CN106575351B - 采用重叠的网格线和用于从网格线延伸感测表面的导电探头的传感器 - Google Patents

采用重叠的网格线和用于从网格线延伸感测表面的导电探头的传感器 Download PDF

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Abstract

电传感器形成网格，以检测邻近放置的对象的表面特征，如指纹。网格包括多个平行的驱动线和多个平行的拾取线，该驱动线可连接到驱动源，该拾取线被定向为大体上垂直于该驱动线并重叠该驱动线。驱动线通过绝缘介电层与拾取线分开。驱动线和拾取线穿过的重叠界定阻抗敏感的电极对，其用作检测邻近放置的对象的表面特征的像素。一个或多个导电探头从一个或多个相应的阻抗敏感的电极对，通过绝缘材料的覆盖层，延伸到感测表面。

Description

采用重叠的网格线和用于从网格线延伸感测表面的导电探头 的传感器
相关申请的交叉引用
本申请依据美国法典第35条119款的规定要求于2014年2月21日提交的美国临时专利申请编号为61/942,892以及于2014年2月24日提交的美国临时专利申请编号为61/943,733的申请日期的权益，上述专利的各自的公开内容通过引用并入本文。
公开领域
本公开描述了用于感测位于传感器附近或周围的对象的传感器，如指纹传感器。
背景
在电子感测市场中，有用于感测在给定位置的对象的各种传感器。这样的传感器被配置为感测对象的电子特性，以便感测在传感器附近或周围的对象的存在，以及所感测的对象的其他特征和特性。
传感器可被配置为通过测量参数，如温度、重量或各种发射(如接近传感器或与传感器接触的对象的光子、磁或原子发射)来无源地检测对象的特性。这方面的示例是非接触式红外温度计，其检测对象发射的黑体辐射光谱，对象的温度可从该黑体辐射光谱被计算。
其他传感器通过用刺激物(如电压或电流)直接刺激对象，随后使用结果信号以确定对象的物理或电特性来工作。这方面的示例是流体检测器，其由两个端子组成，一个用电压源刺激介质，而第二个测量电流，以确定导电流体(如水)的存在。
二维阵列的阻抗数据可通过在线感测阵列之上移动对象并随后执行二维图像的逐行重建来创建。这方面的示例是刷取式电容式指纹传感器(swiped capacitivefingerprint sensor)，其在手指跨越它拖动时测量指纹脊和指纹谷之间的电容差值。这样的传感器在使用单独的线信息的事实后,重建二维的指纹图像。
获取二维图像的更简单的方式是创建二维感测阵列。然而，这样的传感器由于在阵列中所需的大量感测点而在成本上过高。这方面的示例是二维电容式指纹传感器。当前制造许多这样的传感器，但耗费150mm2或更大的硅面积，并因此对于许多应用来说成本过高。
这些不同类型的电传感器已经用在各种应用中，譬如用于测量如指纹的特性的生物计量传感器、医学应用或流体测量监控器。通常，各种设备的感测元件连接到处理器，该处理器被配置为处理对象信息并能够对对象特征进行解释。
在本领域中有对于这样的设备的需要，该设备可提供用在不同应用(如指纹感测和/或认证)中的准确并可靠的传感器。
发明概述
以下内容给出了简化的概述，以便提供本文中所描述的一些方面的基本了解。该概述并不是所要求保护的主题的广泛概述。其既不旨在指明所要求保护的主题的关键或决定性的元素，也不旨在描写所要求保护的主题的范围。其唯一的目的是以简化的形式给出一些概念，作为后面给出的更详细的描述的前言。
公开内容的方面体现在一个或多个导电探头中，该导电探头从传感器的拾取元件的表面向设置在该拾取元件上的覆盖层的表面延伸电传感器的感测表面。例如，传感器可将多个拾取元件和多个驱动元件布置在网格图案中，并将多个导电探头放置在多个交叉位置，以便在覆盖层的附近或表面创建感测位置的网格。
公开内容的另外方面体现在集成于设备中的指纹传感器中，该设备具有由绝缘材料(例如，玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯)制成的覆盖层。指纹传感器包括被定位在覆盖层之下的至少一个驱动线(窄的、细长驱动元件)，其中该驱动线被配置为承载可耦合到邻近放置的对象的信号。指纹传感器还包括被定位在覆盖层之下的至少一个拾取线(窄的、细长的拾取元件)，其中该拾取线被定向成大体上垂直于驱动线。拾取线和驱动线可由介电层(例如，如卡普顿的柔性聚合物基板)分开。驱动线和拾取线可在驱动线穿过拾取线的位置(“交叉位置”)形成阻抗敏感的电极对。
指纹传感器还包括基本上穿过覆盖层延伸的至少一个导电探头，如柱形导体。导电探头可被定位成邻近交叉位置，使得导电探头的第一端接近阻抗敏感的电极对。例如，导电探头的第一端可接触阻抗敏感的电极对的至少一部分。导电探头的第二端可界定在覆盖层的外部表面(例如，顶部表面)上或附近的指纹感测位置。
在实施例中，覆盖层可以是触摸使能的设备的屏幕的部分，使得指纹传感器被集成到触摸使能的设备中。
在实施例中，导电探头骑跨拾取元件的边缘。例如，导电探头能够被放置成使得导电探头的一半直接越过拾取元件，而导电探头的另一半没有直接越过拾取元件。其他实施例可能涉及直接越过拾取元件的导电探头的横截面区域对没有直接越过拾取元件的导电电极的横截面区域之间的其他比率(例如，5％/95％、10％/90％、95％/5％或任何其他比率)。
在实施例中，传感器包括驱动线和拾取线的m×n矩阵。每个驱动线可永久地或通过开关连接到激活电路。每个拾取线可永久地或通过开关连接到缓冲器或放大器。在一些实例中，m＝n。在这样实例中的传感器可被称作网格传感器。在一些实例中，m<<n。在这样实例中的传感器可被称作刷取传感器或线传感器。m×n拾取线形成m×n阻抗敏感的电极对。传感器可被配置为同时激活多个阻抗敏感的电极对，以在多个位置检测指纹特征。例如，向一个驱动线提供驱动信号可将驱动信号耦合到多个交叉位置处的多个拾取线，从而激活在这些位置的阻抗敏感的电极对。
在如传感器是刷取/线传感器的实施例中，激活电路适于接收来自触摸使能的显示设备的输入。激活电路可基于来自触摸使能的显示设备的输入来激活驱动线组中的一个。输入可包括手指越过触摸使能的显示设备移动的速度和方向。
在实施例中，传感器包括邻近于导电探头的至少一个接地的探头。接地的探头可保护导电探头不受噪声(例如，串扰)的影响，并且可更好地聚焦在相应的拾取元件处接收的信号。在一些情况下，接地层被放置在覆盖层和阻抗敏感的电极对之间，且接地的探头连接到该接地层。
在实施例中，导电探头(例如，导电柱)可利用制造技术形成，如铣削、激光打孔、蚀刻、反应离子蚀刻(RIE)，机械打孔或任何其他技术。
驱动元件和/或拾取元件可位于覆盖层上或其下面。在一个示例中，驱动元件和/或拾取元件可通过涉及金属溅射、光刻以及蚀刻的技术在覆盖层上被直接处理。在一个示例中，驱动元件在安装到覆盖层的底侧的分开的基板上被处理。在实施例中，驱动元件和/或拾取元件在覆盖层中一体形成。例如，线被蚀刻到覆盖层中并填充有导电材料，以形成驱动元件和/或拾取元件。
传感器可被实施为具有任何模式。在实施例中，其可形成为近似设备制造商(例如，智能手机制造商)标志的形状。
本公开的其他特征和特性，以及操作的方法、结构的相关元件的功能以及部件的组合在基于参考附图的以下的描述和所附权利要求的情况下将变得更加清晰，所有这些形成了本说明书的部分，其中相似的参考数字指定不同附图中的相应部分。
附图简述
被纳入本文中并形成说明书的部分的附图图示了本公开的各种非限制性的实施例。在附图中，共同的参考数字指示相同的或功能类似的元件。
图1根据本公开的实施例图示了电传感器的顶部透视视图。
图2根据本公开的实施例图示了电传感器的底部透视视图。
图3根据本公开的实施例图示了电传感器的透视视图。
图4根据本公开的实施例图示了电传感器的顶部视图。
图5-11根据本公开的实施例图示了电传感器的侧视图。
图12图示了驱动和感测复用电路的实施例，该驱动和感测复用电路使用了储能电路以补偿输入加载效应。
图13图示了驱动和感测复用电路的实施例，该驱动和感测复用电路使用级联的缓冲器用于每个感测，以补偿加载效应。
图14图示了驱动和感测复用电路的实施例，该驱动和感测复用电路使用专用的缓冲器用于每个感测，以补偿加载效应。
图15图示了用于处理感测的信号的模拟接收器和用于执行驱动线扫描和拾取线扫描的处理电路。
图16图示了用于处理感测的信号的直接数字转换接收器和用于执行驱动线扫描和感测线扫描的处理电路。
图17图示了指纹特征的感测的示意图。
图18说明了借助传感器系统收集2D图像的步骤。
图19说明了借助指纹传感器认证用户的步骤。
图20图示了通常用在用户认证应用中的指纹图像的模板提取。
详细描述
本公开涉及用于检测邻近放置的对象的电传感器。在实施例中，传感器是检测放置在电传感器上的手指的表面特征(例如，脊或谷)的指纹传感器。在实施例中，电传感器基于包括驱动元件和拾取元件的电极对之间的交互作用运行。拾取元件可电容耦合到驱动元件，并且可感测从驱动元件传到拾取元件的信号。邻近放置的对象的特征可基于传感器是否检测到在拾取元件处所接收到的信号中的改变来检测。在电传感器为指纹传感器的实施例中，传感器可检测在传感器表面上的特定位置是直接在指纹的脊之下还是直接在指纹的谷之下。指纹的脊可向接地电势提供低阻抗路径，而指纹的谷可提供高阻抗，这类似于完全没有邻近放置的对象的情况。因此，如果指纹脊接触拾取元件，其可明显地衰减在拾取元件处所检测到的信号。相反，如果拾取元件直接在指纹的谷之下，则在拾取元件处所检测到的信号可能基本上没有衰减。因此，本实施例中的电传感器可基于在拾取元件处所检测的信号区分指纹脊和指纹谷。
在实施例中，电传感器形成网格，以检测在多个位置处的邻近放置的对象的表面特征。网格包括多个平行的驱动线，该驱动线各可连接到驱动源，且网格包括多个平行的拾取线，该拾取线被定向为横向(优选垂直)于驱动线。驱动线通过绝缘(例如，介电)层与拾取线分开。因此，每个驱动线可电容耦合到拾取线。在该实施例中，驱动线可形成网格的一个轴(例如，X轴)，而拾取线形成网格的另一轴(例如，Y轴)。驱动线和拾取线交叉的每个位置可形成阻抗敏感的电极对。该阻抗敏感的电极对可被视为像素(例如，X-Y坐标)，在该像素处检测邻近放置的对象的表面特征。网格形成可共同创建邻近放置的对象的表面特征的布局图的多个像素。例如，网格的像素可绘制有触摸电传感器的指尖的脊的位置以及有指尖的谷的位置的布局图。该布局图可用作模式，以与存储在数据库中的脊/谷模式进行匹配。在题为“Electronic imager using an impedance sensor grid array and method ofmaking”的美国专利号8,421,890以及在题为“Biometric sensing”的美国专利申请公开号US 2012-0134549中，更详细地论述了具有重叠的驱动线和拾取线的指纹传感器的附加细节，它们各自的公开内容作为整体通过引用并入本文。
本应用不仅考虑到重叠驱动线和拾取线以形成感测网格的使用，还考虑到邻近放置的对象和拾取元件之间的重复接触可能最终损坏拾取元件。其他环境因素，包括湿度、腐蚀、化学或其他机械磨损，也可损坏拾取元件。此外，在拾取元件处的辐射、噪声以及其他环境因素可能干扰电传感器的准确性。虽然绝缘膜可被放置在拾取元件之上，但是该膜需要足够薄，使得其不干扰邻近放置的对象的表面特征的检测。然而，薄绝缘膜可能由于环境因素而自身磨损，并且不会使电传感器免于遭受可靠性问题。
在实施例中，公开的方面通过提供允许拾取元件和传感器的感测表面(例如，传感器的外部表面)之间的距离延伸的一个或多个导电探头(例如，柱形导体)解决了上述的问题。在一个定向上，每个导电探头为在水平定向的传感器网格之上延伸的竖直柱。竖直柱可从阻抗敏感的电极对的拾取元件延伸到感测表面。更普遍地，每个导电探头可从驱动线横穿拾取线所在的像素位置向感测表面延伸。一个或多个导电探头可嵌入到由绝缘材料制成的覆盖层中，该覆盖层被设置在拾取元件的顶部上。
在该实施例中，由于一个或多个导电探头向从传感器网格离开的电传感器的感测表面延伸，它们增强了拾取元件检测在感测表面处的对象的特征的能力。从而，增强的检测能力使绝缘覆盖层具有比上述的绝缘膜更大的厚度。更厚的绝缘覆盖层可提供对抗环境条件的更好的保护。在电传感器用于触摸屏幕设备的实例中，绝缘覆盖层可以是触摸屏幕的部分的透明材料。这样的配置为将电传感器集成到触摸使能的设备中提供了一种方式。
图1图示了用于感测邻近放置于传感器100的感测表面101的对象的表面特征的示例电传感器100的部分。传感器100包括多个驱动元件102和多个拾取元件104。在一个实施例中，驱动元件可形成为基本上平行的导电材料(例如，铜、铝、金)的细长的、板状带，其可被称为驱动线或驱动板。拾取元件可形成为基本上平行的导电材料的细长的、板状带，其可被称为拾取线或拾取板。绝缘层106分开驱动线和拾取线。驱动元件102和拾取元件104被定向为横向于彼此，且在一个实施例中是垂直于彼此的。
电传感器100还包括多个导电探头108(例如，细长的导电元件)，该导电探头108从拾取线104向感测表面101延伸。如图1中所示，导电探头108的第一端(例如图中的下端)邻近于驱动线102与拾取线104交叉的位置(交叉位置)。在实施例中，第一端与在交叉位置处形成的阻抗敏感的电极对的部分接触。在实施例中，第一端接近阻抗敏感的电极对，但不接触该电极对。在该实施例中，导电探头电容耦合到阻抗敏感的电极对。在实施例中，导电探头基本上穿过由绝缘材料制成的覆盖层110延伸。如在本公开中后续说明的，导电探头108的第二端(例如，图中的上端)可终止于覆盖层的顶部表面(例如，与顶部表面齐平)、在顶部表面之上或顶部表面之下。如图1中所图示的，覆盖层110的顶部表面可以是感测表面101，或可通过一个或多个其他层从感测表面分开。
在实施例中，用于覆盖层110的绝缘材料是透明的。在实施例中，绝缘材料110选自由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚碳酸酯组成的组。如果绝缘材料110包括玻璃或玻璃替代物(例如，丙烯酸玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)或聚碳酸酯)，则导电探头108可在绝缘材料中形成为通路。在一些情况下，覆盖层110可由厚的柔性聚合物基板代替玻璃制成。导电探头可被嵌入到聚合物基板内。例如，蚀刻技术可在覆盖层110中形成柱，该柱可通过沉积、溅射、电镀或其他技术填充以导电材料(例如，铜、铟锡氧化物、导电膏(例如，由碳纳米管、石墨粉、铜制成)、导电粘合剂(例如，银、铜、石墨)或导电聚合物)。在另一示例中，导电探头可首先形成为窄的、细长的元件，随后，可沉积用于覆盖层110的绝缘材料以嵌入导电探头。
在实施例中，导电探头可由如氧化铟锡(ITO)材料的透明材料制成，该透明材料可使用户觉察不到导电探头。在实施例中，导电探头可具有横截面，该横截面足够小到使用户觉察不到导电探头。
图1中的实施例包括多个驱动线102和多个拾取线104。如上所论述的，驱动线可形成网格(阵列)的一个轴(例如，X轴)，而拾取线形成另一轴(例如，Y轴)。拾取线交叉驱动线的每个位置(即，交叉位置)可形成用作网格中的像素的阻抗敏感的电极对。还如上所论述的，导电探头108可从交叉位置延伸向感测表面101。因此，在图1中，导电探头108在竖直方向上有效地将感测表面从由拾取线104的顶部界定的平面延伸到顶部表面101。例如，导电探头108从拾取线104处或附近延伸到感测表面101处或附近的多个位置112。导电探头108使它们相应的阻抗敏感的电极对更好地检测在位置112处或其附近的表面阻抗改变，并从而更好地检测在位置112处或其附近的对象的表面特征。对于触摸屏幕设备，导电探头的使用使传感器100的驱动元件和拾取元件集成在它的触摸屏幕内。这样的集成通过使传感器100与触摸屏幕设备的触摸表面共享它的感测表面而节省了在触摸屏幕设备上的空间。导电探头108的使用还提高了覆盖层110的允许厚度的范围。
在实施例中，每个导电探头108的下端骑跨拾取线104的边缘，因此，探头的下端部分地重叠邻近拾取线104的绝缘层。在图1中图示的实施例中，导电探头108的宽度的一半直接位于相应的拾取线104之上，而导电探头108的宽度的另一半位于邻近的绝缘材料之上。在其他实施例中，导电探头108可使其宽度的5％直接位于拾取线104之上，而使其宽度的95％位于邻近的介电材料之上，或可具有这样放置的任何其他比率(例如，10/90、90/10、95/5)。
如图1和图4中所示，在实施例中，激活电路126向驱动线102提供信号。此外，检测电路120(例如，放大器或缓冲器)检测在拾取线104处所接收的信号。在图1中图示的实施例中，激活电路126被提供给每个驱动线，以及检测电路120被提供给每个拾取线。在其他实施例中，传感器100可包括更少的激活电路和/或更少的检测电路120。例如，多个驱动线可经由多路复用器共享激活电路126，而多个拾取线可经由多路复用器共享检测电路120。在图1的实施例中，传感器100包括可将驱动线102从激活电路126断开的开关124，并且包括可将拾取线104从检测电路120断开的开关122。开关允许传感器100在一个时间周期内仅激活一个驱动线并沿着所激活的驱动线检测各个交叉位置处的信号。在一些情况下，传感器100可同时检测来自多个拾取线的信号。在一些情况下，传感器100可检测来自一个拾取线的信号，同时将一个或多个邻近的拾取线连接到接地。接地的拾取线可保护测量的拾取线不受噪声的影响。检测的信号可指示在对应于激活的驱动线和测量的拾取线的X-Y坐标处的表面特征。传感器100可顺序地激活其他驱动线，以检测在其他X-Y坐标处的表面特征。
激活电路126和检测电路120可位于任何位置。在一些实例中，它们可以是传感器100的部分。例如，它们可被嵌入覆盖层100内，其中它们可邻近于驱动线和拾取线，或在驱动线和拾取线之下。在一些实例中，它们可被提供为独立于传感器100制造或出售的单独的组件(例如，激活组件和检测组件)。
在实施例中，驱动线和拾取线可借助光刻技术(例如，沉积或离子交换金属化、掩模形成、蚀刻)形成。例如，驱动板和/或拾取板可通过沉积导电层、在导电层之上图案化掩模、以及将导电层蚀刻到多个平行线中而形成。各个层可使用这样的技术在彼此的顶部上接连形成。如图1和图2中所图示的，以这样的方式形成各个层可导致绝缘层106和驱动板102的阶梯形状。
更具体地，在一个实施例中，拾取元件104以基本上平行的配置被布置，例如，在覆盖层110的表面上。如图2中所示，介电层106随后以这样的方式沉积在拾取元件104之上：介电层覆盖每个拾取元件并延伸到邻近的拾取元件之间的间隙中，从而界定平行于介电层106的下表面中的拾取线104的间隔开的槽。随后，驱动元件102以使得每个驱动线102的部分流到于介电层106中形成的槽中并填充该槽的方式按平行带沉积在介电层106之上。
图3图示了可替代的传感器100A，其中，驱动线102A、拾取线104A以及绝缘层106A是平面的。通常，驱动线、绝缘层、拾取线以及覆盖层可具有任何形状。
在实施例中，传感器包括其他层。例如，导电层可在驱动线和拾取线之下形成。导电层可保护拾取线不受噪声的影响，并可提供接地电势。在实施例中，附加的探头可形成并电连接到接地电势。接地的探头可邻近一个或多个导电探头108放置，并可保护该一个或多个导电探头108不受噪声影响。
在实施例中，导电探头的结构(例如，通路)可通过机械打孔、化学蚀刻、反应离子蚀刻、激光打孔、和/或其他微加工工艺形成。
图4图示了电传感器100的顶部视图。该图图示了骑跨拾取线104和邻近的绝缘层106之间的边界的每个导电探头108。该图还示出了多个导电探头108可被布置在网格图案中，以基本上与驱动线102和拾取线104之间的交叉位置相对应。
图5图示了电传感器100的侧视图。所图示的实施例示出了每个导电探头108形成经过覆盖层110的通路。虽然所图示的实施例示出了与拾取板104接触的导电探头108，但是在其他实施例中，导电探头108可电绝缘于拾取板104。此外，虽然所图示的实施例示出了导电探头108的顶端与感测表面101齐平，但是在其他实施例中，顶端可位于感测表面之下，使得覆盖层110更好地对抗环境条件来保护导电探头108。
图6图示了覆盖层110的顶部表面接触邻近放置的对象(如指尖200)的感测表面101的情况。图6中的驱动线102和拾取线104之间的耦合可被模型化为电容。电容包括来自两条线之间的边缘电场的边缘电容，随后在本公开中对其进行说明。驱动线102和导电探头108之间的耦合也可被模型化为电容。
边缘电场图示在图7中，图7示出了在没有对象接近电传感器100的情况下的驱动线102和导电探头108之间的场线302，以及驱动线102和拾取线104之间的场线304。图7图示了骑跨拾取线104和其邻近的介电层106之间的边界来放置导电探头108的优势。更具体地，在一些实例中，在拾取线104处执行的检测依赖于检测由耦合拾取线104和驱动线102的边缘电场提供的信号。边缘电场中的改变可指示接近电传感器100的对象。然而，如图7中所图示的，探头108是防止导体内电场的存在的导体。在一些示例中，导电探头108中的每个可被放置在相对于驱动板和拾取板的许多位置中的任何一个中，如在驱动板102的顶部上且集中在邻近于拾取板104的绝缘材料之上的位置、集中在拾取板104之上的位置、骑跨拾取板104和驱动板102的位置、或其间的任何位置。在图4中，这些位置中的三个各自被图示为位置108-1、108-2以及108-3。图7图示了骑跨配置，其中，导电探头108移向拾取元件104的一个边缘(例如，左侧边缘)。这样的配置优化了边缘电场，以形成靠近其他边缘(例如，右侧边缘)的拾取线104。
图8图示了如指尖200的对象触摸传感器100的感测表面101的情况。该图示出了指尖200的脊202、204提供到接地的低阻抗路径。更具体地，指尖200的脊202、204可与导电探头108A和108C物理接触，使得脊202、204提供到接地的AC路径。例如，使导电探头108A接地可使拾取线104A接地，从而衰减在拾取线104A处所接收的信号。换句话说，驱动线102和拾取线104A之间的边缘电场304A以及驱动线102和导电探头108A之间的边缘电场302A，在相应的导电探头108A接触脊202时，可被改变。改动可削弱在拾取线104A处的边缘电场的强度，这可衰减在拾取线104A处所检测到的信号。因此，对于指纹感测，在拾取线104A和驱动线102之间的交叉位置处衰减的信号可被解释为在交叉位置或探头的位置处的指纹脊。
图8还示出了当指纹200的谷206位于导电探头108B之上时，在阻抗敏感的电极对之下的、驱动线102和拾取线104B之间的边缘电场304B以及驱动线102和导电探头108B之间的边缘电场302B基本上不受影响。更具体地，该图图示了位于导电探头108B之上的谷206。谷206提供间隙，相较于在脊202处与导电探头108A接触的指尖200，该间隙电降低导电探头108B到指尖200的阻抗，从而相较于在拾取线104A处降低拾取线104B处的信号衰减的量。
图9图示了介电区域130在传感器主体101的顶部、底部或两端上分开导电探头108和拾取线104的实施例。间隙可被模型化为将导电探头108耦合到拾取线104的电容。电容耦合可在指尖200的脊与拾取线104的相应的导电探头108接触时，为拾取线104提供AC接地。
类似图8，图9也示出了使导电探头108接地可改变拾取线104周围的边缘电场。改变的边缘电场可能导致在驱动线102和拾取线104之间的交叉位置处所检测到的衰减的信号。衰减可被解释为对象与交叉位置或探头的位置接触。
图10图示了绝缘层112位于覆盖层110的顶部表面上在导电探头108之上的实施例。在一些实例中，绝缘层112包括不同于覆盖层110的绝缘材料的材料。在一些实例中，绝缘层112可包括与构成覆盖层110的材料相同的材料。在这样的实例中，绝缘层112可被认为是不同于覆盖层110的层，不同之处在于该绝缘层112可在覆盖层110形成之后沉积或以其他方式形成。在某些情况下，绝缘层112可能是透明的。
在图10中，感测表面101位于绝缘层112的顶部表面处，而不是覆盖层110的顶部表面处。绝缘层112可在导电探头108和触摸感测表面101的对象(如指尖的脊)之间提供电容耦合。绝缘层112的介电常数ε和厚度d可选择，以在如指尖的脊的对象触摸感测表面101时，提供从导电探头108到AC接地的低阻抗路径。
图11图示了还包括被放置在导电探头108之上的绝缘层112A的实施例。所图示的实施例图示了被放置在覆盖层110的顶部表面上的电极105。在一些情况下，这样的电极可扩展在覆盖层110的顶部表面处的导电探头的表面区域。增加的表面区域可增加在触摸感测表面101的对象和导电探头108之间的电容耦合。在一些实例中，电极105电连接到导电探头108。在一些实例中，电极105与导电探头108电绝缘，但在电极105和导电探头108之间的绝缘仍可提供它们之间的电容耦合。
在实施例中，传感器包括邻近于导电探头的至少一个接地的探头。接地的探头可保护导电探头不受噪声(例如，串扰)的影响，并且可更好地聚焦在相应的拾取元件处接收的信号。在一些情况下，接地层被放置在覆盖层和阻抗敏感的电极对之间，且接地的探头连接到该接地层。例如，参考回图1，传感器100可包括第二多个导电探头。在第二多个第二探头中的探头可具有与导电探头108相同的尺寸，或可具有不同的尺寸(例如，可以更厚或更薄，以及可以更短或更长)。第二多个第二探头中的每个可被放置在导电探头108之间。在一种实例中，第二多个探头中的每个可沿着连接两个导电探头108的假想线被设置。在一种实例中，第二多个探头可被布置成使得导电探头108和第二多个探头形成交错的图案(例如，第二多个探头中的一个被设置在四个邻近的导电探头108之间)。传感器100可具有用作接地层的另一导电层。例如，接地层可在驱动线102之下形成。接地层和驱动线102可由另一绝缘(例如，介电)层分开。第二多个导电探头中的每个可延伸通过绝缘层106和其它绝缘层，以电连接到接地层。第二多个导电探头中的每个可延伸到与感测表面101齐平，或可终止在感测表面101以下的位置处。如以上所论述的，多个第二导电探头可有助于聚焦信号于拾取元件104处。
根据以上的实施例所描述的结构提供的优势，诸如：
设计
·人机工程学和可用性
·简化的集成和增强的持久性
·对增加的生物计量性能的用户反馈
·与应用图形和动画的直接交互
在挪威专利申请20131423、挪威专利申请20130289以及美国专利申请号14/183,893(美国专利申请公开号2014/0241595)中提供了用于形成具有导电探头、驱动板以及拾取板(包括用于这样结构的其他实施例和其他布置)的附加细节，这些专利的全部内容通过引用并入本文。
以下附图图示了示例电路，其被配置为向驱动线提供驱动信号并处理在拾取线处所检测到的信号。
图12示出了拓扑结构的落点传感器前端的示例的电路图，该落点传感器使用了单极双掷开关组或SPDT组，以扫描拾取板行和单极单掷开关组，从而多路复用拾取板列。图12的传感器包括顶板(即，拾取板)902a、902b、…902n，底板(即，驱动板)906a-906n，以及参考顶板(即，拾取板)905。载波信号源916为底板906a-906n产生驱动信号，该底板906a-906n经由由驱动控制线940控制的开关选择性地连接到载波信号源916。
在图12中，我们看到在扫描过程开始时模拟开关944a-944n(由开关控制线946控制)的快照。仅底板90a(有源底板)连接到载波信号源916。仅第一SPDT开关944a显示为处于“闭合”位置，这使拾取板902a将其板信号传导到差分放大器980中。剩余的拾取板经由开关944n对地短路，防止由该剩余的拾取板接收的任何拾取信号进入差分放大器980中。
每个SPDT由于现实世界的开关没有给出完美的隔离的事实而具有寄生电容945。事实上，隔离的量随着频率减少，通常通过开关极点两端的并联电容器模型化。通过使用SPDT开关，我们在个别板无源时可将该电容并联到地。由于有等同于拾取板数量的大阵列的开关，对于500dpi传感器通常为200，并联到地的有效电容是那个数量的倍数。因此，如果给定的开关具有0.5微微法拉的寄生电容且有200个拾取器，则将总计达100微微法拉的总并联电容。
为了防止这样大的电容将所接收的信号中的大部分从有源拾取器转移到接地，在该示例中使用补偿电路是可取的。这通过使用谐振电感器939、形成与寄生电容器945(每个开关一个)连接的典型的带通滤波器电路连同调谐电容器934和937来完成。两步零值&峰值调谐校准程序在调谐电容器934和937使用差分放大器980的正和负两个输入端上的相同的驱动信号各自以电感939调谐时使用。以电感939以及谐振电容器934和937形成的两个带通滤波器，在差分放大器980没有零信号时将分别被调谐到相同的中心频率。接着，电容器934和937以及电感器939使用差分放大器980的正和负输入端上的、具有相反的180度相位的差分输入信号被一起调谐。它们在锁定步骤中递增，直至达到准确的驱动载波频率，这发生在差分放大器980的输出处于其峰值时，使中心频率等于载波驱动信号916的准确频率。
在系统实施中，校准程序将在每个指纹扫描之前执行，以最小化该滤波器随着时间和温度的偏移。谐振电感器939需要具有至少为10的Q或质量因数，以给出滤波器对于优化信噪比必要的适当带宽特性。
图13示出了采用共同接地的多组板907a、907b的设备(前端电路900b)的代替的示例，每组板具有其自己的差分放大器980a、980b。#1组907a的拾取线通过由拾取控制线945连接的开关944a-944n被选择性地控制到差分放大器980a，以及#2组907b的拾取线通过由拾取控制线945控制的开关945a-945n被选择性地连接到差分放大器908b。
将大量的平行拾取板划分成各包含较少量的板的组是替代的架构，该架构将不需要使用在前端的调谐的带通滤波器，因为寄生开关电容将大大地降低。这将具有两个可能的优势，首先较低的成本，其次具有频率灵活的前端的能力。在该图中我们有组907a的第一开关944a是有源的前端的快照。所有其他开关组907b显示为非活动的，将它们各自的板短接到地。因此，只有电压或电流差分放大器980a具有传导到其中的任何板信号，电压或电流差分放大器980b通过其各自的开关945a-945n以及945r使它们的正和负两个输入端短接到地，防止来自这些组的任何信号对总输出做出贡献。
差分放大器980a、980b中的每个经过电阻器987a、987b分别累加到求和放大器985中。在该快照中，仅差分放大器980a具有通入其中的板信号，因此它独立地产生信号到求和放大器985的输入端。该过程顺序地重复，直至全部或基本上全部的开关组907a、907b等以及整个阵列的开关板944a-944n、945a-945n等被完全扫描。
通过分解拾取阵列，在每个板上的电容输入负载从全阵列的开关的数量降低到给定板组内的开关的数量。例如，将196个潜在的拾取板分成14组14个板，使电容负载等于14个开关(944)的寄生电容，加上差分放大器的电容负载。如果模拟开关944以非常低的寄生电容构造，则整体的输入负载将足够小到不需要前端中的带通电路，以谐振出负载电容。随着集成的电路制造技术的提高，我们将能够设计具有更小寄生电容的更小的开关，使该方法变得更具吸引力。
图14图示了使用单独的板缓冲器的前端电路的另一示例，该板缓冲器被多路复用到第二级差分放大器中。
如图所示的缓冲器982a到982n是被设计为具有非常低的输入电容的特殊缓冲器。在一个实施例中，这些缓冲器能够被配置为单级级联的放大器，以便最小化漏栅米勒电容和管芯区域。为了更好地最大化板到板的隔离，两组开关能够用于每个输入端。模拟开关930a-930n被包括在该示例中，以将每个选择的缓冲器多路复用到差分放大器980中。缓冲器电源开关932a-932n被包括，以同时关闭未选择的所有其他输入缓冲器的电源。这有效地使它们处于接地电势上。替代的实施例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与接地的短路。该方法的一个效果可以是每个板的输入负载电容的增加。
图14示出了扫描过程的快照，其中，底板906a是有源的，并且顶板902a通过缓冲器982a被感测，该缓冲器982a具有通过开关932a提供到其的电源。模拟开关930a为闭合的，使其通向差分放大器980。所有其他的缓冲器输出端经由模拟开关930b-n和电源开关982b-n与差分放大器980断开。
差分放大器980的正输入端总是通过低输入电容缓冲器982r连接到参考板902r，向放大器提供“空”信号参考。差分放大器980除了提供“空”参考载波值之外还用于减除噪声和共模载波信号。
图15示出了以传统模拟接收器技术实施的落点传感器1000的特定实施例。模拟前端以差分放大器1080开始，其中选择的拾取板1002a-n被从参考板中1005减去，该参考版1005位于手指接触区域的外面，提供等效于理想指尖谷的参考信号。可编程增益级或PGA1090跟随在差分放大器1080的后面，但能够被集成到在单级中提供增益和减少两者的同一块中。PGA 1090被设计为具有足够用于补偿在板蚀刻中的产物变化和层之间的焊料掩膜厚度的增益范围宽度。
控制处理器1030编排二维传感器板阵列的扫描。驱动板/列1006a-1006n经由驱动控制线1042由控制处理器1030中的底板扫描逻辑1040顺序地激活。当选择的驱动板被激活时，其连接到载波信号源1016。所有非活动驱动板连接到地。在激活序列中的下一驱动板之前，有源驱动板为了拾取板1002a-n的整行由控制处理器1030中的顶板扫描逻辑1045扫描而保持打开足够长的时间，该控制处理器1030顺序地闭合并随后打开模拟开关1030a、1030b、…1030n。
模拟混频器1074将增益上升板信号乘以参考载波1013。结果是基带加载波频率倍数下的谐波产物的典型频谱。模拟低通滤波器1025用来滤除不需要的谐波，并且必须具有足够尖锐的起伏(roll)，以在没有损失基带信息的情况下衰减与二次谐波相关联的信息。
跟随在低通滤波器1025后面的是放大器1077，随后是A/D转换器1074，该A/D转换器1074必须以至少两倍于像素速率的速率采样，以满足奈奎斯特准则。在控制处理器1030内的存储缓冲器1032以足够的规模本地存储A/D样本，以适应于主机控制器的最坏情况下的延迟。A/D采样控制线1078为转换器提供采样时钟，以获得通过板行和板列的排序而创建的顺序的像素信息。
图16示出了以直接数字转换接收器技术实施的落点传感器1100的一个实施例的示例。在该示例中，模拟前端以差分放大器1180开始，其中选择的拾取板1102a-n被从参考板中1105减去，该参考版1105位于手指接触区域的外面，提供等于理想手指谷的参考信号。这些信号的电减法执行几个功能：第一，宽带共模被减除；第二，减去参考板1105提供等效于理想脊谷的相对参考信号；第三，耦合到除了通过手指的两板中的共模载波信号也被减除。共模的消除在高RF噪声环境中是特别重要的。在拾取板中的蚀刻变化的一阶载波消除也发生在我们减除通过不同于通过放置在传感器上的手指的其他方法耦合进去的载波时。这对于低成本地进行大批量制造是关键的。
可编程增益级或PGA 1190跟随在差分放大器1180的后面，该差分放大器1180能够容易地组合成单个差分放大器，该单个差分放大器包括通常在现代集成电路设计中完成的可编程增益。PGA 1190被设计为具有足够用于补偿在板蚀刻中的产物变化和层之间的焊料掩膜厚度的增益范围宽度。
控制处理器1130编排二维传感器板阵列的扫描。驱动板/列1006a-1006n经由驱动控制线1142由控制处理器1130中的底板扫描逻辑1140顺序地激活。当选择的驱动板被激活时，其连接到载波信号源1116。所有非活动驱动板连接到地。在激活序列中的下一驱动板之前，有源驱动板为了拾取板1102a-n的整行由顶板扫描逻辑1145扫描并由A/D转换器1125捕获而保持打开足够长的时间，该顶板扫描逻辑1145经由模拟开关1130a、1130b等顺序地将拾取板1102a-n连接到差分放大器1180。
A/D转换器1125在至少两倍于载波频率的速率下被采样，以满足奈奎斯特准则。A/D采样控制线1107为转换器提供采样时钟，以获得通过板行和板列的排序而创建的序列像素信息。
跟随在A/D转换器后面的是数字地将处于载波频率的A/D输出乘以由数字控制的振荡器1110(经由振荡器频率设置线1146耦合到控制处理器1130)产生的参考载波的数字混频器1118。结果是信号随着载波的移除被降频转换为基带。还有由该过程产生的其他不需要的频谱成分，即双时间载波边带，但这些双时间载波边带可容易地被滤除掉。
抽取器和数字滤波器组合1120跟随在数字混频器1118的后面。该块执行采样降频转换，将采样速率从至少两倍的载波频率降低到至少两倍的低得多的像素速率。数字滤波器将通常包括级联的积分梳妆滤波器或CIC滤波器，其移除了混频的不需要的频谱副产物并改进了接收器的信噪比。CIC滤波器提供高效的方式来在用数字混频器将信号混合降频到基带之后创建窄的带通滤波器。CIC滤波器之后可跟随运行在较低抽取速率下以校正带通下降的FIR滤波器。
随着大约100:1的量级的采样速率的降低，相对小的控制处理器缓冲器(1132)能够用于捕获整个指纹。例如，生成40k像素的200×200阵列能够存储在40kb的缓冲器中。这不同于必须在足够快速的速率下扫描部分图像帧以跟上最快允许的刷取速度的刷取传感器，这个通常在200ms左右。同时，两秒钟的缓慢刷取也必须纳入，需要十倍的存储量作为最快的一个。已经开发了各种技术来丢弃存储之前的冗余的采样线，但即使这样，对于刷取传感器的实时存储的需求要大得多。这在存储容量有限的片上匹配应用中是关键因素。此外，落点传感器对主机处理器没有超出了用户保持他们的手指在位置上的耐心上的实时数据采集或处理要求。
图17图示了根据本公开所配置的设备可如何应用到指纹感测应用。用户将带有指纹(1510)的手指放置在传感器网格之上，该传感器网格由驱动板(1506a-1506n)和拾取板(1502a-1502m)的交叉位置形成。图像像素1561a感测在驱动板1506a和拾取板1502a的电极对之上的指纹区域，像素1561n感测驱动1506n和拾取1502a的交叉，以及像素1562n感测在驱动1506n和拾取1502m的交叉之上的区域。
图18图示了使用图12-16中所示的实施例收集如图17中所示的指纹图像所需的步骤。图像捕获开始于步骤1601。作为初始化的部分，在步骤1602中将行计数器初始化为1。步骤1603是行扫描序列的开始。在每行的开始处，在步骤1603中将列计数器设置为1。在步骤1604中，顶板扫描逻辑1145为选择的行激活相应的模拟开关(1130a到1130n中的一个)。在步骤1605中，单个像素的感测开始于在底板扫描逻辑1140以载波信号1116激活适当的驱动板(1106a到1106n中的一个)时。在步骤1606中，来自差分放大器1180的信号在通过可编程增益放大器1190处理之后由A/D转换器1125重复采样。数字混频器1118将采样混合降频到由数字振荡器1110设置的基带频率。随后，基带信号由数字抽取滤波器1120滤波，以为当前的像素产生信号电平值。为图16的实施例中的该步骤执行的功能能够可替代地由图15中所示的相应的模拟接收器或其他功能上类似的布置执行。在步骤1607中，于步骤1606中得到的信号电平值存储在存储缓冲器1132中的适当的位置中，该适当的位置对应于当前选择的行和列。在步骤1608中递增列数，以及在步骤1609中测试列数以确定当前的行收集是否已经完成。如果行还没有完成，则我们返回到步骤1605以收集该行中的下一像素。如果行已经完成，我们前进到步骤1610并递增行数。在步骤1611中，我们测试行数以确定所有的行是否已经被扫描。如果没有，流程返回到步骤1603以回到第一列开始下一行。一旦所有行已经被扫描，则图像捕获完成，并我们前进到步骤1612，在这点上，图像准备好用于进一步的处理或转移到长期存储器。
本领域中的这些技术人员将认识到，行和列扫描顺序可能不直接对应于阵列中的物理位置，因为一些实施例可能更优化地以交错的方式采样。
在图19和图20中，示出了用于用户认证应用的示例。在步骤1701中，处理器上的系统级应用需要用户认证。在步骤1702中，提示用户提供用于验证的手指。系统等待待在步骤1703中检测的手指的出现。这可通过收集如在图18和图20中所描述的减小的尺寸图像并测试手指图像，或经由其他专用的硬件来执行。一旦检测到手指的出现，则在步骤1704中使用图18中所描述的方法或其他基本上类似的方法来收集完整的图像。随后，该图像被存储并在步骤1705中被转换成模板，通常由细节点位置和类型(如分叉1710和末端1711)的布局图组成，或可能由脊的频率和定向的布局图组成，或两者的某种组合的布局图组成。随后在步骤1707中，模板与从步骤1706中的持久模板存储中检索的一个或多个登记的模板进行比较。如果发现匹配，则用户在步骤1708中被认证并准许访问应用。如果发现不匹配，则用户在步骤1709中被拒绝并访问被拒绝。
虽然在附图中已经描述并示出了某些示例性实施例，但是应理解的是，这样的实施例仅是说明性的，而不是对本公开的限制，以及本文中所公开的发明不限于所示出和描述的特定结构和布置，因为对于本领域中的这些普通的技术人员来说各种其他的修改可能出现。因此，说明书和附图被视为说明性意义的而不是限制性意义，并且各种各样的连接的可替代的布置和/或数量、形成电路的晶体管的布置和数量、以及其他特征和功能在不背离本公开的精神和范围的情况下可以出现。类似地，本说明书中未明确提及的组件在不背离本公开的精神和范围的情况下可被包括在本公开的各种实施例中。同样，如对于本领域中的一个技术人员来说将是清晰的，被描述为被执行以制作本公开的各种实施例中的某些组件的不同的处理步骤和集成电路制造业务，在不背离本公开的精神和范围的情况下，能够在完全或部分地制作不同组件或在本说明书中未明确提及的组件的不同配置中容易地执行。因此，以说明意义而非以限制性意义看待说明书和附图。
而且，本发明在许多领域特别是在生物计量传感器中具有应用。例如，出于安全和便利的原因，指纹传感器和其他生物计量传感器被越来越多地接受用在各种各样的应用中。根据本发明配置的设备、系统和方法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。此外，本发明可扩展到将受益于组件的验证的设备、系统和方法。如以上所论述的，本发明包括使主机和传感器具有以上组件的任何组合或子集的能力，其以最适合系统的预期的应用的方式被布置和配置。本领域中的这些技术人员将理解的是，本文中所描述的组件的不同组合和排列可能在本发明的精神和范围内，这由所附权利要求、它们的同等论述、以及还有在未来的相关应用中的表达的权利要求和它们的同等论述定义。
本发明还可能涉及由计算机处理器(如微处理器)执行的一些功能。微处理器可能是通过执行定义本发明实施的具体任务的机器可读软件代码而根据本发明被配置为执行具体任务的专业或专用微处理器。微处理器也可被配置为操作其他设备和与其他设备通信，如直接存储器存取模块、存储器存储设备、互联网相关硬件、以及涉及根据本发明的数据的传输的其他设备。可使用软件格式，如Java、C++、XML(可扩展标记语言)以及可用于定义涉及需要进行本发明相关的功能操作的设备操作的功能的其他语言，对软件代码进行配置。代码可以不同的格式和风格书写，许多格式和风格对于本领域中的这些技术人员来说是已知的。不同的代码格式、代码配置、风格以及软件程序的格式和配置用于根据本发明定义微处理器的操作的代码的其他装置将不背离本发明的精神和范围。
在不同类型的设备中，如笔记本电脑或台式计算机、具有处理器或处理逻辑的手持式设备、以及还有可能是计算机服务器或利用本发明的其他设备，存在着用于存储和检索信息同时执行根据本发明的功能的不同类型的存储设备。高速缓冲存储器装置常常被包括在这样的计算机中，用于由中央处理单元作为频繁存储和检索的信息的方便的存储位置而使用。类似地，持久性存储器也频繁与这样的计算机一起使用，用于保持频繁由中央处理单元检索的信息，但不像高速缓冲存储器，信息在该持久性存储器中不经常改变。主存储器也通常被包括，用于存储和检索更大量的信息，如被配置为在由中央处理单元执行时根据本发明执行功能的数据和软件应用。这些存储器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)、闪存以及可通过中央处理单元来存储和检索信息的其他存储器设备。在数据存储和检索操作期间，这些存储器设备被转换为具有不同状态，如不同电荷、不同磁极性以及类似物。因此，根据本文中所描述的发明来配置的系统和方法使这些存储器设备能够物理转换。因此，本文中所描述的发明是针对在一个或多个实施例中使存储器设备能够转换到不同状态中的新的和有用的系统和方法。本发明不限于任何具体类型的存储器设备，或分别用于将信息存储到这些存储器设备以及从这些存储器设备检索信息的任何常用的协议。
术语“机器可读介质”应包括存储一个或多个指令集的单介质或多介质(例如中心式或分布式数据库，和/或相关高速缓冲存储器和服务器)。术语“机器可读介质”还应当包括能够储存、编码或携带指令集的任何介质，其中这些指令集由机器执行或使机器执行本发明的任一种或多种方法学。机器可读介质包括通过机器(例如，计算机、PDA、移动电话等)提供(即，存储和/或传输)可读形式的信息的机构。例如，机器可读的介质包括存储器(如上所描述的)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；生物电、机械系统；电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)。设备或机器可读的介质可包括微型机电系统(MEMS)、纳米技术设备、有机、全息、固态存储设备和/或旋转的磁盘或光盘。设备或机器可读的介质在指令的部分已经被分到不同的机器中时可被分配，如贯穿整个计算机的互连或作为不同的虚拟机。
虽然某些示例性实施例已经在附图中描述和示出，但是应理解，这样的实施例仅是广泛法明的说明并不局限于此，以及本发明不限于示出和描述的构造和布置，因为对于本领域中的这些普通技术人员来说各种其他的修改可能出现。因此，以说明意义而非以限制性意义看待说明书和附图。
说明书中引用“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”或“其他实施例”意为联系实施例所描述的具体的特征、结构或特性被包括在至少一些实施例中，但不一定是所有实施例。“一个实施例”，“实施例”或“一些实施例”的各种出现不一定都指代相同的实施例。如果说明书规定组件、特征、结构或特性“可”、“可能”或“能够”被包括，该具体的组件、特征、结构或特性不需要被包括在内。如果说明书或权利要求提到“一个(a)”或“一个(an)”元件，这不意味着只有一个元件。如果说明书或权利要求提到“附加”元件，这并不排除有超过一个的附加元件。
除非另有定义，本文使用的所有技术、标记的术语以及其他技术术语具有本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同意思。所有专利、应用、公布的应用以及本文提及的其他应用全部引入作为参考。如果在本节中提出的定义违背专利、应用、公布的应用以及本文中通过引用引入的其他应用中提出的定义或与其不一致，则在该节中提出的定义胜过在此通过引用引入的定义。
本说明书在描述组件、器材、位置、特征或它们的部分的位置和/或定向时可使用相对的空间和/或定向术语。除非特别声明，否则由说明书的上下文叙述的这样的术语，包括在没有限制的情况下、顶部、底部、以上、以下、在下面、在顶部、上面、下面、左侧、右侧、前面、后面、紧接、邻近、之间、水平、竖直、对角线、纵向、横向、径向、轴向等，用于方便指出附图中这样的组件、器材、位置、特征或它们的部分且不旨在限制。
此外，除非另有声明，否则本说明书中提及的任何特定的尺寸仅是实施本发明的方面的设备的示例性实施的描写，而不旨在限制。
方法、系统和设备包括用生物计量系统的新的方式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。虽然该实施例是在验证生物计量的设备(如指纹传感器)的设备、系统和方法的背景下描述和说明的，但是本发明的范围扩展到这样的功能在其中是有用的其他应用。此外，虽然以上描述已经参考了本发明的具体实施例，但应认识到，这些仅是本发明的说明，以及在不背离本发明的原理的情况下可对这些实施例做出改变，改变的范围由所附权利要求和与它们同等的论述定义。

Claims (32)

1.一种指纹传感器，包括：
第一导体，所述第一导体形成为驱动线；
第二导体，所述第二导体形成为拾取线，其中，所述驱动线被定向为基本上横向于所述拾取线；
介电层，所述介电层分开所述驱动线和所述拾取线；其中在所述拾取线重叠所述驱动线的交叉位置处定义阻抗敏感的电极对；
检测电路，用于检测所述阻抗敏感的电极对处的信号；
覆盖层，所述覆盖层由绝缘材料形成并位于所述拾取线重叠所述驱动线的交叉位置之上；以及
导电探头，所述导电探头被嵌入在所述覆盖层内并具有第一端和第二端，其中，所述第一端接近所述交叉位置且所述第二端接近所述覆盖层的顶部表面以将所述指纹传感器的感测表面从所述拾取线的顶部表面延伸到所述覆盖层的顶部表面。
2.根据权利要求1所述的指纹传感器，其中，所述导电探头被配置和定向成使得所述导电探头的厚度在所述交叉位置处部分地重叠所述拾取线。
3.根据权利要求2所述的指纹传感器，其中，所述导电探头被配置和定向成使得所述导电探头的一半厚度在所述交叉位置处重叠所述拾取线，且所述导电探头的一半厚度重叠邻近所述拾取线的绝缘材料。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述导电探头的所述第一端在所述交叉位置处与所述拾取线接触。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述导电探头的所述第一端在所述交叉位置处通过介电区域与所述拾取线分开。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述导电探头的所述第二端与所述覆盖层的所述顶部表面共面。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，还包括电连接到接地电势的第二导电探头。
8.根据权利要求7所述的指纹传感器，还包括介于所述覆盖层和所述驱动线以及所述拾取线之间的接地层，其中，所述第二导电探头电连接到所述接地层。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述指纹传感器的结构是触摸使能设备的触摸屏幕的部分。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述覆盖层由选自由以下项组成的组中的材料形成：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯以及柔性聚合物基板。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述导电探头由选自由以下项组成的组中的材料形成：铜、铟锡氧化物、由碳纳米管、石墨粉末或铜制成的导电膏、包括银、铜或石墨的导电粘合剂以及导电聚合物。
12.根据权利要求1中的任一项所述的指纹传感器，还包括激活电路，所述激活电路被配置为向所述驱动线提供信号。
13.根据权利要求12所述的指纹传感器，还包括与所述驱动线相关联的开关，所述开关被配置为选择性地将所述驱动线连接到所述激活电路。
14.根据权利要求1所述的指纹传感器，还包括与所述拾取线相关联且被配置为选择性地将所述拾取线连接到所述检测电路的开关。
15.根据权利要求1-3中的任一项所述的指纹传感器，还包括绝缘层，所述绝缘层在所述覆盖层的所述顶部表面上高于所述导电探头。
16.一种指纹传感器，包括：
第一导电层，所述第一导电层形成为多个平行的驱动线；
第二导电层，所述第二导电层形成为多个平行的拾取线，其中，所述多个平行的驱动线被定向为基本上横向于所述多个平行的拾取线；
介电层，所述介电层将所述第一导电层和所述第二导电层分开，其中每个交叉位置定义阻抗敏感电极对，在所述交叉位置处所述多个平行的拾取线中的一个重叠所述多个平行的驱动线中的一个；
检测电路，用于检测所述阻抗敏感的电极对处的信号；
覆盖层，所述覆盖层由绝缘材料形成，并位于所述第一导电层和所述第二导电层之上；以及
多个导电探头，所述多个导电探头被嵌入在所述覆盖层内，其中，所述多个导电探头中的每个具有第一端和第二端，其中，每个导电探头的所述第一端接近所述交叉位置中的相关的一个，以及其中，每个导电探头的所述第二端接近所述覆盖层的顶部表面以将所述指纹传感器的感测表面从所述多个平行的拾取线的顶部表面延伸到所述覆盖层的顶部表面。
17.根据权利要求16所述的指纹传感器，其中，每个导电探头被配置和定向成使得每个导电探头的厚度在所述交叉位置处部分地重叠所述多个平行的拾取线中的一个。
18.根据权利要求17所述的指纹传感器，其中，每个导电探头被配置和定向成使得每个导电探头的一半厚度在所述交叉位置处重叠所述多个平行的拾取线中的一个，且所述导电探头的一半厚度重叠邻近所述拾取线的绝缘材料。
19.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述导电探头中的每个的所述第一端与所述多个平行的拾取线中的一个在所述交叉位置处接触。
20.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述导电探头的所述第一端通过介电区域与所述平行的拾取线分开。
21.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述导电探头中的每个的所述第二端与所述覆盖层的顶部表面共面。
22.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，还包括各电连接到接地电势的第二多个导电探头。
23.根据权利要求22所述的指纹传感器，还包括介于所述覆盖层和所述多个平行的驱动线以及所述多个平行的拾取线中的至少一个之间的接地层，其中，所述第二多个导电探头各电连接到所述接地层。
24.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述指纹传感器的结构是触摸使能设备的触摸屏幕的部分。
25.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述覆盖层由选自由以下项组成的组中的材料形成：玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯以及柔性聚合物基板。
26.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，其中，所述多个导电探头中的每个由选自由以下项组成的组中的材料形成：铜、铟锡氧化物、由碳纳米管、石墨粉末或铜制成的导电膏、包括银、铜或石墨的导电粘合剂以及导电聚合物。
27.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，还包括激活电路，所述激活电路被配置为向每个驱动线提供信号。
28.根据权利要求27所述的指纹传感器，还包括与每个驱动线相关联且被配置为选择性地将所关联的驱动线连接到所述激活电路的开关。
29.根据权利要求16所述的指纹传感器，还包括与每个拾取线相关联且被配置为选择性地将所关联的拾取线连接到所述检测电路的开关。
30.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，还包括多个电极，所述多个电极跨所述覆盖层的顶部表面延伸，并被配置为耦合两个或多个导电探头的所述第二端。
31.根据权利要求30所述的指纹传感器，其中，每个电极连接至两个或多个导电探头，以电流式耦合连接到每个电极的所述导电探头，或每个电极与两个或多个导电探头电绝缘并被配置为电容耦合所述两个或多个导电探头。
32.根据权利要求16-18中的任一项所述的指纹传感器，还包括绝缘层，所述绝缘层在所述覆盖层的所述顶部表面上高于所述导电探头。
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