(57)【要約】生体測定装置のためのマルチプレクサが提供される。マルチプレクサは、対応する行の圧電セラミック要素の第１の端部に結合された複数の第１の導体と、各々が第１の導体のうちの各１つに結合された複数の第１のスイッチと、対応する列の圧電セラミック要素の第２の端部に結合された複数の第２の導体とを含む。マルチプレクサは、各々が該複数の第２の導体のうちの各１つに結合された複数の第２のスイッチも含む。該複数の第１の導体は、該複数の第２の導体とほぼ直交し、該複数の第１のスイッチは、信号ジェネレータの出力ポートから出力された信号を、少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素のうちの特定の１つの圧電セラミック要素に結合するように制御される。該複数の第２のスイッチは、少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素のうちの特定の圧電セラミック要素に関連した信号を、プロセッサの入力ポートに結合するように制御される。
2008527681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサに結合されたセンサを含む生体測定装置のためのマルチプレクサであって、該センサは、２次元アレイ状に配列され、かつ約１００ミクロン以下のピッチで間隔をあけて配置された少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素を有し、該圧電セラミック要素の各々は第１の端部および第２の端部を有し、該マルチプレクサは、
対応する行の圧電セラミック要素の第１の端部に結合された複数の第１の導体と、
複数の第１のスイッチであって、該複数の第１のスイッチの各々が該第１の導体のうちの各１つに結合されている、複数の第１のスイッチと、
対応する列の圧電セラミック要素の第２の端部に結合された複数の第２の導体と、
複数の第２のスイッチであって、該複数の第２のスイッチの各々が該第２の導体のうちの各１つに結合されている、複数の第２のスイッチと
を備え、
該複数の第１の導体は、該複数の第２の導体とほぼ直交しており、
該複数の第１のスイッチは、信号ジェネレータの出力ポートから出力された信号を、該少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素のうちの特定の１つの圧電セラミック要素に結合するように制御され、
該複数の第２のスイッチは、該少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素のうちの該特定の圧電セラミック要素に関連した信号を、該プロセッサの入力ポートに結合するように制御される、
マルチプレクサ。
【請求項２】
前記複数の第１のスイッチおよび前記複数の第２のスイッチの各々は、三路スイッチである、請求項１に記載のマルチプレクサ。
【請求項３】
前記複数の第１のスイッチの各々は前記複数の第１の導体のうちの１つを、前記信号ジェネレータ、高インピーダンス開放ノード、および低インピーダンス接地ノードのうちの１つに接続する、請求項２に記載のマルチプレクサ。
【請求項４】
前記複数の第２のスイッチの各々は前記複数の第２の導体のうちの１つを、前記プロセッサ、高インピーダンス開放ノード、および低インピーダンス接地ノードのうちの１つに接続する、請求項２に記載のマルチプレクサ。
【請求項５】
前記複数の第１のスイッチに結合され、その位置を制御するように構成された少なくとも１つのシフトレジスタをさらに備えた、請求項１に記載のマルチプレクサ。
【請求項６】
前記１つのシフトレジスタに結合され、該シフトレジスタの動作を制御するように構成されたコントローラをさらに備えた、請求項５に記載のマルチプレクサ。
【請求項７】
前記複数の第２のスイッチに結合され、その位置を制御するように構成された少なくとも１つの他のシフトレジスタをさらに備えた、請求項６に記載のマルチプレクサ。
【請求項８】
前記コントローラは、前記他のシフトレジスタに結合され、その動作を制御するように構成されている、請求項７に記載のマルチプレクサ。
【請求項９】
前記複数の第１の導体および前記複数の第２の導体は真空蒸着処理を用いて形成されている、請求項１に記載のマルチプレクサ。
【請求項１０】
前記複数の第１の導体および前記複数の第２の導体はリソグラフィー処理を用いて形成されている、請求項１に記載のマルチプレクサ。
【請求項１１】
前記複数の第１のスイッチは、少なくとも２つの別個の集積回路（ＩＣ）チップを備えている、請求項１に記載のマルチプレクサ。
【請求項１２】
前記複数の第２のスイッチは、少なくとも２つの別個のＩＣチップを備えている、請求項１１に記載のマルチプレクサ。
【請求項１３】
プロセッサに結合されたセンサを含む生体測定装置のためのマルチプレクサであって、該センサは、約１００ミクロン以下のピッチで間隔をあけて２次元アレイ状に配列された、少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素を有し、該圧電セラミック要素の各々は第１の端部および第２の端部を有し、該２次元アレイは、Ｘ行を該Ｘ行の各々にＹ個の圧電セラミック要素を伴って有し、該マルチプレクサは、
複数の第１の導体であって、該複数の第１の導体の各々がＹ個の該圧電セラミック要素の第１の端部に結合されている、複数の第１の導体と、
複数の第２の導体であって、該複数の第２の導体の各々がＸ個の該圧電セラミック要素の第２の端部に結合されている、複数の第２の導体と、
該複数の第１の導体に結合された複数の第１のスイッチと、
該複数の第２の導体に結合された複数の第２のスイッチと、
該複数の第１のスイッチに結合され、その位置を制御するように構成された少なくとも１つのシフトレジスタと、
該複数の第２のスイッチに結合され、その位置を制御するように構成された少なくとも１つの他のシフトレジスタと、
該１つのシフトレジスタに結合され、該１つのシフトレジスタおよび該他のシフトレジスタを制御するように構成されたコントローラと
を備えた、
マルチプレクサ。
【請求項１４】
前記複数の第１の導体の各々は、前記第２の導体の各々とほぼ直交している、請求項１３に記載のマルチプレクサ。
【請求項１５】
前記複数の第１のスイッチは、前記信号ジェネレータの出力ポートを前記複数の圧電セラミック要素の特定の１つの圧電セラミック要素に結合するように制御される、請求項１３に記載のマルチプレクサ。
【請求項１６】
前記複数の第２のスイッチは、前記特定の圧電セラミック要素を前記プロセッサの入力ポートに結合するように制御される、請求項１５に記載のマルチプレクサ。
【請求項１７】
前記複数の第１のスイッチおよび前記複数の第２のスイッチの各々は、三路スイッチである、請求項１３に記載のマルチプレクサ。
【請求項１８】
前記複数の第１のスイッチの各々は、前記複数の第１の導体のうちの１つを、前記信号ジェネレータの入力ポート、高インピーダンス開放ノード、および低インピーダンス接地ノードのうちの１つに接続する、請求項１７に記載のマルチプレクサ。
【請求項１９】
前記複数の第２のスイッチの各々は、前記複数の第２の導体のうちの１つを、前記プロセッサの入力ポート、高インピーダンス開放ノード、および低インピーダンス接地ノードのうちの１つに接続する、請求項１８に記載のマルチプレクサ。
【請求項２０】
前記複数の第１の導体および前記複数の第２の導体の各々は、１００ミクロンよりも小さな幅を有する、請求項１３に記載のマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（本発明の技術分野）
本発明は一般的に圧電性識別デバイスおよびそのアプリケーションに関する。より詳しくは、指紋のような生体測定情報を得、得られた情報を使用することによって個人を認識しおよび／または識別するための圧電性デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
生体測定（ｂｉｏｍｅｔｒｉｃｓ）は高いレベルのセキュリティを提供する一群の技術である。指紋の捕捉および認識は重要な生体測定技術である。法の執行、銀行業務、選挙、および他の産業は、身元を認識または確認するために、生体測定としての指紋にますますたよるようになって来ている。非特許文献１を参照のこと（その全体が本明細書において参考として援用される）。
【０００３】
光指紋スキャナが利用可能であり、それは反射された指紋の光学的画像を検出する。十分な解像度で良質な画像を得るために、光指紋スキャナは、最小の光学部品（例えばレンズ）、照明源、および画像化カメラを必要とする。そのようなコンポーネントが指紋スキャナの全体コストを増大させる。配置を維持する機械的な構造も製造およびメンテナンスのコストを増大させる。
【０００４】
固体シリコンベースの変換器も市販の指紋スキャナにおいて利用可能である。そのようなシリコン変換器は静電容量を測定する。これは脆いシリコン変換器が２、３ミクロン以下の大きさの指紋感知回路内にあることを要求し、その耐久性を低下させる。巻かれた指紋を検出するために、固体変換器の感知アレイは１インチｘ１インチの大きさおよび約５０ミクロンの厚さを有することが必要である。これはシリコンにとって大きな形状寸法であり、それは指紋スキャナのベースコストを大きくし、より大きなメンテナンスコストにつながる。耐久性および構造的完全性も、そのような大きいシリコンの形状寸法に苦しむことが多い。
【０００５】
必要とされるのは、メンテナンスコストが低く、安価で耐久性のある指紋スキャナである。さらに必要であるのは、（とくに電子商取引の分野において）物理的危険、詐欺、および盗難に対して個人および一般大衆を保護し得る低コストの生体測定デバイスである。
【非特許文献１】Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃｓ  Ｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ｖ．２．０、Ｇ．Ｒｏｅｔｈｅｎｂａｕｇｈ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ａｓｓｎ．  Ｃａｒｌｉｓｌｅ，ＰＡ  １９９８、ｐ．１−３４
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（本発明の概要）
本発明は生体測定装置のためのマルチプレクサを提供する。本発明においては、マルチプレクサは、対応する行の圧電セラミック要素の第１の端部に結合された複数の第１の導体と、各々が該複数の第１の導体のうちの各１つに結合された複数の第１のスイッチと、対応する列の圧電セラミック要素の第２の端部に結合された複数の第２の導体とを含む。マルチプレクサはまた、各々が該複数の第２の導体のうちの各１つに結合された複数の第２のスイッチも含む。該複数の第１の導体は、該複数の第２の導体とほぼ直交しており、該複数の第１のスイッチは、信号ジェネレータの出力ポートから出力された信号を、少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素のうちの特定の１つの圧電セラミック要素に結合するように制御される。該複数の第２のスイッチは、少なくとも２５，０００個の圧電セラミック要素のうちの該特定の圧電セラミック要素に関連した信号を、プロセッサの入力ポートに結合するように制御される。
【０００７】
本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作は、添付図面を参照して以下で詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
添付図面は、本明細書において援用され、明細書の一部をなすものであるが、これらは、本発明を図示し、さらに詳細な説明と共に本発明の原理を説明し、当業者が本発明をなし、使用することを可能とする役割を果たしている。
【０００９】
目  次
Ｉ．本発明の概要
ＩＩ．本発明に従う実施例のデバイスおよびシステム
Ａ．圧電セラミックセンサ
Ｂ．圧電フィルムセンサ
Ｃ．センサアレイアドレスライン
Ｄ．実施例の識別デバイス
Ｅ．実施形態のマルチプレクサ
ＩＩＩ．本発明に従った実施例の方法
Ａ．インピーダンスモード
Ｂ．減衰／電圧モード
Ｃ．ドプラーシフトおよび反響モード
ＩＶ．本発明の実施例アプリケーション
Ａ．生体測定捕捉デバイス
Ｂ．モバイル生体測定捕捉デバイス
Ｃ．無線トランシーバ生体測定デバイス
Ｄ．電子販売および／または取引
Ｅ．他の無線トランシーバ生体測定デバイスのアプリケーション
Ｆ．パーソナルエリアネットワークのアプリケーション
Ｇ．パブリックサービス層のアプリケーション
。
【００１０】
（Ｉ．本発明の概要）
本発明は、一般に、圧電識別デバイスおよびそのアプリケーションに関する。より詳しくは、本発明は、指紋のような生体測定データまたは生体測定情報を得るための、および個人の身元を認識、および／または検証するために得られた情報を使用するための圧電デバイスに関する。
【００１１】
（ＩＩ．本発明に従う実施例のデバイスおよびシステム）
図１は、本発明の実施形態に従った圧電識別デバイス１１０の概略図である。識別デバイス１００は、圧電センサ１００、センサ入力信号ジェネレータ１２０、センサ出力信号プロセッサ１３０、およびメモリ１４０を有する。入力信号ジェネレータ１２０によって生成された信号は、２つのマルチプレクサ１５０によってセンサ１１０に結合される。センサ１１０の出力信号は、同様に、２つのマルチプレクサ１５０によって出力信号プロセッサ１３０に結合される。
【００１２】
（Ａ．圧電セラミックセンサ）
センサ１１０は、好ましくは、圧電セラミックセンサのアレイである。例えば、センサ１１０は、化学的に不活性で湿気および他の環境条件に影響されない多結晶セラミック要素のアレイを備え得る。多結晶セラミックは、特定の所望された物理的、化学的、および／または圧電性の特性を有するように製造され得る。センサ１１０は、圧電セラミック要素のアレイを備えることに限定されない。センサ１１０は、例えば圧電フィルムを備え得る。フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムまたはそのコポリマーのような有極フッ素ポリマーフィルムが使用され得る。
【００１３】
図２は、表面２１０、２２０、２３０、および２４０を有する単一の長方形の圧電セラミック要素２００の動作特性を示す。表面２１０および２２０に力が加えられたときには、加えられた力に比例する電圧が、表面２１０と２２０との間に発生する。これが生じたときには、表面２３０と２４０とは、互いに離れるように動く。表面２１０および２２０に電圧が加えられた場合には、表面２３０と２４０とは、互いに近づくように動き、表面２１０と２２０とは、互いに離れるように動く。交流電圧が表面２１０および２２０に加えられた場合には、圧電セラミック要素２００は、当業者に公知である様態で振動する。
【００１４】
図３は、一行の５つの圧電セラミック要素２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、および２００Ｅを示す。これらの長方形圧電セラミック要素２００の各々は、サポート３０２に取り付けられるかまたは一体化される。サポート３０２は、各長方形圧電セラミック要素２００の１つの表面の動きを阻止する。従って、交流電圧が圧電セラミック要素２００Ｃの表面２１０および２２０に加えられたときには、音波が圧電セラミック要素２００Ｃの表面２１０に生成される。生成された音波の周波数は、圧電セラミック要素２００Ｃの物理的特性に依存する。
【００１５】
図４は、長方形の圧電セラミク要素２００の２次元アレイ４００を示す。アレイ４００は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）から作られ得る。ＰＺＴは、安価な材料である。実施形態においては、アレイ４００は、医療アプリケーションで使用されるＰＺＴ  １−３型コンポジットと類似したものである。本発明に従ったセンサ１１０の圧電セラミック要素は、長方形以外の形状を有し得る。図５に示されるように、センサ１１０は、円形の圧電セラミック要素のアレイ５００を備え得る。
【００１６】
一実施形態においては、アレイ４００は、約４０ミクロン四方で深さ１００ミクロンであり、それによって２０ＭＨｚの基本周波数の音波をもたらす長方形の圧電セラミック要素を備え得る。要素間に５０ミクロンのピッチを提供するために、この実施形態においては１０ミクロンの間隔が要素間に用いられる。５０ミクロンのピッチは、本発明に従った識別デバイスが、連邦捜査局の指紋についての品質規格を満足することを可能とする。
【００１７】
本発明の他の実施形態においては、好ましい実施形態とは違った形状が使用される。例えば、５０ミクロンよりも大きなピッチが使用され得る。他の実施形態はまた、２０ＭＨｚとは違う周波数で動作する。例えば、他の周波数に加えて、３０ＭＨｚおよび４０ＭＨｚの周波数で動作し得る。
【００１８】
例えば、別の実施形態においては、アレイ４００はまた、約８０ミクロン四方で２２０ミクロンの深さの直平行６面体（直方体）の圧電セラミック要素を備え得る。この実施形態においては、約２０ミクロンの間隔が要素間に用いられる。
【００１９】
さらに別の実施形態においては、アレイ４００は、約２００ミクロン四方で深さ５００ミクロンの長方形の圧電セラミック要素を備え得る。クロストークを減らすために、成形を容易にするために、それぞれの目的で、直方体は、角柱または押出された星形に変更され得、面取りを有し得る。
【００２０】
図６に示されるように、本発明に従ったセンサアレイの要素の間の間隔は、任意の横波（ｓｈｅａｒ  ｗａｖｅ）を抑止し、センサに改良された機械的特性を与えるために、フレキシブルなタイプの材料またはフィラー６０２を用いて充填され得る。重量を減らし、および／または横波の抑止を大きくするために、極小球体６０４（例えば、ビニルの極小の球体）がフィラー６０２に添加され得る。識別デバイスの信号対ノイズ比およびデバイス感度を最適化するために、高い音響的緩和と電気的絶縁を提供するフィラー（例えば、空気充填されたビニル極小球体で充填されたアラルダイト）が使用されるべきである。
【００２１】
アレイ４００を製造するために少なくとも４つの製作方法が存在する。これらの方法は、レーザ切削、ダイシング、成形、およびスクリーン印刷を含む。レーザ切削は、小さな溝を切削し、それによってアレイ４００の要素を形成するためにエキシマレーザ（ｅｘｃｉｍｅｒ  ｌａｓｅｒ）を使用することを含む。ダイシングは、アレイ４００のグローブおよび要素を形成するために、高性能ダイシング設備を使用することを含む。成形は、アレイ４００を形成するために射出成形設備を使用することを含む。スクリーン印刷は、プリント基板の組立におけるソルダ印刷（ｓｏｌｄｅｒ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）のそれと類似する技術であり、この技術では高度に自動化されたスクリーン印刷機が、レーザーカットステンシルとともに適用される。セラミック要素がわずかに１００ミクロンの厚しかないので、この方法は２０ＭＨｚ音波の要素を生成するのにとくに適している。この方法は、適切な濃度のセラミック懸濁液（ｓｌｕｒｒｙ）を生成することを含み、成形方法で要求され得るような表面の研磨を必要としないという利点を有する。
【００２２】
図７Ａは、本発明の好適な実施形態に従った長方形の圧電要素を備えているセンサアレイ７００を示す。センサアレイ７００は、アレイ４００と類似する長方形の圧電要素２００の２次元アレイを含む多層構造である。（導体７０６および７０８のような）導体が、長方形の圧電要素２００の各々に接続される。各要素２００の一方の端部に接続された導体（例えば、導体７０６）は、各要素２００の他方の端部に接続された導体（例えば、導体７０８）に対して直角に向けられる。指がセンサアレイ７００に隣接して置かれ得る保護被膜を提供するために、一方の側にシールド層７０２が追加され得る。サポート７０４が、センサアレイの反対の端部にはり付けられ得る。センサアレイ７００は、以下により詳しく説明される。
【００２３】
（Ｂ．圧電フィルムセンサ）
図７Ｂは、本発明の実施形態に従った圧電フィルム（ピエゾフィルム）を備えているセンサアレイ７５０を示す。図７Ｂは、センサ７５０の断面図である。センサアレイ７５０は、２つの導体グリッド７５４と７５６とによってサンドイッチされた圧電層７５２を含む多層構造である。導体グリッド７５４と７５６との各々は、複数行の平行な電気的導電性ラインから成る。好ましくは、グリッド７５４のラインは、グリッド７５６のラインに対して直角に（すなわち、それぞれｘ方向およびｙ方向に）向けられる。この方向付けは、圧電フィルムの中に、複数の個別にアドレス可能な領域または要素を作り出す。本明細書において使用される場合には、要素という用語は、個別にまたは大きな領域の一部としてのいずれかで、平行な電気的導電性ライン（導体）の行を使用してアドレス可能であり得るセンサアレイの任意の領域を言う。圧電ポリマーフィルムセンサは、Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．ＰＡ  Ｎｏｒｒｉｓｔｏｗｎ、１９９９年４月２日ＲＥＶＢから利用可能なＴｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｍａｎｎｕａｌ「Ｐｉｅｚｏ  Ｆｉｌｍ  Ｓｅｎｓｏｒｓ」（その全体が本明細書において参考として援用される）においてさらに詳しく説明されている。
【００２４】
保護被膜を提供するために、シールド層７５８が指の置かれる一方の側に追加され得る。発泡体基板７６０がサポートとして使用され得る。図７Ｂにおいて示されるように、多層のセンサアレイ７５０は、一方向に沿って（すなわち、ｚ方向に）積み重ねられる。
【００２５】
実施形態においては、圧電層７５２は、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムまたはそのコポリマーのような、有極フッ素ポリマーフィルムである。導体グリッド７５４および７５６は、ＰＶＤＦフィルム７５２の向かい合う両側に印刷された銀インクの電極である。シールド層７５８は、ウレタンまたは他のプラスチックで作られる。発泡体基板７６０は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）で作られる。図７Ｂに示されるように、接着剤７６２、７６４は、印刷されたＰＶＤＦフィルム７５２の向かい合う両側にシールド層７５８および発泡体基板７６０を保持する。
【００２６】
実施形態においては、印刷された電極を含むＰＶＤＦフィルムは、簡単な交換のためにラベルのように剥がされ得る。図７Ｂに示されるように、センサアレイ７５０は、簡単に剥がせるように、パラフィン紙または他の材料（不図示）に接着剤７６６によって貼り付けられる。これは、最小のコストで簡単かつ容易に圧電センサがインストールおよび／または交換されることを可能とする。光学およびシリコンの技術と比べ、圧電センサアレイ７５０のメンテナンスは取るに足りないものである。
【００２７】
（Ｃ．センサアレイアドレスライン）
図８は、センサアレイ７００のより詳細な図を示す。上述のように、センサアレイ７００は、フィラー６０２を有する圧電セラミック要素を備えている。フィラー６０２は、好ましくは極小球体６０４を含む。次に、この構造はいくつかの層の間にサンドイッチされる。この中央のコンポジット層は、例えば、指紋の機械的インピーダンスをマトリクス状の電気的インピーダンス値にマップするために使用され得る能動的な構造である。
【００２８】
センサアレイ７００の各長方形の圧電セラミック要素２００は、２つの電極ライン（例えば、導体７０６および７０８）に接続される。センサアレイ７００の一方の端部の電極ラインは、センサアレイ７００の反対側の端部の電極ラインと直角に走る。従って、アレイの任意の単独の要素２００は、それに接続された２つの電極ラインを選択することによってアドレスされ得る。電極ラインは、好ましくは真空略奪およびリソグラフィーによって作り出され、それらは、以下で説明される相互接続技術によってスイッチング部品に接続される。
【００２９】
一式の電極ラインの上に保護層７０２がある。保護層７０２は、好ましくはウレタンで作られる。この保護層７０２は、センサの動作の間、指と接触することが意図されている。
【００３０】
サポート７０４つまりバッキング層は、長方形の圧電セラミック要素２００の各々のための背面音響インピーダンスとしての役目を果たす。好適な実施形態においては、サポート７０４はＴＥＦＬＯＮ（登録商標）発泡体で作られる。負荷が与えられたときおよび負荷が取り除かれたときに要素の電気的インピーダンスの大きな変動を提供するために、音響インピーダンスサポート７０４は、センサ要素の材料に対して音響的に不釣合いであるべきである。非常に低いかまたは非常に高いかいずれかの音響インピーダンス材料が使用され得る。圧電セラミック材料を使用する実施形態については、好ましいインピーダンスの不釣合いは、ハードバッキングよりは空気バッキングによって獲得され得る。これは、センサが高い音響インピーダンスを有するからである。
【００３１】
センサアレイ７００を構築するための本明細書で説明される材料は、例示的であって、本発明を限定することを意図するものではない。当業者に公知であるように、他の材料が使用され得る。
【００３２】
図９は、センサアレイ７００が、用途特定集積回路に接続され得る方法を示す。本明細書で説明されるように、個々の圧電セラミック要素（ｍ，ｎ）は、センサアレイ７００の表の導体ｍとセンサアレイ７００の裏の導体ｎとを選択する（アドレスする）ことによってアドレスされ得る。他の導体、特に、選択されている要素の近傍の要素にアドレスするために使用されるそれらの導体は、クロストークを減らすために、接地されるかまたは開放（高インピーダンス状態）され得る。選択された要素の近傍での寄生電流は、図６および図７Ａと関連して上で説明された間隙のフィラー６０２によって機械的に最小化される。一実施形態においては、要素間の間隔（ピッチ）は約５０ミクロンであり、標準的な接着技術は約１００ミクロンのピッチを必要とするので、図９に示されるように、センサアレイ７００の「東」「西」側の交互の行とその「北」「南」側の交互の列が、センサを「外界」に接続する。図９に示されるように、これらの導体は、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２の３つの端部９０８付近で「バンプ」技術で終端処理され得る。実施形態においては、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２のサイド９０８は約３ｍｍである。
【００３３】
実施形態においては、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２は、高密度フレックス（ｆｌｅｘ）９０６に接続される。高密度フレックス９０６は、エポキシ基板９０４に接続される。アレイの導体をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に結合するために、導体が高フレックスに形成またははり付けられ得る。例えば、導体７０８をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２と結合する高密度フレックス９０６上の導体は、図９において示される。導体は、バンプはんだ付けによってＡＳＩＣマルチプレクサ９０２と結合される。異方性接着剤が、高密度フレックス９０６上の導体をセンサアレイの導体７０８と結合するために使用され得る。ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２をセンサアレイ７００に接続し電気的に結合する他の手段が、当業者に公知であり、これらの手段もまた、本発明に従って使用され得る。
【００３４】
図１０は、本発明の実施形態に従ったセンサアレイ１００２を４つのＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に接続する方法を示す。本明細書において説明されるように、電極ラインおよび導体は、基板９０２（図１０では図示せず）の両側に蒸着され得、その後所望されたパターンにエッチングされる。ラインおよび行パターンがエッチングされる前に、基板９０２は医療変換器のそれと類似した様態で有極化されるべきである。
【００３５】
有極基板は、ソケットまたは利用可能なプリント基板技術と適合性のあるマルチチップモジュールケースに接続される。圧電セラミックマトリクスまたはセンサアレイ１００２は、空気と等価な発泡体または酸化アルミニウムによってバッキングされ得る。どちらかのバッキングは、８Ｍｒａｙｌでコンポジト圧電材料をミスマッチとなるように設計されることによって、例えば指紋が走査され得るセンサアレイ１００２の表の面だけで生じるように任意のエネルギ結合を発生させる。図１０においては、センサアレイ１００２の表と裏との両導体が、約１００ミクロンのピッチを必要とする接着技術を容易とするために、上述の様態で交互配置されているということに留意する。
【００３６】
図１１は、本発明の実施形態に従った識別デバイス１１００を示す。好適な実施形態においては、デバイス１１００は、センサアレイ１１０２上に正確性なく置かれた任意の指紋を捕らえるために物理的に十分に大きい（例えば、約２５ｍｍ四方）圧電セラミックセンサアレイ１１０２を有する。センサアレイ１１０２は、好ましくは解像度においてＣＪＩＳ  ＡＮＳＩＩ  ＮＩＳＴ規格（２５．４ｍｍあたり５００ポイント）に準拠し、それは、グレーで２５６個の区別可能な影を提供するために十分なピクセルダイナミックレンジを有する。
【００３７】
図１１において示されるように、実施形態においては、基板１１１０は、プリント基板１１０４にはり付けられている。センサアレイ１１０２の導体は、２つの集積回路１１０６、およびセンサアレイ１１０２を他の回路と結合する２つの集積回路１１０８に結合され、それらは本明細書の他のところで説明される。集積回路１１１２は、無線トランシーバであり、それは、本発明の実施形態がパーソナルエリアネットワークの一部として他のデバイスと通信することを可能とする。この接続性は、本発明の実施形態が、例えば標準的な信頼性を有する識別および／または許可トークンを、それを必要とする、または要求する任意のプロセスまたはトランザクションに供給することを可能とする。図１１に示される接続のスキームは、本発明の実施形態をインプリメントするために使用され得る代替的な接続のスキームである。
【００３８】
上のセンサアレイの説明は、例示的であって、本発明を限定することを意図するものではない。例えば、圧電層７５２は、それに限定するものではないが、圧電ポリマーを含む圧電性効果を示す任意の材料であり得る。導体グリッド７０６、７０８、７５４、および７５６は、それに限定するものではないが、金属を含む任意の電気的導電性材料であり得る。同様に、ここでの説明を受けた当業者には明らかであるように、他のタイプの保護材料がシールド層７０２および７５８のために使用され得る。他のタイプのサポート材料が、サポート７０４または発泡体基板７６０に代わって使用され得る。
【００３９】
（Ｄ．実施例の識別デバイス）
図１２は、本発明の実施形態に従った識別デバイス１２００を示す。デバイス１２００は、入力信号ジェネレータ１２０２、センサアレイ１２２０、出力信号プロセッサ１２４０、メモリコントローラ１２６０、およびメモリ１２７０を備えている。センサアレイ１２２０は、入力信号ジェネレータ１２０２および出力信号プロセッサ１２４０に、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂによって、それぞれ結合されている。コントローラ１２３０は、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂの動作を制御している。識別デバイス１２００の動作は以下でさらに記述される。
【００４０】
実施形態においては、入力信号ジェネレータ１２０２は、入力信号ジェネレータまたは発振器１２０４、可変増幅器１２０６、およびスイッチ１２０８を備えている。一実施形態においては、発振器１２０４は２０ＭＨｚの信号を生成し、該信号は、デバイス１２００が動作しているモードに依存して、可変増幅器１２０６によって低電圧または高電圧（例えば、約４ボルトまたは８ボルト）のいずれかに増幅される。スイッチ１２０８は、無入力信号、パルス化された入力信号、または連続波入力信号のいずれかを提供するために使用される。スイッチ１２０８は、当業者に公知である方法で、本明細書において説明される様々なタイプの入力信号を生成するように制御される。図１２において示されるように、入力信号ジェネレータ１２０２によって生成された入力信号は、マルチプレクサ１２２５Ａを介してセンサアレイ１２２０に、およびコントローラ１２３０、出力信号プロセッサ１２４０に提供される。
【００４１】
センサアレイ１２２０の構造および詳細が上で説明されている。好適な実施形態においては、センサアレイ１２２０は、２０ＭＨｚ入力信号を用いて動作するように設計される長方形要素の圧電セラミックコンポジットである。
【００４２】
（Ｅ．実施例のマルチプレクサ）
図１３Ａおよび図１３Ｂは、本発明の実施形態に従う、入力信号ジェネレータ１２０２によって生成された入力信号をセンサアレイ１２２０に適用する方法、およびセンサアレイ１２２０からの出力信号を受信する方法を示す。一実施形態においては、センサアレイ１２２０は、２次元アレイ状に配列された２００，０００個の要素２００を備えている（すなわち、５００ｘ４００の要素アレイ）。例えばアレイ１２２０の裏の要素行に対して接続しているアレイ１２２０の５００の導体は、１つずつまたは様々なグルーピングで入力信号ジェネレータ１２０２に接続されなければならず、一方で、アレイ１２２０の表の列に接続している４００ラインは、例えばインピーダンスメーターまたはドプラー回路に、１つずつまたは様々なグルーピングで接続されなければならない。この仕事はマルチプレクサ１２２５によって達成される。
【００４３】
別の実施形態においては、センサアレイ１２２０は、約２５，０００個〜約６４，０００個の要素２００（例えば、８０ｘ８０ｘ２００ミクロンの要素を用いて）を含み得る。さらに別の実施形態は、約１６，０００個の要素２００（例えば、２００ｘ２００ｘ５００ミクロンの要素を用いて）を含み得る。
【００４４】
実施形態においては、マルチプレクサ１２２５は、４つの同じＡＳＩＣの中に組み込まれ得る（図１０参照）。これら４つのＡＳＩＣは、アナログマルチプレクサ、増幅器、検出回路、およびロジックを備えている。好適な実施形態においては、センサアレイ１２２０に対する入力信号の電圧は、８ボルトよりも小さく制限され、それは、ＡＳＩＣが３ミクロンジオメトリを使用して構築され、５オームよりも小さいスイッチインピーダンスを達成することを可能とする。これらのＡＳＩＣの各々の４つの基本的なセクションは、（１）ここで説明されるマルチプレクサ、（２）増幅器／自動ゲインコントローラ、（３）ドプラー検出器、および（４）デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）インターフェースである。項目（２）から項目（４）の構造およびインプリメンテーションは当業者に公知である。
【００４５】
実施形態においては、マルチプレクサ１２２５は、１７個の１６：１マルチプレクサを備えていて、従って、選択された場合に１個または１６個の出力を与える。マルチプレクサの各スイッチの機能は、２７２ビット長で２ビット幅であるシフトレジスタ１３０２（図１３Ｂ参照）によって決定される。シフトレジスタ１３０２のローディングおよびクロッキングは、コントローラ１２３０によって実行され、コントローラ１２３０は、カウンターおよび当業者に公知であるロジックを備えている。図１３Ａにおいて示されるように、センサアレイ１２２０の導体は、グラウンド、信号入力ジェネレータ１２０２のいずれかに接続され得るか、または接続されないまま（高インピーダンス）であり得る。マルチプレクサ１２２５Ａは、最も低い「オン」抵抗に合わせて設計される。マルチプレクサ１２２５Ｂは、センサアレイ１２２０の片側の全て（２５６）の導体を、１個または１６個のセンスノードに接続する。１２２５Ａと１２２５Ｂとの両方のマルチプレクサは、同一の機能ロジック（すなわち、コントローラ１２３０）に接続され、その結果、適切なセンサ要素が、例えば電圧センシングのために選択され、使用される。センシングのために選択された要素または要素のグループの近傍の、要素の列または行は、カップリングおよび干渉を防ぐためにグラウンドにスイッチされる。
【００４６】
図１３Ｂは、本発明の実施形態に従ったマルチプレクサ１２２５のスイッチを制御する方法を示す。本明細書で説明されるように、アレイ１２２０の導体に接続されたマルチプレクサ１２２５の各スイッチは、３つの状態のうちの１つであり得、それは、グラウンドに接続されるか、信号入力ジェネレータ１２０２に接続されるか、または開放（高インピーダンス）かであり得る。これは、例えば、図１４に示されるような２つのＣＭＯＳゲートを使用してインプリメントされ得る。それから、２７２ビット長さ２ビット幅のシフトレジスタが、各スイッチの位置を制御するために使用され得る。コントローラ１２３０からのビットがシフトレジスタ１３０２の中へシフトされることにより、マルチプレクサ１２２５のスイッチの位置を制御する。実施形態においては、シフトレジスタ１３０２は、新しいビットがシフトレジスタ１３０２の中にシフトされて行くときに、マルチプレクサのスイッチの位置は一定のままとなるように、ラッチ（ｌａｔｃｈ）を使用してマルチプレクサ１２２５のスイッチと結合される。この実施形態をインプリメントする方法は当業者に公知である。マルチプレクサ１２２５の機能性をインプリメントする他の手段が、本発明の範囲を逸脱することなく使用され得る。
【００４７】
図１４は、本発明の実施形態に従った実施例の電圧検出器１２４４を示す。当業者によって理解されるように、特定の導体に結合される全ての要素が１つの信号源（すなわち、入力信号ジェネレータ１２０２）から引き出しているので、センサアレイ１２２０の各導体における電圧低下は、アレイの要素の電圧低下と比べて大きい。各要素が５００オームのインピーダンスを有する場合には、並列に結合された４００個の要素のインピーダンスは１．２５オームである。しかしながら、この状況は、要素の真の出力電圧を測定するための第２のマルチプレクサを使用することによって補償され得る。図１４において見られるように、マルチプレクサ１４０２は、増幅器１４０４の仮想ゼロポイントを移動させるために、マルチプレクサ１４０６のスイッチの前で使用される。
【００４８】
ここで説明されるように、アパーチャの選択、センサアレイ１２２０におけるそれらの相対的な位置、同時に動作されることを意図されるアパーチャの数は、マルチプレクサ１２２５のロジックの複雑さに影響する。従って、好適な実施形態においては、このロジックはＤＳＰを使用してインプリメントされる。デバイス１２００の動作のモードは、モードスイッチを使用して上述の４つの同じＡＳＩＣ上で選択され得る。これらのモードスイッチは、マルチプレクサ１２２５Ｂの出力を、出力信号プロセッサ１２４０の適切な検出器に向かわせるようにスイッチ１２５０を操作するために使用され得る（図１２参照）。
【００４９】
インピーダンス検出器１２４２の動作、トラベル検出器１２４６の信号時間、およびドプラーシフト検出器１２４８が以下に説明される。これらの検出器の機能性をインプリメントするための回路は、本明細書においてそれらの説明を与えられる当業者には公知である。
【００５０】
出力信号プロセッサ１２４０の出力は、生体測定データである。このデータは、メモリコントローラ１２６０を使用してメモリ１２７０に格納され得る。図２１は、本発明の実施形態に従った方法のフローチャートである。この生体測定データの使用が以下に説明される。
【００５１】
図１５は、本発明の実施形態に従ったセンサアレイ１５００におけるスキャニング速度の向上およびクロストーク最小化のための手段を示す。図１５において見られるように、複数のエレメントが同時に能動的であり得、クロストークを最小化する第１の手段は、アレイ１５００の活性化要素１５０２を地理的に分離することである。ここで説明されるように、ダイナミック接地スキーム（すなわち、活性化要素１５０２の近傍の要素１５０４をグラウンドに結合すること）が使用され得、そのスキームは、センサアレイ１５００を横切って走査するときに活性化要素１５０２と共に移動する。これは、感知された周波数の全てについてファラデー箱（Ｆａｒａｄａｙ  Ｃａｇｅ）を維持する一方で、グラウンドと結合する容量および電気的クロストークを減らす。さらに、隙間のフィラーは、クロストークを減らし得、それによって、選択された要素１５０２の近傍での寄生電流を減らし得る。アレイ１５００の他の要素、例えば要素１５０６は、開放されている導体に接続される。
【００５２】
（ＩＩＩ．本発明の実施例方法の実施形態）
図１６は、本発明の実施形態に従った方法１６００のフローチャートである。方法１６００は、２つのステップ１６１０と１６２０とを備えている。ステップ１６１０においては、生物学的対象、例えば指や手が、圧電セラミックアレイ近くに置かれる。ステップ１６２０においては、出力がセンサアレイから得られる。得られた出力は、指または手が、例えば、センサアレイ近くに置かれた人の身元を認識または検証するために使用され得る生体測定データを得るために、以下で説明されるように処理される。ステップ１６１０および１６２０の各々は、上述した、デバイス１２００の様々な動作モードに関して以下でさらに説明される。
【００５３】
ここで説明されるように、識別デバイス１２００は、得られた生体測定データに依存して異なるモードで動作される。デバイス１２００を使用して獲得され得る生体測定データは、指紋、骨のマップ、細動脈血流、および／または毛細血管血流を含む。
【００５４】
図１７は、本発明の実施形態に従った指の指紋を得るための識別デバイス１２００の使用を示す。図１７において見られるように、指１７０２はデバイス１２００のセンサアレイ１２２０近くに置かれる。好適な実施形態においては、センサアレイ１２２０は圧電センサアレイ７００と類似する。
【００５５】
指１７０２の指紋の２つの隆線１７０４は、保護シールド７０２と直接接触している。指１７０２の指紋の谷（すなわち、空洞）１７０６は、保護シールド７０２と直接接触していない。図１７において見られるように、隣り合う指紋の隆線１７０４の間に約６個の圧電セラミック要素２００がある。
【００５６】
最初、デバイス１２００は省電力モードにある。このモードは、モバイルバージョンのデバイス１２００のバッテリ寿命を長くするのに特に有効である。指１７０２がセンサアレイ１２２０に力を加えたときには、ウェイクアップ回路１８００（図１８参照）がデバイス１２００をターンオンするように動作する。
【００５７】
ウェイクアップ回路１８００は、キャパシタ１８０２、ダイオード１８０４、およびスイッチ１８０６を備えている。指１７０２が圧電セラミック要素２００に力を加えたときに、キャパシタ１８０２に電荷を蓄積させる要素によって電圧が生み出される。十分な電荷が蓄積されたときに、そのように生成された電圧がスイッチ１８０６がターンオンされるようにする。いったんスイッチ１８０６がターンオンにされると、電圧源１８０８は、デバイス１２００に電力供給するために使用される。電力は、キャパシタ１８０２がターンオフ回路（放電レジスタは不図示）を使用して放電されるまでデバイス１２００に供給され続ける。
【００５８】
デバイス１２００がウィクアップした後は、デバイス１２００は、センサアレイ１２２０からの出力を得るために、インピーダンス検出モードかまたは減衰モード（電圧モード）のいずれかで動作され得、センサアレイ１２２０からの出力は、指１７０２の指紋を得るために処理され得る。これらのモードの各々が以下に説明される。
【００５９】
圧電センサ２００の要素の出力は、合計されることによってデバイスとの指の接触ポイントの中心を決定し得る。従って、デバイス全体にわたる指の全ての動きが感知され得、センサ２００はポインティングデバイスとして使用され得る。例えば、圧電センサ２００と接触する指の中心は、相互接続されたビューイングデバイス上にポイントするために使用され得る。センサ要素の合計はまた、ユーザが過小または過大な力で押し付けているかどうか、およびユーザにフィードバックされる結果を決定するためにも使用され得る。
【００６０】
図１８に示される実施形態は、相互接続されるビューイングデバイス上で選択を行うためのスイッチとしても使用され得る。例えば、アナログデジタル変換器（不図示）がキャパシタ１８０２と結合された場合には、キャパシタ１８０２を横切る電圧はデジタル信号に変換され、それは、ユーザによる選択を行うためにインタラクティブに使用され得る。ユーザがセンサ２００に加えられる圧力を変化させたときには、キャパシタ１８０２を横切る電圧が変化する。アナログデジタル変換器は、この時間変化電圧を、例えば００００００００（ベースは２）と１１１１１１１１（ベースは２）との間の一連の数に変換する。アナログデジタル変換器の出力は、定期的にサンプリングされ、選択を行いおよび／または指示するために使用される（例えば、数がプロセッサに入力され得、特定の選択を行いおよび／または指示するために使用され得る）。ビューイングデバイスのグラフィカルユーザインターフェースは、ユーザにフィードバックを提供し、およびセンサ２００に加えられた圧力に基づき、可能な選択のうちのどれがユーザによって選択されているかをユーザに指示する。選択を変えるために、ユーザは、ただ単に、センサ２００により大きくまたはより小さく圧力を加える。
【００６１】
（Ａ．インピーダンスモード）
図１９は、本発明の実施形態に従った指紋の谷１７０６によって負荷が与えられた単一の圧電セラミック要素２００のインピーダンスを示す。約１９．８ＭＨｚの周波数において、指紋の谷によって負荷が与えられた要素２００のインピーダンスは約８００オームである。２０．２ＭＨｚの周波数においては、インピーダンスは約８０，０００オームである。２０ＭＨｚの周波数においては、インピーダンスは約４０，０００オームである。図１９が図２０と比較されたときに分かるように、指紋の谷で負荷が与えられた要素２００の絶対インピーダンスと、指紋の谷によって負荷が与えられた要素２００の周波数についてのインピーダンスの変化との両方は、指紋の隆線によって負荷が与えられた要素２００のそれとかなり異なる。この差異は、センサアレイ１２２０からの出力を得るために使用され得、その出力は、出力信号プロセッサ１２４０によって処理されることによって指紋データを生成し得る。
【００６２】
図２０は、本発明の実施形態に従った指紋の隆線１７０４によって負荷が与えられた単一の圧電セラミック要素２００のインピーダンスを示す。図２０において示されるように、約１９．８ＭＨｚの周波数において、指紋の隆線によって負荷が与えられた要素２００のインピーダンスは約２，０００オームである。２０．２ＭＨｚの周波数においては、インピーダンスは約４０，０００オームである。２０ＭＨｚの周波数においては、インピーダンスは約２０，０００オームである。従って、指紋の隆線で負荷が与えられた要素２００の絶対インピーダンスと指紋の隆線によって負荷が与えられた要素２００の周波数についてのインピーダンスの変化との両方は、指紋の谷によって負荷が与えられた要素２００のそれとかなり異なる。
【００６３】
インピーダンスモードで動作するときには、識別デバイス１２００は、要素２００の絶対インピーダンスおよび／または周波数についての要素２００のインピーダンスの変化を決定することによって、所与の要素２００が指紋の隆線１７０４または指紋の谷（空洞）１７０６のいずれによって負荷されているかを決定する。要素２００のインピーダンスの測定値を得るために、入力信号ジェネレータ１２０２が低電圧パルスを生成するために使用され、該低電圧パルスはマルチプレクサ１２２５Ａを使用してセンサアレイ１２２０の要素に入力される。
【００６４】
マルチプレクサ１２２５Ｂで得られた出力信号は、アレイ１２２０の要素２００の絶対インピーダンスに関係する。これらの出力信号は、スイッチ１２５０によってインピーダンス検出器１２４２に伝送されることによって、アレイ１２２０の要素の絶対インピーダンスの測定値を決定する。指紋を得るために必要であるのは、インピーダンス検出器１２４２が、所与の要素２００が指紋の隆線または指紋の谷のいずれによって負荷が与えられているかを決定し得る、ということだけである。特定の要素２００が指紋の隆線または指紋の谷のいずれによって負荷が与えられているかの決定は、指１７０２の指紋を表すピクセルデータを生成するために使用され得る。指紋はメモリ１２７０に格納される。指紋は、以下で説明される他のデバイスにも送信され得る。
【００６５】
指１７０２の指紋が、２つの異なる入力信号周波数を使用して２度走査された場合には、周波数についての要素２００のインピーダンスの変化が計算され得る。本明細書においてすでに説明されたように、周波数についての要素２００のインピーダンスの変化は、要素２００が指紋の隆線または指紋の谷のいずれによって負荷が与えられるかに依存して異なっている。図１２において示されるように、入力信号ジェネレータ１２０２によって生成された入力信号は、出力信号プロセッサ１２４０に供給される。従って、出力プロセッサ１２４０は、センサアレイ１２２０に入力される信号の周波数と電圧との両方を決定し得る。
【００６６】
インピーダンス検出回路（不図示）は、演算増幅器（ｏｐ  ａｍｐ）を使用してインプリメントされ得る。マルチプレクサ１２２５Ｂの出力は、演算増幅器の負のポートに供給され、増幅された信号は出力ポートで得られる。当業者に公知であるように、演算増幅器の正のポートはグラウンドに結合され、抵抗が演算増幅器の負のポートと出力ポートとの間に置かれる。
【００６７】
出力ポートで増幅された電圧が所定の閾値電圧を超過する場合には、測定されている特定の要素２００は、指紋の隆線によって負荷が与えられている。これは、指紋の隆線によって負荷が与えられた要素２００の絶対インピーダンス（所与の周波数について）が、指紋の谷によって負荷が与えられた要素２００のインピーダンスのおおよそ半分であるという事実による。従って、指紋の隆線によって負荷が与えられた要素２００から演算増幅器に提供される出力信号の電圧は、指紋の谷によって負荷が与えられた要素２００から演算増幅器に提供される出力信号の電圧の約２倍である。
【００６８】
一般的に、少し違った処理手法が、比較的大きな個々の要素（例えば、約４０ミクロン四方で１００ミクロンの深さより大きい）を含む比較的数の小さい圧電セラミックセンサアレイ（例えば、約１００，００要素より少ない）と関連して使用され得る。例えば、例示的な圧電セラミック要素は、誘電体としてのＰＺＴを有するキャパシタから成り得る。ＰＺＴの誘電率は、比較的高いものであり得る（例えば、約１５００クーロン／ボルト・メートル）。
【００６９】
１５００で、圧電性電気的効果は、キャパシタが電圧下で機械的に膨張または収縮することを誘起する。様々な周波数において、要素は、波長、要素における音の速度、および要素の物理的な寸法の相互作用に基づき、選択的に振動したり振動しなかったりする。最も有用な振動は、一例示的な実施形態においては、７．６ＭＨｚおよび８．３ＭＨｚでの直列共振および並列共振である。周波数の増大に伴うキャパシタのインピーダンスの予期される指数的低下は、エネルギが消費されたり消費されなかったりするので、これら２つの周波数において違いが生じる。
【００７０】
指紋の隆線の機械的な結合の点像分布関数は、並列共振にとってはオフセットされることが発見されている。この概念は、空間サンプリング周波数を、４倍の空間要素周波数まで高めることを容易にする。さらに、谷がエネルギの移動を生じさせないので、隆線または谷に対する感度は、非常に偏ったものである。しかしながら、隆線は高周波の音波を当てられ、離れた谷は隆線を介して検出され得る。最終的には、センサは隆線よりも谷をうまく検出し得、谷は要素のピッチよりもずっと小さなものであり得る。
【００７１】
（Ｂ．減衰／電圧モード）
上で述べられたように、デバイス１２００は、指１７０２の指紋を得るために、減衰または電圧モードでも動作し得る。この動作モードは、センサアレイ１２２０が、圧電セラミックアレイ（例えば、アレイ７００）または圧電フィルムアレイ（例えば、アレイ７５０）のいずれであろうと利用可能である。デバイス１２００の減衰モードは、指紋の谷１７０６によって負荷が与えられた要素２００に与えられたエネルギは、指１７０２に移動され得ないが、指紋の隆線１７０４によって負荷が与えられた要素２００に与えられたエネルギは、指１７０２に移動され得るという原理に基づく。
【００７２】
減衰モードにおいては、入力信号ジェネレータ１２０２は、マルチプレクサ１２２５Ａを使用してセンサアレイ１２２０の要素に提供される高電圧のパルス信号を生成する。図２１は、１サイクルの入力パルスを示す。しかしながら、一般的には入力信号は１サイクルよりも長い。実施形態においては、入力信号は約１０サイクルの長さである。これらの入力信号は、アレイの要素が振動し音波を生成することを誘起する。これらの音波は、要素からシールド層を通って要素の上の指紋の隆線１７０４に伝わる。シールド層の音響インピーダンスが指１７０２の音響インピーダンスと一致しているので、これらの音波は指紋の隆線１７０４の中へ通過し得る。指紋の隆線１７０４とシールド層との間の界面によっては、音波に対する音響障壁は形成されない。指紋の隆線によって負荷が与えられた要素に与えられたエネルギは、従って散逸しない。指紋の谷によって負荷が与えられた要素の場合には、要素に与えられたエネルギは、より長い期間要素の中に閉じ込められたままである。これは、指紋の谷の中の空気が音響障壁として作用するからである。
【００７３】
数サイクルの後に、アレイについて得られた出力信号の電圧が決定され、処理されることによって指１７０２の指紋が得られる。図２２は、実施例の出力信号を示す。実施形態においては、指紋の隆線１７０４によって負荷が与えられた要素に与えられたエネルギが、指紋の谷１７０６によって負荷が与えられた要素に与えられたエネルギよりも急速に散逸するので、指紋の隆線１７０４によって負荷が与えられた要素から得られる出力信号の電圧は、入力信号の電圧のわずか１／１０程度である。この実施形態においては、指紋の谷１７０６によって負荷が与えられた要素から得られる出力信号の電圧は、入力信号の電圧の約１／２である。電圧におけるこの違いは、電圧検出器１２４４によって検出され、処理されることによって指１７０２の指紋を生成し得る。電圧検出器１２４４をインプリメントする手段は上で説明されている。他の手段は当業者に公知である。
【００７４】
（Ｃ．ドプラーシフトおよび反響モード）
識別デバイス１２００は、少なくとも２つの他のモードで動作され得る。これらのモードは、トラベル（反響）信号時間モードとドプラーシフトモードである。反響モードはまた、イメージングモードとして称され得る。これらのモードは、以下で説明されるように、骨のマップ、細動脈−静脈マップ、細動脈血流、および毛細血管血流のような生体測定データを得るために使用される。これらの生体測定および／または他との組み合わせも獲得され得る。たとえば、細動脈血流の毛細血管血流に対する比が得られ、使用されることによって、ホストの感情の状態または健康を示し得る。
【００７５】
図２３は、本発明の実施形態に従った、反響またはドプラーシフトモードにおいて動作する識別デバイス１２００が、生体測定情報を得るために使用され得る方法を示す。ここに説明されるように、高電圧信号がセンサアレイ１２２０の要素に入力されることによって音波を生成し得る。これらの音波は指１７０２を通って伝わり、例えば指１７０２の骨、指１７０２のつめ、または指１７０２の中の血流のような指１７０２の様々な特徴によって反射される。
【００７６】
図２４は、本発明の実施形態に従った、識別デバイス１２００が３次元の骨のマップを得るために使用される方法を示す。指１７０２の骨２４０２のマップを生成するために、デバイス１２００はその反響モードで動作される。皮膚表面から指１７０２の中に伝わる音波は、骨２４０２の骨の構造から反射される。この構造はそれが誘起する大きな反響増幅から識別され得る。反響トラベル時間はセンサから骨までの距離の指標であるので、骨２４０２の形状のマップが獲得され得る。
【００７７】
骨２４０２のマップを得るために、高電圧のパルス信号が入力信号ジェネレータ１２０２によって生成され、アレイ１２２０の要素に提供される。この入力信号は、要素が指１７０２の中に伝わる音波を生成することを誘起する。図２４において示されるように、アレイ１２２０の特定の要素２００だけが任意の所与の時刻に音波を能動的に生成している。本発明に従って、かつここで説明されるように、能動的音波の送受信アパーチャが構成され、コントローラ１２３０およびマルチプレクサ１２２５を使用してセンサアレイ１２２０を横切って移動（走査）される。生成された音波は指１７０２を通って伝わり、骨２４０２の構造によって反射される。そして、これらの反射された音波は、受信アパーチャによって検出される。音波のトラベルの時間は、デバイス１２００の検出器１２４６によって得られ、アレイ１２２０からの様々な距離で、骨の構造が位置しているか否かを検出するために使用される。当業者に公知であるように、この動作モードはレーダーが動作する方法と類似する。
【００７８】
音波の波長および選択されたアパーチャは、送信および受信光線の形状を規定する。様々なアパーチャの大きさおよび光線の指向性は、本発明に従って形成され得る。図２５は、本発明の実施形態に従った、骨２４０２の骨のマップを得るために使用され得る実施例の光線の指向性を示す。他の光線も使用され得る。
【００７９】
図２６は、本発明の実施形態に従った、識別デバイス１２００が細動脈血流情報を得るために使用される方法を示す。動脈２６０２および毛細血管２６０４が指１７０２について示される。図２６において示されるように、細動脈血流はセンサアレイ１２２０の表面と平行である。
【００８０】
細動脈血流データは、デバイス１２００がドプラーシフトモードで動作している間に、該デバイス１２００から得られる。動脈２６０２の中を流れる赤血球から後方散乱されたドプラーシフト信号を受信するためには、センサアレイ１２２０の送信および受信の指向性光線パターンが、１つ以上のオーバーラップするボリューム２６０６を形成しなければならない。
【００８１】
図２７は、オーバーラップボリューム２６０６を形成する、本発明の実施形態に従った送信アパーチャ２６１０Ａおよび受信アパーチャ２６１０Ｂを示す。送信アパーチャ２６１０Ａおよび受信アパーチャ２６１０Ｂを作り出す１つのアプローチは、約６波長四方（例えば、３００ミクロンまたは一辺６要素）よりも小さく、かつ２波長ピッチ（６００ミクロン）の間隔をあけたアパーチャを作ることである。これらのアパーチャは、約３０度のサイドビームまたはグレーティングローブ（ｇｒａｔｉｎｇ  ｌｏｂｅ）を作り出し、細動脈血流の検出に適した深さのオーバーラップ領域２６０６を形成する。図２８は、本発明の実施形態に従った、そのようなアパーチャによって形成される送信および／または受信光線を示す。他のアパーチャも使用され得る。ここで本発明の説明を受けた当業者に公知であるように、グレーティングローブが作り出され得る角度は、アパーチャ間のピッチと生成される音波の波長との比によって制御される。
【００８２】
図２６および図２７に示されるように、アパーチャ２６１０Ａによって生成された音響エネルギは、動脈２６０２の中を流れる血球によって散乱され、アパーチャ２６１０Ｂで受信される。アパーチャ２６１０Ａを作り上げるアレイ１２２０の要素に提供される入力信号は、高電圧の連続波信号である。この入力信号は、ドプラーシフト検出器１２４８の基準信号として出力信号プロセッサ１２４０にも提供される。この入力または基準の信号は、ドプラーシフト情報を得るために、ドプラーシフト検出器によってアパーチャ２６１０Ｂから受信した出力信号と混合される。ドプラーシフト検出器１２４８をインプリメントする回路は、従来の技術分野であり、従ってここでは繰り返し説明されない。
【００８３】
図２９は、本発明の実施形態に従った、識別デバイス１２００が毛細血管血流情報を得るために使用される方法を示す。図２９において示されるように、毛細血管血流は、センサアレイ１２２０の表面に対して垂直な方向である。細動脈の流れから毛細血管の流れを分離するために、９つの要素（３ｘ３、１５０ミクロン四方）の多数のアパーチャが選択され得る。このアパーチャは非常に小さくかつ接近した感度領域を作り出し、その領域はセンサ１２２０の多くの部分で同時に反復され得る。アパーチャの感度は、複数のアパーチャのドプラー信号を合算することによって増大し得る。アパーチャの感度は、アレイ１２２０の表面に最も近い指１７０２の最初の０．５ミリメートルに集中される。図３０は、本発明の実施形態に従った、毛細血管血流を検出するために使用され得る送信および／または受信光線の指向性を示す。
【００８４】
血流を検出するためにデバイス１２００を使用するときに、パルス化ドプラーの実施形態を使用することは、同じアパーチャに送信と受信との両方の機能を実行させるという利点がある。さらに、受信信号をゲーティング（ｇａｔｉｎｇ）することによって、はっきりとしたサンプルボリュームから生じた後方散乱された情報だけが、血流パターンを得るために解析される。
【００８５】
図３１は、デバイス１２００を使用して生体測定データを得るより詳細な方法３１００のフローチャートである。方法３１００は、圧電フィルムセンサアレイを有するデバイス１２００の特定の実施形態を参照して説明される。
【００８６】
ステップ３１０２においては、デバイス１２００は起動され、圧電フィルムセンサアレイ１２２０は最初のピクセルまたは一群のピクセルを検出するために切り換えられる。コントローラ１２３０は、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂを指定された最初のピクセルまたは一群のピクセルに切り換える。一実施例においては、圧電フィルムセンサアレイ１２２０は５１２ｘ５１２のピクセルアレイである。マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂは、各々が、検出されるべき最初のピクセルまたは一群のピクセルの指定されたアドレスで特定のグリッドライン（導体）をアドレス、および／または選択するために使用される。
【００８７】
ステップ３１０４においては、入力信号が圧電フィルムセンサアレイ１２２０に加えられる。パルスは３０ＭＨＺの１サイクルで加えられる。発振器１２０４は、３０ＭＨＺの発振信号を生成する。マルチプレクサ１２２５Ａは、入力パルスを最初のピクセルまたは一群のピクセルに転送する。この入力信号はコントローラ１２３０および出力信号プロセッサ１２４０にも送信される。
【００８８】
ステップ３１０６においては、出力信号が圧電フィルムセンサアレイ１２２０から得られる。出力信号プロセッサ１２４０は、ピクセルの信号を検出する前に数サイクルの間待つ。例えば、入力信号ジェネレータ１２０２から送信された信号に応答して、出力信号プロセッサ１２４０は、入力パルスがピクセル（または一群のピクセル）に与えられた後数サイクルの間待つ。ステップ３１０８においては、待ちが終わったときに、電圧が、例えば電圧検出器１２４４を使用して評価される。
【００８９】
例えば、３０ＭＨＺの１サイクルは約３３ナノ秒に対応する。待ちは約５サイクル、つまり約１５０ナノ秒であり得る。他の待ち時間（例えばより多いまたはより少ない期間）が、発振器の周波数および／または他の設計考慮に依存して使用され得る。この待ちは、指紋の隆線の存在によって、上述のようにピクセルでの与えられた電気的パルスに応答してリングダウン（ｒｉｎｇ  ｄｏｗｎ）発振が誘起されることを可能とする。
【００９０】
ステップ３１０８においては、フィルタをかけられた電圧が出力信号プロセッサ１２４０によって評価され、検出された電圧を表すグレースケールまたはバイナリのピクセル値が出力される（ステップ３１１０）。フィルタ回路（不図示）は、出力電圧をフィルタすることによって約３０ＭＨｚの周波数を中心とする通過帯域における出力電圧信号を検出する、帯域通過フィルタである。グレースケールまたはバイナリのピクセル値は、画像メモリ１２７０における格納のためにメモリコントローラ１２６０に出力される。一実施例においては、出力グレースケールまたはバイナリのピクセル値は、検出されたピクセルと対応する画像メモリ１２７０のアドレスに格納される。
【００９１】
ステップ３１１２においては、走査が完了したか否かを決定するためにチェックが為される。言い換えると、５００ｘ４００のセンサアレイ１２２０の各ピクセルが、走査され、対応する出力値が画像メモリ１２７０に格納され蓄積されたか否かを決定するために、チェックが為される。走査が完了した場合には、そのときルーチンは終了する。それから、例えば指紋画像がうまく獲得されたということを示すために、信号または指示が生成され、デバイス１２００から出力され得る。走査が完了していない場合には、その後、圧電フィルムセンサアレイ１２２０は、次のピクセルまたは次の一群のピクセルを検出するように切り換えられる（ステップ３１１４）。制御は、次のピクセルまたは次の一群のピクセルでステップ３１０４から３１１２を実行するために戻る。
【００９２】
上述のように、圧電フィルムセンサアレイ１２２０は、マルチプレクサ１２２５によって切り換えられることによって単一のピクセルまたは一群のピクセルでの電圧を検出し得る。一般的には、ピクセルを走査する任意のパターンが使用され得る。たとえば、ピクセルのラスター走査が実行され得る。ピクセルは行ごとにまたは列ごとに走査され得る。
【００９３】
一好適な実施形態においては、複数の群のピクセルが所与の瞬間に読み出されるときに、一群のピクセルにおける各ピクセルが所定の距離だけ離される。この方法においては、隣接するピクセルにおけるリングダウン発振による邪魔な影響は、最小化されるかまたは回避される。一実施例においては、所与のサイクルで検出されるピクセルは、少なくとも８ピクセルの最小距離だけ離される。この方法においては、隣接するピクセルとの間でのあらゆるリングダウン発振はかなり減衰する。
【００９４】
（ＩＶ．本発明の実施例アプリケーション）
（Ａ．生体測定捕捉デバイス）
図３２は、本発明の実施形態に従った生体測定デバイス３２０２を示す。デバイス３２０２は本発明に従ったセンサアレイ３２０４を有する。デバイス３２０２は、本発明に従った指紋データを得て格納するためにとくに適合される。デバイス３２０２は、例えば警察の職員によって使用されることを意図されている。
【００９５】
（Ｂ．モバイル生体測定捕捉デバイス）
図３３は、本発明の実施形態に従ったモバイル生体測定デバイス３３００を示す。デバイス３３００は、デバイスの一端に本発明に従ったセンサアレイ３３０２を、反対の端にハンドル３３０６を有する。デバイスの回路網はデバイスの一部分３３０４に配置されている。デバイス３３００はバッテリで動作する。デバイス３３００はまた、例えば警察の職員によって使用されることを意図されている。
【００９６】
（Ｃ．無線トランシーバ生体測定デバイス）
図３４は、本発明の実施形態に従った無線トランシーバ生体測定デバイス３４００を示す。デバイス３４００は一般大衆によって、例えば電子署名デバイスとして使用されることを意図されている。デバイス３４００は、本発明に従った、指紋のような生体測定データを得るセンサ３４０２を有している。ユーザに対する通信情報のための３つの表示灯３４０４を有するデバイス３４００が示されている。
【００９７】
図３５は、無線トランシーバ生体測定デバイス３４００のより詳細な図を示す。図３５で示されるように、センサ３４０２はバッテリ３５０４によって電力供給される。デバイス３４００は、他のデバイスに情報を送信し、他のデバイスから情報を受信するために使用され得るアンテナ３５０２を有する。デバイス３４００は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ無線技術と互換性のあるように作られ得る。キーリング３５０６がデバイス３４００に付け加えられ得る。図３６および図３７によって示されるように、デバイス３４００は多くの可能な用途を有する。
【００９８】
（Ｄ．電子販売および／または取引）
図３６は、電子販売取引を完結するための無線トランシーバ生体測定デバイス３４００の使用を示す。取引のステップ１においては、デバイス３４００は、購買を欲する個人の指紋を得るために使用される。次に、デバイス３４００はキャッシュレジスタ３６０２に結合されたデバイスに指紋を送信（ステップ２）し、キャッシュレジスタ３６０２は、指紋を第三者確認サービス３６０４に指紋を送信する（ステップ３）。第三者確認サービスは、受信した指紋をデータベースに格納された指紋データと照合することによって、購買人の身元を確認するために受信した指紋を使用する（ステップ４）。購買人の身元は、その後キャッシュレジスタ３６０２（ステップ５）およびクレジットカードサービス３６０６に送信され得る（ステップ６）。クレジットカードサービスは、第三者確認サービスからのデータを使用することによって、キャッスレジスタ３６０２から受信した販売情報を承認し（ステップ７）、かつクレジットカードの認可されない利用を防ぐ。いったんキャッシュレジスタ３６０２が、購買人の身元の確認と購買人がクレジットカードサービスを使用することを認可されているという確認とを受信すると、キャッスレジスタ３６０２は、デバイス３４００に、クレジットカードの番号を送信するように通知し得る（ステップ８）。その後、キャッシュレジスタ３６０２は、クレジットカードの番号をクレジットカードサービス３６０６に送信し得（ステップ９）、その後、クレジットカードサービス３６０６は、販売人の銀行口座に送金することによって販売取引を完結させる（ステップ１０）。これらのステップは、デバイス３４００が電子署名デバイスとして使用され得る方法の例示であって、本発明を限定することを意図されたものではない。
【００９９】
（Ｅ．他の無線トランシーバ生体測定デバイスのアプリケーション）
図３７は、無線トランシーバ生体測定デバイス３４００がうまく適応される他のアプリケーションを示す。例えば、デバイス３４００は、建物のアクセス制御、法の執行、電子商取引、金融取引のセキュリティ、従業員の時間および出勤のトラッキング、法律、人事および／または医療記録へのアクセス制御、輸送のセキュリティ、ｅメール署名、クレジットカードおよびＡＴＭカードの使用制御、ファイルのセキュリティ、コンピュータネットワークのセキュリティ、警報制御、ならびに個人の識別、認証および確認のために使用され得る。これらは、特にデバイス３４００、一般的には本発明の多くの有用なアプリケーションのうちのごくわずかである。デバイス３４００および本発明についてのさらなるアプリケーションは、ここでの本発明の説明を受けた当業者には明らかである。
【０１００】
（Ｆ．パーソナルエリアネットワークのアプリケーション）
ここで説明されるように、本発明の実施形態は、パーソナルエリアネットワークの一部として他のデバイスと互いに交流し合うことが可能である。図３８は、本発明に従った無線トランシーバ生体測定デバイス３８００の一実施形態を示す。デバイス３８００は、上述のデバイス１２００と類似する生体測定デバイス、ＤＳＰチップ３８０２、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨチップ３８０４、ディスプレイ３８０６、およびバッテリ３８０８を備えている。上述のように、デバイス１２００は本発明に従った圧電セラミックセンサアレイ７００および４つのマルチプレクサ１２２５を有する。
【０１０１】
生体測定デバイス１２００は、ＤＳＰ３８０２に結合される。ＤＳＰ３８０２はデバイス１２００を制御し、生体測定データを格納する。ＤＳＰ３８０２はデータを送信および受信するためのＢＬＵＥＴＯＯＴＨチップ３８０４にも結合される。ディスプレイ３８０６は、デバイス３８００のユーザに情報を通信するために使用される。デバイス３８００はバッテリ３８０８によって電力供給される。当業者に公知であるように、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨは短距離無線通信技術についてのプロトコルとハードウェアとを規律する取り決めである。本発明はＢＬＵＥＴＯＯＴＨ技術だけをインプリメントすることに限定されない。他の無線プロトコルおよびハードウェアも使用され得る。
【０１０２】
無線トランシーバ生体測定デバイス３８００は、個人がデバイス３８００の３０フィート内にある互換性のあるデバイスと通信し合うことを可能とする。デバイス３８００は、例えば電話、セルフォン、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ガソリンポンプ、キャッシュレジスタ、現金自動預け払い機、ドアの錠、自動車などと接続し得る。デバイス３８００はパーソナルエリアネットワーク内の任意の互換性のあるデバイスと接続し、情報またはデータを交換し得るので、デバイス３８００は標準化された安全な識別または承認トークンを、任意のデバイス、またはそれを必要もしくは要求する任意のプロセスもしくはトランザクションに供給し得る。
【０１０３】
（Ｇ．パブリックサービス層のアプリケーション）
本発明は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨスタックの上位である「パブリックサービス層」（ＰＳＬ）を提供する。ＰＳＬは、互いに伝達可能に結合されたＢＬＵＥＴＯＯＴＨデバイスの識別とアクセス制御とを合理化する。実施形態においては、ＰＳＬ層は指紋スキャナによって提供された指紋の生体測定信号に基づいて承認と識別とをサポートする。一実施例においては、無線トランシーバ生体測定デバイス３８００は、指紋の生体測定信号を提供するためのＢＬＵＥＴＯＯＴＨスタックを含むＢＬＵＥＴＯＯＴＨモジュールを用いて使用され得る。たとえば、Ｊｅｎｎｉｆｅｒ  ＢｒａｙおよびＣｈａｒｌｅｓ  Ｓｔｕｒｍａｎ「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｃｏｎｎｅｃｔ  ｗｉｔｈｏｕｔ  Ｃａｂｌｅｓ」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，Ｕｐｐｅｒ  Ｓａｄｄｌｅ  Ｒｉｖｅｒ，ＮＪ２００１（書全体が本明細書で参考として援用される）、およびＢｒｅｎｔ  ＭｉｌｌｅｒおよびＣｈａｔｓｃｈｉｋ  Ｂｉｓｄｉｋｉａｎ「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  Ｒｅｖｅａｌｅｄ」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，Ｕｐｐｅｒ  Ｓａｄｄｌｅ  Ｒｉｖｅｒ，ＮＪ２００１（書全体が本明細書で参考として援用される）によるＢＬＵＥＴＯＯＴＨモジュール、プロトコルスタック、および規格準拠デバイスの記述を参照されたい。
【０１０４】
実施形態においては、ＰＳＬ層の機能性はプロトコル（仕様とも呼ばれる）によって規定される。ＰＳＬ層はピコネット（ｐｉｃｏｎｅｔ）中のデバイスからの単純なリクエストを、所定の形式内での能力および能力のレベルによって解釈し、応答を返す。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨアプリケーションのベンダーは、本発明のＰＳＬ層にサービスを追加することによって彼らの製品の特徴を向上させ得る。
【０１０５】
ＰＳＬ層は、ＰＳＬリクエストが、デバイスがサポートする機能グループのうちの１つをリクエストするブロードキャストであるうちは、デバイスの正常な機能に対し大抵の場合は透明に作用する。１つの最小レベルのサポートは、散乱するネットを広げた手掛かりの中に、満足されないリクエストを再ブロードキャストすることにより、リクエストされた機能を有するデバイスが最終的に見つかるようにする。このようにして、リクエストするデバイスの範囲の外にある他のデバイスがコンタクトされることによってＰＳＬリクエストを満足させ得る。
【０１０６】
図３９は、本発明に従ったＢＬＵＥＴＯＯＴＨデバイス３９１０、３９２０を結合する実施例のピコネット３９００の図である。デバイスＢＬＵＥＴＯＯＴＨは、パブリックサービス層およびＢＬＵＥＴＯＯＴＨスタックまたはチップセットを有する指紋スキャナである。パブリックサービス層は承認と識別とをサポートし得る。デバイス３９２０は任意のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ電気器具である。デバイス３９２０は、ＰＳＬ層およびＢＬＵＥＴＯＯＴＨスタックまたはチップセットを含む。ピコネット３９００は、ピコネットの領域内の、スキャタネット（ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ）内の、または他の通信リンクを介してピコネットに結合された、任意の数のＢＬＵＥＴＯＯＴＨデバイスを含み得る。
【０１０７】
タスクを完結することは、一群の分散されたＢＬＵＥＴＯＯＴＨ電気器具の間で一斉に実行されるべき多くの機能をリクエストし得る。ユーザは、タスクにおける全ての機能をカバーするために、十分な電気器具を購入しインストールしなければならない。電気器具がユーザの間で共有されるとき、およびマルチユースを提供する一部の場合において、ＰＳＬスキームは有効であり費用の節約を可能とする。
【０１０８】
ＰＳＬ層の一実施例の動作は、物理的なアクセス制御である。無線トランシーバ生体測定デバイス３９２０のＰＳＬ層は、１つ以上のリクエストアクセス信号を送信またはブロードキャストする。ＰＳＬ層におけるそのようなリクエストアクセス信号は、抽出／照合／アクセスのリクエスト、およびＢＬＵＥＴＯＯＴＨを経由した安全な境界線の外からの検出された指紋を表すデータを含み得る。安全な領域の内側の、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨを有するデスクトップＰＣにおけるＰＳＬ層は、無線トランシーバ生体測定デバイス３９２０から抽出／照合／アクセスのためにリクエストを受信し、指紋データをサーバ内に格納され得る人事データベースと照合し、アクセス許可をドアに送信する。それから、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨドア錠が開き、タスクが完了する。
【０１０９】
他の目的のために使用されるデスクトップＰＣを、アクセス制御、時間および出勤、人事トラッキング、およびセキュリティの機能を実行することに使用することにより、節約が例示される。ＰＣと無線トランシーバ生体測定デバイス３８００は他のタスクのために使用されるので、唯一専用のハードウェアはＢＬＵＥＴＯＯＴＨドア錠である。導入費用は最小であり、記録の保管およびデータベース管理の便利さも最小である。このタスクに含まれる３つの電気器具は、ＰＳＬ標準にただ通じている様々なベンダーから購入され得る。指紋の抽出／照合／アクセスの機能は、パターン的、詳細的、ローカル的、もしくはセントラル的であり得、またはドア錠または無線トランシーバ生体測定デバイス３８００に影響を与えることなく、より大きな安全性の確保および利便性などのために、任意の時に変更されることすらあり得る。必要に応じて、例えば照明、エアコンディショナ、電話をオンにするまたはオフにするなどの全てがこのタスクに追加され得る。
【０１１０】
節約における別の利点は陳腐化である。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨドア錠、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨエアコンディショナ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ煙検出器、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ照明などを取り付けられた建物は、導入費用なしで生体測定制御を用いてアップグレードされ得る。
【０１１１】
煙探知器および照明器具のような電気器具は、警報装置として作用し得、ピコネットを、公園、庭園、および駐車場におけるギャップを埋めるスキャタネットに広げ、遠隔エリアにある門にセキュリティの機能性を付加し得る。
【０１１２】
電話が緊急のコードを受信した場合に９１１にダイヤル可能であるということを意味するＢＬＵＥＴＯＯＴＨ  ＰＳＬ機能性によって、電話が販売促進され得る。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ  ＰＳＬは、個人の緊急サービスのための特定の番号にダイヤルするようにプログラムされるべき機能性を意味し得る。
【０１１３】
誤った警報がトラッキングされ最小化されるように、ＦＩＦＯ中にイベントを記録するプロトコルが定義され得る。
【０１１４】
一実施形態においては、ＰＳＬ仕様は、以下の識別される要素を有する。
【０１１５】
デシマルファイリングシステムが含まれる。リクエストは機能に対してブロードキャストされ、その機能はリクエストの中の小数点以下の桁数と同じくらい明確であり得る。このようにして、製造者は、デバイスが期待通りに利用可能な場合には彼の一群のデバイスにおけるタスクを保持し得る。リクエストがリクエストされた正確な機能番号（ＦＮ）でサービスされない場合には、スキャタネットにおける次の最も近いＦＮが使用される。ＦＮのクラスタが開発領域の周りで使用される。
【０１１６】
例えば、照明器具は５５１．２６３のＦＮを有し得、それは、５００が設備効用、５５０が照明、５５１がプラグイン、５５１．２がテーブルランプ、５５１．２６がハロゲン低電圧、５５１．２６３が人または会社による製造を示す（これだけに限定するものではない）。５５１．２６３をターンオンするこの特定の機能リクエストは、壁のネオン５５７．７８９によってサービスされ得るが、それは、壁のネオンがその時に利用可能なすべてであって、かつ５５Ｘ照明のグループに限定されるとはいえ、数値的に最も近い数字だからである。ＦＮ５５１．２６はＰＳＬの中で規定され得、これ以下の桁は製造者の使用のためであり登録され得る。このようにして、照明製造者は、ビジュアル効果を調整するＰＣのためのソフトウェアを供給し得る。
【０１１７】
リクエストデバイスまたはＰＳＬマネジャ（ピコネットマスタデバイス）は、リクエストと機能とを適合させるために、スキャタネットにおいて調停し得る。
【０１１８】
ＰＳＬは機能が配置される方法の構造も規定し得る。ＦＮは最小の努力でドア錠のベンダーと交渉することを可能とする。無線トランシーバ生体測定デバイス３８００が重要な役割を果たし得る場合には、ＰＳＬは他の電気器具の製造者に、タスクのインプリメンテーションに対する洞察力を与える。
【０１１９】
一実施例においては、ＰＳＬにおける機能番号はリクエストおよび機能の適合性のために組分けされる：
１００  緊急性
２００  通信
３００  安全性
４００  位置
５００  設備および有用性
６００  娯楽
７００  計算および情報
８００  輸送
９００  他
サブ機能グループは一実施例において以下のように規定される：
２１０  インターネット接続（ローカルＤＢへの信用証明物の転送）
３１０  ＰＩＮによる個人の識別
３１１  署名による個人の識別
３１２  指紋による個人の識別
３１３  声による個人の識別
３１４  顔による個人の識別
３１５  目による個人の識別
３４２  指紋の特徴抽出照合
５２０  ドア錠
５５０  照明
。
【０１２０】
リクエストおよびイベントもＰＳＬ仕様において使用され得る。
【０１２１】
Ｏｆｆ／ＯＮ／Ｍｏｒｅ／Ｌｅｓｓは普遍的なリクエストである。ユーザ特定のリクエストは仕様にはないであろう。ＡＣＫ，ＮＡＣのようなイベントもＰＳＬ仕様に追加され得る。
【０１２２】
プロトコルまたはリクエストおよび確認応答の構造は、以下のブロードキャストされる特徴をパケットの中に含む。
（ａ）ＰＳＬは、このパケットがＰＳＬ機能リクエストであるということを示す。
（ｂ）ＦＵＮＣＴＩＯＮ  ＮＵＭＢＥＲは、リクエストされる機能を示す。
（ｃ）ＲＥＱＵＥは、実行されるべき動作を示す（ｏｆｆ／ｏｎ、ｌｏｃｋ／ｕｎｌｏｃｋ）。
（ｄ）ＫＥＹＳは、パケットの権利を認証する。
（ｅ）適用可能である場合のＰＡＹＬＯＡＤデータ。
【０１２３】
ＰＳＬ仕様は、暗号化、エラーチェックなどのＢＬＵＥＴＯＯＴＨ構造を繰り返すことは可能であるが、そうする必要はない。
【０１２４】
以下の一連の実施例は、さまざまな現実のアプリケーションにおけるＰＳＬ層を示す役割を果たす。
【０１２５】
助けて、私は倒れて起き上がれない。
ａ）私が、私のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ警報ボタンを押し、緊急サービスがリクエストされる。
ｂ）スキャタネット内のＰＣが、ワールドワイドウェブに接続し、契約しているサービスサプライヤへのコールを実行する（レベル１（好適レベル）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨサービス）か、または追加してもしくはコールが失敗したときに次のレベルが発生する。
ｃ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨを有する電話が、９１１もしくはサービスプロバイダに記録されたメッセージを用いてコールする（レベル２ＢＬＵＥＴＯＯＴＨサービス）か、または失敗したときに、次のレベルが発生する。
ｄ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨを有する火災警報器が活性化する（レベル３、非好適であるが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨサービス）か、または失敗したときに、次のレベルが発生する。
ｅ）煙検出器が、注意を引くことを期待してそのオーディオ警報器を活性化する（レベル４、非好適であるが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨサービス）。
ｆ）スキャタネット内の自動車が、その警笛を活性化し、そのライトをフラッシュすることによって人に緊急状態を警告する（レベル５、非好適であるが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨサービス）。
【０１２６】
私は私のオフィスにアクセスしたい。
ａ）私が、私の無線トランシーバ生体測定デバイス３８００を押す。
ｂ）無線トランシーバ生体測定デバイス３８００が、リクエストし、オフィス内のサーバに接続されたＢＬＵＥＴＯＯＴＨを有するＰＣからの指紋識別機能と交渉する。
ｃ）それから、サーバが、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨを有するドア錠が開けられることを承認する。
【０１２７】
私は飛行場を通過したい。
ａ）評判の良くないＩＤを有するキオスクを介してのバゲージチェックイン
ｂ）キオスクでのＩＤを用いた座席割り当ておよびゲートパス
ｃ）ＩＤを用いたバゲージクレーム
テレビ番組が、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨのＴＶにブロードキャストし、該ＢＬＵＥＴＯＯＴＨのＴＶが１３日の金曜日の将来バージョンをアシストするようにＢＬＵＥＴＯＯＴＨの家に効果を追加し得る。
【０１２８】
私はかなり大きな取引を信用取引で行いたい。
ａ）私が、無線トランシーバ生体測定デバイス３８００によって、私の身元を私のＰＣに証明する。
ｂ）ＰＣが、取引確認の記録のために追加のＧＰＳ位置をリクエストする。
【０１２９】
他の実施例の使用が、ここでの本発明の説明を受けた当業者には明らかである。本発明に従ったパブリックサービス層は、任意のタイプの指紋スキャナを含む任意の無線トランシーバ生体測定デバイスを用いて使用され得る。たとえば、使用され得る指紋スキャナは、それらに限定するものではないが、シリコンベースの指紋スキャナ、光指紋スキャナ、圧電性指紋スキャナ、圧電フィルムスキャナ、および圧電セラミック指紋スキャナを含む。
【０１３０】
（結論）
本発明の様々な実施形態が上で記述されたが、それらは実施例の目的で提示されただけであり、限定を目的としたものではないことが理解されるべきである。形式および詳細における様々な変化が、特許請求の範囲に規定されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなくその中でなされ得るということが当業者には理解される。従って、本発明の広さおよび範囲は、上述の例示的な実施形態のどれによっても限定されず、特許請求の範囲とその均等物に従ってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】図１は本発明の実施形態に従った圧電性識別デバイスを示す。
【図２】図２は本発明の実施形態に従った圧電性要素を示す。
【図３】図３は本発明の実施形態に従った一行の圧電性要素を示す。
【図４】図４は本発明の実施形態に従った並べられた長方形の圧電性要素を示す。
【図５】図５は本発明の実施形態に従った並べられた円形の圧電性要素を示す。
【図６】図６は本発明の実施形態に従った、要素の間に充填材料を有する一行の長方形の圧電性要素を示す。
【図７Ａ】図７Ａは本発明の実施形態に従ったセンサアレイを示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは本発明の実施形態に従ったセンサアレイを示す。
【図８】図８は図７Ａのセンサアレイのより詳しい図を示す。
【図９】図９は図８のセンサアレイが用途特定集積回路に接続される方法を示す。
【図１０】図１０は本発明の実施形態に従ったマルチプレクサにセンサアレイを接続する方法を示す。
【図１１】図１１は本発明の実施形態に従った識別デバイスを示す。
【図１２】図１２は本発明の実施形態に従った識別デバイスの回路構成要素を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは本発明の実施形態に従って、入力信号を図１２のセンサアレイに印加し、センサアレイから出力信号を受信する方法を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは本発明の実施形態に従った図１３Ａのスイッチを制御する方法を示す。
【図１４】図１４は本発明の実施形態に従った一実施例の電圧感知回路を示す。
【図１５】図１５は本発明の実施形態に従ったセンサアレイにおけるクロストークを最小化する方法を示す。
【図１６】図１６は本発明の実施形態に従った方法のフローチャートを示す。
【図１７】図１７は本発明の実施形態に従った、生体測定情報を得るための識別デバイスの使用を示す。
【図１８】図１８は本発明の実施形態に従った識別デバイスのウェイクアップ回路を示す。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態に従って指紋の谷によって負荷が与えられた圧電要素のインピーダンスを示す。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態に従って指紋の隆線よって負荷が与えられた圧電要素のインピーダンスを示す。
【図２１】図２１は本発明の実施形態に従ったセンサアレイ入力信号を示す。
【図２２】図２２は本発明の実施形態に従ったセンサアレイ出力信号を示す。
【図２３】図２３は本発明の実施形態に従って、生体測定情報を得るために識別デバイスが使用される方法を示す。
【図２４】図２４は本発明の実施形態に従って、骨のマップを得るために識別デバイスが使用される方法を示す。
【図２５】図２５は本発明の実施形態に従った送信および／または受信光線の指向性を示す。
【図２６】図２６は本発明の実施形態に従って、動脈血流情報を得るために識別デバイスが使用される方法を示す。
【図２７】図２７は本発明の実施形態に従った送信光線の指向性および受信光線の指向性を示す。
【図２８】図２８は本発明の実施形態に従った送信および／または受信光線の指向性を示す。
【図２９】図２９は本発明の実施形態に従って、毛細血管血流情報を得るために識別デバイスが使用される方法を示す。
【図３０】図３０は本発明の実施形態に従った送信および／または受信光線の指向性を示す。
【図３１】図３１は本発明の実施形態に従った方法のフローチャートを示す。
【図３２】図３２は本発明の実施形態に従った生体測定デバイスを示す。
【図３３】図３３は本発明の実施形態に従ったモバイル生体測定デバイスを示す。
【図３４】図３４は本発明の実施形態に従った無線トランシーバ生体測定デバイスを示す。
【図３５】図３５は図３４の無線トランシーバ生体測定デバイスのより詳細な図を示す。
【図３６】図３６は電子販売取引を完結させるための図３４の無線トランシーバ生体測定デバイスの使用を示す。
【図３７】図３７は図３４の無線トランシーバ生体測定デバイスの様々なアプリケーションを示す。
【図３８】図３８は本発明の実施形態に従った無線トランシーバ生体測定デバイスを示す。
【図３９】図３９はパブリックサービス層でＢＬＵＥＴＯＯＴＨデバイスを結合する実施例のピコネットの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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