TWI730111B - 用於確定手指移動事件的方法和指紋感測系統 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種用於確定指紋感測器上的手指移動事件的方法。該方法包括獲取表示可以被手指觸碰的手指偵測結構的部分的訊號。以該些訊號和一總訊號位準之間的比值為基礎能夠於兩個不同時間實例處確定該指紋感測裝置上的手指的位置。以可能相同的該些位置為基礎，可以確定一手指移動事件。本發明還關於一種對應的指紋感測裝置。

Description

用於確定手指移動事件的方法和指紋感測系統

本發明關於一種用於確定指紋感測器上的手指移動事件的方法。本發明進一步關於一種對應的指紋感測系統以及一種包括此指紋感測系統的電子裝置。

各種類型生物識別系統的用途越來越多，以便用於提高安全性及/或增強使用者便利性。明確地說，因為指紋感測系統的小外型因子、高效能、以及使用者接受度的關係，它們已被運用在消費性電子裝置中。

為提供低能耗的指紋感測系統，該指紋感測系統應該僅當有手指在該指紋感測系統中所包括的指紋感測裝置上時才運作。另一方面，該指紋感測系統可能需要獨立確定是否有手指在該感測裝置上並且需要當該手指放置在該感測裝置上時感測該手指的指紋圖樣。

US8 031 046揭示一種指紋感測裝置，其中，多個指紋感測電極可被匯流在一起並且被連接至一通常保持導通的匯流電極放大器。一取樣與保留與解碼器電路被連接至該些匯流電極放大器並且可以從該匯流電極群處輸出一平均功率，其係與一臨界位準作比較。如果該平均功率高於該臨界位準的話，其係確定該手指存在並且一指紋影像被獲得。

雖然US8 031 046所提出的解決方案看似提供一種非常節能的手指偵測功能；不過，似乎仍有改良的空間。

鑒於上面提及和先前技術的其它缺點，本發明的目的係提供一種改良的手指偵測程序以及指紋感測系統，明確地說，提供該指紋感測系統之更節能的運作。

所以，根據本發明的第一項觀點，提供一種用於確定指紋感測器上的手指移動事件的方法，該指紋感測器包括：一感測元件陣列，用以感測一指紋圖樣，每一個感測元件皆有被排列在一感測結構平面中的感測結構；以及被排列相鄰於該感測結構陣列的至少一第一手指偵測結構和一第二手指偵測結構，每一個手指偵測結構皆有實質上大於該些感測結構中每一者的表面積，該第一手指偵測結構被連接至手指偵測器電路系統，該手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第一手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第一訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第一手指偵測結構的部分，該第二手指偵測結構被連接至一(第二)手指偵測器電路系統，該手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第二手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第二訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第二手指偵測結構的部分，其中，該方法包括下面步驟：獲取表示被手指觸碰的該第一手指偵測結構的該部分的第一訊號；獲取表示被該手指觸碰的該第二手指偵測結構的該部分的第二訊號；以至少該第一訊號和該第二訊號為基礎確定一總訊號位準；確定該第一訊號和該總訊號之間的第一訊號比值；確定該第二訊號和該總訊號之間 的第二訊號比值；以該第一訊號比值和該第二訊號比值為基礎確定相對於該第一手指偵測結構與該第二手指偵測結構的一第一位置以及相對於該第一手指偵測結構與該第二手指偵測結構的一第二位置；該第二位置係在晚於該第一位置的時間處被確定；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定一手指移動事件。

「總訊號」一詞應該廣義詮釋，並且舉例來說，可以為該第一訊號與該第二訊號的總和；或者，另一種方式係該第一訊號與該第二訊號的累積總訊號。該總訊號可以為來自該些手指偵測器電路系統的電壓(或電流)的總和。

該第一位置可以該第一比值與該第二比值的加權總和以及一座標系統為基礎被確定為一重力點，該些第一手指偵測結構與第二手指偵測結構為該座標系統的邊界。舉例來說，從該第一手指偵測結構至該第一位置的距離可以和該第一比值相關，而從該第二手指偵測結構至該第一位置的距離可以和該第二比值相關。於一範例中，相較於一小比值，大比值可以表示該第一位置比較靠近該個別手指偵測結構。

於進一步範例中，該座標系統可以介於多個相等部分中該些手指偵測結構之間的區域的虛擬分割為基礎，其中，該些部分的數量和手指偵測結構的數量相同。

由一手指觸碰的該第一手指偵測結構的部分的範圍可以從零(也就是，該手指偵測結構完全沒有被觸碰)至整個手指偵測結構被觸碰。該手指偵測結構的該「部分」的意義為該手指偵測結構的其中一側的區域的一部分。

該些獲取訊號的意義為在一時間持續期間中以一取樣率取樣的訊號。依此方式，一第一位置和一第二位置可以利用兩個不同時間實例處的資料點(或是複數個資料點的平均)來確定。

舉例來說，該些感測元件可以為電容式感測元件，每一個感測元件提供用以表示該特殊感測元件與觸碰該感測器表面的一手指表面之間的電容性耦合的一測量值。在對應於該指紋中紋脊的位置處的感測元件所呈現之和該手指的電容性耦合強過在對應於該指紋中紋谷的位置處的感測元件。

然而，本發明的各種實施例並不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；相反地，舉例來說，同樣應用於光學式指紋感測器、熱指紋感測器、或是壓電式指紋感測器等。

該指紋感測器可以包括用以對表示該些感測元件所提供之指紋圖樣的感測訊號作運算的額外電路系統。舉例來說，此額外電路系統可以包含取樣電路系統以及類比至數位電路系統。因此，該指紋感測器可以提供一指紋圖樣訊號為一數位訊號。或者，該指紋圖樣訊號亦可被提供為一類比訊號。

該些獲取訊號可以為表示一電壓的類比或數位數值，其可能和由該手指(或是該手指偵測結構附近的其它導電物體)、該手指偵測結構、以及兩者之間的介電材料所構成的電容器的電容成正比。

該手指偵測結構的優點係可以實質上大於(較大面積)一感測元件中所包括之感測結構的一金屬板形式來提供。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，或者更較佳地，至少100倍大。 藉此，該手指偵測結構與該可能手指之間的電容性耦合將相應大於一感測結構與該可能手指之間的電容性耦合。

該感測指紋紋樣可用於各種用途，例如，生物識別註冊或驗證、或是基於指紋圖樣的瀏覽等。

本發明係基於瞭解，藉由利用有專屬手指偵測器電路系統被連接至非該指紋感測裝置的感測元件矩陣(也就是，像素矩陣)之一部分的該至少一手指偵測結構的額外手指偵測結構能夠提供一種低功率手指偵測方法和系統。因此，不要需要大量運作功率的感測元件矩陣，取而代之地，本案發明人瞭解，藉由利用額外的手指偵測結構能夠降低功率消耗，因為該感測元件矩陣能夠保持在主動模式(in-active mode)。再者，已經瞭解的係，該些手指偵測結構還可用於偵測該手指在該指紋感測裝置上的移動。因此，該些手指偵測結構能夠用於移動偵測、穩定度和瀏覽確定。此外，本發明進一步瞭解，運用無維度的訊號比值於移動偵測、穩定度和瀏覽確定有好處，因為比值不受絕對訊號位準影響，因而，比較不必留意可能受雜訊(例如，共模雜訊)影響的絕對訊號位準。舉例來說，藉由運用比值，低訊號位準對該些確定移動事件的影響較小。

根據一實施例，該手指移動事件可以為該手指在從該第一位置至該第二位置的方向中的移動。

於另一實施例中，當該第一位置和該第二位置可以實質上相等並且該第一訊號的強度和該第二訊號的強度中每一個強度在第一時間持續期間先在第一臨界位準之上並且接著在第二時間持續期間中在第二臨界位準之下時，則確定該手指移動事件為該手指的實質上垂直移動。手指的 垂直移動可被視為「點擊(click)事件」。因此，於此情況中，該手指移動事件，該手指移動事件被確定為點擊事件。點擊事件應被理解成意義為一電子裝置上的選擇指令，舉例來說，「滑鼠上的點擊」類型。該點擊事件亦可以為所謂的「長按點擊(hold-click)」事件，因為該第一時間持續期間必須長過正常點擊事件。該第一位置和該第二位置實質上相等可被詮釋為該第一位置和該第二位置至少部分重疊。該第一位置和該第二位置至少於該第一時間持續期間中實質上相等。在該第二時間持續期間，該手指可能沒有觸碰該些手指偵測結構。該第一臨界位準可以使得能夠確定一手指出現在該手指偵測結構上。再者，該第一訊號和該第二訊號的強度在該第一時間持續期間可能必須在一臨界值之下，使得能夠確定該手指穩定於該些手指偵測結構上。再者，可以視情況首先確定在初始時間持續期間中沒有任何手指出現，因此，來自該些手指偵測結構的訊號強度在該初始時間持續期間中係在一臨界值之下。其次，可以確定該第一強度和該第二強度在該第一時間持續期間係在第一臨界位準之上，以及，接著可以確定在一時間持續期間中沒有任何手指出現。這提供一種更精確的點擊事件確定。

於一實施例中，當該第一位置和該第二位置實質上相等並且該總訊號強度在第一時間持續期間先在第一臨界位準之上並且接著在第二時間持續期間中在第二臨界位準之下時，則確定該手指移動事件為該手指的實質上垂直移動。換言之，該總訊號係用於確定該垂直移動。因而，該移動事件確定變成比較不受該些單獨訊號的影響。

於又一實施例中可以包含，當該第一位置和該第二位置實質上相等並且該第一訊號的強度和該第二訊號的強度中每一個強度在第三時 間持續期間接著在第一臨界位準之上並且在第四時間持續期間中接著在第四臨界位準之下時，則確定該手指移動事件為該手指的實質上垂直重複移動。利用此實施例可以進一步確定該手指移動事件為雙點擊事件。進一步言之，亦可以使用該總訊號來確定該重複性移動，而不使用該些單獨訊號。

根據本發明的一實施例可以進一步包含當該第一位置和該第二位置在一穩定時間持續期間中實質上相等並且該總訊號位準的強度變化在該穩定時間持續期間落在相對於一穩定位準的穩定偏差內時，則確定該手指移動事件為該手指穩定於該指紋感測器上。

換言之，該手指移動事件沒有移動。為實現該手指的穩定條件，來自該些手指偵測器電路系統的總訊號必須在該穩定時間持續期間和該穩定位準偏離不大於一穩定偏差。再者，該總訊號位準還可能必須在該穩定時間週期期間為恆定。依此方式，該手指的垂直移動會被確定為穩定。當該手指已被確定為穩定時，該指紋感測器可被控制用以獲取一指紋影像。因而，該指紋影像品質可以獲得改良。

於一進一步實施例中，當該手指被確定為穩定並且當該第一比值和該第二比值在該穩定時間持續期間中實質上相等時，該指紋感測器可被控制用以獲取一指紋影像。配合該第一比值和該第二比值實質上相等，該手指正在觸碰該第一手指偵測結構與該第二手指偵測結構的相等部分，因而，該手指的位置可以和該第一手指偵測結構與該第二手指偵測結構等距。利用更多的手指偵測結構，舉例來說，位於該指紋感測器的該些感測元件周圍的四個手指偵測結構，該手指可被確定為置中於該感測元件陣列上。因而，該指紋影像品質可以藉由獲知該手指置中於該感測元件陣 列上而進一步獲得改良。

於另一實施例中，該方法可以進一步包括：當該第一位置和該第二位置於一瀏覽時間持續期間中為實質上相等並且該第一訊號的強度和該第二訊號的強度中每一個強度在一瀏覽時間持續期間皆在一瀏覽臨界位準之上時，則確定該手指移動事件係該手指為穩定；以及以該第一位置和該第二位置為基礎提供表示瀏覽操作的一訊號。因此，該感測器相對於該些手指偵測結構的位置係用於確定一瀏覽操作。舉例來說，一瀏覽操作可以為捲動該電子裝置中的一選單、或是在作業系統中瀏覽、或是捲動運轉於該電子裝置上的軟體。換言之，該瀏覽操作雷同於搖桿捲動，舉例來說，使該搖桿保持在某個位置，舉例來說，左/右/上/下捲動提供個別方向中的瀏覽操作。

根據一實施例，該方法可以進一步包括：當該第一訊號或該第二訊號的強度大於或等於一偵測臨界值時，則確定該手指正在觸碰該個別手指偵測結構。該偵測臨界值為事先確定並且被設定成使得雜訊不會被誤認為該手指偵測結構上的手指。舉例來說，於某些施行方式中可以有一金屬殼體包圍該指紋感測器或是包圍包括該指紋感測器的電子裝置的至少一部分。該手指與此殼體之間的耦合可以提供一靜態背景訊號。該偵測臨界值因此可被選擇使得此背景訊號在該臨界值之下。或者，該背景訊號可以作為一偵測臨界值。來自一手指偵測器電路系統的訊號可以和一偵測臨界值作比較，舉例來說，在該指紋感測裝置的比較器中作比較。

於一實施例中，該指紋感測器可以進一步包括至少一第三手指偵測結構和一第四手指偵測結構，其中，每一個手指偵測結構皆有實質 上大於該些感測元件中每一者的表面積，該第三手指偵測結構被連接至一第三手指偵測器電路系統，該第三手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第三手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第三訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第三手指偵測結構的部分，該第四手指偵測結構被連接至一第四手指偵測器電路系統，該第四手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第四手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第四訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第四手指偵測結構的部分，其中，該方法進一步包括下面步驟：獲取表示被手指觸碰的該第三手指偵測結構的該部分的第三訊號，獲取表示被手指觸碰的該第四手指偵測結構的該部分的第四訊號，以該第一訊號、該第二訊號、該第三訊號、以及該第四訊號為基礎確定一總訊號位準，確定該第三訊號和該總訊號之間的第三訊號比值，確定該第四訊號和該總訊號之間的第四訊號比值，以該第一訊號比值、該第二訊號比值、該第三訊號比值、以及該第四訊號比值為基礎確定相對於該些手指偵測結構的該第一位置以及相對於該些手指偵測結構的該第二位置；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定手指移動事件。藉由使用更多手指偵測結構可以進一步改良該手指移動事件確定的精確性。

再者，進一步優點係包含更多手指偵測結構，例如，八個手指偵測結構，舉例來說，在該感測元件陣列的每一側排列兩個。依此方式，可以該感測元件陣列單一側的手指偵測結構確定至少其中一個方向中的手指移動。

一般來說，需要兩個手指偵測結構來確定其中一個維度中的 移動(從其中一個手指偵測結構至另一個手指偵測結構)以及垂直於該些手指偵測結構的第二維度中的移動。利用至少三個手指偵測結構除了可以確定該垂直為肚中的移動之外，還可以確定該些手指偵測結構平面中的兩個維度中的移動。

根據本發明的第二項觀點，提供一種指紋感測系統，其包括：一感測元件陣列，用以感測一指紋圖樣，每一個感測元件皆有被排列在一感測結構平面中的感測結構；以及被排列相鄰於該感測結構陣列的至少一第一手指偵測結構和一第二手指偵測結構，每一個手指偵測結構皆有實質上大於該些感測元件中每一者的表面積，該第一手指偵測結構被連接至一第一手指偵測器電路系統，該第一手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第一手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第一訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第一手指偵測結構的部分，該第二手指偵測結構被連接至一第二手指偵測器電路系統，該第二手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第二手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第二訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第二手指偵測結構的部分，其中，該指紋感測系統被配置成用以：獲取表示被手指觸碰的該第一手指偵測結構的該部分的第一訊號，獲取表示被該手指觸碰的該第二手指偵測結構的該部分的第二訊號，以至少該第一訊號和該第二訊號為基礎確定一總訊號位準，確定該第一訊號和該總訊號之間的第一訊號比值，確定該第二訊號和該總訊號之間的第二訊號比值，以該第一訊號比值和該第二訊號比值為基礎確定相對於該第一手指偵測結構與該第二手指偵測結構的一第一位置以及相對於該第一手指偵測結構與該第二手 指偵測結構的一第二位置，該第二位置係在晚於該第一位置的時間處被確定；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定一手指移動事件。

根據本發明的進一步實施例，該指紋感測器可以進一步包括至少一第三手指偵測結構和一第四手指偵測結構，其中，每一個手指偵測結構皆有實質上大於該些感測元件中每一者的表面積，該第三手指偵測結構被連接至一第三手指偵測器電路系統，該第三手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第三手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第三訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第三手指偵測結構的部分，該第四手指偵測結構被連接至一第四手指偵測器電路系統，該第四手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第四手指偵測結構之至少一部分的手指的一訊號，其中，該第四訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第四手指偵測結構的部分，其中，該指紋感測系統被配置成用以：獲取表示被手指觸碰的該第三手指偵測結構的該部分的第三訊號，獲取表示被手指觸碰的該第四手指偵測結構的該部分的第四訊號，以該第一訊號、該第二訊號、該第三訊號、以及該第四訊號為基礎確定一總訊號位準，確定該第三訊號和該總訊號之間的第三訊號比值，確定該第四訊號和該總訊號之間的第四訊號比值，以該第一訊號比值、該第二訊號比值、該第三訊號比值、以及該第四訊號比值為基礎確定相對於該些手指偵測結構的該第一位置以及相對於該些手指偵測結構的該第二位置；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定手指移動事件。

於一實施例中，該些手指偵測結構可被排列成至少部分於該感測結構平面中包圍該感測結構，該些手指偵測結構以該些感測結構為基 準被排列成反向對。換言之，可以有一手指偵測結構被排列成相鄰於該感測元件陣列的每一側。

該些手指偵測結構中的每一者可以為一電容板，用以感測手指和該電容板之間的電容性耦合。

該指紋感測器和該些手指偵測結構可被整合於相同的晶粒中，因此，製造在相同晶片上。

本發明的此第二項觀點的進一步實施例以及經由此第二項觀點達成的效果大部分類似上面針對本發明的第一項觀點所述的進一步實施例和效果。

根據本發明的第三項觀點，提供一種電子裝置，其包括：一控制單元；以及根據第二項觀點的一指紋感測系統。

該指紋感測器可以為一電容式指紋感測器。

該電子裝置可以為一行動電話。

本發明的此第三項觀點的進一步實施例以及經由此第三項觀點達成的效果大部分類似上面針對本發明的第一項觀點和第二項觀點所述的進一步實施例和效果。

本發明關於一種用於確定指紋感測器上的手指移動事件的方法。該方法包括獲取表示可以被手指觸碰的手指偵測結構的部分的訊號。以該些訊號和一總訊號位準之間的比值為基礎能夠於兩個不同時間實例處確定該指紋感測裝置上的手指的位置。以可能相同的該些位置為基礎，可以確定一手指移動事件。本發明還關於一種對應的指紋感測裝置。

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

8:感測元件

9:手指偵測器電路系統

10:運算控制電路系統

11:手指

12:影像獲取控制電路

13:保護性介電頂層

14:手指偵測估算電路

17:感測結構

18:電荷放大器

19:激發訊號提供電路系統

21:選擇電路系統

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

36:多工器

37:取樣與保留電路

38:類比至數位轉換器

40a:訊號比值

40b:訊號比值

40c:訊號比值

40d:訊號比值

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:切換器

400:總訊號強度

602:虛線

604:虛線

606:象限

現在將參考附圖更詳細說明本發明的前述和其它觀點，附圖顯示本發明的一範例實施例，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概念性顯示分割成四個象限的指紋感測裝置，用於以訊號比值為基礎進行位置確定；圖6a至b圖解移動跨越一指紋感測裝置的水平移動手指以及對應的訊號比值；圖7a至b圖解一手指朝一指紋感測裝置的垂直移動以及對應的訊號比值和訊號強度；圖8概略圖解根據本發明一實施例的方法的流程圖；以及圖9概念性圖解當一手指穩定於該指紋感測裝置上時的總訊號強度。

在本詳細說明中，主要參考具有一整合式指紋感測器的行動電話來說明根據本發明的指紋感測系統和方法的各種實施例。這對許多應用來說雖然方便；不過，應該注意的係，許多其它類型電子裝置亦可應用，例如，平板電腦、膝上型電腦、桌上型電腦等。再者，本文中的指紋感測裝置雖然被示範性描述為有四個手指偵測結構；然而，亦可以應用其它數量的手指偵測結構，例如，兩個、三個、五個、六個、七個、八個等。

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，其形式為具有一整合式指紋感測裝置2的行動電話1。舉例來說，該指紋感測裝置2可用於解鎖該行動電話1及/或用於授權利用該行動電話完成的交易等。

圖2概略顯示圖1的行動電話1中所包括的指紋感測裝置2。如圖2中所見，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中雖然沒有顯示；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(為避免弄亂圖面，該些感測元件中僅其中一者以一元件符號表示)，每一個感測元件係可控制用以感測該感測元件8中所包括的一感測結構和接觸該感測器陣列5的頂端表面的一手指的表面之間的距離。

於一電池供電的電子裝置中，例如，圖1中的行動電話1，盡可能保持各種子系統(包含該指紋感測裝置2)的能量消耗越低越好至關重要。明確地說，在一給定時間週期期間沒有被使用的子系統的能量消耗在該時間週期期間應該為零或者接近零。

所以，圖2中雖然未顯示；不過，圖2中的指紋感測裝置2同樣具備用於確定是否有手指出現在該指紋感測裝置上並且當確定一手指出現時用以啟動該指紋感測裝置的電路系統，使得該指紋感測裝置在手指偵測事件之間能夠處於超低功率狀態。

參考圖3中的方塊圖，除了圖2中所示的感測器陣列5和手指偵測結構4a至d之外，該指紋感測裝置2還包括一手指偵測器電路系統9以及運算控制電路系統10，該運算控制電路系統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。該手指偵測器電路系統9被連接至手 指偵測結構4a，用於提供一手指偵測訊號S_d以表示該手指偵測結構4a和接近該手指偵測結構4a的一物體(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中其中一者4a。額外的手指偵測結構4b至d可以全部被連接至相同的手指偵測器電路系統9，或者，每一個手指偵測結構可以被連接至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被連接至手指偵測器電路系統9並且被連接至影像獲取控制電路12。該影像獲取控制電路12被連接至該感測器陣列5。

圖4所示的係沿著圖2中所示直線A-A'所獲得的圖2中的指紋感測裝置2的一部分的概略剖視圖，一手指11擺放在用於覆蓋該感測器陣列5和該手指偵測結構4a的一保護性介電頂層13的頂端。參考圖4，該指紋感測裝置2包括：一激發訊號提供電路系統19，其透過一導電的手指驅動結構(圖4中未顯示)被電連接至該手指；複數個感測元件8；以及一手指偵測配置，其包括該手指偵測結構4a以及被連接至該手指偵測結構4a的一手指偵測器電路系統9。

如圖4中概略顯示，每一個感測元件8包括：一導電的感測結構，此處的形式為位於該保護性介電頂層13底下的一金屬板17；一電荷放大器18；以及選擇電路系統，此處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，此處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，被連接至該感測結構17；一第二輸入(正輸入)26，被連接至感測器接地或另一參考電位；以 及一輸出27。此外，該電荷放大器18還包括：一回授電容器29，被連接在該第一輸入25與該輸出27之間；以及重置電路系統，此處功能性圖解為一切換器30，用以允許該回授電容器29的可控制放電。該電荷放大器18可藉由操作該重置電路系統30用以放電該回授電容器29而被重置。

如負回授配置的op amp 24的常見情況，第一輸入25處的電壓隨動第二輸入26處的電壓。端視該特殊放大器配置而定，第一輸入25處的電位可以和第二輸入26處的電位實質上相同，或者，在第一輸入25處的電位和第二輸入26處的電位之間可以為一實質上固定的偏移。在圖4的配置中，該電荷放大器的第一輸入25被虛擬接地。

當一時變電位藉由激發訊號提供電路系統19被提供至手指11時，一對應的時變電位差會出現在感測結構17和該手指11之間。

介於手指11和感測結構17之間的上述電位差變化會在該電荷放大器18的輸出27上導致一感測電壓訊號Vs。

當所示的感測元件8被選擇用於感測時，選擇切換器21係閉合用以提供該感測訊號至讀出線33。圖4中所示的讀出線33被連接至一多工器36，讀出線33可以為圖2中的感測器陣列5的一列或一行的共同讀出線。如圖4中概略所示，來自該感測器陣列5之其它列/行的額外讀出線亦可以被連接至多工器36。

多工器36的輸出被串聯連接至一取樣與保留電路37和一類比至數位轉換器38，用以將源自該些感測元件8的類比訊號取樣及轉換成感測器2上的手指11的指紋圖樣的一數位代表符。

如圖4中概略所示，此處的手指偵測器電路系統9係以一電 荷放大器的形式來提供，原理上雷同於上述感測元件8中所包括的電荷放大器18。

據此，該手指偵測器電路系統9包括至少一放大器級，此處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，被連接至該手指偵測結構4a；一第二輸入(正輸入)46，被連接至感測器接地或另一參考電位；以及一輸出47。此外，該電荷放大器還包括：一回授電容器49，被連接在該第一輸入45與該輸出47之間；以及重置電路系統，此處功能性圖解為一切換器50，用以允許該回授電容器49的可控制放電。該電荷放大器可藉由操作該重置電路系統50用以放電該回授電容器49而被重置。同樣如圖4中所示，該手指偵測器電路系統的輸出係一手指偵測訊號S_d(具有電壓的形式)，用以表示手指11和該手指偵測結構4a之間的電容性耦合。該些訊號比值係由該手指偵測訊號和來自該指紋感測裝置2的所有手指偵測結構的總手指偵測訊號形成。

在圖4中的手指11顯示成係被連接至一激發訊號提供電路系統19，用以提供該手指11、以及該感測器陣列5的感測板17以及該手指偵測結構4a之間所希望的電位差。應該注意的係，此所希望的電位差可以藉由以其中包含該指紋感測裝置2之電子裝置(例如，行動電話1)的接地位準為基準改變該指紋感測裝置的接地位準而被交替提供。

根據進一步替代實施例，該手指偵測結構4a可以局部受控用以交錯在一相對低電位和一相對高電位。於此替代實施例中，該手指偵測器電路系統9的電荷放大器可以包含一感測電晶體，其具有構成第一輸入45的一閘極。此感測電晶體可被形成在一半導體基板的一井部中，並且 該井部與該基板之間的一介面可被配置成用以使得能夠防止電流在該井部與該基板之間流動。為降低該手指偵測結構與該半導體基板中該井部之間的寄生電容的影響，該電荷放大器的正輸入46和該井部可被控制成一起上擺與下擺電位。這將導致該手指偵測板4a同樣上擺與下擺電位。

圖5概念性顯示分割成四個象限的指紋感測裝置，用於以從獲取訊號確定並且表示正在被一手指觸碰的該手指偵測結構4a至d的部分的訊號比值為基礎進行位置確定。被該指紋感測裝置2覆蓋的區域被虛線602與604分割成四個象限。於此特殊概念性案例中假設一手指(圖中未顯示)於某個時間實例正在觸碰全部四個手指偵測結構4a至d。於此範例中，該手指以下面的訊號比值觸碰該些手指偵測結構的部分：以2/100的訊號比值觸碰手指偵測結構4a，以2/100的訊號比值觸碰手指偵測結構4b，以48/100的訊號比值觸碰手指偵測結構4c，以48/100的訊號比值觸碰手指偵測結構4d。利用此些訊號比值能夠推論出該手指大部分被定位在手指偵測結構4c和4d上並且觸碰相對小部分的手指偵測結構4a和4b。據此，該手指主要放置在象限606中。

參考圖6a至b，圖解的係移動跨越該指紋感測裝置2及其手指偵測結構4a至d(圖6a)的手指11以及在三個時間實例(t1、t2、t3)的對應訊號比值40a至d(圖6b)。如圖6a中所示，手指11從「左」至「右」移動跨越該指紋感測裝置。在第一時間t1處，該手指11主要觸碰手指偵測結構4c並且僅觸碰手指偵測結構4b與4d的相對較小部分。在第二時間實例t2處，該手指11觸碰手指偵測結構4a至d的相對大部分。在第三時間實例處，該手指主要觸碰手指偵測結構4a並且觸碰手指偵測結構4b至4d的相 對較小部分。圖6b圖解手指偵測訊號相對於來自該些手指偵測結構4a至d的手指偵測訊號的累積總訊號的訊號比值。訊號比值40a係從手指偵測結構4a獲得的比值，訊號比值40b係從手指偵測結構4b獲得的比值，訊號比值40c係從手指偵測結構4c獲得的比值，以及訊號比值40d係從手指偵測結構4d獲得的比值。僅參考訊號比值40c，比值40c一開始(在t₁處)係相對高，但是，隨後當手指11觸碰較少的手指偵測結構4c時則在t₂處下降。參考圖6a至b兩者，在第一時間實例t1處，該手指主要觸碰該手指偵測結構4c，而且訊號比值40c大於其它訊號比值40a、b、d。因而能夠推論出手指11被定位在該指紋感測裝置2的「左」側，和手指偵測結構4c的相同側。而後，在時間實例t2處，訊號比值40c已經下降而且訊號比值40a、40b、40d提高。這表示該手指現在比時間實例t1觸碰較多的手指偵測結構4a、4b、以及4d，而且該手指現在比時間實例t1觸碰較少的手指偵測結構4c。因此，第一時間實例t1處的手指的第一位置不同於第二時間實例t2處的手指的第二位置，並且能夠推論出該手指在從該第一位置至該第二位置的方向中移動。當該手指繼續移動時，訊號比值40c、40b、以及40d於第三時間實例t3處下降並且訊號比值40a提高。雷同於上面的討論，手指在時間t3處比時間t2(和t1)觸碰較多的手指偵測結構4a以及較少的手指偵測結構4b至d。因此，該手指已經從該第二位置移動至第三位置，其方向使得該手指11比時間t2觸碰較多的手指偵測結構4a。因為該些訊號比值已經改變，所以，該第三位置不同於第二位置，且因此，該手指已經從該第二位置移動至該第三位置。應該注意的係，圖中所示之時間實例t1至t3之間的時間持續期間係概念性並且實際上可以更短，下限係由該手指偵測估算電路14(舉例來 說，參見圖3)的取樣頻率所設定。再者，該些手指移動及對應比值以及訊號強度同樣係概念性。

圖7a概念性圖解形式為垂直移動的一手指移動事件。因此，該手指正在朝向該些手指偵測結構4a至d之平面的方向中移動。在初始時間實例t0(圖中未顯示)處，該手指11沒有觸碰該些手指偵測結構4a至d；在第一初始時間實例t1處，該手指觸碰並且接近該些手指偵測結構4a至d；在第二時間實例t2處，該手指仍然觸碰該些手指偵測結構並且保持在原來位置，雖然在該指紋感測裝置上的位置實質上相同，但是，手指11和每一個手指偵測結構4a至d之間的電容性耦合卻可能已改變。該手指僅在垂直方向中移動，該些手指偵測結構4a至d的訊號比值和圖7b中所示實質上相同。因為該手指在水平方向中相對穩定，所以，在時間t₁和t₂處的每一個訊號比值40a至d分別實質上相同，其能夠推論出在時間t₁處手指11於該指紋感測裝置2上的第一位置和在時間t₂處的第二位置為相同(或者，至少接近相同)。然而，因為手指11於該指紋感測裝置2上垂直移動，所以，手指11以及每一個該些手指偵測結構4a至d之間的電容性耦合改變並且因而對應的訊號強度和總訊號強度也改變，概念性顯示在圖7b中。該些訊號中的每一者係表示手指11和個別手指偵測結構4a至d之間的電容性耦合。概念性總訊號強度400顯示在圖7b中，並且一開始當手指11沒有觸碰該些手指偵測結構4a至d時於時間t₀處係低位準，但是，隨後在從時間t₁至時間t₂的時間持續期間中該總訊號強度400在一臨界值S_th之上，並且隨後在從時間t₂至t₃的時間持續期間中在該臨界值之下。據此，該第一位置和該第二位置實質上相同；但是，該些訊號強度400a至d於一時間持續期間中係 在該臨界值S_th之上並且隨後在該臨界值之下。這表示該手指的垂直移動並且可用於分類點擊事件。端視時間實例t₁與t₂之間的時間持續而定，該點擊事件可以為標準點擊(短時間持續期間)或是長按點擊(較常時間持續期間)。

和垂直移動雷同的方式，但是要求的係該總訊號在一穩定位準之上，其能夠確定該手指移動事件為該手指穩定在該指紋感測器上。換言之，如果該第一位置和該第二位置如參考圖7b中的訊號比值40a至d所述般相同，並且如圖9中進一步概念性顯示，該總訊號強度400的變異在穩定時間持續期間T(從時間T₁至時間T₂)期間相對於一穩定位準Sd_th係在上穩定偏差數值Sd₁和下穩定偏差數值Sd₂(Sd₁和Sd₂可以相等)所給定的穩定偏差Sd裡面的話則表示該手指穩定在該指紋感測裝置2上。再者，如果訊號比值40a至d也相等的話，則能夠推論出該手指11係置中於該指紋感測裝置上。依此方式，可以達成改良的指紋影像品質。

此外，如果該指紋感測裝置係在瀏覽模式中(也就是，用於在該行動電話上的軟體中實施瀏覽)的話並且如果該手指被確定為於一瀏覽時間持續期間中穩定在該指紋感測裝置上的話，舉例來說，該第一與第二位置實質上相同，那麼，該手指移動事件便可以在該行動電話(或是其它電子裝置)上實施瀏覽操作。以該第一與第二位置為基礎可以實施瀏覽操作。回頭參考圖5，如果該第一與第二位置係下象限中其中一者的話，該瀏覽操作可以於一清單中向下捲動；或者，如果該第一與第二位置係上象限中其中一者的話，該瀏覽操作則可以於一清單中向上捲動。此些操作僅為示範性並且其它操作可以被耦合至該指紋感測裝置2上的該第一與第二位置的不同定位。該瀏覽操作雷同於搖桿功能。

現在參考圖8，圖中顯示根據本發明一實施例的方法步驟的流程圖。於第一步驟S802中，一第一訊號被獲取用以表示被手指觸碰的該第一手指偵測結構的部分。同樣地，於第二步驟S804中，一第二訊號被獲取用以表示被手指觸碰的該第二手指偵測結構的部分。以該第一訊號和該第二訊號為基礎，一總訊號位準係被確定S806。於步驟S808至S809中，介於該第一訊號與該總訊號之間的第一訊號比值以及介於該第二訊號與該總訊號之間的第二訊號比值分別被確定。而後，S810，以該第一手指偵測結構和該第二手指偵測結構為基礎的一第一位置和一第二位置係以該第一訊號比值和該第二訊號比值被確定。如果於步驟S812中發現該第一位置和該第二位置不相同的話，則於步驟S814中確定該手指移動事件係從該第一位置至該第二位置的移動。然而，如果確定該第一位置和該第二位置實質上相同的話，倘若該總訊號位準在一穩定時間持續期間中係在一穩定位準之上的話則可於步驟S816中確定該手指為穩定。而後，一指紋影像可被獲取S818，也就是，該影像獲取控制電路系統12啟動該感測器陣列5的至少一部分以及該取樣電路37和該類比至數位轉換器38(參考圖3和圖4)，以便獲取至少一部分影像。而後，該指紋感測裝置2可以返回休眠、或者額外的指紋影像可被獲取等。

於上面的實施例中，該手指偵測估算電路14僅在由手指偵測器電路系統9提供的訊號超過一偵測臨界值時才甦醒。當由任何該些手指偵測結構4a至d所提供的訊號超過或等於一偵測臨界值時，其可以因而確定該手指觸碰該個別手指偵測結構並且該手指偵測估算電路14可以甦醒。該些訊號可以由該手指偵測估算電路14中的一比較器來估算。

於申請專利範圍中，「包括」一詞不排除其它元件或步驟，而不定冠詞「一」則不排除複數。在彼此不同的專利依附項中述及的特定測量值不表示使用此些測量值的組合沒有優點。一電腦程式可被儲存/散佈在一合宜的媒體上，例如，連同其它硬體來供應或是作為其它硬體的一部分的光學儲存媒體或固態媒體；但是，亦可以其它形式散佈，例如，透過網際網路或是其它有線或無線的電信系統。申請專利範圍中的任何元件符號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 (18)

1. 一種用於確定指紋感測器上的手指移動事件的方法，該指紋感測器包含：一感測元件陣列，用以感測一指紋圖樣，每一個感測元件皆有被排列在一感測結構平面中的感測結構；以及至少一第一手指偵測結構和一第二手指偵測結構，其被排列相鄰於該感測結構陣列，每一個手指偵測結構係以個別的一第一電容板和一第二電容板的形式來提供，用以感測一手指和該個別的電容板之間的電容性耦合，該些電容板中的每一者皆有實質上大於該些感測結構中每一者的表面積，該第一電容板被連接至一第一手指偵測器電路系統，該第一手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第一電容板之至少一部分的一手指的一第一訊號，其中，該第一訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第一電容板的面積部分，該第二電容板被連接至一第二手指偵測器電路系統，該第二手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第二電容板之至少一部分的手指的一第二訊號，其中，該第二訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第二電容板的面積部分，其中，該方法包含下面步驟：獲取表示被手指觸碰的該第一電容板的該部分的第一訊號；獲取表示被該手指觸碰的該第二電容板的部分的第二訊號；以至少該第一訊號和該第二訊號為基礎確定一總訊號位準； 確定該第一訊號和該總訊號之間的第一訊號比值；確定該第二訊號和該總訊號之間的第二訊號比值；以該第一訊號比值和該第二訊號比值為基礎確定相對於該第一電容板與該第二電容板的一第一位置以及相對於該第一電容板與該第二電容板的一第二位置，該第二位置係在晚於該第一位置的時間被確定；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定一手指移動事件。
2. 根據申請專利範圍第1項的方法，其中，該手指移動事件為該手指在從該第一位置至該第二位置的方向中的移動。
3. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括：當該第一位置和該第二位置實質上相等並且該第一訊號的強度和該第二訊號的強度中每一個強度在第一時間持續期間先在第一臨界位準之上並且接著在第二時間持續期間中在第二臨界位準之下時，確定該手指移動事件為該手指的實質上垂直移動。
4. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括：當該第一位置和該第二位置實質上相等並且該總訊號強度在第一時間持續期間先在第一臨界位準之上並且接著在第二時間持續期間中在第二臨界位準之下時，確定該手指移動事件為該手指的實質上垂直移動。
5. 根據申請專利範圍第3項的方法，其進一步包括：當該第一訊號的強度和該第二訊號的強度中每一個強度在第三時間持續期間接著在第一臨界位準之上並且在第四時間持續期間中接著在第四臨界位準之下時， 確定該手指移動事件為該手指的實質上垂直重複移動。
6. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括：當該第一位置和該第二位置在一穩定時間持續期間中實質上相等並且該總訊號位準的強度變化在該穩定時間持續期間落在相對於一穩定位準的穩定偏差內時，確定該手指移動事件為該手指穩定於該指紋感測器上。
7. 根據申請專利範圍第6項的方法，其進一步包括：控制該指紋感測器用以獲取一指紋影像。
8. 根據申請專利範圍第6項的方法，其進一步包括：當該第一比值和該第二比值在該穩定時間持續期間中實質上相等時，控制該指紋感測器用以獲取一指紋影像。
9. 根據申請專利範圍第1項的方法，其進一步包括：當該第一位置和該第二位置於一瀏覽時間持續期間中為實質上相等並且該第一訊號的強度和該第二訊號的強度中每一個強度在一瀏覽時間持續期間皆在一瀏覽臨界位準之上時，則確定該手指移動事件係該手指為穩定於該指紋感測器上；以及以該第一位置和該第二位置為基礎提供表示瀏覽操作的一訊號。
10. 根據申請專利範圍第1或2項的方法，其進一步包括：當該第一訊號的強度大於或等於一偵測臨界值時，則確定該手指正在觸碰該個別電容板。
11. 根據申請專利範圍第1或2項的方法，其中，該指紋感測器進一步包括至少一第三手指偵測結構和一第四手指偵測結構，其中，每一個手指 偵測結構係以個別的一第三電容板和一第四電容板的形式來提供，用以感測一手指和該個別的電容板之間的電容性耦合，該些電容板中的每一者皆有實質上大於該些感測元件中每一者的表面積，該第三電容板被連接至一第三手指偵測器電路系統，該第三手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第三電容板之至少一部分的手指的一第三訊號，其中，該第三訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第三電容板的部分，該第四電容板被連接至一第四手指偵測器電路系統，該第四手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第四電容板之至少一部分的手指的一第四訊號，其中，該第四訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第四電容板的部分，其中，該方法進一步包括下面步驟：獲取表示被手指觸碰的該第三電容板的該部分的第三訊號；獲取表示被手指觸碰的該第四電容板的該部分的第四訊號；以該第一訊號、該第二訊號、該第三訊號、以及該第四訊號為基礎確定一總訊號位準；確定該第三訊號和該總訊號之間的第三訊號比值；確定該第四訊號和該總訊號之間的第四訊號比值；以該第一訊號比值、該第二訊號比值、該第三訊號比值、以及該第四訊號比值為基礎確定相對於該些電容板的該第一位置以及相對於該些電容板的該第二位置；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定手指移動事件。
12. 一種指紋感測系統，其包括：一感測元件陣列，用以感測一指紋圖樣，每一個感測元件皆有被排列在一感測結構平面中的感測結構；以及被排列相鄰於該感測結構陣列的至少一第一手指偵測結構和一第二手指偵測結構，每一個手指偵測結構係以個別的一第一電容板和一第二電容板的形式來提供，用以感測一手指和該個別的電容板之間的電容性耦合，該些電容板中的每一者皆有實質上大於該些感測元件中每一者的表面積，該第一電容板被連接至一第一手指偵測器電路系統，該第一手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第一電容板之至少一部分的手指的一第一訊號，其中，該第一訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第一電容板的面積部分，該第二電容板被連接至一第二手指偵測器電路系統，該第二手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第二電容板之至少一部分的手指的一第二訊號，其中，該第二訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第二電容板的面積部分，其中，該指紋感測系統被配置成用以：獲取表示被手指觸碰的該第一電容板的該部分的第一訊號；獲取表示被該手指觸碰的該第二電容板的該部分的第二訊號；以至少該第一訊號和該第二訊號為基礎確定一總訊號位準；確定該第一訊號和該總訊號之間的第一訊號比值；確定該第二訊號和該總訊號之間的第二訊號比值； 以該第一訊號比值和該第二訊號比值為基礎確定相對於該第一電容板與該第二電容板的一第一位置以及相對於該第一電容板與該第二電容板的一第二位置，該第二位置係在晚於該第一位置的時間處被確定；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定一手指移動事件。
13. 根據申請專利範圍第12項的指紋感測系統，其進一步包括至少一第三電容板和一第四電容板，其中，每一個電容板皆有實質上大於該些感測元件中每一者的表面積，該第三電容板被連接至一第三手指偵測器電路系統，該第三手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第三電容板之至少一部分的手指的一第三訊號，其中，該第三訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第三電容板的部分，該第四電容板被連接至一第四手指偵測器電路系統，該第四手指偵測器電路系統被配置成用以產生表示觸碰該第四電容板之至少一部分的手指的一第四訊號，其中，該第四訊號的強度係表示被該手指觸碰的該第四電容板的部分，其中，該指紋感測系統被配置成用以：獲取表示被手指觸碰的該第三電容板的該部分的第三訊號；獲取表示被手指觸碰的該第四電容板的該部分的第四訊號；以該第一訊號、該第二訊號、該第三訊號、以及該第四訊號為基礎確定一總訊號位準；確定該第三訊號和該總訊號之間的第三訊號比值；確定該第四訊號和該總訊號之間的第四訊號比值； 以該第一訊號比值、該第二訊號比值、該第三訊號比值、以及該第四訊號比值為基礎確定相對於該些電容板的該第一位置以及相對於該些電容板的該第二位置；以及以該第一位置與該第二位置為基礎確定手指移動事件。
14. 根據申請專利範圍第12項的指紋感測系統，其中，該些電容板被排列成至少部分於該感測結構平面中包圍該感測結構，該些電容板以該些感測結構為基準被排列成反向對。
15. 根據申請專利範圍第12或13項的指紋感測系統，其中，該感測元件陣列和該些手指偵測結構被整合於相同的晶粒中。
16. 一種電子裝置，其包括根據申請專利範圍第12或13項的一指紋感測系統。
17. 根據申請專利範圍第16項的電子裝置，其中，該指紋感測系統係一電容式指紋感測器。
18. 根據申請專利範圍第16項的電子裝置，其中，該電子裝置係一行動電話。

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