CN107016335A - 电容式指纹感测装置 - Google Patents
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Abstract
一种电容式指纹感测装置，包含多个感测电极、感测驱动器及处理模块。于第一自电容感测模式下，感测驱动器选择相邻的M个感测电极合并为第一感测电极组进行第一自电容感测，以得到第一自电容指纹感测信号；于第二自电容感测模式下，感测驱动器选择相邻的N个感测电极合并为第二感测电极组进行第二自电容感测，以得到第二自电容指纹感测信号。M与N为大于1的正整数。处理模块根据第一与第二自电容指纹感测信号产生第一与第二自电容指纹图像并合成为第三自电容指纹图像。相邻的M个感测电极与相邻的N个感测电极是共用至少一感测电极。
Description
技术领域
本发明与指纹感测有关，尤其是关于一种能够同时兼顾良好的指纹感测能力与高解析度要求的电容式指纹感测装置。
背景技术
随着科技的进步，电容式指纹感测技术可广泛地应用于各种电子装置，尤其是可携式电子装置，例如智能手机、笔记本电脑及平板电脑等。由于指纹感测技术具有高解析度的要求，在IAFIS规范下，指纹感测晶片需至少具有500dpi的解析能力且其单位感测面积需为50um*50um。
请参照图1，传统的指纹感测器阵列(Fingerprint Sensor Array)是由多个感测电极SE构成，假设各感测电极SE之间的X方向间距与Y方向间距分别为Dx与Dy，当指纹感测驱动器12分别驱动各感测电极SE进行自电容指纹感测时，若是指纹脊按压于感测电极SE上，则感测电极SE会感测到较大的电容量；若是指纹谷按压于感测电极SE上，则感测电极SE会感测到较小的电容量。由此，处理模块14即可根据各感测电极SE所感测到的电容量大小得到在X方向具有1/Dx解析度且在Y方向具有1/Dy解析度的自电容指纹感测图像，其中自电容指纹感测图像中的各单位像素会分别对应各感测电极SE的感测重心位置P。当Dx＝Dy＝50μm时，自电容指纹感测图像具有508dpi解析度，故可符合IAFIS对解析度的规范。
传统的自电容指纹感测技术虽可满足IAFIS对解析度的规范，但为了避免长时间使用或摩擦造成应用于可携式电子装置的指纹感测器的平整度变差而导致指纹感测效果不佳，在指纹感测器上通常会覆盖有保护层(例如蓝宝石玻璃)，由于保护层通常具有一定的厚度(例如100μm)，在此情况下若使用具有500dpi解析度的指纹感测器阵列，则其感测到的电容变化量较低，容易被杂讯所干扰，导致指纹辨识的难度大幅提高；若加大指纹感测器的尺寸(Size)虽可提升电容感测值，但却也同时导致解析度降低。
由上述可知：传统所采用的自电容指纹感测技术目前仍难以同时兼顾良好的指纹感测能力与高解析度的要求，亟待克服。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种电容式指纹感测装置，以有效解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。
根据本发明的一具体实施例为一种电容式指纹感测装置。于此实施例中，电容式指纹感测装置可分别操作于一第一自电容感测模式及一第二自电容感测模式下。电容式指纹感测装置包含多个感测电极、一感测驱动器及一处理模块。多个感测电极是以规律性的方式排列。感测驱动器耦接该多个感测电极，于第一自电容感测模式下，感测驱动器选择该多个感测电极中彼此相邻的M个感测电极合并形成一第一感测电极组来进行一第一自电容感测，以得到一第一自电容指纹感测信号；于第二自电容感测模式下，感测驱动器选择该多个感测电极中彼此相邻的N个感测电极合并形成一第二感测电极组来进行一第二自电容感测，以得到一第二自电容指纹感测信号，其中M与N均为大于1的正整数。处理模块耦接感测驱动器，用以分别根据第一自电容指纹感测信号与第二自电容指纹感测信号产生一第一自电容指纹图像与一第二自电容指纹图像并将第一自电容指纹图像与第二自电容指纹图像合成为一第三自电容指纹图像。其中，形成第一感测电极组的M个感测电极与形成第二感测电极组的N个感测电极共用至少一感测电极。
于一实施例中，第三自电容指纹图像沿着至少一方向的解析度大于第一自电容指纹图像及第二自电容指纹图像沿着该至少一方向的解析度。
于一实施例中，第一自电容指纹图像的感测点与第二自电容指纹图像的感测点彼此交错互补，致使第三自电容指纹图像的解析度高于第一自电容指纹图像或第二自电容指纹图像的解析度。
于一实施例中，形成第一感测电极组的M个感测电极沿着水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相邻。
于一实施例中，形成第二感测电极组的N个感测电极沿着水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相邻。
于一实施例中，形成第一感测电极组的M个感测电极排列为包含P行感测电极与Q列感测电极的矩阵，其中M为P与Q的乘积。
于一实施例中，形成第二感测电极组的该N个感测电极排列为包含R行感测电极与S列感测电极的矩阵，其中N为S与T的乘积。
于一实施例中，多个感测电极具有一几何形状。
于一实施例中，多个感测电极具有相同或不同的尺寸大小或形状。
于一实施例中，多个感测电极进行排列的规律性的方式为矩阵排列、三角形排列或交错排列。
于一实施例中，电容式指纹感测装置进一步包含一切换模块，耦接于感测驱动器与处理模块之间，切换模块选择性地切换第一自电容感测模式与第二自电容感测模式并将第一自电容指纹感测信号与第二自电容指纹感测信号传送至处理模块。
于一实施例中，电容式指纹感测装置进一步包含一放大模块，耦接于切换模块与处理模块之间，用以对第一指纹感测信号与第二指纹感测信号进行放大处理后传送至处理模块。
于一实施例中，于第一自电容感测模式及第二自电容感测模式下，该多个感测电极中的未进行自电容感测的感测电极是耦接一遮蔽信号(Shielding signal)，以避免外界杂讯干扰。
于一实施例中，遮蔽信号为一直流信号、一交流信号、一接地信号或一感测相关信号。
于一实施例中，电容式指纹感测装置进一步包含另一感测驱动器，其时序与感测驱动器互补，该多个感测电极中的未进行自电容感测的感测电极通过另一感测驱动器耦接遮蔽信号。
于一实施例中，电容式指纹感测装置进一步包含一扫描驱动器。扫描驱动器通过多条扫描线分别耦接该多个感测电极中的多列感测电极。
于一实施例中，扫描驱动器以连续的顺序通过该多条扫描线驱动该多列感测电极。
于一实施例中，扫描驱动器于同一时间仅通过该多条扫描线中的一条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的一列感测电极。
于一实施例中，扫描驱动器于同一时间通过该多条扫描线中的至少两条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的至少两列感测电极。
于一实施例中，扫描驱动器以不连续的顺序通过该多条扫描线驱动该多列感测电极。
于一实施例中，扫描驱动器于同一时间仅通过该多条扫描线中的一条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的一列感测电极。
于一实施例中，扫描驱动器于同一时间通过该多条扫描线中的至少两条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的至少两列感测电极。
相较于现有技术，根据本发明的电容式指纹感测装置分别通过共用至少一感测电极的不同的自电容感测电极组进行自电容感测以分别得到不同的自电容指纹感测图像，再将该些不同的自电容指纹感测图像结合为合成指纹感测图像，使得合成指纹感测图像沿着至少一方向的解析度会大于不同的自电容指纹感测图像沿着该至少一方向的解析度。
因此，根据本发明的电容式指纹感测装置能够在不牺牲其高解析度的前提下有效提升单位感测电极所感应到的电容量，由以同时兼顾指纹感测能力与解析度的要求，有效克服传统的自电容指纹感测技术的缺点与限制。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为传统的电容式指纹感测装置的示意图。
图2A为根据本发明的一较佳具体实施例的电容式指纹感测装置的示意图。
图2B为操作于第一自电容感测模式下的电容式指纹感测装置在时间T1内进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P1～P3的示意图。
图2C为操作于第一自电容感测模式下的电容式指纹感测装置在时间T2内进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P4～P6的示意图。
图2D为操作于第一自电容感测模式下的电容式指纹感测装置依序在时间T1～T5内进行自电容感测后所得到的第一自电容指纹感测信号具有感测重心位置P1～P15的示意图。
图2E为操作于第二自电容感测模式下的电容式指纹感测装置在时间T6内进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P16～P17的示意图。
图2F为操作于第二自电容感测模式下的电容式指纹感测装置在时间T7内进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P18～P19的示意图。
图2G为操作于第二自电容感测模式下的电容式指纹感测装置依序在时间T6至T10内进行自电容感测后所得到的第二自电容指纹感测信号具有感测重心位置P16～P25的示意图。
图2H为将电容式指纹感测装置分别操作于第一自电容感测模式及第二自电容感测模式下所得到的第一自电容指纹感测图像与第二自电容指纹感测图像合成为具有感测重心位置P1～P25的第三自电容指纹图像的示意图。
图3A为扫描驱动信号GS1～GS6及感测驱动信号SS1～SS6在时间T1～T5内的时序图。
图3B为扫描驱动信号GS1～GS6及感测驱动信号SS1～SS6在时间T6～T10内的时序图。
图4A至图4D为根据本发明的电容式指纹感测装置的另一实施例。
图5A至图5B为根据本发明的电容式指纹感测装置的另一实施例。
图6为根据本发明的另一较佳具体实施例的电容式指纹感测装置包含两个扫描驱动器的示意图。
图7为感测驱动信号SS1～SS6以及彼此反相的扫描驱动信号GS1～GS6与GS1’～GS6’在时间T6～T10内的时序图。
图8A至图8D为感测电极以规律性的方式排列并可具有相同或不同的尺寸大小或形状的示意图。
图9A为指纹感测器阵列AR通过多工器MUX及控制器IC耦接至主机HOST的示意图。
图9B为指纹感测器阵列AR通过设置于控制器IC的多工器MUX耦接至主机HOST的示意图。
图9C为指纹感测器阵列AR通过多工器MUX、放大模块AMP及控制器IC耦接至主机HOST的示意图。
主要元件符号说明：
1、2、2’：电容式指纹感测装置
10、20、21：扫描驱动器
12、22：感测驱动器
14、24：处理模块
26：切换模块
SE：感测电极
Dx：感测电极的X方向间距
Dy：感测电极的Y方向间距
P1～P25：感测重心位置
G1～G6、G1’～G6’：扫描线
S1～S6：感测线
T1～T10：时间
GS1～GS6、GS1’～GS6’：扫描驱动信号
SS1～SS6：感测驱动信号
SHD：遮蔽信号
AR：指纹感测器阵列
MUX：多工器
IC：控制器
HOST：主机
AMP：放大模块
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种电容式指纹感测装置。于此实施例中，电容式指纹感测装置至少可分别操作于第一自电容感测模式及第二自电容感测模式下。电容式指纹感测装置至少包含多个感测电极、感测驱动器及处理模块。感测驱动器耦接该多个感测电极。处理模块耦接感测驱动器。该多个感测电极是以规律性的方式排列。
于第一自电容感测模式下，感测驱动器会由该多个感测电极中选择彼此相邻的M个感测电极合并形成第一感测电极组并驱动第一感测电极组进行第一自电容感测，以得到第一自电容指纹感测信号，其中该M个感测电极是沿着水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相邻；于第二自电容感测模式下，感测驱动器会由该多个感测电极中选择彼此相邻的N个感测电极合并形成第二感测电极组并驱动第二感测电极组进行第二自电容感测，以得到第二自电容指纹感测信号，其中该N个感测电极是沿着水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相邻。
需说明的是，M与N均为大于1的正整数，并且形成第一感测电极组的M个感测电极与形成第二感测电极组的N个感测电极是共用至少一感测电极。也就是说，感测驱动器在第一自电容感测模式下所驱动进行自电容感测的第一感测电极组中会有一个或多个感测电极在第二自电容感测模式下仍会被感测驱动器驱动进行自电容感测。
接着，再由处理模块分别根据第一自电容指纹感测信号与第二自电容指纹感测信号产生第一自电容指纹图像与第二自电容指纹图像，并将第一自电容指纹图像与第二自电容指纹图像合成为第三自电容指纹图像。其中，第三自电容指纹图像沿着至少一方向的解析度会大于第一自电容指纹图像与第二自电容指纹图像沿着该至少一方向的解析度。
也就是说，由于第一自电容指纹图像的感测点与第二自电容指纹图像的感测点是彼此交错互补，致使处理模块将第一自电容指纹图像与第二自电容指纹图像合成为第三自电容指纹图像后，合成后的自电容指纹图像的解析度会比原来的自电容指纹图像的解析度来得高，故可达到提升指纹感测图像的解析度的具体功效。
接下来，将通过下列不同的实施例来进一步说明本发明的电容式指纹感测装置的具体操作方式。
首先，请参照图2A，图2A为根据本发明的一较佳具体实施例的电容式指纹感测装置的示意图。如图2A所示，电容式指纹感测装置2包含扫描驱动器20、感测驱动器22、处理模块24、切换模块26及多个感测电极SE。于此例中，电容式指纹感测装置2可操作于第一自电容感测模式或第二自电容感测模式下。该多个感测电极SE是以(6x6)的矩阵形式排列，亦即包含沿垂直方向排列的六行感测电极与沿水平方向排列的六列感测电极。扫描驱动器20分别通过扫描线G1～G6耦接第一列感测电极～第六列感测电极，且切换模块26分别通过感测线S1～S6耦接第一行感测电极～第六行感测电极并选择性地切换感测线S1～S6与感测驱动器22耦接或不耦接，但不以此为限。
于实际应用中，扫描驱动器20可以连续或不连续的顺序通过扫描线G1～G6驱动第一列感测电极～第六列感测电极。于同一时间下，扫描驱动器20可仅通过某一条扫描线(例如扫描线G1)驱动相对应的一列感测电极(例如第一列感测电极)，亦可通过至少两条扫描线(例如扫描线G1～G2)同时驱动相对应的至少两列感测电极(例如第一列感测电极～第二列感测电极)，并无特定的限制，端视实际需求而定。
接着，请同时参照图2B及图3A。图2B为操作于第一自电容感测模式下的电容式指纹感测装置2在时间T1内进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P1～P3的示意图；图3A则绘示扫描驱动信号GS1～GS6及感测驱动信号SS1～SS6在时间T1内的时序图。
由图3A可知：在时间T1内，扫描驱动器20分别输出至扫描线G1～G6的扫描驱动信号GS1～GS6中仅有扫描驱动信号GS1及GS2处于高准位，其余的扫描驱动信号GS3～GS6均处于低准位。也就是说，扫描驱动器20在时间T1内仅会开启分别耦接第一列感测电极与第二列感测电极的扫描线G1与G2。至于切换模块26在时间T1内则是会切换感测线S1～S6，使得感测线S1与S2、感测线S3与S4、感测线S5与S6两两一组彼此相连并分别耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6均可分别通过感测线S1～S6传送至第一行感测电极至第六列感测电极。
如图2B所示，在时间T1内，扫描线G1与G2以及感测线S1与S2所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P1；扫描线G1与G2以及感测线S3与S4所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P2；扫描线G1与G2以及感测线S5与S6所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P3。
同理，请同时参照图2C及图3A。图2C为操作于第一自电容感测模式下的电容式指纹感测装置2在时间T2内进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P4～P6的示意图；图3A则绘示扫描驱动信号GS1～GS6及感测驱动信号SS1～SS6在时间T2内的时序图。
由图3A可知：在时间T2内，扫描驱动器20分别输出至扫描线G1～G6的扫描驱动信号GS1～GS6中仅有扫描驱动信号GS2及GS3处于高准位，其余的扫描驱动信号GS1、GS4～GS6均处于低准位。也就是说，扫描驱动器20在时间T2内仅会开启分别耦接第二列感测电极与第三列感测电极的扫描线G2与G3。至于切换模块26在时间T2内则是会维持感测线S1与S2、感测线S3与S4、感测线S5与S6两两一组彼此相连并分别耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6均可分别通过感测线S1～S6传送至第一行感测电极至第六列感测电极。
如图2C所示，在时间T2内，扫描线G2～G3以及感测线S1～S2所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P4；扫描线G2～G3以及感测线S3～S4所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P5；扫描线G2～G3以及感测线S5～S6所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P6。
接下来，于时间T3至T5的情形则可依上述类推，于此不另行赘述。
当操作于第一自电容感测模式下的电容式指纹感测装置2依序在时间T1～T5完成自电容感测后即可得到如同图2D所示的第一自电容指纹感测信号具有感测重心位置P1～P15，并可由处理模块24根据第一自电容指纹感测信号得到第一自电容指纹感测图像。
然后，请同时参照图2E及图3B。图2E为操作于第二自电容感测模式下的电容式指纹感测装置2在时间T6进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P16～P17的示意图；图3B则绘示扫描驱动信号GS1～GS6及感测驱动信号SS1～SS6在时间T6内的时序图。
由图3B可知：在时间T6内，扫描驱动器20分别输出至扫描线G1～G6的扫描驱动信号GS1～GS6中仅有扫描驱动信号GS1及GS2处于高准位，其余的扫描驱动信号GS3～GS6均处于低准位。也就是说，扫描驱动器20在时间T6内仅会开启分别耦接第一列感测电极与第二列感测电极的扫描线G1与G2。至于切换模块26在时间T6内则是会切换感测线S1～S6，使得感测线S2与S3、感测线S4与S5两两一组彼此相连并分别耦接至感测驱动器22，但感测线S1及S6则未耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6中仅有感测驱动信号SS2～SS5会分别通过感测线S2～S5传送至第二行感测电极至第五列感测电极，至于感测线S1及S6则不会传输感测驱动信号SS1及SS6至第一行感测电极及第六行感测电极。
如图2E所示，在时间T6内，扫描线G1～G2以及感测线S2～S3所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P16；扫描线G1～G2以及感测线S4～S5所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P17。
同理，请同时参照图2F及图3B。图2F为操作于第二自电容感测模式下的电容式指纹感测装置2在时间T7进行自电容感测所得到的自电容指纹感测信号具有感测重心位置P18～P19的示意图；图3B则绘示扫描驱动信号GS1～GS6及感测驱动信号SS1～SS6在时间T7内的时序图。
由图3B可知：在时间T7内，扫描驱动器20分别输出至扫描线G1～G6的扫描驱动信号GS1～GS6中仅有扫描驱动信号GS2及GS3处于高准位，其余的扫描驱动信号GS1、GS4～GS6均处于低准位。也就是说，扫描驱动器20在时间T7内仅会开启分别耦接第二列感测电极与第三列感测电极的扫描线G2～G3。至于切换模块26在时间T7内则是会切换感测线S1～S6，使得感测线S2～S3、感测线S4～S5两两一组彼此相连并分别耦接至感测驱动器22，但感测线S1及S6则未耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6中仅有感测驱动信号SS2～SS5会分别通过感测线S2～S5传送至第二行感测电极至第五列感测电极，至于感测线S1及S6则不会传输感测驱动信号SS1及SS6至第一行感测电极及第六行感测电极。
如图2F所示，在时间T7内，扫描线G2～G3以及感测线S2～S3所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P18；扫描线G2～G3以及感测线S4～S5所对应的四个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P19。
至于在时间T8至T10内的情形则可依上述类推，于此不另行赘述。
当操作于第二自电容感测模式下的电容式指纹感测装置2依序在时间T6～T10完成自电容感测后即可得到如同图2G所示的具有感测重心位置P16～P25的第二自电容指纹感测信号，并可由处理模块24根据第二自电容指纹感测信号得到第二自电容指纹感测图像。
接着，如图2H所示，处理模块24可将电容式指纹感测装置分别操作于第一自电容感测模式及第二自电容感测模式下所得到的第一自电容指纹感测图像与第二自电容指纹感测图像合成为具有感测重心位置P1～P25的第三自电容指纹图像。比较图2D、图2G及图2H可知：经合成后的第三自电容指纹图像无论是在水平方向、垂直方向及斜角方向上的解析度均明显大于原来的第一自电容指纹感测图像与第二自电容指纹感测图像在水平方向、垂直方向及斜角方向上的解析度，故应可达到高解析度的要求。
接着，请参照图4A至图4D，图4A至图4D为根据本发明的电容式指纹感测装置的另一实施例。
此实施例与前述实施例不同之处在于：当此实施例的电容式指纹感测装置2操作于第一自电容感测模式下，如图4A所示，在时间T1内，扫描驱动器20输出至扫描线G1～G3的扫描驱动信号GS1～GS3处于高准位，而输出至扫描线G4～G6的扫描驱动信号GS4～GS6均处于低准位，至于切换模块26在时间T1内则是会切换感测线S1～S6，使得感测线S1～S4彼此相连并耦接至感测驱动器22，但感测线S5～S6则未耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6中仅有感测驱动信号SS1～SS4会分别通过感测线S1～S4传送至第一行感测电极至第四列感测电极，至于感测线S5～S6则不会传输感测驱动信号SS5～SS6至第五行感测电极及第六行感测电极。因此，在时间T1内，扫描线G1～G3以及感测线S1～S4所对应的12个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P1。
同理，当电容式指纹感测装置2操作于第一自电容感测模式下，如图4B所示，在时间T2内，扫描驱动器20输出至扫描线G2～G4的扫描驱动信号GS2～GS4处于高准位，而输出至扫描线G1、G5～G6的扫描驱动信号GS1、GS5～GS6均处于低准位，至于切换模块26在时间T2内则是维持感测线S1～S4彼此相连并耦接至感测驱动器22以及感测线S5～S6未耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6中仅有感测驱动信号SS1～SS4会分别通过感测线S1～S4传送至第一行感测电极至第四列感测电极，至于感测线S5～S6则不会传输感测驱动信号SS5～SS6至第五行感测电极及第六行感测电极。因此，在时间T2内，扫描线G2～G4以及感测线S1～S4所对应的12个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P2。至于在时间T3～T4内的情形则可依上述类推，故于此不另行赘述。
另一方面，当电容式指纹感测装置2操作于第二自电容感测模式下，如图4C所示，在时间T5内，扫描驱动器20输出至扫描线G1～G3的扫描驱动信号GS1～GS3处于高准位，而输出至扫描线G4～G6的扫描驱动信号GS4～GS6均处于低准位，至于切换模块26在时间T5内则是会切换感测线S1～S6，使得感测线S2～S5彼此相连并耦接至感测驱动器22，但感测线S1及S6则未耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6中仅有感测驱动信号SS2～SS5会分别通过感测线S2～S5传送至第二行感测电极至第五列感测电极，至于感测线S1及S6则不会传输感测驱动信号SS1及SS6至第一行感测电极及第六行感测电极。因此，在时间T5内，扫描线G1～G3以及感测线S2～S5所对应的12个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P5。
同理，当电容式指纹感测装置2操作于第二自电容感测模式下，如图4D所示，在时间T6内，扫描驱动器20输出至扫描线G2～G4的扫描驱动信号GS2～GS4处于高准位，而输出至扫描线G1、G5～G6的扫描驱动信号GS1、GS5～GS6均处于低准位，至于切换模块26在时间T6内则是会维持感测线S2～S5彼此相连并耦接至感测驱动器22以及感测线S1及S6未耦接至感测驱动器22的状态不变，所以感测驱动信号SS1～SS6中仅有感测驱动信号SS2～SS5会分别通过感测线S2～S5传送至第二行感测电极至第五列感测电极，至于感测线S1及S6则不会传输感测驱动信号SS1及SS6至第一行感测电极及第六行感测电极。因此，在时间T6内，扫描线G2～G4以及感测线S2～S5所对应的12个感测电极会互相电连接为感测电极组并具有感测重心位置P6。至于时间T7～T8的情形则可依上述类推，故于此不另行赘述。
同样地，处理模块24可将电容式指纹感测装置2分别操作于第一自电容感测模式及第二自电容感测模式下所得到的第一自电容指纹感测图像与第二自电容指纹感测图像合成为具有较高解析度的第三自电容指纹图像。
接着，请参照图5A至图5B，图5A至图5B为根据本发明的电容式指纹感测装置的另一实施例。
如图5A所示，当此实施例的电容式指纹感测装置2操作于第一自电容感测模式下，在时间T1内，扫描驱动器20输出至扫描线G1～G3的扫描驱动信号GS1～GS3处于高准位，而输出至扫描线G4～G6的扫描驱动信号GS4～GS6均处于低准位，至于切换模块26在时间T1内则是会切换感测线S1～S6，使得感测线S1～S3、S4～S6分别相连并耦接至感测驱动器22，所以感测驱动信号SS1～SS6会分别通过感测线S1～S6传送至第一行感测电极至第六列感测电极。因此，在时间T1内，扫描线G1～G3以及感测线S1～S3所对应的9个感测电极会互相电连接为一感测电极组并具有感测重心位置P1，并且扫描线G1～G3以及感测线S4～S6所对应的9个感测电极会互相电连接为另一感测电极组并具有感测重心位置P2。
同理，如图5B所示，在时间T2内，扫描驱动器20输出至扫描线G3～G5的扫描驱动信号GS3～GS5处于高准位，而输出至扫描线G1～G2、G6的扫描驱动信号GS1～GS2、GS6处于低准位，至于切换模块26在时间T2内则是会维持感测线S1～S3、S4～S6分别相连并耦接至感测驱动器22的状态，所以感测驱动信号SS1～SS6会分别通过感测线S1～S6传送至第一行感测电极至第六列感测电极。因此，在时间T2内，扫描线G3～G5以及感测线S1～S3所对应的9个感测电极会互相电连接为一感测电极组并具有感测重心位置P3，并且扫描线G3～G5以及感测线S4～S6所对应的9个感测电极会互相电连接为另一感测电极组并具有感测重心位置P4。
接下来，请参照图6，图6为电容式指纹感测装置2’包含两个扫描驱动器20及21的一实施例。于此实施例中，如图6所示，电容式指纹感测装置2’包含两个扫描驱动器20～21、感测驱动器22、处理模块24、切换模块26及多个感测电极SE。该多个感测电极SE是以(6x6)的矩阵形式排列。电容式指纹感测装置2可操作于第一自电容感测模式或第二自电容感测模式下。扫描驱动器20与21的时序彼此互补，亦即扫描驱动器20与21所发出的扫描驱动信号是彼此反相。
切换模块26分别通过感测线S1～S6耦接第一行感测电极～第六行感测电极并选择性地切换感测线S1～S6与感测驱动器22耦接或不耦接。扫描驱动器20分别通过扫描线G1～G6耦接第一列感测电极～第六列感测电极，并且扫描线G1～G6与感测线S1～S6会分别耦接该多个感测电极SE上。第一行感测电极～第六行感测电极分别通过六条导线耦接遮蔽信号(Shielding signal)SHD。当扫描驱动器21分别通过扫描线G1’～G6’耦接第一列感测电极～第六列感测电极时，扫描线G1’～G6’与该六条导线会分别耦接该多个感测电极SE上，但不以此为限。
此外，切换模块26亦耦接遮蔽信号SHD。当切换模块26选择性地切换感测线S1～S6与感测驱动器22耦接或不耦接时，感测线S2与S3、感测线S4与S5是两两一组彼此相连并分别耦接至感测驱动器22，以分别驱动第二行感测电极～第三行感测电极、第四行感测电极～第五行感测电极进行自电容感测；至于感测线S1与S6则未耦接至感测驱动器22，代表第一行感测电极与第六行感测电极并未被驱动进行自电容感测。
于实际应用中，为了要避免未进行自电容感测的第一行感测电极与第六行感测电极受到外界杂讯的干扰，可将未耦接至感测驱动器22的感测线S1与S6通过扫描驱动器21或切换模块26耦接至遮蔽信号SHD，并且遮蔽信号SHD可以是直流信号、交流信号、接地信号或感测相关信号，但不以此为限。
请参照图7，图7为感测驱动信号SS1～SS6以及彼此反相的扫描驱动信号GS1～GS6与GS1’～GS6’及在时间T6～T10的时序图。由于扫描驱动器20与21的时序彼此互补，因此，扫描驱动器20所发出的扫描驱动信号GS1会与扫描驱动器21所发出的扫描驱动信号GS1’彼此反相；扫描驱动器20所发出的扫描驱动信号GS2会与扫描驱动器21所发出的扫描驱动信号GS2’彼此反相；其余可依此类推，故于此不另行赘述。
接着，请参照图8A至图8D。由图8A至图8D可知：感测电极SE是以规律性的方式排列并可具有相同或不同的尺寸大小或形状，并无特定的限制。举例而言，感测电极SE的形状不限于前面实施例中的方形，亦可以是图8A中的平行四边形、图8B中的六边形、图8C中的圆形、图8D中的圆形三角形或其他几何形状，只要是以规律方式排列而成即可。
亦请参照图9A至图9C。如图9A所示，指纹感测器阵列AR可通过多工器MUX与控制器IC耦接至主机HOST，以由主机HOST处理控制器IC所接收的指纹感测信号；如图9B所示，指纹感测器阵列AR可通过整合于控制器IC内的多工器MUX耦接至主机HOST；如图9C所示，在多工器MUX与控制器IC之间亦可设置有放大模块AMP，实际上，放大模块AMP可制作于玻璃基板上或是整合于控制器IC内，但不以此为限。
相较于现有技术，根据本发明的电容式指纹感测装置分别通过共用至少一感测电极的不同的自电容感测电极组进行自电容感测，以分别得到不同的自电容指纹感测图像，再将该些不同的自电容指纹感测图像结合为合成指纹感测图像，使得合成指纹感测图像沿着至少一方向的解析度会大于不同的自电容指纹感测图像沿着该至少一方向的解析度。
因此，根据本发明的电容式指纹感测装置能够在不牺牲其高解析度的前提下有效提升单位感测电极所感应到的电容量，由以同时兼顾指纹感测能力与解析度的要求，有效克服传统的自电容指纹感测技术的缺点与限制。
由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
Claims (22)
1.一种电容式指纹感测装置，可分别操作于一第一自电容感测模式及一第二自电容感测模式下，其特征在于，该电容式指纹感测装置包含：
多个感测电极，以规律性的方式排列；
一感测驱动器，耦接该多个感测电极，于该第一自电容感测模式下，该感测驱动器选择该多个感测电极中彼此相邻的M个感测电极合并形成一第一感测电极组来进行一第一自电容感测，以得到一第一自电容指纹感测信号；于该第二自电容感测模式下，该感测驱动器选择该多个感测电极中彼此相邻的N个感测电极合并形成一第二感测电极组来进行一第二自电容感测，以得到一第二自电容指纹感测信号，其中M与N均为大于1的正整数；以及
一处理模块，耦接该感测驱动器，用以分别根据该第一自电容指纹感测信号与该第二自电容指纹感测信号产生一第一自电容指纹图像与一第二自电容指纹图像并将该第一自电容指纹图像与该第二自电容指纹图像合成为一第三自电容指纹图像；
其中，形成该第一感测电极组的该M个感测电极与形成该第二感测电极组的该N个感测电极共用至少一感测电极。
2.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该第三自电容指纹图像沿着至少一方向的解析度大于该第一自电容指纹图像及该第二自电容指纹图像沿着该至少一方向的解析度。
3.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该第一自电容指纹图像的感测点与该第二自电容指纹图像的感测点彼此交错互补，致使该第三自电容指纹图像的解析度高于该第一自电容指纹图像或该第二自电容指纹图像的解析度。
4.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，形成该第一感测电极组的该M个感测电极沿着水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相邻。
5.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，形成该第二感测电极组的该N个感测电极是沿着水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相邻。
6.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，形成该第一感测电极组的该M个感测电极排列为包含P行感测电极与Q列感测电极的矩阵，其中M为P与Q的乘积。
7.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，形成该第二感测电极组的该N个感测电极排列为包含R行感测电极与S列感测电极的矩阵，其中N为S与T的乘积。
8.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该多个感测电极具有一几何形状。
9.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该多个感测电极具有相同或不同的尺寸大小或形状。
10.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该多个感测电极进行排列的规律性的方式为矩阵排列、三角形排列或交错排列。
11.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，进一步包含：
一切换模块，耦接于该感测驱动器与该处理模块之间，该切换模块选择性地切换该第一自电容感测模式与该第二自电容感测模式并将该第一自电容指纹感测信号与该第二自电容指纹感测信号传送至该处理模块。
12.如权利要求11所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，进一步包含：
一放大模块，耦接于该切换模块与该处理模块之间，用以对该第一指纹感测信号与该第二指纹感测信号进行放大处理后传送至该处理模块。
13.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，于该第一自电容感测模式及该第二自电容感测模式下，该多个感测电极中的未进行自电容感测的感测电极耦接一遮蔽信号，以避免外界杂讯干扰。
14.如权利要求13所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该遮蔽信号为一直流信号、一交流信号、一接地信号或一感测相关信号。
15.如权利要求13所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，进一步包含：
另一感测驱动器，其时序与该感测驱动器互补，该多个感测电极中的未进行自电容感测的感测电极通过该另一感测驱动器耦接该遮蔽信号。
16.如权利要求1所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，进一步包含：
一扫描驱动器，通过多条扫描线分别耦接该多个感测电极中的多列感测电极。
17.如权利要求16所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该扫描驱动器是以连续的顺序通过该多条扫描线驱动该多列感测电极。
18.如权利要求17所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该扫描驱动器于同一时间仅通过该多条扫描线中的一条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的一列感测电极。
19.如权利要求18所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该扫描驱动器于同一时间通过该多条扫描线中的至少两条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的至少两列感测电极。
20.如权利要求16所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该扫描驱动器是以不连续的顺序通过该多条扫描线驱动该多列感测电极。
21.如权利要求20所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该扫描驱动器于同一时间仅通过该多条扫描线中的一条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的一列感测电极。
22.如权利要求20所述的电容式指纹感测装置，其特征在于，该扫描驱动器于同一时间通过该多条扫描线中的至少两条扫描线驱动该多列感测电极中的相对应的至少两列感测电极。
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