用于计算超声传感器的参考值的方法与流程

用于计算超声传感器的参考值的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年9月8日提交的第10-2021-0119967号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开内容以其全文通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及用于计算超声传感器的参考值的方法和系统。


背景技术：

4.近来，已经看到来自消费者的对显示设备的需求的增加。显示设备用于方便用户和信息之间的连接。因此，诸如液晶显示器、有机发光显示器等的多种类型的显示设备的使用也已增加。
5.显示设备可以包括诸如触摸传感器、指纹传感器、照度传感器(例如亮度传感器)和相机的各种传感器。在一些显示设备中，指纹传感器附接到显示面板的后表面，并且能基于穿过显示面板的载体(例如超声波或者光)的信息来识别指纹的脊和谷。这种技术允许用户将手指放在显示器上，例如，以验证用户，而不干扰其下面的图像。
6.然而，由于显示面板的材料、叠层结构、布局和其它特性可能在设备间变化，因此有必要检查超声传感器是否在相应的显示面板中表现出有效的性能。如果超声传感器没有表现出有效的性能，则有必要改变显示面板的材料、叠层结构、布局等。因此，在显示设备到达终端用户之前，确保该超声传感器的精确度和灵敏度是重要的。


技术实现要素：

7.本公开提供用于计算超声传感器的参考值的方法和系统，其中，超声传感器能够计算作为超声传感器相对于显示面板的有效性能的度量的参考值。
8.根据本发明的实施方式的用于计算超声传感器的参考值的方法包括：在物体定位在接触设备的第一表面上时，从超声传感器向第一表面发送第一超声信号；基于第一超声回波信号生成多个超声图像；从多个超声图像中选择与参考图像具有最高相似性的超声图像；存储与所选择的超声图像对应的第一参数和第二参数；在物体没有定位在第一表面上时，基于第一参数从超声传感器向第一表面发送第二超声信号；以及使用第二参数和从第二超声信号反射的第二超声回波信号计算超声传感器的参考值。
9.参考值越大表示超声传感器的针对每个位置的感测值的偏差越小。
10.第一参数可以是用于生成所选择的超声图像的第一超声信号的频率。
11.在发送第二超声信号时，第二超声信号具有与第一参数对应的频率。
12.第二参数可以是与从所生成的多个超声图像中所选择的超声图像对应的第一超声回波信号的接收延迟时间。
13.超声传感器可以定位在接触设备的第二表面上，并且第二表面可以是与第一表面相对的表面。
14.接触设备可以在第一表面和第二表面之间没有空气间隙。
15.接触设备可以是显示面板。
16.参考值可以与基于第二参数的特定时间范围内的第二超声回波信号的最大压力值和最小压力值的差对应。
17.参考值可以与基于第二参数的特定时间范围内的第二超声回波信号的压力值的中值对应。
18.根据本发明的实施方式的用于计算超声传感器的参考值的系统包括接触设备、超声传感器和测量设备，其中，接触设备具有第一表面，超声传感器配置成向第一表面发送超声信号，并且基于从超声信号反射的超声回波信号生成超声图像，测量设备配置成使用超声回波信号计算超声传感器的参考值。在物体定位在第一表面上时，超声传感器发送第一超声信号，超声传感器基于第一超声回波信号生成多个超声图像，测量设备从多个超声图像中选择与参考图像具有最高相似性的超声图像，并且存储与所选择的超声图像对应的第一参数和第二参数，在物体没有定位在第一表面上时，超声传感器基于第一参数发送第二超声信号，并且测量设备使用第二参数和从第二超声信号反射的第二超声回波信号计算超声传感器的参考值。
19.参考值越大可以表示超声传感器的针对每个位置的感测值的偏差越小。
20.第一参数可以是用于生成所选择的超声图像的第一超声信号的频率。
21.超声传感器可以以与第一参数对应的频率发送第二超声信号。
22.第二参数可以是用于生成所选择的超声图像的第一超声回波信号的接收延迟时间。
23.超声传感器可以定位在接触设备的第二表面上，并且第二表面可以是与第一表面相对的表面。
24.接触设备可以在第一表面和第二表面之间没有空气间隙。
25.接触设备可以是显示面板。
26.参考值可以与基于第二参数的特定时间范围内的第二超声回波信号的最大压力值和最小压力值之间的差对应。
27.参考值可以与基于第二参数的特定时间范围内的第二超声回波信号的压力值的中值对应。
附图说明
28.附图示出了本发明构思的实施方式，并且与说明书一起用于说明本发明构思的原理，其中，包括附图以提供对本发明构思的进一步理解，并且附图并入本说明书并构成本说明书的一部分。
29.图1是根据本公开的实施方式的显示设备的图。
30.图2是沿着图1的线a-a'截取的剖视图。
31.图3是超声传感器和测量设备之间的关系的图。
32.图4至图7是根据本公开的实施方式的用于计算超声传感器的参考值的方法的图。
33.图8是使用参考值评估超声传感器的性能的示例的图。
具体实施方式
34.在下文中，将参考附图详细描述本公开的各种实施方式，以便本领域的普通技术人员可以容易地实现本文描述的发明构思。本发明构思可以以各种不同的形式实施，并且不限于本文描述的实施方式。
35.为了清楚地描述本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中用相同的附图标记表示相同或相似的部件。例如，在多于一个附图中可以使用本文描述的部件和它们的附图标记。
36.此外，为了便于描述，任意地示出了附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，并且因此本公开不一定限于附图中所示的形式。在附图中，可能夸大厚度以清楚地表示层和区域。
37.此外，如本文所用，表述“相同”可以意指“基本上相同”。即，如本领域普通技术人员将理解的，所描述项在其测量和/或特性上可以是足够相似的，以便在任何有意义的方式上不会不同。在其它表述中，“基本上”可以省略。
38.图1是根据本公开的实施方式的显示设备的图。图2是沿着图1的线a-a'截取的剖视图。图3是超声传感器和测量设备之间的关系的图。
39.参考图1、图2和图3，显示设备9可以包括显示面板10和超声传感器20。
40.显示面板10可以包括显示像素dpx。显示像素dpx可以排布于在第一方向x和第二方向y上延伸的平面上。显示像素dpx可以排布成平坦形状，但是在一些实施方式中也可以排布成弯曲形状。例如，显示面板10的侧表面可以具有弯曲形状，并且设置在显示面板10的侧表面上的显示像素dpx可以沿着弯曲形状排布。显示像素dpx可以通过在第三方向z上发射光来显示图像。然后用户可以观看显示面板10的第一表面10a以观看所显示的图像。显示面板10可以是例如使用微led的微发光二极管(led)显示面板、使用包括量子点发射层的量子点发光二极管的量子点发光显示面板、或者使用包括无机半导体的无机发光元件的无机发光显示面板。第一方向x、第二方向y和第三方向z可以是彼此正交的方向。
41.超声传感器20可以包括传感器控制器201和超声收发器202。超声传感器20(或超声收发器202)可以与显示面板10的第一区域ar1重叠。例如，超声传感器20(或超声收发器202)可以设置在显示面板10的第二表面10b上。第二表面10b可以是与第一表面10a相对的表面。超声传感器20可以是使用超声波作为载体的传感器，并且可以用作指纹传感器和/或用作健康诊断传感器(例如，用于感测来自手指的血流、脉搏等)。然而，为了便于描述，本文中将描述超声传感器20是指纹传感器的实施方式。
42.超声传感器20可以向第一表面10a发送超声信号，并且基于反射的超声回波信号生成超声图像。例如，当传感器控制器201确定超声信号的参数(例如，超声信号的频率)时，超声收发器202可以发送与确定的参数对应的超声信号。当超声收发器202接收超声回波信号时，传感器控制器201可以使用超声回波信号生成超声图像。在这种情况下，传感器控制器201可以根据超声回波信号的多个接收时间生成多个超声图像。超声信号的发送时间和超声回波信号的接收时间之间的差可以被定义为接收延迟时间(或距离门延迟(range gate delay))。
43.用于超声传感器20的接触设备不一定限于显示面板10。例如，接触设备可以是诸如用于超声传感器20的盖的非显示设备。假如第一表面10a和第二表面10b之间没有空气间隙，用于超声传感器20的任何接触设备可以应用于本公开的实施方式。如果有空气间隙，则
超声传感器20可能难以表现出有效的性能，因为超声信号不能很好地穿过空气。在下文中，显示面板10将被描述为接触设备10。
44.测量设备30可以实现为通用计算机或测量专用集成电路。测量设备30可以向传感器控制器201发送数据/从传感器控制器201接收数据。例如，测量设备30可以使用超声回波信号计算超声传感器20的参考值。下面将参考图4更详细地描述该计算过程。
45.图4至图7是根据本公开的实施方式的用于计算超声传感器的参考值的方法的图。
46.参考图4和图5，当模型(或物体)ffg定位在接触设备10的第一表面10a上时，超声传感器20可以向第一表面10a发送第一超声信号ust1(s101)。
47.这里，模型ffg可以与超声传感器20的感测目标相似或相同。例如，当超声传感器20是指纹传感器时，感测目标可以是指纹。在这种情况下，模型ffg的与第一表面10a接触的表面可以具有像人的指纹一样的脊和谷。例如，模型ffg可以由诸如橡胶或聚二甲基硅氧烷(pdms)的材料制成，并且可以被构造成具有与人的手指类似的尺寸和物理特性。
48.接下来，超声传感器20可以基于从第一超声信号ust1反射的第一超声回波信号usr1生成多个超声图像(s102)。如上所述，超声传感器20可以针对不同的接收延迟时间生成不同的超声图像。测量设备30可以从生成的超声图像中选择与参考图像具有最高相似性的超声图像(s102)。例如，参考图像可以是清楚地区分模型ffg的脊和谷的图像。
49.接下来，测量设备30可以存储与所选择的超声图像对应的第一参数pm1和第二参数pm2(s103)。例如，第一参数pm1可以是用于生成所选择的超声图像的第一超声信号ust1的频率。例如，第二参数pm2可以是用于生成所选择的超声图像的第一超声回波信号usr1的接收延迟时间。因此，测量设备30可以存储最适于接触设备10的材料、叠层结构、布局等的驱动条件(例如，包括第一参数pm1和第二参数pm2)。例如，这些驱动条件可以允许已经测量了所述驱动条件的接触设备10生成最精确地超声图像，从而允许用户以提高的安全性、准确性和速度验证进入设备。
50.接下来，参考图6，在模型ffg没有定位在第一表面10a上的状态下，超声传感器20可以基于第一参数pm1发送第二超声信号ust2(s104)。例如，第二超声信号ust2可以具有与第一参数pm1对应的频率。
51.测量设备30可以使用从第二超声信号ust2反射的第二超声回波信号usr2和第二参数pm2来计算超声传感器20的参考值(s105)。参考图7，作为示例，示出了第二超声回波信号usr2的压力随时间的变化。这里，横轴上的时间与接收延迟时间对应。
52.在实施方式中，可将参考值设置为基于第二参数pm2的特定时间范围内的第二超声回波信号usr2的最大压力值pmax和最小压力值pmin之间的差。可以基于与第二参数pm2对应的接收延迟时间将特定时间范围确定为与-n波长至 n波长的范围对应的范围，其中n可以是大于0的整数。这里，波长可以是指第二超声回波信号usr2的波长。
53.在实施方式中，可将参考值设置为基于第二参数pm2的特定时间范围内的第二超声回波信号usr2的压力值的中值。
54.图8是使用参考值评估超声传感器的性能的示例的图。
55.参考图4至图7计算的参考值可以是用于确定超声传感器20的均匀性的参考值。例如，参考值越大，超声传感器20的针对每个位置的感测值的偏差越小。例如，当参考值相对大时，超声传感器20的针对每个位置的感测值可以是均匀的。随着感测值的偏差变得更小
(更均匀)，超声传感器20可以表现出相对于接触设备10的提高的性能。
56.参考图8，示出了超声图像usimg的示例。在这种情况下，假设没有模型ffg。因此，理想的超声图像应该没有斑点(例如，没有亮度上的差异)，但是实际的超声图像usimg可能具有斑点(例如，亮度上的一些差异)，这取决于接触设备10的材料、叠层结构、布局等。
57.例如，均匀度指数可如下面的等式1来计算。
58.[等式1]
[0059]
ui＝(bmax-bmin)/ur
[0060]
这里，ui可以是均匀度指数，ur可以是参考值，bmax可以是最大(最亮)亮度，并且bmin可以是最小(最暗)亮度。当bmax和bmin给出为固定值时，均匀度指数ui可以随着参考值ur的增加而降低。小的均匀度指数ui可以意味着接近理想的超声图像，并且表明超声传感器20对接触设备10表现出有效的性能。
[0061]
根据本公开的用于计算超声传感器的参考值的方法和系统可以计算表明超声传感器是否能够相对于显示面板表现出有效的性能的参考值。
[0062]
到此为止提及的附图和上文所述的本公开的详细描述仅仅是对本发明构思的说明。应当理解，本发明构思仅仅是为了说明的目的而公开，而不是要限制如权利要求中所述的本发明的含义或范围。因此，已经参考附图描述了实施方式，本领域的普通技术人员将理解，在不脱离包括所附权利要求的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。