1.一種電容式影像傳感器,包含:
多個(gè)電容式感測(cè)單元,形成一數(shù)組,每一電容式感測(cè)單元用以將接近的手指的一部分表面與其上表面間距離轉(zhuǎn)化為輸出電壓,該輸出電壓值受外加于該手指的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而變化;
模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,用以將該輸出電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字并輸出該數(shù)字;
信號(hào)源,用以提供該驅(qū)動(dòng)信號(hào)至該手指,
其中該驅(qū)動(dòng)信號(hào)為具有電壓轉(zhuǎn)換的信號(hào),由正波形與負(fù)波形交替出現(xiàn)所形成;電容式感測(cè)單元每一部分的內(nèi)部電位在重設(shè)階段初始化為已知定值;這些電容式感測(cè)單元在感測(cè)階段接收該驅(qū)動(dòng)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為輸出電壓;該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在量測(cè)階段進(jìn)行轉(zhuǎn)換;轉(zhuǎn)換每一電容式感測(cè)單元在正波形與負(fù)波形下的輸出電壓的兩個(gè)數(shù)字之差為減噪數(shù)值,代表該手指的部分表面的像素;依序收集在每一像素對(duì)應(yīng)的正波形與負(fù)波形下的這些減噪數(shù)值以獲得該手指的減噪影像。
2.如權(quán)利要求1所述的電容式影像傳感器,其中該正波形與負(fù)波形的外觀對(duì)稱。
3.如權(quán)利要求1所述的電容式影像傳感器,其中該正波形或負(fù)波形為躍階函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的電容式影像傳感器,其中該像素的影像值為數(shù)字值,該數(shù)字值對(duì)應(yīng)該像素的灰階影像值。
5.如權(quán)利要求1所述的電容式影像傳感器,其中該電容式感測(cè)單元進(jìn)一步包含:
金屬板;
電壓隨耦器,其中該電壓隨耦器的輸入端與該金屬板連接,該電壓隨耦器的輸出端與該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接;
比較電容器,該比較電容器的一電極與該金屬板電連接,另一電極與接地端電連接;
恒定電壓源,用以提供恒定偏置電壓;及
恒定偏置電壓開關(guān),該恒定偏置電壓開關(guān)連接該恒定電壓源與該金屬板,用以切換該恒定偏置電壓的供應(yīng),
其中該恒定偏置電壓開關(guān)在該重設(shè)階段開啟,并在該感測(cè)階段及量測(cè)階段關(guān)閉。
6.如權(quán)利要求5所述的電容式影像傳感器,其中具有電容值Cp的寄生電容結(jié)構(gòu)形成于該金屬板與接地端間;該比較電容器具有電容值Cm;參考電容值,Cr,由下式獲得:Cr=Cm+Cp;當(dāng)該手指接近該電容式感測(cè)單元時(shí),信號(hào)電容結(jié)構(gòu)由該手指與該信號(hào)源所形成;手指電容結(jié)構(gòu)由該手指與該金屬板所形成;該輸出電壓,Vout,由下式獲得:Vbias為該恒定偏置電壓值;Vin為該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓變化;Cf為該手指電容結(jié)構(gòu)電容值。
7.如權(quán)利要求5所述的電容式影像傳感器,其中該比較電容器為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管電容器、多晶硅電容器或金屬絕緣層金屬電容器。
8.如權(quán)利要求1所述的電容式影像傳感器,其中該電容式感測(cè)單元進(jìn)一步包含:
金屬板;
電壓隨耦器,其中該電壓隨耦器的輸入端與該金屬板連接,該電壓隨耦器的輸出端與該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接;
恒定電壓源,用以提供恒定偏置電壓;及
恒定偏置電壓開關(guān),該恒定偏置電壓開關(guān)連接該恒定電壓源與該金屬板,用以切換該恒定偏置電壓的供應(yīng),
其中該恒定偏置電壓開關(guān)在該重設(shè)階段開啟,并在該感測(cè)階段及該量測(cè)階段關(guān)閉。
9.如權(quán)利要求8所述的電容式影像傳感器,其中具有電容值Cp的寄生電容結(jié)構(gòu)形成于該金屬板與接地端間;參考電容值,Cr,與Cp相同;當(dāng)該手指接近該電容式感測(cè)單元時(shí),信號(hào)電容結(jié)構(gòu)由該手指與該信號(hào)源所形成;手指電容結(jié)構(gòu)由該手指與該金屬板所形成;輸出電壓,Vout,由下式獲得:Vbias為該恒定偏置電壓值;Vin為該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓變化;Cf為該手指電容結(jié)構(gòu)電容值。
10.如權(quán)利要求1所述的電容式影像傳感器,其中該電容式感測(cè)單元進(jìn)一步包含:
金屬板;
電壓隨耦器,其中該電壓隨耦器的輸入端與該金屬板連接,該電壓隨耦器的輸出端與該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連接;
工作電壓源,用以提供工作電壓;
工作電壓開關(guān),該工作電壓開關(guān)的第一端連接該工作電壓源,用以切換該工作電壓的供應(yīng);
比較電容器,該比較電容器的一電極與該工作電壓開關(guān)的第二端電連接,另一電極與接地端電連接;
電荷分配開關(guān),該電荷分配開關(guān)與該金屬板及該工作電壓開關(guān)的第二端電連接,以便當(dāng)開啟時(shí)平衡兩端的電荷;及
接地開關(guān),當(dāng)該接地開關(guān)開啟時(shí)該電容式感測(cè)單元內(nèi)累積的電荷釋放至接地端,當(dāng)該接地開關(guān)關(guān)閉時(shí)該電容式感測(cè)單元內(nèi)開始累積電荷;
其中該工作電壓開關(guān)在重設(shè)階段開啟,并在該感測(cè)階段及該量測(cè)階段關(guān)閉;該電荷分配開關(guān)在該重設(shè)階段關(guān)閉,并在該感測(cè)階段及該量測(cè)階段開啟;該接地開關(guān)在該重設(shè)階段開啟,并在該感測(cè)階段及該量測(cè)階段關(guān)閉。
11.如權(quán)利要求10所述的電容式影像傳感器,其中具有電容值Cp的寄生電容結(jié)構(gòu)形成于該金屬板與接地端間;該比較電容器具有電容值Cm;當(dāng)該手指接近該電容式感測(cè)單元時(shí),信號(hào)電容結(jié)構(gòu)由該手指與該信號(hào)源所形成;手指電容結(jié)構(gòu)由該手指與該金屬板所形成;該輸出電壓,Vout,由下式獲得:Vdd為工作電壓值;Vin為該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓變化;Cf為該手指電容結(jié)構(gòu)電容值。
12.如權(quán)利要求10所述的電容式影像傳感器,其中該比較電容器為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管電容器、多晶硅電容器或金屬絕緣層金屬電容器。
13.一種用來(lái)操作如權(quán)利要求1所述的電容式影像傳感器以取得手指影像的方法,包含步驟:
在第一重設(shè)階段將這些電容式感測(cè)單元重新設(shè)置為可感測(cè)狀態(tài);
在第一感測(cè)階段施加具有第一波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給這些電容式感測(cè)單元;
在第一量測(cè)階段讀取來(lái)自各電容式感測(cè)單元的輸出電壓所轉(zhuǎn)換的數(shù)字;
在第二重設(shè)階段將這些電容式感測(cè)單元重新設(shè)置為可感測(cè)狀態(tài);
在第二感測(cè)階段施加具有第二波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給這些電容式感測(cè)單元;
在第二量測(cè)階段讀取來(lái)自各電容式感測(cè)單元的輸出電壓所轉(zhuǎn)換的數(shù)字;
將同一電容式感測(cè)單元在不同量測(cè)階段所獲得的數(shù)字相減以取得該減噪數(shù)值;
依序收集在每一像素對(duì)應(yīng)的正波形與負(fù)波形下的這些減噪數(shù)值;及
拼湊這些減噪數(shù)值到對(duì)應(yīng)的電容式感測(cè)單元位置。
14.如權(quán)利要求13所述的方法,其中若該第一波形為正波形,則該第二波形為負(fù)波形;若該第一波形為負(fù)波形,則該第二波形為正波形。
15.一種用來(lái)操作如權(quán)利要求5所述的電容式影像傳感器的方法,包含步驟:
在第一重設(shè)階段開啟該恒定偏置電壓開關(guān);
在第一感測(cè)階段關(guān)閉該恒定偏置電壓開關(guān),施加具有第一波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給該電容式感測(cè)單元;
在第一量測(cè)階段向該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送第一輸出電壓;
在第二重設(shè)階段開啟該恒定偏置電壓開關(guān);
在第二感測(cè)階段關(guān)閉該恒定偏置電壓開關(guān),施加具有第二波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給該電容式感測(cè)單元;及
在第二量測(cè)階段向該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送第二輸出電壓。
16.如權(quán)利要求15所述的方法,其中若該第一波形為正波形,則該第二波形為負(fù)波形;若該第一波形為負(fù)波形,則該第二波形為正波形。
17.一種用來(lái)操作如權(quán)利要求8所述的電容式影像傳感器的方法,包含步驟:
在第一重設(shè)階段開啟該恒定偏置電壓開關(guān);
在第一感測(cè)階段關(guān)閉該恒定偏置電壓開關(guān),施加具有第一波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給該電容式感測(cè)單元;
在第一量測(cè)階段向該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送第一輸出電壓;
在第二重設(shè)階段開啟該恒定偏置電壓開關(guān);
在第二感測(cè)階段關(guān)閉該恒定偏置電壓開關(guān),施加具有第二波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給該電容式感測(cè)單元;及
在第二量測(cè)階段向該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送第二輸出電壓。
18.如權(quán)利要求17所述的方法,其中若該第一波形為正波形,則該第二波形為負(fù)波形;若該第一波形為負(fù)波形,則該第二波形為正波形。
19.一種用來(lái)操作如權(quán)利要求10所述的電容式影像傳感器的方法,包含步驟:
在第一重設(shè)階段開啟該工作電壓開關(guān)與該接地開關(guān),并關(guān)閉該電荷分配開關(guān);
在第一感測(cè)階段先關(guān)閉該工作電壓開關(guān)與該接地開關(guān),接著開啟該電荷分配開關(guān)并施加具有第一波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給該電容式感測(cè)單元;
在第一量測(cè)階段向該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送第一輸出電壓;
在第二重設(shè)階段開啟該工作電壓開關(guān)與該接地開關(guān),并關(guān)閉該電荷分配開關(guān);
在第二感測(cè)階段先關(guān)閉該工作電壓開關(guān)與該接地開關(guān),接著開啟該電荷分配開關(guān)并施加具有第二波形的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)該手指給該電容式感測(cè)單元;及
在第二量測(cè)階段向該模擬數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送第二輸出電壓。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其中若該第一波形為正波形,則該第二波形為負(fù)波形;若該第一波形為負(fù)波形,則該第二波形為正波形。