一种接近程度检测装置和方法与流程

本发明涉及一种接近程度检测装置和方法，用于检测手指与透光界面的接近程度。

背景技术：

光学指纹传感器被广泛应用于各类电子设备以用于检测手指指纹，以保证电子设备的安全。为了降低功耗，光学指纹传感器通常检测手指是否接触透光界面，如手机屏幕或者指纹传感器的保护层，当检测到手指接触透光界面，启动光学指纹传感器进行指纹检测，通常检测手指是否接触透光界面的方法为设置一个光学传感器以接收反射光，手指越接近光学传感器，光学传感器接收到的反射光强越大，根据光学传感器接收的光强大小可判断手指是否接触透光界面，但是只要有手指接触透光界面，就会判断有手指接触透光界面，该判断方法容易出现误判的情况。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种接近程度检测装置，以及利用该装置检测接近程度的方法。

为解决上述问题，本发明提供一种接近程度检测装置，以及利用该装置检测接近程度的方法。接近程度检测装置包括接近探测光源；光学传感器，其包括多个光学传感器单元；透光界面，所述光学传感器和所述接触探测光源位于所述透光界面下方；控制单元，能够选择至少两个光学传感器单元作为接近探测传感器单元处于工作状态；读出单元，用于读出每个接近探测传感器单元的输出并形成每个接近探测传感器单元的时间采样序列；时间采样序列融合单元，用于根据所述时间采样序列计算每个接近探测传感器单元的输出整合值；判断单元，用于根据所述接近探测传感器单元的输出整合值的空间统计特性判断手指与所述透光界面的接近程度。

接近程度检测方法包括：

（1）启动接近探测光源；

（2）选择至少两个光学传感器单元作为接近探测传感器单元处于工作状态；

（3）读出每个接近探测传感器单元的输出并形成每个接近探测传感器单元的时间采样序列；

（4）根据所述时间采样序列计算每个接近探测传感器单元的输出整合值；

（5）根据所述接近探测传感器单元的输出整合值的空间统计特性判断手指与所述透光界面的接近程度。

本发明利用手指与透光界面的距离不同导致输出整合值的空间统计特性不同来判断手指与透光界面的接近程度。由于手指脊和谷的光学反射路线不同，手指接触透光界面时与手指接近透光界面时输出整合值的空间统计特性完全不同，通过空间统计特性的不同判断手指与透光界面的接近程度，该方法简单，误差小，能够有效避免指纹检测误操作。

说明书附图

图1a是光学指纹传感器模组与保护层组合结构示意图。

图1b是图1a中光学指纹传感模组与手指接触截面的微观结构示意图。

图2是图1b结构的光学指纹传感器模组的俯视图示意图。

图3是控制单元、读出单元、时间序列融合单元模块图。

图4a是读出单元和时间序列融合单元示意图。

图4b是判断单元利用空间统计特性判断方法示意图。

图5是读出单元和时间序列融合单元另一实施方式示意图。

图6是读出单元和时间序列融合单元第三实施方式示意图。

图7和图8是接近探测传感器单元的输出整合值的空间统计分布示意图。

具体实施方式

本发明中，“接近程度”包含“接近”和“接触”两种形式，对于“接近”，为满足不同的需求，“接近”表示的距离是不同的，技术人员可以通过设置阈值来限定“接近”的距离，因此本发明中“接近”表示的含义是清楚的。

如图1a和图1b为光学指纹传感器模组与保护层14结构组合的两个实施例的示意图。

如图1，该实施例的接近程度检测装置100包括接近探测光源13，该装置包括一个或多个接近探测光源13，优选地，该装置包括两个探测光源13，接近探测光源可为红外发光led；光学传感器12，其包括多个光学传感器单元121，光学传感器12可用于检测指纹；透光界面14，该透光界面可为保护层14的上表面，光学传感器12和接近探测光源13位于该透光界面下方，接近探测光源13发出的光穿过透光界面14，被透光界面14上的手指反射，反射光线透过透光界面被光学传感器12探测；光学传感器13和接近探测光源13设置在电路板111上，该电路板111可为柔性电路板，当该电路板为柔性电路板时，优选地在柔性电路板下设置补强板113；该装置还包括显示结构15，其可为oled屏。

请参照图2所述光学传感器12包括光学传感器单元121阵列，所述光学传感单元121使用包括光电二极管/光敏电阻等光感电子原件，作为感应光线强度的器件。所述探测光源13分布再光学传感单元121阵列的外侧，本发明选择所述阵列的两侧对称的位置安置所述光源13。本领域技术人员公知和还可以使用斜线/环绕/随机等方式进行排列。

请参照图2和3装置还包括控制单元21，能够选择至少两个光学传感器单元121作为接近探测传感器单元处于工作状态，其余光学传感器121单元处于待机状态，优选地，接近探测光源与每个接近探测传感器单元121的距离不相等，为满足该条件，优选地，接近探测传感器单元121在一条直线上即光学传感单元阵列当中的一列122，更加优选地，该接近探测传感器单元121也可以为一行。如图3为优选方案的示意图，控制单元21能够控制一列122（图2中加黑部分）接近探测传感器单元121处于工作状态，一个接近探测光源13位于该一列接近探测传感器单元列122的一端，或者两个接近探测光源13分别位于该一列接近探测传感器单列122的两端，如图2所示，接近探测光源13’也可设置为偏离该一列接近探测传感器单元121的延伸线，当偏离时，接近探测光源13’与接近探测传感器单元阵列中的最远接近探测传感器单元121之间的连线与上述延伸线的角度小于等于20度大于0度。

请参照图3-图6，读出单元22，用于读出每个接近探测传感器单元121的输出并形成每个接近探测传感器单元121的时间采样序列t，该时间采样序列t有三种实施方案，第一种实施方案为（参照图4a）：周期性地开启和关闭接近探测光源13，图中光源时序高电平h表示开启探测光源13，低电平l表示关闭接近探测光源13。开启和关闭时读出单元22分别读出接近探测传感器单元121的输出并形成每个接近探测传感器单元的时间采样序列t={p1p2......pn}第二种实施方案为（参照图5）：周期性地开启和关闭接近探测光源13，开启时读出每个接近探测传感器单元121的输出并形成每个传感器单元的时间采样序列t={p1p2......pn}在第一种和第二种实施方案下，由于接近探测光源13周期性地关闭，因此能够降低功耗。第三种实施方案为（参照图6）：接近探测光源一直处于开启状态，周期性地读出每个接近探测传感器单元的输出并形成每个接近探测传感器单元的时间采样序列t={p1p2......pn}，优选的，每个周期使用的时间与第一/第二种实施方式使用的读出间隔时间相等。

接续参照图3至图6，时间采样序列融合单元23，用于根据所述时间采样序列p1p2......pn计算每个接近探测传感器单元的输出整合值g(x,y)，针对不同时间采样序列，时间采样序列的融合方法不同，对于上述第一种实施方案的时间采样序列，输出整合值为接近探测光源开启时的采样与接近探测光源前次关闭时的采样的差的平均值，该种融合方法去除了背景光对于接近探测的影响,例如坐标(x1，y1)的输出整合值为：g(x1,y1)=(p1-p2+p3-p4+..........-pn)。对于上述第二种实施方案和第三种实施方案的时间采样序列，输出整合值为时间采样序列的平均值即输出整合值为：g(x1,y1)=(p1+p2+p3+p4+..........+pn)；对所有被控制单元选中的所有分别计算所述输出整合值，形成输出整输出整合值的空间统计分布g(x,y)={g(x1,y1),g(x2,y2),g(x3,y3),g(x4,y4)...，g(xn,yn)}。

继续参照图3、图4a、4b和图7、图8，判断单元24用于根据接近探测传感器单元列122的输出整合值的空间统计特性判断手指与透光界面14的接近程度，各个接近探测单元121的输出整合值g（x,y）和各个接近探测光源13与接近探测传感器单元的121距离相关。如图7为两个接近探测光源分别位于一条直线上的的接近探测传感器单元121的两端的方案下输出整合值g(x,y)的空间统计情况，当手指远离透光界面时，各个接近探测传感器单元121接收的光比较均匀，各个接近探测传感器单元的输出整合值g(x,y)大致相同。当手指接近透光界面14时，由于尺寸效应，两端121’的接近探测传感器单元接收的光通量较大，因此两端的接近探测传感器单元121’的输出整合值大于中间的接近探测传感器单元的输出整合值，接近探测传感器单元的输出整合值由中间向两侧逐渐增加。当手指接触透光界面时，如图1b所示，手指的“脊”51与透光界面贴合，因此在“脊”51位置，光线l1经手指反射后，只需要通过一个介质进入透光界面14，即经过一次折射；手指的“谷”52未与透光界面14贴合，因此在“谷”52位置，光线经手指反射后，至少需要通过两个界面(空气和玻璃)进入透光界面，至少经过两次折射，由于折射过程中有部分光被反射，因此手指的“谷”52位置的光损耗比“脊”51位置的光损耗大，由于上述原因，当手指5与透光界面14接触时，接近探测传感器单元12在“脊”51位置的输出整合值大于“谷”52位置的输出整合值，输出整合值的空间统计分布叠加了两端大中间小的特性以及“脊”51位置输出整合值大于“谷”52位置输出整合值的特性从而形成如图7所示的空间统计特性。与7中所示的原理相同，图为一个接近探测光源位于一条直线上的接近探测传感器单元的一端的方案下，输出整合值的空间统计情况。

请参照图4b，判断单元判断检测接近程度时有两种实施方式。

第一种实施方式是：设置第一阈值th1、第二阈值th2，第二阈值th2大于第一阈值th1，当检测接近程度时，假设获得的输出整合值的空间统计分布为g(x,y)={g(x1,y1),g(x2,y2),g(x3,y3),g(x4,y4)...，g(xn,yn)},x,y为接近探测传感器单元121的位置，对上述输出整合值作差分，获得空间一阶差分d(x,y)={g(x2,y2)-g(x1,y1),g(x3,y3)-g(x2,y2),g(x4,y4)-g(x3,y3),g(x5,y5)-g(x4,y4)...}。判断方式包括两种子实施方式，一种子实施方式是：当上述空间一阶差分任意一个值的绝对值的大于等于第一阈值小于第二阈值th2>|rand(d(x,y)|>th1，判断手指接近透光界面;当上述空间一阶差分的绝对值的任意一个值大于等于第二阈值|rand(d(x,y)|>=th2，判断手指接触透光界面；第二种实施方式是：当空间一阶差分的绝对值的平均值大于等于第一阈值小于第二阈值th2>average|(d(x,y)|>th1，判断手指接近透光界面，当上述空间一阶差分的绝对值的平均值大于等于第二阈值average|(d(x,y)|>th2，判断手指接触透光界面。判断单元也可只设置一个阈值，如只设置第二阈值，这种情况下，该检测装置只检测手指是否接触透光界面。

第二种实施方式是：设置第一阈值、第三阈值，计算上述空间分布的二阶差分d(x,y)={g(x3,y3)+g(x1,y1)-2g(x2,y2),g(x4,y4)+g(x2,y2)-2g(x3,y3),g(x5,y5)+g(x3,y3)-2g(x4,y4)...}，判断方式包括两种子实施方式，一种子实施方式是：当上述空间二阶差分的任意一个值的绝对值大于等于第三阈值|rand(d(x,y)|>=th3，判断手指接触透光界面，当上述空间二阶差分的绝对值的任意一个值小于第三阈值|rand(d(x,y)|<=th3，并且空间一阶差分的绝对值的任意一个值大于等于第一阈值|rand(d(x,y)|>=th1，判断手指接近透光界面；第二种子实施方式是：当上述空间二阶差分的绝对值的平均值大于等于第三阈值|average(d(x,y)|>=th3，判断手指接触透光界面，当上述空间二阶差分的绝对值的平均值小于第三阈值|average(d(x,y)|<th3，并且空间一阶差分的绝对值的平均值大于等于第一阈值|average(d(x,y)|>=th1，判断手指接近透光界面。判断单元也可只设置一个阈值，如只设置第三阈值，这种情况下，该检测装置只检测手指是否接触透光界面。

对于所有的实施方式，判断单元还可设置多个阈值，以将手指与透光界面的接近程度分为几个档。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。