利用组织学和生理学的生物检测标记进行验证和开启的装置

发明背景发明领域大致上，本发明涉及生物检测开启装置。更具体地说，本发明涉及能够基于用户特有的内部生物检测标记，或特有的内部生物检测标记的组合，鉴别或检验用户身份，从而允许或拒绝对电子元件的使用和/或控制的生物检测开启装置。

随着技术继续快速地进步，还在进行更加复杂、牢不可破的安全装置的研究。有效的安全系统的关键是对尝试访问被安全装置保护的对象的个人或实体的身份识别，被安全装置保护的对象可以是住宅、金融信息，或通信。机械钥匙可以复制，个人识别码会被偷，信用卡被盗用，这些都不会有很大的困难。从每年发生的数十亿美元的欺诈性金融交易、被盗的车和被闯入的住宅中可见贼的水平。特别值得关注的是相对新的犯罪，即个人“身份”被盗。在当今，个人身份紧密地与银行帐号、电话号码、身份识别号码、社会安全号，或类似的其它容易被偷盗并用来使用所有者的信息或财产的信息联系在一起。当这样的犯罪发生时，受害者要承受财产的大量损失、信用破坏，以及“重建”他们的“身份”时经受的无尽的苦恼。

欺诈的一种形式是电子交易欺诈，如信用卡或借记卡欺诈。典型地，在这些卡的一面上的磁条记载着一组电子形式的数字，这些数字确定了贷方或借方帐目。要使用这样的卡进行金融交易，所有需要的就是这一组数字和卡是由授权用户使用的验证。典型地，如果卡是用于个人对个人的交易，这样的授权由照片识别或签名验证组成。通过其它媒介，如电话或互联网进行的交易通常使用一些其它形式的身份识别进行验证，如卡的授权用户的汇票地址或电话号码。因为这些信息通常很容易被公众得知，所以这样的验证过程并不是很安全。

在电子交易市场，因为货币交易快速的特性，有效的个人身份识别不仅很关键，也非常难。在纯粹的电子交易的情况下，没有实际的文件作为交易机制。此外，大部分的电子交易是在远离涉及资金的场所进行的。对交易设备，如信用卡的持有者的身份识别是接收电子交易的贸易商或第三方的责任。很难始终对交易设备的合法性进行准确的识别和验证，即使进行了，也不见得一定准确。

互联网的出现增加了与电子交易欺诈相关的全新问题。互联网提供了一种媒介，其中交易设备的用户和接收资金的电子转帐的第三方不进行任何实际接触。这给第三方带来了更多的验证问题，因为转帐设备并不实际存在，用户的身份在视觉上是不可见的，电话号码又无法验证。随着越来越多的电子商务的应用，以及随之而来的验证困难，电子交易欺诈的发生也在增加。如果不采取能够确切地识别个人的充分措施，很快，欺诈的机会和发生就会相应地增加。

市场已经对电子交易设备的验证困难有所反应，寻找一种解决该问题的可行的生物检测的方案。生物检测技术大致涉及利用个人特有的生理特征对个人进行电子识别。指纹就是一个很好的生物检测标记的例子，指纹已经应用了多年，提供特有的个人身份识别。因为指纹对于一个人是特有的，所以可以通过分析指纹而确定这个人的身份。因此由指纹确定的个人身份可以作为开启数据的“钥匙”或允许通过一道门。

具体而言，指纹被用来保护一些交易，并被建议用于别的领域。一些银行要求兑现支票的人在支票上按指纹或手印。这使银行随后能够查证和识别任何递送欺诈性支票的人。相类似，有人建议在自动柜员机(ATM)上装配指纹板，以给ATM交易提供进一步的保护。具有指纹板的ATM需要用户通过他们的指纹来验证他们的ATM卡。是这样完成的：将ATM卡插入机器、输入个人识别码(PIN)、然后要求用户将他们的拇指或其余手指按在板上，从而ATM机可以分析指纹，并确定使用卡的个人的身份。这样的系统必然依赖于建在ATM内或连接到ATM上、提供用户列表和相应的指纹信息的数据库。用户的指纹与数据库中的数据相对比，从而确定被使用的ATM卡确实属于与按在ATM的指纹板上的指纹相联系的人。

其它已知的生物检测标记包括掌纹、虹膜扫描、身体特征的比例对比，以及声音识别。这些生物检测标记，如指纹，大多是外部生理特征。个人特有的信息是通过扫描个人外部生物检测标记的各种扫描过程而收集的。有多个美国专利是论述用于帮助进行个人识别的生物检测设备的。外部生物检测设备的例子包括在这些美国专利中所说明的：4,537,484；4,544,267；4,699,149；4,784,484；5,073,950；5,077,803；5,088,817；5,103,486；5,230,025；以及5,335,288。内部生物检测数据也曾用于检验一个对象是否活着。这样的检验是通过被动地检验生理过程，如记录电脉冲(EKG)，或通过引进或捕获修正信号来主动地检验生理指标，比如引进光能以确定血液气体含量(脉搏血氧计)。这样的生物检测的例子在美国专利5,719,950和5,737,439中有所说明。所有上面列出的专利公开在此引用作为参考。

使用目前市场上可见的设备进行外部生物检测标记分析的一个缺点是安装提供所需安全保障的必要的扫描装置的费用。对于每一种不同的特征，不管是指纹、视网膜扫描、声纹，等等，都需要一套不同的昂贵的扫描装置。把这样的装置安装到诸如ATM的机器上在经济上是不现实的，因为每个ATM都需要安装昂贵的扫描装置。

目前可见的生物检测扫描装置的另一个缺点是它们的尺寸。所需的扫描装置体积很大，这使得无法将扫描装置连接到便携设备上，比如移动电话、信用卡、个人数据助理、便携电脑等等。

另外，不同系统之间的不兼容也使得难以大范围地应用标准的生物检测识别。而且，验证生物检测开启交易所必需的存储海量数据的大型数据库或验证带来进一步的费用，这已经使得生物检测识别不适合于在低水平或大规模制造的系统中应用。

目前的生物检测开启安全系统的缺点可以通过使用便携式生物检测开启装置加以克服，其中的便携式生物检测开启装置只存储单个人或一小组人的生物检测的简要描述。使用特有的内部生物检测标记，而不是外部生物检测标记，带来了优点，克服了目前用于安全和个人识别的生物检测扫描装置的缺点。

可以从所得到的数据或测量结果中电子化地构建起试图开启生物检测开启装置的对象的生物检测描述。然后分析这个描述、测量结果，或数据，并与存储的生物检测描述相对比，以判断用户是否授权使用该设备或访问该生物检测开启装置所保护的信息。就象普通的门钥匙一样，对合法用户的授权或验证将开启该生物检测开启装置，从而开启某一信息或允许使用该装置所保护的东西。

在其最简单的形式中，该生物检测开启装置包括生物检测传感器和存储模块。生物检测传感器从用户处获取所必需的内部生物检测测量或数据，并将其与存储在存储模块中的生物检测描述相对比。如果存储在存储模块中的生物检测描述与从该生物检测开启装置的用户处获取的测量结果或数据相符的话，该生物检测开启装置就允许使用存储在存储模块中的数据，将锁定机构开锁，或执行机械装置的一项功能。

该生物检测开启装置向用户发送或发射能量。发送能量的一部分反射回生物检测开启装置的接收部位。然后所接收的信号转化成表示用户特有的生物检测描述的电信号。然后该描述与存储在该生物检测开启装置存储模块中的生物检测描述进行对比。如果用户的描述与存储模块中存储的描述相符，该生物检测开启装置就被开启，或者被允许按照它所编定的程序运行。

该生物检测开启装置可以提供一种装置以控制访问、保护信息、启动电子元件，或提供一种通用的安全系统。扫描的内部生物检测标记或标记的组合对于每个人都是独一无二的，所以很难或不可能复制。同样的，存储在生物检测开启装置中的生物检测描述对于该装置也是独一无二的。如果不知道由该生物检测开启装置所扫描的特有的内部生物检测标记，是无法反向设计或重建生物检测描述以开启生物检测开启装置的。也就是说，该生物检测开启装置可能扫描用户的几个特有的生物检测标记，但不知道哪个标记要与存储模块中的进行对比，实际上是不可能进行反向设计的。这样，该生物检测开启装置提供了比目前的安全装置更优的安全特性。

本发明的生物检测开启装置集中在对于每个人独一无二的内部生物检测标记，而不是指纹这样的外部生物检测标记，或血液脉搏读数这样的非特有生物检测标记，并且克服了普通安全系统的问题，提供了目前可见的外部生物检测传感器的更可行的替代品。

生物检测传感器用于测定用户特定的特有内部生物检测标记。在本发明的一个优选实施例中，传感器包括发射器和接收器。发射器发射光或其它形式的能被用户的身体部分吸收和部分反射的能量。这样的光或能量包括，但不限于，超声波能量、红外光、近红外光、紫外光、特定波长的可见或不可见光、白光，或电信号。接收器采集从用户反射的这部分光或能量。在反射的光或能量的基础上，可以确定与内部生物检测标记相联系的数据，建立用户的生物检测描述。可以由生物检测传感器测量或测定的内部生物检测标记包括，但不限于，骨密度、电磁波、心率、诊断切迹读数(diacrotic notch readings)、血氧水平、微血管密度、葡萄糖水平、血球容量水平，或皮下层分析。其它的生物检测标记，如生物电信号、电阻、阻抗、电容，或其它可被传感器检测并直接地或与到接收器的反馈相结合而生成用户的生物检测标记描述的人体发出的可检测的电信号。

生物检测传感器还可以包括用以触发生物检测传感器的触发装置，从而生物检测传感器并不是一直触发的。下面的例子中会详细地说明本发明的生物检测开启装置的生物检测传感器部分。

生物检测开启装置的存储模块可以接收和存储数据。存储模块还可以在存储或接收的数据上进行操作以生成用户的生物检测描述。生物检测描述是基于用户的内部生物检测标记的。从生物检测传感器获取的能量信号可以转化成电信号，然后在数学算法或转换的基础上将电信号转化为生物检测描述。存储模块还可以存储指令或程序，该指令或程序允许使用被保护的设备或存储的数据，如电话号码、帐号，或用户希望保密的其它信息。以下详细说明本发明的存储模块的例子。

因为生物检测开启装置是基于用户描述的，所以该生物检测开启装置至少可以接受一个对应于期望的授权用户的初始生物检测描述。该描述可以由该生物检测开启装置的第一次使用而确定，也可以根据预定的生物检测描述在第一次使用之前编程决定。

图1显示的是本发明的生物检测开启装置的优选实施例的示意图。装置50包括生物检测传感器60和存储模块70。生物检测开启装置通过用户80与装置50的生物检测传感器60接触而触发。理想的是，用户80把手指按在生物检测传感器60上一段时间，这段时间足以让生物检测传感器60对用户80的至少一个特有内部生物检测标记进行扫描，从而触发装置50。同时很容易理解，装置50可以远程触发，也可以保持在触发状态。

装置50的触发使能量65从发射装置61发射出去。能量65朝向用户80的吸收和发射部位。反射回装置50的能量65部分被接收装置62测量。接收装置62解析能量65的量，将能量转化为电信号66，传给装置50的存储模块70。在另一个实施例中，接收装置62接收到的能量由转换器(未示出)转化为电信号66。

存储模块70接收电信号66，并开始将用户80的内部生物检测标记与存储模块70中存储的授权用户的生物检测标记进行对比。电信号66的特征代表了生物检测传感器60从用户80处获取的内部生物检测标记。存储模块70将电信号66与存储模块70中存储的已知的生物检测描述76进行对比。如果电信号66与已知的生物检测描述76一致，则生物检测开启装置验证了用户80，允许访问存储在存储模块70中的数据72。如果电信号66未被验证，则生物检测装置50拒绝访问存储在存储模块70中的数据72。理想的是，当对数据72的访问被拒绝时，生物检测装置50自动关闭。

电信号66可以直接地与已知生物检测描述76相对比，电信号66也可以在与已知生物检测描述76进行对比之前在存储模块内进行转换。电信号66可以在存储模块70中的程序算法的基础上转化成数学表达式或值。该算法典型地代表了解析由电信号66所代表的内部生物检测标记的必要转换。该数学表达式或值代表了用户80的生物检测描述，其与存储在存储模块70中的已知的生物检测描述76进行对比。如果数学表达式或值被验证，则允许访问存储在存储模块中的数据72。

一旦被访问，存储在生物检测装置50中的数据72可以以某种方式显示或使用以在另一个设备上进行某种操作。例如，数据72可以在一个输出设备上显示。同样的，数据72可以触发执行存储模块70中的程序，从而存储模块70开启某种与存储模块相通讯的设备，如门锁。在此将说明更多的例子。

图2显示的是生物检测开启装置的另一个优选实施例：信用卡。生物检测开启装置是生物检测装置100的组成部分，在这里，生物检测装置100具有和典型的信用卡一样的形状、大小和尺寸。但是很容易理解，本发明不限于信用卡的形状、大小和尺寸。

如图所示，生物检测装置100包括生物检测传感器，生物检测传感器具有光发射器112和光接收器114。生物检测传感器110还可以包括图2所示的触发装置116。生物检测传感器110的触发将开启光发射器112发射光113。合适的光发射器112的例子是发光二极管(LED)。根据所需要的光113的波长和特性，可以用各种LED或其它的光源代替光发射器112。光接收器114可以是任何能接收反射光113的装置。

在正常的使用中，想要使用该生物检测装置100的个人将身体的一个部位，如拇指或手指，按在生物检测传感器110上，从光发射器112发射出来的光113照到这个身体部位上，并反射回光接收器114。典型地，生物检测传感器110还包括触发开关116，当身体部位按在生物检测传感器110时开关116触发生物检测传感器110，并使光113从光发射器112发射出来并持续固定的一段时间。光113被覆盖生物检测传感器110的身体部位部分吸收和部分反射。光接收器114监测发射的光113。

本发明的一个优选实施例使用远红外LED，其发出足够的远红外光穿透用户的表皮层。一部分远红外光发射回光接收器114，而剩下的光被吸收或损失了。根据在一段时间内反射回光接收器114的光量，可以建立生物检测描述。光接收器114接收到的光信号部分与存储在生物检测装置100中的生物检测数据或生物检测描述相对比。如果光信号与存储在生物检测装置100中的生物检测描述相符，则生物检测装置被开启。如果光信号与存储的生物检测描述不相符，则生物检测装置不被开启，而且生物检测传感器110暂时关闭。

需要对生物检测装置100的用户进行适当的身份验证才能开启生物检测装置100。图3显示了生物检测装置100的剖视平面图，其中暴露了与生物检测传感器110的光接收器114相通讯的存储模块120。授权用户的生物检测描述存储在存储模块120中。其它的数据，如帐号、姓名、地址、护照号码，或照片，也可以存储在存储模块120中。一旦通过生物检测传感器110建立起用户的生物检测描述，就将用户的生物检测描述与存储在存储模块120中的生物检测描述进行对比。如果用户的生物检测描述与存储在存储模块120中的授权用户的生物检测描述相符，则存储模块允许访问存储在存储模块120中的至少一部分附加数据或信息。

生物检测传感器110还可以包括转换器(未示出)，转换器解析由光接收器114接收的光或能量的水平，并根据接收到的数据建立生物检测描述。转换器还可以是光接收器114的组成部分，其中接收到的光量转化为电信号。然后将生物检测描述与存储在存储模块120中的生物检测数据或描述进行对比。

图2和图3中的生物检测装置100开启后，存储模块120释放诸如帐户信息的这些进行电子交易所必需的信息。可以有多种方法释放存储在存储模块120中的信息。如图2所示，只有一部分的帐号150压印在生物检测装置100上。在这个例子中，在帐号150旁边有空白的液晶显示器(LCD)155。生物检测装置100开启后，存储模块120开启LCD155，并传送所需的信息以将剩余的帐号151显示在LCD155上，如图4所示。同样的，生物检测装置100开启后，存储模块120可以反复地向图5所示的生物检测装置上的磁力发射器160发送帐户信息。图5所示的磁力发射器160可以位于信用卡磁条所处的同样位置，从而生物检测装置100开启后可以与信用卡同样地使用。

也可以使用其它的传送存储在存储模块120中的数据或信息的方法或装置。例如，LCD155可以替换为LED或其它的显示装置。同样地，磁力发射器160可以替换为提供交易用的数字信号的数字装置，或者能够通过发射可见或不可见光来释放存储在存储模块120中的数据或信息的光发射器。

最好生物检测装置是自标定的。例如，存储在存储模块120中的初始生物检测数据或描述可以通过重复使用而标定。生物检测开启装置在使用时，获取的生物检测描述被平均，从而特定数目的最近的成功的、与初始生物检测描述有所偏差的生物检测数据被用来建立更加完整的授权用户生物检测描述。

作为内建安全特性的一部分，生物检测装置100可以自动地退出工作。例如，存储模块120可以编程为一旦用户被验证并且生物检测装置被开启，存储模块120就在LCD155上显示帐号150，和/或在一段固定的时间内反复地向磁力发射器160发送帐号信息。这样，对存储在存储模块120中的信息的访问可以限制在进行电子交易所需的特定时间内。这项特性有利地避免了帐号150不必要的显示和永久地存储在该信用卡磁条中的信息的电子复制。另外，因为生物检测装置100只能由授权用户开启，所以他人不能使用生物检测装置100进行有效的交易。

生物检测装置100还可以包括能源170以为生物检测装置100的工作提供必需的能量，如图3所示。能源可以是电池、电容器、燃料电池，或其它产生能量或存储能量的机构。同样的，能源可以是可充的。其它的能源的例子包括光电池、压电发生器、静电起电机、吸热器，以及其它的能量发生机构。

本发明的生物检测开启装置的应用并不限于信用卡。例如，安全徽章可以应用本发明，只让授权的用户使用安全徽章。同样地，应用生物检测开启装置的驾驶执照或其它的身份卡可以保证只有授权用户可以适当地操作生物检测装置。例如，驾驶执照可以应用生物检测开启装置。当执照的用户被适当地验证后，存储在存储模块中的驾驶执照上的数据，或拥有驾驶执照的个人的照片可以显示出来。

本发明的生物检测开启装置还可以用于移动电话。因为移动电话变得更加复杂，更多的信息存储在移动电话里面，所以理想的是提供一种能够保护存储在里面的数据的装置。因为移动电话和个人数据助理(PDA)的集成和结合，保护的需要变得更加紧要。为了保护这些设备，将使用权限定在设备的授权用户，可以在移动电话或PDA(或它们的结合)上装备本发明的生物检测开启装置。这样，移动电话或PDA就只能被所有者或设备的其它授权用户打开。

与该生物检测开启装置连接的附加元件也拓展了该装置的应用。例如，除了释放诸如帐号这样的数据，该装置的存储模块120也可以编程为开启机械装置，如门锁。生物检测开启装置中必需的控制码，或所需的程序在适当的用户验证的基础上允许用户进行机械操作。

可以理解，本发明的用途不受限制，它也可以应用在任何需要提供不昂贵的、便携式的、将设备的使用限定于具有某一编程确定的生物检测描述的个人，以访问存储在装置中的数据或信息或启动一个过程的安全装置的场合中。

本发明的实施例可以包括，但不限于，基于卡的产品，如信用卡、智能卡、借记卡、ATM信用卡、设施使用卡、安全卡、身份卡，或其它需要安全的使用或开启的基于卡的产品。还包括，例如，诸如计算机、微型计算机、PDA(个人数据助理)、移动电话、安全访问系统、安全进入系统、软件使用装置、PIN号码更换、武器锁、交易起动或选举装置的开启装置。本发明还可以作为一种安全特性用于驾驶执照、护照、主题乐园的通行证、保险箱等等。另外的例子包括本发明与交互式显示屏或计算机装置的结合，用以保护计算机或在互联网上传送的信息。

以上说明了本发明的优选实施例，可以理解，本发明的范围由所附的权利要求所限定，并不受上面说明书中特定细节的限制，本发明可以有很多不脱离本发明的精神和所声明的范围的明显的变化。