KR102001631B1 - 전계형 지문 인식 장치 그리고 이것의 상태 제어 방법 및 보철 인식 방법 - Google Patents

전계형 지문 인식 장치 그리고 이것의 상태 제어 방법 및 보철 인식 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전계형 지문 인식 장치 그리고 이것의 상태 제어 방법 및 보철 인식 방법을 제공한다. 전계형 지문 인식 장치는 신호 수집 모듈 및 신호 처리 모듈을 포함한다. 측정 상태 신호 처리 유닛이 신호 수집 유닛에 전기 접속될 때, 측정될 상태 신호 처리 유닛은 측정 상태 신호 수집 유닛 주변의 적어도 하나의 신호 수집 유닛에 적어도 전기 접속된다. 측정 상태 신호 처리 유닛 및 측정될 상태 신호 처리 유닛에 전기 접속되는 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들은 측정 상태 신호 수집 유닛과 측정될 상태 신호 수집 유닛 사이의 기생 정전용량의 충전 및 방전 용량을 억제하도록 조율된다. 본 발명은 구조가 간단하고 컴포넌트 원가를 절감하며, 신호 수집 유닛들 간의 상호 간섭 문제가 방지되고, 지문 인식 장치가 다양한 애플리케이션 요건들에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 보철 손가락의 지문을 식별할 수 있어, 지문 인식 장치의 보안 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Description

전계형 지문 인식 장치 그리고 이것의 상태 제어 방법 및 보철 인식 방법{ELECTRIC FIELD-TYPE FINGERPRINT IDENTIFICATION APPARATUS AND STATE CONTROL METHOD AND PROSTHESIS IDENTIFICATION METHOD THEREOF}
[0001] 본 개시는 지문 인식 장치 및 지문 인식 장치에 적용되는 데이터 처리 방법에 관한 것으로, 특히 전계형 지문 인식 장치 및 전계형 지문 인식 장치에 적용되는 데이터 처리 방법에 관한 것이다.
[0002] 도 13에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전계형 지문 인식 장치는 적어도 하나의 지문 인식 기본 유닛을 포함한다. 지문 인식 기본 유닛은 전극 플레이트(71), 제어되는 스위칭 디바이스로서의 역할을 하는 제 1 트랜지스터(72), 다른 제어되는 스위칭 디바이스로서의 역할을 하는 제 2 트랜지스터(73) 및 전하 증폭기(74)를 포함한다. 지문 인식 동안, 제 1 트랜지스터(72)는 처음에 온으로 스위칭되어 전극 플레이트(71)를 충전하고 전하 증폭기(74)를 리셋한다. 다음에, 제 1 트랜지스터(72)는 오프로 스위칭되고 제 2 트랜지스터(73)가 온으로 스위칭되어 전극 플레이트(71) 상의 전하를 전하 증폭기(74)의 출력단으로 이동시킨다. 이런 식으로, 전하의 서로 다른 변화량들을 기초로 지문의 특징 이미지가 결정된다. 종래 기술에 따른 전계형 지문 인식 장치는 다음의 결함들 및 단점들을 갖는다.
[0003] 1. 기본 지문 인식 기능을 달성하기 위해 제어되는 스위칭 디바이스들로서의 역할을 하는 2개의 트랜지스터들이 채택되며, 따라서 지문 인식 기본 유닛의 구조가 복잡하고 디바이스 원가가 높다.
[0004] 2. 회로의 단일 형태로 인해, 애플리케이션 요건을 기초로 다양한 설계 솔루션들이 얻어질 수 없다.
[0005] 3. 지문 인식 기본 유닛들의 전계들 간에 상호 간섭이 존재한다. 지분 인식 기본 유닛들 간에 기생 커패시터들이 존재한다. 전극 플레이트의 충전 및 방전 동안, 기생 커패시터들에 의해 전하량이 변경될 수도 있다. 그리고 기생 커패시터들에 의해 야기되는 전하의 변화량은 측정 불가능하기 때문에, 각각의 지문 인식 기본 유닛들의 전계들 간에 상호 간섭이 존재함으로써, 전하의 변화량의 정확한 측정에 영향을 주고 이에 따라 지문 인식의 결과 및 정확도에 영향을 준다.
[0006] 4. 종래 기술에 따른 지문 인식 장치에 의해 보철 손가락의 지문은 결정될 수 없고 구별될 수 없다.
[0007] 본 개시에서 해결된 기술적 문제는 종래 기술의 단점들을 피하는 것 그리고 기본 유닛들 간의 상호 간섭을 효과적으로 방지하는 단순화된 기본 유닛, 다수의 애플리케이션 요건들에 적용 가능한 전계형 지문 인식 장치 및 전계형 지문 인식 장치에 적용되는 보철 손가락의 지문을 인식하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
[0008] 본 개시에서, 기술적 문제는 다음의 기술적 솔루션들로 해결될 수 있다.
[0009] 전계형 지문 인식 장치가 설계되어 제작된다. 전계형 지문 인식 장치는 신호 포착 모듈 및 신호 처리 모듈을 포함한다. 특히, 신호 포착 모듈은 적어도 2개의 신호 포착 유닛들을 포함하는데, 신호 포착 유닛들 모두가 전체 손가락 터치 영역을 가득 채우고 신호 포착 유닛 어레이를 형성한다. 신호 포착 유닛들 각각은 감지 커패시터를 포함한다. 신호 처리 모듈은 측정 상태 신호 처리 유닛 및 측정될 상태 신호 처리 유닛을 포함하며, 측정 상태 신호 처리 유닛은 감지 커패시터를 충전 및 방전함으로써 신호 포착 유닛으로부터 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기되는 정전용량 변화량들을 획득하도록 구성되고, 측정될 상태 신호 처리 유닛은 신호 포착 유닛의 감지 커패시터를 단지 충전 및 방전하도록 구성된다. 측정 상태 신호 처리 유닛 및 측정될 상태 신호 처리 유닛은 제어되도록 신호 포착 유닛들에 전기 접속된다. 측정 상태 신호 처리 유닛이 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 전기 접속되고 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나를 측정 상태로 만드는 경우, 측정될 상태 신호 처리 유닛은 측정 상태인 신호 포착 유닛의 주변의 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 적어도 전기 접속되고 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나를 측정될 상태로 만든다. 측정 상태인 신호 포착 유닛과 측정될 상태인 신호 포착 유닛 간의 기생 커패시터의 충전량 및 방전량은 측정 상태 신호 처리 유닛과 측정될 상태 신호 처리 유닛에 전기 접속된 감지 커패시터들의 충전 및 방전 프로세스들을 조율하도록 측정 상태 신호 처리 유닛과 측정될 상태 신호 처리 유닛을 제어함으로써 제한된다.
[0010] 구체적으로, 신호 포착 유닛 어레이는 손가락으로 터치되도록 구성되는 유전층으로 커버될 수 있다.
[0011] 칩 설계 솔루션의 경우, 신호 포착 모듈 및 신호 처리 모듈은 동일한 집적 회로 칩에 배열될 수 있다. 대안으로, 신호 포착 모듈은 제 1 집적 모듈 칩에 배열될 수 있고 신호 처리 모듈은 제 2 집적 회로 칩에 배열될 수도 있다. 그리고 신호 포착 모듈이 배열된 제 1 집적 회로 칩은 박막 트랜지스터 제작 프로세스로 만들어질 수도 있다.
[0012] 2개의 상태 신호 처리 유닛들에 대한 솔루션은 다음과 같다. 측정 상태 신호 처리 유닛은 적어도 하나의 포착 처리 서브유닛 및 적어도 하나의 포착 구동 서브유닛을 포함할 수 있으며, 포착 처리 서브유닛은 감지 커패시터가 위치하는 분기의 정전용량 변화량을 검출하도록 구성될 수 있고, 포착 구동 서브유닛은 포착 처리 서브유닛에 전기 접속되게 또는 포착 처리 서브유닛과 전기 접속이 끊어지게 감지 커패시터를 제어하도록 구성될 수도 있다. 측정될 상태 신호 처리 유닛은 적어도 하나의 전위 서보 서브유닛 및 적어도 하나의 측정될 구동 서브유닛을 포함할 수 있으며, 전위 서보 서브유닛은 감지 커패시터가 위치하는 분기를 충전 및 방전하도록 구성될 수 있고, 측정될 구동 서브유닛은 전위 서보 서브유닛에 전기 접속되게 또는 전위 서보 서브유닛과 전기 접속이 끊어지게 감지 커패시터를 제어하도록 구성될 수도 있다. 측정 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛의 경우, 포착 구동 서브유닛은 포착 처리 서브유닛에 전기 접속되게 신호 포착 유닛의 감지 커패시터를 제어할 수 있고, 포착 처리 서브유닛은 감지 커패시터에 의해 형성된 전계 영역에서 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들을 검출할 수 있다. 측정될 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛의 경우, 측정될 구동 서브유닛은 전위 서보 서브유닛에 전기 접속되게 감지 커패시터를 제어할 수 있고, 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 전위 변화는 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 전위 변화에 따라 변화할 수도 있다.
[0013] 포착 처리 서브유닛에 전기 접속하도록 또는 포착 처리 서브유닛과 전기 접속이 끊어지도록 감지 커패시터를 제어하는 포착 구동 서브유닛을 달성하기 위해, 신호 포착 유닛은 제어되는 포착 스위칭 서브유닛을 더 포함할 수도 있다. 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 입력단은 감지 커패시터의 한 단부에 전기 접속될 수 있고, 감지 커패시터의 다른 단부는 접지될 수도 있다. 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 출력단은 포착 처리 서브유닛에 신호를 출력할 수 있고, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 제어단은 포착 구동 서브유닛에 전기 접속될 수도 있다.
[0014] 구체적으로, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛은 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터일 수도 있다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극은 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 제어단으로서의 역할을 할 수도 있다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 하나는 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 입력단으로서의 역할을 할 수도 있다. 그리고 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 다른 하나는 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 출력단으로서의 역할을 할 수도 있다.
[0015] 전위 서보 서브유닛에 전기 접속하도록 또는 전위 서보 서브유닛과 전기 접속이 끊어지도록 감지 커패시터를 제어하는 측정될 구동 서브유닛을 달성하기 위해, 신호 포착 유닛은 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛을 더 포함할 수도 있다. 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 출력단은 감지 커패시터의 한 단부에 전기 접속될 수 있고, 감지 커패시터의 다른 단부는 접지될 수도 있다. 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 입력단은 전위 서보 서브유닛으로부터 출력되는 전압 신호를 수신할 수도 있다. 그리고 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 제어단은 측정될 구동 서브유닛에 전기 접속될 수도 있다.
[0016] 마찬가지로, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛은 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터일 수도 있다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극은 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 제어단으로서의 역할을 할 수도 있다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 하나는 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 입력단으로서의 역할을 할 수도 있고, 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 다른 하나는 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 출력단으로서의 역할을 할 수도 있다.
[0017] 구체적으로, 포착 처리 서브유닛은 연산 증폭기, 피드백 커패시터 및 아날로그 스위칭 회로 서브유닛을 포함할 수도 있다. 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 출력단은 연산 증폭기의 반전된 입력단에 전기 접속될 수 있고, 피드백 커패시터의 2개의 단부들은 연산 증폭기의 반전된 입력단 및 출력단에 각각 전기 접속될 수 있으며, 연산 증폭기의 반전되지 않은 입력단에 기준 전압이 입력될 수 있다. 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 입력단은 신호 포착 유닛으로부터의 출력 신호를 수신할 수 있고, 연산 증폭기의 출력단은 신호 포착 유닛의 감지 커패시터에 의해 형성된 전계 영역에서 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들의 양자화된 신호를 출력할 수 있다.
[0018] 본 개시에서, 기술적 문제는 다음의 기술적 솔루션들로 해결될 수 있다.
[0019] 본 개시에서는 상기 전계형 지문 인식 장치에 적용되는 신호 포착의 상태 제어 방법이 제공된다. 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
A. 측정 상태 신호 처리 유닛이 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 전기 접속되고 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나를 측정 상태로 만드는 경우, 측정될 상태 신호 처리 유닛을 측정 상태인 신호 포착 유닛의 주변의 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 적어도 전기 접속하고 측정될 상태 신호 처리 유닛에 전기 접속된 신호 포착 유닛을 측정될 상태로 만드는 단계; 및
B. 감지 커패시터들이 위치하는 분기들로부터의 신호들을 기초로 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들과 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 동기화하여, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터와 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터 간의 기생 커패시터의 충전량 및 방전량을 제한하도록, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 제어하고 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 제어하는 단계.
[0020] 구체적으로, 단계 B에 따라 감지 커패시터가 위치하는 분기로부터의 신호는 감지 커패시터가 위치하는 분기 상의 주파수, 전압 진폭, 전류 진폭, 위상 및 전하 중 적어도 하나를 의미할 수도 있다.
[0021] 본 개시에서, 기술적 문제는 다음의 기술적 솔루션들로 해결될 수 있다.
[0022] 자기 정전용량 원리를 기초로 한 전계형 지문 인식 장치에 적용되는, 보철 손가락의 지문을 인식하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
A. 임피던스 변화 임계치를 제공하고, 지문 인식을 수행하기 전에 단계 B 내지 단계 E를 완료하는 단계;
B. 스캔 빈도들의 내림차순 또는 오름차순으로 서로 다른 스캔 빈도들을 갖는 검출된 손가락의 임피던스 변화 값을 검출하는 단계;
C. 단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값을 임피던스 변화 임계치와 비교하는 단계;
단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값이 임피던스 변화 임계치보다 작지 않다면, 단계 D를 수행하는 단계;
단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값이 임피던스 변화 임계치보다 작다면, 단계 E를 수행하는 단계;
D. 검출된 손가락이 실제 손가락이라고 결정하고 지문 인식의 수행을 시작하는 단계; 또는
E. 검출된 손가락이 보철 손가락이라고 결정하고 지문 인식을 종료하는 단계.
[0023] 종래 기술과 비교하여, 본 개시인 "ELECTRIC FIELD-TYPE FINGERPRINT IDENTIFICATION APPARATUS AND STATE CONTROL METHOD AND PROSTHESIS IDENTIFICATION METHOD THEREOF"의 기술적 효과들은 다음을 포함한다.
[0024] 1. 본 개시에 따른 신호 포착 유닛의 구조는 단순하며, 이로써 디바이스 원가를 절감한다.
[0025] 2. 본 개시에서, 측정 상태 신호 처리 유닛과 측정될 상태 신호 처리 유닛이 감지 커패시터들의 충전 및 방전 상태들을 조율 및 제어하여 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터의 전위차를 없앰으로써, 전체 장치에서 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터에 의해 야기되는, 감지 커패시터가 위치하는 분기의 정전용량 변화량에 대한 영향을 감소시키고 심지어는 없앤다. 따라서 측정 상태로 동작하지 않는 신호 포착 유닛이 측정 상태로 동작하는 신호 포착 유닛에 영향을 주지 않는 것이 보장되고, 이에 따라 신호 포착 유닛들 간의 상호 간섭을 피한다.
[0026] 3. 본 개시에서는 모듈들 및 유닛들이 다수의 방식들로 접속될 수 있으며, 이에 따라 본 개시에 따른 지문 인식 장치는 다수의 애플리케이션 요건들에 적응될 수 있다.
[0027] 4. 본 개시에서, 보철 손가락의 지문이 결정될 수 있으며, 이로써 지문 인식 장치의 보안 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
[0028] 도 1은 본 개시, 즉 "전계형 지문 인식 장치 그리고 이것의 상태 제어 방법 및 보철 인식 방법(ELECTRIC FIELD-TYPE FINGERPRINT IDENTIFICATION APPARATUS AND STATE CONTROL METHOD AND PROSTHESIS IDENTIFICATION METHOD THEREOF)"에 따른 지문 인식 원리의 개략도이다.
[0029] 도 2는 본 개시에 따른 전계형 지문 인식 장치의 전기 원리의 제 1 개략적인 블록도이다.
[0030] 도 3은 본 개시에 따른 전계형 지문 인식 장치의 전기 원리의 제 2 개략적인 블록도이다.
[0031] 도 4는 본 개시에 따른 전계형 지문 인식 장치의 전기 원리의 제 3 개략적인 블록도이다.
[0032] 도 5는 본 개시에 따른 전계형 지문 인식 장치의 전기 원리의 제 4 개략적인 블록도이다.
[0033] 도 6은 본 개시의 선호되는 실시예에 따른 스캔 영역 배열의 개략도이다.
[0034] 도 7은 본 개시의 선호되는 실시예에 따른 기본 전기 원리의 개략도이다.
[0035] 도 8은 본 개시에 따른 포착 처리 서브유닛(212)의 제 1 구현 솔루션의 전기 원리의 개략도이다.
[0036] 도 9는 본 개시에 따른 포착 처리 서브유닛(212)의 제 2 구현 솔루션의 전기 원리의 개략도이다.
[0037] 도 10은 본 개시에 따른 포착 처리 서브유닛(212)의 제 3 구현 솔루션의 전기 원리의 개략도이다.
[0038] 도 11은 본 개시의 선호되는 실시예에 따른 스캔 영역들(Z1, Z2)의 전기 원리의 개략도이다.
[0039] 도 12는 실제 손가락의 스캔 빈도들과 임피던스들 간의 관계들 및 보철 손가락의 스캔 빈도들과 임피던스들의 관계들의 개략도이다.
[0040] 도 13은 종래 기술에 따른 지문 인식 장치의 기본 유닛의 전기 원리의 개략도이다.
[0041] 도면들에 도시된 실시예들과 함께 기술적 솔루션들이 상세히 설명된다.
[0042] 본 개시에 따른 지문 인식 원리가 도 1에 도시된다. 손가락(5)은 지문 볼록 영역(51) 및 지문 오목 영역(52)을 포함한다. 지문 인식 장치의 정전식 감응 모듈은 적어도 하나의 상부 전극 플레이트(111) 및 적어도 하나의 상부 전극 플레이트(111) 위를 커버하는 절연 보호층(4)을 포함한다. 상부 전극 플레이트(111)와 접지 사이에 베이스 커패시터(CS)가 형성된다. 손가락(5)이 정전식 감응 모듈 위를 터치하는 경우, 정전식 감응 모듈의 커패시터 어레이의 상부 전극 플레이트들(111) 각각과 접지 사이의 정전용량이 변경될 수 있다.
[0043] 터치 이전 A에서의 정전용량은: C A 0 = C S 이다.
[0044] 터치 이후 A에서의 정전용량은: C A 1 = C S + C 1이며, 여기서
Figure 112016077849994-pct00001
이다.
[0045] 그리고 터치 이전 A에서의 정전용량과 터치 이후 A에서의 정전용량 사이의 A에서의 정전용량 변화량은: C ΔA = C 1이다.
[0046] 터치 이전 B에서의 정전용량은: C B 0 = C S 이다.
[0047] 터치 이후 B에서의 정전용량은:
Figure 112016077849994-pct00002
이며, 여기서
Figure 112016077849994-pct00003
그리고
Figure 112016077849994-pct00004
이다.
[0048] 그리고 터치 이전 B에서의 정전용량과 터치 이후 B에서의 정전용량 사이의 B에서의 정전용량 변화량은:
Figure 112016077849994-pct00005
이다.
[0049] 상기 계산 및 분석으로부터, 지문의 오목 부분 및 볼록 부분에 대응하는 지점들에서의 정전용량 변화량들은 서로 다를 수도 있음이 확인될 수 있다. 따라서 정전용량 변화량은 지문의 볼록-오목 정보를 나타냄으로써, 지문의 볼록-오목 특징 정보를 얻는다.
[0050] 본 개시에서는, 손가락 터치 영역에 2개 또는 그보다 많은 신호 포착 유닛들이 배열된다. 지문 정보 포착의 상기 기본 원리에 따라, 신호 포착 유닛들 각각은 손가락 터치에 의해 야기된 정전용량 변화량을 신호 포착 유닛의 감지 커패시터를 통해 얻는다. 그리고 모든 신호 포착 유닛들에 의해 포착된 정전용량 변화량들을 결합함으로써 완전한 지문 정보가 얻어질 수 있다. 작은 영역에 다수의 감지 커패시터들이 배열되기 때문에 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들 사이에 기생 커패시터들이 존재한다. 종래 기술에서는, 채택된 구동 방법과 관계없이 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터들 상에 전위차들이 형성되는데, 이는 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들의 충전 프로세스와 방전 프로세스 간에 일관되게 유지하는 것이 어렵기 때문이다. 그리고 전위차들은 기생 커패시터들의 충전량 및 방전량을 야기함으로써, 지문의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기되는 정전용량 변화량들을 측정하는 감지 커패시터가 위치하는 분기의 전하의 변화량 및 정전용량 변화량의 측정 정확도에 영향을 주고, 이에 따라 지문의 정보를 획득하는 정확도에 영향을 줄 수도 있다. 본 개시는 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터들에 의해 야기되는 상기 영향들을 극복하고자 한다.
[0051] 본 개시는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 전계형 지문 인식 장치를 제공한다. 전계형 지문 인식 장치는 신호 포착 모듈(1) 및 신호 처리 모듈(2)을 포함한다. 신호 포착 모듈(1)은 적어도 2개의 신호 포착 유닛들(10)을 포함하며, 신호 포착 유닛들 모두가 전체 손가락 터치 영역(9)을 가득 채우고 신호 포착 유닛 어레이를 형성한다. 신호 포착 유닛들(10) 각각은 감지 커패시터를 포함한다. 신호 처리 모듈(2)은 측정 상태 신호 처리 유닛(21) 및 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)을 포함한다. 측정 상태 신호 처리 유닛(21)은 감지 커패시터를 충전 및 방전함으로써 신호 포착 유닛으로부터 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기되는 정전용량 변화량들을 얻도록 구성된다. 그리고 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)은 신호 포착 유닛의 감지 커패시터를 단지 충전 및 방전하도록 구성된다. 측정 상태 신호 처리 유닛(21) 및 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)은 신호 포착 유닛들(10)에 제어되게 전기 접속된다. 측정 상태 신호 처리 유닛(21)이 신호 포착 유닛들(10) 중 적어도 하나에 전기 접속되고 신호 포착 유닛들(10) 중 적어도 하나를 측정 상태로 만드는 경우, 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)은 측정 상태인 신호 포착 유닛(10)의 주변의 신호 포착 유닛들(10) 중 적어도 하나에 적어도 전기 접속되고 신호 포착 유닛들(10) 중 적어도 하나를 측정될 상태로 만든다. 측정 상태인 신호 포착 유닛(10)과 측정될 상태인 신호 포착 유닛(10) 간의 기생 커패시터의 충전량 및 방전량은 측정 상태 신호 처리 유닛(21)과 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)에 전기 접속된 감지 커패시터들의 충전 및 방전 프로세스들을 조율하도록 측정 상태 신호 처리 유닛(21)과 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)을 제어함으로써 제한된다.
[0052] 앞서 설명한 바와 같이, 측정 상태 신호 처리 유닛(21)이 신호 포착 유닛들(10) 중 적어도 하나에 전기 접속되고 신호 포착 유닛들(10) 중 적어도 하나를 측정 상태로 만드는 경우, 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)은 측정 상태인 신호 포착 유닛(10)의 주변의 신호 포착 유닛들(10) 중 "적어도" 하나에 "적어도" 전기 접속되고 신호 포착 유닛들(10) 중 적어도 하나를 측정될 상태로 만든다. 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)에 대한 2개의 "적어도"는 다수의 경우들을 포함하며, 여기서 2개의 "적어도"의 의미는 도면과 함께 완전하지는 않게 설명된다.
[0053] 첫 번째 경우는 도 2에 도시된 것과 같다. 신호 포착 유닛 어레이는 C1에서부터 C16까지 넘버링된 16개의 신호 포착 유닛들(10)에 의해 형성된다. 측정 상태 신호 처리 유닛(21)이 C1으로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)에 전기 접속되고 C1으로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)을 측정 상태가 되게 하는 경우, C2, C6 및 C5로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)이 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)에 가장 가깝고, C2, C6 및 C5로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)과 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10) 사이에 존재하는 기생 커패시터들이 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)의 정전용량 변화량의 측정에 최대 영향을 가질 수 있다. 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)은 C5로 넘버링된 가장 가까운 신호 포착 유닛에만 전기 접속된다. 이 경우는 신호 포착 유닛들 중에서 측정 상태인 신호 처리 유닛에 가장 가까이 위치하는 적어도 하나의 신호 포착 유닛을 선택하고, 선택된 신호 포착 유닛을 측정될 상태가 되게 하는 것을 나타낸다. C1 및 C5로 넘버링된 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들의 충전 및 방전 프로세스들은 조율되고 일관되도록 제어되기 때문에, C1 및 C5로 넘버링된 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터의 두 단부들에 어떠한 전위차도 존재하지 않으며, 이로써 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량에 대한 기생 커패시터의 영향을 없앤다. 그러나 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛과 측정 상태로도 동작하지 않고 측정될 상태로도 동작하지 않는, C2 및 C6으로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)을 포함하는 모든 신호 포착 유닛들 사이에 여전히 기생 커패시터들이 존재하기 때문에, 이러한 기생 커패시터들 상에 전위차들이 존재할 수도 있다. 따라서 도 2에 도시된 첫 번째 경우에는, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량의 측정에 대한 기생 커패시터의 영향이 감소된다.
[0054] 두 번째 경우는 도 3에 도시된 것과 같다. 도 2에 도시된 첫 번째 경우를 기초로, 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)은 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)에 가장 가까이 위치하는 C2 및 C6으로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)에 추가로 전기 접속된다. C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)과 C2, C6 및 C5로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10) 사이의 기생 커패시터들은 C1으로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)의 정전용량 변화량의 측정에 최대 영향을 갖는다. 이 경우는 측정 상태인 신호 포착 유닛의 주변의 다수의 신호 포착 유닛들로부터 가장 가까운 신호 포착 유닛들의 그룹을 선택하고, 선택된 신호 포착 유닛들을 측정될 상태가 되게 하는 것을 나타낸다. C1, C2, C5 및 C6으로 넘버링된 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들의 충전 및 방전 프로세스들은 조율되고 일관되도록 제어되기 때문에, C1, C2, C5 및 C6으로 넘버링된 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터들 각각에 대한 두 단부들에 어떠한 전위차도 존재하지 않으며, 이로써 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량에 대한 기생 커패시터들의 영향을 없앤다. 그러나 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛과 측정 상태로도 동작하지 않고 측정될 상태로도 동작하지 않는 다른 신호 포착 유닛들 사이에 여전히 기생 커패시터들이 존재하기 때문에, 이러한 기생 커패시터들 상에 전위차들이 존재할 수도 있다. 따라서 도 3에 도시된 두 번째 경우에는, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량의 측정에 대한 기생 커패시터의 영향이 감소되고, 도 3에 도시된 두 번째 경우의 영향 감소도는 도 2에 도시된 첫 번째 경우의 영향 감소도보다 더 크다.
[0055] 세 번째 경우는 도 4에 도시된 것과 같다. 도 3에 도시된 두 번째 경우를 기초로, 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)에서 약간 떨어진 C3, C7, C9 내지 C11로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)로부터 C9 및 C10으로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)이 추가로 선택되며 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)에 전기 접속된다. 이 경우는 측정 상태인 신호 포착 유닛의 주변에 위치하는 다수의 신호 포착 유닛들로부터 신호 포착 유닛들의 그룹을 선택하고, 선택된 신호 포착 유닛들을 측정될 상태가 되게 하는 것을 나타낸다. 측정될 상태인 선택된 신호 포착 유닛들의 그룹은 측정 상태인 신호 포착 유닛에 가장 가까이 위치하는 신호 포착 유닛들 및 측정 상태인 신호 포착 유닛에서 약간 떨어져 위치하는 신호 포착 유닛들을 포함한다. C1, C2, C5 및 C6으로 넘버링된 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들의 충전 및 방전 프로세스들은 조율되고 일관되도록 제어되기 때문에, C1, C2, C5, C6, C9 및 C10으로 넘버링된 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터들 각각에 대한 두 단부들에 어떠한 전위차도 존재하지 않으며, 이로써 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량에 대한 기생 커패시터들의 영향을 없앤다. 그러나 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛과 측정 상태로도 동작하지 않고 측정될 상태로도 동작하지 않는 다른 신호 포착 유닛들 사이에 여전히 기생 커패시터들이 존재하기 때문에, 이러한 기생 커패시터들 상에 전위차들이 존재할 수도 있다. 따라서 도 4에 도시된 세 번째 경우에는, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량의 측정에 대한 기생 커패시터의 영향이 감소되고, 도 4에 도시된 세 번째 경우의 영향 감소도는 도 3에 도시된 두 번째 경우의 영향 감소도보다 더 크다.
[0056] 네 번째 경우는 도 5에 도시된 것과 같다. 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10)을 제외하면, C1로 넘버링된 신호 포착 유닛(10) 이외의 모든 신호 포착 유닛들이 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)에 전기 접속되고 측정될 상태가 된다. 이 경우는 측정 상태인 신호 포착 유닛의 주변에 위치하는 모든 신호 포착 유닛들이 측정될 상태임을 나타낸다. 모든 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들의 충전 및 방전 프로세스들은 조율되고 일관되도록 제어되기 때문에, 신호 포착 유닛들의 감지 커패시터들 사이의 기생 커패시터들 각각에 대한 두 단부들에 어떠한 전위차도 존재하지 않으며, 이로써 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량에 대한 기생 커패시터들의 영향을 실질적으로 없앤다. 도 5에 도시된 네 번째 경우에는, 측정 상태인 C1로 넘버링된 신호 포착 유닛과 관련된 모든 기생 커패시터들 상에 어떠한 전위차도 존재하지 않기 때문에, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 정전용량 변화량의 측정에 대한 기생 커패시터의 영향이 제거된다.
[0057] 요약하면, 측정 상태인 신호 포착 유닛 이외의 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나가 측정될 상태 신호 처리 유닛에 전기 접속된다. 측정될 상태인 신호 포착 유닛들의 증가한 수 그리고 측정될 상태인 신호 포착 유닛과 측정 상태인 신호 포착 유닛 간의 증가한 근사도로, 측정 상태인 신호 포착 유닛과 측정될 상태인 신호 처리 유닛 간의 기생 커패시터의 충전 및 방전량이 감소되며 심지어는 제거될 수 있고, 즉 정전용량 변화량의 측정에 대한 기생 커패시터의 영향이 제한된다. 따라서 측정 상태인 신호 포착 유닛과 측정될 상태인 신호 처리 유닛 간의 기생 커패시터의 충전 및 방전량을 "제한"하는 것은 충전 및 방전량을 "감소" 또는 "제거"하는 것을 포함한다.
[0058] 본 개시에 따른 선호되는 실시예에서, 신호 포착 유닛 어레이는 손가락으로 터치되도록 구성되는 유전층으로 커버될 수 있다.
[0059] 칩의 설계 솔루션에서, 신호 포착 모듈(1) 및 신호 처리 모듈(2)은 동일한 집적 회로 칩에 배열된다. 데이터 처리 프로그램의 수정 및 업그레이드 그리고 신호 포착 유닛 어레이의 유지를 가능하게 하기 위해, 신호 포착 모듈(1) 및 신호 처리 모듈(2)은 서로 다른 칩들에 배열될 수 있는데, 즉 신호 포착 모듈(1)은 제 1 집적 회로 칩에 배열되고 신호 처리 모듈(2)은 제 2 집적 회로 칩에 배열된다. 추가로, 선호되는 실시예로서, 신호 포착 유닛 어레이의 성능을 최적화하고 메인스트림 프로세스의 제조 조건에 적응시키기 위해, 신호 포착 모듈(1)이 배열된 제 1 집적 회로 칩은 박막 트랜지스터 제작 프로세스에 의해 만들어진다.
[0060] 본 개시에 따른 선호되는 실시예가 도 7에 도시된다. 측정 상태 신호 처리 유닛(21)은 적어도 하나의 포착 처리 서브유닛(212) 및 적어도 하나의 포착 구동 서브유닛(211)을 포함한다. 포착 처리 서브유닛(212)은 감지 커패시터(CS)가 위치하는 분기의 정전용량 변화량을 검출하도록 구성되고, 포착 구동 서브유닛(211)은 포착 처리 서브유닛(212)에 전기 접속되거나 포착 처리 서브유닛(212)과 전기 접속이 끊어지게 감지 커패시터(CS)를 제어하도록 구성된다. 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)은 적어도 하나의 전위 서보 서브유닛(222) 및 적어도 하나의 측정될 구동 서브유닛(221)을 포함한다. 전위 서보 서브유닛(222)은 감지 커패시터가 위치하는 분기를 충전 및 방전하도록 구성되고, 측정될 구동 서브유닛(221)은 전위 서보 서브유닛(222)에 전기 접속되거나 전위 서보 서브유닛(222)과 전기 접속이 끊어지게 감지 커패시터(CS)를 제어하도록 구성된다. 측정 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛(10)의 경우, 포착 구동 서브유닛(211)은 포착 처리 서브유닛(212)에 전기 접속되게 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)를 제어하고, 포착 처리 서브유닛(212)은 감지 커패시터(CS)에 의해 형성된 전계 영역에서 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들을 검출한다. 측정될 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛(10)의 경우, 측정될 구동 서브유닛(221)은 전위 서보 서브유닛(222)에 전기 접속되게 감지 커패시터(CS)를 제어하고, 측정될 상태인 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)의 전위 변화는 측정 상태인 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)의 전위 변화에 따라 변화한다.
[0061] 도 7에 도시된 바와 같이, 포착 처리 서브유닛(212)에 전기 접속하도록 또는 포착 처리 서브유닛(212)과 전기 접속이 끊어지도록 감지 커패시터(CS)를 제어하는 포착 구동 서브유닛(211)을 달성하기 위해, 신호 포착 유닛은 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)을 더 포함한다. 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 입력단(I12)은 감지 커패시터(CS)의 한 단부에 전기 접속되고, 감지 커패시터(CS)의 다른 단부는 접지된다. 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 출력단(O12)은 포착 처리 서브유닛(212)에 신호를 출력한다. 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 제어단(Ctrl12)은 포착 구동 서브유닛(211)에 전기 접속된다.
[0062] 도 7에 도시된 바와 같이, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)은 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터이다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극(G)은 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 제어단(Ctrl12)으로서의 역할을 한다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극(D)과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극(S) 중 하나는 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 입력단(I12)으로서의 역할을 하고, 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극(D)과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극(S) 중 다른 하나는 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 출력단(O12)으로서의 역할을 한다.
[0063] 도 7에 도시된 바와 같이, 전위 서보 서브유닛(222)에 전기 접속하도록 또는 전위 서보 서브유닛(222)과 전기 접속이 끊어지도록 감지 커패시터(CS)를 제어하는 측정될 구동 서브유닛(221)을 달성하기 위해, 신호 포착 유닛(10)은 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)을 더 포함한다. 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 출력단(O13)은 감지 커패시터(CS)의 한 단부에 전기 접속되고, 감지 커패시터(CS)의 다른 단부는 접지된다. 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 입력단(I13)은 전위 서보 서브유닛(222)으로부터 출력되는 전압 신호를 수신한다. 그리고 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 제어단(Ctrl13)은 측정될 구동 서브유닛(221)에 전기 접속된다.
[0064] 마찬가지로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)은 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터이다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극(G)은 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 제어단(Ctrl13)으로서의 역할을 한다. 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극(D)과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극(S) 중 하나는 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 입력단(I13)으로서의 역할을 하고, 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극(D)과 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극(S) 중 다른 하나는 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 출력단(O13)으로서의 역할을 한다.
[0065] 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 포착 처리 서브유닛(212)은 연산 증폭기(2121), 피드백 커패시터(CF) 및 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)을 포함한다. 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 출력단(O223)은 연산 증폭기(2121)의 반전된 입력단에 전기 접속된다. 피드백 커패시터(CF)의 두 단부들은 연산 증폭기(2121)의 반전된 입력단 및 출력단에 각각 전기 접속된다. 연산 증폭기(2121)의 반전되지 않은 입력단에는 기준 전압이 입력된다. 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 입력단(I223)은 신호 포착 유닛(10)으로부터의 출력 신호, 예컨대 도 7에 도시된 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 출력 신호를 수신한다. 연산 증폭기(2121)의 출력단(O221)은 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)에 의해 형성된 전계 영역에서 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들을 출력한다.
[0066] 본 개시는 포착 처리 서브유닛(212)의 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)에 대한 세 가지 구현 솔루션들을 제공한다.
[0067] 첫 번째 구현 솔루션은 도 8에 도시된 것과 같다. 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)은 예비 방전(predischarging) 아날로그 스위칭 회로(2231) 및 충전 아날로그 스위칭 회로(2232)를 포함한다. 연산 증폭기(2121)의 반전되지 않은 입력단에는 정전압 값을 갖는 기준 전압(VRef)이 입력된다. 예비 방전 아날로그 스위칭 회로(2231)의 입력단(I2231)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 입력단(I223)에 전기 접속되고, 예비 방전 아날로그 스위칭 회로(2231)의 출력단(O2231)은 접지된다. 충전 아날로그 스위칭 회로(2232)의 입력단(I2232)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 입력단(I223)에 전기 접속되고, 충전 아날로그 스위칭 회로(2232)의 출력단(O2232)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 출력단(O223)에 전기 접속된다. 정전용량 변화량을 검출하는 포착 처리 서브유닛(212)의 시작시, 예비 방전 아날로그 스위칭 회로(2231)의 입력단(I2231) 및 출력단(O2231)은 온으로 스위칭되는 한편, 충전 아날로그 스위칭 회로(2232)의 입력단(I2232) 및 출력단(O2232)은 오프로 스위칭되어, 감지 커패시터(CS)의 예비 방전 프로세스를 완료한다. 감지 커패시터(CS)가 예비 방전된 후, 충전 아날로그 스위칭 회로(2232)의 입력단(I2232) 및 출력단(O2232)은 온으로 스위칭되는 한편, 예비 방전 아날로그 스위칭 회로(2231)의 입력단(I2231) 및 출력단(O2231)은 오프로 스위칭되어, 감지 커패시터(CS)를 충전한다. 이 경우, 감지 커패시터(CS)의 충전 동안 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들은 연산 증폭기(2121) 및 피드백 커패시터(CF)에 의해 검출된다.
[0068] 두 번째 구현 솔루션은 도 9에 도시된 것과 같다. 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)은 예비 충전(precharging) 아날로그 스위칭 회로(2233) 및 방전 아날로그 스위칭 회로(2234)를 포함한다. 연산 증폭기(2121)의 반전되지 않은 입력단에는 정전압 값을 갖는 기준 전압(VRef)이 입력된다. 예비 충전 아날로그 스위칭 회로(2233)의 출력단(O2233)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(233)의 입력단(I223)에 전기 접속되고, 예비 충전 아날로그 스위칭 회로(2233)의 입력단(I2233)에는 충전 전압(Vdd)이 입력된다. 방전 아날로그 스위칭 회로(2234)의 입력단(I2234)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 입력단(I223)에 전기 접속되고, 방전 아날로그 스위칭 회로(2234)의 출력단(O2234)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 출력단(O223)에 전기 접속된다. 정전용량 변화량을 검출하는 포착 처리 서브유닛(212)의 시작시, 예비 충전 아날로그 스위칭 회로(2233)의 입력단(I2233) 및 출력단(O2233)은 온으로 스위칭되는 한편, 방전 아날로그 스위칭 회로(2234)의 입력단(I2234) 및 출력단(O2234)은 오프로 스위칭되어, 감지 커패시터(CS)의 예비 충전을 완료한다. 감지 커패시터(CS)가 예비 충전된 후, 방전 아날로그 스위칭 회로(2234)의 입력단(I2234) 및 출력단(O2234)은 온으로 스위칭되는 한편, 예비 충전 아날로그 스위칭 회로(2233)의 입력단(I2233) 및 출력단(O2233)은 오프로 스위칭되어, 감지 커패시터(CS)를 방전한다. 이 경우, 감지 커패시터(CS)의 방전 동안 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들은 연산 증폭기(2121) 및 피드백 커패시터(CF)에 의해 검출된다.
[0069] 세 번째 구현 솔루션은 도 10에 도시된 것과 같다. 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)은 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로(2235)를 포함한다. 연산 증폭기(2121)의 반전되지 않은 입력단에는 방전 주기 및 충전 주기를 갖는 변동 기준 전압 신호(vRef)가 입력된다. 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로(2235)의 입력단(I2235)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 입력단(I223)에 전기 접속되고, 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로(2235)의 출력단(O2235)은 아날로그 스위칭 회로 서브유닛(223)의 출력단(O223)에 전기 접속된다. 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로(2235)의 입력단(I2235) 및 출력단(O2235)이 온으로 스위칭되는 경우, 변동 기준 전압 신호(vRef)의 방전 주기에서 감지 커패시터(CS)의 예비 방전 프로세스가 완료되고, 변동 기준 전압 신호(vRef)의 충전 주기에서 감지 커패시터(CS)가 충전된다. 이 경우, 감지 커패시터(CS)의 충전 동안 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들은 연산 증폭기(2121) 및 피드백 커패시터(CF)에 의해 검출된다.
[0070] 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 피드백 커패시터는 정전용량 값이 조절 가능한 조절 가능 커패시터(CF)이다. 이 경우, 조절 가능한 커패시터인 피드백 커패시터(CF)는 채널들 간의 차이들을 보상할 수 있고 서로 다른 외부 환경들, 예컨대 손가락의 커버된 지문 및 서로 다른 분해능 요건들에 적응될 수도 있다.
[0071] 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 포착 처리 서브유닛(212)은 피드백 커패시터(CF)의 두 단부들에 전기 접속된 리셋 스위칭 회로(224)를 더 포함한다. 리셋 스위칭 회로(224)를 온으로 스위칭함으로써, 피드백 커패시터(CF)가 위치하는 루프가 짧아짐으로써, 전하 증폭기의 회복을 가속화한다. 전하 증폭기는 신호 처리 유닛(22)의 연산 증폭기(2121) 및 피드백 커패시터(CF), 그리고 포착 처리 서브유닛(212)에 전기 접속된 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)를 포함한다.
[0072] 전위 서보 서브유닛(222)의 회로는 상기 포착 처리 서브유닛(212)의 충전 및 방전 회로를 참조로 설계될 수 있다. 포착 처리 서브유닛(212)에 채택된 충전 및 방전 회로에 의해, 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들이 조율 및 제어될 수 있다. 전위 서보 서브유닛(222)과 포착 처리 서브유닛(212) 사이에 피드백 커패시터가 추가로 배열됨으로써, 전위 서보 서브유닛(222)과 포착 처리 서브유닛(212)이 전위 서보 서브유닛(222)과 포착 처리 서브유닛(212)에 전기 접속된 감지 커패시터들을 동시에 충전 및 방전하는 것을 추가로 보장할 수 있다.
[0073] 상기 전계형 지문 인식 장치를 기초로, 본 개시는 신호 포착의 상태 제어 방법을 제공한다. 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
A. 측정 상태 신호 처리 유닛이 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 전기 접속되고 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나를 측정 상태로 만드는 경우, 측정될 상태 신호 처리 유닛을 측정 상태인 신호 포착 유닛의 주변의 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 적어도 전기 접속하고 측정될 상태 신호 처리 유닛에 전기 접속된 신호 포착 유닛을 측정될 상태로 만드는 단계; 및
B. 감지 커패시터들이 위치하는 분기들로부터의 신호들을 기초로 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들과 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 동기화하여, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터와 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터 간의 기생 커패시터의 충전량 및 방전량을 제한하도록, 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 제어하고 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 제어하는 단계.
[0074] 본 개시에서, 측정될 상태 신호 처리 유닛(22)의 여러 가지 전기 접속 경우들이 도 2 내지 도 5와 함께 상세히 설명되는데, 여기서는 단 하나의 신호 포착 유닛(10)만이 측정 상태이다. 그러나 본 개시의 선호되는 실시예에서는, 도 6에 도시된 바와 같이 더 유용할 솔루션이 제공된다. 제공되는 솔루션에서는, 신호 포착 유닛들(10)이 영역들에 포함되며, 서로 다른 영역들의 지문 정보의 데이터가 서로 다른 시점들에 포착된다. 모든 영역들이 측정되는 프로세스가 1 스캔 주기이고 그 영역은 스캔 영역으로 정의된다. 스캔 영역들에 대해 완료되는 정전용량 변화량의 측정은 1 스캔 시간이다. 본 개시의 선호되는 실시예에서는, C1 내지 C16으로 넘버링된 16개의 신호 포착 유닛들(10)이 손가락 터치 영역(9)에 배열된다. 손가락 터치 영역(9)은 Z1 내지 Z4로 넘버링된 4개의 스캔 영역들로 분할되고, 스캔 영역들 각각은 다수의 신호 포착 유닛들(10)을 포함한다. 도 6으로부터 스캔 영역이 규칙적인 형상을 가질 수 있다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 스캔 영역(Z1)은 C1, C2, C5 및 C6으로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)에 의해 형성된 정사각형 형상을 갖고, 스캔 영역(Z2)은 C9, C10, C13 및 C14로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)에 의해 형성된 정사각형 형상을 갖고, 스캔 영역(Z3)은 C7, C11 및 C15로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)에 의해 형성된 직사각형 형상을 갖는다. 스캔 영역은 불규칙적인 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 스캔 영역(Z4)은 C3, C4, C8, C12 및 C16으로 넘버링된 신호 포착 유닛들(10)에 의해 형성된 반전된 "L"과 비슷한 형상을 갖는다. 추가로, 동일한 손가락 터치 영역(9) 내의 스캔 영역들은 동일한 형상 또는 서로 다른 형상들을 가질 수도 있다. 스캔 주기는 스캔 영역들(Z1, Z2, Z3 및 Z4)의 순서로 완료된다고 가정된다. 스캔 영역(Z1)이 스캔되는, 즉 스캔 영역(Z1)의 신호 포착 유닛들(10)이 측정 상태인 경우, 스캔 영역(Z1)의 신호 포착 유닛들(10)의 감지 커패시터들(CS)이 위치하는 분기들 상에 신호 변화들이 존재한다고, 즉 감지 커패시터들(CS)이 위치하는 분기들로부터의 신호들을 기초로 스캔 영역(Z1)에 지문 정보가 존재한다고 결정되는 경우에는, 스캔 영역(Z1) 주변의 스캔 영역이 측정될 상태로 설정되어야 한다. 스캔 영역(Z1) 주변의 스캔 영역은 스캔 영역들(Z2, Z3, Z4) 중 적어도 하나일 수도 있다. 대안으로, 스캔 영역(Z1) 이외의 다른 스캔 영역들, 즉 스캔 영역들(Z2, Z3, Z4) 전부가 측정될 상태로 설정되어야 한다. 지문 정보가 존재하는 스캔 영역 주변부의 스캔 영역이 지문 정보가 존재하는 스캔 영역 이외의 다른 스캔 영역들 전부를 항상 포함하는 것은 아니다. 예를 들어, 스캔 영역(Z4)이 스캔되고 스캔 영역(Z4)의 신호 포착 유닛들이 측정 상태인 경우, 스캔 영역(Z4)의 신호 포착 유닛들(10)의 감지 커패시터들(CS)이 위치하는 분기들 상에 신호 변화들이 존재한다고, 즉 감지 커패시터들(CS)이 위치하는 분기들로부터의 신호들을 기초로 스캔 영역(Z4)에 지문 정보가 존재한다고 결정되는 경우에는, 스캔 영역(Z4) 주변의 스캔 영역이 측정될 상태로 설정되어야 한다. 스캔 영역(Z4) 주변의 스캔 영역은 스캔 영역들(Z1, Z3) 중 적어도 하나이다. 물론, 스캔 영역(Z4) 이외의 다른 스캔 영역들, 즉 스캔 영역들(Z1, Z2, Z3) 전부가 측정될 상태로 설정될 수도 있다. 지문 정보가 검출되는 경우, 스캔 상태인 스캔 영역이 측정 상태로 설정되고, 비-스캔 상태인 스캔 영역은 측정될 상태로 설정됨으로써, 측정될 상태인 스캔 영역 내의 신호 포착 유닛이 측정 상태인 스캔 영역 내의 신호 포착 유닛에 영향을 주는 것을 효과적으로 막고, 지문 정보 포착의 정확도를 보장한다.
[0075] 단계 B에 따라 감지 커패시터가 위치하는 분기로부터의 신호는 감지 커패시터가 위치하는 분기 상의 주파수, 전압 진폭, 전류 진폭, 위상 및 전하 중 적어도 하나를 의미한다.
[0076] 다음의 접속 경우들의 결합된 방식으로 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)은 포착 구동 서브유닛(211) 및 포착 처리 서브유닛(212)에 접속될 수 있고, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)은 측정될 구동 서브유닛(221) 및 전위 서보 서브유닛(222)에 접속될 수 있다.
[0077] 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 제어 신호 포착을 위해, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 제어단들(Ctrl12)이 독립적으로 포착 구동 서브유닛(211)에 전기 접속될 수 있다. 대안으로, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 제어단들(Ctrl12)은 적어도 2개의 포착 구동 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 포착 구동 노드들은 포착 구동 서브유닛(211)에 독립적으로 전기 접속된다. 대안으로, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 제어단들(Ctrl12)은 모두 포착 구동 노드에 전기 접속되고, 포착 구동 노드는 포착 구동 서브유닛(211)에 전기 접속된다.
[0078] 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 출력 신호에 대해, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 출력단들(O12)은 독립적으로 포착 처리 서브유닛(212)에 신호들을 출력할 수 있다. 대안으로, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 출력단들(O12)은 적어도 2개의 신호 포착 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 신호 포착 노드들은 포착 처리 서브유닛(212)에 독립적으로 신호들을 출력한다. 대안으로, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 출력단들(O12)은 신호 포착 노드에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 신호 포착 노드는 포착 처리 서브유닛(212)에 신호를 출력한다.
[0079] 마찬가지로, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 제어 신호에 대해, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 제어단들(Ctrl13)이 측정될 구동 서브유닛(221)에 독립적으로 전기 접속될 수 있다. 대안으로, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 제어단들(Ctrl13)은 적어도 2개의 서보 구동 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 서보 구동 노드들은 측정될 구동 서브유닛(221)에 독립적으로 전기 접속된다. 대안으로, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 제어단들(Ctrl13)은 모두 서보 구동 노드에 전기 접속되고, 서보 구동 노드는 측정될 구동 서브유닛(221)에 전기 접속된다.
[0080] 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 입력 신호에 대해, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 입력단들(I13)은 전위 서보 서브유닛(222)으로부터 출력되는 전압 신호를 독립적으로 수신할 수 있다. 대안으로, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 입력단들(I13)은 적어도 2개의 서보 입력 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 서보 입력 노드들은 전위 서보 서브유닛(222)으로부터 출력되는 전압 신호를 독립적으로 수신한다. 대안으로, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 입력단들(I13)은 모두 서보 입력 노드에 전기 접속되고, 서보 입력 노드는 전위 서보 서브유닛(222)으로부터 출력되는 전압 신호를 수신한다.
[0081] 지문 인식 장치에서는, 애플리케이션 요건에 따라 솔루션들의 상기 4개의 그룹들 각각으로부터 하나의 솔루션이 선택될 수 있고, 전체 지문 인식 장치의 유닛들은 선택된 4개의 솔루션들과 전기 접속될 수 있다. 본 개시에 따라 각각의 유닛들을 전기 접속하기 위한 상당수의 접속 솔루션들이 존재한다고 확인될 수 있다.
[0082] 본 개시에 따른 선호되는 실시예에서, 솔루션들의 상기 4개의 그룹들의 예들은 스캔 영역(Z1) 내의 신호 포착 유닛들(10)을 일례로 택함으로써 설명된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 제어 신호 포착을 위해, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 제어단들(Ctrl12)이 2개의 포착 구동 노드들(BDG1, BDG2)에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 포착 구동 노드들(BDG1, BDG2)은 포착 구동 서브유닛들(211)에 독립적으로 전기 접속된다. 선호되는 실시예에서는, 포착 구동 서브유닛들(211)과 포착 구동 노드들(BDG1, BDG2) 간에 일대일 대응이 존재한다. 그리고 물론, 2개의 포착 구동 노드들(BDG1, BDG2)을 하나의 포착 구동 서브유닛(211)의 서로 다른 입력 포트들에 각각 전기 접속하는 것이 실현 가능하다. 제어되는 포착 스위칭 서브유닛(12)의 출력 신호에 대해, 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들(12)의 출력단들(O12)이 2개의 신호 포착 노드들(BCG1, BCG2)에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 신호 포착 노드들(BCG1, BCG2)은 포착 처리 서브유닛(212)에 독립적으로 신호들을 출력한다. 선호되는 실시예에서는, 포착 처리 서브유닛들(212)과 신호 포착 노드들(BCG1, BCG2) 간에 일대일 대응이 존재한다. 그리고 물론, 2개의 신호 포착 노드들(BCG1, BCG2)을 하나의 포착 처리 서브유닛(212)의 서로 다른 입력 포트들에 각각 전기 접속하는 것이 실현 가능하다. 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 제어 신호에 대해, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 제어단들(Ctrl13)이 측정될 구동 서브유닛들(221)에 독립적으로 전기 접속된다. 선호되는 실시예에서는, 측정될 구동 서브유닛들(221)과 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 제어단들(Ctrl13) 간에 일대일 대응이 존재한다. 그리고 물론, 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 제어단들(Ctrl13)을 하나의 측정될 구동 서브유닛(221)의 4개의 서로 다른 입력 포트들에 각각 전기 접속하는 것이 실현 가능하다. 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛(13)의 입력 신호에 대해, 모든 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들(13)의 입력단들(I13)은 서보 입력 노드(BVT)에 전기 접속되고, 서보 입력 노드(BVT)는 전위 서보 서브유닛(222)으로부터 출력되는 전압 신호를 수신한다. 따라서 본 개시의 기본 요건이 달성될 수 있는 한 접속 솔루션들 중 임의의 솔루션을 선택하는 것이 실현 가능하다. 기본 요건은 "측정 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛(10)의 경우, 포착 구동 서브유닛(211)은 포착 처리 서브유닛(212)에 전기 접속되게 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)를 제어하고, 포착 처리 서브유닛(212)은 감지 커패시터(CS)에 의해 형성된 전계 영역에서 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들을 검출하며; 측정될 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛(10)의 경우, 측정될 구동 서브유닛(221)은 전위 서보 서브유닛(222)에 전기 접속되게 감지 커패시터(CS)를 제어하고, 측정될 상태인 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)의 전위 변화는 측정 상태인 신호 포착 유닛(10)의 감지 커패시터(CS)의 전위 변화에 따라 변화한다."
[0083] 모든 솔루션들에서는, 적은 수의 포착 구동 서브유닛들(211), 적은 수의 포착 처리 서브유닛들(212), 적은 수의 측정될 구동 서브유닛들(221) 및 적은 수의 전위 서보 서브유닛들(222)이 선택되는 경우에 디바이스 원가가 절감될 수 있고 스캔 빈도가 감소될 수 있음이 명백하다. 그리고 더 많은 포착 구동 서브유닛들(211), 더 많은 포착 처리 서브유닛들(212), 더 많은 측정될 구동 서브유닛들(221) 및 더 많은 전위 서보 서브유닛들(222)이 선택되는 경우에 더 많은 디바이스들이 구성될 필요가 있다 하더라도 스캔 빈도가 개선될 수 있다.
[0084] 디지털화된 데이터 처리의 한 양상에서, 신호 처리 모듈(2)은 모든 포착 처리 서브유닛들(212)에 전기 접속된 적어도 하나의 아날로그-디지털 변환 유닛(24)을 더 포함한다. 본 개시에 따른 선호되는 실시예에서는, 도 11에 도시된 바와 같이, 아날로그-디지털 변환 유닛(24)이 신호 처리 모듈(2)에 배열된다. 아날로그-디지털 변환 유닛(24)은 2개의 포착 처리 유닛들(212)에 전기 접속된다. 그리고 물론, 포착 처리 서브유닛들(212) 각각에 대해 아날로그-디지털 변환 유닛(24)을 배열하는 것이 실현 가능하다.
[0085] 도 12에 도시된 실험 데이터를 기초로 하면, 문제들의 경우, 예를 들어 다양한 위조 지문들이 지문 인식 시스템을 속이는 데 사용되며, 손가락 피부의 표면이 쉽게 훼손 및 파괴되고, 본 개시에서는 실제 손가락의 생명력 있는 피부 및 각질층의 서로 다른 전기 특성들을 기초로 서로 다른 스캔 주파수들을 사용함으로써 손가락 피부의 내부 특징들이 검출될 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 보철 손가락의 지문의 각질층의 임피던스는 서로 다른 주파수들 하에서 실제 손가락 지문의 생명력 있는 피부보다 훨씬 더 적게 변화한다. 이 경우, 손가락의 피부 내부의 정보가 획득되어 보철 손가락의 지문을 결정할 수 있다. 본 개시는 자기 정전용량 원리를 기초로 한 전계형 지문 인식 장치에 적용되는, 보철 손가락의 지문을 인식하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
A. 임피던스 변화 임계치를 제공하고, 지문 인식을 수행하기 전에 단계 B 내지 단계 E를 완료하는 단계;
B. 스캔 빈도들의 내림차순 또는 오름차순으로 서로 다른 스캔 빈도들을 갖는 검출된 손가락의 임피던스 변화 값을 검출하는 단계;
C. 단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값을 임피던스 변화 임계치와 비교하는 단계;
단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값이 임피던스 변화 임계치보다 작지 않다면, 단계 D를 수행하는 단계;
단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값이 임피던스 변화 임계치보다 작다면, 단계 E를 수행하는 단계;
D. 검출된 손가락이 실제 손가락이라고 결정하고 지문 인식의 수행을 시작하는 단계; 또는
E. 검출된 손가락이 보철 손가락이라고 결정하고 지문 인식을 종료하는 단계.

Claims (32)

  1. 신호 포착 모듈 및 신호 처리 모듈을 포함하는 전계형 지문 인식 장치로서,
    상기 신호 포착 모듈은 적어도 2개의 신호 포착 유닛들을 포함하며, 상기 신호 포착 유닛들 모두가 전체 손가락 터치 영역을 가득 채우고 신호 포착 유닛 어레이를 형성하며, 상기 신호 포착 유닛들 각각은 감지 커패시터를 포함하고;
    상기 신호 처리 모듈은 측정 상태 신호 처리 유닛 및 측정될 상태 신호 처리 유닛을 포함하며, 상기 측정 상태 신호 처리 유닛은 상기 감지 커패시터를 충전 및 방전함으로써 상기 신호 포착 유닛으로부터 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기되는 정전용량 변화량들을 획득하도록 구성되고, 상기 측정될 상태 신호 처리 유닛은 상기 신호 포착 유닛의 감지 커패시터를 단지 충전 및 방전하도록 구성되며, 상기 측정 상태 신호 처리 유닛과 상기 측정될 상태 신호 처리 유닛은 제어되도록 상기 신호 포착 유닛들에 전기 접속되고;
    상기 측정 상태 신호 처리 유닛이 상기 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 전기 접속되고 상기 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나를 측정 상태로 만드는 경우, 상기 측정될 상태 신호 처리 유닛은 상기 측정 상태인 신호 포착 유닛 주변의 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 적어도 전기 접속되고 상기 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나를 측정될 상태로 만들며, 상기 측정 상태 신호 처리 유닛과 상기 측정될 상태 신호 처리 유닛에 전기 접속된 감지 커패시터들의 충전 및 방전 프로세스들을 조율하도록 상기 측정 상태 신호 처리 유닛과 상기 측정될 상태 신호 처리 유닛을 제어함으로써 상기 측정 상태인 신호 포착 유닛과 상기 측정될 상태인 신호 포착 유닛 간의 기생 커패시터의 충전량 및 방전량이 제한되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 포착 유닛 어레이는 손가락으로 터치되도록 구성되는 유전층으로 커버되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 포착 모듈과 상기 신호 처리 모듈은 동일한 집적 회로 칩에 배열되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 포착 모듈은 제 1 집적 회로 칩에 배열되고 상기 신호 처리 모듈은 제 2 집적 회로 칩에 배열되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 포착 모듈이 배열된 제 1 집적 회로 칩은 박막 트랜지스터 제작 프로세스에 의해 만들어지는,
    전계형 지문 인식 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 상태 신호 처리 유닛은 적어도 하나의 포착 처리 서브유닛 및 적어도 하나의 포착 구동 서브유닛을 포함하며, 상기 포착 처리 서브유닛은 상기 감지 커패시터가 위치하는 분기의 정전용량 변화량을 검출하도록 구성되고, 상기 포착 구동 서브유닛은 상기 포착 처리 서브유닛에 전기 접속되게 또는 상기 포착 처리 서브유닛과 전기 접속이 끊어지게 상기 감지 커패시터를 제어하도록 구성되며,
    상기 측정될 상태 신호 처리 유닛은 적어도 하나의 전위 서보 서브유닛 및 적어도 하나의 측정될 구동 서브유닛을 포함하고, 상기 전위 서보 서브유닛은 상기 감지 커패시터가 위치하는 분기를 충전 및 방전하도록 구성되며, 상기 측정될 구동 서브유닛은 상기 전위 서보 서브유닛에 전기 접속되게 또는 상기 전위 서보 서브유닛과 전기 접속이 끊어지게 상기 감지 커패시터를 제어하도록 구성되고,
    상기 측정 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛의 경우, 상기 포착 구동 서브유닛은 상기 포착 처리 서브유닛에 전기 접속되게 상기 신호 포착 유닛의 감지 커패시터를 제어하고, 상기 포착 처리 서브유닛은 상기 감지 커패시터에 의해 형성된 전계 영역에서 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들을 검출하며; 상기 측정될 상태로 동작할 필요가 있는 신호 포착 유닛의 경우, 상기 측정될 구동 서브유닛은 상기 전위 서보 서브유닛에 전기 접속되게 상기 감지 커패시터를 제어하고, 상기 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 전위 변화는 상기 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 전위 변화에 따라 변화하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 포착 유닛은 제어되는 포착 스위칭 서브유닛을 더 포함하고,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 입력단은 상기 감지 커패시터의 한 단부에 전기 접속되고 상기 감지 커패시터의 다른 단부는 접지되며, 상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 출력단은 상기 포착 처리 서브유닛에 신호를 출력하고, 상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 제어단은 상기 포착 구동 서브유닛에 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛은 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터이고,
    상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 제어단으로서의 역할을 하며,
    상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 하나는 상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 입력단으로서의 역할을 하고, 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 다른 하나는 상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛의 출력단으로서의 역할을 하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 신호 포착 유닛은 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛을 더 포함하고,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 출력단은 상기 감지 커패시터의 한 단부에 전기 접속되고 상기 감지 커패시터의 다른 단부는 접지되며, 상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 입력단은 상기 전위 서보 서브유닛으로부터 출력되는 전압 신호를 수신하고, 상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 제어단은 상기 측정될 구동 서브유닛에 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛은 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터이고,
    상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 제어단으로서의 역할을 하며,
    상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 하나는 상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 입력단으로서의 역할을 하고, 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터의 소스 전극 중 다른 하나는 상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛의 출력단으로서의 역할을 하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 포착 처리 서브유닛은 연산 증폭기, 피드백 커패시터 및 아날로그 스위칭 회로 서브유닛을 포함하고,
    상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 출력단은 상기 연산 증폭기의 반전된 입력단에 전기 접속되고, 상기 피드백 커패시터의 2개의 단부들은 상기 연산 증폭기의 반전된 입력단 및 출력단에 각각 전기 접속되며, 상기 연산 증폭기의 반전되지 않은 입력단에 기준 전압이 입력되고,
    상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 입력단은 상기 신호 포착 유닛으로부터의 출력 신호를 수신하고, 상기 연산 증폭기의 출력단은 상기 신호 포착 유닛의 감지 커패시터에 의해 형성된 전계 영역에서 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들의 양자화된 신호를 출력하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛은 예비 방전(predischarging) 아날로그 스위칭 회로 및 충전 아날로그 스위칭 회로를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 반전되지 않은 입력단에는 정전압 값을 갖는 기준 전압이 입력되며,
    상기 예비 방전 아날로그 스위칭 회로의 입력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 입력단에 전기 접속되고, 상기 예비 방전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 접지되며,
    상기 충전 아날로그 스위칭 회로의 입력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 입력단에 전기 접속되고, 상기 충전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 출력단에 전기 접속되며,
    상기 정전용량 변화량을 검출하는 포착 처리 서브유닛의 시작시, 상기 예비 방전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 예비 방전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 온으로 스위칭되는 한편, 상기 충전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 충전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 오프로 스위칭되어, 상기 감지 커패시터의 예비 방전 프로세스를 완료하며, 상기 감지 커패시터가 예비 방전된 후, 상기 충전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 충전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 온으로 스위칭되는 한편, 상기 예비 방전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 예비 방전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 오프로 스위칭되어, 상기 감지 커패시터를 충전하며, 상기 감지 커패시터의 충전 동안 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들은 상기 연산 증폭기 및 상기 피드백 커패시터에 의해 검출되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛은 예비 충전(precharging) 아날로그 스위칭 회로 및 방전 아날로그 스위칭 회로를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 반전되지 않은 입력단에는 정전압 값을 갖는 기준 전압이 입력되며,
    상기 예비 충전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 입력단에 전기 접속되고, 상기 예비 충전 아날로그 스위칭 회로의 입력단에는 충전 전압이 입력되며,
    상기 방전 아날로그 스위칭 회로의 입력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 입력단에 전기 접속되고, 상기 방전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 출력단에 전기 접속되며,
    상기 정전용량 변화량을 검출하는 포착 처리 서브유닛의 시작시, 상기 예비 충전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 예비 충전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 온으로 스위칭되는 한편, 상기 방전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 방전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 오프로 스위칭되어, 상기 감지 커패시터의 예비 충전을 완료하며, 상기 감지 커패시터가 예비 충전된 후, 상기 방전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 방전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 온으로 스위칭되는 한편, 상기 예비 충전 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 상기 예비 충전 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 오프로 스위칭되어, 상기 감지 커패시터를 방전하며, 상기 감지 커패시터의 방전 동안 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들은 상기 연산 증폭기 및 상기 피드백 커패시터에 의해 검출되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛은 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로를 포함하며, 상기 연산 증폭기의 반전되지 않은 입력단에는 방전 주기 및 충전 주기를 갖는 변동 기준 전압 신호가 입력되고,
    상기 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로의 입력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 입력단에 전기 접속되고, 상기 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로의 출력단은 상기 아날로그 스위칭 회로 서브유닛의 출력단에 전기 접속되며,
    상기 온-오프 제어 아날로그 스위칭 회로의 입력단 및 출력단이 온으로 스위칭되는 경우, 상기 변동 기준 전압 신호의 방전 주기에서 상기 감지 커패시터의 예비 방전 프로세스가 완료되고, 상기 변동 기준 전압 신호의 충전 주기에서 상기 감지 커패시터가 충전되며, 상기 감지 커패시터의 충전 동안 지문들의 볼록 및 오목 텍스처들에 의해 각각 야기된 정전용량 변화량들은 상기 연산 증폭기 및 상기 피드백 커패시터에 의해 검출되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 피드백 커패시터는 정전용량 값이 조절 가능한 조절 가능 커패시터인,
    전계형 지문 인식 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 포착 처리 서브유닛은 상기 피드백 커패시터의 2개의 단부들에 전기 접속되는 리셋 스위칭 회로를 더 포함하고, 상기 리셋 스위칭 회로를 온으로 스위칭함으로써, 상기 피드백 커패시터가 위치하는 루프가 짧아지고 전하 증폭기의 회복이 가속화되며,
    상기 전하 증폭기는 상기 포착 처리 서브유닛의 연산 증폭기 및 피드백 커패시터, 그리고 상기 포착 처리 서브유닛에 전기 접속된 신호 포착 유닛의 감지 커패시터를 포함하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 상태 신호 처리 유닛은 상기 적어도 하나의 포착 처리 서브유닛 모두에 전기 접속된 적어도 하나의 아날로그-디지털 변환 서브유닛을 더 포함하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  18. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들의 제어단들은 상기 포착 구동 서브유닛에 독립적으로 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  19. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들의 제어단들은 적어도 2개의 포착 구동 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 상기 포착 구동 노드들은 상기 포착 구동 서브유닛에 독립적으로 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  20. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들의 제어단들은 모두 포착 구동 노드에 전기 접속되고, 상기 포착 구동 노드는 상기 포착 구동 서브유닛에 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  21. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들의 출력단들은 상기 포착 처리 서브유닛에 독립적으로 신호들을 출력하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  22. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들의 출력단들은 적어도 2개의 신호 포착 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 상기 신호 포착 노드들은 상기 포착 처리 서브유닛에 독립적으로 신호들을 출력하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  23. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어되는 포착 스위칭 서브유닛들의 출력단들은 신호 포착 노드에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 상기 신호 포착 노드는 상기 포착 처리 서브유닛에 신호를 출력하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  24. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들의 제어단들은 상기 측정될 구동 서브유닛에 독립적으로 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  25. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들의 제어단들은 적어도 2개의 서보 구동 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 상기 서보 구동 노드들은 상기 측정될 구동 서브유닛에 독립적으로 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  26. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들의 제어단들은 모두 서보 구동 노드에 전기 접속되고, 상기 서보 구동 노드는 상기 측정될 구동 서브유닛에 전기 접속되는,
    전계형 지문 인식 장치.
  27. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들의 입력단들은 상기 전위 서보 서브유닛으로부터 출력되는 전압 신호를 독립적으로 수신하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  28. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들의 입력단들은 적어도 2개의 서보 입력 노드들에 그룹화된 방식으로 전기 접속되고, 상기 서보 입력 노드들은 상기 전위 서보 서브유닛으로부터 출력되는 전압 신호를 독립적으로 수신하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  29. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어되는 측정될 스위칭 서브유닛들의 입력단들은 모두 서보 입력 노드에 전기 접속되고, 상기 서보 입력 노드는 상기 전위 서보 서브유닛으로부터 출력되는 전압 신호를 독립적으로 수신하는,
    전계형 지문 인식 장치.
  30. 제 1 항에 따른 전계형 지문 인식 장치에 적용되는 신호 포착의 상태 제어 방법으로서,
    A. 상기 측정 상태 신호 처리 유닛이 상기 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 전기 접속되고 상기 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나를 측정 상태로 만드는 경우, 상기 측정될 상태 신호 처리 유닛을 상기 측정 상태인 신호 포착 유닛 주변의 신호 포착 유닛들 중 적어도 하나에 적어도 전기 접속하고 상기 측정될 상태 신호 처리 유닛에 전기 접속된 신호 포착 유닛을 상기 측정될 상태로 만드는 단계; 및
    B. 상기 감지 커패시터들이 위치하는 분기들로부터의 신호들을 기초로 상기 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들과 상기 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 동기화하여, 상기 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터와 상기 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터 간의 기생 커패시터의 충전량 및 방전량을 제한하도록, 상기 측정 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 제어하고 상기 측정될 상태인 신호 포착 유닛의 감지 커패시터의 충전 및 방전 프로세스들을 제어하는 단계를 포함하는,
    신호 포착의 상태 제어 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    단계 B에 따라 상기 감지 커패시터가 위치하는 분기로부터의 신호는 상기 감지 커패시터가 위치하는 분기 상의 주파수, 전압 진폭, 전류 진폭, 위상 및 전하 중 적어도 하나를 의미하는,
    신호 포착의 상태 제어 방법.
  32. 제 1 항에 따른 전계형 지문 인식 장치에 적용되는 보철 손가락의 지문을 인식하기 위한 방법으로서,
    A. 임피던스 변화 임계치를 제공하고, 지문 인식을 수행하기 전에 단계 B 내지 단계 E를 완료하는 단계;
    B. 스캔 빈도들의 내림차순 또는 오름차순으로 서로 다른 스캔 빈도들을 갖는 검출된 손가락의 임피던스 변화 값을 검출하는 단계;
    C. 단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값을 상기 임피던스 변화 임계치와 비교하는 단계;
    단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값이 상기 임피던스 변화 임계치보다 작지 않다면, 단계 D를 수행하는 단계;
    단계 B에서 검출된 임피던스 변화 값이 상기 임피던스 변화 임계치보다 작다면, 단계 E를 수행하는 단계;
    D. 상기 검출된 손가락이 실제 손가락이라고 결정하고 상기 지문 인식의 수행을 시작하는 단계; 또는
    E. 상기 검출된 손가락이 보철 손가락이라고 결정하고 상기 지문 인식을 종료하는 단계를 포함하는,
    보철 손가락의 지문을 인식하기 위한 방법.
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