CN104838390B - 生物计量感测 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有多条大体上平行的驱动线路并且还具有多条大体上平行的读取线路的新型传感器，多条大体上平行的驱动线路被配置成将信号发送到位于附近的物体的表面中，并且多条基本平行的读取线路被定向成接近驱动线路并且与驱动线路电分离以形成固有电极对，所述固有电极对在驱动和读取附近位置的每一处为阻抗敏感的。

Description

生物计量感测

相关申请

本申请要求2012年4月10日提交的第61/622,474号美国临时申请的权益，其全部内容由此并入本文。

技术领域

实施例大体上涉及电子感测设备，并且更具体地涉及用于感测位于邻近或靠近用于在媒体操控、指纹感测和电子设备和其它产品的其它操作中使用的传感器的物体的传感器。

背景技术

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各样的传感器。这样的传感器被配置为感测物体的电子特性以便感测邻近或靠近传感器的物体的存在、物体的物理特性、形状、物体表面上的纹理，材料成分、生物信息和正被感测的物体的其它特征和特性。

传感器可被配置为通过测量与传感器紧密靠近或接触的物体的例如温度、重量或各种发射(例如光子发射、电磁发射或原子发射)或者其它特性来被动地检测物体的特性。这样的实例是非接触式红外温度计，其检测从物体发射出的黑体辐射光谱，从中可计算出物体的温度。

其它传感器通过利用刺激(例如电压或电流)直接激励物体，然后使用所产生的信号以确定物体的物理特性或电气特性来工作。这样的示例是由两个端子组成的流体检测器，一个端子利用电压源激励介质，而第二个端子测量电流以确定导电流体(例如水)的存在。

由于物体的单点测量通常不提供关于实际应用的物体的足够信息，所以收集测量的二维阵列通常是有利的。通过在物体表面上方移动线路感测阵列，并且然后像传真机做的那样进行二维图像的逐行重构，可以创建阻抗的二维阵列。这样的实例是触击式电容指纹传感器，当拖动手指穿过该触击式电容指纹传感器时，触击式电容指纹传感器测量指纹的凸起和凹陷之间的电容差。由用户进行的指纹触击动作允许传感器点的一维直线从用户的指纹表面捕获大量的数据点。在使用各行捕获到的数据点这个事实之后，这类传感器重构二维指纹图像。该重构过程需要设备进行大量的处理，并且如果触击运动和条件不是最佳，则容易失败。

一种获得二维图像的更加用户友好的方式是创建二维感测阵列，当用户将指纹表面仍保持在传感器表面上，而不是触击穿过传感器时，二维感测阵列可以捕获用户的指纹数据。然而，由于阵列中需要大量的感测点，所以这类传感器在成本上可能过高。这样的实例是二维电容指纹传感器。目前制造了许多这样的二维电容指纹传感器。然而，这些传感器基于使用了150mm²或更大的硅面积，因此对于许多应用来说成本过高。它们同时也是脆弱和易碎的。它们对撞击和甚至温度变化敏感，因此对于大多数应用(例如智能手机和由用户操作并且有时被用户丢弃的其它移动电子设备)只是耐久性不够。

这些不同类型的电子传感器已经在各种应用中使用，例如用于测量人的生物特征和特性(例如指纹)的生物计量传感器、医疗应用(例如医疗监测设备)、流体测量监视器以及许多其它传感器应用。通常，各种设备的感测元件被连接到被配置成处理物体信息以及能够解释物体特征和特性的处理器。实例包括指纹的凸起和凹陷、温度、存在或不存在的体积读数以及其它特征和特性。

对于作为特定的实例的二维图像传感器有许多应用，并且创新者与尚未达到期望的特征和功能的现有技术状况作斗争。例如，指纹传感器已经存在了许多年并且在许多环境中使用以验证识别、提供对限制区域和信息的访问，以及许多其它用途。在该专利申请中，将不同类型的指纹传感器强调作为传感器应用的实例，其中实施例可应用于简单解释，但是其它类型的应用也与该背景讨论相关，并且也将通过实施例的详细描述加以阐述。这些放置传感器可被配置为感测放置在传感器附近或周围的物体，例如指纹放置传感器，其被配置成捕获来自用户手指的指纹的完整图像并且将捕获的图像与存储的图像进行比较用于验证。可选地，传感器可被配置成感测传感器周围的物体的动态运动，例如指纹触击传感器，其捕获指纹的部分图像，重构指纹图像，并且将捕获的图像与存储的图像进行比较用于验证。

在这样的应用中，尽管成本一直是商业产品的因素，但它并不是那么关键——精确性和可靠性一直是并且仍然保持为最重要的因素。通常，放置传感器，同时感测来自用户的指纹表面的指纹图像的传感器的二维网格，是明显的选择，并且其许多设计在大多数应用中已成为标准。一旦感测到指纹图像并以数字形式在设备中再现，将其与预先记录和存储的图像进行比较，并且当捕获的指纹图像与存储的图像之间存在匹配时，那么完成验证。近年来，指纹传感器已经找到融入便携式设备(例如笔记本电脑、手持设备、蜂窝电话以及其它设备)中的方式。尽管精确性和可靠性仍然是重要的，但是系统部件的成本是非常重要的。传统的放置传感器一直并且仍然非常昂贵的一个主要原因是：它们都使用硅传感器表面(对于该实例，这排除了光学传感器，因为它们太大了并且需要比便携式设备可以承担分配的更多的功率等，并且因此它们通常不能用于大多数可商购的设备中)。这些硅表面是非常昂贵的，因为硅材料和制成计算机芯片的材料一样贵。当然，计算机芯片这些年来已变得更小以降低其成本并提高其性能。指纹硅之所以不能做得更小的原因在于：它们需要保持平均的指纹尺寸，以及对用户指纹的完整扫描的要求根本不能折衷。为了验证中足够的安全性，需要基本上完整的指纹。

后来指纹触击传感器进入市场。触击传感器基本上被设计成具有行传感器，该行传感器被配置成当用户在相对于传感器线路垂直的方向上触击他们的手指时感测指纹特征。成本节省：触击传感器需要的硅要少得多，只需要足以配置具有像素传感器阵列的行传感器。宽度仍然基于平均指纹宽度加以确定，但是与放置传感器相比深度大体上更小。一些触击传感器是电容传感器，其中逐行测量并记录指纹表面的电容。另一些触击传感器将小的信号脉冲串发送进入到指纹表面的表面中并测量读取(pickup)线路中的响应，再逐行记录指纹特征。在任一种情况下，与放置传感器不同，需要在用户完成触击之后重构完整的指纹图像，并且对各条线进行重新整理和渲染以产生完整的指纹图像。将该图像与存储在笔记本电脑或其它设备中的指纹图像进行比较，并且如果充分匹配，那么用户将通过验证。

对于电容触击传感器，用直流(DC)开关电容器技术构建了第一代传感器(例如第6,011,859号美国专利)。该方法需要使用每个像素两块板，在两块板之间形成电容器，允许局部存在手指凸起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采集图像，而不会穿透到手指表面下方。因此，用不同的欺骗性技术容易仿冒或伪造指纹，并且当用户手指干燥时，它们性能也比较差。后来引入了RF(射频)传感器，因为它们中的一些能够通过用户手指的表面并进入用户手指的内层来感测指纹。各种设备连同不同的检测形式(包括调幅(AM)和调相(PM))已经利用不同的射频。也有不同配置的发射器和接收器，一种类型(例如第5,963,679号美国专利)使用单个发射器环和被最优化以用于片上感测的多个低质量接收器阵列。相反，另一种类型(例如第7,099,496号美国专利)使用在被最优化以用于片外感测的梳状平板结构中带有仅一个非常高质量接收器的大的RF发射器阵列。

低成本放置传感器的发展的一个关键阻碍在于像素密度的问题，以及对传感器设备的各层之间的大量互连的最终需求。指纹应用的典型传感器将在分辨率为500dpi的10mmx 10mm的量级上。这种传感器阵列将大约为200行乘200列，意味着设备中各层之间需要200个通孔连接。虽然半导体通孔可以非常小，但是如上所述，用硅实现传感器的成本已被证实过高。

为了以足够低的成本生产大众市场采用的放置传感器，必须采用更低成本的工艺(例如电路板蚀刻)。电路板通孔间距的当前技术状况在200μm的量级上，与之相比的是传感器阵列本身的50μm间距。此外，形成电路板各层之间的通孔所需的添加的工艺步骤明显增加了在层中的每一层上的迹线的最小间距的容差。可以容易地制作具有高产率以及线路间距低至35μm的单面电路，而双面电路需要在60μm或更大的量级上的最小线路间距，其太粗糙以至于无法实现完整的500dpi传感器阵列。另一个考虑是，在相似的线路密度下，具有通孔的双面电路比单面电路每单位面积昂贵几倍，使得制作高密度双面电路对于低成本的传感器应用太过昂贵。

对于笔记本电脑设备，成本驱使采用触击传感器。与放置传感器相比，触击传感器大体上更便宜，并且大多数笔记本电脑制造商仅仅基于价格而采用它们。成本节省是使用较少硅面积的结果。最近，出现了硅传感器的替代物，它使用其上具有蚀刻感测板、被连接到单独的处理器芯片(例如第7,099,496号美国专利)的塑料Kapton^TM带。这使得传感器的硅部分与感测元件分离并且硅遵循摩尔定律，与工艺技术的进步成比例，在长度、宽度和深度上缩小到最优尺寸。尽管技术上的这种进步使便宜耐用的触击传感器成为可能，但并不能克服由简单的二维放置格式变化导致的基本图像重建和人机工程学问题。除了触击传感器更便宜外，无论它是笔记本电脑或是更小的设备(例如蜂窝电话或个人数据设备)，它们在主机设备中占用了更小的基板面。

在大多数触击类传感器中，指纹重构过程证明是比最初预期地对于用户来说是更大的人机工程学挑战，并且对于质量控制工程师来说更是一种负担。需要训练用户在垂直于传感器行的大体上直的并且线性的方向上触击他们的手指以及控制接触压力。编写了软件训练程序以帮助用户变得更加熟练，但是不同的环境因素以及其中一些不能可靠地重复运动赋予触击传感器难以使用的名声。来自本领域的初始数据表明很多人不定期地在他们购买的设备中使用触击传感器并选择恢复使用密码。在捕获的图像和重构的图像之间的匹配过程中尝试获得最佳的精确性和性能的质量控制工程师发现错误拒绝率(FRR)和错误接受率(FAR)的数量在触击传感器中比在放置传感器中高得多。试图改善这些失败的重构算法以产生对放置传感器同等的统计性能。

已经尝试了在设备上占用更少空间的传感器的开发，但没有很大成功。各种斜面、势阱(well)和手指导向器必须被结合到主机设备的表面中以帮助用户进行手指放置和触击。除了实际的传感器区域外，这些结构最终消耗相当大的空间。最后，触击传感器最终占用和放置传感器几乎一样大的空间。对于完整尺寸的笔记本电脑来说这并不成大问题，但是对于较小的笔记本电脑和上网本、移动电话、PDA和其它小的设备(例如智能钥匙)来说是目前实质的问题。

随着移动设备制造商现在需要将指纹传感器也用作操控设备，如鼠标或触摸板在笔记本电脑中所做的一样，基板面问题变成更加重要的问题。由于触击传感器是用不对称的像素阵列构造而成这个事实，它们被证明是鼠标或触摸板的较差的替代物。触击传感器在检测手指触击的垂直轴线上的运动方面做得更好，但很难精确地跟踪侧向运动。更难感测偏离轴线的角运动，并且需要大量的处理器资源以相对于传感器线路插入该运动，并且常常难以分解大的角度。所有这些的副产物是非流体的且难于使用的运动。

发明内容

很明显，低成本二维指纹传感器阵列将满足市场需求，但现有技术还无法满足该需求。常规的电容指纹传感器通常使用不同的电极结构以形成感测像素阵列。这些电极结构通常是方形的或圆形的，并且可以被配置成平行板配置(例如第5,325,442和5,963,679号美国专利)或共面配置(例如第6,011,859号和第7,099,496号美国专利)。

这些现有技术方法不能被配置为低成本的感测元件的二维阵列。许多电容指纹传感器(例如第5,963,679号和第6,011,859号美国专利)具有板结构，这些板结构必须连接到具有互联密度的驱动电子器件和感测电子器件，不同于使用硅芯片的细线多层布线能力，互连密度对于实现来说是不实际的，并且因此需要大量的如之前所述的昂贵的硅管芯。其它传感器(例如第7,099,496号美国专利)在便宜的聚合物膜上使用片外感测元件，但是传感器单元架构本身是一维的，并且不能被扩展成二维矩阵。

电容感测阵列的另一个应用是在触摸板和触摸屏的领域中。因为触摸板设备和触摸屏设备包括驱动迹线和感测迹线阵列和不同的感测电极，所以它们的分辨率不能低于几百微米，使得该技术不适于具体的成像应用。这些设备能够检测手指的接触或靠近，但它们既不提供需要检测精细特征(例如凸起或凹陷)的正被感测的物体的主体内的空间分辨率也不提供需要检测精细特征(例如凸起或凹陷)的正被感测的物体的主体内的灰度级分辨率。

触摸板领域中的常规技术导电性地(例如第5,495,077号美国专利)或电容性地(例如美国公开2006/0097991)利用一系列的电极。。这一系列的电极通常被耦合到驱动和感测迹线。在操作中，这些设备产生规模比互连迹线本身大得多的像素。通常的目的是感测物体的存在和运动，使用户能够操控光标以选择在屏幕上的物体，或移动屏幕上示出的页面。因此，这些设备在感测邻近的物体时以低分辨率运行。

因此，该技术领域需要改进的设备，这些改进的设备可以提供在不同的应用(例如诸如指纹感测和验证)中使用的高质量和精确性的放置传感器，并且它们还可以用作各种应用中的操控设备，例如鼠标或触摸板等。如将可以看出，实施例提供用极好的方式解决这些或其它需要的这样的设备。考虑到移动设备的小尺寸和功能需求，节省空间是重要的。因此，能够将传感器的功能和其它部件(例如电源开关、选择器开关和其它部件)的功能结合起来也将是有用的，这样使得多个功能对用户可用，而不需要更多占用空间的部件。

更进一步，对于提供各种可选方案的触摸传感器的不同实施例也将是有用的，各种可选方案用于提供在不同应用中易于使用和可行的生物计量传感器。

甚至更进一步，对于传感器不只是作为图像捕获部件，还能为观看和探索各种媒介提供操控操作将是有用的，例如用于许多智能电话(例如由苹果公司^TM生产的iPad^TM、iPod^TM、iPhone^TM和其它触摸敏感设备、由三星公司^TM生产的Galaxy^TM及其衍生产品、以及其它类似设备)中的触摸屏。

因此，本发明的一个方面涉及一种阻抗传感器，包括：i)折叠的基板，所述折叠的基板被安装在用户界面设备的边缘周围并且具有位于所述折叠的基板的相对侧上的多个驱动线路和多个读取线路；ii)电介质层，所述电介质层在所述多个驱动线路和所述多个读取线路之间；以及iii)电路，所述电路可操作地耦合到所述折叠的基板并被配置为：激活所述驱动线路中的至少一个驱动线路，并且检测在所述读取线路中的至少一个读取线路上的信号。

在一个实施例中，所述折叠的基板是可从所述用户界面设备拆卸的。

在一个实施例中，所述电路被配置为基于在所述至少一个读取线路上所检测到的信号确定用户的接近或触摸。

在一个实施例中，所述用户界面设备包括显示基板，并且其中所述折叠的基板的至少一部分位于所述显示基板的至少一部分上。

在一个实施例中，所述用户界面设备还包括顶层，并且其中所述折叠的基板位于所述顶层和所述显示基板之间。

在一个实施例中，所述折叠的基板被布置以将所述电路定位在邻近于所述显示基板且垂直于所述显示基板的所述用户界面设备的表面上。

在一个实施例中，所述阻抗传感器还包括连接器，所述连接器从所述电路延伸并且被配置为在所述阻抗传感器和主机设备之间交换数据。

在一个实施例中，所述电路被配置为基于在所述至少一个读取线路上所检测到的信号确定指纹图案。

在一个实施例中，所述用户界面设备包括触摸屏。

在一个实施例中，所述多个读取线路被布置为在所述基板的第一部分上大体上彼此平行；所述多个驱动线路被布置为在所述基板的第二部分上大体上彼此平行，并且其中，所述基板的所述第一部分被折叠在所述基板的所述第二部分之上，使得所述读取线路被设置在所述驱动线路之上，其中所述基板的至少一部分被设置在所述读取线路和所述驱动线路之间并且使得所述读取线路被布置为大体上垂直于所述驱动线路。

在一个实施例中，所述阻抗传感器包括在所述基板中大体上平行于所述传感器被安装在其周围的所述边缘的褶皱。

在一个实施例中，所述基板形成所述电介质层。

本发明的一个方面设计一种用户界面设备，其包括：显示屏；以及传感器，所述传感器包括：i)折叠的基板，所述折叠的基板被安装在所述显示屏的边缘周围并且具有位于所述折叠的基板的相对侧上的多个驱动线路和多个读取线路；ii)电介质层，所述电介质层在所述多个驱动线路和所述多个读取线路之间；以及iii)电路，所述电路被附接到所述基板并被配置为：激活所述驱动线路中的至少一个驱动线路，并且检测在所述读取线路中的至少一个读取线路上的信号。

在一个实施例中，所述电路被配置为基于所述至少一个读取线路上所检测到的信号确定用户的接近或触摸。

在一个实施例中，所述折叠的基板的至少一部分位于所述显示屏的至少一部分上。

在一个实施例中，所述显示屏还包括显示基板和在所述显示基板上的顶层，并且其中所述折叠的基板位于所述顶层和所述显示基板之间。

在一个实施例中，所述显示屏还包括在所述显示基板和所述顶层之间的电介质层，并且其中所述电介质层具有与所述折叠的基板的一部分的外周相对应的切口，并且其中所述折叠的基板的所述部分位于所述切口之中。

在一个实施例中，所述折叠的基板被附接到具有位于所述折叠的基板上的挡板的所述用户界面设备。

在一个实施例中，所述传感器还包括连接器，所述连接器从所述电路延伸并且被配置为在所述传感器和主机设备之间进行通信。

在一个实施例中，所述电路被配置为基于在所述至少一个读取线路上所检测到的信号确定指纹图案。

在一个实施例中，所述显示屏包括触摸屏。

在一个实施例中，所述多个读取线路被布置为在所述基板的第一部分上大体上彼此平行；所述多个驱动线路被布置为在所述基板的第二部分上大体上彼此平行；并且所述基板的所述第一部分被折叠在所述基板的所述第二部分之上，使得所述读取线路被设置在所述驱动线路之上，其中所述基板的至少一部分被设置在所述读取线路和所述驱动线路之间并且使得所述读取线路被布置为大体上垂直于所述驱动线路。

在一个实施例中，所述显示屏包括LCD或OLED。

在一个实施例中，所述折叠的基板形成所述电介质层。

本发明的一个方面涉及一种阻抗传感器，其被集成到多层触摸屏设备中，所述阻抗传感器包括：i)多个大体上平行的驱动线路，所述多个大体上平行的驱动线路位于所述触摸屏设备的第一层上；ii)多个大体上平行的读取线路，所述多个大体上平行的读取线路位于被设置在所述第一层上的所述触摸屏设备的第二层上，其中，所述读取线路被定向为大体上垂直于所述驱动线路；以及iii)电路，所述电路被耦合到所述驱动线路和所述读取线路并且被配置为：激活所述驱动线路中的各个驱动线路，检测所述读取线路中的一个或多个读取线路上的一个或多个信号，并且基于所检测到的一个或多个信号检测位于附近的手指的特征。

在一个实施例中，所述阻抗传感器还包括位于所述第一层和所述第二层之间用以分离所述多个大体上平行的读取线路和所述多个大体上平行的驱动线路的电介质层。

在一个实施例中，所述电介质层是透明的。

在一个实施例中，所述第一层包括玻璃基板，并且其中所述第二层包括触摸屏层。

在一个实施例中，所述第一层包括显示基板，并且其中所述第二层包括玻璃薄膜或透明聚合物薄膜。

在一个实施例中，所述阻抗传感器还包括在所述第一层和所述第二层之间的光学透明的电介质间隔层。

在一个实施例中，所述电路位于与所述触摸屏设备的触摸屏表面相邻并垂直的所述触摸屏设备的一侧上。

在一个实施例中，所述阻抗传感器还包括：i)柔性基板；ii)上边缘连接器，所述上边缘连接器被配置为附接到所述触摸屏设备的边缘；以及iii)下边缘连接器，所述下边缘连接器被配置成附接到所述触摸屏设备的边缘，其中所述柔性基板的一部分经由所述下边缘连接器将所述驱动线路连接到所述电路，并且所述柔性基板的另一部分经由所述上边缘连接器将所述读取线路连接到所述电路。

在一个实施例中，所述驱动线路和所述读取线路由氧化铟锡制成。

在一个实施例中，所述阻抗传感器还包括用于将所述电路连接到主机设备的主机接口连接器。

本发明的一个方面涉及一种用户界面设备，其包括：触摸屏面板，所述触摸屏面板包括第一层和被设置在所述第一层上的第二层；以及阻抗传感器，所述阻抗传感器包括：i)多个大体上平行的驱动线路，所述多个大体上平行的驱动线路位于所述触摸屏面板的所述第一层上；ii)多个大体上平行的读取线路，所述多个大体上平行的读取线路位于所述触摸屏面板的所述第二层上且被定向为大体上垂直于所述多个驱动线路；以及iii)电路，所述电路被耦合到所述驱动线路和所述读取线路并且被配置成：激活所述驱动线路中的各个驱动线路，检测所述读取线路中的一个或多个读取线路上的一个或多个信号，并且基于所检测到的一个或多个信号检测位于附近的手指的特征。

在一个实施例中，所述第一层包括玻璃基板，并且其中所述第二层包括触摸屏层。

在一个实施例中，所述用户界面层还包括：在所述触摸屏层上的保护覆盖层。

在一个实施例中，所述第一层包括显示基板，并且其中所述第二层包括玻璃薄膜或透明聚合物薄膜。

在一个实施例中，所述用户界面设备还包括在所述第一层和所述第二层之间的电介质间隔层。

在一个实施例中，所述电介质间隔层是光学透明的。

在一个实施例中，所述驱动线路被形成或蚀刻在所述第一层的顶部上，并且所述读取线路被形成或蚀刻在所述第二层的底部上。

在一个实施例中，所述第一层包括显示基板并且所述驱动线路被形成或蚀刻在所述显示基板的顶表面上，并且所述第二层包括顶层并且所述读取线路被形成或蚀刻在所述顶层的下表面上，并且其中所述用户界面还包括：i)电介质层，所述电介质层在所述显示基板和所述顶层之间；ii)多个下部触摸屏板，所述多个下部触摸屏板彼此平行布置并被形成或蚀刻在所述显示基板的所述顶表面上；以及iii)多个上部触摸屏板，所述多个上部触摸屏板彼此平行布置并被形成或蚀刻在所述顶层的所述下表面上，其中，所述下部触摸屏板和所述上部触摸屏板彼此重叠；并且其中，所述电路还被配置为：激活一个或多个下部触摸屏板，检测所述上部触摸屏板中的一个或多个上部触摸屏板上的一个或多个信号，以及基于在所述上部触摸屏板上检测到的一个或多个信号来检测位于附近的手指的位置或运动。

在一个实施例中，所述用户界面设备还包括：i)柔性基板；ii)第一边缘连接器，所述第一边缘连接器被布置在所述触摸屏面板的边缘上；以及iii)第二边缘连接器，所述第二边缘连接器被布置在所述触摸屏面板的边缘上，其中，所述柔性基板的一部分经由所述第一边缘连接器将所述驱动线路连接到所述电路，并且所述柔性基板的另一部分经由所述第二边缘连接器将所述读取线路连接到所述电路。

在一个实施例中，所述驱动线路和所述读取线路由氧化铟锡制成。

在一个实施例中，所述用户界面设备还包括：i)第一层边缘互连元件，所述第一层边缘互连元件被设置在所述第一层上并被耦合到所述驱动线路；以及ii)第二层边缘互连元件，所述第二层边缘互连元件被设置在所述第二层上并被耦合到所述读取线路以及与所述第一层边缘互连元件互连。

根据本发明的一个方面涉及一种阻抗传感器，其被配置为在双分辨率处理模式下运行用于处理在触摸屏设备处的触摸输入，所述传感器包括处理单元，所述处理单元被配置为：i)在低分辨率模式下确定产生所述触摸输入的物体是否改变了其位置；ii)响应于在所述低分辨率模式下确定所述物体改变了其位置，输出在所述低分辨率模式下生成的数据；以及iii)响应于在所述低分辨率模式下确定所述物体没有改变其位置，输出在高分辨率模式下生成的数据。

在一个实施例中，所述阻抗传感器还包括：i)多个大体上平行的驱动线路；以及ii)多个大体上平行的读取线路，所述多个大体上平行的读取线路与所述驱动线路重叠且被布置为垂直于所述驱动线路，其中，所述驱动线路被布置成形成平行驱动线路集群，其中在相同集群中将两个相邻的驱动线路分开的距离小于在不同集群中将两个相邻的驱动线路分开的距离，并且其中，所述读取线路被布置成形成平行读取线路集群，其中在相同集群中将两个相邻的读取线路分开的距离小于在不同集群中将两个相邻的读取线路分开的距离。

在一个实施例中，所述处理单元被配置为在所述低分辨率模式下检测集群之间的运动，并且被配置为在所述高分辨率模式下检测相同集群的读取线路之间的运动。

在一个实施例中，所述处理单元被配置为基于所述物体正执行的活动类型在使用所述高分辨率模式和使用所述低分辨率模式之间进行确定。

在一个实施例中，每个驱动线路和每个读取线路之间的每个重叠形成一个像素，并且其中所述处理单元被配置为在所述高分辨率模式下比在所述低分辨率模式下利用更高数量的像素来处理所述触摸输入。

根据本发明的一个方面涉及一种双分辨率感测系统，其被配置成在双分辨率处理模式下运行，用于处理低分辨率、高速定位和高分辨率、低速运动跟踪，所述系统包括：i)主网格，所述主网格包括以第一间隔隔开的重叠的网格线；ii)次级网格，所述次级网格形成在所述主网格的所述网格线周围且包括重叠的网格线组，其中每一组中的所述网格线以比所述第一间隔小的第二间隔间隔开，并且其中所述重叠的网格线组限定了多个感测集群，每个感测集群包括以所述第二间隔间隔开的多个重叠的网格线，并且其中所述集群通过大于所述第二间隔的距离彼此间隔开；以及iii)处理单元，所述处理单元被配置为：在低分辨率模式下基于来自所述主网格的数据信号确定接触所述系统的物体是否改变了其位置，以及在高分辨率模式下基于来自所述次级网格的一个或多个感测集群的数据信号确定接触所述系统的物体的局部特征。

在一个实施例中，所述主网格包括多个大体上平行的驱动线路和被布置为垂直于所述驱动线路的多个大体上平行的读取线路，并且所述次级网格包括多个大体上平行的驱动线路组和被布置为垂直于所述驱动线路组的多个大体上平行的读取线路组。

在一个实施例中，所述第一间隔为每英寸5至10行且所述第二间隔是每英寸500行。

在一个实施例中，所述集群的间隔是从1毫米至3毫米。

在一个实施例中，所述双分辨率感测系统还包括：i)刚性透明基板，所述刚性透明基板具有在其顶表面上形成的所述驱动线路；ii)顶层，所述顶层具有在其上形成的所述读取线路；以及iii)电介质层，所述电介质层将所述刚性透明基板与所述顶层分开。

在一个实施例中，所述双分辨率感测系统还包括：i)芯片，所述芯片包括在所述刚性透明基板的所述顶表面上的电路；以及ii)多个布线线路，所述多个布线线路将所述芯片连接到所述驱动线路。

在一个实施例中，所述双分辨率感测系统还包括：指纹传感器，所述指纹传感器被连接到所述处理单元并且包括：i)高密度像素的区域，所述高密度像素的区域与所述主网格或所述次级网格不重合并且包括多个大体上平行的驱动线路和被布置为垂直于所述驱动线路的多个大体上平行的读取线路。

本发明的一个方面涉及一种显示器设备，所述显示器设备包括在显示器上方的集成的触摸屏和指纹传感器，并且包括：i)玻璃基板；ii)驱动器芯片；iii)底层，所述底层在所述玻璃基板上并且具有在其上形成并耦合到所述驱动器芯片的多个大体上平行的驱动线路；iv)OLED注射层，所述OLED注射层在所述底层上；v)OLED发射层，所述OLED发射层在所述OLED注射层上；以及vi)顶层，所述顶层在所述OLED发射层上并且具有在其上形成的多个大体上平行的读取线路。

在一个实施例中，所述驱动线路和所述读取线路被布置为大体上互相垂直。

在一个实施例中，所述驱动线路和所述读取线路由氧化铟锡形成。

本发明的一个方面涉及一种在双网格传感器上跟踪手指的方法，所述双网格传感器包括被配置和布置以限定像素集群矩阵的多个交叉的网格线，其中每个像素集群内的相邻像素比在不同的像素集群中的相邻像素间隔地更近，所述方法包括：(a)同时激活在一个集群中的所有像素并进行单一的测量以确定所述集群是否被手指的一部分所覆盖；(b)针对所有集群重复步骤(a)；(c)在至少两个不同的实例中重复步骤(a)并且然后重复步骤(b)；(d)根据步骤(a)至(c)中所进行的测量，确定所述手指的绝对位置在所述至少两个实例之间是否已经改变；(e)响应于在步骤(d)中确定所述手指已经改变了绝对位置，输出新的绝对手指位置；(f)在至少两个不同的实例中在至少一个集群的每个像素被所述手指覆盖的情况下进行测量，以响应于在步骤(d)中确定所述手指没有改变绝对位置；以及(g)基于在步骤(f)中所进行的所述测量识别所述手指的精细运动。

在一个实施例中，步骤(f)包括在至少两个不同的实例中在一个以上的集群的每个像素被所述手指覆盖的情况下进行测量。

在一个实施例中，步骤(g)包括基于检测到的来自在步骤(f)中进行的所述测量的指纹特征的位置中的变化来识别精细运动。

在一个实施例中，步骤(g)包括：i)对在利用两个不同的实例的像素集群获得的两个图像中的每个图像顺序地相对于彼此进行重新定位，使得在每个重新定位处，所述两个图像的不同的像素和不同数量的像素重叠；ii)确定在每个重新定位处重叠的像素的数量；iii)在每个重新定位处重叠的所述像素，识别彼此匹配的两个图像中的像素并确定在每个重新定位处匹配像素的总数量；以及iv)通过针对每个重新定位用匹配像素的总数量除以重叠像素的总数量，得出针对每个重新定位的匹配分值。

附图说明

图1示出了显示带有将驱动线路和读取线路分开的绝缘电介质层的驱动板结构和读取板结构的一个实施例的示意图。

图2示出了显示没有物体紧密靠近带有一个由电压源激发的驱动板的驱动板结构和读取板结构的基本电场操作的一个实施例的基本示意图。

图3示出了显示有物体紧密靠近带有一个由电压源激发的驱动板的驱动板结构和读取板结构的基本电场操作的一个实施例的基本示意图。

图4示出了显示有物体紧密靠近带有一个由电压源激发的驱动板的驱动板和读取板结构和没有物体紧密靠近带有一个由电压源激发的驱动板的驱动板和读取板结构的电场密度差异的传感器的一个实施例的基本示意图。

图5示出了显示有物体紧密靠近所选择的读取板被放大且所有无源驱动板和读取板接地的驱动板结构和读取板结构的基本电场操作的一个实施例的基本示意图。

图6a示出了显示在包含凸起表面特征的手指或者物体紧密靠近有源电极对的情况下的基本电场操作的一个实施例的基本示意图。

图6b示出了显示在包含凹陷表面特征的手指或者物体紧密靠近有源电极对的情况下的基本电场操作的一个实施例的基本示意图。

图7示出了由表示在每个驱动/读取交叉处的传感器的电场耦合的集总电路部件描绘的的板行和列的x-y网格的示意图。

图8示出了为了噪声减小目的使用差分放大器从所选择的读取板获得信号并从参考信号板中将其减去的放置传感器的实施例的实例。

图9a示出了包含对输入负载效应进行补偿的储能电路的实施例的驱动和感测多路复用电路。

图9b示出了包含使输入负载效应最小化的级联缓冲器的实施例的驱动和感测多路复用电路。

图9c示出了包含使负载效应最小化的用于每次感测的专用缓冲器的实施例的驱动和感测多路复用电路。

图10示出了包含处理所感测的信号的模拟接收器以及执行驱动和感测线路扫描功能的处理电路的实施例。

图11示出了包含处理所感测的信号的直接数字转换接收器以及执行驱动和感测线路扫描功能的处理电路的实施例。

图12A示出了用于包含在折叠之前被展开平放的实施例的折叠方面的实施例的驱动迹线和感测迹线的布局的一个实例。

图12B示出了用于包含在折叠之前被展开平放的实施例的折叠方面的实施例的驱动迹线和感测迹线的布局的一个实例。

图13a示出了包含在折叠之后的折叠方面的一个实施例的层堆叠。

图13b示出了包含在折叠和组装到刚性模块中之后的折叠方面的实施例。

图14示出了根据用于感测物体的特征的目的实施例进行配置的传感器系统。

图15示出了指纹特征的感测的实例。

图16示出了利用根据一个实施例进行配置的传感器系统采集二维图像所需的工艺流程步骤。

图17a示出了利用根据一个实施例进行配置的指纹传感器系统验证用户所需的工艺流程步骤。

图17b示出了从通常用于用户验证应用中的指纹图像进行模板提取的过程。

图18A-18D示出了具有允许用户接触指纹传感器并同时启动开关的集成开关的指纹传感器系统的实例。

图19A-J示出了具有允许用户接触指纹传感器并同时启动开关的集成开关、在该实例中的圆顶开关的指纹传感器系统的另一个实例。

图20示出了与指纹传感器形成在相同的基板上的开关的实施例的俯视图。

图21A和B是显示了图20中所示的嵌入式开关的操作的详细视图。

图22-26示出了本发明的其它实施例。

图27-29示出了一种直接将折叠柔性指纹传感器集成在触摸屏设备上的方法。

图30-32示出了被集成到与常规的触摸屏相同的基板层上的指纹传感器。

图33和34示出了一种新颖的“双网格”触摸屏。

图35-37示出了完整集成的双网格触摸屏和指纹传感器，其有利地共享一个公共的驱动电路和感测电路。

图38-40示出了在整个显示区域上方具有集成触摸屏和指纹传感器的完整集成的显示器。

图41-50示出了双网格手指运动跟踪过程是如何运行的。

图51示出了集成有触摸屏的柔性指纹传感器。

图52示出了与触摸屏共享基板层的指纹传感器的实施例。

图53示出了在利用公共控制器芯片的公共基板层上实现的传感器和触摸屏。

具体实施方式

如在背景中所讨论的，二维阻抗传感器有许多应用，并且本文所述的实施例对许多应用的现有技术中的缺陷提供了广泛的解决方案。发现下面的技术可应用于许多不同的传感器特征，这许多不同的传感器特征用于许多类型的产品，包括移动电话、智能电话、翻盖电话、平板计算机(例如Apple^TM的iPads^TM设备和Samsung^TM的Galaxy^TM设备)、进入点设备(例如门把手)、围栏、药柜、汽车，以及可能被锁定并需要验证以访问的大多数的任何设备、场所或事物。

通常，一个实施例涉及一种二维传感器，并且也可被称为放置传感器、触摸传感器、区域传感器或2D传感器，其中感测物体的实际区域(例如用户的指纹)，而不是感测如可以或不可以产生适用于识别的特征样本的空间的类似点或线的部分。传感器可以具有位于一个或多个基板上的传感器线路，例如诸如柔性基板，其可被折叠在自身之上以形成具有彼此正交的单独的传感器线路的网格阵列。传感器线路可以可选地形成在单独的基板上。在任一种或任何配置中，不同传感器线路的交叉位置创建用于收集物体的特征和/或特性的信息(例如诸如指纹的凸起和凹陷的图案)的感测位置。

其它的实施例提供一种与触摸屏具有公共电连接的触摸传感器。例如，驻留在防护玻璃(例如在许多触摸屏设备中使用的Gorilla Glass^TM)之下的触摸屏电路可以与用于操控和/或指纹感测或其它操作的二维传感器共享公共的电连接。这为制造带有触摸屏和指纹传感器两者的设备提供益处，并且可以简化这样的设备的电路布局。下文描述了并且本文说明了示例性的配置。

其它实施例针对集成有触摸屏的二维传感器提供了新颖的方法，以提供在一个模式下捕获指纹图像的能力，并且在另一个模式下时用作常规的触摸屏的能力。在一个实例中，通过感测用户的一个手指或多个手指的存在以及还有手指从一个位置到另一个位置的运动以及速度来确定触击方向和速度，传感器网格可以作为触摸屏。在另一个模式下，相同的传感器线路可作为驱动线路和读取线路，其中信号从屏幕被传输到用户的一个手指或多个手指上，并且产生的信号被读取线路接收并且对其进行测量以确定指纹表面的阻抗。指纹凸起的阻抗值不同于指纹凹陷的阻抗测量结果，并且因此一旦捕获指纹表面的二维表面的阻抗值，则可以渲染指纹图像。然后，可将所产生的指纹图像与存储的指纹图像进行比较以验证用户，所使用的方式与用户利用电子设备并使用设备的数字密码和字母数字密码验证他们自己时，将简单的密码与存储的密码进行比较的方式非常类似。不同之处在于指纹代替密码的使用更加安全。

可以以不同的方式对二维传感器进行配置，例如诸如可以被集成在便携式设备上的部件，与触摸屏集成的传感器，触摸屏用于为便携式设备中的电子内容和操作的操控提供触摸敏感表面，或作为可以电连接到系统或设备以传输和接收用于验证、激活、操控和其它操作的信息的独立部件。

在一个实施例中，驱动线路和读取线路没有以其中它们彼此导通的方式进行电相交或连接，它们形成具有允许驱动线路投射电场以及读取线路接收电场的间隔的阻抗感测电极对，消除了对不同电极结构的需要。与散布的电介质内部交叉的两条线路创建了阻抗感测电极对。因此，传感器被配置成激活两个一维传感器线路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，根据特定实施例进行配置的传感器可以提供二维网格，该二维网格能够通过激活单个成对的驱动线路和读取线路以及捕获所产生的信号从物体捕获信息的像素。可以用逻辑或处理器电路对该信号进行处理以限定物体的存在和不存在、物体的特征和/或特性。

在又一个实施例中，触摸屏可用作以一种模式进行配置以捕获附近物体上的信息(例如用于形成指纹的图像的信息)的传感器，并且当另一种模式时能以另一种模式运行以执行操控或其它操作。在一个实例中，OLED触摸屏被配置成以至少两种模式运行，一个模式作为触摸屏，并且另一个模式作为指纹传感器，其中可以在所需要的OLED触摸屏的任意部分中捕获指纹，并且甚至可以捕获来自两个或多于两个用户手指的多个指纹。

在本文所描述的实例中，这些传感器可被配置成捕获附近物体的信息，并且所述信息可用于产生物体(例如指纹)的渲染图(rendering)，并且将该渲染图与安全信息进行比较用于验证。

根据一个实施例，并且与常规的方法相比，设备可以利用形成在驱动线路和读取线路之间的交叉处的固有阻抗感测电极对。在操作中，通过同时使由特定交叉位置感测的区域附近或周围的驱动线路和读取线路接地可以进一步将电场聚焦。这防止了如果其它驱动线路和读取线路同时感测电场时可能发生的干扰。可以同时感测一个以上的电极对。然而，在其中分辨率是一个重要的因素时，可以优选地避免感测彼此太接近的电极对、以避免干扰并保持在特定分辨率下感测物体特征的精确性。为了本说明书的目的，“固有电极对”是指使用形成在驱动线路和读取线路交叉位置的每一个交叉位置的阻抗感测电极对。由于实施例使用在每个交叉处作为感测元件的每个固有电极对这一事实，在各个感测节点处不存在区分几何特征来将它们与互连线路区分开。因此，驱动层和感测层之间的对准是非关键的，这大大简化了制造工艺。

使相邻的无源驱动线路和读取线路接地限制了形成在每个固有电极对处的像素，而不需要复杂的措施，例如现有技术中采用的专用保护环(例如第5,963,679号美国专利)。相反，通过将相邻的无源驱动线路和读取线路切换到接地电位，动态地形成像素周围的保护接地。这允许利用相对低的分辨率制造工艺形成高密度像素域，因为用于给定工艺的最小像素间距与最小特征间隔相同。这进而使得能够使用低成本制造工艺和材料，这是创建低成本放置传感器的关键。

在一个实例中，传感器线路可以包括在一层上的驱动线路和在另一层上的读取线路，其中层以如下方式彼此定位：允许单独的传感器线路、驱动线路和读取线路彼此交叉以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聚焦的电读取位置或像素、或电极对，其中可以捕获物体的特征和/或特性的多个单独的数据点。高的电场聚焦程度是由于固有电极对的小尺寸，以及由无源板提供的高密度的相邻接地。柔性基板可以具有第二基板，该第二基板用逻辑电路或处理器电路进行配置用于利用传感器线路发送信号和接收信号以电子地捕获与物体相关的信息。可选地，可以存在两个单独的基板，其载有单独的传感器线路且彼此层叠，并且还被连接到第三基板用于连接到逻辑电路或处理器电路。

利用读取单元相邻层上的垂直线路之间的交叉位置极大地降低了层之间的对准要求。由于在传感器像素位置处没有要对准的独特特征，层之间唯一的真正对准要求是保持垂直性。如果感测单元位置具有特定的特征，例如典型的现有技术的指纹传感器的平行板特征，对准要求将包括小于四分之一像素尺寸的X和Y位置容差，这将解释为对于500DPI分辨率的指纹应用在每个轴线上小于+/-12μm。

在操作中，例如利用电流源激活驱动线路，并且将读取线路连接到接收电路(例如放大器/缓冲器电路)，使得可以捕获所产生的电场。电场通过中间的电介质绝缘层从驱动线路延伸到读取线路。如果存在物体，电场中的一些或所有电场可被物体吸收，改变了其中读取线路接收电场的方式。这改变了由读取线路和接收电路捕获并处理的所产生的信号，并因此表示存在物体，并且可以通过处理该信号感测和识别物体的特征和特性。这种处理可以通过某种形式的逻辑电路或处理电路来完成。

在其它实施例中，驱动驱动线路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。这将使得传感器能够利用变化的信号或复信号从不同视角分析物体的特征和/或特性。信号可以包括不同频率和/或振幅的同步信号，它们将在被物体部分或全部吸收之后产生以不同方式变化的所产生的信号，其表示物体的不同特征和特性。信号可以包括不同的音调，信号被配置为线性调频脉冲斜坡以及其它信号。然后，可以使用处理电路或逻辑电路传播来自所产生的信号的各种信息和数据点。

在操作中，可以将变化的信号或复信号施加到驱动线路上，并且读取线路将接收所产生的待处理的电场。逻辑电路或处理电路可被配置成处理所产生的信号，例如，如果使用同步信号，分离出不同的频率，使得可以从不同的视角获得物体的特征和/或特性。

考虑到可以在各个对处被激活的像素网格，可以以多种方式捕获每个像素。在一个实施例中，可以激活驱动线路，并且可以按顺序接通和断开读取线路以捕获一行像素。这个顺序可以用作扫描序列。在此，通过将第一驱动线路连接到信号源而将第一驱动线路激活，并且然后同时将一个读取线路连接到放大器/缓冲器电路，捕获来自形成在两条线路的交叉处的像素的信息，并且然后断开。然后，按顺序处理下一个像素，然后另一个，然后另一个，直到处理完整个读取线路阵列。然后，该读取线路被禁用，而另一个驱动线路被激活，并且利用该有源驱动线路再次扫描读取线路。可以按顺序每次完成一次这些操作，可以同时处理几个非相邻的像素，或者对于给定应用其它变化是可能的。在处理完像素网格之后，然后渲染物体信息将是可能的。

参考图1，示出了根据一个实施例进行配置的传感器100的一个实施例的示意图。在该配置中，读取线路或顶板102a[m]、102b[m+1]位于绝缘电介质基板层104上并被配置以将信号传输至位于紧密靠近传感器线路的物体的表面中。驱动线路或底板106a[n]、106b[n+1]并列且大体上垂直于读取线路或顶板并且位于绝缘电介质基板的相对侧上以形成一种网格类型。读取线路被配置为接收由放置在那些电场范围内的物体上的阻抗特性进行修改的所传输的电磁场。

参考图2，示出了具有读取线路或顶板202a、202b和绝缘层204以及驱动线路或底板206a、206b的传感器200的示意图。该图进一步说明了电磁场208a、208b如何通过基板在驱动线路和读取板之间延伸。附近没有物体时，电场线在传感器结构内和不同线路之间是均匀的。当存在物体时，电场线的一部分被物体吸收，并且不通过绝缘层返回到读取板。

参考图3，示出了靠近传感器300的物体310。传感器300具有读取线路或顶板302a、302b、绝缘电介质层304，以及驱动线路或底板306a、306b。在操作中，可以单独地激活该设备实例的驱动线路和读取线路，其中驱动线路/读取线路对被激活以产生有源电路。结果是这样的电路：将电场经由电场线、306a、306b从有源驱动板316传输进入绝缘层304和物体310的组合电介质中，并且由有源读取板接收。如图所示，当物体放置在有源电极对周围时，物体捕获电场线中的一些电场线。可以通过捕获和记录发生在驱动线路和读取线路的不同交叉位置处的所产生的电场变化来电子地检测和捕获物体的变化(例如物体表面的峰和凹陷以及其它特征)。类似于基于公共电容的放置传感器，传感器可以电子地捕获物体表面的图像的类型，并产生物体的特征和特性的表示，例如在如下所述的指纹传感器实例中的指纹的特征和特性。

在图3的这种配置中，仅图示了一个有源电极对。然而，本实施例不限于该特定的配置，其中一个单个电极对、几个电极对、或者甚至所有电极对可以对于不同的操作同时是激活的。实际上，可能需要少于所有的电极对在给定的时间是激活的，使得可能发生在临近的像素之间的任何干扰将减至最小。在一个实施例中，可以激活驱动线路，并且可以一次扫描一个或多个读取线路，使得当驱动线路和读取线路沿交叉位置处的线路成对时，可以沿着驱动线路和读取线路捕获一行像素。下面结合图5更详细地讨论这一点。

通常，在操作中，在重叠在由绝缘电介质基板间隔的读取线路的特定的驱动线路之上的每个区域是能够捕获并建立感测位置的区域，感测位置限定该区域周围的附近物体的特性或特征。由于在传感器网格的区域上方存在多个感测位置，所以这种传感器配置可以捕获限定附近物体的特征或特性的多个数据点。因此，传感器可以用作平面二维传感器，其中可以检测到位于传感器之上或周围的物体并确定它们的特征和特性。

如下面的实施例和实例中所描述的，该实施方案并不局限于所描述的任何特定的配置或定向，但仅限于所附的权利要求、它们的等同物以及未来在此申请和相关申请中提交的权利要求和它们的等同物。此外，任何特定实施例或实例的许多配置、尺寸、几何形状和其它特征以及物理和操作特性在不同的应用中可以变化，而不脱离本实施方案的精神和范围，其又是由所附的权利要求、它们的等同物以及未来在此申请和相关申请中提交的权利要求和它们的等同物进行限定。

在下面的描述中，阐述了很多具体的细节，以便提供对实施方案的彻底的理解。然而，对于本领域的技术人员来说明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本实施例。在其它情况下，公知的电路、部件、算法以及过程没有详细地示出或以示意图或者框图形式进行说明，以便不因为不必要的细节使实施方案模糊不清。此外，对于大部分来说，已省略了关于材料、加工、处理定时、电路布局和管芯设计的细节，因为这些细节不被认为对于获得对实施方案的完全理解是必要的并且被认为在相关领域的普通技术人员的理解之内。在整个以下的说明书和权利要求书中使用了某些术语来指代特定的系统部件。如本领域技术人员可以理解，可将部件称作不同的名称。本文并不旨在区分名称不同但功能相同的部件。在以下讨论中和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放的方式加以使用，因此应该被解释为“包括但不限于……”。

本文描述了实施方案的各实施例。本领域的普通技术人员将认识到，以下该实施方案的详细说明仅为说明性的且并不旨在以任何方式进行限制。受益于本公开的这些本领域技术人员能够容易地联想到实施方案的其它实施例。将详细参考如附图所示的实施方案的实现。在整个附图和下面的详细说明书中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。

为了清楚起见，没有示出和描述本文所描述的实现的所有的常规特征。当然，应当理解的是，在任何这样的实际实现的开发中，必须做出许多具体实现的决定以便达到开发者的具体目标。此外，应当理解的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域的普通技术人员来说，将仍然是常规的工程任务。

在一个实施例中，传感器设备包括位于绝缘电介质基板之上或周围并被配置为将信号传输到正被感测的物体的表面上的驱动线路。读取线路位于驱动线路附近或周围并被配置为接收来自物体的表面的所传输的信号。为了保持驱动线路和读取线路之间的间隔，基板可以作为绝缘电介质层或间隔层。例如，基板可以是基于柔性聚合物的基板。一个实例是Kapton^TM带，其被广泛用于柔性电路(例如用于打印机墨盒和其它设备中的那些柔性电路)中。封装件可以包括这种柔性基板，其中驱动线路可以位于基板的一侧上，且读取线路可以位于基板的相对侧上。

驱动线路可以在相对于读取线路的方向上是正交的，并且可以大体上垂直于读取线路。根据一个实施例，设备可以被配置有位于绝缘电介质基板的相对侧之上或周围的驱动线路和读取线路，其中这三种部件的组合提供电容性质。可以激活驱动线路以将电场驱动到物体之上、之中或周围。读取线路可以接收源自驱动线路的电场，并且可以通过处理或逻辑电路解释这些电场以解释正被感测的物体的特征或特性。

因此，在一个实施例中，将驱动线路与读取线路分离的层可以向组件提供电容性质。如果驱动线路中的一些或所有驱动线路大体上垂直于读取线路，或完全地或部分地垂直于读取线路，则可以形成网格。在这样的配置中，根据三维视图，驱动线路围绕第一平面相对于彼此大体上平行进行定位和定向。基板的一个表面位于第二平面中的驱动线路周围，该第二平面相对于驱动线路大体平行。读取线路围绕第三平面相对于彼此大体上平行进行定位和定向，该第三平面大体上平行于第一平面和第二平面并且也位于与驱动线路相对的另一基板表面的周围，使得基板大体上位于驱动线路和读取线路之间。

在该说明书中，包括对实施例和实例的描述，将参考术语平行、垂直、正交和相关术语以及描述。这并不意味着、也不会被本领域技术人员理解为，这些描述进行了完全限制。相反，本实施方案扩展到驱动线路、读取线路、基板或相关结构的定向和配置，以及还有部件的各种组合和排列、他们的放置、彼此间的距离以及在传感器的不同组件中的顺序。虽然该实施方案是针对传感器，该传感器被配置有通常在像素位置处彼此交叉的多个驱动线路和读取线路，并且多个驱动线路和读取线路被配置成检测附近物体的存在和其它特征和特性，该实施方案并不局限于任何特定的配置或定向，但仅限于所附的权利要求、它们的等同物、以及还有未来在此申请和相关申请中提交的权利要求和它们的等同物。

此外，将参考各种部件(例如驱动线路和读取线路以及可以被放置在成套驱动线路和读取线路的之间的基板)位于其上的几何平面的不同定向。如果例如使用柔性基板，这种基板的用途将允许平面随着柔性结构被弯曲或以其它方式形成或配置而发生改变。在这样的实施例中，将理解的是，实施例的某些方面涉及被配置在基板的相对侧上的驱动线路和读取线路，并以能够感测在驱动线路和读取线路的每个交叉位置处的附近物体的特定特征和/或特性的方式进行配置驱动线路和读取线路。因此，多组部件(例如诸如驱动线路或读取线路)或基板的平面(其可以是可变形的，因此可以是以基本均匀的距离间隔开的片材)的定向在不同的应用中可以变化，而不脱离本实施方案的精神和范围。

此外，将参考读取线路、读取板、驱动线路、驱动板等类似物，但是应该理解的是，对线路或板的各种参考可互换使用，并且不将实施方案限制于这些部件的任何特定的形式、几何形状、横截面形状、变化的直径或横截面尺寸、长度、宽度、高度、深度或其它物理尺寸。此外，可以实现更复杂的部件以改进根据实施方案进行配置的设备的性能，例如诸如可以制成更加容易地适于应用的组件的小的65、45、32或22纳米的导电线或碳纳米管，其中小尺寸和形状以及低功率是期望的特性和特征。本领域技术人员将会理解，这样的尺寸在不同的应用中可以变化，甚至在一些应用中可能改进性能或降低功耗，而不脱离本实施方案的精神和范围。

也将参考并列、层叠或以其它方式放置在彼此之上的各种部件。在实施方案的一个实例中，多个驱动线路并列在通常平坦的基板的一个表面上，并且多个读取线路并列在平坦的基板的相对表面上。驱动线路大体上与读取线路正交，并且可以被描述为大体上垂直于读取线路。驱动线路和读取线路之间的距离可以填充有基板或绝缘材料，该基板或绝缘材料将提供一种电容配置。这里，在基板的一侧上的驱动线路形成一个电容板，并且在相对侧上的读取线路形成对应的电容板。在操作中，当激活驱动板时，在驱动线路和读取线路之间产生电场，并穿过基板而形成多个电容元件。这些电容元件位于在驱动线路和读取线路的每个交叉处的区域处，其中基板的一部分位于所述区域之间。这是相应的驱动线路和读取线路彼此重叠的位置。在任何特定的应用中，其中三种部件在操作期间相互作用的这些区域限定数据位置，在该数据位置可以进行传感器读取。

也将参考传感器线路，例如传感器驱动线路和传感器读取线路，以及它们自身和彼此之间的定向。例如，将描述大体上平行的驱动线路。这些驱动线路旨在被描述为由导电材料组成的平行的导电线，所述导电材料形成、蚀刻、沉积或印刷到表面(例如铜、锡、银和金)之上。本领域技术人员将会理解，在大多数任何制造工艺中的固有缺陷的情况下，这样的导电线实际上很少是“完美的”，并且因此事实上它们并不精确地平行。因此，它们被描述为“大体上平行”。不同的应用甚至可以将驱动线路中的一些驱动线路配置成不平行，这样使得对于线路的一部分，线路可能是平行的，并且线路可能有必要偏离平行，以便与其它部件相连用于设备运行，或者以便被布线到在其上形成或跟踪线路的基板之上或周围。类似地，单独的线路阵列可被描述为正交的或垂直的，其中驱动线路大体上与读取线路正交或垂直。本领域的技术人员将理解，各种线路可能不是完全相互垂直，并且在特定的应用中它们可被配置为偏离垂直位置或另外以不同角度交叉。它们也可以部分垂直，其中驱动线路的部分可以大体上垂直于读取线路的相应的部分，并且不同线路的其它部分可以偏离垂直，以便被布线在基板之上或周围或者被连接到其它部件用于设备运行。

将结合实施方案的实施例的特定实例以及还有根据本实施方案进行配置的设备和系统的预期的操作特征和特性的说明来描述该实施方案提供的这些以及其它益处。

通常在操作中，驱动线路可以向设备附近的物体传输电磁场。读取线路可接收源自驱动线路的信号，并且然后将其传输通过物体并且通过基板到达读取线路上。读取线路可以可选地接收源自驱动线路的信号，其然后被传输通过基板并到达读取线路上，而不穿过物体。该电场可以在网格上的不同位置处变化，发出可以被某种类型的逻辑电路或处理器电路解释的产生的信号以限定靠近组件的物体的特征和/或特性。

驱动线路和读取线路可以由一个或多个处理器进行控制，以使能够经由驱动线路将信号传输到物体，以经由读取线路从物体接收产生的信号，以及处理所产生的信号来定义物体图像。可以将一个或多个处理器连接在一个单片部件中，其中驱动线路和读取线路包含在包括处理器的封装件中。在另一个实施例中，驱动线路、读取线路和基板可单独地组装在封装件中，其中可以将封装件连接到控制整体系统功能的系统处理器。这样，通过连接系统的输入/输出连接件可以将封装件做成系统的一部分以与系统进行通信。这在本质上例如与连接到笔记本电脑的麦克风相似，其中音频信号由系统处理器接收，用于笔记本电脑接收用户的声音。根据本实施例，可以将传感器连接作为与系统处理器进行通信的单独的部件以执行与系统处理器相一致的传感器操作。

在另一个实施例中，由于大多数物体、尤其是人体组织和器官的阻抗，将随着频率发生变化很大，所以传感器可被配置成以不同的频率驱动信号。为了测量在所感测的物体的一个或多个频率处的复阻抗，接收器必须还能够测量相位以及振幅。在一个实施例中，从给定的阻抗感测电极对生成的产生的信号可能是由于变化的频率(在本领域中称为跳频)所导致，其中接收器被设计成跟踪随机的、伪随机的或非随机的频率序列。该实施例的变化可以是已知为线性调频脉冲的线性或非线性频率扫描。在这种实施例中，人可以非常有效地测量连续范围频率的阻抗。

在又一个实施例中，如上所述的网格传感器可被配置为也用作定点设备。这种设备可以执行这类功能，如众所周知的用在台式计算机和笔记本电脑中的触摸板、跟踪球或鼠标。

在本实施例的一个实例中，可以测量手指尖的凸起和凹陷的二维阻抗传感器可被配置成跟踪指纹图案的运动。现有技术的触击指纹传感器可以执行该功能，但是由于阵列的物理不对称以及需要速度校正、或实时地“重构”图像使这些实现至多也是粗劣的。传感器还可以兼作指纹传感器和高质量的定点设备两者。

根据实施例进行配置的一个设备包括在柔性基板上的第一传感器线路阵列、以及在柔性基板上的第二传感器线路阵列、以及还有被配置成处理来自第一传感器线路阵列和第二传感器线路阵列的指纹数据的处理器。当在单个柔性基板的情况下折叠于其自身之上时，或者在单独基板的情况下并列时，单独的传感器线路相互交叉而没有电短路从而形成具有交叉位置的网格，所述交叉位置用作像素，从其中可以感测指纹特征。在一个实施例中，大体上平行的传感器驱动线路阵列位于柔性基板的表面上。这些驱动线路被配置成顺序地将信号传输到一次激活一行的用户手指的表面。第二个传感器线路阵列与第一个类似，包括大体上垂直于驱动线路的基本平行的传感器读取线路。这些读取线路被配置程读取从第一个传感器线路阵列传输的信号。

在其中第一组传感器线路和第二组传感器线路、驱动线路和读取线路例如位于柔性基板的延伸表面的不同部分之上的配置中，柔性基板被进一步配置为被折叠到其自身之上以形成双层配置。在此，当柔性基板折叠到自身之上时，第一传感器驱动线路阵列变成大体上垂直于第二读取传感器线路阵列。该折叠过程在这些单独的传感器线路阵列之间产生交叉位置——尽管它们必须不能形成直接电接触，使得它们独立运行。这些交叉位置表示阻抗感测电极对，其被配置成感测物体的像素及相对于柔性基板的表面并列的其子特征。通过顺序激活各个行和列完成对这些像素的扫描。一旦用驱动信号将驱动列激活，在所选择的驱动器的整个长度上一次扫描一行垂直的读取行。一次只有一行被电激活(高阻抗)，未激活的行被短路至接地或多路复用到它们不交叉耦合信号的状态。当手指凸起放置在激活的阵列交叉位置的上方时，它中断电场的一部分，电场否则将通过表面膜从激活的驱动列辐射到所选择的行读取器。在指纹传感器的情况下，物体的子特征(例如凸起或凹陷)放置在阻抗感测电极对上方导致净信号减少，因为电场中的一些电场通过人体被传导到地面。在指纹传感器的情况下，指纹凸起/凹陷放置在阻抗感测电极对上方，该凹陷影响从所选择的驱动线路到所选择的读取线路的电场辐射远小于凸起影响从所选择的驱动线路到所选择的读取线路的电场辐射。通过比较像素凸起和像素凹陷之间的信号的相对强度，可以创建手指表面的二维图像。

再次参考图1，现在将使用这种一般的网格传感器实例以说明根据实施例进行配置的这样的传感器如何可以被实现为指纹传感器，其中，物体将简单地为用户手指上的指纹的表面。通过以下附图进行该实例，用于说明根据实施例进行配置的阻抗传感器的益处和新颖特征。然而，本领域技术人员应该理解的是，然而，根据实施例进行配置的设备可以感测任何物体。同样，实例和描述仅用于说明的目的。

在操作中，传感器可以配置成检测位于靠近传感器表面的手指表面的存在，其中驱动线路可以将有源电磁场驱动到手指表面上，且读取线路可以从读取线路接收所产生的电磁场信号。在操作中，驱动线路可以产生被传递到手指的表面上的电场，并且指纹的不同特征(例如指纹表面的凸起和凹陷以及可能的人类皮肤特性)将导致所产生的信号发生变化，为解释这些信号提供基础以产生与指纹特征相关的信息。

在指纹传感器的一个实施例中，再次参考图1，在指纹传感器的情况下，柔性基板被用作绝缘电介质层104，以考虑到耐久性、低成本和灵活性的有益性质。驱动线路或板106a、106b位于柔性基板上并且被配置成将信号传输到放置在传感器线路之上或周围的用户指纹特征和结构(例如凸起和凹陷)的表面。读取线路102a、102b被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)可被配置成基于从读取线路所接收的信号收集和存储指纹图像。

参考图4，被配置为物体传感器的传感器400的实例，其中顶板或读取线路402a、402b、……、402n位于绝缘电介质层或基板404的一侧上。底板或驱动线路406a、406b、……、406n位于基板404的相对侧上。电场408a、408b从底板或驱动线路406a、406b延伸通过绝缘层或基板404并到达有源顶板402a上。根据实施例，一次可以激活这些驱动线路中的一个驱动线路以减小任何干扰效应，但这里所示的电场结果旨在说明被物体部分或全部吸收的电场与根本没被物体吸收的电场之间的对比。可以从每个交叉位置处的驱动板和读取板电极对收集该信息以感测传感器线路附近的物体的特征和特性。被部分覆盖的顶板或读取线路402b被连接到电压表417，且未被覆盖的顶板402a被连接到电压表418。有源驱动线路或底板406b被连接到AC信号源416，使得电场从有源板406b辐射。根据特定的应用，驱动线路和读取线路的数量可以根据应用而改变，并且它可以取决于所需的成本和分辨率。可以看出，在手指410的情况下，电场线408a被读取线路402a和402b部分捕获，并且部分被物体捕获。此外，为了说明当物体或物体特征存在或不存在或在给定的交叉位置附近时，读取线路将表现出不同的读数，电压表417示出了对顶板或驱动线路402b的响应，以及电压表418示出了对顶板或驱动线路402a的响应。电压表417与418相比的偏转中的差异示出了两个电极对位置之间的电场强度的增量，其中一个有手指存在，另一个没有手指存在。

参考图5，当检测物体的存在时，根据实施例进行配置的传感器的另一个实例示出了驱动配置和读取配置。示出了传感器500，其中顶板或读取线路502a，502b、……、502n位于绝缘层或基板504的一侧上，以及底板或驱动线路506a、506b、……、506n位于基板504的相对侧上。同样，示出读取线路在最靠近正被感测以获得最大灵敏度的物体的层上，以及示出在基板的相对侧上的驱动线路。电场508a、508b从底板或驱动线路506a、506b延伸通过绝缘层或基板504并到达有源顶板502b上。其它配置也是可能的，或许在顶部具有驱动板，并且在底部具有读取板。然而，实施方案并不限于非本质上不同于本文所公开和要求保护的实例和实施例的任何特定的配置。

图5，进一步示出了位于读取线路502b和驱动线路506b的交叉处的一个所选择的单个电极对的快照，其中其余的读取和驱动线路没被激活，图5中显示为接地。驱动线路506b被连接到AC电压源516并且读取线路502b被连接到放大器/缓冲器514。一旦如此处所示的那样被激活，产生电场线508a、508b，并且它们从驱动线路506b辐射出来且被读取线路502b感测，读取线路502b将所产生的信号发送到放大器/缓冲器514中，并且之后被通过模拟电路和数字电路功能进行处理。使未被激活的相邻的驱动线路和读取线路接地将电场508a和508b聚集在有源驱动板和读取板之间的交叉位置处，限制来自正被感测的物体上的相邻区域的串扰。随着在该实施例中进行感测操作，不同的驱动线路/读取线路交叉配对可被激活以从物体捕获不同的像素信息。在物体传感器的情况下，可以捕获关于物体的形状的信息，并且，如果其表面各处的电特性是不均匀的，那么其被合成。此外，本实施例不限于该特定的配置，其中一个单独的电极对、几个电极对、或者甚至所有电极对都可以对于不同的操作同时被激活。实际上，可以优选地少于在给定的时间处激活所有的阻抗感测电极对，使得可能发生在临近的像素之间的任何干扰将减至最小。在一个实施例中，可以激活驱动线路，并且可以一次扫描一个或多个读取线路使得当驱动线路和读取线路沿交叉位置处的线路成对时，可以沿着驱动线路和读取线路捕获一行像素。因此，并且仍然参考图5，AC电压源516可保持被连接到驱动线路506b，并且放大器/缓冲器516的连接可以循环或向上扫描到顺序的读取线路，使得可以从与驱动线路506b配对的另一读取线路交叉处捕获另一个像素的信息。一旦大体上扫描了所有的读取线路506a-n，驱动线路506b可被禁用，然后利用AC电压源可以激活按顺序的另一驱动线路，并且通过读取线路可以开始新的扫描。一旦大体上扫描了所有的驱动线路/读取线路对以捕获整个二维像素阵列，然后可以进行物体特征和特性的二维图像或渲染，例如物体的形状的渲染，以及可能的合成图。

如可以受益于该实施例的传感器的另一实例，可以使用实施例提供的相同的创新对一种降低成本的指纹触击传感器进行配置。在该实施例中，减少的读取线路的数量可被配置成正交的驱动线路的全部数量。这样的配置会产生一种多线路触击传感器，该多线路触击传感器采用伪二维传感器的形式，并且当手指在其上进行触击时，将产生部分图像或切片的镶嵌结构。这样做的好处是将减少图像重构任务的复杂性，这对于当前依赖于一个完整的图像线以及再一个部分的图像线进行速度检测的非接触式硅传感器是有问题的。

采取的折衷是将不得不以快得多的速率扫描该伪二维阵列，以便跟上必须在其上触击的手指的变化的触击速度。

图6a和6b示出了当检测物体的表面特征(例如指纹的凸起和凹陷)时的传感器的操作。传感器被配置成与之前图5中的实例相同，但是在这种情况下，与有纹理的表面(例如指纹)相互作用。

参考图6a和b，图示了根据实施例进行配置的传感器的另一个实例。图示了传感器600，其中顶板或读取线路602a-n位于绝缘层或基板604的一侧上，并且位于基板604的相对侧上的底板或驱动线路606a-n。为了最大的灵敏度，示出了在最靠近正被感测的物体的层上的读取线路，并且示出了在基板的相对侧上的驱动线路。图6a示出了当它们与位于邻近的物体的凹陷相互作用的电场线620，以及图6b示出了当它们与位于邻近的物体的峰相互作用的电场线621，从底板驱动线路606b延伸通过绝缘层或基板604并到达有源驱动线路606b上。在感测指纹的情况下，指纹表面上的相应的凸起和凹陷可以由驱动线路/读取线路交叉点的网格所捕获，并且所产生的数据可以用来渲染指纹的图像。然后，可以将存储的指纹与所捕获的指纹相比较，并且可以将它们进行比较用于验证。这通过使用可购自独立产品的厂商的多种指纹匹配算法中的任何一种来实现。这些厂商包括Digital Persona、BioKey和Cogent Systems，仅举几个例子。

如图6a和b所示，是读取线路602b和驱动线路606b的各个传感器线路对。它们的交叉形成了有源电极对，并且其余的读取和驱动线路不是有源的，并且名义上将通过电子开关接地。驱动线路606b被连接到AC电压源616，并且读取线路602b被连接到放大器/缓冲器605。一旦如此处所示的那样被激活，创建分别如图6a和6b所示的电场线620和621，并且它们在驱动线路606b和读取线路602b之间放射，发送所产生的信号，该所产生的信号被辐射到读取线路602b上并被连接到放大器/缓冲器605，并且之后通过模拟处理电路和数字处理电路进行处理。随着在该实施例中进行感测操作，不同的驱动线路/读取线路交叉对可被激活以从物体捕获不同的像素信息。在指纹的情况下，可以捕获关于指纹、甚至手指主体本身的不同特征和特性的信息。此外，实施例不限于该特定的配置，其中一个电极对，几个电极对，或者甚至所有电极对可以对于不同的操作同时为有源的。实际上，可以优选地少于在给定的时间处有源的所有的电极，使得可能发生在临近的像素之间的任何干扰将减至最小。在一个实施例中，可以激活驱动线路，并且可以一次扫描一个或多个读取线路，使得当驱动线路和读取线路沿交叉点处的线路成对时，可以沿着驱动线路和读取线路捕获一行像素。因此，并且仍参考图6a，电压源616可以保持被连接到驱动线路606b，并且到缓冲器/放大器605的连接可以循环或向上扫描到另一个读取线路，使得可以使用驱动线路606b从另一个电极对捕获另一个像素的信息。

在图6a和6b所示的快照中，驱动板606b保持由AC信号源616激励，直到整个列像素被扫描，而未使用的驱动板(606a、c-n等)，被切换到地面用于隔离的目的。同样地，在一个实施例中，仅一个读取板在某时是有源的，并且一些或大体上上所有其它读取板被切换到地面以将串扰减至最小。

超过图6a和6b中所示的快照，扫描过程继续，下一列按顺序被激活，606c(尽管该序列可以是任意的)，一旦扫描了读取板602a-n的整个序列，下一驱动线路606d将被激活，直至对所有或基本所有的驱动线路606a-n进行被顺序激活。一旦激活所有驱动列并且对于每一列扫描读取板，人将收集到数量等于驱动行的数量乘以读取列的数量的像素的二维阵列。对于500DPI传感器，这样将产生包含40,000单个像素的10x10mm阵列或100mm²。根据应用，可以对所有的驱动线路进行排序，或者可能对它们中的一些或大多数进行排序。

再参考图6a和6b，两个导电层驱动层606和读取层602由电绝缘层604间隔开。该绝缘层604具有高的DC电阻并且具有大于1的电介质常数，以允许高频电场通过其进行传输。在一个实施例中，通过将单面柔性印刷电路板折叠回到自身上来创建该层602。在另一个实施例中，其通过将电介质层置于两个电有源层之间来形成双面电路板而创建。

图7示出了由集总电路部件描述的板行和列的x-y网格的实例，集总电路部件表示在每个驱动/读取交叉处的传感器的电场耦合。

AC信号源716经由开关矩阵740a-n每次驱动底板706a、b、c等中的一个。图7示出了扫描快照，其中一个驱动开关740b在将对应的板连接到信号源的接通状态下。这在板的整个长度(在一维上与传感器宽度相等)上利用AC信号激活一整行706b。相应地，每个顶板702a、b、c等将通过绝缘层704和耦合电容器761a、b、c…n读取AC信号。一次仅一个被切换到缓冲放大器716的读取板是有源的。顶板702b在图7中显示为有源板，而所有或基本上所有的其它读取板经由开关矩阵730a-n被短接到地面，因此来自一个x-y像素的信息被捕获。

只要对整个数量的读取板/列进行扫描，单行仅仅保持有源。每像素的扫描时间将取决于操作的频率和检测电子器件的稳定时间，但是不需要像通常现有技术的触击传感器那样过快地扫描。另一方面，现有技术的触击传感器必须以非常高的像素速率进行扫描，以便不由于相对于可能大于20cm/sec的手指速度的欠采样而丢失信息。相对于触击传感器的捕获的速度的减小放松了对模拟电子器件的要求，并大大降低了主机处理器必须实时捕获的数据速率。这不仅降低了系统成本，而且允许由具有少得多的CPU功率和内存的主机设备进行操作。这对于移动设备尤其关键。

一旦由所有或大体上上所有的其相应的读取板702a-n扫描整行706b，则序列中的下一行被通过开关矩阵740激活。该过程继续直到所有或大体上上所有的行和列被扫描。

被耦合到缓冲放大器716中的信号的量是通过紧密靠近的绝缘层和手指凸起或凹陷形成的电容的多少的函数。图6a和b中示出了这些电场如何辐射的详尽的操作。总耦合电容是对于给定厚度固定的绝缘层电容704以及正被感测的物体的可变拓扑电容的串联组合。该可变部分在图7中示出为形成二维阵列的一系列编号为760a-n、761a-n、762a-n等的可变电容器。

图8示出了使用差分放大器880从选定的读取板(802a-n)中获取信号、以及将其从板805的参考信号中减去的放置传感器的实施例的实例。这些信号的电子相减执行几个功能：第一，减掉宽带共模；第二，针对参考板805的减法提供等同于理想凸起凹陷的相关参考信号；第三，还减掉不同于通过手指耦合到两个板的共模载波信号。当我们减掉除通过置于传感器上的手指以外的其它方式耦合的载波时，同样发生读取板中蚀刻变化的第一级载波消除。这对于以低成本进行的高产量制造至关重要。

参考板805有意地位于传感器的手指接触区域外部，通过间隙885与读取板802a-n间隔开，间隙885比通常为50μm的读取板之间的标称间隙大得多。在现实世界的实施例中，板805将被定位在挡板的塑料部分之下以防止手指接触，将其置于距其它读取板至少500μm远的地方。

通过将其连接到差分放大器880的读取开关830a-n进行切换来依序扫描读取板802a-n中的每一个。在整个读取行的扫描过程期间，差分放大器的正极引脚保持连接到参考板805以提供用于所有读取板的相同的信号参考。

图9a示出了拓扑结构中的放置传感器的前端的实例的电路图，该拓扑结构使用一组单刀双掷开关或SPDT来扫描读取板行以及使用一组单刀单掷开关来多路复用驱动板列。

在图9a中，我们看到当扫描过程开始时的模拟开关的快照。只有第一SPDT开关944a显示处于“接通”位置，这使得读取板902a将其板信号传导到差分放大器980中。剩余的读取板经由开关944a-944n被短路到地面，防止通过它们接收的任何读取信号进入到差分放大器980中。

由于现实世界的开关不提供完美的隔离这一事实，每个SPDT具有寄生电容945。事实上，隔离的数量随频率降低，通常通过开关极上的并联电容器模拟。通过使用SPDT开关，当单个板不被激活时，我们可以使该电容并联至地面。因为大的开关阵列与读取板的数量相等，对于500dpi传感器而言，通常为200，所以将接地的有效并联电容乘以那个数量。因此如果给定的开关具有0.5微微法拉的寄生电容以及存在200个读取板，则将合计达到100微微法拉的总并联电容。

为了防止该大电容将接收的大部分信号从有源读取板转移到地面，该实例中希望使用补偿电路。这通过使用共振电感器939来实现，形成与寄生电容器945(每个开关一个)以及调谐电容器934和937结合的经典的带通滤波器电路。对差分放大器980在正负输入端使用相同的驱动信号，调谐电容器934和937单独地与电感器939调谐，在这种情况下，使用两步的无效和峰值调谐校准程序。当差分放大器980输出零信号时，分别由电感器939以及共振电容器934与937形成的两个带通滤波器，将被调谐至相同的中心频率。然后，对差分放大器980在正输入端和负输入端使用具有对立的180度相位的差分输入信号，一起谐调电容器934和937以及电感器939。它们在锁定步骤中递增直至达到精确的驱动载波频率，当差分放大器980的输出达到其峰值时，使得中心频率与载波驱动信号916的精确频率相等时，发生该情况。

在系统实现中，在每个指纹扫描随着时间和温度将该滤波器的漂移最小化之前执行校准例程。共振电感器939需要具有至少10个Q因子或质量因子以给予滤波器优化信噪比所需的适当的带宽特性。

可选地，载波源916可能是可变频率源，以及电容器(937和934)可能是固定值。在本实施例中，通过改变载波源916的频率)直到从差分放大器980获得峰值输出来完成调谐。

图9b示出了采用聚集在一起的多组板的设备的可选实例，每组板有它们自己的差分放大器。

将大量平行的读取板分成组，包含数量较少的板每组读取板是一种可选的架构，因为寄生开关电容将会大幅降低，所以该架构在前端中将不需要使用调谐带通滤波器。这将有两个可能的优点，第一，较低的成本，以及第二，具有频率捷变前端的能力。在该图中，其中组907a的第一个开关944a为激活时，我们获得前端的快照。所有其它开关组907b-907n显示为非激活的，使它们相关的板短路至地面。因此仅电压或电流差分放大器980a具有传导至其中的任意的板信号，电压或电流差分放大器980b-980n通过其各自的开关945a-n以及945r将正输入端和负输入端短路至地面，防止来自有助于总输出的那些组的任意信号。

将差分放大器980a-980n中的每个差分放大器980a-980n通过电阻器987a-987n加成到求和放大器985中。在该快照中仅差分放大器980a具有路由至其中的板信号，因此该差分放大器980a独立地产生信号到求和放大器985的输入端。依序重复该过程直到完全扫描所有或大体上所有的开关组907a-n，以及整体阵列的开关板944a-n、945a-n等。在不同的实施例中，可扫描该阵列的全部或大体上全部，或在不同的应用中可扫描小于整个阵列。在一些应用中，可能需要较低的分辨率，因此可能不需要扫描阵列的全部。在其它应用中，可能不需要完整图像，例如操控应用，其中有限的图像可能用于检测移动的速度、距离和/或方向以用作定点设备的输入端，例如指引与计算机触摸板或鼠标类似的显示器上的指针。

通过将读取阵列分离，将每个板上的电容性输入负载从开关的全阵列的电容性输入负载减小到给定板组中的开关数量。例如，如果我们将196个潜在的读取板分成14个组，每组14个板，产生等于14个开关(944)的寄生电容的电容负载，加上差分放大器的电容负载。如果模拟开关944由非常低的寄生电容构造，那么，总输入负载将足够小以致于在前端不需要带通电路以共振出负载电容。由于集成电路制造技术提高，我们将能够设计出可使该方法变得更吸引人的具有更小寄生电容的更小的开关。

图9c图示了使用多路复用到二级差分放大器中的单个板缓冲器的前置电路的另一个实例。

如图所示，缓冲器982a至982n是被设计成具有非常低的输入电容的特殊缓冲器。在一个实施例中，这些缓冲器可被配置为单级级联放大器以使栅极到漏极米勒电容以及管芯面积最小化。为了更好地使板至板的分离最大化，对于每个输入端可以使用两组开关。该实例中包括模拟开关930a-930n以多路复用每个所选择的缓冲器到差分放大器980中。包括开关932以同时关闭未被选择的所有其它输入缓冲器的电源。这有源地将它们置于接地电位上。一种可选的实施例将是把输入模拟开关置于每个放大器前面以允许一小段未使用的板直接接地。该方法的一种效果可能是每个板输入负载电容的增加。

图9c示出了其中正通过缓冲器982a(通过开关932a供给其电源)感测顶板902a的扫描过程的快照。关闭模拟开关930a，将其路由至差分放大器980。所有其它缓冲器输出端经由模拟开关930b-n以及电源开关982b-n从差分放大器980断开。

差分放大器980的正输入端总是连接到为放大器提供“空气”信号参考的参考板902r。差分放大器980除了提供“空气”参考载波值之外，还用于减掉噪音以及共模载波信号。

图10示出了利用传统的模拟接收器技术实现的放置传感器的特定实施例。其中所选择的读取板1002a-n从参考板1005中减去时，模拟前端始于差分放大器1080，参考板1005位于提供等同于理想的手指凹陷的参考信号的手指接触区域的外部。可编程增益级或PGA1090跟随差分放大器1080，但可被集成到单级中提供增益和减去两者的相同的区块中。PGA1090被设计为具有足以补偿在各层之间的板蚀刻和焊接掩膜厚度中的生产变化的增益范围宽。

控制处理器1030把二维传感器板阵列的扫描协调地结合起来。通过在控制处理器1030中的底板扫描逻辑件1040依序扫描驱动板/列1006a-1006n。当激活所选择的驱动板时，其被连接到载波信号源1016。所有无源的板接地。在激活序列中的下一个驱动板之前，有源驱动板保持接通足够长用于使得顶板逻辑件1045扫描整行读取板1002a-n。

模拟混频器1074使得增益的板信号乘以参考载波1013。结果是基带加在多个载波频率处的谐波产物的经典光谱。采用模拟低通滤波器1025过滤掉不需要的谐波并且必须具有足够尖锐的滚降以减弱与二次谐波相关联的信息而不丢失基带信息。

跟随低通滤波器的是必须以至少两倍的像素率取样以满足奈奎斯特准则的A/D转换器1076。存储缓冲器1032本地存储具有足够尺寸以跟上主机控制器的最坏情况下的时延的A/D样本。A/D样本控制线1078为转换器提供采样时钟以获得通过板的行和列的排序创建的连续像素信息。

图11示出了利用直接数字转换接收器技术实现的放置传感器的一个实施例的实例。在该实例中，模拟前端始于差分放大器1180，其中所选择的读取板1102a-n从参考板1105中减去，其位于提供等同于理想的手指凹陷的参考信号的手指接触区域的外部。这些信号的电相减执行几个功能：第一，减掉宽带共模；第二，针对参考板1105的减法提供等同于理想凸起凹陷的相关参考信号；第三，还减掉除了不同于通过手指耦合到两个板的共模载波信号。共模的消除在高RF噪声环境中特别重要。当我们减掉通过置于传感器上的手指以外的其它方式进行耦合的载波时，还发生读取板中蚀刻变化的第一级载波消除。这对于以低成本进行高产量制造至关重要。

可编程增益级或PGA1190跟随差分放大器，其可以容易地结合在包括可编程增益的单个差分放大器中，如通常在现代集成电路设计中所做的那样，PGA1190被设计成具有足以补偿在各层之间板蚀刻和焊接掩膜厚度中的生产变化的增益范围宽。

控制处理器1130把二维传感器板阵列的扫描协调地结合起来。通过在控制处理器1130中的底板扫描逻辑件1140，依序扫描驱动板/列1106a-1106n。当激活所选择的驱动板时，其被连接到载波信号源1116。所有未激活驱动板接地。在激活序列中下一个驱动板之前，有源驱动板保持接通足够长用于使得顶板逻辑件1145扫描以及A/D转换器1125捕获整行读取板1102a-n。

A/D转换器1125以至少两倍的载波频率的速率采样以满足奈奎斯特准则。A/D样本控制线1107为转换器提供采样时钟以获得通过板的行和列的排序创建的连续像素信息。

跟随A/D转换器的是使处于载波频率的A/D输出数字地乘以通过数控振荡器1110产生的参考载波的数字混频器1118。结果是信号降频转换至移除了载波的基带。存在其它通过此过程产生的不需要的光谱分量，也就是二次载波边带，但是这些可被容易地过滤掉。

跟随数字混频器1118的是组合抽取器和数字滤波器1120。该区块执行采样降频转换，将抽样率从至少两倍于载波频率降至至少两倍于更低的像素率。数字滤波器通常将包括级联积分梳状滤波器，或CIC滤波器，该数字滤波器移除不需要的混频的光谱副产物以及提高接收器的信噪比。CIC滤波器提供高效的方式以在利用数字混频器对信号混频降至基带之后产生窄带通滤波器。以较慢的抽取速率运行的FIR滤波器可以紧随CIC滤波器以纠正带通下垂。

随着抽样率按照100:1的量级下降，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像素的200x200的阵列可存储在40kb的缓冲器中。这与触击传感器形成对照，该触击传感器必须以足够快的速率扫描部分图像帧以跟上最快的容许触击速度(通常大约200ms)。与此同时，也必须适应两秒的缓慢触击，这需要其内存量是最快触击的内存量的十倍。已开发各种技术以摒弃存储前多余的样本线，但是即便如此，对于触击传感器而言实时存储需求更大。这对于芯片的应用上的匹配是一个关键因素，其中存储器容量是有限的。此外，除了使用户有耐心将手指保持在适当的位置以外，放置传感器在主机处理器上没有实时数据获取或处理要求。

参考图12A，以及根据一个实施例进行配置的传感器布局1200的实例示出在作为覆晶薄膜(CoF)的半导体工业中已知的配置中。覆晶薄膜是其中处理器芯片被附接到柔性基板(例如，Kapton^TM带)、并且被电连接到导线以及位于柔性基板上的可能的其它元件上的配置。在该实例中，传感器布局1200显示于Kapton带的边缘内，该Kapton带具有沿两个轨道定位的带槽1206的节距轨道1202和1204。这些槽用于制造过程以通过该过程来供给带，同时线路以及可能的部件形成在该带上。设备的节距指的是在CoF上形成设备所需的Kapton带的长度。此处槽1207和1209之间测量的距离“d”1208在每个轨道中自始至终大体上恒定不变，且节距是确定设备所覆盖的柔性带的长度的简便方法。对于该实例中显示的设备，节距1212显示了槽1207到1214之间8个槽的跨度，因此将被表征为8-间距设备。所显示的实例传感器设备，其可以是指纹传感器或其它类型的放置、2D或区域传感器，示出了集成电路1210，该集成电路1210可以是形成于硅基板、微处理器上的逻辑电路，或用于处理从传感器电路捕获的像素信息的其它电路。该实例还可形成或以其它方式在基板上制造而非在柔性基板或Kapton带上形成或制造，事实上，该实例可形成在硅基板、刚性板、或针对各种应用进行配置的其它基板上。

如果配置为指纹传感器或其它放置传感器，集成电路1210可能是使下文图16中描述的功能中的所有或一部分功能实现的混合信号芯片。在一个实施例中，它具有足够的输入和输出以驱动驱动线路和读取线路的200×200线路阵列，以及可能具有任一种线路的或多或少的线路。通过将读取线路阵列直接连接到集成电路1210形成顶层1220。这可能是被直接安装到无接合线的柔性基板的倒装芯片。在该实例中，通过沿折叠轴线1230将单层折叠回其自身之上形成底层以创建双层有源传感器区域1255。驱动线路折叠以形成底层1255。为了布局平衡，该实例中的驱动线路被分别分成左组和右组(1240和1242)，但是可能是所有在感测区域的左侧或右侧上。左驱动板束1240、以及右驱动板束1242与交替的左侧馈送和右侧馈送相互交叉以在底层1225上形成持续的线路阵列。

基于柔性基板的连接器1235将动力、地面和界面信号路由至外部主机或含有系统级部件(例如图16中所示以及下文所描述的那些)的另一个基板上。这些部件可能包括但不限于具有存储器的处理器，可实现嵌入的匹配算法以及加密/解密功能的逻辑件。在可选的实例中，使用导电粘合剂(或者称为异向导电膜(ACF附接))可以将连接器1235附接到主机基板上，这在一些产品中可被标记为“高密度”。

参考图12B，传感器1250的另一个实例显示为在基板上具有不同的定向和配置。与上述实例相似，传感器1250是放置传感器，并且被配置成沿折叠轴线1251折叠在其自身之上以创建两个层(具有驱动线路1256的底层1252，以及具有读取线路1257的顶层1254)、集成电路1258、柔性外部连接件1262，以及可用于将集成电路连接到外部设备的处理器连接件1260，例如诸如用于制造测试。但是，这个配置具有更小的节距，此外其中距离d是每对槽1206之间的距离，并且在该实例中间距为槽1270与1272之间的距离，使得该设备为5-间距设备。相比占用Kapton带的8个间距的其它实例设备1200(图12A)，该实例设备占用Kapton带的5个间距。该设备大体上执行与图12A的实例1200的功能相同的功能，然而，占用更少的Kapton带，节省了材料成本。如果产生的传感器表面的尺寸减小，设备甚至可能占用更少带的间距，使得容纳读取线路、驱动线路以及其它部件所需的空间减小。在该实例中，有源传感器表面可能是10平方毫米，并且可能降至9甚至8平方毫米，以及结构可能相应地减小以减小设备的总面积，同样地，减小容纳整个设备所需的基板的面积。

如本领域技术人员将会理解，给定的这些实例，可能完成不同的设计以优化本发明的不同方面，包括用于设备的基板的尺寸，以及感测区域的尺寸和像素密度两者。然而，本发明不限于其它人进行的特定优化，且本发明的确应该启发其它人通过使用公知的和可选的过程、材料以及可供其使用的专有技术提高本设计。本发明的范围仅由权利要求进行限定，这些权利要求被附加或提交用于未来的检验，且不通过临时加入到本说明书中的信息来进行限定。

参考图13a，图示了柔性带布局结构1300的示意图。如图所示，柔性带层结构1300包括成像区域1350，在该成像区域1350中，驱动线路与读取线路形成交叉位置，其中，通过将顶层1370折叠于底层1372上形成交叉位置，在柔性带弯曲半径1374周围将柔性基板折叠在自身之上。从侧视图看出，顶部柔性带1364层叠覆盖在顶部焊接掩膜1362上，该顶部焊接掩膜1362层叠在顶部铜片或读取线路1360上。底层焊接掩膜1370在顶部铜片1360之下折叠，以及底部铜片1372在焊接掩模1370之下并且在底部柔性带1375之上形成。

参考图13b，模块结构1301的实例显示用于安装图13a中的柔性带层结构1300。本领域的技术人员将会理解特定模块的结构可以根据本实施例而变化，而且根据该实例变化，尽管其显示可被用于以实际执行为基础的模块的大体上完整的实例，但仅是一个实例且不旨在且不应当被认为以任何方式限制本实施例。该实例结构1301包括接收在其顶层上具有柔性带定位销或被配置为确保驱动板与读取板对准的塑料框1337的柔性带顶层1370的刚性基板1330。。因为通过两层上驱动线路和读取线路的交叉处形成感测电极对，x-y对准容差要求可以在几个像素的量级上，而不是如果存在匹配于两层之间的特征将需要的子像素对准容差。每层上的四个装配孔(1337)足以确保角度和x-y校准。所示出的还有驱动芯片1310和成像区域1350。

参考图14，提供与通常根据本实施例进行配置的感测系统1402合并的实例系统1400的示意图。传感器设备可合并到系统中，或可被配置为独立操作的产品。作为独立操作的产品，传感器部件可能被包括在外壳中(未示出)和暴露用于连接到设备或连接到将使用这样的设备的系统的电连接中。本领域的技术人员将快速理解根据如本文中描述的实施例进行配置的传感器是如何可以被并入外壳中(例如那些广泛用于不同工业部门的外壳)的，。因此，例如，在系统中，机械连接、设计以及结构可能根据特定的应用必要地变化。例如，如果并入到用作指纹传感器的笔记本电脑中，将需要采用表面安装模块以将传感器网格线暴露给用户。如果并入到移动电话、个人数据助理(PDA)或类似物中，将需要另一类型的装配模块以符合特定设备的设计同时提供该传感器的工作能力。此外，图14示出了系统1400的示意表示，该系统1400包含根据该实施例进行配置的具有折叠的柔性或刚性基板1404的传感器1402，所述刚性基板1404具有顶层1406以及底层1408，尽管本文未示出，每个基板1404根据应用分别具有读取线路或读取板和驱动线路或驱动板。二维感测区域1411示出在顶部具有物体1410，该物体在指纹传感器的情况下可能是手指，或在另一应用中为另一物体。顶层的读取板或线路(未显示)经由通信链路1412与顶板处理电路1410进行通信以发送接收到的所产生的信号。将驱动线路或驱动板定位在底层1408上，但此处未示出，以及经由通信线路1416从底板处理电路1414接收驱动信号。顶板处理电路1410包括被配置成接收、扩大和/或缓冲或存储从读取板或读取线路接收的所产生的信号的前置缓冲器和放大器1416。开关阵列1418(例如图9中所示的开关阵列)被配置为从前端1416接收信号以及将切换的信号发送至用于转换成数字信号的模数(A/D)转换器1420。数字信号处理器(DSP)1422被配置成从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被配置为产生供位于传感器基板1404的底层1408上的驱动板或驱动线路使用的驱动信号，并且包括用于产生信号的驱动器和扫描逻辑件1424，和用于可编程地设置其中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，同样地，顶板电路具有通信链路1420，该通信链路1420用于与发送和接收系统(例如处理器、存储器模块以及其它部件)之间的通信的系统总线1432进行通信。经由用于存储算法1438、应用软件1440、模板1442以及由处理器1444持久和频繁使用的其它代码的通信链路1436、，系统总线1432与持久内存1434进行通信。处理器1444包括具有用于处理从系统总线接收以及源自传感器1402的信号的逻辑件和其它电路的处理器逻辑件1448，以及还包括配置有用于连同处理器执行基本和复杂算法操作的逻辑电路的算法逻辑单元1450。处理器内存1452被配置用于针对处理器1444进行本地存储，例如，用于存储计算结果以及用于进一步计算的检索。

在操作中，通过处理器1444控制驱动信号，以及用于源自底板处理电路1414的驱动信号的参数通过处理器1444设置于底板处理电路1414中。通过设置于发生器1426中的参数内的逻辑1462产生驱动信号以并且经由通信链路1516将该信号发送至底板1408。这些信号产生电磁场，电磁场延伸至感测区域1411周围的顶层1406上的读取线路。这些信号通过传感器网格(在此未示出，但上文进行了描述)上不同的像素电极对循环，以及通过物体1410(例如诸如指纹)吸收这些电磁场的一些电磁场。通过位于感测区域(在此未示出，但上文进行了描述)周围的顶层1406上的读取板或读取线路读取所产生的信号。然后，所产生的信号经由通信链路1412被传输至顶板处理电路1410，并且该信号被处理和传输至存储器和处理器1444用于进一步的处理。一旦驱动器和扫描逻辑件通过网格传感器上的像素循环，与物体的特征和特性相关的数据可通过系统限定和利用。例如，在指纹传感器系统中，图像可以是可与存储的指纹图像进行比较的指纹图像，以及如果存在匹配，该图像可用于验证用户。

图15示出了根据本实施例进行配置的设备是如何可以应用到指纹感测应用中的。用户将具有指纹(1510)的手指置于传感器网格上，该传感器网格由驱动板(1506a-1506n)以及读取板(1502a-1502m)的交叉位置形成。图像像素1561a感测驱动板1506a和读取板1502a的电极对上的指纹区域，像素1561a感测驱动板1506n和读取板1502a的交叉位置，并且像素1562n感测驱动板1506n和读取板1502m的交叉上的区域。

图16使用图11和图14所示的实施例示出了如图15所示的收集指纹图像所需的步骤。图像捕获始于步骤1601。作为初始化的一部分，在步骤1602中将行计数器初始到1。步骤1603是行扫描序列的开始。在每行的开始，在步骤1603中将列计数器设置到1。在步骤1604中，顶板扫描逻辑件1145为所选择的行激活适当的模拟开关(1103a至1103n中的一个)。在步骤1605中，当底板扫描逻辑1140激活适当的具有载波信号1116的驱动板(1106a至1106n中的一个)时，开始单个像素的感测。在步骤1606，在通过可编程增益放大器1190处理之后，A/D转换器1125对来自差分放大器1180的信号进行重复采样。数字混频器1118将样本降频到通过数字振荡器110设置的基带频率。然后，通过数字抽取滤波器1120过滤该基带信号以产生当前像素的信号电平值。针对图11的实施例中的该步骤执行功能可能可选地通过相应的显示于图10中的相应的模拟接收器或其它功能上相似的设置来执行。在步骤1607中，由步骤1606得到的信号电平值储存于与当前所选择的行和列相对应的内存缓冲器1132中的适当的位置中。在步骤1608中，列号递增，且在步骤1609中测试列号以确定当前行采集是否已经完成。如果行未完成，则我们返回步骤1605以收集行中的下一像素。如果完成了行，则我们继续至步骤1610且使行号递增。在步骤1611中，我们测试行号以确定是否所有的行都已被扫描。如果没有被扫描，则流程返回到1603以使下一行开始返回至第一列。一旦所有的行都被扫描，图像捕获完成，且我们继续至步骤1612，此时，图像已准备好用于进一步处理或转移至长期存储器。

本领域技术人员将会认识到行与列的扫描顺序可以不直接对应阵列中的物理位置，因为可以以交叉的形式对一些实现进行更加优化的采样。

在图17中，如图14中示出了在用户验证应用中的实施例的实例。在步骤1701中，处理器1444上的系统级应用1440需要用户验证。在步骤1702，提示用户提供用于验证的手指。在步骤1703中，系统等待即将被检测的手指的出现。这可以通过收集如图16中描述的尺寸减小的图像以及测试手指图像或通过其它专用硬件来执行。一旦检测到手指出现，在步骤1704中使用图16中描述的方法或其它大体上相似的方法收集到完整的图像。然后存储该图像，以及在步骤1705中将该图像转换到图17B中所示的模板1712中，该图像通常包括细点位置及类型的图谱(例如，分支1710，以及终端1711)或可能的凸起频率及定向或一些两者的结合物。之后，在步骤1707中，将模板再次与从步骤1706中的持久模板存储器1142检索的一个或多个注册模板相比较。如果找到匹配，则在步骤1708中用户得以验证且被授权访问该应用。如果没有找到匹配，在步骤1709中拒绝该用户，并拒绝访问。

在例如图16和图17A-B所描述的验证系统中，可能存在安全性与操作速度之间的权衡。例如智能手机的设备可能对不同的操作模式同样具有不同的安全性和便利性(速度)的需求。这些权衡可以针对不同类型的信息由安全值支配。作为实例，用户可以针对简单地对智能手机或其它设备通电的安全性设置较低的值。但是，他们对执行金融交易或其它敏感传输设置高得多的值。他们可能想锁定进入个人联系信息或客户清单的能力，或可能同样想锁定其它人拨打本地电话、长途电话、进入个人相册、进入社交网站、发送和接收文本信息或电子邮件的能力，以及他们可能想拥有不同的用于访问信息的安全方案。具有常规的系统但不具有生物计量技术的好处的用户将通常用四位PIN锁住他们的手机，其安全水平相当低。确保在同一个设备上的金融交易，这个行业需要新的发展，这将导致用户需要更高水平的安全性。反之，用户将寻找到以解锁用于简单通话的电话的可接受的时间量将远远短于他们将等待以确保高价值交易的时间，其中用户可能更容忍用于金融交易验证用户的较高时间需求。

本文所描述的实施例通过提供可变的捕捉到的图像分辨率以及匹配算法安全水平促进对这两个需求的支持。在一个实例中，当操作于高安全性模式时(例如，当注册用户或验证高价值交易时)图16中描述的图像捕获流程以及图17A-B中描述的匹配流程可能以全分辨率模式操作。当以“方便”模式(例如，解锁电话、浏览照片、上网或切换用户)操作时，可以通过每隔一列且每隔一行跳过的半分辨率模式获得指纹图像——例如，其中步骤1608和步骤1610将使列和行计数器这两个而非一个分别递增。相比高安全模式，这可能产生在每条轴线中具有一半分辨率以及四分之一尺寸的图像。这可通过获得图像(图16)所需的时间以及从图像中提取模板所需的时间(步骤1705)两者减少四倍。由于减少的图像的分辨率，以及对于该方便模式的不严格的安全需求，步骤1707中应用的匹配阈值可能相应地减小。

参考图18A-D，传感器模块或组件的另一个实施例被示出为传感器1800，首先在图18A中以展开图示出，包括折叠的柔性传感器1802、模块折叠基座1804和安装板1806。在该实施例中，具有柱塞1812和基座1813的开关被并入到传感器组件中，该传感器组件允许传感器操作的整合，例如指纹传感器操作与设备的其它操作一起。更进一步，该组件允许在具有扩展功能(包括生物计量操作)的设备(例如诸如移动电话或智能电话)上使用的个性化开关的配置。如果一起使用电源或者选择器开关，例如诸如用于由苹果计算机公司制造的iPhone^TM上的主选择开关或用在动态研究公司(RIMTM)制造的BlackBerr^yTM智能电话上的操控选择开关的模块化替代物，靠近这些设备的显示屏，指纹传感器可以用于认证，同时使用这些个人设备。所述认证可以完全被用来访问设备，访问不同级别的信息(例如用户希望保护，或可用于关于需要更高水平的安全性的金融交易的用户的认证的不同信息)。这些设置可以由制造商预先设置，可以由用户重新设置，可以由与用户或设备相关联的金融机构设置，或可以由有兴趣保护信息的任何人进行配置。

仍然参考图18A，可以将折叠的柔性传感器1802分别折叠在1805和1807处以安装在分别在装配位置环路支架1805-A和折叠边缘1807-A处的模块折叠基座1804的周围，沿着安置孔1808以帮助将柔性带放置在模块周围并保持它在适当位置。如果柔性传感器电路的实施例根据图12A或12B的实例形成或以其它方式配置在基板上，可能需要不同的装配操作以适应需要进行基板的不同的折叠或形成的这些或其它设计。传感器1802可以包括如以上类似的实施例中描述的处理器1810。安装板1806包括安装在开关开口1811周围的开关1813以容纳柱塞1812，并且还可以具有被配置以容纳处理器1810的处理器开口1814。

参考图18B，从另一角度示出了图18A的传感器的另一个展开图，其中柔性传感器1802的一侧更清楚地示出了开口1808和处理器1810，其中开口1808被配置为接纳放置或安装销1816，用于将传感器1802基板保持在适当位置，并且然后由安装开口1818接纳。安装开口1822接纳放置或安装销1820。开关基座开口1824被配置成接纳开关基座1813。在另一个实施例中，用于柱塞1812和基座1813的开口可以是将容纳整个开关的单一尺寸的开口，或者开关可以具有与柱塞相同的直径的基座，以使单个圆柱形或矩形或其它形状的开口可以足以容纳开关。

图18C示出了组装好的传感器组件的侧面剖视图，其中传感器基板1802安装在模块折叠基座1804上以及安装在基座1806上，并且开口1811和1824分别容纳开关柱塞1812和开关基座1813。图18D示出了图18C的侧视图的全貌图。

图19A-J示出了可选的传感器/开关组件，其中圆顶开关用作下面的开关，该开关整合在组件中。参考图19A，组件1900包括与安装在安装板1906上的模块折叠基座1904集成的圆顶开关1912。在该实施例中，具有圆顶形状的柱塞1912和基座1913的开关(图19C)被并入到允许将传感器操作(例如指纹传感器操作)与设备的其它操作集成在一起的传感器组件。

参考图19A、B和C，可以将折叠的柔性传感器1902分别折叠在1905和1907处以安装在分别在装配位置环路支架1905-A和折叠边缘1907-A处的模块折叠基座1904的周围，沿着安置孔1908(图19D)以帮助将柔性带放置在模块周围并保持它在适当位置。如果柔性传感器电路的实施例根据图12A或12B的实例形成或以其它方式配置在基板上，则可能需要不同的装配操作以适应需要进行基板的不同的折叠或形成的这些或其它设计。传感器1902可以包括如以上类似的实施例中描述的处理器1910。安装板1906包括安装在柱塞1912下方的开关1913，并且还可以具有被配置成容纳处理器1910的处理器开口1914(图19D)。

参考图19G、H和I，示出了传感器的侧视图，示出了柔性传感器1902和开口1908和处理器1910，其中开口1908被配置成接纳放置或安装销1916，用于将传感器1902基板保持在适当位置，并且然后由安装开口1918接纳。安装开口1922接纳放置或安装销1920。开关基座开口1924被配置成接纳开关基座1913。在另一个实施例中，用于柱塞1912和基座1913的开口可以是将容纳整个开关的单一尺寸的开口，或者开关可以具有与柱塞相同的直径的基座，以使单个圆柱形或矩形或其它形状的开口可以足以容纳开关。

图19E、F和J示出了安装在设备(如智能电话)中的传感器组件的正常的、剖面的以及展开的剖面视图，其中传感器基板1902安装在模块折叠基座1904上以及安装在基座1906上，并且其中开口1911和1924分别容纳开关圆顶柱塞1912和开关基座1913。传感器区域1901由挡板开口1909进入，该挡板开口1909被并入到设备的最终壳体1925中。当用户将手指放置在传感器表面1901上，它们将同时按下开关柱塞1912。

图20示出了嵌入式开关2000的一个实施例的透视图，该嵌入式开关2000在用户触摸传感器的表面时提供通过绝缘层2004将顶部导电层2002电子地连接到导电层2006的装置，此处未示出，但是可以是导体2002上的层。这三层可以被嵌入到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，使得用户在触摸时可以激活功能(如供电、选择、启动、进入、或设备中的其它开关功能)。这三层可以设置在模块2008的表面2006上，其中模块位于基板2012的表面2010上。

图21A和21B，图21A示出了其中开关被形成在与传感器相同的基板上的实施例。这些图示出了包括柔性基板2102和2103的折叠柔性带层叠，通常但不限于Kapton、金属化层2104和2105通常被蚀刻或形成铜迹线并且绝缘层2106和2107通常为焊接掩膜。绝缘层2106和2107具有暴露出导电层2104和2105的切口部分2110。当没有垂直压力施加在间隙2110上方时，导电层2104和2105相互不电连接并处于断电位置。

图21B示出了由接触物体(例如手指)机械地按压的柔性带顶层2103和导电层2112。顶部导电层2107可物理地被推动成在压力焦点2112处与导电层2106电接触。这形成了嵌入式柔性带开关，其显示在接通位置。

图22-26示出了可替换的实施例和另外的实例。这些示例可使用不同的材料和结构进行配置，并且它们还可以被定向或集成在不同的结构中，例如移动设备中的电源按钮、固定设备、计算机、笔记本电脑、接入设备(门把手、入口等)。注意，在这些图中，大大地减少了板的数量，以简化附图，并且同样为了简化增大了单独的驱动板和读取板的尺寸。事实上，驱动板和读取板两者可以以固定或可变节距形成，并且有别于附图，板之间的间距可以大于或小于单个板尺寸。

图22描述了实施例，其中，驱动电子器件和检测电子器件被实现在分离的硅部件上。这种配置通过直接将驱动管芯安装在用于驱动线路的基板层上，以及直接将读取管芯安装在用于读取板的基板上，使各层之间的互连最小化。用于驱动板的刚性基板还用作共同基座层，其提供了用于同步两个子系统之间的信号的互连，以及电源和通信到主机设备。

在该特定的实施例中，公共基板(2201)是两层刚性电路板，其也为传感器提供机械基座。驱动电路被实现在集成电路管芯(2204)中，该集成电路管芯(2204)被安装在刚性驱动基板(2201)上。使用标准倒装芯片安装工艺由多个焊盘(2206)将管芯连接到刚性基板上的电路。将大量的驱动线路(通常大于100)连接到驱动板(2209)，驱动板(2209)形成在刚性基板的顶侧上。

电介质层(2208)将驱动板(2209)与读取板(2210)分离。在此情况下，由施加到驱动板(2209)和刚性基板(2201)的焊接掩膜层提供电介质层(2208)。

具有预先附接的读取电路管芯(2205)的读取基板组件(2202)被安装在驱动基板(2201)的顶上。使用标准倒装芯片安装工艺由多个焊盘(2216)将管芯连接到柔性基板上的电路。因为基板(2202)是柔性的，附接焊盘(2211)可以与基础基板(2201)上的其相应的焊盘(2212)配合。切口(2203)设置在基础基板(2201)中以容纳读取芯片(2205)，因此将组件平放。附接焊盘(2211)提供到基板层上(2201)的配合板(2212)的互连。

形成在基础基板(2201)的顶层上的互连迹线(2214)提供集成电路(2204)和(2205)之间的同步信号。

在基础基板(2201)中的互连迹线(2215)将信号路由到互连焊盘(2213)，用于将电源、接地和通信互连到主机系统。

图23a-f示出了了两个芯片的组件层叠的实例。图23a示出了带有驱动板(2209)、主机互连迹线(2215)和接触焊盘(2213)、读取通信迹线(2214)和接触焊盘(2212)的刚性基座(2201)。切口(2203)制造在基座(2201)中以容纳读取IC，将在随后的步骤中附接该读取IC。

刚性基座(2201)可以由标准电路板材料(例如FR4)制造，在这种情况下板(2209)、互连(2213和2214)和焊盘(2213和2212)通常将通过使用电路板刻蚀技术由铜形成。刚性基座(2201)也可以由玻璃形成，在该情况下板(2209)、互连迹线(2213和2214)和焊盘(2212和2213)通常将由透明导电材料(例如氧化铟锡(ITO))形成。

图23b示出了附接到图23a的组件上的迹线的驱动电子器件管芯(2204)。示出了该管芯经由标准倒装芯片安装工艺附接到迹线。

图23c示出了在加入电介质层2208之后的示例性的组件。该电介质层可以通过标准焊接掩模工艺(例如LPI)或通过应用一片电介质(例如Kapton膜)而形成。

图23d示出了带有形成在其上的读取板(2210)和读取通信焊盘(2211)的示例性的柔性基板(2202)的剖视图。柔性基板(2202)可以由Kapton膜形成，在这种情况下，板(2210)、迹线和焊盘(2211)将可能通过标准蚀刻技术由铜形成。柔性基板(2202)也可以由透明材料(例如聚酯)制成，其中板、迹线和焊盘由通过沉积透明导电材料(例如ITO)的膜来形成。

图23e示出了带有添加了读取电子器件管芯(2205)的示例性的柔性基板的剖视图。通过将管芯上的互连凸点(2216)结合到柔性组件上的触点(2217)上来制造柔性带上的管芯和元件之间的电连接，如图23e所示。互连凸点(2216)通常由金制成，而触点(2217)是由与板和迹线相同的材料形成的特征。

图23f示出了当柔性组件被安装到刚性组件上时的示例性的完成的组件的剖视图。通过将柔性组件焊盘(2211)配合到刚性装配焊盘(2212)来制造这两个子组件之间的电连接。

图24示出了组装图22和23所示的示例性实施例所需的步骤的实例。在步骤2401中，迹线2214和2215、主机接触焊盘2213、层互连焊盘2212以及驱动板2209都通过在基板2201上用蚀刻工艺形成。基板组件的多个实例可以通过重复穿过一大组基材的图案同时形成。在步骤2402中，通过标准电路板布线工艺在基板2203中形成切口2203。这可以同时发生，将基通过从公共面板切出基板轮廓板来分离基板2201的多个实例。在步骤2403中，通过把材料(例如LPI焊接掩膜)层应用到基板2201和驱动板2209创建电介质层2208。在步骤2404中，通过蚀刻工艺在基板2202上形成读取板2210、互连焊盘2211和接合焊盘2217。在步骤2405中，使用标准的板上芯片倒装芯片接合工艺将驱动电子器件管芯2204安装在基板组件2201上。在步骤2406中，使用标准倒装芯片柔性芯片接合工艺将读取电子器件管芯2205安装到基板组件2202上。在步骤2407中，柔性基板组件2202被安装到基座基板组件2201上。在步骤2408中，使用各向异性导电膜(ACF)附接工艺将焊盘2211和2212电连接。

图25示出了一个实施例，其中在单独的结构(例如单独的硅部件)上实现驱动电子器件和检测电子器件。通过将驱动管芯直接安装在驱动线路的基板层上，以及将读取管芯直接安装在读取板的基板上，这种结构使得各层间的互连最小化。该驱动层和读取层都可以连接到公共基座层，该公共基座层将提供用于同步两个子系统之间的信号的互连以及功率和通信到主机设备。在该特定的实例中，公共基板(2500)可以是两层刚性电路板，也可为传感器提供机械基座。该驱动电路可以在集成电路管芯(2504)中实现，该集成电路管芯(2504)安装在柔性驱动基板(2501)上。使用标准倒装芯片的安装方法或其它本领域中已知的安装方法通过一些接合焊盘(2506)可以将管芯连接到柔性基板上的电路。大量驱动线路(可能是100条或更多条)可以被连接到驱动板(2509)，其可以或不可以形成在相同的柔性基板上。附接焊盘(2511)可以提供互连到基板层(2500)上的配合焊盘(2512)。基板(2500)可包含切口(2513)。在一个实例中，切口可以被配置使得当驱动基板(2501)被附接时，驱动电子芯片(2504)将不会与基板(2501)接触，并且该组件平放或是平面的。在另一个实施例中，表面可以不是完全平面的或甚至模制在物体(如电源按钮)上，不同的层可以具有切口以容纳不同的结构(例如驱动电子器件)。具有预附接的读取电路管芯(2505)的读取基板组件(2502)可以安装在驱动基板(2501)和基座基板(2500)二者的顶部上。在该实施例中，驱动基板(2501)提供驱动板和读取板之间的电介质层，如前述实施例所讨论的，不需要单独的电介质层。如果基板(2502)是柔性的，则附接焊盘(2507a)可以能够与基座基板(2500)上其相应的焊盘(2507b)配合。可以在基座基板(2500)提供一个切口(2503)以容纳读取芯片(2505)，因此组件放平。可包括在基座基板(2500)的顶层上形成的互连迹线(2514)以提供集成电路(2504)和(2505)间的同步信号。基座基板(2500)中的通孔(2507c)或其它开口可用于将信号路由至底层，其中下层迹线(2509)可将信号连接到互连焊盘(2508)和其它连接装置，互连焊盘(2508)用于可能地将功率、接地、通信互连到主机系统。

图26示出了示例性的实施例，其中驱动电子器件和检测电子器件都是由单个集成电路提供。在一个实例中，基板(2601)可以由电介质材料组成，其将驱动(2602)和读取器(2603)板分开。基板(2601)可以是柔性材料(如Kapton)或薄的刚性材料(例如在倒装芯片包中的芳族聚酰胺叠层)，或者也可以是另一种材料。集成电路管芯(2604)包括接触焊盘(2611)，其被安装到基板底层的接合焊盘(2605)上。接合焊盘提供从管芯(2604)到互连迹线(2606)、驱动板(2602)以及读取互连迹线(2607)的连接，大量的通孔(2609)将底层上的读取互连迹线(2607)电连接至读取板(2602)，其可以位于顶层上。互连迹线(2606)可以将管芯(2604)连接到主机连接器焊盘(2608)。电介质层(2610)可在顶部读取板(2603)形成以防止手指与读取板直接接触。电介质层(2610)可以由多种材料形成，包括但不限于LPI焊料掩模材料、墨水、或顶部卡普顿覆盖片。在另一个实施例中，表面可以不是完全平面的或甚至被模制在物体(如电源按钮)上。

图27-29示出了一种用于将折叠柔性指纹传感器直接集成至触摸屏设备上的方法。在图28中示出了未折叠的覆晶薄膜(COF)基板，并且如图27所示插图编号(2701-2705)，将其向后折叠到其自身之上。主机界面选项卡(2705)使用连接器将传感器连接到主机，连接器直接接收蚀刻柔性选项卡或使用称为ACF的工业标准导电黏合剂使连接器附接到主电路板。图28示出了COF布局，其中基板被翻滚式折叠但也可杯重新配置成在另一个轴(例如并列式)上折叠。

图30-32示出了集成到作为常规触摸屏的相同的基板层上的指纹传感器。

图51示出了用于集成具有利用保护覆盖层的触摸屏设备的折叠的柔性指纹传感器的方法。显示基板(5106)是常规的显示组件，其可以可选地包括触摸屏。柔性基板(5120)具有安装在其上的驱动器接收器芯片(5104)，并为指纹传感器的驱动线路和读取线路两者提供基板。然后将基板(5120)折叠并安装在显示基板(5106)的顶部上。主机界面连接器(5205)提供数据并控制指纹传感器组件和主机设备之间的互连。光学透明电介质间隔件(5130)置于显示基板的顶部上。该电介质间隔件与堆叠的指纹传感器基板(5112)具有相同的厚度。电介质间隔件中的切口(5108)允许指纹传感器感测区域(5112)放置与电介质间隔件的顶部齐平。顶层(5107)可以由例如Coming Gorilla Glass的保护材料或聚合物保护膜制成。该顶层具有切口(5109)，其允许手指与手指感测区域(5112)直接接触。

图52示出了用于将指纹传感器集成到与触摸屏相同的基板层上的方法。显示基板(5206)包含标准LDC模块。通过例如氧化铟锡(ITO)的导电材料在显示基板的顶部形成或蚀刻指纹传感器的下层板(5211)。柔性基板(5520)具有安装于其上的驱动器接收器芯片(5204)。通过下层边缘连接器(5210)驱动器接收器芯片(5502)与下层板(5211)形成连接。该连接器可以通过各向异性导电膜(ACF)或其它装置进行附接。光学透明电介质间隔件(5230)置于显示基板的顶部。电介质间隔件具有切口(5209)以适应下边缘连接器(5510)和上边缘连接器(5221)。顶层(5210)是由薄的玻璃或透明的聚合物薄膜制成。该层(5510)具有在由例如氧化铟锡(ITO)的导电材料制成的其下表面上形成或蚀刻的上层传感板(5212)。柔性基板5520从驱动器接收器芯片(5204)通过上边缘连接器(5221)，再次通过ACF或其它装置来连接信号。

图53示出了一种配置，其中利用公共的控制器芯片将指纹传感器和触摸屏在公共基板层上实现。驱动器接收器芯片(5304)安装到柔性基板(5320)，柔性基板(5320)通过主机界面连接器(5305)提供芯片与主机之间的互连。显示基板(5306)是显示模块的上表面。在显示基板(5306)的顶部形成或蚀刻下触摸屏板(5330)和下层指纹传感器板(5311)两者。可以由透明材料(例如氧化铟锡(ITO)或其它合适的导电材料)蚀刻或形成这些板。在顶层(S307)的下侧面蚀刻或形成上指纹传感器板(5312)和上触摸屏板(5331)两者。电介质层(5330)将两个传感器的上组板与下组板分开。柔性基板通过下边缘连接器(5310)对下组板提供驱动器/接收器芯片(5304)之间的信号互连，并且通过上边缘连接器5321对上组板提供信号互连。通过各向异性传导膜(ACF)结合或其它合适的装置可以将这些边缘连接器进行电连接。

图33和34示出了一种新颖的“双网格”触摸屏。

在用于多种功能(包括图标选择和移动、控制选择、姿势识别、文本选择等等)的触摸屏设备中需要用户运动跟踪。许多运动跟踪功能仅需要粗略定位确定，但是可以高速完成。这尤其适合于姿势识别。其它功能可需要更精确的定位，然而这些通常是以低速运动进行，以允许用户更精确地进行控制。这些功能包括文本选择和渲染任务。

由于较大数量的需要高速采样的位置，尽管可能难以精确地高速跟踪运动，但是实际上不同时需要高速度和高精度。

给定的手指的相对大的尺寸与典型触摸屏幕上的像素的大小相比，难以精确地确定手指的精确位置。事实上，用户实际上不依赖于精确的手指位置确定来执行精确任务。相反，它们将它们的手指放置在触摸屏上所感兴趣的邻近位置，然后依赖于来自屏幕的视觉反馈来完成精确定位任务。

然后，关于触摸屏显示输入的重要特性，是很好的高速粗略绝对位置测定，以及高响应高分辨率的低速相对运动测定。

本发明通过提供双分辨率感测系统解决了对高速粗略绝对定位以及响应高分辨率的低速运动跟踪的需要。以与商业上可购得的具有每英寸5-10间隔的触摸屏所使用的间隔相等的间隔形成主网格，而次级网格形成在主线路周围具有与500条线路/英寸的商业指纹传感器的分辨率相等的更精细的分辨率。结果是能够使用主网格检测宏观手指运动以及使用跟踪指纹凸起特征和凹陷特征的运动的次级网格检测小的增量运动的传感器。

图33示出了在触摸屏应用中的该双网格概念的一个实施例，其中覆盖层被省略。触摸屏由感测布置在图案中的每一行和列的交叉点处形成的结点的无源电容矩阵组成，以便于粗略绝对位置检测和高分辨率相对运动跟踪。该图例示出了简化的实施例，其中感测线路和驱动线路被配置为提供规则间隔的一系列3*3像素的高分辨率区斑，高分辨率像素以检测到的局部指纹特征的方式间隔开。集群内这些像素通常间隔相隔大约50至100微米。集群的像素以提供手指内的多个接触点的方式间隔开，导致典型的群集间隔相隔1-3毫米。有源电路位于感测区域之外的阵列的周边上，并且被用于使各个交叉阻抗对附近放置的物体敏感以及扫描整个阵列。

图34是图33中所示的实施例的分解图，示出了基板的堆积，而驱动线在它的顶上，并且带有处理电子器件的芯片被安装到布线线路，所述路由线路馈送驱动板、以及馈送线路连接到上层上的感测线路和主机互连。电介质层将驱动线路和读取线路分分开。电介质具有切口以允许互连焊盘将读取信号馈送回到处理电子器件。一种薄的保护层(通常为聚合物薄膜或非常薄的玻璃)被安装在感测板的顶部上。

图35-37示出了完全集成的双网格触摸屏和指纹传感器，其有利地共享公共的驱动和感测电路。在该实施例中，如果提供高密度像素的专用面积来创建用于用户验证或其它类似目的的指纹感测区域，邻近于如如图33中配置的双-网格触摸屏阵列。图36和37是图35所示实施例的分解视图。

图38-40示出了在整个显示区域上具有集成触摸屏幕和指纹传感器的完全集成的显示器。在该实施例中，驱动板形成在OLED发射像素的下面，而读取板由透明导体(例如位于OLED发射层上方的层中的ITO)形成。

图41-46示出了双网格手指运动跟踪过程如何进行操作。

图41和42示出了在粗略位置变化之前和之后的双网格传感器上的手指的位置。通过同时激活集群中的所有像素并且进行单个测量以确定该集群是否被手指覆盖来执行粗略位置查找和快速运动跟踪。图43为该粗略扫描过程的流程图。图44示出了在在移动之前和之后收集的两种样本中的手指的质心位置的计算。如果粗略覆盖在两次扫描之间发生了变化，那么手指快速移动，并且不需要精确位置跟踪。在这种情况下，设备将针对每个被感测的手指把新的绝对位置报告给主机系统。

如果粗略的手指位置没有改变，则有可能用户正在执行精细定位任务。图45示出了当手指在其上移动时以单个高分辨率集群拍摄的一系列图像。可以看出，粗略质心测量将不检测手指的运动，但以精细像素分辨率检查凸起图案可以检测到该相对运动。图46显示了在非常精细的运动之前和之后以三种不同的高分辨率集群收集的局部图像。对于这个实例，我们检查在粗网格上的每个位置处的4x4的高分辨率像素集群。通过分别检查来自每个单元的结果证明通过在多个位置处采取样本所提供的优点。假设采样率足以捕获一个像素或更小的像素的任何运动，当比较两个顺序样本以确定样本之间的手指的运动时，存在9个必须检查的可能的相对位置。对于每个可能的相邻移动，通过将图像移动到相邻的位置，并且然后对在重叠区域中匹配的像素进行计数，我们计算匹配分值。匹配的像素数除以偏移图像和未偏移的图像之间的重叠区域中的像素的总数以产生相对匹配分值。分值1表示完全匹配。当我们将该方法应用于实例中的单元#1(图47)和单元#2(图48)时，单个位置接收相对于其它可能性的较强的分值。然而，当我们将该方法应用于单元#3(图49)时，有三个等高得分的可能的最终位置。当跟踪规则图案(例如指纹)时，对于局部区域这种结果可能相当普遍。图49中的实例表明，凸起跟踪系统可以对平行于局部的凸起定向的运动局部敏感。因此，为了可靠地跟踪指纹的运动，因此，在几个不同的位置对手指进行采样是非常有利的。双网格配置通过将像素集群广泛地分散在手指周围使得这得以实现，使得其对具有各种各样的局部定向的位置处的手指进行采样，而不需要资源以高分辨率覆盖整个手指区域。图50示出了来自三个测量单元的结果的组合，以产生单一鲁棒分值以确定图案是保持静止不动还是移动。如果检测到运动，则通过检测到的运动调整前一个计算的位置(最初来自粗略位置)，并且所更新的位置被传输给主机。

应当注意，设备的许多操作模式可能只需要来自触摸传感器的粗略的位置信息。在这些情况下，系统可以有利地省略位置传感器的精细运动跟踪操作以便节省电力。

虽然已经描述并在附图中示出了某些示例性的实施例，但是应理解，这些实施例仅仅是说明性的而不是限制广泛的实施例，并且该实施例并不局限于所示出和描述的具体构造和布置，因为本领域普通技术人员可以进行各种其它修改。因此，可选择的各种分类的布置和/或数量、连接、形成电路的晶体管的布置和数量，以及其它特征和功能可以发生而不脱离实施方案的精神和范围。类似地，在本说明书中未明确提及的部件可以包括在该实施方案的各个实施例中而不脱离该实施方案的精神和范围。同样，所描述的被执行以制作这个实施方案的各个实施例中的某些部件的不同的工艺步骤和集成电路制造操作可以如将对于本领域技术人员而言都是明显的，可以很容易地全部或部分地执行以制作本说明书中没有明确提到的不同的部件或不同配置的部件，而不脱离该实施方案的精神和范围。因此，说明书和附图被认为是说明性的意义而不是限制性的意义。

虽然已经描述并在附图中示出了某些示例性的实施例，但是应理解，这些实施例仅仅是对广泛的实施方案的说明而非对其限制，并且该实施方案并不局限于所示出和描述的具体构造和布置，因为本领域普通技术人员可以进行各种其它修改。因此，说明书和附图被认为是说明性的意义而不是限制性的意义。

再次地，本实施方案应用于许多领域，特别是在生物计量传感器中。例如，指纹传感器，并且其它生物计量传感器正得到越来越多的认可，由于安全性和方便性的因素用于广泛的应用中。根据本实施方案进行配置的设备、系统和方法将具有改进的生物计量验证过程的安全性，而不增加系统的成本。而且，该实施方案可扩展到得益于部件的确认的设备、系统和方法。如上所讨论的，该实施例包括这样的能力，即主机和传感器包括上述部件的任意组合或子集，其可以以最适合于系统的预期应用的方式进行布置和配置。本领域技术人员将会理解，本文描述的部件的不同组合和排列可能在实施方案的精神和范围内，该实施方案由所附权利要求、它们的等同物和还有将来在相关申请中提出的权利要求和它们的等同物来限定。

实施方案还可以涉及由计算机处理器(例如微处理器)执行的多个功能。微处理器可以是专门或专用微处理器，通过执行本实施例所包含的定义了特定任务的机器可读软件代码，所述专门或专用微处理器被配置以执行根据实施例的特定任务。微处理器还可以被配置以操作以及与其它设备(例如直接存储器存取模块、存储器存储设备、因特网相关的硬件以及涉及根据实施例传输数据的其它设备)进行通信。可以使用软件格式(例如Java、C++、XML(可扩展标记语言)和其它语言)来配置软件代码，其它语言可用于定义与执行与实施例相关的功能操作所需的设备的操作相关的功能。代码可以写成不同的形式和风格，其中许多是本领域技术人员已知的。不同的代码格式、代码结构、软件程序的风格和形式和配置代码的其它方式根据实施例定义微处理器的操作将不脱离本实施例的精神和范围。

在不同类型的设备内，例如，笔记本电脑或台式计算机、具有处理器或处理逻辑件的手持设备，并且还有利用该实施例的可能的计算机服务器或其它设备，存在不同类型的存储设备用于存储和检索信息，同时根据本实施例执行功能。高速缓冲存储器设备通常包括在供中央处理单元使用作为频繁存储和检索的信息的方便的存储位置的这样的计算机中。类似地，持久内存也常被用于维护由中央处理单元频繁检索的信息的这样的计算机所频繁使用，但这在持久内存中不经常改变，不同于高速缓冲存储器。主存储器还通常包括用于存储和检索更大量信息例如当由中央处理单元执行时，被配置以执行根据本实施例的功能的数据和软件应用程序。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)、快闪存储器及可以由中央处理单元访问来存储和检索信息的其它内存存储设备。在数据存储和检索操作期间，这些存储设备被转换成具有不同的状态，例如不同的电荷，不同的磁极性等。因此，根据如本文描述的实施例进行配置的系统和方法使得这些存储设备能够物理转化。因此，如本文描述的实施例是指新颖的和有用的系统和方法，在一个或多个实施例中，其能够将存储设备转化成不同的状态。实施例不限于任何特定类型的存储设备，或用于分别向这些存储设备存储信息和从这些存储设备检索信息的任何常用协议。

术语“机器可读介质”应该用来包括存储一组或多组指令单个介质或多个介质(例如集中式或分布式数据库，和/或相关联的缓存和服务器)。术语“机器可读介质”还应当用来包括能够存储、编码或携带用于由机器执行的一组指令，并使得机器执行本实施例的方法中的任意一个或多个方法的任何介质。机器可读介质包括提供(即存储和/或传输)机器(例如，计算机、PDA、蜂窝电话等)可读形式的信息的任何机械装置。例如，机器可读介质包括存储器(例如以上所述)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；生物电子、机械系统；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、固态的存储设备和/或旋转磁盘或光盘。当指令的部分被分离到不同的机器中，例如通过计算机的互连或作为不同的虚拟机器，设备或机器可读介质可以是分布式的。

虽然已经描述并在附图中示出了某些示例性的实施例，但是应理解，这些实施例仅仅是说明而不是限制广泛的实施例，且该实施例不局限于所示出和描述的具体构造和布置，因为本领域普通技术人员可以进行各种其它修改。因此，说明书和附图被认为是说明性的意义而不是限制性的意义。

在说明书中对“实施例(an embodiment)”、“一个实施例(一个实施例)”、“一些实施例(some embodiment)”或“其它实施例(other embodiment)”的引用意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是所有的实施例。各种出现的“实施例(an embodiment)”、“一个实施例(one embodiment)”或“一些实施例(someembodiment)”不一定都是指相同的实施例。如果说明书表述了“可以(may)”、“可能(might)”或“能够(could)”包括部件、特征、结构或特性，则不要求一定包括该特定的部件、特征、结构或特性。如果说明书或权利要求书引用“一个(a)”或“一个(an)”元件，并不意味着只存在一个该元件。如果说明书或权利要求书引用“附加(an additional)”元件，则并不排除存在多于一个的附加元件。

方法、系统和设备包括用生物计量系统的新方法改进的安全操作和配置。这样的系统将大大受益于增加的安全特征，特别是在金融交易中。尽管在设备、系统和验证生物计量设备(例如指纹传感器)的相关方法的背景下描述和说明了该实施例，但是实施例的范围扩展至其中这些功能是有用的其它应用。此外，尽管前面的描述已参考了实施方式的特定的实施例，但是应当意识到这些仅是说明性的实施例，并且可以对这些实施例进行改变而不脱离本实施例的原理，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种阻抗传感器，其被集成到多层触摸屏设备中，所述阻抗传感器包括：

多个大体上平行的驱动线路，所述多个大体上平行的驱动线路被蚀刻在所述触摸屏设备的第一层的顶表面上；

多个大体上平行的读取线路，所述多个大体上平行的读取线路被蚀刻在所述触摸屏设备的第二层的底表面上，其中，所述第二层被设置在所述第一层上，并且其中，所述读取线路被定向为大体上垂直于所述驱动线路；以及

电路，所述电路被耦合到所述驱动线路和所述读取线路并且被配置为：

激活所述驱动线路中的各个驱动线路，

检测所述读取线路中的一个或多个读取线路上的一个或多个信号，并且

基于所检测到的一个或多个信号检测位于附近的手指的特征。

2.根据权利要求1所述的阻抗传感器，还包括在所述第一层和所述第二层之间用以分离所述多个大体上平行的读取线路和所述多个大体上平行的驱动线路的电介质层。

3.根据权利要求2所述的阻抗传感器，其中，所述电介质层是透明的。

4.根据权利要求1所述的阻抗传感器，其中，所述第一层包括玻璃基板，并且其中所述第二层包括触摸屏层。

5.根据权利要求1所述的阻抗传感器，其中，所述第一层包括显示基板，并且其中所述第二层包括玻璃薄膜或透明聚合物薄膜。

6.根据权利要求5所述的阻抗传感器，还包括在所述第一层和所述第二层之间的光学透明的电介质间隔层。

7.根据权利要求1所述的阻抗传感器，其中，所述电路位于与所述触摸屏设备的触摸屏表面相邻并垂直的所述触摸屏设备的一侧上。

8.根据权利要求1所述的阻抗传感器，还包括

柔性基板；

上边缘连接器，所述上边缘连接器被配置为附接到所述触摸屏设备的边缘；以及

下边缘连接器，所述下边缘连接器被配置成附接到所述触摸屏设备的边缘，其中所述柔性基板的一部分经由所述下边缘连接器将所述驱动线路连接到所述电路，并且所述柔性基板的另一部分经由所述上边缘连接器将所述读取线路连接到所述电路。

9.根据权利要求1所述的阻抗传感器，其中，所述驱动线路和所述读取线路由氧化铟锡制成。

10.根据权利要求9所述的阻抗传感器，还包括用于将所述电路连接到主机设备的主机接口连接器。

11.一种用户界面设备，包括：

触摸屏面板，所述触摸屏面板包括第一层和被设置在所述第一层上的第二层；以及

阻抗传感器，所述阻抗传感器包括：

多个大体上平行的驱动线路，所述多个大体上平行的驱动线路被蚀刻在所述触摸屏面板的所述第一层的顶表面上；

多个大体上平行的读取线路，所述多个大体上平行的读取线路被蚀刻在所述触摸屏面板的所述第二层的底表面上且被定向为大体上垂直于所述多个驱动线路；以及

电路，所述电路被耦合到所述驱动线路和所述读取线路并且被配置成：

激活所述驱动线路中的各个驱动线路，

检测所述读取线路中的一个或多个读取线路上的一个或多个信号，并且

基于所检测到的一个或多个信号检测位于附近的手指的特征。

12.根据权利要求11所述的用户界面设备，其中，所述第一层包括玻璃基板，并且其中所述第二层包括触摸屏层。

13.根据权利要求12所述的用户界面设备，还包括在所述触摸屏层上的保护覆盖层。

14.根据权利要求11所述的用户界面设备，其中，所述第一层包括显示基板，并且其中所述第二层包括玻璃薄膜或透明聚合物薄膜。

15.根据权利要求11所述的用户界面设备，还包括在所述第一层和所述第二层之间的电介质间隔层。

16.根据权利要求15所述的用户界面设备，其中所述电介质间隔层是光学透明的。

17.根据权利要求11所述的用户界面设备，其中，所述第一层包括显示基板并且所述驱动线路被形成或蚀刻在所述显示基板的顶表面上，并且所述第二层包括顶层并且所述读取线路被形成或蚀刻在所述顶层的底表面上，并且其中所述用户界面设备还包括：

电介质层，所述电介质层在所述显示基板和所述顶层之间；

多个下部触摸屏板，所述多个下部触摸屏板彼此平行布置并被形成或蚀刻在所述显示基板的所述顶表面上；以及

多个上部触摸屏板，所述多个上部触摸屏板彼此平行布置并被形成或蚀刻在所述顶层的所述底表面上，其中，所述下部触摸屏板和所述上部触摸屏板彼此重叠；并且

其中，所述电路还被配置为：

激活一个或多个下部触摸屏板，

检测所述上部触摸屏板中的一个或多个上部触摸屏板上的一个或多个信号，以及

基于在所述上部触摸屏板上检测到的一个或多个信号来检测位于附近的手指的位置或运动。

18.根据权利要求11所述的用户界面设备，还包括：

柔性基板；

第一边缘连接器，所述第一边缘连接器被布置在所述触摸屏面板的边缘上；以及

第二边缘连接器，所述第二边缘连接器被布置在所述触摸屏面板的边缘上，其中，所述柔性基板的一部分经由所述第一边缘连接器将所述驱动线路连接到所述电路，并且所述柔性基板的另一部分经由所述第二边缘连接器将所述读取线路连接到所述电路。

19.根据权利要求11所述的用户界面设备，其中，所述驱动线路和所述读取线路由氧化铟锡制成。

20.根据权利要求11所述的用户界面设备，还包括：

第一层边缘互连元件，所述第一层边缘互连元件被设置在所述第一层上并被耦合到所述驱动线路；以及

第二层边缘互连元件，所述第二层边缘互连元件被设置在所述第二层上并被耦合到所述读取线路以及与所述第一层边缘互连元件互连。

21.一种阻抗传感器，其被集成到多层触摸屏设备中，所述阻抗传感器包括：

多个大体上平行的驱动线路，所述多个大体上平行的驱动线路位于所述触摸屏设备的第一层的顶表面上；

多个大体上平行的读取线路，所述多个大体上平行的读取线路位于被设置在所述第一层之上的所述触摸屏设备的第二层的底表面上，其中，所述读取线路被定向为大体上垂直于所述驱动线路；以及

电路，所述电路被耦合到所述驱动线路和所述读取线路并且被配置为：

激活所述驱动线路中的各个驱动线路，

检测所述读取线路中的一个或多个读取线路上的一个或多个信号，并且

基于所检测到的一个或多个信号检测位于附近的手指的特征，其中，所述驱动线路被蚀刻在所述触摸屏设备的所述第一层的顶部上，并且其中所述读取线路被蚀刻在所述触摸屏设备的所述第二层的底表面上。