(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指コンデンサを生成するために指に励起信号を印加するように構成された指紋検出回路であって、
前記指コンデンサの１つに接続された反転入力端子、基準電圧端子に接続された非反転入力端子、及び、前記指コンデンサの１つの容量値に応じた出力電圧を出力する出力端子を有する信号増幅器と、
コンデンサと、
前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とにそれぞれ接続され、前記出力電圧が前記指コンデンサの１つの前記容量値と非線形関係を有するように、前記コンデンサを前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とに接続させる制御を行うように構成されたスイッチユニットと、を備える、
指紋検出回路。
【請求項２】
前記スイッチユニットを介して前記コンデンサに接続された第１電源をさらに備え、
前記スイッチユニットは、前記コンデンサを充電するように前記第１電源を制御する、又は、前記第１電源から切り離されるように前記コンデンサを制御する、ように構成されている、
請求項１に記載の指紋検出回路。
【請求項３】
前記基準電圧端子は接地端子である、
請求項１又は２に記載の指紋検出回路。
【請求項４】
前記スイッチユニットは、第１スイッチと第２スイッチとを備え、
前記第１スイッチは、前記コンデンサの第１端子に接続された第１選択端子と、前記第１電源の第１電極に接続された第１電源端子と、前記信号増幅器の前記反転入力端子に接続された第１接続端子と、を備え、
前記第２スイッチは、前記コンデンサの第２端子に接続された第２選択端子と、前記第１電源の第２電極に接続された第２電源端子と、前記信号増幅器の前記出力端子に接続された第２接続端子と、を備え、
前記第１選択端子は、前記第１接続端子又は前記第１電源端子に接続されるように構成され、かつ、前記第２選択端子は、前記第２接続端子又は前記第２電源端子に接続されるように構成されている、
請求項２に記載の指紋検出回路。
【請求項５】
前記第１選択端子が、前記第１接続端子に接続され、かつ、前記第１電源端子から切り離される場合であって、かつ、前記第２選択端子が、前記第２接続端子に接続され、かつ、前記第２電源端子から切り離される場合に、前記コンデンサは、前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とに接続され、かつ、前記第１電源から切り離される、
請求項４に記載の指紋検出回路。
【請求項６】
前記第１選択端子が、前記第１電源端子に接続され、かつ、前記第１接続端子から切り離される場合であって、かつ、前記第２選択端子が、前記第２電源端子に接続され、かつ、前記第２接続端子から切り離される場合に、前記第１電源は、前記コンデンサを充電するように構成されている、
請求項４に記載の指紋検出回路。
【請求項７】
前記指コンデンサの１つの前記容量値が、下記の式
Ｖｏ＝（Ｖｃ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）
但し、Ｖｏは、前記出力電圧であり、Ｖｔは、前記励起信号の励起電圧であり、Ｃｘは、前記指コンデンサの１つの前記容量値であり、Ｃｉは、前記コンデンサの容量値であり、Ｖｃは、前記コンデンサの前記第１端子と前記第２端子との間の電圧である、
に従って決定される、
請求項４から６のいずれか一項に記載の指紋検出回路。
【請求項８】
第２電源をさらに備え、
前記基準電圧端子は、前記第２電源の出力端子であり、前記スイッチユニットは、前記コンデンサに並列に接続されており、
前記スイッチユニットが開かれた場合、前記コンデンサは、前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とにそれぞれ連絡され、
前記スイッチユニットが閉じられた場合、前記コンデンサは、短絡されて、前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とにそれぞれ連絡されない、
請求項１に記載の指紋検出回路。
【請求項９】
前記指コンデンサの１つの前記容量値は、下記の式
Ｖｏ＝（Ｖｓ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）
但し、Ｖｏは、前記出力電圧であり、Ｖｔは、前記励起信号の励起電圧であり、Ｃｘは、前記指コンデンサの１つの前記容量値であり、Ｃｉは、前記コンデンサの容量値であり、Ｖｓは、前記第２電源の電圧である、
に従って決定される、
請求項８に記載の指紋検出回路。
【請求項１０】
サンプルホールド回路と、アナログ−デジタル変換器と、をさらに備え、
前記サンプルホールド回路は、前記信号増幅器の前記出力端子と、前記アナログ−デジタル変換器の端子と、に接続されている、
請求項１から９のいずれか一項に記載の指紋検出回路。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の指紋検出回路を備える、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、中国国家知識産権局に２０１５年２月１３日に出願された中国特許出願２０１５１００８２１３９．Ｘ号の優先権及び利益を主張し、その全内容を参照によりここに取り込む。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、指紋検出の技術分野に関し、特に、指紋検出回路及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来から、チップに内蔵された容量型指紋検出回路は、小型で小電力消費という利点を有するため、この種の指紋検出回路は、携帯電話やタブレットの市場において、より好まれている。
【０００４】
上記の容量型指紋検出回路は、指紋隆線情報及び指紋谷線情報を検出する。指紋隆線と指紋検出部の感知部との距離は相対的に近く、かつ、指紋谷線と指紋検出部の感知部との距離は相対的に遠いので、指紋隆線と感知部との間で生成される隆線容量と、指紋谷線と感知部との間で生成される谷線容量とには、差がある。隆線容量と谷線容量と（以下、指紋容量という）が検出されると、指の隆線特徴及び谷線特徴を解析できる。
【０００５】
上記指紋検出回路から出力される出力電圧は、指容量（検査される容量）と線形比例の関係にある。最終的な結果は、隆線の指紋容量に対応する出力電圧と、谷線の指紋容量に対応する出力電圧と、の間の差は小さいので、指紋容量に対応する出力電圧を、処理のために予め定められた倍率で増幅させる必要がある。しかし、増幅倍率は、ある範囲で制限されても良い。増幅倍率が大き過ぎる場合、出力電圧は、データをオーバーフローさせる範囲を超えることがあるので、増幅倍率が小さ過ぎる場合、隆線の指紋容量に対応する出力電圧と、谷線の指紋容量に対応する出力電圧と、の算出される差が、小さ過ぎ、識別が困難であり、指紋検出結果を最適化できないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示の実施形態は、関連技術に存在する問題の少なくとも１つを少なくともある程度解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、指紋検出回路及び電子機器を提供する。
【０００８】
本開示の第１の観点の実施形態によれば、指紋検出回路が提供される。指紋検出回路は、指コンデンサを生成するために指に励起信号を印加するように構成され、指コンデンサの１つに接続された反転入力端子、基準電圧端子に接続された非反転入力端子、及び、指コンデンサの１つの容量値に応じた出力電圧を出力する出力端子を有する信号増幅器と、コンデンサと、信号増幅器の反転入力端子と出力端子とにそれぞれ接続され、指コンデンサの１つの容量値に対して出力電圧が非線形関係を有するように、コンデンサを信号増幅器の反転入力端子と出力端子とに接続させる制御を行うように構成されたスイッチユニットと、を備える。
【０００９】
本開示の実施形態に係る指紋検出回路では、信号増幅器の出力電圧は指コンデンサの１つの容量値に対し非線形関係を有し、後続の処理では、隆線コンデンサに対応する電圧と、谷線コンデンサに対応する電圧と、の差が比較的大きくなるように、信号増幅器の出力電圧は局所的に線形に増幅でき、信号対雑音比がより高く、後続のアルゴリズムが認識することがより容易なので、指紋検出効果が改善される。
【００１０】
本開示の第２の観点の実施形態によれば、本開示の第１の観点の実施形態に係る指紋検出回路を含む電子機器が提供される。
【００１１】
本開示の実施形態に係る電子機器では、信号増幅器の出力電圧は指コンデンサの１つの容量値に対し非線形関係を有し、後続の処理では、隆線コンデンサに対応する電圧と、谷線コンデンサに対応する電圧と、の差が比較的大きくなるように、信号増幅器の出力電圧は局所的に線形に増幅でき、信号対雑音比がより高く、後続のアルゴリズムが認識することがより容易なので、指紋検出効果が改善される。
【００１２】
本開示に付属の観点及び利点は、以下の説明で示され、それらの一部は、以下の説明で明かになるか、又は、本開示の実施によって習得される。
【００１３】
本開示の実施形態のこれら及び他の態様及び利点は、図面を参照してなされる以下の説明から明らかとなり、より容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本開示の例示的な実施形態に係る指紋検出回路を表す回路図である。
【図２】図２は、本開示の例示的な実施形態に係る指紋検出回路によって実行される指紋採集操作を表す概略図である。
【図３】図３は、本開示の他の例示的な実施形態に係る指紋検出回路を表す回路図である。
【図４】図４は、本開示の例示的な実施形態に係る電子機器を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施形態の一例がここで詳細に説明され、その例が添付の図面に示される。本開示の実施形態に対して詳細な参照がなされる。図面を参照してここで説明される実施形態は、実例及び解説であり、本開示の一般的な理解に用いられる。実施形態は、本開示を限定するものと解釈されるべきではない。同一又は類似の要素と、同一又は類似の機能を有する要素と、は、明細書を通じて同一の参照番号で示される。
【００１６】
本開示の明細書において、「第１」及び「第２」のような用語は、ここでは、説明のために使用され、相対的な重要性、若しくは、重大性を示す、若しくは、暗示する、又は、指し示される技術的特徴の番号を暗示することが意図されていないということが理解されるべきである。従って、「第１」及び「第２」を使って定義された特徴は、１以上のこの特徴からなるものでも良い。本発明の明細書において、「複数の」は、他に明記されていない限り、２以上を意味する。
【００１７】
本開示の明細書では、他に明記されていない又は限定されていない限り、「搭載された」、「接続された」、及び「連結された」という用語、並びに、それらの変形は、広く使用され、機械的な又は電気的な搭載、接続、及び、連結を包含することが理解されるべきである。機械的な又は電気的な搭載、接続、及び、連結は、二つの構成要素の内部での搭載、接続、及び、連結であっても良いし、さらに直接的な及び間接的な搭載、接続、連結であっても良く、これらのことは、本開示の詳細な実施形態を参照した当業者が理解できる。
【００１８】
本開示の異なる構成を実装するために、様々な実施形態及び実施例が以下の明細書に記載されている。本開示を簡素化するために、いくつかの要素及び設定について説明する。しかし、これらの要素及び設定は、単に例示の目的であって、本開示を限定することを目的としていない。また、参照番号は、本開示の異なる実施例で繰り返されても良い。この繰り返しは、簡素化及び明確化を目的としており、異なる実施形態及び／又は設定間の関係に言及するのではない。さらに、本開示では、様々な処理及び材料の実施例が示される。しかし、当業者は、他の処理及び／又は材料が適用可能であることを理解する。
【００１９】
以下、指紋検出回路及び電子機器について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本開示の例示的な実施形態に係る指紋検出回路の回路図である。図１に示されるように、指紋検出回路１００は、信号増幅器１０２、コンデンサ１０４、及び、スイッチユニット１０６を含む。
【００２１】
指紋を採集する場合（図２参照）、指紋検出回路１００は、指コンデンサ１１４を生成するために、励起信号を指５００に印加しても良い。例えば、指紋検出回路１００は、信号生成部１１６を介して励起信号を出力し、（不図示の）放出電極を介して指５００へ励起信号を送信しても良い。励起信号は、正弦波信号、方形波信号、又は、三角波信号のような交流信号であっても良い。交流信号の電圧振幅（以下、励起電圧という）はＶｔであり、交流信号の周波数はＳである。
【００２２】
指コンデンサ１１４は、指５００の指紋と指紋センサ５０２との間で生成される。例えば、隆線コンデンサは、指５００の指紋隆線と指紋センサ５０２との間で生成され、谷線コンデンサは、指５００の指紋谷線と指紋センサ５０２との間で生成される。隆線コンデンサと谷線コンデンサとのそれぞれは、指コンデンサ１１４といわれ、測定されるコンデンサである。
【００２３】
例えば、図２に示されるように、指紋センサ５０２は、枠５０４と、複数の指紋感知部５０６を含む二次元の検出アレイ５０８と、を含む。
【００２４】
枠５０４は、二次元の検出アレイ５０８の周囲に配置されており、指紋検出が行われる場合に、（交流信号のような）励起信号を供給する。例えば、枠５０４は、励起信号を出力する放出電極に接続されても良い。
【００２５】
各指紋感知部５０６は、指紋画像の１ピクセルを取得するように構成されている。例えば、各指紋感知部５０６は、通常、約５０μｍ＊５０μｍの大きさである。指紋感知部５０６と指５００との間に生成された指コンデンサ１１４の容量値は、指紋の隆線特徴又は谷線特徴である。従って、ある指紋感知部５０６と指５００との間にそれぞれ生成された複数の指コンデンサ１１４の容量値を検出することにより、指紋画像の隆線特徴及び谷線特徴を、複数の指コンデンサ１１４に従って解析できる。
【００２６】
実施形態では、図１に示されるように、信号増幅器１０２が各指紋感知部５０６に対応し、指コンデンサ１１４に対応した出力電圧を出力する。信号増幅器１０２の反転入力端子は、指コンデンサ１１４と接続されており、信号増幅器１０２の非反転入力端子は、電圧基準端子１１８に接続されている。信号増幅器１０２は、信号増幅器１０２の出力端子から、指コンデンサ１１４の容量値に応じて出力電圧を出力するように構成されている。
【００２７】
実施形態では、電圧基準端子１１８は接地端子である。つまり、信号増幅器１０２の非反転入力端子は、接地端子に接続されている。
【００２８】
実施形態では、コンデンサ１０４は、指紋センサの内部コンデンサ、又は、他のコンデンサであっても良く、コンデンサ１０４の容量値は、通常、固定値である。
【００２９】
スイッチユニット１０６は、信号増幅器１０２の反転入力端子と、信号増幅器１０２の出力端子と、にそれぞれ接続されており、出力電圧が指コンデンサ１１４の容量値と非線形関係を有するように、コンデンサ１０４を、信号増幅器１０２の反転入力端子と、信号増幅器１０２の出力端子と、に接続させる制御を行うように構成されている。
【００３０】
実施形態において、第１電源１０８は、スイッチユニット１０６を介してコンデンサ１０４に接続されており、スイッチユニット１０６は、第１電源１０８にコンデンサ１０４を充電させたり、コンデンサ１０４を第１電源１０８から切り離したりする制御を行うように構成されている。第１電源１０８は、例えば、第１電源１０８の第１電極が負の電極であり、かつ、第１電源１０８の第２の電極が正の電極である、指紋検出回路１００の内部電源であっても良い。
【００３１】
また、スイッチユニット１０６は、第１スイッチＳ１と第２スイッチＳ２とを含む。第１スイッチＳ１は、コンデンサ１０４の第１端子に接続された第１選択端子Ａ１、第１電源１０８の第１電極に接続された第１電源端子Ｂ１、及び、信号増幅器１０２の反転入力端子に接続された第１接続端子Ｃ１を含む。第２スイッチＳ２は、コンデンサ１０４の第２端子に接続された第２選択端子Ａ２、第１電源１０８の第２電極に接続された第２電源端子Ｂ２、及び、信号増幅器１０２の出力端子に接続された第２接続端子Ｃ２を含む。第１選択端子Ａ１は、第１接続端子Ｃ１、又は、第１電源端子Ｂ１に接続されても良いし、第２選択端子Ａ２は、第２接続端子Ｃ２、又は、第２電源端子Ｂ２に接続されても良い。第１選択端子Ａ１が、第１接続端子Ｃ１に接続され、かつ、第１電源端子Ｂ１から切り離されている場合であって、かつ、第２選択端子Ａ２が、第２接続端子Ｃ２に接続され、第２電源端子Ｂ２から切り離されている場合、コンデンサ１０４は、信号増幅器１０２の反転入力端子と、信号増幅器１０２の出力端子と、に、接続されており、かつ、第１電源１０８から切り離されている。第１選択端子Ａ１が、第１電源端子Ｂ１に接続され、かつ、第１接続端子Ｃ１から切り離されている場合であって、かつ、第２選択端子Ａ２が、第２電源端子Ｂ２に接続され、かつ、第２接続端子Ｃ２から切り離されている場合、第１電源１０８は、コンデンサ１０４の２つの端子が所定の電圧を有するように、コンデンサ１０４を充電する。
【００３２】
実施形態では、図１に示されたように、指紋検出回路１００は、サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路１１０と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１２と、を、さらに含む。サンプルホールド回路１１０は、信号増幅器１０２の出力端子と、アナログ−デジタル変換器１１２の端子と、に接続されている。サンプルホールド回路１１０は、信号増幅器１０２の出力端子からの出力電圧を、予め定められた倍率で増幅させるように構成されている。アナログ−デジタル変換器１１２は、増幅された出力電圧を数値に変換し、その数値を保存するように構成されている。指紋検出回路１００は、デジタル信号を処理する（不図示の）デジタル信号処理器をさらに含み、デジタル信号処理器は、アナログ−デジタル変換器１１２の出力端子に接続されている。信号増幅器１０２から出力された、デジタル化された電圧は、後続の演算に適している。
【００３３】
実施形態では、指コンデンサの１つの容量値は、
Ｖｏ＝（Ｖｃ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）
という式に従って決定される。但し、Ｖｏは、出力電圧であり、Ｖｔは、励起信号の励起電圧であり、Ｃｘは、指コンデンサ１１４の容量値であり、Ｃｉは、コンデンサ１０４の容量値であり、Ｖｃは、コンデンサ１０４の第１端子と第２端子との間の電圧である。上記の式によれば、信号増幅器１０２の出力電圧Ｖｏは、指コンデンサ１１４の容量値Ｃｘに対して非線形関係を有する。
【００３４】
例えば、指紋検出回路１００が初期化されると、第１選択端子Ａ１は第１電源端子Ｂ１に接続され、かつ、第２選択端子Ａ２は第２電源端子Ｂ２に接続され、第２電源端子Ｂ２は第１電源１０８の正の電極に接続され、第１電源端子Ｂ１は第１電源１０８の負の電極に接続され、第１電源１０８はコンデンサ１０４を充電する。充電後、コンデンサ１０４の電圧は、Ｖｃである。一実施形態では、Ｖｃ＝Ｖｓであり、Ｖｓは、第１電源１０８の電圧である。初期化の間、指コンデンサ１１４の２つの端子が接地され、かつ、信号生成部１１６が接地される（つまり、Ｖｔは、接地される）。その後、第１選択端子Ａ１は第１接続端子Ｃ１に接続され、第２選択端子Ａ２は第２接続端子Ｃ２に接続され、コンデンサ１０４は、信号増幅器１０２の反転端子と、信号増幅器１０２の出力端子と、に接続される。このとき、信号増幅器１０２の出力端子からの出力電圧ＶｏはＶｃに等しく、初期化が完了する。
【００３５】
指紋検出回路１００が指紋を採集するとき、信号生成部１１６は励起電圧Ｖｔを増加させ、励起電圧Ｖｔの増加中に、指コンデンサ１１４が充電される。但し、充電電荷量は、Ｑ＝Ｖｔ＊Ｃｘである。オペアンプの仮想的なショート及び仮想的なオフ特性によって、信号増幅器１０２から出力される電圧は低下し、コンデンサ１０４は、同じ量の電荷で充電する必要があるので、オペアンプの入力端子は、接地電位に維持される。そして、コンデンサ１０４に充電された電荷量は、（Ｖｃ−Ｖｏ）＊Ｃｉ＝Ｖｔ＊Ｃｘであり、従って、信号増幅器１０２の出力端子から出力された電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｃ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉである。そして、電圧Ｖｏは、サンプルホールド回路１１０によってｎ倍増幅され、アナログ−デジタル変換器１１２に入力される最終検出電圧は、Ｖａ＝ｎ＊（Ｖｃ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）である。
【００３６】
例えば、指５００が指紋センサ５０２に置かれた場合、従来の検出では、隆線コンデンサに対応する第１電圧は、Ｖｏ１＝−２Ｖであり、谷線コンデンサに対応する第２電圧が第１電圧よりも１５％少ないとすると、第２電圧は、Ｖｏ２＝−１．７Ｖである。アナログ−デジタル変換器１１２の入力範囲が０から−５Ｖである場合、サンプルホールド回路１１０は、第１電圧及び第２電圧を最大で２．５回増幅しても良い。すなわち、増幅させられた第１電圧はＶａ１＝−５Ｖであり、増幅させられた第２電圧はＶａ２＝−４．２５Ｖであり、差Ｖａ１−Ｖａ２＝−０．７５Ｖである。
【００３７】
実施形態では、指紋検出回路１００が指紋を採集するために使用される場合、コンデンサ１０４の初期化された電圧がＶｓ＝１．５Ｖである場合、検出中、第１電圧Ｖｏ１＝１．５−２＝−０．５Ｖであり、第２電圧Ｖｏ２＝１．５−１．７＝−０．２Ｖである。このとき、サンプルホールド回路１１０は、第１電圧と第２電圧を１０回増幅させても良い。すなわち、増幅させられた第１電圧はＶａ１＝−５Ｖであり、増幅させられた第２電圧はＶａ２＝−２Ｖであり、差Ｖａ１−Ｖａ２＝−３Ｖであり、従来の検出における上記差よりも−３／−０．７５＝４倍大きい。第２電圧は、第１電圧よりも６０％少なく、従来の検出における１５％よりも４倍大きい。その結果、増幅させられた第１電圧と増幅させられた第２電圧との差は比較的大きく、信号対雑音比が高く、後続のアルゴリズムが認識することがより容易である。
【００３８】
従って、第１電圧を例として挙げると、第１電圧Ｖｏ１が−０．５Ｖ（予め定められた値）以上であるかを決定でき、もしそうであれば、第１電圧は、指紋画像を生成するために使用される。もしそうでないならば、指紋検出回路１００は、出力電圧Ｖｏを調節するために、励起電圧Ｖｔとコンデンサ１０４の電圧Ｖｃとの少なくとも一つを調整できる。予め定められた値の設定においては、アナログ−デジタル変換器１１２の範囲、励起電圧Ｖｔの安全範囲、及び、コンデンサの電圧Ｖｃのような要因を考慮できる。
【００３９】
本開示の実施形態に係る指紋検出回路１００では、信号増幅器１０２の出力電圧は指コンデンサ１１４の１つの容量値に対し非線形関係を有する。後続の処理では、隆線コンデンサに対応する電圧と、谷線コンデンサに対応する電圧と、の差が比較的大きくなるように、信号増幅器１０２の出力電圧は局所的に線形に増幅でき、信号対雑音比がより高く、後続のアルゴリズムが認識することがより容易なので、指紋検出効果が改善される。
【００４０】
図３は、本開示の他の例示的な実施形態に係る指紋検出回路の回路図である。図３に示されたように、指紋検出回路２００は、信号増幅器２０２、コンデンサ２０４、スイッチユニット２０６、第２電源（図３に不図示）、サンプルホールド回路２１０、及び、アナログ−デジタル変換器２１２を含む。
【００４１】
指紋を採集する場合（図２参照）、指紋検出回路２００は、指コンデンサ２１４を生成するために指紋センサ５０２によって指５００に励起信号を印加しても良い。
【００４２】
信号増幅器２０２の反転入力端子は、指コンデンサ２１４の１つに接続されており、信号増幅器２０２の非反転入力端子は、基準電圧端子２１６に接続されており、信号増幅器２０２は、信号増幅器２０２の出力端子から指コンデンサ２１４の１つの容量に従って出力電圧を出力する。
【００４３】
実施形態において、基準電圧端子２１６は、第２電源の出力端子である。すなわち、信号増幅器２０２の非反転端子は、第２電源に接続されている。
【００４４】
実施形態において、コンデンサ２０４は、指紋センサの内部コンデンサ、又は、他のコンデンサでも良く、コンデンサ２０４の容量値は、通常、固定である。
【００４５】
スイッチユニット２０６は、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、にそれぞれ接続されており、出力電圧が指コンデンサ２１４の１つの容量値に対して非線形関係を有するように、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、にコンデンサ２０４を接続させる制御を行うように構成されている。
【００４６】
実施形態において、スイッチユニット２０６は、コンデンサ２０４に並列に接続されている。スイッチユニット２０６が開かれた場合、コンデンサ２０４は、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、にそれぞれ連絡される。つまり、スイッチユニット２０６が開かれた場合、コンデンサ２０４は、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、にそれぞれ連絡されている。スイッチユニット２０６が閉じられた場合、コンデンサ２０４は、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、から切り離される。連絡は、接続と閉路とを意味する。本実施形態において、スイッチユニット２０６が閉じられると、コンデンサ２０４が信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、に接続されていても、コンデンサ２０４が短絡され、コンデンサ２０４は、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、にそれぞれ連絡できない。
【００４７】
実施形態において、スイッチユニット２０６は、第１接続端子Ｄ１と第２接続端子Ｄ２とを含む。第１接続端子Ｄ１は、コンデンサ２０４の第１端子と、信号増幅器２０２の反転端子と、に接続されている。第２接続端子Ｄ２は、コンデンサ２０４の第２端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、に接続されている。スイッチユニット２０６が開かれる場合、コンデンサ２０４は、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、にそれぞれに連絡される。すなわち、第１接続端子Ｄ１が第２接続端子Ｄ２から切り離される。スイッチユニット２０６が閉じられる場合、コンデンサ２０４は、信号増幅器２０２の反転入力端子と、信号増幅器２０２の出力端子と、から切り離される。つまり、信号増幅器２０２の出力端子からの出力電圧が第２電源の電圧と等しくなるように、第１接続端子Ｄ１は、第２接続端子Ｄ２に接続される。コンデンサ２０４は短絡され、信号増幅器２０２の反転端子と出力端子とから切り離されるので、信号増幅器２０２の出力端子からの出力電圧に影響を与えない。
【００４８】
実施形態において、図３に示すように、指紋検出回路２００は、サンプルホールド回路２１０と、アナログ−デジタル変換器２１２と、をさらに含む。サンプルホールド回路２１０は、信号増幅器２０２の出力端子と、アナログ−デジタル変換器２１２の端子とに接続されている。サンプルホールド回路２１０は、信号増幅器２０２の出力端子からの出力電圧を予め定められた倍率で増幅させるように構成されている。アナログ−デジタル変換器２１２は、増幅された出力電圧を数値に変換し、その数値を保存するように構成されている。指紋検出回路２００は、デジタル信号を処理するデジタル信号処理器（不図示）をさらに含んでも良く、デジタル信号処理機は、アナログ−デジタル変換器２１２の出力端子に接続される。信号増幅器２０２から出力され、デジタル化された電圧は、後続の演算に適している。
【００４９】
実施形態では、指コンデンサの１つの容量値は、
Ｖｏ＝（Ｖｓ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）
という式に従って決定される。但し、Ｖｏは、出力電圧であり、Ｖｔは、励起信号の励起電圧であり、Ｃｘは、指コンデンサ２１４の１つの容量値であり、Ｃｉは、コンデンサ２０４の容量値であり、Ｖｓは、第２電源の電圧である。上記式によれば、信号増幅器２０２の出力電圧Ｖｏは、指コンデンサ２１４の１つの容量値Ｃｘに対して非線形関係を有する。
【００５０】
例えば、指紋検出回路２００が初期化された場合、スイッチユニット２０６は閉じられ、指コンデンサ２１４の２つの端子は、初期化の間に接地される。このとき、信号増幅器２０２の出力端子からの出力電圧ＶｏはＶｓに等しく、初期化が完了する。
【００５１】
指紋検出回路２００が指紋を採集するとき、スイッチユニット２０６は開かれ、信号生成部２１８は励起電圧Ｖｔを増加させ、励起電圧Ｖｔの増加中に、指コンデンサ２１４が充電される。但し、充電電荷量は、Ｑ＝Ｖｔ＊Ｃｘである。オペアンプの仮想的なショート及び仮想的なオフ特性によって、信号増幅器２０２から出力される電圧は低下し、コンデンサ２０４は、同じ量の電荷で充電する必要があるので、オペアンプの入力端子は、接地電位に維持される。そして、コンデンサ２０４に充電された電荷量は、（Ｖｓ−Ｖｏ）＊Ｃｉ＝Ｖｔ＊Ｃｘであり、このようにして、信号増幅器２０２の出力端子から出力された電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｓ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉである。そして、電圧Ｖｏは、サンプルホールド回路２１０によってｎ倍増幅され、アナログ−デジタル変換器２１２に入力される最終検出電圧は、Ｖａ＝ｎ＊（Ｖｃ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）である。そのため、信号増幅器２０２の出力電圧Ｖｏは、励起電圧Ｖｔと、コンデンサ２０４の電圧と、の少なくとも１つの調整によって調整される。
【００５２】
本開示の実施形態に係る指紋検出回路２００では、信号増幅器２０２の出力電圧は、指コンデンサ２１４の１つの容量値に対し非線形関係を有し、後続の処理では、隆線コンデンサに対応する電圧と、谷線コンデンサに対応する電圧と、の差が比較的大きくなるように、信号増幅器２０２の出力電圧は局所的に線形に増幅でき、信号対雑音比がより高く、後続のアルゴリズムが認識することがより容易なので、指紋検出効果が改善される。
【００５３】
図４は、本開示の例示的な実施形態に係る電子機器の概略図である。図４に示されるように、電子機器３００は、指紋検出回路を含む。指紋検出回路は、電子機器３００の内部に構成されても良い。指紋検出回路は、上記実施形態の上記指紋検出回路のいずれか１つであって良い。
【００５４】
本開示の実施形態に係る電子機器では、信号増幅器の出力電圧は、指コンデンサの１つの容量値に対し非線形関係を有し、後続の処理では、隆線コンデンサに対応する電圧と、谷線コンデンサに対応する電圧と、の差が比較的大きくなるように、信号増幅器の出力電圧は局所的に線形に増幅でき、信号対雑音比がより高く、後続のアルゴリズムが認識することがより容易なので、指紋検出効果が改善される。
【００５５】
実施形態において、電子機器３００は、携帯電話であって良い。他の実施形態では、電子機器３００は、タブレットＰＣ、ノートブックコンピュータ、インテリジェントウェアラブルデバイス、オーディオプレーヤー、ビデオプレーヤー、又は、指紋検出の必要があるいかなる他の電子機器であっても良いということは、理解可能である。
【００５６】
指紋センサ５０２の採集窓３０２は、電子機器３００のフロントパネル３０４に配置されても良く、このようにすると、ユーザの指紋の採集が容易である。採集窓３０２は、電子機器３００の側面又は裏面などの電子機器３００の他の位置にあっても良い。
【００５７】
このように、電子機器３００は、改善された指紋検出効果を有することができる。
【００５８】
本明細書を通じて、「実施形態」、「ある実施形態」、「一実施形態」、「他の実施例」、「実施例」、「具体例」、又は、「ある実施例」との言及は、実施形態又は実施例に関連して記述された特別な特性、構造、材料、特徴が本開示の少なくとも一の実施形態又は実施例に含まれることを意味する。このように、「ある実施形態において」、「一実施形態において」、「実施形態において」、「他の実施例において」、「実施例において」、「具体例において」、又は、「ある実施例において」などの文言が様々な場所で本明細書を通じて出現することは、本開示の同じ実施形態又は同じ実施例を必ずしも参照するのではない。さらに、特別な特性、構造、材料、特徴は、１以上の実施形態又は実施例において、任意の適切な方法で組み合わされて良い。
【００５９】
本開示の各部は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は、それらの組み合わせで実現されても良いということは、明らかである。上記実施形態では、複数のステップ又は方法は、メモリに保存され、好適な命令実行システムで実行されるソフトウェア、又は、ファームウェアによって実現されて良い。例えば、ハードウェアによって実現される場合、他の実施形態と同様に、ステップ又は方法は、当該技術分野で周知の以下の技術の１つ又は組み合わせによって実現されて良い。すなわち、データ信号の論理機能を実現する論理ゲート回路を有する離散論理回路、適切な組合せ論理ゲート回路を有する特定用途向け集積回路、プログラマブルゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等である。
【００６０】
当業者は、本開示の上記例示の方法のステップの全て、又は、一部分は、プログラムに関連したハードウェアに命令することによって達成されても良いということを理解する。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されても良い。プログラムは、コンピュータ上で実行される場合、本開示の方法の実施形態におけるステップの１つ又は組み合わせを含む。
【００６１】
さらに、本開示の実施形態の各機能セルは、１つの処理モジュールに統合されても良いし、これらのセルが別個の物理的存在であっても良いし、２以上のセルが１つの処理モジュールに統合されても良い。統合されたモジュールは、ハードウェアの形で、又は、ソフトウェア機能モジュールの形で、実現されても良い。統合されたモジュールがソフトウェア機能モジュールの形で実現され、かつ、スタンドアローン製品として販売される又は使用される場合、統合されたモジュールは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されても良い。
【００６２】
上述された記憶媒体は、読み出し専用メモリ、磁気ディスク、ＣＤ等であっても良い。本開示は、実施形態に言及して説明されたが、当業者が当該開示を実施するために知る他の実施例を本開示は含むということを、当業者は理解するということに注意が必要である。このため、本開示は、実施形態に限定されない。
【００６３】
（付記）
（付記１）
指コンデンサを生成するために指に励起信号を印加するように構成された指紋検出回路であって、
前記指コンデンサの１つに接続された反転入力端子、基準電圧端子に接続された非反転入力端子、及び、前記指コンデンサの１つの容量値に応じた出力電圧を出力する出力端子を有する信号増幅器と、
コンデンサと、
前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とにそれぞれ接続され、前記出力電圧が前記指コンデンサの１つの前記容量値と非線形関係を有するように、前記コンデンサを前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とに接続させる制御を行うように構成されたスイッチユニットと、を備える、
指紋検出回路。
【００６４】
（付記２）
前記スイッチユニットを介して前記コンデンサに接続された第１電源を備え、
前記スイッチユニットは、前記コンデンサを充電するように前記第１電源を制御する、又は、前記第１電源から切り離されるように前記コンデンサを制御する、ように構成されている、
付記１に記載の指紋検出回路。
【００６５】
（付記３）
前記基準電圧端子は接地端子である、
付記１又は２に記載の指紋検出回路。
【００６６】
（付記４）
前記スイッチユニットは、第１スイッチと第２スイッチとを備え、
前記第１スイッチは、前記コンデンサの第１端子に接続された第１選択端子と、前記第１電源の第１電極に接続された第１電源端子と、前記信号増幅器の前記反転入力端子に接続された第１接続端子と、を備え、
前記第２スイッチは、前記コンデンサの第２端子に接続された第２選択端子と、前記第１電源の第２電極に接続された第２電源端子と、前記信号増幅器の前記出力端子に接続された第２接続端子と、を備え、
前記第１選択端子は、前記第１接続端子又は前記第１電源端子に接続されるように構成され、かつ、前記第２選択端子は、前記第２接続端子又は前記第２電源端子に接続されるように構成されている、
付記１から３のいずれか一つに記載の指紋検出回路。
【００６７】
（付記５）
前記第１選択端子が、前記第１接続端子に接続され、かつ、前記第１電源端子から切り離される場合であって、かつ、前記第２選択端子が、前記第２接続端子に接続され、かつ、前記第２電源端子から切り離される場合に、前記コンデンサは、前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とに接続され、かつ、前記第１電源から切り離される、
付記４に記載の指紋検出回路。
【００６８】
（付記６）
前記第１選択端子が、前記第１電源端子に接続され、かつ、前記第１接続端子から切り離される場合であって、かつ、前記第２選択端子が、前記第２電源端子に接続され、かつ、前記第２接続端子から切り離される場合に、前記第１電源は、前記コンデンサを充電するように構成されている、
付記４に記載の指紋検出回路。
【００６９】
（付記７）
前記指コンデンサの１つの前記容量値が、下記の式
Ｖｏ＝（Ｖｃ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）
但し、Ｖｏは、前記出力電圧であり、Ｖｔは、前記励起信号の励起電圧であり、Ｃｘは、前記指コンデンサの１つの前記容量値であり、Ｃｉは、前記コンデンサの容量値であり、Ｖｃは、前記コンデンサの前記第１端子と前記第２端子との間の電圧である、
に従って決定される、
付記２から６のいずれか一つに記載の指紋検出回路。
【００７０】
（付記８）
第２電源を備え、
前記基準電圧端子は、前記第２電源の出力端子であり、前記スイッチユニットは、前記コンデンサに並列に接続されており、
前記スイッチユニットが開かれた場合、前記コンデンサは、前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とにそれぞれ連絡され、
前記スイッチユニットが閉じられた場合、前記コンデンサは、前記信号増幅器の前記反転入力端子と前記出力端子とから切り離される、
付記１に記載の指紋検出回路。
【００７１】
（付記９）
前記指コンデンサの１つの前記容量値は、下記の式
Ｖｏ＝（Ｖｓ−Ｖｔ＊Ｃｘ／Ｃｉ）
但し、Ｖｏは、前記出力電圧であり、Ｖｔは、前記励起信号の励起電圧であり、Ｃｘは、前記指コンデンサの１つの前記容量値であり、Ｃｉは、前記コンデンサの容量値であり、Ｖｓは、前記第２電源の電圧である、
に従って決定される、
付記８に記載の指紋検出回路。
【００７２】
（付記１０）
サンプルホールド回路と、アナログ−デジタル変換器と、を備え、
前記サンプルホールド回路は、前記信号増幅器の前記出力端子と、前記アナログ−デジタル変換器の端子と、に接続されている、
付記１から９のいずれか一つに記載の指紋検出回路。
【００７３】
（付記１１）
付記１から１０のいずれか一つに記載の指紋検出回路を備える、
電子機器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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