TWI805362B - 無線指紋偵測系統 - Google Patents

Abstract

一種無線指紋偵測系統係用於一具有無線通訊功能之電子裝置，該無線指紋偵測系統包含一指紋感應模組、一無線充電接收電路及一無線通訊電路；其中指紋感應模組的有效偵測面積不小於1平方公分。該無線指紋偵測系統於偵測一使用者指紋影像後，即由無線指紋偵測系統認證使用者身份，並以無線訊號方式將認證結果傳送至電子裝置；或者無線指紋偵測系統將使用者指紋影像相關資料以無線訊號方式傳送至電子裝置，以由電子裝置認證使用者身份。

Description

無線指紋偵測系統

本發明係有關於一種無線指紋偵測系統，特別是一種提供非接觸式的訊號傳輸及指紋辨識的無線指紋偵測系統。

一般的移動式電子裝置，例如智慧型手機或是平板，因為其指紋辨識裝置大多內建在螢幕之下或是殼體之旁，指紋感測區域受到限制，無法提供精確的使用者身份認證。在一些機敏性操作，例如利用智慧型手機進行行動支付時，會有非認證使用者盜用之虞。

此外，在市面上也有外接式的指紋辨識裝置，此外接式的指紋辨識裝置雖然具有較大之指紋感測區域，然而習知外接式的指紋辨識裝置大都藉由實體界面（例如Type C插頭）與移動式電子裝置連接，頻繁的插拔會造成外接式的指紋辨識裝置的損壞問題，故移動式電子裝置的指紋辨識技術仍有很大的改進空間。

為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種無線指紋偵測系統，此無線指紋偵測系統係用於一具有無線通訊功能之電子裝置，以提供非接觸式的訊號傳輸及指紋辨識。 為了達成上述目的，本發明提供一種無線指紋偵測系統，包含: 一殼體，該殼體包含一平面主體； 一指紋感應模組設置於該殼體上，且包含: 一基板； 多個感應元件設置於該基板上，該多個感應元件呈縱橫向排列以形成一感應元件矩陣，該感應元件矩陣之有效偵測面積不小於1平方公分； 多個電晶體開關設置於該基板上，且每一電晶體開關分別與一該感應元件呈一對一對應； 多個感測資料線及多個閘極線分別呈縱橫向排列設置於該基板上，每一該閘極線電性連接至該多個電晶體開關，每一該資料線電性連接至多個電晶體開關；及 一指紋偵測電路，電連接到該多個感應元件； 一無線充電接收電路電連接到該指紋感應模組及該指紋偵測電路，該無線充電接收電路包含至少一第一感應線圈；及 一無線通訊電路，電連接到該無線充電接收電路且可與該電子裝置作近場通訊。

有關本發明的詳細說明及技術內容，請參閱以下的詳細說明和附圖說明如下，而附圖與詳細說明僅作為說明之用，並非用於限制本發明。

參見圖1A，說明本發明用於電子裝置80之無線指紋偵測系統60示意圖。於圖1A所示之電子裝置80例如可為一智慧型手機，而本發明之無線指紋偵測系統60之外形例如可製作如一手機保護殼之形式，且包含一殼體61。此殼體61包含一平面主體62及多個邊牆體64設於該平面主體62的各個邊緣並與該平面主體62連結以形成一容置空間。此容置空間適於置入此電子裝置80(亦即智慧型手機或者平板)並對該電子裝置80提供防碰撞或防刮擦之保護。本發明之無線指紋偵測系統60至少包含一指紋感應模組10、一無線充電接收電路20、及一無線通訊電路(RF tag)30。無線指紋偵測系統60可藉由無線通訊電路30而與電子裝置80傳遞資料，且藉由無線通訊電路30及／或是無線充電接收電路20而自電子裝置80接收操作電力。再者，因為指紋感應模組10係設置在電子裝置80外部的無線指紋偵測系統60上(例如在無線指紋偵測系統60的平面主體62外壁面上)，指紋感應模組10的指紋偵測(感應)面積可以大於習知智慧型手機或是平板指紋感應模組的面積，例如有效指紋偵測面積不小於1平方公分。若電子裝置80須做機敏性操作時，例如電子裝置80解鎖、加密或是解密檔案、門禁管理、電子支付或是轉帳程序，此設於無線指紋偵測系統60之指紋感應模組10可以提供更精確的身份辨識（詳見後述）。再者，此無線指紋偵測系統60之指紋感應模組10也可設置在貼合殼體61的一個平面主體的一個表面，例如貼合於該殼體的該平面主體的背向該電子裝置80的一側表面，即可提供使用者指紋按壓。因此無線指紋偵測系統60在實施上不限於作成手機或是平板保護殼的形式，而只要能提供任一表面安置指紋感應模組10的結構（例如類似信用卡的單片結構），即可實現本發明之無線指紋偵測系統60。

參見圖1B，為本發明之無線指紋偵測系統60的部份電路圖。如圖1A所示之無線充電接收電路20更包含一第一感應線圈22、一整流電路(rectifier)24及一電容器26；無線通訊電路30更包含一第二感應線圈32及一通訊處理器34。此無線充電接收電路20為習知技術，故在此不再贅述，本領域人員可知其更可包含控制晶片以進行通訊調變功能。此無線通訊電路30亦為習知技術，例如可更包含AC to DC電路，以將第二感應線圈32接收的射頻訊號轉換成DC電源；解調變電路，以將第二感應線圈32接收的射頻訊號去除載波並取出真正的調變訊號；微處理器，以處理解調變電路所傳來之訊號；調變電路，以將微處理器所送出的資訊調變後載波到第二感應線圈32送出；及記憶體，以做為系統運作及存放識別資料的位置。

如圖1B所示，本發明之無線指紋偵測系統60更包含一微控制器(MCU)40、一安全晶片50、一儲能元件28、一指紋偵測電路12及一近接感應器38；其中MCU 40例如可為意法半導體STMicroelectronics的STM32晶片，而安全晶片50可為意法半導體的ST31晶片，且包含一安全核心52及一記憶單元54。近接感應器38例如可為光學式、電容式或是電感式近接感應器，且此也為習知技術，故在此不在贅述。

依據本發明的一個實施方式，配合參見圖2、3，第一感應線圈22之尺寸大於第二感應線圈32之尺寸，以用於接收更大之操作電力。在使用者手指未接近或是接觸此無線指紋偵測系統60時，無線指紋偵測系統60係處於待機模式，且僅有無線通訊電路30及近接感應器38處於操作狀態。換言之，無線通訊電路30接收來自電子裝置80之電力線圈82之無線電力（第一功率），並維持無線通訊電路30及近接感應器38之操作。若近接感應器38感應到使用者手指之接近或是接觸，則會喚醒MCU 40，進而驅動指紋感應模組10、指紋偵測電路12及安全晶片50工作。於此工作模式中，無線通訊電路30會將使用者手指接觸或是靠近之資訊傳遞至電子裝置80，以使電子裝置80加大發射功率。由於無線充電電路20啟動，此電子裝置80對於此無線指紋偵測系統60進行第二功率充電，亦即電子裝置80的電力線圈82傳輸無線電力至無線充電電路20中的第一感應線圈22。依據本發明，無線充電電路20中的第一感應線圈22的設置位置係與電子裝置80的電力線圈82相鄰、或是在投影方向彼此上下交疊，以利提高能量轉移效率。 此時指紋感應模組10可感應大尺寸的使用者指紋影像，並由指紋偵測電路12偵測使用者指紋影像並傳送到MCU 40，以進一步判斷指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料）。此指紋資料可以經由MCU 40傳送至安全晶片50，以與記憶單元54內儲存之使用者資訊比對，若認證成功，則安全核心52提取存在記憶單元54內之安全密碼，並將此密碼藉由MCU 40及無線通訊電路30回傳至電子裝置80，以執行與使用者身份認證相關之機敏性操作，例如電子裝置80解鎖、加密或是解密檔案、門禁管理、電子支付或是轉帳程序。依據本發明的另一實現方式，指紋感應模組10可偵測大尺寸的使用者指紋影像，並由指紋偵測電路12讀取使用者指紋影像後由MCU 40判斷指紋資料。此指紋資料可以經由MCU 40傳送至無線通訊電路30，再由無線通訊電路30傳送到電子裝置80。電子裝置80再依據指紋資料對使用者做身份認證，若電子裝置80判定認證成功，則可執行與使用者身份認證相關之機敏性操作，例如電子裝置80解鎖、加密或是解密檔案、門禁管理、電子支付或是轉帳程序等。有關於本發明判斷方法操作之細節，將在後文中配合其他圖示加以詳述。

此外，雖然未明確繪示於圖2, 3，但是部份之無線充電接收電路20係與無線通訊電路30封裝成一積體電路內。例如配合參見圖1B，無線充電接收電路20的第一感應線圈22之尺寸大於第二感應線圈32之尺寸，故無線充電接收電路20的第一感應線圈22可以設置在積體電路外，而無線充電接收電路20的剩餘元件則於無線通訊電路30封裝成一積體電路內。再者，部份之無線充電接收電路20係與無線通訊電路30及指紋偵測電路12封裝成一積體電路內。同樣的，因無線充電接收電路20的第一感應線圈22之尺寸大於第二感應線圈32之尺寸，故無線充電接收電路20的第一感應線圈22可以設置在積體電路外，而無線充電接收電路20的剩餘元件則於無線通訊電路30及指紋偵測電路12封裝成一積體電路內。因為指紋感應模組10的有效偵測面積不小於1平方公分，因此若不與指紋偵測電路12封裝成一積體電路，即可更有彈性的依據需求而增大指紋感應模組10的有效偵測面積，提供更精確的指紋感測。

在解釋本發明之具體方法之前，下面說明將配合圖示詳細說明指紋感應模組10的實施方式。參見圖4A及圖4B，分別為指紋感應模組10以電容感應實施方式的側視圖及上視圖。此電容感應式之指紋感應模組10包含由上而下之保護硬膜層180、感應元件層140、電晶體開關及走線層112及基板110。附配合參見圖4B，此感應元件層140包含多數的感應元件（亦即感應電極142），而電晶體開關及走線層112包含多數之電晶體開關Q、多數之閘極線GL及多數之感測資料線DL。每一電晶體開關Q與每一感應元件（亦即感應電極142）呈一對一對應。該些感測資料線DL及該些閘極線GL分別呈縱橫向排列設置於該基板110上，每一條閘極線GL電氣連接至多個電晶體開關Q，每一條資料線DL電氣連接至多個電晶體開關Q。

指紋偵測電路12包含一開關控制訊號產生電路120及一電容偵測暨開關陣列控制電路122。此開關控制訊號產生電路120經由該些閘極線GL分別電連接到多個電晶體開關Q並提供控制訊號到電晶體開關Q，以藉由開關控制而選擇單一列之感應元件。此電容偵測暨開關陣列控制電路122包含一電容偵測電路（為自電容偵測電路或是互電容偵測電路）123，且經由該些感測資料線DL而電連接到多個電晶體開關Q，以分別接收來自單一行感應元件之感應電容值。藉由指紋偵測電路12分別選擇陣列排列方式的感應元件做電容值偵測，即可偵測指紋影像，並進一步得知判斷指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料）。依據本發明之一實施例，該指紋偵測電路12在偵測到指紋感應模組10上之指紋影像後，可以將指紋影像傳送到MCU 40，以由MCU 40依據此指紋影像而判斷指紋資料。

參見圖5A及圖5B，分別為指紋感應模組10以壓電感應（超聲波）實施方式的側視圖及上視圖。此壓電感應式之指紋感應模組10包含由上而下之基板110、電晶體開關及走線層112、感應元件層140、壓電材料層154、壓電電極152及鈍化層182；其中感應元件層140、壓電材料層154、及壓電電極152統合為一壓電元件150。附配合參見圖5B，此感應元件層140包含多數的感應元件（亦即壓電感應電極156），而電晶體開關及走線層112包含多數之電晶體開關Q、多數之閘極線GL及多數之感測資料線DL。每一電晶體開關Q與每一感應元件（亦即壓電感應電極156）呈一對一對應。該些感測資料線DL及該些閘極線GL分別呈縱橫向排列設置於該基板110上，每一條閘極線GL電氣連接至多個電晶體開關Q，每一條資料線DL電氣連接至多個電晶體開關Q。

指紋偵測電路12包含一開關控制訊號產生電路120及一超聲波偵測電路124。此開關控制訊號產生電路120經由該些閘極線GL分別電連接到多個電晶體開關Q，以選擇單一列之感應元件。此超聲波偵測電路124包含一超聲波震盪電路125（聲源元件），且經由該些感測資料線DL而電連接到多個電晶體開關Q。此超聲波偵測電路122可控制超聲波震盪電路125並施加超聲波訊號至壓電電極152以在壓電材料層154產生超聲波。當使用者手指按壓在基板110上時，其指紋之波峰及波谷會分別位在不同的壓電感應電極156且在壓電感應電極156產生不同的電壓或是電流。更具體而言，指紋之波峰所在位置處的壓電感應電極156會有較大之感應電壓或是感應電流，而指紋之波谷所在位置處的壓電感應電極156會有較小之感應電壓或是感應電流。藉由指紋偵測電路12分別選擇陣列排列方式的感應元件（亦即壓電感應電極156）做電壓或是電流值偵測，即可得知指紋感應模組10上之指紋影像。指紋偵測電路12可以將指紋影像傳送到MCU 40，以由MCU 40依據此指紋影像而判斷指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料）。

參見圖6A及圖6B，分別為指紋感應模組10以溫度感應實施方式的側視圖及上視圖。此溫度感應式之指紋感應模組10包含由上而下之保護硬膜層180、感應元件層140、電晶體開關及走線層112及基板110。附配合參見圖6B，此感應元件層140包含以陣列方式排列之發熱元件143及感熱元件（熱敏元件）144，且每一發熱元件143係針對一感熱元件144相設置。電晶體開關及走線層112包含多數之電晶體開關Q、多數之閘極線GL及多數之感測資料線DL。每一電晶體開關Q與每一感應元件（亦即感熱元件144）呈一對一對應。該些感測資料線DL及該些閘極線GL分別呈縱橫向排列設置於該基板110上，每一條閘極線GL電氣連接至多個電晶體開關Q，每一條資料線DL電氣連接至多個電晶體開關Q。

指紋偵測電路12包含一開關控制訊號產生電路120及一溫度偵測暨開關陣列控制電路126。此開關控制訊號產生電路120經由該些閘極線GL分別電連接到多個電晶體開關Q，以選擇單一列之感應元件。此溫度偵測暨開關陣列控制電路126經由該些感測資料線DL而電連接到多個電晶體開關Q。此溫度偵測暨開關陣列控制電路126可控制發熱元件143並選擇單一或是多個發熱元件143發熱。當使用者手指按壓在基板110上時，其指紋之波峰及波谷會分別位在不同的感熱元件144且在感熱元件144產生不同的電壓或是電流。更具體而言，指紋之波峰所在位置處的感熱元件144會有較大之感應電壓或是感應電流，而指紋之波谷所在位置處的感熱元件144會有較小之感應電壓或是感應電流。藉由指紋偵測電路12分別選擇陣列排列方式的感應元件（亦即感熱元件144）做電壓或是電流值偵測，即可得知指紋感應模組10上之指紋影像。在上述說明中，感熱元件（熱敏元件）144可為熱敏二極體或是熱敏電阻。

參見圖6C及圖6D，分別為指紋感應模組10以溫度感應之另一實施方式的側視圖及上視圖。圖6C及圖6D類似於圖6A及圖6B之實施例，然而在圖6C及圖6D中，係將圖6A及圖6B之發熱元件143及感熱元件144整合為一發熱／感熱元件143A，且位於感應元件層140中。同樣的，指紋偵測電路12包含一開關控制訊號產生電路120及一溫度偵測暨開關陣列控制電路126。此開關控制訊號產生電路120經由該些閘極線GL分別電連接到多個電晶體開關Q，以選擇單一列之感應元件。此溫度偵測暨開關陣列控制電路126經由該些感測資料線DL而電連接到多個電晶體開關Q。此溫度偵測暨開關陣列控制電路126可控制發熱／感熱元件143A並選擇單一或是多個發熱／感熱元件143A發熱。當使用者手指按壓在基板110上時，其指紋之波峰及波谷會分別位在不同的發熱／感熱元件143A且在發熱／感熱元件143A產生不同的電壓或是電流。更具體而言，指紋之波峰所在位置處的發熱／感熱元件143A會有較大之感應電壓或是感應電流，而指紋之波谷所在位置處的發熱／感熱元件143A會有較小之感應電壓或是感應電流。藉由指紋偵測電路12分別選擇陣列排列方式的感應元件（亦即發熱／感熱元件143A）做電壓或是電流值偵測，即可得知指紋感應模組10上之指紋影像。在圖6A-6D所示的實施例中，由指紋偵測電路12在偵測到指紋感應模組10上之指紋影像後，可以將指紋影像傳送到MCU 40，以由MCU 40依據此指紋影像而判斷指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料）。

參見圖7A及圖7B，分別為指紋感應模組10以光線感應實施方式的側視圖及上視圖。此溫度感應式之指紋感應模組10包含由上而下之保護硬膜層180、感應元件層140、電晶體開關及走線層112及基板110。附配合參見圖7B，此感應元件層140包含以陣列方式排列之發光元件145及感光元件146，且每一發光元件145係針對一感光元件146相設置。電晶體開關及走線層112包含多數之電晶體開關Q、多數之閘極線GL及多數之感測資料線DL。每一電晶體開關Q與每一感應元件（亦即感光元件146）呈一對一對應。該些感測資料線DL及該些閘極線GL分別呈縱橫向排列設置於該基板110上，每一條閘極線GL電氣連接至多個電晶體開關Q，每一條資料線DL電氣連接至多個電晶體開關Q。

指紋偵測電路12包含一開關控制訊號產生電路120及一光線偵測暨開關陣列控制電路128。此開關控制訊號產生電路120經由該些閘極線GL分別電連接到多個電晶體開關Q，以選擇單一列之感應元件。此光線偵測暨開關陣列控制電路128經由該些感測資料線DL而電連接到多個電晶體開關Q。此光線偵測暨開關陣列控制電路128可控制發光元件145並選擇單一或是多個發光元件145發光。當使用者手指按壓在基板110上時，其指紋之波峰及波谷會分別位在不同的感光元件146且在感光元件146產生不同的電壓或是電流。更具體而言，指紋之波峰所在位置處的感光元件146會有較大之感應電壓或是感應電流（因為指紋之波峰會產生較大之反射光），而指紋之波谷所在位置處的感光元件146會有較小之感應電壓或是感應電流（因為指紋之波谷會產生較小之反射光）。藉由指紋偵測電路12分別選擇陣列排列方式的感應元件（亦即感光元件146）做電壓或是電流值偵測，即可得知偵測指紋影像。在圖7A及圖7B所示的以光線感應實施方式的指紋感應模組10中，發光元件145係為分別針對感測指紋影像的像素單元設置，例如可以有機發光二極體(OLED)、發光二極體(LED)或是微發光二極體(micro LED)實現；且在上述實施例中，感光元件146為光敏元件，例如光敏二極體或是光敏電晶體。

參見圖7C及圖7D，分別為指紋感應模組10以光線感應之另一實施方式的側視圖及上視圖。圖7C及圖7D類似於圖7A及圖7B之實施例，然而在圖7C及圖7D中，係將圖7A及圖7B中分別設立之發光元件145係以一整面式的發光元件層145A取代，且發光元件層145A位於基板110下方。此發光元件層145A可為背光板或是冷光片且可對於所有的感光元件146發光。感光元件146為光敏元件，例如光敏二極體或是光敏電晶體。同樣的，指紋偵測電路12包含一開關控制訊號產生電路120及一光線偵測暨開關陣列控制電路128。此開關控制訊號產生電路120經由該些閘極線GL分別電連接到多個電晶體開關Q，以選擇單一列之感應元件。此光線偵測暨開關陣列控制電路128經由該些感測資料線DL而電連接到多個電晶體開關Q。此光線偵測暨開關陣列控制電路128可控制發光元件層145A發光。當使用者手指按壓在基板110上時，其指紋之波峰及波谷會分別位在不同的感光元件146且在感光元件146產生不同的電壓或是電流。更具體而言，指紋之波峰所在位置處的感光元件146會有較大之感應電壓或是感應電流，而指紋之波谷所在位置處的感光元件146會有較小之感應電壓或是感應電流。藉由指紋偵測電路12分別選擇陣列排列方式的感應元件（亦即感光元件146）做電壓或是電流值偵測，即可得知指紋感應模組10上之指紋影像。同樣的，在圖7A-7D所示的實施例中，由指紋偵測電路12在偵測到指紋感應模組10上之指紋影像後，可以將指紋影像傳送到MCU 40，以由MCU 40依據此指紋影像而判斷指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料）。

在前述的各個實施例中，指紋感應模組10的基板110是一個剛性基板例如玻璃基板，或是一個柔性基板例如為PI基板。

參見圖8,為依據本發明一實施例之無線指紋偵測方法之流程圖，此無線指紋偵測方法可應用於圖1A-7D所示之無線指紋偵測系統60中。於步驟S100，一個具有無線通訊功能的電子裝置80置入內建有指紋感應模組10的無線指紋偵測系統60（例如此無線指紋偵測系統60係以電子裝置保護殼的形式實現），或是經使用者配置而接近內建有指紋感應模組10的無線指紋偵測系統60。於步驟S102，此電子裝置80對於此無線指紋偵測系統60進行第一功率充電，例如利用電子裝置80的電力線圈82傳輸無線電力至無線指紋偵測系統60中的無線通訊電路30，且使此無線指紋偵測系統60進入一省電待機模式。依據本發明之一實施方式，於此省電待機模式，無線指紋偵測系統60中僅有無線通訊電路30及近接感應器38處於操作狀態。換言之，無線通訊電路30經由其第二感應線圈32而自電子裝置80接收第一功率之待機電力，並將此電力提供給無線通訊電路30及近接感應器38運作。於此省電待機模式中，近接感應器38持續偵測使用者手指是否接觸或是接近此無線指紋偵測系統60；且無線通訊電路30可以與電子裝置80進行近場通訊（例如NFC）。此外，於此省電待機模式中，無線指紋偵測系統60之其他元件，例如指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20、MCU 40、及安全晶片50其中至少一個（或是全部）係處於停止運作狀態。

參見圖8，於步驟S110，若近接感應器38感測到使用者手指接觸或是接近此無線指紋偵測系統60，則近接感應器38會觸發MCU 40啟動並使此無線指紋偵測系統60進入工作模式（步驟S112）。於此工作模式，除了MCU 40啟動之外，指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20及安全晶片50也會啟動。因為近接感應器38感測到使用者手指接觸或是接近此無線指紋偵測系統60，此時指紋感應模組10可感應大尺寸的使用者指紋影像，並由指紋偵測電路12偵測此使用者指紋影像。於此工作模式中，無線通訊電路30會將使用者手指接觸或是靠近之資訊傳遞至電子裝置80，以使電子裝置80加大發射功率。由於無線充電電路20啟動，此電子裝置80對於此無線指紋偵測系統60進行第二功率充電，亦即電子裝置80的電力線圈82傳輸無線電力至無線充電電路20中的第一感應線圈22。因為第一感應線圈22尺寸大於第二感應線圈32且第二功率大於第一功率，此第二功率足以供應此無線指紋偵測系統60在工作模式下的操作，亦即此功率可供應指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20、MCU 40、及安全晶片50之操作電力。再者，多餘的電力也可經由一儲能元件28（例如一薄片型鋰電池或是一超級電容器）儲存起來。

於步驟S112之後，因為指紋偵測電路12已經偵測指紋感應模組10上之指紋影像，此指紋影像可經MCU 40處理成指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料），依據本發明之一實施方式，此指紋資料可以經由MCU 40傳送至安全晶片50，以由安全核心52與記憶單元54內儲存之使用者資訊（亦即對此電子裝置80有存取權限的使用者指紋資料）比對，以進行使用者身份認證程序(步驟S114)，並將認證結果傳送至電子裝置80。於認證結果傳送之後，為了節省無線指紋偵測系統60之電力，此無線指紋偵測系統60可自行或是由電子裝置80控制而回復至省電待機模式。於步驟S114之中，依據本發明之另一實施方式，此指紋資料可以經由MCU 40傳送至無線通訊電路30，再由無線通訊電路30傳送到電子裝置80。電子裝置80再依據指紋資料對使用者做身份認證。同樣的，於指紋資料傳送到電子裝置80後，為了節省無線指紋偵測系統60之電力，此無線指紋偵測系統60可回復至省電待機模式。

步驟120係判斷使用者身份認證是否成功，亦即由無線指紋偵測系統60進行判斷，或是電子裝置80進行判斷。若於步驟S120認證成功，則於步驟S122，此電子裝置80可執行與使用者身份認證相關之機敏性操作，例如電子裝置80解鎖或是開機；或是開啟一個特定的預設程序。上述的特定的預設程序例如可為加密或是解密檔案、編輯檔案、傳輸檔案、門禁管理、電子支付或是轉帳程序。依據本發明一實施方式，在使用者身份認證成功後，電子裝置80可於解鎖後執行一預設程序以執行加密作業，亦即將一檔案經由無線通訊電路30傳送到MCU 40，MCU 40再傳送此檔案到安全晶片50進行加密處理。無線指紋偵測系統60可將此加密檔案回傳給電子裝置80，或是傳到第三方裝置。依據本發明一實施方式，在使用者身份認證成功後，電子裝置80可於解鎖後執行一預設程序以執行解密作業，亦即將一加密檔案經由無線通訊電路30傳送到MCU 40，MCU 40再傳送此加密檔案到安全晶片50進行解密處理。無線指紋偵測系統60可將此解密檔案回傳給電子裝置80。

若於步驟S120認證失敗，則進行步驟S130，電子裝置80或是無線指紋偵測系統60累計認證失敗次數，並於累計認證失敗次數小於一預定次數(N次)前，則將程序返回至步驟S110，以由近接感應器38持續偵測使用者手指是否接觸或是接近此無線指紋偵測系統60。

於步驟S130中，若電子裝置80或是無線指紋偵測系統60判斷累計認證失敗次數大於或是等於預定次數，則表示有非認證的使用者嘗試使用此電子裝置80，則此電子裝置80會執行鎖機程序、或是閉鎖電子裝置80認證使用者之電子帳戶、或是經由無線通訊進行之遠端示警或是報警程序。

參見圖9,為依據本發明另一實施例之無線指紋偵測方法之流程圖，此無線指紋偵測方法可應用於圖1A-7D所示之無線指紋偵測系統60中。於步驟S200，一個具有無線通訊功能的電子裝置80置入內建有指紋感應模組10的無線指紋偵測系統60（例如此無線指紋偵測系統60係以電子裝置保護殼的形式實現），或是經使用者配置而接近內建有指紋感應模組10的無線指紋偵測系統60。

於步驟S202，此電子裝置80對於此無線指紋偵測系統60進行第一功率充電，例如利用電子裝置80的電力線圈82傳輸無線電力至無線指紋偵測系統60中的無線通訊電路30，且使此無線指紋偵測系統60進入一省電待機模式。依據本發明之一實施方式，於此省電待機模式，無線指紋偵測系統60中僅有無線通訊電路30及近接感應器38處於操作狀態。換言之，無線通訊電路30經由其第二感應線圈32而自電子裝置80接收待機電力，並將此電力提供給無線通訊電路30及近接感應器38運作。此外，於此省電待機模式中，無線指紋偵測系統60之其他元件，例如指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20、MCU 40、及安全晶片50其中至少一個（或是全部）係處於停止運作狀態。

於步驟S210，此無線指紋偵測系統60之無線通訊電路30判斷是否接收到來自電子裝置80之一啟動指令，若未接到此啟動指令，則此無線指紋偵測系統60仍然維持省電待機模式，以節省電力。若於步驟S210中，無線指紋偵測系統60之無線通訊電路30接收到來自電子裝置80之啟動指令，則於步驟S212中，無線通訊電路30觸發MCU 40啟動並使此無線指紋偵測系統60進入工作模式。於此工作模式，除了MCU 40啟動之外，指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20及安全晶片50也會啟動。在工作模式中，由於無線充電電路20啟動，此電子裝置80對於此無線指紋偵測系統60進行第二功率充電，亦即電子裝置80的電力線圈82傳輸無線電力至無線充電電路20中的第一感應線圈22。因為第一感應線圈22尺寸大於第二感應線圈32且第二功率大於第一功率，此第二功率足以供應此無線指紋偵測系統60在工作模式下的操作，亦即此功率可供應指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20、MCU 40、及安全晶片50之操作電力。再者，多餘的電力也可經由一儲能元件28（例如一薄片型鋰電池或是一超級電容器）儲存起來。

隨後於步驟S220，近接感應器38持續偵測使用者手指是否接觸或是接近此無線指紋偵測系統60。若近接感應器38並未偵測使用者手指接觸或是接近此無線指紋偵測系統60，則持續偵測。若近接感應器38偵測使用者手指接觸或是接近此無線指紋偵測系統60，則進行後續的步驟S222，指紋感應模組10會感應大尺寸的使用者指紋影像，並由指紋偵測電路12偵測指紋感應模組10上之指紋影像。此指紋影像可經MCU 40處理成指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料）。此指紋資料可以傳送到MCU 40並由MCU 40傳送至安全晶片50，以與記憶單元54內儲存之使用者資訊（亦即對此電子裝置80有存取權限的使用者指紋資料）比對，以進行認證程序，並將認證結果傳送至電子裝置80。隨後於步驟S224，此電子裝置80在收到認證結果後，即命令此無線指紋偵測系統60進入省電待機模式，或是由無線指紋偵測系統60自行進入省電待機模式。於此省電待機模式中，無線指紋偵測系統60之其他元件（除了無線通訊電路30及近接感應器38外），例如指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20、MCU 40、及安全晶片50其中至少一個（或是全部）係處於停止運作狀態，以節省電力。

隨後於步驟S230，此電子裝置80依據無線指紋偵測系統60傳來的認證結果進行後續處理。若認證結果為身份認證成功，則於步驟S232，此電子裝置80可執行與使用者身份認證相關之機敏性操作，例如電子裝置80解鎖；或是開啟一個特定的預設程序。上述的特定的預設程序例如可為加密或是解密檔案、編輯檔案、傳輸檔案、門禁管理、電子支付或是轉帳程序。依據本發明一實施方式，在使用者身份認證成功後，電子裝置80可於解鎖後執行一預設程序以執行加密作業，亦即將一檔案經由無線通訊電路30傳送到MCU 40，MCU 40再傳送此檔案到安全晶片50進行加密處理。無線指紋偵測系統60可將此加密檔案回傳給電子裝置80，或是傳到第三方裝置。依據本發明一實施方式，在使用者身份認證成功後，電子裝置80可於解鎖後執行一預設程序以執行解密作業，亦即將一加密檔案經由無線通訊電路30傳送到MCU 40，MCU 40再傳送此加密檔案到安全晶片50進行解密處理。無線指紋偵測系統60可將此解密檔案回傳給電子裝置80。若身份認證失敗，則此電子裝置80執行步驟S240，亦即電子裝置80累計認證失敗次數，並於累計認證失敗次數小於一預定次數(N次)前，將程序進行到步驟S244，亦即電子裝置80命令無線指紋偵測系統60由省電待機模式回復到工作模式，以利後續可繼續偵測指紋影像。於步驟S240中，若電子裝置80或是無線指紋偵測系統60判斷累計認證失敗次數大於或是等於預定次數，則表示有非認證的使用者嘗試使用此電子裝置80，則此電子裝置80會執行鎖機程序、或是經由無線通訊進行之遠端示警或是報警程序。

參見圖10，為依據本發明另一實施例之無線指紋偵測方法之流程圖，此無線指紋偵測方法可應用於圖1A-7D所示之無線指紋偵測系統60中。於步驟S300，一個具有無線通訊功能的電子裝置80置入內建有指紋感應模組10的無線指紋偵測系統60（例如此無線指紋偵測系統60係以電子裝置保護殼的形式實現），或是經使用者配置而接近內建有指紋感應模組10的無線指紋偵測系統60。

於步驟S302，此電子裝置80對於此無線指紋偵測系統60進行第一功率充電，例如利用電子裝置80的電力線圈82傳輸無線電力至無線指紋偵測系統60中的無線通訊電路30，且使此無線指紋偵測系統60進入一省電待機模式。依據本發明之一實施方式，於此省電待機模式，無線指紋偵測系統60中僅有無線通訊電路30及近接感應器38處於操作狀態。換言之，無線通訊電路30經由其第二感應線圈32而自電子裝置80接收待機電力，並將此電力提供給無線通訊電路30及近接感應器38運作。此外，於此省電待機模式中，無線指紋偵測系統60之其他元件，例如指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20、MCU 40、及安全晶片50其中至少一個（或是全部）係處於停止運作狀態。

於步驟S310，此無線指紋偵測系統60之無線通訊電路30判斷是否接收到來自電子裝置80之一啟動指令，若未接到此啟動指令，則此無線指紋偵測系統60仍然維持省電待機模式，以節省電力。若於步驟S310中，無線指紋偵測系統60之無線通訊電路30接收到來自電子裝置80之啟動指令，則於步驟S312中，無線通訊電路30觸發MCU 40啟動並使此無線指紋偵測系統60進入工作模式。於此工作模式，除了MCU 40啟動之外，指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20及安全晶片50也會啟動。於此工作模式中，由於無線充電電路20啟動，此電子裝置80對於此無線指紋偵測系統60進行第二功率充電，亦即電子裝置80的電力線圈82傳輸無線電力至無線充電電路20中的第一感應線圈22。因為第一感應線圈22尺寸大於第二感應線圈32且第二功率大於第一功率，此第二功率足以供應此無線指紋偵測系統60在工作模式下的操作，亦即此功率可供應指紋感應模組10、指紋偵測電路12、無線充電電路20、MCU 40、及安全晶片50之操作電力。再者，多餘的電力也可經由儲能元件28（例如一薄片型鋰電池或是一超級電容器）儲存起來。

隨後於步驟S320，近接感應器38持續偵測使用者手指是否接觸或是接近此無線指紋偵測系統60。若近接感應器38並未偵測使用者手指接觸或是接近此無線指紋偵測系統60，則持續偵測。若近接感應器38偵測使用者手指接觸或是接近此無線指紋偵測系統60，則進行後續的步驟S322。於步驟S322中，指紋感應模組10會感應使用者手指指紋之大面積影像，並由指紋偵測電路12偵測大尺寸的使用者指紋影像。此指紋影像可經MCU 40處理成指紋資料（例如可為：一指紋特徵資料、一指紋特徵比對結果資料或是一指紋影像資料）。此指紋資料可以經由MCU 40傳送至無線通訊電路30，再由無線通訊電路30傳送到電子裝置80。於步驟S324中，電子裝置80依據指紋資料對使用者做身份認證，且使此無線指紋偵測系統60進入一省電待機模式。

於步驟S330，若電子裝置80判斷身份認證成功，則進行步驟S332，此電子裝置80可執行與使用者身份認證相關之機敏性操作，例如電子裝置80解鎖；或是開啟一個特定的預設程序。上述的特定的預設程序例如可為加密或是解密檔案、編輯檔案、傳輸檔案、門禁管理、電子支付或是轉帳程序。依據本發明一實施方式，在使用者身份認證成功後，電子裝置80可於解鎖後執行一預設程序以執行加密作業，亦即將一檔案經由無線通訊電路30傳送到MCU 40，MCU 40再傳送此檔案到安全晶片50進行加密處理。無線指紋偵測系統60可將此加密檔案回傳給電子裝置80，或是傳到第三方裝置。依據本發明一實施方式，在使用者身份認證成功後，電子裝置80可於解鎖後執行一預設程序以執行解密作業，亦即將一加密檔案經由無線通訊電路30傳送到MCU 40，MCU 40再傳送此加密檔案到安全晶片50進行解密處理。無線指紋偵測系統60可將此解密檔案回傳給電子裝置80。

於步驟S330，若電子裝置80判斷身份認證失敗，則進行步驟S340，亦即電子裝置80累計認證失敗次數，並於累計認證失敗次數小於一預定次數(N次)前，將程序進行到步驟S344，亦即電子裝置80命令此無線指紋偵測系統60由省電待機模式回復到工作模式，以利後續可繼續偵測指紋影像。於步驟S340中，若電子裝置80判斷累計認證失敗次數大於或是等於預定次數，則表示有非認證的使用者嘗試使用此電子裝置80，則此電子裝置80會執行鎖機程序、或是閉鎖電子裝置80認證使用者之電子帳戶、或是經由無線通訊進行之遠端示警或是報警程序(步驟S342)。

在上述各實施例中，若指紋感應模組10的耗電量不大，則無線指紋偵測系統60也可僅藉由第二感應線圈32自電子裝置80無線接收操作電力並使無線指紋偵測系統60操作於工作模式。同樣的，在此狀況下，第二感應線圈32自電子裝置80無線接收操作電力可供應無線指紋偵測系統60其他元件之電力。

綜上所述，本發明之無線指紋偵測系統及方法具有下列優點：

1. 由於無線指紋偵測系統可以提供大面積指紋辨識及以無線方式與電子裝置通訊，可以增進使用者身份認證之精確度，及避免習知指紋偵測系統的頻繁拔插問題。

2. 無線指紋偵測系統可在省電待機模式及工作模式之間切換，可以避免消耗電子裝置電力。

3. 指紋感應模組與其他元件（例如無線通訊電路、指紋偵測電路）可以分開封裝，以使指紋感應模組可具有較大感應面積而不影響其他電路之封裝。

然以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。

10:指紋感應模組 110:基板 112:電晶體開關及走線層 140:感應元件層 142:感應電極 143:發熱元件 143A:發熱／感熱元件 144:感熱元件 145:發光元件 146:感光元件 145A:發光元件層 150:壓電元件 152:壓電電極 154:壓電材料層 156:壓電感應電極 180:保護硬膜層 182:鈍化層 12:指紋偵測電路 120:開關控制訊號產生電路 122:電容偵測暨開關陣列控制電路 123:電容偵測電路 124:超聲波偵測電路 125:超聲波震盪電路 126:溫度偵測暨開關陣列控制電路 128:光線偵測暨開關陣列控制電路 20:無線充電接收電路 22:第一感應線圈 24:整流電路 26:電容器 28:儲能元件 30:無線通訊電路 32:第二感應線圈 38:近接感應器 40:微控制器 50:安全晶片 60:無線指紋偵測系統 61:殼體 62:平面主體 64:邊牆體 80:電子裝置 Q:電晶體開關 GL:閘極線 DL:感測資料線 S100~S132:步驟 S200~S244:步驟 S300~S344:步驟

圖1A為本發明用於電子裝置之無線指紋偵測系統之一示意圖。

圖1B為本發明之無線指紋偵測系統的部份電路圖。

圖2說明本發明用於電子裝置之無線指紋偵測系統之另一示意圖。

圖3說明本發明用於電子裝置之無線指紋偵測系統之另一示意圖。

圖4A為本發明之無線指紋偵測系統的電容式指紋感應模組側視圖。

圖4B為本發明之無線指紋偵測系統的電容式指紋感應模組上視圖。

圖5A為本發明之無線指紋偵測系統的超聲波式指紋感應模組側視圖。

圖5B為本發明之無線指紋偵測系統的超聲波式指紋感應模組上視圖。

圖6A為本發明之無線指紋偵測系統的熱感應式指紋感應模組側視圖。

圖6B為本發明之無線指紋偵測系統的熱感應式指紋感應模組上視圖。

圖6C為本發明之無線指紋偵測系統的另一熱感應式指紋感應模組側視圖。

圖6D為本發明之無線指紋偵測系統的另一熱感應式指紋感應模組上視圖。

圖7A為本發明之無線指紋偵測系統的光學式指紋感應模組側視圖。

圖7B為本發明之無線指紋偵測系統的光學式指紋感應模組上視圖。

圖7C為本發明之無線指紋偵測系統的另一光學式指紋感應模組側視圖。

圖7D為本發明之無線指紋偵測系統的另一光學式指紋感應模組上視圖。

圖8為本發明無線指紋偵測方法之一流程圖。

圖9為本發明無線指紋偵測方法之另一流程圖。

圖10為本發明無線指紋偵測方法之另一流程圖。

60:無線指紋偵測系統

61:殼體

62:平面主體

64:邊牆體

10:指紋感應模組

20:無線充電接收電路

30:無線通訊電路

80:電子裝置

Claims (21)

1. 一種無線指紋偵測系統，係用於一具有無線通訊功能之電子裝置，該無線指紋偵測系統包含：一殼體，該殼體包含一平面主體；一指紋感應模組設置於該殼體上，且包含：一基板；多個感應元件設置於該基板上，該多個感應元件呈縱橫向排列以形成一感應元件矩陣，該感應元件矩陣之有效偵測面積不小於1平方公分；多個電晶體開關設置於該基板上，且每一電晶體開關分別與一該感應元件呈一對一對應；多個感測資料線及多個閘極線分別呈縱橫向排列設置於該基板上，每一該閘極線電性連接至該多個電晶體開關，每一該資料線電性連接至多個電晶體開關；及一指紋偵測電路，電連接到該多個感應元件；一無線充電接收電路電連接到該指紋感應模組及該指紋偵測電路，該無線充電接收電路包含至少一第一感應線圈；及一無線通訊電路，電連接到該無線充電接收電路且可與該電子裝置作近場通訊；其中該無線指紋偵測系統與該電子裝置係彼此分離設置；該無線指紋偵測系統在完成指紋掃描之後即進入省電待機模式，該省電待機模式之消耗功率小於偵測指紋影像的工作模式之消耗功率。
2. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該電子裝置是一智慧型行動通訊裝置。
3. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該基板是一剛性基板或是一柔性基板。
4. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，更包含一儲能元件。
5. 如請求項4所述之無線指紋偵測系統，其中該儲能元件為一薄片型鋰電池或是一超級電容器。
6. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該電子裝置包含一電力線圈，且該第一感應線圈設置的位置與該電子裝置之該電力線圈近接相鄰。
7. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該指紋感應模組係貼合於該殼體的該平面主體的一個表面。
8. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該指紋感應模組係貼合於該殼體的該平面主體的背向該電子裝置的一側。
9. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中部分該無線充電接收電路與該無線通訊電路整合設置於一顆積體電路內。
10. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中部分該無線充電接收電路、該無線通訊電路與該指紋偵測電路整合設置於一顆積體電路內。
11. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該無線通訊電路更包含一第二感應線圈。
12. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，更包含一微控制器(MCU)電路，該微控制器電路電連接到該指紋偵測電路及該無線通訊電路，以透過該無線通訊電路與該電子裝置通訊。
13. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該電子裝置是一智慧型手機或是一平板電腦。
14. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該指紋偵測電路係偵測該多個感應元件的自電容或互電容以取得指紋影像。
15. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該感應元件是一壓電感應元件，該指紋偵測電路經由偵測該多個壓電感應元件的電壓變化以取得指紋影像。
16. 如請求項15所述之無線指紋偵測系統，其中該指紋感應模組更包含至少一個超聲波的聲源元件。
17. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該感應元件是一熱敏元件，該指紋偵測電路經由偵測該多個熱敏元件的電壓或電流變化以取得指紋影像。
18. 如請求項17所述之無線指紋偵測系統，其中該指紋感應模組更包含多個發熱元件。
19. 如請求項1所述之無線指紋偵測系統，其中該感應元件是一光敏元件；該指紋偵測電路經由偵測該多個光敏元件的電壓或電流變化以取得指紋影像。
20. 如請求項19所述之無線指紋偵測系統，其中該指紋感應器還包含一個或多個發光元件。
21. 如請求項12所述之無線指紋偵測系統，其中更包含一安全晶片，該安全晶片電連接到該微控制器電路以執行資料的加密或解密工作。

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