CN108701222A - 使用具有不同的主要延伸方向的测量结构的指纹感测 - Google Patents

Abstract

一种使用指纹传感器确定手指的指纹图案的表示的方法，该指纹传感器包括二维测量装置，该二维测量装置包括多个测量元件，每个测量元件包括通过电介质结构与手指间隔开的手指电极。对于每个测量位置，该方法包括以下步骤：提供具有细长的第一测量装置部分以及第一外围测量装置部分的第一测量元件结构，该第一测量装置部分具有第一主要延伸方向；获取针对测量位置的第一测量值；提供具有细长的第二测量装置部分以及第二外围测量装置部分的第二测量元件结构，该第二测量装置部分具有第二主要延伸方向；以及获取针对测量位置的第二测量值。基于每个测量位置的第一测量值和第二测量值来确定指纹图案的表示。

Description

使用具有不同的主要延伸方向的测量结构的指纹感测

技术领域

本发明涉及确定指纹图案的表示的方法以及指纹传感器。

背景技术

为了提供增加的安全性和/或增强的用户便利性，越来越多地使用各种类型的生物识别系统。

特别地，由于其小型化、高性能和用户接受度，指纹感测系统已经在例如消费电子设备中被采用。

在各种可用的指纹感测原理(例如电容式、光学、声学、热等)之中，电容式感测是最常用的，特别是在尺寸和功耗是重要问题的应用中。

电容式指纹传感器通常提供指示若干感测结构中的每一个与放置在指纹传感器的表面上或跨指纹传感器的表面移动的手指之间的电容的量度。

一些电容式指纹传感器被动地读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要感测结构与手指之间的相对较大的电容。因此，这样的被动电容式传感器通常设置有覆盖感测结构的很薄的保护层，这使得这样的传感器对刮擦和/或ESD(静电放电)相当敏感。

US 7 864 992公开了一种电容式指纹感测系统，在该电容式指纹感测系统中，通过脉动布置在传感器阵列附近的导电结构并且测量产生的由传感器阵列中的感测结构所携带的电荷的变化来将驱动信号注入手指。

这种类型的所谓的主动电容式指纹感测系统通常使得能够以比上述被动系统高得多的信噪比来测量手指与感测结构之间的电容。这进而允许相当厚的保护涂层，并且因此允许可以被包括在经受相当大的磨损的物品例如移动电话中的更鲁棒的电容式指纹传感器。

然而，为了进一步增强指纹传感器集成到电子设备等中的鲁棒性和容易性，期望能够通过很厚的电介质结构进行指纹感测，该电介质结构可以为几百微米厚。例如，可以期望能够通过玻璃板或类似物例如移动电话的前玻璃盖进行指纹感测。

当通过这样厚的电介质结构进行感测时，由于通过每个感测结构所看到的手指的区域增大，所以所得到的指纹图像的实际分辨率可能会降低。

为了缓解该问题，US 8 888 004提出使用基于内核的重建处理根据差分像素测量来重建形状信息。

尽管由US 8 888 004提出的方法对于锐化指纹图像可能是潜在有用的，但是所建议的解决方案要求指纹传感器能够进行可编程的差分像素测量。此外，所建议的解决方案预计会比较复杂并且难以在实践中实施。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的是提供改进的指纹感测，特别是通过厚的电介质结构进行的指纹感测。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种使用指纹传感器来确定手指的指纹图案的表示的方法，该指纹传感器包括二维测量装置，该二维测量装置包括多个测量元件，每个测量元件包括通过电介质结构与手指间隔开的手指电极，对于多个测量位置中的每个测量位置，该方法包括以下步骤：提供第一测量元件结构，该第一测量元件结构包括：第一组感测测量元件，该第一组感测测量元件限定包括测量位置并具有第一主要延伸方向的第一测量装置部分，第一组感测测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第一时变感测手指电极电位；以及第一组外围测量元件，该第一组外围测量元件限定至少部分地围绕第一测量装置部分的第一外围测量装置部分，第一组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第一感测手指电极电位不同的第一外围手指电极电位；使用第一测量元件结构来获取针对测量位置的第一测量值；提供第二测量元件结构，该第二测量元件结构包括：第二组感测测量元件，该第二组感测测量元件限定包括测量位置并具有与第一主要延伸方向不同的第二主要延伸方向的第二测量装置部分，第二组感测测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第二时变感测手指电极电位；以及第二组外围测量元件，该第二组外围测量元件限定至少部分地围绕第二测量装置部分的第二外围测量装置部分，该第二组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第二感测手指电极电位不同的第二外围手指电极电位；使用第二测量元件结构来获取针对测量位置的第二测量值，其中，该方法还包括以下步骤：基于第一测量值和第二测量值来确定针对每个测量位置的组合测量值；以及基于针对每个测量位置的组合测量值来确定指纹图案的表示。

手指的指纹图案的表示不一定是数字灰度图像，而是可以是可推导出指纹图案信息的任何合适的表示。指纹图案的表示例如可以是原始指纹图像数据，或者是可以已被处理并且然后可以以经调节的图像数据的形式提供为指纹模板数据的数据或是以任何其他形式提供的数据。

每个测量元件的手指电极例如可以以金属板的形式提供。然而，应当注意，手指电极可以被实现为任何合适的导电结构。

测量元件可以被布置成任何合适的二维测量装置，例如测量元件被布置成行和列的平面阵列。然而，可以存在测量元件未以行和列布置的实施方式。

在测量元件以行和列布置的实施方式中，第一主要延伸方向例如可以平行于列，并且第二主要延伸方向例如可以平行于行。

第一(第二)测量装置部分是细长的应该理解为含义是第一(第二)测量装置部分(沿其相应的主要延伸方向上)比其宽度(在与相应的主要延伸方向垂直的方向上的尺寸)更长。在实施方式中，第一(第二)测量装置部分可以是例如至少八个测量元件长和三个或更少个测量元件宽。

第一时变感测手指电极电位、第一外围手指电极电位、第二时变感测手指电极电位和第二外围手指电极电位都与相同的参考电位相关，诸如包括指纹传感器的电子系统的设备地或另一参考电位。

第一(第二)外围手指电极电位可以基本恒定。此外，第一(第二)时变感测手指电极电位可以始终与第一(第二)外围手指电极电位不同或间歇地不同。

通常可以假设施加到一组手指电极的时变感测手指电极电位将导致感测手指电极电位与放置在指纹传感器上的手指的手指电位之间的时变电位差。甚至当用户不与参考电位(例如系统地)接触时也是这样的情况，因为与由手指和第一(第二)组感测测量元件中的测量元件的手指电极之间的电容耦合引起的电荷相比，人体是很大的电荷储存器。

第一(第二)外围测量装置部分至少部分地围绕第一(第二)测量装置部分应理解为含义是第一(第二)外围测量装置部分存在于第一(第二)测量装置部分的至少两个长边上。

第一(第二)测量值可以是由指示在测量位置处到手指表面的局部距离的测量/感测产生的任何值。

本发明基于以下认识：包括具有不同的主要延伸方向的细长测量装置部分的不同测量元件结构可以提供取决于指纹图案的脊线的局部方向的信息。这意味着可以获得附加信息，该附加信息可以用于抵消在通过诸如盖玻璃的厚电介质结构执行电容指纹感测时可能遇到的散焦。

本发明人还认识到，细长的测量装置部分的使用提供简化的指纹传感器设计，这可以进而缩短进入市场的时间并且提高指纹传感器生产过程中的产量。

根据实施方式，第一测量元件结构还可以包括：第一组保护测量元件，该第一组保护测量元件限定具有第一主要延伸方向并与第一感测测量装置部分邻近的细长的第一保护测量装置部分，第一组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第一外围手指电极电位不同的第一保护手指电极电位；并且所述第二测量元件结构还可以包括：第二组保护测量元件，该第二组保护测量元件限定具有第二主要延伸方向并与第二感测测量装置部分邻近的细长的第二保护测量装置部分，第二组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第二外围手指电极电位不同的第二保护手指电极电位。

本发明人已经发现，第一组保护测量元件和第二组保护测量元件的使用可以用于控制感测测量元件与手指之间的电相互作用，使得影响第一(第二)测量值的手指区域可以减少。因此，提供如本文中所描述的第一组保护测量元件和第二组保护测量元件提供从指纹传感器输出的更清晰的指纹图像。最佳的第一(第二)保护手指电极电位将主要取决于手指电极与手指表面之间的电介质结构的尺寸和电特性。特别地，第一(第二)保护手指电极电位的选择可以涉及聚焦与信号强度之间的折衷。

为了甚至进一步改善可以基于对来自指纹传感器的信号的测量值确定的指纹表示，第一测量元件结构还可以包括：第三组保护测量元件，该第三组保护测量元件限定具有第一主要延伸方向并且与第一组保护测量元件邻近的细长的第三保护测量结构，第三组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第一保护手指电极电位不同并且与第一外围手指电极电位不同的第三保护手指电极电位；并且第二测量元件结构还可以包括：第四组保护测量元件，该第四组保护测量元件限定具有第二主要延伸方向并与第二组保护测量元件邻近的细长的第四保护测量装置，第四组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第二保护手指电极电位不同并且与第二外围手指电极电位不同的第四保护手指电极电位。

使用附加的第三组保护测量元件和第四组保护测量元件，影响第一(第二)测量值的手指区域甚至可以进一步减小，从而提供更清晰的指纹图像。

根据本发明的各种实施方式，第一感测手指电极电位可以关于第一外围手指电极电位时变，使得第一感测手指电极电位与第一外围手指电极电位之间的电位差从第一时间点处的第一电位差改变成第二时间点处的第二电位差；并且第二感测手指电极电位可以关于第二外围手指电极电位时变，使得第二感测手指电极电位与第二外围手指电极电位之间的电位差从第三时间点处的第三电位差改变成第四时间点的第四电位差。

此外，多个测量元件中的每个测量元件可以包括电荷放大器电路，该电荷放大器电路能够控制以提供指示测量元件的手指电极上的电荷的感测信号。

在这些实施方式中，获取第一测量值的步骤可以包括在第一时间点处对由在第一组感测测量元件中的测量元件中包括的电荷放大器电路提供的第一感测信号进行采样，并且在第二时间点处对第一感测信号进行采样；并且获取第二测量值的步骤可以包括在第三时间点处对由在第二组感测测量元件中的测量元件中包括的电荷放大器电路提供的第二感测信号进行采样，并且在第四时间点处对第二感测信号进行采样。

通过取得电位差改变前后的采样值之间的差，可以降低共模噪声的影响。

根据各种实施方式，第一测量值可以基于从布置在测量位置处的第一组测量元件中的单个测量元件获取的信号；第二测量值可以基于从布置在测量位置处的第二组测量元件中的单个测量元件获取的信号。

在这些实施方式中，每个测量位置通常与2D测量布置中的测量元件的位置对应。

根据其他实施方式，第一测量值可以基于来自第一组测量元件中的彼此邻近的测量元件的信号之间的差异；第二测量值可以基于来自第二组测量元件中的彼此邻近的测量元件的信号之间的差异。

在这些实施方式中，使用差分测量技术，每个测量位置通常与上述彼此邻近的测量元件之间的位置对应。

此外，针对包括在第一测量装置部分中的多个测量位置，可以使用第一测量元件结构来同时获取第一测量值；并且，针对包括在第二测量装置部分中的多个测量位置，可以使用第二测量元件结构来同时获取第二测量值。

在这些实施方式中，第一(第二)测量值可以基于大量(例如几十个或几百个)感测操作，这可以显著提高测量的信噪比。

根据实施方式，对于多个测量位置中的每个测量位置，确定针对测量位置的组合测量值的步骤还可以包括以下步骤：估计测量位置处的指纹脊线方向，其中，组合测量值还基于估计的指纹脊线方向。基于所估计的指纹脊线方向的组合测量值可以提供进一步改进的组合指纹图案表示。

此外，对于多个测量位置中的每个测量位置，确定针对测量位置的组合测量值的步骤还可以包括以下步骤：基于关于第一主要延伸方向和第二主要延伸方向的指纹脊线方向，将第一权重因子分配给第一测量值并且将第二权重因子分配给第二测量值；并且使用第一权重因子和第二权重因子来将组合测量值确定为第一测量值和第二测量值的加权和。

有利地，对于指纹脊线方向更接近第一主要方向而不是第二主要方向的测量位置，第一权重因子可以大于第二权重因子。

根据本发明的第二方面，提供了一种指纹感测系统，该指纹感测系统包括：包括多个测量元件的二维测量装置，所述多个测量元件中的每个测量元件包括手指电极；测量控制电路；以及图像处理电路，其中，测量装置能够被所述测量控制电路来配置为：第一测量元件结构包括：第一组感测测量元件，该第一组感测测量元件限定具有第一主要延伸方向的第一测量结构部分，第一组传感测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第一感测手指电极电位；以及第一组外围测量元件，该第一组外围测量元件限定至少部分地围绕第一测量装置部分的第一外围测量装置部分，第一组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第一感测手指电极电位不同的第一外围手指电极电位；并且第二测量元件结构包括：第二组感测测量元件，该第二组感测测量元件限定具有第二主要延伸方向的第二测量装置部分，第二组感测测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第二感测手指电极电位；第二组外围测量元件，该第二组外围测量元件限定至少部分地围绕第二测量装置部分的第二外围测量装置部分，第二组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第二感测手指电极电位不同的第二外围手指电极电位。

测量控制电路和图像处理电路可以在硬件、软件或硬件和软件的组合中实现。此外，二维测量装置可以被包括在指纹传感器部件中，并且测量控制电路和/或图像处理电路的至少一部分可以被包括在这样的指纹传感器部件中。例如，测量装置和测量控制电路可以被包括在指纹传感器部件中，并且图像处理电路可以至少部分地设置在指纹传感器部件的外部。

根据各种实施方式，测量装置中的每个测量元件可以包括：电荷放大器，该电荷放大器包括：第一输入端；第二输入端；电容耦接至第一输入端的输出端；以及第一输入端和第二输入端与输出端之间的至少一个放大器级。

此外，根据本发明的各种实施方式的指纹感测系统可以有利地被包括在还包括处理电路的电子设备中，该处理电路被配置成：从指纹感测系统获取指纹图案的表示；基于该表示来验证用户；以及仅在基于该表示验证用户的情况下，执行至少一个用户请求的处理。例如，电子设备可以是手持通信设备，例如移动电话或平板电脑、计算机、或诸如手表或类似物的电子可穿戴物品。

通过本发明的该第二方面获得的其他实施方式和效果大致类似于上面针对本发明的第一方面所描述的其他实施方式和效果。

总之，本发明涉及一种使用指纹传感器来确定手指的指纹图案的表示的方法，该指纹传感器包括二维测量装置，该二维测量装置包括多个测量元件，每个测量元件包括通过电介质结构与手指间隔开的手指电极。对于每个测量位置，该方法包括以下步骤：提供具有细长的第一测量装置部分以及第一外围测量装置部分的第一测量元件结构，该第一测量装置部分具有第一主要延伸方向；获取针对测量位置的第一测量值；提供具有细长的第二测量装置部分以及第二外围测量装置部分的第二测量元件结构，该第二测量装置部分具有第二主要延伸方向；以及获取针对测量位置的第二测量值。基于针对每个测量位置的第一测量值和第二测量值来确定指纹图案的表示。

附图说明

现在将参照示出本发明的示例性实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：

图1示意性地示出了包括在盖玻璃下方的电容式指纹传感器的电子设备；

图2A是使用已知电容式感测技术由单个感测元件成像的手指表面的一部分的示意图；

图2B是使用已知的电容式感测技术由图2A中的感测结构生成的示例性模拟指纹图像的图示；

图3A是根据本发明的实施方式的指纹系统的示意性框图；

图3B是图3A中的指纹感测系统的一部分的示意性横截面图；

图4是说明根据本发明的实施方式的方法的流程图；

图5A示意性地说明了第一测量元件结构的第一示例；

图5B示意性地示出了第二测量元件结构的第一示例；

图6A是由图5A中的测量元件结构生成的示例性指纹图像的图示，在该图5A中的测量元件结构中，手指电极通过300μm的盖玻璃与用户的手指分开；

图6B是由图5B中的测量元件结构生成的示例性指纹图像的图示，在该图5B中的测量元件结构中，手指电极通过300μm的盖玻璃与用户的手指分开；

图7A是图5B和图6B中的指纹图像的每像素平均值的简单像素；

图7B是与图2B中的指纹图像相同的用于比较的指纹图像；

图8A示意性地示出了第一测量元件结构的第二示例；

图8B示意性地示出了第二测量元件结构的第二示例。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参考其中细长的第一测量装置部分是列(或列的一部分)并且细长的第二测量装置部分是行(或行的一部分)的指纹感测系统和方法来描述根据本发明的指纹感测系统和方法的各种实施方式。

应当注意的是，这决不限制由所附权利要求书限定的范围，所附权利要求书同样也包括例如细长的第一测量装置部分和第二测量装置部分中的任一者或两者被不同地定向或者细长的第一测量装置部分和第二测量装置部分彼此不垂直的指纹感测系统或方法。

图1以具有集成指纹感测系统3的移动电话1的形式示意性地示出了根据本发明的示例性实施方式的指纹感测设备的应用。指纹感测系统3例如可以用于解锁移动电话1和/或用于授权使用移动电话执行的交易等。如图1中示意性示出的，指纹感测系统3布置在移动电话的盖玻璃5的下方，该盖玻璃5的厚度可以例如在0.2mm至0.4mm的范围内。

图2A是与图1中的盖玻璃5接触的手指表面7的一部分的透视图。在图2A中的盖玻璃5的传感器侧上，示意性地示出了与指纹传感器的测量元件9对应的区域。图2A中的盖玻璃5、手指表面7和测量元件9区域的尺寸是近似成比例的。

在常规的指纹感测系统应用中，在覆盖传感器表面的电介质结构相当薄——例如约0.1mm或更薄——的情况下，由给定测量元件感测到的手指表面的区域与测量元件的区域很不同。这也适用于其中使用具有介电各向异性和/或很高的介电常数的保护结构(例如蓝宝石)的已知的指纹感测结构。

如图2A中示意性所示出的那样，对于较厚的电介质保护涂层(特别是不呈现介电各向异性和/或很高的介电常数的涂层)，已知的电容式测量技术将用每个测量元件执行空间平均，其中，示意性地示出了由给定测量元件9感测到的手指区域11。

利用已知的电容式测量技术，该空间平均将产生模糊或散焦的指纹图像。

在图2B中示出了这样的模糊指纹图像12的示例，是使用已知的电容式感测技术对图2A中的感测结构进行模拟的结果。

图3A是根据本发明的实施方式的指纹系统3的示意性框图。参照图3A，根据本发明的该示例性实施方式的指纹感测系统3包括二维测量装置13，该二维测量装置13包括多个测量元件9、具有传感器控制器15的形式的测量控制电路以及具有图像处理器17的形式的图像处理电路。下面将参照图3B更详细地描述测量元件9，图3B是在由图2A中的A-A'线指示的部分中的测量装置13的一部分的电路示意性横截面图。

在这种情况下，应当注意图3A中的图示是示意性的和简化的。在根据本发明的实施方式的实际指纹感测系统中，测量装置通常包括相当多数量的测量元件。此外，对于每英寸500像素的传感器，测量元件的阵列的典型间距可以是大约50μm。

此外，指纹感测系统3在此处示意性地被指示为单个部件或封装中的系统。然而，应当理解的是，指纹感测系统3的功能可以分布在诸如指纹传感器部件和主处理器的几个部件和/或软件模块中，其可以是所谓的可信元件或所谓的安全元件。指纹感测系统3的功能也可以部分地分布在这样的可信元件与这样的安全元件之间。

图3B是图3A中的指纹感测系统的一部分的示意性横截面图，其中，手指7放置在测量装置13的顶部。测量装置13包括多个测量元件9a至9c。

如在图3B中示意性地示出的，每个测量元件9a至9c(附图标记仅指示测量元件中的一个以避免使附图混乱)包括保护性电介质顶层5、位于保护性电介质顶层5下方的导电手指电极19、电荷放大器21、在此处在功能上示出为用于允许从测量元件9a至9c获取测量值的简单选择开关23的选择电路以及用于向下面将进一步更详细描述的手指电极19可控地提供选择的电位(恒定或时变的)的手指电极电位提供电路25。

电荷放大器21包括至少一个放大器级，在此处被示意性地示出为具有连接至手指电极19的第一输入端(负输入端)29、连接到手指电极电位提供电路25的第二输入端(正输入端)31以及输出端33的运算放大器(op amp)27。此外，电荷放大器21包括连接在第一输入端29与输出端33之间的反馈电容器35以及用于允许反馈电路35的可控放电的复位电路(在此处在功能上被示出为开关37)。可以通过操作复位电路37以使反馈电容器35放电来复位电荷放大器21。

如运算放大器27的通常情况那样，第一输入端29处的电位跟随施加至第二输入端31的电位。取决于特定的放大器配置，第一输入端29处的电位可以基本上与第二输入端31处的电位相同，或者可以在第一输入端29处的电位与第二输入端31处的电位之间存在基本固定的偏移。

使用手指电极电位提供电路25，可以向手指电极提供可以是时变的或关于参考电位基本恒定的期望电位。

手指电极电位提供电路25可以例如被实现为多个可控开关，用于可控地将第二输入端31连接至所选择的电压线，该电压线承载要提供给手指电极的期望电位。

通过控制手指电极电位提供电路25，因此可以根据如将在下面进一步详细描述的特定测量元件9的期望功能向手指电极19提供选择的电位。

当给定的测量元件例如图3B中的中心测量元件9b用作能够提供指示手指电极19与手指7的表面之间的局部距离的测量值的感测测量元件时，手指电极电位提供电路25被控制成向第二输入端31提供时变感测手指电极电位。

在图3B中，手指7被示意性地指示为“接地”。应当理解，手指“接地”可以与传感器接地不同。例如，手指7可以处于包括指纹感测系统3的电子设备1的接地电位。可替选地，可以认为身体具有这样大的电“质量”，使得当手指电极19的电位变化时，手指的电位保持基本恒定。

向手指电极19提供时变的手指电极电位导致手指电极19与手指7之间的时变电位差。

如将在下面进一步详细描述的，手指电极19与手指7之间的上述的电位差的变化导致电荷放大器21的输出端33上的感测信号Vs。

当所示的感测元件9b因此被控制成作为感测测量元件时，闭合选择开关23以将电荷放大器21的输出端33连接至读出线39。在图3B中被示出为连接至多路复用器41的读出线39可以是用于2D测量装置13的行或列的公共读出线。如在图3B中示意性地示出的，提供来自测量装置13的其他行/列的感测信号的附加读出线也连接至多路复用器41。

来自感测测量元件9b的感测信号Vs被采样和保持电路43解调。采样和保持电路43的输出端连接至模拟数字转换器45，模拟数字转换器45用于将由采样和保持电路输出的模拟DC电压信号转换成每个选择的感测测量元件9b的测量值的数字表示。

现在已经介绍了本发明的指纹感测系统的实施方式，下面将参照图4中的流程图和所示的附加说明来描述根据本发明的方法的实施方式。

通过根据本发明的实施方式的方法，使用多个测量位置中的每个测量位置的测量值来确定手指的指纹图案的表示。

如图4所示，用于测量位置编号n的计数器被初始设置为n＝0。在第一步骤400中，计数器递增1。

对于第n个测量位置，在步骤401中提供第一测量元件结构。参照图5A，第一测量元件结构包括限定细长的第一测量装置部分47的第一组感测测量元件、限定细长的第一保护测量装置部分49的第一组保护测量元件以及限定第一外围测量装置部分51的第一组外围测量元件。如图5A示意性所示，第一保护测量装置部分49至少部分地围绕第一测量装置部分47，并且第一外围测量装置部分51至少部分地围绕第一保护测量装置部分49。

第一测量装置部分47包括在图5A中由'x'指示的测量位置n并且具有第一主要延伸方向，该第一主要延伸方向在此处被指示为沿测量装置13的列。虽然第一测量装置部分47在此处被指示为由单个完整列的感测测量元件形成，应当注意的是，第一测量装置部分可以更短和/或可以具有不同的主要延伸方向。

第一保护测量装置部分49在图5A中被示出为包括与第一测量装置部分47直接邻近的列。然而，应当注意，第一保护测量装置部分49可以是多于一个的测量元件“宽”。

第一外围测量装置部分51在图5A中被指示为构成测量装置13的表面区域的其余部分。可以不一定是该情况，而是第一外围测量装置部分51可以占据测量装置13的表面区域的较小部分。

另外简要地参照图3B，第一组测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第一时变感测手指电极电位。如上面结合图3B进一步描述的那样，这可以通过控制手指电极电位提供电路25向电荷放大器21的第二输入端31提供期望的时变电位来实现。

首先考虑图3B中的所有测量元件9a至9c包括在第一组感测测量元件中，然后控制测量元件9a至9c中的每个测量元件的手指电极电位电路25向测量元件9a至9c的手指电极19提供相同的第一时变感测手指电极电位。

返回到图5A，第一组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与第一时变感测手指电极电位不同的第一外围手指电极电位。例如，第一外围手指电极电位可以关于系统地电位基本恒定。在实施方式中，例如，图3B中的手指电极电位提供电路25可以被控制成向电荷放大器21的第二输入端31提供指纹传感器的地电位，从而导致手指电极19呈现传感器地处或接近传感器地的恒定的电位。

最后，第一组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与上述第一外围手指电极电位不同的第一保护手指电极电位。为了改善聚焦效果，第一保护手指电极电位也可以与第一时变感测手指电极电位不同。此外，第一测量元件结构可以包括在第一保护测量装置部分49与第一外围测量装置部分51之间的另外组的保护测量元件。

如上所述，对于第一组外围测量元件中的外围测量元件，例如，可以控制被指定为保护测量元件的测量元件中的手指电极电位提供电路25向电荷放大器21的第二输入端31提供基本恒定的第一保护电位，从而导致第一组保护测量元件中的保护测量元件的手指电极19呈现出与时变的第一感测手指电极电位和第一外围手指电极电位中的每一个不同的恒定保护电位。

使用上述第一测量元件结构，在步骤402中获取测量位置n的第一测量值。在实施方式中，可以仅使用单个感测测量元件通过由选择开关23仅选择如在图3B中示意性地示出的用于读出的该组感测测量元件中的一个感测测量元件9b来获取第一测量值。可替选地，可以通过同时针对第一组感测测量元件中的一些或所有感测测量元件闭合选择开关23来同时从几个感测测量元件9a至9c获取第一测量值。在后一种情况下，可以针对每个测量位置获取几个第一测量值，这通过信号积分提供了改善的信噪比。

在接下来的步骤403中，提供了第二测量元件结构。参照图5B，第二测量元件结构包括限定细长的第二测量装置部分53的第二组感测测量元件、限定细长的第二保护测量装置部分55的第二组保护测量元件以及限定第二外围测量装置部分57的第二组外围测量元件。如图5B示意性所示，第二保护测量装置部分55至少部分地围绕第二测量装置部分53，并且第二外围测量装置部分57至少部分地围绕第二保护测量装置部分55。

与上述第一测量装置部分类似，第二测量装置部分53包括在图5B中由'x'指示的测量位置n并且具有第二主要延伸方向，该第二主要延伸方向在此处被指示为沿测量装置13的行。上面关于第一测量装置结构的进一步描述和讨论也适用于第二测量装置结构并且为了简洁起见在此处不再重复。

如以上针对第一测量结构所描述的，在步骤404中使用第二测量装置结构来获取测量位置n的第二测量值。

此后，在步骤405中，基于使用第一测量元件结构获取的第一测量值和使用第二测量元件结构获取的第二测量值来确定用于测量位置n的组合测量值。

在下一个步骤406中，确定是否获取了第一测量值和第二测量值，并且是否针对每个测量位置确定了组合测量值。如果不是这样，则该方法返回到步骤400，在该步骤400中，计数器递增到下一个测量位置。另一方面，如果针对所有测量位置获取了第一测量值和第二测量值，并且确定了组合测量值，则在步骤407中基于组合测量值来确定指纹图案的表示。

应当注意的是，图4中的流程图示出了根据本发明的方法的一个可能的实施方式。根据实施方式，可以针对每个测量位置使用第一测量元件结构来确定完整的第一指纹表示，并且可以针对每个测量位置使用第二测量元件结构来确定完整的第二指纹表示。然后，可以基于第一指纹表示和第二指纹表示来确定完整的组合指纹表示。

图6A示出了使用上述第一测量装置结构通过模拟得到的第一指纹图像59。除了所使用的测量装置结构之外，所有其他模拟参数与用于产生图2B中的指纹图像12的模拟的模拟参数相同。从对图6A中的第一指纹图像59的研究中可以明显看出，第一指纹图像59的一些部分看起来相对清晰，而其他部分看起来相对模糊。特别地，具有主要垂直指纹脊线的部分通常显得比具有主要水平指纹脊线的部分更清晰。

图6B示出了使用上述第二测量装置结构通过模拟得到的第二指纹图像61。除了所使用的测量装置结构之外，所有其他模拟参数与用于产生图2B中的指纹图像12的模拟的模拟参数相同。从对图6B中的第二指纹图像61的研究可以明显看出，具有主要水平指纹脊线的部分通常显得比具有主要垂直指纹脊线的部分更清晰。

为了获得指纹图案的期望改进的表示，根据本发明的实施方式，由图6A中的第一指纹图像59表示的第一测量值与由图6B中的第二指纹图像61表示的第二测量值组合。可以以各种方式获得第一测量值和第二测量值的组合，以获得改进的指纹图案表示所基于的组合测量值。

图7A示出了通过以最简单的可能方式(通过对每个测量位置的第一测量值和第二测量值取平均)组合第一测量值(图6A中的第一指纹图像59)和第二测量值(图6B中的第二指纹图像61)获得的组合指纹图像63。

通过将该简单的组合指纹图像63与如图7B那样被重复以便于比较的图2B中的指纹图像12进行比较，清楚的是，即使是最简单的第一测量值和第二测量值的组合也产生相当清晰的模拟指纹图像63。

对于本领域的普通技术人员来说明显的是，使用用于基于第一测量值和第二测量值确定组合测量值的更精细方案可以获得更好的结果。例如，可以根据指纹图案的主要局部方向分别给第一测量值和第二测量值分配权重。以这种方式，并且在该特定示例中，可以允许第一测量值支配指纹图案的方向处于或接近于上述第一主要方向的部分，并且可以允许第二测量值支配指纹图案的方向处于或接近于上述第二主要方向的部分。

应当注意的是，给定的第一(第二)测量值不一定直接与从单个测量元件获得的感测信号对应，而是特定测量位置的第一(第二)测量值可以基于从多于一个的测量元件获得的感测信号。例如，每个测量值可以是差分测量值。

在图8A中示意性地示出了用于差分测量的示例性第一测量元件结构，并且在图8B中示意性地示出了用于差分测量的示例性第二测量元件结构。

图8A中的第一测量元件结构与上面参照图5A所述的第一测量元件结构主要不同之处在于第一测量装置部分65是至少两个测量元件宽，并且至少两个测量元件用于确定两个测量元件之间的测量位置(在图8A中用'x'指示)的第一测量值。

图8B中的第二测量装置部分67也是至少两个测量元件宽。

本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施方式。相反，在所附权利要求书的范围内可以进行许多修改和变化。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载的某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。计算机程序可以存储/分布在诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质的合适的介质上，但也可以以其他形式分布，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (16)

1.一种使用指纹传感器确定手指的指纹图案的表示的方法，所述指纹传感器包括二维测量装置，所述二维测量装置包括多个测量元件，每个测量元件包括通过电介质结构与所述手指间隔开的手指电极，

对于多个测量位置中的每个测量位置，所述方法包括以下步骤：

提供第一测量元件结构，所述第一测量元件结构包括：

第一组感测测量元件，所述第一感测测量元件限定包括所述测量位置并具有第一主要延伸方向的细长的第一测量装置部分，所述第一组感测测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第一时变感测手指电极电位；以及

第一组外围测量元件，所述第一组外围测量元件限定至少部分地围绕所述第一测量装置部分的第一外围测量装置部分，所述第一组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第一感测手指电极电位不同的第一外围手指电极电位；

使用所述第一测量元件结构来获取针对所述测量位置的第一测量值；

提供第二测量元件结构，所述第二测量元件结构包括：

第二组感测测量元件，所述第二组传感测测量元件限定包括所述测量位置并具有与所述第一主要延伸方向不同的第二主要延伸方向的细长的第二测量装置部分，所述第二组感测测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第二时变感测手指电极电位；以及

第二组外围测量元件，所述第二组外围测量元件限定至少部分地围绕所述第二测量装置部分的第二外围测量装置部分，所述第二组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第二感测手指电极电位不同的第二外围手指电极电位；以及

使用所述第二测量元件结构来获取针对所述测量位置的第二测量值，其中，所述方法还包括以下步骤：

基于针对所述测量位置中的每个测量位置的所述第一测量值和所述第二测量值来确定针对所述测量位置中的每个测量位置的组合测量值；以及

基于针对所述测量位置中的每个测量位置的所述组合测量值来确定所述指纹图案的所述表示。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一测量元件结构还包括：

第一组保护测量元件，所述第一组保护测量元件限定具有所述第一主要延伸方向并与所述第一感测测量装置部分邻近的细长的第一保护测量装置部分，所述第一组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第一外围手指电极电位不同的第一保护手指电极电位；并且

所述第二测量元件结构还包括：

第二组保护测量元件，所述第二组保护测量元件限定具有所述第二主要延伸方向并与所述第二感测测量装置部分邻近的细长的第二保护测量装置部分，所述第二组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第二外围手指电极电位不同的第二保护手指电极电位。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

所述第一测量元件结构还包括：

第三组保护测量元件，所述第三组保护测量元件限定具有所述第一主要延伸方向并与所述第一组保护测量元件邻近的细长的第三保护测量装置，所述第三组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第一保护手指电极电位不同并且与所述第一外围手指电极电位不同的第三保护手指电极电位；并且

所述第二测量元件结构还包括：

第四组保护测量元件，所述第四组保护测量元件限定具有所述第二主要延伸方向并与所述第二组保护测量元件邻近的细长的第四保护测量装置，所述第四组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第二保护手指电极电位不同并且与所述第二外围手指电极电位不同的第四保护手指电极电位。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

所述第一感测手指电极电位关于所述第一外围手指电极电位时变，使得所述第一感测手指电极电位与所述第一外围手指电极电位之间的电位差从第一时间点处的第一电位差改变成第二时间点处的第二电位差；并且

所述第二感测手指电极电位关于所述第二外围手指电极电位时变，使得所述第二感测手指电极电位与所述第二外围手指电极电位之间的电位差从第三时间点处的第三电位差改变成第四时间点处的第四电位差。

5.根据权利要求4所述的方法，其中：

所述多个测量元件中的每个测量元件包括电荷放大器电路，所述电荷放大器电路能够被控制以提供指示所述测量元件的手指电极上的电荷的感测信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其中：

获取所述第一测量值的步骤包括在所述第一时间点处对由在所述第一组感测测量元件中的测量元件中包括的所述电荷放大器电路提供的第一感测信号进行采样，并且在所述第二时间点处对所述第一感测信号进行采样；并且

获取所述第二测量值的步骤包括在所述第三时间点处对由在所述第二组感测测量元件中的测量元件中包括的所述电荷放大器电路提供的第二感测信号进行采样，并且在所述第四时间点处对所述第二感测信号进行采样。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述二维测量装置是具有布置成行和列的所述多个测量元件的测量元件阵列，

其中，所述第一主要延伸方向与所述列平行，所述第二主要延伸方向与所述行平行。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

所述第一测量值基于从布置在所述测量位置处的所述第一组测量元件中的单个测量元件获取的信号；并且

所述第二测量值基于从布置在所述测量位置处的所述第二组测量元件中的单个测量元件获取的信号。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中：

所述第一测量值基于来自所述第一组测量元件中的彼此邻近的测量元件的信号之间的差异；并且

所述第二测量值基于来自所述第二组测量元件中的彼此邻近的测量元件的信号之间的差异。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：

针对包括在所述第一测量装置部分中的多个测量位置使用所述第一测量元件结构来同时获取所述第一测量值；并且

针对包括在所述第二测量装置部分中的多个测量位置使用所述第二测量元件结构来同时获取所述第二测量值。

11.一种指纹感测系统，包括：

包括多个测量元件的二维测量装置，所述多个测量元件中的每个测量元件包括手指电极；

测量控制电路；以及

图像处理电路，

其中，所述测量装置能够被所述测量控制电路配置在下述结构中：

第一测量元件结构，包括：

第一组感测测量元件，所述第一组感测测量元件限定具有第一主要延伸方向的第一测量装置部分，所述第一组感测测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第一感测手指电极电位；以及

第一组外围测量元件，所述第一组外围测量元件限定至少部分地围绕所述第一测量装置部分的第一外围测量装置部分，所述第一组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第一感测手指电极电位不同的第一外围手指电极电位；并且

第二测量元件结构，包括：

第二组感测测量元件，所述第二组感测测量元件限定具有第二主要延伸方向的第二测量装置部分，所述第二组感测测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出第二感测手指电极电位；以及

第二组外围测量元件，所述第二组外围测量元件限定至少部分地围绕所述第二测量装置部分的第二外围测量装置部分，所述第二组外围测量元件中的每个测量元件的手指电极呈现出与所述第二感测手指电极电位不同的第二外围手指电极电位。

12.根据权利要求11所述的指纹感测系统，其中，所述测量控制电路被配置成：

控制所述测量装置以使用所述第一测量元件结构来获取针对所述测量位置中的每个测量位置的第一测量值；并且

控制所述测量装置以使用所述第二测量元件结构来获取针对所述测量位置中的每个测量位置的第二测量值。

13.根据权利要求12所述的指纹感测系统，其中，所述图像处理电路被配置成：

基于针对所述测量位置中的每个测量位置的所述第一测量值和所述第二测量值来确定针对所述测量位置中的每个测量位置的组合测量值；并且

基于针对所述测量位置中的每个测量位置的所述组合测量值来确定所述指纹图案的表示。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的指纹感测系统，其中：

所述第一测量元件结构还包括第一组保护测量元件，所述第一组保护测量元件限定具有所述第一主要延伸方向并与所述第一感测测量装置部分邻近的细长的第一保护测量装置部分；

所述测量控制电路被结构成控制所述测量装置，以向所述第一组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极提供与所述第一外围手指电极电位不同的第一保护手指电极电位；

所述第二测量元件结构还包括第二组保护测量元件，所述第二组保护测量元件限定具有所述第二主要延伸方向并与所述第二感测测量装置部分邻近的细长的第二保护测量装置部分；并且

所述测量控制电路被结构成控制所述测量装置，以向所述第二组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极提供与所述第二外围手指电极电位不同的第二保护手指电极电位。

15.根据权利要求14所述的指纹传感器，其中：

所述第一测量元件结构还包括第三组保护测量元件，所述第三组保护测量元件限定具有所述第一主要延伸方向并与所述第一保护测量装置部分邻近的细长的第三保护测量装置部分；

所述测量控制电路被结构成控制所述测量装置，以向所述第三保护测量元件中的每个测量元件的手指电极提供与所述第一保护手指电位和所述第一外围手指电极电位不同的第三保护手指电极电位。

所述第二测量元件结构还包括第四组保护测量元件，所述第四组保护测量元件限定具有所述第二主要延伸方向并与所述第二保护测量装置部分邻近的细长的第四保护测量装置部分；并且

所述测量控制电路被配置成控制所述测量装置，以向所述第四组保护测量元件中的每个测量元件的手指电极提供与所述第二保护手指电位和所述第二外围手指电极电位不同的第四保护手指电极电位。

16.一种电子设备，包括：

根据权利要求11至15中任一项所述的指纹感测系统；以及

处理电路，其被配置成：

从所述指纹感测系统获取用户的指纹图案的表示；

基于所述表示来验证所述用户；以及

仅在基于所述表示验证所述用户的情况下，执行至少一个用户请求的处理。