本發(fā)明涉及一種接近程度檢測裝置和方法，用于檢測手指與透光界面的接近程度。

背景技術(shù)：

光學(xué)指紋傳感器被廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備以用于檢測手指指紋，以保證電子設(shè)備的安全。為了降低功耗，光學(xué)指紋傳感器通常檢測手指是否接觸透光界面，如手機屏幕或者指紋傳感器的保護層，當(dāng)檢測到手指接觸透光界面，啟動光學(xué)指紋傳感器進行指紋檢測，通常檢測手指是否接觸透光界面的方法為設(shè)置一個光學(xué)傳感器以接收反射光，手指越接近光學(xué)傳感器，光學(xué)傳感器接收到的反射光強越大，根據(jù)光學(xué)傳感器接收的光強大小可判斷手指是否接觸透光界面，但是只要有手指接觸透光界面，就會判斷有手指接觸透光界面，該判斷方法容易出現(xiàn)誤判的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施方式的目的在于提供一種接近程度檢測裝置，以及利用該裝置檢測接近程度的方法。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種接近程度檢測裝置，以及利用該裝置檢測接近程度的方法。接近程度檢測裝置包括接近探測光源；光學(xué)傳感器，其包括多個光學(xué)傳感器單元；透光界面，所述光學(xué)傳感器和所述接觸探測光源位于所述透光界面下方；控制單元，能夠選擇至少兩個光學(xué)傳感器單元作為接近探測傳感器單元處于工作狀態(tài)；讀出單元，用于讀出每個接近探測傳感器單元的輸出并形成每個接近探測傳感器單元的時間采樣序列；時間采樣序列融合單元，用于根據(jù)所述時間采樣序列計算每個接近探測傳感器單元的輸出整合值；判斷單元，用于根據(jù)所述接近探測傳感器單元的輸出整合值的空間統(tǒng)計特性判斷手指與所述透光界面的接近程度。

接近程度檢測方法包括：

（1）啟動接近探測光源；

（2）選擇至少兩個光學(xué)傳感器單元作為接近探測傳感器單元處于工作狀態(tài)；

（3）讀出每個接近探測傳感器單元的輸出并形成每個接近探測傳感器單元的時間采樣序列；

（4）根據(jù)所述時間采樣序列計算每個接近探測傳感器單元的輸出整合值；

（5）根據(jù)所述接近探測傳感器單元的輸出整合值的空間統(tǒng)計特性判斷手指與所述透光界面的接近程度。

本發(fā)明利用手指與透光界面的距離不同導(dǎo)致輸出整合值的空間統(tǒng)計特性不同來判斷手指與透光界面的接近程度。由于手指脊和谷的光學(xué)反射路線不同，手指接觸透光界面時與手指接近透光界面時輸出整合值的空間統(tǒng)計特性完全不同，通過空間統(tǒng)計特性的不同判斷手指與透光界面的接近程度，該方法簡單，誤差小，能夠有效避免指紋檢測誤操作。

說明書附圖

圖1a是光學(xué)指紋傳感器模組與保護層組合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1b是圖1a中光學(xué)指紋傳感模組與手指接觸截面的微觀結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1b結(jié)構(gòu)的光學(xué)指紋傳感器模組的俯視圖示意圖。

圖3是控制單元、讀出單元、時間序列融合單元模塊圖。

圖4a是讀出單元和時間序列融合單元示意圖。

圖4b是判斷單元利用空間統(tǒng)計特性判斷方法示意圖。

圖5是讀出單元和時間序列融合單元另一實施方式示意圖。

圖6是讀出單元和時間序列融合單元第三實施方式示意圖。

圖7和圖8是接近探測傳感器單元的輸出整合值的空間統(tǒng)計分布示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明中，“接近程度”包含“接近”和“接觸”兩種形式，對于“接近”，為滿足不同的需求，“接近”表示的距離是不同的，技術(shù)人員可以通過設(shè)置閾值來限定“接近”的距離，因此本發(fā)明中“接近”表示的含義是清楚的。

如圖1a和圖1b為光學(xué)指紋傳感器模組與保護層14結(jié)構(gòu)組合的兩個實施例的示意圖。

如圖1，該實施例的接近程度檢測裝置100包括接近探測光源13，該裝置包括一個或多個接近探測光源13，優(yōu)選地，該裝置包括兩個探測光源13，接近探測光源可為紅外發(fā)光led；光學(xué)傳感器12，其包括多個光學(xué)傳感器單元121，光學(xué)傳感器12可用于檢測指紋；透光界面14，該透光界面可為保護層14的上表面，光學(xué)傳感器12和接近探測光源13位于該透光界面下方，接近探測光源13發(fā)出的光穿過透光界面14，被透光界面14上的手指反射，反射光線透過透光界面被光學(xué)傳感器12探測；光學(xué)傳感器13和接近探測光源13設(shè)置在電路板111上，該電路板111可為柔性電路板，當(dāng)該電路板為柔性電路板時，優(yōu)選地在柔性電路板下設(shè)置補強板113；該裝置還包括顯示結(jié)構(gòu)15，其可為oled屏。

請參照圖2所述光學(xué)傳感器12包括光學(xué)傳感器單元121陣列，所述光學(xué)傳感單元121使用包括光電二極管/光敏電阻等光感電子原件，作為感應(yīng)光線強度的器件。所述探測光源13分布再光學(xué)傳感單元121陣列的外側(cè)，本發(fā)明選擇所述陣列的兩側(cè)對稱的位置安置所述光源13。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知和還可以使用斜線/環(huán)繞/隨機等方式進行排列。

請參照圖2和3裝置還包括控制單元21，能夠選擇至少兩個光學(xué)傳感器單元121作為接近探測傳感器單元處于工作狀態(tài)，其余光學(xué)傳感器121單元處于待機狀態(tài)，優(yōu)選地，接近探測光源與每個接近探測傳感器單元121的距離不相等，為滿足該條件，優(yōu)選地，接近探測傳感器單元121在一條直線上即光學(xué)傳感單元陣列當(dāng)中的一列122，更加優(yōu)選地，該接近探測傳感器單元121也可以為一行。如圖3為優(yōu)選方案的示意圖，控制單元21能夠控制一列122（圖2中加黑部分）接近探測傳感器單元121處于工作狀態(tài)，一個接近探測光源13位于該一列接近探測傳感器單元列122的一端，或者兩個接近探測光源13分別位于該一列接近探測傳感器單列122的兩端，如圖2所示，接近探測光源13’也可設(shè)置為偏離該一列接近探測傳感器單元121的延伸線，當(dāng)偏離時，接近探測光源13’與接近探測傳感器單元陣列中的最遠接近探測傳感器單元121之間的連線與上述延伸線的角度小于等于20度大于0度。

請參照圖3-圖6，讀出單元22，用于讀出每個接近探測傳感器單元121的輸出并形成每個接近探測傳感器單元121的時間采樣序列t，該時間采樣序列t有三種實施方案，第一種實施方案為（參照圖4a）：周期性地開啟和關(guān)閉接近探測光源13，圖中光源時序高電平h表示開啟探測光源13，低電平l表示關(guān)閉接近探測光源13。開啟和關(guān)閉時讀出單元22分別讀出接近探測傳感器單元121的輸出并形成每個接近探測傳感器單元的時間采樣序列t={p1p2......pn}第二種實施方案為（參照圖5）：周期性地開啟和關(guān)閉接近探測光源13，開啟時讀出每個接近探測傳感器單元121的輸出并形成每個傳感器單元的時間采樣序列t={p1p2......pn}在第一種和第二種實施方案下，由于接近探測光源13周期性地關(guān)閉，因此能夠降低功耗。第三種實施方案為（參照圖6）：接近探測光源一直處于開啟狀態(tài)，周期性地讀出每個接近探測傳感器單元的輸出并形成每個接近探測傳感器單元的時間采樣序列t={p1p2......pn}，優(yōu)選的，每個周期使用的時間與第一/第二種實施方式使用的讀出間隔時間相等。

接續(xù)參照圖3至圖6，時間采樣序列融合單元23，用于根據(jù)所述時間采樣序列p1p2......pn計算每個接近探測傳感器單元的輸出整合值g(x,y)，針對不同時間采樣序列，時間采樣序列的融合方法不同，對于上述第一種實施方案的時間采樣序列，輸出整合值為接近探測光源開啟時的采樣與接近探測光源前次關(guān)閉時的采樣的差的平均值，該種融合方法去除了背景光對于接近探測的影響,例如坐標(biāo)(x1，y1)的輸出整合值為：g(x1,y1)=(p1-p2+p3-p4+..........-pn)。對于上述第二種實施方案和第三種實施方案的時間采樣序列，輸出整合值為時間采樣序列的平均值即輸出整合值為：g(x1,y1)=(p1+p2+p3+p4+..........+pn)；對所有被控制單元選中的所有分別計算所述輸出整合值，形成輸出整輸出整合值的空間統(tǒng)計分布g(x,y)={g(x1,y1),g(x2,y2),g(x3,y3),g(x4,y4)...，g(xn,yn)}。

繼續(xù)參照圖3、圖4a、4b和圖7、圖8，判斷單元24用于根據(jù)接近探測傳感器單元列122的輸出整合值的空間統(tǒng)計特性判斷手指與透光界面14的接近程度，各個接近探測單元121的輸出整合值g（x,y）和各個接近探測光源13與接近探測傳感器單元的121距離相關(guān)。如圖7為兩個接近探測光源分別位于一條直線上的的接近探測傳感器單元121的兩端的方案下輸出整合值g(x,y)的空間統(tǒng)計情況，當(dāng)手指遠離透光界面時，各個接近探測傳感器單元121接收的光比較均勻，各個接近探測傳感器單元的輸出整合值g(x,y)大致相同。當(dāng)手指接近透光界面14時，由于尺寸效應(yīng)，兩端121’的接近探測傳感器單元接收的光通量較大，因此兩端的接近探測傳感器單元121’的輸出整合值大于中間的接近探測傳感器單元的輸出整合值，接近探測傳感器單元的輸出整合值由中間向兩側(cè)逐漸增加。當(dāng)手指接觸透光界面時，如圖1b所示，手指的“脊”51與透光界面貼合，因此在“脊”51位置，光線l1經(jīng)手指反射后，只需要通過一個介質(zhì)進入透光界面14，即經(jīng)過一次折射；手指的“谷”52未與透光界面14貼合，因此在“谷”52位置，光線經(jīng)手指反射后，至少需要通過兩個界面(空氣和玻璃)進入透光界面，至少經(jīng)過兩次折射，由于折射過程中有部分光被反射，因此手指的“谷”52位置的光損耗比“脊”51位置的光損耗大，由于上述原因，當(dāng)手指5與透光界面14接觸時，接近探測傳感器單元12在“脊”51位置的輸出整合值大于“谷”52位置的輸出整合值，輸出整合值的空間統(tǒng)計分布疊加了兩端大中間小的特性以及“脊”51位置輸出整合值大于“谷”52位置輸出整合值的特性從而形成如圖7所示的空間統(tǒng)計特性。與7中所示的原理相同，圖為一個接近探測光源位于一條直線上的接近探測傳感器單元的一端的方案下，輸出整合值的空間統(tǒng)計情況。

請參照圖4b，判斷單元判斷檢測接近程度時有兩種實施方式。

第一種實施方式是：設(shè)置第一閾值th1、第二閾值th2，第二閾值th2大于第一閾值th1，當(dāng)檢測接近程度時，假設(shè)獲得的輸出整合值的空間統(tǒng)計分布為g(x,y)={g(x1,y1),g(x2,y2),g(x3,y3),g(x4,y4)...，g(xn,yn)},x,y為接近探測傳感器單元121的位置，對上述輸出整合值作差分，獲得空間一階差分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)...}。判斷方式包括兩種子實施方式，一種子實施方式是：當(dāng)上述空間一階差分任意一個值的絕對值的大于等于第一閾值小于第二閾值th2>|rand(d(x,y)|>th1，判斷手指接近透光界面;當(dāng)上述空間一階差分的絕對值的任意一個值大于等于第二閾值|rand(d(x,y)|>=th2，判斷手指接觸透光界面；第二種實施方式是：當(dāng)空間一階差分的絕對值的平均值大于等于第一閾值小于第二閾值th2>average|(d(x,y)|>th1，判斷手指接近透光界面，當(dāng)上述空間一階差分的絕對值的平均值大于等于第二閾值average|(d(x,y)|>th2，判斷手指接觸透光界面。判斷單元也可只設(shè)置一個閾值，如只設(shè)置第二閾值，這種情況下，該檢測裝置只檢測手指是否接觸透光界面。

第二種實施方式是：設(shè)置第一閾值、第三閾值，計算上述空間分布的二階差分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)...}，判斷方式包括兩種子實施方式，一種子實施方式是：當(dāng)上述空間二階差分的任意一個值的絕對值大于等于第三閾值|rand(d(x,y)|>=th3，判斷手指接觸透光界面，當(dāng)上述空間二階差分的絕對值的任意一個值小于第三閾值|rand(d(x,y)|<=th3，并且空間一階差分的絕對值的任意一個值大于等于第一閾值|rand(d(x,y)|>=th1，判斷手指接近透光界面；第二種子實施方式是：當(dāng)上述空間二階差分的絕對值的平均值大于等于第三閾值|average(d(x,y)|>=th3，判斷手指接觸透光界面，當(dāng)上述空間二階差分的絕對值的平均值小于第三閾值|average(d(x,y)|<th3，并且空間一階差分的絕對值的平均值大于等于第一閾值|average(d(x,y)|>=th1，判斷手指接近透光界面。判斷單元也可只設(shè)置一個閾值，如只設(shè)置第三閾值，這種情況下，該檢測裝置只檢測手指是否接觸透光界面。

對于所有的實施方式，判斷單元還可設(shè)置多個閾值，以將手指與透光界面的接近程度分為幾個檔。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。