CN212569816U - 指纹识别装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种指纹识别装置。控制电路于接收期间接收第一电极层反应反射超音波信号所产生的超音波感测信号，于电容感测期间接收第一电极层反应第一电极层与手指间的电容值变化提供的电容感测信号，自对应超音波感测信号的第一指纹图像与对应电容感测信号的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。本实用新型的指纹识别装置，可因应指纹识别装置所处的环境条件，取得最清晰的指纹图像进行指纹识别，而提高指纹识别装置的使用质量。

Description

指纹识别装置
技术领域
本实用新型涉及一种识别装置，尤其涉及一种指纹识别装置。
背景技术
现今指纹识别广泛运用于各种电子产品上，又以可携式移动装置例如是手机(Smart phone)、平板计算机(Tablet computer)最为常见。应用于智能手机的指纹识别，目前常见的指纹识别装置可分为光学式、电容式、超音波式等，其中以电容式指纹识别装置为其主流。然在某些情形下，电容式指纹识别装置并无法有效地识别指纹，例如使用者的手指或指纹识别面板上具有水滴或手指非常潮湿时，将影响电容式指纹识别装置取得清晰的指纹图像，而无法进行指纹识别。相较于电容式指纹识别装置，超音波指纹识别装置的识别结果较不易受环境温度、湿度的影响，然其具有清晰度低于电容式指纹识别装置的缺点。
实用新型内容
本实用新型提供一种指纹识别装置，可因应指纹识别装置所处的环境条件，取得最清晰的指纹图像进行指纹识别，而提高指纹识别装置的使用质量。
本实用新型的指纹识别装置包括感测单元以及控制电路。感测单元包括第一电极层以及第二电极层。控制电路耦接第一电极层以及第二电极层，控制电路于发射期间提供致动电压至感测单元，而使感测单元发射超音波信号至手指而产生反射超音波信号，第一电极层于接收期间接收反射超音波信号而对应产生超音波感测信号，第一电极层于电容感测期间反应第一电极层与手指间的电容值变化而产生电容感测信号，控制电路自对应超音波感测信号的第一指纹图像与对应电容感测信号的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
在本实用新型的实施例中，所述控制电路于所述发射期间提供所述致动电压至所述第一电极层或所述第二电极层，而使所述感测单元发射所述超音波信号。
在本实用新型的实施例中，所述控制电路包括：切换电路，耦接所述第一电极层与所述第二电极层；以及发射控制电路，耦接所述切换电路，所述切换电路于所述发射期间将所述第一电极层或所述第二电极层耦接至所述发射控制电路，所述发射控制电路于所述发射期间提供所述致动电压；接收控制电路，耦接所述切换电路，所述切换电路于所述接收期间将所述第一电极层耦接至所述接收控制电路，所述接收控制电路于所述接收期间接收所述超音波感测信号；电容感测控制电路，耦接所述切换电路，所述切换电路于所述电容感测期间将所述第一电极层耦接至所述电容感测控制电路，所述电容感测控制电路于所述电容感测期间接收所述电容感测信号；以及处理电路，耦接所述接收控制电路与所述电容感测控制电路，分别自所述接收控制电路与所述电容感测控制电路接收对应所述超音波感测信号的所述第一指纹图像与对应所述电容感测信号的所述第二指纹图像，自所述第一指纹图像与所述第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
在本实用新型的实施例中，所述第一电极层与所述第二电极层间具有空腔，所述第一电极层与所述第二电极反应所述致动电压振动，而使所述感测单元发射超音波信号，所述第一电极层于所述接收期间接收所述反射超音波信号，并反应所述第一电极层与所述第二电极层间的电容值变化将所述反射超音波信号转换为电信号，而产生所述超音波感测信号。
在本实用新型的实施例中，所述感测单元还包括：第三电极层，耦接所述控制电路，所述控制电路于所述发射期间提供所述致动电压至所述第二电极层或所述第三电极层，以使所述第二电极层与所述第三电极反应所述致动电压振动，发射所述超音波信号至所述手指而产生所述反射超音波信号；以及第四电极层，所述第一电极层于所述接收期间接收所述反射超音波信号，并反应所述第一电极层与所述第四电极层间的电容值变化将所述反射超音波信号转换为电信号，产生所述超音波感测信号。
在本实用新型的实施例中，所述发射期间部分重叠于所述接收期间。
在本实用新型的实施例中，所述第二电极层与所述第三电极层间具有第一空腔，所述第一电极层与所述第四电极层间具有第二空腔。
在本实用新型的实施例中，所述控制电路依据所述第一指纹图像与所述第二指纹图像的信噪比以及对比度至少其中之一自所述第一指纹图像与所述第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
在本实用新型的实施例中，所述第二电极层配置于电子装置的盖板与所述第一电极层之间，所述盖板接收所述手指的指纹识别操作。
基于上述，本实用新型实施例的控制电路可自对应超音波感测信号的第一指纹图像与对应电容感测信号的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。由于利用超音波感测信号取得的第一指纹图像较不受环境影响，例如不会受到手指或指纹识别面板上的水滴影响，因此指纹识别装置仍可取得清晰的指纹图像进行指纹识别，而不会因环境条件的变化无法正常地识别指纹，而当对应电容感测信号的第二指纹图像不受到环境影响时，指纹识别装置取得清晰度较佳的第二指纹图像进行指纹识别。如此因应指纹识别装置所处的环境条件采用最清晰的指纹图像进行指纹识别，可有效提高指纹识别装置的使用质量。
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本实用新型实施例的一种指纹识别装置的示意图；
图2是依照本实用新型另一实施例的一种指纹识别装置的示意图；
图3是依照本实用新型实施例的一种开关信号的示意图；
图4是依照本实用新型另一实施例的一种指纹识别装置的示意图；
图5是依照本实用新型另一实施例的开关信号的示意图；
图6是依照本实用新型另一实施例的一种指纹识别装置的示意图；
图7是依照本实用新型实施例的一种指纹识别装置的指纹识别方法的流程图；
图8是依照本实用新型另一实施例的指纹识别装置的指纹识别方法的流程图。
具体实施方式
图1是依照本实用新型的实施例的一种指纹识别装置的示意图，请参照图1。指纹识别装置可包括电极层104、电极层106构成的感测单元SU1以及控制电路108，其中电极层104配置于盖板102与电极层106之间，控制电路108耦接电极层104以及电极层106。盖板102可例如以玻璃来实施，然不以此为限，在其它实施例中盖板102也可例如以树脂等透明的硬质材料来实施。盖板102可提供检测面供使用者放置手指，以进行指纹识别操作。控制电路108可控制电极层106发射超音波信号，并自接收电极层104接收指纹感测信号。
进一步来说，在超音波感测模式中，控制电路108可在发射期间提供致动电压给感测单元SU1，以使感测单元SU1发射超音波信号至用户的手指F1。举例来说，控制电路108可在发射期间提供致动电压给电极层106，电极层106可通过与电极层104间的静电吸引力带动电极层104一起振动而使感测单元SU1发射超音波信号至用户的手指F1，超音波信号经手指F1反射后产生反射超音波信号。电极层104于接收期间接收反射超音波信号而产生振动，进而使得电极层104与电极层106间的电容值产生变化。电极层104可反应电极层104与电极层106间的电容值变化将反射超音波信号转为电信号，而产生超音波感测信号。
在电容感测模式中，电极层104可在电容感测期间反应电极层104与手指F1间的电容值变化，进而产生电容感测信号。控制电路108可依据超音波感测信号获取相对应的第一指纹图像，而依据电容感测信号获取相对应的第二指纹图像，并自第一指纹图像与第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
当指纹识别装置放置于水中、盖板102提供的检测面上有水滴，或使用者以湿手指进行指纹识别操作时，由于超音波感测信号不易受到环境条件(如温度与湿度)影响，因此，利用超音波感测信号取得的第一指纹图像的清晰度不会受到影响，因此控制电路108可利用第一指纹图像进行指纹识别处理。而当指纹识别装置处于正常的操作环境时，例如指纹识别装置处于干燥的环境中，且在进行指纹识别操作时使用者的手指F1与盖板102间无可影响电极层104在电容感测期间进行指纹感测的水或其它液体存在时，控制电路108可利用清晰度较佳的第二指纹图像进行指纹识别处理。如此不论指纹识别装置所处的环境如何，控制电路108可正常地进行指纹识别，且可弹性的依照用户的手指潮湿状态或环境状态，选择最合适的感测机制，可提高指纹识别装置的使用质量，取得最佳的指纹图像。
此外，由于在超音波感测的接收期间与电容感测期间皆通过同一个电极层(电极层104)进行感测信号的接收，亦即，指纹识别装置在超音波感测模式与电容感测模式中共享电极层104产生感测信号，如此可避免额外增加感测芯片的面积与厚度，而可有利于指纹识别装置的小型化。
值得注意的是，控制电路108并不被限定为在特定环境下必须使用第一指纹图像或第二指纹图像进行指纹识别，控制电路108可依据所获取的第一指纹图像或第二指纹图像的清晰度来决定进行指纹识别处理时使用的指纹图像，例如可依据第一指纹图像与第二指纹图像的信噪比以及对比度至少其中之一来选择第一指纹图像或第二指纹图像来进行指纹识别处理。此外，在部分实施例中，控制电路108在发射期间也可改为提供致动电压给电极层104，电极层104可通过与电极层106间的静电吸引力带动电极层106一起振动而使感测单元发射超音波信号至用户的手指F1。
图2是依照本实用新型另一实施例的一种指纹识别装置的示意图，请参照图2。在本实施例中，控制电路108可包括发射控制电路202、接收控制电路204、电容感测控制电路206、切换电路208以及处理电路210，切换电路208耦接发射控制电路202、接收控制电路204、电极层104以及电极层106，处理电路210耦接至接收控制电路204与电容感测控制电路206。切换电路208可在不同的期间将发射控制电路202、接收控制电路204以及电容感测控制电路206耦接至电极层104或电极层106。
举例来说，如图3所示，开关信号S1～S3分别用以控制发射控制电路202、接收控制电路204、电容感测控制电路206与电极层104以及电极层106的耦接状态。在发射期间T1，切换电路208依据开关信号S1将发射控制电路202耦接至电极层106，以使发射控制电路202可通过切换电路208提供致动电压给电极层106，进而发射超音波信号。在接收期间T2，切换电路208依据开关信号S2将接收控制电路204耦接至电极层104，以使接收控制电路204可通过切换电路208接收电极层104输出的超音波感测信号，并产生对应的第一指纹图像。在电容感测期间T3，切换电路208依据开关信号S3将电容感测控制电路206耦接至电极层104，以使电容感测控制电路206可通过切换电路208接收电极层104输出的电容感测信号，并产生对应的第二指纹图像。处理电路210则自接收控制电路204与电容感测控制电路206接收第一指纹图像与第二指纹图像，并自第一指纹图像与第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理，例如可选择清晰度较佳的指纹图像进行指纹识别处理。
图4是依照本实用新型另一实施例的一种指纹识别装置的示意图，请参照图4。在本实施例中，指纹识别装置的感测单元SU1包括电极层402～电极层404，其中电极层404配置于盖板102与电极层406之间，电极层402配置于盖板102与电极层408之间，电极层402、404以及406耦接切换电路208。在本实施例中，电极层404与电极层406用以于发射期间反应致动电压进行振动而发射超音波信号至手指F1以产生反射超音波信号。电极层402于接收期间接收反射超音波信号，并反应电极层402与电极层408间的电容值变化将反射超音波信号转为电信号，以产生超音波感测信号。此外，电极层402并于电容感测期间反应电极层402与手指F1间的电容值变化，产生电容感测信号。
举例来说，如图5所示，在发射期间T1，切换电路208依据开关信号S1将发射控制电路202耦接至电极层406，以使发射控制电路202可通过切换电路208提供致动电压给电极层404或406，以发射超音波信号，例如可提供致动电压给电极层404，使电极层404通过静电吸引力带动电极层406进行振动。在接收期间T2，切换电路208依据开关信号S2将接收控制电路204耦接至电极层402，以使接收控制电路204可通过切换电路208接收电极层402输出的超音波感测信号，并产生对应的第一指纹图像。在电容感测期间T3，切换电路208依据开关信号S3将电容感测控制电路206耦接至电极层402，以使电容感测控制电路206可通过切换电路208接收电极层402输出的电容感测信号，并产生对应的第二指纹图像。处理电路210则自接收控制电路204与电容感测控制电路206接收第一指纹图像与第二指纹图像，并自第一指纹图像与第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
值得注意的是，在图5实施例中，发射期间T1部分重叠于接收期间T2，以使接收控制电路204可接收到信号质量较佳的超音波感测信号(例如信噪比高的超音波感测信号)，然不以此为限。在其它实施例中，也可依实际需求使发射期间T1不与接收期间T2重叠。
图6是依照本实用新型另一实施例的一种指纹识别装置的示意图。进一步来说，图2实施例的感测单元SU1的实施方式可如图6所示，电极层104与电极层106间具有空腔H1，而形成电容式微型超音波换能器(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer，CMUT)的结构。在发射期间，发射控制电路202可通过切换电路208提供致动电压给电极层104或106，以使电极层104或106振动而发射超音波信号至手指F1，而产生反射超音波信号。在接收期间，电极层104与电极层106可接收反射超音波信号而产生振动，使电极层104与电极层106间的电容值产生变化，电极层104可反应电极层104与电极层106间的电容值变化将反射超音波信号转为电信号，而产生超音波感测信号给接收控制电路204。在电容感测期间，电极层104可反应电极层104与手指F1间的电容值变化而提供电容感测信号给电容感测控制电路206。处理电路210则可自接收控制电路204提供的第一指纹图像与电容感测控制电路206提供的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。此外，图4实施例中，电极层404与406之间以及电极层402与408之间，也可类似本实施例的感测单元具有空腔，亦即图4实施例的感测单元也可以电容式微型超音波换能器的结构来实施。
图7是依照本实用新型实施例的一种指纹识别装置的指纹识别方法的流程图，指纹识别装置包括感测单元，感测单元包括第一电极层以及第二电极层。由上述实施例可知，指纹识别装置的指纹识别方法可至少包括下列步骤。首先，于发射期间，提供致动电压至感测单元，而使感测单元发射超音波信号至手指而产生反射超音波信号(步骤S702)，例如可提供致动电压至第一电极层或第二电极层，第一电极层与第二电极层可反应致动电压振动，而使感测单元发射该超音波信号。接着，于接收期间，接收第一电极层反应反射超音波信号所产生的超音波感测信号(步骤S704)。在部分实施例中，第一电极层与第二电极层间可具有空腔，第一电极层与第二电极层可接收反射超音波信号而产生振动，使第一电极层与第二电极层间的电容值产生变化，第一电极层可反应第一电极层与第二电极层间的电容值变化将反射超音波信号转换为电信号，而产生超音波感测信号。然后，于电容感测期间，接收第一电极层反应第一电极层与手指间的电容值变化所产生的电容感测信号(步骤S706)。最后，自对应超音波感测信号的第一指纹图像与对应电容感测信号的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理(步骤S708)，例如可依据第一指纹图像与第二指纹图像的信噪比以及对比度至少其中之一，自第一指纹图像与第二指纹图像中选择具有较高图像清晰度的指纹图像进行指纹识别处理。
图8是依照本实用新型另一实施例的指纹识别装置的指纹识别方法的流程图。在本实施例中，感测单元可包括第一电极层～第四电极层，其中第二电极层与第三电极层间，以及第一电极层与第四电极层间可分别具有空腔。第二电极层与第三电极层用以于发射期间反应致动电压进行振动而发射超音波信号至手指，以产生反射超音波信号。第一电极层用以于接收期间接收反射超音波信号，并反应第一电极层与第四电极层间的电容值变化将反射超音波信号转为电信号，以产生超音波感测信号，并于电容感测期间接收第一电极层反应第一电极层与手指间的电容值变化所产生的电容感测信号。指纹识别装置的指纹识别方法可包括下列步骤。首先，于发射期间提供致动电压至第二电极层或第三电极层，以使第二电极层与第三电极反应致动电压发射超音波信号至手指而产生反射超音波信号(步骤S802)。接着，于接收期间接收第一电极层反应第一电极层与第四电极层间的电容值变化而产生的超音波感测信号(步骤S804)，在部分实施例中发射期间部分可重叠于接收期间，然不以此为限。然后，于电容感测期间，接收第一电极层反应第一电极层与手指间的电容值变化所产生的电容感测信号(步骤S806)。最后，自对应超音波感测信号的第一指纹图像与对应电容感测信号的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理(步骤S808)，例如可选择具有较高图像清晰度的指纹图像进行指纹识别处理。
综上所述，本实施例的控制电路可自对应超音波感测信号的第一指纹图像与对应电容感测信号的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。由于利用超音波感测信号取得的第一指纹图像较不受环境影响，例如不会受到手指或指纹识别面板上的水滴影响，因此指纹识别装置仍可取得清晰度较佳的指纹图像进行指纹识别，而不会因环境条件的变化无法正常地识别指纹，而当对应电容感测信号的第二指纹图像不受到环境影响时，指纹识别装置取得清晰度较佳的第二指纹图像进行指纹识别。如此因应指纹识别装置所处的环境条件采用最清晰的指纹图像进行指纹识别，可有效提高指纹识别装置的使用质量。此外，通过在超音波感测模式与电容感测模式中共享电极层来产生感测信号(超音波感测信号与电容感测信号)，可避免额外增加感测芯片的面积与厚度，而可有利于指纹识别装置的小型化。
虽然本实用新型已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本实用新型的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (9)

1.一种指纹识别装置，其特征在于，包括：
感测单元，包括：
第一电极层；以及
第二电极层；以及
控制电路，耦接所述第一电极层以及所述第二电极层，所述控制电路于发射期间提供致动电压至所述感测单元，而使所述感测单元发射超音波信号至手指而产生反射超音波信号，所述第一电极层于接收期间接收所述反射超音波信号而对应产生超音波感测信号，所述第一电极层于电容感测期间反应所述第一电极层与所述手指间的电容值变化而产生电容感测信号，所述控制电路自对应所述超音波感测信号的第一指纹图像与对应所述电容感测信号的第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
2.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述控制电路于所述发射期间提供所述致动电压至所述第一电极层或所述第二电极层，而使所述感测单元发射所述超音波信号。
3.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述控制电路包括：
切换电路，耦接所述第一电极层与所述第二电极层；以及
发射控制电路，耦接所述切换电路，所述切换电路于所述发射期间将所述第一电极层或所述第二电极层耦接至所述发射控制电路，所述发射控制电路于所述发射期间提供所述致动电压；
接收控制电路，耦接所述切换电路，所述切换电路于所述接收期间将所述第一电极层耦接至所述接收控制电路，所述接收控制电路于所述接收期间接收所述超音波感测信号；
电容感测控制电路，耦接所述切换电路，所述切换电路于所述电容感测期间将所述第一电极层耦接至所述电容感测控制电路，所述电容感测控制电路于所述电容感测期间接收所述电容感测信号；以及
处理电路，耦接所述接收控制电路与所述电容感测控制电路，分别自所述接收控制电路与所述电容感测控制电路接收对应所述超音波感测信号的所述第一指纹图像与对应所述电容感测信号的所述第二指纹图像，自所述第一指纹图像与所述第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
4.根据权利要求2所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第一电极层与所述第二电极层间具有空腔，所述第一电极层与所述第二电极反应所述致动电压振动，而使所述感测单元发射超音波信号，所述第一电极层于所述接收期间接收所述反射超音波信号，并反应所述第一电极层与所述第二电极层间的电容值变化将所述反射超音波信号转换为电信号，而产生所述超音波感测信号。
5.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述感测单元还包括：
第三电极层，耦接所述控制电路，所述控制电路于所述发射期间提供所述致动电压至所述第二电极层或所述第三电极层，以使所述第二电极层与所述第三电极反应所述致动电压振动，发射所述超音波信号至所述手指而产生所述反射超音波信号；以及
第四电极层，所述第一电极层于所述接收期间接收所述反射超音波信号，并反应所述第一电极层与所述第四电极层间的电容值变化将所述反射超音波信号转换为电信号，产生所述超音波感测信号。
6.根据权利要求5所述的指纹识别装置，其特征在于，所述发射期间部分重叠于所述接收期间。
7.根据权利要求5所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第二电极层与所述第三电极层间具有第一空腔，所述第一电极层与所述第四电极层间具有第二空腔。
8.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述控制电路依据所述第一指纹图像与所述第二指纹图像的信噪比以及对比度至少其中之一自所述第一指纹图像与所述第二指纹图像中选择其一进行指纹识别处理。
9.根据权利要求1所述的指纹识别装置，其特征在于，所述第二电极层配置于电子装置的盖板与所述第一电极层之间，所述盖板接收所述手指的指纹识别操作。
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