CN109934057A - 指纹感测装置以及其指纹感测器的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹感测装置以及其指纹感测器的驱动方法，其中指纹感测器包括一第一电极条以及至少两条与第一电极条相邻的第二电极条，且驱动方法包括提供一第一电压信号至第一电极条，并同时提供至少两第二电压信号分别至第二电极条；以及测量第一电极条的自电容量，以判断是否有触碰发生于指纹感测器，其中第一电压信号与各第二电压信号于第一时间点具有第一电压差，于第二时间点具有第二电压差，第一电压差与第二电压差是实质相同，且测量第一电极条的自电容量于第二时间点进行。

Description

指纹感测装置以及其指纹感测器的驱动方法

技术领域

本发明有关于一种指纹感测装置以及其指纹感测器的驱动方法，尤指一种用以检测手指是否位于指纹感测器上的指纹感测装置以及其指纹感测器的驱动方法。

背景技术

随着科技日新月异，指纹感测器已广泛地应用于各种可携式电子装置，例如：智慧型手机(smart phone)、平板电脑(tablet PC)或是笔记型电脑(laptop PC)等，以透过辨识个人指纹的方式来达到身份认证的目的。在目前指纹感测技术中，电容式指纹感测器由于可与积体电路整合且易于封装，最为普遍且常用。传统电容式指纹感测器透过多条驱动电极以及多条感应电极所形成的格子状结构检测指纹上的波峰与波谷，藉此辨识出指纹的图案。在进行指纹辨识时，驱动信号会依序传送至驱动电极，且透过感应电极所产生的感应信号可检测出对应指纹波峰与波谷的电容感应量。不过，一般电子装置进行身份认证之前处于待机状态，若在待机状态时持续进行指纹辨识的动作会大幅增加电子装置的待机耗电量。虽然目前电子装置透过额外的功能按钮来开启指纹感测器，以避免指纹感测器于待机状态持续进行辨识动作，但此方式对使用者而言仍有不方便之处，而有待进一步改善。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种指纹感测装置以及其指纹感测器的驱动方法，以解决上述问题。

本发明的一实施例提供一种指纹感测器的驱动方法，指纹感测器包括一第一电极条、至少两条与第一电极条相邻的第二电极条以及多条与第一电极条以及第二电极条交错的第三电极条，用以检测指纹。首先，提供一第一电压信号至第一电极条，并同时提供至少两第二电压信号分别至第二电极条。然后，测量第一电极条的自电容量，以判断是否有触碰发生于指纹感测器，其中第一电压信号与各第二电压信号于一第一时间点具有一第一电压差，于一第二时间点具有一第二电压差，第一电压差与第二电压差实质相同，且测量第一电极条的自电容量系于第二时间点进行。

本发明的一实施例提供一种指纹感测装置，包括指纹感测器以及控制模块。指纹感测器用以检测指纹，且指纹感测器包括一第一电极条、至少两条与第一电极条相邻的第二电极条以及多条与第一电极条以及第二电极条交错的第三电极条。控制模块电连接指纹感测器，并用以提供一第一电压信号至第一电极条、提供至少两第二电压信号分别至第二电极条以及测量第一电极条的自电容量，其中第一电压信号与各第二电压信号于一第一时间点具有一第一电压差，于一第二时间点具有一第二电压差，第一电压差与第二电压差实质相同，且测量第一电极条的自电容量于第二时间点进行。

于本发明的指纹感测装置与指纹感测器的驱动方法中，指纹感测器不仅可达到开启指纹感测器以及指纹辨识的目的，而且还可降低手指没有碰触指纹感测器时的自电容量以及其受到温度改变的变化量，并增加手指触碰前与触碰时的自电容变化量，藉此可避免指纹感测器在温度变化下的误判，并加快指纹感测器进行解锁的时间，进而提升使用者的便利性。

附图说明

图1绘示了本发明第一实施例的指纹感测器的俯视示意图。

图2绘示了本发明第一实施例的指纹感测器进行自容触控感测时提供至各第一电极条的第一电压信号以及提供至其余各第一轴向电极条与各第二轴向电极条的接地信号的时序示意图。

图3与图4分别绘示了本发明第一实施例的各第一电极条在手指触碰前与手指触碰时与其余第一轴向电极条以及第二轴向电极的耦合电容示意图。

图5绘示了温度与时间的关系曲线以及在手指没有碰触指纹感测器时依据第一实施例的驱动方法从所有第一电极条所测量到的自电容量与时间的关系曲线示意图。

图6绘示了于本发明第一实施例的指纹感测器在进行自容触控感测时所测量到自电容量与时间的关系示意图。

图7绘示了本发明一实施例的指纹感测装置的功能方块示意图。

图8绘示了本发明第二实施例的指纹感测器的俯视示意图。

图9绘示了本发明第二实施例的指纹感测器的驱动方法流程图。

图10绘示了本发明第二实施例的指纹感测器进行自容触控感测时提供至第一电极条、第二电极条、第三电极条、第四电极条与第五电极条的信号时序示意图。

图11绘示了本发明另一实施例的指纹感测器测量第一电极条自电容量的第二时间点的示意图。

图12绘示了本发明第二实施例的一变化实施例的指纹感测器的俯视示意图。

图13绘示了本发明另一实施例的指纹感测器的驱动方法再次进行自容触控感测的流程图。

图14绘示了本发明另一实施例的指纹感测器的第四电极条的俯视示意图。

图15与图16分别绘示了本发明第二实施例的各第一电极条在手指触碰前与手指触碰时与第二电极条以及第三电极条的耦合电容示意图。

图17绘示了温度与时间的关系曲线以及在手指没有碰触指纹感测器时依据第二实施例的驱动方法从所有第一电极条所测量到的自电容量与时间的关系曲线示意图。

图18绘示了于本发明第二实施例的指纹感测器在进行自容触控感测时所测量到自电容量与时间的关系示意图。

图19绘示了于本发明第三实施例的第一电压信号与第二电压信号的时序示意图。

符号说明

10、100、100' 指纹感测器 AE1 第一轴向电极条

AE2 第二轴向电极条 D1 第一方向

D2 第二方向 SE 感应电极

BL 桥接线 E1 第一电极条

S1 第一电压信号 Sg 接地信号

PT 脉冲时段 PU 脉冲

Ctt、Ctr、Ctt'、Ctr'、Ctf、Cttf、Ctrf 耦合电容

ΔC 自电容变化量 P1、P2 间距

F 手指 Ts 起始时间点

Te 结束时间点 A 区域

E2 第二电极条 E3 第三电极条

E4 第四电极条 T1 第一时间点

T2 第二时间点 S2、S2' 第二电压信号

S3 第三电压信号 S4 第四电压信号

S5 第五电压信号 V1 第一电压

V2 第二电压 V3 第三电压

ΔV 偏压 PU1 第一脉冲

PU2 第二脉冲 PU3 第三脉冲

PU4 第四脉冲 PA 部分

PB 其余部分 PA1、PA1' 第一部分

PA2 第四部分 PB1、PB1' 第二部分

PB2 第三部分 A1 子部分

E41 第一子电极条 E42 第二子电极条

TP1 第一时间区间 TP2 第二时间区间

TP3 第三时间区间 FSD 指纹感测装置

CM 控制模块 JU 判断单元

S10、S12、S14、S20、S30、S30'、S31、S32 步骤

具体实施方式

为使熟悉本发明所属技术领域的一般技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的具体实施例，并配合附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。下文各附图中的元件仅为示意，可能并非按比例绘制，以清楚绘示本揭示，其详细的比例可依照设计的需求进行调整，且附图中的各元件的数量与尺寸仅为示意，并非用于限制本揭示的范围。

请参考图1，其绘示本发明第一实施例的指纹感测器的俯视示意图。如图1所示，指纹感测器10可包括多条第一轴向电极条AE1以及多条第二轴向电极条AE2，其中各第一轴向电极条AE1沿着第一方向D1延伸且彼此分隔，各第二轴向电极条AE2沿着第二方向D2延伸且彼此分隔，使得各第一轴向电极条AE1与各第二轴向电极条AE2彼此交错，并可透过彼此耦合电容检测指纹。于本实施例中，各第一轴向电极条AE1与各第二轴向电极条AE2可分别包括多个感应电极SE以及多条桥接线BL。对应同一第一轴向电极条AE1的桥接线用以连接排列于第一方向D1上的两相邻感应电极SE，以连接成第一轴向电极条AE1，对应同一第二轴向电极条AE2的桥接线BL用以连接排列于第二方向D2上的两相邻感应电极SE，以连接成第二轴向电极条AE2。本发明的第一轴向电极条AE1与第二轴向电极条AE2的结构并不以此为限，亦可为其他类型的互容式触控感测结构。于本实施例中，第一轴向电极条AE1的一部分PA包括多条第一电极条E1，其可另用于单独进行自容触控感测。也就是说，当第一电极条E1进行自容触控感测时，第一轴向电极条AE1的其余部分PB与所有的第二轴向电极条AE2并不进行感测动作。举例来说，第一轴向电极条AE1的数量可为110条，第二轴向电极条AE2可为96条，其中第一电极条E1的数量可为16条。

值得说明的是，利用指纹感测器10进行自容触控感测，可让使用者不需额外按压按钮，即可达到启动指纹辨识的目的。在自容触控感测认定有手指触碰指纹感测器10后，紧接着使用指纹感测器10进一步进行指纹辨识，使用者即可在单次手指触碰的动作中，同时达到启动指纹感测器10以及指纹辨识的目的。由于指纹感测器10的自容触控感测可仅透过部分第一轴向电极条AE1(即第一电极条E1)来进行，因此可避免大幅增加电子装置的待机耗电量。

请参考图2，且一并参考图1。图2绘示本发明第一实施例的指纹感测器进行自容触控感测时提供至各第一电极条E1的第一电压信号以及提供至其余部分PB的各第一轴向电极条AE1与各第二轴向电极条AE2的接地信号的时序示意图。本实施例的指纹感测器10的自容触控感测方法说明如下。如图2所示，首先提供多个第一电压信号S1分别至第一电极条E1，并同时提供接地信号Sg至其余部分PB的第一轴向电极条AE1以及第二轴向电极条AE2。于本实施例中，在进行自容触控感测时，第一电压信号S1在一脉冲时段PT具有一脉冲PU，其余部分PB的第一轴向电极条AE1以及第二轴向电极条AE2均电性连接至接地端，因此其余部分PB的第一轴向电极条AE1以及第二轴向电极条AE2传送接地信号Sg。然后，于脉冲时段PT中，测量各第一电极条E1的自电容量，进而判断是否有手指触碰指纹感测器10。具体而言，自电容量可透过测量对应各第一电极条E1的充放电电荷量获得。由于各第一电极条E1的自电容量在手指触碰指纹感测器10之前以及手指触碰指纹感测器10时并不相同，因此透过比较两者所获得的自电容变化量，即可得知手指是否触碰指纹感测器10。举例来说，当测量到的自电容变化量小于预设临界值时，判断指纹感测器10无手指碰触。相反地，当自电容变化量大于或等于预设临界值时，判断手指碰触指纹感测器10。预设临界值可例如为手指触碰指纹感测器10之前的自电容量或再增加一预定量。

由于脉冲PU的电压不同于接地信号Sg的电压，因此第一电极条E1与其余部分PB的第一轴向电极条AE1之间以及第一电极条E1与第二轴向电极条AE2之间均具有大于零的电压差，使得第一电极条E1与其余部分PB的第一轴向电极条AE1之间以及第一电极条E1与第二轴向电极条AE2之间均会有耦合电容产生，因此从各第一电极条E1所测量到的自电容量容易受到这些耦合电容的变化影响。具体说明如下，请参考图3与图4，分别绘示了本发明第一实施例的各第一电极条E1在手指触碰前与手指触碰时与其余第一轴向电极条AE1以及第二轴向电极AE2的耦合电容示意图。如图3所示，在手指触碰指纹感测器10之前，从各第一电极条E1所测量到的自电容量Cn可如下公式(1)所示。

Cn＝Ctt+Ctr……(1)

其中Ctt为本实施例在指纹感测器10没有手指触碰时各第一电极条E1与其余部分PB的第一轴向电极条AE1的耦合电容，Ctr为本实施例在指纹感测器10没有手指触碰时各第一电极条E1与第二轴向电极条AE2的耦合电容。由此可知，在手指触碰指纹感测器10之前，从各第一电极条E1所测量到的自电容量Cn由各第一电极条E1与其余部分PB的第一轴向电极条AE1的耦合电容Ctt以及与第二轴向电极条AE2的耦合电容Ctr所构成。

如图4所示，当手指F触碰指纹感测器10时，手指F会分别与各第一电极条E1、其余部分PB的各第一轴向电极条AE1以及各第二轴向电极条AE2产生耦合电容Ctf、Cttf、Ctrf，因此各第一电极条E1在手指F触碰指纹感测器10时的自电容量Ct可如下公式(2)所示。

Ct＝Ctt'+Ctr'+Ctf……(2)

其中Ctt'为本实施例在指纹感测器10有手指F触碰时各第一电极条E1与其余部分PB的第一轴向电极条AE1的耦合电容，Ctr'为本实施例在指纹感测器10有手指F触碰时各第一电极条E1与第二轴向电极条AE1的耦合电容，且Ctf为各第一电极条E1与手指F的耦合电容。因此，各第一电极条E1在指纹感测器10有手指F触碰与没有手指F触碰时的自电容变化量ΔC可透过公式(1)与公式(2)可计算出，如下公式(3)所示。

ΔC＝Ct-Cn＝(Ctt'-Ctt)+(Ctr'-Ctr)+Ctf……(3)

由此可知，所测量到的自电容变化量ΔC系与各第一电极条E1与其余部分PB的第一轴向电极条AE1的耦合电容Ctt、Ctt'以及各第一电极条E1与第二轴向电极条AE2的耦合电容Ctr、Ctr'相关。然而，由于指纹感测器10中两相邻第一轴向电极条AE1的间距P1以及两相邻第二轴向电极条AE2的间距P2非常小，例如小于75微米，因此间距P1、P2容易因温度的变化而改变，以致于各第一电极条E1与其余部分PB的第一轴向电极条AE1的耦合电容Ctt、Ctt'以及各第一电极条E1与第二轴向电极条AE2的耦合电容Ctr、Ctr'亦会受到温度的改变而产生变化。因此，透过本实施例的自容触控感测方法所测量到的自电容变化量ΔC容易受到温度变化的影响。

请参考图5，其绘示温度与时间的关系以及在手指没有碰触指纹感测器时依据第一实施例的驱动方法从所有第一电极条所测量到的自电容量与时间的关系示意图。从图5中可知，当温度从25度上升至50度时，自电容量上升4.7pF，而当温度从50度下降至0度时，自电容量则下降7.6pF。但透过本实施例的自容触控感测方法在手指有碰触与没有碰触时从所有第一电极条所测量到的自电容变化量？C例如仅约1.6pF，也就是说，在没有碰触指纹感测器10时的自电容量随着温度改变的变化量极可能大于所测量到的自电容变化量ΔC。如此一来，温度的改变所造成的自电容量的变化容易使指纹感测器10将其视为手指碰触指纹感测器10，进而产生误判。

透过自电容变化判断手指碰触的挑战还不止于此。请参考图6，其绘示于本发明第一实施例的指纹感测器在进行自容触控感测时所测量到自电容量与时间的关系示意图。如图6所示，手指系在起始时间点Ts触碰指纹感测器10，并于结束时间点Te离开指纹感测器10。于本实施例中，在手指刚离开指纹感测器10时，指纹感测器10所检测到的自电容量(例如图6所示的区域A中的自电容量)大于指纹感测器10在手指尚未触碰时的自电容量，其中区域A中的自电容量又称残留感应量，因此指纹感测器10容易将结束时间点Te之后的一段时间仍视为手指依然碰触指纹感测器10。如此一来，指纹感测器10需等待一定时间以上，例如10秒，自电容量才会回复到接近手指尚未触碰时的自电容量，也就是说需等到自电容量回复到自电容变化量小于预设临界值的情况指纹感测器10才会再次进行判断。因此，本实施例的自容触控感测方法并无法快速辨识手指再次触碰的变化，以致于限制了指纹感测器10辨识手指触碰的时间。例如，使用者透过指纹感测器10进行解锁时，此等待时间会造成使用者使用上的不便。

为此，本发明另提供下述实施例的指纹感测装置及其指纹感测器的驱动方法，以解决第一实施例的自容触控感测方法的缺点。请参考图7至图10，图7绘示本发明一实施例的指纹感测装置的功能方块示意图，图8绘示本发明第二实施例的指纹感测器的俯视示意图，图9绘示本发明第二实施例的指纹感测器的驱动方法流程图，图10绘示本发明第二实施例的指纹感测器进行自容触控感测时提供至第一电极条、第二电极条以及第三电极条的信号时序示意图。如图7所示，指纹感测装置FSD可包括指纹感测器100以及控制模块CM。其中，控制模块CM电连接指纹感测器100，例如可包括多个驱动控制单元，分别电连接至对应的第一轴向电极条AE1，以及多个检测单元，分别电连接至对应的第二轴向电极条AE2，但不以此为限。控制模块CM可用以控制指纹感测器100进行自容触控感测或进行互容触控感测。于本实施例中，指纹感测装置FSD还可包括判断单元JU，用以依据控制模块CM所测量到的自电容量判断是否有触碰发生于指纹感测器100。于另一实施例中，判断单元JU亦可整合于控制模块CM中。

另外，如图8所示，相较于第一实施例，本实施例的第一轴向电极条AE1除了包括第一电极条E1之外，还可包括至少两条与第一电极条E1相邻的第二电极条E2。第一轴向电极条AE1至少包括一第一部分PA1以及至少两与第一部分PA1相邻的第二部分PB1，第一部分PA1设置于第二部分PB1之间。第一部分PA1中的各第一轴向电极条AE1为第一电极条E1。于本实施例中，第一电极条E1可以仅有一条，也可以是多条。第二部分PB1中的各第一轴向电极条AE1为第二电极条E2，且各第二部分PB1中的第二电极条E2的数量可有至少一条。并且，第二轴向电极条AE2还可包括多条第三电极条E3，也就是说至少一部分的第二轴向电极条AE2可为第三电极条E3。

如图9与图10所示，本实施例所提供的驱动方法可包括下列步骤。首先，控制模块CM进行自容触控感测的步骤S10，以判断是否有触碰发生于指纹感测器100，例如判断手指的触碰。本实施例的步骤S10可包括先进行步骤S12，使控制模块CM提供第一电压信号S1至第一电极条E1，然后进行步骤14，使控制模块CM测量所有第一电极条E1的自电容量。接着，控制模块CM可将测量到的自电容量传送至判断单元JU，且判断单元JU可依据控制模块CM所测量到的第一电极条E1的自电容量判断是否有触碰发生于指纹感测器100。第一电压信号S1的数量可由第一电极条E1的数量来决定，下述以多个第一电压信号S1分别传送至多个第一电极条E1为例，但不以此为限。相较于第一实施例的自容触控感测方法，本实施例提供第一电压信号S1的步骤S12还包括使控制模块CM提供至少两第二电压信号S2分别至第二电极条E2，其中各第一电压信号S1与各第二电压信号S2于第一时间点T1具有一第一电压差，于第二时间点T2具有一第二电压差，且第一电压差与第二电压差实质相同。于本实施例中，控制模块CM于第一时间点T1不测量指纹感测器100的第一电极条E1的自电容量，且于第二时间点T2测量第一电极条E1的自电容量。并且，各第一电压信号S1与各第二电压信号S2于第一时间点T1分别具有相同的第一电压V1，并于第二时间点T2分别具有相同的第二电压V2，且第二电压V2大于第一电压V1。具体来说，各第一电压信号S1与各第二电压信号S2于各第一时间区间TP1分别具有第一电压V1，第一时间点T1位于第一时间区间TP1中，且第一电压信号S1于各第二时间区间TP2可具有一第一脉冲PU1，第二电压信号S2于各第二时间区间TP2可具有一第二脉冲PU2，其中各第二时间区间TP2位于任两相邻的第一时间区间TP1之间。并且，各第一脉冲PU1的谷值电压与各第二脉冲PU2的谷值电压可为相同的第一电压V1，且各第一脉冲PU1的峰值电压与各第二脉冲PU2的峰值电压可为相同的第二电压V2。较佳地，各第一脉冲PU1可与各第二脉冲PU2同步。此外，各第一电压信号S1于各第三时间区间TP3中可选择性另具有一第三脉冲PU3，各第二电压信号S2于各第三时间区间TP3中可选择性另具有一第四脉冲PU4，且各第三时间区间TP3位于两相邻的第一时间区间TP1之间。于本实施例中，各第二时间区间TP2与各第三时间区间TP3依序交替进行。并且，各第三脉冲PU3的谷值电压与各第四脉冲PU4的谷值电压可彼此相同，且各第三脉冲PU3的峰值电压与各第四脉冲PU4的峰值电压为相同的第一电压V1。较佳地，各第三脉冲PU3与第四脉冲PU4相同且同步。举例而言，各第一电压信号S1与各第二电压信号S2可实质上相同，但不限于此。值得说明的是，被提供第二电压信号S2且与第一电极条E1相邻的第二电极条E2不用测量自电容量。并且，由于提供至第一电极条E1的第一电压信号S1可与提供至第二电极条E2的第二电压信号S2相同或大致上相同，因此各第一电极条E1与各第二电极条E2之间的电压差可维持在0，所以其间的耦合电容不会被测量到，使得所测量到的自电容量并不会受到第一电极条E1与第二电极条E2之间的耦合电容影响。于另一实施例中，如图11所示，控制模块CM测量第一电极条E1自电容量的第二时间点T2'亦可位于第三时间区间TP3中(即对应各第一电压信号S1的第三脉冲PU1与各第二电压信号S2的第四脉冲PU2)，此时第二电压V2'可为各第三脉冲PU1的谷值电压，而第一电压V1可为各第三脉冲PU1的峰值电压，且第二电压V2'小于第一电压V1。

请参考下表1，且同时参考图1。表1表示以第一实施例驱动指纹感测器10时其余部分PB的第一轴向电极条AE1对第一电极条E1的自电容量的影响比例。以单一第一电极条E1为例，L1～L4分别代表位于第一电极条E1左侧且与第一电极条E1距离依序越来越远的其余部分PB的第一轴向电极条AE1，且R1～R4分别代表位于第一电极条E1右侧且与第一电极条E1距离依序越来越远的其余部分PB的第一轴向电极条AE1。

表1

从表1可知，在其余部分PB中，与第一电极条E1距离越远的第一轴向电极条AE1对第一电极条E1所测量到的自电容量的影响越低，且与第一电极条E1相邻的第一轴向电极条AE1对自电容量的影响远高于其他不与第一电极条E1相邻的第一轴向电极条AE1。具体来说，与第一电极条E1相邻的两条第一轴向电极条AE1(L1以及R1)所占影响比例分别高达44％。据此，仅仅排除与第一电极条E1相邻的两条第一轴向电极条AE1(L1以及R1)即可消除总计高达88％的影响比例。

因此，如图8所示，在降低第一电极条E1的自电容量受到与其他第一轴向电极条AE1之间的耦合电容影响的情况下，为了降低输出第二电压信号S2的数量，本实施例的指纹感测器100可仅将与第一电极条E1相邻的两条第一轴向电极条AE1设计为第二电极条E2，且第一电极条E1可设置于第二电极条E2之间，使两相邻的第一电极条E1之间并无设置第二电极条E2，但本发明不限于此。于一变化实施例中，位于第一电极条E1的任一侧或两侧的第二电极条E2的数量亦可为多条，且这些第二电极条E2为排列在一起的第一轴向电极条AE1。于另一变化实施例的指纹感测器100'中，如图12所示，两相邻的第一电极条E1之间可设置有第二电极条E2之至少一者。换句话说，第一部分PA1'可再区分成至少两子部分A1，且第一轴向电极条AE1可包括三个第二部分PB1'，将第一部分PA1的子部分A1区隔开，使各子部分A1分别设置于两相邻的第二部分PB1'之间。各第二部分PB1'中的第二电极条E2的数量可为至少一条。

此外，除了第一电极条E1与第二电极条E2之外，至少两第三部分PB2的第一轴向电极条AE1可包括多条第四电极条E4，且各第二部分PB1设置于相邻的第三部分PB2与第一部分PA1之间。也就是说，第四电极条E4可为其余的第一轴向电极条AE1。在步骤S12中，控制模块CM同时提供第四电压信号S4至第四电极条E4，且第四电压信号S4的电压与第一电压V1相同，即第四电压信号S4为接地信号。由于第一电极条E1与第四电极条E4之间设置有第二电极条E2，因此第四电极条E4对第一电极条E1所测量到的自电容量所占影响比例远比第二电极条E2小，且第二电极条E2并不用于测量自电容量，因此第四电极条E4与第二电极条E2之间的耦合电容并不会对手指触碰的检测造成影响。是以透过提供接地信号至于第四电极条E4可进一步降低电子装置的待机耗电量。

如图9与图10所示，于本实施例中，提供第一电压信号的步骤S12还可包括使控制模块CM提供多个第三电压信号S3分别至第三电极条E3，各第一电压信号S1与各第三电压信号S3于第一时间点T1具有一第三电压差，于第二时间点T2具有一第四电压差，且第三电压差与第四电压差实质相同。举例而言，各第一电压信号S1可与各第三电压信号S3实质上相同。因此，第一电极条E1与第三电极条E3之间的电压差可维持在0，所以其间的耦合电容亦不会被测量到，使得从第一电极条E1所测量到的自电容量并不会受到其与第三电极条E3之间的耦合电容的影响。本实施例的第三电极条E3的数量较佳可与第二轴向电极AE2的数量相同，使得与各第一电极条E1交错的所有第二轴向电极AE2均提供第三电压信号S3，以降低第一电极条E1的自电容量受到其与第二轴向电极AE2之间的耦合电容影响。

于本实施例中，第一轴向电极条AE1还可包括至少一第五电极条E5，其可另用以单独进行自容触控感测，以检测手指是否触碰指纹感测器100。也就是说第一轴向电极条AE1可包括一第四部分PA2，且第四部分PA2中的第一轴向电极条AE1可为第五电极条E5。因此，提供第一电压信号的步骤S12还可包括使控制模块CM提供多个第五电压信号S5分别至第五电极条E5，且测量第一电极条E1的自电容量的步骤S14还可包括使控制模块CM测量第五电极条E5的自电容量。于本实施例中，第五电极条E5可以仅有一条，也可以是多条。举例而言，各第一电压信号S1可与各第五电压信号S5实质上相同。第五电极条E5的数量可例如为16条。此外，第五电极条E5与第一电极条E1可不相邻，也就是说第四部分PA2与第一部分PA1之间至少设置有第二部分PB1，以避免从第五电极条E5所测量的自电容量与从第一电极条E1所测量的自电容量彼此干扰。并且，透过第五电极条E5的设置，可在手指触碰指纹感测器100的区域上未涵盖整个指纹感测器100时提供多区域的检测。类似第一电极条E1与第二电极条E2的配置关系，第一轴向电极条AE1可另包括至少一第二部分PB1，使第四部分PA2亦可设置于两第二部分PB1之间，且一第二部分PB1可设置于第四部分PA2与相邻的第三部分PB2之间，藉此可避免从第四部分PA2所测量到的自电容量受到第四电极条E4的干扰。于本实施例中，两相邻的第五电极条E5之间并无设置第二电极条E2。于另一实施例中，两相邻的第五电极条E5之间亦可设置有第二电极条E2之至少一者。换句话说，第四部分可再区分成至少两子部分，且第一轴向电极条可包括另一第二部分，设置于第四部分的子部分之间，以将子部分区隔开。

于步骤S10之后，当判断单元JU判断有触碰发生于指纹感测器100时，可进行步骤S20，以进行指纹辨识。于本实施例中，指纹辨识是利用指纹感测器100以互容触控感测方式运作。举例而言，于步骤S20中，控制模块CM可依序提供多个驱动信号至指纹感测器100的第一轴向电极条AE1，并从指纹感测器100的各第二轴向电极条AE2接收感应信号，以检测出对应指纹的波峰与波谷的互电容量，进而获得指纹资讯。值得说明的是，在指纹感测器100以互容触控感测方式运作时，为使提供至第一轴向电极条AE1的驱动信号能够使第二轴向电极条AE2产生感应信号，控制模块CM提供驱动信号的总电流需达到一定值以上。在指纹感测器100以自容触控感测运作时，由于提供至第一电极条E1的第一电压信号S1是直接透过第一电极条E1测量其自电容量，且提供至第二电极条E2的第二电压信号S2与提供至第三电极条E3的第三电压信号S3并不需被测量，因此控制模块CM提供第一电压信号S1、第二电压信号S2与第三电压信号S3的总电流可小于提供驱动信号的总电流。也就是说，驱动信号的峰值电压是大于第一电压信号S1的第一脉冲PU1的第二电压V2。举例来说，提供第一、第二与第三电压信号S1、S2、S3的总电流可为3毫安培，用以提供驱动信号的总电流可为30至40毫安培。由此可知，相较于互容触控感测方式，透过自容触控感测方式来检测手指是否碰触指纹感测器100可有效地降低电量消耗。此外，由于在检测到手指触碰指纹感测器100之后会进行互容触控感测，因此指纹感测器100会透过电荷泵(charge pump)来提升输出电流的能力，使得所提供的电流大小足以测量到指纹。

于步骤S20之后，可进行步骤S30，以重复进行自容触控感测至少一次，进而检测是否有触碰发生于指纹感测器100。也就是说，在完成指纹辨识之后，控制模块CM再次提供第一电压信号S1分别至第一电极条E1，以及提供第二电压信号S2分别至第二电极条E2，然后再次测量第一电极条E1的自电容量，以检测是否有触碰发生于指纹感测器100，并判断是否需进行其他动作。进行自容触控感测的次数可为多次，但不限于此。于本实施例中，进行自容触控感测的步骤与进行互容触控感测的步骤不重迭。

于另一实施例中，如图13与图14所示，于不同次进行自容触控感测的步骤中，第一电压信号S1可提供至不同的第一轴向电极AE1，且第二电压信号S2亦可提供至不同的第一轴向电极AE1。具体而言，第四电极条E4可包括至少一第一子电极条E41与至少两第二子电极条E42，且第一子电极条E41设置于第二子电极条E42之间。于步骤S30'中，先进行步骤S31，再次提供第一电压信号S1至第四部分PB2中的第一子电极条E41，且提供第二电压信号S2分别至第二子电极条E42，然后进行步骤S32，测量第一子电极条E41的自电容量，以检测是否有触碰发生于指纹感测器100。

具体请参考图15与图16，分别绘示了本发明第二实施例的各第一电极条在手指触碰前与手指触碰时与第二电极条以及第三电极条的耦合电容示意图。如图15所示，在手指触碰指纹感测器100之前，由于第一电极条E1与第二电极条E2之间的电压差以及第一电极条E1与第三电极条E3之间的电压差维持在0，因此各第一电极条E1的自电容量Cn'为0。

如图16所示，在手指触碰指纹感测器100之后，虽然手指会分别与各第一电极条E1、各第二电极条E2以及各第三电极条E3产生电容耦合，但因各第二电极条E2与各第一电极条E1以及各第三电极条E3之间并无耦合电容，因此各第二电极条E2的自电容量Ct'可仅为各第一电极条E1与手指F的耦合电容Ctf。所以，各第二电极条E2在手指触碰指纹感测器100前与触碰时的自电容变化量ΔC'可仅为耦合电容Ctf。由此可知，本实施例所测量到的自电容变化量ΔC'可不与各第一电极条E1与第二电极条E2的耦合电容以及各第一电极条E1与第三电极条E3的耦合电容相关。

请参考图17，且一并参照下表2，图17绘示绘示温度与时间的关系以及在手指没有碰触指纹感测器时依据第二实施例的驱动方法从所有第一电极条所测量到的自电容量与时间的关系示意图，表2表示透过本发明第一实施例与第二实施例的驱动方法所测量到的手指未触碰与触碰时的自电容量、自电容变化量、残余感应量以及残余感应量与手指未触碰时的差异。如图17所示，当温度从25度上升至50度时，自电容量上升0.29pF，而当温度从50度下降至0度时，自电容量则下降0.55pF。由此可知，透过本实施例的驱动方法，可有效地降低在手指没有碰触指纹感测器100时自电容量(即所谓背景电容值)受到温度改变的变化量，例如相较于第一实施例而言，此变化量可降低60％。此外，透过本实施例的驱动方法还可缩减在手指没有碰触指纹感测器100时的自电容量Cn'的大小，藉此可大幅减少背景电容值对自电容变化量的影响。再者，如表2所示，透过本实施例的驱动方法，在手指有触碰与没有触碰时的自电容变化量，例如约2.97pF，可较第一实施例的自电容变化量高，因此可更准确地辨别手指的触碰。由于本实施例在没有碰触指纹感测器100的自电容量随着温度变化的改变量小于所测量到的自电容变化量，因此指纹感测器100检测手指有无触碰的结果并不易受到温度变化的影响。

请参考图18，且一并参照下表2，图18绘示于本发明第二实施例的指纹感测器在进行自容触控感测时所测量到自电容量与时间的关系示意图。如图18所示，相较于第一实施例的图6，在手指刚离开指纹感测器100的结束时间点Te，所测量到的自电容量，例如29.65pF，已接近在手指尚未触碰时所测量到的自电容量，例如29.63pF。因此，可减少指纹感测器100误判手指仍然碰触指纹感测器100的期间，藉此可提升指纹感测器100辨识手指再次触碰的速度，例如可加快指纹感测器100进行解锁的时间。

表2

请参考图19，其绘示于本发明第三实施例的第一电压信号与第二电压信号的时序示意图。如图19所示，相较于第二实施例，本实施例的第一电压信号S1与第二电压信号S2'之间可具有一偏压ΔV。举例而言，第一电压信号S1与第二电压信号S2'可具有相同频率、相位与振幅，且本实施例第二电压信号于第一时间点T1可具有第三电压V3，且第三电压V3与第一电压信号于第一时间点T1的第一电压V1的差值为偏压ΔV。由于在第一时间点T1的第一电压信号S1与第二电压信号S2'具有偏压ΔV且在第二时间点T2的第一电压信号S1与第二电压信号S2'亦具有相同的偏压ΔV，也就是第一电压信号S1与第二电压信号S2'之间持续维持偏移此偏压ΔV，因此第一电极条E1与第二电极条E2之间的耦合电容的跨压，在测量之前与之后，并没有改变。所以，存放在耦合电容中的电荷量也没有改变。如此，第一电压信号S1只有对第一电极条E1的自电容量充放电，所以相对应测量到的充放电电荷，将可以线性地反应自电容量。于一变化实施例中，第一电压信号S1与第二电压信号S2'亦可互换。于又一变化实施例中，第三实施例之第二电压信号S2'亦可适用于第二实施例的第一电压信号、第三电压信号与第四电压信号中的任一者。

综上所述，透过本发明的指纹感测器的驱动方法，指纹感测器不仅可达到开启指纹感测器以及指纹辨识的目的，而且还可降低手指没有碰触指纹感测器时的自电容量以及其受到温度改变的变化量，并增加手指触碰前与触碰时的自电容变化量，藉此可避免指纹感测器在温度变化下的误判，并加快指纹感测器进行解锁的时间，进而提升使用者的便利性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (21)

1.一种指纹感测器的驱动方法，该指纹感测器包括一第一电极条、至少两条与该第一电极条相邻的第二电极条以及多条与该第一电极条以及这些第二电极条交错的第三电极条，用以检测指纹，且该驱动方法包括：

提供一第一电压信号至该第一电极条，并同时提供至少两第二电压信号分别至这些第二电极条；以及

测量该第一电极条的自电容量，以判断是否有触碰发生于该指纹感测器，

其中该第一电压信号与各该第二电压信号于一第一时间点具有一第一电压差，于一第二时间点具有一第二电压差，该第一电压差与该第二电压差系实质相同，且测量该第一电极条的自电容量系于该第二时间点进行。

2.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，另包括于提供该第一电压信号时提供多个第三电压信号分别至这些第三电极条，该第一电压信号与各该第三电压信号于该第一时间点具有一第三电压差，于该第二时间点具有一第四电压差，且该第三电压差与该第四电压差系实质相同。

3.如权利要求2所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中该第一电压信号、各该第二电压信号与各该第三电压信号实质上相同。

4.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，当该电容值小于一预设临界值时，判断无碰触发生于该指纹感测器。

5.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，当该电容值大于或等于一预设临界值时，判断有碰触发生于该指纹感测器。

6.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，另包括当判断有碰触发生于该指纹感测器时，进行指纹辨识。

7.如权利要求6所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中指纹辨识利用该指纹感测器以一互容触控感测方式进行。

8.如权利要求6所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，另包括：

于辨识出指纹之后，再次提供该第一电压信号至该第一电极条，以及提供这些第二电压信号分别至这些第二电极条；以及

再次测量该第一电极条的自电容量，以检测是否有触碰发生于该指纹感测器。

9.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中该指纹感测器另包括三条第四电极条，平行于该第一电极条，这些第四电极条依序排列，且该驱动方法另包括：

于辨识出指纹之后，再次提供该第一电压信号至这些第四电极条中之一中间者，以及提供这些第二电压信号分别至这些第四电极条中的另两者；以及

测量这些第四电极条中的该中间者的自电容量，以检测是否有触碰发生于该指纹感测器。

10.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中该指纹感测器还包含至少另一第一电极条，两相邻的这些第一电极条之间无设置这些第二电极条。

11.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中该指纹感测器还包含至少另一第一电极条，两相邻的这些第一电极条之间设置有这些第二电极条中的至少一者。

12.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中该指纹感测器另包括一第五电极条，平行于该第一电极条，并与该第一电极条分隔，这些第二电极条中之一者设置于该第一电极条与该第五电极条之间，且提供多个第四电压信号分别至这些第五电极条。

13.如权利要求12所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中各该第四电压信号与该第一电压信号实质上相同。

14.如权利要求1所述的指纹感测器的驱动方法，其特征在于，其中该第一电压信号于该第一时间点具有一第一电压，且于该第二时间点具有一第二电压，且该第二电压大于或小于该第一电压。

15.一种指纹感测装置，包括：

一指纹感测器，该指纹感测器包括一第一电极条、至少两条与该第一电极条相邻的第二电极条以及多条与该第一电极条以及这些第二电极条交错的第三电极条；以及

一控制模块，电连接该指纹感测器，并用以提供一第一电压信号至该第一电极条、提供至少两第二电压信号分别至这些第二电极条以及测量该第一电极条的自电容量，其中该第一电压信号与各该第二电压信号于一第一时间点具有一第一电压差，于一第二时间点具有一第二电压差，该第一电压差与该第二电压差实质相同，且测量该第一电极条的自电容量系于该第二时间点进行。

16.如权利要求15所述的指纹感测装置，其特征在于，另包括一判断单元，电连接该控制模块，并依据该控制模块所测量到的该第一电极条的自电容量判断是否有触碰发生于该指纹感测器。

17.如权利要求15所述的指纹感测装置，其特征在于，该控制模块另提供多个第三电压信号分别至这些第三电极条，该第一电压信号与各该第三电压信号于该第一时间点具有一第三电压差，于该第二时间点具有一第四电压差，且该第三电压差与该第四电压差系实质相同。

18.如权利要求15所述的指纹感测装置，其特征在于，该指纹感测器以一互容触控感测方式进行指纹辨识。

19.如权利要求15所述的指纹感测装置，其特征在于，该指纹感测器还包含至少另一第一电极条，两相邻的这些第一电极条之间无设置这些第二电极条。

20.如权利要求15所述的指纹感测装置，其特征在于，该指纹感测器还包含至少另一第一电极条，两相邻的这些第一电极条之间设置有这些第二电极条中之至少一者。

21.如权利要求15所述的指纹感测装置，其特征在于，该指纹感测器另包括一第五电极条，平行于该第一电极条，并与该第一电极条分隔，这些第二电极条中之一者设置于该第一电极条与该第五电极条之间，且该控制模块另提供多个第四电压信号分别至这些第五电极条。