CN105488499A - 一种指纹识别模组及具有该指纹识别模组的电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扫描唤醒启动指纹辨识功能的指纹识别模组及具有该指纹识别模组的电子装置。指纹识别模组，包括一指纹传感器，用于检测放置于其上的手指的触摸信息，在检测时具有第一模式，检测是否有手指触摸信息，如检测到所述手指触摸信息，则开启第二模式，检测所述手指指纹的图像信息；及一保护圈，所述保护圈包围所述指纹传感器以屏蔽所述保护圈之外围噪音信号对所述指纹传感器的干扰。具有上述指纹识别模组的电子装置，包括一外壳，和一嵌入在所述外壳上的盖板；及一显示组件，所述显示组件为显示模组或者触控显示模组，所述指纹传感器位于显示组件成像区域之外。

Description

一种指纹识别模组及具有该指纹识别模组的电子装置

【技术领域】

本发明涉及指纹识别技术领域，特别涉及一种扫描唤醒启动指纹辨识功能的指纹识别模组及具有该指纹识别模组的电子装置。

【背景技术】

指纹感测技术已经被广泛使用并且经常用于提供对敏感电子设备和/或敏感数据的安全访问。一般来讲，电容式指纹识别模组可以用于通过测量穿过多个电容式传感元件的电容来确定指纹图像。

应用于电子设备中的电容式指纹识别模组常会与电子设备的按键相组合，而按键是使用者频繁触摸的位置，所以此处安装电容式指纹识别模组最符合使用者的使用习惯，也会较为容易和便捷的采集到使用者的指纹图像。对于电容式指纹识别模组来说，系藉由手指与电容感测阵列之间的距离，以致推导得出之电容值来区分手指的纹脊和纹谷之纹理。而电容感测阵列的开启是受启动开关(如按压式触发开关)来控制的，只有在手指触摸到按键之后，处理器才会驱动电容感测阵列开始扫描放置于按键之上的手指指纹图像信息。通常所采用之启动开关安装于指纹感测阵列垂直叠层结构设计方向之下部，为了可以给予手指一反馈信息，甚至还会采用一弹性触发开关。

然而，现有技术的启动开关作为一具有相对较大厚度的元件，安装于指纹识别模组上时会占据较大部分的垂直高度，间接增加垂直堆叠之指纹识别模组的厚度，与现今对电子产品轻薄化的优化设计理念相悖。同时，启动开关在安装的时候还需考虑与其他构件之间的匹配契合度，如此对指纹识别模组的组装提出较高的要求，如若匹配不适，还会降低产品的良率。

总结如上所述之弊端，一种扫描唤醒启动指纹辨识功能的指纹识别模组及具有该指纹识别模组的电子装置，乃为所冀。

【发明内容】

为克服现有指纹识别模组之诸多缺陷，本发明提供了一种扫描唤醒启动指纹辨识功能的指纹识别模组及具有该指纹识别模组的电子装置。

本发明解决技术问题的方案是提供一种指纹识别模组，包括一指纹传感器，用于检测放置于其上的手指的触摸信息，在检测时具有第一模式，检测是否有手指触摸信息，如检测到所述手指触摸信息，则开启第二模式，检测所述手指指纹的图像信息；及一保护圈，所述保护圈包围所述指纹传感器以屏蔽所述保护圈之外围噪音信号对所述指纹传感器的干扰。

优选地，所述第一模式的驱动信号系一扫描频率为1-5Hz的低频长周期检测信号，所述第二模式的驱动信号系一扫描频率为20-40Hz的高频短周期指纹图像信息采集信号。

优选地，所述第一模式的驱动信号与所述第二模式的驱动信号均系一扫描频率为20-40Hz的高频短周期信息采集信号，所述第一模式由多个第一电容块进行检测，所述第二模式由所述第二电容块与所述第一电容块共同检测。

优选地，所述第一模式的驱动信号于检测到所述手指触摸信息时则唤醒启动一显示组件的亮屏模式。

优选地，所述保护圈系一静电防护圈并导通接地。

优选地，所述指纹传感器为一按压式传感器，包括阵列设置的多个电容块。

优选地，进一步包括一按键，所述指纹传感器位于所述按键垂直叠层结构设计方向之下部；一盖板，包括一收容所述按键及位于所述按键之下部的指纹传感器的按键孔。

优选地，进一步包括一支撑件，所述指纹传感器和所述保护圈均承载于所述支撑件上。

优选地，所述按键包括一硬化涂层和一油墨层，所述硬化涂层和所述油墨层位于不同的垂直叠层高度上，所述油墨层不透明。

本发明还提供一种采用上述的指纹识别模组而构建的电子装置，包括一背盖，所述指纹识别模组嵌入至所述背盖上。

优选地，所述指纹传感器为一滑擦式电容传感器，在所述手指相对所述指纹传感器滑动的过程中，采集多个指纹图像片段。

本发明还提供一种具有上述指纹识别模组的电子装置，包括一外壳，和一嵌入在所述外壳上的盖板；及一显示组件，所述显示组件为显示模组或者触控显示模组，所述指纹传感器位于显示组件成像区域之外。

优选地，所述盖板上设置有多个红外侦测孔，所述电子装置包括至少一红外线发射器和至少一红外线接收器，所述红外线发射器及所述红外线接收器借助所述多个红外侦测孔检测手指对所述指纹传感器的触摸以辨识真假手指。

与现有技术相比，本发明的指纹识别模组采用指纹传感器同时检测手指是否触摸按键的信息及采集手指指纹图像信息，从而可以用扫描唤醒的方式来开关指纹辨识功能，省去一启动开关，降低指纹识别模组的成本，还可以使产品更易实现轻薄化。

在手指触摸检测模式(第一模式)时，采用一键式扫描唤醒启动机制中的两种省电方案(即变频率扫描方案及同频率扫描方案)，这样不仅不影响对手指是否触摸的感应，还可以节省扫描的供电电量。

本发明提供的采用指纹识别模组的电子装置，不仅具有上述指纹识别模组的有益效果。而且在其按键的周围设置红外侦测孔，用于检测真假手指信息，如此一来可以进一步提高电子装置防伪检测功能。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例指纹识别模组的立体爆炸结构示意图。

图2是本发明第一实施例指纹识别模组的剖面结构示意图。

图3A是本发明第一实施例指纹识别模组之指纹传感器的平面示意图。

图3B是本发明第一实施例指纹识别模组之指纹传感器的另一种平面示意图。

图4A是本发明指纹识别模组之指纹传感器的驱动时序图。

图4B是本发明第一实施例指纹识别模组之指纹传感器的再一种平面示意图。

图5A是本发明第二实施例具有上述指纹识别模组之电子装置的结构示意图。

图5B是本发明第二实施例具有上述指纹识别模组之电子装置的另一结构示意图。

图6是本发明第三实施例具有上述指纹识别模组之电子装置的立体示意图。

图7是本发明第三实施例电子装置之指纹识别模组的剖面结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供一种可以应用于电子设备的指纹识别模组10，其可应用但不限于智能电话、平板电脑、媒体播放器、个人电脑、手机、移动电话、小型电话机及其他便携式电子设备或行动装置。指纹识别模组10包括一盖板103及一嵌设于盖板103上的按键101，一支撑件107和一承载于其上的指纹传感器105。

以扫描唤醒启动指纹辨识功能的指纹识别模组10来说，最佳举例者为指纹传感器105位于按键101垂直叠层结构设计方向的下方，使得指纹识别模组10在使用者用手指操作按键101时便于执行指纹的采集和识别。

针对正面式一键式扫描唤醒启动机制，可选择采取后续揭露的两种省电方案(即变频率扫描方案及同频率扫描方案)中的一种。

此处将先以变频率扫描方案配合图1及图2进行说明，指纹传感器105会保持低频长周期持续扫描按键101上是否有指纹触摸的信息，如若手指触摸或靠近按键101，则改变扫描频率切换到高频短周期指纹图像信息采集模式，执行对指纹的采集或识别。当手指远离按键101之后，指纹传感器105则再次调变频率恢复到低频长周期的手指触摸检测模式。

更进一步地，扫描唤醒启动指纹辨识功能的指纹识别模组10亦能同步透过一键式扫描唤醒启动一显示组件的亮屏模式。如此，借助一指纹传感器105同时实现指纹图像信息的采集和指纹辨识功能的开启，以及显示组件的亮屏模式的开启，省略一开关元件(如压力式启动开关)，可以将指纹识别模组10做的更轻薄。

请再参阅图2，所述的按键101最佳举例者为电子设备的功能按键，此处为手指频繁触摸位置(即特指与显示模组位于同一侧面的正面位置)，最便于指纹的采集处理，如搭载指纹识别模组10之移动电话的功能按键等诸如此类。

按键101选用由透明或半透明的玻璃，蓝宝石，氧化铝，塑胶，树脂及其类似材料制作而成；可选择地，按键101亦可由复合涂布层直接形成(包括硬化涂层与油墨涂层之复合涂布层，硬化涂层和油墨层位于不同的垂直叠层高度上)。

请注意，于非复合涂布层直接形成的按键101设计中，可在其垂直叠层结构设计方向的内部任一层叠高度处或底部涂设一油墨层1011，油墨层1011可印刷或气相沉积于按键101的所述位置处，将原本透明或半透明的按键101变为不透明，因此垂直叠层结构设计方向之底部的构件不会被使用者可视。油墨层1011的设置位置可以依需要调整设置于按键101上下任一侧而未加以局限。

盖板103可以组装在电子设备的玻璃盖板上、触控板上、输入模组上、键盘的按键上、输入装置或输出装置的壳体上、触控式的显示屏幕上等诸如此类，且盖板103藕接至所述任一种构件的框架之上。盖板103可由玻璃，塑胶及其类似材料制成，可经镭射切割或CNC切割配合抛光技术以精准控制其尺寸。

盖板103包括一按键孔1031(参阅图1)，置放于盖板103对应于按键101分布的位置处。按键孔1031为一贯穿的圆形、椭圆形、方形、不规则多边形等形状的通孔。按键101嵌入在该按键孔1031内而被定位，按键101的最顶部表面与盖板103的上表面保持齐平、突出或凹陷，并未加以限制。亦即，作为变形，按键101也可以在按键孔1031内凸出于盖板103上表面而设计，也可在按键孔1031内深凹于盖板103上表面之下而设计。

指纹识别模组10还包括一保护圈1033，保护圈1033内嵌于按键孔1031内，并环绕包围所述的按键101及位于按键101之下部的指纹传感器105。保护圈1033的截面形状为“L”形，垂直截面的最高处与盖板103的上表面齐平，底部水平延伸贴合于盖板103之下表面，并同时承载于支撑件107之上。

保护圈1033系一静电防护圈，兼具静电防护及金属屏蔽双功效，为一导电材料制成，优选为金属材料，如铝、铜、铁等单质或其类似金属氧化物。借助该导电材料所围设而成的保护圈1033可以形成一屏蔽空间，使保护圈1033之外的噪音信号不会干扰其内部设置的指纹传感器105对指纹图像信号的采集与识别。同时，借助金属材料的保护圈1033具有导电的特性，可以将手指50指尖残留的电信号导通接地进行排除，进一步回避残留静电对指纹传感器105的影响，导通的接地的方式可以为将保护圈1033直接电连接到支撑件107的接地针脚，或者电连接到电子设备的IC接地触点，或者电连接到电路主板的接地端，亦或者电连接到电子设备的壳体接地端上。特别地，指纹传感器105的截面竖直高度在所述保护圈1033截面之竖直方向的高度范围之内，以使保护圈1033在垂直叠层结构设计方向上完全包围指纹传感器105，较大程度地屏蔽外部信号对指纹传感器105的干扰。

支撑件107可以是包含一硅材料的半导体板、一PCB板、一软性电路板、一软硬结合板或者包含前述至少一项之复合支撑板，并未加以局限，在指纹传感器105构装于该支撑件107之上后，会通过焊线或PIN脚将指纹传感器105与支撑件107导电连接，连接好焊线或PIN脚之后，会进一步填充可固化的绝缘材料(如环氧树脂塑胶材料或树脂)对连接区及指纹传感器105进行封装处理，封装保护被绝缘材料包覆的指纹传感器105及焊线或PIN脚；然，前述所揭示的树脂塑料材料仅为本实施例中的封装的一种选择，并未对封装技术选用加以局限。

接续图1及图2对第一实施例的说明，此处将针对指纹传感器细部结构说明，特别揭示指纹电极图案的选择。请参阅图3A，指纹传感器105为一电容式传感器，包括多个阵列设置的矩形电容块1053，当有手指50放置于按键101之上时，该多个电容块1053共同作用检测放于其上的指纹信息，并借助存储介质进行存储以供后续的匹配。在阵列的矩形电容块1053周围设置保护圈1033以屏蔽外部信号的干扰。

又，请参阅图3B，指纹传感器105’的变形结构中，举例来说，可包括多个横纵交错设置的条形电极线1053’，如以X方向水平排列设置五个平行的条形电极线1053’，Y方向竖直排列设置四个平行的条形电容块1053’，其中X方向的多个条形电极线1053’与Y方向的条形电极线1053’位于不同叠层之上，X方向的多个条形电极线1053’与Y方向的条形电极线1053’的间距和数量可以相同或不同，并以电容侦测指纹图案。与上述指纹传感器105相似，在指纹传感器105’的矩形电极线1053周围也设置保护圈1033’以屏蔽外部信号的干扰。

为了更清楚理解本专利一键式扫描唤醒启动机制中的两种省电方案(即变频率扫描方案及同频率扫描方案)，请对应参考图4A及图4B来分别理解变频率扫描方案及同频率扫描方案之具体运作细节。

于变频率扫描方案中，请参阅图4A，当手指50不接触所述按键101时，该多个电容块1053开启低频长周期手指触摸检测模式(第一模式；睡眠模式)，此时提供给指纹传感器的驱动信号扫描周期较长，扫描频率为1-5Hz，优选为3Hz，由于扫描周期较长，所以耗电量非常小。当手指50触摸在按键101上后，指纹传感器105中的多个电容块1053的至少一部分电容块1053会发生容值的变化，此时则表示手指50已位于按键101至少处于待扫描状态，然后提供一指纹扫描信号至给指纹传感器105，该信号为高频短周期扫描信号，扫描频率为20-40Hz，优选为30Hz，开始读取放于按键101上方的手指指纹图像信息，启动指纹图像采集模式(第二模式；唤醒模式)。须留意，图4A所示用以代表低频长周期手指触摸检测模式及高频短周期扫描信号的讯号脉冲强度及周期仅为示意，低频长周期讯号与高频短周期讯号的实际脉冲数及周期可依设计加以调整。此处所指扫描频率系1秒的时间内完整扫描一次指纹传感器105内所有电容块1053的次数。

当手指50离开按键101后，则结束当前指纹图像信息的采集，再次开启低频长周期的手指触摸检测模式(即第一模式；睡眠模式)。依此工作原理在指纹采集模式和手指触摸检测模式之间来回切换运行实现扫描唤醒指纹辨识功能。

于同频率扫描方案中，请参阅图4B，作为一种变形，指纹传感器105”包括阵列设置的多个第一电容块1053”，用于检测手指触摸信息，和多个第二电容块1055”，用于采集指纹图像信息。多个第一电容块1053”和多个第二电容块1055”均位于保护圈1033”之内。须留意，第一电容块1053”及第二电容块1055”属于一套完整指纹电极侦测图案，基于第一模式及第二模式运作需求而加以虚拟区分，本变形实施例中选取的第一电容块1053”系一横向虚拟区域中的连续4个第一电容块1053”，但亦可选取4个邻接成矩形区域的第一电容块1053”，并未加以局限。

于同频率扫描方案中，多个第一电容块1053”和多个第二电容块1055”均提供一高频短周期的扫描信号，该扫描信号的频率与第二电容块1055”采集指纹图像信息的频率相同，为20-40Hz，优选为30Hz。当指纹传感器105”工作于手指触摸检测模式(第一模式；睡眠模式)时，第一电容块1053”工作，第二电容块1055”不工作，由于此时仅有少部分的电容块运行，所以耗电量非常小。一旦采集到手指触摸信号，则启动指纹图像采集模式(第二模式；唤醒模式)，此时第二电容块1053”开始加入工作采集指纹图像。

作为优选方案，第一电容块1053”可以兼具检测手指触摸信息(于第一模式下)和采集指纹图像信息(于第二模式下)的功能。如此设计时，第二电容块1055”在第一模式下处于非工作状态，可以使整个指纹传感器处于省电模式。而在第二模式下，第一电容块1053”与第二电容块1055”同时工作采集指纹图像信息。可以使每次采集到指纹图像信息更多。

相对于本发明第一实施例(即指纹识别与与显示模组位于同一侧面的正面位置态样)，本发明第二实施例提供背盖式一键式扫描唤醒启动实施作法(即指纹识别与显示模组位于不同侧面的态样)。请参阅图5A，第二实施例提供一电子装置200，所述的电子装置200为一便携式移动电话，包括一背盖202，背盖202上设置有摄像头204，用于实现拍照、摄影、扫描二维码等功能，发光源206，用于为摄像提供良好的光照环境或者提供照明功能，和一嵌入至背盖202上的指纹传感器205，用于采集和识别使用者的指纹信息。

与上述指纹传感器105类似，背盖式一键式扫描唤醒启动实施作法亦适用前述一键式扫描唤醒启动机制中的两种省电方案(即变频率扫描方案及同频率扫描方案)，于变频率扫描方案中，指纹传感器205会保持低频长周期持续扫描指纹传感器205上是否有指纹触摸的信息，如若手指触摸或靠近指纹传感器205，则切换到高频短周期指纹图像信息采集模式，执行对指纹的采集或识别。当手指远离指纹传感器205之后，指纹传感器205则再次恢复到低频长周期的手指触摸检测模式。在指纹传感器205的周围也设置有一保护圈2033，保护圈2033包围所述指纹传感器205以屏蔽保护圈2033之外围噪音信号对所述指纹传感器205的干扰，并兼具静电防护功效。

指纹传感器205位于摄像头204的下部，此处指纹传感器205的放置位置主要依赖如何可以便于使用者手指触碰该指纹传感器205，本实施例中较佳的设置于背盖202上较为便于手指指纹放置的区域，如依赖移动电话的尺寸，使用者手指的大小而计算得知应放置在移动电话背部中央偏上的部位。

作为变形，指纹传感器205也可以为一滑擦式传感器，该指纹传感器205采用长条式的电容传感器进行指纹图像的采集，占用面积小，而且仅需要较小的感测区域即可实现指纹图像的采集和匹配，模组成本较为低廉。

为清楚叙明背盖式一键式扫描唤醒启动较佳实施作法，请参阅图5B，指纹传感器205’包括多个阵列设置的电容块2053’，该多个电容块2053’的构造与功能可以如图3A所述的阵列设置的矩形电容块1053，或者图3B所述的横纵交错设置的条形电极线1053’，亦或者如图4B所述包括多个第一电容块1053”和多个第二电容块1055”。

请参阅图6和图7，本发明第三实施例提供一种采用上述第一实施例所述的指纹识别模组10而构建的电子装置300，所述的电子装置300为一便携式移动电话，包括一外壳306，和一嵌入在该外壳306上的盖板303，盖板303之上设置一按键301和一置于按键301之下的的指纹传感器305。

电子装置300还包括一显示组件302，该显示组件302可以为用于显影成像的显示模组或者触控显示模组，指纹传感器305位于显示组件302成像区域之外，考虑到使用者对移动电话的使用习惯，较佳地，指纹传感器305设置于显示组件302之下部(以移动电话手持使用时的相对上下方位)。特别地，显示组件302可以用于显示指纹传感器305对指纹图像信息的采集进程，以使使用者可以知悉其手指在当前被采集的指纹图像进程，便于使用者对手指放置位置的调整。当显示组件302为一触控显示模组，触控信号及显示信号的扫描信号会耦合到指纹传感器305部位，此时借助保护圈3033可以将该触控信号及显示信号屏蔽于指纹传感器305之外避免其对指纹图像信息扫描的干扰(即屏蔽所述保护圈3033之外围噪音信号对所述指纹传感器305的干扰)。

相对于第一实施例例的指纹识别模组10来说，不同之处在于在盖板303上嵌入设置有一个，二个或多个红外侦测孔304，红外线发射器308A及红外线接收器308B借助该红外侦测孔304在按键301周围感测手指的触摸。特别地，红外线对手指的感应更易辨识手指的真假(如塑胶假手指)。借助红外侦测原理可以辨识真假手指的同时，再次使用指纹传感器305进行扫描唤醒启动指纹图像的采集与识别。

与现有技术相比，本发明的指纹识别模组10采用指纹传感器105同时检测手指50是否触摸按键101的信息及采集手指指纹图像信息，从而可以用扫描唤醒的方式来开关指纹辨识功能，省去一启动开关，降低指纹识别模组10的成本，还可以使产品更易实现轻薄化。

在手指触摸检测模式(第一模式)时，采用一键式扫描唤醒启动机制中的两种省电方案(即变频率扫描方案及同频率扫描方案)，这样不仅不影响对手指50是否触摸的感应，还可以节省扫描的供电电量。

本发明提供的采用指纹识别模组10的电子装置300，不仅具有上述指纹识别模组10的有益效果。而且在其按键301的周围设置红外侦测孔304，用于检测真假手指信息，如此一来可以进一步提高电子装置300防伪检测功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种指纹识别模组，其特征在于，包括：

一指纹传感器，用于检测放置于其上的手指的触摸信息，在检测时具有

第一模式，检测是否有手指触摸信息，如检测到所述手指触摸信息，则开启

第二模式，检测所述手指指纹的图像信息；及

一保护圈，所述保护圈包围所述指纹传感器以屏蔽所述保护圈之外围噪音信号对所述指纹传感器的干扰。

2.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述第一模式的驱动信号系一扫描频率为1-5Hz的低频长周期检测信号，所述第二模式的驱动信号系一扫描频率为20-40Hz的高频短周期指纹图像信息采集信号。

3.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述第一模式的驱动信号与所述第二模式的驱动信号均系一扫描频率为20-40Hz的高频短周期信息采集信号，所述第一模式由多个第一电容块进行检测，所述第二模式由所述第二电容块与所述第一电容块共同检测。

4.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述第一模式的驱动信号于检测到所述手指触摸信息时则唤醒启动一显示组件的亮屏模式。

5.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于：所述保护圈系一静电防护圈并导通接地。

6.如权利要求2、3任一项所述的指纹识别模组，其特征在于：所述指纹传感器为一按压式传感器，包括阵列设置的多个电容块。

7.如权利要求6所述的指纹识别模组，其特征在于，进一步包括：

一按键，所述指纹传感器位于所述按键垂直叠层结构设计方向之下部；

一盖板，包括一收容所述按键及位于所述按键之下部的指纹传感器的按键孔。

8.如权利要求7所述的指纹识别模组，其特征在于：进一步包括一支撑件，所述指纹传感器和所述保护圈均承载于所述支撑件上。

9.如权利要求7所述的指纹识别模组，其特征在于：所述按键包括一硬化涂层和一油墨层，所述硬化涂层和所述油墨层位于不同的垂直叠层高度上，所述油墨层不透明。

10.一种采用如权利要求1所述的指纹识别模组而构建的电子装置，其特征在于，包括一背盖，所述指纹识别模组嵌入至所述背盖上。

11.如权利要求10所述的电子装置，其特征在于：所述指纹传感器为一滑擦式电容传感器，在所述手指相对所述指纹传感器滑动的过程中，采集多个指纹图像片段。

12.一种具有如权利要求1所述的指纹识别模组的电子装置，其特征在于，包括：

一外壳，和一嵌入在所述外壳上的盖板；及

一显示组件，所述显示组件为显示模组或者触控显示模组，所述指纹传感器位于显示组件成像区域之外。

13.如权利要求12所述的电子装置，其特征在于：所述盖板上设置有多个红外侦测孔，所述电子装置包括至少一红外线发射器和至少一红外线接收器，所述红外线发射器及所述红外线接收器借助所述多个红外侦测孔检测手指对所述指纹传感器的触摸以辨识真假手指。