[發明專利]一種光電傳感器和具有其的光電傳感器陣列

在審

• 申請號: 201710923699.2
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107704827A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 許科峰;李揚淵
• 申請（專利權）人: 蘇州邁瑞微電子有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產權代理事務所(普通合伙)32235
• 代理人: 楊金

技術領域

本發明涉及一種光電傳感器和具有其的光電傳感器陣列，尤其涉及一種“L-Q-T”型光電傳感器陣列。

背景技術

指紋傳感器目前主要分為兩類，即光學指紋傳感器和電容式指紋傳感器。電容式指紋傳感器是通過測量指紋谷線、脊線與平面傳感電極陣列單元之間形成的連接電容的大小差異來對指紋成像。當傳感電極陣列與手指之間的介質層越厚的時候，電容會衰減，傳感器的成像也會越模糊。由于技術的發展，商用指紋傳感器在傳感電極和目標電極之間的介質層厚度從10um量級增加到100um量級。更有甚者，考慮到手機屏幕的工業設計的完整性，希望指紋傳感器能直接穿透屏幕玻璃，也就是厚度1毫米-2毫米的化學強化玻璃。所以，光學指紋傳感器的穿透力較之電容式指紋傳感器具有非常大的優勢。但傳統的光學指紋傳感器應用在手機等智能設備上時，有個很大的缺點即光學指紋傳感器的厚度通常較大。因為，光學指紋傳感器通常需要將手指放在光學鏡片上，手指在內置光源照射下，使光從設備底部射向三棱鏡，并經三棱鏡折射后射出；射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗就不一樣，形成光強空間分布圖像；然后再次采用三棱鏡和透鏡等裝置將圖像投射聚焦在電荷連接器件上，得到多灰度指紋圖像。由于需要使用三棱鏡和透鏡等結構，導致光程長，總體厚度大，不利于手機的工業設計。

NEC的提出了一種在光學傳感器外側提供光源照射手指，并使用CCD接收手指內的漫反射光形成指紋圖像。

上述兩種方案適合于光學指紋傳感器在玻璃蓋板底部的情形均不適合集成在OLED屏幕底部。

發明內容

綜上所述本發明的目的是為了提供適合于OLED屏下光學指紋的光電傳感電路和光電傳感器陣列和光信號讀出電路。

OLED屏幕自身可作為光源并具有透光性，其本身可以作為光源照亮指紋，因為距離和光線折射的原因使得脊線的反射光強，谷線的反射光弱從而形成明暗相間的指紋。所述光線經指紋漫反射穿透玻璃和OLED屏幕進入傳感器，可被光學傳感器捕捉到。

如果直接將光學傳感器設置在屏幕底部那么，由于折射和漫反射的原因每個像素受光范圍很大光線最終影響成像質量；

而由于OLED發光強度高而手指的反射率不確定因此需要使用動態范圍大且高精度的電路檢測像素接收的光線。

本發明提供一種“L-Q-T”型光電傳感器，具體做法是：

光電傳感器裝置包括感光電路陣列，感光電路包括光感元件，用于接收目標手指反射的發射光，并將接收到的光信號轉換成電信號輸出。由于目標手指的脊和谷與接觸表面的距離不同，其發射光的強度也不同，導致電信號隨著光的變化而相應變化。所述光感元件的輸出端電連接至選擇開關，選擇開關的輸出端連接至總線的輸入端，總線的輸出端連接至積分電路的輸入端，積分電路的輸出端連接至比較電路的輸入端，比較電路的輸出端作為傳感器的輸出。

通過設置積分電路中連接的參考電壓，使得積分電容具有一個初始電荷值。當該參考電壓的值變化到比較電路中的參考電壓的值時，比較電路將輸出信號翻轉，該信號翻轉的時間T＝(Qend-Qrst)/I_L，I_L視為一定時間段內通過的電流平均數，則時間量在一定的數值區間近似線性。傳感器的傳感過程就是“接收到光信號強度的大小——積分電容充電速度差異——比較電路翻轉時間先后”，也就是“L-Q-T”的過程。

為分析電路方程，將“L-Q-T”分解為“L-Q”轉換過程和“Q-T”轉換過程?！癓-Q”轉換過程包括復位積分電路和向積分電容轉移電荷兩個部分。

在第一個實施例中，復位積分電路的過程就是把積分電容充電到第一參考電壓。令第一參考電壓的值為VREF1，積分電容值為Cr。那么積分電容中起始的電荷量為Qr.rst＝VREF1*Cr。

在另一個實施例中，令第一參考電壓的值為VREF1，第二參考電壓的值為VREF2，積分電容值為Cr，那么積分電容中起始的電荷量Qr.rst＝(VREF2-VREF1)*Cr。

當積分電路采用另一種復位電路時，即將積分電容和第一初始化開關耦接于放大器負輸入端與輸出端之間時，積分電容兩端的電平都是VREF1，那么積分電容中起始的電荷量Qr.rst＝0。

向積分電容轉移電荷是指傳感像素接收到光信號時，光電二極管會產生感應電流，感應電流經過總線被積分電容收集到，積分電容中的電荷量會隨之逐漸增加。