JP2018534014A - 超音波撮像デバイスおよび方法 - Google Patents

Abstract

装置は、超音波センサアレイと制御システムとを備える。制御システムは、第1の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応する超音波センサアレイによって生成される第1の画像データを取得するように構成され得る。制御システムは、第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応する超音波センサアレイによって生成される第2の画像データを取得するように構成され得る。制御システムは、第1の画像データおよび第2の画像データに基づき認証プロセスを開始するようにさらに構成され得る。

Description

優先権主張
本出願は、2016年8月31日に出願した米国特許出願第15/253,387号、名称「ULTRASONIC IMAGING DEVICES AND METHODS」の継続出願であり、その優先権を主張するものであり、これは、2015年9月26日に出願した米国仮特許出願第62/233,335号、名称「Methods and Systems for Detecting a Spoof」、および2016年7月15日に出願した米国仮特許出願第62/363,067号、名称「Spoof and Liveness Detection via Ultrasonic Imaging」の利益および優先権を主張するものであり、すべて参照により本明細書に組み込まれている。

本開示は、一般的に、限定はしないが、超音波センサシステムおよびそのようなシステムを使用するための方法を含む、バイオメトリックデバイスおよび方法に関する。

技術に精通しているハッカーは、セキュリティの最新の技術革新を打倒することを非常に喜ぶ。たとえば、プレミアム層の携帯電話メーカーは、指紋ベースの認証システムを組み込んだ最初のスマートフォンを、製品導入後まもなく難なくハッキングされた。いくつかの場合において、スプーフィングは、シリコーンゴム、ポリ酢酸ビニル(ホワイトグルー)、ゼラチン、グリセリンなどを含む指様の物体を、正当なユーザの指紋パターンを外面に形成して使用することを伴い得る。いくつかの場合において、ハッカーは、ハッカーの指を覆ってまたは載せて滑らせることができるスリーブまたは部分的スリーブに正当なユーザの指紋パターンを形成し得る。

本開示のシステム、方法、およびデバイスは各々、いくつかの革新的態様を有し、それらの態様はいずれも、本明細書で開示する望ましい属性を単独で担うものではない。

本開示で説明する主題の革新的な一態様は、装置で実装され得る。装置は、超音波センサアレイと、超音波センサアレイと通信するように構成されている制御システムとを備え得る。いくつかの例では、制御システムの少なくとも一部は、超音波センサアレイに結合されてよい。いくつかの実装形態では、モバイルデバイスは、装置であるか、または装置を含むものであってよい。たとえば、モバイルデバイスは、本明細書で開示されている装置を備え得る。

制御システムは、1つまたは複数の汎用シングルチップまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、またはそれらの組合せを含み得る。いくつかの例によれば、制御システムは、超音波センサアレイによって生成される第1の画像データを取得するように構成され得る。第1の画像データは、第1の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応し得る。いくつかの実装形態では、制御システムは、超音波センサアレイによって生成される第2の画像データを取得するように構成され得る。第2の画像データは、いくつかの例では、第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応し得る。いくつかの例によれば、制御システムは、第1の画像データおよび第2の画像データに基づき認証プロセスを開始するように構成され得る。

いくつかの例によれば、第1の取得時間窓は、第1の取得時間遅延の終了時刻において開始され得る。第2の取得時間窓は、いくつかの場合において、第2の取得時間遅延の終了時刻において開始され得る。いくつかの例では、第1の取得時間遅延および第1の取得時間窓は、第1の画像データが対象物体の指紋特徴に対応するようにし得る。いくつかのそのような例では、第2の取得時間遅延および第2の取得時間窓は、第2の画像データが対象物体の表皮下特徴に対応するようにし得る。いくつかの実装形態では、第1の取得時間遅延および第2の取得時間遅延は、等しい持続時間の遅延であり得る。いくつかの例では、装置は、超音波センサアレイに対して位置決めされたプラテンを備え得る。いくつかの実装形態によれば、第1の取得時間遅延または第2の取得時間遅延は、プラテンの表面から反射された超音波が超音波センサアレイによって受信されるための予想される時間量に対応し得る。いくつかの例によれば、第1の取得時間遅延および第1の取得時間窓は、第1の画像データが対象物体の指紋特徴に対応するようにし得る。たとえば、第2の取得時間遅延および第2の取得時間窓は、第2の画像データが対象物体の指紋特徴および対象物体の表皮下特徴に対応するようにし得る。

いくつかの場合において、対象物体は、ユーザの指などの人の指であってよい。いくつかの実装形態によれば、第1の画像データは、ユーザの指の少なくとも1つの指紋特徴を含むものとしてよく、第2の画像データは、ユーザの指の少なくとも1つの表皮下特徴を含むものとしてよい。いくつかの実装形態では、第1の画像データおよび第2の画像データは、受信機バイアス制御信号またはダイオードバイアス制御信号とともに取得され得る。

いくつかの例によれば、制御システムは、超音波センサアレイによって生成される第3の画像データを取得するようにさらに構成され得る。第3の画像データは、たとえば、対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第3の反射超音波に対応し得る。いくつかの場合において、開始された認証プロセスは、第3の画像データと、第1の画像データまたは第2の画像データのいずれかとの間の時間ベースの特徴差に基づくものとしてよい。いくつかの実装形態によれば、生存性インジケータが、時間ベースの特徴差に基づき生成され得る。

いくつかの実装形態では、認証プロセスは、対象物体の表面の上の1つまたは複数の表面指紋特徴および対象物体の表面より下の1つまたは複数の表面下指紋特徴を検出するステップを伴い得る。いくつかの実装形態によれば、開始された認証プロセスは、表面指紋特徴と表面下指紋特徴との間の差に基づき、なりすまし検出指示を生成するステップを伴い得る。

いくつかの例では、開始された認証プロセスの一部として、対象物体の表面上の指紋特徴は、登録された指紋テンプレートに基づき識別され得る。いくつかの例によれば、複数の画像データが、識別された指紋特徴に基づき対象物体の表面下領域内で取得され得る。いくつかのそのような例では、開始された認証プロセスは、識別された指紋特徴に基づき対象物体の表面下領域内で取得された複数の画像データにさらに基づき得る。いくつかの実装形態では、複数の画像データは、超音波センサアレイの少なくとも一部によって生成され得る。いくつかの例によれば、候補ユーザは、表面下領域内で取得された複数の画像データ内の時間的変動の有無に、少なくとも一部は基づき検証され得る。

本開示で説明する主題のさらに他の革新的態様は、認証方法で実装することができる。方法は、超音波センサアレイによって生成された第1の画像データを取得するステップを伴い得る。第1の画像データは、たとえば、第1の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応し得る。方法は、超音波センサアレイによって生成された第2の画像データを取得するステップを伴い得る。第2の画像データは、たとえば、第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応し得る。いくつかの例では、方法は、第1の画像データおよび第2の画像データに基づき認証プロセスを開始するステップを伴い得る。

いくつかの例では、第1の取得時間窓は、第1の取得時間遅延の終了時刻に開始されるものとしてよく、第2の取得時間窓は、第2の取得時間遅延の終了時刻に開始されるものとしてよい。いくつかの実装形態によれば、第1の取得時間遅延または第2の取得時間遅延は、超音波がプラテンの表面から反射され、超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信されるための予想される時間量に対応し得る。いくつかの実装形態では、第1の取得時間遅延および第1の取得時間窓は、第1の画像データが対象物体の指紋特徴に対応するようにし得る。いくつかのそのような実装形態では、第2の取得時間遅延および第2の取得時間窓は、第2の画像データが対象物体の指紋特徴および対象物体の表皮下特徴に対応するようにし得る。いくつかの場合において、第1の取得時間遅延および第2の取得時間遅延は、等しい持続時間の遅延であり得る。

本明細書に記載する動作，機能および／または方法の一部または全部は、非一時的媒体上に記憶された命令(たとえば、ソフトウェア)に従って、1つまたは複数のデバイスによって実施することができる。そのような非一時的媒体は、限定はしないがランダムアクセスメモリ(RAM)デバイス、リードオンリーメモリ(ROM)デバイスなどを含む、本明細書で説明されているものなどのメモリデバイスを含み得る。したがって、本開示で説明する主題のいくつかの革新的態様は、ソフトウェアが記憶されている非一時的媒体で実装され得る。

たとえば、ソフトウェアは、認証方法を実行するように1つまたは複数のデバイスを制御するための命令を備え得る。いくつかの例では、方法は、超音波センサアレイによって生成された第1の画像データを取得するステップを伴い得る。第1の画像データは、たとえば、第1の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応し得る。方法は、超音波センサアレイによって生成された第2の画像データを取得するステップを伴い得る。第2の画像データは、たとえば、第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応し得る。いくつかの例では、方法は、第1の画像データおよび第2の画像データに、少なくとも一部は基づき認証プロセスを開始するステップを伴い得る。

いくつかの例では、第1の取得時間窓は、第1の取得時間遅延の終了時刻に開始されるものとしてよく、第2の取得時間窓は、第2の取得時間遅延の終了時刻に開始されるものとしてよい。いくつかの実装形態によれば、第1の取得時間遅延または第2の取得時間遅延は、超音波がプラテンの表面から反射され、超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信されるための予想される時間量に対応し得る。いくつかの実装形態では、第1の取得時間遅延および第1の取得時間窓は、第1の画像データが対象物体の指紋特徴に対応するようにし得る。いくつかのそのような実装形態では、第2の取得時間遅延および第2の取得時間窓は、第2の画像データが対象物体の指紋特徴および対象物体の表皮下特徴に対応するようにし得る。いくつかの場合において、第1の取得時間遅延および第2の取得時間遅延は、等しい持続時間の遅延であり得る。

本開示で説明する主題の革新的な他の態様は、装置で実装することができる。装置は、超音波センサアレイと、超音波センサアレイと通信するように構成されている制御システムとを備え得る。いくつかの例では、制御システムの少なくとも一部は、超音波センサアレイに結合されてよい。いくつかの実装形態では、モバイルデバイスは、装置であるか、または装置を含むものであってよい。たとえば、モバイルデバイスは、本明細書で開示されている装置を備え得る。

制御システムは、1つまたは複数の汎用シングルチップまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、またはそれらの組合せを含み得る。いくつかの例によれば、制御システムは、超音波センサアレイを制御して、取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの反射超音波に対応する超音波画像データを取得するように構成され得る。いくつかの例では、制御システムは、超音波画像データから第1の指紋データを抽出するように構成され得る。いくつかの例によれば、制御システムは、超音波画像データが第1の指紋データと異なる深度の第2の指紋データを含むかどうかを決定し、超音波画像データが第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含まないと決定された場合に、第1の指紋データに、少なくとも一部は基づき認証プロセスを実行するように構成され得る。

いくつかの実装形態では、制御システムは、超音波画像データから表皮下特徴を決定するようにさらに構成され得る。いくつかの例では、認証プロセスは、表皮下特徴に、少なくとも一部は基づき得る。いくつかの実装形態によれば、制御システムは、第1の時刻に第1の超音波画像データから第1の表皮下特徴を取得し、第2の時刻に第2の超音波画像データから第2の表皮下特徴を取得し、第1の表皮下特徴と第2の表皮下特徴との間の変化に基づき生存性決定を行うようにさらに構成され得る。

本開示で説明する主題のさらに他の革新的態様は、認証方法で実装することができる。方法は、超音波センサアレイを制御して、取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの反射超音波に対応する超音波画像データを取得するステップを伴い得る。いくつかの例では、方法は、超音波画像データから第1の指紋データを抽出するステップと、超音波画像データが第1の指紋データと異なる深度の第2の指紋データを含むかどうかを決定するステップと、超音波画像データが第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含まないと決定された場合に、第1の指紋データに、少なくとも一部は基づき認証プロセスを実行するステップとを伴い得る。

いくつかの例では、方法は、超音波画像データから表皮下特徴を決定するステップを伴い得る。いくつかのそのような例では、認証プロセスは、表皮下特徴に、少なくとも一部は基づき得る。

いくつかの実装形態によれば、方法は、第1の時刻に第1の超音波画像データから第1の表皮下特徴を取得するステップと、第2の時刻に第2の超音波画像データから第2の表皮下特徴を取得するステップと、第1の皮下特徴と第2の表皮下特徴との間の変化に基づき生存性決定を行うステップとを伴い得る。

本開示で説明する主題のさらに他の革新的態様は、ソフトウェアを記憶した非一時的媒体において実装され得る。たとえば、ソフトウェアは、認証方法を実行するように1つまたは複数のデバイスを制御するための命令を備え得る。いくつかの例では、方法は、超音波センサアレイを制御して、取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの反射超音波に対応する超音波画像データを取得するステップを伴い得る。いくつかの例では、方法は、超音波画像データから第1の指紋データを抽出するステップと、超音波画像データが第1の指紋データと異なる深度の第2の指紋データを含むかどうかを決定するステップと、超音波画像データが第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含まないと決定された場合に、第1の指紋データに、少なくとも一部は基づき認証プロセスを実行するステップとを伴い得る。

いくつかの例では、方法は、超音波画像データから表皮下特徴を決定するステップを伴い得る。いくつかのそのような例では、認証プロセスは、表皮下特徴に、少なくとも一部は基づき得る。

いくつかの実装形態によれば、方法は、第1の時刻に第1の超音波画像データから第1の表皮下特徴を取得するステップと、第2の時刻に第2の超音波画像データから第2の表皮下特徴を取得するステップと、第1の表皮下特徴と第2の表皮下特徴との間の変化に基づき生存性決定を行うステップとを伴い得る。

本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細は、添付の図面および下記の説明内に記載される。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対寸法は一定の縮尺で描かれていないことがあることに留意されたい。様々な図面における同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。

表皮下特徴の例を示す図である。 いくつかの開示されている実装形態による装置の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。 バイオメトリックシステムの動作の例を与える流れ図である。 取得時間遅延および取得時間窓のいくつかの例を示す図である。 Aスキャン画像を示す図である。 Bスキャン画像を示す図である。 Cスキャン画像を示す図である。 本明細書で説明されている少なくともいくつかの方法を実行することができる装置の断面図の例を示す図である。 本明細書で開示されているバイオメトリックシステムを備えるモバイルデバイスの一例を示す図である。 代替的方法のブロックを含む流れ図である。 取得時間遅延および取得時間窓のいくつかの代替的例を示す図である。 複数の表皮下特徴に重ね合わされた指紋の画像の一例を示す図である。 指紋画像を重ねる一例を示す図である。 2つのAスキャンの反射の時間差の一例を示すグラフである。 2つのAスキャンの反射の時間差の一例を示すグラフである。 2つのAスキャンの反射の時間差の一例を示すグラフである。 指紋および骨格を利用する登録および照合プロセスの例を示す図である。 指紋および骨格を利用する登録および照合プロセスの例を示す図である。 指紋および骨格を利用する登録および照合プロセスの例を示す図である。 スリーブスプーフ(sleeve spoof)などのスリップオーバー指紋スプーフ(slipover fingerprint spoof)の検出のための登録および照合プロセスの例を示す図である。 毛穴/毛包位置による登録および照合プロセスの例を示す図である。 毛穴/毛包位置による登録および照合プロセスの例を示す図である。 深度プロファイリングおよび時間変化による登録および照合プロセスの例を示す図である。 深度プロファイリングおよび時間変化による登録および照合プロセスの例を示す図である。 指紋の3D画像の一例を示す図である。 異なる深度から反射された音波を受信するように選択されている複数の取得時間遅延の例を示す図である。 超音波センサシステムのためのセンサピクセルの4×4ピクセルアレイの態様を表現する図である。 超音波センサシステムにおける超音波送信機の例示的な配置構成を示す図であるが、他の配置構成も可能である。 超音波センサシステムにおける超音波受信機の例示的な配置構成を示す図であるが、他の配置構成も可能である。

以下の説明は、本開示の革新的態様について説明する目的で特定の実装形態を対象としている。しかしながら、本明細書における教示は、多くの異なる方法で適用することができることは当業者には容易に認識されよう。説明されている実装形態は、本明細書で開示されているようなバイオメトリックシステムを含む任意のデバイス、装置、またはシステム内に実装され得る。それに加えて、説明されている実装形態は、様々な電子デバイスに備えられるか、または関連付けられてよく、これらは、限定はしないが、モバイル電話、マルチメディアインターネット対応携帯電話、モバイルテレビ受像機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、スマートカード、ブレスレット、アームバンド、リストバンド、リング、ヘッドバンド、パッチなどのウェアラブルデバイス、Bluetooth(登録商標)デバイス、携帯情報端末(PDA)、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドコンピュータもしくはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、複写機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム(GPS)受信機/ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ(MP3プレーヤなど)、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子読取りデバイス(たとえば、電子リーダー)、モバイルヘルスデバイス、コンピュータモニタ、自動車用ディスプレイ(走行距離計および速度計ディスプレイなどを含む)、コックピット制御機器および/またはディスプレイ、カメラ視野ディスプレイ(車両における後方視野カメラのディスプレイなど)、電子写真、街頭ビジョンまたは電子看板、映写機、建築構造、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯/乾燥機、駐車メータ、パッケージ構造(マイクロ電気機械システム(MEMS)アプリケーションを含む電気機械システム(EMS)アプリケーション、ならびに非EMSアプリケーションにおけるものなど)、美的構造(宝石または衣服上への画像の表示など)、ならびに様々なEMSデバイスなどである。本明細書の教示はまた、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動き検知デバイス、磁気計、家庭用電子機器用の慣性構成要素、家庭用電化製品の部品、自動車のハンドルまたは他の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子試験機器などであるがそれらに限らない用途に使用されてもよい。したがって、これらの教示は、単に図に示されている実装形態に限定されることは意図されておらず、代わりに、当業者には容易に明らかであるように、広い適用可能性を有している。

いくつかの実装形態は、表皮から指紋画像データなどの画像データを、および表皮下特徴に対応する画像データを取得することができる超音波センサシステムを備え得る。図1Aは、表皮下特徴の例を示している。本明細書で使用されているように、「表皮下特徴」という用語は、真皮、乳頭層、網状層、皮下組織などを含む、表皮100の下にある組織層、およびそのような組織層内に存在し得る血管、リンパ管、汗腺、毛包、毛乳頭、脂肪小葉などのどれかを指すものとしてよい。したがって、表皮下特徴は、筋肉組織、骨材料などの、図1Aに示されていない特徴もまた含んでいてもよい。

いくつかの実装形態は、表皮下特徴に、少なくとも一部は基づく登録および認証プロセスを実行することができるものとしてよい。いくつかのそのようなプロセスは、また、指紋画像データに、または指紋画像データから導出されたキーポイントなどの指紋特徴点もしくは指紋画像特徴に基づき得る。認証プロセスは、なりすまし検出および/または生存性検出を伴い得る。

いくつかの例では、ユーザ認証プロセスは、超音波センサアレイからの信号に基づき、受信された画像データから取得された「属性情報」を登録プロセスにおいて認可されたユーザからすでに受信されている画像データから取得された記憶されている属性情報と比較するステップを伴い得る。いくつかのそのような例によれば、属性情報は、登録されている指紋に関連付けられている特徴点またはキーポイント情報とともに、真皮の特徴、皮下組織の特徴、血管特徴、リンパ管特徴、汗腺特徴、毛包特徴、毛乳頭特徴、および/または脂肪小葉特徴に関する情報などの、表皮下特徴に関する情報を含み得る。

代替的に、またはそれに加えて、いくつかの実装形態では、受信された画像データから取得された属性情報および記憶されている属性情報は、骨組織特徴、筋肉組織特徴、および/または表皮もしくは表皮下組織特徴に関する情報を含み得る。たとえば、いくつかの実装形態によれば、ユーザ認証プロセスは、指紋画像データと表皮下画像データとを取得するステップを伴い得る。そのような例では、認証プロセスは、指紋画像データから取得された属性情報を評価するステップを伴い得る。

認証プロセスにおいて比較される受信された画像データから取得された属性情報および記憶されている属性情報は、受信された画像データに対応するバイオメトリックテンプレートデータおよび記憶されている画像データに対応するバイオメトリックテンプレートデータを含み得る。よく知られている1つの種類のバイオメトリックテンプレートデータは、指紋テンプレートデータであり、これは指紋特徴点またはキーポイントの種類および位置を指示し得る。指紋画像データの属性に基づくユーザ認証プロセスは、受信された指紋テンプレートデータと記憶されている指紋テンプレートデータとを比較するものとしてよい。そのようなプロセスは、受信された指紋画像データと記憶されている指紋画像データとを直接比較するステップを伴っても伴わなくてもよい。

同様に、表皮下特徴に対応するバイオメトリックテンプレートデータは、血管のサイズ、血管の向き、血管分岐点の位置などの、血管特徴の種類および位置に関する情報などの、血管の属性に関する情報を含み得る。代替的に、またはそれに加えて、表皮下特徴に対応するバイオメトリックテンプレートデータは、真皮の特徴、皮下組織の特徴、リンパ管特徴、汗腺特徴、毛包特徴、毛乳頭特徴、脂肪小葉特徴、筋肉組織および/または骨材料の種類(たとえば、サイズ、形状、向きなど)および位置に関する属性情報を含み得る。

以下の潜在的な利点のうちの1つまたは複数を実現するために、本開示において説明する主題の特定の実装形態が実施されてもよい。上で指摘されているように、いくつかのなりすまし技術は、指様物体であってもよい、物体上に指紋様特徴を形成するステップに基づく。しかしながら、詳細な表皮下特徴、筋肉組織特徴、および/または骨組織特徴を有する指様物体を作ることは、難しく、費用もかかる。そのような特徴を認可されたユーザの特徴に正確に対応させることも、なおいっそう難しい。そのような特徴を人間に似た生物模倣方式でまたは正当なユーザを複製する方式で作ることは、なりすまし偽造に対してなおいっそう高くハードルを上げる。いくつかの開示されている実装形態は、表皮下特徴に、少なくとも一部は基づく属性情報を取得するステップを伴うので、いくつかのそのような実装形態は、信頼性のより高い認証を提供し得る。いくつかのそのような実装形態は、「生存性」の決定を行うことができるものとしてよい。

図1Bは、いくつかの開示されている実装形態による装置の例示的なコンポーネントを示すブロック図である。この例では、装置101は、超音波センサアレイ102と制御システム106とを備える。図1Bに示されていないが、装置101は、基板を含み得る。以下に、いくつかの例について説明する。装置101のいくつかの実装形態は、インターフェースシステム104を含み得る。いくつかの例では、装置101は、超音波送信機108を含み得る。

超音波センサアレイ102の様々な例が、本明細書において開示されており、そのうちのいくつかは別の超音波送信機を備え、別のものは備え得ない。図1Bには別個の要素として図示されているが、いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ102および超音波送信機108は、超音波トランシーバ内に組み込まれ得る。たとえば、いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ102は、PVDFポリマーの層またはPVDF-TrFEコポリマーの層などの、圧電受信機層を備え得る。いくつかの実装形態では、別の圧電層は、超音波送信機として働き得る。いくつかの実装形態では、単一の圧電層が、送信機および受信機として働き得る。いくつかの実装形態では、窒化アルミニウム(AlN)またはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの他の圧電材料も、圧電層内で使用され得る。超音波センサアレイ102は、いくつかの例では、圧電微小機械加工超音波トランスデューサ(PMUT)のアレイ、容量性微小機械加工超音波トランスデューサ(CMUT)のアレイなどの、超音波トランスデューサ素子のアレイを含み得る。いくつかのそのような例では、圧電受信機層、PMUTの単層アレイ内のPMUT素子、またはCMUTの単層アレイ内のCMUT素子は、超音波送信機さらには超音波受信機として使用され得る。いくつかの代替的な例によれば、超音波センサアレイ102は、超音波受信機アレイであってよく、超音波送信機108は、1つまたは複数の別々の素子を備え得る。いくつかのそのような例では、超音波送信機108は、以下で説明されているような、超音波平面波発生器を備え得る。

制御システム106は、1つまたは複数の汎用シングルまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、またはそれらの組合せを含んでもよい。制御システム106は、1つまたは複数のランダムアクセスメモリ(RAM)デバイス、リードオンリーメモリ(ROM)デバイスなどの、1つまたは複数のメモリデバイスも備え(および/またはそれらと通信するように構成され)得る。したがって、装置101は、1つまたは複数のメモリデバイスを備えるメモリシステムを有するものとしてよいが、メモリシステムは、図1Bに示されていない。制御システム106は、たとえば以下で説明されているように、超音波センサアレイ102からデータを受信し処理することができるものとしてよい。装置101が超音波送信機108を備えている場合、制御システム106は、たとえば本明細書の別のところで開示されているように、超音波送信機108を制御することができるものとしてよい。いくつかの実装形態では、制御システム106の機能は、モバイルデバイスの専用センサコントローラおよびアプリケーションプロセッサなどの1つまたは複数のコントローラもしくはプロセッサの間で分割されてよい。

装置101のいくつかの実装形態は、インターフェースシステム104を含み得る。いくつかの実装形態では、インターフェースシステムはワイヤレスインターフェースシステムを含んでよい。いくつかの実装形態では、インターフェースシステムは、ユーザインターフェースシステム、1つまたは複数のネットワークインターフェース、システム106とメモリシステムとの間の1つまたは複数のインターフェース、および/または制御システム106と1つまたは複数の外部デバイスインターフェース(たとえば、ポートもしくはアプリケーションプロセッサ)との間の1つまたは複数のインターフェースを含み得る。

インターフェースシステム104は、装置101のコンポーネントの間に通信(電気通信、無線通信などの、有線もしくはワイヤレス通信を含み得る)を提供するように構成され得る。いくつかのそのような例では、インターフェースシステム104は、制御システム106と超音波センサアレイ102との間に通信を提供するように構成され得る。いくつかのそのような例によれば、インターフェースシステム104の一部は、制御システム106の少なくとも一部を超音波センサアレイ102に、たとえば、導電体材料を介して結合し得る。装置101が超音波センサアレイ102から分離している超音波送信機108を備える場合、インターフェースシステム104は、制御システム106の少なくとも一部と超音波送信機108との間に通信を提供するように構成されてよい。いくつかの例によれば、インターフェースシステム104は、システムと他のデバイスおよび/または人間との間に通信を提供するように構成され得る。いくつかのそのような例では、インターフェースシステム104は、1つまたは複数のユーザインターフェースを備え得る。インターフェースシステム104は、いくつかの例では、1つまたは複数のネットワークインターフェースおよび/または1つまたは複数の外部デバイスインターフェース(1つまたは複数のユニバーサルシリアルバス(USB)インターフェースなど)を備え得る。いくつかの実装形態では、装置101は、メモリシステムを含むことができる。インターフェースシステム104は、いくつかの例では、制御システム106とメモリシステムとの間に少なくとも1つのインターフェースを備え得る。

装置101は、様々な異なる状況において使用されてよく、その多くの例が本明細書で開示されている。たとえば、いくつかの実装形態では、モバイルデバイスは、装置101の少なくとも一部を含み得る。いくつかの実装形態では、ウェアラブルデバイスは、装置101の少なくとも一部を含み得る。ウェアラブルデバイスは、たとえば、ブレスレット、アームバンド、リストバンド、リング、ヘッドバンド、またはパッチであってよい。いくつかの実装形態では、制御システム106は、複数のデバイス内に常駐し得る。たとえば、制御システム106の一部は、ウェアラブルデバイス内に常駐してよく、制御システム106の別の部分は、モバイルデバイス(たとえば、スマートフォンまたはタブレットコンピュータ)などの別のデバイス内に常駐してよい。インターフェースシステム104は、いくつかのそのような例では、複数のデバイス内にもまた常駐し得る。

図1Cは、バイオメトリックシステムの動作の例を与える流れ図である。図1Cのブロック(および本明細書において提示されている他の流れ図のブロック)は、たとえば、図1Bの装置101によって、または類似の装置によって実行され得る。本明細書で開示されている他の方法と同様に、図1Cに概略が示されている方法は、示されているのよりも多いまたは少ないブロックを含み得る。さらに、本明細書において開示されているブロックは、指示されている順序で必ずしも実行されない。

この例では、ブロック103は、図1Bの超音波センサアレイ102などの、超音波センサアレイによって生成された第1の画像データを取得するステップを伴う。いくつかの例では、第1の画像データは、超音波センサアレイから受信され得るが、他の例では、第1の画像データは、バッファなどのメモリデバイスから受信され得る。この場合において、第1の画像データは、第1の取得時間窓において対象物体から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応する。対象物体は、いくつかの例では、ユーザの指などの人の指であってよい。しかしながら、他の例では、対象物体は、「フェイクフィンガー」と称されてよい、人工指様物体であってよい。超音波センサアレイから受信されたデータは、本明細書では、「画像データ」と称され得るが、画像データは、一般的に、電気信号の形態で受信され得る。したがって、追加の処理がなければ、そのような画像データは必ずしも人間によって画像として知覚可能であるとは限らない。

この実装形態によれば、ブロック105は、超音波センサアレイによって生成された第2の画像データを取得するステップを伴う。この例では、第2の画像データは、第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において対象物体の少なくとも一部から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応する。いくつかの実装形態によれば、第1の画像データは、対象物体の少なくとも1つの指紋特徴を含むものとしてよく、第2の画像データは、対象物体の少なくとも1つの表皮下特徴を含むものとしてよい。いくつかの実装形態では、第1の画像データおよび第2の画像データは、受信機バイアス制御信号またはダイオードバイアス制御信号とともに取得され得る。以下に、いくつかの例について説明する。

この例によれば、ブロック107は、第1の画像データおよび第2の画像データに基づき認証プロセスを開始するステップを伴う。認証プロセスの様々な例が、本明細書で開示されている。いくつかの場合において、認証プロセスは、正当なユーザを検証し得る。いくつかのそのような例では、対象物体は、正当なユーザの指であってよい。

いくつかの例によれば、制御システムは、超音波センサアレイによって生成される第3の画像データを取得するようにさらに構成され得る。第3の画像データは、たとえば、対象物体の少なくとも一部から超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第3の反射超音波に対応し得る。いくつかの場合において、開始された認証プロセスは、第1、第2、および/または第3の画像データによって指示される特徴のサイズ、配置構成、または他の態様の時間的変化に、少なくとも一部は基づき得る。第1、第2、および第3の画像データが、異なる時刻に取得される場合、そのような変化は、たとえば、第3の画像データによって指示される、特徴サイズ、配置構成などを第1の画像データおよび/または第2の画像データによって指示される、特徴サイズ、配置構成などと比較することによって検出され得る。この種類の時間的変化は、本明細書では、「時間ベースの特徴差」と称され得る。いくつかの実装形態によれば、生存性インジケータが、時間ベースの特徴差に基づき生成され得る。いくつかの例は、図3Bおよび図6A〜図6Cを参照しつつ以下で説明される。

いくつかの実装形態では、認証プロセスは、対象物体の表面上、またはその近くの指紋特徴および対象物体の表面より下の指紋特徴があるかどうかを決定するステップを伴い得る。いくつかの実装形態によれば、なりすまし検出指示が、対象物体の表面上の指紋特徴と対象物体の表面より下にある指紋特徴との間の差に、少なくとも一部は基づき生成され得る。いくつかの例では、なりすまし検出指示は、別のデバイスに伝送され、および/またはメモリ内に保存される、テキストベースのメッセージなどのアラートであってよい。いくつかの実装形態によれば、なりすまし検出指示に応答して、制御システムは、第1の画像データ、第2の画像データ、第3の画像データ、指紋特徴点、指紋キーポイント、または指紋特徴を、対象物体の表面上の指紋特徴および対象物体の表面より下にある表面下指紋特徴が検出された場合に記憶するように構成され得る。この方式で、ハッカーの指紋に関する情報は、将来使用できるように保存され得る。以下に、いくつかの例について説明する。

いくつかの例では、対象物体の表面上の指紋特徴は、登録された指紋テンプレートに基づき識別され得る。いくつかの例によれば、複数の画像データが、識別された指紋特徴に基づき対象物体の表面下領域内で取得され得る。一例は、図4に示され、以下で説明される。いくつかのそのような例では、認証プロセスは、表面下領域内で取得された複数の画像データにさらに基づき得る。いくつかの実装形態では、複数の画像データは、超音波センサアレイの一部から取得され得る。いくつかの例では、候補ユーザは、表面下領域内で取得された複数の画像データ内の時間的または非時間的変動に、少なくとも一部は基づき評価され得る。いくつかの例によれば、正当なユーザは、表面下領域内で取得された複数の画像データ内の時間的または非時間的変動に基づき検証され得る。

いくつかの例によれば、第1の取得時間窓は、第1の取得時間遅延の終了時刻において開始され得る。第2の取得時間窓は、いくつかの場合において、第2の取得時間遅延の終了時刻において開始され得る。いくつかの例では、第1の取得時間遅延および第1の取得時間窓は、第1の画像データの少なくとも一部が対象物体の指紋特徴に対応するようにし得る。いくつかの場合において、対象物体は、ユーザの指などの人の指であってよい。いくつかのそのような例では、第2の取得時間遅延および第2の取得時間窓は、第2の画像データの少なくとも一部がユーザの指の表皮下特徴に対応するようにし得る。

図1Dは、取得時間遅延および取得時間窓のいくつかの例を示している。図1Dにおいて、取得時間遅延は「RGD」とラベル付けされ、これは「range-gate delay」の頭字語であり、取得時間窓は「RGW」とラベル付けされ、これは「range-gate window」の頭字語である。グラフ112aは、時刻t0に開始される伝送信号114を示している。伝送信号114は、たとえば、超音波のパルスであってもよい。代替的例では、超音波の複数のパルスが伝送され得る。

グラフ112bは、第1の取得時間遅延RGD1および第1の取得時間窓RGW1の例を示している。受信された波116aは、第1の取得時間遅延RGD1後に、超音波センサアレイによって受信され、第1の取得時間窓RGW1においてサンプリングされる反射波を表す。いくつかの例では、取得時間遅延は、約10ナノ秒から約20,000ナノ秒以上の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの実装形態では、第1の取得時間窓は、5から50ナノ秒の範囲内、または約5から50ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例では、「おおよそ」または「約」は、±5%以内を意味し得るが、他の例では、「おおよそ」または「約」は、±10%、±15%、または±20%以内を意味するものとしてよい。しかしながら、いくつかの実装形態では、第1の取得時間窓は、50から20,000ナノ秒の範囲内、または約50から20,000ナノ秒以上の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例によれば、装置101は、プラテンを備え得る。プラテンは、超音波センサアレイ102に対して位置決めされ得る。たとえば、プラテンは、超音波センサアレイ102の近くに位置決めされ、および/または超音波センサアレイ102に取り付けられ得る。いくつかのそのような例では、第1の取得時間遅延は、プラテンの表面から反射された超音波が超音波センサアレイ102の少なくとも一部によって受信されるための予想される時間量に対応し得る。したがって、第1の取得時間遅延および第1の取得時間窓は、プラテンの表面上に置かれている対象物体の1つまたは複数の指紋特徴をキャプチャするように選択され得る。たとえば、プラテンの厚さが約400ミクロンであるいくつかの実装形態では、取得時間遅延(RGD)は、約1,000ナノ秒に設定されるものとしてよく、取得時間窓(RGW)は、約50ナノ秒に設定されるものとしてよい。

グラフ112cは、第2の取得時間遅延RGD2および第2の取得時間窓RGW2の例を示している。受信された波116bは、第2の取得時間遅延RGD2後に、超音波センサアレイによって受信され、第2の取得時間窓RGW2においてサンプリングされる反射波を表す。この例では、第1の取得時間遅延は第2の取得時間遅延に等しい。しかしながら、他の実装形態では、第1の取得時間遅延は第2の取得時間遅延に等しくない場合がある。この例では、第1の取得時間遅延および第2の取得時間遅延は、両方とも時刻t0から測定される。しかしながら、他の実装形態では、第1の取得時間遅延および第2の取得時間遅延は、異なる初期時刻から測定され得る。いくつかの例では、第1の取得時間遅延および/または第2の取得時間遅延は、プラテンの表面から反射され、伝送される超音波が超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信されるのに要する時間に対応し得る。

いくつかの実装形態によれば、第2の取得時間窓は、5から50ナノ秒の範囲内、または約5から50ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。しかしながら、いくつかの実装形態では、第2の取得時間窓は、50から2,000ナノ秒の範囲内、または約50から2,000ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例では、第2の取得時間窓は、2,000から20,000ナノ秒の範囲内、または約2,000から20,000ナノ秒以上の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例では、第2の取得時間遅延および第2の取得時間窓は、対象物体の指紋特徴および対象物体の表皮下特徴をキャプチャするように選択され得る。たとえば、プラテンの厚さが約400ミクロンであるいくつかの実装形態では、取得時間遅延(RGD)は、約1,000ナノ秒に設定されるものとしてよく、取得時間窓(RGW)は、約1,000ナノ秒に設定されるものとしてよい。

図2A〜図2Cは、Aスキャン画像、Bスキャン画像、およびCスキャン画像を示している。図2Aに示されているように、反射振幅対時間のAスキャンプロットは、センサピクセルまたはセンサピクセルの小グループなどの、単一の超音波受信機またはトランシーバから取得され得る。図2Aに示されている高振幅事象は、対象物体内の音響インピーダンスコントラストによって引き起こされる、指などの対象物体内からの反射を示す。骨の表面は、たとえば、一般的に、上にある組織との比較的高い音響インピーダンスコントラストを有し、したがって、比較的高振幅の反射を発生する。図2Aに示されている反射201および203などのAスキャンにおける複数の反射の存在は、対象物体が、たとえば、空気またはなりすましに使用され得るシリコーンゴムまたは他の材料の固形片ではないことを示す。指紋一致と併せて、そのような反射の存在は、対象物体が実際には、認可されたユーザの指であることを示唆する。しかしながら、異なる音響インピーダンスを有する複数の層を持つ偽の指を製作することも可能であろう。さらに、ハッカーの指にスリップオーバーされるか、または置かれたスリーブ上の正当なユーザの指紋パターンは、そのような単純ななりすまし防止方法に対抗できない。

図2Bに示されているようなBスキャン画像は、超音波受信機またはトランシーバの単一の行または列から取得され得る。この例では、移動時間は、Bスキャン画像の垂直軸に沿っている。反射205および207を含む、様々な反射は、図2BのBスキャン画像に見ることができる。反射205および207は、この例の指の表皮下特徴に対応している。そのような複雑な特徴の存在は、Aスキャン画像データと比較して、対象物体が実際には指であるというより強い指示を与える。

Cスキャン画像は、超音波受信機もしくはトランシーバのグリッドまたはアーチ形および並進機械的運動能力を有する集束単一素子トランシーバなどの、超音波受信機もしくはトランシーバのアレイから取得され得る。図2Cに示されている例では、超音波画像データは、表皮下血管系または脂肪組織の塊などの、音響インピーダンスコントラストの高い領域に対応する特徴209などの、表皮下特徴の2D Cスキャン画像を取得するのに適した深度で取得されている。深度は、超音波が伝送される時間と反射された超音波がサンプリングされる時間との間の選択された時間間隔(本明細書では取得時間遅延または範囲ゲート遅延(RGD)と称され得る)と対応し得る。たとえば、比較的大きい範囲ゲート遅延は、もっぱら骨から反射された超音波を受信するように選択されるものとしてよく、比較的小さい範囲ゲート遅延は、もっぱら血管、血液、筋肉組織特徴、骨組織特徴などの指紋もしくは表皮下特徴のリッジおよびバレーから反射された超音波を受信するように選択され得る。

Cスキャン画像におけるディテールの量は、対象物体が実際には指であることを示すさらに強い指示をもたらす。さらに、表皮下特徴は、その対応する属性情報が、正当なユーザの指の1つまたは複数の指紋特徴点に関して深度およびオフセットで参照される明確に区別できるCスキャン特徴など、以下で説明されているものなどの認証プロセスの一部として使用され得るような十分なディテールで示される。

図2Dは、本明細書で説明されている少なくともいくつかの方法を実行することができる装置の断面図の例を示している。たとえば、装置101は、図1Cおよび図3Aを参照しつつ本明細書で説明されている方法を実行することができるものとしてよい。装置101は、本明細書で開示されているものなどのバイオメトリックシステムに含まれ得るデバイスの一例である。ここで、装置101は、図1Bを参照しつつ上で説明されている装置101の一例である。本明細書において図示され説明されている他の実装形態と同様に、素子の種類、素子の配置構成、および図2Dに例示されている素子の寸法は、単に例として示されている。

図2Dは、対象物体から反射する超音波の一例を示している。この例では、対象物体は、伝送される超音波214によって高周波の音波を当てられる指206である。この例では、伝送される超音波214は、図1Dを参照しつつ上で説明されている伝送信号114のインスタンスである。ここで、超音波センサアレイ102の少なくとも一部によって受信される反射された超音波216は、図1Dに示されている受信された波116aおよび116bのインスタンスである。しかしながら、他の実装形態は、以下で説明されている、限定はしないが、図3Bおよび図13に示されている例を含む、異なる種類の伝送された超音波214および/または反射された超音波216を伴い得る。

この例では、超音波は、超音波センサアレイ102から離れている超音波送信機108によって伝送される。図2Dに示されている例では、装置101の少なくとも一部は、平面波超音波送信機として機能し得る超音波送信機108を備える。いくつかの実装形態では、超音波送信機108は、送信機励起電極が圧電送信機層の各面に配設されている圧電送信機層を備え得る。

この例では、超音波センサアレイ102は、超音波受信機アレイとして機能し得る。いくつかのそのような例では、超音波センサアレイ102は、TFT回路、PVDFまたはPVDF-TrFEなどの圧電材料の、上にある圧電受信機層220、および本明細書では受信機バイアス電極と称されることがある圧電受信機層上に位置決めされた上側電極層から一部は形成されるピクセル入力電極およびセンサピクセルのアレイを備え得る。好適な超音波送信機および超音波受信機アレイの例は、図15Aおよび図15Bを参照しつつ、以下で説明されている。

しかしながら、代替的実装形態では、超音波センサアレイ102および超音波送信機108は、超音波トランシーバアレイ内に組み合わされ得る。たとえば、いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ102は、PVDFポリマーの層またはPVDF-TrFEコポリマーの層などの、圧電受信機層を備え得る。いくつかの実装形態では、別の圧電層は、超音波送信機として働き得る。いくつかの例では、単一の圧電層が、送信機および受信機として働き得る。いくつかの実装形態では、窒化アルミニウム(AlN)またはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの他の圧電材料も、圧電層内で使用され得る。超音波センサアレイ102は、いくつかの例では、圧電微小機械加工超音波トランスデューサ(PMUT)のアレイ、容量性微小機械加工超音波トランスデューサ(CMUT)のアレイなどの、超音波トランスデューサ素子のアレイを含み得る。いくつかのそのような例では、圧電受信機層、PMUTの単層アレイ内のPMUT素子、またはCMUTの単層アレイ内のCMUT素子は、超音波送信機さらには超音波受信機として使用され得る。

この例では、伝送される超音波214は、超音波送信機108からセンサスタック215を通り上にある指206内に伝送されている。センサスタック215の様々な層は、いくつかの例では、可視光を実質的に透過するガラスまたは他の材料(プラスチックもしくはサファイア)の1つまたは複数の基板を備え得る。この例では、センサスタック215は、光源システム(図示せず)が結合される基板210を備え、これはいくつかの実装形態によるディスプレイのバックライトであり得る。代替的実装形態では、光源システムはフロントライトに結合され得る。したがって、いくつかの実装形態では、光源システムは、ディスプレイおよび対象物体を照射するように構成され得る。

この実装形態では、基板210は、超音波センサアレイ102用の薄膜トランジスタ(TFT)基板212に結合される。この例によれば、圧電受信機層220は、超音波センサアレイ102のセンサピクセル202の上にあり、プラテン225は、圧電受信機層220の上にある。したがって、この例では、装置101は、基板212および基板としても見ることができるプラテン225とともに超音波センサアレイ102を含むセンサスタック215の1つまたは複数の基板を通して超音波214を伝送することができる。いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ102のセンサピクセル202は、透過的であるか、部分的に透過的であるか、または実質的に透過的であるものとしてよく、それにより、装置101は、光源システムから光を伝送し超音波センサアレイ102の素子に通すことができるものとしてよい。いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ102および関連する回路は、ガラス、プラスチック、またはシリコン基板上に、またはその内部に形成され得る。

図2Eは、本明細書で開示されているバイオメトリックシステムを備えるモバイルデバイスの一例を示している。この例では、モバイルデバイス250は、スマートフォンである。しかしながら、代替的例では、モバイルデバイス250は、モバイルドラッグデリバリーデバイス、ウェアラブルデバイス、タブレットコンピュータなど、モバイルヘルスデバイスなどの別の種類のモバイルデバイスであってよい。

この例では、モバイルデバイス250は、図1Bを参照しつつ上で説明されている装置101のインスタンスを含む。この例では、装置101は、モバイルデバイスエンクロージャ255内に、少なくとも一部は配設される。この例によれば、装置101の少なくとも一部は、ボタン260の位置に対応する、指206によってタッチされていると示されるモバイルデバイス250の一部分内に配置される。したがって、ボタン260は、超音波ボタンであってよい。いくつかの実装形態では、ボタン260は、ホームボタンとして働き得る。いくつかの実装形態では、ボタン260は超音波認証ボタンとして働くものとしてよく、これはタッチされるか圧されたときにモバイルデバイス250をオンにするか、または他の何らかの方法で目覚めさせ、および/またはモバイルデバイス上で実行されているアプリケーション(ウェイクアップ機能など)がそのような機能を保証するときにユーザを認証するか、もしくは他の何らかの方法で検証する機能を有する。

この実装形態では、モバイルデバイス250は、ユーザ認証プロセスを実行することができるものとしてよい。たとえば、モバイルデバイス250の制御システムは、装置101の超音波センサアレイを介して受信された画像データから取得された属性情報を認可されたユーザからすでに受信されている画像データから取得された記憶されている属性情報と比較できるものとしてよい。いくつかの例では、受信された画像データから取得された属性情報および記憶されている属性情報は、表皮下特徴、筋肉組織特徴、または骨組織特徴のうちの少なくとも1つに対応する属性情報を含み得る。

いくつかの実装形態によれば、受信された画像データから取得された属性情報および記憶されている属性情報は、指紋特徴点またはキーポイントに関する情報を含み得る。いくつかのそのような実装形態では、ユーザ認証プロセスは、指紋特徴点に関する情報さらには表皮下特徴に対応する属性情報などの少なくとも1つの他の種類の属性情報を評価するステップを伴い得る。いくつかのそのような例によれば、ユーザ認証プロセスは、指紋特徴点またはキーポイントに関する情報さらには血管特徴に対応する属性情報を評価するステップを伴い得る。たとえば、指の中の血管の受信された画像から取得された属性情報は、認可されたユーザの指206内の血管の記憶されている画像と比較されてよい。

図3Aは、代替的方法のブロックを含む流れ図である。図3Aのブロック(および本明細書において提示されている他の流れ図のブロック)は、たとえば、図1B、図2D、または図2Eの装置101によって、または類似の装置によって実行され得る。本明細書で開示されている他の方法と同様に、図3Aに概略が示されている方法は、示されているのよりも多いまたは少ないブロックを含み得る。さらに、本明細書において開示されているブロックは、指示されている順序で必ずしも実行されない。

この例では、ブロック305は、超音波センサアレイを制御して、取得時間窓においてターゲットオブジェクトから超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの反射超音波に対応する超音波画像データを取得するステップを伴う。いくつかの実装形態によれば、制御システム(制御システム106など)は、本明細書で開示されているもののうちの1つなどの超音波センサアレイを制御することができるものとしてよい。いくつかの例では、取得時間窓は、対象物体が指である場合に、指紋特徴および表皮下特徴の両方の画像を含むように選択され得る。いくつかの例によれば、取得時間窓は、実際の指に着けるか、またはスリップオーバーさせてよい、スリーブの外側、またはフィルムの外側に指紋様パターンを形成するステップを伴う一般的ななりすましを検出するように選択され得る。いくつかの実装形態によれば、取得時間窓は、50から2000ナノ秒の範囲内、または約50から2000ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。しかしながら、いくつかの実装形態では、取得時間窓は、2000から10,000ナノ秒の範囲内、または約2000から10,000ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例では、取得時間窓は、10,000から20,000ナノ秒の範囲内、または約10,000から20,000ナノ秒以上の範囲内にあるものとしてよい。

この例によれば、ブロック310は、超音波画像データから第1の指紋データを抽出するステップを伴う。ここで、ブロック315は、超音波画像データが第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含むかどうかを決定するステップを伴う。一例は、図5に示され、以下で説明される。図5の外観検査は、生存しているユーザの指の中心の目立つ指の渦巻きまたは特徴点(外形505)を、生存しているユーザの指上のスリップオーバースプーフの同様に目立つ指紋の渦巻きおよび特徴点(外形510)とともに示しているが、これは比較的長い取得時間窓を使用して単一の画像のみが取得されたとしても空間内の変位によって区別され得る。制御システムは、指紋照合ソフトウェアを使用し、なりすましおよび基礎となる生存しているユーザに関連付けられている特徴点および/またはキーポイントを使用して正当なユーザの1つまたは複数の登録済みテンプレートとの照合を試み得る自動化された方法を実行し得る。生存しているユーザとなりすましの両方を識別するために、自動指紋識別システム(AFIS)または類似の指紋分析ソフトウェアが使用され得る。

いくつかの例では、ブロック315は、第1の指紋データの深度と第2の指紋データの深度との間の深度差が少なくとも時間差閾値、たとえば、50ナノ秒を超える時間差に対応するかどうかを決定するステップを伴い得る。第2の指紋データが別の深度で見つかった場合、これは、上で説明されているなりすましの種類の強い証拠である。たとえば、第2の指紋データは、正当なユーザの指紋の画像を持つなりすましを形成し、ハッカーの指の上になりすましを置いたハッカーの指紋に対応し得る。いくつかの例では、制御システムは、第2の指紋が別の深度で見つかった場合には認証プロセスを続行しない。いくつかのそのような例では、制御システムは、第2の指紋データが別の深度で見つかった場合に、第1または第2の指紋データを記憶されている指紋データと照合することを試みない。

いくつかの実装形態では、なりすましの試みにはフラグがたてられ得る。いくつかのそのような例では、制御システムは、検出されたなりすましの試みに応答してなりすまし検出指示を生成し得る。いくつかの実装形態では、なりすまし検出指示は、なりすましおよびハッカーの指に関連付けられている画像、特徴点、および/またはキーポイントを記憶するルーチンを起動するものとしてよい。いくつかの実装形態では、超音波画像データ、第1または第2の指紋データ、指紋特徴点、指紋キーポイント、および/または指紋特徴のうちの少なくとも1つは、対象物体の表面上の指紋特徴および対象物体の表面より下にある異なる指紋特徴が検出されたときに記憶され得る。記憶されている画像、画像データ、特徴点、キーポイント、特徴、および/または指紋データは、特に指紋(たとえば、なりすまし)の1つがモバイルデバイスの認可されたまたは他の何らかの形で登録されているユーザに対応する場合に、疑わしいハッカーを識別する試みのために後から抽出されてもよい。なりすましの試みのタイムスタンプ、およびいくつかの例では、他の場所および/またはユーザ情報も、後で使用できるように記憶され得る。

しかしながら、超音波画像データが第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含まないと決定された場合に、この例では、第1の指紋データに、少なくとも一部は基づき認証プロセスが開始される。いくつかの実装形態は、超音波画像データから表皮下特徴を決定するステップを伴い得る。そのような例では、認証プロセスは、表皮下特徴に、少なくとも一部は基づき得る。

いくつかの例は、生存性決定を行うステップを伴い得る。そのような生存性決定は、指紋画像がゴム、シリコンなどから形成されている可能性のある指様物体上に置かれているなりすましを検出するのに有用であり得る。いくつかのそのような生存性決定は、最初に第1の超音波画像データから第1の表皮下特徴を取得するステップと、2回目に第2の超音波画像データから第2の表皮下特徴を取得するステップとを伴い得る。いくつかの例は、第1の皮下特徴と第2の表皮下特徴との間の変化に基づき生存性決定を行うステップを伴い得る。この種類の時間的変化は、たとえば、指の中の血流に対応し得る。

図3Bは、取得時間遅延および取得時間窓のいくつかの代替的例を示している。図3Bに示されている取得時間遅延および取得時間窓は、たとえば、図1Cおよび/または図3Aを参照しつつ上で説明されている方法に適しているものとしてよい。

グラフ320aは、伝送信号114a、114b、および114cを示しており、その第1の信号は時刻t0に開始する。この例では、伝送信号114a、114b、および114cは、超音波のパルスである。代替的例では、超音波の単一のパルスが伝送され得る。いくつかの実装形態では、伝送信号は、正弦波、三角波、矩形波、方形波、片側、両側、交流波形、単一周波数、多周波数、チャープ波形、低デューティサイクル、高デューティサイクル、変調、二重変調、または1つもしくは複数のそのような波形の組合せなどの、他の形状の波形を含み得る。

グラフ320bは、第1の取得時間遅延RGD1および第1の取得時間窓RGW1の例を示している。受信された波パケット(1)は、第1の取得時間遅延RGD1後に、超音波センサアレイによって受信され、第1の取得時間窓RGW1においてサンプリングされる反射波を表す。いくつかの例では、第1の取得時間遅延は、プラテンの表面から反射され、伝送される超音波が超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信されるのに要する時間に対応し得る。

第1の取得時間窓は、いくつかの例では、図3Aのブロック305を参照しつつ上で説明されている取得時間窓と対応し得る。いくつかの例によれば、第1の取得時間窓は、50から2000ナノ秒の範囲内、または約50から2000ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。しかしながら、いくつかの実装形態では、第1の取得時間窓は、2000から10,000ナノ秒の範囲内、または約2000から10,000ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例では、第1の取得時間窓は、10,000から20,000ナノ秒の範囲内、または約10,000から20,000ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例では、第1の取得時間遅延および第1の取得時間窓は、対象物体の指紋特徴および対象物体の1つまたは複数の表皮下特徴に対応し得る。

グラフ320cは、第2の取得時間遅延RGD2および第2の取得時間窓RGW2の例を示している。受信された波パケット(2)は、第2の取得時間遅延RGD2後に、超音波センサアレイによって受信され、第2の取得時間窓RGW2においてサンプリングされる反射波を表す。グラフ320dは、第nの取得時間遅延RGDnおよび第nの取得時間窓RGWnの例を示しており、nは2よりも大きい整数である。いくつかの例では、nは、3、4、5などであってよい。受信された波パケット(2n)は、第nの取得時間遅延RGDn後に、超音波センサアレイによって受信され、第nの取得時間窓RGWnにおいてサンプリングされる反射波を表す。

この例では、第2の取得時間遅延は第nの取得時間遅延に等しく、第2の取得時間窓は第nの取得時間窓に等しい。いくつかの例によれば、グラフ320cおよび320dは、2つまたはそれ以上の異なる時刻において対象物体の内側の同じ深度からの生存性決定に対する超音波データを取得するプロセスに対応し得る。超音波データ間の時間ベースの特徴差は、生存性の証拠であり得る。他の実装形態では、第2および第nの取得時間遅延ならびに/または第2および第nの取得時間窓は、互いに異なり得る。

いくつかの実装形態では、第2および第nの取得時間窓は、約5から50ナノ秒の範囲内、または約5から50ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。しかしながら、いくつかの実装形態では、第2および第nの取得時間窓は、50から2000ナノ秒の範囲内、または約50から2000ナノ秒の範囲内にあるものとしてよい。いくつかの例によれば、第2および第nの時間遅延ならびに時間窓は、血管特徴などの、対象物体の表皮下特徴に対応し得る。

この例では、取得時間遅延は、両方とも、時刻t0から測定される。しかしながら、他の実装形態では、取得時間遅延は、異なる初期時刻から測定され得る。

図4は、複数の表皮下特徴に重ね合わされた指紋の画像の一例を示している。図4において、取得時間遅延および比較的長い取得時間窓は、小葉(小塊405などの、灰色がかった小塊)の複合の、重なり合う、および自己参照する画像ならびに指紋画像上に自動的に重ね合わされている他の表面下特徴を取得するためにすでに選択されている。図4の灰色がかった小塊のうちのいくつかは、リッジ末端または分岐部などの指の様々な指紋特徴点に関して容易に参照されることに留意されたい。いくつかのそのような実装形態では、認証プロセスは、指紋画像および表皮下特徴の画像の両方から抽出されたデータに基づくか、または指紋および表皮下特徴の両方を含む単一画像から抽出されたデータからのものであってよい。たとえば、表皮下特徴の超音波画像に基づく属性情報は、超音波指紋画像に基づく属性情報を参照するものとしてよい。いくつかのそのような実装形態によれば、表皮下特徴に対応するバイオメトリックテンプレートデータは、指紋特徴点の位置、向き、および/または種類などの、指紋特徴に対応するバイオメトリックテンプレートデータを参照するものとしてよい。いくつかの実装形態では、指紋および表皮下特徴を含む複合画像は、検証および認証のために、指紋および表皮下テンプレート情報または指紋関係情報のみを含む登録済み指紋テンプレートと比較され得る。

上で指摘されているように、いくつかの実装形態は、指紋が上に形成されるスリーブまたはフィルムがなりすましの試みでハッカーの指の上を覆うように置かれているか、または上に置かれているかを決定するために取得時間遅延および取得時間窓を選択するステップを伴い得る。もしそうであれば、二組の重なり合う指紋画像が取得され、一方は偽の指紋であり、他方はハッカーの指からのものであり得る。

図5は、指紋画像を重ねる一例を示している。図5に示されている画像を生成するために、人間の指(その指紋が外形505内に指示されている)が、比較的大きいRGWを使用して1"×1"超音波センサアレイで同時に撮像された複製された指紋(外形510内に示されている)を有する約0.5ミリメートルの厚さのポリジメチルシロキサン(PDMS)のなりすましの指の背後に位置決めされた。なりすましおよび実際の指紋は、たとえば、図3Aを参照しつつ上で説明されている第1および第2の指紋データに対応し得る。図5に示されている例では、なりすましおよび実際の指紋は、わかりやすくするためわざとオフセットされた。制御システムは、なりすましおよび実際の指紋に基づきユーザを認証するための指紋分析ソフトウェアを実行し得る。いくつかの実装形態では、指紋分析ソフトウェアは、追加の特徴点および指紋特徴が複雑であっても認可されたユーザの指紋を適切に認識し得る。指紋特徴の個数が登録済み指紋の個数を超える場合、なりすましの試みは確認されるものとしてよく、対象物体中の異なる深度における追加の画像は、なりすましの試みを検証するために取得され得る。いくつかの実装形態では、検出されたなりすましの試みは、複合画像および/または異なる深度の画像に対するなりすましおよびハッカーの指に関連付けられている指紋画像、特徴点、および/またはキーポイントを記憶するプロセスを起動するものとしてよい。記憶されている画像、特徴点、および/またはキーポイントは、疑わしいハッカーを識別するために後から使用することができる。画像取得のタイムスタンプは、指紋画像、特徴点、および/またはキーポイントとともに記憶され得る。

いくつかの実装形態は、表皮下特徴に対応する超音波画像データから取得された生存性決定および属性情報の両方に基づく認証プロセスを伴い得る。いくつかのそのような実装形態は、表皮下特徴に対応する画像データを取得するステップと、取得された画像データに対応するバイオメトリックテンプレートデータを決定するステップと、決定されたバイオメトリックテンプレートデータを正当なユーザの記憶されているバイオメトリックテンプレートデータと比較するステップとを伴い得る。

生存性決定は、特定の実装形態に応じて、様々な方法で行われ得る。指の中の構造物など、対象物体の表皮下特徴に関する情報を提供することに加えて、いくつかの実装形態では、2つまたはそれ以上の異なる時刻において取得された、単純なAスキャンの反射と反射との間の時間差の時間的変化が、生存性を検出するために使用され得る。

図6A〜図6Cは、2つのAスキャンの反射の時間差の一例を示すグラフである。図6Aは、最初に取得された、Aスキャンプロット605と、2回目に取得されたAスキャンプロット610とを示している。図6Bは、同じ垂直軸に沿って重ね合わされたAスキャンプロット605および610を示している。図6Cは、図6Bにおいて、ラベル6Cを付けられた、破線内の対応する領域の拡大図である。この例では、Aスキャンプロット605と610との間の時間差は、血液が指の血管系内を脈動して流れるときに組織の膨張および収縮によって引き起こされる。脈動活動によるこの膨張および収縮は、プロットされた戻りエコーの伝搬時間のわずかなシフトとしてみなされ得る。類似の時間的変動が、関連するBスキャン、Cスキャン、または容積測定スキャン(たとえば、Bスキャンおよび／またはCスキャンとの組合せ)から決定され得る。

取得された画像の深度撮像および処理では、モバイルデバイスにおける電力および処理機能の無秩序リソースを取ることができる。いくつかの実装形態では、選択された毛穴、毛包、または他の表皮もしくは表皮下特徴の深度画像が取得され、分析され、登録テンプレートと比較されて、それにより、なりすましの試みを検出し、生存性を確認しながら処理時間および電力を最小限度に抑え、ユーザが認証されるか、または他の何らかの形で検証されるべきかを決定し得る。

図7〜図11Bは、バイオメトリックシステムの動作の追加の例を与える流れ図である。図7〜図11Bのブロック(および本明細書において提示されている他の流れ図のブロック)は、たとえば、図1Bの装置101によって、または類似の装置によって実行され得る。本明細書で開示されている他の方法と同様に、図7〜図11Bに概略が示されている方法は、示されているのよりも多いまたは少ないブロックを含み得る。さらに、本明細書において開示されているブロックは、指示されている順序で必ずしも実行されない。

図7は、指紋および骨格を利用する登録および照合プロセスの一例を示している。登録プロセスにおいて、正当なユーザの1つまたは複数の指は、ブロック705において登録され得る。登録プロセスでは指紋特徴点またはキーポイントなどの、正当なユーザの指紋に関する情報を含む登録テンプレートを生成し得る。登録テンプレートは、この例でブロック710において取得される、骨構造などの指に関する追加の登録情報を含み得る。骨構造に関する情報は、たとえば、表皮層から骨表面までの距離、指骨の外形、表皮層から爪の基部までの距離、爪の基部の外形、骨輪郭などを含み得る。照合プロセスでは、骨構造に関する情報および他の表皮下特徴(ブロック720)と併せて潜在的ユーザ(ブロック715)からの指紋情報を1つまたは複数の登録テンプレートと照合することを試み得る。指紋および表皮下特徴が、登録テンプレートと一致した場合に、潜在的ユーザは、認証され得るか、または他の何らかの形で検証され得る(ブロック725)。

図8Aおよび図8Bは、指紋および骨格を利用する登録および照合プロセスの例を示している。図8Aは、1つまたは複数の指紋がブロック805で登録される登録プロセスのステップを例示している。1つまたは複数の登録テンプレートは、ブロック810において、登録時に指紋情報から生成され得る。それに加えて、指の中の骨構造は、ブロック815において撮像され得る。いくつかの実装形態では、骨構造は、ブロック820において、指紋の選択されたキーポイントまたは特徴点を参照するものとしてよい。たとえば、三角測量は、様々な選択された特徴点から使用され、選択された参照点に関して距離、オフセット、および相対的角度を決定し得る。骨構造情報を含む登録テンプレートは、ブロック825において生成され記憶され得る。いくつかの実装形態では、骨構造情報は、指紋情報と同じ登録テンプレートに記憶され得る。

図8Bに例示されているような照合プロセスにおいて、潜在的ユーザの指紋が、ブロック830において撮像され、指紋情報から生成された認証テンプレートが、ブロック835において1つまたは複数の登録テンプレートと照合され得る。一致すると決定された場合、様々な骨構造または他の表皮下特徴は、ブロック840において撮像され、ブロック845において関連する登録テンプレートと照合され得る。指紋特徴および表皮下特徴の両方が一致した場合、潜在的ユーザは、ブロック850において認証され得る。いくつかの実装形態では、骨構造または認識可能な表皮下特徴が検出されない場合、ブロック850においてなりすまし検出指示が生成され得る。

図9は、スリーブスプーフなどのスリップオーバー指紋スプーフの検出のための登録および照合プロセスの一例を示している。登録プロセスにおいて、ブロック905において、正当なユーザの指紋について1つまたは複数の登録テンプレートが生成され得る。ブロック910において、正当なユーザの表皮下層について1つまたは複数の登録テンプレートが生成され得る。ブロック915および920の照合プロセスにおいて、潜在的ユーザの指紋および表皮下層を照合する試みがなされ得る。いくつかの実装形態では、なりすましの試みは、登録ユーザのスリップオーバースプーフがハッカーの指の上に置かれたときに生じ得るように、下にある指紋が検出されたときに、ブロック925においてフラグをたてられ得る。たとえば、なりすましの試みは、なりすまし検出出力信号またはなりすまし検出フラグなどのなりすまし検出指示を肯定的値に設定することによってフラグをたてられ得る。なりすましが検出されない場合、ブロック930において潜在的ユーザは認証されるか、または他の何らかの形で検証され得る。

図10Aおよび図10Bは、毛穴/毛包位置による登録および照合プロセスの例を示している。図10Aの例では、指紋画像は、登録プロセスのブロック1005で取得される。指紋テンプレートデータなどの指紋画像データは、ブロック1010において指紋画像から決定され、いくつかの実装形態では記憶され得る。次いで、毛穴および/または毛包特徴の位置、または他の特徴位置(表皮下特徴位置など)が、決定され得る。次いで、選択された毛穴および/または毛包特徴、または他の特徴(表皮下特徴など)の深度画像が、ブロック1015において生成され得る。次いで、指紋特徴点情報がある、またはない、毛穴および/または毛包画像に対応する登録プレートは、ブロック1020において生成され、将来参照できるように記憶され得る。

図10Bの例では、新しい指紋画像は、その後の認証プロセスのブロック1025で取得される。次いで、ブロック1030において、新しい指紋画像に対応する指紋データが、記憶されている指紋データ(たとえば、指紋テンプレートデータ)と一致するかどうかが決定され得る。次いで、毛穴および/または毛包特徴の位置、または他の特徴位置(表皮下特徴位置など)が、ブロック1035において、決定され得る。次いで、選択された毛穴および/または毛包特徴、または他の特徴(表皮下特徴など)の深度画像が、ブロック1040において決定され得る。選択された毛穴および/または毛包画像に対する認証テンプレートが決定され得る。選択された毛穴および/または毛包画像に対する認証テンプレートを検証するプロセス(ブロック1045)は、認証テンプレートを登録テンプレートと比較するステップを伴い得る。指紋テンプレートデータおよび選択された毛穴および/または毛包画像に対するテンプレートの両方が、登録プロセスにおいて記憶されているデータと一致する場合、ユーザは、ブロック1050において認証され得る。いくつかの実装形態では、指紋の認証テンプレートが指紋の登録済みテンプレートとの照合に失敗した場合、表面下撮像に関係するステップは、処理時間および消費電力の低減のため省かれてもよい。

図11Aおよび図11Bは、深度プロファイリングおよび時間変化による登録および照合プロセスの例を示している。図11Aに示されている登録プロセスにおいて、正当なユーザの1つまたは複数の指紋は、ブロック1105において登録され得る。1つまたは複数の指紋テンプレートは、ブロック1110において生成され得る。骨構造、血管、および他の表皮下構造は、たとえば、選択された範囲ゲート遅延および範囲ゲート窓を使用して、ブロック1115において撮像され得る。骨構造、血管、および他の表皮下特徴は、ブロック1120において指紋キーポイントまたは特徴点を参照するものとしてよい。登録時に、様々な画像が取得されるものとしてよく、1つまたは複数の特徴点もしくは他の参照点に関する骨または脂肪小葉の外形の変化など、骨構造、血管、または他の表皮下特徴の時間的変化が、ブロック1125においてサンプリングされ得る。骨構造、血管、または他の表皮下特徴を含むテンプレートは、その特徴的な時間的変化とともに、ブロック1130において生成され、別個の登録テンプレートとして記憶されるか、または指紋登録テンプレートに追加され得る。

図11Bに示されているような照合プロセスにおいて、潜在的ユーザの指紋が、ブロック1135において撮像され、ブロック1140において1つまたは複数の記憶されている登録テンプレートと照合され得る。一致した場合、骨構造、血管、または他の表皮下特徴が、ブロック1145において撮像され、ブロック1150において、記憶されている登録テンプレートと照合され得る。照合が成功した場合、1つまたは複数の指紋特徴点もしくは参照点に関する骨構造、血管、または他の表皮下特徴の時間的変化は、ブロック1155においてサンプリングされ、登録テンプレート内の記憶されている時間情報と比較され得る。潜在的ユーザは、指紋、表皮下特徴、および/または時間的変化の照合結果に基づきブロック1160において認証され得る。いくつかの実装形態では、生存性は、ブロック1160において時間的変化から確認され得る。生存性インジケータが、ブロック1160において、2つまたはそれ以上の表皮下画像の間の時間ベースの特徴の差に基づき生成され得る。なりすまし検出指示が、ブロック1160において、対象物体の表面上の指紋特徴と対象物体の表面より下にある指紋特徴との間の差、および時間的変化の欠如もしくは存在に基づき生成され得る。

指紋画像を取得する従来のプロセスでは、2D画像のみが通常取得される。そのような2D指紋画像は、リッジ-バレー深度などの、指紋の実際の幾何学的形状に関係するある種の情報を欠いている。なりすましされた指紋のいくつかの形態は、そのような3D特徴を欠いていることがある。したがって、そのような3D特徴を評価するステップは、指紋照合プロセスの精度を高めると同時に、なりすまし検出プロセスにおける少なくとも1つのファクタとなり得る。

したがって、いくつかの実装形態は、対象物体の少なくとも一部の3D画像を取得するステップを伴う。いくつかの例では、3D画像は、比較的浅い深度から取得されるものとしてよく、指紋の3D画像であってよい。

図12は、指紋の3D画像の一例を示している。図12に示されている寸法は、単なる例にすぎない。いくつかの実装形態は、表皮下特徴の1つまたは3D画像を取得するのに適している1つまたは複数の深度で超音波画像データを取得するステップを伴い得る。上で指摘されているように、深度は選択された取得時間遅延に対応し得る。いくつかの実装形態では、指の3Dまたは容積測定画像が、より多くのAスキャン画像、Bスキャン画像、またはCスキャン画像から作成され得る。

いくつかの場合において、制御システムは、第1から第Nまでの取得時間遅延の後に第1から第Nまでの取得時間窓において第1から第Nまでの超音波画像データを取得することができるものとしてよい。第1から第Nまでの取得時間遅延の各々は、対象物体の内側の第1から第Nまでの深度に対応し得る。たとえば、指または指部分の容積測定画像は、指の中への、または毛包もしくは汗孔などの特定の指特徴に沿った様々な深度での画像データの数回の取得から生成され得る。

いくつかの実装形態は、認証またはなりすまし検出プロセスの一部として1つまたは複数の取得時間遅延および/または取得時間窓(範囲ゲート窓またはRGWとも称される)を選択するステップを伴い得る。たとえば、指紋が形成されているスリーブがハッカーの指上に置かれるか、または被さるように置かれている場合に、偽の指紋と指の特性を示す表皮下特徴を含まないハッカーの指との間に比較的均質なスリーブ層があるべきである。したがって、指紋が形成されているスリーブがなりすましの試みでハッカーの指の上に被さるように置かれているかどうかを評価するために、比較的短いRGWを伴う1つまたは複数の取得時間遅延が、指の特性を示す特徴を含むように見えない指紋層の下に層があるかどうかを決定するように選択され得る。いくつかのそのような実装形態は、詐欺者の指紋の上に位置する正当なユーザの指紋など、スリーブ/指以外の層の下に第2の指紋があるかどうかを決定するのに適している1つまたは複数の取得時間遅延および取得時間窓を選択するステップを伴い得る。いくつかの実装形態は、特徴が連続的であり、なりすましではなく正当なユーザの指の特性を示すことを確認するために、汗孔などの1つまたは複数の指特徴を選択し、指表面の内側の様々な深度で汗孔の領域を撮像するステップを伴い得る。

代替的に、またはそれに加えて、いくつかの実装形態は、認証またはなりすまし検出プロセスの一部として1つまたは複数の取得時間窓を選択するステップを伴い得る。いくつかのそのような例では、取得時間遅延分および比較的長い取得時間窓は、1つまたは複層の表皮下特徴の画像上に重ね合わされた指紋画像を含む画像データを取得するように選択され得る。

いくつかの実装形態では、受信機バイアス制御信号が、超音波センサアレイに関連付けられている圧電受信機層に結合されている受信機バイアス電極に印加され得る。超音波センサアレイは、シリコン、ガラス、またはプラスチック基板上に構成されたセンサピクセル回路のアレイを備え得る。いくつかの実装形態では、センサピクセル回路は、圧電受信機層が超音波を受信したときに信号情報を整え、キャプチャするためのシリコンもしくは薄膜トランジスタ、コンデンサ、およびダイオードをまとめて備え得る。1つまたは複数の超音波が、超音波送信機から放射され、超音波センサアレイに結合されているプラテンの表面から反射され得る。プラテンと指の一部分(たとえば、リッジおよびバレー)との間の音響インピーダンス不整合のせいで、プラテンの表面上に置かれている指または他の対象物体が撮像されることがある。反射波の振幅は、プラテン表面における音響インピーダンス不整合の程度に一部は依存する。適切なRGDおよび比較的狭いRGWを選択することで、プラテンの表面のところの指紋のリッジおよびバレーの画像を超音波センサアレイによって取得することができる。

図13は、異なる深度から反射された音波を受信するように選択されている複数の取得時間遅延の例を示している。これらの例では、取得時間遅延(図13において範囲ゲート遅延またはRGDというラベルを付けられている)の各々は、グラフ1300に示されている伝送信号1305の開始時刻t1から測定される。グラフ1310は、取得遅延時間RGD1で超音波センサアレイによって受信され、RGW1の取得時間窓においてサンプリングされ得る反射音波(受信された波(1)は一例である)を表す。そのような音波は、一般的に、バイオメトリックシステムのプラテンの近くにある、またはその上に位置決めされている対象物体の比較的浅い部分から反射される。

グラフ1315は、取得遅延時間RGD2(ただしRGD2>RGD1)で超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信され、RGW2の取得時間窓においてサンプリングされる反射音波(受信された波(2)は一例である)を表す。そのような音波は、一般的に、対象物体の比較的深い部分から反射される。グラフ1320は、取得遅延時間RGDn(ただしRGDn>RGD2>RGD1)で受信され、RGWnの取得時間窓においてサンプリングされる反射音波(受信された波(n)は一例である)を表す。そのような音波は、一般的に、対象物体のさらに深い部分から反射される。

範囲ゲート遅延は、典型的にはクロック周期の整数倍である。たとえば、128MHzのクロック周波数は、7.8125のクロック周期を有し、RGDは、10ナノ秒から20,000ナノ秒超の範囲にわたるものとしてよい。

同様に、範囲ゲート窓も、クロック周期の整数倍であってよいが、多くの場合に、良好な軸方向分解能を保持しながら戻り信号をキャプチャするためには、RGDに比べてかなり短い(たとえば、約50ナノ秒未満)。いくつかの実装形態では、取得時間窓(RGW)は、約10ナノ秒から約200ナノ秒までの間にあるものとしてよい。いくつかの例では、RGWは、10ナノ秒未満、たとえば、5ナノ秒、6ナノ秒、7ナノ秒、または8ナノ秒であってよい。そのような実装形態は、3D画像、たとえば、3D指紋画像に対する超音波データを取得するために有利であり得る。しかしながら、いくつかの例では、RGWは、200ナノ秒より長くてもよい。

RGDを一定に保ちながら範囲ゲート幅の持続時間を延長することで、センサピクセル回路は指紋のリッジおよびバレーに対応する、またRGWがアクティブである時間にキャプチャされ得る表皮下特徴に対応する反射した超音波のピーク値をキャプチャすることができる。RGDを高くすることで、表皮下特徴の撮像を指の中奥深くまで行うことができる。

様々な画像バイアスレベル(たとえば、Rxバイアス電極に印加され得るTxブロック、Rxサンプル、およびRxホールド)が1桁または低い2桁ボルト範囲内にあり得るが、戻り信号は、数10または数100ミリボルトの電圧を有し得ることに留意されたい。いくつかの実装形態では、選択されたRGDおよびRGWを表す2つまたはそれ以上のレベルを有する受信機バイアス制御信号は、超音波センサアレイの受信機バイアス電極に印加され得る。いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ内のセンサピクセル回路に印加されるダイオードバイアス制御信号は、選択されたRGDおよびRGWを表す2つまたはそれ以上のレベルを含み得る。いくつかの実装形態では、1ブロックのピクセル、1列のピクセル、またはピクセルのサブアレイなどの、センサピクセル回路の一部は、所望の深度および位置にある対象物体の表面下領域内の1つまたは複数の画像を取得してフレームレートを高め、画像処理要求条件を引き下げるために使用され得る。

図14は、超音波センサシステムのためのセンサピクセルの4×4ピクセルアレイの態様を表現している。各ピクセル1434は、たとえば、圧電センサ材料(PSM)、ピーク検出ダイオード(D1)、および読出しトランジスタ(M3)の局所領域に受けられるものとしてよく、これらの素子の多くまたはすべては、ピクセル回路1436を形成するために基板上に、または基板内に形成されてよい。実際には、各ピクセル1434の圧電センサ材料の局所領域は、受信された超音波エネルギーを電荷に変換し得る。ピーク検出ダイオードD1は、圧電センサ材料の局所領域によって検出された電荷の最大量を記録し得る。次いで、ピクセルアレイ1435の各行が、たとえば行選択メカニズム、ゲートドライバ、またはシフトレジスタを介して走査され得、各ピクセル1434に対するピーク電荷の大きさが追加の回路、たとえばマルチプレクサおよびA/Dコンバータによって読み出されることを可能にするために、各列に対する読出しトランジスタM3がトリガされ得る。ピクセル回路1436は、ピクセルのゲーティング、アドレス指定およびリセットを可能にする1つまたは複数のTFTを含むことができる。

各ピクセル回路1436は、超音波センサシステムによって検出された対象物の小部分についての情報を提供し得る。説明を容易にするために、図14に示す例は比較的粗い解像度であるが、500ピクセルパーインチ以上程度の解像度を有する超音波センサが、層状構造で構成され得る。超音波センサシステムの検出領域は、意図された検出対象物に応じて選択され得る。たとえば、検出領域は、1本の指に対する約5mm×5mmから、4本の指に対する約3インチ×3インチまでの範囲で変動することがある。正方形、矩形、および非矩形の形状を含め、より小さい領域およびより大きい領域が、対象物に対して適宜使用される場合がある。

図15Aは、超音波センサシステムの分解組立図の一例である。この例では、超音波センサシステム1500aは、超音波送信機20と超音波受信機30とをプラテン40の下に備える。いくつかの実装形態によれば、超音波受信機30は、図1Bに示され、上で説明されている超音波センサアレイ102の一例であってよい。いくつかの実装形態では、超音波送信機20は、図1Bに示され、上で説明されているオプションの超音波送信機108の一例であってよい。超音波送信機20は、実質的に平面の圧電送信機層22を含んでもよく、平面波生成装置として働くことが可能であってもよい。超音波は、印加される信号に応じて、層を拡張または収縮させるために圧電層に電圧を印加し、それにより平面波を生成することによって生成され得る。この例では、制御システム106は、第1の送信機電極24および第2の送信機電極26を介して圧電送信機層22に電圧を印加させることが可能であってもよい。このようにして、超音波は、圧電効果によって層の厚さを変えることによって作成され得る。この超音波は、プラテン40を通過して指(または検出されるべき他の対象物)に向かってもよい。検出されるべき対象物によって吸収または伝達されない波の一部は、プラテン40を通って戻るように進行し、超音波受信機30の少なくとも一部によって受信されるように反射される場合がある。第1および第2の送信機電極24および26は、金属化電極、たとえば圧電送信機層22の両面を被覆する金属層であってもよい。

超音波受信機30は、バックプレーンと呼ばれることもある基板34上に配設されたセンサピクセル回路32のアレイと、圧電受信機層36とを含み得る。いくつかの実装形態では、各ピクセル回路32は、1つまたは複数のTFT要素と、電気的相互接続トレースとを含み得、いくつかの実装形態では、ダイオード、キャパシタなどの1つまたは複数の追加の回路要素を含み得る。各ピクセル回路32は、ピクセル回路に隣接する圧電受信機層36内に生成された電荷を電気信号に変換するように構成され得る。各ピクセル回路32は、圧電受信機層36をピクセル回路32に電気結合するピクセル入力電極38を含むことができる。

図示の実装形態では、受信機バイアス電極39は、プラテン40に隣接する圧電受信機層36の一面上に配設される。受信機バイアス電極39は、金属化電極であってもよく、どの信号をセンサピクセル回路32のアレイに渡すかを調整するために接地されるかまたはバイアスをかけられてもよい。プラテン40の露出(頂部)表面で反射する超音波エネルギーは、圧電受信機層36によって局部電荷に変換され得る。これらの局所化された電荷は、ピクセル入力電極38によって収集され、下にあるセンサピクセル回路32に渡されてもよい。電荷は、センサピクセル回路32によって増幅されるかまたはバッファリングされ、制御システム106に供給され得る。

制御システム106は、(直接的または間接的に)第1の送信機電極24および第2の送信機電極26に電気的に接続するとともに、基板34上の受信機バイアス電極39およびセンサピクセル回路32に電気的に接続してもよい。いくつかの実装形態では、制御システム106は実質的に上述のように動作してもよい。たとえば、制御システム106は、センサピクセル回路32から受信された増幅された信号を処理することが可能であってもよい。

制御システム106は、たとえば指紋画像を取得することによって、超音波画像データを取得するように超音波送信機20および/または超音波受信機30を制御することができるものとしてよい。超音波センサシステム1500aが超音波送信機20を備えようと備えまいが、制御システム106は、超音波画像データから属性情報を取得することができ得る。いくつかの例では、制御システム106は、属性情報に、少なくとも一部は基づき1つまたは複数のデバイスへのアクセスを制御することができるものとしてよい。超音波センサシステム1500a(または関連するデバイス)は、1つまたは複数のメモリデバイスを含むメモリシステムを含んでもよい。いくつかの実装形態では、制御システム106は、メモリシステムの少なくとも一部を含んでもよい。制御システム106は、超音波画像データから属性情報を取得するステップと、メモリシステム内に属性情報を記憶するステップとを実行することができるものとしてよい。いくつかの実装形態では、制御システム106は、指紋画像をキャプチャするステップと、指紋画像から属性情報を取得するステップと、指紋画像(本明細書では、指紋画像情報と称され得る)から取得された属性情報をメモリシステム内に記憶するステップとを実行することができ得る。いくつかの例によれば、制御システム106は、超音波送信機20を「オフ」状態に維持している間であっても、指紋画像をキャプチャするステップと、指紋画像から属性情報を取得するステップと、指紋画像から取得された属性情報を記憶するステップとを実行することができるものとしてよい。

いくつかの実装形態では、制御システム106は、超音波撮像モードまたは力検知モードで超音波センサシステム1500aを動作させることが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システムは、超音波センサシステムを力検知モードで動作させるときに超音波送信機20を「オフ」状態に維持することが可能であってもよい。超音波受信機30は、超音波センサシステム1500aが力検知モードで動作しているときに力センサとして機能することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システム106は、表示システム、通信システムなどの他のデバイスを制御することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、制御システム106は、容量性撮像モードで超音波センサシステム1500aを動作させることが可能であってもよい。

プラテン40は、プラスチック、セラミック、サファイア、金属、およびガラスを含む例を用いて受信機に音響的に結合され得る任意の適切な材料であってよい。いくつかの実装形態では、プラテン40はカバープレートであってもよく、たとえば表示のためのカバーガラスまたはレンズガラスであってもよい。特に、超音波送信機20が使用中であるときには、指紋検出および撮像は、必要に応じて、たとえば3mm以上の比較的厚いプラテンによって実行され得る。しかしながら、超音波受信機30が、力検出モードでまたは静電容量検出モードで指紋を撮像することができる実装形態については、より薄い、比較的より柔軟なプラテン40が望ましい場合がある。いくつかのそのような実装形態によれば、プラテン40は、1つまたは複数の種類のパリレンなどの1つまたは複数のポリマーを含んでもよく、大幅により薄くてもよい。いくつかのそのような実装形態では、プラテン40は、厚さが数十ミクロンまたは場合によっては10ミクロン未満であってもよい。

圧電フィルム層36を形成するのに使用される場合がある圧電材料の例には、適切な音響特性、たとえば約2.5MRaylsと5MRaylsとの間の音響インピーダンスを有する圧電ポリマーが含まれる。採用され得る圧電材料の具体的な例には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン(PVDF-TrFE)コポリマーなどの強誘電体ポリマーが含まれる。PVDFコポリマーの例には、60:40(モルパーセント)PVDF-TrFE、70:30 PVDF-TrFE、80:20 PVDF-TrFE、および90:10 PVDF-TrFEが含まれる。採用され得る圧電材料の他の例には、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)ホモポリマーおよびコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ホモポリマーおよびコポリマー、ならびに臭化ジイソプロピルアンモニウム(DIPAB)が含まれる。

圧電送信機層22および圧電受信機層36の各々の厚さは、超音波を生成および受信するのに好適であるように選択され得る。一例では、PVDF圧電送信機層22の厚さは約28μmであり、また、PVDF-TrFE受信機層36の厚さは約12μmである。超音波の例示的な周波数は、5MHz〜30MHzの範囲内であり、波長は、1ミリメートル以下程度であってよい。

図15Bは、超音波センサシステムの代替的な例の分解組立図を示している。この例では、圧電フィルム層36は個別素子37として形成されている。図15Bに示す実装形態では、個別素子37の各々は単一の入力電極38および単一のセンサピクセル回路32に相当する。しかし、超音波センサシステム1500bの代替実装形態では、個別素子37、単一のピクセル入力電極38、および単一のセンサピクセル回路32の各々の間には必ずしも1対1の対応があるとは限らない。たとえば、いくつかの実装形態では、単一の個別素子37に対して複数のピクセル入力電極38およびセンサピクセル回路32があってもよい。

図15Aおよび図15Bは、超音波センサシステムの超音波送信機および超音波受信機の例示的な配置構成を示しているが、他の配置構成も可能である。たとえば、いくつかの実装形態では、超音波送信機20は、超音波送信機30の上方、ひいては検出すべき対象物のより近くに位置してもよい。いくつかの実装形態では、超音波送信機は、超音波センサアレイ内に含まれてもよい(たとえば、単層送信機および受信機)。いくつかの実装形態では、超音波センサシステムは、音響遅延層を含み得る。たとえば、音響遅延層を、超音波送信機20と超音波受信機30との間の超音波センサシステムに組み込むことができる。音響遅延層は、超音波パルスタイミングを調整すると同時に、超音波受信機30を超音波送信機20から電気的に絶縁するために採用される場合がある。音響遅延層は、実質的に一様な厚さを有することができ、また、遅延層のために使用される材料および/または遅延層の厚さは、反射した超音波エネルギーが超音波受信機30に到達するまでの間、所望の遅延時間を提供するように選択することができる。そうする際に、対象物によって反射されたために対象物についての情報を搬送するエネルギーパルスを超音波受信機30に到達させ得る時間の範囲は、超音波センサシステムの他の部分から反射されたエネルギーが超音波受信機30に到着している可能性がない時間範囲の間である。いくつかの実装形態では、基板34および/またはプラテン40は、音響遅延層として働く場合がある。

本明細書で使用するとき、項目のリスト「のうちの少なくとも1つ」を指す句は、単一のメンバーを含むそれらの項目の任意の組合せを指す。たとえば「a、b、またはcのうちの少なくとも1つ」は、a、b、c、a〜b、a〜c、b〜c、およびa〜b〜cを包含することを意図されている。

本明細書で開示する実装形態に関連して説明する様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムプロセスは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装されてもよい。ハードウェアとソフトウェアの互換性について、概して機能に関して説明し、上記で説明した様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路およびプロセスにおいて例示した。そのような機能がハードウェアに実装されるか、ソフトウェアに実装されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約によって決まる。

本明細書で開示する態様に関連して説明する様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実装するために使用されるハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチッププロセッサもしくは汎用マルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別のゲートもしくはトランジスタ論理、個別のハードウェア構成要素、または、本明細書で説明する機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せとともに実装または実行されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、または任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、もしくはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携した1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装され得る。いくつかの実装形態では、特定のプロセスおよび方法は、所与の機能に特有の回路によって実行され得る。

1つまたは複数の態様では、説明する機能は、本明細書で開示する構造およびそれらの構造的等価物を含む、ハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せにおいて実装され得る。また、本明細書で説明した主題の実装形態は、1つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置によって実行するか、またはデータ処理装置の動作を制御するための、コンピュータ記憶媒体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして、実装することができる。

それらの機能は、ソフトウェアにおいて実装される場合、1つまたは複数の命令またはコードとして、非一時的媒体などのコンピュータ可読媒体上に記憶することができるか、コンピュータ可読媒体を介して送信することができる。本明細書で開示した方法またはアルゴリズムのプロセスは、コンピュータ可読媒体上に存在する場合があるプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールにおいて実装することができる。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所にコンピュータプログラムを転送することが可能になる場合がある任意の媒体を含む、コンピュータ記憶媒体と通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされる場合がある任意の使用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例として、そのような非一時的媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶デバイス、または、命令もしくはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを記憶するために使用される場合があるとともに、コンピュータによってアクセスされる場合がある任意の他の媒体を含んでもよい。また、任意の接続がコンピュータ可読媒体と呼ばれてもよい。本明細書で使用されるディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(登録商標）(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)およびblu-rayディスク(disc)を含み、ここで、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せはまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に同じく含まれるものとする。さらに、方法またはアルゴリズムの動作は、コードおよび命令のうちの1つまたは任意の組合せまたはセットとして、コンピュータプログラム製品に組み込まれ得る機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上に存在し得る。

当業者には、本開示で説明した実装形態の様々な修正形態が容易に明らかになろう。本明細書において定められた一般原則は、本開示の趣旨または範囲から逸脱せずに他の実装形態に適用されてもよい。したがって、本開示は、本明細書において示される実装形態に限定されるものではなく、本明細書において開示される特許請求の範囲、原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。「例示的な」という単語は、本明細書では、「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するためにのみ使用される。「例示的な」として本明細書において説明される任意の実装形態は、必ずしも他の実装形態よりも好ましいか、または有利であると解釈されるべきではない。

また、本明細書において個別の実装形態の文脈で説明した特定の特徴は、単一の実装形態において組み合わせて実現されてもよい。それとは逆に、単一の実装形態の文脈で説明した様々な特徴はまた、複数の実装形態において個別に実現されても、または任意の適切な副組合せで実現されてもよい。さらに、各特徴は、上記では、特定の組合せで作用するものとして説明することがあり、場合によっては最初にそのようなものとして請求されることもあるが、請求される組合せによる1つまたは複数の特徴は、場合によっては、組合せから削除されてもよく、請求される組合せが、副組合せまたは副組合せの変形形態を対象としてもよい。

同様に、動作は特定の順序において図面に示されているが、これは、そのような動作が所望の結果を達成するために、示された特定の順序で実行されるかもしくは順次に実行されること、またはすべての図示された動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきではない。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利である場合がある。その上、上記で説明した実装形態における様々なシステム構成要素の分類は、そのような分類がすべての実装形態に必要であるものとして理解してはならず、前述のプログラム構成要素およびシステムは、通常、単一のソフトウェア製品として統合されてもあるいは複数のソフトウェア製品としてパッケージ化されてもよいことを理解すべきである。さらに、他の実装形態も以下の特許請求の範囲内である。いくつかのケースでは、特許請求に記載されているアクションは、異なる順序で実施されてもよく、依然として望ましい結果を達成する場合がある。

説明した特定の実装形態のうちのいずれかにおける複数の特徴が互いに不適合であると明確に確認されること、またはそれらの特徴が、相互排他的であり、補完および/または支援の意味で容易に組み合わせることができないことを周囲の文脈が示唆することがない限り、本開示の全体は、それらの補完的実装形態の特定の特徴が、1つまたは複数の包括的であるがわずかに異なる技術的解法を提供するために、選択的に組み合わされてもよいことを企図し、想定していることが理解されよう。したがって、上記の説明は、例として与えられているにすぎず、本開示の範囲内で細部の修正が施されてもよいことがさらに諒解されよう。

20 超音波送信機
22 圧電送信機層
24 第1の送信機電極
26 第2の送信機電極
30 超音波受信機
32 ピクセル回路
34 基板
36 圧電受信機層
38 ピクセル入力電極
39 受信機バイアス電極
40 プラテン
101 装置
102 超音波センサアレイ
104 インターフェースシステム
106 制御システム
108 超音波送信機
112a グラフ
112b グラフ
112c グラフ
114 伝送信号
114a、114b、114c 伝送信号
116a 受信された波
116b 受信された波
201、203 反射
205、207 反射
206 指
210 基板
212 薄膜トランジスタ(TFT)基板
214 超音波
215 センサスタック
216 超音波
220 圧電受信機層
225 プラテン
250 モバイルデバイス
255 モバイルデバイスエンクロージャ
260 ボタン
320a グラフ
320b グラフ
320c グラフ
320d グラフ
505 外形
510 外形
605 Aスキャンプロット
610 Aスキャンプロット
1300 グラフ
1305 伝送信号
1310 グラフ
1315 グラフ
1434 ピクセル
1435 ピクセルアレイ
1436 ピクセル回路
1500a 超音波センサシステム

Claims (41)

1. 装置であって、
   超音波センサアレイと、
   少なくとも一部が前記超音波センサアレイに結合されている制御システムとを備え、前記制御システムは、
   前記超音波センサアレイによって生成される第1の画像データを取得することであって、前記第1の画像データは、第1の取得時間窓において対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応する、取得することと、
   前記超音波センサアレイによって生成される第2の画像データを取得することであって、前記第2の画像データは、前記第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において前記対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも前記一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応する、取得することと、
   前記第1の画像データおよび前記第2の画像データに基づき認証プロセスを開始することとを行うように構成されている装置。
2. 前記第1の取得時間窓は、第1の取得時間遅延の終了時刻に開始され、前記第2の取得時間窓は、第2の取得時間遅延の終了時刻に開始される請求項1に記載の装置。
3. 前記第1の取得時間遅延および前記第2の取得時間遅延は、等しい持続時間の遅延である請求項2に記載の装置。
4. 前記装置は、前記超音波センサアレイに対して位置決めされたプラテンを備え、前記第1の取得時間遅延は、前記プラテンの表面から反射された超音波が前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信されるための予想される時間量に対応する請求項2または請求項3に記載の装置。
5. 前記第1の取得時間遅延および前記第1の取得時間窓は、前記第1の画像データが前記対象物体の指紋特徴に対応するようにする請求項2または請求項3に記載の装置。
6. 前記第2の取得時間遅延および前記第2の取得時間窓は、前記第2の画像データが前記対象物体の前記指紋特徴および前記対象物体の表皮下特徴に対応するようにする請求項5に記載の装置。
7. 前記対象物体は、ユーザの指を含み、前記第1の画像データの少なくとも一部は、前記ユーザの指の少なくとも1つの指紋特徴を表し、前記第2の画像データの少なくとも一部は、前記ユーザの指の少なくとも1つの表皮下特徴を表す請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記制御システムは、前記超音波センサアレイによって生成される第3の画像データを取得するようにさらに構成され、前記第3の画像データは前記対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも前記一部によって受信される少なくとも1つの第3の反射超音波に対応し、前記開始された認証プロセスは、前記第3の画像データと、前記第1の画像データまたは前記第2の画像データのいずれかとの間の前記対象物体の時間ベースの特徴の差を識別するステップに少なくとも一部は基づく請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記開始された認証プロセスは、前記対象物体の前記時間ベースの特徴の差に、少なくとも一部は基づき生存性インジケータを生成する請求項8に記載の装置。
10. 前記認証プロセスは、前記対象物体の表面の上の1つまたは複数の表面指紋特徴および前記対象物体の前記表面より下の1つまたは複数の表面下指紋特徴を検出するステップを伴う請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記開始された認証プロセスは、前記1つまたは複数の表面指紋特徴のうちの少なくとも1つと前記1つまたは複数の表面下指紋特徴のうちの少なくとも1つとの間の差に基づき、
    なりすまし検出指示を生成する請求項10に記載の装置。
12. 前記制御システムは、表面指紋特徴および表面下指紋特徴が検出された場合に前記第1の画像データ、前記第2の画像データ、指紋特徴点、指紋キーポイント、または指紋特徴のうちの少なくとも1つを記憶するようにさらに構成される請求項10に記載の装置。
13. 前記開始された認証プロセスの一部として、前記対象物体の表面上の指紋特徴は、登録された指紋テンプレートに基づき識別され、前記開始された認証プロセスは、前記識別された指紋特徴に基づき前記対象物体の表面下領域内で取得された複数の画像データにさらに基づく請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記複数の画像データは、前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって生成される請求項13に記載の装置。
15. 候補ユーザは、前記表面下領域内で取得された前記複数の画像データ内の1つまたは複数の時間的変動の有無に、少なくとも一部は基づき検証される請求項13に記載の装置。
16. 認証方法であって、
    超音波センサアレイによって生成される第1の画像データを取得するステップであって、前記第1の画像データは、第1の取得時間窓において対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応する、ステップと、
    前記超音波センサアレイによって生成される第2の画像データを取得するステップであって、前記第2の画像データは、前記第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において前記対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも前記一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応する、ステップと、
    前記第1の画像データおよび前記第2の画像データに基づき認証プロセスを開始するステップとを含む方法。
17. 前記第1の取得時間窓は、第1の取得時間遅延の終了時刻に開始され、前記第2の取得時間窓は、第2の取得時間遅延の終了時刻に開始される請求項16に記載の方法。
18. 前記第1の取得時間遅延および前記第2の取得時間遅延は、等しい持続時間の遅延である請求項17に記載の方法。
19. 前記第1の取得時間遅延または前記第2の取得時間遅延は、プラテンの表面から反射される超音波が前記超音波センサアレイによって受信されるための予想される時間量に対応する請求項17または請求項18に記載の方法。
20. 前記第1の取得時間遅延および前記第1の取得時間窓は、前記第1の画像データが前記対象物体の指紋特徴に対応するようにする請求項17または請求項18に記載の方法。
21. 前記第2の取得時間遅延および前記第2の取得時間窓は、前記第2の画像データが前記対象物体の前記指紋特徴および前記対象物体の表皮下特徴に対応するようにする請求項20に記載の方法。
22. 前記対象物体の前記表面上の表面指紋特徴および前記対象物体の前記表面より下にある表面下指紋特徴が検出された場合に前記第1の画像データ、前記第2の画像データ、指紋特徴点、指紋キーポイント、または指紋特徴のうちの少なくとも1つを記憶するステップをさらに含む請求項16から18のいずれか一項に記載の方法。
23. ソフトウェアが記憶される非一時的媒体であって、前記ソフトウェアは、1つまたは複数のデバイスを認証方法を実行するように制御するための命令を含み、前記方法は、
    超音波センサアレイによって生成される第1の画像データを取得するステップであって、前記第1の画像データは、第1の取得時間窓において対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信される少なくとも1つの第1の反射超音波に対応する、ステップと、
    前記超音波センサアレイによって生成される第2の画像データを取得するステップであって、前記第2の画像データは、前記第1の取得時間窓よりも長い第2の取得時間窓において前記対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも前記一部によって受信される少なくとも1つの第2の反射超音波に対応する、ステップと、
    前記第1の画像データおよび前記第2の画像データに基づき認証プロセスを開始するステップとを含むソフトウェアが記憶される非一時的媒体。
24. 前記第1の取得時間窓は、第1の取得時間遅延の終了時刻に開始され、前記第2の取得時間窓は、第2の取得時間遅延の終了時刻に開始される請求項23に記載の非一時的媒体。
25. 前記第1の取得時間遅延および前記第2の取得時間遅延は、等しい持続時間の遅延である請求項24に記載の非一時的媒体。
26. 前記第1の取得時間遅延または前記第2の取得時間遅延は、プラテンの表面から反射された超音波が前記超音波センサアレイによって受信されるための予想される時間量に対応する請求項24または請求項25に記載の非一時的媒体。
27. 前記第1の取得時間遅延および前記第1の取得時間窓は、前記第1の画像データが前記対象物体の指紋特徴に対応するようにする請求項24または請求項25に記載の非一時的媒体。
28. 前記第2の取得時間遅延および前記第2の取得時間窓は、前記第2の画像データが前記対象物体の前記指紋特徴および前記対象物体の表皮下特徴に対応するようにする請求項27に記載の非一時的媒体。
29. 前記方法は、
    前記対象物体の前記表面上の表面指紋特徴および前記対象物体の前記表面より下にある表面下指紋特徴が検出された場合に前記第1の画像データ、前記第2の画像データ、指紋特徴点、指紋キーポイント、または指紋特徴のうちの少なくとも1つを記憶するステップをさらに含む請求項23から25のいずれか一項に記載の非一時的媒体。
30. 超音波センサアレイと、
    少なくとも一部が前記超音波センサアレイに結合されている制御システムとを備え、前記制御システムは、
    前記超音波センサアレイを制御して、取得時間窓において対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信された少なくとも1つの反射超音波に対応する超音波画像データを取得し、
    前記超音波画像データから第1の指紋データを抽出し、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含むかどうかを決定し、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含まないと決定された場合に、前記第1の指紋データに少なくとも一部は基づき認証プロセスを実行するように構成されている、装置。
31. 前記制御システムは、前記超音波画像データから表皮下特徴を決定するようにさらに構成され、前記認証プロセスは、前記表皮下特徴に少なくとも一部は基づく請求項30に記載の装置。
32. 前記制御システムは、
    第1の時刻に第1の超音波画像データから第1の表皮下特徴を取得し、
    第2の時刻に第2の超音波画像データから第2の表皮下特徴を取得し、
    前記第1の皮下特徴と前記第2の表皮下特徴との間の変化に基づき生存性決定を行うようにさらに構成される請求項30に記載の装置。
33. 前記制御システムは、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含むと決定された場合に前記超音波画像データ、前記第1の指紋データ、または前記第2の指紋データのうちの少なくとも1つを記憶するようにさらに構成される請求項30から32のいずれか一項に記載の装置。
34. 認証方法であって、
    超音波センサアレイを制御して、取得時間窓において対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信された少なくとも1つの反射超音波に対応する超音波画像データを取得するステップと、
    前記超音波画像データから第1の指紋データを抽出するステップと、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含むかどうかを決定するステップと、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含まないと決定された場合に、前記第1の指紋データに少なくとも一部は基づき認証プロセスを実行するステップとを含む認証方法。
35. 前記超音波画像データから表皮下特徴を決定するステップをさらに含み、前記認証プロセスは、前記表皮下特徴に少なくとも一部は基づく請求項34に記載の方法。
36. 第1の時刻に第1の超音波画像データから第1の表皮下特徴を取得するステップと、
    第2の時刻に第2の超音波画像データから第2の表皮下特徴を取得するステップと、
    前記第1の皮下特徴と前記第2の表皮下特徴との間の変化に基づき生存性決定を行うステップとをさらに含む請求項34に記載の方法。
37. 前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含むと決定された場合に前記超音波画像データ、前記第1の指紋データ、または前記第2の指紋データのうちの少なくとも1つを記憶するステップをさらに含む請求項34から36のいずれか一項に記載の方法。
38. ソフトウェアが記憶される非一時的媒体であって、前記ソフトウェアは、1つまたは複数のデバイスを認証方法を実行するように制御するための命令を含み、前記方法は、
    超音波センサアレイを制御して、取得時間窓において対象物体から前記超音波センサアレイの少なくとも一部によって受信された少なくとも1つの反射超音波に対応する超音波画像データを取得するステップと、
    前記超音波画像データから第1の指紋データを抽出するステップと、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含むかどうかを決定するステップと、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含まないと決定された場合に、前記第1の指紋データに少なくとも一部は基づき認証プロセスを実行するステップとを含む、非一時的媒体。
39. 前記方法は、前記超音波画像データから表皮下特徴を決定するステップをさらに含み、前記認証プロセスは、前記表皮下特徴に少なくとも一部は基づく請求項38に記載の非一時的媒体。
40. 前記方法は、
    第1の時刻に第1の超音波画像データから第1の表皮下特徴を取得するステップと、
    第2の時刻に第2の超音波画像データから第2の表皮下特徴を取得するステップと、
    前記第1の皮下特徴と前記第2の表皮下特徴との間の変化に基づき生存性決定を行うステップとをさらに含む請求項38に記載の非一時的媒体。
41. 前記方法は、
    前記超音波画像データが前記第1の指紋データと異なる第2の指紋データを含む場合に前記超音波画像データ、前記第1の指紋データ、または前記第2の指紋データのうちの少なくとも1つを記憶するステップをさらに含む請求項38から40のいずれか一項に記載の非一時的媒体。