CN111832375A - 光学指纹侦测系统 - Google Patents

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Abstract

一种光学指纹侦测系统，包含侦测电路，具有差动对的二输入，包含第一输入与第二输入；多个第一光侦测器；多个第一开关，其第一端分别电性连接至第一光侦测器，且其第二端经由感测线共同电性连接至侦测电路的第一输入；及多个第二开关，其第一端经由参考线共同电性连接至侦测电路的第二输入。

Description

光学指纹侦测系统
技术领域
本发明是有关一种指纹侦测，特别是关于一种使用差动信号(differentialsignaling)的光学指纹侦测系统。
背景技术
移动装置(例如移动电话)为一种电脑装置，其体积很小而能够以手握持与操作。移动装置通常具有触控荧幕，其占用移动装置的前表面的相当大比例(例如70％)。
指纹是生物测定技术的一种，用来识别使用者及其身分，因而保护储存于移动装置内的机密资料。指纹辨识不但是一种识别使用者的保全方法，且是存取移动装置的一种快速方法。
许多移动装置(例如移动电话)装设有指纹辨识，其通常包含实体按钮，设于前表面的触控荧幕的外部底端。移动装置的触控荧幕有逐渐增大的趋势，用以因应移动装置更多更强的功能。然而，将指纹辨识按钮设于移动装置的前表面会阻碍制造大触控荧幕的趋势。
图1显示传统移动电话100的示意图，其具有显示区域11与侦测指纹的侦测区域12。侦测区域12通常设于显示区域11的外部(例如底端)。由于侦测区域12占用了移动电话100上表面的相当大比例，使得显示区域11无法充分利用移动电话100的上表面。
光学指纹侦测为指纹侦测技术的一种。然而，光学指纹侦测容易受到噪声的干扰。因此亟需提出一种新颖机制以克服传统光学指纹侦测的缺点。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种光学指纹侦测系统，其使用差动信号(differential signaling)方式以正确侦测指纹，不会受到噪声源的影响。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
根据本发明实施例，光学指纹侦测系统包含侦测电路、多个第一光侦测器、多个第一开关及多个第二开关。侦测电路具有差动对的二输入，包含第一输入与第二输入。第一开关的第一端分别电性连接至第一光侦测器，且其第二端经由感测线共同电性连接至侦测电路的第一输入。第二开关的第一端经由参考线共同电性连接至侦测电路的第二输入。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，其中该侦测电路包含差动放大器，用以放大该二输入之间的差电压，但压制该二输入的共同电压。
较佳地，其中该第二开关与该第一开关对称地制造，因此同一对的第一开关与第二开关具有相同的耦合电容。
较佳地，其中该第二开关的第二端分别电性连接至固定偏压。
较佳地，其中该第一开关依预设顺序导通，然而该第二开关永远断开。
较佳地，更包含：多个第二光侦测器；及至少一个光遮罩，设于侦测区域的周边；其中该第二开关的第二端分别电性连接至该第二光侦测器。
较佳地，其中该第二开关与该第二光侦测器被该光遮罩覆盖，但是该第一开关与该第一光侦测器位于该侦测区域，未被该光遮罩覆盖。
较佳地，其中该第一开关与该第二开关依预设顺序导通，且同一对的第一开关与第二开关同时导通或断开。
较佳地，更包含：多个第二光侦测器，其中该第二开关的第二端分别电性连接至该第二光侦测器。
较佳地，其中该第二光侦测器在制造时分别被光阻挡。
较佳地，其中该第一开关与该第二开关依预设顺序导通，且同一对的第一开关与第二开关同时导通或断开。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。
一种光学指纹侦测系统，包含：侦测电路，具有差动对的二输入，包含第一输入与第二输入；多个第一开关与单一第二开关设于每一通道；及多个第一光侦测器与单一第二光侦测器设于每一通道；其中同一通道的该第一开关与该第二开关的第一端分别电性连接至该第一光侦测器与该第二光侦测器，且第二端经由感测线共同电性连接至该侦测电路的第一输入。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，其中该侦测电路包含差动放大器，用以放大该二输入之间的差电压，但压制该二输入的共同电压。
较佳地，其中该第二开关与该第一开关制造具有相同的耦合电容。
较佳地，更包含：至少一个光遮罩，设于侦测区域的周边，并覆盖该第二开关与该第二光侦测器。
较佳地，其中该第二开关被导通，相应第二光侦测器所产生信号暂存为背景信号并馈至该侦测电路的第二输入，接着该第一开关依预设顺序导通。
借由上述技术方案，本发明至少具有以下优点：一种光学指纹侦测系统，其使用差动信号方式以正确侦测指纹，不会受到噪声源的影响。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1显示传统移动电话的示意图。
图2显示本发明实施例的移动装置的示意图。
图3A显示本发明实施例的指纹侦测系统的方框图。
图3B显示本发明实施例的指纹侦测系统的电路图。
图4显示感测开关、光侦测器及侦测电路的电路图。
图5显示本发明第一实施例的光学指纹侦测系统的电路图。
图6A显示本发明第二实施例的移动装置的显示区域的仰视图。
图6B显示本发明第二实施例的光学指纹侦测系统的电路图。
图7显示本发明第三实施例的光学指纹侦测系统的电路图。
图8A与图8B显示本发明第四实施例的光学指纹侦测系统的电路图。
【主要元件符号说明】
100：移动电话 11：显示区域
12：侦测区域 200：移动装置
21：显示区域 22：侦测区域
31：晶胞 32：背光
33：手指 34：光侦测器
35：侦测电路 36：感测开关
37：感测线 500：光学指纹侦测系统
51：侦测电路 511：第一输入
512：第二输入 52：第一开关
53：第一光侦测器 54：第二开关
55：第二光侦测器 56：感测线
57：参考线 600：光学指纹侦测系统
61：光遮罩 700：光学指纹侦测系统
800：光学指纹侦测系统 VCM：偏压
Cg1：耦合电容 Cg2：耦合电容
Cload：寄生电容
具体实施方式
图2显示本发明实施例的移动装置200(例如行移动电话)的示意图。移动装置200可包含显示区域21，在其内部设有侦测区域22，用以侦测指纹。根据本实施例的特征之一，侦测区域22使用光学指纹成像(imaging)技术。相较于图1所示的传统移动电话100，移动装置200的显示区域21可制造较大于传统移动电话100的显示区域11。
图3A显示本发明实施例的指纹侦测系统的方框图，图3B显示本发明实施例的指纹侦测系统的电路图。指纹侦测系统可包含晶胞(cell)31(例如红绿蓝(RGB)晶胞)，光线可通过晶胞31并照射手指33的表面。前述的光线可为液晶显示器的背光(backlight)32所产生，也可为发光二极管(LED)显示器的晶胞31所产生。从手指33反射的光线被光侦测器(photodetector)34(例如光二极管(photo diode))接收，以撷取手指33的指纹影像。光侦测器34将所撷取的指纹影像转换为相应电信号，再经由感测开关(sense switch)36与感测线(sense line)37而馈至侦测电路35。
图4显示感测开关36、光侦测器34及侦测电路35的电路图。感测开关36的第一端分别电性连接至光侦测器34，其第二端共同电性连接至侦测电路35。值得注意的是，光侦测器34与感测开关36通常是制作于同一(显示)面板，而侦测电路35则是另外制作于集成电路。因此，光侦测器34/感测开关36与侦测电路35之间的连接导线具有不可忽略的线长，其会造成寄生(parasitic)电容。另一方面，光侦测器34所产生的电流通常很小(例如1pA)。因此，侦测电路35所接收的信号会受到噪声源的干扰。在一例子中，导通(on)或断开(off)感测开关36时所产生的噪声会经由耦合(coupling)电容(例如Cg1与Cg2)而影响侦测电路35的接收信号。在另一例子中，连接至光侦测器34的阳极(anode)的不稳定偏压(bias voltage)VCM会影响侦测电路35的接收信号。在又一例子中，连接导线的寄生电容(例如Cload)会耦合噪声而影响侦测电路35的侦测。
图5显示本发明第一实施例的光学指纹侦测系统500的电路图，可用以克服图4相关的缺点。为了简洁起见，仅显示一通道(或一行)的晶胞。根据本实施例的特征之一，本实施例使用差动信号(differential signaling)。光学指纹侦测系统500可包含侦测电路51，其具有差动对(differential pair)的输入(例如正输入与负输入)。在一例子中，侦测电路51可包含差动放大器，用以放大二输入之间的差电压(difference voltage)，但压制二输入的共同电压。
本实施例的光学指纹侦测系统500可包含第一(感测)开关52，其第一端分别电性连接至(第一)光侦测器53，其第二端经由感测线56共同电性连接至侦测电路51的第一输入511。本实施例的光学指纹侦测系统500可包含第二(参考)开关54，其第一端经由参考线57共同电性连接至侦测电路51的第二输入512。第二开关54的第二端可分别电性连接至固定偏压。值得注意的是，第二开关54与第一开关52是对称地(symmetrically)制造，因此同一对的第一开关52与第二开关54具有相同的耦合电容。例如，最上端的第一开关52与最上端的第二开关54具有相同的耦合电容Cg1，且相邻于最上端底下的第一开关52与相邻于最上端底下的第二开关54具有相同的耦合电容Cg2。
在操作时，第一开关52依预设顺序导通，然而第二开关54则永远断开。由于第一开关52与第二开关54是对称地制造，因此差动对的输入511及512可压制耦合电容(例如Cg1)与寄生电容(例如Cload)所造成的噪声。因此，侦测电路51所接收的信号不会受到噪声源的干扰。
图6A显示本发明第二实施例的移动装置的显示区域的仰视图，图6B显示本发明第二实施例的光学指纹侦测系统600的电路图，可用以克服图4相关的缺点。根据本实施例的特征之一，至少一个光遮罩(light shielding cover)61设于侦测区域22的周边。
光学指纹侦测系统600的电路类似于光学指纹侦测系统500(图5)，然而第二开关54的第二端分别电性连接至第二光侦测器55。在本实施例中，第二开关54与第二光侦测器55被光遮罩61覆盖，但是第一开关52与第一光侦测器53位于侦测区域22，未被光遮罩61覆盖。
在操作时，第一开关52与第二开关54依预设顺序导通。值得注意的是，同一对的第一开关52与第二开关54同时导通或断开。由于第一开关52与第二开关54是对称地制造，因此差动对的输入511及512可压制耦合电容(例如Cg1)、寄生电容(例如Cload)与不稳定偏压VCM所造成的噪声。此外，差动对的输入511及512也可压制第一光侦测器53及第二光侦测器55因环境(例如温度)改变所造成的电流变化。因此，侦测电路51所接收的信号不会受到噪声源的干扰。
图7显示本发明第三实施例的光学指纹侦测系统700的电路图，可用以克服图4相关的缺点。为了简洁起见，仅显示一通道(或一行)的晶胞。每一通道可包含多个第一开关52与单一第二开关54。第一开关52与第二开关54的第一端分别电性连接至多个第一光侦测器53与单一第二光侦测器55，且第二端经由感测线56共同电性连接至侦测电路51的第一输入511。根据本实施例的特征之一，每一通道的第二开关54(例如最上端)与第二光侦测器55被光遮罩61覆盖，但是同一通道的第一开关52与第一光侦测器53位于侦测区域22，未被光遮罩61覆盖。
在操作时，被光遮罩61覆盖的第二开关54被导通，相应(第二)光侦测器55所产生信号暂存为背景(background)信号并馈至侦测电路51的第二输入512。接着，第一开关52依预设顺序导通。值得注意的是，所制造的第二开关54与第一开关52具有相同的耦合电容。相应(第一)光侦测器53所产生信号与背景信号分别馈至侦测电路51的第一输入511与第二输入512，因而压制第一光侦测器53与第二光侦测器55因环境(例如温度)改变造成的电流变化。
图8A与图8B显示本发明第四实施例的光学指纹侦测系统800的电路图，可用以克服图4相关的缺点。光学指纹侦测系统800类似于光学指纹侦测系统600(图6B)，然而本实施例的第二开关54在制造时分别被光阻挡(light-block)或非光感(light-insensitive)。因此，本实施例不需使用光学指纹侦测系统600(图6A)的光遮罩61。其中，第一光侦测器53分别经由第一开关52而电性连接至感测线56，第二光侦测器55分别经由第二开关54而电性连接至参考线57。光学指纹侦测系统800可包含晶胞(cell)31(例如红绿蓝(RGB)晶胞)，光线可通过晶胞31并照射手指的表面。在一例子中，前述的光线可为液晶显示器的背光32所产生。从手指33反射的光线被第一光侦测器53接收，但不会被第二光侦测器55接收。光学指纹侦测系统800的操作相同于光学指纹侦测系统600，其细节因此省略。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围内。

Claims (16)

1.一种光学指纹侦测系统，其特征在于包含：
侦测电路，具有差动对的二输入，包含第一输入与第二输入；
多个第一光侦测器；
多个第一开关，其第一端分别电性连接至该第一光侦测器，且其第二端经由感测线共同电性连接至该侦测电路的第一输入；及
多个第二开关，其第一端经由参考线共同电性连接至该侦测电路的第二输入。
2.根据权利要求1所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该侦测电路包含差动放大器，用以放大该二输入之间的差电压，但压制该二输入的共同电压。
3.根据权利要求1所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第二开关与该第一开关对称地制造，因此同一对的第一开关与第二开关具有相同的耦合电容。
4.根据权利要求1所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第二开关的第二端分别电性连接至固定偏压。
5.根据权利要求4所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第一开关依预设顺序导通，然而该第二开关永远断开。
6.根据权利要求1所述的光学指纹侦测系统，其特征在于更包含：
多个第二光侦测器；及
至少一个光遮罩，设于侦测区域的周边；
其中该第二开关的第二端分别电性连接至该第二光侦测器。
7.根据权利要求6所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第二开关与该第二光侦测器被该光遮罩覆盖，但是该第一开关与该第一光侦测器位于该侦测区域，未被该光遮罩覆盖。
8.根据权利要求7所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第一开关与该第二开关依预设顺序导通，且同一对的第一开关与第二开关同时导通或断开。
9.根据权利要求1所述的光学指纹侦测系统，其特征在于更包含：
多个第二光侦测器，其中该第二开关的第二端分别电性连接至该第二光侦测器。
10.根据权利要求9所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第二光侦测器在制造时分别被光阻挡。
11.根据权利要求10所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第一开关与该第二开关依预设顺序导通，且同一对的第一开关与第二开关同时导通或断开。
12.一种光学指纹侦测系统，其特征在于包含：
侦测电路，具有差动对的二输入，包含第一输入与第二输入；
多个第一开关与单一第二开关设于每一通道；及
多个第一光侦测器与单一第二光侦测器设于每一通道；
其中同一通道的该第一开关与该第二开关的第一端分别电性连接至该第一光侦测器与该第二光侦测器，且第二端经由感测线共同电性连接至该侦测电路的第一输入。
13.根据权利要求12所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该侦测电路包含差动放大器，用以放大该二输入之间的差电压，但压制该二输入的共同电压。
14.根据权利要求12所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第二开关与该第一开关制造具有相同的耦合电容。
15.根据权利要求12所述的光学指纹侦测系统，其特征在于更包含：
至少一个光遮罩，设于侦测区域的周边，并覆盖该第二开关与该第二光侦测器。
16.根据权利要求15所述的光学指纹侦测系统，其特征在于：其中该第二开关被导通，相应第二光侦测器所产生信号暂存为背景信号并馈至该侦测电路的第二输入，接着该第一开关依预设顺序导通。
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