CN201804304U - 利用生物特征检测操作的指向装置及其电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用生物特征检测操作的指向装置及其电子装置，用以连接至主机来控制显示于主机的显示单元上的显示画面及指针。本实用新型的指向装置，包括：一感测模块，包含一感测数组单元，所述感测数组单元构成一感测面，且感测一使用者之一可辨识部位上之复数个生物特征图像，所述感测模块处理所述复数个生物特征图像并输出复数个输出讯号，以作为一电子装置指向控制一显示画面的依据；以及一封装，界定一容置空间，所述封装的第一平面上设有一开口，以与所述容置空间相连通，所述感测模块封装于所述容置空间，且所述感测面与所述第一平面实质上位于同一平面。

Description

利用生物特征检测操作的指向装置及其电子装置

技术领域

本实用新型是有关于一种指向装置，特别是有关于一种利用生物特征检测操作的全平面指向装置及其电子装置。

背景技术

随着窗口软件的普及化，鼠标装置所扮演的角色也越来越重要。藉由鼠标装置可以将屏幕的光标或者屏幕的画面作各种方向的移动，当然也包括操作最简单的水平及垂直滚动条。

而最常见的光标移动装置包括常见的鼠标、触控板及触控屏幕等，或者传统的机械式方向键，都可以提供这些功能。除了鼠标及机械式的方向键已应用多年，具有指向输入功能的装置，例如笔记型计算机的触控板(Touch pad)，或者个人数字助理(PDA)、PDA行动电话(PDA phone)、智能型行动电话(Smart phone)等的触控屏幕(Touch screen)，其触控功能主要是依据两种技术达成，一种为电阻式，另一种为电容式。电阻式触控装置的触控功能可以应用于任何物体的接触，例如触控笔或使用者手指的接触，但是其缺点为同时仅能有一接触点，例如一只手指的接触视为单一讯息的输入。而电容式触控装置的技术优点在于可以同时接受两点以上的输入以组合成更多功能的应用，例如将两只手指同时放置于其上可以视为两个讯息的输入，作相互间的离开或靠近的功能，以驱动使用者的人机接口，例如将照片放大或缩小。然而电容式触控装置如果要有大于两点以上的输入，则需要三只手指同时接触，使用上非常困难。再者，上述两技术都是巨观的应用，例如以手指使用触控装置，一只手指的接触仅能视为一接触点，无法更进一步解析到每一手指皮肤的纹路，以藉此产生更多的讯息。而且随着电子产品轻薄短小的趋势，触控装置的微小化更是一重要趋势。而在产品构造上，习知的电阻或电容式触控装置可以分为二部分，一为触控感测组件，另一部分的触控感测集成电路(IC)，进而将二者组装在一起。触控感测组件系制作于例如玻璃基板或其它高分子基板，因此不易与IC整合制作于其上，不利于成本的下降，且组装后也具有一定尺寸，不易进行空间配置。

有鉴于此，借由指纹生物辨识，同时提供手指移动光标功能的指向装置变可以克服以上传统技术的缺点，并且为了满足产品轻薄短小的需求，以非光学感测原理形成的指纹感测装置例如电容式感测或其它感测原理的装置，因其制作于半导体芯片上，可以符合轻薄短小的需求，因此被导入的同时也可以提供指向装置使用。

然而传统的非光学式指纹感测装置封装，均利用打线的方式进行封装。因此，所封装出来的产品的外露面均非全平面。这种非全平面的产品在装设到譬如是笔记型计算机、个人数字助理、行动电话等电子设备上以后，会在电子设备上形成凹陷构造，会造成产品外观不美观。特别是当指纹感测装置为滑动式指纹感测装置时，使用者的手指并无法在此小面积的凹陷构造中顺利地滑移，因而造成接触不易而导致感测效果不佳的缺点。

因此，提供一种利用生物特征检测操作的指向装置及其电子装置，其兼具指纹检测以及全功能或部分功能，以达到美丽的外观及微小化容易接触的功效，实为本实用新型所欲实现的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用生物特征检测操作之指向装置，其能以全平面之方式固定至电子设备，使此电子设备具有全平表面，且可以微小化指向装置以达最佳地利用空间之功效。根据上述目的，此指向装置至少包含封装以及感测模块。

封装具有容置空间且于一平面上设有开口，以与容置空间相连通，感测模块封装于容置空间，且感测面与平面实质上位于同一平面。

感测模块包含感测数组单元，此感测数组单元构成一感测面，用以感测使用者之可辨识部位上之生物特征图像，并处理该生物特征图像并输出讯号，以作为电子装置指向控制显示画面的依据。

其中，感测模块进一步包含增益放大器、模拟数字转换器、比对模块、输出输入接口及控制逻辑电路。感测数组单元感测使用者的可辨识部位(如手指)的连续影像而输出感测信号。控制逻辑电路将感测信号处理后可得到处理信号。

其中，该生物特征传感器更可以处理使用者滑移动作时所产生的连续图像，以比对生物特征图像进而得到生物特征图像变化组合，以控制指针在显示单元上的操作，进而控制显示画面。

其中，指向装置利用生物特征传感器来达成生物特征感测，并且以其取代传统操作装置的自由选取(8direction navigation)、左击、右击、双轴卷动、放大、缩小、切换、双击(Double click)，以及长按超过一预定时间后进入预设应用程序等功能。

本实用新型的另一个目的系提供一种安装有利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置。电子装置具有处理器及平面机壳并具有或连接至显示单元。根据上述目的，指向装置以全平面方式装设于平面机壳上，呈现全平面的外观，且至少包含封装以及感测模块。

封装具有容置空间且于一平面上设有开口，以与容置空间相连通，感测模块封装于容置空间，且感测面与平面实质上位于同一平面。

感测模块包含感测数组单元，此感测数组单元构成一感测面，用以感测使用者的可辨识部位上的生物特征图像，并处理该生物特征图像并输出讯号，以作为电子装置指向控制显示画面的依据。

其中，感测模块进一步包含增益放大器、模拟数字转换器、比对模块、输出输入接口及控制逻辑电路。感测数组单元用以感测使用者的可辨识部位(如手指)的影像而输出感测信号。控制逻辑电路将感测信号处理后可得到处理信号。

其中，生物特征传感器感测使用者的生物特征图像，用以感测使用者可辨识部位的动态生物特征图像，以比对生物特征图像产生非重迭部分，进而得到生物特征图像变化组合，以控制指针在显示单元上的操作，进而控制显示画面。

其中，指向装置利用生物特征传感器来达成生物特征感测，并且以其取代传统操作装置的自由选取(8 direction navigation)、左击、右击、双轴卷动、放大、缩小、切换、双击(Double click)，以及长按超过一预定时间后进入预设应用程序等功能。

为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置之一实施例的示意图。

图2为本实用新型的利用生物特征传感器操作的指向装置安装于电子装置平面机壳的示意图。

图3为本实用新型的另一实施例的感测模块方块图。

图4为本实用新型的感测模块的感测模块获得影像的示意图。

图5为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置之一实施例的示意图。

图6为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置之一实施例的示意图。

图7A为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之一实施例的操作示意图。

图7B为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之一实施例的操作示意图。

图7C为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之一实施例的操作示意图。

图7D为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之一实施例的操作示意图。

图7E为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之一实施例的操作示意图。

图7F为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之一实施例的操作示意图。

图8A为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之另一实施例的操作示意图。

图8B为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之另一实施例的操作示意图。

图8C为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置之另一实施例的操作示意图。

主要组件符号说明：

F  手指

10  鼠标装置

11  本体

12，12A，12B  指纹传感器

20  鼠标装置

21  本体

22  左按压式开关

23  右按压式开关

24  指纹传感器

30  鼠标装置

31  本体

32  左按键

33  右按键

34  指纹传感器

100  计算机主机

100A  行动电话

100B  笔记型计算机

101，101A，101B  显示单元

102，102A～102F  显示画面

102G，102H  部份显示画面

103  鼠标指针

104  机壳

110  开口

70，80，90  指向装置

200  封装

200A   第一平面

200B   封装下表面

200S   封装侧面

300    感测模块

300A   感测模块上表面

306    垂直插塞

310    感测数组单元

310A   增益放大器

320    模拟数字转换器

330    比对模块

3301   内存

3302   比对单元

3303   内存控制单元

340    输入输出接口

350    控制逻辑电路

500    底板

502    底板输入垫

700    载板

700A   载板正面

700B   载板背面

702    载板输入垫

704    载板输出垫

900    影像感测层

900A   影像感测层上表面

900B    影像感测层下表面

902     讯号输入垫

904     讯号输出垫

DFS     数字图像讯号

DFS1    第一片段图像讯号

DFS2    第二片段图像讯号

DFS3    第三片段图像讯号

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型的感测模块可以是具有2-D感测元的数组(array)，也可以是线性感测数组单元，使用者利用单一方向滑移动作以感测使用者的可辨识部位(如手指)的连续影像而输出感测信号。控制逻辑电路将感测信号处理后可得到处理信号。在本实用新型中，后者为较佳的实施例。

其中，本实用新型较佳实施例的线性感测数组的生物特征传感器，更可以处理使用者利用单一方向滑移动作时所产生的连续图像，以比对生物特征图像重迭部分，进而得到生物特征图像变化组合，以控制指针在显示单元上的操作，进而控制显示

为以下将参照相关图式，说明依本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置及其适用电子装置的实施例。

图1显示依据本实用新型之一实施例，其显示指向装置70的示意图。如图1所示，本实施例的指向装置70具有全平面结构，且适用于平面式机壳设计。此全平面的指向装置70具有一载板700，其具有一正面700A及一背面700B。载板700具有位于正面700A的复数个载板输入垫702及位于背面700B的复数个载板输出垫704，此等载板输入垫702分别电性连接至此等载板输出垫704。载板700系为具有多层金属层的电路板。

此全平面的指向装置70具有一影像感测层900，其具有复数个讯号输入垫902及复数个讯号输出垫904，此等讯号输入垫902分别电性连接至此等讯号输出垫904，此等讯号输出垫904系分别电性连接至此等载板输入垫902。影像感测层900至少包含感测模块300与封装200，感测模块300至少具有感测数组单元310及控制逻辑电路350。此等讯号输入垫902及此感测数组单元310系电性连接至控制逻辑电路350。此等感测数组单元302用以感测一手指F(参见图2)的影像而输出复数个感测信号。控制逻辑电路350将此等感测信号处理成复数个处理过的信号。此等处理过的信号系透过此等讯号输入垫902、此等讯号输出垫904及此等载板输入垫702而传输至此等载板输出垫704。

此外，封装200上方的第一平面200A与感测模块的感测面300A形成影像感测层900的上表面900A，其实质上为同一平面。另一方面，此全平面结构可进一步包含底板500，位于载板700的下方，底板500具有复数个底板输入垫502，其分别电连接至此等载板输出垫704。

于本实施例中，此等讯号输入垫902分别透过复数条垂直插塞306而电性连接至此等讯号输出垫904，而此等垂直插塞306系贯穿影像感测层900的上表面900A及下表面900B。亦即，此等垂直插塞306贯穿封装200上方的第一平面200A及下表面200B。于本实施例中，该封装200为一种半导体材料，特别是硅(Si)材料。

图2显示依据本实用新型的又一实施例，其显示指向装置70被装设于电子装置的机壳104上的示意图。如图2所示，载板700以及封装200的厚度可以约略等于机壳104的厚度。载板700以及封装200的面积实质上等于机壳104的开口110的面积。如此一来，底板500可以平贴于机壳104的内表面，而可以被稳固地固定在机壳104，并使整个机壳104及指向装置70的与手指F接触的外露表面呈现全平面构造。

由此，整个指向装置算是封装过后的产品，其厚度可以大于1mm，所以能够方便且稳固地装设于具有平面机壳的电子设备上。如此一来，使用者可以顺利地滑动其手指于指向装置上，设计者可将电子产品微小化，且整个电子设备可具有一体平面化的构造。

图3显示依据本实用新型的指向装置中的感测模块的方块图。感测模块300可包含指纹感测装置、血管纹路感测装置或其它生物讯号感测装置等。指纹感测装置可以是一种面积型或滑动式指纹感测装置，在本实用新型中，较佳实施例为滑动式指纹感测装置用以感测滑动通过其上的手指的指纹。感测模块包含感测数组单元310、增益放大器310A、模拟数字转换器320、输出输入接口340及控制逻辑电路350。比对模块330、感测数组单元310设置于基板上，且可为各式感测单元，如压力传感器、温度传感器、电场传感器、磁场传感器等。在本实施例中的感测数组单元310为电容传感器。此感测数组单元310感应使用者可辨识部位(在本实施例中为手指)的连续指纹影像，并获得指纹影像模拟讯号。接着增益放大器310A，适当地放大该指纹影像模拟讯号，并输出放大讯号。

图4所示，模拟数字转换器320，连续接受并转换前述放大讯号为复数个数字图像讯号DFS，数字图像讯号DFS连续地包含第一片段图像讯号DFS1、第二片段图像讯号DFS2、第三片段图像讯号DFS3。在一实施例中，这些连续图像可以被送至电子装置的处理器运算，如计算机主机100，以得到图像变化的方向，在另一实施例中，更可以包含一比对模块330接收并比对该复数个数字图像讯号DFS，直接输出具有移动方向的简单讯号，借以减少处理器的负担。

为达成本实用新型的影像比对功能，比对模块330包含内存3301及影像比对单元3302。内存3301可暂时在一时间内储存相邻的至少两连续图像讯号DFS，并借由比对单元计算以得到移动方向信息。其中，内存3301可由内存控制单元3303控制。

根据上述实施例，由于感测模块300仅使用简易控制逻辑电路进行比对程序，因此复杂的处理单元可被避免，且更进一步的可达到省电、全平面化与微小化的功效。

请参阅图5，其为本实用新型的利用生物特征检测操作的指向装置的俯视图。图中，指向装置是以鼠标装置10为例。鼠标装置10包含一本体11，且用以连接至计算机主机100，以控制显示于计算机主机100的显示单元101上的显示画面102及鼠标指针103。

指纹传感器12感测使用者的手指F的复数个动态指纹图像以得到指纹图像变化组合，以控制鼠标指针103在显示单元101上的左键操作及右键操作，以及水平及垂直卷动显示画面102，使得鼠标装置上不需设置传统的左按键、右按键与滚轮。

指纹传感器12为感测置于其上手指F的指纹图像的一种面积型芯片式指纹传感器，或用以感测滑动通过其上的手指F的指纹图像的一种滑动型芯片式指纹传感器。该面积型芯片式指纹传感器呈现一平面构造，且可位于鼠标手指摆放处，以取代***面，给予使用者舒适的操作感受。此外，芯片式传感器不同于光学式传感器需占据相当大的空间，利于设计者做出最佳空间配置。

至于上述指纹图像变化组合，都是透过对所感测的指纹图像作影像处理所得到的结果。举例而言，在预定单位时间内，指纹图像由小变大再由大变小的状况，可视为手指的按压动作(Click)。若按压在指纹传感器的左边部分，则可被视为是使用者的一个左键操作；若按压在指纹传感器的右边部分，则可被视为是使用者的一个右键操作。此外，藉由比对指纹传感器上的预定区块上的指纹的水平移动或垂直移动的情形，可以被视为是使用者正试着对画面作水平或垂直卷动。

再者，左键与右键操作之双击(Double click)，亦是利用计算机主机100的应用程序判断相邻两个左键或右键的时间间隔是否小于一个设定值来作决定，而这个设定值通常可以由使用者进行设定并测试。又，计算机主机100的应用程序可将指纹传感器的感测面分为左边区域、中间区域及右边区域。当手指单击中间区域持续一段时间或双击中间区域时，应用程序可在计算机主机100的显示单元101上显示出轨迹，以供使用者移动鼠标，并以移动鼠标的方式进行动作所对应的功能。

图6显示本实用新型的另一实施例，其系为利用生物特征检测操作的指向装置的俯视图。图6中，指向装置以鼠标装置20为例。此类似于前述实施例的本实施例的鼠标装置20包含本体21、左按压式开关22、右按压式开关23及一指纹传感器24。左按压式开关22、右按压式开关23及指纹传感器24均设于本体21上方，指纹传感器24由左按压式开关22及右按压式开关23所支撑，且指纹传感器24为全平面式设计且与本体21的一表面呈现全平面的构造。指纹传感器24感测使用者的手指F的复数个动态指纹图像以得到指纹图像变化组合，以控制鼠标指针103在显示单元101上的水平及垂直卷动显示画面102，使得鼠标装置上不需设置传统的滚轮，而左按压式开关22、右按压式开关23提供左右按压的功能，提供使用者在全平面的操作面上的按压感。

图7A与图7B显示本实用新型的电子装置实施例，其为利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置示意图。图7A与图7B中，指向装置为指纹传感器12A且以全平面的方式安装于行动电话100A中。如手指F于指纹传感器12A上顺时针或逆时针转动时，显示单元101A上显示的图片可被相对应地放大或缩小。如图6A中的图片102A经手指F顺时针移动的动作放大，及如图7B中的图片102B经手指F逆时针移动的动作缩小。

图7C与图7D中，手指F于指纹传感器12A上下移动时，显示单元101A上显示的图片可被相对应地上移或下移。如图7C中的图片部分102C经手指F上移的动作而向上移动，又如图7D中的图片部分102D经手指F下移之动作而向下移动。

图7E与图7F中，手指F于指纹传感器12A左右移动时，显示单元101A上显示之图片可被相对应地左右切换。如图7E中原先浏览之图片为102E，经手指F向右移动后，浏览之图片切换至图7F中之图片102F。

图8A至图8C显示本实用新型之电子装置之再一实施例，其系为利用生物特征检测操作的指向装置的电子装置示意图。图8A至图8C中，指向装置为指纹传感器8B且以全平面的方式安装于笔记型计算机100C中。手指F可于指纹传感器12B上移动，并相对应的选取显示单元101B上显示的画面。如可借由手指F于指纹传感器8B上的移动控制光标于102H的操作行为，亦即光标可自由移动，并借由长按或点击等定义动作选取如显示区域102H中的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下等各方向的显示按键。

此外，使用者选取显示区域102H中预设的按键后可进入一数据库，如图8A至图8C中的102G。使用者进入数据库后亦可利用手指F于指纹传感器12B的移动选取数据库中的数据，如上下移动以选取通讯簿中的人名。更进一步，可藉由长按或双击等预设操作来控制应用程序，如停留于某一人名超过一预设时间后即拨出该人名相对应的电话号码，如图8B所示。接着如又停留于该人名超过预设时间，即结束该通话，如图8C所示。

值得注意的是，上述所有实施例中，为了避免使用者的手指的滑动方向稍微偏斜而造成显示画面不是以使用者所想要的纯水平方向或纯垂直方向卷动的状态，可以在计算机主机中判断滑动向量的水平分量与垂直分量的差异性。举例而言，若水平分量除以垂直分量小于一默认值(譬如0.1)时，则忽略调水平分量对于卷动画面所造成的影响。若垂直分量除以水平分量小于该默认值(譬如0.1)或另一默认值(譬如0.15)时，则忽略调垂直分量对于卷动画面所造成的影响。

借由本实用新型的上述实施例，可于鼠标、行动电话或是笔记型电上以极小的操作面积，提供水平及垂直卷动显示画面、按压功能及斜向卷动显示画面的功效，为使用者提供相当的便利性。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本实用新型的精神与范畴，而对其进行等效修改或变更，均应包含于前述的权利要求书中。

Claims (4)

1.一种利用生物特征检测操作的指向装置，其特征在于：

一感测模块，包含一感测数组单元，所述感测数组单元构成一感测面，且感测一使用者之一可辨识部位上之复数个生物特征图像，所述感测模块处理所述复数个生物特征图像并输出复数个输出讯号，以作为一电子装置指向控制一显示画面的依据；以及

一封装，界定一容置空间，所述封装的第一平面上设有一开口，以与所述容置空间相连通，所述感测模块封装于所述容置空间，且所述感测面与所述第一平面实质上位于同一平面。

2.如权利要求1所述的指向装置，其特征在于所述复数个生物特征图像讯号为模拟讯号，且所述感测模块进一步包含：

一增益放大器，放大所述复数个生物特征图像讯号，并输出复数个放大讯号；

一模拟数字转换器，接受并转换所述复数个放大讯号为复数个数字图像讯号；

一比对模块，接收并比对所述复数个数字图像讯号，且产生复数个非重迭部分片段图像与其对应的所述复数个输出讯号；以及

一输出接口，输出所述复数个输出讯号至所述电子装置的一控制单元。

3.一种利用生物特征检测操作指向装置的电子装置，其特征在于：

一指向装置，包含：

一感测模块，包含一感测数组单元，所述感测数组单元构成一感测面，且感测一使用者的一可辨识部位上的复数个生物特征图像，所述感测模块处理所述复数个生物特征图像并输出复数个输出讯号，以作为指向控制一显示画面的依据；以及

一封装，界定一容置空间，所述封装的第一平面上设有一开口，以与所述容置空间相连通，所述感测模块封装于所述容置空间；

一显示单元，用以显示所述显示画面；

一处理器，接收所述复数个输出讯号，并输出至所述显示单元以指向控制所述显示画面；以及

一壳体，容置所述指向装置及所述处理器，所述壳体的第二平面上设有一第二开口，以显露所述感测面；

其中，所述感测面、所述第一平面及所述第二平面，实质上位于同一平面。

4.如权利要求3所述的电子装置，其特征在于所述感测模块进一步包含：

一增益放大器，放大所述复数个生物特征图像讯号，并输出复数个放大讯号； 

一模拟数字转换器，接受并转换所述复数个放大讯号为复数个数字图像讯号；

一比对模块，接收并比对所述复数个数字图像讯号，且产生复数个非重迭部分片段图像；

以及

一输出接口，输出所述复数个输出讯号至所述处理器。 

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