TW202115547A - 具有低頻振動源之超音波指紋感測器 - Google Patents

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尼古拉 伊恩 巴肯
赫瑞許科士 維傑庫瑪 潘查瓦格
潔西卡 劉 施卓勒曼
桑迪普 路易斯 帝索薩
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Abstract

本發明提供一種裝置，其可包括一超音波感測器系統、一低頻振動源及一控制系統。該超音波感測器系統可包括一超音波接收器及經組態以用於發射在第一頻率範圍(例如1 MHz至30 MHz)內之超音波的一超音波發射器。該低頻振動源可經組態以用於產生在第二頻率範圍(例如5 Hz至2000 Hz之範圍)內之低頻振動。該控制系統可經組態以用於使該等第一低頻振動之該產生與該等第一超音波之該發射同步。

Description

具有低頻振動源之超音波指紋感測器
本發明大體上係關於超音波感測器系統及用於使用此類系統之方法。
超音波指紋感測器已包括於諸如智慧型電話、取款機及汽車之器件中以鑑認使用者。儘管一些現有超音波指紋感測器可提供令人滿意之效能，但改良之超音波指紋感測器將為合乎需要的。
本發明之系統、方法及器件各自具有若干創新態樣，其中無單一者單獨負責本文中所揭示之合乎需要的屬性。
本發明中所描述之主題之一個創新態樣可在一裝置中實施。該裝置可包括超音波感測器系統及經組態以用於與該超音波感測器系統通信之控制系統。在一些實例中，控制系統之至少一部分可耦接至超音波感測器系統。在一些實施中，行動器件可為或可包括該裝置。舉例而言，行動器件可包括如本文中所揭示之裝置。在一些實例中，該裝置可包括壓板。
根據一些實例，該超音波感測器系統包括超音波接收器及經組態以用於發射在1 MHz至30 MHz範圍內之超音波的超音波發射器。在一些實例中，超音波收發器層可包括超音波發射器及超音波接收器。本文中所揭示之超音波發射器可稱為「發射構件」或「用於發射超音波之構件」。本文中所揭示之超音波接收器可稱為「接收構件」或「用於接收超音波之構件」。
在一些實施中，該裝置包括低頻振動源。根據一些實例，超音波感測器系統可經組態以用於充當低頻振動源。單一器件可包括低頻振動源及超音波發射器。然而，在一些情形下，低頻振動源可為單獨器件，諸如觸感器件或揚聲器。在一些實施中，低頻振動源可經組態以用於產生在5 Hz至2000 Hz範圍內之低頻振動。在一些實例中，低頻振動源可為或可包括壓電致動器、偏心旋轉質量塊及/或線性共振致動器。本文中所揭示之低頻振動源可稱為「產生構件」或「用於產生低頻振動之構件」。
控制系統可包括一或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(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器件、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，控制系統可經組態以用於控制用於第一超音波之發射的超音波發射器及控制用於第一低頻振動之產生的低頻振動源。本文中所揭示之控制系統或其部分可稱為「控制構件」。
在一些實施中，控制系統可經組態以用於使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步。在一些此類實施中，使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在該第一時間間隔之後的第二時間間隔期間第一超音波之發射。然而，在一些實施中，使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的第二時間間隔期間第一超音波之發射。
根據一些實例，控制系統可經組態以用於自超音波接收器接收超音波接收器信號。超音波接收器信號可包括對應於第一超音波自與該裝置之外表面接觸的目標物件之反射的信號。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超音波接收器信號來進行鑑認過程。取決於特定實施，外表面可為壓板、顯示器蓋板玻璃(display cover glass)等。
在一些實例中，控制系統可經組態以用於使得低頻振動源在外表面之平面中產生第一低頻振動。替代地或另外，控制系統可經組態以用於使得低頻振動源垂直於外表面之平面產生第一低頻振動。
在一些實例中，低頻振動源可經組態以引起該裝置之僅一部分之局部低頻振動。在其他實施中，低頻振動源可經組態以引起整個裝置之或實質上整個裝置之全局低頻振動。在一些實例中，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以產生單一頻率。在其他實例中，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以產生多個頻率。在一些情形下，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以例如在一時間間隔期間持續產生低頻振動。在其他實例中，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以例如在一時間間隔期間間歇地產生低頻振動。
在一些實施中，控制系統可經組態以用於自超音波接收器信號萃取特徵。鑑認過程可至少部分地基於該等特徵。在一些實例中，控制系統可經組態以用於至少部分地基於第一低頻振動來偵測超音波接收器信號中之背景雜訊。在一些實例中，控制系統可經組態以用於判定至少一個特徵品質度量。根據一些此類實例，控制系統可經組態以用於將特徵品質度量用作低頻振動源的回饋信號，及至少部分地基於該回饋信號來控制該低頻振動源。在一些情形下，控制系統可經組態以用於判定至少一個特徵品質度量是否低於特徵品質度量臨限值，且若判定至少一個特徵品質度量低於特徵品質度量臨限值，則控制低頻振動源以用於具有高於第一低頻振動之振幅的振幅的第二低頻振動之產生。
如上文所提及，在一些實施中，使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的第二時間間隔期間第一超音波之發射。一些此類實施可涉及至少部分地基於第一低頻振動來偵測超音波接收器信號中之背景雜訊。
根據一些實例，控制系統可經組態以控制超音波發射器以用於在第一時間間隔期間超音波發射之複數個情形。在一些此類實例中，控制系統可進一步經組態以在第一時間間隔期間經由超音波接收器擷取複數個指紋影像資料集合。指紋影像資料集合中之每一者可對應於在超音波發射之不同情形期間來自所發射超音波之目標物件的反射。
在一些實例中，控制系統可進一步經組態以自指紋影像資料集合中之每一者萃取指紋特徵。在一些此類實例中，控制系統可經組態以自指紋影像資料集合中之每一者萃取背景特徵，及自指紋特徵區分該等背景特徵。
根據一些實施，控制系統可進一步經組態以進行同調特徵偵測方法，該同調特徵偵測方法涉及使在其期間指紋影像資料集合中之每一者由超音波接收器擷取到之時間與低頻振動之週期及相位同步。在一些此類實施中，控制系統可經組態以將每一指紋影像資料集合乘以複數個加權因子中之對應加權因子，以產生加權指紋影像資料值。每一加權因子可例如對應於低頻振動之相位。
在一些此類實施中，控制系統可經組態以求和加權指紋影像資料值，以獲得與低頻振動的複數個逐像素相關性。根據一些實例，控制系統可經組態以判定逐像素相關性中之每一者之絕對值、比較每一絕對值與臨限值，及基於每一絕對值與臨限值之比較來產生二值化遮罩。二值化遮罩可例如指示指紋特徵中之一或多者之邊緣。在一些此類實例中，控制系統可經組態以使用二值化遮罩來拒絕背景特徵中之一或多者。
根據一些實施，控制系統可經組態以進行非同調特徵偵測方法，在該非同調特徵偵測方法中，在其期間擷取到指紋影像之時間獨立於低頻振動之週期及相位。本文中提供各種實例。
在一些實施中，控制系統可經組態以使得低頻振動源以用於在外表面之平面中、垂直於外表面之平面或在外表面之平面中及垂直於外表面之平面兩者之第一低頻振動之產生。在一些實例中，可調諧低頻振動源之頻率及/或頻率範圍以回應於低頻振動而產生指紋影像特徵之最大調變。在一些情形下，控制系統可經組態以對超音波接收器信號進行高通濾波或帶通濾波。根據一些實例，控制系統可經組態以判定對應於影像品質度量或特徵品質度量中之至少一者的接觸品質度量，及至少部分地基於接觸品質度量來判定是否致動低頻振動源。
本發明中所描述之主題之其他創新態樣可經由一或多種方法實施。一些此類方法可為或可包括鑑認方法。一些方法可涉及控制超音波發射器以用於第一超音波之發射，及控制低頻振動源以用於第一低頻振動之產生。此類方法可涉及使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步。此類方法可涉及自超音波接收器接收超音波接收器信號。超音波接收器信號可包括對應於第一超音波自與一裝置之外表面接觸的目標物件之反射的信號。此類方法可涉及至少部分地基於超音波接收器信號來進行鑑認過程。
根據一些實例，使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在該第一時間間隔之後的第二時間間隔期間第一超音波之發射。
然而，在一些實施中，使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的第二時間間隔期間第一超音波之發射。一些此類實施可涉及至少部分地基於第一低頻振動來偵測超音波接收器信號中之背景雜訊。
在一些實例中，控制低頻振動源可涉及引起該裝置之僅一部分之局部低頻振動或整個裝置之全局低頻振動中之至少一者。在一些實施中，控制低頻振動源及控制超音波發射器可涉及控制單一器件，而在其他實施中，控制低頻振動源及控制超音波發射器可涉及控制一個以上器件。在一些實施中，控制低頻振動源可涉及使得低頻振動源在外表面之平面中及/或垂直於外表面之平面產生第一低頻振動。在一些實施中，控制低頻振動源可涉及使得低頻振動源產生單一頻率或多個頻率中之至少一者。在一些實施中，控制低頻振動源可涉及使得低頻振動源間歇地或持續產生低頻振動。
一些方法可涉及判定至少一個特徵品質度量。一些此類方法可涉及將特徵品質度量用作低頻振動源的回饋信號，及至少部分地基於該回饋信號來控制該低頻振動源。一些此類方法可涉及判定至少一個特徵品質度量是否低於特徵品質度量臨限值，及且若判定至少一個特徵品質度量低於特徵品質度量臨限值，則控制低頻振動源以用於具有高於第一低頻振動之振幅的振幅的第二低頻振動之產生。
如上文所提及，一些方法涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的第二時間間隔期間第一超音波之發射。一些此類方法可涉及控制超音波發射器以用於在第一時間間隔期間超音波發射之複數個情形。
一些此類實施可涉及在第一時間間隔期間經由超音波接收器擷取複數個指紋影像資料集合。在一些情形下，指紋影像資料集合中之每一者可對應於在超音波發射之不同情形期間來自所發射超音波之目標物件的反射。一些此類方法可涉及自指紋影像資料集合中之每一者擷取背景特徵，及自指紋特徵區分該等背景特徵。
一些方法可涉及進行同調特徵偵測方法，該同調特徵偵測方法涉及使在其期間指紋影像資料集合中之每一者由超音波接收器擷取到之時間與低頻振動之週期及相位同步。一些此類方法可涉及將每一指紋影像資料集合乘以複數個加權因子中之對應加權因子，以產生加權指紋影像資料值。在一些實例中，複數個加權因子中之每一加權因子可對應於低頻振動之相位。
一些此類方法可涉及求和加權指紋影像資料值，以獲得與低頻振動的複數個逐像素相關性。一些此類方法可涉及判定逐像素相關性中之每一者之絕對值、比較每一絕對值與臨限值，及基於每一絕對值與臨限值之比較來產生二值化遮罩。二值化遮罩可例如指示指紋特徵中之一或多者之邊緣。
一些方法可涉及進行非同調特徵偵測方法，在該非同調特徵偵測方法中，在其期間擷取到指紋影像之時間獨立於低頻振動之週期及/或相位。本文中揭示各種實例。
本文中所描述之操作、功能及/或方法中之一些或所有可由一或多個器件根據儲存於一或多個非暫時性媒體上之指令(例如軟體)進行。此類非暫時性媒體可包括諸如本文中所描述之彼等記憶體器件，包括(但不限於)隨機存取記憶體(RAM)器件、唯讀記憶體(ROM)器件等。因此，本發明中描述之主題之一些創新態樣可在其上儲存有軟體之一或多個非暫時性媒體中實施。
舉例而言，軟體可包括用於控制一或多個器件以進行一或多種方法的指令。根據一些實例，一或多種方法可對應於本文中所揭示之控制系統功能性。一些此類方法可為或可包括鑑認方法。一些方法可涉及控制超音波發射器以用於第一超音波之發射，及控制低頻振動源以用於第一低頻振動之產生。此類方法可涉及使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步。此類方法可涉及自超音波接收器接收超音波接收器信號。超音波接收器信號可包括對應於第一超音波自與一裝置之外表面接觸的目標物件之反射的信號。此類方法可涉及至少部分地基於超音波接收器信號來進行鑑認過程。
根據一些實例，使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在該第一時間間隔之後的第二時間間隔期間第一超音波之發射。
然而，在一些實施中，使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的第二時間間隔期間第一超音波之發射。一些此類實施可涉及至少部分地基於第一低頻振動來偵測超音波接收器信號中之背景雜訊。
在一些實例中，控制低頻振動源可涉及引起該裝置之僅一部分之局部低頻振動或整個裝置之全局低頻振動中之至少一者。在一些實施中，控制低頻振動源及控制超音波發射器可涉及控制單一器件，而在其他實施中，控制低頻振動源及控制超音波發射器可涉及控制一個以上器件。在一些實施中，控制低頻振動源可涉及使得低頻振動源在外表面之平面中及/或垂直於外表面之平面產生第一低頻振動。在一些實施中，控制低頻振動源可涉及使得低頻振動源產生單一頻率或多個頻率中之至少一者。在一些實施中，控制低頻振動源可涉及使得低頻振動源間歇地或持續產生低頻振動。
一些方法可涉及判定至少一個特徵品質度量。一些此類方法可涉及將特徵品質度量用作低頻振動源的回饋信號，及至少部分地基於該回饋信號來控制該低頻振動源。一些此類方法可涉及判定至少一個特徵品質度量是否低於特徵品質度量臨限值，及且若判定至少一個特徵品質度量低於特徵品質度量臨限值，則控制低頻振動源以用於具有高於第一低頻振動之振幅的振幅的第二低頻振動之產生。
如上文所提及，一些方法涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的第二時間間隔期間第一超音波之發射。一些此類方法可涉及控制超音波發射器以用於在第一時間間隔期間超音波發射之複數個情形。
一些此類實施可涉及在第一時間間隔期間經由超音波接收器擷取複數個指紋影像資料集合。在一些情形下，指紋影像資料集合中之每一者可對應於在超音波發射之不同情形期間來自所發射超音波之目標物件的反射。一些此類方法可涉及自指紋影像資料集合中之每一者擷取背景特徵，及自指紋特徵區分該等背景特徵。
一些方法可涉及進行同調特徵偵測方法，該同調特徵偵測方法涉及使在其期間指紋影像資料集合中之每一者由超音波接收器擷取到之時間與低頻振動之週期及相位同步。一些此類方法可涉及將每一指紋影像資料集合乘以複數個加權因子中之對應加權因子，以產生加權指紋影像資料值。在一些實例中，複數個加權因子中之每一加權因子可對應於低頻振動之相位。
一些此類方法可涉及求和加權指紋影像資料值，以獲得與低頻振動的複數個逐像素相關性。一些此類方法可涉及判定逐像素相關性中之每一者之絕對值、比較每一絕對值與臨限值，及基於每一絕對值與臨限值之比較來產生二值化遮罩。二值化遮罩可例如指示指紋特徵中之一或多者之邊緣。
一些方法可涉及進行非同調特徵偵測方法，在該非同調特徵偵測方法中，在其期間擷取到指紋影像之時間獨立於低頻振動之週期及/或相位。本文中揭示各種實例。
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量測系統的任何器件、裝置或系統中。此外，預期所描述實施可包括於各種電子器件中或與各種電子器件相關聯，該等各種電子器件諸如(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；無線器件；智慧型電話；智慧卡；可穿戴式器件，諸如手環、臂帶、腕帶、戒指、頭帶、眼罩等；藍芽® (Bluetooth®)器件；個人資料助理(PDA)；無線電子郵件接收器；手持式或可攜電腦；迷你筆記型電腦；筆記型電腦；智慧筆記型電腦；平板電腦；列印機；影印機；掃描器；傳真器件；全球定位系統(GPS)接收器/導航器；攝影機；數位媒體播放機(諸如MP3播放機)；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；電子閱讀器件(例如電子閱讀器)；行動健康器件；電腦監視器；汽車顯示器(包括里程錶及速度計顯示器等)；座艙控制器及/或顯示器；攝影機查看顯示器(諸如交通工具中之後視攝影機之顯示器)；電子像片；電子廣告牌或指示牌；投影儀；建築結構；微波爐；冰箱；立體聲系統；卡式錄音機或播放機；DVD播放機；CD播放機；VCR；收音機；可攜記憶體晶片；清洗機；乾燥機；清洗機/乾燥機；自動櫃員機(ATM)；停車計時器；封裝(諸如在包括微機電系統(MEMS)應用以及非EMS應用之機電系統(EMS)應用中)；美學結構(諸如一件珠寶或服飾上之影像之顯示器)及各種EMS器件。本文中之教示亦可用於諸如(但不限於)以下之應用中：電子開關器件、射頻濾波器、感測器、加速度計、陀螺儀、運動感測器件、磁力計、用於消費型電子器件之慣性組件、消費型電子產品之零件、汽車門、方向盤或其他汽車零件、可變電抗器、液晶器件、電泳器件、驅動方案、製造製程及電子測試設備。因此，教示並不意欲限於僅在圖式中所描繪之實施，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。
手指至超音波指紋感測器之壓板之不良耦合為常見問題。(如本文中所使用，術語「手指」可指任何指頭，包括拇指。)當手指乾燥時及/或當施加低指壓時，會發生不良耦合。在一些實施中，一裝置可包括超音波感測器系統、低頻振動源及控制系統。根據一些實例，超音波感測器系統可包括超音波接收器及經組態以用於發射在1 MHz至30 MHz範圍內之超音波的超音波發射器。然而，其他實施可經組態以用於發射在其他頻率範圍(諸如低於1 MHz之頻率及/或高於30 MHz之頻率)內之超音波。在一些實施中，低頻振動源可經組態以用於產生在5 Hz至2000 Hz範圍內之低頻振動。然而，其他實施可經組態以用於產生在其他頻率範圍(諸如低於5 Hz之頻率及/或高於2000 Hz之頻率)內之低頻振動。在一些實施中，控制系統可經組態以用於使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步。
可實施本發明中所描述之主題之特定實施以實現以下潛在優勢中之一或多者。低頻振動可以各種方式改良耦合。舉例而言，低頻振動可使得使用者在壓板上更用力地按壓，可使得毛孔滲出更多汗液及/或油，可擴散油及/或汗液以將手指更佳地耦合至壓板等。在一些情形下，低頻振動可「錘擊(hammer down)」指紋脊。一些實施利用低頻振動源(諸如如現有行動電話中之彼等觸感器件或揚聲器)來改良手指與指紋感測系統之壓板之間的耦合。
圖1為展示根據一些所揭示實施之裝置之實例組件的方塊圖。在此實例中，裝置101包括超音波感測器系統102、控制系統106及低頻振動源110。裝置101之一些實施可包括介面系統104。
在一些實施中，低頻振動源110可經組態以用於產生在5 Hz至2000 Hz範圍內之低頻振動。在一些實例中，低頻振動源110可為或可包括壓電致動器、偏心旋轉質量塊及/或線性共振致動器。在一些實施中，低頻振動源110可為或可包括如現有行動電話中之彼等觸感器件或揚聲器。在一些實施中，揚聲器可為整個顯示面板或行動電話之殼體。
在一些實例中，低頻振動源可經組態以引起裝置之僅一部分之局部低頻振動。舉例而言，振動可由整合至指紋感測器中同時與電話殼體物理地隔離之蜂鳴器產生。在其他實施中，低頻振動源可經組態以引起整個裝置之或實質上整個裝置之全局低頻振動。舉例而言，振動可由物理地整合至電話殼體的蜂鳴器引入。
在一些實例中，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以產生單一頻率。在其他實例中，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以產生多個頻率，例如以產生經頻率調變波形。在一個此類實例中，經頻率調變波形可為「啁啾(chirp)」，其為頻率隨時間增大(上啁啾)或減小(下啁啾)之信號。在一些此類實例中，啁啾之最高頻率可在kHz範圍內。在一些情形下，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以例如在一時間間隔期間持續產生低頻振動。在其他實例中，控制系統可經組態以用於控制低頻振動源以例如在一時間間隔期間間歇地產生低頻振動。時間間隔可例如為下文參考圖4所描述之時間間隔404。
儘管超音波感測器系統102及低頻振動源110在圖1中展示為單獨方塊，但根據一些實例，超音波感測器系統102可經組態以用於充當低頻振動源。在一些此類實例中，單一器件可包括低頻振動源110及超音波發射器105。
在一些實例中，如由超音波感測器系統102內之虛線表明，超音波感測器系統102可包括超音波接收器103及單獨超音波發射器105。在一些此類實例中，超音波發射器105可包括超音波平面波產生器，諸如下文所描述之彼等超音波平面波產生器。
然而，本文中揭示超音波感測器系統102之各種實例，其中一些可包括單獨超音波發射器105且其中一些可能不包括單獨超音波發射器105。儘管在圖1中展示為單獨元件，但在一些實施中，超音波接收器103及超音波發射器105可組合於超音波收發器系統中。舉例而言，在一些實施中，超音波感測器系統102可包括壓電接收器層，諸如聚偏二氟乙烯PVDF聚合物之層或聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物之層。在一些實施中，單獨壓電層可充當超音波發射器。在一些實施中，單一壓電層可充當發射器及接收器兩者。在包括壓電層之一些實施中，其他壓電材料可用於壓電層中，諸如氮化鋁(AlN)或鋯鈦酸鉛(PZT)。在一些實例中，超超音波感測器系統102可包括超音波換能器元件陣列，諸如壓電微機電超音波換能器(PMUT)陣列、電容式微機電超音波換能器(CMUT)陣列等。在一些此類實例中，PMUT之單層陣列中之PMUT元件或CMUT之單層陣列中之CMUT元件可用作超音波發射器以及超音波接收器。
在一些情形下，超音波感測器系統102及低頻振動源110可以機械方式耦接。在一些實例中，超音波感測器系統102及低頻振動源110可間接地耦接。舉例而言，超音波感測器系統102及低頻振動源110可各自耦接至裝置101之一部分。在一些此類實例中，超音波感測器系統102及低頻振動源110可各自耦接至控制系統之一部分。然而，在一些實例中，超音波感測器系統102及低頻振動源110可彼此直接耦接。
控制系統106可包括一或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(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器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其組合。控制系統106亦可包括一或多個記憶體器件(及/或經組態以用於與該一或多個記憶體器件通信)，諸如一或多個隨機存取記憶體(RAM)器件、唯讀記憶體(ROM)器件等。因此，裝置101可具有包括一或多個記憶體器件之記憶體系統，但記憶體系統未在圖1中展示。控制系統106可經組態以用於自超音波感測器系統102 (例如自超音波接收器103)接收及處理資料。若裝置101包括單獨超音波發射器105，則控制系統106可經組態以用於控制超音波發射器105，例如如本文中之他處所揭示。在一些實施中，控制系統106之功能性可分配於一或多個控制器或處理器之間，諸如行動器件之專用感測器控制器與應用程式處理器之間。在下文描述一些實例。
裝置101之一些實施可包括介面系統104。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106與記憶體系統之間的一或多個介面及/或在控制系統106與一或多個外部器件介面(例如埠或應用程式處理器)之間的一或多個介面。
介面系統104可經組態以在裝置101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(radio)通信等)。在一些此類實例中，介面系統104可經組態以在控制系統106與超音波感測器系統102之間及控制系統106與低頻振動源110之間提供通信。根據一些此類實例，介面系統104可例如經由導電材料(例如經由導電金屬線或跡線，諸如印刷電路板(PCB)跡線)使控制系統106之至少一部分耦接至超音波感測器系統102及低頻振動源110。PCB可例如為剛性或半剛性的，或為可撓性印刷電路。若裝置101包括與超音波接收器103分開之超音波發射器105，則介面系統104可經組態以在控制系統106之至少一部分與超音波發射器105之間提供通信。根據一些實例，介面系統104可經組態以在裝置101與其他器件及/或人類之間提供通信。在一些此類實例中，介面系統104可包括一或多個使用者介面。在一些實例中，介面系統104可包括一或多個網路介面及/或一或多個外部器件介面(諸如一或多個通用串列匯流排(USB)介面或串列周邊介面(SPI))。在一些實施中，裝置101可包括記憶體系統。在一些實例中，介面系統104可包括控制系統106與記憶體系統之間的至少一個介面。
裝置101可用於各種不同背景情境中，本文中揭示該等各種不同背景情境之一些實例。舉例而言，在一些實施中，一行動器件可包括裝置101之至少一部分。在一些實施中，一可穿戴式器件可包括裝置101之至少一部分。可穿戴式器件可例如為手環、智慧型手錶、臂帶、腕帶、戒指、頭帶或眼罩。在一些實施中，控制系統106可駐存於一個以上器件中。舉例而言，控制系統106之一部分可駐存於一可穿戴式器件中，且控制系統106之另一部分可駐存於諸如一行動器件(例如智慧型電話)的另一器件中。在一些此類實例中，介面系統104亦可駐存於一個以上器件中。
圖2為提供本文中所揭示之一些方法之實例方塊的流程圖。圖2之方塊可例如由圖1之裝置101或由類似裝置進行。如同本文中所揭示之其他方法，圖2中所概述之方法200可包括比所指示之更多或更少的方塊。此外，本文中所揭示之方法之方塊未必按所指示之次序進行。在一些實例中，本文中所揭示之方法之一些方塊可同時進行。
在此實例中，方塊203涉及控制超音波感測器系統(諸如圖1之超音波感測器系統102)以發射第一超音波。在一些實例中，方塊205可涉及控制超音波感測器系統以發射在1 MHz至30 MHz範圍內之超音波。舉例而言，超音波發射器可受控以用於第一超音波之發射。
根據此實施，方塊205涉及控制低頻振動源以產生第一低頻振動。在一些實例中，方塊205可涉及控制超音波感測器系統(諸如圖1之超音波感測器系統102)以產生第一低頻振動。替代地或另外，方塊205可涉及控制單獨低頻振動源以產生第一低頻振動。在一些實例中，方塊205可涉及使得低頻振動源在包括低頻振動源的裝置之外表面之平面中產生第一低頻振動。替代地或另外，方塊205可涉及使得低頻振動源垂直於外表面之平面產生第一低頻振動。
方法200之一些實施可涉及是否致動低頻振動源之判定。根據一些此類實施，判定可至少部分地基於與裝置之表面(例如壓板、顯示器之蓋板玻璃等)接觸的手指或其他目標物件之接觸質量之估計。根據一些此類實例，方法200可涉及判定接觸品質度量。接觸品質度量可對應於一或多個影像品質度量及/或特徵品質度量。
影像品質度量之一個實例為脊/谷信號雜訊比(SNR)。脊/谷SNR係無單位的，且可例如定義為脊/谷差量除以谷雜訊之平均值。影像品質度量之另一實例為對比度。對比度可例如以灰階單位量測，其可定義為在整個影像上求平均的主要lp/mm(每公釐線對)信號振幅。影像品質度量之另一實例為脊/谷灰度過渡，其係無單位的。脊/谷灰度過渡可定義為跨脊/谷邊界的灰階之差量除以谷雜訊。
全局脊流同調性為特徵品質度量之一個實例。全局脊流同調性可定義為向量場對列及行座標之二次多項式擬合。取向同調性為特徵品質度量之另一實例。取向同調性與平滑脊流變化對應。取向同調性可定義為1減去平均行取向差量。可用於一些實施中之另一特徵品質度量為指紋曲率係數，其可定義為場多項式係數除以2之總和。在一些實例中，方法200可涉及若接觸品質度量處於或低於接觸品質度量臨限值，則判定致動低頻振動源。接觸品質度量臨限值可或可以不基於特定實施來預定。
根據此實例，方塊207涉及使第一低頻振動之產生與第一超音波之發射同步。在一些情形下，方塊207可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在該第一時間間隔之後的第二時間間隔期間第一超音波之發射。根據一些實例，方塊207可涉及控制低頻振動源以用於在第一時間間隔期間第一低頻振動之產生，及控制超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的第二時間間隔期間第一超音波之發射。在下文描述一些實例。
在此實例中，方塊209涉及自超音波接收器接收超音波接收器信號。根據此實例，超音波接收器信號包括對應於第一超音波自與包括超音波發射器及超音波接收器的裝置之外表面接觸的目標物件之反射的信號。一些實施可涉及例如在方塊211之操作之前處理接收到之超音波接收器信號。根據一些此類實例，控制系統可經組態以將高通濾波器應用於超音波接收器信號，例如一階、二階或三階高通濾波器。在一個非限制性實例中，高通濾波器可通過大於10kHz之頻率。在一些此類實例中，控制系統可經組態以將帶通濾波器應用於超音波接收器信號。根據一些此類實施，帶通濾波器可通過在10kHz至20kHz範圍內之頻率。
根據此實例，方塊211涉及至少部分地基於在方塊209中接收到之超音波接收器信號來進行鑑認過程。在一些情形下，方塊211可涉及獲得對應於該等信號的指紋影像資料。如本文中所使用，術語「指紋影像資料」可大體上係指自超音波接收器獲得之資料或自超音波接收器獲得之基於信號的資料。在一些情形下，指紋影像資料可至少部分地對應於目標物件，諸如可包括指紋的手指。指紋影像資料可或可以不以人類可識別為影像之形式呈現。舉例而言，指紋影像資料可為或可包括其中配置及/或儲存有數值的資料結構。在一些實例中，數值可對應於自超音波感測器系統、光學感測器系統、電容式感測器系統等接收到之信號。在一些實例中，指紋影像資料可對應於在時間窗期間自感測器系統接收到之信號。在一些情形下，指紋影像資料可對應於自特定區域(諸如指紋接觸區域)接收到之信號。在一些情形下，指紋影像資料可為或可包括在已自感測器系統獲取之後已以某一方式聚合及/或處理的資料。本文中揭示此類處理之一些實例。
在一些實例中，方塊211可涉及自超音波接收器信號萃取特徵。鑑認過程可至少部分地基於該等特徵。根據一些實例，該等特徵可為指紋特徵，諸如指紋細節點之位置、取向及/或類型。在一些此類實例中，指紋影像資料可包括在來自感測器系統(諸如超音波感測器系統)的信號之至少一部分中偵測到之一或多個指紋特徵之指示。指紋特徵可包括一或多個指紋脊特徵及一或多個指紋谷特徵。指紋特徵可例如由控制系統(諸如圖1之控制系統106)偵測到。
指示指紋脊特徵之信號可大體上自超音波感測器系統之對已自壓板/指紋脊介面反射的超音波作出回應的感測器像素獲得。指示指紋谷特徵之信號可大體上自對已自壓板/指紋谷介面反射的超音波作出回應的感測器像素獲得。來自壓板/指紋谷介面之反射將大體上為來自壓板/空氣介面之反射，而來自壓板/指紋脊介面之反射將大體上為來自壓板/皮膚介面之反射，對應於指紋脊與壓板接觸的區域。
根據一些實施，方法200可涉及取決於方塊211之鑑認過程之結果的額外過程。舉例而言，若鑑認過程成功結束，則控制系統可允許訪問器件及/或安全區域。在一些此類情形中，控制系統可解鎖行動器件、膝上型電腦、門、汽車或另一器件。
在一些實例中，控制系統可經組態以用於判定至少一個特徵品質度量。根據一些此類實例，控制系統可經組態以用於將特徵品質度量用作低頻振動源的回饋信號，及至少部分地基於該回饋信號來控制該低頻振動源。在一些情形下，控制系統可經組態以用於判定至少一個特徵品質度量是否低於特徵品質度量臨限值，且若判定至少一個特徵品質度量低於特徵品質度量臨限值，則控制低頻振動源以用於具有高於第一低頻振動之振幅的振幅的第二低頻振動之產生。
圖3展示根據一些所揭示實施之裝置之實例組件。在圖3中所展示之實例中，低頻振動源110為觸感器件。根據此實例，指紋(FP)感測器系統為超音波感測器系統102。在一些情形下，低頻振動源110可包括偏心旋轉質量塊或線性共振致動器。在其他情形下，低頻振動源110可包括壓電致動器，諸如壓電樑或壓電盤。根據一些實例，超音波感測器系統102可包括低頻振動源110。
在一些實例中，低頻振動源110可直接連接至超音波感測器系統102，或直接連接至經組態以控制超音波感測器系統102的控制系統。在一些情形下，低頻振動源110可經由與超音波感測器系統102的共用結構(諸如有機發光二極體(OLED)面板)連接至超音波感測器系統102 (或連接至經組態以控制超音波感測器系統102的控制系統)。在一些實例中，控制系統可經組態以用於使得低頻振動源在外表面305之平面中產生第一低頻振動，如由箭頭301指示。替代地或另外，控制系統可經組態以用於使得低頻振動源垂直於外表面305之平面產生第一低頻振動，如由箭頭303指示。
儘管低頻振動源110在圖3中標記為「蜂鳴器」，但在一些情形下，由低頻振動源110發射的頻率中之至少一些可低於人類聽覺範圍。然而，在其他實例中，低頻振動源110可經組態以產生在已知可易於由人類機械感受器偵測之頻率範圍內(例如在400Hz至1000Hz範圍內)之振動。
圖4展示使低頻振動之產生與超音波之發射同步之實例。在此實例中，圖表402a展示控制低頻振動源以用於在時間間隔404期間低頻振動之產生之實例。圖表402a提供圖2之方塊205之實例。在一些實例中，低頻振動可在時間間隔404期間持續產生，而在其他實例中，低頻振動可在時間間隔404期間間歇地產生。
在此實例中，圖表402b提供圖2之方塊203之實例。根據此實例，圖表402b展示控制超音波發射器以用於在至少部分地與時間間隔404重合的時間間隔406a期間超音波之發射。在一些此類實例中，可在至少部分地與時間間隔404重合的後續時間間隔期間接收到自目標物件反射的超音波。然而，在其他實例中，可在未與時間間隔404重疊的時間間隔期間接收到自目標物件反射的超音波。
在此實例中，圖表402c提供圖2之方塊203之替代性實例。根據此實例，圖表402c展示控制超音波發射器以用於在未與時間間隔404重合而改為在時間間隔404之後的時間間隔406b期間超音波之發射，
一些所揭示實施可涉及用於在至少部分地與在其期間產生低頻振動之時間間隔重合的時間間隔期間發射及/或接收到超音波的情形之額外影像處理。一些此類實施可涉及至少部分地基於低頻振動來偵測超音波接收器信號中之背景雜訊。舉例而言，藉由低頻振動調變之特徵可為實際指紋特徵，而對低頻振動不變的特徵可為背景特徵。
在一些情形下，此類背景特徵可產生於指紋感測器之機械建構及/或產生於將指紋感測器附接至器件之其他零件(例如附接至壓板、附接至顯示器件(諸如OLED顯示器))之相關聯製程。舉例而言，附接製程可涉及疊層。此等背景特徵可隨感測器之溫度及老化而改變。此類背景特徵之存在會降低指紋影像之品質，從而降低鑑認過程之準確度。在一些情形下，背景特徵之存在可能增大鑑認過程之錯誤拒絕率及/或錯誤接受率。消除至少一些背景特徵可改良指紋影像資料之信號雜訊比。因此，儘管此類背景特徵可為靜態及非隨機的，但背景特徵有時可在本文中稱為「背景雜訊」。
圖5展示同調偵測方法之實例。在此實例中，在其期間指紋影像由超音波接收器擷取到之時間(其在本文中可稱為「獲取時間」或「樣本時間」)與低頻振動之週期及相位同步。在此實例中及在後續實例中，低頻振動稱為「觸感擾動」、「觸感信號」或「觸感擾動信號」。在一些此類實例中，低頻振動實際上由觸感器件產生。然而，在其他實例中，描述為觸感擾動、觸感擾動信號等之低頻振動不由觸感器件產生。下文所論述之相同原理適用於低頻振動由另一類型之器件產生的實施。
在圖5中所展示之實例中，出於說明性目的將觸感擾動信號展示為正弦波形。然而，在替代性實例中，觸感擾動信號可為更複雜信號，諸如經調變信號。根據此實例，在相位0、45、90、135、180、225、270及315度處，針對觸感擾動之每一週期擷取到八個超音波接收器信號集合。
圖6展示在觸感擾動信號之一個週期上指紋特徵之擾動之實例。為簡化圖示，指紋感測器表示為16像素乘16像素方形，且指紋特徵表示為方形圖案。在此實例中，未受擾指紋特徵佔據6像素乘6像素方形。根據此實例，藉由觸感擾動信號在空間上調變指紋特徵。當施加觸感信號時，由指紋特徵佔據之面積增長至10像素乘10像素大，且縮小至2像素乘2像素小之面積。在此實例中，空間大小之增大及減小與觸感信號之相位相關。
圖7展示用於偵測指紋特徵之邊緣的方法之實例。在此實例中，在圖6中所展示之觸感信號之相同相位處獲取八個指紋影像資料集合(編號0至7)。在此實例中，將指紋影像資料之每一樣本乘以適當的加權因子。在此實施中，將指紋影像資料之樣本0中之每一像素值乘以加權因子W0，將指紋影像資料之樣本1中之每一像素值乘以加權因子W1，等等。根據一些實例，每一加權因子可對應於觸感信號之相位。在一些此類實例中，當觸感信號為正弦信號時，加權因子可為相位指數之正弦或餘弦。根據此實例，加權因子為對應於指數的相位之正弦。
在此實施中，接著求和加權指紋影像資料值以獲得與觸感信號的逐像素相關性。接著比較與觸感信號的每一像素相關性之此絕對值與臨限值。此比較之輸出為二值化遮罩，其指示實際指紋特徵之邊緣在初始指紋影像資料中位於何處。進行絕對值操作，此係由於取決於指紋感測器及壓板之機械建構及相關聯觸感信號，相關性可為正的或負的。
圖7中所展示之實例指示在一個觸感波形週期中之各種階段上的總和。然而，在一些實施中，可在若干觸感波形週期上進行求和，以便提高邊緣偵測過程之準確度。
圖8展示使用二值化遮罩來拒絕背景特徵之實例。在許多情形下，當施加觸感信號時指紋背景特徵不改變。舉例而言，圖8中之指紋影像資料樣本0至7包括不隨觸感信號之各種相位改變之背景特徵803及805。因此，自指紋影像資料樣本0至7之加權和計算出之背景特徵之與觸感信號的逐像素相關性在理想情形下為零，且在實踐中極低。在一些情形下，相關性可處於系統之雜訊層級。因此，在此實例中，當對逐像素相關性進行二進位臨限值比較時，二值化遮罩不指示任何邊緣。因此，拒絕背景特徵803及805。
在圖8之過程之一個實例中，吾人假定不存在雜訊之理想情況。根據一個此類實例，像素層級為8位元帶正負號的值，例如在-128與127之間取整數值(包括-128及127)。舉例而言，-128之像素值可表示白色，而127之像素值可表示黑色。在此實例中，假設背景特徵803及805具有64之像素值，而其餘像素具有值= 0，其表示灰階範圍之中間。根據此實例，對於背景特徵內之像素，在進行加權求和操作時，使用權重W0至W7，可看出輸出將為64*0 + 64*0.707 + 64*1 + 64*0.707 + 64*0 + 64 * (-0.707) + 64 *(-1) + 64 * (-0.707) = 0。對於其餘像素，在進行加權求和操作時，使用權重W0至W7，可看出輸出將為0*0 + 0*0.707 + 0*1 + 0*0.707 + 0*0 + 0 * (-0.707) + 0 *(-1) + 0 * (-0.707) = 0。此清楚地指示加權求和拒絕背景特徵，此係由於整個影像中之所有像素處於0，其在此實例中為灰階範圍之中間。
在圖8之過程之另一實例中，吾人假定系統具有取-1、0或1最低有效位元(LSB)之值的加性隨機雜訊。如同先前實例一樣，此實例中之像素層級為8位元帶正負號的值。由於此雜訊不與背景特徵相關，故所有像素(背景及非背景兩者)將具有類似加權輸出值。背景特徵內之像素及不在背景特徵內之像素兩者將具有相同雜訊層級，其處於系統雜訊底限。
舉例而言，特定像素的此隨機雜訊可為序列[-1, 0, 0, -1, 1, -1, -1, -1]。則應用於一個像素的此雜訊序列之加權平均值可為-1*0 + 0*0.707 + 0 *1 + (-1)*0.707 + 1*0 + (-1)*(-0.707) + (-1)*(-0.707) + (-1)*(-0.707) = 1.414，其在8位元操作中捨入至1。進一步假設第二像素的隨機雜訊為序列[0, 1, 0, -1, 1, 1, 0, -1]。則應用於第二像素的此雜訊序列之加權平均值可為= 0*0 + 1*0.707 + 0 *1 + (-1)*0.707 + 1*0 + 1*(-0.707) + 0*(-0.707) + (-1)*(-0.707) = 2.121，其在8位元操作中捨入至2。
圖9展示使用二值化遮罩來拒絕背景特徵之另一實例。在此實例中，指紋影像資料樣本0至7包括不隨觸感信號之各種相位改變之背景特徵903及905。根據此實例，指紋影像資料樣本0至7亦包括隨觸感信號之各種相位改變之指紋特徵907。當實際指紋特徵及背景特徵均存在於指紋影像資料中時，如在此實例中，藉由觸感信號之相位上之個別指紋影像資料樣本之加權和計算出之逐像素相關性識別實際指紋特徵907，但拒絕背景特徵903及905。如圖9中所展示，所得二值化遮罩僅偵測實際指紋特徵907之邊緣，但拒絕背景特徵903及905之邊緣。
圖10提供產生增強型指紋影像資料之實例。根據此實例，在方塊1005中識別初始影像特徵之邊緣，例如如上文參考圖7至9所描述。邊緣(包括實際指紋影像特徵邊緣及背景特徵邊緣)可藉由用於識別影像之影像像素值具有急劇變化的區域或區的數學方法來偵測。舉例而言，此類數學方法可包括估計影像像素值之導數的梯度算子。具有高梯度的區可指定為影像邊緣。此等包括實際指紋特徵1010及背景特徵邊緣1015兩者。此產生「初始邊緣影像」1020。
二值化遮罩1025可在初始邊緣影像1020之創建之前、之後或與初始邊緣影像1020之創建並行地判定。二值化遮罩1025可例如如上文參考圖7至9所描述。根據此實例，在過程1030中，初始邊緣影像1020與二值化遮罩1025逐像素相乘。在過程1030中應用二值化遮罩1025偵測實際指紋特徵之邊緣且拒絕背景特徵之邊緣。
根據此實例，在方塊1035中，諸如藉由a來填充實際指紋特徵之邊緣之內部像素以產生增強型指紋影像1040。方塊1035可例如涉及應用4連接邊界填充演算法或8連接邊界填充演算法。增強型指紋影像1040具有相較於個別指紋影像樣本之影像品質(例如相較於上文所描述之指紋影像樣本0至7之品質)更高之影像品質。影像品質可例如根據諸如本文中之他處所揭示之一或多個影像品質度量來量化。產生增強型指紋影像1040可改良指紋感測器之效能，例如可減小指紋感測器之錯誤拒絕率及/或錯誤接受率。
圖6、7、9及10說明觸感信號引起實際指紋特徵之放大或壓縮的情形。取決於指紋感測器之機械建構及相關聯壓板，且取決於由所施加低頻振動引起之位移方向及/或旋轉，可能發生指紋特徵之其他空間調變。
圖11A及11B提供指紋特徵因低頻振動之擾動之額外實例。圖11A展示由所施加低頻振動引起之指紋特徵之橫向平移之實例。圖11A中所展示之箭頭展示指紋特徵FP1及FP2位移之方向。在圖11A中，BG1及BG2表示背景特徵。箭頭亦與指紋感測器之一或多個組件回應於所施加低頻振動而沿其位移的軸線對應。在圖11B中所展示之實例中，所施加低頻振動引起指紋感測器之至少一部分之旋轉及指紋特徵之對應旋轉。
參考圖6至10所描述之實施涉及指紋影像資料由超音波感測器系統之擷取與週期性觸感信號同步之情形。圖12展示擷取到指紋影像資料之時間獨立於觸感擾動波形之週期及相位的實例。此類實施在本文中可稱為「非同調偵測」方法。根據一些此類實施，觸感擾動波形可能不具有恆定頻率或相位。在一些情形下，觸感擾動波形可為非週期性的。
圖13展示擷取到指紋影像資料之時間獨立於觸感擾動波形之週期及相位的另一實例。根據此實例，說明在8個指紋影像擷取時間上實際指紋特徵之擾動。為簡化圖示，指紋感測器1305展示為16像素乘16像素方形，且指紋特徵1310簡化為方形圖案。
在此實例中，藉由觸感信號在空間上調變實際指紋特徵：這里，觸感信號使得指紋特徵之大小增大或減小。根據此實施，未受擾指紋特徵為3像素乘3像素方形。當施加觸感信號時，在此實例中，指紋特徵增長至10像素乘10像素方形大，且縮小至2像素乘2像素方形小。實際指紋特徵之擴展及壓縮之程度係關於觸感信號之振幅與相位。在此實例中，當振幅處於或幾乎為零時，指紋特徵為6像素乘6像素方形。根據此實例，當振幅處於或幾乎為+1時，指紋特徵為8像素乘8像素方形。在此實例中，當振幅處於或幾乎為-1時，指紋特徵為2像素乘2像素方形。
圖14為提供本文中所揭示之一些非同調偵測方法之實例方塊的流程圖。圖14之方塊可例如由圖1之裝置101或由類似裝置進行。如同本文中所揭示之其他方法，圖14中所概述之方法可包括比所指示之更多或更少的方塊。此外，本文中所揭示之方法之方塊未必按所指示之次序進行。在一些實例中，本文中所揭示之方法之一些方塊可同時進行。
在此實例中，方塊1403涉及在其期間未施加低頻振動之時間獲取基線影像(例如在本文中可稱為「指紋影像資料」之物之集合)。舉例而言，可在無觸感致動之情況下擷取基線影像。在一些此類實例中，方塊1403可涉及控制超音波發射器以發射第一超音波。方塊1403可涉及自超音波接收器接收第一超音波接收器信號。該等第一超音波接收器信號可包括對應於超音波自與裝置之外表面接觸的目標物件(諸如手指)之第一反射的信號。
方塊1403或方塊1405可涉及自超音波接收器信號萃取特徵。特徵可包括指紋特徵，諸如指紋細節點之位置、取向及/或類型。然而，在一些情形下，特徵可包括實際指紋特徵及背景特徵兩者。在此實例中，方塊1405涉及計數基線影像中之特徵之數目。在一些實例中，方塊1405可涉及計數基線影像中之所有偵測到之特徵，而在其他實例中，方塊1405可涉及計數基線影像中之一些但不是所有特徵，例如每隔一個特徵、每隔三個特徵、每隔四個特徵等。經計數之特徵之數目在本文中可稱為M。
在此實例中，方塊1407涉及偵測基線影像中之至少一些特徵之邊緣。根據一些實施，方塊1407可涉及偵測基線影像中之在方塊1405中經計數之M個特徵中之每一者之邊緣。方塊1407可涉及判定對應於偵測到之特徵邊緣的邊緣座標及至少暫時將該等邊緣座標儲存於資料結構中。
根據此實例，方塊1409涉及計算在方塊1407中偵測到之每一特徵之面積。在一些實例中，如此處，方塊1409亦涉及判定在方塊1407中偵測到之每一特徵之周長。方塊1409可涉及判定特徵面積資料及特徵周長資料，及至少暫時將該等特徵面積資料及特徵周長資料儲存於資料結構中。
在一些實施中，方塊1409可涉及一或多個迭代過程。在一個此類實例中，方塊1409可涉及對於k=1至k=M，以1之增量計算基線影像中之每一特徵之面積及周長。此過程可表示如下：對於k=1:1:M，計算基線影像中之每一特徵之面積[0,k]及周長[0,k]。在此實例中，標記「k=1:1:M」指示(起始點):(步長):(結束點)。在一些替代性實例中，在此過程中可能僅涉及特徵之總數目之子集，例如每隔一個特徵(k=1:2:M)、每隔三個特徵(k=1:3:M)、每隔四個特徵(k=1:4:M)、每隔五個特徵(k=1:5:M)等。
在此實施中，方塊1411涉及控制低頻振動源以產生低頻振動。在圖14中，產生低頻振動稱為「觸感致動」，但如在本文中之他處所提及，術語「觸感」不將所揭示之方法限於致動觸感器件。實情為，可使用用於產生低頻振動的任何合適類型之器件。
在此實例中，方塊1413涉及在其期間施加低頻振動之時間獲取L個額外指紋影像資料集合，其中L為整數。L個指紋影像資料集合亦可稱為L個影像。在一些實例中，方塊1413可涉及獲取至少兩個額外指紋影像資料集合。在一些情形下，方塊1413可涉及獲取3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或更多個額外指紋影像資料樣本。在一些此類實例中，方塊1413可涉及控制超音波發射器以發射超音波之L個情形。方塊1413可涉及自超音波接收器接收L個超音波接收器信號集合。該等L個超音波接收器信號集合可包括對應於超音波自與裝置之外表面接觸的目標物件(諸如手指)之L個反射集合的信號。在此實例中，在方塊1413之過程完成之後，低頻振動之產生在方塊1415中停止。
在此實例中，方塊1417涉及在方塊1413中獲取之L個指紋影像資料集合上運行影像後處理迴路。根據此實例，方塊1417亦涉及建構至少一個增強型影像。
圖15為提供可涉及實施圖14之方塊1417的過程之實例的流程圖。圖15之方塊可例如由圖1之裝置101或由類似裝置進行。如同本文中所揭示之其他方法，圖15中所概述之方法1500可包括比所指示之更多或更少的方塊。此外，本文中所揭示之方法之方塊未必按所指示之次序進行。在一些實例中，本文中所揭示之方法之一些方塊可同時進行。
根據此實例，方法1500涉及兩個巢套迴路，包括基線影像中之M個特徵上之外迴路，及在圖14之方塊1413及1417中所提及之L個指紋影像資料集合或L個影像上之內迴路。換言之，迴路涉及影像及每一影像中之特徵兩者。在施加觸感致動(方塊1411)的同時擷取L個影像。根據此實例，方法1500涉及獲得特徵中之每一者的統計資料，其可接著經評估以判定該特徵為實際指紋特徵抑或背景特徵。
在圖15中所展示之實例中，L個影像經索引化為影像(j)，其中j在1與L之間，包括1及L兩者。根據此實施，每一影像(j)具有經索引化為特徵(j,k)之k個特徵。在此實例中，每一特徵(j,k)具有面積(j,k)及周長(j,k)，且每一特徵(j,k)之質心豎直及水平空間座標位於質心(j,k)處。
在此實例中，方塊1503涉及以1為增量自k=1至k=M在基線影像中之M個特徵中之每一者上之迭代外迴路。在此實例中，方塊1505之迭代內迴路包括子區塊1507及1509之過程。根據此實例，子區塊1507之過程涉及針對特徵k中之一特定者跨自j=1至j=L的所有影像計算質心、面積及周長。此在方塊1507中表示為計算每一影像(j)之特徵(j,k)之質心(j,k)、面積(j,k)及周長(j,k)。根據此實例，子區塊1509之過程涉及針對特徵k中之一特定者跨自j=1至j=L的所有影像計算質心、面積及周長之標準偏差。此在方塊1507中表示為計算L個影像中之每一者的std_Centroid(k)、std_Area(k)及std_Perimeter(k)。
在此實例中，方塊1511涉及分別比較特定特徵k之質心、面積及/或周長之標準偏差與對應質心、面積及/或周長臨限值(其在圖15中標示為Centroid_Threshold、Area_Threshold及Perimeter_Threshold)，以便判定是否等於或超過臨限值中之一或多者。如本文中之他處所描述，包括(但不限於)上文參考圖11A及11B之論述，若超過一或多個此類臨限值，則可推測特徵k為實際指紋特徵(方塊1517)。因此，在此實例中，將在方塊1519中針對增強型指紋影像保留特徵。否則，在此實例中，將在方塊1513中判定該特徵為背景特徵。根據此實例，將在方塊1515中自待包括於增強型指紋影像中之特徵忽略或刪除背景特徵。
在一些實例中，方塊1511可涉及比較特定特徵k之質心、面積及周長之標準偏差與對應質心、面積及周長臨限值。根據一些此類實例，將僅當等於或超過所有三個臨限值時才判定該特徵為實際指紋特徵。在其他實施中，若等於或超過三個臨限值中之僅兩者，則將判定該特徵為實際指紋特徵。在又其他實施中，若等於或超過三個臨限值中之僅一者，則將判定該特徵為實際指紋特徵。
在其他實例中，方塊1511可涉及比較特定特徵k之質心及周長之標準偏差與對應質心及周長臨限值。在一些實例中，方塊1511可涉及比較特定特徵k之面積及周長之標準偏差與對應面積及周長臨限值。在其他實例中，方塊1511可涉及比較特定特徵k之僅質心、面積或周長之標準偏差與僅一個對應質心、面積或周長臨限值。
在圖15中所展示之實例中，迭代外迴路之過程繼續，直至已評估所有M個特徵。在一些此類實例中，在已評估所有M個特徵之後，方法1500結束。
圖16展示根據一個實施之裝置之實例組件。在此實例中，裝置101包括主機應用程式處理器1605、指紋感測器1607及觸感子系統1609。主機應用程式處理器1605可包括一或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(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器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其組合。
觸感子系統1609包括一些類型之低頻振動源，且未必為觸感器件。根據此實例，觸感子系統1609包括觸感控制器及觸感致動器。因此，觸感子系統1609可包括上文參考圖1所描述之低頻振動源110及控制系統106之一部分兩者。
在一些實例中，指紋感測器1607可包括如上文參考圖1所描述之超音波感測器系統。根據一些實施，指紋感測器1607可包括上文參考圖1所描述之控制系統106之一部分。
根據一些實施，指紋感測器1607及觸感子系統1609之觸感致動器之時序及活動可由主機應用程式處理器1605 (例如由在獨立數位介面1611及1613上發出之軟體命令)獨立地控制。數位介面1611及1613可例如為串行周邊介面(SPI)或積體電路間(I2 C)介面。在此實施中，指紋感測器1607及觸感子系統1609之時序及活動可由主機應用程式處理器經由指紋感測器中斷信號FP_INTR1及觸感中斷信號HAP_INTR1獨立地控制。在此實例中，指紋感測器1607及觸感子系統1609將指紋感測器中斷信號FP_INTR2及觸感中斷信號HAP_INTR2提供給主機應用程式處理器1605。
在此實例中，數位介面1615設置於指紋感測器1607與觸感致動器之間。因此，諸如INTR5及INTR6之一或多個中斷信號可經由數位介面1615在指紋感測器1607與觸感致動器之間交換。此類中斷信號可允許指紋感測器1607及觸感致動器藉由電硬體層級交握信號使指紋影像資料獲取及觸感致動之時序(頻率及相位)同步。
一些實施可能不包括指紋感測器1607與觸感致動器之間的數位介面。若此介面不存在，則指紋感測器及觸感活動可根據在介面1611及1613上傳送之命令來同步。
圖17展示根據替代性實施之裝置之實例組件。在此實例中，裝置101包括主機應用程式處理器1705、雙用途指紋感測器及觸感控制器1710、指紋感測器1715及觸感致動器1720。主機應用程式處理器1705及雙用途指紋感測器及觸感控制器1710可包括於上文參考圖1所描述之控制系統106中。在此實施中，指紋感測器1715之時序及活動可由主機應用程式處理器1705經由指紋感測器中斷信號FP_INTR1控制。在此實例中，指紋感測器1715將指紋感測器中斷信號FP_INTR2提供給主機應用程式處理器1705。主機應用程式處理器1705及雙用途指紋感測器及觸感控制器1710可包括一或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(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器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其組合。
在一些實例中，指紋感測器1715可包括如上文參考圖1所描述之超音波感測器系統。如本文中之他處所提及，觸感致動器1720為未必為觸感器件之一低頻振動源。舉例而言，觸感致動器1720可為壓電器件、線性共振致動器、偏心旋轉質量塊致動器等，如參考圖1之低頻振動源110所描述。
在此實施中，雙用途指紋感測器及觸感控制器1710經組態以根據來自主機應用程式處理器1705的指令(例如藉由在數位介面1716上發出之軟體命令)控制指紋感測器1715 (包括但不限於任何相關聯超音波換能器)及觸感致動器1720兩者。
在此實例中，雙用途指紋感測器及觸感控制器1710與指紋感測器1715 (其在一些情形下可根據TFT(薄膜電晶體)技術來建構)之間的介面可包括一或多個電力(PWR)供應介面1725、一或多個接收(Rx)信號介面1730、一或多個數位(DIG)介面1735 (例如用於掃描指紋感測器系統1715之指紋感測器像素)及接地(GND)線1740。作為說明性實例，電力供應介面1725之數目可為2，各自用於模擬及數位信號，接收信號介面1730之數目可在6與20之間，且數位介面1735之數目可在4至6之間。
根據此實例，雙用途指紋感測器及觸感控制器1710與觸感致動器1720之間的介面可包括一或多個電力供應介面1745、一或多個控制信號介面1750、一或多個感測介面1755及接地線1760。感測介面可例如偵測背向電動勢(emf)、實施短路保護或追蹤觸感擾動之共振頻率。在此實施中，觸感致動器1720之操作與指紋感測器1715之操作之間的同步化可藉由沿內部匯流排及其他內部電路系統之通信及/或雙用途指紋感測器及觸感控制器1710中之嵌入式韌體實現。
圖18A為提供本文中所揭示之一些方法之實例方塊的流程圖。圖18A之方塊可例如由圖1之裝置101或由類似裝置進行。如同本文中所揭示之其他方法，圖18A中所概述之方法1800可包括比所指示之更多或更少的方塊。此外，本文中所揭示之方法之方塊未必按所指示之次序進行。在一些實例中，本文中所揭示之方法之一些方塊可同時進行。
在此實例中，方法1800涉及調諧觸感致動頻率以便回應於觸感擾動而產生指紋影像特徵之最大調變。在一些情形下，最大化指紋影像特徵之擾動可最大化實際指紋特徵相對於背景特徵之選擇性，從而在應用所揭示之基於觸感之增強技術中之一或多者之後最大化增強型影像品質。
在此實例中，方塊1803涉及量測指紋影像特徵在複數個頻率p中之每一者下之擾動的迭代過程。在一些實例中，方塊1803可涉及量測指紋影像特徵在預定數目之頻率下之擾動，該等頻率在適合於觸感致動之頻率範圍內，例如在5 Hz至400 Hz範圍內、在5 Hz至800 Hz範圍內、在5 Hz至1200 Hz範圍內、在5 Hz至2000 Hz範圍內等之振動。在觸感頻率具有分佈於一頻率範圍上之頻譜內容之情況下，經調諧之頻率可為觸感致動頻率範圍之平均頻率或中心頻率。
頻率之預定數目可取決於各種因素，且可涉及實施方法1800所需的期望準確度水平與時間量之間的平衡點。在一些實例中，頻率之預定數目可為10、20、30、40、50、60、70、80、90、100等。
根據此實例，方塊1805涉及選擇對應於指紋影像特徵之最大擾動的頻率p。圖18B為根據一個實例之擾動相對於觸感頻率之圖表。圖18B中所展示之圖表可例如基於在圖18A之方塊1803中所判定之頻率及擾動值。在圖18B中所展示之實例中，選擇對應於局部最大擾動值的頻率作為最佳觸感致動頻率。判定此局部最大值為圖18A之方塊1805之一個實例。
圖19為提供另一所揭示方法之實例方塊的流程圖。圖19之方塊可例如由圖1之裝置101或由類似裝置進行。如同本文中所揭示之其他方法，圖19中所概述之方法1900可包括比所指示之更多或更少的方塊。此外，本文中所揭示之方法之方塊未必按所指示之次序進行。在一些實例中，本文中所揭示之方法之一些方塊可同時進行。
在此實例中，方法1900涉及用於改進本文中所揭示之基於觸感之影像增強過程的程序。在一些此類實施中，方法1900涉及依序使用更複雜影像來微調演算法對背景特徵及背景特徵相對於實際指紋影像特徵之選擇性之靈敏度。取決於特定實施，方法1900可涉及改進判定性演算法或改進基於機器學習之自適應演算法。
根據此實例，方塊1903為背景特徵拒絕過程。根據一些實施，方塊1903可為迭代背景特徵拒絕過程。在一些此類實例中，方塊1903可涉及控制超音波指紋感測器以在感測器上或在其中駐存感測器的器件上無手指或其他目標物件之情況下擷取「僅空氣(air-only)」影像。因此，在此類實例中，方塊1903涉及僅擷取背景影像特徵。在一些此類實例中，方塊1903可涉及應用所揭示之背景特徵偵測及拒絕過程中之一或多者。在一些實例中，方塊1903可涉及使用具有加劇之背景像差(諸如黏著標記、感測器之一或多個層之或其中駐存感測器的器件之不正確機械疊層等)的感測器來僅擷取背景影像特徵。
根據一些實施，方塊1903可涉及調諧演算法臨限值及/或其他偵測參數，直至偵測到及拒絕所有或實質上所有背景假影。舉例而言，在具有五個背景特徵之影像之情況下，若1.0之初始臨限值使得識別出彼等五個背景特徵中之三個，則臨限值可減小至例如0.8之值，使得適當地識別出所有五個背景特徵。在一些此類實施中，在方塊1903之過程之後，背景影像應在空間上均一，或實質上均一。在一些此類實施中，足夠或實質上均一之背景影像可具有感測器像素之間的小於臨限值百分比(諸如0.5%、1%、1.5%、2%等)之變化。
在此實例中，方塊1905為圖案化目標特徵偵測過程。在一些此類實例中，方塊1905可涉及應用所揭示之方法中之一或多者來擷取具有圖案化目標之影像。在一些此類實例中，具有圖案化目標之影像可使用不具有背景像差之感測器來擷取，使得所擷取之影像僅為實際影像。根據一些實施，可在方塊1905中調諧演算法臨限值及/或其他偵測參數，直至偵測到圖案化目標之所有實際影像特徵。在一些此類實例中，方塊1905可涉及比較增強型影像與圖案化目標之參考影像。在一個此類實例中，圖案化目標及參考影像均可包括相同系列之虛線，線之間具有已知(例如1 mm)間隔。在實施方塊1905之後，所擷取之超音波影像應包括一或多個目標之實際圖案。
根據此實例，方塊1907涉及在使用上述具有加劇之背景像差的感測器的同時重複方塊1905。在一些實施中，方塊1907可涉及調諧演算法臨限值及/或其他偵測參數，直至偵測到預定指紋特徵集合中之所有指紋特徵且拒絕預定背景特徵集合中之所有背景特徵。根據一些實施，方塊1907可涉及調諧演算法臨限值及/或其他偵測參數，直至即使在目標圖案之實際特徵與背景特徵重疊時亦偵測到目標圖案。在一些實施中，方塊1907可涉及使用具有加劇之背景像差的感測器的初始過程，接著涉及使用具有較不嚴重之像差的感測器的後續過程。在一些此類實例中，後續過程可涉及使用具有相對較不獨特目標特徵的圖案化目標。在一些此類實施中，方塊1907可涉及進一步改進演算法，直至甚至拒絕此等較不明顯之背景特徵且偵測到模糊之實際影像特徵。
根據一些實施，方塊1909可涉及自一或多個實際人類指頭擷取超音波影像之過程。方塊1909可例如涉及對具有稀疏指紋特徵之實際指紋(諸如具有低空間頻率內容之實際指紋)進行成像。根據一些實例，方塊1909可涉及後續過程，該後續過程涉及對具有與背景特徵具有相對更多重疊的指紋特徵之實際指紋進行成像、對具有比方塊1909之稍早階段中所使用之指紋更高的空間影像頻率之實際指紋進行成像等。在一些實施中，方塊1909可涉及調諧演算法臨限值及/或其他偵測參數，直至偵測到預定指紋特徵集合中之所有指紋特徵且拒絕預定背景特徵集合中之所有背景特徵。在一些實例中，在已達到此等目標之後，方法1900結束。
圖20代表性地描繪用於超音波感測器系統的感測器像素之4 x 4像素陣列之態樣。每一感測器像素2034可例如與壓電感測器材料(PSM)之局部區、像素輸入電極2037、峰值偵測二極體(D1)及讀出電晶體電路系統(M3)相關聯；此等元件中之許多或所有者可形成於基板上或基板中以形成像素電路2036。在實踐中，每一感測器像素2034之壓電感測器材料之局部區可將接收到之超音波能轉導成電荷。峰值偵測二極體D1可暫存藉由壓電感測器材料PSM之局部區偵測到之最大電荷量。可接著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2035之每一列，且可觸發用於每一行之讀出電晶體電路系統M3，以允許由額外電路系統(例如多工器及A/D轉換器)讀取用於每一感測器像素2034的峰值電荷之大小。像素電路2036可包括一或多個TFT以允許對感測器像素2034進行閘控、尋址及重設。
每一像素電路2036可提供關於由超音波感測器系統偵測到之物件之較小部分的資訊。儘管為說明方便起見，圖20中所展示之實例具有相對粗糙之解析度，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，偵測區域可在單一手指之約8 mm x 3 mm、5 mm x 5 mm或9 mm x 4 mm至四個手指之約3吋x 3吋範圍內。可視目標物件之需要而使用包括方形、矩形及非矩形幾何形狀之更小及更大區域。
圖21A展示超音波感測器系統之分解視圖之實例。在此實例中，超音波感測器系統2100a包括壓板40下的超音波發射器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中所展示及上文所描述之超音波接收器103之實例。在一些實施中，超音波發射器20可為圖1中所展示及上文所描述之超音波發射器105之實例。超音波發射器20可包括實質上平面壓電發射器層22且可經組態以用於充當平面波產生器。可取決於所施加之信號，藉由向壓電層施加電壓以使該層膨脹或收縮而產生超音波，藉此產生平面波。在此實例中，控制系統106可經組態以用於引起可經由第一發射器電極24及第二發射器電極26施加到平面壓電發射器層22的電壓。以此方式，超音波可藉由經由壓電效應改變層之厚度而得到。此所產生之超音波可穿過壓板40朝向手指(或待偵測之其他物件)行進。未由待偵測之物件吸收或發射之波之一部分可經反射，以便經由壓板40傳回且由超音波接收器30接收到。第一發射器電極24及第二發射器電極26可為金屬化電極，例如塗佈壓電發射器層22之相對側的金屬層。
超音波接收器30可包括安置於基板34 (其亦可稱為背板)上之感測器像素電路32之陣列及壓電接收器層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類或矽類元件、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、電容器及其類似者)。每一感測器像素電路32可經組態以將由靠近像素電路之壓電接收器層36產生之表面電荷轉換成電信號。每一感測器像素電路32可包括像素輸入電極38，其將壓電接收器層36電耦接至感測器像素電路32。
在所說明之實施中，接收器偏壓電極39安置於壓電接收器層36之靠近壓板40之側上。接收器偏壓電極39可為金屬化電極且可接地或偏壓以控制可將哪些信號傳遞至感測器像素電路32之陣列。自壓板40之暴露(頂部)表面反射之超音波能可由壓電接收器層36轉換成表面電荷。所產生之表面電荷可耦合至像素輸入電極38及下伏感測器像素電路32。電荷信號可藉由感測器像素電路32放大或緩衝且提供至控制系統106。
控制系統106可與第一發射器電極24及第二發射器電極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 (直接或間接地)電連接。在一些實施中，控制系統106可實質上如上文所描述地操作。舉例而言，控制系統106可經組態以用於處理自感測器像素電路32接收到之放大信號。
控制系統106可經組態以用於控制超音波發射器20及/或超音波接收器30以獲得可包括指紋資料之超音波資料。根據一些實施，控制系統106可經組態以用於提供諸如本文中所描述之功能性的功能性。
無論超音波感測器系統2100a是否包括單獨超音波發射器20，在一些實施中，控制系統106可經組態以用於自超音波資料獲得屬性資訊。在一些實例中，控制系統106可經組態以用於至少部分地基於屬性資訊來控制對一或多個器件之訪問。超音波感測器系統2100a (或相關聯器件)可包括記憶體系統，該記憶體系統包括一或多個記憶體器件。在一些實施中，控制系統106可包括記憶體系統之至少一部分。控制系統106可經組態以用於自超音波資料獲得屬性資訊及將屬性資訊儲存於記憶體系統中。在一些實施中，控制系統106可經組態以用於擷取指紋影像、自指紋影像獲得屬性資訊及將自指紋影像獲得之屬性資訊(其在本文中可稱為指紋影像資訊)儲存於記憶體系統中。根據一些實例，控制系統106可經組態以即使在將超音波發射器20維持在「關閉」狀態的同時亦擷取指紋影像、自指紋影像獲得屬性資訊及儲存自指紋影像獲得之屬性資訊。
在一些實施中，控制系統106可經組態以用於在超音波成像模式或力感測模式下操作超音波感測器系統2100a。在一些實施中，控制系統可經組態以用於當在力感測模式下操作超音波感測器系統時將超音波發射器20維持在「關閉」狀態。超音波接收器30可經組態以用於當超音波感測器系統2100a在力感測模式下操作時充當力感測器。在一些實施中，控制系統106可經組態以用於控制其他器件，諸如顯示系統、通信系統等。在一些實施中，控制系統106可經組態以用於在電容成像模式下操作超音波感測器系統2100a。
壓板40可為可聲學耦接至接收器的任何適當材料，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，例如用於顯示器之蓋板玻璃或透鏡玻璃。特定而言，當超音波發射器20在使用中時，視需要可經由相對較厚(例如3 mm及以上)之壓板進行指紋偵測及成像。然而，對於超音波接收器30經組態以用於在力偵測模式或電容偵測模式下對指紋進行成像的實施，更薄且相對更柔軟(compliant)之壓板40可能合乎需要。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，且實質上可更薄。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屬性(例如在約2.5 MRayl與5 MRayl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偏二氯乙烯(PVDC)均聚物及共聚物、聚四氟乙烯(PTFE)均聚物及共聚物，及溴化二異丙胺(DIPAB)。
可選擇壓電發射器層22及壓電接收器層36中之每一者之厚度以便適合於產生及接收超音波。在一個實例中，PVDF平面壓電發射器層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範圍內，其中波長約為一公釐或更小。
圖21B展示超音波感測器系統之替代性實例之分解視圖。在此實例中，壓電接收器層36已形成為離散元件37。在圖21B中所展示之實施中，離散元件37中之每一者與單一像素輸入電極38及單一感測器像素電路32對應。然而，在超音波感測器系統2100b之替代性實施中，在離散元件37中之每一者、單一像素輸入電極38及單一感測器像素電路32之間未必存在一對一對應關係。舉例而言，在一些實施中，針對單一離散元件37可存在多個像素輸入電極38及感測器像素電路32。
圖21A及21B展示超音波感測器系統中之超音波發射器及接收器之實例配置，其中其他配置係可能的。舉例而言，在一些實施中，超音波發射器20可在超音波接收器30上方且因此更靠近待偵測之一或多個物件。在一些實施中，超音波發射器可與超音波感測器陣列(例如單層發射器及接收器)一起包括。在一些實施中，超音波感測器系統可包括聲延遲層。舉例而言，聲延遲層可在超音波發射器20與超音波接收器30之間併入至超音波感測器系統中。可採用聲延遲層來調整超音波脈衝時序，且同時使超音波接收器30與超音波發射器20電絕緣。聲延遲層可具有實質上均一之厚度，其中用於延遲層之材料及/或延遲層之厚度經選擇以在反射之超音波能到達超音波接收器30的時間中提供所要延遲。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之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可充當聲延遲層。
圖21C展示超音波感測器系統之實例之分解視圖。在此實例中，超音波感測器系統2100c包括在壓板40下之超音波收發器陣列50。根據一些實施，超音波收發器陣列50可充當圖1中所展示及上文所描述之超音波接收器103及超音波發射器105兩者。超音波收發器陣列50可包括經組態以用於充當平面波產生器的實質上平面的壓電收發器層56。超音波可藉由跨收發器層56施加電壓來產生。控制系統106可經組態以用於產生收發器激勵電壓，該收發器激勵電壓可經由一或多個下伏像素輸入電極38或一或多個上覆收發器偏壓電極59施加到壓電收發器層56。所產生之超音波可穿過壓板40朝向手指或待偵測之其他物件行進。該波之未由物件吸收或發射之一部分可經反射，以便經由壓板40傳回且由超音波收發器陣列50接收。
超音波收發器陣列50可包括安置於基板34上之感測器像素電路32之陣列。在一些實施中，每一感測器像素電路32可包括一或多個TFT類或矽類元件、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、電容器及其類似者)。每一感測器像素電路32可包括像素輸入電極38，其將壓電收發器層56電耦接至感測器像素電路32。
在所說明之實施中，收發器偏壓電極59安置於壓電收發器層56之靠近壓板40之側上。收發器偏壓電極59可為金屬化電極且可接地或偏壓以控制可產生哪些信號及可將哪些經反射信號傳遞至感測器像素電路32之陣列。自壓板40之暴露(頂部)表面反射之超音波能可由壓電收發器層56轉換成表面電荷。所產生之表面電荷可耦合至像素輸入電極38及下伏感測器像素電路32。電荷信號可藉由感測器像素電路32放大或緩衝且提供至控制系統106。
控制系統106可(直接或間接地)電連接至收發器偏壓電極59及感測器基板34上之感測器像素電路32。在一些實施中，控制系統106可實質上如上文所描述地操作。舉例而言，控制系統106可經組態以用於處理自感測器像素電路32接收到之放大信號。
控制系統106可經組態以用於控制超音波收發器陣列50以獲得可包括指紋資料之超音波資料。根據一些實施，控制系統106可經組態以用於提供諸如本文中所描述之功能性的功能性，例如諸如本文中所描述。
在具有超音波收發器陣列之超音波感測器系統之其他實例中，感測器基板34之背側可直接或間接地附接至上覆壓板40。在操作中，由壓電收發器層56產生之超音波可行進穿過感測器基板34及壓板40，自壓板40之表面反射，且在由基板感測器34上或中之感測器像素電路32偵測到之前返回行進穿過壓板40及感測器基板34。
如本文中所使用，參考項目清單「中之至少一者」的片語係指彼等項目之任何組合，包括單一成員。作為實例，「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、電路及演算法過程可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。硬體與軟體之可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、電路及過程中加以說明。將此功能性實施於硬體抑或軟體中取決於特定應用程式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說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體及資料處理裝置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器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以進行本文中所描述之功能的任何組合來實施或進行。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器件之組合，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，特定過程及方法可由特定針對給定功能之電路系統進行。
在一或多個態樣中，所描述之功能可實施於硬體、數位電子電路系統、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主題之實施亦可經實施為經編碼於電腦儲存媒體上以供資料處理裝置執行或控制資料處理裝置之操作的一或多個電腦程式(亦即，電腦程式指令之一或多個模組)。
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傳輸。本文中所揭示之方法或演算法之過程可實施於可駐存於電腦可讀媒體上之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。以實例說明而非限制之方式，非暫時性媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存裝置、磁碟儲存裝置或其他磁性儲存器件，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，可將任何連接適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)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式再現資料，而光碟藉由雷射以光學方式再現資料。以上之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存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的各種修改對於彼等一般熟習此項技術者而言可為易於顯而易見的，且本文中所定義之一般原理可在不脫離本發明之精神或範疇之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、情形或說明」。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。
在單獨實施之背景情境中描述於本說明書中之某些特徵亦可在單一實施中組合地實施。相反，在單一實施之背景情境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實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且最初甚至按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些情況下可自該組合刪除，且所主張之組合可係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的特定次序或以順序次序進行此類操作，或進行所有所說明操作以達成合乎需要之結果。在某些情況中，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將上文所描述之實施中之各種系統組件之分離理解為需要在所有實施中進行此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統可大體上在單一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按不同次序進行且仍達成合乎需要之結果。
應理解，除非明確地指示特定描述之實施中之任一者之特徵彼此不相容，或周圍背景情境暗示其具有彼此排他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彼等互補實施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，將進一步瞭解，已僅藉助於實例給出上文描述，且詳細修改可在本發明之範疇內進行。
0:指紋影像資料樣本 1:指紋影像資料樣本 2:指紋影像資料樣本 3:指紋影像資料樣本 4:指紋影像資料樣本 5:指紋影像資料樣本 6:指紋影像資料樣本 7:指紋影像資料樣本 20:超音波發射器 22:平面壓電發射器層 24:第一發射器電極 26:第二發射器電極 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 50:超音波收發器陣列 56:壓電收發器層 59:上覆收發器偏壓電極 101:裝置 102:超音波感測器系統 103:超音波接收器 104:介面系統 105:超音波發射器 106:控制系統 110:低頻振動源 200:方法 203:方塊 205:方塊 207:方塊 209:方塊 211:方塊 301:箭頭 303:箭頭 305:外表面 402a:圖表 402b:圖表 402c:圖表 404:時間間隔 406a:時間間隔 406b:時間間隔 803:背景特徵 805:背景特徵 903:背景特徵 905:背景特徵 907:實際指紋特徵 1005:方塊 1010:實際指紋特徵 1015:背景特徵邊緣 1020:初始邊緣影像 1025:二值化遮罩 1030:過程 1035:方塊 1040:增強型指紋影像 1305:指紋感測器 1310:指紋特徵 1403:方塊 1405:方塊 1407:方塊 1409:方塊 1411:方塊 1413:方塊 1415:方塊 1417:方塊 1500:方法 1503:方塊 1505:方塊 1507:方塊 1509:方塊 1511:方塊 1513:方塊 1515:方塊 1517:方塊 1519:方塊 1605:主機應用程式處理器 1607:指紋感測器 1609:觸感子系統 1611:數位介面 1613:數位介面 1615:數位介面 1705:主機應用程式處理器 1710:雙用途指紋感測器及觸感控制器 1715:指紋感測器 1716:數位介面 1720:觸感致動器 1725:電力供應介面 1730:接收信號介面 1735:數位介面 1740:接地線 1745:電力供應介面 1750:控制信號介面 1755:感測介面 1760:接地線 1800:方法 1803:方塊 1805:方塊 1900:方法 1903:方塊 1905:方塊 1907:方塊 1909:方塊 2034:感測器像素 2035:像素陣列 2036:像素電路 2037:像素輸入電極 2100a:超音波感測器系統 2100b:超音波感測器系統 2100c:超音波感測器系統 BG1:背景特徵 BG2:背景特徵 D1:峰值偵測二極體 FP1:指紋特徵 FP2:指紋特徵 FP_INTR1:指紋感測器中斷信號 FP_INTR2:指紋感測器中斷信號 HAP_INTR1:觸感中斷信號 HAP_INTR2:觸感中斷信號 INTR5:中斷信號 INTR6:中斷信號 M3:讀出電晶體電路系統 PSM:壓電感測器材料 W0:加權因子 W1:加權因子 W2:加權因子 W3:加權因子 W4:加權因子 W5:加權因子 W6:加權因子 W7:加權因子
本說明書中所描述之主題之一或多個實施之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而變得顯而易見。注意，以下圖式之相對尺寸可能未按比例繪製。各種圖式中相同參考數字及名稱均指示相同元件。
圖1為展示根據一些所揭示實施之裝置之實例組件的方塊圖。
圖2為提供本文中所揭示之一些方法之實例方塊的流程圖。
圖3展示根據一些所揭示實施之裝置之實例組件。
圖4展示使低頻振動之產生與超音波之發射同步之實例。
圖5展示同調偵測方法之實例。
圖6展示在觸感擾動信號之一個週期上指紋特徵之擾動之實例。
圖7展示用於偵測指紋特徵之邊緣的方法之實例。
圖8展示使用二值化遮罩來拒絕背景特徵之實例。
圖9展示使用二值化遮罩來拒絕背景特徵之另一實例。
圖10提供產生增強型指紋影像資料之實例。
圖11A及11B提供指紋特徵因低頻振動之擾動之額外實例。
圖12展示擷取到指紋影像資料之時間獨立於觸感擾動波形之週期及相位的實例。
圖13展示擷取到指紋影像資料之時間獨立於觸感擾動波形之週期及相位的另一實例。
圖14為提供本文中所揭示之一些非同調偵測方法之實例方塊的流程圖。
圖15為提供可涉及實施圖14之方塊1417的過程之實例的流程圖。
圖16展示根據一個實施之裝置之實例組件。
圖17展示根據替代性實施之裝置之實例組件。
圖18A為提供本文中所揭示之一些方法之實例方塊的流程圖。
圖18B為根據一個實例之擾動相對於觸感頻率之圖表。
圖19為提供另一所揭示方法之實例方塊的流程圖。
圖20代表性地描繪用於超音波感測器系統的感測器像素之4 x 4像素陣列之態樣。
圖21A及21B展示超音波感測器系統中之超音波發射器及接收器之實例配置，其中其他配置係可能的。
圖21C展示超音波感測器系統中之超音波收發器陣列之實例。
101:裝置
102:超音波感測器系統
103:超音波接收器
104:介面系統
105:超音波發射器
106:控制系統
110:低頻振動源

Claims (30)

  1. 一種裝置，其包含： 一超音波發射器，其經組態以發射在1 MHz至30 MHz範圍內之超音波； 一低頻振動源，其經組態以產生在5 Hz至2000 Hz範圍內之低頻振動； 其中該超音波發射器與該低頻振動源機械耦接； 一超音波接收器；及 一控制系統，其經組態以： 控制該超音波發射器以用於第一超音波之發射； 控制該低頻振動源以用於第一低頻振動之產生； 使該等第一低頻振動之該產生與該等第一超音波之該發射同步； 自該超音波接收器接收超音波接收器信號，該等超音波接收器信號包括對應於該等第一超音波自與該裝置之一外表面接觸的一目標物件之反射的信號；及 至少部分地基於該等超音波接收器信號來進行一鑑認過程。
  2. 如請求項1之裝置，其中使第一低頻振動之該產生與第一超音波之該發射同步包含： 控制該低頻振動源以用於在一第一時間間隔期間該等第一低頻振動之產生；及 控制該超音波發射器以用於在該第一時間間隔之後的一第二時間間隔期間該等第一超音波之發射。
  3. 如請求項1之裝置，其中使第一低頻振動之該產生與第一超音波之該發射同步包含： 控制該低頻振動源以用於在一第一時間間隔期間該等第一低頻振動之產生；及 控制該超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的一第二時間間隔期間該等第一超音波之發射。
  4. 如請求項1之裝置，其中該低頻振動源包含一觸感器件、一揚聲器、一壓電致動器、一偏心旋轉質量塊或一線性共振致動器中之一或多者。
  5. 如請求項1之裝置，其中該低頻振動源經組態以引起該裝置之僅一部分之局部低頻振動或引起整個裝置之整體低頻振動中之至少一者。
  6. 如請求項1之裝置，其中該低頻振動源及該超音波發射器包括於一單一器件中。
  7. 如請求項1之裝置，其中該控制系統進一步經組態以： 判定對應於一影像品質度量或一特徵品質度量中之至少一者的一接觸品質度量；及 至少部分地基於該接觸品質度量來判定是否致動該低頻振動源。
  8. 如請求項1之裝置，其中該控制系統經組態以控制該低頻振動源以產生一單一頻率或多個頻率中之至少一者。
  9. 如請求項1之裝置，其中該控制系統經組態以控制該低頻振動源以間歇地或持續地中之至少一者產生低頻振動。
  10. 如請求項1之裝置，其中該控制系統經組態以自該等超音波接收器信號萃取特徵且其中該鑑認過程係至少部分地基於該等特徵。
  11. 如請求項10之裝置，其中該控制系統經組態以： 判定至少一個特徵品質度量； 將該特徵品質度量用作該低頻振動源的一回饋信號；及 至少部分地基於該回饋信號來控制該低頻振動源。
  12. 如請求項10之裝置，其中該控制系統經組態以： 判定至少一個特徵品質度量； 判定該至少一個特徵品質度量是否低於一特徵品質度量臨限值；且，若判定該至少一個特徵品質度量低於一特徵品質度量臨限值，則 控制該低頻振動源以用於具有高於該等第一低頻振動之振幅的振幅的第二低頻振動之產生。
  13. 如請求項1之裝置，其中一超音波收發器層包含該超音波發射器及該超音波接收器。
  14. 一種鑑認方法，其包含： 控制一超音波發射器以用於第一超音波之發射； 控制一低頻振動源以用於第一低頻振動之產生； 使該等第一低頻振動之該產生與該等第一超音波之該發射同步； 自一超音波接收器接收超音波接收器信號，該等超音波接收器信號包括對應於該等第一超音波自與一裝置之一外表面接觸的一目標物件之反射的信號；及 至少部分地基於該等超音波接收器信號來進行一鑑認過程。
  15. 如請求項14之方法，其中使第一低頻振動之該產生與第一超音波之該發射同步包含： 控制該低頻振動源以用於在一第一時間間隔期間該等第一低頻振動之產生；及 控制該超音波發射器以用於在該第一時間間隔之後的一第二時間間隔期間該等第一超音波之發射。
  16. 如請求項14之方法，其中使第一低頻振動之該產生與第一超音波之該發射同步包含： 控制該低頻振動源以用於在一第一時間間隔期間該等第一低頻振動之產生；及 控制該超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的一第二時間間隔期間該等第一超音波之發射。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包含至少部分地基於該等第一低頻振動來偵測該等超音波接收器信號中之背景雜訊。
  18. 如請求項14之方法，其中控制該低頻振動源包含引起該裝置之僅一部分之局部低頻振動或整個裝置之整體低頻振動中之至少一者。
  19. 如請求項14之方法，其中控制該低頻振動源及控制該超音波發射器包含控制一單一器件。
  20. 如請求項14之方法，其中控制該低頻振動源包含使得該低頻振動源在該外表面之平面中或垂直於該外表面之該平面產生該等第一低頻振動。
  21. 如請求項14之方法，其中控制該低頻振動源包含使得該低頻振動源產生一單一頻率或多個頻率中之至少一者。
  22. 如請求項14之方法，其中控制該低頻振動源包含使得該低頻振動源間歇地或持續地中之至少一者產生低頻振動。
  23. 如請求項14之方法，其進一步包含自該等超音波接收器信號萃取特徵，其中該鑑認過程係至少部分地基於該等特徵。
  24. 如請求項23之方法，其進一步包含： 判定至少一個特徵品質度量； 將該特徵品質度量用作該低頻振動源的一回饋信號；及 至少部分地基於該回饋信號來控制該低頻振動源。
  25. 如請求項23之方法，其進一步包含： 判定至少一個特徵品質度量； 判定該至少一個特徵品質度量是否低於一特徵品質度量臨限值；且，若判定該至少一個特徵品質度量低於一特徵品質度量臨限值，則 控制該低頻振動源以用於具有高於該等第一低頻振動之振幅的振幅的第二低頻振動之產生。
  26. 一或多個在其上儲存有軟體之非暫時性媒體，該軟體包括用於控制一或多個器件以進行一鑑認方法的指令，該鑑認方法包含： 控制一超音波發射器以用於第一超音波之發射； 控制一低頻振動源以用於第一低頻振動之產生； 使該等第一低頻振動之該產生與該等第一超音波之該發射同步； 自一超音波接收器接收超音波接收器信號，該等超音波接收器信號包括對應於該等第一超音波自與一裝置之一外表面接觸的一目標物件之反射的信號；及 至少部分地基於該等超音波接收器信號來進行一鑑認過程。
  27. 如請求項26之一或多個非暫時性媒體，其中使第一低頻振動之該產生與第一超音波之該發射同步包含： 控制該低頻振動源以用於在一第一時間間隔期間該等第一低頻振動之產生；及 控制該超音波發射器以用於在該第一時間間隔之後的一第二時間間隔期間該等第一超音波之發射。
  28. 如請求項26之一或多個非暫時性媒體，其中使第一低頻振動之該產生與第一超音波之該發射同步包含： 控制該低頻振動源以用於在一第一時間間隔期間該等第一低頻振動之產生；及 控制該超音波發射器以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的一第二時間間隔期間該等第一超音波之發射。
  29. 一種裝置，其包含： 發射構件，其用於發射在1 MHz至30 MHz範圍內之超音波； 產生構件，其用於產生在5 Hz至2000 Hz範圍內之低頻振動； 接收構件，其用於接收超音波；及 控制構件，其用於： 控制該發射構件以用於第一超音波之發射； 控制該產生構件以用於第一低頻振動之產生； 使該等第一低頻振動之該產生與該等第一超音波之該發射同步； 自該接收構件接收超音波接收器信號，該等超音波接收器信號包括對應於該等第一超音波自與該裝置之一外表面接觸的一目標物件之反射的信號；及 至少部分地基於該等超音波接收器信號來進行一鑑認過程。
  30. 如請求項29之裝置，其中使第一低頻振動之該產生與第一超音波之該發射同步包含： 控制該產生構件以用於在一第一時間間隔期間該等第一低頻振動之產生；及 控制該發射構件以用於在至少部分地與該第一時間間隔重合的一第二時間間隔期間該等第一超音波之發射。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11182587B2 (en) 2019-09-05 2021-11-23 Qualcomm Incorporated Ultrasonic fingerprint sensor with low-frequency vibration source
KR20210121976A (ko) * 2020-03-31 2021-10-08 엘지디스플레이 주식회사 진동발생장치 및 이를 구비한 표시장치
US20210334348A1 (en) * 2020-04-24 2021-10-28 Electronics And Telecommunications Research Institute Biometric authentication apparatus and operation method thereof
US20230419280A1 (en) * 2022-06-23 2023-12-28 Truist Bank Gesture recognition for advanced security
CN115483984B (zh) * 2022-09-13 2024-01-12 维沃移动通信有限公司 指纹模组、控制方法和装置、可读存储介质、电子设备

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9323393B2 (en) 2013-06-03 2016-04-26 Qualcomm Incorporated Display with peripherally configured ultrasonic biometric sensor
UY35775A (es) 2013-10-21 2015-04-30 Sicpa Holding Sa Un puesto de control de seguridad
US9945818B2 (en) 2014-02-23 2018-04-17 Qualcomm Incorporated Ultrasonic authenticating button
US20160246396A1 (en) 2015-02-20 2016-08-25 Qualcomm Incorporated Interactive touchscreen and sensor array
KR20170085105A (ko) * 2015-04-21 2017-07-21 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 지문 센서 인터럽트 임계치를 설정하기 위한 방법, 장치, 및 단말 장치
US10140534B2 (en) 2015-09-26 2018-11-27 Qualcomm Incorporated Ultrasonic imaging devices and methods
US10497748B2 (en) 2015-10-14 2019-12-03 Qualcomm Incorporated Integrated piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer pixel and array
US10095907B2 (en) 2016-08-11 2018-10-09 Qualcomm Incorporated Single transducer fingerprint system
US20180373913A1 (en) 2017-06-26 2018-12-27 Qualcomm Incorporated Ultrasonic fingerprint sensor for under-display applications
US10461124B2 (en) 2017-08-07 2019-10-29 Invensense, Inc. Ultrasonic sensing device
KR102423496B1 (ko) * 2018-02-13 2022-07-21 엘지전자 주식회사 이동 단말기
CN108924277A (zh) 2018-05-31 2018-11-30 业成科技（成都）有限公司 面板结构
KR102608894B1 (ko) 2019-03-11 2023-12-01 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치와 그의 구동 방법
KR20210000603A (ko) 2019-06-25 2021-01-05 엘지디스플레이 주식회사 센서를 포함하는 표시장치
US11182587B2 (en) 2019-09-05 2021-11-23 Qualcomm Incorporated Ultrasonic fingerprint sensor with low-frequency vibration source

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