KR20220106198A - 지문 검출 방법, 지문 센서 및 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 표시 화면의 밝기 변화가 지문 검출에 미치는 영향을 보다 쉽게 감소시켜, 지문 검출의 성능을 향상시키는, 지문 검출 방법, 지문 센서 및 전자 장치를 제공한다. 상기 지문 검출의 방법은,
지문 센서의 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하는 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계;
상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 상기 픽셀 어레이 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 단계;를 포함하며,
상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되고, 상기 디밍 주기는 밝은 기간과 어두운 기간을 포함하며,
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것이다.
지문 센서의 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하는 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계;
상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 상기 픽셀 어레이 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 단계;를 포함하며,
상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되고, 상기 디밍 주기는 밝은 기간과 어두운 기간을 포함하며,
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것이다.
Description
본 출원의 실시예는 정보 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 지문 검출 방법, 지문 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
현재 전자 장치는 더 높은 스크린 대 바디 비율을 추구하여, 근접 감지 센서 및 주변광 센서와 같은 많은 정면 장치를 스크린 하방으로 이동해야 한다. 주변광 센서의 경우, 전자 장치의 표시 화면 하방에 설치하면, 주변광 센서는 표시 화면을 통과하는 주변광의 광강도를 검출해야 하므로, 주변광을 검출할 때 표시 화면 밝기의 영향을 받기 쉬워 주변광 검출의 정확성에 영향을 줄 수 있다. 표시 화면은 주변광 센서가 주변광을 감지할 수 있도록 일정한 디밍 주기에 따라 밝기를 낮게 조절할 수 있다. 일부 표시 화면은 주변광 검출의 정확성을 높이 위해, 표시 화면의 디밍 주기의 길이를 늘리고, 각 디밍 주기 내의 표시 화면이 어두운 상태에 있는 시간을 늘린다. 이는 표시 화면 하방의 지문 센서의 지문 이미지에 대한 수집에 영향을 미쳐, 지문 검출의 성능을 저하시킨다.
본 출원은 표시 화면의 밝기 변화가 지문 검출에 미치는 영향을 보다 쉽게 감소시켜, 지문 검출의 성능을 향상시키는, 지문 검출 방법, 지문 센서 및 전자 장치를 제공한다.
제1 측면에서,
지문 센서의 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하는 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계;
상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 상기 픽셀 어레이 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 단계;를 포함하며,
상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되고, 상기 디밍 주기는 밝은 기간과 어두운 기간을 포함하며,
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것인, 지문 검출 방법을 제공한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 픽셀 어레이 중 1행의 픽셀의 노광 시간은 상기 디밍 주기의 정수배와 같다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 동기화 신호는 상기 표시 화면이 출력한 필드 동기화 신호이거나, 또는 상기 동기화 신호는 상기 필드 동기화 신호와 동기화되는 다른 신호이다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 지문 센서에는 상기 표시 화면과 연결하기 위한 동기화 핀이 설치되어 있고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계는, 상기 동기화 핀을 통해, 상기 표시 화면이 출력한 상기 동기화 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 지문 센서는 호스트와 연결되고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계는, 상기 호스트를 통해, 상기 표시 화면의 상기 동기화 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 호스트는 상기 전자 장치의 프로세서이거나, 또는 상기 호스트는 상기 지문 센서의 MCU(Micro-programmed Control Unit)이다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 동기화 신호에 따라, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 단계는,
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 단계; 또는
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 일정 시간 지연 후, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 단계를 포함한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 디밍 주기는 상기 표시 화면 하방의 주변광 센서의 전자 장치의 주변광에 대한 검출에 사용된다.
제2 측면에서,
픽셀 어레이 및 상기 픽셀 어레이와 연결된 제어 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는,
지문 센서의 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하는 표시 화면의 동기화 신호를 수신하고,
상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 상기 픽셀 어레이 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키기 위한 것이며,
상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되고, 상기 디밍 주기는 밝은 기간과 어두운 기간을 포함하며,
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것인, 지문 센서를 제공한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 픽셀 어레이 중 1행의 픽셀의 노광 시간은 상기 디밍 주기의 정수배와 같다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 동기화 신호는 상기 표시 화면이 출력한 필드 동기화 신호이거나, 또는 상기 동기화 신호는 상기 필드 동기화 신호와 동기화되는 다른 신호이다.
일 구현 가능한 방식에서,
상기 지문 센서에는 상기 표시 화면과 연결하기 위한 동기화 핀이 설치되어 있고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 것은,
상기 동기화 핀을 통해, 상기 표시 화면이 출력한 상기 동기화 신호를 수신하는 것을 포함한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 지문 센서는 호스트와 연결되고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 것은, 상기 호스트를 통해, 상기 표시 화면의 상기 동기화 신호를 수신하는 것을 포함한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 호스트는 상기 전자 장치의 프로세서이거나, 또는 상기 호스트는 상기 지문 센서의 MCU(Micro-programmed Control Unit)이다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 동기화 신호에 따라, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 것은,
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 것; 또는
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 일정 시간 지연 후, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 것을 포함한다.
제3 측면에서, 표시 화면; 상기 표시 화면 하방에 설치된 주변광 센서; 및 제2 측면의 어느 하나의 구현 방식의 지문 센서;를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현 가능한 방식에서, 상기 주변광 센서는 상기 디밍 주기에 기반하여 상기 전자 장치의 주변광을 검출하기 위한 것이다.
상기 기술 방안에 기반하면, 표시 화면이 디밍 주기에 기반하여 밝기를 조절할 경우, 지문 센서의 픽셀 어레이 중 서로 다른 픽셀행의 노광 시간 내에 만나는 밝은 기간과 어두운 기간의 시간 비율이 다르므로, 상기 픽셀 어레이의 데이터에 기반하여 형성된 지문 이미지에 랜덤의 가로 줄무늬가 발생하게 된다. 표시 화면의 동기화 신호를 이용하여 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거할 경우, 픽셀 어레이의 노광 시간은 표시 화면의 동기화 신호와 항상 동기화되고, 표시 화면의 디밍 주기도 상기 동기화 신호와 동기화되어, 픽셀 어레이의 노광 시간이 디밍 주기의 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하고, 밝은 기간과 대응되는 픽셀의 위치도 일정하므로, 상술한 가로 줄무늬의 위치가 고정된다. 이처럼, 노광 후의 픽셀 어레이의 데이터를 처리할 경우, 지문 알고리즘을 이용하여 위치 고정된 가로 줄무늬를 제거하는 것이 더욱 쉬우므로, 지문 검출의 성능을 향상시킨다.
도 1은 디스플레이의 디밍 주기의 개략도이다.
도 2는 순차 주사 노광 방식을 이용하여 각 행의 픽셀을 노광하는 개략도이다.
도 3은 1행의 픽셀의 노광 시간이 디밍 주기의 정수배인 경우에 얻은 지문 이미지의 개략도이다.
도 4는 1행의 픽셀의 노광 시간이 디밍 주기의 정수배가 아닌 경우에 얻은 지문 이미지의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예의 지문 검출 방법의 개략적 흐름도이다.
도 6은 디밍 주기와 표시 화면의 필드 동기화 신호 사이의 관계 개략도이다.
도 7은 지문 센서가 표시 화면의 동기화 신호를 얻는 한가지 방식의 개략도이다.
도 8은 지문 센서가 표시 화면의 동기화 신호를 얻는 다른 한가지 방식의 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예의 지문 센서의 개략도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에서 가능한 전자 장치의 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에서 가능한 지문 센서의 개략적 구조도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에서 가능한 광경로 안내 구조의 개략도이다.
도 2는 순차 주사 노광 방식을 이용하여 각 행의 픽셀을 노광하는 개략도이다.
도 3은 1행의 픽셀의 노광 시간이 디밍 주기의 정수배인 경우에 얻은 지문 이미지의 개략도이다.
도 4는 1행의 픽셀의 노광 시간이 디밍 주기의 정수배가 아닌 경우에 얻은 지문 이미지의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예의 지문 검출 방법의 개략적 흐름도이다.
도 6은 디밍 주기와 표시 화면의 필드 동기화 신호 사이의 관계 개략도이다.
도 7은 지문 센서가 표시 화면의 동기화 신호를 얻는 한가지 방식의 개략도이다.
도 8은 지문 센서가 표시 화면의 동기화 신호를 얻는 다른 한가지 방식의 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예의 지문 센서의 개략도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에서 가능한 전자 장치의 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에서 가능한 지문 센서의 개략적 구조도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에서 가능한 광경로 안내 구조의 개략도이다.
이하에서는 도면을 결합하여, 본 출원의 기술방안을 설명할 것이다.
현재 전자 장치는 더 높은 스크린 대 바디 비율을 추구하여, 근접 감지 센서 및 주변광 센서와 같은 많은 정면 장치들을 스크린 하방으로 이동해야 한다. 특히 주변광 센서를 표시 화면 하방에 설치하면, 주변광 센서는 표시 화면을 통과하는 주변광의 광강도를 검출해야 하므로, 주변광을 검출할 때 표시 화면 밝기의 영향을 받기 쉬워 주변광 검출의 정확성에 영향을 줄 수 있다. 이를 위해, 일부 표시 화면은 주변광 검출의 정확성을 향상시키기 위하여, 표시 화면의 표시 방식을 변경하여, 표시 화면의 밝기를 조절하는 디밍 주기의 길이를 늘리고(높은 듀티 사이클), 각 디밍 주기 내의 표시 화면이 어두운 기간에 있는 시간을 늘린다(높은 드롭율). 표시 화면의 밝기 조정은 표시 화면 하방의 지문 센서의 지문 이미지에 대한 수집에 직접적인 영향을 미쳐, 지문 검출의 성능을 저하시킨다.
예를 들어, 도 1에 도시된 특정 모델의 스크린의 디밍 주기는 드롭 주기라고도 하며, 하나의 디밍 주기는 밝은 기간 및 어두운 기간을 포함한다. 도 1에 도시된 디밍 주기(T1)에서, 밝은 기간의 신호 강도는 Vmax=1.07V이고, 어두운 기간의 신호 강도는 Vmin=0.997V이다. 이로부터 알 수 있듯이, 디밍 주기의 어두운 기간에 표시 화면은 기본적으로 광선 출력이 없으며, 주변광 센서는 표시 화면의 광강도의 영향을 받지 않으므로, 전자 장치가 현재 위치하는 주변광의 광강도를 더욱 정확히 검출할 수 있다. 그러나, 이때 만약 사용자가 지문 검출을 진행하면, 표시 화면에서 방출한 광선을 이용하여 지문 센서 중의 픽셀 어레이를 노광해야 하며, 표시 화면의 이러한 표시 방식은 지문 검출에 영향을 줄 수 있다.
본 출원의 실시예에서 제공하는 지문 검출 방법은, 다양한 노광 방식을 이용하는 지문 센서에 응용될 수 있고, 특히 순차 주사(Rolling Shutter) 방식으로 노광하는 지문 센서에 적용될 수 있다. 도 2는 순차 주사하는 노광 과정을 도시하였다. 지문 센서 어레이는 M행×N열의 픽셀을 포함하고, 도 2에서는 M=7인 것을 예로 들어 설명하였다. 도 2에 도시한 바와 같이, 픽셀 어레이 중 동일한 행에 위치하는 픽셀을 동시에 노광하고, 해당 행의 픽셀을 일정 시간 노광한 후, 다음 행의 픽셀을 노광한다. 이어서, 순서에 따라 그 다음의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시킨다. 인접한 두 행의 픽셀의 노광 시작 시점 사이의 시간차는, 예를 들면 일반적으로 1행의 픽셀의 데이터 판독 시간과 같을 수 있으므로, 서로 다른 픽셀행의 노광 후의 데이터의 판독 시간이 중첩되지 않게 한다. 이후, M행 픽셀의 노광 후의 데이터를 처리하여, 하나의 완전한 이미지를 형성한다.
지문 센서의 픽셀 어레이 중 1행의 픽셀의 노광 시간은 예를 들면 일반적으로 30ms 이상이고, 각 픽셀의 노광 후의 데이터는 실질적으로 상기 노광 시간 내에 수신한 광신호의 적분이다. 표시 화면의 디밍 주기는 예를 들면 일반적으로 16.6ms, 8.3ms, 4.1ms 등이다. 이로부터 알 수 있듯이, 1행의 픽셀의 노광 시간은 보통 표시 화면의 디밍 주기보다 크고, 노광은 픽셀이 노광 시간 내에 수신된 광선을 중첩하는 과정, 즉 적분하는 과정이며, 특정 픽셀행은 광선에 대한 적분 과정에서 표시 화면을 만나면 발기를 어둡게 조절하고, 그러면 디밍 주기의 어두운 기간 내에, 해당 픽셀행은 광선을 수신할 수 없어, 해당 픽셀행의 데이터는 작아진다. 이처럼, 전체 픽셀 어레이에 대해, 각 행의 픽셀의 노광 후의 데이터는 평탄하지 않고, 최종적으로 얻은 이미지 상에 가로 줄무늬가 생성될 수 있다.
가로 줄무늬의 수량은 일반적으로 (M×t)/(1000ms/R)와 같고，M은 픽셀 어레이 중의 픽셀행의 수량이고, t는1행의 픽셀의 노광 시간이고, 동일한 행에 위치하는 픽셀은 동시에 노광되므로, t는 단일 픽셀의 노광 시간이라고 할 수도 있으며, R은 표시 화면의 새로고침 빈도, 즉 표시 화면의 필드 동기화 신호(수직 동기화 신호라고도 하며, Vsync 신호로 표기함)의 주사 빈도이다. 본 출원의 실시예에서, 표시 화면의 디밍 주기와 Vsync 신호의 주사 주기 사이는 정수배의 관계일 수 있고, 예를 들면, 바람직하게는, 표시 화면의 디밍 주기와 Vsync 신호의 주사 주기는 동일할 수 있다.
픽셀의 노광은 노광 시간 내의 광선에 대한 적분 과정이며, 1행의 픽셀의 노광 시간이 표시 화면의 디밍 주기의 정수배일 경우, 각 픽셀의 노광 시간 내에 포함되는 밝은 기간과 어두운 기간의 길이는 같으므로, 각 행의 픽셀을 적분한 후 얻은 데이터의 레벨은 기본적으로 일치하고, 가로 줄무늬가 존재하지 않는다.
도 3은 1행의 픽셀의 노광 시간이 하나의 디밍 주기와 같은 경우를 도시하였다. 각 행의 픽셀은 노광 시간 내에 표시 화면의 디밍을 거치지만, 각 행의 픽셀이 노광 시간 내에 거치는 밝은 기간 및 어두운 기간의 시간은 모두 동일하므로, 최종적으로 얻은 지문 이미지는 가로 줄무늬가 나타나지 않음을 알 수 있다.
도 4는 1행의 픽셀의 노광 시간이 디밍 주기의 정수배가 아닌 경우를 도시하였다. 제1 행은 디밍 주기(T1)를 도시하였고, 그 다음의 몇 행은 픽셀 어레이 중의 각 픽셀행의 노광 시간을 나타낸다. 다른 픽셀행은 노광 시간 내에 거치는 밝은 기간과 어두운 기간의 시간이 각각 다르므로, 최종적으로 얻은 지문 이미지 상에 뚜렷한 가로 줄무늬가 나타남을 알 수 있다. 또한, 디스플레이의 디밍 동작 및 지문 센서의 노광 과정은 각자 독립되므로, 지문 검출할 때마다 얻은 지문 이미지 상의 가로 줄무늬의 위치도 변하므로, 후속의 지문 알고리즘을 이용하여 상기 가로 줄무늬를 제거하기 어렵다.
그러나, 실제 응용에서, 1행의 픽셀의 노광 시간을 디밍 주기의 정수배로 설정하면, 아래와 같은 문제가 있다: 첫째, 표시 화면의 디밍 시스템과 지문 검출 시스템은 독립된 두 시스템이고, 각자의 클락을 사용하며, 디밍 주기의 흔들림으로 인해 1행의 픽셀의 노광 시간이 디밍 주기의 정수배인지 확인하기 어려우므로, 가로 줄무늬를 완전히 제거할 수 없다. 둘째, 서로 다른 모델의 지문 센서는 각자의 특성을 가지므로, 이러한 지문 센서의 상기 노광 시간을 의도적으로 동일하게 설정할 경우, 즉 모두 디밍 주기의 정수배와 같게 설정할 경우, 서로 다른 지문 검출 칩의 성능을 극대화할 수 없다.
이를 위해, 본 출원의 실시예는 지문 검출에 대한 표시 화면의 밝기 변화의 영향을 더욱 쉽게 감소시켜, 지문 검출의 성능을 향상시킬 수 있는 지문 검출 방법을 제공한다.
도 5는 본 출원의 실시예의 지문 검출 방법의 개략적 흐름도이다. 도 5에 도시한 방법(500)은 지문 센서에 의해 실행될 수 있으며, 상기 지문 센서는 복수의 픽셀로 구성된 픽셀 어레이를 포함한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 방법(500)은 아래 단계 중의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
단계 510에서, 표시 화면의 동기화 신호를 수신한다.
상기 동기화 신호는 지문 센서의 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하기 위한 것이다. 상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기(T1)와 동기화되고, 상기 디밍 주기(T1)는 밝은 기간 및 어두운 기간을 포함한다.
이해해야 할 점은, 상기 디밍 주기(T1)는 표시 화면의 밝기를 조절하는 주기이고, 표시화면의 시간T1을 경과할 때마다, 밝기를 1회 조절하는 것으로 이해할 수 있다. 각 디밍 주기(T1) 내에 밝은 기간 및 어두운 기간이 포함된다. 예를 들면, T1을 경과할 때마다 표시 화면은 밝기를 낮게 조절하고 일정 시간 지속되며, 해당 지속 시간은 디밍 주기 내의 어두운 기간이다. 또는, T1을 경과할 때마다 표시 화면의 밝기를 높게 조절하고 일정 시간 지속되며, 해당 지속 시간은 디밍 주기 내의 밝은 기간이다. 본 출원은 밝은 기간 및 어두운 기간의 길이에 대해 한정하지 않으며, 밝은 기간 및 어두운 기간 내의 표시 화면의 구체적 크기도 한정하지 않는다.
선택적으로, 상기 디밍 주기는 표시 화면 하방의 주변광 센서가 전자 장치의 주변광을 검출하는데 사용될 수 있다. 바꿔 말하면, 상기 디밍 주기는 주변광 센서의 전자 장치의 주변광에 대한 검출에 사용될 수 있다. 구체적으로, 주변광 센서는 상기 디밍 주기에 기반하여, 디밍 주기의 어두운 기간 내에 전자 장치의 현재 환경 중의 주변광을 검출할 수 있다. 즉 상기 디밍 주기는 주변광 센서가 주변광을 검출하는 근거가 될 수 있다.
단계 520에서, 상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 상기 픽셀 어레이 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시킨다.
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것이다.
상기 실시예에서, 표시 화면이 디밍 주기에 기반하여 밝기를 조절할 경우, 지문 센서의 픽셀 어레이 중 서로 다른 픽셀행의 노광 시간 내에 만나는 밝은 기간과 어두운 기간의 시간 비율이 다르므로, 상기 픽셀 어레이의 데이터에 기반하여 형성된 지문 이미지에 랜덤의 가로 줄무늬가 발생하게 된다. 표시 화면의 동기화 신호를 이용하여 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거할 경우, 픽셀 어레이의 노광 시간은 표시 화면의 동기화 신호와 항상 동기화되고, 표시 화면의 디밍 주기도 상기 동기화 신호와 동기화되어, 픽셀 어레이의 노광 시간이 디밍 주기의 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하고, 밝은 기간과 대응되는 픽셀의 위치도 일정하므로, 상술한 가로 줄무늬의 위치가 고정된다. 이처럼, 노광 후의 픽셀 어레이의 데이터를 처리할 경우, 지문 알고리즘을 이용하여 위치 고정된 가로 줄무늬를 제거하는 것이 더욱 쉬우므로, 지문 검출의 성능을 향상시킨다.
여기서 주의해야 할 점은, 본 출원의 실시예의 지문 검출 방법의 목적은, 지문을 검출할 때마다, 픽셀 어레이의 데이터에 기반하여 형성된 지문 이미지에 나타나는 가로 줄무늬의 위치가 랜덤으로 변하지 않고, 고정되게 하는 것이다. 이처럼, 지문 알고리즘을 이용하여 가로 줄무늬를 처리하도록 지문 알고리즘을 더욱 쉽게 설계함으로써, 가로 줄무늬가 지문 검출 결과에 주는 영향을 제거할 수 있다.
표시 화면의 상기 동기화 신호는 표시 화면의 필드 동기화 신호이거나; 또는 상기 필드 동기화 신호와 동기화되는 기타 신호일 수 있고, 예를 들면 특정 픽셀행에 대응되는 행 동기화 신호(Hsync신호로 표기) 등일 수 있다.
도 6은 디밍 주기와 표시 화면의 필드 동기화 신호 사이의 관계를 도시하였다. 표시 화면의 Vsync 신호를 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하는 동기화 신호로 하고, 표시 화면의 디밍 주기와 표시 화면의 Vsync 신호의 주사 주기가 같다고 가정한다. 도 6으로부터 알 수 있듯이, 표시 화면의 디밍 주기는 표시 화면의 Vsync 신호의 주사 주기와 동기화된다. 즉, 표시 화면의 디밍 주기와 표시 화면의 Vsync 신호의 주사 주기 사이의 위상차는 일정하다.
그러면, 표시 화면의 Vsync 신호를 이용하여 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거할 경우, 픽셀 어레이의 노광 시간과 표시 화면의 노광 시간 사이도 동기화된다. 즉, 픽셀 어레이의 노광 시간과 표시 화면의 디밍 주기 사이의 위상차는 일정하다. 이처럼, 픽셀 어레이에서, 노광 시간과 디밍 주기 중의 어두운 기간이 서로 대응되는 픽셀의 위치가 일정하거나, 또는 노광 시간과 디밍 주기 중의 밝은 기간이 서로 대응되는 픽셀의 위치가 일정하므로, 상기 가로 줄무늬의 위치는 항상 고정된다.
지문 검출을 진행할 때, 일반적으로, 표시 화면 상의 지문 검출용 광점이 켜진 후, 지문 센서는 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키고, 본 출원의 실시예의 지문 검출 방법을 이용할 경우, 지문 검출을 진행할 때, 표시 화면 상의 지문 검출용 광점이 켜진 후, 지문 센서는 표시 화면의 Vsync 신호가 도착할 때까지 기다려야만, 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시킨다.
본 출원의 실시예에서, 1행의 픽셀의 노광 시간과 디밍 주기는 정수배의 관계일 수도 있고, 정수배의 관계가 아닐 수도 있다. 바람직하게는, 1행의 픽셀의 노광 시간을 상기 디밍 주기의 정수배(예를 들면 1배)와 같게 설정할 수 있다.
단계 510에서, 지문 센서는 아래 두가지 방식을 통해, 표시 화면의 동기화 신호를 수신할 수 있다.
일 구현 방식에서, 상기 지문 센서에 표시 화면과 연결하기 위한 동기화 핀이 설치될 수 있고, 이때, 단계 510에서, 지문 센서는 상기 동기화 핀을 통해, 표시 화면의 동기화 신호를 수신할 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 지문 센서는 새로 추가된 동기화 핀을 통해 표시 화면과 연결되어, 표시 화면이 지문 센서로 출력한 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하기 위한 동기화 신호를 직접 수신할 수 있다. 지문 센서와 호스트 사이는 SPI(Serial Peripheral Interface)를 기반으로 통신할 수 있고, 예를 들면 지문 검출과 관련된 동작을 수행하도록 호스트의 명령을 수신하고, 획득한 픽셀 어레이의 데이터를 호스트로 업로드한다. 호스트는 지문 센서에 전원(power)를 제공하고, 지문 센서에 리셋 신호(RST) 등을 발송할 수도 있다.
본 출원의 실시예에서, 호스트는 마스터 컨트롤러 등 PC(Personal Computer) 또는 휴대폰의 프로세서와 같은 전자 장치의 프로세서 일 수 있다. 호스트는 MCU일 수도 있고, 예를 들면 지문 센서의 MCU이다.
다른 일 구현방식에서, 상기 지문 센서는 호스트와 연결되므로, 단계 510에서, 지문 센서는 호스트를 통해, 표시 화면의 동기화 신호를 수신할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 지문 센서를 표시 화면과 직접 연결할 필요 없이, 표시 화면에서 출력한 동기화 신호는 호스트를 통해 지문 센서로 전송된다. 지문 센서가 이러한 간접 방식을 통해 표시 화면의 동기화 신호를 얻을 경우, 지문 센서와 호스트 사이의 통신 지연은 일정하기 때문에, 지문 센서가 표시 화면의 동기화 신호를 기반으로 픽셀 어레이를 노광할 경우, 노광 시간은 여전히 표시 화면의 동기화 신호와 동기화되어, 즉 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되어, 상기 지연의 영향을 받지 않는다.
단계 520에서, 지문 센서는 아래 두가지 방식을 통해 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광한다.
일 구현 방식에서, 지문 센서는 상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작한다.
다른 일 구현 방식에서, 지문 센서는 상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 일정 시간 지연 후, 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작한다.
어떤 방식을 사용하든, 노광 시간이 표시 화면의 동기화 신호와 동기화되기만 하면, 노광 시간이 디밍 주기 중의 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치를 일정하게 하고, 밝은 기간과 대응되는 픽셀의 위치를 일정하게 하므로, 상기의 가로 줄무늬의 위치가 고정되게 보장할 수 있다. 이처럼, 노광 후의 픽셀 어레이의 데이터를 처리할 경우, 지문 알고리즘을 이용하여 위치 고정된 가로 줄무늬를 더욱 쉽게 제거하여, 지문 검출의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 출원의 실시예는 지문 센서를 추가로 제공하고, 상기 지문 센서는 지문 칩, 센서 칩 등으로 지칭될 수도 있다. 상기 지문 센서는 상기 임의의 실시예의 지문 검출의 방법을 실행할 수 있고, 상기 지문 센서에 대한 상세한 설명은 상기 지문 검출의 방법에 대한 설명을 참고할 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 상기 지문 센서(900)는 픽셀 어레이(901) 및 픽셀 어레이(901)와 연결된 제어 회로(902)를 포함하고, 상기 제어 회로(902)는,
지문 센서의 픽셀 어레이(901)를 노광하도록 트리거하는 표시 화면의 동기화 신호를 수신하고, 상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 픽셀 어레이(901) 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 픽셀 어레이(901)의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키기 위한 것이며,
상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되고, 상기 디밍 주기는 밝은 기간과 어두운 기간을 포함하며,
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것이다.
선택적으로, 일 구현 방식에서, 픽셀 어레이(901) 중 1행의 픽셀의 노광 시간은 상기 디밍 주기의 정수배와 같다.
선택적으로, 일 구현 방식에서, 상기 동기화 신호는 상기 표시 화면이 출력한 필드 동기화 신호이거나, 또는 상기 동기화 신호는 상기 필드 동기화 신호와 동기화되는 다른 신호이다.
선택적으로, 일 구현 방식에서, 지문 센서(900)에는 상기 표시 화면과 연결하기 위한 동기화 핀이 설치되어 있고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 것은, 상기 동기화 핀을 통해, 상기 표시 화면이 출력한 상기 동기화 신호를 수신하는 것을 포함한다.
선택적으로, 일 구현 방식에서, 지문 센서(900)는 호스트와 연결되고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 것은, 상기 호스트를 통해, 상기 표시 화면의 상기 동기화 신호를 수신하는 것을 포함한다.
선택적으로, 일 구현 방식에서, 상기 호스트는 상기 전자 장치의 프로세서이거나, 또는 상기 호스트는 지문 센서(900)의 MCU이다.
선택적으로, 일 구현 방식에서, 상기 동기화 신호에 따라, 상기 픽셀 어레이(901)의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 것은,
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 상기 픽셀 어레이(901)의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 것; 또는
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 일정 시간 지연 후, 상기 픽셀 어레이(901)의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 것을 포함한다.
본 출원의 실시예는 표시 화면; 상기 표시 화면 하방에 설치된 주변광 센서; 및 상술한 임의의 실시예에 따른 상기 지문 센서를 포함하는 전자 장치를 더 제공한다.
선택적으로, 일 구현방식에서, 주변광 센서는 상기 디밍 주기에 기반하여 상기 전자 장치의 주변광을 검출하기 위한 것이다.
도 10 및 도 11은 본 출원의 실시예의 지문 센서의 가능한 구조를 도시하였다. 도 10은 전자 장치(10)의 방향성 개략도이고, 도 11은 도 10에 도시된 전자 장치의 A-A'방향에 따른 부분 단면 개략도이다. 전자 장치(10)는 표시 화면(120), 표시 화면(120) 하방에 설치된 주변광 센서 및 지문 센서(900)를 포함한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 지문 센서(900)는 광 검출부(910) 및 광 경로 안내 구조(903)를 포함한다. 광 경로 안내 구조(903)는 광 검출부(910)의 상방에 설치된다. 광 검출부(910)는 복수의 픽셀(9011)로 구성된 픽셀 어레이(901) 및 픽셀 어레이(901)와 연결되는 제어 회로(902) 등을 포함한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 픽셀 어레이(901)가 위치하는 영역 또는 그 감지 영역은 지문 센서(900)의 지문 검출 영역(103)이다. 광 경로 안내 구조(903)는 지문 검출 영역(103) 상의 손가락으로부터 리턴된 광 신호를 픽셀 어레이(901)로 안내하기 위한 것이다.
본 출원의 실시예는 지문 센서(900) 중의 광 경로 안내 구조(903)에 대해 어떠한 한정도 하지 않는다. 예를 들면, 광 경로 안내 구조(903)는 복수의 마이크로 렌즈로 구성된 마이크로 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 추가적으로, 마이크로 렌즈 어레이의 하방에는 적어도 하나의 차광층을 더 구비할 수 있고, 각 차광층 상에는 상기 복수의 마이크로 렌즈와 각각 대응되는 복수의 오픈 홀이 설치되어 있고, 픽셀 어레이(901)는 상기 복수의 마이크로 렌즈와 대응되는 복수의 픽셀(9011)을 포함한다. 각 마이크로 렌즈는 손가락으로부터 리턴된 광 신호를 각 차광층 중 대응되는 오픈 홀로 수렴시켜, 상기 광 신호가 순차적으로 각 차광층 중 대응되는 오픈 홀을 통과하여, 픽셀 어레이(901) 중 대응되는 픽셀(9011)로 전달되게 한다.
또 예를 들면, 광 경로 안내 구조(903)는 반도체 실리콘 웨이퍼 제작 과정에서 만들어진 시준기층일 수 있고, 복수의 시준부 또는 미세홀 어레이를 구비하고, 상기 시준부는 핀홀일 수 있다.
또 예를 들면, 광 경로 안내 구조(903)는 하나 또는 복수의 비구면 렌즈로 구성된 렌즈 그룹과 같은, 하나 또는 복수의 렌즈부를 구비하는 광학 렌즈층일 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시한 바와 같이, 광 경로 안내 구조는 렌즈(9031)를 포함할 수 있다. 표시 화면 중의 발광층(1201)에서 방출된 광선은 손가락에 조사되고 손가락으로부터 리턴된 광선은 렌즈(9031)에 의해 광학 지문 센서의 픽셀 어레이(901)로 수렴된다.
지문 검 출시, 표시 화면(120)은 지문 검출 영역(103) 상방의 손가락(140)으로 광선(111)을 방출하고, 광선(111)은 손가락(140)의 표면에서 반사가 일어나 반사광을 형성하거나 또는 손가락(1040)의 내부를 통해 산란되어 산란광을 형성한다.
지문의 융선(ridge)(141)과 골(valley)(142)은 광선에 대한 반사능력이 상이하므로, 지문의 융선으로부터의 반사광(151) 및 지문의 골로부터의 반사광(152)은 상이한 광 강도를 가지며, 반사광은 광 경로 안내 구조(903)를 통과한 후, 픽셀 어레이(901)에 의해 수신되어 상응한 전기 신호, 즉 지문 검출 신호로 전환된다. 상기 지문 검출 신호에 기반하여 지문 이미지 데이터를 쉽게 얻을 수 있고, 또한 지문 일치 및 검증에 추가로 이용하여, 전자 장치(10)에서 광학 지문 검출 기능을 실현할 수 있다.
추가적으로, 전자 장치(10)는 지문 검출에 사용되는 여기 광원을 더 포함할 수 있다.
상기 표시 화면(120)은 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED) 표시 화면 또는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED) 표시 화면과 같은 자체발광 표시부가 구비된 표시 화면을 사용할 수 있다. OLED 표시 화면을 사용하는 것을 예로 들면, 지문 센서(900)는 상기 OLED 표시 화면(120)의 지문 검출 영역(103)에 위치한 표시부를 광학 지문 검출을 위한 여기 광원으로 사용할 수 있다.
비한정적인 예로서, 본 출원의 실시예의 전자 장치는 단말 장비, 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북, 데스크탑 컴퓨터, 게임 장비, 차량 전자 장치 또는 웨어러블 스마트 장치 등 휴대형 또는 이동형 컴퓨팅 장치 및 전자 데이터베이스, 자동차, 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine，ATM) 등의 기타 전자 장치일 수 있다. 상기 웨어러블 스마트 장치는 기능이 완전하고, 크기가 크며, 스마트폰에 의존하지 않고 모든 기능 또는 일부 기능을 구현할 수 있는 스마트 워치 또는 스마트 글래스 등과 같은 장치 및 특정 종류의 애플리케이션 기능에만 초점을 두고 스마트폰과 같은 기타 장치와 결합해야 하는 바이탈 사인 모니터링을 수행하는 스마트 밴드, 스마트 쥬얼리와 같은 장치를 포함한다.
설명해야 할 것은, 모순되지 않는 한, 본 출원에서 설명한 각 실시예 및/또는 각 실시예의 기술 특징은 임의로 서로 결합될 수 있고, 결합된 기술 방안은 모두 본 출원의 보호범위에 속한다.
본 출원의 실시예에서 공개된 시스템, 장치 및 방법은 다른 방식으로도 실현될 수 있다. 예를 들면, 상술한 방법 실시예의 일부 특징이 생략될 수 있거나 또는 실행되지 않을 수도 있다. 이상 상술한 장치 실시예는 개략적인 것에 불과하며, 유닛의 구분은 단지 논리적 기능을 구분한 것이며, 실제 구현 시 다르게 구분될 수 있고, 복수의 유닛 또는 어셈블리는 다른 시스템에 결합되거나 또는 통합될 수 있다. 또한, 각 유닛 사이의 결합 또는 각 어셈블리 사이의 결합은 직접 결합 또는 간접 결합될 수 있으며, 상기 결합은 전기적, 기계적 또는 다른 형태로 연결될 수 있다.
도시되었거나 또는 논의된 상호 결합 간의 결합 또는 직접 결합 또는 통신 연결은 일부의 인터페이스를 통해 실현될 수 있으며, 장치 또는 유닛 간의 간접 결합 또는 통신 연결은, 전기적, 기계적 또는 다른 형태로 연결될 수 있다.
이해해야 할 것은, 본 출원의 실시예의 구체적인 예시는, 본 출원의 실시예에 대한 당업자의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 출원의 실시예의 범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 당업자는 상기 실시예를 기초로, 다양한 개선 및 변형을 진행할 수 있으나, 이러한 개선 또는 변형은 모두 본 출원의 보호 범위 내에 포함된다.
상술한 내용은 본 출원의 구체적 실시 방식에 불과하며, 본 출원의 보호범위는 이에 한정되지 않고, 당업자가 본 출원에 의해 공개된 기술 범위 내에서 다양한 등가 변경 또는 대체를 쉽게 생각해 낼 수 있고, 이러한 변경 또는 대체는 모두 본 출원의 보호범위에 포함되어야 한다. 따라서, 본 출원의 보호범위는 청구범위를 기준으로 해야 한다.
Claims (17)
- 지문 센서의 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하는 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계;
상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 상기 픽셀 어레이 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 단계;
를 포함하며,
상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되고, 상기 디밍 주기는 밝은 기간과 어두운 기간을 포함하며,
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것인,
지문 검출 방법. - 제1항에 있어서,
상기 픽셀 어레이 중 1행의 픽셀의 노광 시간은 상기 디밍 주기의 정수배와 같은, 지문 검출 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동기화 신호는 상기 표시 화면이 출력한 필드 동기화 신호이거나, 또는 상기 동기화 신호는 상기 필드 동기화 신호와 동기화되는 다른 신호인, 지문 검출 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지문 센서에는 상기 표시 화면과 연결하기 위한 동기화 핀이 설치되어 있고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계는,
상기 동기화 핀을 통해, 상기 표시 화면이 출력한 상기 동기화 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 지문 검출 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지문 센서는 호스트와 연결되고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 단계는,
상기 호스트를 통해, 상기 표시 화면의 상기 동기화 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 지문 검출 방법. - 제5항에 있어서,
상기 호스트는 상기 전자 장치의 프로세서이거나, 또는 상기 호스트는 상기 지문 센서의 MCU인, 지문 검출 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 동기화 신호에 따라, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 단계는,
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 단계; 또는
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 일정 시간 지연 후, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 단계를 포함하는, 지문 검출 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 디밍 주기는 상기 표시 화면 하방의 주변광 센서의 전자 장치의 주변광에 대한 검출에 사용되는, 지문 검출 방법. - 픽셀 어레이 및 상기 픽셀 어레이와 연결된 제어 회로를 포함하고,
상기 제어 회로는,
지문 센서의 픽셀 어레이를 노광하도록 트리거하는 표시 화면의 동기화 신호를 수신하고,
상기 동기화 신호의 트리거에 기반하여, 상기 픽셀 어레이 중 노광 시간이 상기 어두운 기간과 대응되는 픽셀의 위치가 일정하도록, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키기 위한 것이며,
상기 동기화 신호의 주기는 상기 표시 화면의 디밍 주기와 동기화되고, 상기 디밍 주기는 밝은 기간과 어두운 기간을 포함하며,
노광 후의 각 행의 픽셀의 데이터는 지문 이미지를 획득하기 위한 것인,
지문 센서. - 제9항에 있어서,
상기 픽셀 어레이 중 1행의 픽셀의 노광 시간은 상기 디밍 주기의 정수배와 같은, 지문 센서. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 동기화 신호는 상기 표시 화면이 출력한 필드 동기화 신호이거나, 또는 상기 동기화 신호는 상기 필드 동기화 신호와 동기화되는 다른 신호인, 지문 센서. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 지문 센서에는 상기 표시 화면과 연결하기 위한 동기화 핀이 설치되어 있고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 것은,
상기 동기화 핀을 통해, 상기 표시 화면이 출력한 상기 동기화 신호를 수신하는 것을 포함하는, 지문 센서. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 지문 센서는 호스트와 연결되고, 상기 전자 장치의 표시 화면의 동기화 신호를 수신하는 것은,
상기 호스트를 통해, 상기 표시 화면의 상기 동기화 신호를 수신하는 것을 포함하는, 지문 센서. - 제13항에 있어서,
상기 호스트는 상기 전자 장치의 프로세서이거나, 또는 상기 호스트는 상기 지문 센서의 MCU인, 지문 센서. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 동기화 신호에 따라, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀을 순차적으로 노광시키는 것은,
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 것; 또는
상기 동기화 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 도착하면, 일정 시간 지연 후, 상기 픽셀 어레이의 각 행의 픽셀에 대해 순차적으로 노광을 시작하는 것을 포함하는, 지문 센서. - 표시 화면;
상기 표시 화면 하방에 설치된 주변광 센서; 및
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 지문 센서;
를 포함하는 전자 장치. - 제16항에 있어서,
상기 주변광 센서는 상기 디밍 주기에 기반하여 상기 전자 장치의 주변광을 검출하기 위한 것인, 전자 장치.
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