CN110537186A - 具有光学传感器的集成电容性感测 - Google Patents

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Abstract

本文的实施例提供了一种双重光学和电容传感器。在第一时间段期间，双重传感器使用光学感测来捕获指纹（例如，标识或验证指纹）。在第二时间段期间，双重传感器使用一个或多个电容性传感器电极来执行电容性感测。电容性感测可以是绝对电容性感测或跨电容性感测。

Description

具有光学传感器的集成电容性感测
技术领域
本发明一般涉及电子设备，并且将电容性感测与光学指纹传感器集成。
背景技术
包括接近度传感器设备（也通常称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备被广泛用于各种电子系统中。接近度传感器设备通常包括感测区，所述感测区经常由表面所区别，其中接近度传感器设备确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。在一个示例中，感测区包括用于测量由输入对象（例如，手指或触笔）与感测区交互所导致的电容中的改变的传感器电极。此外，输入设备可以包括指纹传感器，其使用光学感测来检测手指中的脊和谷。然而，当执行某些功能时，诸如当输入设备处于低功率模式中时检测手指的存在时，光学感测可能需要显著的功率量。
发明内容
本文描述的一个实施例是包括双重光学和电容传感器的输入设备，其包括光电传感器、电耦合在所述光电传感器与数据线之间的开关以及电容性感测层，所述电容性感测层包括电耦合到所述光电传感器的至少一个传感器电极。所述输入设备还包括处理系统，所述处理系统配置成当执行光学感测时在传感器电极上驱动恒定电压。
本文描述的另一实施例是处理系统，其包括传感器电路，所述传感器电路配置成当执行光学感测时在传感器电极上驱动恒定电压，其中所述传感器电极电耦合到光电传感器，所述光电传感器的输出在执行光学感测时被测量并且在执行电容性感测时在传感器电极上驱动AC信号。此外，传感器电路包括模拟前端，所述模拟前端配置成在执行电容性感测时使用AC信号来检测输入对象。
本文描述的另一实施例是包括当执行光学感测时在传感器电极上驱动恒定电压的方法，其中所述传感器电极电耦合到光电传感器。所述方法还包括当使用光电传感器执行光学感测时测量指纹，以及当执行电容性感测时在传感器电极上驱动AC信号。
附图说明
为了可以详细地理解本发明的以上记载的特征的方式，可以通过参考实施例获得上面简要概述的本公开的更具体的描述，实施例中的一些在附图中图示。然而，要注意的是，附图仅图示了此公开的典型实施例，以及因此不视为限制其范围，因为本公开可允许其它同等有效的实施例。
图1是根据此公开的实施例的包括输入设备的示例性系统的框图；
图2示出了根据本文描述的实施例的电容性感测像素的示例性图案的一部分；
图3图示了根据本文描述的实施例的光学指纹传感器中的光学像素阵列；
图4图示了根据本文描述的实施例的光学像素；
图5图示了根据本文描述的实施例将ITO层划分成具有多个传感器电极的电容性感测层；
图6图示了根据本文描述的实施例的电容性地耦合到电容性感测层中的传感器电极的手指；
图7图示了根据本文描述的实施例将电容性感测信号驱动到光学传感器中的传感器电极和TFT结构上；
图8图示了根据本文描述的实施例将电容性感测信号驱动到光学传感器中的传感器电极和TFT结构上；
图9是根据本文描述的实施例的用于操作包括电容性传感器电极的光学指纹传感器的方法的流程图；
图10A-10C图示了根据本文描述的实施例的在存在检测模式期间操作指纹传感器；
图11A图示了根据本文描述的实施例的跨电容性感测结构；以及
图11B图示了根据本文描述的实施例的图11A中所示结构的横截面。
为了便于理解，在可能的情况下，已经使用相同的参考标号来指定为附图共有的相同元件。设想的是，在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其它实施例而无需具体记载。除非特别说明，否则在此提到的附图不应理解为按比例绘制。并且，为了呈现和解释的清楚性，附图通常被简化并省略了细节或部件。附图和讨论用作解释以下讨论的原理，其中相似的名称表示相似的元件。
具体实施方式
下面的具体实施方式本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，无意受前述背景技术、发明内容或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
本发明的各种实施例提供了促进改善的可用性的输入设备和方法。在一个实施例中，输入设备包括可执行电容性感测的光学指纹传感器（例如，双重光学和电容传感器）。也就是说，在第一时间段期间，指纹传感器使用光学感测来捕获指纹（例如，用于标识或验证指纹）。在第二时间段期间，指纹传感器使用一个或多个电容性传感器电极来执行电容性感测。电容性感测可以是绝对电容性感测或跨电容性感测。
在一个实施例中，指纹传感器包括存在检测模式，其中执行电容性感测以当输入对象（例如，手指或触笔）接近于指纹传感器时进行检测。当输入设备处于低功率状态中时，可以执行存在检测模式。例如，指纹传感器可以使用存在检测模式来确定何时将输入设备从低功率状态中唤醒。指纹传感器然后可以将输入设备切换到较高功率状态，并且使用光学感测以便捕获指纹。有利地，在低功率状态期间使用电容性感测可以相对于使用光学感测来确定输入对象何时接近于指纹传感器节省功率。
在另一实施例中，指纹传感器包括导航模式，所述导航模式使用在传感器中布置的一个或多个电容性传感器电极来检测输入对象的移动，例如，轻叩、双叩、滑动等。以这种方式，光学指纹传感器可以被用作导航按钮或区域，其使用电容性感测以供控制输入设备。例如，当处于导航模式中时，指纹传感器可以移动光标、在显示中输出的应用或页面之间切换、打开应用、激活所显示的按钮或特征等。
现在转向附图，图1是根据本发明的实施例的示例性输入设备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。如在本文档中所使用的，术语“电子系统”（“电子设备”）宽泛地指代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、电子书阅读器和个人数字助理（PDA）。附加示例电子系统包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括外围设备，诸如数据输入设备（包括遥控器和鼠标）以及数据输出设备（包括显示屏和打印机）。其它示例包括远程终端、信息亭和视频游戏机（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（包括诸如智能电话的蜂窝电话）以及媒体设备（包括，记录器、编辑器以及播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子系统可以是输入设备的主机或从机。
输入设备100可以实现为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统物理地分离。视情况而定，输入设备100可以使用以下项中的任何一个或多个与电子系统的部分通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。
在图1中，输入设备100被示为接近度传感器设备（也常被称为“触摸板”或“触摸传感器设备”），其配置成感测由感测区120中的一个或多个输入对象140提供的输入。示例输入对象包括手指和触笔，如图1中所示。在一个实施例中，输入设备100是感测手指中的不同特征（诸如可以被用于形成指纹的脊和谷）的指纹传感器。指纹传感器可以是滑动传感器，其中当用户在传感器之上移动其手指时从一系列的扫描中重建指纹图像，或者可以是放置传感器，其中当用户将其手指保持在感测区120中的固定位置处时可以从单个扫描中捕获指纹的足够面积。
感测区120涵盖输入设备100上方、周围、其中和/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140提供的用户输入）。特定感测区的大小、形状和位置可以因实施例而广泛变化。在一些实施例中，感测区120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，该感测区120在特定方向上延伸到的距离可以大约小于一毫米、数毫米、数厘米或更多，并且可以根据所使用的感测技术的类型和期望的准确度而显著变化。因此，一些实施例感测输入包括不与输入设备100的任何表面接触、与输入设备100的输入表面（例如，触摸表面）接触、以某个量的施加力或压力耦合的与输入设备100的输入表面接触、和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其内的壳体的表面、由施加在传感器电极或任何壳体之上的面板等提供。在一些实施例中，感测区120当投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。在另一实施例中，感测区120具有适应指尖的形状的圆形形状。
输入设备100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。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。
一些实现方式配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实现方式配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。
在输入设备100的一些电容性实现方式中，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，并且产生电容性耦合中的可检测到的改变，其可以作为电压、电流等中的改变而被检测。
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，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，因而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。
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，因而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以下步骤进行操作：检测一个或多个传送器传感器电极（也称为“传送器电极”或“传送器”）与一个或多个接收器传感器电极（也称为“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合。传送器传感器电极可以相对于参考电压（例如，系统接地）而被调制，以传送传送器信号。接收器传感器电极可以相对于参考电压保持基本上恒定，以促进对所得到信号的接收。所得到信号可以包括对应于一个或多个传送器信号和/或一个或多个环境干扰源（例如，其它电磁信号）的（一个或多个）效应。传感器电极可以是专用的传送器或接收器，或者可以配置成既传送又接收。
在输入设备100的一些光学实现方式中，包括一个或多个光学检测器元件（或“感测元件”）以用于对输入对象进行成像或检测用户输入。（一个或多个）检测器元件检测来自感测区的光。在各种实施例中，所检测的光可以从感测区中的输入对象中反射、由感测区中的输入对象发射、透射通过感测区中的输入对象、或其某一组合。示例光学检测器元件包括光电二极管、光电晶体管和配置成检测可见或不可见光谱中的光（诸如红外或紫外光）的其它类型的光电传感器。
一些光学实现方式利用光源（例如，一个或多个LED）来向感测区提供照明。在（一个或多个）照明波长下从感测区中反射或散射的光可以被检测到，以确定对应于输入对象的输入信息。
在图1中，处理系统110被示出为输入设备100的部分。处理系统110配置成操作输入设备100的硬件以检测感测区120中的输入。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。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可以包括配置成利用传送器传感器电极传送信号的传送器电路和/或配置成利用接收器传感器电极接收信号的接收器电路。在一些实施例中，处理系统包括光学检测电路和电容性检测电路两者。
在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码和/或类似物。在一些实施例中，组成处理系统110的部件被定位在一起，诸如在输入设备100的（一个或多个）感测元件附近。在其它实施例中，处理系统110的部件物理地分离，其中一个或多个部件靠近于输入设备100的（一个或多个）感测元件，以及在其它地方的一个或多个部件。例如，输入设备100可以是耦合到台式计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括配置成在台式计算机的中央处理单元和与中央处理单元分离的一个或多个IC（可能具有相关联的固件）上运行的软件。作为另一示例，输入设备100可以物理地集成在电话中，并且处理系统110可以包括作为电话的主处理器的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入设备100。在其它实施例中，处理系统110还执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。
处理系统110可以被实现为处置处理系统110的不同功能的模块的集合。每个模块可以包括是处理系统110的部分的电路、固件、软件或者其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，其用于操作诸如传感器电极和显示屏之类的硬件；数据处理模块，其用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据；以及报告模块，其用于报告信息。另外的示例模块包括：传感器操作模块，其配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入；标识模块，其配置成标识诸如模式改变手势之类的手势；以及模式改变模块，其用于改变操作模式。
在一些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作而直接地响应于感测区120中的用户输入（或者没有用户输入）。示例动作包括改变操作模式（例如，使用检测到的指纹提供对安全数据的访问或者解锁用户设备）以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分（例如，向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样的分离的中央处理系统存在的话）提供关于输入（或者没有输入）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息，以作用于用户输入，诸如以促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入设备100的（一个或多个）感测元件，以产生指示感测区120中的输入（或者没有输入）的电信号。处理系统110可以在产生提供给电子系统的信息中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以数字化从传感器电极获得的模拟电信号。作为另一示例，处理系统110可以执行滤波或者其它信号调节。作为又一个示例，处理系统110可以减去或者以其它方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又一些示例，处理系统110可以确定位置信息、将输入识别为命令、识别笔迹等。
如本文所使用的“位置信息”宽泛地涵盖绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的示例包括空间信息的其它表示。还可以确定和/或存储关于一种或多种类型的位置信息的历史数据，其包括例如随时间跟踪位置、运动或者瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入设备100利用由处理系统110或者由某一其它处理系统所操作的附加输入部件来实现。这些附加输入部件可以提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或者某种其它功能性。图1示出了感测区120附近的按钮130，其可被用来促进使用输入设备100来选择项目。其它类型的附加输入部件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入设备100可以不利用其它输入部件来实现。
在一些实施例中，感测区120重叠显示屏的有效区域的至少一部分。例如，输入设备100可包括覆盖显示屏的大体上透明的传感器电极，并为相关联的电子系统提供触摸屏界面。作为另一示例，输入设备可以包括显示屏中的或其下方的光电传感器并且为相关联的电子系统提供光学感测界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示，并且可以包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示（LCD）、等离子体、电致发光（EL）或其它显示技术。输入设备100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同电子部件中的一些，以用于显示和感测。作为另一示例，显示屏可以由处理系统110部分地或全部地操作。
应当理解的是，尽管在全功能装置的上下文中描述了本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够以多种形式作为程序产品（例如，软件）被分发。例如，本发明的机制可以被实现和被分发为由电子处理器可读的信息承载介质（例如，由处理系统110可读的非暂时性计算机可读和/或可记录/可写的信息承载介质）上的软件程序。另外，无论用于执行分发的介质的特定类型如何，本发明的实施例都同样适用。非暂时性电子可读介质的示例包括各种盘、存储器棒、存储器卡、存储器模块等。电子可读介质可以基于闪速、光学、磁性、全息或任何其它存储技术。
图2示出根据一些实施例的配置成在与图案相关联的感测区120中进行感测的电容性感测像素205（本文也称为电容性像素或感测像素）的示例性图案的一部分。每个电容性像素205可以包括上述感测元件中的一个或多个。为了清楚地说明和描述，图2以简单矩形的图案呈现了电容性像素205的区，并且未示出电容性像素205内的各种其它部件。在一个实施例中，电容性感测像素205是局部电容（电容性耦合）的区域。在第一操作模式中，电容性像素205可形成在个别传感器电极与接地之间，并且在第二操作模式中，电容性像素205可形成在用作传送器与接收器电极的传感器电极的分组之间。电容性耦合随与电容性像素205相关联的感测区120中的输入对象的运动和接近而改变，并且因此可以用作输入对象在输入设备的感测区120中的存在的指示符或者用于当被用作指纹传感器时检测脊和谷。
示例性图案包括在公共平面中布置成X列和Y行的电容性感测像素205X、Y（统称为像素205）的阵列，其中X和Y为正整数，尽管X和Y中的一个可以为零。可以预期，感测像素205的图案可以包括具有其它配置的多个感测像素205，其诸如极性阵列、重复图案、非重复图案、非均匀阵列单行或列、或其它合适的布置。此外，如以下将更详细讨论的，感测像素205中的传感器电极可以是任何形状，诸如圆形、矩形、菱形、星形、正方形、非凸、凸、非凹、凹等。如在此所示，感测像素205耦合到处理系统110。
在第一操作模式中，电容性感测像素205内的至少一个传感器电极可用来借助于绝对感测技术以检测输入对象的存在。处理系统110中的传感器模块204（例如，传感器电路或传感器电路系统）配置成利用电容性感测信号（其可以是调制的或未调制的）使用每个像素205中的迹线240来驱动传感器电极，并且基于电容性感测信号来测量传感器电极与输入对象（例如，自由空间或大地接地）之间的电容，其由处理系统110或其它处理器所利用以确定手指中的特征或输入对象的位置。
电容性像素205的各个电极通常与其它电容性像素205的电极欧姆隔离。附加地，在像素205包括多个电极的情况下，电极可以与彼此欧姆隔离。也就是说，一个或多个绝缘体将传感器电极分离，并防止它们电短路到彼此。
在第二操作模式中，电容性像素205中的传感器电极被用来借助于跨电容感测技术以检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110可以利用传送器信号驱动像素205中的至少一个传感器电极，并且使用像素205中其它传感器电极中的一个或多个接收所得到信号，其中所得到信号包括对应于传送器信号的效应。由处理系统110或其它处理器利用所得到信号来确定输入对象的位置。
输入设备100可以配置成以上述模式中的任何一种来进行操作。输入设备100还可以配置成在上述模式中的任何两个或更多个之间切换。
在一些实施例中，“扫描”电容性像素205以确定这些电容性耦合。也就是说，在一个实施例中，驱动传感器电极的一个或多个以传送传送器信号。可以操作传送器使得一次（at one time）一个传送器电极进行传送，或者多个传送器电极在相同时间进行传送。在多个传送器电极同时进行传送的情况下，多个传送器电极可以传送相同的传送器信号并有效地产生实际上较大的传送器电极。可替换地，多个传送器电极可以传送不同的传送器信号。例如，多个传送器电极可以根据一个或多个编码方案传送不同的传送器信号，所述编码方案使得对接收器电极的所得到信号的其组合效应能够被独立地确定。
配置为接收器传感器电极的传感器电极可以单个地或多个地被操作以采集所得到信号。所得到信号可用于确定在电容性像素205处的电容性耦合的测量。
在其它实施例中，“扫描”像素205以确定这些电容性耦合包括利用调制的信号（例如，交流（AC）信号）进行驱动以及测量传感器电极中的一个或多个的绝对电容。在另一实施例中，可以操作传感器电极，使得调制的信号在相同时间在多个电容性像素205中的传感器电极上被驱动。在这样的实施例中，可以同时从一个或多个像素205中的每个获得绝对电容性测量。在一个实施例中，输入设备100同时驱动多个电容性像素205中的传感器电极，并在相同的感测循环中测量针对像素205中的每个的绝对电容性测量。在各种实施例中，处理系统110可以配置成利用传感器电极的一部分选择性地驱动和接收。例如，可以基于但不限于在主机处理器上运行的应用、输入设备的状态、感测设备的操作模式和输入对象的确定位置来选择传感器电极。在另一实施例中，输入对象（例如，手指）是当传感器电极是接收器时利用调制的信号被驱动的传送器。
如上所讨论，来自电容性像素205的测量的集合形成表示在像素205处的电容性耦合的电容性图像（也称为电容性帧）。可以在多个时间段之上采集多个电容性图像，并且它们之间的差用于导出关于感测区中的输入的信息。例如，在连续的时间段之上采集的连续的电容性图像可用于跟踪进入感测区、离开感测区和在感测区内的一个或多个输入对象的（一个或多个）运动。
在一些实施例中，电容性像素205中的传感器电极中的一个或多个包括用于更新显示屏的显示的一个或多个显示电极。在一个或多个实施例中，显示电极包括Vcom电极（公共电极）、源极驱动线、栅极线、阳极电极或阴极电极、或任何其它显示元件的一个或多个片段。这些显示电极可以设置在适当的显示屏基板上。例如，电极可以设置在一些显示屏（例如，面内切换（IPS）或面到线切换（PLS）有机发光二极管（OLED））中的透明基板（玻璃基板、TFT玻璃、塑料基板或任何其它透明材料）上、一些显示屏（例如，图案化垂直对准（PVA）或多域垂直对准（MVA））的滤色片玻璃的底部上、发射层（OLED）之上等。在这样的实施例中，用作传感器和显示电极两者的电极也可被称为组合电极，因为它执行多种功能。
继续参考图2，耦合到传感器电极的处理系统110包括传感器模块204，并且可选地包括显示驱动器模块208。在一个实施例中，传感器模块包括配置成在其中期望输入感测的时期期间将传送器信号驱动到传感器电极上并利用传感器电极接收所得到信号的电路。在一个实施例中，传感器模块204包括传送器模块，其包括配置成在其中期望输入感测的时期期间将传送器信号驱动到传感器电极上的电路。传送器信号通常被调制，并且在被分配用于输入感测的时间段之上包含一个或多个突发。传送器信号可具有可以被改变的幅度、频率和电压，以获得感测区中输入对象的更健壮的位置信息。在绝对电容性感测中使用的调制的信号可以与在跨电容感测中使用的传送器信号相同或不同。传感器模块204可以选择性地耦合到电容性像素205中的传感器电极中的一个或多个。例如，传感器模块204可以耦合到传感器电极的选择的部分，并且在绝对或跨电容感测模式中进行操作。在另一示例中，与在跨电容感测模式中进行操作时相比较，传感器模块204可以在绝对感测模式中进行操作时耦合到不同的传感器电极。
在各种实施例中，传感器模块204可以包括接收器模块，所述接收器模块包括配置成利用传感器电极接收所得到信号的电路，所述所得到信号包括在其中期望输入感测的时期期间对应于传送器信号的效应。在一个或多个实施例中，接收器模块配置成将调制的信号驱动到像素205中的一个中的第一传感器电极上，并且接收对应于调制的信号的所得到信号，以确定传感器电极的绝对电容中的改变。接收器模块可以确定感测区120中输入对象的位置，或者可以将包括指示所得到信号的信息的信号提供到另一模块或处理器，例如，电子设备的确定模块或处理器（即，主机处理器），以用于确定感测区120中输入对象的位置。在一个或多个实施例中，接收器模块包括多个接收器，其中每个接收器可以是模拟前端（AFE）。
在一个或多个实施例中，电容性感测（或输入感测）和显示更新可以在至少部分重叠的时期期间发生。例如，当驱动组合电极以用于显示更新时，也可以驱动组合电极以用于电容性感测。或者，重叠电容性感测和显示更新可以包括调制显示设备的（一个或多个）参考电压和/或在一时间段中调制针对显示的至少一个显示电极，所述时间段至少部分地与当传感器电极配置用于电容性感测的时间重叠。在另一实施例中，电容性感测和显示更新可以在非重叠时期（也称为非显示更新时期）期间发生。在各种实施例中，非显示更新时期可以在对于显示帧的两个显示线的显示线更新时期之间发生，并且可以至少在时间上与显示更新时期一样长。在这样的实施例中，非显示更新时期可以被称为长水平消隐时期、长h消隐时期或分布式消隐时期。在其它实施例中，非显示更新时期可以包括水平消隐时期和垂直消隐时期。处理系统110可以配置成在不同的非显示更新时间中的任何一个或多个或任何组合期间驱动传感器电极以用于电容性感测。
显示驱动器模块208包括被确认为在非感测（例如，显示更新）时期期间向显示设备的显示提供显示图像更新信息的电路。显示驱动器模块208可以与传感器模块204被包括在一起或与传感器模块204分离。在一个实施例中，处理系统包括第一集成电路，所述第一集成电路包括显示驱动器模块208和传感器模块204的至少一部分（即，传送器模块和/或接收器模块）。在另一实施例中，处理系统包括第一集成电路以及第二集成电路，所述第一集成电路包括显示驱动器模块208，并且所述第二集成电路包括传感器模块204。在又一实施例中，处理系统包括第一集成电路以及第二集成电路，所述第一集成电路包括显示驱动器模块208和传送器模块或接收器模块中的一个，并且所述第二集成电路包括传送器模块和接收器模块中的另一个。
图3图示了根据一个实施例的光学指纹传感器中的光学像素阵列300。光学像素阵列300包括布置成矩形矩阵阵列的多个光电二极管（PD）305，其使用相应的薄膜晶体管（TFT）310耦合到数据线320。TFT 310包括耦合到相应的栅极线315的栅极。PD 305中的每个通过相关联的TFT 310的源极和漏极连接到数据线320。在栅极线315上驱动不同电压将TFT310激活（例如，打开）或者去激活（例如，关闭）。当被激活时，TFT 310将PD 305电耦合到数据线320。如下所述，数据线320可用于预充电PD 305并测量对应于PD 305的电压，以便捕获针对人手指的指纹。当被去激活时，PD 305处于电浮置-即，对于数据线320电断开。尽管未示出，但是每个数据线320可以耦合到相应的模拟前端（AFE）（也称为光学AFE），其可以测量对应于PD 305的电荷、电压或电流以捕获指纹。
为了使用光学感测来捕获指纹，可以包括与光学像素阵列300分离的或集成在光学像素阵列300内的一个或多个光源（图3中未示出），其朝设置手指的感测区发射光。光与手指相互作用（例如，被手指反射或散射），并且由于光与手指的相互作用而引起的光学响应中的改变被PD 305检测到。例如，被手指反射或散射的光可以被PD检测到。在一个实施例中，光学像素阵列300包括栅极驱动器电路，其控制栅极线315上的电压，以便激活及去激活TFT 310。在一些实施例中，栅极驱动器电路包括移位寄存器，其准许光学指纹通过行来光栅化（raster）。例如，当执行光学感测时，在任何给定时间，设备可以仅将PD 305的一行耦合到数据线320，同时PD 305的其它行与数据线320断开。栅极驱动器电路可使用栅极线315中的一个来激活耦合到栅极线315的所有的TFT 310，同时驱动其它栅极线315上的电压，其将剩余行中的TFT 310去激活。
在一个实施例中，光学像素阵列300将PD 305的选择的行连接到数据线320。耦合到数据线320的光学AFE对与所选择行中的PD 305相对应的电容预充电。在对该行中的PD305预充电之后，栅极线315去激活TFT，这将该行中的PD 305与数据线320断开。在断开时，一个或多个光源发射与手指（如果存在的话）相互作用的光，并且光的至少一部分被PD 305检测到，这相对于当没有（或较少的）光照射PD 305时的泄漏电流改变了对应于PD 305的泄漏电流。然后，使用所选择的栅极线315和TFT 310将PD 305重新连接到数据线320。然后，耦合到数据线320的光学AFE测量对应于所选择行中的PD的电压。通过测量电压（或电压中的改变），输入设备可以确定手指中的脊和谷，以便捕获指纹。然而，这仅仅是执行光学感测的一个示例。本文描述的实施例可以与用于执行光学感测以捕获指纹的其它技术一起使用。
光学像素阵列300包括适合于捕获指纹的区域和节距（例如，足以可靠地执行指纹认证的全部或部分指纹区域）。在一个实施例中，光学像素阵列300包括从20mm2到100mm2范围的区域。在一个实施例中，光学像素阵列300包括从5微米到100微米范围的光电二极管的节距。在一些实现方式中，其它尺寸可能适合于光学像素阵列300。尽管具体提到了光电二极管，但是本文的实施例可应用于其它类型的光电传感器，诸如光电晶体管。
图4图示了根据一个实施例的光学像素400。具体地，图4是图3中所示的TFT 310和PD 305中的一个的示意性横截面图。图4图示了光学像素400中的各种部件之间的一般电连接。图4中所示的特定空间布置是示例性的，并且其它布置也是可能的。光学像素400包括TFT基板435，在其上设置有TFT 310（开关）和PD 305（光电传感器）。在一个实施例中，TFT基板435由玻璃制成。图4是图示在双重光学和电容性传感器中的光学像素400的一些功能部件的简化示意图，但是应当理解，光学像素400可以包括以各种配置设置在TFT基板435之上的各种金属布线层、绝缘层和半导体层。
在光学像素400中，TFT 310的一个端子耦合到数据连接器410（例如，数据金属），其将TFT 310耦合到图3中所示的数据线320中的一个。TFT 310的另一端子耦合到PD连接器425，其将TFT耦合到PD 305。栅极金属430耦合到图3中的栅极线315中的一个，并且控制TFT310的栅极以在TFT 310中形成导电沟道。当形成时，导电沟道将数据连接器410电连接到PD连接器425，以对PD 305充电或测量对应于PD 305的电压，如上所述。以不同地表达，栅极金属430可以激活和去激活TFT 310，以便选择性地将数据连接器410耦合到PD连接器425。
在一个实施例中，TFT 310包括至少一个掺杂的有源半导体层（例如，掺杂的硅），其可以用来响应于在栅极金属430上驱动的电压而形成导电沟道。在一个实施例中，TFT310包括非晶硅。因为TFT 310中的有源结构可能受光所影响，所以光学像素400包括光屏蔽体405，其阻挡当执行光学感测时发射的光（以及环境光）的一些或全部照射TFT 310。光屏蔽体405可由不透明金属层形成。
如所示出的，PD 305的底部表面（例如，第一表面）耦合到PD连接器425，而PD 305的顶部、相对表面（例如，第二表面）耦合到电容性传感器层420。在一个实施例中，电容性传感器层420可以包括一个或多个电容性传感器电极。在一个实施例中，电容性传感器层420包括连接到光学像素阵列中的所有PD 305的单个电容性传感器电极（例如，以检测手指的存在）。在另一实施例中，电容性传感器层420包括以具有比光学像素阵列更低的分辨率和/或电极之间的更低传感器节距的图案布置的多个电容性传感器电极。在此实施例中，电容性传感器电极中的一个可以电连接到像素阵列中的PD 305中的多个PD 305。在又一实施例中，电容性传感器层420包括以具有与光学像素阵列相同的分辨率或电极之间的传感器节距的图案布置的多个电容性传感器电极。在此实施例中，电容性传感器电极中的每个可以电连接到光学像素阵列中的PD 305中的相应一个。当执行光学感测时，电容性传感器层420耦合到参考或偏置电压（本文称为Vcom）。当执行光学感测时，电耦合到PD 305的电容性传感器电极被保持在恒定的未调制的电压。然而，当执行电容性感测时，电容性传感器层420中的传感器电极可以利用电容性感测信号（例如，AC信号）来驱动，以便检测感测区中输入对象的存在或移动。
在一个实施例中，感测区是输入设备的顶部表面（其可以是钝化层415的顶部表面或设置在钝化层415上方的附加覆盖层的顶部表面，诸如覆盖玻璃）上方的区域。通过使用电容性传感器层420执行电容性感测，输入设备可以确定输入对象何时接近于光学像素400，即，输入对象何时处于感测区中。在一些实施例中，输入对象不需要接触输入表面以便被电容性传感器层420检测到，而是可悬浮在输入表面之上。在一些实施例中，当输入对象处于与PD 305之上的输入表面接触时，它由电容性传感器层420所检测到。
钝化层415可以是介电材料。此外，钝化层415和电容性传感器层420可以由光学透明材料形成，使得来自感测区的光可以穿过这些层以便到达PD 305。在一个实施例中，电容性传感器层420由诸如氧化铟锡（ITO）的透明导体形成，其是光学透明的，但也是导电的。以此方式，在光学感测期间电容性传感器层420可被驱动到Vcom，并且当指纹执行电容性感测时可以利用电容性感测信号来驱动电容性传感器层420。在一个实施例中，电容性传感器层420也可以被称为ITO偏置层。
图5图示了将ITO层505划分成具有多个传感器电极（SE）510的电容性传感器层420。图5图示了ITO层505和电容性传感器层420的顶视图。如所示出的，PD（其连接到电容性传感器层420和ITO层505的底部表面）没有被示出。图5的左侧中的ITO层505包括单个ITO电极（其可以连接到光学像素阵列的所有的PD）。在利用光电二极管阵列进行光学感测（例如，以检测手指的存在或不存在）期间，ITO层505可以保持在参考电压。相反，图5的右侧中的电容性传感器层420被划分成多个传感器电极510（在此示例中为9个）。电容性传感器层420被划分成与彼此电绝缘的个别传感器电极510，而不是具有单个连续的ITO材料片。类似ITO层505，传感器电极510中的每个可耦合到在底部表面处的PD中的至少一个。
传感器电极510中的每个包括到选择逻辑515的电连接。例如，光学指纹传感器可以包括用于将传感器电极510中的每个连接到选择逻辑515的通孔和/或导电布线层。
选择逻辑515可以包括多路复用器、开关等，以用于选择性地将传感器电极耦合到一个或多个AFE 520或Vcom 525。例如，当执行电容性感测时，选择逻辑515将传感器电极510中的一个或多个连接到AFE 520中的至少一个，并将传感器电极510与Vcom 525断开。当执行光学感测时，选择逻辑515将传感器电极510连接到Vcom 525，并且将传感器电极510与AFE 520断开。
图5中的AFE 520可以不同于被用于执行光学感测的连接到图3中所示的数据线320的光学AFE。也就是说，在一个实施例中，用于执行电容性感测的AFE 520不同于用于执行光学感测的AFE。当执行电容性感测时，仅一个传感器电极510可耦合到一个AFE 520，多个传感器电极510可耦合到相同AFE 520，或者多个传感器电极510可各自耦合到AFE 520中的相应一个。也就是说，选择逻辑515可将多个传感器电极510连接到单个AFE 520，或者将传感器电极510中的每个连接到AFE 520中的相应一个。这些不同的配置和它们的功能在图9和10中更详细地描述。
尽管在图5中传感器电极510被图示为由耦合到PD的ITO层形成，但是在另一实施例中，代替用于光电二极管的Vcom电极或者除了用于光电二极管的Vcom电极之外，一个或多个专用感测电极可以被用于电容性感测。
图6图示了电容性地耦合到电容性传感器层420中的传感器电极510的手指。如所示出的，手指可以与在感测区中的感测表面605接触（或悬浮在其之上）。在此示例中，感测表面605可以是输入设备的最外或外表面。手指与传感器电极510之间的电容性耦合在图6中被表示为Cs。通过测量此电容性耦合中的改变，输入设备可以确定手指的存在，并且在一些实施例中，确定手指相对于感测表面605的位置或者手指沿感测表面605的移动。
除了电容性耦合到手指之外，传感器电极510电容性耦合到TFT结构610。TFT结构610可以包括耦合到TFT的电部件以及作为TFT的一部分的不同层和部件的一些或全部。例如，TFT结构610可以包括图4中所示的数据连接器410、TFT 310、栅极金属430和PD连接器425。TFT结构610中的导电元件与电容性传感器层420中的传感器电极510之间的组合电容性耦合由Cb（即，背景电容）所表示。在一些实施例中，传感器电极510与TFT结构610之间的电容性耦合Cb可大于传感器电极510与手指之间的电容性耦合Cs若干数量级。TFT结构610可强耦合到接地（GND），这意味着难以在传感器电极510中的一个或多个上驱动电容性感测信号以便测量到手指的电容性耦合（即，Cs），因为耦合到TFT结构610的电容性耦合（即，Cb）要强得多。
为了减轻或移除当执行电容性感测时电容Cb的负面效应，输入设备可以使用在电容性传感器层420中的传感器电极510上驱动的相同电容性感测信号来驱动TFT结构610中的导电材料。例如，如果电容性感测信号是调制的（例如，AC）方波或正弦波，则输入设备将该相同的调制的方波或正弦波驱动到TFT结构610中的一个或多个部件上。换句话说，因为跨背景电容Cb的电压保持相同，所以到TFT结构610的电容性耦合不影响电容性感测测量。因为传感器电极510上的电压改变与TFT结构610中的导电部件上的电压相同，所以从电路有效地移除了电容Cb（或至少减轻了其效应）。代替地，仅手指与传感器电极510之间的电容Cs影响了电容性感测测量。
在一个实施例中，输入设备可以在TFT结构610中的栅极线、Vcom层、CLK信号和开始脉冲线上驱动电容性感测信号（例如，AC信号）。例如，输入设备可以包括栅极驱动器电路，所述栅极驱动器电路设置在具有电容性感测层420的公共基板上。通过将电容性感测信号传送到栅极驱动器电路，处理系统可以在栅极线（例如，图4中的栅极金属430，其控制耦合到PD 305的TFT 310）上间接驱动电容性感测信号。然而，在其它实施例中，处理系统可以在栅极线上直接驱动电容性感测信号。以此方式，TFT结构610中的导电材料以与传感器电极510相同的方式被驱动，并且因此，减轻了电容Cb的效应。例如，输入设备可以在VH和VL干线上驱动电容性感测信号，其被用于驱动栅极线以便激活和去激活TFT结构610中的TFT。此外，TFT结构610可以包括一个或多个附加的Vcom层（不同于电容性传感器层420或ITO偏置层），其也可以使用电容性感测信号来驱动，使得这些Vcom层上的电压以与传感器电极510上的电压相同的方式改变。
TFT结构610也可以包括控制栅极驱动电路的操作的CLK信号。例如，CLK信号可被用于通过栅极线315进行光栅化，以便选择图5中所示的PD 305的行。因为用于传送CLK信号的导电材料可位于TFT结构610中，所以在该导电材料上驱动电容性感测信号以减轻背景电容Cb。此外，栅极驱动电路可以耦合到开始脉冲（START PULSE）线，其确定栅极驱动电路何时开始通过栅极线315进行光栅化。当执行电容性感测时，此线也可以利用电容性感测信号来驱动。
当执行除了TFT结构610之外的电容性感测时，电容性感测信号可以被驱动到光学指纹传感器中的其它导电材料上。例如，可以在Vcom层或数据线320上驱动电容性感测信号，其可能处于TFT结构610外部。然而，在其它实施例中，当执行电容性感测时，光学指纹传感器中的导电材料中的一些是电浮置的。例如，数据线320可以设置在两个Vcom层之间，所述两个Vcom层在电容性感测期间由电容性感测信号所驱动。这样，将数据线320浮置可能是足够的，因为两个Vcom层防止数据线320与传感器电极510之间的任何电容性耦合影响电容性感测测量。为了浮置数据线320，输入设备可以包括在光学AFE的输入处的开关，其当执行电容性感测时将数据线320与AFE断开。当执行光学感测时，数据线320可以重新连接到光学AFE。以此方式，与光学指纹传感器中的传感器电极510接近的导电材料可以使用相同的电容性感测信号来被驱动或电浮置，以便减轻背景电容Cb对执行电容性感测具有的负面效应。
图7图示了将电容性感测信号驱动到光学传感器中的传感器电极510和TFT结构610上。如所示出的，像素720，并更具体地，传感器电极510经由电容Cs电容性地耦合到手指，而TFT结构610经由电容Cb电容性地耦合到传感器电极510。电容性感测信号（即，Vtx）由传送器（TX）705驱动到TFT结构610中的导电材料上，并且驱动到运算放大器710的正端子中。运算放大器710又将电容性感测信号Vtx驱动到其负端子和传感器电极510上。因此，TFT结构610中的导电材料上的电压以与传感器电极510上的电压相同的方式改变，由此减轻电容Cb对输出电压V输出的效应。如所示出的，输出电压V输出可以由以下等式来表示：
V输出=
因此，输出电压V输出不受背景电容Cb所影响，并且与电容Cs成比例。
在一个实施例中，运算放大器710、反馈电容器Cfb和电压测量电路715是AFE的一部分，其可以选择性地耦合到传感器电极510。也就是说，这些部件可以是图5中所图示的AFE520中的一个的一部分，其可以使用选择逻辑515（所述选择逻辑515未在图7中示出）选择性地耦合到传感器电极510。
尽管本文未详细描述，但是在一个实施例中，电压测量电路715测量V输出以便标识传感器电极510与手指之间的电容Cs中的改变。通过跟踪电容中的这种改变，输入设备可以检测感测区中手指的存在，确定由手指在感测区中做出的诸如轻叩、双叩、滑动等的手势，或者基于感测的电容确定关于手指的其它信息。
图8图示了将电容性感测信号驱动到光学传感器中的传感器电极510和TFT结构610上。类似图7中，图8图示了其中TX 705将电容性感测信号VTX驱动到TFT结构610和传感器电极510两者上的电路。具体地，TX 705将电容性感测信号VTX驱动到运算放大器805的正输入上，所述运算放大器805又将电容性感测信号VTX驱动到它的负输入上，所述负输入耦合到传感器电极510，其减轻或移除了背景电容Cb对电容性感测测量的效应。
代替生成输出电压，运算放大器805生成与耦合电容Cs成比例的输出电流i输出。输出电流可以由以下等式表示：
i输出=
电流镜810生成输出电流i输出的复制，其由电流测量电路815来采样以便检测传感器电极510与手指之间的耦合电容Cs中的改变。通过跟踪电容中的这种改变，输入设备715可以检测感测区中手指的存在，确定由手指在感测区中做出的诸如轻叩、双叩、滑动等的手势，或者基于感测的电容确定关于手指的其它信息。
图9是用于操作包括电容性传感器电极的光学指纹传感器的方法的流程图。在块905，指纹传感器激活存在检测模式。在此模式期间，指纹传感器使用图5中所示的电容性传感器层420中的传感器电极510中的一个或多个来执行电容性感测。尽管图5图示了层420中的多个传感器电极510，但是在另一实施例中，层420可仅包括单个传感器电极510。例如，如果输入设备仅想要检测感测区中手指的存在而不是确定指纹传感器中手指的具体位置或感测区中手指的移动，则单个传感器电极510可能是足够的。例如，如果输入设备想要使用电容性感测来仅检测手指的存在或检测诸如轻叩或双叩之类的简单手势，则ITO层505（例如，单个ITO导电片）可以耦合到选择逻辑515，而不是在层420中形成多个传感器电极510。然而，以下实施例假定ITO层505已被划分成多个传感器电极510，如图5中所示。
在一个实施例中，存在检测模式被用于执行输入设备中的唤醒特征。输入设备可以将指纹传感器置于低功率状态（例如，去激活光学感测）中，其中使用电容性感测层中的传感器电极中的一个或多个来执行电容性感测。如上所提到，电容性感测可能要求比光学感测更少的功率，从而节省针对移动输入设备的功率和电池寿命。此外，在一些实现方式中，电容性感测可以提供比光学感测更可靠的手指检测。
除了将指纹传感器置于低功率模式中之外，输入设备中的其它部件可能处于低功率模式中。例如，如果用户在超时时期内没有与输入设备（例如，触摸屏）进行相互作用，则输入设备可关掉显示并去激活触摸屏。存在检测模式可以用于检测输入对象的存在，输入设备使用其来唤醒这些部件（例如，开启显示、开始利用触摸屏执行电容性感测、或开始执行光学指纹感测）。以不同地表达，在一个实施例中，指纹传感器的存在检测模式可被用于将输入设备中的其它部件从低功率模式切换到正常操作模式。
在一个实施例中，当执行电容性感测时，指纹传感器不执行光学感测。例如，因为在一些实施例中，用于执行电容性感测的部件也被用于执行光学感测，所以指纹传感器在重叠的时间段中不执行这两个功能。例如，参考图4，电容性传感器层420包括传感器电极510，其在电容性感测期间被用于驱动电容性感测信号，但是在光学感测期间被用于将PD305连接到Vcom（例如，未调制的参考信号）。在此示例中，电容性传感器层420是为在电容性感测和光学感测两者期间被使用的双重目的的。然而，在其它实施例中，如果电容性传感器电极独立于用于执行光学感测的部件（并且传感器电极与光学部件之间的背景电容性耦合足够小），则指纹传感器可以在还执行电容性感测的同时执行光学感测。
在框910，输入设备确定当在存在检测模式中进行操作时（即，当执行电容性感测时）指纹传感器是否已检测到输入对象（例如，手指或触笔）的存在。如果没有的话，则方法返回到框905，但是如果检测到输入对象，则方法前进到框915，其中输入设备确定是否需要指纹。
在一个实施例中，输入设备可以确定在主机CPU中当前正在执行什么应用。例如，可能当前正在操作银行应用，其要求用户的指纹以便访问安全财务记录。银行应用可能触发一标志，所述标志指示它正等待指纹以便继续进行。在框915，输入设备可以确定是否有任何应用已触发该标志。如果是的话，则方法进行到框920，其中指纹传感器激活光学检测模式以便捕获指纹。
然而，如果当前没有应用正在等待指纹，则方法前进到框925，其中指纹传感器激活导航模式。在一个实施例中，与其仅可检测输入对象是否处于感测区中的存在检测模式相比，导航模式使得指纹传感器能够检测关于输入对象的更细粒度的信息。例如，在导航模式中，指纹传感器可以确定由传感器中的电容性感测层建立的感测区中输入对象的具体位置。或者，指纹传感器可以确定感测区中输入对象的移动（例如，速度和方向），其可能与滑动手势相关。此信息可由输入设备所使用以执行对应动作，诸如移动光标、在显示中输出的应用或页面之间切换、打开应用、激活显示的按钮或特征等。
图10A图示了在存在检测模式期间操作指纹传感器的一个示例。如图10A中所示，仅中间的传感器电极510耦合到AFE以便执行电容性感测。也就是说，选择逻辑（未示出）将中间的电极耦合到AFE，其然后测量电容中的改变，以便检测输入对象的存在，如图9的框905中所述。另外，当将电容性感测信号驱动到中间的电极上时，电容性感测信号也可被驱动到TFT结构上，以便减轻或移除图7和图8中所示的背景电容。此外仍有，还可以在没有被感测的周围传感器电极510上驱动电容性感测信号，以便减轻或移除传感器电极之间的电容性耦合。然而，在另一实施例中，周围传感器电极510可以是电浮置的。
图10B图示了在存在检测模式期间操作指纹传感器的一个示例。在图10B中，在图9的框905，在存在检测模式期间感测多个传感器电极510（但不是它们的全部）。在此实施例中，选择逻辑可将划上阴影的电极510（九个电极510当中的五个）耦合到相同的AFE。也就是说，划上阴影的传感器电极510全部都电耦合在一起，以基本上形成一个大的传感器电极。相对于如图10A中所示的仅使用一个传感器电极510，这样做可以提升在执行电容性感测时传感器区域对手指的响应性或提升信噪比，并且因此使检测输入对象的存在更容易。
当将电容性感测信号驱动到划上阴影的电极510上时，电容性感测信号也可被驱动到TFT结构上，以便减轻或移除图7和图8中所示的背景电容。此外仍有，还可以在没有被感测的未划上阴影的传感器电极510上驱动电容性感测信号，以便减轻或移除传感器电极之间的电容性耦合。然而，在另一实施例中，周围传感器电极510可以是电浮置的。
图10C图示了在存在检测模式期间操作指纹传感器的一个示例。在图10C中，在图9的框905，在存在检测模式期间感测电容性感测层中的所有传感器电极510。在此实施例中，选择逻辑可以将所有传感器电极510耦合到相同AFE，从而有效地形成一个大的传感器电极。相对于使用图10A和10B中所示的感测图案，以增加的功率消耗为权衡折衷，这样做在执行电容性感测时可以提升信噪比。另外，当将电容性感测信号驱动到划上阴影的电极510上时，电容性感测信号也可被驱动到TFT结构上，以便减轻或移除图7和图8中所示的背景电容。
另外，当在导航模式中操作时，指纹传感器还可以利用电容性感测信号来驱动所有传感器电极510，如图10C中所示的。然而，针对传感器电极510中的每个的所得到信号被个别地测量。当在导航模式中时，代替将所有传感器电极510耦合到相同AFE，传感器电极510可以各自耦合到相应的AFE，使得输入设备可以测量针对每个个别传感器电极的电容性感测测量。可替换地，选择逻辑可被用于使用相同AFE以时分复用（time multiplexed）序列个别地测量多个传感器电极。以此方式，输入设备可以标识输入对象的位置（例如，触笔位于指纹传感器的中心或更朝向指纹传感器的右上角）以及输入对象的移动（例如，从传感器的中心到传感器的右侧）。
在图10A-10C中，指纹传感器依赖于绝对电容性感测，以便当处于存在检测模式或导航模式中时检测感测区中输入对象的存在或手势。然而，在其它实施例中，指纹传感器可以使用跨电容性感测来执行电容性感测。
图11A图示了跨电容性感测结构。图11A图示了层1100，在其上传送器（TX）电极1105连同接收器（RX）电极1110一起设置。也就是说，TX电极1105和RX电极1110（如由散列所示，其由ITO形成）可与彼此共面（例如，设置在相同表面或基板上）。另外，图11图示了RX电极1110下面的金属布线（以黑色示出），其将TX电极1105的不同部分电互连。金属布线被设置在与TX电极1105和RX电极1110不同的层上，使得TX电极1105和RX电极1110与彼此电绝缘。在一个实施例中，金属布线包括在与被用于光学像素布线和互连的层相同的金属层中设置的金属迹线。金属布线可以包括延伸通过光电二极管阵列（例如，在光电二极管之间）的布线，以将下部金属层连接到Vcom层中的上部TX电极。在一个实施例中，金属布线可以使用通孔连接到TX电极1105。
在一个实施例中，TX电极1105和RX电极1110可以形成在图5中所示的ITO层505中。也就是说，ITO层505可被形成为包括图11中所示的TX电极1105和RX电极1110，而不是将ITO层505划分成传感器电极510（如所示的）。输入设备可以检测TX电极1105与RX电极1110之间的跨电容（或互电容）。图11示出了具有正交TX电极1105和RX电极1110的矩形网格。任何合适的时分复用和/或编码的序列可用于检测与每个交叉位置相关联的电容。在其它实施例中，可以使用任何其它规则或不规则图案。此外，在一些实施例中，输入设备配置成在跨电容性感测模式中进行操作以检测电容性传感器电极的任何两个或两个以上之间的跨电容，其中包括平行或垂直电极的任何分组，而不需要在电极中的每一个处进行感测。
在另一实施例中，TX电极1105和RX电极1110中的一个、一些或全部可被形成在与光电二极管电极分离的专用层中。在该示例中，TX电极1105和RX电极1110仅用于电容性感测，而不是为既用于电容性感测又用于光学感测（例如，将PD耦合到Vcom）两者的双重目的。
在另一实施例中，TX电极1105和RX电极1110可以被形成在不同的层上。例如，TX电极1105可以由耦合到PD的ITO层形成，而RX电极1110形成在传感器堆叠中较高的专用ITO层中（或反之亦然）。
在一个实施例中，输入设备通过感测电极的平行延伸分组之间的跨电容（例如，通过利用两个或两个以上平行RX电极1110进行传送和接收）而在第一模式中进行操作（例如，用于手指存在检测或较低分辨率感测），并且通过感测电极的垂直分组之间的跨电容（例如，通过利用TX电极1105进行传送并利用RX电极1110进行接收）而在第二模式中进行操作（例如，用于导航或较高分辨率感测）。
图11B图示了图11A中所示的横截面AA'。如所示出的，TX电极1105和RX电极1110被形成在耦合到光电二极管阵列1155的ITO偏置层1150中。因此，当执行光学感测时，TX电极1105和RX电极1110中的一个或多个可以耦合到Vcom，但是当执行电容性感测时，使用电容性感测信号来驱动TX电极1105，而RX电极1110被用于测量所得到信号。此外，在一些实施例中，仅TX电极1105可以连接到光电二极管阵列1155（并且在光学感测期间连接到Vcom），仅RX电极1110可以连接到光电二极管阵列1155（并且在光学感测期间连接到Vcom），或者TX电极1105和RX电极1110两者都连接到光电二极管阵列1155（其中在光学感测期间两者都连接到Vcom）。
TX电极1105中的每个通过通孔耦合到金属布线1160，其准许列中的TX电极1105电连接以形成在垂直于RX电极1110的方向上延伸的单个TX电极1105。在一个实施例中，金属布线1160是光学指纹传感器中的现有金属层，其可以在TFT基板435上方，并且其可以被用于布线或互连一个或多个TFT和/或光电传感器。
如上所述，图11A和11B中所示的跨电容性传感器结构可以用于执行图9中所示的方法，其诸如光学指纹传感器中的存在检测模式和导航模式。
因此，呈现本文中阐述的实施例和示例以便最好地解释根据本技术及其特定应用的实施例，以及由此使得本领域技术人员能够制造和使用本公开。然而，本领域技术人员将认识到的是，仅出于说明和示例的目的呈现了前述描述和示例。所阐述的描述并非旨在是穷尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。
鉴于前述内容，本公开的范围由随后的权利要求确定。

Claims (21)

1.一种输入设备，包括：
一种双重光学和电容传感器，包括：
光电传感器；
开关，所述开关电耦合在所述光电传感器与数据线之间；以及
电容性感测层，所述电容性感测层包括电耦合到所述光电传感器的至少一个传感器电极；以及
处理系统，所述处理系统配置成：
当执行光学感测时在所述传感器电极上驱动恒定电压；以及
当执行电容性感测时在所述传感器电极上驱动交流（AC）信号。
2. 根据权利要求1所述的输入设备，还包括：
模拟前端，所述模拟前端配置成当执行电容性感测时测量电容性感测信号；以及
选择逻辑，所述选择逻辑配置成当执行电容性感测时将所述传感器电极耦合到所述模拟前端，并且当执行光学感测时将所述传感器电极耦合到恒定电压源。
3.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述处理系统配置成：
激活存在检测模式，其中所述存在检测模式包括使用所述传感器电极执行电容性感测；
当处于所述存在检测模式中时检测输入对象；以及
激活光学检测模式，其中所述光学检测模式包括使用所述光电传感器执行光学感测。
4.根据权利要求3所述的输入设备，其中所述存在检测模式是低功率模式，并且所述光学检测模式是高功率模式。
5. 根据权利要求3所述的输入设备，其中所述处理系统配置成：
在处于所述存在检测模式中时检测到所述输入对象之后，确定当前不需要使用光学感测来捕获指纹；以及
激活导航模式，在所述导航模式期间，所述处理系统使用相对于所述存在检测模式的电容性感测来检测关于所述输入对象的更细粒度的信息。
6.根据权利要求5所述的输入设备，其中所述更细粒度的信息包括由所述电容性感测层建立的感测区中所述输入对象的位置和所述感测区中所述输入对象的移动中的至少一项。
7.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述电容性感测层包括多个传感器电极，每个电耦合到至少一个光电传感器，其中所述处理系统配置成当执行光学感测时将所述多个传感器电极中的每个驱动到所述恒定电压。
8. 根据权利要求7所述的输入设备，其中所述处理系统配置成：
从当执行电容性感测时的存在检测模式切换到导航模式，其中在所述导航模式期间，在所有的所述多个传感器电极上驱动所述AC信号；以及
从所述存在检测模式切换到执行光学感测，在所述光学感测期间所有的所述多个传感器电极被驱动到所述恒定电压。
9.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述电容性感测层包括多个传感器电极，所述多个传感器电极被布置在公共层上以形成包括多个行和列的矩形阵列，其中所述多个传感器电极中的每个电耦合到所述双重光学和电容传感器中的多个光电传感器。
10.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述光电传感器是光电二极管，并且所述开关电耦合到所述光电二极管的第一表面，所述第一表面与所述光电二极管的第二表面相对，所述第二表面电耦合到所述传感器电极。
11.根据权利要求1所述的输入设备，其中还包括指纹传感器，所述指纹传感器包括所述双重光学和电容传感器，其中所述处理系统配置成当执行电容性感测时检测手指的存在，并且当执行光学感测时检测所述手指的指纹。
12.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述处理系统配置成在栅极线上驱动所述AC信号。
13.根据权利要求1所述的输入设备，其中所述传感器电极包括光学透明材料，其中所述传感器电极覆盖所述光电传感器，使得所述传感器电极被设置在所述光电传感器与电容性感测表面之间。
14.一种处理系统，包括：
传感器电路，所述传感器电路配置成：
当执行光学感测时在传感器电极上驱动恒定电压，其中所述传感器电极电耦合到光电传感器，所述光电传感器的输出当执行光学感测时被测量；以及
当执行电容性感测时在所述传感器电极上驱动AC信号，
其中所述传感器电路包括模拟前端，所述模拟前端配置成当执行电容性感测时使用所述AC信号来检测输入对象。
15.根据权利要求14所述的处理系统，还包括：
选择逻辑，所述选择逻辑配置成当执行电容性感测时将所述传感器电极耦合到所述模拟前端，并且当执行光学感测时将所述传感器电极耦合到恒定电压源。
16.根据权利要求14所述的处理系统，其中所述传感器电路配置成：
激活存在检测模式，其中所述存在检测模式包括使用所述传感器电极执行电容性感测；
当处于所述存在检测模式中时检测所述输入对象；以及
所述处理系统还包括光学模拟前端，所述光学模拟前端配置成激活光学检测模式，其中所述光学检测模式包括使用所述光电传感器执行光学感测。
17.根据权利要求16所述的处理系统，其中所述存在检测模式是低功率模式，并且所述光学检测模式是高功率模式。
18. 根据权利要求16所述的处理系统，其中所述传感器电路配置成：
在处于所述存在检测模式中时检测到所述输入对象之后，确定当前不需要使用光学感测来捕获指纹；以及
激活导航模式，在所述导航模式期间，所述处理系统使用相对于所述存在检测模式的电容性感测来检测关于所述输入对象的更细粒度的信息。
19.根据权利要求18所述的处理系统，其中所述更细粒度的信息包括感测区中所述输入对象的位置和所述感测区中所述输入对象的移动中的至少一项。
20.一种方法，包括：
当执行光学感测时在传感器电极上驱动恒定电压，其中所述传感器电极电耦合到光电传感器；
当使用所述光电传感器执行光学感测时测量指纹；以及
当执行电容性感测时在所述传感器电极上驱动AC信号。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
激活存在检测模式，其中所述存在检测模式包括使用所述传感器电极执行电容性感测；
当处于所述存在检测模式中时检测输入对象；以及
激活光学检测模式，其中所述光学检测模式包括使用所述光电传感器执行光学感测。
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