TW202125191A - 物件辨識方法、物件辨識電路與取樣電路 - Google Patents

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Abstract

一種物件辨識方法，其適用於物件辨識電路，物件辨識電路用於設置於顯示面板下方。物件辨識方法包含以下流程：顯示黑色圖案於顯示面板；產生顯示面板的多個第一感測畫素的多個第一感測訊號，且多個第一感測畫素排列於黑色圖案中；產生顯示面板的多個第二感測畫素的多個第二感測訊號，且多個第二感測畫素用於感測與顯示面板接觸的待測物；根據多個第一感測訊號調整多個第二感測訊號的電壓準位；自調整後的多個第二感測訊號產生對應於待測物的圖像。

Description

物件辨識方法、物件辨識電路與取樣電路
本揭示文件有關一種物件辨識方法，尤指一種光學物件辨識方法。
為使產品更加美觀，行動裝置常採用將光學指紋感測模組設置於顯示面板下方之設計，或是將光學指紋感測模組整合於顯示面板中，進而實現全屏幕設計。光學指紋感測模組會感測光二極體因暴露於指尖反射的光線下而產生的漏電流以產生指紋影像。然而，光二極體在沒有被光線照射的情況下仍會些微地產生漏電流，此即為無光電流(dark current)。無光電流會大幅地佔據感測結果之動態範圍，因而降低指紋影像之精確度。
本揭示文件提供一種物件辨識方法，其適用於物件辨識電路，物件辨識電路用於設置於顯示面板下方。物件辨識方法包含以下流程：顯示黑色圖案於顯示面板；產生顯示面板的多個第一感測畫素的多個第一感測訊號，且多個第一感測畫素排列於黑色圖案中；產生顯示面板的多個第二感測畫素的多個第二感測訊號，且多個第二感測畫素用於感測與該顯示面板接觸的待測物；根據多個第一感測訊號調整多個第二感測訊號的電壓準位；自調整後的多個第二感測訊號產生對應於待測物的圖像。
本揭示文件提供一種物件辨識方法，其適用於物件辨識電路，物件辨識電路用於設置於顯示面板下方。物件辨識方法包含以下流程：產生顯示面板的多個第一感測畫素的多個第一感測訊號，且包含物件辨識電路與顯示面板的電子裝置的顯示器邊框覆蓋多個第一感測畫素；產生顯示面板的多個第二感測畫素的多個第二感測訊號，且多個第二感測畫素用於感測與顯示面板接觸的待測物；根據多個第一感測訊號調整多個第二感測訊號的電壓準位；自調整後的多個第二感測訊號產生對應於待測物的圖像。
本揭示文件提供一種物件辨識電路，其用於設置於顯示面板下方，且被設置為執行以下運作：控制顯示面板顯示黑色圖案；產生顯示面板的多個第一感測畫素的多個第一感測訊號，且多個第一感測畫素排列於黑色圖案中；產生顯示面板的多個第二感測畫素的多個第二感測訊號，且多個第二感測畫素用於感測與顯示面板接觸的待測物；根據多個第一感測訊號調整多個第二感測訊號的電壓準位；自調整後的多個第二感測訊號產生對應於待測物的圖像。
本揭示文件提供一種取樣電路，其用於耦接於物件辨識電路，且物件辨識電路用於設置於顯示面板下方。顯示面板包含多個第一畫素電路和多個第二畫素電路。多個第一畫素電路排列於顯示面板顯示的黑色圖案內。多個第二畫素電路用於感測與顯示面板接觸的待測物。取樣電路包含相關加倍取樣電路、電荷放大器與位準調整電路。相關加倍取樣電路用於接收多個第一畫素電路的多個第一感測電流，且用於接收多個第二畫素的多個第二感測電流。電荷放大器耦接於相關加倍取樣電路，用於將多個第一感測電流和多個第二感測電流分別轉換為多個第一感測訊號和多個第二感測訊號。位準調整電路用於由電荷放大器先接收多個第一感測訊號再接收多個第二感測訊號，並用於將多個第一感測訊號輸出至物件辨識電路，且用於依據物件辨識電路回傳的多個第一感測訊號調整多個第二感測訊號的電壓準位。
上述多個實施例的優點之一為提升光感測結果的動態範圍。
以下將配合相關圖式來說明本揭示文件的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
第1圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識系統100簡化後的功能方塊圖。物件辨識系統100包含顯示面板110、取樣電路120、物件辨識電路130與顯示驅動電路140。在一些實施例中，物件辨識電路130用於設置於顯示面板110下方。物件辨識系統100用於感測與顯示面板110的一表面接觸的一待測物之圖像。例如，物件辨識系統100可用於實現光學指紋感測。為使圖面簡潔而易於說明，物件辨識系統100中的其他元件與連接關係並未繪示於第1圖中。
顯示面板110包含多個感測畫素112與多個顯示畫素114，其中多個感測畫素112與多個顯示畫素114可以設置於相同或不同的基板上。在一實施例中，每個感測畫素112可包含多個電晶體、儲存電容與光二極體。每個顯示畫素114可由液晶畫素電路或有機發光二極體(OLED)畫素電路實現。每個感測畫素112用於感測其周圍的光線，且用於依據其感測到的周圍光線的強度產生感測電流。取樣電路120用於接收多個感測電流以產生多個感測訊號。實作上，取樣電路120可由包含相關加倍取樣(correlated double sampling，簡稱CDS)電路、電荷放大器與單端到差分(single-ended to differential)放大器的類比前端(analog front end，簡稱AFE)電路來實現。多個感測畫素112與多個顯示畫素114可以交錯排列(例如，棋盤狀排列)，但本揭示文件不以此為限。
顯示驅動電路140用於提供多個資料訊號至多個顯示畫素114，以指定多個顯示畫素114的灰階值。顯示驅動電路140也可用於提供時脈訊號至顯示面板110的多個移位暫存器(未繪示)，以產生用於驅動感測畫素112與顯示畫素114中的電晶體的多個閘極訊號。物件辨識電路130用於處理取樣電路120之輸出以產生對應於與顯示面板110接觸之待測物之圖像(例如，指紋)。
物件辨識電路130可以由微處理器、中央處理器(CPU)、特殊應用積體電路(ASIC)、數位訊號處理器(DSP)或以上一或多者的組合來實現。在一些實施例中，物件辨識電路130與顯示驅動電路140可設置於單一晶片之中，例如物件辨識電路130與顯示驅動電路140可以同時用一指紋、觸控和顯示驅動器整合(fingerprint, touch and display driver integration，簡稱FTDI)來實現。
第2圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識方法200的流程圖。第3圖為依據本揭示文件一實施例的電子裝置300簡化後的俯視示意圖。為便於理解，在後續段落中顯示面板110將被描述為是OLED顯示面板，但本揭示文件不以此為限。電子裝置300包含第1圖的物件辨識系統100、顯示器邊框310與主動區320。主動區320指的是顯示面板110能夠提供影像給使用者的區域，且第1圖的多個感測畫素112與多個顯示畫素114排列於主動區320中以形成包含多行與多列的畫素陣列。
請參考第2圖與第3圖，於流程S202，物件辨識電路130會依據取樣電路120的輸出，辨識顯示面板110接觸於待測物340(例如，使用者的指尖)的接觸區330。在本實施例中，顯示面板110於流程S202可維持於睡眠模式，因而多個顯示畫素114不需要發光。
在流程S204，顯示面板110會顯示一黑色圖案BPa以感測多個感測畫素112的無光電流(dark current)。無光電流指的是當感測畫素112的光二極體沒有(或幾乎沒有)受到光照時，流經感測畫素112的光二極體的漏電流。無光電流可用於補償取樣電路120所處理的感測訊號，細節將於後續段落中說明。黑色圖案BPa用於填滿整個主動區320。為顯示黑色圖案BPa，物件辨識電路130可以指示顯示驅動電路140提供指定最低灰階(例如，0灰階)的多個資料訊號至多個顯示畫素114。
第4A圖為依據本揭示文件一實施例的取樣電路120簡化後的功能方塊圖。第4B為依據本揭示文件另一實施例的取樣電路120簡化後的功能方塊圖。取樣電路120包含相關加倍取樣電路410、電荷放大器420、位準調整電路430、類比數位轉換器(ADC)440與數位類比轉換器(DAC)450。為簡潔起見，取樣電路120中的其他功能方塊未繪示於第4A圖中。請同時參考第2圖和第4A圖，於流程S206中，相關加倍取樣電路410會接收排列於接觸區330與黑色圖案BPa中的多個感測畫素112的感測電流，其中此流程中的感測電流是依據無光電流的大小所產生。電荷放大器420會將接收到的電荷轉換為多個第一感測訊號SS-1 ，且位準調整電路430會接著調整多個第一感測訊號SS-1 的電壓準位及/或放大多個第一感測訊號SS-1 ，以使多個第一感測訊號SS-1 符合類比數位轉換器440的輸入範圍。實作上，位準調整電路430可包含單端到差分放大器(未繪示)。接著，類比數位轉換器440會將多個第一感測訊號SS-1 轉換為第一感測資料SD-1 ，且物件辨識電路130會記錄第一感測資料SD-1 以於接下來的流程中使用。
請同時參考第2圖與第4B圖，於流程S208中，物件辨識電路130指示多個顯示畫素114提供不同於最低灰階值的一灰階值(例如，255灰階)，因而顯示面板110停止提供黑色圖案BPa。相關加倍取樣電路410會接收排列於接觸區330內(亦即用於感測待測物340)的多個感測畫素112產生的感測電流，其中此流程中的感測電流是依據待測物340反射的光線所產生。電荷放大器420會轉換接收到的電荷為多個第二感測訊號SS0 。
於流程S210，物件辨識電路130提供於流程S206中被記錄的第一感測資料SD-1 至數位類比轉換器450。接著，位準調整電路430會接收數位類比轉換器450輸出的多個第一感測訊號SS-1 與自電荷放大器420接收多個第二感測訊號SS0 。位準調整電路430會依據多個第一感測訊號SS-1 而調整多個第二感測訊號SS0 的電壓準位。具體而言，位準調整電路430會依據多個第一感測訊號SS-1 的電壓準位而決定其單端至差動放大器的參考電壓。因此，位準調整電路430的單端至差動放大器可輸出調整後的多個第二感測訊號SS0 ，且調整後的多個第二感測訊號SS0 的電壓準位負相關於多個第一感測訊號SS-1 的電壓準位。
於流程S212，類比數位轉換器440會轉換調整後的多個第二感測訊號SS0 為第二感測資料SD0 。物件辨識電路130會依據第二感測資料SD0 產生對應於待測物340的圖像。
總而言之，多個第二感測訊號SS0 中對應於無光電流的部分會被消除，而對應於反射光的部分則能夠由類比數位轉換器440以其全範圍(full code range)輸出。因此，物件辨識方法200有助於提升光感測結果(例如，第二感測資料SD0 )的動態範圍。
第5圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識方法500的流程圖。第6A圖為依據本揭示文件一實施例的電子裝置600簡化後的俯視示意圖。電子裝置600相似於第3圖的電子裝置300，且流程S502相似於第2圖的流程S202，為簡潔起見，在此不重複贅述。
請同時參考第5圖與第6A圖，於流程S504中，物件辨識電路130會指示多個顯示畫素114顯示位於接觸區330內的黑色圖案BPb。在一些實施例中，接觸區330近似於橢圓形，而黑色圖案BPb近似於中空橢圓形。在另一些實施例中，黑色圖案BPb可以連接於接觸區330的邊緣。
請同時參考第5圖與第4A圖，於流程S506，相關加倍取樣電路410會接收由排列於黑色圖案BPb中的多個感測畫素112所產生的感測電流，其中此流程中的感測電流是依據無光電流的大小而產生。流程S506的其餘內容相似於第2圖的流程S206中的對應內容，在此不重覆贅述。
流程S508~S512分別相似於第2圖的流程S208~212。因此，為簡潔起見，在此不重複贅述。
在一些實施例中，物件辨識電路130於流程S504會指示顯示面板110顯示位於接觸區330內的至少一防偽圖案SA。至少一防偽圖案SA用於偵測使用者之心跳。至少一防偽圖案SA可以設置成圍繞黑色圖案BPb，或者至少一防偽圖案SA也可以設置成如第6B圖所示般被黑色圖案BPb所圍繞。至少一防偽圖案SA的顏色可以不同於黑色圖案BPb，例如綠色或紅色。
總而言之，物件辨識方法500有助於提升光感測結果的動態範圍。物件辨識方法500還能藉由光班圖案提醒使用者於感測指紋時將其手指穩定地保持於接觸區330內。
第7圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識方法700的流程圖。第8圖為依據本揭示文件一實施例的電子裝置800簡化後的俯視示意圖。電子裝置800相似於第3圖的電子裝置300，差異在於：電子裝置800包含多個虛設(dummy)感測畫素810。多個虛設感測畫素810可以與多個感測畫素112設置於顯示面板110中的同一基板(未繪示)，其中多個虛設感測畫素810會被顯示器邊框310所遮蓋。換言之，多個虛設感測畫素810位於主動區320之外，且多個虛設感測畫素810可以設置於顯示器邊框310垂直投影於顯示面板110的基板時所形成的投影區的至少一部份之中。
在一些實施例中，多個虛設感測畫素810被隔絕於多個顯示畫素114(例如，OLED畫素電路)產生的光線與環境光。上述之隔絕可以例如是使用隔離牆(barrier walls)來實現。
流程S702相似於第2圖的流程S202，為簡潔起見，在此不重複贅述。請同時參考第7圖與第4A圖，於流程S704，相關加倍取樣電路410可以接收多個虛設感測畫素810產生的感測電流，其中此流程中的感測電流是依據無光電流的大小而產生。流程S704中的其餘內容相似於第2圖的流程S206中的對應內容，在此不重覆贅述。
流程S706~S710分別相似於第2圖的流程S208~S212，為簡潔起見，在此不重複贅述。
總而言之，物件辨識方法700有助於提升光感測結果的動態範圍。並且，由於物件辨識方法700無需顯示黑色圖案，物件辨識方法700有助於提升指紋辨識之速度。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。
以上僅為本揭示文件的較佳實施例，凡依本揭示文件請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本揭示文件的涵蓋範圍。
100:物件辨識系統 110:顯示面板 112:感測畫素 114:顯示畫素 120:取樣電路 130:物件辨識電路 140:顯示驅動電路 200,500,700:物件辨識方法 S202~S212,S502~S512,S702~S710:流程 300,600,800:電子裝置 310:顯示器邊框 320:主動區 330:接觸區 340:待測物 BPa,BPb:黑色圖案 410:相關加倍取樣電路 420:電荷放大器 430:位準調整電路 440:類比數位轉換器 450:數位類比轉換器 SD-1 :第一感測資料 SD0 :第二感測資料 SS-1 :第一感測訊號 SS0 :第二感測訊號 SA:防偽圖案 810:虛設感測畫素
第1圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識系統簡化後的功能方塊圖。 第2圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識方法的流程圖。 第3圖為依據本揭示文件一實施例的電子裝置簡化後的俯視示意圖。 第4A圖為依據本揭示文件一實施例的取樣電路簡化後的功能方塊圖。 第4B為依據本揭示文件另一實施例的取樣電路簡化後的功能方塊圖。 第5圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識方法的流程圖。 第6A圖為依據本揭示文件一實施例的電子裝置簡化後的俯視示意圖。 第6B圖為依據本揭示文件一實施例的電子裝置簡化後的俯視示意圖。 第7圖為依據本揭示文件一實施例的物件辨識方法的流程圖。 第8圖為依據本揭示文件一實施例的電子裝置簡化後的俯視示意圖。
200:物件辨識方法
S202~S212:流程

Claims (17)

  1. 一種物件辨識方法，適用於一物件辨識電路，該物件辨識電路用於設置於一顯示面板下方，該物件辨識方法包含： 顯示一黑色圖案於該顯示面板； 產生該顯示面板的多個第一感測畫素的多個第一感測訊號，其中該多個第一感測畫素排列於該黑色圖案中； 產生該顯示面板的多個第二感測畫素的多個第二感測訊號，其中該多個第二感測畫素用於感測與該顯示面板接觸的一待測物； 根據該多個第一感測訊號調整該多個第二感測訊號的電壓準位；以及 自調整後的該多個第二感測訊號產生對應於該待測物的一圖像。
  2. 如請求項1所述之物件辨識方法，其中，當顯示該黑色圖案時，排列於該顯示面板的一主動區內的多個顯示畫素用於提供一最低灰階以形成填滿該主動區的該黑色圖案。
  3. 如請求項2所述之物件辨識方法，還包含： 辨識該顯示面板接觸於該待測物的一接觸區的一位置； 其中該多個第一感測畫素設置於該接觸區內，且該多個第一感測畫素相同或不同於該多個第二感測畫素。
  4. 如請求項1所述之物件辨識方法，還包含： 辨識該顯示面板接觸於該待測物的一接觸區的一位置； 其中該黑色圖案位於該接觸區內。
  5. 如請求項4所述之物件辨識方法，還包含： 顯示位於該接觸區內的至少一防偽圖案，其中該至少一防偽圖案圍繞該黑色圖案或被該黑色圖案所圍繞，其中該至少一防偽圖案與該黑色圖案具有不同顏色。
  6. 如請求項1所述之物件辨識方法，其中，在一類比數位轉換器處理該多個第二感測訊號之前，依據該多個第一感測訊號調整該多個第二感測訊號。
  7. 一種物件辨識方法，適用於一物件辨識電路，該物件辨識電路用於設置於一顯示面板下方，該物件辨識方法包含： 產生該顯示面板的多個第一感測畫素的多個第一感測訊號，其中一電子裝置的一顯示器邊框覆蓋該多個第一感測畫素，且該電子裝置包含該物件辨識電路與該顯示面板； 產生該顯示面板的多個第二感測畫素的多個第二感測訊號，其中該多個第二感測畫素用於感測與該顯示面板上接觸的一待測物； 根據該多個第一感測訊號調整該多個第二感測訊號的電壓準位；以及 自調整後的該多個第二感測訊號產生對應於該待測物的一圖像。
  8. 如請求項7所述之物件辨識方法，其中，在一類比數位轉換器處理該多個第二感測訊號之前，依據該多個第一感測訊號調整該多個第二感測訊號。
  9. 如請求項7所述之物件辨識方法，其中該多個第一感測畫素被隔離於光線。
  10. 一種物件辨識電路，用於設置於一顯示面板下方，且被設置為執行以下運作： 控制該顯示面板顯示一黑色圖案； 產生該顯示面板的多個第一感測畫素的多個第一感測訊號，其中該多個第一感測畫素排列於該黑色圖案中； 產生該顯示面板的多個第二感測畫素的多個第二感測訊號，其中該多個第二感測畫素用於感測與該顯示面板接觸的一待測物； 根據該多個第一感測訊號調整該多個第二感測訊號的電壓準位；以及 自調整後的該多個第二感測訊號產生對應於該待測物的一圖像。
  11. 如請求項10所述之物件辨識電路，其中，當顯示該黑色圖案時，排列於該顯示面板的一主動區內的多個顯示畫素用於提供一最低灰階以形成填滿該主動區的該黑色圖案。
  12. 如請求項11所述之物件辨識電路，其中該物件辨識電路另被設置為執行以下運作： 辨識該顯示面板接觸於該待測物的一接觸區的一位置； 其中該多個第一感測畫素設置於該接觸區內，且該多個第一感測畫素相同或不同於該多個第二感測畫素。
  13. 如請求項10所述之物件辨識電路，其中該物件辨識電路另被設置為執行以下運作： 辨識該顯示面板接觸於該待測物的一接觸區的一位置； 其中該黑色圖案位於該接觸區內。
  14. 如請求項13所述之物件辨識電路，其中當該顯示面板顯示該黑色圖案，該物件辨識電路控制該顯示面板顯示位於該接觸區內的至少一防偽圖案，且該至少一防偽圖案圍繞該黑色圖案或被該黑色圖案所圍繞， 其中該至少一防偽圖案與該黑色圖案具有不同顏色。
  15. 如請求項10所述之物件辨識電路，其中在一類比數位轉換器處理該多個第二感測訊號之前，依據該多個第一感測訊號調整該多個第二感測訊號。
  16. 一種取樣電路，用於耦接於一顯示面板下方的一物件辨識電路，其中該顯示面板包含多個第一畫素電路和多個第二畫素電路，該多個第一畫素電路排列於該顯示面板顯示的一黑色圖案內，該多個第二畫素電路用於感測與該顯示面板接觸的一待測物，且該取樣電路包含： 一相關加倍取樣電路，用於接收該多個第一畫素電路的多個第一感測電流，且用於接收該多個第二畫素的多個第二感測電流； 一電荷放大器，耦接於該相關加倍取樣電路，用於將該多個第一感測電流和該多個第二感測電流分別轉換為多個第一感測訊號和多個第二感測訊號；以及 一位準調整電路，用於由該電荷放大器先接收該多個第一感測訊號再接收該多個第二感測訊號，並用於將該多個第一感測訊號輸出至該物件辨識電路，且用於依據該物件辨識電路回傳的該多個第一感測訊號調整該多個第二感測訊號的電壓準位。
  17. 如請求項16所述之取樣電路，其中，該位準調整電路包含一單端至差動放大器，該位準調整電路依據自該物件辨識電路接收的該多個第一感測訊號的電壓準位決定提供至該單端至差動放大器的一參考電壓，以使該單端至差動放大器輸出調整後的該多個第二感測訊號。
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