CN107111759B - 用于检测手指是否出现并感测指纹图案的方法及装置 - Google Patents

用于检测手指是否出现并感测指纹图案的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用指纹感测装置来感测手指的指纹图案的方法，该指纹感测装置包括：感测元件阵列；导电的手指检测结构；以及手指检测电路，其连接至手指检测结构，以便提供指示手指检测结构与手指之间的电容耦合的手指检测信号。该方法包括以下步骤：将手指检测信号与指示第一电容耦合的第一临界值和指示第二电容耦合的第二临界值进行比较，该第二电容耦合强于该第一电容耦合；以及当手指检测信号从指示弱于第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于第二电容耦合的电容耦合的第二值时，启动感测元件的至少子集。

Description

用于检测手指是否出现并感测指纹图案的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种指纹感测装置以及一种感测指纹图案的方法。
背景技术
各种类型的生物识别系统越来越多地被使用，以便提供增加的安全性和/或增强的用户便利性。
特别地，指纹感测系统因为其小的形状因子、高的性能和用户接受度而例如已经被采用在消费者电子装置中。
为提供低能量消耗的指纹感测系统，指纹感测系统应该仅在有手指在该指纹感测系统中所包括的指纹感测装置上时才操作。另一方面，可能需要指纹感测系统独立地确定手指是否出现在该指纹感测装置上并且在该手指放置在该感测装置上时感测该手指的指纹图案。
US 8031046公开了一种指纹感测装置，其中，指纹感测电极可以被总线连接在一起并且连接至通常保持导通的有总线连接的电极放大器。采样与保持以及解码器电路连接至有总线连接的电极放大器，并且可以从有总线连接的电极组输出平均功率，将该平均功率与临界电平进行比较。如果平均功率高于临界电平，则确定存在手指，并且获取指纹图像。
虽然US 8031046所提出的解决方案看似提供了一种相当节省能量的手指检测功能，但是仍然有改良的空间。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点和其它缺点，本发明的目的是实现一种改良的指纹感测装置和感测指纹图案的方法，特别是为该指纹感测装置提供更节省能量的操作。
因此，根据本发明的第一方面，本发明提供一种使用指纹感测装置来感测手指的指纹图案的方法，该指纹感测装置包括：感测元件阵列，其用于感测指纹图案；导电的手指检测结构；手指检测电路，其连接至手指检测结构以提供指示手指检测结构与手指之间的电容耦合的手指检测信号；以及操作控制电路，其连接至感测元件以便启动感测元件以感测指纹图案，并且连接至手指检测电路以便估计手指检测信号。该方法包括以下步骤：将手指检测信号与指示手指检测结构与手指之间的第一电容耦合的第一临界值和指示手指检测结构与手指之间的第二电容耦合的第二临界值进行比较，该第二电容耦合强于该第一电容耦合；以及当手指检测信号从指示弱于第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于第二电容耦合的电容耦合的第二值时，启动感测元件的至少子集以感测指纹图案的至少一部分。
例如，感测元件可以为电容感测元件，每一个感测元件均提供测量值，该测量值指示该特定感测元件与触摸传感器表面的手指表面之间的电容耦合。与位于与指纹中的纹谷(valley)对应的位置处的感测元件相比，位于与指纹中的纹脊(ridge)对应的位置处的感测元件与手指将呈现较强的电容耦合。
然而，本发明的各种实施例不限于包括利用特定指纹感测技术的感测元件的指纹感测装置，例如，其同样适用于光学式指纹传感器、热学式指纹传感器或压电式指纹传感器等。
“启动”感测元件(感测元件的子集)一词应该被理解为控制感测元件以使其从感测元件不提供指纹图案感测信号的非活动(inactive)状态转变成感测元件提供这样的感测信号的活动(active)状态。
指纹感测装置可以包括附加电路，其用于对由感测元件提供的感测信号进行操作。这样的附加电路(例如，其可以包含采样电路和模数转换电路)还可以响应于与上面提及的第一临界值与第二临界值有关的手指检测信号的行为而由操作控制电路来启动。
例如，手指检测信号以及第一临界值和第二临界值可以是指示电压的模拟值或数字值，其又可以与由手指(或手指检测结构附近的其它导电对象)、手指检测结构和介于它们之间的介电材料构成的电容器的电容成比例。
所感测的指纹图案可以用于各种用途，例如生物识别登记或认证或者基于指纹图案的导航等。
本发明基于以下认识：通过以下方式能够实现更精确的手指检测：提供至少一个手指检测结构以及连接至该至少一个手指检测结构的专用手指检测电路；以及以将她/他的手指放置在指纹感测装置的表面上的用户的行为为基准来调节用于启动指纹感测装置的条件。特别地，本发明人已经认识到，手指接近传感器表面与可能发生的其它情况(例如，当包括指纹感测装置的电子装置和导电物品一起位于口袋或钱包中时)明显不同。
此外，已经认识到，使用指示相对弱的电容耦合(与传感器表面相距相对大的距离—“在传感器表面附近”)的第一临界值以及指示相对强的电容耦合(与传感器表面相距相对短的距离—“与传感器表面接触”)的第二临界值能够至少大致区分上面提及的手指接近和其它情况。
通过在启动指纹感测装置之前要求从足够弱的电容耦合(“在附近”)变成足够强的电容耦合(“接触”)，可以避免发生各种不想要的启动情况。例如，可以防止因为传感器表面与皮肤或另一导电对象之间的持续接触或因为在接触事件之间有间歇性接触没有充分移除而启动指纹感测装置。例如，可以选择第一临界值来指示足够低的电容耦合，以使得当指纹感测装置位于用户的口袋中时由手指检测电路指示的电容耦合能够较强。这意味着只要指纹感测装置在口袋中，感测元件便不会被启动。
为进一步改良手指检测的可靠性，可以仅当手指检测信号在短于第一预定持续时间的持续时间内从第一值变成第二值时执行启动步骤。
本发明人已经认识到，决定要刻意将她/他的手指放置在指纹传感器上的用户实际上将总是以以下这样的方式来将她/他的手指放置在指纹传感器上：检测到手指位于传感器表面附近与检测到手指接触传感器表面之间的时间短于特定时间，例如短于约十分之一秒。
为避免响应于检测到的噪声信号而错误地指示手指已经被检测到，可以有利地使用典型手指接近与典型噪声信号之间的时标差。为此，可以额外地要求上面提及的手指检测信号从第一值变成第二值的持续时间长于给定的持续时间，例如长于百分之一秒。
为更进一步改良手指检测的可靠性，对于启动指纹感测装置，可以额外地要求手指检测信号在从第一值变成第二值之前以长于第二持续时间(其可以是预定的或动态确定的)的持续时间指示弱于第一电容耦合的电容耦合。
据此，导电对象在两次接近之间以短于真实手指放置事件的可行和/或可能时间的时间接近传感器表面的情况能够与真实手指放置事件区分开，并且能够防止指纹感测装置的不必要(部分)启动。
有利地，上面提及的第二预定持续时间可以大于一秒。
为了在启动感测元件之前提供手指放置事件的更进一步改良的合格确认以获取至少部分指纹图像，可以要求手指检测信号在感测元件被启动之前指示预定的最小手指接触持续时间。为此，可以仅当手指检测信号在长于第三预定持续时间的持续时间中指示强于第二电容耦合的电容耦合时执行启动步骤。
研究表明，第三预定持续时间可以有利地大于10毫秒以促进获取良好的指纹图像。
此外，根据不同的实施例，指纹感测装置可以包括至少第一导电的手指检测结构和第二导电的手指检测结构，每一个导电的手指检测结构均连接至手指检测电路，并且该方法可以进一步包括以下步骤：估计指示第一手指检测与手指之间的电容耦合的第一手指检测信号；以及估计指示第二手指检测与手指之间的电容耦合的第二手指检测信号。在这些实施例中，可以仅在第一手指检测信号和第二手指检测信号中的每一者从第一值变成第二值时执行启动步骤。
在这些实施例中，可以估计来自指纹感测装置的不同区域的信息以在启动感测元件之前进一步确认手指放置事件。
上面提及的第一临界值可以是预定值。然而，根据不同的实施例，可以基于手指检测信号的估计结果来确定第一临界值。特别地，根据本发明的实施例的方法可以包括以下步骤：估计手指检测信号以确定手指检测信号的噪声电平；以及基于该噪声电平来确定第一临界电平。指纹感测装置的操作控制电路的此校正可以配合指纹感测装置的生产来进行和/或配合包括指纹感测装置的电子装置的生产来进行，和/或在指纹感测装置的使用期间来进行。
为改良在确定可能已经发生手指放置事件时所进行的指纹获取的质量，可以使用手指检测信号来确定感测元件的至少一个设定值。例如，对应于电容耦合的局部最大值的手指检测信号的值可被用来确定设定值，例如，包括感测元件以及任何其他功能性部件(例如，采样与保持电路以及模数转换电路)的测量链路的偏移和/或增益。例如，可以基于手指检测信号来确定采样时序。
根据不同的实施例，启动步骤可以有利地包括以下步骤：当手指检测信号从第一值变成第二值时，启动感测元件的子集；估计由该子集产生的部分图像；以及当该部分图像的估计结果指示手指能够被指纹感测装置感测到时，启动感测元件阵列中的所有感测元件以感测指纹图案。
在这些实施例中，可以仅当部分图像的分析结果确认实际上有手指在传感器上时启动整个传感器。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于感测手指的指纹图案的指纹感测装置，该指纹感测装置包括：感测元件阵列，其用于感测指纹图案；导电的手指检测结构；手指检测电路，其连接至手指检测结构，以便提供指示手指检测结构与手指之间的电容耦合的手指检测信号；以及操作控制电路，其连接至感测元件并且连接至手指检测电路。该操作控制电路用于：将手指检测信号与指示手指检测结构与手指之间的第一电容耦合的第一临界值和指示手指检测结构与手指之间的第二电容耦合的第二临界值进行比较，该第二电容耦合强于该第一电容耦合；以及当手指检测信号从指示弱于第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于第二电容耦合的电容耦合的第二值时，启动感测元件的至少子集以感测指纹图案。
操作控制电路可以被实现为硬件和/或在一个或数个处理器上运行的软件。
如以上进一步提及的，感测元件阵列中的感测元件可以有利地为电容式感测元件，每一个感测元件均包括导电的感测结构(例如，金属板)以及电荷放大器，该电荷放大器连接至感测结构以用于响应于手指(或其它导电对象)与感测结构之间的电位差的变化而提供输出信号，该输出信号指示由感测结构所携载的电荷的变化。
有利地，可以以金属板的形式来提供手指检测结构，该金属板基本上大于(较大的面积)感测元件中所包括的感测结构。例如，手指检测结构可以比感测结构至少大20倍，或者更优选地，至少大100倍。因此，手指检测结构与可能的手指之间的电容耦合将相应地强于感测结构与可能的手指之间的电容耦合。
根据实施例，指纹感测装置可以包括至少第一手指检测结构和第二手指检测结构。这些手指检测结构可以协同操作，或者用于达成冗余目的。例如，如果确定导电结构(例如，传感器挡板)已经被排列成太靠近手指检测结构中的一个手指检测结构，则可以使手指检测结构无效(deactivate)，使得其不用于手指检测。
为提供精确的手指检测并且提高总是有至少一个手指检测结构不受相邻导电结构干扰的可能性，可以将手指检测结构排列在感测元件阵列的相对侧边上。例如，感测元件阵列可以为矩形，并且可以将分开的手指检测结构排列在感测元件阵列的两个或更多个侧边上。
此外，根据不同的实施例，手指检测电路可以包括电荷放大器，该电荷放大器包括：连接至手指检测结构的第一输入端；第二输入端；用于提供手指检测信号的输出端；连接在第一输入端与输出端之间的反馈电容器；以及第一输入端和第二输入端与输出端之间的至少一个放大器级，其中，电荷放大器被配置成使得第一输入端处的电位基本跟随第二输入端处的电位。
第一输入端(经常被称为“负”输入端)处的电位跟随第二输入端(经常被称为“正”输入端)处的电位应该被理解为意味着第二输入端处的电位的变化会导致第一输入端处的电位的基本对应的变化。取决于电荷放大器的实际配置，第一输入端处的电位可以与第二输入端处的电位基本相同，或者在第一输入端与第二输入端之间可以有基本恒定的电位差。例如，如果电荷放大器中的放大器级为具有单感测晶体管的单级放大器，则电位差可以是感测晶体管的栅源电压。
此外，操作控制电路可以包括：手指检测估计电路；以及图像获取控制电路，其中，手指检测估计电路连接至手指检测电路并且连接至图像获取控制电路，以便：接收手指检测信号；将手指检测信号与指示第一电容耦合的第一临界值和指示第二电容耦合的第二临界值进行比较；当手指检测信号从指示弱于第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于第二电容耦合的电容耦合的第二值时，向图像获取控制电路提供信号，从而指示已经检测到手指；并且其中，图像获取控制电路连接至手指检测估计电路并且连接至感测元件，以便：从手指检测估计电路接收指示已经检测到手指的信号；以及控制感测元件的至少子集以获取指纹图案的至少一部分的表示。
本发明的该第二方面的另外的实施例以及通过本发明的该第二方面而获得的效果大部分类同于上面针对本发明的第一方面所述的实施例和效果。
综上所述，本发明系涉及一种使用指纹感测装置来感测手指的指纹图案的方法，该指纹感测装置包括：感测元件阵列；导电的手指检测结构；以及手指检测电路，其连接至手指检测结构，以便提供指示手指检测结构与手指之间的电容耦合的手指检测信号。该方法包括以下步骤：将手指检测信号与指示第一电容耦合的第一临界值和指示第二电容耦合的第二临界值进行比较，该第二电容耦合强于该第一电容耦合；以及当手指检测信号从指示弱于第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于第二电容耦合的电容耦合的第二值时，启动感测元件的至少子集。
附图说明
现在将参考示出本发明的示例性实施例的附图来更详细地描述本发明的这些方面和其他方面，其中：
图1示意性地例示了根据本发明的示例性实施例的指纹感测装置的应用；
图2示意性地示出了图1中的指纹感测装置；
图3是图2中的指纹感测装置的框图；
图4是图3中的指纹感测装置的部分的示意性剖视图；
图5是示意性地例示根据本发明的实施例的方法的流程图；以及
图6示意性地示出了手指检测信号的示例。
具体实施方式
图1以具有集成式指纹感测装置2的移动电话1的形式示意性地例示了根据本发明的示例性实施例的指纹感测装置的应用。例如，指纹感测装置2可以用于解锁移动电话1和/或用于授权使用该移动电话所执行的交易等。
图2示意性地示出了图1的移动电话1中所包括的指纹感测装置2。如图2中所看见的，指纹感测装置2包括传感器阵列5以及手指检测结构4a至4d。虽然在图2中并未示出，但是指纹感测装置2还包括电源接口6和通信接口7。传感器阵列5包括大量的感测元件8(为避免附图混乱，仅用附图标记指示了感测元件中的一个感测元件)，每一个感测元件均可以被控制以感测在感测元件8中所包括的感测结构与接触传感器阵列5的顶表面的手指表面之间的距离。
在由电池供电的电子装置如图1的移动电话1中，最重要的是保持包括指纹感测装置2的各种子系统的能量消耗尽可能地低。特别地，在给定时间段期间没有被使用的子系统在该时间段期间的能量消耗应该为零或者接近零。
因此，虽然图2中并未示出，但是图2中的指纹感测装置2还设置有以下电路：该电路用于确定是否有手指出现在该指纹感测装置上，并且用于在确定有手指出现时启动指纹感测装置，使得指纹感测装置能够在手指检测事件之间处于非常低的功率状态。
参考图3中的框图，除了图2中所示的传感器阵列5和手指检测结构4a至4d以外，指纹感测装置2还包括手指检测器电路9和操作控制电路10，该操作控制电路10包括手指检测估计电路14和图像获取控制电路12。手指检测器电路9连接至手指检测结构4a以用于提供手指检测信号Sd，手指检测信号Sd指示手指检测结构4a与接近手指检测结构4a的对象(例如，手指)之间的电容耦合。在图3中，仅示出了手指检测结构4a中的一个手指检测结构。额外的手指检测结构4b至4d可以全部连接至同一手指检测器电路9，或者每个手指检测结构可以连接至其自己的手指检测器电路。
如图3中示意性地示出的，手指检测估计电路14连接至手指检测器电路9并且连接至图像获取控制电路12。图像获取控制电路12连接至传感器阵列5。
下面将额外参考图5中的流程图以及图6中的图来进一步描述图2和图3中的指纹感测装置2的示例性操作。然而，在此之前，将参考图4来描述手指检测器电路9和感测元件8的示例性配置以及进一步的测量链路。
图4是图2中的指纹感测装置2沿着如图2中所示的直线A-A′所截取的一部分的示意性剖面图，其中，手指11放置在覆盖传感器阵列5和手指检测结构4a的保护性介电质顶层13的顶端。参考图4，指纹感测装置2包括：激励信号提供电路19，其经由导电的手指驱动结构(图4中并未示出)电连接至手指；多个感测元件8；以及手指检测排列，其包括手指检测结构4a和连接至手指检测结构4a的手指检测电路9。
如图4中示意性所示的，每个感测元件8均包括：导电的感测结构，此处呈位于保护性介电质顶层13下方的金属板17的形式；电荷放大器18；以及选择电路，此处功能性地例示为简单的选择开关21，其用于允许选择/启动感测元件8。
电荷放大器18包括至少一个放大器级，此处示意性地例示为运算放大器(op amp)24，其具有连接至感测结构17的第一输入端(负输入端)25、连接至传感器接地端或另一参考电位的第二输入端(正输入端)26以及输出端27。此外，电荷放大器18包括：连接在第一输入端25与输出端27之间的反馈电容器29；以及重置电路，此处功能性地例示为开关30，其用于允许反馈电容器29的可控放电。电荷放大器18可以通过操作重置电路30来对反馈电容器29进行放电而被重置。
如在负反馈配置中经常看见的op amp 24的情况，第一输入端25处的电压会跟随第二输入端26处的电压。取决于该特定的放大器配置，第一输入端25处的电位可以与第二输入端26处的电位基本相同，或者第一输入端25处的电位与第二输入端26处的电位之间可以有基本固定的偏移量。在图4的配置中，电荷放大器的第一输入端25被虚拟接地。
当通过激励信号提供电路19向手指11提供时变电位时，对应的时变电位差出现在感测结构17与手指11之间。
手指11与感测结构17之间的电位差的上述变化会在电荷放大器18的输出端27上产生感测电压信号Vs。
当选择图中所示的感测元件8用于感测时，选择开关21会闭合以向读出线路33提供感测信号。图4中所示的读出线路33连接至多路复用器36，该读出线路33可以是图2中的传感器阵列5的行或列的共同读出线路。如图4中示意性所示的，来自传感器阵列5的其它行/列的额外读出线路也可以连接至多路复用器36。
多路复用器36的输出端串联连接至采样与保持电路37和模数转换器38，以用于对源自感测元件8的模拟信号进行采样并且将模拟信号转换成传感器2上的手指11的指纹图案的数字表示。
如图4中示意性所示的，手指检测电路9在此处以电荷放大器的形式来提供，其在原理上类似于上述感测元件8中所包括的电荷放大器18。因此，手指检测电路9包括至少一个放大器级，此处示意性地例示为运算放大器(op amp)44，其具有连接至手指检测结构4a的第一输入端(负输入端)45、连接至传感器接地端或另一参考电位的第二输入端(正输入端)46和输出端47。此外，电荷放大器包括：连接在第一输入端45与输出端47之间的反馈电容器49；以及重置电路，此处功能性地例示为开关50，其用于允许反馈电容器49的可控放电。电荷放大器可以通过操作重置电路50来对反馈电容器49进行放电而被重置。同样如图4中所示，手指检测电路的输出是指示手指11与手指检测结构4a之间的电容耦合的手指检测信号Sd(其呈电压的形式)。
在图4中，手指11被示出为连接至激励电路19以用于提供手指11与传感器阵列5的感测平板17和手指检测结构4a之间的期望的电位差。应该注意的是，可替选地，可以通过改变与包含指纹感测装置2的电子装置(例如，移动电话1)的接地电平有关的指纹感测装置的接地电平来提供该期望的电位差。
根据又一替选的实施例，手指检测结构4a可以被局部控制以在相对低的电位与相对高的电位之间交替。在该替选的实施例中，手指检测电路9的电荷放大器可以包含感测晶体管，其具有构成第一输入端45的栅极。该感测晶体管可以形成在半导体基板的井部中，并且井部与基板之间的接口可以被配置成使得能够防止电流在井部与基板之间流动。为降低手指检测结构与半导体基板的井部之间的寄生电容的影响，可以控制电荷放大器的正输入端46和井部的电位一起上下摆动。这会导致手指检测平板4a的电位也上下摆动。
现在将参考图5中的流程图以及图3与图6中的图例来描述根据本发明的方法的示例性实施例。
在开始下面所述的方法之前，指纹感测装置处于睡眠模式，其中，包括感测元件阵列5的许多部件均不活动以将指纹感测装置的能量消耗降至最小。
在第一步骤100中，由手指检测电路9提供的手指检测信号Sd被指纹感测装置2的操作控制电路10中所包括的手指检测估计电路14接收。
在后续步骤中，以不同的准则来估计手指检测信号Sd，并且取决于不同估计的结果，该方法会前往下一步骤或返回步骤100。这将会额外参考图6来描述，图6是针对示例性情形而示出作为时间的函数的手指检测信号的图。
简略地参考图6，手指检测信号Sd被示出为与第一临界值TH1和第二临界值TH2有关而随着时间改变，第一临界值TH1指示手指检测结构4a与手指11(或其它对象)之间的第一电容耦合，而第二临界值TH2指示手指检测结构4a与手指11(或其它对象)之间的第二电容耦合，该第二电容耦合强于该第一电容耦合。因此，在图6中手指检测信号Sd的较高值指示较强的电容耦合。应该注意的是，这仅是说明性的示例，并且在手指检测信号与上面提及的电容耦合之间可以有另一种关系。例如，取决于手指检测电路9的配置，手指检测信号Sd的较低值可以指示较弱的电容耦合。
回到图5中的流程图，该方法前进至步骤101，在该步骤中确定手指检测信号是否指示弱于与第一临界值TH1对应的电容耦合的电容耦合。在根据本发明的方法的该示例性实施例中，在步骤101中还检查手指检测信号是否在长于预定持续时间T0的持续时间中指示弱于第一临界值TH1的电容耦合。
如在图6中所能够看见的，手指检测信号Sd会在第一时间t1处下降至第一临界值TH1以下，并且保持在第一临界值TH1以下直到第二时间t2处为止。在这种情况下，从第一时间t1至第二时间t2的持续时间被确定为短于预定持续时间T0，这意味着不符合步骤101中的条件并且该方法返回至步骤100。
再次参考图6，手指检测信号Sd会在第三时间t3处下降至第一临界值TH1以下。如图6中示意性所示的，此时手指检测信号Sd保持在第一临界值TH1以下的时间长于T0，因此该方法前进至随续的步骤102。
在步骤102中，估计手指检测信号Sd是否在指定的持续时间内从第一临界值TH1以下变成第二临界值TH2以上。参考图6，手指检测信号Sd在第四时间t4处上升至第一临界值TH1以上，并且在第五时间t5处达到第二临界值TH2。将对应于从第一临界值TH1至第二临界值TH2的变化的电容耦合的增加的持续时间Δt1与下限值T1(其可以为约0.05s)和上限值T2(其可以为约0.5s)进行比较。如以上已经进一步说明的，短于下限值T1的持续时间Δt1可能是由噪声引起的，而长于上限值T2的持续时间Δt1不可能是由于意图获取指纹图案表示而刻意将手指放置在指纹感测装置上引起的。在这些情况下，该方法会返回到步骤100。
于本示例中，参考图6，持续时间Δt1被确定为长于下限值T1并且短于上限值T2，因此，其被确定为可能与手指要触摸指纹感测装置而刻意接近的情况相符。
因此，该方法会前进至步骤S103以在决定启动感测元件之前进一步确认手指检测事件。在步骤103中，估计假定性手指在指纹感测装置上的驻留时间以避免响应于噪声信号或非常短暂的手指碰摸而启动感测元件等。如果在步骤103中确定手指检测信号Sd在小于Δt2的持续时间中位于第二临界值TH2以上，则确定该假定性手指触摸为噪声或太短暂，该方法返回至步骤100。相反，如果确定手指检测信号Sd在第六时间t6处仍然在第二临界值以上(晚于第五时间t5的持续时间Δt2)，则相反地，该方法前进至步骤104，在步骤104中图像获取控制电路12启动传感器阵列5的至少一部分以及采样电路37和模数转换器38(参考图3与图4)以获取部分图像。在步骤104中估计该部分图像以确定触摸指纹感测装置的对象是否为手指。这可以以本领域技术人员已知的各种方式来确定。例如，可以形成简单的柱状图，或可以识别纹脊。
如果在步骤105中确定触摸指纹感测装置2的对象不是手指，则该方法返回至步骤100。另一方面，如果确定有(非常高的可能性)手指出现在指纹感测装置上，则该方法前进至步骤106并且获取完整的指纹图像。
接着，指纹感测装置2可以返回至睡眠状态，或者可以获取额外的指纹图像等。
本领域技术人员理解本发明绝不受限于上述优选实施例。相反地，许多修改及变化都可能在所附的权利要求的范围内。
在权利要求中，字词“包括”并不排除其它的元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除复数。单个处理器或其它单元可以实现在权利要求中所述的若干项目的功能。某些手段被阐述在相互不同的从属权利要求中的单纯的事实并非指示这些手段的组合无法有利地被利用。计算机程序可以被储存/分布在例如和其它硬件一起供应或是作为其它硬件的部分的光学存储介质或固态介质的适当介质上，但是也可以以其它形式来分布，例如经由因特网或其它有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应该被解释为限制该范围。

Claims (15)

1.一种使用指纹感测装置来感测手指的指纹图案的方法，所述指纹感测装置包括：
感测元件阵列，所述感测元件阵列用于感测所述指纹图案；
导电的手指检测结构；
手指检测电路，所述手指检测电路连接至所述手指检测结构，以便提供指示所述手指检测结构与所述手指之间的电容耦合的手指检测信号；以及
操作控制电路，所述操作控制电路连接至所述感测元件，以便启动所述感测元件以感测所述指纹图案，并且连接至所述手指检测电路，以便估计所述手指检测信号，
其中，所述方法包括以下步骤：
将所述手指检测信号与指示所述手指检测结构与所述手指之间的第一电容耦合的第一临界值以及指示所述手指检测结构与所述手指之间的第二电容耦合的第二临界值进行比较，所述第二电容耦合强于所述第一电容耦合；以及
当所述手指检测信号从指示弱于所述第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于所述第二电容耦合的电容耦合的第二值时，启动所述感测元件的至少子集以感测所述指纹图案的至少部分指纹图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，仅当所述手指检测信号在短于第一预定持续时间的持续时间内从所述第一值变成所述第二值时执行所述启动步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一预定持续时间短于0.1秒。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，仅当所述手指检测信号在从所述第一值变成所述第二值之前，在长于第二预定持续时间的持续时间中指示弱于所述第一电容耦合的电容耦合时执行所述启动步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第二预定持续时间长于1秒。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，仅当所述手指检测信号在长于第三预定持续时间的持续时间中指示强于第二电容耦合的电容耦合时执行所述启动步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第三预定持续时间长于10毫秒。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述指纹感测装置包括至少第一导电手指检测结构和第二导电手指检测结构，每个导电手指检测结构均连接至所述手指检测电路，所述方法还包括以下步骤：
估计指示所述第一导电手指检测结构与所述手指之间的电容耦合的第一手指检测信号；以及
估计指示所述第二导电 手指检测结构 与所述手指之间的电容耦合的第二手指检测信号，
其中，仅在所述第一手指检测信号和所述第二手指检测信号中的每一者从所述第一值变成所述第二值时执行所述启动步骤。
9.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：
估计所述手指检测信号以确定所述手指检测信号的噪声电平；以及
基于所述噪声电平来确定所述第一临界电平。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述启动步骤包括以下步骤：
基于指示强于所述第二电容耦合的电容耦合的所述手指检测信号的值来确定所述感测元件中的至少一个感测元件的至少一个感测设定值；以及
使用所述至少一个感测设定值来感测指纹图案的所述部分指纹图案。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述启动步骤包括以下步骤：
当所述手指检测信号从所述第一值变成所述第二值时，启动所述感测元件的子集；
估计由所述子集产生的部分图像；以及
当所述部分图像的估计结果指示手指能够被所述指纹感测装置感测到时，启动所述感测元件阵列中的所有感测元件以感测所述指纹图案。
12.一种用于感测手指的指纹图案的指纹感测装置，所述指纹感测装置包括：
感测元件阵列，所述感测元件阵列用于感测所述指纹图案；
导电的手指检测结构；
手指检测电路，所述手指检测电路连接至所述手指检测结构，以便提供指示所述手指检测结构与所述手指之间的电容耦合的手指检测信号；以及
操作控制电路，所述操作控制电路连接至所述感测元件并且连接至所述手指检测电路，所述操作控制电路系用于：
将所述手指检测信号与指示所述手指检测结构与所述手指之间的第一电容耦合的第一临界值和指示所述手指检测结构与所述手指之间的第二电容耦合的第二临界值进行比较，所述第二电容耦合强于所述第一电容耦合；以及
当所述手指检测信号从指示弱于所述第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于所述第二电容耦合的电容耦合的第二值时，启动所述感测元件的至少子集以感测所述指纹图案。
13.根据权利要求12所述的指纹感测装置，包括至少第一导电手指检测结构和第二导电手指检测结构，每一个导电手指检测结构均连接至所述手指检测电路。
14.根据权利要求13所述的指纹感测装置，其中，所述感测元件阵列被排列在所述第一导电手指检测结构与所述第二导电手指检测结构之间。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的指纹感测装置，其中，所述操作控制电路包括：
手指检测估计电路；以及
图像获取控制电路，
其中，所述手指检测估计电路连接至所述手指检测电路并且连接至所述图像获取控制电路，以便：
接收所述手指检测信号；
将所述手指检测信号与指示所述第一电容耦合的第一临界值和指示所述第二电容耦合的第二临界值进步比较；
当所述手指检测信号从指示弱于所述第一电容耦合的电容耦合的第一值变成指示强于所述第二电容耦合的电容耦合的第二值时，向所述图像获取控制电路提供指示已经检测到所述手指的信号；以及
其中，所述图像获取控制电路连接至所述手指检测估计电路并且连接至所述感测元件，以便：
从所述手指检测估计电路接收指示已经检测到所述手指的所述信号；以及
控制所述感测元件的至少子集以获取所述指纹图案的至少部分的表示。
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