指纹感测信号校正方法及装置与流程

1.本发明是关于一种指纹感测的技术，特别是关于一种指纹感测信号校正方法及装置。


背景技术：

2.在液晶显示面板上的像素中，从背光源发射的光强度取决于施加到像素的电压，然而，长时间施加相同的电压可能会损坏像素。为了防止损坏，液晶显示面板施加给每个像素的电压会在正负极性之间快速交替切换，称为“极性反转”。理想情况下，显示面板上快速进行的极性反转是不会被注意到的，理由在于无论在正电压或负电压驱动的情况下每个像素均具有相同的亮度。然而，实际上，液晶显示面板的各像素在极性反转下可能发生闪烁现象。为了减轻极性反转造成的闪烁现象，正电压驱动的像素和负电压驱动的像素会彼此交错布置，这被称为“线反转(line inversion)”。
3.对于整合在液晶显示面板内部的光学指纹感测器(例如：显示器中的指纹感测器)，液晶显示器产生的入射光线碰到使用者的手指以产生反射光，且光感测器(例如：包括光电二极管和几个薄膜晶体管的电路)接收到反射光并将反射光转换成电压信号。然后，模拟数字(analog-to-digital；a/d)转换器将电压信号转换为数字信号，并将该数字信号传输到处理器以进行进一步的图像处理。
4.申请人关注的是，施加到液晶显示面板的像素的电压会变成由指纹感测器感测的环境电压(即背景杂讯)，因此，由光感测器产生的电压信号与环境电压叠加，可能会影响指纹识别的性能。在某些情况下，当环境电压足够大以至于超出模拟数字转换器的工作范围时，叠加的电压信号会造成模拟数字转换器进入饱和状态。
5.因此，提供一种指纹感测信号校正方法及相关的指纹感测信号校正装置是需要的，以消除液晶显示面板产生的环境电压。


技术实现要素：

6.本揭示的目的在于提供一种用于指纹感测信号校正装置的指纹感测信号校正方法，该指纹感测信号校正装置用于感测整合在一电子装置的一显示面板内部的多个指纹感测器。该方法包括在一预扫描模式下取得显示面板的多个环境电压，在一信号处理模式下产生与多个环境电压相关的多个校正电压，以及在一正常模式下，从多个经放大感测电压中消除多个环境电压，以产生多个经校正感测电压。
7.在一些实施例中，该指纹感测信号校正方法进一步包括：在该正常模式下取得多个感测电压；以及基于一增益放大所述多个感测电压，以产生所述多个经放大感测电压。
8.在一些实施例中，在该指纹感测信号校正方法中该显示面板分为多个区域，且在该预扫描模式下取得该显示面板的所述多个环境电压的步骤包括：扫描该显示面板的所述多个区域当中至少一个指定区域；以及在该预扫描模式下，取得该至少一个指定区域的所述多个环境电压。
9.在一些实施例中，在该指纹感测信号校正方法中在该信号处理模式下产生与所述多个环境电压相关的所述多个校正电压的步骤包括：计算该显示面板的一感测区域的一平均环境电压，以产生一共同偏差；计算该感测区域当中多个行的多个平均环境电压，以产生多个逐行间隔偏差；及根据该共同偏差以及该多个逐行间隔偏差产生所述多个校正电压。
10.在一些实施例中，在该指纹感测信号校正方法中计算该显示面板感测区域的该平均环境电压以产生该共同偏差的步骤包括：通过判断所述多个环境电压中至少一者是否在预定范围之外，侦测至少一异常像素；其中若所述多个环境电压中该至少一者在预定范围之外，该至少一异常像素被侦测到；以及若所述多个环境电压中该至少一者在预定范围内，一正常像素被侦测到。
11.在一些实施例中，在该指纹感测信号校正方法中该指纹感测信号校正装置包括具有从最大电压到最小电压的一转换范围的一模拟信号转换器，且所述多个校正电压和所述多个环境电压间的一偏差范围是从该最大电压到该转换范围的一中间电压或从该中间电压到该最小电压。
12.在一些实施例中，在该指纹感测信号校正方法中，当所述多个环境电压的一第一环境电压大于该中间电压时，所述多个校正电压的一第一校正电压与所述多个环境电压的该第一环境电压间的该偏差范围是从该最大电压到该中间电压，当所述多个环境电压的该第一环境电压不大于该中间电压时，所述多个校正电压的该第一校正电压和所述多个环境电压的该第一环境电压的该偏差范围是从该中间电压到该最小电压。
13.本揭示的另一目的在于提供一种用于电子装置的指纹感测信号校正装置，该电子装置包括一显示面板和整合在显示面板内部的一指纹感测器。该指纹感测器用以在一预扫描模式下产生一感测电压。该指纹感测装置包括一指纹感测器、一模拟前端放大器、一模拟数字转换器、一数字处理器、一数字模拟转换器及一减法器。该模拟前端放大器耦接至该指纹感测器，且用以在该预扫描模式下，基于一增益放大该感测电压以产生该显示面板的一环境电压。该模拟数字转换器用以在该预扫描模式下将该环境电压转换为一环境代码。该数字处理器耦接至该模拟数字转换器，并用以在一信号处理模式下，根据该环境代码以及包括与该环境代码相对应的一显示区域及一行位置的数据计算出一偏差代码。该数字模拟转换器耦接至该数字处理器，用以在一正常模式下将该偏差代码转换为与该环境电压相关的一校正电压。该减法器耦接至该模拟前端放大器、该模拟数字转换器及该数字模拟转换器，用于自经放大知该感测电压中减去该校正电压，以便在该正常模式下产生一经校正感测电压。
14.在一些实施例中，在指纹感测信号校正装置中该指纹感测器还用以在该正常模式下产生该感测电压，而该模拟前端放大器还用以基于该增益将该感测电压放大，以产生经放大的该感测电压。
15.在一些实施例中，在指纹感测信号校正装置中该显示面板被划分为多个区域，且该指纹感测器还用于扫描该显示面板的所述多个区域中至少一个指定区域，以在该预扫描模式下产生该至少一个指定区域的该环境电压。
16.在一些实施例中，在指纹感测信号校正装置中该数字处理器还用以：计算该显示面板的一感测区域的一平均环境电压；产生一共同偏差，并计算该感测区域中的一行的一平均环境电压，以产生一逐行间隔偏差；及根据该共同偏差和该逐行间隔偏差产生该校正
电压。
17.在一些实施例中，在指纹感测信号校正装置中该数字处理器还用以：通过判断该环境电压是否在一预定范围的外，侦测一异常像素；其中，若该环境电压在该预定范围之外，该异常像素被侦测到；若该环境电压在该预定范围内，一正常像素被侦测到。
18.在一些实施例中，在指纹感测信号校正装置中该模拟数字转换器具有从一最大电压到一最小电压的一转换范围，并且该校正电压和该环境电压间的一偏差范围是从该最大电压到该转换范围的一中间电压或该中间电压到该最小电压。
19.在一些实施例中，在指纹感测信号校正装置中，当该环境电压大于该中间电压时，该校正电压与该环境电压间的该偏差范围是从该最大电压到该中间电压；当该环境电压不大于该中间电压时，该校正电压与该环境电压间的该偏差范围是从该中间电压到该最小电压。
20.参考以下描述和所附权利要求书，将更完整地理解本揭示的特征、目的和优点。
21.可以理解的是，上述的概略描述和下面的详细描述都为示例性的，且旨在提供依照如权利要求书所述的揭示内容的进一步解释。
附图说明
22.通过阅读下述实施例的详细描述，可更充分地理解本揭示内容，参照附图如下：
23.图1是电子装置的示意图；
24.图2是根据本揭示内容实施例的显示面板的平均电压分布的示意图；
25.图3是根据本揭示内容实施例的模拟数字转换器的转换代码相对于显示面板的行的示意图；
26.图4是根据本揭示内容实施例的一种校正处理方法的流程图；
27.图5是根据本揭示内容实施例的指纹感测信号校正装置的功能方块示意图；
28.图6是根据本揭示内容实施例产生校正电压的示意图；
29.图7是根据本揭示内容实施例的图5中指纹感测信号校正装置与图1中显示面板协同操作的时序示意图；
30.图8是根据本揭示内容实施例中具有至少一个异常像素的显示面板的示意图。
31.【符号说明】
32.1：电子装置
33.10：显示面板
34.12：薄膜基板
35.14：指纹感测器
36.16：模拟前端放大器
37.18：模拟数字转换器
38.4：校正处理方法
39.41：步骤
40.42：步骤
41.43：步骤
42.44：步骤
43.5：指纹感测信号校正装置
44.50：数字处理器
45.51：减法器
46.52：数字模拟转换器
47.54：指纹感测器
48.56：模拟前端放大器
49.58：模拟数字转换器
50.ra：注册的感测区域
51.ua：认证的感测区域
52.fp1/fp2：指纹
53.fs：全摆幅
54.adc code：校正的转换代码
55.v_sen：感测电压
56.g_afe:增益
57.d_offset：偏差代码
58.d_env：环境代码
59.v_env：环境电压
60.v_dac：校正电压
61.d_adc：经校正数字代码
62.v_adc：经校正感测电压
63.p_abn：异常像素
具体实施方式
64.现在将详细说明本揭示内容的实施例，其示例已绘示于附图中，于附图和说明中使用相同的标号，以指称相同或相似的部件。
65.图1是电子装置1的示意图。电子装置1可以是智能电话，智能电话包括指纹感测信号读出装置、薄膜基板12、显示面板10及整合在显示面板10内部的多个指纹感测器14。指纹感测信号读出装置包括模拟前端(analog front-end；afe)放大器16和模拟数字(analog-to-digital；a/d)转换器18。显示面板10可以是液晶显示面板，并且薄膜基板12可以是薄膜覆晶(chip-on-film；cof)基板。对于大型显示的应用，显示面板10被划分为m
×
n个区域，其中m和n是大于零的整数，即m和n＞0。多个指纹感测器14设置在显示面板10的内部，且用以产生多个感测电压假定每个区域包括q个指纹感测器14，则p＝m
×n×
q，其中p和q是大于零的整数，即p和q》0。薄膜基板12耦接至上述多个指纹感测器14和模拟前端放大器16，且用以将上述多个感测电压传输到模拟前端放大器16。模拟前端放大器16耦接至薄膜基板12和模拟数字转换器18，并用于放大上述多个感测电压大器16耦接至薄膜基板12和模拟数字转换器18，并用于放大上述多个感测电压以产生多个经放大感测电压传送至模拟数字转换器18。模拟数字转换器18耦接至模拟前端放大器16和处理器(未绘示于图1)，并且用以将上述多个经放大感测电压转换为多个数字代码转换为多个数字代码发送给处理器，以进行进一步
的数据处理，例如：指纹辨识和使用者认证。
66.对于大型显示面板应用而言，用于注册的感测区域ra和用于认证的感测区域ua可以不同，也就是说使用者可以触摸用于注册的感测区域ra以注册他或她的指纹fp1，并且使用者可以触摸用于认证的感测区域ua输入他或她的指纹fp2。上述多个指纹感测器14在显示面板10的可见范围内均匀地分布，但是由于对显示面板10的液晶像素产生极性反转(例如：线反转)，因此，上述多个指纹感测器14的环境电压分布不均匀。在感测区域ra和ua不同的情况下，电子装置1难以将输入的指纹fp2与注册的指纹fp1进行匹配。
67.图2是根据本揭示内容实施例的显示面板10的平均电压分布的示意图。假定模拟数字转换器18是12位元模拟数字转换器，其具有代码0至代码4095的十进制完整转换范围，图2示出了对应于第24列与属于奇数行的第113行的平均环境电压被转换成代码3163，例如：(列，行，平均电压)＝(x，y，z)＝(24，114，3163)，对应于第24列与属于偶数行的第114行的平均环境电压被转换为代码2264，例如：(x，y，z)＝(24，113，2264)，其中奇数行的第113行和偶数行的第114行之间的差是899个编码单位(899/4096＝12位元模拟数字转换器整个范围的21.9％)。一般而言，指纹感测信号的大小通常小于100个编码单位。在某些情况下，在有些感测电压与环境电压叠加后，有些经放大感测电压可能造成模拟数字转换器18饱和(即经放大感测电压的大小超出模拟数字转换器18的整个转换范围)，降低了指纹辨识的准确性。
68.图3是根据本揭示内容实施例的模拟数字转换器18的转换代码相对于显示面板10的行的示意图，其中转换代码最大代码值为fs(全摆幅)。实验发现，当对应奇数行的液晶像素为正极化而对应偶数行的液晶像素为负极化时，奇数行的转换代码往往比偶数行具有更大的值(例如：夹止电压δv)。值得注意的是，液晶像素的极性与上述多个指纹感测器的转换代码(即平均环境电压)之间的关系可以在各种不同显示面板中替换。
69.更进一步地，实验发现由于生产过程的变化，不同显示面板的平均环境电压是不相同的。因此，难以选择可应用于各种不同显示面板的通用环境电压型态(例如：通用背景杂讯型态)。一种可行的解决方案是通过扫描来检测每个面板的多个环境电压，再计算与上述环境电压相对应的多个校正电压，以从感测电压中消除环境电压。
70.参照图4和图5，图4是根据本揭示实施例的一种校正处理方法4的流程图，图5是根据本揭示实施例的指纹感测信号校正装置5的功能方块示意图。指纹感测信号校正装置5包括数字处理器50、减法器51、数字模拟转换器52、至少一个指纹感测器54、模拟前端放大器56及模拟数字转换器58。在一实施例中，指纹感测信号校正装置5用于执行以下步骤。
71.步骤41：在预扫描模式下，取得与显示面板的极性分布相对应的多个环境电压。
72.步骤42：在信号处理模式下，产生与上述多个环境电压相关的多个校正电压。
73.步骤43：在正常模式下，将上述多个校正电压馈送到模拟前端放大器中，用于从多个经放大感测电压中消除上述多个环境电压，以产生多个经校正感测电压。
74.步骤44：在正常模式下，将经校正感测电压转换为多个数字代码。
75.在步骤41中，指纹感测信号校正装置5用以在预扫描模式下取得显示面板(例如：图1中的显示面板10)的多个环境电压v_env。具体而言，在预扫描模式下，指纹感测器54耦接至模拟前端放大器56，且用以产生感测电压v_sen。模拟前端放大器56耦接至指纹感测器54，并经由减法器51耦接至模拟数字转换器58，并且用以基于增益g_afe放大感测电压v_
666＝450计算得出，偶数行间隔偏差由2264-2047-666＝-449计算得出。因此，透过从校正电压v_dac中消除经放大感测电压g_afe
×
v_sen，可以取得经校正感测电压v_adc在12位元数字模拟转换器的全摆幅fs的中间值(即0.5fs＝代码2047)。例如：可以将消除后的第113个奇数行的经校正感测电压v_adc转换为代码3163-(450+666)＝2047，并可以将消除后的第114个偶数行的经校正感测电压v_adc转换为代码2264-(-449+666)＝2047。由于经校正感测电压v_adc处于全摆幅fs的中间，因此可以满足指纹感测的最大动态范围。
84.图7是根据本揭示实施例的图5中指纹感测信号校正装置5与图1中显示面板10协同操作的时序示意图。当尚未启用指纹感测时，显示面板10显示第一显示帧，并且指纹感测信号校正装置5不产生任何经校正数字代码d_adc。当在第一读出帧下启用指纹感测时，指纹感测信号校正装置5以正常模式操作并且执行指纹感测，以产生未经校正数字代码。在第二显示帧下，指纹感测信号校正装置5持续产生未经校正数字代码。在第二读出帧下，指纹感测信号校正装置5以预扫描模式操作，以检测显示面板10的环境电压型态(例如：背景杂讯型态)，接着再于数字处理模式下操作，以计算对应环境电压的校正电压，并于正常模式下操作以进行指纹感测，以根据校正电压产生经校正数字代码。在一实施例中，指纹感测信号校正装置5在显示面板10里至少一个区域中逐行来感测指纹。在另一实施例中，指纹感测信号校正装置5在显示面板10里至少一个区域中逐列感测指纹。
85.图8是根据本揭示实施例中具有至少一个异常像素p_abn的显示面板10的示意图。由于生产过程的变化，显示面板10中可能至少有一个异常像素p_abn，在预扫描模式下，可以根据经转换的代码(例如：图5中的环境代码d_env)侦测到异常像素p_abn。在一实施例中，数字处理器50还用于通过判断环境代码是否在预定范围之外，侦测至少一个异常像素p_abn。如果环境电压v_env(或环境代码d_env)在预定范围之外，则异常像素p_abn被侦测到。如果环境电压v_env(或环境代码d_env)在预定范围内，则正常像素被侦测到。透过从计算行的平均环境电压中排除异常像素p_abn的环境电压，可以正确地计算共同偏差和逐行间隔偏差，而这避免了因异常像素p_abn导致图5中的模拟数字转换器58饱和。
86.综上所述，本揭示检测显示面板的环境电压型态，再计算与环境电压型态相关的校正电压型态，以从指纹感测信号中消除环境电压型态，从而取得干净且清晰的注册与输入指纹。
87.对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本揭示的范围或精神的情况下，可以对本揭示的结构进行各种修改和变型。鉴于前述，本揭示旨在涵盖本揭示内容的修改和变型，只要它们落入所附权利要求书申请的范围之内。