CN113939853A - 具有校正读出的基于tft的指纹感测*** - Google Patents

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Abstract

一种指纹感测***，包括：多条导电选择线；与选择线交叉的多条导电读出线；选择电路***，其能够控制以在多条选择线中的至少一条选择的选择线上提供选择信号；形成于选择线与读出线之间的交叉处的多个像素元件；被配置成提供参考信号的参考信号源；以及读出电路***，其耦接至多条读出线中的每条读出线和参考信号源，读出电路***被配置成：当选择的像素元件提供感测信号时，经由连接至选择的像素元件的读出线获取读出信号；从参考信号源获取参考信号；基于读出信号和参考信号，形成针对所选择的像素元件的校正读出信号；以及提供校正读出信号。

Description

具有校正读出的基于TFT的指纹感测***
技术领域
本发明涉及用于感测手指的手指表面的指纹感测***，包括：彼此平行布置的多条导电选择线；彼此平行布置并且与选择线交叉的多条导电读出线；选择电路***，其耦接至多条选择线中的每条选择线，并且能够控制以在多条选择线中的至少一条选择的选择线上提供选择信号；以及多个像素元件，每个像素元件形成于多条选择线中的选择线与多条读出线中的读出线之间的相应交叉处。
背景技术
指纹感测***被广泛用作用于增加诸如移动电话等的电子设备的便利性和安全性的手段。在具有显示器的各种电子设备中，可能期望在由显示器占据的区域内提供指纹感测。还可能期望遍及显示器的相对大的区域提供指纹感测。
用于本应用的指纹感测***的合适配置可以是具有如下配置的指纹***：彼此平行布置的多条导电选择线；彼此平行布置并且与选择线交叉的多条导电读出线；选择电路***，其耦接至多条选择线中的每条选择线，并且能够控制以在多条选择线中的至少一条选择的选择线上提供选择信号；以及多个像素元件，每个像素元件形成于多条选择线中的选择线与多条读出线中的读出线之间的相应交叉处。
这种传感器配置可以至少部分地使用相对成本有效的材料和技术、例如玻璃或塑料基板上的TFT(薄膜晶体管)技术来实现。
由于指纹感测中经常涉及相对较弱的信号，因此期望改进由指纹感测***提供的信号的质量。
发明内容
本发明的目的是提供改进的指纹感测***，特别是提供改进的信号质量的指纹感测***。
根据本发明，因此提供一种用于感测手指的手指表面的指纹感测***，包括：多条导电选择线，所述多条导电选择线彼此平行布置；多条导电读出线，所述多条导电读出线彼此平行布置并且与选择线交叉；选择电路***，其耦接至多条选择线中的每条选择线，并且能够控制以在多条选择线中的至少一条选择的选择线上提供选择信号；多个像素元件，每个像素元件形成于多条选择线中的选择线与多条读出线中的读出线之间的相应交叉处，多个像素元件中的每个像素元件包括：感测元件，其响应于指示感测元件与手指表面之间的距离的特性以提供指示特性的感测值的输出；以及感测信号提供元件，其耦接至感测元件、选择线和读出线，感测信号提供元件被配置成响应于选择线上提供的选择信号而向读出线提供感测信号，感测信号取决于由感测元件提供的输出；参考信号源，其被配置成提供参考信号；以及读出电路***，其耦接至多条读出线中的每条读出线和参考信号源，读出电路***被配置成：当选择的像素元件提供感测信号时，经由连接至选择的像素元件的读出线获取读出信号；从参考信号源获取参考信号；基于读出信号和参考信号，形成针对所选择的像素元件的校正读出信号；以及为多个像素元件中的每个像素元件提供校正读出信号，其中，指纹感测***包括：TFT模块，其至少包括选择线、读出线和像素元件；以及ASIC，其耦接至TFT模块，ASIC至少包括读出电路***的一部分。
感测元件可以响应于根据手指表面的形貌而不同的物理特性。这种物理特性的示例包括电容耦合、机械耦合、热耦合和光学反射。如本领域普通技术人员所公知的，存在各种感测元件配置，这些感测元件配置适合于感测指示手指与感测元件之间的相互作用的这些物理特性。在电容耦合的情况下，感测元件可以例如包括可以累积电荷的导电板；在机械耦合的情况下，感测元件可以例如具有压电特性；在热耦合的情况下，感测元件可以例如包括电阻器或可以被控制以产生热的其他电路元件；以及在光学反射的情况下，感测元件可以例如包括生成指示入射光量的光电流的光电二极管。
感测信号提供元件可以是以下任何元件，所述元件可以被选择，并且响应于被选择，可以提供取决于由以上提到的感测元件提供的输出的感测信号。如本领域普通技术人员将理解的，感测信号提供元件可以具有各种配置，包括但不限于开关电路***和信号转换电路***，该开关电路***能够控制以将感测元件的输出连接至读出线，信号转换电路***能够控制以将感测元件的输出转换成感测信号并且将感测信号提供给读出线。感测信号提供电路***可以包括至少一个晶体管，并且感测信号可以作为电压或电流提供给读出线。
本发明基于以下认识：大面积指纹感测***——特别是如果它们是使用针对成本有效而选择的技术实现的——可能在与要感测的手指表面的形貌不相关的输出信号中呈现相对大的变化。例如，这样的变化可能是由于在指纹感测***中包括的电路***的信号干扰和/或温度依赖特性引起的。此外，本发明人还认识到：通过为指纹感测***提供被配置成提供参考信号的参考信号源，并且使用该参考信号作为修改从像素元件经由读出线获取的信号的基础，可以方便地解决这样的变化中的至少一些变化。
通过使用来自参考信号源的参考信号作为用于在指纹感测***中包括的读出电路***中形成校正读出信号的基础，可以避免或至少减少读出电路***中饱和的发生。因此，可以增加指纹感测***的信噪比以及/或者可以扩大指纹感测***的可用温度范围。
根据本发明的实施方式的指纹感测***可以有利地使用TFT技术来实现，从而提供呈现大感测面积的成本有效的指纹感测***。
为了改进的性能，指纹感测***的一些功能可以使用CMOS技术有利地以耦接至TFT模块的ASIC的形式来提供，该TFT模块至少包括选择线、读出线和像素元件。特别地，读出电路***的至少一部分可以被包括在诸如ASIC的CMOS部件中，这可以提供具有更良好控制和较少温度敏感特性的更紧凑电路***的优点。
参考信号源可以被配置成自适应地根据指纹感测***的至少一种操作条件而提供参考信号。例如，参考信号可以是温度依赖的。
在各种实施方式中，参考信号源可以被反馈控制以根据校正读出信号来调整参考信号。
在这些或其他实施方式中，参考信号源可以包括至少一个参考元件，该参考元件包括以下电路***：该电路***具有与像素元件中包括的电路***类似的对操作条件的依赖性。
根据各种实施方式，多个像素元件中的每个像素元件中包括的感测信号提供元件可以包括半导体电路***，该半导体电路***在耦接至感测信号提供元件的选择线上没有选择信号的情况下呈现具有第一温度依赖性的泄漏电流；以及至少一个参考元件可以包括呈现具有第二温度依赖性的泄漏电流的半导体电路***。
在实施方式中，第二温度依赖性可以与第一温度依赖性基本上相同。通常，泄漏电流随着温度升高而增大。
根据实施方式，多个像素元件中的每个像素元件中包括的感测元件可以响应于入射在感测元件上的光量而提供指示光量的感测值的输出；至少一个参考元件可以包括：参考感测元件，其响应于入射在参考感测元件上的光量而提供指示光量的感测值的输出；以及参考信号提供元件，其耦接至参考感测元件和读出电路***，参考信号提供元件被配置成向读出电路***提供参考感测信号，参考感测信号取决于由参考感测元件提供的输出；以及指纹感测***还可以包括不透明屏蔽结构，不透明屏蔽结构被布置成防止光到达至少一个参考元件的参考感测元件。
此外，根据各种实施方式，多个像素元件中的每个像素元件中包括的感测信号提供元件可以也耦接至第一驱动电压源；以及指纹感测***可以包括多个参考元件，多个参考元件中的每个参考元件耦接至第二驱动电压源和读出电路***。
根据实施方式，指纹感测***可以包括导电参考线；读出电路***可以经由参考线耦接至参考信号源；多个像素元件中的每个像素元件中包括的感测信号提供元件可以被配置成以感测电流的形式提供感测信号；以及读出电路***可以被配置成：接收连接至所选择的像素元件的读出线上的读出电流；接收参考线上的参考电流；以及从读出电流中减去参考电流，得到校正读出电流。
根据一些实施方式，参考信号可以有利地包括指示来自多个参考元件的组合泄漏电流的分量。
根据本发明的实施方式的指纹感测***可以被包括在电子设备中，该电子设备还包括处理电路***，处理电路***耦接至指纹感测***并且被配置成基于由指纹感测***的读出电路***提供的校正读出信号来执行认证。
总之，因此本发明涉及包括以下的指纹感测***：多条导电选择线；与选择线交叉的多条导电读出线；选择电路***，其能够控制以在多条选择线中的至少一条选择的选择线上提供选择信号；形成于选择线与读出线之间的交叉处的多个像素元件；被配置成提供参考信号的参考信号源；以及读出电路***，其耦接至多条读出线中的每条读出线和参考信号源，读出电路***被配置成：当选择的像素元件提供感测信号时，经由连接至选择的像素元件的读出线获取读出信号；从参考信号源获取参考信号；基于读出信号和参考信号，形成针对所选择的像素元件的校正读出信号；以及提供校正读出信号。
附图说明
现在将参照示出本发明的示例实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1是包括根据本发明的实施方式的指纹感测***的以移动电话形式的示例性电子设备的图示；
图2是图1中的电子设备的示意性框图；
图3示意性地示出了根据本发明的第一示例实施方式的指纹感测***；
图4A是图3中的指纹感测***中包括的像素元件的示意性图示；
图4B是图3中的指纹感测***中包括的参考元件的示意性图示；
图4C是图3中的指纹感测***中包括的读出电路***的示意性图示；
图5是图3中的指纹感测***的示例配置的放大图；
图6是图3中的指纹感测***中包括的读出电路***的示例概念性配置；
图7是图6中的读出电路***的示例实现方式；
图8示意性地示出了根据本发明的第二示例实施方式的指纹感测***；
图9示意性地示出了根据本发明的实施方式的指纹感测***中包括的以光学像素元件形式的像素元件的示例；
图10是图8中的指纹感测***中包括的读出电路***的示例概念性配置；
图11示意性地示出了根据本发明的第三示例实施方式的指纹感测***；以及
图12是图11中的指纹感测***中包括的读出电路***的示例概念性配置。
具体实施方式
在本详细描述中，根据本发明的指纹感测***的各种实施方式主要参考其中感测元件是光敏像素元件的指纹感测***进行描述，所述光敏像素元件能够感测撞击不同的像素元件的光量的差异。此外，指纹感测***主要描述为布置在显示面板下方。然而，这不应当被解释为对权利要求所限定的本发明的限制。根据实施方式，可以使用可以响应于光以外的其他特性的其他类型的像素元件。此外，指纹感测***不需要布置在显示面板下方，而是可以在其他配置中例如盖玻璃板下方或显示面板上方等使用。
现在转向附图，并且具体转到图1，图1示意性地示出了被配置成应用根据本公开内容的构思的以移动设备形式的电子设备1的示例，移动设备具有集成的显示器内指纹感测***3和带有触摸屏接口7的显示面板5。例如，指纹感测***3可以用于解锁移动设备1和/或用于对使用移动设备1进行的交易授权等。
指纹感测***3在此被示出为小于显示面板5，但是仍然相对较大，例如大面积实现方式，在另一有利实现方式中，指纹感测***3可以与显示面板5具有相同的尺寸，即完全显示解决方案。因此，在这样的情况下，用户可以将他/她的手指放置在显示面板上的任何位置以进行生物特征认证。在其他可能的实现方式中，指纹感测***3可以小于所描绘的指纹感测***，例如提供热区实现方式。
优选地并且对技术人员明显地是，图1中所示的移动设备1还可以包括用于WLAN/Wi-Fi通信的第一天线、用于电信通信的第二天线、麦克风、扬声器和电话控制单元。当然，移动设备可能包括有其他硬件元件。
此外，应当注意，关于其他类型的电子设备例如智能手表、膝上型电脑、平板电脑等，本发明可以是可适用的。
图2是图1中的电子设备1的示意性框图。电子设备1包括透明显示面板5和被概念性示出为布置在透明显示面板5下方的指纹感测***3。此外，电子设备1包括处理电路***例如控制单元9，控制单元9耦接至指纹感测***3，并且被配置成基于由指纹感测***3提供的读出信号执行认证。控制单元9可以是电子设备9的独立控制单元，例如设备控制器。可替选地，控制单元9可以被包括在指纹感测***3中。
现在将参照图3描述根据本发明的第一示例实施方式的指纹感测***3。如图3中示意性指示的，指纹感测***3包括形成在基板或载体11上的结构。特别是在指纹感测***3主要使用本领域技术人员本身已知的TFT技术制造的实施方式中，载体11可以有利地由玻璃或塑料制成。在基板11上形成多条导电选择线13和多条导电读出线15。选择线13彼此平行布置，以及读出线15彼此平行布置并且与选择线13交叉。通常通过沉积在包括选择线13的第一导电层与包括读出线15的第二导电层之间的介电层，选择线13与读出线15导电地分离。在选择线13与读出线15之间的相应交叉处形成有在此形成像素元件阵列的多个像素元件17。除选择线13和读出线15之外，根据图3中的第一示例实施方式的指纹感测***3包括：耦接至选择线13中的每条选择线的选择电路***19、第一参考线21a和第二参考线21b、以及耦接至每条读出线15和参考线21a至21b的读出电路***23。参考线21a至21b中的每条参考线具有与其连接的多个参考元件22。在图3中，每参考线21a至21b仅一个参考元件22由附图标记表示。然而，应当理解，通常有连接至每条参考线21a至21b的许多参考元件22。例如，沿着参考线21a至21b的参考元件22的数目可以与沿着读出线15的像素元件17的数目处于相同的数量级。有利地，沿着参考线21a至21b的参考元件22的数目可以高于沿着读出线15的像素元件17的数目的50％。在图3的示例配置中，读出电路***23的功能部分地由TFT模块的一部分25提供，并且部分地由耦接至TFT模块的ASIC 27提供。在图3的示例配置中，指纹感测***3被示出以包括两条参考线21a至21b，两条参考线21a至21b平行于读出线15并且最靠近指纹感测***3的边缘。应当注意，根据本发明的实施方式的指纹感测***3可以包括优选地比读出线15更靠近指纹感测***3的边缘的仅一条参考线，或者另外的参考线。
现在将参照图4A至图4C描述图3中的指纹感测***的各种功能性元件。
图4A是图3中的指纹感测***3中包括的像素元件17的示意性图示。参照图4A，像素元件17包括感测元件29和感测信号提供元件31。此外，如上面的发明内容部分中所讨论的，感测元件29响应于指示感测元件29与手指表面之间的距离的特性以提供指示特性的感测值的输出。在图4A中的示例性配置中，输出可以适当地是指示特性的感测值的电流或电压。如图4A中示意性指示的，感测信号提供元件31耦接第一驱动电压源33、感测元件29、选择线13和读出线15。响应于选择电路***19在感测信号提供元件31所连接的选择线13上提供的选择信号SSEL，感测信号提供元件31被配置成向读出线15提供像素信号SPX，像素信号SPX取决于由感测元件29提供的以上提到的输出。例如，第一驱动电压源33可以处于指纹感测***3的第一参考电位V1，并且可能能够为指纹感测***3的像素元件17供电。例如，第一参考电位可以是+5V，但是其他电位也是可能的。
图4B是图3中的指纹感测***3中包括的参考元件22的示意性图示。如图3中示意性指示的，每个参考元件22耦接至第二驱动电压源35和参考线21a至21b。例如，第二驱动电压源35可以处于指纹感测***3的第二参考电位V2。有利地，第二参考电位V2可以等于以上提到的第一参考电位V1。
图4C是图3中的指纹感测***3中包括的读出电路***23的示意性图示。如图4C中示意性指示的，读出电路***23耦接至每条读出线15(图4C中的实线)和参考线21a至21b(在图4C中的放大局部视图中只有图3中右侧的参考线21b可见，并且指示为虚线)。读出电路***23被配置成从读出线5中的每条读出线获取读出信号SRO，从而接收由连接至激活选择线13的像素元件17提供的像素信号SPX。另外，读出电路***23被配置成：从参考线21a至21b获取参考信号SREF；基于读出信号SRO和参考信号SREF形成针对选择的像素元件17的校正读出信号SROC；以及为多个像素元件中的每个像素元件17提供校正读出信号SROC，由图4C中的方框箭头指示。
现在将参照图5更详细地描述图3中的指纹***3的示例配置，图5是指纹感测***3的放大示意图。
在图5中，针对指纹感测***3中的四行感测阵列示出了一列像素元件和一参考列参考元件。感测元件将表示为17(1)、17(2)、17(n)和17(n+1)，并且对应的符号将在适用的情况下用于图5中的指纹感测***3的其他部分。
在图5中，选择电路***19被示意性地指示为包括开关37(1)、37(2)、37(n)和37(n+1)以选择性地将相应的选择线13(1)、13(2)、13(n)和13(n+1)连接至激活电压电位VA和去激活电压电位VD中之一。此外，每个感测信号提供元件31(1)、31(2)、31(n)和31(n+1)被示意性地指示为包括相应的半导体电路***，在此示出为示意性的FET32(1)、32(2)、32(n)和32(n+1)，其中相应的选择线连接至FET的栅极。在图5的示例配置中，连接至选择线13(1)、13(2)、13(n)的像素元件17(1)、17(2)、17(n)被去激活(晶体管的栅极连接至去激活电压电位VD)，并且连接至选择线13(n+1)的像素元件17(n+1)被激活(晶体管的栅极连接至激活电压电位VA)。因此，激活像素17(n+1)的感测信号提供元件31(n+1)向读出线15提供像素信号(在该示例配置中以像素电流IPX的形式)。去激活或取消选择的感测信号元件中的每个呈现泄漏电流iL，因此从去激活感测信号元件中的每个将泄漏电流iL提供给读出线15。另外，可能存在于选择线上的噪声通过去激活像素元件的晶体管通过每个晶体管的栅极与漏极之间的电容耦合而耦合。该电容耦合噪声贡献噪声电流——其表示为in，从去激活感测信号元件中的每个将噪声电流提供给读出线15。因此，读出信号、在这种情况下为由读出电路***23通过每条读出线15接收的读出电流IRO是如下电流的总和：来自连接至该读出线15的激活像素元件17(n+1)的像素电流、来自连接至该读出线15的所有去激活像素元件的总泄漏电流IL和总噪声电流In。
和感测信号提供元件31(1)、31(2)、31(n)和31(n+1)一样，每个参考元件22(1)、22(2)、22(n)和22(n+1)被示意性地指示为包括相应的半导体电路***，在此示出为示意性的FET 24(1)、24(2)、24(n)和24(n+1)。这些FET中的每个的栅极经由平行于对应的选择线13(1)、13(2)、13(n)和13(n+1)而延伸的相应的线39(1)、39(2)、39(n)和39(n+1)连接至处于选择电路***19的去激活电压电位VD。由此，可能存在于选择线上的基本上相同的噪声也将存在于连接至参考元件中的晶体管24(1)、24(2)、24(n)和24(n+1)的栅极的线上。在该示例配置中，参考元件中的晶体管24(1)、24(2)、24(n)和24(n+1)可以具有与晶体管32(1)、32(2)、32(n)和32(n+1)相同的规格，使得参考元件中的每个呈现泄漏电流iL，从而从参考元件中的每个将泄漏电流iL提供给参考线21b。另外，如上面针对去激活感测信号提供元件所描述的，噪声通过参考元件的晶体管耦合。该电容耦合噪声贡献噪声电流——其表示为in，从参考元件中的每个将噪声电流提供给参考线21b。因此，参考信号、在这种情况下为由读出电路***23通过每条参考线21a至21b接收的参考电流IREF是来自连接至该参考线21a至21b的所有参考元件的总泄漏电流ILref和总噪声电流Inref。
如图5中示意性指示的，由读出线15携带的读出信号IRO被读出电路***23的以TFT技术实现的一部分25接收，而由参考线21a至21b携带的参考信号IREF被读出电路***23的以CMOS技术如以ASIC实现的一部分27接收。
在图5的示例实施方式中，连接至参考线21b的多个参考元件22已经被指示为布置在与所指示的像素元件17中的每个相同的行中。应当注意，这可能不一定是这种情况，并且参考元件22的数目可以小于或大于像素元件17的数目。技术人员将理解，例如参考元件22可以被定尺寸成呈现具有与像素元件17的泄漏电流基本上相同的温度依赖性的泄漏电流，但是例如两倍大。在这种示例性情况下，沿着参考线21a至21b提供大约一半数目的参考元件22可能是有益的，因为沿着读出线15存在像素元件17。此外，即使每个参考元件22是为了呈现与像素元件17基本上相同的泄漏电流，也可以沿着参考线21a至21b提供不同数目的参考元件22。在这种情况下，元件数目的差异可以在读出电路***23中得到补偿。
图6是图3中的指纹感测***3中包括的读出电路***23的一部分的示例概念性配置。具体地，示出了连接至一条读出线15的读出电路***23的一部分。如图6中示意性指示的，读出电路***23包括积分器41——在此示出为电容器、放大器43、复位开关45、可控分流器47以及连接至参考线21a至21b的分流器控制电路***49。
积分器41连接在参考电位V3与读出线15之间以将积分时间期间提供给积分器41的电流转换成电压，所述参考电位V3可以是例如地电位或预定义的负电位如-5V。该电压被放大器43放大并输出。在一个读出序列之后，积分器41通过读出开关45的操作而复位。
如上面参照图5所描述的，由读出线15携带到读出电路***23的总读出信号——在此为电流IRO包括：来自连接至读出线15的激活像素元件17(n+1)的像素信号分量IPX、以及来自连接至读出线15的去激活像素元件17(1)、17(2)、17(n)的泄漏IL和噪声In分量。在读出电路***23中，在积分时间期间通过可控分流器47的控制从读出电流IRO中减去参考信号——在此为电流IREF，以基本上从去激活像素元件中去除泄漏电流IL和噪声电流In贡献。因此，大约只有来自激活像素元件17(n+1)的像素信号IPX到达积分器41并且有助于由放大器43放大的电压。读出信号IRO的这种初始校正降低了放大器43的饱和的风险，并且从而可以提供显著增加的来自指纹感测***3的信号质量。
图7是图6中的读出电路***的示例实现方式。如上面参照图6所描述的，在积分时间期间像素电流IPX近似地被积分器41积分，从而被转换为感测电压。由于积分，在积分时间期间读出线15上的电压电位将逐渐增加。读出线15上增加的电压电位将又导致去激活感测信号提供元件31(1)、31(2)、31(n)两端的电压降降低，这将导致在积分时间期间逐渐降低的泄漏电流IL和噪声电流In。为了改进读出信号IRO的校正，图7中的读出电路***实现方式还向参考线21a至21b提供逐渐增加的电压电位，以供参考电流IREF的行为模仿读出电流IRO随时间的行为。
在图7中的读出电路***23的示例实现方式中，到参考线21a至21b的逐渐增加的电压电位的产生和所得参考电流IREF的感测由读出电路***的ASIC部分27执行。如图7中示意性示出的，ASIC部分27包括电压斜坡发生器51、电压跟随器53和电流镜55。ASIC部分27还具有连接至TFT部分25上的第一焊盘57的输入和连接至TFT部分25上的第二焊盘59的输出。
在TFT部分25中，参考线21a至21b连接至第一焊盘57，并且以上提到的分流器控制电路***49的功能部分连接至第二焊盘59。
在操作中，电压斜坡发生器51向电压跟随器53的输入提供电压斜坡。电压斜坡发生器51被控制以提供电压斜坡，所述电压斜坡模拟由积分器41引起的读出线15上的(平均)电压积累。电压跟随器53经由第一焊盘57向参考线21a至21b提供电压斜坡，并且参考电流IREF被读出电路***23的ASIC部分27经由第一焊盘57接收。参考电流IREF被提供给电流镜55，并且从电流镜经由第二焊盘59到读出电路***23的TFT部分25。在TFT部分25中，参考电流IREF被提供给电流镜61，该电流镜61部分地由以上提到的可控分流器47形成。
现在将参照图8描述根据本发明的第二示例实施方式的指纹感测***3。该第二示例实施方式与上面参照图3描述的第一示例实施方式的主要不同之处在于：该指纹感测***3是光学指纹***，其中预期来自所选择的像素元件的暗电流将对连接至所选择的像素元件的读出线上的干扰信号分量有显著贡献。
对于一些用例或指纹感测***配置，暗电流对干扰信号分量的贡献可能占主导的程度，以至于可能不需要如上面针对第一示例实施方式所描述的那样校正泄漏和噪声。第二示例实施方式的以下描述假设这样的用例或指纹感测***配置，并且仅关注对由所选择的像素元件17的暗电流引起的干扰的校正。
然而，应当注意，第一实施方式和第二实施方式可以组合以允许在读出电路***23中关于泄漏电流和暗电流二者的校正。
如上面参照图3描述的第一示例实施方式中那样，图8中的指纹感测***3可以具有可以平行于读出线15布置的至少一条参考线21a至21b，尽管这可以不一定是这种情况。在图8中的示例配置中，多个参考元件22连接至参考线21a至21b中的每条，其中每个参考元件22包括响应于入射在参考感测元件上的光量而提供指示光量的感测值的输出的参考感测元件以及耦接至参考感测元件和读出电路***的参考信号提供元件，感测信号提供元件被配置成向读出电路***23提供参考感测信号，参考感测信号取决于由参考感测元件提供的输出。此外，如图8中示意性指示的，指纹感测***3包括被布置成防止光到达参考元件22的参考感测元件的不透明屏蔽结构——在此呈金属图案79的形式。
应当注意，在该第二示例实施方式中，单个参考元件22可能足以实现可接受的校正水平。
图9示意性地示出了根据图8中的第二实施方式的指纹感测***3中可以包括的以光学像素元件形式的像素元件17的具体示例。应当注意，图9中的像素元件17也可以被包括在根据参照图1至图7描述的第一示例实施方式的指纹感测***3中。
在图9中的示例性光学像素元件17中，感测元件29包括光电二极管63、像素积分器65和复位开关67。感测信号提供电路***31包括以上提到的半导体电路***32的以可控电流源69和选择开关71形式的示例配置。
在操作中，入射在光电二极管63上的光导致光电流，该光电流在积分时间期间被提供给像素积分器65以将累积的光电流转换成指示在积分时间期间入射在光电二极管63上的光量的电压。该累积的光电流(以及因此像素积分器65上的电压)至少在某种程度上指示光电二极管63与手指表面之间的距离。
感测元件29的电压输出控制感测信号提供元件31中的可控电流源69以生成感测电流，如果选择开关71被选择线13上的选择信号操作，则将感测电流提供给读出线15。在读出事件之后，通过向复位开关67提供复位信号来复位像素元件17。
在指纹感测***3的第二示例实施方式中，参考元件22可以有利地具有与图9中的像素元件17相同或相似的配置。在一种配置中，一个参考元件22可以连接至每条选择线13和参考线21a至21b，类似于一个像素元件17连接至每条参考线13和读出线15。在另一配置中，参考元件22(或参考元件)可以不连接至选择线13，但是可以被配置成始终被选择。
图10是图8中的指纹感测***3中包括的读出电路***23的一部分的示例概念性配置。图10中的读出电路***23可以具有与上面参照图6描述的读出电路***23基本上相同的配置。
然而，在这种情况下，读出信号在此为电流IRO的不需要的共模部分由来自所选择的像素的所谓暗电流Id主导。因此，也如图10中指示的，像素信号分量IPX包括感测信号Is和暗电流信号分量Id，并且暗电流信号分量Id显著大于来自连接至读出线15的去激活像素元件的泄漏IL和噪声In分量。因此，在该特定示例配置中忽略这些部件。
由于图8中的指纹感测***3中的参考线21a至21b中的每条连接至产生参考暗电流信号Idref的至少一个参考元件22，因此通过可控分流器47的控制从读出电流IRO中减去参考信号在此为电流IREF，以基本上去除暗电流Id。因此，大约只有来自激活像素元件的感测信号Is(在该配置中已经假设泄漏电流IL和噪声电流In可忽略)到达积分器41并且有助于由放大器43放大的电压。读出信号IRO的这种初始校正降低了放大器43的饱和的风险，并且从而可以提供显著增加的来自指纹感测***3的信号质量。
现在将参照图11描述根据本发明的第三示例实施方式的指纹感测***3。该第三示例实施方式与上述第一示例实施方式和第二示例实施方式的主要不同之处在于：参考信号源不包括任何参考线和参考元件。在该第三示例实施方式中，可以说不需要做出关于干扰共模信号的原因的假设，并且可以说可能不需要TFT矩阵中的附加结构。
在图11的第三示例实施方式中，参考信号源改为包括在读出电路***23中。现在将参照图12描述包括参考信号源的这种读出电路***23的示例配置。
图12是图11中的指纹感测***3中包括的读出电路***23的一部分的示例概念性配置。图12中的读出电路***23与上面参照图6和图10描述的配置的主要不同之处在于：分流器控制电路***49没有连接至任何参考线，而是独立地充当参考信号源。
在实施方式中，分流器控制电路***49可以具有用于接收指示指纹感测***3的当前操作条件的信号、诸如指示操作温度的信号的输入81。在这样的实施方式中，分流器控制电路***49可以被配置成根据当前操作条件生成预定义的控制信号，使得可控分流器47在积分时间期间对经过积分器41的校正电流Icorr进行分流。可选地，由放大器43输出的校正读出信号可以通过反馈耦合83而被反馈耦合到分流器控制电路***49，并且用于将来自分流器控制电路***49的控制信号修改到可控分流器47。
在其他实施方式中，分流器控制电路***49可以被配置成独立于操作条件生成初始控制信号，然后根据通过反馈耦合83接收的反馈修改来自该初始控制信号的控制信号。
在权利要求中，单词“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这一事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (16)

1.一种用于感测手指的手指表面的指纹感测***，包括：
多条导电选择线，所述多条导电选择线彼此平行布置；
多条导电读出线，所述多条导电读出线彼此平行布置并且与所述选择线交叉；
选择电路***，其耦接至所述多条选择线中的每条选择线，并且能够控制以在所述多条选择线中的至少一条选择的选择线上提供选择信号；
多个像素元件，每个像素元件形成于所述多条选择线中的选择线与所述多条读出线中的读出线之间的相应交叉处，所述多个像素元件中的每个像素元件包括：
感测元件，其响应于指示所述感测元件与所述手指表面之间的距离的特性以提供指示所述特性的感测值的输出；以及
感测信号提供元件，其耦接至所述感测元件、所述选择线和所述读出线，所述感测信号提供元件被配置成响应于所述选择线上提供的选择信号而向所述读出线提供感测信号，所述感测信号取决于由所述感测元件提供的输出；
参考信号源，其被配置成提供参考信号；以及
读出电路***，其耦接至所述多条读出线中的每条读出线和所述参考信号源，所述读出电路***被配置成：
当选择的像素元件提供所述感测信号时，经由连接至所选择的像素元件的读出线获取读出信号；
从所述参考信号源获取参考信号；
基于所述读出信号和所述参考信号，形成针对所选择的像素元件的校正读出信号；以及
为所述多个像素元件中的每个像素元件提供校正读出信号，其中，所述指纹感测***包括：
TFT模块，其至少包括所述选择线、所述读出线和所述像素元件；以及
ASIC，其耦接至所述TFT模块，所述ASIC至少包括所述读出电路***的一部分。
2.根据权利要求1所述的指纹感测***，其中，所述参考信号源被至少部分地包括在所述ASIC中。
3.根据权利要求1或2所述的指纹感测***，其中，所述参考信号源被至少部分地包括在所述TFT模块中。
4.根据权利要求3所述的指纹感测***，其中：
所述指纹感测***还包括导电参考线；
所述读出电路***经由所述参考线耦接至所述参考信号源；以及
所述参考线被包括在所述TFT模块中。
5.根据权利要求4所述的指纹感测***，其中，所述参考线与所述多条读出线平行布置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测***，其中，所述参考信号源包括所述TFT模块中包括的至少一个参考元件。
7.根据权利要求6所述的指纹感测***，其中：
所述多个像素元件中的每个像素元件中包括的所述感测信号提供元件包括半导体电路***，所述半导体电路***在耦接至所述感测信号提供元件的选择线上没有所述选择信号的情况下呈现具有第一温度依赖性的泄漏电流；以及
所述至少一个参考元件包括呈现具有第二温度依赖性的泄漏电流的半导体电路***。
8.根据权利要求7所述的指纹感测***，其中，每个像素元件中的所述感测信号提供元件中包括的所述半导体电路***和所述至少一个参考元件中包括的所述半导体电路***使用相同的材料和相同的处理步骤形成。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的指纹感测***，其中：
所述多个像素元件中的每个像素元件中包括的所述感测元件响应于入射在所述感测元件上的光量而提供指示所述光量的感测值的输出；
所述至少一个参考元件包括：
参考感测元件，其响应于入射在所述参考感测元件上的光量而提供指示所述光量的感测值的输出；以及
参考信号提供元件，其耦接至所述参考感测元件和所述读出电路***，所述参考信号提供元件被配置成向所述读出电路***提供参考感测信号，所述参考感测信号取决于由所述参考感测元件提供的输出；以及
所述指纹感测***还包括不透明屏蔽结构，所述不透明屏蔽结构被布置成防止光到达所述至少一个参考元件的参考感测元件。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的指纹感测***，其中：
所述多个像素元件中的每个像素元件中包括的所述感测信号提供元件也耦接至第一驱动电压源；以及
所述指纹感测***包括多个参考元件，所述多个参考元件中的每个参考元件耦接至第二驱动电压源和所述读出电路***。
11.根据权利要求10所述的指纹感测***，其中：
所述多个像素元件中的每个像素元件中包括的所述感测信号提供元件包括晶体管，所述晶体管具有连接至所述第一驱动电压源的源极、连接至所述读出线的漏极和连接至所述感测元件的栅极；以及
所述多个参考元件中的每个参考元件包括晶体管，所述晶体管具有连接至所述第二驱动电压源的源极、连接至所述参考线的漏极和连接至参考电位的栅极。
12.根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测***，其中：
所述指纹感测***包括导电参考线；
所述读出电路***经由所述参考线耦接至所述参考信号源；
所述多个像素元件中的每个像素元件中包括的所述感测信号提供元件被配置成以感测电流的形式提供所述感测信号；以及
所述读出电路***被配置成：
接收连接至所选择的像素元件的读出线上的读出电流；
接收所述参考线上的参考电流；以及
从所述读出电流中减去所述参考电流，得到校正读出电流。
13.根据权利要求12所述的指纹感测***，其中，所述读出电路***包括积分电路***，所述积分电路***被配置成接收所述校正读出电流并且将在积分时间期间接收的所述校正读出电流转换成读出电压。
14.根据权利要求13所述的指纹感测***，其中，所述指纹感测***还包括校正电路***，所述校正电路***连接至所述参考线并且被配置成在所述参考线与所述读出电路***之间的接口处向所述参考线提供时变电位。
15.根据权利要求14所述的指纹感测***，其中，所述校正电路***被配置成向所述参考线提供作为在所述积分时间期间单调增加的电位的所述时变电位。
16.一种电子设备，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的指纹感测***；以及
处理电路***，其耦接至所述指纹感测***，并且被配置成基于由所述指纹感测***的读出电路***提供的校正读出信号来执行认证。
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