TWI635432B - 指紋感測裝置以及其指紋感測器的驅動方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種指紋感測裝置以及其指紋感測器的驅動方法，其中指紋感測器包括一第一電極條以及至少兩條與第一電極條相鄰的第二電極條，且驅動方法包括提供一第一電壓訊號至第一電極條，並同時提供至少兩第二電壓訊號分別至第二電極條；以及量測第一電極條的自電容量，以判斷是否有觸碰發生於指紋感測器，其中第一電壓訊號與各第二電壓訊號於第一時間點具有第一電壓差，於第二時間點具有第二電壓差，第一電壓差與第二電壓差係實質相同，且量測第一電極條的自電容量於第二時間點進行。

Description

指紋感測裝置以及其指紋感測器的驅動方法

本發明係關於一種指紋感測裝置以及其指紋感測器的驅動方法，尤指一種用以偵測手指是否位於指紋感測器上的指紋感測裝置以及其指紋感測器的驅動方法。

隨著科技日新月異，指紋感測器已廣泛地應用於各種可攜式電子裝置，例如：智慧型手機(smart phone)、平板電腦(tablet PC)或是筆記型電腦(laptop PC)等，以透過辨識個人指紋的方式來達到身份認證的目的。在目前指紋感測技術中，電容式指紋感測器由於可與積體電路整合且易於封裝，最為普遍且常用。傳統電容式指紋感測器係透過複數條驅動電極以及複數條感應電極所形成的格子狀結構偵測指紋上的波峰與波谷，藉此辨識出指紋的圖案。在進行指紋辨識時，驅動訊號會依序傳送至驅動電極，且透過感應電極所產生的感應訊號可偵測出對應指紋波峰與波谷的電容感應量。不過，一般電子裝置進行身份認證之前係處於待機狀態，若在待機狀態時持續進行指紋辨識的動作會大幅增加電子裝置的待機耗電量。雖然目前電子裝置係透過額外的功能按鈕來開啟指紋感測器，以避免指紋感測器於待機狀態持續進行辨識動作，但此方式對使用者而言仍有不方便之處，而有待進一步改善。

本發明的目的之一在於提供一種指紋感測裝置以及其指紋感測器的驅動方法，以解決上述問題。

本發明的一實施例提供一種指紋感測器的驅動方法，指紋感測器包括一第一電極條、至少兩條與第一電極條相鄰的第二電極條以及複數條與第一電極條以及第二電極條交錯的第三電極條，用以偵測指紋。首先，提供一第一電壓訊號至第一電極條，並同時提供至少兩第二電壓訊號分別至第二電極條。然後，量測第一電極條的自電容量，以判斷是否有觸碰發生於指紋感測器，其中第一電壓訊號與各第二電壓訊號於一第一時間點具有一第一電壓差，於一第二時間點具有一第二電壓差，第一電壓差與第二電壓差係實質相同，且量測第一電極條的自電容量係於第二時間點進行。

本發明的一實施例提供一種指紋感測裝置，包括指紋感測器以及控制模組。指紋感測器用以偵測指紋，且指紋感測器包括一第一電極條、至少兩條與第一電極條相鄰的第二電極條以及複數條與第一電極條以及第二電極條交錯的第三電極條。控制模組電連接指紋感測器，並用以提供一第一電壓訊號至第一電極條、提供至少兩第二電壓訊號分別至第二電極條以及量測第一電極條的自電容量，其中第一電壓訊號與各第二電壓訊號於一第一時間點具有一第一電壓差，於一第二時間點具有一第二電壓差，第一電壓差與第二電壓差係實質相同，且量測第一電極條的自電容量係於第二時間點進行。

於本發明的指紋感測裝置與指紋感測器的驅動方法中，指紋感測器不僅可達到開啟指紋感測器以及指紋辨識的目的，而且還可降低手指沒有碰觸指紋感測器時的自電容量以及其受到溫度改變的變化量，並增加手指觸碰前與觸碰時的自電容變化量，藉此可避免指紋感測器在溫度變化下的誤判，並加快指紋感測器進行解鎖的時間，進而提升使用者的便利性。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步瞭解本發明，下文特列舉本發明之具體實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成的功效。下文各附圖中的元件僅為示意，可能並非按比例繪製，以清楚繪示本揭露，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整，且附圖中的各元件的數量與尺寸僅為示意，並非用於限制本揭露的範圍。

請參考第1圖，其繪示本發明第一實施例的指紋感測器的俯視示意圖。如第1圖所示，指紋感測器10可包括複數條第一軸向電極條AE1以及複數條第二軸向電極條AE2，其中各第一軸向電極條AE1沿著第一方向D1延伸且彼此分隔，各第二軸向電極條AE2沿著第二方向D2延伸且彼此分隔，使得各第一軸向電極條AE1與各第二軸向電極條AE2彼此交錯，並可透過彼此耦合電容偵測指紋。於本實施例中，各第一軸向電極條AE1與各第二軸向電極條AE2可分別包括複數個感應電極SE以及複數條橋接線BL。對應同一第一軸向電極條AE1的橋接線用以連接排列於第一方向D1上的兩相鄰感應電極SE，以連接成第一軸向電極條AE1，對應同一第二軸向電極條AE2的橋接線BL用以連接排列於第二方向D2上的兩相鄰感應電極SE，以連接成第二軸向電極條AE2。本發明的第一軸向電極條AE1與第二軸向電極條AE2的結構並不以此為限，亦可為其他類型的互容式觸控感測結構。於本實施例中，第一軸向電極條AE1的一部分PA包括複數條第一電極條E1，其可另用於單獨進行自容觸控感測。也就是說，當第一電極條E1進行自容觸控感測時，第一軸向電極條AE1的其餘部分PB與所有的第二軸向電極條AE2並不進行感測動作。舉例來說，第一軸向電極條AE1的數量可為110條，第二軸向電極條AE2可為96條，其中第一電極條E1的數量可為16條。

值得說明的是，利用指紋感測器10進行自容觸控感測，可讓使用者不需額外按壓按鈕，即可達到啟動指紋辨識的目的。在自容觸控感測認定有手指觸碰指紋感測器10後，緊接著使用指紋感測器10進一步進行指紋辨識，使用者即可在單次手指觸碰的動作中，同時達到啟動指紋感測器10以及指紋辨識的目的。由於指紋感測器10的自容觸控感測可僅透過部分第一軸向電極條AE1(即第一電極條E1)來進行，因此可避免大幅增加電子裝置的待機耗電量。

請參考第2圖，且一併參考第1圖。第2圖繪示本發明第一實施例的指紋感測器進行自容觸控感測時提供至各第一電極條E1的第一電壓訊號以及提供至其餘部分PB的各第一軸向電極條AE1與各第二軸向電極條AE2的接地訊號的時序示意圖。本實施例的指紋感測器10的自容觸控感測方法說明如下。如第2圖所示，首先提供複數個第一電壓訊號S1分別至第一電極條E1，並同時提供接地訊號Sg至其餘部分PB的第一軸向電極條AE1以及第二軸向電極條AE2。於本實施例中，在進行自容觸控感測時，第一電壓訊號S1在一脈衝時段PT具有一脈衝PU，其餘部分PB的第一軸向電極條AE1以及第二軸向電極條AE2均電性連接至接地端，因此其餘部分PB的第一軸向電極條AE1以及第二軸向電極條AE2傳送接地訊號Sg。然後，於脈衝時段PT中，量測各第一電極條E1的自電容量，進而判斷是否有手指觸碰指紋感測器10。具體而言，自電容量可透過量測對應各第一電極條E1的充放電電荷量獲得。由於各第一電極條E1的自電容量在手指觸碰指紋感測器10之前以及手指觸碰指紋感測器10時並不相同，因此透過比較兩者所獲得的自電容變化量，即可得知手指是否觸碰指紋感測器10。舉例來說，當量測到的自電容變化量小於預設臨界值時，判斷指紋感測器10無手指碰觸。相反地，當自電容變化量大於或等於預設臨界值時，判斷手指碰觸指紋感測器10。預設臨界值可例如為手指觸碰指紋感測器10之前的自電容量或再增加一預定量。

由於脈衝PU的電壓不同於接地訊號Sg的電壓，因此第一電極條E1與其餘部分PB的第一軸向電極條AE1之間以及第一電極條E1與第二軸向電極條AE2之間均具有大於零的電壓差，使得第一電極條E1與其餘部分PB的第一軸向電極條AE1之間以及第一電極條E1與第二軸向電極條AE2之間均會有耦合電容產生，因此從各第一電極條E1所量測到的自電容量容易受到這些耦合電容的變化影響。具體說明如下，請參考第3圖與第4圖，分別繪示了本發明第一實施例的各第一電極條E1在手指觸碰前與手指觸碰時與其餘第一軸向電極條AE1以及第二軸向電極AE2的耦合電容示意圖。如第3圖所示，在手指觸碰指紋感測器10之前，從各第一電極條E1所量測到的自電容量Cn可如下公式(1)所示。

Cn=Ctt+Ctr …… (1)

其中Ctt為本實施例在指紋感測器10沒有手指觸碰時各第一電極條E1與其餘部分PB的第一軸向電極條AE1的耦合電容，Ctr為本實施例在指紋感測器10沒有手指觸碰時各第一電極條E1與第二軸向電極條AE2的耦合電容。由此可知，在手指觸碰指紋感測器10之前，從各第一電極條E1所量測到的自電容量Cn係由各第一電極條E1與其餘部分PB的第一軸向電極條AE1的耦合電容Ctt以及與第二軸向電極條AE2的耦合電容Ctr所構成。

如第4圖所示，當手指F觸碰指紋感測器10時，手指F會分別與各第一電極條E1、其餘部分PB的各第一軸向電極條AE1以及各第二軸向電極條AE2產生耦合電容Ctf、Cttf、Ctrf，因此各第一電極條E1在手指F觸碰指紋感測器10時的自電容量Ct可如下公式(2)所示。

Ct=Ctt’+Ctr’+Ctf …… (2)

其中Ctt’為本實施例在指紋感測器10有手指F觸碰時各第一電極條E1與其餘部分PB的第一軸向電極條AE1的耦合電容，Ctr’為本實施例在指紋感測器10有手指F觸碰時各第一電極條E1與第二軸向電極條AE1的耦合電容，且Ctf為各第一電極條E1與手指F的耦合電容。因此，各第一電極條E1在指紋感測器10有手指F觸碰與沒有手指F觸碰時的自電容變化量∆C可透過公式(1)與公式(2)可計算出，如下公式(3)所示。

∆C=Ct-Cn=(Ctt’-Ctt)+(Ctr’-Ctr)+Ctf …… (3)

由此可知，所量測到的自電容變化量∆C係與各第一電極條E1與其餘部分PB的第一軸向電極條AE1的耦合電容Ctt、Ctt’以及各第一電極條E1與第二軸向電極條AE2的耦合電容Ctr、Ctr’相關。然而，由於指紋感測器10中兩相鄰第一軸向電極條AE1之間距P1以及兩相鄰第二軸向電極條AE2之間距P2非常小，例如小於75微米，因此間距P1、P2容易因溫度的變化而改變，以致於各第一電極條E1與其餘部分PB的第一軸向電極條AE1的耦合電容Ctt、Ctt’以及各第一電極條E1與第二軸向電極條AE2的耦合電容Ctr、Ctr’亦會受到溫度的改變而產生變化。因此，透過本實施例的自容觸控感測方法所量測到的自電容變化量∆C容易受到溫度變化的影響。

請參考第5圖，其繪示溫度與時間的關係以及在手指沒有碰觸指紋感測器時依據第一實施例的驅動方法從所有第一電極條所量測到的自電容量與時間的關係示意圖。從第5圖中可知，當溫度從25度上升至50度時，自電容量上升4.7pF，而當溫度從50度下降至0度時，自電容量則下降7.6pF。但透過本實施例的自容觸控感測方法在手指有碰觸與沒有碰觸時從所有第一電極條所量測到的自電容變化量∆C例如僅約1.6pF，也就是說，在沒有碰觸指紋感測器10時的自電容量隨著溫度改變的變化量極可能大於所量測到的自電容變化量∆C。如此一來，溫度的改變所造成的自電容量的變化容易使指紋感測器10將其視為手指碰觸指紋感測器10，進而產生誤判。

透過自電容變化判斷手指碰觸的挑戰還不止於此。請參考第6圖，其繪示於本發明第一實施例之指紋感測器在進行自容觸控感測時所量測到自電容量與時間的關係示意圖。如第6圖所示，手指係在起始時間點Ts觸碰指紋感測器10，並於結束時間點Te離開指紋感測器10。於本實施例中，在手指剛離開指紋感測器10時，指紋感測器10所偵測到的自電容量(例如第6圖所示的區域A中的自電容量)大於指紋感測器10在手指尚未觸碰時的自電容量，其中區域A中的自電容量又稱殘留感應量，因此指紋感測器10容易將結束時間點Te之後的一段時間仍視為手指依然碰觸指紋感測器10。如此一來，指紋感測器10需等待一定時間以上，例如10秒，自電容量才會回復到接近手指尚未觸碰時的自電容量，也就是說需等到自電容量回復到自電容變化量小於預設臨界值的情況指紋感測器10才會再次進行判斷。因此，本實施例的自容觸控感測方法並無法快速辨識手指再次觸碰的變化，以致於限制了指紋感測器10辨識手指觸碰的時間。例如，使用者透過指紋感測器10進行解鎖時，此等待時間會造成使用者使用上的不便。

為此，本發明另提供下述實施例的指紋感測裝置及其指紋感測器的驅動方法，以解決第一實施例的自容觸控感測方法的缺點。請參考第7圖至第10圖，第7圖繪示本發明一實施例的指紋感測裝置的功能方塊示意圖，第8圖繪示本發明第二實施例的指紋感測器的俯視示意圖，第9圖繪示本發明第二實施例的指紋感測器的驅動方法流程圖，第10圖繪示本發明第二實施例的指紋感測器進行自容觸控感測時提供至第一電極條、第二電極條以及第三電極條的訊號時序示意圖。如第7圖所示，指紋感測裝置FSD可包括指紋感測器100以及控制模組CM。其中，控制模組CM電連接指紋感測器100，例如可包括多個驅動控制單元，分別電連接至對應的第一軸向電極條AE1，以及多個偵測單元，分別電連接至對應的第二軸向電極條AE2，但不以此為限。控制模組CM可用以控制指紋感測器100進行自容觸控感測或進行互容觸控感測。於本實施例中，指紋感測裝置FSD還可包括判斷單元JU，用以依據控制模組CM所量測到的自電容量判斷是否有觸碰發生於指紋感測器100。於另一實施例中，判斷單元JU亦可整合於控制模組CM中。

另外，如第8圖所示，相較於第一實施例，本實施例的第一軸向電極條AE1除了包括第一電極條E1之外，還可包括至少兩條與第一電極條E1相鄰的第二電極條E2。第一軸向電極條AE1至少包括一第一部分PA1以及至少兩與第一部分PA1相鄰的第二部分PB1，第一部分PA1設置於第二部分PB1之間。第一部分PA1中的各第一軸向電極條AE1為第一電極條E1。於本實施例中，第一電極條E1可以僅有一條，也可以是複數條。第二部分PB1中的各第一軸向電極條AE1為第二電極條E2，且各第二部分PB1中的第二電極條E2的數量可有至少一條。並且，第二軸向電極條AE2還可包括複數條第三電極條E3，也就是說至少一部分的第二軸向電極條AE2可為第三電極條E3。

如第9圖與第10圖所示，本實施例所提供的驅動方法可包括下列步驟。首先，控制模組CM進行自容觸控感測的步驟S10，以判斷是否有觸碰發生於指紋感測器100，例如判斷手指的觸碰。本實施例的步驟S10可包括先進行步驟S12，使控制模組CM提供第一電壓訊號S1至第一電極條E1，然後進行步驟14，使控制模組CM量測所有第一電極條E1的自電容量。接著，控制模組CM可將量測到的自電容量傳送至判斷單元JU，且判斷單元JU可依據控制模組CM所量測到的第一電極條E1的自電容量判斷是否有觸碰發生於指紋感測器100。第一電壓訊號S1的數量可由第一電極條E1的數量來決定，下述以複數個第一電壓訊號S1分別傳送至複數個第一電極條E1為例，但不以此為限。相較於第一實施例的自容觸控感測方法，本實施例提供第一電壓訊號S1的步驟S12還包括使控制模組CM提供至少兩第二電壓訊號S2分別至第二電極條E2，其中各第一電壓訊號S1與各第二電壓訊號S2於第一時間點T1具有一第一電壓差，於第二時間點T2具有一第二電壓差，且第一電壓差與第二電壓差實質相同。於本實施例中，控制模組CM於第一時間點T1不量測指紋感測器100的第一電極條E1的自電容量，且於第二時間點T2量測第一電極條E1的自電容量。並且，各第一電壓訊號S1與各第二電壓訊號S2於第一時間點T1分別具有相同的第一電壓V1，並於第二時間點T2分別具有相同的第二電壓V2，且第二電壓V2大於第一電壓V1。具體來說，各第一電壓訊號S1與各第二電壓訊號S2於各第一時間區間TP1分別具有第一電壓V1，第一時間點T1位於第一時間區間TP1中，且第一電壓訊號S1於各第二時間區間TP2可具有一第一脈衝PU1，第二電壓訊號S2於各第二時間區間TP2可具有一第二脈衝PU2，其中各第二時間區間TP2位於任兩相鄰的第一時間區間TP1之間。並且，各第一脈衝PU1的谷值電壓與各第二脈衝PU2的谷值電壓可為相同的第一電壓V1，且各第一脈衝PU1的峰值電壓與各第二脈衝PU2的峰值電壓可為相同的第二電壓V2。較佳地，各第一脈衝PU1可與各第二脈衝PU2同步。此外，各第一電壓訊號S1於各第三時間區間TP3中可選擇性另具有一第三脈衝PU3，各第二電壓訊號S2於各第三時間區間TP3中可選擇性另具有一第四脈衝PU4，且各第三時間區間TP3位於兩相鄰的第一時間區間TP1之間。於本實施例中，各第二時間區間TP2與各第三時間區間TP3依序交替進行。並且，各第三脈衝PU3的谷值電壓與各第四脈衝PU4的谷值電壓可彼此相同，且各第三脈衝PU3的峰值電壓與各第四脈衝PU4的峰值電壓為相同的第一電壓V1。較佳地，各第三脈衝PU3與第四脈衝PU4相同且同步。舉例而言，各第一電壓訊號S1與各第二電壓訊號S2可實質上相同，但不限於此。值得說明的是，被提供第二電壓訊號S2且與第一電極條E1相鄰的第二電極條E2不用量測自電容量。並且，由於提供至第一電極條E1的第一電壓訊號S1可與提供至第二電極條E2的第二電壓訊號S2相同或大致上相同，因此各第一電極條E1與各第二電極條E2之間的電壓差可維持在0，所以其間的耦合電容不會被量測到，使得所量測到的自電容量並不會受到第一電極條E1與第二電極條E2之間的耦合電容影響。於另一實施例中，如第11圖所示，控制模組CM量測第一電極條E1自電容量的第二時間點T2’亦可位於第三時間區間TP3中(即對應各第一電壓訊號S1的第三脈衝PU1與各第二電壓訊號S2的第四脈衝PU2)，此時第二電壓V2’可為各第三脈衝PU1的谷值電壓，而第一電壓V1可為各第三脈衝PU1的峰值電壓，且第二電壓V2’小於第一電壓V1。

請參考下表1，且同時參考圖1。表1表示以第一實施例驅動指紋感測器10時其餘部分PB的第一軸向電極條AE1對第一電極條E1的自電容量的影響比例。以單一第一電極條E1為例，L1~L4分別代表位於第一電極條E1左側且與第一電極條E1距離依序越來越遠的其餘部分PB的第一軸向電極條AE1，且R1~R4分別代表位於第一電極條E1右側且與第一電極條E1距離依序越來越遠的其餘部分PB的第一軸向電極條AE1。 表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 第一軸向電極條AE1的位置 </td><td> 對第一電極條E1的自電容量的影響比例 </td></tr><tr><td> L4 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> L3 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> L2 </td><td> 4% </td></tr><tr><td> L1 </td><td> 44% </td></tr><tr><td> R1 </td><td> 44% </td></tr><tr><td> R2 </td><td> 4% </td></tr><tr><td> R3 </td><td> 1% </td></tr><tr><td> R4 </td><td> 1% </td></tr></TBODY></TABLE>

從表1可知，在其餘部分PB中，與第一電極條E1距離越遠的第一軸向電極條AE1對第一電極條E1所量測到的自電容量的影響越低，且與第一電極條E1相鄰的第一軸向電極條AE1對自電容量的影響遠高於其他不與第一電極條E1相鄰的第一軸向電極條AE1。具體來說，與第一電極條E1相鄰的兩條第一軸向電極條AE1(L1以及R1)所占影響比例分別高達44%。據此，僅僅排除與第一電極條E1相鄰的兩條第一軸向電極條AE1(L1以及R1)即可消除總計高達88%的影響比例。

因此，如第8圖所示，在降低第一電極條E1的自電容量受到與其他第一軸向電極條AE1之間的耦合電容影響的情況下，為了降低輸出第二電壓訊號S2的數量，本實施例的指紋感測器100可僅將與第一電極條E1相鄰的兩條第一軸向電極條AE1設計為第二電極條E2，且第一電極條E1可設置於第二電極條E2之間，使兩相鄰之第一電極條E1之間並無設置第二電極條E2，但本發明不限於此。於一變化實施例中，位於第一電極條E1之任一側或兩側的第二電極條E2的數量亦可為複數條，且這些第二電極條E2為排列在一起的第一軸向電極條AE1。於另一變化實施例的指紋感測器100’中，如第12圖所示，兩相鄰之第一電極條E1之間可設置有第二電極條E2之至少一者。換句話說，第一部分PA1’可再區分成至少兩子部分A1，且第一軸向電極條AE1可包括三個第二部分PB1’，將第一部分PA1的子部分A1區隔開，使各子部分A1分別設置於兩相鄰的第二部分PB1’之間。各第二部分PB1’中的第二電極條E2的數量可為至少一條。

此外，除了第一電極條E1與第二電極條E2之外，至少兩第三部分PB2的第一軸向電極條AE1可包括複數條第四電極條E4，且各第二部分PB1設置於相鄰的第三部分PB2與第一部分PA1之間。也就是說，第四電極條E4可為其餘的第一軸向電極條AE1。在步驟S12中，控制模組CM同時提供第四電壓訊號S4至第四電極條E4，且第四電壓訊號S4的電壓與第一電壓V1相同，即第四電壓訊號S4為接地訊號。由於第一電極條E1與第四電極條E4之間設置有第二電極條E2，因此第四電極條E4對第一電極條E1所量測到的自電容量所占影響比例遠比第二電極條E2小，且第二電極條E2並不用於量測自電容量，因此第四電極條E4與第二電極條E2之間的耦合電容並不會對手指觸碰的偵測造成影響。是以透過提供接地訊號至於第四電極條E4可進一步降低電子裝置的待機耗電量。

如第9圖與第10圖所示，於本實施例中，提供第一電壓訊號的步驟S12還可包括使控制模組CM提供複數個第三電壓訊號S3分別至第三電極條E3，各第一電壓訊號S1與各第三電壓訊號S3於第一時間點T1具有一第三電壓差，於第二時間點T2具有一第四電壓差，且第三電壓差與第四電壓差係實質相同。舉例而言，各第一電壓訊號S1可與各第三電壓訊號S3實質上相同。因此，第一電極條E1與第三電極條E3之間的電壓差可維持在0，所以其間的耦合電容亦不會被量測到，使得從第一電極條E1所量測到的自電容量並不會受到其與第三電極條E3之間的耦合電容的影響。本實施例的第三電極條E3的數量較佳可與第二軸向電極AE2的數量相同，使得與各第一電極條E1交錯的所有第二軸向電極AE2均提供第三電壓訊號S3，以降低第一電極條E1的自電容量受到其與第二軸向電極AE2之間的耦合電容影響。

於本實施例中，第一軸向電極條AE1還可包括至少一第五電極條E5，其可另用以單獨進行自容觸控感測，以偵測手指是否觸碰指紋感測器100。也就是說第一軸向電極條AE1可包括一第四部分PA2，且第四部分PA2中的第一軸向電極條AE1可為第五電極條E5。因此，提供第一電壓訊號的步驟S12還可包括使控制模組CM提供複數個第五電壓訊號S5分別至第五電極條E5，且量測第一電極條E1的自電容量的步驟S14還可包括使控制模組CM量測第五電極條E5的自電容量。於本實施例中，第五電極條E5可以僅有一條，也可以是複數條。舉例而言，各第一電壓訊號S1可與各第五電壓訊號S5實質上相同。第五電極條E5的數量可例如為16條。此外，第五電極條E5與第一電極條E1可不相鄰，也就是說第四部分PA2與第一部分PA1之間至少設置有第二部分PB1，以避免從第五電極條E5所量測的自電容量與從第一電極條E1所量測的自電容量彼此干擾。並且，透過第五電極條E5的設置，可在手指觸碰指紋感測器100的區域上未涵蓋整個指紋感測器100時提供多區域的偵測。類似第一電極條E1與第二電極條E2的配置關係，第一軸向電極條AE1可另包括至少一第二部分PB1，使第四部分PA2亦可設置於兩第二部分PB1之間，且一第二部分PB1可設置於第四部分PA2與相鄰的第三部分PB2之間，藉此可避免從第四部分PA2所量測到的自電容量受到第四電極條E4的干擾。於本實施例中，兩相鄰之第五電極條E5之間並無設置第二電極條E2。於另一實施例中，兩相鄰之第五電極條E5之間亦可設置有第二電極條E2之至少一者。換句話說，第四部分可再區分成至少兩子部分，且第一軸向電極條可包括另一第二部分，設置於第四部分的子部分之間，以將子部分區隔開。

於步驟S10之後，當判斷單元JU判斷有觸碰發生於指紋感測器100時，可進行步驟S20，以進行指紋辨識。於本實施例中，指紋辨識係利用指紋感測器100以互容觸控感測方式運作。舉例而言，於步驟S20中，控制模組CM可依序提供複數個驅動訊號至指紋感測器100的第一軸向電極條AE1，並從指紋感測器100的各第二軸向電極條AE2接收感應訊號，以偵測出對應指紋的波峰與波谷的互電容量，進而獲得指紋資訊。值得說明的是，在指紋感測器100以互容觸控感測方式運作時，為使提供至第一軸向電極條AE1的驅動訊號能夠使第二軸向電極條AE2產生感應訊號，控制模組CM提供驅動訊號的總電流需達到一定值以上。在指紋感測器100以自容觸控感測運作時，由於提供至第一電極條E1的第一電壓訊號S1是直接透過第一電極條E1量測其自電容量，且提供至第二電極條E2的第二電壓訊號S2與提供至第三電極條E3的第三電壓訊號S3並不需被量測，因此控制模組CM提供第一電壓訊號S1、第二電壓訊號S2與第三電壓訊號S3的總電流可小於提供驅動訊號的總電流。也就是說，驅動訊號的峰值電壓係大於第一電壓訊號S1的第一脈衝PU1的第二電壓V2。舉例來說，提供第一、第二與第三電壓訊號S1、S2、S3的總電流可為3毫安培，用以提供驅動訊號的總電流可為30至40毫安培。由此可知，相較於互容觸控感測方式，透過自容觸控感測方式來偵測手指是否碰觸指紋感測器100可有效地降低電量消耗。此外，由於在偵測到手指觸碰指紋感測器100之後會進行互容觸控感測，因此指紋感測器100會透過電荷泵(charge pump)來提升輸出電流的能力，使得所提供的電流大小足以量測到指紋。

於步驟S20之後，可進行步驟S30，以重複進行自容觸控感測至少一次，進而偵測是否有觸碰發生於指紋感測器100。也就是說，在完成指紋辨識之後，控制模組CM再次提供第一電壓訊號S1分別至第一電極條E1，以及提供第二電壓訊號S2分別至第二電極條E2，然後再次量測第一電極條E1的自電容量，以偵測是否有觸碰發生於指紋感測器100，並判斷是否需進行其他動作。進行自容觸控感測的次數可為複數次，但不限於此。於本實施例中，進行自容觸控感測的步驟與進行互容觸控感測的步驟不重疊。

於另一實施例中，如第13圖與第14圖所示，於不同次進行自容觸控感測的步驟中，第一電壓訊號S1可提供至不同的第一軸向電極AE1，且第二電壓訊號S2亦可提供至不同的第一軸向電極AE1。具體而言，第四電極條E4可包括至少一第一子電極條E41與至少兩第二子電極條E42，且第一子電極條E41設置於第二子電極條E42之間。於步驟S30’中，先進行步驟S31，再次提供第一電壓訊號S1至第四部分PB2中的第一子電極條E41，且提供第二電壓訊號S2分別至第二子電極條E42，然後進行步驟S32，量測第一子電極條E41的自電容量，以偵測是否有觸碰發生於指紋感測器100。

具體請參考第15圖與第16圖，分別繪示了本發明第二實施例的各第一電極條在手指觸碰前與手指觸碰時與第二電極條以及第三電極條的耦合電容示意圖。如第15圖所示，在手指觸碰指紋感測器100之前，由於第一電極條E1與第二電極條E2之間的電壓差以及第一電極條E1與第三電極條E3之間的電壓差維持在0，因此各第一電極條E1的自電容量Cn’為0。

如第16圖所示，在手指觸碰指紋感測器100之後，雖然手指會分別與各第一電極條E1、各第二電極條E2以及各第三電極條E3產生電容耦合，但因各第二電極條E2與各第一電極條E1以及各第三電極條E3之間並無耦合電容，因此各第二電極條E2的自電容量Ct’可僅為各第一電極條E1與手指F的耦合電容Ctf。所以，各第二電極條E2在手指觸碰指紋感測器100前與觸碰時的自電容變化量∆C’可僅為耦合電容Ctf。由此可知，本實施例所量測到的自電容變化量∆C’可不與各第一電極條E1與第二電極條E2的耦合電容以及各第一電極條E1與第三電極條E3的耦合電容相關。

請參考第17圖，且一併參照下表2，第17圖繪示繪示溫度與時間的關係以及在手指沒有碰觸指紋感測器時依據第二實施例的驅動方法從所有第一電極條所量測到的自電容量與時間的關係示意圖，表2表示透過本發明第一實施例與第二實施例的驅動方法所量測到的手指未觸碰與觸碰時的自電容量、自電容變化量、殘餘感應量以及殘餘感應量與手指未觸碰時的差異。如第17圖所示，當溫度從25度上升至50度時，自電容量上升0.29pF，而當溫度從50度下降至0度時，自電容量則下降0.55pF。由此可知，透過本實施例的驅動方法，可有效地降低在手指沒有碰觸指紋感測器100時自電容量 (即所謂背景電容值)受到溫度改變的變化量，例如相較於第一實施例而言，此變化量可降低60%。此外，透過本實施例的驅動方法還可縮減在手指沒有碰觸指紋感測器100時的自電容量Cn’的大小，藉此可大幅減少背景電容值對自電容變化量的影響。再者，如表2所示，透過本實施例的驅動方法，在手指有觸碰與沒有觸碰時的自電容變化量，例如約2.97pF，可較第一實施例的自電容變化量高，因此可更準確地辨別手指的觸碰。由於本實施例在沒有碰觸指紋感測器100的自電容量隨著溫度變化的改變量小於所量測到的自電容變化量，因此指紋感測器100偵測手指有無觸碰的結果並不易受到溫度變化的影響。

請參考第18圖，且一併參照下表2，第18圖繪示於本發明第二實施例之指紋感測器在進行自容觸控感測時所量測到自電容量與時間的關係示意圖。如第18圖所示，相較於第一實施例的第6圖，在手指剛離開指紋感測器100的結束時間點Te，所量測到的自電容量，例如29.65 pF，已接近在手指尚未觸碰時所量測到的自電容量，例如29.63 pF。因此，可減少指紋感測器100誤判手指仍然碰觸指紋感測器100的期間，藉此可提升指紋感測器100辨識手指再次觸碰的速度，例如可加快指紋感測器100進行解鎖的時間。 表2 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> </td><td> 手指未觸碰時的自電容量(pF) </td><td> 手指觸碰時的自電容量(pF) </td><td> 自電容變化量(pF) </td><td> 手指離開時的殘餘感應量(pF) </td><td> 殘餘感應量與手指未觸碰時的差異(pF) </td></tr><tr><td> 第一實施例 </td><td> 118.5 </td><td> 120.1 </td><td> 1.6 </td><td> 119 </td><td> 0.5 </td></tr><tr><td> 第二實施例 </td><td> 29.63 </td><td> 32.6 </td><td> 2.97 </td><td> 29.65 </td><td> 0.02 </td></tr></TBODY></TABLE>

請參考第19圖，其繪示於本發明第三實施例之第一電壓訊號與第二電壓訊號的時序示意圖。如第19圖所示，相較於第二實施例，本實施例的第一電壓訊號S1與第二電壓訊號S2’之間可具有一偏壓∆V。舉例而言，第一電壓訊號S1與第二電壓訊號S2’可具有相同頻率、相位與振幅，且本實施例第二電壓訊號於第一時間點T1可具有第三電壓V3，且第三電壓V3與第一電壓訊號於第一時間點T1的第一電壓V1的差值為偏壓∆V。由於在第一時間點T1的第一電壓訊號S1與第二電壓訊號S2’具有偏壓∆V且在第二時間點T2的第一電壓訊號S1與第二電壓訊號S2’亦具有相同的偏壓∆V，也就是第一電壓訊號S1與第二電壓訊號S2’之間持續維持偏移此偏壓∆V，因此第一電極條E1與第二電極條E2之間的耦合電容的跨壓，在量測之前與之後，並沒有改變。所以，存放在耦合電容中的電荷量也沒有改變。如此，第一電壓訊號S1只有對第一電極條E1的自電容量充放電，所以相對應量測到的充放電電荷，將可以線性地反應自電容量。於一變化實施例中，第一電壓訊號S1與第二電壓訊號S2’亦可互換。於又一變化實施例中，第三實施例之第二電壓訊號S2’亦可適用於第二實施例的第一電壓訊號、第三電壓訊號與第四電壓訊號中的任一者。

綜上所述，透過本發明的指紋感測器的驅動方法，指紋感測器不僅可達到開啟指紋感測器以及指紋辨識的目的，而且還可降低手指沒有碰觸指紋感測器時的自電容量以及其受到溫度改變的變化量，並增加手指觸碰前與觸碰時的自電容變化量，藉此可避免指紋感測器在溫度變化下的誤判，並加快指紋感測器進行解鎖的時間，進而提升使用者的便利性。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10、100、100’‧‧‧指紋感測器

AE1‧‧‧第一軸向電極條

AE2‧‧‧第二軸向電極條

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

SE‧‧‧感應電極

BL‧‧‧橋接線

E1‧‧‧第一電極條

S1‧‧‧第一電壓訊號

Sg‧‧‧接地訊號

PT‧‧‧脈衝時段

PU‧‧‧脈衝

Ctt、Ctr、Ctt’、Ctr’、Ctf、Cttf、Ctrf‧‧‧耦合電容

△C‧‧‧自電容變化量

P1、P2‧‧‧間距

F‧‧‧手指

Ts‧‧‧起始時間點

Tc‧‧‧結束時間點

A‧‧‧區域

E2‧‧‧第二電極條

E3‧‧‧第三電極條

E4‧‧‧第四電極條

T1‧‧‧第一時間點

T2‧‧‧第二時間點

S2、S2’‧‧‧第二電壓訊號

S3‧‧‧第三電壓訊號

S4‧‧‧第四電壓訊號

S5‧‧‧第五電壓訊號

V1‧‧‧第一電壓

V2‧‧‧第二電壓

V3‧‧‧第三電壓

△V‧‧‧偏壓

PU1‧‧‧第一脈衝

PU2‧‧‧第二脈衝

PU3‧‧‧第三脈衝

PU4‧‧‧第四脈衝

PA‧‧‧部分

PB‧‧‧其餘部分

PA1、PA1’‧‧‧第一部分

PA2‧‧‧第四部分

PB1、PB1’‧‧‧第二部分

PB2‧‧‧第三部分

A1‧‧‧子部分

E41‧‧‧第一子電極條

E42‧‧‧第二子電極條

TP1‧‧‧第一時間區間

TP2‧‧‧第二時間區間

TP3‧‧‧第三時間區間

FSD‧‧‧指紋感測裝置

CM‧‧‧控制模組

JU‧‧‧判斷單元

S10、S12、S14、S20、S30、S30’、S31、S32‧‧‧步驟

第1圖繪示本發明第一實施例的指紋感測器的俯視示意圖。 第2圖繪示本發明第一實施例的指紋感測器進行自容觸控感測時提供至各第一電極條的第一電壓訊號以及提供至其餘各第一軸向電極條與各第二軸向電極條的接地訊號的時序示意圖。 第3圖與第4圖分別繪示了本發明第一實施例的各第一電極條在手指觸碰前與手指觸碰時與其餘第一軸向電極條以及第二軸向電極的耦合電容示意圖。 第5圖繪示繪示溫度與時間的關係曲線以及在手指沒有碰觸指紋感測器時依據第一實施例的驅動方法從所有第一電極條所量測到的自電容量與時間的關係曲線示意圖。 第6圖繪示於本發明第一實施例之指紋感測器在進行自容觸控感測時所量測到自電容量與時間的關係示意圖。 第7圖繪示本發明一實施例的指紋感測裝置的功能方塊示意圖。 第8圖繪示本發明第二實施例的指紋感測器的俯視示意圖。 第9圖繪示本發明第二實施例的指紋感測器的驅動方法流程圖。 第10圖繪示本發明第二實施例的指紋感測器進行自容觸控感測時提供至第一電極條、第二電極條、第三電極條、第四電極條與第五電極條的訊號時序示意圖。 第11圖繪示本發明另一實施例的指紋感測器量測第一電極條自電容量的第二時間點的示意圖。 第12圖繪示本發明第二實施例的一變化實施例的指紋感測器的俯視示意圖。 第13圖繪示本發明另一實施例的指紋感測器的驅動方法再次進行自容觸控感測的流程圖。 第14圖繪示本發明另一實施例的指紋感測器的第四電極條的俯視示意圖。 第15圖與第16圖分別繪示了本發明第二實施例的各第一電極條在手指觸碰前與手指觸碰時與第二電極條以及第三電極條的耦合電容示意圖。 第17圖繪示繪示溫度與時間的關係曲線以及在手指沒有碰觸指紋感測器時依據第二實施例的驅動方法從所有第一電極條所量測到的自電容量與時間的關係曲線示意圖。 第18圖繪示於本發明第二實施例之指紋感測器在進行自容觸控感測時所量測到自電容量與時間的關係示意圖。 第19圖繪示於本發明第三實施例之第一電壓訊號與第二電壓訊號的時序示意圖。

Claims (21)

1. 一種指紋感測器的驅動方法，該指紋感測器包括一第一電極條、至少兩條與該第一電極條相鄰的第二電極條以及複數條與該第一電極條以及該等第二電極條交錯的第三電極條，用以偵測指紋，且該驅動方法包括：提供一第一電壓訊號至該第一電極條，並同時提供至少兩第二電壓訊號分別至該等第二電極條；以及量測該第一電極條的自電容量，以判斷是否有觸碰發生於該指紋感測器，其中該第一電壓訊號與各該第二電壓訊號於一第一時間點具有一第一電壓差，於一第二時間點具有一第二電壓差，該第一電壓差與該第二電壓差係實質相同，且量測該第一電極條的自電容量係於該第二時間點進行。
2. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，另包括於提供該第一電壓訊號時提供複數個第三電壓訊號分別至該等第三電極條，該第一電壓訊號與各該第三電壓訊號於該第一時間點具有一第三電壓差，於該第二時間點具有一第四電壓差，且該第三電壓差與該第四電壓差係實質相同。
3. 如申請專利範圍第2項所述的指紋感測器的驅動方法，其中該第一電壓訊號、各該第二電壓訊號與各該第三電壓訊號實質上相同。
4. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，另包括獲得一自電容變化量，當該自電容變化量小於一預設臨界值時，判斷無碰觸發生於該指紋感測器。
5. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，另包括獲得一 自電容變化量，當該自電容變化量大於或等於一預設臨界值時，判斷有碰觸發生於該指紋感測器。
6. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，另包括當判斷有碰觸發生於該指紋感測器時，進行指紋辨識。
7. 如申請專利範圍第6項所述的指紋感測器的驅動方法，其中指紋辨識係利用該指紋感測器以一互容觸控感測方式進行。
8. 如申請專利範圍第6項所述的指紋感測器的驅動方法，另包括：於辨識出指紋之後，再次提供該第一電壓訊號至該第一電極條，以及提供該等第二電壓訊號分別至該等第二電極條；以及再次量測該第一電極條的自電容量，以偵測是否有觸碰發生於該指紋感測器。
9. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，其中該指紋感測器另包括三條第四電極條，平行於該第一電極條，該等第四電極條依序排列，且該驅動方法另包括：於辨識出指紋之後，再次提供該第一電壓訊號至該等第四電極條中之一中間者，以及提供該等第二電壓訊號分別至該等第四電極條中之另兩者；以及量測該等第四電極條中之該中間者的自電容量，以偵測是否有觸碰發生於該指紋感測器。
10. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，其中該指紋感測器更包含至少另一第一電極條，兩相鄰之該等第一電極條之間無設置該等第二電極條。
11. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，其中該指紋感測器更包含至少另一第一電極條，兩相鄰之該等第一電極條之間設置有該等第二電極條中之至少一者。
12. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，其中該指紋感測器另包括一第五電極條，平行於該第一電極條，並與該第一電極條分隔，該等第二電極條中之一者設置於該第一電極條與該第五電極條之間，且提供複數個第四電壓訊號分別至該等第五電極條。
13. 如申請專利範圍第12項所述的指紋感測器的驅動方法，其中各該第四電壓訊號與該第一電壓訊號實質上相同。
14. 如申請專利範圍第1項所述的指紋感測器的驅動方法，其中該第一電壓訊號於該第一時間點具有一第一電壓，且於該第二時間點具有一第二電壓，且該第二電壓大於或小於該第一電壓。
15. 一種指紋感測裝置，包括：一指紋感測器，該指紋感測器包括一第一電極條、至少兩條與該第一電極條相鄰的第二電極條以及複數條與該第一電極條以及該等第二電極條交錯的第三電極條；以及 一控制模組，電連接該指紋感測器，並用以提供一第一電壓訊號至該第一電極條、提供至少兩第二電壓訊號分別至該等第二電極條以及量測該第一電極條的自電容量，其中該第一電壓訊號與各該第二電壓訊號於一第一時間點具有一第一電壓差，於一第二時間點具有一第二電壓差，該第一電壓差與該第二電壓差係實質相同，且量測該第一電極條的自電容量係於該第二時間點進行。
16. 如申請專利範圍第15項所述的指紋感測裝置，另包括一判斷單元，電連接該控制模組，並依據該控制模組所量測到的該第一電極條的自電容量判斷是否有觸碰發生於該指紋感測器。
17. 如申請專利範圍第15項所述的指紋感測裝置，其中該控制模組另提供複數個第三電壓訊號分別至該等第三電極條，該第一電壓訊號與各該第三電壓訊號於該第一時間點具有一第三電壓差，於該第二時間點具有一第四電壓差，且該第三電壓差與該第四電壓差係實質相同。
18. 如申請專利範圍第15項所述的指紋感測裝置，其中該指紋感測器以一互容觸控感測方式進行指紋辨識。
19. 如申請專利範圍第15項所述的指紋感測裝置，其中該指紋感測器更包含至少另一第一電極條，兩相鄰之該等第一電極條之間無設置該等第二電極條。
20. 如申請專利範圍第15項所述的指紋感測裝置，其中該指紋感測器更 包含至少另一第一電極條，兩相鄰之該等第一電極條之間設置有該等第二電極條中之至少一者。
21. 如申請專利範圍第15項所述的指紋感測裝置，其中該指紋感測器另包括一第五電極條，平行於該第一電極條，並與該第一電極條分隔，該等第二電極條中之一者設置於該第一電極條與該第五電極條之間，且該控制模組另提供複數個第四電壓訊號分別至該等第五電極條。