TWI594195B - 指紋辨識裝置及方法 - Google Patents

Description

指紋辨識裝置及方法

本發明係關於生物特徵感測之技術領域，尤指一種指紋辨識裝置及方法。

由於電子商務之興起，遠端支付之發展一日千里，故生物特徵辨識之商業需求急速膨脹，而生物特徵辨識技術又可區分為指紋辨識技術、虹膜辨識技術、DNA辨識技術等。考量效率、安全、與非侵入性等要求，指紋辨識已成為生物特徵辨識之首選技術。指紋辨識技術又有光學式、熱感應式、超音波式與電容式。其中又以電容式技術在裝置體積、成本、省電、可靠、防偽等綜合考量下脫穎而出。

習知之電容式指紋辨識技術有滑動式、全指按壓式等形式。其中，又以全指按壓式在辨識度、效率及方便性中勝出。然而由於感應訊號極其微小與周遭雜訊繁雜具大等因素，全指按壓式之指紋辨識技術通常只能將感應電極與感應電路等一併做在一個積體電路晶片上，且以小於100微米(μm)厚度之藍寶石膜加以保護。如此材料成本與封裝製程成本居高不下，且產品壽命與耐受性堪慮。因此業界莫不致力於提高感測靈敏度與訊號雜訊比，使感應電極與指紋間之感測距離能夠儘量加大，以利感測積體電路之封裝能夠簡化，或直 接將其置於保護玻璃下作感應；更甚者，期盼能進一步將感應電極置於積體電路之外的基材上以顯著減少晶片面積，並將感應電極整合到保護玻璃底下，甚至整合到顯示面板之中，以巨幅降低成本並增進產品之壽命與耐受性，故指紋辨識技術仍有很大的改進空間。

本發明之目的主要係在提供一指紋辨識裝置，其係利用複數個選擇開關元件，依序或動態地將複數個電極區分為至少一個感應電極組及相對應之複數個偏向電極組。依序或動態地選定至少一個電極為感應電極組(感測區塊)，當感應電極組(感測區塊)跨越不同電極區時，可選擇原先電極區的偏向聚焦訊號並施加於偏向聚焦區塊，亦可選擇新的電極區的偏向聚焦訊號並施加於偏向聚焦區塊，藉此可使感測區塊電極上的電力線聚集而拱高，藉以提升感應靈敏度，加大有效感測距離，增進訊號雜訊比，提昇感測訊號之穩定性與正確性，並巨幅降低指紋感測裝置之成本。

依據本發明之一特色，本發明提出一種指紋辨識裝置，包括一基板、至少兩個電極區、至少一專用之感應訊號走線、複數個電極選擇開關組、及複數條走線。該至少兩個電極區的每一個電極區包含複數個電極。該複數條走線區分為第一方向走線與第二方向走線，第一方向走線與第二方向走線約略垂直；其中，該複數個電極選擇開關組依序或動態地自各個電極區的複數個電極中選定至少一個電極為感應電極組，並將該感應電極組周遭電極規劃為對應之複數個偏向電極組，每一感應電極組對應到至少兩個偏向電極組，該至少兩個偏向電極組的每一個偏向電極組包含複數個電極。

依據本發明之另一特色，本發明提出一種指紋辨識裝置，其包含：一基板、複數個電極區、及複數條第一方向走線。每一個電極區包含複數個電極、複數條第二方向走線、複數個電極選擇開關組、複數個感應暨偏向訊號選擇開關組、及至少一條專用的感應訊號走線。該複數個電極係沿第一方向與第二方向佈植於該基板上，該第一方向與第二方向相互垂直。該複數條第二方向走線其係沿該第二方向延伸，該第二方向走線係與該複數個電極對應，每一個電極選擇開關組包含複數個選擇開關元件，且每一個電極選擇開關組係與一電極相對應。每一個感應暨偏向訊號選擇開關組係連接至複數條第二方向走線。該至少一條專用的感應訊號走線連接至該電極區的複數個感應暨偏向訊號選擇開關組。該複數條第一方向走線係沿第一方向延伸，該第一方向走線係與複數個電極區的複數個電極對應。

依據本發明之又一特色，本發明提出一種指紋辨識方法，其係運用於一指紋辨識裝置中，該指紋辨識裝置具有複數個電極區，每一個電極區各自包含至少一條專用的感應訊號走線、複數個電極、複數個電極選擇開關組、及複數個感應暨偏向訊號選擇開關組，每一個電極選擇開關組各自與一電極對應，該複數個電極係以行列形式佈植於一感測平面，該指紋辨識方法包含有：(A)依序或動態地經由該複數個電極選擇開關組與複數個感應暨偏向訊號選擇開關組，同時將各電極區的該複數個電極各自規劃出至少三個區塊，該各個至少三個區塊分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊，其中，該每一偏向聚焦區塊係由各感測區塊周遭之電極所組成，每一該收斂穩定區塊係各自由該偏向聚焦區塊周遭之電極所組成；(B)分別經由各電極區之該至少一條專用的感應訊號走線施加一感測激勵訊號於各該感測區塊之電極；(C)各別施加一偏向聚焦訊號於各電極區之該偏向聚焦區塊的電極上；(D)各別施加一收斂穩定訊號於各 電極區之該收斂穩定區塊的電極上；以及(E)自各電極區之該至少一條專用的感應訊號走線分別輸出一感應訊號至一自電容感測電路，俾進行指紋偵測。

100‧‧‧指紋辨識裝置

110‧‧‧基板

120‧‧‧電極區

130‧‧‧第一方向走線

140‧‧‧第二方向走線

150‧‧‧感應訊號走線

160‧‧‧第一感應及偏向電極規劃設定電路

170‧‧‧第二感應及偏向電極規劃設定電路

125‧‧‧電極

180‧‧‧電極選擇開關組

200‧‧‧感應暨偏向訊號選擇開關組190控制電路

121,122,123,124‧‧‧電極區

S1,S2,S3,S4,...,Sk,...,Sn‧‧‧感測激勵訊號

R1,R11,R21,R31‧‧‧偏向聚焦訊號

R2,R12,R22,R32‧‧‧收斂穩定訊號

G1‧‧‧放大器電路

G2‧‧‧放大器電路

310‧‧‧第一選擇裝置

320‧‧‧第二選擇裝置

1Yp~1Y0、2Yp~2Y0、...、mYp~mY0‧‧‧緯線

11L3~11L1、12L3~12L1、...、1nL3~1nL1、...、3nL3~3nL1‧‧‧經線

601‧‧‧第一列電極

602‧‧‧第二列電極

603‧‧‧第三列電極

11X1~11X0、12X1~12X0、...、1nX1~1nX0、...、3nX1~3nX0‧‧‧控制訊號線

191~199‧‧‧感應暨偏向訊號選擇開關組

(A)~(E)‧‧‧步驟

圖1係本發明一種指紋辨識裝置的較佳實施例之示意圖。

圖2係本發明一種指紋辨識裝置的較佳實施例之另一示意圖。

圖3A至圖3C係本發明的訊號產生電路之示意圖。

圖4及圖5A至5F係本發明之運作示意圖。

圖6係本發明電極及電極選擇開關組之運作示意圖。

圖7係本發明電極選擇開關組之電路圖。

圖8係本發明感應暨偏向訊號選擇開關組之電路圖。

圖9及圖10A至10F係本發明之另一運作示意圖。

圖11係本發明感應暨偏向訊號選擇開關組(191)的真值表之示意圖。

圖12、圖13A至13F及圖14A至14F係本發明之再一運作示意圖及又一運作示意圖。

圖15係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(192)的真值表之示意圖。

圖16係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(193)的真值表之示意圖。

圖17係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(194)的真值表之示意圖。

圖18、圖19A至19F及圖20A至20F係本發明之更一及更另一運作示意圖。

圖21係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(195)的真值表之示意圖。

圖22係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(196)的真值表之示意圖。

圖23係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(197)的真值表之示意圖。

圖24係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(198)的真值表之示意圖。

圖25係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組(199)的真值表之示意圖。

圖26係本發明之指紋辨識方法之流程圖。

圖1係本發明一種指紋辨識裝置100的較佳實施例之示意圖。該指紋辨識裝置100具有一基板110、至少兩個電極區120、複數條第一方向走線130、複數條第二方向走線140、至少一專用之感應訊號走線150、一第一感應及偏向電極規劃設定電路160、一第二感應及偏向電極規劃設定電路170、複數個電極125、複數個電極選擇開關組180、複數個感應暨偏向訊號選擇開關組190、及一控制電路200。

基板110較佳為係為玻璃、高分子薄膜材料、金屬、矽、或矽的化合物。基板110上佈設有複數個電極125及複數個電極選擇開關組180。複數個電極125及複數個電極選擇開關組180係沿第一方向(X)與第二方向(Y)以行列方式佈植於該基板110上，該第一方向(X)與第二方向(Y)相互垂直。每一個電極選擇開關組180係與一個電極125對應。每一電極選擇開關組180與電極125係相對應且至少部份疊置在同一位置，圖1為表明電極選擇開關組180與電極125均存在，所以將電極選擇開關組180與電極125繪示為位置稍有偏移。

基板110的複數個電極125被劃分為至少兩個電極區120。相對應地，該複數個電極選擇開關組180係區分為複數個電極區選擇開關組，如圖1所示，在電極區121中的複數個電極選擇開關組180則形成一第一個電極區選擇開 關組，在電極區122中的複數個電極選擇開關組180則形成一第二個電極區選擇開關組。

該複數個電極選擇開關組180為佈植於該基板110上之場效電晶體或薄膜電晶體。該複數個電極選擇開關組180依序或動態地自各個電極區121、122的複數個電極125中選定至少一個電極為感應電極組，並將該感應電極組周遭電極規劃為對應之複數個偏向電極組，每一感應電極組對應到至少兩個偏向電極組，該至少兩個偏向電極組的每一個偏向電極組包含複數個電極。

複數條第一方向走線130其係沿第一方向(X)延伸，該第一方向走線130係與複數個電極區120的複數個電極125對應。複數條第一方向走線130之每一走線係電氣交連到該複數個電極選擇開關組180的至少一個電極選擇開關組180。如圖1所示，第一方向走線130(1Y0~1Y2)連結並控制同一列的複數個電極選擇開關組180。第一方向走線130控制電極選擇開關組180，以決定第二方向走線140(11L1~11L3)中的哪一條線與電極125電氣連接。同時，該控制訊號11X0~11X1則控制感應暨偏向訊號選擇開關組190，以選擇各第二方向走線140(11L1~11L3)與該至少一專用之感應訊號走線150(S1,R11,R12)其中之一相連。其他亦是如此，不再贅述。

複數條第二方向走線140係沿該第二方向(Y)延伸，該第二方向走線140係與該複數個電極125對應。複數個感應暨偏向訊號選擇開關組190的每一個感應暨偏向訊號選擇開關組190係連接至複數條第二方向走線140。

該第一感應及偏向電極規劃設定電路160連接至該複數個感應暨偏向訊號選擇開關組190及控制電路200，該第一感應及偏向電極規劃設定電路160係沿該第一方向(X)佈植。該第一感應及偏向電極規劃設定電路160係一位移暫存器電路。該第一感應及偏向電極規劃設定電路160係輸出控制信號至該感應暨偏向訊號選擇開關組190，俾選定各第二方向走線140與一感測激勵訊號S1或 偏向聚焦訊號R11、收斂穩定訊號R12電氣相連接。於其他實施例中，該第一感應及偏向電極規劃設定電路160係由位址解碼器與資料栓鎖電路組成。感測激勵訊號S1、偏向聚焦訊號R11、收斂穩定訊號R12係分別以S1、R11、R12表示，而S1、R11、R12亦分別可用以表示傳輸感測激勵訊號、偏向聚焦訊號、收斂穩定訊號的走線。

該第二感應及偏向電極規劃設定電路170連接至該複數條第一方向走線130及控制電路200，係沿該第二方向(Y)佈植。該第二感應及偏向電極規劃設定電170路係一位移暫存器電路。該第二感應及偏向電極規劃設定電路170係輸出控制信號至該第一方向走線130，俾選定各個電極與那一條第二方向走線140電氣連接。於其他實施例中，該第二感應及偏向電極規劃設定電路170係由位址解碼器與資料栓鎖電路組成。

控制電路200連接至該第一感應及偏向電極規劃設定電路160及該第二感應及偏向電極規劃設定電路170，以設定該第一感應及偏向電極規劃設定電路160及該第二感應及偏向電極規劃設定電路170，俾依序或動態地自各個電極區120的複數個電極125中選定至少一個電極為感應電極組，並將該感應電極組周遭電極規劃為對應之複數個偏向電極組，每一感應電極組對應到至少兩個偏向電極組，該至少兩個偏向電極組的每一個偏向電極組包含複數個電極。

亦即，在電極區121的複數個電極125可規劃出至少三個區塊，該至少三個區塊分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊。該感應電極組係該感測區塊，至少兩個偏向電極組分別為偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊。其中，該每一偏向聚焦區塊係由各感測區塊周遭之電極所組成，每一該收斂穩定區塊係各自由該偏向聚焦區塊周遭之電極所組成。

控制電路200可分別使選定之感應電極組及其偏向電極組的位置沿該第一方向(X)或第二方向(Y)位移。

控制電路200可設置於該基板110上，控制電路200亦可設置於一軟性電路板上，並經由一排線連接至該第一感應及偏向電極規劃設定電路160及該第二感應及偏向電極規劃設定電路170。

如圖1所示，該電極區121與電極區122分別具有各自的感測激勵訊號S1及感測激勵訊號S2。

圖2係本發明一種指紋辨識裝置100的較佳實施例之另一示意圖。其與圖1差別在於：於該基板110上方同時設置有第一感應及偏向電極規劃設定電路160及對應的複數個感應暨偏向訊號選擇開關組190。藉此可將基板110的複數個電極125劃分為四個電極區121,122,123,124。同時，該電極區121的感測激勵訊號S1延伸至電極區122，該電極區122的感測激勵訊號S2,S3,S4延伸至電極區121。

圖3A至圖3C係本發明的訊號產生電路之示意圖。其係由感測激勵訊號S1,S2,S3產生偏向聚焦訊號R1,R11,R21,R31、收斂穩定訊號R2,R12,R22,R32。該感測激勵訊號S1,S2,S3係一周期性或非周期性之交變訊號。該感測激勵訊號S1,S2,S3係電氣交連至該感應電極組(或該感測區塊)。

當感應電極組(或感測區塊)感應一外部物件之觸碰或近接時，施加於感應電極組(或該感測區塊)上的該感測激勵訊號S1,S2,S3會變為一感應訊號。因此可自各電極區120之該至少一專用之感應訊號走線150分別輸出一感應訊號至一自電容感測電路，俾進行指紋偵測。於一實施例中，由於該至少一專用之感應訊號走線150中的走線S1,S2,S3連接至感應電極組(或感測區塊)，故可由走線S1,S2,S3將感應訊號輸出至自電容感測電路。該自電容感測電路可位於該控制電路200，亦可為一單獨的積體電路。

該感測激勵訊號S1經由至少一個增益不小於零之信號放大器電路G1處理後形成一與該感測激勵訊號S1同相之該偏向聚焦訊號R1,R11。該偏向 聚焦訊號R1,R11係電氣交連至該至少兩個偏向電極組之一(偏向聚焦區塊)。該至少一個增益不小於零之信號放大器電路G1係佈植於該基板110上或佈植於該基板110外之一積體電路(圖未示)內。該至少一個增益不小於零之信號放大器電路G1之增益值為固定值或可程式調控。

該感測激勵訊號S1經由至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2處理後形成一與該感測激勵訊號S1反相之該收斂穩定訊號R2,R12。該收斂穩定訊號R2,R12係電氣交連至該至少兩個偏向電極組之一(收斂穩定區塊)。該至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2係佈植於該基板110上或佈植於該基板110外之一積體電路(圖未示)內。該至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2之增益值為固定或可程式調控。其他感測激勵訊號S2,S3、偏向聚焦訊號R21,R31、收斂穩定訊號R22,R32亦與上述相同，故不再贅述。

施加於各電極區120的偏向聚焦訊號R11係各別源自其對應之該感應電極組(或該感測區塊)的該感應訊號或該感測激勵訊號S1經一電路產生之同相訊號。施加於各電極區120的收斂穩定訊號R12係各別源自其對應之該感應電極組(或該感測區塊)的該感應訊號或該感測激勵訊號S1經一電路產生之反相訊號。

於其他實施例中，施加於各電極區120的偏向聚焦訊號R11係共同源自選定之一特定感應電極組(或一特定感測區塊)的該感應訊號或該感測激勵訊號S1經一電路產生之同相訊號。施加於各電極區120的收斂穩定訊號R12係共同源自選定之一特定感應電極組(或一特定感測區塊)的該感應訊號或該感測激勵訊號S1經一電路產生之反相訊號。

於其他實施例中，施加於各電極區120的收斂穩定訊號R12係一直流參考電位或接地訊號。

至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2處理後形成一與該感測激勵訊號S1反相之訊號，再經由一第一選擇裝置310，以由放大器電路G2的輸出、一直流參考電位或一接地訊號擇一，以產生收斂穩定訊號R2。

於圖3B中，該感測激勵訊號S1經由至少一個增益不大於零之信號放大器電路G2處理後形成一與該感測激勵訊號S1反相之訊號，再經由一第一選擇裝置310，以由放大器電路G2的輸出、一直流參考電位或一接地訊號擇一，以產生收斂穩定訊號R2。於圖3C中，則由各個電極區120的感測激勵訊號S1,S2,S3,...,Sn經由一第二選擇裝置320擇一，以產生偏向聚焦訊號R1及收斂穩定訊號R2。

圖4及圖5A至5F係本發明之運作示意圖。於圖4中，其係將基板110上的複數個電極125劃分為複數個電極區121,122,123,…。在每一個電極區121,122,123,…的複數個電極125可規劃出三個區塊，分別為感測區塊(以斜虛線表示)、偏向聚焦區塊(以橫實線表示)與收斂穩定區塊(以縱實線表示)。如圖4所示，感測激勵訊號S1,S2,S3或是感測激勵訊號走線S1,S2,S3只分別出現在對應的電極區一、電極區二、及電極區三，並沒有跨接至其相臨的電極區。

圖5A至圖5F係顯示由感測區塊、偏向聚焦區塊、及收斂穩定區塊組成之感測區塊群組的位置移動跨越電極區一及電極區二的示意圖。於圖5A至圖5F中，該感測區塊的電極125分別以S字母開頭，例如S1,S2,S3分別代表三個感測區塊。該偏向聚焦區塊的電極125則以R1標註，該收斂穩定區塊的電極125則以R2標註。亦即，在本發明中，R1可代表施加偏向聚焦訊號R1的電極，亦可代表偏向聚焦訊號，其他亦是如是。

如圖5A所示，由該感測區塊、該偏向聚焦區塊、及該收斂穩定區塊組成之感測區塊群組位於該電極區一及電極區二的邊界。如圖5B所示，該該感測區塊群組的位置跨越該電極區一及電極區二的邊界，且超過一個電極大 小。如圖5C所示，則是超過二個電極大小。依此類推。值得注意的是，當感測區塊的電極125其原先係被施加感測激勵訊號S1，當其跨入電極區二後，則如圖5D所示，改被施加感測激勵訊號S2。

圖6係本發明電極及電極選擇開關組180之運作示意圖。如圖6所示，該感測區塊的電極125分別以S字母開頭。該偏向聚焦區塊的電極125則以R1標註，該收斂穩定區塊的電極125則以R2標註。配合參考圖4與圖5A至5F所示，每一個電極125上有五個位元(bit)，其中低三位元(bit2,bit1,bit0)係對應至三條緯線1Yp~1Y0、2Yp~2Y0、...、mYp~mY0，用以控制該列的各電極125與哪一條經線11L3~11L1、12L3~12L1、...、1nL3~1nL1、...、3nL3~3nL1電氣相連，當中p、m、n為整數。

請配合參考圖4、圖5A至5F及圖6所示，第一列(row)電極601其緯線訊號為001，表示第一列(row)電極601上的各個電極125皆分別和其相對應之第一條經線11L1、12L1、...、1nL1、...、3nL1電氣相連。第二列電極602其緯線訊號為010，表示第二列(row)電極602上的各個電極125皆分別和其相對應的第二條經線11L2、12L2、...、1nL2、...、3nL2電氣相連。第三列電極603其緯線訊號為100，表示第三列(row)電極603上的各個電極125皆分別和其相對應的第三條經線11L3、12L3、...、1nL3、...、3nL3電氣相連。

圖7係本發明電極選擇開關組180之電路圖。於本發明中，所有的電極選擇開關組180均有相同的電路結構。如圖7所示，其顯示電極選擇開關組180之電路示意圖、對應之電晶體電路、對應之真值表。亦即，緯線1Y2~1Y0為001，表示對應的電極125與其第一條經線11L1電氣相連。緯線1Y2~1Y0為010，表示對應的電極125與其第二條經線11L2電氣相連。緯線1Y2~1Y0為100，表示對應的電極125與其第三條經線11L3電氣相連，依序類推。亦即，電極選擇開關組180係使用一位有效編碼(one-hot encoding)。

每一個電極180上的高二位元(bit4,bit3)係對應至二條控制訊號線11X1~11X0、12X1~12X0、...、1nX1~1nX0、...、3nX1~3nX0，以控制經線11L3~11L1、12L3~12L1、...、1nL3~1nL1、...、3nL3~3nL1與感測激勵訊號S1,S2,S3或偏向聚焦訊號R1、收斂穩定訊號R2電氣相連接。如圖4、6所示，控制訊號11X1~11X0、12X1~12X0、...、1nX1~1nX0、...、3nX1~3nX0為二個位元，其可形成四個狀態。由於圖4實施例中，經線11L3~11L1、12L3~12L1、...、1nL3~1nL1、...、3nL3~3nL1的每一組僅有三條經線與三條訊號線S1、R1、R2，故只需三個狀態，其分別為狀態0、狀態1、狀態2。

圖8係本發明感應暨偏向訊號選擇開關組190之電路圖。在圖4中，感應暨偏向訊號選擇開關組190,191有相同的電路結構。但在後續的圖式中，感應暨偏向訊號選擇開關組則有不同的電路結構。如圖8所示，其顯示感應暨偏向訊號選擇開關組191之電路示意圖、對應之電晶體電路、對應之真值表。狀態0、狀態1、狀態2分別控制感應暨偏向訊號選擇開關組191，進而控制經線與訊號線的連接關係。

狀態0(00b)時，經線11L1連接至訊號線R2，經線11L2連接至訊號線R2，經線11L3連接至訊號線R2。狀態1(01b)時，經線11L1連接至訊號線R2，經線11L2連接至訊號線R1，經線11L3連接至訊號線R1。狀態2(10b)時，經線11L1連接至訊號線R2，經線11L2連接至訊號線R1，經線11L3連接至訊號線Sk，當中，訊號線Sk為S1,S2,S3。

藉由前述的控制方法，標號為S之電極所組成的感測區塊連接至感測激勵訊號Sk。標號為R1之電極所組成的偏向聚焦區塊連接至偏向聚焦訊號R1。標號為R2電極所組成的收斂穩定區塊連接至收斂穩定訊號R2。偏向聚焦訊號R1、收斂穩定訊號R2係為與感測區塊上之感測激勵訊號Sk同相之訊號、反相 之訊號、或其它特定電位訊號；上述特定電位訊號係為零電位、正電位、負電位或交變電位訊號。

控制電路200藉由設定第一感應及偏向電極規劃設定電路160及第二感應及偏向電極規劃設定電路170，以控制複數個電極選擇開關組180、及複數個感應暨偏向訊號選擇開關組190，即可如圖5A圖5F所示，使選定之感應電極組及其偏向電極組的位置沿該第一方向或第二方向位移。

圖9及圖10A至10F係本發明之另一運作示意圖。於圖9中，其係將基板110上的複數個電極125劃分為複數個個電極區121,122,123,…。在每一個電極區121,122,123,…的複數個電極125可規劃出三個區塊，分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊。圖9與圖4主要區別在於：電極區121的感測激勵訊號走線S1延伸至電極區122中，電極區122的感測激勵訊號走線S2延伸至電極區123中，依序類推。

圖10與圖5主要區別在於：在圖5中，感測區塊只包含一個電極，在圖10中，感測區塊包含四個電極。如圖10A所示，由該感測區塊、該偏向聚焦區塊、及該收斂穩定區塊組成之電極區塊群組位於該電極區一及電極區二的邊界。如圖10B所示，該電極區塊群組的位置跨越該電極區一及電極區二的邊界，且超過一個電極大小。如圖10C所示，則是超過二個電極大小。依此類推。值得注意的是，如圖10D所示，該感測區塊的電極125其原先係被施加感測激勵訊號S1，當其跨過至電極區二僅一個電極大小，其仍被施加感測激勵訊號S1。如圖10E所示，該感測區塊的電極125其原先係被施加感測激勵訊號S1，當該感測區塊的電極125全部跨入電極區二(二個電極大小)，則改被施加感測激勵訊號S2。原先在電極區二與電極區三邊界的電極區塊群組之電極125亦依循此原則。

為達成圖10的功能，圖9的感應暨偏向訊號選擇開關組190可分為兩種，一種為感應暨偏向訊號選擇開關組190,191與圖8中的感應暨偏向訊號選 擇開關組191的電路相同。另一種則為圖11所示。圖11係本發明感應暨偏向訊號選擇開關組190,192的真值表之示意圖。圖11上方的真值表係一般形式(general form)的真值表。對於圖9中的感應暨偏向訊號選擇開關組192而言，其對應的k值為2，因此將k=2、j=1代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組192的真值表。熟於數位邏輯設計的工程師可依據圖11的真值表產生相關電路。

同樣的，對位於電極區三且鄰近電極區二的感應暨偏向訊號選擇開關組192而言，可將k=3、j=2代入上方的真值表，可獲得位於電極區三且鄰近電極區二的感應暨偏向訊號選擇開關組192的真值表，其亦有與圖11相同的真值表及電路結構。

圖12、圖13A至13F及圖14A至14F係本發明之再一及又一運作示意圖。於圖12中，其係將基板110上的複數個電極125劃分為複數個電極區121,122,123,…。圖12與圖9主要區別在於：電極區121的感測激勵訊號走線S1延伸至電極區122中，電極區122的感測激勵訊號走線S2延伸至電極區123中，依序類推。電極區121的偏向聚焦訊號走線R11延伸至電極區122中，電極區122的偏向聚焦訊號走線R21延伸至電極區123中，依序類推。電極區122的偏向聚焦訊號走線R21延伸至電極區121中，電極區123的偏向聚焦訊號走線R31延伸至電極區122中，依序類推。

如圖13A所示，由該感測區塊、該偏向聚焦區塊、及該收斂穩定區塊組成的該電極區塊群組位於該電極區一及電極區二的邊界。如圖13B所示，該電極區塊群組的位置跨越該電極區一及電極區二的邊界，且超過一個電極大小。如圖13C所示，則是超過二個電極大小。依此類推。值得注意的是，如圖13C所示，該電極區塊群組的偏向聚焦區塊之中，已跨入電極區二的電極仍被施加電極區一的偏向聚焦訊號走線R11。在圖13D中，當該電極區塊群組之感測區塊 的電極全部跨入電極區二後，不只感測區塊的電極改被施加電極區二的感測激勵訊號S2，同時，與該感測區塊對應的偏向聚焦區塊的所有電極則被施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。即使該偏向聚焦區塊在電極區一的電極仍被施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。在電極區二與電極區三邊界的電極區塊群組的電極亦依循此原則。

如圖14A所示，由該感測區塊、該偏向聚焦區塊、及該收斂穩定區塊組成的該電極區塊群組位於該電極區一及電極區二的邊界。如圖14B所示，該感測區塊、該偏向聚焦區塊、及該收斂穩定區塊群組的位置則跨越該電極區一及電極區二的邊界，且超過一個電極大小。如圖14C所示，則是超過二個電極大小。依此類推。值得注意的是，如圖14D所示，該電極區塊群組中的該感測區塊的一半電極跨入電極區二時，電極區一之偏向聚焦區塊中跨入電極區二的電極仍被施加電極區一的偏向聚焦訊號R11。在圖14E中，該電極區塊群組之感測區塊的所有電極跨入電極區二時，電極區一之偏向聚焦區塊中的所有電極則被施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。即使該偏向聚焦區塊在電極區一的電極仍被施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。在電極區二與電極區三邊界的電極區塊群組的電極亦依循此原則。

為達成圖13、圖14的功能，圖12的感應暨偏向訊號選擇開關組190可分為感應暨偏向訊號選擇開關組191、感應暨偏向訊號選擇開關組192、感應暨偏向訊號選擇開關組193、感應暨偏向訊號選擇開關組194四種。感應暨偏向訊號選擇開關組191與圖8中的感應暨偏向訊號選擇開關組191的電路相同。圖15係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組192的真值表之示意圖。圖15上方的真值表係一般形式(general form)的真值表。對於圖12中的感應暨偏向訊號選擇開關組192而言，其對應的k值為2，因此將k=2、j=1代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組192的真值表。

圖16係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組193的真值表之示意圖。圖16上方的真值表係一般形式(general form)的真值表。對於圖16中的感應暨偏向訊號選擇開關組193而言，其對應的k值為2，因此將k=2、j=1代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組193的真值表。

圖17係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組194的真值表之示意圖。圖17上方的真值表係一般形式(general form)的真值表。對於圖17中的感應暨偏向訊號選擇開關組194而言，其對應的k值為1，因此將k=1、l=2代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組194的真值表。

圖18、圖19A至19F及圖20A至20F係本發明之更一及更另一運作示意圖。於圖18中，其係將基板110上的複數個電極125劃分為複數個電極區121,122,123,…。圖18與圖12主要區別在於：電極區121的感測激勵訊號走線S1、偏向聚焦訊號走線R11、收斂穩定訊號走線R12延伸至電極區122中，電極區122的偏向聚焦訊號走線R21、收斂穩定訊號走線R22延伸至電極區121中，依序類推。

如圖19A所示，由該感測區塊、該偏向聚焦區塊、及該收斂穩定區塊組成之該電極區塊群組位於該電極區一及電極區二的邊界。如圖19B所示，該電極區塊群組的位置跨越該電極區一及電極區二的邊界，且超過一個電極大小。如圖19C所示，則是超過二個電極大小。依此類推。值得注意的是，如圖19C所示，電極區一中的偏向聚焦區塊中跨入電極區二的電極仍被施加電極區一的偏向聚焦訊號R11，且該收斂穩定區塊的所有電極也還是施予電極區一的收斂穩定訊號。在圖19D中，當該感測區塊的電極跨入電極區二後，不只感測區塊的電極改被施加感測激勵訊號S2，同時，該偏向聚焦區塊的所有電極皆被改施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。即使該偏向聚焦區塊在電極區一的電極仍被施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。且該收斂穩定區塊的所有電極無論位於電極區一或 電極區二也一併改成施加電極區二之收斂穩定訊號R22。在電極區二與電極區三邊界的電極區塊群組的電極亦依循此原則。

如圖20A所示，由該感測區塊、該偏向聚焦區塊、及該收斂穩定區塊組成之該電極區塊群組位於該電極區一及電極區二的邊界。如圖20B所示，該電極區塊群組的位置跨越該電極區一及電極區二的邊界，且超過一個電極大小。如圖20C所示，則是超過二個電極大小。依此類推。值得注意的是，如圖20D所示，該電極區塊群組之感測區塊的一半電極跨入電極區二時，該偏向聚焦區塊中跨入電極區二的電極仍被施加電極區一的偏向聚焦訊號R11，該收斂穩定區塊的所有電極亦保持施加電極區一的收斂穩定訊號R12。在圖20E中，當該電極區塊該群組之該感測區塊的所有電極跨入電極區二時，該感測區塊的所有電極全部改為施加電極區二之感測激勵訊號S2，同時該偏向聚焦區塊中的所有電極則被改為施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。即使該偏向聚焦區塊在電極區一的電極仍被施加電極區二的偏向聚焦訊號R21。且該收斂穩定區域的所有電極也一併改為施加電極區二的收斂穩定訊號R22。在電極區二與電極區三邊界之電極區塊群組的電極亦依循此原則。

在圖20A~圖20F的實施例中是以該電極區塊群組之該感測區塊的全部電極皆跨越邊界作為變更施加感測激勵訊號，偏向聚焦訊號，及收斂穩定訊號之依據；在其它可能實施方式中，也可以用任一感測激勵區塊之電極跨界作為轉換施加訊號的依據；或者以過半之感測激勵區塊之電極跨界作為轉換施加訊號的依據；也可以用部份偏向聚焦區塊之電極跨界作為轉換施加訊號的依據；此外，以上圖示實施例之偏向聚焦區塊及收斂穩定區塊之寬度皆以一個電極尺寸為例，只是為了繪圖說明方便，並不以此為限。

為達成圖19、圖20的功能，圖18的感應暨偏向訊號選擇開關組可分為感應暨偏向訊號選擇開關組191，感應暨偏向訊號選擇開關組195，感應暨偏 向訊號選擇開關組196，感應暨偏向訊號選擇開關組197，感應暨偏向訊號選擇開關組198，感應暨偏向訊號選擇開關組199六種。感應暨偏向訊號選擇開關組191與圖8中的感應暨偏向訊號選擇開關組191的電路相同。圖21係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組195的真值表之示意圖。對於圖18中的感應暨偏向訊號選擇開關組195而言，其對應的k值為2，因此將k=2、j=1代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組195的真值表。圖21中的「*」係代表數位電路設計中「don’t care」。

圖22係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組196的真值表之示意圖。對於圖18中的感應暨偏向訊號選擇開關組196而言，其對應的k值為2，因此將k=2、j=1代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組196的真值表。

圖23係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組197的真值表之示意圖。對於圖18中的感應暨偏向訊號選擇開關組197而言，其對應的k值為2，因此將k=2、j=1代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組197的真值表。圖23中的「*」係代表數位電路設計中「don’t care」。

圖24係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組198的真值表之示意圖。對於圖18中的感應暨偏向訊號選擇開關組198而言，其對應的k值為1，因此將k=1、l=2代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組198的真值表。圖24中的「*」係代表數位電路設計中「don’t care」。

圖25係本發明的感應暨偏向訊號選擇開關組199的真值表之示意圖。對於圖18中的感應暨偏向訊號選擇開關組199而言，其對應的k值為1，因此將k=1、l=2代入上方的真值表，故可獲得感應暨偏向訊號選擇開關組199的真值表。圖25中的「*」係代表數位電路設計中「don’t care」。

本發明中的真值表可經由Synplicity公司的Synplify Pro合成器(synthesizer)或Synopsis公司的DC compiler合成器合成為數位電路，此乃熟於該技術者基於本發明之揭露所能完成。

圖26係本發明之指紋辨識方法之流程圖。本發明之指紋辨識方法係可運用於前述本發明指紋辨識裝置100。該指紋辨識裝置100具有複數個電極區120，每一個電極區120各自包含至少一條專用的感應訊號走線150、複數個電極125、複數個電極選擇開關組180、及複數個感應暨偏向訊號選擇開關組190，每一個電極選擇開關組180各自與一電極125對應，該複數個電極125係以行列形式佈植於一感測平面。請參考圖26，於步驟(A)中，該指紋辨識方法依序或動態地經由該複數個電極選擇開關組180與複數個感應暨偏向訊號選擇開關組190，同時將各電極區120的該複數個電極各自規劃出至少三個區塊，該各個至少三個區塊分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊，其中，該每一偏向聚焦區塊係由各感測區塊周遭之電極所組成，每一該收斂穩定區塊係各自由該偏向聚焦區塊周遭之電極所組成。

於步驟(B)中，分別經由各電極區之該至少一條專用的感應訊號走線施加一感測激勵訊號於各該感測區塊之電極。

於步驟(C)中，各別施加一偏向聚焦訊號於各電極區之該偏向聚焦區塊的電極上。

於步驟(D)中，各別施加一收斂穩定訊號於各電極區之該收斂穩定區塊的電極上。

於步驟(E)中，自各電極區之該至少一條專用的感應訊號走線分別輸出一感應訊號至一自電容感測電路，俾進行指紋偵測。

本發明於指紋辨識裝置100中建置有至少兩個電極區120，可經由該複數個電極選擇開關組180依序或動態地自各個電極區120的複數個電極125 中選定至少一個電極為感應電極組(感測區塊)，並將該感應電極組(感測區塊)周遭電極規劃為對應之複數個偏向電極組(偏向聚焦區塊、收斂穩定區塊)，每一感應電極組(感測區塊)對應到至少兩個偏向電極組(偏向聚焦區塊、收斂穩定區塊)，該至少兩個偏向電極組(偏向聚焦區塊、收斂穩定區塊)的每一個偏向電極組包含複數個電極。本發明可依序或動態地選定至少一個電極為感應電極組(感測區塊)，當感應電極組(感測區塊)跨越不同電極區120時，可選擇原先電極區120的偏向聚焦訊號並施加於偏向聚焦區塊，亦可選擇新的電極區120的偏向聚焦訊號並施加於偏向聚焦區塊，藉此可使感測區塊電極上的電力線聚集而拱高，藉以提升感應靈敏度，加大有效感測距離，增進訊號雜訊比，提昇感測訊號之穩定性與正確性，並巨幅降低指紋感測裝置之成本。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

100‧‧‧指紋辨識裝置

110‧‧‧基板

120‧‧‧電極區

130‧‧‧第一方向走線

140‧‧‧第二方向走線

150‧‧‧感應訊號走線

160‧‧‧第一感應及偏向電極規劃設定電路

170‧‧‧第二感應及偏向電極規劃設定電路

125‧‧‧電極

180‧‧‧電極選擇開關組

190‧‧‧感應暨偏向訊號選擇開關組

200‧‧‧控制電路

Claims (24)

1. 一種指紋辨識裝置，包括：一基板；至少兩個電極區，每一個電極區包含複數個電極；至少一專用之感應訊號走線；複數個電極選擇開關組；複數條走線，區分為第一方向走線與第二方向走線，第一方向走線與第二方向走線約略垂直；以及兩組位移暫存器，該兩組位移暫存器分別沿第一方向與第二方向排列，該第一方向與第二方向相互垂直，且經該兩組位移暫存器可分別使選定之感應電極組及其偏向電極組的位置沿該第一方向或第二方向位移；其中，該複數個電極選擇開關組依序或動態地自各個電極區的複數個電極中選定至少一個電極為感應電極組，並將該感應電極組周遭電極規劃為對應之複數個偏向電極組，每一感應電極組對應到至少兩個偏向電極組，該至少兩個偏向電極組的每一個偏向電極組包含複數個電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識裝置，其中，該複數個電極選擇開關組係區分為複數個電極區選擇開關組，每一個電極選擇開關組係由至少一個開關元件所組成且對應到至少一個電極。
3. 如申請專利範圍第2項所述之指紋辨識裝置，其中，該複數條走線之每一走線係電氣交連到該複數個電極選擇開關組的至少一個電極選擇開關組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識裝置，其中，該複數個電極選擇開關組為佈植於該基板上之場效電晶體或薄膜電晶體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識裝置，其中，每一個感應電極組輸出至少一感應訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識裝置，其更包含至少一個增益不小於零之信號放大器電路。
7. 如申請專利範圍第6項所述之指紋辨識裝置，其中，該至少一個增益不小於零之信號放大器電路的輸入端係電氣交連到一個感應電極組，且其輸出端係電氣交連到該至少兩個偏向電極組的至少一個偏向電極組。
8. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識裝置，其更包含至少一個增益不大於零之信號放大器電路。
9. 如申請專利範圍第8項所述之指紋辨識裝置，其中，該至少一個增益不大於零之信號放大器電路的輸入端係電氣交連到一個感應電極組，且其輸出端係電氣交連到該至少兩個偏向電極組的至少一個偏向電極組。
10. 一種指紋辨識裝置，其包含：一基板；複數個電極區，每一個電極區包含：複數個電極，係沿第一方向與第二方向佈植於該基板上，該第一方向與第二方向相互垂直；複數條第二方向走線，其係沿該第二方向延伸，該第二方向走線係與該複數個電極對應；複數個電極選擇開關組，每一個電極選擇開關組包含複數個選擇開關元件，且每一個電極選擇開關組係與一電極相對應；複數個感應暨偏向訊號選擇開關組，每一個感應暨偏向訊號選擇開關組係連接至複數條第二方向走線；及 至少一條專用的感應訊號走線，連接至該電極區的複數個感應暨偏向訊號選擇開關組；複數條第一方向走線，其係沿第一方向延伸，該第一方向走線係與複數個電極區的複數個電極對應；以及一第一感應及偏向電極規劃設定電路，該第一感應及偏向電極規劃設定電路係由位址解碼器與資料栓鎖電路組成，或係一位移暫存器電路。
11. 如申請專利範圍第10項所述之指紋辨識裝置，其中，該第一感應及偏向電極規劃設定電路係沿該第一方向佈植。
12. 如申請專利範圍第10項所述之指紋辨識裝置，其更包含一第二感應及偏向電極規劃設定電路，該第二感應及偏向電極規劃設定電路係沿該第二方向佈植。
13. 如申請專利範圍第12項所述之指紋辨識裝置，其中，該第二感應及偏向電極規劃設定電路係由位址解碼器與資料栓鎖電路組成。
14. 如申請專利範圍第12項所述之指紋辨識裝置，其中，該第二感應及偏向電極規劃設定電路係一位移暫存器電路。
15. 如申請專利範圍第10項所述之指紋辨識裝置，其中，該第二感應及偏向電極規劃設定電路係輸出控制信號至該第一方向走線，俾選定各個電極與那一條第二方向走線電氣連接。
16. 如申請專利範圍第12項所述之指紋辨識裝置，其中，該第一感應及偏向電極規劃設定電路係輸出控制信號至該感應暨偏向訊號選擇開關組，俾選定各第二方向走線與一感應訊號或一偏向訊號電氣相連接。
17. 如申請專利範圍第10項所述之指紋辨識裝置，其中，每一電極區之該至少一條專用的感應訊號走線又跨接至其相臨電極區之部份的該複數個感應暨偏向訊號選擇開關組。
18. 一種指紋辨識方法，其係運用於一指紋辨識裝置中，該指紋辨識裝置具有複數個電極區，每一個電極區各自包含至少一條專用的感應訊號走線、複數個電極、複數個電極選擇開關組、及複數個感應暨偏向訊號選擇開關組，每一個電極選擇開關組各自與一電極對應，該複數個電極係以行列形式佈植於一感測平面，該指紋辨識方法包含有：依序或動態地經由該複數個電極選擇開關組與複數個感應暨偏向訊號選擇開關組，同時將各電極區的該複數個電極各自規劃出至少三個區塊，該各個至少三個區塊分別為感測區塊、偏向聚焦區塊與收斂穩定區塊，其中，該每一偏向聚焦區塊係由各感測區塊周遭之電極所組成，每一該收斂穩定區塊係各自由該偏向聚焦區塊周遭之電極所組成；分別經由各電極區之該至少一條專用的感應訊號走線施加一感測激勵訊號於各該感測區塊之電極；各別施加一偏向聚焦訊號於各電極區之該偏向聚焦區塊的電極上；各別施加一收斂穩定訊號於各電極區之該收斂穩定區塊的電極上；自各電極區之該至少一條專用的感應訊號走線分別輸出一感應訊號至一自電容感測電路，俾進行指紋偵測。
19. 如申請專利範圍第18項所述之指紋辨識方法，其中，該感測激勵訊號係一交變訊號。
20. 如申請專利範圍第18項所述之指紋辨識方法，其中，施加於各電極區的偏向聚焦訊號係各別源自其對應之感測區塊的該感應訊號或該感測激勵訊號經一電路產生之同相訊號。
21. 如申請專利範圍第18項所述之指紋辨識方法，其中，施加於各電極區的收斂穩定訊號係各別源自其對應之感測區塊的該感應訊號或該感測激勵訊號經一電路產生之反相訊號。
22. 如申請專利範圍第18項所述之指紋辨識方法，其中，施加於各電極區的偏向聚焦訊號係共同源自選定之一特定感測區塊的該感應訊號或該感測激勵訊號經一電路產生之同相訊號。
23. 如申請專利範圍第18項所述之指紋辨識方法，其中，施加於各電極區的收斂穩定訊號係共同源自選定之一特定感測區塊的該感應訊號或該感測激勵訊號經一電路產生之反相訊號。
24. 如申請專利範圍第18項所述之指紋辨識方法，其中，施加於各電極區的收斂穩定訊號係一直流參考電位或接地訊號。