CN212624089U - 指纹感测*** - Google Patents

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CN212624089U CN202022327659.1U CN202022327659U CN212624089U CN 212624089 U CN212624089 U CN 212624089U CN 202022327659 U CN202022327659 U CN 202022327659U CN 212624089 U CN212624089 U CN 212624089U
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傅同龙
王伟榕
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Abstract

本实用新型提供一种设置于显示器下的指纹感测***。指纹感测***包括传感器以及控制器。传感器具有多个排成阵列的感测像素，其中这些感测像素包括至少一功能感测像素。控制器与传感器电性连接。控制器根据至少一功能感测像素所取得的信号计算出环境参数。指纹感测***可用于感测外界环境，且成本较低。

Description

指纹感测***
技术领域
本实用新型涉及一种感测***，尤其涉及一种指纹感测***。
背景技术
智能手机、移动装置等电子产品为目前人们生活上必备的工具之一。一般来说，这类的电子产品都设有外界环境的感测装置。例如感测环境光的光强度或是感测外界物体与电子产品的显示器之间的距离。感测环境光的光强度有助于电子产品调整显示器的显示亮度，使得用户的体验较佳。另外，感测外界物体与电子产品的显示器之间的距离也有助电子产品判断是否需关闭显示器的显示画面。例如，用户通话时，或电子产品放置于包包或口袋中的情况。
然而，上述外界环境的感测需在电子产品内额外加装对应的感测装置，不但使生产成本提高，也占用了电子产品正面的位置，进而影响了显示画面的大小。
实用新型内容
本实用新型是针对一种指纹感测***，其可用于感测外界环境光场变化，光场变化包含光强，色彩与光强度变化的频率等特性。
本实用新型的一实施例的指纹感测***设置于显示器下。指纹感测***包括传感器以及控制器。传感器具有多个排成阵列的感测像素，其中这些感测像素包括至少一功能感测像素。控制器与传感器电性连接。控制器根据至少一功能感测像素所取得的信号计算出环境光场参数。
在本实用新型的一实施例中，还包括：光学层，设置在所述显示器与所述传感器之间。
在本实用新型的一实施例中，所述光学层为透镜层。
在本实用新型的一实施例中，所述光学层为限光结构层。
在本实用新型的一实施例中，所述光学层不设置在所述至少一功能感测像素与所述显示器之间。
在本实用新型的一实施例中，所述至少一功能感测像素包括至少一环境光感测像素，所述环境参数为环境光的光强度。
在本实用新型的一实施例中，还包括：滤光像素图案层，设置在全部的所述至少一环境光感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，还包括：滤光像素图案层，设置在部分的所述至少一环境光感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层设置在所述光学层与所述传感器之间。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一环境光感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，还包括：透光层，设置在所述光学层与所述传感器之间，其中所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一环境光感测像素的位置上。
在本实用新型的一实施例中，所述至少一环境光感测像素为多个环境光感测像素，所述多个环境光感测像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层包括至少二滤光像素，所述至少二滤光像素以所述传感器的中心位置对称或均匀地分布。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层包括至少二滤光像素，且包括至少两种不同的透射光谱，其中具有相同透射光谱的滤光像素以所述传感器的中心位置对称或均匀地分布。
在本实用新型的一实施例中，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的所述光强度，或从所述信号随时间的变化取得所述环境光强度变化的频率。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层包括至少三种不同的透射光谱，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的色温。
在本实用新型的一实施例中，所述至少一功能感测像素包括至少一第一距离感测像素，所述环境参数为物体与所述显示器之间的距离，所述指纹感测***还包括：第一光源，用以发出第一光束；其中所述控制器控制所述第一光源发出所述第一光束，使所述第一光束照射至所述物体而产生第一反射光束，所述控制器根据所述至少一第一距离感测像素所取得的所述第一反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
在本实用新型的一实施例中，所述第一光源设置于所述传感器邻近所述至少一第一距离感测像素的一侧。
在本实用新型的一实施例中，所述至少一第一距离感测像素位于所述传感器的***区域。
在本实用新型的一实施例中，还包括：滤光像素图案层，设置在所述至少一第一距离感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层设置在所述光学层与所述传感器之间。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一第一距离感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，还包括：滤光层，设置在除所述至少一第一距离感测像素之外的多个感测像素上，且设置在所述光学层与所述传感器之间。
在本实用新型的一实施例中，还包括：透光层，设置在所述光学层与所述传感器之间，其中所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一第一距离感测像素的位置上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光层直接设置在所述透光层对应除所述至少一第一距离感测像素之外的所述多个感测像素的区域上。
在本实用新型的一实施例中，还包括：第二光源，用以发出第二光束，且与所述控制器电性连接；其中所述至少一功能感测像素为多个功能感测像素，所述多个功能感测像素包括所述至少一第一距离感测像素以及至少一第二距离感测像素；所述控制器控制所述第二光源发出所述第二光束，使所述第二光束照射至所述物体而产生第二反射光束，所述控制器根据所述至少一第二距离感测像素所取得的所述第二反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
在本实用新型的一实施例中，所述第二光源设置于所述传感器邻近所述至少一第二距离感测像素的一侧。
在本实用新型的一实施例中，所述第一光源与所述第二光源分别设置在所述传感器不同的两侧。
在本实用新型的一实施例中，所述控制器根据所述第一反射光束与所述第二反射光束的光强度计算出所述物体与所述显示器之间的相对角度。
在本实用新型的一实施例中，所述至少一功能感测像素为多个功能感测像素，所述多个功能感测像素包括至少一环境光感测像素以及至少一第一距离感测像素，所述环境参数包括环境光的光强度以及物体与所述显示器之间的距离，所述指纹感测***还包括：第一光源，用以发出第一光束；以及控制器，与所述传感器以及所述第一光源电性连接；其中所述控制器控制所述第一光源发出所述第一光束，使所述第一光束照射至所述物体而产生第一反射光束，所述控制器根据所述至少一第一距离感测像素所取得的所述第一反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
在本实用新型的一实施例中，还包括：滤光像素图案层，设置在全部的所述至少一环境光感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，还包括：滤光像素图案层，设置在部分的所述至少一环境光感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层设置在所述光学层与所述传感器之间。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一环境光感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层的一部分设置在所述至少一第一距离感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一第一距离感测像素上。
在本实用新型的一实施例中，还包括：滤光层，设置在除所述至少一环境光感测像素以及除所述至少一第一距离感测像素之外的多个感测像素上，且设置在所述光学层与所述传感器之间。
在本实用新型的一实施例中，还包括：透光层，设置在所述光学层与所述传感器之间，其中所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一环境光感测像素的位置上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一第一距离感测像素的位置上。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光层直接设置在所述透光层对应除所述至少一环境光感测像素以及除所述至少一第一距离感测像素之外的所述多个感测像素的区域上。
在本实用新型的一实施例中，所述至少一环境光感测像素为多个环境光感测像素，所述多个环境光感测像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层包括至少二个滤光像素，所述至少二个滤光像素中对应所述至少一环境光感测像素的滤光像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层包括至少二个滤光像素，且包括至少两种不同的透射光谱，其中所述滤光像素图案层对应所述至少一环境光感测像素的滤光像素中具有相同透射光谱的滤光像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
在本实用新型的一实施例中，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的所述光强度，或从所述信号随时间的变化取得到所述环境光强度变化的频率。
在本实用新型的一实施例中，所述滤光像素图案层中对应所述至少一环境光感测像素的部分包括至少三种不同的透射光谱，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的色温。
在本实用新型的一实施例中，所述第一光源设置于所述传感器邻近所述至少一第一距离感测像素的一侧。
在本实用新型的一实施例中，所述至少一第一距离感测像素位于所述传感器的***区域。
在本实用新型的一实施例中，还包括：第二光源，用以发出第二光束，且与所述控制器电性连接；其中所述多个功能感测像素还包括至少一第二距离感测像素；所述控制器控制所述第二光源发出所述第二光束，使所述第二光束照射至所述物体而产生第二反射光束，所述控制器根据所述至少一第二距离感测像素所取得的所述第二反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
在本实用新型的一实施例中，所述第二光源设置于所述传感器邻近所述至少一第二距离感测像素的一侧。
在本实用新型的一实施例中，所述第一光源与所述第二光源分别设置在所述传感器不同的两侧。
在本实用新型的一实施例中，所述控制器根据所述第一反射光束与所述第二反射光束的光强度计算出所述物体与所述显示器之间的相对角度。
基于上述，在本实用新型的一实施例的指纹感测***中，由于控制器根据功能感测像素所取得的环境光的信号计算出环境参数，因此，指纹感测***可用于感测外界环境，使得使用本实用新型的实施例的电子产品的成本较低。
附图说明
图1是根据本实用新型一实施例的一种适于感测环境光强度的指纹感测***示意图；
图2是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图；
图3是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图；
图4是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图；
图5是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图；
图6是根据本实用新型一实施例的指纹感测***中，多个感测像素形成一个环境光感测像素示意图；
图7是根据本实用新型一实施例的指纹感测***中，环境光感测像素的分布图的一种示意；
图8A至图8D分别示意了根据本实用新型一实施例的指纹感测***中，环境光感测像素的分布示意图；
图9是根据本实用新型另一实施例的一种适于感测物体与显示器之间距离的指纹感测***示意图；
图10是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***示意图；
图11是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***示意图；
图12是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***示意图；
图13是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***示意图；
图14是根据本实用新型另一实施例的一种同时适于感测环境光强度以及适于感测物体与显示器之间距离的指纹感测***中，环境光感测像素以及距离感测像素的分布图的一种示意。
附图标记说明
100、100A、100B、100C、100D、100’、100A’、100B’、100C’、100D’:指纹感测***
110:传感器
112:感测像素
112-1、112-1A、112-2、112-3、112-4、112-5:环境光感测像素
112-1’:第一距离感测像素
112-2’:第二距离感测像素
120、120B、120’:滤光像素图案层
122-1、122-1B、122-2、122-2R、122-3G、122-4R、122-5B:滤光像素
130、130A:光学层
140:基板
150:控制器
160:透光层
170-1:第一光源
170-2:第二光源
180:滤光层
200:显示器
300:环境光
B1:第一光束
B2:第二光束
C1、C2:曲线
O:物体
P:中心位置
RB1:第一反射光束
RB2:第二反射光束
θ:张角
具体实施方式
现将详细地参考本实用新型的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是根据本实用新型一实施例的一种适于感测环境光强度的指纹感测***示意图。请参考图1，指纹感测***100设置于显示器200下。指纹感测***100包括传感器110以及控制器150。
在本实施例中，显示器200例如是显示面板(例如为透明显示面板)、触控显示面板(例如为透明触控显示面板)或上述与指压板的组合。举例而言，显示器200例如为有机发光二极管显示面板(Organic Light-Emitting Diode display panel,OLED displaypanel)，但本实用新型并不限于此。替代地，显示器200可以是触控显示面板，如具有多个触控电极的有机发光二极管显示面板。所述多个触控电极可以形成在有机发光二极管显示面板的外表面上或是内嵌于有机发光二极管显示面板中，且多个触控电极可以通过自容或互容的方式进行触控检测。或者，显示器200可以是指压板与显示面板的组合或指压板与触控显示面板的组合。
在本实施例中，传感器110可设置在基板140上。基板140可为印刷电路板(PrintedCircuit Board,PCB)或软性印刷电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)。传感器110可为薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)、互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，CMOS)、电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)的光传感器。此外，传感器110具有多个排成阵列的感测像素112，且每个感测像素112可以包含至少一个光电二极管(photodiode)，但本实用新型并不限于此。在进行指纹感测时，使用者将手指靠近或放置于显示器200上，而显示器200会发出照射光束照射至手指，并经手指反射后产生反射光束。反射光束会依序传递通过显示器200以及光学层130，并且传递至传感器110以进行指纹感测。除此之外，感测像素112包括至少一功能感测像素。在图1中，感测像素112中的功能感测像素为环境光感测像素112-1、112-2。
在本实施例中，指纹感测***100置于环境光300下。本实用新型并不限制环境光300的来源或形式。环境光300通过显示器200与光学层130后被环境光感测像素112-1、112-2接收。控制器150与传感器110电性连接。控制器150根据感测像素所取得的信号计算出环境参数。在图1中，环境参数为环境光300的光强度。
在本实施例中，指纹感测***100还包括光学层130。光学层130设置在显示器200与传感器110之间。光学层130可为透镜层，例如是透镜组或是微透镜(micro-lens)层，但本实用新型并不以此为限。在本实用新型的一实施例的指纹感测***100中，由于光学层130可为透镜层，光学层130有利于光的聚焦，因此，指纹感测***100所感测到的环境光300的光强度的信噪比以及取得的指纹影像的信噪比较高。
在本实施例中，指纹感测***100还包括滤光像素图案层120。滤光像素图案层120设置在部分的环境光感测像素112-1、112-2上，且设置在光学层130与传感器110之间。详细来说，滤光像素图案层120包括至少一滤光像素122-1、122-2。每一滤光像素122-1、122-2例如是多层干涉膜、使用表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance)原理的薄膜或衍射光栅(Diffraction Grating)膜，但本实用新型不以此为限。在本实施例中，滤光像素122-1、122-2的透射光谱(transmittance spectrum)可彼此相同或不同。
以图1为例，滤光像素图案层120直接设置在环境光感测像素112-1、112-2上，且设置在全部的环境光感测像素112-1、112-2上。滤光像素图案层120的滤光像素122-1、122-2的透射光谱彼此不同，例如可见光波段400纳米至700纳米的透射光谱或近红外光波段700纳米至1000纳米的透射光谱。在图1中，环境光300分别穿透滤光像素122-1、122-2后被环境光感测像素112-1、112-2所接收，使环境光感测像素112-1、112-2分别取得了信号E1、E2。控制器150根据信号E1及E2之间的比例E1/E2计算出环境光300的光强度，也可参考没有滤光像素层的强度与E1和E2之间的比例关系来得到环境光300的强度。在本实用新型的一实施例的指纹感测***100中，由于滤光像素图案层120直接设置在环境光感测像素112-1、112-2上，因此，指纹感测***100的成本较低且整体厚度较小。再者，由于指纹感测***100的控制器150是根据环境光感测像素112-1、112-2所取得的信号之间的比例E1/E2计算出环境光300的光强度，因此，计算出的环境光300的光强度的可靠性较高。此外，从E1或E2的强度随时间的变化可得到环境光强度变化的频率的特性。
图2是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图。请参考图2，图2的指纹感测***100A与图1的指纹感测***100相似，且其主要差异在于：光学层130A不设置在环境光感测像素112-1、112-2与显示器200之间，且光学层130A不设置在滤光像素图案层120与显示器200之间。在本实施例中，光学层130A可为具有准直器效果的限光接收角度的结构层，例如是具有光纤元件的光导板，或是具有透光区域与遮光区域交错排列的准直元件。在本实用新型的一实施例的指纹感测***100A中，由于指纹感测***100A的光学层130A不设置在环境光感测像素112-1、112-2与显示器200之间，且光学层130A可为限光接收角度的结构层，因此，除了光学层130A遮蔽了大角度的杂散光，使得指纹感测的信噪比提高之外，环境光感测像素112-1、112-2仍可接收到大角度入射的环境光300，使得指纹感测***100A仍可有良好的环境光300的光强度感测效果。
图3是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图。请参考图3，图3的指纹感测***100B与图1的指纹感测***100相似，且其主要差异在于：至少其中的一个环境光感测像素112-1、112-2上不设置滤光像素图案层120B。图3示意了在对应环境光感测像素112-2的位置上不设置滤光像素图案层120B。在本实用新型的一实施例的指纹感测***100B中，由于指纹感测***100B不需在每个环境光感测像素112-1、112-2所对应的位置上都设置滤光像素图案层120B，因此，指纹感测***100B的制造成本较低。
图4是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图。请参考图4，图4的指纹感测***100C与图2的指纹感测***100A相似，且其主要差异在于：至少一个环境光感测像素112-1、112-2上不设置滤光像素图案层120B。在本实用新型的一实施例的指纹感测***100C中，由于指纹感测***100C不需在每个环境光感测像素112-1、112-2所对应的位置上都设置滤光像素图案层120B，因此，指纹感测***100C的制造成本较低。
图5是根据本实用新型一实施例的指纹感测***示意图。请参考图5，图5的指纹感测***100D与图1的指纹感测***100相似，且其主要差异在于：图5的指纹感测***100D还包括透光层160。在本实施例中，透光层160的材质例如是玻璃等透明材质。滤光像素图案层120直接设置在透光层160对应环境光感测像素112-1、112-2的位置上。再者，图5示意了滤光像素图案层120较佳是设置在透光层160朝向传感器110的表面上，但本实用新型不以此为限。在一实施例中，滤光像素图案层120也可设置在透光层160远离传感器110的表面上。当滤光像素图案层120在制程上不适合直接设置在感测像素112上时，由于滤光像素图案层120可直接设置在透光层160上，因此本实用新型的实施例的指纹感测***100D的滤光像素图案层120可采用的型态或材质的类型较多，使得指纹感测***100D在制造过程上较为灵活。
在另一实施例中，透光层160也可以红外截止滤光器(IR cut-off filter)取代。也就是说，滤光像素图案层120可直接设置在红外截止滤光器上。此时，指纹感测装置100D接收的反射光束可为可见光，滤光像素图案层120的透射光谱的设计方向也只需针对可见光的波段。
图6是根据本实用新型一实施例的指纹感测***中，多个感测像素形成一个环境光感测像素示意图。在图1至图5所示的指纹感测***中，每一环境光感测像素112-1、112-2为传感器110的多个感测像素112的其中之一。在另一实施例中，每一环境光感测像素112-1A可由多个感测像素112组成。请参考图6，图6示意了由四个感测像素112组成的环境光感测像素112-1A。在本实用新型一实施例的指纹感测***中，由于环境光感测像素112-1A由多个感测像素112组成，因此，控制器150可利用例如像素合并(binning)等方式提高所取得的环境光300信号的信噪比，使得计算出来的环境光300的光强度的信噪比也提高。
图7是根据本实用新型一实施例的指纹感测***中，环境光感测像素的分布图的一种示意。图7示意了环境光感测像素112-1、112-2、112-3、112-4、112-5以及滤光像素图案层120的较佳设置方式。在图7中，环境光感测像素112-1、112-2、112-3、112-4、112-5以传感器110的中心位置P对称地分布。在一实施例中，滤光像素图案层120包括了三种不同的透射光谱，其中滤光像素122-2R与122-4R为同一种透射光谱(例如红色像素)、滤光像素122-2G另一种透射光谱(例如绿色像素)且滤光像素122-1B与122-5B为另一种透射光谱(例如蓝色像素)。在本实施例中，具有相同透射光谱的滤光像素以感测像素112所排成的阵列的中心位置P对称地分布。在一实施例中，由于环境光感测像素112-1、112-2、112-3、112-4、112-5以及滤光像素图案层120中具有相同透射光谱的滤光像素，都以传感器110的中心位置P对称地分布，因此，指纹感测***在不同角度的感测能力大致相同，使得取得的环境光300的光强度的可靠度提高。
图8A至图8D分别示意了根据本实用新型一实施例的指纹感测***中，环境光感测像素的分布示意图。请参考图8A至图8D，图8A至图8D示意了滤光像素图案层120的设置方式可有多种选择。相似于图7，图8A至图8D中的环境光感测像素以及滤光像素图案层120中具有相同透射光谱的滤光像素，都以传感器110的中心位置P对称或均匀地分布，且滤光像素图案层120包括至少二个滤光像素。
在另一实施例中，滤光像素图案层120包括至少三种不同的透射光谱，如图8A与图8B所示。控制器150根据环境光感测像素112-1、112-2、112-3、112-4所取得的信号之间的比例计算出环境光300的色温。
此外，在一实施例中，指纹感测***的环境光感测像素可仅被配置为感测像素112中的其中之一。此时，环境光感测像素所对应的滤光像素的透射光谱较佳是与人眼的视觉光谱的曲线相似。也就是说，滤光像素图案层120仅包括一种透射光谱。
基于上述，在本实用新型一实施例的指纹感测***中，由于功能感测像素为环境光感测像素，控制器根据环境光感测像素所取得的信号计算出环境光的光强度，因此，指纹感测***可同时提供指纹以及环境光强度的感测，使得使用本实用新型实施例的电子产品的成本较低。
图9是根据本实用新型另一实施例的一种适于感测物体与显示器之间距离的指纹感测***示意图。请参考图9，图9指纹感测***100’与图1的指纹感测***100相似，且两者之间的主要差异在于：指纹感测***100’的功能感测像素包括至少一第一距离感测像素112-1’，其中环境参数为物体O与显示器200之间的距离。
在本实施例中，指纹感测***100’还包括第一光源170-1。第一光源170-1可为发光二极管或激光二极管，发出第一光束B1。第一光束B1的波长较佳是落在红外光的频谱的范围内，例如850纳米、940纳米或1350纳米。当第一光束B1的波长选择为940纳米或1350纳米时，第一距离感测像素112-1’受太阳光的影响较小。当第一光束B1的波长选择为850纳米时，第一距离感测像素112-1’的制造过程较为简单。在一实施例中，第一光束B1的张角θ落在±30度的范围内。在一较佳的实施例中，第一光束B1的张角θ落在±10度的范围内。
在本实施例中，第一光源170-1设置于传感器110邻近第一距离感测像素112-1’的一侧，其中第一距离感测像素112-1’位于传感器110的***区域。
在本实施例中，控制器150与传感器110以及第一光源170-1电性连接。控制器150控制第一光源170-1发出第一光束B1，使第一光束B1照射至物体O而产生第一反射光束RB1。物体O例如是用户的脸部、使用者的包包或口袋等。再者，控制器150根据第一距离感测像素112-1’所取得的第一反射光束RB1的光强度或光程差(Time of Flight)或光源调变信号的相位差计算出物体O与显示器200之间的距离。例如，第一反射光束RB1的光强度越大代表物体O逐渐接近，或第一反射光束RB1的光强度越小代表物体O逐渐远离。如感测其光程差的参数，感测元件需检测光由物体O反射回来的时间，即可计算其物体O与显示器200之间的距离。如感测其光源调变的信号相位差时，光源需随时间调变其强度，感测元件检测物体O反射相对光源调变的相位差以得到物体O与显示器200之间的距离。
图10是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***示意图。请参考图10，图10的指纹感测***100A’与图9的指纹感测***100’相似，且其主要差异在于：光学层130A不设置在第一距离感测像素112-1’与显示器200之间。在本实施例中，指纹感测***100A’的光学层130A不设置在第一距离感测像素112-1’与显示器200之间且光学层130A可为限光结构层的优点与图2的指纹感测***100A的光学层130A的优点相似，在此不再赘述。
图11是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***示意图。请参考图11，在本实施例中，指纹感测***100B’还包括滤光像素图案层120’。滤光像素图案层120’包括至少一滤光像素，且包括至少一种透射光谱。滤光像素的透射光谱的范围较佳是使第一反射光束RB1可穿透。滤光像素图案层120’例如是红外光带通滤光器(IR bandpass filter)。在本实施例中，滤光像素图案层120’设置在第一距离感测像素112-1’上，且设置在光学层130与传感器110之间。在图11中，滤光像素图案层120’直接设置在第一距离感测像素112-1’上。
在一实施例中，指纹感测***100B’还包括滤光层180，设置在光学层130与传感器110之间。滤光层180的光谱型态应配合用于指纹感测的照射光束的波段。例如，滤光层180可为红外截止滤光层。在此实施例中，滤光层180设置在除第一距离感测像素112-1’之外的多个感测像素上。在一实施例中，滤光层180可直接设置在感测像素112上。将滤光像素图案层120’直接设置在第一距离感测像素112-1’上或将滤光层180直接设置在感测像素112上的优点，与图1的指纹感测***100相似，在此不再赘述。
图12是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***的示意图。图12的指纹感测***100C’与图12的指纹感测***100B’相似，且其主要差异在于：指纹感测***100C’还包括透光层160。透光层160设置在光学层130与传感器110之间，其中滤光像素图案层120’直接设置在透光层160对应第一距离感测像素112-1’的位置上，且滤光层180直接设置在透光层160对应除第一距离感测像素112-1’之外的感测像素112的区域上。将滤光像素图案层120’以及滤光层180直接设置在透光层160上的优点与图5相似，在此不再赘述。
图13是根据本实用新型另一实施例的指纹感测***示意图。图13的指纹感测***100D’与图9的指纹感测***100’相似，且其主要差异在于：指纹感测***100D’还包括第二光源170-2。在本实施例中，第二光源170-2可为发光二极管或激光二极管，用以发出第二光束B2。第二光束B2的波长较佳是落在红外光的频谱的范围内，例如850纳米、940纳米或1350纳米。第二光源170-2与控制器150电性连接。再者，功能感测像素为多个，功能感测像素包括第一距离感测像素112-1’以及至少一第二距离感测像素112-2’。
在本实施例中，第一距离感测像素112-1’以及第二距离感测像素112-2’位于感测像素112所排成的阵列的***区域。第二光源170-2设置在感测像素112所排成的阵列于邻近于第二距离感测像素112-2’的一侧。而且，第一光源170-1与第二光源170-2分别设置在感测像素112所排成的阵列的不同的两侧。
在本实施例中，控制器150控制第二光源170-2发出第二光束B2，使第二光束B2照射至物体O而产生第二反射光束RB2。控制器150根据第二距离感测像素112-2’所取得的第二反射光束RB2的光强度计算出物体O与显示器200之间的距离。在一实施例中，第一距离感测像素112-1’与第二距离感测像素112-2’可被配置为分别感测不同的距离范围。例如，第一距离感测像素112-1’被配置为感测较远的距离范围，且第二距离感测像素112-2’被配置为感测较近的距离范围。此时，第一光束B1的光强度大于第二光束B2的光强度。在另一实施例中，控制器150控制第一光源170-1与第二光源170-2分别在不同的时序发出第一光束B1与第二光束B2，使第一距离感测像素112-1’受第一反射光束RB1的影响以及第二距离感测像素112-2’受第二反射光束RB2的影响较低。
在一实施例中，控制器150可根据第一反射光束RB1与第二反射光束RB2的光强度计算出物体O与显示器200之间相对角度。例如，控制器150可根据第一反射光束RB1的光强度计算出物体O与显示器200之间的第一距离，并根据第二反射光束RB2的光强度计算出物体O与显示器200之间的第二距离。因此，控制器150再根据第一距离与第二距离之间的关系计算出物体O与显示器200之间相对角度。
基于上述，在本实用新型的一实施例的指纹感测***中，由于功能感测像素包括距离感测像素，控制器可根据距离感测像素所取得的反射光束的光强度或光程差或光源调变信号的相位差计算出物体与显示器之间的距离，因此，指纹感测***可同时提供指纹以及距离的感测，使得使用本实用新型实施例的电子产品的成本较低。
图14是根据本实用新型另一实施例的一种同时适于感测环境光强度以及适于感测物体与显示器之间距离的指纹感测***中，环境光感测像素以及距离感测像素的分布图的一种示意。请参考图14，在本实用新型一实施例的指纹感测***中，功能感测像素的数量可为多个，功能感测像素包括环境光感测像素112-1、112-2、112-3、112-4、112-5以及第一距离感测像素112-1’。也就是说，指纹感测***可同时提供指纹、环境光以及距离感测。在另一实施例中，功能感测像素还包括第二距离感测像素，如图13所示。指纹感测***中的各元件以及各元件之间的关系皆与图1至图13相似，在此不再赘述。
综上所述，在本实用新型的一实施例的指纹感测***中，由于感测像素包括功能感测像素，控制器根据功能感测像素所取得的信号计算出环境参数，因此，指纹感测***可同时提供指纹以及环境参数的感测，使得使用本实用新型实施例的电子产品的成本较低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (51)

1.一种指纹感测***，其特征在于，设置于显示器下，且包括：
传感器，具有多个排成阵列的感测像素，其中所述多个感测像素包括至少一功能感测像素；以及
控制器，与所述传感器电性连接；
其中所述控制器根据所述至少一功能感测像素所取得的信号计算出环境参数。
2.根据权利要求1所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
光学层，设置在所述显示器与所述传感器之间。
3.根据权利要求2所述的指纹感测***，其特征在于，所述光学层为透镜层。
4.根据权利要求2所述的指纹感测***，其特征在于，所述光学层为限光结构层。
5.根据权利要求4所述的指纹感测***，其特征在于，所述光学层不设置在所述至少一功能感测像素与所述显示器之间。
6.根据权利要求2所述的指纹感测***，其特征在于，所述至少一功能感测像素包括至少一环境光感测像素，所述环境参数为环境光的光强度。
7.根据权利要求6所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
滤光像素图案层，设置在全部的所述至少一环境光感测像素上。
8.根据权利要求6所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
滤光像素图案层，设置在部分的所述至少一环境光感测像素上。
9.根据权利要求8所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层设置在所述光学层与所述传感器之间。
10.根据权利要求8所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一环境光感测像素上。
11.根据权利要求8所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
透光层，设置在所述光学层与所述传感器之间，其中所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一环境光感测像素的位置上。
12.根据权利要求11所述的指纹感测***，其特征在于，所述至少一环境光感测像素为多个环境光感测像素，所述多个环境光感测像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
13.根据权利要求12所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层包括至少二滤光像素，所述至少二滤光像素以所述传感器的中心位置对称或均匀地分布。
14.根据权利要求12所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层包括至少二滤光像素，且包括至少两种不同的透射光谱，其中具有相同透射光谱的滤光像素以所述传感器的中心位置对称或均匀地分布。
15.根据权利要求12所述的指纹感测***，其特征在于，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的所述光强度，或从所述信号随时间的变化取得所述环境光强度变化的频率。
16.根据权利要求12所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层包括至少三种不同的透射光谱，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的色温。
17.根据权利要求2所述的指纹感测***，其特征在于，所述至少一功能感测像素包括至少一第一距离感测像素，所述环境参数为物体与所述显示器之间的距离，所述指纹感测***还包括：
第一光源，用以发出第一光束；
其中所述控制器控制所述第一光源发出所述第一光束，使所述第一光束照射至所述物体而产生第一反射光束，所述控制器根据所述至少一第一距离感测像素所取得的所述第一反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
18.根据权利要求17所述的指纹感测***，其特征在于，所述第一光源设置于所述传感器邻近所述至少一第一距离感测像素的一侧。
19.根据权利要求17所述的指纹感测***，其特征在于，所述至少一第一距离感测像素位于所述传感器的***区域。
20.根据权利要求17所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
滤光像素图案层，设置在所述至少一第一距离感测像素上。
21.根据权利要求20所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层设置在所述光学层与所述传感器之间。
22.根据权利要求20所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一第一距离感测像素上。
23.根据权利要求20所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
滤光层，设置在除所述至少一第一距离感测像素之外的多个感测像素上，且设置在所述光学层与所述传感器之间。
24.根据权利要求23所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
透光层，设置在所述光学层与所述传感器之间，其中所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一第一距离感测像素的位置上。
25.根据权利要求24所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光层直接设置在所述透光层对应除所述至少一第一距离感测像素之外的所述多个感测像素的区域上。
26.根据权利要求24所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
第二光源，用以发出第二光束，且与所述控制器电性连接；
其中所述至少一功能感测像素为多个功能感测像素，所述多个功能感测像素包括所述至少一第一距离感测像素以及至少一第二距离感测像素；
所述控制器控制所述第二光源发出所述第二光束，使所述第二光束照射至所述物体而产生第二反射光束，所述控制器根据所述至少一第二距离感测像素所取得的所述第二反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
27.根据权利要求26所述的指纹感测***，其特征在于，所述第二光源设置于所述传感器邻近所述至少一第二距离感测像素的一侧。
28.根据权利要求26所述的指纹感测***，其特征在于，所述第一光源与所述第二光源分别设置在所述传感器不同的两侧。
29.根据权利要求26所述的指纹感测***，其特征在于，所述控制器根据所述第一反射光束与所述第二反射光束的光强度计算出所述物体与所述显示器之间的相对角度。
30.根据权利要求2所述的指纹感测***，其特征在于，所述至少一功能感测像素为多个功能感测像素，所述多个功能感测像素包括至少一环境光感测像素以及至少一第一距离感测像素，所述环境参数包括环境光的光强度以及物体与所述显示器之间的距离，所述指纹感测***还包括：
第一光源，用以发出第一光束；以及
控制器，与所述传感器以及所述第一光源电性连接；
其中
所述控制器控制所述第一光源发出所述第一光束，使所述第一光束照射至所述物体而产生第一反射光束，所述控制器根据所述至少一第一距离感测像素所取得的所述第一反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
31.根据权利要求30所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
滤光像素图案层，设置在全部的所述至少一环境光感测像素上。
32.根据权利要求30所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
滤光像素图案层，设置在部分的所述至少一环境光感测像素上。
33.根据权利要求32所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层设置在所述光学层与所述传感器之间。
34.根据权利要求32所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一环境光感测像素上。
35.根据权利要求32所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层的一部分设置在所述至少一第一距离感测像素上。
36.根据权利要求35所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层直接设置在所述至少一第一距离感测像素上。
37.根据权利要求32所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
滤光层，设置在除所述至少一环境光感测像素以及除所述至少一第一距离感测像素之外的多个感测像素上，且设置在所述光学层与所述传感器之间。
38.根据权利要求37所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
透光层，设置在所述光学层与所述传感器之间，其中所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一环境光感测像素的位置上。
39.根据权利要求38所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层直接设置在所述透光层对应所述至少一第一距离感测像素的位置上。
40.根据权利要求38所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光层直接设置在所述透光层对应除所述至少一环境光感测像素以及除所述至少一第一距离感测像素之外的所述多个感测像素的区域上。
41.根据权利要求32所述的指纹感测***，其特征在于，所述至少一环境光感测像素为多个环境光感测像素，所述多个环境光感测像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
42.根据权利要求41所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层包括至少二个滤光像素，所述至少二个滤光像素中对应所述至少一环境光感测像素的滤光像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
43.根据权利要求41所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层包括至少二个滤光像素，且包括至少两种不同的透射光谱，其中所述滤光像素图案层对应所述至少一环境光感测像素的滤光像素中具有相同透射光谱的滤光像素以所述传感器中心位置对称或均匀地分布。
44.根据权利要求41所述的指纹感测***，其特征在于，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的所述光强度，或从所述信号随时间的变化取得到所述环境光强度变化的频率。
45.根据权利要求41所述的指纹感测***，其特征在于，所述滤光像素图案层中对应所述至少一环境光感测像素的部分包括至少三种不同的透射光谱，所述控制器根据所述多个环境光感测像素所取得的信号之间的比例计算出所述环境光的色温。
46.根据权利要求30所述的指纹感测***，其特征在于，所述第一光源设置于所述传感器邻近所述至少一第一距离感测像素的一侧。
47.根据权利要求30所述的指纹感测***，其特征在于，所述至少一第一距离感测像素位于所述传感器的***区域。
48.根据权利要求38所述的指纹感测***，其特征在于，还包括：
第二光源，用以发出第二光束，且与所述控制器电性连接；
其中所述多个功能感测像素还包括至少一第二距离感测像素；
所述控制器控制所述第二光源发出所述第二光束，使所述第二光束照射至所述物体而产生第二反射光束，所述控制器根据所述至少一第二距离感测像素所取得的所述第二反射光束的光强度、光程差或光源调变信号的相位差计算出所述物体与所述显示器之间的距离。
49.根据权利要求48所述的指纹感测***，其特征在于，所述第二光源设置于所述传感器邻近所述至少一第二距离感测像素的一侧。
50.根据权利要求48所述的指纹感测***，其特征在于，所述第一光源与所述第二光源分别设置在所述传感器不同的两侧。
51.根据权利要求48所述的指纹感测***，其特征在于，所述控制器根据所述第一反射光束与所述第二反射光束的光强度计算出所述物体与所述显示器之间的相对角度。
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