TWI705381B

TWI705381B - 指紋感測裝置

Info

Publication number: TWI705381B
Application number: TW108106139A
Authority: TW
Inventors: 黃峻維
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2019-02-23
Filing date: 2019-02-23
Publication date: 2020-09-21
Also published as: TW202032412A; CN110705506A

Abstract

一種指紋感測裝置。指紋感測裝置具有表面，用以接收感測光。指紋感測裝置包括主動感測區、參考區以及光遮蔽層。主動感測區具有多個感測元件。感測元件配置在表面下的第一區域，並依據感測光產生多個感測信號。參考區具有至少一參考感測元件。至少一參考感測元件配置在表面下的第二區域，用以提供至少一參考信號。光遮蔽層設置在表面下的第二區域，用以遮蔽感測光以避免至少一參考感測元件接收感測光。

Description

指紋感測裝置

本發明是有關於一種指紋感測裝置，且特別是有關於一種可因應元件老化而進行調整的指紋感測裝置。

在習知的技術領域中，指紋感測裝置可透過感測元件以依據感測光來感測出待測的指紋的圖像，並依據指紋圖像進行辨識。在習知的技術領域中，在指紋感測裝置長時間使用後，感測元件由於常時期在感測光照射的影響下，會產生感測出的指紋的圖像的灰階度降低的現象。如此一來，針對指紋圖像進行辨識時，可能因灰階度不足，而造成辨識上的錯誤。

本發明提供一種指紋感測裝置，可因應感測元件的劣化現象，進行補償動作。

本發明的指紋感測裝置具有表面，用以接收感測光。指紋感測裝置包括主動感測區、參考區以及光遮蔽層。主動感測區具有多個感測元件。感測元件配置在表面下的第一區域，並依據感測光產生多個感測信號。參考區具有至少一參考感測元件。至少一參考感測元件配置在表面下的第二區域，用以提供至少一參考信號。光遮蔽層設置在表面下的第二區域，用以遮蔽感測光以避免至少一參考感測元件接收感測光。

在本發明的一實施例中，指紋感測裝置更包括感測光產生器。感測光產生器用以提供感測光至主動感測區。

在本發明的一實施例中，指紋感測裝置更包括控制器。控制器耦接至主動感測區、參考區以及感測光產生器。控制器依據感測信號以及至少一參考信號來得知感測元件的灰階劣化值，並依據灰階劣化值以調整感測光的亮度。

基於上述，本發明透過在指紋感測裝置中的參考區中設置參考感測元件，藉由光遮蔽層以遮蔽感測光照射到參考感測元件，以使參考感測元件可提供參考信號。本發明並透過比較參考信號以及感測元件所產生的感測信號，可以得知感測元件所產生的劣化狀態。如此一來，指紋感測裝置可針對感測元件的劣外進行補償，提升指紋感測的準確度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的指紋感測裝置的示意圖。指紋感測裝置100具有表面SF1。指紋感測裝置100並透過表面SF1以接收一感測光。指紋感測裝置100包括主動感測區110以及參考區120。主動感測區110具有多個感測元件SE1~SE5，感測元件SE1~SE5配置在表面SF1下的第一區域。在進行指紋感測動作時，感測元件SE1~SE5可接收感測光，並產生多個感測信號。在本實施例中，指紋感測裝置100中具有掃描線G1~G3以及感測信號線S1~S3。掃描線G1~G3與感測信號線S1~S3交錯排列。感測元件SE1~SE3形成一感測列，並依據掃描線G1上傳送的掃描信號以啟動掃描動作。感測元件SE1~SE3並依據掃描動作以分別在感測信號線S1~S3產生多個感測信號。感測元件SE1、SE4、SE5形成一感測行，並分別依據掃描線G1、G2、G3上傳送的掃描信號以分時啟動掃描動作。感測元件SE1、SE4、SE5共同耦接至相同的感測信號線S1，並分時產生多個感測信號。

參考區120中具有一個或多個的參考感測元件RFFSE1。參考感測元件RFFSE1設置在指紋感測裝置100的表面SF1下的第二區域中。其中，第二區域與上述的第一區域不相重疊。指紋感測裝置100並具有一光遮蔽層LA1，設置在表面SF1下的第二區域上，並用以遮蔽感測光傳送至參考感測元件RFFSE1的路徑，以避免參考感測元件RFFSE1接收到感測光。

在本實施例中，參考感測元件RFFSE1耦接至掃描線G1以及參考感測信號線RS1。參考感測元件RFFSE1可依據掃描線G1上的掃描信號而被啟動，並透過參考感測信號線RS1傳送參考信號。

值得一提的，基於參考感測元件RFFSE1不會接收到感測光，因此，參考感測元件RFFSE1不會因長期受到感測光的照射而產生劣化的現象。在本發明實施例中，參考感測元件RFFSE1與感測元件SE1~SE5具有相同的硬體結構，也就是說，參考感測元件RFFSE1所提供的參考信號，可反應感測元件SE1~SE5最初始狀態的元件特性。

在本實施例中，參考感測元件RFFSE1可以隨著掃描線G1上的掃描動作以傳送參考信號。透過比較參考信號以及感測元件SE1~SE5所分別產生的多個感測信號，可以得知感測元件SE1~SE5的劣化狀態，並依據感測元件SE1~SE5的劣化狀態以執行補償動作。值得一提的，感測元件SE1~SE5在劣化後，會降低所感測出的指紋圖像的灰階值，而透過比較參考信號以及感測元件SE1~SE5所分別產生的多個感測信號，可以獲得感測元件SE1~SE5的灰階劣化值，並據以進行補償。

關於補償動作的實施方式，請參照圖2繪示的本發明實施例的感測元件的原始感測信號、劣化後的感測信號以及參考信號的示意圖。在圖2中，原始感測信號210表示未劣化前的感測元件的照光亮度以及感測影像灰階值的關係曲線。其中，依據原始感測信號210，未劣化前的感測元件可呈現的影像最大感測灰階值為灰階值H255，而在接收亮度為亮度P1的感測光時，未劣化前的感測元件可呈現的感測影像的灰階值為灰階值H180。另外，劣化後的感測信號220表示劣化後的感測元件的照光亮度以及感測影像灰階值的關係曲線。其中，依據劣化後的感測信號220，劣化後的感測元件，在接收亮度為P1的感測光時，可呈現的感測影像的灰階值降低為灰階值H160。在另一方面，參考信號230表示參考感測元件的照光亮度以及感測影像灰階值的關係曲線。其中，在接收亮度P1的感測光時，參考感測元件可呈現的感測影像的灰階值為灰階值Href。

由圖2可以得知，透過計算感測信號在特定亮度（例如亮度P1）的感測光照射下，所能產生的感測影像的灰階值，與灰階值Href的差值的變化，可以得知感測元件的劣化狀態。並且，依據計算感測信號以及參考信號的差值，可以獲得感測元件的灰階劣化值，並可依據感測元件的灰階劣化值，透過提升感測光的亮度，來針對對劣化後的感測元件進行補償動作。

以下請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例的指紋感測裝置的示意圖。指紋感測裝置300包括主動感測區310、參考區320、感測光產生器330以及控制器340。參考區320設置在主動感測區310的一側邊。與圖1的實施例不同的，指紋感測裝置300中，參考區320包括多個參考感測元件RFSE11~RFSE32。在本實施例中，參考感測元件RFSE11~RFSE32配值成一陣列。參考感測元件RFSE11、RFSE12形成第一參考感測列，並受控於掃描線G1；參考感測元件RFSE21、RFSE22形成第二參考感測列，並受控於掃描線G2；參考感測元件RFSE31、RFSE32形成第三參考感測列，並受控於掃描線G3。另一方面，參考感測元件RFSE11、RFSE21、RFSE31形成第一參考感測行，參考感測元件RFSE11、RFSE21、RFSE31則可形成第二參考感測行，其中的第一感測行以及第二感測行分別耦接參考感測線RS1、RS2以傳送參考信號。

在另一方面，感測光產生器330以及控制器340相互耦接，控制器340並耦接至參考感測線RS1、RS2以及感測線S1~S3。控制器340可透過參考感測線RS1、RS2以及感測線S1~S3以接收參考信號以及感測信號，並依據計算參考信號以及感測信號的差值的變化，來產生控制信號CTR。感測光產生器330則接收控制信號CTR，並依據控制信號CTR來調整所發送的感測光的亮度，其中，感測光用以照射在主動感測區310的感測元件上。在本發明一實施例中，控制信號CTR可以為脈寬調變（Pulse Width Modulation, PWM）信號。感測光產生器330並可依據控制信號CTR的正脈波寬度的大小，來對應調高或調低感測光的亮度。

當然，在本發明其他實施例中，控制信號CTR也可以為其他形式的信號，例如頻率調變（FM）信號或振幅調變（Amplitude Modulation, AM）信號，沒有一定的限制。

關於控制器340進行運算的細節，控制器340可針對所接收的多個參考信號進行平均運算，並針對所接收的多個感測信號進行平均運算，再始兩個平均運算的結果相減，來獲得感測元件的灰階劣化值，並依據灰階劣化值來產生控制信號CTR。當然，上述的平均運算可以由其他運算來取代，例如取多個參考信號、多個感測信號的中位數、標準差、最大值或最小值來相減。設計者可依據實際的狀態來挑選合適的運算方式，此處不多贅述。

關於硬體架構方面，控制器340可以為具運算能力的處理器。或者，控制器340可以是透過硬體描述語言（Hardware Description Language, HDL）或是其他任意本領域具通常知識者所熟知的數位電路的設計方式來進行設計，並透過現場可程式邏輯門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）、複雜可程式邏輯裝置（Complex Programmable Logic Device, CPLD）或是特殊應用積體電路（Application-specific Integrated Circuit, ASIC）的方式來實現的硬體電路，沒有特定的限制。

在本發明實施例中，感測光產生器330可以為一背光（back light）產生器。感測光產生器330可以應用本領域具通常知識者所熟知的任意形式的背光產生器來建構，沒有特別的限制。值得一提的，感測光產生器330可設計為僅會被投射於主動感測區310上，或也可以同時投射於主動感測區310以及參考區320。

請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的指紋感測裝置的示意圖。指紋感測裝置400包括主動感測區410以及參考區420。與圖3的實施例不相同的，參考區420被區分為第一子參考區421以及第二子參考區422。第一子參考區421以及第二子參考區422分開設置，並分別被設置在主動感測區410的第一側邊以及第二側邊，其中第一側邊以及第二側邊相對。在本實施例中，第一子參考區421以及第二子參考區422共具有四個參考感測行，且四個參考感測行分別耦接相互獨立的四條參考感測線RS1~RS4。參考感測線RS1~RS4可分別傳送四個獨立的參考信號。

以下請參照圖5，圖5繪示本發明另一實施例的指紋感測裝置的示意圖。指紋感測裝置500包括主動感測區510以及參考區520，參考區520被區分為第一子參考區521以及第二子參考區522。與圖4的實施例不相同的，第一子參考區521中的參考感測線RS1、RS2是相互耦接的，且第二子參考區522中的參考感測線RS3、RS4是相互耦接的。透過相互耦接的參考感測線RS1、RS2，第一子參考區521可傳送一參考信號，而透過相互耦接的參考感測線RS3、RS4，第二子參考區522可傳送另一參考信號。

綜上所述，本發明透過在指紋感測裝置中設置參考感測元件，並透過光遮蔽層遮蔽參考感測元件接收感測光的路徑。並使參考感測元件提供參考信號，以作為判斷感測元件的劣化狀態，並可據以進行補償動作，提升指紋感測的正確度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、300、400、500：指紋感測裝置 110、310、410、510：主動感測區 120、320、420、520：參考區 SF1：表面 SE1~SE5：感測元件 S1~S3：感測信號線 G1~G3：掃描線 RFFSE1、RFSE11~RFSE32：參考感測元件 LA1：光遮蔽層 RS1、RS2：參考感測信號線 210：原始感測信號 220：劣化後的感測信號 230：參考信號 H255、H180、H160、Href：灰階值 P1：亮度 330：感測光產生器 340：控制器 CTR：控制信號 421、422、521、522：子參考區

圖1繪示本發明一實施例的指紋感測裝置的示意圖。圖2繪示的本發明實施例的感測元件的原始感測信號、劣化後的感測信號以及參考信號的示意圖。圖3繪示本發明另一實施例的指紋感測裝置的示意圖。圖4繪示本發明另一實施例的指紋感測裝置的示意圖。圖5繪示本發明另一實施例的指紋感測裝置的示意圖。

100：指紋感測裝置 110：主動感測區 120：參考區 SF1：表面 SE1~SE5：感測元件 S1~S3：感測信號線 G1~G3：掃描線 RFFSE1：參考感測元件 LA1：光遮蔽層 RS1：參考感測信號線

Claims

一種指紋感測裝置，具有一表面，用以接收一感測光，包括：一主動感測區，具有多個感測元件，該些感測元件配置在該表面下的一第一區域，並依據該感測光產生多個感測信號；一參考區，具有至少一參考感測元件，配置在該表面下的一第二區域，用以提供至少一參考信號；一光遮蔽層，設置在該表面下的該第二區域，用以遮蔽該感測光以避免該至少一參考感測元件接收該感測光；以及一控制器，耦接至該主動感測區以及該參考區，依據該些感測信號以及該至少一參考信號來得知該些感測元件的一灰階劣化值，並依據該灰階劣化值以調整該感測光的亮度。
如申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中各該感測元件與該至少一參考感測元件的結構相同。
如申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，更包括：一感測光產生器，用以提供該感測光至該主動感測區。
如申請專利範圍第3項所述的指紋感測裝置，其中該控制器依據該灰階劣化值以產生一控制信號，並使該感測光產生器依據該控制信號以調整該感測光的亮度，其中該控制信號為脈寬調變信號。
如申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中該控制器計算該些感測信號以及該至少一參考信號的一差值，並依據該差值來獲得該灰階劣化值。
如申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中該至少一參考感測元件的數量為多個時，該些參考感測元件形成多個參考感測行，該些參考感測行分別耦接多條參考感測線。
如申請專利範圍第6項所述的指紋感測裝置，其中相鄰的二參考感測行對應的參考感測線相互耦接。
申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中該第二區域配置在該第一區域的一側邊。
申請專利範圍第1項所述的指紋感測裝置，其中該第二區域分為一第一子參考區以及一第二子參考區，該第一子參考區配置在該第一區域的一第一側邊，該第二子參考區配置在該第一區域的一第二側邊，該第一側邊與該第二側邊相對。