TW202102846A - 具有分頻層之雙頻超音波感測器系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可包括具有一第一層堆疊及一第二層堆疊之一超音波感測器系統之設備。該第一層堆疊可包括一第一超音波傳輸器,且該第二層堆疊可包括一第二超音波傳輸器。該第一層堆疊及/或該第二層堆疊可包括一超音波接收器。一分頻層可存在於該第一層堆疊與該第二層堆疊之間。
Description
本發明大體上係關於感測器裝置及相關方法,包括但不限於超音波感測器系統及使用此類系統之方法。
生物測定鑑認可為用於控制對裝置之存取之重要特徵等。多個現存產品包括一些類型之生物測定鑑認。儘管一些現存生物測定鑑認技術提供令人滿意之效能,但經改良之方法及裝置將為期望的。
本發明之系統、方法及裝置各具有若干創新態樣,其中無單一者單獨負責本文中所揭示之期望屬性。
本發明中所描述之標的物之一個創新態樣可在一種設備中實施。該設備可包括具有一第一層堆疊及一第二層堆疊之一超音波感測器系統。該第一層堆疊可包括一第一超音波傳輸器,且該第二層堆疊可包括一第二超音波傳輸器。該第一層堆疊及/或該第二層堆疊可包括一超音波接收器。在一些實施中,一分頻層存在於該第一層堆疊與該第二層堆疊之間。在一些例項中,行動裝置可為或可包括設備。舉例而言,行動裝置可包括如本文中所揭示之設備。根據一些實例,顯示器裝置可包括設備。
在一些實例中,該設備可包括一控制系統。控制系統可包括一或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位訊號處理器(DSP)、特定應用積體電路(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、離散硬體組件或其組合。
根據一些實例,該控制系統可經組態以控制該第一超音波傳輸器以傳輸一第一超音波。該第一超音波可包括一第一頻率。在一些實例中,該控制系統可經組態以自該第一超音波接收器接收對應於該第一超音波之反射之第一訊號,該第一超音波之該等反射來自定位於該設備之一外部表面上的一目標物件之一部分的一表面。
根據一些實施,該控制系統可經組態以執行至少部分地基於該等第一訊號之一鑑認程序。在一些實例中,該控制系統可經組態以基於在一時間間隔內接收到之該等第一訊號之與指紋相對應的部分來獲得指紋資料。
在一些實施中,該控制系統可經組態以控制該第二超音波傳輸器使一第二超音波傳輸通過該分頻層及該第一層堆疊。該第二超音波可包括低於該第一頻率之一第二頻率。
根據一些實例,該分頻層可具有比該第一層堆疊之一第一鄰近層及該第二層堆疊之一第二鄰近層之一聲阻抗相對更低的一聲阻抗,以及對應於該第二頻率之一半波長的一厚度。在一些實施中,該分頻層可具有比該第一層堆疊之一第一鄰近層及該第二層堆疊之一第二鄰近層之一聲阻抗相對更高的一聲阻抗,以及對應於該第二頻率之一四分之一波長的一奇數倍的一厚度。在一些此類實施中,該分頻層可具有對應於該第一頻率之一四分之一波長的一厚度。
在一些實例中,該第二層堆疊可包括一第二超音波接收器。在一些此類實例中,該控制系統可經組態以:自該第二超音波接收器接收對應於該第二超音波之反射之第二訊號,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分的一內部;且執行至少部分地基於該等第二訊號之一鑑認程序。根據一些此類實例,該等第二訊號可包括與一真皮層相對應的對應於在一時間間隔內自該目標物件之該部分接收到之該第二超音波之反射的真皮層資訊。該鑑認程序可至少部分地基於該真皮層資訊。在一些實例中,該鑑認程序可至少部分地基於該等第一訊號及該等第二訊號兩者。
在一些實施中,該等第一訊號亦可對應於來自該目標物件之該部分之該表面的該第二超音波之一諧波的反射。根據一些實例,該等第二訊號亦可對應於來自該目標物件之該部分之該內部的該第一超音波之一次諧波的反射。在一些例項中,該第一頻率可在10 MHz至20 MHz之範圍內。在一些此類實例中,該第二頻率可在1 MHz至10 MHz之範圍內。
在一些例項中,該第一層堆疊之一單壓電層或一多層壓電結構充當該第一超音波傳輸器及該第一超音波接收器。根據一些實例,該分頻層可接近該第二層堆疊之一第一側面。一些此類實例可包括接近該第二層堆疊之一第二側面之一高阻抗背襯層。該背襯層可例如具有在10至100微米範圍內之一厚度。
本發明中所描述之標的物之其他創新態樣可在一種設備中實施。該設備可包括具有一第一層堆疊及一第二層堆疊之一超音波感測器系統。該第一層堆疊可包括一第一超音波傳輸器,且該第二層堆疊可包括一第二超音波傳輸器。該第一層堆疊及/或該第二層堆疊可包括一超音波接收器。在一些實施中,一分頻層存在於該第一層堆疊與該第二層堆疊之間。
在一些實例中,該設備可包括一控制系統。控制系統可包括一或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位訊號處理器(DSP)、特定應用積體電路(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、離散硬體組件或其組合。
根據一些實例,該控制系統可經組態以用於控制該第一超音波傳輸器使一第一超音波傳輸通過該分頻層及該第二層堆疊。該第一超音波可包括一第一頻率。在一些實例中,該控制系統可經組態以用於自該第一超音波接收器接收對應於該第一超音波之反射之第一訊號,該第一超音波之該等反射來自定位於該設備之一外部表面上的一目標物件之一部分的一表面。該外部表面可在該第二層堆疊之一第一側面上且該分頻層可在該第二層堆疊之一第二及相對側面上。根據一些實例,該控制系統可經組態以用於執行至少部分地基於該等第一訊號之一鑑認程序。
在一些實施中,該控制系統可經組態以用於控制該第二超音波傳輸器傳輸一第二超音波。該第二超音波可包括低於該第一頻率之一第二頻率。在一些此類實施中,該控制系統可經組態以用於自該第一超音波接收器接收對應於該第二超音波之反射之第二訊號,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分的該表面。在一些例項中,該等第二訊號亦可對應於該第二超音波之一諧波之反射。
在一些實例中,該第二層堆疊可包括一第二超音波接收器。該控制系統可經組態以用於自該第二超音波接收器接收對應於該第二超音波之反射之第三訊號,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分的一內部。該鑑認程序可至少部分地基於該等第三訊號。
本發明中所描述之標的物之其他創新態樣可在一種控制超音波感測器系統之方法中實施。在一些實例中,該方法可涉及控制一第一層堆疊之一第一超音波傳輸器以傳輸一第一超音波。該第一超音波可包括一第一頻率。該方法可涉及控制一第二層堆疊之一第二超音波傳輸器以使一第二超音波傳輸通過該第一層堆疊且通過該第一層堆疊與該第二層堆疊之間的一分頻層。該第二超音波可包括低於該第一頻率之一第二頻率。
該方法可涉及執行至少部分地基於第一訊號及/或第二訊號之一鑑認程序。該等第一訊號可對應於該第一超音波之反射,該第一超音波之該等反射來自定位於包括該超音波感測器系統之一設備之一外部表面上的一目標物件之一部分的一表面。該等第二訊號可對應於該第二超音波之反射,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分的一內部。
該方法可涉及基於在一時間間隔內接收到之該等第一訊號之與指紋相對應的部分來獲得指紋資料。在一些實例中,該等第二訊號可包括真皮層資訊。在一些例項中,該等第一訊號亦對應於來自該目標物件之該部分之該表面的該第二超音波之一諧波的反射。在一些實例中,該等第二訊號亦可對應於來自該目標物件之該部分之該內部的該第一超音波之一次諧波的反射。
在一些例項中,該第一頻率可在10 MHz至20 MHz之範圍內。在一些實例中,該第二頻率可在1 MHz至10 MHz之範圍內。
根據
35 U.S.C.§119
之
優先權主張
本專利申請案主張2019年6月26日申請之題為「DUAL-FREQUENCY ULTRASONIC SENSOR SYSTEM WITH FREQUENCY SPLITTER」之非臨時申請案第16/453,898號的優先權,該申請案已讓與其受讓人且在此以引用之方式明確併入本文中。
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。然而,一般熟習此項技術者將容易地認識到,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包括如本文中所揭示之生物測定系統之任何裝置、設備或系統中。此外,預期所描述實施可包括於各種電子裝置中或與其相關聯,該等電子裝置諸如(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、智慧型電話、智慧卡、可穿戴式裝置(諸如,手鐲、臂帶、腕帶、戒指、束髮帶、眼罩等)、Bluetooth®裝置、個人資料助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持型或攜帶型電腦、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)、座艙控制件及/或顯示器、攝影機景觀顯示器(諸如車輛中之後視攝像頭之顯示器)、電子相片、電子廣告牌或標誌、投影儀、建築結構、微波爐、冷凍機、立體聲系統、卡式記錄器或播放器、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之顯示)及各種EMS裝置。本文中之教示亦可用於諸如(但不限於)以下之應用中:電子開關裝置、射頻濾波器、感測器、加速度計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、用於消費型電子裝置之慣性組件、消費型電子產品之零件、方向盤或其他汽車零件、可變電抗器、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、製造程序及電子測試設備。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易於顯而易見之廣泛適用性。
包括但不限於行動電話之多個現存產品經組態以用於基於指紋之鑑認。然而,甚至優質層級行動電話製造商之裝置之基於指紋之鑑認系統在產品推出後不久便被駭客成功侵入。在一些例項中,欺騙可涉及使用包括聚矽氧橡膠、聚乙酸乙烯酯(白膠)、明膠、丙三醇等之手指狀物件,且在外部表面上形成合法使用者之指紋圖案。在一些情況下,駭客可在套管或部分套管上形成合法使用者之指紋圖案,該套管或部分套管可在駭客的手指上方或上滑動。
部分係因為表皮下特徵較難以欺騙,因此至少部分地基於表皮下特徵之鑑認方法可比僅基於指紋之鑑認方法更可信賴。圖1A展示表皮下特徵之實例。如本文中所使用,術語「表皮下特徵」可指位於表皮100之下的任何組織層(包括真皮、乳頭層、網狀層、皮下組織等)及可存在於此等組織層內之任何血管、淋巴管、汗腺、毛囊、毛乳頭、脂小葉等。相應地,表皮下特徵亦可包括圖1A中未展示之特徵,諸如肌肉組織、骨材料等。
相應地,一些所揭示之實施可經組態以執行至少部分地基於表皮下特徵之鑑認方法。一些此類實施可包括能夠獲得來自表皮的影像資料(諸如指紋影像資料)以及對應於表皮下特徵之影像資料的超音波感測器系統。儘管通常將自超音波感測器系統接收呈電訊號形式之資料,但自超音波感測器系統接收到之資料在本文中可稱作「超音波影像資料」、「影像資料」等。相應地,無需額外處理,此類影像資料將不必由人類可察覺為影像。
設計適用於使指紋及表皮下特徵兩者成像之超音波感測器系統可為具有挑戰性的。舉例而言,相對較高頻率(例如,10 MHz或以上)適用於指紋成像,然而相對較低頻率(例如,小於10 MHz)適用於使表皮下特徵成像。若超音波感測器系統經組態以傳輸較高頻率及較低頻率超音波兩者,則可能產生「串擾」。
一些所揭示之裝置包括超音波感測器系統,該超音波感測器系統具有在第一層堆疊中之第一超音波傳輸器、在第二層堆疊中之第二超音波傳輸器層及在第一層堆疊與第二層堆疊之間的分頻層。在一些實例中,第一層堆疊可經組態以用於傳輸適用於指紋成像之相對較高頻率,然而第二層堆疊可經組態以用於傳輸適用於使表皮下特徵成像之相對較低頻率。取決於特定實施,此類裝置在第一層堆疊及第二層堆疊兩者中可或可不包括超音波接收器。舉例而言,一些實施僅在第一層堆疊中可包括超音波接收器。
在一些實例中,分頻層可經組態以傳送適用於使表皮下特徵成像之相對較低頻率。在一些此類實例中,分頻層可經組態以抑制適用於指紋成像之相對較高頻率。在一些此類實施中,分頻層可具有比第一層堆疊之第一鄰近層及第二層堆疊之第二鄰近層相對更低的聲阻抗。根據一些此類實例,分頻層可具有對應於適用於使表皮下特徵成像之頻率之一半波長的厚度。
可實施本發明中所描述之標的物之特定實施以實現以下潛在優勢中之一或多者。在一些實例中,分頻層可經組態以用於抑制第一層堆疊與第二層堆疊之間的串擾。根據一些實施,分頻層可經組態以用於增強適用於使表皮下特徵成像之頻率之振幅。
圖1B為展示根據一些所揭示之實施之設備之實例組件的方塊圖。如同其他所揭示之實施,圖1B中所示之元件之編號、類型及配置僅藉助於實例存在。儘管圖1B中未展示,但設備100可包括其他組件,諸如防護玻璃罩、感測器基板等。以下描述一些實例。
在此實施中,設備100包括第一層堆疊101、分頻層103及第二層堆疊105。分頻層103可存在於第一層堆疊101與第二層堆疊105之間。在此實例中,第一層堆疊101包括第一超音波傳輸器,且第二層堆疊105包括第二超音波傳輸器。取決於特定實施,設備100在第一層堆疊101及第二層堆疊105兩者中可或可不包括超音波接收器。舉例而言,一些實施僅在第一層堆疊101中可包括超音波接收器。根據一些實施,第一層堆疊101及/或第二層堆疊105之單壓電層或多層壓電結構可充當超音波傳輸器及超音波接收器兩者。
舉例而言,在一些實施中,第一層堆疊101及/或第二層堆疊105可包括壓電層,諸如PVDF聚合物層或PVDF-TrFE共聚物層。在一些實施中,獨立壓電層可充當超音波傳輸器。在一些實施中,單壓電層可充當傳輸器且充當接收器。在一些實施中,諸如氮化鋁(AlN)或鋯鈦酸鉛(PZT)之其他壓電材料可用於壓電層中。
在一些實例中,第一層堆疊101及/或第二層堆疊105可包括超音波換能器元件之陣列,諸如壓電式微機電超音波換能器(PMUT)之陣列、電容式微機電超音波換能器(CMUT)之陣列等。在一些此類實例中,壓電接收器層、PMUT之單層陣列中之PMUT元件或CMUT之單層陣列中之CMUT元件可用作超音波傳輸器以及超音波接收器。根據一些替代性實例,第一層堆疊101及/或第二層堆疊105可包括超音波平面波產生器,諸如以下描述之超音波平面波產生器。
在一些實例中,分頻層103可包括聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)。在其他實例中,分頻層103可包括壓敏黏著劑、塑膠間隔件及/或金屬帶(諸如銅帶)。在一些實施中,分頻層103可經組態以抑制適用於指紋成像之相對較高頻率超音波。根據一些此類實施,相對較高頻率超音波可由第一層堆疊101傳輸且可包括在本文中稱作「第一頻率」之頻率。第一頻率可例如在10 MHz至20 MHz之範圍內。
在一些實例中,分頻層103可經組態以傳送適用於使表皮下特徵成像之相對較低頻率超音波。根據一些此類實施,相對較低頻率超音波可由第二層堆疊105傳輸且可包括在本文中稱作「第二頻率」之頻率。第二頻率可例如在1 MHz至10 MHz之範圍內。
在一些實施中,分頻層103可具有比第一層堆疊之第一鄰近層及第二層堆疊之第二鄰近層之聲阻抗相對更低的聲阻抗。根據一些此類實例,分頻層103可具有對應於第二頻率之一半波長之厚度。在一些例項中,分頻層103可具有對應於第一頻率之四分之一波長的奇數倍的厚度。
然而,在一些實例中,分頻層103可具有比第一層堆疊之第一鄰近層及第二層堆疊之第二鄰近層之聲阻抗相對更高的聲阻抗。根據一些此類實例,分頻層103可具有對應於第二頻率之四分之一波長的奇數倍的厚度。
在一些實例中,設備100可包括介面系統107、控制系統109及/或顯示系統111。在一些實施中,第一層堆疊101可存在於顯示系統111附近,例如在顯示系統111下。在一些實施中,視情況選用之顯示系統111可為或可包括發光二極體(LED)顯示器,諸如有機發光二極體(OLED)顯示器。
控制系統109可包括一或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位訊號處理器(DSP)、特定應用積體電路(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、離散硬體組件或其組合。控制系統109亦可包括一或多個記憶體裝置(及/或經組態以用於與一或多個記憶體裝置通信),諸如一或多個隨機存取記憶體(RAM)裝置、唯讀記憶體(ROM)裝置等。相應地,設備100可具有包括一或多個記憶體裝置之記憶體系統,但記憶體系統未在圖1B中展示。控制系統109可能夠接收且處理來自第一層堆疊101及/或第二層堆疊105之資料,(例如)如以下所描述。在一些實施中,控制系統109之功能性可分配於一或多個控制器或處理器(諸如行動裝置之專用感測器控制器與應用程式處理器)之間。
設備100之一些實施可包括介面系統107。在一些實例中,介面系統可包括無線介面系統。在一些實施中,介面系統可包括使用者介面系統、一或多個網路介面、在控制系統109與記憶體系統之間的一或多個介面及/或在控制系統109與一或多個外部裝置介面(例如,端口或應用程式處理器)之間的一或多個介面。
介面系統107可經組態以在設備100之組件之間提供通信(其可包括有線或無線通信,諸如電通信、無線電通信等)。在一些此類實例中,介面系統107可經組態以在控制系統109與第一層堆疊101及/或第二層堆疊105之間提供通信。根據一些此類實例,介面系統107之一部分可例如經由導電材料將控制系統109之至少一部分耦接至第一層堆疊101及/或第二層堆疊105。
根據一些實例,介面系統107可經組態以在設備100與其他裝置及/或人類之間提供通信。在一些此類實例中,介面系統107可包括一或多個使用者介面。在一些實例中,介面系統107可包括一或多個網路介面及/或一或多個外部裝置介面(諸如一或多個通用串列匯流排(USB)介面)。在一些實施中,設備100可包括記憶體系統。在一些實例中,介面系統107在控制系統109與記憶體系統之間可包括至少一個介面。
設備100可用於各種不同情形中,本文中揭示該等情形之許多實例。舉例而言,在一些實施中,行動裝置(諸如蜂巢式電話、智慧型電話、平板電腦、膝上型電腦(例如,膝上型電腦觸控板)等)可包括設備100之至少一部分。在一些實施中,可穿戴式裝置可包括設備100之至少一部分。可穿戴式裝置可例如為手錶、手鐲、臂帶、腕帶、戒指、束髮帶或眼罩。在一些實施中,控制系統109可存在於超過一個裝置中。舉例而言,控制系統109之一部分可存在於可穿戴式裝置中,且控制系統109之另一部分可存在於另一裝置(諸如,行動裝置(例如,智慧型電話或平板電腦))及/或伺服器中。在一些此類實例中,介面系統107亦可存在於超過一個裝置中。
圖2為提供根據一些所揭示之方法之操作之實例的流程圖。圖2之區塊可例如由圖1B之設備100或由類似設備執行。如同本文中所揭示之其他方法,圖2中所概述之方法可包括比所指示之更多或更少的區塊。此外,本文中所揭示之方法的區塊未必按所指示之次序執行。
在此實例中,區塊203涉及控制超音波感測器系統之第一超音波傳輸器以傳輸第一超音波。在此實例中,第一層堆疊(諸如,圖1B之第一層堆疊101)包括第一超音波傳輸器。此處,第一超音波包括第一頻率。第一頻率可例如在適用於指紋成像之頻率之範圍內。在一些實例中,第一頻率可在10 MHz至20 MHz之範圍內。然而,在其他實例中,第一頻率可包括高於20 MHz及/或低於10 MHz之頻率。
根據此實施,區塊205涉及自第一超音波接收器接收對應於第一超音波之反射之第一訊號,該第一超音波之該等反射來自定位於包括超音波感測器系統之設備之外部表面上的目標物件之一部分的表面。若目標物件為手指,則第一訊號可對應於來自手指之表面之第一超音波的反射。(如本文中所使用,術語「手指」可指包括拇指之任何手指。相應地,拇指紋將視為一種類型之「指紋」。)在一些實例中,方法200可涉及執行至少部分地基於第一訊號之鑑認程序。
根據一些實施,方法200可涉及基於在時間間隔內接收到之第一訊號之與指紋相對應的部分來獲得指紋資料。舉例而言,可量測與傳輸第一超音波之時間有關之時間間隔。獲得指紋資料可例如涉及經由控制系統自第一訊號提取第一目標物件特徵。第一目標物件特徵可例如包含指紋特徵。根據一些實例,指紋特徵可包括指紋細節、要點及/或汗水孔。在一些實例中,指紋特徵可包括脊末端資訊、脊分叉資訊、矮脊資訊、脊流資訊、島狀物資訊、雜波資訊、差量資訊、核心資訊等。
在一些實例中,方法200可涉及執行至少部分地基於指紋特徵之鑑認程序。在一些實例中,區塊209可涉及將指紋特徵與經授權使用者之指紋特徵進行比較。可例如已在前述參與製程期間接收經授權使用者之指紋特徵。
在一些實例中,控制系統可經組態以用於至少部分地基於鑑認程序來控制對設備或另一裝置之存取。舉例而言,在一些實施中,行動裝置(諸如,蜂巢式電話)可包括設備。在一些此類實例中,控制系統可經組態以用於至少部分地基於鑑認程序來控制對行動裝置之存取。
在一些實施中,物聯網(IoT)裝置可包括設備100。舉例而言,在一些此類實施中,意欲用於家庭中之裝置(諸如遠端控制裝置(諸如,用於智慧型電視之遠端控制裝置)、爐子、烘爐、冷凍機、爐子、咖啡製造機、報警器系統、門鎖、郵件/包裹箱鎖、恆溫器等)可包括設備100。在一些此類實例中,控制系統可經組態以用於至少部分地基於第一鑑認程序來控制對IoT裝置之存取。
在替代性實施中,通常用於超出家庭範圍之汽車(包括但不限於部分或全部自主汽車)、部分或全部自主運載工具、無人機或另一裝置可包括設備100。在一些此類實例中,控制系統可經組態以用於至少部分地基於第一鑑認程序來控制對載具、無人機等之存取。
在一些實例中,包括但不限於多個IoT實施,在設備100之外部表面或包括設備100之裝置的外部表面與第一層堆疊101及/或第二層堆疊105之間可存在金屬、塑膠、陶瓷或聚合物層。在此類實施中,來自手指或其他目標之聲波在到達第一層堆疊101及/或第二層堆疊105之前可能需要穿過金屬層。超聲波及其他聲波可成功地傳輸通過金屬層,然而一些其他類型之波(例如,光波)不可。類似地,超聲波及其他聲波可成功地傳輸通過光學上不透光塑膠、陶瓷或聚合物層,然而一些其他類型之波(例如,光波)不可。如與依賴於光學或電容性指紋感測器之裝置相比,此特徵為一些所揭示之實施之另一潛在優勢。
圖3A展示與包括圖1B中所示之設備之裝置的外部表面相接觸之目標物件的實例。在此實例中,目標物件307為與顯示器堆疊311之外部表面309相接觸之手指。顯示器堆疊311可為圖1B之顯示系統111之例項。在替代性實例中,目標物件307可與對可見光可能或可能不透明之壓板的外部表面相接觸。
此處,圖3A之設備100包括高頻超音波感測器堆疊301、分頻層103及低頻超音波感測器堆疊305。根據此實施,高頻超音波感測器堆疊301為圖1B中所示之第一層堆疊101之例項,且低頻超音波感測器堆疊305為圖1B中所示之第二層堆疊105之例項。如同其他所揭示之實施,元件之類型、編號及配置以及元件之尺寸僅為實例。在一些實施中,例如,相比低頻超音波感測器堆疊305,高頻超音波感測器堆疊301可佔據不同(例如,更小)的面積。
在此實例中,設備100經組態以執行方法200之操作。圖3A中所示之箭頭313對應於包括第一頻率之第一超音波,包括第一頻率之第一超音波參考圖2之區塊203描述如上。箭頭314對應於第一超音波之反射,該第一超音波之該等反射來自定位於設備之外部表面上的目標物件之一部分的表面。
根據此實例,方法200亦涉及經由控制系統(未展示)控制低頻超音波感測器堆疊305之超音波傳輸器以使第二超音波(在圖3A中由箭頭315表示)傳輸通過分頻層103及高頻超音波感測器堆疊301。第二超音波可包括低於以上在區塊203之論述中所提及之第一頻率的第二頻率。第二頻率可在適用於使表皮下特徵成像之超音波頻率之範圍內。舉例而言,第二頻率可在1 MHz至10 MHz之範圍內。在一些實施中,第二頻率可在2 MHz至7 MHz之範圍內。
在一些實例中,低頻超音波感測器堆疊305可包括第二超音波接收器。控制系統可經組態以自第二超音波接收器接收對應於第二超音波之反射(在圖3A中由箭頭316表示)之第二訊號,該第二超音波之該等反射來自目標物件307之部分的內部。在一些此類實例中,控制系統可經組態以執行至少部分地基於第二訊號之鑑認程序。第二訊號可例如包括對應於自目標物件307之部分接收到之第二超音波之反射的真皮層資訊。可能已在時間間隔內獲得與真皮層相對應的真皮層資訊。該鑑認程序可至少部分地基於該真皮層資訊。根據一些實施,鑑認程序可至少部分地基於第一訊號及第二訊號兩者。
替代地或另外地,第二訊號可包括關於其他表皮下層(諸如乳頭層、網狀層、皮下組織等)及可存在於此類組織層內之任何血管、淋巴管、汗腺、毛囊、毛乳頭、脂小葉等之資訊。一些實例參考圖1A描述如上。然而,第二訊號可包括關於在圖1A中未展示之表皮下特徵(諸如肌肉組織、骨材料等)之資訊。
根據一些實例,第一訊號亦可對應於來自目標物件307之表面的第二超音波之諧波的反射(在圖3A中由箭頭318表示)。替代地或另外地,第二訊號亦可對應於來自目標物件307之部分之內部的第一超音波之次諧波的反射。
圖3B展示與包括圖1B中所示之設備之另一裝置的外部表面相接觸之目標物件的實例。如同其他所揭示之實施,元件之類型、編號及配置以及元件之尺寸僅為實例。在一些實施中,例如,相比低頻超音波感測器堆疊305,高頻超音波感測器堆疊301可佔據不同(例如,更小)的面積。在此實例中,目標物件307為與顯示器堆疊311之外部表面309相接觸之手指。顯示器堆疊311可為圖1B之顯示系統111之例項。在替代性實例中,目標物件307可與對可見光可能或可能不透明之壓板的外部表面相接觸。
如圖3A之設備100,圖3B之設備100亦包括高頻超音波感測器堆疊301、分頻層103及低頻超音波感測器堆疊305。然而,根據此實施,當如圖3B中所示觀察時,低頻超音波感測器堆疊305位於高頻超音波感測器堆疊301之「上方」。換言之,外部表面309在低頻超音波感測器堆疊305之第一側面上,且分頻層103在低頻超音波感測器堆疊305之第二及相對側面上。亦可稱顯示器堆疊311在低頻超音波感測器堆疊305之第一側面上,且分頻層103在低頻超音波感測器堆疊305之第二及相對側面上。
在此實例中,設備100經組態以執行方法200之額外實例。圖3A中所示之箭頭313對應於包括第一頻率之第一超音波之實例,該包括第一頻率之第一超音波之實例參考圖2之區塊203描述如上。在此實例中,第一超音波在到達目標物件之前傳播穿過分頻層103及低頻超音波感測器堆疊305。箭頭314對應於第一超音波之反射之實例,該第一超音波之該等反射來自定位於設備之外部表面309上的目標物件307之一部分的表面。
根據此實例,方法200亦涉及經由控制系統(未展示)控制低頻超音波感測器堆疊305之超音波傳輸器以傳輸第二超音波(在圖3B中由箭頭315a及315b表示)。第二超音波可包括低於以上在區塊203之論述中所提及之第一頻率的第二頻率。第二頻率可在適用於使表皮下特徵成像之超音波頻率之範圍內。舉例而言,第二頻率可在1 MHz至10 MHz之範圍內。在一些實施中,第二頻率可在2 MHz至7 MHz之範圍內。
第二超音波之至少一部分(例如在圖3B中由箭頭316a表示)可自目標物件307之一部分的表面反射。此等經反射波之至少一部分可傳播穿過分頻層103且可由高頻超音波感測器堆疊301之接收器接收。根據一些實例,此等經反射波之至少一部分可包括第二超音波之諧波。
在一些實例中,低頻超音波感測器堆疊305可包括第二超音波接收器。控制系統可經組態以自第二超音波接收器接收對應於第二超音波之反射(在圖3A中由箭頭316b表示)之第三訊號,該第二超音波之該等反射來自目標物件307之部分之內部。在一些此類實例中,控制系統可經組態以執行至少部分地基於第三訊號之鑑認程序。第三訊號可例如包括對應於自目標物件307之部分接收到之第二超音波之反射的真皮層資訊。可能已在時間間隔內獲得與真皮層相對應的真皮層資訊。該鑑認程序可至少部分地基於該真皮層資訊。根據一些實施,鑑認程序可至少部分地基於第一訊號、第二訊號及第三訊號。
替代地或另外地,第三訊號可包括關於其他表皮下層(諸如乳頭層、網狀層、皮下組織等)及可存在於此類組織層內之任何血管、淋巴管、汗腺、毛囊、毛乳頭、脂小葉等之資訊。一些實例參考圖1A描述如上。然而,第三訊號可包括關於在圖1A中未展示之表皮下特徵(諸如肌肉組織、骨材料等)之資訊。
圖4展示根據一些所揭示之實施之設備的實例組件。如同其他所揭示之實施,元件之類型、編號及配置以及元件之尺寸僅為實例。根據此實例,設備100經組態以執行本文中所揭示之至少一些方法。在此實例中,顯示器堆疊311包括OLED顯示器且經由黏著劑層401附著至高頻超音波感測器堆疊301。
根據此實施,高頻超音波感測器堆疊301包括薄膜電晶體(TFT)層403,該薄膜電晶體層403經由包括導電材料之介面系統107之一部分耦接至控制系統109之至少一部分及壓電層405之上部部分。在此實施中,壓電層405包括一或多個壓電聚合物。在此實例中,介面系統107亦包括在控制系統109之部分與壓電層405之下部部分之間提供導電性的銀墨層407。儘管在圖4中未展示,但介面系統107之一部分亦在控制系統109之部分與低頻超音波感測器堆疊305之間提供導電性。
在此實例中,環氧樹脂膜409將高頻超音波感測器堆疊301耦接至分頻層103,且黏著劑層411將低頻超音波感測器堆疊305耦接至分頻層103。在一些實施中,分頻層103可具有比環氧樹脂膜409及黏著劑層411之聲阻抗相對更低的聲阻抗。在一些此類實施中,分頻層103可具有對應於超音波之頻率(本文中別處稱為「第二頻率」)之一半波長的厚度,該等超音波由超音波收發器413傳輸。
然而,在一些實例中,分頻層103可具有比環氧樹脂膜409及黏著劑層411之聲阻抗相對更高的聲阻抗。在一些此類實施中,分頻層103可具有對應於超音波之第二頻率之四分之一波長的奇數倍的厚度,該等超音波由超音波收發器413傳輸。
在實例中,圖4中所示,設備100包括背襯層415。在此實例中,背襯層415經組態以吸收能量以便緩解或避開訊號干擾。根據此實例,分頻層103接近低頻超音波感測器堆疊305之第一側面,且背襯層415接近低頻超音波感測器堆疊305之第二側面。在此實例中,背襯層415具有比低頻超音波感測器堆疊305之第二側面之聲阻抗更高的聲阻抗。在一些實施中,背襯層415可具有在10至100微米之範圍內之厚度。在此例項中,背襯層415包括鎢。
圖5A及圖5B為根據兩個實例之差量訊號強度與分頻層厚度的曲線圖。在每一實例中,分頻層由兩部分的環氧樹脂構成。在圖5A及圖5B中所示之實例中,差量訊號強度指示對應於指紋脊線(在圖5A及圖5B中展示為「R」)之訊號與對應於指紋谷線(在圖5A及圖5B中展示為「V」)之訊號之間的差值。在圖5A之實例中,超音波在5 MHz (「第二頻率」之實例)下傳輸,然而在圖5B之實例中,超音波在12 MHz (「第一頻率」之實例)下傳輸。藉由比較圖5A及圖5B,可觀察到與5 MHz訊號之較高差量訊號強度相對應之相同分頻層厚度(10-4
米)亦嚴重抑制12 MHz訊號。
圖6為展示可藉由所揭示之超音波感測器系統之一些實施來達成的差量訊號增強之實例的曲線圖。每一實例對應於具有例如參考圖1B描述如上之上部超音波感測器堆疊、下部超音波感測器堆疊及兩個超音波感測器堆疊之間的分頻層之實施。在此實例中,分頻層由環氧樹脂構成。在所探究之各種實施中,環氧樹脂層自5微米至150微米變化。根據此實例,訊號601對應於在傳輸5.5 MHz超音波之後僅自上部超音波感測器堆疊接收到之反射,且訊號603對應於在傳輸12 MHz超音波之後僅自上部超音波感測器堆疊接收到之反射。12 MHz超音波可例如用於指紋成像,且5.5 MHz超音波可用於表皮下成像(諸如,真皮成像)。此處,訊號601及訊號603對應於基線(BL)訊號。
在此實例中,訊號605對應於在傳輸5.5 MHz超音波之後自上部及下部超音波感測器堆疊接收到之反射,且訊號607對應於在傳輸12 MHz超音波之後自上部及下部超音波感測器堆疊接收到之反射。藉由將訊號603與訊號607進行比較,可發現,如與基線訊號之差量訊號振幅相比,對於指紋影像(在12 MHz下),差量訊號振幅大致增加了一倍。藉由將訊號601與訊號605進行比較,可發現,如與基線訊號之差量訊號振幅相比,對於真皮下成像(在5.5 MHz下),差量訊號振幅高達20倍。
圖7為提供根據一些所揭示之方法之操作之實例的流程圖。圖7之區塊可例如由圖1B、圖3或圖4之設備100或由類似設備執行。如同本文中所揭示之其他方法,圖7中所概述之方法可包括比所指示之更多或更少的區塊。此外,本文中所揭示之方法的區塊未必按所指示之次序執行。
在此實例中,區塊703涉及控制超音波感測器系統之第一超音波傳輸器以傳輸第一超音波。在此實例中,第一層堆疊(諸如,圖1B之第一層堆疊101)包括第一超音波傳輸器。此處,第一超音波包括第一頻率。第一頻率可例如在適用於指紋成像之頻率之範圍內。在一些實例中,第一頻率可在10 MHz至20 MHz之範圍內。然而,在其他實例中,第一頻率可包括高於20 MHz及/或低於10 MHz之頻率。
根據此實例,區塊705涉及控制超音波感測器系統之第二超音波傳輸器以使第二超音波傳輸通過第一層堆疊且通過第一層堆疊與第二層堆疊之間的分頻層。在此實例中,第二層堆疊(諸如圖1B之第二層堆疊105)包括第二超音波傳輸器。此處,第二超音波包括低於第一頻率之第二頻率。第二頻率可例如在適用於表皮下成像(諸如真皮成像)之頻率之範圍內。在一些實例中,第二頻率可在1 MHz至10 MHz之範圍內。然而,在其他實例中,第一頻率可包括高於10 MHz及/或低於1 MHz之頻率。
在此實例中,區塊707涉及執行至少部分地基於第一訊號或第二訊號中之至少一者之鑑認程序。在此實例中,第一訊號對應於第一超音波之反射,該第一超音波之該等反射來自定位於包括超音波感測器系統之設備之外部表面上的目標物件之一部分的表面。此處,第二訊號對應於第二超音波之反射,該第二超音波之該等反射來自目標物件之部分的內部。第二訊號可例如包括真皮層資訊。
在一些實例中,方法700可涉及基於在時間間隔內接收到之第一訊號之與指紋相對應的部分來獲得指紋資料。根據一些實例,第一訊號亦可對應於來自目標物件之部分之表面的第二超音波之諧波的反射。在一些例項中,第二訊號亦可對應於來自目標物件之部分之內部的第一超音波之次諧波的反射。
圖8代表性地描繪用於超音波感測器系統之感測器像素之4 × 4像素陣列的態樣。每一像素834可例如與壓電感測器材料(PSM)之局部區域、峰值偵測二極體(D1)及讀出電晶體(M3)相關聯;此等元件之多個或全部可形成於基板上或基板中以形成像素電路836。實際上,每一像素834之壓電感測器材料之局部區域可將接收到之超音波能量轉導成電荷。峰值偵測二極體D1可暫存由壓電感測器材料PSM之局部區域所偵測到的最大電荷量。接著可例如經由列選擇機構、閘極驅動器或移位暫存器掃描像素陣列835之每一列,且可觸發每一行之讀出電晶體M3以允許由額外電路(例如多工器及A/D轉換器)來讀取每一像素834的峰值電荷量值。像素電路836可包括一或多個TFT以允許像素834之閘控、定址及重設。
每一像素電路836可提供關於由超音波感測器系統所偵測到的物件之一小部分的資訊。雖然為說明之方便起見,圖8中所示之實例具有相對低解析度,但具有約500像素每吋或更高之解析度的超音波感測器可經組態有適當地按比例調整之結構。超音波感測器系統之偵測區域可取決於偵測之所意欲物件而進行選擇。舉例而言,偵測區域可在單個手指之約5 mm × 5 mm至四個手指之約3吋× 3吋的範圍內變化。可視目標物件之需要而使用包括正方形、矩形及非矩形幾何形狀之較小及較大區域。
圖9A展示超音波感測器系統之分解視圖的實例。在此實例中,超音波感測器系統900a包括壓板40下方之超音波傳輸器20及超音波接收器30。根據一些實施,超音波接收器30可為圖1中所示且上文所描述之聲波接收器系統102之實例。在一些實施中,超音波傳輸器20可為圖1中所示且上文所描述之視情況選用之超音波傳輸器108的實例。然而,超音波感測器系統900a之一些實施(及參考圖9B描述如下之超音波感測器系統900b之一些實施)不包括超音波傳輸器20。在一些此類實施中,超音波接收器30可經組態為超音波收發器。
然而,在圖9A中所示之實例中,超音波傳輸器20包括實質上平面的壓電傳輸器層22,且可能能夠充當平面波產生器。取決於所施加之訊號,超音波可藉由將電壓施加至壓電層以使該層膨脹或收縮而產生,由此產生平面波。在此實例中,控制系統109可能能夠引起可經由第一傳輸器電極24及第二傳輸器電極26施加至平面壓電傳輸器層22的電壓。以此方式,可藉由經由壓電效應改變層之厚度來製造超音波。此超音波可穿過壓板40朝著手指(或待偵測之其他物件)行進。未由待偵測之物件吸收或傳輸之該波的一部分可經反射以反向穿過壓板40且由超音波接收器30之至少一部分接收。第一傳輸器電極24及第二傳輸器電極26可為金屬化電極,例如,塗佈壓電傳輸器層22之相對側之金屬層。
超音波接收器30可包括安置於基板34 (亦可稱為背板)上之感測器像素電路32之陣列以及壓電接收器層36。在一些實施中,每一感測器像素電路32可包括一或多個TFT元件、電互連跡線,及(在一些實施中)一或多個額外電路元件(諸如二極體、電容器及類似者)。每一感測器像素電路32可經組態以將接近於像素電路之壓電接收器層36中產生之電荷轉換成電訊號。每一感測器像素電路32可包括將壓電接收器層36電耦接至感測器像素電路32之像素輸入電極38。
在所繪示之實施中,接收器偏壓電極39安置於壓電接收器層36的接近於壓板40之側面上。接收器偏壓電極39可為金屬化電極,且可經接地或加偏壓以控制可將哪些訊號傳送至感測器像素電路32之陣列。自壓板40之經暴露(頂部)表面反射之超音波能量可藉由壓電接收器層36轉換成局域化的電荷。此等局域化的電荷可藉由像素輸入電極38收集且傳送至底層感測器像素電路32上。電荷可藉由感測器像素電路32放大或緩衝暫存且提供至控制系統109。
控制系統109可(直接地或間接地)與第一傳輸器電極24及第二傳輸器電極26以及與接收器偏壓電極39及基板34上之感測器像素電路32電連接。在一些實施中,控制系統109可實質上如上文所描述而操作。舉例而言,控制系統109可能能夠處理自感測器像素電路32接收到之經放大訊號。
控制系統109可能能夠控制超音波傳輸器20及/或超音波接收器30以例如藉由獲得指紋影像而獲得超音波影像資料。無論超音波感測器系統900a是否包括超音波傳輸器20,控制系統109皆可能能夠自超音波影像資料獲得屬性資訊。在一些實例中,控制系統109可能能夠至少部分地基於屬性資訊來控制對一或多個裝置之存取。超音波感測器系統900a (或相關聯裝置)可包括記憶體系統,該記憶體系統包括一或多個記憶體裝置。在一些實施中,控制系統109可包括記憶體系統之至少一部分。控制系統109可能能夠自超音波影像資料獲得屬性資訊且在記憶體系統中儲存該屬性資訊。在一些實施中,控制系統109可能能夠俘獲指紋影像、自指紋影像獲得屬性資訊以及在記憶體系統中儲存自指紋影像獲得之屬性資訊(其可在本文中稱為指紋影像資訊)。根據一些實例,控制系統109甚至可能能夠在將超音波傳輸器20維持處於「斷開」狀態的同時俘獲指紋影像、自指紋影像獲得屬性資訊以及儲存自指紋影像所獲得之屬性資訊。
在一些實施中,控制系統109可能能夠在超音波成像模式或力感測模式中操作超音波感測器系統900a。在一些實施中,當在力感測模式中操作超音波感測器系統時,控制系統可能能夠將超音波傳輸器20維持在「斷開」狀態中。當超音波感測器系統900a正在力感測模式中操作時,超音波接收器30可能能夠充當力感測器。在一些實施中,控制系統109可能能夠控制其他裝置(諸如顯示系統、通信系統等)。在一些實施中,控制系統109可能能夠在電容性成像模式中操作超音波感測器系統900a。
壓板40可為可以聲波形式耦接至接收器之任何適當材料,其中實例包括塑膠、陶瓷、藍寶石、金屬及玻璃。在一些實施中,壓板40可為蓋板,例如,用於顯示器之覆蓋玻璃或透鏡玻璃。尤其當超音波傳輸器20在使用中時,必要時可經由相對較厚(例如,3 mm及以上)的壓板執行指紋偵測及成像。然而,對於其中超音波接收器30能夠在力偵測模式或電容偵測模式中使指紋成像之實施,較薄及相對較柔性壓板40可為所需的。根據一些此類實施,壓板40可包括一或多種聚合物(諸如一或多種類型之聚對二甲苯基),且實質上可能較薄。在一些此類實施中,壓板40可為數十微米厚或甚至小於10微米厚。
可用於形成壓電接收器層36之壓電材料之實例包括具有適當聲波特性(例如,在約2.5兆瑞利與5兆瑞利之間的聲阻抗)之壓電聚合物。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。可採用之壓電材料之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)。
可選擇壓電傳輸器層22及壓電接收器層36中之每一者之厚度以便適用於產生及接收超音波。在一個實例中,PVDF平面壓電傳輸器層22大致為28 μm厚,且PVDF-TrFE接收器層36大致為12 μm厚。超音波之實例頻率可在5 MHz至30 MHz之範圍內,其中波長約為一毫米或更小。
圖9B展示超音波感測器系統之替代性實例的分解視圖。在此實例中,壓電接收器層36已形成為離散元件37。在圖9B中所示之實施中,離散元件37中之每一者與單個像素輸入電極38及單個感測器像素電路32相對應。然而,在超音波感測器系統900b之替代性實施中,在離散元件37中的每一者、單個像素輸入電極38及單個感測器像素電路32之間未必存在一對一對應關係。舉例而言,在一些實施中,針對單個離散元件37可存在多個像素輸入電極38及感測器像素電路32。
圖9A及圖9B展示超音波感測器系統中之超音波傳輸器及接收器之實例配置,而其他配置係可能的。舉例而言,在一些實施中,超音波傳輸器20可在超音波接收器30上方且因此較接近於待偵測之物件。在一些實施中,超音波傳輸器可包括在超音波感測器陣列(例如,單層傳輸器及接收器)內。在一些實施中,超音波感測器系統可包括聲波延遲層。舉例而言,聲波延遲層可在超音波傳輸器20與超音波接收器30之間併入至超音波感測器系統中。可採用聲波延遲層來調整超音波脈衝時序,且同時將超音波接收器30自超音波傳輸器20電絕緣。聲波延遲層可具有實質上均勻的厚度,其中用於延遲層之材料及/或延遲層之厚度經選擇以提供用於經反射之超音波能量在時間上所要的延遲來到達超音波接收器30。藉此,可使藉助於已由物件反射而攜載關於該物件之資訊的能量脈衝在自超音波感測器系統之其他部分反射的能量不大可能到達超音波接收器30的時間範圍期間到達超音波接收器30的時間範圍。在一些實施中,基板34及/或壓板40可充當聲波延遲層。
如本文中所使用,指項目之清單「中之至少一者」的片語指此等項目之任何組合,包括單個成員。作為實例,「a、b或c中之至少一者」意欲覆蓋: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繪示性邏輯、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,且在上文所描述之各種繪示性組件、區塊、模組、電路及程序中加以繪示。將此功能性以硬體抑或軟體實施取決於特定應用及強加於整個系統上之設計約束。
用於實施結合本文中所揭示之態樣而描述的各種繪示性邏輯、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、數位訊號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘極陣列(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。處理器亦可實施為計算裝置之組合(例如,DSP與微處理器之組合)、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類組態。在一些實施中,特定程序及方法可由給定功能所特定之電路來執行。
在一或多個態樣中,所描述之功能可實施於硬體、數位電子電路、電腦軟體、韌體(包括在本說明書中所揭示之結構及其結構等效物)或其任何組合中。本說明書中所描述之標的物的實施亦可實施為一或多個電腦程式(亦即,電腦程式指令之一或多個模組),其在電腦儲存媒體上編碼以由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傳輸。本文中所揭示之方法或演算法之程序可實施於可存在於電腦可讀媒體上的處理器可執行軟體模組中。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傳送至另一處之任何媒體)兩者。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。以實例而非限制的方式,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,或可用於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之任何其他媒體。此外,可將任何連接恰當地稱為電腦可讀媒體。如本文中所使用,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)、軟性磁碟及藍光磁碟,其中磁碟通常以磁性方式再生資料,而光碟藉由雷射以光學方式再生資料。以上之組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇內。此外,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存在於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技術者而言可為易於顯而易見的,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示之實施,而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、個例或繪示」。本文中描述為「例示性」之任何實施未必解釋為比其他實施較佳或有利。
在單獨實施之上下文中描述於本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,在單個實施之上下文中所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,但來自所主張之組合之一或多個特徵在一些情況下可自組合刪除,且所主張之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示之特定次序或以順序次序執行此類操作,或執行所有所繪示之操作以達成合乎需要的結果。在某些情形中,多任務及並行處理可為有利的。此外,不應將在以上所描述之實施中的各種系統組件之分離理解為需要在所有實施中進行此類分離,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。此外,其他實施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合乎需要的結果。
將理解,除非明確地指示特定描述實施中之任一者中的特徵彼此不相容,或周圍上下文暗示其相互排斥且可能不容易在互補及/或支援意義上組合,否則本發明之全部內容預期且設想此等互補實施之特定特徵可經選擇性地組合以提供一或多個全面、但稍許不同之技術解決方案。因此將進一步瞭解,已僅藉助於實例給出以上描述,且詳細修改可在本發明之範疇內進行。
20:超音波傳輸器
22:平面壓電傳輸器層
24:第一傳輸器電極
26:第二傳輸器電極
30:超音波接收器
32:感測器像素電路
34:基板
36:壓電接收器層
37:離散元件
38:像素輸入電極
39:接收器偏壓電極
40:壓板
100:表皮/設備
101:第一層堆疊
102:聲波接收器系統
103:分頻層
105:第二層堆疊
107:介面系統
108:可選超音波傳輸器
109:控制系統
111:顯示系統
200:方法
203:區塊
205:區塊
209:區塊
301:高頻超音波感測器堆疊
305:低頻超音波感測器堆疊
307:目標物件
309:外部表面
311:顯示器堆疊
313:箭頭
314:箭頭
315:箭頭
315a:箭頭
315b:箭頭
316:箭頭
316a:箭頭
316b:箭頭
318:箭頭
401:黏著劑層
403:薄膜電晶體層
405:壓電層
407:銀墨層
409:環氧樹脂膜
411:黏著劑層
413:超音波收發器
415:背襯層
601:訊號
603:訊號
605:訊號
607:訊號
700:方法
703:區塊
705:區塊
707:區塊
834:像素
835:像素陣列
836:像素電路
900a:超音波感測器系統
900b:超音波感測器系統
BL:基線
D1:峰值偵測二極體
M3:讀出電晶體
PSM:壓電感測器材料
本說明書中所描述之標的物之一或多個實施的細節闡述於隨附圖式及以下描述中。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,以下圖式之相對尺寸可能未按比例繪製。各種圖式中之相同參考編號及名稱指示相同元件。
圖1A展示表皮下特徵之實例。
圖1B為展示根據一些所揭示之實施之設備之實例組件的方塊圖。
圖2為提供根據一些所揭示之方法之操作之實例的流程圖。
圖3A展示與包括圖1B中所示之設備之裝置的外部表面相接觸之目標物件的實例。
圖3B展示與包括圖1B中所示之設備之裝置的外部表面相接觸之目標物件的另一實例。
圖4展示根據一些所揭示之實施之設備的實例組件。
圖5A及圖5B為根據兩個實例之差量訊號強度與分頻層厚度的曲線圖。
圖6為展示可藉由所揭示之超音波感測器系統之一些實施來達成的差量訊號增強之實例的曲線圖。
圖7為提供根據一些所揭示之方法之操作之實例的流程圖。
圖8代表性地描繪用於超音波感測器系統之感測器像素之4 × 4像素陣列的態樣。
圖9A展示超音波感測器系統之分解視圖的實例。
圖9B展示超音波感測器系統之替代性實例的分解視圖。
100:設備
103:分頻層
301:高頻超音波感測器堆疊
305:低頻超音波感測器堆疊
307:目標物件
309:外部表面
311:顯示器堆疊
313:箭頭
314:箭頭
315:箭頭
316:箭頭
318:箭頭
Claims (30)
- 一種設備,其包含: 一超音波感測器系統,其包含: 在該超音波感測器系統之一第一層堆疊中之一第一超音波傳輸器,該第一層堆疊包括一第一超音波接收器; 在該超音波感測器系統之一第二層堆疊中之一第二超音波傳輸器層;及 在該第一層堆疊與該第二層堆疊之間的一分頻層。
- 如請求項1之設備,其進一步包含一控制系統,該控制系統經組態以: 控制該第一超音波傳輸器以傳輸一第一超音波,該第一超音波包含一第一頻率;且 自該第一超音波接收器接收對應於該第一超音波之反射之第一訊號,該第一超音波之該等反射來自定位於該設備之一外部表面上的一目標物件之一部分的一表面。
- 如請求項2之設備,其中該控制系統經組態以執行至少部分地基於該等第一訊號之一鑑認程序。
- 如請求項2之設備,其中該控制系統經組態以基於在一時間間隔內接收到之該等第一訊號之與指紋相對應的部分來獲得指紋資料。
- 如請求項2之設備,其中該控制系統經組態以控制該第二超音波傳輸器使一第二超音波傳輸通過該分頻層及該第一層堆疊,該第二超音波包含低於該第一頻率之一第二頻率。
- 如請求項5之設備,其中該分頻層具有比該第一層堆疊之一第一鄰近層及該第二層堆疊之一第二鄰近層之一聲阻抗相對更低的一聲阻抗,以及對應於該第二頻率之一半波長的一厚度。
- 如請求項5之設備,其中該分頻層具有比該第一層堆疊之一第一鄰近層及該第二層堆疊之一第二鄰近層之一聲阻抗相對更高的一聲阻抗,以及對應於該第二頻率之一四分之一波長的一奇數倍的一厚度。
- 如請求項7之設備,其中該分頻層具有對應於該第一頻率之一四分之一波長的一厚度。
- 如請求項5之設備,其中該第二層堆疊包括一第二超音波接收器,且其中該控制系統經組態以: 自該第二超音波接收器接收對應於該第二超音波之反射之第二訊號,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分的一內部;且 執行至少部分地基於該等第二訊號之一鑑認程序。
- 如請求項9之設備,其中該等第二訊號包含與一真皮層相對應的對應於在一時間間隔內自該目標物件之該部分接收到之該第二超音波之反射的真皮層資訊。
- 如請求項9之設備,其中該鑑認程序至少部分地基於該真皮層資訊。
- 如請求項9之設備,其中該鑑認程序至少部分地基於該等第一訊號及該等第二訊號兩者。
- 如請求項5之設備,其中該等第一訊號亦對應於來自該目標物件之該部分之該表面的該第二超音波之一諧波的反射。
- 如請求項5之設備,其中該等第二訊號亦對應於來自該目標物件之該部分之該內部的該第一超音波之一次諧波的反射。
- 如請求項5之設備,其中該第一頻率在10 MHz至20 MHz之範圍內,且其中該第二頻率在1 MHz至10 MHz之範圍內。
- 如請求項1之設備,其中該第一層堆疊之一單壓電層或一多層壓電結構充當該第一超音波傳輸器及該第一超音波接收器。
- 如請求項1之設備,其中該分頻層接近該第二層堆疊之一第一側面,進一步包含接近該第二層堆疊之一第二側面的一高阻抗背襯層。
- 如請求項17之設備,其中該背襯層具有在10至100微米範圍內之一厚度。
- 一種設備,其包含: 一超音波感測器系統,其包含: 在該超音波感測器系統之一第一層堆疊中之一第一超音波傳輸器,該第一層堆疊包括一第一超音波接收器; 在該超音波感測器系統之一第二層堆疊中之一第二超音波傳輸器層;及 分頻構件,該分頻構件存在於該第一層堆疊與該第二層堆疊之間。
- 如請求項19之設備,其進一步包含用以進行以下操作之控制構件: 控制該第一超音波傳輸器使一第一超音波傳輸通過該分頻構件及該第二層堆疊,該第一超音波包含一第一頻率; 自該第一超音波接收器接收對應於該第一超音波之反射之第一訊號,該第一超音波之該等反射來自定位於該設備之一外部表面上的一目標物件之一部分的一表面,該外部表面在該第二層堆疊之一第一側面上且該分頻構件在該第二層堆疊之一第二及相對側面上;且 執行至少部分地基於該等第一訊號之一鑑認程序。
- 如請求項20之設備,其中該控制構件包含用於控制該第二超音波傳輸器傳輸一第二超音波之構件,該第二超音波包含低於該第一頻率之一第二頻率。
- 如請求項21之設備,其中該控制構件包含用於自該第一超音波接收器接收對應於該第二超音波之反射之第二訊號的構件,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分之該表面。
- 如請求項21之設備,其中該等第二訊號亦對應於該第二超音波之一諧波之反射。
- 如請求項21之設備,其中該第二層堆疊包括一第二超音波接收器,且其中該控制構件包含用於自該第二超音波接收器接收對應於該第二超音波之反射之第三訊號的構件,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分之一內部,其中該鑑認程序至少部分地基於該等第三訊號。
- 一種控制一超音波感測器系統之方法,該方法包含: 控制一第一層堆疊之一第一超音波傳輸器以傳輸一第一超音波,該第一超音波包含一第一頻率; 控制一第二層堆疊之一第二超音波傳輸器以使一第二超音波傳輸通過該第一層堆疊且通過該第一層堆疊與該第二層堆疊之間的一分頻層,該第二超音波包含低於該第一頻率之一第二頻率;且 執行至少部分地基於第一訊號或第二訊號中之至少一者的一鑑認程序,其中該等第一訊號對應於該第一超音波之反射,該第一超音波之該等反射來自定位於包括該超音波感測器系統之一設備之一外部表面上的一目標物件之一部分的一表面,且其中該等第二訊號對應於該第二超音波之反射,該第二超音波之該等反射來自該目標物件之該部分的一內部。
- 如請求項25之方法,其進一步包含基於在一時間間隔內接收到之該等第一訊號之與指紋相對應的部分來獲得指紋資料。
- 如請求項25之方法,其中該等第二訊號包含真皮層資訊。
- 如請求項25之方法,其中該等第一訊號亦對應於來自該目標物件之該部分之該表面的該第二超音波之一諧波的反射。
- 如請求項25之方法,其中該等第二訊號亦對應於來自該目標物件之該部分之該內部的該第一超音波之一次諧波的反射。
- 如請求項25之方法,其中該第一頻率在10 MHz至20 MHz之範圍內,且其中該第二頻率在1 MHz至10 MHz之範圍內。
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