器活體手指檢測的一部分。

在指紋傳感器裝置或模塊23a的示例中，指紋傳感器芯片24設(shè)置于具有集成電路的背部pcb25上。離散組件，如一個或多個光源33(例如，led或ld)，固定在背部pcb25上并位于指紋傳感器芯片24的外面，以產(chǎn)生照明探測光。該探測光照亮傳感表面區(qū)域21，在該傳感表面區(qū)域，手指觸摸以產(chǎn)生攜帶手指信息的反射探測光。集成了光學(xué)探測器35(例如，cmos傳感器或光電二極管)，作為指紋傳感器芯片24的一部分，以接收并檢測來自傳感表面區(qū)域21的反射探測光，用于執(zhí)行活體檢測。在所示示例中，提供了三個光學(xué)傳感器35。一個位于指紋傳感器芯片24的中央，其余兩個位于指紋傳感器芯片24的兩個角。在這樣的設(shè)計下，光學(xué)傳感器35的數(shù)量是有限的，從而使得存在于指紋傳感器芯片24的指紋傳感區(qū)域的光學(xué)傳感器不會影響指紋傳感器芯片24的指紋傳感操作。在一些實施例中，光源33還可以集成在指紋傳感器芯片24上。

在指紋傳感器裝置或模塊23b中，光學(xué)傳感器61(例如，cmos傳感器或光電二極管)和光學(xué)反欺騙傳感器的光源63均可以安裝在指紋傳感器芯片24的外部，并且作為具體的實現(xiàn)示例，位于背部pcb25上。傳感器芯片24外的其他位置還可以用于放置光學(xué)傳感器61和光源63。光源63產(chǎn)生照明探測光，其照亮傳感表面區(qū)域21。在這個傳感表面區(qū)域中，手指觸摸以產(chǎn)生攜帶手指信息的反射探測光。光學(xué)傳感器61設(shè)置于接收并檢測來自傳感表面區(qū)域21的反射探測光，用于執(zhí)行活體檢測。

所述技術(shù)的實施例和示例可以用于實現(xiàn)兩種光學(xué)技術(shù)，以檢測活體手指。具體地，光電二極管和光源可以選擇性地集成，包括：(1)將光學(xué)傳感器(例如，光電二極管)，光源或者它們兩者集成在指紋傳感器芯片中；(2)強(qiáng)光學(xué)傳感器(例如，光電二極管)，光源或者它們兩者集成在指紋傳感器芯片外。

在第一活體手指檢測技術(shù)中，某些光電二極管元件分布在指紋傳感元件區(qū)域外，一個或多個光學(xué)傳感元件(例如，光電二極管元件)分布在指紋傳感元件區(qū)域內(nèi)。在該設(shè)計中，某些光電二極管元件靠近光源分布，某些光電二極管元件相對遠(yuǎn)離光源分布。光源和光學(xué)傳感器在不同位置的空間分布可以獲得頂部蓋板玻璃50上指紋傳感區(qū)域21內(nèi)的探測光的不同的光學(xué)入射條件，從而使得產(chǎn)生不同的光學(xué)反射條件以影響用于活體檢測的指紋傳感區(qū)域21的界面上的反射探測光的屬性。光源可以為led、激光二極管(ld)或其他類型的合適光源。

圖2c示出了指紋傳感器裝置或模塊23中的光學(xué)反欺騙傳感器的示例性操作。光路徑窗口71形成于指紋傳感器妙計21的邊界之上或附近，用于從光源33向指紋傳感區(qū)域傳輸探測光75以照亮置于其上的手指77。此外，光路徑串口73形成于指紋傳感器標(biāo)記21的不同邊界，例如，相對的邊界，之上或附近，用于從手指77接收由照片傳感器35反射或散射的探測光79。光源33(例如，離散組件，如led和ld)發(fā)射的探測光束75指向手指77。

圖2c進(jìn)一步示出了指紋欺騙攻擊，在該欺騙攻擊中，假指紋圖案層77f置于手指77上，以嘗試對設(shè)備的指紋安全性進(jìn)行攻擊。當(dāng)攻擊者使用的假指紋圖案層77f并非光透明時，探測光75停止在假指紋圖案層77f，從而無法達(dá)到攻擊者的活體手指。在這種情況下，非透明假指紋圖案層77f散射的探測光不攜帶與攻擊者血液相關(guān)的信息，例如，不同光學(xué)波長下血液的光吸收特征。這是因為，非透明假指紋材料77f與發(fā)射光75以不同于活體手指材料的方式進(jìn)行交互。因此，散射的探測光將會被光電二極管元件35探測為與活體手指不相關(guān)。

攻擊者有可能會將非透明假指紋77f置于指紋傳感區(qū)域并將活體手指置于光電二極管元件區(qū)域。在這種情況下，非透明假指紋圖案層77f散射的探測光與活體手指產(chǎn)生的散射光混合，以攜帶與攻擊者血液相關(guān)的信息，例如，不同光學(xué)波長下血液的光吸收特征。然而，分布在指紋傳感區(qū)域內(nèi)的光電二極管元件35可以確定散射探測光圖案內(nèi)與指紋傳感區(qū)域21直接接觸的非透明假指紋77f和活體手指的直接接觸之間的區(qū)別，從而觸發(fā)訪問拒絕。上述區(qū)別之一為，例如，非透明假指紋圖案層77f散射的探測光不攜帶與攻擊者血液相關(guān)的信息，例如，不同光學(xué)波長下血液的光吸收特征。

攻擊者有可能會在指紋發(fā)欺騙攻擊中使用光學(xué)透明假指紋圖案層77f。在這種情況下，透明假指紋材料形成光路徑，運(yùn)行探測光傳播以達(dá)到攻擊者的活體手指餅將散射光返回到光學(xué)傳感器35。在這種情形下，攻擊者血液相關(guān)的信息，例如，不同光學(xué)波長下血液的光吸收特征，已并不充分可靠。然而，分布在指紋傳感區(qū)域內(nèi)的光學(xué)傳感器35可以確定散射的探測光圖案內(nèi)，透明假指紋77f和指紋傳感器區(qū)域21直接接觸的情形與指紋傳感區(qū)域21在沒有透明假指紋77f的情況下與活體手指直接接觸的情形之間的區(qū)別，從而基于非透明假指紋圖案層77f與指紋傳感區(qū)域21直接接觸和活體手指與指紋傳感區(qū)域21直接接觸的兩種情形之間的光學(xué)界面條件導(dǎo)致的不同的反射光分布圖案，觸發(fā)訪問拒絕。例如，分布在離光源33不同距離處的光電二極管元件35，例如，靠近或遠(yuǎn)離光源33設(shè)置的光電二極管，可以檢測散射光分布圖案中因指紋傳感表面21不同的直接接觸產(chǎn)生的區(qū)別，直接接觸由直接接觸透明假指紋77f和直接接觸或體指紋產(chǎn)生。當(dāng)檢測到與透明假指紋77f的直接接觸時，該區(qū)別可以用于觸發(fā)訪問拒絕。

此外，指紋處理模塊還可以處理一段時間內(nèi)來自指定光學(xué)反欺騙傳感器的信息，以提取諸如手指燈輸入物體的心跳或某些活動(例如，血液流動信息)，或使用一段時間內(nèi)指定指紋傳感器采集的與人體相關(guān)的指紋圖案的某些動態(tài)，或來自壓力傳感器的活動信息，進(jìn)一步確定輸入物體是否為人體手指。所有這些和其他安全傳感特性可以結(jié)合使用，以為系統(tǒng)提供額外的安全性或不同的安全性。

圖2d示出了指紋傳感器模塊99的另一種設(shè)計，其中該指紋傳感器模塊封裝為單獨(dú)的按鈕，執(zhí)行指紋檢測和活體手指檢測。在本實例中，開口或開孔形成為頂部玻璃蓋板50中，以將指紋傳感器模塊99設(shè)置為單獨(dú)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被頂部玻璃蓋板50的開孔或開口暴露。在指紋傳感器模塊99中，提供了頂部玻璃蓋板件95已代替圖2a所示的連續(xù)頂部玻璃蓋板50的一部分。該頂部玻璃蓋板件95置于頂部玻璃蓋板50的開口或開孔中，從而使得頂部玻璃蓋板件95的頂部表面位于周圍頂部玻璃表面50頂部表面之上或附近，作為指紋傳感表面區(qū)域21。在這種設(shè)計中，對玻璃蓋板50材料的剛性和強(qiáng)度的要求要高于圖2a中的設(shè)計。在圖2a所示的設(shè)計中，指紋傳感器模塊23置于連續(xù)頂部玻璃蓋板50下。

圖2d中的獨(dú)立封裝的指紋傳感器模塊99的配置和操作可以與圖2a所示的設(shè)計類似。例如，指紋傳感器芯片可以基于電容指紋傳感、光學(xué)指紋傳感或其他合適的指紋傳感技術(shù)實現(xiàn)。又例如，圖2b所示的光學(xué)傳感器和光源的布局可以用于圖2d所示的設(shè)計中。上述圖2a的體手指檢測和反欺騙操作同樣可以用于圖2d所示的設(shè)計中。

本文所述的指紋傳感技術(shù)可以用于基于訪問設(shè)備(例如，智能手機(jī)或便攜式電腦)或系統(tǒng)(例如，atm、汽車或安全在線數(shù)據(jù))的安全級提供不同級別的指紋傳感。輸入指紋和授權(quán)用戶的授權(quán)指紋的匹配可用于提供基線安全性，在指紋傳感過程中獲得的額外信息可以用于提供進(jìn)一步的安全驗證，以在允許設(shè)備或系統(tǒng)訪問之前提高安全性。例如，一段時間內(nèi)來自指定光學(xué)反欺騙傳感器并從中可以提取諸如手指燈輸入物體的心跳或某些活動的信息(例如，血液流動信息)，或一段時間內(nèi)指定指紋傳感器采集的與人體相關(guān)的指紋圖案的某些動態(tài)，或來自壓力傳感器的活動信息，可以用于提供除指紋匹配之外的增強(qiáng)的用戶驗證功能。

圖3示出了用于設(shè)置認(rèn)證活體手指的不同安全性的示例性過程300的流程圖?？梢曰谡埱髣幼鞯念愋驮O(shè)置不同的安全標(biāo)準(zhǔn)。使用設(shè)備或系統(tǒng)的一個或多個基本功能可能僅要求基本的安全性驗證(例如，使用移動設(shè)備的app或查看數(shù)據(jù)系統(tǒng)中某些基本信息)，而實現(xiàn)其他功能可能需要增強(qiáng)的安全性驗證，例如，訪問合同數(shù)據(jù)庫或手機(jī)上的其他個人信息、進(jìn)行金融交易或查看數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的敏感信息。

例如，正常的動作請求要求通過安全性等級1驗證。某閾值一下金額的金融交易請求，例如，100usd以下的交易，需要通過安全性等級2驗證。超過閾值以上金額的金融交易可能要求更高的安全性驗證。不同安全等級評估之后，觸發(fā)不同安全性等級的動作?？梢酝ㄟ^結(jié)合不同活體手指簽名設(shè)置不同安全級別對應(yīng)的安全性驗證。例如，單一光源信號可以用于設(shè)置安全性等級1驗證，兩個關(guān)心信號可以結(jié)合用于設(shè)置更好的安全性等級2驗證，以此類推。

當(dāng)請求某動作(302)之后，可以開始執(zhí)行方法300。分析請求的動作，以確定合適的安全性等級(304)。當(dāng)確定需要安全性等級1(最低安全性等級)(306)時，需要通過安全性觸發(fā)等級1(314)。當(dāng)指紋分析通過安全性觸發(fā)等級1時，執(zhí)行所請求的動作(324)。然而，當(dāng)指紋分析未通過安全性觸發(fā)等級1時，拒絕所請求的動作(322)。

類似地，當(dāng)確定需要安全性等級2(308)時，需要通過安全性觸發(fā)等級1(316)。當(dāng)指紋分析通過附加安全性觸發(fā)等級2時，執(zhí)行所請求的動作(324)。然而，當(dāng)指紋分析未通過附加安全性觸發(fā)等級2時，拒絕所請求的動作(322)。

當(dāng)確定需要安全性等級3(310)時，需要通過安全性觸發(fā)等級1和安全性等級2(318)。當(dāng)指紋分析通過附加安全性觸發(fā)等級3時，執(zhí)行所請求的動作(324)。然而，當(dāng)指紋分析未通過安全性觸發(fā)等級3時，拒絕所請求的動作(322)?？梢詫崿F(xiàn)如此不同的安全性等級，以基于具體安全性要求提供訪問設(shè)備或系統(tǒng)的更高的安全性。

當(dāng)用戶將手掌皮膚按壓在傳感器上時，所公開技術(shù)中的傳感器電路可以檢測手掌圖案，類似于指紋檢測。

指紋傳感器技術(shù)

通過使用包括自電容傳感、互電容傳感以及光學(xué)傳感等各種傳感技術(shù)其中之一或其任意組合，可以實現(xiàn)本文所述的指紋傳感器模塊。所述用于檢測活體手指的傳感技術(shù)可以在各種指紋圖案傳感技術(shù)中實現(xiàn)，各種傳感技術(shù)其中之一或其任意組合可以與所述判斷指紋是否來自活體的光學(xué)傳感結(jié)合使用。

例如，圖4a為實現(xiàn)主動有源傳感器像素和放大功能的自電容傳感的示例性指紋傳感器裝置400的框圖。指紋傳感器裝置400為基于自電容傳感實現(xiàn)圖1a、1b、2a和2d中指定指紋傳感器示例的一個示例。自電容指紋傳感器裝置400包括設(shè)置于基板載體404上的傳感器芯片402和設(shè)置于傳感器芯片402上的保護(hù)膜或覆蓋層406。保護(hù)膜或覆蓋層406可以保護(hù)絕緣體和電介質(zhì)材料，例如玻璃、二氧化硅(sio2)、石墨、塑料、聚合物或其他基本類似的材料。保護(hù)膜或覆蓋層406可以用于保護(hù)傳感器芯片402，并作為手指401表面和傳感器芯片402中各傳感器像素導(dǎo)電傳感電極之間的電介質(zhì)層的一部分。保護(hù)膜或覆蓋層406為可選層，是否使用該層取決于指紋傳感器裝置400的應(yīng)用場景。在一些實施例中，指紋傳感器裝置400可以設(shè)置于貫穿諸如手機(jī)的電子設(shè)備的頂部蓋板玻璃的開口或設(shè)置于電子設(shè)備的頂部蓋板玻璃之上。在其設(shè)置于玻璃下方的應(yīng)用場景下，不需要設(shè)置保護(hù)膜或覆蓋層406。這是因為，電子設(shè)備的頂部蓋板玻璃可以保護(hù)傳感器芯片402并作為電介質(zhì)層。傳感器芯片402包括傳感器像素陣列，該陣列中傳感器像素相互結(jié)合，可以感應(yīng)或采集與保護(hù)膜或覆蓋層406接觸的手指401的指紋數(shù)據(jù)。傳感器芯片402的每個傳感器像素，基于與手指401的脊或谷關(guān)聯(lián)的電容的電容值，產(chǎn)生輸出信號(例如，電壓)。輸出信號相互結(jié)合，表示手指401的指紋圖像。像素傳感器的數(shù)量越多，指紋圖像的分辨率越高。

圖4b示出了示例性傳感器像素408。傳感器芯片402的傳感器像素陣列中每個傳感器像素可以與示例性傳感器像素408基本類似。示例性傳感器像素108包括運(yùn)算放大器422，以示例性傳感器像素408檢測到的放大電容相關(guān)信號(例如，電壓信號)。傳感器電極412，包括如金屬的導(dǎo)電材料，與運(yùn)算放大器422的負(fù)端和反相端電性連接。圖4b(及本文其他附圖)所示的放大器配置僅僅是一個示例，也可以使用其他放大器配置沒包括正向反饋配置。

圖4c示出了圖4b的等價電路。每個傳感器像素中的傳感器電極412和該傳感器像素處手指401的局部表面共同作為電容cs430的相對板。電容cs430的電容值基于手指401的局部表面與傳感器電極412之間的距離d以及電容cs430的兩極板之間的距離發(fā)生變化。電容值與電容cs430兩極板之間的距離d成反比。當(dāng)傳感器電極412與手指401的脊相對時的電容值大于當(dāng)傳感器電極412與手指401的谷相對時的電容值。

此外，在示例性傳感器像素408的不同導(dǎo)電元件之間可以形成各種寄生電容。例如，在傳感器電極412和設(shè)備接地端414之間可以形成寄生電容cp1426在手指401的局部表面和大地端416之間可以形成另一寄生電路cp2417。設(shè)備接地端與大地端緊密耦合。還可以在放大器422的輸出導(dǎo)體和放大器422的負(fù)極端或反相端形成另一寄生電容cf128，其作為放大器422的反饋電容。

放大器422的正極端與激勵信號vin418電性連接。激勵信號vin418可以直接提供給每個傳感器像素的專用放大器的正極端。通過直接將激勵信號vin418提供給放大器422的正極端，示例性傳感器像素408成為有源傳感器像素。此外，直接將激勵信號vin418提供給放大器422的正極端，可以不再需要包括激勵電極，對于所有傳感器像素都如此。這就減少了傳感器芯片402的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電(例如，金屬)層。除此之外，通過直接將激勵信號vin418提供給放大器422的正極端，激勵信號vin418不直接應(yīng)用于手指，從而避免可能對手指401造成傷害。進(jìn)一步地，因為用于將激勵信號應(yīng)用于手指的激勵電極并未使用，所以指紋傳感器裝置400的所有組件都可以集成到單一封裝設(shè)備中，并且整個指紋傳感器裝置400可以設(shè)置于保護(hù)蓋玻璃之下。對于設(shè)置的保護(hù)蓋玻璃之下的整個指紋傳感器裝置400而言，指紋傳感器裝置400與手指和其他外部元件隔離，以免對指紋傳感器造成潛在傷害。

放大器422可以至少基于可變電容cs430的可變電容值生成輸出信號，該輸出信號可以作為整個指紋數(shù)據(jù)的一部分。放大器422可以至少基于可變電容值和反饋電容cf的反饋電容值生成輸出信號，沒有額外非寄生電容值作為輸出信號產(chǎn)生輸出信號。其一部分原因在于，如上所述，并未在傳感器像素408中使用諸如外部驅(qū)動電極的新增電極。

指紋傳感器技術(shù)：集成在電容傳感像素內(nèi)的光學(xué)傳感器

根據(jù)所公開技術(shù)的另一方面，指紋傳感器裝置的每個傳感像素可為混合傳感像素，其具有用于采集指紋信息的電容傳感器和采集指紋信息的光學(xué)傳感器，包括本專利申請所述的活體指紋檢測。圖5a和5b示出了此混合傳感像素設(shè)計的兩個示例。集成有用于電容性感應(yīng)指紋圖案的電容傳感像素的光學(xué)傳感器可以共同作為制定光學(xué)反欺騙傳感器使用。例如，這樣的光學(xué)傳感器可以用于對一段時間內(nèi)來手指的信息進(jìn)行光學(xué)采集以提取諸如手指等輸入物體的心跳或某些活動的信息(例如，血液流動信息)，或一段時間內(nèi)指定指紋傳感器采集的與人體相關(guān)的指紋圖案的某些動態(tài)，或來自壓力傳感器的活動信息，這些信息可以用于提供除指紋匹配之外的增強(qiáng)的用戶驗證功能。需要注意的是，這樣的集成有用于電容性感應(yīng)指紋圖案的電容傳感像素的光學(xué)傳感器還可以用于采集同一指紋的光學(xué)圖像，基于光學(xué)傳感作為第二指紋傳感器使用。

圖5a示出了指紋傳感器裝置500的示例，其中，除光學(xué)傳感器之外，該指紋傳感器裝置在每個傳感器像素中結(jié)合使用電容傳感器，以實現(xiàn)指紋信息采集。通過結(jié)合電容傳感器和光學(xué)傳感器，至少可以部分通過內(nèi)置光學(xué)傳感器實現(xiàn)活體手指檢測。此外，光學(xué)傳感器獲得的指紋圖像可以用于更好的解析電容傳感器獲得的指紋結(jié)構(gòu)。在這方面，圖5a所示的光學(xué)傳感器形成了具有光學(xué)傳感像素的第二指紋傳感器。該具有光學(xué)傳感像素的第二指紋傳感器可以置于頂部玻璃蓋板50的下方，并且可以通過光學(xué)準(zhǔn)直器元件作為每個光學(xué)傳感像素的構(gòu)成部分。因此，可以基于光學(xué)指紋傳感，在移動設(shè)備或電子設(shè)備或系統(tǒng)中實現(xiàn)圖5a所示的具有光學(xué)準(zhǔn)直器特性的光學(xué)傳感，從而包括：顯示屏結(jié)構(gòu)；頂部透明層，形成于顯示屏結(jié)構(gòu)之上，其作為用戶觸摸并從顯示屏結(jié)構(gòu)傳輸光以為用戶顯示圖像的界面；光學(xué)指紋傳感器模塊，其位于頂部透明層之下，用于接收從頂部透明層返回的檢測指紋的光。光學(xué)傳感器模塊包括具有接收返回光的光電檢測器的光學(xué)傳感器陣列，和光學(xué)準(zhǔn)直器陣列，所述光學(xué)準(zhǔn)直器陣列收集來自頂部透明層的返回光，并將頂部透明層中不同位置處的光進(jìn)行分離，同時將收集的返回光引導(dǎo)穿過光學(xué)準(zhǔn)直器到打光學(xué)傳感器陣列的光電檢測器。

為了示例性描述，圖5a所示的結(jié)構(gòu)表示傳感器像素陣列中的一個傳感器像素，且每個傳感器像素包括光學(xué)傳感器502和電容傳感器514。光學(xué)傳感器502和電容傳感器514在同一個傳感像素中相鄰設(shè)置。

光學(xué)傳感器502是更大光學(xué)傳感像素陣列中的一個光學(xué)傳感像素，其包括光電檢測器508和專職器506。準(zhǔn)直器506設(shè)置于光電檢測器508之上，用戶將手指401的反射光524縮小或朝著光電檢測器508匯聚。一個或多個光源，例如，led(圖中未示出)，可以設(shè)置于準(zhǔn)直器506的周圍，用于發(fā)射光。發(fā)射的光由手指401反射出去作為發(fā)射光524，接著被導(dǎo)向或匯聚到對應(yīng)的光電檢測器508，以采集手指401的一部分指紋圖像。專職器506可以使用不同光纖的光纖束或一個或多個帶有開孔或開口的金屬層實現(xiàn)。圖5a示出了用一個或多個帶有開孔或開口512的金屬層510實現(xiàn)的準(zhǔn)直器506，作為更大的準(zhǔn)直器陣列的一個準(zhǔn)直器像素。

在每個傳感像素的電容傳感部分，電容傳感器514包括與手指的一部分電磁耦合的電容傳感器極板516，其中，手指可以在傳感像素附近，也可以與其接觸，以執(zhí)行電容傳感。更具體地，當(dāng)手指401與可選蓋板504或?qū)崿F(xiàn)指紋傳感器裝置的移動設(shè)備的蓋板相互接觸或基本位于其附近時，電容傳感器極板516和手指401互動，作為一個或多個電容元件522的兩極板。電容傳感器極板516的數(shù)量可以根據(jù)電容傳感器514的設(shè)計變化。電容傳感器極板516可以使用一個或多個金屬層實現(xiàn)。電容傳感器極板516與電容傳感器電路520通信耦合，從而使得電容傳感器電路520可以處理來自電容傳感器極板516的信號，以獲得表示3d指紋結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。接線或屏蔽材料可以設(shè)置于電容傳感器極板516和電容傳感器電路之間，用于電性屏蔽金屬板516。電容傳感器電路520可以與電容傳感器極板516和光電檢測器508通信耦合，以處理來自電容傳感器極板516和光電檢測器508的信號。

在圖5a中，每個混合傳感像素內(nèi)的電容傳感器514和光學(xué)傳感器502相鄰設(shè)置，且相互錯開設(shè)置，而非空間上重疊設(shè)置。圖5b示出了指紋傳感器裝置530的另一示例，其中，該指紋傳感器裝置530在結(jié)構(gòu)上以空間重疊的配置方式，將光學(xué)傳感器和電容傳感器集成在傳感器像素陣列的每個混合傳感器像素中，以縮小每個混合傳感器像素的表面區(qū)域。指紋傳感器裝置530包括半導(dǎo)體基板531，例如，硅基板。在基板531之上，設(shè)置有多個傳感元件或傳感像素539。每個傳感元件或傳感像素539包括有源電子電路區(qū)域532，其包括cmos開關(guān)、放大器、電阻和電容，以處理傳感器信號。每個傳感元件或傳感像素539包括光電檢測器533，其位于或嵌入有源電子電路區(qū)域532中。用于電容傳感的電容傳感器的電容傳感器極板或頂部電極534設(shè)置于光電檢測器533之上，且包括開設(shè)于傳感器極板534上的開孔或開口，其還作為光準(zhǔn)直器將光導(dǎo)向光電檢測器533。設(shè)置填充導(dǎo)電材料的過孔533，用于電性連接頂部電極534到有源電路元件532。通過調(diào)整開口或開孔以及調(diào)整頂部電極534和光電檢測器533的距離，可以調(diào)整光電檢測器(例如，光電二極管)533的光采集角537。指紋傳感器裝置530由保護(hù)蓋536覆蓋，其包括硬質(zhì)材料，例如，石墨、玻璃等。光電檢測器533的光采集角537可以設(shè)置為維持光電二極管陣列采集的圖像的空間分辨率。光源540，例如led，置于蓋板之上并位于指紋傳感器裝置530的側(cè)面，用于發(fā)射光，發(fā)射的光由手指發(fā)射并導(dǎo)向光電檢測器533，以采集指紋圖像。當(dāng)手指401觸摸或基本靠近保護(hù)蓋時，手指401和頂部傳感電極534共同在人體和頂部傳感電極534之間的形成電容耦合(例如，電容542)。包括光學(xué)和電容傳感器的指紋傳感器裝置530可以指紋的采集光發(fā)射圖像和電容耦合圖像的圖像。頂部傳感電極534實現(xiàn)兩種功能：1)電容傳感；2)作為準(zhǔn)直器，在頂部傳感電極534上具有一個或多個開孔，以導(dǎo)向、縮小或匯聚來自手指的反射光到光電檢測器533，從而使得有效的檢測數(shù)值孔徑可以提供足夠的空間分辨率，以僅通過光學(xué)傳感獲取指紋圖像。復(fù)用頂部傳感電極534，可以不再需要其他的金屬層或可選光纖束，從而縮小了每個像素的尺寸，因此縮小了指紋傳感器裝置530的整體尺寸。

圖6為示例性混合指紋傳感器裝置600的正視圖，該混合指紋傳感器裝置在每個混合傳感像素中結(jié)合了光學(xué)傳感器和電容傳感器。指紋傳感器裝置600實現(xiàn)為cmos硅芯片621，該芯片包括混合(結(jié)合了光學(xué)傳感器和電容傳感器)傳感元件或像素622的陣列。傳感元件的大小尺寸可以在，例如，25μm到250μm范圍內(nèi)?；旌蟼鞲衅餮b置600可以包括支持電路陣列，包括側(cè)面區(qū)域624內(nèi)的放大器、adc、和緩沖存儲器。此外，混合傳感器裝置600還可以包括引線鍵合或凸起鍵合區(qū)域625?；旌蟼鞲衅髟?22的頂層626可以包括金屬電極，用于電容傳感。一個或多個開口或開孔623可以開設(shè)于每個頂部金屬電極23上，以從結(jié)構(gòu)上作為準(zhǔn)直器，引導(dǎo)光纖沿著垂直方向照射頂部電極下方的光電檢測器。由此，頂層626結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)光學(xué)和電容傳感這兩種目的?？梢蕴峁﹤鞲衅餮b置處理器，來處來自混合傳感像素的像素輸出信號，從而提取指紋信息。

除了將用于電容傳感和垂直方向聚光的同一結(jié)構(gòu)共享為準(zhǔn)直器外，傳感器信號檢測電路的一種實例可以在光學(xué)和電容傳感器之間共享，以檢測來自光電檢測器和電容傳感器極板的傳感器信號。

圖7a示出了示例性混合指紋傳感元件或像素700的電路圖，其中該混合指紋傳感元件或像素同時具有指紋的電容傳感和光學(xué)傳感功能。示例性傳感器像素700包括：傳感器信號檢測電路716，用于基于電容傳感選擇性地在檢測或獲取來自頂部傳感電極(例如，頂部金屬層)708傳感器信號之間切換；光電檢測器(例如，光電二極管)714，用于基于光學(xué)傳感獲取來自光電檢測器714的發(fā)射光學(xué)圖像和來自手指的電容傳感器電極708的電容耦合圖像。在一些實施例中，每個混合傳感像素中來自兩種傳感機(jī)制的兩個圖像可以由傳感器信號檢測電路711連續(xù)處理。在所示示例中，開關(guān)710和712具有分別于頂部傳感電極708和光電檢測器714電性耦合的第一端，以及與傳感器信號檢測電路的公共輸入端耦合的第二端，以將對應(yīng)的來自光電檢測器714的光學(xué)檢測器信號和來自頂部傳感電極2108的電容傳感信號提供給傳感器信號檢測電路716,。當(dāng)關(guān)閉開關(guān)710(cap_en＝0)且打開開關(guān)712(optical_en＝1)時，傳感器信號檢測電路716獲取光學(xué)檢測器信號，其表示具體混合傳感像素上接收的掃描指紋的光學(xué)圖像。傳感器信號檢測電路716可以獲取電容傳感信號，其表示打開開關(guān)710(cap_en＝1)且關(guān)閉開關(guān)712(optical_en＝0)時掃描的指紋的電容圖像。在獲得光學(xué)和電容圖像后，兩種圖像都可以在下游電路中單獨(dú)處理，并結(jié)合起來識別指紋特征。

上述混合傳感像素成想的兩種形態(tài)下，指紋識別的性能可以通過以不同的方式使用兩種類型的圖像得到提高。提高的指紋識別可以由傳感器設(shè)備處理器實現(xiàn)，例如，傳感器設(shè)備處理器721，處理來自混合傳感像素的像素輸出信號，以提取指紋信息。例如，電容圖像可以基于指紋特征的谷和脊的深度的提供3d圖像。補(bǔ)充3d電容圖像后，光學(xué)圖像可以提供光宇指紋特征的高分辨率的2d信息。由于指紋的相同脊的圖像信息，高空間分辨率的光學(xué)2d圖像可以用于恢復(fù)電容傳感圖像分辨率。在一些實施例中，電容傳感方法在識別指紋的谷時可以較光學(xué)傳感方法更加敏感和準(zhǔn)確。在這種情況下，基于保護(hù)蓋的厚度，降低了使用電容傳感方法獲取的圖像空間分辨率。電容傳感的這方面問題可以由光學(xué)傳感來彌補(bǔ)。在操作中，傳感器響應(yīng)可以是固定的，電容傳感器的點(diǎn)擴(kuò)散功能對于所有傳感器位置來說可以是固定的。搞分辨率的光學(xué)傳感可以作為分辨率恢復(fù)方法使用，且可以用于電容傳感圖像以提高3d圖像效果。光學(xué)傳感獲得的部分好分辨率圖像可以用于協(xié)助恢復(fù)方法。因此，通過基于搞分辨率2d圖像的插值和恢復(fù)，可以提高3d電容圖像以提供更多關(guān)于指紋谷和脊的信息。

效果增強(qiáng)的3d圖像可以提高指紋識別和匹配能力。在另一示例中，每次執(zhí)行指紋識別或匹配時，光學(xué)和電容圖像可以一起存儲，以提供兩種比較結(jié)果。用于比較的兩種類型圖像的使用，提高了指紋傳感系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和安全性。

使用多種不同電路設(shè)計，傳感器信號檢測電路716可以通過多種方式實現(xiàn)。在一個示例中，可以實現(xiàn)積分傳感電路718來存儲觸摸或基本處于移動設(shè)備蓋板的指紋傳感裝置附近的脊和谷產(chǎn)生的電荷。積分電路718提高了信噪比(signal-to-noiseratio，snr)。積分傳感電路包括運(yùn)算放大器722，用于放大示例性傳感器像素700的頂部傳感電極708或光電檢測器714檢測到的傳感器信號，例如，電容相關(guān)或者光學(xué)相關(guān)信號(例如，電壓信號)。頂部傳感電極極708，包括如金屬的導(dǎo)電材料，通過開關(guān)710與放大器722722的負(fù)極端和反相端728電性連接。頂部傳感電極708和手指702的局部表面作為電容cf702的相對極板。電容cf702的電容值基于手指202的局部表面與頂部傳感電極708之間的距離d以及電容cf702的兩極板之間的距離發(fā)生變化。電容cf702的電容值與電容cf702兩極板之間的距離d成反比。當(dāng)頂部傳感電極708與手指702的脊相對時電容cf702的電容值大于當(dāng)傳感器電極412與手指702的谷相對時電容cf702的電容值。

此外，在示例性傳感器像素700的不同導(dǎo)電元件之間可以形成各種寄生電容或其他電容。例如，在頂部傳感電極708和設(shè)備接地端705之間可以形成寄生電容cp2104設(shè)備接地端與大地端緊緊耦合。還可以在放大器722的輸出導(dǎo)體和放大器722的負(fù)端或反相端728形成另一寄生電容cr724，其作為放大器722的反饋電容。同樣，還可以在放大器722的輸出端和放大器722的負(fù)極端或者反向端728之間形成開關(guān)726，以重置積分電路718。

放大器722的正極端與激勵信號vref電性連接。激勵信號vref可以直接提供給每個傳感器像素的專用放大器的正極端。通過直接將激勵信號vref提供給放大器722的正極端，示例性傳感器像素700成為有源傳感器像素。此外，直接將激勵信號vref提供給放大器722的正極端，可以不再需要包括激勵電極，對于所有傳感器像素都如此。這就減少了傳感器芯片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電(例如，金屬)層。在一些實施例中，可以實現(xiàn)可選激勵電極706，來基于傳感器像素的設(shè)計提高snr。除此之外，通過直接將激勵信號vref730提供給放大器722的正極端，激勵信號vref722不直接應(yīng)用于手指，從而避免可能對手指202造成傷害。進(jìn)一步地，當(dāng)用于將激勵信號應(yīng)用于手指的激勵電極并未使用時，指紋傳感器裝置的所有組件都可以集成到單一封裝設(shè)備中，并且整個指紋傳感器裝置400可以設(shè)置于保護(hù)蓋玻璃之下。對于設(shè)置的保護(hù)蓋玻璃之下的整個指紋傳感器裝置而言，指紋傳感器裝置與手指和其他外部元件隔離，以免對指紋傳感器造成潛在傷害。

在圖7a中，傳感器像素700的傳感器信號檢測電路716(例如，放大器722的vpo)的輸出信號(光學(xué)和電容信號)與開關(guān)720電性耦合，以選擇性地從傳感器像素700輸出輸出信號vpo到包括過濾器的信號處理電路。開關(guān)720可以使用晶體管或其他開關(guān)機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，并與控制器電性耦合以控制開關(guān)720的切換。通過控制開關(guān)720、710和712，傳感器像素陣列中的傳感器像素可以選擇性地在或缺光學(xué)信號和電容信號之間切換。在一種實現(xiàn)中，可以為陣列中每一線路、每一行或每一列傳感器像素獲取光學(xué)或電容信號，然后進(jìn)行切換以為這些線路、行或列的像素獲取其他類型的信號?？梢灾饤l線路執(zhí)行光學(xué)信號獲取和電容信號獲取之間的切換。在另一實現(xiàn)中，可以為陣列中所有傳感器像素或元件獲取一種類型的信號，然后進(jìn)行切換以為所有這些傳感器像素或元件獲取其他類型的信號。因此，不同信號類型的獲取之間的切換可以在整個陣列中進(jìn)行。也可以實現(xiàn)這兩種類型的傳感器信號的獲取之間的切換的變體形式。

圖7b示出了另一示例性混合指紋傳感元件或像素740的電路圖。針對具有相同附圖標(biāo)記的組件而言，混合指紋傳感元件或像素740基本上與混合指紋傳感元件或像素700相同。對于具有相同附圖標(biāo)記的共同組件的相關(guān)描述，具體請參見圖7a的描述。

混合指紋傳感元件或像素740實現(xiàn)了頂部傳感電極708，以包括開孔或開后742，該開口或開孔作為準(zhǔn)直器將反射光744朝著光電探測器714(例如，光電二極管)匯聚或縮小。光電二極管714可以位于或設(shè)置于使用頂部傳感電極708實現(xiàn)的準(zhǔn)直器的下方，以采由準(zhǔn)直器匯聚的發(fā)射光744。

在一些實施例中，光學(xué)和電容傳感器可以包括傳感器信號檢測電路不同的實例，以并行檢測同時來自光電檢測器和電容傳感器極板的傳感器信號。圖7c示出了示例性混合指紋傳感元件或像素750的電路圖，用于對來自光電檢測器和電容傳感器極板的信號進(jìn)行并行檢測。針對具有相同附圖標(biāo)記的組件而言，混合指紋傳感元件或像素750基本上與混合指紋傳感元件或像素740相同。對于具有相同附圖標(biāo)記的共同組件的相關(guān)描述，具體請參見圖7a的描述。

為對賴總電容極板和光電檢測器的信號進(jìn)行傳感器信號并行檢測，混合指紋傳感元件或像素750包括單獨(dú)的傳感器信號檢測電路716和717，其分別于與頂部傳感電極708和光電檢測器724通信耦合。傳感器信號檢測電路717可以實現(xiàn)為基本與傳感器信號檢測電路716類似。在所示示例中，開關(guān)710和712可以設(shè)置為具有分別于頂部傳感電極708和光電檢測器714電性耦合的第一端，以及與傳感器信號檢測電路的各自傳感器信號檢測電路716和717耦合的第二端，以將對應(yīng)的來自光電檢測器714的光學(xué)檢測器信號和來自頂部傳感電極708的電容傳感信號分別提供給傳感器信號檢測電路716和717。當(dāng)同時打開或關(guān)閉開關(guān)710和712時，傳感器信號檢測電路716和717可以執(zhí)行針對來自電容極板708和光電檢測器714的信號進(jìn)行并行傳感器信號檢測。當(dāng)異相打開或關(guān)閉開關(guān)710和712時，傳感器信號檢測電路716和717可以執(zhí)行針對來自電容極板708和光電檢測器714的信號進(jìn)行串行傳感器信號檢測。此外，通過開關(guān)720a和720b，傳感器設(shè)備處理器721可以與傳感器信號檢測電路716和717直接或間接地通信耦合，以并行或串行處理檢測到的來自電容極板708和光電檢測器714的傳感器信號。

根據(jù)所述技術(shù)的另一方面，結(jié)合圖5a、5b、6、7a和7b描述的光學(xué)傳感器可以用于通過測量因心跳和心臟泵作用產(chǎn)生的血流變化導(dǎo)致的發(fā)射光強(qiáng)度隨時間變化測量人體心跳。該信息包含在手指反射、散射或擴(kuò)散的接收光中，并攜帶在光學(xué)檢測器信號中。因此，光學(xué)傳感器可以實現(xiàn)多個功能，包括：(1)除了作為基于電容傳感像素的第一指紋傳感器，作為第二指紋傳感器，基于光學(xué)傳感獲取指紋的光學(xué)圖像；(2)作為光學(xué)反欺騙傳感器，針對反欺騙檢測提供不同測量，包括測量手指血壓、測量手指活動和屬性的動態(tài)信息、測量來自手指檢測的手指的探測光的散射光圖案、測量人體心跳等等。在具體實現(xiàn)中，傳感器設(shè)備處理器用于處理一個或多個光學(xué)探測器信號，以提取心跳信息。該傳感器設(shè)備處理器可以為相同的處理來自光學(xué)傳感像素或混合傳感像素的像素輸出信號以提取指紋信息的傳感器設(shè)備處理器。

圖8為包括電容傳感器和光電探測器的示例性指紋傳感器裝置800的正視圖。指紋傳感器裝置800實現(xiàn)為cmos硅芯片821，其包括光學(xué)傳感器822的電容傳感器810的陣列。因此，不同的像素可以使用不同類型的傳感器。傳感元件的大小尺寸可以在，例如，25μm到250μm范圍內(nèi)。傳感器裝置800可以包括支持電路陣列，包括側(cè)面區(qū)域824內(nèi)的放大器、adc、和緩沖存儲器。此外，傳感器裝置800還可以包括引線鍵合或凸起鍵合區(qū)域825。一個或多個開口或開孔823可以開設(shè)于每個頂層826上，以從結(jié)構(gòu)上作為準(zhǔn)直器，引導(dǎo)光纖沿著垂直方向照射頂層下方的光電檢測器?？梢蕴峁﹤鞲衅餮b置處理器，來處來自混合傳感像素的像素輸出信號，從而提取指紋信息。

除了將用于電容傳感和垂直方向聚光的同一結(jié)構(gòu)共享為準(zhǔn)直器外，傳感器信號檢測電路的一種實例可以在光學(xué)和電容傳感器之間共享，以檢測來自光電檢測器和電容傳感器極板的傳感器信號。

指紋傳感器陣列800包括電容傳感器810和光學(xué)傳感器822，例如，光電探測器。圖8所示的示例僅包括一個光學(xué)傳感器，這是因為光學(xué)傳感器不需要采集指紋信息。這個具體示例與圖5a-7c的設(shè)計有所不同，其中，集成有電容傳感器的光學(xué)傳感器可以作為基于光學(xué)傳感的第二指紋傳感器。而不是光學(xué)傳感器822用于采集由手指反射的光，進(jìn)而執(zhí)行本文所述的活體指紋檢測。指紋傳感器信息由電容傳感器采集。然而，在一些實施例中，可以提供兩個或更多光學(xué)傳感器822，來增強(qiáng)活體指紋檢測效果。

基于不同光學(xué)波長下血液光吸收的活體指紋檢測

人體的手指攜帶了血液流動，其隨著人體心跳、施加傳感器的壓力和呼吸等發(fā)生變化。手指的組織散射一部分光，這部分光可以被本文所述的用于反欺騙檢測的光學(xué)傳感器檢測到。通過分析一個或多個光學(xué)傳感器接收的信號，可以得到一些列信號，并對信號進(jìn)行處理以確定與指紋傳感器模塊接觸的物體內(nèi)是否具有流動血液。指紋的微運(yùn)動可以用于指示指紋是否來自人體手指。一系列指紋圖像可以用于恢復(fù)信號幅度和亮斑分布隨時間發(fā)生的變化。假手指，即非活體手指，顯示出不同于活體手指的動態(tài)。

圖9a示出了血液中監(jiān)控的材料的示例性光學(xué)衰減系數(shù)，其中，可見光譜范圍內(nèi)，例如660nm紅光的光吸收不同于紅外范圍，例如940你們紅外光的光吸收。通過使用探測光以可見波長和紅外波長照亮手指，可以獲得光吸收的區(qū)別以確定觸摸物體是否為人體手指。因此，此處所述的每個光源可以用于發(fā)射至少兩種光學(xué)波長的探測光，以對血液執(zhí)行不同的光吸收行來進(jìn)行活體指紋檢測。人體心臟跳動時，脈沖壓力給血液施壓，使得血液在動脈中流動。由此，血液中監(jiān)控的材料的衰減率隨著脈沖發(fā)生變化。接收的信號攜帶脈沖信號。血液的這些特性可以用于檢測監(jiān)控的材料是活體指紋或假指紋。

圖9b示出了非活體材料(例如，假手指)的反射光的光學(xué)信號行為與活體手指的對比。光學(xué)指紋傳感器可以作為心跳傳感器，監(jiān)測活體器官。當(dāng)檢測到探測光的兩個或更多波長時，衰減濾區(qū)別可以用于快速確定監(jiān)測材料是否為活體器官，例如，活體指紋。在圖9b所示的示例中，使用不同波長的探測光。一種是可見光波長，另一種是圖9b所示的紅外光波長。

當(dāng)非活體材料觸摸指紋傳感器模塊上方的頂部蓋板玻璃時，接收的信號指示出于非活體材料的表面圖案相關(guān)的強(qiáng)度等級，接收的信號不包括與人體手指關(guān)聯(lián)的信號組件。然而，當(dāng)人體手指觸摸頂部蓋板玻璃時，接收的信號指示與和人體關(guān)聯(lián)的信號特征，包括明顯不同的強(qiáng)度等級。這是因為，不同波長下的衰減率不同。采用此方法，并不需要耗費(fèi)很長時間去確定觸摸材料是否為人體的一部分。在圖9b中，脈沖形信號反映了多種觸摸，而非血液脈沖。類似的非活體材料的多種觸摸并未顯示出活體手指產(chǎn)生的區(qū)別。

可以在短時間內(nèi)執(zhí)行血液不同光學(xué)波長下的不同光吸收行為的光學(xué)傳感，以進(jìn)行活體指紋檢測。這種檢測比使用相同的光學(xué)傳感器進(jìn)行的人體心跳的光學(xué)檢測要快得多。

基于分布式光學(xué)檢測器的光學(xué)反欺騙檢測

參考圖2b，不同的光學(xué)檢測器35位于指紋傳感器模塊23a或23b的不同位置，用于執(zhí)行光學(xué)反欺騙檢測。如圖2c所示，當(dāng)攻擊者使用其手指77上的假指紋圖案層77f攻擊指紋傳感安全系統(tǒng)時，簡單地檢測輸入手指中血液的存在可能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。使用不同位置的光學(xué)傳感器35，可以檢測來不同位置來自手指或者來自不同方向的散射探測光，從而提供反欺騙檢測。

在圖2b所示的設(shè)計23a的光學(xué)布局中，不同的光學(xué)傳感器33位于不同的位置，其中，至少一個光學(xué)傳感器33置于指紋傳感器24的中央位置或者靠近中央位置，用于光學(xué)反欺騙檢測。當(dāng)操作光源33發(fā)射不同光學(xué)波長的光時，位于指紋傳感器24中央位置或靠近中央位置的光學(xué)傳感器33可以接收來自假指紋圖案層77f存在且產(chǎn)生光散射或反射的位置的散射光。如果攻擊者使用非透明假指紋圖案層77f，來自非透明假指紋圖案層77f的散射探測光不攜帶與攻擊者血液相關(guān)的信息，例如，不同光學(xué)波長下血液的光吸收特征。因此，位于指紋傳感器24中央位置或靠近中央位置的光學(xué)傳感器33可以檢測該特性，而另一個位于諸如指紋傳感器24邊緣等其他位置的光學(xué)傳感器33可接收來自攻擊者手指的散射探測光，其反應(yīng)了不同光學(xué)波長下血液的不同光吸收特征。

當(dāng)攻擊者在指紋發(fā)欺騙攻擊中使用光學(xué)透明假指紋圖案層77f時，圖2b所示的光學(xué)傳感器分布排列可以用于提供反欺騙檢測。在這種情況下，透明假指紋材料形成光路徑，運(yùn)行探測光傳播以達(dá)到攻擊者的活體手指餅將散射光返回到光學(xué)傳感器35。分布于指紋傳感區(qū)域內(nèi)的光學(xué)傳感器35可以確定散射探測光圖案內(nèi)，透明假指紋77f和指紋傳感器區(qū)域21直接接觸的情形與指紋傳感區(qū)域21在沒有透明假指紋77f的情況下與活體手指直接接觸的情形之間的區(qū)別。

明顯地，當(dāng)非透明假指紋圖案層77f與指紋傳感區(qū)域直接接觸時和活體手指與指紋傳感區(qū)域21直接接觸時，傳感表面具有不同的光學(xué)界面條件。首先，非透明假指紋圖案層77f的光折射率不同于活體手指的光折射率。這就導(dǎo)致不同的光學(xué)反射和通過界面的不同的折射光進(jìn)圖非透明假指紋圖案層77f或手指皮膚，從而進(jìn)一步在界面上產(chǎn)生不同的內(nèi)部反射條件。其次，當(dāng)手指直接觸摸指紋傳感表面或者手指間接觸摸透明假指紋圖案層77f時，分布的光學(xué)傳感器35處獲得的光吸收測量結(jié)果不同。分布的光學(xué)傳感器35在不同位置處針對不同光學(xué)波長的探測光獲得的測量結(jié)果允許檢測上述區(qū)別以實現(xiàn)反欺騙傳感，其中血液顯示了不同的光學(xué)特征。

圖10示出了不同光學(xué)傳感器33的光學(xué)檢測率的測量結(jié)果，以檢測透明假指紋圖案層77f是否被攻擊者使用。較近光電探測器35和膠原光電檢測器33之間的信號幅度比值的測量結(jié)果可以用于確定活體手指下是否有假指紋材料。當(dāng)沒有假指紋材料時，信號比較高。當(dāng)使用了透明假指紋材料時，信號比較低。

光學(xué)指紋傳感器

圖4a-4c提供了圖1a所示的指定指紋傳感器的電容指紋傳感器的示例。圖5a-7c提供了集成有電容傳感器的光學(xué)傳感器的示例，其中，除了基于電容傳感采集指紋外，光學(xué)傳感器可以用于采集指紋。圖1a所示的指定指紋傳感器還可以作為光學(xué)指紋傳感器使用，其可以通過多種配置實現(xiàn)，包括圖5a-7c所示的光學(xué)傳感器，其不具有圖12所示示例所述的對應(yīng)的電容傳感部件。

圖11示出了封裝于平臺的屏幕蓋板玻璃下的示例性光學(xué)指紋傳感器，例如，智能手機(jī)、平板電腦或可攜帶電子設(shè)備。圖12進(jìn)一步示出了圖11所示設(shè)備的示例性指紋傳感光路徑。

在圖11中，示例性光學(xué)指紋傳感器123封裝在屏幕蓋板玻璃下放，例如，平臺100的強(qiáng)化蓋板玻璃50，如智能手機(jī)。光學(xué)指紋傳感器123的位置由指紋傳感器標(biāo)記21在圖11上左側(cè)的正視圖中示出。智能手機(jī)平臺100包括觸控板組件10、其他傳感器12，如攝像頭，以及側(cè)面的物理按鈕14和116。蓋板玻璃150下方可以包括彩色材料層52、作為觸控板組件10的顯示屏的一部分的顯示層54(例如，oled層或lcd層)、以及觸控板組件10的顯示屏的底層56。同樣，還可以設(shè)置觸控傳感層以覆蓋顯示層54，從而實現(xiàn)觸控傳感功能。

在圖11所示的光學(xué)指紋傳感器設(shè)計中，封裝設(shè)計與其他指紋傳感器設(shè)計不同。在該設(shè)計中，使用與顯示屏分離的單獨(dú)指紋傳感器結(jié)構(gòu)，在移動設(shè)備表面的顯示屏和指紋傳感器之間設(shè)置了分界(例如，某些手機(jī)設(shè)計中，頂部玻璃蓋板的開口中設(shè)置有類似按鈕的結(jié)構(gòu))。形成于區(qū)域21中用于光學(xué)指紋的指紋傳感器123位于頂部蓋板玻璃下50下方，從而使得蓋板玻璃或?qū)?0的頂部表面可以作為裝置的頂部表面，其作為連續(xù)統(tǒng)一的玻璃表面橫跨觸控顯示組件10的顯示屏和光學(xué)檢測器傳感器模塊23。

位于蓋板玻璃50下方的光學(xué)指紋傳感器123可以包括設(shè)置于匹配的彩色材料層125的光耦合器131，和探測光源129。光耦合器131、匹配的彩色材料層125和探測光源129設(shè)置于電路127之上，例如，具有所需電路元件的柔性印刷電路(fpc)。fpc127上還設(shè)置有用于活體檢測的光源33,、用于活體檢測的光電二極管134、照明裝飾光源135以及光電二極管陣列137。

光耦合器131固定在蓋板玻璃50和圖12所示的底層間隔材料139上。探測光源129固定在合適位置，從而使得探測光束或探測光束的一部分可以以合所需角度投射到光耦合器131上。耦合器131、間隔材料139以及蓋板玻璃50均可由多種材料制成。光電二極管陣列137固定在合適的位置以接收反射探測光束a'b'，用于采集反射探測光束a'b'攜帶的指紋圖案的光學(xué)圖像。

探測光源129將探測光書ab投射到耦合器131，耦合器進(jìn)一步地將探測光束ab通過可選材料層52導(dǎo)向蓋板玻璃50頂部的指紋傳感表面145，從而照亮接觸的手指。在置于蓋板玻璃50下方的間隔材料139的幫助下，光束ab耦合到蓋板玻璃50中。當(dāng)蓋板玻璃50的頂部傳感表面145未設(shè)置任何材料時，一部分或全部的探測光束功率反射到間隔材料139中，且反射光進(jìn)入耦合器131并形成反射探測光束a'b'。疲憊的光學(xué)傳感器陣列137(例如，光電二極管陣列)接收反射探測光束a'b'，并將接反射探測光束a'b'攜帶的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為探測器信號陣列，以進(jìn)行進(jìn)一步處理。

當(dāng)手指77觸摸蓋板玻璃50的傳感表面145時，指紋脊73改變局部表面反射，如圖12中右圖所示。入射到指紋脊的探測光的一部分161折射為光165，其被散射到手指77，其余的探測光反射為光167，其被指紋脊反射。指紋谷與傳感表面145分離，且基本不較大地改變傳感表面145的局部表面反射。入射到指紋谷上的入射光163反射為光169，其被傳感表面145反射。反射的探測光束a'b'攜帶指紋信號。類似地，當(dāng)除手指皮膚外其他東西觸摸到蓋板玻璃50的傳感表面145時，反射的探測光束a'b'攜帶觸摸材料信息，其與活體指紋不同。

在圖11和12所示的示例中，耦合器131、間隔材料139和蓋板玻璃50都具有合適的光學(xué)透明度，從而使得探測光束可以從其中傳輸。耦合器131的折射率為nc，間隔材料139的折射率為ns，蓋板玻璃50的折射率為nd，觸摸材料的折射率為nf。探測光束的傳播方向由這些材料的折射率決定。

所需探測光束的角度可由光源129的合理設(shè)計以及耦合器131的端面傾角實現(xiàn)。探測光束的擴(kuò)張角由光源129的結(jié)構(gòu)和耦合器131端面的形狀控制。

為了在不適用光學(xué)鏡頭的情況下獲取清晰的指紋圖像，通常光源129的發(fā)光區(qū)域應(yīng)當(dāng)和點(diǎn)光源一樣大小，或應(yīng)該校準(zhǔn)探測光束。小led光源可以設(shè)置在遠(yuǎn)離耦合器131地方，以在途12所示的光學(xué)系統(tǒng)中實現(xiàn)上述目的。

通過匹配光學(xué)指紋傳感器中材料合適的折射率(nc、ns、nd、nf)和產(chǎn)生探測光束入射角，探測光束可以在傳感表面45上被全部反射或部分反射。例如，可以設(shè)計這樣的光學(xué)傳感器，從而使得當(dāng)觸摸材料為折射率為589nm1.33的水時，探測光束被全部反射，并且當(dāng)觸摸材料為折射率為589nm1.44的手指皮膚時，探測光束被部分反射。

探測光束ab在耦合器131入射端的大小定義為h。探測光束在傳感表面145的大小可為w。通過匹配所有材料的折射率和耦合器131以及監(jiān)測材料139的形狀，w可設(shè)置為大于h。也就是說，接收的探測光束a'b'可小魚傳感表面45的探測光束。壓縮比一般由折射率nc和nd決定。這是在沒有成像鏡頭的情況下，使用小探測器陣列在大區(qū)域獲取圖像的有效方法。此外，通過調(diào)整探測光束的擴(kuò)張角和光電二極管傾角，可以進(jìn)一步全方位調(diào)整壓縮比。耦合器-間隔界面的反射和間隔-蓋板界面的反射產(chǎn)生了光學(xué)噪聲，且在處理光學(xué)傳感器陣列137的光學(xué)檢測器的輸出過程中可以被消除。

在一些實施例中，可以對探測光源129進(jìn)行調(diào)制。匹配的光電二極管陣列應(yīng)該設(shè)計為具有高效率并可以在各種照明環(huán)境下工作。

圖11和12所示的光學(xué)指紋傳感器可以配置有傳感器區(qū)域裝飾。當(dāng)光學(xué)指紋傳感器安裝于蓋板玻璃50下方時，可以打開光學(xué)窗口獲得光路徑。特別地，蓋板玻璃彩色圖層的一部分可以清除。因為指紋傳感檢測器設(shè)置于耦合器131的一端，耦合器131的底部可以涂覆彩色層125。涂覆的彩色層125可以選擇與平臺表面的顏色匹配。例如，在耦合器下方使用相同的顏色或圖案，使得傳感器變得不可見。在一些實施例中，匹配的耦合器131可以噴涂所需或不同的色彩或圖案，以獲得某些或不同的裝飾效果和風(fēng)格。匹配的耦合器131還可以噴涂某些圖案或標(biāo)志，例如，home鍵標(biāo)志。

這樣的設(shè)計為進(jìn)一步裝置傳感區(qū)域提供了更具有吸引力的選擇。例如，照明光源135可以用于產(chǎn)生不同色彩的光波，以照亮傳感器區(qū)域。這樣，當(dāng)智能手機(jī)的鬧鈴響起時，其可以在黑暗環(huán)境中可以用于指示指紋傳感區(qū)域的具體位置。

圖12示出了基于圖5b的光學(xué)傳感器設(shè)計的光學(xué)指紋傳感器的另一示例，其中，去除了圖5b所示的對應(yīng)電容傳感部件。在作為光學(xué)傳感像素的光學(xué)檢測器533上方形成光學(xué)準(zhǔn)直器陣列590。光學(xué)準(zhǔn)直器陣列590包括形成于非透明材料結(jié)構(gòu)591的光學(xué)準(zhǔn)直器，該非透明材料結(jié)構(gòu)設(shè)置有開口或光傳輸通道533，其位于光電檢測器533的上方，作為光學(xué)準(zhǔn)直器用于將光導(dǎo)向各自的光電檢測器533。光學(xué)準(zhǔn)直器陣列590還可以構(gòu)造為類似于圖5a所示的準(zhǔn)直器506，并且可以通過使用包括不同光纖的光纖束或一個或多個開設(shè)有開孔或開口的金屬層實現(xiàn)。

新增電容指紋傳感器設(shè)計

圖14、15和16示出了電容指紋傳感器的其他示例，其中，電容指紋傳感器可以用于圖1a所示的設(shè)計中，且每個圖都示出了傳感器像素電路的示例。在這些示例中，每個電容傳感像素都包括單個頂部發(fā)送電極1102，以與傳感用的輸出手指接合。

圖14為另一示例性傳感器像素電路1100，用于補(bǔ)償指紋識別系統(tǒng)中的電容誤匹配。示例性傳感器像素電路可以包括傳感器極板或電容傳感層1102，其可以作為電容相關(guān)指紋的兩個相對導(dǎo)電極板之一使用。例如，當(dāng)用戶的手指1108接近傳感器極板或電容傳感層1102時，手指1108的表面和電容傳感層1102的傳感器極板可以作為電容cf的兩個相對極板使用。電容cf的電容值可以至少部分基于手指表面(例如，指紋脊)與傳感器極板或電容傳感層1102之間的距離發(fā)生變化。傳感器極板或電容傳感層1102可以包括導(dǎo)電材料，例如，某種金屬材料。電壓生成器1132與傳感器極板1102電性連接，其通過手指108的表面與系統(tǒng)接地端電性連接。電壓生成器可以生成用于為指紋相關(guān)電容cf充電的驅(qū)動電壓vdd。開關(guān)電路，例如開關(guān)網(wǎng)絡(luò)1120，包括串聯(lián)的開關(guān)1122和1124，為了在將傳感器極板1102電性連接到電壓生成器1132和輸出端1140之間切換。在一些實施例中，開關(guān)電路1120可以使用取樣保持電路實現(xiàn)。

開關(guān)1122和1124可以由時鐘信號或其他控制信號控制，從而使得開關(guān)電路1120，在第一時間段內(nèi)，可以通過打開開關(guān)1122導(dǎo)通電壓生成器1132和傳感器極板1102之間的電性連接，通過關(guān)閉開關(guān)1124中斷傳感器極板1102和輸出端1140之間的電性連接。在第二時間段，取樣保持電路1120可以通過關(guān)閉開關(guān)1122中斷電壓生成器1132和傳感器極板1102之間的電性連接，通過打開開關(guān)1124導(dǎo)通傳感器極板1102和輸出端1140之間的電性連接。因此，開關(guān)1122作為充電開關(guān)使用，開關(guān)1124作為充電傳感開關(guān)使用，并在各自的時間段內(nèi)，同時實現(xiàn)與傳感器極板1102關(guān)聯(lián)的電容cf的充電和傳感。

兩個基本相同的導(dǎo)電層、電極或極板1104和1106可以設(shè)置于傳感器極板1102的下方。導(dǎo)電極板1104和傳感器極板1102可以形成對應(yīng)的電容cp1。導(dǎo)電極板1106和傳感器極板1102可以形成對應(yīng)的電容cp2。

當(dāng)兩個導(dǎo)電極板1104和1106基本相同時，其各自的電容cp1和cp1可以共享一個基本類似的電容值。開關(guān)電路，例如開關(guān)網(wǎng)絡(luò)1126，可以包括開關(guān)1128和1130，以在將導(dǎo)電極板1104電性連接到電壓生成器1134和接地端1144之間進(jìn)行切換。其他導(dǎo)電極板1106與接地端電性連接，且不被開關(guān)電路1126電性控制。電壓生成器1134可以包括dac11136和電壓緩沖器1138，以為導(dǎo)電極板1104生成和提供可變電壓。在一些實施例中，開關(guān)電路1126可以使用取樣保持電路實現(xiàn)。

開關(guān)1128和1130可以由時鐘信號或其他控制信號控制，從而使得開關(guān)電路1126，在第一時間段內(nèi)，可以通過打開開關(guān)1128導(dǎo)通電壓生成器1134和導(dǎo)電極板1104之間的電性連接，通過關(guān)閉開關(guān)1130中斷傳導(dǎo)電極板1104和接地端1144之間的電性連接。在第二時間段內(nèi)，開關(guān)電路1126可以通過關(guān)閉開關(guān)1128中斷電壓生成器1134和傳感器極板1104之間的電性連接，通過打開開關(guān)1130導(dǎo)通傳感器極板1104和接地端1140之間的電性連接。因此，開關(guān)1128作為充電開關(guān)使用，開關(guān)1130作為接地開關(guān)使用，并在各自的時間段內(nèi)，同時實現(xiàn)與傳感器極板1102關(guān)聯(lián)的電容cp1的充電和接地。

在一些實施例中，輸出端1140可以可選地與積分器1142電性連接，其中，積分器用于存儲觸摸傳感器極板1102上的鈍化層的手指的脊和谷產(chǎn)生的電荷。積分電路int的使用提高了信噪比(signal-to-noiseratio，snr)。積分器包括具有放大器1118，該放大器具有與連接到開關(guān)電路1120的輸出端1140電性連接的負(fù)極輸入端。放大器1118具有正極輸入端，該正極輸入端與參考電壓生成器1112電性連接，用于接收參考電壓vref。參考電壓生成器1112可以包括dac21114和電壓緩沖器1116，用于生成和提供可變參考電壓。放大器1118包括輸出端1114，用于輸出輸出電壓vpo。積分電容cin1146和復(fù)位開關(guān)rst1148并聯(lián)電性耦合于放大器op1118的負(fù)極輸入端和輸出端1114之間。

當(dāng)兩個導(dǎo)電極板1104和1106基本類似時，dac11136的輸出可以設(shè)置為vdd。在第一時間段ck1中，開關(guān)1122和1128打開，開關(guān)1124和1130關(guān)閉。cp2中的電荷將為cp2*vdd，cp1中的電荷將為0。在第二時間段ck2中，開關(guān)1122和1128關(guān)閉，開關(guān)1124和1130打開。在第二時間段內(nèi)，cp1和cp2中的電荷交換。當(dāng)手指并未傳感器極板1102上的觸摸鈍化層時，cf中的電荷基本為0，放大器op1118的負(fù)極輸入端的電壓將為vdd/2。由于相同的布局，兩個導(dǎo)電極板1104和1106可以基本相同。因此，dac1可能并不需要，其可以設(shè)置為可選。移除dac1后，dac1噪聲將不會存在于像素輸出中，這樣就提高了snr。

另外，寄生電容cp1和cp2之間的誤匹配可以通過圖15和16所描述的技術(shù)得到彌補(bǔ)。

圖15為另一示例性傳感器像素電路1200，用于補(bǔ)償指紋識別系統(tǒng)中的電容誤匹配。除了某些區(qū)別之外，傳感器像素電路1200與傳感器像素電路基本相似。例如，開關(guān)電路1126電性連接于導(dǎo)電極板1104和電壓生成器1202之間，其并未包括dac。電壓生成器1202的輸出預(yù)設(shè)為vdd。此外，第三電壓生成器1212與另一開關(guān)電路1204電性連接。第三電壓生成器1212可以包括dac1214dac1，與電壓緩沖器1216串聯(lián)。

開關(guān)電路1024包括串聯(lián)的開關(guān)1206和1208，以實現(xiàn)在將電容1210cc電性連接于電壓生成器1212和與傳感器極板1102和開關(guān)電路1120連接的公共節(jié)點(diǎn)1218之間進(jìn)行切換(其在電性連接至輸出端1140和電壓生成器1131之間可切換)。電容1210cc的另一端與接地端電性連接。與傳感器像素電路1100相似的傳感器像素電路1200的電路組件，可參見圖11的相關(guān)描述。

在傳感器像素電路1200中，第二時間段內(nèi)，在沒有手指觸摸傳感器電極1102上的鈍化層的情況下，輸出端1144的最終電壓vpo為(cp1*vdd+cc*vdac)/(cc+cp1+cp2)。當(dāng)兩個導(dǎo)電極板1104和1106基本相似時，vdac設(shè)置為vdd/2。當(dāng)兩個導(dǎo)電極板1104和1106基本上不相似時，對vdac進(jìn)行調(diào)整。

圖16為另一示例性傳感器像素電路1300，用于補(bǔ)償指紋識別系統(tǒng)中的電容誤匹配。除了某些區(qū)別之外，傳感器像素電路1300與傳感器像素電路基本相似。例如，開關(guān)電路1204包括電性串聯(lián)的開關(guān)1206和1208，用于選擇性地將電容cc1210電性連接到電壓生成器1202和第四電壓生成器1220。電壓生成器1220可以設(shè)置為vdd。電容cc1210的另一端與連接到傳感器極板1102和取樣保持電路1120的公共節(jié)點(diǎn)1218電性連接(其在電性連接至輸出端1140和電壓生成器1132之間可切換)。與傳感器像素電路1200相似的傳感器像素電路1300的電路組件，可參見圖14的相關(guān)描述。

在傳感器像素電路1300中，第二時間段ck2內(nèi)，在沒有手指觸摸的情況下，輸出端1144的最終電壓vpo為(cp1*vdd+cc*vdac)/(cc+cp1+cp2)。當(dāng)兩個導(dǎo)電極板1104和1106基本上不相似時，對vdac進(jìn)行調(diào)整。

在一些實施例中，可以在多個傳感器像素電路單元之間共享積分器，以減少指紋識別系統(tǒng)中積分器的數(shù)量。這樣可以提供很多潛在的優(yōu)勢，包括，例如，降低成本、減小布局尺寸以及簡化設(shè)計等。通過將來自選擇數(shù)量的傳感器像素電路單元輸出信號復(fù)用至積分器，傳感器像素電路的多個單元可以共享該積分器。例如，當(dāng)傳感器像素電路單元陣列分組為多個行時，每個行都分配一個adc。這樣，一個行里的每個傳感器像素電路單元可以將一個積分器在一個或多個行的傳感器像素電路的一個或多個傳感器像素電路單元進(jìn)行共享。當(dāng)傳感器像素電路陣列中的傳感器像素電路單元分組為多個列時，指定列中每個傳感器像素電路單元可以將一個積分器在一個或多個列的傳感器像素電路的一個或多個傳感器像素單元中進(jìn)行共享。

本文所述技術(shù)可以用于在智能手機(jī)、平板電腦、便攜式電腦、可攜帶游戲機(jī)、可攜帶控制器和其他等需要安全訪問的電子設(shè)備中實現(xiàn)指紋傳感器。

雖然該專利申請包含許多細(xì)節(jié)，但這些不應(yīng)被解釋為對任何發(fā)明或要求保護(hù)的范圍的限制，而是作為特征的描述，可能是特定發(fā)明的特定實施例的具體描述。在本專利申請中在單獨(dú)實施例的上下文中描述的某些特征也可以結(jié)合單個實施例實現(xiàn)。相反地，在單個實施例的上下文中描述的各種特征也可以在單獨(dú)的多個實施例或在任何適當(dāng)?shù)淖咏M合實現(xiàn)。此外，雖然以上描述的特征與在某些組合中所起的作用相同，甚至最初主張如此，但是要求的組合中的一個或多個特征在一些情況下可以從組合中刪除，并且要求保護(hù)的組合可以針對一個子組合或一個子組合的變體。

類似地，雖然操作是以特定的順序在附圖中被描述，但這不應(yīng)該被理解為要求這些操作以所示的特定順序或以連續(xù)順序被執(zhí)行，或者要求所有示出的操作都被執(zhí)行，以達(dá)到期望的結(jié)果。此外，在該專利申請中描述的實施例的各種系統(tǒng)組件的分離不應(yīng)被理解為要求所有這些分離。

本文僅描述一些實施方案和示例，其他實施方案、改進(jìn)和變型都可以基于本文的描述獲得。