CN114144817A - 具有分频器的双频超声波传感器系统 - Google Patents

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Abstract

一种装置可以包括具有第一层堆叠和第二层堆叠的超声波传感器系统。第一层堆叠可以包括第一超声波发送器，且第二层堆叠可以包括第二超声波发送器。第一层堆叠和/或第二层堆叠可以包括超声波接收器。分频层可以位于第一层堆叠和第二层堆叠之间。

Description

具有分频器的双频超声波传感器系统
优先权声明
本专利申请要求于2019年6月26日提交的题为“DUAL-FREQUENCY ULTRASONICSENSOR SYSTEM WITH FREQUENCY SPLITTER”的序列号为16/453，898的非临时申请的优先权，该非临时申请被转让给本申请的受让人，并在此明确地通过引用结合到本文。
技术领域
本公开总体上涉及传感器设备和相关方法，包括但不限于超声波传感器系统和用于使用这种系统的方法。
背景技术
生物认证可以是用于控制对设备等的接入的重要特征。许多现有产品包括一些类型的生物认证。尽管一些现有的生物认证技术提供了令人满意的性能，但是改进的方法和设备将是期望的。
发明内容
本公开的系统、方法和设备各自具有一些创新方面，其中没有单个方面单独地对本文公开的期望属性负责。
本公开中所描述的主题的一个创新方面可以在一种装置中实现。该装置可以包括具有第一层堆叠和第二层堆叠的超声波传感器系统。第一层堆叠可以包括第一超声波发送器，且第二层堆叠可以包括第二超声波发送器。第一层堆叠和/或第二层堆叠可以包括超声波接收器。在一些实现方式中，分频层位于第一层堆叠和第二层堆叠之间。在一些情况下，移动设备可以是或可以包括该装置。例如，移动设备可以包括如本文公开的装置。根据一些示例，显示设备可以包括该装置。
在一些示例中，该装置可以包括控制系统。该控制系统可以包括一个或多个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)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或它们的组合。
根据一些示例，控制系统可以被配置为控制第一超声波发送器发送第一超声波。第一超声波可以包括第一频率。在一些示例中，控制系统可以被配置为从第一超声波接收器接收第一信号，该第一信号与第一超声波从位于装置的外表面上的目标对象的部分的表面的反射对应。
根据一些实现方式，控制系统可以被配置为执行至少部分地基于第一信号的认证过程。在一些示例中，控制系统可以被配置为基于在与指纹对应的时间间隔内接收的第一信号的部分来获得指纹数据。
在一些实现方式中，控制系统可以被配置为控制第二超声波发送器穿过分频层和第一层堆叠发送第二超声波。第二超声波可以包括低于第一频率的第二频率。
根据一些示例，分频层可以具有比第一层堆叠的第一邻接层和第二层堆叠的第二邻接层的声阻抗相对更低的声阻抗、以及与第二频率的半波长对应的厚度。在一些实现方式中，分频层可以具有比第一层堆叠的第一邻接层和第二层堆叠的第二邻接层的声阻抗相对更高的声阻抗、以及与第二频率的四分之一波长的奇数倍对应的厚度。在一些这样的实现方式中，分频层可以具有与第一频率的四分之一波长对应的厚度。
在一些示例中，第二层堆叠可以包括第二超声波接收器。在一些这样的示例中，控制系统可以被配置为从第二超声波接收器接收第二信号，该第二信号与第二超声波从目标对象的部分的内部的反射对应以及，执行至少部分地基于第二信号的认证过程。根据一些这样的示例，第二信号可以包括真皮层信息，该真皮层信息与在与真皮层对应的时间间隔内从目标对象的部分接收的第二超声波的反射对应。认证过程可以至少部分地基于真皮层信息。在一些示例中，认证过程可以至少部分地基于第一信号和第二信号两者。
在一些实现方式中，第一信号还可以与第二超声波的谐波从目标对象的部分的表面的反射对应。根据一些示例，第二信号还可以与第一超声波的次谐波从目标对象的部分的内部的反射对应。在一些情况下，第一频率可以在10MHz至20MHz的范围内。在一些这样的示例中，第二频率可以在1MHz至10MHz的范围内。
在一些情况下，第一层堆叠的单个压电层或多层压电结构充当第一超声波发送器和第一超声波接收器。根据一些示例，分频层可以靠近第二层堆叠的第一侧。一些这样的示例可以包括靠近第二层堆叠的第二侧的高阻抗背衬层。例如，背衬层可以具有10至100微米范围内的厚度。
本公开中所描述的主题的另一个创新方面可以在一种装置中实现。该装置可以包括具有第一层堆叠和第二层堆叠的超声波传感器系统。第一层堆叠可以包括第一超声波发送器，且第二层堆叠可以包括第二超声波发送器。第一层堆叠和/或第二层堆叠可以包括超声波接收器。在一些实现方式中，分频层位于第一层堆叠和第二层堆叠之间。
在一些示例中，该装置可以包括控制系统。该控制系统可以包括一个或多个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)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或它们的组合。
根据一些示例，控制系统可以被配置以用于控制第一超声波发送器穿过分频层和第二层堆叠发送第一超声波。第一超声波可以包括第一频率。在一些示例中，控制系统可以被配置以用于从第一超声波接收器接收第一信号，该第一信号与第一超声波从位于装置的外表面上的目标对象的部分的表面的反射对应。外表面可以在第二层堆叠的第一侧上，并且分频层可以在第二层堆叠的第二且相对侧上。根据一些示例，控制系统可以被配置以用于执行至少部分地基于第一信号的认证过程。
在一些实现方式中，控制系统可以被配置以用于控制第二超声波发送器发送第二超声波。第二超声波可以包括低于第一频率的第二频率。在一些这样的实现方式中，控制系统可以被配置以用于从第一超声波接收器接收第二信号，该第二信号与第二超声波从目标对象的部分的表面的反射对应。在一些情况下，第二信号还可以与第二超声波的谐波的反射对应。
在一些示例中，第二层堆叠可以包括第二超声波接收器。控制系统可以被配置以用于从第二超声波接收器接收第三信号，该第三信号与第二超声波从目标对象的部分的内部的反射对应。认证过程可以至少部分地基于第三信号。
本公开中所描述的主题的其它创新方面可以以一种控制超声波传感器系统的方法来实现。在一些示例中，该方法可以涉及控制第一层堆叠的第一超声波发送器发送第一超声波。第一超声波可以包括第一频率。该方法可以涉及控制第二层堆叠的第二超声波发送器穿过第一层堆叠并穿过第一层堆叠和第二层堆叠之间的分频层发送第二超声波。第二超声波可以包括低于第一频率的第二频率。
该方法可以涉及执行至少部分地基于第一信号和/或第二信号的认证过程。第一信号可以与第一超声波从位于包括超声波传感器系统的装置的外表面上的目标对象的部分的表面的反射对应。第二信号可以与第二超声波从目标对象的部分的内部的反射对应。
该方法可以涉及基于在与指纹对应的时间间隔内接收的第一信号的部分来获得指纹数据。在一些示例中，第二信号可以包括真皮层信息。在一些情况下，第一信号还与第二超声波的谐波从目标对象的部分的表面的反射对应。在一些示例中，第二信号还可以与第一超声波的次谐波从目标对象的部分的内部的反射对应。
在一些情况下，第一频率可以在10MHz至20MHz的范围内。在一些示例中，第二频率可以在1MHz至10MHz的范围内。
附图说明
在附图和下面的描述中阐述了本说明书中所描述的主题的一个或多个实现方式的细节。根据描述、附图和权利要求，其他特征、方面和优点将变得显而易见。注意，以下附图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。各种附图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。
图1A示出了表皮下特征的示例。
图1B是示出根据一些公开的实现方式的装置的示例组件的框图。
图2是提供根据一些公开的方法的操作的示例的流程图。
图3A示出了与包括图1B所示的装置的设备的外表面接触的目标对象的示例。
图3B示出了与包括图1B所示的装置的设备的外表面接触的目标对象的另一示例。
图4示出了根据一些公开的实现方式的装置的示例组件。
图5A和图5B是根据两个示例的差量(delta)信号强度对分频器厚度的曲线图。
图6是示出可以通过所公开的超声波传感器系统的一些实现方式实现的差量信号增强的示例的曲线图。
图7是提供根据一些公开的方法的操作的示例的流程图。
图8代表性地描绘了用于超声波传感器系统的传感器像素的4×4像素阵列的方面。
图9A示出了超声波传感器系统的分解图的示例。
图9B示出了超声波传感器系统的替代示例的分解图。
具体实现方式
出于描述本公开的创新方面的目的，以下描述针对了某些实现方式。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，本文的教导可以以多种不同的方式应用。所描述的实现方式可以在包括如本文所公开的生物识别系统的任何设备、装置或系统中实现。此外，预期所描述的实现方式可以包括在各种电子设备中或者与各种电子设备相关联，这些电子设备例如但不限于:移动电话、支持多媒体互联网的蜂窝电话、移动电视接收器、无线设备、智能手机、智能卡、诸如手镯、臂带、腕带、戒指、头带、贴片等的可穿戴设备、蓝牙设备、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持或便携式计算机、上网本、笔记本、智能书、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真设备、全球定位系统(GPS)接收器/导航仪、相机、数字媒体播放器(如MP3播放器)、摄像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读设备(如电子阅读器)、移动健康设备、计算机监视器、自动显示器(包括里程表和速度计显示器等)、驾驶舱控件和/或显示器、相机视图显示器(例如车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车计时器、包装(例如在包括微机电系统(MEMS)应用的机电系统(EMS)应用以及非EMS应用中)、美学结构(例如在一件珠宝或衣服上显示图像)和各种EMS设备。本文的教导也可以用于例如但不限于电子开关设备、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、运动感测设备、磁力计、用于消费电子产品的惯性组件、消费电子产品的部件、方向盘或其它汽车部件、变容二极管、液晶设备、电泳设备、驱动方案、制造过程和电子测试设备的应用中。因此，本教导并不旨在局限于仅在附图中描绘的实现方式，而是具有广泛的适用性，如本领域普通技术人员将显而易见。
许多现有产品，包括但不限于手机，都配置了用于基于指纹的认证。然而，即使是顶级手机制造商也在产品推出后不久就成功地对其设备的基于指纹的认证系统进行了黑客攻击。在一些情况下，欺骗可能涉及使用在外表面上形成有合法用户的指纹图案的手指状物体，该手指状物体包括硅橡胶、聚乙酸乙烯酯(白胶)、明胶、甘油等。在一些情况下，黑客可以在可以滑过黑客手指或在黑客手指上的袖子或部分袖子上形成合法用户的指纹图案。
至少部分地基于表皮下特征的认证方法可能比仅基于指纹的认证方法更可靠，部分原因是表皮下特征更难欺骗。图1A示出了表皮下特征的示例。如本文所用的术语“表皮下特征”可以指表皮100下的任何组织层，包括真皮、乳头层、网状层、皮下组织等，以及可能存在于这些组织层内的任何血管、淋巴管、汗腺、毛囊、毛乳头、脂肪小叶等。因此，表皮下特征也可以包括图1A中未示出的特征，例如肌肉组织、骨材料等。
因此，一些公开的实现方式可以被配置为执行至少部分地基于表皮下特征的认证方法。一些这样的实现方式可以包括超声波传感器系统，其能够从表皮获得图像数据(例如指纹图像数据)以及与表皮下特征对应的图像数据。从超声波传感器系统接收的数据在这里可以称为“超声波图像数据”、“图像数据”等，尽管数据将通常以电信号的形式从超声波传感器系统接收。因此，在没有额外处理的情况下，这种图像数据将不一定被人类感知为图像。
设计适合于对指纹及表皮下特征两者进行成像的超声波传感器系统可具有挑战性。例如，相对较高的频率(例如，10MHz或更高)适合于指纹成像，而相对较低的频率(例如，小于10MHz)适合于对表皮下特征进行成像。如果超声波传感器系统被配置为同时发送较高频率和较低频率超声波，则会导致“串扰”。
一些公开的设备包括具有第一层堆叠中的第一超声波发送器、第二层堆叠中的第二超声波发送器层以及在第一层堆叠和第二层堆叠之间的分频层的超声波传感器系统。在一些示例中，第一层堆叠可以被配置以用于发送适合于指纹成像的相对较高的频率，而第二层堆叠可以被配置以用于发送适合于对表皮下特征进行成像的相对较低的频率。这种设备可以在第一层堆叠和第二层堆叠中都包括或不包括超声波接收器，这取决于具体的实现方式。例如，一些实现方式可以仅在第一层堆叠中包括超声波接收器。
在一些示例中，分频层可以被配置为使适合于对表皮下特征进行成像的相对较低的频率通过。在一些这样的示例中，分频层可以被配置为抑制适合于指纹成像的相对较高的频率。在一些这样的实现方式中，分频层可以具有比第一层堆叠的第一邻接层和第二层堆叠的第二邻接层的声阻抗相对更低的声阻抗。根据一些这样的示例，分频层可以具有与适合于对表皮下特征进行成像的频率的半波长对应的厚度。
可以实现本公开中描述的主题的特定实现方式，以实现一个或多个以下潜在优点。在一些示例中，分频层可以被配置以用于抑制在第一层堆叠和第二层堆叠之间的串扰。根据一些实现方式，分频层可以被配置以用于增强适合与对表皮下特征进行成像的频率的振幅。
图1B是示出根据一些公开的实现方式的装置的示例组件的框图。如其他公开的实现方式一样，图1B中所示的元件的数量、类型和布置仅作为示例给出。虽然在图1B中未示出，但是装置100可以包括其他组件，例如盖玻璃(cover glass)、传感器基板等。下面描述一些示例。
在该实现方式中，装置100包括第一层堆叠101、分频层103和第二层堆叠105。分频层103可以位于第一层堆叠101和第二层堆叠105之间。在该示例中，第一层堆叠101包括第一超声波发送器，以及第二层堆叠105包括第二超声波发送器。装置100可以在第一层堆叠101和第二层堆叠105中都包括或不包括超声波接收器，这取决于具体的实现方式。例如，一些实现方式可以仅在第一层堆叠101中包括超声波接收器。根据一些实现方式，第一层堆叠101和/或第二层堆叠105的单个压电层或多层压电结构可以充当超声波发送器和超声波接收器两者。
例如，在一些实现方式中，第一层堆叠101和/或第二层堆叠105可以包括压电层，例如PVDF聚合物层或PVDF-TrFE共聚物层。在一些实现方式中，单独的压电层可以充当超声波发送器。在一些实现方式中，单个压电层可以充当发送器和接收器。在一些实现方式中，压电层中可以使用其他压电材料，例如氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(PZT)。
在一些示例中，第一层堆叠101和/或第二层堆叠105可以包括超声波换能器元件阵列，例如压电微机械超声波换能器(PMUT)阵列、电容式微机械超声波换能器(CMUT)阵列等。在一些这样的示例中，压电接收器层、单层PMUT阵列中的PMUT元件或单层CMUT阵列中的CMUT元件可以充当超声波发送器以及超声波接收器。根据一些替代示例，第一层堆叠101和/或第二层堆叠105可以包括超声波平面波产生器，例如下面描述的那些。
在一些示例中，分频层103可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在其他示例中，分频层103可以包括压敏粘合剂、塑料间隔物和/或金属带，例如铜带。在一些实现方式中，分频层103可以被配置为抑制适合于指纹成像的相对较高频率的超声波。根据一些这样的实现方式，相对较高频率的超声波可以由第一层堆叠101发送，并且可以包括本文称为“第一频率”的频率。第一频率例如可以在10MHz到20MHz的范围内。
在一些示例中，分频层103可以被配置为使适合于对表皮下特征进行成像的相对较低频率的超声波通过。根据一些这样的实现方式，相对较低频率的超声波可以由第二层堆叠105发送，并且可以包括本文称为“第二频率”的频率。第二频率例如可以在1MHz到10MHz的范围内。
在一些实现方式中，分频层103可以具有比第一层堆叠的第一邻接层和第二层堆叠的第二邻接层的声阻抗相对更低的声阻抗。根据一些这样的示例，分频层103可以具有与第二频率的半波长对应的厚度。在一些情况下，分频层103可以具有与第一频率的四分之一波长的奇数倍对应的厚度。
然而，在一些示例中，分频层103可以具有比第一层堆叠的第一邻接层和第二层堆叠的第二邻接层的声阻抗相对更高的声阻抗。根据一些这样的示例，分频层103可以具有与第二频率的四分之一波长的奇数倍对应的厚度。
在一些示例中，装置100可以包括接口系统107、控制系统109和/或显示系统111。在一些实现方式中，第一层堆叠101可以位于显示系统111附近，例如显示系统111下方。在一些实现方式中，可选的显示系统111可以是或可以包括发光二极管(LED)显示器，例如有机发光二极管(OLED)显示器。
控制系统109可以包括一个或多个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)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或它们的组合。控制系统109还可以包括一个或多个存储设备(和/或被配置为与一个或多个存储设备进行通信)，例如一个或多个随机存取存储器(RAM)设备、只读存储器(ROM)设备等。因此，装置100可以具有包括一个或多个存储设备的存储系统，尽管该存储系统没有在图1B中示出。控制系统109可以能够接收和处理来自第一层堆叠101和/或第二层堆叠105的数据，例如如下所述的。在一些实现方式中，控制系统109的功能可以在一个或多个控制器或处理器(例如专用传感器控制器和移动设备的应用处理器)之间分割。
装置100的一些实现方式可以包括接口系统107。在一些示例中，接口系统可以包括无线接口系统。在一些实现方式中，接口系统可以包括用户接口系统、一个或多个网络接口、控制系统109和存储器系统之间的一个或多个接口和/或控制系统109和一个或多个外部设备接口(例如，端口或应用处理器)之间的一个或多个接口。
接口系统107可以被配置为提供装置100的组件之间的通信(其可以包括有线或无线通信，例如电通信、无线电通信等)。在一些这样的示例中，接口系统107可以被配置为提供控制系统109和第一层堆叠101和/或第二层堆叠105之间的通信。根据一些这样的示例，接口系统107的一部分可以例如经由导电材料将控制系统109的至少一部分耦合到第一层堆叠101和/或第二层堆叠105。
根据一些示例，接口系统107可以被配置为提供装置100和其他设备和/或人类之间的通信。在一些这样的示例中，接口系统107可以包括一个或多个用户界面。在一些示例中，接口系统107可以包括一个或多个网络接口和/或一个或多个外部设备接口(例如一个或多个通用串行总线(USB)接口)。在一些实现方式中，装置100可以包括存储系统。在一些示例中，接口系统107可以包括控制系统109和存储系统之间的至少一个接口。
装置100可以在各种不同的上下文中使用，本文公开了其中的许多示例。例如，在一些实现方式中，诸如手机、智能电话、平板计算机、膝上型计算机(例如，膝上型计算机触摸板)等的移动设备可以包括装置100的至少一部分。在一些实现方式中，可穿戴设备可以包括装置100的至少一部分。可穿戴设备可以是例如手表、手镯、臂带、腕带、戒指、头带和贴片。在一些实现方式中，控制系统109可以位于不止一个设备中。例如，控制系统109的一部分可以位于可穿戴设备中，且控制系统109的另一部分可以位于另一设备中，例如移动设备(例如，智能手机或平板计算机)和/或服务器。在一些这样的示例中，接口系统107也可以位于不止一个设备中。
图2是提供根据一些公开的方法的操作的示例的流程图。例如，图2的块可以由图1B的装置100或类似的装置来执行。如本文公开的其他方法一样，图2中概述的方法可以包括比指示的块更多或更少的块。此外，本文公开的方法的块不一定以指示的顺序执行。
在该示例中，块203涉及控制超声波传感器系统的第一超声波发送器发送第一超声波。在该示例中，第一层堆叠，例如图1B的第一层堆叠101，包括第一超声波发送器。这里，第一超声波包括第一频率。例如，第一频率可以在适合于指纹成像的频率范围内。在一些示例中，第一频率可以在10MHz至20MHz的范围内。然而，在其他示例中，第一频率可以包括高于20MHz和/或低于10MHz的频率。
根据该实现方式，块205涉及从第一超声波接收器接收第一信号，该第一信号与第一超声波从位于包括超声波传感器系统的装置的外表面上的目标对象的部分的表面的反射对应。如果目标对象是手指，则第一信号可以与第一超声波从手指的表面的反射对应。(如本文使用的，术语“手指(finger)”可以指任何手指(digit)，包括拇指。因此，拇指纹将被视为一种类型的“指纹”。)在一些示例中，方法200可以涉及执行至少部分地基于第一信号的认证过程。
根据一些实现方式，方法200可以涉及基于在与指纹对应的时间间隔内接收的第一信号的部分来获得指纹数据。该时间间隔可以例如相对于发送第一超声波的时间来测量。获得指纹数据可以例如涉及经由控制系统从第一信号中提取第一目标对象特征。第一目标对象特征可以例如包括指纹特征。根据一些示例，指纹特征可以包括指纹细节、关键点和/或汗孔。在一些示例中，指纹特征可以包括脊结束信息、脊分叉信息、短脊信息、脊流信息、孤立点(island)信息、支线(spur)信息、差量(delta)信息、核心(core)信息等。
在一些示例中，方法200可以涉及执行至少部分地基于指纹特征的认证过程。在一些示例中，块209可以涉及将指纹特征与授权用户的指纹特征进行比较。例如，授权用户的指纹特征可以在先前的注册过程期间已经被接收。
在一些示例中，控制系统可以被配置以用于至少部分地基于认证过程来控制对装置或另一设备的接入。例如，在一些实现方式中，移动设备(例如手机)可以包括该装置。在一些这样的示例中，控制系统可以被配置以用于至少部分地基于认证过程来控制对移动设备的接入。
在一些实现方式中，物联网(IoT)设备可以包括装置100。例如，在一些这样的实现方式中，旨在家庭中使用的设备，例如遥控设备(例如智能电视的遥控设备)、炉子、烤箱、冰箱、炉子、咖啡机、报警系统、门锁、邮件/包裹箱锁、恒温器等，可以包括装置100。在一些这样的示例中，控制系统可以被配置以用于至少部分地基于第一认证过程来控制对IoT设备的接入。
在替代的实现方式中，汽车(包括但不限于部分或完全自主的汽车)、部分或完全自主的运载车辆、无人机或通常在家庭外使用的另一设备可以包括装置100。在一些这样的示例中，控制系统可以被配置以用于至少部分地基于第一认证过程来控制对车辆、无人机等的接入。
在一些示例中，包括但不限于许多IoT实现方式，在装置100的外表面或包括装置100的设备的外表面与第一层堆叠101和/或第二层堆叠105之间可以有金属、塑料、陶瓷或聚合物层。在这样的实现方式中，来自手指或其他目标的声波可能需要在到达第一层堆叠101和/或第二层堆叠105之前穿过金属层。超声波和其他声波可以穿过金属层被成功地发送，而一些其他类型的波(例如光波)不能。类似地，超声波和其他声波可以穿过光学不透明的塑料、陶瓷或聚合物层被成功地发送，而一些其他类型的波，例如光波，则不能。与依赖光学或电容指纹传感器的设备相比，该特征是一些公开的实现方式的另一个潜在优势。
图3A示出了与包括图1B所示的装置的设备的外表面接触的目标对象的示例。在该示例中，目标对象307是手指，其与显示堆叠311的外表面309接触。显示堆叠311可以是图1B的显示系统111的实例。在替代的示例中，目标对象307可以与压板的外表面接触，该压板可以对可见光透明或不透明。
这里，图3A的装置100包括高频超声波传感器堆叠301、分频层103和低频超声波传感器堆叠305。根据该实现方式，高频超声波传感器堆叠301是图1B所示的第一层堆叠101的实例，以及低频超声波传感器堆叠305是图1B所示的第二层堆叠105的实例。如其他公开的实现方式一样，元件的类型、数量和布置以及元件的尺寸仅仅是示例。在一些实现方式中，例如，高频超声波传感器堆叠301可以占据与低频超声波传感器堆叠305不同(例如，更小)的区域。
在该示例中，装置100被配置为执行方法200的操作。图3A中所示的箭头313与包括第一频率的第一超声波对应，上文参考图2的块203对其进行了描述。箭头314与第一超声波从位于装置的外表面上的目标对象的一部分的表面的反射对应。
根据该示例，方法200还涉及经由控制系统(未示出)控制低频超声波传感器堆叠305的超声波发送器，穿过分频层103和高频超声波传感器堆叠301发送第二超声波(在图3A中由箭头315表示)。第二超声波可以包括比上文在块203的讨论中提到的第一频率更低的第二频率。第二频率可以在适合于对表皮下特征进行成像的超声波频率范围内。例如，第二频率可以在1MHz到10MHz的范围内。在一些实现方式中，第二频率可以在2MHz至7MHz的范围内。
在一些示例中，低频超声波传感器堆叠305可以包括第二超声波接收器。控制系统可以被配置为从第二超声波接收器接收第二信号，该第二信号与第二超声波(在图3A中由箭头316表示)从目标对象307的部分的内部的反射对应。在一些这样的示例中，控制系统可以被配置为执行至少部分地基于第二信号的认证过程。第二信号可以例如包括与从目标对象307的部分接收的第二超声波的反射对应的真皮层信息。真皮层信息可以在与真皮层对应的时间间隔内获得。认证过程可以至少部分地基于真皮层信息。根据一些实现方式，认证过程可以至少部分地基于第一信号和第二信号两者。
替代地或附加地，第二信号可以包括关于其他表皮下层(例如乳头层、网状层、皮下组织等)的信息，以及可能存在于这些组织层内的任何血管、淋巴管、汗腺、毛囊、毛乳头、脂肪小叶等。上文参考图1A描述了一些示例。然而，第二信号可以包括关于图1A中未示出的表皮下特征(例如肌肉组织、骨材料等)的信息。
根据一些示例，第一信号还可以与第二超声波的谐波(在图3A中由箭头318表示)从目标对象307的表面的反射对应。替代地或附加地，第二信号也可以与第一超声波的次谐波从目标对象307的部分的内部的反射对应。
图3B示出了与包括图1B所示的装置的另一设备的外表面接触的目标对象的示例。如其他公开的实现方式一样，元件的类型、数量和布置以及元件的尺寸仅仅是示例。在一些实现方式中，例如，高频超声波传感器堆叠301可以占据与低频超声波传感器堆叠305不同(例如，更小)的区域。在该示例中，目标对象307是手指，其与显示堆叠311的外表面309接触。显示堆叠311可以是图1B的显示系统111的实例。在替代的示例中，目标对象307可以与压板的外表面接触，该压板可以对可见光透明或不透明。
类似于图3A的装置100，图3B的装置100还包括高频超声波传感器堆叠301、分频层103和低频超声波传感器堆叠305。然而，根据该实现方式，当如图3B所示观察时，低频超声波传感器堆叠305在高频超声波传感器堆叠301的“上方”。换句话说，外表面309在低频超声波传感器堆叠305的第一侧，且分频层103在低频超声波传感器堆叠305的第二且相对侧。也可以说，显示堆叠311在低频超声波传感器堆叠305的第一侧，且分频层103在低频超声波传感器堆叠305的第二且相对侧。
在该示例中，装置100被配置为执行方法200的附加示例。图3A中所示的箭头313与包括第一频率的第一超声波的示例对应，上文参考图2的块203对其进行了描述。在该示例中，第一超声波在到达目标对象之前传播穿过分频层103和低频超声波传感器堆叠305。箭头314与第一超声波从位于装置的外表面309上的目标对象307的一部分的表面的反射的示例对应。
根据该示例，方法200还涉及经由控制系统(未示出)控制低频超声波传感器堆叠305的超声波发送器发送第二超声波(在图3B中由箭头315a和315b表示)。第二超声波可以包括比上文在块203的讨论中提到的第一频率更低的第二频率。第二频率可以在适合于对表皮下特征进行成像的超声波频率范围内。例如，第二频率可以在1MHz到10MHz的范围内。在一些实现方式中，第二频率可以在2MHz至7MHz的范围内。
第二超声波的至少一部分(例如，如图3B中的箭头316a所示)可以从目标对象307的一部分的表面反射。这些反射波的至少一部分可以传播穿过分频层103，并且可以被高频超声波传感器堆叠301的接收器接收。根据一些示例，这些反射波的至少一部分可以包括第二超声波的谐波。
在一些示例中，低频超声波传感器堆叠305可以包括第二超声波接收器。控制系统可以被配置为从第二超声波接收器接收第三信号，该第三信号与第二超声波(在图3A中由箭头316b表示)从目标对象307的部分的内部的反射对应。在一些这样的示例中，控制系统可以被配置为执行至少部分地基于第三信号的认证过程。第三信号可以例如包括与从目标对象307的部分接收的第二超声波的反射对应的真皮层信息。真皮层信息可以在与真皮层对应的时间间隔内获得。认证过程可以至少部分地基于真皮层信息。根据一些实现方式，认证过程可以至少部分地基于第一信号、第二信号和第三信号。
替代地或附加地，第三信号可以包括关于其他表皮下层(例如乳头层、网状层、皮下组织等)的信息，以及可能存在于这些组织层内的任何血管、淋巴管、汗腺、毛囊、毛乳头、脂肪小叶等。上文参考图1A描述了一些示例。然而，第三信号可以包括关于图1A中未示出的表皮下特征(例如肌肉组织、骨材料等)的信息。
图4示出了根据一些公开的实现方式的装置的示例组件。如其他公开的实现方式一样，元件的类型、数量和布置以及元件的尺寸仅仅是示例。根据该示例，装置100被配置为执行本文公开的方法中的至少一些。在该示例中，显示堆叠311包括OLED显示器，并且经由粘合剂层401附接到高频超声波传感器堆叠301。
根据该实现方式，高频超声波传感器堆叠301包括薄膜晶体管(TFT)层403，该薄膜晶体管层403经由包括导电材料的接口系统107的一部分耦合到控制系统109的至少一部分和压电层405的上部。在该实现方式中，压电层405包括一种或多种压电聚合物。在该示例中，接口系统107还包括银油墨层407，该银油墨层407提供控制系统109的部分和压电层405的下部之间的导电性。尽管图4中未示出，接口系统107的一部分还提供控制系统109的部分和低频超声波传感器堆叠305之间的导电性。
在该示例中，环氧薄膜409将高频超声波传感器堆叠301耦合到分频层103，并且粘合剂层411将低频超声波传感器堆叠305耦合到分频层103。在一些实现方式中，分频层103可以具有比环氧薄膜409和粘合剂层411的声阻抗相对更低的声阻抗。在一些这样的实现方式中，分频层103可以具有与由超声波收发器413发送的超声波的频率(在本文的其他地方称为“第二频率”)的半波长对应的厚度。
然而，在一些示例中，分频层103可以具有比环氧薄膜409和粘合剂层411的声阻抗相对更高的声阻抗。在一些这样的实现方式中，分频层103可以具有与由超声波收发器413发送的超声波的第二频率的四分之一波长的奇数倍对应的厚度。
在图4所示的示例中，装置100包括背衬层415。在该示例中，背衬层415被配置为吸收能量，以减轻或避免信号干扰。根据该示例，分频层103靠近低频超声波传感器堆叠305的第一侧，并且背衬层415靠近低频超声波传感器堆叠305的第二侧。在该示例中，背衬层415具有比低频超声波传感器堆叠305的第二侧的声阻抗更高的声阻抗。在一些实现方式中，背衬层415可以具有10至100微米范围内的厚度。在这种情况下，背衬层415包括钨。
图5A和5B是根据两个示例的差量信号强度对分频器厚度的曲线图。在每个示例中，分频器由两部分环氧树脂组成。在图5A和5B所示的示例中，差量信号强度指示对应于指纹脊(在图5A和5B中示出为“R”)的信号和对应于指纹谷(在图5A和5B中示出为“V”)的信号之间的差异。在图5A的示例中，超声波以5MHz(第二频率的示例)发送，而在图5B的示例中，超声波以12MHz(第一频率的示例)发送。通过比较图5A和5B，可以观察到，与针对5MHz信号的高差量信号强度对应的相同的分频器厚度(10-4米)也极大地抑制了12MHz信号。
图6是示出可以通过所公开的超声波传感器系统的一些实现方式实现的差量信号增强的示例的曲线图。每个示例与具有上部超声波传感器堆叠、下部超声波传感器堆叠以及两个超声波传感器堆叠之间的分频层的实现方式对应，例如，如上文参考图1B所述。在该示例中，分频层由环氧树脂组成。在所研究的各种实现方式中，环氧树脂层从5微米变化到150微米。根据该示例，信号601与仅从上部超声波传感器堆叠发送5.5MHz超声波之后所接收的反射对应，并且信号603与仅从上部超声波传感器堆叠发送12MHz超声波之后所接收的反射对应。例如，12MHz超声波可以用于指纹成像，且5.5MHz超声波可以用于表皮下成像，例如真皮成像。这里，信号601和信号603对应于基线(BL)信号。
在该示例中，信号605与从上部和下部超声波传感器堆叠发送5.5MHz超声波后所接收的反射对应，并且信号607与从上部和下部超声波传感器堆叠发送12MHz超声波后所接收的反射对应。通过比较信号603和信号607，可以看出，与基线信号的差量信号振幅相比，对于指纹图像(@12MHz)，差量信号振幅大约加倍。通过比较信号601和信号605，可以看出，与基线信号的差量信号振幅相比，对于皮下成像(@5.5MHz)，差量信号振幅高达20倍。
图7是提供根据一些公开方法的操作的示例的流程图。例如，图7的块可以由图1B、3或4中的装置100或类似装置来执行。如本文公开的其他方法一样，图7中概述的方法可以包括比指示的块更多或更少的块。此外，本文公开的方法的块不一定以指示的顺序执行。
在该示例中，块703涉及控制超声波传感器系统的第一超声波发送器发送第一超声波。在该示例中，第一堆叠，例如图1B的第一堆叠101，包括第一超声波发送器。这里，第一超声波包括第一频率。例如，第一频率可以在适合于指纹成像的频率范围内。在一些示例中，第一频率可以在10MHz至20MHz的范围内。然而，在其他示例中，第一频率可以包括高于20MHz和/或低于10MHz的频率。
根据该示例，块705涉及控制超声波传感器系统的第二超声波发送器，穿过第一层堆叠以及穿过第一层堆叠与第二层堆叠之间的分频层发送超声波。在该示例中，第二层堆叠，例如图1B的第二层堆叠105，包括第二超声波发送器。这里，第二超声波包括低于第一频率的第二频率。第二频率可以例如在适合于表皮下成像(例如真皮成像)的频率范围内。在一些示例中，第二频率可以在1MHz至10MHz的范围内。然而，在其他示例中，第一频率可以包括高于10MHz和/或低于1MHz的频率。
在该示例中，块707涉及执行至少部分地基于第一信号或第二信号中的至少一个的认证过程。在该示例中，第一信号与第一超声波从位于包括超声波传感器系统的装置的外表面上的目标对象的一部分的表面的反射对应。这里，第二信号与第二超声波从目标对象的部分的内部的反射对应。第二信号可以例如包括真皮层信息。
在一些示例中，方法700可以涉及基于在与指纹对应的时间间隔内接收的第一信号的部分来获得指纹数据。根据一些示例，第一信号也可以与第二超声波的谐波从目标对象的部分的表面的反射对应。在一些情况下，第二信号也可以与第一超声波的次谐波从目标对象的部分的内部的反射对应。
图8代表性地描绘了用于超声波传感器系统的传感器像素的4×4像素阵列的方面。每个像素834可以例如与压电传感器材料(PSM)的局部区域、峰值检测二极管(D1)和读出晶体管(M3)相关联；这些元件的许多或所有可以形成在基板上或基板中，以形成像素电路836。实际上，每个像素834的压电传感器材料的局部区域可以将所接收的超声波能量转换成电荷。峰值检测二极管D1可以记录由压电传感器材料PSM的局部区域所检测的最大电荷量。然后，可以例如通过行选择机制、栅极驱动器或移位寄存器来扫描像素阵列835的每一行，并且可以触发每一列的读出晶体管M3，以允许由附加电路(例如多路复用器和A/D转换器)读取每个像素834的峰值电荷的大小。像素电路836可以包括一个或多个TFT，以允许对像素834门控(gate)、寻址和复位。
每个像素电路836可以提供关于由超声波传感器系统所检测的对象的一小部分的信息。尽管为了便于说明，图8所示的示例具有相对粗的分辨率，但是具有大约每英寸500像素或更高分辨率的超声波传感器可以配置有适当规模的结构。超声波传感器系统的检测区域可以根据预期的检测对象来选择。例如，检测区域的范围可以从针对单个手指的大约5毫米×5毫米到针对四个手指的大约3英寸×3英寸。更小和更大的区域，包括正方形、矩形和非矩形的几何形状，可以适当地用于目标对象。
图9A示出了超声波传感器系统的分解图的示例。在该示例中，超声波传感器系统900a包括压板40下方的超声波发送器20和超声波接收器30。根据一些实现方式，超声波接收器30可以是图1所示并在上文描述的声学接收器系统102的示例。在一些实现方式中，超声波发送器20可以是图1所示并在上文描述的可选超声波发送器108的示例。然而，超声波传感器系统900a的一些实现方式(以及下文参考图9B描述的超声波传感器系统900b的一些实现方式)不包括超声波发送器20。在一些这样的实现方式中，超声波接收器30可以被配置为超声波收发器。
然而，在图9A所示的示例中，超声波发送器20包括基本上平面的压电发送器层22，并且能够充当平面波产生器。可以通过向压电层施加电压以伸展或收缩该层(这取决于所施加的信号)来产生超声波，从而产生平面波。在该示例中，控制系统109可以能够引起可以经由第一发送器电极24和第二发送器电极26施加到平面压电发送器层22的电压。以这种方式，可以通过经由压电效应改变该层的厚度来产生超声波。该超声波可以穿过压板40向手指(或其他要检测的对象)行进。未被要检测的对象吸收或发送的波的一部分可以被反射，从而穿回压板40，并被超声波接收器30的至少一部分接收。第一和第二发送器电极24和26可以是金属化电极，例如，涂覆压电发送器层22的相对侧的金属层。
超声波接收器30可以包括设置在基板34上的传感器像素电路32的阵列和压电接收器层36，基板34也可以称为背板。在一些实现方式中，每个传感器像素电路32可以包括一个或多个TFT元件、电性互连迹线以及在一些实现方式中，包括一个或多个诸如二极管、电容器等的附加电路元件。每个传感器像素电路32可以被配置为将靠近像素电路的压电接收器层36中产生的电荷转换成电信号。每个传感器像素电路32可以包括将压电接收器层36电性耦合到传感器像素电路32的像素输入电极38。
在图示的实现方式中，接收器偏置电极39设置在压电接收器层36靠近压板40的一侧。接收器偏置电极39可以是金属化电极，并且可以接地或被偏置以控制哪些信号可以被传递到传感器像素电路32的阵列。从压板40的暴露的(顶部的)表面反射的超声波能量可以被压电接收器层36转换成局部电荷。这些局部电荷可以由像素输入电极38收集，并传递到下面的传感器像素电路32。电荷可以由传感器像素电路32放大或缓冲，并提供给控制系统109。
控制系统109可以与第一发送器电极24和第二发送器电极26电性连接(直接地或间接地)，以及与接收器偏置电极39和基板34上的传感器像素电路32电性连接。在一些实现方式中，控制系统109可以基本上如上所述地进行操作。例如，控制系统109可以能够处理从传感器像素电路32接收的放大信号。
控制系统109可以能够控制超声波发送器20和/或超声波接收器30，例如通过获得指纹图像来获得超声波图像数据。无论超声波传感器系统900a是否包括超声波发送器20，控制系统109都可以能够从超声波图像数据获得属性信息。在一些示例中，控制系统109可以能够至少部分地基于属性信息来控制对一个或多个设备的接入。超声波传感器系统900a(或相关设备)可以包括包含一个或多个存储设备的存储系统。在一些实现方式中，控制系统109可以包括存储系统的至少一部分。控制系统109可以能够从超声波图像数据获得属性信息，并将属性信息存储在存储系统中。在一些实现方式中，控制系统109可以能够捕获指纹图像、从指纹图像获得属性信息并且将从指纹图像获得的属性信息(本文可以称其为指纹图像信息)存储在存储系统中。根据一些示例，控制系统109可以能够捕获指纹图像、从指纹图像获得属性信息并且存储从指纹图像获得的属性信息，即使当将超声波发送器20保持在“关闭”状态时。
在一些实现方式中，控制系统109可以能够以超声成像模式或力感测模式操作超声波传感器系统900a。在一些实现方式中，当在力感测模式下操作超声波传感器系统时，控制系统可以能够将超声波发送器20保持在“关闭”状态。当超声波传感器系统900a在力感测模式下操作时，超声波接收器30可以能够充当力传感器。在一些实现方式中，控制系统109可以能够控制其他设备，例如显示系统、通信系统等。在一些实现方式中，控制系统109可以能够以电容成像模式操作超声波传感器系统900a。
压板40可以是能够声学耦合到接收器的任何合适的材料，例如包括塑料、陶瓷、蓝宝石、金属和玻璃。在一些实现方式中，压板40可以是盖板，例如用于显示器的盖玻璃(cover glass)或透镜玻璃。特别是当使用超声波发送器20时，如果需要，指纹检测和成像可以通过相对厚的压板(例如，3毫米及以上)执行。然而，对于超声波接收器30能够以力检测模式或电容检测模式进行对指纹成像的实现方式，可能需要更薄且相对更柔性的压板40。根据一些这样的实现方式，压板40可以包括一种或多种聚合物，例如一种或多种类型的聚对二甲苯，并且可以大幅度地更薄。在一些这样的实现方式中，压板40可以是几十微米厚或者甚至小于10微米厚。
可用于形成压电接收器层36的压电材料的示例包括具有适当声学特性的压电聚合物，例如，在约2.5MRayls至5MRayls之间的声阻抗。可以采用的压电材料的具体示例包括铁电聚合物，例如聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene,PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物的示例包括60∶40(摩尔百分数)PVDF-TrFE、70∶30PVDF-TrFE、80∶20PVDF-TrFE和90∶10PVDF-TrFE。可以采用的压电材料的其他示例包括聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride,PVDC)均聚物和共聚物、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)均聚物和共聚物以及二异丙基溴化铵(diisopropylammonium bromide,DIPAB)。
压电发送器层22和压电接收器层36中的每一个的厚度可以被选择从而适合产生和接收超声波。在一个示例中，PVDF平面压电发送器层22大约28微米厚，且PVDF-TrFE接收器层36大约12微米厚。超声波的示例频率可以在5MHz到30MHz的范围内，其波长大约为毫米或更小。
图9B示出了超声波传感器系统的替代示例的分解图。在这个示例中，压电接收器层36已经形成为分立元件37。在图9B所示的实现方式中，每个分立元件37对应有单个像素输入电极38和单个传感器像素电路32。然而，在超声波传感器系统900b的替代实现方式中，每个分立元件37、单个像素输入电极38和单个传感器像素电路32之间不必存在一一对应。例如，在一些实现方式中，对于单个分立元件37，可以有多个像素输入电极38和传感器像素电路32。
图9A和9B示出了超声波传感器系统中超声波发送器和接收器的示例布置，其中其他布置也是可能的。例如，在一些实现方式中，超声波发送器20可以在超声波接收器30上方，并因此更靠近要检测的对象。在一些实现方式中，超声波发送器可以被包括在超声波传感器阵列中(例如，单层发送器和接收器)。在一些实现方式中，超声波传感器系统可以包括声学延迟层。例如，声学延迟层可以结合到超声波发送器20和超声波接收器30之间的超声波传感器系统中。声学延迟层可用于调节超声波脉冲时序，并同时将超声波接收器30与超声波发送器20电性绝缘。声学延迟层可以具有基本均匀的厚度，其中用于延迟层的材料和/或延迟层的厚度经选择以提供反射的超声波能量到达超声波接收器30的时间的所期望的延迟。在这样做时，可以在从超声波传感器系统的其他部分反射的能量不太可能到达超声波接收器30的时间范围期间，使由于已经被对象反射而携带关于对象的信息的能量脉冲到达超声波接收器30的时间范围。在一些实现方式中，基板34和/或压板40可以充当声学延迟层。
如本文所用，提及项目列表中“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖:a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。
结合本文公开的实现方式所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法过程可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件和软件的可互换性已经在功能方面进行了一般性描述，并且在上述各种说明性组件、块、模块、电路和过程中进行了说明。这种功能是以硬件还是软件实现取决于特定的应用和施加于整个系统的设计约束。
用于实现结合本文公开的方面所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理装置可以用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)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或被设计成执行本文所描述的功能的其任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合、或者任何其他这样的配置。在一些实现方式中，特定的过程和方法可以由特定于给定功能的电路来执行。
在一个或多个方面，所描述的功能可以在硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物)或它们的任意组合中实现。本说明书中所描述的主题的实现方式也可以实现为一个或多个计算机程序，即计算机程序指令的一个或多个模块，该一个或多个计算机程序被编码在计算机存储介质上，用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。
如果以软件实现，那么功能可以作为一个或多个指令或代码存储于计算机可读介质(例如非暂时性介质)或经过计算机可读介质传输。本文公开的方法或算法的过程可以在处理器可执行的软件模块中实现，该软件模块可以驻留在计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，该通信介质包括能够将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的任何介质。存储介质可以是可由计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，非暂时性介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备，或者可以用于以指令或数据结构的形式存储所需的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他介质。此外，任何连接都可以被恰当地称为计算机可读介质。本文使用的磁盘(Disk)和光盘(disc)包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。以上的组合也应该包括在计算机可读介质的范围内。附加地，方法或算法的操作可以作为代码和指令的一个或任意组合或集合驻留在机器可读介质和计算机可读介质上，所述机器可读介质和计算机可读介质可以并入到计算机程序产品中。
对本公开中描述的实现方式的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实现方式。因此，本公开不旨在局限于本文所示的实现方式，而是与本文公开的权利要求、原理和新颖特征一致的最宽范围相符合。词语“示例性”在本文(如有的话)专门用于表示“用作示例、实例或说明(illustration)”。本文描述为“示例性”的任何实现方式未必被解释为比其他实现方式优选或有利。
本说明书中在单独实现方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现方式中以组合的方式实现。相反，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现方式中单独实现或者在任何合适的子组合中实现。此外，尽管特征可以在上文被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初被这样要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中删除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变形。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应该被理解为要求以所示的特定顺序或顺序执行这些操作，或者执行所有示出的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的此外，上述实现方式中的各种系统组件的分离不应该被理解为在所有实现方式中都需要这种分离，并且应该理解，所描述的程序组件和系统通常可以集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。此外，其他实现方式也在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中列举的动作可以以不同的顺序执行，并且仍然实现期望的结果。
应当理解，除非在任何特定描述的实现方式中的特征被明确地标识为彼此不兼容，或者周围的上下文暗示它们是互斥的并且不容易以补充和/或可支持的意义组合，否则本公开的总体预期以及设想了这些补充的实现方式的特定特征可以被选择性地组合，以提供一个或多个全面、但略有不同的技术方案。因此，将进一步理解，以上描述仅作为示例给出，并且可以在本公开的范围内进行细节上的修改。

Claims (30)

1.一种装置，包括：
超声波传感器系统，包括：
在所述超声波传感器系统的第一层堆叠中的第一超声波发送器，所述第一层堆叠包括第一超声波接收器；
在所述超声波传感器系统的第二层堆叠中的第二超声波发送器层；以及
在所述第一层堆叠和所述第二层堆叠之间的分频层。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括控制系统，所述控制系统被配置为：
控制所述第一超声波发送器发送第一超声波，所述第一超声波包括第一频率；以及
从所述第一超声波接收器接收第一信号，所述第一信号与所述第一超声波从位于所述装置的外表面上的目标对象的部分的表面的反射对应。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制系统被配置为执行至少部分地基于所述第一信号的认证过程。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制系统被配置为基于在与指纹对应的时间间隔内接收的所述第一信号的部分来获得指纹数据。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制系统被配置为控制所述第二超声波发送器穿过所述分频层和所述第一层堆叠发送第二超声波，所述第二超声波包括低于所述第一频率的第二频率。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述分频层具有比所述第一层堆叠的第一邻接层和所述第二层堆叠的第二邻接层的声阻抗相对更低的声阻抗、以及与所述第二频率的半波长对应的厚度。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述分频层具有比所述第一层堆叠的第一邻接层和所述第二层堆叠的第二邻接层的声阻抗相对更高的声阻抗、以及与所述第二频率的四分之一波长的奇数倍对应的厚度。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述分频层具有与所述第一频率的四分之一波长对应的厚度。
9.根据权利要求5所述的装置，其中所述第二层堆叠包括第二超声波接收器，并且其中所述控制系统被配置为：
从所述第二超声波接收器接收第二信号，所述第二信号与所述第二超声波从所述目标对象的所述部分的内部的反射对应；以及
执行至少部分地基于所述第二信号的认证过程。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第二信号包括真皮层信息，所述真皮层信息与在与真皮层对应的时间间隔内从所述目标对象的所述部分接收的所述第二超声波的反射对应。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述认证过程至少部分地基于所述真皮层信息。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述认证过程至少部分地基于所述第一信号和所述第二信号两者。
13.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一信号还与所述第二超声波的谐波从所述目标对象的所述部分的所述表面的反射对应。
14.根据权利要求5所述的装置，其中所述第二信号还与所述第一超声波的次谐波从所述目标对象的所述部分的内部的反射对应。
15.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一频率在10MHz至20MHz的范围内，并且其中所述第二频率在1MHz至10MHz的范围内。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一层堆叠的单个压电层或多层压电结构充当所述第一超声波发送器和所述第一超声波接收器。
17.根据权利要求1所述的装置，其中所述分频层靠近所述第二层堆叠的第一侧，所述装置还包括靠近所述第二层堆叠的第二侧的高阻抗背衬层。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述背衬层具有10至100微米范围内的厚度。
19.一种装置，包括：
超声波传感器系统，包括：
在所述超声波传感器系统的第一层堆叠中的第一超声波发送器，所述第一层堆叠包括第一超声波接收器；
在所述超声波传感器系统的第二层堆叠中的第二超声波发送器层；以及
用于分频的部件，所述用于分频的部件位于所述第一层堆叠和所述第二层堆叠之间。
20.根据权利要求19所述的装置，还包括控制部件，用于：
控制所述第一超声波发送器穿过所述用于分频的部件和所述第二层堆叠发送第一超声波，所述第一超声波包括第一频率；
从所述第一超声波接收器接收第一信号，所述第一信号与所述第一超声波从位于所述装置的外表面上的目标对象的部分的表面的反射对应，所述外表面在所述第二层堆叠的第一侧上，并且所述用于分频的部件在所述第二层堆叠的第二且相对侧上；以及
执行至少部分地基于所述第一信号的认证过程。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述控制部件包括用于控制所述第二超声波发送器发送第二超声波的部件，所述第二超声波包括低于所述第一频率的第二频率。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述控制部件包括用于从所述第一超声波接收器接收第二信号的部件，所述第二信号与所述第二超声波从所述目标对象的所述部分的所述表面的反射对应。
23.根据权利要求21所述的装置，其中所述第二信号还与所述第二超声波的谐波的反射对应。
24.根据权利要求21所述的装置，其中所述第二层堆叠包括第二超声波接收器，并且其中所述控制部件包括用于从所述第二超声波接收器接收第三信号的部件，所述第三信号与所述第二超声波从所述目标对象的所述部分的内部的反射对应，其中所述认证过程至少部分地基于所述第三信号。
25.一种控制超声波传感器系统的方法，所述方法包括：
控制第一层堆叠的第一超声波发送器发送第一超声波，所述第一超声波包括第一频率；
控制第二层堆叠的第二超声波发送器穿过所述第一层堆叠并穿过所述第一层堆叠和所述第二层堆叠之间的分频层发送第二超声波，所述第二超声波包括低于所述第一频率的第二频率；以及
执行至少部分地基于第一信号或第二信号中的至少一个的认证过程，其中所述第一信号与所述第一超声波从位于包括所述超声波传感器系统的装置的外表面上的目标对象的部分的表面的反射对应，并且其中所述第二信号与所述第二超声波从所述目标对象的所述部分的内部的反射对应。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括基于在与指纹对应的时间间隔内接收的所述第一信号的部分来获得指纹数据。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述第二信号包括真皮层信息。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一信号还与所述第二超声波的谐波从所述目标对象的所述部分的所述表面的反射对应。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述第二信号还与所述第一超声波的次谐波从所述目标对象的所述部分的所述内部的反射对应。
30.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一频率在10MHz至20MHz的范围内，并且其中所述第二频率在1MHz至10MHz的范围内。
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