KR20200097718A - 에지 보정 구조를 갖는 지문 감지 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 손가락(26)의 지문 패턴을 감지하기 위한 지문 감지 시스템(3)으로서, 복수의 전기 전도성 감지 구조(10)를 포함하는 센서 어레이(7); 상기 감지 구조(10)와 상기 손가락(26) 사이의 정전용량성 결합을 나타내는 감지 신호를 제공하기 위해 상기 감지 구조(10) 각각에 연결된 판독 회로(39); 상기 센서 어레이(7)의 적어도 일부에 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 제공하기 위한 제 1 신호 제공 회로(49); 상기 센서 어레이(7)의 외부에 배열된 적어도 하나의 전기 전도성 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83); 및 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83)에 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))를 제공하기 위한 제 2 신호 제공 회로(63; 65)를 구비하는 지문 감지 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 지문 감지 시스템 및 손가락의 지문 패턴을 감지하는 방법에 관한 것이다.
보안 강화 및/또는 사용자 편의 향상을 제공하기 위해 다양한 유형의 생체 인식 시스템이 점점 더 많이 사용되고 있다.
특히, 지문 감지 시스템은 소형 폼 팩터, 고성능 및 사용자 수용성으로 인해 예를 들어 소비자 전자 장치에 채택되어 왔다.
정전용량, 광학, 음향, 열 등과 같은 다양한 지문 감지 원리 중에서 정전용량 감지는 특히 크기와 전력 소비가 중요한 응용 분야에서 가장 일반적으로 사용된다.
정전용량성 지문 센서는 일반적으로 각각의 여러 감지 구조와 지문 센서의 표면에 위치한 손가락 사이의 정전용량을 나타내는 측정값을 제공한다.
US 9 383 876은 복수의 감지 구조를 갖는 센서 어레이; 감지 신호를 제공하기 위해 각각의 감지 구조에 연결된 판독 회로; 및 높은 구동 전압 전위와 낮은 구동 전압 전위 사이의 차인 실질적으로 일정한 공급 전압을 판독 회로에 제공하도록 구성된 전원 공급 회로를 포함한 지문 감지 시스템을 개시한다. US 9 383 876에 따른 지문 감지 시스템은, 지문 감지 시스템의 동작 동안, 낮은 구동 전압 전위 및 높은 구동 전압 전위가 공급 전압을 실질적으로 유지하면서 지문 감지 시스템을 포함한 장치의 기준 전위와 관련하여 위상이 진동하는 방식으로 구성된다.
US 9 152 841은 감지 구조의 전위를 변경하기 위해 각각의 감지소자의 감지 구조에 결합되어, 이로써 손가락과 감지 구조 사이의 전위차의 변화를 제공하는 여기 신호 제공 회로를 포함하는 지문 감지 시스템을 개시한다. 전위차의 이러한 변화가 제공될 때 감지소자로부터의 출력에 기초하여, 손가락의 지문 패턴의 표현이 결정될 수 있다.
상술한 바와 같은 지문 시스템이 우수한 지문 이미지 품질을 달성할 수 있지만, 특히 매우 작은 지문 센서에 대한 개선의 여지가 여전히 있다.
상기 관점에서, 본 발명의 목적은 추가로 개선된 지문 감지를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제 1 태양에 따르면, 손가락의 지문 패턴을 감지하기 위한 지문 감지 시스템으로서, 복수의 전기 전도성 감지 구조를 포함하는 센서 어레이; 상기 감지 구조와 상기 손가락 사이의 정전용량성 결합을 나타내는 감지 신호를 제공하기 위해 상기 감지 구조 각각에 연결된 판독 회로; 상기 센서 어레이의 적어도 일부에 제 1 시간-가변 전압 신호를 제공하기 위한 제 1 신호 제공 회로; 상기 센서 어레이의 외부에 배열된 적어도 하나의 전기 전도성 에지-보상 구조; 및 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조에 제 2 시간-가변 전압 신호를 제공하기 위한 제 2 신호 제공 회로를 구비하는 지문 감지 시스템에 제공된다.
복수의 전기 전도성 감지 구조에서 각각의 감지 구조는 유리하게 금속판 형태로 제공될 수 있어, 일종의 평행판 커패시터가 감지 구조(금속판), 로컬 손가락 표면 및 감지 구조(및 로컬 손가락 표면과 유전체 구조 사이에 국부적으로 존재할 수 있는 임의의 공기)를 덮는 유전체 구조에 의해 형성된다. 지문의 융기부에 대응하는 위치에서의 감지 구조는 지문의 골에 대응하는 위치에서의 감지 구조보다 손가락에 대한 더 강한 정전용량성 결합을 나타낼 것이다.
감지 구조를 덮는 유전체 구조는 이점적으로 두께가 적어도 20㎛일 수 있고 ESD뿐만 아니라 하부 구조를 마모 및 파열로부터 보호하기 위해 높은 유전체 강도를 갖는 보호 유전체 코팅을 포함할 수 있다. 더욱 이점적으로, 보호 코팅은 두께가 적어도 50㎛일 수 있다. 실시예들에서, 감지 구조물들을 덮는 유전체 구조는 두께가 수백 ㎛일 수 있다. 그러한 경우에, 감지 구조를 덮는 유전체 구조는 예를 들어 전자 장치의 커버 유리를 포함할 수 있다.
판독 회로는 아날로그 감지 신호를, 예를 들어 손가락과 센서 어레이에 포함된 감지 구조 사이의 정전용량성 결합을 나타내는 전압 레벨 또는 전류의 형태로 제공할 수 있다.
그러나, 다양한 실시예에 따르면, 판독 회로는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 이러한 회로는 예를 들어 샘플링 회로 및 아날로그-디지털 변환 회로를 포함할 수 있다.
제 1 신호 제공 회로 및 제 2 신호 제공 회로 중 어느 하나 또는 둘 모두는 상이한 라인 상에 제공된 2 이상의 상이한 전위 사이에서 스위칭하도록 구성된 스위칭 회로일 수 있다. 대안으로 또는 조합하여, 제 1 신호 제공 회로 및 제 2 신호 제공 회로 중 하나 또는 둘 모두는 구형파 전압 신호 또는 사인파 전압 신호와 같은 시간-가변 전위를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 신호 소스를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 신호 제공 회로 및 제 2 신호 제공 회로는 별도의 회로, 또는 센서 어레이 및/또는 판독 회로 및 센서 어레이 외부에 배열된 에지-보상 구조 모두에 연결된 공통 회로로서 제공될 수 있다.
제 1 시간-가변 전압 신호 및 제 2 시간-가변 전압 신호는 모두 지문 감지 시스템을 포함하는 장치의 기준 전위와 같은 동일한 기준 전위와 관련하여 시간-가변임에 유의해야 한다. 장치의 이러한 기준 전위를 "디바이스 접지"라 한다. 일부 실시예에서, 센서 어레이의 기준 전위("센서 접지")는 디바이스 접지와 관련하여 일정 할 수 있고, 다른 실시예에서, 센서 접지는 시간에 따라 변할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 1 시간-가변 전위는 (디바이스 접지와 관련하여 시간-가변인 반면) 센서 접지와 관련하여 실질적으로 일정할 수 있다. 또한, 손가락의 전위는 일반적으로 "디바이스 접지"와 관련하여 적어도 지문 획득을 위한 관련 시간 스케일에 대해 실질적으로 일정한 레벨에 있을 수 있음에 유의해야 한다. 예를 들어, 사용자의 신체는 실제로 (메인 접지와 같이) 일부 글로벌 기준 전위에 연결되지 않은 휴대용 디바이스에 대한 "디바이스 접지"를 정의할 수 있다. 사용자의 신체가 디바이스 접지를 정의할 수 있는 이러한 휴대용 장치는 예를 들어 이동 통신 장치 또는 스마트 카드 등일 수 있다.
센서 어레이의 적어도 일부에 제공되는 제 1 시간-가변 전압 신호는 적어도 하나의 감지 구조과 손가락 사이에 시간-가변 전위차를 야기할 것이다. 이 시간-가변 전위차는 판독 회로가 각각의 감지 구조와 손가락 사이의 정전용량성 결합을 나타내는 감지 신호를 제공할 수 있게 한다.
적어도 하나의 에지-보상 구조는 센서 어레이의 에지에서 감지 구조에 상대적으로 가깝게 배치된 임의의 전도성 구조일 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 에지-보상 구조는 센서 어레이의 에지로부터 0.5 mm 미만으로 배열될 수 있다. 이점적으로, 적어도 하나의 에지-보상 구조는 센서 어레이의 에지(센서 어레이의 에지에서 가장 가까운 감지 구조의 에지)로부터 0.1 mm 미만으로 배열될 수 있다.
감지 구조에 대해 감지될 수 있는 전체 정전용량성 결합은 감지 구조와 손가락 사이의 로컬 거리뿐만 아니라 감지 구조 근처의 다른 전도성 구조에 의존할 것이다. 예를 들어, US 9 152 841에 기술된 바와 같이, 인접 감지 구조로부터의 전체 정전용량성 결합에 대한 기여는 인접 감지 구조의 전위가 (감지 모드에서) 현재 활성 감지 구조(들)의 전위를 따르도록 (함께 변하도록) 제어함으로써 상당히 감소될 수 있다. 그러나, 센서 어레이의 에지에 배열된 감지 구조는 인접한 감지 구조에 의해 둘러싸이지 않는다. 이로 인해 센서 어레이의 중간에 근접하는 것보다 감지 구조와 그 주변 사이에 더 강력하고, 가능하게는 불균일한 정전용량성 결합이 초래된다. 이는 판독 회로로부터의 감지 신호에 기초하여 형성된 지문 이미지(또는 다른 표현)에 영향을 줄 것이다. 비교적 큰 지문 센서의 경우, 이러한 영향은 이미지 처리 등을 통해 무시되거나 적절히 보상될 수 있다. 비교적 작은(따라서 보다 비용 효율적인) 지문 센서의 경우, 지문 센서가 센서 어레이의 전체 영역에 대해 우수한 이미지 품질을 제공 할 수 있는 것이 더욱 중요해진다.
본 발명자들은 이제 센서 어레이 외부에 적어도 하나의 전기 전도성 에지-보상 구조를 제공하고 적어도 하나의 에지-보상 구조에 적합한 시간-가변 전압 신호를 제공함으로써 이러한 에지 효과가 현저히 감소될 수 있음을 인식하였다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 2 신호 제공 회로는 유리하게는 제 1 시간-가변 전압 신호와 동기하여 제 2 시간-가변 전압 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 제 2 시간-가변 전압 신호는 예를 들어 유리하게는 제 1 시간-가변 전압 신호와 실질적으로 위상이 동일할 수 있다.
실시예들에 따르면, 제 2 시간-가변 전압 신호는 유리하게는 센서 어레이의 에지에서의 감지 구조와 인접한 에지-보상 구조 사이의 전위차가 감지 구조와 손가락 사이의 정전용량성 결합의 감지와 관련이 있는 적어도 일정한 시점에서 실질적으로 일정하게 유지되게 할 수 있다. 이에 의해, 감지 구조 근방의 구조에 대한 기생용량의 영향을 대폭 줄일 수 있다.
어떤 시점이 감지와 관련되는지는 사용된 감지 방법에 따라 다를 수 있으며, 당업자는 예를 들어 과도한 부담없이 회로 시뮬레이션에 기초하여 이러한 시점을 결정할 수 있을 것이다. 예를 들어, 감지 신호가 2개의 샘플링 시간에서 샘플링되는 소위 상관 이중 샘플링의 경우, 이러한 샘플링 시간이 감지와 관련된 시점일 수 있다.
실시예들에 따르면, 판독 회로는 복수의 감지 회로; 및 상기 복수의 감지 회로를 오가며 신호를 라우팅 및/또는 컨디셔닝하기 위한 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로를 포함하고, 상기 복수의 감지 회로 내의 각각의 감지 회로는 상기 복수의 감지 구조 내의 각각의 감지 구조 세트 아래에 배열되고 연결되며, 상기 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로는 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조 아래에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
상기 언급된 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로는 예를 들어 감지 회로로의 제어 신호용 신호 라인, 상태 신호용 신호 라인 및 감지 회로, 증폭기, 샘플러, 멀티플렉서, 아날로그-디지털 변환 회로, 디지털 컨트롤 로직, 메모리 및/또는 인터페이스 회로 등으로부터의 감지 신호를 포함할 수 있다.
이들 실시예에서, 다른 기능에 이미 사용된 센서 영역만을 실질적으로 사용하면서 원하는 에지-보상이 달성될 수 있다. 이는 실질적으로 지문 감지 시스템의 추가 비용없이 원하는 에지-보상이 달성될 수 있음을 의미한다.
실시예들에서, 상술한 감지 구조 세트는 단일 감지 구조일 수 있어서, 각각의 감지 구조는 전용 감지 회로를 갖는다. 다른 실시예들에서, 상술한 감지 구조 세트는 4 또는 8개의 감지 구조와 같은 복수의 감지 구조를 포함할 수 있고, 각각의 감지 회로는 그 감지 구조에 순차적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 지문 감지 시스템의 실시예들에서, 센서 어레이, 판독 회로, 및 적어도 하나의 에지-보상 구조가 유리하게는 지문 센서 구성요소에 포함될 수 있다.
이들 실시예에서, 지문 센서 구성요소는 구성요소 기판; 구성요소 기판 상에 형성된 능동 회로; 및 능동 회로상의 복수의 금속층을 포함한다.
구성요소 기판은 유리하게는 실리콘 기판과 같은 반도체 기판일 수 있고, 능동 회로는 p-도핑 및/또는 n-도핑 및 도전층 도포를 포함하는 다양한 프로세스에 의해 기판 상에 형성될 수 있다.
대안으로, 구성요소 기판은 절연 기판일 수 있다. 이러한 실시예에서, 능동 회로는 박막 기술을 사용하여 형성될 수 있다.
능동 회로상의 상기 언급된 금속층은 금속층 사이에 샌드위치된 절연층에 의해 분리될 수 있다. 선택된 위치에서 상이한 금속층들 사이의 전기적 접촉을 달성하기 위해, 그 자체로 공지된 기술을 사용하여 인터커넥터가 제공될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 감지 구조들 및 적어도 하나의 에지-보상 구조는 유리하게는 복수의 금속층들에서 최상부 금속층에 형성될 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 에지-보상 구조는 예를 들어 지문 센서 구성요소의 패키징 동안 일어날 수 있는 후처리를 사용하여 감지 구조를 덮는 절연층의 상부에 제공될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 또한, 센서 어레이의 복수의 감지 구조들에서의 감지 구조들은 행렬로 배열될 수 있고; 지문 감지 시스템은 각각이 상기 행 중 대응하는 하나의 좌측에 배열된 복수의 좌측 근위 에지-보상 구조; 및 각각이 상기 행 중 대응하는 하나의 우측에 배열되는 복수의 우측 근위 에지-보상 구조를 포함하는 복수의 에지-보상 구조를 구비할 수 있다. 각각의 좌측 근위 에지-보상 구조는 대응하는 열의 감지 구조와 실질적으로 정렬될 수 있고, 각각의 우측 근위 에지-보상 구조는 대응하는 행의 감지 구조와 실질적으로 정렬될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "행" 및 "열"이라는 용어는 센서 어레이의 치수 또는 방향을 특정하지 않는다는 것을 주목해야 한다. 행은 열과 동일하거나 더 많거나 적은 감지 구조를 포함할 수 있다. 모든 행/열에 동일한 수의 감지 구조를 포함할 필요는 없지만 종종 그런 경우가 있다.
제 2 신호 제공 회로는 각각의 상기 좌측 근위 에지-보상 구조 및 각각의 상기 우측 근위 에지-보상 구조에 연결될 수 있고, 제 2 신호 제공 회로는 상기 제 2 시간-가변 전압 신호를 상기 좌측 근위 에지-보상 구조의 세트 및/또는 상기 우측 근위 에지-보상 구조의 세트에 제공하도록 제어될 수 있다. 제 2 시간-가변 전압 신호가 제공되는 근위 에지-보상 구조의 세트(들)는 현재 활성 감지 구조(들)를 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 주어진 열 감지 구조의 모든 감지 구조가 시간-가변 전위를 나타내도록 동시에 제어되는 경우, 감지 구조의 행과 실질적으로 정렬된 적어도 좌측 근위 에지-보상 구조 및 우측 근위 에지-보상 구조에 제 2 시간-가변 전압 신호가 선택적으로 제공될 수 있다.
실시예들에서, 복수의 에지-보상 구조는 상기 좌측 근위 에지-보상 구조 중 대응하는 하나의 좌측에 각각 배열된 복수의 좌측 원위 에지-보상 구조; 및 상기 우측 근위 에지-보상 구조의 대응하는 하나의 우측에 각각 배열된 복수의 우측 원위 에지-보상 구조를 더 포함할 수 있다.
제 2 신호 제공 회로는 각각의 상기 좌측 원위 에지-보상 구조 및 각각의 상기 우측 원위 에지-보상 구조에 각각 연결되고, 제 3 시간-가변 전압 신호를 상기 좌측 원위 에지-보상 구조의 세트 및/또는 상기 우측 원위 에지-보상 구조의 세트에 제공하도록 제어될 수 있다.
제 3 시간-가변 전압 신호는 제 2 시간-가변 전압 신호와 동일할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 제 3 시간-가변 전압 신호의 진폭은 제 2 시간-가변 전압 신호의 진폭보다 높을 수 있다.
본 발명에 따른 지문 감지 시스템의 다양한 실시예에서, 제 1 신호 제공 회로는 제 1 시간-가변 전압 신호를 복수의 감지 구조의 감지 구조 세트에 제공하도록 제어될 수 있다.
이러한 "스윙 픽셀" 동작을 달성하기 위해, 제 1 신호 제공 회로는 직접 또는 소위 사실상 접지된 증폭기 구성을 통해 각각의 감지 구조에 연결될 수 있다.
후자의 구성에서, 판독 회로는 복수의 감지 회로를 포함할 수 있고, 복수의 감지 회로의 각각의 감지 회로는 상기 복수의 감지 구조 내의 각각의 감지 구조 세트에 연결되며; 상기 복수의 감지 회로에서 각각의 감지 회로는 상기 감지 구조 세트에 연결된 제 1 입력, 제 2 입력, 출력, 상기 제 1 입력과 상기 출력 사이의 피드백 커패시터를 포함하는 전하 증폭기를 구비하고, 상기 전하 증폭기는 상기 제 2 입력에서의 전위 변화가 상기 제 1 입력에 전위 변화와 실질적으로 동일한 변화를 야기하는 방식으로 구성되며, 상기 제 1 신호 제공 회로가 상기 제 2 입력에 연결될 수 있다.
증폭기는 유리하게는 소위 자체적으로 알려진 전하 증폭기일 수 있다.
제 1 신호 제공 회로는 제 1 시간-가변 전압을 제 2 입력에 제공함으로써 증폭기의 제 1 입력에 연결된 감지 구조 구조 세트에서 감지 구조(들)의 전위가 손가락의 전위와의 관련해 변하도록 구성될 수 있다.
실시예들에서, 지문 감지 시스템은 반도체 기판을 포함할 수 있고; 상기 증폭기는 상기 반도체 기판의 웰에 형성된 트랜지스터를 포함하며, 상기 트랜지스터는 상기 제 1 입력을 구성하는 게이트를 갖고, 상기 웰과 상기 기판 사이의 인터페이스는 상기 웰과 상기 기판 사이에 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있도록 구성되며; 상기 제 1 신호 제공 회로가 상기 웰에 더 연결된다. 이들 실시예에서, 감지 구조(들)와 웰 사이의 기생용량의 감지에 대한 영향이 감소될 수 있다.
반도체 기판은 유리하게는 도핑된 반도체 기판일 수 있고, 웰은 반도체 기판에 대해 반대 극성으로 도핑된 기판의 일부일 수 있다(반도체 기판이 p-도핑된 경우, 웰은 n-도핑될 수 있고, 반도체 기판이 n-도핑된 경우, 웰은 p-도핑될 수 있다). 이는 웰과 기판 사이에 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있는 방식으로 구성된 웰과 기판 사이의 인터페이스를 달성하는 한가지 방법이다. 특히, 웰과 기판은 기판과 웰 사이의 인터페이스에 형성된 다이오드를 통해 전류가 흐르지 않는 전위로 유지될 수 있다.
대안으로, 예를 들어 얇은 유리층 형태로 기판과 웰 사이에 절연층이 제공 될 수 있다. 이러한 절연층은 또한 웰과 기판 사이에 전류가 흐르는 것을 방지할 것이다.
본 발명에 따른 지문 감지 시스템의 다양한 실시예들에서, 지문 감지 시스템은 적어도 하나의 에지-보상 구조 및 상기 손가락 사이에 정전용량성 결합을 나타내는 손가락 검출 신호를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조에 연결된 손가락 검출 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 복수의 전기 전도성 감지 구조를 포함하는 센서 어레이; 상기 감지 구조 각각에 연결된 판독 회로; 제 1 신호 제공 회로; 상기 센서 어레이 외부에 배치된 적어도 하나의 전기 전도성 에지-보상 구조; 및 제 2 신호 제공 회로를 포함하는 손가락 감지 시스템을 이용하여 손가락의 지문 패턴을 감지하는 방법으로서, 상기 방법은: 상기 센서 어레이의 적어도 일부에 제 1 시간-가변 전압 신호를 제공하도록 상기 제 1 신호 제공 회로를 제어하는 단계; 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조에 제 2 시간-가변 전압 신호를 제공하도록 상기 제 2 신호 제공 회로를 제어하는 단계; 및 상기 감지 구조와 상기 손가락 사이의 정전용량성 결합을 나타내는 감지 신호를 제공하도록 상기 판독 회로를 제어하는 단계를 포함하는 손가락의 지문 패턴을 감지하는 방법이 제공된다.
본 발명의 이 제 2 태양을 통해 획득한 효과는 본 발명의 제 1 태양에 대해 상술한 바와 유사하다.
본 발명의 내용에 포함됨.
이제 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조로 보다 상세하게 본 발명의 이들 및 다른 태양을 설명할 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 감지 시스템을 포함하는 전자 장치의 제 1 예로서 휴대 전화를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 감지 시스템을 포함하는 전자 장치의 제 2 예로서 스마트 카드를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a는 반도체 기반 지문 센서 구성요소 형태의 본 발명에 따른 지문 감지 시스템의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b는 도 2a의 지문 센서 구성요소의 일부의 개략 횡단면도이다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 지문 센서 구성요소의 일부의 개략적 회로도이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2c의 지문 센서 구성요소에 대한 예시적인 감지 구성의 개략도이다.
도 4a는 도 3의 예시적인 감지 구성을 사용하여 감지 구조 및 에지-보상 구조에 제공되는 시간-가변 전압 신호의 제 1 예를 개략적으로 도시하는 타이밍도이다.
도 4b는 도 3의 예시적인 감지 구성을 사용하여 감지 구조 및 에지-보상 구조에 제공되는 시간-가변 전압 신호의 제 2 예를 개략적으로 도시하는 타이밍도이다.
도 5는 에지-보상없이 획득된 지문 이미지와 비교하여, 도 4a 및 도 4b의 신호 구성의 효과를 각각 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 대안적인 에지-보상 구조의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 감지 시스템을 포함하는 전자 장치의 제 1 예로서 휴대 전화를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 감지 시스템을 포함하는 전자 장치의 제 2 예로서 스마트 카드를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a는 반도체 기반 지문 센서 구성요소 형태의 본 발명에 따른 지문 감지 시스템의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b는 도 2a의 지문 센서 구성요소의 일부의 개략 횡단면도이다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 지문 센서 구성요소의 일부의 개략적 회로도이다.
도 3은 도 2a 내지 도 2c의 지문 센서 구성요소에 대한 예시적인 감지 구성의 개략도이다.
도 4a는 도 3의 예시적인 감지 구성을 사용하여 감지 구조 및 에지-보상 구조에 제공되는 시간-가변 전압 신호의 제 1 예를 개략적으로 도시하는 타이밍도이다.
도 4b는 도 3의 예시적인 감지 구성을 사용하여 감지 구조 및 에지-보상 구조에 제공되는 시간-가변 전압 신호의 제 2 예를 개략적으로 도시하는 타이밍도이다.
도 5는 에지-보상없이 획득된 지문 이미지와 비교하여, 도 4a 및 도 4b의 신호 구성의 효과를 각각 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 대안적인 에지-보상 구조의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
본 상세한 설명에서, 본 발명에 따른 손가락 감지 시스템 및 방법의 다양한 실시예는 주로 센서 접지와 관련하여 감지 구조 세트의 전위가 변하도록 제어되고, 센서 접지는 디바이스 접지와 관련하여 일정한 지문 감지 시스템을 참조로 설명된다. 특히, 행/열의 모든 감지소자/픽셀이 동시에 판독되는 예가 설명된다. 또한, 에지-보상 구조의 일부 예시적인 예가 제공된다.
이는 예를 들어 지문 센서 구성요소에 디바이스 접지와 관련된 시간-가변 기준 전위을 제공함으로써 감지 구조와 손가락 사이의 전위차가 달성되는 지문 감지 시스템을 동등하게 잘 포함하는 청구범위에 의해 정의된 범위를 제한하지 않는다. 또한, 예를 들어, 다른 그룹의 감지소자가 동시에 판독되거나 감지소자가 개별적으로 판독되는 다른 감지 구성도 사용될 수 있다. 에지-보상 구조(들)의 많은 다른 구성들도 가능하다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 감지 시스템(3)을 포함하는 전자 장치의 제 1 예로서 휴대 전화(1)를 개략적으로 도시한 것이다. 지문 감지 시스템(3)은 예를 들어 휴대 전화(1)의 잠금을 해제하고/하거나 휴대 전화를 사용하여 수행된 거래를 승인하기 위해 사용될 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 지문 감지 시스템(3)을 포함하는 전자 장치의 제 2 예로서 스마트 카드(5)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a는 반도체 기반 지문 센서(3)의 형태로 본 발명에 따른 지문 감지 시스템의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이, 지문 센서(3)는 센서 어레이(7), 지문 센서(3)의 동작을 위한 전력을 받고 도 1a의 휴대 전화(1) 또는 도 1b의 스마트 카드(5)와 같은 전자 장치에 포함된 처리 회로와 상호 작용하기 위한 인터페이스(9)를 포함한다. 센서 어레이(7)는 매우 많은 수의 감지 구조(10)을 포함한다(감지 구조 중 하나만이 도면을 어지럽히지 않pr 하기 위해 하나의 참조번호로 표시되어 있다). 도 2a의 지문 센서(3)의 확대도에 개략적으로 도시된 바와 같이, 지문 센서(3)는 좌측 근위 에지-보상 구조(11), 우측 근위 에지-보상 구조(13), 좌측 원위 에지-보상 구조(15), 우측 원위 에지-보상 구조(17), 상부 근위 에지-보상 구조(19), 하부 근위 에지-보상 구조(21), 상부 원위 에지-보상 구조(23), 및 하부 원위 에지-보상 구조(25)를 포함하는 에지-보상 구조들을 더 포함한다.
도 2a에는 보이지 않지만, 지문 센서(3)는 판독 회로, 제 1 신호 제공 회로 및 제 2 신호 제공 회로를 더 포함한다. 지문 센서(3)의 이들 부분의 예는 도 2b 및 도 2c를 참조하여 아래에 더 설명될 것이다.
도 2b는 센서 어레이(7)를 덮는 유전체 구조(28)의 상부에 손가락(26)이 놓인 도 2a에 도시된 바와 같이 선 A-A'를 따라 취해진 도 2a의 지문 센서(3)의 일부의 개략 횡단면도이다. 손가락(26)의 표면은 유전체 구조(28)와 접촉하는 융기부(30) 및 유전체 구조(28)로부터 이격된 골(32)을 포함한다.
도 2b를 참조하면, 지문 센서(3)는 도핑된 반도체 구성요소 기판(27), 상기 구성요소 기판(27) 상에 형성된 능동 회로(29) 및 상기 능동 회로(27)상의 금속층(31)을 포함한다. 상술한 감지 구조(10) 및 에지-보상 구조가 (도 2b에서 좌측 근위 에지-보상 구조(11) 및 좌측 원위 에지-보상 구조(15)가 도시됨) 최상단 금속층(33)에 형성된다. 상술한 판독 회로는 능동 회로(29)를 이용해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 도 2b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 감지 구조(10) 아래의 능동 회로(29)의 일부(35)는 감지 구조(10)와 손가락(26) 사이의 정전용량성 결합을 감지하기 위한 감지 회로를 형성하는데 사용될 수 있다. 에지-보상 구조(11, 15) 아래의 능동 회로(29)의 또 다른 부분(37)은 능동 회로(29)의 제 1 부분(35)에서 상기 복수의 감지 회로를 오가며 신호를 라우팅 및 컨디셔닝하기 위한 신호 라우팅 및/또는 컨디셔닝 신호를 형성하는데 사용될 수 있다.
에지-보상 구조(11, 15) 및 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로 등을 함께 배치함으로써, 에지-보상 구조의 제공은 지문 센서(3)에 어떠한 표면적도 추가하지 않는다.
도 2b는 유전체 구조/보호 코팅(27), 감지 구조(10) 및 손가락(26)의 융기부(30) 및 골(32)의 상대적인 치수의 실제 예를 도시하기 위해 대략 축척으로 도시되어있다. 알 수 있는 바와 같이, 유전체 구조/보호 코팅(28)은 하부 구조를 마모와 파열 및 ESD로부터 보호하기 위해 다소 두껍다. 말할 필요도 없이, 보호 코팅(28)은 지문 센서(3)의 견고성을 위해 중요하다. 도 2b의 상대적인 치수로부터, 감지 구조(10)와 손가락(26) 사이의 정전용량은 특히 감지 구조(10)와 상기 감지 구조(10)에 인접한 다른 감지 구조 간에 기생 커패시턴스에 비해 매우 작다. 이러한 전도 구조의 예는 인접 감지 구조, 추가 금속 구조, 능동 반도체 회로(29) 및 구성요소 기판(27)을 포함한다.
이제 도 2c를 참조로 감지 회로 및 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로를 포함하는 상술된 판독 회로의 예시적인 구성을 설명할 것이며, 도 2c는 도 2a 및 도 2b의 지문 센서 구성요소의 일부의 개략 회로도이다.
도 2c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 센서 매트릭스(7)에서 각각의 감지 구조(10)에 연결된 상술한 판독 회로(39)는 감지 회로(41) 및 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로(43)를 포함한다.
도 2c를 참조하면, 각각의 감지 회로(41)는 전하 증폭기(45), 선택 회로(여기서 기능적으로는 감지 회로(41)로부터 감지 신호의 획득을 허용하기 위한 간단한 선택 스위치(47)로서 도시됨) 및 아래에 더 상세히 설명될 바와 같이 감지 구조물(10)에 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 제어 가능하게 제공하기 위한 제 1 신호 제공 회로(49)를 포함한다.
전하 증폭기(45)는 감지 구조(10)에 연결된 제 1 입력(음의 입력)(53)과, 제 1 신호 제공 회로(49)에 연결된 제 2 입력(양의 입력)(55), 및 출력(57)을 갖는 연산 증폭기(op amp)(51)로서 개략적으로 도시된 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함한다. 또한, 전하 증폭기(45)는 제 1 입력(53)과 출력(57) 사이에 연결된 피드백 커패시터(59) 및 피드백 커패시터(59)의 제어 가능한 방전을 허용하기 위해 스위치(61)로서 기능적으로 도시된 리셋 회로를 포함한다. 전하 증폭기(45)는 피드백 커패시터(59)를 방전시키기 위해 리셋 회로(61)를 동작시킴으로써 리셋될 수 있다.
종종 연산 증폭기(51)의 경우에서와 같이, 제 1 입력(53)에서의 전위는 제 2 입력(55)에 인가된 전위를 따른다. 특정 증폭기 구성에 따라, 제 1 입력(53)에서의 전위는 실질적으로 제 2 입력(55)에서의 전위와 동일할 수 있거나, 제 1 입력(53)에서의 전위와 제 2 입력(55)에서의 전위 사이에 실질적으로 고정된 오프셋이 있을 수 있다.
제 1 신호 제공 회로(49)를 사용하여, 기준 전위(센서 접지)와 관련하여 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))가 감지 구조물(10)에 제공될 수 있다.
제 1 신호 제공 회로(49)는 예를 들어 다수의 제어 가능한 스위치로서 구현 될 수 있으며, 각각의 스위치는 제 2 입력(55)을 (센서 접지와 관련하여 상이한 전압에 있는) 선택된 전압 라인에 제어 가능하게 연결하도록 구성된다. 대안으로, 제 1 신호 제공 회로(49)는 감지 구조(10)에 직접 연결되어 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 감지 구조(10)에 직접 제공할 수 있다.
제 1 신호 제공 회로(49)의 제어를 통해, 감지 구조(10)는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 특정 감지 구조(10)의 원하는 기능에 따라 선택된 전위를 제공받을 수 있다.
여기서 각각의 감지 회로(41)는 단일의 개별 감지 구조(10)에 연결되는 것으로 표시되지만, 각 감지 회로(41)는 대안으로 감지 구조 그룹의 감지 구조에 공통 일 수 있음에 유의해야 한다.
도 2c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 지문 센서(3)는 제 2 신호 제공 회로(63) 및 제 3 신호 제공 회로(65)를 포함한다. 제 2 신호 제공 회로(63)는 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))를 좌측 근위 에지-보상 구조(11)에 제공하기 위해 좌측 근위 에지-보상 구조(11)에 연결되고, 제 2 신호 제공 회로(63)는 제 3 시간-가변 전압 신호(V3(t))를 좌측 원위 에지-보상 구조(15)에 제공하기 위해 좌측 원위 에지-보상 구조(15)에 연결된다.
감지 구조(10)와 손가락(26) 사이의 정전용량성 결합을 감지할 때, 제 1 신호 제공 회로(49)는 센서 접지와 관련하여 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 제 2 입력(55)에 제공하도록 제어된다.
도 2c에서, 손가락(26)는 "접지"된 것으로 개략적으로 표시되어 있다. 손가락 "접지"가 센서 접지와 다를 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 손가락(26)은 지문 센서(3)가 포함된 전자 장치(예컨대, 도 1a의 휴대 전화(1) 또는 도 1b의 스마트 카드(5))의 접지 전위에 있을 수 있다. 대안으로, 신체는 감지 구조(10)의 전위가 변할 때 손가락의 전위가 실질적으로 일정하게 유지되는 큰 전기 "매스(mass)"를 갖는 것으로 간주될 수 있다.
감지 구조(10)와 손가락(26) 사이의 상술된 전위차의 변화로 인해 전하 증폭기(45)의 출력(57)에서 감지 신호(Vs)가 초래된다.
선택된 감지 구조(10)와 손가락(26) 사이의 정전용량성 결합을 감지하도록 판독 회로가 제어될 때, 선택 스위치(47)는 전하 증폭기(45)의 출력(57)을 판독 라인(65)에 연결하기 위해 폐쇄된다. 센서 어레이(7)의 행 또는 열에 대한 공통 판독 라인(65)이 멀티플렉서(67)에 연결되도록 도 2c에 도시되어 있다. 도 2c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 지문 센서(3)의 다른 행/열로부터의 감지 신호를 제공하는 추가 판독 라인도 또한 멀티플렉서(67)에 연결된다.
감지 신호(Vs)는 샘플-홀드 회로(69)에 의해 복조된다. 샘플-홀드 회로(69)의 출력은 샘플-홀드 회로(69)에 의해 출력된 아날로그 DC 전압 신호를 각각의 선택된 감지 구조(10)에 대한 측정값의 디지털 표현으로 변환하기 위해 아날로그-디지털 변환기(71)에 연결된다.
도 2c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 멀티플렉서(67), 샘플-홀드 회로(69) 및 아날로그-디지털 변환기(71)는 에지-보상 구조 아래에 배열된 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로(43)에 포함될 수 있다.
도 3은 도 2a 내지 도 2c의 지문 센서 구성요소에 대한 예시적인 감지 구성의 개략도이다. 도 3에서, 매우 적은 수의 열을 갖는 단순화된 센서 어레이(7)가 개략적으로 도시되어 있다. 도 3의 센서 어레이(7)는 단지 예시적인 예이며, 센서 어레이(7)는 유리하게는 더 많은 수의 열을 가질 수 있음을 이해해야 한다.
도 3의 감지 구성에서, 손가락의 지문 패턴(도 3에 미도시)은 행 단위로 감지된다("행" 및 "열"은 상호교환 가능하다). 한 행의 감지 구조(10a)는 감지에 사용되는 것으로 표시되고, 인접 행의 감지 구조(10b-10c)는 인접 감지 구조들 간에 기생 정전용량성 결합의 영향을 줄이기 위해 "보호"에 사용되는 것으로 표시된다. 이 특정 예시적인 구성에서, 3개의 지시된 행에서 감지 구조(10a-10c)에 의해 정의된 밴드 외부의 감지 구조(10d)는 센서 접지 전위로 유지된다.
도 3의 감지 구성에서, 선택된 에지-보상 구조는 센서 어레이(7)의 가운데에 더 더 근접해 감지하는데 사용되는 감지 구조들에 비해 센서 어레이(7)의 에지에 근접한 감지를 위해 사용되는 구조를 감지하기 위한 전기적 환경에서 차를 보상하기 위해 사용된다. 이 특정 예에서, 3개의 좌측 근위 에지-보상 구조(11a-11c), 3개의 우측 근위 에지-보상 구조(13a-13c), 3개의 좌측 원위 에지-보상 구조(15a-15c) 및 3개의 우측 원위 에지-보상 구조(17a-17c)는 이하에 더 상세히 설명될 바와 같이 에지 효과를 보상하기 위해 사용된다.
도 3의 지문 센서 구성을 위한 제 1 예시적인 동작 방식이 도 4a의 개략적 인 타이밍도에 더해 주로 도 2c의 예시를 참조하여 설명될 것이다.
도 4a에서 단순화된 감지 동작을 위해 지시된 바와 같이, 제 1 신호 제공 회로(49)는 손가락에 대한 정전용량성 결합을 감지하기위해 사용되는 감지 구조(10a) 및 보호를 위해 사용되는 감지 구조(10b-10c)에 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 제공하도록 제어된다. 유사하게, 제 2 신호 제공 회로(63)는 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))를 (좌측 11a-11c 및 우측 13a-13c) 근위 에지-보상 구조에 제공하도록 제어되고, 제 3 신호 제공 회로(65)는 제 3 시간-가변 전압 신호(V3(t))를 (좌측 15a-15c 및 우측 17a-17c) 원위 에지-보상 구조에 제공하도록 제어된다. 나머지 감지 구조(10d) 및 에지-보상 구조(11d, 13d, 15d, 17d)는 모두 센서 접지(SGND)에 유지된다. 감지 회로(41) 및 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로(42)는 감지에 사용되는 감지 구조(10a)와 손가락(26) 사이의 정전용량성 결합을 감지하고, 이 정전용량성 결합을 나타내는 신호를 라우팅 및 컨디셔닝하도록 제어된다.
도 4a의 제 1 예시적인 동작 방식에서, 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t)), 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t)) 및 제 3 시간-가변 전압 신호(V3(t))는 모두 실질적으로 동일하다.
도 4b의 제 2 예시적인 동작 방식에서, 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t)) 및 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))는 실질적으로 동일하고, 제 3 시간-가변 전압 신호(V3(t))는 제 1 신호(V1(t)) 및 제 2 신호(V2(t))의 2 배인 전압 스윙을 나타낸다.
도 5는 에지-보상 없이 획득된 지문 이미지와 비교하여, 도 4a 및 도 4b의 신호 구성의 효과를 각각 도시한 도면이다.
도면은 비활성 에지-보상 구조(센서 접지에 유지된 에지-보상 구조)(실선 곡선(73)), 도 4a의 동작 방식(점선 곡선(75)) 및 도 4b의 동작 방식(점선 곡선(77))에 대해 본 발명의 실시예에 따른 지문 센서(3)의 14개의 마지막 열에 대해 측정된 평균 픽셀 값을 나타낸다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 에지-보상이 적용되지 않을 때, 센서 어레이(7)의 에지에 가장 가까운 감지 구조로부터의 픽셀 값은 센서 어레이의 중앙에 더 가까운 감지 구조와는 다르다. 도 4a의 동작 방식은 이미 상당한 개선을 달성했으며, 도 4b의 동작 방식은 에지 효과를 거의 완전히 제거할 수 있다.
에지-보상의 실제 효과는 또한 감지 구조물(10)과 손가락(26) 사이의 유전체 구조(28)의 구성과 같은 다른 요인들에 의존할 것이라는 것을 이해해야 한다. 또한 에지-보상 구조의 추가적인 열/행을 추가하고/하거나 에지-보상 구조에 제공되는 신호를 튜닝하고/하거나 전압 신호가 제공되는 에지-보상 구조의 수 및 구성을 제어함으로써 추가적인 개선이 이루어질 수 있음에 유의해야 한다. 이에 의해, 에지-보상 구조에 제공되는 하나 또는 복수의 전압 신호 및/또는 에지-보상 구조의 능동 구성(배열 및/또는 수)을 제어/프로그래밍함으로써 상이한 애플리케이션 및/또는 패키징 솔루션에 대해 에지-보상을 개별적으로 조정할 수 있다.
마지막으로, 대안적인 에지-보상 구조 구성의 일부 예가 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 간략하게 설명될 것이다.
도 6a는 개별적으로 제어 가능한 에지-보상 구조(79)가 센서 어레이(7)의 각각의 에지의 전체 길이를 따라 연장되는 지문 센서(3)를 개략적으로 도시한 것이다. 에지-보상 구조(79)는 감지 구조(10)와 동일한 금속층으로 형성될 수 있거나 지문 센서(3) 상에 유전체 구조(보호 코팅)를 제공하기 전에 후처리에서 추가될 수 있다.
도 6b는 단일 에지-보상 구조(81)가 센서 어레이(7) 주위에 프레임 또는 베젤로서 제공되는 지문 센서(3)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 6a의 구성에 관해, 에지-보상 구조(81)는 감지 구조(10)와 동일한 금속층에 형성될 수 있거나, 지문 센서(3) 상에 유전체 구조물(보호 코팅)을 제공하기 전에 후처리 과정에서 추가될 수 있다.
도 6c는 지문 센서(3)의 유전체 구조물(보호 코팅)의 상부에서 센서 어레이(7) 주위에 에지-보상 구조(83)가 프레임 또는 베젤로서 제공되는 지문 센서(3)를 개략적으로 도시한 것이다.
당업자는 본 발명이 결코 상술된 바람직한 실시예로 제한되지 않음을 인식한다. 반대로, 첨부된 청구범위 내에서 많은 수정 및 변형이 가능하다.
청구범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정 관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구범위에 인용된 여러 항목의 기능을 수행할 수 있다. 특정 수단들이 서로 다른 종속항들에서 인용된다는 사실은 이러한 수단들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 컴퓨터 프로그램은 광학 저장 매체 또는 다른 하드웨어와 함께 또는 다른 하드웨어의 일부로서 공급되는 고체 상태 매체와 같은 적절한 매체에 수록/배포될 수 있지만, 가령 인터넷 또는 다른 유선 또는 무선 통신 시스템을 통해 다른 형태로 또한 배포될 수 있다. 청구범위에서 임의의 참조부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
Claims (16)
- 손가락(26)의 지문 패턴을 감지하기 위한 지문 감지 시스템(3)으로서,
복수의 전기 전도성 감지 구조(10)를 포함하는 센서 어레이(7);
상기 감지 구조(10)와 상기 손가락(26) 사이의 정전용량성 결합을 나타내는 감지 신호를 제공하기 위해 상기 감지 구조(10) 각각에 연결된 판독 회로(39);
상기 센서 어레이(7)의 적어도 일부에 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 제공하기 위한 제 1 신호 제공 회로(49);
상기 센서 어레이(7)의 외부에 배열된 적어도 하나의 전기 전도성 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83); 및
상기 적어도 하나의 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83)에 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))를 제공하기 위한 제 2 신호 제공 회로(63; 65)를 구비하는 지문 감지 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 신호 제공 회로(63; 65)는 상기 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))와 동기하여 상기 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))를 제공하도록 구성되는 지문 감지 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 판독 회로(39)는:
복수의 감지 회로(41); 및
상기 복수의 감지 회로(41)를 오가며 신호를 라우팅 및/또는 컨디셔닝하기 위한 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로(43)를 포함하고,
상기 복수의 감지 회로 내의 각각의 감지 회로는 상기 복수의 감지 구조 내의 각각의 감지 구조 세트(10) 아래에 배열되고 연결되며,
상기 신호 라우팅 및 컨디셔닝 회로(43)는 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83) 아래에 적어도 부분적으로 배치되는 지문 감지 시스템. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 어레이(7), 상기 판독 회로(39) 및 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83)가 지문 센서 구성요소에 포함되는 지문 감지 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 지문 센서 구성요소는:
구성요소 기판;
상기 구성요소 기판 상에 형성된 능동 회로; 및
상기 능동 회로상의 복수의 금속층을 포함하는 지문 감지 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 복수의 감지 구조 및 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조는 상기 복수의 금속층의 최상위 금속층에 형성되는 지문 감지 시스템. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 어레이(7)의 감지 구조(10)는 행렬로 배열되고,
상기 지문 감지 시스템(3)은:
각각이 상기 행 중 대응하는 하나의 좌측에 배열된 복수의 좌측 근위 에지-보상 구조(11); 및
각각이 상기 행 중 대응하는 하나의 우측에 배열되는 복수의 우측 근위 에지-보상 구조(13)를 포함하는 복수의 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25)를 구비하는 지문 감지 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 신호 제공 회로(63; 65)는 각각의 상기 좌측 근위 에지-보상 구조(11) 및 각각의 상기 우측 근위 에지-보상 구조(13)에 연결되고, 상기 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))를 상기 좌측 근위 에지-보상 구조의 세트(11a-11c) 및/또는 상기 우측 근위 에지-보상 구조의 세트(13a-13c)에 제공하도록 제어 가능한 지문 감지 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 2 신호 제공 회로(63; 65)는 상기 제 2 시간-가변 전압(V2(t)) 신호를 감지 구조의 하나의 열(10a-10c)과 정렬된 상기 좌측 근위 에지-보상 구조 중 적어도 하나(11a-11c)에, 그리고 상기 감지 구조의 열과 정렬된 상기 우측 근위 에지-보상 구조 중 적어도 하나(13a-13c)에 동시에 제공하도록 제어 가능한 지문 감지 시스템. - 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 에지-보상 구조는:
상기 좌측 근위 에지-보상 구조(11) 중 대응하는 하나의 좌측에 각각 배열된 복수의 좌측 원위 에지-보상 구조(15); 및
상기 우측 근위 에지-보상 구조(13)의 대응하는 하나의 우측에 각각 배열된 복수의 우측 원위 에지-보상 구조(17)를 더 포함하는 지문 감지 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 신호 제공 회로(63; 65)는 각각의 상기 좌측 원위 에지-보상 구조(15) 및 각각의 상기 우측 원위 에지-보상 구조(17)에 각각 연결되고, 제 3 시간-가변 전압 신호(V3(t))를 상기 좌측 원위 에지-보상 구조의 세트(15a-15c) 및/또는 상기 우측 원위 에지-보상 구조의 세트(17a-17c)에 제공하도록 제어 가능한 지문 감지 시스템. - 제 1 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 신호 제공 회로(49)는 상기 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 상기 복수의 감지 구조에 있는 상기 감지 구조 세트(10a-10c)에 제공하도록 제어 가능한 지문 감지 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 판독 회로(39)는 복수의 감지 회로(41)를 포함하고, 상기 복수의 감지 회로의 각각의 감지 회로는 상기 복수의 감지 구조 내의 각각의 감지 구조 세트(10)에 연결되며;
상기 복수의 감지 회로에서 각각의 감지 회로(41)는 상기 감지 구조 세트(10)에 연결된 제 1 입력(53), 제 2 입력(55), 출력(57), 상기 제 1 입력(53)과 상기 출력(57) 사이의 피드백 커패시터(59)를 포함하는 전하 증폭기(45)를 구비하고, 상기 전하 증폭기(45)는 상기 제 2 입력(55)에서의 전위 변화가 상기 제 1 입력(53)에 전위 변화와 실질적으로 동일한 변화를 야기하는 방식으로 구성되며,
상기 제 1 신호 제공 회로(49)가 상기 제 2 입력(55)에 연결되는 지문 감지 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 지문 감지 시스템은 반도체 기판(27)을 포함하고;
상기 전하 증폭기(45)는 상기 반도체 기판(27)의 웰에 형성된 트랜지스터를 포함하며, 상기 트랜지스터는 상기 제 1 입력을 구성하는 게이트를 갖고,
상기 웰과 상기 기판 사이의 인터페이스는 상기 웰과 상기 기판 사이에 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있도록 구성되며,
상기 제 1 신호 제공 회로(49)가 상기 웰에 더 연결되는 지문 감지 시스템. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지문 감지 시스템은:
상기 적어도 하나의 에지-보상 구조 및 상기 손가락(26) 사이에 정전용량성 결합을 나타내는 손가락 검출 신호를 제공하기 위해 상기 적어도 하나의 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83)에 연결된 손가락 검출 회로를 더 포함하는 지문 감지 시스템. - 복수의 전기 전도성 감지 구조(10)를 포함하는 센서 어레이(7);
상기 감지 구조(10) 각각에 연결된 판독 회로(39);
제 1 신호 제공 회로(49);
상기 센서 어레이(7) 외부에 배치된 적어도 하나의 전기 전도성 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83); 및
제 2 신호 제공 회로(63; 65)를 포함하는 손가락 감지 시스템(3)을 이용하여 손가락(26)의 지문 패턴을 감지하는 방법으로서,
상기 방법은:
상기 센서 어레이(7)의 적어도 일부에 제 1 시간-가변 전압 신호(V1(t))를 제공하도록 상기 제 1 신호 제공 회로(49)를 제어하는 단계;
상기 적어도 하나의 에지-보상 구조(11; 13; 15; 17; 19; 21; 23; 25; 79; 81; 83)에 제 2 시간-가변 전압 신호(V2(t))를 제공하도록 상기 제 2 신호 제공 회로(63; 65)를 제어하는 단계; 및
상기 감지 구조(10)와 상기 손가락(26) 사이의 정전용량성 결합을 나타내는 감지 신호를 제공하도록 상기 판독 회로(39)를 제어하는 단계를 포함하는 손가락의 지문 패턴을 감지하는 방법.
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