CN107239723B - 指纹识别装置 - Google Patents

Abstract

一种指纹识别装置，包括感测阵列、读取线、第一信号源以及第一至第三信号线。读取线设置在第一金属层，并电性连接感测电极。第一信号源产生参考信号，并通过阻抗元件连接至读取线。感测电极与阻抗元件响应于参考信号产生感测信号。第一与第二信号线设置在第一金属层。第三信号线设置在第二金属层。读取线设置在第一与第二信号线之间。读取线于第二金属层的正投影与第三信号线于第二金属层的正投影相互重叠。第一至第三信号线接收参考信号。

Description

指纹识别装置

技术领域

本发明涉及一种指纹识别技术，且特别涉及一种电容式指纹识别装置。

背景技术

电容式指纹识别装置具有尺寸小、成本低等优点，因此广泛应用在各种电子设备中。电容式指纹识别装置包括由多个感测电极所构成的感测阵列，并利用感测电极相对于手指表面的脊纹与沟纹所形成的电容差异来取得指纹影像。然而，感测电极相对于脊纹与沟纹所形成的电容差异并不大。例如，感测电极相对于脊纹与沟纹所形成的电容可能只有0.1fF(femtofarad)和1fF。因此，指纹识别装置往往很容易受到环境中的寄生电容的影响，从而无法准确地识别出指纹，进而降低了指纹识别装置的准确度。

发明内容

本发明提供一种指纹识别装置，利用阻抗元件传送参考信号至读取线，且邻近读取线的信号线也接收参考信号。因此，将可降低寄生电容对指纹识别装置所造成的影响，从而可提升指纹识别装置的准确度。

本发明的指纹识别装置，包括感测阵列、读取线、第一信号源以及第一至第三信号线。感测阵列包括感测电极，以检测指纹。读取线设置在第一金属层，并电性连接感测电极。第一信号源产生参考信号，并通过阻抗元件电性连接至读取线。感测电极与阻抗元件响应于参考信号产生感测信号，且指纹识别装置依据感测信号识别指纹。第一信号线与第二信号线设置在第一金属层。第三信号线设置在第二金属层。读取线设置在第一信号线与第二信号线之间。读取线于第二金属层的正投影与第三信号线于第二金属层的正投影相互重叠。第一至第三信号线接收参考信号。

在本发明的一实施例中，上述的指纹识别装置还包括开关。其中，开关电性连接在读取线与感测电极之间。

在本发明的一实施例中，上述的指纹识别装置还包括处理电路。其中，处理电路电性连接读取线。当开关导通时，处理电路通过读取线接收感测信号，并将感测信号转换成感测信息。

基于上述，本发明的指纹识别装置是利用阻抗元件传送参考信号至读取线，且邻近读取线的信号线也接收参考信号。因此，读取线与信号线上的信号电平将可同步变动。如此一来，将可降低寄生电容对指纹识别装置所造成的影响，从而可提升指纹识别装置的准确度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。

附图说明

图1为依据本发明一实施例的指纹识别装置的示意图。

图2为依据本发明一实施例的用以说明利用感测电极来检测指纹的电路示意图。

图3为依据本发明一实施例的感测信号的波形示意图。

图4为现有技术的感测信号的波形示意图。

附图标记说明：

100：指纹识别装置

110：感测阵列

111～113：感测电极

121：阻抗元件

122、190：信号源

130：处理电路

131：放大器

132：模拟数字转换器

141～143：开关

150：读取线

161～163：信号线

170：基底

181～183：金属层

S11：第一边缘

S12：第二边缘

CS2：电容

CP21～CP23：寄生电容

S21：参考信号

S22：感测信号

310、320、410、420：曲线

具体实施方式

图1为依据本发明一实施例的指纹识别装置的示意图。如图1所示，指纹识别装置100包括感测阵列110、阻抗元件121、信号源122、处理电路130、多个开关141～143、读取线150以及多个信号线161～163。其中，阻抗元件121可例如是一电阻，且信号源122可例如是一信号产生电路。此外，感测阵列110包括多个感测电极111～113，以检测使用者的指纹。

更进一步来看，指纹识别装置100还包括基底(substrate)170与多个金属层181～183。其中，金属层183、金属层181以及金属层182依序堆迭在基底170的上方。换言之，金属层182设置在金属层181与基底170之间，且金属层181设置在金属层183与金属层182之间。此外，感测电极111～113设置在金属层183。读取线150、信号线161与信号线612设置在金属层181。信号线163设置在金属层182。

值得注意的是，读取线150以及信号线161与162是位在同一金属层181，且读取线150设置在信号线161与162之间。此外，读取线150与信号线163是位在不同的金属层，且读取线150于金属层182的正投影与信号线163于金属层182的正投影相互重叠。亦即，在信号线163所在的平面上，读取线150与信号线163的正投影是重叠的。换言之，信号线161与162是设置在读取线150的两侧。信号线163是设置在读取线150的正下方。因此，信号线161～163将可环绕在读取线150的左右两侧以及正下方。

开关141～143与感测电极111～113一对一对应。每一开关电性连接在读取线150与所对应的感测电极之间。例如，开关141电性连接在读取线150与感测电极111之间。另一方面，信号源122通过阻抗元件121电性连接至读取线150。此外，处理电路130包括放大器131与模拟数字转换器132。其中，放大器131电性连接在读取线150与模拟数字转换器132之间。

在操作上，使用者的手指可按压在位于感测阵列110上方的保护层(未绘示岀)上，进而致使感测电极111～113与手指表面形成多个电容。此外，所形成的电容会随着手指表面上的脊纹与沟纹而具有不同的电容量。举例来说，脊纹至感测电极的距离不同于沟纹至感测电极的距离。因此，脊纹与感测电极之间所形成的电容大于沟纹与感测电极之间所形成的电容。

此外，手指与感测电极之间的电容可与阻抗元件121形成RC电路(resistor-capacitor circuit)。此外，RC电路可响应于信号源122所产生的参考信号产生感测信号。由于RC电路中的电容可响应于指纹的不同特征(例如，脊纹与沟纹)而具有不同的电容量，因此RC电路可响应于指纹的不同特征而产生具有不同电平的感测信号。因此，指纹识别装置100将可依据感测信号来识别使用者的指纹，进而取得指纹影像。

举例来说，指纹识别装置100可依序导通开关141～143，以依序通过感测电极111～113来检测手指的指纹。例如，当开关141导通，且其余的开关142～143不导通时，指纹识别装置100可通过感测电极111来检测手指的指纹。此外，图2为依据本发明一实施例的用以说明利用感测电极来检测指纹的电路示意图。如图2所示，在检测期间，感测电极111与指纹之间可形成电容CS2，且阻抗元件121与电容CS2可形成一RC电路。此外，读取线150与信号线161之间可形成一寄生电容。相似地，读取线150与信号线162～163之间也可形成多个寄生电容。其中，图2中的CP21～CP23用以表示读取线150与信号线161～163所形成的寄生电容。

值得注意的是，在一实施例中，指纹识别装置100还包括信号源190。其中，信号源122与信号源190是用以产生相同的参考信号S21，且信号线161～163接收信号源190所产生的参考信号S21。因此，如图2所示，寄生电容CP21～CP23的两端皆是接收参考信号S21。换言之，在检测期间，寄生电容CP21～CP23的两端的电压差是维持固定不变的，进而致使寄生电容CP21～CP23中的电荷不会产生流动。亦即，在等效上，寄生电容CP21～CP23对于RC电路而言可以视为不存在。如此一来，寄生电容CP21～CP23将不会对阻抗元件121与电容CS2所形成的RC电路造成影响，进而可有效地提升指纹识别装置100的准确度。

举例来说，图3为依据本发明一实施例的感测信号的波形示意图。具体而言，当感测电极111是检测到指纹中的脊纹时，感测电极111与指纹所形成的电容CS2的电容量可例如是1fF。亦即，当感测电极111检测到指纹中的脊纹时，RC电路中的电容CS2将可被调整至1fF，进而致使RC电路输出如曲线310所示的感测信号S22。另一方面，当感测电极111是检测到指纹中的沟纹时，感测电极111与指纹所形成的电容CS2的电容量可例如是0.1fF。亦即，当感测电极111检测到指纹中的沟纹时，RC电路中的电容CS2将可被调整至0.1fF，进而致使RC电路输出如曲线320所示的感测信号S22。

具体而言，指纹识别装置100中的信号线161～163环绕在读取线150的左右两侧以及正下方，且信号线161～163与读取线150是接收相同的参考信号S21。换言之，读取线150与其周围的信号线161～163上的信号电平是同步变动的。因此，读取线150与其周围的信号线161～163所形成的寄生电容CP21～CP23将可以视为不存在，进而可有效地提升指纹识别装置100的准确度。

相对地，就现有的指纹识别装置而言，读取线与其周围的信号线上的信号往往无法同步变动，进而导致读取线与其周围的信号线所形成的寄生电容影响现有的指纹识别装置的操作。举例来说，图4为现有技术的感测信号的波形示意图，其中曲线410与曲线420分别为现有的指纹识别装置因应指纹中的脊纹与沟纹所产生的感测信号。如曲线410与420所示，在寄生电容的影响下，现有的指纹识别装置因应指纹中的脊纹与沟纹所产生的感测信号将非常地接近，进而导致现有的指纹识别装置无法正确地识别出指纹纹路。

请继续参照图1与图2。处理电路130中的放大器131可放大感测信号S22，且模拟数字转换器132可将放大后的感测信号S22转换成感测信息。由于阻抗元件121与电容CS2所形成的RC电路可响应于指纹的不同特征而输出具有不同电平的感测信号S22，因此处理电路130也可响应于指纹的不同特征产生不同的感测信息。因此，处理电路130将可参照感测信息来判别感测电极111所检测到的指纹是否为脊纹或是沟纹，进而可参照判别结果来产生指纹影像。

更进一步来看，感测阵列110包括相邻的第一边缘S11与第二边缘S12。其中，开关141～143邻近第一边缘S11，且处理电路130邻近第二边缘S12。亦即，放大器131与模拟数字转换器132邻近第二边缘S12。此外，读取线150沿着感测阵列110的第一边缘S11与第二边缘S12延伸。读取线150、信号线161与信号线162相互平行，且读取线150、信号线161与信号线162的形状为一L型。此外，在一实施例中，感测电极111～113可分别为一金属板，且读取线150以及信号线161～163可分别为一L型金属线。

综上所述，本发明的指纹识别装置是利用三条信号线环绕在一条读取线的左右两侧以及正下方，且所述信号线与读取线接收相同的参考信号。因此，读取线与其周围的信号线上的信号电平将可同步变动，进而可以有效地降低读取线与其周围的信号线所形成的寄生电容对指纹识别装置所造成的影响，从而提升指纹识别装置的准确度。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种指纹识别装置，包括：

一感测阵列，包括一感测电极，以检测一指纹；

一读取线，设置在一第一金属层，并电性连接该感测电极；

一第一信号源，产生一参考信号，并通过一阻抗元件电性连接至该读取线，其中该感测电极与该阻抗元件响应于该参考信号产生一感测信号，且该指纹识别装置依据该感测信号识别该指纹；

一第一信号线与一第二信号线，设置在该第一金属层；以及

一第三信号线，设置在一第二金属层，其中该读取线设置在该第一信号线与该第二信号线之间，该读取线于该第二金属层的正投影与该第三信号线于该第二金属层的正投影相互重叠，且该第一至第三信号线接收该参考信号，其中，该指纹识别装置，还包括：

一第二信号源，产生该参考信号，且该第一信号线至第三信号线接收该第二信号源所产生的该参考信号。

2.如权利要求1所述的指纹识别装置，还包括一开关，且该开关电性连接在该读取线与该感测电极之间。

3.如权利要求2所述的指纹识别装置，还包括：

一处理电路，电性连接该读取线，其中当该开关导通时，该处理电路通过该读取线接收该感测信号，并将该感测信号转换成一感测信息。

4.如权利要求3所述的指纹识别装置，其中该感测阵列包括相邻的一第一边缘与一第二边缘，该开关邻近该第一边缘，且该处理电路邻近该第二边缘。

5.如权利要求4所述的指纹识别装置，其中该处理电路包括：

一放大器，邻近该第二边缘，并放大该感测信号；以及

一模拟数字转换器，邻近该第二边缘，并将放大后的该感测信号转换成该感测信息。

6.如权利要求5所述的指纹识别装置，其中该读取线沿着该第一边缘与该第二边缘延伸，并电性连接该开关与该放大器。

7.如权利要求6所述的指纹识别装置，其中该读取线、该第一信号线与该第二信号线相互平行。

8.如权利要求7所述的指纹识别装置，其中该读取线、该第一信号线与该第二信号线的形状分别为一L型。

9.如权利要求1所述的指纹识别装置，其中该指纹识别装置还包括一基底，且该第二金属层设置在该第一金属层与该基底之间。

10.如权利要求9所述的指纹识别装置，其中该感测电极设置在一第三金属层，且该第一金属层设置在该第二金属层与该第三金属层之间。

11.如权利要求1所述的指纹识别装置，其中该感测电极为一金属板，且该读取线、该第一信号线、该第二信号线与该第三信号线分别为一L型金属线。

12.如权利要求11所述的指纹识别装置，其中该读取线、该第一信号线与该第二信号线相互平行。

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