指纹感测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及指纹感测装置(2，2’)和用于提供指纹图案信号的方法。为了提供指纹图案信号，根据算术运算将来自至少两个感测元件(302，304)的感测电路(308，312)的感测信号进行组合以形成组合感测信号。将组合感测信号与阈值进行比较。基于该比较，输出二进制值。指纹图案信号包括至少一组二进制值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】指纹感测装置
本专利技术涉及用于感测用户手指的指纹图案的指纹感测装置、包括这种指纹感测装置的电子设备以及用于提供表示用户手指的指纹图案的指纹图案信号的方法。
技术介绍
各种类型的生物计量系统被越来越多地使用，以便提供增加的安全性和/或增强的用户方便性。特别地，指纹感测系统由于其小形状因素、高性能和用户认可度已经被例如消费电子设备所采用。指纹传感器通常包括被配置成感测手指的指纹图案的像素矩阵。来自每个像素元件的信号被收集并且随后被处理以形成指纹图像。理想地，最终指纹图像是低噪声高分辨率指纹图像，其可以用于指纹识别应用并且能够被相对快速地获取。然而，形成高质量指纹图像与许多挑战相关联。例如，来自每个像素元件的绝对信号电平取决于若干个或多或少的不可控因素，例如手指在像素矩阵上的压力和手指的湿度水平。一种对适当的信号电平进行采样的相对成功的方法是调整信号偏移和信号增益。另一个挑战是要对可能影响绝对噪声水平的共模噪声进行处理。US7,965,877公开了一种指纹传感器，其似乎提供了减小的噪声影响，并且被配置成生成二进制图像。二进制图像是通过将来自指纹传感器的感测电容器的信号和来自电压源的电压参考输入到电压比较器而形成的。在充电之后测量来自感测电容器的信号，由此放电时间取决于到手指的电容耦合(例如脊耦合或谷耦合)。只要来自感测电容器的电容放电提供大于电压参考的电压，则来自电压比较器的输出为高(例如“1”)。来自电压比较器的输出被用作脉冲比较器的输入，在脉冲比较器中将该输出与脉冲参考进行比较。如果来自电压比较器的输出脉冲的宽度比脉冲参考的宽度长，则可以断定感测到的电容与脊电容相关。尽管US7,965,877提出的解决方案似乎提供了在减小对绝对信号电平的影响的同时获取指纹图像，但是仍然存在改进的空间。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺点和其他缺点，本专利技术的目的是提供能减小感测信号中的共模噪声的影响的指纹图像感测。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于感测用户手指的指纹图案以提供指纹图案信号的指纹感测装置，该指纹感测装置包括：用于感测指纹图案的感测元件阵列，每个感测元件包括：用于与手指电容耦合的感测结构，每个感测结构被介电结构覆盖；以及感测电路，其用于响应于感测结构的感测结构电位与手指的手指电位之间的电位差的改变而提供指示感测结构与手指之间的电容耦合的感测信号；其中，指纹感测装置被配置成基于根据算术运算的至少两个感测信号的组合来提供组合感测信号，其中，指纹感测装置还包括：多个比较电路，其中，每个比较电路被配置成将各个组合感测信号与阈值进行比较，并且基于与阈值的比较来输出二进制值，其中，指纹图案信号包括从多个比较电路输出的至少一组二进制值。本专利技术基于以下实现方式：比较来自各个感测元件的感测信号并基于该比较，而不是直接依赖于感测信号的绝对电平，来输出二进制值。可以在模拟域中执行感测信号的比较。因此，将模拟感测信号进行比较以提供数字二进制输出。本专利技术的优点包括感测信号的绝对共模信号电平变得较不相关(或甚至不相关)。算术运算可以例如是计算感测信号之间的差分，并且在这种情况下，差分信号可以例如集中于大约零处。基于组合的(模拟)感测信号(例如，感测信号之间的差分)确定二进制值，常规感测电路中在采样之前确定适当的信号偏移的常见挑战被极大地减轻或甚至消除。感测元件可以例如是电容性感测元件，每个感测元件提供指示该特定感测元件与触摸传感器表面的手指表面之间的电容耦合的度量。与处于与指纹中的谷对应的位置处的感测元件相比，处于与指纹中的脊对应的位置处的感测元件将展现出较强的到手指的电容耦合。此外，每个感测结构可以有利地被提供为金属板的形式，使得由感测结构(感测板)、局部手指表面及保护性介电顶层(以及根据指纹图案中的脊和谷的位置可局部地存在于局部手指表面与保护层之间的任何空气)形成平行板电容器的等效物。由于手指与感测结构之间的电位差改变引起的感测结构携带的电荷的改变是对这种平行板电容器的电容的指示，该指示又是感测结构与手指表面之间的距离的指示。因此，可以借助于确定每个感测结构与手指之间的电容耦合来获取指纹图案的图像。保护性顶部介电结构(也可以称为涂层)可以有利地为至少20μm厚并且具有高介电强度，以保护指纹感测装置的下层结构免于磨损和撕裂以及静电放电(ESD)。甚至更有利地，保护顶层的厚度可以约为100μm、或者厚度在500μm至700μm范围内、或者甚至更厚。信号可以是指示电压的模拟值，其可以进而与由手指(或者手指检测结构附近的其他导电物)、手指检测结构以及在手指与手指检测结构之间的介电材料构成的电容器的电容成比例。感测的指纹图案可以用于各种目的，例如生物计量注册或认证、或基于指纹图案的导航等。根据实施方式，感测元件阵列中的每个感测元件可以包括比较电路。这有利地实现了能够比较感测信号以输出二进制值的大量的感测元件组合。此外，通过在感测元件中并入比较电路，提供了用于感测指纹图案同时降低共模噪声的紧凑解决方案。根据实施方式，指纹感测装置可以被配置成将来自一个感测元件的感测信号与来自另一感测元件的感测信号组合。因此，在一个有利的可能实现方式中，组合感测信号是仅两个感测信号的组合。从例如信号路由的角度来看，在每个组合感测信号中包括仅来自两个感测元件的感测信号是有利的。在另一实施方式中，指纹感测装置可以被配置成在将感测信号进行组合以形成组合感测信号之前对感测信号应用增益，将组合感测信号与阈值进行比较，并且基于与阈值的比较来输出二进制值。对感测信号应用增益允许向来自不同感测元件的感测信号赋予不同的权重，这提供了对来自感测元件的各种组合的感测信号进行组合。在一个可能的实现方式中，增益总计为零。因此，如果累加增益值，则累加值为零。根据可能的实现方式，可以对来自第一组感测元件的感测信号应用第一增益，并且对来自不被包括在第一组感测元件中的至少一个其他感测元件的感测信号应用第二增益，其中，第一增益与第二增益不同。将来自第一组感测元件的感测信号与来自至少一个其他感测元件的感测信号进行组合有利地使得能够在单次中收集到累积的感测信号。因此，来自单触发测量的指纹图案信号可以以这种方式包括指纹图案在感测元件阵列上的多于一个方向上的空间信息。根据一个实施方式，可以将第一组合感测信号与第一阈值进行比较，并且可以将第二组合感测信号与不同于第一阈值的第二阈值进行比较，其中，比较电路被配置成基于与第一阈值的比较而输出第一组二进制值，并且基于与第二阈值的比较而输出第二组二进制值，其中，指纹图案信号至少包括第一组二进制值和第二组二进制值。阈值可以基于所接收的感测信号之一所来自的感测元件中的至少一个感测元件的位置，该位置是在感测元件阵列中的位置。因此，阈值可以根据当前感测元件(例如，感测元件之中组合感测信号中的感测信号所起源于的感测元件)在感测元件阵列中的空间位置而不同，从而提供空间变化阈值。这有利地提供了根据可能在图像上变化的感测信号质量来调适阈值，例如，可以降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种指纹感测装置(2，2’)，所述指纹感测装置用于感测用户手指的指纹图案以提供指纹图案信号，所述指纹感测装置包括：/n-用于感测指纹图案的感测元件(302，304；302’；402至407；701)阵列(400，700)，每个感测元件包括：/n-用于与手指电容耦合的感测结构(6；306，310)，每个感测结构被介电结构覆盖，以及/n-感测电路(308，312)，其用于响应于所述感测结构的感测结构电位与所述手指的手指电位之间的电位差的变化而提供指示所述感测结构与所述手指之间的电容耦合的感测信号，/n其中，所述指纹感测装置被配置成基于根据算术运算的至少两个感测信号的组合来提供组合感测信号，/n其中，所述指纹感测装置还包括：/n-多个比较电路(314)，其中，每个比较电路被配置成将组合感测信号与阈值进行比较，并且基于与所述阈值的比较来输出二进制值，/n其中，所述指纹图案信号包括从所述多个比较电路输出的至少一组二进制值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171211 SE 1751526-31.一种指纹感测装置(2，2’)，所述指纹感测装置用于感测用户手指的指纹图案以提供指纹图案信号，所述指纹感测装置包括：
-用于感测指纹图案的感测元件(302，304；302’；402至407；701)阵列(400，700)，每个感测元件包括：
-用于与手指电容耦合的感测结构(6；306，310)，每个感测结构被介电结构覆盖，以及
-感测电路(308，312)，其用于响应于所述感测结构的感测结构电位与所述手指的手指电位之间的电位差的变化而提供指示所述感测结构与所述手指之间的电容耦合的感测信号，
其中，所述指纹感测装置被配置成基于根据算术运算的至少两个感测信号的组合来提供组合感测信号，
其中，所述指纹感测装置还包括：
-多个比较电路(314)，其中，每个比较电路被配置成将组合感测信号与阈值进行比较，并且基于与所述阈值的比较来输出二进制值，
其中，所述指纹图案信号包括从所述多个比较电路输出的至少一组二进制值。


2.根据权利要求1所述的指纹感测装置，其中，所述感测元件阵列中的每个感测元件包括比较电路。


3.根据权利要求1或2所述的指纹感测装置，其中，所述指纹感测装置被配置成将来自一个感测元件的感测信号与来自另一个感测元件的感测信号进行组合。


4.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测装置，其中，所述指纹感测装置被配置成：
在将所述感测信号进行组合以形成组合感测信号之前对所述感测信号应用增益，
将所述组合感测信号与所述阈值进行比较，以及
基于与所述阈值的比较来输出二进制值。


5.根据权利要求4所述的指纹感测装置，其中，所述增益相加为零。


6.根据权利要求4或5中任一项所述的指纹感测装置，
其中，对来自第一组感测元件的感测信号应用第一增益，以及
对来自不被包括在所述第一组感测元件中的至少一个其他感测元件的感测信号应用第二增益，其中，所述第一增益与所述第二增益不同。


7.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测装置，
其中，第一组合感测信号与第一阈值进行比较，并且
第二组合感测信号与不同于所述第一阈值的第二阈值进行比较，
其中，所述比较电路被配置成基于与所述第一阈值的比较来输出第一组二进制值，以及基于与所述第二阈值的比较来输出第二组二进制值，
其中，所述指纹图案信号至少包括所述第一组二进制值和所述第二组二进制值。


8.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测装置，其中，所述阈值基于接收到的所述感测信号之一所来自的所述感测元件中的至少一个感测元件的位置，所述位置是在所述感测元件阵列中的位置。


9.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测装置，其中，所述指纹感测装置被配置成：
将来自在第一空间方向上彼此空间分离的感测元件的感测信号进行组合以产生与第一阈值进行比较的第一组合感测信号，并且基于与所述第一阈值的比较来输出第一组二进制值；
将来自在第二空间方向上彼此空间分离的感测元件的感测信号进行组合以产生与第二阈值进行比较的第二组合感测信号，并且基于与所述第二阈值的比较来输出第二组二进制值；
其中，所述指纹图案信号至少包括所述第一组二进制值和所述第二组二进制值。


10.根据权利要求9所述的指纹感测装置，其中，所述第一空间方向在所述感测元件阵列的感测平面中与所述第二空间方向正交。


11.根据权利要求9或10所述的指纹感测装置，其中，所述第一阈值与所述第二阈值不同。


12.根据权利要求9至11所述的指纹感测装置，其中，所述第一组二进制值是所述第一空间方向上的二进制图像表示，并且所述第二组二进制值是所述第二空间方向上的二进制图像表示，
其中，所述指纹图案信号是基于所述第一组二进制值和所述第二组二进制值的组合二进制图像表示。


13.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测装置，其中，每个感测元件包括用于临时存储与相应感测元件相关联的二进制值的一位数据存储单元。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑟伦·斯科夫高克里斯滕森，汉斯·特恩布卢姆，弗兰克·里戴克，
申请(专利权)人：指纹卡有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE