TW202248887A

TW202248887A - 電容式指紋採集模組、指紋辨識裝置及資訊處理裝置

Info

Publication number: TW202248887A
Application number: TW110121078A
Authority: TW
Inventors: 張鵬飛; 王帥
Original assignee: 大陸商北京集創北方科技股份有限公司
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-12-16
Also published as: TWI831017B

Abstract

本發明主要揭示一種電容式指紋採集模組，其具有一電容感測陣列以及一信號處理電路，該信號處理電路包括一類比前端單元、一類比數位轉換單元以及一微控制單元，且該電容感測陣列的表面覆有一塗層。其中，該塗層的表面和底面分別為一弧面和一平面，且該電容式指紋採集模組的該信號處理電路更包括一補償單元，用以調整該類比前端單元，使該類比前端單元在具有第一增益的情況下自該電容感測陣列的感測範圍的中央區域接收一第一指紋採集信號，且使該類比前端單元在具有所述第二增益的情況下自所述感測範圍的兩側區域接收一第二指紋採集信號。該微控制單元在對第一指紋採集信號和第二指紋採集信號進行信號處理後獲得一第一採集圖像與一第二採集圖像，最終將該第一採集圖像和該第二採集圖像拼接成一指紋圖像。

Description

電容式指紋採集模組、指紋辨識裝置及資訊處理裝置

本發明為指紋辨識裝置之相關領域，尤指應用於側邊指紋辨識的一種電容式指紋採集模組。

已知，電容式指紋辨識裝置已被廣泛地應用於各式電子產品之中。圖1顯示具有指紋辨識功能的一種習知的智慧型手機的立體圖，且圖2顯示習知的一種電容式指紋辨識裝置的立體圖。進一步地，圖3顯示習知的電容式指紋辨識裝置的側剖視圖。如圖1、圖2和圖3所示，電容式指紋辨識裝置2a為目前廣泛應用在智慧型手機1a的一種指紋辨識方案，其基本構成包括：具有一開口211a的一容置框體21a、設於該容置框體21a之中的一基板22a、設於該基板22a表面的一電容感測陣列23a、設於該基板22a底面的一微控制晶片25a、以及與該基板22a連接的一電連接件26a。

如圖3與圖1所示，電容式指紋辨識裝置2a的開口211a通常顯露於智慧型手機1a的正面板或背面板之外。因此，為了防止外界的污染物掉落至該電容感測陣列23a之上從而影響其感測精度，電容式指紋辨識裝置2a的電容感測陣列23a的表面通常覆有均勻一致的一塗層24a。該塗層24a不但可以防水，且同時具有防止指紋殘留之功效。

圖4顯示現有的一種全屏幕智慧型手機的側視圖。在一些應用中，如圖4所示，對於應用在一全屏幕智慧型手機3a的電容式指紋辨識裝置2a而言，其開口211a係顯露於該全屏幕智慧型手機3a的側邊，實現所謂的側邊指紋辨識。圖5為電容感測陣列23a的側剖視圖。如圖4與圖5所示，在側邊指紋辨識的應用場景下，通常會令所述塗層24a的表面具有一弧度，從而使側邊指紋辨識之用戶體驗能夠提升。可惜的是，實務經驗指出，具有弧形表面的塗層24a的厚度係橫向(laterally)不均勻分布，導致下方的電容感測陣列23a在進行指紋感測之時會發生指紋信號強度不均勻之情事。

由上述說明可知，本領域亟需一種新式的電容式指紋採集模組。

本發明之主要目的在於提供一種電容式指紋採集模組，其具有一電容感測陣列以及一信號處理電路，該信號處理電路包括一類比前端單元、一類比數位轉換單元以及一微控制單元，且該電容感測陣列的表面覆有一塗層。其中，該塗層的表面和底面分別為一弧面和一平面，且該電容式指紋採集模組的該信號處理電路更包括一補償單元，用以調整該類比前端單元，使該類比前端單元在具有第一增益的情況下自該電容感測陣列的感測範圍的中央區域接收一第一指紋採集信號，且使該類比前端單元在具有所述第二增益的情況下自所述感測範圍的兩側區域接收一第二指紋採集信號。該微控制單元在對第一指紋採集信號和第二指紋採集信號進行信號處理後獲得一第一採集圖像與一第二採集圖像，最終將該第一採集圖像和該第二採集圖像拼接成一指紋圖像。

如此，由於所述類比前端單元是以不同增益值採集該第一指紋採集信號與該第二指紋採集信號，因此對於因塗層的橫向厚度不均勻所導致的指紋採集信號強度橫向不均勻起到了補償效果。

為達成上述目的，本發明提出所述電容式指紋採集模組的一實施例，其具有一電容感測陣列以及包括一類比前端單元、一類比數位轉換單元和一微控制單元的一信號處理電路，其中該電容感測陣列的表面覆有一塗層，且該塗層的表面和底面分別為一弧面和一平面；其特徵在於，該電容式指紋採集模組更包括：

一補償單元，其耦接該微控制單元和該類比前端單元；

其中，該電容感測陣列具有包括一中央區域、一第一側區域以及一第二側區域的一感測範圍；

其中，依據該微控制單元的控制，該補償單元將該類比前端單元的增益調整至一第一增益，使該類比前端單元在具有所述第一增益的情況下自所述中央區域接收一第一指紋採集信號；以及

其中，依據該微控制單元的控制，該補償單元將該類比前端單元的增益調整至一第二增益，使該類比前端單元在具有所述第二增益的情況下自所述第一側區域和所述第二側區域接收一第二指紋採集信號。

在一實施例中，該補償單元為一控制寄存器。

在一實施例中，該補償單元為一可變電容控制器。

在一實施例中，該第一增益大於該第二增益。

並且，為達成上述目的，本發明同時提出所述電容式指紋採集模組的另一實施例，其具有一電容感測陣列以及包括一類比前端單元、一類比數位轉換單元和一微控制單元的一信號處理電路，其中該電容感測陣列的表面覆有一塗層，且該塗層的表面和底面分別為一弧面和一平面；其特徵在於，該電容式指紋採集模組更包括：

一補償單元，其耦接該微控制單元；

其中，該電容感測陣列具有包括一中央區域、一第一側區域以及一第二側區域的一感測範圍，該類比前端單元自所述中央區域接收一第一指紋採集信號，且自所述第一側區域和所述第二側區域接收一第二指紋採集信號；

其中，該類比數位轉換單元將該第一指紋採集信號和該第二指紋採集信號轉換成一第一數位信號和一第二數位信號，且該補償單元提供一第一補償參數和一第二補償參數給該微控制單元，使該微控制單元依據該第一補償參數和該第二補償參數對該第一數位信號和該第二數位信號進行一補償處理。

在一實施例中，該補償單元為選自於由寄存器和參數儲存器所組成之群組中的任一者。

在一實施例中，所述補償處理為一減法運算處理及/或一加法運算處理。

並且，本發明又提供一種資訊處理裝置，其具有一指紋辨識裝置，且該指紋辨識裝置包含如前所述本發明之電容式指紋採集模組。

在可行的實施例中，該資訊處理裝置是選自於由智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、智慧手環、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、門禁裝置、電子式門鎖、自動提款機、和指紋打卡機所組成群組之中的一種電子裝置。

為使貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵、目的、與其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。

第一實施例

圖6顯示具有指紋辨識功能的一智慧型手機的側視圖，圖7顯示包含本發明之一種電容式指紋採集模組的一指紋辨識裝置的立體圖，且圖8為圖7所示之指紋辨識裝置的側剖視圖。如圖6、圖7與圖8所示，本發明提出一種電容式指紋採集模組CF，其應用於一指紋辨識裝置2之中，且包括：一電容感測陣列23以及包括一類比前端單元251、一類比數位轉換單元252和一微控制單元253的一信號處理電路25。更詳細地說明，該指紋辨識裝置2還包含：具有一開口211的一容置框體21、設於該容置框體21之中的一基板22、以及一電連接件26。其中，該電容感測陣列23即設於該基板22表面，該信號處理電路25設於該基板22底面，且該電連接件26連接該基板22。

值得注意的是，該電容感測陣列23的表面覆有一塗層24，且該塗層24的表面和底面分別為一弧面和一平面。應可理解，具有弧形表面的塗層24的厚度係橫向(laterally)不均勻分布，使得位於塗層24下方處的該電容感測陣列23在進行指紋感測作業時會發生指紋採集信號的橫向強度不均勻之現象。換句話說，指紋採集信號的強度會隨著塗層24的厚度的影響。

圖9為圖8所示之信號處理電路25和電容感測陣列23的第一方塊圖。如圖9所示，該電容感測陣列23包括M×N個感測像素231，且M×N個所述感測像素231係具有一感測範圍。舉例而言，圖9所示之電容感測陣列23包含8×8個感測像素231。另一方面，該信號處理電路25包括一類比前端單元251、一類比數位轉換單元252以及一微控制單元253。

特別地，如圖9所示，本發明在所述信號處理電路25之中增設一個補償單元254，其耦接該微控制單元253和該類比前端單元251。在利用信號處理電路25驅動該電容感測陣列23進行指紋感測時，微控制單元253會將電容感測陣列23的一感測範圍劃分(或自定義)為一中央區域以及兩側區域。舉例而言，如圖9所示，所述感測範圍被劃分成中央區域23C、右側區域23R以及左側區域23L。進一步地，依據微控制單元253的控制，該補償單元254將該類比前端單元251的增益調整至一第一增益(gain 1)，使該類比前端單元251在具有所述第一增益的情況下自中央區域23C接收一第一指紋採集信號。並且，依據該微控制單元253的控制，該補償單元254將該類比前端單元251的增益調整至一第二增益(gain 2)，使該類比前端單元251在具有所述第二增益的情況下自兩側區域(即，右側區域23R＋左側區域23L)接收一第二指紋採集信號。

圖10為圖9所示之類比前端單元251的電路拓樸圖。如圖9與圖10所示，由於該電容感測陣列23包括M×N個感測像素231，該類比前端單元251內部係對應地設有M×N個信號放大電路。其中，各所述信號放大電路包括：一電流源2511、一運算放大器2512、一可變電容2513、以及一開關元件2514。該電流源2511的第一端對應耦接一個所述感測像素231，且其第一端耦接一地端。並且，該運算放大器2512的正輸入端和負輸入端分別耦接該電流源2511的第一端和一參考電壓V _REF。

更詳細地說明，該可變電容2513的第一端耦接該運算放大器2512的正輸入端，且其第二端耦接該運算放大器2512的輸出端。再者，該開關元件251與該可變電容2513並聯。在一可行實施例中，該補償單元254為一控制寄存器。熟悉電腦科學(Computer science)的電子工程師必然知道，控制寄存器一般用於控制和決定微控制器的操作模式。在本發明中，以控制寄存器組成所述補償單元254，用以依據微控制單元253的控制(例如：利用時鐘信號控制)而輸出一增益調整信號S _CA。如圖9與圖10所示，所述增益調整信號S _CA為一偏置電壓信號，其被傳送至該可變電容2513的第一端，用以改變(調整)該可變電容2513的第一端的端電壓，藉此方式改變(調整)該可變電容2513的電容值，實現該類比前端單元251增益調整。

由前述說明可知，在可行的實施例中，所述補償單元254也可以為一個可變電容控制電路，例如一偏置電壓信號產生器。

補充說明的是，該電容感測陣列23進行指紋感測後所產生的指紋採集信號之強度係和塗層24的厚度呈負相關。換句話說，對應塗層24之高厚度部分的中央區域23C所採到的指紋採集信號之強度會低於對應塗層24之低厚度部分的兩側區域所採到的指紋採集信號之強度。因此，在偏置電壓調整類比前端單元251增益之時，係要求讓第一增益大於第二增益。換句話說，對應中央區域23C之第一增益大於對應兩側區域(即，右側區域23R＋左側區域23L)之第二增益。

更進一步地說明，如圖9與圖10所示，類比數位轉換單元252接收經過類比前端單元251放大處理的第一指紋採集信號和第二指紋採集信號，接著對該第一指紋採集信號和該第二指紋採集信號進行一類比數位轉換處理，從而輸出一第一數位信號與一第二數位信號至該微控制單元253。最終，在利用一演算法將該第一數位信號和該第二數位信號處理成一第一採集圖像和一第二採集圖像之後，該微控制單元253將該第一採集圖像與該第二採集圖像拼接成一指紋圖像。應知道，該微控制單元253係透過將所述指紋圖像和一預先錄製的指紋模板進行特徵比對，從而實現指紋辨識。

第二實施例

繼續地參閱圖7與圖8，並請同時參閱圖11，其為圖8所示之信號處理電路25和電容感測陣列23的第二方塊圖。於第二實施例中，本發明之電容式指紋採集模組CF同樣包括一電容感測陣列23以及一信號處理電路25，且該信號處理電路25同樣包括一類比前端單元251、一類比數位轉換單元252、一微控制單元253以及一補償單元254。與前述第一實施例不同的是，如圖11所示，該補償單元254耦接該微控制單元253，用以提供一第一補償參數和一第二補償參數給該微控制單元253。

在利用信號處理電路25驅動該電容感測陣列23進行指紋感測時，微控制單元253會將電容感測陣列23的一感測範圍劃分(或自定義)為一中央區域23C以及兩側區域(右側區域23R＋左側區域23L)。接著，該類比前端單元251自中央區域23C接收一第一指紋採集信號，且自兩側區域(右側區域23R＋左側區域23L)接收一第二指紋採集信號。

更進一步地說明，如圖11所示，類比數位轉換單元252接收經過類比前端單元251放大處理的第一指紋採集信號和第二指紋採集信號，接著對該第一指紋採集信號和該第二指紋採集信號進行一類比數位轉換處理，從而輸出一第一數位信號與一第二數位信號至該微控制單元253。此時，該補償單元254提供一第一補償參數和一第二補償參數給該微控制單元253，使該微控制單元253依據該第一補償參數和該第二補償參數對該第一數位信號和該第二數位信號進行一補償處理。最終，在利用一演算法將完成補償處理的該第一數位信號和該第二數位信號處理成一第一採集圖像和一第二採集圖像之後，該微控制單元253將該第一採集圖像與該第二採集圖像拼接成一指紋圖像。

該補償單元254為一寄存器或一參數儲存器，用以儲存對應中央區域23C之第一補償參數以及對應兩側區域(即，右側區域23R＋左側區域23L)之第二補償參數。在一實施例中，所述補償處理為一加法運算處理或一加法運算處理。舉例而言，所述補償處理使得對應兩側區域(23R+23L)的第二數位信號加上一個較小的數值(即，第二補償參數)，而對應中央區域23C的第一數位信號則減去一個較小的數值(即，第一補償參數)。或者，所述補償處理使得對應兩側區域(23R+23L)的第二數位信號減去一個較大的數值(即，第二補償參數)，而對應中央區域23C的第一數位信號則加上一個較大的數值(即，第一補償參數)。

並且，進一步補充的是，在進行補償處理之時，係按照電容感測陣列23的列順序(即，第1列至第M列)對該第一數位信號和該第二數位信號進行一補償處理。

依上述的說明，本發明的電容式指紋採集模組可推廣為：一種電容式指紋採集模組，其具有一電容感測陣列及一信號處理電路，其特徵在於：該電容感測陣列的表面覆有一弧面塗層；以及該信號處理電路具有一補償單元，用以使一類比前端單元以不同的增益對該弧面塗層的多個不同區域所對應的該電容感測陣列的多個感測元件進行放大運算，或對一類比前端單元自該弧面塗層的多個不同區域所對應的該電容感測陣列的多個感測元件所接收的信號進行不同的補償處理。

如此，上述已完整且清楚地說明本發明之一種電容式指紋採集模組；並且，經由上述可得知本發明具有下列之優點：

(1)本發明揭示一種電容式指紋採集模組，其具有一電容感測陣列以及一信號處理電路，該信號處理電路包括一類比前端單元、一類比數位轉換單元以及一微控制單元，且該電容感測陣列的表面覆有一塗層。其中，該塗層的表面和底面分別為一弧面和一平面，且該電容式指紋採集模組的該信號處理電路更包括一補償單元，用以調整該類比前端單元，使該類比前端單元在具有第一增益的情況下自該電容感測陣列的感測範圍的中央區域接收一第一指紋採集信號，且使該類比前端單元在具有所述第二增益的情況下自所述感測範圍的兩側區域接收一第二指紋採集信號。該微控制單元在對第一指紋採集信號和第二指紋採集信號進行信號處理後獲得一第一採集圖像與一第二採集圖像，最終將該第一採集圖像和該第二採集圖像拼接成一指紋圖像。

(2)如此，由於所述類比前端單元是以不同增益值採集該第一指紋採集信號與該第二指紋採集信號，因此對於因塗層的橫向厚度不均勻所導致的指紋採集信號強度橫向不均勻起到了補償效果。

(3)本發明同時提供一種資訊處理裝置，其具有一指紋辨識裝置，且該指紋辨識裝置包含如前所述本發明之電容式指紋採集模組。在可行的實施例中，該資訊處理裝置是選自於由智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、智慧手環、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、門禁裝置、電子式門鎖、自動提款機、和指紋打卡機所組成群組之中的一種電子裝置。

必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。

1a:智慧型手機 2a:電容式指紋辨識裝置 21a:容置框體 211a:開口 22a:基板 23a:電容感測陣列 24a:塗層 25a:微控制晶片 26a:電連接件 3a:全屏幕智慧型手機 3:智慧型手機 CF:電容式指紋採集模組 2:指紋辨識裝置 20:電路板 21:容置框體 211:開口 22:基板 23:電容感測陣列 23C:中央區域 23L:左側區域 23R:右側區域 231:感測像素 24:塗層 25:信號處理電路 251:類比前端單元 2511:電流源 2512:運算放大器2512 2513:可變電容 2514:開關元件 252:類比數位轉換單元 253:微控制單元 254:補償單元 26:電連接件

圖1為具有指紋辨識功能的一種習知的智慧型手機的立體圖；圖2為習知的一種電容式指紋辨識裝置的立體圖；圖3為習知的電容式指紋辨識裝置的側剖視圖；圖4為現有的一種全屏幕智慧型手機的側視圖；圖5為電容感測陣列的側剖視圖；圖6為具有指紋辨識功能的一智慧型手機的側視圖；圖7為包含本發明之一種電容式指紋採集模組的一指紋辨識裝置的立體圖；圖8為圖7所示之指紋辨識裝置的側剖視圖；圖9為圖8所示之信號處理電路和電容感測陣列的第一方塊圖；圖10為圖9所示之類比前端單元的電路拓樸圖以及圖11為圖8所示之信號處理電路和電容感測陣列的第二方塊圖。

23:電容感測陣列

23C:中央區域

23L:左側區域

23R:右側區域

231:感測像素

25:信號處理電路

251:類比前端單元

252:類比數位轉換單元

253:微控制單元

254:補償單元

Claims

一種電容式指紋採集模組，其具有一電容感測陣列以及包括一類比前端單元、一類比數位轉換單元和一微控制單元的一信號處理電路，其中該電容感測陣列的表面覆有一塗層，且該塗層的表面和底面分別為一弧面和一平面；其特徵在於，該電容式指紋採集模組更包括：一補償單元，其耦接該微控制單元和該類比前端單元；其中，該電容感測陣列具有包括一中央區域、一第一側區域以及一第二側區域的一感測範圍；其中，依據該微控制單元的控制，該補償單元將該類比前端單元的增益調整至一第一增益，使該類比前端單元在具有所述第一增益的情況下自所述中央區域接收一第一指紋採集信號；以及其中，依據該微控制單元的控制，該補償單元將該類比前端單元的增益調整至一第二增益，使該類比前端單元在具有所述第二增益的情況下自所述第一側區域和所述第二側區域接收一第二指紋採集信號。
如請求項1所述之電容式指紋採集模組，其中，該補償單元為一控制寄存器。
如請求項1所述之電容式指紋採集模組，其中，該補償單元為一可變電容控制器。
如請求項1所述之電容式指紋採集模組，其中，該第一增益大於該第二增益。
一種電容式指紋採集模組，其具有一電容感測陣列以及包括一類比前端單元、一類比數位轉換單元和一微控制單元的一信號處理電路，其中該電容感測陣列的表面覆有一塗層，且該塗層的表面和底面分別為一弧面和一平面；其特徵在於，該電容式指紋採集模組更包括：一補償單元，其耦接該微控制單元；其中，該電容感測陣列具有包括一中央區域、一第一側區域以及一第二側區域的一感測範圍，該類比前端單元自所述中央區域接收一第一指紋採集信號，且自所述第一側區域和所述第二側區域接收一第二指紋採集信號；其中，該類比數位轉換單元將該第一指紋採集信號和該第二指紋採集信號轉換成一第一數位信號和一第二數位信號，且該補償單元提供一第一補償參數和一第二補償參數給該微控制單元，使該微控制單元依據該第一補償參數和該第二補償參數對該第一數位信號和該第二數位信號進行一補償處理。
如請求項5所述之電容式指紋採集模組，其中，該補償單元為選自於由寄存器和參數儲存器所組成之群組中的任一者。
如請求項5所述之電容式指紋採集模組，其中，所述補償處理為一減法運算處理及/或一加法運算處理。
一種電容式指紋採集模組，其具有一電容感測陣列及一信號處理電路，其特徵在於：該電容感測陣列的表面覆有一弧面塗層；以及該信號處理電路具有一補償單元，用以使一類比前端單元以不同的增益對該弧面塗層的多個不同區域所對應的該電容感測陣列的多個感測元件進行放大運算，或對一類比前端單元自該弧面塗層的多個不同區域所對應的該電容感測陣列的多個感測元件所接收的信號進行不同的補償處理。
一種資訊處理裝置，其含有一指紋辨識裝置，且該指紋辨識裝置包含如請求項1至請求項8中任一項所述之電容式指紋採集模組。
如請求項9所述之資訊處理裝置，其中，該資訊處理裝置為選自於由智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、智慧手環、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、門禁裝置、電子式門鎖、自動提款機、和指紋打卡機所組成群組之中的一種電子裝置。