专利名称：一种指纹感测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种指纹感测装置，且特别涉及一种以感应电容来判断指纹图案的指纹感测装置。
背景技术：
传统光学指纹传感器须使用感测镜头、光源与相关的机械装置，虽可提供不错的精确度，但其复杂的系统结构使得光学指纹传感器难以应用于可携式装置(例如手机)的单芯片上。为达到建于单芯片上的需求，指纹感测系统可完全利用微机电系统(MEM)来实现，但成本常有过高之虞。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种指纹感测装置，利用指纹的凸起部分与凹陷部分于接触各感测单元时形成不同感应电容，各感测单元分别感测出所对应是指纹的凸起部分与凹陷部分其中之一，进而感测出指纹图案。本发明利用电容与晶体管开关等简单结构，实现指纹感测功能，降低系统复杂度，以达到在单芯片上实现指纹感测功能的目的。
根据本发明的目的，提出一种指纹感测装置，用以感测一指纹，指纹感测装置包括数个感测单元。每感测单元均具有一内建电容，当每感测单元接触指纹时，形成一感应电容。其中，当每感测单元与指纹的凸起部分接触时，感测单元的内建电容及感应电容共同形成一第一电位。当每感测单元与指纹的凹陷部分接触时，感测单元的内建电容及感应电容共同形成一第二电位，其中，该第一电位不同于该第二电位。
根据本发明的目的，提出一种指纹感测方法，用于一指纹感测装置中。指纹感测装置包括数个感测单元，每感测单元用以依据指纹的凸起部分输出一第一电位，并依据指纹的凹陷部分输出一第二电位。每感测单元具有一内建电容，指纹在接触每感测单元时形成一感应电容。此方法包括首先，对于每感测单元的感应电容与内建电容分别以一第一电压源与一第二电压源进行充电。接着，依据对感应电容及内建电容充电的电荷量，产生一输出电压。输出电压的电压值为第一电位或第二电位其中之一。最后，对于每感测单元，判断输出电压的电压值是第一电位或第二电位，以决定每感测单元是接触指纹的凸起部分还是凹陷部分。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1示出了依照本发明的一较佳实施例的指纹感测装置示意图。
图2A示出了指纹传感器的一感测单元的结构图。
图2B示出了第一开关信号与第二开关信号的部分波形图。
图3示出了本发明的指纹感测方法的流程图。
附图符号说明200指纹201第一金属板202第二金属板203第三金属板Cf感应电容Cp寄生电容Cb内建电容207第一开关208第二开关209第三开关具体实施方式
本发明的指纹感测装置是藉由指纹的凸起部分与凹陷部分，在接触各感测单元时所形成的感应电容差异，判断各感测单元所接触是指纹的凸起部分还是凹陷部分，进而感测出指纹图案。藉由使用简单的电路结构，降低系统复杂度，以达到在单芯片上实现指纹感测功能的目的。
请参照图1，其示出了依照本发明的一较佳实施例的指纹感测装置的部份示意图。指纹感测装置100包括数个感测单元，其中的一第一感测单元101及一第二感测单元102分别与一指纹的凸起部分106及凹陷部分108接触，第一感测单元101与指纹的凸起部分106间形成一第一感应电容C1，第二感测单元102与指纹的凹陷部分108间形成一第二感应电容C2，C1大于C2。因此，若第一感测单元101产生的输出电压及第二感测单元102产生的输出电压能够因应第一感应电容C1或第二感应电容C2而有所不同，该指纹的凸起部分106及凹陷部分108便可以辨识出来，进而感测出指纹图案。
请参照图2A，其示出了图1中各感测单元的结构图。在此一感测单元中，第一金属板201与指纹200间形成一感应电容Cf；内建电容Cb跨接于第二金属板202与第三金属板203之间；第一开关207跨接于一第一电压源与第一金属板201之间，第二开关208跨接于第一金属板201与第二金属板202之间，第三开关209跨接于第二金属板202与一第二电压源之间。第一电压源的电压值为V1，第二电压源的电压值为V2。第一开关207与第三开关209皆经由一第一开关信号S1控制，第二开关208经由一第二开关信号S2控制，其中如图2B所绘示，第一开关信号S1与第二开关信号S2的使能时间错开，亦即第一开关信号S1与第二开关信号S2反相。
当第一开关信号S1为开(on)时，第一电压源对感应电容Cf进行充电，第二电压源对内建电容Cb进行充电，且第一金属板201与第二金属板202之间形成一寄生电容Cp。感应电容Cf所存储的电荷量为Cf×V1，内建电容206所存储的电荷量为Cb×V2。当第一开关信号S1为关(off)且第二开关信号S2为开(on)时，存储在感应电容Cf与内建电容Cf的电荷重新分布，由第二金属板202输出的输出电压Vout的值为(Cf×V1+Cb×V2)/(Cf+Cb)。由此可知，各感测单元产生的输出电压能够因应指纹的凸起部分(对应于第一感应电容C1)或凹陷部分(对应于第二感应电容C2)而有所不同，藉各感测单元所产生的输出电压Vout判断各感测单元所接触的是指纹的凸起部分还是凹陷部分，进而感测出指纹图案。
举例来说，因为接触指纹的凸起部分对感测单元产生的感应电容大于接触指纹的凹陷部分的感测单元产生的感应电容，因此可调整内建电容206的电容Cb、第一电压源的电压值V1与第二电压源的电压值V2，使得接触指纹的凸起部分的感测单元的输出电压值大于接触指纹的凹陷部分的感测单元的输出电压值。
请注意，在实际应用上，本发明的指纹传感器的各感测单元，在第一金属板上方，更具有一绝缘层。指纹实质上是接触此绝缘层，指纹与各感测单元的第一金属板所形成的感应电容，实质上是位于此绝缘层间。另外，第三金属板可以由基板构成。
请参照图3，其示出了依据本发明指纹感测装置的指纹感测方法的流程图。首先，在步骤310中，在此指纹感测装置的各感测单元，与感测单元对应的指纹间所形成的感应电容Cf以第一电压源进行充电，对内建电容Cb以第二电压源进行充电。其中，第一电压源的电压值为V1，第二电压源的电压值为V2。接着，在步骤320中，对于各感测单元，依据内建电容Cb与感应电容Cf所存储的电荷量输出一输出电压，其电压值为(Cf×V1+Cb×V2)/(Cf+Cb)。最后，在步骤330中，对于各感测单元，依据此输出电压判断各感测单元所接触的是指纹的凸起部分还是凹陷部分，进而感测出指纹图案。可由实验设定一门坎值来判别各感测单元所接触的是指纹的凸起部分还是凹陷部分，举例来说，若某感测单元的输出电压大于此门坎值，则判定此感测单元所接触的是指纹的凸起部分；若某感测单元的输出电压小于此门坎值，则判定此感测单元所接触的是指纹的凹陷部分。为得到此门坎值，可通过预先设定内建电容Cb、第一电压源的电压值V1与第二电压源的电压值V2，得到各感测单元对应指纹的凸起部分与凹陷部分的输出电压范围，据以设定此门坎值。
本发明上述实施例所揭露的指纹感测装置，是利用指纹的凸起部分与凹陷部分在接触各感测单元时所形成的感应电容差异，判断各感测单元所接触的是指纹的凸起部分还是凹陷部分，进而感测出指纹图案。由于本发明仅使用简单的电路结构，故其系统复杂度低，可直接于单芯片上实现，并可节省成本。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种指纹感测装置，用以感测一指纹图案，该指纹感测装置包括多个感测单元，每该感测单元均具有一内建电容，当每该感测单元接触该指纹时，形成一感应电容；其中，当每该感测单元与该指纹的凸起部分接触时，该感测单元的该内建电容及该感应电容共同形成一第一电位；当每该感测单元与该指纹的凹陷部分接触时，该感测单元的该内建电容及该感应电容共同形成一第二电位，其中，该第一电位不同于该第二电位。
2.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中，每该感测单元更包括一第一金属板，当每该感测单元接触该指纹，该第一金属板与该指纹之间形成该感应电容；一第二金属板；一第三金属板，该内建电容跨接于该第二金属板与该第三金属板之间；一第一开关，跨接于该第一金属板与一第一电压源之间；一第二开关，跨接于该第一金属板与该第二金属板之间；以及一第三开关，跨接于该第二金属板与一第二电压源之间；其中，当该第一开关及该第三开关是导通且该第二开关是关闭时，该第一金属板耦接至该第一电压源，对该感应电容进行充电，该第二金属板耦接至该第二电压源，对该内建电容进行充电，当该第一开关及该第三开关是关闭且该第二开关是导通时，该第二金属板依据接触该指纹的凸起部分或凹陷部分而输出该第一电位或该第二电位。
3.如权利要求2所述的指纹感测装置，其中，该第一开关与该第三开关经由一第一开关信号控制，该第二开关经由一第二开关信号控制。
4.如权利要求3所述的指纹感测装置，其中，该第一开关信号及该第二开关信号反相。
5.如权利要求2所述的指纹感测装置，该第一电压源与该第二电压源不相等。
6.如权利要求2所述的指纹感测装置，其中，该第三金属板是一基板。
7.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中，每该感测单元在接触该指纹的凸起部分时形成的感应电容大于接触该指纹的凹陷部分时形成的感应电容，且该第一电位大于该第二电位。
8.一种指纹感测方法，用于一指纹感测装置中，该指纹感测装置包括多个感测单元，每该感测单元用以依据一指纹的凸起部分输出一第一电位，并依据该指纹的凹陷部分输出一第二电位，其中，该第一电位不同于该第二电位，每该感测单元具有一内建电容，该指纹在接触每该感测单元时形成一感应电容，该方法包括(a)对于每该感测单元的该感应电容与该内建电容，分别以一第一电压源与一第二电压源进行充电；(b)依据对该感应电容及该内建电容充电的电荷量，产生一输出电压，该输出电压为该第一电位或该第二电位其中之一；以及(c)对于每该感测单元，判断该输出电压的电压值是该第一电位或该第二电位，以决定每该感测单元是接触该指纹的凸起部分还是凹陷部分。
9.如权利要求8所述的指纹感测方法，其中，该感应电容形成于该指纹及一第一金属板间，该内建电容跨接于一第二金属板及一第三金属板间，该第一电压源经由一第一开关而对该感应电容充电，该第二电压源经由一第三开关而对该内建电容充电，该输出电压利用一第二开关导通该第一金属板及该第二金属板，进而依据该感应电容及该内建电容的电荷量而经由该第二金属板输出。
10.如权利要求9所述的指纹感测方法，其中，该第一电压源与该第二电压源不相等。
11.如权利要求8所述的指纹感测方法，其中，接触该指纹的凸起部分时形成的感应电容大于接触该指纹的凹陷部分时形成的感应电容，且该第一电位大于该第二电位。
全文摘要
一种指纹感测装置，包括数个感测单元，用以感测一指纹的凸起部分与凹陷部分。每个感测单元包括一内建电容，当指纹接触到每个感测单元时，感测单元与指纹之间会产生一感应电容，本发明的指纹感测装置即利用指纹的凸起部分与凹陷部分所产生的感应电容量的差异，感测出指纹图案。
文档编号G06K9/00GK1920851SQ200610110170
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月4日 优先权日2005年8月5日
发明者许孟烈, 杨鸿铭 申请人:奇景光电股份有限公司, 许孟烈