CN104091107A - 身份辨识装置及身份辨识装置的操作方法 - Google Patents

Abstract

一种身份辨识装置，包含发光模块、光感测模块、脉搏扫描单元、指纹扫描单元及控制器。发光模块用以发出第一入射光及第二入射光至对象。光感测模块用以根据该对象反射的第一反射光及第二反射光，产生第一光电流及第二光电流。脉搏扫描单元用以根据第一光电流产生对象的电流变化数据。指纹扫描单元用以根据第二光电流产生对象的指纹特征。控制器用以控制发光模块发出第一入射光，并根据对象的电流变化数据判断对象是否具有脉搏，以控制发光模块发出第二入射光，并根据对象的指纹特征判断该对象是否通过身份辨识。根据本发明实施例的操作方法来增强对个人电子装置的保护，而无须额外增加线路来感测脉搏，并简化个人电子装置的设计。

Description

身份辨识装置及身份辨识装置的操作方法

技术领域

本发明涉及一种身份辨识装置，尤其涉及一种可同时检测生物脉搏及指纹特征的身份辨识装置。

背景技术

随着个人电子装置的功能越来越多，个人电子装置也记录了越来越多的私人信息，包含照片、联络人以及与他人的交谈纪录…等等，因此如何能快速且有效地避免他人浏览个人电子装置内的信息，成为在设计个人电子装置时一个重要的考虑。因此辨识过程快速，又无需记诵密码的指纹辨识即成为一种常见而受欢迎的方法。

现有技术多是在使用者启动个人电子装置的功能时，通过光学感测的方式来读取使用者的指纹并与先前存储的授权指纹文件比对，由于指纹具有独特性，因此通过指纹辨识比对，即可避免他人阅读或使用个人电子装置内的私人信息。然而若遭有心人士利用胶膜或其他方式摘取使用者的指纹，则他人也可能通过指纹辨识而读取使用者的私人信息。由于指纹辨识的技术仅是通过指纹的图像特征予以比对，因此难以防范有心人士利用具有使用者指纹的物品通过指纹辨识。

于现有技术中，若欲使个人电子装置能进一步确认具有指纹的物体是否为人体，则需增加额外的生命感测装置，以加强个人电子装置对私人信息的保护。然而，此一作法将增加个人电子装置的制造成本，同时也会增加个人电子装置所需的空间。

发明内容

因此，为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种身份辨识装置及身份辨识装置的操作方法。

本发明的一实施例提供一种身份辨识装置。身份辨识装置包含发光模块、光感测模块、脉搏扫描单元、指纹扫描单元及控制器。发光模块，用以发出第一入射光及第二入射光至对象。光感测模块包含多个感光元件，其用以根据对象反射第一入射光的第一反射光，产生多个第一光电流，及根据对象反射第二入射光的第二反射光，产生多个第二光电流。脉搏扫描单元耦接于光感测模块，用以接收并根据多个第一光电流产生对象的电流变化数据。指纹扫描单元耦接于光感测模块，用以接收并根据多个第二光电流产生对象的指纹特征。控制器耦接于发光模块、脉搏扫描单元及指纹扫描单元，用以控制发光模块发出第一入射光，于电流变化数据符合脉搏跳动特征时，控制发光模块发出第二入射光，并根据对象的指纹特征判断对象是否通过身份辨识。其中多个感光元件的每一感光元件是于相异的时间感测第一反射光及第二反射光。

本发明的另一实施例提供一种身份辨识装置的操作方法。身份辨识装置包含发光模块、光感测模块、脉搏扫描单元及指纹扫描单元。光感测模块包含多个感光元件。该方法包含使发光模块发出第一入射光至一对象；使光感测模块根据对象反射第一入射光的第一反射光，产生多个第一光电流；使脉搏扫描单元接收并根据多个第一光电流产生对象的电流变化数据；及于电流变化数据符合脉搏跳动特征时，使发光模块发出第二入射光至对象；使光感测模块根据对象反射第二入射光的第二反射光，产生多个第二光电流；使指纹扫描单元接收并根据多个第二光电流产生对象的指纹特征；及根据指纹特征判断对象是否通过身份辨识。其中多个感光元件中的每一感光元件是于相异的时间感测第一反射光及第二反射光。

通过本发明的实施例，即可利用同一个光感测模块来判断对象是否具有脉搏，并依据对象的指纹特征，来增强对个人电子装置的保护，因而得以解决现有技术中，个人电子装置需额外增加线路来感测脉搏所造成设计上空间不足及成本增加的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例的身份辨识装置的操作示意图。

图2为图1身份辨识装置的另一操作示意图。

图3为本发明另一实施例的身份辨识装置的示意图。

图4为本发明另一实施例的身份辨识装置的操作示意图。

图5为图4身份辨识装置的另一操作示意图。

图6为图1身份辨识装置的一操作方法的流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

100、200、300        身份辨识装置

110、310             发光模块

120、320             光感测模块

122、322             感光元件

124、324             栅极驱动电路

130、330             脉搏扫描单元

140、340             指纹扫描单元

150、350             控制器

160、360             对象

170                  第一组开关

172                  第二组开关

280、380             解多路复用器

390                  多路复用器

392                  第一组无源元件

394                  第二组无源元件

396                  放大器

G₁-G_n                栅极线

L₁-L_m                读出线

L1                   第一入射光

L2                   第二入射光

R1                   第一反射光

R2                   第二反射光

I1                   第一光电流

I2                   第二光电流

400                  操作方法

S410-S490            步骤

具体实施方式

图1及图2为本发明一实施例的身份辨识装置100于不同操作下的示意图。身份辨识装置100包含发光模块110、光感测模块120、脉搏扫描单元130、指纹扫描单元140及控制器150。在图1及图2中，发光模块110可发出第一入射光L1及第二入射光L2至对象160。光感测模块120包含多个感光元件122，可用以根据对象160反射第一入射光L1的第一反射光R1，产生多个第一光电流I1，及根据对象160反射第二入射光L2的第二反射光R2，产生多个第二光电流I2。其中多个感光元件122中的每一感光元件是于相异的时间感测第一反射光R1及第二反射光R2。在图1的实施例中，光感测模块120还包含了多条栅极线G_n、多条读出线L_m以及栅极驱动电路124，其中n及m为正整数。每一栅极线G_n是耦接于多个感光元件122中位于第n行的感光元件122，而每一条读出线L_m则是耦接于多个感光元件122中位于第m行的感光元件122，而多条栅极线G_n及多条读出线L_m是彼此交错排列。当感光元件122所连接的栅极线G_n为导通时，导通的读出线L_m即可读出其对应感光元件122所产生的光电流。如此一来，在栅极驱动电路124轮流导通多条栅极线G_n时，读出线L_m即可依序读出栅极线G_n所连接的第m行感光元件122所产生的光电流。脉搏扫描单元130耦接于光感测模块120，并用以接收并根据多个第一光电流I1产生对象160的电流变化数据。指纹扫描单元140耦接于光感测模块120，并用以接收并根据多个第二光电流I2产生对象160的指纹特征。控制器150耦接于发光模块110、脉搏扫描单元130及指纹扫描单元140。控制器150可用以控制发光模块110发出第一入射光L1，并于检测到对象160的电流变化数据符合脉搏跳动特征时，控制发光模块110发出第二入射光L2，并根据对象160的指纹特征判断对象160是否通过身份辨识。

此外，为了避免光电流同时流向脉搏扫描单元130及指纹扫描单元140而导致电路不稳定的状况，身份辨识装置100还包含第一组开关170及第二组开关172。第一组开关170耦接于多条读出线L_m及脉搏扫描单元130之间，用以控制多条读出线L_m与脉搏扫描单元130之间的电性连接。第二组开关172则是耦接于多条读出线L_m及指纹扫描单元140之间，用以控制多条读出线L_m与指纹扫描单元140之间的电性连接。

于本发明的一实施例中，光感测模块120中的感光元件、多条栅极线G_n、多条读出线L_m、栅极驱动电路124，以及第一组开关170、第二组开关172皆可利用薄膜晶体管(thin-film transistor)的工艺，制作于透明板上，而发光模块110可置于光感测模块120的下方，与光感测模块120相迭。发光模块110所发出的第一入射光L1及第二入射光L2可穿过光感测模块120到达对象160，如此即可减少身份辨识装置100所需的空间。

在图1中，控制器150控制发光模块110发出第一入射光L1至对象160，若对象160为使用者的手指，则因为使用者的脉搏，将导致使用者的手指透光率会随着血液流动而改变，如在心脏收缩时，血管中的血液量增加，因此透光率降低，而当心脏舒张时，血管中的血液量则会减少，导致透光率增加。如此一来，多个感光元件122根据感测对象160反射第一入射光L1的第一反射光R1所产生的多个第一光电流I1也会随之变化。此时即可导通第一组开关170并截止第二组开关172使得脉搏扫描单元140可接收根据多个第一光电流I1的大小变化产生对象160的电流变化数据。而控制器150即可判断电流变化数据是否符合脉搏跳动特征。也即，将电流变化数据中显示第一光电流的变化频率及第一光电流变化的大小，与生物脉搏的频率及变化量来比较，即可作为电流变化数据是否符合脉搏跳动特征的依据。在本发明的一实施例中，身份辨识装置100是利用栅极驱动电路124来控制第一组开关170及第二组开关172的截止及导通，然而本发明并不以此为限，在本发明的其他实施例中，也可利用控制器150来控制第一组开关170及第二组开关172的截止及导通。

若电流变化数据符合脉搏跳动特征，则控制器150可控制发光模块110发出第二入射光L2以辨识对象160的指纹特征，如图2所示。栅极驱动电路124可轮流导通多条栅极线G_n及读出线L_m，以依序读出每一个感光元件122根据对象160反射第二入射光L2的第二反射光R2所产生的第二光电流I2。而对象160表面上的纹路会造成每个感光元件122感测到不同大小的第二反射光R2，并产生大小不同的第二光电流I2。此时即可导通第二组开关172并截止第一组开关170使得指纹扫描单元140可接收并根据这些大小不同的第二光电流I2来产生对象160的指纹特征，而控制器150即可根据指纹特征来判断对象160表面上的纹路是否为使用者的指纹，并依此判断对象160是否通过身份辨识。于一实施例中，对象160的指纹特征包含了对象160的纹路空间分布及纹路深浅，而控制器150即可根据对象160的指纹特征与事先存储的使用者指纹数据比对，若两者具有相同的特征，则表示对象160为使用者的手指，因此判断对象160通过身份辨识。

此外，由于血液是红色的，因此第一入射光L1可为红外光，以增加辨识脉搏的准确度。而由于第一入射光L1的强度必需足以穿透对象160的表面以检测其内部血管穿透率的变化量，而为能清楚表现对象160表面上的纹路变化，第二入射光L2也可为红外光，且第二入射光L2的强度则不宜过强，以免无法判断表面纹路的细节。在本发明一实施例中，第一入射光L1的强度可大于第二入射光L2的强度。再者，由于对象160的透光率变化是与对象160的脉搏有关，因此对象160上各处的透光率变化皆相似，因此第一组开关170可同时导通M条读出线L_m与脉搏扫描单元130间的电性连接，使得脉搏扫描单元130可同时接收多个第一光电流的大小变化，而无须逐一扫描，其中M为小于或等于m的正整数。如此一来，即可使脉搏扫描单元130的光电流变化亮增加,可使准确性上升,也可减少后端放大电路是倍率，同时噪声也会因放大倍率减少而减少。

根据上述本发明的实施例，个人电子装置可利用同一个光感测模块来检测对象的脉搏信息及其指纹特征，并依据对象的脉搏信息及指纹特征来判别使用者的身份，来增强对个人电子装置的保护，而无须额外增加线路来感测脉搏，并简化个人电子装置的设计。

图3为本发明另一实施例的身份辨识装置200的示意图。身份辨识装置200与身份辨识装置100具有类似的架构，其差别在于身份辨识装置200可利用解多路复用器280来取代身份辨识装置100中第一组开关170及第二组开关172的功能。解多路复用器280耦接于多条读出线L_m、脉搏扫描单元130及指纹扫描单元140，并用以控制多条读出线L_m与脉搏扫描单元130及多条读出线L_m与指纹扫描单元140之间的电性连接，以使脉搏扫描单元130和指纹扫描单元140于不同时段内，分别接收多个第一光电流I1及多个第二光电流I2。如此一来，身份辨识装置200中的脉搏扫描单元130及指纹扫描单元140即可放置于光感测模块120的同一侧，并可增加身份辨识装置200于设计上的弹性。在本发明的一实施例中，身份辨识装置200可利用控制器150来控制解多路复用器280。

图4及图5为本发明另一实施例的身份辨识装置300于不同操作下的示意图。身份辨识装置300包含发光模块310、光感测模块320、脉搏扫描单元330、指纹扫描单元340、控制器350、解多路复用器380、多路复用器390、第一组无源元件392、第二组无源元件394及放大器396。在图4及图5中，发光模块310可发出第一入射光L1及第二入射光L2至对象360。光感测模块320包含多个感光元件322、多条栅极线G_n及多条读出线L_m以及栅极驱动电路324，其中n及m为正整数。每一栅极线G_n是耦接于多个感光元件322中位于第n行的感光元件322，而每一条读出线L_m则是耦接于多个感光元件322中位于第m行的感光元件322，而多条栅极线G_n及多条读出线L_m是彼此交错排列。当栅极驱动电路324轮流导通栅极线G_n时，读出线L_m可依序读出与栅极线G_n所连接的第m行感光元件322所产生的光电流。第一组无源元件392耦接于多路复用器390及多条读出线L_m，而第二组无源元件394耦接于多路复用器390及多条读出线L_m。放大器390耦接于解多路复用器380及多路复用器390。

在图4中，控制器350控制发光模块310发出第一入射光L1至对象360，若对象360为使用者的手指，则对象360的透光率会随着使用者血液流动而改变。多个感光元件322即可根据对象360反射第一入射光L1的第一反射光R1所产生的多个第一光电流I1。由于第一光电流I1中可能含有许多环境造成的噪声，因此控制器350可控制多路复用器390导通第一组无源元件392与放大器396之间的电性连接，使得放大器396可利用第一组无源元件392来放大多个第一光电流I1中具有特定频段的电流，以减少噪声对身份辨识装置300的影响。同时，控制器350可控制解多路复用器380，使脉搏扫描单元330接收并根据放大器396放大多个第一光电流I1中具有特定频段的电流，来产生对象360的电流变化数据。而控制器350即可判断电流变化数据是否符合脉搏跳动特征。

若控制器350判断对象360具有脉搏，则控制器350可控制发光模块310发出第二入射光L2以辨识对象360的指纹特征，如图5所示。光感测模块320可轮流导通多条栅极线G_n及读出线L_m，以依序读出每一个感光元件322根据对象360反射第二入射光L2的第二反射光R2所产生的第二光电流I2。由于第二光电流I2的强度较弱，且所欲检测的纹路特征不会随时间改变，因此控制器350可控制多路复用器390以导通第二组无源元件394与放大器396之间的电性连接，使得放大器396可利用第二组无源元件394来产生多个第二光电流I2的积分值。同时，控制器350可控制解多路复用器380，使指纹扫描单元340接收并根据放大器396所产生多个第二光电流I2的积分值，来产生对象360的指纹特征，以减少噪声对身份辨识装置300的影响，并突显对象360表面纹路深浅所造成的多个第二光电流I2间的差异。而控制器350即可根据对象360的指纹特征来判断对象360是否通过身份辨识。

根据上述的实施例，通过解多路复用器380及多路复用器390来控制放大器396与第一组无源元件392、第二组无源元件394、脉搏扫描单元330即指纹扫描单元340之间的电性连接，即可在不同时段中利用放大器396分别实现放大滤波器及积分器的功能，而可使脉搏扫描单元330接收多个第一光电流I1中具有特定频段的电流以产生对象360的电流变化数据，并使指纹扫描单元340接收多个第二光电流I2的积分值以产生对象360的指纹特征。如此一来，即可减少身份辨识装置300所需的硬体元件，并可增加于设计上的弹性。

于上述实施例中，光感测模块120及320皆可利用低温多晶硅工艺(lowtemperature poly-silicon,LTPS)制造于透明板上。而无源元件392、无源元件394、多路复用器390及放大器396也可利用低温多晶硅工艺(low temperaturepoly-silicon,LTPS)与光感测模块320一同制造于透明板上，以简化身份辨识装置300的设计，并可减少身份辨识装置300所需的空间。

根据上述本发明的实施例，个人电子装置可利用同一个光感测模块检测对象的脉搏信息及其指纹特征，并依据对象的脉搏信息及指纹特征来判别使用者的身份，来增强对个人电子装置的保护，而无须额外增加线路来感测脉搏，并简化个人电子装置的设计。

图6为本发明一实施例的身份辨识装置100的操作方法400的流程图。身份辨识装置100的操作方法400包含以下步骤：

S410：使发光模块110发出第一入射光L1至对象160；

S420：使光感测模块120根据对象160反射第一入射光L1的第一反射光R1，产生多个第一光电流I1；

S430：使脉搏扫描单元130接收并根据多个第一光电流I1产生对象160的电流变化数据；

S440：若电流变化数据符合脉搏跳动特征，则进入步骤S450，否则回到步骤S410；

S450：使发光模块110发出第二入射光L2至对象160；

S460：使光感测模块120根据对象160反射第二入射光L2的第二反射光R2，产生多个第二光电流I2；

S470：使指纹扫描单元140接收并根据多个第二光电流I2产生对象160的指纹特征；

S480：根据指纹特征判断对象160是否通过身份辨识，若通过身份辨识则进入步骤S490，否则回到步骤S410；

S490：结束。

其中每一个感光元件122是于相异的时间感测第一反射光R1及第二反射光R2。且根据本发明的一实施例，第一入射光L1是为红外光。

根据上述本发明的实施例的操作方法，即可利用同一个光感测模块检测对象的脉搏信息及其指纹特征，并依据对象的脉搏信息及指纹特征来判别使用者的身份，来增强对个人电子装置的保护，而无须额外增加线路来感测脉搏，并简化个人电子装置的设计。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种身份辨识装置，包含：

一发光模块，用以发出一第一入射光及一第二入射光至一对象；

一光感测模块，包含多个感光元件，用以根据该对象反射该第一入射光的一第一反射光，产生多个第一光电流，及根据该对象反射该第二入射光的一第二反射光，产生多个第二光电流；

一脉搏扫描单元，耦接于该光感测模块，用以接收并根据所述第一光电流产生该对象的一电流变化数据；

一指纹扫描单元，耦接于该光感测模块，用以接收并根据所述第二光电流产生该对象的一指纹特征；及

一控制器，耦接于该发光模块、该脉搏扫描单元及该指纹扫描单元，用以控制该发光模块发出该第一入射光，并于该对象的该电流变化数据符合一脉搏跳动特征时，控制该发光模块发出该第二入射光，并根据该对象的该指纹特征判断该对象是否通过身份辨识；

其中所述感光元件的每一感光元件是于相异的时间感测该第一反射光及该第二反射光。

2.如权利要求1所述的身份辨识装置，其中该第一入射光或该第二入射光为红外光，且该第一入射光的强度大于该第二入射光的强度。

3.如权利要求1所述的身份辨识装置，其中该光感测模块包含：

多条栅极线，每一栅极线是耦接于所述感光元件的一行感光元件；

多条读出线，每一读出线是耦接于所述感光元件的一行感光元件，用以读出由该行感光元件所产生的光电流；及

栅极驱动电路，耦接于所述栅极线，用以轮流导通所述栅极线；

其中所述栅极线及所述读出线是彼此交错排列。

4.如权利要求3所述的身份辨识装置，另包含：

一第一组开关，耦接于所述读出线及该脉搏扫描单元之间，用以控制所述读出线与该脉搏扫描单元之间的电性连接；及

一第二组开关，耦接于所述读出线及该指纹扫描单元之间，用以控制所述读出线与该指纹扫描单元之间的电性连接；

其中当该第一组开关导通时，该脉搏扫描单元接收所述第一光电流，当该第二组开关导通时，该指纹扫描单元接收所述第二光电流，且该第一组开关及该第二组开关不同时导通。

5.如权利要求4所述的身份辨识装置，其中该第一组开关中的每一开关是用以控制M条读出线与该脉搏扫描单元之间的电性连接，M为正整数。

6.如权利要求3所述的身份辨识装置，另包含：

一解多路复用器，耦接于所述读出线、该脉搏扫描单元及该指纹扫描单元，用以控制所述读出线与该脉搏扫描单元及所述读出线与该指纹扫描单元之间的电性连接，以使该脉搏扫描单元接收所述第一光电流，并使该指纹扫描单元接收所述第二光电流。

7.如权利要求6所述的身份辨识装置，其中该光感测模块是以低温多晶硅工艺(low temperature poly-silicon,LTPS)制造。

8.如权利要求7所述的身份辨识装置，另包含：

一多路复用器；

一第一组无源元件，耦接于该多路复用器及所述读出线；

一第二组无源元件，耦接于该多路复用器及所述读出线；

一放大器，耦接于该解多路复用器及该多路复用器，用以根据该多路复用器及该解多路复用器的控制：

在与该第一组无源元件电性连接时，放大所述第一光电流中具有一特定频段的电流，以使该脉搏扫描单元接收并根据所述第一光电流中具有该特定频段的电流产生该对象的该电流变化数据；及

在与该第二组无源元件电性连接时，产生所述第二光电流的一积分值，以使该指纹扫描单元接收并根据所述第二光电流的该积分值产生该对象的该指纹特征；

其中该放大器与该光感测模块是以同一工艺制作。

9.一种身份辨识装置的操作方法，该身份辨识装置包含一发光模块、一光感测模块、一脉搏扫描单元及一指纹扫描单元，该光感测模块包含多个感光元件，该方法包含：

使该发光模块发出一第一入射光至一对象；

使该光感测模块根据该对象反射该第一入射光的一第一反射光，产生多个第一光电流；

使该脉搏扫描单元接收并根据所述第一光电流产生该对象的一电流变化数据；及

若该电流变化数据符合一脉搏跳动特征，则：

使该发光模块发出一第二入射光至该对象；

使该光感测模块根据该对象反射该第二入射光的一第二反射光，产生多个第二光电流；

使该指纹扫描单元接收并根据所述第二光电流产生该对象的一指纹特征；及

根据该指纹特征判断该对象是否通过身份辨识；

其中所述感光元件的每一感光元件是于相异的时间感测该第一反射光及该第二反射光。

10.如权利要求9所述的方法，其中该第一入射光或该第二入射光为红外光，且该第一入射光的强度大于该第二入射光的强度。