KR102255740B1 - 중첩된 그리드 라인을 이용하는 센서 및 그리드 라인으로부터 감지면을 확장하기 위한 전도성 프로브 - Google Patents

중첩된 그리드 라인을 이용하는 센서 및 그리드 라인으로부터 감지면을 확장하기 위한 전도성 프로브 Download PDF

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프레드 쥐. 벤크리 3세
랄프 더블유. 번스테인
니콜라이 더블유. 크리스티
게이르 이바르 브레드홀트
오이빈트 스로게달
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이덱스 바이오메트릭스 아사
프레드 쥐. 벤크리 3세
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Abstract

전자 센서는 지문과 같은 근접하여 위치된 물체의 표면 특징들을 검출하도록 그리드를 형성한다. 그리드는 구동원에 연결 가능한 복수의 평행한 구동 라인들과, 구동 라인들에 대해 실질적으로 직각으로 배향되고 구동 라인들을 중첩하는 복수의 평행한 픽업 라인들을 포함한다. 구동 라인들은 절연 유전체 층에 의해 픽업 라인들로부터 분리된다. 구동 라인들과 픽업 라인들을 교차하는 오버레이는, 근접하여 위치된 물체의 표면 특징들이 검출되는 픽셀들로서 작용하는 임피던스-민감성 전극 쌍들을 한정한다. 하나 이상의 전도성 프로브들은 하나 이상의 대응하는 임피던스-민감성 전극 쌍들로부터 절연 물질의 오버레이 층을 통해 감지면으로 연장한다.

Description

중첩된 그리드 라인을 이용하는 센서 및 그리드 라인으로부터 감지면을 확장하기 위한 전도성 프로브{SENSOR EMPLOYING OVERLAPPING GRID LINES AND CONCUCTIVE PROBES FOR EXTENDING A SENSING SUFFACE FROM THE GRID LINES}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C, §119(e)에 따라서 그 각 개시 내용이 참조에 의해 본원에 통합되는 2014년 2월 21일 출원된 미국 특허 가출원 제61/942,892호 및 2014년 2월 24일 출원된 미국 특허 가출원 제61/943,733호에 대해 우선권을 주장한다.
본 발명은 지문 센서와 같은 센서 가까이 또는 그 주위에 위치된 물체를 감지하기 위한 센서에 관한 것이다.
전자 감지 시장에서, 주어진 위치에 있는 물체를 감지하기 위한 매우 다양한 센서들이 있다. 이러한 센서들은 센서 가까이 또는 그 주위에 있는 물체의 존재를 감지하기 위하여 물체의 전자적 특성 및 감지되는 물체의 특징을 감지하도록 구성된다.
센서들은 센서에 근접하거나 또는 접촉하는 물체의 온도, 중량 또는 광자, 자성 발산과 같은 다양한 발산과 같은 파라미터를 측정하는 것에 의해 물체의 특성을 수동적으로 감지하도록 구성될 수 있다. 이러한 것의 예는 물체로부터 발산된 흑체 복사 스펙트럼(black body radiation spectra)을 검출하고 이로부터 온도가 계산될 수 있는 비접촉 적외선 온도계이다.
다른 센서들은 전압 또는 전류와 같은 자극(stimulus)으로 물체를 직접 여기하고, 그런 다음 물체의 물리적 또는 전기적 특성을 결정하도록 결과적인 신호를 사용하는 것에 의해 작업한다. 이러한 것의 예는, 전압원으로 매체를 여기하는 하나와, 물과 같은 전도성 유체의 존재를 결정하도록 유동체(current flow)를 측정하는 다른 하나의 2개의 단자들로 이루어진 유체 검출기이다.
임피던스 데이터의 2차원 어레이는 라인 감지 어레이 위에서 물체를 움직이고, 그런 다음 2차원 이미지의 라인 재구성에 의해 라인을 실행하는 것에 의해 생성될 수 있다. 이러한 것의 예는 손가락이 이를 가로질러 지나감에 따라서 지문 능선 및 계곡(fingerprint ridge and valley)들 사이에서 캐패시턴스에서의 차이를 측정하는 판독기 읽음 용량성 지문 센서(swiped capacitive fingerprint sensor)이다.
2차원 이미지를 얻는 더욱 간단한 방식은 2차원 감지 어레이를 생성하는 것이다. 그러나, 이러한 센서들은 어레이에서 많은 수의 필요한 감지 지점들로 인하여 비용이 엄청 비싸다. 이러한 것의 예는 2차원 용량성 지문 센서(two dimensional capacitive fingerprint sensor)이다. 이러한 것들의 다수는 현재 제조되지만, 150 ㎟ 이상의 실리콘 면적을 사용하고, 그러므로 많은 적용을 위하여 비용이 많이 든다.
전자 센서들의 이러한 상이한 형태는 지문, 의료 적용, 또는 유체 측정 모니터들과 같은 측정 특성을 위한 생체 측정 센서들과 같은 다양한 적용에서 사용되고 있다. 전형적으로, 다양한 디바이스들의 감지 소자들은 물체 정보를 처리하고 물체 특징에 대한 해석을 가능하게 하도록 구성된 프로세서에 연결된다.
지문 감지 및/또는 승인과 같은 다양한 적용에서 사용하기 위하여 정확하고 신뢰 가능한 센서들을 제공할 수 있는 디바이스에 대한 필요성이 있다.
다음은 본 발명에서 설명된 일부 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위하여 간략화된 요약을 제시한다. 이러한 요약은 청구된 요지의 광범위한 개요가 아니다. 이는 청구된 요지의 주요 또는 중요한 요소들을 식별하거나 그 범위를 한정하려는 의도가 아니다. 그 유일한 목적은 이후에 제공되는 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태로 일부 개념을 제시하는 것이다.
본 발명의 한 양태는 센서의 픽업 소자들의 표면으로부터 픽업 소자 상에 배치된 오버레이(overlay)의 표면을 향하여 전자 센서의 감지면을 확장하는 하나 이상의 전도성 프로브들에서 구현된다. 센서는 예를 들어 그리드 패턴으로 복수의 픽업 소자들과 복수의 구동 소자들을 배열하고, 오버레이의 표면 가까이 또는 표면에 감지 위치들의 그리드를 생성하도록 복수의 크로스오버 위치(crossover location)들에 복수의 전도성 프로브들을 배치할 수 있다.
절연재(예를 들어, 글래스, 폴리메틸메타크릴레이트, 또는 폴리카보네이트)로 만들어진 오버레이를 가지는 디바이스에 통합된 지문 센서에서 구현되는 본 발명의 추가의 양태가 제시된다. 지문 센서는 오버레이 아래에 위치된 적어도 하나의 구동 라인(협폭 세장형 구동 소자)을 포함하며, 구동 라인은 근접하여 위치된 물체에 결합될 수 있는 신호를 운반하도록 구성된다. 지문 센서는 오버레이 아래에 위치된 적어도 하나의 픽업 라인(협폭 세장형 픽업 소자)을 추가로 포함하며, 픽업 라인은 구동 라인에 대해 실질적으로 직각으로 배향된다. 픽업 및 구동 라인은 유전체 층(예를 들어, 켑톤과 같은 가요성 폴리머 기판)에 의해 분리될 수 있다. 구동 라인과 픽업 라인은 구동 라인이 픽업 라인을 교차하는 위치("크로스오버 위치")에서 임피던스-민감성 전극 쌍(impedance-sensitive electrode pair)을 형성할 수 있다.
지문 센서는 오버레이를 통하여 상당히 연장하는 기둥 형상 도체(column-shaped conductor)와 같은 적어도 하나의 전도성 프로브를 추가로 포함한다. 전도성 프로브는, 전도성 프로브의 제1 단부가 임피던스-민감성 전극 쌍에 근접하여 있도록 크로스오버 위치에 인접하여 위치될 수 있다. 예를 들어, 전도성 프로브의 제1 단부는 임피던스-민감성 전극 쌍의 적어도 일부를 접촉할 수 있다. 전도성 프로브의 제2 단부는 오버레이의 외부면(예를 들어, 상부면) 상에 또는 그 가까이에 지문 감지 위치를 한정할 수 있다.
일 실시예에서, 오버레이는 지문 센서가 터치식 디바이스(touch-enabled device) 내로 통합되도록 터치식 디바이스의 스크린의 부품일 수 있다.
실시예에서, 전도성 프로브는 픽업 소자의 가장자리를 가로지른다. 예를 들어, 전도성 프로브는, 전도성 프로브의 절반이 픽업 소자 바로 위에 있고 전도성 프로브의 절반이 바로 위에 있지 않도록 배치될 수 있다. 다른 실시예들은 픽업 소자 바로 위에 있는 전도성 프로브의 단면적과 픽업 소자 바로 위에 있지 않는 전도성 프로브의 단면적 사이의 다른 비율을 포함할 수 있다(예를 들어, 5%/95%, 10%/90%, 95%/5%, 또는 임의의 다른 비율).
실시예에서, 센서는 m x n 구동 라인들 및 픽업 라인들의 매트릭스를 포함한다. 각 구동 라인은 영구적으로 또는 스위치를 통하여 능동 회로에 연결될 수 있다. 각 픽업 소자는 영구적으로 또는 스위치를 통하여 버퍼 또는 증폭기에 연결될 수 있다. 일부 예들에서, m = n이다. 이러한 예에서 센서는 그리드 센서로서 설명될 수 있다. 일부 예들에서, m ≪ n이다. 이러한 예에서, 센서는 판독기(swipe) 또는 라인 센서로서 설명될 수 있다. m x n 픽업 라인들은 m x n 임피던스-민감성 전극 쌍들을 형성한다. 센서는 복수의 위치들에서 특징들을 동시에 검출하도록 복수의 임피던스-민감성 전극 쌍들을 능동화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구동 라인에 구동 신호를 공급하는 것은 복수의 크로스오버 위치들에서 복수의 픽업 라인들에 구동 신호를 결합할 수 있으며, 그러므로 그 위치들에서 임피던스-민감성 전극 쌍들을 능동화한다.
센서가 판독/라인 센서인 실시예에서, 능동 회로는 터치식 디스플레이 디바이스로부터 입력을 수신하는데 적합하다. 능동 회로는 터치식 디스플레이 디바이스로부터의 입력에 기초하여 한 세트의 구동 라인들 중 하나를 능동화할 수 있다. 입력은 터치식 디스플레이 디바이스 위에서 움직이는 손가락의 속도 및 방향을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 센서는 전도성 프로브에 인접한 적어도 하나의 접지 프로브(grounded probe)를 포함한다. 접지 프로브는 노이즈(예를 들어, 혼선)로부터 전도성 프로브를 차폐할 수 있으며, 대응하는 픽업 소자에서 수신된 신호에 보다 양호하게 집중할 수 있다. 일부 경우에, 접지층(ground layer)은 오버레이와 임피던스-민감성 전극 쌍 사이에 배치되고, 접지 프로브는 접지층에 연결된다.
일 실시예에서, 전도성 프로브(예를 들어, 전도성 기둥)는 밀링, 레이저 드릴, 에칭, 반응 이온 에칭(RIE), 기계적인 천공, 또는 임의의 다른 기술과 같은 제작 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
구동 소자 및/또는 픽업 소자는 오버레이 상에 또는 그 밑에 위치될 수 있다. 한 예에서, 구동 소자 및/또는 픽업 소자는 금속 스퍼터링, 포토리소그래피, 및 에칭을 포함하는 기술에 의해 오버레이 상에서 직접 처리될 수 있다. 하나의 예에서, 구동 소자는 오버레이의 밑면에 장착된 별개의 기판 상에서 처리된다. 한 예에서, 구동 소자 및/또는 픽업 소자는 오버레이에서 일체로 형성된다. 예를 들어, 라인들은 오버레이에서 에칭되고, 구동 소자 및/또는 픽업 소자를 형성하도록 전도성 물질이 충전된다.
센서는 임의의 패턴을 가지도록 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 디바이스 제조자(예를 들어, 스마트폰 제조자)의 로고의 형상을 근사하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 특성들 및 특징뿐만 아니라 동작 방법, 구조의 관련 구성요소의 기능 및 부분들의 조합이 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명 및 청구항들의 고려 시에 더욱 명백해질 것이며, 이 모든 것은 본 명세서의 부분을 형성하고, 동일한 도면부호는 다양한 도면에서 대응하는 부분들을 지시한다.
본 명세서에 통합되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 다양하고 비제한적인 실시예들을 도시하고, 도면에서, 공통의 도면부호는 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 센서의 평면 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자 센서의 저면 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자 센서의 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전자 센서의 평면도,
도 5 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전자 센서의 측면도,
도 12는 입력 적재 효과(input loading effect)를 보상하도록 탱크 회로를 사용하는 구동 및 감지 멀티플렉싱 회로(drive and sense multiplexing circuitry)의 실시예를 도시한 도면,
도 13은 각 감지가 적재 효과를 보상하도록 캐스케이드 버퍼들을 사용하는 구동 및 감지 멀티플렉싱 회로의 실시예를 도시한 도면,
도 14는 각 감각이 적재 효과를 보상하도록 전용 버퍼들을 사용하는 구동 및 감지 멀티플렉싱 회로의 실시예를 도시한 도면,
도 15는 구동 및 픽업 라인 스캐닝을 수행하도록 감지된 신호 및 처리 회로를 처리하는 아날로그 수신기를 도시한 도면,
도 16은 구동 및 감지 라인 스캐닝을 수행하도록 감지된 신호 및 처리 회로를 처리하는 직접 디지털 변환 수신기(direct digital conversion receiver)를 도시한 도면,
도 17은 지문 특징의 감지의 개략도,
도 18은 센서 시스템으로 2-D 이미지를 수집하기 위한 단계들을 도시한 도면,
도 19는 지문 센서로 사용자를 승인하기 위한 단계들을 도시한 도면,
도 20은 사용자 승인 애플리케이션에서 전형적으로 사용되는 지문 이미지로부터 템플릿 추출(template extraction)을 도시한 도면.
본 발명은 근접하여 위치된 물체들을 검출하기 위한 전자 센서에 관한 것이다. 일 실시예에서, 센서는 전자 센서 상에 배치된 손가락의 표면 특징(예를 들어, 지문 능선 및 계곡들)을 검출하는 지문 센서이다. 실시예에서, 전자 센서는 구동 소자와 픽업 소자를 포함하는 한 쌍의 전극 사이의 상호 작용에 기초하여 동작한다. 픽업 소자는 구동 소자에 전기 용량성으로(capacitively) 결합될 수 있으며, 구동 소자로부터 픽업 소자로 보내지는 신호를 감지할 수 있다. 근접하여 위치된 물체의 특징은 센서가 픽업 소자에서 수신되는 신호에서의 변화를 검출하는지에 기초하여 검출될 수 있다. 전자 센서가 지문 센서인 실시예에서, 센서는 센서 표면 상의 특정 위치가 지문의 능선 바로 아래에 있는지 또는 지문의 계곡 바로 아래에 있는지를 검출할 수 있다. 지문의 능선들은 접지 전위로의 저-임피던스 경로를 제공할 수 있는 반면에, 지문의 계곡들은 근접하여 위치된 물체가 전혀 존재하지 않는 상황과 유사한 고-임피던스를 제공할 수 있다. 그러므로, 지문 능선이 픽업 소자를 접촉하면, 픽업 소자에서 검출되는 신호를 현저히 약화시킬 수 있다. 픽업 소자가 대신 지문의 계곡 바로 아래에 있으면, 픽업 소자에서 검출되는 신호는 실질적으로 약화되지 않을 수 있다. 그러므로, 실시예에서, 전자 센서는 픽업 소자에서 검출되는 신호에 기초하여 지문 능선과 지문 계곡 사이를 구별할 수 있다.
일 실시예에서, 전자 센서는 복수의 위치들에서 근접하여 위치된 물체의 표면 특징들을 검출하도록 그리드를 형성한다. 그리드는 구동원에 각각 연결 가능한 복수의 평행한 구동 라인들을 포함하고, 구동 라인들에 대해 가로로(바람직하게 직각으로) 배향된 복수의 평행한 픽업 라인들을 포함한다. 구동 라인들은 절연(예를 들어, 유전체) 층에 의해 픽업 라인들로부터 분리된다. 그러므로, 각 구동 라인은 픽업 라인에 전기 용량성으로 결합될 수 있다. 실시예에서, 구동 라인들은 그리드의 하나의 축(예를 들어, X-축)을 형성할 수 있는 반면에, 픽업 라인들은 그리드의 또 다른 축(예를 들어, Y-축)을 형성한다. 구동 라인과 픽업 라인이 교차하는 각 위치는 임피던스-민감성 전극 쌍을 형성할 수 있다. 이러한 임피던스-민감성 전극 쌍은 근접하여 위치된 물체의 표면 특징이 검출되는 픽셀(예를 들어, X-Y 좌표)로서 처리될 수 있다. 그리드는 근접하여 위치된 물체의 표면 특징의 맵을 총체적으로 생성할 수 있는 복수의 픽셀들을 형성한다. 예를 들어, 그리드의 픽셀들은 전자 센서를 터치하는 손가락 끝의 능선이 있는 위치들과, 지문의 계곡이 있는 위치들을 맵핑할 수 있다. 맵은 데이터베이스에 저장된 능선/계곡 패턴과 일치하는 패턴으로서 사용될 수 있다. 중첩하는 구동 라인들과 픽업 라인들을 갖는 지문 센서의 추가의 상세는 그 각각의 내용이 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는 "임피던스 센서 그리드 에러이를 이용하는 전자 분광복사계 및 제조 방법"이라는 명칭의 U.S. Patent No, 8,421,890 및 "생체측정 감지"라는 명칭의 U.S. Patent Application Publication No. US 2012-0134549에 보다 상세하게 설명된다.
이 출원은 감지 그리드를 형성하도록 중첩하는 구동 라인들과 픽업 라인들의 사용을 인식할 뿐만 아니라, 근접하여 위치된 물체와 픽업 소자 사이의 반복된 접점이 픽업 소자를 궁극적으로 손상시킬 수 있다는 것을 인식한다. 습도, 부식, 화학적 또는 다른 기계적 마모를 포함하는 다른 환경 인자들이 또한 픽업 소자를 손상시킬 수 있다. 또한 픽업 소자에서 방사선, 노이즈, 및 다른 환겅 인자들은 전자 센서의 정확성을 방해할 수 있다. 비록 절연막이 픽업 소자 위에 배치될지라도, 상기 막은 근접하여 위치된 물체의 표면 특징들의 검출을 방해하지 않도록 충분히 얇을 필요가 있었다. 그러나, 얇은 절연막 자체는 환경 인자들에 의해 차츰 닳게 되고, 전자 센서가 신뢰성 문제를 겪는 것을 막지 못하였다.
일 실시예에서, 본 발명의 양태들은 픽업 소자와 센서의 감지면(예를 들어, 센서의 외부면) 사이의 거리가 연장되는 것을 가능하게 하는 하나 이상의 전도성 프로브들(예를 들어, 기둥 형상 도체들)을 제공하는 것에 의해 상기된 문제를 다룬다. 하나의 배향에서, 각 전도성 프로브는 수평 배향 센서 그리드 위로 연장하는 수직 기둥이다. 수직 기둥은 임피던스-민감성 전극 쌍의 픽업 소자로부터 감지면으로 연장할 수 있다. 특히, 각 전도성 프로브는 구동 라인이 픽업 라인을 교차하는 픽셀로부터 감지면을 향하여 연장할 수 있다. 하나 이상의 전도성 프로브들은 픽업 소자들의 상부에 배치되는 절연 물질로 만들어지는 오버레이에서 매설될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 전도성 프로브들이 센서 그리드로부터 제거되는 전도성 프로브의 감지면을 향하여 연장하기 때문에, 프로브들은 감지면에 있는 물체의 특징을 검출하는 픽업 소자의 능력을 향상시킨다. 그러므로, 향상된 검출 능력은 절연 오버레이가 상기된 절연막이 갖는 것보다 큰 두께를 가지는 것을 가능하게 한다. 보다 두꺼운 절연 오버레이는 환경 조건에 대해 보다 양호한 보호를 제공할 수 있다. 전자 센서가 터치 스크린 디바이스를 위해 사용되는 예들에서, 절연 오버레이는 터치 스크린의 부분인 투명 물질일 수 있다. 이러한 구성은 터치식 디바이스에 전자 센서를 통합하기 위한 방법을 제공한다.
도 1은 센서(100)의 감지면(101)에 근접하여 위치된 물체의 표면 특징들을 감지하기 위한 전자 센서(100)의 예의 일부를 도시한다. 센서(100)는 복수의 구동 소자(102)들과 복수의 픽업 소자(104)들을 포함한다. 하나의 실시에에서, 구동 소자들은 실질적으로 평행한 전도성 물질(예를 들어, 구리, 알루미늄, 금)의 세장형 플레이트 형상의 스트립(elongated, plate-shaped strip)들로 형성될 수 있으며, 이러한 것은 구동 라인들 또는 구동 플레이트들로 설명될 수 있다. 픽업 소자들은 실질적으로 평행한 전도성 물질의 세장형 플레이트 형상의 스트립들로 형성될 수 있으며, 이것들은 픽업 라인들 또는 픽업 플레이트들로서 설명될 수 있다. 절연층(106)은 구동 라인들과 픽업 라인들을 분리한다. 구동 소자(102)들과 픽업 소자(104)들은 서로에 대해 가로로 배향되고, 한 실시예에서, 서로 직각이다.
전자 센서(100)는 픽업 라인(104)으로부터 감지면(101)을 향해 연장하는 복수의 전도성 프로브(108)들(예를 들어, 세장형 전도성 소자들)을 추가로 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전도성 프로브(108)의 제1 단부(예를 들어, 도면에서 하단부)는 구동 라인(102)이 픽업 라인(104)을 교차하는 위치(크로스오버 위치)에 인접한다. 실시예에서, 제1 단부는 크로스오버 위치에 형성된 임피던스-민감성 전극 쌍의 일부와 접촉하고 있다. 실시예에서, 제1 단부는 임피던스-민감성 전극 쌍에 인접하지만 전극 쌍을 접촉하지 않는다. 실시예에서, 전도성 프로브는 임피던스-민감성 전극 쌍에 전기 용량성으로 결합된다. 실시예에서, 전도성 프로브는 절연 물질로 만들어진 오버레이(110)를 통하여 실질적으로 연장한다. 본 발명에서 추후에 예시되는 바와 같이, 전도성 프로브(108)의 제2 단부(예를 들어, 도면에서 상단부)는 오버레이의 상부면(예를 들어, 상부면과 동일 평면인)에서, 상부면 위에서, 또는 상부면 아래에서 종료할 수 있다. 오버레이(110)의 상부면은 도 1에 도시된 바와 같이 감지면(101)일 수 있거나, 또는 하나 이상의 다른 층들에 의해 감지면으로부터 분리될 수 있다.
일 실시예에서, 오버레이(110)를 위한 절연 물질은 투명하다. 실시예에서, 절연 물질(110)은 글래스, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 및 폴리카보네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 절연 물질(110)이 글래스 또는 글래스 기판(예를 들어, 아크릴 글래스(폴리 메틸 메타크릴레이트) 또는 폴리카보네이트)를 포함하는 경우에, 전도성 프로브(108)들은 절연 물질에 있는 비아(via)들로서 형성될 수 있다. 일부 경우에, 오버레이(110)는 글래스 대신에 두꺼운 가요성 폴리머 기판으로 만들어질 수 있다. 전도성 프로브들은 폴리머 물질 내에 매설될 수 있다. 예를 들어, 에칭 기술은 오버레이(110)에 기둥들을 형성할 수 있으며, 기둥들은 증착, 스퍼터링, 전기 도금, 또는 다른 기술을 통하여 전도성 물질(예를 들어, 구리, 인듐 주석 산화물, 전도성 페이스트(예를 들어, 탄소 나노튜브, 흑연 분말, 구리로 만들어진), 전도성 접착제(예를 들어, 은, 구리, 흑연), 또는 전도성 폴리머)가 충전될 수 있다. 다른 예에서, 전도성 프로브들은 먼저 협폭의 세장형 소자들로서 형성될 수 있으며, 오버레이(110)를 위한 절연 물질은 그런 다음 전도성 프로브들을 매설하도록 증착될 수 있다.
일 실시예에서, 전도성 프로브들은 인듐 주석 산화물(ITO) 물질과 같은 투명 물질로 만들어질 수 있으며, 이러한 것은 사용자가 감지할 수 없는 전도성 프로브들을 제공할 수 있다. 실시예에서, 전도성 프로브들은 사용자가 감지할 수 없는 전도성 프로브들을 제공하도록 충분히 작은 단면을 가질 수 있다.
도 1의 실시예는 복수의 구동 라인(102)들과 복수의 픽업 라인(104)들을 포함한다. 상기된 바와 같이, 구동 라인들은 그리드(어레이)의 하나의 축(예를 들어, X-축)을 형성할 수 있는 한편, 픽업 라인들은 다른 축(예를 들어, Y-축)을 형성할 수 있다. 픽업 라인이 구동 라인을 교차하는 각 위치(즉, 크로스오버 위치)는 그리드에서 픽셀로서 사용되는 임피던스-민감성 전극 쌍을 형성할 수 있다. 또한, 상기된 바와 같이, 전도성 프로브(108)는 크로스오버 위치로부터 감지면(101)을 향하여 연장할 수 있다. 도 1에서, 전도성 프로브(108)은 그러므로 수직 방향으로 픽업 라인(104)들의 상부들에 의해 한정된 평면으로부터 상부면(101)으로 감지면을 효과적으로 확장한다. 예를 들어, 전도성 프로브(108)들은 픽업 라인(104)들에서 또는 그 가까이로부터 감지면(101)에 또는 그 가까이에 있는 복수의 위치(112)들로 연장한다. 전도성 프로브(108)는, 그 대응하는 임피던스-민감성 전극 쌍들이 상기 위치(112)들에서 또는 그 가까이에서 표면 임피던스 변화를 더욱 잘 검출하는 것을, 그러므로 상기 위치(112)들에서 또는 그 가까이에서 물체의 표면 특징들을 더욱 잘 검출하는 것을 가능하게 한다. 터치 스크린 디바이스를 위하여, 전도성 프로브들의 사용은 센서(100)의 구동 소자들 및 픽업 소자들이 그 터치 스크린 내에 통합되는 것을 가능하게 한다. 이러한 통합은 센서(100)가 그 감지면을 터치 스크린 디바이스의 터치 표면과 공유하는 것을 가능하게 하는 것에 의해 공간을 절약한다. 전도성 프로브(108)들의 사용은 또한 오버레이(110)를 위하여 허용 가능한 두께의 범위를 향상시킨다.
일 실시예에서, 전도성 프로브(108)의 하단부는 픽업 라인(104)의 가장자리를 가로지르고, 그러므로 프로브의 하단부는 픽업 라인(104)에 인접한 절연층을 부분적으로 중첩한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 전도성 프로브(108)의 폭의 절반은 대응하는 픽업 라인(104) 바로 위에 위치되는 한편, 전도성 프로브(108)의 폭의 절반은 인접한 절연 물질 위에 위치된다. 다른 실시예에서, 전도성 프로브(108)는 픽업 라인(104) 바로 위에 위치되는 그 폭의 5%를 가질 수 있는 한편, 폭의 95%는 인접한 유전체 물질 바로 위에 위치되거나, 또는 이러한 배치에 대하여 임의의 다른 비율(예를 들어, 10/90, 90/10, 95/5)을 가질 수 있다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 능동 회로(126)는 구동 라인(102)에 신호를 공급한다. 또한, 검출 회로(120)(예를 들어, 증폭기 또는 버퍼)는 픽업 라인(104)에서 수신된 신호를 검출한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 능동 회로(126)는 각 구동 라인을 위해 제공되고, 검출 회로(120)는 각 픽업 라인을 위해 제공된다. 다른 실시예들에서, 센서(100)는 보다 적은 수의 능동 회로들 및/또는 보다 적은 수의 검출 회로(120)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 구동 라인들은 다중화 장치(multiplexor)를 통해 능동 회로(126)를 공유할 수 있는 한편, 복수의 픽업 라인들은 다중화 장치를 통해 검출 회로(120)를 공유할 수 있다. 도 1의 실시예에서, 센서(100)는, 능동 회로(126)로부터 구동 라인(102)을 분리할 수 있는 스위치(124)와, 검출 회로(120)로부터 픽업 라인(104)을 분리할 수 있는 스위치(122)를 포함한다. 스위치들은 센서(100)가 일정 시간 기간 동안 단지 하나의 구동 라인을 능동화하고 능동화된 구동 라인을 따르는 다양한 크로스오버 위치들에서 신호를 검출하는 것을 가능하게 한다. 일부 경우에, 센서(100)는 복수의 픽업 라인들로부터 신호들을 동시에 검출할 수 있다. 일부 경우에, 센서(100)는 하나의 픽업 라인으로부터 신호를 검출하는 한편, 하나 이상의 인접한 픽업 라인들을 접지에 연결할 수 있다. 접지된 픽업 라인들은 측정된 픽업 라인을 노이즈로부터 차폐할 수 있다. 검출된 신호는 능동화된 구동 라인과 측정된 픽업 라인에 대응하는 X-Y 좌표에 표면 특징을 표시할 수 있다. 센서(100)는 연속하여 다른 X-Y 좌표들에서 표면 특징들을 검출하도록 다른 구동 라인을 능동화할 수 있다.
능동 회로(126)와 검출 회로(120)들은 임의의 위치에 위치될 수 있다. 일부 예들에서, 회로들은 센서(100)의 부분일 수 있다. 예를 들어, 회로들은 오버레이(100) 내에 매설될 수 있으며, 여기에서, 회로들은 구동 라인들과 픽업 라인들에 인접하거나, 또는 구동 라인들과 픽업 라인들 아래에 있을 수 있다. 일부 예들에서, 회로들은 센서(100)와 별개로 만들어지거나 또는 판매되는 별개의 구성요소(예를 들어, 활성화 및 검출 구성요소)로서 제공될 수 있다.
실시예에서, 구동 라인들과 픽업 라인들은 리소그래피 기술(예를 들어, 증착 또는 이온 교환 금속화, 마스크 형성, 에칭)로 형성될 수 있다. 예를 들어, 구동 플레이트들 및/또는 픽업 플레이트들은 전도성 층을 증착하고, 전도성 층 위에 마스크를 패턴화하고, 전도성 층을 복수의 평행선으로 에칭하는 것에 의해 형성될 수 있다. 다양한 층들은 이러한 기술들을 사용하여 서로의 상부에 연속 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 다양한 층들을 형성하는 것은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 절연층(106) 및 구동 플레이트(102)들의 계단 형상으로 이어질 수 있다.
더욱 구체적으로, 한 실시예에서, 픽업 소자(104)들은 예를 들어 오버레이(110)의 표면 상에 실질적으로 평행한 구성으로 배열된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체 층(106)은 그런 다음, 유전체 층이 각 픽업 소자를 덮고 인접한 픽업 소자들 사이의 갭들 내로 연장하고, 이에 의해 유전체 층(106)의 하부면에서 픽업 라인(104)들에 평행하게 이격된 그루브들을 한정하는 방식으로, 픽업 소자(104)들 위에 증착된다. 구동 소자(102)들은 그런 다음, 각 구동 라인(102)의 부분들이 유전체 층(106)에 형성된 그루브들 내로 유동하여 그루브들을 충전하는 방식으로, 평행한 스트립들에 있는 유전체 층(106) 위에 증착된다.
도 3은 구동 라인(102A)들, 픽업 라인(104A)들, 및 절연층(106A)이 평면인 대안적인 센서(100A)를 도시한다. 대체로, 구동 라인들, 절연층, 픽업 라인들, 및 오버레이는 임의의 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 센서는 다른 층들을 포함한다. 예를 들어, 전도성 층은 구동 라인들과 픽업 라인들 아래에 형성될 수 있다. 전도성 층은 노이즈로부터 픽업 라인들을 차폐할 수 있으며, 접지 전위를 제공할 수 있다. 실시예에서, 추가의 프로브들이 형성되고 접지 전위에 전기적으로 연결된다. 접지 프로브들은 전도성 프로브(108)들의 하나 이상에 인접하여 위치될 수 있으며, 노이즈로부터 하나 이상의 전도성 프로브(108)들을 차폐할 수 있다.
실시예에서, 전도성 프로브들을 위한 구조(예를 들어, 비아)들은 기계적인 천공, 화학적 에칭, 반응 이온 에칭, 레이저 천공 및/또는 다른 마이크로 가공 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 4는 전자 센서(100)의 평면도를 도시한다. 도면은 픽업 라인(104)과 인접한 절연층(106) 사이의 경계를 가로지르는 각 전도성 프로브(108)를 도시한다. 도면은 복수의 전도성 프로브(108)들이 구동 라인(102)들과 픽업 라인(104)들 사이의 크로스오버 위치들과 실질적으로 일치하도록 그리드 패턴으로 배열될 수 있다.
도 5는 전자 센서(100)의 측면도를 도시한다. 예시된 실시예는 각 전도성 프로브(108)가 오버레이(110)를 통한 비아를 형성하는 것을 나타낸다. 예시된 실시예가 픽업 플레이트(104)와 접촉하는 전도성 프로브(108)를 도시하였지만, 전도성 프로브(108)는 다른 실시예들에서 픽업 플레이트(104)로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 예시된 실시예가 감지면(101)과 동일 평면인 전도성 프로브(108)의 상단부를 도시하였지만, 다른 실시예들에서, 상단부가 감지면 밑에 위치되어서, 오버레이(110)는 환경 조건에 대하여 전도성 프로브(108)를 보호한다.
도 6은 오버레이(110)의 상부면이 손가락 끝(200)과 같은 근접하여 위치된 물체를 접촉하는 감지면(101)인 상황을 도시한다. 도 6에서 구동 라인(102)과 픽업 라인(104) 사이의 결합은 캐패시턴스들로서 모델링될 수 있다. 캐패시턴스는 본 발명에서 추후에 설명되는 2개의 라인들 사이의 프린지 전계(fringe electric field)로부터의 프린지 캐패시턴스를 포함한다. 구동 라인(102)과 전도성 프로브(108) 사이의 결합은 캐패시턴스로서 또한 모델링된다.
프린지 전계는 전자 센서(100)에 근접하여 물체가 없는 상황에서, 구동 라인(102)과 전도성 프로브(108) 사이의 전계선(302)과, 구동 라인(102)과 픽업 라인(104) 사이의 전계선(304)을 도시하는 도 7에 도시된다. 도 7은 픽업 라인(104)과 그 인접한 유전체 층(106) 사이의 경계를 가로지르도록 전도성 프로브(108)를 배치하는 이점을 도시한다. 보다 구체적으로, 일부 예들에서, 픽업 라인(104)에서 수행된 검출은 픽업 라인(104)과 구동 라인(102)을 결합하는 프린지 전계에 의해 제공되는 검출 신호에 의지한다. 프린지 전계에서의 변화는 전자 센서(100)에 근접하여 있는 물체를 나타낼 수 있다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 프로브(108)는 도체 내부에서 전기장의 존재를 막는 도체이다. 일부 예들에서, 전도성 프로브(108)들의 각각은, 구동 플레이트(102)의 상부에서, 픽업 플레이트(104)에 인접한 절연 물질 위에 집중된 위치, 픽업 플레이트(104) 위에 집중된 위치, 픽업 플레이트(104)와 구동 플레이트(102)를 가로지르는 위치, 또는 그 사이의 임의의 위치와 같은, 구동 및 픽업 플레이트들에 대하여 복수의 위치들 중 임의의 위치들에 배치될 수 있다. 위치들 중 3개는 도 4에서 각각 위치(108-1, 108-2, 및 108-3)들로서 도시된다. 도 7은 전도성 프로브(108)가 픽업 소자(104)의 하나의 가장자리(예를 들어, 좌측 가장자리)를 향해 이동되어 가로지른 구성을 도시한다. 이러한 구성은 픽업 라인(104)의 다른 가장자리(예를 들어, 우측 가장자리) 가까이에 형성되도록 프린지 전계를 최적화한다.
도 8은 손가락 끝(200)과 같은 물체가 센서(100)의 감지면(101)을 터치하는 상황을 도시한다. 도면은 손가락 끝(200)의 능선(202, 204)들이 접지로의 저임피던스 경로를 제공하는 것을 도시한다. 특히, 손가락 끝(200)의 능선(202, 204)들은 전도성 프로브(108A 및 108C)들과 물리적으로 접촉할 수 있어서, 능선(202, 204)들은 접지로의 AC 경로를 제공한다. 예를 들어, 전도성 프로브(108A)를 접지하는 것은 픽업 라인(104A)을 접지할 수 있으며, 그러므로 픽업 라인(104A)에서 수신된 신호를 약화시킨다. 달리 말하면, 구동 라인(102)과 픽업 라인(104A) 사이의 프린지 전계(304A)와 구동 라인(102)과 전도성 프로브(108A) 사이의 프린지 전계(302A)는 대응하는 전도성 프로브(108A)가 능선(202)을 접촉할 때 변경될 수 있다. 상기 변경은 픽업 라인(104A)에서 프린지 전계의 세기를 약화시킬 수 있고, 이는 픽업 라인(104A)에서 검출된 신호를 약화시킬 수 있다. 그러므로, 지문 감지를 위하여, 픽업 라인(104A)과 구동 라인(102) 사이의 크로스오버 위치에서 약화된 신호는 크로스오버 위치 또는 프로브의 위치에서 지문 능선으로서 해석될 수 있다.
도 8은 손가락 끝(200)의 계곡(206)이 전도성 프로브(108B) 위에 위치될 때, 구동 라인(102)과 픽업 라인(104B) 사이의 프린지 전계(304B)와, 구동 라인(102)과 밑에 있는 임피던스-민감성 전극 쌍 주위의 전도성 프로브(108B) 사이의 프린지 전계(302B)는 실질적으로 덜 영향을 받는다. 보다 구체적으로, 도면은 전도성 프로브(108B) 위에 위치된 계곡(206)을 도시한다. 계곡(206)은 능선(202)에서 전도성 프로브(108A)와 접촉하는 손가락 끝(200)과 비교하여 손가락 끝(200)으로 전도성 프로브(108B) 임피던스를 전기적으로 감소시키는 갭을 제공하며, 이에 의해 픽업 라인(104A)과 비교하여 픽업 라인(104B)에서 신호 약화의 양을 감소시킨다.
도 9는 유전체 영역(130)이 센서 바디(101)의 상부, 저부 중 어느 한 단부 또는 양단부에서 전도성 프로브(108)들과 픽업 라인(104)들을 분리하는 것을 도시한다. 갭은 픽업 라인(104)에 전도성 프로브(108)를 결합하는 캐패시턴스로서 모델링될 수 있다. 전기 용량성 결합은 손가락 끝(200)의 능선이 픽업 라인(104)의 대응하는 전도성 프로브(108)와 접촉할 때 픽업 라인(104)을 위한 AC 접지를 제공할 수 있다.
도 8에서 처럼, 도 9는 전도성 프로브(108)를 접지하는 것이 픽업 라인(104) 주위의 프린지 전계를 변경할 수 있다는 것을 또한 나타낸다. 변경된 프린지 전계는 구동 라인(102)과 픽업 라인(104) 사이의 크로스오버 위치에서 검출된 약화된 신호를 유발할 수 있다. 약화는 크로스오버 위치 또는 프로브의 위치와 접촉하는 물체로서 해석될 수 있다.
도 10은 절연층(112)이 오버레이(110)의 상부면 상에 있는 전도성 프로브(108)들 위에 위치된 실시예를 도시한다. 일부 예들에서, 절연층(112)은 오버레이(110)의 절연 물질과 다른 물질을 포함한다. 일부 예들에서, 절연층(112)은 오버레이(110)를 만드는 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 이러한 예들에서, 절연층(112)은 오버레이(110)가 형성된 후에 증착될 수 있거나 또는 달리 형성될 수 있다는 것에서 오버레이(110)와 다른 층으로 고려될 수 있다. 특정의 경우에, 절연층(112)은 투명할 수 있다.
도 10에서, 감지면(101)은 오버레이(110)의 상부면보다는 오히려 절연층(112)의 상부면에 위치된다. 절연층(112)은 전도성 프로브(108)들과 손가락 끝의 능선과 같은 감지면(101)을 터치하는 물체 사이의 전기 용량성 결합을 제공할 수 있다. 절연층(112)의 유전율(ε)과 두께(d)는 손가락 끝의 능선과 같은 물체가 감지면(101)을 터치할 때 전도성 프로브(108)들로부터 AC 접지로의 저임피던스 경로를 제공하도록 선택될 수 있다.
도 11은 전도성 프로브(108)들 위에 배치된 절연층(112A)을 또한 포함하는 실시예를 도시한다. 도시된 실시예는 오버레이(110)의 상부면에 배치된 전극(105)들을 도시한다. 일부 경우에, 이러한 전극들은 오버레이(110)의 상부면에 있는 전도성 프로브의 표면적을 확장할 수 있다. 증가된 표면적은 감지면(101)을 터치하는 물체와 전도성 프로브(108) 사이의 전기 용량성 결합을 증가시킬 수 있다. 일부 예들에서, 전극(105)들은 전도성 프로브(108)들에 갈바니 전기로(galvanically) 연결된다. 일부 예들에서, 전극(105)들은 전도성 프로브(108)들로부터 전기적으로 절연되지만, 전극(105)들과 전도성 프로브(108)들 사이의 절연은 그 사이에 여전히 전기 용량성 결합을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 센서는 전도성 프로브에 인접한 적어도 하나의 접지 프로브를 포함한다. 접지 프로브는 노이즈(예를 들어, 혼선)로부터 전도성 프로브를 차폐하며, 대응하는 픽업 소자에서 수신된 신호를 더욱 양호하게 집중할 수 있다. 일부의 경우에, 접지층은 오버레이와 임피던스-민감성 전극 쌍 사이에 배치되고, 접지 프로브는 접지층에 연결된다. 예를 들어, 도 1을 다시 참조하여, 센서(100)는 제2 복수의 전도성 프로브들을 포함할 수 있다. 제2 복수의 프로브들에 있는 프로브들은 전도성 프로브(108)들과 동일한 치수를 가질 수 있거나, 또는 상이한 치수를 가질 수 있다(예를 들어, 더 두껍거나 또는 더 얇을 수 있으며, 더 짧거나 또는 더 길 수 있다). 제2 복수의 프로브들의 각각은 전도성 프로브(108)들 사이에 배치될 수 있다. 하나의 예에서, 제2 복수의 프로브들의 각각은 2개의 전도성 프로브(108)들을 연결하는 가상선을 따라서 배치될 수 있다. 하나의 예에서, 제2 복수의 프로브들은 전도성 프로브(108)들과 제2 복수의 프로브들이 엇갈린 패턴(예를 들어, 제2 복수의 프로브들 중 하나가 4개의 인접한 전도성 프로브(108)들 사이에 배치되는)을 형성하도록 배열될 수 있다. 센서(100)는 접지층으로서 작용하는 다른 전도성 층을 가질 수 있다. 접지층은 예를 들어 구동 라인(102)들 아래에 형성될 수 있다. 접지층과 구동 라인(102)들은 다른 절연(예를 들어, 유전체) 층에 의해 분리될 수 있다. 제2 복수의 전도성 프로브들의 각각은 접지층에 전기적으로 연결되도록 절연층(106)과 다른 절연층을 통하여 연장할 수 있다. 제2 복수의 전도성 프로브들의 각각은 감지면(101)과 동일 평면이도록 연장할 수 있거나, 또는 감지면(101) 아래의 위치에서 종료할 수 있다. 상기된 바와 같이, 제2 복수의 전도성 프로브들은 픽업 소자(104)들에 신호를 집중시키는 것을 도울 수 있다.
상기 실시예들에 따라서 설명된 구조들은 다음과 같은 이점을 제공한다:
● 디자인
● 인체공학 및 유용성
● 간략화된 통합 및 향상된 내구성
● 증가된 생체 측정 성능을 위한 사용자 피드백
● 애플리케이션 그래픽과 애니메이션과의 직접적인 상호 작용
이러한 구조의 다른 실시예들과 다른 배열을 포함하는, 전도성 프로브, 구동 플레이트, 및 픽업 플레이트를 포함하는 구조를 형성하기 위한 추가의 상세는 그 전체 내용이 참조에 의해 본원에 통합되는 Norwegian Patent Application 20131423, Norwegian Patent Application 20130289, 및 U.S. Patent Application No. 14/183,893 (U.S. Patent Application Publication No. 2014/0241595)에 제공된다.
아래의 도면들은 구동 라인들에 구동 신호를 제공하고 픽업 라인들에서 검출된 신호를 처리하도록 구성된 예의 회로들을 도시한다.
도 12는 픽업 플레이트 행들을 스캐닝하도록 Single Pole Double Throw Switche 또는 SPDT의 뱅크와 픽업 플레이트 열들을 다중하하도록 Single Pole Single Throw Switche의 뱅크를 사용하는 위상기하학(topology)에서 플레이스먼트 센서(placement sensor)를 위한 프론트 엔드(front end)의 예의 회로도를 도시한다. 도 12의 센서는 상부 플레이트들(즉, 픽업 플레이트들)(902a, 902b, , .. 902n), 저부 플레이트들(즉, 구동 플레이트들)(906a - 906n), 및 기준 상부 플레이트들(즉, 픽업 플레이트)(905)를 포함한다. 반송파 신호 소스(916)는 구동 제어 라인(940)들에 의해 제어되는 스위치들을 통해 반송파 신호 소스(916)로 선택적으로 연결 가능한 저부 플레이트(906a-906n)들을 위한 구동 신호를 발생시킨다.
도 12에서, 스캐닝 공정이 시작함에 따라서, 아날로그 스위치(944a-944n)(스위치 구동 라인(946)에 의해 제어되는)들의 스냅샷(snapshot)이 도시된다. 오직 저부 플레이트(90a)(능동 저부 플레이트)만이 반송파 신호 소스(916)에 연결된다. 오직 제1 SPDT 스위치(944a)만이 "온" 위치에서 도시되며, 이는 픽업 플레이트(902a)가 그 플레이트 신호를 차동 증폭기(980)로 전도하는 것을 허용한다. 나머지 픽업 플레이트들은 스위치(944n)를 통해 접지로 단락되어, 픽업 플레이트들에 의해 수신된 임의의 픽업 신호가 차동 증폭기(980)로 들어가는 것을 방지한다.
각 SPDT는 실제 스위치들이 완전한 격리를 주지 못한다는 사실로 인하여 기생 캐패시턴스(945)를 가진다. 사실, 격리의 양은 전형적으로 스위치 극들에 걸쳐서 병렬 캐패시터에 의해 전형적으로 모델링된 주파수와 함께 감소한다. SPDT 스위치를 사용하는 것에 의해, 개별 플레이트가 능동적이 아닐 때 이러한 캐패시턴스를 접지로 분로할 수 있다. 픽업 플레이트들의 수, 전형적으로 500 dpi 센서에 대해 200개와 도동일한 스위치들의 대형 어레이가 있기 때문에, 접지로의 유효한 분로 캐패시턴스는 그 수만큼 승산된다. 그래서, 주어진 스위치가 0.5 피코패러드의 기생 캐패시턴스를 갖고 200개의 픽업이 있으면, 이는 전체 분로 캐패시턴스의 100 피코패러드까지 더해질 것이다.
능동 픽업으로부터 수신된 신호의 대부분을 이러한 대형 캐패시턴스가 접지로 전환하는 것을 방지하기 위하여, 이 예에서 보상 회로를 사용하는 것이 필요하다. 이러한 것은 기생 캐패시터(945)들(스위치당 1개)과 동조 캐패시터(934 및 937)들과 관련하여 고전적인 대역 통과 필터 회로를 형성하는 공진 인덕터(939)를 사용하여 달성된다. 동조 캐패시터(934 및 937)가 차동 증폭기(980)로의 플러스 및 마이너스 입력 모두에서 동일한 구동 신호를 사용하여 인덕터(939)로 개별적으로 동조되는 경우에, 2-단계 무효 및 피크 동조 교정 절차(null & peak tuning calibration procedure)가 사용된다. 인덕터(939)와 동조 캐패시터(934 및 937)들이 각각 형성되는 2개의 대역 통과 필터들은 차동 증폭기(980)로부터 제로 신호가 있을 때 동일한 중심 주파수로 동조될 것이다. 다음에, 캐패시터(934 및 937)들과 인덕터(939)는 차동 증폭기(980)에 대한 플러스 및 마이너스 입력에서 180°반대 위상을 갖는 차동 입력 신호를 사용하여 동조된다. 이것들은 정확한 구동 반송파 주파수가 도달될 때까지 록킹 단계에서 증분되고, 이러한 것은 차동 증폭기(980)의 출력이 그 피크에 있을 때 발생하여, 중심 주파수를 반송파 구동 신호(916)의 정확한 주파수와 같게 만든다.
시스템 실행에서, 교정 루틴은 각 지문이 시간과 온도와 함께 이 필터의 드리프트를 최소화하도록 스캐닝되기 전에 수행된다. 공진 인덕터(939)는 신호대 노이즈 비를 최적화하는데 필요한 적절한 대역폭 특성을 필터에 주도록 적어도 10의 Q 또는 품질 인자(Quality Factor)를 가질 필요가 있다.
도 13은 각각 그 자체의 차동 증폭기(980a, 980b)들을 구비한 그룹화된 플레이트들의 다중 뱅크(907a, 907b)들을 이용하는 디바이스(프론트 엔드 회로(900b))의 대안적인 예를 도시한다. 뱅크 #1(907a)의 픽업 라인들은 픽업 제어 라인(945)들에 의해 연결된 스위치(944a-944n)에 의해 차동 증폭기(980a)에 선택적으로 제어되고, 뱅크 #2(907b)의 픽업 라인들은 픽업 제어 라인(945)들에 의해 제어되는 스위치(945a-945n)들에 의해 차동 증폭기(980b)에 선택적으로 연결된다.
많은 수의 병렬 픽업 플레이트들을 각각 작은 수의 플레이트들을 포함하는 그룹들로 나누는 것은 기생 스위치 캐패시턴스들이 크게 감소되기 때문에 프론트 엔드에서 동조된 대역 통과 필터의 사용을 요구하지 않는 대안적인 아키텍처이다. 이러한 것은 먼저 저렴한 비용, 그리고 두번째로 주파수 가변 프론트 엔드를 가지는 능력의 2가지 가능한 이점을 가질 것이다. 도면에서, 뱅크(907a)의 제1 스위치(944a)가 능동 프론트 엔드의 스냅샷을 가진다. 도시된 모든 다른 스위치 뱅크(907b)들은 비능동화되며, 접지에 대한 그 각각의 플레이트들을 단락시킨다. 그러므로, 오직 전압 또는 전류 차동 증폭기(980a)만이 증폭기로 전도된 임의의 플레이트 신호를 가지며, 전압 또는 전류 차동 증폭기(980b)들은 그 각각의 스위치(945a-945n 및 945r)들을 통하여 접지로 단락된 그 양 및 음 입력 모두를 가지며, 이러한 뱅크들로부터의 어떠한 신호도 전체적인 출력에 대한 기여를 만드는 것을 방지한다.
차동 증폭기(980a, 980b)들의 각각은 가산 증폭기(985)(summing amp) 내로 각각 저항(987a, 987b)들을 통해 합계된다. 이러한 스냅샷에서 오직 차동 증폭기(980a)만이 이것으로 정해진 플레이트 신호를 가져서, 가산 증폭기(985)의 입력에 대한 신호를 독립적으로 생성한다. 이러한 공정은 전체 어레이의 모든 또는 실질적으로 모든 스위치 뱅크(907a, 907b)들 등 및 스위치 플레이트(944a-944n, 945a-945n)들 등이 완전하게 스캐닝될 때까지 연속하여 반복된다.
픽업 어레이 업(pickup array up)을 분할하는 것에 의해, 각 플레이트 상의 용량성 입력 부하는 스위치들의 전체 어레이의 수로부터 주어진 플레이트 그룹 내의 스위치들의 수로 감소된다. 예를 들어 196개의 잠재적 픽업 플레이트들을 14개의 플레이트들의 14개의 뱅크들로 나누는 것은 14개의 스위치(944)들의 기생 캐패시턴스와 동일한 캐패시턴스 부하를 유발하고, 차동 증폭기의 용량성 부하를 더한다. 아날로그 스위치(944)들이 매우 낮은 기생 캐패시턴스로 구축되면, 전체적인 입력 부하는 충분히 작아서, 부하 캐패시턴스를 공진시키기 위하여 프론트 엔드에서 대역 통과 회로를 필요로 하지 않는다. 집적 회로 제작 기술이 개선됨에 따라서, 보다 적은 기생 캐패시턴스를 갖는 소형 스위치들이 디자인되고, 이러한 접근을 보다 매력적으로 만든다.
도 14는 제2 스테이지 차동 증폭기로 다중화된 개별 플레이트 버퍼들을 사용하는 프론트 엔드 회로의 또 다른 예를 도시한다.
도시된 바와 같은 버퍼(982a 내지 982n)들은 매우 낮은 입력 캐패시턴스를 가지도록 디자인된 특별한 버퍼들이다. 한 실시예에서, 이러한 버퍼들은 드레인-투-게이트 밀러 캐패시턴스(drain-to-gate Miller capacitance) 및 다이 면적을 최소화하기 위하여 단일 스테이지 캐스케이드 증폭기들로서 구성될 수 있었다. 플레이트대 플레이트 격리를 더욱 양호하게 최대화하도록, 2세트의 스위치들이 각 입력을 위해 사용될 수 있었다. 아날로그 스위치(930a-930n)들은 각 선택된 버퍼를 차동 증폭기(980) 내로 다중화하도록 이 예에서 포함된다. 버퍼 전력 스위치(932a-932n)들은 선택되지 않은 다른 입력 버퍼들에 대한 전력을 동시에 정지시키도록 포함된다. 이러한 것은 접지 전위에 이것들을 효과적으로 둔다. 대안적인 실시예는 미사용된 플레이트들의 쇼트가 직접 접지되는 것을 가능하게 하도록 각 증폭기의 정면에 입력 아날로그 스위치들을 놓도록 한다. 이러한 접근 방식의 하나의 효과는 각 플레이트를 위한 입력 부하 캐패시턴스에서의 증가일 수 있다.
도 14는 저부 플레이트(906a)가 능동이고 상부 플레이트(902a)가 스위치(932a)를 통해 전력이 공급되는 버퍼(982a)를 통해 감지되는 스캐닝 공정의 스냅샷을 도시한다. 아날로그 스위치(930a)는 폐쇄되고, 이를 차동 증폭기(980)로 보낸다. 모든 다른 버퍼 출력들은 아날로그 스위치(930b-n)들과 전력 스위치(982b-n)를 통하여 차동 증폭기(980)로부터 분리된다.
차동 증폭기(980)로의 양의 입력은 저 입력 캐패시턴스 버퍼(982r)를 통해 기준 플레이트(902r)에 항상 연결되어, 증폭기에 대한 "에어" 신호 기준을 제공한다. 차동 증폭기(980)는 "에어" 기준 반송파값을 제공하는 것에 더하여 노이즈와 공통 모드 반송파 신호을 차감하도록 작용한다.
도 15는 전통적인 아날로그 수신 기술로 실행되는 플레이스먼트 센서(1000)의 특저 실시예를 도시한다. 이상적인 손가락 끝 계곡에 상응하는 기준 신호를 제공하는 손가락 접촉 영역 외부에 위치된 기준 플레이트(1005)로부터 선택된 픽업 플레이트(1002a-n)가 차감되는 아날로그 프론트 엔드는 차동 증폭기(1080)로 시작한다. 프로그램 가능한 이득 스테이지(programmable gain stage) 또는 PGA(1090)는 차동 증폭기(1080)를 따르지만, 이득과 단일 스테이지에서 차감 모두를 제공하는 동일한 블록으로 통합될 수 있다. PGA(1090)는 플레이트 에칭 및 층들 사이의 땜납 마스크 두께에서의 제조 변수를 보상하도록 충분히 넓은 범위의 이득을 가진다.
제어 프로세서(1030)는 2차원 센서 플레이트 어레이의 스캐닝을 조정한다. 구동 플레이트/열(1006a-1006n)들은 구동 제어 라인(1042)들을 통해 제어 프로세서(1030)에서 저부 플레이트 스캐닝 로직(1040)에 의해 연속으로 능동화된다. 선택된 구동 플레이트가 능동화될 때, 이것은 반송파 신호 소스(1016)에 연결된다. 모든 비능동 구동 플레이트들은 접지에 연결된다. 연속으로 다음의 구동 플레이트를 능동화하기 전에, 능동 구동 플레이트는 제어 프로세서(1030)에서 상부 플레이트 스캐닝 로직(1045)에 의해 스캐닝될 픽업 플레이트(1002a-n)들의 전체 행에서 충분히 길게 남으며, 이는 연속적으로 아날로그 스위치(1030a, 1030b, ... 1030n)들을 폐쇄하고 그런 다음 개방한다.
아날로그 믹서(1074)는 기준 반송파(1013)에 대해 이득된 플레이트 신호를 승산한다. 그 결과는 반송파 주파수의 배수에서의 기저 대역 플러스 고조파 제품(base band plus harmonic product)의 전형적인 스펙트럼이다. 아날로그 저역 필터(1025)는 원치않는 고조파를 필터링하도록 이용되고, 기저 대역 정보를 상실함이 없이 제2 고조파와 관련된 정보를 감쇠시키도록 충분히 예리한 롤을 가져야만 한다.
저역 필터(1025)는 증폭기(1077)이고, 그런 다음 Nyquist 기준을 충족시키도록 픽셀 비율의 적어도 2배를 샘플링하여야만 하는 A/D 컨버터(1074)이다. 제어 프로세서(1030) 내에의 메모리 버퍼(1032)는 호스트 컨트롤러의 최악의 대기 시간을 유지하도록 충분한 크기로 A/D 샘플들을 국부적으로 저장한다. A/D 샘플 제어 라인(1078)은 플레이트 행 및 열들의 시퀀싱에 의해 생성된 순차적 픽셀 정보를 획득하도록 컨버터를 위한 샘플 클럭을 제공한다.
도 16은 직접 디지털 변환 수신 기술로 실행되는 플레이스먼트 센서(1100)의 한 실시예의 예를 도시한다. 이 예에서, 이상적인 손가락 계곡에 상응하는 기준 신호를 제공하는 손가락 접촉 영역 외부에 위치된 기준 플레이트(1105)로부터 선택된 픽업 플레이트(1102a-n)가 차감되는 아날로그 프론트 엔드는 차동 증폭기(1180)로 시작한다. 이러한 신호의 전기적 차감은 몇몇 기능을 수행한다: 먼저, 광대역 공통 모드가 차감되고; 두번째로, 기준 플레이트(1105)에 대한 차감은 이상적인 능선 계곡에 상응하는 상대적 기준 신호를 제공하며; 세번째로, 손가락을 통하는 것과 양 플레이트 내로 결합하는 공통 모드 반송파 신호가 또한 차감된다. 공통 모드의 제거는 특히 높은 RF 노이즈 환경에서 중요하다. 센서에 배치된 손가락들을 통하는 것과 다른 수단에 의해 결합되는 반송파를 차감할 때, 픽업 플레이트들에서 에칭 변수의 1차 반송파 소거가 또한 일어난다. 이러한 것은 저렴한 비용으로 대량 생산하는데 중요하다.
프로그램 가능한 이득 스테이지 또는 PGA(1190)는 차동 증폭기(1180)를 따르고, 이러한 것은 현대의 집적회로 디자인에서 통상 행해지는 바와 같은 프로그램 가능한 이득을 포함하는 단일 차동 증폭기 내로 용이하게 결합될 수 있다. PGA(1190)는 플레이트 에칭 및 층들 사이의 땜납 마스크 두께에서의 제조 변수를 보상하도록 충분히 넓은 범위의 이득을 가진다.
제어 프로세서(1130)는 2차원 센서 플레이트 어레이의 스캐닝을 조정한다. 구동 플레이트/열(1106a- 1106n)들은 구동 제어 라인(1142)들을 통해 제어 프로세서(1130)에서 저부 플레이트 스캐닝 로직(1140)에 의해 연속으로 능동화된다. 선택된 구동 플레이트가 능동화될 때, 이것은 반송파 신호 소스(1116)에 연결된다. 모든 비능동 구동 플레이트들은 접지에 연결된다. 연속으로 다음의 구동 플레이트를 능동화하기 전에, 능동 구동 플레이트는 아날로그 스위치(1130a, 1130b)들을 통해 차동 증폭기(1180)에 픽업 플레이트(1102a-n)들을 순차적으로 연결하는 상부 플레이트 스캐닝 로직(1145)에 의해 스캐닝되고 A/D 컨버터(1125)에 의해 포착될 픽업 플레이트(1102a-n)들의 전체 행에서 충분히 길게 남는다.
A/D 컨버터(1125)는 Nyquist 기준을 충족시키도록 반송파 주파수의 적어도 2배 샘플링된다. A/D 샘플 제어 라인(1107)은 플레이트 행들 및 열들의 시퀀싱에 의해 생성된 순차적 픽셀 정보를 획득하도록 컨버터를 위한 샘플 클럭을 제공한다.
다음에, A/D 컨버터는 디지털 제어 발진기(1110)(Digitally Controlled Oscillator)(발진기 주파스 세트 라인(1145)들을 통해 제어 프로세서(1130)에 결합된)에 의해 발생된 기준 반송파에 대한 반송파 주파수인 A/D 출력을 디지털적으로 승산하는 디지털 믹서(1118)이다. 그 결과는 제거된 반송파를 갖는 기저 대역으로 다운 변환되는 것이다. 이러한 공정에 의해 생성되는 다른 원치않는 스펙트럼 성분, 즉 더블 시간 반송 측파대(double time carrier side band)가 있지만, 이러한 것은 용이하게 필터링될 수 있다.
콤비네이션 분주기 및 디지털 필터(1120)(combination decimator and digital filter)는 디지털 믹서(1118)를 따른다. 이러한 블록은 샘플링 다운 변환을 수행하고, 적어도 2배의 반송파로부터의 샘플링 비율을 훨씬 낮은 적어도 2배의 픽셀 비율로 감소시킨다. 디지털 필터는 캐스케이드 인테그레이터 콤브(Cascaded Integrator Comb) 또는 CIC 필터이며, 이는 원치않는 믹싱의 스펙트럼 부산물을 제거할 뿐만 아니라 노이즈에 대한 수신기 신호를 개선한다. CIC 필터는 디지털 믹서로 기저대에 신호 다운(signal down)을 믹싱한 후에 협대역 통과 필터를 생성하도록 고효율 방식을 제공한다. CIC 필터는 대역 통과 드룹(bandpass droop)을 수정하도록 보다 느린 약화율로 구동하는 FIR 필터가 따를 수 있다.
대략 100:1의 샘플 레이트(sample rate)의 감소에 의해, 비교적 작은 제어 프로세서 버퍼(1132)는 전체 지문을 포착하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 40 k 픽셀을 만드는 200 x 200 어레이는 40 kb 버퍼에 저장될 수 있다. 이러한 것은 통상 약 200 ms의 허용 가능한 가장 빠른 스와이핑 속도(swipe speed)를 유지하도록충분히 빠른 속도로 부분적인 이미지 프레임을 스캐닝하여야만 하는 스와이프 센서(swipe sensor)와 대조적이다. 동시에, 2초의 느린 스와이프가 또한 수용되어야만 하고, 가장 빠른 것보다 10배의 메모리 양을 요구한다. 저장 전에 불필요한 샘플 라인들을 없애지만, 실시간 저장 요구가 스와이프 센서에 대해 훨씬 큰 다양한 기술들이 개발되었다. 이러한 것은 메모리 용량이 제한된 매치 온 칩(Match on Chip) 애플리케이션에서 중요한 인자이다. 아울러, 플레이스먼트 센서는 적소에서 사용자의 손가락을 홀딩하기 위한 사용자의 인내심을 넘는 호스트 프로세서 상의 실시간 데이터 획득 또는 처리 요구가 없다.
도 17은 디바이스가 어떻게 지문 감지 애플리케이션에 적용될 수 있는 본 발명에 따라서 구성되는지를 도시한다. 사용자는 구동 플레이트(1506a-1506n)들과 픽업 플레이트(1502a- 1502m)들의 크로스오버 위치들에 의해 형성되는 센서 그리드 위에 지문(1510)을 배치한다. 이미지 픽셀(1561a)은 구동 플레이트(1506a)와 픽업 플레이트(1502a)의 전극 쌍 위의 지문 면적을 감지하고, 픽셀(1561n)은 구동(1506n)과 픽업(1502a)의 크로스오버를 감지하고, 픽셀(1562n)은 구동(1506n)과 픽업(1502m)의 크로스오버 위의 면적을 감지한다.
도 18은 도 12 내지 도 16에 도시된 실시예를 사용하여, 도 17에 도시된 바와 같은 지문 이미지를 수집하도록 요구되는 단계들을 도시하다. 이미지 포착은 단계(1601)에서 시작한다. 초기화의 부분으로서, 행 계수기(row counter)는 단계(1602)에서 1로 초기화된다. 단계(1603)는 행 스캐닝 순서의 시작이다. 각 행의 시작에서, 열 계수기(column counter)는 단계(1603)에서 1로 설정된다. 단계(1604)에서, 상부 플레이트 스캐닝 로직(1145)은 선택된 행에 대하여 적절한 아날로그 스위치(1130a 내지 1130n 중 하나)를 능동화한다. 단계(1605)에서, 개별 픽셀의 감지는 저부 플레이트 스캐닝 로직(1140)이 반송파 신호(1116)로 적절한 구동 플레이트(1106a 내지 1106n 중 하나)를 능동화할 때 시작한다. 단계(1606)에서, 차동 증폭기(1180)로부터의 신호는 프로그램 가능한 이득 증폭기(1190)를 통한 처리 후에 A/D 컨버터(1125)에 의해 반복적으로 샘플링된다. 디지털 믹서(1118)는 디지털 발진기(1110)에 의해 기저 대역 주파수 세트에 이르는 샘플들을 믹싱한다. 기저 대역 신호는 그런 다음 현재의 픽셀에 대한 신호 레벨값을 처리하도록 디지털 데시메이팅 필터(digital decimating filter)(1120)에 의해 필터링된다. 도 16의 실시예에서 이러한 단계를 위해 수행된 기능들은 대안적으로 도 15에 도시된 대응하는 아날로그 수신기, 또는 다른 기능적으로 유사한 장치에 의해 수행될 수 있다. 단계(1607)에서, 단계(1606)에서 유도된 신호 레벨값은 현재 선택된 행과 열에 대응하는 메모리 버퍼(1132)에서 적절한 위치에 저장된다. 단계(1608)에서, 열 수는 증분되고, 단계(1609)에서, 열 수는 현재의 행 수집이 완료되었는지를 결정하도록 테스트된다. 행이 완료되지 않았으면, 행에서 다음의 픽셀을 수집하도록 단계(1605)로 복귀한다. 행이 완료되었으면, 단계(1610)로 진행하고, 행 수를 증분한다. 단계(1611)에서, 모든 행들이 스캐닝되었으면 행 수를 테스트한다. 스캐닝되지 않았으면, 제1 열에서 이웃하는 행을 다시 시작하도록 단계(1603)로 복귀한다. 모든 행들이 스캐닝되었으면, 이미지 포착은 완료되고, 단계(1612)로 진행하고, 이 단계에서, 그 지점에서 이미지는 추가의 처리 또는 장기간 저장으로 이동한다.
당업자는 행과 열 스캐닝 순서가 어레이에서의 물리적 위치에 직접적으로 일치하지 않고, 그래서 일부 실행이 개입된 형태로 더욱 최적으로 샘플링될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 19 및 도 20에서, 사용자 승인 애플리케이션의 예가 도시된다. 단계(1701)에서, 프로세서 상의 시스템 레벨 애플리케이션은 사용자 승인을 요구한다. 단계(1702)에서, 사용자는 검증을 위하여 손가락을 제공하도록 유도된다. 시스템은 단계(1703)에서 검출될 손가락을 기다린다. 이러한 것은 도 18 및 도 20에 설명된 바와 같이 감소된 크기의 이미지를 수집하고 손가락 이미지를 테스트하는 것에 의해, 또는 다른 전용 하드웨어를 통해 수행될 수 있다. 손가락의 존재가 검출되면, 완전한 이미지가 도 18에 설명된 방법 또는 다른 실질적으로 유사한 방법을 사용하여 단계(1704)에서 수집된다. 이러한 이미지는 그런 다음 저장되고, 단계(1705)에서, 전형적으로 특징점 위치 및 형태(분기(1710)(bifurcation) 및 종지(1711)(termination)들과 같은), 또는 가능하게 능선 빈도수 및 배향, 또는 양자의 일부 조합의 맵으로 이루어진 템플릿으로 변환된다. 단계(1707)에서, 템플릿은 그런 다음 단계(1706)에서 지속적인 템플릿 저장으로부터 검색된 하나 이상의 등록 템플릿(enrollment template)들에 대해 비교된다. 일치되면, 사용자는 단계(1708)에서 승인되고 애플리케이션에 대한 접근이 승인된다. 일치하지 않으면, 사용자는 단계(1709)에서 거절되고, 접근이 거부된다.
특정의 예시적인 실시예들이 설명되고 첨부 도면에 도시되었지만, 이러한 실시예들은 단순히 예시적이며 본 발명에서 한정이 아니며, 다양한 다른 변형이 당업자들에게 일어날 수 있기 때문에, 본 명세서에 개시된 발명이 도시되고 설명된 특정 구조 및 배열로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 회로를 형성하는 트랜지스터의 대안적인 배열 및/또는 수량, 다양한 종류의 연결, 배열 및 양 또는 다른 특징 및 기능은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 일어날 수 있다. 유사하게, 본 명세서에서 명시적으로 언급하지 않은 구성 요소는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본 발명의 다양한 실시예들에 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예들에서 특정 구성요소를 만들도록 수행되는 것으로서 설명 된 상이한 공정 단계들 및 집적회로 제조 작업은 당업자에게 자명한 것으로서, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에서 명시적으로 언급되지 않은 상이한 구성요소 또는 구성요소들의 상이한 구성에서 전체적으로 또는 부분적으로 용이하게 수행될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미보다는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
다시, 본 발명은 특히 생체인식 센서에서 많은 분야에서 적용되고 있다. 지문 센서, 예를 들어 다른 생체인식 센서는 보안 및 편의성 이유로 광범위한 적용에 사용하기 위하여 승인을 얻고 있다. 본 발명에 따라서 구성된 디바이스, 시스템 및 방법은 시스템의 비용을 증가시키지 않고 생체 인증 공정의 개선된 보안성을 가진다. 또한, 본 발명은 구성 요소의 유효성으로부터 유익한 디바이스, 시스템 및 방법으로 확장할 수 있다. 상기된 바와 같이, 본 발명은 시스템의 의도된 적용에 가장 적합한 방식으로 배열 및 구성될 수 있는 상기 구성요소들의 임의의 조합 또는 서브세트를 포함하도록 호스트 및 센서에 대한 능력을 포함한다. 당업자는 본 발명에 개시된 구성요소들의 상이한 조합 및 순열이 본 명세서에 첨부된 청구범위, 그 등가물 및 또한 추후 및 그 등가물에서 관련 출원에 제시되는 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 사상 및 범위 내에서 가능하다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 마이크로 프로세서와 같은 컴퓨터 프로세서에 의해 수행되는 복수의 기능을 또한 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 본 발명에 의해 구현된 특정 작업을 한정하는 컴퓨터 판독 가능 소프트웨어 코드를 실행하는 것에 의해 본 발명에 따른 특정 작업을 수행하도록 구성된 전문 또는 전용 프로세서일 수 있다. 마이크로프로세서는 직접 메모리 액세스 모듈, 메모리 저장 디바이스, 인터넷 관련 하드웨어 및 본 발명에 따라 데이터의 전송에 관한 다른 디바이스들과 같은 다른 디바이스와 함께 동작하고 통신하도록 구성될 수 있다. 소프트웨어 코드는 본 발명과 관련된 기능적 작업을 수행하도록 요구된 디바이스들의 동작과 관계하는 기능들을 한정하도록 사용될 수 있는 자바, C ++, XML (확장성 마크 업 언어)와 같은 소프트웨어 형식을 사용하여 구성될 수 있다. 코드는, 그 중에서 많은 것들이 당업자에게 공지된 상이한 형식 및 스타일로 기록될 수 있다. 본 발명에 따른 마이크로 프로세서의 동작을 한정하는 소프트웨어 프로그램의 상이한 코드 형식, 코드 구성, 스타일 및 형태 및 코드를 구성하는 다른 수단은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않을 것이다.
랩탑 또는 데스크탑 컴퓨터, 프로세서 또는 처리 로직, 및 또한 가능하게 컴퓨터 서버 또는 본 발명을 이용하는 다른 디바이스와 같은 다른 형태의 디바이스 내에서, 정보를 저장 및 검색하는 한편 본 발명에 따른 기능을 수행하기 위한 다른 형태의 메모리 디바이스가 존재한다. 캐시 메모리 디바이스들은 종종 저장 및 검색되는 정보의 편리한 저장 위치로서 중앙 처리 장치에 의해 사용하기 위해 이러한 컴퓨터들에 포함된다. 유사하게, 지속성 메모리(persistent memory)는 중앙 처리 유닛에 의해 빈번하게 검색되지만 캐시 메모리와 달리 지속성 메모리 내에서 종종 변경되지 않는 정보를 유지하기 위하여 컴퓨터와 함께 빈번하게 사용된다. 주 메모리는 중앙 처리 장치에 의해 실행될 때 본 발명에 따른 기능을 수행하도록 구성된 데이터 및 소프트웨어 애플리케이션과 같은 많은 양의 정보를 저장하고 검색하기 위해 포함된다. 이러한 메모리 디바이스들은 정보를 저장하고 검색하도록 중앙 처리 유닛에 의해 접근될 수 있는, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 플래시 메모리, 및 다른 메모리 저장 디바이스로서 구성될 수 있다. 데이터 저장 및 검색 동작 동안, 이러한 메모리 디바이스들은 상이한 전하, 상이한 자극 등과 같은 상이한 상태로 변환된다. 그러므로, 본 발명에 따라서 구성된 시스템 및 방법은 이러한 메모리 디바이스의 물리적 변형을 가능하게 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 본 발명은 하나 이상의 실시예들에서, 메모리 디바이스를 상이한 상태로 변환할 수 있는 신규하고 유용한 시스템, 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특정 형태의 메모리 디바이스, 또는 이러한 메모리 디바이스들에 정보를 저장하고 이로부터 정보를 검색하기 위한 임의의 일반적으로 사용되는 프로토콜로 한정되지 않는다.
용어 "기계 판독 가능 매체"는 한 세트 이상의 명령을 저장하는 단일 매체 또는 다중 매체(예를 들어, 중앙 집중식 또는 분산 데이터베이스, 및/또는 연관 캐시 및 서버)를 포함하도록 취해져야 한다. 용어 "기계 판독 가능 매체"는 또한, 기계에 의한 실행을 위한 한 세트의 명령을 저장, 인코딩 또는 운반할 수 있고 본 발명의 방법론들 중 하나 이상을 기계가 수행하도록 하는 임의의 매체를 포함하도록 취해져야만 한다. 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨터, PDA, 휴대 전화 등)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 제공(즉, 저장 및/또는 송신)하는 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 기계-판독 가능 매체는 메모리(상기된 바와 같은); 자성 디스크 저장 매체; 광 저장 매체; 플래시 메모리 디바이스; 생체 전기, 기계 시스템; 전기, 광학, 음향 또는 전파되는 신호의 다른 형태(예를 들어, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 등의 다른 형태를 포함한다. 디바이스 또는 기계 판독 가능 매체는 마이크로-전기 기계 시스템(MEMS), 나노기술 디바이스, 유기, 홀로그래픽, 고체 메모리 디바이스 및/또는 회전 자성 또는 광학 디스크를 포함할 수 있다. 디바이스 또는 기계 판독 가능 매체는 명령어의 파티션이 컴퓨터의 상호 접속에 걸쳐서 또는 상이한 가상 기계와 같은 상이한 기계들로 분리될 때 분배될 수 있다.
특정 예시적인 실시예들이 설명되고 첨부 도면에 도시되었지만, 다양한 다른 변형이 당업자에게 일어날 수 있기 때문에, 그러한 실시예들은 넓은 발명의 단순히 예시적이고 제한이 아니며 본 발명이 특정 구조 및 배열로 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미보다는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
명세서에서 "일 실시예", "한 실시예", "일부 실시예" 또는 "다른 실시예"에 대한 인용은 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 일부 실시예들에 포함되지만, 반드시 모든 실시예에 포함되지 않는다는 것을 의미한다. 다양한 외형 "일 실시예", "한 실시예" 또는 "일부 실시예"는 반드시 동일한 실시예를 모두 인용하지 않는다. 명세서가 구성 요소, 특징, 구조 또는 특성이 "할 수도 있으며", "할 수도 있었으며", 또는 "할 수 있었으며"가 포함된다는 것을 언급하였으면, 그 특정 구성 요소, 특징, 구조 또는 특성은 포함되도록 요구되지 않는다. 명세서와 청구범위가 "단수" 요소를 인용하면, 단지 하나의 요소만이 있는 것을 의미하지 않는다. 명세서와 청구범위가 "추가의" 요소를 인용하면, 추가 요소의 하나 보다 많은 것을 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않으면, 본원에 사용된 모든 기술 용어, 표기 및 다른 기술 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 모든 특허, 출원, 공개 출원 및 다른 출판물은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다. 이 섹션에서 설정된 정의가 참조에 의해 본원에 통합된 특허, 출원, 공개 출원, 및 다른 간행물에 설정된 정의와 상반되거나 일치하지 않으면, 이 섹션에서 설정된 정의는 참조에 의해 본원에 통합된 정의보다 우선한다.
본 상세한 설명은 구성 요소, 장치의 위치 및/또는 배향, 위치 선정, 특징 또는 그 일부를 설명하는데 있어서 상대 공간적 및/또는 배향을 사용할 수 있다. 특별히 언급되지 않거나, 또는 상세한 설명의 상황에 따라 달리 기술되면, 제한없이, 상부, 저부, 위, 밑에, 아래, 상부에, 상부, 하부, 좌측, 우측, 정면, 뒤, 다음의, 인접한, 사이, 수평, 수직, 대각, 길이 방향, 가로 방향, 반경, 축 등을 포함하는 이러한 용어는 도면에서 이러한 구성요소, 장치, 위치, 특징 또는 그 일부를 인용하는데 편의성을 위해 사용되고 제한하려고 의도된 것은 아니다.
또한, 달리 언급되지 않으면, 본 명세서에서 언급된 특정 치수는 본 발명의 양태들을 구현하는 디바이스의 예시적인 실행의 단지 대표적인 것이며 제한하려고 의도된 것은 아니다.
방법, 시스템 및 디바이스는 생체 인식 시스템에 대한 새로운 접근 방식을 갖는 개선된 안전 운영 및 구성을 포함한다. 이러한 시스템은 특히 금융 거래에서 크게 증가된 보안 기능을 활용할 것이다. 비록 본 실시예가 지문 센서와 같은 생체 인식 장치를 검증하는 디바이스, 시스템 및 관련 방법에 관련하여 설명하고 도시 하였을지라도, 본 발명의 범위는 이러한 기능이 유용한 다른 적용으로 확장된다. 또한, 상기된 설명이 본 발명의 특정 실시예를 참조하였지만, 이러한 것들이 단지 본 발명의 예시이며, 변경이 본 발명의 원리의 범위에서 벗어남이 없이 만들어질 수 있고, 그 범위가 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 한정된다는 것이 예측될 것이다.

Claims (34)

  1. 지문 센서로서,
    구동 라인으로서 형성되는 제1 도체;
    픽업 라인으로서 형성되는 제2 도체로서, 상기 구동 라인이 상기 픽업 라인에 가로로 배향되는, 상기 제2 도체;
    상기 구동 라인과 상기 픽업 라인을 분리하는 유전체 층으로서, 상기 픽업 라인이 상기 구동 라인을 중첩하는 크로스오버 위치는 임피던스-민감성 전극 쌍을 정의하는, 유전체 층;
    상기 임피던스-민감성 전극 쌍에서 신호를 검출하도록 구성된 검출 회로;
    절연 물질로 형성되고, 상기 픽업 라인이 상기 구동 라인을 중첩하는 크로스오버 위치 위에 위치되는 오버레이 층; 및
    상기 오버레이 층 내에 매설되고, 제1 단부와 제2 단부를 가지는 전도성 프로브를 포함하며,
    상기 제1 단부는 상기 크로스오버 위치에 근접하고, 상기 제2 단부는 상기 오버레이 층의 상부면에 근접하여, 상기 지문 센서의 감지면을 상기 픽업 라인의 상부면에서 상기 오버레이 층의 상부면까지 연장시키고,
    상기 제1 단부는 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인의 가장자리에 가로지도록 구성되어, 상기 전도성 프로브의 두께가 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인을 적어도 부분적으로 중첩하도록 구성되고 배향되는 지문 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 전도성 프로브는, 상기 전도성 프로브의 두께의 절반이 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인을 중첩하고 상기 전도성 프로브의 두께의 절반이 상기 픽업 라인에 인접한 절연 물질을 중첩하도록 구성되고 배향되는 지문 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 프로브의 제1 단부는 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인을 접촉하는 지문 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전도성 프로브의 제1 단부는 유전체 영역에 의해 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인으로부터 분리되는 지문 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전도성 프로브의 제2 단부는 상기 오버레이 층의 상부면과 동일 평면 상에 있는 지문 센서.
  7. 제1항에 있어서, 접지 전위에 전기적으로 연결되는 제2 전도성 프로브를 추가로 포함하는 지문 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 오버레이 층과 상기 구동 라인과 상기 픽업 라인 사이의 접지층을 추가로 포함하며, 상기 제2 전도성 프로브는 상기 접지층에 전기적으로 연결되는 지문 센서.
  9. 제1항에 있어서, 상기 지문 센서 구조체는 터치식 디바이스의 터치 스크린의 부품인 지문 센서.
  10. 제1항에 있어서, 상기 오버레이 층은 글래스, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 및 가요성 폴리머 기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 형성되는 지문 센서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전도성 프로브는 구리, 인듐 주석 산화물, 탄소 나노튜브, 흑연 분말, 또는 구리로 만들어진 전도성 페이스트, 은, 구리, 또는 흑연을 포함하는 전도성 접착제, 및 전도성 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질로 형성되는 지문 센서.
  12. 제1항에 있어서, 상기 구동 라인에 신호를 공급하도록 구성된 능동 회로를 추가로 포함하는 지문 센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 능동 회로에 상기 구동 라인을 선택적으로 연결하도록 구성되는, 상기 구동 라인과 연관된 스위치를 추가로 포함하는 지문 센서.
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서, 상기 검출 회로에 상기 픽업 라인을 선택적으로 연결하도록 구성되는, 상기 픽업 라인과 연관된 스위치를 추가로 포함하는 지문 센서.
  16. 제1항에 있어서, 상기 오버레이 층의 상부면 상의 상기 전도성 프로브 위에 있는 절연층을 추가로 포함하는 지문 센서.
  17. 지문 센서로서,
    복수의 평행한 구동 라인들로서 형성된 제1 전도성 층;
    복수의 평행한 픽업 라인들로서 형성되는 제2 전도성 층으로서, 상기 복수의 평행한 구동 라인들이 상기 복수의 평행한 픽업 라인들에 대해 가로로 배향되는, 상기 제2 전도성 층;
    상기 제1 전도성 층과 상기 제2 전도성 층을 분리하는 유전체 층으로서, 상기 픽업 라인들 중 하나가 상기 구동 라인들 중 하나를 중첩하는 각 크로스오버 위치는 임피던스-민감성 전극 쌍을 정의하는, 유전체 층;
    각 임피던스-민감성 전극 쌍에서 신호를 검출하도록 구성된 검출 회로;
    절연물질로 형성되며, 제1 전도성 층과 제2 전도성 층 위에 위치하는 오버레이 층; 및,
    상기 오버레이 층 내에 매설되는 복수의 전도성 프로브들을 포함하며, 상기 복수의 전도성 프로브들의 각각은 제1 단부와 제2 단부를 가지며,
    각 전도성 프로브의 제1 단부는 크로스오버 위치들 중 관련된 크로스오버 위치에 근접하고, 각 전도성 프로브의 제2 단부는 상기 오버레이 층의 외부면에 근접하여, 상기 지문 센서의 감지면을 상기 픽업 라인의 상부면에서 상기 오버레이 층의 외부면까지 연장시키고,
    상기 제1 단부는 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인의 가장자리에 가로지도록 구성되어, 상기 전도성 프로브의 두께가 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인을 적어도 부분적으로 중첩하도록 구성되고 배향되는 지문 센서.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서, 상기 전도성 프로브는, 상기 전도성 프로브의 두께의 절반이 상기 크로스오버 위치에서 상기 픽업 라인을 중첩하고 상기 전도성 프로브의 두께의 절반이 상기 픽업 라인에 인접한 절연 물질을 중첩하도록 구성되고 배향되는 지문 센서.
  20. 제17항에 있어서, 상기 전도성 프로브들의 각각의 제1 단부는 상기 관련된 크로스오버 위치에서 상기 복수의 픽업 라인들 중 하나와 접촉하는 지문 센서.
  21. 제17항에 있어서, 상기 전도성 프로브들의 제1 단부들은 유전체 영역에 의해 상기 픽업 라인들로부터 분리되는 지문 센서.
  22. 제17항에 있어서, 상기 전도성 프로브들의 각각의 제2 단부는 상기 오버레이 층의 상부면과 동일 평면 상에 있는 지문 센서.
  23. 제17항에 있어서, 접지 전위에 각각 전기적으로 연결되는 복수의 제2 전도성 프로브들을 추가로 포함하는 지문 센서.
  24. 제23항에 있어서, 상기 오버레이 층과 상기 구동 라인 및 상기 픽업 라인 중 적어도 하나 사이의 접지층을 추가로 포함하며, 상기 복수의 제2 전도성 프로브들은 각각 상기 접지층에 전기적으로 연결되는 지문 센서.
  25. 제17항에 있어서, 상기 지문 센서 구조체는 터치식 디바이스의 터치 스크린의 부품인 지문 센서.
  26. 제17항에 있어서, 상기 오버레이 층은 글래스, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 및 가요성 폴리머 기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 형성되는 지문 센서.
  27. 제17항에 있어서, 상기 전도성 프로브들의 각각은 구리, 인듐 주석 산화물, 탄소 나노튜브, 흑연 분말, 또는 구리로 만들어진 전도성 페이스트, 은, 구리, 또는 흑연을 포함하는 전도성 접착제, 및 전도성 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 물질로 형성되는 지문 센서.
  28. 제17항에 있어서, 각 구동 라인에 신호를 공급하도록 구성된 능동 회로를 추가로 포함하는 지문 센서.
  29. 제28항에 있어서, 상기 능동 회로에 연관된 구동 라인을 선택적으로 연결하도록 구성되는, 각 구동 라인과 연관되는 스위치를 추가로 포함하는 지문 센서.
  30. 삭제
  31. 제17항에 있어서, 상기 검출 회로에 연관된 픽업 라인을 선택적으로 연결하도록 구성되는, 각 픽업 라인과 연관된 스위치를 추가로 포함하는 지문 센서.
  32. 제17항에 있어서, 상기 오버레이 층의 외부면을 가로질러 연장되고 2개 이상의 전도성 프로브들의 제2 단부를 결합하도록 구성된 복수의 전극들을 추가로 포함하는 지문 센서.
  33. 제32항에 있어서, 각 전극은 상기 전극에 연결된 상기 전도성 프로브들을 갈바니 전기로 결합하도록 상기 2개 이상의 전도성 프로브들에 연결되거나, 또는 상기 전극은 상기 2개 이상의 전도성 프로브들로부터 전기적으로 절연되고 상기 2개 이상의 전도성 프로브들을 전기 용량성으로 결합하도록 구성되는 지문 센서.
  34. 제17항에 있어서, 상기 오버레이 층의 상부면 상의 상기 전도성 프로브들 위에 있는 절연층을 추가로 포함하는 지문 센서.
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