用户认证装置、用于其的输入感测模块及认证用户的方法与流程

本发明的示例性实施例涉及一种用户认证装置、用于其的输入感测模块以及认证用户的方法。更具体地，示例性实施例涉及一种能够感测关于用户手掌的信息的用户认证装置、用于该用户认证装置的输入感测模块以及认证用户的方法。

背景技术：

为了访问诸如电子装置、汽车、建筑等的物体，通常需要用户认证。通常，需要密码输入以访问电子装置，需要拥有汽车钥匙以启动汽车，需要认证密钥或密码输入以进入建筑。

上述用户认证需要用户利用单独的认证过程。即，用户采用特定的行为以执行各个认证过程。

此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对发明构思的背景的理解，因此，其可以包含不形成对于本领域普通技术人员而言在本国已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

示例性实施例提供了能够基于用户的自然行为精确地认证用户的用户认证装置。

示例性实施例也提供了布置在用户认证装置中的输入感测模块。

示例性实施例也提供了在用户没有意识到用户认证程序的情况下认证用户的方法。

另外的方面将在后面的详细说明中阐述，并且部分将通过公开而明显，或者可以通过本发明构思的实践而得知。

示例性实施例公开了包括输入感测模块和控制模块的用户认证装置。输入感测模块包括用户的手掌所输入到的感测表面，感测表面具有三维形状。当通过输入感测模块感测的输入手掌信息的与存储的用户手掌信息一致的数据点的数量等于或大于预定数量时，控制模块将输入手掌信息与用户手掌信息进行比较，以输出认证信号。

示例性实施例也公开了认证用户的方法，所述方法包括：感测在输入感测模块的感测表面上发生的通过用户的手掌的输入，感测表面具有三维形状；将从输入感测模块感测的输入手掌信息与先前存储在存储器中的用户手掌信息进行比较；当输入手掌信息的与存储的用户手掌信息一致的数据点的数量等于或大于预定参考数量时，生成认证信号。

示例性实施例也公开了输入感测模块，所述输入感测模块包括柔性基体构件、设置在柔性基体构件上的多个感测电极和设置在柔性基体构件上并保护感测电极的柔性保护构件。柔性保护构件具有用户的手掌所输入到的三维感测表面。

上述总体的说明和下面详细描述为示例性的和解释性的，并且意图提供对所要求保护的主题的进一步解释。

附图说明

附图示出了发明构思的示例性实施例，并且与说明书一起用来解释发明构思的原理，其中，包括附图以提供对发明构思的进一步理解，并且将附图并入本说明书且附图构成本说明书的一部分。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用户认证系统的框图。

图2和图3是示出根据示例性实施例的车辆用的用户认证系统的视图。

图4是示出根据示例性实施例的认证用户的方法的流程图。

图5是示出根据示例性实施例的用户认证装置的控制模块的框图。

图6a是示出根据示例性实施例的处理信号的方法的视图。

图6b是示出关于用户的手掌的信息的视图。

图7a和图7b是示出根据示例性实施例的用户的手指在输入感测模块上的视图。

图8a是示出根据示例性实施例的车辆的组件用的用户认证装置的透视图。

图8b是示出安装在图8a中示出的车辆的组件中的输入感测模块的透视图。

图8c是沿图8b的线i-i'截取的剖视图。

图8d是示出根据示例性实施例的展开状态下的输入感测模块的视图。

图9a、图9b和图9c是示出用户的手握住图8a中示出的车辆的组件的各种示例的透视图。

图10a、图10b和图10c是示出输入感测模块根据车辆的组件的形状的各种示例的透视图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以提供对各种示例性实施例的彻底理解。然而，明显的是，可以在没有这些具体细节或者具有一个或更多个等效布置的情况下实施各种示例性实施例。在其他情况下，以框图形式示出公知的结构和装置，以避免不必要地模糊各种示例性实施例。

在附图中，为了清楚和描述的目的，可以夸大层、膜、面板、区域等的尺寸和相对尺寸。此外，同样的附图标记指示同样的元件。

当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”、“连接到”或“结合到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在所述另一元件或层上、直接连接到或直接结合到所述另一元件或层，或者可以存在中间元件或中间层。然而，当元件或层被称作“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。为了本公开的目的，“x、y和z中的至少一个(者/种)”和“从由x、y和z组成的组中选择的至少一个(者/种)”可以理解为仅x、仅y、仅z或者x、y和z中的两个(者/种)或更多个(者/种)的任意组合，诸如以xyz、xyy、yz和zz为例。同样的附图标记始终指示同样的元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任意组合和所有组合。

尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语用来将一个元件、组件、区域、层和/或部分与另一个元件、组件、区域、层和/或部分区分开。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层和/或部分可被命名为第二元件、组件、区域、层和/或部分。

为了描述性的目的，这里可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”和“上面的”等空间相对术语，由此来描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语意在包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被定位为在所述其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其他方位)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体示例实施例的目的，而不意图限制。如这里所使用的，除非上下文另外清楚指出，否则单数形式的“一个(种)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，术语“包含”和/或“包括”及其变型用在本说明书中时，说明存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

这里参照作为理想示例性实施例和/或中间结构的示意图的剖视图来描述各种示例性实施例。如此，将预计出现例如由制造技术和/或公差引起的图示的形状变化。因此，这里公开的示例性实施例不应该被理解为受限于区域的具体示出的形状，而将包括诸如由制造导致的形状的偏差。在图中示出的区域本质上是示意性的，它们的形状并不意图示出装置的区域的实际形状并且不意图限制。

除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。除非这里明确地如此定义，否则术语(诸如在通用的字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的环境中的它们的意思一致的意思，而将不以理想化或过于形式化的含义来解释。

图1是示出根据示例性实施例的用户认证系统uis的框图。图2和图3是示出根据示例性实施例的车辆vh用的用户认证系统uis的视图。图4是示出根据示例性实施例的认证用户的方法的流程图。

在本示例性实施例中，车辆vh将被描述为用户认证系统uis所应用到的装置，但是所述装置不应该受限于车辆vh。根据示例性实施例的用户认证系统uis可以应用于需要用户认证的其他装置。

根据本示例性实施例的用户认证系统uis包括用户认证装置100和与用户认证装置100可操作地连接的电子装置控制系统1000。在本示例性实施例中，电子装置控制系统1000可以是但不限于车辆控制系统。

用户认证装置100包括输入感测模块110和控制模块120。输入感测模块110提供用户的手掌所接触的感测表面。输入感测模块110感测在感测表面上发生的“手掌的输入”。这里，在此使用的术语“手掌的输入”是指：通过伸展的手掌在输入感测模块110的感测表面上发生的轻触摸；通过伸展的手掌通过将预定压力施加到输入感测模块110的感测表面而发生的触摸；通过手掌握住输入感测模块110的感测表面而发生的触摸；通过手掌的一部分在输入感测模块110的感测表面上发生的轻触摸；通过伸展的手掌的一部分通过将预定压力施加至输入感测模块110的感测表面而发生的触摸；或者通过手掌的一部分握住输入感测模块110的感测表面而发生的触摸。

控制模块120从输入感测模块110接收电信号，例如，感测信号。控制模块120通过感测信号感测关于手掌的信息(在下文中，被称作输入手掌信息)。控制模块120将先前存储的手掌信息与输入手掌信息比较，并根据比较的结果输出认证信号。

用户认证装置100可以安装在车辆vh的各种组件上。如图2中所示，用户认证装置100可以安装在车门手柄dg上。如图3中所示，用户认证装置100可以安装在方向盘sw、变速杆tr、控制台储格cb、轮边制动器sb的把手中的至少一个上。输入感测模块110可以提供与车门手柄dg、方向盘sw、变速杆tr、控制台储格cb和轮边制动器sb的把手的外观对应的感测表面。即，输入感测模块110提供具有三维形状的感测表面。将在后面详细描述具有三维形状的感测表面。

电子装置控制系统1000包括中央控制模块1100、存储器1200和功能电子模块1300。功能电子模块1300包括电力控制模块1300-1、驱动控制模块1300-2、音响控制模块1300-3、安全控制模块1300-4和便利性说明控制模块1300-5。然而，功能电子模块1300不应该限制于上述模块。

中央控制模块1100控制功能电子模块1300和车辆vh的整体操作。中央控制模块1100从用户认证装置100接收认证信号。中央控制模块1100包括与用户认证装置100的发送器对应的接收器，以接收认证信号。中央控制模块1100可以使用有线通信和/或无线通信将认证信号发送至用户认证装置100或者从用户认证装置100接收认证信号。

存储器1200存储通过车辆所有者设定的车辆的安全信息。该安全信息可以包括功能电子模块1300的信息、关于智能密钥的信息和关于与多个驾驶员对应的便利性说明设定的信息。车辆所有者可以是多个驾驶员之一。

电力控制模块1300-1将电力提供给布置在车辆中的电子模块，驱动控制模块1300-2控制变速杆tr、轮边制动器sb和方向盘sw的操作。音响控制模块1300-3控制包括音频的音响系统，安全控制模块1300-4控制门和窗的锁定和解锁。

便利性说明控制模块1300-5控制布置在车辆vh中的各种电子装置的操作。例如，便利性说明控制模块1300-5可以控制导航nv的打开和关闭、座位st的高度、收音机rd的频道以及空调ac的设定温度。便利性说明控制模块1300-5的控制目标不限制于此。

在下文中，将参照图4详细描述认证用户的方法。感测由用户的手掌生成的输入(s10)。这里，用户可以为坐在驾驶员座位上的人。用户在进入驾驶员座位时握住车门手柄dg。另外，用户坐在驾驶员座位上后启动车辆的发动机时触摸或握住车辆中的各种组件，例如方向盘sw、变速杆tr、轮边制动器sb和控制台储格cb。安装在车辆的组件上的输入感测模块110感测用户的输入并输出感测信号。

基于来自输入感测模块110的感测信号检测输入手掌信息(s20)。控制模块120将电信号转换为数字信号并且对数字信号进行图像处理，以检测输入手掌信息。

将检测的输入手掌信息与先前存储的手掌信息进行比较(s30)。根据比较的结果，当检测的输入手掌信息与先前存储的手掌信息不一致(不对等)时，再次感测用户手掌的输入(s10)。控制模块120读出来自输入感测模块110的新的感测信号。根据比较的结果，当检测的输入手掌信息与先前存储的手掌信息一致(对等)时，控制模块120生成认证信号并输出生成的认证信号(s40)。

根据上面，可以通过在用户进入车辆并启动车辆的发动机时发生的用户的自然行为来执行用户认证。根据本示例性实施例的用户认证方法对于将要完成的用户认证而言不需要通过用户的特定行为。

当完成用户认证时，中央控制模块1100操作功能电子模块1300(s50)。例如，驱动控制模块1300-2执行车辆驱动模式(s51)。安全控制模块1300-4解锁门锁(s52)。中央控制模块1100将接收的认证信号与关于存储器1200中存储的多个驾驶员的信息匹配，随后根据与匹配的驾驶员对应的便利性说明信息设定来操作便利性说明控制模块1300-5(s53)。例如，根据关于便利性说明的设定信息，可以控制座位st的高度，可以操作空调ac，或者可以设定收音机rd的频率。

图5是示出根据示例性实施例的用户认证装置的控制模块的框图。图6a是示出根据示例性实施例的处理信号的方法的视图。图6b是示出关于用户手掌的信息的视图。图7a和图7b是示出根据示例性实施例的用户的手指在输入感测模块上的视图。

参照图5，根据本示例性实施例的控制模块120包括信号处理器121、存储器122、信息确定器123和认证信号发送器124。在本示例性实施例中，中央控制模块1100可以以无线方式将认证信号发送至用户认证装置100或从用户认证装置100接收认证信号，在这种情况下，可以省略认证信号发送器124。

信号处理器121通过从输入感测模块110提供的感测信号生成输入手掌信息。即，信号处理器121生成关于输入到输入感测模块110的手掌的信息。

存储器122存储关于用户的手掌信息。存储器122可以存储关于每个用户的手掌信息。

信息确定器123将存储在存储器122中的用户的手掌信息与输入手掌信息进行比较。信息确定器123根据比较的结果生成认证信号。

认证信号发送器124接收认证信号。认证信号发送器124将认证信号转换为适合于发送至中央控制模块1100(参照图1)的信号并且发送转换的信号。认证信号发送器124可以包括蓝牙模块、局部区域通信模块或无线(zigbee)通信模块等。

在下文中，将参照图6a和图6b详细描述通过信号处理器121执行的信号处理。

参照图6a，用户的手掌uh输入至输入感测模块110的感测表面ss。图6a示出与感测表面ss对应布置的多个感测电极se。在感测电极se中，与用户的手掌uh叠置的感测电极se输出感测信号。感测电极se可以根据用户的手掌uh与感测表面ss之间的接触形式输出彼此不同的感测信号。信号处理器121对接收的感测信号进行图像处理，以获得手掌图像。信号处理器121可以从手掌图像提取用户的手掌的特征。提取的手掌的特征形成输入手掌信息。

图6b示出从手掌获得的手掌信息。图6b中示出的手掌信息可以作为表示用户的手掌信息的数据点存储在存储器122中。图6b中示出的手掌信息可以作为输入手掌信息通过信号处理器121被检测。

手掌信息可以包括手指的长度和形状、手指的指关节的宽度、手掌线的长度和形状、彼此相邻的手指指关节之间的长度以及彼此相邻的手指的彼此对应的手指指关节之间的结合关系。

如图6b中所示，拇指f1包括两个指关节f1-p1和f1-p2。食指f2、中指f3、无名指f4和小指f5中的每个包括三个指关节f2-p1至f5-p3。

通过测量第三指关节f2-p3至f5-p3与手指的边缘f2-e至f5-e之间的长度来获得食指f2、中指f3、无名指f4和小指f5的长度。食指f2、中指f3、无名指f4和小指f5的形状可以作为图6a中示出的手掌的图像而获得。

手指f1至f5的指关节f1-p1至f5-p3中的每个宽度可以形成输入手掌信息。与食指f2、中指f3、无名指f4和小指f5的彼此对应的指关节的宽度(即，第一指关节f2-p1、f3-p1、f4-p1、f5-p1的宽度)可以形成一个认证信息组。这里，指关节的宽度指指关节线的延伸方向的长度。

如图6b中所示，手掌线pl1、pl2和pl3的形状和长度可以形成输入手掌信息。手指指关节f1-p1至f5-p3中的彼此相邻的指关节之间的长度fpl可以形成输入手掌信息。

手掌信息可以包括与其他相邻手指中的每个手指对应的手指指关节之间的结合关系。例如，连贯的手指的第一指关节f1-p1、f2-p1、f3-p1、f4-p1和f5-p1之间的距离可以形成输入手掌信息。可以在手指延伸的方向上测量所述距离。作为代表性示例，图6b示出中指f3的第一指关节f3-p1与无名指f4的第一指关节f4-p1之间的距离sl。

将参照图7a和图7b详细描述从感测电极se输出的感测信号。图7a和图7b示出设置在输入感测模块110上具有两个指关节uf-p的一个手指uf。

图7a中示出的感测电极se电容性地结合至手指uf。当感测电极se接收检测信号时，感测电极se电容性地结合至手指uf以形成电容器。换言之，输入感测模块110可以为但不限于静电电容式触摸面板。感测电极se可以包括用于形成静电电容式触摸面板的导电材料。

感测电极se可以分为两组。与手指的两个指关节uf-p叠置的感测电极se被称作第一组，其他感测电极se被称作第二组。

第一组感测电极se与手指uf形成电容器，以具有与通过第二组感测电极se和手指uf形成的电容器的电容不同的电容。因此，第一组感测电极se输出与从第二组感测电极se输出的感测信号不同的感测信号。信号处理器121(参照图5)可以基于施加于其上的感测信号的电压电平或时间常数获得关于两个指关节uf-p的信息。

图7b中示出的感测电极se可以根据通过手指uf提供的压力而输出彼此不同的感测信号。感测电极se可以包括电阻根据施加于其上的压力而变化的材料。即，每个感测电极se可以为但不限于压力感测传感器。

第一组感测电极se具有与第二组感测电极se的电阻变化率不同的电阻变化率，因此，第一组感测电极se输出与从第二组感测电极se输出的感测信号不同的感测信号。信号处理器121(参照图5)可以基于施加于其上的感测信号的电压电平或电流强度获得关于两个指关节uf-p的信息。

图8a是示出根据示例性实施例的应用有用户认证装置的车辆的组件的视图。图8b是示出安装在图8a中示出的车辆的组件中的输入感测模块110的视图。图8c是沿图8b的线i-i'截取的剖视图。图8d是示出根据示例性实施例的展开状态下的输入感测模块110的视图。在本示例性实施例中，变速杆tr将作为车辆的组件被描述。

车辆的组件(例如变速杆tr)具有三维形状，以允许用户(即驾驶员)握住该组件。输入感测模块110具有与变速杆tr的外观对应的形状。输入感测模块110提供具有三维形状的感测表面ss。感测表面ss提供与变速杆tr的外表面相似的三维形状。

输入感测模块110安装在变速杆tr上的结构不应该受特定结构限制。例如，输入感测模块110可以结合至变速杆tr的外表面。另外，输入感测模块110可以是变速杆tr的组件之一。输入感测模块110可以作为变速杆tr的外部构造而应用于变速杆tr的外部构造。

在下文中，将参照图8c和图8d详细描述输入感测模块110的结构。

参照图8c和图8d，输入感测模块110包括柔性的基体构件bm、安装在基体构件bm上的多个感测电极se以及设置在基体构件bm上方以保护感测电极se的柔性的保护构件pm。保护构件pm可以提供具有三维形状的感测表面ss。

虽然没有单独示出，但是输入感测模块110还可以包括连接至感测电极se的多条信号线。可以通过信号线将检测信号施加至感测电极或者可以通过信号线读出感测信号。另外，控制模块120(参照图1)可以以集成电路芯片的形式提供并且通过柔性电路板(未示出)电连接至信号线。

基体构件bm和保护构件pm中的每个是柔性的，为此，基体构件bm和保护构件pm中的每个包括聚二甲硅氧烷膜(pdms)、塑料膜、自恢复膜(self-restoringfilm)、织物和皮革中的至少一种。

用于感测电极se的材料可以根据输入感测模块110相对于外部输入的感测方法来确定。输入感测模块110通过如参照图7a描述的静电电容法来感测外部输入，或者输入感测模块110通过如参照图7b描述的压力感测法来感测外部输入。

静电电容式的感测电极se包括导电材料。导电材料可以具有高的柔性，例如石墨烯、碳纳米管、金属纳米线、导电纤维和导电聚合物中的至少一种。

压力感测式的感测电极se包括电阻根据施加于其上的压力而变化的材料。例如，压力感测式的感测电极se的示例可以包括压电材料、碳粉末、量子隧穿复合物(quantumtunnellingcomposite，qtc)、银纳米颗粒、结晶或多晶硅和电活性聚合物(electricactivepolymer)中的至少一种。因为碳纳米管、石墨烯或金属纳米线是柔性的并且具有根据施加于其上的压力而变化的电阻，所以碳纳米管、石墨烯或金属纳米线可以形成压力感测式的感测电极se。

感测电极se的形状不应该受特定形状限制。感测电极se可以包括两种感测电极se。根据感测方法(例如，自电容方法或互电容方法)，静电电容式的感测电极se可以包括唯一一种电极或两种电极。

如图8c和图8d中所示，输入感测模块110可以包括根据平均曲率彼此区分的多个部分。所述部分可以包括多个变化部分。所述部分也可以包括平坦部分。在本示例性实施例中，输入感测模块110分为两个部分。因为输入感测模块110分为两个部分，所以基体构件bm和保护构件pm中的每个也可以分为与输入感测模块110的两个部分对应的两个部分。

输入感测模块110包括具有第一平均曲率的第一部分p1和具有比第一平均曲率小的第二平均曲率的第二部分p2。基体构件bm包括与第一部分p1对应的第一基体部分和与第二部分p2对应的第二基体部分，保护构件pm包括与第一部分p1对应的第一保护部分和与第二部分p2对应的第二保护部分。

感测电极se包括布置在第一部分p1中的第一感测电极se1和布置在第二部分p2中的第二感测电极se2。第一感测电极se1具有第一节距pc1，第二感测电极se2具有比第一节距pc1大的第二节距pc2。通过电极的宽度以及彼此相邻的电极之间的距离的总和来限定第一节距pc1和第二节距pc2中的每个。第一节距pc1和第二节距pc2中的每个与平均值对应，第一感测电极se1的第一节距pc1不应该受恒定值限制。另外，第二感测电极se2的第二节距pc2不应该受恒定值限制。

具有相对更小的节距的感测电极se布置在具有相对更大的平均曲率的部分中，因此，可以精确地检测关于输入至变化部分的手掌的部分的信息。因此，虽然输入感测模块110具有三维形状，但是感测敏感性可以得到改善而与感测面积无关。另外，因为具有更小的节距的感测电极布置在具有相对更大的曲率的部分中，所以可以防止感测电极由于压力造成的损坏。

图9a至图9c是示出用户的手握住图8a中示出的组件的各种示例。因为用户进入到车辆的动作不总是相同，所以用户可以以如图9a至图9c中示出的各种方式来握住变速杆tr。

根据本公开，可以在用户的自然行为期间执行用户认证。因为即使用户以各种方式握住变速杆tr，也执行相同的用户认证，所以用户未察觉用户认证的执行。

参照图9a至图9c，虽然用户以各种方式握住变速杆tr，但是关于参照图6b描述的整个手掌的一些信息输入至输入感测模块110。根据握住的方式，可以将不同的认证信息组输入至输入感测模块110。将存储在存储器122(参照图5)中的关于整个手掌的信息与根据握住方式输入的手掌信息进行比较，并且根据比较的结果，当输入的手掌信息的与存储的关于整个手掌的数据点信息一致的数据点的数量等于或大于预定参考数量时，生成认证信号。预定参考数量可以通过电子装置控制系统1000由车辆所有者设定。因此，即使用户以各种方式握住变速杆tr，也可以持续执行用户认证。

图10a至图10c是示出输入感测模块110-1、110-2和110-3根据车辆的组件的形状的各种示例的视图。

参照图10a，具有盖形状的输入感测模块110-1可以安装在车门手柄dg上。如图10b所示，具有环形形状的输入感测模块110-2可以安装在方向盘sw上。如图10c所示，具有管状形状的输入感测模块110-3可以安装在轮边制动器sb上。

如上所述，输入感测模块110-1、110-2和110-3可以具有与车辆的组件的形状对应的三维形状。

根据上面，用户认证可以在用户没有识别用户认证时执行。换言之，可以通过用户的自然行为执行用户认证。

感测电极的节距根据感测表面的曲率而变化，因此，可以改善认证的精确度。另外，因为具有相对小的节距的感测电极布置在具有相对大的曲率的位置中，所以可以防止感测电极由于压力造成的损坏。

虽然这里已经描述了特定示例性实施例和实施方式，但是通过该描述其他实施例和修改将是明显的。因此，本发明构思不限于这样的实施例，而是限于所提出的权利要求的更宽范围以及各种明显的修改和等同布置。