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TWI718667B - 光學指紋採集方法及利用其之光學指紋感測裝置和手持裝置 - Google Patents

光學指紋採集方法及利用其之光學指紋感測裝置和手持裝置 Download PDF

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TWI718667B
TWI718667B TW108133036A TW108133036A TWI718667B TW I718667 B TWI718667 B TW I718667B TW 108133036 A TW108133036 A TW 108133036A TW 108133036 A TW108133036 A TW 108133036A TW I718667 B TWI718667 B TW I718667B
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李偉江
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大陸商北京集創北方科技股份有限公司
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一種光學指紋採集方法，用以對一光學感測器陣列之一感測輸出電壓進行補償以克服環境光對該光學感測器陣列在感測指紋時之影響，該方法包括： 利用一數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓； 利用一類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓；以及 利用一類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序。

Description

光學指紋採集方法及利用其之光學指紋感測裝置和手持裝置
本發明係有關一種指紋採集方法，特別是關於一種光學指紋採集方法。
隨著行動裝置的普及與蓬勃發展，許多行動裝置已在觸控顯示面板上設置指紋識別裝置，例如光學式指紋識別裝置或電容式指紋識別裝置。
光學式指紋識別裝置主要包括一感測面板和一讀出晶片，其中，該感測面板具有一光二極體(photodiode) 感測陣列以將光感測信號轉成電壓信號，該讀出晶片則包括一類比前端電路(Analog Front End；AFE)和一類比數位轉換單元（Analog-to-digital converter；ADC)，其中，該類比前端電路係用以採集和放大該光二極體感測陣列的所述電壓信號，該類比數位轉換單元則係用以將放大後的類比電壓信號轉換為數位電壓信號，再通過一串列週邊介面（Serial Peripheral Interface；SPI)上傳到一應用處理器以進行後續處理。
請一併參照圖1a至1b，其中，圖1a繪示一習知讀出晶片在一弱光環境下對一光學式指紋感測面板所產生之一指紋感測信號(包含一基底電壓V b及一指紋信號V f)進行一類比數位轉換操作之示意圖；以及圖1b繪示該習知讀出晶片在一強光環境下對該光學式指紋感測面板所產生之所述指紋感測信號進行所述類比數位轉換操作之示意圖。
如圖1a所示，在一弱光環境下，基底電壓V b具有一低準位，致使指紋信號V f的電壓範圍落在一ADC(類比數位轉換器)的低電位區；以及，如圖1b所示，在一強光環境下，基底電壓V b具有一高準位，致使指紋信號V f的電壓範圍落在該ADC的高電位區。也就是說，就同一個指紋信號V f而言，其基底電壓V b會因環境光的強、弱變化而有大幅度的變化，而迫使該ADC需具有高解析度方能順利將指紋信號V f轉成數位信號以供一應用處理器進行一指紋處理程序。
然而，高解析度的類比數位轉換單元的設計難度較高，且需要進行較複雜的校準演算法以保證其性能。此外，串列週邊介面也需要花較多的時間上傳較多的資料至應用處理器。
為解決上述的問題，本領域亟需一新穎的光學指紋採集方法。
本發明之一目的在於揭露一種光學指紋採集方法，其可藉由一補償數位值產生一基底補償電壓以抵消環境光對指紋感測信號的基底電壓的影響。
本發明之另一目的在於揭露一種光學指紋採集方法，其可免除高解析度類比數位轉換單元的需求以降低芯片設計難度及節約設計成本。
本發明之另一目的在於揭露一種光學指紋感測裝置，其可藉由一簡潔的電路克服環境光對一光學感測器陣列在感測指紋時之影響。
本發明之又一目的在於揭露一種手持裝置，其可藉由一簡潔的電路克服環境光對一光學感測器陣列在感測指紋時之影響。
為達前述目的，一種光學指紋採集方法乃被提出，用以對一光學感測器陣列之一感測輸出電壓進行補償以克服環境光對該光學感測器陣列在感測指紋時之影響，該方法包括：利用一數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓；利用一類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓；以及利用一類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序。
在一實施例中，該補償數位值係依該感測輸出電壓之至少一先前數位值之一平均值決定。
在一實施例中，該補償數位值係依一預先指紋採集程序所產生之一數位值決定。
在一實施例中，該預先指紋採集程序係與一後續指紋採集程序不重疊或部分重疊。
為達前述目的，本發明進一步提出一種光學指紋感測裝置，其具有一光學感測器陣列及用以驅動該光學感測器陣列之一感測電路，該感測電路具有一數位類比轉換單元、一類比前端電路及一類比數位轉換單元，且係用以執行一光學指紋採集方法以對該光學感測器陣列之一感測輸出電壓進行補償以克服環境光對該光學感測器陣列在感測指紋時之影響，該方法包括：利用該數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓；利用該類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓；以及利用該類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序。
在一實施例中，該補償數位值係依該感測輸出電壓之至少一先前數位值決定。
在一實施例中，該補償數位值係依一預先指紋採集程序所產生之一數位值決定。
在一實施例中，該預先指紋採集程序係與一後續指紋採集程序不重疊或部分重疊。
另外，本發明亦提出一手持裝置，其具有一中央處理單元及一顯示裝置，該顯示裝置具有如前述之光學指紋感測裝置，其中，該中央處理單元係用以和該顯示裝置通信。
在一實施例中，所述之手持裝置係一智慧型手機或一可攜式電腦。
為使　貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明後。
請參照圖2，其繪示本發明之光學指紋採集方法之一實施例流程圖，其中，該光學指紋採集方法係用以對一光學感測器陣列之一感測輸出電壓進行補償以克服環境光對該光學感測器陣列在感測指紋時之影響，該方法包括：
步驟a：利用一數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓；
步驟b：利用一類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓；以及
步驟c：利用一類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序。
在步驟a中，所述的補償數位值可由該感測輸出電壓之至少一先前數位值之一平均值決定，例如，所述的補償數位值可依一預先指紋採集程序所產生之一數位值決定。另外，在可能的實施例中，該預先指紋採集程序可與一後續指紋採集程序不重疊或部分重疊。也就是說，由於指紋採集程序可分成重置、曝光和信號採集等步驟，因此，該後續指紋採集程序乃可接在該預先指紋採集程序後進行，或在該預先指紋採集程序還在進行(或剛完成)所述信號採集步驟時進行。
在步驟b中，該類比前端電路係用以對該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差進行一放大操作以產生一類比電壓。在一較佳實施例中，類比前端電路係一切換電容(switched capacitor)減法運算電路。
在步驟c中，該類比數位轉換單元係用以將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序。由於在步驟b中已將該感測輸出電壓的基底電壓去除，因此，該類比數位轉換單元乃可在不須配置高位元解析度的情況下產生數位指紋資訊。
請參照圖3，其繪示本發明之光學指紋感測裝置之一實施例方塊圖。
如圖3所示，一光學指紋感測裝置100具有一光學感測器陣列110、用以驅動光學感測器陣列110之一感測電路120、以及一應用處理器130。
光學感測器陣列110係用以在感測一指紋時產生一感測輸出電壓V S。
感測電路120具有一數位類比轉換單元120a、一類比前端電路120b及一類比數位轉換單元120c，且係用以執行一光學指紋採集方法以對該光學感測器陣列110之感測輸出電壓V S進行補償以克服環境光對光學感測器陣列110在感測指紋時之影響，該方法包括：利用數位類比轉換單元120a依一補償數位值D b產生一基底補償電壓V b；利用類比前端電路120b依感測輸出電壓V S和基底補償電壓V b的電壓差產生一類比電壓V A；以及利用類比數位轉換單元120c將類比電壓V A轉成一輸出數位值D OUT以供應用處理器130進行一指紋處理程序。
其中，補償數位值D b可由感測輸出電壓V S之至少一先前數位值之一平均值決定，例如，補償數位值D b可依一預先指紋採集程序所產生之一數位值決定。另外，在可能的實施例中，該預先指紋採集程序可與一後續指紋採集程序不重疊或部分重疊。也就是說，由於指紋採集程序可分成重置、曝光和信號採集等步驟，因此，該後續指紋採集程序乃可接在該預先指紋採集程序後進行，或在該預先指紋採集程序還在進行(或剛完成)所述信號採集步驟時進行。
另外，類比前端電路120b係用以對該感測輸出電壓V S和基底補償電壓V b的電壓差進行一放大操作以產生類比電壓V A。在一較佳實施例中，類比前端電路120b係一切換電容(switched capacitor)減法運算電路。
另外，類比數位轉換單元120c係用以對類比電壓V A進行一類比數位轉換運算。由於在類比前端電路120b中已將感測輸出電壓V S的基底電壓去除，因此，類比數位轉換單元120c乃可在不須配置高位元解析度的情況下產生數位指紋資訊。
依上述的說明，本發明進一步揭示一種手持裝置。
請參照圖4，其繪示本發明之手持裝置之一實施例方塊圖。
如圖4所示，一手持裝置200具有一中央處理單元210及一顯示裝置220，其中，顯示裝置220具有如圖3所示之光學指紋感測裝置100，其中，中央處理單元210係用以和顯示裝置220通信。
另外，手持裝置200可為一智慧型手機或一可攜式電腦。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
1.本發明的光學指紋採集方法可藉由一補償數位值產生一基底補償電壓以抵消環境光對指紋感測信號的基底電壓的影響。
2.本發明的光學指紋採集方法可免除高解析度類比數位轉換單元的需求以降低芯片設計難度及節約設計成本。
3.本發明的光學指紋採集裝置可藉由一簡潔的電路克服環境光對一光學感測器陣列在感測指紋時之影響。
4.本發明的手持裝置可藉由一簡潔的電路克服環境光對一光學感測器陣列在感測指紋時之影響。
本案所揭示者，乃較佳實施例，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。
100:光學指紋感測裝置
110:光學感測器陣列
120:感測電路
130:應用處理器
120 a:數位類比轉換單元
120 b:類比前端電路
120 c:類比數位轉換單元
200:手持裝置
210:中央處理單元
220:顯示裝置
步驟a:利用一數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓
步驟b:利用一類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓
步驟c:利用一類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序
圖1a繪示一習知讀出晶片在一弱光環境下對一光學式指紋感測面板所產生之一指紋感測信號進行一類比數位轉換操作之示意圖。 圖1b繪示圖1a之所述習知讀出晶片在一強光環境下對所述光學式指紋感測面板所產生之所述指紋感測信號進行所述類比數位轉換操作之示意圖。 圖2繪示本發明之光學指紋採集方法之一實施例流程圖。 圖3繪示本發明之光學感測裝置之一實施例方塊圖。 圖4繪示本發明之手持裝置之一實施例方塊圖。
步驟a:利用一數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓
步驟b:利用一類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓
步驟c:利用一類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序

Claims (8)

  1. 一種光學指紋採集方法，用以對一光學感測器陣列之一感測輸出電壓進行補償以克服環境光對該光學感測器陣列在感測指紋時之影響，該方法包括：利用一數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓；利用一類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓；以及利用一類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序；其中該補償數位值係依一預先指紋採集程序所產生之一數位值決定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋採集方法，其中該補償數位值係依該感測輸出電壓之至少一先前數位值之一平均值決定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學指紋採集方法，其中該預先指紋採集程序係與一後續指紋採集程序不重疊或部分重疊。
  4. 一種光學指紋感測裝置，其具有一光學感測器陣列及用以驅動該光學感測器陣列之一感測電路，該感測電路具有一數位類比轉換單元、一類比前端電路及一類比數位轉換單元，且係用以執行一光學指紋採集方法以對該光學感測器陣列之一感測輸出電壓進行補償以克服環境光對該光學感測器陣列在感測指紋時之影響，該方法包括：利用該數位類比轉換單元依一補償數位值產生一基底補償電壓；利用該類比前端電路依該感測輸出電壓和該基底補償電壓的電壓差產生一類比電壓；以及利用該類比數位轉換單元將該類比電壓轉成一輸出數位值以供一應用處理器進行一指紋處理程序；其中該補償數位值係依一預先指紋採集程序所產生之一數位值決定。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學指紋感測裝置，其中該補償數位值係依該感測輸出電壓之至少一先前數位值決定。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之光學指紋感測裝置，其中該預先指紋採集程序係與一後續指紋採集程序不重疊或部分重疊。
  7. 一種手持裝置，其具有一中央處理單元及一顯示裝置，該顯示裝置具有如申請專利範圍第4至6項中任一項所述之光學指紋感測裝置，其中，該中央處理單元係用以和該顯示裝置通信。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之手持裝置，其係一智慧型手機或一可攜式電腦。
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