指紋感測(cè)裝置及其感測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種指紋感測(cè)裝置，且特別涉及一種在感測(cè)陣列內(nèi)設(shè)置存儲(chǔ)單元的指紋感測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著生物辨識(shí)技術(shù)逐漸成熟，許多不同的生物特征皆可被用來(lái)辨識(shí)使用者的身份。其中，由于指紋辨識(shí)技術(shù)的辨識(shí)率及準(zhǔn)確率較其它生物特征的辨識(shí)技術(shù)更好，故目前指紋辨識(shí)的應(yīng)用層面較廣。
[0003]指紋辨識(shí)的技術(shù)先感測(cè)使用者的指紋圖樣(pattern)，再擷取指紋圖樣中獨(dú)特的指紋特征并存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器中。之后，當(dāng)使用者再次按壓或滑刷指紋時(shí)，指紋感測(cè)器會(huì)感測(cè)指紋圖樣并且擷取指紋特征，以便與先前所存儲(chǔ)的指紋特征進(jìn)行比對(duì)以進(jìn)行辨識(shí)。若二者相符，則使用者的身份得以確認(rèn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種指紋感測(cè)裝置，用來(lái)感測(cè)一手指的指紋信息。上述指紋感測(cè)裝置包括一感測(cè)陣列、一絕緣表面、一讀取模塊、一存儲(chǔ)器陣列以及一處理器。上述感測(cè)陣列包括多個(gè)感測(cè)單元，其中每一上述感測(cè)單元包括一感測(cè)電極。上述絕緣表面設(shè)置于上述感測(cè)電極的上方。上述讀取模塊讀取每一上述感測(cè)單元的上述感測(cè)電極的一感測(cè)電壓，并根據(jù)上述感測(cè)電壓而提供一感測(cè)輸出。上述存儲(chǔ)器陣列包括多個(gè)存儲(chǔ)單元,其中每一上述存儲(chǔ)單元相鄰于所對(duì)應(yīng)的上述感測(cè)單元,并存儲(chǔ)所對(duì)應(yīng)的上述感測(cè)單元的信息。上述處理器根據(jù)上述感測(cè)輸出以及上述存儲(chǔ)單元的信息，得到上述手指的指紋信息。
[0005]再者，本發(fā)明提供一種感測(cè)方法，適用于一指紋感測(cè)裝置。上述指紋感測(cè)裝置包括具有多個(gè)感測(cè)單元的一感測(cè)陣列、設(shè)置于上述感測(cè)陣列的上方的一絕緣表面以及具有多個(gè)存儲(chǔ)單元的一存儲(chǔ)器陣列，其中每一上述存儲(chǔ)單元相鄰于所對(duì)應(yīng)的上述感測(cè)單元，并存儲(chǔ)所對(duì)應(yīng)的上述感測(cè)單元的信息。讀取每一上述感測(cè)單元的一感測(cè)電極的一感測(cè)電壓，并根據(jù)上述感測(cè)電壓而提供一感測(cè)輸出。根據(jù)上述感測(cè)輸出以及上述存儲(chǔ)單元的信息，得到上述手指的指紋信息。
[0006]再者，本發(fā)明提供另一種指紋感測(cè)裝置，用來(lái)感測(cè)一手指的指紋信息。上述指紋感測(cè)裝置包括一感測(cè)陣列、一絕緣表面、一讀取模塊、一存儲(chǔ)器陣列以及一處理器。上述感測(cè)陣列包括多個(gè)感測(cè)單元，其中每一上述感測(cè)單元包括一感測(cè)電極，以產(chǎn)生一感測(cè)電壓。上述絕緣表面設(shè)置于上述感測(cè)陣列的上方。上述讀取模塊讀取兩相鄰的上述感測(cè)單元的上述感測(cè)電壓的差值，并根據(jù)上述感測(cè)電壓的差值而提供一感測(cè)輸出。上述存儲(chǔ)器陣列包括多個(gè)存儲(chǔ)單元，其中每一上述存儲(chǔ)單元設(shè)置于上述兩相鄰感測(cè)單元之間，并存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于上述兩相鄰感測(cè)單元的信息。一處理器根據(jù)上述感測(cè)輸出以及上述存儲(chǔ)單元的信息，得到上述手指的指紋信息。
[0007]再者，本發(fā)明提供另一種感測(cè)方法，適用于一指紋感測(cè)裝置。上述指紋感測(cè)裝置包括具有多個(gè)感測(cè)單元的一感測(cè)陣列、設(shè)置于上述感測(cè)陣列的上方的一絕緣表面以及具有多個(gè)存儲(chǔ)單元的一存儲(chǔ)器陣列。每一上述感測(cè)單元包括一感測(cè)電極，以產(chǎn)生一感測(cè)電壓，以及每一上述存儲(chǔ)單元設(shè)置于兩相鄰的上述感測(cè)單元之間，并存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于上述兩相鄰感測(cè)單元的信息。讀取上述兩相鄰感測(cè)單元的上述感測(cè)電壓的差值，并根據(jù)上述感測(cè)電壓的差值而提供一感測(cè)輸出。根據(jù)上述感測(cè)輸出以及上述存儲(chǔ)單元的信息，得到上述手指的指紋信息。
[0008]本發(fā)明公開的指紋感測(cè)裝置可以增加存儲(chǔ)器的容量并有效地使用芯片面積。
【附圖說明】
[0009]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的指紋感測(cè)裝置；
[0010]圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的使用圖1的指紋感測(cè)裝置來(lái)讀取使用者的手指指紋的不意圖；
[0011]圖3A是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的圖1中感測(cè)單元與存儲(chǔ)單元的布局排列的不意圖；
[0012]圖3B是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所述的圖1中感測(cè)單元與存儲(chǔ)單元的布局排列的不意圖；以及
[0013]圖4是顯示使用者的手指接觸到圖1的指紋感測(cè)裝置的剖面示意圖。
[0014]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0015]100?指紋感測(cè)裝置；
[0016]110?感測(cè)陣列；
[0017]115、115-1、115-2、115-3、115-4 ?感測(cè)單元；
[0018]120?存儲(chǔ)器陣列；
[0019]125、125-1、125-2、125-3、125-4、125-5、125-6 ?存儲(chǔ)單元；
[0020]130?讀取模塊；
[0021]140?處理器；
[0022]150?絕緣表面；
[0023]210 ?手指；
[0024]220、420?指紋波峰；
[0025]230?電容值曲線；
[0026]240?指紋圖樣；
[0027]310?感測(cè)區(qū)域；
[0028]410?半導(dǎo)體基底；
[0029]430?指紋波谷；
[0030]CpCpCtop ?電容；
[0031]Crefl、Cref2 ?參考電容；
[0032]DAT ?數(shù)據(jù)；
[0033]Dsen?感測(cè)輸出；
[0034]GND?接地端；
[0035]Ec?共同電極；
[0036]Er?參考電極；
[0037]Es?感測(cè)電極；
[0038]Vraf?參考電壓；以及
[0039]Vsen?感測(cè)電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下:
[0041]當(dāng)使用者按壓或滑刷指紋時(shí)，指紋感測(cè)器會(huì)感測(cè)指紋的波峰(ridge)及波谷(valley)，并且產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)于波峰及波谷的不同電容值。接著，利用電荷分布(charge-sharing)的方式，取得相對(duì)應(yīng)于電容值的電壓值，并將電壓值輸入一模擬對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter,ADC),以轉(zhuǎn)換成數(shù)字碼(digital code),以提供給處理器，進(jìn)行后續(xù)指紋辨識(shí)的演算與處理。
[0042]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的指紋感測(cè)裝置100。指紋感測(cè)裝置100包括感測(cè)陣列110、存儲(chǔ)器陣列120、讀取模塊130、處理器140以及絕緣表面150。在此實(shí)施例中，感測(cè)陣列110、存儲(chǔ)器陣列120、讀取模塊130以及處理器140是設(shè)置在半導(dǎo)體基底內(nèi)。感測(cè)陣列110由多個(gè)感測(cè)單元115以二維方式排列而成，其中絕緣表面150設(shè)置在半導(dǎo)體基底上，并覆蓋于感測(cè)陣列110的全部感測(cè)單元115的上。存儲(chǔ)器陣列120包括多個(gè)存儲(chǔ)單元125，其中存儲(chǔ)單元125在布局上交錯(cuò)于感測(cè)單元115之間，且每一存儲(chǔ)單元125相鄰于其所對(duì)應(yīng)的一感測(cè)單元115。讀取模塊130可從感測(cè)陣列110中得到每一感測(cè)單元115的感測(cè)電壓V_，并根據(jù)感測(cè)電壓Vsot來(lái)提供對(duì)應(yīng)于該感測(cè)單元115的感測(cè)輸出Dsot至處理器140。在得到該感測(cè)單元115的感測(cè)輸出D_之后，處理器140亦會(huì)從存儲(chǔ)器陣列120中得到對(duì)應(yīng)于該感測(cè)單元115的數(shù)據(jù)DAT。接著，處理器140會(huì)根據(jù)感測(cè)單元115的感測(cè)輸出D_以及所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)DAT來(lái)判斷是否有使用者的手指接觸絕緣表面150，并進(jìn)一步得到手指的指紋信息，以便判斷出該感測(cè)輸出0_對(duì)應(yīng)于手指的指紋波峰(ridge)或指紋波谷(valley)。于是，處理器140可根據(jù)全部感測(cè)單元115的感測(cè)輸出D_以及所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)DAT而得到二階化(binary)或是灰階化(gray level)的指紋信息，以供后續(xù)程序使用，例如可經(jīng)由指紋辨識(shí)演算法來(lái)執(zhí)行指紋辨識(shí)操作等。在一實(shí)施例中，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器陣列120中的數(shù)據(jù)DAT是感測(cè)陣列110內(nèi)感測(cè)單元115的誤差值Err，其中誤差值Err表示讀取模塊130在無(wú)物體接觸絕緣表面150的情況下所得到的感測(cè)單元115的感測(cè)電壓V_。于是，當(dāng)絕緣表面150有臟污或損傷時(shí)，處理器140可根據(jù)目前的感測(cè)電壓Vsen以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器陣列120內(nèi)的誤差值Err來(lái)得到手指的指紋信息，例如通過將目前的感測(cè)電壓￥_減去誤差值Err而得到實(shí)際的感測(cè)電壓值。此外，指紋感測(cè)裝置100可根據(jù)誤差值Err而執(zhí)行自我校正(Self-Calibrat1n)程序。再者，在另一實(shí)施例中，處理器140可將每一感測(cè)單元115所感測(cè)得到的指紋信息存儲(chǔ)在其所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器陣列120的存儲(chǔ)單元125內(nèi)。
[0043]圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的使用圖1的指紋感測(cè)裝置100來(lái)讀取使用者的手指指紋的示意圖。在圖2中，當(dāng)手指210接觸到指紋感測(cè)裝置100時(shí)，手指210表面的不規(guī)則形狀指紋波峰220會(huì)通過絕緣表面150觸壓感測(cè)單元115。于是，指紋感測(cè)裝置100可得到對(duì)應(yīng)于指紋波峰220的電容值曲線230，并根據(jù)電容值曲線230的形狀而辨認(rèn)出指紋波峰220的形狀，以得到指紋圖樣240。接著，其他電路或裝置便可根據(jù)指紋圖樣240來(lái)進(jìn)行后續(xù)處理。
[0044]圖3A是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所述的圖1中感測(cè)單元115與存儲(chǔ)單元125的布局排列的示意圖，而圖3B是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所述的圖1中感測(cè)單元115與存儲(chǔ)單元125的布局排列的示意圖。在第3A與3B圖中，每一感測(cè)單元115設(shè)置在個(gè)別的感測(cè)區(qū)域310中。相鄰兩感測(cè)單元115的感測(cè)電極Es的最小距離為L(zhǎng)dpi，其中最小距離Ldpi由指紋感測(cè)裝置100的解析度所決定。此外，感測(cè)區(qū)域310的寬度為L(zhǎng)dp1、感測(cè)單元115的寬度為L(zhǎng)s以及存儲(chǔ)單元125的寬度為L(zhǎng)M，其中最小距離Ldpi由感測(cè)單元115與存儲(chǔ)單元125的寬度所決定，即Ldpi = Ls+Lmo在一實(shí)施例中，Ldpi可以是50 μ m、Ls可以是48 μ m而Lm可以是2μπι。在圖3Α中，存儲(chǔ)單元125設(shè)置在所對(duì)應(yīng)的感測(cè)單元115的右側(cè)及/或下方。在另一實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元125可設(shè)置在所對(duì)應(yīng)的感測(cè)單元115的左側(cè)及/或上方。在圖3Β中，每一存儲(chǔ)單元125設(shè)置在相鄰兩感測(cè)單元115之間的間隙(space)之間，且不重迭于感測(cè)單元115。于是，通過在感測(cè)單元115之間的間隙內(nèi)設(shè)置存儲(chǔ)單元125，可增加指紋感測(cè)裝置100的存儲(chǔ)器容量。此外，在一實(shí)施例中，在維持相同存儲(chǔ)器容量的情況下，通過在感測(cè)單元115之間的間隙內(nèi)設(shè)置存儲(chǔ)單元125，可降低指紋感測(cè)裝置100的布局面積。圖3A與圖3B的詳細(xì)說明將描述于后。
[0045]圖4是顯示使用者的手指接觸到圖1的指紋感測(cè)裝置100的剖面示意圖。在圖4中，絕緣表面150設(shè)置在半導(dǎo)體基底410的上方。一般而言，絕緣表面150由集成電路工藝的最后一道保護(hù)介電層所制成。絕緣表面150的厚度為dl，其中絕緣表面150的等效電容C1由厚度dl所決定。標(biāo)號(hào)420表示手指的指紋波峰，其中手指的指紋波峰420會(huì)直接接觸到絕緣表面150。此外，標(biāo)號(hào)430表示手指的指紋波谷，其中手指的指紋波谷430與絕緣表面150之間的距離為d2，且指紋波谷與絕緣表面150之間的電容C2由距離d2所決定。