TW202143097A - 包括超材料之指紋感測器系統 - Google Patents

Abstract

一種設備可包括：覆蓋層、鄰近覆蓋層（或位於覆蓋層內）的第一超材料層、經組態用於提供光至第一超材料層的光源系統、及接收器系統。第一超材料層可包括奈米粒子，該等奈米粒子經組態以在被光照射時共振並產生超音波。接收器系統可包括超音波接收器系統，該超音波接收器系統經組態以接收從與覆蓋層之表面接觸或鄰近於覆蓋層之表面的目標物體反射的超音波。控制系統可經組態以接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從該目標物體反射的該等超音波，並至少部分基於該等超音波接收器信號執行認證程序及/或成像程序。

Description

包括超材料之指紋感測器系統

本專利申請要求享受於2019年11月21日遞交的、標題為“FINGERPRINT SENSOR SYSTEM INCLUDING METAMATERIAL”的非臨時申請No. 16/691,416的優先權，該申請已經轉讓給本申請的受讓人，故以引用方式將其明確地併入本文。

本揭露大致上係關於生物特徵裝置及方法，包括但不限於超音波感測器系統及光學感測器系統。

一超音波指紋感測器系統或一光學指紋感測器系統可係用於獲得一目標物體（諸如一手指）之一生物特徵識別影像的良好手段。螢幕下(Under-display)超音波指紋感測器最近在市場上商品化。雖然一些先前部署的指紋感測器系統對於一些應用而言大致上令人滿意，但經改良指紋感測器系統係所欲。

本揭露之系統、方法、及裝置各自具有幾個創新的態樣，該等態樣中沒有單獨一者負責本文所揭示之所需屬性。

本揭露中所述之標的的另一創新態樣可在一種設備中實施。在一些實例中，該設備可包括：一覆蓋層；一第一超材料層，其在該覆蓋層內或鄰近於該覆蓋層；一光源系統，其經組態用於提供光至該第一超材料層；及一接收器系統，其包含一超音波接收器系統，該超音波接收器系統經組態以接收從一目標物體反射之超音波，該目標物體接觸該覆蓋層之一表面、或鄰近於該覆蓋層之該表面。該第一超材料可包括奈米粒子，該等奈米粒子經組態以在被光照射時共振並產生一超音波。在一些實施方案中，一行動裝置可係或可包括該設備。例如，一行動電話可係或可包括該設備。

根據一些實施方案，該光源系統可包括鄰近於該第一超材料層之一波導。該波導可經組態用於接收來自該光源之光，及提供該光至該第一超材料層。在一些實例中，該光源系統可包括一光源，該光源經組態以發射包括該等奈米粒子之至少一些者的一共振頻率的光。

根據一些實例，該設備包括一控制系統。該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(digital signal processor, DSP)、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit, ASIC)、場可程式化閘陣列(field programmable gate array, 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。

在一些實施方案中，該控制系統可經組態以控制該光源系統，以使該等奈米粒子發射在1 MHz至30 MHz之範圍內的超音波。根據一些實施方案，該控制系統可經組態以：接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從該目標物體反射之該等超音波；及至少部分地基於該等超音波接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序。

根據一些實例，該覆蓋層可係或可包括一光學不透明或光學半透明壓板。然而，在一些實例中，該覆蓋層可係光學透明的。

一些實施方案可包括經組態以將聲波轉換成光的一第二超材料層。在一些此類實例中，該覆蓋層可包括該第二超材料層。

在一些實施方案中，該接收器系統可包括一光學接收器系統。根據一些此類實施方案，該接收器系統之一單一層可包括該光學接收器系統之部分及該超音波接收器系統之部分。一些此類實施方案亦可包括一控制系統。在一些實例中，該控制系統可經組態以接收來自該光學接收器系統之光學接收器信號且至少部分地基於該等光學接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序。在一些情況中，該等光學接收器信號之至少一些者可對應於由該第二超材料所發射之光。在一些實例中，該控制系統可經組態以控制該光源系統以誘發來自該目標物體之光聲波發射。根據一些實例，該等光學接收器信號之至少一些者可對應於從該目標物體反射之光。在一些實例中，該控制系統可經組態以：接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從該目標物體反射之該等超音波；及至少部分基於該等超音波接收器信號執行該認證程序及/或該成像程序。

根據一些實例，該超音波接收器系統可包括一壓電層。在一些情況中，該壓電層可包括在一壓電聚合物基質中之微粒子及/或奈米粒子。例如，該等微粒子及/或奈米粒子可例如包括鐵電材料。

本揭露中所述之標的又其他創新態樣可在一方法中實施。該方法可涉及控制一光源系統以發射光，該光使一第一超材料層之至少一些奈米粒子發射超音波。該方法可涉及接收來自一超音波接收器系統之第一超音波接收器信號，該等第一超音波接收器信號對應於由該等奈米粒子產生且從一目標物體反射的超音波。該方法可涉及至少部分地基於該等第一超音波接收器信號執行一成像程序及/或一認證程序。

根據一些實例，該方法可涉及控制該光源系統以照射該目標物體之至少一部分。在一些實例中，該方法可涉及：接收來自一光學接收器系統之光學接收器信號，該等光學接收器信號對應於從該目標物體反射之光且至少部分基於該等光學接收器信號執行該成像程序或該認證程序。

在一些實施方案中，該方法可涉及控制該光源系統以誘發來自該目標物體之至少一部分的光聲波發射。在一些實例中，該方法可涉及：接收來自該超音波接收器系統之第二超音波接收器信號，該等第二超音波接收器信號對應於經由該等光聲波發射產生的超音波；及至少部分基於該等第二超音波接收器信號執行該成像程序及/或該認證程序。

本文描述的一些或所有操作、功能、及/或方法可由一或多個裝置根據儲存在一或多個非暫時性媒體上的指令（例如，軟體）來執行。此類非暫時性媒體可包括諸如本文所描述之記憶體裝置，包括但不限於隨機存取記憶體(random access memory, RAM)裝置、唯讀記憶體(read-only memory, ROM)裝置等。因此，本揭露中所述之標的之一些創新態樣可實施在具有儲存於其上的軟體的非暫時性媒體中。

例如，該軟體可包括用於控制一或多個裝置以執行一方法之指令，該方法涉及控制一光源系統以發射光，該光使一第一超材料層之至少一些奈米粒子發射超音波。該方法可涉及接收來自一超音波接收器系統之第一超音波接收器信號，該等第一超音波接收器信號對應於由該等奈米粒子產生且從一目標物體反射的超音波。該方法可涉及至少部分地基於該等第一超音波接收器信號執行一成像程序及/或一認證程序。

根據一些實例，該方法可涉及控制該光源系統以照射該目標物體之至少一部分。在一些實例中，該方法可涉及：接收來自一光學接收器系統之光學接收器信號，該等光學接收器信號對應於從該目標物體反射之光且至少部分基於該等光學接收器信號執行該成像程序或該認證程序。

在一些實施方案中，該方法可涉及控制該光源系統以誘發來自該目標物體之至少一部分的光聲波發射。在一些實例中，該方法可涉及：接收來自該超音波接收器系統之第二超音波接收器信號，該等第二超音波接收器信號對應於經由該等光聲波發射產生的超音波；及至少部分基於該等第二超音波接收器信號執行該成像程序及/或該認證程序。

下列說明係關於用於描述本揭露的創新態樣之目的的一些實施方案。然而，所屬領域中具有通常知識者將輕易認識到，本文中的教示可以眾多不同方式來應用。所描述之實施方案可實施於包括如本文所揭示之一生物特徵系統的任何裝置、設備、或系統中。此外，可設想到所描述之實施方案可包括於多種電子裝置中或與各種電子裝置相關聯，諸如但不限於：行動電話、具有多媒體網際網路連線能力的行動電話、行動電視接收器、無線裝置、智慧手機、智慧卡、可穿戴式裝置（諸如手鍊、臂環、腕帶、指環、頭帶、貼片等）。Bluetooth®裝置、個人資料助理(personal data assistant, PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或可攜式電腦、迷你筆記型電腦、筆記型電腦、智慧小筆電(smartbook)、平板電腦、印表機、複印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統(global positioning system, GPS)接收器/瀏覽器、相機、數位媒體播放器（諸如MP3播放器）、攝影機、遊戲主機、腕錶、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、自動顯示器（包括里程計顯示器及計速器顯示器等）、座艙控制及/或顯示器、相機檢視顯示器（諸如車輛中的後視相機的顯示器）、電子照片、電子告示牌或標誌、投影器、建築結構、微波、冰箱、立體聲系統、卡帶式錄影機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、無線電、可攜式記憶體晶片、洗衣機、烘乾機、洗衣機/烘乾機、停車計時器、封裝（諸如在機電系統(electromechanical system, EMS)應用（包括微機電系統(microelectromechanical system, MEMS)應用）、以及非EMS應用中）、美觀結構（諸如在一件珠寶或衣物上顯示影像）及各種EMS裝置。本文之教示亦可用於諸如但不限於電子切換裝置、射頻濾波器、感測器、加速度計、陀螺儀、動力感測裝置、磁力計、用於消費性電子產品的慣性組件、消費性電子產品的部件、方向盤或其他汽車零件、變容器、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，該等教示非意圖限於僅在圖式中所描繪之實施方案，而是具有廣泛適用性，如所屬技術領域中具有通常知識者將易於明白。

在許多情況中，一超音波指紋感測器可獲得一手指或其他目標物體之一合適生物特徵識別影像。然而，一些聲波聲透射(acoustic insonification|)程序具有顯著的功率需求。用於螢幕保護的一些膜可顯著地衰減超音波信號。此外，發出一高電壓脈衝至一壓電傳輸器中會可將非所要的電雜訊帶至該系統。

一些此類實施方案使用光以在使用光聲波活化奈米粒子的一外表面（諸如一壓板表面或一覆蓋層）或接近該外表面處產生超音波或聲波能量之波。例如，可提供光至一可滲漏光之波導，並可透過一奈米粒子層予以引導。替代地或額外地，該波導本身可包括奈米粒子。一些所揭示之感測器系統可包括在一壓板或一覆蓋層中之奈米粒子。奈米粒子可經由熱彈塑性加熱而共振且產生超音波。所得超音波之一些可行進朝向該外表面，在該等外表面處，該等所得超音波與一目標物體的結構（諸如與該外表面接觸的一手指之紋脊及紋谷）交互作用。接觸對應於紋谷之空氣空間的超音波可被反射，且可被一超音波接收器陣列予以偵測。一控制系統可經組態以至少部分地基於從超音波接收器陣列接收之超音波接收器信號執行認證程序及/或成像程序。一些實施方案可包括一壓電超音波接收器、傳輸器或收發器層，該層包括微鐵電粒子或奈米鐵電粒子。

一些實施方案亦可包括一光學接收器陣列。一些此類實施方案可包括在一單一接收器層中之光學接收器及超音波接收器兩者。一控制系統可經組態以控制該光源系統以照射該目標物體之至少一部分。該控制系統可經組態以至少部分基於從該光學接收器陣列接收之光學接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序。在一些此類實施方案中，該控制系統可經組態以控制該光源系統以誘發來自該目標物體之光聲波發射。在一些實例中，該設備可包括經組態以將聲波轉換成光的一第二超材料層。

本揭露中所述之標的之具體實施方案可經實施以實現下列潛在優點中之一或多者。可藉由包括具有與一合適壓電聚合物基質（諸如聚二氟亞乙烯(PVDF)或聚二氟亞乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物）的高機電耦合因子之微粒子或奈米粒子而從壓電接收器或傳輸器獲得較高的信號。一些所揭示之超音波感測器系統（其具有光聲波活化奈米粒子）以及經組態以誘發來自一目標物體之光聲波發射者不需要壓電發射器。在此類感測器系統中，不需要提供一高電壓脈衝至一壓電傳輸器且不會造成相關聯之電雜訊。經組態以至少部分基於光學接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序之感測器系統可係能夠改善由用於螢幕保護的一些膜所引起的超音波信號之衰減。

圖1係展示根據一些所揭示實施方案之設備之實例組件的方塊圖。在此實例中，設備100包括一覆蓋層102及一第一超材料層104。在一些實例中，覆蓋層102可係光學透明的。然而，在一些實施方案中，覆蓋層102可係光學不透明或光學半透明。例如，覆蓋層102可係或可包括光學不透明或光學半透明壓板。

根據此實施方式，第一超材料層104包括經組態以在由光照射時共振並產生一超音波的奈米粒子。第一超材料層104可包括分散於黏合劑材料（諸如透明黏合劑材料）中的此等奈米粒子。在一些實施方案中，第一超材料層104可鄰近於覆蓋層102，且在一些實例中，可相鄰於覆蓋層102。然而，在一些實例中，至少一些奈米粒子（及/或其他超材料）可駐留在覆蓋層102中。

在此實例中，設備100包括一光源系統106。根據一些實施方案，光源系統106經組態用於提供光至第一超材料層104。根據一些實施方案，光源系統106可包括一或多個光源，該一或多個光源經組態以發射包括該等奈米粒子之至少一些者的一共振頻率的光。相對較大的粒子將大致上以相對較低頻率共振，且相對較小的粒子將大致上以相對較高頻率共振。可為有利的是，使該等粒子經定大小以依一或多個受關注操作頻率振動。在一些實例中，該光源可係或可包括一或多個發光二極體(light-emitting diode, LED)及/或一或多個雷射二極體。根據一些實施方案，LED可係有機發光二極體(organic light-emitting diode, OLED)。在一些實施方案中，該光源可經組態以提供人眼不可見的光，諸如紅外光或紫外光。

在一些實例中，光源系統106可包括鄰近於第一超材料層104之一波導。該波導可經組態以接收來自該光源之光且提供該光至第一超材料層104。例如，光源系統106可包括一光源及一可滲漏光之波導。來自該光源的光可提供至該可滲漏光之波導，並可透過在第一超材料層104及/或覆蓋層102層中之奈米粒子經引導（例如，向上）朝向覆蓋層102。替代地或額外地，該波導本身可包括此類奈米粒子。

根據一些實例，該光源可係或可包括一脈衝光源。一些此類實施方案可包括一控制系統110。在一些此類實施方案中，控制系統110可經組態以控制該光源系統，以使該等奈米粒子發射在5 MHz至30 MHz之範圍內的超音波。然而，在其他實施方案中，控制系統110可經組態以使該等奈米粒子發射在高於或低於5 MHz至30 MHz之範圍內的頻率範圍中之超音波。例如，在一些實施方案中，控制系統110可經組態以控制該光源系統，以使該等奈米粒子發射在1 MHz至5 MHz之範圍內（例如，在1 MHz至2.5 MHz之範圍內）的超音波。此類實施方案可造成第一超材料層104的奈米粒子發射在合適用於超音波成像程序及/或認證程序之範圍中發射超音波。

在此實例中，設備100包括一接收器系統108。在一些實施方案中，接收器系統108包括一超音波接收器系統。在一些此類實施方案中，該控制系統可經組態以接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從與覆蓋層102之一表面接觸或鄰近於該覆蓋層之該表面的一目標物體反射的超音波。該控制系統可經組態以至少部分基於該等超音波接收器信號執行一認證程序或一成像程序中之至少一者。

在一些此類實施方案中，該超音波接收器系統包括壓電材料，諸如PVDF聚合物或PVDF-TrFE共聚物。在一些實施方案中，一分開的壓電層可作為該超音波傳輸器。在一些實施方案中，一單一壓電層可作為該傳輸器且作為一接收器。其他實施方案可具有一超音波接收器，但不具有超音波傳輸器。在一些實施方案中，其他壓電材料可用於壓電層中，諸如氮化鋁(AlN)或鈦酸鉛鋯(PZT)。

根據一些實例，該壓電材料可包括在一壓電聚合物基質中之微粒子或奈米粒子。在一些此類實施方案中，該等微粒子及/或該等奈米粒子可包括鐵電材料。在一些實例中，微粒子及/或奈米粒子可包括ZnO、PZT及/或BaTiO3。根據一些實施方案，該等微粒子及/或該等奈米粒子可具有在3 nm至200 nm之範圍中的直徑。

在一些情況中，接收器系統108可包括一光學接收器系統。根據一些此類實施方案，接收器系統108之一單一層可包括一光學接收器系統之部分及一超音波接收器系統之部分。下文描述一些實例。

控制系統110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、或其組合。控制系統110亦可包括一或多個記憶體裝置（及/或經組態用於與一或多個記憶體裝置通訊），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。因此，設備100可具有一記憶體系統，該記憶體系統包括一或多個記憶體裝置，然而圖1未展示該記憶體系統。控制系統110能夠接收及處理來自接收器系統108的資料。如果設備100包括一超音波傳輸器，則控制系統110能夠控制超音波傳輸器108。在一些實施方案中，控制系統110的功能可在一或多個控制器或處理器（諸如一行動裝置的一專用感測器控制器及一應用程式處理器之間劃分）。

設備100之一些實施方案可包括一介面系統112。在一些實例中，該介面系統可包括一無線介面系統。在一些實施方案中，介面系統可包括使用者介面系統、一或多個網路介面、介於控制系統110與記憶體系統之間的一或多個介面及/或介於控制系統110與一或多個外部裝置介面之間的一或多個介面（例如，連接埠或應用程式處理器）。

介面系統112可經組態以提供設備100之組件之間的通訊（其可包括有線或無線通訊，諸如電氣通訊、無線電通訊等）。在一些此類實例中，介面系統112可經組態以提供控制系統110與接收器系統108及/或光源系統106之間的通訊。根據一些此類實例，介面系統112之一部分可例如經由導電材料將控制系統110之至少一部分耦接至接收器系統108及/或光源系統106。如果設備100包括與超音波傳輸器108分開的一接收器系統108，則介面系統112可經組態以提供介於控制系統110之至少一部分與超音波傳輸器108之間的通訊。

根據一些實例，介面系統112可經組態以提供設備100與其他裝置及/或人類之間的通訊。在一些此類實例中，介面系統112可包括一或多個使用者介面。在一些實例中，介面系統112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(universal serial bus, USB)介面）。在一些實施方案中，設備100可包括一記憶體系統。在一些實例中，介面系統112可包括控制系統110與一記憶體系統之間的至少一個介面。

設備100可用於各種不同的情境，本文中揭示一些實例。例如，在一些實施方案中，一行動裝置可包括設備100之至少一部分。在一些例項中，行動裝置可係行動電話、平板裝置等。在一些實施方案中，一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係手鍊、臂環、腕帶、指環、頭帶、貼片等。在一些實施方案中，控制系統110可駐留在多於一個裝置中。例如，控制系統110之一部分可駐留在穿戴式裝置中，且控制系統110之另一部分可駐留在另一裝置中，諸如行動裝置（例如，智慧手機或平板電腦）。在一些此類實例中，介面系統112亦可駐留在多於一個裝置中。

圖2展示經組態以執行至少一些本文所揭露之方法的設備之另一實例。圖2的設備100可視為圖1所示之設備100的一實例。在此實例中，光源系統106包括一光源206及一波導208。根據此實例，第一超材料層104駐留在波導208與覆蓋層102之間，目標物體202被置放在該覆蓋層上。在此實例中，目標物體202係一手指。（如本文中所使用，用語「手指(finger)」具有足夠廣的意義以指稱任何手指(digit)，包括拇指。據此，用語「指紋(fingerprint)」具有足夠廣的意義以以指稱任何手指的指印(print)，包括拇指指印(thumbprint)。）

在一些實施方案中，光源206包括至少一個LED及/或至少一個雷射二極體。根據此實例，波導208經組態以引導由光源206所提供之光之至少一些者至第一超材料層104。

在此實施方案中，第一超材料層104包括經組態以在由光照射時共振並產生一超音波的奈米粒子204。在此實例中，第一超材料層104包括奈米粒子204懸浮於其中的黏合劑材料。在一些此類實例中，該黏合劑材料可包括透明材料，諸如透明聚合黏合劑。根據一些實例，奈米粒子204可包括金奈米粒子。在一些例項中，奈米粒子204可包括碳奈米粒子。根據一些此類實例，奈米粒子204可包括在一印度墨水(India ink)中使用的碳黑粒子類型。在一些實例中，奈米粒子204可小至10奈米，而在其他實例中奈米粒子204之大小可係100奈米或更大。

在圖2所示的實例中，奈米粒子204係用於超音波聲透射。在一些實例中，光源206可經組態以發射包括奈米粒子204之至少一些者之一共振頻率的光。根據一些實例，光210包括奈米粒子204之一共振頻率。因此，藉由光210的照射導致奈米粒子204膨脹。

替代地或額外地，在一些實例中，光源206所發射之光脈衝之間的脈衝持續時間及/或時間間隔指定：隨著該等奈米粒子被照射時膨脹及在脈衝之間收縮時，由該等奈米粒子發射的超音波212之頻率。在一些實例中，光源206所發射之光脈衝具有在1至5 µs之範圍中（例如，3 µs）的一脈衝持續時間，。在一些此類實例中，由光源206發射的光脈衝具有在0.20至1.0 mW/mL之範圍中（例如，0.7 mW/mL）的功率密度。

在設備100的光聲波系統中，在奈米粒子加熱、膨脹及接著塌縮時有一小延時。此延時在文獻中經明確定義，如在《Optical Society of America, 2015》Chao Tian、Zhixing Xie、Mario L. Fabilli、Shengchun Liu、Cheng Wang、Qian Cheng及Xueding Wang,「Dual-pulse nonlinear photoacoustic technique: a practical investigation」（下稱「Tian等人」）中。當判定光聲波系統之適當準則（例如，用於獲得來自接收器系統108之資料之距離閘控延遲(range gate delay)的適當值）時，應考慮此延時。如在Tian等人中所提及，希望該延時至少為「應力鬆弛時間」 且不長於熱鬆弛時間 。熱鬆弛時間（其係目標冷卻至其激發態溫度之50%的時間）可表達如下：

方程式1

在方程式1中，d表示目標之直徑，在一些實例中，該直徑可係光源的光點大小。在一些所揭示之實施方案中，d可在1至20 µm之範圍內。在方程式1中，αth表示熱擴散率。熱擴散率將根據用來形成該等奈米粒子之材料以及該等奈米粒子分散於其中之黏合劑而變化。在一些實例中，熱擴散率可在0.05至2.0 mm2/秒之範圍內。在一個實例中，假設0.13 mm2/秒之熱擴散率及10 µm之目標體積，可根據方程式1計算熱鬆弛時間係769 µs。

應力鬆弛時間可表示如下：

方程式2

在方程式2中，d表示目標之直徑，且cL表示相關介質中之縱向聲速。在一個實例中，假設1500公尺/秒之縱向聲速塗佈（黏合劑之典型值）及10 µm之目標體積，可根據方程式2計算的應力鬆弛時間係6.7 µs。

因此，在此實例中，奈米粒子加熱、膨脹及接著塌縮時的延時會在6.7奈秒至769微秒之範圍內。根據光聲波文獻（包括Tian等人），該光脈衝持續時間應小於例如在1 µs至5 µs之範圍內的任一時間。對於光源系統106經組態以發射一系列光脈衝的實施方案，在此實例中，光脈衝之間的間隔應為至少769 µs，以避免剝蝕及穴蝕。

假設如圖2或圖3所示之設備，如果t0係光源系統106一光脈衝之時間，t0與光脈衝到達該等奈米粒子之間所歷時的時間係可忽略的且可被忽視。在此實例中，奈米粒子204在t0後開始發射大約6.7 µs的超音波。可藉由將此延時加至所發射超音波212從奈米粒子204行進至一目標區域且回到接收器系統108的時間長度來判定t0之後的適當距離閘控延遲。例如，對於指紋成像，可藉由將此延時加至所發射超音波212從奈米粒子204行進至覆蓋層102之外表面且回到接收器系統108的時間長度來判定t0之後的適當距離閘控延遲。

在圖2所示之實例中，展示超音波212衝擊在手指的紋脊區214及紋谷區216上。在紋脊區214與覆蓋層102之間存在很小的聲阻抗率(impedance contrast)，使得衝擊在紋脊區214上的許多超音波212之能量傳輸至手指中。然而，在紋谷區216中之空氣與覆蓋層102之間存在大聲阻抗率，使得衝擊在紋谷區216上的許多超音波212之能量被反射。

由接收器系統108之一超音波接收器接收這些經反射超音波218之一些。根據一些實施方案，控制系統110可經組態以：接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從該目標物體反射之該等超音波218；及至少部分地基於該等超音波接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序。一些超音波可直接傳播至超音波接收器系統，但是可藉由選擇允許該等反射波（但非直接波）被取樣的一距離閘控延遲來區分該等超音波與經反射超音波。

圖3展示經組態以執行至少一些本文所揭露之方法的設備之另一實例。圖3之設備100可視為圖1所示設備100的另一實例。圖3之設備100非常類似於圖2所示者。然而，在此實例中，奈米粒子204駐留在波導208中。據此，波導208包括第一超材料層104。光源206可經組態以發射包括奈米粒子204之至少一些者之共振頻率的光。根據一些實例，控制系統110可經組態以控制光源206，以使該等奈米粒子發射在1 MHz至30 MHz之範圍內的超音波。根據一些實施方案，控制系統110可經組態以：接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從該目標物體反射之該等超音波218；及至少部分地基於該等超音波接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序。

圖4係提供可經由一些揭示之實施方案執行之方法之一實例的流程圖。方法400的方塊（及至少一些其他揭示方法的方塊）可例如藉由圖1至圖3所示的設備100或藉由類似設備進行。如同本文所揭示之其他方法，方法400可包括比所指示的更多或更少的方塊。此外，本文所揭露方法的方塊非必然以所指示的順序執行。

在此實例中，方塊403涉及控制一光源系統以發射光，該光使一第一超材料層之至少一些奈米粒子發射超音波。在此，方塊403涉及控制該光源系統以提供該光之脈衝至該第一超材料層，該等脈衝經提供以使該等奈米粒子發射在1 MHz至30 MHz之範圍內的超音波。例如，方塊403可涉及控制系統110控制光源系統106。此類實施方案可造成第一超材料層104的奈米粒子發射在合適用於超音波成像程序及/或認證程序之範圍中發射超音波。

根據此實例，方塊405涉及接收來自一超音波接收器系統之第一超音波接收器信號，該等第一超音波接收器信號對應於由該等奈米粒子產生且從一目標物體反射的超音波。方塊405可例如涉及控制系統110接收來自接收器系統108的第一超音波接收器信號。在其他實例中，該等第一超音波接收器信號可接收自一記憶體裝置（諸如一緩衝器）。該等超音波接收器信號可對應於從鄰近於覆蓋層102之一目標物體反射的超音波。在一些實例中，該目標物體可係一人的手指，諸如一使用者的手指。然而，在其他實例中，該目標物體可係一似人工手指的物體，其在本文中可稱為一「假手指(fake finger)」。

在此實施方案中，方塊407涉及至少部分地基於該等第一超音波接收器信號執行一成像程序及/或一認證程序。接收自接收器系統108的資料在本文中可稱為「影像資料」，雖然大致上將依電信號之形式接收影像資料。因此，在未額外處理的情況中，此類影像資料將不必然可由一人類感知為一影像。在一些實例中，方塊407可涉及雜訊消除程序及/或其他影像處理。在一些實例中，方塊407可涉及建構該目標物體之至少一部分之一二維影像或一三維影像。

一些所揭示之實施方案可包括一感測器系統，該感測器系統能夠從表皮獲得影像資料（諸如指紋影像資料）、及對應於表皮下特徵的影像資料。圖5展示表皮下特徵之實例。如本文中所使用，用語「表皮下特徵(sub-epidermal feature)」可指下伏於表皮層100的任何組織層（包括真皮、乳突層、網狀層、皮下層等），及可存在於此類組織層內的任何血管、淋巴管、汗腺、毛囊、毛乳突、脂肪小葉。因此，表皮下特徵亦可包括圖5中未展示之特徵，諸如肌肉組織、骨材等。

如果方塊407涉及至少部分基於該等第一超音波接收器信號執行認證程序，方塊407可涉及評估之表皮及/或表皮下特徵。一些詐騙技術係基於在一物體上形成似指紋特徵，其可係似手指物體。然而，製造具有詳細的表皮下特徵、肌肉組織特徵及/或骨組織特徵之似手指物體將具挑戰性的且昂貴。使此類特徵準確地對應於一經授權使用者的特徵將更具挑戰性。使此類特徵可以似人類仿生方式製造或以複製正當使用者方式移動更加提高詐騙偽造阻礙。因為一些所揭示之實施方案涉及至少部分地基於表皮下特徵獲得屬性資訊，一些此類實施方案可提供更可靠的認證。

一些實施方案可能夠至少部分基於表皮下特徵執行註冊及認證程序。一些此類程序亦可基於指紋影像資料，或基於指紋細節(fingerprint minutiae)或指紋影像特徵（例如，自指紋影像資料導出的關鍵點）。該等認證程序可涉及詐騙偵測及/或活體偵測。

在一些實例中，該使用者認證程序可涉及基於來自一超音波感測器陣列之信號，來比較獲自所接收影像資料的「屬性資訊」與從先前已在註冊程序期間從一經授權使用者接收的影像資料所獲得之所儲存屬性資訊。根據一些此類實例，該屬性資訊可包括關於表皮下特徵之資訊（諸如關於真皮特徵、皮下層特徵、血管特徵、淋巴管特徵、汗腺特徵、毛囊特徵、毛乳突特徵及/或、脂肪小葉特徵的資訊），連同與一經註冊指紋相關聯的細節或關鍵點資訊。

替代地，或額外地，在一些實施方案中，從所接收影像資料所獲得的屬性資訊及所儲存屬性資訊可包括關於骨組織特徵、肌肉組織特徵及/或表皮或表皮下組織特徵的資訊。例如，根據一些實施方案，該使用者認證程序可涉及獲得的指紋影像資料及表皮下影像資料。在此類實例中，該認證程序可涉及評估從該指紋影像資料所獲得的屬性資訊。

在一認證程序期間相比較的從該所接收影像資料所獲得之屬性資訊與該所儲存屬性資訊可包括對應於該所接收影像資料的生物特徵模板資料及對應於該所儲存影像資料的生物特徵模板資料。一種習知類型的生物特徵模板資料係可指示指紋細節或關鍵點之類型及位置的指紋模板資料。基於指紋影像資料之屬性的使用者認證程序可涉及比較所接收指紋模板資料與所儲存指紋模板資料。此一程序可涉及或可不涉及直接比較所接收指紋影像資料與所儲存指紋影像資料。

類似地，對應於表皮下特徵之生物特徵模板資料可包括關於血管之屬性的資訊，諸如關於血管特徵之類型及位置的資訊，諸如血管大小、血管定向、血管分支點等位置等。替代地，或額外地，對應於表皮下特徵之生物特徵模板資料可包括關於真皮特徵、皮下層特徵、血管特徵、淋巴管特徵、汗腺特徵、毛囊特徵、毛乳突特徵、脂肪小葉特徵、肌肉組織及/或骨材的類型（例如，大小、形狀、定向等）及位置的屬性資訊。

在一些實施方案中，方法400可涉及控制該光源系統以誘發來自該目標物體之至少一部分的光聲波發射。在一些此類實例中，方法400可涉及接收來自該超音波接收器系統之第二超音波接收器信號，該等第二超音波接收器信號對應於經由該等光聲波發射所產生之超音波。此類方法可涉及至少部分地基於該等第二超音波接收器信號執行方塊407之該成像程序及/或該認證程序。

根據一些實施方案，方法400可涉及控制光源系統以照射該目標物體之至少一部分。一些此類實施方案可涉及接收來自一光學接收器系統之光學接收器信號，該等光學接收器信號對應於從該目標物體反射之光。例如，控制系統110可接收來自接收器系統108之一光學接收器系統組件的光學接收器信號。根據一些此類實例，控制系統110可經組態用於至少部分基於該等光學接收器信號執行方塊407之該成像程序或該認證程序。

圖6展示包括光學接收器部分及超音波接收器部分的一接收器系統108之一實例。在此實例中，接收器系統108之一單一層包括光學接收器部分601及超音波接收器部分603。如上文所提及，用於螢幕保護的一些膜可顯著地衰減超音波信號。經組態以至少部分基於光學接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序之感測器系統可係能夠改善由螢幕保護膜所引起的超音波信號之衰減。

在圖1至圖4之任一者中所展示且上文描述的設備100之實施方案中可包括圖6中所展示之接收器系統108或一相似接收器系統108。然而，在設備100之其他實施方案中（諸如在圖7A中所展示及下文所描述者）亦包括圖6之接收器系統108。

回到圖1，可看到設備100之一些實施方案可包括一第二超材料層114。在一些實例中，第二超材料層114經組態以將聲波轉換成光。例如，第二超材料層114可包括電漿子奈米桿超材料。

在一些實例中，控制系統110可經組態以接收來自該光學接收器系統之光學接收器信號且至少部分地基於該等光學接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序。該等光學接收器信號之至少一些者可對應於由第二超材料114發射之光。然而，該等光學接收器信號之至少一些者可對應於從該目標物體反射之光。根據一些實例，該認證程序及/或該成像程序亦可至少部分地基於超音波接收器信號。

根據一些實例，控制系統110可經組態以控制光源系統106以誘發來自與覆蓋層102接觸或鄰近於該覆蓋層的一目標物體之光聲波發射。在一些實例中，第二超材料114可將得自於這些光聲波發射的超音波轉換成光。

圖7A展示經組態以執行至少一些本文所揭露之方法的設備之另一實例。設備700的一些實施方案可視為圖1所示之設備100的另一例項。在此實例中，覆蓋層102包括一超材料層714。超材料層714可視為圖1所示之第二超材料層114的例項。然而，設備700之一些實施方案不包括一第一超材料層104（其包括合適用於超音波聲透射之奈米粒子）。

在此實例中，光源系統106不需要一波導。根據一些實例，光源系統106可包括一或多個LED及/或雷射二極體。在一些實例中，光源系統106可係一顯示器之一背光。

根據一些實例，光源系統106可經組態以誘發來自與覆蓋層102接觸或鄰近於該覆蓋層的一目標物體（諸如目標物體202）之光聲波發射。例如，控制系統110可控制光源系統106以經由光710在目標物體202中誘發光聲波發射。在一些實例中，超材料714可將得自於這些光聲波發射的超音波712轉換成光716，該等超音波中之一些可被接收器系統108之一光學接收器所偵測。

在一些實例中，控制系統110可經組態以接收來自該光學接收器系統之光學接收器信號且至少部分地基於該等光學接收器信號執行一認證程序及/或一成像程序。該等光學接收器信號之至少一些者可對應於由第二超材料114發射之光。然而，該等光學接收器信號之至少一些者可對應於從該目標物體反射之光。

在一些實施方案中，接收器系統108亦可包括一超音波接收器系統。根據一些此類實施方案，該光學接收器系統及該超音波接收器系統可駐留在接收器系統108之一單一層中，例如，如圖6所展示。在一些情況中，可由該超音波接收器系統接收得自於光聲波發射的超音波712之至少一些者。根據一些實例，該認證程序及/或該成像程序亦可至少部分地基於從該超音波接收器系統接收的超音波接收器信號。一些替代實施方案可包括一超音波傳輸器。

諸如圖7A中所展示且上文所描述之實施方案具有潛在優點。例如，一光學感測器通常不會受到螢幕保護膜的不利影響，螢幕保護膜可能會使超音波感測器之效能劣化。光學感測器可例如置放在一毫米玻璃下，包括彎曲的2.5D玻璃，且在其中超音波指紋感測器可提供劣化影像品質的情況中仍準確地偵測到指紋。光學感測器可包括諸如透鏡之組件，實現相對大的聚焦深度。因此，可適應一螢幕保護器的額外厚度。因為光速遠大於聲速，所以螢幕保護器之額外厚度不會影響顯著用於光學感測器之總飛行時間。相比之下，一螢幕保護器之額外厚度會使超音波指紋感測器需要再校準距離閘控延遲，且在一些情況中，傳輸頻率。

包括光學接收器及超音波接收器兩者的接收器系統108亦具有優點。可調整光學接收器及超音波接收器的圖框速率及空間解析度。例如，光學接收器可依相對較低的圖框速率提供相對較高的空間解析度，而超音波收發器可依相對較高的圖框速率提供相對較低的空間解析度。一個接收器可具有較低功率成像模式，且另一個接收器可具有較高功率成像模式，其僅在需要時或在有利時使用。在一些情況中，可根據各組件之特性來分開地調諧光學接收器及超音波收發器。

在一些實施方案中，來自該光學接收器及來自該超音波接收器的信號可經組合以形成一單一影像，而在其他實例中，來自該光學接收器的信號及來自該超音波接收器的信號可用以形成分開的影像。例如，如果光學接收器信號及超音波接收器信號兩者用於一成像程序及/或用於一認證程序，則信號處理可涉及光學接收器信號與超音波接收器信號的交叉相關。在一些情況中，影像資料可獲自光學接收器信號或超音波接收器信號，取決於哪一者目前提供較高品質信號。例如，如果該等超音波接收器信號之影像品質當前劣化（例如，歸因於一乾燥手指），則該等光學接收器信號可用於一成像程序及/或用於一認證程序。

圖7B展示圖7A之設備之一層的一替代實例。在此實例中，覆蓋層102包括兩種類型的超材料。根據此實施方案，垂直奈米桿720經組態以將聲波轉換為光波，而水平超材料層725經組態以將光波轉轉換為聲波。垂直奈米桿720可有助於傳播來自覆蓋層102上方之一目標物體的資訊至在覆蓋層102下方的一感測器系統。在一些實施方案中，與圖7B所指示者相比，垂直奈米桿720及/或水平超材料層725可更多地延伸穿過覆蓋層102，而在一些實例中可延伸遍及整個覆蓋層102。

圖8表示性繪示用於超音波感測器系統之感測器像素的4 × 4像素陣列的態樣。各像素834可係例如與壓電感測器材料(piezoelectric sensor material, PSM)之局部區域、一峰值偵測二極體(D1)、及一讀出電晶體(M3)相關聯；許多或所有此等元件可形成於一基材上或該基材中以形成像素電路836。實務上，各像素834之壓電感測器材料之局部區域可將所接收之超音波能量轉換成電荷。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。然後，可例如透過一列選擇機制、一閘驅動器或一移位暫存器掃描像素陣列835的各列，且用於各行的讀出電晶體M3可經觸發，以允許藉由額外電路系統（例如，一多工器及一A/D轉換器）讀取各像素834之峰值電荷的量值。像素電路836可包括一或多個TFT，以允許像素834的閘控、定址及重設。

各像素電路836可提供關於藉由超音波感測器系統所偵測之物體之一小部分的資訊。雖然為了便於圖解闡釋，圖8所示之實例係相對粗糙解析度，然而具有每吋約500個像素或更高的一解析度之超音波感測器可經組態具有一經適當縮放的結構。取決於所欲之偵測物體，可選擇超音波感測器系統之偵測面積。例如，偵測面積之範圍可從用於一單一手指的約5 mm × 5 mm至用於四隻手指的約3吋x 3吋。可使用較小及較大面積（包括正方形、矩形、及非矩形幾何），如對於目標物體適用。

圖9A展示一超音波感測器系統之一分解圖的一實例。在此實例中，超音波感測器系統900a包括在一壓板40下方的一超音波傳輸器20及一超音波接收器30。根據一些實施方案，超音波接收器30可係如圖1所示且上文所描述的超音波感測器陣列102之一實例。在一些實施方案中，超音波傳輸器20可係圖1所示及上文所描述的可選超音波傳輸器108之一實例。超音波傳輸器20可包括一實質上平坦壓電傳輸器層22，且能夠作用為一平面波產生器。超音波可藉由施加一電壓至該壓電層以使該層膨脹或收縮（取決於所施加的信號），從而產生一平面波。在此實例中，控制系統110能夠經由第一傳輸器電極24及第二傳輸器電極26施加一電壓至平面壓電傳輸器層22。以此方式，可藉由經由壓電效應來改變層的厚度來形成超音波。此超音波可行進朝向一手指（或待偵測之其他物體），行進通過壓板40。未被待偵測之物體吸收或傳輸的波之一部分可被反射，以傳遞通過壓板40且由超音波接收器30之至少一部分予以接收。第一傳輸器電極24及第二傳輸器電極26可係金屬化電極，例如，塗佈壓電傳輸器層22之相對側的金屬層。

超音波接收器30可包括設置在一基材34（其亦可稱為一背板）上之一感測器像素電路32之一陣列、及一壓電接收器層36。在一些實施方案中，各感測器像素電路32可包括一或多個TFT元件、電互連跡線，且在一些實施方案中，一或多個額外電路元件，諸如二極體、電容器及類似者。各感測器像素電路32可經組態以將在鄰近於該像素電路的壓電接收器層36中產生的電荷轉換成一電荷。各感測器像素電路32可包括一像素輸入電極38，該像素輸入電極電耦接壓電接收器層36至感測器像素電路32。

在所繪示之實施方案中，一接收器偏壓電極39設置在壓電接收器層36之一側上、鄰近於壓板40。接收器偏壓電極39可係一金屬化電極，並可經接地或經偏壓以控制哪些信號可傳遞至感測器像素電路32之陣列。藉由壓電接收器層36將從壓板40之經暴露（頂部）表面反射的超音波能量轉換成局部電荷。可藉由像素輸入電極38收集這些局部電荷，並傳遞至下伏感測器像素電路32。電荷可由感測器像素電路32放大或緩衝，並提供給控制系統110。

控制系統110可與第一傳輸器電極24及第二傳輸器電極26（直接或間接）電連接，以及與在基材34上的接收器偏壓電極39及感測器像素電路32（直接或間接地電連接）。在一些實施方案中，控制系統110可實質上如上文所述操作。例如，控制系統110能夠處理從感測器像素電路32接收的經放大信號。

控制系統110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來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110能夠從該超音波影像資料獲得屬性資訊。在一些實例中，控制系統110能夠至少部分基於該屬性資訊來控制對一或多個裝置的存取。超音波感測器系統900a（或一相關聯裝置）可包括一記憶體系統，該記憶體系統包括一或多個記憶體裝置。在一些實施方案中，控制系統110可包括記憶體系統之至少一部分。控制系統110能夠獲得來自超音波影像資料之屬性資訊及將之屬性資訊儲存在該記憶體系統中。在一些實施方案中，控制系統110能夠擷取一指紋影像、從該指紋影像獲得屬性資訊以及將獲自該指紋影像之屬性資訊（其可在本文中稱為指紋影像資訊）儲存在該記憶體系統中。根據一些實例，控制系統110能夠擷取一指紋影像、從該指紋影像獲得屬性資訊以及儲存獲自該指紋影像之屬性資訊，甚至同時維持超音波傳輸器20處於「關閉」狀態。

在一些實施方案中，控制系統110能夠以使超音波感測器系統900a操作於超音波成像模式或力感測模式。在一些實施方案中，當該超音波感測器系統操作於力感測模式時，該控制系統能夠使超音波傳輸器20維持一「關閉」狀態中。當超音波感測器系統900a操作於力感測模式中時，超音波接收器30能夠運作為一力感測器。在一些實施方案中，控制系統110能夠控制其他裝置，諸如顯示器系統、通訊系統等。在一些實施方案中，控制系統110能夠使超音波感測器系統900a操作於電容成像模式。

壓板40可係可聲學上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。在一些實施方案中，壓板40可係一蓋板，例如，用於一顯示器的一蓋玻璃或一透鏡玻璃。具體而言，當超音波傳輸器20在使用中時，若為所欲，可透過相對厚的壓板（例如，3 mm及以上）來執行指紋偵測及成像。然而，對於其中超音波接收器30能夠在一力偵測模式或一電容偵測模式中使指紋成像，則一較薄且相對更撓曲的壓板40之實施方案可係所欲的。根據一些此類實施方案，壓板40可包括一或多種聚合物（諸如一或多種類型的聚對二甲苯），且可實質上較薄。在一些此類實施方案中，壓板40可係數十微米或甚至小於10微米厚。

可用來形成壓電接收器層36之壓電材料之實例包括具有適當聲學性質之壓電聚合物，例如，介於約2.5 MRayls與5 MRayls.之間的一聲學阻抗。可採用之壓電材料的具體實例包括諸如聚二氟亞乙烯(PVDF)及聚二氟亞乙烯-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）PVDF-TrFE、70:30 PVDF-TrFE、80:20 PVDF-TrFE及90:10 PVDR-TrFE.。可採用之壓電材料的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、及二異丙胺鹽溴化物(diisopropylammonium bromide (DIPAB))。

壓電傳輸器層22及壓電接收器層36之各者之厚度可經選擇以適合產生及接收超音波。在一實例中，一PVDF平面壓電傳輸器層22係約28 µm厚，且PVDF-TrFE接收器層36係約12 µm厚。超音波的實例頻率可在1 MHz至30 MHz之範圍內，波長約為毫米或更小。

圖9B展示一超音波感測器系統之一替代實例的分解圖。在此實例中，壓電接收器層36已形成為離散元件37。在圖9B所示之實施方案中，離散元件37之各者對應於一單一像素輸入電極38及一單一感測器像素電路32。然而，在超音波感測器系統900b之替代實施方案中，不需要離散元件37之各者、一單一像素輸入電極38及一單一感測器像素電路32之間的一對一對應。例如，在一些實施方案中，可有用於一單一離散元件37的多個像素輸入電極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，其中其他配置係可行的。例如，在一些實施方案中，超音波傳輸器20可在超音波接收器30上方且因此更接近待偵測之物體。在一些實施方案中，可包括該超音波傳輸器搭配超音波感測器陣列（例如，一單層傳輸器及接收器）。在一些實施方案中，該超音波感測器系統可包括一聲波延遲層。例如，一聲波延遲層可併入在聲波傳輸器20與超音波接收器30之間的該超音波感測器系統中。可採用一聲波延遲層以調整超音波脈衝時序，且同時使超音波接收器30與超音波傳輸器20電絕緣。該聲波延遲層可具有一實質上均勻的厚度，其中用於該延遲層之材料及/或延遲層之厚度經選擇以在經反射超音波能量到達超音波接收器30時中提供一所欲延遲。如此，一能量脈衝在載送關於該物體之資訊的期間的時間範圍憑藉已被該物體反射期間的時間範圍而抵達超音波接收器30，在不可能從超音波感測器系統之其他部件反射能量時的一時間範圍抵達超音波接收器30。在一些實施方案中，基材34及/或壓板40可作為一聲波延遲層。

如本文中所用，指稱項目清單中的「至少一者(at least one of)」的用語係指彼等項目的任何組合，包括單一構件。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。

可將結合本文揭示之實施方案描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、電路、及演算法程序實施為電子硬體、電腦軟體、或二者的組合。硬體及軟體的可互換性大致上在功能方面進行描述，且在上文所述之各種說明性組件、方塊、模組、電路、及程序中說明。此類功能以硬體或軟體實施，取決於特定應用及對整體系統強加的設計約束。

用來實施結合本文所揭示之態樣描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組與電路的硬體與資料處理設備可使用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、或其任何組合來實施或執行。通用處理器可係微處理器，或任何習知處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器亦可實施為運算裝置、例如DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、一或多個微處理器結合DSP核心、或任何其他此類組態。在一些實施方案中，可藉由給定功能特定的電路系統來執行特定程序及方法。

在一或多項態樣中，描述的功能可實施在硬體、數位電子電路系統、電腦軟體、韌體（包括本說明書中所揭示之結構及其同等結構）、或其任何組合中。本說明書中描述之標的之實施方案亦可實施為編碼在電腦儲存媒體上的一或多個電腦程式，即，一或多個電腦程式指令模組，以供由資料處理設備執行或控制資料處理設備的操作。

如果實施在軟體中，則功能可儲存在電腦可讀媒體（諸如非暫時性媒體）上或作為在電腦可讀媒體上的一或多個指令或程式碼予以傳輸。本文所揭示之方法或演算法的程序可實施在可駐留在一電腦可讀取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訊媒體兩者，包括經啟用以將電腦程式從一處傳送至另一處的媒體。儲存媒體可係可由電腦存取的任何可用媒體。舉實例而言，且非限制，非暫時性媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存裝置、磁碟儲存裝置或其他磁性儲存裝置，或可用以儲存呈指令或資料結構之形式的所欲程式碼且可由電腦存取的任何其他媒體。再者，任何連接可適當地稱為電腦可讀媒體。如本文中所使用，磁碟及光碟包括壓縮光碟(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，而光碟用雷射以光學方式再現資料。上述組合亦應被包括在電腦可讀媒體之範疇內。此外，方法或演算法的操作可作為程式碼集及指令集中之一者或任何組合駐留在可併入至一電腦程式產品中的機器可讀媒體及電腦可讀媒體上。

本揭露中所描述之實施方案的各種修改對於所屬領域中具有通常知識者而言可係輕易顯而易見的，且本文所定義之通用原理可應用於其他實施方案而不脫離本揭露之範圍。因此，本揭露並非意欲限制於本文所示之實施方案，而是欲符合與申請專利範圍一致的最大範圍、本文揭示之原理及新穎特徵。用詞「例示性(exemplary)」在本文中係排他性用以意指「作為一實例、例項、或繪示」。本文中描述為「例示性」及/或「實例」之任何實施方案不必然視為較佳或優於其他實施方案。

在本說明書中在分開之實施方案之上下文中描述之一些特徵亦可在單一實施方案中組合實施。相反地，在單一實施方案之上下文中描述的各種特徵亦可在多個實施方案中分開實施，或以任何合適的子組合實施。因此，雖然特徵可如上所述描述作為特定組合，且甚至最初如此主張，但是來自所主張的組合的一或多個特徵可在一些情況中從該組合刪除，且所主張的組合可涉及子組合或子組合的變體。

類似地，雖然在圖式中以特定次序描繪操作，但此不應理解為需要以所示的特定次序或以順序次序執行此類操作，或執行所有所繪示的操作，以達成所欲的結果。在一些情況中，多重任務及平行處理可係有利的。此外，在上文所描述之實施方案中的各種系統組件之分離不應理解為在所有實施方案中需要此類分離，且應理解所描述之程式組件及系統通常可一起整合在單一軟體產品中或封裝至多個軟體產品中。此外，其他實施方案係在以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況中，可依不同順序執行申請專利範圍中所列舉的動作，並且仍可達成所欲的結果。

應理解，除非在任何具體描述實施方案中的特徵係明確地被識別為彼此不相容，或語境隱含其等互相互斥且無法以互補性及/或支持性意義上輕易組合，本揭露之總體設想及提供彼等互補實施方案之特定特徵可經選擇性地結合以提供一或多個全面性、但稍微不同的技術解決方案。因此將進一步理解，上文描述僅以實例之方式給出，且可在本揭露之範疇內進行修改。

20:超音波傳輸器 22:平坦壓電傳輸器層 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:基材 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:設備 102:覆蓋層 104:第一超材料層 106:光源系統 108:接收器系統 110:控制系統 112:介面系統 114:第二超材料層 202:目標物體 204:奈米粒子 206:光源 208:波導 210:光 212:超音波 214:紋脊區 216:紋谷區 218:超音波 400:方法 403:方塊 405:方塊 407:方塊 601:光學接收器部分 603:超音波接收器部分 700:設備 710:光 712:超音波 714:超材料 716:光 720:垂直奈米桿 725:水平超材料層 834:像素 835:像素陣列 836:像素電路 900a:超音波感測器系統 D1:峰值偵測二極體 M3:讀出電晶體 PSM:壓電感測器材料

本說明書之一或多個實施方案的細節在附圖及以下描述中闡述。其他特徵、態樣、及優點將從說明、圖式以及申請專利範圍變得顯而易見。應注意，下列圖式之相對尺寸可能未按比例繪製。各圖式中類似的參考數字及符號指示類似的元件。

［圖1］係展示根據一些所揭示實施方案之設備之實例組件的方塊圖。

［圖2］展示經組態以執行至少一些本文所揭露之方法的設備之另一實例。

［圖3］展示經組態以執行至少一些本文所揭露之方法的設備之另一實例。

［圖4］係提供可經由一些揭示之實施方案執行之方法之一實例的流程圖。

［圖5］展示表皮下特徵之實例。

［圖6］展示包括光學接收器部分及超音波接收器部分的一接收器系統108之一實例。

［圖7A］展示經組態以執行至少一些本文所揭露之方法的設備之另一實例。

［圖7B］展示圖7A之設備之一層的一替代實例。

［圖8］表示性繪示用於超音波感測器系統之感測器像素的4 × 4像素陣列的態樣。

［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，其中其他配置係可行的。

100:設備

102:覆蓋層

104:第一超材料層

106:光源系統

108:接收器系統

110:控制系統

112:介面系統

114:第二超材料層

Claims (30)

1. 一種設備，其包含： 一覆蓋層； 一第一超材料層，其位於該覆蓋層內或鄰近於該覆蓋層，該第一超材料包含奈米粒子，該等奈米粒子經組態以在被光照射時共振並產生一超音波； 一光源系統，其經組態用於提供光至該第一超材料層；及 一接收器系統，其包含一超音波接收器系統，該超音波接收器系統經組態以接收從與該覆蓋層之一表面接觸或鄰近於該覆蓋層之該表面的一目標物體反射的超音波。
2. 如請求項1之設備，其中該光源系統包含鄰近於該第一超材料層之一波導，該波導經組態用於接收來自該光源之光且提供該光至該第一超材料層。
3. 如請求項1之設備，其中該光源系統包含一光源，該光源經組態以發射包括該等奈米粒子之至少一些者之一共振頻率的光。
4. 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光源系統，以使該等奈米粒子發射在1 MHz至30 MHz之範圍內的超音波。
5. 如請求項4之設備，其中該控制系統經組態以： 接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從該目標物體反射的該等超音波；及 至少部分基於該等超音波接收器信號執行一認證程序或一成像程序中之至少一者。
6. 如請求項1之設備，其中該覆蓋層包含一光學不透明或光學半透明壓板。
7. 如請求項1之設備，其中該覆蓋層係光學透明的。
8. 如請求項7之設備，其中該接收器系統包含一光學接收器系統。
9. 如請求項8之設備，其中該接收器系統之一單一層包括該光學接收器系統之部分及該超音波接收器系統之部分。
10. 如請求項8之設備，其進一步包含經組態以將聲波轉換成光的一第二超材料層。
11. 如請求項10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光源系統，其中該控制系統進一步經組態以： 接收來自該光學接收器系統之光學接收器信號；及 至少部分基於該等光學接收器信號執行一認證程序或一成像程序中之至少一者。
12. 如請求項11之設備，其中該等光學接收器信號之至少一些者對應於由該第二超材料所發射之光。
13. 如請求項11之設備，其中該控制系統經組態以控制該光源系統以誘發來自該目標物體之光聲波發射。
14. 如請求項11之設備，其中該等光學接收器信號之至少一些者對應於從該目標物體反射之光。
15. 如請求項11之設備，其中該控制系統進一步經組態以： 接收來自該超音波接收器系統之超音波接收器信號，該等超音波接收器信號對應於從該目標物體反射的該等超音波；及 至少部分地基於該等超音波接收器信號執行該認證程序或該成像程序。
16. 如請求項10之設備，其中該覆蓋層包含該第二超材料層。
17. 如請求項1之設備，其中該超音波接收器系統包含一壓電層，該壓電層包括在一壓電聚合物基質中之微粒子或奈米粒子中之至少一者。
18. 如請求項17之設備，其中該等微粒子或奈米粒子之該至少一者包含鐵電材料。
19. 一種行動裝置，其包含如請求項1之設備。
20. 如請求項19之設備，其中該行動裝置包含一行動電話。
21. 一種方法，其包含： 控制一光源系統以發射光，該光使一第一超材料層之至少一些奈米粒子發射超音波； 接收來自一超音波接收器系統之第一超音波接收器信號，該等第一超音波接收器信號對應於由該等奈米粒子產生且從一目標物體反射的超音波；及 至少部分基於該等第一超音波接收器信號執行一成像程序或一認證程序中之至少一者。
22. 如請求項21之方法，其進一步包含： 控制該光源系統以照射該目標物體之至少一部分； 接收來自一光學接收器系統之光學接收器信號，該等光學接收器信號對應於從該目標物體反射之光；及 至少部分基於該等光學接收器信號執行該成像程序或該認證程序。
23. 如請求項21之方法，其進一步包含： 控制該光源系統以誘發來自該目標物體之至少一部分的光聲波發射； 接收來自該超音波接收器系統之第二超音波接收器信號，該等第二超音波接收器信號對應於經由該等光聲波發射所產生之超音波；及 至少部分地基於該等第二超音波接收器信號執行該成像程序或該認證程序中之至少一者。
24. 一或多種非暫時性儲存媒體，其具有用於控制一或多個裝置以執行儲存於其上之一方法，該方法包含： 控制一光源系統以發射光，該光使一第一超材料層之至少一些奈米粒子發射超音波； 接收來自一超音波接收器系統之第一超音波接收器信號，該等第一超音波接收器信號對應於由該等奈米粒子產生且從一目標物體反射的超音波；及 至少部分基於該等第一超音波接收器信號執行一成像程序或一認證程序中之至少一者。
25. 如請求項24之一或多種非暫時性儲存媒體，其中該方法進一步包含： 控制該光源系統以照射該目標物體之至少一部分； 接收來自一光學接收器系統之光學接收器信號，該等光學接收器信號對應於從該目標物體反射之光；及 至少部分基於該等光學接收器信號執行該成像程序或該認證程序。
26. 如請求項24之一或多種非暫時性儲存媒體，其中該方法進一步包含： 控制該光源系統以誘發來自該目標物體之至少一部分的光聲波發射； 接收來自一超音波接收器系統之第二超音波接收器信號，該等第二超音波接收器信號對應於超音波，該等超音波對應於該等光聲波發射；及 至少部分地基於該等第二超音波接收器信號執行該成像程序或該認證程序中之至少一者。
27. 一種設備，其包含： 一覆蓋層； 一第一超材料層，其位於該覆蓋層內或鄰近於該覆蓋層，該第一超材料包含奈米粒子，該等奈米粒子經組態以在被光照射時共振並產生一超音波； 光源構件，其用於提供光至該第一超材料層；及 一接收器系統，其包含一超音波接收器系統，該超音波接收器系統經組態以接收從與該覆蓋層之一表面接觸的一目標物體反射之超音波。
28. 如請求項27之設備，其中該光源構件包含鄰近於該第一超材料層之一波導，該波導經組態用於接收來自該光源之光且提供該光至該第一超材料層。
29. 如請求項27之設備，其中該光源構件包含一光源，該光源經組態以發射包括該等奈米粒子之至少一些者之一共振頻率的光。
30. 如請求項27之設備，其進一步包含控制構件，其用於控制該光源系統以一時間間隔發射1 MHz至30 MHz之範圍中之光脈衝。

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