JP2018535712A - 超音波画像センサのための受信側ビームフォーミング - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、2015年9月24日に出願された「RECEIVE-SIDE BEAM FORMING FOR AN ULTRASONIC IMAGE SENSOR」と題する米国特許出願第14/864,555号に対する優先権を主張する。
期間以上の時間間隔に対応することがあり、または他の実装形態では送信機励振周期の期間未満の時間間隔に対応することがあることに留意されたい。送信機励振周期の期間は一般に、対応する送信および反射される超音波の期間に等しいことに留意されたい。取得時間枠に対応する時間間隔の後で、受信機バイアス電極39に印加されるバイアスレベルはブロック値に戻され得る。別の時間間隔の後で、画素出力信号のクロック制御による送信を可能にするために、バイアスレベルはホールド値にされ得る。たとえば、平面超音波は、平面波生成器などの超音波送信機20からプラテン表面に向かって発射時間に発射され得る。画素出力信号のセットは、取得時間遅延の分だけ平面超音波の発射から遅延する取得時間に取得され得る。画素出力信号は、平面波がプラテン表面から反射された後の所定の時間における、平面超音波の局所的な大きさを表し得る。画素出力信号の追加のセットは、追加の平面超音波を発射した後で取得され得る。画素出力信号は、同じまたは異なる取得時間遅延の後に、同じまたは異なる取得時間枠を用いて取得され得る。
ることがあるが、電圧の極性および大きさはそれらの間で異なることがある。いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ102は、希望通りに、超音波撮像のいずれかのモードまたは両方のモードで動作し得る。
る。画素出力信号の修正されたセットは、修正されたセットをe^(-i*2*pi*fc*trgd)という値と乗算することなどによって、あらゆる機械的または電気的なノイズを除去するためにバンドパスフィルタリングされることがあり、ここでfcは送信される超音波信号の中心周波数であり、trgdは画素出力信号のセットに対する取得時間遅延を表す。取得された画素出力信号の追加のセットは、異なる取得時間遅延trgdとともに取得され、上で説明されたように修正され、trgdの対応する値を用いてフィルタリングされ得る。出力信号の追加のセットに対する取得時間遅延は、サンプリングクロック期間の(プラスまたはマイナスの)整数インクリメントによって、初期の取得時間遅延から変動し得る。他の例では、取得時間遅延は、中心送信周波数fcの周期のpi/2倍、pi/4倍、pi/10倍、またはpi/20倍などの、piの何らかの断片の分だけ変動し得る。他の例では、取得時間遅延は、平均的な人の指の稜線から稜線の寸法または登録者の特徴的な稜線から稜線の寸法などの、プラテン表面に配置される典型的な対象物の特徴的な寸法または幅に基づくインクリメントの分だけ変動し得る。他の例では、取得時間遅延は、選択された画素から近隣の画素のセットまでの音響経路の長さと比較した、選択された画素からプラテン表面および裏までの音響経路の長さの差を決定し、次いでプラテンにおける音の速さによって割り、その結果の適切な断片を用いることなどによって、選択された画素と、選択された画素の近くの近隣の画素の第1のセットおよび追加のセットとの間の、平均距離を考慮することができる。他の例では、取得時間遅延は、送信される超音波の波長によって音響経路の長さの差を割り、その結果に2×piを掛けることなどによって、選択された画素に到達する反射された超音波と近隣の画素のセットに到達する反射された超音波との位相の差を考慮するように異なることがある。いくつかの実装形態では、発射される超音波の中心周波数は、対象物の特徴的な幅に基づき得る。
る、まったくカバーしない、またはすべてをカバーする、超音波センサアレイ102のアクティブエリアと共通のTFT基板を共有する。いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ102は、ディスプレイ180のアクティブエリアの一部またはすべてを含み得る。図13Dは、プラテン40として働くカバー層が超音波センサアレイ102の上に配置された状態で、超音波送信機20と、TFT基板32を含む超音波受信機30とを有する超音波センサアレイ102の破断図を示す。
20 超音波送信機
22 第1の送信機電極
24 圧電送信機層
26 第2の送信機電極
30 超音波送信機
32 基板
33 TFT回路
34 センサ画素
35 超音波センサ画素回路アレイ
36 画素回路
37 画素入力電極
38 圧電受信機層
39 受信機バイアス電極
40 プラテン
42 被覆層
44 露出面
50 制御用電子機器
70 対象物
72 稜線領域
74 谷領域
80a、80b 超音波
80c 球面波、超音波
102 超音波センサアレイ
104 センサコントローラ
160 制御ユニット
162 Rxバイアスドライバ
164 マルチプレクサ
166 ゲートドライバ
168 Txドライバ
170 データプロセッサ
172 デジタイザ
174 DBIASドライバ
176 制御信号
180 ディスプレイ
182 TFT基板
184 ディスプレイカラーフィルタガラス
510 ダイオードバイアス電極
1200 登録
1202 画像取得
1204 画像処理
1206 特徴抽出
1208 テンプレート生成
1210 データベース
1220 検証/認証プロセス
1222 画像取得
1224 画像処理
1226 特徴抽出
1228 テンプレート生成
1230 指紋照合
1232 一致判定
1234 一致出力
1240 スタイラス検出/場所決定プロセス
1242 画像取得
1244 画像処理
1246 特徴抽出
1248 スタイラス判定
1250 スタイラス位置判定
1252 スタイラス/非スタイラス出力
1254 スタイラス位置出力
1500 ディスプレイデバイス
1521 プロセッサ
1522 アレイドライバ
1527 ネットワークインターフェース
1528 フレームバッファ
1529 ドライバコントローラ
1530 ディスプレイアレイ
1541 ハウジング
1543 アンテナ
1545 スピーカ
1546 マイクロフォン
1547 トランシーバ
1548 入力デバイス
1550 電源
1552 調整ハードウェア
1577 タッチおよび/または指紋コントローラ
1579 ディスプレイライト
Claims (30)
- 画像を生成する方法であって、
第1の平面超音波をプラテン表面に向かって平面波生成器から発射するステップと、
第1の取得時間遅延の分だけ前記第1の平面超音波の前記発射から遅延する第1の取得時間において画素出力信号の第1のセットを取得するステップであって、画素出力信号の前記第1のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第1の平面超音波のセンサ画素アレイにおける局所的な大きさを表す、ステップと、
第2の平面超音波を前記プラテン表面に向かって前記平面波生成器から発射するステップと、
第2の取得時間遅延の分だけ前記第2の平面超音波の前記発射から遅延する第2の取得時間において画素出力信号の第2のセットを取得するステップであって、画素出力信号の前記第2のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第2の平面超音波の前記センサ画素アレイにおける局所的な大きさを表す、ステップと、
画素出力信号の前記第1のセットからの選択された出力信号および画素出力信号の前記第2のセットからの第1レベル訂正信号に基づいて、前記センサ画素アレイの選択された画素に対する訂正された出力信号を生成するステップであって、前記選択された出力信号が前記選択された画素に対応し、前記第1レベル訂正信号が前記選択された画素の近くの近隣の画素の第1のセットに対応する、ステップとを備える、方法。 - 前記第1の取得時間遅延が、前記選択された画素と前記プラテン表面との間の距離を考慮する、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の取得時間遅延が、前記選択された画素と前記選択された画素の近くの近隣の画素の前記第1のセットとの間の平均距離を考慮する、請求項1に記載の方法。
- 前記選択された画素に対する前記訂正された出力信号を生成するステップが、前記選択された出力信号とは異なるように前記第1レベル訂正信号を重み付けるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記選択された画素に対する前記訂正された出力信号を生成するステップが、前記選択された画素の前記出力信号と、近隣の画素の前記第1のセットからの前記第1レベル訂正信号との加重和を、較正係数と幾何学的位相係数の組合せを含む画素依存の重みを用いて計算するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の取得時間遅延および前記第2の取得時間遅延が、前記選択された画素に到達する前記反射された第1の平面超音波と近隣の画素の前記第1のセットに到達する前記反射された第2の平面超音波との間の位相の差を考慮するように異なる、請求項1に記載の方法。
- 画素出力信号の前記第1のセットを取得するステップが、第1の取得時間枠の間に前記反射された第1の平面超音波の前記局所的な大きさを表す振幅を検出するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の取得時間枠が、前記反射された第1の平面超音波の周期よりも短い時間長、または前記反射された第1の平面超音波の少なくとも1周期の時間長のうちの1つから選択される時間長を有する、請求項7に記載の方法。
- 画素出力信号の前記第2のセットを取得するステップが、第2の取得時間枠の間に前記反射された第2の平面超音波の前記局所的な大きさを表す振幅を検出するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 画素出力信号の前記第1のセットまたは第2のセットを取得するステップが、それぞれ、前記第1の取得時間または前記第2の取得時間において前記センサ画素アレイにサンプリング電圧を印加するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記サンプリング電圧が、前記センサ画素アレイの受信機バイアス電極に印加される、請求項10に記載の方法。
- 前記サンプリング電圧が、前記センサ画素アレイのダイオードバイアス電極に印加される、請求項10に記載の方法。
- 前記第1の平面超音波または前記第2の平面超音波が1つまたは複数の周期を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の平面超音波または前記第2の平面超音波の周波数が、前記センサアレイから前記プラテン表面までの距離に基づく、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の平面超音波または前記第2の平面超音波の周波数が、前記プラテン表面に配置される対象物の幅に基づく、請求項1に記載の方法。
- 第3の平面超音波を前記プラテン表面に向かって前記平面波生成器から発射するステップと、
第3の取得時間遅延の分だけ前記第3の平面超音波の前記発射から遅延する第3の取得時間において画素出力信号の第3のセットを取得するステップであって、画素出力信号の前記第3のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第3の平面超音波の前記センサ画素アレイにおける局所的な大きさを表し、前記選択された画素に対する前記訂正された出力信号を生成するステップがさらに、画素出力信号の前記第3のセットからの前記選択された出力信号、前記第1レベル訂正信号、および第2レベル訂正信号の加重和に基づき、前記第2レベル訂正信号が前記選択された画素の近くの近隣の画素の第2のセットに対応し、近隣の画素の前記第2のセットが、前記選択された画素からの近隣の画素の前記第1のセットの平均距離と異なる前記選択された画素からの平均距離を有する、ステップとをさらに備える、請求項1に記載の方法。 - 複数の選択された画素に対する訂正された出力信号に基づいて、前記プラテン表面に配置された対象物の画像を生成するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
- センサ画素アレイを含む超音波センサアレイであって、各画素が、受信された超音波に応答して画素出力信号を生成するように構成される、超音波センサアレイと、
プラテン表面を有する、前記センサ画素アレイに固定されるプラテンと、
平面超音波生成器と、
前記センサ画素アレイと通信している1つまたは複数のプロセッサとを備え、前記プロセッサが、
第1の平面超音波を前記プラテン表面に向かって前記平面波生成器から発射することと、
第1の取得時間遅延の分だけ前記第1の平面超音波の前記発射から遅延する第1の取得時間において画素出力信号の第1のセットを取得することであって、画素出力信号の前記第1のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第1の平面超音波の前記センサ画素アレイにおける局所的な大きさを表す、取得することと、
第2の平面超音波を前記プラテン表面に向かって前記平面波生成器から発射することと、
第2の取得時間遅延の分だけ前記第2の平面超音波の前記発射から遅延する第2の取得時間において画素出力信号の第2のセットを取得することであって、画素出力信号の前記第2のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第2の平面超音波の前記センサ画素アレイにおける局所的な大きさを表す、取得することと、
画素出力信号の前記第1のセットからの選択された出力信号および画素出力信号の前記第2のセットからの第1レベル訂正信号に基づいて、前記センサ画素アレイからの選択された画素に対する訂正された出力信号を生成することであって、前記選択された出力信号が前記選択された画素に対応し、前記第1レベル訂正信号が前記選択された画素の近くの近隣の画素の第1のセットに対応する、生成することと
を行うように構成される、超音波センサシステム。 - 前記訂正された出力信号が、前記プラテン表面に配置される対象物からの反射された平面超音波の回折を訂正する、請求項18に記載のシステム。
- 前記対象物が指の稜線またはスタイラスの先端である、請求項19に記載のシステム。
- 近隣の画素の前記第1のセットが前記選択された画素から等距離である、請求項18に記載のシステム。
- 前記訂正された出力信号を生成するように構成される前記プロセッサが、前記選択された出力信号および前記第1レベル訂正信号の加重和に基づいて前記訂正された出力信号を生成するように構成される前記プロセッサを備える、請求項18に記載のシステム。
- 前記センサ画素アレイの中の各画素が、画素出力信号の前記第1のセットおよび画素出力信号の前記第2のセットの取得の間に位相ロック信号を提供するように構成されるローカル発振器に電気的に結合される、請求項18に記載のシステム。
- 画素出力信号の前記第2のセットの前記取得の間に使用される前記位相ロック信号が、画素出力信号の前記第1のセットの前記取得の間に使用される前記位相ロック信号と比較して、振幅が実質的に同じであるが位相が異なる、請求項23に記載のシステム。
- 画素出力信号の前記第2のセットの前記取得の間に使用される前記位相ロック信号が、画素出力信号の前記第1のセットの取得の間に使用される前記位相ロック信号と比較して、振幅および位相が異なる、請求項23に記載のシステム。
- 前記平面波生成器が前記センサ画素アレイに結合される、請求項18に記載のシステム。
- 前記プラテンが被覆表面を有する被覆層を含み、前記被覆表面が前記プラテン表面として働く、請求項18に記載のシステム。
- 前記プロセッサがさらに、
前記センサ画素アレイの中の複数の選択された画素に対する訂正された出力信号に基づいて、前記プラテン表面に配置された対象物の画像を生成するように構成される、請求項18に記載のシステム。 - 画像を生成するためのシステムであって、
第1の平面超音波をプラテン表面に向かって発射するための手段と、
第1の取得時間遅延の分だけ前記第1の平面超音波の前記発射から遅延する第1の取得時間において画素出力信号の第1のセットを取得するための手段であって、画素出力信号の前記第1のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第1の平面超音波における局所的な大きさを表す、手段と、
第2の平面超音波を前記プラテン表面に向かって発射するための手段と、
第2の取得時間遅延の分だけ前記第2の平面超音波の前記発射から遅延する第2の取得時間において画素出力信号の第2のセットを取得するための手段であって、画素出力信号の前記第2のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第2の平面超音波における局所的な大きさを表す、手段と、
画素出力信号の前記第1のセットからの選択された出力信号および画素出力信号の前記第2のセットからの第1レベル訂正信号に基づいて、選択された画素に対する訂正された出力信号を生成するための手段であって、前記選択された出力信号が前記選択された画素に対応し、前記第1レベル訂正信号が前記選択された画素の近くの近隣の画素の第1のセットに対応する、手段とを備える、システム。 - 画像を生成する方法を実行するために平面波生成器およびセンサ画素アレイと通信している1つまたは複数のプロセッサによる実行のためのコンピュータ可読命令の1つまたは複数のコンピュータプログラムを備える非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータプログラムが、
第1の平面超音波をプラテン表面に向かって平面波生成器から発射することと、
第1の取得時間遅延の分だけ前記第1の平面波の前記発射から遅延する第1の取得時間において画素出力信号の第1のセットを取得することであって、画素出力信号の前記第1のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第1の平面超音波の前記センサ画素アレイにおける局所的な大きさを表す、取得することと、
第2の平面超音波を前記プラテン表面に向かって前記平面波生成器から発射することと、
第2の取得時間遅延の分だけ前記第2の平面波の前記発射から遅延する第2の取得時間において画素出力信号の第2のセットを取得することであって、画素出力信号の前記第2のセットからの各画素出力信号が、前記プラテン表面から反射された前記第2の平面超音波の前記センサ画素アレイにおける局所的な大きさを表す、取得することと、
画素出力信号の前記第1のセットからの選択された出力信号および画素出力信号の前記第2のセットからの第1レベル訂正信号に基づいて、前記センサ画素アレイからの選択された画素に対する訂正された出力信号を生成することであって、前記選択された出力信号が前記選択された画素に対応し、前記第1レベル訂正信号が前記選択された画素の近くの近隣の画素の第1のセットに対応する、生成することと
を行うための命令を備える、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
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