TWI720762B - 生物特徵採集電路與方法、具有該電路之資訊處理裝置、以及應用該方法之資訊處理裝置 - Google Patents

Abstract

一種生物特徵採集電路與方法，其中該生物特徵採集電路包括一電荷採樣單元、一線性放大單元、一類比數位轉換單元、一信號處理單元、以及一對數放大單元，其特徵在於：所述生物特徵採集電路更包含一電荷補償器、一補償控制器以及一補償參數儲存單元。該補償控制器接收該類比數位轉換單元所傳送的一數位信號且存取該補償參數儲存單元，從而產生一補償信號傳送至該電荷補償器，藉此方式控制該電荷補償器對傳送至該電荷採樣單元的一生物特徵光信號進行一電荷補償。在對所述生物特徵光信號進行電荷補償後，對應於生物特徵光信號的影像圖的動態範圍會大幅擴增，因此，本發明之生物特徵採集電路乃可提供高採集精度、高動態採集範圍及高生物特徵圖像還原度。

Description

生物特徵採集電路與方法、具有該電路之資訊處理裝置、以及應用該方法之資訊處理裝置

本發明係關於生物特徵採集技術之相關領域，尤指一種生物特徵採集電路與方法。

生物辨識技術(Biometric identification)係藉由採集人體固有的生理特徵作為個體生物的辨識依據，例如：虹膜(Iris)、臉部(Face)、聲紋(Voice)、與指紋(Fingerprint)等生理特徵。目前，市售的指紋辨識裝置分為光學式、壓力式、超音波式、與電容式。隨著全屏幕智能手機逐漸成為主流，屏下式光學式生物特徵(指紋、掌紋)辨識裝置已經廣泛地整合在全屏幕智能手機之中。

圖1顯示習知的一種屏下式光學式生物特徵採集裝置的方塊圖。如圖1所示，習知的屏下式光學式生物特徵採集裝置的構成主要包含一光檢測器電路2’和一生物特徵採集電路1’，其中該光檢測器陣列2’可以是一光二極體陣列、一CMOS影像感測電路、或一CCD影像感測電路，其整合在智能手機的觸控顯示屏幕3’的下方處。另一方面，該生物特徵採集電路1’包含一電荷採樣單元11’、一類比前端單元12’、一放大單元15’、一類比數位轉換單元13’、以及一信號處理單元14’。

圖2顯示習知的一種屏下式光學式生物特徵採集方法的流程圖。在觸控顯示屏幕3’的一顯示面板發光且一生物單元4’(例如手指或手掌)按壓該觸控顯示屏幕3’的情況下，習知的屏下式光學式生物特徵採集裝置能夠以該顯示面板所發出的光為光源，從而採集該生物單元4’之一生物特徵光信號。進一步地，在將所述生物特徵光信號還原成一生物特徵(指紋/掌紋)圖像之後，接著進行生物認證或者識別。如圖1與圖2所示，方法流程係首先執行步驟S1與步驟S2：以所述電荷採樣單元11’對該光檢測器電路2’所採集到的生物特徵光信號執行一電荷採樣，且以所述類比前端單元12’對該電荷採樣單元11’所輸出的一類比信號進行採樣以及線性放大。繼續地，方法流程執行步驟S3’：以所述放大單元元15’對該類比前端單元12’所提供的已完成所述線性放大的該類比信號執行一放大運算。最終，在以所述類比數位轉換單元13’將該放大單元15’所提供的已完成所述對數放大運算的該類比信號轉換成一數位信號之後(步驟S4’)，該信號處理單元14’即利用其內部的至少一指紋圖像運算函式將該數位信號還原成一生物特徵圖像(步驟S5’)。

圖3顯示習知的生物特徵採集電路之生物特徵(指紋)採集架構圖，且圖4顯示習知的生物特徵(指紋)影像圖。於圖3和圖4中，虛線圓用以表示採集範圍，且中心黑點為一點光源。在實務運作上，習知的生物特徵採集電路1’所含有的類比前端單元12’具有動態範圍過小的缺陷，因此，若光源為一點光源(如圖3和圖4的中心黑點所示)，則類比前端單元12’所輸出的經過線性放大的類比信號會因為點光源的光強度變化過大，導致後端的類比數位轉換單元13’無法精確且充分地將該類比信號轉換成具高動態範圍的一數位信號。

圖5顯示習知的生物特徵採集電路所採集的對應於生物特徵光信號的影像圖，且圖6顯示習知的生物特徵採集電路所產生的像素位置相對於圖像灰度(對數)的資料曲線圖。如圖5所示，在利用所述放大單元15’對由該類比前端單元12’所輸出的類比信號進行放大運算之後，對應於生物特徵光信號的影像圖的動態範圍係大幅擴增。並且，圖6顯示所採集到的不同像素位置之間的灰度值差異係趨於平均。可惜的是，放大單元15’會將已完成所述線性放大的該類比信號處理成具有固定振幅範圍的類比訊號，造成採集的信號疊加在一個低頻底紋上。因爲採用點光源采集方式，所以圖5所示之對應於生物特徵光信號的影像圖會有中心處亮而邊緣暗的特點。同時，通過圖6所示的資料曲線圖，還可以進一步發現，生物特徵光信號的有效信號(圖中正弦波)疊加在一個低頻底紋(圖中三角波)上。最終，類比數位轉換單元13’和信號處理單元14’仍舊無法充分、有效地將虛線圓之採集範圍所採集的生物特徵圖像盡可能真實還原。

由上述說明可知，習知的生物特徵採集電路(指紋檢測電路)仍具有顯著的實務運作缺陷，因此本領域亟需一種新穎的生物特徵採集電路。

本發明之主要目的在於提供一種生物特徵採集電路，其應用在使用顯示面板之複數點光源的一屏下光學式生物特徵採集裝置之中，用以使得光檢測器電路所採集的一生物特徵(指紋/掌紋)光信號更加均勻，從而擴大屏下光學式生物特徵採集裝置的動態範圍，且提升提高採集精度。

本發明之另一目的在於提供一種生物特徵採集方法，其應用在使用顯示面板之複數點光源的一屏下光學式生物特徵採集裝置之中，用以使得光檢測器電路所採集的一生物特徵(指紋/掌紋)光信號更加均勻，從而擴大屏下光學式生物特徵採集裝置的動態範圍，且提升提高採集精度。

為達成上述目的，本發明提出所述生物特徵採集電路之一實施例，其應用於一屏下光學式生物特徵採集裝置之中，該屏下光學式生物特徵採集裝置具有整合在一顯示面板下方處的一光檢測器電路，且使用該顯示面板之複數點光源照射一生物單元以令所述光檢測器電路採集一生物特徵光信號；其中，所述生物特徵採集電路包括一線性放大器、一類比數位轉換單元以及一信號處理單元；其特徵在於，所述生物特徵採集電路進一步包括：

一電荷補償器，具有一第一連接端和一第二連接端，且以其所述第一連接端耦接該光檢測器電路的一信號傳送端和該線性放大器的一信號接收端之間的一共接點；以及

一補償控制器，耦接該電荷補償器的該第二連接端、該類比數位轉換單元的一輸出端以及一補償參數儲存單元；

其中，該補償控制器自該類比數位轉換單元接收一數位信號，進而基於該數位信號而獲取一像素位置參數；在依據該像素位置參數而計算獲得一補償索引後，該補償控制器基於該補償索引而存取該補償參數儲存單元以獲得一補償參數，從而依據該補償參數產生一補償信號傳送至該電荷補償器的該第二連接端，藉此方式控制該電荷補償器對由該光檢測器電路傳送至該電荷採樣單元的該生物特徵光信號執行一電荷補償。

在一實施例中，本發明之所述生物特徵採集電路更包括：

一控制單元，耦接該線性放大器和該類比數位轉換單元，用以控制該線性放大器和該類比數位轉換單元之運行；以及

一行開關單元，耦接該光檢測器電路和該控制單元之間，使得該控制單元通過該行開關單元控制該光檢測器電路將所述生物特徵光信號以一類比信號的形式傳送至該線性放大器。

在一實施例中，該補償參數儲存單元之中儲存有一補償曲線，且該補償曲線包含複數個所述補償索引以及對應於該複數個補償索引的複數個所述補償參數。

在一實施例中，該補償控制器包括：

一像素位置獲取單元，耦接該類比數位轉換單元以接收所述數位信號；

一補償索引計算單元，耦接該像素位置獲取單元，用以依據該像素位置獲取單元所提供的該像素位置參數而計算出所述補償索引；

一補償參數獲取單元，耦接該補償索引計算單元以接收所述補償索引，從而依據該補償索引而存取該補償參數儲存單元以獲得一補償參數；以及

一補償信號產生單元，耦接該補償參數獲取單元，用以依據該補償參數而產生所述補償信號傳送至該電荷補償器。

在一實施例中，該電荷補償器包括：

一數位類比轉換單元，透過該電荷補償器的該第二連接端接收所述補償信號，從而將該補償信號轉換成一類比補償信號；

一第一開關，具有一第一端、一第二端和一控制端，且以其所述第一端耦接該數位類比轉換單元的該輸出端；

一第二開關，具有一第一端、一第二端和一控制端，且以其所述第一端耦接該第一開關的該第二端；以及

一補償電容，具有一第一端和一第二端，且以其所述第一端耦接至該第一開關的該第二端和該第二開關的該第一端之間的一共接點，且該補償電容的該第二端即作為所述電荷補償器的該第一連接端。

並且，為達成上述目的，本發明又提出所述生物特徵採集方法之一實施例，其應用於一屏下光學式生物特徵採集裝置之中，該屏下光學式生物特徵採集裝置具有整合在一顯示面板下方處的一光檢測器電路，且使用該顯示面板之複數點光源照射一生物單元以令所述光檢測器電路採集一生物特徵光信號；所述生物特徵採集方法包括以下步驟：

(1)以一線性放大器對所述生物特徵光信號執行一電荷採樣處理以及一信號放大處理；

(2)以一類比數位轉換單元將該線性放大器所提供的一類比信號轉換成一數位信號；

(3)在需要進行一電荷補償的情況下，以一補償控制器接收該數位信號且存取一補償參數儲存單元，從而依據一補償參數而產生一補償信號；

(4)以一電荷補償器接收該補償信號，從而控制該電荷補償器對由該光檢測器電路傳送至該電荷採樣單元的該生物特徵光信號執行所述電荷補償；以及

(5)以一信號處理單元自該類比數位轉換單元接收所述數位信號，且將該數位信號還原成一生物特徵圖像。

在一實施例中，該步驟(3)更包括以下詳細步驟：

(31)一像素位置獲取單元基於所述數位信號而獲取一像素位置參數；

(32)一補償索引計算單元依據該像素位置獲取單元所提供的該像素位置參數而計算出一補償索引；

(33)一補償參數獲取單元依據該補償索引計算單元所提供的該補償索引而存取該補償參數儲存單元，從而獲得所述補償參數；以及

(34)一補償信號產生單元依據該補償參數獲取單元所提供的該補償參數而產生所述補償信號傳送至該電荷補償器。

在一實施例中，該補償參數儲存單元之中儲存有一補償曲線，且該補償曲線包含複數個所述補償索引以及對應於該複數個補償索引的複數個所述補償參數。

本發明同時提供一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一觸控顯示裝置，其中，該觸控顯示裝置具有如前述之生物特徵採集電路，且該中央處理單元係用以與該觸控顯示裝置通信。

本發明同時提供一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一觸控顯示裝置，其中，該觸控顯示裝置具有如前述之屏下光學式生物特徵採集裝置以執行所述之生物特徵採集方法，且該中央處理單元係用以與該觸控顯示裝置通信以接收所述的生物特徵圖像。

在可能的實施例中，所述資訊處理裝置可為智能手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、智能手錶或門禁裝置。

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。

圖7顯示本發明之一種生物特徵採集電路的方塊圖。如圖7所示，本發明之生物特徵採集電路1應用於一屏下光學式生物特徵採集裝置之中，該屏下光學式生物特徵採集裝置具有整合在一觸控顯示屏幕3下方處的一光檢測器電路2，且使用該觸控顯示屏幕3之一顯示面板的複數點光源照射一生物單元4，以令所述光檢測器電路2採集一生物特徵光信號。在可行的實施例中，該光檢測器電路2可以是包含複數個光檢測單元21的一感測器陣列，且所述光檢測單元21可為一光二極體感測單元、一CMOS影像感測單元、一CCD影像感測單元、或一氧化銦鎵鋅薄膜電晶體(IGZO TFT)感測單元。並且，所述生物單元為選自於由手指、手掌、臉部、與虹膜所組成之群組的一種具生物特徵之生物部位。

依據本發明之設計，本發明之生物特徵採集電路1主要包括：一控制單元1C、一行開關單元1W、包含一電荷採樣單元11和一線性放大單元12的一線性放大器、一類比數位轉換單元13、一信號處理單元14、一電荷補償器10、一補償控制器16、以及一補償參數儲存單元17。如圖7所示，該線性放大器以其電荷採樣單元11耦接整合在觸控顯示屏幕3下方處的該光檢測器電路2，且該線性放大單元12耦接該電荷採樣單元11。並且，該類比數位轉換單元13耦接所述線性放大器的線性放大單元12，且該信號處理單元14具有至少一指紋圖像運算函式並耦接該類比數位轉換單元13。在可行的實施例中，該線性放大單元12為一線性電壓放大器。

圖8顯示本發明之光檢測器電路之一光檢測單元、電荷補償器、以及電荷採樣單元的電路拓樸圖。圖8繪示所述光檢測單元21為一光二極體感測單元，其主要包含一光二極體211和一控制開關212，且該光二極體211的一陽極端係耦接一偏壓。該控制開關212具有一第一端、一第二端和一控制端，且以其所述第一端耦接該光二極體211的一陰極端。並且，該控制開關212的該第二端為光檢測單元21的一信號傳送端。如圖7與圖8所示，本發明之生物特徵採集電路1的電荷補償器10具有一第一連接端101和一第二連接端102，且以其所述第一連接端101耦接該光檢測器電路2的一信號傳送端(亦即，各所述控制開關212的第二端)和該電荷採樣單元11的一信號接收端之間的一共接點。

更詳細地說明，該電荷補償器10包括：一數位類比轉換單元103、一第一開關104、一第二開關105、以及一補償電容106。如圖7與圖8所示，所述數位類比轉換單元103係透過該電荷補償器10的該第二連接端102接收傳送自該補償控制器16的一補償信號，從而將該補償信號轉換成一類比補償信號。另一方面，該第一開關104具有一第一端、一第二端和一控制端，且以其所述第一端耦接該數位類比轉換單元103的一輸出端。並且，該第二開關105具有一第一端、一第二端和一控制端，且以其所述第一端耦接該第一開關104的該第二端。再者，該補償電容106具有一第一端和一第二端，且以其所述第一端耦接至該第一開關104的該第二端和該第二開關105的該第一端之間的一共接點，且該補償電容106的該第二端即作為所述電荷補償器10的該第一連接端101。

圖8所示之電荷採樣單元11為一類比前端單元(Analog front end, AFE)，其基礎上包含：一運算放大器110、一第一電容111、以及一第二電容112。其中，該運算放大器110具有一正輸入端、一負輸入端和一輸出端，且該第一電容111以其一第一端耦接該運算放大器110的該負輸入端，並以其一第二端耦接一偏壓(例如:一接地端電壓)。另一方面，該第二電容112以其一第一端耦接該運算放大器110的該負輸入端，並以其一第二端耦接該運算放大器110的該輸出端。再者，該運算放大器110的該正輸入端耦接一偏壓(例如:一共模偏置電壓)。

請重複參閱圖7，並請同時參閱圖9，其顯示本發明之補償控制器的方塊圖。在一實施例中，該補償控制器16可以是一個微控制器芯片或一微處理器芯片，且其耦接該電荷補償器10的該第二連接端102、該類比數位轉換單元13的該輸出端以及所述補償參數儲存單元17。如圖9所示，該補償控制器16具有一像素位置獲取單元161、一補償索引計算單元162、一補償參數獲取單元163、以及一補償信號產生單元164，其中，該像素位置獲取單元161、該補償索引計算單元162、和該補償參數獲取單元163係能夠以函式庫、變數、或運算元的形式被編輯成至少一韌體單元及/或 至少一應用函式而被建立於該補償控制器16之中。

如圖7、圖8、與圖9所示，該像素位置獲取單元161耦接該類比數位轉換單元13以接收傳送該類比數位轉換單元13的一數位信號，進而基於該數位信號而獲取一像素位置參數。其中，所述像素位置參數包含一光點中心位置(x ₀,y ₀)以及一像素位置(x _i,y _i)。更詳細地說明，該控制單元1C耦接該線性放大器和該類比數位轉換單元13，用以控制該線性放大器和該類比數位轉換單元13之運行。並且，該行開關單元1W耦接該光檢測器電路2和該控制單元1C之間，使得該控制單元1C通過該行開關單元1W控制該光檢測器電路2將所述生物特徵光信號以一類比信號的形式傳送至該線性放大器。

舉例而言，控制單元1C通過所述行開關單元1W傳送一選擇信號予第y行的所有所述控制開關212。在所述選擇信號為高電平的情況下，y行的所有所述光二極體211(P _1y, P _2y,…)的光電流會流至該電荷採樣單元11。進一步地，電荷採樣單元11輸出一類比信號至線性放大單元12，且在經過該線性放大單元12線性放大處理之後，該類比信號由該類比數位轉換單元13所接收，最終轉換成一數位信號傳送至該信號處理單元14以及該補償控制器16的該像素位置獲取單元161。

並且，該補償索引計算單元162耦接該像素位置獲取單元161，用以依據該像素位置獲取單元161所提供的該像素位置參數而計算出一補償索引。在一實施例中，所述補償索引可利用下式(1)計算獲得：

……………(1)。

於上式(1)中，r即為所述補償索引，且(x ₀, y ₀)為用以輔助計算出亮度中心的一參考位置。更詳細地說明，如圖7與圖9所示，該補償參數獲取單元163耦接該補償索引計算單元162以接收所述補償索引，從而依據該補償索引而存取該補償參數儲存單元17以獲得一補償參數。圖10顯示本發明之補償參數儲存單元所儲存的一補償曲線圖。如圖10所示，為了加速所述補償參數的取得，可以將一補償曲線事先儲存在該補償參數儲存單元17之中，其中該補償曲線包含複數個所述補償索引以及對應於該複數個補償索引的複數個所述補償參數。如此設計，在獲得所述補償索引r之後，補償參數獲取單元163便可以透過查表的方式，自儲存於補償參數儲存單元17之中的該補償曲線快速地找出對應的補償參數D。

在可行的實施例中，補償控制器16還可利用以下方式完成補償參數的獲取。首先，像素位置獲取單元161依據所接收的數位信號而獲取一像素位置(x _i, y _i)。接著，補償索引計算單元162依據下式(2)計算獲得所述補償索引r：

…………(2)。

接著，補償參數獲取單元163耦接該補償索引計算單元162以接收所述補償索引，從而依據該補償索引而存取該補償參數儲存單元17以獲得一補償參數。最終，如圖7與圖9所示，該補償信號產生單元164耦接該補償參數獲取單元163，用以依據該補償參數而產生一補償信號。並且，在將所述補償信號傳送至該電荷補償器10的該第二連接端102之後，該電荷補償器10即基於該補償信號的控制，從而對由該光檢測器電路2傳送至該電荷採樣單元11的該生物特徵光信號執行一電荷補償。如圖8所示，採集生物特徵光信號時，第一控制信號R _ST為低電平，同時利用第二控制信號S _xy令該第一開關104閉合從而在該數位類比轉換單元103和該補償電容106之間形成一通道。在所述補償信號由該數位類比轉換單元103轉換成一類比補償信號(電壓信號)之後，該類比補償信號會令補償電容106具有補償電荷Q=C*Vcomp，其中Vcomp為補償電壓。補充說明的是，於電路初始化時，可令第一控制信號R _ST為高電平，同時利用第二控制信號S _xy令所述第一開關104斷開其通道，從而清空補償電容106所含有的補償電荷。

本發明同時提供一種生物特徵採集方法，用以控制如圖7所示之生物特徵採集電路之運行。圖11顯示本發明之一種生物特徵採集方法的流程圖。如圖7與圖11所示，在所述光檢測器電路2採集到一生物特徵光信號之後，本發明之方法流程即執行步驟S1：以一線性放大器對所述生物特徵光信號執行一電荷採樣處理以及一信號放大處理。更詳細地說明，所述光檢測器電路2以光電流(亦即，類比信號)的形式輸出所述生物特徵光信號至線性放大器的電荷採樣單元11，令該電荷採樣單元11對該光檢測器電路2所採集到的生物特徵光信號執行一電荷採樣。接著，線性放大器的線性放大單元12(例如:線性電壓放大器)對該電荷採樣單元11所輸出的類比信號執行一線性放大。

繼續地，在利用一類比數位轉換單元13將該線性放大器所提供的類比信號轉換成一數位信號(步驟S2)之後，方法流程係接著執行步驟S3：在需要進行一電荷補償的情況下，以一補償控制器16接收該數位信號且存取一補償參數儲存單元17，從而依據一補償參數而產生一補償信號。進一步地，於步驟S4之中，以一電荷補償器10接收該補償信號，從而控制該電荷補償器10對由該光檢測器電路2傳送至該電荷採樣單元11的該生物特徵光信號執行所述電荷補償。最終，該信號處理單元14即利用其內部的至少一指紋圖像運算函式將該數位信號還原成一生物特徵圖像(步驟S5)。

補充說明的是，由於本發明係令該補償控制器16具有一像素位置獲取單元161、一補償索引計算單元162、一補償參數獲取單元163、以及一補償信號產生單元164像素位置獲取單元161。因此，前述步驟S5係進一步包含以下步驟S31至步驟S34等詳細步驟，從而控制所述像素位置獲取單元161基於所述數位信號而獲取一像素位置參數(步驟S31)；以所述補償索引計算單元162依據該像素位置獲取單元161所提供的該像素位置參數而計算出一補償索引(步驟S32)；以所述一補償參數獲取單元163依據該補償索引計算單元162所提供的該補償索引而存取該補償參數儲存單元17，從而獲得所述補償參數(步驟S33)；以及利用所述補償信號產生單元164依據該補償參數獲取單元163所提供的該補償參數而產生所述補償信號傳送至該電荷補償器10(步驟S34)。

圖12顯示本發明之生物特徵採集電路所採集的對應於生物特徵光信號的影像圖，且圖13顯示本發明之生物特徵採集電路所產生的像素位置相對於(versus)圖像灰度的資料曲線圖。比較圖5和圖12可發現，在本發明利用所述對數放大單元15對由該線性放大單元12所輸出的類比信號進行一對數放大運算以及利用電荷補償器10對傳送至該電荷採樣單元11的生物特徵光信號執行電荷補償之後，對應於生物特徵光信號的影像圖之動態範圍係大幅擴增。並且，如圖13所示，不同像素位置座標係平均分布，且像素位置和像素位置之間的灰度值差異亦平均分布。在此情況下，類比數位轉換單元13在對不同像素位置之圖像灰度(對數值)進行量化時便不需要特別使用不同的量化解析度，從而提高採集精度以令本發明之生物特徵採集電路1的具有動態採集範圍和高生物特徵圖像還原度。

依上述的說明，本發明進一步提出一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一觸控顯示裝置，其中，該觸控顯示裝置具有如前述之生物特徵採集電路，且該中央處理單元係用以與該觸控顯示裝置通信。

依上述的說明，本發明進一步提出另一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一觸控顯示裝置，其中，該觸控顯示裝置具有如前述之屏下光學式生物特徵採集裝置以執行所述之生物特徵採集方法，且該中央處理單元係用以與該觸控顯示裝置通信以接收所述的生物特徵圖像。

另外，在可能的實施例中，所述資訊處理裝置可以是智能手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、智能手錶、或門禁裝置。

如此，上述已完整且清楚地說明本發明之一種生物特徵採集電路與方法；並且，經由上述可得知本發明具有下列優點：

本發明的生物特徵採集電路及方法可應用在使用顯示面板之複數點光源的一屏下光學式生物特徵採集裝置中，以使光檢測測電路所採集的一生物特徵(指紋/掌紋)的光信號更加均勻，從而不僅能擴大屏下光學式生物特徵採集裝置的動態範圍，且能提高採集精度。

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。

<本發明>

1:生物特徵採集電路

10:電荷補償器

101:第一連接端

102:第二連接端

103:數位類比轉換單元

104:第一開關

105:第二開關

106:補償電容

11:電荷採樣單元

110:運算放大器

111:第一電容

112:第二電容

12:線性放大單元

13:類比數位轉換單元

14:信號處理單元

16:補償控制器

17:補償參數儲存單元

1C:控制單元

1W:行開關單元1

2:光檢測器電路

21:光檢測單元

211:光二極體

212:控制開關

3:觸控顯示屏幕

4:生物單元

步驟S1:以一線性放大器對所述生物特徵光信號執行一電荷採樣處理以及一信號放大處理

步驟S2:以一類比數位轉換單元將該線性放大器所提供的一類比信號轉換成一數位信號

步驟S3:在需要進行一電荷補償的情況下，以一補償控制器接收該數位信號且存取一補償參數儲存單元，從而依據一補償參數而產生一補償信號

步驟S4:以一電荷補償器接收該補償信號，從而控制該電荷補償器對由該光檢測器電路傳送至該電荷採樣單元的該生物特徵光信號執行所述電荷補償

步驟S5:以一信號處理單元自該類比數位轉換單元接收所述數位信號，且該數位信號還原成一生物特徵圖像

<習知>

1’:指紋檢測電路

11’:電荷採樣單元

12’:類比前端單元

13’:類比數位轉換單元

14’:信號處理單元

15’:放大單元

2’:光檢測器電路

3’:觸控顯示屏幕

4’:生物單元

步驟S1’:以一電荷採樣單元對所述生物特徵光信號執行一電荷採樣

步驟S2’:以一類比前端單元對該電荷採樣單元所輸出的一類比信號進行採樣以及線性放大

步驟S3’:以一放大單元元對該類比前端單元所提供的已完成所述線性放大的該類比信號執行一放大運算

步驟S4’:以一類比數位轉換單元將該放大單元所提供的已完成所述對數放大運算的該類比信號轉換成一數位信號

步驟S5’:以一信號處理單元將該數位信號還原成一生物特徵圖像

圖1顯示習知的一種屏下式光學式生物特徵採集裝置的方塊圖； 圖2顯示習知的一種屏下式光學式生物特徵採集方法的流程圖； 圖3顯示習知的生物特徵採集電路之生物特徵(指紋)採集架構圖； 圖4顯示習知的生物特徵(指紋)影像圖； 圖5顯示習知的生物特徵採集電路所採集的對應於生物特徵光信號的影像圖； 圖6顯示習知的生物特徵採集電路所產生的像素位置相對於圖像灰度(對數)的資料曲線圖； 圖7顯示本發明之一種生物特徵採集電路的方塊圖； 圖8顯示本發明之一光檢測器電路之一光檢測單元、一電荷補償器、以及一電荷採樣單元的電路拓樸圖； 圖9顯示本發明之一補償控制器的方塊圖； 圖10顯示本發明之一補償參數儲存單元所儲存的一補償曲線圖； 圖11顯示本發明之一種生物特徵採集方法的流程圖； 圖12顯示本發明之生物特徵採集電路所採集的對應於生物特徵光信號的影像圖；以及 圖13顯示本發明之生物特徵採集電路所產生的像素位置相對於圖像灰度的資料曲線圖。

1:生物特徵採集電路

10:電荷補償器

101:第一連接端

102:第二連接端

11:電荷採樣單元

12:線性放大單元

13:類比數位轉換單元

14:信號處理單元

16:補償控制器

17:補償參數儲存單元

1C:控制單元

1W:行開關單元

2:光檢測器電路

21:光檢測單元

3:觸控顯示屏幕

4:生物單元

Claims (8)

1. 一種生物特徵採集電路，其應用於一屏下光學式生物特徵採集裝置之中，該屏下光學式生物特徵採集裝置具有整合在一顯示面板下方處的一光檢測器電路，且使用該顯示面板之複數點光源照射一生物單元以令所述光檢測器電路採集一生物特徵光信號；其中，所述生物特徵採集電路包括一線性放大器、一類比數位轉換單元以及一信號處理單元；其特徵在於，所述生物特徵採集電路進一步包括：一電荷補償器，具有一第一連接端和一第二連接端，且以其所述第一連接端耦接該光檢測器電路的一信號傳送端和該線性放大器的一信號接收端之間的一共接點；以及一補償控制器，耦接該電荷補償器的該第二連接端、該類比數位轉換單元的一輸出端以及一補償參數儲存單元；其中，該補償控制器自該類比數位轉換單元接收一數位信號，進而依該數位信號獲取一像素位置參數；在依該像素位置參數產生一補償索引後，該補償控制器依該補償索引存取該補償參數儲存單元以獲得一補償參數，從而依該補償參數產生一補償信號並將其傳送至該電荷補償器的該第二連接端，以驅動該電荷補償器對由該光檢測器電路傳送至該電荷採樣單元的該生物特徵光信號進行一電荷補償操作；其中，該補償控制器包括：一像素位置獲取單元，耦接該類比數位轉換單元以接收所述數位信號；一補償索引計算單元，耦接該像素位置獲取單元，用以依該像素位置獲取單元所提供的該像素位置參數計算出所述補償索引；一補償參數獲取單元，耦接該補償索引計算單元以接收所述補償索引，從而依該補償索引存取該補償參數儲存單元以獲得一補償參數；以及一補償信號產生單元，耦接該補償參數獲取單元，用以依該補償參數產生所述補償信號並將其傳送至該電荷補償器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵採集電路，其中，該生物特徵採集電路更包括：一控制單元，耦接該線性放大器和該類比數位轉換單元，用以控制該線性放大器和該類比數位轉換單元之運行；以及一行開關單元，耦接於該光檢測器電路和該控制單元之間，且該控制單元通過該行開關單元控制該光檢測器電路以將所述生物特徵光信號以一類比信號的形式傳送至該線性放大器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生物特徵採集電路，其中，該補償參數儲存單元之中儲存有一補償曲線，且該補償曲線包含複數個所述補償索引以及對應於該複數個補償索引的複數個所述補償參數。
4. 如申請專利範圍第3項所述之生物特徵採集電路，其中，該電荷補償器包括：一數位類比轉換單元，透過該電荷補償器的該第二連接端接收所述補償信號，從而將該補償信號轉換成一類比補償信號；一第一開關，具有一第一端、一第二端和一控制端，且以其所述第一端耦接該數位類比轉換單元的該輸出端；一第二開關，具有一第一端、一第二端和一控制端，且以其所述第一端耦接該第一開關的該第二端；以及一補償電容，具有一第一端和一第二端，且以其所述第一端耦接至該第一開關的該第二端和該第二開關的該第一端之間的一共接點，且該補償電容的該第二端即作為所述電荷補償器的該第一連接端。
5. 一種生物特徵採集方法，其應用於一屏下光學式生物特徵採集裝置之中，該屏下光學式生物特徵採集裝置具有整合在一顯示面板下方處的一光檢測器電路，且使用該顯示面板之複數點光源照射一生物單元以令所述光檢測器電路採集一生物特徵光信號；所述生物特徵採集方法包括以下步驟：以一線性放大器對所述生物特徵光信號執行一電荷採樣處理以及一信號放大處理； 以一類比數位轉換單元將該線性放大器所提供的一類比信號轉換成一數位信號；在需要進行一電荷補償的情況下，以一補償控制器接收該數位信號且存取一補償參數儲存單元，從而依一補償參數產生一補償控制信號；以一電荷補償器接收該補償控制信號，從而控制該電荷補償器對由該光檢測器電路傳送至該電荷採樣單元的該生物特徵光信號執行所述電荷補償；以及以一信號處理單元自該類比數位轉換單元接收所述數位信號並將該數位信號還原成一生物特徵圖像；其中，所述補償控制信號係依以下步驟產生：一像素位置獲取單元依所述數位信號獲取一像素位置參數；一補償索引計算單元依該像素位置獲取單元所提供的該像素位置參數計算出一補償索引；一補償參數獲取單元依該補償索引計算單元所提供的該補償索引存取該補償參數儲存單元，從而獲得所述補償參數；以及一補償信號產生單元依該補償參數獲取單元所提供的該補償參數產生所述補償信號傳送至該電荷補償器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之生物特徵採集方法，其中，該補償參數儲存單元儲存有一補償曲線，且該補償曲線包含相對應的複數個所述補償索引及複數個所述補償參數。
7. 一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一觸控顯示裝置，其中，該觸控顯示裝置具有如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之生物特徵採集電路，且該中央處理單元係用以與該觸控顯示裝置通信。
8. 一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一觸控顯示裝置，其中，該觸控顯示裝置具有如申請專利範圍第5至6項中任一項所述之屏下光學式生物特徵採集裝置以執行所述之生物特徵採集方法，且該中央處理單元係用以與該觸控顯示裝置通信以接收所述的生物特徵圖像。

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