[发明专利]指纹感测系统和方法

说明书

本申请是申请号为201480037088.2、申请日为2014年7月3日、名称为“指纹感测系统和方法”的PCT发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及指纹感测系统并且涉及操作指纹传感器的方法。

背景技术

越来越多地使用各种类型的生物识别系统以提供提高的安全性和/或增强的用户便利性。

特别是，指纹感测系统由于其小的形状因素、高性能和用户接受度而在例如消费电子设备中被采用。

在各种可用的指纹感测原理(例如，电容式、光学、热等)之中，最经常使用的是电容式感测，特别在其中尺寸和功耗是重要问题的应用中。

所有电容式指纹传感器提供指示若干感测结构与放置在指纹传感器的表面上或者跨指纹传感器的表面移动的手指之间的电容的度量。

一些电容式指纹传感器被动地读出感测结构与手指之间的电容。然而，这需要相对较大的电容。因此这样的被动电容式传感器通常设置有覆盖感测结构的非常薄的保护层，这使这样的传感器对划痕和/或ESD(静电放电)相当敏感。

US 7 864 992公开了一种指纹感测系统，其中，通过脉动布置在传感器阵列附近的导电结构并且测量由传感器阵列中的感测结构携带的电荷的结果变化来将驱动信号注入手指。

虽然根据US 7 864 992的指纹感测系统提供了指纹图像质量和传感器保护的极好的组合，但是看起来存在用于改善“困难”手指特别对于干手指的空间。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其他缺点，本发明的目的是提供改进的指纹感测系统，特别是提供对来自“困难”手指例如干手指的指纹的改进的感测。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种指纹感测系统，该指纹感测系统包括：传感器阵列，该传感器阵列具有：多个感测结构，该多个感测结构均面向传感器阵列的表面并且被布置成电容耦合至触摸传感器阵列的表面的手指；以及读出电路装置，该读出电路装置可连接至感测结构中的每个感测结构以提供对由感测结构中的每个感测结构携带的电荷的变化进行指示的感测信号；以及电源电路装置，该电源电路装置被布置成给读出电路装置提供基本恒定的供电电压，该基本恒定的供电电压为高电势与低电势之间的差，其中，指纹感测系统以下述方式被配置：在基本保持供电电压的情况下，低电势和高电势可变；以及读出电路装置以下述方式可连接至感测结构中的每个感测结构：在基本保持供电电压的情况下低电势和高电势的变动导致由连接至读出电路装置的感测结构携带的电荷的变化，由感测结构携带的电荷的变化指示感测结构与手指之间的电容耦合。

上述“低电势”在本文有时还被称为传感器阵列的参考电势。

应当注意，低电势和高电势是关于包括指纹感测系统的设备的参考电势时变的。这样的设备的参考电势可以被称为“设备地”，并且时变低电势可以被称为“传感器地”。根据本发明的各种实施方式，“传感器地”可以关于“设备地”改变。手指的电势至少在进行指纹获取的有关时间内一般可以在关于“设备地”的基本恒定的电平处。例如，用户的身体可以针对未连接至某全局参考电势(如主要地(main ground))的便携式设备实际地定义“设备地”。

读出电路装置可以例如以下述形式提供模拟感测信号：指示手指与包括在传感器阵列中的感测结构之间的电容耦合的电压电平。

然而，根据各种实施方式，读出电路装置可以包括用于将模拟信号转换成数字信号的电路装置，这样的电路装置可以包括例如至少一个采样保持电路和至少一个模数转换电路。

本发明基于以下认识：可以通过使传感器阵列的参考电势相对于手指的电势“摆动”而不是在保持传感器阵列的参考电势(传感器地)恒定的情况下迫使手指电势改变来获得改善的指纹感测性能。

本发明人还实现了：可以设计其中使传感器阵列的参考电势能够“摆动”的指纹感测系统，使得该指纹感测系统能够在没有给手指供应信号的导电结构的情况下以及在不减小保护层的厚度的情况下读出高质量指纹图像。

不存在导电结构(例如，传感器阵列周围的导电框架)简化了指纹传感器到各种设备例如移动电话和计算机中的集成。此外，可以使指纹传感器系统的设计较不显眼，并且可以改善包括指纹传感器系统的产品的加工。

此外，可以在下述应用中改善感测性能：其中用户的手的手指或其他部分接触产品的其中包括指纹感测系统的导电部分。由于在根据本发明的指纹感测系统的各种实施方式中，指纹感测不依赖于手指的变化电势，可以使手指能够通过这样的产品的导电部分而被接地(或者被至少重负载)。这样的应用的示例包括具有暴露的导电部分的移动电话。