一種指紋識(shí)別傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種指紋識(shí)別傳感器及指紋識(shí)別方法，其包括了用于檢測(cè)手指觸摸的指紋圖像感測(cè)陣列，其包括以適當(dāng)方式排列的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極以及感應(yīng)電極，以及一個(gè)處理器，其與感測(cè)陣列配合，對(duì)感測(cè)陣列掃描并基于感測(cè)信號(hào)生成完整的指紋圖像，其通過產(chǎn)生不同的調(diào)制信號(hào)，并應(yīng)用于多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，以獲得合成的信號(hào)，并利用該調(diào)制信號(hào)對(duì)感應(yīng)電極的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到指示指紋信息的電感測(cè)信號(hào)，根據(jù)對(duì)感測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，生成完整的指紋識(shí)別圖像。本發(fā)明通過對(duì)電極的復(fù)用有效減少了處理器電路芯片封裝的管腳數(shù)目，并降低感應(yīng)電極感測(cè)信號(hào)之間的串?dāng)_和耦合，優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
【專利說明】一種指紋識(shí)別傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種指紋識(shí)別傳感器，集成于電容式觸摸屏或觸摸裝置之中，通過檢測(cè)手指觸摸引起的電極互電容值的變化來得到指紋信息。

【背景技術(shù)】
[0002]電容式指紋識(shí)別傳感器的基本感應(yīng)原理如圖1所示,通過檢測(cè)傳感器電極間的電容大小得到指紋信息。如圖1所示，兩個(gè)電極S1，S2之間形成平面電容，電極通常形成于透明基板之中。當(dāng)手指觸碰到感測(cè)區(qū)域的基板時(shí)，指紋脊或指紋谷接觸到電極SI，S2之間，會(huì)改變介質(zhì)的介電常數(shù)，從而改變電極間平面電容的大小。檢測(cè)芯片將電容值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以獲得指紋息。
[0003]現(xiàn)有的電容式指紋識(shí)別傳感器如圖2所示。該傳感器的驅(qū)動(dòng)電極Tx (Txl?Txl60)與感應(yīng)電極Rx(Rxl)之間形成平面電容，當(dāng)手指觸摸時(shí)，指紋脊和指紋谷接觸電極所在的透明基板，電極之間的各個(gè)平面電容值產(chǎn)生不同變化。在驅(qū)動(dòng)電極Tx各端依次施加方波或其他波形驅(qū)動(dòng)，感應(yīng)電極Rx端接收電信號(hào)并輸入到檢測(cè)芯片，對(duì)電容值進(jìn)行量化以及處理分析，從而通過對(duì)手指滑動(dòng)的捕捉得到完整的指紋識(shí)別圖像。這類指紋識(shí)別傳感器的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電極的數(shù)目較多。以8mm長(zhǎng)的感應(yīng)區(qū)域?yàn)槔?00dpi解析精度的指紋識(shí)別傳感器，需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)電極Tx的數(shù)目達(dá)到8mm/50um，即160根。這就使得指紋識(shí)別檢測(cè)芯片也需要160個(gè)Tx驅(qū)動(dòng)管腳，過多的芯片管腳會(huì)帶來封裝及引線的困難，并使芯片的面積受到芯片管腳的約束。
[0004]此外，因?yàn)橹讣y識(shí)別傳感器的感應(yīng)電容變化量非常小，電極之間的串?dāng)_和耦合都可能會(huì)導(dǎo)致指紋識(shí)別圖像質(zhì)量下降甚至失效，因此必須對(duì)感應(yīng)電極Rx進(jìn)行屏蔽優(yōu)化，避免其它信號(hào)的干擾。感應(yīng)電極Rx數(shù)目越多，系統(tǒng)屏蔽設(shè)計(jì)就越困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種新的指紋識(shí)別傳感器以及指紋識(shí)別方法，可以整合于現(xiàn)有的各種智能終端上的電容式觸摸屏或觸摸裝置之中，利用觸摸區(qū)域檢測(cè)手指指紋信息，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，該指紋識(shí)別傳感器包括了用于檢測(cè)手指觸摸的指紋圖像感測(cè)陣列，其包括以適當(dāng)方式排列的多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極以及感應(yīng)電極，以及一個(gè)處理器，其與感測(cè)陣列配合，對(duì)感測(cè)陣列掃描并基于感測(cè)信號(hào)生成完整的指紋圖像，其通過產(chǎn)生不同的調(diào)制信號(hào)，并應(yīng)用于多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，以獲得合成的信號(hào)，并利用該調(diào)制信號(hào)對(duì)感應(yīng)電極的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到指示指紋信息的電感測(cè)信號(hào)，根據(jù)對(duì)感測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，生成完整的指紋識(shí)別圖像。
[0006]本發(fā)明提出的指紋識(shí)別傳感器，可以配置在現(xiàn)有的各種智能終端設(shè)備上的電容式觸摸屏或觸摸裝置之中，這些智能終端設(shè)備包括但不限于:各種智能手機(jī)，個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)，移動(dòng)電視接收機(jī)，無線設(shè)備，手持式或便攜計(jì)算機(jī)，家用計(jì)算機(jī)，平板電腦，筆記本，打印機(jī)，復(fù)印機(jī)，GPS接收機(jī)或?qū)Ш皆O(shè)備等任何涉及用戶交互或輸入的電子設(shè)備。
[0007]本發(fā)明所述的指紋識(shí)別傳感器，通過對(duì)感應(yīng)電極的復(fù)用，有效減少了處理器電路芯片封裝的管腳數(shù)目，降低了管腳數(shù)目對(duì)芯片面積設(shè)計(jì)的制約，優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
[0008]本發(fā)明所述的指紋識(shí)別傳感器，通過將觸摸區(qū)域感測(cè)陣列的驅(qū)動(dòng)電極集成于電容觸摸屏的電極層，并可以進(jìn)一步復(fù)用觸摸屏的驅(qū)動(dòng)電極，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低成本。
[0009]本發(fā)明所述的指紋識(shí)別傳感器，對(duì)多個(gè)感應(yīng)電極得到的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行分組處理，從而進(jìn)一步降低感應(yīng)電極感測(cè)信號(hào)之間的串?dāng)_和耦合。
[0010]本發(fā)明所述的指紋識(shí)別傳感器，基于得到的感測(cè)信號(hào)，感應(yīng)到手指相同位置信息在時(shí)間上的差異，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)既可以實(shí)現(xiàn)手指速度、移動(dòng)方向的判斷。
[0011]本發(fā)明所述的指紋識(shí)別傳感器，設(shè)置多個(gè)第一感應(yīng)電極以及多個(gè)第二感應(yīng)電極，所述第一感應(yīng)電極和第二感應(yīng)電極平行放置，通過將第二感應(yīng)電極的中部感測(cè)區(qū)域或靠近中部感測(cè)區(qū)域與第一感應(yīng)電極的邊緣感測(cè)區(qū)域在正交方向?qū)R，從而對(duì)第一感應(yīng)電極邊緣感測(cè)區(qū)域的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償校正，有效解決了電容觸摸邊緣效應(yīng)帶來的非線性失真。
[0012]本發(fā)明所述的指紋識(shí)別傳感器，基于第一感應(yīng)電極的第一感應(yīng)信號(hào)以及第二感應(yīng)電極的第二感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)觸摸信號(hào)在感應(yīng)電極上位置偏移的判斷，進(jìn)而在拼接成指紋圖像時(shí)對(duì)圖像的偏移量進(jìn)行修正補(bǔ)償，提高識(shí)別精度。
[0013]本發(fā)明所述的指紋識(shí)別傳感器，觸摸陣列的感應(yīng)電極與驅(qū)動(dòng)電極可以采用常用的電極材料如氧化銦錫ΙΤ0。感應(yīng)電極與驅(qū)動(dòng)電極陣列可以形成于同層或不同層透明基板之中。感應(yīng)圖形可以直接制作在智能設(shè)備的蓋板玻璃或防爆膜的下表面；也可以制作在同層/不同層的薄膜上，并置于蓋板玻璃或防爆膜之下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1示出了電容式指紋識(shí)別傳感器的基本感應(yīng)原理。
[0015]圖2為現(xiàn)有的電容式指紋識(shí)別傳感器結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖3為本發(fā)明提出的電容式指紋識(shí)別傳感器結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖4為本發(fā)明提出指紋識(shí)別處理器系統(tǒng)框圖。
[0018]圖5為本發(fā)明提出的另一種電容式指紋識(shí)別傳感器結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖6為本發(fā)明提出的另一種電容式指紋識(shí)別傳感器結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案作詳細(xì)說明。如圖3所示，采用多個(gè)感應(yīng)電極Rx與驅(qū)動(dòng)電Tx構(gòu)成指紋識(shí)別傳感器的感測(cè)陣列，以8_矩形感測(cè)區(qū)域面積，500dpi解析度的指紋識(shí)別傳感器為例，感應(yīng)電極Rx為4根，每一根Rx和40根驅(qū)動(dòng)電極Tx (Txl?Tx40)形成感測(cè)陣列，驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極集成于同一層透明基板之中，相互之間無交疊區(qū)域。傳感器感測(cè)陣列中驅(qū)動(dòng)電極Tx的數(shù)目仍為160根，保證了 500dpi的解析度，然而因?yàn)槠鋵?duì)每一根感應(yīng)電極Rx重復(fù)使用，所以對(duì)應(yīng)到指紋識(shí)別處理器電路封裝芯片上的管腳數(shù)目被減少到了 160/4 = 40根。此外，由于指紋識(shí)別傳感器的感應(yīng)電容變化量非常小，電極之間的串?dāng)_和耦合都可能會(huì)導(dǎo)致指紋識(shí)別圖像質(zhì)量下降甚至失效，感應(yīng)電極Rx數(shù)目越多，系統(tǒng)屏蔽設(shè)計(jì)就越困難。因此必須對(duì)感應(yīng)電極Rx優(yōu)化屏蔽設(shè)計(jì)，避免其它信號(hào)的干擾。
[0021]在應(yīng)用到移動(dòng)智能設(shè)備中時(shí)，手指會(huì)引入額外的噪聲耦合至觸摸屏以及指紋識(shí)別系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)檢測(cè)的精度及靈敏度。本發(fā)明采用的指紋識(shí)別傳感器可以置于智能設(shè)備屏幕的邊緣，在啟動(dòng)指紋識(shí)別功能后，手指在接觸指紋識(shí)別傳感器的同時(shí)會(huì)和設(shè)備邊框接觸，設(shè)備邊框材質(zhì)做導(dǎo)電處理接系統(tǒng)地。因此，手指通過設(shè)備邊框連接至系統(tǒng)地，消除了由于人體與系統(tǒng)地之間的電位差而可能弓丨入的噪聲。
[0022]指紋識(shí)別處理器的系統(tǒng)框圖如圖4所示，其具體可以實(shí)現(xiàn)為集成電路芯片。圖中的CHANNEL即感測(cè)陣列中驅(qū)動(dòng)電極Tx與感應(yīng)電極Rx之間的耦合通道，虛線框中的部分為處理器電路的邏輯框圖。處理器對(duì)驅(qū)動(dòng)電極分組同時(shí)施加激勵(lì)信號(hào)。PNi為調(diào)制信號(hào)，cos(2pifi)為載波信號(hào),pi即圓周率在matlab中的表示?？梢圆捎貌煌膫坞S機(jī)序列對(duì)驅(qū)動(dòng)電極Tx驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)偽隨機(jī)序列滿足公式(I)的條件時(shí)，接收端采用相同的偽隨機(jī)序列解調(diào)，能夠?qū)碜圆煌琓x端的信號(hào)解調(diào)還原。
[0023](PNi, PNj) = I ；i = j ；
[0024]O ；i ! = j ； (I)
[0025]這種驅(qū)動(dòng)方式能夠通過犧牲帶寬來獲得更高的信噪比。
[0026]處理器可以同時(shí)量化多個(gè)感應(yīng)電極的感應(yīng)信號(hào)，也可以分組量化。作為本發(fā)明的一種應(yīng)用，感應(yīng)電極Rx可以被分為奇偶兩組或其他分組方式。處理器先后對(duì)奇數(shù)組Rx和偶數(shù)組Rx進(jìn)行量化。在奇數(shù)Rx量化的時(shí)候，偶數(shù)Rx被鉗位在共模電平位置，以減少相鄰Rx電極之間的相互影響。
[0027]在感應(yīng)電極的邊緣區(qū)域由于邊界效應(yīng)，其感應(yīng)電容值與非邊緣區(qū)域相比，線性度較差，容易失真。因此有可能會(huì)造成指紋圖像在感應(yīng)電極邊緣位置不連續(xù)，甚至出現(xiàn)誤判。采用引入額外的感應(yīng)電極可以消除/補(bǔ)償這種負(fù)面效應(yīng)。圖5和6所示的實(shí)施例中，感應(yīng)電極被分為兩組。感應(yīng)電極Rxl?Rx4為第一感應(yīng)電極，即主感應(yīng)電極,感應(yīng)電極Rx5?Rx7第二感應(yīng)電極，即輔感應(yīng)電極。以160根驅(qū)動(dòng)電極，4根主感應(yīng)電極(Rxl?Rx4)為例，圖5和圖6分別示出了兩種補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。圖中輔助感應(yīng)電極Rx5，Rx6和Rx7與主感應(yīng)電極Rxl?Rx4平行錯(cuò)開放置，使得每個(gè)主感應(yīng)電極的邊緣區(qū)域與輔助感應(yīng)電極的非邊緣區(qū)域在正交方向?qū)R。因此可以用輔助感應(yīng)電極非邊緣區(qū)域得到的感測(cè)信號(hào)對(duì)主感應(yīng)電級(jí)邊緣區(qū)域的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行校正補(bǔ)償，從而得到完整的指紋識(shí)別圖像，提高識(shí)別精度和準(zhǔn)確度。
[0028]在一維圖像拼接時(shí)，指紋識(shí)別算法需要利用手指滑動(dòng)的速度以及手指相對(duì)于指紋識(shí)別傳感器位置偏移量等信息進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。發(fā)明采用兩組感應(yīng)電極之后，由于每組感應(yīng)電極Rx的位置不同，感應(yīng)到手指相同位置的信息在時(shí)間上的前后差異，處理器基于得到的感測(cè)信號(hào)，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)即可以實(shí)現(xiàn)手指速度、移動(dòng)方向的判斷。
[0029]如圖5、6所示,輔助感應(yīng)電極Rx5?Rx7與主感應(yīng)電極Rxl?Rx4配合,實(shí)現(xiàn)手指滑動(dòng)速度感測(cè)。輔助感應(yīng)電極Rx5?Rx7與主感應(yīng)電極Rxl?Rx4由于位置差異，感應(yīng)手指相同部位時(shí)存在時(shí)間上的差別，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)即可以實(shí)現(xiàn)手指滑動(dòng)速度的識(shí)別。
[0030]主感應(yīng)電極和輔助感應(yīng)電極配合也可以實(shí)現(xiàn)手指在感應(yīng)電極上位置偏移的識(shí)別判斷。如圖5，6所示，主感應(yīng)電極和輔助感應(yīng)電極之間存在物理垂直方向上的差異，如果手指接觸摸時(shí)偏向感應(yīng)電極Rxl —邊，那么感應(yīng)電極Rx4上邊緣的某些像素點(diǎn)就沒有指紋信息數(shù)據(jù)。相應(yīng)的如果手指觸摸時(shí)偏向Rx4 —邊，那么感應(yīng)電極Rxl上邊緣的某些像素點(diǎn)就沒有指紋信息數(shù)據(jù)。通過這樣數(shù)據(jù)的判斷系統(tǒng)可以計(jì)算出手指在感應(yīng)電極上的偏移量，進(jìn)而在拼接成指紋圖像時(shí)對(duì)圖像的偏移量進(jìn)行修正補(bǔ)償，提高識(shí)別準(zhǔn)確度。
[0031]從上述描述和附圖中受益的工程師，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到本發(fā)明的多種改型和其他實(shí)施方式。因此，可以理解，本發(fā)明并不限定于公開的【具體實(shí)施方式】，并且改型和實(shí)施方式應(yīng)該包括在本申請(qǐng)要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種指紋傳感器，，包括指紋圖像感測(cè)陣列和一個(gè)處理器； 所述感測(cè)陣列包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極以及多個(gè)感應(yīng)電極，驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極之間無相互交疊區(qū)域； 所述處理器與感測(cè)陣列配合，對(duì)感測(cè)陣列的電極進(jìn)行掃描并基于感測(cè)信號(hào)生成完整的指紋圖像，其將多個(gè)不同的調(diào)制信號(hào)應(yīng)用于多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，以獲得合成的信號(hào)，并利用該調(diào)制信號(hào)解調(diào)感測(cè)信號(hào)，并基于得到的信號(hào)生成完整的指紋識(shí)別圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋傳感器，所述驅(qū)動(dòng)電極復(fù)用電容觸摸屏的驅(qū)動(dòng)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋傳感器，對(duì)所述多個(gè)感應(yīng)電極實(shí)現(xiàn)復(fù)用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋傳感器，處理器對(duì)多個(gè)感應(yīng)電極得到的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行分組處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋傳感器，處理器基于多個(gè)感應(yīng)電極得到的感測(cè)信號(hào)，對(duì)相同部位指紋圖像的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，來識(shí)別和跟蹤手指的移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋傳感器，處理器基于多個(gè)感應(yīng)電極得到的感測(cè)信號(hào)計(jì)算出手指在感應(yīng)電極上的偏移量，進(jìn)而在拼接成指紋圖像時(shí)對(duì)圖像的偏移量進(jìn)行修正補(bǔ)償。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋傳感器，所述多個(gè)感應(yīng)電極包括兩組，即多個(gè)第一感應(yīng)電極和多個(gè)第二感應(yīng)電極，第一感應(yīng)電極與第二感應(yīng)電極錯(cuò)開放置，使得每個(gè)第一感應(yīng)電極的邊緣區(qū)域與第二感應(yīng)電極的非邊緣區(qū)域在正交方向?qū)R，從而利用第二感應(yīng)電極的感測(cè)信號(hào)對(duì)第一感應(yīng)電極的感測(cè)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的指紋傳感器，處理器基于第一感應(yīng)電極和第二感應(yīng)電極得到的感測(cè)信號(hào)，對(duì)相同部位指紋圖像的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)手指速度和移動(dòng)方向的識(shí)別。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的指紋傳感器，處理器基于第一感應(yīng)電極和第二感應(yīng)電極得到的感測(cè)信號(hào)計(jì)算出手指在感應(yīng)電極上的偏移量，進(jìn)而在拼接成指紋圖像時(shí)進(jìn)行修正補(bǔ)償。
【文檔編號(hào)】G06F3/044GK104376299SQ201410546890
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】張晉芳, 李卓 申請(qǐng)人:北京集創(chuàng)北方科技有限公司