[发明专利]一种光电传感器和具有其的光电传感器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电传感器和具有其的光电传感器阵列，尤其涉及一种“L-Q-T”型光电传感器阵列。

背景技术

指纹传感器目前主要分为两类，即光学指纹传感器和电容式指纹传感器。电容式指纹传感器是通过测量指纹谷线、脊线与平面传感电极阵列单元之间形成的连接电容的大小差异来对指纹成像。当传感电极阵列与手指之间的介质层越厚的时候，电容会衰减，传感器的成像也会越模糊。由于技术的发展，商用指纹传感器在传感电极和目标电极之间的介质层厚度从10um量级增加到100um量级。更有甚者，考虑到手机屏幕的工业设计的完整性，希望指纹传感器能直接穿透屏幕玻璃，也就是厚度1毫米-2毫米的化学强化玻璃。所以，光学指纹传感器的穿透力较之电容式指纹传感器具有非常大的优势。但传统的光学指纹传感器应用在手机等智能设备上时，有个很大的缺点即光学指纹传感器的厚度通常较大。因为，光学指纹传感器通常需要将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，使光从设备底部射向三棱镜，并经三棱镜折射后射出；射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就不一样，形成光强空间分布图像；然后再次采用三棱镜和透镜等装置将图像投射聚焦在电荷连接器件上，得到多灰度指纹图像。由于需要使用三棱镜和透镜等结构，导致光程长，总体厚度大，不利于手机的工业设计。

NEC的提出了一种在光学传感器外侧提供光源照射手指，并使用CCD接收手指内的漫反射光形成指纹图像。

上述两种方案适合于光学指纹传感器在玻璃盖板底部的情形均不适合集成在OLED屏幕底部。

发明内容

综上所述本发明的目的是为了提供适合于OLED屏下光学指纹的光电传感电路和光电传感器阵列和光信号读出电路。

OLED屏幕自身可作为光源并具有透光性，其本身可以作为光源照亮指纹，因为距离和光线折射的原因使得脊线的反射光强，谷线的反射光弱从而形成明暗相间的指纹。所述光线经指纹漫反射穿透玻璃和OLED屏幕进入传感器，可被光学传感器捕捉到。

如果直接将光学传感器设置在屏幕底部那么，由于折射和漫反射的原因每个像素受光范围很大光线最终影响成像质量；

而由于OLED发光强度高而手指的反射率不确定因此需要使用动态范围大且高精度的电路检测像素接收的光线。

本发明提供一种“L-Q-T”型光电传感器，具体做法是：

光电传感器装置包括感光电路阵列，感光电路包括光感元件，用于接收目标手指反射的发射光，并将接收到的光信号转换成电信号输出。由于目标手指的脊和谷与接触表面的距离不同，其发射光的强度也不同，导致电信号随着光的变化而相应变化。所述光感元件的输出端电连接至选择开关，选择开关的输出端连接至总线的输入端，总线的输出端连接至积分电路的输入端，积分电路的输出端连接至比较电路的输入端，比较电路的输出端作为传感器的输出。

通过设置积分电路中连接的参考电压，使得积分电容具有一个初始电荷值。当该参考电压的值变化到比较电路中的参考电压的值时，比较电路将输出信号翻转，该信号翻转的时间T＝(Qend-Qrst)/I_L，I_L视为一定时间段内通过的电流平均数，则时间量在一定的数值区间近似线性。传感器的传感过程就是“接收到光信号强度的大小——积分电容充电速度差异——比较电路翻转时间先后”，也就是“L-Q-T”的过程。

为分析电路方程，将“L-Q-T”分解为“L-Q”转换过程和“Q-T”转换过程。“L-Q”转换过程包括复位积分电路和向积分电容转移电荷两个部分。

在第一个实施例中，复位积分电路的过程就是把积分电容充电到第一参考电压。令第一参考电压的值为VREF1，积分电容值为Cr。那么积分电容中起始的电荷量为Qr.rst＝VREF1*Cr。

在另一个实施例中，令第一参考电压的值为VREF1，第二参考电压的值为VREF2，积分电容值为Cr，那么积分电容中起始的电荷量Qr.rst＝(VREF2-VREF1)*Cr。

当积分电路采用另一种复位电路时，即将积分电容和第一初始化开关耦接于放大器负输入端与输出端之间时，积分电容两端的电平都是VREF1，那么积分电容中起始的电荷量Qr.rst＝0。

向积分电容转移电荷是指传感像素接收到光信号时，光电二极管会产生感应电流，感应电流经过总线被积分电容收集到，积分电容中的电荷量会随之逐渐增加。