TW202107053A - 用以拍攝熱圖案之感測器及雙重積分方法 - Google Patents

Abstract

由一包含有複數個像素之感測器拍攝一熱圖案的方法，該等複數個像素之每一個包含有一熱敏測量元件，對於每一個像素，該方法包含有： -加熱該測量元件； -在一第一測量持續時間內第一讀取由該像素所輸出的該等電荷並給出一第一測量值x₁ ； -在一第二測量持續時間內第二讀取由該像素所輸出的該等電荷並給出一第二測量值x₂ ； -計算一差值x₁ - α.x₂ ，其中α係一正實數， 以及其中該加熱持續時間的一半以上被實現在該第一測量持續時間內並且該加熱持續時間的一半以下被實現在該第二測量持續時間內。

Description

用以拍攝熱圖案之感測器及雙重積分方法

發明領域 本發明涉及一種熱圖案感測器及一種用於拍攝熱圖案的方法。本發明可有利地被使用來藉由熱檢測來進行一種指紋拍攝。

發明背景 生產一種包含有熱檢測構件的指紋感測器係為公知的。這些熱檢測構件可以是熱電電容器、二極體、熱敏電阻；或更一般地係任何的熱敏元件其可把該熱敏元件所經受的一溫度變化轉換成為在該熱敏元件之一電氣參數中的變化，諸如在該熱敏元件之該等末端處的一電位、由該熱敏元件所產生的一電流或在該熱敏元件之該電阻中的一變化。

如在文獻US 4 394 773、US 4 429 413及US 6 289 114中所描述的，可以藉由所謂的「被動」感測器來進行指紋檢測，該等感測器利用了在該手指與該感測器之間的一溫度差異。然而，這些感測器的缺點為只能根據該溫度差異來進行測量。因此，可能會出現的情況為由於該手指及該感測器係處於同一溫度而在該輸出處所獲得的該信號準位為零，或該等所拍攝圖像的對比度發生變化，其會在對該等所拍攝圖像進行後續數位處理期間引起問題。

為了消除由被動熱感測器所引起的這些問題，並且還為了能夠在該手指不移動的情況下進行一種靜態採集，所謂的「主動」感測器已經被提出了，諸如在以下文獻中所描述的：

例如，US 6 091 837及EP 2 385 486 A1。

在這一種主動感測器中，每一個像素包含一熱電電容器及一加熱元件，該熱電電容器係由兩個導電電極所形成，在該兩個導電電極之間設置有部分的熱電材料。該加熱元件散發一定量的熱量在該像素中(特別是在該熱電材料部分中)，並且是在該手指出現在該感測器上的狀況下在一特定獲取時間之後該像素的該加熱被測量。

在每一個像素處，可以根據由該加熱元件所提供的該熱量係被該皮膚吸收(存在一指紋紋脊的像素)還是被保留在該像素中(存在一指紋紋谷的像素)來區分該拍攝指紋係存在一紋脊還是一紋谷。在該採集時間結束時，存在該紋脊之一像素的該溫度，其中該熱量係由該皮膚吸收，要比存在一紋谷之一像素的該溫度低，因為後者該熱量沒被該皮膚吸收並被保留在該像素中。

首先，這一種感測器可以測量與該等感測器像素接觸之元件(在一指紋拍攝過程中的該手指)的該熱量容量，也稱為該熱質量或熱容量。所獲得的測量結果還取決於在該等感測器像素與出現在每一個像素上該元件的該部分(在一指紋情況下的紋脊或紋谷)之間的該導熱率。

在由一主動熱量檢測感測器來拍攝熱圖案的期間，係在相同的速率下以相同的方式及一正規的方式來讀取該感測器之所有的像素，換句話說，對所有的像素使用一相同固定的測量持續時間。該持續時間，對應於一像素對與其接觸之元件進行該熱測量的一段時間，通常會被調整以便在該指紋的紋脊與紋谷之間獲得良好的對比度，換句話說，要有足夠長的時間以獲得與雜訊相比更大之一信號準位。然而，這種測量持續時間一定不能太長，以對該使用者而言拍攝總持續時間是可接受的並對該測量而言不會受到在該感測器表面上該手指移動的干擾。

在一主動熱量檢測感測器中執行該等像素的讀取可以例如對應於測量在每一個像素中所產生的該等電荷，該測量使用一電荷積分器來實現，但取決於所使用的該熱量檢測構件，其他的方法也是有可能的。

雖然一主動熱量感測器對由該加熱所引起的溫度變化敏感，但對由於出現在該感測器上之該手指與該感測器本身之間的該溫度差異所引起的溫度變化也保持敏感。由這兩種類型變化所產生的兩個信號會疊加在一起。該感測器通常被組配成具有與加熱所引起之溫度變化相對應之所謂的「主動」信號，該信號會比對應於在該手指與該感測器之間溫度差異之所謂的「被動」信號要大得多。換句話說，由該加熱所引起的該溫度變化遠大於由在該手指與該感測器之間該初始溫度差異所引起的該溫度變化(並且，如果該感測器與該手指處於相同的溫度，則該溫度變化幾乎為零)。

圖1顯示了把一手指放置在一主動熱量感測器上來讀取一手指指紋然後把該手指從該主動熱量感測器移開之過程中所獲得的幾張連續影像。圖1中該等可見的影像被編號為1到12，分別對應於連續的拍攝，每一個拍攝相對於該前一張影像的該拍攝相互間隔40 ms。在這些影像中，灰色被使用作為一中性色來反映沒有電荷被產生，而根據位於該感測器上的該元件比該感測器熱還是較冷，黑色及白色分別反映正電荷或負電荷的產生。

當該手指被放置在該感測器時，不管該感測器係一主動還是被動的熱量感測器，如果在該手指與該感測器之間的該溫度差異不為零，則正電荷或負電荷(取決於該手指比該感測器更熱還是更冷，並且取決於該熱電材料的該極化)會被產生在該手指接觸該感測器的該等區域中。因此，在圖1的影像2及3中，以黑色出現之該指紋紋脊對應於與該感測器接觸之該手指的一部分。這個較大的對比度反映了此時在該手指與該感測器之間所存在之大的溫度差異。

由該手指放置在該感測器上所產生之該等電荷出現在該等拍攝影像上之速度的快或慢以及對比度之強或弱取決於該感測器的讀取速度以及該手指被放置在該感測器上的該速度。在該成像儀讀取這些電荷後，它們會消失，並且在隨後的影像中不再可見。因此，與這些電荷相關之該圖案的該對比度會在隨後的影像上減少。

在該手指接觸該感測器後會立即產生另一種現象。在圖1的影像3中，在影像2中已經可見之該等指紋紋脊的一部分已經變成白色，而不是灰色。實際上，在該手指接觸該感測器的該時點，像素被強烈地加熱。在影像2中可以清楚地看到這一點，因為在拍攝此影像期間該皮膚溫度比該感測器的溫度要高，所以紋脊呈現黑色。該手指及感測器組件隨後冷卻，對於接觸該等紋脊之該等像素這種冷卻會轉換為產生負電荷然後會呈現白色。

然後會達到一溫度平衡，如在圖5及6中可見。

當手指移開時，會產生相反的現象，因為如果該感測器基板的熱質量大於該手指的熱質量並且沒有足夠的時間來加熱該感測器的話，則該感測器往往會返回其初始溫度。這可以在圖1的影像7及8 中被看到，其中該等指紋紋脊變成了白色。

此外，當該使用者把手指放在該感測器上時並不完全地穩定，這種被動式接觸及非接觸交替的現象在該指紋的外圍仍然可見(請參見圖4，其中在該外圍處該等指紋紋脊之該等部分的顏色保持黑色而不是灰色，這與該等指紋紋脊的其他部分不同)。

當該手指在該感測器上滑動時，會產生相同的現象；由於存在紋脊及紋谷，因此從一特定像素的角度來看，該皮膚會處於接觸狀態，然後處於非接觸狀態，並且會在該感測器中引起變化。

在該感測器中產生電荷還存在有其他的雜散現象，例如源自於該手指施加至該感測器上之壓力中的變化所產生的該壓電效應，或甚至係透過該手指之該耦合電容所貢獻的電荷(例如由該電磁環境所產生之頻率等於50 Hz的信號)。由這些雜散現象所產生的電荷將被添加到由該「主動」熱效應所產生的該等電荷中，因此將會干擾影像的該採集。

為了限制雜散現象對該感測器的影響，可以增加在該感測器中所產生的該加熱功率，從而使得這些雜散信號相對於該有用的信號可被忽略。然而，這一種解決方案不適用於某些應用，諸如當該等感測器係晶片卡或連接物件的一部分時，這些晶片卡或連接物件僅具有很少的功率來供應該感測器的該等加熱元件，這使得該加熱功率無法被增加到可顯著地限制該雜散現象影響的該程度。

另一種解決方案為減少該測量持續時間，換句話說，就是該等電荷的該等積分時間。在該主動加熱之前的緩慢變化將會看到它們的影響被降低，因為在該測量之該開始與結束之間的該溫度變化才會是重要的。然而，這個解決方案也不能令人滿意，因為它會導致所獲得的對比度會降低。

也可以增加該加熱的持續時間。這個解決方案也不能令人滿意，因為來自雜散現象的該等信號會隨著該加熱持續時間同時被增加。

另一種解決方案在於當觀察到有太多的雜散效果時，不保留拍攝的第一張及最後一張影像。這個解決方案也不能令人滿意，因為為了要拍攝該第一張及最後一張影像的能量會被不必要地浪費了。

發明概要

本發明的目的係提出一種感測器以及一種方法用於拍攝一熱圖案，其限制或移除雜散現象實現在該等拍攝上的影響。

為此目的，本發明提出一種用於拍攝一熱圖案的方法，該方法使用一包含有複數個像素的感測器，每一個像素包含有至少一個熱敏測量元件，該感測器更包含有： -至少一個加熱元件，其被組配來加熱至少一個像素的該熱敏測量元件，該加熱發生在由該至少一個像素之該熱敏測量元件進行一測量的期間； -至少一個讀取電路，其被組配來在由該至少一個像素之該熱敏測量元件進行一測量的期間讀取由該至少一個像素所輸出的該等電荷； 該方法包含有，對於每一個像素，至少執行該等以下的步驟： -在始於一時間t₀ 並結束於晚於時間t₀ 之一時間t₂ 的一加熱持續時間內加熱該像素的該熱敏測量元件； -在始於一時間t₁ 並結束於晚於時間t₁ 之一時間t₃ 的一第一測量持續時間內第一讀取出由該像素所輸出的該等電荷，並給出與在該第一測量持續時間t₃ -t₁ 內所讀取出之該等電荷相對應的一第一測量值x₁ ； -在始於晚於該時間t₃ 之一時間t₄ 並結束於晚於時間t₄ 之一時間t₅ 的一第二測量持續時間內第二讀取出由該像素所輸出的該等電荷，並給出與在該第二測量持續時間t₅ –t₄ 內所讀取出之該等電荷相對應的一第二測量值x₂ ； -計算一差值x₁ – α.x₂ ，其中α對應於一正實數， 以及其中在該第一測量持續時間內實現該加熱持續時間的一半以上，並在該第二測量持續時間內實現該加熱持續時間的一半以下。

在這個方法中，在該讀取像素之熱敏測量元件之該加熱階段一半以上的期間，對該等電荷實現該第一讀取。相對的是，在該加熱階段一半以下的期間，對該等電荷實現該第二讀取，因此至少部分地係在該讀取像素的冷卻期間被實現。在該冷卻期間，與該加熱相反，與該皮膚接觸的一像素比起不與皮膚接觸的一像素冷卻地更快，而這是在一特定時間之後，該特定時間取決於該像素之該熱慣性。然後，所計算的該差值使得可以累積在該等第一及第二讀取期間所獲得的正電荷及負電荷，從而增加在該過程結束時所獲得的該測量信號。因此，在與該被拍攝熱圖案之元件之該等不同導熱率部分接觸的該等像素之間，例如在和該被拍攝指紋之手指的該等紋脊接觸的該等像素與位於該拍攝指紋之手指之紋谷相對位置上的像素之間，可以獲得更好的對比度。

此外，從該等獲得之兩個測量值所計算出的差值使得有可能減少甚至消除由於雜散現象所引起的該等信號，因為這些雜散現象在相同持續時間中的該等兩次電荷讀取中的貢獻度係相同的。

時間t₂ 在時間t₅ 之前發生，使得由該像素所輸出之該等電荷的該第二讀取至少部分地係在該讀取像素的一冷卻期間來被實現。

時間t₂ 可能在時間t₁ 及t₃ 之間。在這種情況下，在第一讀取期間該加熱被停止，並且該第二讀取被完全實現在該像素的一冷卻階段內。

有利的是，該方法及該感測器可以被組配來拍攝與該感測器之一拍攝表面接觸的一指紋。

在此，α 可以等於該第一測量持續時間除以該第二測量持續時間的該比值。在這種情況下，該係數α可以補償在該第一與該第二測量持續時間之間的一差異。

在一個變型中，該α值可以和在該第一測量持續時間與該第二測量持續時間之間的該比率值不同。

有利的是，該第一測量持續時間可以等於該第二測量持續時間。這種情況會是有利的，因為在該等電荷的該第一及該第二讀取的每一個之中，該雜散現象的貢獻會係相同的。因此，這些雜散現象可以通過計算差值x₁ – x₂ 來被完全地消除(在這種情況下，當α等於該第一測量持續時間除以該第二測量持續時間的該比值時，α=1)。

該方法更可包含，在對該等像素之每一個計算該差值x₁ – α.x₂ 之後，

從針對該感測器之每一個像素所計算出之該差值x₁ – α.x₂ 的該等值來計算出該拍攝熱圖案之一張影像的一步驟。

該方法更可包含，在該第一及該第二讀取之間，重置該讀取電路或重置該像素。

該方法可以是這樣的： -該加熱持續時間t₂ –t₀ 的該值大約在60 µs至5000 µs之間，或者在200 µs至5000 µs之間(例如，對於執行像素之逐列讀取的一種感測器)，或者在60 µs至200 µs之間(例如，對於執行逐像素讀取的一種感測器)，及/或 -該第一及該第二測量持續時間每一個有一值大約在60 µs至5000 µs之間，或在250 µs至5000 µs之間(例如，對於執行像素之逐列讀取的一種感測器)，或在60 µs至300 µs之間(例如，對於執行逐像素讀取的一種感測器)，及/或 -選擇時間t₀ 及t₁ 使得在該加熱開始與該第一讀取開始之間的時間大約在0與200 µs之間(例如，對於執行像素之逐列讀取的一種感測器)，或在0 µs至100 µs之間(例如，對於執行逐像素讀取的一種感測器)。

有利的是，t₁ 晚於t₀ ，換句話說，該加熱是在該第一讀取開始之前開始。然而，t₀ 可能晚於t₁ 或甚至等於t₁ ，換句話說，該加熱是在該第一讀取開始之後開始或與該第一讀取的開始時同時開始。

以上給出的該等值係作為說明目的來被提供的。上面所指出的各種持續時間值取決於該感測器的該等特性，尤其取決於該讀取電路的該靈敏度、每一個像素的大小以及在該感測器中存在的該等層及材料的各種厚度。

該方法可以是這樣的： -該第一及該第二測量值x₁ 及x₂ 被儲存在該讀取電路中，並且該差值x₁ - α.x₂ 在該讀取電路中被計算出然後該差值結果被輸出在該讀取電路的該輸出處，或 -該第一及該第二測量值x₁ 及x₂ 在該讀取電路的該輸出處被連續地輸出，並且該差值x₁ - α.x₂ 係在該讀取電路的外部被計算出。

該差值x₁ - α.x₂ 的計算可以在該讀取電路的外部來執行， 換言之係在對該等測量值x₁ 及x₂ 的每一個進行一種類比到數位轉換之後才進行。

在一種變型中，可以在執行該第一測量之後把該類比測量值x₁ 保留在該讀取電路中，例如在該讀取電路的一第一電容器之中。在執行該第二測量之後，該類比測量值x₂ 也被保留在該讀取電路中，例如在該讀取電路的一第二電容器之中。然後，把該等類比測量值使用該差值x₁ -α.x₂ 的計算來做減法，然後這個減法的結果被數位地轉換並由該讀取電路來輸出。這個變型避免了在該讀取電路的外部來計算該減法，並且把將被輸出的該資料數量減半，所付出的代價為要有一電容器組，其具有該同時讀取像素之數量的大小。

每一個熱敏測量元件可包含至少一個熱電電容器，該熱電電容器的形成係把熱電材料的至少一部分設置在該第一電極與該第二電極之間。

在這種情況下，每一個像素之該熱電電容器的該第一電極及該第二電極中之一可由該像素所屬該列之所有的像素共用的一導電部分來形成。

而且，形成同一列之所有像素的該第一電極及該第二電極中之一的該導電部分也可以形成該列之該等像素的該加熱元件。

另外，每一個像素之該熱電電容器的該第一電極及該第二電極中的另外一個可由該像素所屬該行之所有像素所共用的該導電部分來形成。

在一種變型中，每一個熱敏測量元件可以包括至少一個熱敏電阻或至少一個二極體，及/或在每一個像素中，該熱敏測量元件可以形成該加熱元件。

該讀取電路可包含至少一個放大器，例如被安裝為一積分器的一差動放大器。該讀取電路可包含至少一個產生一「相關雙取樣」(CDS)的元件用以減少該讀取雜訊。

該加熱元件可以藉由該焦耳(Joule)效應來該加熱每一個像素的該熱敏測量元件，及/或該加熱元件可能能夠發出光以加熱該等像素的該熱敏測量元件。

本發明還涉及一種熱圖案感測器，其包含有複數個像素，每一個像素包含有至少一個熱敏測量元件，該感測器更包含有： -至少一個加熱元件，其被組配來加熱至少一個像素的該熱敏測量元件，該加熱發生在由該至少一個像素之該熱敏測量元件進行一測量的期間； -至少一個讀取電路，其被組配來在由該至少一個像素之該熱敏測量元件在進行一測量的期間讀取由該至少一個像素所輸出的該等電荷； -控制構件，其被組配來實現如上所述的一種拍攝方法。

較佳實施例之詳細說明 使用諸如在圖2中被示意性地示出的一熱圖案感測器100來實現該用於拍攝一熱圖案的方法。

該感測器100包括複數個像素102，每一個像素102包含有一熱量檢測元件或熱敏測量元件。

根據該感測器100的一第一組配，每一個像素102包含一熱電電容器104(在圖3中可見)，其形成該像素102的該熱敏測量元件。

該感測器100 可以由一玻璃基板製成，特別是當該感測器100包含TFT電晶體時。在一種變型中，該感測器100可以由一半導體基板製成，例如矽，特別是當該感測器100包含使用MOS技術來製造的電晶體時。根據另一變型，該所使用的基板可以是一種柔性基板，例如包含有聚酰亞胺或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，使用其可有利地藉由印刷技術來產生該感測器100的該等元件。

該感測器100的該等像素102 可被佈置成形成像素102之一具有複數個行及複數個列的陣列，如在圖2該示意圖中的情況。該等像素102的該間距，換句話說係在兩個相鄰像素102之該等中心間的該距離，例如，在大約25 μm至100μm之間。

圖3描述了使用一熱電電容器104之一像素102的實例，該熱電電容器104包含有在一下部電極108與一上部電極110之間的一熱電材料部分106。該熱電材料部分106最好是聚偏二氟乙烯或PVDF、或聚偏二氟乙烯-三氟乙烯或P(VDF-TrFE)。在一種變型中，該熱電材料可以是AlN或PZT，或適合於形成熱電電容器104之任何其他的熱電材料。該熱電材料部分106的該厚度例如在大約500 nm至10 μm之間。

該等電極108、110各自包含至少一種導電材料，例如一金屬材料，諸如厚度大約為0.2 μm的鈦、及/或鉬及/或鋁及/或一導電氧化物諸如氧化銦錫( ITO)及/或一導電聚合物諸如PEDOT：PSS。該等電極之一，最好是該上部電極110，或該等兩個電極108、110中的每一個，可以藉由堆疊複數種導電材料，例如一Ti/TiN/AlCu堆疊來形成。該等電極108、110中每一個的厚度例如在大約0.05 μm至1 μm之間。

該感測器100還包含加熱元件112，其把一定量的熱量散發到該等像素102中，特別是散發到該熱電材料部分106中。這些加熱元件112例如是被連接到該等熱電電容器104之一側或另外一側的導電元件，最好係由被使用來產生該等熱電電容器104之該等電極108、110中之一個的該等導電層之一來形成。

一保護層，例如對應於一AlN層或適合用來製造該層之任何其他材料的一層，被設置在該等像素102之該等上部電極110的上方。該保護層的該厚度可以在大約100 nm至大約100 nm之間。該保護層的一上表面對應於該感測器100的該拍攝表面，要被檢測之該熱圖案，例如欲檢測一手指的指紋，被放置於該感測器100的拍攝表面上方並且其與該感測器100的此一拍攝表面接觸。

根據一較佳的實施例，該陣列同一列像素102之每一個的該熱電電容器104的該等電極108、110中之一個係由相同的導電部分形成，因此其對於該列之所有的像素102係共用的。此外，也有可能的是，同一列像素所共用的這些導電部分也形成該等像素102的該等加熱元件112。用於製造這一種感測器的製造細節在文件WO 2017/093179 A1中進行了描述。

此外，該感測器100可能包含所謂的「被動」像素102的一陣列，換句話說，在該等像素102內不包含一電晶體，並且在這種情況下，每一個像素102之該熱電電容器之該第一及該第二電極108、110中的另外一個係由該像素所屬該行之所有像素共用的一導電部分來形成。在文獻WO 2018/020176 A1中描述了用於製造這一種感測器的製造細節。

該加熱元件112例如能夠藉由焦耳(Joule)效應來加熱每一個像素102的該熱敏測量元件。在這種情況下，藉由在形成該加熱元件112之該導電元件中循環一電流來獲得該熱電材料部分106的該加熱。該獲得之該加熱的強度尤其是取決於流經過該導電元件的該電流強度。

施加在該導電元件上的該加熱電壓值，並因此為在該導電元件中該流動電流的強度，係相對於該所使用導電材料的該電阻率來被調整，以便在該等像素102中產生該所欲的熱能。每一個像素耗散的該功率可以最好可在大約0.05m W至1 mW之間。

在一變型中，加熱元件112可以使用不是電阻元件之其他的加熱元件，舉例來說諸如光學加熱元件。例如，諸如雷射二極體之一或多個LED 可以發射輻射，該輻射穿透過該基板並且被該等像素102的該熱電材料吸收；及/或由該等像素102之該等電極108、110中之一吸收；及/或由一特定的吸收層吸收，例如由部分氧化的ITO、碳、氧化鉻、或甚至填充有有色顏料之一聚合物所組成的吸收層，其被添加到該等電極108、110中之一個的附近或直接在該等電極108、110中之一個上。例如，在藉由紅外輻射加熱的情況中，該鈦及/或ITO電極108、110 最好可被使用來吸收該輻射。最好的是，該輻射可被保護層所吸收。

所有像素102 之該等電極108、110中之一，例如所有像素102的該上部電極110，一起形成一連續的導電層是有可能的，該導電層應藉由一介電層來與該等加熱元件112 絕緣。在這種情況下，該連續的導電層形成一屏蔽層，該屏蔽層具有的優點為在該熱敏測量元件進行電荷積分時可以開啟或關閉該加熱，而不會干擾此電荷的積分。此一屏蔽層還限制了該感測器100會遭受到的干擾，特別是頻率等於50Hz的那些干擾。

在一個變型中，該屏蔽層可以與該等像素102之該等電極108、110不同，並且，例如，被設置在該感測器100的該等熱敏測量元件與該感測器100的該拍攝表面之間。

根據該感測器100的其他組配，該感測器100的該等熱敏測量元件可能不是熱電電容器，而是例如熱敏電阻、二極體或任何其他合適的熱敏元件。

除了該等熱敏測量元件之外，該感測器100還包含控制構件114，該控制構件114致能了該等像素102之該加熱及該讀取階段的控制。

該感測器100還包含一讀取電路116，該讀取電路116使得可以讀取在每一個像素102之該輸出處所輸出之該等電荷，並因此使得可以讀取由該感測器100所檢測到之該熱圖案。

在一種變型中，該感測器100可以包含一控制電路及讀取電路116，其係位於該等像素102之陣列所處該平面之外。

圖3展示出該讀取電路116之一部分的一第一示例實施例，並且更精確地展示出使得可以讀取由該感測器100之該等像素102中之一個的該熱電電容器104所輸出之該等電荷的該等電子元件。

在圖3中所示出的該像素102包含該熱電電容器104，該熱電電容器104的形成係在該等兩個電極108、110之間設置該熱電材料部分106。該下部電極108接地，而該上部電極110形成該像素102的一讀取電極並且被連接到該像素102的一主動節點118。

當該熱敏測量元件例如為一熱敏電阻或對於其該電流會隨溫度變化之任何其他的熱敏測量元件時，該元件還包含被連接至該像素102之一主動節點118的一端子。

該主動節點118被連接到位在該像素102之陣列之該行底部處之該讀取電路116的一輸入。在這裡所描述的該實例中，同一行之所有像素102的該等熱電電容器104被並列連接到該讀取電路116的一相同輸入。該讀取電路116的該輸入對應於一讀取放大器120的該反相輸入，例如，該讀取放大器120為諸如一運算放大器之類的一差動放大器。一極化電位V_ref 被施加到該放大器120的該非反相輸入。該放大器120的該輸出經由一電容器122被環路回到其反相輸入。一開關124與該電容器122並聯連接，並且該開關124可以短路該電容器122來使得該積分器可被重置為零並放電該電容器122。該讀取放器120的該輸出還被連接到一電路126的該輸入，該電路126可能會產生一CDS操作，然後放大該獲得的信號並然後進行一類比到數位的轉換。

當該感測器100的該等熱敏測量元件對應到熱敏電阻，同一行之所有像素102的該等熱敏電阻可被串聯連接到該讀取電路116之一相同的輸入。在這種情況下，該讀取電路116係適合於讀取該輸出的電流。該讀取電路116包含，例如，該輸出的電流會流經其的一電阻器。該電流可由在此電阻器之該等端子處的一電壓讀取器來被讀取。當該感測器100的該等熱敏測量元件對應於二極體時，這一種讀取電路116 也可以被使用。

由該放大器120、該電容器122、及該開關124所形成的該電流積分器對於同一行所有像素102係共用的。藉由在該等讀取放大器120與該電路126的該等輸出之間添加多工的電子元件，該電路126 對於該感測器100的所有像素102係共用的。

為了利於對本文所實現之該拍攝方法的理解，下面將結合圖4A及4B，在兩個像素102a、102b的一同時加熱階段期間之中及該階段之後，該等兩個像素102a、102b的該等溫度將被描述。在圖4B中所示的該曲線10a 對應於由一指紋之一紋脊2所在處之該第一像素102a所輸出的該信號，而曲線10b對應於當該指紋之一紋谷4出現在相對或面對該第二像素102b時由該第二像素102b所輸出的該信號。因此，在該皮膚與該第二像素102b之間沒有接觸。該等兩個像素102a、102b對應於該感測器100的兩個像素102。該等曲線10a及10b表示當該加熱在時間等於50 μs時開始並且在等於1050 μs時停止時所獲得的該等溫度。

在該加熱期間，電荷在該等兩個像素102a、102b中被產生。由於每一個像素102a、102b之該熱電電容器的該等端子處的該電壓係由該等讀取電路116a、116b的該等電流積分器來保持恆定的事實，該等電荷被複製到該等電容器122上，並因此在該等電容器122之該等端子處的該等電壓增加。此外，由於該熱量由出現在該第一像素102a上之該指紋紋脊2的該皮膚來吸收，所以該第一像素102a之該電容器122的該電壓值增加會小於與該紋谷4相對並因此不與皮膚接觸之該第二像素102b之該電容器122的該電壓值增加。

在圖5中所示的該曲線對應於在像素102b與像素102a之間所獲得之該等測量信號之該等值之間的該差值，該差值表示在該等兩個像素102a、102b之間的該對比度。

由於在一被加熱像素中該熱量的傳播時間，在該像素中存在一定的熱慣性。這種現象在圖5中得到了說明，在圖5的該實例中，該信號差值在停止該加熱後(在t = 1050 µs處發生)再次地增加，持續一段等於2000 µs的時間。然後，可觀察到這條曲線的斜率變為負值：該第一像素102a的冷卻速度比該第二像素102b慢，因此在該等兩個像素102a、102b所輸出之該等信號之間的該差值減小。

以下，結合圖6及圖7，根據一特定實施例所實現的該拍攝方法被描述。

在實現該方法的期間，在圖6中所示的該曲線14a對應於由該第一像素102a所輸出的該信號，在該像素處有一指紋的一紋脊2，而曲線14b對應於由該第二像素102b所輸出的該信號，相對於該像素處有該指紋的一紋谷4。圖7以一時序圖的形式展示出在該方法期間實現的該等各個步驟。

下面描述的方法係逐列實現的，換句話說，是針對該感測器同一列之所有的像素102同時地實現的。對於該感測器之該等像素行的每一列重複該等步驟。然而，其他的實現變型係有可能的，例如藉由以不對應於單一一列像素之像素群組來逐像素地或逐像素群組地進行一種讀取。

對於如在圖3中所示的一讀取電路116，該等開關124預係先閉合的。然後該等積分電容器122被放電，在該等端子處的該電位會變為零，並且在該電荷積分器之該輸出處的該電位因此等於V_ref 。

藉由把一電流傳遞到該等被讀取像素102的該等加熱元件112中，在該時間t₀ (圖6中的t₀ ＝50 μs)開始加熱該被讀取列之該等像素102的該熱敏測量元件。

然後，由該被讀取列之該等像素102所輸出的該等電荷的一第一讀取被實現在一第一測量持續時間內，該期間始於一時間t₁ 並在一時間t₃ 終止，其中t₁ 對應於該被讀取列之該等像素102之該等開關124該斷開的時間(在此處描述的該實例中t₁ = t₀ = 50 µs)而t₃ 為該等讀取電容器122的該電壓值被讀取時。在該被讀取列之該等像素102的該等熱電電容器中所產生之該等電荷的該積分係在一第一測量持續時間內被執行。由於該等開關124是被斷開的，因此由該等像素102的該等熱電電容器所產生之該等電荷會流向該等讀取像素102被連接至的該等電容器122。

最好的方式為，在該等電荷的該第一讀取開始之前開始該加熱，以限制由進行該加熱之該等元件的該切換所引起的該等電子干擾。此外，在該等兩個像素102a、102b之該等測量信號之間的該差值在該積分開始時可以忽略不計，該熱量還沒有該時間來到達該感測器100之該表面，因此該等兩個像素102a、102b具有一相似的行為。然而，可以想到的是，在該等電荷的該第一讀取開始之後來開始該加熱(在這種情況下，t₁ ＜t₀ )。

在對應於一熱電電容器104的一測量元件中，所產生之在電荷中的該變化ΔQ與該熱電電容器104所經歷之溫度變化ΔT成正比，並可用以下的等式來表示： ΔQ＝γ.S.ΔT， 其中，γ對應於該熱電電容器104之該熱電材料106的該熱電係數而S對應於該熱電電容器104的該表面面積。

由該感測器100之該等熱電電容器104的每一個所經受的該溫度變化會根據係該指紋之一紋脊還是一紋谷被置於該熱電電容器的上方而會有所不同。當該指紋之一紋脊被置於一熱電電容器104之上時，該熱電電容器104所經受的該溫度變化被稱為ΔT_紋脊 ；而當該指紋之一紋谷被置於一熱電電容器104之上時，該熱電電容器104所經受的該溫度變化被稱為ΔT_紋谷 。

當該熱敏測量元件係熱敏電阻，或更一般地說，係會產生一電流的熱敏測量元件而該電流值取決於該溫度，舉例來說諸如二極體時，該所獲得的電流I取決於該溫度的方式係根據一函數f，換句話說，I= f(T)。該電流也可被表示為在一溫度T₀ 處之一特定測量值的一函數，在這種情況下為I = I₀ .f(T₀ ,ΔT)。

在時間t₁ ，在該指紋之一紋脊位於其上之一熱敏電阻中的該電流值被稱為I_{紋脊_t1} ，而在該指紋之一紋谷位於其上之一熱敏電阻中的該電流值被稱為I_{紋谷 _t1} 。由該等熱敏電阻所產生的該等電流值在時間t₁ 被讀取。

在這裡所描述之該示例性實施例中，在該第一測量持續時間內，該加熱被停止。該加熱被停止在一時間t₂ 處。該加熱持續時間t₂ – t₀ ，例如，等於1000 µs。

從該加熱的該停止開始(時間t₂ )，由於該等像素102冷卻的事實，由該等讀取像素102之該等熱電電容器104所產生的該等電荷開始減少。然而，由於在該感測器100中存在有該熱慣性，因此該對比度的值在時間t₂ 之後的一特定時間段內繼續增加(如以上結合圖5所描述的)，換句話說，在已經停止該加熱的一特定時間段內繼續地增加。因此這有利的是在這段時間內延長該電荷的積分，直到該對比度降低為止。

該等產生電荷之該第一讀取被停止在一時間t₃ 。該第一測量持續時間(等於t₃ – t₁ )例如等於2000 µs。該時間t₃ 的值可被小心地選擇使得該第一讀取的該結束對應於當在該指紋之一紋脊置於其上的一像素102與指紋之一紋谷置於其上的一像素102之間的對比度開始減少的該時間(在圖5該實例中為2000 µs)。然而，還是可以把一積分持續時間，或測量持續時間，選擇為接近該加熱持續時間，例如在大約1000 µs至1300 µs之間。

在這個測量持續時間結束時，該等熱電電容器已經經歷了一特定的溫度變化，由該熱電電容器所產生並由該等電容器122之每一個所儲存的該等電荷係這個溫度變化的結果。由這個第一測量所測得的該值被稱為x₁ 。

因此，在該放大器120該輸出處的該電位為V_out ＝Q/C_ref + V_ref ，其中Q對應於在該第一測量持續時間內所產生的該等電荷而C_ref 為該電容器122的該值。這個電位然後由該電路126之該類比到數位轉換器讀取並被取樣或被儲存在另一個電容器中。

在時間t₃ ，由具該指紋之一紋脊位於其上之一熱電電容器104所產生之該電荷的值為： Q_{紋脊_t3} =γ.S.ΔT_紋脊 ， 並且在時間t₃ ，由具該指紋之一紋谷位於其上之一熱電電容器104所產生之該電荷的值為： Q_{紋谷 _t3} =γ.S.ΔT_紋谷 ，

因此，在時間t₃ ，在其上具該指紋之一紋谷的一像素與其上具該指紋之一紋谷的一像素之間所獲得的該對比度為： 對比度= Q_{紋脊_t3} - Q_{紋谷_t3} 對比度= γ.S.(ΔT_紋脊 –ΔT_紋谷 )。

因此，該所獲得的對比度線性關係於在其上發現有一指紋紋脊之一像素的溫度變化與其上發現有一指紋紋谷之一像素的溫度變化之間的該差值。

當該熱敏測量元件係熱敏電阻(或更一般地，係產生一電流的熱敏測量元件，其中該電流值取決於溫度)時，在時間t₁ 及t₃ 讀取該等產生的電流。在時間t₃ ，在其上有一指紋紋脊之一熱敏電阻中的該電流值為： I_{紋脊_t3} = I_{紋脊_t1} .f(T_紋脊 , ΔT_{紋脊_t3} )， 並且在時間t₃ 在其上有一指紋紋谷之一熱敏電阻中的該電流值為： I_{紋谷_t3} = I_{紋谷_t1} .f(T_紋谷 , ΔT_{紋谷_t3} )。

假設該函數f在該考慮的溫度範圍內係局部線性的，換句話說，變化小於數度克氏(Kelvin)溫度​​，則該函數可以寫為f(T₀ ,ΔT)= a(T₀ +ΔT)+b。在時間t₃ 與t₁ 之間該電流的差值為： ΔI_{紋脊_t3} = I_{紋脊_t3} - I_{紋脊_t1} = I_{紋脊_t1} . a ΔT_{紋脊_t3} ， ΔI_{紋谷 _t3} = I_{紋谷_t3} - I_{紋谷_t1} = I_{紋谷_t1} . a ΔT_{紋谷 _t3} ，

因此，在時間t₃ ，在其上有一指紋紋谷的一像素與其上有一指紋紋谷的一像素之間所獲得的該對比度為： 對比度_t₃ = ΔI_{紋脊_t3} - ΔI_{紋谷_t3}

藉由假設該等紋脊及紋谷像素的該等初始溫度基本上相等： I_{紋脊_t1} ≈ I_{紋谷_t1} ≈ I_t1

可以根據以下的公式寫出該所獲得的對比度： 對比度_t₃ = a.I_t1 .(ΔT_{紋脊_t3} - ΔT_{紋谷_t3} )。

因此，與該等熱電電容器一樣，該所獲得的對比度線性關係於在其上發現有一指紋紋脊之一像素的該溫度變化與其上發現有一指紋紋谷之一像素的該溫度變化之間的該差值。在時間t₃ 處所獲得的該對比度具有一正值。

在該第一測量持續時間結束時，可以提供一等待時間(在圖7中的時間t₃ 與t₅ 之間)，在此期間，該獲得的資料被輸出、轉換、取樣、等等。在此等待時間中，該開關124為了把該電容器122放電而被切換到該閉合位置。在圖6中，這個重置把該讀取的電荷重置為零，換句話說，在這種情況下，把累積在該積分電容器122中的電荷重置為零。這個等待時間可有利地防止可能由該電路126之該類比到數位轉換器所產生的該等電氣干擾來干擾該等電荷積分器。

在該重置之後，在一第二測量持續時間內，其始於一時間t₄ 並在一時間t₅ 結束，對於由該讀取列之該等像素102所輸出的該等電荷實現一第二讀取。在此處描述的該實例中，該第二測量持續時間t₅ -t₄ 等於該第一測量持續時間t₃ -t₁ 。

與在該等像素102的該加熱期間被部分進行之該第一讀取不同，該第二讀取在不加熱該讀取列之該等像素102的情況下被實現。

該開關124在時間t₄ 被斷開。然後，在該第二測量持續時間內，該積分在該讀取列之該等像素102的該熱電電容器104處開始。在該第二測量持續時間內，該像素102的該熱電電容器繼續產生電荷，但是由於該等像素102係處於冷卻階段的這一事實，在這裡這些電荷為負，如在圖6中所示。由該第二讀取所測得的值被稱為x₂ 。

由於該線性特性及用於該等熱電像素及具有熱敏電阻之該等像素的該等溫度變化相似，因此在該第二測量期間所獲得的對比度以相同的方式被反轉。對於具有熱敏電阻的該等像素，可以根據以下公式寫出該獲得的對比度： 對比度_t₅ = a.I_t1 .(ΔT_{紋脊_t5} - ΔT_{紋谷_t5} )。

在該時間t₅ 所獲得的該對比度具有一負值。

因此，在該等兩次測量結束時進行的減法等於該等兩次測量之該等對比度的相減，並由以下等式來表示： 對比度_t₅ -對比度_t₃ =a.I_t1 .((ΔT_{紋脊_t5} - ΔT_{紋脊_t3} ) - (ΔT_{紋谷_t5} - ΔT_{紋谷_t3} ))。

對於讀取的每一個像素102，然後計算在該等兩個測量值x₁ 及x₂ 之間的一差值。該差值的計算可以在該讀取電路116的外部進行，換言之，在已經對該等測量值x₁ 及x₂ 的每一個進行一類比到數位轉換之後進行。

在一變型中，一種可能是，在已經執行該第一測量x₁ 之後，把該類比測量值x₁ 保留在該讀取電路116中，例如保留在該讀取電路116的一第一電容器中。在已經執行該第二測量x₂ 之後，把該類比測量值x₂ 保留在該讀取電路116中，例如保留在該讀取電路116的一第二電容器中。然後，使用在該等兩個值x₁ 與x₂ 之間的該差值計算來執行該等類比測量值的減法，然後該相減的結果被數位式地轉換並由該讀取電路116輸出。

由於在該等兩個像素102a、102b之間的該差值對於該第二讀取x₂ 為負而對於該第一讀取x₁ 為正的該事實，該差值導致出一更為高的對比度，如果僅在時間t₁ 與t₅ 之間進行一單一讀取則會獲得一較低的對比度。

此外，通過計算該差值，使之可從該所獲得的結果中刪除與該雜訊相對應且與該執行之拍攝無關的該等信號，因為這些信號對於所執行之該等兩次讀取具有相同的影響。該差值的計算尤其使得可以消除該感測器100之該固定模式雜訊(FPN)的至少一部分，換句話說，消除在該感測器100之該輸出處所引入之任何恆定的偏移，但也可消除在該感測器100中之任何恆定的洩漏電流。

因此，在該等兩次測量結束時所進行的該減法在這裡等於增加了該等兩次測量的該對比度，同時消除了對該第一及該第二讀取具有相同影響之那些雜散信號的該等影響。

通常，時間t₀ 到t₅ 之該等不同的值，換句話說，該方法之各個階段(加熱、第一讀取、第二讀取)的持續時間會根據該感測器100的該結構來進行調整。

對該感測器100之其他像素列重複上述的該等步驟。在圖7中，這些步驟可被看到用於一第二像素列。

在兩個連續像素列的該等讀取之間可能會出現一等待時間。如果該感測器100包含像素102的一被動陣列，換句話說，像素102不包含使其能夠讀取該等像素的電晶體(如在圖3中的情況)，則該等待時間被使用來讓剛剛被讀取之該像素列冷卻。

在該上述方法中，該第一測量持續時間等於該第二測量持續時間。在一種變型中，該等兩個測量持續時間可能彼此不同。在這種情況下，在每一個像素102的該等兩次讀取期間所獲得的該等兩個值x₁ 與x₂ 之間所進行的該減法可藉由根據在該第一與該第二測量持續時間之間的該差值來對該等兩個信號的這兩個值來進行加權。在這種情況下，藉由考慮所計算的該差值為x₁ - α.x₂ ，α的值等於該第一測量持續時間除以該第二測量持續時間的該比率值。這樣就可以消除該低頻雜散信號，雖然在該等兩個測量持續時間之間存在有差值，但它們仍被視為常數。在這種情況下，該FPN不再可藉由計算此加權後的差值來被完全地校正，但仍然可以藉由使用軟體的一工廠校準來完全地校正它。

圖8A展示出僅利用該第一讀取的該等值x₁ 來計算的一影像。圖8B展示出僅利用該第二讀取的該等值x₂ 來計算的一影像(由於在該第二讀取時，該等像素處於一冷卻階段，而在該第一讀取時，該等像素卻處於一加熱階段，因此圖8A及8B之間的對比度相反)。圖8C表示從在該等x₁ 值與該等x₂ 值之間差值的該等結果所計算出的一張影像。這些圖清楚地說明了這樣一個事實，即從在該等x₁ 值與該等x₂ 值之間差值的該等結果所計算出的該影像可獲得一更好的對比度。

圖9A-9C以一種類似於圖8A-8C的方式分別展示出藉由僅考慮第一讀取結果所獲得的影像、僅考慮該第二讀取結果所獲得的影像、以及從該第一讀取之該等結果減去該第二讀取之該等結果所獲得的影像。

當該第一測量持續時間及該第二測量持續時間相同時，在該第一讀取的該等結果與該第二讀取的該等結果之間所進行的該減法還使之可套用一濾波，頻率f之該轉移函數H的正規表示H(f)可以用以下的等式來表示：

其中: -

, -T_int 該積分時間，換句話說，該第一及該第二讀取中之一個的該持續時間， -δt時間t₄ -t₁ 的一半，換句話說，在該第一讀取的該開始與該第二讀取的該開始之間該時間的一半。

圖10顯示了當該等兩次讀取中每一個的該讀取持續時間相同為1200 µs，在每一次讀取之間的一等待時間等於100 µs時，所獲得的該函數H。使用該濾波器，由於該電磁環境所產生之該等雜散信號的頻率在50 Hz至60 Hz之間，並以一個2至3的因數被衰減。其他被動或雜散信號的頻率，例如，在指紋影像的採集期間所產生者，係小於大約10 Hz。這一種濾波器使得這些雜散信號具有一非常大的衰減(例如，衰減因數大於20)。

圖11展示出當該等兩次讀取每一個的持續時間相同為700 µs，並且在每次讀取之間的該等待時間等於50 µs時，所獲得的該函數H。圖11顯示，在這種情況下，頻率小於10 Hz之信號的該衰減甚至比在圖10中所展示出之濾波函數的該組配中所獲得的該衰減還要大。

對於上述所有的該等組配，可通過進一步執行一種相關雙取樣(CDS)操作來實現該上述方法。在這種情況下，該等像素的該等值(電荷或電流)在該等讀取每一個的該開始處被讀取。然後在該等讀取每一個的該結束時這些值被減去。這樣子的操作使之可以消除存在於該等像素中該固定雜訊的一大部分。

該α值可以和在該第一測量持續時間與該第二測量持續時間之間的該比率值不同。因此，藉由修改該參數α的值，有可能把或多或少的重要性給該等值x₁ 及x₂ 中的一個或另外一個，換句話說，給大部分在該像素加熱期間所進行的該測量或在該像素冷卻期間所進行的該測量。該參數α的值可能大於1或小於1。

例如，在一熱圖案拍攝對應於皮膚指紋熱圖案拍攝並且一第一測量持續時間等於該第二測量持續時間的情況下，選擇具有值大於1之參數α值會在該計算差值x₁ - α.x₂ 中把較大的重要性給予進行該第二測量的該結果，至少部分地給該像素之冷卻期間的該結果。有一事實為由於該較長的測量持續時間，在該像素冷卻期間所獲得的測量信號會涉及皮膚的較深層，該熱量有更長的散佈時間，因此有可能增加這些較深層在對於皮膚該第一表面層之該最終結果中的重要性。在一個變型中，藉由使該參數α的值小於1，對於皮膚之該等表面層所進行的該第一測量具有一較大的重要性。

根據一第二實例，在恆定雜訊的存在下，該雜訊的形式為在每一個像素中注入了相同數量之不想要的電荷，其與該獲取的持續時間無關，因此明智的做法是使得該參數值α=1，甚至當該第一及該第二讀取的持續時間不相同時也應是如此。因此，該固定的雜訊不會存在於該差值x₁ - α.x₂ 中。

在上面結合圖2所描述之該等特殊的實施例中，該等像素不包含用於列選擇的電晶體，並且在該讀取期間，係藉由加熱該所欲的像素列來進行該等像素的該定址。

在一種變型中，有可能每一個像素102可包含一列選擇電晶體。在這種情況下，這種列選擇電晶體的該閘極可以被產生為對於同一列之該等像素之所有該等列選擇電晶體之一共用的導線，並且打算在其上施加一選擇信號。該列選擇電晶體之該等源極及汲極電極中一第一個可被連接到該主動節點118並且該列選擇電晶體之該等源極及汲極電極中一第二個可被連接到該讀取電路116的一輸入。

在這一種變型中，除了以下的事實之外，該感測器100的該操作類似於先前描述的該操作，即在讀取其所屬之該像素列期間，該列選擇電晶體被設置為導通狀態。

像素的其他組配也可被設想，諸如，在圖12中所示出者使之能夠把該感測器之該等像素102的該等測量讀成為一電壓(所謂的「主動」像素讀取)。

如在先前結合圖3所述的該示例實施例中，每一個像素102包含連接到該主動節點118的該熱電電容器，因此，一列選擇電晶體130係經由一列選擇線133來控制。每一個像素102還被提供有設有一重置電晶體140，其之該等源極及汲極電極中之一個被連接到該節點118而其之該等源極及汲極電極中之另一個有一施加的重置電壓V_重置 。用來重置該像素102的一控制信號被施加在該重置電晶體140的該閘極上。該重置使之可以在該積分的該開始時把該節點118的該電位設置在一已知值(在這種情況下為V_重置 )，並且一旦一讀取被完成，就會從該熱電電容器104中排出該等電荷。與該像素列選擇電晶體130的該控制一樣，該重置電晶體140的該控制對於像素102的一整個列可以是共用的。

不同於該前述示例性實施例，在該前述示例性實施例中該節點118被直接連接至該讀取電路116，此處該節點118被連接至另一電晶體142的一閘極，該另一電晶體142形成一電壓隨耦器並產生該讀取信號的一放大信號，換句話說，該電極110的該電位會隨由該像素102的該熱電電容器104所產生的該等電荷而變化。一電源電位被施加在該電晶體142之該等源極及汲極電極中的一第一電極以及該電晶體142之該等源極及汲極電極中的一第二電極被連接到該電晶體130之該等源極及汲極電極中的該第一電極。該電晶體130之該等源極及汲極電極中的一第二電極被連接到由具有增益G之一反相或非反相放大器144所形成之該讀取電路116的該輸入。該放大器144的該輸出被連接到該類比到數位轉換器126的該輸入。一電流源143也被耦合到該放大器144的該輸入以便於快速地極化在一工作區域中的該電晶體142，在該處該電晶體142充當一電壓隨耦器。

在該第二實施例中，借助於三個電晶體，例如MOS電晶體，來執行一像素102的讀取。該讀取係讀取電壓並受益於由該隨耦器電晶體142所提供的該局部放大，該該隨耦器電晶體142阻止了在該主動節點118上的該等電荷的流動。在TFT技術中，該等電晶體可以由例如多晶矽或IGZO來製成。

此第二示例性實施例產生了對由該等熱電電容器所產生之該等電荷的一種非破壞性的讀取。由於該主動節點118尚未被重置，因此該等產生的電荷得以被保留。

在該等上述的實例中，在該等電荷的該第一讀取期間該加熱被停止。換句話說，該時間t₂ 係在時間t₁ 與t₃ 之間。在一種變型中，有可能在在該等電荷的該第二讀取期間該加熱被停止，換句話說，在時間t₃ 之後。

通常，該等時間t₀ 到t₅ 被選擇使得該加熱持續時間的一半以上被實現在該第一測量持續時間內，並且使得該加熱持續時間的一半以下被實現在該第二測量持續時間內。

2:紋脊 4:紋谷 10a、10b、14a、14b:曲線 100:感測器 102、102a、102b:像素 104:熱電電容器 106:熱電材料部分 108:下部電極 110:上部電極 112:加熱元件 114:控制構件 116、116a、116b:讀取電路 118:主動節點 120:讀取放大器 122:電容器 124:開關 126:電路 130:選擇電晶體 133:列選擇線 140:重置電晶體 142:電晶體 143:電流源 144:放大器

通過閱讀該等實施例的描述，本發明將被更佳地理解，這些實施例的描述方式純粹係說明的方式而非限制的方式，並伴隨參考該等附圖，其中： -圖1展示出以現有的技術在把一手指放置在一主動熱感測器上然後移開之一指紋讀取期間中所獲取的複數張連續影像； -圖2示意性地展示出根據本發明的一熱圖案感測器； -圖3展示出根據本發明之一熱圖案感測器之一讀取電路的一第一示例實施例； -圖4A展示出根據本發明之一熱圖案感測器的兩個像素； -圖4B展示出在該像素之一加熱階段期間之中及之後在圖4A中可見之該等兩個像素該輸出處所獲得的信號； -圖5展示出在加熱該像素的期間之中及之後，在位於該指紋一紋谷處的一像素與位於該指紋一紋脊處的一像素之間所獲得該信號中的差異； -圖6展示出在根據本發明之一拍攝方法期間中在一像素該輸出處所獲得的該等電荷； -圖7以一時序圖的形式展示出在根據本發明之一拍攝方法的期間中所實現的該等各種步驟； -圖8A-8C及9A-9C分別展示出藉由僅考慮該第一讀取、僅考慮該第二讀取、以及把該第一讀取的該等結果減去該第二讀取的該等結果所獲得的影像； -圖10及11展示出在實現根據本發明之一拍攝方法的期間所執行的濾波功能； -圖12展示出根據本發明之一熱圖案感測器之一讀取電路的一第二示例性實施例。

在以下描述的各個附圖中，相同、相似或等同的部分被賦予相同的參考號碼，以便於從一附圖轉移到另一個附圖。

為了使該等附圖更為易讀，在該等附圖中所展示的各個部分不一定按一統一的比例被繪製。

該等各種可能性(變型及實施例)應被理解的是彼此並不相互排斥並且可被組合在一起。

Claims (15)

1. 一種由一感測器拍攝一熱圖案的方法，該感測器包含有複數個像素，每一個像素包含有至少一個熱敏測量元件，該感測器更包含有： 至少一個加熱元件，其被組配來加熱至少一個像素的該熱敏測量元件，該加熱發生在由該至少一個像素之該熱敏測量元件進行一測量的期間； 至少一個讀取電路，其被組配來在由該至少一個像素之該熱敏測量元件進行一測量的期間讀取由該至少一個像素所輸出的該等電荷； 該方法包含有，對於每一個像素，至少執行該等以下的步驟： 在始於一時間t₀ 並結束於晚於時間t₀ 之一時間t₂ 的一加熱持續時間內加熱該像素的該熱敏測量元件； 在始於一時間t₁ 並結束於晚於時間t₁ 之一時間t₃ 的一第一測量持續時間內第一讀取由該像素所輸出的該等電荷，並給出與在該第一測量持續時間t₃ -t₁ 內所讀取之該等電荷相對應的一第一測量值x₁ ； 在始於晚於該時間t₃ 之一時間t₄ 並結束於晚於時間t₄ 之一時間t₅ 的一第二測量持續時間內第二讀取由該像素所輸出的該等電荷，並給出與在該第二測量持續時間t₅ –t₄ 內所讀取之該等電荷相對應的一第二測量值x₂ ； 計算一差值x₁ – α.x₂ ，其中α對應於一正實數， 其中在該第一測量持續時間內實現該加熱持續時間的一半以上並在該第二測量持續時間內實現該加熱持續時間的一半以下，以及其中該時間t₂ 發生在該時間t₅ 之前，使得由該像素所輸出之該等電荷的該第二讀取至少部分地係在該讀取像素的一冷卻期間來被實現。
2. 如請求項1之方法，其中該時間t₂ 係在時間t₁ 與t₃ 之間。
3. 如前述請求項1至2之一之方法，其中該方法及該感測器被組配來拍攝與該感測器之一拍攝表面接觸的一指紋。
4. 如前述請求項1至3之一之方法，其中α 等於該第一測量持續時間除以該第二測量持續時間之該比率的該值。
5. 如前述請求項1至4之一之方法，其中該第一測量持續時間等於該第二測量持續時間。
6. 如前述請求項1至5之一之方法，其更包含有，在該第一與該第二讀取之間，對該讀取電路的一重置，或對該像素的一重置。
7. 如前述請求項1至6之一之方法，其中： 該第一及該第二測量值x₁ 及x₂ 被儲存在該讀取電路中，並且該差值x₁ - α.x₂ 在該讀取電路中被計算出然後該差值的該結果被輸出在該讀取電路的該輸出處，或 該第一及該第二測量值x₁ 及x₂ 在該讀取電路的該輸出處被連續地輸出，並且該差值x₁ - α.x₂ 係在該讀取電路的外部被計算出。
8. 如前述請求項1至7之一之方法，其中： 該加熱持續時間t₂ – t₀ 的該值大約在60 µs至5000 µs之間，及/或 該第一及該第二測量持續時間之每一個有一值大約在60 µs至5000 µs之間，及/或 時間t₀ 及t₁ 被選擇使得在該加熱之該開始與該第一讀取之該開始之間的該時間大約在0至200 µs之間。
9. 如前述請求項1至8之一之方法，其中每一個熱敏測量元件包含至少一個熱電電容器，該至少一個熱電電容器係藉由把熱電材料的至少一部分設置在該第一電極與該第二電極之間來形成。
10. 如請求項9之方法，其中每一個像素之該熱電電容器的該第一電極及該第二電極中之一個係由該像素所屬該列之所有的像素所共用的一導電部分來形成的。
11. 如請求項10之方法，其中形成同一列之所有像素的該第一電極及該第二電極中之一個的該導電部分也形成該列之該等像素的該加熱元件。
12. 如請求項10或11中之一之方法，其中每一個像素之該熱電電容器的該第一電極及該第二電極中的另外一個係由該像素所屬該行之所有像素所共用的一導電部分來形成的。
13. 如請求項1至8之一之方法，其中每一個熱敏測量元件包含至少一個熱敏電阻或至少一個二極體，及/或在每一個像素中，該熱敏測量元件形成該加熱元件。
14. 如前述請求項1至13之一之方法，其中該加熱元件能夠藉由該焦耳(Joule)效應來加熱每一個像素的該熱敏測量元件，及/或其中該加熱元件能夠發出光用於加熱該等像素的該熱敏測量元件。
15. 一種熱圖案感測器，其包含有複數個像素，每一個像素包含有至少一個熱敏測量元件，該感測器更包含有： 至少一個加熱元件，其被組配來在由至少一個像素之該熱敏測量元件進行一測量的期間加熱該至少一個像素的該熱敏測量元件； 至少一個讀取電路，其被組配來在由該至少一個像素之該熱敏測量元件進行一測量的期間讀取由該至少一個像素所輸出的該等電荷； 控制構件，其被組配來實現如前述請求項1至14之一的一拍攝方法。

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