TW201828154A - 雙模式電容及超音波指紋及觸控感測器 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於經組態以使一指紋感測器之操作在數個操作模式間切換之一控制器的系統、方法及設備。在一個態樣中，一指紋感測器可基於指紋影像資料之一或多個特性而自在一第一操作模式中操作切換至在一第二操作模式中操作，該指紋影像資料係藉由在該第一操作模式中操作之該指紋感測器產生。該第一操作模式或該第二操作模式中之一者可為一電容感測模式，且另一者可為一超音波感測模式。

Description

雙模式電容及超音波指紋及觸控感測器

本發明係關於指紋及觸控感測器，且更具體而言係關於一種在電容感測模式及超音波感測模式中操作的指紋及觸控感測器。

超音波感測器系統可使用超音波傳輸器來產生超音波並經由超音波傳輸媒體並朝向待偵測之物件發送超音波。超音波傳輸器可以操作方式耦接至超音波感測器陣列，該超音波感測器陣列經組態以偵測超音波的自物件反射之數個部分。舉例而言，在超音波指紋感測器中，超音波脈衝可藉由在短時間間隔期間啟動並停止傳輸器來產生。在超音波脈衝遭遇之每一材料介面處，可反射超音波脈衝之一部分。 舉例而言，在超音波指紋感測器之上下文中，超音波可行進通過壓板，諸如人之手指的物件可置放於該壓板上以獲得指紋影像資訊。在通過壓板之後，超音波之一些部分可遭遇與壓板接觸之皮膚，例如，指紋脊紋，而超音波之其他部分遭遇空氣，例如指紋之鄰接脊紋之間的谷線，且可以不同強度朝向超音波感測器陣列反射回。與手指相關聯之經反射信號可經處理並轉換為數位值，該等數位值表示經反射信號之信號強度。當此類經反射信號在分佈區域上收集時，此類信號之數位值可用以例如藉由將數位值轉換為影像而在分佈區域上產生信號強度之圖形顯示，藉此產生指紋之影像。因此，超音波感測器系統可用作指紋感測器或其他類型之生物測定掃描儀。 電容指紋感測器亦可用以獲得指紋影像資訊。在電容感測器系統中，電極與人之手指之間且電極與另一電極之間的電容耦合可使電容式分壓器模型化，且中間點處之電壓可被「讀出」，且被轉換為數位值，該數位值亦可經部分使用以產生指紋之影像。 與超音波指紋感測器相比，電容指紋感測器製造可更簡單，且因此成本低於超音波指紋感測器。電容指紋感測器亦可使用較低電力、運算速度更快，在更廣泛之溫度範圍上更穩定，且提供高解析度指紋影像，其使得匹配(例如，鑑認指紋影像)更容易以在較低複雜度演算法及較低記憶體要求情況下實施。然而，電容指紋感測器將壓板之選擇限於例如薄壓板或非金屬壓板。此外，電容指紋感測器亦能更易於使用假指紋來「欺騙」，且可能較不穩固(例如，手指上之汗液或乳液可打斷指紋成像)。 相比之下，超音波指紋感測器能與更多壓板(例如，較厚且金屬壓板)相容，為更穩固的(例如，可提供指紋影像而不管手指上之汗液、乳液等)，且較不易於受到欺騙(例如，為了額外安全性藉由刺入活體組織中並在活體組織內成像)。然而，超音波指紋感測器因為使用專用壓電材料而為更複雜的，且一般而言對於感測器與手指之間的層、溫度、手指與壓板表面之間的耦接可為更敏感的。

本發明之系統、方法及裝置各自具有若干新穎態樣，其中無單一態樣單獨擔負本文中所揭示之所需屬性。 在一些態樣中，一種系統包括一指紋感測器及一控制器。該控制器經組態以基於一第一指紋影像資料之一或多個特性而將該指紋感測器自在一第一操作模式中操作切換至在一第二操作模式中操作，該第一指紋影像係基於該指紋感測器在該第一操作模式中操作而產生。該第一操作模式或該第二操作模式為一電容感測模式，且另一操作模式為一超音波感測模式。 在一些實施中，該一或多個特性包括一影像品質，該影像品質對應於藉由該第一指紋影像資料表示之一指紋的一影像。 在一些實施中，該控制器經進一步組態以判定基於該指紋感測器在該第二操作模式中操作產生的一第二指紋影像資料之一或多個特性，且基於該第二指紋影像資料之該一或多個特性而鑑認藉由該第二指紋影像資料表示的一指紋。該第一指紋影像資料之該一或多個特性可包括對應於一指紋之一第一影像的一第一影像品質，且該第二指紋影像資料之該一或多個特性可包括對應於該指紋之一第二影像的一第二影像品質。該第二影像品質可高於該第一影像品質，且該控制器可經組態以基於該第二影像品質滿足或超出一臨限影像品質而鑑認對應於該第二指紋影像資料的該指紋。 在一些實施中，該控制器經進一步組態以提供一第一驅動信號至該指紋感測器之一電極從而使該指紋感測器在該第一操作模式中操作，且經組態以提供一第二驅動信號至該指紋感測器之該電極從而使該指紋感測器在該第二操作模式中操作。在此等實施中，該第一驅動信號及該第二驅動信號不同。舉例而言，該第一驅動信號及該第二驅動信號可處於不同頻率。又，該指紋感測器可包括一壓電材料層，且該第一驅動信號或該第二驅動信號中之對應於該指紋感測器是在該超音波感測模式中操作的一者可係在對應於該壓電材料層之諧振頻率的一頻率範圍內。該第一驅動信號或該第二驅動信號中之對應於該指紋感測器是在該電容感測模式中操作的另一者可在該頻率範圍外。 在一些實施中，該控制器經進一步組態以接收基於指紋感測器在第一操作模式中操作而產生的第一指紋影像資料，且接收基於指紋感測器在第二操作模式中操作而產生的第二指紋影像資料，且基於第一指紋影像資料及第二指紋影像資料而產生第三指紋影像資料。 在一些實施中，控制器經進一步組態以在指紋感測器正以電容感測模式及超音波感測模式操作時自指紋感測器讀取一或多個信號。讀取一或多個信號可係基於對應於指紋感測器之操作模式的獲取時間延遲。 在一些態樣中，一種方法包括藉由一控制器組態一指紋感測器以在一第一操作模式中操作從而產生一第一指紋影像資料。判定第一指紋影像資料之一或多個特性。指紋感測器經組態以在第二操作模式中操作從而產生第二指紋影像資料。指紋感測器經組態以基於第一指紋影像資料之一或多個特性而在第二操作模式中操作。判定第二指紋影像資料之一或多個特性。藉由第二指紋影像資料表示之指紋基於第二指紋影像資料之一或多個特性而鑑認。該第一操作模式或該第二操作模式中可為一電容感測模式，且另一模式可為一超音波感測模式。 在一些態樣中，一種非暫時性電腦可讀媒體上面儲存有軟體。該軟體包括用於控制一系統進行以下操作的指令：組態一指紋感測器以在一第一操作模式中操作從而產生一第一指紋影像資料。判定第一指紋影像資料之一或多個特性。指紋感測器經組態以在第二操作模式中操作從而產生第二指紋影像資料。指紋感測器經組態以基於第一指紋影像資料之一或多個特性而在第二操作模式中操作。判定第二指紋影像資料之一或多個特性。藉由第二指紋影像資料表示之指紋基於第二指紋影像資料之一或多個特性而鑑認。 在一些態樣中，一種具有一觸控式螢幕顯示器之系統包括一指紋感測器及一控制器。該控制器經組態以：使該指紋感測器在一觸碰辨識模式中操作，該觸碰辨識模式使第一操作模式作為一主要模式以判定手指已觸碰觸控式螢幕顯示器及使一第二操作模式作為替代性模式以判定手指已觸碰該觸控式螢幕顯示器；且使該指紋感測器在一指紋鑑認模式中操作，該指紋鑑認模式使第二操作模式作為主要模式及使第一操作模式作為替代模式以判定手指之指紋對應於一經授權指紋且一第一。 在一些實施中，該控制器經進一步組態以使指紋感測器在示意動作辨識模式中操作從而判定一或多個手指與觸控式螢幕顯示器之互動，該示意動作辨識模式使第一操作模式作為主要模式且使該第二操作模式作為替代性模式。

以下描述係針對出於描述本發明之創新態樣之目的的某些實施例。然而，一般熟習此項技術者將容易認識到，本文中之教示可以許多不同方式來應用。所描述實施可實施於用於超音波感測之任何裝置、設備或系統中。另外，預期到，所描述實施可包括於多種電子裝置中或與其相關聯，多種電子裝置諸如但不限於：行動電話、具備多媒體網際網路能力之蜂巢式電話、行動電視接收器、無線裝置、智慧型手機、智慧卡、可穿戴式裝置(諸如，手鐲、臂帶、腕帶、戒指、頭帶、貼片等)、Bluetooth®裝置、個人資料助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或攜帶型電腦、迷你筆記型電腦、筆記型電腦、智慧筆記型電腦、平板電腦、印表機、影印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統(GPS)接收器/導航器、攝影機、數位媒體播放器(諸如，MP3播放器)、攝錄影機、遊戲控制台、手錶、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(例如，電子閱讀器)、行動健康裝置、電腦監視器、汽車顯示器(包括里程錶及速度計顯示器等)、駕駛座艙控制器及/或顯示器、攝影機視圖顯示器(諸如，載具中之後視攝影機之顯示器)、電子相片、電子廣告牌或標識、投影儀、架構結構、微波爐、冰箱、立體聲系統、卡匣記錄器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、攜帶型記憶體晶片、洗衣機、乾衣機、洗衣機/乾衣機、停車計時器、封裝(諸如，在包括微機電系統(MEMS)應用之機電系統(EMS)應用以及非EMS應用中)、美學結構(諸如，一件珠寶或服裝上之影像的顯示)及多種EMS裝置。本文中之教示亦可用於諸如但不限於以下各者之應用中：電子切換裝置、射頻濾波器、感測器、加速計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、用於消費型電子件之消費型組件、消費型電子件產品之部件、操縱輪或其他汽車部件、可變電抗器、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、製造過程及電子測試設備。因此，該等教示並不意欲限於僅在圖式中描繪之實施，而實情為，具有如一般熟習此項技術者將容易顯而易見之廣泛適用性。 一些指紋感測器可藉由將壓電材料用於傳輸及接收超音波之超音波感測器系統來實施。舉例而言，橫越對應於傳輸器之壓電材料施加的電壓可引起壓電材料拉伸或收縮(例如，經變形，使得其回應於所施加電壓而發生應變)，從而引起超音波的產生，如先前所論述。經反射信號(例如，超音波之經反射部分，如先前論述)可引起對應於接收器之壓電材料的拉伸或收縮。此引起表面電荷之產生，且因此可用作電輸出信號之越過壓電材料的電壓表示原始影像資料的一部分，該原始影像資料表示指紋影像資料。 本發明中所描述之主題的一些實施可包括使指紋感測器在電容感測模式及超音波感測模式中操作。指紋感測器可經組態(例如，藉由處理單元，如本文中稍後所論述)以在一個模式中(例如，首先在電容感測模式中)操作，且指紋影像資料可基於手指之電容感測來產生。若指紋影像資料之諸如影像品質的特性不佳，則指紋感測器可經組態以在第二模式中操作(例如，自電容感測模式切換至超音波感測模式)，且指紋影像資料接著可基於手指之超音波感測來產生。若影像品質良好，則使用處於超音波感測模式之指紋感測器產生的指紋影像資料可用以鑑認對應指紋。 在一些實施中，指紋感測器可經組態以藉由不同地驅動指紋感測器之電極而在兩個操作模式(亦即，電容感測模式與超音波感測模式)之間切換。舉例而言，為了在超音波感測模式中操作指紋感測器，驅動信號可施加至指紋感測器之電極，該電極用以橫越壓電傳輸器施加電壓。為了在電容感測模式中操作指紋感測器，具有不同頻率之驅動信號可被施加至同一電極。電容感測模式中驅動信號的頻率可係在壓電材料之諧振頻率範圍外。對於超音波感測模式，驅動信號可係在壓電材料之諧振頻率範圍內，使得超音波可隨著指紋感測器之壓電材料可在超音波頻率下諧振而產生。 可實施本發明中所描述的主題之特定實施以實現下列潛在優勢中之一或多者。同一指紋感測器可經組態以在電容感測模式及超音波感測模式兩者中操作(亦即，能夠作為電容指紋感測器且作為超音波指紋感測器操作的混合式指紋或雙模式感測器)，從而提供兩個模式之益處，如先前所論述。此外，藉由基於指紋影像資料之特性而切換操作模式，可執行更可靠之鑑認。舉例而言，若指紋感測器在作為第一操作模式之「較佳」模式中操作且指紋影像資料之影像品質不佳，則指紋感測器可能切換至在作為第二操作模式之「替代性」模式中操作以擷取具有較高品質的指紋影像。 圖1展示根據一些實施的包括超音波感測系統之實例行動裝置100之圖解表示。行動裝置100可表示例如各種攜帶型計算裝置，諸如蜂巢式電話、智慧型手機、多媒體裝置、個人遊戲裝置、平板電腦及膝上型電腦外加其他類型之攜帶型計算裝置。然而，本文中所描述之各種實施在應用上並不限於攜帶型計算裝置。實際上，本文中所揭示之各種技術及原理在傳統上可應用於非攜帶型裝置及系統中，諸如用於電腦監視器、電視顯示器、資訊站(kiosk)、載具導航裝置及音訊系統外加其他應用中。另外，本文中所描述之各種實施在應用上並不限於包括顯示器之裝置。 行動裝置100通常包括外殼(或「機殼」) 102，在該外殼內，駐留各種電路、感測器及其他電組件。在所說明之實例實施中，行動裝置100亦包括觸控式螢幕顯示器(在本文中亦被稱作「觸敏式顯示器」) 104。觸控式螢幕顯示器104通常包括顯示器及觸控式螢幕，該觸控式螢幕配置於顯示器上方或以其他方式併入至顯示器中或與顯示器成一體式。顯示器104可通常表示使用多種合適顯示技術中之任一者的多種合適顯示器類型中之任一者。舉例而言，顯示器104可為基於數位微型快門(digital micro-shutter；DMS)之顯示器、發光二極體(LED)顯示器、有機LED (OLED)顯示器、液晶顯示器(LCD)、使用LED作為背光之LCD顯示器、電漿顯示器、基於干涉式調變器(IMOD)之顯示器，或適合於結合觸敏式使用者介面(UI)系統使用的另一類型之顯示器。 行動裝置100可包括用於與使用者互動或以其他方式將資訊傳達至使用者或自使用者接收資訊之各種其他裝置或組件。舉例而言，行動裝置100可包括一或多個麥克風106、一或多個揚聲器108且在一些狀況下一或多個至少部分機械式按鈕110。行動裝置100可包括實現額外特徵之各種其他組件，諸如一或多個視訊或靜態影像攝影機112、一或多個無線網路介面114 (例如，藍芽、WiFi或蜂巢式)，及一或多個非無線介面116 (例如，通用串列匯流排(USB)介面或HDMI介面)。 行動裝置100可包括能夠掃描諸如指紋、掌紋或手紋之物件簽名及對物件簽名成像的超音波感測系統118。在一些實施中，超音波感測系統118可充當觸敏式控制按鈕。在一些實施中，觸敏式控制按鈕可藉由機械或電壓敏式系統實施，其定位於超音波感測系統118之下或以其他方式與該超音波感測系統成一體式。換言之，在一些實施中，藉由超音波感測系統118佔用之區可既充當使用者輸入按鈕以控制行動裝置100以及又充當指紋感測器以實現諸如使用者鑑認特徵的安全特徵。 圖2A展示根據一些實施之實例超音波感測系統200之組件的區塊圖表示。如圖所示，超音波感測系統200可包括感測器系統202及電耦接到感測器系統202之控制系統204。感測器系統202可能能夠掃描物件並提供可用原始所量測影像資料以獲得物件簽名，例如人之手指的指紋。控制系統204可能能夠控制感測器系統202並處理接收自感測器系統之原始所量測影像資料。在一些實施中，超音波感測系統200可包括介面系統206，其能夠傳輸諸如原始或經處理所量測影像資料的資料至超音波感測系統200內或與該超音波感測系統成一體式之各種組件或自該等各種組件接收資料；或在一些實施中發送該資料至超音波感測系統外部之各種組件、裝置或其他系統，或者自該等各種組件、裝置或其他系統接收該資料。 圖2B展示包括圖2A之超音波感測系統200之實例行動裝置210之組件的區塊圖表示。舉例而言，行動裝置210可為展示於以上圖1中且參看圖1描述之行動裝置100之區塊圖表示。行動裝置210之超音波感測系統200的感測器系統202可藉由超音波感測器陣列212實施。超音波感測系統200之控制系統204可藉由電耦接至超音波感測器陣列212之控制器214實施。雖然該控制器214展示並描述為單一組件，但在一些實施中，控制器214可共同指彼此電連通之兩個或兩個以上獨特控制單元或處理單元。在一些實施中，控制器214可包括以下各者中之一或多者：通用單晶片或多晶片處理器、中央處理單元(CPU)、數位信號處理器(DSP)、應用程式處理器、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置(PLD)、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或經設計以執行本文中所描述之功能及操作的任何組合。 圖2B之超音波感測系統200可包括影像處理模組218。在一些實施中，藉由超音波感測器陣列212提供之原始所量測影像資料可經發送、傳輸、傳達或以其他方式提供至影像處理模組218。影像處理模組218可包括經組態、經調適或以其他方式可操作以處理由超音波感測器陣列212提供之影像資料的硬體、韌體及軟體之任何合適組合。在一些實施中，影像處理模組218可包括信號或影像處理電路或電路組件，包括例如放大器(諸如，測試設備放大器或緩衝器放大器)、類比或數位混合器或乘法器、交換器、類比至數位轉換器(ADC)、被動或主動類比濾波器外加其他。在一些實施中，此類電路或電路組件中之一或多者可整合於控制器214內，例如，其中該控制器214實施為系統單晶片(SoC)或封裝內系統(SIP)。在一些實施中，此類電路或電路組件中之一或多者可整合於包括在控制器214內或耦合至該控制器之DSP內。在一些實施中，影像處理模組218可至少部分經由軟體來實施。舉例而言，剛剛描述之電路或電路組件中之一或多個的一或多個功能或由電路或電路組件中之一或多個執行的一或多個操作可實情為藉由例如在控制器214之處理單元中(諸如，通用處理器或DSP中)執行之一或多個軟體模組來執行。 在一些實施中，除超音波感測系統200外，行動裝置210可包括分離處理器220、記憶體222、介面216及電源供應器224。在一些實施中，超音波感測系統200之控制器214可控制超音波感測器陣列212及影像處理模組218，且行動裝置210之處理器220可控制行動裝置210之其他組件。在一些實施中，處理器220將包括例如指令或命令的資料傳達至控制器214。在一些此類實施中，控制器214可傳達包括例如原始或經處理影像資料之資料至處理器220。亦應理解，在一些其他實施中，控制器214之功能性可完全或至少部分由處理器220實施。在一些此類實施中，超音波感測系統200之獨立控制器214可能並不被需要，此係因為控制器214之功能可藉由行動裝置210之處理器220來執行。 取決於實施，控制器214及處理器220中之一或兩者可將資料儲存於記憶體222中。舉例而言，儲存於記憶體222中之資料可包括原始所量測影像資料、經濾波或以其他方式處理的影像資料、所估計之PSF或所估計之影像資料，及最終改進之PSF或最終改進的影像資料。記憶體222可儲存處理器可執行程式碼或其他可執行電腦可讀指令，其能夠由控制器214及處理器220中之一或兩者執行以執行各種操作(或使得諸如超音波感測器陣列212、影像處理模組218或其他模組的其他組件來執行操作)，該等操作包括本文中所描述之計算、估算、估計或其他判定中的任一者(包括以下等式中任一者中呈現的彼等)。亦應理解，記憶體222可共同指一或多個記憶體裝置(或「組件」)。舉例而言，取決於實施，控制器214可存取不同於處理器220之記憶體裝置中的資料並將資料儲存於該記憶體裝置中。在一些實施中，記憶體組件中之一或多者可實施為基於NOR或NAND的快閃記憶體陣列。在一些其他實施中，記憶體組件中之一或多者可實施為不同類型之非揮發性記憶體。另外，在一些實施中，記憶體組件中之一或多者可包括非揮發性記憶體陣列，諸如一類型之RAM。 在一些實施中，控制器214或處理器220可經由介面216傳達儲存於記憶體222中之資料或直接自影像處理模組218接收的資料。舉例而言，此經傳達資料可包括影像資料或自影像資料導出或以其他方式自影像資料判定的資料。介面216可共同指一或多個各種類型之一或多個介面。在一些實施中，介面216可包括用於自諸如抽取式記憶體裝置之外部記憶體接收資料或儲存資料至該外部記憶體的記憶體介面。另外或替代地，介面216可包括啟用原始或經處理資料至外部計算裝置、系統或伺服器之傳送以及資料自外部計算裝置、系統或伺服器的接收之一或多個無線網路介面或一或多個有線網路介面。 電源供應器224可提供電力至行動裝置210中之組件中的一些或全部。電源供應器224可包括多種能量儲存裝置中的一或多者。舉例而言，電源供應器224可包括可再充電電池，諸如，鎳鎘電池或鋰離子電池。另外或替代地，電源供應器224可包括一或多個超級電容器。在一些實施中，電源供應器224可為使用自例如壁式插座(或「電源插座」)或與行動裝置210成一體式之光伏打裝置(或「太陽能電池」或「太陽能電池陣列」)存取的電力可充電的(或「可再充電的」)。另外或替代地，電源供應器224可為可無線地充電的。 如下文所使用，術語「處理單元」指以下各者中之一或多者的任何組合：超音波系統之控制器(例如，控制器214)、影像處理模組(例如，影像處理模組218)，或包括超音波系統之裝置的獨立處理器(例如，處理器220)。換言之，下文描述為藉由處理器單元執行或使用處理單元執行的操作可藉由以下各者中之一或多者執行：超音波系統之控制器、影像處理模組，或包括超音波感測系統之裝置的獨立處理器。 圖3A展示根據一些實施的實例超音波感測系統300之一部分的圖解表示之橫截面投影圖。圖3B展示根據一些實施之圖3A之實例超音波感測系統300的放大之橫截面側視圖。舉例而言，超音波感測系統300可實施參看圖1描述之超音波感測系統118或參看圖2A及圖2B所展示並描述的超音波感測系統200。超音波感測系統300可包括上覆於基板304且下伏於壓板(「蓋板」或「防護玻璃罩」) 306的超音波傳感器302。超音波傳感器302可包括超音波傳輸器308及超音波接收器310兩者。 超音波傳輸器308通常經組態以產生朝向壓板306且在所說明之實施中朝向定位於壓板之上表面上的人之手指之超音波。在一些實施中，超音波傳輸器308可更具體而言經組態以產生朝向壓板306的超音波平面波。在一些實施中，超音波傳輸器308包括諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)或者諸如PVDF-TrFE之PVDF共聚物的壓電材料之層。舉例而言，超音波傳輸器308之壓電材料可經組態以將藉由超音波感測系統之控制器提供之電信號轉換成掃描頻率下連續或脈衝化的超音波平面波序列。在一些實施中，超音波傳輸器308可另外或替代地包括電容超音波裝置。 超音波接收器310通常經組態以偵測由藉由超音波傳輸器308傳輸之超音波與界定正被掃描之手指312之指紋的脊線316及谷線318之互動引起的超音波反射314。在一些實施中，超音波傳輸器308上覆於超音波接收器310，如例如圖3A及圖3B中所說明。在一些其他實施中，超音波接收器310可上覆於超音波傳輸器308 (如在下文描述之圖4中所展示)。超音波接收器310可經組態以產生並輸出對應於偵測到之超音波反射的電輸出信號。在一些實施中，超音波接收器310可包括不同於超音波傳輸器308之壓電層的第二壓電層。舉例而言，超音波接收器310之壓電材料可為任何合適壓電材料，例如，PVDF或PVDF共聚物層。超音波接收器310之壓電層可將由超音波反射引起之振動轉換成電輸出信號。在一些實施中，超音波接收器310進一步包括薄膜電晶體(TFT)層。在一些此類實施中，TFT層可包括感測器像素電路陣列，其經組態以放大藉由超音波接收器310之壓電層產生的電輸出信號。藉由感測器像素電路陣列提供的經放大電信號可接著經提供作為原始所量測影像資料至處理單元用於處理影像資料、識別與影像資料相關聯之指紋且在一些應用中鑑認與指紋相關聯的使用者。在一些實施中，單一壓電層可充當超音波傳輸器308及超音波接收器310。在一些實施中，基板304可為上面可製造電子電路的玻璃、塑膠或矽基板。在一些實施中，超音波接收器310之感測器像素電路陣列及關聯介面電路可由形成於基板304中或上的CMOS電路組態。在一些實施中，基板304可定位於壓板306與超音波傳輸器308及/或超音波接收器310之間。在一些實施中，基板304可充當壓板306。一或多個保護性層、聲波匹配層、抗污層、黏著層、修飾層、導電層或其他塗層(圖中未示)可包括於基板304及壓板306之一或多個側上。 壓板306可由可聲學耦接至超音波傳輸器308之任何合適材料形成。舉例而言，壓板306可由玻璃、塑膠、陶瓷、藍寶石、金屬或金屬合金中之一或多者形成。在一些實施中，壓板306可為蓋板，諸如下伏顯示器的防護玻璃罩或透鏡玻璃。在一些實施中，壓板306可包括一或多種聚合物，諸如一或多種類型之聚對二甲苯，且可大體上更薄。在一些實施中，壓板306厚度可在約10微米(µm)至約1000 µm之範圍內或大於約1000 µm。 在一些實施中，超音波感測系統300可進一步包括聚焦層(圖中未示)。舉例而言，聚焦層可定位於超音波傳輸器308上方。聚焦層可通常包括能夠變更藉由超音波傳輸器308傳輸之超音波之路徑的一或多個聲學透鏡。在一些實施中，透鏡可實施為圓筒形透鏡、球面透鏡或分區透鏡。在一些實施中，透鏡中之一些或全部可為凹透鏡，而在一些其他實施中，透鏡中之一些或全部可為凸透鏡，或包括凹透鏡與凸透鏡之組合。 在包括此聚焦層之一些實施中，超音波感測裝置300可另外包括聲波匹配層以確保聚焦透鏡與定位於壓板306上之諸如手指之物件之間的恰當聲學耦接。舉例而言，聲學匹配層可包括摻雜有粒子之環氧樹脂，該等粒子改變聲學匹配層之密度。若聲學匹配層之密度改變，則聲學阻抗亦將在聲學速率保持恆定情況下根據密度改變而改變。在替代性實施中，聲學匹配層可包括摻雜有金屬或陶瓷粉末的聚矽氧橡膠。在一些實施中，可實施用於處理輸出信號之取樣策略，該等取樣策略利用經由聚焦層之透鏡接收到之超音波反射。舉例而言，自透鏡之焦點傳回之超音波將行進至透鏡中，且可朝向接收器陣列中之多個接收器元件傳播，從而滿足超音波互反性原理。取決於自分散場傳回之信號強度，數個主動接收器元件之調整有可能。一般而言，經啟動以接收傳回之超音波的接收器元件愈多，則信雜比(SNR)愈高。在一些實施中，一或多個聲學匹配層可在有或無聚焦層情況下定位於壓板306之一側或兩側上。 圖4展示根據一些實施之圖3A及圖3B之實例超音波感測系統300之實例組件的分解投影視圖。超音波傳輸器308可包括能夠充當平面波產生器的大體上平面的壓電傳輸器層422。取決於所施加之電壓信號，超音波可藉由越過壓電傳輸器層422施加電壓以擴展或收縮層來產生，藉此產生平面波。在此實例中，處理單元(圖中未示)能夠使得傳輸器激勵電壓經由第一傳輸器電極424及第二傳輸器電極426越過壓電傳輸器層422而施加。第一傳輸器電極424及第二傳輸器電極426可為金屬化電極，例如，塗佈壓電傳輸器層422之相對側的金屬層。由於壓電效應，所施加之傳輸器激勵電壓引起壓電傳輸器層422之厚度的改變，且以此方式產生處於傳輸器激勵電壓之頻率的超音波。 超音波可朝向諸如手指之目標物件行進，從而穿過壓板306。超音波之未由目標物件吸收或由目標物件傳輸之一部分可經由壓板306反射回且由超音波接收器310接收，該超音波接收器在說明於圖4中之實施中上覆於超音波傳輸器308。超音波接收器310可包括安置於基板434及壓電接收器層436上之感測器像素電路432的陣列。在一些實施中，每一感測器像素電路432可包括一或多個TFT或CMOS電晶體元件、電互連件跡線，且在一些實施中包括諸如二極體、電容器及類似者的一或多個額外電路元件。每一感測器像素電路432可經組態以將接近於像素電路之壓電接收器層436中產生的電荷轉換成電信號。每一感測器像素電路432可包括像素輸入電極438，其將壓電接收器層436電耦接至感測器像素電路432。 在所說明之實施中，接收器偏壓電極440安置於壓電接收器層436的最接近壓板306之一側上。接收器偏壓電極440可為金屬化電極且可接地或加偏壓以控制可將哪些信號傳遞至感測器像素電路432之陣列。自壓板306之曝露(上部/頂部)表面442反射的超聲波能量可由壓電接收器層436轉換成局域化的電荷。此等局域化電荷可由像素輸入電極438收集且傳遞至底層感測器像素電路432上。電荷可藉由感測器像素電路432放大或緩衝且提供至處理單元。處理單元可與第一傳輸器電極424及第二傳輸器電極426電連接(直接或間接地)，以及與基板434上之接收器偏壓電極440及感測器像素電路板432電連接。在一些實施中，處理單元可大體上如上文所描述操作。舉例而言，處理單元可能能夠處理接收自感測器像素電路432之信號。 可用以形成壓電傳輸器層422或壓電接收器層436之合適壓電材料的一些實例包括具有例如約2.5兆瑞利與5兆瑞利之間的聲學阻抗之適當聲學性質的壓電聚合物。可採用之壓電材料之特定實例包括鐵電聚合物，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)及聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物之實例包括60:40 (莫耳百分比)之PVDF-TrFE、70:30之PVDF-TrFE、80:20之PVDF-TrFE及90:10之PVDR-TrFE。可利用之壓電材料的其他實例包括聚二氯亞乙烯(PVDC)均聚物及共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物及共聚物以及溴化二異丙胺(DIPAB)。 壓電傳輸器層422及壓電接收器層436中的每一者之厚度經選擇以便適合於分別產生及接收超音波。在一個實例中，PVDF壓電傳輸器層422大致為28 µm厚，且PVDF-TrFE接收器層436大致為12 µm厚。超音波之實例頻率可係在約1兆赫茲(MHz)至約100 MHz之範圍內，其中波長為約1厘米或1厘米以下。 圖5展示根據一些實施的能夠在電容感測模式及超音波感測模式中操作的指紋感測器之實例。在圖5中，手指312之指紋可首先藉由在電容感測模式中操作之超音波感測系統118成像以產生表示手指312之指紋之影像的指紋影像資料525a。亦即，指紋影像資料525a可為手指312之指紋之電容感測的結果。指紋影像資料525a之影像品質可基於環境條件而不同。舉例而言，若手指312具有沈積於手指上之諸如汗液或乳液的殘餘物，則手指影像資料525a之影像品質可為低的。若指紋影像資料525a之影像品質530a低於臨限影像品質等級(例如，如由描繪於圖5中之「品質量度」的三角形及點線所指示)，則指紋影像資料525a可能並不具有足夠高之品質而不能用於藉由比較指紋影像資料525a與藉由行動裝置100 (例如，經由網路連接)儲存或可存取的預先存在之經授權指紋而進行的指紋之鑑認。由於指紋影像資料525a之低影像品質，在圖5中，行動裝置100之超音波感測系統影像品質118可切換至超音波感測模式以產生指紋影像資料525b。在圖5中，指紋影像資料525b之影像品質530b高於臨限影像品質等級，如藉由高於三角形及點線之品質量度所指示。因此，指紋影像資料525b可用以鑑認手指312之指紋。若經鑑認，則行動裝置100可被「解鎖」，從而例如藉由接通顯示器104、「喚醒」應用程式處理器及/或允許存取安設於行動裝置100上之應用程式而引起對針對使用者之常規操作模式的存取。 更詳細地，圖6展示基於指紋影像資料之特性而切換指紋感測器之操作模式之流程圖的實例。在圖6中，行動裝置可能處於「鎖定」狀態，例如，其顯示器及/或應用程式處理器可經關斷或處於低功率(或「睡眠」)狀態。在區塊605中，可藉由行動裝置偵測觸碰。舉例而言，在圖5中，手指312可觸碰行動裝置100之顯示器104。超音波感測系統118可經組態以在一第一操作模式中操作，且觸碰可使用該第一操作模式來判定。舉例而言，若第一操作模式為電容感測模式，則觸碰可藉由判定對應於電容之手指是否已觸碰螢幕而偵測。在其他實施中，觸碰可使用超音波感測來偵測。在一些實施中，指紋影像之一小部分可在電容及/或超音波感測模式中產生以判定手指312在顯示器104上的存在。在一些實施中，線掃描使用處於電容或超音波感測模式的超音波感測系統118。 因此，在區塊610處，手指312之指紋的第一指紋影像可在超音波感測系統118之第一操作模式中產生。亦即，超音波感測系統118之指紋感測器中之一或多者可經組態以在特定操作模式中操作以產生表示手指312之指紋的資料。舉例而言，超音波感測系統118可經組態(在偵測到觸碰之後，或其已在觸碰之前經組態)以在電容感測模式中操作，使得可產生手指312之指紋的指紋影像資料525a。 在區塊615處，可判定第一指紋影像資料之特性。舉例而言，可判定指紋影像資料525a之影像品質530a，如圖5中所描繪。影像品質530a可為諸如以下各者之一或多個準則的結果：對比率(例如，構成指紋影像資料525a之指紋的識別為指紋脊線316之區域與識別為指紋谷線318之區域的平均對比度之間的差異)之判定、降級(例如，雜訊或偽影之量)、脊線接觸面積、遺失之脊線-谷線資訊、細節點偵測，或可與指紋之影像之品質判定相關的其他度量，該指紋與擷取之指紋影像與在錄入期間所儲存之模板之匹配相關。在錄入期間儲存之模板可表示例如行動裝置之所有者或使用者的經授權指紋影像，其亦可使用電容模式及超音波模式中之一者或兩者來擷取。如稍後所論述，經授權指紋用以與指紋影像資料比較以判定是否解鎖行動裝置。在一些實施中，於在錄入程序期間的模板產生期間使用的操作模式亦可予以儲存。 在一些實施中，用以產生模板之操作模式(或若使用兩個模式則數個模式)可在判定指紋感測器之主要模式時予以考慮。舉例而言，區塊610之第一操作模式(或主要模式，如本文中稍後將論述)可經選擇以係用以產生模板之同一操作模式。舉例而言，若模板使用處於電容感測模式之指紋感測器產生，且指示此模式被使用之資料經產生並與模板相關聯，則可查找此資訊且超音波感測系統118之指紋感測器可經組態以在該模式中操作。第二操作模式(或替代性模式)如下文所論述可為並未用以產生模板的操作模式。若兩個模式用以產生模板，則模式中之一者可相對於另一模式區分優先次序(例如，電容感測模式作為主要模式)。 在一些實施中，模板之影像品質亦可儲存於記憶體中，並與模板相關聯。模板之影像品質可接著用以判定針對超音波感測系統118之指紋感測器的操作模式。舉例而言，若模板之影像品質為低(例如，低於臨限影像品質等級)，則第一操作模式可經選擇以係電容感測模式。若模板之影像品質為高(例如，高於臨限影像品質等級)，則第一操作模式可經選擇以係超音波感測模式。 在區塊620處，可判定第一指紋影像之品質等級。舉例而言，在圖5中，指紋影像資料525a之影像品質530a判定為低於臨限影像品質等級。若影像品質530a高於臨限影像品質等級(亦即，指紋影像資料525a之影像品質係在對應於正常品質影像至高品質影像的範圍內)，則在區塊625處，可鑑認第一指紋影像。舉例而言，圖5中之指紋影像資料525a可藉由處理單元分析以判定其是否與藉由模板表示例如先前藉由使用者提供或藉由行動裝置判定之經授權指紋匹配。若經鑑認，則可解鎖行動裝置。 若第一指紋影像之影像品質為低，則在區塊630處，第二指紋影像可藉由在第二操作模式中操作之指紋感測器獲取。舉例而言，超音波感測系統118可經組態以在超音波感測模式中操作，使得可產生手指312之指紋的指紋影像資料525b。亦即，指紋感測器可將其操作模式自較佳主要電容感測模式切換至替代性次要超音波感測模式。 在區塊633處，可判定第二指紋影像之特性。舉例而言，類似於區塊615，指紋影像資料525b之影像品質可經判定以產生影像品質530b。在一些實施中，可判定區塊615及633之相同特性。在其他實施中，可判定不同特性。舉例而言，在電容感測模式中，對比率可判定影像品質，但在超音波感測模式中，雜訊量可判定影像品質。在區塊635處，可判定第二指紋影像之影像品質等級。舉例而言，類似於區塊620，判定指紋影像資料525b之影像品質530b。若影像品質530b低於臨限影像品質等級(亦即，其為低影像品質)，則指紋感測器可在區塊610處經重新組態回至第一模式(例如，在指紋感測器處於超音波感測模式情況下重新組態回至電容感測，或在指紋感測器處於電容感測模式情況下重新組態回至超音波感測)。然而，若影像品質530高於指示其係在表示正常-高品質影像之品質範圍內的臨限影像品質等級，則在第二指紋影像處可鑑認。亦即，指紋影像資料525b可用於鑑認，且在經鑑認情況下解鎖行動裝置。 因此，同一指紋感測器可在主要電容感測模式中操作，且在經由電容感測產生之指紋影像並不提供可用於執行鑑認之影像品質情況下切換至替代性超音波感測模式。在其他實例中，主要模式可為超音波感測模式，且替代性模式可為電容感測模式。在一些實施中，臨限影像品質等級在兩個模式之間可不同。舉例而言，經由電容感測產生之指紋影像相較於經由超音波感測產生之指紋影像可具有較低最小影像品質以執行鑑認，或反之亦然。在一些實施中，取決於兩個模式之感測器模組組態及預期效能，主要模式可在工廠或其他製造設施處予以設定(例如，設定為電容感測)。舉例而言，指紋感測器可在感測器位於相對厚之防護玻璃罩下方時在作為主要模式之超音波感測模式中操作，而電容感測模式在感測器藉由薄塑膠壓板覆蓋時設定為主要模式。諸如信號頻率及獲取時間延遲之量度(如本文中稍後所論述)亦可基於感測器模組組態及操作模式之預期效能來設定。 在一些實施中，當指紋感測器將其操作模式自較佳主要模式切換至替代性次要模式時，此切換發生之指示可經儲存，且主要模式及替代性模式可經切換。舉例而言，若指紋感測器在第一時間將其操作模式自主要電容感測模式切換至替代性超音波感測模式，則在第二時間(在第一時間之後)，主要模式可為超音波感測模式且替代性模式可為電容感測模式。因此，模式切換可經「學習」以調整哪一感測模式為主要模式。 在一些實施中，主要模式可基於使用行動裝置之使用者來選擇。舉例而言，多個使用者可經授權以使用行動裝置，且因此多個使用者之經授權指紋可藉由行動裝置儲存為模板，且用以與指紋影像資料進行比較以判定是否解鎖行動裝置。不同使用者可具有不同主要模式。舉例而言，第一使用者之主要模式可為超音波感測模式，且替代性模式可為電容感測模式。第二使用者之主要模式可為電容感測模式，且替代性模式可為超音波感測模式。在一些實施中，主要模式及替代性模式之選擇或判定可係基於正用於鑑認的手指。舉例而言，若正在使用拇指，則主要模式可為電容感測模式，且替代性模式可為超音波感測模式。相比之下，若正在使用食指，則主要模式可為超音波感測模式，且替代性模式可為電容感測模式。 在一些實施中，行動裝置可判定環境條件，且接著基於彼等環境條件選擇主要模式及替代性模式。舉例而言，若環境溫度高於臨限溫度，則主要模式可經選擇為不同於處於或低於臨限溫度之主要模式。舉例而言，在35℃或高於35℃之溫度下，主要模式歸因於可引起電容感測之破壞的使用者之增加之出汗的似然度而可經選擇為超音波感測模式。主要模式在溫度低於35℃情況下可選擇為電容感測模式。亦可考慮其他環境條件，諸如濕度、風速、光位準、振動等。 另外，亦可考慮行動裝置之特性。舉例而言，若行動裝置之電池電量減小至臨限電池電量(例如低於電池之總容量或總電能的20%)，則主要模式可經選擇(或切換)為電容感測，此係由於電容感測相較於超音波感測使用較低電力，且因此在行動裝置需要再充電之前延長行動裝置的剩餘壽命。 指紋感測器可形成圖2B之超音波感測器陣列212，且可藉由多種結構實施。圖7展示指紋感測器之橫截面側視圖的實例。在圖7中，壓電微機械超音波傳感器(PMUT)實施指紋感測器，該指紋感測器包括壓電層745作為主動層用於超音波感測。參考電極720安置於壓電層745之一側上，且接收電極715及傳輸電極710兩者安置於壓電層745之另一側上。施加至傳輸電極710及參考電極720之電壓引起越過壓電層745施加之電壓，從而引起該壓電層的變形，例如，向下推動至機械層750上且至真空760 (例如，相對空的空間，或填充有氣體而非固態物質的空間)中且自真空760返回。此產生經由耦接層740及壓板725傳播的超音波。超音波之數個部分可被反射回。舉例而言，當超音波逼近手指312之指紋的脊線及谷線時，超音波之一些部分反射回至壓電層745。此引起壓電層之變形且因此表面電荷之產生及越過壓電材料的電壓，其可被用作表示原始影像資料之一部分的電輸出信號，該原始影像資料表示指紋影像資料。圖7之PMUT亦可包括像素電路755，該像素電路可為TFT或互補金屬氧化物半導體(CMOS)層與矽基板，該矽基板包括感測器像素電路之陣列，如先前所論述。處理單元730表示超音波感測器系統118之電路，例如，處理器220、控制器214及影像處理模組218，如先前論述。 更詳細地，若參考電極720接地(例如，在一些實施中處於0伏特(V))，則施加至傳輸電極710之驅動信號735在其係在對應於壓電層745之壓電材料之諧振頻率範圍的頻率範圍內時可允許產生超音波。亦即，若信號為具有在壓電材料之諧振頻率範圍內的頻率之交流電(AC)信號，則壓電材料可變形以產生壓力波。若該諧振頻率係在超音波頻率範圍內，則壓力波將為超音波。 相比之下，若驅動信號735之頻率在壓電層745之諧振頻率範圍(或超音波頻率範圍)外，則PMUT可在電容感測模式中操作。舉例而言，圖7之PMUT可藉由使驅動信號735為較高頻率信號(亦即，高於諧振頻率範圍)而在電容感測模式中操作。在其他實施中，驅動信號735可為較低頻率信號(亦即，低於諧振頻率範圍)。 圖9展示驅動信號之頻率與指紋感測器之操作模式之間的關係之實例。在圖9中，激勵頻率(fexcitation)表示驅動信號735之頻率。基於用於壓電層745之壓電材料之類型，該材料之諧振頻率範圍提供超音波感測區910，其表示待施加至傳輸電極710 (若參考電極720經接地)以產生超音波的驅動信號735之頻率。電容感測區905a及905b表示將引起很少超音波產生或不引起超音波產生且因此PMUT可在電容感測模式中操作的頻率之範圍。圖9中之y軸表示所產生之壓力波之振幅或引起壓力波產生的PMUT膜之移位(例如，移動)。 圖7之PMUT歸因於電容耦合可在電容感測模式中操作。圖8展示根據一些實施之指紋感測器之電容耦合的實例。在圖8中，接收電極715與手指312之間的電容耦合模型化電容分壓器的一個電容器805。接收電極715與參考電極720之間的電容耦合模型化電容分壓器的第二電容器810。由於藉由電容耦合模型化之電容器串聯地提供電容，因此電容器之間的中間點(亦即，接收電極715)處之電壓基於電容之值可表示一電壓下的電輸出信號。該電輸出信號表示經由電容感測產生之原始影像資料的一部分，此係因為電輸出信號之電壓的量值可係取決於手指312之指紋之脊線或谷線的存在(例如，脊線或谷線將具有距接收電極715不同的距離，且因此電容將不同且引起不同電壓)。在其他實施中，可使用其他電極。舉例而言，在圖8中，傳輸電極710可用以基於電容器815及820模型化電容分壓器。因此，傳輸電極710與接收電極715之間的互電容可用以產生指紋影像資料，或接收電極715至參考電極720的電容可用以產生指紋影像資料。 基於指紋感測器之操作模式，用以產生指紋影像之原始影像資料的電輸出信號之獲取時間可不同。圖10A展示針對指紋感測器在電容感測模式中操作之時序圖的實例。在圖10A中，電容激勵1005表示具有在電容感測區905a或905b內之頻率的驅動信號735之施加。電容影像獲取1010表示電輸出信號可藉由處理單元730取樣以產生指紋之原始影像資料的時間。在電容感測模式中，電容影像獲取1010因為電磁波之高速度(例如，若在真空中以光速)可在相對短之獲取時間1015之後發生。對比而言，圖10B展示針對指紋感測器在超音波感測模式中操作之時序圖的實例。在圖10B中，超音波激勵1055表示具有在超音波感測區910內之頻率之驅動信號735的施加。由於超音波需要被產生並反射回，因此圖10B中之獲取時間1065時間上長於圖10A中之獲取時間1015，此係因為超音波相較於電磁波顯著較慢地行進。因此，超音波影像獲取1060相較於電容影像獲取1010在相對較長的獲取時間之後發生。此導致處理單元730於在接收電極715處對電輸出信號進行取樣以產生原始影像資料之前在超音波感測模式中等待更長時間。 因此，同一結構(例如，圖7之PMUT)可藉由施加至同一電極之不同驅動信號(例如，對於驅動信號735而言不同頻率)連同基於操作模式之不同獲取時間而操作以在電容感測模式與超音波感測模式之間切換。 其他結構可用以在電容感測模式與超音波感測模式之間組態指紋感測器。圖11展示指紋感測器之橫截面側視圖的另一實例。在圖11中，兩端子PMUT包括壓電層745之一側上的接收電極1150及另一側上的傳輸電極1105。驅動信號735可施加至傳輸電極1105，且提供於接收電極1110處之電輸出信號可經取樣以產生原始影像資料。圖12展示指紋感測器之橫截面側視圖的另一實例。在圖12中，具有接收電極1210 (展示為具有三個部分之像素化或圖案化電極，使得每一指紋感測器包括其自身之像素化電極)及傳輸電極1205的兩端子傳感器(例如，藉由聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-三氟乙烯(PVDF-TrFE)或鈦酸鋯鉛(PZT)實施)亦可以如上文所描述之類似方式操作。圖13展示指紋感測器之橫截面側視圖的另一實例。在圖13中，接收電極1310、傳輸電極1315及參考電極1305亦可類似於上述實例而操作。 在一些實施中，若第一較佳模式之後的鑑認失敗，則指紋感測器亦可切換至第二替代性操作模式。更詳細地，圖14展示使指紋感測器在電容感測模式及超音波感測模式中操作的流程圖之實例。在圖14中，在區塊1405處，可偵測觸碰。舉例而言，如先前所論述，手指312可置放於行動裝置100之顯示器104上。在區塊1410處，可產生手指之指紋的第一指紋影像。舉例而言，對應於手指312之指紋的原始影像資料可藉由在第一較佳電容感測模式中操作的超音波感測系統118產生。在區塊1415處，可判定第一指紋影像之影像品質。在區塊1420處，可比較該影像品質與臨限品質等級。若第一指紋影像之影像品質為高，則在區塊1425處，可執行鑑認。在區塊1430處，若對應於第一指紋影像之指紋匹配於(例如，類似於)經授權指紋，則在區塊1445處，可解鎖行動裝置。然而，若鑑認失敗，則在區塊1435處，可藉由在第二模式中操作之指紋感測器來獲取第二指紋影像。舉例而言，第二替代性模式可為超音波感測模式。返回至區塊1420，若影像品質為低，則在區塊1435處亦可獲取第二指紋影像。 在區塊1435處，第二模式中之第二指紋影像可藉由組態指紋感測器以在第二模式中操作（例如，藉由施加不同驅動信號至電極）來獲取。如先前所論述，使指紋感測器在超音波感測模式中操作之驅動信號可具有在指紋感測器之壓電材料之諧振頻率範圍內的頻率。此與使指紋感測器在電容感測模式中操作形成對比，在該電容感測模式中，驅動信號可具有在壓電材料之諧振頻率範圍外的不同頻率。 在區塊1440處，可判定第二指紋影像之影像品質。在區塊1450處，可比較第二指紋影像之影像品質與臨限影像品質等級。若品質等級為高，則在區塊1455處，可執行鑑認。在區塊1460處，若鑑認成功，則在區塊1465處，可解鎖行動裝置。然而，若鑑認失敗，則在區塊1410處，另一指紋影像可藉由重新組態指紋感測器以再次在第一操作模式中操作(例如，若第二模式為超音波感測模式，則在電容感測模式中操作)而獲取。返回至區塊1450，若影線品質為低，則指紋感測器亦可經重新組態以在區塊1410處再次在第一操作模式中操作。 在一些實施中，指紋影像可在電容感測模式及超音波感測模式兩者中獲取。當執行鑑認時，可接著考慮由模式中之兩者產生的指紋影像。更詳細地，圖15展示基於電容感測模式及超音波感測模式兩者而鑑認指紋的流程圖之實例。在圖15中，在區塊1505處，可偵測觸碰。舉例而言，如先前所論述，手指可置放於行動裝置之顯示器上，且可偵測觸碰，如先前所論述。在區塊1510處，可獲取處於第一模式之第一指紋影像。舉例而言，指紋感測器可經組態以在電容感測模式中操作，如先前所論述；且第一指紋影像可基於自在該模式中操作之指紋感測器獲取之原始影像資料來產生。接著，在區塊1515處，可在第二操作模式中獲取第二指紋影像。舉例而言，指紋感測器可接著經組態以在超音波感測模式中操作，如先前所論述；且第二指紋影像可基於自在第二模式中操作之指紋感測器獲取之原始影像資料來產生。因此，可使用兩個不同模式來產生兩個指紋影像。 接著，在區塊1520處，指紋影像中之兩者可用於鑑認用途，且若鑑認成功，則在區塊1525處，可解鎖行動裝置。然而，若鑑認失敗，則在區塊1530處，行動裝置保持解鎖。 兩個指紋影像可以多種方式一起用於鑑認。圖16展示基於電容感測模式及超音波感測模式兩者而產生指紋影像資料的實例。在圖16中，經由電容感測產生之指紋影像525a及經由超音波感測產生之指紋影像525b可皆具有相對低之品質。舉例而言，如圖16中所描繪，指紋影像525a及指紋影像525b兩者可遺失某視覺細節(例如，由空白空間表示)。然而，遺失細節中之一些可相對於其他指紋影像可為獨佔的。亦即，指紋影像525a之可遺失或具有較低品質之數個部分可在指紋影像525b中呈現或具有較高品質，且反之亦然。因此，處理單元730可例如藉由自各別指紋影像525a及525b獲取較高品質指紋或呈現指紋之數個部分而自指紋影像525a及525b產生指紋影像1615。 在一些實施中，第一較佳模式及第二替代性模式可切換。舉例而言，在第一時間，第一模式可為電容感測模式，且第二模式可為超音波感測模式。在第二時間(在第一時間之後)，第一模式可為超音波感測模式，且第二模式可為電容感測模式。此可在第一模式重複地提供低於臨限影像品質等級之指紋影像而同時第二模式重複地提供高於臨限影像品質等級的指紋影像情況下執行。舉例而言，若藉由在電容感測模式中操作之指紋感測器產生的指紋影像資料連續十次低於臨限影像品質等級，但藉由在超音波感測模式中操作之指紋感測器產生的指紋影像資料連續十次高於臨限影像品質等級，則執行模式之次序可切換，使得超音波感測模式現為較佳模式，且電容感測模式為替代性模式。 在一些實施中，指紋感測器可用於利用在行動裝置之顯示器上偵測到之一或多個手指而辨識示意動作。指紋感測器可經組態以在電容感測模式與超音波感測模式之間操作。舉例而言，包括與顯示器之互動的示意動作(諸如，在一方向上撥動、在特定方位上觸按、「長」觸按(例如，將手指保持於顯示器上歷時延長之時段)等)可藉由使指紋感測器在電容感測模式或超音波感測模式中操作來辨識。 因此，同一指紋感測器可在不同功能模式中使用以偵測觸碰、鑑認指紋並辨識示意動作。此等不同功能性中之每一者可引起指紋感測器在電容感測模式或超音波感測模式中操作。亦即，指紋感測器之主要模式及替代性模式可基於指紋感測器正使用之方式而發生變化。舉例而言，為了偵測觸碰，指紋感測器可在作為主要模式之電容感測模式中操作，此係由於電容感測模式為相對低之電力，且觸碰可頻繁發生。若電容感測模式並未良好執行，則指紋感測器可切換至超音波感測模式。若指紋應經鑑認，則指紋感測器可經組態以在超音波感測模式作為主要模式且電容感測模式作為替代性模式情況下操作。當指紋感測器正用以辨識示意動作時，則指紋感測器可在作為主要模式之電容感測模式且作為替代性模式之超音波感測模式中操作。 如本文中所使用，指項目之清單「中之至少一者」的片語指彼等項目之任何組合，包括單一成員。作為一實例，「a、b或c中之至少一者」意欲涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。 結合本文中所揭示之實施所描述之各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、電路及演算法程序可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。硬體與軟體之互換性已大體按功能性加以描述，且於上文所描述之各種說明性組件、區塊、模組、電路及程序中加以說明。以硬體抑或軟體實施此功能性取決於特定應用及強加於整個系統之設計約束。 用於實施結合本文中所揭示之態樣而描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體及資料處理設備可藉由通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述之功能的任何組合來實施或執行。通用處理器可為微處理器，或任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器可經實施為計算裝置之組合，例如，一DSP與一微處理器之組合、複數個微處理器、結合DSP核心之一或多個微處理器或任何其他此組態。在一些實施中，特定程序及方法可由特定於給定功能之電路來執行。 在一或多個態樣中，所描述之功能可以硬體、數位電子電路、電腦軟體、韌體(包括在本說明書中揭示之結構及其結構等效物)或以其任何組合實施。本說明書中描述之主題的實施可實施為編碼於電腦儲存媒體上之一或多個電腦程式，亦即，電腦程式指令之一或多個模組，以供資料處理設備執行或控制資料處理設備的操作。 若以軟體實施，則該等功能可作為一或多個指令或程式碼而儲存於電腦可讀媒體(諸如，非暫時性媒體)上或經由電腦可讀媒體(諸如，非暫時性媒體)傳輸。本文中所揭示的方法或演算法之程序可以可駐留於電腦可讀媒體上之處理器可執行軟體模組實施。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體(包括可經啟用以將電腦程式自一處轉移至另一處的任何媒體)兩者。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。作為實例且非限制，非暫時性媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置或可用以以指令或資料結構之形式儲存所要程式碼且可由電腦存取的任何其他媒體。又，可將任何連接恰當地稱為電腦可讀媒體。如本文中所使用之磁碟及光碟包括緊密光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式再生資料，而光碟用雷射以光學方式再生資料。以上各者的組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇內。另外，方法或演算法之操作可作為程式碼及指令之一個或任何組合或集合駐留在機器可讀媒體及電腦可讀媒體上，該等媒體可併入至電腦程式產品中。 本發明中所描述之實施之各種修改對於具有一般熟習此項技術者而言可易於為顯而易見的，且本文中所界定之一般原理可在不脫離本發明之精神或範疇的情況下應用於其他實施。因此，本發明並不意欲限於本文中所展示之實施，而是應符合與本文中所揭示之申請專利範圍、原理及新穎特徵相一致之最廣泛範疇。詞語「例示性」在本文中獨佔地使用(若存在)，以意謂「充當實例、個例或說明」。本文中描述為「例示性」之任何實施不必理解為比其他實施較佳或有利。 在單獨實施之情況下描述於此說明書中之某些特徵亦可在單個實施中以組合形式實施。相反，在單一實施之情況下描述之各種特徵亦可單獨地在多個實施中或以任何合適子組合而實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至最初按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些狀況下可自該組合刪除，且所主張組合可針對子組合或子組合之變化。 類似地，儘管在圖式中以特定次序來描繪操作，但不應將此理解為需要以所展示之特定次序或以按次序執行此等操作，或執行所有所說明之操作以達成合乎需要之結果。在某些情形下，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將在上述實施例中之各種系統組件之分離理解為需要在所有實施例中進行此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統可大體上在單個軟體產品中整合在一起或經封裝至多個軟體產品中。另外，其他實施係在以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況下，申請專利範圍中所敍述之動作可以不同次序執行且仍達成所要結果。 將理解，除非特定描述實施中之任一者之特徵明確地識別為彼此不相容，或周圍上下文暗示其具有彼此排它性且不容易在互補及/或支援意義上組合，否則本發明之全部內容預期且設想到彼等互補實施例之特定特徵可經選擇性組合，以提供一或多個全面但稍許不同之技術解決方案。因此進一步瞭解，已僅借助於實例給出以上描述，且細節修改可在本發明之範疇內進行。

100‧‧‧行動裝置

102‧‧‧外殼/機殼

104‧‧‧觸控式螢幕顯示器/觸敏式顯示器

106‧‧‧麥克風

108‧‧‧揚聲器

110‧‧‧至少部分機械式按鈕

112‧‧‧視訊或靜態影像攝影機

114‧‧‧無線網路介面

116‧‧‧非無線介面

118‧‧‧超音波感測系統

200‧‧‧超音波感測系統

202‧‧‧感測器系統

204‧‧‧控制系統

206‧‧‧介面系統

210‧‧‧行動裝置

212‧‧‧超音波感測器陣列

214‧‧‧控制器

216‧‧‧介面

218‧‧‧影像處理模組

220‧‧‧處理器

222‧‧‧記憶體

224‧‧‧電源供應器

300‧‧‧超音波感測系統

302‧‧‧超音波傳感器

304‧‧‧基板

306‧‧‧壓板/蓋板/防護玻璃罩

308‧‧‧超音波傳輸器

310‧‧‧超音波接收器

312‧‧‧手指

314‧‧‧超音波反射

316‧‧‧脊線

318‧‧‧谷線

422‧‧‧壓電傳輸器層

424‧‧‧第一傳輸器電極

426‧‧‧第二傳輸器電極

432‧‧‧感測器像素電路

434‧‧‧基板

436‧‧‧壓電接收器層

438‧‧‧像素輸入電極

440‧‧‧接收器偏壓電極

442‧‧‧曝露上部表面/曝露頂部表面

525a‧‧‧指紋影像資料/指紋影像

525b‧‧‧指紋影像資料/指紋影像

530a‧‧‧影像品質

530b‧‧‧影像品質

605‧‧‧區塊

610‧‧‧區塊

615‧‧‧區塊

620‧‧‧區塊

625‧‧‧區塊

630‧‧‧區塊

633‧‧‧區塊

635‧‧‧區塊

640‧‧‧區塊

710‧‧‧傳輸電極

715‧‧‧接收電極

720‧‧‧參考電極

725‧‧‧壓板

730‧‧‧處理單元

735‧‧‧驅動信號

740‧‧‧耦接層

745‧‧‧壓電層

750‧‧‧機械層

755‧‧‧像素電路

760‧‧‧真空

805‧‧‧電容器

810‧‧‧第二電容器

815‧‧‧電容器

820‧‧‧電容器

905a‧‧‧電容感測區

905b‧‧‧電容感測區

910‧‧‧超音波感測區

1005‧‧‧電容激勵

1010‧‧‧電容影像獲取

1015‧‧‧獲取時間

1055‧‧‧超音波激勵

1060‧‧‧超音波影像獲取

1065‧‧‧獲取時間

1105‧‧‧傳輸電極

1110‧‧‧接收電極

1205‧‧‧傳輸電極

1210‧‧‧接收電極

1305‧‧‧參考電極

1310‧‧‧接收電極

1315‧‧‧傳輸電極

1405‧‧‧區塊

1410‧‧‧區塊

1415‧‧‧區塊

1420‧‧‧區塊

1425‧‧‧區塊

1430‧‧‧區塊

1435‧‧‧區塊

1440‧‧‧區塊

1445‧‧‧區塊

1450‧‧‧區塊

1455‧‧‧區塊

1460‧‧‧區塊

1465‧‧‧區塊

1505‧‧‧區塊

1510‧‧‧區塊

1515‧‧‧區塊

1520‧‧‧區塊

1525‧‧‧區塊

1530‧‧‧區塊

1615‧‧‧指紋影像

在隨附圖式及以下描述中闡述本說明書中所描述的標的物之一或多個實施之細節。其他特徵、態樣及優勢將自描述、圖式及申請專利範圍變得顯而易見。應注意，以下諸圖之相對尺寸可能未按比例繪製。 各種圖式中之相同參考數字及名稱指示相同元件。 圖1展示根據一些實施的包括一超音波感測系統之實例行動裝置之圖解表示的正視圖。 圖2A展示根據一些實施之實例超音波感測系統之組件的區塊圖表示。 圖2B展示包括圖2A之超音波感測系統之實例行動裝置之組件的區塊圖表示。 圖3A展示根據一些實施的實例超音波感測系統之一部分的圖解表示之橫截面投影圖。 圖3B展示根據一些實施之圖3A之實例超音波感測系統的放大之橫截面側視圖。 圖4展示根據一些實施之圖3A及圖3B之實例超音波感測系統之實例組件的分解投影圖。 圖5展示根據一些實施的能夠在電容感測模式及超音波感測模式中操作的指紋感測器之實例。 圖6展示基於指紋影像資料之特性而切換指紋感測器之操作模式的流程圖之實例。 圖7展示指紋感測器之橫截面側視圖的實例。 圖8展示根據一些實施之指紋感測器之電容耦合的實例。 圖9展示驅動信號之頻率與指紋感測器之操作模式之間的關係之實例。 圖10A展示針對指紋感測器在電容感測模式中操作之時序圖的實例。 圖10B展示針對指紋感測器在超音波感測模式中操作之時序圖的實例。 圖11展示指紋感測器之橫截面側視圖的另一實例。 圖12展示指紋感測器之橫截面側視圖的另一實例。 圖13展示指紋感測器之橫截面側視圖的另一實例。 圖14展示在電容感測模式及超音波感測模式中操作指紋感測器的流程圖之實例。 圖15展示基於電容感測模式及超音波感測模式兩者而鑑認指紋的流程圖之實例。 圖16展示基於電容感測模式及超音波感測模式兩者而產生指紋影像資料的實例。

Claims (24)

1. 一種系統，其包含： 一指紋感測器；及 一控制器，其經組態以基於一第一指紋影像資料之一或多個特性而將該指紋感測器自在一第一操作模式中操作切換至在一第二操作模式中操作，該第一指紋影像資料係基於該指紋感測器在該第一操作模式中操作而產生，該第一操作模式或該第二操作模式中之一者為一電容感測模式，且另一者為一超音波感測模式。
2. 如請求項1之系統，其中該一或多個特性包括一影像品質，該影像品質對應於藉由該第一指紋影像資料表示之一指紋的一影像。
3. 如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以判定基於該指紋感測器在該第二操作模式中操作而產生的一第二指紋影像資料之一或多個特性，且基於該第二指紋影像資料之該一或多個特性而鑑認藉由該第二指紋影像資料表示的一指紋。
4. 如請求項3之系統，其中該第一指紋影像資料之該一或多個特性包括對應於一指紋之一第一影像的一第一影像品質，且該第二指紋影像資料之該一或多個特性包括對應於該指紋之一第二影像的一第二影像品質。
5. 如請求項4之系統，其中該第二影像品質高於該第一影像品質，且該控制器經組態以基於該第二影像品質滿足或超出一臨限影像品質而鑑認對應於該第二指紋影像資料的該指紋。
6. 如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以提供一第一驅動信號至該指紋感測器之一電極從而使該指紋感測器在該第一操作模式中操作，且經組態以提供一第二驅動信號至該指紋感測器之該電極從而使該指紋感測器在該第二操作模式中操作，該第一驅動信號與該第二驅動信號不同。
7. 如請求項6之系統，其中該第一驅動信號及該第二驅動信號處於不同頻率。
8. 如請求項6之系統，其中該指紋感測器包括一壓電材料層，且該第一驅動信號或該第二驅動信號中對應於該指紋感測器在該超音波感測模式中操作的一者係在對應於該壓電材料層之一諧振頻率的一頻率範圍內，該第一驅動信號或該第二驅動信號中對應於該指紋感測器在該電容感測模式中操作的另一者係在該頻率範圍外。
9. 如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以接收基於該指紋感測器在該第一操作模式中操作而產生的該第一指紋影像資料，且接收基於該指紋感測器在該第二操作模式中操作而產生的一第二指紋影像資料，且基於該第一指紋影像資料及該第二指紋影像資料而產生一第三指紋影像資料。
10. 如請求項1之系統，其中該控制器經進一步組態以在該指紋感測器正於該電容感測模式及該超音波感測模式中操作時自該指紋感測器讀取一或多個信號，該一或多個信號之該讀取係基於對應於該指紋感測器之操作模式的一獲取時間延遲。
11. 一種方法，其包含： 藉由一控制器組態一指紋感測器以在一第一操作模式中操作從而產生一第一指紋影像資料； 判定該第一指紋影像資料之一或多個特性； 藉由該控制器組態該指紋感測器以在一第二操作模式中操作從而產生一第二指紋影像資料，該指紋感測器經組態以基於該第一指紋影像資料之該一或多個特性而在該第二操作模式中操作； 判定該第二指紋影像資料之一或多個特性；及 基於該第二指紋影像資料之該一或多個特性而鑑認藉由該第二指紋影像資料表示的一指紋。
12. 如請求項11之方法，其中該第一操作模式或該第二操作模式中之一者為一電容感測模式，且另一者為一超音波感測模式。
13. 如請求項11之方法，其中判定該第一指紋影像資料之該等特性包括判定藉由該第一指紋影像資料表示之一指紋之一第一影像的一第一影像品質。
14. 如請求項13之方法，其中藉由該第一指紋影像資料表示之該指紋之該第一影像的該第一影像品質係處於或低於一臨限影像品質，且該指紋感測器經組態以基於該第一影像品質處於或低於該臨限影像品質而在該第二操作模式中操作。
15. 如請求項14之方法，其中判定該第二指紋影像資料之特性包括判定藉由該第二指紋影像資料表示之該指紋之一第二影像的一第二影像品質，該第二影像品質高於該第一影像品質。
16. 如請求項15之方法，其中該第二影像品質滿足或超出該臨限影像品質，且該指紋之該鑑認係基於該第二影像品質滿足或超出該臨限影像品質。
17. 一種上面儲存有軟體之非暫時性媒體，該軟體包括指令，該等指令用於控制一系統以進行以下操作： 組態一指紋感測器以在一第一操作模式中操作從而產生一第一指紋影像資料； 判定該第一指紋影像資料之一或多個特性； 組態該指紋感測器以在一第二操作模式中操作從而產生一第二指紋影像資料，該指紋感測器經組態以基於該第一指紋影像資料之該一或多個特性而在該第二操作模式中操作； 判定該第二指紋影像資料之一或多個特性；及 基於該第二指紋影像資料之該一或多個特性而鑑認藉由該第二指紋影像資料表示的一指紋。
18. 如請求項17之非暫時性媒體，其中該第一操作模式及該第二操作模式中之一者為一電容感測模式，且另一者為一超音波感測模式。
19. 如請求項17之非暫時性媒體，其中判定該第一指紋影像資料之該等特性包括判定藉由該第一指紋影像資料表示之一指紋之一第一影像的一第一影像品質，且其中藉由該第一指紋影像資料表示之該指紋之該第一影像的該第一影像品質係處於或低於一臨限影像品質，且該指紋感測器經組態以基於該第一影像品質處於或低於該臨限影像品質而在該第二操作模式中操作。
20. 如請求項19之非暫時性媒體，其中判定該第二指紋影像資料之特性包括判定藉由該第二指紋影像資料表示之該指紋之一第二影像的一第二影像品質，該第二影像品質高於該第一影像品質，且其中該第二影像品質滿足或超出該臨限影像品質，且該指紋之該鑑認係基於該第二影像品質滿足或超出該臨限影像品質。
21. 一種具有一觸控式螢幕顯示器之系統，其包含： 一指紋感測器；及 一控制器，其經組態以進行以下操作：使該指紋感測器在一觸碰辨識模式中操作，該觸碰辨識模式使一第一操作模式作為一主要模式以判定一手指已觸碰該觸控式螢幕顯示器及使一第二操作模式作為一替代性模式以判定該手指已觸碰該觸控式螢幕顯示器；及使該指紋感測器在一指紋鑑認模式中操作，該指紋鑑認模式使該第二操作模式作為該主要模式及使該第一操作模式作為一替代性模式以判定該手指之一指紋對應於一經授權指紋且一第一。
22. 如請求項21之方法，其中該第一操作模式或該第二操作模式中之一者為一電容感測模式，且另一者為一超音波感測模式。
23. 如請求項21之系統，其中該控制器經進一步組態以使該指紋感測器在一示意動作辨識模式中操作從而判定一或多個手指與該觸控式螢幕顯示器的互動，該示意動作辨識模式使該第一操作模式作為該主要模式及使該第二操作模式作為該替代性模式。
24. 如請求項23之系統，其中該第一操作模式為電容感測，且該第二操作模式為超音波感測。