CN110178140A - 双模式电容及超声波指纹及触摸传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于经配置以使指纹传感器的操作在数个操作模式间切换的控制器的系统、方法及设备。在一个方面中，指纹传感器可基于指纹图像数据的一或多个特性而从在第一操作模式中操作切换到在第二操作模式中操作，所述指纹图像数据通过在所述第一操作模式中操作的所述指纹传感器产生。所述第一操作模式或所述第二操作模式中的一个可为电容感测模式，且另一个可为超声波感测模式。

Description

双模式电容及超声波指纹及触摸传感器

技术领域

本发明涉及指纹及触摸传感器，且更具体来说涉及一种在电容感测模式及超声波感测模式中操作的指纹及触摸传感器。

背景技术

超声波传感器系统可使用超声波传输器来产生超声波并经由超声波传输媒体并朝向待检测的对象发送超声波。超声波传输器可以操作方式耦合到超声波传感器阵列，所述超声波传感器阵列经配置以检测超声波的从对象反射的数个部分。举例来说，在超声波指纹传感器中，超声波脉冲可通过在短时间间隔期间启动并停止传输器来产生。在超声波脉冲遭遇的每一材料接口处，可反射超声波脉冲的一部分。

举例来说，在超声波指纹传感器的上下文中，超声波可行进通过压板，例如人的手指的对象可放置于所述压板上以获得指纹图像信息。在通过压板之后，超声波的一些部分可遭遇与压板接触的皮肤，例如，指纹脊纹，而超声波的其它部分遭遇空气，例如指纹的邻接脊纹之间的谷线，且可以不同强度朝向超声波传感器阵列反射回。与手指相关联的经反射信号可经处理并转换为数字值，所述数字值表示经反射信号的信号强度。当此类经反射信号在分布区域上收集时，此类信号的数字值可用以例如通过将数字值转换为图像而在分布区域上产生信号强度的图形显示，借此产生指纹的图像。因此，超声波传感器系统可用作指纹传感器或其它类型的生物测定扫描仪。

电容指纹传感器也可用以获得指纹图像信息。在电容传感器系统中，电极与人的手指之间且电极与另一电极之间的电容耦合可使电容式分压器模型化，且中间点处的电压可被“读出”，且被转换为数字值，所述数字值也可经部分使用以产生指纹的图像。

与超声波指纹传感器相比，电容指纹传感器制造可更简单，且因此成本低于超声波指纹传感器。电容指纹传感器也可使用较低电力、运算速度更快，在更广泛的温度范围上更稳定，且提供高分辨率指纹图像，其使得匹配(例如，鉴认指纹图像)更容易以在较低复杂度算法及较低存储器要求情况下实施。然而，电容指纹传感器将压板的选择限于例如薄压板或非金属压板。此外，电容指纹传感器也能更易于使用假指纹来“欺骗”，且可能较不稳固(例如，手指上的汗液或乳液可打断指纹成像)。

相比之下，超声波指纹传感器能与更多压板(例如，较厚且金属压板)相容，为更稳固的(例如，可提供指纹图像而不管手指上的汗液、乳液等)，且较不易于受到欺骗(例如，为了额外安全性通过刺入活体组织中并在活体组织内成像)。然而，超声波指纹传感器因为使用专用压电材料而为更复杂的，且一般来说对于传感器与手指之间的层、温度、手指与压板表面之间的耦合可为更敏感的。

发明内容

本发明的系统、方法及装置各自具有若干新颖方面，其中无单一方面单独担负本文中所公开的所需属性。

在一些方面中，一种系统包含指纹传感器及控制器。所述控制器经配置以基于第一指纹图像数据的一或多个特性而将所述指纹传感器从在第一操作模式中操作切换到在第二操作模式中操作，所述第一指纹图像是基于所述指纹传感器在所述第一操作模式中操作而产生。所述第一操作模式或所述第二操作模式为电容感测模式，且另一操作模式为超声波感测模式。

在一些实施方案中，所述一或多个特性包含图像质量，所述图像质量对应于通过所述第一指纹图像数据表示的指纹的图像。

在一些实施方案中，所述控制器经进一步配置以确定基于所述指纹传感器在所述第二操作模式中操作产生的第二指纹图像数据的一或多个特性，且基于所述第二指纹图像数据的所述一或多个特性而鉴认通过所述第二指纹图像数据表示的指纹。所述第一指纹图像数据的所述一或多个特性可包含对应于指纹的第一图像的第一图像质量，且所述第二指纹图像数据的所述一或多个特性可包含对应于所述指纹的第二图像的第二图像质量。所述第二图像质量可高于所述第一图像质量，且所述控制器可经配置以基于所述第二图像质量满足或超出阈值图像质量而鉴认对应于所述第二指纹图像数据的所述指纹。

在一些实施方案中，所述控制器经进一步配置以提供第一驱动信号到所述指纹传感器的电极从而使所述指纹传感器在所述第一操作模式中操作，且经配置以提供第二驱动信号到所述指纹传感器的所述电极从而使所述指纹传感器在所述第二操作模式中操作。在此些实施方案中，所述第一驱动信号及所述第二驱动信号不同。举例来说，所述第一驱动信号及所述第二驱动信号可处于不同频率。而且，所述指纹传感器可包含压电材料层，且所述第一驱动信号或所述第二驱动信号中的对应于所述指纹传感器是在所述超声波感测模式中操作的一个可在对应于所述压电材料层的谐振频率的频率范围内。所述第一驱动信号或所述第二驱动信号中的对应于所述指纹传感器在所述电容感测模式中操作的另一个可在所述频率范围外。

在一些实施方案中，所述控制器经进一步配置以接收基于指纹传感器在第一操作模式中操作而产生的第一指纹图像数据，且接收基于指纹传感器在第二操作模式中操作而产生的第二指纹图像数据，且基于第一指纹图像数据及第二指纹图像数据而产生第三指纹图像数据。

在一些实施方案中，控制器经进一步配置以在指纹传感器正以电容感测模式及超声波感测模式操作时从指纹传感器读取一或多个信号。读取一或多个信号可是基于对应于指纹传感器的操作模式的获取时间延迟。

在一些方面中，一种方法包含通过控制器配置指纹传感器以在第一操作模式中操作从而产生第一指纹图像数据。确定第一指纹图像数据的一或多个特性。指纹传感器经配置以在第二操作模式中操作从而产生第二指纹图像数据。指纹传感器经配置以基于第一指纹图像数据的一或多个特性而在第二操作模式中操作。确定第二指纹图像数据的一或多个特性。通过第二指纹图像数据表示的指纹基于第二指纹图像数据的一或多个特性而鉴认。所述第一操作模式或所述第二操作模式可为电容感测模式，且另一模式可为超声波感测模式。

在一些方面中，一种非暂时性计算机可读媒体上面存储有软件。所述软件包含用于控制系统进行以下操作的指令：配置指纹传感器以在第一操作模式中操作从而产生第一指纹图像数据。确定第一指纹图像数据的一或多个特性。指纹传感器经配置以在第二操作模式中操作从而产生第二指纹图像数据。指纹传感器经配置以基于第一指纹图像数据的一或多个特性而在第二操作模式中操作。确定第二指纹图像数据的一或多个特性。通过第二指纹图像数据表示的指纹基于第二指纹图像数据的一或多个特性而鉴认。

在一些方面中，一种具有触摸屏显示器的系统包含指纹传感器及控制器。所述控制器经配置以：使所述指纹传感器在触碰辨识模式中操作，所述触碰辨识模式使第一操作模式作为主要模式以确定手指已触碰触摸屏显示器及使第二操作模式作为替代性模式以确定手指已触碰所述触摸屏显示器；且使所述指纹传感器在指纹鉴认模式中操作，所述指纹鉴认模式使第二操作模式作为主要模式及使第一操作模式作为替代模式以确定手指的指纹对应于经授权指纹且一第一。

在一些实施方案中，所述控制器经进一步配置以使指纹传感器在示意动作辨识模式中操作从而确定一或多个手指与触摸屏显示器的交互，所述示意动作辨识模式使第一操作模式作为主要模式且使所述第二操作模式作为替代性模式。

附图说明

在随附图式及以下描述中阐述本说明书中所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优势将从描述、图式及权利要求书变得显而易见。应注意，以下诸图的相对尺寸可能未按比例绘制。

各种图式中的相同参考数字及名称指示相同元件。

图1展示根据一些实施方案的包含超声波感测系统的实例移动装置的图解表示的正视图。

图2A展示根据一些实施方案的实例超声波感测系统的组件的块图表示。

图2B展示包含图2A的超声波感测系统的实例移动装置的组件的块图表示。

图3A展示根据一些实施方案的实例超声波感测系统的一部分的图解表示的横截面投影图。

图3B展示根据一些实施方案的图3A的实例超声波感测系统的放大的横截面侧视图。

图4展示根据一些实施方案的图3A及3B的实例超声波感测系统的实例组件的分解投影图。

图5展示根据一些实施方案的能够在电容感测模式及超声波感测模式中操作的指纹传感器的实例。

图6展示基于指纹图像数据的特性而切换指纹传感器的操作模式的流程图的实例。

图7展示指纹传感器的横截面侧视图的实例。

图8展示根据一些实施方案的指纹传感器的电容耦合的实例。

图9展示驱动信号的频率与指纹传感器的操作模式之间的关系的实例。

图10A展示针对指纹传感器在电容感测模式中操作的时序图的实例。

图10B展示针对指纹传感器在超声波感测模式中操作的时序图的实例。

图11展示指纹传感器的横截面侧视图的另一实例。

图12展示指纹传感器的横截面侧视图的另一实例。

图13展示指纹传感器的横截面侧视图的另一实例。

图14展示在电容感测模式及超声波感测模式中操作指纹传感器的流程图的实例。

图15展示基于电容感测模式及超声波感测模式两者而鉴认指纹的流程图的实例。

图16展示基于电容感测模式及超声波感测模式两者而产生指纹图像数据的实例。

具体实施方式

以下描述是针对出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施例。然而，所属领域的一般技术人员将容易认识到，本文中的教示可以许多不同方式来应用。所描述实施方案可实施于用于超声波感测的任何装置、设备或系统中。另外，预期到，所描述实施可包含于多种电子装置中或与其相关联，多种电子装置例如但不限于：移动电话、具备多媒体因特网能力的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能型手机、智能卡、可穿戴式装置(例如，手镯、臂带、腕带、戒指、头带、贴片等)、装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、迷你笔记型计算机、笔记型计算机、智能笔记型计算机、平板计算机、打印机、影印机、扫描器、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航器、摄影机、数字媒体播放器(例如，MP3播放器)、摄录影机、游戏控制台、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、移动健康装置、计算机监视器、汽车显示器(包含里程表及速度计显示器等)、驾驶座舱控制器及/或显示器、摄影机视图显示器(例如，载具中的后视摄影机的显示器)、电子相片、电子广告牌或标识、投影仪、架构结构、微波炉、冰箱、立体声系统、卡匣记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、停车计时器、封装(例如，在包含微机电系统(MEMS)应用的机电系统(EMS)应用以及非EMS应用中)、美学结构(例如，一件珠宝或服装上的图像的显示)及多种EMS装置。本文中的教示也可用于例如但不限于以下各者的应用中：电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、用于消费型电子件的消费型组件、消费型电子件产品的部件、操纵轮或其它汽车部件、可变电抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造过程及电子测试设备。因此，所述教示并不打算限于仅在图式中描绘的实施方案，而实情为，具有如所属领域的一般技术人员将容易显而易见的广泛适用性。

一些指纹传感器可通过将压电材料用于传输及接收超声波的超声波传感器系统来实施。举例来说，横越对应于传输器的压电材料施加的电压可引起压电材料拉伸或收缩(例如，经变形，使得其响应于所施加电压而发生应变)，从而引起超声波的产生，如先前所论述。经反射信号(例如，超声波的经反射部分，如先前论述)可引起对应于接收器的压电材料的拉伸或收缩。此引起表面电荷的产生，且因此可用作电输出信号的越过压电材料的电压表示原始图像数据的一部分，所述原始图像数据表示指纹图像数据。

本发明中所描述的主题的一些实施方案可包含使指纹传感器在电容感测模式及超声波感测模式中操作。指纹传感器可经配置(例如，通过处理单元，如本文中稍后所论述)以在一个模式中(例如，首先在电容感测模式中)操作，且指纹图像数据可基于手指的电容感测来产生。如果指纹图像数据的例如图像质量的特性不佳，那么指纹传感器可经配置以在第二模式中操作(例如，从电容感测模式切换到超声波感测模式)，且指纹图像数据接着可基于手指的超声波感测来产生。如果图像质量良好，那么使用处于超声波感测模式的指纹传感器产生的指纹图像数据可用以鉴认对应指纹。

在一些实施方案中，指纹传感器可经配置以通过不同地驱动指纹传感器的电极而在两个操作模式(即，电容感测模式与超声波感测模式)之间切换。举例来说，为了在超声波感测模式中操作指纹传感器，驱动信号可施加到指纹传感器的电极，所述电极用以横越压电传输器施加电压。为了在电容感测模式中操作指纹传感器，具有不同频率的驱动信号可被施加到同一电极。电容感测模式中驱动信号的频率可在压电材料的谐振频率范围外。对于超声波感测模式，驱动信号可在压电材料的谐振频率范围内，使得超声波可随着指纹传感器的压电材料可在超声波频率下谐振而产生。

可实施本发明中所描述的主题的特定实施方案以实现下列潜在优势中的一或多者。同一指纹传感器可经配置以在电容感测模式及超声波感测模式两个中操作(即，能够作为电容指纹传感器且作为超声波指纹传感器操作的混合式指纹或双模式传感器)，从而提供两个模式的益处，如先前所论述。此外，通过基于指纹图像数据的特性而切换操作模式，可执行更可靠的鉴认。举例来说，如果指纹传感器在作为第一操作模式的“优选”模式中操作且指纹图像数据的图像质量不佳，那么指纹传感器可能切换到在作为第二操作模式的“替代性”模式中操作以检索具有较高质量的指纹图像。

图1展示根据一些实施方案的包含超声波感测系统的实例移动装置100的图解表示。移动装置100可表示例如各种便携式计算装置，例如蜂窝式电话、智能型手机、多媒体装置、个人游戏装置、平板计算机及膝上型计算机外加其它类型的便携式计算装置。然而，本文中所描述的各种实施方案在应用上并不限于便携式计算装置。实际上，本文中所公开的各种技术及原理在传统上可应用于非便携式装置及系统中，例如用于计算机监视器、电视显示器、信息站(kiosk)、载具导航装置及音频系统外加其它应用中。另外，本文中所描述的各种实施在应用上并不限于包含显示器的装置。

移动装置100通常包含外壳(或“机壳”)102，在所述外壳内，驻留各种电路、传感器及其它电组件。在所说明的实例实施方案中，移动装置100也包含触摸屏显示器(在本文中也被称作“触敏式显示器”)104。触摸屏显示器104通常包含显示器及触摸屏，所述触摸屏布置于显示器上方或以其它方式并入到显示器中或与显示器成一体式。显示器104可通常表示使用多种合适显示技术中的任一个的多种合适显示器类型中的任一个。举例来说，显示器104可为基于数字微型快门(digital micro-shutter；DMS)的显示器、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)、使用LED作为背光的LCD显示器、等离子体显示器、基于干涉式调制器(IMOD)的显示器，或适合于结合触敏式用户接口(UI)系统使用的另一类型的显示器。

移动装置100可包含用于与用户交互或以其它方式将信息传达到用户或从用户接收信息的各种其它装置或组件。举例来说，移动装置100可包含一或多个麦克风106、一或多个扬声器108且在一些状况下一或多个至少部分机械式按钮110。移动装置100可包含实现额外特征的各种其它组件，例如一或多个视频或静态图像摄影机112、一或多个无线网络接口114(例如，蓝牙、WiFi或蜂窝式)，及一或多个非无线接口116(例如，通用串行总线(USB)接口或HDMI接口)。

移动装置100可包含能够扫描例如指纹、掌纹或手纹的对象签名及对对象签名成像的超声波感测系统118。在一些实施方案中，超声波感测系统118可充当触敏式控制按钮。在一些实施方案中，触敏式控制按钮可通过机械或电压敏式系统实施，其定位于超声波感测系统118之下或以其它方式与所述超声波感测系统成一体式。换言之，在一些实施方案中，通过超声波感测系统118占用的区可既充当用户输入按钮以控制移动装置100以及又充当指纹传感器以实现例如用户鉴认特征的安全特征。

图2A展示根据一些实施方案的实例超声波感测系统200的组件的块图表示。如图所示，超声波感测系统200可包含传感器系统202及电耦合到传感器系统202的控制系统204。传感器系统202可能能够扫描对象并提供可用原始所测量图像数据以获得对象签名，例如人的手指的指纹。控制系统204可能能够控制传感器系统202并处理接收自传感器系统的原始所测量图像数据。在一些实施方案中，超声波感测系统200可包含接口系统206，其能够传输例如原始或经处理所测量图像数据的数据到超声波感测系统200内或与所述超声波感测系统成一体式的各种组件或从所述各种组件接收数据；或在一些实施方案中发送所述数据到超声波感测系统外部的各种组件、装置或其它系统，或者从所述各种组件、装置或其它系统接收所述数据。

图2B展示包含图2A的超声波感测系统200的实例移动装置210的组件的块图表示。举例来说，移动装置210可为展示于以上图1中且参看图1描述的移动装置100的块图表示。移动装置210的超声波感测系统200的传感器系统202可通过超声波传感器阵列212实施。超声波感测系统200的控制系统204可通过电耦合到超声波传感器阵列212的控制器214实施。虽然所述控制器214展示并描述为单一组件，但在一些实施方案中，控制器214可共同指彼此电连通的两个或更多个独特控制单元或处理单元。在一些实施方案中，控制器214可包含以下各者中的一或多者：通用单芯片或多芯片处理器、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、应用处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置(PLD)、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或经设计以执行本文中所描述的功能及操作的任何组合。

图2B的超声波感测系统200可包含图像处理模块218。在一些实施方案中，通过超声波传感器阵列212提供的原始所测量图像数据可经发送、传输、传达或以其它方式提供到图像处理模块218。图像处理模块218可包含经配置、经调适或以其它方式可操作以处理由超声波传感器阵列212提供的图像数据的硬件、固件及软件的任何合适组合。在一些实施方案中，图像处理模块218可包含信号或图像处理电路或电路组件，包含例如放大器(例如，测试设备放大器或缓冲器放大器)、模拟或数字混合器或乘法器、交换器、模拟到数字转换器(ADC)、被动或主动模拟滤波器外加其它。在一些实施方案中，此类电路或电路组件中的一或多者可集成于控制器214内，例如，其中所述控制器214实施为系统单芯片(SoC)或封装内系统(SIP)。在一些实施方案中，此类电路或电路组件中的一或多者可集成于包含在控制器214内或耦合到所述控制器的DSP内。在一些实施方案中，图像处理模块218可至少部分经由软件来实施。举例来说，刚刚描述的电路或电路组件中的一或多个的一或多个功能或由电路或电路组件中的一或多个执行的一或多个操作可实情为通过例如在控制器214的处理单元中(例如，通用处理器或DSP中)执行的一或多个软件模块来执行。

在一些实施方案中，除超声波感测系统200外，移动装置210可包含分离处理器220、存储器222、接口216及电力供应器224。在一些实施方案中，超声波感测系统200的控制器214可控制超声波传感器阵列212及图像处理模块218，且移动装置210的处理器220可控制移动装置210的其它组件。在一些实施方案中，处理器220将包含例如指令或命令的数据传达到控制器214。在一些此类实施方案中，控制器214可传达包含例如原始或经处理图像数据的数据到处理器220。也应理解，在一些其它实施方案中，控制器214的功能性可完全或至少部分由处理器220实施。在一些此类实施方案中，超声波感测系统200的独立控制器214可能并不被需要，这是因为控制器214的功能可通过移动装置210的处理器220来执行。

取决于实施方案，控制器214及处理器220中的一或两者可将数据存储于存储器222中。举例来说，存储于存储器222中的数据可包含原始所测量图像数据、经滤波或以其它方式处理的图像数据、所估计的PSF或所估计的图像数据，及最终改进的PSF或最终改进的图像数据。存储器222可存储处理器可执行程序代码或其它可执行计算机可读指令，其能够由控制器214及处理器220中的一或两者执行以执行各种操作(或使得例如超声波传感器阵列212、图像处理模块218或其它模块的其它组件来执行操作)，所述操作包含本文中所描述的计算、估算、估计或其它确定中的任一个(包含以下等式中任一个中呈现的那些)。也应理解，存储器222可共同指一或多个存储器装置(或“组件”)。举例来说，取决于实施方案，控制器214可存取不同于处理器220的存储器装置中的数据并将数据存储于所述存储器装置中。在一些实施方案中，存储器组件中的一或多者可实施为基于NOR或NAND的快闪存储器阵列。在一些其它实施方案中，存储器组件中的一或多者可实施为不同类型的非易失性存储器。另外，在一些实施方案中，存储器组件中的一或多者可包含非易失性存储器阵列，例如一类型的RAM。

在一些实施方案中，控制器214或处理器220可经由接口216传达存储于存储器222中的数据或直接从图像处理模块218接收的数据。举例来说，此经传达数据可包含图像数据或从图像数据导出或以其它方式从图像数据确定的数据。接口216可共同指一或多个各种类型的一或多个接口。在一些实施方案中，接口216可包含用于从例如抽取式存储器装置的外部存储器接收数据或存储数据到所述外部存储器的存储器接口。另外或替代地，接口216可包含启用原始或经处理数据到外部计算装置、系统或服务器的传送以及数据从外部计算装置、系统或服务器的接收的一或多个无线网络接口或一或多个有线网络接口。

电力供应器224可提供电力到移动装置210中的组件中的一些或全部。电力供应器224可包含多种能量存储装置中的一或多者。举例来说，电力供应器224可包含可再充电电池，例如，镍镉电池或锂离子电池。另外或替代地，电力供应器224可包含一或多个超级电容器。在一些实施方案中，电力供应器224可为使用从例如壁式插座(或“电源插座”)或与移动装置210成一体式的光伏打装置(或“太阳能电池”或“太阳能电池阵列”)存取的电力可充电的(或“可再充电的”)。另外或替代地，电力供应器224可为可无线地充电的。

如下文所使用，术语“处理单元”指以下各者中的一或多者的任何组合：超声波系统的控制器(例如，控制器214)、图像处理模块(例如，图像处理模块218)，或包含超声波系统的装置的独立处理器(例如，处理器220)。换言之，下文描述为通过处理器单元执行或使用处理单元执行的操作可通过以下各者中的一或多者执行：超声波系统的控制器、图像处理模块，或包含超声波感测系统的装置的独立处理器。

图3A展示根据一些实施方案的实例超声波感测系统300的一部分的图解表示的横截面投影图。图3B展示根据一些实施方案的图3A的实例超声波感测系统300的放大的横截面侧视图。举例来说，超声波感测系统300可实施参看图1描述的超声波感测系统118或参看图2A及2B所展示并描述的超声波感测系统200。超声波感测系统300可包含上覆于衬底304且下伏于压板(“盖板”或“防护玻璃罩”)306的超声波传感器302。超声波传感器302可包含超声波传输器308及超声波接收器310两者。

超声波传输器308通常经配置以产生朝向压板306且在所说明的实施方案中朝向定位于压板的上表面上的人的手指的超声波。在一些实施方案中，超声波传输器308可更具体来说经配置以产生朝向压板306的超声波平面波。在一些实施方案中，超声波传输器308包含例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或者例如PVDF-TrFE的PVDF共聚物的压电材料的层。举例来说，超声波传输器308的压电材料可经配置以将通过超声波感测系统的控制器提供的电信号转换成扫描频率下连续或脉冲化的超声波平面波序列。在一些实施方案中，超声波传输器308可另外或替代地包含电容超声波装置。

超声波接收器310通常经配置以检测由通过超声波传输器308传输的超声波与界定正被扫描的手指312的指纹的脊线316及谷线318的交互引起的超声波反射314。在一些实施方案中，超声波传输器308上覆于超声波接收器310，如例如图3A及3B中所说明。在一些其它实施方案中，超声波接收器310可上覆于超声波传输器308(如在下文描述的图4中所展示)。超声波接收器310可经配置以产生并输出对应于检测到的超声波反射的电输出信号。在一些实施方案中，超声波接收器310可包含不同于超声波传输器308的压电层的第二压电层。举例来说，超声波接收器310的压电材料可为任何合适压电材料，例如，PVDF或PVDF共聚物层。超声波接收器310的压电层可将由超声波反射引起的振动转换成电输出信号。在一些实施方案中，超声波接收器310进一步包含薄膜晶体管(TFT)层。在一些此类实施方案中，TFT层可包含传感器像素电路阵列，其经配置以放大通过超声波接收器310的压电层产生的电输出信号。通过传感器像素电路阵列提供的经放大电信号可接着经提供作为原始所测量图像数据到处理单元用于处理图像数据、识别与图像数据相关联的指纹且在一些应用中鉴认与指纹相关联的用户。在一些实施方案中，单一压电层可充当超声波传输器308及超声波接收器310。在一些实施方案中，衬底304可为上面可制造电子电路的玻璃、塑料或硅衬底。在一些实施方案中，超声波接收器310的传感器像素电路阵列及关联接口电路可由形成于衬底304中或上的CMOS电路配置。在一些实施方案中，衬底304可定位于压板306与超声波传输器308及/或超声波接收器310之间。在一些实施方案中，衬底304可充当压板306。一或多个保护性层、声波匹配层、抗污层、粘着层、修饰层、导电层或其它涂层(图中未示)可包含于衬底304及压板306的一或多个侧上。

压板306可由可声学耦合到超声波传输器308的任何合适材料形成。举例来说，压板306可由玻璃、塑料、陶瓷、蓝宝石、金属或金属合金中的一或多者形成。在一些实施方案中，压板306可为盖板，例如下伏显示器的防护玻璃罩或透镜玻璃。在一些实施方案中，压板306可包含一或多种聚合物，例如一或多种类型的聚对二甲苯，且可大体上更薄。在一些实施方案中，压板306厚度可在约10微米(μm)到约1000μm的范围内或大于约1000μm。

在一些实施方案中，超声波感测系统300可进一步包含聚焦层(图中未示)。举例来说，聚焦层可定位于超声波传输器308上方。聚焦层可通常包含能够变更通过超声波传输器308传输的超声波的路径的一或多个声学透镜。在一些实施方案中，透镜可实施为圆筒形透镜、球面透镜或分区透镜。在一些实施方案中，透镜中的一些或全部可为凹透镜，而在一些其它实施方案中，透镜中的一些或全部可为凸透镜，或包含凹透镜与凸透镜的组合。

在包含此聚焦层的一些实施方案中，超声波感测装置300可另外包含声波匹配层以确保聚焦透镜与定位于压板306上的例如手指的对象之间的恰当声学耦合。举例来说，声学匹配层可包含掺杂有粒子的环氧树脂，所述粒子改变声学匹配层的密度。如果声学匹配层的密度改变，那么声学阻抗也将在声学速率保持恒定情况下根据密度改变而改变。在替代性实施方案中，声学匹配层可包含掺杂有金属或陶瓷粉末的硅酮橡胶。在一些实施方案中，可实施用于处理输出信号的采样策略，所述采样策略利用经由聚焦层的透镜接收到的超声波反射。举例来说，从透镜的焦点传回的超声波将行进到透镜中，且可朝向接收器阵列中的多个接收器元件传播，从而满足超声波互反性原理。取决于从分散场传回的信号强度，数个主动接收器元件的调整有可能。一般来说，经启动以接收传回的超声波的接收器元件愈多，那么信噪比(SNR)愈高。在一些实施方案中，一或多个声学匹配层可在有或无聚焦层情况下定位于压板306的一侧或两侧上。

图4展示根据一些实施的图3A及3B的实例超声波感测系统300的实例组件的分解投影视图。超声波传输器308可包含能够充当平面波产生器的大体上平面的压电传输器层422。取决于所施加的电压信号，超声波可通过越过压电传输器层422施加电压以扩展或收缩层来产生，借此产生平面波。在此实例中，处理单元(图中未示)能够使得传输器激励电压经由第一传输器电极424及第二传输器电极426越过压电传输器层422而施加。第一传输器电极424及第二传输器电极426可为金属化电极，例如，涂布压电传输器层422的相对侧的金属层。由于压电效应，所施加的传输器激励电压引起压电传输器层422的厚度的改变，且以此方式产生处于传输器激励电压的频率的超声波。

超声波可朝向例如手指的目标对象行进，从而穿过压板306。超声波的未由目标对象吸收或由目标对象传输的一部分可经由压板306反射回且由超声波接收器310接收，所述超声波接收器在说明于图4中的实施方案中上覆于超声波传输器308。超声波接收器310可包含安置于衬底434及压电接收器层436上的传感器像素电路432的阵列。在一些实施方案中，每一传感器像素电路432可包含一或多个TFT或CMOS晶体管元件、电互连件迹线，且在一些实施方案中包含例如二极管、电容器及类似者的一或多个额外电路元件。每一传感器像素电路432可经配置以将接近于像素电路的压电接收器层436中产生的电荷转换成电信号。每一传感器像素电路432可包含像素输入电极438，其将压电接收器层436电耦合到传感器像素电路432。

在所说明的实施中，接收器偏压电极440安置于压电接收器层436的最接近压板306的一侧上。接收器偏压电极440可为金属化电极且可接地或加偏压以控制可将哪些信号传递到传感器像素电路432的阵列。从压板306的暴露(上部/顶部)表面442反射的超声波能量可由压电接收器层436转换成局域化的电荷。此些局域化电荷可由像素输入电极438收集且传递到底层传感器像素电路432上。电荷可通过传感器像素电路432放大或缓冲且提供到处理单元。处理单元可与第一传输器电极424及第二传输器电极426电连接(直接或间接地)，以及与衬底434上的接收器偏压电极440及传感器像素电路板432电连接。在一些实施方案中，处理单元可大体上如上文所描述操作。举例来说，处理单元可能能够处理接收从传感器像素电路432的信号。

可用以形成压电传输器层422或压电接收器层436的合适压电材料的一些实例包含具有例如约2.5兆瑞利与5兆瑞利之间的声学阻抗的适当声学性质的压电聚合物。可采用的压电材料的特定实例包含铁电聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)及聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物的实例包含60:40(摩尔百分比)的PVDF-TrFE、70:30的PVDF-TrFE、80:20的PVDF-TrFE及90:10的PVDR-TrFE。可利用的压电材料的其它实例包含聚二氯亚乙烯(PVDC)均聚物及共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物及共聚物以及溴化二异丙胺(DIPAB)。

压电传输器层422及压电接收器层436中的每一个的厚度经选择以便适合于分别产生及接收超声波。在一个实例中，PVDF压电传输器层422大致为28μm厚，且PVDF-TrFE接收器层436大致为12μm厚。超声波的实例频率可在约1兆赫兹(MHz)到约100MHz的范围内，其中波长为约1厘米或1厘米以下。

图5展示根据一些实施方案的能够在电容感测模式及超声波感测模式中操作的指纹传感器的实例。在图5中，手指312的指纹可首先通过在电容感测模式中操作的超声波感测系统118成像以产生表示手指312的指纹的图像的指纹图像数据525a。即，指纹图像数据525a可为手指312的指纹的电容感测的结果。指纹图像数据525a的图像质量可基于环境条件而不同。举例来说，如果手指312具有沉积于手指上的例如汗液或乳液的残余物，那么手指图像数据525a的图像质量可为低的。如果指纹图像数据525a的图像质量530a低于阈值图像质量等级(例如，如由描绘于图5中的“质量度量”的三角形及点线所指示)，那么指纹图像数据525a可能并不具有足够高的质量而不能用于通过比较指纹图像数据525a与通过移动装置100(例如，经由网络连接)存储或可存取的预先存在的经授权指纹而进行的指纹的鉴认。由于指纹图像数据525a的低图像质量，在图5中，移动装置100的超声波感测系统图像质量118可切换到超声波感测模式以产生指纹图像数据525b。在图5中，指纹图像数据525b的图像质量530b高于阈值图像质量等级，如通过高于三角形及点线的质量度量所指示。因此，指纹图像数据525b可用以鉴认手指312的指纹。如果经鉴认，那么移动装置100可被“解锁”，从而例如通过接通显示器104、“唤醒”应用处理器及/或允许存取安设于移动装置100上的应用而引起对针对用户的常规操作模式的存取。

更详细地，图6展示基于指纹图像数据的特性而切换指纹传感器的操作模式的流程图的实例。在图6中，移动装置可能处于“锁定”状态，例如，其显示器及/或应用处理器可经关断或处于低功率(或“睡眠”)状态。在块605中，可通过移动装置检测触碰。举例来说，在图5中，手指312可触碰移动装置100的显示器104。超声波感测系统118可经配置以在第一操作模式中操作，且触碰可使用所述第一操作模式来确定。举例来说，如果第一操作模式为电容感测模式，那么触碰可通过确定对应于电容的手指是否已触碰屏幕而检测。在其它实施方案中，触碰可使用超声波感测来检测。在一些实施方案中，指纹图像的一小部分可在电容及/或超声波感测模式中产生以确定手指312在显示器104上的存在。在一些实施方案中，线扫描使用处于电容或超声波感测模式的超声波感测系统118。

因此，在块610处，手指312的指纹的第一指纹图像可在超声波感测系统118的第一操作模式中产生。即，超声波感测系统118的指纹传感器中的一或多者可经配置以在特定操作模式中操作以产生表示手指312的指纹的数据。举例来说，超声波感测系统118可经配置(在检测到触碰之后，或其已在触碰之前经配置)以在电容感测模式中操作，使得可产生手指312的指纹的指纹图像数据525a。

在块615处，可确定第一指纹图像数据的特性。举例来说，可确定指纹图像数据525a的图像质量530a，如图5中所描绘。图像质量530a可为例如以下各者的一或多个准则的结果：对比率(例如，构成指纹图像数据525a的指纹的识别为指纹脊线316的区域与识别为指纹谷线318的区域的平均对比度之间的差异)的确定、降级(例如，噪声或伪影的量)、脊线接触面积、遗失的脊线-谷线信息、细节点检测，或可与指纹的图像的质量确定相关的其它度量，所述指纹与检索的指纹图像与在录入期间所存储的模板的匹配相关。在录入期间存储的模板可表示例如移动装置的所有者或用户的经授权指纹图像，其也可使用电容模式及超声波模式中的一个或两个来检索。如稍后所论述，经授权指纹用以与指纹图像数据比较以确定是否解锁移动装置。在一些实施方案中，于在录入过程期间的模板产生期间使用的操作模式也可予以存储。

在一些实施方案中，用以产生模板的操作模式(或如果使用两个模式则数个模式)可在确定指纹传感器的主要模式时予以考虑。举例来说，块610的第一操作模式(或主要模式，如本文中稍后将论述)可经选择以是用以产生模板的同一操作模式。举例来说，如果模板使用处于电容感测模式的指纹传感器产生，且指示此模式被使用的数据经产生并与模板相关联，那么可查找此信息且超声波感测系统118的指纹传感器可经配置以在所述模式中操作。第二操作模式(或替代性模式)如下文所论述可为并未用以产生模板的操作模式。如果两个模式用以产生模板，那么模式中的一个可相对于另一模式区分优先次序(例如，电容感测模式作为主要模式)。

在一些实施方案中，模板的图像质量也可存储于存储器中，并与模板相关联。模板的图像质量可接着用以确定针对超声波感测系统118的指纹传感器的操作模式。举例来说，如果模板的图像质量为低(例如，低于阈值图像质量等级)，那么第一操作模式可经选择以为电容感测模式。如果模板的图像质量为高(例如，高于阈值图像质量等级)，那么第一操作模式可经选择以为超声波感测模式。

在块620处，可确定第一指纹图像的质量等级。举例来说，在图5中，指纹图像数据525a的图像质量530a确定为低于阈值图像质量等级。如果图像质量530a高于阈值图像质量等级(即，指纹图像数据525a的图像质量是在对应于正常质量图像到高质量图像的范围内)，那么在块625处，可鉴认第一指纹图像。举例来说，图5中的指纹图像数据525a可通过处理单元分析以确定其是否与通过模板表示例如先前通过用户提供或通过移动装置确定的经授权指纹匹配。如果经鉴认，那么可解锁移动装置。

如果第一指纹图像的图像质量为低，那么在块630处，第二指纹图像可通过在第二操作模式中操作的指纹传感器获取。举例来说，超声波感测系统118可经配置以在超声波感测模式中操作，使得可产生手指312的指纹的指纹图像数据525b。即，指纹传感器可将其操作模式从优选主要电容感测模式切换到替代性次要超声波感测模式。

在块633处，可确定第二指纹图像的特性。举例来说，类似于块615，指纹图像数据525b的图像质量可经确定以产生图像质量530b。在一些实施方案中，可确定块615及633的相同特性。在其它实施中，可确定不同特性。举例来说，在电容感测模式中，对比率可确定图像质量，但在超声波感测模式中，噪声量可确定图像质量。在块635处，可确定第二指纹图像的图像质量等级。举例来说，类似于块620，确定指纹图像数据525b的图像质量530b。如果图像质量530b低于阈值图像质量等级(即，其为低图像质量)，那么指纹传感器可在块610处经重新配置回到第一模式(例如，在指纹传感器处于超声波感测模式情况下重新配置回到电容感测，或在指纹传感器处于电容感测模式情况下重新配置回到超声波感测)。然而，如果图像质量530高于指示其是在表示正常-高质量图像的质量范围内的阈值图像质量等级，那么在第二指纹图像处可鉴认。即，指纹图像数据525b可用于鉴认，且在经鉴认情况下解锁移动装置。

因此，同一指纹传感器可在主要电容感测模式中操作，且在经由电容感测产生的指纹图像并不提供可用于执行鉴认的图像质量情况下切换到替代性超声波感测模式。在其它实例中，主要模式可为超声波感测模式，且替代性模式可为电容感测模式。在一些实施方案中，阈值图像质量等级在两个模式之间可不同。举例来说，经由电容感测产生的指纹图像相较于经由超声波感测产生的指纹图像可具有较低最小图像质量以执行鉴认，或反之亦然。在一些实施方案中，取决于两个模式的传感器模块配置及预期性能，主要模式可在工厂或其它制造设施处予以设定(例如，设定为电容感测)。举例来说，指纹传感器可在传感器位于相对厚的防护玻璃罩下方时在作为主要模式的超声波感测模式中操作，而电容感测模式在传感器通过薄塑料压板覆盖时设定为主要模式。例如信号频率及获取时间延迟的度量(如本文中稍后所论述)也可基于传感器模块配置及操作模式的预期性能来设定。

在一些实施方案中，当指纹传感器将其操作模式从优选主要模式切换到替代性次要模式时，此切换发生的指示可经存储，且主要模式及替代性模式可经切换。举例来说，如果指纹传感器在第一时间将其操作模式从主要电容感测模式切换到替代性超声波感测模式，那么在第二时间(在第一时间之后)，主要模式可为超声波感测模式且替代性模式可为电容感测模式。因此，模式切换可经“学习”以调整哪一感测模式为主要模式。

在一些实施方案中，主要模式可基于使用移动装置的用户来选择。举例来说，多个用户可经授权以使用移动装置，且因此多个用户的经授权指纹可通过移动装置存储为模板，且用以与指纹图像数据进行比较以确定是否解锁移动装置。不同用户可具有不同主要模式。举例来说，第一用户的主要模式可为超声波感测模式，且替代性模式可为电容感测模式。第二用户的主要模式可为电容感测模式，且替代性模式可为超声波感测模式。在一些实施方案中，主要模式及替代性模式的选择或确定可是基于正用于鉴认的手指。举例来说，如果正在使用拇指，那么主要模式可为电容感测模式，且替代性模式可为超声波感测模式。相比之下，如果正在使用食指，那么主要模式可为超声波感测模式，且替代性模式可为电容感测模式。

在一些实施方案中，移动装置可确定环境条件，且接着基于那些环境条件选择主要模式及替代性模式。举例来说，如果环境温度高于阈值温度，那么主要模式可经选择为不同于处于或低于阈值温度的主要模式。举例来说，在35℃或高于35℃的温度下，主要模式归因于可引起电容感测的破坏的用户的增加的出汗的似然度而可经选择为超声波感测模式。主要模式在温度低于35℃情况下可选择为电容感测模式。也可考虑其它环境条件，例如湿度、风速、光电平、振动等。

另外，也可考虑移动装置的特性。举例来说，如果移动装置的电池电量减小到阈值电池电量(例如低于电池的总容量或总电能的20％)，那么主要模式可经选择(或切换)为电容感测，此是由于电容感测相较于超声波感测使用较低电力，且因此在移动装置需要再充电之前延长移动装置的剩余寿命。

指纹传感器可形成图2B的超声波传感器阵列212，且可通过多种结构实施。图7展示指纹传感器的横截面侧视图的实例。在图7中，压电微机械超声波传感器(PMUT)实施指纹传感器，所述指纹传感器包含压电层745作为主动层用于超声波感测。参考电极720安置于压电层745的一侧上，且接收电极715及传输电极710两者安置于压电层745的另一侧上。施加到传输电极710及参考电极720的电压引起越过压电层745施加的电压，从而引起所述压电层的变形，例如，向下推动到机械层750上且到真空760(例如，相对空的空间，或填充有气体而非固态物质的空间)中且从真空760返回。此产生经由耦合层740及压板725传播的超声波。超声波的数个部分可被反射回。举例来说，当超声波逼近手指312的指纹的脊线及谷线时，超声波的一些部分反射回到压电层745。此引起压电层的变形且因此表面电荷的产生及越过压电材料的电压，其可被用作表示原始图像数据的一部分的电输出信号，所述原始图像数据表示指纹图像数据。图7的PMUT也可包含像素电路755，所述像素电路可为TFT或互补金属氧化物半导体(CMOS)层与硅衬底，所述硅衬底包含传感器像素电路的阵列，如先前所论述。处理单元730表示超声波传感器系统118的电路，例如，处理器220、控制器214及图像处理模块218，如先前论述。

更详细地，如果参考电极720接地(例如，在一些实施方案中处于0伏特(V))，那么施加到传输电极710的驱动信号735在其在对应于压电层745的压电材料的谐振频率范围的频率范围内时可允许产生超声波。即，如果信号为具有在压电材料的谐振频率范围内的频率的交流电(AC)信号，那么压电材料可变形以产生压力波。如果所述谐振频率在超声波频率范围内，那么压力波将为超声波。

相比之下，如果驱动信号735的频率在压电层745的谐振频率范围(或超声波频率范围)外，那么PMUT可在电容感测模式中操作。举例来说，图7的PMUT可通过使驱动信号735为较高频率信号(即，高于谐振频率范围)而在电容感测模式中操作。在其它实施方案中，驱动信号735可为较低频率信号(即，低于谐振频率范围)。

图9展示驱动信号的频率与指纹传感器的操作模式之间的关系的实例。在图9中，激励频率(fexcitation)表示驱动信号735的频率。基于用于压电层745的压电材料的类型，所述材料的谐振频率范围提供超声波感测区910，其表示待施加到传输电极710(如果参考电极720经接地)以产生超声波的驱动信号735的频率。电容感测区905a及905b表示将引起很少超声波产生或不引起超声波产生且因此PMUT可在电容感测模式中操作的频率的范围。图9中的y轴表示所产生的压力波的振幅或引起压力波产生的PMUT膜的移位(例如，移动)。

图7的PMUT归因于电容耦合可在电容感测模式中操作。图8展示根据一些实施方案的指纹传感器的电容耦合的实例。在图8中，接收电极715与手指312之间的电容耦合模型化电容分压器的一个电容器805。接收电极715与参考电极720之间的电容耦合模型化电容分压器的第二电容器810。由于通过电容耦合模型化的电容器串联地提供电容，因此电容器之间的中间点(即，接收电极715)处的电压基于电容的值可表示电压下的电输出信号。所述电输出信号表示经由电容感测产生的原始图像数据的一部分，这是因为电输出信号的电压的量值可取决于手指312的指纹的脊线或谷线的存在(例如，脊线或谷线将具有距接收电极715不同的距离，且因此电容将不同且引起不同电压)。在其它实施方案中，可使用其它电极。举例来说，在图8中，传输电极710可用以基于电容器815及820模型化电容分压器。因此，传输电极710与接收电极715之间的互电容可用以产生指纹图像数据，或接收电极715到参考电极720的电容可用以产生指纹图像数据。

基于指纹传感器的操作模式，用以产生指纹图像的原始图像数据的电输出信号的获取时间可不同。图10A展示针对指纹传感器在电容感测模式中操作的时序图的实例。在图10A中，电容激励1005表示具有在电容感测区905a或905b内的频率的驱动信号735的施加。电容图像获取1010表示电输出信号可通过处理单元730采样以产生指纹的原始图像数据的时间。在电容感测模式中，电容图像获取1010因为电磁波的高速度(例如，如果在真空中以光速)可在相对短的获取时间1015之后发生。对比而言，图10B展示针对指纹传感器在超声波感测模式中操作的时序图的实例。在图10B中，超声波激励1055表示具有在超声波感测区910内的频率的驱动信号735的施加。由于超声波需要被产生并反射回，因此图10B中的获取时间1065时间上长于图10A中的获取时间1015，这是因为超声波相较于电磁波显著较慢地行进。因此，超声波图像获取1060相较于电容图像获取1010在相对较长的获取时间之后发生。此导致处理单元730于在接收电极715处对电输出信号进行采样以产生原始图像数据之前在超声波感测模式中等待更长时间。

因此，同一结构(例如，图7的PMUT)可通过施加到同一电极的不同驱动信号(例如，对于驱动信号735而言不同频率)连同基于操作模式的不同获取时间而操作以在电容感测模式与超声波感测模式之间切换。

其它结构可用以在电容感测模式与超声波感测模式之间配置指纹传感器。图11展示指纹传感器的横截面侧视图的另一实例。在图11中，两端子PMUT包含压电层745的一侧上的接收电极1150及另一侧上的传输电极1105。驱动信号735可施加到传输电极1105，且提供于接收电极1110处的电输出信号可经采样以产生原始图像数据。图12展示指纹传感器的横截面侧视图的另一实例。在图12中，具有接收电极1210(展示为具有三个部分的像素化或图案化电极，使得每一指纹传感器包含其自身的像素化电极)及传输电极1205的两端子传感器(例如，通过聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-三氟乙烯(PVDF-TrFE)或钛酸锆铅(PZT)实施)也可以如上文所描述的类似方式操作。图13展示指纹传感器的横截面侧视图的另一实例。在图13中，接收电极1310、传输电极1315及参考电极1305也可类似于上述实例而操作。

在一些实施方案中，如果第一优选模式之后的鉴认失败，那么指纹传感器也可切换到第二替代性操作模式。更详细地，图14展示使指纹传感器在电容感测模式及超声波感测模式中操作的流程图的实例。在图14中，在块1405处，可检测触碰。举例来说，如先前所论述，手指312可放置于移动装置100的显示器104上。在块1410处，可产生手指的指纹的第一指纹图像。举例来说，对应于手指312的指纹的原始图像数据可通过在第一优选电容感测模式中操作的超声波感测系统118产生。在块1415处，可确定第一指纹图像的图像质量。在块1420处，可比较所述图像质量与阈值质量等级。如果第一指纹图像的图像质量为高，那么在块1425处，可执行鉴认。在块1430处，如果对应于第一指纹图像的指纹匹配于(例如，类似于)经授权指纹，那么在块1445处，可解锁移动装置。然而，如果鉴认失败，那么在块1435处，可通过在第二模式中操作的指纹传感器来获取第二指纹图像。举例来说，第二替代性模式可为超声波感测模式。返回到块1420，如果图像质量为低，那么在块1435处也可获取第二指纹图像。

在块1435处，第二模式中的第二指纹图像可通过配置指纹传感器以在第二模式中操作(例如，通过施加不同驱动信号到电极)来获取。如先前所论述，使指纹传感器在超声波感测模式中操作的驱动信号可具有在指纹传感器的压电材料的谐振频率范围内的频率。此与使指纹传感器在电容感测模式中操作形成对比，在所述电容感测模式中，驱动信号可具有在压电材料的谐振频率范围外的不同频率。

在块1440处，可确定第二指纹图像的图像质量。在块1450处，可比较第二指纹图像的图像质量与阈值图像质量等级。如果质量等级为高，那么在块1455处，可执行鉴认。在块1460处，如果鉴认成功，那么在块1465处，可解锁移动装置。然而，如果鉴认失败，那么在块1410处，另一指纹图像可通过重新配置指纹传感器以再次在第一操作模式中操作(例如，如果第二模式为超声波感测模式，那么在电容感测模式中操作)而获取。返回到块1450，如果图像质量为低，那么指纹传感器也可经重新配置以在块1410处再次在第一操作模式中操作。

在一些实施方案中，指纹图像可在电容感测模式及超声波感测模式两者中获取。当执行鉴认时，可接着考虑由模式中的两者产生的指纹图像。更详细地，图15展示基于电容感测模式及超声波感测模式两者而鉴认指纹的流程图的实例。在图15中，在块1505处，可检测触碰。举例来说，如先前所论述，手指可放置于移动装置的显示器上，且可检测触碰，如先前所论述。在块1510处，可获取处于第一模式的第一指纹图像。举例来说，指纹传感器可经配置以在电容感测模式中操作，如先前所论述；且第一指纹图像可基于从在所述模式中操作的指纹传感器获取的原始图像数据来产生。接着，在块1515处，可在第二操作模式中获取第二指纹图像。举例来说，指纹传感器可接着经配置以在超声波感测模式中操作，如先前所论述；且第二指纹图像可基于从在第二模式中操作的指纹传感器获取的原始图像数据来产生。因此，可使用两个不同模式来产生两个指纹图像。

接着，在块1520处，指纹图像中的两者可用于鉴认用途，且如果鉴认成功，那么在块1525处，可解锁移动装置。然而，如果鉴认失败，那么在块1530处，移动装置保持解锁。

两个指纹图像可以多种方式一起用于鉴认。图16展示基于电容感测模式及超声波感测模式两者而产生指纹图像数据的实例。在图16中，经由电容感测产生的指纹图像525a及经由超声波感测产生的指纹图像525b可皆具有相对低的质量。举例来说，如图16中所描绘，指纹图像525a及指纹图像525b两者可遗失某视觉细节(例如，由空白空间表示)。然而，遗失细节中的一些可相对于其它指纹图像可为独占的。即，指纹图像525a的可遗失或具有较低质量的数个部分可在指纹图像525b中呈现或具有较高质量，且反之亦然。因此，处理单元730可例如通过从各别指纹图像525a及525b获取较高质量指纹或呈现指纹的数个部分而从指纹图像525a及525b产生指纹图像1615。

在一些实施方案中，第一优选模式及第二替代性模式可切换。举例来说，在第一时间，第一模式可为电容感测模式，且第二模式可为超声波感测模式。在第二时间(在第一时间之后)，第一模式可为超声波感测模式，且第二模式可为电容感测模式。此可在第一模式重复地提供低于阈值图像质量等级的指纹图像而同时第二模式重复地提供高于阈值图像质量等级的指纹图像情况下执行。举例来说，如果通过在电容感测模式中操作的指纹传感器产生的指纹图像数据连续十次低于阈值图像质量等级，但通过在超声波感测模式中操作的指纹传感器产生的指纹图像数据连续十次高于阈值图像质量等级，那么执行模式的次序可切换，使得超声波感测模式现为优选模式，且电容感测模式为替代性模式。

在一些实施方案中，指纹传感器可用于利用在移动装置的显示器上检测到的一或多个手指而辨识示意动作。指纹传感器可经配置以在电容感测模式与超声波感测模式之间操作。举例来说，包含与显示器的交互的示意动作(例如，在一方向上拨动、在特定方位上触按、“长”触按(例如，将手指保持于显示器上历时延长的时段)等)可通过使指纹传感器在电容感测模式或超声波感测模式中操作来辨识。

因此，同一指纹传感器可在不同功能模式中使用以检测触碰、鉴认指纹并辨识示意动作。此些不同功能性中的每一个可引起指纹传感器在电容感测模式或超声波感测模式中操作。即，指纹传感器的主要模式及替代性模式可基于指纹传感器正使用的方式而发生变化。举例来说，为了检测触碰，指纹传感器可在作为主要模式的电容感测模式中操作，此是由于电容感测模式为相对低的电力，且触碰可频繁发生。如果电容感测模式并未良好执行，那么指纹传感器可切换到超声波感测模式。如果指纹应经鉴认，那么指纹传感器可经配置以在超声波感测模式作为主要模式且电容感测模式作为替代性模式情况下操作。当指纹传感器正用以辨识示意动作时，那么指纹传感器可在作为主要模式的电容感测模式且作为替代性模式的超声波感测模式中操作。

如本文中所使用，指项目的列表“中的至少一个”的短语指那些项目的任何组合，包含单一成员。作为一实例，“a、b或c中的至少一个”打算涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。

结合本文中所公开的实施方案所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法过程可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件与软件的互换性已大体按功能性加以描述，且于上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路及过程中加以说明。以硬件抑或软件实施此功能性取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束。

用于实施结合本文中所公开的方面而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备可通过通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器，或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器可经实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器或任何其它此配置。在一些实施方案中，特定过程及方法可由特定于给定功能的电路来执行。

在一或多个方面中，所描述的功能可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含在本说明书中公开的结构及其结构等效物)或以其任何组合实施。本说明书中描述的主题的实施方案可实施为编码于计算机存储媒体上的一或多个计算机程序，即，计算机程序指令的一或多个模块，以供数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。

如果以软件实施，那么所述功能可作为一或多个指令或程序代码而存储于计算机可读媒体(例如，非暂时性媒体)上或经由计算机可读媒体(例如，非暂时性媒体)传输。本文中所公开的方法或算法的过程可以可驻留于计算机可读媒体上的处理器可执行软件模块实施。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体(包含可经启用以将计算机程序从一处转移到另一处的任何媒体)两者。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。作为实例且非限制，非暂时性媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置或可用以以指令或数据结构的形式存储所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。而且，可将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。如本文中所使用的磁盘及光盘包含紧密光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘用激光以光学方式再生数据。以上各者的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。另外，方法或算法的操作可作为程序代码及指令的一个或任何组合或集合驻留在机器可读媒体及计算机可读媒体上，所述媒体可并入到计算机程序产品中。

本发明中所描述的实施方案的各种修改对于所属领域的一般技术人员而言可易于为显而易见的，且本文中所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施方案。因此，本发明并不打算限于本文中所展示的实施方案，而是应符合与本文中所公开的权利要求书、原理及新颖特征相一致的最广泛范围。词语“示范性”在本文中独占地使用(如果存在)，以意谓“充当实例、个例或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施方案不必理解为比其它实施方案优选或有利。

在单独实施的情况下描述于此说明书中的某些特征也可在单个实施中以组合形式实施。相反，在单一实施的情况下描述的各种特征也可单独地在多个实施中或以任何合适子组合而实施。此外，尽管上文可将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初按此来主张，但来自所主张组合的一或多个特征在一些状况下可从所述组合删除，且所主张组合可针对子组合或子组合的变化。

类似地，尽管在图式中以特定次序来描绘操作，但不应将此理解为需要以所展示的特定次序或以按次序执行此些操作，或执行所有所说明的操作以达成合乎需要的结果。在某些情形下，多任务及并行处理可为有利的。此外，不应将在上述实施例中的各种系统组件的分离理解为需要在所有实施例中进行此分离，且应理解，所描述的程序组件及系统可大体上在单个软件产品中集成在一起或经封装到多个软件产品中。另外，其它实施方案是在以下权利要求书的范围内。在一些情况下，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序执行且仍达成所要结果。

将理解，除非特定描述实施方案中的任一个的特征明确地识别为彼此不相容，或周围上下文暗示其具有彼此排它性且不容易在互补及/或支持意义上组合，否则本发明的全部内容预期且设想到那些互补实施例的特定特征可经选择性组合，以提供一或多个全面但稍许不同的技术解决方案。因此进一步了解，已仅借助于实例给出以上描述，且细节修改可在本发明的范围内进行。

Claims (24)

1.一种系统，其包括：

指纹传感器；及

控制器，其经配置以基于第一指纹图像数据的一或多个特性而将所述指纹传感器从在第一操作模式中操作切换到在第二操作模式中操作，所述第一指纹图像数据是基于所述指纹传感器在所述第一操作模式中操作而产生，所述第一操作模式或所述第二操作模式中的一个为电容感测模式，且另一个为超声波感测模式。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个特性包含图像质量，所述图像质量对应于通过所述第一指纹图像数据表示的指纹的图像。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器经进一步配置以确定基于所述指纹传感器在所述第二操作模式中操作而产生的第二指纹图像数据的一或多个特性，且基于所述第二指纹图像数据的所述一或多个特性而鉴认通过所述第二指纹图像数据表示的指纹。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第一指纹图像数据的所述一或多个特性包含对应于指纹的第一图像的第一图像质量，且所述第二指纹图像数据的所述一或多个特性包含对应于所述指纹的第二图像的第二图像质量。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第二图像质量高于所述第一图像质量，且所述控制器经配置以基于所述第二图像质量满足或超出阈值图像质量而鉴认对应于所述第二指纹图像数据的所述指纹。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述控制器经进一步配置以提供第一驱动信号到所述指纹传感器的电极从而使所述指纹传感器在所述第一操作模式中操作，且经配置以提供第二驱动信号到所述指纹传感器的所述电极从而使所述指纹传感器在所述第二操作模式中操作，所述第一驱动信号与所述第二驱动信号不同。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一驱动信号及所述第二驱动信号处于不同频率。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述指纹传感器包含压电材料层，且所述第一驱动信号或所述第二驱动信号中对应于所述指纹传感器在所述超声波感测模式中操作的一个在对应于所述压电材料层的谐振频率的频率范围内，所述第一驱动信号或所述第二驱动信号中对应于所述指纹传感器在所述电容感测模式中操作的另一个在所述频率范围外。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中所述控制器经进一步配置以接收基于所述指纹传感器在所述第一操作模式中操作而产生的所述第一指纹图像数据，且接收基于所述指纹传感器在所述第二操作模式中操作而产生的第二指纹图像数据，且基于所述第一指纹图像数据及所述第二指纹图像数据而产生第三指纹图像数据。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述控制器经进一步配置以在所述指纹传感器正于所述电容感测模式及所述超声波感测模式中操作时从所述指纹传感器读取一或多个信号，所述一或多个信号的所述读取是基于对应于所述指纹传感器的操作模式的获取时间延迟。

11.一种方法，其包括：

通过控制器配置指纹传感器以在第一操作模式中操作从而产生第一指纹图像数据；

确定所述第一指纹图像数据的一或多个特性；

通过所述控制器配置所述指纹传感器以在第二操作模式中操作从而产生第二指纹图像数据，所述指纹传感器经配置以基于所述第一指纹图像数据的所述一或多个特性而在所述第二操作模式中操作；

确定所述第二指纹图像数据的一或多个特性；及

基于所述第二指纹图像数据的所述一或多个特性而鉴认通过所述第二指纹图像数据表示的指纹。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一操作模式或所述第二操作模式中的一个为电容感测模式，且另一个为超声波感测模式。

13.根据权利要求11所述的方法，其中确定所述第一指纹图像数据的所述特性包含确定通过所述第一指纹图像数据表示的指纹的第一图像的第一图像质量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中通过所述第一指纹图像数据表示的所述指纹的所述第一图像的所述第一图像质量处于或低于阈值图像质量，且所述指纹传感器经配置以基于所述第一图像质量处于或低于所述阈值图像质量而在所述第二操作模式中操作。

15.根据权利要求14所述的方法，其中确定所述第二指纹图像数据的特性包含确定通过所述第二指纹图像数据表示的所述指纹的第二图像的第二图像质量，所述第二图像质量高于所述第一图像质量。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二图像质量满足或超出所述阈值图像质量，且所述指纹的所述鉴认是基于所述第二图像质量满足或超出所述阈值图像质量。

17.一种上面存储有软件的非暂时性媒体，所述软件包含指令，所述指令用于控制系统以进行以下操作：

配置指纹传感器以在第一操作模式中操作从而产生第一指纹图像数据；

确定所述第一指纹图像数据的一或多个特性；

配置所述指纹传感器以在第二操作模式中操作从而产生第二指纹图像数据，所述指纹传感器经配置以基于所述第一指纹图像数据的所述一或多个特性而在所述第二操作模式中操作；

确定所述第二指纹图像数据的一或多个特性；及

基于所述第二指纹图像数据的所述一或多个特性而鉴认通过所述第二指纹图像数据表示的指纹。

18.根据权利要求17所述的非暂时性媒体，其中所述第一操作模式及所述第二操作模式中的一个为电容感测模式，且另一个为超声波感测模式。

19.根据权利要求17所述的非暂时性媒体，其中确定所述第一指纹图像数据的所述特性包含确定通过所述第一指纹图像数据表示的指纹的第一图像的第一图像质量，且其中通过所述第一指纹图像数据表示的所述指纹的所述第一图像的所述第一图像质量处于或低于阈值图像质量，且所述指纹传感器经配置以基于所述第一图像质量处于或低于所述阈值图像质量而在所述第二操作模式中操作。

20.根据权利要求19所述的非暂时性媒体，其中确定所述第二指纹图像数据的特性包含确定通过所述第二指纹图像数据表示的所述指纹的第二图像的第二图像质量，所述第二图像质量高于所述第一图像质量，且其中所述第二图像质量满足或超出所述阈值图像质量，且所述指纹的所述鉴认是基于所述第二图像质量满足或超出所述阈值图像质量。

21.一种具有触摸屏显示器的系统，其包括：

指纹传感器；及

控制器，其经配置以进行以下操作：使所述指纹传感器在触碰辨识模式中操作，所述触碰辨识模式使第一操作模式作为主要模式以确定手指已触碰所述触摸屏显示器及使第二操作模式作为替代性模式以确定所述手指已触碰所述触摸屏显示器；

及使所述指纹传感器在指纹鉴认模式中操作，所述指纹鉴认模式使所述第二操作模式作为所述主要模式及使所述第一操作模式作为替代性模式以确定所述手指的指纹对应于经授权指纹且第一。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一操作模式或所述第二操作模式中的一个为电容感测模式，且另一个为超声波感测模式。

23.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制器经进一步配置以使所述指纹传感器在示意动作辨识模式中操作从而确定一或多个手指与所述触摸屏显示器的交互，所述示意动作辨识模式使所述第一操作模式作为所述主要模式及使所述第二操作模式作为所述替代性模式。

24.根据权利要求23所述的系统，其中所述第一操作模式为电容感测，且所述第二操作模式为超声波感测。