专利名称：指纹识别设备和指纹识别方法
技术领域：
本发明涉及一种指纹识别设备和指纹识别方法，更具体地说，本发明涉及一种成本低、厚度降低的指纹识别设备和指纹识别方法。
日本专利申请No.2000-30034公开了一种结构，其中一种液晶板(第二液晶板)被设置在一个光导板(第一光导板)的上方，在该第二液晶板的顶部设置另一光导板(第二光导板)和另一液晶板(第二液晶板)。在这种结构中，来自最底层第一光导板的一个端面的入射光传播并被导入第一光导板的内部。穿过该第一光导板的光被传输穿过所述第一液晶板上的一预定部分，并进入另一第二光导板的内部。进入所述第二光导板的光通过第二液晶板被照射到放置在该第二液晶板上的手指上。
被手指所反射的光返回所述第二光导板的内部，并穿过该光导板，然后从该光导板的一个端面射出。该射出光被一个光电检测器遮断，从光电检测器的输出中读出手指的指纹图象。
因而，在上述文献描述的发明中所存在的问题是，由于使用两个液晶板和两个光导板，难以减少厚度，而且成本很高。
本发明的指纹识别设备，其特征是，它包括一窗口元件，手指被放置在该元件上；用于产生光的第一光源设备，它向放置在所述窗口元件上的手指发光；一液晶板，通过顺序地移动孔径的位置一次一个象素地顺序传送来自放置在所述窗口元件上的手指的光；一光收集部分，用于收集来自所述液晶板的光；一光电探测器，用于以象素为单位接收被所述光收集部分所收集的光。
上述液晶板能够传送所述手指反射的光或被手指所漫射的光。
当光被手指反射时，例如，可以采用这样一种结构，以便从第一光源所发射的光通过窗口元件照亮手指并被手指表面反射，以及，当光被手指表面漫射时，例如，可以采用这样一种结构，以便来自第一光源的光直接照向手指，通过手指内部并被手指表面漫射。
由第一光源设备产生的光照射到手指上。液晶板以象素为单位传送来自手指的光，通过光收集部分，所述光入射到光电探测器。
因此，可以获得一种指纹识别设备，它被制造得更薄而且成本低廉。
例如，这里所使用的窗口元件由一平面形窗口部件组成，要被读取指纹的手指放置在该窗口元件上，第一光源由一LED构成，液晶板由一透射液晶板构成，光收集部分由锥形或抛物线形光收集部分或光导纤维构成，光电探测器由具有将一个象素值的光能转换成电能的功能的光电探测元件组成。
至于上述窗口元件，除了将手指放置在其表面之外，还可以设置用于引导光的光导板，该光导板引导所述第一光源设备产生的光进入该光导板。
因此，通过提供一光导板，能够可靠地照亮手指并使手指具有足够的亮度。此外，为每个窗口元件设置一个与液晶板相同的光导板，保证获得一种薄的成本低廉的设备。
而且，当指纹的图象通过棱镜被形成在图象拾取元件上并被读取时，图象失真，难以准确地读取指纹，但是在本发明中，由于没有图象失真，能够进行准确地读取。因此，能够改善指纹识别率。
该光导板例如可由平面形光导板或者棱镜构成。
在上述光导板中，可以在所述光导板上放置手指的表面上形成一实际上透明的胶状的薄膜层。
通过形成一薄膜层，可以更清晰地获得指纹突出部分和凹入部分的图象。
例如，这种薄膜层由凝胶体膜组成，该凝胶体膜由硅薄膜或类似物构成。
还可以设置用于存储上述光电探测器的输出的存储装置，所述存储以象素为单位，它对应于所述光导板的象素。
存储装置以象素为单位储存光电探测器的输出。因此，对应于手指指纹图象的图象被存储在该存储装置内。这种存储装置例如由SRAM(静态随机存取存储器)构成。
本发明可以这样构成，以便作为允许来自所述手指的光通过的上述孔径，上述液晶板从两维分布的多个象素中顺序地选择一个任意的象素。这种液晶板例如由一种透射液晶板构成，在这种透射液晶板上，4×6个象素被两维地设置(在平面条件下)。
在此情况下，液晶板通过所谓的面积检测模式读取指纹。
此外，本发明也可以这样构成，以便作为允许来自所述手指的光通过的上述孔径，上述液晶板从一维分布的多个象素中顺序地选择一个任意的象素。这种液晶板例如由一种透射液晶板构成，在这种透射液晶板上，1×15个象素被一维地设置(线性地)。
在此情况下，由于液晶板利用所谓的线性检测模式读取指纹，指纹读取部分的面积可以被制造得比使用面积检测模式进行读取时的面积小。电子设备的安装也变得更容易。此外，由于能够减少在指纹识别设备成本中占很大比率的液晶板的尺寸，因此降低了成本。
也可以为上述液晶板设置产生光的第二光源设备，所述光沿着从上述光电探测器到上述窗口元件的方向照射，可以这样构成上述液晶板，以使来自上述第二光源设备的光沿着上述窗口元件方向传播，并显示图象。
在此情况下，图象可以被显示在液晶板上。因而，例如指纹图象输入部分可以被设置在电子设备的图象显示部分上。这样，由于液晶板既可以被用于图象显示功能又可以被用于指纹图象输入功能，能够实现元件聚集和设备的小型化。
例如，这种第二光源设备由一种发光元件构成。
本发明的指纹识别方法的特征在于用光照射放置在窗口元件上的手指；通过顺序地移动液晶板的孔径位置，允许来自放置在窗口元件上的手指的光一次一个象素地顺序通过；收集来自所述液晶板的光；以象素为单位接收所收集的光。
图5显示了指纹读取结果的示例；图6显示了一种适用于本发明的指纹识别设备的结构；图7显示了图6的透射液晶板的构成；图8显示了适用于本发明的另一种指纹识别设备的构成。
在光导板2的底表面上，设置一透射液晶板1，通过两维地(在平面条件下)排列象素而构成所述透射液晶板1。在透射液晶板1的端表面上，设置一LED(发光二极光)作为发光设备。LED4所发出的光进入光导板并在该板内部传播。
在与其上形成有透射液晶板1的光导板2的表面相对的表面上，形成一锥形或抛物线形状的光收集部分5。此外，可以由光导纤维构成所述光收集部分5。与之相适应，本发明可以被制造得更薄。光电探测器6R被设置在光收集部分5的中心部位。该光电探测器6R的功能是将一个象素的光能转换成电能。
当图象被显示在透射液晶板1上时，发光元件6T被设置在和光电探测器6R相对应的位置。因而，通过光收集部分5，发光元件6T所产生的光被入射到透射液晶板1上。因此，通过控制对应于图象的透射液晶板1的预定象素的透射比，能够通过透射液晶板1显示图象。
控制电路7具有信号放大器11，用于放大光电探测器的输出。A/D转换器12将信号放大器11的输出从模拟信号转换成数字信号，然后将所述信号输入并存储在SRAM13(静态动态随机存取存储器)内。控制电路7也具有液晶控制电路14，该液晶控制电路驱动透射液晶板1。时序控制电路15向A/D转换器12、SRAM13和液晶控制电路14提供用于控制的时序信号。
从SRAM13所读取的图象数据被提供给图中未示出的在指纹识别过程中被使用的微型计算机。
图2是一个放大的横截面视图，显示手指压靠在光导板上面的状态。当手指31被放置在光导板2上面时，由于它的软度，凝胶膜3发生位移，手指31的指纹的突出部分31A直接接触光导板2。此外，凝胶膜3充入指纹的凹入部分31B内。
从光导板2的端面进入的光(凝胶膜3的端面)在光导板2和凝胶膜3内传播。在图2内，当从图底部(从透射液晶板1的一侧)观看手指31时(设想透射液晶板1的所有象素都允许光通过)，因此，由于传播通过凝胶膜3内部的光是对应于凹入部分31B的那部分光，来自凝胶膜3的对应于突出部分31A的那部分光被封闭，在观看时，凹入部分31B比突出部分31A更清楚。因此，可以读取指纹图象(凹入部分31B和突出部分31A所形成的图案)。
在本发明中，透射液晶板1依次地切换，从而使光以象素为单位一次通过一个象素(它适当地切换从而使孔径依次地移动)。透射液晶板1的其余象素被适当控制而使光不能通过它们。因此，例如在图2所示示例中，当象素n被控制，以允许光通过(象素n+1～n+5被控制，从而不允许光通过)，通过光导板2和凝胶膜3的光通过透射液晶板1上的象素n。同样，当象素n+2、n+3和n+5被设置成允许光通过的状态时，光被输出到透射液晶板1的另一个表面。相反当象素n+1和n+4分别被控制，以允许光通过它们时(当它们被设置作为孔径时)，由于这些部分对应于指纹突出部分31A，当象素n、n+2、n+3或n+5被设置成孔径敞开状态时，从透射液晶板1通过图底部的光少。
以象素为单位通过透射液晶板1的光被光收集部分5所收集，并入射到光电探测器6R。因此从光电探测器6R的输出中能够获得指纹图象。
下面结合图3介绍
图1所示设备的操作。
首先，在步骤S1进行初始操作。也就是在这个时候，液晶控制电路14将透射液晶板1的孔径敞开(通过该孔径，光能通过象素)设置到初始部位。例如如图4所示，当透射液晶板1由两维的(在平面条件下)4×6象素构成时，控制上左方的象素(1，1)，因此光通过(使所述上左方的象素成为孔径)。因而剩余象素被控制，使光不能通过。
此外，在步骤S1，时序控制电路15赋予SRAM13一个初始地址值。也就是，这个地址被设置，用于存储图4中象素(1，1)的象素数据。
随后，在步骤S2，光电探测器6R将对应于已经到达的光的数量的电信号转换成电压，并输出该电压。
也就是，当用户将手指31压在光导板2上时，构成参考图2所介绍的状态。当象素(1，1)对应于指纹的凹入部分31B时，也就是例如图2所示的象素n的情况时，通过光收集部分5，更强的光入射到光电探测器6R上。相反，当象素(1，1)对应于指纹突出部分31A时，也就是图2所示的象素n+1的情况时，通过光收集部分5入射到光电探测器6R上的光的数量比象素(1，1)对应于指纹的凹入部分31B时的入射光少。光电探测器6R输出一个对应于这个入射光量的电压。
信号放大器11放大光电探测器6R的输出，并将该放大信号输入到A/D转换器12。在步骤S3，A/D转换器12将信号放大器11所输入的信号从模拟信号转换成数字信号。在步骤S4，SRAM在相应的地址存储对应于这个象素(1，1)的信号。
然后，在步骤S5，时序控制电路15确定是否孔径移动到透射液晶板1的最后孔径。在本示例情况下，孔径没有被移动到最后孔径。因此，在此情况下，转到步骤S8，时序控制电路15将透射液晶板1的孔径部位移动到下一个扫描位置。在图4所示示例中，孔径被移动一次到达底侧部位。也就是孔径从象素(1，1)移动到象素(2，1)。时序控制电路15也将SRAM13的地址转换成对应于移动的孔径。
之后，处理返回到步骤S2，且与上述过程相同的过程得到执行。然后将象素(2，1)的象素数据存储到SRAM13内。
此后，重复进行相同的操作，孔径顺序地移动到图4所示的象素(3，1)、(4，1)、(1，2)…，并提供相应的象素数据并一次一个象素地将所述数据存储在SRAM13。在该示例中，执行面积检测操作。
在步骤S5，当确定孔径6移动到象素(4，6)时，由于这是最后的孔径，流程进入步骤S6，时序控制电路15将存储在SRAM13内的象素数据输出到外部。也就是根据这些数据，从用户指纹所读取的图象数据被传送到微型计算机或类似设备。微型计算机将这个数据和以前所存储的指纹数据进行比较，如果两组数据吻合，微型计算机输出“是”的鉴定。如果两组数据不吻合，微型计算机输出“否”的鉴定。
在步骤S7，时序控制电路15确定是否再次获得图象(是否读取指纹)，当要求执行读取时，流程返回步骤S1，然后重复执行上述步骤。当判断不用再次执行读取时，终止操作。
图5显示上述操作后所读取的指纹结果的一种示例。在图中，白色区域是明亮区域，对应于指纹的凹入部分31B。相反，图中的黑色区域对应于指纹的突出部分31A。
图6显示出本实施例的另一个方面。在本实施例的该方面，图1的实施例中所示的光导板2由棱镜41构成。在棱镜41的表面上，即手指31要接触的表面上，形成和图1示例中相同的凝胶膜3。LED4从棱镜41的一侧的横截面发光，通过凝胶膜3照亮手指31。
这个透射液晶板1上的象素是一维分布(线性分布)。其它部分的构造和图1相同。
因此，在本实施例的该方面，如图7所示，透射液晶板1由1×n象素构成(在图7所示示例情况)。液晶控制电路14在透射液晶板1上从1到15一次移动一个象素。也就是在这个示例中，执行线检测操作。因此可以读取直线方向上(图7中的水平方向)的象素，但是正交方向上的象素(图7中的垂直方向)不能被读取。因此在此情况下，如图6所示，用户沿图中箭头所示方向在棱镜41的顶部移动手指。因此在图7中，手指31沿从顶部到底部的方向移动或沿从底部到顶部的方向移动。因而和图1所示示例相同，光电探测器6R可以读取指纹表面的图象。
在上述说明中，凝胶膜3被形成在光导板2的表面上，但是即使没有形成凝胶膜3，也能读取指纹的图象。然而，形成凝胶膜3确保读取更高反差的指纹图象。
此外如图8所示，本发明也可以被如此构成，即省略光导板2和凝胶膜3，直接用LED4照亮手指31。在此情况下，由于通过手指31内部并被手指表面所漫射的光被利用，对应于手指突出部分31A的部位即和透射液晶板1直接接触的部位发出更强的光，而对应于凹入部分31B的部位发出较弱的光。因此突出部分31A被看作是明亮的部分，凹入部分31B被看作是黑暗部分。
如上所述，根据本发明能够获得一种指纹识别设备，其成本低廉，并且更薄，能够读取具有更高反差的指纹图象。
权利要求
1.一种指纹识别设备，包括一窗口元件，手指被放置在该元件上；第一光源设备，用于产生光，该光照向放置在所述窗口元件上的手指；一液晶板，用于通过依次地移动一个孔径的位置而依次地允许来自放置在所述窗口元件上的手指的光一次通过一个象素；一光收集部分，用于收集来自所述液晶板的光；一光电探测器元件，用于以象素为单位接收被所述光收集部分所收集的光。
2.根据权利要求1所述的指纹识别设备，其中所述液晶板允许被所述手指反射的光或者穿透所述手指内部并被手指表面所漫射的光穿过
3.根据权利要求1所述的指纹识别设备，其中所述窗口元件具有一光导板，手指放置在所述光导板的表面上，该光导板引导由所述第一光源设备所产生的光并使光进入该光导板内部。
4.根据权利要求3所述的指纹识别设备，其中所述光导板在放置手指的表面上具有一基本上透明的胶状的薄膜层。
5.根据权利要求1所述的指纹识别设备，其中还包括用于存储所述光电探测器的输出的存储装置，所述存储以象素为单位，对应于所述光导板的象素。
6.根据权利要求1所述的指纹识别设备，其中作为允许来自所述手指的光通过的孔径，所述光导板从两维分布的多个象素中顺序地选择一个任意象素。
7.根据权利要求1所述的指纹识别设备，其中作为允许来自所述手指的光通过的孔径，所述光导板从一维分布的多个象素中顺序地选择一个任意象素。
8.根据权利要求1所述的指纹识别设备，其中还包括用于产生光的第二光源设备，所述光沿着从所述光电探测器到所述窗口元件的方向照射，通过允许来自所述第二光源设备的光沿着所述窗口元件的方向通过，所述液晶板显示图象。
9.一种指纹识别方法，包括以下步骤用光照射放置在一窗口元件上的手指；通过依次地移动一液晶板的一个孔径的位置，允许来自放置在所述窗口元件上的手指的光一次一个象素地依次通过；收集来自所述液晶板的光；以象素为单位接收所收集的光。
全文摘要
本发明涉及一种指纹识别设备,该设备成本低廉而且可被制造得更薄。一光导板2引导光从其一个端面进入。一透射液晶板1以象素为单位保持敞通。通过该透射液晶板1的孔径,来自构成手指31指纹的突出部分31A和凹入部分31B的光被收集,并利用一光电探测器将光能转换成电能。本发明适用于一种指纹识别设备。
文档编号G06K9/00GK1381810SQ02122188
公开日2002年11月27日 申请日期2002年4月16日 优先权日2001年4月16日
发明者岩井一 申请人:欧姆龙株式会社