CN1266641C - 具有可变电阻的光学式指纹检测器 - Google Patents

Abstract

一种用来识别指纹的指纹检测器包含有一识别单元外部信号检测处理电路以及多个识别单元。每一识别单元分别包含有一开关元件、第一电阻以及第二电阻。开关元件包含有第一端、第二端以及第三端。第二电阻具有一固定的电阻值。所述的指纹会影响该第一电阻所受光照的强度，而使该第一电阻的电阻值改变，进而使该第二端的电位改变。当开关元件导通时，识别单元外部信号检测处理电路会依据所述多个开关元件的第二端的电位来识别指纹。

Description

具有可变电阻的光学式指纹检测器

技术领域

本发明关于一种指纹检测器，特别指一种具有可变电阻的光学式指纹检测器。

背景技术

请参考图1，图1为公知指纹检测器10的功能方块图。指纹检测器10为一种电容式指纹检测器(capacitive fingerprint sensor)，其通过其检测电容值的变化来识别指纹。指纹检测器10包含有一识别单元外部信号检测处理电路12以及一传感区14。当一使用者欲识别其指纹时，可将其手指按压于传感区14之上，以使传感区14的相关电路依据其手指的指纹产生相对应的信号，之后传感区14所产生的信号即会被传送到识别单元外部信号检测处理电路12进行分析处理，以识别出使用者的指纹。

请参考图2，图2为图1传感区14的电路图。传感区14包含有多个排列成矩阵的识别单元16，每一识别单元16均是用来传感使用者的指纹上对应位置上的纹路，并分别包含有一晶体管18以及一检测电容Cf。当传感区14工作时，晶体管18的源极S会被施加一检测信号Vs1或Vs2，而当使用者的指纹按压于传感区14的表面时，检测电容Cf的电容值会改变。当检测电容Cf的电容值改变时，晶体管18的栅极电压即会因电容耦合效应而改变，其中晶体管18栅极电压的改变量ΔVg由检测电容Cf的电容值所决定，并可以以下列方程式表示：

ΔVg＝Vs  Cgs/(Cgs+Cf)

其中，Vs为检测信号Vs1或Vs2的电压值；

Cgs为晶体管18的栅极G与源极S之间的寄生电容值；而

Cf则为检测电容的电容值。

晶体管18的栅极电压的变化量ΔVg会直接影响流经晶体管18的电流I的大小，而识别单元外部信号检测处理电路12即是依据电流I的变化状况来识别出使用者的指纹。然而，这种通过检测流经晶体管18的电流I的变化来识别指纹的方法，其灵敏度易受到相邻晶体管18的漏电流的影响，而使得其识别的准确度无法有效地提高。

发明内容

因此，本发明的目的即在于提供一种通过检测电位的变化来识别指纹的指纹检测器，以解决所述的问题。

依据本发明实施的指纹检测器包含有一识别单元外部信号检测处理电路以及多个识别单元。每一识别单元分别包含有一开关元件、第一电阻，以及第二电阻。该开关元件包含有第一端、第二端以及第三端，其中该第一端连接到一启动端，该第三端连接到该识别单元外部信号检测处理电路，而该启动端用来控制该开关元件的导通及关断。该第一电阻的一端连接到该开关元件的第二端，另一端电连接到第一参考电压，被检测的指纹会影响该第一电阻所受光照的强度，而使该第一电阻的电阻值改变，进而使该第二端的电位改变。该第二电阻的一端连接到该开关元件的第二端，另一端电连接到第二参考电压，且其具有一固定的电阻值。当所述开关元件导通时，该识别单元外部信号检测处理电路会依据所述开关元件的第二端的电位来识别该指纹。

附图说明

图1为公知电容式指纹检测器的功能方块图。

图2为图1指纹检测器的一传感区的电路图。

图3为本发明电阻式指纹检测器的功能方块图。

图4为利用图3指纹检测器识别指纹时的示意图。

图5为图3传感区的电路图。

附图符号说明

10、50    指纹检测器         12、52    识别单元外部信

                                       号检测处理电路

14、54    传感区             16、40    识别单元

18、56    晶体管             42        第一参考电压端

44        第二参考电压端     46        启动端

48        输出端             60        透光材料

62        指纹               64        光线

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明电阻式指纹检测器50的功能方块图。指纹检测器50为一种电阻式指纹检测器(resistive fingerprint sensor)，其通过检测因电阻值变化而改变的电压值来识别指纹。指纹检测器50包含有一识别单元外部信号检测处理电路52以及一传感区54。传感区54内包含有多个识别单元，而每一识别单元包含有一可变电阻，此可变电阻的电阻值会因受到光照强度的不同而有所变化。

请参考图4，图4为利用图3指纹检测器50识别指纹62时的示意图。当欲识别指纹62时，需先将指纹62刑成于一透光材料60之上，之后再利用光线64来照射透光材料60，以影响传感区54的表面的光照状况，进而使得传感区54内的多个识别单元的可变电阻，得以因所受光照状况的不同，而具相对的电阻值。当传感区54受到光线64的照射后，多个识别单元会输出对应于可变电阻的电阻值的电压信号至识别单元外部信号检测处理电路52，而识别单元外部信号检测处理电路52则可通过所接收到的电压信号来识别透光材料60上的指纹62。

请参考图5，图5为图3传感区54的电路图。传感区54包含有多个识别单元40，每一识别单元40均电连接到第一参考电压端42与第二参考电压端44，并包含有第一电阻R1、第二电阻R2，以及一由晶体管所构成的开关元件56。第一电阻R1与第二电阻R2以串联的方式电连接到第一参考电压端42与第二参考电压端44，其中第一电阻R1的一端电连接到第一参考电压端42，第二电阻R2的一端均电连接到第二参考电压端44。第一电阻R1为一光敏可变电阻，其电阻值会因所受光照的强度而呈现对应的变化。第一电阻R1可由非晶硅(amorphous silicon)制成，当第一电阻R1所受到的光照强度越强时，其电阻值会越低，反之则越高。第二电阻R2的电阻值则是固定的，其电阻值并不会因所受光照强度的不同而改变，而第二电阻R2可由氧化铟锡(indiumtin oxide，ITO)制成。在本实施例中，晶体管56为一金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其包含有一为栅极(gate)的第一端G、一为源极(source)的第二端，以及一为漏极(drain)的第三端。每一晶体管56的栅极G连接到一对应的启动端46，启动端46可控制晶体管56的导通与否。一般情况下，启动端46处于浮接的状态时，且晶体管56是不导通的，然而当启动端46被施加一启动电压Vs1、Vs2、Vs3或Vs4时，晶体管56内则会形成一通道，而使得源极S与漏极D之间呈导通的状态。除此之外，晶体管56的源极S连接到第一电阻R1与第二电阻R2，而其漏极D则连接到一对应的输出端48。

当透光材料60放置于传感区54上，以对指纹62进行检测时，第一参考电压Vref1会被施加于第一参考电压端42，而第二参考电压Vref2会被施加于第二参考电压端44，其中第一参考电压Vref1的电压值会不同于第二参考电压Vref2的电压值。因此，晶体管56的源极S的电位Vs可以以下列方程式表示：

$\mathrm{Vs}=\mathrm{Vref}1-\left[\frac{r1}{r1+r2}(\mathrm{Vref}1-\mathrm{Vref}2)\right]=\mathrm{Vref}2-\left[\frac{r2}{r1+r2}(\mathrm{Vref}2-\mathrm{Vref}1)\right]$

其中，r1为第一电阻R1的电阻值，r2为第二电阻R2的电阻值。

然而，因受到光线64照射以及指纹62遮蔽的影响，每一识别单元40的第一电阻R1的电阻值会产生对应的变化，其中受到指纹62暗色条纹遮蔽的第一电阻R1的电阻值会较未受到条纹遮蔽的第一电阻R1的电阻值大。所以，因各第一电阻R1所受的光照强度会受到指纹62的条纹的影响，而使得各第一电阻R1的电阻值r1会因指纹62明暗程度的不同呈现出相对应的变化。此外，由上面的方程式可知，晶体管56的源极S的电位Vs由第一参考电压Vref1、第二参考电压Vref2、电阻值r1及r2所决定，然而因电阻值r2为固定值，且两参考电压Vref1、Vref2亦是指纹检测器50的内定值，因此第一电阻R1所受到光照的强度即可依据源极S的电位Vs来加以判定，也因此各晶体管56的源极S的电位Vs可反映出指纹62的条纹的排列状况。所以，识别单元外部信号检测处理电路52可依据所述多个晶体管56的源极S的电位Vs来识别指纹62。

当各晶体管56的源极S的电位Vs因指纹62的遮蔽而改变后，识别单元外部信号检测处理电路52即会通过各启动端46施加一启动电压Vs1、Vs2、Vs3或Vs4至各晶体管56的栅极G，以使对应的晶体管56导通。当晶体管56导通后，导通的晶体管56的漏极D的电位即会受到源极S电位的影响而改变。因此，在导通状态下的晶体管56的漏极D电位亦可反映出指纹62的条纹的排列状况。此外，识别单元外部信号检测处理电路52可通过输出端48来量测出漏极D的电位，之后再依据所量测的漏极D电位来分析指纹62的条纹排列状况，以达到识别指纹62的目的。需说明的是，未避免各晶体管56的漏极D电位相互干扰，同一时间内，只有单一列的晶体管56的栅极G会被施加所述的启动电压。

与公知的电容式指纹检测器相比较，本发明的电阻式指纹检测器包含有一识别单元外部信号检测处理电路以及多个识别单元。每一识别单元包含有一开关元件、一可变电阻，以及一具固定电阻值的电阻。该可变电阻的电阻值会因所受光照强度的不同而变化，而使得该开关元件的一输出电位会受到该可变电阻的光照程度的影响，并使得该识别单元外部信号检测处理电路可通过量测该输出电位该来识别指纹的纹路的排列状况。此外，因本发明的电阻式指纹检测器通过检测该输出电位来识别指纹，故并不会有如公知漏电流的问题，也因此本发明的电阻式指纹检测器的灵敏度、准确性较公知的电容式指纹检测器为优。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等效变化与修改，均应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种指纹检测器，用来识别指纹，该指纹检测器包含有：

一识别单元外部信号检测处理电路；以及

识别单元，每一识别单元分别包含有：

一开关元件，其包含有第一端、第二端以及第三端，该第一端连接到一启动端，该第三端连接到该识别单元外部信号检测处理电路，而该启动端用来控制该开关元件的导通及关断；

第一电阻，其一端连接到所述开关元件的第二端，另一端电连接到第一参考电压，该指纹会影响该第一电阻所受光照的强度，而使该第一电阻的电阻值改变，进而使该第二端的电位改变；以及

第二电阻，其一端连接到所述开关元件的第二端，另一端电连接到第二参考电压，且其具有一固定的电阻值；

其中当所述开关元件导通时，该识别单元外部信号检测处理电路会依据所述开关元件的第二端的电位来识别该指纹。

2.如权利要求1所述的指纹检测器，其中第一参考电压施加于所述第一参考电压端，第二参考电压施加于所述第二参考电压端，而该第一参考电压的电压值不同于该第二参考电压的电压值。

3.如权利要求1所述的指纹检测器，其中每一开关元件均为一晶体管。

4.如权利要求1所述的指纹检测器，其中该第一电阻由非晶硅制成。

5.如权利要求1所述的指纹检测器，其中该第二电阻由氧化铟锡制成。

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