TWI815647B - 指紋識別裝置、讀出電路以及指紋識別裝置的操作方法 - Google Patents

Abstract

一種指紋識別裝置，包含感測器面板、讀出電路以及主 機電路。感測器面板包含配置成陣列的多個感測器像素。感測器像素配置成輸出感測信號。讀出電路耦合到感測器像素。讀出電路配置成在第一曝光時間之後從感測器像素讀出感測信號以獲得第一指紋影像，和在第二曝光時間之後讀出感測信號以獲得第二指紋影像。感測器像素在第一曝光時間之前且在第二曝光時間之後重置。主機電路耦合到讀出電路。主機電路配置成根據第一指紋影像或第二指紋影像執行指紋識別操作。

Description

指紋識別裝置、讀出電路以及指紋識別裝置的 操作方法

本發明是有關於一種電子裝置、電子電路以及操作方法，且特別是有關於一種指紋識別裝置、讀出電路以及指紋識別裝置的操作方法。

指紋識別為常用的安全保護技術。光學指紋感測器完整的感測時間包含諸如重置、曝光(光學指紋感測器中的光敏元件的曝光)以及讀出的動作。針對不同的指紋感測條件，應該使用不同長度的曝光時間。舉例來說，強光下的指紋感測需要較短的曝光時間以避免指紋感測器過度曝光。在乾手指的情況下，需要較長的曝光時間以累積影像。

因此，在傳統的操作中，通過第一次指紋感測所獲得的指紋影像可能不適合於識別。舉例來說，當第一次指紋感測所獲得的指紋影像確定為過度曝光的影像時，主機電路將調整曝光時 間的長度，並且再次執行指紋感測，以重新通過第二次指紋感測所獲得的指紋影像來進行影像識別。如此一來，解鎖電子裝置所需的時間變得更長。

本發明提供一種能夠節省解鎖時間的指紋識別裝置、讀出電路以及指紋識別裝置的操作方法。

本發明的實施例提供一種指紋識別裝置，所述指紋識別裝置包含感測器面板、讀出電路以及主機電路。感測器面板包含配置成陣列的多個感測器像素。感測器像素配置成輸出感測信號。讀出電路耦合到感測器像素。讀出電路配置成在第一曝光時間之後從感測器像素讀出感測信號以獲得第一指紋影像，和在第二曝光時間之後讀出感測信號以獲得第二指紋影像。感測器像素在第一曝光時間之前且在第二曝光時間之後重置。主機電路耦合到讀出電路。主機電路配置成根據第一指紋影像或第二指紋影像執行指紋識別操作。

在本發明的實施例中，讀出電路包含類比數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)電路。ADC電路耦合到感測器像素。ADC電路配置成將感測信號從類比格式轉換為數位格式，和輸出數位格式的感測信號。數位格式的感測信號包含第一資料和第二資料。第一資料對應於第一指紋影像，且第二資料對應於第二指紋影像。

在本發明的實施例中，ADC電路對於不同長度的曝光時間具有不同參數設置。

在本發明的實施例中，主機電路配置成根據曝光時間的長度來設置類比數位轉換器電路的參數設置。

在本發明的實施例中，讀出電路更包含第一儲存裝置。第一儲存裝置耦合到ADC電路。第一儲存裝置配置成接收和儲存數位格式的感測信號。

在本發明的實施例中，主機電路包含第二儲存裝置。第二儲存裝置耦合到讀出電路。第二儲存裝置配置成接收和儲存數位格式的感測信號。

在本發明的實施例中，指紋識別更包含驅動器電路。驅動器電路耦合到感測器像素。驅動器電路配置成重置感測器像素和掃描感測器像素以驅動感測器像素輸出感測信號。驅動器電路在第一曝光時間之前且在第二曝光時間之後重置感測器像素。

在本發明的實施例中，驅動器電路包含掃描電路和閘極驅動電路。掃描電路耦合到感測器像素。掃描電路配置成重置感測器像素和掃描感測器像素以驅動感測器像素輸出感測信號。閘極驅動電路耦合到掃描電路。閘極驅動電路配置成驅動掃描電路執行重置操作和掃描操作。

在本發明的實施例中，掃描電路配置在感測器面板上，且閘極驅動電路配置在讀出電路中。

在本發明的實施例中，讀出電路實施於半導體晶片中， 所述半導體晶片具有顯示驅動功能、觸摸感測功能以及指紋感測功能。

本發明的實施例提供一種讀出電路，所述讀出電路配置成從感測器面板的感測器像素讀出感測信號。讀出電路包含ADC電路和驅動器電路。ADC電路耦合到感測器像素。ADC電路配置成在第一曝光時間之後且在第二曝光時間之後從感測器像素接收感測信號。ADC電路進一步配置成將感測信號從類比格式轉換為數位格式，和輸出數位格式的感測信號。驅動器電路耦合到感測器像素。驅動器電路配置成重置感測器像素和掃描感測器像素以驅動感測器像素輸出感測信號。驅動器電路在第一曝光時間之前且在第二曝光時間之後重置感測器像素。

在本發明的實施例中，讀出電路更包含儲存裝置。儲存裝置耦合到類比數位電路。儲存裝置配置成接收和儲存數位格式的感測信號。

本發明的實施例提供一種指紋識別裝置的操作方法。指紋識別裝置包含感測器面板，且感測器面板包含配置成輸出感測信號的多個感測器像素。指紋識別裝置的操作方法包含：在第一曝光時間之後從感測器像素讀出感測信號以獲得第一指紋影像；在第二曝光時間之後從感測器像素讀出感測信號以獲得第二指紋影像；以及根據第一指紋影像或第二指紋影像執行指紋識別操作，其中感測器像素在第一曝光時間之前且在第二曝光時間之後重置。

在本發明的實施例中，指紋識別裝置包含讀出電路。指紋識別裝置的操作方法更包含：經由讀出電路的ADC轉換器將感測信號從類比格式轉換為數位格式，和輸出數位格式的感測信號。數位格式的感測信號包含第一資料和第二資料。第一資料對應於第一指紋影像，且第二資料對應於第二指紋影像。

在本發明的實施例中，指紋識別裝置的操作方法更包含：根據曝光時間的長度來設置ADC轉換器電路的參數設置。

在本發明的實施例中，指紋識別裝置的操作方法更包含：將數位格式的感測信號儲存於讀出電路的第一儲存裝置中。

在本發明的實施例中，指紋識別裝置包含主機電路。指紋識別裝置的操作方法更包含：將數位格式的所述感測信號儲存在主機電路的第二儲存裝置中。

在本發明的實施例中，指紋識別裝置的操作方法更包含：在第一曝光時間之前且在第二曝光時間之後重置感測器像素，和掃描感測器像素以驅動感測器像素輸出感測信號。

為使本發明的以上特徵及優點更容易理解，以下結合圖式詳細闡述各實施例。

100:指紋識別裝置

110:感測器面板

112:感測器像素

114:像素陣列

120:讀出電路

121:介面

122:類比數位轉換器電路

123:第一儲存裝置

124:驅動器電路

126:AFE電路

128:觸發電路

130:主機電路

200:指紋感測裝置

310:閘極驅動電路

312:第一驅動電路

314:第二驅動電路

320、526:掃描電路

322:重置電路

324:寫入電路

410、410_1、610:重置信號

420、420_1、620:讀出信號

510:電子電路

512:顯示驅動電路

514:觸摸感測電路

516:指紋感測電路

521:時序控制器

523:處理器

530:控制電路

541:觸摸控制器

610_1、610_2、610_3:讀出脈衝

631、632、633:斜率

CLK、CKV1、CKV2、CKV3:時脈信號

COM1:讀取命令

Ctrl_1:控制信號

D1:感測資料

DG[1]、DG[2]...DG[N]:驅動線

ET1:第一曝光時間

ET2:第二曝光時間

ET3:第三曝光時間

N1、N2:節點

RG[1]、RG[2]...RG[N]:第一驅動線

WG[1]、WG[2]...WG[N]:第二驅動線

RO[1]、RO[2]...RO[M]:感測線

S1:感測信號

S2:信號

S100、S110、S120:步驟

S130:顯示掃描操作

S710:第一重置操作

S720、S730、S740、S810、S820、S830:操作

S720_1、S720_2、S730_3:讀取操作

S750、S840:指紋識別操作

SPI_CS、SPI_CLK、SPI_DI、SPI_DO:信號線

STV1、STV2、STV3:起始脈衝信號

SVDD_O:第一工作電壓

SVSS_O:第二工作電壓

T1、T2:電晶體

t1:第一讀出時間點

t2:第二讀出時間點

t3:第三讀出時間點

V1:電壓

圖1為根據本發明的實施例的指紋識別裝置的示意圖。

圖2為根據本發明的實施例的讀出電路的示意圖。

圖3為根據本發明的另一實施例的指紋識別裝置的示意圖。

圖4為用於操作根據本發明的實施例的圖3的指紋識別裝置的信號的波形圖。

圖5為根據本發明的實施例的感測器像素的示意圖。

圖6為根據本發明的實施例的圖5的感測器像素的控制信號和感測信號的波形圖。

圖7示出根據本發明的實施例的指紋感測和識別過程。

圖8示出根據本發明的另一實施例的指紋感測和識別過程。

圖9說明根據本發明的另一實施例的指紋感測和識別過程。

圖10示出根據本發明的另一實施例的指紋感測和識別過程。

圖11為示出根據本發明的實施例描繪的電子電路的方塊示意圖。

圖12為根據本發明的另一實施例的指紋識別裝置的示意圖。

圖13示出根據本發明的實施例的圖12的指紋感測和識別過程。

圖14為用於操作根據本發明的實施例的圖12的指紋識別裝置的信號的波形圖。

圖15示出根據本發明的實施例的讀出電路與主機電路之間的信號傳輸操作。

圖16為在根據本發明的實施例的圖15的讀出電路與主機電路之間傳輸的信號的波形圖。

圖17為示出根據本發明的實施例的指紋識別裝置的操作方 法的流程圖。

下文提供實施例以詳細地描述本發明，但本發明不限於所提供的實施例，且所提供的實施例可適合地組合。本說明書(包含申請專利範圍)中所使用的術語「耦合(coupling/coupled)」或「連接(connecting/connected)」可指任何直接或間接連接方式。舉例來說，「第一裝置耦合到第二裝置」應解釋為「第一裝置直接連接到第二裝置」或「第一裝置通過其它裝置或連接構件間接連接到第二裝置」。另外，術語「信號」可以是電流、電壓、電荷、溫度、資料、電磁波或任何一個或多個信號。

圖1為根據本發明的實施例的指紋識別裝置的示意圖。參考圖1，本實施例的指紋識別裝置100包含感測器面板110、讀出電路120及主機電路130。感測器面板110和讀出電路120可充當指紋感測裝置200以感測指紋影像且將感測資料D1輸出至主機電路130。感測資料D1可包含用於指紋識別的指紋影像資訊。

具體而言，感測器面板110配置成將感測信號S1輸出到讀出電路120。讀出電路120例如經由感測線耦合到感測器面板110。讀出電路120配置成在讀出時間期間從感測器面板110讀出感測信號S1。主機電路130耦合到讀出電路120。主機電路130配置成根據至少一個指紋影像執行指紋識別操作，例如，電子裝置的解鎖操作。舉例來說，主機電路130可為智慧手機的應用程 式處理器，且配置成根據正確指紋影像執行智慧手機的解鎖操作。

在一實施例中，指紋識別裝置100可為具有顯示功能、觸摸感測功能和/或指紋感測功能的電子裝置。在一實施例中，指紋識別裝置100可為但不限於智慧手機、非智慧手機、可穿戴電子裝置、平板電腦、個人數位助理、筆記本，以及可獨立地操作且具有顯示功能、觸摸感測功能以及指紋感測功能的其它可攜式電子裝置。在一實施例中，指紋識別裝置100可為但不限於車輛智慧系統中的可擕式電子裝置或非可擕式電子裝置。在一實施例中，指紋識別裝置100可為但不限於智慧家用電器，諸如電視機、電腦、冰箱、洗衣機、電話、電磁爐、檯燈等。

圖2為根據本發明的實施例的讀出電路的示意圖。參考圖2，本實施例的讀出電路120包含類比數位轉換器(ADC)電路122和驅動器電路124。

具體而言，ADC電路122經由感測線耦合至感測器面板110。ADC電路122用以從感測器面板110接收感測信號S1，將感測信號S1從類比格式轉換為數位格式，以及以數位格式(例如，感測資料D1)輸出感測信號。驅動器電路124耦合到感測器面板110。驅動器電路124用以重置感測器面板110的感測器像素，和掃描感測器像素以驅動感測器像素輸出感測信號S1。

在一實施例中，讀出電路120可更包含數位電路、類比前端(analog front end，AFE)電路和/或用於執行指紋感測操作的其它功能電路。另外，可參考相關技術中的通常知識獲得對ADC 電路122和驅動器電路124的硬體結構的足夠教示、建議以及實施說明。

圖3為根據本發明的另一實施例的指紋識別裝置的示意圖。圖4為用於操作根據本發明的實施例的圖3的指紋識別裝置的信號的波形圖。參考圖3和圖4，感測器面板110包含配置成陣列的多個感測器像素112。感測器像素112包含用以執行指紋感測操作的光學指紋感測器。感測器像素112配置成經由感測線RO[1]和感測線RO[2]到感測線RO[M]將感測信號S1輸出到讀出電路120，其中M為大於2的整數。舉例來說，感測器像素112將感測信號S1輸出到相應AFE電路126。

在本實施例中，讀出電路120更包含多個AFE電路126。AFE電路126耦合到相應像素行(column)。AFE電路126配置成從感測器像素112接收感測信號S1。AFE電路126可包含類比電路和/或數位類比混合電路，且其負責執行許多工，包含信號擷取、類比濾波、功率放大等。AFE電路126將類比格式的處理感測信號S1輸出到ADC電路122。另外，可參考相關技術中的通常知識獲得對AFE電路126的硬體結構的足夠教示、建議及實施說明。

驅動器電路124經由第一驅動線RG[1]和第一驅動線RG[2]到第一驅動線RG[N]以及第二驅動線WG[1]和第二驅動線WG[2]到第二驅動線WG[N]耦合到感測器像素112，其中N為大於2的整數。驅動器電路124用以重置感測器像素112和掃描感測器像素112以驅動感測器像素112輸出感測信號S1。

驅動器電路124包含閘極驅動電路310和掃描電路320。閘極驅動電路310耦合到掃描電路320。掃描電路320經由第一驅動線RG[1]和第一驅動線RG[2]到第一驅動線RG[N]以及第二驅動線WG[1]和第二驅動線WG[2]到第二驅動線WG[N]耦合至感測器像素112。在本實施例中，掃描電路320配置在感測器面板110上，且閘極驅動電路310配置在讀出電路120中，但本發明不限於此。在一實施例中，掃描電路320可配置在讀出電路120中。

閘極驅動電路310配置成驅動掃描電路320執行重置操作和掃描操作。舉例來說，閘極驅動電路310可輸出控制信號Ctrl_1以驅動掃描電路320。控制信號Ctrl_1包含起始脈衝信號STV1和起始脈衝信號STV2以及時脈信號CKV1和時脈信號CKV2。

掃描電路320配置成根據起始脈衝信號STV1和起始脈衝信號STV2以及時脈信號CKV1和時脈信號CKV2來重置感測器像素112和掃描感測器像素112以驅動感測器像素112輸出感測信號S1。

具體而言，閘極驅動電路310包含第一驅動電路312和第二驅動電路314，且掃描電路320包含重置電路322和寫入電路324。重置電路322和寫入電路324可為配置在感測器面板110上的陣列上閘極(gate on array，GOA)電路。重置電路322經由第一驅動線RG[1]和第一驅動線RG[2]到第一驅動線RG[N]耦合至感測器像素112。寫入電路324經由第二驅動線WG[1]和第二驅動線 WG[2]到第二驅動線WG[N]耦合至感測器像素112。

第一驅動電路312將起始脈衝信號STV1和時脈信號CKV1輸出到重置電路322。重置電路322在重置時間期間根據起始脈衝信號STV1和時脈信號CKV1將重置信號410輸出到第一驅動線RG[1]和第一驅動線RG[2]到第一驅動線RG[N]，以便逐列(row)重置複數個感測器像素112。

第二驅動電路314將起始脈衝信號STV2和時脈信號CKV2輸出到寫入電路324。寫入電路324在讀出時間期間根據起始脈衝信號STV2和時脈信號CKV2將讀出信號420輸出到第二驅動線路WG[1]和第二驅動線路WG[2]到第二驅動線路WG[N]，使得讀出電路120逐列地從感測器像素112讀出感測信號S1。

以感測器像素112的第一像素列為例，重置信號410_1重置感測器像素112的第一像素列，且接著使位於第一像素列上的感測器像素112曝光以感測指紋影像。接下來，讀出信號420_1驅動感測器像素112的第一像素列將感測信號S1輸出到讀出電路120。重置信號410_1的上升沿與讀出信號420_1的上升沿之間的時間間隔為曝光時間，如圖4中所描繪。曝光時間意指將感測器像素112曝光以便記錄指紋影像的時間跨度(time span)。

圖5為根據本發明的實施例的感測器像素的示意圖。圖6為根據本發明的實施例的圖5的感測器像素的控制信號和感測信號的波形圖。參考圖5和圖6，感測器像素112在第一工作電壓SVDD_O與第二工作電壓SVSS_O之間工作。在第一驅動線RG[N] 上傳輸的重置信號610在重置時間期間接通電晶體T1，且因此節點N1處的電壓由第一工作電壓SVDD_O重置。在重置時間之後，將光二極體PD曝光以便在曝光時間期間記錄指紋影像。在曝光時間之後，在第二驅動線路WG[N]上傳輸的讀出信號620在讀出時間期間接通電晶體T2，且因此將節點N1處的電壓傳輸到節點N2。節點N2處的電壓充當感測信號S1且經由感測線RO[M]輸出至讀出電路120。

在本實施例中，讀出信號620包含多個讀出脈衝610_1、讀出脈衝610_2以及讀出脈衝610_3，使得在不同曝光時間ET1、曝光時間ET2以及曝光時間ET3之後，節點N2處的電壓可在不同時間點讀出。圖6示出當光二極體PD曝光於不同光強度時，感測信號S1具有不同放電速率。舉例來說，當光二極體PD未感測到光或感測到弱光時，感測信號S1具有如斜率631的慢放電速率。當光二極體PD感測到強光時，感測信號S1具有如斜率633的快放電速率。另外，當光二極體PD感測到正常光時，感測信號S1具有斜率631與斜率633之間的放電速率，諸如斜率632。

圖7示出根據本發明的實施例的指紋感測和識別過程。參考圖3和圖7，在閘極驅動電路310控制掃描電路320對感測器像素112執行第一重置操作S710之後，連續地曝光感測器像素112。基於不同的曝光時間長度設置，在第一讀出時間點t1讀出感測信號S1，且通過ADC電路122將其轉換成數位信號，且接著可至少在第二讀出時間點t2再次讀出感測信號S1，並且在不執行第 二重置操作的情況下通過ADC電路122將其轉換成數位信號。數位格式的感測信號S1包含第一資料和第二資料。第一資料對應於第一指紋影像，且第二資料對應於第二指紋影像。另外，亦可以類似方式在第三讀出時間點t3獲得第三指紋影像。

如圖7中所示出，讀出電路120，例如讀出積體電路(readout integrated circuit，ROIC)，分別在三個讀出時間點t1、讀出時間點t2及讀出時間點t3讀出感測信號S1(操作S720)，且通過ADC電路122將感測信號S1轉換成數位信號(操作S730)，但僅藉由執行單一個重置操作。也就是說，讀出電路120在第一曝光時間ET1後從感測器像素112讀出感測信號S1以獲得第一指紋影像，且在第二曝光時間ET2後讀出感測信號S1以獲得第二指紋影像。感測器像素112在第一曝光時間ET1之前且在第二曝光時間ET2之後，或甚至在第三曝光時間ET3之後重置。在第一讀出時間點t1與第三讀出時間點t3之間不執行重置操作。

多個指紋影像的數位指紋影像信號均被儲存，即可將所述數位指紋影像信號儲存在讀出電路120或主機電路130中(操作S740)。舉例來說，參考圖1和圖2，讀出電路120可包含耦合到類比數位電路126的第一儲存裝置(未繪示)。第一儲存裝置配置成接收和儲存數位格式的感測信號S1。或者，主機電路130可包含耦合到讀出電路120的第二儲存裝置(未繪示)。第二儲存裝置配置成接收和儲存數位格式的感測信號S1。

接下來，主機電路130可決定哪些讀取資料將用於指紋 識別操作S750。舉例來說，主機電路130可根據第一指紋影像、第二指紋影像和/或第三指紋影像來執行指紋識別操作S750。換句話說，即使在強光環境或乾手指感測條件下，指紋識別裝置100也不需要每次都運行包含重置操作的完整指紋感測時間，並因此節省解鎖時間。

圖8示出根據本發明的另一實施例的指紋感測和識別過程。如圖8中所示出，主機電路130基於第二指紋影像執行指紋識別操作S840。指紋識別操作S840包含計算操作和解鎖操作。根據使用曝光時間ET2和默認ADC參數設置(第二參數設置)的指紋感測操作S840來獲得第二指紋影像。ADC參數設置例如為ADC電路122的輸入電壓範圍。

獲得的第二指紋影像用於指紋識別(操作S840)。不僅在曝光時間ET2後，而且在其它兩個曝光時間長度(即曝光時間ET1和曝光時間ET3)後，讀出電路120讀出感測信號S1且將感測信號S1轉換成數位指紋影像信號。曝光時間ET1的曝光時間長度係短於曝光時間ET2的曝光時間長度，且曝光時間ET3的曝光時間長度係長於曝光時間ET2的曝光時間長度。

詳細地說，如操作S810中所示出，當在完成指定像素列的重置操作後，曝光時間ET1從感測器面板110中的指定像素列流逝時，讀出電路120第一次從指定像素列讀出感測信號S1，且接著通過具有第一參數設置的ADC電路122轉換感測信號S1以產生第一讀出資料。將第一讀取資料儲存於讀出電路120的第一 儲存裝置(例如，靜態隨機存取記憶體(Static Random Access Memory，SRAM))中，且經由介面(例如，串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI))傳輸到主機電路130，且儲存於主機電路130的第二儲存裝置中。可通過對感測器面板110而逐列地執行以上重置、曝光、讀出操作來獲得完整指紋影像信號。可即時地逐列將從讀出電路120傳輸到主機電路130的數位指紋影像信號從讀出電路120傳輸到主機電路130，或將完整指紋影像儲存在讀出電路120上且接著傳輸到主機電路130。

當讀出電路120第一次讀出指定像素列的感測信號S1且用ADC電路122轉換感測信號S1時，繼續曝光指定像素列。如操作S820中所示出，當在完成指定像素列的重置操作後，曝光時間ET2從感測器面板110中的指定像素列流逝時，讀出電路120第二次從指定像素列讀出感測信號S1，且接著通過具有第二參數設置的ADC電路122轉換感測信號S1以產生第二讀出資料。將第二讀取資料儲存於讀出電路120的第一儲存裝置中且經由介面傳輸到主機電路130，且儲存於主機電路130的第二儲存裝置中。

當讀出電路120第二次讀出指定像素列的感測信號S1且用ADC電路122轉換感測信號S1時，繼續曝光指定像素列。接下來，如操作S830中所示出，在曝光時間ET3之後，讀出電路120第三次讀出指定像素列的感測信號S1，且經由具有第三參數設置的ADC電路122轉換感測信號S1以產生第三讀取資料，將所述第三讀取資料傳輸到主機電路130，且接著儲存在主機電路 130的第二儲存裝置中。

由於逐列地執行讀出且經由相同指紋感測線讀出每一像素列，因此每一曝光時間的結束點之間的時間間隔必須足夠長。在逐列讀出通過曝光時間ET1獲得的指紋影像後，可逐列讀取通過曝光時間ET2獲得的指紋影像。

在圖8的實施例中，主機電路130根據第二指紋影像執行指紋識別操作，通過使用曝光時間ET2和第二ADC參數設置的指紋感測來獲得所述第二指紋影像。在正常情況下(無過度曝光或無乾手指觸摸)，由主機電路130基於通過曝光時間ET2獲得的第二指紋影像進行的指紋識別操作應能夠在計算操作之後解鎖指紋識別裝置100。如果可成功地解鎖指紋識別裝置100，則可丟棄通過曝光時間ET2獲得的第一指紋影像，且不需要使用根據曝光時間ET3獲得的第三指紋影像且將其發送到主機電路130。

在本實施例中，ADC電路122對於不同長度的曝光時間具有不同參數設置，且主機電路130配置成根據曝光時間的長度來設置ADC電路122的參數設置。

具體而言，取決於曝光時間，光學指紋感測器的放電範圍將不同，亦即，讀取感測信號的電壓範圍將不同，且ADC電路的輸入電壓範圍將不同。舉例來說，在長時間的放電之後，通過感測線讀取的指紋感測器的輸出電壓可從5伏特下降到1伏特。若ADC參數設置將以0伏特到2伏特的電壓範圍來處理輸入信號，則ADC電路122可準確地擷取輸入感測信號且將其轉換成數 位資料。

然而，若放電時間不足，指紋感測器的輸出電壓僅從5伏特下降到4伏特(在0伏特到2伏特的電壓範圍外)，那麼ADC電路122將無法根據之前的參數設置準確地擷取輸入感測信號。為了使ADC電路的處理輸入電壓範圍能夠包含讀出的所感測信號電平，有必要調整ADC的參數設置。換句話說，需要不同曝光時間長度以對應於不同ADC參數設置。ADC電路的參數設置可通過主機電路130來決定，且主機電路130可提前儲存若干組ADC參數設置。

圖9說明根據本發明的另一實施例的指紋感測和識別過程。在圖9的實施例中，主機電路130根據通過使用曝光時間ET2和第二ADC參數設置的指紋感測獲得的第二指紋影像來執行指紋識別操作。然而，在強光環境中，第二指紋影像可能為過度曝光影像，這使得主機電路130根據通過曝光時間ET2獲得的指紋影像來執行指紋識別操作，但發現指紋識別裝置100無法在計算操作之後解鎖。此時，主機電路130可通過另一指紋影像來解鎖指紋識別裝置100。如圖9中所示出，主機電路130使用根據曝光時間ET1獲得的第一指紋影像進行指紋識別操作，且在完成計算操作之後，解鎖操作成功。不需要使用根據曝光時間ET3獲得的第三指紋影像。

如圖9中所示出，假設曝光時間ET1為110毫秒(milliseconds，ms)，曝光時間ET2為150毫秒，且計算操作所需 的時間為100毫秒。在這種情況下，使用傳統方法解鎖將花費150+100+110+100=460毫秒。然而，使用實施例的方法的解鎖時間僅需要150+100+100=350毫秒。在其它實施例中，當主機電路130根據通過曝光時間ET2獲得的第二指紋影像來執行指紋識別操作，且發現指紋識別裝置100無法解鎖時，主機電路130可仍維持第二指紋影像，且對第一指紋影像和第二指紋影像進行影像處理以獲得用於指紋識別操作的後處理指紋影像。後處理指紋影像含有兩個影像分量，可減少後處理指紋影像中的雜訊，進而提高成功解鎖的概率。

如果完整指紋影像的影像資料(例如，12位元)的色彩資訊超出某一百分比(例如，40%)且高於最大值(例如，4095)，那麼可確定指紋影像過度曝光。另外，可將從指紋感測器陣列讀取的資料儲存在主機電路130的第二記憶體中，或記錄在讀出電路120的第一記憶體中，且接著當主機電路130需要資料時，通過介面儲存主機電路130的第二記憶體。

圖10示出根據本發明的另一實施例的指紋感測和識別過程。在圖10的實施例中，主機電路130根據通過使用曝光時間ET2和第二ADC參數設置的指紋感測獲得的第二指紋影像來執行指紋識別操作。不僅在曝光時間ET2之後，而且在其它兩個曝光時間長度(即曝光時間ET1和曝光時間ET3)之後，讀出電路120讀出感測信號S1並且將感測信號S1轉換成數位指紋影像信號。

在圖10的實施例中，主機電路130基於通過使用曝光時 間ET2和第二ADC參數設置的指紋感測獲得的第二指紋影像來執行指紋識別操作。然而，在乾燥環境中，手指的表面收縮，且因此指紋影像中的峰值與谷值之間的解析度不是很好，使得主機電路130無法基於通過曝光時間ET2獲得的第二指紋影像來解鎖指紋識別裝置100。使用根據曝光時間ET3(長於曝光時間ET2)獲得的第三指紋影像進行指紋識別操作，且指紋識別裝置100可在計算操作之後成功地解鎖。

如圖10中所示出，假設曝光時間ET2為150毫秒，曝光時間ET3為200毫秒，且計算操作所需的時間為100毫秒。在此情況下，使用傳統方法解鎖將花費150+100+200+100=550毫秒。然而，使用實施例的方法的解鎖時間僅為150+100+100=350毫秒。在其它實施例中，當主機電路130根據通過曝光時間ET2獲得的第二指紋影像來執行指紋識別操作，且發現指紋識別裝置100無法解鎖時，主機電路130可對第三指紋影像和較早獲得的至少一個影像(即，第一指紋影像和第二指紋影像中的至少一個)進行影像處理以獲得接著用於指紋識別操作的含有(超過)兩個影像分量的後處理指紋影像，可減少後處理指紋影像中的雜訊，進而提高成功解鎖的概率。

儘管在上述實施例中將三個不同曝光時間長度作為實例，但在本公開的其它實施例中，亦可僅基於兩個不同曝光時間長度來決定兩個讀出時間點，以便以分時方式執行兩次讀出操作，且儲存獲得的數位資料。亦即，讀取次數可根據實際需要而 設計。在基於兩個不同曝光時間長度來決定兩個讀出時間點的實施例中，可將所述兩個不同曝光時間長度設置成適合於在正常環境中操作且在強光環境中操作。

圖11為示出根據本發明的實施例描繪的電子電路的方塊示意圖。參考圖11，電子電路510可適於驅動具有顯示功能、觸摸感測功能以及指紋感測功能的顯示面板。電子電路510包含顯示驅動電路512、觸摸感測電路514以及指紋感測電路516。

顯示驅動電路512配置成驅動和控制顯示面板的顯示像素顯示影像。顯示驅動電路512產生用於驅動顯示面板120的顯示驅動信號。顯示驅動電路512可包含時序控制器521、顯示驅動器以及用於顯示操作的其它功能電路。顯示驅動電路512還可包含用於顯示操作的其它控制活動的其它控制器或處理器523。

觸摸感測電路514配置成驅動和控制顯示面板的觸摸感測器感測顯示面板的觸摸事件。觸摸感測電路514可包含觸摸控制器541、AFE電路、ADC電路以及用於觸摸感測操作的其它功能電路。

指紋感測電路516配置成驅動和控制顯示面板的指紋感測器(例如，圖3的感測器像素112)經由第一驅動線RG[1]和第一驅動線RG[2]到第一驅動線RG[N]、第二驅動線WG[1]和第二驅動線WG[2]到第二驅動線WG[N]以及感測線RO[1]和RO[2]到感測線RO[M]感測顯示面板上的指紋影像。讀出電路120從感測器像素112接收對應於指紋影像的感測信號S1。指紋感測電路516 可包含讀出電路120。讀出電路120實施於半導體晶片中，所述半導體晶片具有顯示驅動功能、觸摸感測功能以及指紋感測功能。指紋感測電路516還可處理感測信號S1以獲得指紋影像。指紋感測電路516可包含數位電路、AFE電路、ADC電路以及用於指紋感測操作的其它功能電路。

在一實施例中，當電子電路510實施為可驅動和控制顯示面板執行顯示操作、觸摸感測操作以及指紋感測操作的單晶片積體電路時，電子電路510可包含控制電路。控制電路530可為基於微控制器的核心(micro-controller based core)以執行顯示操作、觸摸感測操作以及指紋感測操作的所有控制活動。控制電路530可包含時序控制器521、觸摸控制器541、指紋感測電路516的數位電路，及顯示驅動電路512的其它控制器或處理器523中的至少一個。

顯示驅動電路512、觸摸感測電路514及指紋感測電路516經由信號傳輸介面彼此通信，所述信號傳輸介面例如移動行業處理器介面(Mobile Industry Processor Interface，MIPI)、積體匯流排電路(Inter-Integrated Circuit，I2C)介面、串列週邊介面(SPI)和/或其它類似或合適的介面。

關於圖3的實施例中的元件的硬體結構，時序控制器521、觸摸控制器541以及數位電路561可為具有計算能力的處理器。替代地，時序控制器521、觸摸控制器541以及數位電路561可經由硬體描述語言(hardware description languages，HDL)或 所屬領域的技術人員熟悉的數位電路的任何其它設計方法來設計，且可為經由現場可程式設計閘陣列(field programmable gate array，FPGA)、複雜可程式設計邏輯裝置(complex programmable logic device，CPLD)或專用積體電路(application-specific integrated circuit，ASIC)實施的硬體電路。

另外，可參考相關技術中的通常知識獲得對顯示驅動電路512、觸摸感測電路514以及指紋感測電路516的硬體結構的足夠教示、建議以及實施說明，這在下文中不再重複。

圖12為根據本發明的另一實施例的指紋識別裝置的示意圖。參考圖12，本實施例的指紋識別裝置100包含感測器面板110、電子電路510以及主機電路130。感測器面板110具有顯示功能、觸摸感測功能以及指紋感測功能。電子電路510配置以驅動和控制感測器面板110執行顯示操作、觸摸感測操作以及指紋感測操作。感測器面板110和電子電路510可充當指紋感測裝置200以感測指紋影像且將感測資料D1輸出到主機電路130。

在本實施例中，掃描電路526可為配置在感測器面板110上以用於驅動像素陣列114執行顯示操作的GOA電路。電子電路510驅動和控制掃描電路526的操作。在一實施例中，掃描電路320和掃描電路526可配置於電子電路510中。

圖13示出根據本發明的實施例的圖12的指紋感測和識別過程。圖14為用於操作根據本發明的實施例的圖12的指紋識別裝置的信號的波形圖。

參考圖12到圖14，在第一重置操作S710與讀取操作S720_1之間，或在讀取操作S720_1、讀取操作S720_2與讀取操作S730_3中的兩個之間執行顯示掃描操作S130。在圖14中，在完成像素陣列114的重置操作之後，掃描電路526可根據起始脈衝信號STV3和時脈信號CKV3，經由驅動線DG[1]和驅動線DG[2]到驅動線DG[N]來掃描像素陣列114。

圖15示出根據本發明的實施例的讀出電路與主機電路之間的信號傳輸操作。圖16為在根據本發明的實施例的圖15的讀出電路與主機電路之間傳輸的信號的波形圖。

參考圖15和圖16，讀出電路120與主機電路130之間的介面121可為串列週邊介面(SPI)，但本發明並不限於此。當讀出電路120經由圖3的AFE電路126完成從顯示面板110接收資料時，觸發電路128輸出信號S2以觸發主機電路130通知主機電路130可開始提取資料。在一實施例中，可將從顯示面板110接收到的資料儲存在第一儲存裝置123，例如，SRAM中。接下來，主機電路130將信號線SPI_CS處的電壓V1拉低，且經由信號線SPI_CLK輸出時脈信號CLK。同時，主機電路130將信號線SPI_DI上的讀取命令COM1輸出到讀出電路120，且讀出電路120將感測資料D1上傳到信號線SPI_DO上。因此，主機電路130可開始從讀出電路120接收資料。

圖17為示出根據本發明的實施例的指紋識別裝置的操作方法的流程圖。參考圖1和圖17，本發明實施例的操作方法至少 適於圖1中所描繪的指紋識別裝置100，但本公開不限於此。

以指紋識別裝置100為例，在步驟S100中，讀出電路120在第一曝光時間ET1之後從感測器像素110讀出感測信號S1以獲得第一指紋影像。在步驟S110中，讀出電路120在第二曝光時間ET2之後從感測器像素110讀出感測信號S1以獲得第二指紋影像。在步驟S120中，主機電路130根據第一指紋影像或第二指紋影像來執行指紋識別操作。感測器像素112在第一曝光時間ET1之前且在第二曝光時間ET2之後重置。

本發明的實施例中所描述的指紋識別裝置的操作方法在圖1到圖16中所示出的實施例中得到充分教示、建議以及實施說明，且因此本文中不提供進一步描述。

綜上所述，在本發明的實施例中，讀出電路分別在一些讀出時間點讀出感測信號，且通過ADC電路將感測信號轉換成數位信號，但是僅執行一次重置操作。ADC電路對於不同長度的曝光時間具有不同參數設置。多個指紋影像的數位指紋影像信號均被儲存，即可將所述數位指紋影像信號儲存在讀出電路或主機電路中。主機電路可決定哪些讀取資料將用於指紋識別操作。因此，即使在強光環境或乾手指感測條件下，指紋識別裝置也不需要每次都運行包含重置操作的完整指紋感測時間，且因此節省解鎖時間。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的 精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:指紋識別裝置

110:感測器面板

120:讀出電路

130:主機電路

200:指紋感測裝置

D1:感測資料

S1:感測信號

Claims (24)

1. 一種指紋識別裝置，包括：感測器面板，包括配置成陣列的多個感測器像素，其中所述感測器像素配置成輸出感測信號；讀出電路，耦合到所述感測器像素，且配置成在第一曝光時間之後從所述感測器像素讀出所述感測信號以獲得第一指紋影像，和在第二曝光時間之後讀出所述感測信號以獲得第二指紋影像，其中所述感測器像素在所述第一曝光時間之前且在所述第二曝光時間之後重置；以及主機電路，耦合到所述讀出電路，且配置成根據所述第一指紋影像或所述第二指紋影像執行指紋識別操作。
2. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中所述讀出電路包括：類比數位轉換器電路，耦合到所述感測器像素，且配置成將所述感測信號從類比格式轉換為數位格式，和輸出所述數位格式的所述感測信號，其中所述數位格式的所述感測信號包括第一資料和第二資料，所述第一資料對應於所述第一指紋影像，且所述第二資料對應於所述第二指紋影像。
3. 如請求項2所述的指紋識別裝置，其中所述類比數位轉換器電路對於不同長度的曝光時間具有不同參數設置，其中所述參數設置包括所述類比數位轉換器電路的輸入電壓範圍。
4. 如請求項3所述的指紋識別裝置，其中所述主機電路配置成根據所述曝光時間的所述長度來設置所述類比數位轉換器電路的所述參數設置。
5. 如請求項2所述的指紋識別裝置，其中所述讀出電路更包括：第一儲存裝置，耦合到所述類比數位電路，且配置成接收和儲存所述數位格式的所述感測信號。
6. 如請求項2所述的指紋識別裝置，其中所述主機電路包括：第二儲存裝置，耦合到所述讀出電路，且配置成接收和儲存所述數位格式的所述感測信號。
7. 如請求項1所述的指紋識別裝置，更包括：驅動器電路，耦合到所述感測器像素，且配置成重置所述感測器像素和掃描所述感測器像素以驅動所述感測器像素輸出感測信號，其中所述驅動器電路在所述第一曝光時間之前且在所述第二曝光時間之後重置所述感測器像素。
8. 如請求項7所述的指紋識別裝置，其中所述驅動器電路包括：掃描電路，耦合到所述感測器像素，且配置成重置所述感測器像素和掃描所述感測器像素以驅動所述感測器像素輸出所述感測信號；以及閘極驅動電路，耦合到所述掃描電路，且配置成驅動所述掃 描電路執行重置操作和掃描操作。
9. 如請求項8所述的指紋識別裝置，其中所述掃描電路配置在所述感測器面板上，且所述閘極驅動電路配置在所述讀出電路中。
10. 如請求項1所述的指紋識別裝置，其中所述讀出電路實施於半導體晶片中，所述半導體晶片具有顯示驅動功能、觸摸感測功能以及指紋感測功能。
11. 一種讀出電路，配置成自感測器面板的感測器像素讀出感測信號，且所述讀出電路包括：類比數位轉換器電路，耦合到所述感測器像素，且配置成在第一曝光時間之後且在第二曝光時間之後從所述感測器像素接收所述感測信號，將所述感測信號從類比格式轉換為數位格式，以及輸出所述數位格式的所述感測信號；以及驅動器電路，耦合到所述感測器像素，且配置成重置所述感測器像素和掃描所述感測器像素以驅動所述感測器像素輸出所述感測信號，其中所述驅動器電路在所述第一曝光時間之前且在所述第二曝光時間之後重置所述感測器像素。
12. 如請求項11所述的讀出電路，其中所述數位格式的所述感測信號包括第一資料和第二資料，所述第一資料對應於第一指紋影像，且所述第二資料對應於第二指紋影像。
13. 如請求項12所述的讀出電路，其中所述類比數位轉換器電路對於不同長度的曝光時間具有不同參數設置，其中所述 參數設置包括所述類比數位轉換器電路的輸入電壓範圍。
14. 如請求項13所述的讀出電路，其中根據所述曝光時間的所述長度來設置所述類比數位轉換器電路的所述參數設置。
15. 如請求項12所述的讀出電路，其中所述讀出電路更包括：儲存裝置，耦合到所述類比數位電路，且配置成接收和儲存所述數位格式的所述感測信號。
16. 如請求項11所述的讀出電路，其中所述驅動器電路包括：掃描電路，耦合到所述感測器像素，且配置成重置所述感測器像素和掃描所述感測器像素以驅動所述感測器像素輸出所述感測信號；以及閘極驅動電路，耦合到所述掃描電路，且配置成驅動所述掃描電路執行重置操作和掃描操作。
17. 如請求項16所述的讀出電路，其中所述掃描電路配置在所述感測器面板上，且所述閘極驅動電路配置在所述讀出電路中。
18. 如請求項11所述的讀出電路，其中所述讀出電路實施於半導體晶片中，所述半導體晶片具有顯示驅動功能、觸摸感測功能以及指紋感測功能。
19. 一種指紋識別裝置的操作方法，其中所述指紋識別裝置包括感測器面板，且所述感測器面板包括配置成輸出感測信 號的多個感測器像素，所述指紋識別裝置的所述操作方法包括：在第一曝光時間之後從所述感測器像素讀出所述感測信號以獲得第一指紋影像；在第二曝光時間之後從所述感測器像素讀出所述感測信號以獲得第二指紋影像；以及根據所述第一指紋影像或所述第二指紋影像執行指紋識別操作，其中在所述第一曝光時間之前且在所述第二曝光時間之後重置所述感測器像素。
20. 如請求項19所述的指紋識別裝置的操作方法，其中所述指紋識別裝置包括讀出電路，且所述指紋識別裝置的所述操作方法更包括：經由所述讀出電路的類比數位轉換器電路將所述感測信號從類比格式轉換為數位格式，和輸出所述數位格式的所述感測信號，其中所述數位格式的所述感測信號包括第一資料和第二資料，所述第一資料對應於所述第一指紋影像，且所述第二資料對應於所述第二指紋影像。
21. 如請求項20所述的指紋識別裝置的操作方法，更包括：根據曝光時間的長度設置所述類比數位轉換器電路的參數設置，其中所述參數設置包括所述類比數位轉換器電路的輸入電壓範圍。
22. 如請求項20所述的指紋識別裝置的操作方法，更包 括：將所述數位格式的所述感測信號儲存在所述讀出電路的第一儲存裝置中。
23. 如請求項20所述的指紋識別裝置的操作方法，其中所述指紋識別裝置包括主機電路，且所述指紋識別裝置的所述操作方法更包括：將所述數位格式的所述感測信號儲存在所述主機電路的第二儲存裝置中。
24. 如請求項19所述的指紋識別裝置的操作方法，更包括：在所述第一曝光時間之前且在所述第二曝光時間之後重置所述感測器像素，和掃描所述感測器像素以驅動所述感測器像素輸出感測信號。

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