CN106203247A - 组合式感应的指纹辨识装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种组合式感应的指纹辨识装置。感应电极是以行列方式排列布设于一面板上。感应电极切换器是对应至感应电极，并具有一第一端点、一第二端点、一第三端点及一控制端点，其中第三端点连接至一对应的感应电极，第二端点连接至一共同信号。每一条第一感测信号连接线连接至一行的感应电极切换器的第一端点。一控制器控制感应电极切换器是否电气连接至共同信号或对应的第一感测信号连接线；其中，控制器设定感应电极切换器的控制端，以让部分的多个感应电极电气连接至对应的该第一感测信号连接线，以感测指纹并产生相对应的感应信号。

Description

组合式感应的指纹辨识装置及方法

技术领域

本发明是关于一种指纹识装置的技术，尤指一种组合式感应的指纹辨识装置及方法。

背景技术

生物特征的感测与比对技术早已成熟并广泛被应用于个人的身份辨识与确认。已知的生物辨识方式有指纹辨识、声纹辨识、虹膜辨识、视网膜辨识等。

基于安全舒适与辨识效率等综合考虑，指纹辨识已成为生物辨识的主流方式。指纹辨识通常涉及扫描输入一用户的指纹或影像，并储存此影像及/或该指纹独有的特征，再将此扫描指纹的特征资料与资料库中已建立的指纹参考信息作比对，以辨识或确认个人的身份。

指纹辨识的影像输入可分为光学扫描、热影像感应、电容式感应等方式。光学扫描方式由于装置体积较大难以应用于移动式电子装置，热影像感应的正确性与可靠性不佳亦无法成为主流，故电容式影像感测逐渐成为移动式电子装置的生物辨识的主流技术。

图1A及图1B是已知指纹感应区的局部剖视轮廓图，其显示在一个电容式指纹辨识传感器中，一手指指纹与该电容式指纹辨识传感器之间的相互作用。在图1A中，该指纹的波峰是位于感测元件上，在图1B中，该指纹的波峰是位于感测元件之间的间隙。

如图1A及图1B所示，该电容式指纹辨识传感器具有多个感测元件110，该手指是按压在一非导电基板120上。一般手指指纹130按压在一非导电基板120上，指纹130的指纹峰(ridge)140的有效宽度约200μm-300μm。因此感测元件110的宽度往往小于200μm。在图1A中，当该指纹130的指纹峰(ridge)140是位于感测元件110的位置上时，感测元件110可感测到较强的信号，因此可有效地侦测并正确地获得指纹130的感测影像。然而，在图1B中，该指纹130的指纹峰140是位于感测元件之间的间隙或是说该指纹130的指纹谷(valley)150是位于感测元件110的位置上，感测元件110则感测到较弱的信号或甚至感测不到信号，这两种状态是指纹辨识上最佳的条件，但是如果感测元件110上所对应到的是部分的指纹锋140与部分的指纹谷150时感测到的信号会介于上述两种状态的中间，很容易受噪声的干扰而误判，已知的技术则采取缩小感测元件的面积，提高分辨率的方式来解决这个问题，然而提高分辨率又会造成感测元件数量的增加，感测量减小的双重困难，如此不仅增加处理时间，同时容易造成指纹辨识率降低，故而已知的指纹辨识装置及方法尚有广大的改善空间。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种组合式感应的指纹辨识装置及方法，其可动态地设定感测区块的大小，同时可将感测区块在整个感测平面移动，可感测到较强的感测信号，以有效且正确地侦测指纹。

依据本发明的一目的，本发明提出一种组合式感应的指纹辨识装置，包括有一基板、多个感应电极、多个感应电极切换器、多条第一感测信号连接线、及一控制器。该多个感应电极是布设于该基板上，用以感测一指纹，并产生相对应的感应信号。该多个感应电极切换器以行列方式排列，每一个该感应电极切换器是对应至一个感应电极，每一个该感应电极切换器具有一第一端点、一第二端点、一第三端点及一控制端点，每一个该感应电极切换器的该第三端点连接至一对应的感应电极，每一个该感应电极切换器的该第二端点连接至一共同电压。该多条第一感测信号连接线的每一条第一感测信号连接线连接至一行的该感应电极切换器的该第一端点。该控制器耦合至每一个该感应电极切换器的该控制端点，以控制该多个感应电极切换器是否电气连接至该共同电压或对应的该第一感测信号连接线；其中，该控制器设定该多个感应电极切换器的控制端，以让部分的该多个感应电极电气连接至对应的该第一感测信号连接线，以感测该指纹并产生相对应的该感应信号。

依据本发明的另一目的，本发明提出一种组合式感应的指纹辨识方法，其是运用于一指纹辨识装置，该指纹辨识包含布设于一基板上的多个感应电极及一控制器，该多个感应电极用以感测一指纹，该多个感应电极是以行列的排列方式以在该基板的一侧形成N*M矩阵排列，N、M为正整数，该方法包含：(A)该控制器初始化一第一位置指标及一第二位置指标；(B)于该N*M矩阵的该多个感应电极上的一初始位置设置一移动窗，在该移动窗内的多个感应电极电气连接，以形成一感测区块，以进行指纹影像感测；(C)该控制器递增该第二位置指标，以移动该移动窗，而在另一位置形成一感测区块；(D)该控制器判断该第二位置指标是否大或等于一第二默认值，若否，继续执行该步骤(B)，若是，执行该步骤(E)；(E)该控制器递增该第一位置指标，以移动该移动窗；(F)该控制器判断该第一位置指标是否大或等于一第一默认值，若否，于步骤(G)中初始化该第二位置指标，并继续执行该步骤(B)，若是，结束该方法。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1A及图1B是已知指纹感应区的局部剖视轮廓图。

图2是本发明的一种组合式感应的指纹辨识装置的示意图。

图3是本发明将感测区块向右移动一单位的示意图。

图4是本发明将感测区块向下移动一单位的示意图。

图5是本发明一种组合式感应的指纹辨识方法。

图6(A)是本发明当i＝0，j＝0，N1＝4，M1＝4时于多个感应电极的移动窗的示意图。

图6(B)是本发明当i＝0，j＝1，N1＝4，M1＝4时于多个感应电极的移动窗的示意图。

图7(A)至7(E)是本发明的共同信号产生器的不同实施例的示意图。

具体实施方式

图2是本发明的一种组合式感应的指纹辨识装置200的示意图，如图2所示，该组合式感应的指纹辨识装置200包括有一基板210、多个感应电极220、多个感应电极切换器230、多条第一感测信号连接线240、多条连接线切换器250、多条第二感测信号连接线260、一信号线270及一控制器280。

该多个感应电极220以行列方式排列布设于该基板210上，用以感测一指纹，并产生相对应的感应信号。该多个感应电极220是位于该基板210的一侧，以在该基板210的该侧形成N*M(N列M行)矩阵式的一感测平面，其中N、M为正整数。

该多个感应电极220的每一个感应电极220为多边形、圆形、椭圆形、矩形或方形。该多个感应电极220的每一个感应电极220的宽度是小于或等于200微米，该多个感应电极220的每一个感应电极220的长度是小于或等于200微米。于本实施例中，图2只绘示5*5个感应电极220，此只为说明的方便，非为于限制本案的感应电极数目。

该多个感应电极切换器230亦以行列方式排列，每一个该感应电极切换器230是对应至一个感应电极220。每一个该感应电极切换器230具有一第一端点a、一第二端点b、一第三端点c及一控制端点d，其中该第三端点c是可切换地连接至该第一端点a及该第二端点b，亦即，经由该控制端点d可切换该第三端点c连接至该第一端点a或该第二端点b。每一个该感应电极切换器230的该第三端点c连接至一对应的感应电极220，每一个该感应电极切换器230的该第二端点b连接至一共同信号。于本实施例中，该共同信号Common signal由控制器280的一共同信号产生器287所产生。

多条第一感测信号连接线240的每一条第一感测信号连接线240连接至一行的该感应电极切换器230的该第一端点a。该多条第一感测信号连接线240是为M条第一感测信号连接线240。于图2中，有5*5个感应电极220，因此绘示有5条第一感测信号连接线240。

该控制器280耦合至每一个该感应电极切换器230的该控制端点d，以控制该多个感应电极切换器230是否电气连接至该共同信号Commonsignal或对应的该第一感测信号连接线240。

其中，该控制器280设定该多个感应电极切换器230的控制端d，以让部分的该多个感应电极220电气连接至对应的该第一感测信号连接线240，以感测该指纹并产生相对应的感应信号。

当进行指纹感测时，该控制器280设定该多个感应电极切换器230的控制端d，以将该多个感应电极220分成至少一感测区块及至少一非感测区块，并以该至少一感测区块来进行该指纹感测。当该至少一感测区块进行该指纹感测时，该至少一非感测区块的该多个感应电极是电气连接至该共同信号Common signal，据以屏蔽(shielding)该至少一感测区块免于噪声干扰并增进其感测的灵敏度。其中，该至少一感测区块具有N1*M1个感应电极220，N1、M1为正整数，1≤N1≤N，1≤M1≤M。为方便说明起见，该至少一感测区块及该至少一非感测区块分别是为一个，于图2中，N1＝M1＝3，N＝M＝5，故该感测区块290是以虚线表示，该感测区块290中包含3*3个感应电极220。于图2中，该非感测区块则包含非为于该感测区块290中的所有感应电极220。

多个连接线切换器250较佳为M个连接线切换器250。于图2中，有5*5个感应电极220，因此绘示有5个连接线切换器250。每一个连接线切换器250是对应至一条第一感测信号连接线240，每一个连接线切换器250具有一第一端点e、一第二端点f、一第三端点g及一控制端h，其中该第三端点g是可切换地连接至该第一端点e及该第二端点f，亦即，经由该控制端点h可切换该第三端点g连接至该第一端点e或该第二端点f。每一个连接线切换器250的第三端点g连接至该对应的一第一感测信号连接线240，其第二端点f连接至该共同信号Common signal。

多条第二感测信号连接线260较佳为M条第二感测信号连接线260。于图2中，有5*5个感应电极220，因此绘示有5条第二感测信号连接线260。每一条第二感测信号连接线260连接至一行的感应电极切换器230的该第二端点b，每一条第二感测信号连接线260的一端点连接至该共同信号Common signal。

该信号线270连接至该M个连接线切换器250的该第一端点e，该信号线270的一端连接至该控制器280中的感测电路285。

该控制器280还包含一第一位移位寄存器281、一第二位移位寄存器283、一感测电路285、及一共同信号产生器287，该第一位移位寄存器281及第二位移位寄存器283分别具有多个可移位的位。该第一位移位寄存器281的每一位输出连接至其对应的一列感应电极切换器230的控制端d。于图2中，有5列5行个感应电极220，因此于该第一位移位寄存器281中绘示有5个位。

该第二位移位寄存器283的每一位连接至其对应的一个连接线切换器250的控制端h。于图2中，有5列5行个感应电极220，因此于该第二位移位寄存器283中绘示有5个位。

该共同信号产生器287所产生的共同信号Common signal可为一固定的直流电压、一特定的交变电压信号、或是与感测信号线270上的感测信号相同或经过信号放大的电压信号。图7A至图7E分别为该共同信号产生器287的五个不同的实施例，其中，图7C中，该感测信号线270上的感测信号经由一放大器而产生该共同信号Common signal，该放大器的增益G为大于0。图7A至图7E中的实施例，以图7C与图7D的实施例为较佳。

于本实施例中，N1＝M1＝3，N＝M＝5，主要是将该感测区块290中的感应电极220电气连接至该信号线270，以让该感测电路285读取该感测区块290中的感应电极220所感测到信号，并将该非感测区块中的所有感应电极220电气连接至该共同信号Common signal，据以屏蔽(shielding)该感测区块290，使其免于噪声干扰并增进感测的灵敏度。故一开始，该控制器280将该第一位移位寄存器281的5个位设定为00011b。因此对应至位0的第一、二、三列的该感应电极切换器230的该第一端点a电气连接至该第三端点c，第一、二、三列的感应电极220电气连接至对应该连接线切换器250的该第一端点e。对应至位1的第四、五列的该感应电极切换器230的该第二端点b电气连接至该第三端点c，而第四、五列的感应电极220则电气连接至对应的第二感测信号连接线260，进而连接到该共同信号Common signal。

该控制器280将该第二位移位寄存器283的5个位设定为00011b。因此对应至位为0的第一、二、三行的连接线切换器250的该第一端点e电气连接至该第三端点g，第一、二、三行的第一感测信号连接线240电气连接至该信号线270。对应至位为1的第四、五行的连接线切换器250的该第二端点f电气连接至该第三端点g，因此位于第一、二、三列且第四、五行的感应电极220则经由连接线切换器250电气连接至该共同信号Common signal。

图3是本发明将感测区块290向右移动一单位的示意图。该第一位移位寄存器281的5个位仍为00011b。因此对应至位为0的第一、二、三列的感应电极220电气连接至对应该连接线切换器250的该第一端点e。对应至位为1的第四、五列的感应电极220则电气连接至对应的第二感测信号连接线260，进而连接到该共同信号Common signal。

该控制器280将该第二位移位寄存器283的5个位设定为10001b。因此对应至位为0的第二、三、四行的连接线切换器250的该第一端点e电气连接至该第三端点g，第二、三、四行的第一感测信号连接线240电气连接至该信号线270。对应至位为1的第一、五行的连接线切换器250的该第二端点f电气连接至该第三端点g，因此位于第一、二、三列且第一、五行的感应电极220则经由连接线切换器250电气连接至该共同信号Common signal。

图4是本发明将感测区块290向下移动一单位的示意图。该第一位移位寄存器281的5个位设定为10001b。因此对应至位为0的第二、三、四列的感应电极220电气连接至对应该连接线切换器250的该第一端点e。对应至位为1的第一、五列的感应电极220则电气连接至对应的第二感测信号连接线260，进而连接到该共同信号Common signal。

该控制器280将该第二位移位寄存器283的5个位设定为00011b。因此对应至位为0的第一、二、三行的连接线切换器250的该第一端点e电气连接至该第三端点g，第一、二、三行的第一感测信号连接线240电气连接至该信号线270。对应至位为1的第四、五行的连接线切换器250的该第二端点f电气连接至该第三端点g，因此位于第二、三、四列且第四、五行的感应电极220则经由连接线切换器250电气连接至该共同信号Common signal。

前述说明中，该第一位移位寄存器281及该第二位移位寄存器283是由该控制器280设定相关数值。其亦可使用一加载信号(load)将相关数值加载，再依据相关时序进行移位。

由前述说明可知，依据本案的技术其可将该感测区块290向上、向下、向左、向右移动一单位，且该感测区块290的大小可动态设定。因此可依据指纹的指纹峰及指纹谷的有效宽度而设定该感测区块290的大小。同时本案技术可将该感测区块290扫描过整个感测平面，所以可将该感测区块290移动至指纹峰的最佳位置，而可感测到较强的感测信号，避免非图1A与图1B所述的问题，亦即感测区块290可精准的定位到图1A的位置。

图5是本发明一种组合式感应的指纹辨识方法，其是运用于前述的指纹辨识装置200，亦即，如图2所示的该指纹辨识装置200包含布设于一基板210上的多个感应电极220及一控制器280，该多个感应电极220用以感测一指纹，该多个感应电极220是以行列的排列方式以在该基板210的一侧的表面形成N*M(N列M行)矩阵排列，N、M为正整数。

首先，于步骤(A)中，该控制器280初始化一第一位置指标(i)及一第二位置指标(j)，其是将该第一位置指标(i)及该第二位置指标(j)设定为0。该第一位置指标(i)及该第二位置指标(j)是一移动窗的位置，该移动窗是对应至该感测区块290。在该移动窗内的多个感应电极电气连接，以形成该感测区块290，该移动窗外的多个感应电极电气连接，以形成一非感测区块。

于本实施例中，因为该感测区块290具有N1*M1个感应电极220，N1、M1为正整数，1≤N1≤N，1≤M1≤M。因此0≤i≤I，0≤j≤J，J＝M-M1-1，I＝N-N1-1。当中，I为一第一默认值，J为一第二默认值。该第一位置指标(i)是对应于该第一位移位寄存器281，该第二位置指标(j)是对应于该第二位移位寄存器283。前述相关该第一位置指标(i)、该第二位置指标(j)、I、J、N、N1、M、M1有些以二进制表示，有些以十进制表示，此乃熟于该技术者依据本发明前述的描述可以完成，不再赘述。

于步骤(B)中，对该N*M(N列M行)矩阵的该多个感应电极(220)上的一初始位置设置一移动窗，在该移动窗内的多个感应电极220电气连接，以形成一感测区块290，俾进行指纹影像感测，如图6(A)所示为i＝0，j＝0，N1＝4，M1＝4时于多个感应电极220的移动窗(感测区块290)的示意图，其中移动窗以斜线表示，M1为移动窗(感测区块290)的宽度，N1为移动窗(感测区块290)的高度。如图6(A)所示，N1为4，M1为4。当N1为4、M1为4时，I＝N-N1-1、J＝M-M1-1。当该感测区块290进行该指纹感测时，该非感测区块的该多个感应电极是电气连接至一共同信号Common signal，以屏蔽(shielding)该感测区块290，使其免于噪声干扰并增进感测灵敏度。

于步骤(C)中，该控制器280递增该第二位置指标(j)，以移动该移动窗，而在另一位置形成一感测区块，如图6(B)所示为i＝0，j＝1，N1＝4，M1＝4时于多个感应电极220的移动窗(感测区块290)的示意图，其中移动窗以斜线表示。

于步骤(D)中，该控制器280判断该第二位置指标(j)是否大或等于一第二默认值(J)，若否，继续执行该步骤(B)，若是，执行该步骤(E)。

于步骤(E)中，该控制器280递增该第一位置指标(i)，以移动该移动窗。

于步骤(F)中，该控制器280判断该第一位置指标(i)是否大于或等于一第一默认值(I)，若否，初始化该第二位置指标(j)，并继续执行该步骤(B)，若是，结束该方法。

综观上所述，依据本案的技术可依据指纹的指纹峰及指纹谷的有效宽度而动态地设定该感测区块290的大小，同时可将该感测区块290在整个感测平面移动，故可感测到较强的感测信号，可有效且正确地侦测指纹。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (15)

1.一种组合式感应的指纹辨识装置，包括有：

一基板；

多个感应电极，布设于该基板上，用以感测一指纹，并产生相对应的感应信号；

多个感应电极切换器，以行列方式排列，每一个该感应电极切换器对应至一个感应电极，每一个该感应电极切换器具有一第一端点、一第二端点、一第三端点及一控制端点，每一个该感应电极切换器的该第三端点连接至一对应的感应电极，每一个该感应电极切换器的该第二端点连接至一共同信号；

多条第一感测信号连接线，每一条第一感测信号连接线连接至一行的该感应电极切换器的该第一端点；以及

一控制器，耦合至每一个该感应电极切换器的该控制端点，以控制该多个感应电极切换器是否电气连接至该共同信号或对应的该第一感测信号连接线；

其中，该控制器设定该多个感应电极切换器的控制端，以让部分的该多个感应电极电气连接至对应的该第一感测信号连接线，以感测该指纹并产生相对应的该感应信号。

2.如权利要求1所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该控制器设定该多个感应电极切换器的控制端，以将该多个感应电极分成至少一感测区块及至少一非感测区块，并以该至少一感测区块来进行该指纹感测。

3.如权利要求2所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，当该至少一感测区块进行该指纹感测时，该至少一非感测区块的该多个感应电极电气连接至该共同信号，据以屏蔽该至少一感测区块免于噪声干扰。

4.如权利要求3所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该共同信号是一直流电压或一特定的交流电压信号。

5.如权利要求3所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该共同信号信号是该感测信号线的信号经一增益的放大器所形成，该增益大于0。

6.如权利要求3所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该多个感应电极以行列的排列方式位于该基板的一侧，以在该基板的该侧形成N*M矩阵式的一感测平面，N、M为正整数。

7.如权利要求6所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该至少一感测区块具有N1*M1个感应电极，N1、M1为正整数，1≤N1≤N，1≤M1≤M。

8.如权利要求7所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该多条第一感测信号连接线为M条第一感测信号连接线。

9.如权利要求8所述的组合式感应的指纹辨识装置，其还包含：

M个连接线切换器，每一个连接线切换器是对应至一条第一感测信号连接线，每一个连接线切换器具有一第一端点、一第二端点、一第三端点及一控制端，其第三端点连接至该对应的一第一感测信号连接线，其第二端点连接至该共同信号；

M条第二感测信号连接线，每一条第二感测信号连接线连接至一行的感应电极切换器的该第二端点，每一条第二感测信号连接线的一端点连接至该共同信号；以及

一条信号线，其连接至该M个连接线切换器的该第一端点，该信号线的一端连接至该控制器。

10.如权利要求9所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该控制器还包含：

一第一位移位寄存器，其中，该第一位移位寄存器的每一位连接至其相对应的一列感应电极切换器的控制端；

一第二位移位寄存器，其每一位连接至对应的一个连接线切换器的控制端；以及

一共同信号产生器，其产生特定的直流电压或交流电压信号。

11.如权利要求10所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该多个感应电极的每一个感应电极为多边形、圆形、椭圆形、矩形或方形。

12.如权利要求11所述的组合式感应的指纹辨识装置，其中，该多个感应电极的每一个感应电极的宽度小于或等于200微米，该多个感应电极的每一个感应电极的长度小于或等于200微米。

13.一种组合式感应的指纹辨识方法，其是运用于一指纹辨识装置，该指纹辨识装置包含布设于一基板上的多个感应电极及一控制器，该多个感应电极用以感测一指纹，该多个感应电极以行列的排列方式以在该基板的一侧的表面形成N*M矩阵排列，N、M为正整数，该方法包含：

(A)该控制器初始化一第一位置指标及一第二位置指标；

(B)于该N*M矩阵的该多个感应电极上的一初始位置设置一移动窗，在该移动窗内的多个感应电极电气连接，以形成一感测区块，以进行指纹影像感测；

(C)该控制器递增该第二位置指标，以移动该移动窗，而在另一位置形成一感测区块；

(D)该控制器判断该第二位置指标是否大或等于一第二默认值(J)，若否，继续执行该步骤(B)，若是，执行该步骤(E)；

(E)该控制器递增该第一位置指标，以移动该移动窗；以及

(F)该控制器判断该第一位置指标是否大或等于一第一默认值，若否，于步骤(G)中初始化该第二位置指标，并继续执行该步骤(B)，若是，结束该方法。

14.如权利要求13所述的组合式感应的指纹辨识方法，其中，在该移动窗内的多个感应电极电气连接，以形成一感测区块，该移动窗外的多个感应电极电气连接，以形成一非感测区块。

15.如权利要求14所述的组合式感应的指纹辨识方法，其中，当该感测区块进行该指纹感测时，该非感测区块的该多个感应电极是电气连接至一共同信号，以屏蔽该感测区块免于噪声干扰。