TW201727461A

TW201727461A - 電容式指紋感測裝置

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Publication number: TW201727461A
Application number: TW105143221A
Authority: TW
Inventors: 江昶慶; 李昆倍
Original assignee: 瑞鼎科技股份有限公司
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2017-08-01
Also published as: TWI621985B; CN107016335A

Abstract

一種電容式指紋感測裝置，包含複數個感測電極、感測驅動器及處理模組。於第一自電容感測模式下，感測驅動器選擇相鄰的M個感測電極合併為第一感測電極組進行第一自電容感測，以得到第一自電容指紋感測訊號；於第二自電容感測模式下，感測驅動器選擇相鄰的N個感測電極合併為第二感測電極組進行第二自電容感測，以得到第二自電容指紋感測訊號。M與N為大於1之正整數。處理模組根據第一與第二自電容指紋感測訊號產生第一與第二自電容指紋圖像並合成為第三自電容指紋圖像。相鄰的M個感測電極與相鄰的N個感測電極係共用至少一感測電極。

Description

電容式指紋感測裝置

本發明係與指紋感測有關，尤其是關於一種能夠同時兼顧良好的指紋感測能力與高解析度要求之電容式指紋感測裝置。

隨著科技的進步，電容式指紋感測技術可廣泛地應用於各種電子裝置，尤其是可攜式電子裝置，例如智慧型手機、筆記型電腦及平板電腦等。由於指紋感測技術具有高解析度之要求，在IAFIS規範下，指紋感測晶片需至少具有500dpi的解析能力且其單位感測面積需為50um*50um。

請參照圖1，傳統的指紋感測器陣列(Fingerprint Sensor Array)係由複數個感測電極SE構成，假設各感測電極SE之間的X方向間距與Y方向間距分別為Dx與Dy，當指紋感測驅動器12分別驅動各感測電極SE進行自電容指紋感測時，若是指紋脊按壓於感測電極SE上，則感測電極SE會感測到較大的電容量；若是指紋谷按壓於感測電極SE上，則感測電極SE會感測到較小的電容量。藉此，處理模組14即可根據各感測電極SE所感測到之電容量大小得到在X方向具有1/Dx解析度且在Y方向具有1/Dy解析度之自電容指紋感測圖像，其中自電容指紋感測圖像中之各單位畫素會分別對應各感測電極SE之感測重心位置P。當Dx=Dy=50μm時，自電容指紋感測圖像具有508dpi解析度，故可符合IAFIS對解析度之規範。

傳統的自電容指紋感測技術雖可滿足IAFIS對解析度之規範，但為了避免長時間使用或摩擦造成應用於可攜式電子裝置的指紋感測器之平整度變差而導致指紋感測效果不佳，在指紋感測器上通常會覆蓋有保護層(例如藍寶石玻璃)，由於保護層通常具有一定的厚度(例如100μm)，在此情況下若使用具有500dpi解析度的指紋感測器陣列，則其感測到的電容變化量較低，容易被雜訊所干擾，導致指紋辨識之難度大幅提高；若加大指紋感測器之尺寸(Size)雖可提升電容感測值，但卻也同時導致解析度降低。

由上述可知：傳統所採用的自電容指紋感測技術目前仍難以同時兼顧良好的指紋感測能力與高解析度之要求，亟待克服。

有鑑於此，本發明提出一種電容式指紋感測裝置，以有效解決先前技術所遭遇到之上述種種問題。

根據本發明之一具體實施例為一種電容式指紋感測裝置。於此實施例中，電容式指紋感測裝置可分別操作於一第一自電容感測模式及一第二自電容感測模式下。電容式指紋感測裝置包含複數個感測電極、一感測驅動器及一處理模組。複數個感測電極係以規律性之方式排列。感測驅動器耦接該複數個感測電極，於第一自電容感測模式下，感測驅動器選擇該複數個感測電極中彼此相鄰的M個感測電極合併形成一第一感測電極組來進行一第一自電容感測，以得到一第一自電容指紋感測訊號；於第二自電容感測模式下，感測驅動器選擇該複數個感測電極中彼此相鄰的N個感測電極合併形成一第二感測電極組來進行一第二自電容感測，以得到一第二自電容指紋感測訊號，其中M與N均為大於1之正整數。處理模組耦接感測驅動器，用以分別根據第一自電容指紋感測訊號與第二自電容指紋感測訊號產生一第一自電容指紋圖像與一第二自電容指紋圖像並將第一自電容指紋圖像與第二自電容指紋圖像合成為一第三自電容指紋圖像。其中，形成第一感測電極組之M個感測電極與形成第二感測電極組之N個感測電極係共用至少一感測電極。

於一實施例中，第三自電容指紋圖像沿著至少一方向之解析度大於第一自電容指紋圖像及第二自電容指紋圖像沿著該至少一方向之解析度。

於一實施例中，第一自電容指紋圖像的感測點與第二自電容指紋圖像的感測點係彼此交錯互補，致使第三自電容指紋圖像之解析度高於第一自電容指紋圖像或第二自電容指紋圖像之解析度。

於一實施例中，形成第一感測電極組之M個感測電極係沿著水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相鄰。

於一實施例中，形成第二感測電極組之N個感測電極係沿著水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相鄰。

於一實施例中，形成第一感測電極組之M個感測電極係排列為包含P行感測電極與Q列感測電極之矩陣，其中M為P與Q之乘積。

於一實施例中，形成第二感測電極組之該N個感測電極係排列為包含R行感測電極與S列感測電極之矩陣，其中N為S與T之乘積。

於一實施例中，複數個感測電極具有一幾何形狀。

於一實施例中，複數個感測電極具有相同或不同的尺寸大小或形狀。

於一實施例中，複數個感測電極進行排列的規律性之方式為矩陣排列、三角形排列或交錯排列。

於一實施例中，電容式指紋感測裝置進一步包含一切換模組，耦接於感測驅動器與處理模組之間，切換模組選擇性地切換第一自電容感測模式與第二自電容感測模式並將第一自電容指紋感測訊號與第二自電容指紋感測訊號傳送至處理模組。

於一實施例中，電容式指紋感測裝置進一步包含一放大模組，耦接於切換模組與處理模組之間，用以對第一指紋感測訊號與第二指紋感測訊號進行放大處理後傳送至處理模組。

於一實施例中，於第一自電容感測模式及第二自電容感測模式下，該複數個感測電極中之未進行自電容感測的感測電極係耦接一遮蔽訊號(Shielding signal)，以避免外界雜訊干擾。

於一實施例中，遮蔽訊號為一直流訊號、一交流訊號、一接地訊號或一感測相關訊號。

於一實施例中，電容式指紋感測裝置進一步包含另一感測驅動器，其時序係與感測驅動器互補，該複數個感測電極中之未進行自電容感測的感測電極係透過另一感測驅動器耦接遮蔽訊號。

於一實施例中，電容式指紋感測裝置進一步包含一掃瞄驅動器。掃瞄驅動器係透過複數條掃瞄線分別耦接該複數個感測電極中之複數列感測電極。

於一實施例中，掃瞄驅動器係以連續之順序透過該複數條掃瞄線驅動該複數列感測電極。

於一實施例中，掃瞄驅動器於同一時間僅透過該複數條掃瞄線中之一條掃瞄線驅動該複數列感測電極中之相對應的一列感測電極。

於一實施例中，掃瞄驅動器於同一時間透過該複數條掃瞄線中之至少兩條掃瞄線驅動該複數列感測電極中之相對應的至少兩列感測電極。

於一實施例中，掃瞄驅動器係以不連續之順序透過該複數條掃瞄線驅動該複數列感測電極。

相較於先前技術，根據本發明之電容式指紋感測裝置係分別透過共用至少一感測電極之不同的自電容感測電極組進行自電容感測以分別得到不同的自電容指紋感測圖像，再將該些不同的自電容指紋感測圖像結合為合成指紋感測圖像，使得合成指紋感測圖像沿著至少一方向之解析度會大於不同的自電容指紋感測圖像沿著該至少一方向之解析度。

因此，根據本發明之電容式指紋感測裝置能夠在不犧牲其高解析度的前提下有效提升單位感測電極所感應到的電容量，藉以同時兼顧指紋感測能力與解析度之要求，有效克服傳統的自電容指紋感測技術之缺點與限制。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1、2、2’‧‧‧電容式指紋感測裝置

10、20、21‧‧‧掃瞄驅動器

12、22‧‧‧感測驅動器

14、24‧‧‧處理模組

26‧‧‧切換模組

SE‧‧‧感測電極

Dx‧‧‧感測電極的X方向間距

Dy‧‧‧感測電極的Y方向間距

P1~P25‧‧‧感測重心位置

G1~G6、G1’~G6’‧‧‧掃瞄線

S1~S6‧‧‧感測線

T1~T10‧‧‧時間

GS1~GS6、GS1’~GS6’‧‧‧掃瞄驅動訊號

SS1~SS6‧‧‧感測驅動訊號

L1~L6‧‧‧導線

SHD‧‧‧遮蔽訊號

AR‧‧‧指紋感測器陣列

MUX‧‧‧多工器

IC‧‧‧控制器

HOST‧‧‧主機

AMP‧‧‧放大模組

圖1係繪示傳統的電容式指紋感測裝置之示意圖。

圖2A係繪示根據本發明之一較佳具體實施例的電容式指紋感測裝置之示意圖。

圖2B係繪示操作於第一自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置在時間T1內進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P1~P3的示意圖。

圖2C係繪示操作於第一自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置在時間T2內進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P4~P6的示意圖。

圖2D係繪示操作於第一自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置依序在時間T1~T5內進行自電容感測後所得到之第一自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P1~P15的示意圖。

圖2E係繪示操作於第二自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置在時間T6內進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P16~P17的示意圖。

圖2F係繪示操作於第二自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置在時間T7內進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P18~P19的示意圖。

圖2G係繪示操作於第二自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置依序在時間T6至T10內進行自電容感測後所得到之第二自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P16~P25的示意圖。

圖2H係繪示將電容式指紋感測裝置分別操作於第一自電容感測模式及第二自電容感測模式下所得到的第一自電容指紋感測圖像與第二自電容指紋感測圖像合成為具有感測重心位置P1~P25的第三自電容指紋圖像之示意圖。

圖3A係繪示掃瞄驅動訊號GS1~GS6及感測驅動訊號 SS1~SS6在時間T1~T5內之時序圖。

圖3B係繪示掃瞄驅動訊號GS1~GS6及感測驅動訊號SS1~SS6在時間T6~T10內之時序圖。

圖4A至圖4D係繪示根據本發明之電容式指紋感測裝置的另一實施例。

圖5A至圖5B係繪示根據本發明之電容式指紋感測裝置的另一實施例。

圖6係繪示根據本發明之另一較佳具體實施例的電容式指紋感測裝置包含兩個掃瞄驅動器之示意圖。

圖7係繪示感測驅動訊號SS1~SS6以及彼此反相的掃瞄驅動訊號GS1~GS6與GS1’~GS6’在時間T6~T10內之時序圖。

圖8A至圖8D係繪示感測電極以規律性之方式排列並可具有相同或不同的尺寸大小或形狀之示意圖。

圖9A係繪示指紋感測器陣列AR透過多工器MUX及控制器IC耦接至主機HOST之示意圖。

圖9B係繪示指紋感測器陣列AR透過設置於控制器IC之多工器MUX耦接至主機HOST之示意圖。

圖9C係繪示指紋感測器陣列AR透過多工器MUX、放大模組AMP及控制器IC耦接至主機HOST之示意圖。

根據本發明之一較佳具體實施例為一種電容式指紋感測裝置。於此實施例中，電容式指紋感測裝置至少可分別操作於第一自電容感測模式及第二自電容感測模式下。電容式指紋感測裝置至少包含複數個感測電極、感測驅動器及處理模組。感測驅動器耦接該複數個感測電極。處理模組耦接感測驅動器。該複數個感測電極係以規律性之方式排列。

於第一自電容感測模式下，感測驅動器會由該複數個感測電極中選擇彼此相鄰的M個感測電極合併形成第一感測電極組並驅動第一感測電極組進行第一自電容感測，以得到第一自電容指紋感測訊號，其中該M個感測電極係沿著水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相鄰；於第二自電容感測模式下，感測驅動器會由該複數個感測電極中選擇彼此相鄰的N個感測電極合併形成第二感測電極組並驅動第二感測電極組進行第二自電容感測，以得到第二自電容指紋感測訊號，其中該N個感測電極係沿著水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相鄰。

需說明的是，M與N均為大於1之正整數，並且形成第一感測電極組之M個感測電極與形成第二感測電極組之N個感測電極係共用至少一感測電極。也就是說，感測驅動器在第一自電容感測模式下所驅動進行自電容感測之第一感測電極組中會有一個或多個感測電極在第二自電容感測模式下仍會被感測驅動器驅動進行自電容感測。

接著，再由處理模組分別根據第一自電容指紋感測訊號與第二自電容指紋感測訊號產生第一自電容指紋圖像與第二自電容指紋圖像，並將第一自電容指紋圖像與第二自電容指紋圖像合成為第三自電容指紋圖像。其中，第三自電容指紋圖像沿著至少一方向之解析度會大於第一自電容指紋圖像與第二自電容指紋圖像沿著該至少一方向之解析度。

也就是說，由於第一自電容指紋圖像的感測點與第二自電容指紋圖像的感測點係彼此交錯互補，致使處理模組將第一自電容指紋圖像與第二自電容指紋圖像合成為第三自電容指紋圖像後，合成後的自電容指紋圖像之解析度會比原來的自電容指紋圖像之解析度來得高，故可達到提升指紋感測圖像之解析度的具體功效。

接下來，將透過下列不同的實施例來進一步說明本發明之電容式指紋感測裝置的具體操作方式。

首先，請參照圖2A，圖2A係繪示根據本發明之一較佳具體實施例的電容式指紋感測裝置之示意圖。如圖2A所示，電容式指紋感測裝置2包含掃瞄驅動器20、感測驅動器22、處理模組24、切換模組26及複數個感測電極SE。於此例中，電容式指紋感測裝置2可操作於第一自電容感測模式或第二自電容感測模式下。該複數個感測電極SE係以(6x6)之矩陣形式排列，亦即包含沿垂直方向排列的六行感測電極與沿水平方向排列的六列感測電極。掃瞄驅動器20分別透過掃瞄線G1~G6耦接第一列感測電極~第六列感測電極，且切換模組26分別透過感測線S1~S6耦接第一行感測電極~第六行感測電極並選擇性地切換感測線S1~S6與感測驅動器22耦接或不耦接，但不以此為限。

於實際應用中，掃瞄驅動器20可以連續或不連續之順序透過掃瞄線G1~G6驅動第一列感測電極~第六列感測電極。於同一時間下，掃瞄驅動器20可僅透過某一條掃瞄線(例如掃瞄線G1)驅動相對應的一列感測電極(例如第一列感測電極)，亦可透過至少兩條掃瞄線(例如掃瞄線G1~G2)同時驅動相對應的至少兩列感測電極(例如第一列感測電極~第二列感測電極)，並無特定之限制，端視實際需求而定。

接著，請同時參照圖2B及圖3A。圖2B係繪示操作於第一自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置2在時間T1內進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P1~P3的示意圖；圖3A則繪示掃瞄驅動訊號GS1~GS6及感測驅動訊號SS1~SS6在時間T1內之時序圖。

由圖3A可知：在時間T1內，掃瞄驅動器20分別輸出至掃瞄線G1~G6的掃瞄驅動訊號GS1~GS6中僅有掃瞄驅動訊號GS1及GS2處於高準位，其餘的掃瞄驅動訊號GS3~GS6均處於低準位。也就是說，掃瞄驅動器20在時間T1內僅會開啟分別耦接第一列感測電極與第二列感測電極的掃瞄線G1與G2。至於切換模組26在時間T1內則是會切換感測線S1~S6，使得感測線S1與S2、感測線S3與S4、感測線S5與S6兩兩一組彼此相連並分別耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6均可分別透過感測線S1~S6傳送至第一行感測電極至第六列感測電極。

如圖2B所示，在時間T1內，掃瞄線G1與G2以及感測線S1與S2所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P1；掃瞄線G1與G2以及感測線S3與S4所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P2；掃瞄線G1與G2以及感測線S5與S6所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P3。

同理，請同時參照圖2C及圖3A。圖2C係繪示操作於第一自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置2在時間T2內進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P4~P6的示意圖；圖3A則繪示掃瞄驅動訊號GS1~GS6及感測驅動訊號SS1~SS6在時間T2內之時序圖。

由圖3A可知：在時間T2內，掃瞄驅動器20分別輸出至掃瞄線G1~G6的掃瞄驅動訊號GS1~GS6中僅有掃瞄驅動訊號GS2及GS3處於高準位，其餘的掃瞄驅動訊號GS1、GS4~GS6均處於低準位。也就是說，掃瞄驅動器20在時間T2內僅會開啟分別耦接第二列感測電極與第三列感測電極的掃瞄線G2與G3。至於切換模組26在時間T2內則是會維持感測線S1與S2、感測線S3與S4、感測線S5與S6兩兩一組彼此相連並分別耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6均可分別透過感測線S1~S6傳送至第一行感測電極至第六列感測電極。

如圖2C所示，在時間T2內，掃瞄線G2~G3以及感測線S1~S2所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P4；掃瞄線G2~G3以及感測線S3~S4所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P5；掃瞄線G2~G3以及感測線S5~S6所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P6。

接下來，於時間T3至T5之情形則可依上述類推，於此不另行贅述。

當操作於第一自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置2依序在時間T1~T5完成自電容感測後即可得到如同圖2D所示之第一自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P1~P15，並可由處理模組24根據第一自電容指紋感測訊號得到第一自電容指紋感測圖像。

然後，請同時參照圖2E及圖3B。圖2E係繪示操作於第二自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置2在時間T6進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P16~P17的示意圖；圖3B則繪示掃瞄驅動訊號GS1~GS6及感測驅動訊號SS1~SS6在時間T6內之時序圖。

由圖3B可知：在時間T6內，掃瞄驅動器20分別輸出至掃瞄線G1~G6的掃瞄驅動訊號GS1~GS6中僅有掃瞄驅動訊號GS1及GS2處於高準位，其餘的掃瞄驅動訊號GS3~GS6均處於低準位。也就是說，掃瞄驅動器20在時間T6內僅會開啟分別耦接第一列感測電極與第二列感測電極的掃瞄線G1與G2。至於切換模組26在時間T6內則是會切換感測線S1~S6，使得感測線S2與S3、感測線S4與S5兩兩一組彼此相連並分別耦接至感測驅動器22，但感測線S1及S6則未耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6中僅有感測驅動訊號SS2~SS5會分別透過感測線S2~S5傳送至第二行感測電極至第五列感測電極，至於感測線S1及S6則不會傳輸感測驅動訊號SS1及SS6至第一行感測電極及第六行感測電極。

如圖2E所示，在時間T6內，掃瞄線G1~G2以及感測線S2~S3所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P16；掃瞄線G1~G2以及感測線S4~S5所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P17。

同理，請同時參照圖2F及圖3B。圖2F係繪示操作於第二自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置2在時間T7進行自電容感測所得到之自電容指紋感測訊號具有感測重心位置P18~P19的示意圖；圖3B則繪示掃瞄驅動訊號GS1~GS6及感測驅動訊號SS1~SS6在時間T7內之時序圖。

由圖3B可知：在時間T7內，掃瞄驅動器20分別輸出至掃瞄線G1~G6的掃瞄驅動訊號GS1~GS6中僅有掃瞄驅動訊號GS2及GS3處於高準位，其餘的掃瞄驅動訊號GS1、GS4~GS6均處於低準位。也就是說，掃瞄驅動器20在時間T7內僅會開啟分別耦接第二列感測電極與第三列感測電極的掃瞄線G2~G3。至於切換模組26在時間T7內則是會切換感測線S1~S6，使得感測線S2~S3、感測線S4~S5兩兩一組彼此相連並分別耦接至感測驅動器22，但感測線S1及S6則未耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6中僅有感測驅動訊號SS2~SS5會分別透過感測線S2~S5傳送至第二行感測電極至第五列感測電極，至於感測線S1及S6則不會傳輸感測驅動訊號SS1及SS6至第一行感測電極及第六行感測電極。

如圖2F所示，在時間T7內，掃瞄線G2~G3以及感測線S2~S3所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P18；掃瞄線G2~G3以及感測線S4~S5所對應的四個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P19。

至於在時間T8至T10內之情形則可依上述類推，於此不另行贅述。

當操作於第二自電容感測模式下之電容式指紋感測裝置2依序在時間T6~T10完成自電容感測後即可得到如同圖2G所示之具有感測重心位置P16~P25的第二自電容指紋感測訊號，並可由處理模組24根據第二自電容指紋感測訊號得到第二自電容指紋感測圖像。

接著，如圖2H所示，處理模組24可將電容式指紋感測裝置分別操作於第一自電容感測模式及第二自電容感測模式下所得到的第一自電容指紋感測圖像與第二自電容指紋感測圖像合成為具有感測重心位置P1~P25的第三自電容指紋圖像。比較圖2D、圖2G及圖2H可知：經合成後的第三自電容指紋圖像無論是在水平方向、垂直方向及斜角方向上之解析度均明顯大於原來的第一自電容指紋感測圖像與第二自電容指紋感測圖像在水平方向、垂直方向及斜角方向上之解析度，故應可達到高解析度之要求。

接著，請參照圖4A至圖4D，圖4A至圖4D係繪示根據本發明之電容式指紋感測裝置的另一實施例。

此實施例與前述實施例不同之處在於：當此實施例之電容式指紋感測裝置2操作於第一自電容感測模式下，如圖4A所示，在時間T1內，掃瞄驅動器20輸出至掃瞄線G1~G3的掃瞄驅動訊號GS1~GS3處於高準位，而輸出至掃瞄線G4~G6的掃瞄驅動訊號GS4~GS6均處於低準位，至於切換模組26在時間T1內則是會切換感測線S1~S6，使得感測線S1~S4彼此相連並耦接至感測驅動器22，但感測線S5~S6則未耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6中僅有感測驅動訊號SS1~SS4會分別透過感測線S1~S4傳送至第一行感測電極至第四列感測電極，至於感測線S5~S6則不會傳輸感測驅動訊號SS5~SS6至第五行感測電極及第六行感測電極。因此，在時間T1內，掃瞄線G1~G3以及感測線S1~S4所對應的12個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P1。

同理，當電容式指紋感測裝置2操作於第一自電容感測模式下，如圖4B所示，在時間T2內，掃瞄驅動器20輸出至掃瞄線G2~G4的掃瞄驅動訊號GS2~GS4處於高準位，而輸出至掃瞄線G1、G5~G6的掃瞄驅動訊號GS1、GS5~GS6均處於低準位，至於切換模組26在時間T2內則是維持感測線S1~S4彼此相連並耦接至感測驅動器22以及感測線S5~S6未耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6中僅有感測驅動訊號SS1~SS4會分別透過感測線S1~S4傳送至第一行感測電極至第四列感測電極，至於感測線 S5~S6則不會傳輸感測驅動訊號SS5~SS6至第五行感測電極及第六行感測電極。因此，在時間T2內，掃瞄線G2~G4以及感測線S1~S4所對應的12個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P2。至於在時間T3~T4嫩之情形則可依上述類推，故於此不另行贅述。

另一方面，當電容式指紋感測裝置2操作於第二自電容感測模式下，如圖4C所示，在時間T5內，掃瞄驅動器20輸出至掃瞄線G1~G3的掃瞄驅動訊號GS1~GS3處於高準位，而輸出至掃瞄線G4~G6的掃瞄驅動訊號GS4~GS6均處於低準位，至於切換模組26在時間T5內則是會切換感測線S1~S6，使得感測線S2~S5彼此相連並耦接至感測驅動器22，但感測線S1及S6則未耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6中僅有感測驅動訊號SS2~SS5會分別透過感測線S2~S5傳送至第二行感測電極至第五列感測電極，至於感測線S1及S6則不會傳輸感測驅動訊號SS1及SS6至第一行感測電極及第六行感測電極。因此，在時間T5內，掃瞄線G1~G3以及感測線S2~S5所對應的12個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P5。

同理，當電容式指紋感測裝置2操作於第二自電容感測模式下，如圖4D所示，在時間T6內，掃瞄驅動器20輸出至掃瞄線G2~G4的掃瞄驅動訊號GS2~GS4處於高準位，而輸出至掃瞄線G1、G5~G6的掃瞄驅動訊號GS1、GS5~GS6均處於低準位，至於切換模組26在時間T6內則是會維持感測線S2~S5彼此相連並耦接至感測驅動器22以及感測線S1及S6未耦接至感測驅動器22之狀態不變，所以感測驅動訊號SS1~SS6中僅有感測驅動訊號SS2~SS5會分別透過感測線S2~S5傳送至第二行感測電極至第五列感測電極，至於感測線S1及S6則不會傳輸感測驅動訊號SS1及SS6至第一行感測電極及第六行感測電極。因此，在時間T6內，掃瞄線G2~G4以及感測線S2~S5所對應的12個感測電極會互相電連接為感測電極組並具有感測重心位置P6。至於時間T7~T8之情形則可依上述類推，故於此不另行贅述。

同樣地，處理模組24可將電容式指紋感測裝置2分別操作於第一自電容感測模式及第二自電容感測模式下所得到的第一自電容指紋感測圖像與第二自電容指紋感測圖像合成為具有較高解析度之第三自電容指紋圖像。

接著，請參照圖5A至圖5B，圖5A至圖5B係繪示根據本發明之電容式指紋感測裝置的另一實施例。

如圖5A所示，當此實施例之電容式指紋感測裝置2操作於第一自電容感測模式下，在時間T1內，掃瞄驅動器20輸出至掃瞄線G1~G3的掃瞄驅動訊號GS1~GS3處於高準位，而輸出至掃瞄線G4~G6的掃瞄驅動訊號GS4~GS6均處於低準位，至於切換模組26在時間T1內則是會切換感測線S1~S6，使得感測線S1~S3、S4~S6分別相連並耦接至感測驅動器22，所以感測驅動訊號SS1~SS6會分別透過感測線S1~S6傳送至第一行感測電極至第六列感測電極。因此，在時間T1內，掃瞄線G1~G3以及感測線S1~S3 所對應的9個感測電極會互相電連接為一感測電極組並具有感測重心位置P1，並且掃瞄線G1~G3以及感測線S4~S6所對應的9個感測電極會互相電連接為另一感測電極組並具有感測重心位置P2。

同理，如圖5B所示，在時間T2內，掃瞄驅動器20輸出至掃瞄線G3~G5的掃瞄驅動訊號GS3~GS5處於高準位，而輸出至掃瞄線G1~G2、G6的掃瞄驅動訊號GS1~GS2、GS6處於低準位，至於切換模組26在時間T2內則是會維持感測線S1~S3、S4~S6分別相連並耦接至感測驅動器22之狀態，所以感測驅動訊號SS1~SS6會分別透過感測線S1~S6傳送至第一行感測電極至第六列感測電極。因此，在時間T2內，掃瞄線G3~G5以及感測線S1~S3所對應的9個感測電極會互相電連接為一感測電極組並具有感測重心位置P3，並且掃瞄線G3~G5以及感測線S4~S6所對應的9個感測電極會互相電連接為另一感測電極組並具有感測重心位置P4。

接下來，請參照圖6，圖6係繪示電容式指紋感測裝置2’包含兩個掃瞄驅動器20及21之一實施例。於此實施例中，如圖6所示，電容式指紋感測裝置2’包含兩個掃瞄驅動器20~21、感測驅動器22、處理模組24、切換模組26及複數個感測電極SE。該複數個感測電極SE係以(6x6)之矩陣形式排列。電容式指紋感測裝置2可操作於第一自電容感測模式或第二自電容感測模式下。掃瞄驅動器20與21之時序係彼此互補，亦即掃瞄驅動器20與21所發出之掃瞄驅動訊號係彼此反相。

切換模組26分別透過感測線S1~S6耦接第一行感測電極~第六行感測電極並選擇性地切換感測線S1~S6與感測驅動器22耦接或不耦接。掃瞄驅動器20分別透過掃瞄線G1~G6耦接第一列感測電極~第六列感測電極，並且掃瞄線G1~G6與感測線S1~S6會分別耦接該複數個感測電極SE上。第一行感測電極~第六行感測電極分別透過導線L1~L6耦接遮蔽訊號(Shielding signal)SHD。當掃瞄驅動器21分別透過掃瞄線G1’~G6’耦接第一列感測電極~第六列感測電極時，掃瞄線G1’~G6’與導線L1~L6會分別耦接該複數個感測電極SE上，但不以此為限。

此外，切換模組26亦耦接遮蔽訊號SHD。當切換模組26選擇性地切換感測線S1~S6與感測驅動器22耦接或不耦接時，感測線S2與S3、感測線S4與S5係兩兩一組彼此相連並分別耦接至感測驅動器22，以分別驅動第二行感測電極~第三行感測電極、第四行感測電極~第五行感測電極進行自電容感測；至於感測線S1與S6則未耦接至感測驅動器22，代表第一行感測電極與第六行感測電極並未被驅動進行自電容感測。

於實際應用中，為了要避免未進行自電容感測的第一行感測電極與第六行感測電極受到外界雜訊之干擾，可將未耦接至感測驅動器22的感測線S1與S6透過掃瞄驅動器21或切換模組26耦接至遮蔽訊號SHD，並且遮蔽訊號SHD可以是直流訊號、交流訊號、接地訊號或感測相關訊號，但不以此為限。

請參照圖7，圖7係繪示感測驅動訊號SS1~SS6以及彼此反相的掃瞄驅動訊號GS1~GS6與GS1’~GS6’及在時間T6~T10之時序圖。由於掃瞄驅動器20與21之時序彼此互補，因此，掃瞄驅動器20所發出的掃瞄驅動訊號GS1會與掃瞄驅動器21所發出的掃瞄驅動訊號GS1’彼此反相；掃瞄驅動器20所發出的掃瞄驅動訊號GS2會與掃瞄驅動器21所發出的掃瞄驅動訊號GS2’彼此反相；其餘可依此類推，故於此不另行贅述。

接著，請參照圖8A至圖8D。由圖8A至圖8D可知：感測電極SE係以規律性之方式排列並可具有相同或不同的尺寸大小或形狀，並無特定之限制。舉例而言，感測電極SE之形狀不限於前面實施例中之方形，亦可以是圖8A中之平行四邊形、圖8B中之六邊形、圖8C中之圓形、圖8D中之圓形三角形或其他幾何形狀，只要是以規律方式排列而成即可。

亦請參照圖9A至圖9C。如圖9A所示，指紋感測器陣列AR可透過多工器MUX與控制器IC耦接至主機HOST，以由主機HOST處理控制器IC所接收的指紋感測訊號；如圖9B所示，指紋感測器陣列AR可透過整合於控制器IC內的多工器MUX耦接至主機HOST；如圖9C所示，在多工器MUX與控制器IC之間亦可設置有放大模組AMP，實際上，放大模組AMP可製作於玻璃基板上或是整合於控制器IC內，但不以此為限。

相較於先前技術，根據本發明之電容式指紋感測裝置係分別透過共用至少一感測電極之不同的自電容感測電極組進行自電容感測，以分別得到不同的自電容指紋感測圖像，再將該些不同的自電容指紋感測圖像結合為合成指紋感測圖像，使得合成指紋感測圖像沿著至少一方向之解析度會大於不同的自電容指紋感測圖像沿著該至少一方向之解析度。

由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

2‧‧‧電容式指紋感測裝置

20‧‧‧掃瞄驅動器

22‧‧‧感測驅動器

24‧‧‧處理模組

26‧‧‧切換模組

SE‧‧‧感測電極

P1~P25‧‧‧感測重心位置

G1~G6‧‧‧掃瞄線

S1~S6‧‧‧感測線

Claims

一種電容式指紋感測裝置，可分別操作於一第一自電容感測模式及一第二自電容感測模式下，該電容式指紋感測裝置包含：複數個感測電極，係以規律性之方式排列；一感測驅動器，耦接該複數個感測電極，於該第一自電容感測模式下，該感測驅動器選擇該複數個感測電極中彼此相鄰的M個感測電極合併形成一第一感測電極組來進行一第一自電容感測，以得到一第一自電容指紋感測訊號；於該第二自電容感測模式下，該感測驅動器選擇該複數個感測電極中彼此相鄰的N個感測電極合併形成一第二感測電極組來進行一第二自電容感測，以得到一第二自電容指紋感測訊號，其中M與N均為大於1之正整數；以及一處理模組，耦接該感測驅動器，用以分別根據該第一自電容指紋感測訊號與該第二自電容指紋感測訊號產生一第一自電容指紋圖像與一第二自電容指紋圖像並將該第一自電容指紋圖像與該第二自電容指紋圖像合成為一第三自電容指紋圖像；其中，形成該第一感測電極組之該M個感測電極與形成該第二感測電極組之該N個感測電極係共用至少一感測電極。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中該第三自電容指紋圖像沿著至少一方向之解析度大於該第一自電容指紋圖像及該第二自電容指紋圖像沿著該至少一方向之解析度。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中該第一自電容指紋圖像的感測點與該第二自電容指紋圖像的感測點係彼此交錯互補，致使該第三自電容指紋圖像之解析度高於該第一自電容指紋圖像或該第二自電容指紋圖像之解析度。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中形成該第一感測電極組之該M個感測電極係沿著水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相鄰。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中形成該第二感測電極組之該N個感測電極係沿著水平方向、垂直方向或斜角方向彼此相鄰。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中形成該第一感測電極組之該M個感測電極係排列為包含P行感測電極與Q列感測電極之矩陣，其中M為P與Q之乘積。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中形成該第二感測電極組之該N個感測電極係排列為包含R行感測電極與S列感測電極之矩陣，其中N為S與T之乘積。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中該複數個感測電極具有一幾何形狀。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中該複數個感測電極具有相同或不同的尺寸大小或形狀。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中該複數個感測電極進行排列的規律性之方式為矩陣排列、三角形排列或交錯排列。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，進一步包含：一切換模組，耦接於該感測驅動器與該處理模組之間，該切換模組選擇性地切換該第一自電容感測模式與該第二自電容感測模式並將該第一自電容指紋感測訊號與該第二自電容指紋感測訊號傳送至該處理模組。
如申請專利範圍第11項所述之電容式指紋感測裝置，進一步包含：一放大模組，耦接於該切換模組與該處理模組之間，用以對該第一指紋感測訊號與該第二指紋感測訊號進行放大處理後傳送至該處理模組。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，其中於該第一自電容感測模式及該第二自電容感測模式下，該複數個感測電極中之未進行自電容感測的感測電極係耦接一遮蔽訊號(Shielding signal)，以避免外界雜訊干擾。
如申請專利範圍第13項所述之電容式指紋感測裝置，其中該遮蔽訊號為一直流訊號、一交流訊號、一接地訊號或一感測相關訊號。
如申請專利範圍第13項所述之電容式指紋感測裝置，進一步包含：另一感測驅動器，其時序係與該感測驅動器互補，該複數個感測電極中之未進行自電容感測的感測電極係透過該另一感測驅動器耦接該遮蔽訊號。
如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋感測裝置，進一步包含：一掃瞄驅動器，係透過複數條掃瞄線分別耦接該複數個感測電極中之複數列感測電極。
如申請專利範圍第16項述之電容式指紋感測裝置，其中該掃瞄驅動器係以連續之順序透過該複數條掃瞄線驅動該複數列感測電極。
如申請專利範圍第17項所述之電容式指紋感測裝置，其中該掃瞄驅動器於同一時間僅透過該複數條掃瞄線中之一條掃瞄線驅動該複數列感測電極中之相對應的一列感測電極。
如申請專利範圍第18項所述之電容式指紋感測裝置，其中該掃瞄驅動器於同一時間透過該複數條掃瞄線中之至少兩條掃瞄線驅動該複數列感測電極中之相對應的至少兩列感測電極。
如申請專利範圍第16項所述之電容式指紋感測裝置，其中該掃瞄驅動器係以不連續之順序透過該複數條掃瞄線驅動該複數列感測電極。
如申請專利範圍第20項所述之電容式指紋感測裝置，其中該掃瞄驅動器於同一時間僅透過該複數條掃瞄線中之一條掃瞄線驅動該複數列感測電極中之相對應的一列感測電極。
如申請專利範圍第20項所述之電容式指紋感測裝置，其中該掃瞄驅動器於同一時間透過該複數條掃瞄線中之至少兩條掃瞄線驅動該複數列感測電極中之相對應的至少兩列感測電極。