TWI766262B - 屏下光學指紋採集電路、屏下光學指紋採集方法及資訊處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明主要揭示一種屏下光學指紋採集電路，其包含：設置於一顯示面板的下方處的一光檢測單元以及具有一控制單元、一偽隨機序列信號產生單元和一信號解碼單元的一指紋採集模組。在執行一指紋採集程序時，本發明令該指紋採集模組提供一偽隨機序列信號使該顯示面板的至少一所述發光單元發出一偽隨機序列光信號照射位於該顯示面板上方處的一手指，從而接收該手指的一指紋光信號。由於所接收到的指紋光信號也會是一調製信號，因此，在對該指紋光信號進行解調後，即可大幅降低所述指紋光信號之中所帶有的環境光干擾信號，令後級指紋採集模組可以在排除環境光干擾雜訊的情況下採集獲得高精度的指紋圖像。

Description

屏下光學指紋採集電路、屏下光學指紋採集方法及資訊處理裝置

本發明係關於顯示生物特徵採集之技術領域，尤指一種屏下光學指紋採集電路及方法。

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，屏下式光學指紋採集辨識裝置已經廣泛地整合在全屏幕智能手機之中。

圖1顯示習知的包含一屏下光學指紋採集電路的一智慧型手機的架構圖，且圖2顯示習知的屏下光學指紋採集電路的示意性側剖視圖。如圖1與圖2所示，習知的屏下光學指紋採集電路主要包含一指紋採集模組(芯片)1’以及整合在智慧型手機的觸控顯示屏幕3’下方處的一光檢測器陣列2’，且其利用觸控顯示屏幕3’的OLED面板或LCD背光模組作為一光源。執行光學指紋採集程序時，習知技術係令觸控顯示屏幕3’的一顯示面板顯示一純色影像，例如：純白影像、純紅影像、純綠影像、或純紅影像，接著，從而以純色光4’照射按壓在該觸控顯示屏幕3’之上的手指5’，令該顯示面板下方處的光檢測器陣列2’接收來自於該手指5’的一反射光。圖3顯示習知的採集指紋影像圖。

在執行光學指紋採集程序的過程中，前述包含一指紋採集模組1’、一光檢測器陣列2’以及一光源4’(即，OLED面板或LCD背光模組)的習知的屏下光學指紋採集電路非常容易受到外部環境光的干擾，導致所採集到的指紋圖像的精準度下降。有鑑於此，中國發明專利號CN106128361B提出一種光信號調製電路，其用以增設在習知的屏下光學指紋採集電路之中，且主要包含一控制單元與一調製單元，其中該調製單元耦接至OLED面板的至少一發光元件(亦即，OLED元件)，且該控制單元用以控制該調製單元。執行光學指紋採集程序時，該控制單元控制該調製單元啟用，使得一調製信號通過該調製單元傳送至該發光元件，從而令該發光元件發出一調製光信號照射按壓在觸控顯示屏幕之上的手指。如此，整合在智慧型手機的觸控顯示屏幕下方處的一光檢測器陣列所接收到的來自於手指的反射光也會是一調製光信號。應可理解，在對所述調製光信號進行解調及相關信號處理後，指紋採集模組便在排除外部環境光的干擾雜訊的情況下採集獲得高精度的指紋圖像。

可惜的是，所述調製信號通常為方波，其為周期信號，且經過傅立葉展開獲得對應於該調製信號的一頻域正弦波信號。所述頻域正弦波信號通常帶有高次諧波，因此必須再以一低通濾波器濾除高次諧波。換句話說，如果用頻率定義域來表示方波(即，調製信號)，就會出現一連串的高次諧波。這些高次諧波可能會產生電磁波和電流脈波，造成周圍的電路產生雜訊和錯誤。尤其，高次諧波對於例如類比數位資料轉換器(analog-to-digital converter)等需高精度操作的信號處理器的影響十分明顯。

因此，由上述說明可知，本領域亟需一種新穎的屏下光學指紋採集電路。

本發明之主要目的在於提供一種屏下光學指紋採集電路，其利用一偽隨機序列信號使一顯示面板的至少一所述發光單元發出一偽隨機序列光信號作為光源以照射位於該顯示面板上方處的一手指，從而接收一指紋光信號。由於所接收到的指紋光信號也會是一調製信號，因此，在對該指紋光信號進行解調後，即可大幅降低所述指紋光信號之中所帶有的環境光干擾信號，令後級指紋採集模組可以在排除環境光干擾雜訊的情況下採集獲得高精度的指紋圖像。

為達成上述目的，本發明提出所述屏下光學指紋採集電路之一實施例，其使用一顯示面板所含有的至少一發光單元作為一光源，且包括：

一光檢測單元，設置於該顯示面板的下方處；以及

一指紋採集模組，其包括：

一偽隨機序列信號產生單元，具有一命令接收端和一調製信號傳送端，且以其所述信號傳送端耦接所述至少一發光單元；

一信號解碼單元，具有一檢測信號接收端和一解調信號傳送端，且以其所述檢測信號接收端耦接所述光檢測單元；及

一控制單元，耦接該偽隨機序列信號產生單元的該命令接收端和該信號解碼單元的該解調信號傳送端；

其中，執行一指紋採集程序時，該控制單元傳送一指紋圖像採集命令至該偽隨機序列信號產生單元，從而控制該偽隨機序列信號產生單元產生一偽隨機序列信號以傳送給至少一所述發光單元，使至少一所述發光單元發出一偽隨機序列光信號作為所述光源而照射位於該顯示面板上方處的一手指；

其中，該光檢測單元檢測且傳送該手指的一指紋光信號至該信號解碼單元；在對該指紋光信號執行一信號解調處理後，該信號解碼單元傳送一數位信號至該控制單元，且該控制單元將該將該數位信號還原成一指紋圖像。

在一實施例中，該偽隨機序列信號產生單元包含一n級線性反饋移位暫存器(n-bit linear-feedback shift register, n-bit LFSR)，n為正整數。

在一實施例中，該控制單元具有至少一指紋圖像運算函式用以將該數位信號還原成所述指紋圖像。

在一實施例中，該發光單元為選自於由有機發光二極體(Organic light-emitting diode, OLED)、次毫米發光二極體(Mini LED)、微發光二極體(Micro LED)、和LCD背光源所組成群組所選擇的一種發光元件。

在一實施例中，該光檢測單元和該顯示面板之間進一步設有一光學單元，用以協助該光檢測單元集收所述指紋光信號。

本發明同時提供一種屏下光學指紋採集方法，包括以下步驟：

(1)依據一指紋圖像採集命令而產生且提供一偽隨機序列信號至一顯示面板所含有的至少一發光單元，從而發出一偽隨機序列光信號作為一光源而照射位於該顯示面板上方處的一手指；

(2)接收來自於該手指的一反射光信號，且依據該反射光信號產生一指紋光信號；

(3)對該指紋光信號執行一信號解調處理後生成一數位信號；以及

(4)將該將該數位信號處理還原成一指紋圖像。

在一實施例中，該偽隨機序列信號包含選自於由m序列、Gold序列、M序列、Walsh序列、和R-s序列所組成之群組的一種隨機二位元序列。

在一實施例中，該指紋圖像採集命令為一參考時鐘信號。

本發明同時提供一種資訊處理裝置，其具有一屏下光學指紋採集晶片用以執行如前所述本發明之屏下光學指紋採集方法，從而實現一指紋圖像採集功能。

在可行的實施例中，前述本發明之資訊處理裝置為選自於由智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、指紋式打卡裝置、和門禁裝置所組成之群組的一種電子裝置。

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。

圖4為包含本發明之一種屏下光學指紋採集電路的一智慧型手機的架構圖，且圖5為本發明之屏下光學指紋採集電路的採圖架構示意圖。如圖4與圖5所示，本發明之屏下光學指紋採集電路1主要包含設置於一顯示面板21的下方處的一光檢測單元11以及一指紋採集模組12，且其使用一顯示面板21所含有的至少一發光單元211作為一光源。補充說明的是，在可行的實施例中，該光檢測單元11可以是一光二極體(Photodiode)陣列、一CMOS影像感測陣列、一CCD影像感測陣列、或一氧化銦鎵鋅薄膜電晶體(IGZO TFT)陣列。另一方面，所述發光單元可以是一有機發光二極體(Organic light-emitting diode, OLED)、一次毫米發光二極體(Mini LED)、一微發光二極體(Micro LED)、或一LCD背光源。換句話說，智慧型手機2所搭載的顯示面板21可為一OLED顯示面板、一Mini LED顯示面板、一Micro LED顯示面板、或一LCD面板。

於本發明之屏下光學指紋採集電路1中，該指紋採集模組12具有一控制單元120、一偽隨機序列信號產生單元121和一信號解碼單元122，其中該偽隨機序列信號產生單元具有一命令接收端和一調製信號傳送端，且以其所述命令接收端耦接該控制單元120所傳送的一指紋圖像採集命令，並以其所述調製信號傳送端耦接至少一所述發光單元211。另一方面。該信號解碼單元122具有一檢測信號接收端和一解調信號傳送端，且以其所述檢測信號接收端耦接所述光檢測單元11，並以其所述解調信號傳送端耦接該控制單元120。

執行一指紋採集程序時，該控制單元120傳送一指紋圖像採集命令至該偽隨機序列信號產生單元121，從而控制該偽隨機序列信號產生單元121產生一偽隨機序列信號以傳送給至少一所述發光單元211，使至少一所述發光單元211發出一偽隨機序列光信號作為所述光源而照射位於該顯示面板21上方處的一手指。在一實施例中，該偽隨機序列信號產生單元121包含一n級線性反饋移位暫存器(n-bit linear-feedback shift register, n-bit LFSR)，n為正整數。更詳細地說明，m序列是目前廣泛應用的一種偽隨機序列(Pseudo Random Sequence, PRS)，其為一種隨機二位元序列(Pseudo Random Binary Sequence, PRBS)。並且，其它可應用為本發明之偽隨機序列的隨機二位元序列還包括Gold序列、M序列、Walsh序列、和R-s序列。

在利用包含所述偽隨機序列光信號的光源照射位於該顯示面板21上方處的手指3後，該光檢測單元11在接收來自於該手指3的一反射光信號後，即對應地傳送對應於該手指3之指紋圖案的一指紋光信號至該信號解碼單元122。圖5還繪示該光檢測單元11和該顯示面板21之間進一步設有一光學單元13，例如一微透鏡陣列或一微徑光纖準直器陣列，用以協助該光檢測單元11集收所述指紋光信號。如此設置，在光源照射手指3的指紋後，光檢測單元11便可自手指3指紋的脊線31和谷線32分別接收對應的反射光信號。

圖6A顯示由光檢測單元所傳送的一解調前之指紋光信號的頻譜圖，圖6B顯示由光檢測單元所傳送的一解調後之指紋光信號的頻譜圖，且圖6C顯示不帶有環境光雜訊信號之指紋光信號的頻譜圖。如圖5和圖6A所示，由於用以照射手指3的光源包含偽隨機序列光信號，因此光檢測單元11基於所接收的反射光信號而傳送至該信號解碼單元122的一指紋光信號也會是一調製光信號。由圖6A的頻譜圖可看到，環境光所造成的雜訊信號的強度遠大於指紋光信號。然而，在對該指紋光信號執行一信號解調處理後，如圖6B所示，完成信號解調後，環境光雜訊信號即被大幅降低。從而，如圖6C所示，在去除環境光雜訊信號之後，即可獲得不帶有環境光雜訊信號之指紋光信號(解調信號)。

本發明同時提供一種屏下光學指紋採集方法，用以控制如圖4和圖5所示之屏下光學指紋採集電路的運行。圖7顯示本發明之一種屏下光學指紋採集方法的流程圖。如圖7、圖4和圖5所示，在需要執行一指紋採集程序時，所述控制單元120發送一參考時鐘信號作為一指紋圖像採集命令以傳送至該偽隨機序列信號產生單元121，從而使該偽隨機序列信號產生單元121依據一指紋圖像採集命令而產生且提供一偽隨機序列信號至一顯示面板21所含有的至少一發光單元211，令該至少一發光單元211發出一偽隨機序列光信號作為一光源而照射位於該顯示面板21上方處的一手指3(步驟S1)。繼續地，於步驟S2之中，光檢測單元11接收來自於該手指3的一反射光信號，且依據該反射光信號產生一指紋光信號且傳送至該信號解碼單元122。

於步驟S3之中，該信號解碼單元122對該指紋光信號執行一信號解調處理後生成一數位信號，且傳送該數位信號至該控制單元120。最終，於步驟S4之中，該控制單元120利用至少一指紋圖像運算函式將該數位信號還原成一指紋圖像。

如此，上述已完整且清楚地說明本發明之一種屏下光學指紋採集電路及方法；並且，經由上述可得知本發明具有下列優點：

(1)本發明揭示包含設置於一顯示面板的下方處的一光檢測單元以及具有一控制單元、一偽隨機序列信號產生單元和一信號解碼單元的一指紋採集模組。特別地，本發明設計令該指紋採集模組提供一偽隨機序列信號使該顯示面板的至少一所述發光單元發出一偽隨機序列光信號照射位於該顯示面板上方處的一手指，從而接收該手指的一指紋光信號。由於所接收到的指紋光信號也會是一調製信號，因此，在對該指紋光信號進行解調後，即可大幅降低所述指紋光信號之中所帶有的環境光干擾信號，令後級指紋採集模組可以在排除環境光干擾雜訊的情況下採集獲得高精度的指紋圖像。

(2)本發明同時提供一種資訊處理裝置，其具有一屏下光學指紋採集晶片包含如前所述本發明之屏下光學指紋採集電路，從而實現一指紋圖像採集功能。

(3)在可行的實施例中，前述本發明之資訊處理裝置為選自於由智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、指紋式打卡裝置、和門禁裝置所組成之群組的一種電子裝置。

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。

＜本發明＞ 1:之屏下光學指紋採集電路 11:光檢測單元 12:指紋採集模組 13:光學單元 120:控制單元 121:偽隨機序列信號產生單元 122:信號解碼單元 2:智慧型手機 21:顯示面板 211:發光單元 3:手指 31:脊線 32:谷線 步驟S1:依據一指紋圖像採集命令而產生且提供一偽隨機序列信號至一顯示面板所含有的至少一發光單元，從而發出一偽隨機序列光信號作為一光源而照射位於該顯示面板上方處的一手指 步驟S2:接收來自於該手指的一反射光信號，且依據該反射光信號產生一指紋光信號 步驟S3:對該指紋光信號執行一信號解調處理後生成一數位信號 步驟S4:將該將該數位信號處理還原成一指紋圖像

＜習知＞ 1’:指紋採集模組 2’:光檢測器陣列 3’:觸控顯示屏幕 4’:純色光 5’:手指

圖1為習知的包含一屏下光學指紋採集電路的一智慧型手機的架構圖； 圖2為習知的屏下光學指紋採集電路的採圖架構示意圖； 圖3為習知的採集指紋影像圖； 圖4為包含本發明之一種屏下光學指紋採集電路的一智慧型手機的架構圖； 圖5為本發明之屏下光學指紋採集電路的採圖架構示意圖； 圖6A為由本發明之一光檢測單元所傳送的一解調前之指紋光信號的頻譜圖； 圖6B為由本發明之光檢測單元所傳送的一解調後之指紋光信號的頻譜圖； 圖6C為本發明之不帶有環境光雜訊信號之指紋光信號的頻譜圖；以及 圖7為本發明之一種屏下光學指紋採集方法的流程圖。

1:之屏下光學指紋採集電路

11:光檢測單元

12:指紋採集模組

120:控制單元

121:偽隨機序列信號產生單元

122:信號解碼單元

2:智慧型手機

21:顯示面板

3:手指

Claims (8)

1. 一種屏下光學指紋採集電路，其使用一顯示面板所含有的至少一發光單元作為一光源，且包括：一光檢測單元，設置於該顯示面板的下方處；以及一指紋採集模組，其具有：一偽隨機序列信號產生單元，包含一n級線性反饋移位暫存器(n-bit linear-feedback shift register,n-bit LFSR)，且具有一命令接收端和一調製信號傳送端，且以其所述調製信號傳送端耦接所述至少一發光單元；n為正整數一信號解碼單元，具有一檢測信號接收端和一解調信號傳送端，且以其所述檢測信號接收端耦接所述光檢測單元；及一控制單元，耦接該偽隨機序列信號產生單元的該命令接收端和該信號解碼單元的該解調信號傳送端；其中，執行一指紋採集程序時，該控制單元傳送一參考時鐘信號至該偽隨機序列信號產生單元，使該偽隨機序列信號產生單元的該n級線性反饋移位暫存器依據該參考時鐘信號產生一偽隨機序列信號以傳送給至少一所述發光單元，使至少一所述發光單元發出一偽隨機序列光信號作為所述光源而照射位於該顯示面板上方處的一手指；其中，該光檢測單元檢測且傳送該手指的一指紋光信號至該信號解碼單元；在對該指紋光信號執行一信號解調處理後，該信號解碼單元傳送一數位信號至該控制單元，且該控制單元將該將該數位信號還原成一指紋圖像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之屏下光學指紋採集電路，其中，該控制單元具有至少一指紋圖像運算函式用以將該數位信號還原成所述指紋圖像。
3. 如申請專利範圍第1項所述之屏下光學指紋採集電路，其中，該發光單元為選自於由有機發光二極體(Organic light-emitting diode,OLED)、次毫米發光二極體(Mini LED)、微發光二極體(Micro LED)、和LCD背光源所組成群組所選擇的一種發光元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之屏下光學指紋採集電路，其中，該光檢測單元和該顯示面板之間進一步設有一光學單元，用以協助該光檢測單元集收所述指紋光信號。
5. 一種屏下光學指紋採集方法，包括以下步驟：提供包括一光檢測單元以及包含一偽隨機序列信號產生單元、一信號解碼單元和一控制單元的一指紋採集模組，其中該偽隨機序列信號產生單元包含一n級線性反饋移位暫存器(n-bit linear-feedback shift register,n-bit LFSR)；依據傳送自該控制單元的一參考時鐘信號，該偽隨機序列信號產生單元利用其所述n級線性反饋移位暫存器產生且提供一偽隨機序列信號至一顯示面板所含有的至少一發光單元，從而發出一偽隨機序列光信號作為一光源而照射位於該顯示面板上方處的一手指；在接收來自於該手指的一反射光信號之後，該檢測單元依據該反射光信號產生一指紋光信號；在對該指紋光信號執行一信號解調處理之後，該信號解碼單元生成一數位信號；以及該控制單元將該將該數位信號處理還原成一指紋圖像。
6. 如申請專利範圍第5項所述之屏下光學指紋採集方法，其中，該偽隨機序列信號包含選自於由m序列、Gold序列、M序列、Walsh序列、和R-s序列所組成之群組的一種隨機二位元序列。
7. 一種資訊處理裝置，其具有一屏下光學指紋採集晶片用以執行如申請專利範圍第5項至第6項中之任一項所述之屏下光學指紋採集方法，從而實現一指紋圖像採集功能。
8. 如申請專利範圍第7項所述之資訊處理裝置，其係選自於由智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦、一體式電腦、指紋式打卡裝置、和門禁裝置所組成之群組的一種電子裝置。

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