(57)【要約】  静電容量感知モードおよび超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するためのシステム、方法、および装置が開示される。指紋センサは、コントローラを使用して感知電極を駆動することによって静電容量感知モードで動作するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、感知電極の上または近くに配置された物体は、静電容量感知モードでの指紋センサを使用して検出されてもよく、コントローラは、超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するために、指紋センサの電極を異なるように駆動することができる。いくつかの実装形態では、アプリケーションプロセッサは、指紋センサが超音波感知モードで動作しているときに取得された画像データから、物体の指紋を認証するように命令されてもよい。いくつかの実装形態では、指紋が認証されると、指紋センサを含むモバイルデバイスのディスプレイがロック解除されてもよく、またはモバイルデバイスがウェイクアップされてもよい。
2019532432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
1つまたは複数の感知電極を有する指紋センサと、
コントローラであって、
前記指紋センサを静電容量感知モードで構成するために1つまたは複数の第1の駆動信号を前記1つまたは複数の感知電極に提供し、
前記指紋センサを超音波感知モードで構成するために1つまたは複数の第2の駆動信号を前記1つまたは複数の感知電極に提供する
ように構成され、前記1つまたは複数の第2の駆動信号が、前記1つまたは複数の第1の駆動信号とは異なる、コントローラと
を備える、システム。
【請求項２】
前記コントローラが、
前記超音波感知モードにおいて前記1つまたは複数の第2の駆動信号を提供し、
前記静電容量感知モードにおいてハイインピーダンス状態にある
ように構成される増幅器を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記静電容量感知モードにおいて前記指紋センサがタッチを検出することに基づいて、前記指紋センサを前記超音波感知モードで構成するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
前記指紋センサを収容するモバイルデバイスをさらに備え、前記モバイルデバイスが、前記静電容量感知モードにおいて、または前記超音波感知モードにおいて、前記指紋センサによる前記タッチの検出に応答してスリープモードからウェイクアップするように構成される、請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラが、前記タッチに対応する指が前記静電容量感知モードでの前記指紋センサによって検出されることを表す割込み信号を、指紋認証を実行するためのアプリケーションプロセッサに提供するようにさらに構成される、請求項3に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、タッチ検出しきい値を決定するようにさらに構成され、前記タッチ検出しきい値が、前記指紋センサに接触している指の接触領域に少なくとも部分的に基づき、前記タッチ検出しきい値が、指紋認証プロセス中に調整されることが可能である、請求項3に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、前記静電容量感知モードまたは前記超音波感知モードのいずれかで動作しながら指リフトイベントを報告するようにさらに構成される、請求項3に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記指紋センサに対応する温度を決定するようにさらに構成され、前記静電容量感知モードにおける前記タッチの前記検出が、前記温度に少なくとも部分的に基づく、請求項3に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記指紋センサが前記静電容量感知モードにあるときに前記指紋センサの少なくとも1つの感知電極に提供されるバッファリング第1の駆動信号を生成するための回路構成を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１０】
前記指紋センサが、1つもしくは複数の圧電微小機械超音波トランスジューサ(PMUT)、1つもしくは複数の静電容量微細加工超音波トランスジューサ(CMUT)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の1つもしくは複数の層、またはポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン(PVDF-TrFE)の1つもしくは複数の層を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１１】
前記指紋センサの前記1つまたは複数の感知電極が、第1の電極および第2の電極を備え、前記第1の電極が、前記指紋センサを前記静電容量感知モードで動作させるための第1の信号を提供するために結合され、前記第2の電極が、前記指紋センサを前記超音波感知モードで動作させるための第2の信号を提供するために結合される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第1の電極および前記第2の電極が、モバイルデバイスのカバーガラスの下方、または前記モバイルデバイスの後部カバーの下方に配置される、請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第1の電極および前記第2の電極が、ディスプレイデバイスのディスプレイの下方に配置され、前記ディスプレイデバイスの前記ディスプレイが、前記静電容量感知モードまたは前記超音波感知モードのいずれかにおいて指タッチが検出されると前記指紋センサの位置を示す、請求項11に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第1の電極がタッチスクリーン電極である、請求項11に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第1の電極または前記第2の電極のうちの少なくとも一方が、指ジェスチャを検出するように構成される、請求項11に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラが、
デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、前記1つまたは複数の感知電極を前記超音波感知モードで構成すること、
デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、前記静電容量感知モードまたは前記超音波感知モードでの指検出レートを調整すること、あるいは
デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、タッチ検出しきい値を調整すること
のうちの1つまたは複数を実行するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラが、前記静電容量感知モードにおいて音響的に生成された圧電信号を検出するように構成され、前記音響的に生成された圧電信号が、タップ、こすること、または指からの音響放射から生じる、請求項1に記載のシステム。
【請求項１８】
指紋センサを動作させるための方法であって、
指紋センサを静電容量感知モードで動作させるステップと、
静電容量感知モードで動作する前記指紋センサによって、物体が感知電極にタッチしたことを決定するステップと、
超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを前記コントローラによって構成するステップと、
前記感知電極にタッチした前記物体が指であることを、前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して決定するステップと、
前記指の指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令するステップと
を備える、方法。
【請求項１９】
前記超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを構成するステップが、前記指紋センサの電極に駆動信号を提供するように増幅器を駆動するステップを備える、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記指紋センサを前記静電容量感知モードで動作させるステップが、ハイインピーダンス状態で動作するように増幅器を制御するステップを備える、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
前記指紋を認証するように前記アプリケーションプロセッサに命令するステップが、前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して、前記物体が指であると決定されることを表す割込み信号をアサートするステップを備える、請求項18に記載の方法。
【請求項２２】
指紋センサを構成するために方法を実行させるためのコントローラの1つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記方法が、
静電容量感知モードで機能するように前記指紋センサを構成するステップと、
物体が感知電極にタッチしたことを、前記静電容量感知モードでの前記指紋センサを使用して決定するステップと、
超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを構成するステップと、
前記感知電極にタッチした前記物体が指であることを、前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して決定するステップと、
前記指の指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令するステップと
を備える、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２３】
前記超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを構成するステップが、前記指紋センサの電極に駆動信号を提供するように増幅器を駆動するステップと、前記静電容量感知モードにおいてハイインピーダンス状態で動作するように前記増幅器を構成するステップとを備える、請求項22に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２４】
前記指紋を認証するように前記アプリケーションプロセッサに命令するステップは、前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して、前記物体が指であると決定されることを表す割込み信号をアサートするステップを備える、請求項22に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２５】
前記方法は、前記指の前記指紋が認証されたときにホームスクリーンに戻るステップまたはモバイルデバイスをウェイクアップするステップをさらに備える、請求項22に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権データ
本開示は、2017年6月26日に出願されたHYBRID CAPACITIVE AND ULTRASONIC SENSING(弁理士整理番号第QUALP447US/163494号)と題するD'Souzaらによる米国特許出願第15/633,164号、および2016年10月12日に出願されたHYBRID CAPACITIVE AND ULTRASONIC SENSING(弁理士整理番号第QUALP447PUS/163494P1号)と題するD'Souzaらによる米国仮特許出願第62/407,386号の優先権を主張し、そとの両方は、その全体がすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、静電容量感知および超音波感知に基づく電子デバイスウェイクアップに関する。
【背景技術】
【０００３】
超音波センサシステムでは、1つまたは複数の超音波透過媒体を通して検出されるべき物体に向かって超音波を送信するために、超音波トランスミッタが使用されてもよい。トランスミッタは、物体から反射される超音波の部分を検出するように構成される超音波センサと動作可能に結合されてもよい。たとえば、超音波指紋イメージャ(ultrasonic fingerprint imager)では、極めて短い時間間隔の間にトランスミッタを始動および停止させることによって、超音波パルスが生成されてもよい。超音波パルスが遭遇する各材料界面において、超音波パルスの一部分が反射される。
【０００４】
たとえば、超音波指紋イメージャのコンテキストでは、超音波は、指紋画像を取得するために、人の指がその上に配置されてもよい圧盤を通って進行してもよい。圧盤を通過した後、超音波のいくつかの部分は、圧盤に接触している皮膚、たとえば指紋隆線に遭遇し、超音波の他の部分は、空中、たとえば指紋の隣接する隆線の間の谷に遭遇し、異なる強度を伴って超音波センサに向かって後方へ反射されてもよい。指に関連する反射信号は処理されてもよく、反射信号の信号強度を表すデジタル値に変換されてもよい。そのような複数の反射信号が、分散した領域にわたって収集されると、そのような信号のデジタル値は、たとえばデジタル値を画像に変換することによって、分散した領域にわたる信号強度のグラフィカル表示を生成するために使用されてもよく、それによって指紋の画像を生成する。したがって、超音波センサシステムは、指紋イメージャまたは他のタイプの生体スキャナとして使用されてもよい。いくつかの実装形態では、検出された信号強度は、隆線構造細部の深さを表す指の等高線図の中にマッピングされてもよい。
【０００５】
モバイルデバイスに接触しているかまたはその近くの、指でない物体に起因するモバイルデバイスの故意でないウェイクアップは、求められていないバッテリー消耗、バッテリー寿命短縮、および許可されたユーザが意図せずに電話をかけてしまったり他の機能が開始してしまうことで厄介なことになる場合がある。他の状況では、霜、露、雨、霧、プール、温泉、ホットタブ、シャワーへの露出、または水中でのモバイルデバイスの完全な没入などの難しい環境において、モバイルデバイスのウェイクアップが妨害されることがある。水の局所的な液滴を伴って、湿っているか、汗にまみれているか、または部分的に湿っている指も、デバイスウェイクアップを妨害することがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のシステム、方法、コンピュータ可読媒体、およびデバイスの例は各々、いくつかの発明的態様を有し、それらの態様のいずれも本明細書で開示する望ましい属性を単独では担わない。
【０００７】
いくつかの態様では、システムは、1つまたは複数の感知電極を有する指紋センサとコントローラとを含む。コントローラは、指紋センサを静電容量感知モードで構成するために1つまたは複数の第1の駆動信号を1つまたは複数の感知電極に提供し、指紋センサを超音波感知モードで構成するために1つまたは複数の第2の駆動信号を1つまたは複数の感知電極に提供するように構成されてもよい。1つまたは複数の第2の駆動信号は、1つまたは複数の第1の駆動信号とは異なってもよい。
【０００８】
いくつかの実装形態では、コントローラは、超音波感知モードにおいて1つまたは複数の第2の駆動信号を提供するように構成される増幅器を含む。増幅器は、静電容量感知モードにおいてハイインピーダンス状態にあるように構成されてもよく、そのようなインピーダンス状態は、超音波感知モードにおける増幅器の出力インピーダンスよりも大きい出力インピーダンスを伴って増幅器を動作させることを示す。いくつかの実装形態では、コントローラは、静電容量感知モードにおいて指紋センサがタッチを検出することに基づいて、超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するようにさらに構成される。いくつかの実装形態では、指紋センサを収容するモバイルデバイスは、静電容量感知モードにおいて、かつ超音波感知モードにおいて、指紋センサによるタッチの検出に応答してスリープモードからウェイクアップするように構成される。いくつかの実装形態では、指紋センサを収容するモバイルデバイスは、静電容量感知モードにおけるタッチおよび超音波感知モードにおける許可された指紋の指紋センサによる検出に応答して、スリープモードからウェイクアップするように構成される。いくつかの実装形態では、指紋センサを収容するモバイルデバイスは、静電容量感知モードにおけるタッチおよび超音波感知モードにおける許可された指紋の指紋センサによる検出に応答して、デバイスデータ、プログラム、または能力へのもっと大きいアクセスをユーザに与えるように構成される。
【０００９】
いくつかの実装形態では、コントローラは、タッチに対応する指が静電容量感知モードでの指紋センサによって検出されることを表す割込み信号を、指紋認証を実行するように構成されるアプリケーションプロセッサに提供するようにさらに構成される。いくつかの実装形態では、コントローラは、タッチ検出しきい値を決定するようにさらに構成され、タッチ検出しきい値は、指紋センサに接触している指の接触領域に少なくとも部分的に基づいてもよい。タッチ検出しきい値は、指紋認証プロセス中に調整されてもよい。
【００１０】
いくつかの実装形態では、コントローラは、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかで動作しながら指リフトイベントを報告するようにさらに構成される。いくつかの実装形態では、コントローラは、指紋センサに対応する温度を決定するようにさらに構成される。静電容量感知モードにおけるタッチの検出は、温度に少なくとも部分的に基づいてもよい。
【００１１】
いくつかの実装形態では、コントローラは、指紋センサが静電容量感知モードにあるときに指紋センサの少なくとも1つの感知電極に提供されるバッファリング第1の駆動信号を生成するための回路構成を含む。いくつかの実装形態では、指紋センサは、1つもしくは複数の圧電微小機械超音波トランスジューサ(PMUT:piezoelectric micromechanical ultrasonic transducer)、1つもしくは複数の静電容量微細加工超音波トランスジューサ(CMUT:capacitive micromachined ultrasonic transducer)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF:polyvinylidene fluoride)の1つもしくは複数の層、またはポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン(PVDF-TrFE:polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene)の1つもしくは複数の層を含む。
【００１２】
いくつかの実装形態では、指紋センサの感知電極は、第1の電極および第2の電極を含む。タッチスクリーン電極などの第1の電極は、指紋センサを静電容量感知モードで動作させるための第1の信号を提供するために、コントローラに電気的に結合される。第2の電極は、指紋センサを超音波指紋感知モードで動作させるための第2の信号を提供するために、コントローラに電気的に結合される。第1の電極および第2の電極は、例として、モバイルデバイスのカバーガラスの下方、モバイルデバイスの外周の近く、モバイルデバイスの後部カバーの下方、またはディスプレイデバイスのディスプレイの下方に配置されてもよい。いくつかの実装形態では、ディスプレイデバイスのディスプレイは、静電容量感知モードまたは超音波感知モードにおいて指タッチが検出されると指紋センサの位置を示す。いくつかの実装形態では、ディスプレイデバイスのディスプレイは、ユーザが彼らの指を配置してもよい位置の推奨を示す。第1の電極および/または第2の電極は、指ジェスチャを検出するように構成されてもよい。
【００１３】
いくつかの実装形態では、コントローラは、デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、1つまたは複数の感知電極を超音波感知モードで構成してもよく、「デバイス内」とは、コントローラおよび加速度計が同じハンドセット内に収容されている場合のような、コントローラが収容されるのと同じ包含デバイス内に加速度計またはジャイロスコープが収容されていることを示す。いくつかの実装形態では、コントローラは、デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、静電容量感知モードまたは超音波感知モードでの指検出レートを調整するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、コントローラは、デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、タッチ検出しきい値を調整するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、コントローラは、静電容量感知モードにおいて、音響的に生成された圧電信号を検出するように構成されてもよい。たとえば、音響的に生成された圧電信号は、タップ、こすること、または指からの音響放射から生じてもよい。
【００１４】
いくつかの態様では、指紋センサを構成するための方法は、静電容量感知モードで機能するように指紋センサをコントローラによって構成することと、物体が感知電極にタッチしたことを、静電容量感知モードでの指紋センサを使用して決定することと、超音波感知モードで機能するように指紋センサをコントローラによって構成することと、感知電極にタッチした物体が指であることを、超音波感知モードでの指紋センサを使用して決定することと、ウェイクアップするとともに指の指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令することとを含む。
【００１５】
いくつかの実装形態では、超音波感知モードで機能するように指紋センサを構成することは、指紋センサの電極に駆動信号を提供するように増幅器を駆動することと、静電容量感知モードにおいてハイインピーダンス状態で動作するように増幅器を構成することとを含む。指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令することは、超音波感知モードでの指紋センサを使用して、物体が指であると決定されることを表す割込み信号をアサートすることを含んでもよい。いくつかの実装形態では、本方法は、指の指紋が認証されたときにホームスクリーンに戻ることまたはモバイルデバイスのディスプレイをロック解除することをさらに含んでもよい。
【００１６】
いくつかの実装形態では、本方法は、上記で説明したシステムの追加機能を実行させることを含んでもよい。
【００１７】
いくつかの態様では、非一時的コンピュータ可読媒体は、指紋センサを構成するために方法を実行させるためのコントローラの1つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令を記憶する。本方法は、静電容量感知モードで機能するように指紋センサを構成することと、静電容量感知モードでの指紋センサを使用して物体が感知電極にタッチしたことを決定することと、超音波感知モードで機能するように指紋センサを構成することと超音波感知モードでの指紋センサを使用して、感知電極にタッチした物体が指であることを決定することと、指の指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令することとを含むように、命令が構成されてもよい。いくつかの実装形態では、本方法は、指の指紋が認証されたときにホームスクリーンに戻ることまたはモバイルデバイスをウェイクアップすることをさらに含んでもよい。
【００１８】
いくつかの実装形態では、命令は、上記で説明したシステムおよび/または方法の追加機能を実行させるように構成されてもよい。
【００１９】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、添付図面および下記の説明に記載される。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。以下の図の相対寸法が一定の縮尺で描かれていないことがあることに留意されたい。
【００２０】
様々な図面における同様の参照番号および指定は、同様の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】いくつかの実装形態による超音波感知システムを含む例示的なモバイルデバイスの図式表現の正面図である。
【図２Ａ】いくつかの実装形態による例示的な超音波感知システムの構成要素のブロック図表現である。
【図２Ｂ】図2Aの超音波感知システムを含む例示的なモバイルデバイスの構成要素のブロック図表現である。
【図３Ａ】いくつかの実装形態による例示的な超音波感知システムの一部分の図式表現の断面投影図である。
【図３Ｂ】いくつかの実装形態による図3Aの例示的な超音波感知システムのズームインされた垂直断面図である。
【図４Ａ】いくつかの実装形態による図3Aおよび図3Bの例示的な超音波感知システムの例示的な構成要素の分解投影図である。
【図４Ｂ】いくつかの実装形態による図3Aおよび図3Bの超音波センサシステムにおける超音波トランシーバアレイの例示的な構成要素の分解投影図である。
【図５】電子デバイスを「ウェイクアップ」するために静電容量感知モードおよび超音波感知モードで指紋センサを使用する一例を示す図である。
【図６】電子デバイスをウェイクアップするために静電容量感知モードおよび超音波感知モードで指紋センサを使用するためのフローチャートの一例を示す図である。
【図７Ａ】静電容量感知モードで動作するように指紋センサを構成するコントローラ回路の回路図の一例を示す図である。
【図７Ｂ】超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するコントローラ回路の回路図の一例を示す図である。
【図８】静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するためのコントローラ回路の回路図の一例を示す図である。
【図９】静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するためのコントローラ回路の回路図の別の例を示す図である。
【図１０】静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するためのコントローラ回路の回路図の別の例を示す図である。
【図１１】コントローラ回路、指紋センサ、およびアプリケーションプロセッサのハイレベルブロック図の一例を示す図である。
【図１２】コントローラ回路、指紋センサ、およびアプリケーションプロセッサのハイレベルブロック図の別の例を示す図である。
【図１３】温度に基づいて指紋センサを使用して決定された静電容量を調整する一例を示す図である。
【図１４】指紋センサを使用して決定された静電容量を調整するためのフローチャートの一例を示す図である。
【図１５Ａ】指紋センサを使用して物体が存在することを検出するために静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する方法のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図１５Ｂ】指紋センサを使用して、物体が存在することを最初に検出するために静電容量感知モードを、また物体が存在し続けることを検出するとともに物体がリフトされた時を検出するために超音波感知モードを使用する方法のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図１５Ｃ】指紋センサを使用して、物体が存在することを最初に検出するために静電容量感知モードを、また物体が存在し続けることを検出するとともに物体がリフトされた時を検出するために超音波感知モードと静電容量感知モードとの両方を使用する方法のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図１６Ａ】電子デバイスをウェイクアップするために、指紋センサおよび1つまたは複数の関連する感知電極を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す図である。
【図１６Ｂ】電子デバイスをウェイクアップするために、指紋センサおよび1つまたは複数の関連する感知電極を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する別の例を示す図である。
【図１７】指紋センサおよび1つまたは複数の感知電極がディスプレイデバイスのカバーガラスの下に配置された構成の側面図である。
【図１８】電子デバイスをウェイクアップするために、電子デバイスのディスプレイの後ろに配置された指紋センサを用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す図である。
【図１９】指紋センサがモバイルデバイスのディスプレイの後ろに配置された構成の側面図である。
【図２０】アンダーLCD(under-LCD)またはアンダーOLED(under-OLED)指紋センサの上方に指を配置するように、LCDまたはOLEDディスプレイデバイスのユーザを案内する方法のためのフローチャートの一例を示す図である。
【図２１】電子デバイスをウェイクアップするために、電子デバイスのディスプレイの後ろに配置された指紋センサおよび1つまたは複数の関連する感知電極を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す図である。
【図２２】指紋センサおよび1つまたは複数の関連する感知電極がモバイルデバイスのディスプレイの後ろに配置された構成の側面図である。
【図２３Ａ】電子デバイスの後部カバーの後ろに配置された指紋センサおよび1つまたは複数の関連する感知電極を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す図である。
【図２３Ｂ】指ジェスチャを検出するために、電子デバイスの後部カバーの後ろに配置された指紋センサおよび1つまたは複数の関連する感知電極を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明は、本開示の発明的態様を説明する目的でいくつかの実装形態を対象とする。しかしながら、本明細書の教示が多数の異なる方法で適用できることを、当業者は容易に認識されよう。説明する実装形態は、超音波感知に対して本明細書で開示するような生体システムを含む任意のデバイス、装置、またはシステムにおいて実装されてもよい。加えて、説明する実装形態が、限定はしないが、モバイル電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビジョンレシーバ、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、スマートカード、ブレスレット、アームバンド、リストバンド、リング、ヘッドバンド、およびパッチなどの装着型デバイス、Bluetooth(登録商標)デバイス、携帯情報端末(PDA)、ワイヤレス電子メールレシーバ、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、複写機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム(GPS)レシーバ/ナビゲータ、カメラ、(MP3プレーヤなどの)デジタルメディアプレーヤ、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算機、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子読取りデバイス(たとえば、電子リーダ)、モバイル健康デバイス、コンピュータモニタ、(オドメータおよびスピードメータディスプレイなどを含む)オートディスプレイ、コクピット制御装置および/またはディスプレイ、(車両の中のリアビューカメラのディスプレイなどの)カメラビューディスプレイ、電子写真、電子ビルボードまたは電子サイン、プロジェクタ、建築構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機/乾燥機、現金自動預け払い機(ATM)、パーキングメータ、(微小電気機械システム(MEMS)適用例を含む電気機械システム(EMS)適用例、ならびに非EMS適用例などの)パッケージング、(宝石または衣服上での画像の表示などの)美的構造物、ならびに様々なEMSデバイスなどの様々な電子デバイスに含まれてもよく、またはそれらに関連してもよいことが企図される。本明細書の教示はまた、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動き感知デバイス、磁力計、コンシューマーエレクトロニクス用の慣性構成要素、コンシューマーエレクトロニクス製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセス、および電子試験機器などの適用例において使用することができる。したがって、教示は、単に図に示される実装形態に限定されることは意図されておらず、代わりに当業者には容易に明らかであるような広い適用可能性を有する。
【００２３】
スマートフォン、タブレット、および装着型デバイスなどの電子デバイスは、ディスプレイスクリーンおよびアプリケーションプロセッサがオフにされてもよい低電力動作モード、または低電力スタンバイモードにあってもよい。いくつかの構成では、デバイスは、専用のオン/オフボタンを押すことによって、またはモバイルデバイスに関連する生体ボタン上で指(すなわち、親指を含む手の指のいずれか、親指基関節の近くの親指の肉質部分、および手のひら)を検出することによって、または指を用いて静電容量ベースタッチスクリーンにタッチすることによって、「ウェイクアップ」されてもよく低電力スタンバイモードまたはオフモードから出てもよい。指は、静電容量感知を介して検出されることが可能であり、静電容量感知は、回路の中の静電容量の変化を測定してタッチ(たとえば、指がタッチスクリーンをタッチまたはスワイプすること)を検出することを含む。しかしながら、タッチスクリーン上の指以外の物体(たとえば、金属製の卓上、財布またはポケットの中の物体、ユーザの頬など)もまた、静電容量の変化をもたらすことがある。これらの他の物体は、指がタッチスクリーンをタッチしたという偽陽性決定を生み出すことがあり、アプリケーションプロセッサ、およびタッチスクリーンのディスプレイが、オフのままであるべきときにオンになる結果になる。その上、タッチスクリーンにタッチする指は、所有者の指であるべきである。すなわち、アプリケーションプロセッサ、およびタッチスクリーンのディスプレイは、他の物体または他の人々の指でなく、所有者の指が検出されるとオンになる(たとえば、デバイスをロック解除する)べきである。アプリケーションプロセッサ、およびタッチスクリーンのディスプレイをオンにすることは、大きい電流消費をもたらすことがある。その結果、偽陽性がデバイスのバッテリーを消耗させることがある。
【００２４】
いくつかの実装形態では、アプリケーションプロセッサを「ウェイクアップ」するために、2ステップの静電容量感知および超音波感知方法が実行されてもよく、それはモバイルデバイスのディスプレイまたは他の部分をオンにして、より大きい電力消費モードに入るか、あるいはソフトウェア、データ、認証されたユーザに関係する情報、またはデバイス能力へのより大きいアクセスを提供するモードに入ることを含んでもよい。たとえば、指紋センサは、タッチを検出するために静電容量感知モードで動作し、タッチが指からであるかどうかを検出するために超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、指紋センサの同じ電極(または、複数の同じ電極)が、静電容量感知モードと超音波感知モードとの両方で使用されてもよい。いくつかの実装形態では、指紋センサの、または指紋センサに関連する、1つまたは複数の感知電極が静電容量感知モードで動作するように構成されてもよく、1つまたは複数の他の感知電極が超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、超音波感知モードで動作するとき、圧電センサピクセルの完全なアレイ、または指紋センサの中のセンサピクセルのもっと小さいサブセットが使用されてもよい。したがって、指紋センサは、最初に静電容量感知モードで動作するように構成されてもよく、タッチが検出される場合、指紋センサは、タッチが指からであるかどうかを判定するために、次に超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。コントローラは、同じ指紋センサが2つのモード間で動作を切り替えてもよいように、1つまたは複数の駆動信号の異なるセットを電極(または、複数の電極)に提供するためのコントローラ回路構成および1つまたは複数のコントローラ回路を含んでもよい。タッチが指からである場合、コントローラ回路は、アプリケーションプロセッサがウェイクアップすべきであることを示すフラグまたはトリガとして割込み信号を提供してもよく、超音波感知モードの間に検出された指に基づいて指紋を認証してもよく、認証される場合、タッチスクリーンのディスプレイスクリーンをオンにしてもよく、デバイスがユーザ用の動作モードとなるようにデバイスをロック解除してもよい。モバイルデバイスのアプリケーションプロセッサがすでにアウェイクでありモバイルデバイスがロック解除されているいくつかの実装形態では、2ステップの静電容量および超音波感知方法によって生成される割込み信号は、もしモバイルデバイスがすでにホームスクリーンモードになければ、モバイルデバイスにホームスクリーンに戻らせるとともにさらなるユーザ入力に対する準備をさせてもよく、またはモバイルデバイスに、ソフトウェア、データ、認証されたユーザに関係する情報、またはデバイス能力へのより大きいアクセスを可能にさせてもよい。
【００２５】
2ステップの静電容量感知および超音波感知は、偽陽性の数を低減することがあり、したがってデバイスの電流消費を低減することがあり、デバイスのバッテリー寿命を延ばすことがある。追加として、静電容量感知は、しばしば超音波感知よりも小さい電流しか使用しない。したがって、超音波感知に進む前に静電容量感知を最初に使用することは、バッテリー寿命に関するさらなる節約をもたらしてもよく、モバイルデバイスの偶発的なまたは故意でない使用を防止してもよい。
【００２６】
図1は、いくつかの実装形態による超音波感知システムを含む例示的なモバイルデバイス100の図式表現を示す。モバイルデバイス100は、ポータブルコンピューティングデバイスのタイプの中でも、たとえばセルラーフォン、スマートフォン、スマートウォッチ、マルチメディアデバイス、パーソナルゲーミングデバイス、タブレットコンピュータ、およびラップトップコンピュータなどの様々なポータブルコンピューティングデバイスを表してもよい。しかしながら、本明細書で説明する様々な実装形態は、適用例においてポータブルコンピューティングデバイスに限定されない。確かに、本明細書で開示する様々な技法および原理は、適用例の中でも、コンピュータモニタ、テレビジョンディスプレイ、キオスク、車両ナビゲーションデバイス、およびオーディオシステムにおけるような、従来からポータブルでないデバイスおよびシステムにおいて適用されてもよい。追加として、本明細書で説明する様々な実装形態は、適用例において、ディスプレイを含むデバイスに限定されない。
【００２７】
モバイルデバイス100は、概して様々な回路、センサ、および他の電気構成要素がその中に存在する、(「ハウジング」または「ケース」とも呼ばれる)筐体102を含む。図示した例示的な実装形態では、モバイルデバイス100はまた、タッチスクリーンディスプレイ(本明細書では「タッチセンシティブディスプレイ」とも呼ばれる)104を含む。タッチスクリーンディスプレイ104は、概してディスプレイ、およびディスプレイを覆って構成されるか、またはそうでなければディスプレイの中に内蔵されるか、もしくはディスプレイとともに統合される、タッチスクリーンを含む。ディスプレイ104は、概して様々な好適なディスプレイ技術のいずれかを採用する様々な好適なディスプレイタイプのいずれかを表してもよい。たとえば、ディスプレイ104は、デジタルマイクロシャッター(DMS:digital micro-shutter)ベースディスプレイ、発光ダイオード(LED)ディスプレイ、有機LED(OLED)ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD)、バックライトとしてLEDを使用するLCDディスプレイ、プラズマディスプレイ、干渉計型変調器(IMOD:interferometric modulator)ベースディスプレイ、またはタッチセンシティブユーザインターフェース(UI)システムとともに使用するのに適した別のタイプのディスプレイであってもよい。
【００２８】
モバイルデバイス100は、ユーザと相互作用するか、またはそうでなければユーザへ情報を通信するかもしくはユーザから情報を受信するための様々な他のデバイスまたは構成要素を含んでもよい。たとえば、モバイルデバイス100は、1つまたは複数のマイクロフォン106、1つまたは複数のスピーカー108、および場合によっては1つまたは複数の少なくとも部分的に機械的なボタン110を含んでもよい。モバイルデバイス100は、たとえば1つまたは複数のビデオまたは静止画像カメラ112、1つまたは複数のワイヤレスネットワークインターフェース114(たとえば、Bluetooth(登録商標)、WiFi、またはセルラー)、および1つまたは複数の非ワイヤレスインターフェース116(たとえば、ユニバーサルシリアルバス(USB)インターフェースまたはHDMI(登録商標)インターフェース)などの追加機能を可能にする様々な他の構成要素を含んでもよい。
【００２９】
モバイルデバイス100は、指紋、掌紋、または手形などの物体シグネチャを走査および画像化することが可能な超音波感知システム118を含んでもよい。いくつかの実装形態では、超音波感知システム118は、タッチセンシティブ制御ボタンとして機能してもよい。いくつかの実装形態では、タッチセンシティブ制御ボタンは、超音波感知システム118の下方に配置されるか、またはそうでなければ超音波感知システム118と統合される機械的または電気的な感圧システムを用いて実装されてもよい。言い換えれば、いくつかの実装形態では、超音波感知システム118によって占有される領域は、モバイルデバイス100を制御するためのユーザ入力ボタンとユーザ認証機能などのセキュリティ機能を可能にするための指紋センサとの両方として機能してもよい。いくつかの実装形態では、超音波感知システム118は、ディスプレイのカバーガラスの下方、またはディスプレイ自体の一部分の下方に配置されてもよい。いくつかの実装形態では、超音波感知システム118は、モバイルデバイス筐体102の側壁または裏面に配置されてもよい。筐体102は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかで動作するように構成可能な超音波感知システム118の一部として指紋センサを収容してもよい。
【００３０】
図2Aは、いくつかの実装形態による例示的な超音波感知システム200の構成要素のブロック図表現を示す。図示のように、超音波感知システム200は、センサシステム202、およびセンサシステム202に電気的に結合される制御システム204を含んでもよい。センサシステム202は、物体を走査することと、たとえば人間の指の指紋などの物体シグネチャを取得するために使用できる未処理の測定画像データを提供することとが可能であってもよい。制御システム204は、センサシステム202を制御することと、センサシステムから受信された未処理の測定画像データを処理することとが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、超音波感知システム200は、超音波感知システム200内の様々な構成要素もしくは超音波感知システム200と統合された様々な構成要素との間で、またはいくつかの実装形態では、超音波感知システムの外部の様々な構成要素、デバイス、もしくは他のシステムとの間で、未処理または処理済みの測定画像データなどのデータを送信または受信することが可能なインターフェースシステム206を含んでもよい。
【００３１】
図2Bは、図2Aの超音波感知システム200を含む例示的なモバイルデバイス210の構成要素のブロック図表現を示す。たとえば、モバイルデバイス210は、上記の図1に示すとともにそれを参照しながら説明したモバイルデバイス100のブロック図表現であってもよい。モバイルデバイス210の超音波感知システム200のセンサシステム202は、超音波センサアレイ212を用いて実装されてもよい。超音波感知システム200の制御システム204は、超音波センサアレイ212に電気的に結合されるコントローラ214を用いて実装されてもよい。コントローラ214は単一の構成要素として図示および説明されるが、いくつかの実装形態では、コントローラ214は、互いに電気通信している2つ以上の異なる制御ユニットまたは処理ユニットをまとめて指すことがある。いくつかの実装形態では、コントローラ214は、汎用シングルもしくはマルチチッププロセッサ、中央処理装置(CPU)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、アプリケーションプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス(PLD)、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または本明細書で説明する機能および動作を実行するように設計されたそれらの任意の組合せのうちの1つまたは複数を含んでもよい。
【００３２】
図2Bの超音波感知システム200は、画像処理モジュール218を含んでもよい。いくつかの実装形態では、超音波センサアレイ212によって提供される未処理の測定画像データは、画像処理モジュール218に送信(send)されてもよく、送信(transmit)されてもよく、通信されてもよく、または別の方法で提供されてもよい。画像処理モジュール218は、超音波センサアレイ212によって提供された画像データを処理するように構成されるか、適合されるか、またはそうでなければ動作可能なハードウェア、ファームウェア、およびソフトウェアの任意の好適な組合せを含んでもよい。いくつかの実装形態では、画像処理モジュール218は、特にたとえば(計装増幅器またはバッファ増幅器などの)増幅器、アナログまたはデジタルミキサまたは乗算器、スイッチ、アナログデジタル変換器(ADC)、受動フィルタまたは能動アナログフィルタを含む信号または画像処理回路または回路構成要素を含んでもよい。いくつかの実装形態では、そのような回路または回路構成要素のうちの1つまたは複数は、たとえばコントローラ214がシステムオンチップ(SoC)またはシステムインパッケージ(SIP)として実装される場合、コントローラ214内で統合されてもよい。いくつかの実装形態では、そのような回路または回路構成要素のうちの1つまたは複数は、コントローラ214内に含まれるかまたはコントローラ214に結合されるDSP内に統合されてもよい。いくつかの実装形態では、画像処理モジュール218は、少なくとも部分的にソフトウェアを介して実装されてもよい。たとえば、たった今説明した回路または回路構成要素のうちの1つまたは複数の、1つまたは複数の機能、あるいはそれによって実行される動作は、代わりに1つまたは複数のソフトウェアモジュールが、たとえば(汎用プロセッサまたはDSPの中などの)コントローラ214の処理ユニットの中で実行することによって実行されてもよい。いくつかの実装形態では、画像処理モジュール218またはその部分は、モバイルデバイス210に関連するプロセッサ220などのアプリケーションプロセッサ上で実行してもよいソフトウェアで実装されてもよい。アプリケーションプロセッサは、アプリケーションプロセッサ内での生体画像データのセキュア処理のための専用コプロセッサおよび/またはソフトウェアモジュール(「トラストゾーン」と呼ばれることがある)を有してもよい。
【００３３】
いくつかの実装形態では、超音波感知システム200に加えて、モバイルデバイス210は、別個のプロセッサ220、メモリ222、インターフェース216、および電源224を含んでもよい。いくつかの実装形態では、超音波感知システム200のコントローラ214は、超音波センサアレイ212および画像処理モジュール218を制御してもよく、モバイルデバイス210のプロセッサ220は、モバイルデバイス210の他の構成要素を制御してもよい。いくつかの実装形態では、プロセッサ220は、たとえば命令またはコマンドを含むデータをコントローラ214へ通信する。いくつかのそのような実装形態では、コントローラ214は、たとえば未処理または処理済みの画像データ(「画像情報」とも呼ばれる)を含むデータをプロセッサ220へ通信してもよい。いくつかの他の実装形態では、コントローラ214の機能が全体にまたは少なくとも部分的にプロセッサ220によって実装されてもよいことも理解されたい。いくつかのそのような実装形態では、コントローラ214の機能がモバイルデバイス210のプロセッサ220によって実行されてもよいので、超音波感知システム200用の別個のコントローラ214は必要とされなくてもよい。
【００３４】
実装形態に応じて、コントローラ214およびプロセッサ220のうちの一方または両方は、メモリ222の中にデータを記憶してもよい。たとえば、メモリ222の中に記憶されるデータは、未処理の測定画像データ、フィルタ処理もしくは別の方法で処理された画像データ、推定画像データ、または最終の改善された画像データを含んでもよい。メモリ222は、本明細書で説明する計算、算出、推定、または他の決定のいずれかを含む様々な動作を実行するために(または、超音波センサアレイ212、画像処理モジュール218、もしくは他のモジュールなどの他の構成要素に動作を実行させるために)、コントローラ214およびプロセッサ220のうちの一方または両方による実行が可能なプロセッサ実行可能コードまたは他の実行可能コンピュータ可読命令を記憶してもよい。メモリ222が1つまたは複数のメモリデバイス(または、「構成要素」)をまとめて指すことがあることも理解されたい。たとえば、実装形態に応じて、コントローラ214は、プロセッサ220以外の異なるメモリデバイスの中のデータへのアクセスを有してもよく、そうしたメモリデバイスの中にデータを記憶してもよい。いくつかの実装形態では、メモリ構成要素のうちの1つまたは複数は、NORまたはNANDベースのフラッシュメモリアレイとして実装されてもよい。いくつかの他の実装形態では、メモリ構成要素のうちの1つまたは複数は、異なるタイプの不揮発性メモリとして実装されてもよい。追加として、いくつかの実装形態では、メモリ構成要素のうちの1つまたは複数は、たとえばあるタイプのRAMなどの揮発性メモリアレイを含んでもよい。
【００３５】
いくつかの実装形態では、コントローラ214またはプロセッサ220は、インターフェース216を通じてメモリ222の中に記憶されたデータまたは画像処理モジュール218から直接受信されたデータを通信してもよい。たとえば、そのような通信されるデータは、画像データ、または画像データから導出もしくは別の方法で決定されるデータを含むことができる。インターフェース216は、1つまたは複数の様々なタイプの1つまたは複数のインターフェースをまとめて指すことがある。いくつかの実装形態では、インターフェース216は、リムーバブルメモリデバイスなどの外部メモリからデータを受信するか、またはそうした外部メモリにデータを記憶するためのメモリインターフェースを含んでもよい。追加または代替として、インターフェース216は、外部コンピューティングデバイス、システム、またはサーバへの未処理または処理済みのデータの転送、ならびにそれらからのデータの受信を可能にする1つもしくは複数のワイヤレスネットワークインターフェースまたは1つもしくは複数の有線ネットワークインターフェースを含んでもよい。
【００３６】
電源224は、モバイルデバイス210の中の構成要素の一部または全部に電力を供給してもよい。電源224は、様々なエネルギー蓄積デバイスのうちの1つまたは複数を含んでもよい。たとえば、電源224は、ニッケルカドミウムバッテリーまたはリチウムイオンバッテリーなどの再充電可能バッテリーを含んでもよい。追加または代替として、電源224は、1つまたは複数のスーパーキャパシタを含んでもよい。いくつかの実装形態では、電源224は、たとえば壁コンセント(すなわち、「アウトレット」)またはモバイルデバイス210と統合された光起電性デバイス(すなわち、「太陽電池」もしくは「太陽電池アレイ」)からアクセスされる電力を使用して充電可能(または、「再充電可能」)であってもよい。追加または代替として、電源224はワイヤレス充電可能であってもよい。電源224は、電力管理集積回路および電力管理システムを含んでもよい。
【００３７】
以下で使用する「処理ユニット」という用語は、超音波システムのコントローラ(たとえば、コントローラ214)、画像処理モジュール(たとえば、画像処理モジュール218)、または超音波システムを含むデバイスの別個のプロセッサ(たとえば、プロセッサ220)のうちの1つまたは複数の任意の組合せを指す。言い換えれば、処理ユニットによって、または処理ユニットを使用することによって実行されるものとして以下で説明される動作は、超音波システムのコントローラ、画像処理モジュール、または超音波感知システムを含むデバイスの別個のプロセッサのうちの1つまたは複数によって実行されてもよい。
【００３８】
図3Aは、いくつかの実装形態による例示的な超音波感知システム300の一部分の図式表現の断面投影図を示す。図3Bは、いくつかの実装形態による図3Aの例示的な超音波感知システム300のズームインされた垂直断面図を示す。たとえば、超音波感知システム300は、図1を参照しながら説明した超音波感知システム118、または図2Aおよび図2Bに示すとともにそれを参照しながら説明した超音波感知システム200を実装してもよい。超音波感知システム300は、基板304の上にあり圧盤(たとえば、「カバープレート」または「カバーガラス」)306の下にある超音波トランスジューサ302を含んでもよい。超音波トランスジューサ302は、超音波トランスミッタ308と超音波レシーバ310との両方を含んでもよい。
【００３９】
超音波トランスミッタ308は、概して超音波を生成し、圧盤306に向かって、また図示した実装形態では圧盤306の上面に配置された人間の指312に向かって送信するように構成される。いくつかの実装形態では、超音波トランスミッタ308は、より詳細には、超音波平面波を生成し圧盤306に向かって送信するように構成されてもよい。たとえば、超音波トランスミッタ308の圧電材料は、超音波感知システムのコントローラによって提供された電気信号を走査周波数における超音波平面波の連続シーケンスまたはパルス化シーケンスに変換するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、超音波トランスミッタ308は、たとえばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、またはPVDF-TrFEなどのPVDFコポリマなどの圧電材料の層を含む。いくつかの実装形態では、超音波トランスミッタ308および/または超音波レシーバ310において、窒化アルミニウム(AlN)またはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの他の圧電材料が使用されてもよい。いくつかの実装形態では、超音波トランスミッタ308および/または超音波レシーバ310は、追加または代替として、静電容量微細加工超音波トランスジューサ(CMUT)などの静電容量超音波デバイス、または圧電微細加工超音波トランスジューサ(PMUT、「圧電微小機械超音波トランスジューサ」とも呼ばれる)などの圧電超音波デバイスを含んでもよい。
【００４０】
超音波レシーバ310は、概して超音波トランスミッタ308によって送信された超音波の相互作用から得られる超音波反射314を検出するように構成され、指312の指紋を規定する隆線316および谷318が走査される。いくつかの実装形態では、超音波トランスミッタ308は、たとえば図3Aおよび図3Bに示すように超音波レシーバ310の上にある。いくつかの実装形態では、(以下で説明する図4Aに示すように)超音波レシーバ310が超音波トランスミッタ308の上にあってもよい。超音波レシーバ310は、検出された超音波反射に対応する電気出力信号を生成および出力するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、超音波レシーバ310は、超音波トランスミッタ308の圧電層とは異なる第2の圧電層を含んでもよい。たとえば、超音波レシーバ310の圧電材料は、たとえばPVDFまたはPVDF-TrFEコポリマの層などの任意の好適な圧電材料であってもよい。超音波レシーバ310の圧電層は、超音波反射によって引き起こされた振動を電気出力信号に変換してもよい。いくつかの実装形態では、超音波レシーバ310は、薄膜トランジスタ(TFT)層をさらに含む。いくつかのそのような実装形態では、TFT層は、超音波レシーバ310の圧電層によって生成された電気出力信号を増幅またはバッファリングするように構成されるセンサピクセル回路のアレイを含んでもよい。センサピクセル回路のアレイによって提供される電気出力信号は、次いで画像データを処理すること、画像データに関連する指紋を識別すること、およびいくつかの適用例では指紋に関連するユーザを認証することを行う際に使用するために、未処理の測定画像データとして処理ユニットに提供されてもよい。いくつかの実装形態では、(以下で説明する図4Bに示すように)単一の圧電層が、超音波トランスミッタ308および超音波レシーバ310の働きをしてもよい。いくつかの実装形態では、基板304は、電子回路構成がその上に製作されてもよいガラス基板、プラスチック基板、またはシリコン基板であってもよい。いくつかの実装形態では、超音波レシーバ310のセンサピクセル回路のアレイおよび関連するインターフェース回路構成は、基板304の中または上に形成されたCMOS回路構成から構成されてもよい。いくつかの実装形態では、基板304は、圧盤306と超音波トランスミッタ308および/または超音波レシーバ310との間に配置されてもよい。いくつかの実装形態では、基板304が圧盤306の働きをしてもよい。1つまたは複数の保護層、音響整合層、汚濁防止層、接着剤層、装飾層、導電層、または他のコーティング層(図示せず)が、基板304および圧盤306の1つまたは複数の側部の上に含まれてもよい。
【００４１】
圧盤306は、超音波トランスミッタ308に音響的に結合されてもよい任意の好適な材料から形成されてもよい。たとえば、圧盤306は、ガラス、プラスチック、セラミック、サファイア、金属、または金属合金のうちの1つまたは複数から形成されてもよい。いくつかの実装形態では、圧盤306は、たとえば下にあるディスプレイのカバーガラスまたはレンズガラスなどのカバープレートであってもよい。いくつかの実装形態では、圧盤306は、1つまたは複数のタイプのパリレンなどの1つまたは複数のポリマを含んでもよく、かなり薄くてもよい。いくつかの実装形態では、圧盤306は、厚さが約10ミクロン(μm)〜約1000μm以上の範囲の中にあってもよい。
【００４２】
いくつかの実装形態では、超音波感知システム300は、集束層(図示せず)をさらに含んでもよい。たとえば、集束層は、超音波トランスミッタ308の上方に配置されてもよい。集束層は、概して超音波トランスミッタ308によって送信された超音波の経路を変えることが可能な1つまたは複数の音響レンズを含んでもよい。いくつかの実装形態では、レンズは、円筒形レンズ、球形レンズ、またはゾーンレンズ(zone lens)として実装されてもよい。いくつかの実装形態では、レンズの一部または全部は凹レンズであってもよいが、いくつかの他の実装形態では、レンズの一部または全部は凸レンズであってもよく、または凸レンズと凹レンズとの組合せを含んでもよい。
【００４３】
そのような集束層を含むいくつかの実装形態では、超音波感知システム300は、追加として集束レンズと圧盤306上に配置された指などの物体との間の適切な音響結合を確実にするために、音響整合層を含んでもよい。たとえば、音響整合層は、音響整合層の密度を変化させる粒子を用いてドープされたエポキシを含んでもよい。音響整合層の密度が変化する場合、音響速度が一定のままである場合には音響インピーダンスも密度の変化に従って変化する。代替実装形態では、音響整合層は、金属を用いてまたはセラミック粉末を用いてドープされたシリコーンゴムを含んでもよい。いくつかの実装形態では、超音波反射が集束層のレンズを通って受信されることを利用する、出力信号を処理するためのサンプリング方策が実施されてもよい。たとえば、レンズの焦点から戻る超音波はレンズの中に進行し、音響相反原理を満たしてレシーバアレイの中を複数のレシーバ要素に向かって伝搬してもよい。散乱場から戻る信号強度に応じて、アクティブなレシーバ要素の個数の調整が可能である。概して、戻された超音波を受信するためにアクティブ化されるレシーバ要素が多ければ多いほど、信号対雑音比(SNR)がより大きくなる。いくつかの実装形態では、集束層を有しても有しなくても、1つまたは複数の音響整合層が圧盤306の片側または両側に配置されてもよい。
【００４４】
図4Aは、いくつかの実装形態による図3Aおよび図3Bの例示的な超音波感知システム300の例示的な構成要素の分解投影図を示す。超音波トランスミッタ308は、平面波生成器として機能することが可能な、実質的に平面状の圧電トランスミッタ層422を含んでもよい。超音波は、圧電トランスミッタ層422の両側に電圧を印加して、印加された電圧信号に応じて層を拡張または収縮させることによって生成されてもよく、それによって平面波を生成する。この例では、処理ユニット(図示せず)は、第1のトランスミッタ電極424および第2のトランスミッタ電極426を介して、圧電トランスミッタ層422の両側にトランスミッタ励起電圧を印加させることが可能である。第1および第2のトランスミッタ電極424および426は、金属化電極、たとえば圧電トランスミッタ層422の対向する側部をコーティングする金属層であってもよい。圧電効果の結果として、印加されたトランスミッタ励起電圧は、圧電トランスミッタ層422の厚さの変化を引き起こし、そのような方法で、トランスミッタ励起電圧の周波数における超音波を生成する。いくつかの実装形態では、第1のトランスミッタ電極424および/または第2のトランスミッタ電極426は、静電容量感知モードで動作するときには静電容量感知電極として、また超音波感知モードで動作するときには超音波感知電極として使用されてもよい。
【００４５】
超音波は、圧盤306を通過して指などのターゲット物体に向かって進行してもよい。ターゲット物体によって吸収または送信されない超音波の一部分は、圧盤306を通って後方へ反射されてもよく、図4Aに示す実装形態では超音波トランスミッタ308の上にある超音波レシーバ310によって受信されてもよい。超音波レシーバ310は、基板434上に配設されたセンサピクセル回路432のアレイ、および圧電レシーバ層436を含んでもよい。いくつかの実装形態では、各センサピクセル回路432は、1つまたは複数のTFTまたはシリコンベースCMOSトランジスタ要素、電気相互接続トレース、およびいくつかの実装形態では、ダイオード、キャパシタなどの1つまたは複数の追加回路要素を含んでもよい。各センサピクセル回路432は、ピクセル回路に最も近い圧電レシーバ層436の中で生成された表面電荷を電気信号に変換するように構成されてもよい。各センサピクセル回路432は、圧電レシーバ層436をセンサピクセル回路432に電気的に結合するピクセル入力電極438を含んでもよい。
【００４６】
図示した実装形態では、レシーババイアス電極440が、圧盤306に近接した圧電レシーバ層436の側部に配設される。レシーババイアス電極440は金属化電極であってもよく、どの信号がセンサピクセル回路432のアレイに渡されてもよいのかを制御するようにグランドまたはバイアスされてもよい。たとえば、超音波感知モードで動作するように構成されるとき、レシーババイアス電極440は感知電極の働きをしてもよい。レシーババイアス電極440は、超音波の生成中にはブロックモードに対応する第1の電圧レベル、反射超音波がセンサピクセル回路によって受信されるときにはサンプルモードに対応する第2の電圧レベル、また電気出力信号がセンサピクセル回路のアレイの外へクロッキングされるまではピクセル回路機構によって電気出力信号を保持するためのホールドモードに対応する第3の電圧レベルを用いて駆動されてもよい。圧盤306の露出した(上側/上部の)面442から反射される超音波エネルギーは、圧電レシーバ層436によって表面電荷に変換されてもよい。生成された表面電荷は、ピクセル入力電極438および下にあるセンサピクセル回路432に結合されてもよい。電荷信号は、センサピクセル回路432によって増幅またはバッファリングされてもよく、処理ユニットに提供されてもよい。処理ユニットは、第1のトランスミッタ電極424および第2のトランスミッタ電極426と、またレシーババイアス電極440および基板434上のセンサピクセル回路432と電気的に(直接または間接的に)接続されてもよい。いくつかの実装形態では、処理ユニットは、実質的に上記で説明したように動作してもよい。たとえば、処理ユニットは、センサピクセル回路432から受信された信号を処理することが可能であってもよい。いくつかの実装形態では、レシーババイアス電極440は、静電容量感知モードで動作するときに感知電極として再構成されてもよく、指または他の物体のタッチを検出するために適切な駆動信号が提供されてもよい。
【００４７】
圧電トランスミッタ層422または圧電レシーバ層436を形成するために使用できる好適な圧電材料のいくつかの例は、適切な音響特性、たとえば約2.5MRaylsと5MRaylsとの間の音響インピーダンスを有する圧電ポリマを含む。採用されてもよい圧電材料の特定の例は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン(PVDF-TrFE)コポリマなどの強誘電ポリマを含む。PVDFコポリマの例は、60:40(モルパーセント)PVDF-TrFE、70:30 PVDF-TrFE、80:20 PVDF-TrFE、および90:10 PVDR-TrFEを含む。利用されてもよい圧電材料の他の例は、ポリ塩化ビニリデン(PVDC:polyvinylidene chloride)ホモポリマおよびコポリマ、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE:polytetrafluoroethylene)ホモポリマおよびコポリマ、ならびに臭化ジイソプロピルアンモニウム(DIPAB:diisopropylammonium bromide)を含む。いくつかの実装形態では、圧電トランスミッタ層422および/または圧電レシーバ層436において、窒化アルミニウム(AlN)またはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの他の圧電材料が使用されてもよい。
【００４８】
圧電トランスミッタ層422および圧電レシーバ層436の各々の厚さは、それぞれ超音波を生成および受信するのに適するように選択される。一例では、PVDF圧電トランスミッタ層422は、ほぼ28μm厚であり、PVDF-TrFEレシーバ層436は、ほぼ12μm厚である。超音波の例示的な周波数は、波長がミリメートル以下程度である約1メガヘルツ(MHz)〜約100MHzの範囲の中にあってもよい。
【００４９】
本明細書で説明するように、第1のトランスミッタ電極424、第2のトランスミッタ電極426、およびレシーババイアス電極440は、超音波感知システム300が上記で説明したような超音波感知モードで、かつ静電容量感知モードで動作してもよいように駆動(すなわち、信号が提供)されてもよい。すなわち、超音波センサシステム202の同じ電極が、静電容量感知モードおよび超音波感知モードで動作するための(たとえば、1つまたは複数の圧電微細加工超音波トランスジューサを使用する)指紋センサを実装するために使用されてもよい。前に説明したように、静電容量感知および超音波感知を実施するために同じ指紋センサを使用することは、指がタッチスクリーンにタッチすることの偽陽性の低減を可能にすることがあり、デバイスのバッテリーの消耗を低減することがある。
【００５０】
図4Bは、いくつかの実装形態による図3Aおよび図3Bの超音波感知システム300における超音波トランシーバアレイの例示的な構成要素の分解投影図を示す。この例では、超音波感知システム300は、圧盤306の下方に超音波トランシーバアレイ450を含む。超音波トランシーバアレイ450は、図2Bに示すとともに上記で説明した超音波センサアレイ212の働きをしてもよい。超音波トランシーバアレイ450は、平面波生成器として機能することが可能な、実質的に平面状の圧電トランシーバ層456を含んでもよい。超音波は、圧電トランシーバ層456の両側に電圧を印加することによって生成されてもよい。制御システム204は、下にある1つもしくは複数のピクセル入力電極438または上にある1つもしくは複数のトランシーババイアス電極460を介して圧電トランシーバ層456の両側に印加されてもよいトランシーバ励起電圧を生成することが可能であってもよい。生成された超音波は、圧盤306を通過して、検出されるべき指または他の物体に向かって進行してもよい。物体によって吸収または送信されない波の一部分は、圧盤306を後方へ通過するように反射されてもよく、超音波トランシーバアレイ450によって受信されてもよい。超音波トランシーバアレイ450は、単一の圧電トランシーバ層456を使用して、超音波トランスミッタと超音波レシーバとの両方の働きをしてもよい。
【００５１】
超音波トランシーバアレイ450は、センサ基板434上に配設されたセンサピクセル回路432のアレイを含んでもよい。いくつかの実装形態では、各センサピクセル回路432は、1つまたは複数のTFTまたはシリコンベース要素、電気相互接続トレース、およびいくつかの実装形態では、ダイオード、キャパシタなどの1つまたは複数の追加回路要素を含んでもよい。各センサピクセル回路432は、圧電トランシーバ層456をセンサピクセル回路432に電気的に結合するピクセル入力電極438を含んでもよい。
【００５２】
図示した実装形態では、トランシーババイアス電極460が、圧盤306に近接した圧電トランシーバ層456の側部に配設される。トランシーババイアス電極460は金属化電極であってもよく、どの信号が生成されてもよく、どの反射信号がセンサピクセル回路432のアレイに渡されてもよいのかを制御するように、グランドまたはバイアスされてもよい。圧盤306の露出した(上部の)面442から反射される超音波エネルギーは、圧電トランシーバ層456によって表面電荷に変換されてもよい。生成された表面電荷は、ピクセル入力電極438および下にあるセンサピクセル回路432に結合されてもよい。電荷信号は、センサピクセル回路432によって増幅またはバッファリングされてもよく、制御システム204に提供されてもよい。
【００５３】
制御システム204は、トランシーババイアス電極460、およびセンサ基板434上のセンサピクセル回路432に電気的に(直接または間接的に)接続されてもよい。いくつかの実装形態では、制御システム204は、実質的に上記で説明したように動作してもよい。たとえば、制御システム204は、センサピクセル回路432から受信される、増幅またはバッファリング電気出力信号を処理することが可能であってもよい。
【００５４】
制御システム204は、指紋画像データを含んでもよい超音波画像データを取得するように、超音波トランシーバアレイ450を制御することが可能であってもよい。いくつかの実装形態によれば、制御システム204は、本明細書で説明する機能などの、たとえば図1〜図3Bおよび図5〜図20を参照しながら本明細書で説明するような機能を提供することが可能であってもよい。
【００５５】
超音波トランシーバアレイを有する超音波センサシステムの他の例では、センサ基板434の裏面は、上にある圧盤306に直接または間接的に取り付けられてもよい。動作においては、圧電トランシーバ層456によって生成された超音波は、センサ基板434および圧盤306を通って進行してもよく、圧盤306の面442で反射してもよく、圧盤306およびセンサ基板434を通って後方へ進行してから基板センサ434の上または中のセンサピクセル回路432によって検出されてもよい。
【００５６】
より詳細には、図5は、電子デバイスを「ウェイクアップ」するために静電容量感知モードおよび超音波感知モードで指紋センサを使用する一例を示す。図5において、電子デバイス505(たとえば、モバイルデバイス210)は、コントローラ回路520(たとえば、図2Bにおけるコントローラ214)を含み、コントローラ回路520は、静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で動作するようにセンサ525(たとえば、図2Bにおける超音波センサシステム202の超音波センサアレイ212の超音波センサのうちの少なくとも1つ)を切り替えてもよい。図6は、電子デバイスをウェイクアップするために静電容量感知モードおよび超音波感知モードで指紋センサを使用するためのフローチャートの一例を示す。図6では、ブロック605において、電子デバイスは、電子デバイスのアプリケーションプロセッサおよびディスプレイがオフにされているか、または低電力スリープモードにある「ロック」状態にあってもよい。たとえば、図5では時間550において、電子デバイス505はロック状態にある。このことは、ディスプレイ510(すなわち、電子デバイス505のタッチスクリーンのディスプレイ)がオフにされる結果になり(すなわち、視覚画像コンテンツが表示されていない)、アプリケーションプロセッサ530(たとえば、図2Bにおけるプロセッサ220)はオフにされてもよく、または比較的低電力の「スリープ」モードにあってもよい。
【００５７】
次に、ブロック610において、静電容量感知を使用して、物体が検出されてもよい。たとえば、図5では時間550において、電子デバイス505の超音波認証ボタン(たとえば、「ホームボタン」)の一部であるセンサ525の上方に指515が配置される。いくつかの実装形態では、センサ525は、ユーザを検証または別の方法で認証できる電気機械ボタンの一部であってもよく、ディスプレイ510のカバーガラスにおけるカットアウト領域を通って挿入されている。(図5に示すような)いくつかの実装形態では、センサ525は、カバーガラスにおけるカットアウトを必要とすることなく、ディスプレイ510のカバーガラスの後ろに配置されてもよい。図5の簡略化された例では、コントローラ回路520も、電子デバイス505の中のスイッチの状態とともに示すように、静電容量感知モードで動作するようにセンサ525を構成している。このことは、センサ525が静電容量感知システムを実装するために使用される結果になり、したがってディスプレイ510、センサ525、または電子デバイス505のカバーガラスの上または下方に形成された他の感知電極の近くまたは上に配置された物体が検出されてもよい。たとえば、ボタンまたはディスプレイの上の物体の静電容量は、センサ525の電極のうちの1つを有する静電容量性分圧器の一部としてモデル化されてもよく、静電容量に対応する電圧は、前に説明したように、対応するセンサ回路によって「読み出す」ことができる。いくつかの実装形態では、投影型静電容量タッチ(PCT:projected capacitive touch)タッチスクリーンなどのタッチスクリーンの1つまたは複数の電極は、静電容量感知モードで動作するときに感知電極の働きをしてもよい。本開示全体にわたって使用される、感知電極にタッチすることとは、指などの物体を用いて感知電極に物理的にタッチすること、および/または感知電極と指との間に配置されてもよくそれを通じて指が検出されてもよい任意の誘電体層、コーティング、圧盤、他の層、もしくは他の材料に物理的に接触もしくはタッチすることを指す。感知電極にタッチすることとは、感知電極の上または近くに配置される指などの物体が、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかを使用する物体の検出を可能にすることを指してもよい。
【００５８】
ディスプレイ510、センサ525、または他の感知電極の近くまたは上に物体が配置されていると(たとえば、読出し電圧に基づいて)決定される場合、ブロック615において、物体が指であるかまたは指である可能性があるかどうかが、次いで超音波感知を使用して決定されてもよい。たとえば、図5において、コントローラ回路520は、電子デバイス505の中のスイッチの状態の変更で示すように、超音波感知モードで動作するようにセンサ525を構成してもよい。このことにより、前に説明したようにセンサ525が超音波を送信および受信して、指515の完全または部分的な指紋画像に対応する指紋画像データを生成および提供する結果となる。圧電センサピクセルの完全なアレイ、またはセンサ525のセンサピクセルのもっと小さい集合が使用されてもよい。
【００５９】
物体が指であると決定されることをコントローラ回路520が決定する(たとえば、指515が、隆線および谷、または指の範囲内に入る音響インピーダンスなどの指に属する指紋の他の特性を有することを、データに基づいて認識する)場合、ブロック620において、コントローラ回路520は、アプリケーションプロセッサを「ウェイクアップ」してもよい。たとえば、図5において、超音波感知モードでのセンサ525を使用して、感知電極のうちの少なくとも1つをタッチしている物体(たとえば、指515)が確かに指であることを決定すると、コントローラ回路520が割込み信号560をアサートする(たとえば、ロー電圧からハイ電圧になどの第1のレベルから第2の異なるレベルに、論理レベルを遷移させる)ことによって、アプリケーションプロセッサ530は、スリープモードまたはオフ状態からアクティブ化(または、トリガ、初期化など)されてもよい。アサートされた割込み信号は、物体が指であると決定されることを表してもよく、指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令するように働く。いくつかの実装形態では、コントローラ回路520またはアプリケーションプロセッサ530はまた、ディスプレイ510をオンにしてもよい。
【００６０】
次に、ブロック625において、指紋認証が実行されてもよい。たとえば、アプリケーションプロセッサ530は、(たとえば、コントローラ回路520によってメモリの中に記憶された対応するデータを受信することによって)指紋画像データを取得してもよく、次いで、たとえば整合および認証プロセスを使用することによって、指紋画像データが電子デバイス505の許可されたユーザの指紋を表すかどうかを判定してもよい。そうである場合、ブロック630において、デバイスはロック解除されてもよく、またはいくつかの実装形態では、ディスプレイ510をロック解除するとともにホームスクリーンに戻ってもよい。たとえば、図5では時間555において、ディスプレイ510がオンにされ、電子デバイス505がロック解除されている(たとえば、電子デバイス505のほとんどのまたは完全な動作機能およびソフトウェアが、ここで使用するために利用可能である)。許可された指紋に対する画像データは、たとえば電子デバイス505のセットアップ中、または電子デバイスのセキュリティ機能の登録およびセットアップ中に、ユーザ(たとえば、所有者)によって以前に提供されていてもよい。
【００６１】
より詳細には、センサ525は、電極がどのように駆動されるのかに基づいて、静電容量感知モードで動作することから超音波感知モードに(または、超音波感知モードから静電容量感知モードに)切り替わってもよい。図7Aは、静電容量感知モードで動作するように指紋センサを構成するコントローラ回路の回路図の一例を示す。図7Aにおいて、コントローラ回路520は、スイッチ735(たとえば、n型またはp型金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)、薄膜トランジスタ(TFT)などによって実装される)がオンにされる場合にセンサ525のレシーババイアス電極725(たとえば、レシーババイアス電極440またはトランシーババイアス電極460)に信号を提供するために使用される、静電容量タッチモジュール705を含む(すなわち、図7Aに示すような閉位置にスイッチがあって、静電容量タッチモジュール705の出力はレシーババイアス電極725を駆動してもよい)。
【００６２】
いくつかの実装形態では、静電容量タッチモジュール705によって生成される駆動信号は、所定のシーケンスで適用される2つ以上の周波数を有する周波数ホッピング信号を含んでもよい。たとえば、3つまたは5つの異なる周波数のシーケンスが、静電容量タッチモジュール705によって生成されてもよく、静電容量感知モードで動作するときに感知電極に適用されてもよい。いくつかの実装形態では、静電容量タッチモジュール705によって生成される駆動信号は、変換シーケンスのプリチャージング段階および電荷共有段階を含んでもよく、ここでプリチャージング段階において、ADC出力を0にするために基準電圧が内部基準キャパシタおよびアナログデジタル変換器(ADC)に印加され、ここで電荷共有段階において、基準キャパシタにおける電荷は、感知電極を介して、指の静電容量、およびPVDF静電容量などの任意の寄生容量と共有される。電荷共有段階におけるADCからの出力は、ADC出力をタッチ検出しきい値と比較することによって、指静電容量および指が存在するかどうかの尺度を提供する。各測定とともに変換シーケンスを使用する連続した測定は、指タッチまたは指リフトなどの検出される静電容量の任意の変化の決定が行われることを可能にする。追加として、コントローラ回路520の増幅器715は、その出力を切断させてもよく(たとえば、増幅器715がその出力を駆動していないような、ハイインピーダンス状態、フローティング状態、非駆動状態、トライステート状態などにさせてもよい)、その結果静電容量タッチモジュール705は、いかなる競合も伴わずにレシーババイアス電極725を駆動してもよい。いくつかの実装形態では、増幅器715と720との両方は、センサ525が静電容量感知モードで動作するためにそれらが必要とされないので、電力消費を低減するためにオフに(すなわち、電源切断)されてもよい。レシーババイアス電極725を駆動することによって、タッチスクリーン上の物体の静電容量に対応する電圧が決定されて、静電容量性分圧器がモデル化されてもよい。増幅器715および720の図は簡略化されている。たとえば、それらは追加のグランド入力端子を含むことがある。静電容量感知モードにおける動作のための駆動信号および技法は、モバイルデバイスの中に構成される1つまたは複数の感知電極に適用されてもよい。コントローラ回路520は、静電容量感知モードで動作するために、1つまたは複数の感知電極に駆動信号を提供する(たとえば、生成し、切り替え、かつ印加する)ように構成されてもよい。
【００６３】
動作においては、ユーザの指がセンサ525のレシーババイアス電極725に接触することがあるか、またはその十分近くに配置されることがあり、指に起因する追加静電容量が静電容量タッチモジュール705によって検出されてもよい。レシーババイアス電極725に接触しているかまたはその近くの指の検出は、モバイルデバイスをウェイクアップするか、指を認証するための追加シーケンスをトリガするか、またはホームボタン機能などの別の機能を開始するために使用されてもよいタッチ検出信号をコントローラ回路520が生成することを可能にしてもよい。
【００６４】
対照的に、図7Bは、超音波感知モードで動作するように指紋センサ525を構成するコントローラ回路520の回路図の一例を示す。図7Bにおいて、制御回路構成710は、増幅器715および720を駆動してもよく、オフになるようにスイッチ735を構成してもよい(すなわち、図7Bに示すようなオープン位置にスイッチがあって、静電容量タッチモジュール705はレシーババイアス電極725を駆動しない)。このことは、センサ525のレシーババイアス電極725が増幅器715によって駆動され、ダイオードバイアス電極730(たとえば、センサピクセル回路432を制御するための制御信号)が増幅器720によって駆動される結果になる。レシーババイアス電極725は、増幅器715を使用してはるかに高い電圧に駆動されてもよい。たとえば、センサ525を静電容量感知モードで動作させるために、レシーババイアス電極725は、静電容量タッチモジュール705によって1.8ボルト(V)信号が提供されるかもしれない。対照的に、センサ525を超音波感知モードで動作させるために、レシーババイアス電極725は、増幅器715によって4〜17V信号が提供されるかもしれない。追加として、ダイオードバイアス電極730が、超音波感知動作モードに従って駆動されてもよい。たとえば、ダイオードバイアス電極は、超音波の生成中にはブロックモードに対応する第1の電圧レベル、反射超音波がセンサピクセル回路によって受信されるときにはサンプルモードに対応する第2の電圧レベル、また電気出力信号がセンサピクセル回路のアレイの外へクロッキングされるまではピクセル回路機構によって電気出力信号を保持するためのホールドモードに対応する第3の電圧レベルを用いて駆動されてもよい。
【００６５】
センサ525は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかで動作するように、様々な他の方法で構成されてもよい。図8は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するためのコントローラ回路の回路図の別の例を示す。図8において、コントローラ回路520の回路構成は、別個のチップ内に含まれてもよく、たとえばコントローラ回路520aが外部静電容量タッチモジュール705を含んでもよく、コントローラ回路520bがスイッチ735、増幅器715および720、ならびに制御回路構成710を含む。たとえば、図8においてセンサ525を静電容量感知モードで構成するために、静電容量タッチモジュール705がレシーババイアス電極725を駆動するようにスイッチ735がオンにされてもよく、増幅器715の出力はハイインピーダンス状態に設定される。ダイオードバイアス電極730はグランドされてもよい(たとえば、それがグランドに対応する電圧を供給するように、増幅器720によって駆動されてもよい)。センサ525を超音波感知モードで構成するために、スイッチ735がオープンになってもよく、その結果レシーババイアス電極725は、もはや静電容量タッチモジュール705によって駆動されない。逆に、超音波感知モードで動作するように構成されるとき、増幅器715および720は、それぞれレシーババイアス電極725およびダイオードバイアス電極730に駆動信号を提供してもよい。図7A、図7B、および図8に示すものなどの様々な実装形態では、スイッチ735は、外部静電容量タッチモジュール705に、コントローラ回路520に関連するコントローラASICに、センサ525内に、またはタッチモジュール705およびコントローラASICの外部の構成要素として物理的に位置してもよい。
【００６６】
図7A、図7B、および図8の例は、静電容量感知と超音波感知との両方に対してレシーババイアス電極725を使用する。すなわち、センサ525の中のレシーババイアス電極725および関連する回路構成を異なるように駆動することによって、レシーババイアス電極の上または近くで静止する物体の静電容量を検出するために、また物体が指であることを決定するための超音波感知のためにレシーババイアス電極725が使用されてもよい。
【００６７】
しかしながら、静電容量感知および超音波感知に対して別個の電極が使用されてもよい。たとえば、レシーババイアス電極725が静電容量感知のために使用されてもよく、レシーババイアス電極725とダイオードバイアス電極730との両方が超音波感知のために使用されてもよい。図9は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するためのコントローラ回路の回路図の別の例を示す。図9において、センサ525を静電容量感知モードで動作させるために、レシーババイアス電極725が静電容量タッチモジュール705によって駆動されてもよく、ダイオードバイアス電極730がグランドされるかまたは別の固定された電位に設定されてもよい。対照的に、超音波感知モードでは、レシーババイアス電極725がグランドされてもよく、増幅器720は、アクティブ信号をダイオードバイアス電極730に提供して超音波感知を可能にするように駆動されてもよい。この実装形態では、図7Aおよび図7Bの例に関して、増幅器715およびスイッチ735は除去されてもよく、またはハイインピーダンス状態で動作させられてもよい。
【００６８】
図10は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように指紋センサを構成するためのコントローラ回路の回路図の別の例を示す。図10において、センサ525を静電容量感知モードで構成するために、レシーババイアス電極725が静電容量タッチモジュール705によって駆動されてもよく、ダイオードバイアス電極730がグランドされてもよい(たとえば、制御回路構成710は、グランドに対応する電圧(たとえば、いくつかのシナリオでは0V)がダイオードバイアス電極730に印加されるように、増幅器720を駆動することができる)。対照的に、センサ525を超音波感知モードで構成するために、制御回路構成710は、スイッチ1005(たとえば、n型またはp型MOSFET)をオンにすることによってレシーババイアス電極725をグランドするとともに、増幅器720を使用してアクティブ信号をダイオードバイアス電極730に提供して、センサ525を超音波感知モードで動作させてもよい。
【００６９】
前に説明したように、センサ525は、物体が超音波センサのレシーババイアス電極にタッチしているかまたはその近くに配置されるかどうかを判定するために、静電容量感知モードにあるように構成されてもよく、次いでその後、その物体が指であるかどうかを判定するために、超音波感知モードにあるように構成される。物体が指であると決定される場合、アプリケーションプロセッサがウェイクアップするとともに指の指紋を認証(たとえば、それがデバイスの所有者または登録済みユーザの指紋に整合または類似するかどうかを判定)すべきであることを示すためにフラグがアサートされてもよい。認証される場合、アプリケーションプロセッサは、タッチスクリーンのディスプレイをオンにしてもよく、通常の使用のためにデバイスをロック解除してもよい。
【００７０】
図11は、コントローラ回路、指紋センサ、およびアプリケーションプロセッサのハイレベルブロック図の一例を示す。図11において、静電容量タッチアナログフロントエンド1110および超音波アナログフロントエンド1115は、センサ525の電極を駆動するために使用される回路構成を含む。インターフェース回路1105(たとえば、前の図では制御回路構成710、スイッチ1005などを含む)は、それらの電極を駆動するために使用されるフロントエンド回路構成を選択する。マイクロコントローラ1120は、センサ525が静電容量感知モードでの指紋センサ525の上または近くに物体が存在することを検出するかどうかを判定してもよく、超音波感知モードで動作して物体が指であるかどうかを判定するために、インターフェース回路1105がセンサ525を切り替えるべきかどうかを判定してもよい。静電容量感知モードおよび超音波感知モードの結果に関する情報は、メモリ1125の中に記憶することができる。たとえば、マイクロコントローラ1120は、静電容量感知モードでのセンサ525からの静電容量測定情報、および超音波感知モードでのセンサ525からの画像データを表すデータを記憶してもよい。いくつかの実装形態では、温度などの測定条件、タッチが「強い」タッチであるのかそれとも「弱いタッチ」であるのか(たとえば、タッチの尤度)、および他のメトリックを表すデータもまた記憶されてもよい。クロック生成器1135は、静電容量タッチアナログフロントエンド1110を動作させるために使用されるウェイクアップタイマー1130用の低電力クロック生成器であってもよい。
【００７１】
物体が指である場合、割込み信号560がアサートされてもよく、アプリケーションプロセッサ530に提供されてもよい。その結果、アプリケーションプロセッサ530は、メモリ1125の中に記憶されたデータを、たとえばI2Cシリアルバススレーブインターフェース1140を介して読み取ってもよい。このことは、メモリ1125へのアクセスをアプリケーションプロセッサ530が有しマイクロコントローラ1120は有しないように制約し、したがって(たとえば、マイクロコントローラ1120の組込みメモリへのアクセスを防止することによって)コントローラ回路520のセキュリティを高める。データが、許可された指紋に整合または十分に類似する指紋に対応する場合、アプリケーションプロセッサ530は、電子デバイス(たとえば、モバイルデバイス)をロック解除してもよく、かつ/またはタッチスクリーンのディスプレイをオンにしてもよい。たとえば、許可された指紋データは、メモリの中に記憶されてもよく、アプリケーションプロセッサ530によってアクセス可能であってもよい。いくつかの実装形態では、割込み信号560が受信されると、アプリケーションプロセッサ530の1つまたは複数の部分がウェイクアップしてもよく、アプリケーションプロセッサ530は、指の指紋を認証するように命令されてもよい。センサ525から受信された超音波指紋画像データから認証プロセス中に生成される照会テンプレートが、登録プロセス中に1つまたは複数の整合アルゴリズムを使用して生成される1つまたは複数の登録済みテンプレートと比較されて、指紋が認証されるべきかどうかを判定してもよい。
【００７２】
いくつかの実装形態では、マイクロコントローラ1120が、センサ525から生成されたデータに基づいて指紋を認証してもよい。指紋が認証される場合、マイクロコントローラ1120は、電子デバイスをロック解除するようにアプリケーションプロセッサ530に命令するために、割込み信号560をアサートしてもよい。指紋が認証されているとき、モバイルデバイスのディスプレイ、および/またはモバイルデバイスはロック解除されてもよい。いくつかの実装形態では、モバイルデバイスおよびディスプレイが、すでにウェイクアップされており以前の認証プロセスからロック解除されているとき、モバイルデバイスは、たとえばホームボタンまたは他の指定された感知電極の上に指が配置されると、ホームスクリーンに戻ってもよい。
【００７３】
図12は、コントローラ回路、指紋センサ、およびアプリケーションプロセッサのハイレベルブロック図の別の例を示す。図12において、アプリケーションプロセッサ530は、ハイレベルオペレーティングシステム(HLOS)1205、トラストゾーン1210、およびSPIマスタ1215を含む。コントローラ回路520はSPIスレーブ1220を含んでもよい。アプリケーションプロセッサ530は、マイクロコントローラ1120によって記憶されているデータに、シリアル周辺インターフェース(SPI)マスタ1215およびSPIスレーブ1220によって実装されるSPIバスを介してアクセスしてもよい。たとえば、SPIバスは、セキュアフィンガープリンティングモードおよび静電容量タッチモードで動作してもよい。セキュアフィンガープリンティングモードでは、アプリケーションプロセッサ530のトラストゾーン1210が、SPIバスを「所有」してもよく、コントローラ回路520の全体(たとえば、静電容量感知モードおよび超音波感知モードから生成され記憶されるデータを含むアドレス空間のすべて)へのアクセスを有してもよい。静電容量タッチモードでは、HLOS1205がSPIバスを「所有」してもよく、アプリケーションプロセッサ530は、静電容量感知モードにあるセンサ525からのデータを記憶しているメモリおよびレジスタに制限されたアクセスを有してもよい。
【００７４】
上記で説明した2ステップの静電容量感知および超音波感知は、タッチスクリーンにタッチしている物体が認証可能な指紋を有する指であることの偽陽性の数を低減してもよく、したがってデバイスの電流消費を低減することがあり、デバイスのバッテリー寿命を延ばすことがある。たとえば、いくつかのシナリオでは、2ステップの、すなわちハイブリッドの、静電容量感知および超音波感知は、電子デバイスをロック解除するために超音波感知だけが使用される場合の約200マクロアンペア(μA)から40μA未満まで電子デバイスの電流消費を低減してもよい。その上、本明細書で説明する2ステップの技法は、アプリケーションプロセッサ530、およびタッチスクリーンのディスプレイの、偽ウェイクアップの数を低減してもよい。たとえば、いくつかの電子デバイスは、デバイスがロックされているときに、指でない多くのタッチに遭遇することがあり、不注意にロック解除することがあるか、またはタッチを確認もしくは別の方法で認証するためのもっと強い動作を実行してもよい。
【００７５】
前に説明したように、センサ525は、タッチを検出するために使用される静電容量性分圧器の一部であるPVDFまたはPVDF-TrFEなどの材料を含んでもよい。PVDFまたはPVDF-TrFEのような材料は、ガラスなどの他の誘電体材料よりも強い温度依存性の静電容量に遭遇することがあり、したがってセンサ525は、温度に基づく追加の較正を必要とすることがある。このことは、静電容量決定が温度には強く依存しない他の静電容量感知システムのセンサとは対照的である。したがって、いくつかの実装形態では、センサ525を使用して決定される静電容量は、たとえばセンサ525の温度に基づいて調整されてもよい。
【００７６】
図13は、温度に基づいて指紋センサを使用して決定された静電容量を調整する一例を示す。図13において、たとえばセンサ基板の上または中にセンサ回路構成の一部として形成された温度敏感p-n接合ダイオード(temperature-sensitive p-n junction diode)を使用して、センサ525の現在温度が(たとえば、コントローラ回路520によって)決定されて現在温度1305を生成してもよい。追加として、センサ525の平均温度が決定されて平均温度1310を生成してもよい。平均温度1310は、センサ525のいくつかの過去の温度の移動平均であってもよく、現在温度1305を組み込んでセンサ525の新たな更新済みの平均温度1310を提供してもよい。いくつかの実装形態では、平均温度は、温度敏感ダイオードからの温度測定値のストリームに対して動作している1次または2次の有限インパルス応答(FIR)フィルタまたは無限インパルス応答(IIR)フィルタの出力であってもよい。現在温度1305が平均温度1310から減算されて(またはその逆で)、現在温度1305と平均温度1310との間の温度の差分を表すΔT1320を生成してもよい。ΔT1320は、次いで較正係数1315によって調整(たとえば、乗算)されてもよい。較正係数1315は、センサ525がどのように製造されたのかに基づいて較正プロセス中に補正されることが可能なプロセスばらつきおよび他の偏差を表す調整値であってもよい。したがって、静電容量オフセット1325が生成されてもよい。測定静電容量1330は、センサ525によって測定されるようなレシーババイアス電極の上または近くの物体(または、その部分)の静電容量であってもよい。測定静電容量1330は、次いで静電容量オフセット1325に基づいて調整(たとえば、加算すること、減算することなどによってオフセット)されて、調整済み静電容量1335を生成してもよい。調整済み静電容量1335が指のものと類似の静電容量に相当する場合、前に説明したように超音波感知モードが開始してもよい。
【００７７】
図14は、指紋センサを使用して決定された静電容量を調整するためのフローチャートの一例を示す。図14では、ブロック1405において、温度が決定されてもよい。たとえば、コントローラ回路520が、センサ525が静電容量感知モードで動作しているときの温度を決定してもよい。次に、ブロック1410において、平均温度が決定されてもよい。たとえば、コントローラ回路520が、センサ525の温度の移動平均を監視してもよく、したがって移動平均は、ブロック1405において決定された温度を考慮に入れるように更新されてもよい。移動平均は、数百個または数千個以上の測定値に基づいてもよい。
【００７８】
ブロック1415において、ブロック1405において決定された温度とブロック1410において決定された平均温度との間の差分が決定されてもよい。ブロック1420において、コントローラ回路520は、ブロック1415から取得された差分を使用してもよく、較正係数を適用することによって差分を調整して、静電容量オフセットを生成してもよい。次に、ブロック1425において、測定静電容量が決定されてもよい。たとえば、センサ525が静電容量感知モードにあってもよく、電圧は、前に説明したようにコントローラ回路520によって読み出されてもよく、レシーババイアス電極にタッチしているかまたはその近くの物体が指であるかどうかを判定するために使用されてもよい静電容量と相関させられてもよい。ブロック1430において、測定静電容量が静電容量オフセットによって調整されて、調整済み測定静電容量を生成してもよい。この調整済み測定静電容量は、静電容量決定に対するセンサ525の温度依存性を考慮に入れながら、物体または物体の一部分の静電容量を表す。ブロック1435において、センサは、調整済み測定静電容量に基づいて、超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。たとえば、調整済み測定静電容量が指を表すしきい値静電容量範囲内にある場合、コントローラ回路520は、前に説明したように超音波感知モードで動作するようにセンサ525を構成してもよい。
【００７９】
測定静電容量1330を調整して調整済み静電容量1335を提供する別の例として、測定静電容量1330が、指紋センサ525の製造ばらつきを計上するように調整されてもよい。製造ばらつきは、カバーガラス、インク層、様々な接着剤、およびセンサの製造中に形成された他の層の、誘電率および厚さのばらつきを含んでもよい。製造ばらつきは、ユーザが指紋センサの感知電極にタッチするかまたはその近くに配置されるときの静電容量変化のユニット間でのばらつきにつながりことがある。ユーザが指紋センサの感知電極にタッチするかまたはその近くに配置されるときの静電容量変化は、「タッチ静電容量」と呼ばれることがある。製造ばらつきに起因するタッチ静電容量のばらつきは、ユーザの指がセンサのアクティブ領域の一部分にしか接触していない「部分タッチ」に起因して応答を変化させることがある。ユニット間でのタッチ静電容量およびユーザの部分タッチへの感度のばらつきは、対応されない場合、満足なユーザエクスペリエンスとは言えないことにつながることがある。たとえば、より厚いカバーガラス、インク層、もしくは接着剤層、および/またはより低いカバーガラス誘電率、インク誘電率、もしくは接着剤誘電率は、対応する調整を伴わないともっと小さいタッチ静電容量につながり、モバイルデバイスは、ユーザの部分タッチにさほど敏感でないことがあり、公称の厚さおよび誘電率を有する別のモバイルデバイスと比較して、指検出のために指のもっと大きい部分によって接触されることを必要とする場合がある。代替として、より薄いカバーガラス、インク層、もしくは接着剤層、および/またはより高いカバーガラス誘電率、インク誘電率、接着剤誘電率は、もっと大きいタッチ静電容量につながり、モバイルデバイスは、指の部分タッチにもっと敏感なことがあり、それは指でない物体による故意でない検出につながることがある。
【００８０】
指のタッチを検出するための指紋センサの静電容量感知電極を較正することの様々な製造ばらつきを計上するための方法は、指紋センサを使用して指紋センサのアクティブ領域に接触しているかまたは部分的に接触している指または指較正ターゲットの接触領域を決定し、次いで決定された接触領域を使用して調整済み静電容量1335を提供する。指較正ターゲットは、工場において組立および試験プロセス中に実行される較正シーケンス中に指紋センサの感知電極の上に配置されてもよい指のような材料を含んでもよい。いくつかの実装形態では、ユーザのタッチ静電容量は、指紋登録プロセス中に測定されてもよく、後続の指紋認証プロセス中に適応的に改善されてもよい。
【００８１】
第1のステップの間、タッチ静電容量が測定されてもよく、指紋画像が登録プロセス中または後続の認証プロセス中に取得されてもよい。静電容量測定および指紋画像取得は、同じ指接触イベントの間に連続的に行われてもよい。たとえば、指紋画像は静電容量測定の前に取得されてもよく、または指紋画像は静電容量測定の後に取得されてもよい。第2のステップの間、空中と指などの物体との間の指紋境界を決定して、決定された指紋境界から接触領域を決定するために、指紋センサのアクティブ領域上でのユーザの指の接触領域が、たとえば指紋隆線、谷、および特徴点などの視覚特徴を使用して、または超音波センサアレイの中のセンサピクセルの小さいブロックのグレーレベル値の差分および分散を使用して、取得された指紋画像から推定または別の方法で決定されてもよい。第3のステップの間、ユーザの指がセンサアクティブ領域全体に接触するときのタッチ静電容量である完全接触タッチ静電容量が計算されてもよい。完全接触タッチ静電容量は、決定された指接触領域によって分割されるセンサアクティブ領域の比から計算されてもよい。計算された完全接触タッチ静電容量は、追加の静電容量測定および指接触領域の決定を行うこと、ならびに完全接触タッチ静電容量の平均値、中央値、または他の適切な統計的尺度を計算することによって改善されてもよい。完全接触タッチ静電容量は、指紋登録中に最初に計算されてもよく、後続の指紋整合および認証プロセス中に適応的に調整または改善されてもよい。第4のステップの間、タッチ検出しきい値およびリフト検出しきい値が、完全接触タッチ静電容量に従って調整または別の方法で決定されてもよく、完全接触タッチ静電容量は、指紋センサに接触している指の接触領域に部分的に基づいてもよい。公称のカバーガラス厚を伴ういくつかの実装形態では、タッチ検出しきい値は、完全タッチ静電容量の約4分の1に等しく設定されてもよい。たとえば、完全接触タッチ静電容量が100ピコファラド(pF)であると決定される場合、タッチ検出しきい値は25pFに等しく設定されてもよい。モバイルデバイスのカバーガラスが公称よりも薄く、かつ完全接触タッチ静電容量が110pFであると決定される一例では、タッチ検出しきい値は27.5pFに等しく設定されてもよい。モバイルデバイスのカバーガラスが公称よりも厚く、かつ完全接触タッチ静電容量が90pFであると決定される一例では、タッチ検出しきい値は22.5pFに等しく設定されてもよい。同様にして、指がセンサからリフトされた時を決定する助けとなるリフト検出しきい値が、それに応じて調整されてもよい。いくつかの実装形態では、指がリフトされており測定静電容量がタッチ検出しきい値を下回ると、タッチ検出しきい値またはリフト検出しきい値を決定または調整するために部分または完全タッチ静電容量および以前の非タッチベースライン容量値と比較されてもよいベースライン非タッチ静電容量値として、非接触ベースライン静電容量が測定および記憶されてもよい。いくつかの実装形態では、タッチ検出しきい値および/またはリフト検出しきい値は、登録プロセス中に生成されるユーザの登録テンプレートと一緒に記憶されてもよい。
【００８２】
測定静電容量1330の温度依存性をさらに小さくするために、圧電レシーバ層436の静電容量が、アクティブシールド方法を使用して消去されてもよい。PVDFまたはPVDF-TrFE圧電層の誘電率は、センサ525の中の他の誘電体材料よりも大きく温度とともに変化してもよいので、圧電レシーバ層436(または、いくつかの実装形態では圧電トランシーバ層456)の静電容量は温度の増加関数であってもよい。アクティブシールド方法が採用されるとき、圧電レシーバ層436の下面に結合されている(1つまたは複数のピクセル入力電極438などの)低い方の1つまたは複数の電極は、レシーババイアス電極440(または、いくつかの実装形態ではトランシーババイアス電極460)を駆動するために使用される、バッファリングバージョンの駆動信号を用いて駆動されてもよい。コントローラに関連するコントローラ回路構成によって生成されるバッファリング駆動信号は、指紋センサが静電容量感知モードで構成されるとき、指紋センサの1つまたは複数の電極に提供されてもよい。レシーババイアス電極440は、誘電体層として圧電レシーバ層436を有するキャパシタにとっての感知電極および上側電極の働きをしてもよい。たとえば、レシーババイアス電極440に印加される駆動信号が0.5Vだけ増大する場合、圧電レシーバ層436の低い方の電極に印加されるバッファリング駆動信号も0.5Vだけ増大してもよい。同様に、レシーババイアス電極440に印加される駆動信号が0.7Vだけ減少する場合、圧電レシーバ層436の低い方の電極に印加されるバッファリング駆動信号も0.7Vだけ減少してもよい。したがって、圧電レシーバ層436の低い方の電極は、関連する温度依存と一緒に圧電レシーバ層436の静電容量を消去するためのアクティブシールドの働きをしてもよい。いくつかの実装形態では、静電容量感知モードにおいてレシーババイアス電極440を駆動するために使用される駆動信号は、増幅器、および連続時間フィルタなどの信号調整回路を含んでもよいアクティブ消去回路構成によって生成されてもよい。いくつかの実装形態では、アクティブ消去回路構成は、コントローラ214の中に実装されてもよい。アクティブ消去回路構成は、圧電レシーバ層436の低い方の電極に接続されてもよいバッファリング駆動信号を生成するための入力として、レシーババイアス電極440に印加される駆動信号を使用してもよい。
【００８３】
マイクロコントローラ1120、コントローラ回路520、およびアプリケーションプロセッサ530は、本明細書で説明する技法を実施するための様々な回路構成を含んでもよい。たとえば、マイクロコントローラ1120、コントローラ回路520、およびアプリケーションプロセッサ530は各々、1つまたは複数のプロセッサ、メモリ、および他のハードウェア構成要素または回路を含んでもよい(または、それらへのアクセスを有してもよい)。プロセッサは、本明細書で開示する技法を実施するためのメモリの中に記憶された命令を実行するために使用されてもよい。
【００８４】
図15Aは、図5に示すとともに図1〜図14に関して説明したように、指紋センサ525を使用して物体が存在することを検出するために、静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する方法のためのフローチャートの一例を示す。指515などの物体が指紋センサ525の感知電極の上または近くに配置されると、ブロック1505に示すように、静電容量感知モードで動作する指紋センサを使用して指が検出されてもよい。静電容量感知モードを使用して検出された指はまた、ブロック1510に示すように、超音波モードで動作する指紋センサを用いて検出されてもよい。いくつかの実装形態では、指または他の物体からのタッチが静電容量感知モードで検出されているとき、指紋センサは超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。指の静電容量検出と超音波検出との組合せは、ブロック1515に示すように、より高レベルの確実性を有する物体検出ステータスを決定するために使用されてもよい。肯定的な物体検出ステータスが使用されて、たとえば関連するアプリケーションプロセッサへ割込み信号を送信してもよく、アプリケーションプロセッサをウェイクアップすること、指を認証すること、およびデバイスをロック解除することに進んでもよい。いくつかの実装形態では、タッチに対応する指が、静電容量感知モード、超音波感知モード、または静電容量感知モードと超音波感知モードとの両方で動作する指紋センサによって検出されていることを表すために、割込み信号がアプリケーションプロセッサに提供されてもよい。
【００８５】
図15Bは、ブロック1520に示すように、物体が存在することを最初に検出するために静電容量感知モードを使用する方法のためのフローチャートの一例を示す。物体または指が検出されていない場合、ブロック1525からの"no"経路によって示されるように静電容量感知モードが周期的に(たとえば、毎秒5〜20回程度で)呼び出されてもよい。物体/指が検出されている場合、ブロック1530に示すようにタッチイベントが報告されてもよい。タッチイベントの報告は、図15Aのブロック1515に関して説明したように、アプリケーションプロセッサへ割込み信号を送信することを含んでもよい。超音波感知モードは、ブロック1535およびブロック1540に示すように、物体/指が存在し続けることを検出するために、またブロック1545に示すように、物体/指がリフトされた時を報告するために使用されてもよい。報告される指リフトイベントは、ブロック1520に示すような低電力静電容量感知モードにセンサシステムを戻らせてもよい。いくつかの実装形態では、コントローラ、指紋センサ、および1つまたは複数の感知電極は、静電容量感知モード、超音波感知モード、または静電容量感知モードと超音波感知モードとの両方のいずれかで動作しながら、指リフトイベントを報告するように構成されてもよい。
【００８６】
図15Cは、ブロック1550に示すように、物体が存在することを最初に検出するために静電容量感知モードを使用する方法のためのフローチャートの一例を示す。物体または指が検出されていない場合、ブロック1555からの"no"経路を用いて示されるように、静電容量感知モードが規則的または周期的に呼び出されてもよい。物体/指が検出されている場合、タッチイベントが報告されてもよい。ブロック1560およびブロック1565に示すように、物体/指が感知電極に接触したままであるかまたは感知電極の近くにあることを準連続的に決定するために、静電容量検出モードと超音波検出モードとの両方が使用されてもよい。ブロック1570およびブロック1575に示すように、静電容量感知モードと超音波感知モードとの両方を用いて物体/指が存在することがもはや検出されないとき、指リフトイベントが報告されてもよい。報告される指リフトイベントは、ブロック1550に示すような低電力静電容量感知モードにセンサシステムを戻らせてもよい。
【００８７】
代替として、または図15A〜図15Cに関して図示および説明した静電容量および超音波感知方法に加えて、アプリケーションプロセッサをウェイクアップするとともに指紋を認証するための決定論理は、モバイルデバイスの中に含まれる1つまたは複数の加速度計およびジャイロスコープからの入力を使用してもよい。デバイス内加速度計およびジャイロスコープは、モバイルデバイスをウェイクアップおよび使用するためのユーザ意図を示してもよいモバイルデバイスの動きおよび/または向きの変化の表示を提供してもよい。加速度計およびジャイロスコープは、1つまたは複数の微小電気機械(MEMS)センサ、アナログ混合信号回路および信号処理、ならびにマイクロコントローラを含んでもよい。加速度計およびジャイロスコープは、モバイルデバイスの動きおよび/または向きの変化の大きさおよび方向を検出および定量化するためのアルゴリズムを実行できる組込みファームウェアおよびアルゴリズムを含んでもよい。加速度計およびジャイロスコープは、関連するファームウェアおよびアルゴリズムと一緒にモバイルデバイスの中の自蔵式モジュールの中に含まれてもよい。いくつかの実装形態では、加速度計およびジャイロスコープは、信号処理および/または計算能力、ならびに共有センサコアデバイス、またはモバイルデバイスの中のアプリケーションプロセッサの低電力アイランドなどの専用セクションの制御機能を活用してもよい。モバイルデバイスの動きの変化または向きの変化を示すデバイス内加速度計またはジャイロスコープからの出力信号は、間近に迫ったタッチイベントを見越して1つまたは複数の感知電極を静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかで構成するために、コントローラによって使用されてもよい。
【００８８】
加速度計およびジャイロスコープによる動きおよび/または向き感知を使用するいくつかの実装形態では、指検出のための静電容量および/または超音波感知のレートは、加速度計およびジャイロスコープ信号からの表示に基づいて変えられてもよい。たとえば、動きの検出は、静電容量感知および/または超音波感知がより頻繁に実行されることにつながってもよい。別の例では、動き、または向きの変化が、拡張された期間にわたって検出されなかったとき、指検出のための静電容量感知および/または超音波感知はもっと低い頻度で実行されてもよい。コントローラは、デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、静電容量感知モードまたは超音波感知モードでの指検出レートを調整するように構成されてもよい。
【００８９】
デバイス内加速度計およびジャイロスコープによる動きおよび/または向き感知を使用する別の例では、静電容量感知および超音波感知アルゴリズムによって使用される検出しきい値は、加速度計およびジャイロスコープ入力に基づいて変えられてもよい。たとえば、加速度計および/またはジャイロスコープによるユーザに向かうモバイルデバイスの回転の検出は、ユーザがモバイルデバイスを使用することを意図する可能性がより高いことを示してもよく、静電容量感知および超音波感知検出しきい値は、より低いレベルを用いてそれに応じて構成されてもよい。代替として、加速度計および/またはジャイロスコープによるユーザから離れるモバイルデバイスの回転の検出は、ユーザがモバイルデバイスを使用することを意図する可能性がより低いことを示してもよく、静電容量感知および超音波感知検出しきい値は、より高いレベルを用いて構成されてもよい。コントローラは、デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、タッチ検出しきい値および/または指リフト検出しきい値を調整するように構成されてもよい。
【００９０】
いくつかの実装形態では、モバイルデバイスの中の加速度計とジャイロスコープとの組(suite)(たとえば、角速度センサ)は、シェイクアンドウェイク動作と呼ばれることがあるものにおいて、デバイスの部分をウェイクアップするように構成されてもよい。センサスイート(sensor suite)の中の1つまたは複数の加速度計および/またはジャイロスコープからの出力信号は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかに対して指検出レートを高めるために、またユーザが認証されるのを迅速に可能にするために、指紋センサに関連するASICまたはアプリケーションプロセッサによって受信されてもよい。シェイクアンドウェイク動作は、いくつかの例では、認証プロセスにおいてユーザの助けとなるようにディスプレイの一部分をオンにしてもよい。いくつかの実装形態では、デバイス内加速度計およびジャイロスコープからの特定の範囲およびシーケンスの出力信号を検出することによって、タッチ検出しきい値が静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかにおいて下げられてもよい。いくつかの実装形態では、デバイス内加速度計およびジャイロスコープからの出力信号の範囲およびシーケンスが、認証プロセスに関連するレイテンシを低減するための受け入れ基準を満たす場合、タッチ検出しきい値は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかに対して0に設定されてもよい。
【００９１】
図16Aは、電子デバイス505をウェイクアップするために、1つまたは複数の関連する感知電極1641、1642を有する指紋センサ525を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す。電子デバイス505は、図5および図6に関して上記で説明したように、静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で動作するようにセンサ525を切り替えてもよいコントローラ回路520を含んでもよい。電子デバイス505は、電子デバイス505のアプリケーションプロセッサ530およびディスプレイ510がオフにされるかまたは低電力スリープモードにあるロック状態にあってもよい。たとえば、図16Aでは時間1650において、電子デバイス505はロック状態にある。このことは、ディスプレイ510がオフにされるとともに、アプリケーションプロセッサ530がオフにされるかまたは比較的低電力のスリープモードで動作する結果になる。
【００９２】
指515などの物体は、静電容量感知モード、および感知電極1641、1642のうちの1つを使用して検出されてもよい。たとえば、図16Aでは時間1650において、指515は、感知電極1641の上または近くに配置され、感知電極1641が静電容量感知モードで動作して、センサ525を使用して検出される。図示の実装形態では、感知電極1641および1642は、電子デバイス505のカバーガラスの下方に形成された導電性電極(たとえば、くし形電極)である。いくつかの例では、感知電極1641および1642は、カバーガラスの内側の上にスクリーンプリントされてもよく、またはカバーガラスの内側に付着しており指センサ525に直接接続されてもよいフレキシブルプリント回路(たとえば、「フレックス」)の一部として形成されてもよい。いくつかの実装形態では、感知電極1641および1642は、実質的に正方形、長方形、または他の好適な形状の電極として構成されてもよい。
【００９３】
静電容量感知モードを使用して指515などの物体が検出される場合、物体が指であるかどうかが、超音波感知モードを使用して決定されてもよい。センサ525は、指515の完全または部分的な指紋画像に対応する画像データを提供するために、超音波を送信および受信してもよい。物体が指であると決定される場合、コントローラ回路520はアプリケーションプロセッサ530をウェイクアップしてもよく、いくつかの実装形態では、コントローラ回路520またはアプリケーションプロセッサ530はまた、ディスプレイ510をオンにしてもよく、指紋認証が実行されてもよい。指紋画像データが、電子デバイス505の許可されたユーザの指紋に対応する場合、電子デバイス505はロック解除されてもよい。たとえば、図16Aでは時間1655において、指515がセンサ525を越えて移動するにつれて、感知電極1641、1642、またはセンサ525のレシーババイアス電極を使用する静電容量感知モードは、指515を検出および認証するための超音波感知モードと交互絡合されてもよく、その後ディスプレイ510がオンにされてもよく、電子デバイス505がロック解除されてもよい。いくつかの実装形態では、指紋センサ525に関連する感知電極1641および1642は、指紋センサ525を静電容量感知モードで動作させるとき、感知電極1641および1642との間で信号が提供されてもよいように構成されるとともにコントローラ回路520に結合されてもよく、センサ525のレシーババイアス電極は、指紋センサ525を超音波感知モードで動作させるとき、レシーババイアス電極との間で信号が提供されてもよいように構成されるとともにコントローラ回路520に結合されてもよい。図16Aに関して上記で説明したように、感知電極1641および1642、ならびに指紋センサ525のレシーババイアス電極は、モバイルデバイスのカバーガラスの下方に配置されてもよい。
【００９４】
図16Bは、電子デバイス505をウェイクアップするために、指紋センサ525、および指紋センサ525に関連する1つまたは複数の感知電極1643、1644を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する別の例を示す。図16Aに関して説明したように、電子デバイス505は、図5および図6に関して上記で説明したように、静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で動作するようにセンサ525および/または感知電極1643、1644を切り替えてもよいコントローラ回路520を含んでもよい。図16Bに示すように時間1650において、電子デバイス505はロック状態にあってもよい。指515は、感知電極1643、1644、またはセンサ525のレシーババイアス電極のうちの1つを用いた静電容量感知モードおよび/または超音波モードを使用して検出されてもよい。図示の実装形態では、感知電極1643および1644は、導電性電極、および電子デバイス505のカバーガラスまたはディスプレイ510の下方に配設されている導電性電極の間に配置された圧電層を含む。感知電極、圧電層、および導電性電極は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかにおいて、静電容量感知および超音波感知のために使用されてもよいセンサスタック(すなわち、ボタン)を形成する。いくつかの例では、感知電極1643および1644は、別個の基板上に、またはカバーガラスの内側に付着しているフレキシブルプリント回路の一部として形成されてもよい。いくつかの実装形態では、感知電極1643および1644、ならびに関連する励振電極を有する下にある圧電層は、実質的に正方形または長方形として構成されてもよい。いくつかの実装形態では、感知電極1643および1644、ならびに下にある圧電層は、センサ525と同じ基板と一緒にまたはその上に同時製作されてもよい。いくつかの実装形態では、センサ525と協調する図16Aの感知電極1643および1644(ならびに/または、図16Aの感知電極1641および1642)は、メニューボタン、ホームボタン、およびバックボタンとして使用されてもよいが、他の機能およびボタン定義が企図されている。
【００９５】
静電容量感知モードおよび/または超音波感知モードを使用して指515が検出される場合、コントローラ回路520は、アプリケーションプロセッサ530をウェイクアップしてもよく、ディスプレイ510をオンにするかまたは指515を検証または認証することなどの別の機能を実行してもよい。図16Bに示すように、たとえば指515がセンサ525を越えてかつその上方を移動するとき、感知電極1643、1644、またはセンサ525のレシーババイアス電極を使用する静電容量感知モードおよび/または超音波モードが指515を検出してもよく、センサ525が指515を認証してもよく、その後ディスプレイ510がオンにされてもよく、電子デバイス505がロック解除されてもよい。いくつかの構成では、感知電極1643、1644、またはセンサ525のレシーババイアス電極のうちの1つまたは複数は、指ジェスチャを検出するように構成されてもよい。
【００９６】
図17は、指紋センサ525ならびに指紋センサ525に関連する1つまたは複数の静電容量および/または超音波感知電極1745がディスプレイ510のカバーガラスの下に配置された構成1700の側面図を示す。センサ525および/または感知電極1745は、図1〜図16Bに関して上記で説明したように、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。図17に示す例では、センサ525は、センサ525用の圧盤306およびディスプレイ510用のタッチスクリーンまたはカバーガラスとして働いてもよい、共通カバー層の一部分の下方に配置される。指紋センサ525は、別個の基板を有してもよく、またはいくつかの実装形態では、ディスプレイ510と一緒に共通基板を有してもよい。感知電極1745は、カバーガラスの内側の上にスクリーンプリントされてもよく、またはカバーガラスの内側に結合されており指センサ525に直接接続されてもよいフレックス(図示せず)の一部として形成されてもよい。いくつかの実装形態では、感知電極1745は、1つまたは複数の導電性電極、および導電性相互接続電極の間に配置された圧電層を含んでもよい。いくつかの実装形態では、感知電極1745は、別個の基板上に、またはカバーガラスの内側に付着しているフレキシブルプリント回路の一部として、形成されてもよい。いくつかの実装形態では、感知電極1745、および相互接続電極を有する下にある圧電層は、実質的に正方形または長方形として構成されてもよい。いくつかの実装形態では、感知電極1745および下にある圧電層は、センサ525と同じ基板と一緒にまたはその上に同時製作されてもよい。いくつかの実装形態では、センサ525および感知電極1745は、ディスプレイTFT基板層1720およびディスプレイカラーフィルタガラス層1740を含んでもよい、ディスプレイのアクティブ領域の周辺にあってもよい。代替構成では、センサ525および/または感知電極1745は、モバイルデバイス筐体(図示せず)のベゼル、側部、または背面に配置されてもよい。いくつかの実装形態では、センサ525は、超音波ボタンの一部として配置されてもよい。超音波ボタンは、機械式でも非機械式でもよい。たとえば、超音波ボタンは、電気機械スイッチに機械的に結合されてもよい。超音波ボタンは認証用であってもよく、またはいくつかの実装形態では認証用でなくてもよい。
【００９７】
図18は、電子デバイス505をウェイクアップするために、電子デバイス505のディスプレイ510の後ろに配置された指紋センサ525を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す。電子デバイス505は、図5および図6に関して上記で説明したように、静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で動作するようにセンサ525を切り替えてもよいコントローラ回路520を含んでもよい。図18に示すように時間1850において、電子デバイス505は、最初に電子デバイス505のディスプレイ510およびアプリケーションプロセッサ530がオフにされるかまたは低電力スリープモードにあるロック状態にあってもよい。図18に示すように時間1855において、静電容量感知モードおよび/または超音波感知モードを使用してセンサ525の上または近くで指515などの物体が検出されると、ディスプレイ510の一部分は、指紋センサが位置する場所を示し強調するためにオンになってもよい。図18に示すように、「ロック解除するにはここに指を置いてください」を示すテキストが、グラフィカルに生成された円形アイコン565と一緒に示されるが、指紋センサの位置を示すためのユーザへの案内として提供される多くの他のアイコンおよび/またはテキストが企図されている。静電容量感知モードおよび/または超音波感知モードは、指515が画像化されるまで使用され続けてもよく、その時間に画像データが解析されてもよく、認証プロセスが首尾よく実行された場合、電子デバイス505がロック解除されてもよい。センサ525は、LCDディスプレイ、OLEDディスプレイ、または他のタイプのディスプレイであってもよい、ディスプレイ510一部分の下に配置されてもよい。いくつかの実装形態では、電子デバイス505のタッチスクリーンの1つまたは複数の電極は、静電容量感知モードで動作するとき、指紋センサ525用の感知電極として働いてもよく、指紋センサ525を有するディスプレイ510のアクティブ部分からの指タッチに起因する信号が検出されることを可能にしながら、指紋センサ525を有しないディスプレイ510の非アクティブ部分からの信号がコントローラ回路520によって無視されることを可能にし、電子デバイス505の故意でないウェイクアップをさらに低減する。
【００９８】
図19は、指紋センサ525がディスプレイ510の一部分の後ろに配置された構成1900の側面図を示す。指紋センサ525は、LCDまたはOLEDディスプレイ510、およびセンサ525用の圧盤306として働くカバーガラスまたはタッチスクリーンの下方に配置される。センサ525および関連する感知電極は、図1〜図16Bに関して上記で説明したように、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、センサ525は、LCDまたはOLEDディスプレイのTFT基板層1720および他の層1740を含んでもよいディスプレイの内側部分の中の上部、下部、縁部の近く、またはそのどこかに位置してもよい。他の例では、センサ525は、ディスプレイ510の全体の下方または後ろに配置されてもよい。他の例では、センサ525は、ディスプレイTFT基板層1720内に統合されてもよい。センサ525は、ディスプレイのアクティブ領域の一部をカバーするか、まったくカバーしないか、またはその全部をカバーする、センサ525のアクティブ領域とともに共通TFT基板を共有して、ディスプレイTFT基板と一緒に統合されてもよい。
【００９９】
図20は、アンダーLCDまたはアンダーOLED指紋センサの上方に指を配置するように、LCDまたはOLEDディスプレイデバイスのユーザを案内する方法2000のためのフローチャートの一例を示す。ディスプレイデバイス(たとえば、モバイルデバイスまたは電子デバイス)のユーザの視野をふさぐことがある、指紋センサの位置をマークするための色付きインクまたは他の永久的な指標の使用が回避できるので、グラフィカル表示ベースのアイコンは、アンダーディスプレイ構成にとって役立つことがある。いくつかの実装形態では、ディスプレイがオフでありながら、指が存在することがディスプレイの上にあるタッチスクリーンの静電容量感知電極によって検出されてもよい。いくつかの実装形態では、超音波指紋センサの一部としてのまたはその近くの専用感知電極が、指が存在することを検出するために使用されてもよい。ブロック2005において、ディスプレイの面に配置されたユーザの指は、たとえばタッチスクリーンまたは専用感知電極を用いて、上記の図5〜図12に関して説明したような静電容量感知モードを使用して検出されてもよい。ブロック2010において、指が存在することを検出した後、ディスプレイ上で指紋センサアイコンが照明されてもよい。いくつかの実装形態では、ディスプレイは、指紋センサアイコンのみを、またはユーザを案内するための他の選択的な情報を表示するために、部分的にロック解除されてもよい。いくつかの実装形態では、低電力モードにありながらディスプレイの一部分が照明されてもよく、指が検出されるとアイコンが拡張されるかまたは他の選択的な情報がユーザに提供されてもよい。ブロック2015において、指は、図15A〜図15Cに関して上記で説明したような静電容量感知モード、超音波感知モード、または静電容量感知モードと超音波感知モードとの両方を使用して、指紋センサの上方のディスプレイ上で検出されてもよい。ブロック2020において、ユーザが認証されてもよく、ディスプレイがロック解除されてもよい。OLEDスクリーンの使用などの代替構成では、ディスプレイは、モバイルデバイスがロックされたままでありながらユーザを案内するために、ディスプレイピクセルのサブセットを使用して指紋センサアイコンまたは他の選択的な情報を継続的に示してもよい。
【０１００】
図21は、電子デバイス505をウェイクアップするかまたは別の方法でそれと相互作用するために、電子デバイス505のディスプレイ510の後ろに配置された指紋センサ525ならびに1つまたは複数の関連する感知電極2141、2142、2143、および2144を用いて静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す。感知電極2141、2142、2143、および2144は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかでの静電容量感知または超音波感知のために使用されてもよいセンサスタック(すなわち、超音波ボタン)を形成するために、下にある圧電層および導電性電極を含んでもよい。電子デバイス505は、図5および図6に関して上記で説明したように、静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で動作するように、レシーババイアス電極および/または感知電極2141、2142、2143、2144を用いてセンサ525を切り替えてもよいコントローラ回路520を含んでもよい。図21に示すように時間2150において、電子デバイス505は、最初に電子デバイス505のディスプレイ510およびアプリケーションプロセッサ530がオフにされているかまたは低電力スリープモードにあるロック状態にあってもよい。図21に示すように時間2155において、指515などの物体が、静電容量感知モードおよび/または超音波感知モードを使用してセンサ525または感知電極2141、2142、2143、2144の上または近くで検出されると、ディスプレイ510の一部分は、指紋センサが位置する場所を強調するためにオンになってもよい。モバイルデバイスをロック解除するために、または支払い機能などの別の機能を開始するために、指を置くべき場所の上にユーザを案内するのに適用可能なとき、「ロック解除するにはここに指を置いてください」などのテキストまたは他の好適なテキストが、グラフィカルに生成された円形アイコン565と一緒に示されてもよい。静電容量感知モードおよび/または超音波感知モードは、指515が画像化されるまで使用され続けてもよく、その時間に画像データが解析されてもよく、認証プロセスが首尾よく実行された場合、電子デバイス505がロック解除されてもよい。センサ525ならびに感知電極2141、2142、2143、および2144は、LCDディスプレイまたはOLEDディスプレイなどのディスプレイ510の一部分の下に配置されてもよい。センサ525および感知電極2141、2142、2143、2144は、ユーザを感知および/または認証し続けてもよく、あるいはタップすること、ダブルタップすること、タッチすること、スワイプすること、押すこと、または他の指示する動きなどの指515の指ジェスチャおよび動きに応答して他の機能を実行してもよい。いくつかの構成では、感知電極2141、2142、2143、2144、またはセンサ525のレシーババイアス電極のうちの1つまたは複数は、指ジェスチャを検出するように構成されてもよい。感知電極2141、2142、2143、2144は、静電容量感知および/または超音波感知を可能にするために1つまたは複数の圧電層に結合されてもよい。図21に示すように、感知電極2141および感知電極2142は、左から右への方向または右から左への方向でスワイプなどの動きを検出するために使用されてもよく、感知電極2143および感知電極2144は、上から下への方向または下から上への方向で動きを検出するために使用されてもよい。ジェスチャ検出のさらなる助けとなるために、指紋センサ525に関連する追���の感知電極(図示せず)が、3掛ける3(3×3)以上のアレイのように、指紋センサ525と対角的に、かつ指紋センサ525に対する他のロケーションにおいて位置してもよい。感知電極2141、2142、2143、および2144は、静電容量モードまたは超音波モードのいずれかでの動作を可能にするために、導電性電極の間に配置された1つまたは複数の圧電層を含んでもよい。
【０１０１】
図22は、指紋センサ525および1つまたは複数の関連する感知電極2243、2244がモバイルデバイスのディスプレイ510の後ろに配置された構成2200の側面図を示す。指紋センサ525および感知電極2243、2244は、LCDまたはOLEDディスプレイ510、およびセンサ525用の圧盤306として働くカバーガラスまたはタッチスクリーンの下方に配置される。センサ525、および/または感知電極2243、2244、もしくはタッチスクリーンの中または上の1つまたは複数の電極(たとえば、「タッチスクリーン電極」)などの他の関連する感知電極は、図1〜図21に関して上記で説明したように、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するように構成されてもよい。いくつかの実装形態では、センサ525は、LCDまたはOLEDディスプレイのTFT基板層1720および他の層1740を含んでもよいディスプレイの内側部分の中の上部、下部、縁部の近く、またはそのどこかに位置してもよい。他の例では、センサ525は、ディスプレイ510の全体の下方または後ろに配置されてもよい。他の例では、センサ525は、ディスプレイTFT基板層1720内に統合されてもよい。センサ525および感知電極2243、2244は、ディスプレイのアクティブ領域の一部をカバーするか、まったくカバーしないか、またはその全部をカバーする、センサ525のアクティブ領域とともに共通TFT基板を共有して、ディスプレイTFT基板と一緒に統合されてもよい。感知電極2243、2244は、静電容量モードおよび/または超音波モードでの動作を可能にするために、1つまたは複数の圧電層および関連する導電性電極に結合されてもよい。
【０１０２】
図23Aは、指紋センサ525および1つまたは複数の関連する感知電極2341、2342、2343、2344が電子デバイス505の後部カバーの後ろに配置された構成2300で、静電容量感知モードおよび超音波感知モードを使用する一例を示す。感知電極2341、2342、2343、2344は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかでの静電容量感知または超音波感知のために使用されてもよいセンサスタックを形成するために、下にある圧電層および電極層を含んでもよい。指紋センサ525は、電子デバイス505をウェイクアップするかまたは別の方法でそれと相互作用するように構成されてもよい。電子デバイス505は、図5および図6に関して上記で説明したように、静電容量感知モードおよび/または超音波感知モードの間で動作するように、レシーババイアス電極および/または感知電極2341、2342、2343、2344を用いてセンサ525を切り替えてもよいコントローラ回路520を含んでもよい。静電容量感知モードおよび/または超音波感知モードは、指515を検出するために使用されてもよく、電子デバイス505をウェイクアップすること、ユーザを認証すること、または電子デバイス505が水中にありながら写真を撮ることなどのアプリケーションプロセッサ530上で実行中のアプリケーションと相互作用することなどの他の機能を実行してもよい。レシーババイアス電極および感知電極2341、2342、2343、2344とともにセンサ525は、ユーザを感知および/または認証し続けるように構成されてもよく、あるいはタップすること、ダブルタップすること、スワイプすること、押すこと、または図23Bに示すような矢印2360を用いて示すようなスワイプジェスチャなどの他の指示する動きなどの指515の指ジェスチャおよび動きの検出に応答して、他の機能を実行してもよい。ジェスチャ検出のさらなる助けとなるために、指紋センサ525に関連する追加の超音波感知電極および/または静電容量感知電極(図示せず)が、指紋センサ525と対角的に、または指紋センサ525に対する他のロケーションにおいて位置してもよい。
【０１０３】
いくつかの実装形態では、図23Aおよび図23Bに示す構成2300における電子デバイス505などのモバイルデバイスまたは電子デバイスの後部カバーは、超音波指紋センサ525に音響的に結合されてもよい任意の好適な材料から形成されてもよい。たとえば、後部カバーは、ガラス、プラスチック、セラミック、サファイア、チタン、アルミニウム、またはアルミニウム合金を含む金属もしくは金属合金、あるいはそれらの積層体のうちの1つまたは複数から形成されてもよい。
【０１０４】
代替として、または図15A〜図15Cに関して図示および説明した静電容量および超音波感知方法ならびに上記で説明したデバイス内加速度計および角速度センサを用いたシェイクアンドウェイク動作に加えて、ユーザがモバイルデバイスと相互作用することによって生成される力および音からの圧電信号が、ハイブリッドウェイクアップの様々な態様の中に含まれてもよい。ユーザは、モバイルデバイスの筐体またはディスプレイをタッチしてもよく、タップしてもよく、こすってもよく、押してもよく、たわませてもよく、曲げてもよく、つかんでもよく、握ってもよく、または別の方法でそれと物理的に相互作用してもよい。モバイルデバイスとの物理的な相互作用は、モバイルデバイスの中に構成されている指紋センサおよび感知電極に関連する圧電層のうちの1つまたは複数の中に表面電荷を生成することがある音または音響放射を生成してもよい。音響的に生成された圧電信号は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかで順に検出されてもよい。いくつかの実装形態では、ユーザによってモバイルデバイスを押すこと、たわませること、曲げること、つかむこと、または握ることなどの物理的な相互作用は、圧電信号を生成してもよく、検出される加えられた力は、モバイルデバイス上で実行する1つまたは複数のアプリケーションをトリガしてもよく、開始してもよく、または別の方法でそれと相互作用してもよい。たとえば、大きいディスプレイおよび小さいかまたは存在しないベゼルを有するデバイスを用いて、意図しないタッチ検出による故意でないウェイクアップを低減するために、右手把持または左手把持を用いてモバイルデバイス筐体をつかむことまたは握ることが検出されてもよい。
【０１０５】
いくつかの実装形態では、コントローラおよび1つまたは複数の感知電極は、音響的に生成された圧電信号を静電容量感知モードで検出するように構成されてもよい。音響的に生成された圧電信号は、タップ、こすること、音響放射、またはモバイルデバイスと相互作用するユーザの指からの他の物理的な相互作用から生じてもよい。たとえば、静電容量感知モードで動作する静電容量タッチモジュールの中のADCは、静電容量感知電極およびADCに結合されている圧電層からの音響的に生成された圧電信号を検出および測定してもよい。圧電信号の振幅、波形、またはシグネチャは、タッチ検出しきい値などの受け入れ基準を満たしてもよく、指などの物体を検出するために、または認証用に指を画像化するために、超音波感知モードに進むことを可能にしてもよい。いくつかの実装形態では、コントローラおよび1つまたは複数の感知電極は、超音波感知モードで動作しながら、音響的に生成された圧電信号を検出および測定するように構成されてもよい。たとえば、超音波センサアレイの中の1つまたは複数のピクセル回路がリセットされてもよく、音響的に生成された任意の信号を、ピクセル内ピーク検出器を用いて検出するように構成されてもよい。検出された信号は、デバイスがウェイクアップすべきかどうか、または別の機能が開始されるべきかどうかを判定するために、クロックアウトされるとともに読み取られてもよい。超音波感知モードで動作するとき、音響的に生成された圧電信号は、普通は超音波画像化のために使用される超音波を生成および送信することなく、デバイスウェイクアップ機能または他の機能を開始するために検出されてもよい。
【０１０６】
いくつかの実装形態では、指検出は、受動的リスニングと能動的画像化との組合せを用いて行われてもよい。指検出プロセス中、受動的リスニングモードでの音響的に生成された圧電信号の検出は、1kHz程度の公称サンプリングレートで行われてもよい。並行して、超音波を発射および検出することを伴う超音波ウェイクアップ検出用の能動的超音波感知モードが、1Hzと100Hzとの間のレートなどの異なるサンプリングレートで行われてもよい。完全または部分的な走査が、能動的感知モード中に行われてもよい。受動的リスニングモードまたは能動的感知モードのいずれか(または、その両方)が、指検出プロセス中に指が存在することを検出する場合、指確認プロセスがトリガされてもよい。指確認プロセス中、指は、完全な走査を用いて超音波的に画像化されてもよく、検出された物体が確かに指であるかどうかの決定が行われてもよい。アプリケーションプロセスをウェイクアップするとともに指紋認証プロセスを実行するために、割込み信号がアプリケーションプロセッサへ送信されてもよい。
【０１０７】
モバイルデバイス筐体またはディスプレイをたわませること、曲げること、つかむこと、または握ることなどのユーザが誘発したアクションは、デバイス筐体またはディスプレイに結合されている指紋センサからの静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかで検出されてもよい圧電信号をもたらすことがある。ユーザが誘発したアクションの検出は、モバイルデバイスウェイクアップ、または認証プロセスもしくはスクリーン操作などの別の機能の開始の、1つまたは複数の部分をもたらすことがある。指紋センサ上で指を物理的に押すことは、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかでの検出のための圧電信号を生成するとともに、モバイルデバイスウェイクアップ、または別の機能を開始することの1つまたは複数の部分ももたらすことがある、圧電層の上のユーザが誘発した加えられた力または圧力をもたらすことがある。
【０１０８】
指紋センサ525がLCDまたはOLEDディスプレイなどのディスプレイ510の後ろに配置されるとともにそれに結合される電子デバイス505の図18、図19、図21、および図22に示すものなどの構成を用いると、指静電容量を測定することによって指タッチまたは指リフトを検出するための能力が低減されることがある。ディスプレイとの物理的な相互作用から生成された圧電信号は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するときに検出されてもよく、超音波的に指を画像化するとともに指紋を認証する前のウェイクアッププロセスにおける第1または第2のステップとして働いてもよい。たとえば、タップ、こすること、またはディスプレイ上で指を用いてユーザが誘発したアクションからの音響放射は、ディスプレイを通して検出されてもよい。音響的に生成された圧電信号を感知することによるユーザが誘発したアクションの検出は、ホームスクリーンに戻ることまたはディスプレイの一部分を点灯することなどの他の機能を開始させてもよい。
【０１０９】
チタン、アルミニウム、またはアルミニウム合金などの金属または金属合金から構成される後部カバーを有する電子デバイス505の図23A〜図23Bに示すものなどの構成を用いると、指タッチまたは指リフトイベントを決定するために金属後部カバーを通して指静電容量を検出するための能力が限定されることがある。物理的な相互作用から生成された圧電信号を使用するハイブリッドウェイクアップは、静電容量感知モードまたは超音波感知モードで動作するときに検出されてもよく、超音波的に指を画像化するとともに指紋を認証するか、または別の機能を実行する前の、ウェイクアッププロセスにおける第1または第2のステップとして働いてもよい。たとえば、タップ、こすること、または音響放射は、モバイルデバイスと相互作用する指を用いてユーザが誘発したアクションから金属後部カバーを通して検出されてもよく、モバイルデバイスがそれに応じて応答してもよい。
【０１１０】
ほとんどの圧電材料は、表面電荷が温度の変化に応答して生成されるという点で焦電性であるので、金属後部カバーに対して配置された指からの熱は、静電容量感知モードまたは超音波感知モードのいずれかで検出されてもよい、金属後部カバーに結合される超音波指紋センサからの、熱が誘発した圧電信号を生成することがある。熱が誘発し検出された圧電信号は、タッチ検出しきい値などの受け入れ基準を満たしてもよく、指を検出または画像化するために超音波感知モードに進むことを可能にしてもよい。
【０１１１】
時間的な測定プロセスにおける超音波センサアレイの空間的に分離された2つ以上のセンサピクセルの使用は、音響的に生成された圧電信号または熱が誘発した圧電信号の発生の決定を可能にしてもよい。たとえば、ディスプレイまたは後部カバーの上でのタップまたはタッチなどのモバイルデバイスとのユーザ相互作用によって生成される音または音響放射が検出されてもよく、ユーザ相互作用からセンサアレイまでの方向および距離は、2つの異なる時間において取得された1つまたは複数の圧電信号を比較することによって決定されてもよい。音響的に生成された圧電信号または熱が誘発した圧電信号の後続の測定が、タップ、ダブルタップ、タッチ、スワイプ、または押すことなどの1つまたは複数の指ジェスチャの決定を可能にしてもよい。
【０１１２】
本明細書で使用するとき、項目の列挙「のうちの少なくとも1つ」を指す句は、単一のメンバーを含むそれらの項目の任意の組合せを指す。一例として、「a、b、またはcのうちの少なくとも1つ」は、a、b、c、a-b、a-c、b-c、およびa-b-cを包含することを意図する。
【０１１３】
本明細書で開示する実装形態に関連して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムプロセスは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装されてもよい。ハードウェアとソフトウェアとの互換性は、概して機能の観点で説明されており、上記で説明した様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびプロセスに示される。そのような機能がハードウェアで実装されるのか、それともソフトウェアで実装されるのかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約によって決まる。
【０１１４】
本明細書で開示する態様に関して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実装するために使用されるハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチップもしくは汎用マルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装または実行されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、または任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、もしくはステートマシンであってもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえばDSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装されてもよい。いくつかの実装形態では、特定のプロセスおよび方法は、所与の機能に特有の回路構成によって実行されてもよい。
【０１１５】
1つまたは複数の態様では、説明した機能は、ハードウェア、デジタル電子回路構成、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、本明細書で開示する構造およびそれらの構造的等価物、またはそれらの任意の組合せで実装されてもよい。本明細書で説明した主題の実装形態は、1つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわちデータ処理装置による実行のためのまたはデータ処理装置の動作を制御するためのコンピュータ記憶媒体上で符号化されたコンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして実装されてもよい。
【０１１６】
ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、非一時的媒体などのコンピュータ可読媒体上に記憶されてもよく、またはコンピュータ可読媒体を介して送信されてもよい。本明細書で開示する方法またはアルゴリズムのプロセスは、コンピュータ可読媒体上に存在してもよいプロセッサ実行可能ソフトウェアモジュールで実装されてもよい。コンピュータ可読媒体は、ある場所から別の場所にコンピュータプログラムを転送することが可能にされてもよい任意の媒体を含むコンピュータ記憶媒体と通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされてもよい任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例として、非一時的媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気記憶デバイス、または命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用されてもよくコンピュータによってアクセスされてもよい任意の他の媒体を含んでもよい。また、任意の接続がコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれてもよい。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(登録商標) (disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)、およびBlu-ray(登録商標)ディスク(disc)を含み、ここでディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。追加として、方法またはアルゴリズムの動作は、コードおよび命令のうちの1つまたは任意の組合せもしくはセットとして、コンピュータプログラム製品に組み込まれてもよい機械可読媒体およびコンピュータ可読媒体上に存在してもよい。
【０１１７】
本開示で説明した実装形態の様々な修正が当業者には容易に明らかとなってもよく、本明細書において定義される一般原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用されてもよい。したがって、本開示は、本明細書で示される実装形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。「例示的な」という語は、そうであるとしても、もっぱら「例、事例、または例示として働くこと」を意味するために本明細書で使用される。「例示的な」として本明細書で説明したいかなる実装形態も、必ずしも他の実装形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきでない。
【０１１８】
本明細書で別個の実装形態の文脈で説明されるいくつかの特徴はまた、単一の実装形態において組み合わせられて実装されてもよい。反対に、単一の実装形態の文脈で説明される様々な特徴はまた、複数の実装形態において別個に実装されてもよく、または任意の好適な部分組合せで実装されてもよい。その上、特徴は、いくつかの組合せで作用するものとして上記で説明されることがあり、最初にそのようなものとして請求されることさえあるが、請求される組合せからの1つまたは複数の特徴は、場合によっては、組合せから削除されてもよく、請求される組合せは、部分組合せまたは部分組合せの変形形態を対象とすることがある。
【０１１９】
同様に、動作は特定の順序で図面に示されるが、それは望ましい結果を達成するために、そのような動作が、示された特定の順序もしくは順次に実行されること、またはすべての図示された動作が実行されることを必要とするものとして理解されるべきでない。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利な場合がある。その上、上記で説明した実装形態における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実装形態においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきでなく、説明したプログラム構成要素およびシステムは、一般に、単一のソフトウェア製品の中で一緒に統合されてもよく、または複数のソフトウェア製品の中にパッケージ化されてもよいことを理解されたい。追加として、他の実装形態が以下の特許請求の範囲内に入る。場合によっては、特許請求の範囲に記載されているアクションは、異なる順序で実行されてもよく、やはり望ましい結果を達成してもよい。
【０１２０】
説明した特定の実装形態のうちのいずれかにおける特徴が互いに不適合であると明確に識別されること、またはそうした特徴が、互いに排他的であるとともに補完および/もしくは支援の意味で容易に組み合わせることができないことを周囲の文脈が暗示することがない限り、本開示の全体は、それらの補完的実装形態の特定の特徴が、広範囲にわたるがわずかに異なる1つまたは複数の技術的解決策を提供するために、選択的に組み合わせられてもよいことを企図および想定することが理解されよう。したがって、上記の説明が、例として与えられているにすぎず、本開示の範囲内で詳細に修正が行われてもよいことがさらに諒解されよう。
【符号の説明】
【０１２１】
100  モバイルデバイス
102  筐体
104  タッチスクリーンディスプレイ
106  マイクロフォン
108  スピーカー
110  ボタン
112  カメラ
114  ワイヤレスネットワークインターフェース
116  非ワイヤレスインターフェース
118  超音波感知システム
200  超音波感知システム
202  センサシステム
204  制御システム
206  インターフェースシステム
210  モバイルデバイス
212  超音波センサアレイ
214  コントローラ
216  インターフェース
218  画像処理モジュール
220  プロセッサ
222  メモリ
224  電源
300  超音波感知システム
302  超音波トランスジューサ
304  基板
306  圧盤
308  超音波トランスミッタ
310  超音波レシーバ
422  圧電トランスミッタ層
424  第1のトランスミッタ電極
426  第2のトランスミッタ電極
432  センサピクセル回路
434  基板
436  圧電レシーバ層
438  ピクセル入力電極
440  レシーババイアス電極
450  超音波トランシーバアレイ
456  圧電トランシーバ層
460  トランシーババイアス電極
505  電子デバイス
510  ディスプレイ
515  指
520  コントローラ回路
525  センサ
530  アプリケーションプロセッサ
560  割込み信号
705  静電容量タッチモジュール
710  制御回路構成
715  増幅器
720  増幅器
725  レシーババイアス電極
730  ダイオードバイアス電極
735  スイッチ
1105  インターフェース回路
1110  静電容量タッチアナログフロントエンド
1115  超音波アナログフロントエンド
1120  マイクロコントローラ
1125  メモリ
1130  ウェイクアップタイマー
1135  クロック生成器
1140  I2Cシリアルバススレーブインターフェース
1205  ハイレベルオペレーティングシステム
1210  トラストゾーン
1215  SPIマスタ
1220  SPIスレーブ
1641〜1644  感知電極
1720  ディスプレイTFT基板層
1740  ディスプレイカラーフィルタガラス層
1745  超音波感知電極
2141〜2144  感知電極
2243〜2244  感知電極
2341〜2344  感知電極
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月15日(2019.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
1つまたは複数の感知電極を有する指紋センサと、
コントローラであって、静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で前記指紋センサを切り替え、かつ
前記指紋センサが前記静電容量感知モードにあるときに1つまたは複数の第1の駆動信号を前記1つまたは複数の感知電極に提供することと、
前記指紋センサが前記超音波感知モードにあるときに1つまたは複数の第2の駆動信号を前記1つまたは複数の感知電極に提供することであって、前記1つまたは複数の第2の駆動信号が、前記1つまたは複数の第1の駆動信号とは異なる、提供することと
を行うように構成される、コントローラと
を備え、
前記静電容量感知モードと前記超音波感知モードとの両方において前記1つまたは複数の同じ感知電極が使用される、
システム。
【請求項２】
前記コントローラが、
前記超音波感知モードにおいて前記1つまたは複数の第2の駆動信号を提供し、
前記静電容量感知モードにおいてハイインピーダンス状態にある
ように構成される増幅器を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、前記静電容量感知モードにおいて前記指紋センサがタッチを検出することに基づいて、前記指紋センサを前記超音波感知モードに切り替えるように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
前記指紋センサを収容するモバイルデバイスをさらに備え、前記モバイルデバイスが、前記静電容量感知モードにおいて、または前記超音波感知モードにおいて、前記指紋センサによる前記タッチの検出に応答してスリープモードからウェイクアップするように構成される、請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラが、前記タッチに対応する指が前記静電容量感知モードでの前記指紋センサによって検出されることを表す割込み信号を、指紋認証を実行するためのアプリケーションプロセッサに提供するようにさらに構成される、請求項3に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、タッチ検出しきい値を決定するようにさらに構成され、前記タッチ検出しきい値が、前記指紋センサに接触している指の接触領域に少なくとも部分的に基づき、前記タッチ検出しきい値が、指紋認証プロセス中に調整されることが可能である、請求項3に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントローラが、前記静電容量感知モードまたは前記超音波感知モードのいずれかで動作しながら指リフトイベントを報告するようにさらに構成される、請求項3に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラが、前記指紋センサに対応する温度を決定するようにさらに構成され、前記静電容量感知モードにおける前記タッチの前記検出が、前記温度に少なくとも部分的に基づく、請求項3に記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記指紋センサが前記静電容量感知モードにあるときに前記指紋センサの少なくとも1つの感知電極に提供されるバッファリングされた第1の駆動信号を生成するための回路構成を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１０】
前記指紋センサが、1つもしくは複数の圧電微小機械超音波トランスジューサ(PMUT)、1つもしくは複数の静電容量微細加工超音波トランスジューサ(CMUT)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の1つもしくは複数の層、またはポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン(PVDF-TrFE)の1つもしくは複数の層を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１１】
前記指紋センサの前記1つまたは複数の感知電極が、第1の電極および第2の電極を備え、前記第1の電極は、前記指紋センサが前記静電容量感知モードにあるときに第1の信号を提供するために結合され、前記第2の電極は、前記指紋センサが前記超音波感知モードにあるときに第2の信号を提供するために結合される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第1の電極および前記第2の電極が、モバイルデバイスのカバーガラスの下方、または前記モバイルデバイスの後部カバーの下方に配置される、請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第1の電極および前記第2の電極が、ディスプレイデバイスのディスプレイの下方に配置され、前記ディスプレイデバイスの前記ディスプレイが、前記静電容量感知モードまたは前記超音波感知モードのいずれかにおいて指タッチが検出されると前記指紋センサの位置を示す、請求項11に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第1の電極がタッチスクリーン電極である、請求項11に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第1の電極または前記第2の電極のうちの少なくとも一方が、指ジェスチャを検出するように構成される、請求項11に記載のシステム。
【請求項１６】
前記コントローラが、
デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、前記1つまたは複数の感知電極を前記超音波感知モードで構成すること、
デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、前記静電容量感知モードまたは前記超音波感知モードでの指検出レートを調整すること、あるいは
デバイス内加速度計またはデバイス内ジャイロスコープからの動きの変化または向きの変化の表示時に、タッチ検出しきい値を調整すること
のうちの1つまたは複数を実行するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１７】
前記コントローラが、前記静電容量感知モードにおいて音響的に生成された圧電信号を検出するように構成され、前記音響的に生成された圧電信号が、タップ、こすること、または指からの音響放射から生じる、請求項1に記載のシステム。
【請求項１８】
指紋センサを動作させるための方法であって、
前記指紋センサを静電容量感知モードで動作させるステップであって、前記指紋センサが1つまたは複数の感知電極を有し、コントローラが、静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で前記指紋センサを切り替えるように構成され、前記1つまたは複数の同じ感知電極が、前記静電容量感知モードと前記超音波感知モードとの両方において使用される、ステップと、
前記静電容量感知モードで動作する前記指紋センサによって、物体が前記1つまたは複数の感知電極にタッチしたことを決定するステップと、
前記コントローラを用いて、前記超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを切り替えるステップと
を備え、前記コントローラが、
前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して前記物体が指であるかどうかを決定するステップ、および
前記指の指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令するステップ
のうちの一方または両方を実行する、
方法。
【請求項１９】
前記超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを切り替えるステップが、前記指紋センサの電極に駆動信号を提供するように増幅器を駆動するステップを備える、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記指紋センサを前記静電容量感知モードで動作させるステップが、ハイインピーダンス状態で動作するように増幅器を制御するステップを備える、請求項18に記載の方法。
【請求項２１】
前記指紋を認証するように前記アプリケーションプロセッサに命令するステップが、前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して、前記物体が指であると決定されることを表す割込み信号をアサートするステップを備える、請求項18に記載の方法。
【請求項２２】
指紋センサを構成するために方法を実行させるための、コントローラの1つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一時的コンピュータ可読記録媒体であって、前記方法が、
静電容量感知モードで機能するように前記指紋センサを構成するステップであって、前記指紋センサが、1つまたは複数の感知電極と結合され、前記コントローラが、前記静電容量感知モードと超音波感知モードとの間で前記指紋センサを切り替えるように構成され、前記1つまたは複数の同じ感知電極が、前記静電容量感知モードと前記超音波感知モードとの両方において使用される、ステップと、
前記静電容量感知モードでの前記指紋センサを使用して物体が感知電極にタッチしたことを決定するステップと、
前記超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを切り替えるステップと、
前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して前記物体が指であるかどうかを決定するステップ、および
前記指の指紋を認証するようにアプリケーションプロセッサに命令するステップ
のうちの一方または両方を実行するステップと
を備える、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２３】
前記超音波感知モードで機能するように前記指紋センサを切り替えるステップが、前記指紋センサの電極に駆動信号を提供するように増幅器を駆動するステップと、前記静電容量感知モードにおいてハイインピーダンス状態で動作するように前記増幅器を構成するステップとを備える、請求項22に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２４】
前記指紋を認証するように前記アプリケーションプロセッサに命令するステップは、前記超音波感知モードでの前記指紋センサを使用して、前記物体が指であると決定されることを表す割込み信号をアサートするステップを備える、請求項22に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項２５】
前記方法は、前記指の前記指紋が認証されたときにホームスクリーンに戻るステップまたはモバイルデバイスをウェイクアップするステップをさらに備える、請求項22に記載の非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【国際調査報告】
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