CN107169400A - 指纹传感器和包括该指纹传感器的电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种指纹传感器和包括该指纹传感器的电子设备，所述指纹传感器包括：面板，包括传感器阵列，所述传感器阵列包括沿第一方向延伸的第一电极和沿与第一方向相交的第二方向延伸的第二电极；伪造指纹分析器，被配置成向第一电极组和第二电极组提供具有不同频率的信号，并测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗以确定施加到传感器阵列上的指纹是否伪造，其中，第一电极组包括第一电极或第二电极中的多个电极的一部分，第二电极组包括所述多个电极的另一部分。

Description

指纹传感器和包括该指纹传感器的电子设备

本申请要求分别于2016年3月8日和2016年6月7日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0027805号和第10-2016-0070515号韩国专利申请的优先权和权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。

技术领域

下面的描述涉及一种指纹传感器。

背景技术

由于通过移动设备提供了诸如金融科技(FinTech)的各种服务(使用软件提供金融服务)，因而保护存储在移动设备上的个人信息的需求也随之增加。因此，为提高移动设备的安全性，已经使用被配置成感测手指的指纹以对用户进行验证的指纹传感器。

指纹传感器可以是超声波型指纹传感器、红外型指纹传感器、电容指纹传感器或另一类型的指纹传感器。电容指纹传感器感测电容的变化以检测指纹的纹谷和纹峰。

指纹传感器能够精确地检测出未经验证的用户的指纹和经验证的用户的指纹。然而，指纹传感器不能清楚地检测出伪造指纹(例如，基于已验证的用户的指纹使用诸如硅胶或明胶的材料伪造)。

发明内容

提供本发明内容以简化的形式对挑选出来的构思进行介绍，并在具体实施方式中对所述构思进行进一步描述。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的主要特征或必要特征，也不意在帮助确定所要求保护的主题的范围。

一个总的方面，一种指纹传感器包括：面板，包括传感器阵列，所述传感器阵列包括沿第一方向延伸的第一电极和沿与第一方向相交的第二方向延伸的第二电极；伪造指纹分析器，被配置成向第一电极组和第二电极组提供具有不同频率的信号，并测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗以确定施加到传感器阵列的指纹是否伪造，其中，第一电极组包括第一电极或第二电极中的多个电极的一部分，第二电极组包括所述多个电极的另一部分。

第一电极组和第二电极组可利用设置在第一电极组和第二电极组之间的所述多个电极中的电极而彼此隔开。所述多个电极中的电极被浮置。

包括在第一电极组和第二电极组中的一些电极可连续地彼此相邻地设置。

伪造指纹分析器可包括频率信号提供器，频率信号提供器被配置为向第一电极组和第二电极组提供高频信号、低频信号和参考信号。

频率信号提供器可被配置为在第一时间点向第一电极组提供高频信号，并且向第二电极组提供参考信号。频率信号提供器可被配置为在第一时间点之后的下一时间点向第一电极组提供低频信号，并且向第二电极组提供参考信号。

伪造指纹分析器还可包括阻抗测量器，阻抗测量器被配置为在所述第一时间点和所述下一时间点测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗。

伪造指纹分析器还可包括伪造指纹确定器，伪造指纹确定器被配置为通过将在第一时间点测量的阻抗与在下一时间点测量的阻抗相比较来确定指纹是否伪造。

伪造指纹分析器可被配置为响应于在所述第一时间点测量的阻抗与在所述下一时间点测量的阻抗之间的差可忽略确定所述指纹是伪造的。

指纹传感器还可包括指纹感测电路模块，所述指纹感测电路模块被配置为：向第一电极施加驱动信号；从第二电极检测在第一电极和第二电极之间产生的电容，以感测所述指纹。

另一总的方面，一种指纹传感器包括：面板，所述面板包括传感器阵列和辅助电极单元，其中，所述传感器阵列包括第一电极和设置在第一电极上方的第二电极，所述辅助电极单元包括设置成与传感器阵列邻近的辅助电极；指纹感测电路模块，被配置为从第一电极和第二电极之间产生的电容感测指纹；伪造指纹分析器，被配置为向辅助电极提供具有不同频率的信号，并且基于辅助电极之间的阻抗来确定指纹是否伪造。

伪造指纹分析器可被配置为向辅助电极中的一个或更多个电极提供高频信号。指纹感测电路模块可被配置为基于在第二电极与辅助电极中的一个或更多个电极之间形成的电容来确定指纹是否伪造。

指纹感测电路模块还可被配置为响应于在第二电极与辅助电极中的所述一个或更多个电极之间形成的电容的增大来确定所述指纹被伪造。

指纹感测电路模块还可被配置为基于在传感器阵列的边缘区域和设置在传感器阵列上的接触对象之间是否存在距离来检测所述指纹是否伪造。

面板还可包括形成在辅助电极上的导电层。

传感器阵列可设置在被配置为向电子设备提供物理输入的主页按钮的中央区域中。辅助电极可由金属环形成，所述金属环包括形成在主页按钮的外侧的两个部分。

传感器阵列可设置在被配置为向电子设备提供物理输入的主页按钮的中央区域中。辅助电极可设置在主页按钮的围绕主页按钮的中央区域的外部区域中。

面板可形成在电子设备的显示区域和边框区域中的一个或这二者中。

辅助电极中的每个可与传感器阵列隔开3μm或更小的距离。

另一总的方面，一种指纹感测设备包括：频率信号提供器，被配置为向包括沿第一方向延伸的第一电极和沿第二方向延伸的第二电极的传感器阵列提供具有不同频率的信号；阻抗测量器，被配置为测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗，其中，第一电极组和第二电极组均包括第一电极中的电极，或者均包括第二电极中的电极；指纹伪造确定器，被配置为基于所测量的阻抗来确定施加到传感器阵列的指纹是否伪造；感测电路模块，被配置为将驱动信号施加到第一电极，并从第二电极检测在第一电极和第二电极之间产生的电容，以感测所述指纹。

向传感器阵列提供具有不同频率的信号的步骤可包括：在第一时间点向第一电极组提供具有第一频率的第一信号，并向第二电极组提供参考信号。在所述第一时间点之后的下一时间点，向第一电极组提供具有第二频率的第二信号，并向第二电极组提供参考信号。测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗的步骤可包括在第一时间点和下一时间点测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗。

指纹伪造确定器可被配置为响应于在所述第一时间点测量的阻抗与在所述下一时间点测量的阻抗之间的差可忽略来确定所述指纹是伪造的。

第一电极组和第二电极组通过浮置电极可彼此隔开。

另一总的方面，一种电子设备包括：按钮，被配置为向电子设备提供物理输入，其中，所述按钮包括传感器阵列和辅助电极，其中，所述传感器阵列设置在所述按钮的中央区域中，并且包括第一电极和第二电极，所述辅助电极设置在所述键中的围绕传感器阵列的键的外部区域和形成在键的外周的金属环中的一者或这二者中；指纹感测电路模块，被配置为通过设置在传感器阵列上的接触对象从由第一电极和第二电极之间产生的电容来感测指纹；伪造指纹分析器，被配置为基于在第二电极和辅助电极中的电极之间形成的电容来确定指纹是否伪造。

辅助电极的每个可以与传感器阵列隔开小于3μm的距离。

伪造指纹分析器还可被配置为：向辅助电极提供具有不同频率的信号；基于辅助电极之间的阻抗来确定指纹是否伪造。

指纹感测电路模块还可被配置为基于在传感器阵列的边缘区域和接触对象之间是否存在距离来检测所述指纹是否伪造。

通过下面的具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。

附图说明

图1是根据实施例的包括指纹传感器的电子设备的示图。

图2是根据实施例的指纹传感器的框图。

图3A和图3B是示出根据实施例的在面板中包括的传感器阵列的俯视图。

图4是根据实施例的在面板中包括的传感器阵列的横截面图。

图5和图6是示出将传感器阵列中的电极分组的方法的示例的示图。

图7A和图7B是分别示出提供给生命体部分的高频信号的路径和提供给生命体部分的低频信号的路径的示例的示图。

图8A是示出根据实施例的根据频率变化的阻抗的幅度的曲线图。图8B是示出根据实施例的根据频率变化的阻抗的相位的曲线图。

图9是根据另一实施例的指纹传感器的框图。

图10是根据实施例的面板的横截面图。

图11A至图12E是示出面板的布局和实施的示例的示图。

在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，为了清楚、说明及方便起见，附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘可以被夸大。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种变换、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作顺序仅仅是示例，其并不局限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，在理解本申请的公开内容后可做出将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域公知的特征的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为被这里所描述的示例所限制。更确切的说，已经提供了这里所描述的示例，仅仅用于示出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的实施这里所描述的方法、设备和/或系统的很多可行的方式中的一些。

图1是根据实施例的包括指纹传感器的电子设备1的示图。参照图1，电子设备1包括显示器11、第一辅助输入单元12和第二辅助输入单元13。

显示器11包括结构化输出装置，诸如，液晶显示装置(LCD)、有机发光二级管(OLED)或被配置成输出图像的另一类型的输出装置，并包括位于输出装置上的透明触摸板，所述透明触摸板被配置成识别用户的主触摸输入。

第一辅助输入单元12和第二辅助输入单元13被配置成识别用户的输入而不是到触摸板的主触摸输入。第一辅助输入单元12和第二辅助输入单元13可形成在电子设备1的边框区域中，以使得显示器11的线通过显示器11的透明部分从视线中隐藏。第一辅助输入单元12可包括被配置成接收用户的物理输入的主页(home)按钮，第二辅助输入单元13可包括被配置成执行电子设备的设定控制以识别辅助触摸输入的触摸键。

根据实施例，指纹传感器形成在设置有显示器11的区域和设置有第一辅助输入单元12和第二辅助输入单元13的区域的至少一个的下方，并被配置成确定电子设备1的睡眠模式的解除和电子装置1的电源的接通或断开。

图2是根据实施例的示出指纹传感器10的框图。参照图2，指纹传感器10包括触摸板或“面板”100、指纹感测电路模块200、伪造指纹分析器300和主机400。

面板100包括传感器阵列110，所述传感器阵列110包括基板和设置在基板上的电极。传感器阵列110的电极用于执行指纹感测电路模块200的指纹感测操作和伪造指纹分析器300的伪造指纹确定操作。

图3A是示出根据实施例的在面板100中包括的传感器阵列110的俯视图。图3B示出了根据另一实施例的传感器阵列110a(传感器110的变型)。图4是沿图3A中的Y-Z平面截取的传感器阵列110的横截面图。可以理解的是，沿图3B的Y-Z平面截取的传感器阵列110a的横截面图可具有与图4中示出的示图的外观相似的外观。

参照图3A，传感器阵列110包括基板111、第一电极112和第二电极113。参照图4，传感器阵列110还包括被配置成通过用户的身体部分(诸如手指)或通过用户操纵的对象接触的盖板玻璃(cover lens)114。

参照图3A和图4，基板111可由诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜、聚碳酸酯(PC)膜、聚醚砜(PES)膜、聚酰亚胺(PI)膜、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜、环烯烃聚合物(COP)膜等的膜、钠玻璃或钢化玻璃而形成，以具有高的透光率。

参照图3A，第一电极112沿第一方向(X轴方向)纵向延伸，第二电极113沿与第一方向相交的第二方向(Y轴方向)纵向延伸。第一电极112和第二电极113可形成在基板111的同一表面上或不同表面上，并且在所述多个第一电极112和所述多个第二电极113这二者形成在基板111的同一表面上的情况下，绝缘层可形成在第一电极112和第二电极113之间。第一电极112和第二电极113可具有如下形状：它们延伸同时在X-Y平面上具有恒定的宽度。

参照图3B，除了传感器阵列110a包括具有分别与传感器阵列110的第一电极112和第二电极113不同的构造的第一电极112a和第二电极113a之外，传感器阵列110a与传感器阵列110类似。例如，为提高灵敏度，第一电极112a和第二电极113a均包括通过具有四边形形状的重复的部分而形成的图案。可选地，第一电极112a和第二电极113a均可包括通过具有诸如偏菱形状、菱形形状、圆形形状、三角形形状或另一几何形状的重复的部分而形成的图案。

尽管为在图3A至图4中方便解释而示出了第一电极112/112a和第二电极113/113a的特定数量和构造，但电极112/112a和电极113/113a的数量和构造可改变。

参照图2，指纹感测电路模块200包括驱动电路210、感测电路220、信号转换器230和指纹分析器240。驱动电路210、感测电路220、信号转换器230和指纹分析器240可通过单个集成电路(IC)实施。

指纹感测电路200向图3A/3B的所述多个第一电极112/112a施加驱动信号，并通过从第二电极113/113a检测节点(第一电极112与第二电极113彼此相交叉的位置)处产生的电容来感测指纹。

驱动电路210向第一电极112/112a施加驱动信号。驱动信号可以是方波信号、正弦波信号、三角波信号或具有预定周期和幅度的其它信号。驱动电路210可单独地连接到第一电极112/112a的每个，以向第一电极112/112a施加驱动信号，或者驱动电路210可通过切换电路连接到第一电极112/112a，以使驱动电路210被配置成利用切换电路向第一电极112/112a的每一个或第一电极112/112a的组选择性地施加驱动信号。在示例中，驱动电路210向第一电极112/112a或第一电极112/112a的组顺序地施加驱动信号。

感测电路220从第二电极113/113a检测电容。当驱动信号通过驱动电路210被施加到第一电极112/122a时，在节点处产生电容，并且根据靠近传感器阵列110的手指的指纹的纹谷和纹峰之间的距离差产生电容的变化。

感测电路220可包括C-V转换电路，C-V转换电路的每个包括被配置成将在节点处产生的电容转换成模拟电压信号的至少一个运算放大器和至少一个电容器。C-V转换电路可分别连接到第二电极113/113a的每个。在示例中，C-V转换电路对电容进行积分以将电容转换成电压信号并输出所述电压信号。C-V转换电路可利用预定的积分函数对电容进行积分。

在示例中，为实现同时检测电容，感测电路220同时从第二电极113/113a检测电容，并且在感测电路220中包括的C-V转换电路的数量与第二电极113/113a的数量相对应。

信号转换器230将从感测电路220输出的电压信号转换成数字信号，并将数字信号发送到指纹分析器240。

在示例中，信号转换器230包括时间-数字转换器(TDC)电路或者模数转换器(ADC)电路，其中，时间-数字转换器(TDC)电路测量从感测电路220输出的电压信号到达预定的参考电压电平的时间并将所测量的时间转换成数字信号，模数转换器(ADC)电路测量从感测电路220输出的电压信号的电平在预定时间内变化的量并将所述变化的量转换成数字信号。

指纹分析器240从由信号转换器230发送的数字信号产生包括图像形式的指纹信息。指纹分析器240将产生的指纹信息与预先存储的指纹信息相比较，以验证用户。

参照图2，伪造指纹分析器300包括频率信号提供器310、阻抗测量器320和指纹伪造确定器330。在示例中，伪造指纹分析器300测量阻抗并利用所测量的阻抗的幅度和相位确定指纹是否伪造。

参照图2至图3B，在示例中，频率信号提供器310向与在任一方向上延伸的电极112/112a或113/113a中的一些相对应的阻抗测量电极单元提供频率信号，阻抗测量器320从阻抗测量电极单元测量阻抗，并且指纹伪造确定器330基于所测量的阻抗确定指纹是否伪造。

阻抗测量电极单元包括一个或更多个电极组。所述电极组可包括在任一方向上延伸的电极112/112a或113/113a中的一些。

在示例中，所述电极组包括第一电极组和第二电极组。第一电极112/112a中的至少一个可被包括在第一电极组中，并且没有被包括在第一电极组中的第一电极112/112a中的至少一个可被包括在第二电极组中。可选地，第二电极113/113a中的至少一个可被包括在第一电极组中，并且没有被包括在第一电极组中的第二电极113/113a中的至少一个可被包括在第二电极组中。

第一电极组和第二电极组可在第一电极112/112a或第二电极113/113a中利用介于第一电极组和第二电极组之间的至少一个电极而彼此隔开。另外，第一电极组和第二电极组可在所述多个第一电极112/112a或所述多个第二电极113/113a中彼此隔开尽可能最大的距离(例如，其间具有尽可能最大数量的电极)。

在第一电极组和第二电极组中的每个包括来自第一电极112/112a中的单个电极并且第一电极112/112a的数量是X(其中X指3或更大的自然数)的情况下，设置在第Y个位置(其中1≤Y＜X并且Y指自然数)的第一电极可与第一电极组对应，并且设置在第Z个位置(其中Y<Z≤X并且Z指自然数)的第一电极可与第二电极组相对应。

将参照图5和图6描述第一电极组和第二电极组中的每个包括多个电极的示例。尽管图5和图6以及相关联的描述是针对包括第一电极112和第二电极113的实施例，但应理解的是，与图5和图6相关的描述也适用于包括图3B中示出的包括第一电极112a和第二电极113a的实施例。

图5和图6是示出根据实施例的将传感器阵列中的电极分组的方法的示例的示图。在图5的示例中，在传感器阵列110的第一电极112中连续地彼此相邻设置的电极S1至S3与第一电极组G1相对应，在第一电极112中连续地彼此相邻设置的电极S4至S6与第二电极组电极G2相对应。在图6的示例中，在传感器阵列110的第一电极112中连续地彼此相邻设置的电极S1和S2被分组成第一电极组G1，并且在传感器阵列110的第一电极112中连续地彼此相邻设置的电极S5和S6被分组成第二电极组G2。另外，在传感器阵列110的第一电极112中连续地彼此相邻设置的电极S3和S4被分组成第三电极组G3。

如下所述，频率信号提供器310向电极组中的第一电极组G1提供高和/或低频率信号，并向电极组中的第二电极组G2提供参考信号。在这种情况下，第三电极组G3被浮置从而被用作耗尽区，以减小会在第一电极组G1和第二电极组G2之间产生的噪声。

尽管图5和图6示出了第一电极112被分组成第一电极组G1至第三电极组G3的示例，但在另一示例中，第二电极113可被分为用于设置第一电极组G1至第三电极组G3的组。

再参照图2，频率信号提供器210向第一电极组G1和第二电极组G2提供频率信号。所述频率信号可包括高频和/或低频信号以及参考信号。例如，参考信号与接地电压相对应。频率信号提供器310可包括恒流源以提供具有正弦波电流形式的高频信号和低频信号。

在示例中，频率信号提供器310向第一电极组G1提供高频和/或低频信号，并向第二电极组G2提供参考信号。更具体地，在第一时间点，频率信号提供器310可向第一电极组G1提供高频信号并可向第二电极组G2提供参考信号。另外，在第一时间点之后的下一时间点，频率信号提供器310可向第一电极组G1提供低频信号并可向第二电极组G2提供参考信号。

阻抗测量器320测量第一电极组G1和第二电极组G2之间的阻抗。更具体地，阻抗测量器320可利用彼此正交的相位信号对从第一电极组G1输出的信号和第二电极组G2输出的信号作为两个信号进行采样，并可从两个采样信号测量阻抗的幅度和相位。阻抗测量器320可在第一时间点测量第一电极组G1和第二电极组G2之间的阻抗的幅度和相位，并可在第一时间点之后的下一时间点测量第一电极组G1和第二电极组G2之间的幅度和相位。

指纹伪造确定器330基于从阻抗测量器320传输的阻抗确定指纹是否伪造。更具体地，指纹伪造确定器330通过将在第一时间点测量的阻抗的幅度和相位与在第一时间点之后的下一时间点测量的阻抗的幅度和相位相比较来确定指纹是否伪造。例如，响应于在第一时间点测量的阻抗和在第一时间点之后的下一时间点测量的阻抗之间的差可忽略，伪造指纹分析器300确定指纹是伪造的。更具体地，响应于在第一时间点测量的阻抗的幅度和在第二时间点测量的阻抗的幅度之间的差小于阈值幅度差，和/或在第一时间点测量的阻抗的相位和在第二时间点测量的阻抗的相位之间的差小于阈值相位差，伪造指纹分析器300可确定指纹是伪造的。

图7A是示出提供给生命体部分的高频信号的路径的示图。图7B是示出提供给生命体部分的低频信号的路径的示图。

参照图7A，在从频率信号提供器310向第一电极组G1和第二电极组G2分别提供高频信号和参考信号的示例中，当诸如手指的生命体部分放置在第一电极组G1和第二电极组G2上时，高频信号可穿过手指的细胞膜，使得高频信号经过的路径可通过细胞外液、细胞内液和细胞膜而形成，如箭头所示。

另外，参照图7B，在从频率信号提供器310向第一电极组G1和第二电极组G2分别提供低频信号和参考信号的情况下，当诸如手指的生命体部分放置在第一电极组G1和第二电极组G2上时，低频信号不经过手指的细胞膜，使得低频信号的路径可形成在手指的细胞外液中，如箭头所示。

图8A是示出根据实施例的根据频率变化的阻抗的幅度的曲线图。图8B是示出根据实施例的根据频率变化的阻抗的相位的曲线图。

参照图8A和图8B，可确定的是，当生命体部分放置在电极组(例如，电极组G1和G2)上时，如上所述，高频信号和低频信号的路径彼此不同，使得高频区和低频区的阻抗的幅度之间以及相位之间的差显著地变大。然而，当诸如明胶或橡胶体的非生命体放置在电极组(例如，电极组G1和G2)上时，低频区的阻抗的幅度和相位与高频区的阻抗的幅度和相位之间的差是可忽略的。因此，伪造指纹分析器300基于阻抗的幅度和相位的变化来确定指纹是否伪造。

再参照图2，主机400可以是安装有指纹传感器10的电子设备1的应用处理器(AP)或中央处理器(CPU)。主机400控制指纹感测电路模块200和伪造指纹分析器300的操作，并接收指纹感测电路模块200的指纹感测结果和伪造指纹分析器300的伪造指纹确定结果，以执行设定的操作。更具体地，主机400可控制伪造指纹分析器300以首先执行伪造指纹确定操作，并可控制指纹感测电路模块200以随后执行指纹感测操作。

响应于确定了接触对象(例如，接触诸如电极组G1和G2的电极组的对象)是诸如手指的生命体的一部分，作为伪造指纹分析器300的决策结果，主机400控制指纹感测电路模块200以执行指纹感测操作。相反地，响应于确定了接触对象是非生命体(诸如明胶体或橡胶体)，作为伪造指纹分析器300的决策结果，当确定接触对象为非生命体的次数小于有限的次数时，主机400可通过电子设备的显示装置或音频单元等输出警报信息，并当确定接触对象为非生命体的次数等于或大于所述有限的次数时，主机400可结束伪造指纹确定操作并将电子设备保持在锁定状态。

另外，主机400可控制指纹感测电路模块200以首先执行指纹感测操作，并控制伪造指纹分析器300以随后执行伪造指纹确定操作。

在指纹与经验证的用户的指纹相符合的情况下，作为指纹感测电路模块200的决策结果，主机400可控制伪造指纹分析器300从而执行伪造指纹确定操作。相反地，在确定指纹与经验证的用户的指纹不相符合的情况下，作为指纹感测电路模块200的决策结果，当确定指纹与经验证的用户的指纹不相符合的次数小于阈值次数时，主机400可通过电子设备1的显示器和音频装置中的一个或这二者输出警报信息，当确定指纹与经验证的用户的指纹不相符合的次数等于或大于所述阈值次数时，主机400可结束指纹感测操作并将电子设备1保持在锁定状态。

再参照图4，传感器阵列110的第一电极S1至S6中的电极S1和电极S6可分别与上述第一电极组G1和第二电极组G2相对应。为执行伪造指纹确定操作和指纹感测操作，电极S1和电极S6需测量用户的手指的阻抗。然而，放置在电极S1和S6以及手指之间的盖板玻璃114一般由绝缘材料形成并直接与用户的手指接触，使得手指的阻抗不会被精确地测量。

图9是示出根据另一实施例的指纹传感器10’的框图。图10是根据实施例的面板100’的横截面图。如图9和图10所示，除了传感器阵列110之外，指纹传感器10’的面板110’还包括辅助电极单元120，并包括在辅助电极单元120上形成的导电层115以精确地测量阻抗。

参照图9，指纹传感器10’包括面板100’、指纹感测电路模块200、伪造指纹分析器300和主机400。指纹传感器10’与参照图2的上述实施例中的指纹传感器10相似，但包括另外的组件。因此，将省略与上述内容相同或重复的内容的描述，并将主要描述与上述内容不同的或除上述内容之外的内容。

辅助电极单元120包括至少两个辅助电极121和122。辅助电极121和122彼此相对设置，并且传感器阵列110介于其间。尽管图9示出了辅助电极121和122具有四边形形状的示例，但辅助电极121和122可具有诸如三角形形状、偏菱形形状或另一几何形状的不同的形状。

另外，尽管图9中仅示出了两个辅助电极121和122，但多于两个的辅助电极可设置在传感器阵列110的附近。所述两个或更多个辅助电极可以与传感器阵列110隔开预定的距离。在下文中，为便于说明，将描述辅助电极单元120包括第一辅助电极121和第二辅助电极122的示例。

频率信号提供器310向辅助电极单元120的第一辅助电极121和第二辅助电极122提供频率信号。阻抗测量器320测量第一辅助电极121和第二辅助电极122的阻抗，并且指纹伪造确定器330基于测量的阻抗确定指纹是否伪造。

也就是说，参照图2的上述实施例中的阻抗测量电极单元的第一电极组G1和第二电极组G2可与图9的实施例中的辅助电极单元120的第一辅助电极121和第二辅助电极122相对应。

参照图10，面板100还包括形成在第一辅助电极121和第二辅助电极122上的导电层115。根据实施例，导电层115形成在第一辅助电极121和第二辅助电极122上以精确地测量阻抗。

参照图10，在用户的手指位于传感器阵列110以及第一辅助电极121和第二辅助电极122上时，指纹感测操作通过指纹感测电路模块200执行，并且伪造指纹确定操作通过伪造指纹分析器300执行。

然而，例如，当使用由明胶或橡胶形成的主体而伪造的伪造指纹位于传感器阵列110上并且未经验证的用户而不是经验证的用户的手指位于第一辅助电极121和第二辅助电极122上时，指纹传感器10’会错误地确定未经验证的用户的指纹是经验证的用户的指纹。

将对沿一个方向的伪造指纹的尺寸和传感器阵列的长度进行彼此比较并描述。在沿一个方向的伪造指纹的尺寸大于传感器阵列110的长度时，伪造指纹的部分放置在第一辅助电极121和第二辅助电极122上，因而，伪造指纹分析器300通过第一辅助电极121和第二辅助电极122确定指纹是否伪造。

在这种情况下，为提高指纹分析器300关于指纹是否伪造的决策的准确率，第一辅助电极121和第二辅助电极122可设置成与传感器阵列110相邻。作为示例，第一辅助电极121和第二辅助电极122中的每个可以与传感器阵列110隔开等于或小于3μm的距离。

然而，相反地，在沿一个方向的伪造指纹尺寸小于传感器阵列110的长度的情况下，伪造指纹的部分可不放置在第一辅助电极121和第二辅助电极122上，因而，指纹传感器10’可错误地确定伪造指纹是经验证的用户的指纹。

根据实施例，为更精确地检测指纹是否伪造，指纹传感器10’执行下列辅助操作。

第一辅助操作

参照图9，伪造指纹分析器300的频率信号提供器310向第一辅助电极121和第二辅助电极122的一个或这二者提供高频信号，并且指纹感测电路模块200的感测电路220将形成在第二电极113与第一辅助电极121和第二辅助电极122中的一个或这二者之间形成的电容转换成电压信号，然后，输出所述电压信号。信号转换器230将所述电压信号转换成数字信号，并且指纹分析器240从由信号转换器230发送的数字信号确定指纹是否伪造。

当生命体的一部分(诸如手指)放置在传感器阵列110上时，形成在第二电极113与第一辅助电极121和第二辅助电极122中的一个或这二者之间的电容减小，使得电压信号的电平减小。另一方面，例如，当使用明胶或橡胶伪造的伪造指纹放置在传感器阵列110上时，形成在第二电极113与第一辅助电极121和第二辅助电极122中的一个或这二者之间的电容增大，使得电压信号的电平增大。因此，指纹分析器240基于从由信号转换器230发送的数字信号获得的电压信号的电平的增大或减小来确定指纹是否伪造。

第二辅助操作

当诸如伪造指纹的接触对象放置在传感器阵列110中，并且沿一个方向的接触物体的尺寸小于传感器阵列110的长度时，指纹分析器240基于接触对象和传感器阵列110的边缘区域之间的距离确定指纹是否伪造。

当接触对象不是伪造指纹而是手指的指纹时，可不存在接触对象和传感器阵列110的边缘区域之间的距离。然而，在接触对象是伪造指纹的情况下，可存在接触对象和传感器阵列110的边缘区域之间的距离，因而，指纹感测电路模块200可基于接触对象和传感器阵列的边缘区域之间的距离是否存在来检测指纹是否伪造。

如参照图1所述，指纹传感器10可形成在设置有显示器11的区域和设置有第一辅助输入单元12和第二辅助输入单元13的边框区域中的至少一个的下方。在下文中，将参照图11A至图12E描述实现指纹传感器的示例方法。

图11A至图12E示出触摸板的布局和实施。

在图11A的示例中，第一辅助输入单元12包括用于接收用户的物理输入的主页按钮12A和形成在主页按钮12A的外周的金属环12B。传感器阵列110位于主页按钮12A的中央部分，辅助电极单元120的辅助电极通过将金属环12B划分为多个部分而形成。

在图11B的示例中，辅助电极单元120的两个辅助电极121和122通过将金属环12B划分为两个部分而形成。在图11C的示例中，辅助电极单元120的四个辅助电极121至124通过将金属环12B划分为四个部分而形成。参照图11D，辅助电极单元120的三个辅助电极121至123通过将金属环12B划分为三个部分而形成。

另外，如图11E所示，辅助电极单元120的两个辅助电极121和122通过将金属环12B划分成两个部分而形成，并且另一辅助电极123使用电子设备1的金属框而形成。

在图12A的示例中，第一辅助输入单元12包括用于接收用户的物理输入的主页按钮12A和形成在主页按钮12A的外周的金属环12B。传感器阵列110位于主页按钮12A的中央部分，通过将设置在主页按钮12A的外部的金属环12B划分成多个部分或通过在主页按钮12A的围绕传感器阵列并设置在传感器阵列110和金属环12B之间的外部区域中设置电极来形成辅助电极单元120的辅助电极。

在图12B的示例中，辅助电极单元120的两个辅助电极121和122设置在主页按钮12A的外部区域中。在图12C的示例中，辅助电极单元120的四个辅助电极121至124设置在主页按钮12A的外部区域中。在图12D的示例中，辅助电极单元120的三个辅助电极121至123通过在主页按钮12A的外部区域中设置两个电极121和122并且将金属环12B构造为另一电极而形成。在图12E的示例中，通过在与主页按钮12A的外部区域相对应的虚设区域中设置两个虚设电极121和122并且将金属环12B划分成两个部分以形成两个附加电极来形成辅助电极单元120的四个辅助电极121至124。

如上所述，根据这里公开的实施例，以矩阵形式设置的电极可用作公用电极以感测指纹并确定伪造指纹，从而提高空间效率并减小包括指纹传感器的电子装置的产品成本。

图2和图9中的执行本申请中描述的操作的指纹感测电路模块200、驱动电路210、感测电路220、信号转换器230、指纹分析器240、伪造指纹分析器300、频率信号提供器310、阻抗测量器320、指纹伪造确定器330以及主机400通过被配置成执行本申请所描述的由硬件组件所执行的操作的硬件组件来实施。可用于在适当的情况下执行本申请所述的操作的硬件组件的示例包括：控制器、传感器、发生器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器以及被配置为执行本申请中描述的操作的任何其他电子组件。在其他示例中，执行在本申请中描述的操作的硬件组件的一个或更多个组件通过例如一个或更多个处理器或计算机的计算硬件来实施。处理器或计算机可通过一个或更多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或被配置为以定义的方式响应并执行指令以实现期望的结果的其他任何装置或其组合)来实施。在一个示例中，处理器或计算机包括或连接到存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或更多个存储器。由处理器或计算机实施的硬件组件可执行指令或软件(诸如，操作系统(OS)和在OS中运行的一个或更多个软件应用)以执行本申请中描述的操作。响应于指令或软件的执行，硬件组件也可访问、操纵、处理、创建和存储数据。为简单起见，单数术语“处理器”或“计算机”也可用于描述本申请中描述的示例，但在其他示例中，可以使用多个处理器或计算机，或者处理器或计算机可包括多个处理元件或多种类型的处理元件或两者兼有。例如，单个硬件组件或两个或更多个硬件组件可通过单个处理器或两个或更多个处理器或处理器和控制器实施。一个或更多个硬件组件可通过一个或更多个处理器或处理器和控制器实施，并且一个或更多个其他硬件组件可通过一个或更多个其他处理器或另一处理器和另一控制器实施。一个或更多个处理器或处理器和控制器可实施单个硬件组件或两个或更多个硬件组件。硬件组件可具有任何一个或更多个不同处理构造，其示例包括单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理装置、单指令多数据(SIMD)多处理装置、多指令单数据(MISD)多处理装置和多指令多数据(MIMD)多处理装置。

控制计算硬件(例如，一个或更多个处理器或计算机)以实施硬件组件并执行上述方法的指令或软件可写为计算机程序、代码段、指令或它们的任意组合，以单独地或共同地指示或配置所述一个或更多个处理器或计算机以作为机器或专用计算机进行操作执行由上述硬件组件和方法所执行的操作。在一个示例中，指令或软件包括由一个或更多个处理器或计算机执行的机器代码，诸如由编译器生成的机器代码。在另一个示例中，指令或软件包括由一个或更多个处理器或计算机使用解释器执行的高级代码。基于附图中所示的块状图和流程图以及说明书中的对应描述可使用任何编程语言编写指令或软件，其中，所述附图中所示的块状图和流程图以及说明书中的对应描述公开了用于执行由上述硬件组件和方法所执行的操作的算法。

控制计算硬件(例如，一个或更多个处理器或计算机)以实施上述硬件组件和执行上述方法的指令或软件，并且任何相关联的数据、数据文件和数据结构可记录、存储或固定在一个或更多个非暂时性计算机可读存储介质中或其上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM，DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态磁盘，以及被配置成以非临时性方式存储指令或软件和任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将指令或软件和任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给一个或更多个处理器或计算机以使所述一个或更多个处理器或计算机能够执行所述指令的其他任何装置。在一个示例中，指令或软件和任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统中以使所述指令和软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过所述一个或更多个处理器或计算机以分布式的方式存储、访问和执行。

Claims (26)

1.一种指纹传感器，包括：

面板，包括传感器阵列，所述传感器阵列包括沿第一方向延伸的第一电极和沿与第一方向相交的第二方向延伸的第二电极；

伪造指纹分析器，被配置成向第一电极组和第二电极组提供具有不同频率的信号，并测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗以确定施加到传感器阵列的指纹是否伪造，

其中，第一电极组包括第一电极或第二电极中的多个电极的一部分，第二电极组包括所述多个电极的另一部分。

2.根据权利要求1所述的指纹传感器，其中，第一电极组和第二电极组利用设置在第一电极组和第二电极组之间的所述多个电极中的电极而彼此隔开，并且所述多个电极中的所述电极被浮置。

3.根据权利要求2所述的指纹传感器，其中，在第一电极组和第二电极组中包括的一些电极连续地彼此相邻地设置。

4.根据权利要求1所述的指纹传感器，其中，伪造指纹分析器包括频率信号提供器，所述频率信号提供器被配置为向第一电极组和第二电极组提供高频信号、低频信号和参考信号。

5.根据权利要求4所述的指纹传感器，其中：

频率信号提供器被配置为在第一时间点向第一电极组提供所述高频信号，并且向第二电极组提供所述参考信号；

频率信号提供器被配置为在所述第一时间点之后的下一个时间点向第一电极组提供所述低频信号，并且向第二电极组提供所述参考信号。

6.根据权利要求5所述的指纹传感器，其中，伪造指纹分析器还包括阻抗测量器，所述阻抗测量器被配置为在所述第一时间点和所述下一时间点测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗。

7.根据权利要求6所述的指纹传感器，其中，伪造指纹分析器还包括伪造指纹确定器，所述伪造指纹确定器被配置为通过将在第一时间点测量的阻抗与在下一时间点测量的阻抗相比较来确定指纹是否伪造。

8.根据权利要求7所述的指纹传感器，其中，伪造指纹分析器被配置为响应于在所述第一时间点测量的阻抗与在所述下一时间点测量的阻抗之间的差可忽略来确定所述指纹是伪造的。

9.根据权利要求1所述的指纹传感器，所述指纹传感器还包括指纹感测电路模块，所述指纹感测电路模块被配置为：

向第一电极施加驱动信号；

从第二电极检测在第一电极和第二电极之间产生的电容，以感测所述指纹。

10.一种指纹传感器，包括：

面板，包括：

传感器阵列，包括第一电极和设置在第一电极上方的第二电极，

辅助电极单元，包括设置成与传感器阵列邻近的辅助电极；

指纹感测电路模块，被配置为从第一电极和第二电极之间产生的电容感测指纹；

伪造指纹分析器，被配置为向辅助电极提供具有不同频率的信号，并且基于辅助电极之间的阻抗来确定指纹是否伪造。

11.根据权利要求10所述的指纹传感器，其中：

伪造指纹分析器被配置为向辅助电极中的一个或更多个电极提供高频信号；

指纹感测电路模块被配置为基于在第二电极与辅助电极中的一个或更多个电极之间形成的电容来确定指纹是否伪造。

12.根据权利要求11所述的指纹传感器，其中，指纹感测电路模块还被配置为响应于在第二电极与辅助电极中的所述一个或更多个电极之间形成的电容的增大来确定所述指纹被伪造。

13.根据权利要求10所述的指纹传感器，其中，指纹感测电路模块还被配置为基于在传感器阵列的边缘区域和设置在传感器阵列上的接触对象之间是否存在距离来检测所述指纹是否伪造。

14.根据权利要求10所述的指纹传感器，其中，面板还包括形成在辅助电极上的导电层。

15.根据权利要求10所述的指纹传感器，其中，传感器阵列设置在被配置为向电子设备提供物理输入的主页按钮的中央区域中，并且辅助电极由金属环形成，所述金属环包括形成在主页按钮的外侧的两个部分。

16.根据权利要求10所述的指纹传感器，其中，传感器阵列设置在被配置为向电子设备提供物理输入的主页按钮的中央区域中，辅助电极设置在主页按钮的围绕主页按钮的中央区域的外部区域中。

17.根据权利要求10所述的指纹传感器，其中，面板形成在电子设备的显示区域和边框区域中的一个或这二者中。

18.根据权利要求10所述的指纹传感器，其中，辅助电极中的每个与传感器阵列隔开3μm或更小的距离。

19.一种指纹感测设备，包括：

频率信号提供器，被配置为向包括沿第一方向延伸的第一电极和沿第二方向延伸的第二电极的传感器阵列提供具有不同频率的信号；

阻抗测量器，被配置为测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗，其中，第一电极组和第二电极组均包括第一电极中的电极，或者均包括第二电极中的电极；

指纹伪造确定器，被配置为基于所测量的阻抗来确定施加到传感器阵列的指纹是否伪造；

感测电路模块，被配置为

将驱动信号施加到第一电极，

从第二电极检测在第一电极和第二电极之间产生的电容，以感测所述指纹。

20.根据权利要求19所述的指纹感测设备，其中：

向传感器阵列提供具有不同频率的信号的步骤包括：

在第一时间点向第一电极组提供具有第一频率的第一信号，并向第二电极组提供参考信号；

在第一时间点之后的下一时间点，向第一电极组提供具有第二频率的第二信号，并向第二电极组提供所述参考信号；

测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗的步骤包括在所述第一时间点和所述下一时间点测量第一电极组和第二电极组之间的阻抗。

21.根据权利要求20所述的指纹感测设备，其中，指纹伪造确定器被配置为响应于在所述第一时间点测量的阻抗与在所述下一时间点测量的阻抗之间的差可忽略来确定所述指纹是伪造的。

22.根据权利要求19所述的指纹感测设备，其中，第一电极组和第二电极组通过浮置的电极彼此隔开。

23.一种电子设备，包括：

按钮，被配置为向电子设备提供物理输入，其中，所述按钮包括：

传感器阵列，设置在所述按钮的中央区域中，并且包括第一电极和第二电极；

辅助电极，设置在所述按钮的围绕传感器阵列的外部区域和形成在按钮的外周的金属环中的一者或这二者中；

指纹感测电路模块，被配置为通过设置在传感器阵列上的接触对象从第一电极和第二电极之间产生的电容来感测指纹；

伪造指纹分析器，被配置为基于在第二电极和辅助电极中的电极之间形成的电容来确定指纹是否伪造。

24.根据权利要求23所述的电子设备，其中，辅助电极中的每个与传感器阵列隔开小于3μm的距离。

25.根据权利要求23所述的电子设备，其中，伪造指纹分析器还被配置为：

向辅助电极提供具有不同频率的信号；

基于辅助电极之间的阻抗来确定指纹是否伪造。

26.根据权利要求23所述的电子设备，其中，指纹感测电路模块还被配置为基于在传感器阵列的边缘区域和所述接触对象之间是否存在距离来检测所述指纹是否伪造。