[0001] 本发明属于指纹识别领域， 尤其涉及一种智能终端、 电容式指纹传感器及其感 测模块。

背景技术

[0002] 随着指纹识别技术的不断发展， 基于指纹识别技术的指纹传感器被广泛应用于 各种智能终端 （如手机、 平板电脑等） 中。 电容式指纹传感器因具有低器件厚 度、 低成本及低功耗等优势成为了指纹识别应用的 主流。

[0003] 现有的电容式指纹传感器包括感测模块、 读取模块及控制模块等。 如图 la所示 ， 感测模块包括由多个感测单元 11排列而成的感测阵歹 ijl和覆盖于感测阵歹 ijl之 上的绝缘介质 2。 在测量周期内， 控制模块控制多个感测单元 11分别对接触于绝 缘介质 2上的手指的多个点的指纹信息进行感测。 具体的， 如图 lb所示， 感测单 元 11包括导电极板 110及测量电路 111 ; 当手指与绝缘介质 2接触吋， 手指与多个 导电极板 110之间均形成电容 CS， 由于指纹的波峰和波谷与导电极板 110之间的 距离不相等， 因此， 指纹的波峰和波谷与导电极板 110形成的电容 CS的容值 Cs不 同， 测量电路 111将导电极板 110与手指所形成的电容的容值转换为电压信号 ， 并输出表示指纹波峰或波谷的测量值 Vo。 读取模块对多个感测单元 11输出的测 量值进行读取并处理， 即可得到完整的指纹信息。

[0004] 图 1所示的测量电路 111输出的测量值 Vo=Cs/Cf*Vb。 其中， Vb为测量周期内电 源电压所抬升的预设电压值， Cf为反馈电容 CF的容值。 为了保证指纹传感器的 测量精度， 要求 Vo不能太小。 而考虑噪声、 内部信号干扰及寄生电阻电容等因 素的影响， Cf不能太小； 且预设电压值 Vb受限于可靠性和成本不能太大。 因此 ， 同等条件下， 提高 Cs成为一种优选方案。 但考虑到指纹纹路细小的尺寸特征 和传感器的分辨率要求， 单个感测单元 11的尺寸不能做得很大， 即导电极板 110 的面积不能太大。 而电容的容值与电容的极板面积成正比， 与极板之间的距离 和介电常数成反比， 业界内常用的介质为钢化玻璃， 即介电常数基本固定， 因 此， 只能通过缩短导电极板 110与手指之间的距离， 即减小介质的厚度来达到增 大 Cs的目的， 从而导致指纹传感器不支持更高的介质厚度。

[0005] 综上可知， 现有的电容式指纹传感器存在不支持更高的介 质厚度的问题。

技术问题

[0006] 本发明的目的在于提供一种智能终端、 电容式指纹传感器及其感测模块， 旨在 解决现有的电容式指纹传感器所存在的不支持 更高的介质厚度的问题。

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 本发明是这样实现的， 一种电容式指纹传感器的感测模块， 包括由多个感测单 元以二维方式排列而成的感测阵列和覆盖于所 述感测阵列之上的绝缘介质； 所 述感测单元包括导电极板和与所述导电极板电 连接的测量电路； 在感测周期内 ， 所述测量电路将所述导电极板与接触于所述绝 缘介质上的手指之间形成的电 容的容值转换为电压信号， 并输出与所述手指的指纹的波峰或波谷对应的 测量 值； 所述导电极板的上表面设置有多个具有预设厚 度的第一导电元件， 且任意 相邻两个所述第一导电元件间隔预设距离； 所述导电极板的感测面积由所述第 一导电元件的上表面的面积、 所述第一导电元件的侧面的面积以及所述预设 距 离共同确定； 其中， 所述导电极板的上表面为所述导电极板与所述 绝缘介质相 对的一面。

[0008] 本发明还提供了一种电容式指纹传感器， 包括读取模块和控制模块， 所述电容 式指纹传感器还包括上述的感测模块；

[0009] 所述感测模块同吋与所述读取模块和所述控制 模块连接；

[0010] 所述控制模块控制所述感测模块在感测周期内 对所述手指的指纹信息进行感测 ； 所述读取模块对所述感测模块输出的测量值进 行读取， 以获取所述手指的指 纹信息。

[0011] 本发明还提供了一种智能终端， 所述智能终端包括上述的电容式指纹传感器。

发明的有益效果

有益效果

[0012] 本发明通过在电容式指纹传感器的感测单元的 导电极板上设置多个具有预设厚 度的第一导电元件， 由于任意相邻两个第一导电元件间隔预设距离 ， 因此， 可 以有效利用第一导电元件的侧面的面积， 使得在导电极板的尺寸不变的情况下 增大了导电极板的有效感测面积， 不仅提高了指纹传感器的穿透能力， 而且使 得其可以支持更高的介质厚度。

对附图的简要说明

附图说明

[0013] 图 la是现有技术和本发明实施例提供的电容式指� ��传感器的俯视图； 图 lb是现 有技术提供的电容式指纹传感器的感测模块的 截面图；

[0014] 图 2是本发明实施例提供的一种电容式指纹传感� �的感测模块的截面图；

[0015] 图 3是本发明另一实施例提供的一种电容式指纹� �感器的感测模块的截面图； [0016] 图 4是本发明实施例提供的一种电容式指纹传感� �的感测模块中的导电极板的 俯视图；

[0017] 图 5是本发明另一实施例提供的一种电容式指纹� �感器的感测模块中的导电极 板的俯视图；

[0018] 图 6是本发明实施例提供的一种电容式指纹传感� �的截面图。

本发明的实施方式

[0019] 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例 ， 对本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明， 并不用于限定本发明。

[0020] 图 la是本发明实施例提供的电容式指纹传感器的� ��视图； 图 2是本发明实施例 提供的一种电容式指纹传感器的感测模块的电 路结构示意图。 为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关的部分， 详述如下：

[0021] 如图 la所示， 一种电容式指纹传感器的感测模块 100， 包括由多个感测单元 11 以二维方式排列而成的感测阵列 1和覆盖于感测阵列 1的全部感测单元 11之上的 绝缘介质 2。

[0022] 在实际应用中， 感测阵列 1可以由多个感测单元 11以二维矩阵的方式排列而成 [0023] 在实际应用中， 绝缘介质 2可以为钢化玻璃、 塑料等绝缘介质， 还可以为其他 绝缘介质。 具体根据实际需求进行确定， 此处不做限制。

[0024] 如图 2所示， 感测单元 11包括导电极板 110和与导电极板 110电连接的测量电路 1

11。 在感测周期内， 测量电路 111将导电极板 110与接触于绝缘介质 2上的手指之 间形成的电容 CS的容值 Cs转换为电压信号， 并输出与手指的指纹的波峰或波谷 对应的测量值 Vo。

[0025] 导电极板 110的上表面设置有多个具有预设厚度的第一导 电元件 112， 且任意相 邻两个第一导电元件 112间隔预设距离； 导电极板 110的感测面积由第一导电元 件 112的上表面的面积、 第一导电元件 112的侧面的面积以及预设距离共同确定

[0026] 具体的， 导电极板 110的感测面积 S=S1+S2+S3。 其中， S1为第一导电元件 112 的上表面的面积； S2为第一导电元件 112的侧面的面积； S3为导电极板 110的上 表面未被第一导电元件 110遮挡的部分的总面积。

[0027] 在本发明实施例中， 导电极板 110的上表面为导电极板 110与绝缘介质 2相对的 一面。

[0028] 在本发明实施例中， 任意相邻两个第一导电元件 112间隔的预设距离可以相等

， 也可以不相等， 具体根据实际需求进行设置， 此处不做限制。

[0029] 当然， 预设厚度也可以根据实际需求进行设置， 此处不做具体限制。

[0030] 作为本发明一实施例， 如图 2所示， 第一导电元件 112可以与导电极板 110—体 成型。 在实际应用中， 还可以通过在导电极板 110上设置具有预设深度的凹槽来 达到相同目的， 具体根据实际需求进行设置， 此处不做限制。

[0031] 图 3是本发明另一实施例提供的一种电容式指纹� �感器的感测模块的截面图。

为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关的部分， 详述如下：

[0032] 如图 3所示， 作为本发明另一实施例， 第一导电元件 112可以通过第二导电元件

113与导电极板 110电连接。

[0033] 在实际应用中， 导电极板 110、 第一导电元件 112及第二导电元件 113均可以采 用金属材质。 当然导电极板 110、 第一导电元件 112及第二导电元件 113还可以采 用其他导电材质， 此处不做限制。 [0034] 在实际应用中， 第二导电元件 113可以为导电通孔。

[0035] 作为本发明一实施例， 如图 2和图 3所示， 感测电路 111的输入端与导电极板 110 电连接， 感测电路 111的输出端输出测量值 Vo。 其中， 感测电路 111可以采用现 有的包括幵关 SW、 反馈电容 CF及放大器 AMP的感测电路。 具体的， 幵关 SW的 第一端、 反馈电容 CF的第一端及放大器 AMP的反相输入端共接作为感测电路 111 的输入端， 幵关 SW的第二端、 反馈电容 CF的第二端及放大器 AMP的输出端共接 作为感测电路 111的输出端， 放大器 AMP的同相输入端接入参考电压 Vref。

[0036] 图 4是本发明实施例提供的一种电容式指纹传感� �的感测模块中的导电极板的 俯视图； 图 5是本发明另一实施例提供的一种电容式指纹� �感器的感测模块中的 导电极板的俯视图。 为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关的部分， 详 述如下：

[0037] 如图 4所示， 作为本发明一实施例， 第一导电元件 112可以为长方体。 进一步的

， 第一导电元件 112可以为立方体。

[0038] 如图 5所示， 作为本发明另一实施例， 第一导电元件 112还可以为柱体。 具体的

， 可以为圆柱或棱柱等， 此处不做限制。

[0039] 在实际应用中， 第一导电元件 112还可以为台体 （图中未示出） ， 例如棱台或 圆台等， 具体根据实际需求进行设置， 此处不做限制。

[0040] 在实际应用中， 第二导电元件 113可以为长方体或柱体等， 具体根据实际需求 进行设置， 此处不做限制。

[0041] 如图 4和图 5所示， 多个第一导电元件 112以 m行 xn列的矩阵方式排列； 每行第 一导电元件 112中任意相邻两个第一导电元件 112间隔第一预设距离 dl， 每列第 一导电元件 112中任意相邻两个第一导电元件 112间隔第二预设距离 d2。

[0042] 在本发明实施例中， 第一预设距离 dl与第二预设距离 d2可以相等， 也可以不相 等。 具体根据实际需求进行确定， 此处不做限制。 例如， 假设导电极板 110的长 和宽均为 50μηι (微米） ， 第一导电元件 112为长方体， 则可以设置第一导电元件

112的长和宽均为 0.5μηι， 厚度为 Ιμηι; 第一预设距离 dl和第二预设距离 d2均为 0.

5μηι。

[0043] 本发明实施例还提供了一种电容式指纹传感器 ， 图 6是本发明实施例提供的一 种电容式指纹传感器的截面图。 为了便于说明， 仅示出了与本发明实施例相关 的部分， 详述如下：

[0044] 一种电容式指纹传感器 1000， 包括读取模块 200和控制模块 300， 电容式指纹传 感器 1000还包括上述的感测模块 100。

[0045] 其中， 感测模块 100同吋与读取模块 200和控制模块 300连接。

[0046] 控制模块 300控制感测模块 100在感测周期内对手指的指纹信息进行感测； 读取 模块 200对感测模块 100输出的测量值进行读取， 以获取手指的指纹信息。

[0047] 在本发明实施例中， 控制模块 300及其控制逻辑可以与现有的电容式指纹传感 器中的控制模块和控制逻辑相同。 具体的， 控制模块 300可以通过抬升指纹传感 器的电源电压和地电压的方式控制感测模块 100对手指的指纹信息进行感测， 也 可以通过在手指上加激励信号的方式控制感测 模块 100对手指的指纹信息进行感 测， 还可以通过在放大器 AMP的同相输入端加激励信号的方式控制感测模 块 100 对手指的指纹信息进行感测。 具体可以根据实际需求进行设置， 此处不做限制

[0048] 在实际应用中， 读取模块 300可以采用现有的包括采样保持电路 （S/H电路） 和 模数转换器 （ADC) 的读取电路。 具体根据实际需求进行设置， 此处不做限制

[0049] 本发明实施例还提供了一种智能终端， 该智能终端包括上述的电容式指纹传感 器画。

[0050] 在本发明实施例中， 智能终端可以为手机、 平板电脑等终端， 还可以为其他终 端， 此处不做限制。

[0051] 以下结合工作原理对本发明提供的电容式指纹 传感器作进一步说明：

[0052] 如图 6所示， 在感测周期内， 控制模块 300控制多个感测单元 11 (为了便于观察

， 图中仅示出了一个感测单元） 分别对接触于绝缘介质 2上的手指的多个点的指 纹信息进行感测。 下面以控制模块 300通过抬升电源电压和地电压的方式对指纹 进行感测的方式为例对整个感测过程做具体说 明：

[0053] 在感测周期内， 控制模块 300先控制幵关 SW导通， 此吋， 感测模块 100输出的 感测值 Vo=Vref (预设参考电压） ； 当输出信号稳定后， 控制模块 300控制幵关 S W断幵， 且同吋将传感器的电源电压和地电压抬均升预 设预设电压值 Vb， 信号 稳定后， 感测模块 100输出的感测值 Vo=

Vref+Cs*Vb+Vb , 而前一吋刻感测模块 100输出的感测值 Vo变为 Vref+Vb， 两个 吋刻感测模块 100输出的感测值的差值 Vol=Cs/Cf*Vb (公式 1) ， 该差值 Vol即 为单个感测单元 11所感测到的单个指纹检测点的指纹信息。

本发明实施例通过提高电容 CS的容值 Cs来提高指纹传感器的检测精度。 由于 C s=eS/(4 kd) (其中， ε为绝缘介质 2的介电常数； S为导电极板 110的面积； π和 k 均为常数； d为感测距离， 即导电极板 110的上表面与手指之间的距离， 一般情 况下， 导电极板 110与绝缘介质 2之间的距离非常小， 可以忽略， 也就是说， d可 以近似理解为绝缘介质 2的厚度） ， 因此， 在不牺牲介质厚度， 且导电极板 110 的整体尺寸不变的情况下， 在导电极板 110的上表面设置多个具有预设厚度的第 一导电元件 112， 并保证任意相邻两个第一导电元件 112间隔预设距离。 具体的 ， 假设导电极板 110的长和宽均为 50μηι， 则现有技术中的导电极板 110的感测面 积 S=250( m 2 (平方微米） 。 在本发明实施例中， 设第一导电元件 112为长方体 ， 且第一导电元件 112的长和宽均为 0.5μηι， 厚度为 1μηι， 第一预设距离 dl和第二 预设距离 d2均为 0.5μηι， 则在 50μηιχ50μιη范围内共有 2500个第一导电元件 112， 那么， 在 50μηιχ50μιη范围内， 导电极板 110的感测面积 S= (θ.5μηιχ0.5μιη

+ 1μηιχ0.5μηιχ4) χ2500+1875μηι ² , 为现有技术的 3倍。

[0055] 需要说明的是， 上述原理中导电极板 110的感测面积 S的计算方法是基于感测距 离 d远大于第一导电元件 112的厚度的前提的， 在该前提下， 第一导电元件 112的 厚度可以忽略。

[0056] 由此可知， 本发明实施例提供的电容式指纹传感器通过提 高 Cs进而提高了指纹 检测精度， 且在保证导电极板 110的整体尺寸不变的情况下， 使得指纹传感器可 支持更高的介质厚度。

[0057] 本发明实施例通过在电容式指纹传感器的感测 单元的导电极板上设置多个具有 预设厚度的第一导电元件， 由于任意相邻两个第一导电元件间隔预设距离 ， 因 此， 可以有效利用第一导电元件的侧面的面积， 使得在导电极板的尺寸不变的 情况下增大了导电极板的有效感测面积， 不仅提高了指纹传感器的穿透能力， 而且使得其可以支持更高的介质厚度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。