安全的人体指纹传感器的制造方法

安全的人体指纹传感器的制造方法
【专利摘要】提供了设备、系统和方法，以执行人体指纹检测和认证以对访问配置有指纹检测模块的锁定移动设备的请求进行认证。一方面，响应于检测物体对指纹检测模块的接触，上述方法可用于确定所检测的物体的接触是否来自人体皮肤。当确定所检测到的物体的接触来自人体皮肤，可以从接触的物体检测到人体指纹的存在。可以从所述物体获得检测到的指纹数据，并将所述指纹数据和与所述锁定的移动设备的授权用户关联的存储的指纹轮廓进行比较。基于所述比较，可以授权所述访问锁定移动设备的请求。
【专利说明】安全的人体指纹传感器
相关申请的交叉引用
申请要求于2013年11月22日提交的申请号为61/908,026和2014年7月31日提交的申请号为62/031，833的美国临时专利申请的优先权。上述专利申请的全部内容通过弓I用结合在本申请中，作为本申请公开的一部分。
技术领域
[0001]本申请涉及用于安全访问移动设备的指纹识别。
【背景技术】
[0002]电子设备，包括便携式或移动计算设备，如笔记本电脑、平板电脑、智能电话和游戏系统，可以使用用户验证机制来保护个人数据，并防止未授权的访问。电子设备上的用户认证可以通过生物特征标识中的一个或多个的形式实现，该生物特征标识可以单独使用或者与常规的密码的认证方法结合使用。生物特征标识的一个普遍的形式是人体的指纹图案。指纹传感器可以内置于电子设备中以读取用户的指纹图案，以便该设备只能由该设备的授权用户通过授权用户的指纹图案的认证解锁。

【发明内容】

[0003]本发明实施例提供设备、系统和方法，执行人体指纹检测和认证以对访问配置有指纹检测模块的锁定移动设备的请求进行认证。一方面，提供一种指纹检测系统，包括:触摸传感模块，其包括触摸传感器(例如，金属环)和用于检测与所述指纹检测系统接触的物体的传感器电路;光学传感器模块，其包括一个或多个发光源和至少一个光检测元件;指纹图案传感器和认证处理器。所述触摸传感模块与所述光学传感器模块耦接。如果所述触摸传感模块检测到物体，如，手指，所述触摸传感模块激活所示光学传感器模块，使其随之产生具有两个或两个以上不同光学波长的探测光，其中，由于皮肤以下血液的存在，用户的皮肤针对所述探测光产生具有两个或两个以上不同光学波长的不同光学响应。所述光学传感器模块还包括:光学检测单元，用于接收所述探测光的反射或传输，以生成对所述一个或多个不同光学波长的探测光进行光学测量的测量数据。所述不同波长的光学测量数据可用于计算与标准或校正的人体血液吸收的值相比较的值，以确定所述物体是否为人体皮肤。所述计算、比较和确定操作都可以使用与所述光学传感器模块集成的片上信号处理单元来执行。
[0004]进一步地，所述光学传感器模块与所述指纹图案传感器耦接。如果所述光学传感器模块检测到人体皮肤为产生接触的物体时，所述光学传感器模块激活所述指纹图案传感器;所述指纹图案传感器包括用于收集指纹数据的传感器阵列和用于确定收集的指纹数据是否与人体指纹吻合的指纹图案处理器。所述指纹图案传感器与认证处理器耦接。如果所述指纹图案传感器检测到人体指纹，所述指纹图案传感器激活所述认证处理器。所述认证处理器从所述指纹图案传感器接收收集的指纹数据，并基于存储的具有授权用户指纹图案的指纹数据，对收集的指纹数据进行认证，且基于验证结果，生成认证输出以授权或拒绝所述访问请求。
[0005]在高安全性操作模式下，所述认证处理器可以从所述光学传感器模块接收所述两个或两个以上光学波长的所述光学测量数据，并使用所述光学测量数据检测人体心跳信号。该心跳检测提供了判断检测到的人体指纹是否来自活体另一重保障。所述认证处理器随后同时基于指纹认证结果和心跳检测结果，生成认证决定。
[0006]—方面，对访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求进行认证的方法包括:检测物体是否与所述指纹检测模块产生接触。当确定物体与所述指纹检测模块产生接触时，该方法可以用于确定所述物体是否为人体皮肤；当确定所述物体为人体皮肤时，该方法可以用于进一步确定所述物体是否为与访问请求相关联的人体指纹。当确认为人体指纹时，该方法可以用于收集来自物体的指纹数据，基于指纹轮廓对收集的指纹数据进行认证，然后基于收集的指纹数据的认证结果授权或拒绝所述访问请求。
[0007]另一方面，对访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求进行认证的方法包括:响应于检测与所述指纹检测模块接触的物体，确定所述物体是否为人体皮肤。当确定所述物体为人体皮肤时，该方法可以用于确定所述物体是否为与访问请求相关联的人体指纹。当确认为人体指纹时，该方法可以用于收集来自物体的指纹数据，并基于保存的指纹轮廓对收集的指纹数据进行认证。当收集的指纹数据被认证为有效指纹时，该方法可以用于确定所述物体是否与心跳信号关联。当确定所述物体与心跳信号关联时，授权所述访问请求。否则，拒绝所述访问请求。
[0008]另一方面，对访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求进行认证的方法包括:检测是否有物体与所述指纹检测模块产生接触。当确定所述物体与所述指纹检测模块产生接触时，该方法可以用于确定所述物体是否为人体皮肤。当确定所述物体为人体皮肤时，该方法以用于收集来自所述物体的指纹数据，并基于保存的指纹轮廓对收集的指纹数据进行认证。当收集的指纹数据被认证为有效指纹时，该方法可以用于确定所述物体是否与心跳信号关联。当确定所述物体与心跳信号关联时，授权所述访问请求。否则，拒绝所述访问请求。
[0009]再一方面，一种指纹检测模块包括:基板载体和位于所述基板载体上用于收集指纹数据的指纹传感器芯片。所述指纹检测模块还包括:设置于所述指纹传感器芯片上方的保护层，用于保护所述指纹传感器芯片;和设置于所述保护层周围的金属环，作为触摸传感器检测是否有物体与所述指纹检测模块接触。所述指纹检测模块还包括:光学检测模块。所述光学检测模块包括:位于所述基板载体上且位于所述保护层下的一个或多个发光源;位于所述基板载体上且位于所述保护层下的至少一个光检测元件；以及和所述指纹传感器芯片集成的信号处理电路。所述指纹检测模块还包括:涂覆在所述保护层底面的彩色层，其中，所述彩色层包含位于第一区域中的多个微孔，其中多个微孔直接位于所述一个或多个发光源之上，以及直接位于所述至少一个光检测元件之上的第二区域，以允许光通过所述第一区域和第二区域从彩色层穿过。
[0010]再一方面，指纹检测系统包括:触摸传感器，其包括用于检测与所述指纹检测模块接触的物体的金属环。所述指纹检测系统还包括:指纹图案传感器，其包括用于读取指纹图案的传感器阵列和用于确定读取的指纹图案是否与授权用户指纹图案的存储信息匹配的指纹图案处理器，以提供指纹图案认证输出。所述指纹检测系统还包括:光学传感器模块，其产生具有两个或两个以上不同光学波长的探测光，其中，由于皮肤以下血液的存在，用户的皮肤针对所述检测光产生所述具有两个或两个以上不同光学波长的不同的光学反应;所述光学传感器模块包括:光学检测单元，用于接收所述探测光的反射或传输，以生成对所述具有两个或两个以上不同光学波长的探测光进行光学测量的测量数据。进一步地，所述指纹识别系统包括:认证处理器，其用于从所述指纹图案传感器接收所述指纹图案认证输出，从所述光学传感器模块接收具有所述两个或两个以上不同光学波长的探测光的光学测量数据，并用于合并所述指纹图案认证输出和所述探测光的光学测量数据以确定是否接收或拒绝访问。
[0011 ]本文所描述的指纹检测模块和指纹传感器模块的各种示例均可以与移动设备(例如，智能手机、平板电脑和笔记本电脑)、计算设备(例如，个人电脑)以及其他电子设备集成，以在这些设备上执行指纹认证过程。
[0012]再一方面，提供了一种访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求的认证方法，包括:获得(I)用户的接触和(2)该用户提供的指纹输入的测量数据;确定检测到的用户接触是否来自活体;将获得的指纹输入中的指纹数据和与所述锁定的移动设备的授权用户关联的一个或多个存储的指纹轮廓进行比较；同时基于(I)所述指纹数据中是否存在匹配项和(2)检测到的接触是否来自活体，确定授权或拒绝用户的访问。
[0013]本公开技术的上述以及其他方面，及其实现和实例在下文的实施方式中结合附图、说明书和权利要求进行详细的描述。
【附图说明】
[0014]图1示出了指纹检测模块的剖视图。
[0015]图2示出了示例性的指纹传感器检测芯片。
[0016]图3A示出了包括用于确定检测到的物体是否为人体的光学传感机制的指纹检测模块的透视图和剖视图。
[0017]图3B示出了图3A所示的指纹检测模块的另一透视图和剖视图。
[0018]图3C示出了图3A所示的整个指纹检测模块的透视图。
[0019]图4为使用指纹检测模块检测和确定检测到的物体是否为人体的概念示意图。
[0020]图5A示出了光源波长与标准的人体皮肤反射率(单位:％)之间的函数关系的数据插图。
[0021]图5B示出了光源波长与人体血液光吸收属性(吸光系数)之间的函数关系的数据插图。
[0022]图6A示出了使用指纹检测模块检测和确定检测到的物体是否为人体的过程的流程图。
[0023]图6B示出了使用具有金属环的指纹检测模块进行指纹检测和认证的过程的流程图。
[0024]图7示出了执行指纹检测和认证的指纹检测模块的示意图。
[0025]图8A示出了集成有触摸面板和指纹检测模块的移动设备的示意图。
[0026]图SB示出了集成有触摸面板和指纹检测模块的另一移动设备的示意图。
[0027]图9A示出了激活待机状态下的指纹检测模块和使用指纹检测模块对锁定移动设备的访问请求进行认证的过程的流程图。
[0028]图9B示出了激活待机状态下的指纹检测模块和在高安全性模式下使用指纹检测模块对锁定移动设备的访问请求进行认证的过程的流程图。
[0029]图10示出了使用指纹检测模块通过高安全性流程对锁定移动设备的访问请求进行认证的过程的流程图。
[0030]图1lA示出了作为指纹检测模块的变形且用于检测和确定检测到的物体是否为人体的指纹检测模块。
[0031]图1lB示出了包括涂覆有彩色层的保护层的指纹检测模块。
[0032]图12示出了执行指纹检测和认证的指纹检测系统的示意图。
[0033]图13A示出了显示具有封装在显示屏玻璃盖下的触摸传感器组件的示例性移动设备的俯视图。
[0034]图13B示出了沿A-A面截取的移动设备的剖视图。
[0035]图13C示出了图13A和13B中位于显示屏玻璃盖1310下或者与其处于同一平面的触摸传感器组件的剖视图。
【具体实施方式】
[0036]配置有指纹认证机制的电子设备也会遭到恶意用户的攻击。恶意用户会获得授权用户的指纹，从而将窃取的指纹图案拷贝到与人体指纹吻合的载体物体上。这样，这些恶意用户就可以对目标设备进行解锁。从而，尽管指纹图案是唯一的生物特征标识，但指纹图案本身也并非完全可靠和安全的标识。针对电子设备中使用的指纹认证技术，本文公开的方法、设备和系统做出安全性改进或增强，具体地，通过提供额外的用于确定检测到的物体的接触是否来自活体的传感机制，以尽可能地防止失窃的指纹被用于非法访问目标设备。
[0037]在某些实施例中，可以使用触摸传感模块检测物体与触摸传感器的接触，例如，金属环和指纹检测模块。所述触摸传感模块包括:设置于移动设备的指纹检测模块周围的触摸传感器(例如，通过金属环或其他类似的导电材料和结构实现)和与所述触摸传感器通信耦接的关联触摸传感电路。所述触摸传感模块可以用于通过轻触的方式激活处于省电/待机模式下的所述指纹检测模块和所述移动设备，无需用户额外输入，如操作机械开关或者按钮。然而，在日常使用中，由于用户通常手持或以其他方式携带移动设备(例如，将其装在近身的口袋中)，难免无意和偶尔接触触摸传感模块。从省电的角度来说，用户不希望任何手指或者身体某部分的轻微接触所述触摸传感模块就立即将所述指纹检测模块和/或所述移动设备从省电/待机模式下激活。本文描述的实施例提供了设备、系统和方法，使得指纹检测模块可以通过光触方式激活，同时又防止或减少待机模式下的指纹检测模块和/或移动设备被无意和偶然的触摸激活。
[0038]本发明实施例提供设备、系统和方法，执行人体指纹检测和认证以对请求访问配置有指纹检测模块的锁定移动设备的用户进行认证。一方面，提供一种指纹检测系统，包括:触摸传感模块，其包括触摸传感器(例如，金属环)和用于检测与所述指纹检测系统接触的物体的传感器电路;光学传感器模块;指纹图案传感器和认证处理器。所述触摸传感模块与所述光学传感器模块通信耦接。响应于所述触摸传感模块检测到物体的接触，如，手指，所述触摸传感模块激活所述光学传感器模块，使其随之产生具有两个或两个以上不同光学波长的探测光信号，其中，由于皮肤以下血液的存在，用户的皮肤针对所述探测光信号产生具有所述两个或两个以上不同光学波长的不同光学响应。所述光学传感器模块还包括:光学检测单元，用于接收所述探测光信号的反射或传输，以生成对具有所光学波长的探测光信号进行光学测量的测量数据。所述不同波长的光学测量可用于计算与标准或校正的人体血液吸收的值相比较的值，以确定所述物体的接触是否来自人体皮肤。所述计算、比较和确定操作都可以使用与所述光学传感器模块集成的片上信号处理单元来执行。
[0039]进一步地，所述光学传感器模块与所述指纹图案传感器耦接。响应于所述光学传感器模块检测到所述接触来自人体皮肤，所述光学传感器模块激活所述指纹图案传感器；所述指纹图案传感器包括用于收集指纹数据的传感器阵列和用于确定收集的指纹数据是否与人体指纹吻合的指纹图案处理器。所述指纹图案传感器与认证处理器通信耦接。响应于所述指纹图案传感器检测请求访问所述锁定移动设备的用户的人体指纹，所述指纹图案传感器激活所述认证处理器。所述认证处理器从所述指纹图案传感器接收收集的指纹数据，并通过基于存储的具有授权用户指纹图案的指纹数据，对所述用户进行认证。基于认证结果，所述认证处理器可以生成认证决定，以确定授权或拒绝对所述锁定移动设备的访问。
[0040]在高安全性操作模式下，所述认证处理器可以从所述光学传感器模块接收所述两个或两个以上光学波长的所述光学测量数据，并使用接收到的所述光学测量数据检测人体心跳信号。该光学心跳检测提供了判断检测到的人体指纹是否来自活体的另一重保障。所述认证处理器随后同时基于指纹比较结果和光学心跳检测结果，生成认证决定。
[0041]一方面，对请求访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的用户进行认证的方法包括:检测物体对指纹检测模块的接触。响应于确定检测到的物体的接触来自人体皮肤，该方法还可以用于确定检测到的人体皮肤的接触是否为与请求访问所述锁定移动设备的用户关联的人体指纹。响应于确定检测到的接触来自人体指纹，该方法还可以用于从所述人体皮肤获得指纹数据。得到的指纹数据可以与存储的指纹轮廓进行比较，以尝试对所述用户进行认证。当获得的指纹与存储的所述移动设备的授权用户关联的指纹轮廓之一匹配时，可以授权用户对所述锁定的移动设备的访问。
[0042]另一方面，对请求访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的用户进行认证的方法包括:响应于通过检测物体对指纹检测模块的接触，确定检测到的物体的触摸是否来自人体皮肤。响应于检测所述触摸来自人体皮肤，该方法还可以用于确定检测到的人体皮肤的触摸是否和与请求访问所述移动设备的用户关联的人体指纹吻合。响应于确定所述接触来自人体指纹，该方法还可以用于从所述人体指纹获得指纹数据，并尝试通过比较获得的指纹数据与存储的授权用户的指纹轮廓，对所述用户进行认证。响应于匹配获得的指纹数据与存储的授权用户的指纹轮廓，该方法还可以用于后续确定检测到的物体是否与心跳信号关联。响应于关联心跳与检测到的物体，授权用户的访问。否则，拒绝所述访问请求。
[0043]另一方面，对请求访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的用户进行认证的方法包括:检测物体对指纹检测模块的接触。响应于检测所述接触，该方法还可以用于确定所述物体的接触是否来自人体皮肤。响应于检测人体皮肤的接触，该方法还可以用于从所述人体皮肤获得指纹数据，并比较获得的指纹数据与授权用户的指纹轮廓。响应于发现获得的指纹数据与存储的授权用户的指纹轮廓的匹配项，获得的指纹数据被识别为授权用户的有效指纹。该方法还可以用于后续确定所述产生接触的物体是否与心跳信号关联。响应于检测具有指纹的人体皮肤的心跳信号，授权所述用户的访问。如果指纹检测和心跳检测都未进行，则拒绝所述用户的访问。
[0044]再一方面，一种指纹检测模块包括:基板载体和位于所述基板载体上用于收集指纹数据的指纹传感器芯片。所述指纹检测模块还包括:设置于所述指纹传感器芯片上方的保护层，用于保护所述指纹传感器芯片;和设置于所述保护层周围的触摸传感器，用于检测来自物体的与触摸传感器的接触。所述触摸传感器可以由导电材料制作，其与所述保护层的轮廓毗邻或者接近，其可以设置为与所述保护层轮廓吻合的形状。对于圆形保护层，所述传感器，例如，可以为金属环。对于矩形保护层，所述传感器，例如，可以为矩形金属框。另夕卜，所述指纹检测模块包括:光学检测模块。所述光学检测模块包括:位于所述基板载体上且位于所述保护层下的一个或多个发光源;位于所述基板载体上且位于所述保护层下的至少一个光检测元件；以及与所述指纹传感器芯片集成的信号处理电路。此外，所述指纹检测模块包括:涂覆在所述保护层底面的彩色层。所述彩色层包含位于第一区域中的多个微孔，其中第一区域直接位于所述一个或多个发光源之上，以及直接位于所述至少一个光检测元件之上的第二区域，以允许光通过所述第一区域和第二区域从彩色层穿过。。
[0045]再一方面，指纹检测系统包括:触摸传感器，例如，金属环，其用于检测物体对指纹检测模块的接触。另外，所述指纹检测系统包括:指纹图案传感器，用于检测指纹图案。所述指纹图案传感器，例如，可以使用传感器阵列来实现。所述指纹检测系统还可以包括:指纹图案处理器，用于确定检测到的指纹图案是否与存储的具有授权用户指纹图案的指纹信息匹配，以提供指纹图案认证输出。另外，所述指纹检测系统还包括:光学传感器模块，用于产生具有两个或两个以上不同光学波长的探测光信号，其中，由于皮肤以下血液的存在，用户的皮肤针对所述探测光产生具有两个或两个以上不同光学波长的不同光学响应。所述光学传感器模块还包括:光学检测单元，用于接收所述探测光信号的反射或传输，以生成对具有两个或多个光学波长的探测光信号的光学测量数据。进一步地，所述指纹检测系统还包括:认证处理器，用于从所述指纹图案传感器接收所述指纹图案认证输出，并从所述光学传感器模块接收具有所述两个或两个以上不同光学波长的探测光信号的光学测量数据。所述指纹检测系统可以将所述指纹图案认证输出与所述探测光信号的光学测量数据进行合并，以确定授权或拒绝访问。
[0046]本文所描述的实施例提供了设备、系统和方法，可以应用用于人体指纹检测和认证的各个指纹检测模块。进一步地，本文所描述的实施例还提供了设备、系统和方法，可以应用确定检测到的物体是否为人体的各个指纹检测模块，在这些模块中可包含光学传感单元。具体地，本文公开的技术使用额外的测量或传感机制，在对提取的用户指纹进行感测之夕卜，进行其他的测量，从而将其与用户的指纹图案检测相结合，作为组合认证方法以识别授权用户是否正在访问所述设备。
[0047]本文公开的技术在另外的传感机制下使用具有两个或者两个以上不同探测光波长的探测光。在该传感机制下，人体皮肤发出不同的针对所述两个或两个以上不同波长的探测光的响应。这种具有所述两个或两个以上不同波长光学响应的测量用于和用户的指纹图案的正确识别相结合，以对访问进行认证。增加的认证机制可以提高认证等级和安全性，这是单独使用指纹图案无法实现的。在下文所描述的具体示例中，选择所述两个或者两个以上不同探测光波长，从而使得用户皮肤由于血液和血氧等级的存在产生的反射和吸收导致人体皮肤在选择的两个或者两个以上不同波长的反射光和传输光下产生不同的光学响应。在具体实现中，所述设备可以包括两个传感器设备。(I)指纹图案识别传感器和(2)探测光光学检测模块，其产生具有两个或两个以上不同波长且用于测量手指探测光的反射或者传输从而测量所述两个或者两个以上不同补偿的手指的光学响应。将所述两个传感器设备的测量数据合并，以对请求访问所述设备的用户进行认证。在具体实现中，这两个传感器设备可以集成到位于设备表面的指纹ID模块中，使用户访问所述设备前输入用户指纹。指纹ID模块的外观与其他指纹ID模块相似，其仅检测和处理指纹图案。而基于具有两个或两个以上不同波长的探测光测量而增加的光学检测模块，在接收合法用户访问方面，提供唯一增强的安全性和准确性。
[0048]图1示出了指纹检测模块100的剖视图(图中未示出手指)。如图1所示，指纹检测模块100包括:基板载体102和设置于所述基板载体102顶上的指纹传感器检测芯片104。指纹传感器检测芯片104可以使用电容传感收集指纹数据和检测指纹。然而，指纹传感器检测芯片104也可以用于收集指纹数据并通过非电容方式检测指纹。指纹检测模块100还包括:保护层106，其设置于指纹传感器检测芯片104之上，用于保护指纹传感器检测芯片104。保护层106还可以作为电介质隔片使用。保护层106可以由高介电常数材料制成，例如，陶瓷、蓝宝石、氧化锆或者其他类似材料。保护层104还可以具有硬质涂层，例如，类钻石碳。需要注意的是，在图1所述的实施例中，保护层106的边缘延在所有方向均延伸出指纹传感器探测芯片104的边缘。
[0049]指纹检测模块100还包括:金属环108，其设置于基板载体102上且设置于保护层106周围，用于保护保护层106的边缘。金属环108还可以作为信号电极使用。需要注意的是，当手指110按压在指纹检测模块100上用于指纹检测时，手指110(并非指纹检测模块100的构成部分)可以与金属环108接触。
[0050]图2示出了示例性的指纹传感器检测芯片200。需要注意的是，指纹传感器检测芯片200(或称之为“传感器芯片200”)可以作为传感器芯片104使用在指纹检测模块100中，或者与下文所述的其他类型的指纹检测模块结合使用。
[0051 ]如图2所示，指纹传感器检测芯片200包括:像素化传感元件阵列202，其占据传感器芯片的大部分。像素化传感元件阵列202中的每个传感元件可以是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)电容传感器或其他类型的可以感应指纹特征的传感器。指纹传感器检测芯片还可以包括:用于处理从像素化传感元件阵列202接收的信号的信号处理单元204，和耦接到信号处理单元204的连接单元206。连接单元206可以包括:多个电极，其可以通过线键合、凸点键合或其他连接方式连接到外部电路。连接单元206可以沿传感器芯片200的边缘设置，这样方便与指纹检测模块的其他部件连接。
[0052]需要注意的是，传感器芯片200还包括:一个或多个光检测元件208，其可以设置在传感器芯片200的一个或者多个部分。光检测元件208可以包括，但不限于:CMOS光检测器、电荷耦合器件(CCD)光检测器、发光二极管(LED)光检测器、光电阻、光伏光检测器和光二极管。在所示的实施例中，两个光检测元件沿传感器芯片的一边缘部分设置。在一个实施例中，可以仅使用一个单独的光检测元件，也可以使用两个以上的光检测元件。多个光检测元件可以设置于硅芯片的不同边缘，而非都设置于芯片的同一侧。需要注意的是，图2示出了光检测元件208与像素化传感元件阵列202集成于同一芯片上;在其他实施例中，光检测元件也可以不设置于传感器芯片上，而设置于指纹传感器模块的不同区域。
[0053]图3A示出了包括用于确定检测到的物体是否为人体的光学传感机制的指纹检测模块300的透视图和剖视图。与指纹检测模块100类似，指纹检测模块300包括:基板载体302，指纹传感器检测芯片304，保护层306和金属环308。指纹传感器检测芯片304可以为指纹传感器检测芯片200，包括一个或多个光检测元件。然而，在某些实施例中，所述一个或多个光检测元件设置于传感器芯片200外，且设置于基板载体303的其他区域或者保护层306的腔体中。保护层可以有透明材料制成，例如，蓝宝石或者氧化锆。如果对保护层进行了化品着色，可以在保护层306上使用透明窗口，以允许光从中穿过。需要注意的是，在本实施例中，保护层306覆盖传感器芯片304的整个表面。
[0054]指纹检测模块300还包括:一个或多个发光源310，其可以设置于金属环308的腔体312中。发光源310可以包括:一个或多个发光二极管(LED)芯片，一个或多个二极管激光器，或者一个或多个其他微型发光设备。此应用场景下的一个示例性LED芯片可以具有?200μπιΧ200μπι的面积和?200μπι的厚度。在所示的实施例中，腔体312具有环状结构，该结构围绕金属环308的下侧形成。然而，金属环308中的腔体312可以具有很多其他的配置，例如，仅公开了围绕发光源310配置的方式。
[0055]响应于人体手指或者物体与指纹检测模块300产生接触，发光源310可以用于发射具有所需波长的检测光。例如，金属环308可以作为传感电极使用，以检测人体手指或物体的接触。发光源310可以通过一个或多个发光窗口发射光，该发光窗口穿过金属环308连接至腔体312。如图3Α所示，发光窗口 314直接设置于腔体312内任一个发光源310之上。在某些实施例中，发光源310包括调制的光源。
[0056]图3Β示出了指纹检测模块300的另一透视图和剖视图。图3C示出了整个指纹检测模块300的透视图。
[0057]图4示出了使用指纹检测模块检测400(其与指纹检测模块300基本一致)和确定检测到的物体是否为人体的概念。在参考指纹检测模块400描述图4的情况下，所述的方法基本适用于很多指纹检测模块400的变形，其中某些变形将在下文进行描述。
[0058]如上所述，指纹检测模块400包括:基板载体402，保护层406，金属环408和传感器芯片404;还可以包括电容传感阵列，用于感应指纹的脊和谷的图案。指纹检测模块400包括:发光源410，其位于金属环408下方的腔体中。在某些实施方案中，发光源410可以通过金属环408的光发射窗口 414发射至少两种不同波长的光。指纹检测模块400还包括:一个或多个光检测器416，其既可以集成在传感器芯片404上，也可以单独设置于基板载体402上。在所示的实施例中，光检测器416设置于传感器芯片404的边缘。
[0059]在某些实施方案中，当物体420(并非指纹检测模块400的组成部分)与指纹检测模块400接触时，发光源400通过发光窗口 414发射检测光。检测光被物体420反射，之后反射的光可被光检测器416接收和测量。在特别的实施方案中，检测光的一个或多个波长可以由发光源410发射。为了进行心跳检测，检测光的一个波长已经足够使用。为了检测活体手指的触摸，当检测光的一个波长足够使用时，两个或两个以上波长的效果更好。例如，对于一个波长，所选波长可以为660nm。对于两个或两个以上的波长，一个所选波长可以为660nm，另一个所选波长可以为905nm、910nm或940nm。在其他实施例中，所述两个所选波长可以分别为590nm和805nm。在其他实施例中，所述两个所选波长可以分别为520nm和575nm。在某些实施例中，仅需要一个波长，且其他任何上述已经明确定义的波长或者其它本应用(如，心跳检测)适用的波长均可以使用。
[0060]图5A示出了光源波长与标准的人体皮肤反射率(单位:％)之间的函数关系的数据插图。需要注意的是，针对不同的波长，人体皮肤具有不同的反射率。波长与反射率的关系可以通过测量得到。最终，与所选的两个波长的反射光对应的光检测器信号之间可以存在较大差别。在某些实施方案中，光检测器416可以用于测量上述两个波长的反射光。上述两种测量的比率可以通过计算得到，且可与标准或校正的人体手指/皮肤的值做比较，以确定物体420是否为人体手指。所述计算、比较和确定都可以使用片上信号处理单元来执行，例如，如图2所示的信号处理单元204。
[0061]图5B示出了光源波长与人体血液光吸收属性(吸光系数)之间的函数关系的数据插图。需要注意的是，针对不同的波长，人体血液具有不同的吸收率。进一步地，对于血红蛋白缺氧(下文称之为“Hb”状态)和血红蛋白与氧结合(下文称之为“Hb02状态”)，吸收行为也截然不同。其结果是，与所选的两个波长的反射光对应的光检测器信号之间也截然不同，与Hb和Hb02状态下相同波长的反射光对应的光检测器信号也可以截然不同。在某些实施方案中，光检测器416可以用于测量上述两个波长的通过物体420传输的光。上述两种测量的比率可以计算得到，且可与标准或校正的人体血液吸收的值做比较，以确定物体420是否为人体手指。所述计算、比较和确定都可以使用片上信号处理单元来执行，例如，如图2所示的信号处理单元204。
[0062]光检测器416还可以用于测量经物体420传输的在Hb和Hb02状态下的一个或两个波长的光。上述每种状态下两种不同波长的两种测量的比率可以通过计算得到，且可与标准或校正的人体血液吸收的值做比较，以确定物体420是否为人体手指。所述计算、比较和确定都可以使用片上信号处理单元来执行，例如，如图2所示的信号处理单元204。
[0063]鉴于心脏栗的效应，图5A或5B或者图5A和5B所示的两个不同光学波长下的上述测量可以用于基于血液中由于心脏搏动产生的含氧等级测量用户的心跳。两个不同波长可以是分别在红色光谱范围和红外光谱范围内。基于氧的血液中的饱和含氧水平的测量，心跳测量用于一些脉冲血氧计装置或心脏速率监测。红色(由含氧血液吸收)和红外(由缺氧血吸收)的相对吸收率与动脉血氧饱和度相关。执行并处理相对光吸收的测量，以产生心脏跳动速率。当指纹图案被呈现给要访问的目标设备时，该心跳测量还可以用于检查用户是否存在。
[0064]如上所述，指纹检测模块内的触摸传感器，例如，指纹检测模块400中的金属环408可以用于检测物体的初始接触，如用户的手指。在一个实施例中，金属环可以是用于初始接触检测和模块激活电路的一部分。在一些实施例中，指纹检测模块在检测到新的接触前可以处于待机模式(即，省电模式)。在检测到新的接触时，金属环电路激活指纹检测模块的主电路。当前的指纹检测和认证过程完成时，指纹检测模块的主电路可被关断或去激活，指纹检测模块返回待机模式，同时金属环电路保持激活状态，并准备检测下一次接触。
[0065]图6A示出了使用指纹检测模块检测和确定检测到的物体是否为人体的过程600的流程图。过程600可以在指纹检测模块400的上下文中来理解。当指纹检测模块检测到的物体正在与指纹检测模块接触时(602)，可以启动该过程。在一个实施例中，指纹检测模块内的金属环及其关联的电路(例如，模块400中的金属环408)可以用于接触检测。需要注意的是，此时指纹检测模块内的发光源可以设置为关闭模式，而在检测到接触时，发光源可以被激活。响应于检测到接触物体，指纹检测模块内的发光源开始发射具有两个选择的波长的检测光(604)。所述指纹检测模块内的一个或多个光检测器测量光信号，该光信号可以包括一部分由接触物体反射的检测光和/或一部分穿过接触物体的检测光(即，传输光)(606)。需要注意的是穿过接触物体的检测光的部分可被用来确定接触物体的光吸收特性。信号处理模块处理与所选的两个波长对应的光检测信号，并通过对计算出的所选两个波长的信号比率和人体手指相同参数的特征值进行比较，来确定检测到的物体是否为人体(608)。当检测和认证过程结束时，可以关闭发光源，以节省电能(610)。
[0066]如上所述，指纹检测模块内的金属环，例如，指纹检测模块400中的金属环408可以用于检测手指或物体的初始接触。在一个实施例中，金属环可以是用于初始接触检测和模块激活电路的一部分。在一些实施例中，指纹检测模块可以在检测到新的接触前处于待机模式(即，省电模式)。在检测到新的接触时，金属环电路激活指纹检测模块的主电路。当电流指纹检测和认证过程完成时，指纹检测模块的主电路可被关断或去激活，指纹检测模块返回待机模式，同时金属环电路保持激活状态，并准备检测下一次接触。
[0067]图6B示出了根据本发明实施例的使用具有金属环电路的指纹检测模块(例如，指纹检测模块400)进行指纹检测和认证的过程620的流程图。在该过程开始之前，指纹检测模块的主指纹传感器和关联电路(其可以包括指纹传感器芯片和/或发光源和光检测器)处于待机模式(即，省电模式)。此时，只有金属环电路处于激活或工作状态。需要注意的是，金属环电路既包括作为传感器的金属环，还包括耦接到金属环的关联电路，以在物体与金属环产生接触时，生成检测信号。当指纹检测模块基于金属环电路生成的检测信号检测到物体与指纹检测模块接触时，该过程开始运行(622)。接下来，指纹检测模块激活主指纹传感器和关联电路，并收集指纹传感器数据(例如，通过对物体进行扫描)(614)。然后，指纹检测模块处理收集的指纹传感器数据，以确认已经检测到指纹(616)。在616中，当指纹传感器模块无法确认该过程中的指纹数据时，指纹检测模块可以继续收集指纹传感器数据。指纹检测模块对收集的指纹数据进行图像处理，以验证指纹数据是否与注册指纹匹配，从而授权或拒绝访问(618)。认证过程结束之后，指纹检测模块切换到待机模式，以节约电能。此时，金属环电路依然处于工作状态(620)。
[0068]图7示出了根据本发明实施例的执行指纹检测和认证的示例性指纹检测模块700的示意图。如图7所示，指纹检测模块700包括:指纹图案传感器702和光学传感器模块704，两者都与认证处理器706耦接。指纹图案传感器702包括:用于读取指纹图案的传感器阵列，和与传感器阵列通信的用于确定读取的指纹图案是否与授权用户指纹图案的存储信息匹配的指纹图案处理器，以提供指纹图案认证输出708。光传感器模块704产生具有一个或多个光学波长的探测光，其中，由于皮肤以下血液的存在，用户的皮肤针对所述检测光产生所述具有一个或多个光学波长的不同的光学反应。光学传感器模块704还包括:光学检测单元，用于接收所述探测光的反射或传输，以生成指示对所述一个或多个不同光学波长的探测光进行光学测量710的数据。所述指示对光学测量710的数据可以被提供给认证处理器706。认证处理器706从所述指纹图案传感器702接收所述指纹图案认证输出708，从所述光学传感器模块704接收具有所述一个或多个不同光学波长的探测光的光学测量710的数据，以合并所述指纹图案认证输出708和所述探测光的光学测量710的数据以确定是否接收或拒绝访问。
[0069]图8A示出了集成有触摸屏组件和指纹检测模块的示例性移动设备800的剖视图。如图8A所示，移动设备800(例如，智能手机)包括:指纹检测模块802，其具有触摸传感器，例如，金属环804，其基本上与移动设备800的表面平行设置，且与暴露给用户的顶部玻璃盖806平行设置。触摸传感器可以使用任何导电材料实现，例如，任何已知的金属。除此之外，触摸传感器的形状可以基于指纹检测模块的形状和设置而不同。触摸传感器可以设计为与指纹检测模块的轮廓毗邻或者接近，从而基本上环绕暴露给用户的指纹检测模块的那部分。例如，对于圆形的指纹检测模块，金属环可以作为触摸传感器使用。对于矩形的指纹检测模块，触摸传感器可以设计为矩形框的形状。移动设备800的顶部玻璃盖806包括:允许指纹检测模块802穿过且暴露在其表面的开口。此外，顶部玻璃盖806可以使用玻璃之外的透明材料实现，包括:各种晶体结构，例如，蓝宝石，其在至少允许可见光穿过的同时还可以保护移动设备800。移动设备800还包括:触摸面板808和设置于电容式触摸面板808下方的LCD显示模块810。触摸面板808可以使用各种触摸技术实现，包括:电容式触摸传感器、电感式触摸传感器和其他触摸传感器。触摸面板和LCD显示模块810—起形成了触摸屏组件。当移动设备800被锁定时，IXD显示模块810被关闭，移动设备800的主处理器和指纹检测模块802处于待机模式。为了对移动设备800进行解锁，用户可以，例如，用手指接触指纹检测模块802。触摸传感器，例如金属环804，和通信耦接到金属环804的关联电路，可以用于通过使用指纹检测模块802来检测物体812的接触。触摸传感器和关联电路可以用于通过光接触激活指纹检测模块802，无需用户额外输入，如操作机械开关或者按钮。
[0070]图SB示出了集成有触摸屏组件和指纹检测模块的另一示例性移动设备820的剖视图。与图8A所示的移动设备类似，移动设备820包括:指纹检测模块822，其包括触摸传感器，例如，金属环824。然而，与移动设备800不同，移动设备820的顶部玻璃盖826没有暴露指纹检测模块822顶面(例如，暴露给用户的表面)的开口。指纹检测模块822设置于顶部玻璃盖826下，用于感应手指的指纹，且无需与手指832接触。
[0071]在图8B所示的实施例中，顶部玻璃盖826保护触摸屏组件的触摸面板828和LCD显示模块830和移动设备820顶面与超出触摸面板的触摸感应区域的顶部玻璃盖826基本平行的其他区域，包括指纹检测模块822之上的位置。触摸面板828嵌入顶部玻璃盖826下的玻璃支撑件834中。顶部玻璃盖826和玻璃支撑件834可以使用与顶部玻璃盖806类似的材料实现。玻璃支撑件834包括:允许指纹检测模块822穿过且位于顶部玻璃盖826下方的开口。玻璃支撑件834中开口的位置可以更加靠近玻璃支撑件834的一端，与图8A所示的顶部玻璃盖806中的开口的相对位置类似。如此设计的指纹检测模块822可以通过硬质顶部玻璃盖826的顶面(例如，暴露给用户的表面)感应到手指832的指纹的接触，无需物体，如手指832，直接接触指纹检测模块822的表面。这使得顶部玻璃盖826可以完全将触摸屏组件和指纹传感器盖没有开口的且在空间上连续的保护面之下。
[0072]在一个实施例中，顶部玻璃盖826和玻璃支撑件834相互粘结在一起，形成一个整体的玻璃盖结构，该结构的厚度及机械强度远远大于单个的顶部玻璃盖826和玻璃支撑件834。所述两个玻璃层可以与一薄粘合层粘结在一起，例如，树脂粘合层。该粘合结构的总厚度与图8A所示的顶部玻璃盖基本相当。设置于玻璃支撑件834的开口内的指纹检测模块822可以直接附着在顶部玻璃盖826的下方。
[0073]在日常使用中，由于用户通常手持或以其他方式携带移动设备800或移动设备820(例如，将其装在近身的口袋中)，难免无意和偶尔接触金属环804或直接位于金属环824之上的表面区域。由于无意间与触摸传感器的接触，将指纹检测模块802或822和/移动设备800或820的主处理器从待机模式激活，难免会增加移动设备的功耗。本发明实施例所描述的设备、系统和方法尽可能使得指纹检测模块802或822通过光接触而激活，同时又防止该指纹检测模块802或822和/移动设备800或820被无意间的接触从待机模式激活。
[0074]图9A示出了激活备用状态下的指纹检测模块和使用指纹检测模块对用户访问锁定移动设备的访问请求进行鉴权的示例性过程900的流程图。参考指纹检测模块400和移动设备800或820，对图9A所示的示例性过程900进行描述。处于待机模式的指纹检测模块(例如，指纹检测模块400)具有触摸传感器，可以使该触摸传感器连续的从触摸传感器接收触摸传感器信号(例如，从金属环触摸传感器接收金属环信号)，其中该触摸传感器信号指示对触摸传感器(例如，金属环)和指纹检测模块的物体的接触(902)。在一个实施例中，指纹检测模块的金属环触摸传感器(例如，指纹检测模块400中的金属环408)和关联的触摸传感电路(可以与传感器芯片404集成)用于触摸检测。例如，响应于金属环上物体，例如，手指，与金属环接触导致的电容负载增加，关联的触摸传感电路可以生成信号。需要注意的是，指纹检测模块内的发光源此时并未开启。直到在902中检测到金属环信号时，指纹检测模块处于待机模式，并在此模式下等待指示如图9A所示的检测到的物体的金属环信号。
[0075]响应于指纹检测模块从触摸传感器和关联的触摸传感电路接收金属环信号，指纹检测模块激活光学检测模块，并开启发光源，例如，指纹检测模块内的LED光源，以发射具有两个所选波长的检测光(904)。光学检测模块包括:指纹检测模块内的一个或多个光检测器(例如，指纹检测模块400中的光检测器416)，以测量与接触物体反射出的发射的检测光关联的光信号和/或穿过接触物体的发射的检测光(906)。穿过接触物体的检测光可以被用来确定接触对象的光吸收特性。信号处理模块处理与所测量的具有两个预设波长的光信号对应的光检测信号。至少基于处理的光检测信号，信号处理模块通过将计算得到的处理的具有两个选择波长的光检测信号的信号比率与人体皮肤相同参数的特征值进行比较，来确定检测到的接触是否来自人体皮肤。在一些实施方案中，光学检测模块与指纹传感器芯片集成。
[0076]当在908中确定检测到的接触并非来自人体皮肤，指纹检测模块切换回待机模式(902)。例如，所述检测到的接触可以基于与金属环接触的非人体皮肤物体，例如，通过衣服与金属环接触的人体。在一种事实方案中，返回待机模式还包括关闭发光源。然而，当在908中确定检测到的接触来自人体皮肤，指纹检测模块激活指纹检测模块中的主指纹传感器和关联电路，并开始从人体皮肤获得指纹传感器数据(910)。
[0077]指纹检测模块处理获得的指纹传感器数据，以确定是否检测到人体指纹(912)。这一步骤在完全的指纹验证之前进行，以将人体指纹和与指纹检测模块接触的人体皮肤的其他部分区别开来，例如人手、胳膊、人脸等的其他部分。在某些实施方案中，在902中人体指纹的初始确定过程并未获得和处理全指纹数据，以达到省电和节省处理时间的目的。例如，指纹传感器测量一维(ID)人体皮肤轮廓，关联的检测链路确定所测量到的ID皮肤轮廓是否基本与人体指纹匹配。与指纹传感器关联的检测电路可以将测量到的ID皮肤轮廓与典型的ID指纹轮廓进行比较，并确定测量到的ID皮肤轮廓是否与人体指纹吻合，其中，典型的ID指纹轮廓包括脊和谷的周期性的图案。进一步地，用于执行912中人体指纹初始确定的检测电路可以为指纹检测模块内的低功耗检测电路，例如，集成有传感器芯片的电路。这样，执行912中人体指纹初始确定不需要移动设备的主处理器(例如，应用处理器)，该处理器可以保持在待机模式，直到需要进行全指纹验证。使用部分指纹数据和低功耗电路可以保证910和912中的功耗较低。
[0078]当在912中确定检测到的接触并非来自人体皮肤，指纹检测模块切换回待机模式(902)。例如，检测到的人体皮肤的并未留下指纹的接触可以是用户手、胳膊或脸的一侧与金属环接触产生的。在一种实施方案中，902中返回待机模式还包括关闭发光源。
[0079]当在912中确定检测到的接触来自人体指纹，指纹检测模块随之通过指纹传感器获得全指纹数据，并将获得的全指纹数据发送到主处理单元以备处理(914)。这一过程可能涉及从待机模式下唤醒主处理单元。全指纹传感器数据由主处理单元进行处理，以验证获得的全指纹数据是否与存储的移动设备的授权用户的指纹数据匹配。基于上述验证的结果，主处理单元授权或拒绝对锁定移动设备的访问(916)。如果访问被拒绝，指纹检测模块切换回902中的待机模式。否则，如果访问被授权，指纹检测模块同样切换回待机状态，但不需要返回902。
[0080]图9B示出了激活待机状态下的指纹检测模块和在高安全性模式下使用指纹检测模块对请求访问锁定移动设备的用户进行认证的示例性过程901的流程图。图9B所示的过程901包括基本上于图9A的过程900，包括(902)到(904)相似的指纹检测过程。对获得的全指纹传感器数据(904)进行处理，以验证获得的全指纹数据是否与存储的锁定移动设备的授权用户的指纹数据匹配(926)。当没有发现任何匹配项时，用户访问移动设备的请求被拒绝，指纹检测模块切换回待机模式(902)。当发现匹配项时，指纹检测模块激活包括发光源和光检测器的光学检测模块，以检测是否存在人体心跳信号(928)。在检测是否存在人体心跳信号(930)的步骤中，可以检测或者不检测人体真实的心率。如上所述，发光源发射的所述两个光学波长可以用于基于血液中由于心跳搏动产生的含氧等级测量用户的心跳。该心跳测量还可以检查活体是否与检测到的人体指纹关联。
[0081]当检测到心跳信号时(903)，用户访问锁定移动设备的请求被授权，指纹检测模块切换回待机模式(932)。否则，用户访问锁定移动设备的请求被拒绝，指纹检测模块切换回待机模式(902)。心跳检查与指纹检测相结合，可以为用户认证程序提供额外的安全性。
[0082]图10示出了激活待机状态下的指纹检测模块和在高安全性模式下使用指纹检测模块对请求访问锁定移动设备的用户进行认证的另一示例性过程1000的流程图。
[0083]待机模式下的指纹检测模块可以持续监测物体对指纹检测模块的接触(1002)。当指纹检测模块检测到来物体对指纹检测模块的接触时，指纹检测模块确定检测到的接触是否来自人体皮肤(1004) ο如果确定该接触并非来自人体皮肤，则指纹检测模块返回待机模式，并继续检测下一次接触(1002)。当检测到人体皮肤的接触，指纹检测模块从产生接触的物体获得数据，以确定从物体获得的数据是否与人体指纹吻合(1006)。在不进行指纹检测的情况下，指纹检测模块返回待机模式，并继续监测下一次接触(1002) ο当确定检测到的接触来自人体指纹时，主处理单元尝试认证所获得的指纹数据，以确定获得的指纹数据是否与存储的移动设备的授权用户的指纹图案匹配(1008)。当获得的指纹数据与存储的移动设备的授权用户的指纹图案不匹配时，指纹检测模块返回待机模式，并继续监测下一次接触(1002)。当获得的指纹数据与存储的移动设备的授权用户的指纹图案匹配时，指纹检测模块通过检测是否负载心跳信号确定检测到移动设备的授权用户的指纹是否与活体相关(1010)。当检测到存在心跳信号时，授权用户访问锁定移动设备的请求。当检测到不存在心跳信号时，拒绝用户访问锁定移动设备的请求，指纹检测模块返回待机模式，并继续等待下一次接触(1002)。在各实施例中，增加的与1010中授权用户指纹检测关联的心跳信号检测的验证可以实现为一可选过程，可以仅基于1008中对授权用户指纹的检测来授权或拒绝用户访问锁定移动设备的请求。在某些实施例中，用户认证过程1000可以直接从产生接触的物体获得指纹数据，无需识别检测的物体来自人体皮肤(1004)和确定是否在识别出的人体皮肤发现指纹(1006)这两个过程。在某些实现方案中，心跳检测过程(1010)可以在检测物体的接触(1002)之后且在确定是否可以在与指纹检测器的触摸传感器接触的人体皮肤检测到授权用户的指纹数据之后执行。
[0084]图1lA示出了作为指纹检测模块400的变形且用于检测和确定检测到的物体的接触是否来自人体皮肤物的示例性指纹检测模块1100。
[0085]与指纹检测模块400类似，指纹检测模块1100包括:基板载体1102，保护层1106，触摸传感器，如，金属环1108，以及传感器芯片1104;还可以包括电容传感阵列，用于感应指纹的脊和谷的图案。指纹检测模块1100包括:一个或多个光检测器1116，其既可以集成在传感器芯片1104上，也可以单独设置于基板载体1102上。用于检测物体的接触的触摸传感器可以使用具有与指纹检测模块对应的导电材料实现，例如，设置于保护层周围并稍微设置于其上方的金属环1108，以保护保护层的边界部分。触摸传感器可以作为传感电极，检测物体1120对指纹检测模块1100的触摸。在指纹检测模块1100中，一个或多个发光源1100可以直接设置在保护层1106之上，在保护层1106与基板载体1103的缝隙之中，并靠近传感器芯片1104的边缘。如此，与指纹检测模块400不同，指纹检测模块1100中的金属环1108不包括容纳发光源1110的腔体。在某些实施方案中，发光源1110可以发射至少两种波长的光。
[0086]为了允许发光源1110发射的检测光信号穿过保护层1106到达物体1120，保护层1106对检测信号设置为透明状。当为了外观需求，保护层1106在其底面涂覆有彩色层时，该层可以对于发光源1110发射的光的设置为不透明状，发光源直接设置在彩色层之下。
[0087]图1lB示出了包括涂覆有彩色层的保护罩的示例性指纹检测模块1101。如图1lB所示，指纹检测模块1101包络:基板载体1102，传感器芯片1104，保护层1106，金属环1108，一个或者多个位于保护层1106下方的发光源，以及一个或者多个光检测器1116。彩色层1112涂覆在保护层1106的底面上，以提供所需的彩色外观。彩色层112针对发光源1112发射的光设置为透明状，以允许发射的光穿过彩色层1112到达与保护层1106接触的物体。进一步地，彩色层1112针对与保护层1106接触的物体发射的反射光设置为透明状，使得发射光可以到达同样位于彩色层1112下方的光检测器1116。在图1lB所示的实施例中，对发射光和反射光的透光度可以通过在发光源1110和光检测器1116上方的区域的彩色层1112中开设的多个微孔1114实现。这些微孔1114可以足够的小，使得其对于用户不可见但却可以允许发光源1110发射的光从其中穿过并最终达到物体，也可以物体反射的光从中穿过最终到达光检测器1116。例如，多个微孔的大小可以为ιμπι到几μπι。在某些实施方案中，微孔1114可以通过使用激光形成于彩色层1112中。
[0088]在本发明的指纹检测模块(例如，指纹检测模块100、300、400、1100和1101)的各个实施例中，各个指纹检测模块中的指纹传感器芯片可以具有200μπι-500μπι的厚度。各个指纹检测模块中的基板可以具有0.的厚度。各个指纹检测模块中的金属环可以具有
0.的厚度。各个指纹检测模块中的保护层可以具有100μηι-500μηι的厚度。保护层，例如，保护层106，可以完全有单一材料制成，例如，蓝宝石、氧化锆或陶瓷。然而，在某些实施方案中，保护层可以由至少两层制成:顶层，由相对坚硬的更加昂贵的具有高介电常数的材料(例如，蓝宝石、氧化锆或者类钻石碳)制成;底层，由相对便宜的具有高介电常数的材料(例如，陶瓷，如氮化铝(AIN))制成。例如，如果保护层的总厚度为450μπι，顶层可以由150μπι厚的蓝宝石制成，底层可以由300μπι的AIN制成。这样的双层结构可以降低整个保护层的成本，同时也能保持足够高的硬度和介电强度。
[0089]图12示出了执行指纹检测和鉴权的示例性指纹检测系统1200的示意图。如图12所示，指纹检测系统1200包括:触摸传感模块1202，其包括触摸传感器(例如，金属环)和传感器电路，用于检测物体对指纹检测系统1200接触。另外，指纹检测系统1200还包括:光学传感器模块1204，指纹图案传感器1206和认证处理器1208。触摸传感模块1202通信耦接到光学传感模块1204，以合并来自触摸传感器和光学传感器的传感器数据。当触摸传感模块1202检测到物体的接触时，例如，手指，触摸传感模块1202激活光学传感器模块1204以执行指纹分析。光传感器模块1204产生具有两个或两个以上不同光学波长的探测光，其中，由于皮肤以下血液的存在，用户的皮肤针对所述检测光产生所述具有两个或两个以上不同光学波长的不同的光学反应。光学传感器模块1204中的光学检测单元接收来自所述物体进行接触的探测光的反射或传播来检测表示具有所述两个或两个以上不同光学波长的反射探测光的反应的光学测量。所述不同波长的反射探测光的光学测量可用于计算与标准或校正的人体血液吸收的值相比较的值，以确定检测到的接触来自人体皮肤。所述反射的探测光的计算、比较和确定操作都可以使用集成有所述光学传感器模块的片上信号处理单元来执行。
[0090]光学传感器模块1204通信耦接到指纹图案传感器1206。当检测到人体皮肤作为进行接触的物体时，光学传感器模块1204启动指纹图案传感器1206。指纹图案传感器1206包括用于获得指纹图案的传感器阵列和用于确定获得的指纹图案是否人体指纹吻合的指纹图案处理器。指纹图案传感器1206通信耦接到认证处理器1208。当指纹图案传感器1206检测到人体指纹时，指纹图案传感器1206激活认证处理器1208。认证处理器1208从指纹图案传感器1206接受获得的指纹数据，并验证所获得的指纹数据是否与存储的具有授权用于的指纹图案的指纹数据匹配。基于该验证结果，所述认证处理器生成授权决定1210以确定用户要求访问的锁定移动设备是否被授权或拒绝。
[0091 ]在高安全性操作模式下，所述鉴权处理器1208可以从所述光学传感器模块1204接收所述两个或两个以上光学波长的所述光学测量数据，并使用接收到的所述光学测量数据检测人体心跳信号。该心跳检测增强了在判断活体是否与检测到的人体指纹相关联方面的安全性。所述鉴权处理器1208随后同时基于指纹鉴权结果和心跳检测结果，生成鉴权决定
1210ο
[0092]图13Α示出了显示具有屏玻璃罩下的触摸传感器组件的示例性移动设备1300的俯视图。移动装置1300包括示例性厚度在0.55-0.75mm之间的显示屏玻璃盖1310。触摸传感器组件1312被封装，将在显示屏玻璃盖1310下进行设置。图13B是移动设备1300沿A-A线截取的剖视图。显示屏玻璃盖1310的剖视图与在显示屏玻璃盖1310下封装或设置的触摸传感器装置部分1312的剖视图一起示出。
[0093]图13C示出了图13A和13B中封装于显示屏玻璃罩1310下或者与其处于同一平面的触摸传感器组件1312的剖视图。显示屏玻璃盖1310的厚度可以在0.55-0.7 5mm之间。触摸传感器组件1312包括示例性厚度为0.25mm的传感器芯片1332。传感器芯片1332设置在示例性厚度在0.3-0.5mm之间的印刷电路板(printed circuit board，PCB) 1334的上方。填充材料，例如环氧树脂等，1340可设置在传感器芯片1332和PCB1334之间以将传感器芯片1332连接到PCB1334。示例性厚度在0.1-0.3mm之间的传感器玻璃盖1330可设置在传感器芯片1332的上方。传感器玻璃盖1330可以结合期望的颜色以达到所需的视觉外观。一种柔性印刷电路(FPC)连接器1336可被胶粘到传感器玻璃盖1330和传感器芯片1332之间。传感器玻璃盖1330的示例性厚度大约为0.03毫米。除了填充材料1338，例如环氧树脂等，其余的可以被设置于FPC连接器1336和传感器芯片1332之间。金属层1342可以粘结到传感器玻璃盖1330的每一侧，并且可以连接到所述传感器芯片1330的TX。一个或多个压缩焊球1346可以设置于FPC连接器1336和传感器芯片1332之间的传感器芯片1332的边缘。一个或多个焊料球1344可以设置于FPC连接器1336和填充材料之间，例如环氧树脂等，1340设置在印刷电路板1334的上方。
[0094]图13A，13B和13C示出的触摸传感器组件的封装可以应用于除了移动设备800和820之外的指纹探测模块100、300、400、1100和1101。
[0095]—方面，一种指纹检测模块包括:基板载体和位于所述基板载体上用于收集指纹数据的指纹传感器芯片。指纹检测模块还包括一个或多个发光源，该一个或多个发光源位于所述基板载体上，并用于发射包含至少一个波长的检测光。指纹检测模块还包括至少一种光检测元件，该至少一种光检测元件位于所述基板载体上，并且用于接收和检测与指纹传感器模块进行接触的物体反射出的至少一部分的检测光。该至少一种光检测元件产生输出信号以响应检测到的光，其中该输出信号被用来确定所述物体是否是人。
[0096]在一些实施方式中，该至少一种光检测元件被集成在指纹传感器芯片上。例如，该至少一种光检测元件可以设置在指纹传感器芯片的边缘处。在某些其它实施中，该至少一种光检测元件从指纹传感器芯片分离并位于基板载体的不同区域。
[0097]在一些实施方式中，所述一个或多个发光源包括一个或多个发光二极管(LED)芯片。所述一个或多个发光源可以发出检测光以响应某个物体正在与指纹传感器模块接触的检测。此外，该至少一种光检测元件可以被用于检测穿过与指纹传感器模块接触的物体的一部分检测光，其中所述检测到的光可以被用于确定物体的光吸收属性。所述一个或多个发光源可以是可调制光源。
[0098]在一些实施方式中，指纹传感器芯片包括像素化传感元件阵列和用于处理所收集的指纹数据的信号处理单元。信号处理单元可以被用于处理两个输出信号，该两个输出信号由对应于至少一个光的波长的所述至少一种光检测元件产生。例如，信号处理单元可以计算出两个输出信号的比率，并将计算出的比率与被校准为人的手指或皮肤预设值进行比较，以确定该物体是否为人体。
[0099]在一些实施方式中，指纹检测模块还包括设置于指纹传感器芯片上方，以保护指纹传感器芯片与设置于保护层周围并稍微在保护层之上的金属环，以保护该保护层的边缘。所述一个或多个发光源可以设置于金属环中的一个空腔内，以通过位于所述金属环的顶端的一个或多个窗口发射检测光。另外，金属环可以作为一个传感电极，以检测该物体是否正在与指纹传感器模块接触。
[0100]在一些实施方式中，基板载体的厚度可以在0.5mm到2mm之间。指纹传感器芯片的厚度可以在200μπι到500μπι之间。保护层芯片的厚度可以在ΙΟΟμπι到500μπι之间。金属环的厚度可以在0.5mm到2mm之间。
[0101]再一方面，一种指纹传感器模块包括:基板载体和位于所述基板载体上用于收集指纹数据的指纹传感器芯片。指纹传感器模块还包括设置于指纹传感器芯片上方以保护指纹传感器芯片的保护层。指纹传感器模块还包括夹在保护层与所述指纹传感器芯片之间的高介质常数层，以隔开保护层与指纹传感器芯片。此外，指纹传感器芯片的至少一个边缘被延伸，并超出了高介电常数层的边界以在保护层与指纹传感器芯片之间创建一个空间以引线键合所述指纹传感器芯片。
[0102]在一些实施方式中，高介电常数层是由介电常数大于8的陶瓷材料制成的。例如，该高介质常数层可以由介电常数在20到30之间的的陶瓷材料制成。高介电常数层的厚度可以大于ΙΟΟμπι。
[0103]再一方面，一种指纹传感器模块包括:基板载体和位于所述基板载体上用于收集指纹数据的指纹传感器芯片。指纹传感器模块还包括设置于在指纹传感器芯片上方以保护指纹传感器芯片的保护层，其中所述指纹传感器芯片的至少一个边缘被延伸，并超出了保护层的边界以直接允许引线键合所述指纹传感器芯片的至少一个边缘不受到保护层的干扰。
[0104]再一方面，一种指纹传感器模块包括:基板载体和位于所述基板载体上用于收集指纹数据的指纹传感器芯片。指纹传感器模块还包括位于指纹传感器芯片上方用于保护指纹传感器芯片的保护层，其中所述指纹传感器芯片包括至少两层:顶层，顶层由坚硬的更加昂贵的具有高介电常数的材料制成;底层，底层由相对便宜的具有高介电常数的材料制成。顶层的厚度可以大大小于底层的厚度。
[0105]再一方面，一种指纹检测模块包括:基板载体和位于所述基板载体上用于收集指纹数据的指纹传感器芯片。指纹检测模块还包括一个或多个发光源，该一个或多个发光源位于所述基板载体上，并用于发射包含至少一个波长的检测光。指纹检测模块还包括至少一种光检测元件，该至少一种光检测元件位于所述基板载体上，并且被配置为检测与指纹传感器模块进行接触的物体反射出的至少一部分的检测光。该至少一种光检测元件产生输出信号以响应检测到的光，其中该输出信号被用来确定所述物体是否为人体。指纹检测模块还包括放置在指纹传感器芯片上方以保护指纹传感器芯片的保护层。此外，指纹传感器模块还包括夹在保护层与所述指纹传感器芯片之间的高介质常数层，以隔开保护层与指纹传感器芯片。其中指纹传感器芯片的至少一个边缘被延伸，并超出了高介电常数层的边界以在保护层与指纹传感器芯片之间创建一个空间以引线键合所述指纹传感器芯片。
[0106]另一方面，描述一种确定与指纹传感器模块进行接触的物体是否为人体的方法。此方法包括以下步骤:响应检测与指纹传感器模块进行接触的物体;使用指纹检测模块中的一个或多个发光源发射出至少两种选择波长的检测光;使用指纹检测模块中的至少一种光检测元件检测与指纹传感器模块进行接触的物体反射出的至少一部分的检测光;至少检测在被反射离开使得与使用指纹检测模块内的至少一种光检测元件的指纹传感器模块接触的物体的检测光的一部分;处理对应于两种选择波长的至少一种光检测元件的输出信号;并确定所检测的物体是否是人，通过比较对应于两种选择波长与来自人校准相同的信号比率的一预定值的信号比率。
[0107]本文所描述的指纹检测模块和指纹传感器模块的各种示例均可以与移动设备(例如，智能手机、平板电脑和笔记本电脑)、计算设备(例如，个人电脑)以及其他电子设备集成，以在这些设备上执行指纹鉴权过程。
[0108]除了指纹图案识别传感器之外，本发明还提供了使用光学检测模块执行人体指纹识别和认证的方法、系统和设备。所公开的人类指纹检测和验证技术可以与移动设备(例如，智能手机和平板电脑)和其他装置(例如，诸如计算机监视器)，以提高指纹认证技术在现有装置中的使用。
[0109]虽然该专利文献包含许多细节，但这些不应被解释为对任何发明或要求保护的范围的限制，而是作为特征的描述，可能是特定发明的特定实施例的具体描述。在这篇专利文献中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以结合单个实施例实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在单独的多个实施例或在任何适当的子组合实现。此外，虽然以上描述的特征与在某些组合中所起的作用相同，甚至最初主张如此，但是要求的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以针对一个子组合或一个子组合的变体。
[0110]类似地，虽然操作是以特定的顺序在附图中被描述，但这不应该被理解为要求这些操作以所示的特定顺序或以连续顺序被执行，或者要求所有示出的操作都被执行，以达到期望的结果。此外，在该专利文献中描述的实施例的各种系统组件的分离不应被理解为要求所有这些分离。
[0111]本文仅描述一些实施方案和示例，其他试试方案、改进和变型都可以基于本文的描述获得。
【主权项】
1.一种访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求的认证方法，所述方法包括: 响应于检测物体对指纹检测模块的接触，确定所检测的物体的接触是否来自人体皮肤； 响应于确定所检测的物体的接触来自人体皮肤，从人体皮肤检测指纹数据； 获得从人体皮肤检测到的指纹数据； 将获得的指纹数据和与所述锁定的移动设备的授权用户关联的存储的指纹轮廓进行比较； 基于针对获得的指纹数据和与所述锁定的移动设备的授权用户关联的存储的指纹轮廓的比较，授权或拒绝访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求。2.根据权利要求1所述的方法，包括:检测来所述指纹检测模块上的金属环触摸传感器的信号，所述信号指示所述物体的接触。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述检测信号包括:使用集成有所述指纹检测模块的电路检测耦接到所述金属环的电容负载的增加。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述接触包括人体手指触摸。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所检测的物体的接触是否来自人体皮肤包括: 使用所述指纹检测模块内的一个或多个发光源发射具有至少一个选择波长的检测光；使用所述指纹检测模块内的至少一个光检测元件检测至少一部分所述发射的检测光，所述发射的检测光由与所述指纹检测模块接触的物体反射出来； 处理响应于检测所述至少一部分来自与所述至少一个选择波长对应的所述至少一个光检测元件的检测光的输出信号。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个选择波长包括两个波长； 将对应于所述两个选择波长的输出信号的信号比与由人体皮肤校正的相同信号比的预设值进行比较。7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使用集成有所述指纹检测模块的信号处理电路，执行所述确定所检测的物体的接触是否来自人体皮肤。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述从人体皮肤检测指纹数据包括: 测量人体皮肤的一维(ID)皮肤轮廓； 确定所述ID皮肤轮廓是否与人体指纹基本匹配。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测来人体皮肤的指纹数据包括:使用集成有所述指纹检测模块的检测电路。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将获得的指纹数据和与所述锁定的移动设备的授权用户关联的存储的指纹轮廓进行比较包括:使用所述移动设备的应用处理器。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述比较，授权或拒绝访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求包括: 基于所述比较，从人体皮肤检测心跳信号； 基于所检测到的心跳信号，授权访问锁定的移动设备的请求。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述从人体皮肤检测心跳信号包括:测量对应于所述至少一个选择波长的检测光的人体皮肤相对光反射，所述检测光由所述一个或发光源发射。13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述从人体皮肤检测心跳信号指示活体是否与所检测到的人体指纹关联。14.根据权利要求1所示的方法，其中，所述发光源包括一个或多个发光二极管(LED)灯。15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述发光源在一预设频率进行调制，且检测电路对该频率进行解调。16.一种指纹检测模块，包括 印刷电路板； 指纹传感器芯片，设置于所述印刷电路板上并用于收集指纹数据； 保护层，设置于所述指纹传感器芯片上，用于保护所述指纹传感器芯片； 触摸传感器，基本紧挨所述保护层设置，用于检测物体所述指纹检测模块的接触。17.根据权利要求16所述的指纹检测模块，其中，所述触摸传感器包括导电电极。18.根据权利要求16所述的指纹检测模块，还包括:触摸传感电路，与所述触摸传感器通信耦接，用于检测指示与所述触摸传感器接触的物体的信号。19.根据权利要求18所述的指纹检测模块，其中，所述触摸传感电路用于，通过检测耦接到所述导电电极的电容负载的增加，检测物体的接触。20.根据权利要求19所述的指纹检测模块，还包括:集成有指纹传感器芯片的检测电路，用于从物体检测指纹数据。21.根据权利要求19所述的指纹检测模块，还包括:光学检测模块，其包括: 一个或多个位于衬底载体上且位于保护层下的发光源； 至少一个集成有所述指纹传感器芯片且位于所述保护层之下的光检测元件； 集成有所述指纹传感器芯片的信号处理电路。22.根据权利要求21所述的指纹检测模块，还包括:涂覆在所述保护层底面的彩色层，其中，所述彩色层包含直接位于所述一个或多个发光源之上的第一区域和直接位于所述至少一个光检测元件之上的第二区域内的微孔，以允许光从所述第一区域和所述第二区域的彩色层穿过。23.根据权利要求21所述的指纹检测模块，还包括:涂覆在所述保护层底面的彩色层，其中，所述彩色层为透明层，在直接位于所述一个或多个发光源之上的第一区域和直接位于所述至少一个光检测元件之上的第二区域内具有不可见波长，以允许光从所述第一区域和所述第二区域的彩色层穿过。24.根据权利要求21所述的指纹检测模块， 其中，所述一个或多个发光源用于发射包含至少一个波长的检测光； 其中，所述至少一个光检测元件用于接收和检测至少一部分所述检测光，所述检测光由与所述指纹检测模块接触的物体反射出来。25.根据权利要求21所述的指纹检测模块，其中，响应于检测到的光的所述至少一个光检测元件的输出信号用于确定以下之一或两者: 检测到的所述物体的接触是否来自人体皮肤； 是否从所述物体检测到心跳。26.根据权利要求21所述的指纹检测模块，其中，所述指纹检测模块用于合并从所述指纹传感器芯片收集到的信息和从所述触摸传感器检测到的接触，且当所述收集到的指纹数据与存储的具有授权用户的指纹图案的指纹数据匹配且所述检测到的接触并未指示所述接触来自活体时，拒绝用户的访问。27.根据权利要求16所述的指纹检测模块，还包括: 认证处理器，与所述指纹传感器芯片耦接，并用于合并从所述指纹传感器芯片收集到的信息和从所述触摸传感器检测到的接触，且当当所述收集到的指纹数据与存储的具有授权用户的指纹图案的指纹数据匹配且所述检测到的接触指示所述接触来自活体时，对用户进行认证。28.一种指纹检测模块，包括 触摸传感器，包括金属环，用于检测物体对所指纹检测模块的接触； 指纹图案传感器，包括用于读取指纹图案的传感器阵列和用于确定读取的指纹图案是否与授权用户指纹图案的存储信息匹配的指纹图案处理器，以提供指纹图案认证输出； 光学传感器模块，产生具有一个或多个光学波长的探测光，其中，由于皮肤以下血液的存在，用户的皮肤针对所述探测光产生具有一个或多个光学波长的不同光学响应，所述光学传感器模块包括:光学检测单元，用于接收所述探测光的反射或传输，以生成对具有所述一个或多个不同光学波长的探测光进行光学测量的测量数据； 认证处理器，用于从所述指纹图案传感器接收所述指纹图案认证输出，从所述光学传感器模块接收具有所述一个或多个不同光学波长的探测光的光学测量数据，并用于合并所述指纹图案认证输出和所述探测光的光学测量数据以确定是否接收或拒绝访问。29.根据权利要求28所述的指纹检测模块，其中: 所述认证处理器用于合并从所述指纹传感器芯片收集的指纹数据和从所述触摸传感器检测的触摸，以在所述收集的指纹数据与保存的具有授权用户的指纹图案的指纹数据匹配时，对用户进行认证;并且，在所述收集的指纹数据与保存的具有授权用户的指纹图案的指纹数据匹配且所述检测到的接触并未指示所述接触来自活体时，拒绝用户的访问。30.—种访问锁定的配置有指纹检测模块的移动设备的请求的认证方法，所述方法包括: 获得(I)用户提供的接触和(2)该用户提供的指纹输入的测量数据； 确定检测到的用户提供的接触是否来自活体； 将获得的指纹输入中的指纹数据和与所述锁定的移动设备的授权用户关联的一个或多个存储的指纹轮廓进行比较； 同时基于(I)所述指纹数据中是否存在匹配项和(2)检测到的接触指示所示接触来自活体，确定授权或拒绝用户的访问。31.根据权利要求30所述的方法，其中，当所述指纹数据中存在匹配项且所述检测到的接触指示所示接触来自活体时，授权所述访问。32.根据权利要求30所述的方法，其中，当所述指纹数据中存在匹配项且所述检测到的接触并未指示所示接触来自活体时，拒绝所述访问。
【文档编号】G06K9/00GK105981039SQ201480064040
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年11月24日
【发明人】波·皮, 毅·何
【申请人】深圳市汇顶科技股份有限公司