CN107688799B - 指纹感测器的感测方法 - Google Patents

指纹感测器的感测方法 Download PDF

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Abstract

一种指纹感测器的感测方法，指纹感测器包括多个以阵列排列的感测像素，并且这些感测像素分别具有一感测电极，感测方法包括下列步骤。判断指纹感测器接收的辨识要求的分辨率要求。当分辨率要求小于等于这些感测像素的数量时，对这些感测像素执行自电容感测，以提供第一指纹图案。当分辨率要求大于这些感测像素的数量时，对这些感测电极执行自电容感测及互电容感测，以提供第二指纹图案。

Description

指纹感测器的感测方法
技术领域
本发明涉及一种感测方法，且特别涉及一种指纹感测器的感测方法。
背景技术
指纹感测器由于需要达到一定分辨率，因此感应电极(Sensing PAD)面积受到局限，手指感测到的电容值将也随之缩减，造成感应值难以处理与判别。并且，主动式指纹感测器需提供射频信号，因而更加压缩至感应电极面积。
依据上述，旧有指纹感测器结构为了提升感应(接收)电极面积，权衡之下，传送电极面积会远小于感应(接收)电极的面积，因此传送阻抗较高，同时信号辐射强度也会被消弱造成信号可穿透厚度降低；或者，增加制程道数让传送电极与感应电极使用不同金属层，提升面积使传送强度增加，但成本将也会随着道数增加而提升。
发明内容
本发明提供一种指纹感测器的感测方法，可通过自电容及互电容来提升指纹感测器的扫描分辨率，并且可对应辨识要求的分辨率要求，对指纹感测器的感测像素仅执行自电容，或者按序执行自电容及互电容。
本发明的指纹感测器的感测方法，指纹感测器包括多个以阵列排列的感测像素，并且这些感测像素分别具有一感测电极，感测方法包括下列步骤。判断指纹感测器接收的辨识要求的分辨率要求。当分辨率要求小于等于这些感测像素的数量时，对这些感测像素执行自电容感测，以提供第一指纹图案。当分辨率要求大于这些感测像素的数量时，对这些感测电极执行自电容感测及互电容感测，以提供第二指纹图案。
基于上述，本发明实施例的指纹感测器的感测方法，可对应辨识要求的分辨率要求，对指纹感测器的感测像素仅执行自电容感测，或者按序执行自电容感测及互电容感测，以依据辨识要求调整指纹感测器的扫描时间。因此，可在符合辨识要求的情况下，节省指纹感测器的扫描时间及功率消耗，更可通过自电容感测及互电容感测结合，增加感测像素的面积，感测像素的面积与感测灵敏度成正比，因此而赋予优选的接收强度。
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为根据本发明一实施例的指纹感测器的系统示意图。
图2为根据本发明一实施例的指纹感测器的自电容感测的操作示意图。
图3A至3F为根据本发明一实施例的指纹感测器在第一互电容感测期间的互电容感测的操作示意图。
图4A至4E为根据本发明一实施例的指纹感测器在第二互电容感测期间的互电容感测的操作示意图。
图5为根据本发明一实施例的指纹感测器的感测方法的流程图。
附图标记说明：
100：指纹感测器
110：扫描控制器
120：列扫描驱动器
130：行扫描驱动器
140：感测像素阵列
150：栅极线
160：源极线
CMC1：第一互电容电容值
CMC2：第二互电容电容值
CSC：自电容电容值
ELS：感测电极
G1～G6：栅极信号
PF1：第一指纹图案
PF2：第二指纹图案
PSW：开关晶体管
QSN：辨识要求
S1～S12：源极信号
SP11～SP15、SP21～SP24：子感测期间
SPX：感测像素
S510、S520、S530：步骤
具体实施方式
图1为根据本发明一实施例的指纹感测器的系统示意图。请参照图1，在本实施例中，指纹感测器100包括扫描控制器110、列扫描驱动器120、行扫描驱动器130、感测像素阵列140、多条栅极线150及多条源极线160。感测像素阵列140包括多个以阵列排列的感测像素SPX，在此以6x6的感测像素阵列为例，但本发明实施例不以此为限。各个感测像素SPX具有开关晶体管PSW及感测电极ELS。开关晶体管PSW的栅极耦接对应的栅极线150，开关晶体管PSW的漏极耦接对应的源极线160，开关晶体管PSW的源极耦接感测电极ELS。其中，以感测像素阵列140的左上角为基准点来看，奇数列的感测像素SPX所耦接的源极线160不同于偶数列的感测像素SPX所耦接的源极线160。
列扫描驱动器120耦接扫描控制器110及栅极线150，以受控于扫描控制器110提供多个栅极信号G1～G6至栅极线150。行扫描驱动器130耦接扫描控制器110及源极线160，以受控于扫描控制器110而设定源极线160上的源极信号S1～S12或接收受感测电极ELS所影响的源极线160上的源极信号S1～S12。
在本实施例中，扫描控制器110接收来自外部的辨识要求QSN，接着扫描控制器110判断辨识要求QSN的分辨率要求。当辨识要求QSN的分辨率要求小于等于感测像素SPX的数量时，扫描控制器110会通过列扫描驱动器120、行扫描驱动器130对所有感测像素SPX执行自电容感测，以提供第一指纹图案PF1。此时，第一指纹图案PF1的扫描分辨率会等于所有感测像素SPX的数目。
或者，当辨识要求QSN的分辨率要求大于所有感测像素的数量时，对所有感测电极SPX按序执行自电容感测及互电容感测，以提供第二指纹图案PF2。此时，第二指纹图案PF2的扫描分辨率会大于所有感测像素SPX的数目。
依据上述，指纹感测器100可对应辨识要求QSN的分辨率要求，对所有感测像素SPX仅执行自电容感测，或者按序执行自电容感测及互电容感测。因此，可在符合辨识要求的情况下，节省指纹感测器100的扫描时间及功率消耗。
图2为根据本发明一实施例的指纹感测器的自电容感测的操作示意图。请参照图1及图2，在本实施例中，指纹感测器100执在行自电容感测时会执行下列步骤。会通过列扫描驱动器120提供按序使能的栅极信号G1～G6，以逐列开启所有感测像素SPX，并且通过行扫描驱动器130对开启的感测像素SPX的感测电极进行自电容感测(亦即先提供驱动脉波再进行感测)以取得感测像素SPX的自电容电容值CSC(如图2右侧所示实线方块)。
此时，感测像素SPX的自电容电容值CSC(亦即实线方块)会对应感测像素SPX的位置，并且所有感测像素SPX的自电容电容值CSC可提供作为第一指纹图案PF1。
在本发明实施例中，依据传送电极像素的定义，互电容感测分为两个互电容感测期间。下述图3A至3F为说明第一互电容感测期间的操作，图4A至4E为说明第二互电容感测期间的操作。
图3A至3F为根据本发明一实施例的指纹感测器在第一互电容感测期间的互电容感测的操作示意图。请参照图1及图3A，在本实施例中，以感测像素阵列140的左上角为基准点来看，先将奇数列的第2及6个及偶数列的第4个感测像素SPX(对应第一部分)定义为第一传送电极像素(如斜线方块所示)。广义来说，是以奇数列的第(2+4*n)个感测像素及偶数列的第(4+4*n)个感测像素作为第一传送电极像素，其中n为大于等于零的整数。
请参照图1及图3B，于第一互电容感测期间的第一子感测期间SP11，会通过列扫描驱动器120提供按序使能的奇数栅极信号G1、G3及G5，以逐列开启奇数列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的第一传送电极像素(即奇数列的第(2+4*n)个感测像素)接收的源极信号S3及S11上形成驱动脉波(亦即驱动信号)，以将驱动信号馈入开启的第一传送电极像素。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S1、S5及S9，以自奇数列中直接相邻于第一传送电极像素的感测像素SPX取得部分的第一互电容电容值CMC1(如图3B右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第一传送电极像素与水平方向的感测像素SPX的互电容电容值。
请参照图1及图3C，于第一互电容感测期间的第二子感测期间SP12，会通过列扫描驱动器120提供按序使能的偶数栅极信号G2、G4及G6，以逐列开启偶数列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的第一传送电极像素(即偶数列的第(4+4*n)个感测像素)接收的源极信号S8上形成驱动脉波(亦即驱动信号)，以将驱动信号馈入开启的第一传送电极像素。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S2、S6及S10，以自偶数列中直接相邻于第一传送电极像素的感测像素SPX取得部分的第一互电容电容值CMC1(如图3C右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第一传送电极像素与水平方向的感测像素SPX的互电容电容值。
请参照图1及图3D，于第一互电容感测期间的第三子感测期间SP13，会通过列扫描驱动器120提供按序使能且彼此重叠一个水平扫描期间的栅极信号G1～G6，以按序开启两列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的第一传送电极像素(即奇数列的第(2+4*n)个感测像素及偶数列的第(4+4*n)个感测像素)接收的源极信号S3、S8及S11上形成驱动脉波(亦即驱动信号)。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S4、S7及S12，以自直接相邻于开启的第一传送电极像素但不同列的感测像素SPX取得部分的第一互电容电容值CMC1(如图3D右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第一传送电极像素与垂直方向的感测像素SPX的互电容电容值。
请参照图1及图3E，于第一互电容感测期间的第四子感测期间SP14，同样会通过列扫描驱动器120提供按序使能且彼此重叠一个水平扫描期间的栅极信号G1～G6，以按序开启两列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的奇数列第一传送电极像素(即奇数列的第(2+4*n)个感测像素)接收的源极信号S3及S11上形成驱动脉波(亦即驱动信号)，以将驱动信号馈入奇数列中开启的第一传送电极像素。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S2、S6及S10，以自斜角相邻于第一传送电极像素的感测像素SPX取得部分的第一互电容电容值CMC1(如图3E右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第一传送电极像素与斜角方向的感测像素SPX的互电容电容值。
请参照图1及图3F，于第一互电容感测期间的第五子感测期间SP15，同样会通过列扫描驱动器120提供按序使能且彼此重叠一个水平扫描期间的栅极信号G1～G6，以按序开启两列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的偶数列第一传送电极像素(即偶数列的第(4+4*n)个感测像素)接收的源极信号S8上形成驱动脉波(亦即驱动信号)，以将驱动信号馈入偶数列中开启的第一传送电极像素。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S1、S5及S9，以自斜角相邻于第一传送电极像素的感测像素SPX取得部分的第一互电容电容值CMC1(如图3E右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第一传送电极像素与斜角方向的感测像素SPX的互电容电容值。
图4A至4E为根据本发明一实施例的指纹感测器在第二互电容感测期间的互电容感测的操作示意图。请参照图1及图4A，在本实施例中，以感测像素阵列140的左上角为基准点来看，先将奇数列的第4个及偶数列的第1、3及5个感测像素SPX(对应第二部分)定义为第二传送电极像素(如斜线方块所示)。广义来说，是以奇数列的第(4+4*n)个感测像素及偶数列的第奇数个感测像素作为第二传送电极像素，其中n为大于等于零的整数。
请参照图1及图4B，于第二互电容感测期间的第一子感测期间SP21，会通过列扫描驱动器120提供按序使能的奇数栅极信号G1、G3及G5，以逐列开启奇数列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的第二传送电极像素(即奇数列的第(4+4*n)个感测像素)接收的源极信号S7上形成驱动脉波(亦即驱动信号)，以将驱动信号馈入开启的第二传送电极像素。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S5及S9，以自奇数列中直接相邻于第二传送电极像素的感测像素SPX取得部分的第二互电容电容值CMC2(如图4B右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第二传送电极像素与水平方向的感测像素SPX的互电容电容值。
请参照图1及图4C，于第二互电容感测期间的第二子感测期间SP22，会通过列扫描驱动器120提供按序使能的偶数栅极信号G2、G4及G5，以逐列开启偶数列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的第二传送电极像素(即偶数列的第奇数个感测像素)接收的源极信号S2及S10上形成驱动脉波(亦即驱动信号)，以将驱动信号馈入开启的偶数列的1及5个(即第(1+4*n)个)电极像素SPX。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S4及S12，以自偶数列中直接相邻于馈入驱动信号的第二传送电极像素的右侧(即第一侧)的感测像素SPX取得部分的第二互电容电容值CMC2(如图4C右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第二传送电极像素与右侧的感测像素SPX的互电容电容值。
请参照图1及图4D，于第二互电容感测期间的第三子感测期间SP23，同样会通过列扫描驱动器120提供按序使能的偶数栅极信号G2、G4及G5，再次逐列开启偶数列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的第二传送电极像素(即偶数列的第奇数个感测像素)接收的源极信号S6上形成驱动脉波(亦即驱动信号)，以将驱动信号馈入开启的偶数列的3个(即第(3+4*n)个)感测像素SPX。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S4及S12，以自偶数列中直接相邻于馈入驱动信号的第二传送电极像素的左侧(即第二侧)的感测像素SPX取得部分的第二互电容电容值CMC2(如图4D右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第二传送电极像素与左侧的感测像素SPX的互电容电容值。
请参照图1及图4E，于第二互电容感测期间的第四子感测期间SP24，会通过列扫描驱动器120提供按序使能且彼此重叠一个水平扫描期间的栅极信号G1～G6，以按序开启两列的感测像素SPX。并且，通过行扫描驱动器130在与开启的第二传送电极像素(即偶数列的第奇数个感测像素)接收的源极信号S2、S6及S10上形成驱动脉波(亦即驱动信号)。接着，通过行扫描驱动器130接收源极信号S1、S5及S9，以自直接相邻于开启的第二传送电极像素但不同列的感测像素SPX取得部分的第二互电容电容值CMC2(如图4D右侧所示斜线虚线方块)，亦即取得受驱动的第二传送电极像素与垂直方向的感测像素SPX的互电容电容值。
此时，感测像素SPX的自电容电容值CSC(亦即实线方块)会对应感测像素SPX的位置，并且感测像素SPX的第一互电容电容值CMC1及第二互电容电容值CMC2(亦即虚线方块)会对应感测像素SPX之间的位置，亦即感测像素SPX的自电容电容值CSC、第一互电容电容值CMC1及第二互电容电容值CMC2对应不同感应位置。接着，所有感测像素SPX的自电容电容值CSC、第一互电容电容值CMC1及第二互电容电容值CMC2的组合可提供作为第二指纹图案PF2。并且，上述方式是定义了部分的感测像素SPX分别作为第一传送电极像素及第二传送电极像素，亦即感测像素SPX的第一部分及该第二部分的总和会小于感测像素SPX的总数。
综合上述图3A至3F及图4A至4E的实施例所述，执行感测像素SPX的互电容感测时，会执行下列步骤。在第一互电容感测期间(即子感测期间SP11～SP15)，定义感测像素SPX的第一部分为多个第一传送电极像素。接着，逐列开启第一传送电极像素以馈入驱动信号，并且对相邻于开启的第一传送电极像素的感测像素SPX进行感测以取得多个第一互电容电容值CMC1。然后，在第二互电容感测期间(即子感测期间SP21～SP24)，定义感测像素SPX的第二部分为多个第二传送电极像素，其中第二部分不同于第一部分。接着，逐列开启第二传送电极像素以馈入驱动信号，并且对相邻于开启的第二传送电极像素的感测像素进行感测以取得多个第二互电容电容值CMC2。
在上述实施例中，为了便于理解，子感测期间SP11～SP15及SP21～SP24是依照附图按序说明，但在不同实施例中，子感测期间SP11～SP15及SP21～SP24可以任意顺序被完整执行一次，本发明实施例不以此为限。并且，在子感测期间SP11～SP15及SP21～SP24中，各列的感测像素SPX最多被开启两个水平扫描期间，以避免电荷被堆积于感测电极ELS中，进而影响互电容感测的结果。
图5为根据本发明一实施例的指纹感测器的感测方法的流程图。请参照图5，在本实施例中，指纹感测器包括多个以阵列排列的感测像素，并且感测像素分别具有感测电极，而指纹感测器的感测方法包括下列步骤。在步骤S510中，会判断指纹感测器接收的辨识要求的分辨率要求。当分辨率要求小于等于所有感测像素的数量时，对感测像素执行自电容感测，以提供第一指纹图案(步骤S520)；当分辨率要求大于所有感测像素的数量时，对所有感测电极执行自电容感测及互电容感测，以提供第二指纹图案(步骤S530)。其中，步骤S510、S520及S530的顺序为用以说明，本发明实施例不以此为限。并且，步骤S510、S520及S530的细节可参照图1、图2、图3A至3F及图4A至4D的实施例所示，在此则不再赘述。
综上所述，本发明实施例的指纹感测器的感测方法，可对应辨识要求的分辨率要求，对指纹感测器的感测像素仅执行自电容，或者按序执行自电容及互电容，以依据辨识要求调整指纹感测器的扫描时间。因此，可在符合辨识要求的情况下，节省指纹感测器的扫描时间及功率消耗。并且，在子感测期间中，各列的感测像素最多被开启两个水平扫描期间，以避免电荷被堆积于感测电极中，进而影响互电容感测的结果。
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，在不脱离本发明的构思和范围内，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 (7)

1.一种指纹感测器的感测方法，该指纹感测器包括多个以阵列排列的感测像素，并且所述多个感测像素分别具有一感测电极，包括：
判断该指纹感测器接收的一辨识要求的一分辨率要求；
当该分辨率要求小于等于所述多个感测像素的数量时，对所述多个感测像素执行一自电容感测，以提供一第一指纹图案；以及
当该分辨率要求大于所述多个感测像素的数量时，对所述多个感测电极执行该自电容感测及一互电容感测，以提供一第二指纹图案；
其中执行该自电容感测包括：
逐列开启所述多个感测像素；以及
对开启的所述多个感测像素的感测电极进行该自电容感测以取得所述多个感测像素的多个自电容电容值；
其中，其中执行该互电容感测包括：
在一第一互电容感测期间，定义所述多个感测像素的第一部分为多个第一传送电极像素；
逐列开启所述多个第一传送电极像素以馈入一驱动信号，并且对相邻于开启的所述多个第一传送电极像素的所述多个感测像素进行感测以取得多个第一互电容电容值；
在一第二互电容感测期间，定义所述多个感测像素的第二部分为多个第二传送电极像素，其中该第二部分不同于该第一部分；
逐列开启所述多个第二传送电极像素以馈入该驱动信号，并且对相邻于开启的所述多个第二传送电极像素的所述多个感测像素进行感测以取得多个第二互电容电容值；
其中所述多个第一传送电极像素为奇数列的第(2+4*n)个感测像素及偶数列的第(4+4*n)个感测像素，其中n为大于或等于零的整数；
其中所述多个第二传送电极像素为奇数列的第(4+4*n)个感测像素及偶数列的第奇数个感测像素，其中n为大于或等于零的整数。
2.如权利要求1所述的指纹感测器的感测方法，其中所述多个自电容电容值、所述多个第一互电容电容值及所述多个第二互电容电容值对应不同感应位置。
3.如权利要求1所述的指纹感测器的感测方法，其中该第一指纹图案由所述多个自电容电容值所构成，该第二指纹图案由所述多个自电容电容值、所述多个第一互电容电容值及所述多个第二互电容电容值所构成。
4.如权利要求1所述的指纹感测器的感测方法，其中该第一部分及该第二部分的总和小于所述多个感测像素的总数。
5.如权利要求1所述的指纹感测器的感测方法，还包括：
于该第一互电容感测期间的一第一子感测期间，逐列开启奇数列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入开启的所述多个第一传送电极像素，并且自奇数列中直接相邻于所述多个第一传送电极像素的所述多个感测像素取得所述多个第一互电容电容值；
于该第一互电容感测期间的一第二子感测期间，逐列开启偶数列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入开启的所述多个第一传送电极像素，并且自偶数列中直接相邻于所述多个第一传送电极像素的所述多个感测像素取得所述多个第一互电容电容值；
于该第一互电容感测期间的一第三子感测期间，按序开启两列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入开启的所述多个第一传送电极像素，并且自直接相邻于所述多个第一传送电极像素但不同列的所述多个感测像素取得所述多个第一互电容电容值；
于该第一互电容感测期间的一第四子感测期间，按序开启两列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入奇数列中开启的所述多个第一传送电极像素，并且自斜角相邻于所述多个第一传送电极像素的所述多个感测像素取得所述多个第一互电容电容值；
于该第一互电容感测期间的一第五子感测期间，按序开启两列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入偶数列中开启的所述多个第一传送电极像素，并且自斜角相邻于所述多个第一传送电极像素的所述多个感测像素取得所述多个第一互电容电容值。
6.如权利要求1所述的指纹感测器的感测方法，还包括：
于该第二互电容感测期间的一第一子感测期间，逐列开启奇数列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入开启的所述多个第二传送电极像素，并且自奇数列中直接相邻于所述多个第二传送电极像素的所述多个感测像素取得所述多个第二互电容电容值；
于该第二互电容感测期间的一第二子感测期间，逐列开启偶数列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入开启的第(1+4*n)个感测像素，并且自偶数列中直接相邻于馈入该驱动信号的所述多个第二传送电极像素的一第一侧的所述多个感测像素取得所述多个第二互电容电容值；
于该第二互电容感测期间的一第三子感测期间，逐列开启偶数列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入开启的第(3+4*n)个感测像素，并且自偶数列中直接相邻于馈入该驱动信号的所述第二传送电极像素的一第二侧的所述多个感测像素取得所述多个第二互电容电容值，其中该第二侧相对于该第一侧；
于该第二互电容感测期间的一第四子感测期间，按序开启两列的所述多个感测像素，将该驱动信号馈入偶数列中开启的所述多个第二传送电极像素，并且自直接相邻于所述多个第二传送电极像素但不同列的所述多个感测像素取得所述多个第二互电容电容值。
7.如权利要求1所述的指纹感测器的感测方法，其中该第一指纹图案的分辨率等于所述多个感测像素的数目，该第二指纹图案的分辨率大于所述多个感测像素的数目。
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