CN111832544A - 超声波指纹传感器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声波指纹传感器及其操作方法。超声波指纹传感器适于设置在终端设备的面板下方。超声波指纹传感器包括超声波指纹感测阵列以及控制器。超声波指纹感测阵列朝面板发射测试信号。控制器耦接超声波指纹感测阵列。控制器基于对应于测试信号的回声信号次数判断面板上方是否贴附保护层。

Description

超声波指纹传感器及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种超声波指纹传感器及其操作方法。

背景技术

用户通常会在移动电子设备(例如手机或平板等)的面板(例如显示面板或触控面板等)贴附保护贴，以保护面板被刮伤而损坏。由于保护贴可能不平整地贴附在面板上，或者是保护贴的厚度过厚，因此导致保护贴与面板之间存在气泡。对于具有超声波指纹感测功能的移动电子设备来说，若超声波指纹传感器上方的面板上的保护贴未平整贴附，将使得超声波指纹传感器无法有效地感测手指指纹，而发生指纹误判的情形。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种超声波指纹传感器及其操作方法，可自动判断面板上方是否额外贴附有一保护层。

根据本发明的实施例，本发明的超声波指纹传感器适于设置在终端设备的面板下方。超声波指纹传感器包括超声波指纹感测阵列以及控制器。超声波指纹感测阵列用以朝面板发射测试信号。控制器耦接超声波指纹感测阵列。控制器基于对应于测试信号的回声信号次数判断面板上方是否贴附保护层。

根据本发明的实施例，本发明的超声波指纹传感器的操作方法包括以下步骤：通过超声波指纹感测阵列朝面板发射测试信号；当超声波指纹感测阵列只接收到对应于测试信号的第一回声时，判断面板上方未额外贴附有保护层；以及基于对应于测试信号的回声信号次数判断面板上方是否贴附保护层。

基于上述，本发明的超声波指纹传感器及其操作方法可基于对应于测试信号(超声波)的回声信号次数，而有效地判断面板上方是否贴附保护层。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的终端设备的示意图；

图2A是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及未贴附有保护层面板的示意图；

图2B是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的面板的示意图；

图3是本发明的一实施例的第一回声以及第二回声的信号时序图；

图4是本发明的一实施例的操作方法的流程图；

图5是本发明的另一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的面板的示意图；

图6是本发明的另一实施例的操作方法的流程图；

图7A是本发明的一实施例的背景图像的示意图；

图7B是本发明的另一实施例的背景图像的示意图；

图8A是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及未贴附有保护层的多层面板的示意图；

图8B是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的多层面板的示意图；

图9是本发明的一实施例的第一回声、第二回声以及第三回声的信号时序图；

图10是本发明的另一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的多层面板的示意图。

附图标记说明

10:终端设备；

100:超声波指纹传感器；

110:控制器；

120:超声波指纹感测阵列；

210:处理器；

220:面板；

230、230’、840、840’:保护层；

301、302、901、902、903:回声信号；

501、1001：气泡；

710、720:背景图像；

721:气泡图像区域；

820:面板的第一层；

830:面板的第二层；

S1、S2、S2’、S3、S3’:表面；

W、W1、W2:测试信号；

R1、R11、R12、R2、R21、R22、R23、R3:反射信号；

T1、T2、T3、T4、T5、T11、T12、T21、T22、T23、T24、T25:穿透信号；

D1、D2、D3:方向；

Hd、Hs、Hd1、Hd2:厚度；

ta、tb、tc:时间差；

S410～S480、S610、S620:步骤。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。

图1是本发明的一实施例的终端设备的示意图。参考图1，终端设备10包括超声波指纹传感器100、处理器210以及面板220。超声波指纹传感器100包括控制器110以及超声波指纹感测阵列120。控制器110耦接超声波指纹感测阵列120以及处理器210。处理器210耦接面板220。超声波指纹感测阵列120可包括阵列排列的多个超声波传感器。在本实施例中，终端设备10可例如是手机、平板或其他可提供指纹感测的设备，并且处理器210可例如是终端设备10的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。面板220为显示面板。处理器210可用于执行指纹感测的应用程序，并且可控制面板220操作为显示背景模式、一般显示模式或其他模式。在本实施例中，超声波指纹传感器100适于设置在终端设备10的面板220下方，以提供屏下指纹感测功能。

控制器110例如是可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、可编程控制器、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、图形处理器(graphics processingunit，GPU)或其他类似组件或上述组件的组合。控制器110耦接存储介质以及超声波指纹感测阵列120，并且用以控制超声波指纹感测阵列120以实现指纹感测以及可判断面板上方是否额外贴附有保护层的功能。控制器110通过特别的实体电路设计，例如多个开关电路、多个运算逻辑电路以及其他功能电路，来实现分别接收超声波传感器在同一件感测事件中所输出的一个或多个回声信号，并且实现本发明所提出的数据运算以及信号输出功能。

图2A是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及未贴附有保护层面板的示意图。图2B是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的面板的示意图。图3是本发明的一实施例的第一回声以及第二回声的信号时序图。参考图1、图2A以及图3，超声波指纹感测阵列120经由黏着层201设置在面板220下方。面板220平行于由方向D1、D2延伸所形成的平面。本实施例的面板220上方未额外贴附有保护层(或称保护贴)。在本实施例中，超声波指纹感测阵列120朝方向D3发射测试信号W(超声波信号)，面板220的表面S1将反射一部份的测试信号W，以形成反射信号R1(反射声波)。反射信号R1通过面板220以及黏着层201传递至超声波指纹感测阵列120作为第一回声(echo)。

在本实施例中，由于面板220上方未放置或按压有使用者的手指(即面板220上方为空气)，因此另一部分的测试信号W将穿透面板220而发散。换言之，超声波指纹感测阵列120只接收到反射信号R1所表示之一次回声(第一回声)，控制器110则只接收到由超声波指纹感测阵列120提供第一回声信号301(示于图3)。

参考图1、图2B以及图3，本实施例的面板220上方额外贴附有保护层(或称保护贴)230。在本实施例中，超声波指纹感测阵列120朝方向D3发射测试信号W，面板220的表面S1将反射一部份的测试信号W，以形成反射信号R1。反射信号R1通过面板220以及黏着层201传递至超声波指纹感测阵列120作为第一回声(echo)。在本实施例中，由于面板220上方额外贴附有保护层230，因此另一部分之测试信号W将穿透面板220形成穿透信号T1(穿透声波)传递至保护层230，保护层230的表面S2反射一部份的穿透信号T1，以形成反射信号R2。反射信号R2通过保护层230，并且一部分的反射信号R2将穿透面板220，以产生穿透信号T2。穿透信号T2通过面板220以及黏着层201传递至超声波指纹感测阵列120而作为第二回声。在本实施例中，保护层230可为高硬度的塑料或玻璃材质。

换言之，比较上述图2A与图2B的实施例可知，如果超声波指纹感测阵列120如图2B所示依序(分时)接收到两次回声(以反射信号R1所表示之第一回声及以穿透信号T2所表示之第二回声)，并且依序(分时)提供第一回声以及第二回声(例如，图3中所示之第一回声信号301以及第二回声信号302)至控制器110，则表示面板220上方额外贴附有保护层230。其中，可以理解的，第一回声信号301的信号振幅大于或等于第二回声信号302的信号振幅。反之，如果超声波指纹感测阵列120如图2A所示只有接收到一次回声(以反射信号R1所表示之第一回声)，并且只提供第一回声信号301至控制器110，则表示面板220上方并未额外贴附有保护层230。因此，控制器110可基于对应于测试信号W的回声信号次数有效地判断面板220上方是否额外贴附有保护层230。

并且，在本实施例中，控制器110还可进一步计算保护层230的厚度Hs。具体而言，如图2B以及图3所示，超声波指纹感测阵列120从发射测试信号W至接收到第一回声而产生第一回声信号301的时间差为ta，并且超声波指纹感测阵列120从发射测试信号W至接收到第二回声而产生第二回声信号302的时间差为tb。控制器110可依据超声波指纹感测阵列120接收到第一回声以及第二回声的时间差ta、tb来计算保护层230的厚度Hs。先说明的是，由于黏着层201的厚度远小于面板220以及保护层230，因此以下计算可忽略黏着层201的厚度影响。在本实施例中，控制器110可执行运算，以例如依据以下公式(1)、(2)进行解联立方程式运算，以使获得声波从面板220的一表面传递至另一表面所需的时间td，以及获得声波从保护层230的一表面传递至另一表面所需的时间ts。接着，控制器110可执行运算，以例如依据以下公式(3)、(4)来计算面板220的厚度Hd以及保护层230的厚度Hs。参数cd为声波在面板220的传递速度。参数cs为声波在保护层230的传递速度。参数cd以及参数cs为预先储存在控制器110当中。

ta＝2×(td+ts)……………公式(1)

tb＝2×td……………公式(2)

Hd＝td×cd……………公式(3)

Hs＝ts×cs……………公式(4)

在本实施例中，控制器110可依据保护层230的厚度Hd更新或调整超声波指纹感测阵列120用于发射波束成形(beamforming)的相位延迟参数(phase-delay parameter)，以使超声波指纹传感器100可对于保护层230的厚度Hd来进行自适应性操作，而提供准确的超声波指纹感测效果。另外，为了避免使用者在面板220上方额外贴附的保护层230的厚度过厚，而严重影响超声波指纹感测效果，在一实施例中，控制器110亦可判断保护层230的厚度是否大于厚度阈值，输出警示信号至处理器210，以使终端设备10可发出警告来提醒使用者。

图4是本发明的一实施例的操作方法的流程图。参考图1以及图4，本实施例的操作方法可适用于图1的终端设备10。在步骤S410，超声波指纹传感器100可判断终端设备10的面板220是否被操作为显示背景模式。若是，则超声波指纹传感器100执行步骤S420。若否，则超声波指纹传感器100执行步骤S450。在步骤S420，超声波指纹传感器100进行超声波感测。在步骤S430，超声波指纹传感器100判断面板220上方是否额外贴附有保护层。若否，在步骤S480，则超声波指纹传感器100直接执行步骤S480。对此，当超声波指纹传感器100的超声波指纹感测阵列120只接收到对应于测试信号的第一回声(第一反射信号)时，超声波指纹传感器100的控制器110判断面板220上方未额外贴附有保护层。

若是，则超声波指纹传感器100执行步骤S440，以计算保护层的厚度。对此，当超声波指纹传感器100的超声波指纹感测阵列120依序接收到对应于测试信号的第一回声(第一反射信号)以及第二回声(第二反射信号)时，超声波指纹传感器100的控制器110判断面板220上方额外贴附有保护层。并且，超声波指纹传感器100可依据保护层的厚度来更新例如上述的相位延迟参数，并接着执行步骤S480。在步骤S480，超声波指纹传感器100可结束操作或重新执行步骤S410，以持续自动地调整超声波指纹传感器100，而使维持良好的感测效果。

在步骤S450，超声波指纹传感器100判断是否执行指纹感测。若是，则超声波指纹传感器100执行步骤S460、S470，以进行超声波感测，并且输出指纹图像。若否，则超声波指纹传感器100重新执行步骤S410。值得注意的是，由于终端设备10在使用者未操作的情况下将先执行背景模式，因此超声波指纹传感器100可先自动地判断面板220上方是否额外贴附有保护层，并且计算保护层的厚度来调整超声波指纹传感器100。换言之，当使用者操作终端设备10来进行指纹感测时，经调整后的超声波指纹传感器100可提供良好的感测效果。因此，本实施例的操作方法可使终端设备10可实现可自适应性的指纹感测功能。

图5是本发明的另一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的面板的示意图。参考图1以及图5，本实施例的面板220上方额外贴附有保护层230’，并且保护层230’未平整地贴附在面板220上，以致在面板220与保护层230’之间存在气泡501。在本实施例中，超声波指纹感测阵列120可包括多个超声波传感器，因此超声波指纹感测阵列120可例如朝方向D3发射测试信号W1、W2。在本实施例中，测试信号W1被入射至面板220的表面S1并且是对应于气泡501下方的位置。面板220的表面S1将反射一部份的测试信号W1，以形成反射信号R11。反射信号R11通过面板220以及黏着层201传递至超声波指纹感测阵列120而作为第一回声。在本实施例中，由于另一部分的测试信号W1将穿透面板220在气泡501中发散而无法有效地反射，因此超声波指纹感测阵列120的一超声波传感器只接收到一次回声(第一回声)。

然而，相较于测试信号W1，测试信号W2入射至面板220的表面S1并且是对应于未存在气泡的位置。面板220的表面S1将反射一部份的测试信号W2，以形成反射信号R21。反射信号R21通过面板220以及黏着层201传递至超声波指纹感测阵列120而作为第一回声。并且，另一部分之测试信号W2将穿透面板220形成穿透信号T21，并且穿透面板220而传递至保护层230’，而保护层230’的表面S2’反射一部份的穿透信号T21，以形成反射信号R22。反射信号R22通过保护层230’，并且一部分的反射信号R22将穿透面板220，以产生穿透信号T22。穿透信号T22通过面板220以及黏着层201传递至超声波指纹感测阵列120而作为第二回声。因此，超声波指纹感测阵列120的另一超声波传感器可接收到两次回声(第一回声及第二回声)。换言之，本实施例的超声波指纹传感器100可依据超声波指纹感测阵列120的多个超声波传感是否至少一部分接收到的回声信号次数大于一次，而判断保护层230’是否平整地贴附在面板220上。

图6是本发明的一实施例的判断保护层是否平整地贴附在面板上的流程图。参考图1、图4以及图6，在图4的步骤S430，当超声波指纹传感器100判断面板220上方额外贴附有保护层时，超声波指纹传感器100还可执行步骤S610。在步骤S610，超声波指纹传感器100可判断保护层是否未平整地分布(贴附)在面板220上。若否，则超声波指纹传感器100执行步骤S480，以结束操作或重新执行步骤S410。若是，则超声波指纹传感器100执行步骤S620，以输出警示信号至终端设备10的处理器210。因此，在本实施例中，当终端设备10接收到警示信号时，终端设备10可依据警示信号来提醒用户当前贴附在面板220上的保护层可能使指纹感测功能失效。

图7A是本发明的一实施例的背景图像的示意图。图7B是本发明的另一实施例的背景图像的示意图。参考图1、图2B以及图7A，终端设备10的处理器210可基于超声波指纹感测阵列120的感测结果而取得如图7A所示的背景图像710。对此，由于保护层230平整地贴附在面板220，且保护层230上方尚未按压有其他对象(例如用户的手指)，因此处理器210可取得例如是图7A所示呈现均匀灰阶的背景图像710。参考图1、图5以及图7B，终端设备10的处理器210可基于超声波指纹感测阵列120的感测结果而取得如图7B所示的背景图像720。对此，由于保护层230’未平整地贴附在面板220，而存有气泡501，因此处理器210可取得例如是图7B所示呈现非均匀灰阶的背景图像720。相较于图7A的背景图像710，背景图像720将包括气泡图像区域721。

在本实施例中，气泡图像区域721(如图7B的空白区域)的灰阶值将不同于气泡图像区域721的以外区域(如图7B的网点区域)的灰阶值，因此终端设备10的处理器210可透过图像分析背景图像720的灰阶值变化而识别出气泡图像区域721的范围，并可进一步判断背景图像720当中的气泡图像区域721的面积是否大于或等于面积阈值。若是，则终端设备10的处理器210可发出警示。也就是说，当终端设备10的处理器210判定气泡图像区域721的面积已超出阈值，足以影响指纹识别的可靠度时，终端设备10的处理器210可发出警示，以提醒使用者，当前贴附在面板220上的保护层可能使指纹感测功能失效。反之，当终端设备10的处理器210判断背景图像720当中的气泡图像区域721的面积小于面积阈值，判定对指纹识别的可靠度影响有限时，终端设备10的处理器210不提出警示。

图8A是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及未贴附有保护层的多层面板的示意图。图8B是本发明的一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的多层面板的示意图。图9是本发明的一实施例的第一回声、第二回声以及第三回声的信号时序图。参考图1、图8A以及图9，本实施例可为上述图2A实施例的延伸。本实施例的面板具有两层结构，如图8A所示的面板的第一层820以及第二层830。在本实施例中，超声波指纹感测阵列120经由黏着层801设置在面板的第一层820下方，并且面板的第二层830上方未额外贴附有保护层。在本实施例中，超声波指纹感测阵列120朝方向D3发射测试信号W，面板的第一层820的表面S1将反射一部份的测试信号W，以形成反射信号R1。面板的第二层830的表面S2将反射一部份的穿透信号T1，以形成反射信号R2。反射信号R2通过面板的第二层830，并且一部分的反射信号R2将穿透面板的第一层820，以产生穿透信号T2。对此，反射信号R1经过面板的第一层820以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120作为第一回声。反射信号R2经过面板的第一层820、第二层830以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120作为第二回声。

在本实施例中，由于面板的第二层830上方未放置或按压有使用者的手指(即面板的第二层830上方为空气)，因此另一部分的穿透信号T1将面板的第二层830而发散。换言之，超声波指纹感测阵列120只接收到反射信号R1以及反射信号R2所表示之两次回声(第一回声以及第二回声)，控制器110则只接收到由超声波指纹感测阵列120提供第一回声信号901以及第二回声信号902(示于图9)。

参考图1、图8B以及图9，本实施例可为上述图8B实施例的延伸。本实施例的面板的第二层830上方额外贴附有保护层(或称保护贴)840。在本实施例中，超声波指纹感测阵列120朝方向D3发射测试信号W，面板的第一层820的表面S1将反射一部份的测试信号W，以形成反射信号R1。面板的第二层830的表面S2将反射一部份的穿透信号T1，以形成反射信号R2。反射信号R2通过面板的第二层830，并且一部分的反射信号R2将穿透面板的第一层820，以产生穿透信号T2。另一部分的穿透信号T1通过保护层840，以形成穿透信号T3。保护层840的表面S3将反射一部份的穿透信号T3，以形成反射信号R3。反射信号R3通过保护层840，并且一部分的反射信号R3将穿透面板的第二层830，以产生穿透信号T4。穿透信号T4通过面板的第二层830，并且一部分的穿透信号T4将穿透面板的第一层820，以产生穿透信号T5。换言之，反射信号R1经过面板的第一层820以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120作为第一回声。反射信号R2经过面板的第一层820、第二层830以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120作为第二回声。反射信号R3经过面板的第一层820、第二层830、保护层840以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120作为第三回声。

换言之，比较上述图8A与图8B的实施例可知，如果超声波指纹感测阵列120如图8B所示依序(分时)接收到三次回声(以反射信号R1所表示之第一回声、以穿透信号T2所表示之第二回声)以及以穿透信号T4所表示之第三回声)，并且依序(分时)提供第一至第三回声信号901～903至控制器110，则表示面板的第二层830上方额外贴附有保护层840。其中，可以理解的，第一回声信号901的信号振幅大于或等于第二回声信号902的信号振幅，并且第二回声信号902的信号振幅大于或等于第三回声信号903的信号振幅。反之，如果超声波指纹感测阵列120如图8A所示只有接收到两次回声(以反射信号R1所表示之第一回声，及以穿透信号T2所表示之第二回声)，并且只提供第一回声信号901以及第二回声信号902至控制器110，则表示面板的第二层830上方并未额外贴附有保护层840。因此，控制器110可基于对应于测试信号W的回声信号次数是否大于预设面板层数(已知的)，而有效地判断面板上方是否额外贴附有保护层840。

并且，在本实施例中，控制器110还可进一步计算保护层840的厚度Hs。具体而言，如图8B以及图9所示，超声波指纹感测阵列120从发射测试信号W至接收到第一回声而产生第一回声信号901的时间差为ta。超声波指纹感测阵列120从发射测试信号W至接收到第二回声而产生第二回声信号902的时间差为tb。超声波指纹感测阵列120从发射测试信号W至接收到第三回声而产生第三回声信号903的时间差为tc。控制器110可依据超声波指纹感测阵列120接收到第一回声、第二回声以及第三回声的时间差ta、tb、tc来计算保护层840的厚度Hs。

值得注意的是，本实施例的计算保护层840的厚度Hs(面板的第一层820的厚度Hd1、面板的第二层830的厚度Hd2)的计算方式可如上述图2B实施例的概念延伸而相应地建立多个联立方程式来进行计算，因此不多加赘述。此外，图8A及图8B实施例的判断多层面板是否贴附有保护层840的实施方式亦可由上述图4实施例的操作方法来实现之。对此，当超声波指纹感测阵列120接收到对应于测试信号W的回声信号次数与预设面板层数不相同时，控制器110可判断面板上方贴附保护层840。当超声波指纹感测阵列120接收到对应于测试信号W的回声信号次数与预设面板层数相同时，控制器110可判断面板上方未贴附保护层840。

图10是本发明的另一实施例的超声波指纹传感器以及贴附有保护层的多层面板的示意图。参考图1以及图10，本实施例的面板的第二层830上方额外贴附有保护层840’，并且保护层840’未平整地贴附在面板的第二层830上，以致在面板的第二层830与保护层840’之间存在气泡1001。在本实施例中，超声波指纹感测阵列120可包括多个超声波传感器，因此超声波指纹感测阵列120可例如朝方向D3发射测试信号W1、W2。在本实施例中，测试信号W1入射至面板的第一层820的表面S1。面板的第一层820的表面S1将反射一部份的测试信号W1，以形成反射信号R11。反射信号R11通过面板的第一层820以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120而作为第一回声。并且，另一部分之测试信号W1将穿透面板的第一层820形成穿透信号T11，并且接着穿透面板的第二层830而传递至对应于存在气泡801的位置，而面板的第二层830的表面S2’反射一部份的穿透信号T11，以形成反射信号R12。一部分的反射信号R12将穿透面板的第一层820，以产生穿透信号T12。穿透信号T12通过面板的第一层820以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120而作为第二回声。在本实施例中，由于另一部分的穿透信号T11将穿透面板的第二层830，且在气泡1001中发散而无法有效地反射，因此超声波指纹感测阵列120的一超声波传感器只接收到两次回声(第一回声以及第二回声)。

然而，相较于测试信号W1，测试信号W2入射至面板的第一层820的表面S1。面板220的表面S1将反射一部份的测试信号W2，以形成反射信号R21。反射信号R21通过面板的第一层820以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120而作为第一回声。并且，另一部分之测试信号W2将穿透面板的第一层820形成穿透信号T21，并且接着穿透面板的第二层830而传递至对应于不存在气泡801的位置的保护层840’，以形成穿透信号T23。面板的第二层830的表面S2’反射一部份的穿透信号T21，以形成反射信号R22。反射信号R22通过面板的第二层830，并且一部分的反射信号R22将穿透面板的第一层820，以产生穿透信号T22。穿透信号T22通过面板的第一层820以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120而作为第二回声。另一部分的穿透信号T21穿透面板的第二层830的表面S3，并且通过面板的第二层830，以形成穿透信号T23。保护层840’的表面S3’反射一部份的穿透信号T23，以形成反射信号R23。反射信号R23通过保护层840’，并且通过面板的第二层830，以产生穿透信号T24。穿透信号T24将穿透面板的第一层830，以产生穿透信号T25。穿透信号T25通过面板的第一层820以及黏着层801传递至超声波指纹感测阵列120而作为第三回声。

因此，超声波指纹感测阵列120的另一超声波传感器可接收到三次回声(第一回声、第二回声及第三回声)。换言之，本实施例的超声波指纹传感器100可依据超声波指纹感测阵列120的多个超声波传感是否至少一部分接收到的回声信号次数大于预设面板层数，而判断保护层840’是否平整地贴附在面板的第二层823上。

值得注意的是，当多层结构的面板的保护层840’未平整地贴附有保护层多层结构的面板上时，超声波指纹传感器100亦可由执行如图6实施例的流程来发出警示信号。并且，处理器210亦可取得如图7A及图7B的多层结构的面板的背景图像710、720来判断气泡图像区域721的面积是否超出阈值，而足以影响指纹识别的可靠度，因此发出警示。

综上所述，本发明的超声波指纹传感器及其操作方法可通过超声波指纹感测阵列接收到之回声次数，例如，一次回声或两次回声，有效地判断面板上方是否贴附有保护层，并且还可进一步计算保护层的厚度，而自适应性地更新或调整超声波指纹感测阵列。并且，本发明的超声波指纹传感器及其操作方法可判断保护层是否平整分布在面板上，以决定是否对使用者发出警示，以提醒使用者移除或修正保护层。因此，本发明的超声波指纹传感器及其操作方法可提供有效的超声波指纹感测功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (34)

1.一种超声波指纹传感器，适于设置在终端设备的面板下方，其特征在于，所述超声波指纹传感器包括：

超声波指纹感测阵列，朝所述面板发射测试信号；以及

控制器，耦接所述超声波指纹感测阵列，

其中所述控制器基于对应于所述测试信号的回声信号次数判断所述面板上方是否贴附保护层。

2.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述超声波指纹感测阵列只接收到对应于所述测试信号的第一回声时，所述控制器判断所述面板上方未贴附有保护层，

其中当所述超声波指纹感测阵列依序接收到对应于所述测试信号的所述第一回声以及第二回声时，所述控制器判断所述面板上方额外贴附有所述保护层。

3.根据权利要求2所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述控制器接收由所述超声波指纹感测阵列提供对应于所述第一回声以及所述第二回声的第一回声信号以及第二回声信号，并且所述第一回声信号的信号振幅大于所述第二回声信号的信号振幅。

4.根据权利要求2所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述面板的第一表面反射所述测试信号的一部分，以形成第一反射信号，并且所述超声波指纹感测阵列接收所述第一反射信号作为所述第一回声，

其中所述保护层的第二表面反射所述测试信号的另一部分，以形成第二反射信号，并且所述超声波指纹感测阵列接收所述第二反射信号作为所述第二回声。

5.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述控制器判断所述回声信号次数大于一次时，所述控制器依据接收到多个所述回声的时间差计算所述保护层的厚度。

6.根据权利要求5所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述控制器依据所述保护层的所述厚度更新所述超声波指纹感测阵列用于发射波束成形的相位延迟参数。

7.根据权利要求5所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述控制器判断所述保护层的所述厚度是否大于厚度阈值，以输出警示信号。

8.根据权利要求5所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述超声波指纹感测阵列包括多个超声波传感器，所述控制器依据所述多个超声波传感器是否至少一部分接收到的所述回声信号次数大于一次，以判断所述保护层是否平整地分布在所述面板上。

9.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述控制器判断所述回声信号次数大于一次时，所述终端设备通过所述超声波指纹感测阵列取得背景图像，并且比较所述背景图像当中的气泡图像区域的面积与面积阈值。

10.根据权利要求9所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述气泡图像区域的面积大于或等于所述面积阈值时，所述终端设备发出警示。

11.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述控制器预先判断所述终端设备的所述面板是否被操作为显示背景模式，以朝所述面板发射所述测试信号。

12.根据权利要求1所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述控制器基于对应于所述测试信号的所述回声信号次数是否与预设面板层数相同，以判断所述面板上方是否贴附所述保护层。

13.根据权利要求12所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述控制器判断对应于所述测试信号的所述回声信号次数与所述预设面板层数不相同时，所述控制器判断所述面板上方贴附所述保护层，

其中当所述控制器判断对应于所述测试信号的所述回声信号次数与所述预设面板层数相同时，所述控制器判断所述面板上方未贴附所述保护层。

14.根据权利要求13所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述控制器判断所述回声信号次数大于所述预设面板层数时，所述控制器依据接收到多个所述回声的多个时间差计算所述保护层的厚度。

15.根据权利要求14所述的超声波指纹传感器，其特征在于，所述超声波指纹感测阵列包括多个超声波传感器，所述控制器依据所述多个超声波传感器是否至少一部分接收到的所述回声信号次数大于所述预设面板层数，以判断所述保护层是否平整地分布在所述面板上。

16.根据权利要求12所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述控制器判断所述回声信号次数大于所述预设面板层数时，所述终端设备通过所述超声波指纹感测阵列取得背景图像，并且比较所述背景图像当中的气泡图像区域的面积与面积阈值。

17.根据权利要求16所述的超声波指纹传感器，其特征在于，当所述气泡图像区域的面积大于或等于所述面积阈值时，所述终端设备发出警示。

18.一种超声波指纹传感器的操作方法，其中所述超声波指纹传感器适于设置在终端设备的面板下方，其特征在于，所述操作方法包括：

通过超声波指纹感测阵列朝所述面板发射测试信号；以及

基于对应于所述测试信号的回声信号次数判断所述面板上方是否贴附保护层。

19.根据权利要求18所述的操作方法，其特征在于，基于对应于所述测试信号的所述回声信号次数判断所述面板上方是否贴附所述保护层的步骤包括：

当所述超声波指纹感测阵列只接收到对应于所述测试信号的第一回声时，判断所述面板上方未额外贴附有保护层；以及

当所述超声波指纹感测阵列依序接收到对应于所述测试信号的所述第一回声以及第二回声时，判断所述面板上方额外贴附有所述保护层。

20.根据权利要求19所述的操作方法，其特征在于，所述超声波指纹感测阵列依据接收到所述第一回声以及所述第二回声来产生第一回声信号以及第二回声信号，并且所述第一回声信号的信号振幅大于所述第二回声信号的信号振幅。

21.根据权利要求19所述的操作方法，其特征在于，所述面板的第一表面反射所述测试信号的一部分，以形成第一反射声波，并且所述超声波指纹感测阵列接收所述第一反射声波作为所述第一回声，

其中所述保护层的第二表面反射所述测试信号的另一部分，以形成第二反射声波，并且所述超声波指纹感测阵列接收所述第二反射声波作为所述第二回声。

22.根据权利要求19所述的操作方法，其特征在于，当所述回声信号次数大于一次时，所述操作方法还包括：

依据接收到多个所述回声的时间差计算所述保护层的厚度。

23.根据权利要求22所述的操作方法，其特征在于，当所述回声信号次数大于一次时，所述操作方法还包括：

依据所述保护层的所述厚度更新所述超声波指纹感测阵列用于发射波束成形的一相位延迟参数。

24.根据权利要求22所述的操作方法，其特征在于，当判断所述面板上方额外贴附有所述保护层时，所述操作方法还包括：

判断所述保护层的所述厚度是否大于厚度阈值，以输出警示信号。

25.根据权利要求22所述的操作方法，其特征在于，当判断所述面板上方额外贴附有所述保护层时，所述操作方法还包括：

依据所述超声波指纹感测阵列是否至少一部分接收到的所述回声信号次数大于一次，以判断所述保护层是否平整地分布在所述面板上。

26.根据权利要求18所述的操作方法，其特征在于，当判断的所述回声信号次数大于一次时，所述操作方法还包括：

通过所述超声波指纹感测阵列取得背景图像；以及

比较所述背景图像当中的气泡图像区域的面积与面积阈值。

27.根据权利要求26所述的操作方法，其特征在于，当所述气泡图像区域的面积大于或等于所述面积阈值时，所述终端设备发出警示。

28.根据权利要求18所述的操作方法，其特征在于，还包括：

预先判断所述终端设备的所述面板是否被操作为显示背景模式，以朝所述面板发射所述测试信号。

29.根据权利要求18所述的操作方法，其特征在于，基于对应于所述测试信号的所述回声信号次数判断所述面板上方是否贴附所述保护层的步骤包括：

基于对应于所述测试信号的所述回声信号次数是否与预设面板层数相同，以判断所述面板上方是否贴附所述保护层。

30.根据权利要求29所述的操作方法，其特征在于，基于对应于所述测试信号的所述回声信号次数是否与所述预设面板层数相同，以判断所述面板上方是否贴附所述保护层的步骤包括：

当所述超声波指纹感测阵列接收到对应于所述测试信号的所述回声信号次数与所述预设面板层数不相同时，判断所述面板上方贴附所述保护层，

当所述超声波指纹感测阵列接收到对应于所述测试信号的所述回声信号次数与所述预设面板层数相同时，判断所述面板上方未贴附所述保护层。

31.根据权利要求30所述的操作方法，其特征在于，当所述回声信号次数大于所述预设面板层数时，所述操作方法还包括：

依据接收到多个所述回声的多个时间差计算所述保护层的厚度。

32.根据权利要求31所述的操作方法，其特征在于，当判断所述面板上方额外贴附有所述保护层时，所述操作方法还包括：

依据所述超声波指纹感测阵列是否至少一部分接收到的所述回声信号次数大于所述预设面板层数，以判断所述保护层是否平整地分布在所述面板上。

33.根据权利要求29所述的操作方法，其特征在于，当判断的所述回声信号次数大于所述预设面板层数时，所述操作方法还包括：

通过所述超声波指纹感测阵列取得背景图像；以及

比较所述背景图像当中的气泡图像区域的面积与面积阈值。

34.根据权利要求33所述的操作方法，其特征在于，当所述气泡图像区域的面积大于或等于所述面积阈值时，所述终端设备发出警示。

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