TWI590167B - 指紋辨識裝置 - Google Patents

Description

指紋辨識裝置

本發明是有關於一種指紋辨識技術，且特別是有關於一種電容式指紋辨識裝置。

電容式指紋辨識裝置具有尺寸小、成本低等優點，因此廣泛應用在各種電子設備中。電容式指紋辨識裝置包括由多個感測電極所構成的感測陣列，並利用感測電極相對於手指表面之脊紋與溝紋所形成的電容差異來取得指紋影像。然而，感測電極相對於脊紋與溝紋所形成的電容差異並不大。例如，感測電極相對於脊紋與溝紋所形成的電容可能只有0.1fF(femtofarad)和1fF。因此，指紋辨識裝置往往很容易受到環境中之寄生電容的影響，從而無法準確地辨識出指紋，進而降低了指紋辨識裝置的準確度。

本發明提供一種指紋辨識裝置，利用阻抗元件傳送參考訊號至讀取線，且鄰近讀取線之訊號線也接收參考訊號。藉此，將可降低寄生電容對指紋辨識裝置所造成的影響，從而可提升指紋辨識裝置的準確度。

本發明的指紋辨識裝置，包括感測陣列、讀取線、第一訊號源以及第一至第三訊號線。感測陣列包括感測電極，以偵測指紋。讀取線設置在第一金屬層，並電性連接感測電極。第一訊號源產生參考訊號，並透過阻抗元件電性連接至讀取線。感測電極與阻抗元件響應於參考訊號產生感測訊號，且指紋辨識裝置依據感測訊號辨識指紋。第一訊號線與第二訊號線設置在第一金屬層。第三訊號線設置在第二金屬層。讀取線設置在第一訊號線與第二訊號線之間。讀取線於第二金屬層的正投影與第三訊號線於第二金屬層的正投影相互重疊。第一至第三訊號線接收參考訊號。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置更包括開關。其中，開關電性連接在讀取線與感測電極之間。

在本發明的一實施例中，上述的指紋辨識裝置更包括處理電路。其中，處理電路電性連接讀取線。當開關導通時，處理電路透過讀取線接收感測訊號，並將感測訊號轉換成感測資訊。

基於上述，本發明之指紋辨識裝置是利用阻抗元件傳送參考訊號至讀取線，且鄰近讀取線之訊號線也接收參考訊號。藉此，讀取線與訊號線上的訊號準位將可同步變動。如此一來，將可降低寄生電容對指紋辨識裝置所造成的影響，從而可提升指紋辨識裝置的準確度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為依據本發明一實施例之指紋辨識裝置的示意圖。如圖1所示，指紋辨識裝置100包括感測陣列110、阻抗元件121、訊號源122、處理電路130、多個開關141~143、讀取線150以及多個訊號線161~163。其中，阻抗元件121可例如是一電阻，且訊號源122可例如是一訊號產生電路。此外，感測陣列110包括多個感測電極111~113，以偵測使用者的指紋。

更進一步來看，指紋辨識裝置100更包括基底(substrate)170與多個金屬層181~183。其中，金屬層183、金屬層181以及金屬層182依序堆疊在基底170的上方。換言之，金屬層182設置在金屬層181與基底170之間，且金屬層181設置在金屬層183與金屬層182之間。此外，感測電極111~113設置在金屬層183。讀取線150、訊號線161與訊號線612設置在金屬層181。訊號線163設置在金屬層182。

值得注意的是，讀取線150以及訊號線161與162是位在同一金屬層181，且讀取線150設置在訊號線161與162之間。此外，讀取線150與訊號線163是位在不同的金屬層，且讀取線150於金屬層182的正投影與訊號線163於金屬層182的正投影相互重疊。亦即，在訊號線163所在的平面上，讀取線150與訊號線163的正投影是重疊的。換言之，訊號線161與162是設置在讀取線150的兩側。訊號線163是設置在讀取線150的正下方。藉此，訊號線161~163將可環繞在讀取線150的左右兩側以及正下方。

開關141~143與感測電極111~113一對一對應。每一開關電性連接在讀取線150與所對應的感測電極之間。例如，開關141電性連接在讀取線150與感測電極111之間。另一方面，訊號源122透過阻抗元件121電性連接至讀取線150。此外，處理電路130包括放大器131與類比數位轉換器132。其中，放大器131電性連接在讀取線150與類比數位轉換器132之間。

在操作上，使用者的手指可按壓在位於感測陣列110上方的保護層(未繪示岀)上，進而致使感測電極111~113與手指表面形成多個電容。此外，所形成的電容會隨著手指表面上的脊紋與溝紋而具有不同的電容量。舉例來說，脊紋至感測電極的距離不同於溝紋至感測電極的距離。因此，脊紋與感測電極之間所形成的電容大於溝紋與感測電極之間所形成的電容。

此外，手指與感測電極之間的電容可與阻抗元件121形成RC電路(resistor-capacitor circuit)。此外，RC電路可響應於訊號源122所產生的參考訊號產生感測訊號。由於RC電路中的電容可響應於指紋的不同特徵(例如，脊紋與溝紋)而具有不同的電容量，因此RC電路可響應於指紋的不同特徵而產生具有不同準位的感測訊號。藉此，指紋辨識裝置100將可依據感測訊號來辨識使用者的指紋，進而取得指紋影像。

舉例來說，指紋辨識裝置100可依序導通開關141~143，以依序透過感測電極111~113來偵測手指的指紋。例如，當開關141導通，且其餘的開關142~143不導通時，指紋辨識裝置100可透過感測電極111來偵測手指的指紋。此外，圖2為依據本發明一實施例之用以說明利用感測電極來偵測指紋的電路示意圖。如圖2所示，在偵測期間，感測電極111與指紋之間可形成電容CS2，且阻抗元件121與電容CS2可形成一RC電路。此外，讀取線150與訊號線161之間可形成一寄生電容。相似地，讀取線150與訊號線162~163之間也可形成多個寄生電容。其中，圖2中的CP21~CP23用以表示讀取線150與訊號線161~163所形成的寄生電容。

值得注意的是，在一實施例中，指紋辨識裝置100更包括訊號源190。其中，訊號源122與訊號源190是用以產生相同的參考訊號S21，且訊號線161~163接收訊號源190所產生的參考訊號S21。藉此，如圖2所示，寄生電容CP21~CP23的兩端皆是接收參考訊號S21。換言之，在偵測期間，寄生電容CP21~CP23之兩端的電壓差是維持固定不變的，進而致使寄生電容CP21~CP23中的電荷不會產生流動。亦即，在等效上，寄生電容CP21~CP23對於RC電路而言可以視為不存在。如此一來，寄生電容CP21~CP23將不會對阻抗元件121與電容CS2所形成的RC電路造成影響，進而可有效地提升指紋辨識裝置100的準確度。

舉例來說，圖3為依據本發明一實施例之感測訊號的波形示意圖。具體而言，當感測電極111是偵測到指紋中的脊紋時，感測電極111與指紋所形成之電容CS2的電容量可例如是1fF。亦即，當感測電極111偵測到指紋中的脊紋時，RC電路中的電容CS2將可被調整至1fF，進而致使RC電路輸出如曲線310所示的感測訊號S22。另一方面，當感測電極111是偵測到指紋中的溝紋時，感測電極111與指紋所形成之電容CS2的電容量可例如是0.1fF。亦即，當感測電極111偵測到指紋中的溝紋時，RC電路中的電容CS2將可被調整至0.1fF，進而致使RC電路輸出如曲線320所示的感測訊號S22。

具體而言，指紋辨識裝置100中的訊號線161~163環繞在讀取線150的左右兩側以及正下方，且訊號線161~163與讀取線150是接收相同的參考訊號S21。換言之，讀取線150與其周圍之訊號線161~163上的訊號準位是同步變動的。藉此，讀取線150與其周圍之訊號線161~163所形成的寄生電容CP21~CP23將可以視為不存在，進而可有效地提升指紋辨識裝置100的準確度。

相對地，就現有之指紋辨識裝置而言，讀取線與其周圍之訊號線上的訊號往往無法同步變動，進而導致讀取線與其周圍之訊號線所形成的寄生電容影響現有之指紋辨識裝置的操作。舉例來說，圖4為現有技術之感測訊號的波形示意圖，其中曲線410與曲線420分別為現有之指紋辨識裝置因應指紋中的脊紋與溝紋所產生的感測訊號。如曲線410與420所示，在寄生電容的影響下，現有之指紋辨識裝置因應指紋中的脊紋與溝紋所產生的感測訊號將非常地接近，進而導致現有之指紋辨識裝置無法正確地辨識出指紋紋路。

請繼續參照圖1與圖2。處理電路130中的放大器131可放大感測訊號S22，且類比數位轉換器132可將放大後的感測訊號S22轉換成感測資訊。由於阻抗元件121與電容CS2所形成的RC電路可響應於指紋的不同特徵而輸出具有不同準位的感測訊號S22，因此處理電路130也可響應於指紋的不同特徵產生不同的感測資訊。藉此，處理電路130將可參照感測資訊來判別感測電極111所偵測到的指紋是否為脊紋或是溝紋，進而可參照判別結果來產生指紋影像。

更進一步來看，感測陣列110包括相鄰的第一邊緣S11與第二邊緣S12。其中，開關141~143鄰近第一邊緣S11，且處理電路130鄰近第二邊緣S12。亦即，放大器131與類比數位轉換器132鄰近第二邊緣S12。此外，讀取線150沿著感測陣列110的第一邊緣S11與第二邊緣S12延伸。讀取線150、訊號線161與訊號線162相互平行，且讀取線150、訊號線161與訊號線162的形狀為一L型。此外，在一實施例中，感測電極111~113可分別為一金屬板，且讀取線150以及訊號線161~163可分別為一L型金屬線。

綜上所述，本發明之指紋辨識裝置是利用三條訊號線環繞在一條讀取線的左右兩側以及正下方，且所述訊號線與讀取線接收相同的參考訊號。藉此，讀取線與其周圍之訊號線上的訊號準位將可同步變動，進而可以有效地降低讀取線與其周圍之訊號線所形成的寄生電容對指紋辨識裝置所造成的影響，從而提升指紋辨識裝置的準確度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧指紋辨識裝置
110‧‧‧感測陣列
111~113‧‧‧感測電極
121‧‧‧阻抗元件
122、190‧‧‧訊號源
130‧‧‧處理電路
131‧‧‧放大器
132‧‧‧類比數位轉換器
141~143‧‧‧開關
150‧‧‧讀取線
161~163‧‧‧訊號線
170‧‧‧基底
181~183‧‧‧金屬層
S11‧‧‧第一邊緣
S12‧‧‧第二邊緣
CS2‧‧‧電容
CP21~CP23‧‧‧寄生電容
S21‧‧‧參考訊號
S22‧‧‧感測訊號
310、320、410、420‧‧‧曲線

圖1為依據本發明一實施例之指紋辨識裝置的示意圖。 圖2為依據本發明一實施例之用以說明利用感測電極來偵測指紋的電路示意圖。 圖3為依據本發明一實施例之感測訊號的波形示意圖。 圖4為現有技術之感測訊號的波形示意圖。

100‧‧‧指紋辨識裝置

110‧‧‧感測陣列

111~113‧‧‧感測電極

121‧‧‧阻抗元件

122、190‧‧‧訊號源

130‧‧‧處理電路

131‧‧‧放大器

132‧‧‧類比數位轉換器

141~143‧‧‧開關

150‧‧‧讀取線

161~163‧‧‧訊號線

170‧‧‧基底

181~183‧‧‧金屬層

S11‧‧‧第一邊緣

S12‧‧‧第二邊緣

Claims (13)

1. 一種指紋辨識裝置，包括： 一感測陣列，包括一感測電極，以偵測一指紋； 一讀取線，設置在一第一金屬層，並電性連接該感測電極； 一第一訊號源，產生一參考訊號，並透過一阻抗元件電性連接至該讀取線，其中該感測電極與該阻抗元件響應於該參考訊號產生一感測訊號，且該指紋辨識裝置依據該感測訊號辨識該指紋； 一第一訊號線與一第二訊號線，設置在該第一金屬層；以及 一第三訊號線，設置在一第二金屬層，其中該讀取線設置在該第一訊號線與該第二訊號線之間，該讀取線於該第二金屬層的正投影與該第三訊號線於該第二金屬層的正投影相互重疊，且該第一至第三訊號線接收該參考訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，更包括一開關，且該開關電性連接在該讀取線與該感測電極之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述的指紋辨識裝置，更包括： 一處理電路，電性連接該讀取線，其中當該開關導通時，該處理電路透過該讀取線接收該感測訊號，並將該感測訊號轉換成一感測資訊。
4. 如申請專利範圍第3項所述的指紋辨識裝置，其中該感測陣列包括相鄰的一第一邊緣與一第二邊緣，該開關鄰近該第一邊緣，且該處理電路鄰近該第二邊緣。
5. 如申請專利範圍第4項所述的指紋辨識裝置，其中該處理電路包括： 一放大器，鄰近該第二邊緣，並放大該感測訊號；以及 一類比數位轉換器，鄰近該第二邊緣，並將放大後的該感測訊號轉換成該感測資訊。
6. 如申請專利範圍第5項所述的指紋辨識裝置，其中該讀取線沿著該第一邊緣與該第二邊緣延伸，並電性連接該開關與該放大器。
7. 如申請專利範圍第6項所述的指紋辨識裝置，其中該讀取線、該第一訊號線與該第二訊號線相互平行。
8. 如申請專利範圍第7項所述的指紋辨識裝置，其中該讀取線、該第一訊號線與該第二訊號線的形狀分別為一L型。
9. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，其中該指紋辨識裝置更包括一基底，且該第二金屬層設置在該第一金屬層與該基底之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述的指紋辨識裝置，其中該感測電極設置在一第三金屬層，且該第一金屬層設置在該第二金屬層與該第三金屬層之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，其中該感測電極為一金屬板，且該讀取線、該第一訊號線、該第二訊號線與該第三訊號線分別為一L型金屬線。
12. 如申請專利範圍第11項所述的指紋辨識裝置，其中該讀取線、該第一訊號線與該第二訊號線相互平行。
13. 如申請專利範圍第1項所述的指紋辨識裝置，更包括： 一第二訊號源，產生該參考訊號，且該第一至第三訊號線接收該第二訊號源所產生的該參考訊號。