[发明专利]电容式指纹感测装置及使用该感测装置获取指纹的方法

说明书

技术领域

本发明关于一种指纹感测装置。特别是，本发明关于一种包括电声换能器的电容式指纹感测装置，以及一种用于使用该感测装置来获取指纹的方法。

背景技术

各种类型的生物识别系统被越来越多地使用，为了是能提供增加的安全性和/或增强的用户便利性。

特别是，指纹感测系统由于其小尺寸、高性能、和用户认可的关系，已经被应用在例如消费电子装置当中。

在各式各样的所有可用的指纹感测原理中(诸如电容式、光学式、感热型等)，电容性感测是最常使用的，特别是在尺寸和功率消耗是重要问题的应用中。

所有的电容式指纹传感器提供测量，该测量代表在该指纹传感器的表面上移动或是放置于该表面上的手指与多个感测结构中的每一个之间的电容值。

因为电容式传感器基于手指和传感器之间的电容值而检测手指，感测表面和感测结构之间的距离直接影响在该测量中所获取的指纹图像的对比度以及分辨率。这在过去并不构成问题，因为外盖材料的厚度可以被选择以具有小的设计压力。然而，根据新的设计趋势，希望将该传感器放置厚的玻璃外盖下，并且最终可将该指纹传感器整合于显示配置内。

这出现一个具有挑战性的问题。此问题的根源不仅关系到因为手指到传感器距离的增加而造成电容信号的弱化。市售的电容式触控传感器透过厚的玻璃外盖依然可以良好运作。然而，问题是关于随着手指到传感器的距离增大分辨率和图像对比度的损失。这是因为以下事实造成的：在手指与传感器的距离很大时，从大的背景“平均值”中区分因手指纹路造成微小的电容变化变得极度困难，其中该大的背景“平均值”是来自对像素“可视的”所有脊部(ridge)和谷部(valley)的总和。

因此，希望能够提供一种指纹传感器，以克服与透过厚的外盖层而进行电容性感测相关的一些上述困难。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的一个目的是提供一种用于电容式指纹测量的改进的指纹感测装置。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于感测手指的指纹图案的电容式指纹感测装置，该电容指纹感测装置包括：保护性介电顶部层，其具有外表面，该外表面形成要被手指触摸的感测表面；导电感测结构的二维阵列，其布置在该顶部层下方；读取电路系统，其耦接到每一个导电感测结构以接收感测信号，该感测信号指示手指与感测结构之间的距离；以及电声换能器，其布置在该顶部层下方，并且配置为产生声波，并穿过该保护性介电顶部层朝向感测表面发送声波，以在手指的脊部中感生超声波振动电位，该手指放置成与该感测表面接触。

在本文中，该保护性介电顶部层可以是单个层，或者可以包括多个堆叠的层。此外，在本文中，层是介电性的意思是其是不导电的，并且其可以代表平行板电容器中的介电质，其中，由放置在感测装置的外表面上的手指以及每一个导电感测结构来表示两个板。相应地，导电感测结构的二维阵列布置在顶部层下方，其并不排除存在布置在感测结构和感测装置的外表面之间的附加层的可能性。此外，电声换能器布置在顶部层下方在本文中被解释为意指：当从感测装置的外感测表面观看时，该电声换能器是布置在该顶部层的下面(或底下)。从而，附加层可以被布置在电声换能器和顶部层之间，这将在下面进行说明。

电声换能器将电信号转换为声学信号，以提供声波，其具有的频率通常是在超声波范围内，即高于可听范围的频率。当手指放置在指纹感测装置的表面上时，该手指的脊部与表面接触，然而该手指的谷部没有与表面接触。声波中到达该顶部层和该手指的脊部之间的分界面的部分会穿透进入手指中，而声波中到达该顶部层和空气之间的分界面的部分会被反射，这是因为在该顶部层和空气之间声学阻抗具有大的差异。接着，声波中穿透手指的部分引起了感生的超声波振动电位，其可以被电容式指纹感测装置检测。在手指中产生超声波振动电位背后的机制将在具体实施方式部分进行进一步的详细讨论。

因此，本发明是基于以下实现：可以通过提供能够借助于电声换能器在手指中感生超声波振动电位、从而产生可被感测结构检测的电位的指纹感测装置，来改进电容性指纹感测。因此，手指的脊部和感测结构之间的改进的电容性耦合得以实现，并且在电容测量中来自于谷部的影响(即背景影响)得以降低。这与现有技术产生对比，在现有技术中，通过电化性(galvanic)耦合或电容性耦合到手指，电位被可控制地引入到手指，因此，整个手指，也就是脊部和谷部两者，被置于相同的电位水平。相比之下，上述感测装置仅在手指的脊部中感生电位，藉此提供脊部和谷部之间更大的对比，进而改进了电容测量的对比。