TWI606403B - 用以偵測手指是否出現並感測指紋型態的方法及裝置 - Google Patents

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Description

用以偵測手指是否出現並感測指紋型態的方法及裝置
本發明關於一種指紋感測裝置以及關於一種感測指紋型態的方法。
各種類型的生物量測系統的使用越來越頻繁，以便用於提高安全性及/或增加使用者便利性。
明確地說，指紋感測系統便因為它們的小形狀因子、高效能、以及高使用者接受度的關係而被採用於消費性電子裝置之中。
為提供低能量消耗的指紋感測系統，該指紋感測系統應該僅在有手指在該指紋感測系統之中所包括的指紋感測裝置上時才運作。另一方面，該指紋感測系統則可能必須獨立地判斷手指是否出現在該指紋感測裝置上並且必須在該手指被放置在該指紋感測裝置上時感測該手指的指紋型態。
US 8 031 046揭示一種指紋感測裝置，其中，多個指紋感測電極可以被匯流排連接在一起並且被連接至一通常保持導通的有匯流排連接的電極放大器。一取樣與保持以及解碼器電路被連接至該些有匯流排連接的電極放大器並且可能會從該有匯流排連接的電極群處輸出一平均功 率，該平均功率會與一臨界位準作比較。倘若平均功率高於臨界位準的話，其便會判定該手指存在，並且會獲取一指紋影像。
US 8 031 046所提出的解決方案雖然看似已提供一種相當節省能量的手指偵測功能；不過，仍然有改良的空間。
有鑑於上面提及和先前技術的其它缺點，本發明的目的便係達成一種改良的指紋感測裝置以及一種感測指紋型態的方法，明確地說，本發明的目的係為該指紋感測裝置提供更為節省能量的操作。
所以，根據本發明的第一項觀點，本發明提供一種利用一指紋感測裝置來感測手指的指紋型態的方法，該指紋感測裝置包括：一感測元件陣列，用以感測該指紋型態；一導電的手指偵測結構；手指偵測電路系統，其被連接至該手指偵測結構，以便提供一手指偵測訊號，用以表示該手指偵測結構與該手指之間的電容性耦合；以及操作控制電路系統，其被連接至該些感測元件，以便啟動該些感測元件用以感測該指紋型態，並且該操作控制電路系統會被連接至該手指偵測電路系統，以便估算該手指偵測訊號。該方法包括下面步驟：比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第一電容性耦合的第一臨界值，以及比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第二電容性耦合的第二臨界值，該第二電容性耦合強於該第一電容性耦合；以及當該手指偵測訊號從一表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合的第一數值改變成一表示電容性耦合強於該第二電容性耦合的第二數值時，啟動該些感測元件中的至少一子集，用以感測該指紋型態的至少一部分。
舉例來說，該些感測元件可以為電容性感測元件，每一個感測元件皆會提供一量測值，用以表示介於該特殊感測元件與一觸碰該感測器表面的手指表面之間的電容性耦合。位在對應於該指紋中之紋脊(ridge)的位置處的感測元件所呈現之和該手指的電容性耦合會強於位在對應於該指紋中之紋谷(valley)的位置處的感測元件。
然而，本發明的各種實施例並沒有受限於包括運用特殊指紋感測技術之感測元件的指紋感測裝置，舉例來說，其同樣可應用於光學式指紋感測器、熱學式指紋感測器、或是壓電式指紋感測器等。
「啟動」一感測元件(或是該些感測元件中的一子集)一詞應該被理解為控制該感測元件，使其從該感測元件沒有提供指紋型態感測訊號的沒有作用狀態轉變成該感測元件提供此感測訊號的有作用狀態。
該指紋感測裝置還可以包括額外的電路系統，用以操作在由該些感測元件所提供的感測訊號上。此額外的電路系統(舉例來說，其可能包含取樣電路系統以及類比至數位轉換電路系統)同樣可以響應於和上面提及的第一臨界值與第二臨界值有關的手指偵測訊號的行為而由該操作控制電路系統來啟動。
舉例來說，該手指偵測訊號以及該些第一臨界值與第二臨界值可以為用以表示一電壓的類比數值或數位數值，其可能和由該手指(或是位於該手指偵測結構附近的其它導體性物件)、該手指偵測結構、以及介於它們之間的介電材料所建構的電容器的電容成正比。
經感測的指紋型態可以使用於各種用途中，例如，生物註冊或生物鑑定、或是以指紋型態為基礎的瀏覽等。
本發明的基礎在於發現藉由下面方式能夠達成更精確的手指偵測：提供至少一手指偵測結構以及被連接至該至少一手指偵測結構的專屬手指偵測電路系統；以及以將她/他的手指放置在該指紋感測裝置的表面上的使用者的行為為基準來調適用於啟動該指紋感測裝置的條件。明確地說，本案發明人已經發現手指接近感測器表面和可能發生的其它情況(例如，當包括該指紋感測裝置的電子裝置和導體性的物品一起位於口袋或皮包之中時)明顯不同。
進一步言之，已經發現到的係，利用表示相對微弱電容性耦合(和該感測器表面相隔相對大的距離一「位在該感測器表面附近」)的第一臨界值以及表示相對強烈電容性耦合(和該感測器表面相隔相對短的距離一「和該感測器表面接觸」)的第二臨界值便能夠至少約略區分上面提及的手指接近和其它情況。
在該指紋感測裝置被啟動之前藉由要求必須從非常微弱電容性耦合(「位在附近」)改變成非常強烈電容性耦合(「接觸」)，可以避免發生各種不必要的啟動情況。舉例來說，可以避免因為該感測器表面和皮膚或是另一導體性物件之間的持續性接觸或是因為在接觸事件之間有間歇性接觸沒有充分移除的關係而啟動該指紋感測裝置。舉例來說，該第一臨界值可以經過選擇用以表示非常低的電容性耦合，以便使得當該指紋感測裝置位於使用者的口袋之中時由該手指偵測電路系統所表示的電容性耦合可能會比較強烈。其意義為，只要該指紋感測裝置在該口袋之中，該些感測元件便不會被啟動。
為進一步改良手指偵測的可靠度，該啟動步驟僅在該手指偵 測訊號於一短於第一事先定義時間持續長度的時間持續長度內從該第一數值改變成該第二數值時才可以被實行。
本案發明入已經發現，決定要刻意將她/他的手指放置在該指紋感測器上的使用者實際上係以介於偵測到手指位於該感測器表面附近以及偵測到該手指接觸該感測器表面之間的時間短於一特定時間的方式來將她/他的手指放置在該指紋感測器上(例如，短於約十分之一秒)。
為避免響應於被偵測到的雜訊訊號而錯誤地表示手指已經被偵測到，有利的方式係在典型的手指接近以及典型的雜訊訊號之間使用時標差。為達成此目的，可能會額外要求手指偵測訊號從第一數值改變成第二數值的上面提及的時間持續長度必須長於一給定的時間持續長度，例如，長於百分之一秒。
為更進一步改良手指偵測的可靠度，可能必須在手指偵測訊號從第一數值改變成第二數值之前於一大於第二時間持續長度(其可以為事先定義或是以動態方式來決定)的時間持續長度中表示電容性耦合弱於第一電容性耦合時額外地啟動該指紋感測裝置。
據此，導體性物件在兩次接近之間以短於真實手指擺放事件的可實行及/或可能時間的時間接近感測器表面的情況便能夠和真實手指擺放事件作區分，並且能夠防止不必要(部分)啟動該指紋感測裝置。
優點係，上面提及的第二事先定義時間持續長度可以大於一秒。
為在啟動感測元件之前更進一步改良手指擺放事件的認證結果，以便獲取至少一個部分指紋影像，該手指偵測訊號可能必須在該些 感測元件被啟動之前先表示一事先定義的最小手指接觸時間持續長度。為達成此目的，該啟動步驟僅在該手指偵測訊號於一長於第三事先定義時間持續長度的時間持續長度中表示電容性耦合強於第二電容性耦合時才可以被實行。
研究顯示，優點係，該第三事先定義時間持續長度可以大於10毫秒，以便促進獲取一良好的指紋影像。
再者，根據不同的實施例，該指紋感測裝置可以包括至少一第一導電手指偵測結構以及一第二導電手指偵測結構，每一個導電手指偵測結構皆被連接至該手指偵測電路系統，而且該方法可以進一步包括下面的步驟：估算用以表示介於該第一手指偵測與該手指之間的電容性耦合的第一手指偵測訊號；以及估算用以表示介於該第二手指偵測與該手指之間的電容性耦合的第二手指偵測訊號。於此些實施例中，該啟動步驟僅在該第一手指偵測訊號以及該第二手指偵測訊號中的每一者從該第一數值改變成該第二數值時才可以被實行。
於此些實施例中，來自該指紋感測裝置之不同區域的資訊可以被估算，以便在啟動感測元件之前進一步認證該手指擺放事件。
上面提及的第一臨界值雖然可以為一事先定義的數值；然而，根據不同的實施例，該第一臨界值亦可以該手指偵測訊號的估算結果為基礎來決定。明確地說，根據本發明實施例的方法可以包括下面步驟：估算該手指偵測訊號，以便決定該手指偵測訊號的雜訊位準；以及以該雜訊位準為基礎來決定該第一臨界位準。該指紋感測裝置的操作控制電路系統的此校正作業可以配合該指紋感測裝置的生產來進行及/或配合包括該指 紋感測裝置的電子裝置的生產來進行，及/或在該指紋感測裝置的使用期間來進行。
為改良在判定可能已經發生手指擺放事件時所進行的指紋獲取的品質，可以使用該手指偵測訊號來決定該些感測元件的至少一設定值。舉例來說，對應於該電容性耦合之局部最大值的手指偵測訊號的數值可被用來決定設定值，例如，包括該些感測元件以及任何進一步功能性器件(例如，取樣與保持電路系統以及類比至數位轉換電路系統)的量測鏈路的偏移及/或增益。舉例來說，取樣時序可以該手指偵測訊號為基礎來決定。
根據不同的實施例，優點係，該啟動步驟可以包括下面的步驟：當該手指偵測訊號從第一數值改變成第二數值時啟動該些感測元件中的一子集；估算由該子集所產生的部分影像；以及當該部分影像的估算結果表示一手指能夠被該指紋感測裝置感測到時，啟動該感測元件陣列之中的所有感測元件，以便感測該指紋型態。
於此些實施例中，整個感測器僅在部分影像的分析結果確認實際上有手指在該感測器上時才可能被啟動。
根據本發明的第二項觀點，本發明提供一種用於感測手指的指紋型態的指紋感測裝置，該指紋感測裝置包括：一感測元件陣列，用以感測該指紋型態；一導電的手指偵測結構；手指偵測電路系統，其被連接至該手指偵測結構，以便提供一手指偵測訊號，用以表示該手指偵測結構與該手指之間的電容性耦合；以及操作控制電路系統，其被連接至該些感測元件並且被連接至該手指偵測電路系統。該操作控制電路系統係用於：比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第一電容性 耦合的第一臨界值，以及比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第二電容性耦合的第二臨界值，該第二電容性耦合強於該第一電容性耦合；以及當該手指偵測訊號從一表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合的第一數值改變成一表示電容性耦合強於該第二電容性耦合的第二數值時，啟動該些感測元件中的至少一子集，用以感測該指紋型態。
該操作控制電路系統可被實現為硬體及/或在一或數個處理器上運行的軟體。
如上面的進一步提及，優點係，在該感測元件陣列之中的感測元件可以為電容性感測元件，每一個感測元件皆包括一導體性的感測結構(例如，金屬板)以及一電荷放大器，該電荷放大器被連接至該感測結構用以響應於介於該手指(或是其它導體性物件)與該感測結構之間的電位差變化而提供一輸出訊號，以便表示由該感測結構所攜載的電荷的變化。
優點係，該手指偵測結構可以金屬板的形式來提供，該金屬板實質上大於(較大的面積)一感測元件之中所包括的感測結構。舉例來說，該手指偵測結構可以為一感測結構的至少20倍大，或者，更佳的係，至少100倍大。因此，介於該手指偵測結構以及該可能的手指之間的電容性耦合會相應地強過介於一感測結構以及該可能的手指之間的電容性耦合。
根據實施例，該指紋感測裝置可以包括至少一第一手指偵測結構以及一第二手指偵測結構。此些手指偵測結構可以協同操作，或者可以用於達成冗餘目的。舉例來說，倘若其判定一導體性結構(例如，感測器玻璃框)已經被排列成太靠近該些手指偵測結構中的其中一者的話，該手指偵測結構便會被關閉，俾使得其不會用於手指偵測。
為提供精確的手指偵測並且提高總是有至少其中一個手指偵測結構不會受到一相鄰的導體性結構干擾的機率，該些手指偵測結構可以被排列在該感測元件陣列的相反側邊。舉例來說，該感測元件陣列可以為矩形，並且分開的手指偵測結構可以被排列在該感測元件陣列的二或更多個側邊上。
再者，根據不同的實施例，該手指偵測電路系統可以包括：一電荷放大器，其包含一被連接至該手指偵測結構的第一輸入、一第二輸入、以及一用於提供該手指偵測訊號的輸出；一回授電容器，其被連接在該第一輸入與該輸出之間；以及至少一放大器級，其位於該些第一輸入與第二輸入以及該輸出之間，其中，該電荷放大器被配置成使得位在該第一輸入處的電位實質上會隨動於位在該第二輸入處的電位。
位在該第一輸入(經常被稱為「負」輸入)處的電位隨動於位在該第二輸入(經常被稱為「正」輸入)處的電位應該被理解為意謂著位在該第二輸入處的電位的改變會導致位在該第一輸入處的電位的實質對應改變。端視該電荷放大器的真實配置而定，位在該第一輸入處的電位可以實質上和位在該第二輸入處的電位相同；或者，在該些第一輸入與第二輸入之間可以有一實質上恆定的電壓差。舉例來說，倘若在該電荷放大器中的放大器級為一具有單感測電晶體的單級放大器的話，那麼，該電位差則可以為該感測電晶體的閘極-源極電壓。
再者，該操作控制電路系統可以包括：手指偵測估算電路系統；以及影像獲取控制電路系統。其中，該手指偵測估算電路系統被連接至該手指偵測電路系統並且被連接至該影像獲取控制電路系統，以便：接 收該手指偵測訊號；比較該手指偵測訊號與表示該第一電容性耦合的第一臨界值，以及比較該手指偵測訊號與表示該第二電容性耦合的第二臨界值；當該手指偵測訊號從一表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合的第一數值改變成一表示電容性耦合強於該第二電容性耦合的第二數值時，提供一訊號給該影像獲取控制電路系統，用以表示已經偵測到手指。且其中，該影像獲取控制電路系統被連接至該手指偵測估算電路系統並且被連接至該些感測元件，以便：從該手指偵測估算電路系統處接收該表示已經偵測到該手指的訊號；以及控制該些感測元件中的至少一子集，用以獲取一代表該指紋型態的至少一部分的代表符。
本發明的此第二項觀點的進一步實施例以及經由本發明的此第二項觀點所達成的效應大部分類同於上面針對本發明的第一項觀點所述的實施例以及效應。
綜上所述，本發明係關於一種利用一指紋感測裝置來感測手指的指紋型態的方法，該指紋感測裝置包括：一感測元件陣列；一導電的手指偵測結構；以及手指偵測電路系統，其被連接至該手指偵測結構，以便提供一手指偵測訊號，用以表示該手指偵測結構與該手指之間的電容性耦合。該方法包括下面步驟：比較該手指偵測訊號與一表示第一電容性耦合的第一臨界值，以及比較該手指偵測訊號與一表示第二電容性耦合的第二臨界值，該第二電容性耦合強於該第一電容性耦合；以及當該手指偵測訊號從一表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合的第一數值改變成一表示電容性耦合強於該第二電容性耦合的第二數值時，啟動該些感測元件中的至少一子集。
1‧‧‧行動電話
2‧‧‧指紋感測裝置
4a‧‧‧手指偵測結構
4b‧‧‧手指偵測結構
4c‧‧‧手指偵測結構
4d‧‧‧手指偵測結構
5‧‧‧感測器陣列
6‧‧‧電源供應介面
7‧‧‧通訊介面
8‧‧‧感測元件
9‧‧‧手指偵測器電路
10‧‧‧操作控制電路系統
11‧‧‧手指
12‧‧‧影像獲取控制電路
13‧‧‧保護性的介電質頂層
14‧‧‧手指偵測估算電路
17‧‧‧金屬板
18‧‧‧電荷放大器
19‧‧‧激昇訊號提供電路系統
21‧‧‧選擇切換器
24‧‧‧運算放大器(op amp)
25‧‧‧第一輸入(負輸入)
26‧‧‧第二輸入(正輸入)
27‧‧‧輸出
29‧‧‧回授電容器
30‧‧‧重置電路系統
33‧‧‧讀出線路
36‧‧‧多工器
37‧‧‧取樣與保持電路
38‧‧‧類比至數位轉換器
44‧‧‧運算放大器(op amp)
45‧‧‧第一輸入(負輸入)
46‧‧‧第二輸入(正輸入)
47‧‧‧輸出
49‧‧‧回授電容器
50‧‧‧重置電路系統
Sd‧‧‧手指偵測訊號
Vs‧‧‧感測電壓訊號
現在將參考顯示本發明之範例實施例的隨附圖式來更詳細說明本發明的前述與其它觀點，其中：圖1概略圖解根據本發明一範例實施例的指紋感測裝置的應用；圖2概略顯示圖1中的指紋感測裝置；圖3所示的係圖2中的指紋感測裝置的方塊圖；圖4所示的係圖3中的指紋感測裝置的一部分的概略剖視圖；圖5概略圖解根據本發明一實施例的方法的流程圖；以及圖6概略顯示手指偵測訊號的範例。
圖1概略圖解根據本發明一範例實施例的指紋感測裝置的應用，其形式為一具有整合式指紋感測裝置2的行動電話1。舉例來說，指紋感測裝置2可被用於解鎖該行動電話1及/或用於授權進行利用該行動電話所實行的交易等。
圖2概略顯示圖1中的行動電話1之中所包括的指紋感測裝置2。如在圖2中所看見，該指紋感測裝置2包括一感測器陣列5以及手指偵測結構4a至d。圖2中雖然並未顯示；不過，該指紋感測裝置2進一步包括一電源供應介面6以及一通訊介面7。該感測器陣列5包括大量的感測元件8(為避免造成圖面混亂，圖中僅配合一元件符號顯示該些感測元件中的其中一者)，每一個感測元件8皆為可控制，以便感測介於該感測元件8之中所包括的一感測結構以及接觸該感測器陣列5的頂端表面的手指的表面之間的距離。
在一由電池供電的電子裝置之中，例如，圖1中的行動電話1，最重要的便係保持各種子系統(其包含該指紋感測裝置2)的能量消耗越低越好。明確地說，在一給定的時間週期期間沒有被使用的子系統在該時間週期期間的能量消耗應該為零或者接近零。
所以，圖2中雖然並未顯示；不過，圖2中的指紋感測裝置2還具備用於判斷是否有手指出現在該指紋感測裝置上並且用以在判定有手指出現時啟動該指紋感測裝置的電路系統，使得該指紋感測裝置能夠在手指偵測事件之間處於非常低的功率狀態之中。
參考圖3中的方塊圖，除了圖2中所示的感測器陣列5以及手指偵測結構4a至d之外，該指紋感測裝置2還包括一手指偵測器電路9以及一操作控制電路系統10，該操作控制電路系統10包含一手指偵測估算電路14以及一影像獲取控制電路12。該手指偵測器電路9被連接至手指偵測結構4a，用以提供一手指偵測訊號Sd，以便表示介於該手指偵測結構4a以及一接近該手指偵測結構4a的物件(例如，手指)之間的電容性耦合。在圖3中僅顯示該些手指偵測結構4a中的其中一者。額外的手指偵測結構4b至d可以全部被連接至同一個手指偵測器電路9，或者，每一個手指偵測結構可以被連接至其自己的手指偵測器電路。
如圖3中概略顯示，該手指偵測估算電路14係被連接至該手指偵測器電路9並且被連接至該影像獲取控制電路12。該影像獲取控制電路12則被連接至該感測器陣列5。
下面將額外參考圖5中的流程圖以及圖6中的圖式來進一步說明圖2以及圖3中的指紋感測裝置2的示範性操作。然而，在此之前將 先參考圖4來說明該手指偵測器電路9以及該些感測元件8的範例配置以及進一步的量測鏈路。
圖4所示的係圖2中的指紋感測裝置2沿著如圖2中所示的直線A-A'所取得的一部分的概略剖面圖，一手指11被放置在一保護性的介電質頂層13的頂端，用以覆蓋該感測器陣列5以及該手指偵測結構4a。參考圖4，該指紋感測裝置2包括：一激昇訊號提供電路19，其透過一導體性的手指驅動結構(圖4中並未顯示)被電氣連接至該手指；複數個感測元件8；以及一手指偵測排列，其包括該手指偵測結構4a以及一被連接至該手指偵測結構4a的手指偵測電路9。
如圖4中概略所示，每一個感測元件8皆包括：一導體性的感測結構，本文中的形式為一位於該保護性的介電質頂層13底下的金屬板17；一電荷放大器18；以及選擇電路系統，其在本文中功能性圖解為一簡易的選擇切換器21，用以允許選擇/啟動該感測元件8。
該電荷放大器18包括至少一放大器級，其在本文中概略圖解為一運算放大器(op amp)24，其具有：一第一輸入(負輸入)25，其被連接至該感測結構17：一第二輸入(正輸入)26，其被連接至感測器接地或是另一參考電位；以及一輸出27。此外，該電荷放大器18還包括一被連接在該第一輸入25與該輸出27之間的回授電容器29以及重置電路系統(其在本文中功能性圖解為一切換器30)，該重置電路系統可以達成以可控制的方式來放電該回授電容器29的目的。該電荷放大器18可以藉由操作該重置電路系統30來放電該回授電容器29而被重置。
如同在負回授配置中經常看見的op amp 24的情況，位在第 一輸入25處的電壓會隨動於位在第二輸入26處的電壓。端視該特殊的放大器配置而定，位在第一輸入25處的電位可以和位在第二輸入26處的電位實質上相同；或者，位在第一輸入25處的電位以及位在第二輸入26處的電位之間亦可以有一實質上固定的偏移量。於圖4的配置之中，該電荷放大器的第一輸入25被虛擬接地。
當一時變電位藉由該激昇訊號提供電路系統19而被提供至手指11時，一對應的時變電位差便會出現在該感測結構17與該手指11之間。
上面所述之介於該手指11與該感測結構17之間的電位差變化會在電荷放大器18的輸出27上造成一感測電壓訊號Vs。
當圖中所示的感測元件8被選定用於感測時，該選擇切換器21便會被閉合，以便提供該感測訊號給讀出線路33。圖4中所示的讀出線路33被連接至一多工器36，該讀出線路33可以為圖2中的感測器陣列5之中的某一列或某一行的共同讀出線路。如圖4中概略所示，來自該感測器陣列5的其它列/行的額外讀出線路亦可以被連接至該多工器36。
多工器36的輸出會被串聯連接至一取樣與保持電路37以及一類比至數位轉換器38，用以取樣源自該些感測元件8的類比訊號並且將該些類比訊號轉換成位於感測器2上的手指11的指紋型態的數位代表符。
如圖4中概略所示，該手指偵測電路9於本文中係以電荷放大器的形式來提供，其基本上雷同於在上面所述的感測元件8之中所包括的電荷放大器18。據此，該手指偵測電路9包括至少一放大器級，本文中概略圖解為一運算放大器(op amp)44，其具有：一第一輸入(負輸入)45，其 被連接至該手指偵測結構4a；一第二輸入(正輸入)46，其被連接至感測器接地或是另一參考電位；以及一輸出47。此外，該電荷放大器還包括一被連接在該第一輸入45與該輸出47之間的回授電容器49以及重置電路系統(其在本文中功能性圖解為一切換器50)，該重置電路系統可以達成以可控制的方式來放電該回授電容器49的目的。該電荷放大器可以藉由操作該重置電路系統50來放電該回授電容器49而被重置。同樣如圖4中所示，該手指偵測電路系統的輸出為一手指偵測訊號Sd(其具有電壓的形式)，用以表示介於該手指11與該手指偵測結構4a之間的電容性耦合。
在圖4中，圖中所示的手指11被連接至一激昇電路19，用以提供該手指11、該感測器陣列5的感測平板17、以及手指偵測結構4a之間所希望的電位差。應該注意的係，此所希望的電位差亦可以藉由以其中包含該指紋感測裝置2的電子裝置(例如，行動電話1)的接地位準為基準來改變該指紋感測裝置的接地位準，而以替代的方式來提供。
根據進一步的替代實施例，該手指偵測結構4a可以受到局部性控制，以便在一相對低的電位以及一相對高的電位之間交替改變。於此替代實施例中，該手指偵測電路9的電荷放大器可以包含一感測電晶體，其具有一構成第一輸入45的閘極。此感測電晶體可以被形成在一半導體基板中的一井部之中，並且一介於該井部與該基板之間的介面可以被配置成使得能夠防止電流在該井部與該基板之間流動。為降低介於該手指偵測結構以及該半導體基板中的井部之間的寄生電容的影響，該電荷放大器的正輸入46以及該井部的電位可以受到控制而一起擺動向上以及擺動向下。這導致該手指偵測平板4a的電位同樣會擺動向上以及擺動向下。
現在將參考圖5中的流程圖以及圖3與圖6中的圖式來說明根據本發明之方法的示範性實施例。
在開始下面所述的方法之前，該指紋感測裝置係處於睡眠模式之中，許多部件(包含該感測元件陣列5)皆沒有作用，以便將該指紋感測裝置的能量消耗降至最小值。
在第一步驟100中，由手指偵測電路9所提供的手指偵測訊號Sd會被該指紋感測裝置2的操作控制電路系統10之中所包括的手指偵測估算電路14接收。
在接續的步驟中，該手指偵測訊號Sd會以不同的準則為基準被估算，並且該方法會前往下一道步驟或是返回步驟100，端視該些不同的估算結果而定。這將會額外參考圖6來說明，圖6所示的係在一範例情形中以時間為函數的手指偵測訊號關係圖。
先簡略地參考圖6，圖中所示的手指偵測訊號Sd會以一第一臨界值TH1以及一第二臨界值TH2為基準而隨著時間改變，該第一臨界值TH1表示介於該手指偵測結構4a與該手指11(或是其它物件)之間的第一電容性耦合，而該第二臨界值TH2則表示介於該手指偵測結構4a與該手指11(或是其它物件)之間的第二電容性耦合，該第二電容性耦合強於該第一電容性耦合。在圖6中，較高數值的手指偵測訊號Sd因而表示較強烈的電容性耦合。應該注意的係，這僅係一種解釋性範例，並且在該手指偵測訊號以及上面提及的電容性耦合之間可以有另一種關係。舉例來說，較低數值的手指偵測訊號Sd可以表示較微弱的電容性耦合，端視該手指偵測電路系統9的配置而定。
回到圖5中的流程圖，該方法會前進至步驟101，於該步驟中會判斷該手指偵測訊號是否表示一弱過對應於該第一臨界值TH1之電容性耦合的電容性耦合。於根據本發明之方法的此範例實施例中，在步驟101中還會檢查該手指偵測訊號是否表示一在長於事先定義時間持續長度T0的時間持續長度中弱過該第一臨界值TH1的電容性耦合。
如在圖6中所能夠看見，該手指偵測訊號Sd會在第一時間t1處下降至該第一臨界值TH1以下，並且保持在該第一臨界值TH1以下一直到第二時間t2處為止。於此情況中，從該第一時間t1至第二時間t2的時間持續長度經判定為短於該事先定義時間持續長度T0，這意謂著並不符合步驟101中的情況並且該方法會返回到步驟100。
再次參考圖6，該手指偵測訊號Sd會在第三時間t3處下降至該第一臨界值TH1以下。如圖6中概略所示，該手指偵測訊號Sd保持在該第一臨界值TH1以下的時間長於T0，且所以，該方法會前進至接續的步驟102。
在步驟102中，該方法會判斷該手指偵測訊號Sd是否在一指定的時間持續長度裡面從第一臨界值TH1以下改變成第二臨界值TH2以上。參考圖6，該手指偵測訊號Sd會在第四時間t4處上升至該第一臨界值TH1之上並且在第五時間t5處達到第二臨界值TH2。對應於從該第一臨界值TH1至該第二臨界值TH2的變化的電容性耦合提高的時間持續長度△t1會與下限值T1(其可以為約0.05s)作比較並且會與上限值T2(其可以為約0.5s)作比較。如上面的進一步解釋，短於下限值T1的時間持續長度△t1可能係雜訊所造成，而長於上限值T2的時間持續長度△t1則不可能係因為希望獲取一指紋 型態代表符而刻意將手指擺放在該指紋感測裝置所造成。於此些情況中，該方法皆會返回到步驟100。
於本範例中，參考圖6，該時間持續長度△t1被判定為長於下限值T1並且短於上限值T2，且所以，其會被判定為可能和手指要觸碰該指紋感測裝置而刻意接近的情況相符。
所以，該方法會前進至步驟S103，以便在決定啟動感測元件之前先進一步認證該手指偵測事件。在步驟103中會估算假定性手指在該指紋感測裝置上的駐留時間，以避免響應於一雜訊訊號或是一非常短暫的手指碰觸而啟動感測元件等。倘若在步驟103中判定該手指偵測訊號Sd在小於△t2的時間持續長度中位於該第二臨界值TH2之上的話，那麼，其便會判定該假定性手指觸碰為雜訊或是太短暫，接著，該方法便會返回步驟100。取而代之地，倘若判定該手指偵測訊號Sd在第六時間t6處仍然在該第二臨界值之上的話(時間持續長度△t2在第五時間t5後面)，那麼，取而代之地，該方法會前往步驟104，於該步驟中，該影像獲取控制電路系統12會啟動該感測器陣列5的至少一部分以及取樣電路37與類比至數位轉換器38(參考圖3與圖4)，以便獲取一部分影像。此部分影像會在步驟104中被估算，以便判斷觸碰該指紋感測裝置的物件是否為手指。這可以熟習本技術的人士已知的各種方式來決定。舉例來說，可以形成一簡單的柱狀圖，或者，可以辨識紋脊。
倘若在步驟105中判定觸碰該指紋感測裝置2的物件並非手指的話，該方法便會返回步驟100。相反地，倘若判定有(非常高的可能性)手指出現在該指紋感測裝置上的話，該方法便會前往步驟106並且獲取一 完整的指紋影像。
接著，該指紋感測裝置2可以返回至睡眠狀態，或者，可以獲取額外的指紋影像等。
熟習本技術的人士便會明瞭，本發明完全沒有受限於上面所述的較佳實施例。相反地，可以在隨附申請專利範圍的範疇裡面進行許多修正與變更。
在申請專利範圍之中，「包括」一詞並不排除其它元件或步驟，而不定冠詞「一」亦不排除複數。單一處理器或是其它單元皆可以滿足申請專利範圍之中所敘述的數種品項的功能。在彼此不同的專利依附項之中所敘述的特定措施並不表示此些措施無法以有利的方式被組合使用。一電腦程式雖然可以被儲存/散佈於一合宜的媒體之中，例如，配合其它硬體一起被供應或是作為其它硬體的一部分的光學儲存媒體或是固態媒體；但是，亦可以其它形式來散佈，例如，透過網際網路或是其它有線或無線電信系統。申請專利範圍之中所敘述的任何元件符號皆不應被視為限制本發明的範疇。
2‧‧‧指紋感測裝置
4a‧‧‧手指偵測結構
4b‧‧‧手指偵測結構
4c‧‧‧手指偵測結構
4d‧‧‧手指偵測結構
5‧‧‧感測器陣列
8‧‧‧感測元件

Claims (15)

  1. 一種利用一指紋感測裝置來感測手指的指紋型態的方法，該指紋感測裝置包括：一感測元件陣列，用以感測該指紋型態；一導電的手指偵測結構；手指偵測電路系統，其被連接至該手指偵測結構，以便提供一手指偵測訊號，用以表示該手指偵測結構與該手指之間的電容性耦合；以及操作控制電路系統，其被連接至該些感測元件，以便啟動該些感測元件用以感測該指紋型態，並且該操作控制電路系統會被連接至該手指偵測電路系統，以便估算該手指偵測訊號，其中，該方法包括下面步驟：比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第一電容性耦合的第一臨界值，以及比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第二電容性耦合的第二臨界值，該第二電容性耦合強於該第一電容性耦合；以及當該手指偵測訊號從一表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合的第一數值改變成一表示電容性耦合強於該第二電容性耦合的第二數值時，啟動該些感測元件中的至少一子集，用以感測該指紋型態的至少一部分。
  2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該啟動步驟僅在該手指偵測訊號於一短於第一事先定義時間持續長度的時間持續長度內從該第一數值改變成該第二數值時才被實行。
  3. 根據申請專利範圍第2項的方法，其中，該第一事先定義時間持續長 度短於0.1秒。
  4. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該啟動步驟僅在從該第一數值改變成該第二數值之前當該手指偵測訊號於一長於第二事先定義時間持續長度的時間持續長度中表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合時才被實行。
  5. 根據申請專利範圍第4項的方法，其中，該第二事先定義時間持續長度長於1秒。
  6. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該啟動步驟僅在該手指偵測訊號於一長於第三事先定義時間持續長度的時間持續長度中表示電容性耦合強於第二電容性耦合時才被實行。
  7. 根據申請專利範圍第6項的方法，其中，該第三事先定義時間持續長度長於10毫秒。
  8. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該指紋感測裝置包括至少一第一導電手指偵測結構以及一第二導電手指偵測結構，每一個導電手指偵測結構皆被連接至該手指偵測電路系統，而且該方法進一步包括下面的步驟：估算用以表示介於該第一手指偵測結構與該手指之間的電容性耦合的第一手指偵測訊號；以及估算用以表示介於該第二手指偵測結構與該手指之間的電容性耦合的第二手指偵測訊號，其中，該啟動步驟僅在該第一手指偵測訊號以及該第二手指偵測訊號中的每一者從該第一數值改變成該第二數值時才被實行。
  9. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括下面步驟：估算該手指偵測訊號，以便決定該手指偵測訊號的雜訊位準；以及以該雜訊位準為基礎來決定該第一臨界位準。
  10. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該啟動步驟包括下面步驟：以表示一電容性耦合強於該第二電容性耦合的該手指偵測訊號的一數值為基礎來決定該些感測元件中至少其中一個感測元件的至少其中一個感測設定值；以及利用該至少其中一個感測設定值來感測該部分的指紋型態。
  11. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該啟動步驟包括下面步驟：當該手指偵測訊號從該第一數值改變成該第二數值時，啟動該些感測元件中的一子集；估算由該子集所產生的一部分影像；以及當該部分影像的估算結果表示一手指能夠被該指紋感測裝置感測到時，啟動該感測元件陣列之中的所有感測元件，以便感測該指紋型態。
  12. 一種用於感測手指的指紋型態的指紋感測裝置，該指紋感測裝置包括：一感測元件陣列，用以感測該指紋型態；一導電的手指偵測結構；手指偵測電路系統，其被連接至該手指偵測結構，以便提供一手指偵測訊號，用以表示該手指偵測結構與該手指之間的電容性耦合；以及操作控制電路系統，其被連接至該些感測元件並且被連接至該手指偵測電路系統，該操作控制電路系統係用於： 比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第一電容性耦合的第一臨界值，以及比較該手指偵測訊號與一表示該手指偵測結構與該手指之間的第二電容性耦合的第二臨界值，該第二電容性耦合強於該第一電容性耦合；以及當該手指偵測訊號從一表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合的第一數值改變成一表示電容性耦合強於該第二電容性耦合的第二數值時，啟動該些感測元件中的至少一子集，用以感測該指紋型態。
  13. 根據申請專利範圍第12項的指紋感測裝置，其包括至少一第一導電手指偵測結構以及一第二導電手指偵測結構，每一個導電手指偵測結構皆被連接至該手指偵測電路系統。
  14. 根據申請專利範圍第13項的指紋感測裝置，其中，該感測元件陣列被排列在該第一導電手指偵測結構以及該第二導電手指偵測結構之間。
  15. 根據申請專利範圍第12項的指紋感測裝置，其中，該操作控制電路系統包括：手指偵測估算電路系統；以及影像獲取控制電路系統，其中，該手指偵測估算電路系統被連接至該手指偵測電路系統並且被連接至該影像獲取控制電路系統，以便：接收該手指偵測訊號；比較該手指偵測訊號與表示該第一電容性耦合的第一臨界值，以及比較該手指偵測訊號與表示該第二電容性耦合的第二臨界值；當該手指偵測訊號從一表示電容性耦合弱於該第一電容性耦合的 第一數值改變成一表示電容性耦合強於該第二電容性耦合的第二數值時，提供一訊號給該影像獲取控制電路系統，用以表示已經偵測到手指；以及其中，該影像獲取控制電路系統被連接至該手指偵測估算電路系統並且被連接至該些感測元件，以便：從該手指偵測估算電路系統處接收該表示已經偵測到該手指的訊號；以及控制該些感測元件中的至少一子集，用以獲取一代表該指紋型態的至少一部分的代表符。
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