CN113989860A - 超声指纹传感器和超声指纹感测方法 - Google Patents

超声指纹传感器和超声指纹感测方法 Download PDF

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Abstract

一种超声指纹传感器和超声指纹感测方法，包括：产生具有第一频率的第一超声波；接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；基于所述第一信号生成第一图像；将所述第一图像与配准的参考图像进行比较以产生匹配分数；以及响应于所述匹配分数小于阈值，使用第二频率生成第二图像。

Description

超声指纹传感器和超声指纹感测方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月9日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0084598号韩国专利申请的优先权及权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本公开的一些示例实施例的各方面涉及一种超声指纹传感器和一种使用超声指纹传感器的超声指纹感测方法。
背景技术
显示装置可以与诸如智能电话、平板电脑、笔记本计算机、监视器和电视机(TV)的各种电子装置一起使用或者可以并入诸如智能电话、平板电脑、笔记本计算机、监视器和电视机(TV)的各种电子装置中。随着移动通信技术的最新进展，诸如智能电话、平板电脑和笔记本计算机的便携式电子装置的使用已经极大地增加。便携式电子装置包含诸如联系人、通话记录、消息、照片、便笺、用户的网上冲浪信息、位置信息、财务信息的个人信息。为了保护便携式电子装置的个人信息，可以使用其中识别作为用户的生物特征信息的指纹的指纹认证来进行认证。在这种情况下，显示装置可以包括用于指纹认证的指纹传感器。
指纹传感器可以实现为光学传感器、超声传感器或电容传感器等。
在超声指纹传感器的情况下，可以生成指纹图像，但是指纹图像可以根据指纹所暴露的环境(例如，温度和湿度)而变化。
在本背景技术部分中公开的上面信息仅用于增强对背景的理解，并且因此，在该背景技术部分中讨论的信息不一定构成现有技术。
发明内容
本公开的一些示例实施例的各方面可以包括一种能够在各种环境中改善识别精度的超声指纹感测方法。
本公开的一些示例实施例的各方面还可以包括一种在各种环境中具有相对改善的识别精度的超声指纹传感器。
然而，根据本公开的实施例的各方面不限于本文中阐述的方面。通过参考下面给出的本公开的详细描述，本公开的上面和其它方面对于本公开所属领域的普通技术人员而言将变得更加显而易见。
根据一些示例实施例，一种超声指纹感测方法包括：产生具有第一频率的第一超声波；接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；基于所述第一信号生成第一图像；对所述第一图像和配准的(registered)参考图像执行比较/确定；以及如果确定作为所述第一图像和所述配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数小于阈值，则使用第二频率生成第二图像。
根据一些示例实施例，一种超声指纹感测方法包括：产生具有第一频率的第一超声波；接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；基于所述第一信号生成第一图像；对所述第一图像和配准的参考图像执行比较/确定；以及如果确定作为所述第一图像和所述配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数小于阈值，则对所述指纹的温度执行测量/确定。
根据一些示例实施例，一种超声指纹传感器包括：超声波产生单元，配置为产生具有第一频率的第一超声波；接收单元，配置为接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；图像生成单元，配置为基于所述第一信号生成第一图像；以及比较/确定单元，配置为对所述第一图像和配准的参考图像执行比较/确定；并且其中，如果所述比较/确定单元确定作为所述第一图像和所述配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数小于阈值，则所述图像生成单元使用第二频率进一步生成第二图像。
根据一些示例实施例，一种超声指纹传感器包括：超声波产生单元，配置为产生具有第一频率的第一超声波；接收单元，配置为接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；图像生成单元，配置为基于所述第一信号生成第一图像；以及比较/确定单元，配置为对所述第一图像和配准的参考图像执行比较/确定；并且其中，所述温度测量/确定单元配置为响应于由所述比较/确定单元确定的作为所述第一图像和所述配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数小于阈值，对所述指纹的所述温度执行测量/确定。
根据本公开的一些示例实施例，可以提供一种能够在各种环境中改善识别精度的超声指纹感测方法和超声指纹传感器。
根据本公开的实施例的特征不限于上述特征，并且在根据本公开的实施例中包括各种其它特征。
附图说明
通过参照附图更详细地描述本公开的一些示例实施例的各方面，根据本公开的实施例的上面和其它方面以及特征将变得更加显而易见，其中：
图1是示出根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图；
图2是示出根据一些示例实施例的配备有用于超声指纹感测的超声指纹传感器的显示装置的透视图；
图3是示出根据一些示例实施例的超声指纹感测方法中的配准(registering)参考图像以及将图像与配准的参考图像进行比较以做出确定的操作的流程图；
图4是在沿图2的线I-I'截取的截面图中另外示出第一超声波和第一信号的传播路径的示意图；
图5是图4的区域A的放大图；
图6示出了根据一些示例实施例的通过使用第一超声波在第一环境和第二环境中拍摄的指纹图像的照片；
图7是示出根据一些示例实施例的第二超声波和第二信号的传播路径的示意图；
图8是图7的区域A的放大图；
图9是示出根据一些示例实施例的用于在第一环境和第二环境中测量超声波反射特性的模型的图；
图10是示出根据一些示例实施例的在图9的模型中计算出的关于气隙厚度的反射系数的曲线图；
图11示出了根据一些示例实施例的通过使用第二超声波在第一环境和第二环境中拍摄的指纹图像的照片；
图12是示出根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图；
图13和图14是根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图；
图15是根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图；
图16是根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图；
图17是根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图；
图18是根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图；以及
图19是根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图。
具体实施方式
本文中公开的本发明的实施例的具体结构和功能描述仅出于本发明的实施例的说明性目的。在不脱离本发明的精神和重要特征的情况下，本发明可以以许多不同的形式实施。因此，本发明的实施例仅出于说明性目的公开，并且不应被解释为限制本发明。也就是说，本发明仅由权利范围及其等同物限定。
将理解的是，当元件被称为与另一元件相关时，诸如“耦接”或“连接”到另一元件时，元件可以直接耦合或连接到另一元件，或者在它们之间可以存在中间元件。相反，应当理解的是，当元件被称为与另一元件相关时，诸如“直接耦合”或“直接连接”到另一元件时，不存在中间元件。应当以相同的方式解释说明元件之间的关系的诸如“在……之间”、“直接在……之间”、“邻近于……”或“直接邻近于……”的其它表达。
在整个说明书中，相同的附图标记将指代相同的或相似的部件。
将理解的是，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区、层和/或部分，但是这些元件、组件、区、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区、层或部分与另一元件、组件、区、层或部分区分开。因此，在不脱离本文中的教导的情况下，下面讨论的“第一元件”“第一组件”“第一区”、“第一层”或“第一部分”可以被称为第二元件、第二组件、第二区、第二层或第二部分。
本文中所使用的术语仅是出于为了描述特定实施例的目的，并不意图是限制性的。如本文中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则“一个”、“一种”、“所述(该)”和“至少一个(种)”不表示对数量的限制，并且旨在包括单数和复数两者。例如，“元件”具有与“至少一个元件”相同的含义，除非上下文另外明确指出。“至少一个”不解释为限制“一个”或“一种”。“或”表示“和/或”。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意组合和所有组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”或者“含有”和/或“具有”时，指定存在所陈述的特征、区、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、区、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
此外，在本文中可以使用诸如“下”或“底部的”以及“上”或“顶部的”的相对术语以描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。将理解的是，除了附图中描绘的方位之外，相对术语还旨在涵盖装置的不同方位。例如，如果在一幅附图中装置被翻转，则描述为在其它元件“下”侧的元件随后将被定向为在其它元件“上”侧。因此，根据附图的具体方位，示例性术语“下”可以涵盖“下”和“上”两种方位。类似地，如果在一幅附图中装置被翻转，则描述为“在”其它元件“下方”或“之下”的元件随后将被定向为“在”其它元件“上方”。因此，示例性术语“在……下方”或“在……之下”可以涵盖上方和下方两种方位。
考虑到讨论中的测量和与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)，如本文中所使用的“大约”或“近似”包括所陈述的值，并且意指在由本领域普通技术人员确定的特定值的可接受的偏差范围内。例如，“大约”可以指在一个或多个标准偏差内，或者在所陈述的值的±30％、±20％、±10％或±5％以内。
除非另有定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，除非在本文中明确地如此定义，否则诸如在通用词典中定义的术语的术语应当被解释为具有与它们在相关领域的背景和本公开中的含义相一致的含义，并将不以理想化的或过于形式化的含义来解释所述术语。
本文中参照作为理想化的实施例的示意图的截面图来描述一些示例实施例的各方面。这样，预计到由于例如制造技术和/或公差引起的示图的形状的变化。因此，本文中描述的实施例不应当被解释为局限于如本文中所示出的区的具体形状，而是包括例如由于制造引起的形状的偏差。例如，示出或描述为平坦的区例如可以具有粗糙的和/或非线性的特征。此外，示出的尖角可以是被倒圆。因此，在附图中示出的区在本质上是示意性的，并且它们的形状并不意图示出区的精确形状，并且不意图限制本权利范围。
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的一些示例实施例的各方面。
图1是示出根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图。尽管图1示出了根据一些示例实施例的各种操作，但是根据一些示例实施例，操作的数量和操作的顺序可以变化。例如，根据一些示例实施例，在不脱离根据本公开的实施例的精神和范围的情况下，可以存在另外的操作或较少的操作，或者操作的顺序可以变化。图2是示出根据一些示例实施例的配备有用于超声指纹感测的超声指纹传感器的显示装置的透视图。图3是示出根据一些示例实施例的超声指纹感测方法中的配准参考图像以及将图像与配准的参考图像进行比较以做出确定的操作的流程图。尽管图3示出了根据一些示例实施例的各种操作，但是根据一些示例实施例，操作的数量和操作的顺序可以变化。例如，根据一些示例实施例，在不脱离根据本公开的实施例的精神和范围的情况下，可以存在另外的操作或较少的操作，或者操作的顺序可以变化。图4是在沿图2的线I-I'截取的截面图中另外示出第一超声波和第一信号的传播路径的示意图。图5是图4的区域A的放大图。图7是示出根据一些示例实施例的第二超声波和第二信号的传播路径的示意图。图8是图7的区域A的放大图。
参照图1至图7，超声指纹传感器400实现根据一些示例实施例的超声指纹感测方法。超声指纹传感器400用于将指纹识别作为用于保护显示装置10的个人信息的生物特征信息，并且认证所识别的指纹是否与先前捕获的用户的指纹匹配(例如，是否与先前捕获的用户的指纹相同)。超声指纹传感器400可以使用可以具有适合于穿透多个层的驱动频率的超声波识别指纹。
首先，对配备有超声指纹传感器400的显示装置10的配置进行描述。
显示装置10可以是诸如使用有机发光二极管的有机发光显示装置、包括量子点发光层的量子点发光显示装置、包括无机半导体的无机发光显示装置和使用微发光二极管(LED)的微发光显示装置的发光显示装置。
显示装置10包括显示面板100、显示驱动电路200、显示电路板300和超声指纹传感器400。显示装置10还可以包括布置在显示面板100的顶部上的覆盖窗CW(见图4)。尽管在图2中未示出覆盖窗CW，但是将参照图4描述其上定位有覆盖窗CW的显示装置10的堆叠结构。
在平面图(例如，相对于显示面板100的显示表面的平面正交或垂直的视图)中，显示面板100可以形成为具有在第一方向DR1上的短边和在与第一方向DR1相交的第二方向DR2上的长边的矩形形状。由在第一方向DR1上的短边和在第二方向DR2上的长边相交而形成的角可以被倒圆以具有曲率(例如，设定的或预定的曲率)。显示面板100的平面形状不限于矩形形状，并且可以形成为另一多边形形状、圆形形状或椭圆形形状。显示面板100可以形成为平坦的，但是根据本公开的实施例不限于此。例如，显示面板100可以包括形成在左端部和右端部处并且具有曲率(例如，设定的或预定的曲率)或变化的曲率的弯曲部分。另外，显示面板100可以柔性地形成，使得显示面板100可以被扭曲、弯折、折叠或卷曲。
显示面板100可以包括主区MA和子区SBA。
主区MA可以包括显示图像的显示区域DA和作为显示区域DA的外围区域的非显示区域NDA。显示区域DA可以包括用于显示图像的显示像素。非显示区域NDA可以限定为从显示区域DA的边界到显示面板100的边缘的区域。
显示区域DA可以包括指纹感测区域FSA。指纹感测区域FSA可以对应于在此处布置有超声指纹传感器400的区域。指纹感测区域FSA可以是如图2中示出的显示区域DA的一部分，但是根据本公开的实施例不限于此。根据一些示例实施例，指纹感测区域FSA可以与显示区域DA基本上相同，指纹感测区域FSA覆盖显示区域DA的整个区域。
子区SBA可以在第二方向DR2上从主区MA的一侧突出。子区SBA可以在第一方向DR1和第二方向DR2两个方向上在长度方面小于主区MA，但是根据本公开的实施例不限于此。
尽管在图2中示出了其中子区SBA是延伸的示例，但是子区SBA可以弯折，并且在这种情况下，布置在显示面板100的底表面上。在其中子区SBA弯折的情况下，子区SBA可以在显示面板100的厚度方向(例如，第三方向DR3)上与主区MA重叠。显示驱动电路200可以布置在子区SBA中。
显示驱动电路200可以产生用于驱动显示面板100的信号和电压。显示驱动电路200可以形成为集成电路(IC)，并且可以通过玻璃覆晶(COG)方法、塑料覆晶(COP)方法或超声接合方法附接到显示面板100上，但是根据本公开的实施例不限于此。例如，显示驱动电路200可以通过薄膜覆晶(COF)方法粘附在显示电路板300上。
显示电路板300可以用诸如各向异性导电膜的导电粘合构件附接到显示面板100的子区SBA的一个端部。结果，显示电路板300可以电连接到显示面板100和显示驱动电路200。显示面板100和显示驱动电路200可以经由显示电路板300接收数字视频数据、时序信号和驱动电压。显示电路板300可以是诸如柔性印刷电路板、印刷电路板或薄膜覆晶的柔性膜。
超声指纹传感器400可以布置在显示面板100的底表面上。
在下文中，对使用超声指纹传感器400的超声指纹感测方法进行描述。稍后将参照图12对超声指纹传感器400的详细配置进行描述。
参照图1和图4，超声指纹传感器400产生具有第一频率(或驱动频率)的第一超声波UW1(操作S10)。图4示出了其中用户将手指F放置在显示装置10的覆盖窗CW上用于指纹认证的示例情况。
如上所述，第一频率可以属于适合于穿过显示装置10的多个层的频带。显示面板100和覆盖窗CW可以定位在显示装置10的超声指纹传感器400上。覆盖窗CW可以定位在显示面板100上以覆盖显示面板100的顶表面。覆盖窗CW可以用于保护显示面板100的顶表面。覆盖窗CW可以使用透明粘合构件附接到显示面板100的顶表面。例如，透明粘合构件可以是诸如光学透明粘合剂(OCA)膜的透明粘合膜或诸如光学透明树脂(OCR)的透明粘合树脂。
覆盖窗CW可以由诸如玻璃或塑料的透明材料制成。例如，在其中覆盖窗CW由玻璃制成的情况下，可以使用具有等于或小于0.1mm的厚度的超薄玻璃(UTG)。在其中覆盖窗CW由塑料制成的情况下，可以使用透明的聚酰亚胺膜。
超声指纹传感器400可以布置在显示面板100的底表面上。超声指纹传感器400可以用透明粘合构件粘附到显示面板100的底表面上。
在这种情况下，多个层可以包括显示面板100、透明粘合构件和覆盖窗CW。第一频率可以属于用于穿过显示面板100、透明粘合构件和覆盖窗CW优化的频带。
手指F可以包括面向覆盖窗CW的指纹。手指F的指纹可以包括凹入部分和凸出部分。如图4中所示，指纹的凹入部分和凸出部分可以重复地布置。在包括从重复的凹入部分和凸出部分中取得的一个凹入部分和一个凸出部分的至少一个部分中，凸出部分可以被称为脊RID，并且凹入部分可以被称为谷VAL。指纹的脊RID可以比谷VAL更靠近覆盖窗CW。
第一超声波UW1照射到指纹的脊RID和谷VAL，并且之后由脊RID和谷VAL反射。照射到脊RID的第一超声波UW1可以穿透显示面板100、透明粘合构件和覆盖窗CW以到达脊RID。如图4中所示，因为脊RID直接接触覆盖窗CW，所以在脊RID和覆盖窗CW之间可能没有间隙，例如气隙AG。
同时，照射到谷VAL的第一超声波UW1可以穿透显示面板100、透明粘合构件、覆盖窗CW和气隙AG以到达谷VAL。尽管照射到脊RID的第一超声波UW1和照射到谷VAL的第一超声波UW1行进通过相同的穿透路径，即显示面板100、透明粘合构件和覆盖窗CW，但是照射到谷VAL的第一超声波UW1可以进一步行进通过气隙AG。关于由超声指纹传感器400发射的第一超声波UW1，照射到脊RID并由脊RID反射的第一超声波UW1可以转换成第一信号L1。此外，照射到谷VAL并由在气隙AG和覆盖窗CW之间的界面反射的第一超声波UW1可以转换成第一反射信号L11，并且照射到谷VAL并由谷VAL反射的第一超声波UW1可以转换成第二反射信号L12，第一反射信号L11和第二反射信号L12构成第一信号L1。第一反射信号L11的量值可以大于第二反射信号L12的量值。
超声指纹传感器400可以基于第一超声波UW1的发射时间点与由脊RID反射的第一信号L1的到达时间点之间的第一时间差和第一超声波UW1的发射时间点与由谷VAL以及气隙AG和覆盖窗CW之间的界面反射的第一信号L1的到达时间点之间的第二时间差识别脊RID和谷VAL。然而，考虑到在谷VAL和覆盖窗CW之间存在气隙AG并且超声波传播速度随介质变化，可能不容易在脊RID和谷VAL之间进行区分。
为了将谷VAL和覆盖窗CW之间的气隙AG考虑在内以便更准确地在脊RID和谷VAL之间进行区分，可以考虑计算第一超声波UW1的强度与第一信号L1的强度之间的比作为在脊RID和谷VAL之间进行区分的方法。第一信号L1的强度与第一超声波UW1的强度的比被限定为反射系数R。
例如，照射到谷VAL的第一超声波UW1的反射系数R可以大于照射到脊RID的第一超声波UW1的反射系数R。换句话说，可以基于第一超声波UW1的反射系数R来确定其是脊RID还是谷VAL。
接下来，参照图1和图4，超声指纹传感器400接收由指纹的脊RID和谷VAL反射的第一信号L1(操作S20)。
接下来，超声指纹传感器400基于第一信号L1生成图像(操作S30)。在操作S30处，图像可以是第一图像。
接下来，超声指纹传感器400将图像(或第一图像)与配准的参考图像进行比较以做出确定(操作S40)。
在操作S40处将图像(或第一图像)与配准的参考图像进行比较以做出确定之前，可以配准参考图像(或第一参考图像)(操作S70)。
参考图像可以是在室内温度/室内湿度环境中配准的用户的指纹图像。
如果在操作S40处确定作为图像(或第一图像)和配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数等于或大于阈值，则用户的指纹认证完成。
同时，如图5中所示，指纹的脊RID可以具有随暴露环境变化的表面轮廓。更详细地，在其中指纹暴露于低温/低湿(干燥)条件下的情况下，可能在指纹的脊RID的表面上形成皱褶。指纹的脊RID的表面上的皱褶可能与覆盖窗CW形成不期望的气隙AG。
也就是说，即使第一超声波UW1的反射系数R用于在脊RID和谷VAL之间进行区分，脊RID的表面上的随着指纹暴露环境变化的皱褶也可能使得难以在脊RID和谷VAL之间进行区分。
图6示出了在第一环境和第二环境中通过使用第一超声波UW1拍摄的指纹图像的照片。在图6中，正常手指照片示出了在与室内温度/室内湿度环境相对应的第一环境中的手指F(见图4)，并且干燥手指照片示出了在与低温/低湿环境相对应的第二环境中的手指F。在图6中，针对穿过显示面板100、透明粘合构件和覆盖窗CW优化的频率被用作第一频率。然而，第一频率不限于此，并且可以具有等于或高于1MHz的频率。
参照图5和图6，经确定，在第二环境中不容易在脊RID和谷VAL之间进行区分。
参照图6、图7和图11，当因为指纹暴露于第二环境而难以识别指纹时，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法可能能够以通过使用属于低于第一频率的频带的第二频率的第二超声波UW2尝试指纹识别的这样的方式成功地执行指纹识别，而不管环境如何。
返回参照图1、图7和图8，如果难以在操作S40处通过将图像(或第一图像)与配准的参考图像进行比较并做出确定来在脊RID和谷VAL之间进行区分(或者，作为第一图像和配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数小于阈值)，则超声指纹传感器400通过使用具有第二频率的第二超声波UW2生成图像(或第二图像)(操作S50)。第二频率可以是属于低于第一频率的频带的频率。例如，第二频率可以具有等于或小于第一频率的大约90％的值，但是不限于此。
在操作S50处的通过使用具有第二频率的第二超声波UW2生成图像(或第二图像)可以包括将第二超声波UW2照射到脊RID和谷VAL，从而接收由脊RID和谷VAL反射的第二信号L2，并且基于接收到的第二信号L2生成第二图像。照射到脊RID并由脊RID反射的第二超声波UW2可以转换成第二信号L2，并且照射到谷VAL并由气隙AG和覆盖窗CW之间的界面以及由谷VAL反射的第二超声波UW2可以分别转换成第一反射信号L21和第二反射信号L22。第一反射信号L21的量值可以大于第二反射信号L22的量值。
因为第二频率属于低于第一频率的频带，所以照射到谷VAL的第二超声波UW2的反射系数R可以小于照射到谷VAL的第一超声波UW1的反射系数R。参照图9和图10对其进行描述。
图9是示出根据一些示例实施例的用于在第一环境和第二环境中测量超声波反射特性的模型的图。图10是示出根据一些示例实施例的在图9的模型中计算出的关于气隙厚度的反射系数的曲线图。在图9中，(a)示出了其中物体(例如，手指)与玻璃直接接触的第一模型，并且(b)示出了其中具有一定间隙h的气隙形成在玻璃和手指之间的第二模型。第一模型是其中指纹的脊暴露于第一环境并且可以对应于正常手指的情况。第二模型是其中指纹的脊暴露于第二环境的情况。
在图10中，水平轴(气隙厚度(nm))对应于图9的第二模型中的间隙h，并且垂直轴(反射系数R)对应于随第二模型的间隙h变化的模拟值。第二模型可以对应于干燥手指。在第二模型中，反射系数R在每个频率下测量。例如，通过使用第一频率的第一超声波UW1测量反射系数R，并且通过使用第二频率的第二超声波UW2测量反射系数R。
参照图4、图7、图9和图10，在第一模型(或正常手指)中测量的反射系数R为大约0.698，并且在第二模型中测量的反射系数R趋于随着间隙h增大而增加。示出了在假设间隙h是恒定的第二模型中，通过使用第一频率的第一超声波UW1测量的反射系数R大于通过使用第二频率的第二超声波UW2测量的反射系数R。
也就是说，示出了在低温/低湿环境中通过使用在低于第一频率的频带中的第二频率的第二超声波UW2生成的图像(或第二图像)与通过使用第一频率的第一超声波UW1生成的图像(或第一图像)相比具有接近于第一模型(或正常手指)中的反射系数R的反射系数R。
图11示出了根据一些示例实施例的通过使用第二超声波在第一环境和第二环境中拍摄的指纹图像的照片。在图11中，正常手指照片示出了在与室内温度/室内湿度环境相对应的第一环境中的手指F(见图4)，并且干燥手指照片示出了在与低温/低湿环境相对应的第二环境中的手指F。另外，第二频率应用在图11中。参照图11，示出了如上所述，即使在第二环境中，脊RID和谷VAL也被很好地区分。
返回参照图1和图7，在操作S50处通过使用第二频率生成图像(或第二图像)之后，超声指纹传感器400将第二图像与配准的参考图像(或第一参考图像)进行比较以做出确定(操作S40)。
如果在操作S40处确定作为第二图像和配准的参考图像(或第一参考图像)之间的比较结果的匹配分数等于或大于阈值，则认证完成。
当因为指纹暴露于第二环境而难以识别指纹时，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法可能能够以通过使用属于低于第一频率的频带的第二频率的第二超声波UW2尝试指纹识别的这样的方式成功地执行指纹识别，而不管环境如何。
在下文中，可以对根据一些示例实施例的超声指纹传感器进行描述。在以下实施例中，与上述实施例的组件相同的组件由相同的附图标记表示，并且可以省略或简化其的一些描述。
图12是示出根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图。
参照图12，根据一些示例实施例的超声指纹传感器400包括超声波产生单元410、超声波接收单元420、图像生成单元430和比较/确定单元440。
如参照图1和图12所描述的，超声波产生单元410产生具有第一频率的第一超声波UW1(操作S10)。
如参照图1、图4和图12所描述的，超声波接收单元420接收由指纹的脊RID和谷VAL反射的第一信号L1(操作S20)。
如参照图1和图12所描述的，图像生成单元430生成图像(第一图像和第二图像)(操作S30和S50)。
如参照图1和图12所描述的，比较/确定单元440将图像(第一图像和第二图像)与配准的参考图像进行比较并做出确定(操作S40)。
已经参照图1至图11更详细地描述了超声指纹传感器400的组件410、420、430和440的作用，并且因此将省略其详细描述。
超声指纹传感器400产生具有第一频率的第一超声波UW1(操作S10)。
在下文中，将对根据一些示例实施例的超声指纹感测方法进行描述。在以下实施例中，与上述实施例的组件相同的组件由相同的附图标记表示，并且可以省略或简化其的一些描述。
图13和图14是根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图。尽管图13和图14阐述了根据一些示例实施例的各种操作，但是根据一些示例实施例，操作的数量和操作的顺序可以变化。例如，根据一些示例实施例，在不脱离根据本公开的实施例的精神和范围的情况下，可以存在另外的操作或较少的操作，或者操作的顺序可以变化。
参照图13和图14，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法与根据上面的实施例的超声指纹感测方法的不同之处在于，上面参照图3描述的用于配准参考图像的操作S70可以被划分为用于配准第一参考图像(或参考图像)的操作S70_1和用于配准第二参考图像的操作S70_2。
更详细地，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法包括参考图像配准(registration)操作，参考图像配准操作可以被划分为用于配准第一参考图像的操作S70_1和用于配准第二参考图像的操作S70_2。第一参考图像与参照图3描述的参考图像相同，并且第二参考图像是在第二环境即低温/低湿环境中生成的参考图像。
与参照图1描述的根据实施例的超声指纹感测方法不同，根据该实施例的超声指纹感测方法的特征在于，通过使用第二频率生成第二图像(操作S50_1)，并且之后将第二图像与配准的第二参考图像进行比较以做出确定(操作S80)。也就是说，基于第一图像和配准的第一参考图像之间的比较的确定(操作S40_1)和基于第二图像和配准的第二参考图像之间的比较的确定(操作S80)可以彼此独立地进行。接下来，如果确定第二参考图像与第二图像之间的匹配分数等于或大于阈值，则认证完成。
已经参照图1至图11进行了其它描述，并且因此，将省略冗余的描述。
图15是根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图。
参照图15，根据本实施例的超声指纹传感器400_1与图12的根据一些示例实施例的超声指纹传感器400的不同之处在于，比较/确定单元440_1进一步负责如参照图13和图14所描述的将第二图像与配准的第二参考图像进行比较并做出确定。
更详细地，在根据一些示例实施例的超声指纹传感器400_1中，比较/确定单元440_1可以进一步负责如参照图13和图14所描述的将第二图像与配准的第二参考图像进行比较并做出确定。
已经参照图12进行了其它描述，并且因此，将省略冗余的描述。
图16是根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图。尽管图16示出了根据一些示例实施例的各种操作，但是根据一些示例实施例，操作的数量和操作的顺序可以变化。例如，根据一些示例实施例，在不脱离根据本公开的实施例的精神和范围的情况下，可以存在另外的操作或较少的操作，或者操作的顺序可以变化。
参照图16，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法与根据上面的实施例的超声指纹感测方法的不同之处在于，还包括用于测量温度并做出确定的操作S90。
更详细地，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法还可以包括用于温度测量/确定的操作S90。用于温度测量/确定的操作S90可以在用于将图像(或第一图像)与配准的参考图像(或第一参考图像)进行比较并做出确定的操作S40之后执行。通过用于温度测量/确定的操作S90，可以将温度确定为指纹所暴露的环境。如果通过用于温度测量/确定的操作S90确定指纹暴露于低温环境，则超声指纹传感器400_1可以通过使用属于针对低温环境的频带的第二频率生成图像(或第二图像)(操作S50)。在操作S50处生成图像(或第二图像)之后，超声指纹传感器400_1将第二图像与配准的参考图像(或第一参考图像)进行比较，并且如果匹配分数等于或大于阈值，则完成认证。例如，如果确定在用于温度测量/确定的操作S90处测量的温度在第一阈值范围以内或以下(例如，在低于室内温度的低温状态下)，则超声指纹传感器400_1可以使用属于低于第一频率的频带的第二频率。
图17是根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图。
参照图17，根据一些示例实施例的超声指纹传感器400_2可以包括温度测量/确定单元450。
更详细地，根据一些示例实施例的超声指纹传感器400_2还可以包括温度测量/确定单元450。
温度测量/确定单元450用于执行如参照图16所描述的用于温度测量/确定的操作S90的操作。上面已经描述了用于温度测量/确定的操作S90以及组件410、420、430和440，并且将省略其详细描述以避免冗余。
图18是根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的流程图。尽管图18示出了根据一些示例实施例的各种操作，但是根据一些示例实施例，操作的数量和操作的顺序可以变化。例如，根据一些示例实施例，在不脱离根据本公开的实施例的精神和范围的情况下，可以存在另外的操作或较少的操作，或者操作的顺序可以变化。
参照图18，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法与图14的根据一些示例实施例的超声指纹感测方法的不同之处在于，在用于基于第一图像和配准的第一参考图像之间的比较进行确定的操作S40_1与用于通过使用第二频率生成第二图像的操作S50_1之间执行用于温度测量/确定的操作S90。
更详细地，根据一些示例实施例的超声指纹感测方法可以包括用于温度测量/确定的操作S90，用于温度测量/确定的操作S90在用于将第一图像与配准的第一参考图像进行比较以做出确定的操作S40_1与用于通过使用第二频率生成第二图像的操作S50_1之间执行。
已经参照图16更详细地描述了用于温度测量/确定的操作S90，并且因此省略其详细描述以避免冗余。
图19是根据一些示例实施例的超声指纹传感器的框图。
参照图19，根据一些示例实施例的超声指纹传感器400_3可以包括温度测量/确定单元450。
更详细地，根据一些示例实施例的超声指纹传感器400_3还可以包括温度测量/确定单元450。
已经参照图17更详细地描述了温度测量/确定单元450，并且因此可以省略其的一些详细描述以避免冗余。
尽管已经出于说明性目的描述了本发明的一些示例实施例的各方面，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利范围及它们的等同物所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可能的。

Claims (23)

1.一种超声指纹感测方法，其中，所述超声指纹感测方法包括：
产生具有第一频率的第一超声波；
接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；
基于所述第一信号生成第一图像；
将所述第一图像与配准的参考图像进行比较以产生匹配分数；以及
响应于所述匹配分数小于阈值，使用第二频率生成第二图像。
2.根据权利要求1所述的超声指纹感测方法，其中，所述第二频率属于低于所述第一频率的频带。
3.根据权利要求2所述的超声指纹感测方法，其中，所述超声指纹感测方法还包括：在生成所述第二图像之后，将所述第二图像与所述配准的参考图像进行比较。
4.根据权利要求3所述的超声指纹感测方法，其中，使用所述第二频率的所述第二图像的所述生成包括：
产生具有所述第二频率的第二超声波；和
接收由所述第二超声波的从所述指纹的所述脊和所述谷中的每一个的反射产生的第二信号。
5.根据权利要求4所述的超声指纹感测方法，其中，所述第二信号的强度与所述第二超声波的强度的比小于所述第一信号的强度与所述第一超声波的强度的比。
6.根据权利要求4所述的超声指纹感测方法，其中，将所述第一图像与所述配准的参考图像进行比较包括配准第一参考图像；
将所述第二图像与所述配准的参考图像进行比较包括配准第二参考图像，
所述第一参考图像基于所述第一信号生成，
所述第二参考图像基于所述第二信号生成，并且
将所述第二图像与所述配准的参考图像进行比较包括将所述第二图像与所述第二参考图像进行比较。
7.根据权利要求1所述的超声指纹感测方法，其中，所述第一超声波配置为穿过多个层以到达所述指纹，并且
所述多个层包括显示面板和覆盖窗。
8.一种超声指纹感测方法，其中，所述超声指纹感测方法包括：
产生具有第一频率的第一超声波；
接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；
基于所述第一信号生成第一图像；
将所述第一图像与配准的参考图像进行比较以产生匹配分数；以及
响应于所述匹配分数小于阈值，测量所述指纹的温度。
9.根据权利要求8所述的超声指纹感测方法，其中，所述超声指纹感测方法还包括：在测量所述指纹的所述温度之后，基于所述指纹的所述温度使用第二频率生成第二图像。
10.根据权利要求9所述的超声指纹感测方法，其中，所述超声指纹感测方法还包括：在生成所述第二图像之后，将所述第二图像与所述配准的参考图像进行比较。
11.根据权利要求10所述的超声指纹感测方法，其中，使用所述第二频率的所述第二图像的所述生成包括：
产生具有所述第二频率的第二超声波；和
接收由所述第二超声波的从所述指纹的所述脊和所述谷中的每一个的反射产生的第二信号。
12.根据权利要求11所述的超声指纹感测方法，其中，将所述第一图像与所述配准的参考图像进行比较包括配准第一参考图像，
将所述第二图像与所述配准的参考图像进行比较包括配准第二参考图像，
所述第一参考图像基于所述第一信号生成，
所述第二参考图像基于所述第二信号生成，并且
将所述第二图像与所述配准的参考图像进行比较包括将所述第二图像与所述第二参考图像进行比较。
13.根据权利要求12所述的超声指纹感测方法，其中，如果所述指纹的所述温度在第一阈值范围以内或以下，则所述第二频率属于低于所述第一频率的频带。
14.一种超声指纹传感器，其中，所述超声指纹传感器包括：
超声波发生器，配置为产生具有第一频率的第一超声波；
接收单元，配置为接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；
图像生成器，配置为基于所述第一信号生成第一图像；以及
比较/确定单元，配置为对所述第一图像和配准的参考图像执行比较/确定；并且
其中，所述图像生成器配置为响应于由所述比较/确定单元确定的作为所述第一图像和所述配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数小于阈值，使用第二频率生成第二图像。
15.根据权利要求14所述的超声指纹传感器，其中，所述第二频率属于低于所述第一频率的频带。
16.根据权利要求15所述的超声指纹传感器，其中，所述比较/确定单元进一步配置为对所述第二图像和所述配准的参考图像执行比较/确定。
17.根据权利要求16所述的超声指纹传感器，其中，所述比较/确定单元配置为配准第一参考图像和不同于所述第一参考图像的第二参考图像，并且
其中，所述第一参考图像基于所述第一信号生成，并且所述第二参考图像基于不同于所述第一信号的第二信号生成。
18.根据权利要求17所述的超声指纹传感器，其中，所述比较/确定单元配置为对所述第二图像和所述配准的第二参考图像执行比较/确定。
19.一种超声指纹传感器，其中，所述超声指纹传感器包括：
超声波发生器，配置为产生具有第一频率的第一超声波；
接收单元，配置为接收由所述第一超声波的从指纹的脊和谷中的每一个的反射产生的第一信号；
图像生成器，配置为基于所述第一信号生成第一图像；以及
比较/确定单元，配置为对所述第一图像和配准的参考图像执行比较/确定；
温度测量/确定单元，配置为对所述指纹的温度执行测量/确定，
其中，所述温度测量/确定单元配置为响应于由所述比较/确定单元确定的作为所述第一图像和所述配准的参考图像之间的比较结果的匹配分数小于阈值，对所述指纹的所述温度执行测量/确定。
20.根据权利要求19所述的超声指纹传感器，其中，所述图像生成器配置为基于所述指纹的所述温度使用第二频率生成第二图像。
21.根据权利要求20所述的超声指纹传感器，其中，所述比较/确定单元进一步配置为对所述第二图像和所述配准的参考图像执行比较/确定。
22.根据权利要求21所述的超声指纹传感器，其中，所述比较/确定单元配置为配准第一参考图像和不同于所述第一参考图像的第二参考图像，
所述第一参考图像基于所述第一信号生成，
所述第二参考图像基于不同于所述第一信号的第二信号生成，并且
所述比较/确定单元配置为对所述第二图像和所述第二参考图像执行比较/确定。
23.根据权利要求22所述的超声指纹传感器，其中，响应于所述指纹的所述温度在第一阈值范围以内或以下，所述第二频率属于低于所述第一频率的频带。
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