CN108139839A - 用于确定手指移动事件的方法和指纹感测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定指纹传感器上的手指移动事件的方法。该方法包括获取指示手指检测结构的可以被手指触摸的部分的信号。基于该信号和总信号水平之间的比值，可以在两个不同时间实例处确定手指在指纹感测装置上的位置。基于可能相同的位置，可以确定手指移动事件。本发明还涉及对应的指纹感测装置。

Description

用于确定手指移动事件的方法和指纹感测系统

技术领域

本发明涉及一种用于确定指纹传感器上的手指移动事件的方法。本发明还涉及对应的指纹感测系统以及包括此指纹感测系统的电子装置。

背景技术

各种类型生物识别系统的使用越来越多，以便用于提高安全性及/或增强用户便利性。特别地，由于指纹感测系统的小外型因子、高性能、以及用户接受度的关系，它们已被运用在例如消费性电子装置中。

为提供低能耗的指纹感测系统，指纹感测系统应仅当有手指在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，指纹感测系统可能需要独立确定是否有手指在该感测装置上并且当手指放置在该感测装置上时感测手指的指纹图案。

US 8031046公开了一种指纹感测装置，其中，多个指纹感测电极可被汇流在一起并且被连接至通常保持导通的汇流电极放大器。采样与保持与译码器电路被连接至汇流电极放大器并且可以从汇流电极组处输出平均功率，该平均功率与阈值水平进行比较。如果平均功率高于阈值水平，则确定手指存在并且指纹图像被获取。

虽然US 8031046所提出的解决方案看似提供了一种非常节能的手指检测功能；不过，似乎仍有改进的空间。

发明内容

鉴于现有技术的上面提及的和其他的缺点，本发明的目的是提供一种改进的手指检测程序以及这样的指纹感测系统，特别地，提供该指纹感测系统的更节能的操作。

因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定指纹传感器上的手指移动事件的方法，该指纹传感器包括：感测元件的阵列，用于感测指纹图案，每个感测元件具有被布置在感测结构平面中的感测结构；以及至少第一手指检测结构和第二手指检测结构,其被布置成与感测结构的阵列相邻，每个手指检测结构具有基本上大于感测结构中的每一个的表面区域，第一手指检测结构被连接至手指检测器电路系统，该手指检测器电路系统被配置成用以产生指示触摸该第一手指检测结构的至少一部分的手指的信号，其中，该第一信号的幅值指示第一手指检测结构的被手指触摸的部分，第二手指检测结构被连接至(第二)手指检测器电路系统，该手指检测器电路系统被配置成用以产生指示触摸该第二手指检测结构的至少一部分的手指的信号，其中，第二信号的幅值指示该第二手指检测结构的被手指触摸的部分，其中，该方法包括下面步骤：获取表示第一手指检测结构的被手指触摸的部分的第一信号；获取指示该第二手指检测结构的被手指触摸的部分的第二信号；基于至少第一信号和第二信号来确定总信号水平；确定第一信号和总信号之间的第一信号比值；确定第二信号和总信号之间的第二信号比值；基于第一信号比值和第二信号比值来确定相对于第一手指检测结构与第二手指检测结构的第一位置以及相对于第一手指检测结构与第二手指检测结构的第二位置；该第二位置在晚于该第一位置的时间处被确定；以及基于第一位置与第二位置来确定手指移动事件。

术语“总信号”应当广义解释，并且例如可以为第一信号与第二信号的总和，或者根据第一信号与第二信号以另一种方式累积的总信号。总信号可以为来自手指检测电路系统的电压(或电流)的总和。

可以基于第一比值与第二比值的加权总和以及坐标系统将第一位置确定为一重力点，其中，第一手指检测结构与第二手指检测结构为该坐标系统的边界。例如，从第一手指检测结构至第一位置的距离可以和第一比值相关，而从第二手指检测结构至第一位置的距离可以和第二比值相关。作为示例，相较于小比值，大比值可以指示第一位置比较靠近相应的手指检测结构。

作为又一示例，坐标系统可以基于将手指检测结构之间的区域虚拟分割为相等部分，其中，该些部分的数量和手指检测结构的数量相同。

第一手指检测结构的被手指触摸的部分的范围可以从零(即该手指检测结构完全没有被触摸)至整个手指检测结构被触摸。手指检测结构的“部分”表示该手指检测结构的其中一侧的区域的一部分。

所获取的信号表示在时间持续期间中以采样率采样的信号。以此方式，可以利用两个不同时间实例处的数据点(或者多个数据点的平均)来确定第一位置和第二位置。

例如，感测元件可以为电容式感测元件，每个感测元件提供用于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性耦合的测量值。与对应于指纹的纹谷的位置处的感测元件相比，在对应于指纹的纹脊的位置处的感测元件将呈现与手指的更强的电容性耦合。

然而，本发明的各种实施方式并不限于包括运用特定指纹感测技术的感测元件的指纹感测装置；相反地，例如可同样应用于光学式指纹传感器、热指纹传感器、或者压电式指纹传感器等。

指纹传感器可以包括用于对指示由感测元件所提供的指纹图案的感测信号进行运算的额外电路系统。例如，此额外电路系统可以包含采样电路系统以及模拟至数字转换电路系统。因此，指纹传感器可以提供指纹图案信号作为数字信号。或者，指纹图案信号可被提供作为模拟信号。

所获取的信号可以为指示电压的模拟或数字数值，而该电压又可以和由该手指(或者在该手指检测结构附近的其他导电物体)、该手指检测结构、以及两者之间的介电材料所构成的电容器的电容成比例。

手指检测结构可以有利地以基本上大于(较大面积)感测元件中所包括的感测结构的金属板形式来提供。例如，手指检测结构可以为感测结构的至少20倍大，或者更优选地，至少100倍大。由此，手指检测结构与可能手指之间的电容性耦合将相应大于感测结构与该可能手指之间的电容性耦合。

感测指纹图案可用于各种用途，例如，生物识别注册或验证、或者基于指纹图案的浏览(navigation)等。

本发明系基于以下认识:可以利用额外手指检测结构来提供低功率手指检测方法和系统,其中专用手指检测电路系统被连接至非该指纹感测装置的感测元件矩阵(也就是，像素矩阵)的一部分的至少一个手指检测结构。因此，替代使用需要大量操作功率的感测元件矩阵，本案发明人认识到，通过利用额外的手指检测结构能够降低功率消耗，因为该感测元件矩阵可以保持在非激活模式(in-active mode)。此外，已经认识到，手指检测结构还可用于检测手指在指纹感测装置上的移动。因此，手指检测结构能够用于移动检测、稳定度和浏览确定。此外，本发明进一步基于以下认识:利用无量纲的信号比值来进行移动检测、稳定度和浏览确定有好处，因为比值不受绝对信号水平影响，因而，比较不必留意可能受噪声(例如，共模噪声)影响的绝对信号水平。例如，通过利用比值，低信号水平对确定移动事件的影响较小。

根据实施方式，手指移动事件可以为手指在从第一位置至第二位置的方向上的移动。

在另一实施方式中，当第一位置和第二位置可以基本上相等并且第一信号的幅值和第二信号的幅值中的每一个首先在第一时间持续期间在第一阈值水平之上并且接着在第二时间持续期间中在第二阈值水平之下时，则确定该手指移动事件为手指的基本垂直移动。手指的垂直移动可被视为“点击事件”。因此，在这样的情况下，手指移动事件被确定为点击事件。点击事件应被理解成表示电子装置上的选择指令，例如，“鼠标上的点击”类型。点击事件亦可以为所谓的“长按点击(hold-click)”事件，因为其要求第一时间持续期间长于正常点击事件。第一位置和该第二位置基本上相等可被解释为该第一位置和该第二位置至少部分交叠。第一位置和第二位置至少在第一时间持续期间中基本上相等。在第二时间持续期间中，手指可能没有触摸手指检测结构。第一阈值水平可以使得能够确定手指出现在该手指检测结构上。此外，第一信号和第二信号的幅值在第一时间持续期间可能需要在阈值之下，使得能够确定手指稳定于手指检测结构上。此外，可选地可以首先确定在初始时间持续期间中没有手指出现，因此，来自手指检测结构的信号幅值在该初始时间持续期间中在阈值之下。其次，可以确定第一幅值和第二幅值在第一时间持续期间在第一阈值水平之上，以及第三可以确定在一时间持续期间中没有手指出现。这提供了一种甚至更精确的点击事件确定。

在一种实施方式中，当第一位置和第二位置基本上相等并且总信号幅值首先在第一时间持续期间在第一阈值水平之上并且接着在第二时间持续期间中在第二阈值水平之下时，则确定手指移动事件为手指的基本垂直移动。换言之，总信号被用于确定垂直移动。因而，移动事件确定变得比较不受单独信号的影响。

在又一实施方式中，可以包含，当第一位置和第二位置基本上相等并且第一信号的幅值和第二信号的幅值中的每一个幅值在第三时间持续期间接着在第一阈值水平之上并且在第四时间持续期间中接着在第四阈值水平之下时，则确定手指移动事件为手指的基本垂直重复移动。利用此实施方式可以进一步确定该手指移动事件为双点击事件。此外，亦可以使用总信号而不是单独信号来确定重复移动。

根据本发明的一种实施方式，还可以包含，当第一位置和第二位置在稳定时间持续期间中基本上相等并且总信号水平的幅值变化在该稳定时间持续期间落在相对于稳定水平的稳定偏差内时，则确定手指移动事件为手指稳定于指纹传感器上。

换言之，手指移动事件没有移动。为实现手指的稳定条件，来自手指检测电路的总信号必须在该稳定时间持续期间和该稳定水平偏离不大于稳定偏差。此外，总信号水平还可能必须在该稳定时间段期间为恒定。依此方式，手指的垂直移动会被确定为稳定。当手指已被确定为稳定时，指纹传感器可被控制以获取指纹图像。因而，指纹图像质量可以获得改进。

在又一实施方式中，当手指被确定为稳定并且当第一比值和第二比值在该稳定时间持续期间中基本上相等时，该指纹传感器可被控制以获取指纹图像。在第一比值和第二比值基本上相等的情况下，手指正在触摸第一手指检测结构与第二手指检测结构的相等部分，因而，该手指的位置可以和第一手指检测结构与该第二手指检测结构等距。利用甚至另外的手指检测结构，例如，位于指纹传感器的感测元件周围的四个手指检测结构，手指可被确定为居中位于感测元件阵列上。因而，可以通过要求手指居中位于感测元件阵列上而进一步改进指纹图像质量。

在另一实施方式中，方法还可以包括：当第一位置和第二位置在浏览时间持续期间中为基本上相等并且第一信号的幅值和第二信号的幅值中的每一个幅值在浏览时间持续期间在浏览阈值水平之上时，则确定该手指移动事件是手指为稳定；以及基于第一位置和第二位置来提供指示浏览操作的信号。因此，传感器相对于手指检测结构的位置被用于确定浏览操作。例如，浏览操作可以为滚动该电子装置中的菜单、或者在运行于该电子装置上操作系统或软件中浏览。换言之，浏览操作类似于游戏杆滚动，例如，使该游戏杆保持在某个位置，例如，左/右/上/下滚动来提供相应方向上的浏览操作。

根据实施方式，方法还可以包括：当第一信号或第二信号的幅值大于或等于检测阈值时，则确定手指正在触摸相应的手指检测结构。该检测阈值为事先确定并且被设定成使得噪声不会被误认为手指检测结构上的手指。例如，在某些施行方式中可以有金属壳体包围指纹传感器或者包围包括指纹传感器的电子装置的至少一部分。手指与此壳体之间的耦合可以提供静态背景信号。检测阈值因此可被选择使得此背景信号在该阈值之下。或者，背景信号可以被用作检测阈值。来自手指检测电路系统的信号可以和检测阈值进行比较，例如，在指纹感测装置的比较器中进行比较。

在一种实施方式中，指纹传感器还可以包括至少第三手指检测结构和第四手指检测结构，其中，每个手指检测结构具有基本上大于感测元件中每一者的表面区域，该第三手指检测结构被连接至第三手指检测器电路系统，该第三手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸该第三手指检测结构的至少一部分的手指的信号，其中，第三信号的幅值指示该第三手指检测结构的被手指触摸的部分，第四手指检测结构被连接至第四手指检测器电路系统，该第四手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸该第四手指检测结构的至少一部分的手指的信号，其中，第四信号的幅值指示第四手指检测结构的被手指触摸的部分，其中，该方法还包括下面的步骤：获取指示该第三手指检测结构的被手指触摸的部分的第三信号，获取指示该第四手指检测结构的被手指触摸的部分的第四信号，基于第一信号、第二信号、第三信号、以及第四信号来确定总信号水平，确定该第三信号和该总信号之间的第三信号比值，确定该第四信号和该总信号之间的第四信号比值，基于第一信号比值、第二信号比值、第三信号比值、以及第四信号比值来确定相对于手指检测结构的第一位置以及相对于手指检测结构的第二位置；以及基于第一位置与第二位置来确定手指移动事件。通过使用更多手指检测结构可以进一步提高手指移动事件确定的精确度。

此外，更有利的是包含更多手指检测结构，例如，八个手指检测结构，例如，在该感测元件阵列的每一侧布置两个。依此方式，可以使用该感测元件阵列单一侧的手指检测结构来确定至少一个方向上的手指移动。

一般来说，需要两个手指检测结构来确定一个维度中(从一个手指检测结构至另一个手指检测结构)的移动以及垂直于该些手指检测结构的第二维度中的移动。利用至少三个手指检测结构除了可以确定在垂直维度上的移动之外，还可以确定该些手指检测结构平面中的两个维度中的移动。

根据本发明的第二方面，提供了一种指纹感测系统，其包括：感测元件阵列，用于感测指纹图案，每个感测元件具有被布置在感测结构平面中的感测结构；以及至少第一手指检测结构和第二手指检测结构，被布置成与感测结构阵列相邻，每个手指检测结构具有基本上大于感测元件中每一者的表面区域，第一手指检测结构被连接至第一手指检测器电路系统，该第一手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸该第一手指检测结的至少一部分的手指的信号，其中，第一信号的幅值指示该第一手指检测结构的被手指触摸的部分，第二手指检测结构被连接至第二手指检测器电路系统，该第二手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸该第二手指检测结构的至少一部分的手指的信号，其中，第二信号的幅值指示该第二手指检测结构的被手指触摸的部分，其中，该指纹感测系统被配置成：获取指示该第一手指检测结构的被手指触摸的部分的第一信号，获取指示该第二手指检测结构的被手指触摸的部分的第二信号，基于至少第一信号和第二信号来确定总信号水平，确定该第一信号和该总信号之间的第一信号比值，确定该第二信号和该总信号之间的第二信号比值，基于该第一信号比值和该第二信号比值来确定相对于第一手指检测结构与第二手指检测结构的第一位置以及相对于该第一手指检测结构与该第二手指检测结构的第二位置，第二位置在晚于该第一位置的时间处被确定；以及基于该第一位置与该第二位置来确定手指移动事件。

根据本发明的另外的实施方式，该指纹传感器还可以包括至少第三手指检测结构和第四手指检测结构，其中，每个手指检测结构具有基本上大于感测元件中每一者的表面区域，第三手指检测结构被连接至第三手指检测器电路系统，该第三手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸该第三手指检测结构的至少一部分的手指的信号，其中，第三信号的幅值指示被该第三手指检测结构的被手指触摸的部分，第四手指检测结构被连接至第四手指检测器电路系统，该第四手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸该第四手指检测结构的至少一部分的手指的信号，其中，该第四信号的幅值指示该第四手指检测结构的被手指触摸的部分，其中，该指纹感测系统被配置成：获取指示该第三手指检测结构的被手指触摸的部分的第三信号，获取指示该第四手指检测结构的被手指触摸的部分的第四信号，基于第一信号、第二信号、第三信号、以及第四信号来确定总信号水平，确定该第三信号和该总信号之间的第三信号比值，确定该第四信号和该总信号之间的第四信号比值，基于该第一信号比值、该第二信号比值、该第三信号比值、以及该第四信号比值来确定相对于手指检测结构的第一位置以及相对于手指检测结构的第二位置；以及基于第一位置与第二位置来确定手指移动事件。

在一种实施方式中，该些手指检测结构可被布置成至少部分地包围在该感测结构平面中的该感测结构，手指检测结构相对于感测结构被布置成相对对。换言之，相邻于该感测元件阵列的每一侧可以布置有一个手指检测结构。

手指检测结构中的每一个可以为电容板，用于感测手指和该电容板之间的电容性耦合。

指纹传感器和手指检测结构可被整合于同一管芯中，因此，制造在同一芯片上。

本发明的第二方面的再一实施方式以及经由此第二方面获得的效果大部分类似上面针对本发明的第一方面所述的实施方式和效果。

根据本发明的第三方面，提供一种电子装置，其包括：控制单元；以及根据第二方面的指纹感测系统。

该指纹传感器可以为电容式指纹传感器。

该电子装置可以为移动电话。

本发明的此第三方面的再一实施方式以及经由此第三方面获得的效果大部分类似上面针对本发明的第一方面和第二方面所述的实施方式和效果。

总之，本发明涉及一种用于确定指纹传感器上的手指移动事件的方法。该方法包括获取表示可以被手指触摸的手指检测结构的部分的信号。基于该信号和总信号水平之间的比值能够在两个不同时间实例处确定手指在指纹感测装置上的位置。基于可能相同的该些位置，可以确定手指移动事件。本发明还涉及一种对应的指纹感测装置。

附图描述

现在将参考附图更详细描述本发明的前述和其他方面，附图示出了本发明的示例实施方式，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的示例实施方式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一部分的示意性剖视图；

图5概念性示出了被分割成四个象限的指纹感测装置，用于基于信号比值的位置确定；

图6a至图6b示出了手指移动跨越指纹感测装置的水平移动以及对应的信号比值；

图7a至图7b示出了手指朝指纹感测装置的垂直移动以及对应的信号比值和信号幅值；

图8示意性地示出了根据本发明的实施方式的方法的流程图；以及

图9概念性示出了当手指稳定于该指纹感测装置上时的总信号幅值。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参考具有集成指纹传感器的移动电话来描述根据本发明的指纹感测系统和方法的各种实施方式。这对许多应用来说虽然方便；不过，应当注意的是，亦可应用许多其他类型电子装置，例如，平板计算机、膝上型计算机、桌面计算机等。此外，本文中的指纹感测装置虽然被示例性描述为有四个手指检测结构；然而，亦可以应用其他数量的手指检测结构，例如，两个、三个、五个、六个、七个、八个等。

图1以具有集成指纹感测装置2的移动电话1的形式示意性地示出了根据本发明的示例实施方式的指纹感测装置的应用。例如，指纹感测装置2可用于解锁移动电话1和/或用于授权利用移动电话进行的交易等。

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。如可以在图2中看出，指纹感测装置2包括传感器阵列5以及手指检测结构4a至手指检测结构4d。图2中虽然没有显示；不过，指纹感测装置2还包括供电接口6和通信接口7。传感器阵列5包括大量的感测元件8(为避免弄乱图面，这些感测元件中的仅一个感测元件被用附图标记来指示)，每一个感测元件可控制以感测感测元件8中所包括的感测结构和接触传感器阵列5的顶表面的手指的表面之间的距离。

在电池供电的电子装置例如图1中的移动电话1中，保持各种子系统(包括指纹感测装置2)的能量消耗尽可能低至关重要。特别地，在给定时间段期间没有被使用的子系统的能量消耗在该时间段期间应当为零或者接近零。

因此，图2中虽然未显示；不过，图2中的指纹感测装置2还设置有用于确定是否有手指出现在指纹感测装置上并且当确定手指出现时用以启动指纹感测装置的电路系统，使得指纹感测装置在手指检测事件之间能够处于超低功率状态。

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至手指检测结构4d之外，指纹感测装置2还包括手指检测器电路9以及运算控制电路系统10，该运算控制电路系统10包含手指检测估计电路14以及图像获取控制电路12。手指检测器电路9被连接至手指检测结构4a，用于提供手指检测信号S_d以指示手指检测结构4a和接近该手指检测结构4a的物体(例如手指)之间的电容性耦合。在图3中仅显示了手指检测结构中的一个手指检测结构4a。另外的手指检测结构4b至手指检测结构d可以全部被连接至相同的手指检测器电路9，或者，每个手指检测结构可以被连接至其自己的手指检测器电路。

如图3中示意性地显示的，该手指检测估计电路14被连接至手指检测器电路9并且被连接至图像获取控制电路12。图像获取控制电路12被连接至该传感器阵列5。

图4是沿着图2中所示直线A-A’所获得的图2中的指纹感测装置2的一部分的示意性剖视图，其中手指11被放置在用于覆盖传感器阵列5和手指检测结构4a的保护性介电顶层13的顶端。参考图4，指纹感测装置2包括：激发信号提供电路19，其经由导电的手指驱动结构(图4中未显示)被电连接至手指；多个感测元件8；以及手指检测布置，其包括手指检测结构4a以及被连接至手指检测结构4a的手指检测电路9。

如图4中示意性地指示的，每个感测元件8包括：导电的感测结构，此处的形式为位于保护性介电顶层13底下的金属板17；电荷放大器18；以及选择电路系统，此处功能性地示出为简易的选择切换器21，用以允许选择/启动感测元件8。

电荷放大器18包括至少一个放大器级，此处示意性地示出为运算放大器(op amp)24，其具有：第一输入(负输入)25，被连接至感测结构17；第二输入(正输入)26，被连接至传感器接地或另一参考电位；以及输出27。此外，电荷放大器18还包括：反馈电容器29，被连接在第一输入25与输出27之间；以及重置电路系统，此处功能性地示出为切换器30，用以允许反馈电容器29的可控制放电。可以通过操作重置电路系统30以使反馈电容器29放电来重置电荷放大器18。

作为负反馈配置的op amp 24的常见情况，第一输入25处的电压跟随第二输入26处的电压。取决于特定放大器配置，第一输入25处的电位可以和第二输入26处的电位基本相同，或者，在第一输入25处的电位和第二输入26处的电位之间可以有基本固定的偏移。在图4的配置中，电荷放大器的第一输入25被虚拟接地。

当时变电位通过激发信号提供电路系统19被提供至手指11时，在感测结构17和手指11之间会出现对应的时变电位差。

在手指11和感测结构17之间的上述电位差变化会导致在电荷放大器18的输出27上产生感测电压信号V_s。

当所示的感测元件8被选择用于感测时，选择切换器21闭合以将感测信号提供至读出线33。图4中所示的读出线33被连接至多路复用器36，读出线33可以为图2中的传感器阵列5的列或行的共同读出线。如图4中示意性地指示的，来自传感器阵列5的其他列/行的额外读出线亦可以被连接至多路复用器36。

多路复用器36的输出被串联连接至采样与保持电路37和模拟至数字转换器38，用以对源自感测元件8的模拟信号进行采样并且将其转换成传感器2上的手指11的指纹图案的数字表示。

如图4中示意性地所示，此处的手指检测电路9以电荷放大器的形式来提供，原理上与上述感测元件8中所包括的电荷放大器18相同。

因此，手指检测电路9包括至少一个放大器级，此处示意性地示出为运算放大器(op amp)44，其具有：第一输入(负输入)45，被连接至手指检测结构4a；第二输入(正输入)46，被连接至传感器接地或另一参考电位；以及输出47。此外，电荷放大器还包括：反馈电容器49，被连接在第一输入45与输出47之间；以及重置电路系统，此处功能性地示出为切换器50，用以允许反馈电容器49的可控制放电。可以通过操作重置电路系统50以使反馈电容器49放电来重置电荷放大器。同样如图4中所示，手指检测电路系统的输出是手指检测信号S_d(为电压的形式)，用以指示手指11和手指检测结构4a之间的电容性耦合。信号比值由手指检测信号和来自指纹感测装置2的所有手指检测结构的总手指检测信号形成。

在图4中，手指11被示出为连接至激发电路19，用以提供手指11、以及传感器阵列5的感测板17以及手指检测结构4a之间所期望的电位差。应当注意的是，替选地可以通过相对于包含指纹感测装置2的电子装置(例如移动电话1)的接地电平改变指纹感测装置的接地电平来提供所期望的电位差。

根据另外的替选实施方式，手指检测结构4a可以局部控制成在相对低电位和相对高电位之间交替。在该替选实施方式中，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45的闸极。此感测晶体管可被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被配置成使得能够防止电流在该井部与该基板之间流动。为降低手指检测结构与半导体基板中的井部之间的寄生电容的影响，电荷放大器的正输入46和井部可被控制成一起上摆与下摆电位。这将导致该手指检测板4a同样上摆与下摆电位。

图5概念性地示出了分割成四个象限的指纹感测装置，用于基于从获取信号确定并且指示被手指触摸的手指检测结构4a至手指检测结构4d的部分的信号比值进行位置确定。由指纹感测装置2覆盖的区域被虚线602与604分割成四个象限。在该概念性情况下假设手指(图中未显示)在某个时间实例正在触摸全部四个手指检测结构4a至手指检测结构4d。在该示例中，手指以下面的信号比值触摸手指检测结构的部分：以2/100的信号比值触摸手指检测结构4a；以2/100的信号比值触摸手指检测结构4b；以48/100的信号比值触摸手指检测结构4c；以48/100的信号比值触摸手指检测结构4d。利用这些信号比值能够推论出手指大部分被定位在手指检测结构4c和4d上并且触摸相对小部分的手指检测结构4a和4b。因此，手指主要位于象限606中。

参考图6a至图6b，示出了在三个时间实例(t1、t2、t3)移动跨越指纹感测装置2及其手指检测结构4a至手指检测结构4d的手指11(图6a)以及对应信号比值40a至信号比值d(图6b)。如图6a中所示，手指11从“左”至“右”移动跨越指纹感测装置。在第一时间t1处，手指11主要触摸手指检测结构4c并且仅触摸手指检测结构4b与4d的相对较小部分。在第二时间实例t2处，手指11触摸手指检测结构4a至手指检测结构4d的相对大部分。在第三时间实例处，手指主要触摸手指检测结构4a并且触摸手指检测结构4b至手指检测结构4d的相对较小部分。图6b示出了手指检测信号相对于来自手指检测结构4a至手指检测结构4d的手指检测信号的累积总信号的信号比值。信号比值40a是从手指检测结构4a获得的比值，信号比值40b是从手指检测结构4c获得的比值，信号比值40c是从手指检测结构4c获得的比值，以及信号比值40d是从手指检测结构4d获得的比值。仅参考信号比值40c，比值40c一开始(在t1处)相对高，但是，随后当手指11较少触摸的手指检测结构4c时则在t2处下降。参考图6a至图6b两者，在第一时间实例t1处，手指主要触摸手指检测结构4c，而且信号比值40c大于其他信号比值40a、b、d。由此可以推论出手指11被定位在指纹感测装置2的与手指检测结构4c相同侧的“左侧”。而后，在时间实例t2处，信号比值40c已经下降而且信号比值40a、40b、40d提高。这指示手指现在比时间实例t1触摸较多的手指检测结构4a、4b、以及4d，而且该手指现在比时间实例t1触摸较少的手指检测结构4c。因此，第一时间实例t1处的手指的第一位置不同于第二时间实例t2处的手指的第二位置，并且可以推论出手指在从第一位置至第二位置的方向上移动。当手指继续移动时，信号比值40c、40b以及40d于第三时间实例t3处下降并且信号比值40a提高。与上面的讨论类似，手指在时间t3处比时间t2(和t1)触摸较多的手指检测结构4a以及较少的手指检测结构4b至手指检测结构4d。因此，手指已经从第二位置移动至第三位置，其方向使得手指11比时间t2触摸较多的手指检测结构4a。由于信号比值已经改变，所以，第三位置不同于第二位置，且因此，手指已经从第二位置移动至第三位置。应当注意的是，图中所示的时间实例t1至时间实例t3之间的时间持续期间是概念性并且实际上可以更短，下限由手指检测估计电路14(例如，参见图3)的采样频率来设定。此外，手指移动及对应比值以及信号幅值同样是概念性的。

图7a概念性地示出了形式为垂直移动的手指移动事件。因此，手指正在朝向手指检测结构4a至手指检测结构4d的平面的方向上移动。在初始时间实例t0(图中未显示)处，手指11没有触摸手指检测结构4a至手指检测结构4d；在第一时间实例t1处，手指触摸并且接近手指检测结构4a至手指检测结构4d；在第二时间实例t2处，手指仍触摸手指检测结构并且保持在原来位置，虽然在该指纹感测装置上的位置基本上相同，但是，手指11和每个手指检测结构4a至手指检测结构4d之间的电容性耦合却可能已改变。在手指仅在垂直方向上移动的情况下，手指检测结构4a至手指检测结构4d的信号比值和图7b中所示基本上相同。由于手指在水平方向上相对稳定，所以，在时间t1和t2处的每个信号比值40a至信号比值40d分别基本上相同，其能够推论出在时间t1处手指11在指纹感测装置2上的第一位置和在时间t2处的第二位置相同(或者，至少接近相同)。然而，由于手指11在指纹感测装置2上垂直移动，所以，手指11与手指检测结构4a至手指检测结构4d中的每一个之间的电容性耦合改变并且因而对应的信号幅值和总信号幅值也改变，总信号幅值被概念性地显示在图7b中。该些信号中的每一者指示手指11和相应手指检测结构4a至手指检测结构4d之间的电容性耦合。概念性总信号幅值400被显示在图7b中，并且一开始在手指11没有触摸手指检测结构4a至手指检测结构4d时的时间t0处为低，但是，随后在从时间t1至时间t2的时间持续期间中该总信号幅值400在阈值S_th之上，并且随后在从时间t2至时间t3的时间持续期间中在该阈值之下。因此，第一位置和第二位置基本上相同；但是，信号幅值400a至信号幅值400d在一时间持续期间中在阈值S_th之上并且随后在该阈值之下。这指示手指的垂直移动并且可用于分类点击事件。取决于时间实例t1与t2之间的时间持续期间，该点击事件可以为标准点击(短时间持续期间)或者长按点击(较长时间持续期间)。

与垂直移动相同的方式，但是要求总信号在稳定水平之上，其能够确定手指移动事件为手指稳定在指纹传感器上。换言之，如果第一位置和第二位置如参考图7b中的信号比值40a至信号比值40d所述相同，并且如图9中进一步概念性地显示的，总信号幅值400的变化在稳定时间持续期间T(从时间T1至时间T2)期间相对于稳定水平Sd_th在上稳定偏差值Sd₁和下稳定偏差值Sd₂(Sd₁和Sd₂可以相等)所给定的稳定偏差S_d内,则指示手指稳定在指纹感测装置2上。此外，如果信号比值40a至信号比值40d也相等，则能够推论出该手指11居中位于指纹感测装置上。依此方式，可以获得提高的指纹图像质量。

此外，如果指纹感测装置处于浏览模式中(即用于在移动电话上的软件中执行浏览)并且如果手指被确定为在浏览时间持续期间中稳定在该指纹感测装置上，例如，第一位置与第二位置基本上相同，那么，手指移动事件可以是在移动电话(或者其他电子装置)上执行浏览操作。基于第一与第二位置,可以执行浏览操作。返回参考图5，如果该第一与第二位置是下象限中的一者，则浏览操作可以是向下滚动列表；或者，如果该第一与第二位置是上象限中的一者，则浏览操作可以是向上滚动列表。这些操作仅为示例性的并且其他操作可以被耦合至指纹感测装置2上的与第一和第二位置的不同的位置。浏览操作类似于游戏杆功能。

现在参考图8，其示出了根据本发明的实施方式的方法步骤的流程图。在第一步骤S802中，获取指示被手指触摸的第一手指检测结构的部分的第一信号。类似地，在第二步骤S804中，获取指示被手指触摸的第二手指检测结构的部分的第二信号。基于第一信号和第二信号，确定总信号水平S806。在步骤S808至步骤S809中，分别确定第一信号与总信号之间的第一信号比值以及第二信号与总信号之间的第二信号比值。而后，在S810，基于第一信号比值和第二信号比值来确定相对于第一手指检测结构和第二手指检测结构的第一位置和第二位置。如果在步骤S812中发现第一位置和第二位置不相同，则在步骤S814中确定该手指移动事件是从第一位置至第二位置的移动。然而，如果确定该第一位置和第二位置基本上相同，倘若总信号水平在稳定时间持续期间中在稳定水平之上的话则可在步骤S816中确定该手指为稳定。而后，指纹图像可被获取S818，也就是说，图像获取控制电路系统12启动传感器阵列5的至少一部分以及采样电路37和模拟至数字转换器38(参考图3和图4)，以便获取至少一部分图像。随后，指纹感测装置2可以返回休眠、或者可以获取另外的指纹图像等。

在上面的实施方式中，该手指检测估计电路14仅在由手指检测电路系统9提供的信号超过检测阈值时才唤醒。当由任何手指检测结构4a至手指检测结构4d所提供的信号超过或等于检测阈值时，可以因而确定手指触摸相应的手指检测结构并且手指检测估计电路14可以唤醒。该些信号可以由手指检测估计电路14中的比较器来估计。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，而不定冠词“一”则不排除复数。在彼此不同的从属权利要求中述及的特定测量值不指示使用这些测量值的组合没有优点。计算机程序可被储存/分布在适当的介质上，例如，连同其他硬件来供应或者作为其他硬件的一部分的光储存介质或固态介质；但是，亦可以以其他形式分布，例如，经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何参考标记不应被视为限制本发明的范围。

Claims (18)

1.一种用于确定指纹传感器上的手指移动事件的方法，所述指纹传感器包括：

感测元件的阵列，用于感测指纹图案，每个感测元件具有被布置在感测结构平面中的感测结构；以及

至少第一手指检测结构和第二手指检测结构，被布置成与所述感测结构的阵列相邻，

每个手指检测结构以电容板的形式来提供，用于感测手指和所述电容板之间的电容性耦合，所述电容板中的每一个具有基本上大于所述感测结构中的每一个的表面区域，

所述电容板被连接至手指检测器电路系统，该手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第一电容板的至少一部分的手指的信号，其中，该第一信号的幅值指示所述第一电容板的被手指触摸的区域部分，

所述第二电容板被连接至手指检测器电路系统，该手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第二电容板的至少一部分的手指的信号，其中，该第二信号的幅值指示所述第二电容板的被手指触摸的区域部分，

其中，所述方法包括以下步骤：

获取指示所述第一电容板的被手指触摸的部分的第一信号；

获取指示所述第二电容板的被手指触摸的部分的第二信号；

基于至少所述第一信号和所述第二信号来确定总信号水平；

确定所述第一信号和所述总信号之间的第一信号比值；

确定所述第二信号和所述总信号之间的第二信号比值；

基于所述第一信号比值和所述第二信号比值来确定相对于所述第一电容板与所述第二电容板的第一位置以及相对于所述第一电容板与所述第二电容板的第二位置，所述第二位置在晚于所述第一位置的时间处被确定；以及

基于所述第一位置和所述第二位置来确定手指移动事件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述手指移动事件是所述手指在从所述第一位置至所述第二位置的方向上的移动。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

当所述第一位置和所述第二位置基本上相等并且所述第一信号的幅值和所述第二信号的幅值中的每一个幅值首先在第一时间持续期间在第一阈值水平之上并且接着在第二时间持续期间在第二阈值水平之下时，

确定所述手指移动事件是所述手指的基本垂直移动。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

当所述第一位置和所述第二位置基本上相等并且所述总信号幅值首先在第一时间持续期间在第一阈值水平之上并且接着在第二时间持续期间在第二阈值水平之下时，

确定所述手指移动事件是所述手指的基本垂直移动。

5.根据权利要求3所述的方法，还包括：

当所述第一信号的幅值和所述第二信号的幅值中的每一个幅值接着在第三时间持续期间在所述第一阈值水平之上并且接着在第四时间持续期间在第四阈值水平之下时，

确定所述手指移动事件是所述手指的基本垂直重复移动。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

当所述第一位置和所述第二位置在稳定时间持续期间基本上相等并且所述总信号水平的幅值变化在所述稳定时间持续期间相对于稳定水平处于稳定偏差内时，

确定所述手指移动事件是所述手指稳定于所述指纹传感器上。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

控制所述指纹传感器以获取指纹图像。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：

当所述第一比值和所述第二比值在所述稳定时间持续期间基本上相等时，

控制所述指纹传感器以获取指纹图像。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

当所述第一位置和所述第二位置在浏览时间持续期间基本上相等并且所述第一信号的幅值和所述第二信号的幅值中的每一个幅值在浏览时间持续期间在浏览阈值水平之上时，

确定所述手指移动事件是所述手指为稳定；并且

基于所述第一位置和所述第二位置来提供指示浏览操作的信号。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

当所述第一信号的幅值大于或等于检测阈值时，确定所述手指在触摸相应的电容板。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述指纹传感器还包括至少第三手指检测结构和第四手指检测结构，其中，每个手指检测结构以电容板的形式来提供，以感测手指和所述电容板之间的电容性耦合，所述电容板中的每一个具有基本上大于所述感测元件中的每一个的表面区域，

所述第三电容板被连接至第三手指检测器电路系统，该第三手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第三电容板的至少一部分的手指的信号，其中，该第三信号的幅值指示所述第三电容板的被手指触摸的部分，

所述第四电容板被连接至第四手指检测器电路系统，该第四手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第四电容板的至少一部分的手指的信号，其中，该第四信号的幅值指示所述第四电容板的被手指触摸的部分，

其中，所述方法还包括以下步骤：

获取指示所述第三电容板的被手指触摸的部分的第三信号；

获取指示所述第四电容板的被手指触摸的部分的第四信号；

基于所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号以及所述第四信号来确定总信号水平；

确定所述第三信号和所述总信号之间的第三信号比值；

确定所述第四信号和所述总信号之间的第四信号比值；

基于所述第一信号比值、所述第二信号比值、所述第三信号比值以及所述第四信号比值来确定相对于所述电容板的所述第一位置以及相对于所述电容板的所述第二位置；以及

基于所述第一位置与所述第二位置来确定所述手指移动事件。

12.一种指纹感测系统，包括：

感测元件的阵列，用于感测指纹图案，每个感测元件具有被布置在感测结构平面中的感测结构；以及

至少第一手指检测结构和第二手指检测结构，被布置成与所述感测结构的阵列相邻；

每个手指检测结构以电容板的形式来提供，用于感测手指和所述电容板之间的电容性耦合，所述电容板具有基本上大于所述感测元件中的每一个的表面区域，

所述第一电容板被连接至手指检测器电路系统，该手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第一电容板的至少一部分的手指的信号，其中，所述第一信号的幅值指示所述第一电容板的被手指触摸的区域部分，

所述第二电容板被连接至第二手指检测器电路系统，该第二手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第二电容板的至少一部分的手指的信号，其中，所述第二信号的幅值指示所述第二电容板的被手指触摸的区域部分，

其中，所述指纹感测系统被配置成：

获取指示所述第一电容板的被手指触摸的部分的第一信号；

获取指示所述第二电容板的被手指触摸的部分的第二信号；

基于至少所述第一信号和所述第二信号来确定总信号水平；

确定所述第一信号和所述总信号之间的第一信号比值；

确定所述第二信号和所述总信号之间的第二信号比值；

基于所述第一信号比值和所述第二信号比值来确定相对于所述第一电容板与所述第二电容板的第一位置以及相对于所述第一电容板与所述第二电容板的第二位置，所述第二位置在晚于所述第一位置的时间处被确定；以及

基于所述第一位置与所述第二位置来确定手指移动事件。

13.根据权利要求12所述的指纹感测系统，其中，所述指纹传感器还包括至少第三电容板和第四电容板，其中，每个电容板具有基本上大于所述感测元件中的每一个的表面区域，

所述第三电容板被连接至第三手指检测器电路系统，该第三手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第三电容板的至少一部分的手指的信号，其中，所述第三信号的幅值指示所述第三电容板的被手指触摸的部分，

所述第四电容板被连接至第四手指检测器电路系统，该第四手指检测器电路系统被配置成产生指示触摸所述第四电容板的至少一部分的手指的信号，其中，所述第四信号的幅值指示所述第四电容板的被手指触摸的部分，

其中，所述指纹感测系统被配置成：

获取指示所述第三电容板的被手指触摸的部分的第三信号；

获取指示所述第四电容板的被手指触摸的部分的第四信号；

基于所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号以及所述第四信号来确定总信号水平；

确定所述第三信号和所述总信号之间的第三信号比值；

确定所述第四信号和所述总信号之间的第四信号比值；

基于所述第一信号比值、所述第二信号比值、所述第三信号比值以及所述第四信号比值来确定相对于所述电容板的所述第一位置以及相对于所述电容板的所述第二位置；以及

基于所述第一位置与所述第二位置来确定所述手指移动事件。

14.根据权利要求12所述的指纹感测系统，其中，所述电容板被布置成至少部分地包围所述感测结构平面中的所述感测结构，所述电容板相对于所述感测结构被布置成相对对。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的指纹感测系统，其中，所述指纹传感器和所述手指检测结构被集成在同一管芯中。

16.一种电子装置，包括：

控制单元；以及

根据权利要求12至15中任一项所述的指纹感测系统。

17.根据权利要求16所述的电子装置，其中，所述指纹传感器是电容式指纹传感器。

18.根据权利要求16或17中任一项所述的电子装置，其中，所述电子装置是移动电话。