CN102428480B - 改进的压电识别装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

被提供的是一种有第一和第二表面的换能器，包含顺着第一表面沿第一方向被定位并被配置成接地的第一电极线，以及顺着第二表面沿垂直于第一方向的方向被定位的第二电极线。该第二电极线被配置成按交错方式在接收和发射之间切换。

Description

改进的压电识别装置及其应用
技术领域
本发明一般涉及压电识别装置及其应用。
背景技术
生物统计学是一组提供高级安全的技术。指纹采集和辨别是重要的生物统计学技术。执法(law enforcement)、银行业、选举、和其他产业日益依赖作为生物统计学的指纹，以辨别或证实身份。见：Biometrics Explained，v.2.0，G.Roethenbaugh，InternationalComputer Society Assn，Carlisle，Pa，1998，第1-34页(本文引用它的全部内容，供参考)。
检测指纹反射的光学图像的光学指纹扫描器是可以得到的。为了在足够高的分辨率上采集高质量的图像，光学指纹扫描器至少要求光学部件(如透镜)、照明源、和成像摄像机。这些部件使指纹扫描器的整个成本增加。保持对准的机械结构也使制造和维护成本增加。
基于硅的固态换能器也可用于市场出售的扫描器。这种硅换能器测量电容。这种扫描器要求的易碎硅换能器，要在降低它们耐用性的指纹传感电路的数微米之内。要检测滚动的指纹，固态换能器的传感阵列必须有1英寸乘1英寸的面积和约50微米的厚度。这对硅来说是大的几何尺寸，它增大指纹扫描器的基本成本并导致更大的维护费用。在这样大的硅几何尺寸中，耐用性和结构的整体性也很可能难以承受。
需要的是一种廉价的、耐用的有低维护费用的指纹扫描器。还需要的是低成本的生物统计学装置，它能够保护个人和普通民众抵御人体的危险、欺诈、和盗窃(特别在电子商务领域)。
发明内容
如在本文所体现和概括描述，按照本发明的原理，本发明包含一种换能器，它有第一和第二表面，该第一和第二表面包含顺着第一表面沿第一方向被定位并被配置成接地的第一电极线，以及顺着第二表面沿垂直于第一方向的方向被定位的第二电极线。该第二电极线被配置成按交错方式在接收和发射之间切换。
本发明更多的特征和优点，以及本发明各个实施例的结构和操作，将在下面参考附图详细描述。
附图说明
本文引用的并形成说明书一部分的附图，说明本发明并与描述一道，进一步起解释本发明原理的作用，并使有关领域的熟练技术人员能制作和使用本发明，
图1示出按照本发明实施例的一种压电识别装置。
图2示出按照本发明实施例的一种压电元件。
图3示出按照本发明实施例的一行压电元件。
图4示出按照本发明实施例的矩形压电元件的阵列。
图5示出按照本发明实施例的圆形压电元件的阵列。
图6按照本发明实施例，示出各元件之间有填充材料的一行矩形压电元件。
图7A和7B示出按照本发明实施例的传感器阵列。
图8示出图7A的传感器阵列更详细的视图。
图9示出图8的传感器阵列如何被连接到专用集成电路。
图10按照本发明实施例，示出如何把传感器阵列连接到复用器。
图11示出按照本发明实施例的一种识别装置。
图12示出按照本发明实施例的识别装置的电路部件。
图13A按照本发明实施例，示出如何把输入信号施加到图12的传感器阵列和从该传感器阵列接收输出信号。
图13B按照本发明实施例，示出如何控制图13A的切换。
图14示出按照本发明实施例的电压传感电路的例子。
图15按照本发明实施例，示出如何使传感器阵列中串扰最小。
图16是按照本发明实施例的方法的流程图。
图17按照本发明实施例，示出使用识别装置获得生物统计学信息。
图18示出按照本发明实施例的识别装置唤醒电路。
图19按照本发明实施例，示出被指纹谷加载的压电元件的阻抗。
图20按照本发明实施例，示出被指纹脊加载的压电元件的阻抗。
图21按照本发明实施例，示出传感器阵列输入信号。
图22按照本发明实施例，示出传感器阵列输出信号。
图23按照本发明实施例，示出如何使用识别装置获得生物统计学信息。
图24按照本发明实施例，示出如何使用识别装置获得骨头的映射图。
图25按照本发明实施例，示出发射和/或接收声束方向性。
图26按照本发明实施例，示出如何使用识别装置获得动脉血流信息。
图27按照本发明实施例，示出发射声束方向性和接收声束方向性。
图28按照本发明实施例，示出发射和/或接收声束方向性。
图29按照本发明实施例，示出如何使用识别装置获得毛细血管血流信息。
图30按照本发明实施例，示出发射和/或接收声束方向性。
图31是按照本发明实施例的方法的流程图。
图32示出按照本发明实施例的生物统计学装置。
图33示出按照本发明实施例的移动生物统计学装置。
图34示出按照本发明实施例的无线收发信机生物统计学装置。
图35示出图34的无线收发信机生物统计学装置的更详细视图。
图36示出使用图34的无线收发信机生物统计学装置完成电子售卖交易。
图37示出图34的无线收发信机生物统计学装置的各种应用。
图38示出按照本发明实施例的无线收发信机生物统计学装置。
图39是有蓝牙装置与公共服务层耦联的微微网(piconet)例子的图。
图40是交错的发射/接收换能器的图例。
图41是按照本发明实施例构造的单线擦过式指纹传感器阵列的图例。
图42是按照本发明另一个实施例构造的N×M擦过式指纹传感器阵列的图例。
图43是在本发明实施例中进行的柱体阻尼的图例。
图44是按照本发明实施例为双平面成像配置的孔径的图例。
图45是图例，绘出按照本发明实施例的沿水平方向(azimuthaldirection)的线性电子切换扫描。
具体实施方式
目录I.本发明概述  II.按照本发明的装置和系统例子
A.压电陶瓷传感器
B.压电膜传感器
C.传感器阵列地址线
D.识别装置例子
E.复用器例子  III.按照本发明的方法例子
A.阻抗模式
B.衰减/电压模式
C.多普勒频移(Doppler-shift)和回波模式  IV.本发明应用例子
A.生物统计学采集装置
B.移动生物统计学采集装置
C.无线收发信机生物统计学装置
D.电子售卖和/或交易
E.其他无线收发信机生物统计学装置的应用
F.个人区域网应用
G.公共服务层应用
具体实施方式
I.本发明概述
本发明一般涉及压电识别装置及其应用。更准确地说，它涉及用于获得生物统计学数据或信息，诸如指纹的压电装置，并使用获得的信息辨别和/或校验个人的身份。
II.按照本发明的装置和系统例子
图1是按照本发明实施例的压电识别装置100的示意图。识别装置100有压电传感器100、传感器输入信号发生器120、传感器输出信号处理器130、和存储器140。输入信号发生器120产生的输入信号被两个复用器150耦联到传感器110。传感器110的输出信号类似地被两个复用器150耦联到输出信号处理器130。
A.压电陶瓷传感器
传感器110最好是压电陶瓷元件的阵列。例如，传感器110能够包括多晶陶瓷元件的阵列，它们化学上是惰性的且不受潮气及其他大气环境的影响。多晶陶瓷能够被制成有专门需要的物理、化学、和/或压电特征。然而，传感器110不限于包括压电陶瓷元件的阵列。传感器110能够包括，例如，压电膜。极化的含氟聚合物膜，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或它的共聚物，能够被使用。
图2示出有表面210、220、230、和240的单个矩形压电陶瓷元件200的操作特性。当对表面210和220加力时，与所加力成比例的电压在表面210和220之间增大。当上述事件出现时，表面230和240相互离开地运动。当对表面210和220施加电压时，表面230和240彼此相向地运动，而表面210和220相互离开地运动。当对表面210和220施加交变电压时，压电陶瓷元件200以相关领域熟练技术人员周知的方式振荡。
图3示出一行五个矩形压电陶瓷元件200A、200B、200C、200D、和200E。这些矩形压电陶瓷元件200的每一个或整体地被粘附于支承302。支承302禁止每一个矩形压电陶瓷元件200的一个表面的运动。因此，当对压电陶瓷元件200C的表面210和220施加交变电压时，声波在压电陶瓷元件200C的表面210上被产生。产生的声波的频率，依赖于压电陶瓷元件200C的物理特性。
图4示出矩形压电陶瓷元件200的两维阵列400。阵列400能够由锆钛酸铅(PZT)制成。PZT是廉价的材料。在实施例中，阵列400类似医疗应用中使用的PZT 1-3合成物。按照本发明的传感器110的压电陶瓷元件，能够有不同于矩形的形状。如图5所示，传感器110能够包括圆形压电陶瓷元件的阵列500。
在优选的实施例中，阵列400包括40微米的正方形乘100微米深的矩形压电陶瓷元件，由此产生20MHz基频声波。该实施例中，元件之间使用10微米的间隔，以便给出50微米的元件之间的间距。50微米的间距使按照本发明的识别装置能满足联邦调查局对指纹的质量标准。本发明的其他实施例使用不同于该优选实施例的几何尺寸。例如，大于50微米的间距能够被使用。其他实施例还操作在不同于20MHz的频率上。例如，一些实施例除别的频率外，能够操作在30MHz和40MHz的频率上。
如图6所示，按照本发明的传感器阵列的元件之间的间隔，能够用柔性型材料或填充物602填充，以抑制任何切变波并给予传感器改进的机械特性。微球604能够被添加到填充物602(如乙烯基微球)，以降低重量和/或增加切变波的抑制。为了使识别装置的信噪比和装置的灵敏度最佳化，提供高声学衰减和电绝缘的填充物(如，填充乙烯基微球的充有空气的环氧类树脂)可以被使用。
已有至少四种用于生产阵列400的制作方法。这些方法包含：激光切削、切割、模制和丝网印刷。激光切削涉及使用准分子激光器以切削小槽，从而形成阵列400的元件。切割涉及使用高性能切割装备以形成槽和阵列400的元件。模制涉及使用注入模制装备以形成阵列400。丝网印刷是类似于在印刷电路板组件中的阻焊印刷，这里高度自动化的丝网印刷机器与激光切削型板相适应。该方法特别适用于生产20MHz声波元件，因为陶瓷元件只有100微米厚。该方法涉及生产适当稠度的陶瓷浆，且有不要求表面研磨的优点，而用模制方法是可能要求的。
图7A按照本发明的优选实施例，示出包括矩形压电陶瓷元件的传感器阵列700。传感器阵列700是多层结构，它包含矩形压电陶瓷元件200的两维阵列，类似于阵列400。导体(诸如导体706和708)被连接到每一矩形压电陶瓷元件200。与每一元件200的一端连接的导体(如导体706)，相对于与每一元件200的另一端连接的导体(如导体708)垂直地取向。防护层702能够被添加到一侧，以便在手指能够贴近传感器阵列700放置的地方提供保护涂层。支承704能够被粘接到传感器阵列的相反端。传感器阵列700在下面更详细地描述。
B.压电膜传感器
图7B按照本发明实施例，示出包括压电膜(压电的膜)的传感器阵列750。图7B是传感器阵列750的横截面图。传感器阵列750是多层结构，它包含被两个导体网格754和756夹在中间的压电层752。导体网格754和756各由平行导电线的行组成。最好是，网格754的线相对于网格756的线垂直地取向(就是说，分别沿x和y方向)。这一取向在压电膜中建立多个个别地可寻址区或元件。如在本文所使用，术语元件是指能够使用平行导电线的行(导体)，或者是个别地或者作为较大区的一部分被寻址的传感器阵列的任一区。压电聚合物膜传感器在Piezo Film Sensor：Technical Manual中被进一步描述，可从Measurement Specialities，Inc.Norristown，Pa.，Apr.2，1999REVB得到(本文引用它的全部内容，供参考)。
防护层758能够被添加到手指放置的一侧，以提供保护涂层。泡沫基底760能够被用作支承。如图7B所示，传感器阵列750的多个层顺一个方向(如z方向)被堆叠。
在实施例中，压电层752是极化的含氟聚合物膜，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或它的共聚物。导体网格754和756是被印刷在PVDF膜752的相反两侧上的银墨电极。防护层758由氨基甲酸乙酯或其他塑料制成。泡沫基底760由TEFLON制成。粘合剂762、764把防护层758和泡沫基底760固定在印刷的PVDF膜752的相反两侧，如图7B所示。
在实施例中，包含印刷的电极的PVDF膜，能够像标签那样被剥去，以便易于替换。如图7B所示，传感器阵列750能够用粘合剂766安装到蜡纸或其他材料(未画出)上，以便易于剥去。这样允许压电传感器简单地和容易地以最小费用被安装和/或被替换。与光学的和硅的技术比较，压电传感器阵列750的维护是轻而易举的。
C.传感器阵列地址线
图8示出传感器阵列700的更详细视图。如上所述，传感器阵列700包括有填充物602的压电陶瓷元件。填充物602最好含有微球604。于是，该结构被夹在数层之间。该中央合成物层是能够用于，例如把指纹的机械阻抗映射成电阻抗值的矩阵的有效结构。
传感器阵列700的每一矩形压电陶瓷元件200，被连接到两根电极线(如导体706和708)。传感器阵列700一端上的电极线的走向垂直于传感器阵列700相反端上的电极线。这样，该阵列的任一单个元件200能够通过选择与之连接的两根电极线而被寻址。电极线最好用真空淀积和光刻建立，且它们经由下述互联技术被连接到开关电子装置。
在一组电极线的上部是保护层702。保护层702最好由氨基甲酸乙酯制成。该保护层旨在在传感器操作期间与手指接触。
支承704或支撑层作为每一矩形压电陶瓷元件200的背面声学阻抗起作用。在优选实施例中，支承704由TEFLON泡沫制成。为了在加载和卸载时提供元件电阻抗的大的变化，声学阻抗支承704应该与传感器元件材料在声学上失配。要么非常低要么非常高的声学阻抗材料能够被使用。对使用压电陶瓷材料的实施例，较好的阻抗失配能够用空气支撑而不是硬支撑而获得。这是因为传感器有高的声学阻抗。
本文描述的用于构建传感器阵列700的材料，是示例而不企图限制本发明。其他材料能够被使用，如相关领域熟练技术人员所周知的。
图9示出传感器阵列700如何能够被连接到专用集成电路。如本文所描述，传感器阵列700的个别压电陶瓷元件(m，n)，能够通过选择(寻址)传感器阵列700的上部的导体m和传感器阵列700的下部导体n而被寻址。其他导体，特别是用于对已被选择元件邻域中的那些元件寻址的那些导体，要么接地要么断开(高阻抗状态)，为的是降低串扰。被选择元件邻域中的寄生电流，如上面对图6和7A所述，是在机械上通过间隙填充物602被最小化的。因为在一个实施例中，元件之间的间隔(间距)约为50微米，而标准的焊接技术要求约100微米的间距，在传感器阵列700的“东”和“西”的交替行以及“北”和“南”边的交替列，如图9所示，把传感器连接到“外部世界”。如图9所示，这些导体能够是包围ASIC复用器902三个边缘908的“凸块”(“Bump”)技术的终端。在实施例中，ASIC复用器902的边908是约3mm。
在实施例中，ASIC复用器902被连接到高密度板材(high densityflex)906。高密度板材906被连接到环氧树脂基底904。导体能够被形成或粘接于高板材以把阵列的导体耦联到ASIC复用器902。例如，图9所示高密度板材906上的导体把导体708耦联到ASIC复用器902。导体借助凸点焊接(bump soldering)被耦联到ASIC复用器902。非均质胶能够用于把高密度板材906上的导体耦联到传感器阵列的导体708。用于把ASIC复用器902连接或电耦联到传感器阵列700的其他手段，相关领域熟练技术人员是周知的，且按照本发明这些手段也能够被使用。
图10按照本发明实施例，示出如何把传感器阵列1002连接到四个ASIC复用器902。如本文所述，电极线或导体能够被气相淀积在基底902(图10没有画出)两侧，然后蚀刻成需要的图型。在列和行的图型被蚀刻前，基底902应当按类似于医疗换能器方式被极化。
极化的基底被连接到插座或与可用印刷电路板技术兼容的多芯片模块盒。压电陶瓷矩阵或传感器阵列1002能够被空气等效泡沫或氧化铝支撑。或者该支撑被设计成与合成物压电材料在8Mrayl上失配，使任何能量耦合只在例如指纹被扫描的传感器阵列1002的前表面发生。应当指出，图10中在传感器阵列1002的上部和下部的导体，按上述方式被交织，以利于要求约100微米间距的焊接技术。
图11示出按照本发明实施例的一种识别装置1100。在优选实施例中，装置1100有物理上较大的压电陶瓷传感器阵列1102，足以采集没有精确地放置在传感器阵列1102(如约25mm的正方形)上的任何指纹。传感器阵列1102最好在分辨率上遵从CJIS ANSII NIST标准(500点每25.4mm)，且有足以提供256个不同灰度级的像素动态范围。
如图11所示，在实施例中，基底1110被附接到印刷电路板1104。传感器阵列1102的导体被耦联到两块集成电路1106和两块集成电路1108，它们把传感器阵列1102耦联到本文另行描述的其他电路。集成电路1112是无线收发信机，它使本发明实施例作为个人区域网的一部分能与其他装置通信。这种连通性允许本发明实施例把例如标准安全识别和/或授权令牌，提供给需要它或要求它的任何过程或交易。图11所示连接方案，是能够用于实现本发明实施例的另一种连接方案。
上面传感器阵列的描述，是解说性的，并不企图限制本发明。例如，压电层752能够是呈现压电效应的任何材料，包含但不限于：压电聚合物。导体网格706、708、754和756能够是任何导电材料，包含但不限于：金属。同样，其他类型的保护材料能够被用作防护层702和758，这对已知本描述的本领域熟练技术人员，是显而易见的。其他类型的支承作用的材料能够代替支承704或泡沫基底760使用。
D.识别装置例子
图12示出按照本发明实施例的识别装置1200。装置1200包括：输入信号发生器1202、传感器阵列1220、输出信号处理器1240、存储器控制器1260、以及存储器1270。传感器阵列1220分别经过复用器1225A和1225B，被耦联到输入信号发生器1202和输出信号处理器1240。控制器1230控制复用器1225A和1225B的操作。识别装置1200的操作在下面进一步描述。
在实施例中，输入信号发生器1202包括：输入信号发生器或振荡器1204、可变放大器1206、和开关1208。在一个实施例中，振荡器1204产生20MHz信号，该信号被可变放大器1206放大到低的或高的电压(如，约4伏或8伏)，要看装置1200正在操作的模式。开关1208用于提供或者是没有输入信号、脉冲的输入信号，或者是连续波输入信号。开关1208按相关本领域熟练技术人员周知的方式被控制，以产生本文描述的各种类型的输入信号。如图12所示，输入信号发生器1202产生的输入信号，通过复用器1225A被提供给传感器阵列1220，并被提供给控制器1230和输出信号处理器1240。
传感器阵列1220的结构和细节在上面已经解释。在优选实施例中，传感器阵列1220是被设计成以20MHz输入信号操作的矩形元件的压电陶瓷合成物。
E.复用器例子
图13A和13B按照本发明实施例，示出如何把输入信号发生器1202产生的输入信号施加到传感器阵列1220，以及如何从传感器阵列1220接收输出信号。在一个实施例中，传感器阵列1220包括200,000个元件200，被安排成两维阵列(即，500乘400元件阵列)。连接到例如阵列1220下部上的元件行的阵列1220的500个导体，或者一次一个或者按各种分组，必须被连接到输入信号发生器1202，而连接到阵列1220上部上的列的400条线，或者一次一条或者按各种组，必须被连接到例如阻抗计或多普勒电路。该任务是由复用器1225完成的。
在实施例中，复用器1225被合并成四个相同ASIC(见图10)。这四个ASIC包括模拟复用器、放大器、检测电路、和逻辑。在优选实施例中，送至传感器阵列1220的输入信号电压，被限制为小于8伏，这样允许ASIC用3微米的几何尺寸构造，并获得小于5欧姆的开关阻抗。这些ASIC每一个的四个基本部分是：(1)如本文所述的复用器；(2)放大器/自动增益控制器；(3)多普勒检测器；和(4)数字信号处理器(DSP)接口。(2)到(4)项的结构和实施，相关领域熟练技术人员是周知的。
在实施例中，复用器1225包括十七个16:1复用器，由此按选定给出一个输出或16个输出。复用器中每一开关的功能由移位寄存器1302确定，该移位寄存器有272比特长和2比特宽(见图13B)。移位寄存器1302的装入和时钟由控制器1230实施，控制器1230包括计数器和逻辑，这是相关领域熟练技术人员周知的。如图13A所示，传感器阵列1220的导体能够或者被连接到地、信号输入发生器1202，或者它们不被连接(高阻抗)。复用器1225A是为最低的“接通”电阻设计的。复用器1225B把传感器阵列1220一侧的所有(256个)导体，连接到一个或十六个传感节点。两个复用器1225A和1225B都被连接到相同的功能逻辑(即控制器1230)，以便适当传感器元件被选择和用于，例如电压传感。在被选定用于传感的一个元件或一组元件邻域中元件的列和行，能够被切换为接地，以防止耦合或干扰。
图13B按照本发明实施例，示出如何控制复用器1225的开关。如本文所述，被连接到阵列1220的导体的复用器1225的每一开关，能够处于三种状态之一：被接地、被连接到信号输入发生器1202、或断开(高阻抗)。这能够例如用两个CMOS门实现，如图14所示。其后，272比特长乘2比特宽的移位寄存器能够用于控制每一开关的状态。来自控制器1230的比特被移位进入移位寄存器1302，以控制复用器1225的开关的状态。在实施例中，移位寄存器1302被耦联到使用锁存器的复用器1225的开关，因此复用器开关的状态保持不变，直到新比特被移位进入移位寄存器1302。如何实现该实施例，相关领域熟练技术人员是熟悉的。用于实现复用器1225功能的其他手段能够被使用，而不偏离本发明的范围。
图14示出按照本发明实施例的电压检测器1244的例子。相关领域熟练技术人员应当理解，传感器阵列1220每一导体中的电压降，比阵列元件的电压降大，因为被耦联到特定导体的所有元件都从信号源(即输入信号发生器1202)引出。如果每一元件有500欧姆的阻抗，那么400个元件的并联阻抗是1.25欧姆。然而，通过使用第二复用器以测量元件的真实输出电压，这种状况能够得到补偿。如从图14中能够看到，复用器1402能够在复用器1406开关之前，用于移动放大器1404的虚零点。
如本文所解释，孔径的选择、它们在传感器阵列1220中的相对位置、以及计划同时操作的孔径数量，都将影响复用器1225的逻辑的复杂性。因此，在优选实施例中，该逻辑用DSP实施。装置1200的操作模式，能够用模式开关根据上述四个相同的ASIC而被选择。这些模式开关能够用于操作开关1250(见图12)，以便把复用器1225B的输出引导到输出信号发生器1240的适当检测器。
阻抗检测器1242、信号传播时间检测器1246、以及多普勒频移检测器1248的操作，在下面描述。实施这些检测器功能的电路，已知本文中对它们的描述的相关领域熟练技术人员，是熟悉的。
输出信号处理器1240的输出是生物统计学数据。该数据能够用存储器控制器1260存储在存储器1270中。图21是按照本发明实施例的方法的流程图。该生物统计学数据的使用在下面描述。
图15按照本发明实施例，示出用于增加扫描速度和使传感器阵列1500中串扰最小的手段。如在图15所见，多个元件能够是同时有效的，而用于使串扰最小的第一手段，是把阵列1500的有效的元件在地区上分开。如本文所解释，动态接地方案(即，把有效的元件1502邻域中的元件1504耦联到地)能够被使用，该方案在有效的元件1502跨越传感器阵列1500扫描时，与有效元件1502一起移动。这样降低与地的电容耦合和电串扰，同时对所有传感频率保持法拉第笼(Faraday Cage)。此外，间隙的填充物能够被使用以降低串扰，从而降低被选定元件1502邻域中的寄生电流。阵列1500的其他元件，如元件1506，被连接到被断开的导体。
III.本发明实施例的方法例子
图16是按照本发明实施例的方法1600的流程图。方法1600包括两个步骤1610和1620。在步骤1610中，生物学物体，例如手指或手，被贴近压电陶瓷阵列放置。在步骤1620中，从传感器阵列获得输出。如在下面的解释，获得的输出被处理，以获得能够用于辨别或证实人的身份的生物统计学数据，该人的例如手指或手，被贴近传感器阵列放置。步骤1610和1620的每一步，下面还就上述装置1200的各种操作模式进一步描述。
如本文所述，识别装置1200按与要获得的生物统计学数据有关的不同的模式操作。能够用装置1200获得的生物统计学数据包含：指纹、骨头映射图、动脉血流、和/或毛细血管血流。
图17按照本发明实施例，示出使用识别装置1200获得手指指纹。如在图17中所见，手指1702被贴近装置1200的传感器阵列1220放置。在优选实施例中，传感器阵列1220类似于压电陶瓷传感器阵列700。
手指1702的两个指纹脊1704与保护防护层702直接接触。手指1702的指纹谷(即凹槽)1706没有与保护防护层702直接接触。如在图17中能够看见，在相邻的指纹脊1704之间大约有六个压电陶瓷元件200。
开始，装置1200处于功率节省模式。在装置1200的移动型式中，该模式对延长电池寿命特别有用。当手指1702对传感器阵列1220加力时，唤醒电路1800(见图18)操作，以便把装置1200接通。
唤醒电路1800包括电容器1802、二极管1804、和开关1806。当手指1702对压电陶瓷元件200加力时，电压借助元件使电容器1802累积电荷而升高。当足够的电荷已经被累积时，这样产生的电压导致开关1806被接通。电压源1808用于一旦开关1806被接通时向装置1200供电。功率将继续向装置1200供应，直到用断开电路使电容器1802放电(放电电阻没有画出)。
在装置1200唤醒后，装置1200能够按或者阻抗检测模式或者衰减模式(电压模式)操作，以便从传感器阵列1220获得输出，该输出被处理以获得手指1702的指纹。这些模式的每一个在下面解释。
压电传感器200的元件的输出能够被求和，以确定手指与装置的接触点的重心。手指横过装置的任何运动由此能够被传感，而传感器200能够被用作指针装置。例如，手指与压电传感器200接触的重心，能够在互联的监视装置上指出。传感器元件的总和也能够用于确定用户是否正在以太轻或太重的力按压，并把结果反馈给用户。
图18所示实施例也能够被用作在互联的监视装置上作出选择的开关。例如，如果模数转换器(未画出)被耦联到电容器1802，电容器1802两端的电压被转换为数字信号，该数字信号能够被用户交互地用于作出选择。随着用户改变加于传感器200的压力，电容器1802两端的电压将改变。模数转换器把该时间变化的电压，例如转换为00000000(基数2)到11111111(基数2)之间的一系列数字。模数转换器的输出周期地被抽样并用于作出和/或指示某一选择(如，该数字能够被输入到处理器，并用于作出和/或指示特定的选择)。监视装置上的图形用户接口，根据加于传感器200的压力，向用户提供反馈并向用户指出，哪一个可能选择正在被用户选择。要改变选择，用户简单地向传感器200施加要么更大要么更小的压力。
A.阻抗模式
图19按照本发明实施例，示出被指纹谷1706加载的单个压电陶瓷元件200的阻抗。在约19.8MHz的频率上，被指纹谷加载的元件200的阻抗，约为800欧姆。在20.2MHz的频率上，该阻抗约为80,000欧姆。在20MHz的频率上，该阻抗约为40,000欧姆。能够看到，当把图19与图20比较时，以指纹谷加载的元件200的绝对阻抗，和以指纹谷加载的元件200的阻抗随频率的变化两者，显著不同于以指纹脊加载的元件200的该两者。该差别能够用于从传感器阵列1220获得输出，该输出能够被输出信号处理器1240处理以产生指纹数据。
图20按照本发明实施例，示出被指纹脊1704加载的单个压电陶瓷元件200的阻抗。在图20中能够看到，在约19.8MHz的频率上，被指纹脊加载的元件200的阻抗，约为2,000欧姆。在20.2MHz的频率上，该阻抗约为40,000欧姆。在20MHz的频率上，该阻抗约为20,000欧姆。由此，以指纹脊加载的元件200的绝对阻抗，和以指纹脊加载的元件200的阻抗随频率的变化两者，显著不同于以指纹谷加载的元件200的该两者。
当按阻抗模式操作时，识别装置1200确定元件200的绝对阻抗和/或元件200的阻抗随频率的变化，以确定给定的元件200是被指纹脊1704加载还是被指纹谷(凹槽)1706加载。为获得元件200的阻抗的测量，输入信号发生器1202被用于产生低电压脉冲，该低电压脉冲用复用器1225A输入到传感器阵列1220的元件。在复用器1225B上获得的输出信号，与阵列1220的元件200的绝对阻抗有关。这些输出信号被开关1250路由至阻抗检测器1242，以确定阵列1220的元件的绝对阻抗的测量。为获得指纹，只需阻抗检测器1242能确定给定的元件200是被指纹脊加载还是被指纹谷加载。特定元件200是被指纹脊还是指纹谷加载的这些确定，能够用于产生代表手指1702的指纹的像素数据。该指纹被存储在存储器1270中。该指纹还能够被发送到其他装置，如下所述。
如果手指1702的指纹被用两个不同输入信号频率扫描两次，则元件200的阻抗随频率的变化能够被计算。如本文已经描述的，元件200的阻抗随频率的变化的差别，取决于元件200是被指纹脊还是指纹谷加载。如在图12中能够看到的，输入信号发生器1202产生的输入信号，被传送到输出信号处理器1240。由此，输出处理器1240能够确定被输入到传感器阵列1220的信号的频率和电压两者。
阻抗检测器电路(未画出)能够用运算放大器(op amp)实施。复用器1225B的输出被传送到运算放大器的负端口，而被放大信号在输出端口获得。如相关领域熟练技术人员所周知，运算放大器的正端口被耦联到地，而电阻被置于运算放大器的负端口和输出端口之间。如果输出端口上被放大的电压超过预定阈值电压，被测量的特定元件200是被指纹脊加载。这是由于如下的事实：被指纹脊加载的元件200的绝对阻抗(对给定频率)，约为被指纹谷加载的元件200的阻抗的一半。因此，从被指纹脊加载的元件200向运算放大器提供的输出信号电压，约为从被指纹谷加载的元件200向运算放大器提供的输出信号的电压的两倍。
B.衰减/电压模式
如上面的陈述，装置1200还能够按衰减或电压模式操作，以获得手指1702的指纹。该操作模式无论传感器阵列1220是压电陶瓷阵列(如阵列700)还是压电膜阵列(如阵列500)都可用。装置1200的衰减模式，所根据的原理是，由指纹脊1704加载而给予元件200的能量能够被传递给手指1702，而由指纹谷1706加载而给予元件200的能量不能够被传递给手指1702。
在衰减模式中，输入信号发生器1202产生的高电压脉冲信号，用复用器1225A提供给传感器阵列1220的元件。图21示出一个周期的输入脉冲。然而，输入信号通常比一个周期更长。在实施例中，输入信号是约十个周期长。这些输入信号引起阵列元件振动，并产生声波。这些声波能够从元件通过防护层传播到元件之上的指纹脊1704。这些声波能够传送进入指纹脊1704，因为防护层的声阻抗与手指1702的声阻抗匹配。没有由指纹脊1704和防护层之间的界面形成的对该声波的声学壁垒。由指纹脊1704加载的给予元件200的能量而由此被耗散。在被指纹谷加载的情形中，给予元件的能量依旧束缚在元件中更长的时间周期。这是因为指纹谷中的空气起声学壁垒的作用。
在许多周期之后，从阵列获得的输出信号的电压被确定并处理，以获得手指1702的指纹。图22示出输出信号的例子。在实施例中，因为由指纹脊1704加载而给予元件的能量，比由指纹谷1706加载而给予元件的能量耗散得更快，所以从被指纹脊1704加载的元件获得的输出信号电压，仅约为输入信号电压的1/10。在该实施例中，从被指纹谷1706加载的元件获得的输出信号电压，约为输入信号电压的1/2。这一电压差异能够被电压检测器1244检测并处理，以产生手指1702的指纹。实现电压检测器1244的手段已在上面描述。其他手段是相关领域熟练技术人员周知的。
C.多普勒频移和回波模式
识别装置1200能够按至少两种其他模式操作。这些模式是信号传播时间(回波)模式和多普勒频移模式(doppler shift mode)。回波模式还能够被称为成像模式。这些模式被用于获得诸如骨头映射图、动脉-静脉映射图、动脉血流、和毛细血管血流的生物统计学数据，如下面所描述。这些生物统计学和/或其他的组合，也能够被获得。例如，动脉血流对毛细血管血流之比，能够被获得并用于指示主体的激动状态或平静。
图23按照本发明实施例，示出如何能够使用按回波或多普勒频移操作模式的识别装置1200，以获得生物统计学信息。如本文所描述，高电压信号能够被输入到传感器阵列1220的元件以产生声波。这些声波通过手指1702传播并被手指1702的各种特征反射，诸如被手指1702的骨头、手指1702的指甲、或手指1702中的血流反射。
图24按照本发明实施例，示出如何使用识别装置1200获得三维骨头映射图。为产生手指1702的骨头2402的映射图，装置1200按它的回波模式操作。从皮肤表面传播进手指1702中的声波，将从骨头2402的骨头结构被反射。该结构能够从它引起的大的回波振幅被识别。因为回波传播时间是传感器到骨头距离的测量，所以骨头2402形状的三维映射图能够被获得。
为获得骨头2402的映射图，高电压脉冲输入信号由输入信号发生器1202产生，并被提供给阵列1220的元件。该输入信号使元件产生传播进手指1702中的声波。如图24所示，只有阵列1220的某些元件200在任何给定时间有效地产生声波。按照本发明，并如本文所述，有效声波发射和接收孔径，被用控制器1230和复用器1225配置成跨越传感器阵列1220并在其上移动(扫描)。产生的声波传播通过手指1702，并被骨头2402的结构反射。这些反射的声波其后被接收孔径检测。声波的传播时间被装置1200的检测器1246获得并被用于检测骨头结构是否被定位在离阵列1220的各种距离上。如相关领域熟练技术人员所周知，该操作模式类似于雷达如何操作。
声波波长和选定的孔径，定义发射和接收声束形状。各种孔径大小和声束方向性，能够按照本发明形成。图25按照本发明实施例，示出能够用于获得骨头2402的骨头映射图的声束方向性例子。其他的声束也能够被使用。
图26按照本发明实施例，示出如何使用识别装置1200获得动脉血流信息。手指1702的动脉2602和毛细血管2604被展示。如在图26中所见，动脉血流平行于传感器阵列1220的表面。
动脉血流数据是在装置1200按多普勒频移模式操作时，从装置1200获得的。要接收从流进动脉2602的红血细胞向后散射的多普勒频移信号，传感器阵列1220的发射和接收方向性声束的图型，必须形成一个或多个重叠的体积2606。
图27按照形成重叠体积2606的本发明实施例，示出发射孔径2610A和接收孔径2610B。一种建立发射孔径2610A和接收孔径2610B的方案，是使孔径小于约六个波长的正方形(如，300微米或在一边上六个元件)，且按两个波长(600微米)的间距隔开。这些孔径以约30度建立侧声束或光栅瓣，并在适合用于检测动脉血流的深度上形成重叠区2606。图28按照本发明实施例，示出由这种孔径形成的发射和/或接收声束。其他孔径也能够被使用。光栅瓣能够以其被建立的角度，受孔径之间间距与产生的声波波长之间的比控制，如已知本文描述的相关领域熟练技术人员所周知。
如在图26和27中所见，孔径2610A产生的声学能量，被动脉2602中流动的血液细胞散射并在孔径2610B被接收。向构成孔径2610A的阵列1220的元件提供的输入信号，是高电压的连续波信号。该输入信号也作为多普勒频移检测器1248的参考信号提供给输出信号处理器1240。该输入或参考信号被多普勒频移检测器1248与从孔径2610B接收的输出信号混合，以获得多普勒频移信息。用于实现多普勒频移检测器1248的电路，相关领域是熟知的，因此这里不再重述。
图29按照本发明实施例，示出如何使用识别装置1200获得毛细血管血流信息。如在图29中所见，毛细血管血流是沿垂直于传感器阵列1220表面的方向。要把毛细血管血流与动脉血流分开，九个元件(3乘3，150微米的正方形)的多个孔径能够被选定。该孔径将建立灵敏度的非常小而封闭的区域，该孔径能够在传感器1220的许多部分中同时被复制。该孔径的灵敏度，能够通过把多个孔径的多普勒信号加在一起而被增大。该灵敏度孔径被聚焦在最接近阵列1220表面的手指1702的第一个半毫米中。图30按照本发明实施例，示出能够用于检测毛细血管血流的发射和/或接收声束方向性。
当使用装置1200检测血流时，使用脉冲多普勒实施例的优点是，有同一孔径执行发射和接收两种功能。此外，通过选通接收的信号，只有从轮廓分明的样本体积得到的向后散射的信息被分析，以获得血流图型。
图31是使用装置1200获得生物统计学数据的更详细方法3100的流程图。方法3100参照有压电膜传感器阵列的装置1200的特定实施例描述。
在步骤3102，装置1200被唤醒，而压电膜传感器阵列1220被切换到检测初始像素或一组像素。控制器1230切换复用器1225A和1225B到指定的初始像素或一组像素。在一个例子中，压电膜传感器阵列1220是512乘512像素阵列。复用器1225A和1225B，各被用于在被检测的初始像素或一组像素的指定地址上寻址和/或选择特定网格线(导体)。
在步骤3104，输入信号被施加于压电膜阵列1220。脉冲按一个30MHz周期被施加。振荡器1204产生30MHz的振荡信号。复用器1225A把该输入脉冲转发到初始像素或一组像素。该输入信号还被送至控制器1230和输出信号处理器1240。
在步骤3106，输出信号从压电膜阵列1220被获得。输出信号处理器1240在检测该像素上的信号之前，等待许多周期。例如，响应从输入信号发生器1202发送的信号，输出信号处理器1240在该输入脉冲被加于该像素(或一组像素)之后，等待许多周期。在步骤3108，当等待结束时，电压例如用电压检测器1244评估。
例如，一个30MHz周期对应于约33纳秒。该等待能够接近5个周期或150纳秒。其他的等待持续时间(如，更多或更少数量的周期)能够被使用，要看振荡器频率和/或其他设计考虑。如上所述，由于存在指纹脊，该等待允许振铃振荡(ring down oscillation)出现，以响应在该像素上被施加的电脉冲。
在步骤3108，被滤波的电压由输出信号处理器1240评估，而代表被检测电压的灰度级或二进制像素值被输出(步骤3110)。滤波器电路(未画出)是带通滤波器，它对输出电压滤波，以便在围绕约30MHz频率为中心的通带中检测输出电压信号。该灰度级或二进制像素值被输出到存储器控制器1260，供存储在图像存储器1270中。在一个例子中，该输出的灰度级或二进制像素值，被存储在图像存储器1270中与该被检测像素对应的地址中。
在步骤3112，为确定扫描是否完成，要进行校验。换句话说，进行校验是为确定500乘400的传感器阵列1220中是否每一像素已经被扫描，以及对应的输出值是否已经存储和累积在图像存储器1270中。如果扫描完成，则程序结束。然后，信号或其他指示能够被产生，并从装置1200输出，以指示例如指纹图像已经成功被采集。如果扫描没有完成，则压电膜传感器阵列1220被切换到检测下一个像素或下一组像素(步骤3114)。控制然后返回到在下一个像素或下一组像素上执行步骤3104到3112。
如上所述，压电膜传感器阵列1220能够被复用器1225A和1225B切换，以检测单个像素或一组像素上的电压值。一般说来，用于扫描像素的任何图型能够被使用。例如，像素的光栅扫描能够被执行。像素能够被逐行或逐列扫描。
在一个优选例子中，当多组像素在给定瞬间被读出时，像素组中的每一像素被分开预定的距离。这样，来自邻域像素中振铃振荡的干扰作用被最小化或避免。在一个例子中，以给定周期被检测的像素，被分开至少8个像素的最小距离。这样，相邻像素之间的任何振铃振荡被显著衰减。
IV.本发明应用例子
A.生物统计学采集装置
图32示出按照本发明实施例的生物统计学装置3202。装置3202有按照本发明的传感器阵列3204。装置3202特别适合用于获得和存储按照本发明的指纹数据。装置3202预计例如供执法的职员使用。
B.移动生物统计学采集装置
图33示出按照本发明实施例的移动生物统计学装置3300。装置3300在该装置的一端有按照本发明的传感器阵列3302，而在相反端有手柄3306。该装置的电路被定位在装置的部分3304中。装置3300靠电池操作。装置3300也预计例如供执法部门的职员使用。
C.无线收发信机生物统计学装置
图34示出按照本发明实施例的无线收发信机生物统计学装置3400。装置3400是预计供普通民众使用的例如电子签名装置。按照本发明，装置3400有传感器3402，用于获得生物统计学数据，诸如指纹。装置3400还被展示出有三个指示器灯3404，用于向用户传递信息。
图35示出无线收发信机生物统计学装置3400的更详细视图。如在图35中能够看到，传感器3402由电池3504供电。装置3400有能够用于向或从其他装置发送信息或接收信息的天线3502。装置3400能够被做成与蓝牙无线技术兼容。钥匙圈3506能够被附着于装置3400。如图36和37所示，装置3400有多种可能的用途。
D.电子售卖和/或交易
图36示出使用无线收发信机生物统计学装置3400完成电子售卖交易。在交易的步骤1，装置3400用于获得需要购买的个人的指纹。然后，装置3400把该指纹发送到与现金出纳机3602耦联的装置(步骤2)，该被耦联的装置把指纹发送到第三方验证服务3604(步骤3)。第三方验证服务使用接收的指纹，通过把接收的指纹与存储在数据库的指纹数据匹配，以验证购买者的身份(步骤4)。购买者的身份于是能够被发送到现金出纳机3602(步骤5)和信用卡服务3606(步骤6)。信用卡服务使用来自第三方验证服务的数据，以证实从现金出纳机3602接收的售卖信息(步骤7)，并阻止信用卡的未授权的使用。一旦现金出纳机3602收到购买者的身份验证和购买者被授权使用的信用卡服务的验证，现金出纳机3602能够通知装置3400发送信用卡号码(步骤8)。其后，现金出纳机3602能够把信用卡号码发送到信用卡服务3606(步骤9)，该信用卡服务3606于是把款项转移到卖方银行账户(步骤10)，以完成售卖交易。这些步骤是装置3400如何能够被用作电子签名装置的示例，但不企图限制本发明。
E.其他无线收发信机生物统计学装置的应用
图37示出无线收发信机生物统计学装置3400十分适合的其他应用。例如，装置3400能够用于：大厦进入控制；执法；电子商务；金融交易安全；跟踪雇员时间和出勤；控制进入法律的、个人的、和/或医疗的记录；运输安全；电子邮件签名；控制信用卡和ATM卡的使用；文件安全；计算机网络的安全；报警控制；以及个人的识别、辨别和验证。这些只不过是具体到装置3400许多有用的应用中的几个，而本发明是普遍的。装置3400和本发明的另外的应用，对已知本发明的本文描述的本领域熟练技术人员，是显而易见的。
F.个人区域网应用
如本文所描述，本发明实施例能与作为微微网一部分的其他装置互作用。图38示出按照本发明的无线收发信机生物统计学装置3800的一个实施例。装置3800包括：与上述装置1200类似的生物统计学装置、DSP芯片3802、蓝牙芯片3804、显示器3806、以及电池3808。如上所述，装置1200有按照本发明的压电陶瓷传感器阵列700和四个复用器1225。
生物统计学装置1200被耦联到DSP 3802。DSP 3802控制装置1200和存储生物统计学数据。DSP 3802还被耦联到用于发送和接收数据的蓝牙芯片3804。显示器3806用于向装置3800的用户传递信息。装置3800由电池3808供电。如相关领域熟练技术人员所周知，蓝牙是一种协定，该协定支持短程无线通信技术的协议和硬件。本发明不限于只实施蓝牙技术。其他的无线协议和硬件也能够被使用。
无线收发信机生物统计学装置3800使个人能在装置3800的约30英尺内与兼容装置通信。装置3800能够连接到例如：电话、蜂窝电话、个人计算机、打印机、气泵、现金出纳机、自动出纳机(ATM机)、门锁、汽车、等等。因为装置3800能够连接到微微网，或叫pico net内任何兼容的装置并与之交换信息或数据，所以装置3800能向任何装置输送标准化的安全识别或授权令牌，或用于必需它或要求它的任何过程或交易。
G.公共服务层应用
本发明提供一种在蓝牙叠层中高层的“公共服务层”(PSL)。对在通信上相互耦联的蓝牙装置，该PSL层使识别和进入控制合理化。在实施例中，PSL层根据指纹扫描器提供的指纹生物统计学信号，支持授权和识别。在一个例子中，无线收发信机生物统计学装置3800能够与包含蓝牙协议叠层的蓝牙模块一道使用，以提供指纹生物统计学信号。如见Jennifer Bray和Charles Sturman，在蓝牙.TM.Connectwithout Cables，Prentice-Hall，Upper Saddle River，N.J.2001(本文引用全书内容，供参考)中及Brent Miller和Chatschik Bisdikian在蓝牙Revealed，Prentice-Hall，Upper Saddle River，N.J.2001(本文引用全书内容，供参考)中对蓝牙模块、协议叠层、和依从装置的说明。
在实施例中，PSL层的功能由协议(亦称规范)定义。PSL层在微微网中解释来自装置的简单的请求，并按预定形式以附有能力和能力等级的确认回复。蓝牙设备的供应商能够在本发明的PSL层中添加服务，以增强他们产品的特征。
PSL层在大多数情形中，对装置的正常功能透明地起作用，直到请求该装置支持的功能组中一种功能的PSL请求被广播。一种支持重复广播未被满足的请求的最低等级在扩大的分散网帮助下，最终找到有被请求功能的装置。这样，在请求的装置范围以外的其他装置能够被联络，以满足该PSL请求。
图39是按照本发明把蓝牙装置3910、3920耦联的微微网3900例子的图。装置蓝牙是有公共服务层和蓝牙叠层或芯片组的指纹扫描器。公共服务层能够支持授权和识别。装置3920是任何蓝牙设备。装置3920包含PSL层和蓝牙叠层或芯片组。微微网3900能够包含在微微网的区域内、在分散网(scatter net)内的任何数量的蓝牙装置、或者通过其他通信链路把任何数量的蓝牙装置耦联到微微网。
完成某项任务可能要求许多功能在分布的蓝牙设备丛间协调地执行。用户可能必须购买并安装足够的设备以覆盖任务中所有功能。PSL方案能够使效率和费用节省，因为设备可以在用户之间共享，且在一些情形中提供多种用途。
PSL层操作的一个例子，是人体进入控制。无线收发信机生物统计学装置3902的PSL层发送或广播一个或多个请求进入的信号。PSL层中这种请求进入的信号，能够包含提取/匹配/进入，和代表从安保边界(secured perimeter)之外经由蓝牙检测的指纹数据的请求。有蓝牙在安保区域内的台式PC中的PSL层，从无线收发信机生物统计学装置3902接收该提取/匹配/进入的请求，并与可能存储在服务器中的个人数据库匹配指纹数据，和向大门发送进入许可。其后，蓝牙门锁打开，任务被完成。
被示出的节省有：使用供其他目的使用的台式PC、执行进入控制功能、时间和出勤、个人跟踪和安保。唯一的专用硬件是蓝牙门锁，而PC和无线收发信机生物统计学装置3800用于其他任务。安装费用是极少的，方便的记录保持，且数据库管理也是极小的。涉及该任务的三个设备可以从不同的供应商购买，只要告诉供应商PSL标准。指纹提取/匹配/进入的功能，可以是图型、细节、局部的或中枢的或甚至在任何时间为更高的安全和方便等等而改变，并不影响门锁或无线收发信机生物统计学装置3800。诸如灯、空调、电话的关闭或接通，需要时全部都可以添加到该任务中。
节省方面的另一个优点是更新换代。装配有蓝牙门锁、蓝牙空调、蓝牙烟雾检测器、蓝牙照明等等的大厦，可以用生物统计学控制进行更新，无需安装费用。
诸如烟雾报警和灯具等设备，能够用作报警和把微微网扩展成分散网，该分散网将填补公园、花园、停车场中的空白，在远程区域中为安全性增加一种门卫功能。
电话可以与蓝牙PSL功能一起销售，意思是，它们如果收到紧急事件代码，能够拨打911。蓝牙PSL可以使功能被编程为拨打私人紧急事件服务的特定号码。
协议可以被定义成在FIFO中的登录事件，这样失效的报警可以被跟踪并被最小化。
在一个实施例中，PSL规范可以有如下被标识的单元。
十进制文档系统被包含。对某一功能的请求被广播，该功能能够以十进制数那样明确地置于请求中。这样，如果装置如预期那样可用，制造商能够在他的装置丛中保持该任务。如果请求没有被所要求的准确功能号码(FN)服务，则分散网中下一个最接近的FN被使用。FN的簇围绕扩大的区域被使用。
例如，灯具能够有551.263的FN，它表示，500是公用设施(facilityutility)、550是灯、551是插销、551.2是台灯、551.26是卤素低压灯、551.263是由个人或公司自制的(不排他的)。对接通551.263的这种特定功能的请求，可以由557.789的墙壁的霓虹灯服务，因为这是在此时所有可用的服务且是数字上最接近的号码，尽管限于55X照明的一组号码。FN 551.26能够在PSL规范中被定义，其后的数字供制造商使用且可以被登记。这样，照明制造商可以为PC提供精心安排视觉效果的软件。
请求装置或PSL管理器(微微网主装置)可以在分散网中仲裁，使请求和功能匹配。
PSL还能够定义功能如何被分配的结构。FN允许人们以最小的努力与门锁供应商协商。PSL还给予其他设备的制造商对其中无线收发信机生物统计学装置3800可以发挥关键作用的任务实施方案的洞察力。
在一个例子中，PSL中的功能号码按请求和功能适应性被分组，如：
100紧急事件
200通信
300安全
400位置上的
500公用设施
600娱乐
700计算和信息
800运输
900杂项
在一个例子中，子功能组被定义如下：
210因特网连接(用于传递凭证到局域DB)
310经由PIN的个人识别
311经由签名的个人识别
312经由指纹的个人识别
313经由声音的个人识别
314经由面孔的个人识别
315经由眼睛的个人识别
342指纹特征提取匹配
520门锁
550照明
请求和事件也能够在PSL规范中使用。
断开/接通/更多/更小是普适的请求。用户特定请求将不在规范中。诸如ACK、NAC的事件，也能够添加到PSL规范中。
请求和确认的协议或结构，包含如下按分组被广播的特征。
(a)PSL指示该分组是PSL功能请求。
(b)FUNCTION NUMBER(功能号码)指示被请求的功能。
(c)REQUE指示要执行的操作(断开/接通，锁住/开锁)。
(d)KEYS(钥匙)证实分组的权利。
(e)PAYLOAD(有效负载)数据，如果可应用的话
PSL规范能够但不一定必需重复加密、误差校验等等的蓝牙结构。
下面一系列例子足以说明PSL层在真实世界的诸多应用：
救命，我摔倒了，我不能站起来。
a)我压下我的蓝牙报警按钮，紧急事件服务被请求。
b)分散网中的PC连接到万维网并执行呼叫合同服务供应方(等级一(推荐等级)蓝牙服务)，或者此外或者在失效时，下一等级出现。
c)电话以蓝牙呼叫911或有被记录消息的服务提供方(等级二的蓝牙服务)，或者在失效时，下一等级出现。
d)用蓝牙的火灾报警启动(等级三，非推荐，但它是可应用的蓝牙服务)，或者在失效时，下一等级出现。
e)烟雾检测器启动，是音频报警，希望吸引注意(等级四，非推荐，但它是可应用的蓝牙服务)
f)分散网内的汽车启动它的喇叭并闪烁它的灯，报警有人处于紧急情况。(等级五，非推荐，但它是可应用的蓝牙服务)
我希望进入我的办公室。
a)我压下我的无线收发信机生物统计学装置3800。
b)无线收发信机生物统计学装置3800请求和协商来自PC的指纹识别功能，该PC有连接到办公室服务器的蓝牙。
c)然后，服务器授权带有蓝牙的门锁松开锁闩。
我希望通过空港
a)行李以非名誉ID经由柜台(kiosk)登记
b)以ID在柜台(kiosk)分派座位和登机卡(gate pass)
c)以ID索取行李
电视节目可以广播到蓝牙TV，后者将对蓝牙家庭增加效果，有助于Friday the 13th的未来版本。
我希望进行基于保证金的大宗贸易。
a)我经由连到我的PC的无线收发信机生物统计学装置3800，验证我的身份
b)PC请求附加的GPS定位，以登录贸易验证。
用途的其他例子，对已知本发明本文描述的相关领域熟练技术人员，将是显而易见的。按照本发明的公共服务层，能够与任何无线收发信机生物统计学装置一道使用，这些装置包含任何类型指纹扫描器。例如，能够被使用的指纹扫描器包含，但不限于，基于硅的指纹扫描器，光学指纹扫描器，压电指纹扫描器，压电膜指纹扫描器和压电陶瓷指纹扫描器。
图40是交错发射/接收换能器4000的图例，它能形成图27所示的发射孔径2610A和接收孔径2610B。图40仅仅是孔径2610B的示例性实施例。在图40中，发射/接收孔径阵列4000包含：在换能器子结构4006上侧的有效接收子孔径线4002和有效发射子孔径线4004。接地电极4008被形成在换能器结构4006的下侧。
操作期间，有效的接收子孔径线4002和有效的发射子孔径线4004被交替开关，以便沿扫描方向4010发射和接收。就是说，在接收期间，接收子孔径线4002按接收模式被激活。在发射期间，发射子孔径线4004按发射模式被激活。交替地开关(即交错)接收子孔径线4002和发射子孔径线4004，确保这些线的每一条被配置成，检测与例如获得毛细血管血流有关的信息的相同体积。
更准确地说，图40所示换能器4000促进几乎同时发射和接收代表血流信息的声波。在常用的使用相同孔径线发射和接收的换能器中，发射和接收之间存在静寂时间。就是说，在换能器发射之后，有数微秒是不能接收的。该静寂时间能够表示高达数毫米的组织深度不能被测量，这最终影响任何测量的精度。
然而，图40的交错发射/接收换能器4000提供的好处，是用单个换能器表面(如，换能器子结构4006的上侧)提供两个分开的换能器。在本发明中，接收子孔径线4002能够立刻接收发射子孔径线4004开始的发射。这是因为由接收子孔径线4002和发射子孔径线4004形成的电通道，被分别专用于接收和发射。所以，图40所示本发明实施例提供接近组织深度成像的优点。
图41是按照本发明实施例构造的单线擦过式指纹传感器阵列4100的图例。图41的单线擦过式指纹传感器阵列4100，包含许多传感器4101，这些传感器能够总计约一千四百个或略少。如本领域熟练技术人员所周知，传统的擦过式传感器阵列，通常包含五万个或更多传感器。传感器阵列4100是靠用户把生物统计学手指(digit)，诸如手指，从传感器阵列4100的一侧4102移动到传感器阵列4100的另一侧4101操作的。
图42是按照本发明另一个实施例构造的N×M擦过式指纹传感器阵列4200的图例。图42的传感器阵列4200促进用于指纹分析的重叠区的建立。这些重叠区，例如允许颇为复杂的指纹相关程序的使用，诸如那些根据Fourier分析的程序。
图43是在本发明实施例中进行的柱体(如传感器)阻尼的图例，诸如图42的N×M传感器阵列4200。更准确地说，在图43的例子中，传感器阵列4200的片段4300被示出。片段4300包含，例如N×M矩阵4200的传感器4302、4304和4306。图3的片段4300被给出，以表明发射的波如何能够被部分吸收进手指的组织中以测量对应的指纹。
在图43中，例如，指纹片段4308包含脊4310和4312，以及谷4314。当指纹片段4308与传感器(如柱体)，诸如传感器4302、4303和4306接触时，该接触建立摩擦。在以指纹的谷，诸如谷4314所代表的空气中，该摩擦非常小。在以指纹的脊，诸如脊4310和4312代表的组织中，该摩擦大得多。由于向振动的传感器，诸如传感器4302、4304和4306之一施加摩擦，该摩擦被阻尼。该阻尼导致振幅的变化和它的阻抗变化，这些变化能够被记录并用于测量指纹。该原理被本领域熟练技术人员称为振铃(ringing)。
在图43中，该振铃由传感器4302、4304和4306上部和下部的箭头长度代表。例如，脊4301与传感器4302的表面接触。该接触建立摩擦，导致振铃。该振铃被阻尼，以较短的箭头4316代表。相反，谷4314紧贴传感器4304的表面。传感器4304因为没有负载，所以没有摩擦阻尼它的振荡而有更扩张振动的能力。这种相互作用由更长的箭头4318代表。脊4312与传感器4306接触，它的振动被这种接触阻尼。该阻尼再次由较短的箭头4320代表。当传感器4302、4304和4306在空气中自由振荡，而不是被脊4308和4312阻尼时，关联的振动振幅大得多。
图44是按照本发明实施例被配置成双平面成像的孔径4400的图例。在图44中，正交成像平面被获得，同时把有效孔径的作用从上电极切换到下电极或反过来。上和下电极之间的这种切换，建立例如指纹图像的多维视图。
孔径4400包含换能器结构4402，而图上示出的分别是在示例性的第一和第二时间段4404和4406期间。
在示例性的第一时间段4404期间，来自一组上侧孔径线4408中间的一组最左边的子孔径线4407，被配置成沿扫描方向4409有效地发射。另外，在第一时间段4404期间，换能器结构4402的下侧子孔径线4410被接地。因此，作为例子，第一时间段4404借助使用该组子孔径线4408和把子孔径线4410接地，开始自左至右的有效发射，采集图像的第一快照。
在第二时间段4406期间，来自下侧子孔径线4410中间的一组下部子孔径线4412，被配置成沿扫描方向4413有效地发射。另外，在第二时间段4406期间，上侧子孔径线4408被接地。因此，作为例子，第二时间段4406借助按向上和向下方式，开始以该组子孔径线4412和把子孔径线4408接地，继续有效发射，以采集图像的第二快照。
在另一段随后时间段(未画出)中，子孔径线4408的第一孔径4416被消激活，而另一子孔径线4418被激活，促进沿扫描方向4409自左至右的扫描。在该另一段随后时间段期间，所有下侧子孔径线4410被接地。该过程持续到最后的上侧子孔径线4420被激活为止，然后该过程重复。
类似地，在又一段时间段(未画出)中，第一下侧子孔径线4422被消激活而另一下侧子孔径线4424被激活。该过程持续到最后的下侧子孔径线4426被激活为止，然后该过程重复。
在又一周期的时间段(未画出)期间，孔径4400按上述有效发射过程相同的方式，被配置成有效地接收。
所有时间段当依次被组合时，形成双平面成像过程。该双平面成像过程产生阵列，促进在换能器结构4402上侧的自左至右的扫描，还有在换能器结构4402下侧的自上下扫描。在该过程期间，子孔径线4408和4410的接地作用是反过来的。该过程提供例如指纹图像的多维视图。与此同时，它使换能器简化并降低结构所需电子装置的量，最终降低换能器的成本。
图45绘出按照本发明实施例的沿水平方向4502的线性电子切换扫描的图例4500。更准确地说，在图例4500中，扫描声束按顺序方式沿水平方向4502移动。
在图45中，孔径结构4504包含上侧的子孔径线4506和下侧的子孔径线4508。在图45的实施例中，下侧的子孔径线4508全部接地。在第一时间段4510期间的操作中，子孔径线4506被选定的相邻各子孔径线，被用于形成子孔径4512。作为例子，在该第一时间段4510期间，第一子孔径4512被用于形成扫描声束，该扫描声束在第一扫描期间收集物统计学数据，例如，一部分指纹。在该第一扫描期间，声束使用收集的数据形成第一图像，然后在随后时间段4514期间，切换到随后声束。
在随后时间段4514期间，子孔径线4506不同的被选定的相邻各子孔径线，被用于形成子孔径4516。就是说，在时间段4514期间，孔径结构4510切换到下一束声束。更准确地说，在时间段4514期间，子孔径4516形成代表沿方向4502(即，自左至右)扫描的水平运动的另一束声束。该过程重复，直到在时间段4518期间最后子孔径4520被形成为止，该子孔径4520包含子孔径线4506最后被选定的相邻各子孔径线，这些子孔径线组合成最后扫描声束。虽然在子孔径4512、4516和4520的例子中使用三根线，但在实践中，任何合适数量的子孔径线能够被使用。
结束语
虽然本发明各种实施例已经在上面描述，但应当理解，它们只是作为例子而不是限制给出。本领域熟练技术人员应当理解，在不偏离所附权利要求书中定义的本发明的精神和范围下，可以对描述中的形式及细节作出各种变化。因此，本发明的广度和范围不受上述示例性实施例的任何限制，只按照下面的权利要求书及其等价叙述定义。

Claims (8)

1.一种发射和接收声波换能器，包括：
传感器元件的两维阵列，其中在所述阵列中的每个传感器元件是经由电子控制单独地可寻址的；并且其中由于经由所述电子控制引导，每个传感器元件能够在第一时间段期间发射，而在第二时间段期间交替为接收；其中
在所述阵列中选择第一组传感器元件，并且在所述阵列中选择第二组传器元件；
所述第一组传感器元件和所述第二组传感器元件各自形成互相排他的并且互相接近的传感器元件群；
控制电子装置被配置成控制所述第一组传感器元件在第一组的一个或多个选定时间段期间发射而不接收，并且所述控制电子装置被配置成控制所述第二组传感器元件在第二组的一个或多个选定时间段期间接收而不发射；
所述第一组的选定时间段在时间上不与任何的所述第二组的选定时间段重迭。
2.权利要求1所述的换能器，其中所述第一组传感器元件是接近的系列传感器元件，并且所述第二组传感器元件是接近的系列传感器元件。
3.权利要求2所述的换能器，其中所述第一组传感器元件形成传感器元件的至少一条直线，并且所述第二组传感器元件形成传感器元件的至少一条直线。
4.权利要求3所述的换能器，其中由所述第一组传感器元件形成的至少一条直线相邻于由所述第二组传感器元件形成的至少一条直线。
5.权利要求3所述的换能器，其中由所述第一组传感器元件形成的每一条直线相邻于由所述第二组传感器元件形成的至少一条直线。
6.权利要求3所述的换能器，其中所述第一组传感器元件的所述直线与所述第二组传感器元件的所述直线交织。
7.权利要求1所述的换能器，其中所述换能器被配置成沿扫描方向在时间上在经由所述第一组传感器元件的所述发射和经由所述第二组传感器元件的所述接收之间交替地切换。
8.权利要求1所述的换能器，其中所述换能器被配置用于，在所述第一组的选定时间段之一期间的发射和所述第二组的选定时间段之一期间的接收之间切换，在所述发射和所述接收之间没有空载时间出现。
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