电容式影像传感器及获得手指影像的方法技术

本发明专利技术涉及一种电容式影像传感器及获得手指影像的方法。所述电容式影像传感器包含：多个电容式感测单元，形成一数组，每一所述电容式感测单元用以转换一接近手指的表面的一部分与所述电容式感测单元的一上表面间的距离成一输出电位，其中所述输出电位之值由耦合至所述手指的一驱动讯号所改变；至少一取样保存电路，用以获取及保存不同的输出电位；至少一信号调适电路，每一所述信号调适电路包含：至少一差分放大器，用以放大所述取样保存电路保存的二电位间的差量；及一驱动源，用以提供所述驱动讯号至所述手指。

Capacitive image sensor and method of obtaining finger image

The invention relates to a capacitive image sensor and a method for obtaining finger images. The capacitive image sensor comprises a plurality of capacitive sensing units forming an array, each of which is used to convert the distance between a part near the surface of a finger and the upper surface of the capacitive sensing unit into an output potential, the value of which is coupled to the hand. A driving signal is changed; at least one sampling and storage circuit is used to acquire and store different output potentials; at least one signal adjustment circuit, each of which contains at least one differential amplifier to amplify the difference between two potentials stored in the sampling and storage circuit; and a driving source to obtain and store different output potentials. The driving signal is provided to the fingers.

【技术实现步骤摘要】
电容式影像传感器及获得手指影像的方法
本专利技术涉及传感器领域，特别是涉及一种电容式影像传感器及获得手指影像的方法。
技术介绍
出于安全目的需求，许多人类生物特征，诸如指纹、视网膜、虹膜、DNA，甚或脸部特征，用于提供人员识别。对于能够区分人的某些生物特征的所有设备中，指纹辨识器具有最低的成本和复杂性，而其识别结果一般来说都不错。此外，存储一个指纹细节所需的数据大小很小(由120字节到2K字节)，这使得指纹辨识设备广泛用于许多应用中。对于指纹获取感测技术来说，也存有许多种的形式，最流行的是光学式和电容式感测技术。光学式指纹感测模块利用来自手指表面的反射光强度来探知手指接触部位的脊部与谷部在何处。光学式技术的优点是可靠性和低成本。然而，由于嵌入式光学透镜的尺寸，光学式指纹感测模块的形状因子不能维持较小，光学式传感器难以嵌入便携式设备中。在另一方面，电容式指纹辨识模块由硅芯片制成，可以制成非常轻小。在某些例子中，当一个指纹影像可以借由滑动扫描而取得，该指纹传感器就可以做的更薄更小。电容式指纹辨识模块的小形状因子使得它适合可携式应用，比如访问控制臂章、银行卡、手机、平板计算机、USB接收器等。电容式指纹传感器是基于两个平行导电板的电容与它们之间的距离成反比的原理。一电容式指纹传感器包含一数组的感测单元，每一感测单元包含一感测板。使用所述感测板作为二平板式电容器的其中一板，而手指表皮作为另一板，指纹的脊部与谷部能由量测不同的电容而定位。有许多前案关于电容式指纹辨识模块，其中多数以应用于制造指纹传感器。然而，还有许多问题存在需要解决方案，其中之一是传感组件的精度。由于高密度的性质，流行的电容式指纹传感器主要是用半导体工艺制造的。传感组件的精度受制造技术中继承的许多因素的影响，诸如化学杂质密度，光照对准，设备控制等，其不确定性或变化将反映在设备之间的不同行为上，或甚至在同一设备的获取的指纹影像中看到的固定图案噪讯。为了达到个人识别的最佳表现，期望通过减少噪讯模式来提高捕获的指纹影像的质量，消除固定模式噪讯的常见做法是在使用前校准设备。校准资料可以进行计算和存储而作为制造过程的一部分，或在使用设备之前处理。然而，在任一情况下，必须为校准数据留出一定量的存储空间，这种存储空间将增加系统成本。因此，需要一种创新的像素感测组件、一种由所述像素感测组件制成的电容式指纹传感器和用于运行像素感测组件的方法。
技术实现思路
本段文字提取和编译本专利技术的某些特点。其它特点将被揭露于后续段落中。其目的在涵盖附加的申请专利范围之精神和范围中，各式的修改和类似的排列。为了解决上述问题，本专利技术提出一种电容式影像传感器，所述电容式影像传感器包含：多个电容式感测单元，形成一数组，每一电容式感测单元用以转换一接近手指的表面的一部分与所述电容式感测单元的一上表面间的距离成一输出电位，其中所述输出电位之值由耦合至所述手指的一驱动讯号所改变；至少一取样保存电路，用以获取及保存不同的输出电位；至少一信号调适电路，每一包含：至少一差分放大器，用以放大所述取样保存电路保存的二电位间的差量；及一驱动源，用以提供所述驱动讯号至所述手指。在其中一个实施例中，所述驱动讯号是由一正波形或一负波形引起，具有电位变化的讯号；于重设阶段中，每一电容式感测单元的每一部分的电位设定为一定值；保存在取样保存电路中二输出电位间的差量是一噪讯降低数值，代表所述电容式感测单元与其上手指的部分表面间的距离；于对应的正波形或负波形下，所述取样保存电路保存至少一第一与一第二输出电位；在对应的正波形与负波形下，所述电容式影像传感器为每一像素依序收集所述些噪讯降低数值，并映射所述些噪讯降低数值到对应的电容式感测单元的位置以得到所述手指的减噪影像。在其中一个实施例中，所述正波形与所述负波形的形状可以是对称的，所述正波形或负波形可以是阶梯函数。所述至少一信号调适电路可进一步包含一模拟数字转换器，用以转换来自所述差分放大器的输出电位为一数字数值。在其中一个实施例中，所述电容式感测单元可进一步包含：一感测电极；一电压随耦器，所述电压随耦器的一输入节点连接到所述感测电极，所述电压随耦器的一输出节点连接到所述取样保存电路；一第一比较电容器，其中所述第一比较电容器的一节点电连接到所述电压随耦器，所述第一比较电容器的另一节点电连接到一接地；一偏压源，用以提供一固定偏压；及一第一开关，连接所述偏压源与所述第一比较电容器，其中当所述第一开关开启时，所述第一比较电容器及所有与之电连接的组件重设为所述固定偏压。在其中一个实施例中，所述第一比较电容器可包含一参考电容器与一寄生电容。在其中一个实施例中，所述参考电容器可为金属氧化半导体场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)电容器、多晶硅-介电层-多晶硅(Polysilicon-Insulator-Polysilicon，PIP)电容器或金属-介电层-金属(Metal–Insulator–Metal，MIM)电容器。在其中一个实施例中，所述电容式感测单元进一步包含：一第二比较电容器，连接于所述感测电极与接地之间；一分享开关，连接于所述第一与第二比较电容器之间；及一第二开关，连接于所述感测电极与接地之间，其中当所述第二开关开启时，所述感测电极重设为接地电位。每一取样保存电路进一步包含：一第一与一第二电荷保存电容器，用以保存由所述电压随耦器发送之输出电位；及至少一选取开关，用以于所述些电荷保存电容器间进行切换。本专利技术也提出一种用于操作电容式影像传感器以取得手指影像的方法，所述方法包含步骤：重设所述些电容式感测单元为可感测状态；经由手指施加具有一第一波形的驱动讯号到所述些电容式感测单元；保存一第一输出电位；重设所述电容式感测单元为可感测状态；经由手指施加具有一第二波形的驱动讯号到所述些电容式感测单元；保存一第二输出电位；给定一输出电位，所述输出电位与第一及第二输出电位间的差量成正比；为每一像素依序收集在对应的正波形与负波形下获得的噪讯降低数值；转换所述些噪讯降低数值为数字化的噪讯降低数值；及映射所述些数字化噪讯降低数值到对应的电容式感测单元的位置。如果所述第一波形为正波形，所述第二波形为负波形；如果所述第一波形为负波形，所述第二波形为正波形。附图说明图1为本专利技术一个实施例提供的电容式影像传感器的示意图；图2为沿图1中电容式影像传感器的A-A’线切开的一部分截面示意图；图3为本专利技术的一第一实施例中电容式影像传感器(一像素)的等效电路；图4为本专利技术的一个实施例提供的所述电容式影像传感器的典型实施的示意图；图5为本专利技术的一个实施例提供的所述显示取样保存电路的另一种架构，以及差分放大器与取样保存电路之间连接的架构；图6为本专利技术的所述第一实施例的电容式影像传感器中操作电容式感测单元的步骤流程图；图7为本专利技术的一第二实施例中电容式影像传感器(一像素)的等效电路；图8为本专利技术的所述第二实施例的电容式影像传感器中操作电容式感测单元的步骤之流程图。附图标号说明10电容式影像传感器12半导体基板13保护层14主动半导体电路15绝缘层30输入/输出接口的接触垫40电源的接触垫100电容式感测单元110感测电极120本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式影像传感器，其特征在于，所述电容式影像传感器包含：多个电容式感测单元，形成一数组，每一所述电容式感测单元用以转换一接近手指的表面的一部分与所述电容式感测单元的一上表面间的距离成一输出电位，其中所述输出电位之值由耦合至所述手指的一驱动讯号所改变；至少一取样保存电路，用以获取及保存不同的输出电位；至少一信号调适电路，每一所述信号调适电路包含至少一差分放大器，用以放大所述取样保存电路保存的二电位间的差量；及一驱动源，用以提供所述驱动讯号至所述手指，其中所述驱动讯号是由一正波形或一负波形引起，具有电位变化的讯号；在重设阶段中，每一所述电容式感测单元的每一部分的电位设定为一定值；保存在所述取样保存电路中二输出电位间的差量是一噪讯降低数值，代表所述电容式感测单元与其上手指的部分表面间的距离；在对应的所述正波形或所述负波形下，所述取样保存电路保存至少一第一与一第二输出电位；在对应的所述正波形与所述负波形下，所述电容式影像传感器为每一像素依序收集所述噪讯降低数值，并映射所述噪讯降低数值到对应的电容式感测单元的位置以得到所述手指的减噪影像。

【技术特征摘要】
1.一种电容式影像传感器，其特征在于，所述电容式影像传感器包含：多个电容式感测单元，形成一数组，每一所述电容式感测单元用以转换一接近手指的表面的一部分与所述电容式感测单元的一上表面间的距离成一输出电位，其中所述输出电位之值由耦合至所述手指的一驱动讯号所改变；至少一取样保存电路，用以获取及保存不同的输出电位；至少一信号调适电路，每一所述信号调适电路包含至少一差分放大器，用以放大所述取样保存电路保存的二电位间的差量；及一驱动源，用以提供所述驱动讯号至所述手指，其中所述驱动讯号是由一正波形或一负波形引起，具有电位变化的讯号；在重设阶段中，每一所述电容式感测单元的每一部分的电位设定为一定值；保存在所述取样保存电路中二输出电位间的差量是一噪讯降低数值，代表所述电容式感测单元与其上手指的部分表面间的距离；在对应的所述正波形或所述负波形下，所述取样保存电路保存至少一第一与一第二输出电位；在对应的所述正波形与所述负波形下，所述电容式影像传感器为每一像素依序收集所述噪讯降低数值，并映射所述噪讯降低数值到对应的电容式感测单元的位置以得到所述手指的减噪影像。2.如权利要求1所述的电容式影像传感器，其特征在于，所述正波形与所述负波形的形状对称。3.如权利要求1所述的电容式影像传感器，其特征在于，所述正波形或所述负波形是阶梯函数。4.如权利要求1所述的电容式影像传感器，其特征在于，所述至少一信号调适电路进一步包含一模拟数字转换器，用以将所述差分放大器的输出电位转换为一数字数值。5.如权利要求1所述的电容式影像传感器，其特征在于，所述电容式感测单元进一步包含：一感测电极；一电压随耦器，其中所述电压随耦器的一输入节点连接到所述感测电极，所述电压随耦器的一输出节点连接到所述取样保存电路；一第一比较电容器，其中所述第一比较电容器的一节点电连接到所述电压随耦器，所述第一比较电容器的另一节点接地；一偏压源，用以提供一固定偏压；及一第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：林继周，和正平，
申请(专利权)人：旭景科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71