TWI623887B - 指紋辨識模組 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種指紋辨識模組，包括感應平面、電路板、控制單元、指紋感應元件以及位置感應元件，指紋感應元件與位置感應元件皆設置於感應平面以及電路板之間，指紋感應元件用以感應放置於感應平面上之手指的指紋影像，位置感應元件電性連接於控制單元，用以感應手指於感應平面的觸摸壓力，以供控制單元獲得手指在感應平面上的位置。

Description

指紋辨識模組
本發明係關於一種身份辨識元件，尤其係有關於藉由指紋辨識使用者身份之指紋辨識模組。
近年來，指紋辨識技術已廣泛應用於各種電子裝置上。請參閱圖1與圖2，圖1為習知指紋辨識模組應用於電子裝置的結構示意圖，圖2為圖1所示電子裝置的側視圖。電子裝置1包括玻璃蓋板11、紋辨識模組12以及複數個功能按鍵13(如音量控制鍵)，且紋辨識模組12設置於電子裝置1內並位於玻璃蓋板11，亦即IFS(Invisible Fingerprint Sensor)配置方式，而功能按鍵13則使用者觸壓以供使用者對電子裝置1進行控制，如使用者可透過音量控制鍵調整電子裝置1之音量的大小。
其中，使用者可輸入自己的指紋影像於電子裝置1內以供電子裝置1存檔，之後使用者就能藉由指紋辨識模組12輸入自己的指紋以進行身份辨識，進而解鎖電子裝置1。利用指紋辨識技術來解鎖電子裝置1比以往手動輸入密碼的解鎖方式更為快速與便捷，故相當受到使用者的青睞。
然而，習知技術的缺點在於：第一、僅利用指紋影像進行使用者的身份辨識在資訊安全的保護上仍顯不足，例如，有心人士容易利用無意識行為能力之使用者(如睡眠中的使用者) 的手指進行電子裝置1的解鎖；第二、指紋辨識模組12佔據電子裝置1的設置空間，確僅能提供指紋辨識的單一功能；第三、電子裝置1的功能按鍵13為實體按鍵，其亦佔據電子裝置1的設置空間，並增加防水設計的複雜度。
是以，習知的指紋辨識模組12以及具有指紋辨識模組12的電子裝置1具有改善的空間。
本發明之主要目的在提供一種指紋辨識模組，特別是一種同時具有指紋感應功能以及位置感應功能的指紋辨識模組，因此指紋辨識模組能夠進行雙重的身分識別，有效提升資訊安全的保護，除此之外，應用該指紋辨識模組的電子裝置還能夠減少實體按鍵(如用來控制音量的實體按鍵、用來放大縮小的實體按鍵、用來翻頁的實體按鍵等)的設置，藉以微小化電子裝置的體積以及簡化防水設計的複雜度。
於一較佳實施例中，本發明提供一種指紋辨識模組，包括：一感應平面；一電路板；一控制單元；一指紋感應元件，設置於該感應平面以及該電路板之間，用以感應放置於該感應平面上之一手指的一指紋影像；以及一位置感應元件，設置於該感應平面以及該電路板之間，並電性連接於該控制單元，用以感應該手指於該感應平面上之至少一觸摸壓力，以供該控制單元獲得該手指在該感應平面上之一位置。
1‧‧‧電子裝置
2‧‧‧電子裝置
11‧‧‧玻璃蓋板
12‧‧‧紋辨識模組
13‧‧‧功能按鍵
21‧‧‧玻璃蓋板
22‧‧‧紋辨識模組
221‧‧‧感應平面
222‧‧‧電路板
223‧‧‧指紋感應元件
224‧‧‧位置感應元件
225‧‧‧控制單元
226‧‧‧發光元件
227‧‧‧導光結構
2241‧‧‧第一壓力感測部
2242‧‧‧第二壓力感測部
L‧‧‧光束
S11‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S13‧‧‧步驟
S21‧‧‧步驟
S22‧‧‧步驟
S23‧‧‧步驟
圖1：係為習知指紋辨識模組應用於電子裝置的結構示意圖。
圖2：係為圖1所示電子裝置的側視圖。
圖3：係為本發明指紋辨識模組於一較佳實施例之結構示意圖。
圖4：係為圖3所示指紋辨識模組應用於一電子裝置之結構示意圖。
圖5：係為本發明於一較佳實施例之使用者的手指處在圖3所示指紋辨識模組之感應平面上的多個位置分別與第一壓力感測部及第二壓力感測部之間的感應關係示意圖。
圖6：係為本發明於一較佳實施例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的滑動行為而進行音量控制的操作示意圖。
圖7：係為本發明於一較佳實施例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的滑動行為而進行放大縮小控制(zoom control)的操作示意圖。
圖8：係為本發明於一較佳實施例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的滑動行為而進行翻頁控制(zoom control)的操作示意圖。
圖9：係為本發明於一較佳實施例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的觸摸行為而進行密碼輸入的操作示意圖。
圖10：係為本發明指紋辨識模組應用於身分識別的一較佳流程方塊圖。
圖11：係為本發明指紋辨識模組應用於身分識別的另一較佳流程方塊圖。
請參閱圖3與圖4，圖3為本發明指紋辨識模組於一較佳實施例之結構示意圖，圖4為圖3所示指紋辨識模組應用於一電子裝置之結構示意圖。於本較佳實施例中，電子裝置2係為一手持行動裝置，但不以此為限，且電子裝置2包括暴露於外的玻璃蓋板21以及設置於電子裝置2中的紋辨識模組22。其中，指紋辨識模組22包括感應平面221、電路板222、指紋感應元件223、位置感應元件224以及控制單元225，感應平面221位於玻璃蓋板21上，電路板222設置於電子裝置2內，而指紋感應元件223以及位置感應元件224設置於感應平面221以及電路板222之間。
再者，指紋感應元件223是用以於使用者的手指放置於感應平面221上時感應手指的指紋影像，而位置感應元件224包括第一壓力感測部2241以及第二壓力感測部2242，且第一壓力感測部2241以及第二壓力感測部2242分別用以感測使用者的手指於感應平面221上的觸摸壓力。於本較佳實施例中，指紋感應元件223係設置於第一壓力感測部2241以及第二壓力感測部2242之間，且電路板222為軟性電路板222(FPC)或軟硬複合板，而指紋感應元件223、第一壓力感測部2241以及第二壓力感測部2242皆是透過表面黏著技術(SMT)而設置於電路板222上，且指紋感應元件223是透過柵格陣列(LGA)方式或球柵陣列(BGA)方式而被封裝，但上述僅為實施例，並不以上述為限，熟知本技藝人士皆可依據實際應用需求而進行任何均等的變更設計。
又，於本較佳實施例中，控制單元225設置於電子裝置2內，且指紋感應元件223以及位置感應元件224皆透過電路板222而電性連接於控制單元225；其中，第一壓力感測部2241以及第二壓力感測部2242分別位於感應平面221的兩側，因此控制單元225可依據第一壓力感測部2241的感測結果以及第二壓力感測部2242的感測結果而獲得使用者的手指在感應平面221上的位置。以下以圖5舉例說明。
請參閱圖5，其為本發明於一較佳實施例之使用者的手指處在圖3所示指紋辨識模組之感應平面上的多個位置分別與第一壓力感測部及第二壓力感測部之間的感應關係示意圖。圖5示意了當控制單元225接收到第一壓力感測部2241的感測壓力值以及第二壓力感測部2242的感測壓力值分別為4單位以及0單位時，控制單元225獲得使用者的手指處在感應平面221上的位置A；當控制單元225接收到第一壓力感測部2241的感測壓力值以及第二壓力感測部2242的感測壓力值分別為3單位以及1單位時，控制單元225獲得使用者的手指處在感應平面221上的位置B；當控制單元225接收到第一壓力感測部2241的感測壓力值以及第二壓力感測部2242的感測壓力值皆為2單位時，控制單元225獲得使用者的手指處在感應平面221上的位置C；當控制單元225接收到第一壓力感測部2241的感測壓力值以及第二壓力感測部2242的感測壓力值分別為1單位以及3單位時，控制單元225獲得使用者的手指處在感應平面221上的位置D；當控制單元225接收到第一壓力感測部2241的感測壓力值以及第二壓力感測部2242的感測壓力值分別為0單位以及4單位時，控制單元225獲得使用者的手指處在感應平面221上的位置E。惟，上述僅為一種實施例，並不以此侷限控制單元225依據第一壓力感測部2241的感測結果以及第二壓力感測部2242的感測結果獲得使用者的手指在感應平面221上之位置的獲得方式。
進一步地，本發明指紋辨識模組22的控制單元225還能夠依據使用者之手指於一預定時間區間中以一順序在感應平面221上所觸摸的複數位置而判斷手指的操作行為，而透過判斷手指的操作行為，控制單元225可進而驅動電子裝置2提供相對應的功能，以下以圖6~圖9舉例說明，但下述僅為實施例，並不以此侷限控制單元225透過手指的操作行為而驅動電子裝置2提供相應之功能的執行方式。
請同步參閱圖5與圖6，圖6為本發明於一較佳實施 例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的滑動行為而進行音量控制的操作示意圖。當控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上往方向D1移動時，如控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中依序觸摸感應平面221上的位置A、位置B以及位置C時，控制單元225判斷手指的操作行為是往右滑動行為。相反地，當控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上往方向D2移動時，如控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中依序觸摸感應平面221上的位置D、位置C以及位置B時，控制單元225判斷手指的操作行為是往左滑動行為。其中，圖6示意了當控制單元225判斷使用者的手指在感應平面221上進行往右滑動行為時，控制單元225驅動電子裝置2提升音量，而當控制單元225判斷使用者的手指在感應平面221上進行往左滑動行為時，控制單元225驅動電子裝置2降低音量。
請同步參閱圖5與圖7，圖7為本發明於一較佳實施例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的滑動行為而進行放大縮小控制(zoom control)的操作示意圖。當控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上往方向D1移動時，如控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中依序觸摸感應平面221上的位置C、位置D以及位置E時，控制單元225判斷手指的操作行為是往右滑動行為。相反地，當控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上往方向D2移動時，如控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中依序觸摸感應平面221上的位置E、位置D、位置C以及位置B時，控制單元225判斷手指的操作行為是往左滑動行為。其中，圖7示意了當控制單元225判斷使用者的手指在感應平面221上進行往右滑動行為時，控制單元225驅動電子裝置2進行放大控制，如放大電子裝置2所顯示的圖片，而當控制單元225判斷使用者的手指在感應平面221上進行往左滑動行為時，控制單元 225驅動電子裝置2進行縮小控制，如縮小電子裝置2所顯示的圖片。
請同步參閱圖5與圖8，圖8為本發明於一較佳實施例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的滑動行為而進行翻頁控制(zoom control)的操作示意圖。當控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上往方向D1移動時，如控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中依序觸摸感應平面221上的位置B、位置C以及位置D時，控制單元225判斷手指的操作行為是往右滑動行為。相反地，當控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上往方向D2移動時，如控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中依序觸摸感應平面221上的位置C、位置B以及位置A時，控制單元225判斷手指的操作行為是往左滑動行為。其中，圖8示意了當控制單元225判斷使用者的手指在感應平面221上進行往右滑動行為時，控制單元225驅動電子裝置2進行下一頁控制，如驅使電子裝置2所顯示的網頁翻到下一頁，而當控制單元225判斷使用者的手指在感應平面221上進行往左滑動行為時，控制單元225驅動電子裝置2進行上一頁控制，如驅使電子裝置2所顯示的網頁翻到上一頁。
請參閱圖9，其為本發明於一較佳實施例之使用者透過其手指在指紋辨識模組之感應平面上的觸摸行為而進行密碼輸入的操作示意圖。於本較佳實施例中，電子裝置2中具有一密碼CEBA，其可為電子裝置2所預設的密碼，亦可為經由使用者透過預先的手動設定而儲存，且指紋辨識模組22可供使用者進行密碼輸入。當控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上依序觸摸感應平面221上的位置C(步驟P1)、位置E(步驟P2)、位置B(步驟P3)以及位置A(步驟P4)時，控制單元225判斷手指的操作行為是密碼輸入行為且符合預定順序，即判斷密碼輸入行為正確，此時，控制單元225驅動電子裝置2開啟特定 功能，如允許進入作業系統或啟動指紋辨識功能。相反地，若控制單元225判斷使用者的手指於預定時間區間中在感應平面221上所依序觸摸的位置非符合預定順序，則判斷密碼輸入行為錯誤。
請再度參閱圖3與圖4，於本較佳實施例中，指紋辨識模組22更包括至少一發光元件226，其電性連接於控制單元225，並鄰近於電路板222，主要是透過其所產生的光束L來指示指紋辨識模組22之感應平面221的位置或指紋辨識模組22的使用狀態，以下會以圖10舉例說明，但不以此侷限發光元件226的指示用途。較佳者，但不以此為限，指紋辨識模組22還包括導光結構227，其係環繞感應平面221且鄰近於發光元件226，用以引導發光元件226的光束L在導光結構227內行進，並進而從感應平面221的周緣輸出。
請參閱圖10，其為本發明指紋辨識模組應用於身分識別的一較佳流程方塊圖。首先，電子裝置2處於閒置模式，且控制單元225會判斷是手指是否觸壓指紋辨識模組22的感應平面221(步驟S11)，若控制單元225判斷無手指觸壓指紋辨識模組22的感應平面221，則電子裝置2仍處於閒置狀態，而若控制單元225判斷手指已觸壓指紋辨識模組22的感應平面221，則發光元件226呈現閃爍狀態，以指示使用者可開始透過手指在感應平面221上進行密碼輸入行為，且控制單元225會透過位置感應元件224判斷手指的密碼輸入行為是否正確(步驟S12)。
接著，若控制單元225判斷手指的密碼輸入行為錯誤，發光元件226呈現熄滅狀態，以指示使用者密碼輸入錯誤，且電子裝置2回到閒置模式，而若控制單元225判斷手指的密碼輸入行為正確，則發光元件226恆亮數秒後熄滅，以指示使用者密碼輸入正確，且控制單元225會進而驅動指紋感應元件223感應手指的指紋影像，並辨識指紋感應元件223所獲得的指紋影像是否符合正確的指紋影像(步驟S13)。
最後，若控制單元225辨識指紋感應元件223所獲 得的指紋影像不符合正確的指紋影像，電子裝置2回到閒置模式，而若控制單元225辨識指紋感應元件223所獲得的指紋影像符合正確的指紋影像，則允許進入電子裝置2的作業系統。
請參閱圖11，其為本發明指紋辨識模組應用於身分識別的另一較佳流程方塊圖。首先，電子裝置2處於閒置模式，且控制單元225會判斷是手指是否觸壓指紋辨識模組22的感應平面221(步驟S21)，若控制單元225判斷無手指觸壓指紋辨識模組22的感應平面221，則電子裝置2仍處於閒置狀態，而若控制單元225判斷手指已觸壓指紋辨識模組22的感應平面221，則驅動指紋感應元件223感應手指的指紋影像，並辨識指紋感應元件223所獲得的指紋影像是否符合正確的指紋影像(步驟S22)。
接著，若控制單元225辨識指紋感應元件223所獲得的指紋影像不符合正確的指紋影像，電子裝置2回到閒置模式，而若控制單元225辨識指紋感應元件223所獲得的指紋影像符合正確的指紋影像，則發光元件226呈現閃爍狀態，以指示使用者開始透過手指在感應平面221上進行密碼輸入行為，且控制單元225會透過位置感應元件224判斷手指的密碼輸入行為是否正確(步驟S23)。
最後，若控制單元225判斷手指的密碼輸入行為錯誤，發光元件226呈現熄滅狀態，以指示使用者密碼輸入錯誤，且電子裝置2回到閒置模式，而若控制單元225判斷手指的密碼輸入行為正確，則發光元件226恆亮數秒後熄滅，以指示使用者密碼輸入正確，且允許進入電子裝置2的作業系統。
根據以上地說明可知，本發明指紋辨識模組22提供了除了能夠提供指紋的感應功能，亦能夠提供位置的感應功能，因此應用該指紋辨識模組22的電子裝置2可減少實體按鍵(如用來控制音量的實體按鍵、用來放大縮小的實體按鍵、用來翻頁的實體按鍵等)的設置，進而微小化電子裝置2的體積以及簡化防水設計的複雜度。除此之外，本發明指紋辨識模組22還能夠進行雙 重的身分識別，如指紋辨識與密碼確認，有效提升資訊安全的保護。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利範圍，因此凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含於本案之申請專利範圍內。

Claims (10)

  1. 一種指紋辨識模組，包括：一感應平面；一電路板；一控制單元；一指紋感應元件，設置於該感應平面以及該電路板之間，用以感應放置於該感應平面上之一手指的一指紋影像；以及一位置感應元件，設置於該感應平面以及該電路板之間，並電性連接於該控制單元，用以感應該手指於該感應平面上之至少一觸摸壓力，以供該控制單元獲得該手指在該感應平面上之一位置；其中該位置感應元件包括一第一壓力感測部以及一第二壓力感測部，且該第一壓力感測部以及該第二壓力感測部分別位於該感應平面之兩側；其中，該控制單元係依據該第一壓力感測部之感測結果以及該第二壓力部感測之感測結果而獲得該手指在該感應平面上之該位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識模組，其中該指紋感應元件設置於該第一壓力感測部以及該第二壓力感測部之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識模組，其中該控制單元係依據該手指於一預定時間區間中以一順序在該感應平面上所觸摸之該複數位置而判斷該手指之一操作行為。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之指紋辨識模組，其中該操作行為係一密碼輸入行為，當該控制單元判斷該手指於該預定時間區間中在該感應平面上所觸摸之該複數位置分別符合複數預定位置，且判斷該手指觸摸該複數位置之該順序符合一預定順序時，該控制單元判斷該密碼輸入行為正確。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之指紋辨識模組，其中該指紋感應元件係於該控制單元判斷該密碼輸入行為正確後感應該指紋影像；抑或是該控制單元係於該指紋感應元件感應該指紋影像後依據該位置感應元件所感應之該至少一觸摸壓力而判斷該密碼輸入行為。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之指紋辨識模組，其中該操作行為係一滑動行為。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之指紋辨識模組，其中該滑動行為係用以進行一音量控制、一放大縮小控制(zoom control)或一翻頁控制。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識模組，更包括一發光元件，該發光元件電性連接於該控制單元，用以指示該指紋辨識模組之一使用狀態。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之指紋辨識模組，其中該指紋感應元件係以一表面黏著技術(SMT)而設置於該電路板上；抑或是該位置感應元件係以一表面黏著技術(SMT)而設置於該電路板上；抑或是該電路板係為軟性電路板(FPC)。
  10. 一種指紋辨識模組，包括：一感應平面；一電路板；一控制單元；一指紋感應元件，設置於該感應平面以及該電路板之間，用以感應放置於該感應平面上之一手指的一指紋影像；一位置感應元件，設置於該感應平面以及該電路板之間，並電性連接於該控制單元，用以感應該手指於該感應平面上之至少一觸摸壓力，以供該控制單元獲得該手指在該感應平面上之一位置；以及，一發光元件，該發光元件電性連接於該控制單元，用以指示該指紋辨識模組之一使用狀態。
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