TWI612298B - 材料辨識系統及相關辨識方法 - Google Patents

Abstract

一種材料辨識系統包含一辨識面板，一電壓源以及一決定電路，該電壓源係用以透過該辨識面板來傳送一電壓訊號至一待測物體以獲得該待測物體的一阻抗，其中該電壓源在一預設範圍內調整該電壓訊號的一頻率以尋找該待測物體的該阻抗為最低時的一特定頻率；該決定電路係用以判斷該待測物體的該特定頻率是否符合多個已知材料中的任何一材料的一特定頻率，以辨識形成該待測物體的材料。

Description

材料辨識系統及相關辨識方法

本發明係有關於一材料辨識系統。

近年來，指紋辨識廣泛應用於電子裝置如平板及智慧型手機等，傳統的指紋辨識並無法有效地辨認使用者的指紋或是一具有使用者指紋紋路的非人類皮膚材料，因此有意犯罪者可能輕易突破指紋辨識機制進入電子裝置系統之中。

本發明的目的之一在於提供一材料辨識系統以及依相關辨識方法以解決上述問題。

根據本發明的一實施例，揭露一材料辨識系統，其中該系統包含一辨識面板，一電壓源以及一決定電路，該電壓源係用以透過該辨識面板來傳送一電壓訊號至一待測物體以獲得該待測物體的一阻抗，其中該電壓源在一預設範圍內調整該電壓訊號的一頻率以尋找該待測物體的該阻抗為最低時的一特定頻率；該決定電路係用以判斷該待測物體的該特定頻率是否符合多個已知材料中的任何一材料的一特定頻率以辨識形成該待測物體的材料。

根據本發明的一實施例，揭露一材料辨識方法，其中該方法包含:透過一辨識面板傳送一電壓訊號至一待測物體以獲得該物體的一阻抗；在一預設範圍內調整該電壓訊號的一頻率以尋找該待測物體的該阻抗為最低時的一特定頻率；以及判斷該待測物體的該特定頻率是否符合多個已知材料中的任何一材料的一特定頻率以辨識形成該待測物體的材料。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或者透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

第1圖係根據本發明一實施例之一人體的阻抗以及一非人體之物體的阻抗針對頻率的示意圖。如第1圖所示，無論是否為人體，一材料的阻抗皆會隨著頻率改變，且如第1圖所示，大部分的材料的阻抗對頻率有類似的特性曲線，以人體為例，在一預設範圍內，不同人的人體阻抗有不同的最低阻抗，然而，即便是不同人，當此最低阻抗發生時的特定頻率(即第1圖所示的一頻率FS _human)通常都會相同，因此若儲存有任何材料具有最低阻抗時的特定頻率的資料，即可憑藉此現象實現一材料辨識系統。

第2圖係根據本發明一實施例之一材料辨識系統200的示意圖，其中該材料辨識系統200包含一辨識面板201、一電壓源202、一切換單元203、一電流偵測單元204、一計算單元205、一決定電路206以及一儲存裝置207。辨識面板201包含分別具有阻抗Z1-Z3的電極區塊201_1-201_3，需注意的是，第2圖辨識面板201中的電極區塊的數量僅為一範例說明，並非本發明的一限制，辨識面板201可具有多個電極區塊201_1-201_n，辨識面板201所包含的電極區塊的數量僅影響所偵測的阻抗的解析度；電壓源202產生具有一頻率f的一電壓訊號Vin並透過切換單元203傳送至辨識面板201；切換單元203耦接於辨識面板201以及電壓源202之間，其中切換單元203係用以控制電極區塊201_1-201_3以接收電壓訊號Vin；電流偵測單元204係用以偵測通過一待測物體的一電流I；計算單元205係用以根據電壓訊號Vin以及電流I來計算該待測物體的一阻抗，並通知電壓源202調整電壓訊號Vin的頻率f直到偵測到該待測物體的一特定頻率FS，其中特定頻率FS為該待測物體的最低阻抗發生時的頻率；決定電路206係用以判斷該待測物體的特定頻率FS是否符合儲存於儲存裝置207中的多個已知材料的特定頻率FS1-FSn中的任何一特定頻率以辨識形成該待測物體的材料。阻抗偵測的詳細細節將於後續段落中討論。

需注意的是，本發明所提出的材料辨識系統並不限定於透過已知材料的特定頻率來偵測材料，該系統亦可為應用於一指紋辨識系統的人體偵測機制，後續段落將以針對一人體的一阻抗偵測機制為範例來做說明。

第3圖係根據第2圖的一實施例之一人體阻抗的計算示意圖，如第3圖所示，當一使用者的手指碰觸辨識面板201時，切換單元203控制電極區塊201_2為開路，且切換單元203控制具有頻率f的電壓訊號Vin通過由電極區塊201_1與201_3(於圖中以阻抗Z1及Z3表示)以及人體阻抗(於圖中以阻抗Zf表示)所形成的一通路，透過電流偵測單元204來偵測通過人體的電流I，則該人體阻抗可簡易地透過計算單元205利用歐姆定律計算出，公式列於下方:

第4圖係根據第2圖的另一實施例之一人體阻抗的計算示意圖，如第4圖所示，當一使用者的手指碰觸辨識面板201時，切換單元203控制電極區塊201_1為開路，且切換單元203控制具有頻率f的電壓訊號Vin通過由電極區塊201_2與201_3(於圖中以阻抗Z2及Z3表示)以及人體阻抗(於圖中以阻抗Zf表示)所形成的一通路，透過電流偵測單元204來偵測通過人體的電流I，則該人體阻抗可簡易地透過計算單元205利用歐姆定律計算出，公式列於下方:

第5圖係根據第2圖的另一實施例之一人體阻抗的計算示意圖，如第5圖所示，當一使用者的手指碰觸辨識面板201時，切換單元203控制電極區塊201_3為開路，且切換單元203控制具有頻率f的電壓訊號Vin通過由電極區塊201_1與201_2(於圖中以阻抗Z1及Z2表示)以及人體阻抗(於圖中以阻抗Zf表示)所形成的一通路，透過電流偵測單元204來偵測通過人體的電流I，則該人體阻抗可簡易地透過計算單元205利用歐姆定律計算出，公式列於下方:

如上所述，辨識面板201所包含的電極區塊僅影響所偵測到的阻抗的解析度，使用越多的電極區塊，所偵測到的阻抗Zf則越準確，舉例來說，根據第3-5圖的實施例，分別計算出在相同頻率下的三個阻抗Zf，而後計算一平均阻抗值作為該待測物體的最後阻抗Zf。在透過調整電壓訊號Vin的頻率f以獲得該待測物體的最低阻抗後，決定電路206判斷當該最低阻抗發生時的特定頻率FS是否符合儲存於儲存裝置207中多個已知材料的特定頻率FS1-FSn中的任何一特定頻率以辨識形成該物體的材料。若材料辨識系統200係特別用以偵測人體，在確認該待測物體為人體後，決定電路206可傳送一訊號SIG已通知辨識系統200開啟一指紋辨識流程，該流程可利用包含於辨識面板201中的多個感測器來進行指紋圖案的辨認。透過於指紋圖案辨識前先偵測該物體的材料，可大幅改善安全性，降低裝置被侵入的風險。

第6圖係根據本發明另一實施例之一材料辨識系統600的示意圖，如第6圖所示，材料辨識系統600包含一金屬環RING、一辨識面板601、一電壓源602、一切換單元603、一電流偵測單元604、一計算單元605、一決定電路606以及一儲存裝置607。辨識面板601包含由金屬環RING所環繞的多個電極區塊；電壓源602透過金屬環RING傳送具有頻率f的電壓訊號Vin至辨識面板601，並透過電極區塊接收該電壓訊號。第6圖中其餘元件的功能與目的皆與第2圖中所對應的元件相同，其細節將在此省略以省篇幅。

第7圖係根據第6圖的一實施例之一人體阻抗的計算示意圖，首先透過金屬環RING(於圖中以阻抗Z4表示)傳送電壓訊號Vin至辨識面板601，接著，將電壓訊號Vin通過人體阻抗(於圖中以阻抗Zf表示)傳送至辨識面板601的等效阻抗Z5，在此實施例中，本領域具通常知識者應能輕易理解切換單元603可控制辨識面板中601所包含的多個電極區塊為開路或閉路以改變其等效阻抗Z5的阻抗值，如此一來，辨識面板可視為一單一阻抗。透過利用電流偵測單元604以偵測通過人體阻抗Zf的電流I，則該人體阻抗Zf可簡易地透過計算單元605利用歐姆定律來計算，該公式列於下方:

需注意的是，電壓訊號Vin為具有頻率f的一交流電壓，因此，第3、4、5以及7圖中所示的電壓訊號Vin的傳輸路徑可先透過電極區塊傳送至該待測物體，而後通過金屬環RING。

第8圖係根據本發明一實施例之材料辨識方法的流程圖，倘若大體上可達到相同的結果，並不一定需要遵照第8圖中所示流程的步驟順序來進行，該材料辨識方法可歸納如下。

步驟800: 開始。

步驟802: 傳送具有一頻率的一電壓訊號至一待測物體。

步驟804: 選擇性地控制電極區塊為開路以接收通過該待測物體的電流。

步驟806: 根據該電流與該電壓訊號計算該待測物體的阻抗。

步驟808: 判斷該阻抗是否為最小值，若是，則進入步驟810；否則進入步驟812。

步驟810: 比較當該最小阻抗發生時的一特定頻率與已知材料的特定頻率。

步驟812: 調整該電壓訊號的該頻率。

步驟814: 辨認形成該待測物體的材料。

簡單歸納本發明，本發明揭露一材料辨識系統，其確認當一待測物體具有一最小阻抗值時的一特定頻率來辨認形成該待測物體的材料。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

FS_human、FS、FS1-FSn‧‧‧特定頻率

200、600‧‧‧材料辨識系統

201、601‧‧‧辨識面板

201_1-201_3‧‧‧電極區塊

203、603‧‧‧切換單元

Vin‧‧‧電壓訊號

202、602‧‧‧電壓源

204、604‧‧‧電流偵測單元

205、605‧‧‧計算單元

206、606‧‧‧決定電路

207、607‧‧‧儲存裝置

I‧‧‧電流

Z1-Z5、Zf‧‧‧阻抗

第1圖係根據本發明一實施例之一人體的阻抗以及一非人體之物體的阻抗針對頻率的示意圖。 第2圖係根據本發明一實施例之一材料辨識系統的示意圖。 第3圖係根據第2圖的一實施例之一人體阻抗的計算示意圖。 第4圖係根據第2圖的另一實施例之一人體阻抗的計算示意圖。 第5圖係根據第2圖的另一實施例之一人體阻抗的計算示意圖。 第6圖係根據本發明另一實施例之一材料辨識系統的示意圖。 第7圖係根據第6圖的一實施例之一人體阻抗的計算示意圖。 第8圖係根據本發明一實施例之材料辨識方法的流程圖。

FS、FS1-FSn‧‧‧特定頻率

200‧‧‧材料辨識系統

201‧‧‧辨識面板

201_1-201_3‧‧‧電極區塊

203‧‧‧切換單元

Vin‧‧‧電壓訊號

202‧‧‧電壓源

204‧‧‧電流偵測單元

205‧‧‧計算單元

206‧‧‧決定電路

207‧‧‧儲存裝置

I‧‧‧電流

Z1-Z3‧‧‧阻抗

Claims (15)

1. 一種材料辨識系統，包含：一辨識面板；一電壓源，用以透過該辨識面板傳送一電壓訊號至一待測物體以獲得該待測物體的一阻抗，其中該電壓源在一預設範圍內調整該電壓訊號的一頻率以尋找當該待測物體的一阻抗值為最小時的一特定頻率；一決定電路，用以判斷該待測物體的特定頻率是否符合多個已知材料的特定頻率中的任何一特定頻率，以辨認形成該待測物體的材料。
2. 如申請專利範圍第1項的材料辨識系統，其中該辨識面板包含多個電極區塊。
3. 如申請專利範圍第2項的材料辨識系統，另包含：一切換單元，耦接至該電壓源與該多個電極區塊之間，其中該切換單元係用以選擇性地控制該多個電極區塊以接收該電壓訊號。
4. 如申請專利範圍第3項的材料辨識系統，其中該切換單元控制使該多個電極區塊中的任意兩電極區塊透過該待測物體形成一傳導路徑，且該材料辨識系統另包含：一電流偵測單元，用以偵測通過該傳導路徑的一電流；以及一計算單元，用以根據該電壓訊號以及所偵測的該電流來計算在該傳導路徑中兩電極區塊之間的該待測物體的該阻抗值。
5. 如申請專利範圍第1項的材料辨識系統，其中該辨識面板包含多個電 極區塊，該材料辨識系統另包含：一金屬環，用以接收該電壓訊號；一切換單元，用以選擇性地控制該多個電極區塊中的至少一電極區塊以透過該待測物體與該金屬環形成一傳導路徑；一電流偵測單元，用以偵測通過該傳導路徑的一電流；以及一計算單元，用以根據該電壓訊號以及所偵測的該電流來計算該待測物體的該阻抗值。
6. 如申請專利範圍第1項的材料辨識系統，另包含：一儲存裝置，用以儲存該多個已知材料的特定頻率。
7. 如申請專利範圍第1項的材料辨識系統，其中該材料辨識系統係應用於一指紋辨識系統且該辨識面板包含多個感測器以判斷一指紋的一圖案。
8. 如申請專利範圍第7項的材料辨識系統，其中當該指紋辨識系統開始運作時，該材料辨識系統辨識形成該待測物體的材料；且當判斷該待測物體為一人體時，該指紋辨識系統執行一指紋辨識流程；並且當判斷該待測物體並非一人體時，該指紋辨識系統並不會執行該指紋辨識流程。
9. 一種材料辨識方法，包含：透過一辨識面板以傳送一電壓訊號至一待測物體以獲得該待測物體的一阻抗值；在一預設範圍內調整該電壓訊號的一頻率以尋找當該待測物體的該阻抗值為量小時的一特定頻率；以及 判斷該待測物體的該特定頻率是否符合多個已知材料的特定頻率中的任何一特定頻率以判斷形成該待測物體的材料。
10. 如申請範圍第9項的材料辨識方法，其中該辨識面板包含多個電極區塊。
11. 如申請範圍第10項的材料辨識方法，另包含：選擇性地控制該多個電極區塊以接收該電壓訊號。
12. 如申請範圍第11項的材料辨識方法，另包含：使該多個電極區塊中的任意兩電極區塊透過該待測物體形成一傳導路徑；偵測通過該傳導路徑的一電流；以及根據該電壓訊號以及所偵測到的該電流來計算在該傳導路徑中的兩電極區塊之間的該待測物體的該阻抗值。
13. 如申請範圍第9項的材料辨識方法，另包含：利用一儲存裝置來儲存該多個已知材料的特定頻率。
14. 如申請範圍第9項的材料辨識方法，其中該材料辨認方法係應用於一指紋辨識系統。
15. 如申請範圍第14項的材料辨識方法，其中當該指紋辨識系統開始運作時，應用該材料辨識方法以辨識形成該待測物體的材料；且當判斷該待測物體為一人體時，該指紋辨識系統執行一指紋辨識流程；並且當判斷該待測 物體並非一人體時，該指紋辨識系統並不會執行該指紋辨識流程。