指紋識別設備以及包括指紋識別設備的卡的用戶認證方法

2023-09-16 15:35:40 3

專利名稱：指紋識別設備以及包括指紋識別設備的卡的用戶認證方法
技術領域：
本發明涉及指紋識別設備，更具體地，涉及可插入卡內以認i正卡 的用戶的指紋認證設備。
背景技術：
隨著信息技術的發展以及電子商務的增長，對精確的用戶認證的
需求越來越多。為了使機器識別個人，身份(ID)、密碼、居住登記號、 名字等被廣泛地使用。目前，生物特徵識別已經被廣泛地應用。然而， 諸如ID、密碼、居住登記號等的信息可能在容易被偷盜的現實生活中 暴露。因此，可見，被確定為最難以複製的身體特徵是信息化時代最 可靠的認證工具。
指紋形成具有汗腺的脊。指紋是有區別的並且一生不會改變。這 就是為何將指紋印在居住登記卡上的原因。指紋認證系統是指用於通 過指紋識別設備或系統、採用個人從出生便具有的指紋來識別和認證 個人的技術，並且指紋認證系統具有非常高的安全性。指紋認證系統 被應用於生物特徵識別，並且與釆用除了指紋之外的其他身體部分的 其他認證系統相比，指紋認證系統可以較低的成本實施，因而指紋認 證系統已被廣泛地用於識別和認證技術。
已廣泛應用在人類生活中的指紋識別設備或指紋識別系統包括 2D指紋識別和3D指紋識別。通常使用2D指紋識別並且其能夠以非常 低的成本實施。然而，其問題在於通過僅釆用指紋照片便能執行該認 證。3D指紋認證進一步採用指紋的谷和脊的深度作為識別因子並具有 高並青確度。
指紋識別的第一步是獲得指紋。為了感測指紋的形狀，通常使用 壓力傳感器或光學圖像傳感器。
圖l示出了用來感測指紋形狀的傳統壓力傳感器。參照圖l，壓力傳感器100包括多個像素110，用於接觸具有待識 別指紋的手指；多個電容器120，具有連接至各個像素110的端部；以 及傳感電路130，連接至多個電容器120的其他端部。施加在多個像素 IIO上的壓力根據指紋的谷和脊的深度而不同。根據接觸壓力，對應於 像素110的電容器120的電容發生變化。連接至多個電容器120的其他端 部的傳感電路130掃描對應的電容器120的電容變化並將接觸指紋識別 設備100的指紋的形狀生成為數據。
圖1中示出的壓力傳感器100的優點在於尺寸小且生產成本低。然 而，當手指接觸壓力傳感器100時，無論何時接觸壓力傳感器，即使是 同一個人，從手指施加在壓力傳感器100上的壓力也不同。尤其是，為 了考慮太強或太弱的壓力，必須控制像素的適當區域以及相應電容器 的電容。因為在技術上難以控制上述情況中所考慮的像素的區域以及 相應電容器的電容，因此目前使用的壓力傳感器100的指紋識別性能不 佳。
圖2示出了用來感測指紋形狀的傳統光學圖像傳感器。 參照圖2，光學圖像傳感器200包括矽接觸單元210、聚光透鏡220 以及圖像傳感器230。矽接觸單元210通過採用這樣的材料實施，該材 料在指紋離開矽接觸單元210的預定時間內根據指紋的谷和脊的深度 而記憶形狀。聚光透鏡220傳輸反射波，該反射波為入射到所記憶的指 紋形狀上的光並反射至圖像傳感器230。在圖2中示出的通過光學圖像 傳感器200識別的指紋的解析度比在圖1中示出的通過採用壓力傳感器 IOO識別的指紋的解析度高得多。然而，如可通過圖1和圖2中示出的豎 直結構看到的那樣，在圖2中示出的光學圖像傳感器200的尺寸非常大 並且實施光學圖像傳感器200所耗費的生產成本相對較高。
已被廣泛使用的信用卡通過密碼來認證卡的用戶的ID。在這種情 況下，密碼必須由銀行或信用信息公司存儲，並且該信息通常具有洩 露的可能性。因此，如果存在具有前述的指紋識別功能的信用卡，則 無需使用可能被洩露並因而可能使用戶受到損失的密碼，便能夠檢驗 卡的用戶的ID。
為了實現該方法，需要具有指紋識別功能的信用卡。然而，在圖l中示出的壓力傳感器具有指紋識別性能的問題，而圖2中示出的光學圖 像傳感器尺寸較大且不能被插入到信用卡中
發明內容
技術問題
本發明提供了 一種執行指紋識別功能並能被插入到卡中的指紋識 別設備。
本發明還提供了 一種包括執行指紋識別功能的指紋識別設備的卡。
本發明還提供了 一種用於包含指紋識別設備的卡的用戶認證方 法，該方法能夠採用包含該指紋識別設備的卡來認證卡的用戶的身份 (ID )。
技術方案
根據本發明的一方面，提供了一種指紋識別設備，包括指紋接 觸單元，指紋與其接觸；以及圖像傳感器，其通過採用從所述指紋接 觸單元反射的反射波來獲得指紋圖案並將比較參照指紋圖案與所獲得 的指紋圖案進行比較，其中，所述指紋接觸單元和所述圖像傳感器在 半導體襯底的不同表面上實施。
根據本發明的另一方面，提供了一種指紋識別設備，包括指紋 接觸單元，指紋與其接觸；發射紅外光的光發射單元；以及圖像傳感 器，其通過釆用從所述指紋接觸單元反射的反射波來獲得指紋圖案並 將比較參照指紋圖案與所獲得的指紋圖案進行比較，其中，所述指紋 接觸單元和與紅外發光二極體相鄰的所述圖像傳感器在半導體襯底的 不同表面上實施。
根據本發明的另一方面，提供了一種包括指紋識別設備的卡，其 中，所述指紋識別設備預先存儲比較參照指紋圖案，所述比較參照指 紋圖案為卡的用戶的指紋圖案；所述指紋識別設備獲得輸入到所述卡 中的指紋；並且所述指紋識別設備確定所存儲的指紋圖案和所獲得的 指紋圖案是否具有相同的圖案。根據本發明的另 一方面，提供了 一種用於包括指紋識別設備的卡
的用戶認證方法，包括以下步驟將包括所述指紋識別設備的所述卡 插入在線連接至卡公司或者銀行的卡終端；獲得從所述卡輸入的指紋 圖案；以及將所獲得的指紋圖案與比較參照指紋圖案進行比較，所述 比較參照指紋圖案為所述卡的用戶的指紋圖案。


圖l示出了用來感測指紋形狀的傳統壓力傳感器；
圖2示出了用來感測指紋形狀的傳統光學圖像傳感器；
圖3示出了根據本發明的實施方案採用外部光源的指紋識別設
備；
圖4示出了根據本發明的實施方案包括光源的指紋識別設備； 圖5示出了根據本發明的另一實施方案包括光源的指紋識別設
備；
圖6為示出了在圖3、 4或5中示出的圖像傳感器的框圖7示出了指紋的谷和脊的深度的一般形狀；
圖8示出了當具有待識別的指紋的手指施加較強的力時指紋的谷 和脊的深度的形狀；
圖9示出了具有指紋識別功能的信用卡的實例；以及
圖10為將包括指紋識別設備的卡的用戶認證為真正用戶的方法的 流程圖。
具體實施例方式
下面，將參照附圖詳細地描述本發明的示例性實施方案。
圖3示出了根據本發明的實施方案採用外部光源的指紋識別設備。
參照圖3,指紋識別設備300包括指紋接觸單元310和圖像傳感器
320。
指紋接觸單元310實施在半導體襯底330的表面處，指紋4妻觸單元 3IO被研磨並且是待識別指紋所接觸的部分。圖像傳感器320在其上實施有指紋接觸單元310的半導體襯底330的另一表面處實施，並且圖像 傳感器320具有獲得指紋形狀的功能以及將比較參照指紋圖案與所獲 得的指紋圖案相比較的功能。下文將參照圖4描述比較參照指紋圖案和 所獲得的指紋圖案。處理晶片(半導體電路通常被集成在晶片中)的最後一步是研磨 與集成了電路的表面相對的表面。這是因為預定的偏置電壓必須施加 到半導體電路襯底上，並且隨著襯底厚度的減少串聯電阻器減小。根 據本發明的實施方案，其中實施有圖像傳感器320的晶片的厚度被盡可 能地減小，並且手指接觸在與實施圖像傳感器320的表面相對的表面 上。如果使用被研磨至厚度約為200至300/mi的晶片，則根據本發明的 指紋識別可以適當地執行。在此，指紋接觸單元310由粗線表示，以區別指紋接觸單元310、 村底330和圖像傳感器320。在某些情況下，為了改進指紋接觸單元310 的性質，可以塗覆諸如氧化層的絕緣材料或傳導層。為了得到用來識別指紋形狀的反射波或折射波，在從指紋接觸單 元310 (在圖3中稱為上部)或者從圖像傳感器320 (在圖3中稱為下部) 的方向上發射具有預定頻率範圍的光。當存在用於向指紋接觸單元310 發射光的光源(未示出)時，通過手指和指紋接觸單元310的光根據指 紋的谷和脊的深度形成反射波和折射波。當存在用於向圖像傳感器320 發射光的光源(未示出)時，通過圖像傳感器320和指紋接觸單元310 的光根據指紋的谷和脊的深度形成反射波和折射波。圖像傳感器320接收反射波並獲得指紋形狀。圖4示出了根據本發明的實施方案包括光源的指紋識別設備。參照圖4，指紋識別設備包括指紋接觸單元410、圖像傳 器420 以及光發射單元450。指紋接觸單元410實施在半導體襯底430的表面上，指紋接觸單元 41 O被研磨並且是待識別指紋所接觸的部分。圖像傳感器420實施在半 導體襯底430的、與實施指紋接觸單元410的表面相對的另一表面上， 並且圖像傳感器420具有獲得指紋形狀的功能以及將比較參照指紋圖 案與所獲得的指紋圖案相比較的功能。光發射單元450形成在圖像傳感器420的側表面處。為了防止從光發射單元450發射的光直接入射在圖像傳感器420 上，可以在圖像傳感器420和光發射單元450之間設置阻擋層(未示出)。 光發射單元450可以以這樣的方法實施，其中，多個發光二極體(LED) 被附接至圖像傳感器420的側表面。從光發射單元450發射的光440入射 在指紋接觸單元410上並根據指紋的谷和脊的深度形成反射波和折射 波。圖像傳感器420接收反射波或折射波並獲得指紋形狀。圖5示出了根據本發明的另一實施方案包括光源的指紋識別設備。參照圖5，指紋識別設備500包括指紋接觸單元510、圖像傳感器520 以及光發射單元550。指紋識別設備500與在圖4中示出的指紋識別設備 400類似，但與指紋識別設備400的區別在於光發射單元550形成在圖像 傳感器520中。圖6為示出了在圖3、 4或5中示出的圖像傳感器的框圖。參照圖6，圖像傳感器320、 420或520包括圖像傳感塊610、圖像傳 感器電路620、存儲器以及信號處理塊640。存儲器630存儲比較參照指紋圖案Drfp，其為卡的用戶的指紋。圖 像傳感塊610將從指紋接觸單元310、 410或510傳輸的反射波(即，指 紋圖像Afp )轉換為電信號。圖像傳感器電路620從圖像傳感塊610接收 電信號並得到指紋圖像。信號處理塊640確定從圖像傳感器電路620輸 出的所獲得的指紋圖案Dfp是否與從存儲器630讀取的比較參照指紋圖 案Drfp—致，並^T出確定的結果Dout。在圖6中，示出了比較參照指紋圖案D r fp被強制地存儲在存儲器 630中。然而，在由用戶的手指直接接觸圖像傳感塊610而生成的傳感 信號被圖像傳感器電路620獲取並存儲在存儲器630中之後，所存儲的 傳感信號可以用作為比較參照指紋圖案Drfp。該功能可以由信號處理 塊640來控制。個人的指紋可以包括如下五個部分。1. 脊指紋的類似山脈的較長上部。2. 谷與脊之間的穀類似的凹陷。5. 高地三個脊在三個方向上結合的部分。因為終點、分支和高地能夠用脊和谷表示，因此在下文中，根據 本發明僅使用術語脊和谷。圖7示出了指紋的谷和脊的深度的一般形狀。如上所述，指紋主要包括谷和脊。入射光形成從谷和脊反射和折 射的反射波和折射波，並且谷和脊的反射波或折射波的形狀彼此不同。 參照圖7，從上方或下方入射的光的頻率具有的強度足以生成反射波和 折射波。例如，具有紅外頻率的信號可以通過手指和襯底330、 430或 530。現在，描述具有待識別指紋的手指接觸根據圖3中示出的本發明實 施方案的指紋識別設備300的指紋接觸單元310的情況。該描述可分別 適用於在圖4和圖5示出的指紋識別設備400和500 。參照圖7，當手指以適當的力接觸指紋接觸單元310時，可以看到 指紋的形狀被適當地保持。圖8示出了當具有待識別的指紋的手指施加較強的力時指紋的谷 和脊的深度的形狀。參照圖8，當手指以較強的力接觸指紋接觸單元310時，可以看到 指紋的形狀與在圖7中示出的通常情況相比被扭曲了。然而，除了施加 不可預料的過大的力的情況之外，儘管手指施加了一定量的力，但是 保持了指紋的谷和脊的形狀。因此，根據本發明實施方案的指紋識別 設備300可示出對於過大壓力(其為圖1中示出的壓力傳感器100所不能 克服的問題)的明顯改進的效果。此外，相比於圖2中示出的光學圖像 傳感器200的高度，指紋識別設備300具有很低的高度(例如，在幾百 微米之內)，因而指紋識別設備300可以滿足被插入卡中的基本條件。圖9示出了具有指紋識別功能的信用卡的實例。參照圖9，信用卡包括用於執行指紋識別功能的指紋識別設備300、 400或500。如上所述，根據本發明的指紋識別設備300、 400或500具有 在施加在手指上的壓力以及厚度方面的優點，因而指紋識別設備300、400或500可以插入到不能應用傳統指紋識別設備的卡中。儘管指紋識別設備300、 400或500在圖9中示出為插入卡中，但這 1又是示例，並且指紋識別設備300、 400或500可以附接至卡的表面。在 這種情況下，指紋識別設備300、 400或500的表面可以由與卡的材料相 同的不透明的絕緣材料覆蓋。此外，在指紋識別設備300、 400或500 被設置為插入卡中的情況下，指紋識別設備300、 400或500的一個表面 或兩個表面都可以由透明的絕糹彖材料覆蓋。圖10為將包括指紋識別設備的卡的用戶認證為真正用戶的方法的 流程圖。參照圖IO，將卡的用戶認證為真正用戶的方法包括以下步驟將 卡插入終端(步驟1010);獲得從卡輸入的指紋圖案(步驟1020);以 及比較所獲得的指紋圖案與比較參照指紋圖案(步驟1030)。在將卡插入終端的步驟(步驟IOIO)中，卡的用戶將包括指紋識 別設備的卡插入在線連接至卡公司或者銀行的卡終端。獲得從卡輸入的指紋圖案的步驟(步驟1020)包括以下步驟由 用戶的手指接觸包含在卡中的指紋識別設備(步驟1021);從包含在指 紋識別設備中的光源或者設置在卡終端的上部或下部的光源發射具有 預定頻率的光(步驟1022);以及獲取由從光源發射的光所生成的指紋 圖案(步驟1023)。比較所獲得的指紋圖案與比較參照指紋圖案的步驟包括以下步 驟將存儲在卡中的比較參照指紋圖案與所獲得的指紋圖案進行比較， 以確定這兩個指紋圖案是否彼此一致(步驟1031);當兩個指紋圖案彼 此一致時，生成核准信號(步驟1032);以及當兩個指紋圖案彼此不一 致時，生成未核准信號(步驟1033 )。當從卡中輸出核准信號時，卡公司或者銀行提供卡的用戶通過卡 終端請求的服務，當輸出未核准信號時，卡公司或者銀行不提供任何 服務。儘管結合本發明的示例性實施方案對本發明進行了詳細地說明和 描述，但本領域技術人員可以理解，在不脫離權利要求所限定的本發 明的精神和範圍的情況下，可對本發明進行各種形式上和細節上的變化。工業應用性如上所述，指紋識別設備、包括指紋識別設備的卡以及採用包括 指紋識別設備的卡的用戶認證方法，不釆用可能易於在現實生活中被 洩露的信息，諸如密碼和居住登記號，而採用被確定為最難以複製的 指紋，以由卡公司或者銀行執行認證過程。
權利要求
1.一種指紋識別設備，包括指紋接觸單元，指紋與其接觸；以及圖像傳感器，其通過採用從所述指紋接觸單元反射的反射波來獲得指紋圖案並將比較參照指紋圖案與所獲得的指紋圖案進行比較，其中，所述指紋接觸單元和所述圖像傳感器在半導體襯底的不同表面上實施。
2. 如權利要求l所述的設備，其中，所述指紋接觸單元通過半導 體製造工藝中的表面研磨工藝實施。
3. 如權利要求l所述的設備，其中，所述圖像傳感器包括 存儲器，其從所述指紋識別設備的外部接收並存儲所述比較參照指紋圖案Drfp;圖像傳感塊，其將從所述指紋接觸單元傳輸的反射波轉換為電信弓—,圖像傳感器電路，其從所述圖像傳感塊接收所述電信號並得到指 紋圖像；以及信號處理塊，其確定所述所獲得的指紋圖案Dfp與所述比較參照 指紋圖案Drfp是否彼此一致並輸出確定的結果Dout。
4. 如權利要求3所述的設備，其中，所述存儲器將通過採用所述 圖像傳感塊和所述圖像傳感器電路獲得的指紋圖案存儲作為所述比較 參照指紋圖案Drfp，代替從外部接收和存儲所述比較參照指紋圖案 Drfp。
5. 如權利要求1所述的設備，其中，從所述指紋接觸單元反射的 所述反射波是由光源生成的，所述光源在從所述指紋接觸單元的上部 或者從所述圖像傳感器的上部朝向所述指紋接觸單元的方向上發射。
6. 如權利要求l所述的設備，進一步包括光發射單元。
7. 如權利要求6所述的設備，其中，從所述光發射單元發射的光 具有紅外頻率。
8. 如權利要求7所述的設備，其中，所述光發射單元包括一個或 多個發光二極體。
9. 如權利要求8所述的設備，其中，所述光發射單元連同所述指 紋接觸單元和所述圖像傳感器一起在所述半導體襯底中實施，或者所 述光發射單元在所述圖像傳感器中實施。
10. —種包括指紋識別設備的卡，其中，所述指紋識別設備預先 存儲了比較參照指紋圖案，所述比較參照指紋圖案為卡的用戶的指紋 圖案；所述指紋識別設備獲得輸入到所述卡中的指紋；並且所述指紋 識別設備確定所存儲的指紋圖案和所獲得的指紋圖案是否具有相同的 圖案。
11. 如權利要求10所述的卡，其中，所述指紋識別設備包括 指紋接觸單元，指紋與其接觸；以及圖像傳感器，其通過採用從所述指紋接觸單元反射的反射波來獲 得指紋圖案並將所述比較參照指紋圖案與所述所獲得的指紋圖案進行 比較，所述比較參照指紋圖案為所述卡的用戶的指紋圖案，其中，所述指紋接觸單元和所述圖像傳感器在半導體襯底的不同 表面上實施。
12. 如權利要求10所述的卡，其中，所包括的指紋識別設備的一 個表面或兩個表面由絕緣材料覆蓋。
13. —種用於包含指紋識別設備的卡的用戶認證方法，包括以下 步驟將包含所述指紋識別設備的所述卡插入在線連接至卡公司或者銀 行的卡終端；獲得從所述卡輸入的指紋圖案；以及將所獲得的指紋圖案與比較參照指紋圖案進行比較，所述比較參 照指紋圖案為所述卡的用戶的指紋圖案。
14. 如權利要求13所述的方法，其中，獲得從所述卡輸入的指紋 圖案的步驟包括用手指接觸包含在所述卡中的所述指紋識別單元的指紋接觸單元；向所述指紋識別設備的所述指紋接觸單元發射具有預定頻率的光；以及獲取由從光源發射的光生成的指紋圖案。
15. 如權利要求14所述的方法，其中，具有所述預定頻率的所述 光由設置於所述卡終端的上部或下部的光源發射，或者由包含在所述 卡中的光源發射。
16. 如權利要求15所述的方法，其中，具有所述預定頻率的所述 光為紅外光。
17. 如權利要求13所述的方法，其中，將所獲得的指紋圖案與比 較參照指紋圖案進行比較的步驟包括以下步驟將存儲在所述卡中的所述比較參照指紋圖案與所述所獲得的指紋 圖案進行比較，以確定所述比較參照指紋圖案與所述所獲得的指紋圖 案是否彼此一致；當所述比較參照指紋圖案與所述所獲得的指紋圖案彼此一致時， 生成核准信號；以及當所述比較參照指紋圖案與所述所獲得的指紋圖案彼此不一致 時，生成未核准信號。
全文摘要
提供了執行指紋識別功能並能插入到卡中的指紋識別設備、包括指紋識別設備的卡以及包括指紋識別設備的卡的用戶認證方法。指紋識別設備包括指紋與其接觸的指紋接觸單元和通過採用從指紋接觸單元(310)反射的反射波來獲得指紋圖案並將比較參照指紋圖案與所獲得的指紋圖案進行比較的圖像傳感器。包括指紋識別設備的卡，該設備預先存儲為卡的用戶的指紋圖案的比較參照指紋圖案、獲得輸入到卡中的指紋、並確定所存儲的指紋圖案和所獲得的指紋圖案是否具有相同圖案。用於包括指紋識別設備的卡的用戶認證方法包括將包括指紋識別設備的卡插入在線連接至卡公司或銀行的卡終端；獲得從卡輸入的指紋圖案；並且將所獲得的指紋圖案與為卡的用戶的指紋圖案的比較參照指紋圖案進行比較。
文檔編號G06K9/00GK101647030SQ200880008414
公開日2010年2月10日 申請日期2008年3月10日 優先權日2007年3月19日
發明者李炳洙, 李道永 申請人:(株)賽麗康