使用阻抗傳感器柵格陣列的電子成像器及製作方法

2023-05-21 15:24:36

專利名稱：使用阻抗傳感器柵格陣列的電子成像器及製作方法
使用阻抗傳感器柵格陣列的電子成像器及製作方法背景本發明通常涉及電子感測設備，尤其是涉及用於感測位於傳感器附近或周圍的物體的傳感器。在電子感測市場 中，存在用於感測在給定位置處的物體的各種傳感器。這樣的傳感器配置成感測物體的電子特性以便感測在傳感器附近或周圍的物體的存在、物體的物理特性、物體的形狀和表面上的紋理、材料成分、生物信息、以及正被感測的物體的其它特徵和特性。傳感器可配置成通過測量例如極接近傳感器或接觸傳感器的物體的溫度、重量或各種發射例如光子、磁或原子發射或其它特性來被動地探測物體的特性。這種傳感器的例子是探測從物體發射的黑體輻射頻譜的非接觸式紅外溫度計，物體的溫度可從該非接觸式紅外溫度計來計算。其它傳感器通過直接使用刺激例如電壓或電流激勵物體、接著使用因而產生的信號確定物體的物理或電特性來工作。這種傳感器的例子是由兩個端子組成的流體探測器，一個端子使用電壓源激勵介質，而第二端子測量電流流動以確定導電流體例如水的存在。因為物體的單點測量常常提供不了關於物體的足夠信息，收集2維陣列個測量常常是有利的。可通過在物體的表面上移動線感測陣列並接著像傳真機完成的那樣完成二維圖像的逐線重建來創建阻抗的二維陣列。這種傳感器的例子是觸擊電容指紋傳感器，當手指在該傳感器上被拖動時，該傳感器測量指紋脊和谷之間的電容的差異。這樣的傳感器在該事實之後使用單獨的線信息來重建二維指紋圖像。獲得二維圖像的一種較簡單的方法是創建二維感測陣列。然而由於在陣列中所需的大量感測點，這樣的傳感器可能在成本上過高。這種傳感器的例子是二維電容指紋傳感器。這些傳感器中的很多目前被製造，但使用150mm2或更多的矽面積，且因此對很多應用成本過高。在各種應用例如用於測量人的生物特徵和特性例如指紋的生物測量傳感器、醫學應用例如醫學監控設備、流體測量監控器和很多其它傳感器應用中已經使用這些不同類型的電子傳感器。一般，各種設備的感測元件連接到配置成處理物體信息並實現對物體特徵和特性的解釋的處理器。存在對作為特定的例子的二維圖像傳感器的很多應用，且發明人與缺乏期望特徵和功能的目前技術水平抗爭。指紋傳感器例如存在了很多年，並在很多環境中用於驗證身份、提供對受限制的區域和信息的訪問以及很多其它用途。在本專利申請中，不同類型的指紋傳感器將作為傳感器應用的例子被強調，其中為了解釋的簡化，本發明是可應用的，但其它類型的應用也與這個背景討論有關並也將由本發明的詳細描述處理。這些放置傳感器可配置成感測放置在傳感器附近或周圍的物體，例如配置成從用戶的手指捕獲指紋的完整圖像並比較所捕獲的圖像與所存儲的圖像用於驗證的指紋放置傳感器。可選地，傳感器可配置成感測傳感器周圍的物體的動態運動，例如捕獲指紋的部分圖像、重建指紋圖像並比較所捕獲的圖像與所存儲的圖像用於驗證的指紋觸擊傳感器。
在這樣的應用中，成本雖然總是商業產品中的因素，但並不那麼重要一準確性和可靠性一直且仍然是極為重要的因素。一般，放置傳感器一即時感測來自用戶指紋表面的指紋圖像的傳感器的二維柵格一是明顯的選擇，且其很多設計在大部分應用中變成標準的。一旦指紋圖像被感測到並在設備中以數字形式複製，它就與預先記錄和存儲的圖像比較，且當在所捕獲的指紋圖像與所存儲的圖像之間存在匹配時，驗證完成。近年來，指紋傳感器找到途徑進入可攜式設備例如膝上型計算機、手持設備、蜂窩電話和其它設備中。雖然準確性和可靠性仍然重要，但系統部件的成本非常重要。常規放置傳感器由於一個主要原因在過去且現在仍然非常昂貴它們都使用矽傳感器表面。這些表面非常昂貴，因為矽材料與製造計算機晶片的材料一樣昂貴。計算機晶片當然經過多年之後變得更小，以減小其成本並提高其性能。指紋矽不能被製得更小的原因是它們需要保持平均指紋的尺寸，且對用戶指紋的完全掃描的需要不能簡單地被妥協。為了在驗證中的足夠的安全性，需要完整的指紋。指紋觸擊傳感器進入市場中。觸擊傳感器基本上設計有配置成當用戶相對於傳感器線在垂直方向上觸擊其手指時感測指紋特徵的線傳感器。成本較節約觸擊傳感器需要僅足以配置具有像素傳感器的陣列的線傳感器的少得多的矽。寬度基於平均指紋寬度仍然是固定的，但深度與放置傳感器比較實質上更小。一些觸擊傳感器是電容傳感器，其中指紋·表面的電容被測量並逐線被記錄。其它觸擊傳感器將小信號突發脈衝發送到指紋表面的表面中，並測量在撿拾線中的響應，再次逐線記錄指紋特徵。在任一情況下，與放置傳感器不同，完整的指紋圖像需要在用戶完成觸擊之後被重建，且單獨的線被再組合併再現以產生完整的指紋圖像。該圖像與存儲在膝上型計算機或其它設備中的指紋圖像比較，且如果存在足夠的匹配，用戶將於是被驗證出。對於電容觸擊傳感器，使用直流(DC)開關電容器技術(例如，美國專利號6，011，859)來構造第一代傳感器。該方法需要使用每像素兩個板，其間形成電容器，允許手指脊的局部存在以改變該電容器相對於空氣的值。這些DC電容配置從指紋表面獲取圖像，且不在手指表面之下穿過。因此，它們容易使用不同的欺詐技術來模仿或偽造指紋，且它們也可能在用戶的手指幹時具有差的性能。RF (射頻)傳感器以後被引入，因為一些傳感器能夠越過表面並在用戶手指的內層內讀數以感測指紋。不同的射頻以及不同形式的探測一包括振幅調製(AM)和相位調製(PM)—被各種設備利用。也有對發射機和接收機的不同配置，一種類型(例如美國專利號5，963，679)使用單個發射機環和被優化用於片上感測的多個低質量接收機的陣列。相反，另一類型(例如，美國專利號7，099，496)使用具有被優化用於片外感測的在梳狀板結構中的僅僅一個非常高質量的接收機的RF發射機的大陣列。低成本放置傳感器的發展的一個關鍵障礙是像素密度的問題和對傳感器設備的層之間的大量互連而產生的要求。用於指紋應用的一般傳感器將大約是lOmmxlOmm，具有500dpi的解析度。這樣的傳感器陣列將大約是200行乘200列，意味著將需要有在設備中的層之間的200個通孔連接。雖然半導體通孔可以相當小，用於實現矽中的傳感器的成本已被證明過高，如上所述。為了對大規模市場採用以足夠低的成本生產放置傳感器，必須使用較低成本的工藝例如電路板蝕刻。相對於與傳感器陣列本身的50um間距，在電路板通孔間距中的當前技術狀態大約是200um。此外，形成電路板的層之間的通孔所需的增加的工藝步驟明顯增加了在每層上的跡線的最小間距的容差。具有低至35um的線間距的單面電路可以容易以高產量被製造，而雙面電路需要大約60um或更大的最小線間距，這太粗糙而不能實現完整的500dpi傳感器陣列。一個另外的考慮是以類似的線密度，具有通孔的雙面電路比單面電路每單位面積貴幾倍，使高密度雙面電路對於低成本傳感器應用太昂貴。對於膝上型設備，觸擊傳感器的採用由成本推動。與放置傳感器比較，觸擊傳感器實質上較不昂貴，且膝上型設備的大部分製造商只基於價格而採用它們。成本節約是使用較小的矽面積的結果。最近，出現了使用塑料Kapton 膠帶、連接到單獨的處理器晶片(例如美國專利號7，099，496)的矽傳感器的替代品，在Kapton 膠帶上有蝕刻的感測板。這允許傳感器的矽部分與感測元件分離並允許矽遵循摩爾定律，與工藝技術中的進步成比例地在長度、寬度和深度上縮小到最佳尺寸。雖然在本領域中的這個進步實現了廉價耐用的觸擊傳感器，但它並沒有克服由從簡單的二維放置格式的變化產生的基本圖像重建和人體工程學問題。除了觸擊傳感器更便宜以外，它們也佔用主機設備中的較小不動產，無論是膝上型設備還是更小的設備，例如蜂窩電話或個人數據設備。

在大部分觸擊類傳感器中，指紋重建過程證明是比最初預期的對用戶的更大的人體工程學挑戰和對質量控制工程師的更大負擔。用戶需要被培訓來在垂直於傳感器線的實質上筆直和線性的方向上觸擊其手指以及控制接觸壓力。軟體培訓程序被編寫以幫助用戶變得更熟練，但不同的環境因素和一些因素不能可靠地重複運動給觸擊傳感器難以使用的名聲。來自現場的初始數據指示大量的人在他們購買的設備中沒有規律地使用觸擊傳感器且選擇回到使用密碼。試圖在所捕獲和重建的圖像之間的匹配過程中實現最佳準確度和性能的質量控制工程師發現錯誤拒絕(FRR)和錯誤接受(FAR)的數量在觸擊傳感器中比在放置傳感器中高得多。改進這些重建算法的企圖不能產生與放置傳感器等效的統計性能。觸擊傳感器的其它主張例如較小的主機不動產的使用並不成功。各種坡道、井和手指導軌必須併入到主機設備的表面中，以幫助用戶放置和觸擊手指。這些結構以消耗相當大的空間以及實際傳感器面積終結。最後，觸擊傳感器以佔用幾乎與放置傳感器一樣多的空間而終結。這對於大尺寸膝上型計算機不是大問題，但目前對較小的膝上型計算機和上網本、行動電話、PDA和其它小設備例如密鑰卡是可觀的問題。不動產問題對行動裝置製造商變得更是問題，行動裝置製造商現在要求指紋傳感器也充當導航設備，像滑鼠或觸控板在膝上型計算機中做的一樣。由於觸擊傳感器被構造有像素的非對稱陣列的事實，觸擊傳感器證明是對滑鼠或觸控板的差的替代品。觸擊傳感器完成探測在手指觸擊的垂直軸上的運動的良好工作，但準確地跟蹤橫向運動有困難。離軸角運動甚至更難感測，且需要相當多的處理器資源來相對於傳感器線加入該運動，並常常有解決大角的麻煩。所有這些問題的副產物是不流暢的和難以使用的運動。很清楚，低成本二維指紋傳感器陣列將服務於市場需要，但當前技術不能滿足該需要。常規電容指紋傳感器一般使用不同的電極結構來形成感測像素陣列。這些電極結構一般是正方形或圓形的，並可配置在平行板配置(例如美國專利號5，325，442和5，963，679)或共面配置(例如美國專利號6，011，859和7，099，496)中。這些現有技術方法不能配置在感測元件的低成本二維陣列中。很多電容指紋傳感器(例如美國專利號5，963，679和6，011, 859)具有必須連接到驅動和傳感電子器件的板結構，且因此需要如前所述的很多昂貴的矽管芯，驅動和傳感電子器件具有對實現不實際的互連密度除非使用矽晶片的細線多層布線能力。其它傳感器(例如美國專利號7，099，496)使用在廉價的聚合物膜上的片外感測元件，但傳感器單元結構固有地是一維的且不能擴展到二維矩陣中。對電容感測陣列的另一應用是在觸控板和觸控螢幕的領域中。因為觸控板和觸控螢幕設備由驅動和傳感跡線以及不同的傳感電極的陣列組成，它們沒有低於幾百微米的解析度的能力，使這種技術不適合於詳細的成像應用。這些設備能夠探測手指接觸或接近，但它們在正被感測的物體的主體內不提供探測精細特徵例如脊或谷所必需的空間解析度和灰度解析度。在觸控板領域中的常規技術導電地(例如美國專利號5，495，077)或電容地(例如美國出版物2006/0097991)利用一系列電極。該系列電極一般耦合到驅動和傳感跡線。在操作中，這些設備產生在標度上明顯比互連跡線本身大的像素。目的是通常感測物體的存在和運動，以使用戶能夠導航光標、在屏幕上選擇物體、或移動在屏幕上所示出的頁。因此，這些設備在感測相鄰的物體時以低解析度操作。
因此，在本領域中存在對改進的設備的需要，該設備可提供高質量和準確的放置傳感器以用在不同的應用例如指紋感測和驗證中，並且也可作為導航設備例如滑鼠或觸控板來操作。如將看到的，本發明提供以簡潔的方式處理這些和其它傳感器需要的這種設備。附圖的簡要說明圖I描繪了示出具有使驅動線和撿拾線分離的絕緣電介質層的驅動和撿拾板結構的本發明的一個實施方式的簡圖。圖2描繪了示出在極接近具有由電壓源激勵的一個驅動板的驅動和撿拾板結構處沒有物體的基本電場操作的本發明的一個實施方式的基本簡圖。圖3描繪了示出在極接近具有由電壓源激勵的一個驅動板的驅動和撿拾板結構處有物體的基本電場操作的本發明的一個實施方式的基本簡圖。圖4描繪了示出在極接近具有由電壓源激勵的一個驅動板的驅動和撿拾板結構處有和沒有物體的場強的差異的傳感器的一個實施方式的基本簡圖。圖5描繪了示出在極接近具有放大的選定撿拾板和接地的所有不活動的驅動和撿拾板的驅動和撿拾板結構處有物體的基本電場操作的本發明的一個實施方式的基本簡圖。圖6a描繪了示出在極接近活動的電極對處有包含脊表面特徵的手指或物體的基本電場操作的本發明的一個實施方式的基本簡圖。圖6b描繪了示出在極接近活動的電極對處有包含谷表面特徵的手指或物體的基本電場操作的本發明的一個實施方式的基本簡圖。圖7描繪了由集總電路部件描繪的板行和列的x-y柵格的簡圖，集總電路部件代表在每個驅動/撿拾交叉處的傳感器的電場耦合。圖8描繪了放置發明的實施方式的例子，該放置發明為了減小噪聲目的而使用差分放大器從選定的撿拾板獲取信號並將它從參考信號板減去。圖9a描繪了併入儲能電路以補償輸入加載效應的本發明的實施方式的驅動和感測復用電路。圖9b描繪了併入級聯緩衝器以最小化輸入加載效應的本發明的實施方式的驅動和感測復用電路。圖9c描繪了併入專用緩衝器用於使每次感測最小化輸入加載效應的本發明的實施方式的驅動和感測復用電路。

圖10描繪了併入處理所感測的信號的模擬接收機與執行驅動和感測線掃描功能的處理電路的本發明的實施方式。圖11描繪了併入處理所感測的信號的直接數字轉換接收機與執行驅動和感測線掃描功能的處理電路的本發明的實施方式。圖12描繪了併入在摺疊之前展平的本發明的摺疊方面的本發明的實施方式的驅動和感測跡線的布局。圖13a描繪了併入在摺疊之後的摺疊方面的本發明的實施方式的層堆疊。
圖13b描繪了併入在摺疊和組裝到剛性模塊中之後的摺疊方面的本發明的實施方式。圖14描繪了為了感測物體的特徵的目的而根據本發明配置的傳感器系統。圖15描繪了利用本發明對指紋特徵的感測的簡圖。圖16描繪了使用根據本發明配置的傳感器系統來收集二維圖像所需的過程流程步驟。圖17a描繪了使用根據本發明配置的指紋傳感器系統驗證用戶所需的過程流程步驟。圖17b描繪了從一般在用戶驗證應用中利用的指紋圖像的模板提取的過程。詳細描述如在背景中討論的，存在對二維阻抗傳感器的很多應用，且本發明為很多應用提供對現有技術中的缺點的廣泛解決方案。通常，本發明目的在於二維傳感器，其具有位於基底例如柔性基底上的傳感器線，基底可以被摺疊在本身上以形成具有彼此正交的分離的傳感器線的柵格陣列，其中不同傳感器線的交叉位置產生用於收集物體的特徵和/或特性的信息的傳感位置。在一個實施方式中，驅動線和撿拾線並不以它們將彼此導電的方式電交叉或連接，它們形成分隔的阻抗感測電極對，分隔允許驅動線投射電場，支持撿拾線接收電場，消除了對不同的電極結構的需要。與散布的電介質交叉的兩條線固有地產生阻抗感測電極對。因此，傳感器配置成激活兩個一維傳感器線以獲得識別物體的特徵和/或特性的信息的一個像素。與常規傳感器不同，根據本發明配置的傳感器可提供二維柵格，其能夠通過激活單獨的驅動線和撿拾線對並捕獲因而產生的信號來捕獲來自物體的信息的多個像素。該信號可使用邏輯或處理器電路來處理以定義物體的特徵和/或特性。例如，信息可用於產生物體的複製圖，例如指紋，並比較複製圖與安全信息用於驗證。根據本發明的一個實施方式且與常規方法相反，設備可利用在驅動線和撿拾線之間的交叉處形成的固有阻抗感測電極對。在操作中，可進一步通過使在某一時間被特定的交叉位置感測的區域附近或周圍的驅動線和撿拾線接地來使電場聚焦。這防止如果其它驅動線和撿拾線同時在感測電場可能出現的幹擾。多於一個的電極對可以被同時感測。然而，在解析度是重要因素的場合，可優選地避免彼此靠得太近的感測電極對，以避免幹擾並在感測特定解析度處的物體特徵時維持準確性。為了本描述的目的，「固有電極對」指在驅動線和撿拾線交叉位置的每個處形成的阻抗感測電極對的使用。由於本發明使用在每個交叉處的每個固有電極對作為感測元件的事實，沒有區分的幾何特徵存在於單獨的感測節點處以將它們與互連線區分開。作為結果，在驅動層和感測層之間的對準是不嚴格的，這明顯簡化了製造過程。使相鄰的不活動的驅動線和撿拾線接地限制了在每個固有電極對處形成的像素，而不需要複雜的度量，例如在現有技術(例如美國專利號5，963，679)中使用的專用保護環。替代地，在像素周圍的保護地面通過將相鄰的不活動的驅動線和撿拾線切換到地電勢中來動態地形成。這允許使用相對低解析度製造過程形成高密度像素場，因為對於給定過程的最小像素間距與最小特徵間隔相同。這轉而允許低成本製造過程和材料的使用，這是產生低成本放置傳感器的關鍵。在一個實例中，傳感器線可以由一層上的驅動線和另一層上的撿拾線組成，其中這些層以允許使傳感器線、驅動線和撿拾線分離的方式位於彼此之上，以彼此交叉來在每個交叉位置處形成阻抗感測電極對。這些交叉位置提供單獨地聚焦的電撿拾位置或像素，或物體的特徵和/或特性的多個單獨的數據點可被捕獲的電極對。高程度的場聚焦是由於 固有電極對的小尺寸以及由不活動的板提供的鄰近地面的高密度。柔性基底可具有配置有邏輯或處理器電路的第二基底，邏輯或處理器電路用於使用傳感器線來發送和接收信號以電子地捕獲關於物體的信息。可選地，可以有兩個分離的基底，其攜帶分離的傳感器線並在彼此上層疊，並且還連接到第三基底用於連接到邏輯或處理器電路。對在撿拾單元的相鄰層上的垂直線之間的交叉位置的利用極大地減小了層之間的對準要求。因為沒有在傳感器像素位置處要對準的獨特特徵，在層之間的唯一真正的對準要求是維持垂直性。如果傳感單元位置具有特定的特徵，例如對現有技術指紋傳感器的一般的平行板特徵，對準要求將包括小於像素尺寸的四分之一的X和Y位置容差，這對於500DPI解析度指紋應用來說將轉變為在每個軸上小於+/-12um。在操作中，例如使用電流源來激活驅動線，且撿拾線連接到接收電路，例如放大器/緩衝器電路，使得因而產生的電場可被捕獲。電場從驅動線穿過中間電介質絕緣層延伸到撿拾線。如果物體存在，則一些或全部電場可被物體吸收，改變電場被撿拾線接收的方式。這改變了由撿拾線和接收電路捕獲並處理的因而產生的信號，並因此指示物體的存在，且物體的特徵和特性可以通過處理信號來感測和識別。該處理可以由某種形式的邏輯或處理電路完成。在其它實施方式中，驅動所述驅動線的信號可以是覆信號，可以是變化的頻率和/或振幅、或其它信號。這將使傳感器能夠利用變化的或覆信號從不同的角度分析物體的特徵和/或特性。信號可包括不同頻率和/或振幅的同步信號，其將產生在部分或全部被物體吸收之後以不同的方式變化的結果信號，指示物體的不同特徵和特性。信號可包括不同的音調、配置為啁啾斜波的信號、以及其它信號。處理或邏輯電路可以接著用於散布來自結果信號的各種信息和數據點。在操作中，變化的或覆信號可應用到驅動線，且撿拾線將接收待處理的因而產生的電場。邏輯或處理電路可配置成處理因而產生的信號，例如如果同步信號被使用則分離出不同的頻率，使得物體的特徵和/或特性可從不同的角度得到。給定可在單獨的對處激活的像素的柵格，可用很多方式捕獲每個像素。在一個實施方式中，可激活驅動線，並可在序列中打開和關閉撿拾線以捕獲一行像素。該序列可作為掃描序列來操作。在這裡，通過將第一驅動線連接到信號源來激活第一驅動線，且接著一條撿拾線一次連接到放大器/緩衝器電路，來自在兩條線的交叉處形成的像素的信息被捕獲，且接著被切斷。然後，處理序列中的下一像素，接著另一個，然後另一個，直到處理了撿拾線的整個陣列。驅動線然後被去激活，且另一驅動線被激活，以及撿拾線再次使用這個活動的驅動線被掃描。可以依次一次執行這些操作中的一個，可同時處理幾個不相鄰的像素，或對於給定的應用，其它變化是可能的。在像素的柵格被處理之後，於是物體信息的複製圖將是可能的。參考圖I，不出了根據本發明的一個實施方式配置的傳感器100的一個實施方式的簡圖。在該配置中，撿拾線或頂板102a[m]、102b[m+l]位於絕緣電介質基底層104上， 並配置成將信號傳輸到位於極接近傳感器線處的物體的表面中。驅動線或底板106a[n]、106b[n+1]並置並實質上垂直於驅動線或板，且位於絕緣電介質基底的相對側上以形成一種柵格。撿拾線配置成接收由放置在那些電場的範圍內的物體上的阻抗特性修改的發射的電磁場。參考圖2，示出具有撿拾線或頂板202a、202b和絕緣層204、以及驅動線或底板206a、206b的傳感器200的簡圖。該圖進一步示出了電磁場208a、208b如何穿過基底在驅動線和撿拾板之間延伸。在沒有接近度內的物體的情況下，電場線在傳感器結構內和不同的線之間是均勻的。當物體存在時，電場線的一部分被物體吸收，且不穿過絕緣層返回到撿拾板。參考圖3，示出了接近傳感器300的物體310。傳感器300具有撿拾線或頂板302a、302b、絕緣電介質層304和驅動線或底板306a、306b。在操作中，該設備實例的驅動線和撿拾線可以被單獨地激活，其中驅動線/撿拾線對被激活以產生活動的電路。結果是將電場從活動的驅動板316經由電場線306a、306b傳輸到絕緣層304和物體310的組合電介質中並由活動的撿拾板接收的電路。如該圖所示的，當物體放置在活動的電極對周圍時，一些場線由物體捕獲。可以通過捕獲並記錄出現在驅動線和撿拾線的不同交叉位置處的因而產生的電場變化來電子地探測和捕獲物體中的變化，例如物體表面的峰和谷以及其它特徵。類似於基於常見電容的放置傳感器，傳感器可電子地捕獲物體表面的一種圖像，並產生物體的特徵和特性例如在下面描述的指紋傳感器例子中的指紋的特徵和特性的表示。在圖3的這個配置中，只示出一個活動的電極對。然而，本發明不限於這個特定的配置，其中對於不同的操作，一個單一的電極對、幾個電極對或甚至所有電極對可以同時是活動的。在實踐中，可能期望電極對中的少於全部的電極對在給定的時間是活動的，使得可出現在附近像素之間的任何幹擾將被最小化。在一個實施方式中，可以激活驅動線，且可以一次掃描一條或多條撿拾線，以便當驅動線和撿拾線沿著交叉位置處的線成對時可以沿著驅動線和撿拾線捕獲一行像素。這在下面結合圖5更詳細地被討論。通常，在操作中，特定的驅動線使用絕緣電介質層基底的分隔與撿拾線重疊的每個區域是可捕獲並建立感測位置的區域，該感測位置限定該區域周圍的附近物體的特性或特徵。因為在傳感器柵格的區域上存在多個感測位置，限定附近物體的特徵或特性的多個數據點可通過傳感器配置捕獲。因此，傳感器可作為平面二維傳感器來操作，其中位於傳感器上或周圍的物體可以被探測，且其特徵和特性被確定。
如在下面的實施方式和實例中所述的，本發明不限於所描述的任何特定的配置或方位，而僅限於所附權利要求、其等效形式以及還有在這個和相關應用中提交的未來的權利要求及其等效形式。此外，很多配置、尺寸、幾何結構、以及任何特定的實施方式或實例的其它特徵以及物理和操作特性可以在不同的應用中變化，而不偏離本發明的精神和範圍，其又由所附權利要求、其等效形式以及還有在這個和相關應用中提交的未來的權利要求及其等效形式限定。在下面的描述中，闡述了很多特定的細節，以便提供對本發明的徹底理解。然而，對本領域技術人員將是明顯的 ，可以在沒有這些特定的細節的情況下實踐本發明。在其它實例中，沒有詳細地示出或以示意圖或方框圖形式說明公知的電路、部件、算法和過程，以便不以不必要的細節使本發明難理解。此外，在大多數情況下，涉及材料、加工、過程定時、電路布局和管芯設計的細節被省略，因為這樣的細節並不被認為對獲得本發明的完全理解是必要的，且被認為在相關領域中的普通技術人員的理解範圍內。在下面的說明書和權利要求中始終使用某些術語來指特定的系統部件。如本領域技術人員將認識到的，部件可以由不同的名稱指代。本文檔並不打算區分開在名稱上而不是在功能上不同的部件。在下面的討論中且在權利要求中，術語「including (包括)」和「comprising (包括)」以開放式方式被使用，且因此應被解釋為意指「包括但不限於」。本文描述了本發明的實施方式。本領域的普通技術人員將認識到，本發明的下面的詳細描述僅僅是例證性的，且不打算是以任何方式限制性的。受益於本公開的這樣的技術人員容易對其自身暗示出本發明的其它實施方式。將詳細地參考如附圖所示的本發明的實現。在附圖和下面的詳細描述中始終使用相同的參考符號來指相同或相似的部件。為了清楚的利益，並沒有示出和描述本文描述的實現的所有常規特徵。當然應認識到，在任何這樣的實際實現的發展中，必須做出許多實現具體的決定，以便達到開發者的具體目標。而且，將認識到，這樣的發展努力可能是複雜和耗時的，但對於受益於本公開的本領域中普通技術人員仍然是工程設計的常規任務。在一個實施方式中，傳感器設備包括位於絕緣電介質基底上或周圍並配置成將信號傳輸到正被感測的物體的表面上的驅動線。撿拾線位於驅動線附近或周圍並配置成從物體的表面接收所傳輸的信號。為了保持驅動線和撿拾線之間的分離，基底可充當絕緣電介質或間隔層。基底可例如是基於柔性聚合物的基底。一個例子是Kapton 膠帶，其廣泛用在柔性電路例如在印表機色帶盒和其它設備中使用的那些柔性電路中。封裝可以包括這樣的柔性基底，其中驅動線可位於基底的一側上，而撿拾線可位於基底的相對側上。驅動線可以在相對於撿拾線的方向上是正交的，並可實質上垂直於撿拾線。根據本發明的一個實施方式，設備可配置有位於絕緣電介質基底的相對側上或周圍的驅動線和撿拾線，其中這三個部件的組合提供電容特性。驅動線可被激活以將電場驅動到物體上、中或周圍。撿拾線可接收起源於驅動線的電場，且這些電場可通過處理或邏輯電路來解釋以解釋正被感測的物體的特徵或特性。因此，在一個實施方式中，分離驅動線與撿拾線的層可向組件提供電容特性。如果驅動線中的一些或全部實質上全部或部分地垂直於撿拾線，則柵格可以形成。在這樣的配置中，從三維觀點看，驅動線定位和定向成關於第一平面實質上相對於彼此平行。基底的一個表面位於在第二平面中的驅動線周圍，第二平面相對於驅動線實質上平行。撿拾線定位和定向成關於第三平面實質上相對於彼此平行，第三平面實質上平行於第一和第二平面，並且也位於與驅動線的表面相對的另一基底表面周圍，使得基底實質上位於驅動線和撿拾線之間。在本描述一包括實施方式和實例的描述一中，將提到術語「平行」、「垂直」、「正交」和有關術語及描述。意圖不是並且本領域技術人員也不認為這些描述是完全限制性的。相反，本發明擴展到驅動線、撿拾線、基底或相關結構的方位和配置、以及還有部件的各種組合和排列、其放置、離彼此的距離、以及在傳感器的不同組裝中的順序。雖然發明目的在於配置有通常在像素位置處彼此交叉並配置成探測附近物體的存在以及其它特徵和特性的多條驅動線和撿拾線的傳感器，本發明不限於任何特定的配置和方位，而僅限於所附權利要求、其等效形式以及還有在這個和相關應用中提交的未來的權利要求及其等效形式。此外，將參考各種部件所位於的幾何平面的不同方位，例如驅動線和撿拾線以及 可放置在數組驅動線和撿拾線之間的基底。如果例如柔性基底被使用，則當柔性基底彎曲或以另外方式被形成或配置時，這樣的結構的使用將允許平面改變。在這樣的實施方式中將理解，本發明的某些方面目的在於在基底的相對側上並且以允許在驅動線和撿拾線的每個交叉位置處的附近物體的特定特徵和/或特性的感測的方式配置的驅動線和撿拾線。因此，數組部件(例如驅動線或撿拾線)或基底的平面(其可能是可變形的，且因此可以是分隔開實質上一致的距離的薄板)的方位可以在不同的應用中變化，而不偏離本發明的精神和範圍。此外，將參考撿拾線、撿拾板、驅動線、驅動板等，但將理解，對線或板的各種提及可以互換地使用，且不將本發明限制到任何特定的形式、幾何結構、橫截面形狀、變化的直徑或橫截面尺寸、長度、寬度、高度、深度或這樣的部件的其它物理尺寸。此外，可實現更複雜的部件來提高根據本發明配置的設備的性能，例如可使組件更容易適合於應用的小的65、45、32或22納米傳導線或碳納米管，在這些應用中，小尺寸和形狀以及低功率是期望的特性和特徵。本領域技術人員將理解，這樣的尺寸可以在不同的應用中改變，且在一些應用中甚至可能提高性能或降低功率消耗，而不偏離本發明的精神和範圍。也將參考被並置、層疊或以另外方式放置在彼此之上的各種部件。在根據本發明配置的實施方式的一個實例中，多條驅動線並置在通常平面的基底的一個表面上，而多條撿拾線並置在平面基底的相對表面上。驅動線實質上與撿拾線正交，並可被描述為實質上垂直於撿拾線。驅動線和撿拾線之間的距離可填充有將提供電容配置的基底或絕緣材料。在這裡，在基底的一側上的驅動線形成一個電容板，而在相對側上的撿拾線形成相應的電容板。在操作中，當驅動板被激活時，電場在驅動線和撿拾線之間並穿過基底產生，以形成多個電容元件。這些電容元件位於驅動線和撿拾線的每個橫截面處的區域處，基底的一部分位於這些區域之間。這是相應的驅動線和撿拾線彼此重疊的位置。在任何特定的應用中，在操作期間這三個部件相互作用的這些區域限定傳感器讀取可被進行的數據位置。也將參考傳感器線，例如傳感器驅動線和傳感器撿拾線、以及在其本身和彼此之中的方位。例如，將描述實質上平行的驅動線。這些驅動線預期被描述為由被形成、蝕刻、沉積或印刷在表面上的導電材料例如銅、錫、銀和金組成的平行導電線。本領域技術人員將認識到，由於在大部分任何製造過程中的固有缺點，這樣的導電線本質上很少是「完美的」，且因此實際上並不確切地平行。因此，它們被描述為「實質上平行的」。不同的應用可配置甚至不平行的一些驅動線，使得這些線可對線的一部分表現為平行的，且線可能必須偏離平行，以便與其它部件連接用於使設備操作，或以便在它被形成或跟蹤的基底上或周圍布線。類似地，線的單獨陣列可被描述為正交或垂直的，其中驅動線實質上與撿拾線正交或垂直。本領域技術人員將理解，各種線可以不完全彼此垂直，且在特定的應用中它們可配置成不垂直或以另外方式以不同的角度交叉。它們也可部分地垂直，其中驅動線的部分可實質上垂直於撿拾線的相應部分，且不同線的其它部分可偏離垂直，以便被布線在基底上或周圍，或連接到其它部件用於使設備操作。將結合本發明的實施方式的特定實例以及還有根據本發明配置的設備和系統的預期操作特徵和特性的描述來描述由本發明提供的這些和其它益處。在操作中，通常，驅動線可朝著接近設備的物體傳輸電磁場。撿拾線可接收起源於 驅動線並接著穿過物體和穿過基底傳輸併到撿拾線上的信號。撿拾線可以可選地接收起源於驅動線的信號，其接著穿過基底傳輸併到撿拾線上，而沒有傳遞穿過物體。這個電場可在柵格上的不同位置處變化，給出可由某種類型的邏輯或處理器電路解釋的結果信號以限定接近組件的物體的特徵和/或特性。驅動線和撿拾線可由一個或多個處理器控制以使信號能夠經由驅動線傳輸到物體，經由撿拾線從物體接收結果信號，並處理結果信號以限定物體圖像。一個或多個處理器可連接在一個單體部件中，其中驅動線和撿拾線併入在包括處理器的封裝中。在另一實施方式中，驅動線、撿拾線和基底可單獨地組裝在封裝中，其中封裝可連接到控制一般系統功能的系統處理器。以這種方式，封裝可通過與系統的輸入/輸出連接件連接而被製成系統的部分，以便與系統進行通信。這將在本質上類似於連接到膝上型計算機的麥克風，其中音頻信號由系統處理器接收，用於在從用戶接收聲音時由膝上型計算機使用。根據本發明的這個實施方式，傳感器可以作為與系統處理器通信的獨立部件被連接，以與系統處理器協力執行傳感器操作。在本發明的另一實施方式中，傳感器可配置成驅動在不同頻率處的信號，因為大部分物體——特別是人類組織和器官——的阻抗將隨著頻率極大地變化。為了測量在所感測的物體的一個或多個頻率處的復阻抗，接收機必須也能夠測量相位以及振幅。在一個實施方式中，從給定的阻抗感測電極對產生的作為結果的信號可從在本領域中稱為頻率跳躍的變化的頻率產生，其中接收機設計成跟蹤頻率的隨機、準隨機或非隨機序列。該實施方式的變形可以是稱為啁啾的線性或非線性頻率掃描。在這樣的實施方式中，人們可非常有效地測量連續範圍頻率的阻抗。在本發明的又一實施方式中，如上所述的柵格傳感器可配置成也作為指向設備來操作。這樣的設備可執行如在桌上型和膝上型計算機中使用的公知的觸控板、跟蹤球或滑鼠的功能。在該實施方式的一個實例中，可測量手指指尖的脊和谷的二維阻抗傳感器可配置成跟蹤指紋圖案的運動。現有技術觸擊指紋傳感器可執行這種功能，但由於陣列的物理不對稱性，速度校正或實時地「重建」圖像的需要使這些實現至多棘手。該傳感器也可被加倍為指紋傳感器和高質量指向設備。根據本發明配置的一種設備包括在柔性基底上的傳感器線的第一陣列和在柔性基底上的傳感器線的第二陣列，以及還有配置成處理來自傳感器線的第一和第二陣列的指紋數據的處理器。當在單個柔性基底的情況下摺疊在本身上時或當在分開的基底的情況下被並置時，單獨的傳感器線彼此交叉而沒有電短路，以形成具有充當像素的交叉位置的柵格，指紋特徵可從所述像素被感測到。在一個實施方式中，實質上平行的傳感器驅動線的陣列位於柔性基底的表面上。這些驅動線配置成將信號順序地傳輸到用戶手指的表面上，一次激活一條線。傳感器線的第二陣列類似於由實質上平行的傳感器撿拾線組成的第一陣列，這些傳感器撿拾線實質上垂直於驅動線。這些撿拾線配置成撿拾從第一陣列傳輸的信號。在第一和第二組傳感器線例如驅動線和撿拾線位於柔性基底的延伸表面的不同區段上的配置中，柔性基底還配置成摺疊到本身上以形成雙層配置。在這裡，當柔性基底摺疊到本身上時，傳感器驅動線的第一陣列變得實質上垂直於撿拾傳感器線的第二陣列。該摺疊過程產生在傳感器線的這些單獨的陣列之間的交叉位置——雖然它們必須不產生直接電接觸，使得它們獨立地操作。這些交叉位置代表配置成感測物體的像素和相對於柔性基底的表面並置的其子特徵的阻抗感測電極對。通過順序地激活單獨的行和列來完成這些像素的掃描。一旦使用驅動信號激活了驅動列，垂直的撿拾行就在選定的驅動器的整個長度上一次被掃描一行。一次只有一行是電活動的(高阻抗)，不活動的行被短路到地或復用·到它們不交叉耦合信號的狀態。當手指脊放置在活動的陣列交叉位置上時，它中斷電場的一部分，該電場否則將通過表面膜從活動的驅動列輻射到選定的行撿拾。物體的子特徵例如在指紋傳感器的情況下的脊或谷在阻抗感測電極對上的放置導致淨信號降低，因為一些電場通過人體傳導到地。在指紋傳感器的情況下，指紋脊/谷放置在阻抗感測電極對上，谷影響電場從選定的驅動線到選定的撿拾線的輻射，其比脊將影響的輻射小得多。通過比較像素脊和谷之間的信號的相對強度，可產生手指表面的二維圖像。再次參考圖1，柵格傳感器的這個一般例子現在將用於說明根據本發明配置的這樣的傳感器可如何被實現為指紋傳感器，其中物體將僅僅是在用戶手指上的指紋的表面。這個例子將通過下面的附圖傳達，用於說明根據本發明配置的阻抗傳感器的益處和新特徵。然而，本領域技術人員將認識到，任何物體可由根據本發明配置的設備感測。再次，例子和描述僅用於說明目的。在操作中，傳感器可配置成探測位於傳感器表面附近的手指表面的存在，其中驅動線可將活動的電磁場驅動到手指表面上，且撿拾線可從撿拾線接收因而產生的電磁場信號。在操作中，驅動線可產生傳遞到手指的表面上的電場，且指紋的不同特徵例如指紋表面的脊和谷和可能地人類皮膚特徵將使因而產生的信號改變，提供解釋信號以產生與指紋特徵有關的信息的基礎。在指紋傳感器的一個實施方式中，在指紋傳感器的背景中再次參考圖1，柔性基底用作絕緣電介質層104，以允許耐久性、低成本和柔韌性的有益特性。驅動線或板106a、106b位於柔性基底上，並配置成將信號傳輸到用戶的指紋特徵和結構例如脊和谷的表面上，脊和谷放置在傳感器線上或周圍。撿拾線102a、102b配置成從用戶的手指表面接收所傳輸的信號。處理器(未示出)可配置成基於從撿拾線接收的信號來收集並存儲指紋圖像。圖4示出基本傳感器單元的場交互作用。參考圖4，傳感器400的例子配置為物體傳感器，其中頂板或撿拾線402a、402b、…402η位於絕緣電介質層或基底404的一側上。底板或撿拾線406a、406b、…406η位於基底404的相對側上。電場408a、408b從底板或驅動線406a、406b穿過絕緣層或基底404延伸併到活動的頂板402a上。根據本發明，這些驅動線可一次被激活一條，以減小任何幹擾效應，但在這裡所示的電場結果用來說明部分或全部被物體吸收的電場與一點兒也沒有被物體吸收的電場之間的對比。這個信息可從在每個交叉位置處的驅動和撿拾板電極對收集，以感測接近傳感器線的物體的特徵和特性。部分地覆蓋的頂板或撿拾線402b連接到電壓計417，而未覆蓋的頂板402a連接到電壓計418。活動的驅動線或底板406b連接到AC信號源416，使電場從活動的板406b輻射。根據特定的應用，驅動線和撿拾線的數量可根據應用來變化，且它可取決於期望的成本和解析度。如可看到的，電場線408a部分地被驅動線402a和402b捕獲，而部分被物體——在這種情況下是手指410——捕獲。此外，為了說明當物體或物體特徵存在或不存在或接近給定的交叉位置時驅動線和撿拾線將展示不同的讀數，電壓計417示出對頂板或驅動線402b的響應,而電壓計418示出對頂板或驅動線402a的響應。電壓計417比較418的偏轉的差異示出在兩個電極對位置之間的電場強度的增量，一個有手指存在，而另一個沒有。參考圖5，根據本發明配置的傳感器的另一例子示出當探測到物體的存在時的驅動和撿拾配置。示出了傳感器500，其中頂板或撿拾線502a、502b、…502η位於絕緣層或基底504的一側上，而底板或驅動線506a、506b、…506η位於基底504的相對側上。再次，為了最大敏感度，撿拾線顯示在最接近正被感測的物體的層上，而驅動線顯示在基底的相對側上。電場508a、508b從底板或驅動線506a、506b穿過絕緣層或基底504延伸併到活動的頂板502b上。其它配置是可能的，也許具有在頂部上的驅動板和在底部上的撿拾板。然·而，本發明不限於與在本文公開和主張的實例和實施方式無實質不同的任何特定的配置。圖5進一步示出了位於撿拾線502b和驅動線506b的交叉處的一個選定的單獨電極對的快照，其中在圖5中被示為接地的其餘的撿拾和驅動線不是活動的。驅動線506b連接到AC電壓源516，而撿拾線502b連接到放大器/緩衝器514。一旦如這裡所示的被激活，電場線508a、508b就產生，且它們從驅動線506b輻射，並由撿拾線502b感測，將結果信號發送到放大器/緩衝器514中，並且以後由模擬和數字電路功能處理。使不活動的相鄰驅動線和撿拾線接地將電場508a和508b聚焦在活動的驅動板和撿拾板之間的交叉位置處，限制了來自正被感測的物體上的相鄰區域的串擾。當感測操作在本實施方式中繼續進行時，不同的驅動線/撿拾線交叉對可被激活以捕獲來自物體的信息的不同像素。在物體傳感器的情況下，它可捕獲關於物體的形狀的信息，且如果電特性在其表面上是不均勻的，可捕獲關於其成分的信息。再次，本發明不限於這個特定的配置，其中對於不同的操作，一個單一電極對、幾個電極對或甚至所有電極對可以同時是活動的。在實踐中，可能期望阻抗感測電極對中的少於全部的電極對在給定的時間是活動的，使得可出現在附近像素之間的任何幹擾將被最小化。在一個實施方式中，可以激活驅動線，且可以一次掃描一條或多條撿拾線，以便當驅動線和撿拾線沿著交叉位置處的線成對時可以沿著驅動線和撿拾線捕獲一行像素。因此，並仍然參考圖5，AC電壓源516可保持連接到驅動線506b，且放大器/緩衝器516的連接可循環或掃描到順序的撿拾線，使得信息的另一像素可從與驅動線506b交叉成對的另一撿拾線捕獲。一旦實質上所有撿拾線506a-n被掃描,驅動線506b可被去激活,貝Ij序列中的另一驅動線可使用AC電壓源被激活，且新的掃描可通過撿拾線開始。一旦實質上所有驅動線/撿拾線對被掃描以捕獲像素的完整二維陣列，則物體特徵和特性的二維圖像或複製圖就可產生，例如物體的形狀的複製圖和可能合成圖。作為可受益於本發明的傳感器的另一例子，可使用由本發明提供的相同創新來配置減小成本的指紋觸擊傳感器。在該實施方式中，可使用全部數量的正交驅動線來配置減小數量的撿拾線。這樣的配置將產生多線觸擊傳感器，其將採取準二維傳感器的形式，且當手指觸擊時，它將產生部分圖像或切片的拼接。這個配置的益處是減小圖像重建任務的複雜性，這對於依賴於一個完整的圖像線和第二部分圖像線來進行速度探測的當前非接觸矽傳感器是有問題的。折衷是，這個準二維陣列將必須以快得多的速率被掃描，以便跟上必須越過它觸擊的手指的變化的觸擊速度。圖6a和6b示出當探測到物體的表面特徵例如指紋脊和谷時傳感器的操作。傳 感器與圖5所示的前面的例子相同地被配置，但在這種情況下與紋理表面例如指紋交互作用。參考圖6a和b，示出了根據本發明配置的傳感器的另一例子。示出了傳感器600，其中頂板或撿拾線602a-n位於絕緣層或基底604的一側上，而底板或驅動線606a_n位於基底604的相對側上。為了最大敏感度，撿拾線顯示在最接近正被感測的物體的層上，而驅動線顯示在基底的相對側上。圖6a示出當電場線620與接近地定位的物體的谷交互作用時的電場線620，而圖6b示出當電場線621與接近地定位的物體的峰交互作用時的電場線621，這些電場線從底板驅動線606b穿過絕緣層或基底604延伸併到活動的驅動線606b上。在感測指紋的情況下，在指紋表面上的相應脊和谷可由驅動線/撿拾線交叉點的柵格捕獲，且因而產生的數據可用於再現指紋的圖像。所儲存的指紋然後可與所捕獲的指紋比較，且它們可被比較來用於驗證。這使用很多指紋匹配算法中的任一種來實現，這些指紋匹配算法作為獨立產品可從廠商得到。這樣的廠商包括Digital Persona、BioKey和CogentSystems，僅列舉幾個。也在圖6a和b中示出的是撿拾線602b和驅動線606b的單獨的傳感器線對。它們的交叉形成活動的電極對，而其餘的撿拾線和驅動線不是活動的，並將標稱地由電子開關接地。驅動線606b連接到AC電壓源616，而撿拾線602b連接到放大器/緩衝器605。一旦如這裡所示的被激活，電場線620和621就如分別在圖6a和6b所示的產生，且它們在驅動線606b和撿拾線602b之間發出，發送輻射到撿拾線602b上並連接到放大器/緩衝器605且以後由模擬和數字處理電路處理的結果信號。當感測操作在本實施方式中繼續進行時，不同的驅動線/撿拾線交叉對可被激活以捕獲來自物體的信息的不同像素。在指紋傳感器的情況下，它可捕獲關於指紋的不同特徵和特性以及甚至手指本身的主體的信息。再次，本發明不限於這個特定的配置，其中對於不同的操作，一個電極對、幾個電極對或甚至所有電極對可以同時是活動的。在實踐中，可能期望電極對中的少於全部的電極對在給定的時間是活動的，使得可出現在附近像素之間的任何幹擾將被最小化。在一個實施方式中，可以激活驅動線，且可以一次掃描一條或多條撿拾線，以便當驅動線和撿拾線沿著交叉位置處的線成對時可以沿著驅動線和撿拾線捕獲一行像素。因此，並仍然參考圖6a，電壓源616可保持連接到驅動線606b，且到放大器/緩衝器605的連接可循環或掃描到另一撿拾線，使得信息的另一像素可使用驅動線606b從另一電極對捕獲。
在圖6a和6b所示的快照中，驅動板606b保持被AC信號源616激勵，直到整列像素被掃描，而為了隔離目的，未使用的驅動板(606a、c-n等)切換到地。同樣，在一個實施方式中，一次只有一個撿拾板是活動的，且一些或實質上所有其它撿拾板切換到地以最小化串擾。掃描過程在圖6a和6b所示的快照之外繼續，序列中的下一列606c被激活(雖然該序列可以是任意的)。一旦撿拾板602a-n的整個序列被掃描，下一驅動線606d就將被激活，直到所有或實質上所有驅動線606a-n按順序激活。一旦激活了所有驅動列且對每列掃描了撿拾板，人們就將收集到等於驅動行的數量乘以撿拾列的數量的像素的完整的二維陣列。對於將產生IOxlOmm陣列或IOOmm2的500DPI傳感器，由40，000個單獨的像素組成。根據應用，所有驅動線可按順序激活，或可能它們中的一些或大部分可按順序激活。再次參考圖6a和6b，兩個導電層驅動層606和撿拾層602被電絕緣層604分離。這個絕緣層604具有高DC電阻，並具有大於I的介電常數，以允許高頻電場穿過其傳輸。在 一個實施方式中，該層602通過將單側柔性印刷電路板摺疊到本身上來產生。在另一實施方式中，它通過將電介質層放置在兩個電活動的層之間來產生，以形成雙側電路板。圖7示出由集總電路部件描繪的板行和列的x-y柵格的例子，集總電路部件代表在每個驅動/撿拾交叉處的傳感器的電場耦合。底板701a、b、c等經由開關矩陣740a_n由AC信號源716 —次驅動一個。圖7示出掃描快照，其中一個驅動開關740b在將相應的板連接到信號源的接通條件中。這使用AC信號在等於一維中的傳感器寬度的板的整個長度上激活一整行740b。相應地，每列板702a、
b、c等將通過絕緣層704和耦合電容器761a、b、c··· η撿拾AC信號。一次只有一個撿拾板是活動的，切換到緩衝放大器716。頂板702b在圖7中被示為活動的板，而所有或實質上所有其它撿拾板經由開關矩陣730a-n被短路到地，因此來自一個χ-y像素的信息被捕獲。單行保持活動，只要它採用整個數量的待掃描的撿拾板/列。每像素掃描時間將取決於操作的頻率和探測電子設備的置位時間，但不需要過快地掃描，如使用現有技術觸擊傳感器一般。另一方面，現有技術觸擊傳感器必須以非常高的像素速率掃描，以便不由於相對於可大於20cm/sec的手指速度的採樣過疏而丟失信息。捕獲速度相對於觸擊傳感器的這個減小放寬了對模擬電子設備的要求，並極大地減小了主機處理器必須實時地捕獲的數據率。這不僅減少了系統成本，而且允許通過主機設備以少得多的CPU功率和存儲器操作。這特別是對行動裝置很重要。一旦整行706b被所有或實質上所有其相應的撿拾板702a_n掃描，則序列中的下一行就通過開關矩陣740激活。這個過程繼續，直到所有或實質上所有行和列被掃描。耦合到緩衝放大器716中的信號的量是多少電容由絕緣層和在極接近區域中的手指脊或谷形成的函數。在圖6a和6b中示出了這些電場如何輻射的詳細操作。總耦合電容是對給定厚度固定的絕緣層電容704和正被感測的物體的可變拓撲電容的串聯組合。這個組合的可變部分在圖7中被示為編號為760a-n、761a-n、762a-n等的形成二維陣列的一系列可變電容器。圖8示出放置傳感器的實施方式的例子，該放置傳感器使用差分放大器880從選定的撿拾板(802a-n)獲取信號並將它從板805的參考信號減去。這些信號的電相減執行幾個功能首先寬帶共模被減去；其次，對照參考板805減去提供相當於理想脊谷的相對參考信號；第三，在兩個板中而不是穿過手指耦合的共模載波信號也被減去。當我們減去通過其它裝置而不是通過放置在傳感器上的手指耦合的載波時，在撿拾板中的蝕刻變化的第一階載波相消也出現。這對低成本的高容量製造是重要的。參考板805有意位於與撿拾板802a_n分開間隔885的傳感器的手指接觸區域的外部，間隔885比一般50um的撿拾板之間的標稱間隔大得多。在理想世界實施方式中，板805將位於擋板的塑料之下以防止手指接觸，將它放置在與其它撿拾板分開至少500um處。撿拾板802a_n中的每一個被順序地掃描，通過將它們連接到差分放大器880的撿拾開關830a-n切換。在整個撿拾行的掃描過程期間，差分放大器的正管腳保持連接到參考板805以為所有撿拾板提供相同的信號參考。圖9a對在拓撲中的放置傳感器示出前端的實例的電路圖，該拓撲使用一組單刀雙擲開關或SPDT來掃描撿拾板行並使用一組單刀單擲開關來多路復用撿拾板列。在圖9a中，我們看到當掃描過程開始時模擬開關的快照。只示出第一 SPDT開關 1044a在「接通」位置上，這允許撿拾板902a將其板信號傳送到差分放大器980中。其餘的撿拾板經由開關944a-944n被短路到地，防止它們所接收的任何撿拾信號進入差分放大器980 中。由於真實世界開關不提供完全的隔離，每個SPDT具有寄生電容945。事實上，隔離的量隨著頻率降低，一般被橫跨開關極的並聯電容器模擬。通過使用SPDT開關，當單獨的板不是活動的時，我們可使對地的這個電容分路。因為有等於撿拾板的數量的開關的大陣列，一般對於500dpi傳感器是200，對地的有效分路電容乘以這個數量。所以如果給定的開關具有O. 5皮法的寄生電容且有200個撿拾板，則有合計達100皮法的總分路電容。為了防止這個大電容從到地的活動撿拾板轉移大部分接收的信號，則在本例中使用補償電路是合乎需要的。這通過使用諧振電感器939來實現，結合寄生電容器945(每個開關一個)以及調諧電容器934和937形成經典帶通濾波電路。使用兩步驟零和峰值調諧校準過程，其中調諧電容器934和937使用在差分放大器980的加和減輸入上的相同驅動信號利用電感器939被單獨地調諧。當有來自差分放大器980的零信號時，分別使用電感器1039以及諧振電容器934和937形成的兩個帶通濾波器將被調諧到同一中心頻率。接著，電容器934和937以及電感器939使用具有在差分放大器980的加和減輸入上的相反的180度相位的差分輸入信號被調諧在一起。它們在鎖定步驟中遞增，直到確切的驅動載波頻率被達到，這出現在差分放大器980的輸出在其峰值時，使中心頻率等於載波驅動信號916的確切頻率。在系統實現中，將在每次指紋掃描之前執行校準例程，以最小化這個濾波器隨著時間和溫度的漂移。諧振電感器939需要具有至少10的Q或質量因數以給濾波器提供優化信噪比所必需的適當的帶寬特徵。圖9b示出使用聚集在一起的多組板的設備的可選實例，每組具有其自己的差分放大器。將大量並聯撿拾板分成組(每組包含較小數量的板)是不需要使用在前端中的調諧帶通濾波器的可選結構，因為寄生開關電容將被極大地減小。這將有兩個可能的優點，首先是較低的成本，且其次是有頻率靈活前端的能力。在該圖中，我們有前端的快照，其中組907a的第一開關944a是活動的。所有其它開關組907a_907n被示為不活動的，將其相應的板短路到地。因此，只有電壓或電流差分放大器980a具有傳送到它的任何板信號，電壓或電流差分放大器980b-980n具有通過其相應的開關945a_n和945r短路到地的正和負輸入，防止來自那些組的任何信號對總輸出作貢獻。差分放大器980a-980n中的每個通過電阻器987a_987n匯總到求和放大器985中。在這個快照中只有差分放大器980a具有路由到它的板信號，所以它獨立地產生到求和放大器985的輸入的信號。這個過程順序地重複，直到所有或實質上所有開關組907a-n以及整個陣列的開關板944a-n、945a-n等被完全掃描。通過劃分撿拾板陣列，在每個板上的電容輸入負載從開關的完整陣列減小到在給定板組內的開關的數量。如果我們例如將196個可能的撿拾板分成14個板的14組，導致等於14個開關(944)的寄生電容加上差分放大器的電容負載的電容負載。如果模擬開關944構造有非常低的寄生電容，則總輸入負載將小到足以不需要在前端中 的帶通電路，以便使負載電容諧振。因為集成電路製造技術改進了，我們將能夠設計具有較小的寄生電容的更小的開關，使這種方法變得更有吸引力。圖9c示出使用復用到第二級差分放大器中的單獨板緩衝器的前端電路的另一例子。如所示出的緩衝器982a到982η是設計成具有非常低的輸入電容的特殊緩衝器。在一個實施方式中，這些緩衝器可配置為單級級聯放大器，以便最小化漏極到柵極密勒電容和管芯面積。為了更好地最大化板到板絕緣，對每個輸入可使用兩組開關。在本例中包括模擬開關930a-930n以將每個選定的緩衝器復用到差分放大器980中。包括開關932以同時關閉到未被選擇的所有其它輸入緩衝器的電源。這有效地將它們置於地電勢。可選的實施方式是將輸入模擬開關放置在每個放大器的前面以允許未使用的板直接短路到地。這種方法的一個效應可能是每個板的輸入負載電容的增加。圖9c示出掃描過程的快照，其中頂板902a通過緩衝器982a被感測，緩衝器982a具有通過開關932a提供給它的功率。模擬開關930a閉合，將它路由到差分放大器980。所有其它緩衝器輸出經由模擬開關930b-n和功率開關982b-n從差分放大器980斷開。到差分放大器980的正輸入總是連接到參考板902r，向放大器提供「空」信號參考。差分放大器980用於減去噪聲和共模載波信號以及提供「空」參考載波值。圖10示出使用傳統模擬接收機技術實現的放置傳感器的特定實施方式。模擬前端以差分放大器1080開始，其中選定的撿拾板1002a-n從參考板1005減去，參考板1005位於手指接觸區域之外，提供相當於理想手指谷的參考信號。可編程增益級或PGA 1090跟隨差分放大器1090，但可集成到提供單級中的增益和削減的同一塊中。PGA 1090設計成具有足夠寬的增益範圍以補償在板蝕刻和層之間的焊接掩模厚度中的生產變化。控制處理器1030協調二維傳感器板陣列的掃描。驅動板/列1002a_1002n由控制處理器1030中的驅動板掃描邏輯1040順序地掃描。當選定的驅動板被激活時，它連接到載波信號源1016。所有不活動的驅動板連接到地。在激活序列中的下一驅動板之前，活動的驅動板保持對通過撿拾板邏輯1045掃描的整行撿拾板1002a-n足夠長。模擬混頻器1074使對照參考載波1013的增益的板信號增加。結果是基帶的經典頻譜加上以載波頻率的倍數的諧波乘積。模擬低通濾波器1025用於過濾出不需要的諧波，且必須具有足夠陡的側傾以使與二次諧波相關的信息衰減，而不失去基帶信息。
在低通濾波器之後的是必須以至少兩倍的像素速率採樣以滿足奈奎斯特標準的A/D轉換器1074。存儲緩衝器1032將具有足夠的尺寸的A/D樣本存儲在本地以跟得上主機控制器的最壞情況的時延。A/D採樣控制線1078為轉換器提供採樣時鐘，以獲取通過板行和列的按順序排列產生的連續像素信息。圖11示出使用直接數字轉換接收機技術實現的放置傳感器的一個實施方式的實例。在本例中，模擬前端以差分放大器1180開始，其中選定的撿拾板1102a-n從參考板1105減去，參考板1105位於手指接觸區域之外，提供相當於理想手指谷的參考信號。這些信號的電相減執行幾個功能首先寬帶共模被減去；其次，對照參考板1105減去提供相當於理想脊谷的相對參考信號；第三，在兩個板中而不是穿過手指耦合的共模載波信號也被減去。共模的消除在高RF噪聲環境中特別重要。當我們減去通過其它裝置而不是通過放置在傳感器上的手指耦合的載波時，在撿拾板中的蝕刻變化的第一階載波相消也出現。這對以低成本的高容量製造是重要的。可編程增益級或PGA 1190跟隨差分放大器，差分放大器可容易組合到包括可編 程增益的單個差分放大器中，如在現代集成電路設計PGA 1190中通常完成的，PGA 1190設計成具有足夠寬的增益範圍以補償在板蝕刻和層之間的焊接掩模厚度中的生產變化。控制處理器1130協調二維傳感器板陣列的掃描。驅動板/列1102a_1102n由控制處理器1130中的驅動板掃描邏輯1140順序地掃描。當選定的驅動板被激活時，它連接到載波信號源1116。所有不活動的驅動板連接到地。在激活序列中的下一驅動板之前，活動的驅動板保持對通過撿拾板邏輯1145掃描並被A/D轉換器1125捕獲的整行撿拾板1102a_n足夠長。A/D轉換器1125必須以至少兩倍的載波頻率的速率採樣以滿足奈奎斯特標準。A/D採樣控制線1107為轉換器提供採樣時鐘，以獲取通過板行和列的按順序排列產生的連續
像素信息。在A/D轉換器之後的是使A/D輸出數字地增加的數字混頻器1118，該A/D輸出在對照由數字地控制的振蕩器1110產生的參考載波的載波頻率處。結果是信號被下變頻到載波被移除的基帶。存在由這個過程產生的其它不需要的頻譜分量，即，雙倍載波邊帶，但這些可容易地被過濾出。組合的抽取器和數字濾波器1120跟隨數字混頻器1118。這個塊執行採樣下變頻，將採樣率從載波頻率的至少兩倍減小到低得多的像素速率的至少兩倍。數字濾波器將一般包括級聯積分梳狀或CIC濾波器，其移除混頻的不需要的頻譜副產物以及提高接收機信噪t匕。CIC濾波器提供在使用數字混頻器使信號下混頻到基帶之後產生窄通帶濾波器的高度有效的方式。Cic濾波器可跟隨有以較慢的抽取率運行的FIR濾波器，以校正通帶下降。由於大約100:1的採樣率的減小，相對小的控制處理器緩衝器(1132)可用於捕獲整個指紋。例如,產生40k個像素的200x200陣列可存儲在40kb緩衝器中。這與觸擊傳感器相反，觸擊傳感器必須以足夠快的速率掃描部分圖像幀，以跟上通常200ms左右的最快可允許的觸擊速度。同時，兩秒的慢觸擊也必須被容納，需要最快的存儲量的10倍。各種技術被發展以在存儲之前拋棄冗餘的樣本線，但即使這樣，實時存儲要求對於觸擊傳感器仍然大得多。這是在存儲容量被限制的片上匹配應用中的關鍵因素。此外，放置傳感器沒有超過用戶將其手指保持在適當的位置的耐心的對主機處理器的實時數據獲取或處理要求。
參考圖12，且在指紋工業中稱為柔性晶片的配置中示出了根據本發明的一個實施方式配置的傳感器1200的例子。撓性晶片是一種配置，其中處理器晶片連接到柔性基底例如Kapton 膠帶，並電連接到導電線和可能位於柔性基底上的其它部件。示出的該實例示出集成電路1210，集成電路1210可以是在矽基底上形成的邏輯電路、微處理器或用於處理從傳感器電路捕獲的像素信息的其它電路。如果被配置為指紋傳感器或其它放置傳感器，集成電路1210可以是實現下面在圖16中描述的所有或一些功能的混合信號晶片。在一個實施方式中，它具有足夠的輸入和輸出來驅動驅動線和撿拾線的200乘200線陣列，並可具有或多或少的任一的線。頂層1220由直接連接到集成電路1210的撿拾線的陣列形成。這可以是直接安裝到柔性基底而沒有接合線的倒裝晶片。在本例中，通過沿著摺疊軸1230將單層向後摺疊到本身上以產生雙層活動的傳感器區域1255來形成底層。驅動線摺疊以產生底層1225。為了布局平衡起見，驅動線在本例中分別分成左組1240和右組1242，但可以都在傳感區域的左側或右側上。左驅動板捆1240和右驅動板捆1242與交替的左饋送和右饋送交叉，以在底層1225上 形成連續的線陣列。基於柔性基底的連接器1235將功率、地和接口信號路由到外部主機或包含系統級部件的另一基底上，例如在圖16中示出和下面描述的那些基底。這些部件可包括但不限於具有存儲器的處理器、實現嵌入式匹配算法和加密/解密功能的邏輯。在可選的例子中，連接器1235可使用在另外方面稱為各向異性導電膜(ACF附著)的導電粘合劑來連接到主機基底，導電粘合劑在一些廣品中可被標記為「聞密度」。參考圖13a，示出了柔性布局結構1300的圖示。如所示，柔性層結構1300包括成像區域1350，驅動線與撿拾線在該處形成交叉位置，其中交叉位置通過將頂層1370摺疊在底層1372上、繞著柔性彎曲半徑1374將柔性基底摺疊在本身上來形成。從側視圖看，頂部柔性層1364在頂部焊接掩模1362上成層，頂部焊接掩模1362在頂部銅或撿拾線1360上成層。底層焊接掩模1370摺疊在頂部銅1360之下，且底部銅1372在焊接掩模1370之下和底部柔性層1375之上形成。參考圖13b，示出了用於安裝圖13a的柔性層結構1300的模塊結構1301的例子。本領域技術人員將理解，特定模塊的結構可根據本發明變化，以及該例子雖然示出可用於以實際實現作為基礎的模塊的實質上完整的例子，但它僅僅是一個例子且並不預期和不應被認為以任何方式限制本發明。示例性結構1301包括在其頂層上接納柔性頂層1370的剛性基底1330，柔性定位銷或塑料框架1337配置成確保驅動板與撿拾板的對準。因為感測電極對由這兩層上的驅動線和撿拾線的交叉形成，x-y對準容差要求可以為大約幾個像素，而不是子像素對準容差，如果有在這兩層之間匹配的特徵，則將需要子像素對準容差。每層上的四個安裝孔(1337)足以確保角和x-y對準。也示出了驅動器晶片1310和成像區域1350。參考圖14，提供了併入通常根據本實施方式配置的傳感器系統1402的示例性系統1400的圖示。傳感器設備可併入到系統中，或可配置為獨立的產品。作為獨立的產品，傳感器部件可被裝入殼體(未示出)中，且電連接被暴露以連接到設備或將利用這樣的設備的系統。本領域技術人員將立即看到根據本發明配置的如本文所述的傳感器可如何併入到廣泛用在不同的工業部門中的殼體中。因此，例如在系統中，機械連接、設計和結構可能必須根據特定的應用改變。例如，如果併入到膝上型設備中用作指紋傳感器，表面安裝模塊將需要用於向用戶暴露傳感器柵格線。如果併入到行動電話、個人數據助理(PDA)等中，另一類型的安裝模塊將需要符合特定的設備設計，同時提供傳感器的運算能力。再次，圖14示出併入根據本發明配置的傳感器1402的系統1400的簡圖，摺疊的柔性或剛性基底1404具有頂層1406和底層1408，且每層根據應用分別具有撿拾線或板以及驅動線或板，雖然沒有在這裡示出。示出了在頂部上有物體1410的二維感測區域1411，物體1410在指紋傳感器的情況下可以是手指，或在另一應用中的另一物體。頂層的撿拾板或線(未示出)經由通信鏈路1412與頂板處理電路1410通信，以發送所接收的結果信號。驅動線或板位於底層1408上，但在這裡沒有被顯示在底層1408上，並經由通信線1416從底板處理電路1414接收驅動信號。頂板處理電路1410包括配置成接收、放大和/或緩存或儲存從撿拾板或線接收的結果信號的前端緩衝器和放大器1416。例如圖9所示的開關陣列1418配置成從前端1416接收信號，並將所切換的信號發送到模數(A/D)轉換器1420用於轉換成數位訊號。數位訊號處理器(DSP) 1422配置成從A/D轉換器1420接收數位訊號並處理信號用於傳輸。底板處理電路1414配置成產生由位於傳感器基底1404的底層1408上的驅動板 或線使用的驅動信號，並包括用於產生信號的驅動器和掃描邏輯1424，以及用於可編程地設定驅動信號被設置的頻率的可編程頻率發生器1426。底板處理電路1414包括通信鏈路1428，同樣，頂板電路具有用於與系統總線1432通信的通信鏈路1420，系統總線1432用於在系統中將通信發送到例如處理器、存儲模塊和其它部件並接收通信。系統總線1432經由通信鏈路1436與持久性存儲器1434通信，持久性存儲器1434用於存儲算法1428、應用軟體1440、模板1442、以及由處理器1444持久和頻繁地使用的其它代碼。處理器1444包括具有邏輯的處理器邏輯和用於處理從系統總線接收並起源於傳感器1402的信號的其它電路，並且還包括配置有用於結合處理器來執行基本和複雜的算術運算的邏輯電路的算術邏輯單元1450。配置處理器存儲器1452用於處理器1444的本地存儲，例如用於存儲計算和檢索的結果用於進一步的計算。在操作中，驅動信號由處理器1444控制，且起源於底板處理電路1414的驅動信號的參數通過處理器1444設置在底板處理電路1414中。驅動信號在發生器1426中設置的參數內由邏輯1424產生，並經由通信鏈路1416發送到底板1408。這些信號產生擴展到在感測區域1411周圍的頂層1406上的撿拾線的電磁場。這些信號穿過傳感器柵格(在這裡未示出，但上文描述)上的不同像素電極對循環,且這些電磁場中的一些被物體1410 (例如指紋)吸收。結果信號由位於感測區域周圍的頂層1406上的撿拾板或線(在這裡未示出，但上文描述)撿拾。結果信號接著經由通信線1412傳輸到頂板處理電路1410，且信號被處理並傳輸到存儲器或處理器1444用於進一步的處理。一旦驅動器和掃描邏輯在柵格傳感器上的全部像素中循環過，與物體的特徵和特性有關的數據就可被定義並被系統利用。例如，在指紋傳感器系統中，圖像可以是可與所存儲的指紋圖像比較的指紋圖像，且如果存在匹配，則它可用於驗證用戶。圖15示出根據本發明配置的設備可如何應用於指紋感測應用。用戶將具有指紋(1510)的手指放置在傳感器柵格上，傳感器柵格由驅動板(1506a-1506n)和撿拾板(1502a-1502m)的交叉位置形成。圖像像素1561a感測在驅動板1506a和撿拾板1502a的電極對之上的指紋區域，像素1561a感測在驅動板1506η和撿拾板1502a的交叉，而像素1562η感測在驅動板1506η和撿拾板1502m的交叉之上的區域。
圖16示出使用圖11和14所示的本發明的實施方式來收集如圖15所示的指紋圖像所需的步驟。圖像捕獲在步驟1601開始。作為初始化的部分，行計數器在步驟1602被初始化為I。步驟1603是行掃描序列的開始。在每行開始時，列計數器在步驟1603被置位為I。在步驟1604，頂板掃描邏輯1145為選定的行啟動適當的模擬開關(1103a到1103η中的一個)。在步驟1605，單獨像素的感測在底板掃描邏輯1140使用載波信號1116激活適當的驅動板(例如，1106a到1106η中的一個)時開始。在步驟1606，來自差分放大器1180的信號在通過可編程增益放大器1190處理之後被A/D轉換器1125重複地採樣。數字混頻器1118將樣本下混頻到由數字振蕩器1110設置的基帶頻率。基帶信號接著被數字抽取濾波器過濾，以產生當前像素的信號水平值。對該步驟執行的功能在圖11的實施方式中可以可選地由圖10所示的相應模擬接收機或其它功能上類似的裝置執行。在步驟1607中，在步驟1606中得到的信號水平值存儲在相應於當前選擇的行和列的存儲緩衝器1132中的適當位置上。在步驟1608中，列號遞增，且在步驟1609中，列號被測試以確定當前的行集合是否完成。如果行還沒有完成，我們返回到步驟1605以收集行中的下一像素。如果行完成，我們繼續進行到步驟1610並使行號遞增。在步驟1611中，我們測試行號以確定是否所有的行都被掃描。如果沒有，流程返回到1603以在第一列向後開始下一行。一旦所有行都被 掃描，圖像捕獲就完成，且我們繼續進行到步驟1612，此時圖像準備進一步處理或轉移到長期存儲。本領域技術人員將認識到，行和列掃描順序可以不直接相應於陣列中的物理位置，因為一些實現可以用交錯的方式被更佳地採樣。在圖17中，如圖14所示的實例的例子在用戶驗證應用中。在步驟1701中，在處理器1444上的系統級應用1440要求用戶驗證。在步驟1702，用戶被提示提供手指用於驗證。系統等待將在步驟1703中探測的手指存在。這可通過收集如圖16所述的減小尺寸的圖像並測試手指圖像或經由其它專用硬體來執行。一旦探測到手指存在，就在步驟1704中使用圖16中所述的方法或其它實質上類似的方法來收集完整的圖像。該圖像接著被存儲並在步驟1705中轉換成如圖17Β所示的模板1712，其一般由細節點位置和類型(例如分叉1710和末端1711)的圖或可能由脊頻率和方位或兩者的某種組合組成。在步驟1707中，模板接著與在步驟1706中從持久性模板存儲器1142檢索的一個或多個註冊模板比較。如果找到匹配，則用戶在步驟1708中被驗證並被準予訪問應用。如果沒有找到匹配，則用戶在步驟1709中被拒絕，且訪問被回絕。雖然在附圖中描述和示出了某些示例性實施方式，應理解，這樣的實施方式僅僅是說明性的，而不是對廣泛發明的限制，以及本發明不限於所示出和描述的具體結構和布置，因為本領域的普通技術人員可能想到各種其它修改。因此，形成電路的不同種類、布置和數量的電晶體的連接的可選布置和/或數量、以及其它特徵和功能可出現，而不偏離本發明的精神和範圍。類似地，在本說明書中沒有明確提到的部件可包括在本發明的各種實施方式中，而不偏離本發明的精神和範圍。此外，如對本領域技術人員明顯的，被描述為在本發明的各種實施方式中被執行來產生某些部件的不同過程步驟和集成電路製造操作可容易地全部或部分地被執行以產生不同的部件，或在沒有在本說明書中明確提到的部件的不同配置中被執行，而不偏離本發明的精神和範圍。因此，應在說明性而不是限制性的意義上考慮說明書和附圖。
雖然在附圖中描述和示出了某些示例性實施方式，應理解，這樣的實施方式僅僅是說明性的，而不是對廣泛發明的限制，以及本發明不限於所示出和描述的具體結構和布置，因為本領域的普通技術人員可能想到各種其它修改。因此，應在說明性而不是限制性的意義上考慮說明書和附圖。再次，本發明在很多領 域中有應用，特別是在生物測量傳感器中。例如指紋傳感器和其它生物測量傳感器對於為了安全和方便的原因用在各種應用中正獲得增加的認可。根據本發明配置的設備、系統和方法將提高生物測量驗證過程的安全性，而不增加系統的成本。此外，本發明可擴展到將受益於部件的檢驗的設備、系統和方法。如上所述，本發明包括使主機和傳感器包括上述部件的任何組合或子集的能力，這些部件可以用對系統的預期應用最適當的方式來布置和配置。本領域技術人員將理解，本文所述的部件的不同組合和置換在本發明的精神和範圍內是可能的，本實施方式的範圍由所附權利要求、其等效形式、以及還有在未來的相關應用中提出的權利要求及其等效形式限定。本發明還可涉及由計算機處理器例如微處理器執行的很多功能。微處理器可以是專門或專用微處理器，其配置成通過執行定義本發明所體現的特定任務的機器可讀軟體代碼根據本發明來執行特定的任務。微處理器也可配置成根據本發明操作其它設備例如直接存儲存取模塊、記憶存儲設備、網際網路相關的硬體以及與數據的傳輸相關的其它設備並與這些設備通信。可使用軟體格式例如Java、C++、XML (可擴展標記語言)和可用於定義與執行關於本發明的功能操作所需的設備的操作有關的功能的其它語言來配置軟體代碼。可以用不同的形式和風格寫代碼，其中很多是本領域技術人員已知的。不同的代碼格式、代碼配置、軟體程序的風格和形式以及根據本發明配置代碼以定義微處理器的操作的其它手段將不偏離本發明的精神和範圍。在不同類型的設備例如膝上型或桌上型計算機、具有處理器或處理邏輯的手持設備、以及可能還有計算機伺服器或利用本發明的其它設備內，存在用於存儲並檢索信息同時根據本發明執行功能的不同類型的存儲設備。高速緩衝存儲設備常常包括在這樣的計算機中用於由中央處理單元使用，作為被頻繁地存儲和檢索的信息的方便的存儲位置。類似地，持久性存儲器也與這樣的計算機一起被頻繁地使用，用於維持頻繁地由中央處理單元檢索但在持久性存儲器內不經常改變的信息，與高速緩衝存儲器不同。通常還包括主存儲器，其用於存儲並檢索較大數量的信息例如數據和配置成當被中央處理單元執行時根據本發明執行功能的軟體應用。這些存儲設備可被配置為隨機存取存儲器(RAM)、靜態隨機存取存儲器(SRAM)、動態隨機存取存儲器(DRAM)、快閃記憶體和可由中央處理單元訪問來存儲並檢索信息的其它記憶存儲設備。在數據存儲和檢索操作期間，這些存儲設備變換成具有不同的狀態，例如不同的充電、不同的磁極性等。因此，根據本發明配置成的如本文所述的系統和方法實現這些存儲設備的物理變換。因此，如本文所述的本發明目的在於新穎和有用的系統和方法，其在一個或多個實施方式中能夠將存儲設備變換到不同的狀態。本發明不限於任何特定類型的存儲設備，或用於分別將信息存儲到這些存儲設備並從這些存儲設備檢索信息的任何通常使用的協議。術語「機器可讀介質」應被理解為包括存儲一組或多組指令的單個介質或多個介質(例如，集中或分布式資料庫、和/或相關的高速緩衝存儲器和伺服器)。術語「機器可讀介質」也應被理解為包括能夠存儲、編碼或傳送由機器執行的一組指令並使機器執行本發明的方法中的任一個或多個的任何介質。機器可讀介質包括提供(即，存儲和/或傳輸)以機器(例如，計算機、PDA、蜂窩電話等)可讀的形式的信息的任何機構。例如，機器可讀介質包括存儲器(例如，如上所述)；磁碟存儲介質；光學存儲介質；快閃記憶體設備；生物的電的、機械的系統；電、光、聲或其它形式的傳播信號(例如，載波、紅外信號、數位訊號等)。設備或機器可讀介質可包括微機電系統(MEMS)、納米技術設備、有機的、全息的、固態存儲設備和/或旋轉磁碟或光碟。當指令的部分分離到不同的機器中例如在計算機的互連中或作為不同的虛擬機時，設備或機器可讀介質可被分配。雖然在附圖中描述和示出了某些示例性實施方式，應理解，這樣的實施方式僅僅是說明性的，而不是對廣泛發明的限制，以及本發明不限於所示出和描述的具體結構和布置，因為本領域的普通技術人員可能想到各種其它修改。因此，應在說明性而不是限制性的意義上考慮說明書和附圖。在說明書中對「實施方式」、「一個實施方式」、「一些實施方式」或「其它實施方式」的提及意指結合實施方式描述的特定特徵、結構或特性包括在至少一些實施方式中，但不一定是所有實施方式。各種表述「實施方式」、「一個實施方式」或「一些實施方式」不一定都指相同的實施方式。如果說明書規定部件、特徵、結構或特性「可以」、「也許」或「可能」被包 括，則特定的部件、特徵、結構或特性不要求被包括。如果說明書或權利要求提到「一(a)」或「一(an)」元件，這並不意味著只有一個元件。如果說明書或權利要求提到「額外的」元件，這並不排除有多於一個的額外元件。方法、系統和設備包括生物測量系統使用新穎方法的改進的安全性操作和配置。這樣的系統將極大地受益於增加的安全性特徵，特別是在金融交易中。雖然在檢驗生物測量設備例如指紋傳感器的設備、系統和相關方法的上下文中描述和示出了本實施方式，本發明的範圍擴展到這樣的功能是有用的其它應用。此外，雖然前述描述參考本發明的特定實施方式，應認識到，這些僅僅說明本發明，以及可對這些實施方式進行改變，而不偏離本發明的原理，本發明的範圍由所附權利要求及其等效形式限定。
權利要求
1.一種阻抗傳感器,包括 多條實質上平行的驅動線，其配置成將信號傳輸到位於附近的物體；以及 多條實質上平行的撿拾線，其實質上垂直於所述驅動線定位且通過電介質與所述撿拾線分離開以形成固有的電極對，所述固有的電極對在每個驅動和撿拾交叉位置處是阻抗敏感的。
2.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述電介質是具有位於其上的所述驅動線和所述撿拾線兩者的柔性基底。
3.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述電介質是具有一起在表面上形成的所述驅動線和所述撿拾線兩者的柔性基底，其中所述表面被摺疊以形成所述交叉位置的柵格。
4.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線塗覆有電介質材料，且所述柔性基底被摺疊且所述電介質塗層在折層的內部，使得所述電介質塗層形成將所述驅動線和所述撿拾線分離開的絕緣層。
5.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線被配置在單一柔性電介質基底上，所述單一柔性電介質基底被背對背地摺疊且所述基底在折層的內部，使得所述基底變成將所述驅動線和所述撿拾線分離開的絕緣層。
6.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線被配置在單一柔性基底上，所述單一柔性基底被摺疊且所述驅動線和所述撿拾線在折層內部且用電介質間隔器電分離以形成多層設備。
7.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線被配置在基底的分離開的層上。
8.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線被配置在分離開的層上，其中所述層中的至少一個是由柔性基底、剛性基底、玻璃、陶瓷和剛性板中的一個製成。
9.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線被配置在基底的分離開的側面上。
10.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線被配置在柔性的、剛性的、玻璃的和陶瓷的基底中的一個的分離開的側面上。
11.如權利要求I所述的傳感器，其中所述驅動和撿拾交叉位置被以足以分辨位於附近的物體的拓撲特徵的節距間隔開。
12.如權利要求I所述的傳感器，其中所述驅動和撿拾交叉位置被以形成聚焦的阻抗位置的矩陣的節距間隔開，所述聚焦的阻抗位置的矩陣能夠區分位於附近的物體的電介質成分中的局部變化。
13.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中每個驅動和撿拾線交叉位置限定像素位置，其中電場從穿過的驅動線延伸到穿過的撿拾線以感測在所述像素位置的輻射電場的振幅和/或相位。
14.如權利要求13所述的阻抗傳感器，其中從所述驅動線輻射穿過所述像素位置的電場的一部分被在所述像素位置附近的物體部分地吸收。
15.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動和撿拾交叉位置形成單獨的像素，所述單獨的像素配置成捕獲在每個交叉位置產生的聚焦的感測位置處的圖像信息。
16.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述驅動線和所述撿拾線被配置在單一柔性基底上，所述單一柔性基底關於其本身摺疊以形成雙層設備，所述傳感器還包括 掃描邏輯，其配置成獲取每個形成的交叉位置處的信號。
17.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中由所述交叉位置形成的所述固有的電極對被用於感測每個交叉位置周圍的局部阻抗。
18.如權利要求17所述的阻抗傳感器，其中每條驅動和撿拾線的所述交叉位置形成單獨的像素，所述單獨的像素配置成捕獲在所述交叉位置產生的聚焦的感測位置處的圖像信息的單一像素。
19.如權利要求17所述的阻抗傳感器，其中每條驅動和撿拾線的所述交叉位置形成單獨的像素，所述單獨的像素配置成捕獲圖像信息的多個像素。
20.如權利要求17所述的阻抗傳感器，還包括配置成產生傳遞到驅動線的AC信號的信號發生器和配置成處理來自撿拾線的結果信號的信號處理器，其中所述驅動和撿拾交叉位置形成單獨的像素，所述單獨的像素配置成捕獲圖像信息的多個像素。
21.如權利要求20所述的阻抗傳感器，其中所述信號發生器被配置成產生以同時多頻音、單獨的音調的序列或作為啁啾的任何形式的多重激勵頻率。
22.如權利要求20所述的阻抗傳感器，其中所述信號發生器被配置成每次將信號傳輸到至少一條驅動線。
23.如權利要求20所述的阻抗傳感器，其中所述信號發生器被配置成每次將信號傳輸到至少一條驅動線，並且其中在所述信號被傳輸時剩餘的驅動線被接地。
24.如權利要求20所述的阻抗傳感器，其中所述信號發生器被配置成實質上同時地將信號傳輸到多條驅動線。
25.如權利要求20所述的阻抗傳感器，其中所述信號發生器被配置成每次將信號傳輸到至少一條驅動線，並且其中所述信號處理器被配置成在驅動線是活動的時從多條撿拾線接收結果信號。
26.如權利要求28所述的阻抗傳感器，其中所述信號發生器被配置成從掃描過程從多條撿拾線接收信號。
27.如權利要求I所述的阻抗傳感器，還包括配置成每次將信號傳輸到至少一條驅動線的信號發生器，並且其中所述信號處理器被配置成在至少一條驅動線是活動的時從多條撿拾線接收結果信號。
28.如權利要求I所述的阻抗傳感器，還包括配置成每次將信號傳輸到至少一條驅動線的信號發生器，並且其中在所述信號被傳輸時剩餘的驅動線被接地，其中至少一條撿拾線被配置成接收結果信號並且其中當任何撿拾線在接收結果信號時剩餘的撿拾線被接地。
29.如權利要求I所述的阻抗傳感器，其中所述信號發生器被配置成每次將信號傳輸到至少一條驅動線，並且其中在所述信號被傳輸時剩餘的驅動線被接地，其中至少一條撿拾線被配置成接收結果信號並且其中當任何撿拾線在接收結果信號時相鄰的撿拾線被接地。
30.如權利要求29所述的阻抗傳感器，其中當撿拾線在接收結果信號時在所述撿拾線附近相鄰的撿拾線在10條撿拾線的範圍內。
31.如權利要求I所述的阻抗傳感器，還包括探測系統，所述探測系統被配置成在進一步處理之前將與正被感測的所述物體接觸的撿拾板上的信號從與正被感測的所述物體隔離的撿拾板上的信號減去。·
全文摘要
提供了新穎的阻抗傳感器，其具有配置成將信號傳輸到位於附近的物體的表面中的多個實質上平行的驅動線，以及還有定向成實質上垂直於所述驅動線並通過電介質與所述撿拾線分離開以形成在每個驅動和撿拾交叉位置處阻抗敏感的固有電極對的多個實質上平行的撿拾線。
文檔編號G06F3/045GK102893248SQ201180014237
公開日2013年1月23日 申請日期2011年1月13日 優先權日2010年1月15日
發明者佛瑞德·G·班克利三世 申請人:皮科菲爾德技術公司