CN116210035A

CN116210035A - 用于超声指纹和力感测的装置和方法

Info

Publication number: CN116210035A
Application number: CN202180061241.5A
Authority: CN
Inventors: J·L·斯特罗曼; M·杨; J·H·徐; J·A·马德里加尔·拉米雷斯; K·D·乔尔杰夫
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2023-06-02
Also published as: TW202205138A; US11087109B1; WO2022026046A1; EP4189586A1

Abstract

一种方法可涉及：估计由目标对象施加在表面上的力，至少部分地基于该力来确定至少一个超声指纹传感器参数修改，以及至少部分地基于该超声指纹传感器参数修改来更新超声指纹传感器的至少一个设置。该方法可涉及控制该超声指纹传感器来朝目标对象传送第一和第二超声波，并且从该超声指纹传感器接收第一和第二超声波接收机信号，该第一和第二超声波接收机信号包括与第一和第二超声波从该目标对象的反射相对应的信号。该方法可涉及至少部分地基于第一和第二超声接收机信号来执行认证过程。

Description

用于超声指纹和力感测的装置和方法

相关技术描述

超声指纹传感器已被包括在诸如智能手机、取款机和汽车之类的设备中以用于认证用户。虽然一些现有的超声指纹传感器可以提供令人满意的性能，但是改进的超声指纹传感器将是期望的。

概述

本公开的系统、方法和设备各自具有若干创新性方面，其中并不由任何单个方面全权负责本文中所公开的期望属性。

本公开中所描述的主题内容的一个创新性方面可在一种装置中实现。该装置可以包括超声指纹传感器和被配置成用于与该超声指纹传感器通信的控制系统。在一些示例中，该控制系统的至少一部分可被耦合到该超声指纹传感器。在一些实现中，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所公开的装置。在一些示例中，该装置可包括力传感器。

根据一些示例，控制系统可被配置成用于控制超声指纹传感器以用于朝与表面接触的目标对象传送第一超声波。该表面可以是超声指纹传感器表面或邻近该超声指纹传感器所驻留的区域的设备表面。在一些示例中，控制系统可被配置成用于从超声指纹传感器接收第一超声接收机信号。第一超声接收机信号可包括与第一超声波从目标对象的反射相对应的信号。

根据一些实现，该控制系统可被配置成用于获取对由目标对象施加在表面上的力的估计。在一些示例中，控制系统可被配置成用于至少部分地基于该力来确定至少一个超声指纹传感器参数修改。根据一些示例，控制系统可被配置成用于至少部分地基于该超声指纹传感器参数修改来更新超声指纹传感器的至少一个设置。

在一些示例中，控制系统可被配置成用于控制超声指纹传感器以用于朝目标对象传送第二超声波。在一些实现中，控制系统可被配置成用于从超声指纹传感器接收第二超声接收机信号。第二超声接收机信号可包括与第二超声波从目标对象的反射相对应的信号。根据一些实现，控制系统可被配置成用于至少部分地基于第一超声接收机信号和第二超声接收机信号来执行认证过程。在一些实例中，该装置可被集成到移动设备中。

在一些实例中，该至少一个超声指纹传感器参数修改可以包括增益值修改、所传送的超声波的频率的修改、距离选通脉冲(range gate)延迟修改、距离选通脉冲窗口修改和/或偏置条件的修改。根据一些实现，确定该至少一个超声指纹传感器参数修改可涉及从与力相对应的数据结构的一部分获取至少一个新的超声指纹传感器参数。该数据结构可以例如包括力值和对应的超声指纹传感器参数。

在一些示例中，对该力的估计可以至少部分地基于对第一超声接收机信号的分析。根据一些实现，对该力的估计可以至少部分地基于对与第一超声接收机信号相对应的第一指纹图像的分析。在一些此类实现中，对该力的估计可以基于第一指纹图像的接触区域、空脊比和/或脊线距离。

根据一些实现，该装置可包括力传感器。在一些此类示例中，对该力的估计可以至少部分地基于对从该力传感器所接收的力传感器信号。在一些此类实现中，力传感器可被集成到超声指纹传感器的电路系统中。然而，在其他实现中，力传感器可与超声指纹传感器分开。在一些示例中，该力传感器可以包括、或可以是压阻传感器、电容传感器和/或基于聚合物的薄膜传感器。在一些此类实现中，压阻传感器可以包括硅、金属、多晶硅和/或玻璃。

在一些示例中，控制系统可被进一步配置成用于执行可至少部分地基于该力的反欺骗过程。在一些此类实现中，反欺骗过程还可至少部分地基于对应于第一超声接收机信号的第一指纹图像和/或基于对应于第二超声接收机信号的第二指纹图像。根据一些示例，反欺骗过程可涉及估计目标对象材料属性的过程。

根据一些实现，控制系统可被配置成用于估计对应于第一超声接收机信号的第一力和估计对应于第二超声接收机信号的第二力。在一些此类实现中，该装置可以包括显示器、或者可被配置成用于与显示器通信。在一些此类实现中，该控制系统可被进一步配置成用于控制显示器以在估计第一力之后提供施加不同力的提示。

在一些实现中，超声指纹传感器可包括邻近超声发射机层的电极层。在一些此类实现中，第一超声接收机信号可经由电极层来获取。对该力的估计可以至少部分地基于对第一超声接收机信号的分析。

本公开中所描述的主题内容的其他创新性方面可被实现在控制超声指纹传感器的方法中。在一些示例中，该方法可涉及控制超声指纹传感器以用于朝与表面接触的目标对象传送第一超声波。该表面可以是超声指纹传感器表面或邻近该超声指纹传感器所驻留的区域的设备表面。在一些实例中，该方法可以涉及接收来自该超声指纹传感器的第一超声接收机信号，第一超声接收机信号可包括与第一超声波从目标对象的反射相对应的信号。

在一些示例中，该方法可涉及获取对由目标对象施加在该表面上的力的估计。在一些实例中，该方法可涉及至少部分地基于该力来确定至少一个超声指纹传感器参数修改。该方法可涉及至少部分地基于该超声指纹传感器参数修改来更新该超声指纹传感器的至少一个设置。

在一些实例中，该方法可涉及控制超声指纹传感器以用于朝目标对象传送第二超声波。在一些示例中，该方法可以涉及从超声指纹传感器接收第二超声接收机信号。第二超声接收机信号可包括与第二超声波从目标对象的反射相对应的信号。在一些实例中，该方法可涉及至少部分地基于第一超声接收机信号和第二超声接收机信号来执行认证过程。

根据一些示例，该至少一个超声指纹传感器参数修改可以包括增益值修改、所传送超声波的频率的修改、距离选通脉冲延迟修改、距离选通脉冲窗口修改和/或偏置条件的修改。在一些示例中，确定该至少一个超声指纹传感器参数修改可涉及从与该力相对应的数据结构的一部分获取至少一个新的超声指纹传感器参数。该数据结构可以例如包括力值和对应的超声指纹传感器参数。

在一些示例中，对该力的估计可以至少部分地基于对第一超声接收机信号的分析。根据一些实现，对该力的估计可以至少部分地基于对与第一超声接收机信号相对应的第一指纹图像的分析。在一些此类实现中，对该力的估计可以基于第一指纹图像的接触区域、空脊比和/或脊线距离。在一些实现中，对该力的估计可以至少部分地基于对从力传感器接收的力传感器信号。

在一些实例中，该方法可涉及执行可至少部分地基于该力的反欺骗过程。在一些此类示例中，反欺骗过程还可至少部分地基于对应于第一超声接收机信号的第一指纹图像和/或对应于第二超声接收机信号的第二指纹图像。在一些此类示例中，反欺骗过程可涉及估计目标对象材料属性的过程。

在一些实例中，该方法可涉及估计对应于所述第一超声接收机信号的第一力和估计对应于所述第二超声接收机信号的第二力。在一些此类示例中，该方法可涉及控制显示器和/或扬声器以在估计第一力之后提供要施加不同力的提示。在一些示例中，超声指纹传感器可被集成到移动设备中。

本文描述的操作、功能和/或方法中的一些或全部可由一个或多个设备根据存储在一个或多个非瞬态介质上的指令(例如，软件)来执行。此类非瞬态介质可包括诸如本文所描述的那些存储器设备，包括但不限于随机存取存储器(RAM)设备、只读存储器(ROM)设备等。相应地，本公开中所描述的主题的一些创新方面可以在一种或多种其上存储有软件的非瞬态介质中实现。

例如，该软件可以包括用于控制一个或多个设备来执行控制超声指纹传感器的方法的指令。在一些示例中，该方法可涉及控制超声指纹传感器来朝与表面接触的目标对象传送第一超声波。该表面可以是超声指纹传感器表面或邻近该超声指纹传感器所驻留的区域的设备表面。在一些实例中，该方法可以涉及接收来自该超声指纹传感器的第一超声接收机信号，第一超声接收机信号可包括与第一超声波从目标对象的反射相对应的信号。

在一些实例中，该方法可涉及获取对由目标对象施加在该表面上的力的估计。在一些实例中，该方法可涉及至少部分地基于该力来确定至少一个超声指纹传感器参数修改。在一些示例中，该方法可涉及至少部分地基于该超声指纹传感器参数修改来更新该超声指纹传感器的至少一个设置。

在一些示例中，该方法可涉及控制超声指纹传感器来朝目标对象传送第二超声波。该方法可以涉及从超声指纹传感器接收第二超声接收机信号。第二超声接收机信号可包括与第二超声波从目标对象的反射相对应的信号。在一些实例中，该方法可涉及至少部分地基于第一超声接收机信号和第二超声接收机信号来执行认证过程。

在一些实例中，该方法可涉及估计对应于所述第一超声接收机信号的第一力和估计对应于所述第二超声接收机信号的第二力。在一些此类示例中，该方法可涉及控制显示器和/或扬声器以在估计第一力之后提供施加不同力的提示。在一些示例中，超声指纹传感器可被集成到移动设备中。

附图简述

本说明书中所描述的主题内容的一个或多个实现的细节在附图及以下描述中阐述。其他特征、方面和优点将从该描述、附图和权利要求书中变得明了。应注意，以下附图的相对尺寸可能并非按比例绘制。各个附图中相似的附图标记和命名指示相似要素。

图1A示出了由超声指纹传感器从干燥手指所获取的指纹图像的示例。

图1B是示出根据一些公开实现的装置的示例组件的框图。

图2A是提供本文公开的一些方法的示例框的流程图。

图2B示出了能够执行本文所述的至少一些方法的装置的横截面图的示例。

图3示出了指纹图像和对应力的示例。

图4A、4B和4C示出了根据所施加的手指压力的变化来指示指纹图像中的变化的曲线图的示例。

图5A、5B、5C和5D示出了集成到超声指纹传感器的电路系统中的力传感器的示例。

图6示出了根据一些实现的捕获时间延迟和捕获时间窗口的示例。

图7示出了根据一些替换实现的捕获时间延迟和捕获时间窗口的示例。

图8示出了根据峰间采样的一些实现的捕获时间延迟和捕获时间窗口的示例。

图9和10A示出了在作出超声指纹传感器参数修改后的图像质量变化的示例。

图10B是根据一些示例示出根据施加到超声传感器上的手指的力的变化的接收信号强度的变化的曲线图。

图11代表性地描绘了用于超声指纹传感器的传感器像素的4×4像素阵列的各方面。

图12A和12B示出了超声指纹传感器中的超声发射机和接收机的示例布置，其中其他布置也是可能的。

图12C示出了超声指纹传感器中的超声收发机阵列的示例。

详细描述

以下描述针对某些实现以旨在描述本公开的创新性方面。然而，本领域普通技术人员将容易认识到，本文的教示可按众多不同方式来应用。所描述的实现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。另外，构想了所描述的实现可被包括各种电子设备中或与各种电子设备相关联，这些电子设备诸如但不限于：移动电话、启用因特网的多媒体蜂窝电话、移动电视接收机、无线设备、智能手机、智能卡、可穿戴设备(诸如手环、臂带、腕带、戒指、头带、贴片等)、

设备、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收机、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本、智能本、平板电脑、打印机、复印机、扫描仪、传真设备、全球定位系统(GPS)接收机/导航器、相机、数字多媒体播放器(诸如MP3播放器)、摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读设备(例如，电子阅读器)、移动健康设备、计算机监视器、自动显示器(包括里程计和速度表显示器等)、驾驶舱控制和/或显示器、相机视像显示器(诸如交通工具中后视相机的显示器)、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、盒式录音机或播放机、DVD播放机、CD播放机、VCR、收音机、便携式存储芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、自动取款机(ATM)、停车计时器、封装(诸如在机电系统(EMS)应用中，包括微机电系统(MEMS)应用、连同非EMS应用)、审美结构(诸如在一件珠宝或衣服上的图像显示)和各种EMS设备。本文中的教导还可被用于诸如但不限于电子开关设备、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测设备、磁力计、用于消费电子器件的惯性组件、消费电子产品的部件、汽车门、方向盘或其他汽车部件、变容管、液晶设备、电泳设备、驱动方案、制造过程和电子测试装备等应用中。因此，这些教导不旨在仅限于在附图中描绘的实现，而是具有广泛的适用性，如将对本领域的普通技术人员而言是显而易见的。

手指与超声指纹传感器的压板的不良耦合是常见问题。(如本文所使用的，术语“手指”可指任何手指，包括拇指。相应地，如本文所使用的术语“指纹”可指来自任何手指(包括拇指)的指纹。)当手指干燥和/或当施加低的手指压力时，可发生不良耦合。

在一些实现中，一种装置可包括超声指纹传感器和控制系统。根据一些示例，该装置可被配置成用于测量和/或获取对由目标对象施加在表面上的力的估计。该控制系统可被配置成用于至少部分地基于该力来确定至少一个超声指纹传感器参数修改，以及用于至少部分地基于该超声指纹传感器参数修改来更新该超声指纹传感器的至少一个设置。

在一些此类示例中，该力估计可以至少部分地基于对从目标对象反射的超声接收机信号的分析。替换地、或者附加地，该装置可以包括力传感器。在一些示例中，力传感器可被集成到超声指纹传感器的电路系统中。在其他示例中，力传感器可与超声指纹传感器分开。

可实现本公开所描述的主题内容的特定实现以达成以下潜在优点中的一者或多者。根据一些示例，更新超声指纹传感器的一个或多个设置可补偿图像质量的丢失，否则该丢失通常将在目标对象正在轻触摸表面时发生。例如，修改增益值、所传送超声波的频率、距离选通脉冲延迟、距离选通脉冲窗口和/或偏置条件可以补偿该轻触摸。

根据本发明人进行的实验，经由超声指纹传感器所获取的指纹图像的图像质量一般根据将成像手指压在超声指纹传感器的外表面上或者包括超声指纹传感器的设备的外表面上的力而增加。然而，干燥手指一般需要用相对较大的力压在表面上以获取与从正常手指获取的指纹图像相同的指纹图像质量。在一些示例中，干燥手指将需要用约三倍的力来压在表面上，以便获取与从正常手指获取的指纹图像相同的指纹图像质量。

图1A示出了由超声指纹传感器从干燥手指获取的指纹图像的示例。在这些示例中，图像1和图像5来自该手指的同一部分。图像3和图像7两者对应于该手指的另一部分。图像1和3是在手指轻触摸超声指纹传感器的表面时获取的，而图像5和7是在手指用相对较大的力压在超声指纹传感器的表面时获取的。在这些示例中，轻触摸对应于约30克力，而较重的触摸对应于100克力或更大的力。

图1B是示出根据一些公开的实现的装置的示例组件的框图。在该示例中，装置101包括超声指纹传感器102和控制系统106。装置101的一些实现可包括接口系统104和/或力传感器110。

在一些示例中，如超声指纹传感器102内的虚线所建议的，超声指纹传感器102可以包括超声接收机103和单独的超声发射机105。在一些此类示例中，超声发射机105可以包括超声平面波生成器，诸如下文描述的那些。

然而，本文公开了超声指纹传感器102的各种示例，其中一些可以包括单独的超声发射机105，而其中一些可以不包括。尽管如图1B中示出为单独的元件，但在一些实现中，超声接收机103和超声发射机105可被组合在超声收发机系统中。例如，在一些实现中，超声指纹传感器102可以包括压电接收机层，诸如聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物层或聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物层。在一些实现中，单独的压电层可用作超声发射机。在一些实现中，单个压电层可用作发射机和接收机两者。在包括压电层的一些实现中，可在压电层中使用其他压电材料，诸如氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(PZT)。在一些示例中，超声指纹传感器102可包括超声换能器元件阵列，诸如压电微机械超声换能器(PMUT)阵列、电容微机械超声换能器(CMUT)阵列等。在一些此类示例中，单层PMUT阵列中的PMUT元件或单层CMUT阵列中的CMUT元件可被用作超声发射机连同超声接收机。

力传感器110(如果存在于装置101中)可以是压阻传感器、电容传感器、薄膜传感器(例如，基于聚合物的薄膜传感器)或另一类型的合适的力传感器。如果力传感器110包括压阻传感器，则压阻传感器可以包括硅、金属、多晶硅和/或玻璃。在一些实例中，指纹传感器102和力传感器110可被机械耦合。在一些此类示例中，力传感器110可被集成到超声指纹传感器102的电路系统中。然而，在其他实现中，力传感器110可与超声指纹传感器102分开。在一些示例中，超声指纹传感器102和力传感器110可被间接耦合。例如，超声指纹传感器102和力传感器110各自可被耦合到装置101的一部分。在一些此类示例中，超声指纹传感器102和力传感器110各自可被耦合到控制系统的一部分。

控制系统106可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、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其组合。根据一些示例，控制系统106可以包括用于控制超声指纹传感器102和/或力传感器110的专用组件。控制系统106还可以包括一个或多个存储器设备(和/或被配置用于与一个或多个存储器设备通信)，诸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。相应地，装置101可以具有包括一个或多个存储设备的存储器系统，尽管该存储器系统未在图1B中示出。控制系统106可被配置成用于从超声指纹传感器102(例如，从超声接收机103)接收和处理数据。如果装置101包括单独的超声发射机105，则控制系统106可被配置成用于控制超声发射机105，例如，如本文在其他地方所公开的。在一些实现中，控制系统106的功能性可在一个或多个控制器或处理器之间被划分，诸如在专用传感器控制器和移动设备的应用处理器之间。一些示例在下文中描述。

装置101的一些实现可包括接口系统104。在一些示例中，接口系统104可以包括无线接口系统。在一些实现中，接口系统104可以包括用户接口系统、一个或多个网络接口、控制系统106和存储器系统之间的一个或多个接口、和/或控制系统106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104可被配置成提供装置101的各组件之间的通信(其可包括有线或无线通信，诸如电通信、无线电通信等)。在一些此类示例中，接口系统104可被配置成提供控制系统106和超声指纹传感器102之间、以及控制系统106和力传感器110之间的通信。根据一些此类示例，接口系统104可以例如经由导电材料(例如，经由导电金属线或迹线)将控制系统106的至少一部分耦合到超声指纹传感器102和力传感器110。如果装置101包括与超声接收机103分开的超声发射机105，则接口系统104可被配置成提供控制系统106的至少一部分和超声发射机105之间的通信。根据一些示例，接口系统104可被配置成提供装置101与其他设备和/或人类之间的通信。在一些此类示例中，接口系统104可包括一个或多个用户接口。在一些示例中，接口系统104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(诸如一个或多个通用串行总线(USB)接口或串行外围接口(SPI))。在一些实现中，装置101可以包括存储器系统。在一些示例中，接口系统104可以包括控制系统106和存储器系统之间的至少一个接口。

装置101可以在各种不同的上下文中使用，其中的一些示例在本文中公开。例如，在一些实现中，移动设备可以包括装置101的至少一部分。在一些实现中，可穿戴设备可包括装置101的至少一部分。例如，可穿戴设备可以是手环、臂带、腕带、戒指、头带或贴片。在一些实现中，控制系统106可以驻留在一个以上设备中。例如，控制系统106的一部分可以驻留在可穿戴设备中，而控制系统106的另一部分可以驻留在另一设备(诸如移动设备(例如，智能手机))中。在一些此类示例中，接口系统104还可以驻留在一个以上设备中。

图2A是提供本文公开的一些方法的示例框的流程图。例如，图2A的框可以由图1B的装置101或类似装置来执行。与本文所公开的其他方法一样，图2A中概述的方法200可以包括比所指示的框更多或更少的框。此外，本文所公开的方法的框不一定按所指示的次序来执行。在一些示例中，本文公开的一些方法框可以并发地来执行。

根据此示例，方法200是控制包括超声指纹传感器的装置的方法。根据此实现，框203涉及控制(例如，经由该装置的控制系统，诸如图1B中所示的装置101的控制系统106)超声指纹传感器以用于朝与表面接触的目标对象传送第一超声波。该表面可以是超声指纹传感器表面或邻近该超声指纹传感器所驻留的区域的设备表面。

在一些示例中，框203可涉及控制该超声指纹传感器来传送1MHz到30MHz范围中的超声波。例如，可以控制该超声指纹传感器的超声发射机以用于传送第一超声波。

根据一些示例，该装置可包括触摸传感器系统。在一些此类示例中，方法200的先前过程可能已涉及由控制系统基于从触摸传感器系统所接收到的一个或多个信号来确定目标对象位置。在一些此类示例中，框203可涉及根据手指位置来控制超声指纹传感器。然而，在一些替换示例中，该控制系统可被配置成用于基于从超声指纹传感器和/或从力传感器接收到的一个或多个信号来确定手指位置。

在此实现中，框205涉及从超声指纹传感器接收第一超声接收机信号。第一超声接收机信号包括与第一超声波从目标对象的反射相对应的信号。

根据此实现，框207涉及获取对由目标对象施加在该装置的表面上的或包括该装置的设备的表面上的力的估计。在该示例中，该装置的控制系统被配置成用于获取该力估计。该装置可以包括或可以不包括力传感器，这取决于特定实现。如果该装置包括力传感器，则该力估计可以基于从力传感器接收的力传感器信号。

在一些示例中(例如，装置不包括力传感器的示例)，该力估计可以至少部分地基于对第一超声接收机信号的分析。在一些实例中，该力估计可以至少部分地基于对与第一超声接收机信号相对应的第一指纹图像的分析。该力估计可以例如基于目标对象的接触区域(例如，手指的接触区域)、第一指纹图像的空脊比和/或脊线距离。一些示例在本文中公开并且在下文中描述。

在此示例中，框209涉及至少部分地基于该力来确定至少一个超声指纹传感器参数修改。根据一些示例，框209可涉及至少部分地基于一个或多个其他因素来确定(诸)超声指纹传感器参数修改。此类因素可以包括但不限于与第一超声接收机信号相对应的图像质量。在一些示例中，框209可涉及基于一个或多个图像质量度量来确定图像质量分数。在一些示例中，图像质量度量可以至少部分地基于对比度。根据一些示例，图像质量度量可以至少部分地基于信噪比。在一些实现中，图像质量度量可以至少部分地基于信号幅度的平均值和/或标准偏差。在一些示例中，图像质量度量可以至少部分地基于信号的偏度和/或峰度。在一些实现中，图像质量度量可以基于所有前述参数。根据一些此类示例，框209可涉及至少部分地基于图像质量分数是否小于阈值和/或基于阈值和图像质量分数之间的差异来确定(诸)超声指纹传感器参数修改。在此，框211涉及至少部分地基于该超声指纹传感器参数修改来更新该超声指纹传感器的至少一个设置。

(诸)超声指纹传感器参数修改可以包括增益值修改、所传送的超声波的频率的修改、距离选通脉冲延迟修改、距离选通脉冲窗口修改和/或偏置条件的修改。这些参数的示例在下面参考附图进行描述。根据一些示例，确定(诸)超声指纹传感器参数修改可涉及从数据结构获取一个或多个新的超声指纹传感器参数。例如，确定(诸)超声指纹传感器参数修改可涉及从与力相对应的数据结构的一部分获取一个或多个新的超声指纹传感器参数。该数据结构可以包括力值和对应的超声指纹传感器参数。

表1

表1提供了一个此类数据结构的一部分的简单示例。在表1中，示出了对应于1牛顿力的超声指纹传感器参数的示例，包括25伏特的电压推升(VBOOST)、6.5伏特的偏置电压(DBIAS)、1.5微秒的集成时间、1.25微秒的距离选通脉冲延迟(RGD)和0.02微秒的距离选通脉冲窗口(RGW)。在下面参考图6等讨论术语DBIAS、RGD和RGW的含义以及解说性示例。“集成时间”对应于使像素能够感测每个频调突发的时间段。它是系统等待时间的良好指示符。电压推升VBOOST是指施加在发射机上的推升电压。

在此示例中，框213涉及控制超声指纹传感器来朝目标对象传送第二超声波。根据该实现，框215涉及从超声指纹传感器接收第二超声接收机信号。在此，第二超声接收机信号包括与第二超声波从目标对象的反射相对应的信号。

根据该示例，框217涉及至少部分地基于在框205接收的第一超声接收机信号和在框215接收的第二超声接收机信号来执行认证过程。在一些实例中，框217可涉及获取对应于这些信号的指纹图像数据。如本文所使用的，术语“指纹图像数据”一般可指从超声接收机获得的数据、或基于从超声接收机获得的信号的数据。在一些实例中，指纹图像数据可至少部分地对应于诸如可包括指纹的手指之类的目标对象。指纹图像数据可以按或者可以不按人类可识别为图像的形式来呈现。例如，指纹图像数据可以是或可以包括其中布置和/或存储数值的数据结构。在一些示例中，数值可对应于从超声指纹传感器、光学传感器系统、电容传感器系统等接收到的信号。在一些示例中，指纹图像数据可对应于在时间窗口期间从传感器系统所接收到的信号。在一些实例中，指纹图像数据可对应于从特定区域(诸如指纹接触区域)所接收到的信号。

在一些示例中，框217可涉及从超声接收机信号提取特征。认证过程可以至少部分地基于这些特征。根据一些示例，这些特征可以是指纹特征，诸如指纹细节点的位置、方向和/或类型。在一些此类示例中，指纹图像数据可以包括对在来自传感器系统(诸如超声指纹传感器)的至少一部分信号中所检测到的一个或多个指纹特征的指示。这些指纹特征可以包括一个或多个指纹脊线特征和一个或多个指纹谷线特征。例如，这些指纹特征可以由控制系统(诸如图1B的控制系统106)来检测。

指示指纹脊线特征的信号一般可从超声传感器的传感器像素获得，这些传感器像素响应于已从压板/指纹脊线界面反射的超声波。指示指纹谷线特征的信号一般可从传感器像素获得，这些传感器像素正响应于已从压板/指纹谷线界面反射的超声波。来自压板/指纹谷线界面的反射一般是来自压板/空气界面的反射，而对应于指纹脊线与压板接触的区域，来自压板/指纹脊线界面的反射一般是来自压板/皮肤界面的反射。因为压板/指纹谷线界面一般比压板/指纹脊线界面具有高得多的声阻抗对比度，所以压板/指纹谷线界面一般将产生相对较高幅度的反射。

图2B示出了能够执行本文所述的至少一些方法的装置的横截面图的示例。例如，装置101可能能够执行本文参照图2A所描述的方法。在此，装置101是上文参照图1B所描述的装置101的示例。与本文示出和描述的其他实现一样，图2B中所解说的元件的类型、元件的布置和元件的尺寸仅作为示例来示出。

图2B示出了从目标对象反射的超声波的示例。在该示例中，目标对象是被所传送的超声波214声穿透的手指206。在该示例中，所传送的超声波214是上文参照图2A的203和213所描述的第一超声波和第二超声波的实例。在此，由超声接收机103的至少一部分接收的反射超声波216是上文参照图2A的205和217所描述的第一超声波和第二超声波从目标对象的反射的实例。

在该示例中，超声波由与超声接收机103分开的超声发射机105来传送。在图2B所示的示例中，装置101的至少一部分包括可用作平面波超声发射机的超声发射机105。在一些实现中，超声发射机105可包括压电发射机层，其中发射机激励电极布置在压电发射机层的每一侧。在一些示例中，超声发射机105可以是或者可以包括压电层，诸如PVDF聚合物层或PVDF-TrFE共聚物层。在该示例中，电极层222驻留在超声发射机105和钝化层224之间。根据一些示例，控制系统(图2B中未示出)(诸如图1B的控制系统106)可以根据经由电极层222所提供的电信号来控制超声发射机105。

在该示例中，超声接收机103用作超声接收机阵列。在一些此类示例中，超声接收机103可以包括部分地由TFT电路系统形成的像素输入电极和传感器像素的阵列、压电材料(诸如PVDF或PVDF-TrFE)的上覆压电接收机层220、以及位于压电接收机层上的上电极层(其有时将在本文中被称为接收机偏置电极)。合适的超声发射机和超声接收机阵列的示例如下所述。

然而，在替换的实现中，超声接收机103和超声发射机105可被组合在超声收发机阵列中。例如，在一些实现中，超声传感器102可以包括压电接收机层，诸如PVDF聚合物层或PVDF-TrFE共聚物层。在一些实现中，单独的压电层可用作超声发射机。在一些示例中，单个压电层可用作发射机和用作接收机。在一些实现中，可在压电层中使用其他压电材料，诸如氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(PZT)。在一些示例中，超声传感器102可包括超声换能器元件阵列，诸如压电微机械超声换能器(PMUT)阵列、电容微机械超声换能器(CMUT)阵列等。在一些此类示例中，压电接收机层、单层PMUT阵列中的PMUT元件或单层CMUT阵列中的CMUT元件可被用作超声发射机以及超声接收机。

在该示例中，所传送的超声波214已从超声发射机105通过传感器栈218传送进入上覆的手指206。在一些示例中，传感器栈218的各个层可以包括一个或多个玻璃的或对可见光基本透明的其他材料(诸如塑料或蓝宝石)的基板。在该示例中，传感器栈218包括与光源系统(未示出)耦合的基板210，根据一些实现，光源系统可以是显示器的背光。在替换的实现中，光源系统可被耦合到前光。相应地，在一些实现中，光源系统可被配置用于照亮显示器和目标对象。其他实现可以不包括基板210。

在该实现中，基板210被耦合到用于超声接收机103的薄膜晶体管(TFT)基板212。根据该示例，压电接收机层220覆盖超声接收机103的传感器像素202a，并且压板225覆盖压电接收机层220。相应地，在该示例中，装置101能够通过传感器栈218的一个或多个基板来传送超声波214，传感器栈218的该一个或多个基板包括具有TFT基板212的超声接收机103以及也可被视为基板的压板225。在替换示例中，超声接收机103的传感器像素202a和202b可驻留在基板212和超声发射机105之间。

根据该示例，力传感器被集成到超声指纹传感器的电路系统中。在该实现中，传感器像素202b是力传感器的力传感器像素。

在一些实现中，传感器像素202a和传感器像素202b可以是透明的、部分透明的或基本上透明的，以使得装置101可能能够通过超声接收机103的元件传送来自光源系统的光。在一些实现中，超声接收机103和相关联的电路系统可以形成在玻璃、塑料或硅基板之上或之中。

再次参照图2A，在一些实现中，方法200可以涉及执行反欺骗过程。根据一些实现，方法200可涉及取决于框217的认证过程和/或反欺骗过程(如果有的话)的结果的附加过程。例如，如果认证过程和/或反欺骗过程(如果有的话)成功结束，则控制系统可允许接入设备和/或安全区域。在一些此类实例中，控制系统可以解锁移动设备、膝上型计算机、门、汽车或另一设备。

在一些实例中，反欺骗过程还可至少部分地基于对应于第一超声接收机信号的第一指纹图像和/或对应于第二超声接收机信号的第二指纹图像。一些实现可涉及至少部分地基于至少一个所测量的或所估计的力的反欺骗过程。

图3示出了指纹图像和对应力的示例。所指示的力以克力为单位。尽管克实际上是质量单位，而不是力，但为了方便和节省语言，本发明中的讨论可以将力或压力的单位称为“克”。在图3中，“RT”意味右拇指，而“LT”意味左拇指。

在图3中，这些图像的相对较暗部分对应于具有相对较高振幅反射的区域。如以上所提及的，相对较高的振幅反射一般将对应于空气/压板、或更一般地对应于空气/外表面界面，当指纹谷线毗邻于外表面时将出现空气/外表面界面。发生相对较高振幅的反射是因为空气/外表面界面具有比指纹脊线与外表面接触时出现的皮肤/外表面界面更高的声阻抗对比度。

可以看到，图像301具有比图像305高得多的暗区百分比。这是因为图像301是在正常右拇指用10克的力按压外表面时获取的，而图像305是在正常右拇指用300克的力按压外表面时获取的。在后一种情形中，指纹脊线通过表现为横向地展开来响应于所施加的力，部分原因是当施加较低的力时不接触表面的指纹脊线的部分现在被压在表面上。结果是，当相对较高百分比的图像对应于指纹脊线/外表面界面(其对应于图像305的较浅区域)时获取图像305。

对于油性手指，上述效果可能不那么明显。例如，参照图3的右拇指“油性手指”示例，可以观察到，虽然与图像311相比，图像309具有略高的暗区百分比，但该差异几乎没有图像301和图像305之间的差异大。

如图3所示，当施加较大的力时，一些指纹图像特征可能更清楚。例如，与在图像301中相比，在图像305中更清楚地示出了终端303。

然而，当施加较小的力时，其他指纹图像特征可能更清楚。例如，褶皱307a在图像301中突出，但在图像305中不突出。类似地，褶皱307b在图像313中容易观察到，但在图像315中不突出。

根据一些公开实现，反欺骗过程可以基于指纹图像的一个或多个特征或其他方面，这些特征或其他方面根据压力而改变。在一些此类实现中，指纹登记过程可涉及在多个不同作用力下获取手指相同部分的超声指纹图像数据。例如，在从用户手指的一部分以第一所测量的(或所估计的)力获取第一组超声指纹图像数据之后，可以提示用户(例如，经由显示器上所提供的文本和/或图像和/或经由扬声器所提供的音频提示)将手指的同一部分更紧固地按压在超声指纹传感器表面的外表面(或邻近超声指纹传感器所驻留的区域的设备表面)上。可以测量(或估计)第二作用力，并且可以从用户手指的相同部分获取第二组超声指纹图像数据。在一些实例中，当用第三、第四和/或第五所测量的或所估计的力将手指压在外表面上时，可重复该过程以便获取第三、第四和/或第五组超声指纹图像数据。根据一些实现，在登记过程期间可以对用户的多个手指重复该过程。

如上文参照图3所描述的，涉及当施加两个或更多个不同的力时获取指纹图像数据的登记过程可揭示难以欺骗的手指特征。例如，如果黑客拥有像图像305这样的图像，则黑客将无法成功表示图像301中所示的褶皱307a。类似地，如果黑客拥有图像315，则黑客将无法成功表示图像313中所示的褶皱307b。

在成功完成登记过程之后的“运行时”操作期间，反欺骗过程可以至少部分地基于在登记过程期间所获取的数据。在一些实例中，反欺骗过程还可以至少部分地基于与第一超声接收机信号(诸如在图2的框205接收的第一超声接收机信号)相对应的目标对象的第一指纹图像和/或与第二超声接收机信号(诸如在图2的框215接收的第二超声接收机信号)相对应的目标对象的第二指纹图像。一些反欺骗过程可涉及获取与第三超声接收机信号相对应的目标对象的第三指纹图像。在一些实例中，目标对象可以是手指。在一些实现中，反欺骗过程可至少部分地基于在获取超声接收机信号的时间手指压在外表面上的所测量的或所估计的力。

例如，方法200的一些示例可涉及测量和/或估计对应于第一超声接收机信号的第一力以及测量和/或估计对应于第二超声接收机信号的第二力。在一些此类示例中，方法200可涉及控制显示器和/或扬声器以在测量和/或估计第一力之后提供要施加不同力的提示。

图4A、4B和4C示出了根据所施加的手指压力的变化来指示指纹图像中的变化的曲线图的示例。图4A示出了不同手指的接触区域如何根据增加的压力而变化的示例。图4A中的曲线对应于三个不同的个体(J、M和H)的左右拇指(LT和RT)。在这些示例中，J_RT和J_LT对应于正常的手指，M_RT和M_LT对应于磨损的手指，而H_RT和H_LT对应于干燥的手指。从图4A可以看出，如上文所描述的，接触区域一般随增加的压力而增加。然而，每个手指以不同的方式来响应于增加的压力。例如，可以在图4A中看到，这些手指的接触区域在相同的压力水平下实质上不同。例如，H_RT曲线指示在所施加的100克的压力下略高于50％的接触区域，而曲线M_RT、M_LT和H_LT指示在所施加的100克的压力下略低于30％的接触区域。

在图4A中还可以看出，H_RT曲线和H_LT曲线的斜率随压力从200克增加到300克而增加。这两条曲线都是向上凹的。作为对比，J_LT曲线的斜率一般在10到300克的压力范围中是恒定的。在该压力范围中，J_RT曲线的斜率显著变化，从而产生向下凹的曲线。图4B中所示的曲线示出了上述接触区域因变于压力。如图4A和4B中所示，这些变化是特定手指的特征，并且可以在个体之间以及同一个体的手指之间显著变化。

图4C示出了指纹图像的空脊比如何因变于所施加压力的示例。指纹“空隙”在本文中也被称为指纹谷线。图4C中的曲线对应于个体J、M和H的左右拇指(L和R)。图4C所示的值以及斜率变化是特定手指的特征。值和斜率两者可以在个体之间以及同一个体的手指之间显著变化。

根据一些示例，反欺骗过程可涉及估计目标对象材料属性的过程。在一些此类示例中，目标对象的材料属性可以基于图4A、4B和4C中所示的一个或多个曲线的斜率。例如，图4A中的斜率指示当增加所施加的力时手指变形的程度。手指越硬，变形越小。通常，手指僵硬与干燥之间存在正相关。通过跟踪该信息，可以进一步推导材料属性，诸如杨氏模量和泊松比。在相同的标称力的情况下，接触区域的变化指示皮肤上的应变。可以计算应变应力比来指示杨氏模量的相对值。横向应变(其可通过接触区域变化来估计)和轴向应变(其可通过从皮下扫描所提取的深度信息来估计)的比率被用于获取泊松比。

图5A、5B、5C和5D示出了集成到超声指纹传感器的电路系统中的力传感器的示例。图5A示出了通过金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的一个示例的横截面，在本示例中，MOSFET是互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图5A中，仅示出单个n型薄膜晶体管(NTFT)和单个p型TFT(PTFT)。然而，在具有该类型结构的实际超声指纹传感器中，通常具有数万个NTFT/PTFT对。

取决于特定实现，图5A中所示的堆叠的不同导电层的部分可被用于压力传感器。在一些示例中，像素电极层的一部分可被用于压力传感器。在其他示例中，源极/漏极(S/D)电极层的一部分可被用于压力传感器。根据一些实现，栅电极层的一部分可被用于压力传感器。在一些示例中，多晶硅(poly-Si)层的一部分可被用于压力传感器。在一些实现中，多晶硅层可包括低温多晶硅(LTPS)。

图5B示出了超声指纹传感器的俯视图的示例。在该示例中，传感器像素阵列和传感器外围驱动器各自包括诸如图5A中所示的CMOS的多个实例。在该实例中，像素电极层的一部分被配置成用作压力传感器的导电部分。根据该实现，像素电极层的引脚1、引脚2和连通部分503被配置为压力传感器电极。在该示例中，其他引脚(其在图5A中被标记为“到ASIC的传感器操作引脚”)可被用于将超声指纹传感器连接到该控制系统的对应部分。该控制系统可以包括或可以不包括ASIC，这取决于特定实现。根据一些示例，压力传感器还可以包括超声指纹传感器中所包括的一层或多层压电材料的一部分。

图5C示出了图5B中所示的超声指纹传感器的透视图。图5C还示出了与图5D中所示横截面相对应的横截面线A/A’。

图5D是通过图5C中所示的超声指纹传感器的简化横截面。与图5A类似，图5D的示例仅示出了单个NTFT/PTFT对，而具有该类型结构的实际超声指纹传感器通常具有许多NTFT/PTFT对。在本示例中，横截面线A/A’被示出穿过像素电极层，并且包括像素电极和压力传感器电极。在其中使用较深层的一部分(诸如源极/漏极(S/D)电极层的一部分、栅电极层的一部分或多晶硅层的一部分)来形成压力传感器电极的替换示例，该设备可包括将较深层连接到芯片引脚或控制系统的其他对应部分的通孔。

如本文其他地方所提及的，在一些示例中，至少一个超声指纹传感器参数修改可至少部分地基于目标对象对超声指纹传感器表面或邻近超声指纹传感器所驻留的区域的设备表面的所测量的或所估计的力。在一些示例中，(诸)经修改的参数可以包括增益值、所传送超声波的频率、距离选通脉冲延迟、距离选通脉冲窗口或偏置条件。这些参数的示例现在将参考图6等进行描述。

图6示出了根据一些实现的捕获时间延迟和捕获时间窗口的示例。图6提供了在本文中被称为“DBIAS采样”的示例，其中接收机偏置电压电平在信号被采样时改变。在该示例中，接收机偏置电压电平也在信号被传送时改变。在图6中，捕获时间延迟被标记为“RGD”，“距离选通脉冲延迟”的缩写，并且捕获时间窗口被标记为“RGW”，“距离选通脉冲窗口”的缩写。曲线图602a示出了在时间t₀处发起的所传送信号604。所传送信号604可以例如是超声脉冲。例如，超声脉冲可对应于上文参照图2A的框203和213所描述的“第一超声波”或“第二超声波”。

曲线图602b示出了第一捕获时间延迟RGD₁和第一捕获时间窗口RGW₁的示例。所接收的波606a表示由超声传感器阵列所接收的并且在第一捕获时间延迟RGD1之后、在第一捕获时间窗RGW1期间所采样的反射超声波。在一些示例中，捕获时间延迟可以在约10纳秒到约20000纳秒或更大的范围内。在一些实现中，第一捕获时间窗口可以在5到50纳秒的范围中、或者在大致5到50纳秒的范围中。在一些示例中，“大致”或“约”可意味在±5％之内，而在其他示例中，“大致”或“约”可意味在±10％、±15％或±20％之内。然而，在一些实现中，第一捕获时间窗口可能超过50纳秒。

根据一些示例，装置101可包括压板。压板可相对于超声传感器系统102来定位。例如，压板可邻近超声传感器系统102来定位和/或附连到超声传感器系统102。在一些此类示例中，第一捕获时间延迟可对应于针对要由超声传感器系统102的至少一部分来接收的从压板表面反射的超声波的预期时间量。相应地，可以选择第一捕获时间延迟和第一捕获时间窗口来捕捉放置在压板表面上的目标对象的一个或多个指纹特征。例如，在具有约400微米厚的压板的一些实现中，捕获时间延迟(RGD)可被设置成约1000纳秒，并且捕获时间窗口(RGW)可被设置成约50纳秒。

图7示出了根据一些替换的实现的捕获时间延迟和捕获时间窗口的示例。图7提供了在本文中被称为“峰间采样”的示例。与DBIAS采样不同，在峰间采样的情况下，接收机偏置电压电平(在图7中标记为Rbias)在信号被采样时不改变。

图7中所提及的具体值，包括时间和电压值，仅作为示例提供并且绝非是限制性的。如图7中所提及的，此峰间示例涉及基于所接收的负信号峰值705和所接收的正信号峰值710的时间进行采样。根据该示例，RGW对应于所接收的负信号峰值705和所接收的正信号峰值710之间的时间区间。在该示例中，RGW对应于驱动频率的半个周期，在一些示例中，驱动频率可以在10到200ns的范围中。

峰间采样的该示例涉及两个额外的控制信号，其在图7中被标记为S1和S2。在峰间采样的该示例中，RGW和RGD被用于控制何时采样。但是，RGD的定义在该示例中与图6中DBIAS采样示例的定义不同。在峰间采样的该示例中，RGD在RGW改变时改变。换而言之，RGD与所接收的正信号峰值710的时间相联系。峰间采样的一个好处是可以降低频调突发电压，其进而导致电子元件上的成本降低、更好的可靠性等。

图8示出了根据峰间采样的一些实现的捕获时间延迟和捕获时间窗口的示例。曲线850a示出了在时间t₀处发起的所传送的信号860。所传送的信号860可以例如是超声脉冲。例如，超声脉冲可对应于上文参照图2A的框203和213所描述的“第一超声波”或“第二超声波”。在替换示例中，可传送多个超声脉冲。

曲线850b示出了第一捕获时间延迟RGD_C和第一捕获时间窗口RGW_C的示例。所接收的波870a表示由超声传感器阵列所接收的并且在第一捕获时间延迟RGD_C之后、在第一捕获时间窗RGW_C期间所采样的反射超声波。在一些示例中，捕获时间延迟可以在约10纳秒到约20000纳秒或更大的范围内。在一些实现中，第一捕获时间窗口可以在5到50纳秒的范围中、或者在大致5到50纳秒的范围中。在一些示例中，“大致”或“约”可意味在±5％之内，而在其他示例中，“大致”或“约”可意味在±10％、±15％或±20％之内。然而，在一些实现中，第一捕获时间窗口可能超过50纳秒。

图9和10示出了在作出超声指纹传感器参数修改后的图像质量变化的示例。在这些示例中，超声指纹传感器参数修改至少部分地基于目标对象对超声指纹传感器表面或邻近超声指纹传感器所驻留的区域的设备表面的所测量的或所估计的力低于阈值的指示。在这些示例中，超声指纹传感器参数修改也基于指纹图像质量度量。在该实例中，指纹图像质量度量是信噪比(SNR)。

参照图9，在该示例中，根据除了DBIAS之外的相同输入指纹传感器参数，经由超声指纹传感器来获取目标图像907a和907b。在该示例中，3.5伏特的DBIAS设置产生SNR为3.7的目标图像907a，而5伏特的DBIAS设置产生SNR为5.5的目标图像907b。在这些示例中，增加DBIAS设置使得指纹图像907b具有比指纹图像907a高的图像质量。

参照图10A，根据除了VBOOST之外的相同输入指纹传感器参数，经由超声指纹传感器来获取目标图像1007a和1007b。VBOOST越低，激励电压越小，因此往返回程信号越小。如果信号低于阈值，可以调整VBOOST以推升该信号。在图10A所示的示例中，将VBOOST从23伏特增加到30伏特，同时保持所有其他超声指纹传感器参数不变，将SNR从4.8增加到6.0。

图10B是根据一些示例示出根据施加到超声传感器上的手指的力的变化的所接收信号强度的变化的曲线图。在图10B所描绘的示例中，用于扫描的超声传感器系统为图2B所示的一般类型的超声传感器系统。在该示例中，超声传感器系统102包括压电层(例如，超声发射机105)和邻近压电层的一侧的电极层222。在这些示例中，经由“直接采样”来获取对应于超声扫描的超声信号：代替从超声接收机103的每个个体传感器像素读出信号，反射超声波经由电极层222来接收。图10B所示的每个数据点对应于6个独立试验的平均值。图10B所示的信号强度指示来自手指/压板界面的信号反射。接触力越大，对应于指纹脊线的接触区域越大，并且因此来自手指/压板界面的返回信号越小。

图11代表性地描绘了用于超声指纹传感器的传感器像素的4×4像素阵列的各方面。每个传感器像素1134可以例如与压电传感器材料(PSM)的局部区域、像素输入电极1137、峰值检测二极管(D1)和读出晶体管电路系统(M3)相关联；这些元件中的许多或全部可以形成在基板上或基板中以形成像素电路1136。在实践中，每个传感器像素1134的压电传感器材料的局部区域可以将所接收到的超声能量转换成电荷。峰值检测二极管D1可以记录由压电传感器材料PSM的局部区域所检测到的最大电荷量。像素阵列1135的每一行随后可以例如通过行选择机制、栅极驱动器或移位寄存器被扫描，并且每一列的读出晶体管电路系统M3可被触发以允许每个传感器像素1134的峰值电荷量的幅度由附加电路系统(例如，复用器和A/D转换器)读取。像素电路1136可以包括一个或多个TFT以允许对传感器像素1134的选通、寻址和复位。

每个像素电路1136可提供关于由超声指纹传感器所检测到的对象的小部分的信息。尽管为了便于解说，图11中所示的示例具有相对粗略的分辨率，但具有每英寸500个像素的数量级或更高分辨率的超声传感器可配置有恰适缩放的结构。超声指纹传感器的检测区域可取决于预期检测对象来选择。例如，该检测区域的范围可以从单个手指的约8mm x3mm、5mm x 5mm或9mm x4mm到四个手指的约3英寸x 3英寸。较小和较大的区域(包括正方形、矩形和非矩形几何体)可恰适地用于目标对象。

图12A示出了超声指纹传感器的分解视图的示例。在该示例中，超声指纹传感器1200a包括在压板40下方的超声发射机20和超声接收机30。根据一些实现，超声接收机30可以是图1B所示和上文所描述的超声接收机103的示例。在一些实现中，超声发射机20可以是图1B所示和上文所描述的超声发射机105的示例。超声发射机20可包括基本上平面的压电发射机层22，并且可被配置成用作平面波生成器。超声波可以通过以下方式来生成：取决于所施加的信号来向压电层施加电压以使该层膨胀或收缩，从而生成平面波。在该示例中，控制系统106可被配置成用于导致可经由第一发射机电极24和第二发射机电极26施加到平面压电发射机层22的电压。以此方式，可通过经由压电效应改变层的厚度来生成超声波。该所生成的超声波可朝手指(或待检测的其他对象)行进，从而穿过压板40。未被待检测的对象吸收或传送的部分波可被反射，以便通过压板40传回并且被超声接收机30接收。第一和第二发射机电极24和26可以是金属化电极，例如，覆盖压电发射机层22的相对侧的金属层。

超声接收机30可包括布置在基板34(其也可被称为背板)上的传感器像素电路32的阵列和压电接收机层36。在一些实现中，每个传感器像素电路32可包括一个或多个基于TFT或基于硅的元件、电互连迹线，以及在一些实现中包括一个或多个附加的电路元件(诸如二极管、电容器等)。每个传感器像素电路32可被配置成将由邻近该像素电路的压电接收机层36所生成的表面电荷转换成电信号。每个传感器像素电路32可包括将压电接收机层36电耦合到传感器像素电路32的像素输入电极38。

在所解说的实现中，接收机偏置电极39被布置在压电接收机层36邻近压板40的一侧上。接收机偏置电极39可以是金属化电极，并且可以接地或偏置以控制哪些信号可被传递到传感器像素电路32的阵列。从压板40的暴露的(顶)表面反射的超声能量可由压电接收机层36转换成表面电荷。所生成的表面电荷可被耦合到像素输入电极38和下面的传感器像素电路32。电荷信号可由传感器像素电路32放大或缓冲并且提供给控制系统106。

控制系统106可以与第一发射机电极24和第二发射机电极26、以及与接收机偏置电极39和基板34上的传感器像素电路32电连接(直接地或间接地)。在一些实现中，控制系统106可以基本上如上所述地操作。例如，控制系统106可被配置成用于处理从传感器像素电路32所接收到的经放大的信号。

控制系统106可被配置成用于控制超声发射机20和/或超声接收机30以获取超声数据，其可包括指纹数据。根据一些实现，控制系统106可被配置成用于提供诸如本文所述的功能性。

无论超声指纹传感器1200a是否包括单独的超声发射机20，在一些实现中，控制系统106可被配置成用于从超声数据获取属性信息。在一些示例中，控制系统106可被配置成用于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。超声指纹传感器1200a(或相关联的设备)可包括包含一个或多个存储器设备的存储器系统。在一些实现中，控制系统106可以包括存储器系统的至少一部分。控制系统106可被配置成用于从超声数据获取属性信息并且将该属性信息存储在存储器系统中。在一些实现中，控制系统106可被配置成用于捕捉指纹图像、从指纹图像获取属性信息、并且将从指纹图像所获得的属性信息(其在本文中可被称为指纹图像信息)存储在存储器系统中。根据一些示例，控制系统106可被配置成用于捕捉指纹图像、从指纹图像获取属性信息、并且存储从指纹图像获得的属性信息，即使在将超声发射机20维持在“关闭”状态时亦是如此。

在一些实现中，控制系统106可被配置成用于在超声成像模式或力感测模式下操作超声指纹传感器1200a。在一些实现中，控制系统可被配置成用于在力感测模式下操作该超声指纹传感器时将超声发射机20维持在“关闭”状态。超声接收机30可被配置成用于当超声指纹传感器1200a在力感测模式下操作时用作力传感器。在一些实现中，控制系统106可被配置成用于控制其他设备，诸如显示系统、通信系统等。在一些实现中，控制系统106可被配置成用于在电容成像模式下操作超声指纹传感器1200a。

压板40可以是可与接收机声耦合的任何恰适的材料，其示例包括塑料、陶瓷、蓝宝石、金属和玻璃。在一些实现中，压板40可以是覆盖板，例如，用于显示器的覆盖玻璃或透镜玻璃。特别是当使用超声发射机20时，若需要，可以通过相对较厚的压板(例如，3mm及以上)来执行指纹检测和成像。然而，对于其中超声接收机30被配置成用于在力检测模式下或电容检测模式下成像指纹的实现，可能期望更薄且相对更兼容的压板40。根据一些此类实现，压板40可包括一种或多种聚合物(诸如一种或多种类型的聚对二甲苯)，并且可以显著更薄。在一些此类实现中，压板40可以是几十微米厚或者甚至小于10微米厚。

可被用于形成压电接收机层36的压电材料的示例包括具有恰适的声学性质(例如，在约2.5MRayl与5MRayl之间的声阻抗)的压电聚合物。可采用的压电材料的具体示例包括铁电聚合物，诸如聚偏氟乙烯(PVDF)和聚偏氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物的示例包括60:40(摩尔百分比)的PVDF-TrFE、70:30的PVDF-TrFE、80:20的PVDF-TrFE和90:10的PVDR-TrFE。可采用的压电材料的其他示例包括聚偏二氯乙烯(PVDC)均聚物和共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物和共聚物、以及二异丙基溴化铵(DIPAB)。

压电发射机层22和压电接收机层36中的每一者的厚度可被选择以便适用于生成和接收超声波。在一个示例中，PVDF平面压电发射机层22约为28μm厚，并且PVDF-TrFE接收机层36约为12μm厚。超声波的示例频率可在5MHz到30MHz的范围内，其中波长在毫米或更小的数量级。

图12B示出了超声指纹传感器的替换示例的分解视图。在该示例中，压电接收机层36已形成为分立元件37。在图12B所示的实现中，分立元件37中的每一者对应于单个像素输入电极38和单个传感器像素电路32。然而，在超声指纹传感器1200b的替换实现中，在每一个分立元件37、单个像素输入电极38和单个传感器像素电路32之间不一定存在一对一的对应关系。例如，在一些实现中，对于单个分立元件37，可存在多个像素输入电极38和传感器像素电路32。

图12A和12B示出了超声指纹传感器中的超声发射机和接收机的示例布置，其中其他布置也是可能的。例如，在一些实现中，超声发射机20可以在超声接收机30的上方，并且因此更接近待检测的(诸)对象。在一些实现中，超声发射机可被包括在超声传感器阵列中(例如，单层发射机和接收机)。在一些实现中，超声指纹传感器可包括声学延迟层。例如，可以在超声发射机20和超声接收机30之间将声学延迟层纳入超声指纹传感器中。声学延迟层可用于调整超声脉冲定时，并且同时使超声接收机30与超声发射机20电绝缘。声学延迟层可以具有基本上均匀的厚度，其中选择用于延迟层的材料和/或延迟层的厚度以在反射超声能量到达超声接收机30的时间方面提供期望的延迟。这样做，可以使藉由已被对象反射而携带关于对象的信息的能量脉冲的时间范围在从超声指纹传感器的其他部分反射的能量不太可能正到达超声接收机30的时间范围期间到达超声接收机30。在一些实现中，基板34和/或压板40可用作声学延迟层。

图12C示出了超声指纹传感器的示例的分解视图。在该示例中，超声指纹传感器1200c包括在压板40下方的超声收发机阵列50。根据一些实现，超声收发机阵列50可用作图1B所示和上文所述的超声接收机103和超声发射机105两者。超声收发机阵列50可包括基本上平面的压电收发机层56，压电收发机层56被配置成用作平面波生成器。可通过跨收发机层56施加电压来生成超声波。控制系统106可被配置成用于生成收发机激励电压，该电压可经由一个或多个下面的像素输入电极38或一个或多个上面的收发机偏置电极59来施加到压电收发机层56。所生成的超声波可朝手指或待检测的其他对象行进，从而穿过压板40。未被该对象吸收或传送的部分波可被反射，以便通过压板40传回并且被超声收发机50接收。

超声收发机阵列50可包括布置在基板34上的传感器像素电路32的阵列。在一些实现中，每个传感器像素电路32可包括一个或多个基于TFT或基于硅的元件、电互连迹线，以及在一些实现中包括一个或多个附加的电路元件(诸如二极管、电容器等)。每个传感器像素电路32可包括将压电收发机层56电耦合到传感器像素电路32的像素输入电极38。

在所解说的实现中，收发机偏置电极59被布置在压电收发机层56邻近压板40的一侧上。收发机偏置电极59可以是金属化电极，并且可以接地或偏置以控制哪些信号可被生成以及哪些反射信号可被传递到传感器像素电路32的阵列。从压板40的暴露的(顶)表面反射的超声能量可由压电收发机层56转换成表面电荷。所生成的表面电荷可被耦合到像素输入电极38和下面的传感器像素电路32。电荷信号可由传感器像素电路32放大或缓冲并且提供给控制系统106。

控制系统106可被电连接到(直接地或间接地)收发机偏置电极59和传感器基板34上的传感器像素电路32。在一些实现中，控制系统106可以基本上如上所述地操作。例如，控制系统106可被配置成用于处理从传感器像素电路32所接收到的经放大的信号。

控制系统106可被配置成用于控制超声收发机阵列50以获取超声数据，其可包括指纹数据。根据一些实现，控制系统106可被配置成用于提供诸如本文所述的功能性(例如，诸如本文所述的功能性)。

在具有超声收发机阵列的超声指纹传感器的其它示例中，传感器基板34的背面可直接或间接地附连到上面的压板40。在操作中，由压电收发机层56所生成的超声波可穿过传感器基板34和压板40，被压板40的表面反射，并且在被基板传感器34上或其内的传感器像素电路32检测到之前通过压板40和传感器基板34返回。

如本文中所使用的，引述一列项目中的“至少一者”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。

结合本文中所公开的实现来描述的各种解说性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法过程可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。硬件与软件的这种可互换性已以其功能性的形式作了一般化描述，并在上文描述的各种解说性组件、框、模块、电路、和过程中作了解说。此类功能性是以硬件还是软件来实现取决于具体应用和加诸于整体系统的设计约束。

用于实现结合本文中所公开的方面来描述的各种解说性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理装置可用设计成执行本文中描述的功能的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、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，或者是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。在一些实现中，特定过程和方法可由专用于给定功能的电路系统来执行。

在一个或多个方面，所描述的功能可以在硬件、数字电子电路系统、计算机软件、固件(包括本说明书中所公开的结构及其结构等效物)中或在其任何组合中实现。本说明书中所描述的主题内容的实现也可实现为一个或多个计算机程序，即，编码在计算机存储介质上以供数据处理装置执行或用于控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。

如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质(诸如非瞬态介质)上或藉其进行传送。本文中所公开的方法或算法的过程可在可驻留在计算机可读介质上的处理器可执行软件模块中实现。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括可被实现成将计算机程序从一地转移到另一地的任何介质。存储介质可以是可被计算机访问的任何可用介质。作为示例但非限定，非瞬态介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。并且，任何连接也可被恰适地称为计算机可读介质。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。以上的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。另外，方法或算法的操作可作为代码和指令之一或者代码和指令的任何组合或集合而驻留在可被纳入计算机程序产品中的机器可读介质和计算机可读介质上。

对本公开中描述的实现的各种改动对于本领域普通技术人员可能是明显的，并且本文中所定义的普适原理可应用于其他实现而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中示出的实现，而是应被授予与权利要求、本文中所公开的原理和新颖性特征一致的最广范围。措辞“示例性”在本文中排他地用来意指“用作示例、实例、或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实现不必然被解释为优于或胜过其他实现。

本说明书中在分开实现的上下文中描述的某些特征也可组合地实现在单个实现中。相反，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可分开地或以任何合适的子组合实现在多个实现中。此外，虽然诸特征在上文可能被描述为以某些组合的方式起作用且甚至最初是如此要求保护的，但来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情形中可从该组合中去掉，且所要求保护的组合可以针对子组合、或子组合的变体。

类似地，虽然在附图中以特定次序描绘了诸操作，但这不应当被理解为要求此类操作以所示的特定次序或按顺序次序来执行、或要执行所有所解说的操作才能达成期望的结果。在某些环境中，多任务处理和并行处理可能是有利的。此外，上文所描述的实现中的各种系统组件的分开不应被理解为在所有实现中都要求此类分开，并且应当理解，所描述的程序组件和系统一般可以一起整合在单个软件产品中或封装成多个软件产品。附加地，其他实现也落在所附权利要求书的范围内。在一些情形中，权利要求中叙述的动作可按不同次序来执行并且仍达成期望的结果。

将理解，除非任何特定描述的实现中的特征被显示地标识为彼此不兼容，或者周围上下文暗示它们是互斥的并且不容易在互补和/或支持意义上组合，本公开总体构想和设想那些互补实现的特定特征可被选择性地组合以提供一个或多个综合但略有不同的技术解决方案。因此，将进一步领会，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详细修改。

Claims

1.一种装置，包括：

超声指纹传感器；以及

控制系统，其被配置成用于：

控制所述超声指纹传感器来朝与表面接触的目标对象传送第一超声波，所述表面为超声指纹传感器表面或邻近所述超声指纹传感器所驻留的区域的设备的表面；

从所述超声指纹传感器接收第一超声接收机信号，所述第一超声接收机信号包括与所述第一超声波从所述目标对象的反射相对应的信号；

获取对由所述目标对象施加在所述表面上的力的估计；

至少部分地基于所述力来确定至少一个超声指纹传感器参数修改；

至少部分地基于所述超声指纹传感器参数修改来更新所述超声指纹传感器的至少一个设置；

控制所述超声指纹传感器来朝所述目标对象传送第二超声波；

从所述超声指纹传感器接收第二超声接收机信号，所述第二超声接收机信号包括与所述第二超声波从所述目标对象的反射相对应的信号；以及

至少部分地基于所述第一超声接收机信号和所述第二超声接收机信号来执行认证过程。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个超声指纹传感器参数修改包括增益值修改、所传送超声波的频率的修改、距离选通脉冲延迟修改、距离选通脉冲窗口修改或偏置条件的修改中的至少一者。

3.如权利要求1所述的装置，其中确定所述至少一个超声指纹传感器参数修改涉及从与所述力相对应的数据结构的一部分获取至少一个新的超声指纹传感器参数，所述数据结构包括力值和对应的超声指纹传感器参数。

4.如权利要求1所述的装置，其中对所述力的估计至少部分地基于对所述第一超声接收机信号的分析。

5.如权利要求1所述的装置，其中对所述力的估计至少部分地基于对与所述第一超声接收机信号相对应的第一指纹图像的分析。

6.如权利要求5所述的装置，其中对所述力的估计基于所述第一指纹图像的接触区域、空脊比或脊线距离中的一者或多者。

7.如权利要求1所述的装置，进一步包括力传感器，其中对所述力的估计至少部分地基于从所述力传感器接收的力传感器信号。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述力传感器被集成到所述超声指纹传感器的电路系统中。

9.如权利要求7所述的装置，其中所述力传感器与所述超声指纹传感器分开。

10.如权利要求7所述的装置，其中所述力传感器包括压阻传感器、电容传感器或基于聚合物的薄膜传感器中的一者或多者。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述力传感器包括所述压阻传感器，并且其中所述压阻传感器包括硅、金属、多晶硅或玻璃中的一者或多者。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述控制系统被进一步配置成用于执行至少部分地基于所述力的反欺骗过程。

13.如权利要求12所述的装置，其中所述反欺骗过程还至少部分地基于对应于所述第一超声接收机信号的第一指纹图像或对应于所述第二超声接收机信号的第二指纹图像。

14.如权利要求12所述的装置，其中所述反欺骗过程涉及估计目标对象材料属性的过程。

15.如权利要求1所述的装置，其中所述控制系统被进一步配置成用于估计对应于所述第一超声接收机信号的第一力和估计对应于所述第二超声接收机信号的第二力。

16.如权利要求15所述的装置，进一步包括显示器，其中所述控制系统被进一步配置成用于控制所述显示器来在估计所述第一力之后提供要施加不同力的提示。

17.如权利要求1所述的装置，其中所述超声指纹传感器包括邻近超声发射机层的电极层，其中所述第一超声接收机信号经由所述电极层来获取，并且其中对所述力的估计至少部分地基于对所述第一超声波接收机信号的分析。

18.如权利要求1所述的装置，其中所述装置被集成到移动设备中。

19.一种控制超声指纹传感器的方法，所述方法包括：

获取对由所述目标对象施加在所述表面上的力的估计；

20.如权利要求19所述的方法，其中所述至少一个超声指纹传感器参数修改包括增益值修改、所传送的超声波的频率的修改、距离选通脉冲延迟修改、距离选通脉冲窗口修改或偏置条件的修改中的至少一者。

21.如权利要求19所述的方法，其中确定所述至少一个超声指纹传感器参数修改涉及从与所述力相对应的数据结构的一部分获取至少一个新的超声指纹传感器参数，所述数据结构包括力值和对应的超声指纹传感器参数。

22.如权利要求19所述的方法，其中对所述力的估计至少部分地基于对所述第一超声接收机信号的分析。

23.如权利要求19所述的方法，其中对所述力的估计至少部分地基于对与所述第一超声接收机信号相对应的第一指纹图像的分析。

24.如权利要求23所述的方法，其中对所述力的估计基于所述第一指纹图像的接触区域、空脊比或脊线距离中的一者或多者。

25.如权利要求19所述的方法，其中对所述力的估计至少部分地基于从力传感器接收的力传感器信号。

26.如权利要求19所述的方法，进一步包括执行至少部分地基于所述力的反欺骗过程。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述反欺骗过程还至少部分地基于对应于所述第一超声接收机信号的第一指纹图像或对应于所述第二超声接收机信号的第二指纹图像。

28.如权利要求26所述的方法，其中所述反欺骗过程涉及估计目标对象材料属性的过程。

29.如权利要求19所述的方法，进一步包括估计对应于所述第一超声接收机信号的第一力和估计对应于所述第二超声接收机信号的第二力。

30.如权利要求29所述的方法，进一步包括控制显示器或扬声器中的至少一者来在估计所述第一个力之后提供要施加不同力的提示。

31.如权利要求19所述的方法，其中所述超声指纹传感器被集成到移动设备中。

32.一种装备，包括：

超声指纹传感器；以及

控制装置，其用于：

控制所述超声指纹传感器以用于朝与表面接触的目标对象传送第一超声波，所述表面为超声指纹传感器表面或邻近所述超声指纹传感器所驻留的区域的设备的表面；

获取对由所述目标对象施加在所述表面上的力的估计；

从所述超声指纹传感器接收第二超声接收机信号，所述第二超声接收机信号包括与来自所述目标对象的所述第二超声波的反射相对应的信号；以及

33.如权利要求32所述的装备，其中所述至少一个超声指纹传感器参数修改包括增益值修改、所传送的超声波的频率的修改、距离选通脉冲延迟修改、距离选通脉冲窗口修改或偏置条件的修改中的至少一者。

34.如权利要求32所述的装备，其中所述装备被集成到移动设备中。

35.一种或多种其上存储有软件的非瞬态介质，所述软件包括用于执行控制超声指纹传感器的方法的指令，所述方法包括：

获取对由所述目标对象施加在所述表面上的力的估计；

36.如权利要求35所述的一条或多条非瞬态介质，其中所述至少一个超声指纹传感器参数修改包括增益值修改、所传送的超声波的频率的修改、距离选通脉冲延迟修改、距离选通脉冲窗口修改或偏置条件的修改中的至少一者。