CN102906761B - 使用安装在开关上或周围的阻抗传感器栅格阵列的电子成像器 - Google Patents
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Abstract
提供了与开关一起使用的新颖的阻抗传感器，其具有配置成将信号传输到位于附近的物体的表面中的多个实质上平行的驱动线，以及还有定向成实质上垂直于所述驱动线并通过电介质与所述捡拾线分离开以形成在每个驱动和捡拾交叉位置处阻抗敏感的固有电极对的多个实质上平行的捡拾线。
Description
背景
本实施方式通常涉及电子感测设备，尤其是涉及用于感测位于传感器附近或周围的物体的传感器。
在电子感测市场中，存在用于感测在给定位置处的物体的各种传感器。这样的传感器配置成感测物体的电子特性以便感测在传感器附近或周围的物体的存在、物体的物理特性、物体的形状和表面上的纹理、材料成分、生物信息、以及正被感测的物体的其它特征和特性。
传感器可配置成通过测量例如极接近传感器或接触传感器的物体的温度、重量或各种发射例如光子、磁或原子发射或其它特性来被动地探测物体的特性。这种传感器的例子是探测从物体发射的黑体辐射频谱的非接触式红外温度计，物体的温度可从该非接触式红外温度计来计算。
其它传感器通过直接使用刺激例如电压或电流激励物体、接着使用因而产生的信号确定物体的物理或电特性来工作。这种传感器的例子是由两个端子组成的流体探测器，一个端子使用电压源激励介质，而第二端子测量电流流动以确定导电流体例如水的存在。
因为物体的单点测量常常提供不了关于物体的足够信息，收集2维阵列个测量常常是有利的。可通过在物体的表面上移动线感测阵列并接着像传真机完成的那样完成二维图像的逐线重建来创建阻抗的二维阵列。这种传感器的例子是触击电容指纹传感器，当手指在该传感器上被拖动时，该传感器测量指纹脊和谷之间的电容的差异。这样的传感器在该事实之后使用单独的线信息来重建二维指纹图像。
获得二维图像的一种较简单的方法是创建二维感测阵列。然而由于在阵列中所需的大量感测点，这样的传感器可能在成本上过高。这种传感器的例子是二维电容指纹传感器。这些传感器中的很多目前被制造，但使用150mm2或更多的硅面积，且因此对很多应用成本过高。
在各种应用例如用于测量人的生物特征和特性例如指纹的生物测量传感器、医学应用例如医学监控设备、流体测量监控器和很多其它传感器应用中已经使用这些不同类型的电子传感器。一般，各种设备的感测元件连接到配置成处理物体信息并实现对物体特征和特性的解释的处理器。
存在对作为特定的例子的二维图像传感器的很多应用，且发明人与缺乏期望特征和功能的目前技术水平抗争。指纹传感器例如存在了很多年，并在很多环境中用于验证身份、提供对受限制的区域和信息的访问以及很多其它用途。在本专利申请中，不同类型的指纹传感器将作为传感器应用的例子被强调，其中为了解释的简化，本实施方式是可应用的，但其它类型的应用也与这个背景讨论有关并也将由本实施方式的详细描述处理。这些放置传感器可配置成感测放置在传感器附近或周围的物体，例如配置成从用户的手指捕获指纹的完整图像并比较所捕获的图像与所存储的图像用于验证的指纹放置传感器。可选地，传感器可配置成感测传感器周围的物体的动态运动，例如捕获指纹的部分图像、重建指纹图像并比较所捕获的图像与所存储的图像用于验证的指纹触击传感器。
在这样的应用中，成本虽然总是商业产品中的因素，但并不那么重要——准确性和可靠性一直且仍然是极为重要的因素。一般，放置传感器——即时感测来自用户指纹表面的指纹图像的传感器的二维栅格——是明显的选择，且其很多设计在大部分应用中变成标准的。一旦指纹图像被感测到并在设备中以数字形式复制，它就与预先记录和存储的图像比较，且当在所捕获的指纹图像与所存储的图像之间存在匹配时，验证完成。近年来，指纹传感器找到途径进入便携式设备例如膝上型计算机、手持设备、蜂窝电话和其它设备中。虽然准确性和可靠性仍然重要，但系统部件的成本非常重要。常规放置传感器由于一个主要原因在过去且现在仍然非常昂贵：它们都使用硅传感器表面。这些表面非常昂贵，因为硅材料与制造计算机芯片的材料一样昂贵。计算机芯片当然经过多年之后变得更小，以减小其成本并提高其性能。指纹硅不能被制得更小的原因是：它们需要保持平均指纹的尺寸，且对用户指纹的完全扫描的需要不能简单地被妥协。为了在验证中的足够的安全性，需要完整的指纹。
指纹触击传感器进入市场中。触击传感器基本上设计有配置成当用户相对于传感器线在垂直方向上触击其手指时感测指纹特征的线传感器。成本较节约：触击传感器需要仅足以配置具有像素传感器的阵列的线传感器的少得多的硅。宽度基于平均指纹宽度仍然是固定的，但深度与放置传感器比较实质上更小。一些触击传感器是电容传感器，其中指纹表面的电容被测量并逐线被记录。其它触击传感器将小信号突发脉冲发送到指纹表面的表面中，并测量在捡拾线中的响应，再次逐线记录指纹特征。在任一情况下，与放置传感器不同，完整的指纹图像需要在用户完成触击之后被重建，且单独的线被再组合并再现以产生完整的指纹图像。该图像与存储在膝上型计算机或其它设备中的指纹图像比较，且如果存在足够的匹配，用户将于是被验证出。
对于电容触击传感器，使用直流（DC）开关电容器技术（例如，美国专利号6,011,859）来构造第一代传感器。该方法需要使用每像素两个板，其间形成电容器，允许手指脊的局部存在以改变该电容器相对于空气的值。这些DC电容配置从指纹表面获取图像，且不在手指表面之下穿过。因此，它们容易使用不同的欺诈技术来模仿或伪造指纹，且它们也可能在用户的手指干时具有差的性能。RF（射频）传感器以后被引入，因为一些传感器能够越过表面并在用户手指的内层内读数以感测指纹。不同的射频以及不同形式的探测——包括振幅调制（AM）和相位调制（PM）——被各种设备利用。也有对发射机和接收机的不同配置，一种类型（例如美国专利号5,963,679）使用单个发射机环和被优化用于片上感测的多个低质量接收机的阵列。相反，另一类型（例如，美国专利号7,099,496）使用具有被优化用于片外感测的在梳状板结构中的仅仅一个非常高质量的接收机的RF发射机的大阵列。
低成本放置传感器的发展的一个关键障碍是像素密度的问题和对传感器设备的层之间的大量互连而产生的要求。用于指纹应用的一般传感器将大约是10mmx10mm，具有500dpi的分辨率。这样的传感器阵列将大约是200行乘200列，意味着将需要有在设备中的层之间的200个通孔连接。虽然半导体通孔可以相当小，用于实现硅中的传感器的成本已被证明过高，如上所述。
为了对大规模市场采用以足够低的成本生产放置传感器，必须使用较低成本的工艺例如电路板蚀刻。相对于与传感器阵列本身的50um间距，在电路板通孔间距中的当前技术状态大约是200um。此外，形成电路板的层之间的通孔所需的增加的工艺步骤明显增加了在每层上的迹线的最小间距的容差。具有低至35um的线间距的单面电路可以容易以高产量被制造，而双面电路需要大约60um或更大的最小线间距，这太粗糙而不能实现完整的500dpi传感器阵列。一个另外的考虑是以类似的线密度，具有通孔的双面电路比单面电路每单位面积贵几倍，使高密度双面电路对于低成本传感器应用太昂贵。
对于膝上型设备，触击传感器的采用由成本推动。与放置传感器比较，触击传感器实质上较不昂贵，且膝上型设备的大部分制造商只基于价格而采用它们。成本节约是使用较小的硅面积的结果。最近，出现了使用塑料KaptonTM胶带、连接到单独的处理器芯片（例如美国专利号7,099,496）的硅传感器的替代品，在KaptonTM胶带上有蚀刻的感测板。这允许传感器的硅部分与感测元件分离并允许硅遵循摩尔定律，与工艺技术中的进步成比例地在长度、宽度和深度上缩小到最佳尺寸。虽然在本领域中的这个进步实现了廉价耐用的触击传感器，但它并没有克服由从简单的二维放置格式的变化产生的基本图像重建和人体工程学问题。除了触击传感器更便宜以外，它们也占用主机设备中的较小不动产，无论是膝上型设备还是更小的设备，例如蜂窝电话或个人数据设备。
在大部分触击类传感器中，指纹重建过程证明是比最初预期的对用户的更大的人体工程学挑战和对质量控制工程师的更大负担。用户需要被培训来在垂直于传感器线的实质上笔直和线性的方向上触击其手指以及控制接触压力。软件培训程序被编写以帮助用户变得更熟练，但不同的环境因素和一些因素不能可靠地重复运动给触击传感器难以使用的名声。来自现场的初始数据指示大量的人在他们购买的设备中没有规律地使用触击传感器且选择回到使用密码。试图在所捕获和重建的图像之间的匹配过程中实现最佳准确度和性能的质量控制工程师发现错误拒绝（FRR）和错误接受（FAR）的数量在触击传感器中比在放置传感器中高得多。改进这些重建算法的企图不能产生与放置传感器等效的统计性能。
触击传感器的其它主张例如较小的主机不动产的使用并不成功。各种坡道、井和手指导轨必须并入到主机设备的表面中，以帮助用户放置和触击手指。这些结构以消耗相当大的空间以及实际传感器面积终结。最后，触击传感器以占用几乎与放置传感器一样多的空间而终结。这对于大尺寸膝上型计算机不是大问题，但目前对较小的膝上型计算机和上网本、移动电话、PDA和其它小设备例如密钥卡是可观的问题。
不动产问题对移动设备制造商变得更是问题，移动设备制造商现在要求指纹传感器也充当导航设备，像鼠标或触控板在膝上型计算机中做的一样。由于触击传感器被构造有像素的非对称阵列的事实，触击传感器证明是对鼠标或触控板的差的替代品。触击传感器完成探测在手指触击的垂直轴上的运动的良好工作，但准确地跟踪横向运动有困难。离轴角运动甚至更难感测，且需要相当多的处理器资源来相对于传感器线加入该运动，并常常有解决大角的麻烦。所有这些问题的副产物是不流畅的和难以使用的运动。
很清楚，低成本二维指纹传感器阵列将服务于市场需要，但当前技术不能满足该需要。常规电容指纹传感器一般使用不同的电极结构来形成感测像素阵列。这些电极结构一般是正方形或圆形的，并可配置在平行板配置（例如美国专利号5,325,442和5,963,679）或共面配置（例如美国专利号6,011,859和7,099,496）中。
这些现有技术方法不能配置在感测元件的低成本二维阵列中。很多电容指纹传感器（例如美国专利号5,963,679和6,011,859）具有必须连接到驱动和传感电子器件的板结构，且因此需要如前所述的很多昂贵的硅管芯，驱动和传感电子器件具有对实现不实际的互连密度除非使用硅芯片的细线多层布线能力。其它传感器（例如美国专利号7,099,496）使用在廉价的聚合物膜上的片外感测元件，但传感器单元结构固有地是一维的且不能扩展到二维矩阵中。
对电容感测阵列的另一应用是在触控板和触摸屏的领域中。因为触控板和触摸屏设备由驱动和传感迹线以及不同的传感电极的阵列组成，它们没有低于几百微米的分辨率的能力，使这种技术不适合于详细的成像应用。这些设备能够探测手指接触或接近，但它们在正被感测的物体的主体内不提供探测精细特征例如脊或谷所必需的空间分辨率和灰度分辨率。
在触控板领域中的常规技术导电地（例如美国专利号5,495,077）或电容地（例如美国出版物2006/0097991）利用一系列电极。该系列电极一般耦合到驱动和传感迹线。在操作中，这些设备产生在标度上明显比互连迹线本身大的像素。目的是通常感测物体的存在和运动，以使用户能够导航光标、在屏幕上选择物体、或移动在屏幕上所示出的页。因此，这些设备在感测相邻的物体时以低分辨率操作。
因此，在本领域中存在对改进的设备的需要，该设备可提供高质量和准确的放置传感器以用在不同的应用例如指纹感测和验证中，并且在各种应用中也可作为导航设备例如鼠标或触控板来操作。如将看到的，本实施方式提供以简洁的方式处理这些和其它需要的这种设备。
给定移动设备的小尺寸和功能要求，空间节约是重要的。因此，能够合并传感器的功能与其它部件例如功率开关、选择器开关和其它部件的功能也是有用的，使得用户可以采用多种功能，而不需要占用空间的更多部件。
附图的简要说明
图1示出说明具有使驱动线和捡拾线分离的绝缘电介质层的驱动和捡拾板结构的一个实施方式的简图。
图2示出说明在极接近具有由电压源激励的一个驱动板的驱动和捡拾板结构处没有物体的基本电场操作的一个实施方式的基本简图。
图3示出说明在极接近具有由电压源激励的一个驱动板的驱动和捡拾板结构处有物体的基本电场操作的一个实施方式的基本简图。
图4示出说明在极接近具有由电压源激励的一个驱动板的驱动和捡拾板结构处有和没有物体的场强的差异的传感器的一个实施方式的基本简图。
图5示出说明在极接近具有放大的选定捡拾板和接地的所有不活动的驱动和捡拾板的驱动和捡拾板结构处有物体的基本电场操作的一个实施方式的基本简图。
图6a示出说明在极接近活动的电极对处有包含脊表面特征的手指或物体的基本电场操作的一个实施方式的基本简图。
图6b示出说明在极接近活动的电极对处有包含谷表面特征的手指或物体的基本电场操作的一个实施方式的基本简图。
图7示出由集总电路部件描绘的板行和列的x-y栅格的简图，集总电路部件代表在每个驱动/捡拾交叉处的传感器的电场耦合。
图8示出放置实施方式的实施方式的例子，该放置实施方式为了减小噪声目的而使用差分放大器从选定的捡拾板获取信号并将它从参考信号板减去。
图9a示出合并储能电路以补偿输入加载效应的实施方式的驱动和感测复用电路。
图9b示出并入级联缓冲器以最小化输入加载效应的实施方式的驱动和感测复用电路。
图9c示出并入专用缓冲器用于使每次感测最小化输入加载效应的实施方式的驱动和感测复用电路。
图10示出并入处理所感测的信号的模拟接收机与执行驱动和感测线扫描功能的处理电路的实施方式。
图11示出并入处理所感测的信号的直接数字转换接收机与执行驱动和感测线扫描功能的处理电路的实施方式。
图12A示出并入在折叠之前展平的实施方式的折叠方面的实施方式的驱动和感测迹线的布局的一个例子。
图12B示出并入在折叠之前展平的实施方式的折叠方面的实施方式的驱动和感测迹线的布局的一个例子。
图13a示出并入在折叠之后的折叠方面的实施方式的层堆叠。
图13b示出并入在折叠和组装到刚硬模块中之后的折叠方面的实施方式。
图14示出为了感测物体的特征的目的而根据实施方式配置的传感器系统。
图15示出指纹特征的感测的例子。
图16示出使用根据一个实施方式配置的传感器系统来收集二维图像所需的过程流程步骤。
图17a示出使用根据一个实施方式配置的指纹传感器系统验证用户所需的过程流程步骤。
图17b示出从一般在用户验证应用中利用的指纹图像的模板提取的过程。
图18A-18D示出具有集成开关以允许用户接触指纹传感器并同时启动开关的指纹传感器系统的例子。
图19A-J示出具有集成开关——在本例中是锅仔片开关——以允许用户接触指纹传感器并同时启动开关的指纹传感器系统的另一例子。
图20示出在与指纹传感器相同的基底上形成的开关的实施方式的顶视图。
图21A和B是示出在图20中描绘的嵌入式开关的操作的详细视图。详细描述
如在背景中讨论的，存在对二维阻抗传感器的很多应用，且本实施方式为很多应用提供对现有技术中的缺点的广泛解决方案。通常，一个实施方式目的在于二维传感器，且也可称为放置传感器、面积传感器、2D传感器，其具有位于基底例如柔性基底上的传感器线，基底可以被折叠在本身上以形成具有彼此正交的分离的传感器线的栅格阵列，其中不同传感器线的交叉位置产生用于收集物体的特征和/或特性的信息的传感位置。
在一个实施方式中，驱动线和捡拾线并不以它们将彼此导电的方式电交叉或连接，它们形成分隔的阻抗感测电极对，分隔允许驱动线投射电场，支持捡拾线接收电场，消除了对不同的电极结构的需要。与散布的电介质交叉的两条线固有地产生阻抗感测电极对。因此，传感器配置成激活两个一维传感器线以获得识别物体的特征和/或特性的信息的一个像素。与常规传感器不同，根据某些实施方式配置的传感器可提供二维栅格，其能够通过激活单独的驱动线和捡拾线对并捕获因而产生的信号来捕获来自物体的信息的多个像素。该信号可使用逻辑或处理器电路来处理以定义物体的特征和/或特性。例如，信息可用于产生物体的复制图，例如指纹，并比较复制图与安全信息用于验证。
根据一个实施方式且与常规方法相反，设备可利用在驱动线和捡拾线之间的交叉处形成的固有阻抗感测电极对。在操作中，可进一步通过使在某一时间被特定的交叉位置感测的区域附近或周围的驱动线和捡拾线接地来使电场聚焦。这防止如果其它驱动线和捡拾线同时在感测电场可能出现的干扰。多于一个的电极对可以被同时感测。然而，在分辨率是重要因素的场合，可优选地避免彼此靠得太近的感测电极对，以避免干扰并在感测特定分辨率处的物体特征时维持准确性。为了本描述的目的，“固有电极对”指在驱动线和捡拾线交叉位置的每个处形成的阻抗感测电极对的使用。由于实施方式使用在每个交叉处的每个固有电极对作为感测元件的事实，没有区分的几何特征存在于单独的感测节点处以将它们与互连线区分开。作为结果，在驱动层和感测层之间的对准是不严格的，这明显简化了制造过程。
使相邻的不活动的驱动线和捡拾线接地限制了在每个固有电极对处形成的像素，而不需要复杂的度量，例如在现有技术（例如美国专利号5,963,679）中使用的专用保护环。替代地，在像素周围的保护地面通过将相邻的不活动的驱动线和捡拾线切换到地电势中来动态地形成。这允许使用相对低分辨率制造过程形成高密度像素场，因为对于给定过程的最小像素间距与最小特征间隔相同。这转而允许低成本制造过程和材料的使用，这是产生低成本放置传感器的关键。
在一个实例中，传感器线可以由一层上的驱动线和另一层上的捡拾线组成，其中这些层以允许使传感器线、驱动线和捡拾线分离的方式位于彼此之上，以彼此交叉来在每个交叉位置处形成阻抗感测电极对。这些交叉位置提供单独地聚焦的电捡拾位置或像素，或物体的特征和/或特性的多个单独的数据点可被捕获的电极对。高程度的场聚焦是由于固有电极对的小尺寸以及由不活动的板提供的邻近地面的高密度。柔性基底可具有配置有逻辑或处理器电路的第二基底，逻辑或处理器电路用于使用传感器线来发送和接收信号以电子地捕获关于物体的信息。可选地，可以有两个分离的基底，其携带分离的传感器线并在彼此上层叠，并且还连接到第三基底用于连接到逻辑或处理器电路。
对在捡拾单元的相邻层上的垂直线之间的交叉位置的利用极大地减小了层之间的对准要求。因为没有在传感器像素位置处要对准的独特特征，在层之间的唯一真正的对准要求是维持垂直性。如果传感单元位置具有特定的特征，例如对现有技术指纹传感器的一般的平行板特征，对准要求将包括小于像素尺寸的四分之一的X和Y位置容差，这对于500DPI分辨率指纹应用来说将转变为在每个轴上小于+/-12um。
在操作中，例如使用电流源来激活驱动线，且捡拾线连接到接收电路，例如放大器/缓冲器电路，使得因而产生的电场可被捕获。电场从驱动线穿过中间电介质绝缘层延伸到捡拾线。如果物体存在，则一些或全部电场可被物体吸收，改变电场被捡拾线接收的方式。这改变了由捡拾线和接收电路捕获并处理的因而产生的信号，并因此指示物体的存在，且物体的特征和特性可以通过处理信号来感测和识别。该处理可以由某种形式的逻辑或处理电路完成。
在其它实施方式中，驱动所述驱动线的信号可以是复信号，可以是变化的频率和/或振幅、或其它信号。这将使传感器能够利用变化的或复信号从不同的角度分析物体的特征和/或特性。信号可包括不同频率和/或振幅的同步信号，其将产生在部分或全部被物体吸收之后以不同的方式变化的总信号，指示物体的不同特征和特性。信号可包括不同的音调、配置为啁啾斜波的信号、以及其它信号。处理或逻辑电路可以接着用于散布来自总信号的各种信息和数据点。
在操作中，变化的或复信号可应用到驱动线，且捡拾线将接收待处理的因而产生的电场。逻辑或处理电路可配置成处理因而产生的信号，例如如果同步信号被使用则分离出不同的频率，使得物体的特征和/或特性可从不同的角度得到。
给定可在单独的对处激活的像素的栅格，可用很多方式捕获每个像素。在一个实施方式中，可激活驱动线，并可在序列中打开和关闭捡拾线以捕获一行像素。该序列可作为扫描序列来操作。在这里，通过将第一驱动线连接到信号源来激活第一驱动线，且接着一条捡拾线一次连接到放大器/缓冲器电路，来自在两条线的交叉处形成的像素的信息被捕获，且接着被切断。然后，处理序列中的下一像素，接着另一个，然后另一个，直到处理了捡拾线的整个阵列。驱动线然后被去激活，且另一驱动线被激活，以及捡拾线再次使用这个活动的驱动线被扫描。可以依次一次执行这些操作中的一个，可同时处理几个不相邻的像素，或对于给定的应用，其它变化是可能的。在像素的栅格被处理之后，于是物体信息的复制图将是可能的。
参考图1，示出了根据一个实施方式配置的传感器100的一个实施方式的简图。在该配置中，捡拾线或顶板102a[m]、102b[m+1]位于绝缘电介质基底层104上，并配置成将信号传输到位于极接近传感器线处的物体的表面中。驱动线或底板106a[n]、106b[n+1]并置并实质上垂直于驱动线或板，且位于绝缘电介质基底的相对侧上以形成一种栅格。捡拾线配置成接收由放置在那些电场的范围内的物体上的阻抗特性修改的发射的电磁场。
参考图2，示出具有捡拾线或顶板202a、202b和绝缘层204、以及驱动线或底板206a、206b的传感器200的简图。该图进一步示出了电磁场208a、208b如何穿过基底在驱动线和捡拾板之间延伸。在没有接近度内的物体的情况下，电场线在传感器结构内和不同的线之间是均匀的。当物体存在时，电场线的一部分被物体吸收，且不穿过绝缘层返回到捡拾板。
参考图3，示出了接近传感器300的物体310。传感器300具有捡拾线或顶板302a、302b、绝缘电介质层304和驱动线或底板306a、306b。在操作中，该设备实例的驱动线和捡拾线可以被单独地激活，其中驱动线/捡拾线对被激活以产生活动的电路。结果是将电场从活动的驱动板316经由电场线306a、306b传输到绝缘层304和物体310的组合电介质中并由活动的捡拾板接收的电路。如该图所示的，当物体放置在活动的电极对周围时，一些场线由物体捕获。可以通过捕获并记录出现在驱动线和捡拾线的不同交叉位置处的因而产生的电场变化来电子地探测和捕获物体中的变化，例如物体表面的峰和谷以及其它特征。类似于基于常见电容的放置传感器，传感器可电子地捕获物体表面的一种图像，并产生物体的特征和特性例如在下面描述的指纹传感器例子中的指纹的特征和特性的表示。
在图3的这个配置中，只示出一个活动的电极对。然而，本实施方式不限于这个特定的配置，其中对于不同的操作，一个单一的电极对、几个电极对或甚至所有电极对可以同时是活动的。在实践中，可能期望电极对中的少于全部的电极对在给定的时间是活动的，使得可出现在附近像素之间的任何干扰将被最小化。在一个实施方式中，可以激活驱动线，且可以一次扫描一条或多条捡拾线，以便当驱动线和捡拾线沿着交叉位置处的线成对时可以沿着驱动线和捡拾线捕获一行像素。这在下面结合图5更详细地被讨论。
通常，在操作中，特定的驱动线使用绝缘电介质层基底的分隔与捡拾线重叠的每个区域是可捕获并建立感测位置的区域，该感测位置限定该区域周围的附近物体的特性或特征。因为在传感器栅格的区域上存在多个感测位置，限定附近物体的特征或特性的多个数据点可通过传感器配置捕获。因此，传感器可作为平面二维传感器来操作，其中位于传感器上或周围的物体可以被探测，且其特征和特性被确定。
如在下面的实施方式和实例中所述的，本实施方式不限于所描述的任何特定的配置或方位，而仅限于所附权利要求、其等效形式以及还有在这个和相关应用中提交的未来的权利要求及其等效形式。此外，很多配置、尺寸、几何结构、以及任何特定的实施方式或实例的其它特征以及物理和操作特性可以在不同的应用中变化，而不偏离本实施方式的精神和范围，其又由所附权利要求、其等效形式以及还有在这个和相关应用中提交的未来的权利要求及其等效形式限定。
在下面的描述中，阐述了很多特定的细节，以便提供对本实施方式的彻底理解。然而，对本领域技术人员将是明显的，可以在没有这些特定的细节的情况下实践本实施方式。在其它实例中，没有详细地示出或以示意图或方框图形式说明公知的电路、部件、算法和过程，以便不以不必要的细节使本实施方式难理解。此外，在大多数情况下，涉及材料、加工、过程定时、电路布局和管芯设计的细节被省略，因为这样的细节并不被认为对获得本实施方式的完全理解是必要的，且被认为在相关领域中的普通技术人员的理解范围内。在下面的说明书和权利要求中始终使用某些术语来指特定的系统部件。如本领域技术人员将认识到的，部件可以由不同的名称指代。本文档并不打算区分开在名称上而不是在功能上不同的部件。在下面的讨论中且在权利要求中，术语“including（包括）”和“comprising（包括）”以开放式方式被使用，且因此应被解释为意指“包括但不限于”。
本文描述了本实施方式的实施方式。本领域的普通技术人员将认识到，本实施方式的下面的详细描述仅仅是例证性的，且不打算是以任何方式限制性的。受益于本公开的这样的技术人员容易对其自身暗示出本实施方式的其它实施方式。将详细地参考如附图所示的本实施方式的实现。在附图和下面的详细描述中始终使用相同的参考符号来指相同或相似的部件。
为了清楚的利益，并没有示出和描述本文描述的实现的所有常规特征。当然应认识到，在任何这样的实际实现的发展中，必须做出许多实现具体的决定，以便达到开发者的具体目标。而且，将认识到，这样的发展努力可能是复杂和耗时的，但对于受益于本公开的本领域中普通技术人员仍然是工程设计的常规任务。
在一个实施方式中，传感器设备包括位于绝缘电介质基底上或周围并配置成将信号传输到正被感测的物体的表面上的驱动线。捡拾线位于驱动线附近或周围并配置成从物体的表面接收所传输的信号。为了保持驱动线和捡拾线之间的分离，基底可充当绝缘电介质或间隔层。基底可例如是基于柔性聚合物的基底。一个例子是KaptonTM胶带，其广泛用在柔性电路例如在打印机色带盒和其它设备中使用的那些柔性电路中。封装可以包括这样的柔性基底，其中驱动线可位于基底的一侧上，而捡拾线可位于基底的相对侧上。
驱动线可以在相对于捡拾线的方向上是正交的，并可实质上垂直于捡拾线。根据一个实施方式，设备可配置有位于绝缘电介质基底的相对侧上或周围的驱动线和捡拾线，其中这三个部件的组合提供电容特性。驱动线可被激活以将电场驱动到物体上、中或周围。捡拾线可接收起源于驱动线的电场，且这些电场可通过处理或逻辑电路来解释以解释正被感测的物体的特征或特性。
因此，在一个实施方式中，分离驱动线与捡拾线的层可向组件提供电容特性。如果驱动线中的一些或全部实质上全部或部分地垂直于捡拾线，则栅格可以形成。在这样的配置中，从三维观点看，驱动线定位和定向成关于第一平面实质上相对于彼此平行。基底的一个表面位于在第二平面中的驱动线周围，第二平面相对于驱动线实质上平行。捡拾线定位和定向成关于第三平面实质上相对于彼此平行，第三平面实质上平行于第一和第二平面，并且也位于与驱动线的表面相对的另一基底表面周围，使得基底实质上位于驱动线和捡拾线之间。
在本描述——包括实施方式和实例的描述——中，将提到术语“平行”、“垂直”、“正交”和有关术语及描述。意图不是并且本领域技术人员也不认为这些描述是完全限制性的。相反，本实施方式扩展到驱动线、捡拾线、基底或相关结构的方位和配置、以及还有部件的各种组合和排列、其放置、离彼此的距离、以及在传感器的不同组装中的顺序。虽然本实施方式目的在于配置有通常在像素位置处彼此交叉并配置成探测附近物体的存在以及其它特征和特性的多条驱动线和捡拾线的传感器，本实施方式不限于任何特定的配置和方位，而仅限于所附权利要求、其等效形式以及还有在这个和相关应用中提交的未来的权利要求及其等效形式。
此外，将参考各种部件所位于的几何平面的不同方位，例如驱动线和捡拾线以及可放置在数组驱动线和捡拾线之间的基底。如果例如柔性基底被使用，则当柔性基底弯曲或以另外方式被形成或配置时，这样的结构的使用将允许平面改变。在这样的实施方式中将理解，本实施方式的某些方面目的在于在基底的相对侧上并且以允许在驱动线和捡拾线的每个交叉位置处的附近物体的特定特征和/或特性的感测的方式配置的驱动线和捡拾线。因此，数组部件（例如驱动线或捡拾线）或基底的平面（其可能是可变形的，且因此可以是分隔开实质上一致的距离的薄板）的方位可以在不同的应用中变化，而不偏离本实施方式的精神和范围。
此外，将参考捡拾线、捡拾板、驱动线、驱动板等，但将理解，对线或板的各种提及可以互换地使用，且不将本实施方式限制到任何特定的形式、几何结构、横截面形状、变化的直径或横截面尺寸、长度、宽度、高度、深度或这样的部件的其它物理尺寸。此外，可实现更复杂的部件来提高根据本实施方式配置的设备的性能，例如可使组件更容易适合于应用的小的65、45、32或22纳米传导线或碳纳米管，在这些应用中，小尺寸和形状以及低功率是期望的特性和特征。本领域技术人员将理解，这样的尺寸可以在不同的应用中改变，且在一些应用中甚至可能提高性能或降低功率消耗，而不偏离本实施方式的精神和范围。
也将参考被并置、层叠或以另外方式放置在彼此之上的各种部件。在实施方式的一个实例中，多条驱动线并置在通常平面的基底的一个表面上，而多条捡拾线并置在平面基底的相对表面上。驱动线实质上与捡拾线正交，并可被描述为实质上垂直于捡拾线。驱动线和捡拾线之间的距离可填充有将提供电容配置的基底或绝缘材料。在这里，在基底的一侧上的驱动线形成一个电容板，而在相对侧上的捡拾线形成相应的电容板。在操作中，当驱动板被激活时，电场在驱动线和捡拾线之间并穿过基底产生，以形成多个电容元件。这些电容元件位于驱动线和捡拾线的每个横截面处的区域处，基底的一部分位于这些区域之间。这是相应的驱动线和捡拾线彼此重叠的位置。在任何特定的应用中，在操作期间这三个部件相互作用的这些区域限定传感器读取可被进行的数据位置。
也将参考传感器线，例如传感器驱动线和传感器捡拾线、以及在其本身和彼此之中的方位。例如，将描述实质上平行的驱动线。这些驱动线预期被描述为由被形成、蚀刻、沉积或印刷在表面上的导电材料例如铜、锡、银和金组成的平行导电线。本领域技术人员将认识到，由于在大部分任何制造过程中的固有缺点，这样的导电线本质上很少是“完美的”，且因此实际上并不确切地平行。因此，它们被描述为“实质上平行的”。不同的应用可配置甚至不平行的一些驱动线，使得这些线可对线的一部分表现为平行的，且线可能必须偏离平行，以便与其它部件连接用于使设备操作，或以便在它被形成或跟踪的基底上或周围布线。类似地，线的单独阵列可被描述为正交或垂直的，其中驱动线实质上与捡拾线正交或垂直。本领域技术人员将理解，各种线可以不完全彼此垂直，且在特定的应用中它们可配置成不垂直或以另外方式以不同的角度交叉。它们也可部分地垂直，其中驱动线的部分可实质上垂直于捡拾线的相应部分，且不同线的其它部分可偏离垂直，以便被布线在基底上或周围，或连接到其它部件用于使设备操作。
将结合本实施方式的实施方式的特定实例以及还有根据本实施方式配置的设备和系统的预期操作特征和特性的描述来描述由本实施方式提供的这些和其它益处。
在操作中，通常，驱动线可朝着接近设备的物体传输电磁场。捡拾线可接收起源于驱动线并接着穿过物体和穿过基底传输并到捡拾线上的信号。捡拾线可以可选地接收起源于驱动线的信号，其接着穿过基底传输并到捡拾线上，而没有传递穿过物体。这个电场可在栅格上的不同位置处变化，给出可由某种类型的逻辑或处理器电路解释的总信号以限定接近组件的物体的特征和/或特性。
驱动线和捡拾线可由一个或多个处理器控制以使信号能够经由驱动线传输到物体，经由捡拾线从物体接收总信号，并处理总信号以限定物体图像。一个或多个处理器可连接在一个单体部件中，其中驱动线和捡拾线并入在包括处理器的封装中。在另一实施方式中，驱动线、捡拾线和基底可单独地组装在封装中，其中封装可连接到控制一般系统功能的系统处理器。以这种方式，封装可通过与系统的输入/输出连接件连接而被制成系统的部分，以便与系统进行通信。这将在本质上类似于连接到膝上型计算机的麦克风，其中音频信号由系统处理器接收，用于在从用户接收声音时由膝上型计算机使用。根据本实施方式，传感器可以作为与系统处理器通信的独立部件被连接，以与系统处理器协力执行传感器操作。
在另一实施方式中，传感器可配置成驱动在不同频率处的信号，因为大部分物体——特别是人类组织和器官——的阻抗将随着频率极大地变化。为了测量在所感测的物体的一个或多个频率处的复阻抗，接收机必须也能够测量相位以及振幅。在一个实施方式中，从给定的阻抗感测电极对产生的作为结果的信号可从在本领域中称为频率跳跃的变化的频率产生，其中接收机设计成跟踪频率的随机、准随机或非随机序列。该实施方式的变形可以是称为啁啾的线性或非线性频率扫描。在这样的实施方式中，人们可非常有效地测量连续范围频率的阻抗。
在又一实施方式中，如上所述的栅格传感器可配置成也作为指向设备来操作。这样的设备可执行如在桌上型和膝上型计算机中使用的公知的触控板、跟踪球或鼠标的功能。
在该实施方式的一个实例中，可测量手指指尖的脊和谷的二维阻抗传感器可配置成跟踪指纹图案的运动。现有技术触击指纹传感器可执行这种功能，但由于阵列的物理不对称性，速度校正或实时地“重建”图像的需要使这些实现至多棘手。该传感器也可被加倍为指纹传感器和高质量指向设备。
根据本实施方式配置的一种设备包括在柔性基底上的传感器线的第一阵列和在柔性基底上的传感器线的第二阵列，以及还有配置成处理来自传感器线的第一和第二阵列的指纹数据的处理器。当在单个柔性基底的情况下折叠在本身上时或当在分开的基底的情况下被并置时，单独的传感器线彼此交叉而没有电短路，以形成具有充当像素的交叉位置的栅格，指纹特征可从所述像素被感测到。在一个实施方式中，实质上平行的传感器驱动线的阵列位于柔性基底的表面上。这些驱动线配置成将信号顺序地传输到用户手指的表面上，一次激活一条线。传感器线的第二阵列类似于由实质上平行的传感器捡拾线组成的第一阵列，这些传感器捡拾线实质上垂直于驱动线。这些捡拾线配置成捡拾从第一阵列传输的信号。
在第一和第二组传感器线例如驱动线和捡拾线位于柔性基底的延伸表面的不同区段上的配置中，柔性基底还配置成折叠到本身上以形成双层配置。在这里，当柔性基底折叠到本身上时，传感器驱动线的第一阵列变得实质上垂直于捡拾传感器线的第二阵列。该折叠过程产生在传感器线的这些单独的阵列之间的交叉位置——虽然它们必须不产生直接电接触，使得它们独立地操作。这些交叉位置代表配置成感测物体的像素和相对于柔性基底的表面并置的其子特征的阻抗感测电极对。通过顺序地激活单独的行和列来完成这些像素的扫描。一旦使用驱动信号激活了驱动列，垂直的捡拾行就在选定的驱动器的整个长度上一次被扫描一行。一次只有一行是电活动的（高阻抗），不活动的行被短路到地或复用到它们不交叉耦合信号的状态。当手指脊放置在活动的阵列交叉位置上时，它中断电场的一部分，该电场否则将通过表面膜从活动的驱动列辐射到选定的行捡拾。物体的子特征例如在指纹传感器的情况下的脊或谷在阻抗感测电极对上的放置导致净信号降低，因为一些电场通过人体传导到地。在指纹传感器的情况下，指纹脊/谷放置在阻抗感测电极对上，谷影响电场从选定的驱动线到选定的捡拾线的辐射，其比脊将影响的辐射小得多。通过比较像素脊和谷之间的信号的相对强度，可产生手指表面的二维图像。
再次参考图1，栅格传感器的这个一般例子现在将用于说明根据本实施方式配置的这样的传感器可如何被实现为指纹传感器，其中物体将仅仅是在用户手指上的指纹的表面。这个例子将通过下面的附图传达，用于说明根据本实施方式配置的阻抗传感器的益处和新特征。然而，本领域技术人员将认识到，任何物体可由根据本实施方式配置的设备感测。再次，例子和描述仅用于说明目的。
在操作中，传感器可配置成探测位于传感器表面附近的手指表面的存在，其中驱动线可将活动的电磁场驱动到手指表面上，且捡拾线可从捡拾线接收因而产生的电磁场信号。在操作中，驱动线可产生传递到手指的表面上的电场，且指纹的不同特征例如指纹表面的脊和谷和可能地人类皮肤特征将使因而产生的信号改变，提供解释信号以产生与指纹特征有关的信息的基础。
在指纹传感器的一个实施方式中，在指纹传感器的背景中再次参考图1，柔性基底用作绝缘电介质层104，以允许耐久性、低成本和柔韧性的有益特性。驱动线或板106a、106b位于柔性基底上，并配置成将信号传输到用户的指纹特征和结构例如脊和谷的表面上，脊和谷放置在传感器线上或周围。捡拾线102a、102b配置成从用户的手指表面接收所传输的信号。处理器（未示出）可配置成基于从捡拾线接收的信号来收集并存储指纹图像。
图4示出基本传感器单元的场交互作用。
参考图4，传感器400的例子配置为物体传感器，其中顶板或捡拾线402a、402b、...402n位于绝缘电介质层或基底404的一侧上。底板或捡拾线406a、406b、...406n位于基底404的相对侧上。电场408a、408b从底板或驱动线406a、406b穿过绝缘层或基底404延伸并到活动的顶板402a上。根据本实施方式，这些驱动线可一次被激活一条，以减小任何干扰效应，但在这里所示的电场结果用来说明部分或全部被物体吸收的电场与一点儿也没有被物体吸收的电场之间的对比。这个信息可从在每个交叉位置处的驱动和捡拾板电极对收集，以感测接近传感器线的物体的特征和特性。部分地覆盖的顶板或捡拾线402b连接到电压计417，而未覆盖的顶板402a连接到电压计418。活动的驱动线或底板406b连接到AC信号源416，使电场从活动的板406b辐射。根据特定的应用，驱动线和捡拾线的数量可根据应用来变化，且它可取决于期望的成本和分辨率。如可看到的，电场线408a部分地被驱动线402a和402b捕获，而部分被物体——在这种情况下是手指410——捕获。此外，为了说明当物体或物体特征存在或不存在或接近给定的交叉位置时驱动线和捡拾线将展示不同的读数，电压计417示出对顶板或驱动线402b的响应，而电压计418示出对顶板或驱动线402a的响应。电压计417比较418的偏转的差异示出在两个电极对位置之间的电场强度的增量，一个有手指存在，而另一个没有。
参考图5，根据本实施方式配置的传感器的另一例子示出当探测到物体的存在时的驱动和捡拾配置。示出了传感器500，其中顶板或捡拾线502a、502b、...502n位于绝缘层或基底504的一侧上，而底板或驱动线506a、506b、...506n位于基底504的相对侧上。再次，为了最大敏感度，捡拾线显示在最接近正被感测的物体的层上，而驱动线显示在基底的相对侧上。电场508a、508b从底板或驱动线506a、506b穿过绝缘层或基底504延伸并到活动的顶板502b上。其它配置是可能的，也许具有在顶部上的驱动板和在底部上的捡拾板。然而，本实施方式不限于与在本文公开和主张的实例和实施方式无实质不同的任何特定的配置。
图5进一步示出了位于捡拾线502b和驱动线506b的交叉处的一个选定的单独电极对的快照，其中在图5中被示为接地的其余的捡拾和驱动线不是活动的。驱动线506b连接到AC电压源516，而捡拾线502b连接到放大器/缓冲器514。一旦如这里所示的被激活，电场线508a、508b就产生，且它们从驱动线506b辐射，并由捡拾线502b感测，将总信号发送到放大器/缓冲器514中，并且以后由模拟和数字电路功能处理。使不活动的相邻驱动线和捡拾线接地将电场508a和508b聚焦在活动的驱动板和捡拾板之间的交叉位置处，限制了来自正被感测的物体上的相邻区域的串扰。当感测操作在本实施方式中继续进行时，不同的驱动线/捡拾线交叉对可被激活以捕获来自物体的信息的不同像素。在物体传感器的情况下，它可捕获关于物体的形状的信息，且如果电特性在其表面上是不均匀的，可捕获关于其成分的信息。再次，本实施方式不限于这个特定的配置，其中对于不同的操作，一个单一电极对、几个电极对或甚至所有电极对可以同时是活动的。在实践中，可能期望阻抗感测电极对中的少于全部的电极对在给定的时间是活动的，使得可出现在附近像素之间的任何干扰将被最小化。在一个实施方式中，可以激活驱动线，且可以一次扫描一条或多条捡拾线，以便当驱动线和捡拾线沿着交叉位置处的线成对时可以沿着驱动线和捡拾线捕获一行像素。因此，并仍然参考图5，AC电压源516可保持连接到驱动线506b，且放大器/缓冲器516的连接可循环或扫描到顺序的捡拾线，使得信息的另一像素可从与驱动线506b交叉成对的另一捡拾线捕获。一旦实质上所有捡拾线506a-n被扫描，驱动线506b可被去激活，则序列中的另一驱动线可使用AC电压源被激活，且新的扫描可通过捡拾线开始。一旦实质上所有驱动线/捡拾线对被扫描以捕获像素的完整二维阵列，则物体特征和特性的二维图像或复制图就可产生，例如物体的形状的复制图和可能合成图。
作为可受益于本实施方式的传感器的另一例子，可使用由本实施方式提供的相同创新来配置减小成本的指纹触击传感器。在该实施方式中，可使用全部数量的正交驱动线来配置减小数量的捡拾线。这样的配置将产生多线触击传感器，其将采取准二维传感器的形式，且当手指触击时，它将产生部分图像或切片的拼接。这个配置的益处是减小图像重建任务的复杂性，这对于依赖于一个完整的图像线和第二部分图像线来进行速度探测的当前非接触硅传感器是有问题的。
折衷是，这个准二维阵列将必须以快得多的速率被扫描，以便跟上必须越过它触击的手指的变化的触击速度。
图6a和6b示出当探测到物体的表面特征例如指纹脊和谷时传感器的操作。传感器与图5所示的前面的例子相同地被配置，但在这种情况下与纹理表面例如指纹交互作用。
参考图6a和b，示出了根据本实施方式配置的传感器的另一例子。示出了传感器600，其中顶板或捡拾线602a-n位于绝缘层或基底604的一侧上，而底板或驱动线606a-n位于基底604的相对侧上。为了最大敏感度，捡拾线显示在最接近正被感测的物体的层上，而驱动线显示在基底的相对侧上。图6a示出当电场线620与接近地定位的物体的谷交互作用时的电场线620，而图6b示出当电场线621与接近地定位的物体的峰交互作用时的电场线621，这些电场线从底板驱动线606b穿过绝缘层或基底604延伸并到活动的驱动线606b上。在感测指纹的情况下，在指纹表面上的相应脊和谷可由驱动线/捡拾线交叉点的栅格捕获，且因而产生的数据可用于再现指纹的图像。所储存的指纹然后可与所捕获的指纹比较，且它们可被比较来用于验证。这使用很多指纹匹配算法中的任一种来实现，这些指纹匹配算法作为独立产品可从厂商得到。这样的厂商包括Digital Persona、BioKey和CogentSystems，仅列举几个。
也在图6a和b中示出的是捡拾线602b和驱动线606b的单独的传感器线对。它们的交叉形成活动的电极对，而其余的捡拾线和驱动线不是活动的，并将标称地由电子开关接地。驱动线606b连接到AC电压源616，而捡拾线602b连接到放大器/缓冲器605。一旦如这里所示的被激活，电场线620和621就如分别在图6a和6b所示的产生，且它们在驱动线606b和捡拾线602b之间发出，发送辐射到捡拾线602b上并连接到放大器/缓冲器605且以后由模拟和数字处理电路处理的总信号。当感测操作在本实施方式中继续进行时，不同的驱动线/捡拾线交叉对可被激活以捕获来自物体的信息的不同像素。在指纹传感器的情况下，它可捕获关于指纹的不同特征和特性以及甚至手指本身的主体的信息。再次，本实施方式不限于这个特定的配置，其中对于不同的操作，一个电极对、几个电极对或甚至所有电极对可以同时是活动的。在实践中，可能期望电极对中的少于全部的电极对在给定的时间是活动的，使得可出现在附近像素之间的任何干扰将被最小化。在一个实施方式中，可以激活驱动线，且可以一次扫描一条或多条捡拾线，以便当驱动线和捡拾线沿着交叉位置处的线成对时可以沿着驱动线和捡拾线捕获一行像素。因此，并仍然参考图6a，电压源616可保持连接到驱动线606b，且到放大器/缓冲器605的连接可循环或扫描到另一捡拾线，使得信息的另一像素可使用驱动线606b从另一电极对捕获。
在图6a和6b所示的快照中，驱动板606b保持被AC信号源616激励，直到整列像素被扫描，而为了隔离目的，未使用的驱动板（606a、c-n等）切换到地。同样，在一个实施方式中，一次只有一个捡拾板是活动的，且一些或实质上所有其它捡拾板切换到地以最小化串扰。
扫描过程在图6a和6b所示的快照之外继续，序列中的下一列606c被激活（虽然该序列可以是任意的）。一旦捡拾板602a-n的整个序列被扫描，下一驱动线606d就将被激活，直到所有或实质上所有驱动线606a-n按顺序激活。一旦激活了所有驱动列且对每列扫描了捡拾板，人们就将收集到等于驱动行的数量乘以捡拾列的数量的像素的完整的二维阵列。对于将产生10x10mm阵列或100mm2的500DPI传感器，由40,000个单独的像素组成。根据应用，所有驱动线可按顺序激活，或可能它们中的一些或大部分可按顺序激活。
再次参考图6a和6b，两个导电层驱动层606和捡拾层602被电绝缘层604分离。这个绝缘层604具有高DC电阻，并具有大于1的介电常数，以允许高频电场穿过其传输。在一个实施方式中，该层602通过将单侧柔性印刷电路板折叠到本身上来产生。在另一实施方式中，它通过将电介质层放置在两个电活动的层之间来产生，以形成双侧电路板。
图7示出由集总电路部件描绘的板行和列的x-y栅格的例子，集总电路部件代表在每个驱动/捡拾交叉处的传感器的电场耦合。
底板701a、b、c等经由开关矩阵740a-n由AC信号源716一次驱动一个。图7示出扫描快照，其中一个驱动开关740b在将相应的板连接到信号源的接通条件中。这使用AC信号在等于一维中的传感器宽度的板的整个长度上激活一整行740b。相应地，每列板702a、b、c等将通过绝缘层704和耦合电容器761a、b、c...n捡拾AC信号。一次只有一个捡拾板是活动的，切换到缓冲放大器716。顶板702b在图7中被示为活动的板，而所有或实质上所有其它捡拾板经由开关矩阵730a-n被短路到地，因此来自一个x-y像素的信息被捕获。
单行保持活动，只要它采用整个数量的待扫描的捡拾板/列。每像素扫描时间将取决于操作的频率和探测电子设备的置位时间，但不需要过快地扫描，如使用现有技术触击传感器一般。另一方面，现有技术触击传感器必须以非常高的像素速率扫描，以便不由于相对于可大于20cm/sec的手指速度的采样过疏而丢失信息。捕获速度相对于触击传感器的这个减小放宽了对模拟电子设备的要求，并极大地减小了主机处理器必须实时地捕获的数据率。这不仅减少了系统成本，而且允许通过主机设备以少得多的CPU功率和存储器操作。这特别是对移动设备很重要。
一旦整行706b被所有或实质上所有其相应的捡拾板702a-n扫描，则序列中的下一行就通过开关矩阵740激活。这个过程继续，直到所有或实质上所有行和列被扫描。
耦合到缓冲放大器716中的信号的量是多少电容由绝缘层和在极接近区域中的手指脊或谷形成的函数。在图6a和6b中示出了这些电场如何辐射的详细操作。总耦合电容是对给定厚度固定的绝缘层电容704和正被感测的物体的可变拓扑电容的串联组合。这个组合的可变部分在图7中被示为编号为760a-n、761a-n、762a-n等的形成二维阵列的一系列可变电容器。
图8示出放置传感器的实施方式的例子，该放置传感器使用差分放大器880从选定的捡拾板（802a-n）获取信号并将它从板805的参考信号减去。这些信号的电相减执行几个功能：首先宽带共模被减去；其次，对照参考板805减去提供相当于理想脊谷的相对参考信号；第三，在两个板中而不是穿过手指耦合的共模载波信号也被减去。当我们减去通过其它装置而不是通过放置在传感器上的手指耦合的载波时，在捡拾板中的蚀刻变化的第一阶载波相消也出现。这对低成本的高容量制造是重要的。
参考板805有意位于与捡拾板802a-n分开间隔885的传感器的手指接触区域的外部，间隔885比一般50um的捡拾板之间的标称间隔大得多。在理想世界实施方式中，板805将位于挡板的塑料之下以防止手指接触，将它放置在与其它捡拾板分开至少500um处。
捡拾板802a-n中的每一个被顺序地扫描，通过将它们连接到差分放大器880的捡拾开关830a-n切换。在整个捡拾行的扫描过程期间，差分放大器的正管脚保持连接到参考板805以为所有捡拾板提供相同的信号参考。
图9a对在拓扑中的放置传感器示出前端的实例的电路图，该拓扑使用一组单刀双掷开关或SPDT来扫描捡拾板行并使用一组单刀单掷开关来多路复用捡拾板列。
在图9a中，我们看到当扫描过程开始时模拟开关的快照。只示出第一SPDT开关1044a在“接通”位置上，这允许捡拾板902a将其板信号传送到差分放大器980中。其余的捡拾板经由开关944a-944n被短路到地，防止它们所接收的任何捡拾信号进入差分放大器980中。
由于真实世界开关不提供完全的隔离，每个SPDT具有寄生电容945。事实上，隔离的量随着频率降低，一般被横跨开关极的并联电容器模拟。通过使用SPDT开关，当单独的板不是活动的时，我们可使对地的这个电容分路。因为有等于捡拾板的数量的开关的大阵列，一般对于500dpi传感器是200，对地的有效分路电容乘以这个数量。所以如果给定的开关具有0.5皮法的寄生电容且有200个捡拾板，则有合计达100皮法的总分路电容。
为了防止这个大电容从到地的活动捡拾板转移大部分接收的信号，则在本例中使用补偿电路是合乎需要的。这通过使用谐振电感器939来实现，结合寄生电容器945（每个开关一个）以及调谐电容器934和937形成经典带通滤波电路。使用两步骤零和峰值调谐校准过程，其中调谐电容器934和937使用在差分放大器980的加和减输入上的相同驱动信号利用电感器939被单独地调谐。当有来自差分放大器980的零信号时，分别使用电感器1039以及谐振电容器934和937形成的两个带通滤波器将被调谐到同一中心频率。接着，电容器934和937以及电感器939使用具有在差分放大器980的加和减输入上的相反的180度相位的差分输入信号被调谐在一起。它们在锁定步骤中递增，直到确切的驱动载波频率被达到，这出现在差分放大器980的输出在其峰值时，使中心频率等于载波驱动信号916的确切频率。
在系统实现中，将在每次指纹扫描之前执行校准例程，以最小化这个滤波器随着时间和温度的漂移。谐振电感器939需要具有至少10的Q或质量因数以给滤波器提供优化信噪比所必需的适当的带宽特征。
图9b示出使用聚集在一起的多组板的设备的可选实例，每组具有其自己的差分放大器。
将大量并联捡拾板分成组（每组包含较小数量的板）是不需要使用在前端中的调谐带通滤波器的可选结构，因为寄生开关电容将被极大地减小。这将有两个可能的优点，首先是较低的成本，且其次是有频率灵活前端的能力。在该图中，我们有前端的快照，其中组907a的第一开关944a是活动的。所有其它开关组907a-907n被示为不活动的，将其相应的板短路到地。因此，只有电压或电流差分放大器980a具有传送到它的任何板信号，电压或电流差分放大器980b-980n具有通过其相应的开关945a-n和945r短路到地的正和负输入，防止来自那些组的任何信号对总输出作贡献。
差分放大器980a-980n中的每个通过电阻器987a-987n汇总到求和放大器985中。在这个快照中只有差分放大器980a具有路由到它的板信号，所以它独立地产生到求和放大器985的输入的信号。这个过程顺序地重复，直到所有或实质上所有开关组907a-n以及整个阵列的开关板944a-n、945a-n等被完全扫描。
通过划分捡拾板阵列，在每个板上的电容输入负载从开关的完整阵列减小到在给定板组内的开关的数量。如果我们例如将196个可能的捡拾板分成14个板的14组，导致等于14个开关（944）的寄生电容加上差分放大器的电容负载的电容负载。如果模拟开关944构造有非常低的寄生电容，则总输入负载将小到足以不需要在前端中的带通电路，以便使负载电容谐振。因为集成电路制造技术改进了，我们将能够设计具有较小的寄生电容的更小的开关，使这种方法变得更有吸引力。
图9c示出使用复用到第二级差分放大器中的单独板缓冲器的前端电路的另一例子。
如所示出的缓冲器982a到982n是设计成具有非常低的输入电容的特殊缓冲器。在一个实施方式中，这些缓冲器可配置为单级级联放大器，以便最小化漏极到栅极密勒电容和管芯面积。为了更好地最大化板到板绝缘，对每个输入可使用两组开关。在本例中包括模拟开关930a-930n以将每个选定的缓冲器复用到差分放大器980中。包括开关932以同时关闭到未被选择的所有其它输入缓冲器的电源。这有效地将它们置于地电势。可选的实施方式是将输入模拟开关放置在每个放大器的前面以允许未使用的板直接短路到地。这种方法的一个效应可能是每个板的输入负载电容的增加。
图9c示出扫描过程的快照，其中顶板902a通过缓冲器982a被感测，缓冲器982a具有通过开关932a提供给它的功率。模拟开关930a闭合，将它路由到差分放大器980。所有其它缓冲器输出经由模拟开关930b-n和功率开关982b-n从差分放大器980断开。
到差分放大器980的正输入总是连接到参考板902r，向放大器提供“空”信号参考。差分放大器980用于减去噪声和共模载波信号以及提供“空”参考载波值。
图10示出使用传统模拟接收机技术实现的放置传感器的特定实施方式。模拟前端以差分放大器1080开始，其中选定的捡拾板1002a-n从参考板1005减去，参考板1005位于手指接触区域之外，提供相当于理想手指谷的参考信号。可编程增益级或PGA 1090跟随差分放大器1090，但可集成到提供单级中的增益和削减的同一块中。PGA 1090设计成具有足够宽的增益范围以补偿在板蚀刻和层之间的焊接掩模厚度中的生产变化。
控制处理器1030协调二维传感器板阵列的扫描。驱动板/列1002a-1002n由控制处理器1030中的驱动板扫描逻辑1040顺序地扫描。当选定的驱动板被激活时，它连接到载波信号源1016。所有不活动的驱动板连接到地。在激活序列中的下一驱动板之前，活动的驱动板保持对通过捡拾板逻辑1045扫描的整行捡拾板1002a-n足够长。
模拟混频器1074使对照参考载波1013的增益的板信号增加。结果是基带的经典频谱加上以载波频率的倍数的谐波乘积。模拟低通滤波器1025用于过滤出不需要的谐波，且必须具有足够陡的侧倾以使与二次谐波相关的信息衰减，而不失去基带信息。
在低通滤波器之后的是必须以至少两倍的像素速率采样以满足奈奎斯特标准的A/D转换器1074。存储缓冲器1032将具有足够的尺寸的A/D样本存储在本地以跟得上主机控制器的最坏情况的时延。A/D采样控制线1078为转换器提供采样时钟，以获取通过板行和列的按顺序排列产生的连续像素信息。
图11示出使用直接数字转换接收机技术实现的放置传感器的一个实施方式的实例。在本例中，模拟前端以差分放大器1180开始，其中选定的捡拾板1102a-n从参考板1105减去，参考板1105位于手指接触区域之外，提供相当于理想手指谷的参考信号。这些信号的电相减执行几个功能：首先宽带共模被减去；其次，对照参考板1105减去提供相当于理想脊谷的相对参考信号；第三，在两个板中而不是穿过手指耦合的共模载波信号也被减去。共模的消除在高RF噪声环境中特别重要。当我们减去通过其它装置而不是通过放置在传感器上的手指耦合的载波时，在捡拾板中的蚀刻变化的第一阶载波相消也出现。这对以低成本的高容量制造是重要的。
可编程增益级或PGA 1190跟随差分放大器，差分放大器可容易组合到包括可编程增益的单个差分放大器中，如在现代集成电路设计PGA 1190中通常完成的，PGA 1190设计成具有足够宽的增益范围以补偿在板蚀刻和层之间的焊接掩模厚度中的生产变化。
控制处理器1130协调二维传感器板阵列的扫描。驱动板/列1102a-1102n由控制处理器1130中的驱动板扫描逻辑1140顺序地扫描。当选定的驱动板被激活时，它连接到载波信号源1116。所有不活动的驱动板连接到地。在激活序列中的下一驱动板之前，活动的驱动板保持对通过捡拾板逻辑1145扫描并被A/D转换器1125捕获的整行捡拾板1102a-n足够长。
A/D转换器1125必须以至少两倍的载波频率的速率采样以满足奈奎斯特标准。A/D采样控制线1107为转换器提供采样时钟，以获取通过板行和列的按顺序排列产生的连续像素信息。
在A/D转换器之后的是使A/D输出数字地增加的数字混频器1118，该A/D输出在对照由数字地控制的振荡器1110产生的参考载波的载波频率处。结果是信号被下变频到载波被移除的基带。存在由这个过程产生的其它不需要的频谱分量，即，双倍载波边带，但这些可容易地被过滤出。
组合的抽取器和数字滤波器1120跟随数字混频器1118。这个块执行采样下变频，将采样率从载波频率的至少两倍减小到低得多的像素速率的至少两倍。数字滤波器将一般包括级联积分梳状或CIC滤波器，其移除混频的不需要的频谱副产物以及提高接收机信噪比。CIC滤波器提供在使用数字混频器使信号下混频到基带之后产生窄通带滤波器的高度有效的方式。CIC滤波器可跟随有以较慢的抽取率运行的FIR滤波器，以校正通带下降。
由于大约100:1的采样率的减小，相对小的控制处理器缓冲器（1132）可用于捕获整个指纹。例如，产生40k个像素的200x200阵列可存储在40kb缓冲器中。这与触击传感器相反，触击传感器必须以足够快的速率扫描部分图像帧，以跟上通常200ms左右的最快可允许的触击速度。同时，两秒的慢触击也必须被容纳，需要最快的存储量的10倍。各种技术被发展以在存储之前抛弃冗余的样本线，但即使这样，实时存储要求对于触击传感器仍然大得多。这是在存储容量被限制的片上匹配应用中的关键因素。此外，放置传感器没有超过用户将其手指保持在适当的位置的耐心的对主机处理器的实时数据获取或处理要求。
参考图12A，且在半导体工业中称为挠性芯片（CoF）的配置中示出了根据一个实施方式配置的传感器布局1200的例子。挠性芯片是一种配置，其中处理器芯片连接到柔性基底例如KaptonTM胶带，并电连接到导电线和可能位于柔性基底上的其它部件。在本例中，传感器布局1200被示为在具有节距轨道1202、1204的Kapton胶带的边界内，狭槽1206沿着这两个轨道定位。这些狭槽在制造过程中用于在整个过程中馈送胶带，同时线和可能部件在胶带上形成。设备的节距指在CoF上形成设备所需的Kapton胶带的长度。在这里在狭槽1207和1209之间测量的距离“d”1208实质上在每个轨道上始终是恒定的，且节距是确定设备覆盖的花线的长度的快捷方法。对于在本例中所示的设备，节距1212示出在八个狭槽中的狭槽1207和1214之间的跨度，且因此将被特征化为8-节距设备。可以是指纹传感器或其它类型的放置、2D或面积传感器的所示出的示例性传感器设备示出集成电路1210，集成电路1210可以是在硅基底上形成的逻辑电路、微处理器或用于处理从传感器电路捕获的像素信息的其它电路。该实例也可在除了柔性基底或Kapton胶带以外的基底上形成或以其它方式制造，事实上它可以在硅基底、刚性板或为各种应用配置的其它基底上形成。
如果被配置为指纹传感器或其它放置传感器，集成电路1210可以是实现下面在图16中描述的所有或一些功能的混合信号芯片。在一个实施方式中，它具有足够的输入和输出来驱动驱动线和捡拾线的200乘200线阵列，并可具有或多或少的任一的线。顶层1220由直接连接到集成电路1210的捡拾线的阵列形成。这可以是直接安装到柔性基底而没有接合线的倒装芯片。在本例中，通过沿着折叠轴1230将单层向后折叠到本身上以产生双层活动的传感器区域1255来形成底层。驱动线折叠以产生底层1225。为了布局平衡起见，驱动线在本例中分别分成左组1240和右组1242，但可以都在传感区域的左侧或右侧上。左驱动板捆1240和右驱动板捆1242与交替的左馈送和右馈送交叉，以在底层1225上形成连续的线阵列。
基于柔性基底的连接器1235将功率、地和接口信号路由到外部主机或包含系统级部件的另一基底上，例如在图16中示出和下面描述的那些基底。这些部件可包括但不限于具有存储器的处理器、实现嵌入式匹配算法和加密/解密功能的逻辑。在可选的例子中，连接器1235可使用在另外方面称为各向异性导电膜（ACF附着）的导电粘合剂来连接到主机基底，导电粘合剂在一些产品中可被标记为“高密度”。
参考图12B，示出了具有在基底上的不同方位和配置的传感器1250的另一例子。类似于上面的例子，传感器1250是放置传感器，并配置成沿着折叠轴1251折叠到本身上以产生两个层，具有驱动线1256的底层1252和具有捡拾线1257、集成电路1258、柔性外部连接1262和处理器连接1260的顶层1254，处理器连接1260可用于将集成电路连接到外部设备，例如用于制造测试。然而该配置具有小得多的节距，再次，其中距离“d”是每对狭槽1206之间的距离，且在本例中该节距在狭槽1270和1272之间，使这个设备成为5-节距设备。与占用Kapton胶带的8个节距的其它示例性设备1200（图12A）相比，该示例性设备占用Kapton胶带的5个间距。这个设备执行与图12A的例子1200的功能实质上相同的功能，然而占用较少的Kapton胶带，节约了材料成本。如果因而产生的传感器表面的尺寸减小，则设备可占用胶带的甚至更少的节距，允许容纳捡拾线、驱动线和其它部件所需的空间减小。在本例中，有效的传感器表面可以是10平方毫米，且可被减小到九或甚至八平方毫米，且结构可相应地减小以减小设备的总面积，同样减小容纳总设备所需的基底的面积。
如本领域技术人员将认识到的，给出这些例子，可实现不同的设计来优化本发明的不同方面，包括用于设备的基底的尺寸，以及感测区域的尺寸和像素密度。然而本发明不限于由其他人完成的特定优化，且实际上本发明应鼓励其他人使用公知和可选的过程、材料和它们可采用的技术来改进设计。本发明的范围仅由用于在未来的审查所附加或提交的权利要求而不是由对本说明书即兴的信息限制。
参考图13a，示出了柔性布局结构1300的图示。如所示，柔性层结构1300包括成像区域1350，驱动线与捡拾线在该处形成交叉位置，其中交叉位置通过将顶层1370折叠在底层1372上、绕着柔性弯曲半径1374将柔性基底折叠在本身上来形成。从侧视图看，顶部柔性层1364在顶部焊接掩模1362上成层，顶部焊接掩模1362在顶部铜或捡拾线1360上成层。底层焊接掩模1370折叠在顶部铜1360之下，且底部铜1372在焊接掩模1370之下和底部柔性层1375之上形成。
参考图13b，示出了用于安装图13a的柔性层结构1300的模块结构1301的例子。本领域技术人员将理解，特定模块的结构可根据本实施方式变化，以及该例子虽然示出可用于以实际实现作为基础的模块的实质上完整的例子，但它仅仅是一个例子且并不预期和不应被认为以任何方式限制本实施方式。示例性结构1301包括在其顶层上接纳柔性顶层1370的刚性基底1330，柔性定位销或塑料框架1337配置成确保驱动板与捡拾板的对准。因为感测电极对由这两层上的驱动线和捡拾线的交叉形成，x-y对准容差要求可以为大约几个像素，而不是子像素对准容差，如果有在这两层之间匹配的特征，则将需要子像素对准容差。每层上的四个安装孔（1337）足以确保角和x-y对准。也示出了驱动器芯片1310和成像区域1350。
参考图14，提供了并入通常根据本实施方式配置的传感器系统1402的示例性系统1400的图示。传感器设备可并入到系统中，或可配置为独立的产品。作为独立的产品，传感器部件可被装入壳体（未示出）中，且电连接被暴露以连接到设备或将利用这样的设备的系统。本领域技术人员将立即看到根据本实施方式配置的如本文所述的传感器可如何并入到广泛用在不同的工业部门中的壳体中。因此，例如在系统中，机械连接、设计和结构可能必须根据特定的应用改变。例如，如果并入到膝上型设备中用作指纹传感器，表面安装模块将需要用于向用户暴露传感器栅格线。如果并入到移动电话、个人数据助理（PDA）等中，另一类型的安装模块将需要符合特定的设备设计，同时提供传感器的运算能力。再次，图14示出并入根据本实施方式配置的传感器1402的系统1400的简图，折叠的柔性或刚性基底1404具有顶层1406和底层1408，且每层根据应用分别具有捡拾线或板以及驱动线或板，虽然没有在这里示出。示出了在顶部上有物体1410的二维感测区域1411，物体1410在指纹传感器的情况下可以是手指，或在另一应用中的另一物体。顶层的捡拾板或线（未示出）经由通信链路1412与顶板处理电路1410通信，以发送所接收的总信号。驱动线或板位于底层1408上，但在这里没有被显示在底层1408上，并经由通信线1416从底板处理电路1414接收驱动信号。顶板处理电路1410包括配置成接收、放大和/或缓存或储存从捡拾板或线接收的总信号的前端缓冲器和放大器1416。例如图9所示的开关阵列1418配置成从前端1416接收信号，并将所切换的信号发送到模数（A/D）转换器1420用于转换成数字信号。数字信号处理器（DSP）1422配置成从A/D转换器1420接收数字信号并处理信号用于传输。
底板处理电路1414配置成产生由位于传感器基底1404的底层1408上的驱动板或线使用的驱动信号，并包括用于产生信号的驱动器和扫描逻辑1424，以及用于可编程地设定驱动信号被设置的频率的可编程频率发生器1426。底板处理电路1414包括通信链路1428，同样，顶板电路具有用于与系统总线1432通信的通信链路1420，系统总线1432用于在系统中将通信发送到例如处理器、存储模块和其它部件并接收通信。系统总线1432经由通信链路1436与持久性存储器1434通信，持久性存储器1434用于存储算法1428、应用软件1440、模板1442、以及由处理器1444持久和频繁地使用的其它代码。处理器1444包括具有逻辑的处理器逻辑和用于处理从系统总线接收并起源于传感器1402的信号的其它电路，并且还包括配置有用于结合处理器来执行基本和复杂的算术运算的逻辑电路的算术逻辑单元1450。配置处理器存储器1452用于处理器1444的本地存储，例如用于存储计算和检索的结果用于进一步的计算。
在操作中，驱动信号由处理器1444控制，且起源于底板处理电路1414的驱动信号的参数通过处理器1444设置在底板处理电路1414中。驱动信号在发生器1426中设置的参数内由逻辑1424产生，并经由通信链路1416发送到底板1408。这些信号产生扩展到在感测区域1411周围的顶层1406上的捡拾线的电磁场。这些信号穿过传感器栅格（在这里未示出，但上文描述）上的不同像素电极对循环，且这些电磁场中的一些被物体1410（例如指纹）吸收。总信号由位于感测区域周围的顶层1406上的捡拾板或线（在这里未示出，但上文描述）捡拾。总信号接着经由通信线1412传输到顶板处理电路1410，且信号被处理并传输到存储器或处理器1444用于进一步的处理。一旦驱动器和扫描逻辑在栅格传感器上的全部像素中循环过，与物体的特征和特性有关的数据就可被定义并被系统利用。例如，在指纹传感器系统中，图像可以是可与所存储的指纹图像比较的指纹图像，且如果存在匹配，则它可用于验证用户。
图15示出根据本实施方式配置的设备可如何应用于指纹感测应用。用户将具有指纹（1510）的手指放置在传感器栅格上，传感器栅格由驱动板（1506a-1506n）和捡拾板（1502a-1502m）的交叉位置形成。图像像素1561a感测在驱动板1506a和捡拾板1502a的电极对之上的指纹区域，像素1561a感测在驱动板1506n和捡拾板1502a的交叉，而像素1562n感测在驱动板1506n和捡拾板1502m的交叉之上的区域。
图16示出使用图11和14所示的实施方式来收集如图15所示的指纹图像所需的步骤。图像捕获在步骤1601开始。作为初始化的部分，行计数器在步骤1602被初始化为1。步骤1603是行扫描序列的开始。在每行开始时，列计数器在步骤1603被置位为1。在步骤1604，顶板扫描逻辑1145为选定的行启动适当的模拟开关（1103a到1103n中的一个）。在步骤1605，单独像素的感测在底板扫描逻辑1140使用载波信号1116激活适当的驱动板（例如，1106a到1106n中的一个）时开始。在步骤1606，来自差分放大器1180的信号在通过可编程增益放大器1190处理之后被A/D转换器1125重复地采样。数字混频器1118将样本下混频到由数字振荡器1110设置的基带频率。基带信号接着被数字抽取滤波器过滤，以产生当前像素的信号水平值。对该步骤执行的功能在图11的实施方式中可以可选地由图10所示的相应模拟接收机或其它功能上类似的装置执行。在步骤1607中，在步骤1606中得到的信号水平值存储在相应于当前选择的行和列的存储缓冲器1132中的适当位置上。在步骤1608中，列号递增，且在步骤1609中，列号被测试以确定当前的行集合是否完成。如果行还没有完成，我们返回到步骤1605以收集行中的下一像素。如果行完成，我们继续进行到步骤1610并使行号递增。在步骤1611中，我们测试行号以确定是否所有的行都被扫描。如果没有，流程返回到1603以在第一列向后开始下一行。一旦所有行都被扫描，图像捕获就完成，且我们继续进行到步骤1612，此时图像准备进一步处理或转移到长期存储。
本领域技术人员将认识到，行和列扫描顺序可以不直接相应于阵列中的物理位置，因为一些实现可以用交错的方式被更佳地采样。
在图17中，如图14所示的实例的例子在用户验证应用中。在步骤1701中，在处理器1444上的系统级应用1440要求用户验证。在步骤1702，用户被提示提供手指用于验证。系统等待将在步骤1703中探测的手指存在。这可通过收集如图16所述的减小尺寸的图像并测试手指图像或经由其它专用硬件来执行。一旦探测到手指存在，就在步骤1704中使用图16中所述的方法或其它实质上类似的方法来收集完整的图像。该图像接着被存储并在步骤1705中转换成如图17B所示的模板1712，其一般由细节点位置和类型（例如分叉1710和末端1711）的图或可能由脊频率和方位或两者的某种组合组成。在步骤1707中，模板接着与在步骤1706中从持久性模板存储器1142检索的一个或多个注册模板比较。如果找到匹配，则用户在步骤1708中被验证并被准予访问应用。如果没有找到匹配，则用户在步骤1709中被拒绝，且访问被回绝。
在例如图16和17A-B所述的验证系统中，可能存在安全性和运算速度之间的折衷。诸如智能电话的设备对于不同的操作模式也可具有不同的安全性和方便性（速度）要求。这些折衷可由对不同类型的信息的安全性的值控制。作为例子，对于简单地使其智能电话或其它设备上电，用户可对安全性安排低值。但是，他们可在执行金融交易或其它敏感转移时安排高得多的值。他们可能想封锁访问个人联系信息或客户列表的能力，或也可能想封锁其他人进行本地呼叫、长距离呼叫、访问个人照片、访问社交网站、发送并接收文本消息或电子邮件的能力，以及他们可能想有用于访问不同信息的不同安全协议。具有常规系统而没有生物测量的益处的用户将一般使用四数字PIN锁住他们的电话听筒，四数字PIN是相当低的安全级别。在同一设备上使金融交易安全——在工业中期望的一种新发展——将使用户期望高得多的安全级别。相反，用户发现对简单的呼叫使电话解锁可接受的时间的量将比他们等待使高数值交易安全的时间短得多，其中用户可能更容忍对金融交易验证用户的较高时间需求。
本文所述的实施方式便于通过提供可变的捕获图像分辨率和匹配算法安全级别来支持这两个要求。在一个实例中，当在高安全模式中操作时（例如，当登记用户或使高数值交易生效时），图16描述的图像捕获过程和图17A-B描述的匹配过程可在全分辨率模式中操作。当在“方便”模式中操作（例如，使电话解锁、看照片、浏览互联网或切换用户）时，可通过跳过每隔一列和每隔一行——例如其中步骤1608和1610将分别使列和行计数器递增二而不是一——来在半分辨率模式中获取指纹图像。这可导致与高安全模式比较在每个轴中具有一半分辨率和四分之一尺寸的图像。这可以将获取图像（图16）所需的时间和从图像提取模板（步骤1705）所需的时间减少四倍。由于图像的减小的分辨率以及对这个方便模式的放宽的安全要求，在步骤1707中应用的匹配阈值可相应地减小。
参考图18A-D，传感器模块或组件的另一实施方式被示为传感器1800，其首先在图18A中的展开图中示出，由折叠的柔性传感器1802、模块折叠底部1804和安装板1806构成。在这个实施方式中，具有活塞1812和底部1813的开关并入到传感器组件中，该传感器组件允许传感器操作例如指纹传感器操作与设备的其它操作的融合。仍然进一步地，该组件允许在具有包括生物测量操作的扩展功能的设备例如移动电话或智能电话上使用的个性化开关的配置。如果与功率或选择器开关一起被使用，例如由苹果计算机公司制造的iPhoneTM上的主选择开关或由Research in Motion （RIMTM）制造的BlackBerryTM智能电话（靠近这些设备的显示屏）上使用的导航选择开关的模块化替换，则指纹传感器可用于验证，同时使用这些个人设备。验证可用于完全地访问设备，访问不同级别的信息例如用户希望保护的不同信息，或可用于用户对需要高安全级别的金融交易的验证。这些设置也许由制造商预先设定，可由用户重新设定，可由与用户或设备相关的金融机构设定，或可由对保护信息感兴趣的任何人配置。
仍然参考图18A，折叠的柔性传感器1802可分别在1805和1807处折叠，以分别在安装位置环托架1805-A和折叠边缘1807-A处安装在模块折叠底部1804周围，以及放置孔1808以帮助将柔性层放置在模块周围并将它保持在适当的位置。如果柔性传感器电路的实施方式在根据图12A或12B的例子的基底上形成或以另外方式配置，则不同的安装操作可能需要适应需要基底的不同折叠或形成的这些或其它设计。传感器1802可包括如上面在类似的实施方式中描述的处理器1810。安装板1806包括安装在开关开口1811周围的开关1813以容纳活塞1812，并也可具有配置成容纳处理器1810的处理器开口1814。
参考图18B，从另一角度示出了图18A的传感器的另一展开图，其中柔性传感器1802的一侧更清楚地示出开口1808和处理器1810，其中开口1808配置成接纳用于将传感器1802的基底保持在适当的位置并接着由安装开口1818接纳的放置或安装腿1816。放置或安装腿1820由安装开口1822接纳。开关底部开口1824配置成接纳开关底部1813。在另一实施方式中，活塞1812和底部1813的开口可以是将接受整个开关的单个依尺寸制造的开口，且开关可以有具有与活塞相同的直径的底部，使得单个圆柱形或矩形或其它成形的开口可足以容纳开关。
图18C示出组装的传感器组件的侧剖视图，传感器基底1802安装在模块折叠底部1804和安装在底部1806上，且开口1811和1824分别容纳开关活塞1812和开关底部1813。图18D示出图18C的侧视图的特写图。
图19A-J示出可选的传感器/开关组件，其中圆顶开关用于被集成在组件中的下层开关。参考图19A，组件1900包括与安装在安装板1906上的模块折叠底部1904集成的圆顶开关1912。在这个实施方式中，具有圆顶形活塞1912和底部1913（图19C）的开关并入在传感器组件中，传感器组件允许传感器操作例如指纹传感器操作与设备的其它操作的融合。
参考图19A、B和C，折叠的柔性传感器1902可分别在1905和1907处折叠，以分别在安装位置环托架1905-A和折叠边缘1907-A处安装在模块折叠底部1904周围，以及放置孔1908（图19D）以帮助将柔性层放置在模块周围并将它保持在适当的位置。如果柔性传感器电路的实施方式在根据图12A或12B的例子的基底上形成或以另外方式配置，则不同的安装操作可能需要适应需要基底的不同折叠或形成的这些或其它设计。传感器1902可包括如上面在类似的实施方式中描述的处理器1910。安装板1906包括安装在活塞1912之下的开关1913，并也可具有配置成容纳处理器1910（图19D）的处理器开口1914。
参考图19G、H和I，示出了传感器的侧视图，其示出柔性传感器1902和开口1908以及处理器1901，其中开口1908配置成接纳用于将传感器1902的基底保持在适当的位置并接着由安装开口1918接纳的放置或安装腿1916。放置或安装腿1920由安装开口1922接纳。开关底部开口1924配置成接纳开关底部1913。在另一实施方式中，活塞1912和底部1913的开口可以是将接受整个开关的单个依尺寸制造的开口，且开关可以有具有与活塞相同的直径的底部，使得单个圆柱形或矩形或其它成形的开口可足以容纳开关。
图19E、F和J示出安装在设备例如智能电话中的传感器组件的正常视图、剖视图、展开的剖视图，传感器基底1902安装在模块折叠底部1904和安装在底部1906上，且开口1911和1924分别容纳圆顶开关活塞1912和开关底部1913。通过并入在设备的完成的箱1925内的挡板开口1909进入传感器区域1901。当用户将手指放置在传感器表面1901上时，他们将同时压下开关活塞1912。
图20示出嵌入式开关2000的一个实施方式的透视图，嵌入式开关2000可提供当用户在传感器的表面上接触时穿过绝缘层2004将顶部导电层2002电连接到导电层2006的装置，传感器未在这里示出，但它可以是在导体2002上的一层。这三层可以嵌入如上所述的指纹传感器内，允许位于双层指纹传感器内的开关，使得用户可在接触时激活功能，例如接通电源、选择、发起、输入或设备中的其它开关功能。这三层可放置在模块2008的表面2006上，其中模块位于基底2012的表面2010上。
图21A和21B，图21A描绘本发明的实施方式，其中开关在与传感器相同的基底上形成。这些图示出由柔性基底2102和2103——一般是但不限于——组成的折叠柔性层叠，金属化层2104和2105一般是蚀刻或形成的铜迹线，且绝缘层2106和2107一般是焊接掩模。绝缘层2106和2107具有向外暴露导电层2104和2105的切掉部分2110。当没有垂直压力施加在间隙2110上时，导电层2104和2105彼此不处于电接触中且在断开位置上。
图21B示出由接触物体例如手指机械地压下的柔性顶层2103和导电层2112。顶部导电层2107可被物理地推动以在压力焦点2112处与导电层2106电接触。这形成被示为在接通位置上的嵌入式柔性开关。
虽然在附图中描述和示出了某些示例性实施方式，应理解，这样的实施方式仅仅是说明性的，而不是对广泛实施方式的限制，以及本实施方式不限于所示出和描述的具体结构和布置，因为本领域的普通技术人员可能想到各种其它修改。因此，形成电路的不同种类、布置和数量的晶体管的连接的可选布置和/或数量、以及其它特征和功能可出现，而不偏离本实施方式的精神和范围。类似地，在本说明书中没有明确提到的部件可包括在本实施方式的各种实施方式中，而不偏离本实施方式的精神和范围。此外，如对本领域技术人员明显的，被描述为在本实施方式的各种实施方式中被执行来产生某些部件的不同过程步骤和集成电路制造操作可容易地全部或部分地被执行以产生不同的部件，或在没有在本说明书中明确提到的部件的不同配置中被执行，而不偏离本实施方式的精神和范围。因此，应在说明性而不是限制性的意义上考虑说明书和附图。
虽然在附图中描述和示出了某些示例性实施方式，应理解，这样的实施方式仅仅是说明性的，而不是对广泛实施方式的限制，以及本实施方式不限于所示出和描述的具体结构和布置，因为本领域的普通技术人员可能想到各种其它修改。因此，应在说明性而不是限制性的意义上考虑说明书和附图。
再次，本实施方式在很多领域中有应用，特别是在生物测量传感器中。例如指纹传感器和其它生物测量传感器对于为了安全和方便的原因用在各种应用中正获得增加的认可。根据本实施方式配置的设备、系统和方法将提高生物测量验证过程的安全性，而不增加系统的成本。此外，本实施方式可扩展到将受益于部件的检验的设备、系统和方法。如上所述，本实施方式包括使主机和传感器包括上述部件的任何组合或子集的能力，这些部件可以用对系统的预期应用最适当的方式来布置和配置。本领域技术人员将理解，本文所述的部件的不同组合和置换在本实施方式的精神和范围内是可能的，本实施方式的范围由所附权利要求、其等效形式、以及还有在未来的相关应用中提出的权利要求及其等效形式限定。
本实施方式还可涉及由计算机处理器例如微处理器执行的很多功能。微处理器可以是专门或专用微处理器，其配置成通过执行定义本实施方式所体现的特定任务的机器可读软件代码根据本实施方式来执行特定的任务。微处理器也可配置成根据本实施方式操作其它设备例如直接存储存取模块、记忆存储设备、互联网相关的硬件以及与数据的传输相关的其它设备并与这些设备通信。可使用软件格式例如Java、C++、XML（可扩展标记语言）和可用于定义与执行关于本实施方式的功能操作所需的设备的操作有关的功能的其它语言来配置软件代码。可以用不同的形式和风格写代码，其中很多是本领域技术人员已知的。不同的代码格式、代码配置、软件程序的风格和形式以及根据本实施方式配置代码以定义微处理器的操作的其它手段将不偏离本实施方式的精神和范围。
在不同类型的设备例如膝上型或桌上型计算机、具有处理器或处理逻辑的手持设备、以及可能还有计算机服务器或利用本实施方式的其它设备内，存在用于存储并检索信息同时根据本实施方式执行功能的不同类型的存储设备。高速缓冲存储设备常常包括在这样的计算机中用于由中央处理单元使用，作为被频繁地存储和检索的信息的方便的存储位置。类似地，持久性存储器也与这样的计算机一起被频繁地使用，用于维持频繁地由中央处理单元检索但在持久性存储器内不经常改变的信息，与高速缓冲存储器不同。通常还包括主存储器，其用于存储并检索较大数量的信息例如数据和配置成当被中央处理单元执行时根据本实施方式执行功能的软件应用。这些存储设备可被配置为随机存取存储器（RAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、闪存和可由中央处理单元访问来存储并检索信息的其它记忆存储设备。在数据存储和检索操作期间，这些存储设备变换成具有不同的状态，例如不同的充电、不同的磁极性等。因此，根据本实施方式配置成的如本文所述的系统和方法实现这些存储设备的物理变换。因此，如本文所述的实施方式目的在于新颖和有用的系统和方法，其在一个或多个实施方式中能够将存储设备变换到不同的状态。本实施方式不限于任何特定类型的存储设备，或用于分别将信息存储到这些存储设备并从这些存储设备检索信息的任何通常使用的协议。
术语“机器可读介质”应被理解为包括存储一组或多组指令的单个介质或多个介质（例如，集中或分布式数据库、和/或相关的高速缓冲存储器和服务器）。术语“机器可读介质”也应被理解为包括能够存储、编码或传送由机器执行的一组指令并使机器执行本实施方式的方法中的任一个或多个的任何介质。机器可读介质包括提供（即，存储和/或传输）以机器（例如，计算机、PDA、蜂窝电话等）可读的形式的信息的任何机构。例如，机器可读介质包括存储器（例如，如上所述）；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；生物的电的、机械的系统；电、光、声或其它形式的传播信号（例如，载波、红外信号、数字信号等）。设备或机器可读介质可包括微机电系统（MEMS）、纳米技术设备、有机的、全息的、固态存储设备和/或旋转磁盘或光盘。当指令的部分分离到不同的机器中例如在计算机的互连中或作为不同的虚拟机时，设备或机器可读介质可被分配。
虽然在附图中描述和示出了某些示例性实施方式，应理解，这样的实施方式仅仅是说明性的，而不是对广泛实施方式的限制，以及本实施方式不限于所示出和描述的具体结构和布置，因为本领域的普通技术人员可能想到各种其它修改。因此，应在说明性而不是限制性的意义上考虑说明书和附图。
在说明书中对“实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”或“其它实施方式”的提及意指结合实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施方式中，但不一定是所有实施方式。各种表述“实施方式”、“一个实施方式”或“一些实施方式”不一定都指相同的实施方式。如果说明书规定部件、特征、结构或特性“可以”、“也许”或“可能”被包括，则特定的部件、特征、结构或特性不要求被包括。如果说明书或权利要求提到“一（a）”或“一（an）”元件，这并不意味着只有一个元件。如果说明书或权利要求提到“额外的”元件，这并不排除有多于一个的额外元件。
方法、系统和设备包括生物测量系统使用新颖方法的改进的安全性操作和配置。这样的系统将极大地受益于增加的安全性特征，特别是在金融交易中。虽然在检验生物测量设备例如指纹传感器的设备、系统和相关方法的上下文中描述和示出了本实施方式，本实施方式的范围扩展到这样的功能是有用的其它应用。此外，虽然前述描述参考本实施方式的特定实施方式，应认识到，这些仅仅说明本实施方式，以及可对这些实施方式进行改变，而不偏离本实施方式的原理，本实施方式的范围由所附权利要求及其等效形式限定。
Claims (12)
1.一种指纹感测系统，包括：
分层的平面指纹传感器，其被配置成从位于附近的物体形成指纹图像，所述分层的平面指纹传感器具有层叠，所述层叠包括：(i)第一导电层，(ii)形成于所述第一导电层上的第一柔性基底，(iii)第二导电层，(iv)形成于所述第二导电层上的第二柔性基底，以及(v)在所述第一导电层和所述第二导电层之间的至少一个绝缘层；以及
开关，其以允许用户在同时接触所述分层的平面指纹传感器时通过所述第一导电层和所述第二导电层之间的电接触激活所述开关的方式嵌入在所述分层的平面指纹传感器内，其中所述开关包括形成在所述至少一个绝缘层中的切掉部分，所述切掉部分暴露所述第一导电层和所述第二导电层。
2.如权利要求1所述的指纹感测系统，其中所述第一导电层包括第一金属化层，且所述第二导电层包括第二金属化层。
3.如权利要求1所述的指纹感测系统，其中所述开关还配置成允许用户在同时接触所述分层的平面指纹传感器时压下所述开关以电接触所述切掉部分中的所述第一导电层和所述第二导电层。
4.如权利要求1所述的指纹感测系统，其中所述至少一个绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层。
5.如权利要求1所述的指纹感测系统，其中所述开关和所述分层的平面指纹传感器配置成允许用户激活所述开关以向所述分层的平面指纹传感器提供功率并发起用户检验序列，所述用户检验序列在准予用户访问设备之前对照一个或多个以前存储在存储器中的指纹图像来验证所形成的指纹图像。
6.一种传感器安装系统，包括：
分层的平面指纹传感器，其包括：(i)第一导电层，(ii)形成于所述第一导电层上的第一柔性基底，(iii)第二导电层，(iv)形成于所述第二导电层上的第二柔性基底，以及(v)在所述第一导电层和所述第二导电层之间的至少一个绝缘层；
安装模块，其配置成保持所述分层的平面指纹传感器；以及
开关，其以允许用户在同时接触所述分层的平面指纹传感器时通过所述第一导电层和所述第二导电层之间的电接触激活所述开关的方式嵌入在所述分层的平面指纹传感器内，其中所述开关包括形成在所述至少一个绝缘层中的切掉部分，所述切掉部分暴露所述第一导电层和所述第二导电层。
7.如权利要求6所述的传感器安装系统，其中所述安装模块包括配置有凹口并安装在所述分层的平面指纹传感器之上的挡板。
8.如权利要求6所述的传感器安装系统，其中所述分层的平面指纹传感器是硅放置传感器。
9.如权利要求6所述的传感器安装系统，其中所述分层的平面指纹传感器是电容性硅放置传感器。
10.如权利要求6所述的传感器安装系统，其中所述分层的平面指纹传感器是指纹触击传感器。
11.如权利要求6所述的传感器安装系统，其中所述分层的平面指纹传感器是挠性芯片(COF)触击传感器。
12.如权利要求6所述的传感器安装系统，其中所述第一导电层包括配置成将信号传输到位于附近的物体的多条实质上平行的驱动线；以及
所述第二导电层包括多条实质上平行的捡拾线，其定向成实质上垂直于所述驱动线，其中所述驱动线通过电介质层与所述捡拾线分离开，以形成阻抗敏感的交叉位置；且其中所述分层的平面指纹传感器还包括：
参考板；以及
连接到所述参考板和连接到一条或多条捡拾线的差分放大器，其中所述差分放大器配置成确定来自所述一条或多条捡拾线中的一条捡拾线的信号和来自所述参考板的信号之间的差。
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