CN110192200A - 混合光学和电容性传感器 - Google Patents

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Abstract

混合电容性和光学指纹传感器系统包括：电容性传感器电极；光学图像传感器，其具有多个图像传感器像素；光调节元件，其配置成调节来自混合电容性和光学指纹传感器的感测区的光以用于由光学图像传感器检测；以及具有一个或多个控制器的处理系统，其配置成在用于混合电容性和光学指纹传感器的低功率操作模式下操作电容性传感器电极，并且配置成操作光学图像传感器以从混合电容性和光学指纹传感器的感测区获取图像。

Description

混合光学和电容性传感器
背景技术
包括触摸传感器设备（通常也被称为触摸板或接近传感器设备）以及指纹传感器设备的输入设备被广泛地用于各种电子系统中。
触摸传感器设备典型地包括通常由表面区分的感测区，在其中触摸传感器设备典型地出于允许用户提供与电子系统交互的用户输入的目的来确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。
指纹传感器设备还典型地包括感测区，在其中指纹传感器设备典型地出于关于用户的识别或用户认证的目的而确定指纹或部分指纹的存在、位置、运动和/或特征。
触摸传感器设备和指纹传感器设备因此可用于为电子系统提供接口。例如，触摸传感器设备和指纹传感器设备通常被用作用于较大计算系统的输入设备（诸如集成在笔记本电脑或台式计算机中或外设于笔记本电脑或台式计算机的不透明触摸板和指纹读取器）。触摸传感器设备和指纹传感器也经常用于较小的计算系统（诸如集成在诸如智能电话和平板电脑之类的移动设备中的触摸屏）中。
发明内容
在示例性实施例中，混合电容性和光学指纹传感器系统包括：电容性传感器电极；光学图像传感器，其具有多个图像传感器像素；光调节元件，其配置成调节来自混合电容性和光学指纹传感器的感测区的光以用于由光学图像传感器检测；以及具有一个或多个控制器的处理系统，其配置成在用于混合电容性和光学指纹传感器的低功率操作模式下操作电容性传感器电极，并且配置成操作光学图像传感器以从混合电容性和光学指纹传感器的感测区获取图像。
在另一示例性实施例中，混合电容性和光学指纹传感器包括：电容性传感器电极；光学图像传感器，其具有多个图像传感器像素；以及光调节元件，其配置成调节来自混合电容性和光学指纹传感器的感测区的光以用于由光学图像传感器检测；其中：电容性传感器电极和光调节元件部署在混合电容性和光学指纹传感器的组合的调节和电容性传感器层中，以及光学图像传感器部署在混合电容性和光学指纹传感器的光学传感器层中；或者电容性传感器电极和光学图像传感器部署在混合电容性和光学指纹传感器的组合的光学和电容性传感器层中，并且光调节元件部署在混合电容性和光学指纹传感器的调节层中。
在又一示例性实施例中，提供了一种用于具有电容性传感器电极、光调节元件和光学图像传感器的混合电容性和光学指纹传感器的处理系统。处理系统包括配置成执行处理器可执行指令以控制电容性传感器电极和光学图像传感器的一个或多个控制器，其中处理器可执行指令的执行促进：在用于混合电容性和光学指纹传感器的低功率操作模式下操作电容性传感器电极；以及操作光学图像传感器以从混合电容性和光学指纹传感器的感测区获取图像。
附图说明
图1是描绘示例性输入设备的框图。
图2A-2B是描绘另外的示例性输入设备的框图。
图3A-3C是描绘根据示例性实施例的示例性混合传感器的示意图。
图4A-4B是描绘按照图3A的示例性混合传感器的示意图。
图5A-5B是描绘按照图3B的示例性混合传感器的示意图。
图6A-6B是描绘按照图3C的示例性混合传感器的示意图。
图7A-7C是描绘图像传感器层上的像素的示例性布置的摘录的示意图。
图8是描绘用于混合传感器的电容性和光学感测元件的示例性布置的示意图。
图9是描绘示例性手指唤醒（wake-on-finger）过程的流程图。
图10是描绘用于基于来自电容性传感器部件的信息来调整用于光学传感器部件的设置的示例性过程的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上是示例性的，并且不旨在限制本公开或本公开的应用和使用。此外，并不意图受到在前述背景技术和附图说明或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论所约束。
示例性实施例提供了配置成在特别适合于不同情况的不同操作模式下使用的混合光学和电容性传感器。例如，混合光学和电容性传感器的光学传感器部件可用于提供生物计量输入的特征的相对高分辨率图像，而混合光学和电容性传感器的电容性传感器部件可用于相对低功率操作模式，诸如以提供手指唤醒（WOF）及导航（NAV）功能。因此，根据示例性实施例的混合传感器能够提供特别适合于不同使用场景的不同水平的功率消耗和传感器性能，并且还能够提供相对较强的安全性和防欺骗功能性。
图1是描绘示例输入设备100的框图。输入设备100可以配置成向电子系统（未示出）提供输入。如本文档中所使用的，术语“电子系统”（或“电子设备”）广义地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有大小和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器、个人数字助理（PDA）和可穿戴计算机（诸如智能手表和活动追踪器设备）。电子系统的附加示例包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离操纵杆或按键开关的物理键盘。电子系统的另外的示例包括外围设备，诸如数据输入设备（包括遥控装置和鼠标）和数据输出设备（包括显示屏和打印机）。其它示例包括远程终端、信息站和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等）。其它示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）和媒体设备（包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子系统可以是对输入设备的从机或主机。
输入设备100可以被实现为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统在物理上分离。视情况而定，输入设备100可使用以下各项中的任何一项或多项与电子系统的部分进行通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包括内部集成电路（I2C）、串行外围接口（SPI）、个人系统/2（PS/2）、通用串行总线（USB）、蓝牙、射频（RF）和红外数据协会（IRDA）。
在图1中，传感器105被包括在输入设备100中。传感器105包括配置成感测由感测区中的一个或多个输入对象提供的输入的一个或多个感测元件。输入对象的示例包括手指、触控笔和手。感测区涵盖传感器105上方、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入设备100能够检测用户输入（例如，由一个或多个输入对象提供的用户输入）。特定感测区的大小、形状和位置可以从实施例到实施例之间变化。在一些实施例中，感测区从输入设备100的表面在一个或多个方向上延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的对象检测。在各种实施例中，此感测区在特定方向上延伸到的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或更多，并且可以随着所使用的感测技术的类型和所期望的准确度而显著地变化。因此，一些实施例感测包括下列各项的输入：与输入设备100的任何表面没有接触、与输入设备100的输入表面（例如，触摸表面）相接触、以一定量的施加力或压力耦合的与输入设备100的输入表面相接触、和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由在其内或在其上定位传感器元件的传感器基板的表面来提供，或由定位在传感器元件之上的面板或其它覆盖层来提供。
输入设备100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。一些实现方式利用感测元件的阵列或者其它规则或不规则图案来检测输入对象140。输入设备100可以利用传感器部件和感测技术的不同组合来检测感测区120中的用户输入。
在输入设备100的一些电容性实施方式中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象引起电场中的改变，并且产生可以被检测为电压、电流等中的改变的电容性耦合中的可检测改变。
一些电容性实现方式利用电容性感测元件的阵列或者其它规则或不规则图案来创建电场。在一些电容性实现方式中，分离的感测元件可以欧姆地短接在一起以形成较大的传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片（resistive sheet），其可以是均匀电阻性的。
一些电容性实现方式利用基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合中的改变的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象更改传感器电极附近的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压（例如，系统接地）调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来进行操作。在另一实现方式中，绝对电容感测方法通过调制欧姆地或电容性地耦合到输入对象的驱动环或其它导电元件以及通过检测传感器电极与输入对象之间的所产生电容性耦合来进行操作。参考电压可以是基本上恒定的电压或变化的电压，并且在各种实施例中；参考电压可以是系统接地。
一些电容性实现方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合中的改变的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象更改传感器电极之间的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，跨电容性感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极（也称为“发射器电极”或“驱动电极”）与一个或多个接收器传感器电极（也称为“接收器电极”或“拾取电极”）之间的电容性耦合来进行操作。发射器传感器电极可以相对于参考电压被调制以发射发射器信号。接收器传感器电极可以相对于参考电压保持基本上恒定以促进接收到所产生信号。参考电压可以是例如基本上恒定的电压或系统接地。在一些实施例中，发射器传感器电极和接收器传感器电极两者均可被调制。发射器电极相对于接收器电极被调制以发射发射器信号以及促进接收到所产生信号。所产生信号可以包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如，其它电磁信号）的（一个或多个）效果。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或可以配置成既发射又接收。
在其它示例性实现方式中，输入设备100可以利用光学感测技术，其中一个或多个感测元件检测来自感测区的光。检测的光可以从输入对象反射、透射通过输入对象、由输入对象发出、或其某种组合。检测的光可以在可见或不可见光谱（诸如红外或紫外光）中。示例光学感测元件包括光电二极管、互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器阵列、电荷耦合器件（CCD）阵列、光电二极管和对感兴趣的（一个或多个）波长中的光敏感的其它适合的光电传感器。可以使用主动照射来向感测区提供光，并且可以检测来自（一个或多个）照射波长中的感测区的反射以确定对应于输入对象的输入信息。
一种示例性光学技术利用输入对象的直接照射，取决于配置，所述输入对象可以与或可以不与感测区的输入表面相接触。一个或多个光源和/或光导结构用于将光引导到感测区。当存在输入对象时，光直接从输入对象的表面反射，所述反射可以由光学感测元件来检测并用于确定关于输入对象的输入信息。
另一示例性光学技术利用基于内反射的间接照射来检测与感测区的输入表面相接触的输入对象。由于在由输入表面限定的界面的相对侧处的不同折射率，一个或多个光源被用于以其在感测区的输入表面处被内反射的角度在透射介质中引导光。由输入对象对输入表面的接触使得折射率跨此边界改变，这更改了在输入表面处的内反射特性。如果使用受抑全内反射（FTIR）的原理来检测输入对象，则通常可以实现较高对比度信号，其中光以其被全内反射的入射角被引导到输入表面，除了在输入对象相接触的并使得光跨此界面部分地透射的位置处之外。这样的示例是引入到由玻璃至空气界面限定的输入表面的手指的存在。与空气相比，人类皮肤的较高折射率导致在输入表面处以界面的临界角入射到空气的光被部分地透射通过手指，在那里它本将在玻璃至空气界面处以其它方式被全内反射。此光学响应可以由系统检测到并用于确定空间信息。在一些实施例中，这可以用于对输入对象（诸如指纹图案）的小尺度表面变化进行成像，其中入射光的内反射率取决于手指的脊还是谷与输入表面的该部分相接触而不同。
输入设备100的一些实现方式配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。输入设备100可以具有从实施例到实施例之间变化的传感器分辨率，这取决于诸如所涉及的特定感测技术和/或感兴趣的信息的尺度之类的因素。在一些实施例中，通过感测元件的阵列的物理布置来确定传感器分辨率，其中较小的感测元件和/或较小的节距可以用于限定较高的传感器分辨率。
输入设备100可以被实现为具有足够高以捕获指纹的能鉴别特征的传感器分辨率的指纹传感器。在一些实现方式中，指纹传感器具有足以捕获细节（包括脊末端和分叉）、取向场（有时被称为“脊流”）和/或脊骨架的分辨率。这些有时被称为1级和2级特征，并且在示例性实施例中，至少250像素每英寸（ppi）的分辨率能够可靠地捕获这些特征。在一些实现方式中，指纹传感器具有足以捕获更高级特征的分辨率，所述特征诸如汗孔或边缘轮廓（即，各个脊的边缘的形状）。这些有时被称为3级特征，并且在示例性实施例中，至少750像素每英寸（ppi）的分辨率能够可靠地捕获这些更高级特征。
在一些实施例中，指纹传感器被实现为放置传感器（也是“区域”传感器或“静态”传感器）或扫刷传感器（也是“滑动”传感器或“扫动”传感器）。在放置传感器实现方式中，传感器配置成当用户的手指在感测区之上保持静止时捕获指纹输入。典型地，放置传感器包括能够在单个帧中捕获指纹的期望区域的感测元件的二维阵列。在扫刷传感器实现方式中，传感器配置成基于用户的手指与感测区之间的相对移动来捕获指纹输入。典型地，扫刷传感器包括配置成当用户的手指在感测区之上扫刷时捕获多个帧的感测元件的薄二维阵列或线性阵列。然后可以重构多个帧以形成对应于指纹输入的指纹的图像。在一些实现方式中，传感器配置成捕获放置和扫刷输入两者。
在一些实施例中，指纹传感器配置成在单个用户输入中捕获小于用户的指纹的整个区域（在本文中被称为“部分”指纹传感器）。典型地，由部分指纹传感器捕获的指纹的所产生部分区域足以使系统从指纹的单个用户输入（例如，单个手指放置或单个手指扫刷）执行指纹匹配。用于部分放置传感器的一些示例性成像区域包括100mm2或较小的成像区域。在另一示例性实施例中，部分放置传感器具有在20-50mm2范围内的成像区域。在一些实现方式中，部分指纹传感器具有与成像区域相同大小的输入表面。
在图1中，处理系统110被包括在输入设备100中。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其它电路部件的部分或全部。处理系统110耦合到传感器105，并且配置成使用传感器105的感测硬件来检测感测区中的输入。
处理系统110可以包括配置成利用输入设备100的感测硬件驱动感测信号的驱动器电路和/或配置成利用感测硬件接收所产生信号的接收器电路。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可以配置成将发射信号驱动到传感器105的发射器传感器电极上，和/或接收经由传感器105的接收器传感器电极检测到的所产生信号。此外，用于自电容传感器设备的处理系统可以配置成将绝对电容信号驱动到传感器105的传感器电极上，和/或接收经由传感器105的那些传感器电极检测到的所产生信号。在另一示例中，用于光学传感器设备的处理系统可以配置成驱动一个或多个发光二极管（LED）或其它光源，和/或经由传感器105的光学接收元件接收所产生信号。
处理系统110可以包括处理器可读指令，诸如固件代码、软件代码等。处理系统110可以被实现为传感器105的物理部分，或者可以与传感器105物理上相分离。此外，处理系统110的组成部件可以位于一起，或者可以定位成与彼此物理上相分离。例如，输入设备100可以是耦合到计算设备的外围设备，并且处理系统110可以包括配置成在计算设备的中央处理单元和与中央处理单元相分离的一个或多个IC（例如，具有相关联的固件）上运行的软件。作为另一示例，输入设备100可以物理上集成在移动设备中，并且处理系统110可以包括作为移动设备的主处理器的部分的电路和固件。处理系统110可以专用于实现输入设备100，或者可以执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。
处理系统110可以操作输入设备100的传感器105的（一个或多个）感测元件以产生指示感测区中的输入（或没有输入）的电信号。处理系统110可以在产生被提供给电子系统的信息时对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以将从传感器电极获得的模拟电信号数字化。作为另一示例，处理系统110可以执行滤波或其它信号调节。作为又一示例，处理系统110可以减去或以其它方式解决基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又一另外示例，处理系统110可以确定位置信息、将输入识别为命令、识别笔迹、匹配生物计量样本等。
例如，如果传感器105提供触摸屏界面，则输入设备100的感测区可以与显示设备的活动区域的部分或全部相重叠。显示设备可以是能够向用户显示视觉界面的任何适合类型的动态显示器，其包括无机LED显示器、有机LED（OLED）显示器、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子显示器、电致发光（EL）显示器或其它显示技术。显示器可以是柔性的或刚性的，并且可以是平坦的、弯曲的或具有其它几何形状。显示器可以包括用于薄膜晶体管（TFT）电路的玻璃或塑料基板，其可以被用于寻址显示像素以用于提供视觉信息和/或提供其它功能性。显示设备可以包括部署在显示电路上方和显示模块的内层上方的覆盖透镜（有时被称为“覆盖玻璃”），并且覆盖透镜还可以提供用于输入设备100的输入表面。覆盖透镜材料的示例包括光学透明的无定形固体，诸如化学硬化的玻璃和光学透明的晶体结构，诸如蓝宝石。输入设备100和显示设备可以共享物理元件。例如，相同电子部件中的一些可以用于显示视觉信息以及用于利用输入设备100的输入感测两者，诸如使用用于显示更新和输入感测两者的一个或多个显示电极。作为另一示例，显示屏可以部分地或全部地由与输入设备通信的处理系统110来操作。
图2A-2B是描绘另外的示例性输入设备的框图。在图2A中，输入设备100被示为包括触摸传感器205a。触摸传感器205a配置成检测感测区220a内的输入对象240a的位置信息。如图2A中所示，输入对象240a可以包括手指或触控笔。感测区220a可以包括具有比输入对象更大的区域的输入表面。触摸传感器205a可以包括具有配置成检测到输入表面的触摸的位置的分辨率的感测元件的阵列。
在图2B中，输入设备100被示为包括指纹传感器205b。指纹传感器205b配置成捕获来自手指240b的指纹。指纹传感器205b部署在覆盖层212下方，所述覆盖层212为要被放置在指纹传感器205b之上或在指纹传感器205b之上扫刷的指纹提供输入表面。感测区220b可以包括具有在尺寸上大于、小于或类似于整个指纹的区域的输入表面。指纹传感器205b具有感测元件的阵列，其具有配置成检测手指240b的表面变化的分辨率，并且指纹传感器205b具有比图2A的触摸传感器205a更高的分辨率。
图2B中描绘的覆盖层212可以是例如覆盖玻璃的相对厚层（例如，高达400μm厚或更多）。因为随着覆盖玻璃的厚度增加，执行电容性指纹感测变得更加困难，对于覆盖玻璃的相对厚层，使用光学指纹传感器作为指纹传感器205b通常是有利的。在某些实现方式中，归因于由这样的传感器供应的高图像质量和高分辨率，CMOS图像传感器可以是有利的。
示例性实施例还利用与光学指纹传感器组合的电容性传感器来提供混合光学和电容性传感器。虽然混合传感器的光学传感器部件被用于提供为指纹感测所需的相对高分辨率的成像，但是混合传感器的电容性传感器部件可以提供对应于其它功能的相对低功率的操作模式，所述其它功能诸如WOF、NAV、分辨率调整或手指位置检测以及安全性和防欺骗功能。电容性传感器部件可以包括跨电容性传感器、绝对电容传感器或配置成感测跨电容和绝对电容两者的电容性传感器。
在某些示例性实施例中，混合传感器的电容性传感器部件还可以提供足够的分辨率以用于指纹感测（例如，以比由混合传感器的光学传感器部件提供的分辨率更低的分辨率）。
图3A-3C是描绘示例性混合传感器的示意图。
图3A是混合传感器的第一示例性实施例的示意图，其中电容性传感器层310部署成接近于覆盖玻璃301，其中调节层320和光学传感器层330部署在电容性传感器层310下方。
电容性传感器层310可以包括跨电容性传感器部件或绝对电容传感器部件或两者。用于提供电容性传感器层310的示例性方法包括利用低成本制造技术在玻璃或聚酰亚胺膜（例如，聚酰亚胺薄膜（Kapton））或某种其它透明基板上沉积金属以提供电容性传感器电极。
调节层320可以包括滤光器或其它光学元件，其作用于在调节层320上入射的光，以促进由光学传感器的光学感测。在某些示例性实施例中，滤光器可以包括（一个或多个）准直元件，其使落入接受角内的光射线的集合通过，但是拒绝落在接受角之外的光射线的集合（下面结合图5A-5B描述准直元件的示例）。在其它示例性实施例中，调节层320可以包括其它类型的光学元件，诸如透镜、反射镜、针孔相机、衍射元件（例如，菲涅耳透镜或波带片）、光纤等。
光学传感器层330可以包括具有多个图像传感器像素的图像传感器管芯，其中像素与调节层320的相应光调节元件和电容性传感器层310中的相应透明区或间隙相对准。将领会的是，电容性传感器层310可以利用透明或不透明导电材料。
提供与调节层320和光学传感器层330相分离的电容性传感器层310中的基板上的电容性感测元件的图3A中描绘的结构在以下情况中可能是有利的：其中调节层320不利用金属图案化或不支持用于金属图案化的电接触；以及其中将电容性感测元件与相同层中的光学感测元件结合在一起（例如，如图3C中所描绘的）将导致混合传感器的表面离生物计量对象太远以至于不能由电容性感测元件有效地检测。
图3B是混合传感器的第二示例性实施例的示意图，其中组合的调节和电容性传感器层321部署在覆盖玻璃301下方并且光学传感器层330部署在组合的调节和电容性传感器层321下方。在此示例性实施例中，用于光学传感器的光调节元件和用于电容性传感器的电容性传感器电极可以形成于相同基板上。组合的调节和电容性传感器层321的光调节元件可以包括用作电容性传感器电极的金属部分，或者与光调节元件相分离的金属部分可以形成在与光调节元件相同的基板上。光学传感器层330的图像传感器管芯的像素与组合的调节和电容性传感器层321中的相应透明区或间隙相对准，或者以其它方式定位在穿过光调节层的相应光学路径中。
在组合的调节和电容性传感器层321中提供电容性感测元件的图3B中描绘的结构为组合的调节和电容性传感器层321的电容性感测元件提供最佳的信号强度，并且在以下情况中是有利的：其中组合的调节和电容性传感器层321的光调节元件能够被形成为具有期望的迹线节距和间距的金属阵列。
图3C是混合传感器的第三示例性实施例的示意图，其中调节层320部署在覆盖玻璃301下方并且组合的光学和电容性传感器层331部署在调节层320下方。在此示例性实施例中，电容性传感器电极以没有与图像传感器管芯的图像传感器像素干扰的方式部署在与光学传感器（例如，用于光学传感器的图像传感器管芯）相同的基板上。电容性传感器电极可以定位在光学传感器的活动感测区域内（例如，在光学传感器的成像传感器像素之间的区域中）、在光学传感器的活动感测区之外（例如，在图像传感器像素周围或邻近于图像传感器像素）、或在光学传感器的活动感测区域内和之外两者。
在组合的光学和电容性传感器层331中提供电容性感测元件的图3C中描绘的结构在成本方面提供优点，因为它在图像传感器管芯中利用金属。它还提供关于制造过程的优点，因为电容性感测元件相对于光学感测元件的对准是相对容易实现，并且用于光学传感器和电容性传感器两者的传感器电路（诸如模拟前端或其它信号处理电路）可形成在相同基板上并且连接到感测元件，而无需附加外部连接。
将领会的是，图3A-3C是示出混合传感器的相关层而并非描绘混合传感器的所有部件（例如，电容性传感器和光学传感器的特定部件或者这样的部件或层之间的互连）的简化图。此外，可以提供附加部件（未描绘）以用于处理通过电容性传感器和光学传感器接收的输入信息。
图4A-4B是描绘按照图3A的示例性混合传感器的示意图。图4A是示出例如移动设备的覆盖玻璃401的一部分的俯视图。在覆盖玻璃下方是电容性电极411，其可以是例如氧化铟锡（ITO）电容性触摸传感器电极。进一步地，在电容性电极411下方是具有包括多个图像传感器像素的活动感测区域433的图像传感器管芯432。图4B是进一步图示部署在电容性电极411与图像传感器管芯432之间的调节层420的横截面视图。
在图4A-4B中，通过提供包含一个或多个触摸传感器像素的透明电容性触摸传感器，可以为光学指纹传感器提供低功率WOF功能，以使得当由电容性触摸传感器将手指检测为存在时，仅激活光学指纹传感器。这减少了光学指纹传感器（及其光源）消耗功率的时间量，因为当不存在手指的同时不会不必要地激活光学指纹传感器。
应当领会的是，可以使用少量的触摸传感器像素来提供WOF功能。在某些示例性实现方式中，仅使用两个电容性电极411（如图4A-4B中描绘的）的低分辨率可以被使用。在其它示例性实现方式中，可以使用更高分辨率的电容性传感器（例如，关于提供更精确的NAV功能或手指位置检测、和/或提供足够高的分辨率以供指纹成像）。NAV功能可以包括例如使用混合传感器的感测区来检测手势（诸如轻击、双击、滚动或扫刷手势）并且经由设备的图形用户界面向用户提供关于设备和/或反馈的对应命令。
在某些示例性实施例中，NAV功能可以是基于检测到手指的移动和/或存在而提供的相对低分辨率的NAV功能。在其它示例性实施例中，NAV功能可以是基于检测到指纹特征的移动和/或存在而提供的相对较高分辨率的NAV功能。
图5A-5B是描绘按照图3B的示例性混合传感器的示意图。
在图5A中，组合的调节和电容性传感器层821a被提供在图像传感器管芯433之上。组合的调节和电容性传感器层821a包括准直滤光器，所述准直滤光器拒绝落在滤光器的接受角θ之外的光射线889，但是使落入接受角θ内的光射线887通过。这允许图像传感器管芯433捕获具有减少的模糊的特征（例如，指纹240b的特征）的高分辨率图像。为了形成准直元件，准直滤光器包括具有堆叠孔径布置的多个中间层。包括的是多个不透明层895，其以插入透明层堆叠在彼此的顶部上。不透明层包含孔径图案，在其中不同的不透明层的孔径被对准以共同形成透明列区，所述透明列区形成光准直列899a，而不透明层共同阻挡落在接受角之外的光射线。在组合的调节和电容性传感器层821a中，也可以使用不透明层895来形成电容性传感器电极图案。例如，可以使用不透明金属来形成不透明层895中的一个、若干个或全部。这允许不透明金属被用作光调节元件和一个或多个电容性传感器电极（不透明金属既是导电性的又是光阻挡材料）二者。组合的调节和电容性传感器层821a可以直接建立在图像传感器上，或提供于附接到图像传感器管芯的分离基板上。
用于创建组合的调节和电容性传感器层821a的一个示例性方法包括使用旋涂技术来创建堆叠的不透明层895。金属焊盘或者单层或多层栅网可以被形成于堆叠的不透明层895的顶部上和/或其之间和/或其下方，以用作电容性传感器电极。
图5B描绘了另一组合的调节和电容性传感器层821b。出于简单性，省略了可能与图5A类似的光射线和一些其它细节。图5B包括准直滤光器，其可以提供与图5A中描述的滤光器类似的光学器件。然而，与图5A中所示的示例不同，使用实心（solid）垂直延伸的不透明区879而不是堆叠的孔径布置来形成准直列899b。透明区由垂直延伸的不透明区所围绕，并且可以是中空的（例如，钻孔），或者可以包括实心透明材料。在此示例中，电容性传感器电极885形成于相同基板上，但是可以与光调节元件相分离或者形成光调节元件的一部分。
在图5B描绘的示例中，电容性传感器电极885被示出在用于组合的调节和电容性传感器层821b的基板的两个相对侧（顶侧和底侧两者）上。在其它示例性实现方式中，它们可以被提供在仅一侧或另一侧上。
用于组合的调节和电容性传感器层的适合材料的一些非限制性示例包括硅和玻璃基板（例如，作为用于内插器），所述基板在其上包含图案化的金属。
用于创建组合的调节和电容性传感器层821b的示例性制造方法利用硅晶片的微电子机械系统（MEMS）处理来创建通过硅晶片的准直列899b的均匀阵列以用作光准直器。对于此方法，可以在硅准直器晶片的顶部上图案化金属焊盘或分段栅网阵列以创建电容性传感器电极。
关于图5A-5B中所示的两个示例性结构，可以沿相应的组合的调节和电容性传感器层的边缘进一步添加接合焊盘，以允许从电容性传感器元件到用于电容性传感器的对应处理系统和/或控制器的电连接。
图6A-6B是描绘按照图3C的示例性混合传感器的示意图。在图6A中，组合的光学和电容性传感器层931被提供在调节层420和覆盖玻璃401下方。图6B描绘了放大和以平面视图的图6A的电容性传感器层931。组合的光学和电容性传感器层931包括具有在半导体管芯的活动区中和/或其周围形成的光电二极管941（光学感测元件）和电容性传感器电极943（电容性感测元件）两者的图像传感器管芯937。传感器电路949被提供在与光学和电容性感测元件相同的图像传感器管芯基板中，并且传感器电路949使用在图像传感器管芯937中形成的金属布线（未图示出金属布线）而被耦合到传感器元件。传感器电路949包括模拟前端（AFE）和/或用于操作传感器元件的其它电路，包括用于光电二极管941和电容性传感器电极943两者的AFE。
在图6B中所示的示例中，电容性传感器电极和光电二极管两者都被布置成矩形阵列，其中电容性传感器电极具有光学感测元件的1/4的分辨率。在其它实现方式中，对于光学和电容性感测元件中的任一者或两者，规则或不规则的阵列是可能的。在此示例中，使用针对光电二极管和电容性传感器电极两者的IC处理，在电容性传感器电极与光电二极管之间的精确对准是可能的。光电二极管941形成在图像传感器管芯937的活动半导体层中，而电容性传感器电极可以形成在图像传感器管芯937的顶部金属层中。
如图6B中所示，将领会的是，光学图像传感器（例如，对应于图像传感器管芯937上的光电二极管941）的像素可以以图案布置在图像传感器管芯上，其中在每个像素之间存在有空间。电容性感测元件（诸如电容性传感器电极或焊盘）因此可以布置在光学图像传感器的像素之间和/或周围的空间中或上方，以防止电容性感测元件与对应于每个像素的相应光学路径干扰（不管电容性感测元件是如图3C中所描绘的组合的光学和电容性传感器层331、如图3B中所描绘的组合的调节和电容性传感器层321还是如图3A中所描绘的分离的电容性传感器层310的部分）。这是有利的，因为其允许在没有与光学感测元件干扰的情况下在混合传感器中使用非透明电容性感测元件（在一些实施例中，如上所论，不透明电容性感测元件可以通过阻挡来自对应于每个像素的相应光学路径之外的光到达光学图像传感器来进一步提供光调节功能性）。
图7A-7C是描绘图像传感器层701上的像素的示例性布置的摘录的示意图。出于简单性，在摘录中仅描绘了少量的像素702。电容性感测元件的定线（routing）可以发生在像素702之间的区域中和上方。图7A是这六个像素702的俯视平面视图，其示出了图像传感器层701中周围它们的区域。
图7B是六个像素702的另一俯视平面视图，其图示了像素702周围的电容性传感器电极703的示例性布置。电容性传感器电极703在多个图像传感器像素702之间交错，但其部署在对应于多个图像传感器像素702的相应光学路径之外。这些电容性传感器电极703可以是跨电容性传感器电极或绝对电容传感器电极，并且可以部署在图像传感器层701中或上方（例如，如图3C所描绘的组合的光学和电容性传感器层331、如图3B中描绘的组合的调节和电容性传感器层321、或如图3A中所描绘的分离的电容性传感器层310的部分）。
图7C是六个像素702的另一俯视平面视图，其图示了部署在图像传感器像素702之间和周围的电容性传感器电极704的另一示例性布置。电容性传感器电极704在多个图像传感器像素702之间交错，但是其部署在对应于多个图像传感器像素702的相应光学路径之外。电容性传感器电极704可以部署在与如图3C中所描绘的光学传感器部件相同的层中（例如，在图像传感器管芯上），或可以部署在另一层上（诸如图3B中所描绘的组合的调节和电容性传感器层321或图3A中所描绘的分离的电容性传感器层310）。
在某些示例性实施例中，混合传感器的光学指纹传感器是利用例如500到1000点/每英寸（DPI）的分辨率的CMOS图像传感器。这在可以被用于电容性传感器元件的图像传感器像素之间留下显著的空间。
图8是描绘用于混合传感器的电容性和光学感测元件的示例性布置的示意图。具体地，图8描绘了混合传感器的一部分的俯视平面视图，其示出了在示例性图像传感器像素之间交错的示例性电容性传感器电极。按照图3B-3C，图8中所示出的电容性传感器电极的布置可以集成在组合的调节和电容性传感器层321或者组合的光学和电容性传感器层331内。可替换地，按照图3A，图8中所示出的电容性传感器电极的布置可以应用于分离的基板（诸如聚酰亚胺膜（例如，聚酰亚胺薄膜）），其中分离的基板对于要由光学图像传感器检测的光的期望的波长基本上是透明的。
在某些示例性实施例中，不同的电容性传感器电极可以专用于不同的相应功能。在图8中所描绘的示例中，所描绘的八个电容性传感器电极包括四个NAV迹线和四个WOF迹线。还描绘了用于提供屏蔽的接地迹线。WOF迹线与相应的WOF处理电路对接，而NAV迹线与相应的NAV处理电路对接。
因为存在有被配置用于不同电容性感测功能的电容性传感器电极的多个不同集合，所以有利的是以这样的方式交错迹线，使得当手指部分地触摸传感器时，手指仍然可能触摸电容性传感器电极的所有不同集合。例如，如图8中所描绘，电容性传感器电极的布置在顶部处包括NAV迹线（NAV_Z1和NAV_Z2）、随后是处于中间的WOF迹线（WOF_TX+和WOF_RX+）、随后是处于中间的NAV迹线的另一集合（NAV_Z3和NAV_Z4）、以及在底部处的WOF迹线的另一集合（WOF_TX-和WOF_RX-）。
WOF迹线是全差分和跨电容性的，其提供对外部噪声源（诸如手指耦合的噪声）和环境改变（诸如温度改变）的电阻。另外，因为相对于跨电容性迹线的距离非常快速地下降，所以WOF迹线具有非常长的设计以增加感测表面并由此增加信号电平。与跨越封装的长度的WOF迹线相比，NAV迹线被布置在跨感测表面分布的较短电极的阵列中。这是因为NAV迹线配置成在手指仅覆盖感测区的部分的情况中进行操作，以便能够基于位置中的改变来解析手指的运动。使用用于NAV迹线的绝对电容迹线来提供电极的更有效的定线也是有利的。然而，将领会的是，因为NAV迹线相对小，所以对应于NAV迹线的NAV处理系统接收相对较弱的信号，并且因此可能比对应于WOF迹线的WOF处理系统更复杂并消耗更多功率。
关于图8中的差分WOF迹线，WOF_TX-对应于WOF_RX-而WOF_TX+对应于WOF_RX+，其中WOF_TX-和WOF_TX+被交替地激活，并分别提供由WOF_RX-和WOF_RX+接收的相对反相的驱动信号。另外，包括在某种程度上朝向感测区的中心部署的WOF_TX+和WOF_RX+的图8中的差分WOF迹线的放置使得触摸感测区的手指可能被至少一对WOF迹线所检测到是可能的。关于图8中的绝对电容NAV迹线，NAV_Z1、NAV_Z2、NAV_Z3和NAV_Z4各自对应于感测区的一部分，由此从对应于一个或多个NAV迹线的感测区的一个或多个部分到对应于一个或多个其它NAV迹线的感测区的一个或多个其它部分的覆盖的改变可以指示手指在感测区上的移动。
将领会的是，图8中所示的电容性传感器电极的配置仅仅是示例性的，并且在其它示例性实施例中可以使用其它布局。例如，代替具有分离的NAV和WOF迹线，一些或所有迹线可以用于NAV和WOF操作两者。另外，所使用的电容性感测元件的数量以及其布置可以针对不同应用而变化。例如，对于WOF操作，少至一个或两个电极可以用于确定是否存在手指。在另一示例中，对于导航，相对较高数量的电极通常将被用于辨别手指的移动（但将领会的是，用于导航的分辨率可以远远低于用于电容性指纹成像的分辨率）。在导航的不同实现方式中，取决于要解析的运动的类型和/或期望的信息的类型，可以使用不同量的电极（例如，为在没有速度细节的情况下（诸如利用扫刷来解锁操作）辨别大致方向，使用相对较少的电极，而如果精确的位置、方向和/或速度信息是期望的，则将会使用相对较多的电极）。在又一示例中，对于其中电容性感测元件被用于确定感测区的哪部分被指纹所覆盖的示例性实施例，电容性电极可以分布在感测区周围，并且取决于来自那些电容性电极的反馈，确定由指纹对感测区的覆盖。
图9是描绘根据示例性实施例的示例性手指唤醒过程的流程图。在阶段501，激活具有如上讨论的混合电容性和光学传感器的设备（诸如移动电话）（例如，使设备上电或从闲置状态唤醒）。在阶段503，混合传感器进入WOF模式，在其中混合传感器的电容性传感器部件在低功率模式下被激活，所述低功率模式配置成检测接近于或在设备的指纹感测区的顶部上的手指的存在。在WOF模式期间，混合传感器的光学传感器部件是不活动的，以便节省功率。如果在阶段505手指没有被检测为存在，则混合传感器保持在WOF模式下。如果在阶段505手指被检测为存在（例如，基于由混合传感器的电容性传感器部件所检测的电容中的改变），则在阶段507激活混合传感器的光学传感器部件以执行指纹成像（例如，可以在指纹感测模式下操作混合传感器，在所述指纹感测模式期间获得指纹的图像）。例如，指纹成像可以被用于移动设备的认证和/或解锁。此外，在认证和/或解锁之后，混合传感器的电容性传感器部件可以在NAV模式下被操作以提供NAV功能。
对于许多设备，诸如移动电话，指纹传感器可以被用于将设备从锁定状态解锁，以便向认证用户提供对设备的功能性的访问。在具有电容性指纹传感器的设备中，电容性指纹传感器可被置于仅寻找手指的存在的低功率模式下，并且在手指被检测为存在之后，电容性指纹传感器切换到用于执行指纹成像的更高功率模式。然而，在具有光学指纹传感器的设备中，将光学图像感测芯片切换到“低功率模式”中可能是不可能的或者可能是困难的，并且甚至在“低功率模式”中，光学图像传感器仍然可能相对于处于低功率模式下的电容性传感器消耗相对高的功率量（例如，光学传感器可包括活动手指照射光源或利用来自显示器的光，这将消耗相对于电容性传感器的相对高的功率量）。此外，由于环境光中的变化和光学指纹传感器附近的移动阴影，检测手指的存在可能在光学指纹传感器的低分辨率、低功率模式下是困难的。
因此，示例性实施例提供WOF模式，在其中混合电容性和光学传感器的光学传感器部件（以及相关联的活动手指照射光源）保持关闭，而低得多功率的电容性触摸传感器连续地寻找手指的存在。一旦电容性触摸传感器检测到手指的存在，光学指纹传感器就可以被唤醒并被指示开始获取指纹图像。
在某些示例性实施例中，混合传感器的触摸传感器控制器（例如，包括芯片和/或处理器和/或其它适当电路部件）与混合传感器的光学指纹传感器控制器（例如，包括芯片和/或处理器和/或其它适当电路部件）通信，以指示光学指纹传感器部件被激活。在其它示例性实施例中，混合传感器的公共控制器（例如，包括芯片和/或处理器和/或其它适当电路部件）控制电容性触摸传感器部件和光学指纹传感器部件两者。另外，混合传感器的一个或多个控制器可以与主机设备（例如，在其中集成混合传感器的设备或连接到混合传感器的设备）的控制器（例如，包括芯片和/或处理器和/或其它适当电路部件）通信。在又一实现方式中，主机设备的控制器可以控制混合传感器的电容性和光学传感器元件两者以及主机设备的其它部件。另外，将领会的是，关于混合传感器的电容性传感器部件的WOF、NAV、防欺骗处理可以由触摸传感器控制器、混合传感器控制器和/或主机设备控制器来提供。
在某些示例性实施例中，控制器（其可以是上述控制器中的任一个）配置成操作电容性传感器电极以提供用于混合电容性和光学指纹传感器的手指唤醒模式，其中手指唤醒模式包括：检测混合电容性和光学指纹传感器的感测区中是否存在指纹；以及响应于检测到在感测区中存在指纹，切换到指纹感测模式并且使光学图像传感器被激活。
图10是描绘用于基于来自电容性传感器部件的信息来调整用于光学传感器部件的设置的示例性过程的流程图，其可以包括基于混合指纹传感器的电容性传感器信息的动态曝光/增益控制。混合传感器的示例性实施例可以使用电容性传感器来提供对于由光学图像传感器使用的成像算法（例如，CMOS图像算法）的反馈。在一个示例中，来自电容性传感器的反馈被用于提供动态曝光控制/增益控制以调整亮度和/或图像质量，从而允许实现最佳质量的指纹图像。例如，如果指纹仅部分地覆盖混合传感器的光学图像传感器的感测区，则由指纹覆盖的区域可以具有与没有手指的区域显著不同的响应（例如，由于手指在相对暗的环境光条件下反射来自光源的光，因此图像可能在手指触摸感测区的情况下亮得多，或者在相对亮的环境光条件下在手指没有触摸感测区的情况下图像可能亮得多）。因此，如果指纹仅落在感测区的部分上，则感测区的覆盖的部分可以被设置成用于感测指纹的特征的适当的曝光水平（同时有效地忽略感测区的未覆盖的部分）。在没有这种动态曝光控制/增益控制的情况下，感测区的未覆盖和覆盖的部分两者均可能是无法理解的，因为一个部分可能具有太多的光，而另一部分具有太少的光，从而导致指纹的特征之间的不足的对比度（例如，脊和谷之间的不足的对比度）。
在阶段551，使用电容性传感器元件来检测手指覆盖。在阶段553，从光学传感器元件检测光学响应。在阶段555，基于对应于覆盖的光学传感器元件的光学响应来调整用于光学传感器元件的设置。这可能涉及通过响应于覆盖的像素以自动增益控制（AGC）和/或自动曝光控制（AEC）模式操作图像传感器来调整增益控制设置和/或调整曝光设置。因为它可能采用若干次迭代以恰当地调整设置，所以在阶段557确定光学设置是否足以用于覆盖区的图像捕获。如果它们不足，则过程返回到阶段553并重复。如果它们足够，则在阶段559，使用更新的光学设置来捕获例如用于认证的指纹图像。
在某些示例性实施例中，光学传感器的感测区的手指覆盖的检测可以是在图10中图示的过程的开始时执行的一次性步骤。在其它示例性实施例中，电容性传感器元件可以连续地监测感测区，以使得在阶段553到557的光学感测元件的调谐的一次或多次迭代期间，如果由电容性传感器元件（例如，由于手指移动）检测到感测区的手指覆盖中的改变，则光学感测元件的调谐在阶段553重新开始。这防止混合传感器将由手指的移动引起的在阶段553检测到的光学响应的质量中的改变误解释为由调整光学设置而引起的改变。
在某些示例性实施例中，电容性触摸传感器电极可以由透明ITO（或其它类似的导电有机材料或金属氧化物）或几乎透明的金属网结构制成，这允许它们被放置在光学指纹传感器上方，而不与光学指纹传感器的操作干扰或影响光学指纹传感器的性能。在一个示例性实施例中，电容性触摸传感器电极可以直接建构在覆盖玻璃的下侧上。在另一示例性实施例中，电容性触摸传感器电极可以被提供在分离的膜或其它透明基板上，并且定位在覆盖玻璃与光学指纹传感器之间。
在某些示例性实施例中，例如如图4A-4B中所描绘的，在混合传感器的WOF模式期间使用的电容性触摸传感器部件可以相对小（例如，仅覆盖指纹感测区域）。
在某些示例性实施例中，可以使用其它触摸传感器类型（诸如电阻性、压敏性或热触摸传感器）来代替电容性触摸传感器部件。
在某些示例性实施例中，具有电容性触摸按钮（例如，主键、返回、菜单、设置等）的移动设备具有部署在一个或多个电容性触摸按钮下方的指纹传感器。在这种情况下，可以通过从对应于相应的一个或多个电容性触摸按钮的电容性触摸传感器接收信号来触发指纹传感器唤醒。此外，这些电容性触摸按钮可以包括照射的按钮图案（例如，房屋、箭头或某一其它图标），并且光学指纹传感器可以部署在透明OLED设备下方，所述透明OLED设备用于照射部署在光学指纹传感器上方的相应一个或多个电容性触摸按钮。在此情况下，当指纹传感器没有在使用中时，OLED设备可以用于照射（一个或多个）图标，并且当下面的光学指纹传感器被用于执行指纹成像（以及因此没有与下面的光学指纹传感器的对图像指纹的能力干扰）时，关闭透明或基本上透明的OLED设备。
在某些示例性实施例中，本文中所述的混合传感器可用于提供关于指纹感测的改进的安全性和/或防欺骗功能性。因为电容性传感器与关于混合传感器的光学图像传感器组合使用，所以到混合传感器的输入将需要是电学地导电的以便被电容性传感器检测到。因此，除了借助于光学图像传感器提供指纹匹配之外，混合传感器的电容性传感器还能够基于输入的电容性性质来检查真实生物计量输入是否实际存在（与生物计量输入的图像或生物计量输入的塑料模具相对比）。
在某些示例性实施例中，本文中所述的混合传感器包括其两者均能够执行指纹成像的电容性传感器和光学图像传感器。例如，通过提取多模（电容性/光学）脊/谷信息，用于混合传感器的处理系统可以确定电容性和光学获得的图像是否相关以便确定输入生物计量输入是否匹配注册的生物计量输入。
在某些示例性实施例中，混合传感器可以使用电容性传感器来基于由输入覆盖的感测区的量以确定操作光学图像传感器的分辨率。例如，如果存在感测区与诸如指纹的生物计量输入的完全覆盖，则光学图像传感器可以以较低分辨率（例如，500dpi，因为存在感测区的足够覆盖使得以500dpi捕获的指纹的图像可以足以使用诸如脊末端、脊分叉等之类的相对大的特征来执行指纹匹配）来操作。在另一示例中，如果存在感测区与生物计量输入的不完全覆盖（例如，如果指纹仅覆盖感测区的一半），则可能不存在足够的这些相对大的特征来执行匹配，因此光学图像传感器可以以较高分辨率（例如，1000dpi）来操作以获得相对较小的特征（例如，微特征和/或诸如汗孔的细节）以促进指纹匹配操作。因此，在该示例中，尽管由于指纹仅覆盖感测区的一半使图像大小可能减半，但是分辨率被加倍，使得总带宽不受影响。将领会的是，生物计量输入的配准应当以相对较高分辨率（例如，1000dpi）来执行以能够实现此特征。
在没有来自电容性传感器的反馈指示感测区的哪部分被手指覆盖的情况下，用于光学图像传感器的处理系统可能不知道如何调整曝光/增益来使得感测区的期望部分是可解析的。然而，通过使用混合传感器的电容性传感器来获得电容性数据（其可用于确定感测区的哪部分被覆盖），用于混合传感器的处理系统可对获得的有手指部分作出适当调整，使得手指的特征可被解析（同时丢弃所获得的无手指部分和/或将相同参数应用到无手指部分）。
在某些示例性实施例中，通过利用与光学感测组合的电容性感测，可以借助于光或触觉提示来向用户提供反馈，以针对感测区的位置引导用户。
在某些示例性实施例中，混合感测的电容性传感器可以配置成检测感测区上方的生物计量输入的悬停和/或稳定，以便在生物计量输入被放置到感测区上之前启动唤醒光学图像传感器。这可以允许由用户体验更快的处理时间（例如，更快的认证），同时仍然实现与仅在需要时唤醒光学图像传感器相关联的功率节约。
将领会的是，虽然本文中讨论的示例展示关于指纹传感器的示例性实现方式，但是这些技术还可以用于具有超出配置成检测指纹图案的仅传感器的不同分辨率的其它类型的传感器的其它实施例中。
本文中提到的包括出版物、专利申请和专利在内的所有参考文献达到如同每个参考文献以其整体在本文中被阐述并且被各个地和特定地指示为通过引用来结合的相同程度通过引用方式结合于此。
在描述本发明的上下文中（特别是在以下权利要求的上下文中）术语“一”和“一个”和“所述”和“至少一个”以及类似提法的使用要被理解为覆盖单数和复数两者，除非本文中以其他方式指示或者通过上下文明显矛盾。由一项或多项的列所接的术语“至少一个”（例如，“A和B的至少一个”）的使用要被理解为表示从所列项中所选择的一项（A或B）或者所列项的两项或更多项的任何组合（A和B），除非本文中以其他方式指示或者通过上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”要被理解为开放式术语（即，表示“包括但不限于”），除非以其他方式指明。本文中的值的范围的叙述仅意在用作对落入该范围内的每个单独值的各个表示的简写方法，除非本文中以其他方式指示，并且将每个单独值结合到本说明书中，如同本文中各个叙述它一样。
本文中所描述的所有方法能够按照任何适合的顺序来执行，除非本文中以其他方式指示或者以其它方式通过上下文明显矛盾。本文中所提供的任何和所有示例或示例性语言（例如，“诸如”）的使用仅意在更好地阐明本发明，而不是对本发明的范围提出限制，除非以其他方式要求保护。本说明书中没有语言应当被理解为将任何未要求保护的元件指示为对实践本发明是必要的。
本文中描述了本发明的优选实施例，包括对发明人已知的用于执行本发明的最佳模式。在阅读前面的描述后，那些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。发明人预期本领域技术人员视情况而定采用这样的变化，并且发明人意图本发明以不同于本文中具体描述的那样实践。因此，本发明包括如由适用法律所允许的所附于此的权利要求中所述主题的所有修改和等价物。此外，除非本文中以其他方式指示或以其他方式通过上下文明显矛盾，否则由本发明涵盖了上述元件的所有可能的变化中的上述元件的任何组合。

Claims (21)

1.一种混合电容性和光学指纹传感器系统，包括：
电容性传感器电极；
光学图像传感器，所述光学图像传感器具有多个图像传感器像素；
光调节元件，所述光调节元件配置成调节来自所述混合电容性和光学指纹传感器的感测区的光以用于由所述光学图像传感器检测；以及
处理系统，所述处理系统具有一个或多个控制器，其配置成在用于所述混合电容性和光学指纹传感器的低功率操作模式下操作所述电容性传感器电极，并且配置成操作所述光学图像传感器以从所述混合电容性和光学指纹传感器的所述感测区获取图像。
2.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中所述电容性传感器电极部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的电容性传感器层中，所述光学图像传感器部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的光学传感器层中，并且所述光调节元件部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的调节层中；
其中所述调节层部署在所述电容性传感器层下方，并且所述光学传感器层部署在所述调节层下方。
3.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中所述电容性传感器电极和所述光调节元件部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的组合的调节和电容性传感器层中，并且所述光学图像传感器部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的光学传感器层中；
其中所述光学传感器层部署在所述组合的调节和电容性传感器层下方。
4.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中所述电容性传感器电极和所述光学图像传感器部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的组合的光学和电容性传感器层中，并且所述光调节元件部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的调节层中；
其中所述组合的光学和电容性传感器层部署在所述调节层下方。
5.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括所述电容性传感器电极在手指唤醒模式下的操作，其中所述手指唤醒模式包括使用所述电容性传感器电极来检测指纹是否存在于所述感测区中或接近于所述感测区以及，响应于检测到所述指纹的所述存在，激活指纹感测模式，在所述指纹感测模式下所述光学图像传感器用于从所述混合电容性和光学指纹传感器的所述感测区获取图像。
6.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括所述电容性传感器电极在导航模式下的操作，其中所述导航模式包括使用所述电容性传感器电极来检测所述指纹的存在、位置和/或移动。
7.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括所述电容性传感器电极的操作以确定由指纹对所述感测区的覆盖，并且基于由所述指纹对所述感测区的所述覆盖来调整分辨率，所述光学图像传感器以所述分辨率来操作。
8.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括所述电容性传感器电极的操作以确定由指纹对所述感测区的覆盖，检测来自所述多个图像传感器像素的响应，以及基于与由所述指纹对所述感测区的所述覆盖对应的所述响应的一部分来调整用于所述光学指纹传感器的设置。
9.根据权利要求8所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中调整用于所述光学指纹传感器的所述设置包括调整用于所述光学图像传感器的曝光或增益设置。
10.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括所述电容性传感器电极的操作以确定所述感测区上的输入的电容性性质，并且基于所述输入的所述电容性性质，确定所述输入是否是真实生物计量输入。
11.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中所述电容性传感器电极在所述多个图像传感器像素之间交错，但被部署在对应于所述多个图像传感器像素的相应光学路径之外。
12.根据权利要求1所述的混合电容性和光学指纹传感器系统，其中所述电容性传感器电极包括对应于所述混合电容性和光学指纹传感器系统的手指唤醒模式的电极的第一集合和与电极的所述第一集合分离的电极的第二集合，所述电极的所述第二集合对应于所述混合电容性和光学指纹传感器系统的导航模式。
13.一种混合电容性和光学指纹传感器，包括：
电容性传感器电极；
光学图像传感器，所述光学图像传感器具有多个图像传感器像素；以及
光调节元件，所述光调节元件配置成调节来自所述混合电容性和光学指纹传感器的感测区的光以用于由所述光学图像传感器检测；
其中：
所述电容性传感器电极和所述光调节元件部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的组合的调节和电容性传感器层中，以及所述光学图像传感器部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的光学传感器层中；或者
所述电容性传感器电极和所述光学图像传感器部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的组合的光学和电容性传感器层中，并且所述光调节元件部署在所述混合电容性和光学指纹传感器的调节层中。
14.根据权利要求13所述的混合电容性和光学指纹传感器，其中所述电容性传感器电极在所述多个图像传感器像素之间交错，但被部署在对应于所述多个图像传感器像素的相应光学路径之外。
15.一种用于具有电容性传感器电极、光调节元件和光学图像传感器的混合电容性和光学指纹传感器的处理系统，所述处理系统包括配置成执行处理器可执行指令以控制所述电容性传感器电极和所述光学图像传感器的一个或多个控制器，其中所述处理器可执行指令的执行促进：
在用于所述混合电容性和光学指纹传感器的低功率操作模式下操作所述电容性传感器电极；以及
操作所述光学图像传感器以从所述混合电容性和光学指纹传感器的感测区获取图像。
16.根据权利要求15所述的处理系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括：
在手指唤醒模式下操作所述电容性传感器电极，其中所述手指唤醒模式包括使用所述电容性传感器电极来检测指纹是否存在于所述感测区中或接近于所述感测区并且，响应于检测到所述指纹的所述存在，激活指纹感测模式，在所述指纹感测模式下所述光学图像传感器用于从所述混合电容性和光学指纹传感器的所述感测区获取图像。
17.根据权利要求15所述的处理系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括：
在导航模式下操作所述电容性传感器电极，其中所述导航模式包括使用所述电容性传感器电极来检测所述感测区上的指纹的存在、位置和/或移动。
18.根据权利要求15所述的处理系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括：
操作所述电容性传感器电极以确定由指纹对所述感测区的覆盖，并且基于由所述指纹覆盖的所述感测区的所述覆盖来调整分辨率，所述光学图像传感器以所述分辨率来操作。
19.根据权利要求15所述的处理系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括：
操作所述电容性传感器电极以确定由指纹对所述感测区的覆盖，检测来自所述多个图像传感器像素的响应，以及基于与由所述指纹对所述感测区的所述覆盖对应的所述响应的一部分来调整用于所述光学指纹传感器的设置。
20.根据权利要求19所述的处理系统，其中调整用于所述光学指纹传感器的所述设置包括调整用于所述光学图像传感器的曝光或增益设置。
21.根据权利要求15所述的处理系统，其中用于所述混合电容性和光学指纹传感器的所述低功率操作模式包括：
操作所述电容性传感器电极以确定所述感测区上的输入的电容性性质，并且基于所述输入的所述电容性性质，确定所述输入是否为真实生物计量输入。
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