TWI646471B - 指紋感測裝置及指紋辨識方法 - Google Patents

Abstract

一種指紋感測模組，包含多個取像元、多個輔助元、多個處理電路以及控制模組。此些取像元係以M×N陣列排列。每一取像元包括頂電極。此些輔助元係位於取像元陣列的相鄰兩側，並具有P個輔助元行與Q個輔助元列。每一輔助元包括輔助電極。每個處理電路係對應至少一取像元。控制模組係以依序掃描方式選定此些取像元之一作為選定元，且控制模組係將對應選定元的P+1行與Q+1列的區域的此些電極電性連接以接收感測訊號，且控制模組係將被接收的感測訊號導引至對應選定元的處理電路。

Description

指紋感測裝置及指紋辨識方法

一種指紋感測裝置及指紋辨識方法，特別是指一種主動電容式的指紋感測裝置及指紋辨識方法。

隨著科技的發展，行動電話、個人筆記型電腦或平板等電子裝置已經成為了生活中必備之工具，而這些電子系統內部儲存的資訊如通訊錄、相片等日異增加，已然具有相當個人化的特點。為避免重要資訊遭到遺失或是盜用等情況，如今指紋感測裝置已廣泛地運用於電子裝置。

目前常見的指紋感測裝置是主動式電容指紋感測裝置，其通常是透過在封裝模組外圍的裝設驅動金屬環，以將指紋感測晶片之驅動訊號傳遞至手指以達到指紋辨識之功能。然而，於製作驅動金屬環的製備工序中，需要在單體化步驟形成多個指紋感測封裝模組後再於指紋感測封裝模組的外圍額外進行裝設驅動金屬環之工序或者是各別噴鍍金屬層，使得製程較繁複。

此外，指紋感測裝置具有一保護層，保護層覆蓋於感應電極且用以提供一使用者之手指觸碰。感應電極接收來自手指的感測訊號，經處理電路處理後獲得感應電容。由於感應電容值的大小與感應電極的面積大小成正比且與保護層的厚度成反比，因此若是電極較小，感應訊號較不易穿透保護層而被感應電極接收。

本發明一實施例提出一種指紋感測模組，包含多個取像元、多個輔助元、多個處理電路以及控制模組。此些取像元係以M×N陣列排列，並具有M個取像元行與N個取像元列。每一取像元包括頂電極。此些輔助元係位於取像元陣列的相鄰兩側，並具有P個輔助元行與Q個輔助元列。每一輔助元包括輔助電極。每個處理電路係對應至少一取像元。控制模組係以依序掃描方式選定此些取像元之一作為選定元，且控制模組係將對應選定元的P+1行與Q+1列的區域的此些電極電性連接以接收感測訊號，且控制模組係將被接收的感測訊號導引至對應選定元的處理電路。

本發明提出一種指紋辨識方法，包含依序掃描多個取像元以選定其中一取像元作為一選定元；以及，電性連接對應選定元的一區域的每一電極，以接收一感測訊號。

綜上所述，本發明實施例提供指紋感測模組及其指紋辨識方法，控制模組係以依序掃描方式由此些取像元中選定出一選定元，再將對應選定元周圍的一區域內的電極電性連接，區域整體可作為一感應電極。而後，控制模組可以控制至少一頂電極或是輔助電極發出驅動訊號至手指以作為一驅動電極，且控制區域的所有電極用以接收來自手指的感測訊號。相較於習知技術而言，由於本發明實施例的指紋感測模組是透過區域內的多個電極來做為一感應電極，因此可以增加感測面積，進而增加感應靈敏度。

此外，所述區域內的電極數量與輔助元行和輔助元列的數量有關。所述區域包括一個選定元以及總數為[(P+1)×(Q+1)-1]個取像元110或是輔助元120，所以區域N1可以但不限於呈現(P+1)×(Q+1)的矩形陣列。本發明實施例的指紋感測模組透過在取像元陣列的相鄰兩側設置輔助元，從而在每次電性連接選定元周圍的電極時，可以維持區域N1內的電極數量。須說明的是，區域內的電極數量與輔助元行和輔助元列的數量有關。若區域包括一個選定元以及總數為[(P+1)×(Q+1)-1]個取像元或是輔助元以呈現(P+1)×(Q+1)的陣列，則需設置P個輔助元行與Q個輔助元列於取像元陣列的相鄰兩側。

圖1為本發明一實施例的指紋感測裝置的結構示意圖。圖2為對應於圖1的頂電極和輔助電極的配置結構俯視示意圖。請參閱圖1，指紋感測裝置100包括多個取像元110、多個輔助元120、多個處理電路130以及控制模組140。此些取像元110呈現陣列排列，此些輔助元120位於此些取像元110所形成的陣列的相鄰兩側。每個處理電路130對應至少一取像元110。控制模組140由此些取像元110中來選定其中一取像元作為選定元、將對應選定元的一區域內的電極電性連接以接收感測訊號。並且，控制模組140將所述感測訊號傳遞至對應該選定元的處理電路130。

取像元110係為指紋感測裝置的取像電極元，每一個取像元110所感測到的感測訊號經過處理後即為指紋圖像。每一個取像元110都包括一頂電極111，其中，頂電極111可與感測物(例如，手指)之間形成感測電容。實務上，頂電極111的材料可以為但不限於金屬、合金、半導體等導電材料，例如但不限於，銅、銀、銦錫氧化物等。

此些取像元110係依據二維之直角坐標的形式以M×N陣列排列，具有M個取像元行A1與N個取像元列A2。其中，此些取像元行A1係由M個取像元110沿著行方向(column direction)排列，此些取像元列A2係由N個取像元110沿著列方向(row direction)排列。也就是說，而此些取像元行A1與此些取像元列A2分別平行於行方向與列方向。

於取像元110所組成的陣列中，M可以等於N，亦即取像元行A1的數量與取像元列A2的數量相等，從而此些取像元110呈現方塊矩陣(square matrix)。或者，M也可以不等於N，亦即取像元行A1的數量與取像元列A2的數量不相等，從而此些取像元110呈現長方形矩陣(rectangular matrix)。本發明並不對取像元110的數量以及陣列排列的形式加以限定。舉例而言，於本實施例中，此些取像元110係以5×5陣列排列，具有5個取像元行A1與5個取像元列A2，並呈現方塊矩陣。於另一實施例中，圖3為本發明另一實施例的取像元和輔助元的配置結構俯視示意圖，如圖3所繪示，此些取像元110係以4×5陣列排列，亦即具有4個取像元行A1與5個取像元列A2，並呈現長方形矩陣。

每一個輔助元120都包括一輔助電極121，其中，輔助電極BE亦可與感測物(例如，手指)之間形成感測電容。須說明的是，輔助元120係為指紋感測裝置100的模擬電極元，而輔助元120的輔助電極BE係用以增加感測面積，而非用以取像。實務上，輔助電極121的材料可以為但不限於金屬、合金、半導體等導電材料，例如但不限於，銅、銀、銦錫氧化物等。

此些輔助元120係位於取像元陣列的相鄰兩側，並且具有P個輔助元行B1與Q個輔助元列B2。每個輔助元行B1可以包括N個輔助元120，且每個輔助元列B2可以包括M+P個輔助元120。或者是，每個輔助元行B1可以包括N+Q個輔助元120，且每個輔助元列B2可以包括M個輔助元120。依此，P個輔助元行B1和此些Q個輔助元列B2可以與此些形成M×N陣列的取像元110共同形成一個(M+P)×(N+Q)電極元陣列。舉例而言，如圖1及圖2所繪示，此些取像元110呈現5×5陣列，而此些輔助元120形成1個輔助元行及1個輔助元列，而這些輔助元120排列於取像元110所形成的5×5陣列的相鄰兩側，從而這些取像元110和這些輔助元120共同形成一個6×6陣列。於另一實施例中，如圖3所繪示，此些取像元110呈現4×5陣列。這些輔助元120形成2個輔助元行及1個輔助元列並排列於取像元110所形成的4×5陣列的相鄰兩側，從而這些取像元110和這些輔助元120共同形成一個6×6電極元陣列。須說明的是，此些P個輔助元行B1和此些Q個輔助元列B2的數量與對應選定元的所述區域有關(容後詳述)。

於一些實施例中，輔助元120的結構可以相同或是類似於取像元110。換言之，輔助元120也可以包括與取像元110相同或相似的元件或是電路，例如是開關、電極、運算單元等。依此，可以在半導體基材上，以同一積體電路製程製作出由取像元110與輔助元120所共同形成的(M+P)×(N+Q)電極元陣列，而取像元110與輔助元120會具有相同或類似的結構或是電路架構。

實務上，倘若取像元110與輔助元120具有相同的結構及電路架構，則可以依據取像元陣列的掃描順序或是掃描方向而對具有相同的架構的一(M+P)×(N+Q)電極元陣列劃分出一M×N電極元陣列來作為取像元陣列，而餘下的電極元則作為輔助元120。例如但不限於，如圖1所示，以左上側的取像元110a為第一時點的選定元且在(M+P)×(N+Q)電極元陣列中劃分出其中靠左上側的M×N電極元陣列來作為取像元陣列；或是，如圖4所示，以右上側的取像元110a為第一時點的選定元且在(M+P)×(N+Q)電極元陣列中劃分出其中靠右上側的M×N電極元陣列來作為取像元陣列。

此些處理電路130可依不同的電性設計而對應至少一取像元110，接收所對應的取像元110的感測訊號並且處理此感測訊號。於一實施例中，如圖1所繪示，處理電路130可以設置於每一取像元行A1之外，並且依照線路設計而電性連接至每一行的取像元行A1，也就是說，每一取像元行A1中的每一個取像元110都共用同一個處理電路130。圖5為本發明另一實施例的指紋感測裝置的結構示意圖。於另一實施例中，如圖5所繪示，各處理電路130係設置於各取像元110內並且與各取像元110的頂電極111電性連接。

實務上，處理電路130可以為運算放大電路，感測訊號可以依據不同的電性設計而傳遞至處理電路130的第一輸入端，而處理電路130的第二輸入端(未繪示)可以耦接一參考電壓源，依此，處理電路130可以透過輸出端(未繪示)輸出一處理訊號至後端處理電路(未繪示)，從而可知感測電容值。須說明的是，第一輸入端可以是反向輸入端，而第二輸入端可以是正相輸入端，不過本發明並不以此為限。此外，後端處理電路可以但不限於包括緩衝記憶體(RAM buffer)，積分器(integrator)，差分電路(differential circuit)、類比數位資料轉換器ADC(analog to digital converter，ADC)等。

控制模組140係以依序掃描方式選定此些取像元110之一作為一選定元；並且，控制模組140係將對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的一區域N1內的電極電性連接；並且，控制區域N1的所有電極(頂電極111或是輔助電極121)用以接收來自手指的感測訊號。具體而言，對應選定元周圍的區域N1整體可視為一感應電極。須說明的是，所述區域N1包括選定元以及[(P+1)×(Q+1)-1]個取像元110或是輔助元120，而區域N1可以但不限於呈現(P+1)×(Q+1)的矩形陣列。

實務上，控制模組140能夠透過自訂或是預設的掃描順序進行選定出一選定元。請參閱圖2以及配合參閱圖1，舉例來說，控制模組140可以先由第一個取像列A2的取像元110a至110e中依序逐一選出一個取像元以作為選定元並且依據不同的選定元逐一電性連接該選定元周圍的區域N1內的電極，再由第二個取像列A2的取像元110f至110j中依序逐一選出一個取像元以作為選定元並且依據不同的選定元逐一電性連接該選定元周圍的區域N1內的電極。以此類推，直至逐一選定最後一個取像列A2的取像元110u至110y。須說明的是，在兩次相鄰的掃描時點之間，當前時點的選定元係為前一時點的選定元整體向旁側(例如是但不限於，左右兩側、上下兩側、或是斜上斜下兩側)移動至少一個電極而選定。

接著，在控制模組140依序對每一取像元行A1或是取像元列A2進行掃描而選出選定元後，控制模組140係將對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的一區域N1內的電極彼此電性連接。構成當前時點的區域N1相較於構成前一時點的區域N1的電極數量相同，且係為由前一時點的區域N1對應選定元的移動而整體向旁側移動一個電極。在區域N1中的每個電極(頂電極111或是輔助電極121)都可以與手指之間產生感應電容，依此，每次掃描出選定元後所構成的區域N1整體可視為一感應電極。控制模組140透過對應每次掃描的選定元的區域N1來接收手指的感測訊號以進行感測，進而能夠獲得手指的指紋圖像。

需說明的是，所述區域N1內的電極數量與輔助元行B1和輔助元列B2的數量有關。具體而言，由於區域N1係呈現(P+1)×(Q+1)的陣列，因此除了一個選定元的頂電極110以外，仍需要總數為[(P+1)×(Q+1)-1]個電極以維持區域N1內的電極數量。詳細來說，當控制模組140依序選定至位於某一取像行A1或取像列A2的端點的取像元110(例如但不限於是最後一個取像元110)作為選定元時，選定元周圍的取像元110的頂電極111的數量將不足以構成用以感測的區域N1。因此，輔助元120設置於取像元陣列的相鄰兩側，且輔助元120可用來彌補取像陣列邊緣的取像元120的數量，以使每次掃描的區域N1內的電極數量能夠一致，以維持每次掃描的感應電極的面積。因此，輔助元120並非作為指紋圖像的取像點，其僅是用來補足區域N1內的電極數量，以維持組成感應電極的區域N1的面積。當手指觸碰(或接觸)由取像元110和輔助元120所共同形成的(M+P)×(N+Q)電極元陣列中，每一區域N1內感測到的感測訊號僅只透過取像元110會將感測到的感測訊號傳輸至對應的而所感測到的感測訊號經過處理後即為指紋圖像，而輔助元120的輔助電極BE係用以維持區域N1的感測面積。需特別說明的是，本發明並不對區域N1內的電極的總數量以及所呈現的陣列大小及形狀加以限制。

依據區域N1的面積以及選定元的位置，對應於選定元周圍的區域N1的電極可以僅包括頂電極111，或是可以包括頂電極111與輔助電極121。舉例而言，於一實施例中，如圖2所繪示，若是區域N1係為2×2的陣列，則需設置1個輔助元行A1以及1個輔助元列A2於取像元陣列的相鄰兩側。依此，若控制模組140依序選定至取像元110y作為選定元時，則區域N1y包括取像元110y以及輔助元120e、120j、120k。於另一實施例中，如圖3所繪示，若是區域N1係為3×2的陣列，則需設置2個輔助元行A1以及1個輔助元列A2於取像元陣列的相鄰兩側。依此，若控制模組140依序選定至取像元110c作為選定元時，則區域N1c包括取像元110c、110d、110g、110h以及輔助元120a、120b。若控制模組140依序選定至取像元110t作為選定元時，則區域N1t包括取像元110t以及輔助元120i、120j、120n、120o、120p。

控制模組140可以依據處理電路130的設置方式而透過不同的電性設計來電性連接區域N1內的電極。於此實施例中，請參閱圖1，控制模組140包括時序控制器141、M+P個第一時序控制線T1以及至少N+Q個第二時序控制線T2、多個開關電路SW1~SW4，以與此些取像元110以及此些輔助元120電性連接。處理電路130可以設置於每一取像元行A1之外，而此些第一時序控制線T1對應各取像元行A1而與各處理電路130電性連接。具體來說，時序控制器141可透過部分的開關電路SW1控制對應選定元周圍的P+1個第一時序控制線T1，而此些第一時序控制線T1可透過控制多個開關電路SW4的導通而與P+1個取像元行A1或輔助元行B1中的所有頂電極111或者或所有輔助元120的輔助電極121電性連接；同時，時序控制器141可透過部分的開關電路SW2控制對應選定元周圍的Q+1個第二時序控制線T2，而此些第二時序控制線T2可透過控制多個開關電路SW3的導通而與Q+1個取像元列A2或輔助元列B2中的所有取像元110的頂電極111或者所有輔助元120的輔助電極121電性連接。依此，使得對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的區域N1內的電極能夠彼此電性連接。

於另一實施例，請參閱圖5，控制模組140包括多個開關電路SW5、SW6。此些開關電路SW5、SW6設置於各個取像元110以及各輔助元120之間，而各處理電路130係設置於各取像元110內並且分別與各取像元110的頂電極111電性連接。依此，控制模組140能夠透過控制對應選定元周圍的開關電路SW5、SW6導通以使對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的區域N1內的取像元120的頂電極111或各輔助元120的輔助電極121能夠彼此電性連接依此，使得對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的區域N1內的電極能夠彼此電性連接。須說明的是，於圖5中，控制模組亦可以包括時序控制器(未繪示)來控制此些開關電路SW5、SW6的導通順序或時間，本發明並不對開關電路SW5、SW6的設置位置以及導通順序加以限定。

控制模組140可以依據不同的電性設計而使區域N1所接收的感測訊號導引至對應的處理電路130。圖6為對應於圖2的一實施例之動作時序圖。請參閱圖2並配合參閱圖1及圖6，於一實施例中，控制模組140包括時序控制器141、多個第一時序控制線T1以及多個第二時序控制線T2、多個開關電路SW1~SW4，以與此些取像元110以及此些輔助元120電性連接。處理電路130可以設置於每一取像元行A1之外，且透過對應的第一時序控制線T1而與對應各取像元行A1電性連接。於一時間點時，當控制模組140選定取像元110a作為選定元時，控制模組140透過開關電路SW21、SW22開啟第二時序控制線T21、T22，從而第二時序控制線T21、T22透過導通部分的開關電路SW3以與對應的取像元列A2中取像元110a~110j的頂電極以及輔助元120a、120b的輔助電極121電性連接；以及，控制模組140透過開關電路SW11、SW12開啟第一時序控制線T11、T12，從而第一時序控制線T11、T12透過導通部分的開關電路SW4以與對應的取像元行A1中的取像元110a、110b、 110f、110g、110k、110l、110p、110q、110u、110v的頂電極111以及輔助元120f、120g的輔助電極121電性連接。依此，此些取像元110a、110b、110f、110g即可構成區域N1a，且區域N1a內的頂電極111彼此電性連接以成為一組合的感應電極。也就是說，對應選定元110a周圍的2×2區域N1a內的電極能夠彼此電性連接，以接收手指的感測訊號。

於此時點，控制模組140可以控制在區域N1a之內的取像元110a、110b、 110f、110g的頂電極111接收來自手指的感測訊號。接下來，控制模組140控制處理電路131的開關I1、J1、K1、I2導通，以將區域N1a接收到的感測訊號經由取像元110a以及第一時序控制線T11傳遞至對應取像元110a的處理電路131，從而處理電路131將轉換出對應的指紋圖像。

於下一時間點時，當控制模組140選取像元110b作為選定元，控制模組140仍維持導通開關電路SW21、SW22以繼續開啟第二時序控制線T21、T22，以及控制模組140透過開關電路SW12、SW13開啟第一時序控制線T12、T13，從而第一時序控制線T12、T13透過導通部分的開關電路SW4以與對應的取像元行A1中的取像元110b、110c、 110g、110h、110l、110m、110q、110r、110v、110w的頂電極111以及輔助元120g、120h的輔助電極121電性連接。依此，此些取像元110b、110c、110g、110h即為區域N1a，且區域N1a內的頂電極111彼此電性連接以成為一組合的感應電極。也就是說，對應選定元110a周圍的2×2區域N1b內的電極能夠彼此電性連接，以接收手指的感測訊號。

於此時點，控制模組140可以控制在區域N1b之內的取像元110b、110c、110g、110h的頂電極111接收來自手指的感測訊號。接下來，控制模組140控制處理電路131的開關I2、J2、K2、I3導通，以將區域N1a接收到的感測訊號經由取像元110b以及第一時序控制線T12傳遞至對應取像元110a的處理電路132，從而處理電路131將轉換出對應的指紋圖像。

據此，控制模組140維持開啟第二時序控制線T21、T22，並且透過依序導通開關電路SW11~SW16以對應開啟不同的第一時序控制線T1，從而控制模組140能夠依掃描方法所選定的選定元依序由取像元110a至取像元110e且對應地將區域N1a~N1e接收到的感測訊號依序經由不同的第一時序控制線T1傳遞至處理電路131~136。

以此順序接續換行，當控制模組140依掃描方法依序選定取像元110f至取像元110j作為選定元時，控制模組140可以維持開啟第二時序控制線T22、T21，並且透過依序導通開關電路SW11~SW16以對應開啟不同的第一時序控制線T1。依此，控制模組140能夠對應地將區域N1f~N1j接收到的感測訊號依序經由不同的第一時序控制線T1傳遞至處理電路131~136。

以此類推，於最末時間點時，控制模組140可選定取像元110y作為選定元，而區域N1y內的取像元110y的頂電極111以及輔助元120e、120j、120k的輔助電極121彼此電性連接以成為一組合的感應電極，以接收手指的感測訊號。於此時點，控制模組140可以控制在區域N1y之內的取像元110和輔助元120接收來自手指的感測訊號。接下來，控制模組140控制處理電路131的開關I5、J5、K5、I6導通，以將區域N1y接收到的感測訊號經由取像元110y以及第一時序控制線T15傳遞至對應取像元110y的處理電路136。

於另一實施例中，請參閱圖5以及配合參閱圖2，控制模組140包括多個設置於各個取像元110以及各輔助元120之間的開關電路SW5、SW6，而各處理電路130係設置於各取像元110內並且分別與各取像元110的頂電極111電性連接。於一時間點時，當控制模組140選定取像元110a作為選定元時，控制模組(未繪示)透過導通開關電路SW5a、SW5b、SW6a、SW6b以使取像元110a、110b、110f、110g的頂電極111彼此電性連接，依此，此些取像元110a、110b、110f、110g即為區域N1a。同樣地，於此時點，控制模組140可以控制在區域N1a之內的取像元110a、110b、 110f、110g的頂電極111接收來自手指的感測訊號。接下來，控制模組140將區域N1a接收到的感測訊號經由取像元110a的頂電極111傳遞至對應取像元110a的處理電路131，從而處理電路131將轉換出對應的指紋圖像。

於下一時間點時，當控制模組140選定取像元110b作為選定元，控制模組透過導通開關電路SW5b、SW5c、SW6b、SW6c以使取像元110b、110c、110g、110h的頂電極111彼此電性連接，依此，此些取像元110b、110c、110g、110h即為區域N1b。同樣地，於此時點，控制模組140可以控制在區域N1b之內的取像元110b、110c、110g、110h的頂電極111接收來自手指的感測訊號。接下來，控制模組140將區域N1b接收到的感測訊號經由取像元110b的頂電極111傳遞至對應取像元110b的處理電路132，從而處理電路132將轉換出對應的指紋圖像。以此類推，並接續換行以感測至最末取像元(如圖2所示即為取像元110y)。須特別注意的是，於圖5中，控制模組140亦可以透過時序控制器(未繪示)同時維持導通開關電路SW5a~SW5j，而後再依序導通SW6a~SW6f，並以此順序接續換行。本發明實施例並不對開關電路的導通順序加以限定。

於一些實施例中，在控制模組140控制區域N1接收來自手指的感測訊號之前，控制模組140更可以控制至少一頂電極111或是輔助電極121發出驅動訊號至手指。換言之，控制模組140可以控制至少一頂電極111或是輔助電極121發出驅動訊號至手指，且控制區域N1內的電極接收來自手指的感測訊號，其中感測訊號係為根據驅動訊號所形成。

具體來說，於一實施例中，當控制模組140選定一取像元作為選定元且電性連接對應選定元的區域N1內的電極，控制模組140可以控制區域N1以外的至少一頂電極111或是輔助電極121為驅動電極以發出驅動訊號至手指且控制區域N1以內的電極接收來自手指的感測訊號。

於另一實施例中，當控制模組140選定一取像元作為選定元且電性連接對應選定元的區域N1內的電極，控制模組140可以控制區域N1以內的至少一電極或是所有電極作為驅動電極以發出驅動訊號且控制區域N1以內的電極接收來自手指的感測訊號。

於再一實施例中，當控制模組140選定一取像元作為選定元且電性連接對應選定元的區域N1內的電極，控制模組140可以控制所有取像元110的頂電極111以及所有的輔助元120的輔助電極121都作為驅動電極以發出驅動訊號且控制區域N1以內的電極接收來自手指的感測訊號。

圖7為本發明一實施例的指紋辨識方法的流程概要圖。請參閱圖7，本發明之一實施例的指紋辨識方法適用於一指紋感測裝置100，且包括依序掃描多個取像元以選定其中一個取像元110作為一選定元(步驟S1)以及電性連接對應選定元的區域N1內的每一電極，以接收感測訊號(步驟S2)。

於步驟S1，控制模組140能夠透過自訂或是預設的掃描順序依序對每一取像元行A1或是取像元列A2進行掃描以選定其中一取像元110作為一選定元。例如是，控制模組140可以更包括驅動單元(未繪示)以及多條掃描線(未繪示)，並且驅動單元依序驅動此些掃描線以於此些取像元110陣列中選定出一個取像元110。須說明的是，在兩次相鄰的掃描時點之間，當前時點的選定元係為前一時點的選定元整體向旁側移動至少一個電極而選定。

於步驟S2，控制模組140係將對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的區域N1內的電極彼此電性連接，以接收感測訊號。於此實施例中，請參閱圖6以及配合參閱圖1，控制模組140包括時序控制器141、M+P個第一時序控制線T1以及至少N+Q個第二時序控制線T2、多個開關電路SW1~SW4而與此些取像元110以及此些輔助元120電性連接。放大處理電路130可以設置於每一取像元行A1之外，而此些第一時序控制線T1對應各取像元行A1而與各放大處理電路130電性連接。須說明的是，由於控制模組140根據放大處理電路130的設置方式而透過不同的電性設計來電性連接區域N1內的電極，故於此，在步驟S2的一些實施例中，步驟2可以包括步驟S21a以及步驟S21b。於步驟S21a，時序控制器141可透過部分的開關電路SW1控制對應選定元周圍的P+1個第一時序控制線T1，以使此些選定元周圍的P+1個第一時序控制線T1與頂電極111或者或輔助元120的輔助電極121電性連接。於步驟S21b，時序控制器141可透過部分的開關電路SW2控制對應選定元周圍的Q+1個第二時序控制線T2，以使而此些對應選定元周圍的Q+1個第二時序控制線T2與頂電極111或者輔助電極121電性連接。依此，對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的區域N1內的電極能夠彼此電性連接，以接收感測訊號。

此外，在一些實施例中，指紋辨識方法更包括將區域N1所接收的感測訊號導引至對應的處理電路130(步驟S4)。由於控制模組1400根據處理電路130的設置方式而透過不同的電性設計來將區域N1所接收的感測訊號導引至對應的處理電路130，故於此，在步驟S4的一些實施例中，步驟4可以是步驟S41。請參閱圖7以及配合參閱圖1，控制模組140控制選定元將區域N1所接收的感測訊號透過所對應的第一時序控制線T1傳遞至對應於選定元的取像元行A1的處理電路(步驟S41)，從而處理電路131將轉換出對應的指紋圖像。

此外，在另一些實施例中，在控制模組140控制區域N1內的電極彼此電性連接以接收來自手指的感測訊號(步驟S2)之前，指紋辨識方法可以更包括控制模組140控制至少一取像元110的頂電極111或是輔助元120的輔助電極121發出驅動訊號輸出至手指(步驟S3)。值得說明的是，控制模組140可以控制不同的電極發出驅動訊號。舉例而言，控制模組140可以控制區域N1以外的至少一頂電極111或是輔助電極121為驅動電極(步驟S31)、或者是，控制區域N1以內的至少一電極或是所有電極作為驅動電極、或者是，控制所有取像元110的頂電極111以及所有的輔助元120的輔助電極121都作為驅動電極。

在此些實施例中，步驟3(可以是但不限於步驟31、步驟32或步驟33)可以比步驟S211及步驟S212先執行，也就是說，控制模組140可以先控制區域N1以外的至少一頂電極111或是輔助電極121發出驅動訊號至手指，而後控制區域N1的所有電極(頂電極111或是輔助電極121)接收來自手指的感測訊號。不過，本發明並不以此為限。

圖8為本發明另一實施例的指紋辨識方法的流程概要圖。步驟S1與前述大致相同，故於此由步驟S2開始說明。請參閱圖8。

於步驟S2，控制模組140係將對應選定元周圍的P+1行與Q+1列的區域N1內的電極彼此電性連接。在此實施例中，請參閱圖8以及配合參閱圖4，控制模組140包括多個開關電路SW5、SW6。此些開關電路SW5、SW6設置於各個取像元110以及各輔助元120之間，而各處理電路130係設置於各取像元110內並且分別與各取像元110的頂電極111電性連接。須說明的是，由於控制模組140根據處理電路130的設置方式而透過不同的電性設計來電性連接區域N1內的電極，故於此步驟S2可以包括步驟S22。於步驟S22，控制模組140透過導通部分的開關電路SW5、SW6以使對應選定元周圍的區域N1內的電極電性連接，以接收一感測訊號。

此外，在一些實施例中，指紋辨識方法更包括將區域N1所接收的感測訊號導引至對應的處理電路130(步驟S4)。於此，在步驟S4的一些實施例中，步驟4可以是步驟S42。請參閱圖8以及配合參閱圖5，控制模組140控制選定元將區域N1接收到的感測訊號經由選定元的頂電極111傳遞至對應於選定元的處理電路130(步驟S42)，從而處理電路131將轉換出對應的指紋圖像。

同樣地，在另一些實施例中，在控制模組140控制區域N1內的電極彼此電性連接以接收來自手指的感測訊號(步驟S2)之前，指紋辨識方法可以更包括控制模組140控制至少一取像元110的頂電極111或是輔助元120的輔助電極121發出驅動訊號輸出至手指(步驟S3)。在此些實施例中，步驟3(可以是但不限於步驟31、步驟32或步驟33)可以比步驟S211及步驟S212先執行，也就是說，控制模組140可以先控制區域N1以外的至少一頂電極111或是輔助電極121發出驅動訊號至手指，而後控制區域N1的所有電極(頂電極111或是輔助電極121)接收來自手指的感測訊號。不過，本發明並不以此為限。

綜上所述，本發明實施例提供指紋感測模組及其指紋辨識方法，控制模組係以依序掃描方式由此些取像元中選定出一選定元，再將對應選定元周圍的一區域內的電極電性連接，區域整體可作為一感應電極。而後，控制模組可以控制至少一頂電極或是輔助電極發出驅動訊號至手指以作為一驅動電極，且控制區域的所有電極用以接收來自手指的感測訊號。相較於習知技術而言，由於本發明實施例的指紋感測模組是透過區域內的多個電極來做為一感應電極，因此可以增加感測面積，進而增加感應靈敏度。而且，透過區域外的至少一個電極作為驅動電極，以發出驅動訊號。

此外，所述區域內的電極數量與輔助元行和輔助元列的數量有關。所述區域包括一個選定元以及總數為[(P+1)×(Q+1)-1]個取像元110或是輔助元120，所以區域N1可以但不限於呈現(P+1)×(Q+1)的矩形陣列。

本發明實施例的指紋感測模組透過在取像元陣列的相鄰兩側設置輔助元，從而在每次電性連接選定元周圍的電極時，可以維持區域N1內的電極數量。須說明的是，區域內的電極數量與輔助元行和輔助元列的數量有關。若區域包括一個選定元以及總數為[(P+1)×(Q+1)-1]個取像元或是輔助元以呈現(P+1)×(Q+1)的陣列，則需設置P個輔助元行與Q個輔助元列於取像元陣列的相鄰兩側。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧指紋感測裝置

110、110a~110y‧‧‧取像元

111‧‧‧頂電極

120、120a~120p‧‧‧輔助元

121‧‧‧輔助電極

130、131~136‧‧‧處理電路

140‧‧‧控制模組

141‧‧‧時序控制器

A1‧‧‧取像元行

A2‧‧‧取像元列

B1‧‧‧輔助元行

B2‧‧‧輔助元列

N1、N1a~N1y‧‧‧區域

I1~I6、J1~J6、K1~K6‧‧‧開關

SW1~SW6、SW11~SW16、SW21、SW22、SW3、SW4、SW5a~SW5j、SW6a~SW6f‧‧‧開關電路

S1、S2、S211、S212、S21a、S21b、SW22、S3、S4、S41、S42‧‧‧步驟

T1、T11~T15‧‧‧第一時序控制線

T2、T21、T22‧‧‧第二時序控制線

圖1為本發明一實施例的指紋感測裝置的結構示意圖。 圖2為對應於圖1的取像元和輔助元的配置結構俯視示意圖。 圖3為本發明另一實施例的取像元和輔助元的配置結構俯視示意圖。 圖4為本發明再一實施例的取像元和輔助元的配置結構俯視示意圖。 圖5為本發明另一實施例的指紋感測裝置的結構示意圖。 圖6為對應於圖2的一實施例之動作時序圖。 圖7為本發明一實施例的指紋辨識方法的流程概要圖。 圖8為本發明另一實施例的指紋辨識方法的流程概要圖。

Claims (17)

1. 一種指紋感測裝置，包括： 多個取像元，係以M×N陣列排列，並具有M個取像元行與N個取像元列，每一該取像元包括一頂電極； 多個輔助元，係位於該取像元陣列的相鄰兩側，並具有P個輔助元行與Q個輔助元列，每一該輔助元包括一輔助電極； 多個處理電路，每一該處理電路係對應至少一該取像元；以及 一控制模組，係以依序掃描方式選定該些取像元之一作為一選定元，且該控制模組係將對應該選定元的P+1行與Q+1列的一區域的該些電極電性連接以接收一感測訊號，且該控制模組係將該被接收的感測訊號導引至對應該選定元的該處理電路。
2. 如請求項1所述之指紋感測裝置，其中該控制模組包括M+P個第一時序控制線以及N+Q個第二時序控制線，且該些第一時序控制線依序電性連接至該些取像元行以及該些輔助元行，該些第二時序控制線依序電性連接至該些取像元列以及該些輔助元列，以將對應該選定元的P+1行與Q+1列的一區域的該些電極電性連接。
3. 如請求項2所述之指紋感測裝置，該些處理電路分別透過該些第一時序控制線分別電性連接至第1個該取像元行至第M個該取像元行，該選定元透過所對應的該第一時序控制線傳遞該感測訊號至對應於該選定元的該取像元行的該處理電路。
4. 如請求項1所述之指紋感測裝置，其中該控制模組包括多個開關電路，該些開關電路依序電性連接各取像元以及各輔助元，以將對應該選定元的P+1行與Q+1列的一區域的該些電極電性連接。
5. 如請求項4所述之指紋感測裝置，其中，該些處理電路分別電性連接至每一該取像元，該選定元透過對應的該處理電路傳遞該感測訊號至對應於該選定元的該處理電路。
6. 如請求項1所述之指紋感測裝置，其中該控制模組係控制未被電性連接的該些電極的至少一發出一驅動訊號。
7. 如請求項1所述之指紋感測裝置，其中該控制模組係控制對應該選定元的P+1行與Q+1列的該區域的該些電極的至少一發出一驅動訊號。
8. 如請求項1所述之指紋感測裝置，其中該控制模組係控制所有取像元以及所有的輔助元發出一驅動訊號。
9. 一種指紋辨識方法，適用於一指紋感測裝置，包括： 依序掃描多個取像元以選定其中一該取像元作為一選定元；以及 電性連接對應該選定元的一區域的每一該電極，以接收一感測訊號。
10. 如請求項9所述之指紋辨識方法，其中電性連接對應該選定元的該區域的該步驟包括： 多個第一時序控制線依序電性連接至該些取像元行以及該些輔助元行；以及 多個第二時序控制線依序電性連接至該些取像元列以及該些輔助元列，以將對應該選定元的該區域的該些電極電性連接。
11. 如請求項10所述之指紋辨識方法，該指紋辨識方法更包括： 該選定元透過所對應的該第一時序控制線傳遞該感測訊號至對應於該選定元的該取像元行的該處理電路。
12. 如請求項9所述之指紋辨識方法，其中電性連接對應該選定元的該區域的該步驟包括： 透過多個開關電路依序電性連接該些取像元以及該些輔助元。
13. 如請求項12所述之指紋辨識方法，該指紋辨識方法更包括： 該選定元透過對應的該處理電路傳遞該感測訊號至對應於該選定元的該處理電路。
14. 如請求項9所述之指紋辨識方法，其中該指紋感測裝置更包括多個處理電路，且該些處理電路分別電性連接各該取像元，該指紋辨識方法更包括： 對應於該選定元的該運算單元接收並處理該感測訊號。
15. 如請求項9所述之指紋辨識方法，更包括： 控制該些未被電性連接的至少一該電極發送一驅動訊號。
16. 如請求項9所述之指紋辨識方法，更包括： 控制對應該選定元的P+1行與Q+1列的一區域的該些電極的至少一發出一驅動訊號。
17. 如請求項9所述之指紋辨識方法，更包括： 控制所有取像元以及所有的輔助元發出一驅動訊號。