TWI718378B - 光學式偵測裝置及其偵測方法 - Google Patents
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Abstract
一種光學式偵測裝置及其偵測方法。光學式偵測裝置包括感測元件陣列、光學膜層、驅動器以及控制器。感測元件陣列用以偵測一碰觸動作。光學膜層覆蓋感測元件陣列，用以接收碰觸動作。控制器依據碰觸動作來產生觸發信號。其中，驅動器使光學膜層在初始時間區間依據觸發事件被點亮，在初始時間區間後的間隔時間區間，驅動器使光學膜層停止被點亮，並在間隔時間區間後的偵測時間區間，驅動器再度點亮光學膜層，使光學膜層依據碰觸動作產生偵測影像。控制器並在偵測時間區間進行偵測影像的辨識動作。
Description
本發明是有關於一種光學式偵測裝置及其偵測方法，且特別是有關於一種用以指紋辨識的光學式偵測裝置及其偵測方法。
在現今的指紋辨識技術中，通常可以應用於個人使用的保險箱、門鎖、消費型電子裝置（個人電腦、手機、平板電腦）…等。目前較為廣泛使用的指紋辨識技術主要是光學感測技術或電容感測技術，並且隨著相關技術的成熟，進而提升指紋辨識的解析度及準確度。
在一般的情況下，當使用者透過觸控媒介（例如是手指）對指紋辨識器的觸控面進行按壓時，通常會在觸控面所呈現的影像上，殘留按壓時觸控媒介所產生的殘留影像（例如是指紋）。此殘留影像會導致指紋辨識器中的偵測電路在進行判讀指紋時，發生準確度下降或錯誤判斷等問題。
以下請同時參照圖1A至圖1C，圖1A至圖1C是習知的指紋辨識器的操作過程的示意圖。其中，圖1A表示為尚未有任何觸控媒介對指紋辨識器的觸控面進行按壓時，觸控面上所呈現的黑畫面影像（例如是初始影像110）；圖1B表示為使用者透過觸控媒介（例如是手指）對指紋辨識器的觸控面進行按壓時，觸控面上所可擷取到的指紋影像120；圖1C表示為當使用者的手指移除後，指紋辨識器的觸控面所呈現的殘留影像130。值得一提的是，習知技術中，指紋辨識器依據初始影像110所產生的暗電流Idark1，以及依據殘留影像130所產生的暗電流Idark2間，有一定程度的差值，這個暗電流的差值，將會影響到指紋辨識器所進行的指紋辨識動作，造成指紋辨識的準確度的下降。
本發明提供一種光學式偵測裝置，可以提高指紋辨識的準確度。
本發明的光學式偵測裝置包括感測元件陣列、光學膜層、驅動器以及控制器。感測元件陣列用以偵測一碰觸動作。光學膜層覆蓋感測元件陣列，用以接收碰觸動作，且依據碰觸動作產生偵測影像。驅動器耦接光學膜層。控制器耦接驅動器以及感測元件陣列，依據碰觸動作來產生觸發信號，其中，驅動器使光學膜層在初始時間區間依據觸發事件被點亮，在初始時間區間後的間隔時間區間，驅動器使光學膜層停止被點亮，並在間隔時間區間後的偵測時間區間，驅動器再度點亮光學膜層。其中，控制器並在偵測時間區間進行偵測影像的辨識動作。
本發明的光學式偵測方法包括提供感測元件陣列以偵測碰觸動作；提供光學膜層以接收碰觸動作，且依據碰觸動作產生偵測影像；依據碰觸動作來產生觸發信號；使光學膜層在初始時間區間依據觸發事件被點亮，在初始時間區間後的間隔時間區間，使光學膜層停止被點亮，並在間隔時間區間後的偵測時間區間再度點亮光學膜層；在偵測時間區間進行偵測影像的辨識動作。
基於上述，本發明的光學式偵測裝置可以利用控制器來判斷感測元件陣列所偵測到的碰觸動作是否被發生，若控制器判斷使用者透過觸控媒介（例如是手指）對光學膜層發生觸發事件時，控制器可以依據感測元件陣列所輸出的感測值來傳送觸發信號至驅動器，並且驅動器可以依據觸發信號來決定是否產生電源電壓至光學膜層以點亮或停止點亮光學膜層。如此一來，本發明可以有效地降低偵測影像在被點亮前/後時所產生的暗電流，進而降低偵測影像被點亮前與被點亮後的暗電流的差值，以達到高品質的影像畫面的效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖2是依照本發明的一實施例說明一種光學式偵測裝置的示意圖。光學式偵測裝置200包括感測元件陣列210、光學膜層220、驅動器230、控制器240以及掃描驅動器250。其中，光學膜層220覆蓋於感測元件陣列210上。光學膜層220與感測元件陣列210之間可以包括透明導電模層260與光學膠層270，以使導電模層260與光學膠層270可以作為光學膜層220與感測元件陣列210之間電荷傳遞的媒介。其中，本實施例的導電模層260可以例如是氧化銦錫（Indium Tin Oxide），但並不限於此。本實施例的驅動器230耦接至光學膜層220，並且驅動器230可以用以提供電源電壓VS至光學膜層220。
另一方面，本實施例的感測元件陣列210具有多數條掃描線，掃描驅動器250耦接至掃描線，並提供掃描信號Sc至掃描線，透過掃描線將掃描信號Sc傳送至感測元件陣列210。其中，本實施例的控制器240可以耦接至驅動器230以及掃描驅動器250，此外，控制器240另耦接至感測元件陣列210，並接收感測元件陣列210所發送的感測值SOUT。
具體來說，在本實施例中，當使用者透過觸控媒介280（例如是手指）對光學膜層220進行按壓時，光學膜層220可以基於使用者的手指與接地面之間的接地效應以及驅動器230所提供至光學膜層220的電源電壓VS，使得光學膜層220可以對應的被點亮，並且觸發事件被啟動。詳細來說，當本實施例的光學式偵測裝置200操作於初始時間區間時，驅動器230會持續地供應電源電壓VS至光學膜層220，以使光學膜層220在初始時間區間可以被點亮。接著，當初始時間區間後的一初始時間區間結束時，控制器240可輸出觸發信號St，並使驅動器230依據觸發信號St而關閉電源電壓VS，以使光學膜層220在間隔時間區間中停止被點亮。接著，當光學式偵測裝置200操作於間隔時間區間後的一偵測時間區間時，驅動器230會依據觸發信號St而重新啟動電源電壓VS，以使光學膜層220再度被點亮。在此同時，控制器240可依據感測元件陣列210所偵測到的碰觸動作來輸出感測值SOUT，藉以得知光學式偵測裝置200上發生有效的觸碰動作。
值得一提的是，在本實施例中，感測元件陣列210上可具有多條的掃描線，在進行觸控掃描偵測的過程中，掃描驅動器250可透過掃描信號Sc使掃描線逐一的進行掃描動作，並在一個畫框週期中完成所有的掃描線的掃描動作。
以下請同時參照圖2以及圖3，圖3是依照本發明實施例的碰觸動作的判斷方式的示意圖。詳細來說，當光學式偵測裝置200操作於畫框週期中時，控制器240可以接收感測元件陣列210上，所分別對應被掃描的掃描線上的影像灰階值。如影像310所示，當使用者透過手指在光學膜層220上進行按壓時，光學膜層220上可產生殘留的影像310（例如是指紋）。在當掃描線S1執行掃描動作時，感測元件陣列210可產生對應的感測值SOUT1。控制器240可使感測值SOUT1依據比較此殘留影像310中的影像灰階值以及預設的臨界值Vt進行比較，並依據大於臨界值Vt的感測值SOUT1的分布範圍寬度，來判斷光學膜層220上有無發生有效的觸碰動作。
進一步來說，由於掃描驅動器250可以利用掃描線S1來掃描殘留的影像310中各個區域的影像灰階值，並且影像310可以依據各個畫素間的距離與所對應的影像灰階值，來形成一偵測波形。因此，本實施例的控制器240可以將影像310中的影像灰階值來執行二進制（Binary）轉換的處理，並且可以透過控制器240來偵測此偵測波形中的波峰與波谷的寬度長。也就是說，控制器240可以依據上述的二進位轉換後的結果與偵測波形中的波峰與波谷的寬度長，來判斷光學膜層220是否被碰觸。舉例來說，若控制器240判斷影像310中的影像灰階值，經過二進位轉換後的結果為高邏輯（例如是邏輯1），則表示掃描線S1所掃描的影像310的區域的影像灰階值大於臨界值Vt，亦即控制器240判斷碰觸動作被發生。相反的，若控制器240判斷影像310中的影像灰階值，經過二進位轉換後的結果為低邏輯（例如是邏輯0），則表示掃描線S1所掃描的影像310的區域的影像灰階值未大於臨界值Vt，亦即控制器240判斷碰觸動作沒有被發生。
圖4是依照本發明的一實施例說明驅動器點亮光學膜層的時間區間示意圖。以下請同時參照圖2以及圖4，詳細來說，當光學式偵測裝置200操作於初始時間區間T1時，並且使用者透過觸控媒介280（例如是手指或是任何具有觸控功能的工具或產品）對光學膜層220進行按壓時，觸發事件可以被啟動。在觸發事件發生時，基於使用者的手指與接地面之間的接地效應以及驅動器230所提供至光學膜層220的電源電壓VS，光學膜層220可以對應的被點亮。接著，當光學式偵測裝置200操作於初始時間區間T1後的一初始時間區間結束時，控制器240可以產生禁能（例如為低電壓準位）的觸發信號St至驅動器230，並使驅動器230依據觸發信號St而關閉電源電壓VS，以使光學膜層220在間隔時間區間T2中停止被點亮。
另一方面，當光學式偵測裝置200操作於間隔時間區間T2後的偵測時間區間T3時，控制器240可以依據感測值SOUT來得知光學膜層220上發生有效的觸碰動作以產生致能（例如為高電壓準位）的觸發信號St至驅動器230，驅動器230可以依據觸發信號St以重新啟動電源電壓VS，以使光學膜層220再度被點亮，並對應產生偵測影像。除此之外，當光學式偵測裝置200操作於偵測時間區間T3後的待機時間區間T4時，控制器240可以再次產生禁能（例如為低電壓準位）的觸發信號St，以使驅動器230在待機時間區間T4時再度關閉電源電壓VS，以停止點亮光學膜層220。特別注意的是，在本實施例中，當光學式偵測裝置200操作於偵測時間區間T3時，光學式偵測裝置200可以利用控制器240來對光學膜層220所產生的偵測影像進行辨識動作。
值得一提的是，在本實施例中，無論光學式偵測裝置200操作於初始時間區間T1或是操作於偵測時間區間T3，本實施例的光學膜層220中的亮度皆為相同。同理，無論光學式偵測裝置200操作於間隔時間區間T2或是操作於待機時間區間T4，本實施例的光學膜層220中的亮度實質上皆為相同。此外，初始時間區間T1、間隔時間區間T2以及偵測時間區間T3的時間長度沒有固定的限制，設計者可依據光學式偵測裝置200的材料特性來進行初始時間區間T1、間隔時間區間T2以及偵測時間區間T3的時間長度的設定。
值得一提的，在本實施例中，在時間點A1與時間點A2時，光學膜層220所偵測到的暗電流的大小，是相當接近的。也就是說，本發明實施例的光學式偵測裝置200透過兩次點亮光學膜層220的機制，可以使光學式偵測裝置200在時間點A2時所產生的暗電流，與在第二次被點亮前的時間點A1時的暗電流之間的差值被進一步的降低，藉以提高指紋辨識的正確度。
圖5是依照本發明的一實施例的光學式偵測裝置的光學式偵測方法的流程圖。在步驟S510中，光學式偵測裝置可以提供感測元件陣列以偵測一碰觸動作。在步驟S520中，光學式偵測裝置可以提供光學膜層以接收所述碰觸動作，且可依據所述觸碰動作產生偵測影像。在步驟S530中，控制器可以依據所述碰觸動作來產生觸發信號。在步驟S540中，驅動器可以使光學膜層在初始時間區間依據觸發事件被點亮，在初始時間區間後的間隔時間區間，驅動器可以使光學膜層停止被點亮，並且在間隔時間區間後的偵測時間區間使驅動器再度點亮光學膜層。並且，光學膜層可在第二次被點亮時產生偵測影像。在步驟S550中，控制器在偵測時間區間進行偵測影像的辨識動作。
關於各步驟的實施細節在前述的實施例及實施方式都有詳盡的說明，以下恕不多贅述。
綜上所述，本發明的光學式偵測裝置可以透過兩次點亮光學膜層的機制，來使光學膜層在被點亮前及點亮後時所產生的暗電流的差值可以被進一步的降低，藉此提升指紋辨識的正確度。
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。
110‧‧‧初始影像120‧‧‧指紋影像130‧‧‧殘留影像200‧‧‧光學式偵測裝置210‧‧‧感測元件陣列220‧‧‧光學膜層230‧‧‧驅動器240‧‧‧控制器250‧‧‧掃描驅動器260‧‧‧透明導電模層270‧‧‧光學膠層280‧‧‧觸控媒介310‧‧‧影像SOUT、SOUT1‧‧‧感測值Sc、S1‧‧‧掃描線St‧‧‧觸發信號Vt‧‧‧臨界值VS‧‧‧電源電壓T1‧‧‧初始時間區間T2‧‧‧間隔時間區間T3‧‧‧偵測時間區間T4‧‧‧待機時間區間A1、A2‧‧‧時間點S510～S550‧‧‧光學式偵測裝置的偵測步驟
圖1A至圖1C是習知的指紋辨識器的操作過程的示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例說明一種光學式偵測裝置的示意圖。 圖3是依照本發明實施例的碰觸動作的判斷方式的示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例說明驅動器點亮光學膜層的時間區間示意圖。 圖5是依照本發明的一實施例的光學式偵測裝置的光學式偵測方法的流程圖。
200‧‧‧光學式偵測裝置
210‧‧‧感測元件陣列
220‧‧‧光學膜層
230‧‧‧驅動器
240‧‧‧控制器
250‧‧‧掃描驅動器
260‧‧‧透明導電模層
270‧‧‧光學膠層
Sc‧‧‧掃描信號
St‧‧‧觸發信號
SOUT‧‧‧感測值
VS‧‧‧電源電壓
Claims (12)
- 一種光學式偵測裝置，包括：一感測元件陣列，用以偵測一碰觸動作；一光學膜層，覆蓋該感測元件陣列，用以接收該碰觸動作；一驅動器，耦接該光學膜層；以及一控制器，耦接該驅動器以及該感測元件陣列，依據該碰觸動作來產生一觸發信號，其中，該驅動器使該光學膜層在一初始時間區間依據一觸發事件被點亮，在該初始時間區間後的一間隔時間區間，該驅動器使該光學膜層停止被點亮，並在該間隔時間區間後的一偵測時間區間，該驅動器再度點亮該光學膜層，並使該光學膜層依據該碰觸動作產生一偵測影像，其中，該控制器並在該偵測時間區間進行該偵測影像的辨識動作，其中，該感測元件陣列具有多數條掃描線，該控制器在該初始時間區間中、該間隔時間區間中以及該偵測時間區間中，持續的依序驅動該些掃描線，並藉以在一畫框週期中偵測有無發生該碰觸動作。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學式偵測裝置，其中在該畫框週期中，該控制器接收該感測元件陣列上，分別對應該些掃描線至少其中之一的至少一影像灰階值，並依據比較該至少一影像灰階值以及一臨界值來判斷有無發生該碰觸動作。
- 如申請專利範圍第2項所述的光學式偵測裝置，其中當該至少一影像灰階值大於該臨界值時，該控制器判斷該碰觸動作被發生。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學式偵測裝置，其中，當該控制器判斷該碰觸動作被發生，該控制器產生致能的該觸發信號。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學式偵測裝置，其中在該在該初始時間區間中，該光學膜層的亮度，與在該偵測時間區間中該光學膜層中的亮度相同。
- 如申請專利範圍第1項所述的光學式偵測裝置，其中該控制器更在該偵測時間區間後的一待機時間區間中，停止點亮該光學膜層，其中，在該間隔時間區間中的該光學膜層的亮度與該待機時間區間中的該光學膜層的亮度實質上相等。
- 一種光學式偵測方法，包括：提供一感測元件陣列以偵測一碰觸動作；提供一光學膜層以接收該碰觸動作；依據該碰觸動作來產生一觸發信號；使該光學膜層在一初始時間區間依據一觸發事件被點亮，在該初始時間區間後的一間隔時間區間，使該光學膜層停止被點亮，並在該間隔時間區間後的一偵測時間區間再度點亮該光學膜層，且使該光學膜層依據該碰觸動作產生一偵測影像； 在該偵測時間區間進行該偵測影像的辨識動作；以及其中，在該初始時間區間中、該間隔時間區間中以及該偵測時間區間中，持續的依序驅動該感測元件陣列的多數條掃描線，並藉以在一畫框週期中偵測有無發生該碰觸動作。
- 如申請專利範圍第7項所述的光學式偵測方法，其中在該畫框週期中偵測有無發生該碰觸動作的步驟包括：接收該感測元件陣列上，分別對應該些掃描線至少其中之一的至少一影像灰階值；以及依據比較該至少一影像灰階值以及一臨界值來判斷有無發生該碰觸動作。
- 如申請專利範圍第8項所述的光學式偵測方法，其中依據比較該至少一影像灰階值以及一臨界值來判斷有無發生該碰觸動作的步驟包括：當該至少一影像灰階值大於該臨界值時，判斷該碰觸動作被發生。
- 如申請專利範圍第9項所述的光學式偵測方法，更包括：當判斷該碰觸動作被發生時，產生致能的該觸發信號。
- 如申請專利範圍第8項所述的光學式偵測方法，其中在該在該初始時間區間中，該光學膜層的亮度，與在該偵測時間區間中該光學膜層中的亮度相同。
- 如申請專利範圍第7項所述的光學式偵測方法，更包括：在該偵測時間區間後的一待機時間區間中，停止點亮該光學膜層，其中，在該間隔時間區間中的該光學膜層的亮度與該待機時間區間中的該光學膜層的亮度實質上相等。
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