TW201525753A - 具有多功能感測器的電子裝置及運作方法 - Google Patents

Abstract

一種電子裝置，至少包含一本體以及設置於本體上之一顯示器、一手指感測器以及一處理模組。處理模組係電連接至手指感測器及顯示器，並與顯示器及手指感測器共同作用以於一第一模式及一第二模式下運作。於第一模式下，手指感測器感測一使用者之一手指之生物特徵以獲得一生物特徵信號，處理模組依據生物特徵信號進行登錄或認證程序。於第二模式下，手指感測器感測使用者之手指之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，處理模組依據碰觸信號控制載入於處理模組中之一作業系統或一應用程式之運作。一種電子裝置之運作方法亦一併揭露。

Description

具有多功能感測器的電子裝置及運作方法

本發明是有關於一種電子裝置及運作方法，且特別是有關於一種具有多功能感測器的電子裝置及運作方法。

移動式電子裝置，譬如行動電話、平板電腦等，都具有至少一個開關來啟動或喚醒此電子裝置，而該開關裝置也慢慢演進由機械式的按鈕變成電容式的觸控開關，電容式的觸控開關的優點是沒有機械按鈕的損耗問題(因為多次數的按壓)，而且在設計電子裝置時，可以不需要如機械按鈕般需要開孔，更能維持整體的設計感，更優美的外型，這些都是電容式觸控開關越來越受歡迎的原因。

又具有指紋感測器的電子設備，由於可以提供指紋辨識功能，對於資料保密而言提供了一種比密碼保護更為強健的身份認證方法，因此在市場上已經漸漸具有龐大的商機。然而，受限於感測機構的設計原理，傳統的指紋感測器必須安裝在電子設備的開口中，以方便使用者按壓或滑動手指。如此一來，指紋感測器的設置就會影響到電子設備的外觀。這樣的缺點與前述機械按鈕是相似的。

當移動式電子裝置裝設有指紋感測器時，所需花費的成本更多，且指紋感測器通常只是被當作單一功能使用，也就是純粹感測 指紋。至於控制此電子裝置的電容觸控開關還是需要倚賴傳統的設計方式而獨立運作。這樣的獨立硬體運作浪費了成本，且佔了相當的空間。如此一來，無法發揮高階的指紋感測器應有的功能，對於電子裝置的設計方面，算是一大浪費。

因此，本發明之一個目的係提供一種具有多功能感測器的電子裝置及運作方法，電子裝置的手指感測器可以感測手指的生物特徵，也可以當作按鈕來控制電子裝置的操作。

為達上述目的，本發明提供一種電子裝置，至少包含一本體以及設置於本體上之一顯示器、一手指感測器以及一處理模組。處理模組係電連接至手指感測器及顯示器，並與顯示器及手指感測器共同作用以於一第一模式及一第二模式下運作。於第一模式下，手指感測器感測一使用者之一手指之生物特徵以獲得一生物特徵信號，處理模組依據生物特徵信號進行登錄或認證程序。於第二模式下，手指感測器感測使用者之手指之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，處理模組依據碰觸信號控制載入於處理模組中之一作業系統或一應用程式之運作。

本發明更提供一種電子裝置之運作方法，電子裝置至少包含一顯示器、一手指感測器以及一處理模組，處理模組電連接至手指感測器及顯示器，運作方法至少包含以下步驟：由處理模組接收一觸發信號而從一休眠模式切換成一生物特徵認證模式；於生物特徵認證模式下，於顯示器上顯示一指示，要求一使用者進行生物特徵認證，並利用手指感測器感測使用者之一手指之生物特徵以獲得一生物特徵信號，由處理模組依據生物特徵信號進行認證，並於通過生物特徵認證後，進入一偵測模式；以及於偵測模式下，手指感測器感測使用者之手指之一碰 觸動作以獲得一碰觸信號，處理模組依據碰觸信號控制載入於處理模組中之一作業系統或一應用程式之運作。

本發明又提供一種電子裝置之運作方法，電子裝置至少包含一顯示器、一手指感測器以及一處理模組，處理模組電連接至手指感測器及顯示器，運作方法至少包含以下步驟：由處理模組執行一生物特徵認證應用程式，進入一生物特徵認證模式；於生物特徵認證模式下，利用手指感測器感測一使用者之一手指之生物特徵以獲得一生物特徵信號，由處理模組依據生物特徵信號進行認證，並於通過生物特徵認證後，離開生物特徵認證模式，進入一偵測模式；以及於偵測模式下，手指感測器感測使用者之手指之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，處理模組依據碰觸信號控制載入於處理模組中之一作業系統或一應用程式之運作。

藉由上述的電子裝置，可以發揮高階的手指感測器的最大效益，讓手指感測器也可以充當按鈕來用。此外，按鈕與手指感測器的組合也可以讓整體的電子裝置顯得更加簡潔而美觀。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

F‧‧‧手指

G1‧‧‧間隙

S35‧‧‧耦合訊號

10‧‧‧本體

10C‧‧‧凹穴

10W‧‧‧開口

11‧‧‧下表面

12‧‧‧上表面

13‧‧‧耦合電極

20‧‧‧顯示器

29‧‧‧觸控圖示

30‧‧‧手指感測器

32‧‧‧感測元

34‧‧‧群組感測元

35‧‧‧驅動電路

36‧‧‧群組感測元

40‧‧‧處理模組

50‧‧‧揚聲器

60‧‧‧攝影鏡頭

70‧‧‧按鈕

91‧‧‧首頁鍵

92‧‧‧返回鍵

93‧‧‧選單鍵

100、100'、100"‧‧‧電子設備

200、200'‧‧‧運作方法

202、203、204、205、206、208、210、212‧‧‧步驟

圖1顯示依據本發明較佳實施例之電子裝置之俯視示意圖。

圖2A至圖2B顯示圖1的電子裝置之數個例子的局部俯視圖。

圖2C顯示圖1的電子裝置之一個例子的局部底視圖。

圖2D顯示圖2C的電子裝置之局部剖面圖。

圖2E顯示圖2D的電子裝置之局部剖面圖之另一例。

圖2F顯示圖2D的電子裝置之局部剖面圖之又另一例。

圖3A與3B顯示依據本發明較佳實施例之電子裝置之運作方法之流程圖的兩個例子。

本發明的實施例係將手指感測器設計成具有兩個功能，第一功能是感測手指的細微生物特徵，譬如是指紋或血管圖像，第二功能是感測手指有無碰觸，甚至是手指接近的資訊，這樣可以達到單一感測器具有多功能，並且搭配韌體/軟體的功能，可以智能的自我切換使用情境，或者作為生物識別或者作為偵測手指碰觸的資訊以當作開關按鈕等。使得電子裝置可以以單一硬體裝置而執行多種感應功能，達到節省成本與簡化硬體設計的目的。

本發明之多功能感測電子裝置至少提供兩個功能，當然基於專利發明之延伸性，藉由相同理念所發展的其他功能，也包含在本發明的範圍內。第一功能譬如是提供指紋或血管圖像感測的功能，而第二功能譬如是提供按鍵的功能。利用手指感測器的多個感測元的一個或多個的運作狀態，可以提供按鍵的功能，並可以達到省電的效果，利用手指感測器的感測元所提供的按鍵功能，可以觸發手指感測器的指紋感測功能。譬如，當其中部分的感測元被觸發後，可以觸發全部的感測元來提供指紋感測功能，以讓使用者利用指紋認證的方式，開啟電子裝置的使用權限。本發明可以廣泛應用在含有指紋感測器的行動電話、平板電腦、智慧型手錶、筆記型電腦等需要生物特徵認證的電子裝置。

圖1顯示依據本發明較佳實施例之電子裝置100之俯視示意圖。如圖1所示，本實施例之電子裝置100至少包含一本體10、一顯示器20、一手指感測器30以及一處理模組40。

本體10可以包含電子裝置的機體及/或殼體。顯示器20 係設置於本體10上，用以顯示文字、圖片等資訊，譬如是對應至不同應用程式之觸控圖示29。手指感測器30係設置於本體10上，在一實施例中，為隱藏的方式設置，例如藏置於面板玻璃或者某一機構(開關機構、扣合機構或覆蓋機構等等)的下方，在另一實施例中，亦可以設置成外露狀。

手指感測器30可以是一滑動式指紋感測器，用以於第一模式下感測滑動通過其上之一手指F之指紋，也可以是一面積型指紋感測器，用以於第一模式下感測靜置於其上之手指F之指紋。

處理模組40係設置於本體10上，部分電連接至手指感測器30及顯示器20，並與顯示器20及手指感測器30共同作用以於一第一模式及一第二模式下運作。於第一模式下，手指感測器30感測一使用者之手指F之生物特徵以獲得一生物特徵信號，處理模組40依據生物特徵信號進行登錄或認證程序。因此，第一模式是屬於感測手指F的細微特徵的模式，故可被稱為生物識別感測模式。於一例子中，處理模組40為電子裝置100之中央處理器，可以執行應用程式並控制各個元件的運作。處理模組40藉由其所執行的應用程式(例如開機保護畫面的應用程式)可以被設計成僅於執行一生物辨識應用程式時進入第一模式。為了讓使用者知道目前的模式為何，處理模組40可以於執行生物辨識應用程式時，於顯示器20顯示一虛擬手指圖像或動態影像導引，且可以搭配聲音的指示，以通知使用者進入第一模式。

於第二模式下，手指感測器30感測使用者之手指F之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，處理模組40依據碰觸信號控制載入於處理模組40中之一作業系統或一應用程式之運作。因此，第二模式是屬於感測手指F有無碰觸的模式，故可被稱為觸控感測模式。碰觸動作包含但 不限於直接接觸、接近、滑動、轉動、單擊及雙擊等等。此碰觸功能可以為行動電話或平板電腦提供按鍵的功能，所以於第二模式下，手指感測器30可以當作一返回(Back)鍵92、一首頁(Home)鍵91、一選單(Menu)鍵93或一搜尋(Search)鍵(未顯示)使用。於本實施例中，手指感測器30係於第二模式下執行一首頁鍵91功能。亦即，於第二模式下，手指感測器30感測使用者之手指F之碰觸動作以獲得一碰觸信號，處理模組40依據碰觸信號控制載入於處理模組40中之一作業系統或一應用程式之運作。

上述的生物特徵包含指紋或血管圖像。此外，電子裝置100可以更包含一揚聲器50、一攝影鏡頭60及一按鈕70。揚聲器50可以發出聲音來指示或導引使用者進行相關的操作。攝影鏡頭60可以執行照相及攝影的功能。按鈕70係電連接至處理模組40，可以用於控制電子裝置100的運作模式，譬如是休眠模式、正常模式、飛航模式及/或開關機等。

圖2A至圖2B顯示圖1的電子裝置100之數個例子的局部俯視圖。如圖2A所示，手指感測器30包含多個感測元32，此等感測元32排列成一個二維陣列。於第一模式下，此等感測元32獨立運作以感測生物特徵。於第二模式下，此等感測元32之一個或多個運作以感測碰觸動作。於圖2A中，僅有一個感測元32(譬如是以斜線填滿的感測元)在電子裝置100的休眠模式下是處於偵測狀態，用於偵測手指的碰觸，而其餘感測元32都是處於禁能狀態，以達到省電的效果。於圖2A中，手指感測器30係設置於本體10之一開口10W中，因而使本體10與手指感測器30之間會存在有一個外露的間隙G1，構成一個矩形的槽道，當然為了外觀考慮，感測器30係以一模組方式呈現，其形狀也不必然是 矩形，也可以是圓形或四邊的直角具有圓弧的導角等等。同時圖中所示之感測器及感測元僅是作專利說明使用，其真正設置於電子裝置中可以是不可視的，其更常見的實施方式是具有一外觀與電子裝置相匹配的設計，例如感測器的最外露表層可以是一耐磨的材料如玻璃、藍寶石等等，同時為了讓使用者容易碰觸到，其手指接觸面與旁邊本體10近乎同平面，而且視覺上也可以是相同的顏色設計。

如圖2B所示，第二模式下，處理模組40將此等感測元32之一部分並聯連接成單一個群組感測元34，使此群組感測元32依存地運作以感測碰觸動作，處理模組40可以利用多個電晶體開關來完成感測元32之並聯連接或獨立連接。值得注意的是，於另一例子中亦可以將全部的感測元32並聯連接成單一個群組感測元。所謂的並聯連接，包含但不限於實體的並聯連接或虛擬的並聯連接。實體的並聯連接可以透過配線及開關的佈局，利用控制信號來切換這些感測元於第一模式與第二模式之間。虛擬的並聯連接可以透過軟體或韌體控制的方式，讓處理模組將全部的感測元的信號作處理，以於第一模式與第二模式之間作切換。另外一種方式是群組感測元34範圍內的所有感測元32係獨立運作，而只是將其每一感測元偵測到的訊號作統計處理(因為手指接觸時有指紋的紋峰及紋谷，因而會有部分感測元32因位於紋谷區而訊號較弱，因此需要利用統計方式處理)，值得說明的是，為了同時滿足手指細微紋路偵測，感測元32的尺寸係以300~1000dpi設計。

圖2C顯示圖1的電子裝置100之一個例子的局部底視圖。如圖2C所示，於第二模式下，處理模組40將此等感測元32之一部分並聯連接成多個群組感測元36以感測碰觸動作。於另一例子中，亦可以將全部的感測元32並聯連接成單一個群組感測元。值得注意的是， 手指感測器30係設置於本體10之一凹穴10C中。凹穴10C並未貫通本體10。

圖2D顯示圖2C的電子裝置之局部剖面圖。如圖2D所示，電子裝置100的本體10的上表面12上形成有耦合電極13，本體10的下表面11形成有凹穴10C，凹穴10C至手指之本體10的材料的介電常數高於本體10的其餘部分的介電常數。如此，可以利用高介電常數的材料來放大耦合電容。一耦合訊號S35可從一驅動電路35被提供至耦合電極13並直接耦合至手指F，使手指感測器30之感測元32感測一個接觸本體10之上表面12之手指F的生物特徵(譬如指紋)或碰觸信息。驅動電路35可以是內建於手指感測器30中，也可以是設置於手指感測器30的外部。值得注意的是，除了上述的主動式手指感測器以外，不具有耦合電極13及驅動電路35的被動式指紋感測器同樣適用於本發明。

圖2E顯示圖2D的電子裝置100'之局部剖面圖之另一例。如圖2E所示，本電子裝置100'係類似於圖2D，不同之處在於手指感測器30完全隱藏於本體(譬如是顯示器的玻璃面板)10下方地設置於本體10的下表面11上，也就是不具有本體10的開口與手指感測器30之間的縫隙，達到完全隱藏的效果。此外，耦合電極13係設置於本體10的下表面11，使得被提供至耦合電極13的耦合訊號S35間接耦合至手指F。圖2F顯示圖2D的電子裝置100"之局部剖面圖之另一例。如圖2F所示，本電子裝置100"係類似於圖2E，不同之處在於耦合電極13係設置於本體10的上表面12。值得注意的是，不具有耦合電極13及驅動電路35的被動式指紋感測器同樣適用於本發明。

圖3A與3B顯示依據本發明較佳實施例之電子裝置之運作方法之流程圖的兩個例子。如圖3A與圖1所示，電子裝置之運作方 法200至少包含以下步驟。於步驟202，電子裝置100係處於休眠模式。於步驟204，處理模組40持續偵測是否有一觸發信號產生，如果有的話，則由處理模組40接收觸發信號而從休眠模式切換成一生物特徵認證模式，執行步驟206。如果沒有觸發信號產生的話，電子裝置100持續處於休眠模式。觸發信號可以由手指感測器30產生，也可以由電連接至該處理模組40之觸發按鈕70產生，或者由其他軟體或硬體的觸發方式產生。於步驟206之生物特徵認證模式下，於顯示器20上顯示一指示(可以包含圖形或文字指示)，要求使用者進行生物特徵認證，當然也可以透過聲音的引導方式來進行。然後，於步驟208，並利用手指感測器30感測使用者之手指F的生物特徵以獲得生物特徵信號。接著，於步驟210，由處理模組40依據生物特徵信號進行認證，判斷是否通過生物特徵認證。如果通過認證的話，則執行步驟212，進入一偵測模式。於偵測模式下，手指感測器30感測使用者之手指F之碰觸動作以獲得碰觸信號。處理模組40依據碰觸信號控制載入於處理模組40中之作業系統或應用程式之運作。

如圖3B與圖1所示，電子裝置之運作方法200'至少包含以下步驟。首先，於步驟203，電子裝置100處於偵測模式。然後，步驟205，由處理模組40執行一生物特徵認證應用程式，進入一生物特徵認證模式，執行步驟206至212。由於步驟206至212已經說明於上，故於此不再詳述。此例子在說明手指感測器30由偵測模式切換到生物特徵認證模式，再切換回偵測模式的流程。因此，於一例子中，手指感測器30先從當首頁鍵使用，感測手指的粗特徵碰觸模式，然後當作感測器使用，感測手指的細微特徵(譬如是指紋、血管圖像、血氧濃度等)使用。換句話說，手指感測器30從低感測解析度的感測模式切換成高感測解析 度的感測模式，再從高感測解析度的感測模式切換回低感測解析度的感測模式。於另一例子中，可以再加上一個中感測解析度的感測模式(可以稱之為移動感測模式)，譬如當作感測手指的大致輪廓或感測手指的滑動行為，譬如滑動方向、轉動以及速度等，以供特定的應用程式使用。舉例而言，於一例子中，由處理模組40執行一生物特徵應用程式，進入此移動感測模式(移動感測模式的感測解析度低於在生物特徵認證模式下的感測解析度，並高於在偵測模式下的感測解析度)來提供上述的功能。因此，電子裝置至少具有三種模式，分別是觸控感測模式、生物識別感測模式以及移動感測模式。於又另一例子中，也可以利用應用程式通知使用者碰觸一手指感測器，手指感測器感測到碰觸動作時，馬上由觸控感測模式切換進入生物識別感測模式，讓碰觸與指紋感測模式瞬間切換，並能在手指碰觸時一氣呵成地完成確認碰觸與指紋感測動作。

藉由上述的電子裝置，可以發揮高階的手指感測器的最大效益，讓手指感測器也可以充當按鈕來用。此外，按鈕與手指感測器的組合也可以讓整體的電子裝置顯得更加簡潔而美觀。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

F‧‧‧手指

10‧‧‧本體

20‧‧‧顯示器

29‧‧‧觸控圖示

30‧‧‧手指感測器

40‧‧‧處理模組

50‧‧‧揚聲器

60‧‧‧攝影鏡頭

70‧‧‧觸發按鈕

91‧‧‧首頁鍵

92‧‧‧返回鍵

93‧‧‧選單鍵

100‧‧‧電子設備

Claims (19)

1. 一種電子裝置，至少包含：一本體；一顯示器，設置於該本體上；一手指感測器，設置於該本體上；以及一處理模組，設置於該本體上，電連接至該手指感測器及該顯示器，並與該顯示器及該手指感測器共同作用以於一第一模式及一第二模式下運作，其中：於該第一模式下，該手指感測器感測一使用者之一手指之生物特徵以獲得一生物特徵信號，該處理模組依據該生物特徵信號進行登錄或認證程序；且於該第二模式下，該手指感測器感測該使用者之該手指之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，該處理模組依據該碰觸信號控制載入於該處理模組中之一作業系統或一應用程式之運作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該手指感測器包含多個感測元，該等感測元排列成一個二維陣列，其中：於該第一模式下，該等感測元獨立運作以感測該生物特徵；且於該第二模式下，該等感測元之一個或多個運作以感測該碰觸動作。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電子裝置，其中於該第二模式下，該處理模組將該等感測元之全部或部分並聯連接成單一個群組感測元以感測該碰觸動作。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電子裝置，其中於該第二模式下，該處理模組將該等感測元之全部或部分並聯連接成多個群組感測元以感測該碰觸動作。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該手指感測器係為一滑動式指紋感測器，用以於該第一模式下感測滑動通過其上之該手指之指紋。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該手指感測器係為一面積型指紋感測器，用以於該第一模式下感測靜置於其上之該手指之指紋。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該處理模組僅於執行一生物辨識應用程式時進入該第一模式。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，係為一行動電話或平板電腦，於該第二模式下，該手指感測器當作一返回(Back)鍵、一首頁(Home)鍵、一選單(Menu)鍵或一搜尋(Search)鍵使用。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該生物特徵包含指紋或血管圖像。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中於該第二模式下，該手指感測器感測該使用者之該手指之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，該處理模組依據該碰觸信號控制載入於該處理模組中之該作業系統或該應用程式之運作。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該手指感測器係設置於該本體之一開口中。
12. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該手指感測器係設置於該本體之一凹穴中，該凹穴至該手指之該本體的材料的介電常數高於該本體的其餘部分的介電常數。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該手指感測器完全隱藏於該本體之下方地設置於該本體之一下表面上，一耦合電極係設置於該本體之一上表面上，一耦合訊號係被提供至該耦合電極並直接耦合至該手指，使該手指感測器感測一個接觸該本體之該上表面之該手指的該生物特徵或碰觸信息。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，其中該手指感測器完全隱藏於該本體之下方地設置於該本體之一下表面上，一耦合電極係設置於該本體之該下表面上，一耦合訊號係被提供至該耦合電極並間接耦合至該手指，使該手指感測器感測一個接觸該本體之一上表面之該手指的該生物特徵或碰觸信息。
15. 一種電子裝置之運作方法，該電子裝置至少包含一顯示器、一手指感測器以及一處理模組，該處理模組電連接至該手指感測器及該顯示器，該運作方法至少包含以下步驟：由該處理模組接收一觸發信號而從一休眠模式切換成一生物特徵認證模式； 於該生物特徵認證模式下，於該顯示器上顯示一指示，要求一使用者進行生物特徵認證，並利用該手指感測器感測該使用者之一手指之生物特徵以獲得一生物特徵信號，由該處理模組依據該生物特徵信號進行認證，並於通過生物特徵認證後，進入一偵測模式；以及於該偵測模式下，該手指感測器感測該使用者之該手指之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，該處理模組依據該碰觸信號控制載入於該處理模組中之一作業系統或一應用程式之運作。
16. 如申請專利範圍第15項所述之運作方法，其中該觸發信號係由該手指感測器產生。
17. 如申請專利範圍第15項所述之運作方法，其中該觸發信號係由一電連接至該處理模組之按鈕產生。
18. 一種電子裝置之運作方法，該電子裝置至少包含一顯示器、一手指感測器以及一處理模組，該處理模組電連接至該手指感測器及該顯示器，該運作方法至少包含以下步驟：由該處理模組執行一生物特徵認證應用程式，進入一生物特徵認證模式；於該生物特徵認證模式下，利用該手指感測器感測一使用者之一手指之生物特徵以獲得一生物特徵信號，由該處理模組依據該生物特徵信號進行認證， 並於通過生物特徵認證後，離開該生物特徵認證模式，進入一偵測模式；以及於該偵測模式下，該手指感測器感測該使用者之該手指之一碰觸動作以獲得一碰觸信號，該處理模組依據該碰觸信號控制載入於該處理模組中之一作業系統或一應用程式之運作。
19. 如申請專利範圍第18項所述之運作方法，更包含以下步驟：由該處理模組執行一生物特徵應用程式，進入一移動感測模式，於其中該手指感測器在該移動感測模式下的感測解析度低於該手指感測器在該生物特徵認證模式下的感測解析度，並高於該手指感測器在該偵測模式下的感測解析度。