KR20230118862A - 초음파 지문 및 터치 센싱을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

초음파 지문 센서는 인터리빙된 초음파 감응 영역들을 갖는 센서 픽셀들을 포함할 수도 있다. 초음파 지문 센서 내 복수의 센서 픽셀들의 각각은 공통 리드아웃 회로에 전기적으로 커플링된 9 개의 별개의 초음파 감응 영역들을 포함할 수도 있으며, 여기서 9 개의 별개의 초음파 감응 영역들 각각 사이에 배치된 다른 센서 픽셀의 초음파 감응 영역이 있다. 초음파 지문 센서는, 터치 센서 동작들과 같은 특정 저분해능 동작들 동안 센서 픽셀들의 그룹들을 함께 비닝하기 위한 회로부를 더 포함할 수도 있다. 초음파 지문 센서는 이후에 인증 프로세스에서 사용되는 지문 이미지들을 캡처하는데 사용될 수도 있다.

Description

초음파 지문 및 터치 센싱을 위한 장치 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은, "APPARATUS AND METHOD FOR ULTRASONIC FINGERPRINT AND TOUCH SENSING"의 제목으로 2020년 12월 22일자 출원된 미국 특허출원 제17/247,781호 에 대한 우선권을 주장하며, 이는 이로써 본원에 참조에 의해 통합된다.

기술분야

본 개시는 일반적으로 그러한 시스템들을 사용하기 위한 초음파 지문 센서들 및 방법들에 관한 것이다.

초음파 지문 센서들은 사용자를 인증(authenticate)하기 위해 스마트폰들, 현금 인출기들 및 자동차들과 같은 디바이스들에 포함되었다. 일부 기존의 초음파 지문 센서들이 만족스러운 성능을 제공할 수 있더라도, 개선된 초음파 지문 센서들이 바람직할 것이다.

본 개시의 시스템들, 방법들 및 디바이스들 각각은 여러 혁신적 양태들을 가지며, 이들 양태들 중 어떠한 단일 양태도 본 명세서에 개시된 바람직한 속성들을 단독으로 책임지지 않는다.

본 개시에 설명된 주제의 일 혁신적 양태는 초음파 지문 센서 시스템을 포함하는 디바이스 또는 장치에서 구현될 수 있다. 초음파 지문 센서 시스템은 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이를 포함할 수도 있으며, 여기서 복수의 초음파 수신 픽셀들의 각각은 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응(ultrasonically-sensitive) 서브영역들로 분할되어 상기 복수의 초음파 감응 서브영역들과 연관되고, 그리고 복수의 초음파 감응 서브영역들의 각각은, 상이한 초음파 수신 픽셀들의 초음파 감응 서브영역들이 어레이 내에서 함께 인터리빙(interleaving)되도록 다른 초음파 수신 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸인다.

일부 구현들에서, 복수의 초음파 수신 픽셀들의 각각은 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 9 개의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 9 개의 초음파 감응 서브영역들과 연관된다. 일부 예들에 따르면, 2차원 어레이는 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이의 부분이다. 일부 경우들에서, 장치는 디스플레이를 갖는 모바일 디바이스에 통합되고, 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이는 실질적으로 디스플레이 전체에 걸쳐 연장된다. 일부 경우들에서, 디바이스 또는 장치는 제어 시스템을 더 포함하고, 초음파 지문 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하며, 여기서 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 수신기 신호들을 지문 특성들로 변환하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 초음파 지문 센서 시스템은 복수의 비닝(binning) 스위치들을 더 포함하며, 비닝 스위치들의 각각은 각각의 쌍의 인접한 초음파 수신 픽셀들의 공통 노드들 사이에 전기적으로 커플링되고, 여기서 제어 시스템은 추가로, (d) 터치 포지션 감지 동작의 일부로서 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (e) 공통 노드들 중 적어도 일부를 함께 비닝하도록 복수의 비닝 스위치들을 폐쇄하도록 구성되고, (f) 비닝된 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (g) 비닝된 공통 노드들로부터 획득된 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 디바이스 또는 장치는 제어 시스템을 더 포함하고 초음파 지문 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하며, 여기서 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 장치는 제어 시스템을 더 포함하며, 제어 시스템은 표면과 접촉하는 타겟 오브젝트를 향한 제1 초음파의 송신을 위해 초음파 지문 센서 시스템을 제어하는 것으로서, 표면은 초음파 지문 센서 표면 또는 초음파 지문 센서가 상주하는 영역에 근접한 디바이스의 표면인, 상기 초음파 지문 센서 시스템을 제어하고, 초음파 지문 센서로부터 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 제1 초음파 수신기 신호들은 타겟 오브젝트로부터의 제1 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하고, 수신된 제1 초음파 수신기 신호들에 기초하여 표면 상의 타겟 오브젝트의 터치 위치의 추정치를 획득하고, 표면과 접촉하는 타겟 오브젝트를 향한 제2 초음파들의 송신을 위해 초음파 지문 센서 시스템을 제어하고, 초음파 지문 센서로부터 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 제2 초음파 수신기 신호들은 타겟 오브젝트로부터의 제2 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하고, 그리고 수신된 제2 초음파 수신기 신호들에 기초하여 표면 상의 타겟 오브젝트의 지문 이미지 또는 지문 특성들을 획득하기 위해 구성되며, 여기서 제2 초음파들의 송신을 위해 초음파 지문 센서 시스템을 제어하는 것 및/또는 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것은, 표면의 부분적 프랙션(fraction)에 걸쳐 제2 초음파들을 송신하는 것 및/또는 제2 초음파들을 수신하는 것을 포함하고, 제어 시스템은 터치 위치의 획득된 추정치에 기초하여 부분적 프랙션을 선택하도록 구성된다.

본 개시에 설명된 주제의 다른 혁신적 양태들은 초음파 센서 시스템을 포함하는 디바이스 또는 장치에서 구현될 수 있다. 초음파 센서 시스템은 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이를 포함할 수도 있며, 여기서 어레이는 에지들을 갖고, 어레이는 어레이의 에지들 중 하나 이상을 따라 배치되는 초음파 수신 픽셀들의 제1 프랙션 및 제1 프랙션의 적어도 하나의 초음파 수신 픽셀에 의해 에지들로부터 분리되는 초음파 수신 픽셀들의 제2 프랙션으로 분할되고, 제2 프랙션에서의 초음파 수신 픽셀들의 각각은 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응 서브영역들로 분할되고, 그리고 초음파 감응 서브영역들의 각각은, 제2 프랙션에서의 상이한 초음파 수신 픽셀들의 초음파 감응 서브영역들이 어레이 내에서 함께 인터리빙되도록, 다른 초음파 수신 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸인다.

일부 구현들에서, 제2 프랙션에서의 초음파 수신 픽셀들의 각각은 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 9 개의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 9 개의 초음파 감응 서브영역들과 연관된다. 일부 예들에 따르면, 장치는 제어 시스템을 더 포함하며, 초음파 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하고, 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 수신기 신호들을 지문 특성들로 변환하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 초음파 센서 시스템은 복수의 비닝 스위치들을 더 포함하며, 여기서 비닝 스위치들의 각각은 각각의 쌍의 인접한 초음파 수신 픽셀들의 공통 노드들 사이에 전기적으로 커플링되고, 제어 시스템은 추가로, (d) 터치 포지션 감지 동작의 일부로서 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (e) 공통 노드들 중 적어도 일부를 함께 비닝하도록 복수의 비닝 스위치들을 폐쇄하도록 구성되고, (f) 비닝된 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (g) 비닝된 공통 노드들로부터 획득된 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 장치는 제어 시스템을 더 포함하며, 초음파 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하고, 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 장치는, 표면과 접촉하는 타겟 오브젝트를 향한 제1 초음파의 송신을 위해 초음파 센서 시스템을 제어하는 것으로서, 표면은 초음파 센서 표면 또는 초음파 센서가 상주하는 영역에 근접한 디바이스의 표면인, 상기 초음파 센서 시스템을 제어하고, 초음파 센서로부터 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 제1 초음파 수신기 신호들은 타겟 오브젝트로부터의 제1 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하고, 수신된 제1 초음파 수신기 신호들에 기초하여 표면 상의 타겟 오브젝트의 터치 위치의 추정치를 획득하고, 표면과 접촉하는 타겟 오브젝트를 향한 제2 초음파들의 송신을 위해 초음파 센서 시스템을 제어하고, 초음파 센서로부터 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 제2 초음파 수신기 신호들은 타겟 오브젝트로부터의 제2 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하고, 그리고 수신된 제2 초음파 수신기 신호들에 기초하여 표면 상의 타겟 오브젝트의 지문 이미지 또는 지문 특성들을 획득하기 위해 구성되는 제어 시스템을 더 포함하며, 여기서 제2 초음파들의 송신을 위해 초음파 센서 시스템을 제어하는 것 및/또는 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것은, 표면의 부분적 프랙션에 걸쳐 제2 초음파들을 송신하는 것 및/또는 제2 초음파들을 수신하는 것을 포함하고, 제어 시스템은 터치 위치의 획득된 추정치에 기초하여 부분적 프랙션을 선택하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 장치는 디스플레이를 갖는 모바일 디바이스에 통합되고 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이는 실질적으로 디스플레이 전체에 걸쳐 연장된다.

본 개시에 설명된 주제의 다른 혁신적 양태들은 초음파 센서 시스템 및 제어 시스템을 포함하는 디바이스 또는 장치에서 구현될 수 있다. 초음파 센서 시스템은, 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이로서, 복수의 초음파 수신 픽셀들의 각각은 각각의 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 초음파 감응 서브영역들과 연관되고, 각각의 초음파 감응 서브영역은 상이한 초음파 수신 픽셀들의 초음파 감응 서브영역들이 어레이 내에서 함께 인터리빙되도록 다른 초음파 수신 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸이는, 상기 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이; 복수의 비닝 스위치들로서, 복수의 비닝 스위치들의 각각은 각각의 쌍의 인접한 초음파 수신 픽셀들의 공통 노드들 사이에 전기적으로 커플링되는, 상기 복수의 비닝 스위치들; 및 하나 이상의 초음파 송신기들을 포함할 수도 있다. 제어 시스템은, (a) 터치 포지션 감지 동작의 일부로서 하나 이상의 초음파 송신기를 구동시키고, (b) 복수의 비닝 스위치들을 폐쇄하여 공통 노드들 중 적어도 일부를 함께 비닝하고, (c) 비닝된 공통 노드들 중 적어도 일부로부터 수신기 신호들을 획득하고, (d) 비닝된 공통 노드들 중 적어도 일부로부터의 획득된 수신기 신호들에 기초하여 터치 포지션을 결정하고, (e) 지문 이미징 동작의 일부로서 하나 이상의 초음파 송신기들을 구동시키고, (f) 공통 노드들 중 적어도 일부로부터 비닝되지 않은 수신기 신호들을 획득하고, 그리고 (g) 획득된 비닝되지 않은 수신기 신호들을 지문 이미지 또는 지문 특성들로 변환하도록 구성될 수도 있다.

일부 구현들에서, 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이 내의 초음파 수신 픽셀들의 각각은 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 9 개의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 9 개의 초음파 감응 서브영역들과 연관된다. 일부 예들에 따르면, 2차원 어레이는 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이의 부분이다. 일부 경우들에서, 장치는 디스플레이를 갖는 모바일 디바이스에 통합되고, 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이는 실질적으로 디스플레이 전체에 걸쳐 연장된다.

본 개시에 설명된 주제의 다른 혁신적 양태들은 지문 이미지를 캡처하기 위한 수단을 포함하는 디바이스 또는 장치에서 구현될 수 있으며, 그 수단은 픽셀들의 어레이를 포함하고, 그 픽셀들의 각각은 각각의 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 복수의 초음파 감응 서브영역들과 연관되고, 각각의 초음파 감응 서브영역은, 상이한 픽셀들의 초음파 감응 서브영역들이 어레이 내에서 함께 인터리빙되도록, 다른 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸인다. 일부 구현들에서, 장치는 다수의 인접한 픽셀들의 공통 노드들을 함께 비닝하기 위한 수단 및 비닝된 공통 노드들을 사용하여 터치 포지션 좌표들을 결정하기 위한 수단을 더 포함한다.

본 명세서에서 설명된 방법들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비일시적 매체들에 저장된 명령들(예를 들어, 소프트웨어)에 따라 하나 이상의 디바이스들에 의해 수행될 수도 있다. 이러한 비일시적 매체들은 랜덤 액세스 메모리(RAM) 디바이스들, 판독 전용 메모리(ROM) 디바이스들 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 본 명세서에서 설명된 것들과 같은 메모리 디바이스들을 포함할 수도 있다. 따라서, 본 개시에서 설명된 주제의 일부 혁신적 양태들은 소프트웨어가 저장된 하나 이상의 비일시적 매체에서 구현될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 주제의 하나 이상의 구현들의 상세들이 첨부 도면들 및 하기의 설명에 기술된다. 다른 특징들, 양태들, 및 이점들이 설명, 도면들, 및 청구항들로부터 명백하게 될 것이다. 후속하는 도면들의 상대적인 치수들은 스케일대로 그려진 것이 아닐 수도 있음에 유의한다. 다양한 도면들에서 같은 참조 번호들 및 지정들은 같은 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1은 일부 개시된 구현들에 따른 장치의 예시적인 컴포넌트들을 도시하는 블록도이다.
도 2a는 본 명세서에 개시된 일부 방법들의 예시적인 블록들을 제공하는 흐름도이다.
도 2b는 본 명세서에 설명된 적어도 일부 방법들을 수행할 수 있는 장치의 단면도의 예를 도시한다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 세그먼트화된 송신기 섹션들, 터치 노드들 및 지문 센서 픽셀들을 갖는 초음파 센서의 예들을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 인터리빙된 센서 픽셀들을 갖는 초음파 센서의 예들을 도시한다.
도 5는 초음파 지문 센서를 위한 센서 픽셀들의 4 x 4 픽셀 어레이의 양태들을 표현적으로 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 초음파 지문 센서에서의 초음파 송신기들 및 수신기들의 예시적인 배열들을 도시하며, 다른 배열들이 가능하다.
도 6c는 초음파 지문 센서에서의 초음파 트랜시버 어레이의 예를 도시한다.

다음의 설명은 본 개시의 혁신적 양태들을 설명하는 목적을 위한 소정의 구현들에 관련된다. 그러나, 당업자는 본 명세서에서의 교시들이 다수의 상이한 방식들로 적용될 수도 있음을 용이하게 인식할 것이다. 설명된 구현들은 본 명세서에 개시된 바와 같은 생체인식(biometric) 시스템을 포함하는 임의의 디바이스, 장치 또는 시스템에서 구현될 수 있다. 또한, 설명된 구현들은: 모바일 전화기들, 멀티미디어 인터넷 가능 셀룰러 전화기들, 모바일 텔레비전 수신기들, 무선(wireless) 디바이스들, 스마트폰들, 스마트 카드들, 웨어러블 디바이스들, 이를 테면 팔찌들, 암밴드들, 손목밴드들, 반지들, 헤드밴드들, 패치들 등, Bluetooth® 디바이스들, 개인용 데이터 보조기들(PDA들), 무선 전자 메일 수신기들, 핸드헬드 또는 휴대용 컴퓨터들, 넷북들, 노트북들, 스마트북들, 태블릿들, 프린터들, 복사기들, 스캐너들, 팩시밀리 디바이스들, 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 수신기들/내비게이터들, 카메라들, (MP3 플레이어들과 같은) 디지털 미디어 플레이어들, 캠코더들, 게임 콘솔들, 손목 시계들, 시계들, 계산기들, 텔레비전 모니터들, 평판 디스플레이들, 전자 판독 디바이스들 (예를 들어, e-리더들), 모바일 헬스 디바이스들, 컴퓨터 모니터들, 오토 디스플레이들(오도미터 및 속도계 디스플레이들 등을 포함함), 조종석 제어부들 및/또는 디스플레이들, (차량 내의 리어뷰 카메라의 디스플레이와 같은) 카메라 뷰 디스플레이들, 전자 사진들, 전자 빌보드들 또는 사인들, 프로젝터들, 아키텍처 구조들, 마이크로웨이브들, 냉장고들, 스테레오 시스템들, 카세트 레코더들 또는 플레이어들, DVD 플레이어들, CD 플레이어들, VCR들, 무선기기(radio)들, 휴대용 메모리 칩들, 세탁기들, 건조기들, 세탁기/건조기들, 파킹 미터들, (MEMS(microelectromechanical systems) 애플리케이션들을 포함하는 EMS(electromechanical systems) 애플리케이션들뿐만 아니라, non-EMS 애플리케이션들에서와 같은) 패키징, (의복 또는 주얼리 피스에 대한 이미지들의 디스플레이와 같은) 심미적 구조들 및 다양한 EMS 디바이스들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 전자 디바이스들에 포함되거나 이들과 연관될 수도 있음이 고려된다. 본 명세서에서의 교시들은 또한, 전자 스위칭 디바이스들, 무선 주파수 필터들, 센서들, 가속도계들, 자이로스코프들, 모션 감지 디바이스들, 자력계들, 소비자 전자기기들에 대한 관성 컴포넌트들, 소비자 전자기기 제품들의 부분들, 스티어링 휠들 또는 다른 자동차 부분들, 버랙터들, 액정 디바이스들, 전기영동 디바이스들, 드라이브 방식들, 제조 프로세스들 및 전자 테스트 장비와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 애플리케이션들에서 사용될 수도 있다. 따라서, 그 교시들은 오로지 도면들에 도시된 구현들에만 제한되도록 의도되지 않고, 대신에 당업자에게 용이하게 명백할 바와 같은 넓은 적용가능성을 갖는다.

지문 기반 인증들에서의 사용을 위해 충분한 상세로 지문을 캡처하는 것은 초음파 기반 감지 시스템을 활용할 때 어려울 수 있다. 특히, 초음파 기반 감지 시스템은 일반적으로, 감지된 지문 이미지들에서 동일한 분해능를 달성하기 위해, 용량(capacitive) 기반 감지 시스템들과 같은 다른 감지 시스템들에 비해, 높은 밀도의 센서 픽셀들을 요구한다. 예로서, 용량 기반 감지 시스템들은, 심지어 대략 4 밀리미터의 상당히 큰 픽셀 피치로 구성될 때에도, 지문 구조들의 포지션들을 대략 80 마이크로미터 이내로 위치시킬 수 있을 수도 있다. 시스템의 픽셀 피치보다 더 미세한 디테일로 디테일들을 감지하는 용량 기반 감지 시스템의 능력은, 부분적으로, 시스템이 감지하는 전기장의 자연적인 발산(divergence) 때문에 가능할 수도 있으며, 이는 인접한 용량 센서 픽셀들 사이에 있는 포지션들에 대한 보간을 가능하게 할 수도 있다. 전기장의 자연적인 발산의 이점을 가질 수 없는, 초음파 기반 감지 시스템은 전형적으로, 감지된 지문 이미지들에서 동일한 분해능을 달성하기 위해 보다 높은 밀도의 센서 픽셀들을 요구한다. 센서 픽셀들의 높은 밀도에 대한 전형적인 필요는 특히, 넓은 지문 감지 영역을 갖는 디바이스들에서 문제가 된다. 예로서, 모바일 전화와 같은 디바이스는 대략 4 내지 7 인치 범위의 대각선 측정치를 갖는 디스플레이를 가질 수도 있고, 디스플레이의 큰 부분, 또는 심지어 모두에 걸쳐 지문 감지 능력들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 비교적 큰 영역을 커버하고 비교적 높은 밀도의 센서 픽셀들을 특징으로 하는 초음파 기반 감지 시스템은 바람직하지 않게 비싸고, 복잡하고, 전력 소모적일 것이다. 이들 및 다른 이유들로, 감지된 지문 이미지들에서 충분한 분해능을 유지하면서, 더 낮은 픽셀 밀도(즉, 픽셀 피치)를 나타내는 초음파 기반 지문 감지 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.

일부 구현들에서, 장치는 표면에 음향적으로(acousticallly) 커플링되는 인터리빙된 센서 픽셀들을 포함하는 초음파 지문 센서를 포함할 수도 있다. 개별의 센서 픽셀은, 인입(incoming) 초음파 신호들에 감응적인 다수의 별개의 영역들(프롱(prong)들이라고도 함)을 포함할 수도 있다. 상이한 센서 픽셀들의 별개의 영역들은 함께 인터리빙될 수도 있어서, 초음파 지문 센서가 비교적 낮은 픽셀 밀도를 갖음에도 불구하고 초음파 지문 센서는 비교적 높은 분해능으로 지문 이미지를 캡처할 수도 있다. 예로서, 각각의 개별 초음파 센서 픽셀들은 9 개의 별개의 초음파 감응 영역들을 포함할 수 있고, 각각의 초음파 감응 영역(아마도, 초음파 지문 센서의 에지를 따른 특정 영역들 제외)은 다른 픽셀들과 연관된 초음파 감응 영역들에 의해 둘러싸이거나, 실질적으로 둘러싸일 수 있다. 주어진 픽셀과 연관된 주어진 초음파 감응 영역은, (a) 어레이의 평면에 놓이는 그리고 (b) 그 주어진 영역의 중심으로부터 발하는 모든 직선들이 주어진 픽셀과 연관된 초음파 감응 영역을 통과하기 전에 상이한 픽셀과 연관된 적어도 하나의 초음파 감응 영역을 통과할 때, 다른 픽셀들과 연관된 초음파 감응 영역들에 의해 실질적으로 둘러싸일 수도 있다. 다시 말해서, 제1 픽셀의 각각의 초음파 감응 영역은 하나 이상의 제2 픽셀의 초음파 감응 영역들에 의해 둘러싸일 수도 있다. 일부 예들에 따르면, 장치는 표면 상의 타겟 오브젝트에 의한 터치의 위치를 측정하고/하거나 그의 추정치를 획득하기 위해 구성될 수도 있다. 장치는 추가로, 타겟 오브젝트의 지문 이미지를 측정 및/또는 획득하기 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면 상에서의 타겟 오브젝트에 의한 터치의 위치를 측정하고/하거나, 그의 추정치를 획득하는 동안 다수의 센서 픽셀들은 함께 비닝될 수도 있으며, 이는 증가된 신호 대 잡음비, 감소된 리드아웃(read-out) 시간, 및 감소된 전력 소비를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 이점들을 가질 수도 있다.

도 1은 일부 개시된 구현들에 따른 장치의 예시적인 컴포넌트들을 도시하는 블록도이다. 이 예에서, 장치(101)는 초음파 센서 시스템(102), 제어 시스템(106) 및 플래튼(platen)(110)을 포함한다. 장치(101)의 일부 구현들은 인터페이스 시스템(104)을 포함할 수도 있다.

일부 예들에서, 초음파 센서 시스템(102) 내의 파선들에 의해 제안된 바와 같이, 초음파 센서 시스템(102)은 초음파 센서 어레이(103) 및 별도의 초음파 송신기(105)를 포함할 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, 초음파 송신기(105)는 아래에서 설명되는 것들과 같은 초음파 평면파 발생기를 포함할 수도 있다.

그러나, 초음파 센서 시스템들(102)의 다양한 예들이 본 명세서에 개시되며, 이들 중 일부는 별도의 초음파 송신기(105)를 포함할 수도 있고 일부는 그렇지 않을 수도 있다. 도 1에서 별도의 엘리먼트들로서 도시되더라도, 일부 구현들에서 초음파 센서 어레이(103) 및 초음파 송신기(105)는 초음파 트랜시버 시스템에서 결합될 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 초음파 지문 센서(102)는, PVDF(polyvinylidene fluoride) 폴리머의 층 또는 PVDF-TrFE(polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene) 코폴리머(copolymer)의 층과 같은, 압전 수신기 층을 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 별도의 압전 층이 초음파 송신기로서 기능할 수도 있다. 일부 구현들에서, 단일 압전 층이 송신기 및 수신기 양자 모두로서 기능할 수도 있다. 압전 층을 포함하는 일부 구현들에서, AlN(aluminum nitride) 또는 PZT(lead zirconate titanate)와 같은 다른 압전 재료들이 압전 층에 사용될 수도 있다. 초음파 센서 시스템(102)은, 일부 예들에서, 압전 미세가공 초음파 트랜스듀서들(PMUTs)의 어레이, 용량성 미세가공 초음파 트랜스듀서들(CMUTs)의 어레이 등과 같은 초음파 트랜스듀서 엘리먼트들의 어레이를 포함할 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, PMUT들의 단일 층 어레이의 PMUT 엘리먼트들 또는 CMUT들의 단일층 어레이의 CMUT 엘리먼트들은 초음파 송신기들뿐만 아니라 초음파 수신기들로서 사용될 수도 있다.

제어 시스템(106)은 하나 이상의 범용 단일 또는 다중 칩 프로세서들, 디지털 신호 프로세서들(DSP들), 주문형 집적 회로들(ASIC들), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이들(FPGA들) 또는 다른 프로그래밍가능 로직 디바이스들, 이산 게이트들 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수도 있다. 제어 시스템(106)은 또한, 하나 이상의 랜덤 액세스 메모리(RAM) 디바이스들, 판독 전용 메모리(ROM) 디바이스들 등과 같은 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함할 수도 (그리고/또는 이들과 통신하도록 구성될 수도) 있다. 따라서, 메모리 시스템이 도 1에 도시되지 않더라도, 장치(101)는 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함하는 메모리 시스템을 가질 수도 있다. 제어 시스템(106)은 초음파 센서 시스템(102)으로부터, 예컨대 초음파 센서 어레이(103)로부터, 데이터를 수신 및 프로세싱할 수 있을 수도 있다. 장치(101)가 별도의 초음파 송신기(105)를 포함하는 경우, 제어 시스템(106)은, 예를 들어 본 명세서의 다른 곳에 개시된 바와 같은, 초음파 송신기(105)를 제어하는 것을 할 수 있을 수도 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(106)의 기능성은, 전용 센서 제어기와 모바일 디바이스의 애플리케이션 프로세서 사이와 같이, 하나 이상의 제어기들 또는 프로세서들 사이에서 파티셔닝될 수도 있다.

장치(101)의 일부 구현들은 인터페이스 시스템(104)을 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 인터페이스 시스템은 무선 인터페이스 시스템을 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 인터페이스 시스템은 사용자 인터페이스 시스템, 하나 이상의 네트워크 인터페이스들, 제어 시스템(106)과 메모리 시스템 사이의 하나 이상의 인터페이스들, 및/또는 제어 시스템(106)과 하나 이상의 외부 디바이스 인터페이스들(예를 들어, 포트들 또는 애플리케이션 프로세서들) 사이의 하나 이상의 인터페이스들을 포함할 수도 있다.

인터페이스 시스템(104)은 장치(101)의 컴포넌트들 사이에 통신(전기 통신, 무선 통신 등과 같은 유선 또는 무선 통신을 포함할 수 있음)을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, 인터페이스 시스템(104)은 제어 시스템(106)과 초음파 센서 시스템(102) 사이의 통신을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 이러한 예들에 따르면, 인터페이스 시스템(104)의 일부는 제어 시스템(106)의 적어도 일부를 초음파 센서 시스템(102)에, 예컨대 전기 전도성 재료를 통해, 커플링시킬 수도 있다. 장치(101)가 초음파 센서 어레이(103)로부터 분리된 초음파 송신기(105)를 포함하는 경우, 인터페이스 시스템(104)은 제어 시스템(106)의 적어도 일부와 초음파 송신기(105) 사이의 통신을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 예들에 따르면, 인터페이스 시스템(104)은 장치(101)와 다른 디바이스들 및/또는 사람들 사이에 통신을 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, 인터페이스 시스템(104)은 하나 이상의 사용자 인터페이스들을 포함할 수도 있다. 인터페이스 시스템(104)은, 일부 예들에서, 하나 이상의 네트워크 인터페이스들 및/또는 하나 이상의 외부 디바이스 인터페이스들(예컨대, 하나 이상의 범용 직렬 버스(USB) 인터페이스들 또는 시스템 패킷 인터페이스(SPI))을 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 장치(101)는 메모리 시스템을 포함할 수도 있다. 인터페이스 시스템(104)은, 일부 예들에서, 제어 시스템(106)과 메모리 시스템 사이의 적어도 하나의 인터페이스를 포함할 수도 있다.

장치(101)는 다양한 상이한 컨텍스트들에서 사용될 수도 있으며, 이의 일부 예들이 본 명세서에 개시된다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 모바일 디바이스는 장치(101)의 적어도 일부를 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 웨어러블 디바이스는 장치(101)의 적어도 일부를 포함할 수도 있다. 웨어러블 디바이스는 예를 들어, 팔찌, 암밴드, 손목밴드, 반지, 헤드밴드 또는 패치일 수도 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(106)은 1 개 초과의 디바이스에 상주할 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(106)의 일부는 웨어러블 디바이스에 상주할 수도 있고, 제어 시스템(106)의 다른 일부는 모바일 디바이스(예를 들어, 스마트폰)와 같은 다른 디바이스에 상주할 수도 있다. 인터페이스 시스템(104)은 또한, 일부 이러한 예들에서, 1 개 초과의 디바이스에 상주할 수도 있다.

도 2a는 본 명세서에 개시된 일부 방법들의 예시적인 블록들을 제공하는 흐름도이다. 도 2a의 블록들은 예를 들어, 도 1b의 장치(101)에 의해 또는 유사한 장치에 의해 수행될 수도 있다. 본 명세서에 개시된 다른 방법들에서와 같이, 도 2a에 개략된 방법(200)은 표시된 것보다 더 많거나 더 적은 블록들을 포함할 수도 있다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 방법들의 블록들은 반드시 나타낸 순서로 수행되어야 하는 것은 아니다. 일부 예들에서, 본 명세서에 개시된 방법들의 일부 블록들은 동시에 수행될 수도 있다.

이 예에 따르면, 방법(200)은 터치 위치들을 감지하고/하거나 지문들의 특성들 및/또는 이미지들을 캡처하기 위해 구성될 수도 있는 초음파 센서를 포함하는 장치를 제어하는 방법이다. 이 구현에 따르면, 블록 203은 표면과 접촉하는 타겟 오브젝트를 향한 제1 초음파들의 송신을 위해 초음파 지문 센서를 (예컨대, 도 1b에 도시된 장치(101)의 제어 시스템(106)과 같은, 장치의 제어 시스템을 통해) 제어하는 것을 수반한다. 표면은 초음파 터치 및/또는 지문 센서 표면, 또는 초음파 터치 및/또는 지문 센서가 상주하는 영역에 근접한 디바이스의 표면일 수도 있다.

일부 예들에 따르면, 장치는 터치 센서 시스템으로서 구성될 수도 있고, 블록 203은 표면에 대하여 터치 위치를 결정하는 목적으로 초음파들을 송신하기 위해 초음파 지문 센서를 제어하는 것을 수반할 수도 있다. 일부 예들에서, 블록 203은 1 MHz 내지 30 MHz 범위의 초음파들을 송신하도록 초음파 센서를 제어하는 것을 수반할 수도 있다. 예를 들어, 지문 센서의 초음파 송신기가 제1 초음파들의 송신을 위해 제어될 수도 있다.

이 예에서, 블록 205는 초음파 센서로부터 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것을 수반한다. 제1 초음파 수신기 신호들은 타겟 오브젝트로부터의 제1 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 블록 205에서 수신된 제1 초음파 수신기 신호들은 제1 분해능으로 수신될 수도 있다. 제1 분해능은 초음파 센서가 달성할 수 있는 가장 높은 분해능보다 낮은 분해능일 수도 있다. 일부 예들에서, 제1 분해능은 표면 상의 터치 위치를 결정하기 위해 최적화된 분해능일 수도 있다. 특정 예로서 제1 분해능은, 블록 207에서, 대략 4 mm 이내(또는 다른 원하는 레벨)로 터치 포지션의 결정을 가능하게 하기에 충분히 미세할 수도 있다. 초음파 센서가 달성할 수 있는 최고 분해능보다 낮은 분해능을 사용하는 것은, 증가된 신호 대 잡음비, 더 빠른 리드아웃, 및 더 낮은 전력 소비를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 이점들을 제공할 수도 있다. 일부 예들에서, 초음파 센서는 터치 감지 동작들 동안 낮아진 분해능을 달성하기 위해 다수의 픽셀들을 함께 비닝하도록 구성될 수도 있으며, 이의 추가 세부사항들이 아래에서 설명된다.

이 구현에서, 블록 205는 초음파 지문 센서로부터 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것을 수반한다. 제1 초음파 수신기 신호들은 타겟 오브젝트로부터의 제1 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함한다.

이 구현에 따르면 블록 207은, 타겟 오브젝트가 장치의 표면, 또는 장치를 포함하는 디바이스의 표면과 접촉하거나, 그와 매우 근접한, 위치의 추정치를 획득하는 것을 수반한다. 이 예에서, 장치의 제어 시스템은 터치 위치 추정을 획득하기 위해 구성된다. 원하는 경우, 장치는 초음파 지문 센서 이외의 터치 센서를 포함할 수도 있고 이러한 터치 센서를 사용하여, 블록 207에서, 터치 위치의 추정치를 획득할 수도 있다.

이 예에서, 블록 209은 타겟 오브젝트를 향한 제2 초음파들의 송신을 위해 초음파 지문 센서를 제어하는 것을 수반한다. 이 구현에 따르면, 블록 211은 초음파 지문 센서로부터 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것을 수반한다. 여기서, 제2 초음파 수신기 신호들은 타겟 오브젝트로부터의 제2 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함한다. 일부 구현들에서, 블록 209 및/또는 블록211은 초음파 지문 센서의 표면 면적의 프랙션에 걸쳐 제2 초음파들의 송신 및 수신을 위해 초음파 지문 센서를 제어하는 것을 수반할 수도 있다. 예로서, 초음파 지문 센서는, 블록 207에서, 대략 지문 사이즈 이상의 영역에서 제2 초음파들을 송신할 수도 있고 여기서 그 영역의 위치는 블록 207에서 획득된 터치 위치의 추정된 위치에 의해, 적어도 부분적으로 결정되고 이를 포함한다. 대안적 또는 추가적 예로서, 초음파 지문 센서는, 블록 211에서, 대략 지문 사이즈 이상의 영역에서 제2 초음파들을 수신할 수도 있고 여기서 그 영역의 위치는 블록 207에서 획득된 터치 위치의 추정된 위치에 의해, 적어도 부분적으로, 결정되고 이를 포함한다. 예들로서, 블록들 209 및/또는 211은, 제1 차원을 따라 약 0.25 인치, 약 0.50 인치, 약 0.75 인치, 약 1.0 인치, 약 1.25 인치, 약 1.5 인치, 약 1.75 인치, 또는 약 2.0 인치이고 제1 차원에 수직인 제2 차원을 따라 약 0.25 인치, 약 0.50 인치, 약 0.75 인치, 약 1.0 인치, 약 1.25 인치, 약 1.5 인치, 약 1.75 인치, 또는 약 2.0 인치인 영역에 걸쳐 초음파 신호들을 송신 및/또는 수신하는 것을 수반한다. 블록들 209 및/또는 211에서 초음파 신호들이 송신 및/또는 수신되는 영역을 제한하는 것은 지문 이미지들을 캡처하는 전력 소비 및/또는 프로세싱 시간을 유리하게 감소시킬 수도 있다.

이 예에 따르면, 블록 213은 블록213에서 수신된 제2 초음파 수신기 신호들 및/또는 블록 205에서 수신된 제1 초음파 수신기 신호들에, 적어도 부분적으로, 기초하여 인증 프로세스를 수행하는 것을 수반한다. 일부 경우들에서, 블록 213은 신호들에 대응하는 지문 이미지 데이터를 획득하는 것을 수반할 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은, 용어 "지문 이미지 데이터"는 일반적으로 초음파 수신기로부터 획득된 데이터, 또는 그로부터 획득된 신호들에 기초한 데이터를 지칭할 수도 있다. 일부 경우들에서, 지문 이미지 데이터는 지문을 포함할 수도 있는 손가락과 같은 타겟 오브젝트에, 적어도 부분적으로, 대응할 수도 있다. 지문 이미지 데이터는, 사람이 이미지인 것으로 인식할 수 있는 형태로 제시될 수도 있고 또는 제시되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 지문 이미지 데이터는 수치값들이 배열 및/또는 저장되는 데이터 구조일 수도 있고, 또는 그를 포함할 수도 있다. 수치값들은, 일부 예들에서, 초음파 지문 센서, 광학 센서 시스템, 용량 센서 시스템 등으로부터 수신된 신호들에 대응할 수도 있다. 일부 예들에서, 지문 이미지 데이터는 시간 윈도우 동안 센서 시스템으로부터 수신된 신호들에 대응할 수도 있다. 일부 경우들에서 지문 이미지 데이터는, 블록 207에서 획득된 추정된 터치 위치에 기초하여 결정될 수도 있는, 지문 접촉 영역과 같은, 특정 영역으로부터 수신된 신호들에 대응할 수도 있다.

일부 예들에서, 블록 213은 초음파 수신기 신호들로부터 특징들을 추출하는 것을 수반할 수도 있다. 인증 프로세스는 특징들에, 적어도 부분적으로, 기초할 수도 있다. 일부 예들에 따르면, 특징들은 지문 상세들의 위치들, 배향들 및/또는 타입들과 같은 지문 특징들일 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, 지문 이미지 데이터는 (초음파 지문 센서와 같은) 센서 시스템으로부터의 신호들의 적어도 일부에서 검출된 하나 이상의 지문 특징들의 표시들을 포함할 수도 있다. 지문 특징들은 하나 이상의 지문 융선(ridge) 특징들 및 하나 이상의 지문 골(valley) 특징들을 포함할 수도 있다. 지문 특징들은 예를 들어, 도 1의 제어 시스템(106)과 같은, 제어 시스템에 의해 검출될 수도 있다.

지문 융선 특징들을 나타내는 신호들은 일반적으로, 플래튼/지문 융선 인터페이스들로부터 반사된 초음파들에 응답하는 초음파 지문 센서의 센서 픽셀들로부터 획득될 수도 있다. 지문 골 특징들을 나타내는 신호들은 일반적으로, 플래튼/지문 골 인터페이스들로부터 반사된 초음파들에 응답하는 센서 픽셀들로부터 획득될 수도 있다. 플래튼/지문 골 인터페이스로부터의 반사들은 일반적으로 플래튼/공기(air) 인터페이스로부터의 반사들일 것인 반면, 플래튼/지문 융선 인터페이스로부터의 반사들은 일반적으로 지문 용선들이 플래튼과 접촉하는 영역들에 대응하는 플래튼/피부 인터페이스로부터의 반사들일 것이다. 플래튼/지문 골 인터페이스가 일반적으로 플래튼/지문 융선 인터페이스보다 훨씬 더 높은 음향 임피던스 콘트라스트를 가질 것이기 때문에, 플래튼/지문 골 인터페이스는 일반적으로 비교적 더 높은 진폭 반사들을 생성할 것이다.

도 2b는 본 명세서에 설명된 적어도 일부 방법들을 수행할 수 있는 장치의 단면도의 예를 도시한다. 예를 들어, 장치(101)는 도 2a를 참조하여 본 명세서에 설명된 방법들을 수행할 수 있을 수도 있다. 여기서, 장치(101)는 도 1을 참조하여 전술된 장치(101)의 예이다. 본 명세서에 도시되고 설명된 다른 구현들에서와 같이, 도 2b에 예시된 엘리먼트들의 타입들, 엘리먼트들의 배열 및 엘리먼트들의 치수들은 단지 예로서 도시된다.

도 2b는 초음파들이 타겟 오브젝트로부터 반사되는 예를 도시한다. 이 예에서, 타겟 오브젝트는 송신된 초음파들(214)에 의해 인소니파이(insonify)되는 손가락(206)이다. 이 예에서, 송신된 초음파들(214)은 도 2a의 203 및 209에 관하여 전술된 제1 초음파들 및 제2 초음파들의 예시들이다. 여기서, 초음파 센서 어레이(103)의 적어도 일부에 의해 수신되는 반사 초음파들(216)은 도 2a의 205 및 211을 참조하여 전술된 타겟 오브젝트로부터의 제1 초음파들 및 제2 초음파들의 반사들의 예시들이다.

이 예에서, 초음파들은 초음파 센서 어레이(103)로부터 분리된 초음파 송신기(105)에 의해 송신된다. 도 2b에 도시된 예에서, 장치(101)의 적어도 일부는 평면파 초음파 송신기로서 기능할 수도 있는 초음파 송신기(105)를 포함한다. 일부 구현들에서, 초음파 송신기(105)는 압전 송신기 층의 각 측면 상에 배치된 송신기 여기 전극들을 갖는 압전 송신기 층을 포함할 수도 있다. 일부 예에서, 초음파 송신기(105)는 PVDF 폴리머의 층 또는 PVDF-TrFE 코폴리머의 층과 같은 압전 층일 수도 있거나, 이를 포함할 수도 있다. 이 예에서, 전극 층(222)은 초음파 송신기(105)와 패시베이션(passivation) 층(224) 사이에 상주한다. 일부 예들에 따르면, 도 1의 제어 시스템(106)과 같은 제어 시스템(도 2b에 도시되지 않음)은 전극 층(222)을 통해 제공되는 전기 신호들에 따라 초음파 송신기(105)를 제어할 수도 있다.

일부 예들에서, 초음파 센서 어레이(103)는 TFT 회로부로부터 부분적으로 형성된 센서 픽셀들 및 픽셀 입력 전극들의 어레이, 위에 놓이는(overlying) PVDF 또는 PVDF-TrFE와 같은 압전 재료의 압전 수신기 층(220), 및 압전 수신기 층 상에 위치된 상부 전극 층을 포함할 수도 있으며, 이는 때때로 본 명세서에서 수신기 바이어스 전극으로 지칭될 것이다. 적합한 초음파 송신기들 및 초음파 센서 어레이들의 예들이 아래에서 설명된다.

그러나, 대안적인 구현들에서, 초음파 센서 어레이(103) 및 초음파 송신기(105)는 초음파 트랜시버 어레이에 결합될 수도 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 초음파 센서(102)는 PVDF 폴리머의 층 또는 PVDF-TrFE 코폴리머의 층과 같은 압전 수신기 층을 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 별도의 압전 층이 초음파 송신기로서 기능할 수도 있다. 일부 예들에서, 단일 압전 층이 송신기로서 그리고 수신기로서 기능할 수도 있다. 일부 구현들에서, AlN(aluminum nitride) 또는 PZT(lead zirconate titanate)와 같은 다른 압전 재료들이 압전 층에 사용될 수도 있다. 초음파 센서(102)는, 일부 예들에서, 압전 미세가공 초음파 트랜스듀서들(PMUTs)의 어레이, 용량성 미세가공 초음파 트랜스듀서들(CMUTs)의 어레이 등과 같은 초음파 트랜스듀서 엘리먼트들의 어레이를 포함할 수도 있다. 일부 이러한 예들에서, 압전 수신기 층, PMUT들의 단일 층 어레이의 PMUT 엘리먼트들, 또는 CMUT들의 단일층 어레이의 CMUT 엘리먼트들은 초음파 송신기들뿐만 아니라 초음파 수신기들로서 사용될 수도 있다.

이 예에서, 송신된 초음파들(214)은 초음파 송신기(105)로부터 센서 스택(218)을 통해 위에 놓이는 손가락(206)으로 송신되었다. 센서 스택(218)의 다양한 층들은, 일부 예들에서, 가시광에 대해 실질적으로 투명한 유리 또는 (플라스틱 또는 사파이어와 같은)다른 재료의 하나 이상의 기판들을 포함할 수도 있다. 이 예에서 센서 스택(218)은, 일부 구현들에 따라 디스플레이의 백라이트일 수도 있는 광원 시스템(도시되지 않음)이 커플링되는 기판(210)을 포함한다. 대안적인 구현들에서, 광원 시스템은 정면 광에 커플링될 수도 있다. 따라서, 일부 구현들에서 광원 시스템은 디스플레이 및 타겟 오브젝트를 조명하도록 구성될 수도 있다. 다른 구현들은 기판(210)을 포함하지 않을 수도 있다.

이 구현예에서, 기판(210)은 초음파 센서 어레이(103)를 위한 박막 트랜지스터(TFT) 기판(212)에 커플링된다. 이 예에 따르면, 압전 수신기 층(220)은 초음파 센서 어레이(103)의 센서 픽셀들(202) 위에 놓이고, 플래튼(225)은 압전 수신기 층(220) 위에 놓인다. 따라서, 이 예에서 장치(101)는, TFT 기판(212) 및 플래튼(225)을 갖는 초음파 센서 어레이(103)를 포함하는, 또한 기판으로 보여질 수도 있는, 센서 스택(218)의 하나 이상의 기판들을 통해 초음파들(214)을 송신할 수 있다. 대안적인 예들에서, 초음파 센서 어레이(103)의 센서 픽셀들(202)은 기판(212)과 초음파 송신기(105) 사이에 상주할 수도 있다.

일부 예들에 따르면, 힘 센서는 초음파 지문 센서의 회로부에 통합될 수도 있다. 이러한 예들에서, 센서 픽셀들(202)의 일부 또는 전부는 힘 및/또는 압력에 감응적일 수도 있다.

일부 구현들에서, 센서 픽셀들(202)은 투명하거나, 부분적으로 투명하거나 또는 실질적으로 투명할 수도 있어서, 장치(101)는 광원 시스템으로부터의 초음파 센서 어레이(103)의 엘리먼트들을 통해 광을 투과시킬 수 있을 수도 있다. 일부 구현들에서, 초음파 센서 어레이(103) 및 연관된 회로부는 유리, 플라스틱 또는 실리콘 기판 상에 또는 내에 형성될 수도 있다.

다시 도 2a를 참조하면, 일부 구현들에서 방법(200)은 안티 스푸핑(anti-spoofing) 프로세스를 수행하는 것을 수반할 수도 있다. 일부 구현들에 따르면, 방법(200)은 블록 213의 인증 프로세스 및/또는, 존재하는 경우, 안티 스푸핑 프로세스의 결과에 의존하는 추가적인 프로세스들을 수반할 수도 있다. 예를 들어, 인증 프로세스 및/또는 안티 스푸핑 프로세스(존재하는 경우)가 성공적으로 종료되면, 제어 시스템은 디바이스 및/또는 보안 영역에 대한 액세스를 허용할 수도 있다. 일부 이러한 경우들에서, 제어 시스템은 모바일 디바이스, 랩톱 컴퓨터, 도어, 자동차, 또는 다른 디바이스를 잠금해제할 수도 있다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 터치 위치들을 결정하는 것 및/또는 지문 이미지들을 획득하는 것이 가능할 수도 있는 (도 1에 도시된 초음파 센서(102)와 같은) 초음파 감지 시스템의 양태들을 표현적으로 도시한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, (도 1에 도시된 초음파 송신기(105)와 같은) 초음파 송신기(105)는 다수의 별개의 세그먼트들(302a, 302b, ..., 및 302n)로 나뉘어질 수도 있다. 이러한 유형의 배열들에서, 초음파 감지 시스템은 하나 이상의 선택된 세그먼트들에 걸쳐 초음파 신호들을 송신하는 한편, 하나 이상의 선택되지 않은 세그먼트들에 걸쳐 초음파 신호들을 송신하지 않을 수 있으며, 이는 전력 소비를 감소시키는 것을 도울 수도 있고 다른 이점들을 제공할 수도 있다. 예로서, 도 2a의 블록들 203 및/또는 209는 하나 이상의 선택된 세그먼트들(302a, 302b, ..., 및 302n)로부터 초음파 신호들을 송신하는 것을 수반할 수도 있다. 세그먼트들은 초음파 감지 시스템으로부터의 피드백에 기초하여 그리고/또는 다른 소스들로부터의 피드백에 기초하여 선택(즉, 초음파 신호들을 송신하는 데 활용)될 수도 있다. 제1 예로서, 세그먼트들은 도 2a의 블록 207에서 획득된 터치 위치 추정치에 기초하여 선택될 수도 있으며, 여기서 추정된 터치 위치를 포함하는 세그먼트(들) 및/또는 추정된 터치 위치를 포함하는 세그먼트(들)에 인접한 하나 이상의 세그먼트들이 선택된다. 제2 예로서, 세그먼트들은 별도의 터치 센서의 사용을 통해 획득된 터치 위치 추정치에 기초하여 선택될 수도 있다.

도 3a의 예에서, 초음파 송신기(105)는 세그먼트들의 9×2 어레이로 분할되지만, 이는 단순히 일 예일 뿐이다. 일반적으로, 초음파 송신기(105)는 임의의 원하는 치수의 어레이로 분할될 수도 있다. 도 3a의 예는 세그먼트들이 공통된 형상 및 사이즈를 갖는 것으로 예시하지만, 초음파 송신기(105)의 세그먼트들은, 일반적으로, 상이한 형상들 및/또는 사이즈들을 가질 수도 있다. 원하는 경우, 초음파 송신기(105)는 초음파 감지 시스템의 전체에 걸쳐 있는 단일 송신기 세그먼트를 포함할 수도 있다.

적어도 도 3b에 도시된 바와 같이, 초음파 감지 시스템은 초음파 송신기 세그먼트들(302a, 302b, ..., 및 302n)의 각 세그먼트와 연관된 복수의 터치 노드들(304a, ..., 및 304n)을 포함할 수 있다. 각각의 터치 노드는 복수의 초음파 센서 픽셀로 형성될 수도 있다. 세그먼트 302n만이 도 3b에 도시되어 있지만, 초음파 감지 시스템 내의 다른 세그먼트들이 또한 터치 노드들의 대응하는 어레이들을 가질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 실시예들에서 각각의 터치 노드는, 터치 감지의 감도 요건들을 리드아웃 복잡성 및 프로세싱 요건들과 같은 다른 고려사항들과 균형을 맞추는 물리적 사이즈를 갖는다. 더 작은 터치 노드들은 일반적으로, 더 큰 리드아웃 복잡성 및 프로세싱 요건들의 비싼 비용으로, 더 작은 영역 내로 터치의 위치를 추정할 수 있고, 결국 인간 인지 및 손재량(dexterity)의 한계들에 도달할 것이다. 일부 실시예들에서, 터치 노드들(304a, ..., 및 304n)을 포함하는 터치 노드들은 제1 차원을 따라 약 0.05 인치, 약 0.10 인치, 약 0.15 인치, 약 0.20 인치, 또는 약 0.25 인치일 수도 있고, 제1 차원에 수직인 제2 차원을 따라 약 0.05 인치, 약 0.10 인치, 약 0.15 인치, 약 0.20 인치, 또는 약 0.25 인치일 수도 있다. 일반적으로, 터치 노드의 물리적 크기는 터치 노드 내에 포함된 초음파 센서 픽셀들의 수, 이들 초음파 센서 픽셀들의 사이즈, 및 이들 초음파 센서 픽셀들 사이의 간격에 의해 결정될 수도 있다. 따라서, 터치 노드의 물리적 사이즈는 터치 노드 내에 포함된 초음파 픽셀들의 수를 변경하거나, 초음파 센서 픽셀들의 사이즈를 변경하거나, 이들 초음파 센서 픽셀들 사이의 간격을 변경하거나, 또는 이러한 기법들의 조합에 의해 조정될 수도 있다.

적어도 도 3c에 도시된 바와 같이, 각각의 터치 노드는 복수의 초음파 센서 픽셀들(306a, ..., 및 306n)로 형성될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 터치 노드 내의 초음파 센서 픽셀들(306a, ..., 306n)은 터치 감지 동작들 동안 함께 비닝될 수도 있으며, 이는 신호 대 잡음비를 개선하고, 리드아웃 복잡성을 감소시키고, 전력 요건들을 감소시키고, 그리고/또는 다른 그러한 이점들을 제공할 수도 있다. 도 3c는 터치 노드(304a) 및 터치 노드(304b)를 구체적으로 예시한다. 일반적으로, 임의의 원하는 수의 초음파 센서 픽셀들이 각각의 터치 노드 내에 포함될 수도 있다. 예들로서, 각각의 터치 노드는 제1 차원을 따라 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 개의 초음파 센서 픽셀들을 갖고 제1 차원에 수직인 제2 차원을 따라 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 개의 초음파 센서 픽셀들을 갖는 어레이를 포함할 수도 있다. 특정 예로서, 각각의 터치 노드는 터치 감지 동작들 동안 함께 비닝될 수도 있는 42 × 42 초음파 센서 픽셀들의 어레이를 포함할 수도 있다. 픽셀들(306a, ..., 및 306n)과 같은 초음파 센서 픽셀들은, 일반적으로, 임의의 원하는 피치(즉, 인접한 픽셀들의 중심들 사이의 간격)를 가질 수도 있다. 예들로서, 인접한 초음파 센서 픽셀들의 중심들은 약 20 마이크로미터, 약 30 마이크로미터, 약 40 마이크로미터, 약 50 마이크로미터, 약 60 마이크로미터, 약 70 마이크로미터, 약 80 마이크로미터, 약 90 마이크로미터, 약 100 마이크로미터, 약 110 마이크로미터, 또는 약 120 마이크로미터만큼 분리될 수도 있다.

이전에 논의된 바와 같이, 초음파 센서는 인터리빙된 센서 픽셀을 포함할 수도 있으며, 이는 비교적 낮은 밀도의 센서 픽셀들로도 지문 이미지들에서 비교적 높은 분해능을 달성하는 것을 도울 수도 있다. 인터리빙된 센서 픽셀들을 갖는 초음파 센서의 예들이 도 4a 및 도 4b에 도시된다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 도 1의 초음파 센서 어레이(103)의 센서 픽셀들과 같은, 본 명세서에 개시된 초음파 센서들의 센서 픽셀들은 다른 센서 픽셀들의 초음파 감응 영역들과 인터리빙되는 초음파 감응 영역들을 가질 수도 있다. 도 4a는 단일 차원의 인터리빙된 센서 픽셀들의 예를 예시하는 반면, 도 4b는 2차원 어레이의 인터리빙된 센서 픽셀들의 예를 예시한다.

도 4a는 3 개의 프롱들을 각각 갖는 3 개의 센서 픽셀들(R2, R3, 및 R4)(행들 2, 3, 및 4를 나타낼 수도 있음)을 예시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 센서 픽셀 R3의 3 개의 프롱들(403a, 403b, 및 403c)은 센서 픽셀 R2의 프롱 402c에 의해 그리고 센서 픽셀 R4의 프롱 404a에 의해 분리된다. 이러한 타입의 배열들의 경우, 초음파 센서 어레이는, 비교적 큰 픽셀 피치(예컨대, 각각의 센서 픽셀의 평균화된 중심들 사이의 거리)를 가짐에도 불구하고 타겟 오브젝트(400)의 비교적 작은 움직임들을 검출할 수 있을 수도 있다. 특히, 센서 픽셀 R2를 향한 타깃 오브젝트(400)의 비교적 작은 움직임은, 타깃 오브젝트(400)가 센서 픽셀 R2와 연관된 더 많은 영역에 걸쳐 연장되고 센서 픽셀 R4와 연관된 더 적은 영역에 걸쳐 연장되는 결과를 초래할 것이다. 초음파 센서 어레이는, 인접하고 인터리빙된 센서 픽셀들로부터의 신호들의 보간에 의해 적어도 부분적으로 센서 픽셀들 사이의 피치보다 작은 시프트들을 측정할 수 있을 수도 있다. 따라서, 비교적 작은 이동 후의 타깃 오브젝트(400)의 센서 픽셀 프롱들의 중첩의 변화들은, 도 4a의 예에서, 센서 픽셀들(R2, R3, 및 R4)에 의해 검출된 초음파 신호들의 변화들에서 검출될 수 있다.

도 4b는 2차원 어레이에서의 인터리빙된 센서 픽셀들을 예시하는 표이다. 도 4b의 표에서, 각각의 행은 R1 내지 R5로 라벨링되고, 각각의 열은 C1 내지 C5로 라벨링된다. 각각의 개별 공간은 센서 픽셀 프롱을 나타내며, 이는 또한 초음파 감응 영역으로 지칭될 수도 있다. 센서 픽셀 프롱들은 도 5의 PSM과 같은 압전 센서 재료로 형성될 수도 있다. 각각의 공간은 특정 센서 픽셀과 연관되고, 그의 연관된 센서 픽셀의 행 및 열 번호로, 도 4b의 표에서, 라벨링된다. 센서 픽셀들 R2C2의 초음파 감응 영역들은 회색 배경에 도시되어 있는 반면, 센서 픽셀들 R2C3의 초음파 감응 영역들은 흑색 배경에 백색 텍스트로 도시되어 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 2차원 어레이의 각 센서 픽셀의 초음파 감응 영역들은 일반적으로 다른 센서 픽셀들의 초음파 감응 영역들에 의해 둘러싸인다. 어레이의 근처 또는 어레이의 경계 상의 센서 픽셀들은, 다른 센서 픽셀들의 초음파 감응 영역들과 인터리빙되지 않은 일부 초음파 감응 영역들을 가질 수도 있다는 점에 유의한다. 그러나, 적어도 하나의 센서 픽셀에 의해 에지로부터 분리된 센서 픽셀들은 완전히 인터리빙된 초음파 감응 영역들을 가질 수도 있다.

도 4a는 3 개의 프롱들 또는 별개의 초음파 감응 영역들을 갖는 센서 픽셀들을 예시하고 도 4b는 9 개의 프롱들 또는 별개의 초음파 감응 영역들을 갖는 센서 픽셀들을 예시하지만, 이는 단지 하나의 가능한 배열이다. 일반적으로, 본 명세서에 개시된 센서 픽셀들은 임의의 원하는 수의 프롱들을 포함할 수도 있다. 추가적으로, 도 4a 및 도 4b는 공통된 사이즈, 형상, 배향 및 포지션을 갖는 초음파 감응 영역들을 예시하지만, 이는 단지 하나의 가능한 배열이다. 원하는 경우, 초음파 감응 영역들은 다양한 사이즈들, 형상들, 배향들, 및 포지션들로 제공될 수도 있다. 추가적으로, 초음파 감응 영역들의 크기들, 형상들, 배향들, 및/또는 포지션들은 상이한 센서 픽셀들 간에 또는 어레이의 상이한 부분들 간에 다를 수도 있다.

도 5는 초음파 지문 센서를 위한 센서 픽셀들의 4 x 4 픽셀 어레이의 양태들을 표현적으로 도시한다. 각각의 센서 픽셀(534)은 예를 들어, 압전 센서 재료(PSM)의 로컬 영역(또는 도 4a 및 도 4b와 관련하여 논의된 바와 같은 복수의 PSM 영역들), 픽셀 입력 전극(537), 피크 검출 다이오드(D1) 및 리드아웃 트랜지스터 회로부(M3)와 연관될 수도 있으며; 이들 엘리먼트들 중 다수 또는 전부는 픽셀 회로(536)를 형성하기 위해 기판 상에 또는 기판 내에 형성될 수도 있다. 실제로, 각각의 센서 픽셀(534)의 압전 센서 재료의 로컬 영역은 수신된 초음파 에너지를 전하들로 변환시킬 수도 있다. 피크 검출 다이오드(D1)는 압전 센서 재료(PSM)의 로컬 영역에 의해 검출된 최대 전하량을 등록할 수도 있다. 그 후, 픽셀 어레이(535)의 각각의 행은, 예컨대 행 선택 메커니즘, 게이트 드라이버, 또는 시프트 레지스터를 통해 스캐닝될 수도 있고, 각각의 열에 대한 리드아웃 트랜지스터 회로부(M3)는 각각의 센서 픽셀(534)에 대한 피크 전하의 크기가 추가적인 회로부, 예컨대 멀티플렉서 및 A/D 컨버터에 의해 판독될 수 있게 하도록 트리거될 수도 있다. 픽셀 회로(536)는 센서 픽셀(534)의 게이팅, 어드레싱, 및 리셋을 허용하기 위해 그리고/또는 하나 이상의 다른 근처의 센서 픽셀들(534)과 센서 픽셀(534)의 비닝을 허용하기 위해 하나 이상의 TFT들을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 논의되는 바와 같이, 픽셀 어레이(535)의 최대 분해능보다 적게 필요할 때, 픽셀 어레이(535)로부터 리드아웃될 필요가 있는 이산 신호들의 수를 감소시키기 위해 센서 픽셀들(534)의 비닝이 사용될 수도 있다. 예로서, 센서 픽셀들(534)의 그룹들은, 픽셀 어레이(535)가 터치의 비교적 정밀하지 않은(coarse) 위치를 결정하는 데에만 사용될 때, 터치 센서 동작들 동안 함께 비닝될 수도 있고, 픽셀 어레이(535)가 상당히 더 미세한 분해능으로 지문 특성들을 측정하는 데 사용될 때, 지문 이미징 동작들 동안 개별적으로 리드아웃될(즉, 함께 비닝되지 않을) 수도 있다. 픽셀들(534)은 임의의 원하는 사이즈, 및 임의의 원하는 형상의 그룹들로 비닝될 수도 있다. 단지 일 예로서, 픽셀들(534)은 터치 센서 동작들 동안 42 × 42 픽셀들의 그룹들로 비닝될 수도 있다. 추가적인 예들로서, 픽셀들(534)은 2 × 2, 4 × 4, 8 × 8, 10 × 10, 15 × 15, 20 × 20, 30 × 30, 40 × 40, 또는 50 × 50의 그룹들로 비닝될 수도 있다. 일부 양태들에서 픽셀들(534)의 그룹은, 비닝된 그룹의 공통 열에 있는 픽셀들의 각각으로부터의 전하들이 함께 합산되도록 그룹 내의 픽셀들 각각의 리드아웃 트랜지스터들을 인에이블함으로써 함께 비닝될 수도 있다. 추가적으로, 어레이는 어레이의 다수의 열들에 걸쳐 있는 픽셀들의 비닝된 그룹으로부터의 전하들을 함께 합산하는(예를 들어, 다수의 열들로부터의 전하들을 합산하는) 픽셀 리드아웃 회로부를 포함할 수도 있다.

각각의 픽셀 회로(536)는 초음파 지문 센서에 의해 검출된 오브젝트의 작은 부분에 대한 정보를 제공할 수도 있다. 예시의 편의를 위해 도 5에 도시된 예가 비교적 정밀하지 않은 분해능이지만, 인치당 500 픽셀 이상의 분해능을 갖는 초음파 센서들은 적절하게 스케일링된 구조로 구성될 수도 있다. 초음파 지문 센서의 검출 영역은 검출의 의도된 오브젝트에 의존하여 선택될 수도 있다. 예를 들어, 검출 영역은 단일 손가락에 대한 약 8 mm x 3 mm, 5 mm x 5 mm 또는 9 mm x 4 mm부터 4 개의 손가락들에 대한 약 3 인치 x 3 인치까지의 범위일 수도 있다. 일부 양태들에서, 초음파 지문 센서는 디스플레이와 연관되고 디스플레이의 대부분 또는 전체에 걸쳐 연장되는 검출 영역을 특징으로 한다. 정사각형, 직사각형 및 비-직사각형의 기하학적 구조들을 포함하는, 작고 큰 영역들이 타겟 오브젝트에 대해 적절하게 사용될 수도 있다.

도 6a는 초음파 지문 센서의 분해조립도의 예를 도시한다. 이 예에서, 초음파 지문 센서(600a)는 플래튼(40) 아래에 초음파 수신기(30) 및 초음파 송신기(20)를 포함한다. 일부 구현들에 따르면, 초음파 수신기(30)는 도 1에 도시되고 위에서 설명된 초음파 센서 어레이(103)의 예일 수도 있다. 일부 구현들에서, 초음파 송신기(20)는 도 1에 도시되고 위에서 설명된 초음파 송신기(105)의 예일 수도 있다. 초음파 송신기(20)는 실질적으로 평면인 압전 송신기 층(22)을 포함할 수도 있고 평면파 발생기로서 기능하도록 구성될 수도 있다. 인가되는 신호에 따라, 팽창 또는 수축하도록 압전 층에 전압을 인가함으로써 초음파들이 발생되어, 평면파를 발생시킬 수도 있다. 이 예에서 제어 시스템(106)은, 제1 송신기 전극(24) 및 제2 송신기 전극(26)을 통해 평면 압전 송신기 층(22)에 인가될 수도 있는 전압을 야기하기 위해 구성될 수도 있다. 이러한 방식으로, 압전 효과를 통해 층의 두께를 변화시킴으로써 초음파가 만들어질 수도 있다. 이러한 발생된 초음파는, 플래튼(40)을 통과하여, 손가락(또는 검출될 다른 오브젝트)을 향해 이동할 수도 있다. 검출될 오브젝트에 의해 흡수 또는 투과되지 못한 파동의 일부는 반사되어, 다시 플래튼(40)을 통과하여 초음파 수신기(30)에 의해 수신될 수도 있다. 제1 및 제2 송신기 전극들(24 및 26)은 금속화된 전극들, 예를 들어 압전 송신기 층(22)의 반대 측면들을 코팅하는 금속 층들일 수도 있다.

초음파 수신기(30)는, 백플레인(backplane)으로도 지칭될 수도 있는, 기판(34) 상에 배치된 센서 픽셀 회로들(32)의 어레이, 및 압전 수신기 층(36)을 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 각각의 센서 픽셀 회로(32)는 하나 이상의 TFT 기반 또는 실리콘 기반 엘리먼트들, 전기적 상호연결 트레이스들, 및 일부 구현들에서는 다이오드들, 커패시터들 등과 같은 하나 이상의 추가적인 회로 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 각각의 센서 픽셀 회로(32)는 픽셀 회로에 근접한 압전 수신기 층(36)에 의해 생성된 표면 전하를 전기 신호로 변환하도록 구성될 수도 있다. 각각의 센서 픽셀 회로(32)는 압전 수신기 층(36)을 센서 픽셀 회로(32)에 전기적으로 커플링시키는 픽셀 입력 전극(38)을 포함할 수도 있다. 도 6a에 예시되지 않았지만, 도 6a의 초음파 수신기(30)는 적어도 도 4a 및 도 4b와 관련하여 논의된 바와 같이, 인터리빙된 초음파 감응 영역들을 갖는 센서 픽셀들을 특징으로 할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

예시된 구현에서, 수신기 바이어스 전극(39)은 플래튼(40)에 근접한 압전 수신기 층(36)의 일 측면 상에 배치된다. 수신기 바이어스 전극(39)은 금속화된 전극일 수도 있고, 어느 신호들이 센서 픽셀 회로들(32)의 어레이로 전달될 수도 있는지를 제어하도록 접지되거나 바이어싱될 수도 있다. 플래튼(40)의 노출된(최상부) 표면으로부터 반사되는 초음파 에너지는 압전 수신기 층(36)에 의해 표면 전하로 변환될 수도 있다. 생성된 표면 전하는 픽셀 입력 전극들(38) 및 아래에 놓이는 센서 픽셀 회로들(32)에 커플링될 수도 있다. 전하 신호는 센서 픽셀 회로들(32)에 의해 증폭되거나 버퍼링되고 제어 시스템(106)에 제공될 수도 있다.

제어 시스템(106)은 제1 송신기 전극(24) 및 제2 송신기 전극(26)뿐만 아니라, 기판(34) 상의 센서 픽셀 회로들(32) 및 수신기 바이어스 전극과 (직접적으로 또는 간접적으로) 전기적으로 연결될 수도 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(106)은 실질적으로 전술한 바와 같이 동작할 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(106)은 센서 픽셀 회로들(32)로부터 수신된 증폭된 신호들을 프로세싱하도록 구성될 수도 있다.

제어 시스템(106)은, 지문 데이터를 포함할 수도 있는 초음파 데이터를 획득하도록 초음파 송신기(20) 및/또는 초음파 수신기(30)를 제어하기 위해 구성될 수도 있다. 일부 구현들에 따르면, 제어 시스템(106)은 본 명세서에 설명된 것과 같은 기능성을 제공하기 위해 구성될 수도 있다.

초음파 지문 센서(600a)가 별도의 초음파 송신기(20)를 포함하든 그렇지 않든, 일부 구현들에서 제어 시스템(106)은 초음파 데이터로부터 속성 정보를 획득하기 위해 구성될 수도 있다. 일부 예들에서, 제어 시스템(106)은 속성 정보에, 적어도 부분적으로, 기초하여 하나 이상의 디바이스들에 대한 액세스를 제어하도록 구성될 수도 있다. 초음파 지문 센서(600a)(또는 관련 디바이스)는 하나 이상의 메모리 디바이스들을 포함하는 메모리 시스템을 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(106)은 메모리 시스템의 적어도 일부를 포함할 수도 있다. 제어 시스템(106)은 초음파 데이터로부터 속성 정보를 획득하고 속성 정보를 메모리 시스템에 저장하기 위해 구성될 수도 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(106)은 지문 이미지를 캡처하고, 지문 이미지로부터 속성 정보를 획득하고, 지문 이미지로부터 획득된 속성 정보(지문 이미지 정보로 본 명세서에서 지칭될 수도 있음)를 메모리 시스템에 저장하기 위해 구성될 수도 있다. 일부 예들에 따르면, 제어 시스템(106)은 초음파 송신기(20)를 "오프" 상태로 유지하는 동안에도 지문 이미지를 캡처하고, 지문 이미지로부터 속성 정보를 획득하고, 지문 이미지로부터 획득된 속성 정보를 저장하기 위해 구성될 수도 있다.

플래튼(40)은, 플라스틱, 세라믹, 사파이어, 금속 및 유리를 포함하는 예들로, 수신기에 음향적으로 커플링될 수 있는 임의의 적절한 재료일 수도 있다. 일부 구현들에서, 플래튼(40)은 커버 플레이트, 예컨대 디스플레이용 커버 유리 또는 렌즈 유리일 수도 있다. 특히 초음파 송신기(20)가 사용 중일 때, 지문 검출 및 이미징은 원하는 경우 비교적 두꺼운 플래튼들, 예를 들어 3 mm 이상을 통해 수행될 수 있다. 일부 이러한 구현들에 따르면, 플래튼(40)은 하나 이상의 타입들의 파릴렌(parylene)과 같은 하나 이상의 폴리머들을 포함할 수도 있고, 실질적으로 더 얇을 수도 있다. 일부 이러한 구현들에서, 플래튼(40)은 수십 미크론 두께 또는 심지어 10 미크론 미만의 두께일 수도 있다.

압전 수신기 층(36)을 형성하는 데 사용될 수도 있는 압전 재료들의 예들은 적절한 음향 특성들, 예를 들어 약 2.5 MRayl 및 5 MRayl 사이의 음향 임피던스를 갖는 압전 폴리머들을 포함한다. 채용될 수도 있는 압전 재료들의 특정 예들은, PVDF(polyvinylidene fluoride) 및 PVDF-TrFE(polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene) 코폴리머들과 같은 강유전성 코폴리머들을 포함한다. PVDF 코폴리머들의 예들은 60:40(몰%) PVDF-TrFE, 70:30 PVDF-TrFE, 80:20 PVDF-TrFE, 및 90:10 PVDR-TrFE를 포함한다. 채용될 수도 있는 압전 재료의 다른 예들은 PVDC(polyvinylidene chloride) 호모폴리머(homopolymer)들 및 코폴리머들, PTFE(polytetrafluoroethylene) 호모폴리머들 및 코폴리머들, 및 DIPAB(diisopropylammonium bromide)를 포함한다.

압전 송신기 층(22) 및 압전 수신기 층(36)의 각각의 두께는 초음파를 생성 및 수신하기에 적합하도록 선택될 수도 있다. 일 예에서, PVDF 평면 압전 송신기 층(22)은 대략 28 μm 두께이고, PVDF-TrFE 수신기 층(36)은 대략 12 μm 두께이다. 초음파들의 예시적인 주파수들은 5 MHz 내지 30 MHz의 범위에 있을 수도 있으며 파장들은 대략 밀리미터 이하일 수도 있다.

도 6b는 초음파 지문 센서의 대안적인 예의 분해조립도를 도시한다. 이 예에서, 압전 수신기 층(36)은 이산 엘리먼트들(37)로 형성되었다. 도 6b에 도시된 구현에서, 이산 엘리먼트들(37)의 각각은 단일 픽셀 입력 전극(38) 및 단일 센서 픽셀 회로(32)에 대응한다. 그러나, 초음파 지문 센서(600b)의 대안적인 구현들에서, 이산 엘리먼트들(37)의 각각, 단일 픽셀 입력 전극(38) 및 단일 센서 픽셀 회로(32) 사이에 반드시 일대일 대응이 존재하는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 구현들에서 단일 이산 엘리먼트(37)에 대한 다수의 픽셀 입력 전극들(38) 및 센서 픽셀 회로들(32)이 존재할 수도 있다. 도 6b에 예시되지 않았지만, 도 6b의 초음파 수신기(30)는, 적어도 도 4a 및 도 4b와 관련하여 논의된 바와 같이, 인터리빙된 초음파 감응 영역들을 갖는 센서 픽셀들을 특징으로 할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예로서, 이산 엘리먼트들(47)의 각각은 센서 어레이 내의 상이한 초음파 감응 영역에 대응할 수도 있다.

도 6a 및 도 6b는 초음파 지문 센서에서의 초음파 송신기들 및 수신기들의 예시적인 배열들을 도시하며, 다른 배열들이 가능하다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 초음파 송신기(20)는 초음파 수신기(30) 위에 있을 수도 있고, 따라서 검출될 오브젝트(들)에 더 가까울 수도 있다. 일부 구현들에서, 초음파 송신기는 초음파 센서 어레이(예컨대, 단일층 송신기 및 수신기)에 포함될 수도 있다. 일부 구현들에서, 초음파 지문 센서는 음향 지연 층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 음향 지연 층은 초음파 송신기(20)와 초음파 수신기(30) 사이에서 초음파 지문 센서로 통합될 수도 있다. 음향 지연 층이 채용되어, 초음파 펄스 타이밍을 조정하고 동시에 초음파 수신기(30)를 초음파 송신기(20)로부터 전기적으로 절연시킬 수도 있다. 음향 지연 층은 실질적으로 균일한 두께를 가질 수도 있으며, 지연 층을 위해 사용된 재료 및/또는 지연 층의 두께는 반사된 초음파 에너지가 초음파 수신기(30)에 도달하는 시간의 원하는 지연을 제공하도록 선택된다. 그렇게 함에 있어서, 오브젝트에 의해 반사됨에 의해 오브젝트에 대한 정보를 반송하는 에너지 펄스가 초음파 수신기(30)에 도달하는 데 걸릴 수도 있는 시간의 범위는 초음파 지문 센서의 다른 부분으로부터 반사된 에너지가 초음파 수신기(30)에 도달할 가능성이 적은 시간 범위 동안이다. 일부 구현들에서, 기판(34) 및/또는 플래튼(40)은 음향 지연 층으로서 역할을 할 수도 있다.

도 6c는 초음파 지문 센서의 예의 분해조립도를 도시한다. 이 예에서, 초음파 지문 센서(600c)는 플래튼(40) 아래에 초음파 트랜시버 어레이(50)를 포함한다. 일부 구현들에 따르면, 초음파 트랜시버 어레이(50)는 도 1b에 도시되고 위에서 설명된 초음파 센서 어레이(103) 및 초음파 송신기(105) 양자 모두로서 기능할 수도 있다. 초음파 트랜시버 어레이(50)는, 평면파 발생기로서 기능하기 위해 구성된 실질적으로 평면인 압전 트랜시버 층(56)을 포함할 수도 있다. 초음파들은 트랜시버 층(56)에 걸쳐 전압을 인가함으로써 생성될 수도 있다. 제어 시스템(106)은, 압전 트랜시버 층(56)에 하나 이상의 아래에 놓이는 픽셀 입력 전극들(38) 또는 하나 이상의 위에 놓이는 트랜시버 바이어스 전극들(59)을 통해 인가될 수도 있는 트랜시버 여기 전압을 생성하기 위해 구성될 수도 있다. 발생된 초음파는, 플래튼(40)을 통과하여, 손가락 또는 검출될 다른 오브젝트를 향해 이동할 수도 있다. 오브젝트에 의해 흡수되거나 투과되지 못한 파동의 일부는 반사되어, 다시 플래튼(40)을 통과하고 초음파 수신기 어레이(50)에 의해 수신될 수도 있다. 도 6c에 예시되지는 않았지만 초음파 트랜시버 어레이(50)는, 적어도 도 4a 및 도 4b와 관련하여 논의된 바와 같이, 인터리빙된 초음파 감응 영역들을 갖는 픽셀들을 특징으로 할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

초음파 트랜시버 어레이(50)는 기판(34) 상에 배치된 센서 픽셀 회로들(32)의 어레이를 포함할 수도 있다. 일부 구현들에서, 각각의 센서 픽셀 회로(32)는 하나 이상의 TFT 기반 또는 실리콘 기반 엘리먼트들, 전기적 상호연결 트레이스들, 및 일부 구현들에서는 다이오드들, 커패시터들 등과 같은 하나 이상의 추가적인 회로 엘리먼트들을 포함할 수도 있다. 각각의 센서 픽셀 회로(32)는 압전 트랜시버 층(56)을 센서 픽셀 회로(32)에 전기적으로 커플링시키는 픽셀 입력 전극(38)을 포함할 수도 있다.

예시된 구현에서, 트랜시버 바이어스 전극(59)은 플래튼(40)에 근접한 압전 트랜시버 층(56)의 일 측면 상에 배치된다. 트랜시버 바이어스 전극(59)은 금속화된 전극일 수도 있고, 어느 신호들이 생성될 수도 있는지 및 어느 반사된 신호들이 센서 픽셀 회로들(32)의 어레이로 전달될 수도 있는지를 제어하도록 접지 또는 바이어싱될 수도 있다. 플래튼(40)의 노출된(최상부) 표면으로부터 반사되는 초음파 에너지는 압전 트랜시버 층(56)에 의해 표면 전하로 변환될 수도 있다. 생성된 표면 전하는 픽셀 입력 전극들(38) 및 아래에 놓이는 센서 픽셀 회로들(32)에 커플링될 수도 있다. 전하 신호는 센서 픽셀 회로들(32)에 의해 증폭되거나 버퍼링되고 제어 시스템(106)에 제공될 수도 있다.

제어 시스템(106)은 센서 기판(34) 상의 센서 픽셀 회로들(32) 및 트랜시버 바이어스 전극(59)에 (직접적으로 또는 간접적으로) 전기적으로 연결될 수도 있다. 일부 구현들에서, 제어 시스템(106)은 실질적으로 전술한 바와 같이 동작할 수도 있다. 예를 들어, 제어 시스템(106)은 센서 픽셀 회로들(32)로부터 수신된 증폭된 신호들을 프로세싱하도록 구성될 수도 있다.

제어 시스템(106)은 지문 데이터를 포함할 수도 있는 초음파 데이터를 획득하기 위해 초음파 트랜시버 어레이(50)를 제어하기 위해 구성될 수도 있다. 일부 구현들에 따르면, 제어 시스템(106)은 본 명세서에 설명된 바과 같은, 예를 들어 본 명세서에 설명된 것과 같은 기능성을 제공하도록 구성될 수도 있다.

초음파 트랜시버 어레이를 갖는 초음파 지문 센서의 다른 예들에서, 센서 기판(34)의 백플레인은 위에 놓이는 플래튼(40)에 직접적으로 또는 간접적으로 부착될 수도 있다. 동작 시에, 압전 트랜시버 층(56)에 의해 생성된 초음파들은, 기판 센서(34) 상의 또는 내의 센서 픽셀 회로들(32)에 의해 검출되기 전에, 센서 기판(34) 및 플래튼(40)을 통해 이동하고, 플래튼(40)의 표면으로부터 반사되고, 플래튼(40) 및 센서 기판(34)을 통해 다시 이동할 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 항목들의 리스트 "중 적어도 하나"를 지칭하는 어구는, 단일의 멤버들을 포함하는 그러한 항목들의 임의의 조합을 지칭한다. 일 예로서, "a, b, 또는 c 중 적어도 하나"는: a, b, c, a-b, a-c, b-c, 및 a-b-c를 커버하도록 의도된다.

본 명세서에 개시된 구현들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 논리 블록들, 모듈들, 회로들 및 알고리즘 프로세스들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 양자의 조합들로서 구현될 수도 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 상호교환가능성은 일반적으로 기능성의 관점에서 설명되었으며, 상기 설명된 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들 및 프로세스들에 예시되었다. 그러한 기능성이 하드웨어에서 구현되는지 또는 소프트웨어에서 구현되는지는 전체 시스템에 부과된 설계 제약들 및 특정 애플리케이션에 의존한다.

본 명세서에 개시된 양태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 논리 블록들, 모듈들 및 회로들을 구현하는데 사용되는 하드웨어 및 데이터 프로세싱 장치는 범용 단일 또는 다중 칩 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 이들의 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서, 또는 임의의 종래 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP코어와 커플링된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서 구현될 수도 있다. 일부 구현들에서, 특정 프로세스들 및 방법들은 주어진 기능에 특정되는 회로부에 의해 수행될 수도 있다.

하나 이상의 양태들에서, 설명된 기능들은 본 명세서에 개시된 구조들 및 이들의 구조적 균등물들을 포함하여, 하드웨어, 디지털 전자 회로부, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어에서, 또는 이들의 임의의 조합에서 구현될 수도 있다. 본 명세서에서 설명된 주제의 구현들은 또한, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들, 즉 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해 또는 데이터 프로세싱 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 저장 매체들 상에서 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령들의 하나 이상의 모듈들로서 구현될 수도 있다.

소프트웨어에서 구현된다면, 그 기능들은 비일시적 매체와 같은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령들 또는 코드로서 저장 또는 이를 통해 송신될 수도 있다. 본 명세서에 개시된 방법 또는 알고리즘의 프로세스들은 컴퓨터 판독가능 매체 상에 상주할 수도 있는 프로세서 실행가능 소프트웨어 모듈에서 구현될 수도 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들은 일 장소로부터 다른 장소로 컴퓨터 프로그램을 전송하도록 인에이블될 수도 있는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체들 및 컴퓨터 저장 매체들 양자 모두를 포함한다. 저장 매체들은 컴퓨터에 의해 액세스될 수도 있는 임의의 이용가능한 매체들일 수도 있다. 제한이 아닌 예로서, 비일시적 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 원하는 프로그램 코드를 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 저장하는데 사용될 수도 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수도 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수도 있다. 또한, 임의의 커넥션은 컴퓨터 판독가능 매체로 적절히 명명될 수 있다. 디스크(disk) 및 디스크(disc)는, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 컴팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광학 디스크, 디지털 다기능 디스크(DVD), 플로피 디스크, 및 블루레이 디스크를 포함하며, 여기서 디스크(disk)들은 보통 데이터를 자기적으로 재생(reproduce)하는 한편, 디스크(disc)들은 레이저들로 데이터를 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들은 또한, 컴퓨터 판독가능 매체들의 범위 내에 포함되어야 한다. 추가적으로, 방법 또는 알고리즘의 동작들은 코드들 및 명령들 중 하나 또는 임의의 조합 또는 세트로서 머신 판독가능 매체 및 컴퓨터 판독가능 매체 상에 상주할 수도 있으며, 이들은 컴퓨터 프로그램 제품에 통합될 수도 있다.

본 개시에서 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 용이하게 명백할 수도 있으며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 사상 또는 범위로부터 일탈함없이 다른 구현들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 나타낸 구현들에 제한되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시된 청구항들, 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 최광의 범위를 부여받아야 한다. "예시적인"이라는 단어는 "예, 경우, 또는 예시로서 역할을 하는 것"을 의미하도록, 사용되더라도, 본 명세서에서 배타적으로 사용된다. "예시적인" 것으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 구현은 반드시 다른 구현들에 비해 유리하거나 또는 바람직한 것으로서 해석될 필요는 없다.

별도의 구현들의 컨텍스트에서 본 명세서에서 설명되는 소정의 특징들은 또한 단일 구현에서 조합으로 구현될 수도 있다. 반면, 단일 구현의 컨텍스트에서 설명된 다양한 특징들은 또한, 다수의 구현들에서 별개로 또는 임의의 적합한 하위조합으로 구현될 수도 있다. 더욱이, 비록 특징들이 소정의 조합들로 작용하는 것으로서 위에 설명되고 심지어 그와 같이 초기에 청구될 수도 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에서 그 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합은 하위조합 또는 하위조합의 변형으로 지향될 수도 있다.

유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면들에 도시되지만, 이는 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 그러한 동작들이 수행되어야 하거나, 예시된 모든 동작들이 수행되어야 할 것을 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 한다. 소정 상황들에서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에서 설명된 구현들에서 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리가 그러한 분리를 모든 구현들에서 요구하는 것으로 이해되지 않아야 하며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수도 있음이 이해되어야 한다. 추가적으로, 다른 구현들은 다음의 청구항들의 범위 내에 있다. 일부 경우들에서, 청구항들에 인용된 액션들은 상이한 순서로 수행될 수도 있고 바람직한 결과들을 여전히 달성할 수도 있다.

특정한 설명된 구현들 중 임의의 것에서의 특징들이 서로 호환불가능한 것으로 명시적으로 식별되지 않거나 주변 컨텍스트가 그들이 상호 배타적이고 상보적 및/또는 지원적 의미로 용이하게 조합가능하지 않다는 것을 암시하지 않는 한, 본 개시의 전체는 이들 상보적 구현예들의 특정 특징들이 하나 이상의 포괄적이지만, 약간 상이한, 기술적 해결책들을 제공하도록 선택적으로 조합될 수 있음을 고려하고 구상한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 상기 설명은 단지 예로서 주어졌다는 것 그리고 본 개시의 범위 내에서 상세하게 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다.

Claims (21)

1. 장치로서,
   초음파 지문 센서 시스템을 포함하고,
   상기 초음파 지문 센서 시스템은 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이를 포함하며,
   복수의 상기 초음파 수신 픽셀들의 각각은 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 복수의 초음파 감응 서브영역들과 연관되고, 그리고
   상기 복수의 초음파 감응 서브영역들의 각각은, 상이한 초음파 수신 픽셀들의 상기 초음파 감응 서브영역들이 상기 어레이 내에서 함께 인터리빙되도록 다른 초음파 수신 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸이는, 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 상기 초음파 수신 픽셀들의 각각은 상기 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 9 개의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 9 개의 초음파 감응 서브영역들과 연관되는, 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 2차원 어레이는 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이의 부분인, 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 장치는 디스플레이를 갖는 모바일 디바이스에 통합되고, 상기 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이는 실질적으로 상기 디스플레이 전체에 걸쳐 연장되는, 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   제어 시스템을 더 포함하며, 상기 초음파 지문 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하고, 상기 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 상기 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 상기 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 상기 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 상기 수신기 신호들을 지문 특성들로 변환하도록 구성되는, 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 초음파 지문 센서 시스템은 복수의 비닝 스위치들을 더 포함하며, 상기 비닝 스위치들의 각각은 각각의 쌍의 인접한 초음파 수신 픽셀들의 상기 공통 노드들 사이에 전기적으로 커플링되고, 상기 제어 시스템은 추가로, (d) 터치 포지션 감지 동작의 일부로서 상기 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (e) 상기 공통 노드들 중 적어도 일부를 함께 비닝하도록 복수의 상기 비닝 스위치들을 폐쇄하도록 구성되고, (f) 비닝된 상기 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (g) 비닝된 상기 공통 노드들로부터의 획득된 상기 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성되는, 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   제어 시스템을 더 포함하며, 상기 초음파 지문 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하고, 상기 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 상기 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 상기 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 상기 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 상기 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성되는, 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   제어 시스템을 더 포함하며, 상기 제어 시스템은:
   표면과 접촉하는 타겟 오브젝트를 향한 제1 초음파의 송신을 위해 상기 초음파 지문 센서 시스템을 제어하는 것으로서, 상기 표면은 초음파 지문 센서 표면 또는 초음파 지문 센서가 상주하는 영역에 근접한 디바이스의 표면인, 상기 초음파 지문 센서 시스템을 제어하고;
   상기 초음파 지문 센서로부터 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 상기 제1 초음파 수신기 신호들은 상기 타겟 오브젝트로부터의 상기 제1 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하고;
   수신된 상기 제1 초음파 수신기 신호들에 기초하여 상기 표면 상의 상기 타겟 오브젝트의 터치 위치의 추정치를 획득하고;
   상기 표면과 접촉하는 상기 타겟 오브젝트를 향한 제2 초음파들의 송신을 위해 상기 초음파 지문 센서 시스템을 제어하고;
   상기 초음파 지문 센서로부터 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 상기 제2 초음파 수신기 신호들은 상기 타겟 오브젝트로부터의 상기 제2 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하고; 그리고
   수신된 상기 제2 초음파 수신기 신호들에 기초하여 상기 표면 상의 상기 타겟 오브젝트의 지문 이미지 또는 지문 특성들을 획득하기 위해
   구성되며, 상기 제2 초음파들의 송신을 위해 상기 초음파 지문 센서 시스템을 제어하는 것 및/또는 상기 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것은, 상기 표면의 부분적 프랙션에 걸쳐 상기 제2 초음파들을 송신하는 것 및/또는 상기 제2 초음파들을 수신하는 것을 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 터치 위치의 획득된 추정치에 기초하여 상기 부분적 프랙션을 선택하도록 구성되는, 장치.
9. 장치로서,
   초음파 센서 시스템을 포함하며,
   상기 초음파 센서 시스템은 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이를 포함하며,
   상기 어레이는 에지들을 갖고,
   상기 어레이는, 상기 어레이의 상기 에지들 중 하나 이상을 따라 배치되는 초음파 수신 픽셀들의 제1 프랙션 및 상기 제1 프랙션의 적어도 하나의 초음파 수신 픽셀에 의해 상기 에지들로부터 분리되는 초음파 수신 픽셀들의 제2 프랙션으로 분할되고,
   상기 제2 프랙션에서의 초음파 수신 픽셀들의 각각은 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응 서브영역들로 분할되고, 그리고
   상기 초음파 감응 서브영역들의 각각은, 상기 제2 프랙션에서의 상이한 초음파 수신 픽셀들의 상기 초음파 감응 서브영역들이 상기 어레이 내에서 함께 인터리빙되도록, 다른 초음파 수신 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸이는, 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 프랙션에서의 상기 초음파 수신 픽셀들의 각각은 상기 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 9 개의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 9 개의 초음파 감응 서브영역들과 연관되는, 장치.
11. 제 9 항에 있어서,
    제어 시스템을 더 포함하며, 상기 초음파 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하고, 상기 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 상기 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 상기 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 상기 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 상기 수신기 신호들을 지문 특성들로 변환하도록 구성되는, 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 초음파 센서 시스템은 복수의 비닝 스위치들을 더 포함하며, 상기 비닝 스위치들의 각각은 각각의 쌍의 인접한 초음파 수신 픽셀들의 상기 공통 노드들 사이에 전기적으로 커플링되고, 상기 제어 시스템은 추가로, (d) 터치 포지션 감지 동작의 일부로서 상기 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (e) 상기 공통 노드들 중 적어도 일부를 함께 비닝하도록 복수의 상기 비닝 스위치들을 폐쇄하도록 구성되고, (f) 비닝된 상기 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (g) 비닝된 상기 공통 노드들로부터 획득된 상기 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성되는, 장치.
13. 제 9 항에 있어서,
    제어 시스템을 더 포함하며, 상기 초음파 센서 시스템은 하나 이상의 초음파 송신기들을 더 포함하고, 상기 제어 시스템은, (a) 지문 감지 동작의 일부로서 상기 초음파 송신기들을 구동하도록 구성되고, (b) 상기 초음파 수신 픽셀들 중 적어도 일부의 상기 공통 노드들로부터 수신기 신호들을 획득하도록 구성되고, 그리고 (c) 획득된 상기 수신기 신호들을 적어도 한 쌍의 터치 포지션 좌표로 변환하도록 구성되는, 장치.
14. 제 9 항에 있어서,
    제어 시스템을 더 포함하며, 상기 제어 시스템은:
    표면과 접촉하는 타겟 오브젝트를 향한 제1 초음파의 송신을 위해 상기 초음파 센서 시스템을 제어하는 것으로서, 상기 표면은 초음파 센서 표면 또는 초음파 센서가 상주하는 영역에 근접한 디바이스의 표면인, 상기 초음파 센서 시스템을 제어하고;
    상기 초음파 센서로부터 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 상기 제1 초음파 수신기 신호들은 상기 타겟 오브젝트로부터의 상기 제1 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제1 초음파 수신기 신호들을 수신하고;
    수신된 상기 제1 초음파 수신기 신호들에 기초하여 상기 표면 상의 상기 타겟 오브젝트의 터치 위치의 추정치를 획득하고;
    상기 표면과 접촉하는 상기 타겟 오브젝트를 향한 제2 초음파들의 송신을 위해 상기 초음파 센서 시스템을 제어하고;
    상기 초음파 센서로부터 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것으로서, 상기 제2 초음파 수신기 신호들은 상기 타겟 오브젝트로부터의 상기 제2 초음파들의 반사들에 대응하는 신호들을 포함하는, 상기 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하고; 그리고
    수신된 상기 제2 초음파 수신기 신호들에 기초하여 상기 표면 상의 상기 타겟 오브젝트의 지문 이미지 또는 지문 특성들을 획득하기 위해
    구성되며, 상기 제2 초음파들의 송신을 위해 상기 초음파 센서 시스템을 제어하는 것 및/또는 상기 제2 초음파 수신기 신호들을 수신하는 것은, 상기 표면의 부분적 프랙션에 걸쳐 상기 제2 초음파들을 송신하는 것 및/또는 상기 제2 초음파들을 수신하는 것을 포함하며, 상기 제어 시스템은 상기 터치 위치의 획득된 추정치에 기초하여 상기 부분적 프랙션을 선택하도록 구성되는, 장치.
15. 제 9 항에 있어서,
    상기 장치는 디스플레이를 갖는 모바일 디바이스에 통합되고, 상기 초음파 수신 픽셀들의 상기 2차원 어레이는 실질적으로 상기 디스플레이 전체에 걸쳐 연장되는, 장치.
16. 장치로서,
    초음파 센서 시스템 및 제어 시스템을 포함하며,
    상기 초음파 센서 시스템은:
    초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이로서, 복수의 상기 초음파 수신 픽셀들의 각각은 각각의 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 복수의 초음파 감응 서브영역들과 연관되고, 각각의 초음파 감응 서브영역은 상이한 초음파 수신 픽셀들의 상기 초음파 감응 서브영역들이 어레이 내에서 함께 인터리빙되도록 다른 초음파 수신 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸이는, 상기 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이;
    복수의 비닝 스위치들로서, 상기 복수의 비닝 스위치들의 각각은 각각의 쌍의 인접한 초음파 수신 픽셀들의 상기 공통 노드들 사이에 전기적으로 커플링되는, 상기 복수의 비닝 스위치들; 및
    하나 이상의 초음파 송신기들
    을 포함하고; 그리고
    상기 제어 시스템은:
    (a) 터치 포지션 감지 동작의 일부로서 상기 하나 이상의 초음파 송신기를 구동시키고,
    (b) 상기 복수의 비닝 스위치들을 폐쇄하여 상기 공통 노드들 중 적어도 일부를 함께 비닝하고,
    (c) 비닝된 상기 공통 노드들 중 적어도 일부로부터 수신기 신호들을 획득하고,
    (d) 비닝된 상기 공통 노드들 중 상기 적어도 일부로부터의 획득된 상기 수신기 신호들에 기초하여 터치 포지션을 결정하고,
    (e) 지문 이미징 동작의 일부로서 상기 하나 이상의 초음파 송신기들을 구동시키고,
    (f) 상기 공통 노드들 중 적어도 일부로부터 비닝되지 않은 수신기 신호들을 획득하고, 그리고
    (g) 획득된 상기 비닝되지 않은 수신기 신호들을 지문 이미지 또는 지문 특성들로 변환하도록
    구성되는, 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 초음파 수신 픽셀들의 2차원 어레이 내의 상기 초음파 수신 픽셀들의 각각은 상기 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 9 개의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 9 개의 초음파 감응 서브영역들과 연관되는, 장치.
18. 제 16 항에 있어서,
    상기 2차원 어레이는 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이의 부분인, 장치.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 장치는 디스플레이를 갖는 모바일 디바이스에 통합되고, 상기 초음파 수신 픽셀들의 더 큰 2차원 어레이는 실질적으로 상기 디스플레이 전체에 걸쳐 연장되는, 장치.
20. 장치로서,
    지문 이미지를 캡처하기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단은 픽셀들의 어레이를 포함하고, 상기 픽셀들의 각각은 각각의 공통 노드에 전기적으로 커플링되는 복수의 초음파 감응 서브영역들로 분할되어 상기 복수의 초음파 감응 서브영역들과 연관되고, 각각의 초음파 감응 서브영역은, 상이한 픽셀들의 상기 초음파 감응 서브영역들이 상기 어레이 내에서 함께 인터리빙되도록, 다른 픽셀들과 연관된 초음파 감응 서브영역들에 의해 실질적으로 둘러싸이는, 장치.
21. 제 20 항에 있어서,
    다수의 인접한 픽셀들의 공통 노드들을 함께 비닝하기 위한 수단; 및
    비닝된 상기 공통 노드들을 사용하여 터치 포지션 좌표를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 장치.