TWI741044B

TWI741044B - 判斷手指的物理性質之方法、手指感測系統以及電子裝置

Info

Publication number: TWI741044B
Application number: TW106134919A
Authority: TW
Inventors: 法蘭克瑞迪傑克; 拉爾斯克里斯騰森; 麥克薩斯漢森; 烏爾特布蕾維特; 索瑞恩史考凱爾德克里斯騰森
Original assignee: 瑞典商指紋卡公司
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2021-10-01
Also published as: WO2018093311A1; CN108475333B; EP3542309A4; US9922231B1; TW201820205A; EP3542309A1; CN108475333A

Abstract

一種利用一手指感測系統來決定一手指的一物理性質的一表示之方法，該感測器係包括一個包含複數個量測元件的二維的量測配置，每一個量測元件係界定一在該量測配置中的量測的元件位置，並且分別包括一藉由一介電結構來和該手指間隔開的手指電極。針對於該些量測的元件位置的每一個，該方法係包括提供一量測組態，其中一界定該量測的元件位置的感測的量測元件的該手指電極係呈現一感測的手指電極電位；一第一不同的量測元件的該手指電極係呈現一第一不同的手指電極電位；以及一第二不同的量測元件的該手指電極係呈現一第二不同的手指電極電位；根據一感測信號來獲得一量測值；以及根據複數個量測值來決定該手指的該物理性質的該表示。

Description

判斷手指的物理性質之方法、手指感測系統以及電子裝置

本發明係有關於一種指紋感測系統以及一種判斷一手指的一物理性質之方法。

越來越多各種類型的生物識別的系統係被使用，以便於提供增進的安全性及/或強化的使用者便利性。

尤其，指紋感測系統由於其小的形狀因數、高的效能以及使用者的接受，因此已經被採用在例如是消費者電子裝置中。

在各種可利用的指紋感測原理中(例如是電容、光學、聲波、熱等等)，電容式感測是最普遍使用的，尤其是在其中尺寸及功率消耗是重要的議題的應用中。

電容式指紋感測器係大致提供一指出在數個感測結構的每一個以及一被置放在該指紋感測器的表面上、或是被移動橫跨該指紋感測器的表面的手指之間的電容的量測。

某些電容式指紋感測器係被動地讀出在該些感測結構以及該手指之間的電容。然而，此係需要在感測結構以及手指之間的一相當大的電容。因此，此種被動的電容式感測器通常是被設置有一覆蓋該些感測結構的非常薄的保護層，其係使得此種感測器對於刮痕及/或ESD(靜電放電)相當敏感的。

US 7 864 992係揭示一種電容式指紋感測系統，其中一驅動信號係藉由發送脈衝到一被配置在該感測器陣列的附近之導電的結構而被注入到手指之中，並且量測在該感測器陣列中的感測結構所載有的電荷之所產生的變化。

此類型所謂的主動的電容式指紋感測系統大致係致能在一遠高於上述的被動系統的信號雜訊比之下，在手指以及感測結構之間的電容的量測。於是，此係容許有一更厚許多的保護塗層，並且因此有更強健的電容式指紋感測器，其可以內含在遭受到相當大的磨損的物品中，例如是行動電話。

然而，為了甚至進一步增大的強健度以及便於該指紋感測器整合到電子裝置中、等等，透過一非常厚的介電結構(其可以是數百微米厚的)致能的指紋感測是所期望的。譬如，透過一玻璃板或類似者(例如是一行動電話的表面玻璃覆蓋)來致能指紋感測可能是所期望的。

當透過此種厚的介電結構感測時，所產生的指紋影像的實際的解析度可被降低，因為每一個感測結構所看到的手指的面積係被增大。

為了減輕此問題，US 8 888 004係提出利用一核心為基礎的重建過程以從差動像素量測來重建形狀資訊。

儘管由US 8 888 004所提出的方法可能是潛在地有用於銳化該指紋影像，但是該建議的解決方案需要該指紋感測器能夠有可程式化的差動像素量測。再者，該建議的解決方案係被預期是相當複雜的，而且實際上是難以實施的。

再者，提供該手指的除了該指紋圖案的一表示以外的另一物理性質的判斷將會是所期望的，例如是在該手指表面的濕度位準、或是有用於識別一欺騙嘗試的性質。

考慮到習知技術的上述及其它的缺點，本發明之一目的是用以提出改善的手指感測，尤其是透過一厚的介電結構。

根據本發明的一第一特點，其因此係提出一種利用一手指感測系統來決定一手指的一物理性質的一表示之方法，該手指感測系統係包括：一個包含複數個量測元件的二維的量測配置，每一個量測元件係界定一在該量測配置中的量測的元件位置，並且分別包括一藉由一介電結構來和該手指間隔開的手指電極；獲取電路，其係用於從該量測配置獲得量測值；以及控制電路，其係用於控制該手指感測系統的操作，該方法係包括以下的步驟：利用該控制電路來對於該些量測的元件位置的每一個控制該量測配置以提供一量測組態，其中：一界定該量測的元件位置的感測的量測元件的該手指電極係呈現一感測的手指電極電位，並且該量測配置係提供一指出在該感測的量測元件的該手指電極上的一電荷的感測信號；在一相隔該量測的元件位置的第一橫向的距離處的一第一不同的量測元件的該手指電極係呈現一第一不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第一不同的手指電極電位之間提供一第一電位差；以及在一相隔該量測的元件位置的大於該第一橫向的距離的第二橫向的距離處的一第二不同的量測元件的該手指電極係呈現一第二不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第二不同的手指電極電位之間提供一不同於該第一電位差的第二電位差；針對於該些量測的元件位置的每一個，利用該獲取電路來根據由該量測配置所提供的該感測信號以獲得一量測值，此係產生複數個量測值；以及根據該複數個量測值來決定該手指的該物理性質的該表示。

該手指的"物理性質"譬如可以是一指紋圖案的一表示、濕氣的一存在或分布、或是皮膚的電氣特性的一指示、等等。

在其中上述的物理性質是該手指的指紋圖案的一表示的實施例中，則該手指的指紋圖案的該表示並不一定需要是一數位的灰階影像，而是可以為指紋圖案資訊可從其推論的任何適當的表示。該指紋圖案的表示例如可以是原始的指紋影像資料、或者該資料可以是已經加以處理，並且於是可以用經調節的影像資料的形式、以指紋樣版資料、或是用任何其它形式來加以提供。

該些量測元件可以用任何適當的二維的量測配置來加以配置，例如是該些量測元件係以列與行而被配置於其中的一平面的陣列。然而，可以有其中該些量測元件並非以列與行配置的實施例。

每一個量測元件的該手指電極例如可以是用一金屬板的形式來加以提供。然而，應該注意到的是，該手指電極可被實現為任何適當的導電的結構。每一個量測元件都可以是一差動量測元件。在此種實施例中，每一個量測元件係包括至少兩個手指電極。

應注意到的是，某些(至少一個)手指電極電位可以是時變的，並且某些手指電極電位可以是固定的。

譬如，該感測的手指電極電位可以是時變的，並且該第一及第二不同的手指電極電位可以是相關於該量測配置的一參考電位為實質固定的。或者是，該感測的手指電極電位可以是實質固定的，並且該第一及第二不同的手指電極電位可以是相關於該量測配置的一參考電位為時變的。

再者，該第二不同的量測元件係不同於該第一不同的量測元件。

在本申請案的上下文中，該第一電位差應該被理解為藉由該第一不同的手指電極電位減去該感測的手指電極電位所界定的，並且該第二電位差應該被理解為藉由該第二不同的手指電極電位減去該感測的手指電極電位所界定的、等等。

為了提供上述的感測信號，該量測配置可包括電荷感測電路。此種電荷感測電路可以內含在每一個量測元件中、或是為一群組的量測元件或所有的量測元件所共同的。

本發明係基於理解到針對於一給定的量測的元件位置，在界定該量測的元件位置的感應的量測元件以及數個不同的量測元件之間的電容性耦合可被利用以估計在該評估的量測元件以及該手指的與該評估的量測元件直接相對的表面之間的電容性耦合。此電容性耦合的一量測可被稱為針對於該量測的元件位置的一手指耦合值。

本案發明人已經進一步體認到的是，針對於在量測元件之間的不同的橫向的距離的不同的電位差的提供可被利用於以在該手指表面上的電荷係直接相對該感測的量測元件的有效地居中的此種方式來成形該電場。於是，此係提供一更銳利的指紋影像的獲取。再者，藉由提供不同的電位至該第一及第二(以及可能進一步的)不同的量測元件，此更銳利的指紋影像可以在單一量測操作中加以獲得，而不需要獲取並且結合一系列的指紋影像。

此外，本案發明人已經發現到除了影像銳化以外的其它的功效可以利用本發明的實施例，藉由選擇該第一及第二(以及可能進一步的)不同的量測元件的另一組的電位來加以達成。

換言之，在該感測的量測元件的附近的量測元件可被利用以產生一電壓樣式，其將會影響在該感測的量測元件之上的手指的一或數個性質以及由針對於該量測的元件位置的量測配置所提供的感測信號之間的關係。

在不同的手指電極電位下，利用在不同的量測的元件位置處的較大數量的不同的量測元件將會提供有關皮膚的更多的資訊，並且亦將會容許有在該感測的量測元件以及直接相對該量測的元件位置(例如在其之上)的手指的部分之間的電容性耦合的精確的估計。然而，相較於當所有的量測元件、或是除了該感測的量測元件之外的所有量測元件都呈現相同的手指電極電位時，一藉由上述的感測的量測元件、以及該第一及第二不同的量測元件所形成的電壓樣式已經會提供更多的資訊。

根據各種實施例，在該量測組態中，比該第一不同的量測元件更靠近該感測的量測元件的任何額外的量測元件的該手指電極可以呈現該感測的手指電極電位。

如同在以上進一步所提及的，一更廣泛的電壓樣式將會改善該手指的該物理性質的該判斷，例如是該指紋圖案的該表示。

根據實施例，該量測組態因此可以是使得在一相隔該量測的元件位置的大於該第二橫向的距離的第三橫向的距離處的一第三不同的量測元件的該手指電極係呈現一第三不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第三不同的手指電極電位之間提供一不同於該第二電位差的第三電位差。

再者，根據各種實施例，該量測組態可以是使得該感測的手指電極電位、該第一不同的手指電極電位以及該第二不同的手指電極電位中的至少一個係以該第一電位差以及該第二電位差的每一個是時變的此種方式而為時變的。

尤其，該第一電位差可以是時變的，以從在一第一時點是一第一電位差值成為在一第二時點是一第二電位差值，並且針對於每一個量測的元件位置，獲得該量測值的步驟可包括在該第一時點取樣該感測信號、以及在該第二時點取樣該感測信號。該第二電位差可以有利的是用相同的方式時變的。

當在該感測的量測元件的該手指電極的電位以及該第一及第二不同的量測元件的該些手指電極的電位之間的該些電位差分別被改變時，藉由該感測的量測元件的該手指電極所載有的電荷亦將會改變。在該電荷上產生自電位差上的一已知的改變的變化是在該感測的量測元件的該手指電極以及該第一及第二(以及可能進一步的)不同的量測元件的該些手指電極之間的透過一包含該保護的介電結構之介電結構以及被置放在該保護的介電結構的頂端上的手指的電容性耦合的一指示。

再者，藉由在電位差上的變化之前以及之後取得在該些取樣的值之間的差值，共模雜訊的影響可被降低。

根據實施例，該第一電位差可以有利的是具有一第一極性，並且該第二電位差可以具有一與該第一極性相反的第二極性。

在其中一第三不同的量測元件係額外用於形成以上論述的電壓樣式的實施例中，此第三不同的量測元件的該手指電極可以有利的是呈現一第三不同的手指電極電位，其係提供一具有該第一極性的第三電位差。

已經發現到的是，一對於相隔該感測的量測元件的不同的橫向的距離而產生不同的電位差的電壓樣式可以至少對於增進該指紋影像的銳利度、以及亦對於偵測及成像在該手指表面上的濕氣是有效的。

根據本發明的一第二特點，其係提出有一種用於判斷一手指的一物理性質之手指感測系統，該手指感測系統係包括：一個包含複數個量測元件的二維的量測配置，每一個量測元件係界定一在該量測配置中的量測的元件位置，並且分別包括一藉由一介電結構來和該手指間隔開的手指電極；控制電路，其係連接至該量測配置以用於：針對於該些量測的元件位置的每一個，控制該量測配置以提供一量測組態，其中：一界定該量測的元件位置的感測的量測元件的該手指電極係呈現一感測的手指電極電位，並且該量測配置係提供一指出在該感測的量測元件的該手指電極上的一電荷的感測信號；在一相隔該量測的元件位置的第一橫向的距離處的一第一不同的量測元件的該手指電極係呈現一第一不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第一不同的手指電極電位之間提供一第一電位差；以及在一相隔該量測的元件位置的大於該第一橫向的距離的第二橫向的距離處的一第二不同的量測元件的該手指電極係呈現一第二不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第二不同的手指電極電位之間提供一不同於該第一電位差的第二電位差；以及獲取電路，其係連接至該量測配置以用於：針對於該些量測的元件位置的每一個，根據由該量測配置所提供的該感測信號來獲得一量測值，此係產生複數個量測值；以及根據該複數個量測值來決定該手指的該物理性質的該表示。

該控制電路以及該獲取電路的每一個都可以用硬體、軟體、或是硬體及軟體的一組合來加以實施。再者，該二維的量測配置可以內含在一指紋感測器構件中，並且該控制電路及/或該獲取電路的至少一部分可以內含在此種指紋感測器構件中。

根據各種實施例，在該量測配置中的每一個量測元件可以是可控制以提供一感測信號的。換言之，每一個量測元件可以是可控制在至少一第一狀態，其中該量測元件係提供一感測信號並且該量測元件的該手指電極係呈現一給定的電位、以及一第二狀態，其中該量測元件並不提供一感測信號並且該量測元件的該手指電極係呈現另一不同於上述的給定的電位之電位之間。有利的是，每一個量測元件可以進一步是可控制到一第三狀態的，其中該量測元件並不提供一感測信號並且該量測元件的該手指電極係呈現該給定的電位。此第三狀態可被稱為一"非感測的"狀態。

根據各種實施例，在該量測配置中的每一個量測元件可包括：一電荷放大器，其係包括：一第一輸入；一第二輸入；一電容性耦合至該第一輸入的輸出；以及至少一在該第一及第二輸入與該輸出之間的放大器級。

在一電荷放大器中，在該第一輸入(通常被稱為該'負'輸入)的電位將會跟隨在該第二輸入(通常被稱為該'正'輸入)的電位。換言之，一在該第二輸入的電位上的改變係在該第一輸入的電位上產生一實質對應的改變。根據該電荷放大器的實際的組態，在該第一輸入的電位可以是與在該第二輸入的電位實質相同的、或是在該第一及第二輸入之間可以有一實質固定的電位差。譬如，若在該電荷放大器中的放大器級是具有單一感測電晶體的單級放大器，則該電位差可以是該感測電晶體的閘極-源極電壓。

再者，根據各種實施例，該手指感測系統可以額外包括提供激勵信號的電路，以用於達成上述的第一及第二電位差及/或用於提供一激勵信號至該手指及/或該量測配置的一參考電位平面。

在實施例中，該提供激勵信號的電路可以連接至該電荷放大器的每一個的第二輸入，並且被配置以選擇性地改變在該第二輸入的一電位，以藉此改變該手指電極的一電位。

該提供激勵信號的電路可以是切換電路，其係被配置以切換在兩個或多個被提供在不同的線上的不同的電位之間。替代或組合的是，該提供激勵信號的電路可包括至少一信號源，其係被配置以提供一時變的電位，例如是一方波電壓信號或一正弦波電壓信號。

再者，根據本發明的各種實施例的手指感測系統可以有利地內含在一電子裝置中，該電子裝置係進一步包括處理電路，其係被配置以：從該指紋感測系統獲得該指紋圖案的一表示；根據該表示來認證一使用者；以及只有若該使用者係根據該表示而被認證，才執行至少一使用者所請求的程序。該電子裝置例如可以是一例如為行動電話或平板電腦的手持式通訊裝置、一電腦、或者是一例如為手錶或類似者的電子式可穿戴的物品。

透過本發明的此第二特點所獲得的進一步實施例及功效係大部分類似於以上針對於本發明的第一特點所述的那些實施例及功效。

總之，本發明係有關於一種利用一手指感測系統來決定一手指的一物理性質的一表示之方法，該感測器係包括一個包含複數個量測元件的二維的量測配置，每一個量測元件係界定一在該量測配置中的量測的元件位置，並且分別包括一藉由一介電結構來和該手指間隔開的手指電極。針對於該些量測的元件位置的每一個，該方法係包括提供一量測組態，其中一界定該量測的元件位置的感測的量測元件的該手指電極係呈現一感測的手指電極電位；一第一不同的量測元件的該手指電極係呈現一第一不同的手指電極電位；以及一第二不同的量測元件的該手指電極係呈現一第二不同的手指電極電位；根據一感測信號來獲得一量測值；以及根據複數個量測值來決定該手指的該物理性質的該表示。

1:行動電話

3:指紋感測系統

5:保護玻璃

7:手指表面

9、9a、9b、9c:量測元件

11:手指區域

12:指紋影像

13:二維的量測配置

15:感測器控制器

17:獲取電路

19:手指電極

21:電荷放大器

23:選擇開關

25:提供手指電極電位的電路

27:運算放大器

29:第一輸入(負輸入)

31:第二輸入(正輸入)

33:輸出

35:回授電容器

37:開關

39:讀出線

41:多工器

43:取樣及保持電路

45:類比至數位轉換器

59:指紋影像

65:指紋影像

401、402、403、404、405:步驟

D1:第一不同的量測元件

D2:第二不同的量測元件

D3:第三不同的量測元件

S:感測的量測元件

SGND:感測器接地

t1:第一取樣時間

t2:第二取樣時間

VD1:第一不同的手指電極電位

VD2:第二不同的手指電極電位

VD3:第三不同的手指電極電位

Vs:感測信號

VS:感測的手指電極電位

△V1:第一電位差

△V2:第二電位差

△V3:第三電位差

本發明的這些特點及其它特點現在將會參考展示本發明的一範例實施例的所附的圖式來更詳細地加以描述，其中：圖1係概要地展示一種在一保護玻璃之下包括一電容式指紋感測器之電子裝置；圖2A是藉由利用一已知的電容式感測技術的單一感測元件所成像的手指表面的部分的概要圖示；圖2B是利用一已知的電容式感測技術而產生自在圖2A中的感測組態的一範例的模擬的指紋影像的一圖示；圖3A是根據本發明的一實施例的一種指紋系統的概要的方塊圖；圖3B是在圖3A中的指紋感測系統的一部分的概要的橫截面圖；圖4是描繪根據本發明的一範例實施例的一種方法的流程圖；圖5A係概要地描繪一提供一第一電壓樣式的第一量測組態的一個例子；圖5B是產生自圖5A中的第一量測組態的一範例的模擬的指紋影像的一圖示，其中該些手指電極係和該使用者的手指分開一300μm的保護玻璃；以及圖5C是與在圖2B中相同的指紋影像，以用於比較。

在本詳細的說明中，根據本發明的手指感測系統及方法的各種實施例係主要參考一種指紋感測系統及方法來加以敘述，其中第一、第二及第三不同的量測元件係被配置以和在該感測的量測元件的相同的側邊上的感測的量測元件間隔開。

應注意到的是，此絕非限制藉由所附的申請專利範圍所界定的範疇，其同樣良好地包含例如具有被配置在該感測的量測元件的數個側邊上的第一及第二(以及可能進一步的)不同的量測元件之手指感測系統及方法。

再者，在此敘述的實施例中，提供該些感測信號的量測元件的該些手指電極係被保持在相關於一感測器接地電位的一固定的電位，同時時變的電位係被提供至該第一不同的量測元件以及該第二不同的量測元件(以及該第三不同的量測元件)，以便於達成所要的電位差。應注意到的是，所要的電位差可以用其它方式來加以達成。譬如，一時變的電位可被提供至提供該些感測信號的量測元件的該些手指電極，即如同在US 9,152,841中所描述的，該美國專利係藉此以其整體被納入作為參考。替代或組合的是，一時變的參考電位可被提供至該手指感測器，並且一時變的電位可以反相地被提供至不提供該感測信號的量測元件。此種提供電位的設計係被詳細地描述在US 9,383,876中，該美國專利係藉此以其整體被納入作為參考。

圖1係概要地描繪一用於根據本發明的一範例實施例的一手指感測裝置的應用，其係具有一帶有一整合的指紋感測系統3的行動電話1的形式。該指紋感測系統3例如可被使用於解鎖該行動電話1且/或用於授權利用該行動電話實行的交易、等等。如同在圖1中概要地指出的，該指紋感測系統3係被配置在該行動電話的一保護玻璃5之下，該保護玻璃5譬如可以是在0.2-0.5mm厚的範圍中。

圖2A是接觸在圖1中的保護玻璃5的一手指表面7的一部分的立體圖。在圖2A中的保護玻璃5的感測器側邊上，對應於該指紋感測器的量測元件9的區域係概要地加以指出。在圖2A中的保護玻璃5、手指表面7、以及量測元件9的區域的尺寸係大致針對於根據本發明的手指感測系統的一範例實施例按照比例繪製的。

在習知的指紋感測系統的應用中，其中覆蓋該感測器表面的介電結構是相當薄的，例如是約0.1mm或更小，藉由一給定的量測元件所感測的手指表面的區域與該量測元件的區域並沒有非常的不同。此亦適用於已知其中一具有介電各向異性及/或一非常高的介電常數的保護結構(例如藍寶石)係被使用的指紋感測組態。

在較厚的介電保護塗層下(尤其是並不呈現介電各向異性及/或一非常高的介電常數的塗層)，已知的電容性量測技術將會利用每一個量測元件來執行空間的平均，即如同在圖2A中概要地指出的，其中藉由一給定的量測元件9所感測的手指區域11係概要地被指出。

在已知的電容性量測技術下，此空間的平均將會產生一模糊或是散焦的指紋影像。

此種模糊的指紋影像12的一個例子係被展示在圖2B中，其係為在圖2A中的利用一已知的電容式感測技術的感測組態的一模擬的結果。

圖3A是根據本發明的一實施例的一種手指系統3的概要的方塊圖。參照圖3A，根據本發明的此範例實施例的手指感測系統3係包括一個包含複數個量測元件9的二維的量測配置13、具有一感測器控制器15的形式的量測控制電路、以及獲取電路17。該些量測元件9將會在以下參考圖3B更加詳細地加以描述，其是在藉由圖3A中的線A-A'所指出的截面中的量測配置13的一部分的橫截面圖的電路圖。

在此上下文中，應注意到的是，在圖3A中的圖示是概要且簡化的。在根據本發明的實施例的一實際的手指感測系統中，該量測配置通常將會包括非常大量的量測元件。再者，對於一種每吋500像素的感測器而言，量測元件的陣列的一典型的間距可以是在50μm左右。

再者，該指紋感測系統3係在此概要地被指出為在一封裝中的單一構件或是一系統。然而，應該理解到該指紋感測系統3的功能可被分散在數個構件及/或軟體模組之間，例如是一指紋感測器構件以及一主機處理器，其可以是一所謂的信任的元件、或是一所謂的安全元件。該指紋感測系統3的功能亦可以是部份地被分散在此種信任的元件以及此種安全元件之間。

圖3B是在圖3A中的指紋感測系統的一部分的概要的橫截面圖，其中一手指7係被置放在該量測配置13的頂端上。該量測配置13係包括複數個量測元件9a-c。

如同在圖3B中概要地所示，每一個量測元件9a-c(元件符號係只針對於該些量測元件中之一來加以指出，以避免弄亂該圖式)係包括一保護介電頂端層5、一在該保護介電頂端層5下面的導電的手指電極19、一電荷放大器21、選擇電路，其在此係功能上被描繪為一簡單的選擇開關23，以用於容許一感測信號從該量測元件9a-c的獲得、以及提供手指電極電位的電路25，以用於可控制地提供一所選的電位(固定或是時變的)至該手指電極19，即如同將會在以下更加詳細進一步描述者。

該電荷放大器21係包括至少一放大器級，其在此係概要地被描繪為一運算放大器(op amp)27，其係具有一連接至該手指電極19的第一輸入(負輸入)29、一連接至該提供手指電極電位的電路25的第二輸入(正輸入)31、以及一輸出33。此外，該電荷放大器21係包括一回授電容器35，其係連接在該第一輸入29與該輸出33之間、以及重置電路，其在此係在功能上被描繪為一開關37，以用於容許該回授電容器35的可控制的放電。該電荷放大器21可以藉由操作該重置電路37以放電該回授電容器35來加以重置。

如同對於一運算放大器27而言的通常的情形，在該第一輸入29的電位係跟隨被施加至該第二輸入31的電位。根據該特定的放大器組態，在該第一輸入29的電位可以是與在該第二輸入31的電位實質相同的、或是在該第一輸入29的電位以及在該第二輸入31的電位之間可以有一實質固定的偏移。

利用該提供手指電極電位的電路25，一可以是相關於一參考電位時變的、或實質固定的所要的電位可被提供至該手指電極。

譬如，該提供手指電極電位的電路25可被實施為一些可控制的開關，以用於可控制地連接該第二輸入31至一載有將被提供至該手指電極的所要的電位之所選的電壓線。或者是，該提供手指電極電位的電路可以是直接可連接至該手指電極19的，以直接提供該所要的電位至該手指電極。

透過該提供手指電極電位的電路25的控制，該手指電極19因此可以根據該特定的量測元件9的所要的功能而被提供有一所選的電位，即如同將會在以下更加詳細進一步描述者。

當一給定的量測元件(例如是在圖3B中的中心量測元件9b)將作用為一感測的量測元件時，該中心量測元件9b的提供手指電極電位的電路25例如可被控制以提供一相關於一感測器接地電位的實質固定的感測手指電極電位至該第二輸入31。同時，該些相鄰的量測元件9a、9c的一或兩者的提供手指電極電位的電路接著可被控制以提供一第一不同的手指電極電位至該些相鄰的量測元件9a、9c的第二輸入。此第一不同的感測手指電極電位可以是相關於一感測器接地電位時變的。如同將會進一步在以下描述的，在相隔該感測的量測元件9b的一第二橫向的距離處的一或數個第二不同的量測元件的提供手指電極電位的電路係被控制以提供一第二不同的手指電極電位至該(那些)第二不同的量測元件的手指電極。該感測的手指電極電位以及該第一及第二不同的手指電極電位係一起提供一電壓樣式。如同在以上進一步所解說的，此電壓樣式係影響在該手指的皮膚以及該感測的量測元件的該手指電極之間的電容性耦合。

在圖3B中，該手指7係概要地被指出為"接地的"。應瞭解的是，該手指"接地"可以是不同於該感測器接地。譬如，該手指7可以是在該指紋感測系統3被納入於其中的電子裝置1的接地電位。或者是，該主體可被視為具有此種大的電性"塊"，該手指的電位係在一手指電極19的電位改變時維持實質固定的。

在該感測的量測元件9b的手指電極19以及該些相鄰的量測元件9a、9c(以及其它貢獻到上述的電壓樣式的量測元件)的手指電極之間的電位差上的上述的改變係在該電荷放大器21的輸出33上產生一感測信號Vs。

當所指出的感測元件9b係被控制為一感測的量測元件時，該選擇開關23係被閉合以連接該電荷放大器21的輸出33至該讀出線39。該讀出線39(其可以是用於該2D量測配置13的一列或是一行的一共同的讀出線)係在圖3B中被展示為連接至一多工器41。如同在圖3B中概要地指出的，從該量測配置13的其它列/行提供感測信號之額外的讀出線亦連接至該多工器41。

來自該感測的量測元件9b的感測信號Vs係藉由取樣及保持電路43來加以解調變。該取樣及保持電路43的輸出係連接至一類比至數位轉換器45，以用於對於每一個所選的感測的量測元件9b轉換藉由該取樣及保持電路輸出的類比DC電壓信號成為該量測值的一數位表示。

現在已經介紹本發明的指紋感測系統的一實施例，根據本發明的方法的一範例實施例將會在以下參考在圖4中的流程圖、以及所指出的額外的圖示來加以描述。

在該第一步驟401中，為了量測的元件位置n，該量測配置13係藉由該感測器控制器15來加以控制來提供一量測組態，其係產生一用於感測在該量測的元件位置n的電壓樣式。

在該量測組態中，現在亦參照到圖5A，其係概要地展示在圖3A中的量測配置13的一部分，在該量測的元件位置n的感測的量測元件(在圖5A中藉由S加以指出)的手指電極係呈現一感測的手指電極電位VS，一藉由D1指出的第一不同的量測元件的手指電極係呈現一第一不同的手指電極電位VD1，一藉由D2指出的第二不同的量測元件的手指電極係呈現一第二不同的手指電極電位VD2，並且一藉由D3指出的第三不同的量測元件的手指電極係呈現一第三不同的手指電極電位VD3。

該第一不同的量測元件D1係在此和該感測的量測元件S間隔開一在圖5A中藉由一空的方形指出的非感測的量測元件。在圖5A的特定的例子中，在該感測的量測元件S的附近(例如，在十個量測元件之內)的所有其它量測元件也是非感測的量測元件。

該感測的量測元件S的手指電極電位VS係在圖5A中藉由該虛線來加以指出，並且該第一不同的量測元件D1、第二不同的量測元件D2、以及第三不同的量測元件D3的手指電極電位VD1、VD2及VD3係在圖5A中分別藉由實線來加以指出。

如同概要地在圖5A中所指出的，該感測的手指電極電位VS係相關於感測器接地SGND而為實質固定的。該第一不同的手指電極電位VD1係相關於SGND以及相關於該第一手指電極電位V1而為時變的，因而在該評估的感測的量測元件S的手指電極以及該第一不同的量測元件D1的手指電極之間有一第一電位差△V1。類似地，該第二不同的手指電極電位VD2以及該第三不同的手指電極電位VD3也是時變的，以分別提供相關於該感測的手指電極電位VS的第二電位差△V2以及第三電位差△V3。

在圖5A的範例量測組態中，該第一電位差△V1(被定義為VD1-VS)是負的，該第二電位差△V2(被定義為該VD2-VS)是正的，並且該第三電位差△V3(被定義為該VD3-VS)是負的。再者，如同在圖5A中概要地指出的，該些電位差係彼此相關為'-1'、'+3'、'-2'。

在後續的步驟402中，一量測值係從該量測配置13，藉由該獲取電路17根據來自該評估的感測的量測元件S的一感測信號來加以獲得的。為了降低共模雜訊的發生，本身眾所周知的相關雙取樣技術可以有利地被利用。參照圖5A及圖3B，該感測信號Vs的一第一樣本係藉由該取樣及保持電路43在一第一取樣時間t1來加以取得，並且該感測信號Vs的一第二樣本係藉由該取樣及保持電路43在一第二取樣時間t2來加以取得。在取樣的值之間的差值係藉由該類比至數位轉換器45而被轉換成為一針對於量測位置n的數位的第一量測值。

當上述的步驟401及402已經針對於在該量測配置13中的所有量測位置，藉由經過額外由步驟403及404所界定的迴圈來加以實行時，一完整的指紋影像已經加以獲得。

圖5B係展示產生自一利用上述的量測組態的模擬的一指紋影像59。除了所用的量測組態之外，所有其它的模擬參數係與那些用於產生在圖2B中的指紋影像12的模擬相同的。

比較在圖5B中的指紋影像59與在圖2B中的指紋影像12(其係被重複為圖5C以使得比較變得容易)，明顯的是即使一例如是產生自以上參考圖5A所述的量測組態的相當簡單的電壓樣式也產生一更加非常銳利的模擬的指紋影像65。

在此例子中，該手指的被判斷出的物理性質是該手指的指紋的一表示。尤其，一銳化的指紋影像係加以獲得。應注意到的是，其它產生不同的電壓樣式的量測組態亦可被用來達成一甚至更銳利的指紋影像。

再者，該手指的物理性質並不一定需要是使用於註冊或認證的指紋影像，而是該物理性質譬如可以替代的是橫跨該手指表面的濕氣分布的一指示、等等。

熟習此項技術者係體認到本發明絕對不受限於上述的較佳實施例。相反地，在所附的申請專利範圍的範疇內，許多的修改及變化是可能的。

在申請專利範圍中，該字詞"包括"並不排除其它元件或步驟，並且該些不定冠詞"一"或是"一個"並不排除複數個。單一處理器或其它單元可以滿足在申請專利範圍中所闡述的數個項目的功能。事實上，某些手段係被闡述在相互不同的附屬項申請專利範圍中，但此並非指出這些手段的一組合無法被有利地來利用。一電腦程式可被儲存/散佈在一適當的媒體上，例如是和其它硬體一起加以提供或是做為其它硬體的部分的一光學儲存媒體或一固態的媒體，但是亦可以用其它形式來加以散佈，例如經由網際網路或是其它有線或無線的電信系統。在申請專利範圍中的任何元件符號都不應該被解釋為限制範疇的。

401、402、403、404、405:步驟

Claims

一種利用手指感測系統來決定手指的物理性質的表示之方法，其係包括：一個包含複數個量測元件的二維的量測配置，每一個量測元件係界定一在該量測配置中的量測的元件位置，並且分別包括一藉由一介電結構來和該手指間隔開的手指電極；獲取電路，其係用於從該量測配置獲得量測值；以及控制電路，其係用於控制該手指感測系統的操作，該方法係包括以下的步驟：利用該控制電路來對於該些量測的元件位置的每一個控制該量測配置以提供一量測組態，其中：一界定該量測的元件位置的感測的量測元件的該手指電極係呈現一感測的手指電極電位，並且該量測配置係提供一指出在該感測的量測元件的該手指電極上的一電荷的感測信號；在一相隔該量測的元件位置的第一橫向的距離處的一第一不同的量測元件的該手指電極係呈現一第一不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第一不同的手指電極電位之間提供一第一電位差；以及在一相隔該量測的元件位置的大於該第一橫向的距離的第二橫向的距離處的一第二不同的量測元件的該手指電極係呈現一第二不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第二不同的手指電極電位之間提供一不同於該第一電位差的第二電位差；針對於該些量測的元件位置的每一個，利用該獲取電路來根據由該量測配置所提供的該感測信號以獲得一量測值，此係產生複數個量測值；以及根據該複數個量測值來決定該手指的該物理性質的該表示。
根據申請專利範圍第1項之方法，其中，在該量測組態中：任何比該第一不同的量測元件更靠近該感測的量測元件的額外的量測元件的該手指電極係呈現該感測的手指電極電位。
根據申請專利範圍第1項之方法，其中，在該量測組態中：在一相隔該量測的元件位置的大於該第二橫向的距離的第三橫向的距離處的一第三不同的量測元件的該手指電極係呈現一第三不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第三不同的手指電極電位之間提供一不同於該第二電位差的第三電位差。
根據申請專利範圍第1項之方法，其中，在該量測組態中：在相隔該量測的元件位置的該第一橫向的距離處的複數個第一不同的量測元件的每一個的該手指電極係呈現該第一不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第一不同的手指電極電位之間提供該第一電位差。
根據申請專利範圍第1項之方法，其中，在該量測組態中：在相隔該量測的元件位置的該第二橫向的距離處的複數個第二不同的量測元件的每一個的該手指電極係呈現該第二不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第二不同的手指電極電位之間提供該第二電位差。
根據申請專利範圍第1項之方法，其中，在該量測組態中：該感測的手指電極電位、該第一不同的手指電極電位以及該第二不同的手指電極電位中的至少一個係以該第一電位差以及該第二電位差的每一個是時變的此種方式而為時變的。
根據申請專利範圍第6項之方法，其中：該第一電位差係時變的，以從在一第一時點是一第一電位差值成為在一第二時點是一第二電位差值；以及針對於每一個量測的元件位置，獲得該量測值的步驟係包括在該第一時點取樣該感測信號、以及在該第二時點取樣該感測信號。
根據申請專利範圍第1項之方法，其中該第一電位差係具有一第一極性，並且該第二電位差係具有一與該第一極性相反的第二極性。
根據申請專利範圍第8項之方法，其中，在該量測組態中：在一相隔該量測的元件位置的大於該第二橫向的距離的第三橫向的距離處的一第三不同的量測元件的該手指電極係呈現一第三不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第三不同的手指電極電位之間提供一不同於該第二電位差的第三電位差，其中該第三電位差係具有該第一極性。
根據申請專利範圍第1項之方法，其中該手指的該物理性質是該手指的一指紋圖案的一表示。
一種用於判斷手指的物理性質之手指感測系統，該手指感測系統係包括：一個包含複數個量測元件的二維的量測配置，每一個量測元件係界定一在該量測配置中的量測的元件位置，並且分別包括一藉由一介電結構來和該手指間隔開的手指電極；控制電路，其係連接至該量測配置以用於：針對於該些量測的元件位置的每一個，控制該量測配置以提供一量測組態，其中：一界定該量測的元件位置的感測的量測元件的該手指電極係呈現一感測的手指電極電位，並且該量測配置係提供一指出在該感測的量測元件的該手指電極上的一電荷的感測信號；在一相隔該量測的元件位置的第一橫向的距離處的一第一不同的量測元件的該手指電極係呈現一第一不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第一不同的手指電極電位之間提供一第一電位差；以及在一相隔該量測的元件位置的大於該第一橫向的距離的第二橫向的距離處的一第二不同的量測元件的該手指電極係呈現一第二不同的手指電極電位，以在該感測的手指電極電位以及該第二不同的手指電極電位之間提供一不同於該第一電位差的第二電位差；以及獲取電路，其係連接至該量測配置以用於：針對於該些量測的元件位置的每一個，根據由該量測配置所提供的該感測信號來獲得一量測值，此係產生複數個量測值；以及根據該複數個量測值來決定該手指的該物理性質的表示。
根據申請專利範圍第11項之手指感測系統，其中在該量測配置中的每一個量測元件係包括：一電荷放大器，其係包括：一第一輸入；一第二輸入；一輸出，其係電容性耦合至該第一輸入；以及至少一放大器級，其係在該第一輸入和該第二輸入、以及該輸出之間。
根據申請專利範圍第11項之手指感測系統，其中該介電結構係包含一介電板。
一種電子裝置，其係包括：根據申請專利範圍第11項之手指感測系統；以及連接至該手指感測系統的處理電路，以用於：從該手指感測系統獲得一指紋圖案的一表示；根據該表示來認證一使用者；以及只有若該使用者係根據該表示而被認證，才執行至少一使用者所請求的程序。