[0032] Ceq2>Ceq1>Ceq3式(1a)
[0033] 通过式(1a),感测单元110可分辨是否侦测到指纹以及所侦测到的部分为纹脊或纹谷,此部分后文会详述。图3A与3B所示的感测单元110可用薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)加工、金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)加工等方式制作,并无特殊限制,而指纹电极110及各绝缘层的材质也无特殊限制。
[0034] 请注意,图3A与3B仅为一实施例,感测单元110的各元件的布局方式并不限于此,只要布局方式能实现图2的感测单元110的电路,均属于本发明的范围。举例而言,在另一实施例中,可将图3A与3B的绝缘层35省略,如此,图3A中指纹电极111与纹谷间形成的感应电容119变为C1,储存电容112仍为Cs;图3B中,由于指纹电极111直接与纹脊接触,因此未形成感应电容119,且储存电容112也因其两端皆接地而不发挥作用。因此,感测单元110在侦测到纹谷时,等效电容值Ceq1=Cs+C1;在侦测到纹脊时,等效电容值Ceq2=0;在没有侦测到指纹时,等效电容值Ceq3=Cs,也即:
[0035] Ceq1>Ceq3>Ceq2式(1b)
[0036] 通过式(1b),感测单元110也可分辨是否侦测到指纹以及所侦测到的部分为纹脊或纹谷。
[0037] 指纹感测装置10的运作方式如下(请参阅图1及图2):
[0038] (1)在进行指纹感测前,重设电路16由复数条重设线19送出重设信号至每一感测单元110,将其重设开关114导通,使感测单元110内的电容可充分放电,而将指纹电极111的电位强迫归零。如此,除了可清除前次感测所遗留的电荷,也可消除手指表面与指纹电极111间存在的静电,而提高指纹电极111对外在静电的免疫性。
[0039] (2)接着,在一写入区间内,选取电路15由每条控制线17依序发出控制信号,以依序选取感测阵列11中每一列感测单元,使被选取的感测单元110的选取开关113维持导通。另一方面,切换电路14在此写入区间时将复数条数据线18切换至驱动电路12,使驱动电路12可由复数条数据线18送出充电信号。如此,被选取的感测单元110便能由其选取开关113所耦接的数据线18接收所述充电信号,而对感测单元110内的等效电容进行充电,也即进行数据写入。
[0040] (3)在所述写入区间之后,选取电路15在一读取区间内再次由每条控制线17依序发出控制信号,以依序选取感测阵列11中每一列感测单元,使被选取的感测单元110的选取开关113维持导通。另一方面,切换电路14在此读取区间时将复数条数据线18切换至读取电路13,使读取电路13可由选取开关113所耦接的数据线18,读取被选取的感测单元110的储存电容112的电压值(在图2中,也即指纹电极111的电压值)。
[0041] 由于每个感测单元110皆具有选取开关113,所以只有当选取开关113导通时,也即感测单元110被选取时,才会对其进行数据读写,如此可避免相邻感测单元间的互相干扰。
[0042] 图4是指纹感测装置10的相关信号的时序图(timing diagram)。其中,时间轴(即横轴)为写入区间与读取区间依序反复出现。每一控制线17上的控制信号(S1、S2、S3...分别代表第1、2、3...条控制线17上的控制信号)在写入区间与读取区间均依序出现,以依序选取一列感测单元。在写入区间,每一数据线18均传送充电信号(D1、D2...分别代表第1、2...条数据线18上的充电信号),以对控制线17所选取的一列感测单元进行充电,而每一列感测单元的充电时间的长短即为控制信号的脉冲宽度;在读取区间,每一数据线18则传送所读取的储存电容112的电压值(V1、V2...分别代表第1、2...条数据线18上的电压值)。每条重设线19上的重设信号R,在每个读取区间的末端出现,以将指纹电极111的电压值强迫归零。请注意,重设信号R也可在每个写入区间的头端出现(图未显示),可达到相同效果。
[0043] 在写入区间时,由于每一感测单元110是以同样的充电信号(如固定的电压值)进行充电,所以由电量(Q)=电容(C)×电压(V)可知,一感测单元110的充电量Qd是与其等效电容值的大小成正比。因此,在感测单元110覆有绝缘层35的实施例中(请参见图3A与3B),由前述的式(1a)可推得:
[0044] Qd(侦测到纹脊时)>Qd(侦测到纹谷时)>Qd(无侦测到指纹时)式(2a)[0045] 在读取区间时,所读取的感测单元110的储存电容112的电压值(即指纹电极111的电压值Vf)是与先前写入区间时的充电量成正比,因此由式(2a)可推得:
[0046] Vf(侦测到纹脊时)>Vf(侦测到纹谷时)>Vf(无侦测到指纹时)式(3a)[0047] 因此,指纹感测装置10通过读取每一感测单元110的储存电容112的电压值及式(3a),可判断每一感测单元110有否侦测到指纹,以及所侦测到的指纹为纹脊还是纹谷。图5是显示从感测阵列11(以11列×10行为例)的各感测单元110所读取到的电压值,其中高电压值(代表纹脊)显示为H,中间电压值(代表纹谷)显示为M,低电压值(代表无指纹)显示为L,而粗体线所围成的区域即为指纹。
[0048] 同理,在感测单元110未覆有绝缘层35的实施例中(即图3A与3B的实施例省略绝缘层35的情形)中,可依据式(1b)推得以下关系式:
[0049] Qd(侦测到纹谷时)>Qd(无侦测到指纹时)>Qd(侦测到纹脊时)式(2b)[0050] Vf(侦测到纹谷时)>Vf(无侦测到指纹时)>Vf(侦测到纹脊时)式(3b)[0051] 通过读取每一感测单元110的储存电容112的电压值及式(3b),也可判断每一感测单元110有否侦测到指纹,以及所侦测到的指纹为纹脊还是纹谷。
[0052] 图6是本发明的电容式指纹感测装置的第二较佳实施例的方块图,其中,指纹感测装置60包含一感测阵列61、一驱动电路62、一读取电路63、一选取电路65及一重设电路66。感测阵列61包含复数个感测单元610,其配置成复数列及复数行(图中为六列六行,然而列数及行数不以此为限)。选取电路65由复数条第一控制线64与第二控制线67耦接至感测阵列61,每一第一控制线64与每一第二控制线67分别耦接其中一列感测单元。驱动电路62由复数条第一数据线68耦接至感测阵列61,每一第一数据线68耦接其中一行感测单元,读取电路63由复数条第二数据线69耦接至感测阵列61,每一第二数据线69耦接其中一行感测单元。重设电路66由复数条重设线661耦接至感测阵列61,每一重设线661耦接其中一行感测单元。
[0053] 图7是感测单元610的细部电路图,其与图2的感测单元110的主要差异在于,感测单元610增设一读取开关1131、一控制线1151及一数据线1161。控制线115、1151分别为前述复数条第一控制线64与第二控制线67其中之一,数据线116、1161分别为前述复数条第一数据线68与第二数据线69其中之一,重设线117为前述复数条重设线661其中之一。感测单元610与感测单元110在运作上的主要差异在于,感测单元610将充电与读取的动作分由两组控制线与数据线来执行(即控制线115与数据线116、控制线1151与数据线1161),而感测单元110则由同一组控制线与数据线执行(即控制线115与数据线116)。选取开关113可从控制线115接收第一控制信号,以控制数据线116与指纹电极111间是否导通,而读取开关1131可从控制线1151接收第二控制信号,以控制数据线1161与指纹电极111间是否导通。重设开关114可从重设线117接收一重设信号,以控制指纹电极111与接地线118间是否导通。另外,感应电容119依然与储存电容112形成并联的关系,其等效电容值为两者电容值之和。
[0054] 指纹感测装置60的运作方式如下(请参阅图6及图7):
[0055] (1)进行指纹感测前的重设动作,此部分与指纹感测装置10类似,请参照前文,此处不再赘述。
[0056] (2)接着,在写入区间时,选取电路65由每条第一控制线64依序发出第一控制信号,以依序选取感测阵列61中每一列感测单元,使被选取的感测单元610的选取开关113维持导通。另一方面,驱动电路62在此写入区间时由复数条第一数据线68送出充电信号。如此,被选取的感测单元610便能由其选取开关113所耦接的第一数据线68接收所述充电信号,而对感测单元610内的等效电容进行充电,也即进行数据写入。
[0057] (3)在写入区间之后,选取电路65在读取区间内由每条第二控制线67依序发出第二控制信号,以依序选取感测阵列61中每一列感测单元,使被选取的感测单元610的读取开关1131维持导通。另一方面,读取电路14在此读取区间时由读取开关1131所耦接的第二数据线69,读取被选取的感测单元610的储存电容112的电压值。
[0058] 图8是指纹感测装置60的相关信号的时序图。其中,时间轴(即横轴)为写入区间与读取区间依序反复出现。每一第一控制线64上的第一控制信号(S1-1、S1-2、S1-3...分别代表第1、2、3...条第一控制线64上的第一控制信号)在写入区间依序出现,以依序选取一列感测单元;每一第二控制线67上的第二控制信号(S2-1、S2-2、S2-3...分别代表第1、2、3...条第二控制线67上的第二控制信号)在读取区间依序出现,以依序选取一列感测单元。在写入区间,每一第一数据线68均传送充电信号(D1、D2...分别代表第1、2...条第一数据线68上的充电信号),以对第一控制线64所选取的一列感测单元进行充电;在读取区间,每一第二数据线69则均传送所读取的储存电容112的电压值(V1、V2...分别代表第1、2...条第二数据线69上的电压值)。每条重设线661上的重设信号R,在每个读取区间的末端出现,以将指纹电极111的电压值强迫归零。请注意,重设信号R也可在每个写入区间的头端出现(图未显示),可达到相同效果。
[0059] 在此第二较佳实施例中,指纹感测装置60也可在同一个区间内执行数据写入与读取,如图9所示(图9中各信号的代号与图8相同)。与图8相较,图9在时间轴上,写入区间与读取区间是为同一个区间,并且,就同一列感测单元而言,第一控制信号(用以启动数据写入)是早于第二控制信号(用以启动数据读取)出现。
[0060] 请注意,在第一及第二较佳实施例中,在进行数据写入时,选取电路15及65不限于一次只选取一列感测单元,也可同时选取多列感测单元执行写入。
[0061] 图1、6的指纹感测装置10、60也可用来执行触控功能,以当作触控板(touch pad)使用。请参阅图5,指纹感测装置10、60从各感测单元110、610读取到电压值后,除了可判断是否侦测到纹脊或纹谷外,还可在有侦测到指纹的区域内设定一参考点(可利用(x,y)座标表示),例如指纹区域的中心点。通过比较在不同时间点的指纹区域内的参考点,就能判断手指的位置及移动方向。另外,由于感测阵列11、61可以大面积的方式实作,因此也可同时侦测多个指纹,而具有多点触控(multi-touch)的功能。不过,由于执行触控功能时,只需判断手指的位置,而不需精确到能分辨纹脊与纹谷,因此触控功能所需的感测单元密度(也即单位面积的感测单元数)较指纹感测功能所需的为低。所以,本发明提出一种具指纹感测的触控装置,其具有复数个感测单元(可为感测单元110或610),分别配置成一指纹感测区与一触控区,所述指纹感测区的感测单元密度高于所述触控区的感测单元密度,如此可同时提供指纹感测与触控功能,而又降低整体电路成本。图10是显示一实例,可看出指纹感测区的感测单元密度高于触控区。
[0062] 图11是本发明的指纹感测方法的一较佳实施例的流程图,其包含下列步骤:
[0063] 步骤1100:提供复数个感测单元,配置成一具有复数列及复数行的感测阵列,每一感测单元包含一指纹电极及一储存电容,所述储存电容耦接于所述指纹电极,所述指纹电极与手指间所形成的一感应电容是并联于所述储存电容。
[0064] 步骤1101:执行重设动作,以将每一感测单元的指纹电极的电位归零。
[0065] 步骤1102:在一写入区间内依序选取所述感测阵列中每一列感测单元。
[0066] 步骤1103:在所述写入区间提供一充电信号至被选取的感测单元,以对感测单元内的一等效电容进行充电,其中,所述等效电容值是依据感测单元有否形成感应电容而定。
[0067] 步骤1104:在一读取区间内依序选取所述感测阵列中每一列感测单元。
[0068] 步骤1105:在所述读取区间读取被选取的感测单元的储存电容的电压值。
[0069] 步骤1100中,还可提供一绝缘层,覆盖于所述感测阵列,作为手指的接触面,以助于形成感应电容。
[0070] 在此较佳实施例中,读取区间是位于写入区间之后,如此可确保每一列感测单元在执行读取前已执行数据写入动作。在另一实施例中,读取区间与写入区间是位于同一区间,且对于同一列感测单元而言,步骤1102与1103是早于步骤1104与1105执行,以确保所述列感测单元在执行读取前已执行数据写入动作。
[0071] 以上说明对本发明而言只是说明性的,而非限制性的,本领域普通技术人员理解,在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下,可做出许多修改,变化,或等效,但都将落入本发明的保护范围内。