TWI740630B

TWI740630B - 超聲波指紋感測器及其操作方法

Info

Publication number: TWI740630B
Application number: TW109130129A
Authority: TW
Inventors: 王地寶
Original assignee: 神盾股份有限公司
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2021-09-21
Also published as: CN214376504U; US11144743B2; US20210142024A1; CN213092330U; TWM606450U; CN111832544A; TW202119025A

Abstract

本發明提供一種超聲波指紋感測器及其操作方法。超聲波指紋感測器適於設置在終端設備的面板下方。超聲波指紋感測器包括超聲波指紋感測陣列以及控制器。超聲波指紋感測陣列朝面板發射測試信號。控制器耦接超聲波指紋感測陣列。控制器基於對應於測試信號的回聲信號次數判斷面板上方是否貼附保護層。

Description

超聲波指紋感測器及其操作方法

本發明是有關於一種感測器，且特別是有關於一種超聲波指紋感測器及其操作方法。

使用者通常會在行動電子設備(例如手機或平板等)的面板(例如顯示面板或觸控面板等)貼附保護貼，以保護面板被刮傷而損壞。由於保護貼可能不平整地貼附在面板上，或者是保護貼的厚度過厚，因此導致保護貼與面板之間存在氣泡。對於具有超聲波指紋感測功能的行動電子設備來說，若超聲波指紋感測器上方的面板上的保護貼未平整貼附，將使得超聲波指紋感測器無法有效地感測手指指紋，而發生指紋誤判的情形。

有鑑於此，本發明提供一種超聲波指紋感測器及其操作方法，可自動判斷面板上方是否額外貼附有一保護層。

本發明的超聲波指紋感測器適於設置在終端設備的面板下方。超聲波指紋感測器包括超聲波指紋感測陣列以及控制器。超聲波指紋感測陣列用以朝面板發射測試信號。控制器耦接超聲波指紋感測陣列。控制器基於對應於測試信號的回聲信號次數判斷面板上方是否貼附保護層。

本發明的超聲波指紋感測器的操作方法包括以下步驟：通過超聲波指紋感測陣列朝面板發射測試信號；當超聲波指紋感測陣列只接收到對應於測試信號的第一回聲時，判斷面板上方未額外貼附有保護層；以及基於對應於測試信號的回聲信號次數判斷面板上方是否貼附保護層。

基於上述，本發明的超聲波指紋感測器及其操作方法可基於對應於測試信號(超聲波)的回聲信號次數，而有效地判斷面板上方是否貼附保護層。

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。

為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭露確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟，係代表相同或類似部件。

圖1是本發明的一實施例的終端設備的示意圖。參考圖1，終端設備10包括超聲波指紋感測器100、處理器210以及面板220。超聲波指紋感測器100包括控制器110以及超聲波指紋感測陣列120。控制器110耦接超聲波指紋感測陣列120以及處理器210。處理器210耦接面板220。超聲波指紋感測陣列120可包括陣列排列的多個超聲波傳感器。在本實施例中，終端設備10可例如是手機、平板或其他可提供指紋感測的設備，並且處理器210可例如是終端設備10的中央處理器(Central Processing Unit，CPU)。面板220為顯示面板。處理器210可用於執行指紋感測的應用程式，並且可控制面板220操作為顯示背景模式、一般顯示模式或其他模式。在本實施例中，超聲波指紋感測器100適於設置在終端設備10的面板220下方，以提供屏下指紋感測功能。

控制器110例如是可程式設計的一般用途或特殊用途的微處理器(microprocessor)、數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)、可程式設計控制器、專用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)、圖形處理器(graphics processing unit，GPU)或其他類似元件或上述元件的組合。控制器110耦接存儲介質以及超聲波指紋感測陣列120，並且用以控制超聲波指紋感測陣列120以實現指紋感測以及可判斷面板上方是否額外貼附有保護層的功能。控制器110通過特別的實體電路設計，例如多個開關電路、多個運算邏輯電路以及其他功能電路，來實現分別接收超聲波感測器在同一件感測事件中所輸出的一個或多個回聲信號，並且實現本發明所提出的資料運算以及信號輸出功能。

圖2A是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及未貼附有保護層面板的示意圖。圖2B是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的面板的示意圖。圖3是本發明的一實施例的第一回聲以及第二回聲的信號時序圖。參考圖1、圖2A以及圖3，超聲波指紋感測陣列120經由黏著層201設置在面板220下方。面板220平行於由方向D1、D2延伸所形成的平面。本實施例的面板220上方未額外貼附有保護層(或稱保護貼)。在本實施例中，超聲波指紋感測陣列120朝方向D3發射測試信號W(超聲波信號)，面板220的表面S1將反射一部份的測試信號W，以形成反射信號R1(反射聲波)。反射信號R1通過面板220以及黏著層201傳遞至超聲波指紋感測陣列120作為第一回聲(echo)。

在本實施例中，由於面板220上方未放置或按壓有使用者的手指(即面板220上方為空氣)，因此另一部分的測試信號W將穿透面板220而發散。換言之，超聲波指紋感測陣列120只接收到反射信號R1所表示之一次回聲(第一回聲)，控制器110則只接收到由超聲波指紋感測陣列120提供第一回聲信號301(示於圖3)。

參考圖1、圖2B以及圖3，本實施例的面板220上方額外貼附有保護層(或稱保護貼)230。在本實施例中，超聲波指紋感測陣列120朝方向D3發射測試信號W，面板220的表面S1將反射一部份的測試信號W，以形成反射信號R1。反射信號R1通過面板220以及黏著層201傳遞至超聲波指紋感測陣列120作為第一回聲(echo)。在本實施例中，由於面板220上方額外貼附有保護層230，因此另一部分之測試信號W將穿透面板220形成穿透信號T1(穿透聲波)傳遞至保護層230，保護層230的表面S2反射一部份的穿透信號T1，以形成反射信號R2。反射信號R2通過保護層230，並且一部分的反射信號R2將穿透面板220，以產生穿透信號T2。穿透信號T2通過面板220以及黏著層201傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第二回聲。在本實施例中，保護層230可為高硬度的塑膠或玻璃材質。

換言之，比較上述圖2A與圖2B的實施例可知，如果超聲波指紋感測陣列120如圖2B所示依序(分時)接收到兩次回聲(以反射信號R1所表示之第一回聲及以穿透信號T2所表示之第二回聲)，並且依序(分時)提供第一回聲以及第二回聲(例如，圖3中所示之第一回聲信號301以及第二回聲信號302)至控制器110，則表示面板220上方額外貼附有保護層230。其中，可以理解的，第一回聲信號301的信號振幅大於或等於第二回聲信號302的信號振幅。反之，如果超聲波指紋感測陣列120如圖2A所示只有接收到一次回聲(以反射信號R1所表示之第一回聲)，並且只提供第一回聲信號301至控制器110，則表示面板220上方並未額外貼附有保護層230。因此，控制器110可基於對應於測試信號W的回聲信號次數有效地判斷面板220上方是否額外貼附有保護層230。

並且，在本實施例中，控制器110還可進一步計算保護層230的厚度Hs。具體而言，如圖2B以及圖3所示，超聲波指紋感測陣列120從發射測試信號W至接收到第一回聲而產生第一回聲信號301的時間差為ta，並且超聲波指紋感測陣列120從發射測試信號W至接收到第二回聲而產生第二回聲信號302的時間差為tb。控制器110可依據超聲波指紋感測陣列120接收到第一回聲以及第二回聲的時間差ta、tb來計算保護層230的厚度Hs。先說明的是，由於黏著層201的厚度遠小於面板220以及保護層230，因此以下計算可忽略黏著層201的厚度影響。在本實施例中，控制器110可執行運算，以例如依據以下公式(1)、(2)進行解聯立方程式運算，以使獲得聲波從面板220的一表面傳遞至另一表面所需的時間td，以及獲得聲波從保護層230的一表面傳遞至另一表面所需的時間ts。接著，控制器110可執行運算，以例如依據以下公式(3)、(4)來計算面板220的厚度Hd以及保護層230的厚度Hs。參數cd為聲波在面板220的傳遞速度。參數cs為聲波在保護層230的傳遞速度。參數cd以及參數cs為預先儲存在控制器110當中。

……………公式(1)

……………公式(2)

……………公式(3)

……………公式(4)

在本實施例中，控制器110可依據保護層230的厚度Hd更新或調整超聲波指紋感測陣列120用於發射波束成形(beamforming)的相位延遲參數(phase-delay parameter)，以使超聲波指紋感測器100可對於保護層230的厚度Hd來進行自適應性操作，而提供準確的超聲波指紋感測效果。另外，為了避免使用者在面板220上方額外貼附的保護層230的厚度過厚，而嚴重影響超聲波指紋感測效果，在一實施例中，控制器110亦可判斷保護層230的厚度是否大於厚度閾值，輸出警示信號至處理器210，以使終端設備10可發出警告來提醒使用者。

圖4是本發明的一實施例的操作方法的流程圖。參考圖1以及圖4，本實施例的操作方法可適用於圖1的終端設備10。在步驟S410，超聲波指紋感測器100可判斷終端設備10的面板220是否被操作為顯示背景模式。若是，則超聲波指紋感測器100執行步驟S420。若否，則超聲波指紋感測器100執行步驟S450。在步驟S420，超聲波指紋感測器100進行超聲波感測。在步驟S430，超聲波指紋感測器100判斷面板220上方是否額外貼附有保護層。若否，在步驟S480，則超聲波指紋感測器100直接執行步驟S480。對此，當超聲波指紋感測器100的超聲波指紋感測陣列120只接收到對應於測試信號的第一回聲(第一反射信號)時，超聲波指紋感測器100的控制器110判斷面板220上方未額外貼附有保護層。

若是，則超聲波指紋感測器100執行步驟S440，以計算保護層的厚度。對此，當超聲波指紋感測器100的超聲波指紋感測陣列120依序接收到對應於測試信號的第一回聲(第一反射信號)以及第二回聲(第二反射信號)時，超聲波指紋感測器100的控制器110判斷面板220上方額外貼附有保護層。並且，超聲波指紋感測器100可依據保護層的厚度來更新例如上述的相位延遲參數，並接著執行步驟S480。在步驟S480，超聲波指紋感測器100可結束操作或重新執行步驟S410，以持續自動地調整超聲波指紋感測器100，而使維持良好的感測效果。

在步驟S450，超聲波指紋感測器100判斷是否執行指紋感測。若是，則超聲波指紋感測器100執行步驟S460、S470，以進行超聲波感測，並且輸出指紋影像。若否，則超聲波指紋感測器100重新執行步驟S410。值得注意的是，由於終端設備10在使用者未操作的情況下將先執行背景模式，因此超聲波指紋感測器100可先自動地判斷面板220上方是否額外貼附有保護層，並且計算保護層的厚度來調整超聲波指紋感測器100。換言之，當使用者操作終端設備10來進行指紋感測時，經調整後的超聲波指紋感測器100可提供良好的感測效果。因此，本實施例的操作方法可使終端設備10可實現可自適應性的指紋感測功能。

圖5是本發明的另一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的面板的示意圖。參考圖1以及圖5，本實施例的面板220上方額外貼附有保護層230’，並且保護層230’未平整地貼附在面板220上，以致在面板220與保護層230’之間存在氣泡501。在本實施例中，超聲波指紋感測陣列120可包括多個超聲波傳感器，因此超聲波指紋感測陣列120可例如朝方向D3發射測試信號W1、W2。在本實施例中，測試信號W1被入射至面板220的表面S1並且是對應於氣泡501下方的位置。面板220的表面S1將反射一部份的測試信號W1，以形成反射信號R11。反射信號R11通過面板220以及黏著層201傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第一回聲。在本實施例中，由於另一部分的測試信號W1將穿透面板220在氣泡501中發散而無法有效地反射，因此超聲波指紋感測陣列120的一超聲波傳感器只接收到一次回聲(第一回聲)。

然而，相較於測試信號W1，測試信號W2入射至面板220的表面S1並且是對應於未存在氣泡的位置。面板220的表面S1將反射一部份的測試信號W2，以形成反射信號R21。反射信號R21通過面板220以及黏著層201傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第一回聲。並且，另一部分之測試信號W2將穿透面板220形成穿透信號T21，並且穿透面板220而傳遞至保護層230’，而保護層230’的表面S2’反射一部份的穿透信號T21，以形成反射信號R22。反射信號R22通過保護層230’，並且一部分的反射信號R22將穿透面板220，以產生穿透信號T22。穿透信號T22通過面板220以及黏著層201傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第二回聲。因此，超聲波指紋感測陣列120的另一超聲波傳感器可接收到兩次回聲(第一回聲及第二回聲)。換言之，本實施例的超聲波指紋感測器100可依據超聲波指紋感測陣列120的多個超聲波傳感是否至少一部分接收到的回聲信號次數大於一次，而判斷保護層230’是否平整地貼附在面板220上。

圖6是本發明的一實施例的判斷保護層是否平整地貼附在面板上的流程圖。參考圖1、圖4以及圖6，在圖4的步驟S430，當超聲波指紋感測器100判斷面板220上方額外貼附有保護層時，超聲波指紋感測器100還可執行步驟S610。在步驟S610，超聲波指紋感測器100可判斷保護層是否未平整地分布(貼附)在面板220上。若否，則超聲波指紋感測器100執行步驟S480，以結束操作或重新執行步驟S410。若是，則超聲波指紋感測器100執行步驟S620，以輸出警示信號至終端設備10的處理器210。因此，在本實施例中，當終端設備10接收到警示信號時，終端設備10可依據警示信號來提醒使用者當前貼附在面板220上的保護層可能使指紋感測功能失效。

圖7A是本發明的一實施例的背景影像的示意圖。圖7B是本發明的另一實施例的背景影像的示意圖。參考圖1、圖2B以及圖7A，終端設備10的處理器210可基於超聲波指紋感測陣列120的感測結果而取得如圖7A所示的背景影像710。對此，由於保護層230平整地貼附在面板220，且保護層230上方尚未按壓有其他物件(例如使用者的手指)，因此處理器210可取得例如是圖7A所示呈現均勻灰階的背景影像710。參考圖1、圖5以及圖7B，終端設備10的處理器210可基於超聲波指紋感測陣列120的感測結果而取得如圖7B所示的背景影像720。對此，由於保護層230’未平整地貼附在面板220，而存有氣泡501，因此處理器210可取得例如是圖7B所示呈現非均勻灰階的背景影像720。相較於圖7A的背景影像710，背景影像720將包括氣泡影像區域721。

在本實施例中，氣泡影像區域721(如圖7B的空白區域)的灰階值將不同於氣泡影像區域721的以外區域(如圖7B的網點區域)的灰階值，因此終端設備10的處理器210可透過影像分析背景影像720的灰階值變化而識別出氣泡影像區域721的範圍，並可進一步判斷背景影像720當中的氣泡影像區域721的面積是否大於或等於面積閾值。若是，則終端設備10的處理器210可發出警示。也就是說，當終端設備10的處理器210判定氣泡影像區域721的面積已超出閾值，足以影響指紋辨識的可靠度時，終端設備10的處理器210可發出警示，以提醒使用者，當前貼附在面板220上的保護層可能使指紋感測功能失效。反之，當終端設備10的處理器210判斷背景影像720當中的氣泡影像區域721的面積小於面積閾值，判定對指紋辨識的可靠度影響有限時，終端設備10的處理器210不提出警示。

圖8A是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及未貼附有保護層的多層面板的示意圖。圖8B是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的多層面板的示意圖。圖9是本發明的一實施例的第一回聲、第二回聲以及第三回聲的信號時序圖。參考圖1、圖8A以及圖9，本實施例可為上述圖2A實施例的延伸。本實施例的面板具有兩層結構，如圖8A所示的面板的第一層820以及第二層830。在本實施例中，超聲波指紋感測陣列120經由黏著層801設置在面板的第一層820下方，並且面板的第二層830上方未額外貼附有保護層。在本實施例中，超聲波指紋感測陣列120朝方向D3發射測試信號W，面板的第一層820的表面S1將反射一部份的測試信號W，以形成反射信號R1。面板的第二層830的表面S2將反射一部份的穿透信號T1，以形成反射信號R2。反射信號R2通過面板的第二層830，並且一部分的反射信號R2將穿透面板的第一層820，以產生穿透信號T2。對此，反射信號R1經過面板的第一層820以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120作為第一回聲。反射信號R2經過面板的第一層820、第二層830以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120作為第二回聲。

在本實施例中，由於面板的第二層830上方未放置或按壓有使用者的手指(即面板的第二層830上方為空氣)，因此另一部分的穿透信號T1將面板的第二層830而發散。換言之，超聲波指紋感測陣列120只接收到反射信號R1以及反射信號R2所表示之兩次回聲(第一回聲以及第二回聲)，控制器110則只接收到由超聲波指紋感測陣列120提供第一回聲信號901以及第二回聲信號902(示於圖9)。

參考圖1、圖8B以及圖9，本實施例可為上述圖8B實施例的延伸。本實施例的面板的第二層830上方額外貼附有保護層(或稱保護貼)840。在本實施例中，超聲波指紋感測陣列120朝方向D3發射測試信號W，面板的第一層820的表面S1將反射一部份的測試信號W，以形成反射信號R1。面板的第二層830的表面S2將反射一部份的穿透信號T1，以形成反射信號R2。反射信號R2通過面板的第二層830，並且一部分的反射信號R2將穿透面板的第一層820，以產生穿透信號T2。另一部分的穿透信號T1通過保護層840，以形成穿透信號T3。保護層840的表面S3將反射一部份的穿透信號T3，以形成反射信號R3。反射信號R3通過保護層840，並且一部分的反射信號R3將穿透面板的第二層830，以產生穿透信號T4。穿透信號T4通過面板的第二層830，並且一部分的穿透信號T4將穿透面板的第一層820，以產生穿透信號T5。換言之，反射信號R1經過面板的第一層820以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120作為第一回聲。反射信號R2經過面板的第一層820、第二層830以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120作為第二回聲。反射信號R3經過面板的第一層820、第二層830、保護層840以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120作為第三回聲。

換言之，比較上述圖8A與圖8B的實施例可知，如果超聲波指紋感測陣列120如圖8B所示依序(分時)接收到三次回聲(以反射信號R1所表示之第一回聲、以穿透信號T2所表示之第二回聲)以及以穿透信號T4所表示之第三回聲)，並且依序(分時)提供第一至第三回聲信號901~903至控制器110，則表示面板的第二層830上方額外貼附有保護層840。其中，可以理解的，第一回聲信號901的信號振幅大於或等於第二回聲信號902的信號振幅，並且第二回聲信號902的信號振幅大於或等於第三回聲信號903的信號振幅。反之，如果超聲波指紋感測陣列120如圖8A所示只有接收到兩次回聲(以反射信號R1所表示之第一回聲，及以穿透信號T2所表示之第二回聲)，並且只提供第一回聲信號901以及第二回聲信號902至控制器110，則表示面板的第二層830上方並未額外貼附有保護層840。因此，控制器110可基於對應於測試信號W的回聲信號次數是否大於預設面板層數(已知的)，而有效地判斷面板上方是否額外貼附有保護層840。

並且，在本實施例中，控制器110還可進一步計算保護層840的厚度Hs。具體而言，如圖8B以及圖9所示，超聲波指紋感測陣列120從發射測試信號W至接收到第一回聲而產生第一回聲信號901的時間差為ta。超聲波指紋感測陣列120從發射測試信號W至接收到第二回聲而產生第二回聲信號902的時間差為tb。超聲波指紋感測陣列120從發射測試信號W至接收到第三回聲而產生第三回聲信號903的時間差為tc。控制器110可依據超聲波指紋感測陣列120接收到第一回聲、第二回聲以及第三回聲的時間差ta、tb、tc來計算保護層840的厚度Hs。

值得注意的是，本實施例的計算保護層840的厚度的計算方式可如上述圖2B實施例的概念延伸而相應地建立多個聯立方程式來進行計算，因此不多加贅述。此外，圖8A及圖8B實施例的判斷多層面板是否貼附有保護層840的實施方式亦可由上述圖4實施例的操作方法來實現之。對此，當超聲波指紋感測陣列120接收到對應於測試信號W的回聲信號次數與預設面板層數不相同時，控制器110可判斷面板上方貼附保護層840。當超聲波指紋感測陣列120接收到對應於測試信號W的回聲信號次數與預設面板層數相同時，控制器110可判斷面板上方未貼附保護層840。

圖10是本發明的另一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的多層面板的示意圖。參考圖1以及圖10，本實施例的面板的第二層830上方額外貼附有保護層840’，並且保護層840’未平整地貼附在面板的第二層830上，以致在面板的第二層830與保護層840’之間存在氣泡1001。在本實施例中，超聲波指紋感測陣列120可包括多個超聲波傳感器，因此超聲波指紋感測陣列120可例如朝方向D3發射測試信號W1、W2。在本實施例中，測試信號W1入射至面板的第一層820的表面S1。面板的第一層820的表面S1將反射一部份的測試信號W1，以形成反射信號R11。反射信號R11通過面板的第一層820以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第一回聲。並且，另一部分之測試信號W1將穿透面板的第一層820形成穿透信號T11，並且接著穿透面板的第二層830而傳遞至對應於存在氣泡801的位置，而面板的第二層830的表面S2’反射一部份的穿透信號T11，以形成反射信號R12。一部分的反射信號R12將穿透面板的第一層820，以產生穿透信號T12。穿透信號T12通過面板的第一層820以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第二回聲。在本實施例中，由於另一部分的穿透信號T11將穿透面板的第二層830，且在氣泡1001中發散而無法有效地反射，因此超聲波指紋感測陣列120的一超聲波傳感器只接收到兩次回聲(第一回聲以及第二回聲)。

然而，相較於測試信號W1，測試信號W2入射至面板的第一層820的表面S1。面板220的表面S1將反射一部份的測試信號W2，以形成反射信號R21。反射信號R21通過面板的第一層820以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第一回聲。並且，另一部分之測試信號W2將穿透面板的第一層820形成穿透信號T21，並且接著穿透面板的第二層830而傳遞至對應於不存在氣泡801的位置的保護層840’，以形成穿透信號T23。面板的第二層830的表面S2’反射一部份的穿透信號T21，以形成反射信號R22。反射信號R22通過面板的第二層830，並且一部分的反射信號R22將穿透面板的第一層820，以產生穿透信號T22。穿透信號T22通過面板的第一層820以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第二回聲。另一部分的穿透信號T21穿透面板的第二層830的表面S3，並且通過面板的第二層830，以形成穿透信號T23。保護層840’的表面S3’反射一部份的穿透信號T23，以形成反射信號R23。反射信號R23通過保護層840’，並且通過面板的第二層830，以產生穿透信號T24。穿透信號T24將穿透面板的第一層830，以產生穿透信號T25。穿透信號T25通過面板的第一層820以及黏著層801傳遞至超聲波指紋感測陣列120而作為第三回聲。

因此，超聲波指紋感測陣列120的另一超聲波傳感器可接收到三次回聲(第一回聲、第二回聲及第三回聲)。換言之，本實施例的超聲波指紋感測器100可依據超聲波指紋感測陣列120的多個超聲波傳感是否至少一部分接收到的回聲信號次數大於預設的面板層數，而判斷保護層840’是否平整地貼附在面板的第二層823上。

值得注意的是，當多層結構的面板的保護層840’未平整地貼附有保護層多層結構的面板上時，超聲波指紋感測器100亦可由執行如圖6實施例的流程來發出警示信號。並且，處理器210亦可取得如圖7A及圖7B的多層結構的面板的背景影像710、720來判斷氣泡影像區域721的面積是否超出閾值，而足以影響指紋辨識的可靠度，因此發出警示。

綜上所述，本發明的超聲波指紋感測器及其操作方法可通過超聲波指紋感測陣列接收到之回聲次數，例如，一次回聲或兩次回聲，有效地判斷面板上方是否貼附有保護層，並且還可進一步計算保護層的厚度，而自適應性地更新或調整超聲波指紋感測陣列。並且，本發明的超聲波指紋感測器及其操作方法可判斷保護層是否平整分布在面板上，以決定是否對使用者發出警示，以提醒使用者移除或修正保護層。因此，本發明的超聲波指紋感測器及其操作方法可提供有效的超聲波指紋感測功能。

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。

10:終端設備 100:超聲波指紋感測器 110:控制器 120:超聲波指紋感測陣列 210:處理器 220:面板 230、230’、840、840’:保護層 301、302、901、902、903:回聲信號 501、1001:氣泡 710、720:背景影像 721:氣泡影像區域 820:面板的第一層 830:面板的第二層 S1、S2、S2’、S3、S3’:表面 W、W1、W2:測試信號 R1、R11、R12、R2、R21、R22、R23、R3:反射信號 T1、T2、T3、T4、T5、T11、T12、T21、T22、T23、T24、T25:穿透信號 D1、D2、D3:方向 Hd、Hs、Hd1、Hd2:厚度 ta、tb、tc:時間差 S410~S480、S610、S620:步驟

圖1是本發明的一實施例的終端設備的示意圖。圖2A是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及未貼附有保護層面板的示意圖。圖2B是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的面板的示意圖。圖3是本發明的一實施例的第一回聲以及第二回聲的信號時序圖。圖4是本發明的一實施例的操作方法的流程圖。圖5是本發明的另一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的面板的示意圖。圖6是本發明的另一實施例的操作方法的流程圖。圖7A是本發明的一實施例的背景影像的示意圖。圖7B是本發明的另一實施例的背景影像的示意圖。圖8A是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及未貼附有保護層的多層面板的示意圖。圖8B是本發明的一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的多層面板的示意圖。圖9是本發明的一實施例的第一回聲、第二回聲以及第三回聲的信號時序圖。圖10是本發明的另一實施例的超聲波指紋感測器以及貼附有保護層的多層面板的示意圖。

10:終端設備

100:超聲波指紋感測器

110:控制器

120:超聲波指紋感測陣列

210:處理器

220:面板

Claims

一種超聲波指紋感測器，適於設置在一終端設備的一面板下方，其中該超聲波指紋感測器包括：一超聲波指紋感測陣列，朝該面板發射一測試信號；以及一控制器，耦接該超聲波指紋感測陣列，其中該控制器基於對應於該測試信號的一回聲信號次數判斷該面板上方是否貼附一保護層。
如請求項1所述的超聲波指紋感測器，其中當該超聲波指紋感測陣列只接收到對應於該測試信號的一第一回聲時，該控制器判斷該面板上方未貼附有一保護層，其中當該超聲波指紋感測陣列依序接收到對應於該測試信號的該第一回聲以及一第二回聲時，該控制器判斷該面板上方額外貼附有該保護層。
如請求項2所述的超聲波指紋感測器，其中該控制器接收由該超聲波指紋感測陣列提供對應於該第一回聲以及該第二回聲的一第一回聲信號以及一第二回聲信號，並且該第一回聲信號的信號振幅大於該第二回聲信號的信號振幅。
如請求項2所述的超聲波指紋感測器，其中該面板的一第一表面反射該測試信號的一部分，以形成一第一反射信號，並且該超聲波指紋感測陣列接收該第一反射信號作為該第一回聲，其中該保護層的一第二表面反射該測試信號的另一部分，以形成一第二反射信號，並且該超聲波指紋感測陣列接收該第二反射信號作為該第二回聲。
如請求項1所述的超聲波指紋感測器，其中當該控制器判斷該回聲信號次數大於一次時，該控制器依據接收到該些回聲的一時間差計算該保護層的一厚度。
如請求項5所述的超聲波指紋感測器，其中該控制器依據該保護層的該厚度更新該超聲波指紋感測陣列用於發射波束成形的一相位延遲參數。
如請求項5所述的超聲波指紋感測器，其中該控制器判斷該保護層的該厚度是否大於一厚度閾值，以輸出一警示信號。
如請求項5所述的超聲波指紋感測器，其中該超聲波指紋感測陣列包括多個超聲波傳感器，該控制器依據該些超聲波傳感器是否至少一部分接收到的該回聲信號次數大於一次，以判斷該保護層是否平整地分布在該面板上。
如請求項1所述的超聲波指紋感測器，其中當該控制器判斷該回聲信號次數大於一次時，該終端設備通過該超聲波指紋感測陣列取得一背景影像，並且比較該背景影像當中的一氣泡影像區域的面積與一面積閾值。
如請求項9所述的超聲波指紋感測器，其中當該氣泡影像區域的面積大於或等於該面積閾值時，該終端設備發出警示。
如請求項1所述的超聲波指紋感測器，其中該控制器預先判斷該終端設備的該面板是否被操作為顯示一背景模式，以朝該面板發射該測試信號。
如請求項1所述的超聲波指紋感測器，其中該控制器基於對應於該測試信號的該回聲信號次數是否與一預設面板層數相同，以判斷該面板上方是否貼附該保護層。
如請求項12所述的超聲波指紋感測器，其中當該控制器判斷對應於該測試信號的該回聲信號次數與該預設面板層數不相同時，該控制器判斷該面板上方貼附該保護層，其中當該控制器判斷對應於該測試信號的該回聲信號次數與該預設面板層數相同時，該控制器判斷該面板上方未貼附該保護層。
如請求項13所述的超聲波指紋感測器，其中當該控制器判斷該回聲信號次數大於該預設面板層數時，該控制器依據接收到該些回聲的多個時間差計算該保護層的一厚度。
如請求項14所述的超聲波指紋感測器，其中該超聲波指紋感測陣列包括多個超聲波傳感器，該控制器依據該些超聲波傳感器是否至少一部分接收到的該回聲信號次數大於該預設面板層數，以判斷該保護層是否平整地分布在該面板上。
如請求項12所述的超聲波指紋感測器，其中當該控制器判斷該回聲信號次數大於該預設面板層數時，該終端設備通過該超聲波指紋感測陣列取得一背景影像，並且比較該背景影像當中的一氣泡影像區域的面積與一面積閾值。
如請求項16所述的超聲波指紋感測器，其中當該氣泡影像區域的面積大於或等於該面積閾值時，該終端設備發出警示。
一種超聲波指紋感測器的操作方法，其中該超聲波指紋感測器適於設置在一終端設備的一面板下方，所述操作方法包括：通過一超聲波指紋感測陣列朝該面板發射一測試信號；以及基於對應於該測試信號的一回聲信號次數判斷該面板上方是否貼附一保護層。
如請求項18所述的操作方法，其中基於對應於該測試信號的該回聲信號次數判斷該面板上方是否貼附該保護層的步驟包括：當該超聲波指紋感測陣列只接收到對應於該測試信號的一第一回聲時，判斷該面板上方未額外貼附有一保護層；以及當該超聲波指紋感測陣列依序接收到對應於該測試信號的該第一回聲以及一第二回聲時，判斷該面板上方額外貼附有該保護層。
如請求項19所述的操作方法，其中該超聲波指紋感測陣列依據接收到該第一回聲以及該第二回聲來產生一第一回聲信號以及一第二回聲信號，並且該第一回聲信號的信號振幅大於該第二回聲信號的信號振幅。
如請求項19所述的操作方法，其中該面板的一第一表面反射該測試信號的一部分，以形成一第一反射聲波，並且該超聲波指紋感測陣列接收該第一反射聲波作為該第一回聲，其中該保護層的一第二表面反射該測試信號的另一部分，以形成一第二反射聲波，並且該超聲波指紋感測陣列接收該第二反射聲波作為該第二回聲。
如請求項19所述的操作方法，其中當該回聲信號次數大於一次時，該操作方法更包括：依據接收到該些回聲的一時間差計算該保護層的一厚度。
如請求項22所述的操作方法，其中當該回聲信號次數大於一次時，該操作方法更包括：依據該保護層的該厚度更新該超聲波指紋感測陣列用於發射波束成形的一相位延遲參數。
如請求項22所述的操作方法，其中當判斷該面板上方額外貼附有該保護層時，該操作方法更包括：判斷該保護層的該厚度是否大於一厚度閾值，以輸出一警示信號。
如請求項22所述的操作方法，其中當判斷該面板上方額外貼附有該保護層時，該操作方法更包括：依據該超聲波指紋感測陣列是否至少一部分接收到的該回聲信號次數大於一次，以判斷該保護層是否平整地分布在該面板上。
如請求項18所述的操作方法，其中當判斷的該回聲信號次數大於一次時，該操作方法更包括：通過該超聲波指紋感測陣列取得一背景影像；以及比較該背景影像當中的一氣泡影像區域的面積與一面積閾值。
如請求項26所述的操作方法，其中當該氣泡影像區域的面積大於或等於該面積閾值時，該終端設備發出警示。
如請求項18所述的操作方法，更包括：預先判斷該終端設備的該面板是否被操作為顯示一背景模式，以朝該面板發射該測試信號。
如請求項18所述的操作方法，其中基於對應於該測試信號的該回聲信號次數判斷該面板上方是否貼附該保護層的步驟包括：基於對應於該測試信號的該回聲信號次數是否與一預設面板層數相同，以判斷該面板上方是否貼附該保護層。
如請求項29所述的操作方法，其中基於對應於該測試信號的該回聲信號次數是否與該預設面板層數相同，以判斷該面板上方是否貼附該保護層的步驟包括：當該超聲波指紋感測陣列接收到對應於該測試信號的該回聲信號次數與該預設面板層數不相同時，判斷該面板上方貼附該保護層，當該超聲波指紋感測陣列接收到對應於該測試信號的該回聲信號次數與該預設面板層數相同時，判斷該面板上方未貼附該保護層。
如請求項30所述的操作方法，其中當該回聲信號次數大於該預設面板層數時，該操作方法更包括：依據接收到該些回聲的多個時間差計算該保護層的一厚度。
如請求項31所述的操作方法，其中當判斷該面板上方額外貼附有該保護層時，該操作方法更包括：依據該超聲波指紋感測陣列是否至少一部分接收到的該回聲信號次數大於該預設面板層數，以判斷該保護層是否平整地分布在該面板上。
如請求項29所述的操作方法，其中當判斷的該回聲信號次數大於該預設面板層數時，該操作方法更包括：通過該超聲波指紋感測陣列取得一背景影像；以及比較該背景影像當中的一氣泡影像區域的面積與一面積閾值。
如請求項33所述的操作方法，其中當該氣泡影像區域的面積大於或等於該面積閾值時，該終端設備發出警示。