(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信するように構成された超音波送信機と、
前記超音波の反射波を受信するように構成された圧電受信機層と、
前記超音波送信機および前記圧電受信機層を保護するように構成されたプラテン層と、
前記プラテン層の音響インピーダンスを指の隆線の音響インピーダンスと整合させるように構成された第１の整合層であって、前記指の隆線の音響インピーダンスと前記プラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有する第１の整合層と、
前記反射波を使用して前記指を検出するように構成された超音波センサアレイと、
ハプティックデバイスとを備え、
前記超音波センサアレイおよび前記ハプティックデバイスが互いに機械的に結合され、前記超音波センサアレイおよび前記ハプティックデバイスがハプティックフィードバックを与えるように構成されている、超音波ボタン。
【請求項２】
前記プラテン層の音響インピーダンスを前記圧電受信機層の音響インピーダンスと整合させるように構成された第２の整合層をさらに備え、前記第２の整合層が、前記圧電受信機層の音響インピーダンスと前記プラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有する、請求項１に記載の超音波ボタン。
【請求項３】
前記超音波センサアレイが、ＴＦＴベースのセンサアレイまたはシリコンベースのセンサアレイを備える、請求項１に記載の超音波ボタン。
【請求項４】
前記超音波センサアレイが、ユーザを認証するために、前記反射波を使用して前記指の指紋画像情報を生成するように構成され、前記指紋画像情報が、登録、認証、認証されたユーザへの処方された薬剤の送達、またはボタン機能の実行に使用される、請求項３に記載の超音波ボタン。
【請求項５】
前記超音波ボタンに加えられている力を検出するように構成された電気機械スイッチをさらに備え、前記超音波センサアレイおよび前記電気機械スイッチが互いに機械的に結合され、前記超音波センサアレイおよび前記電気機械スイッチが、少なくとも一つのユーザインターフェースを提供するように構成されている、請求項１に記載の超音波ボタン。
【請求項６】
容量感知リングをさらに備え、前記容量感知リングが前記プラテン層の溝の中に配置され、前記超音波センサアレイおよび前記容量感知リングが互いに通信可能に結合され、前記超音波センサアレイおよび前記容量感知リングが、少なくとも一つのユーザインターフェースを提供するように構成されている、請求項１に記載の超音波ボタン。
【請求項７】
前記プラテン層が、ユーザに前記超音波ボタンのロケーションを示すように構成された外部凹みポケット、前記超音波センサアレイのための空間を設けるように構成された内部凹みポケット、前記プラテン層内の切欠き、前記プラテン層内の凹み肩領域を有する切欠き、またはそれらの組合せをさらに備える、請求項１に記載の超音波ボタン。
【請求項８】
前記プラテン層が、サファイア、ゴリラガラス、アルミニウム、ステンレス鋼、金属合金、ポリカーボネート、ポリマー材料、および金属充填プラスチックのうちの少なくとも一つから作られている、請求項１に記載の超音波ボタン。
【請求項９】
前記第１の整合層または前記第２の整合層が、充填剤を有するエポキシベースのハードコーティング、充填剤を有するアクリルベースのハードコーティング、ガラスを有するエポキシベースのハードコーティング、ガラスを有するアクリルベースのハードコーティング、およびガラス層のうちの少なくとも一つから作られている、請求項２に記載の超音波ボタン。
【請求項１０】
超音波送信機と、圧電受信機層と、超音波センサアレイとを備える超音波ボタンを使用して指を検出する方法であって、
プラテン層および第１の整合層を通過する超音波を前記超音波送信機から送信するステップと、
前記第１の整合層において前記プラテン層の音響インピーダンスを前記指の隆線の音響インピーダンスと整合させるステップであって、前記第１の整合層が、前記指の隆線の音響インピーダンスと前記プラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有する、ステップと、
前記プラテン層および前記第１の整合層を通過する前記超音波の反射波を前記圧電受信機層において受信するステップと、
前記超音波センサアレイを使用して、前記反射波に基づいて前記指を検出するステップと、
互いに機械的に結合されている前記超音波センサアレイおよびハプティックデバイスを用いて、前記指にハプティックフィードバックを与えるステップとを備える方法。
【請求項１１】
第２の整合層において前記プラテン層の音響インピーダンスを前記圧電受信機層の音響インピーダンスと整合させるステップをさらに備え、前記第２の整合層が、前記圧電受信機層の音響インピーダンスと前記プラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記超音波センサアレイが、ＴＦＴベースのセンサアレイまたはシリコンベースのセンサアレイを備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記超音波センサアレイにおいてユーザを認証するために、前記反射波を使用して前記指の指紋画像情報を生成するステップと、
前記指紋画像情報を、登録、認証、認証されたユーザへの処方された薬剤の送達、またはボタン機能の実行に使用するステップとをさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記超音波ボタンが、前記超音波ボタンに加えられている力を検出するように構成された電気機械スイッチをさらに備え、前記超音波センサアレイおよび前記電気機械スイッチが互いに機械的に結合され、前記超音波センサアレイおよび前記電気機械スイッチが、少なくとも一つのユーザインターフェースを提供するように構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記超音波ボタンが容量感知リングをさらに備え、前記容量感知リングが前記プラテン層の溝の中に配置され、前記超音波センサアレイおよび前記容量感知リングが互いに通信可能に結合され、前記超音波センサアレイおよび前記容量感知リングが、少なくとも一つのユーザインターフェースを提供するように構成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
プラテン層および第１の整合層を通過する超音波を送信するための手段と、
前記プラテン層の音響インピーダンスを指の隆線の音響インピーダンスと整合させるための手段と、
前記プラテン層および前記第１の整合層を通過する前記超音波の反射波を受信するための手段と、
前記反射波に基づいて前記指を検出するための手段と、
前記指にハプティックフィードバックを与えるための手段とを備え、
前記第１の整合層が、前記指の隆線の音響インピーダンスと前記プラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有し、
前記超音波の反射を受信するための手段および前記指にハプティックフィードバックを与えるための手段が互いに機械的に結合されている、超音波ボタン。
【請求項１７】
前記プラテン層の音響インピーダンスを圧電受信機層の音響インピーダンスと整合させるための手段をさらに備える請求項１６に記載の超音波ボタン。
【請求項１８】
ユーザを認証するために、前記反射波を使用して前記指の指紋画像情報を生成するための手段と、
前記指紋画像情報を、登録、認証、認証されたユーザへの処方された薬剤の送達、またはボタン機能の実行に使用するための手段とをさらに備える請求項１６に記載の超音波ボタン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年２月２３日に出願された米国仮出願第６１／９４３３７９号「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｂｕｔｔｏｎ」に対して米国特許法１１９条（ｅ）に基づく優先権の利益を主張する、２０１５年２月２０日に出願された米国特許出願第１４／６２８２１１号「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｎｇ  Ｂｕｔｔｏｎ」に対する優先権の利益を主張する。前述の両米国出願は、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ている。
【０００２】
本開示は、ユーザインターフェースの分野に関する。特に、本開示は、超音波ボタンおよびそれを使用するための方法の実施形態に関する。
【背景技術】
【０００３】
モバイルデバイスの使用および用途が広がるにつれて、ユーザ認証はますます重要になってきた。ますます多くの量の個人情報が、モバイルデバイスに記憶されるかまたはモバイルデバイスによってアクセス可能になっている。その上、モバイルデバイスは、買い物をするため、および他の商取引を実行するためにますます使用されている。既存の認証方法は、一般的にパスワードまたはパスコードの使用を伴い、それらを、正当なユーザが忘れることがあり、または無認可の人が使用することがある。そのようなデバイスのユーザは、高速、正確、セキュアで、使いやすく、かつバッテリー寿命をあまり消費しないデバイスインターフェースを好む。
【０００４】
モバイルフォン、タブレットコンピュータおよびウェアラブルデバイスなどのモバイルデバイスでは、機械的頑強さおよび信頼性を改善するために、モバイルデバイスのディスプレイおよびタッチインターフェースを固い材料で保護することが望ましいことが多い。しかしながら、タッチ検出または指紋検出用に超音波センサアレイを用いる場合、固いプラテン材料の音響インピーダンスは、指の隆線および谷と比較してずっと高いので、固いプラテン材料は、指の隆線と谷との間の差動音響信号に悪影響を与えることがある。プラテンと指との間の高い音響インピーダンス不整合によって、指の組織と空気の両方が、音響エネルギーの大部分をセンサアレイに向かって後方に反射する。加えて、固いプラテン材料と、いくつかの超音波センサアレイ中で使用されるポリマー圧電層との間には、かなりの不整合が存在することがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、固いカバー層材料を使用すること、およびモバイルデバイスの機能をユーザが認証して活性化するためのワンステップユーザインターフェースを提供することを、モバイルデバイスが行うことを可能にするために、超音波センサの信号レベルを改善することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
超音波ボタンおよび超音波ボタンを使用するための方法の実施形態を開示する。一実施形態では、超音波ボタンは、超音波を送信するように構成された超音波送信機と、超音波の反射波を受信するように構成された圧電受信機層と、超音波送信機および圧電受信機層を保護するように構成されたプラテン層と、プラテン層の音響インピーダンスを指の隆線の音響インピーダンスと整合させるように構成された第１の整合層と、反射波を使用して指を検出するように構成された超音波センサアレイとを含み得る。
【０００７】
本開示の態様によれば、第１の整合層は、指の隆線の音響インピーダンスとプラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有し得る。プラテン層の厚さおよび第１の整合層の厚さは、反射波の信号強度に少なくとも部分的に基づいて選択され得る。
【０００８】
いくつかの実装形態では、プラテン層の厚さは、超音波の半波長の倍数に略等しくてよく、第１の整合層の厚さは、超音波の１／４波長に略等しくてよい。
【０００９】
超音波ボタンは、プラテン層の音響インピーダンスを圧電受信機層の音響インピーダンスと整合させるように構成された第２の整合層をさらに含み得、第２の整合層は、圧電受信機層の音響インピーダンスとプラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有し得る。
【００１０】
いくつかの実装形態では、プラテン層の厚さおよび第２の整合層の厚さは、反射波の信号強度に少なくとも部分的に基づいて選択され得る。プラテン層の厚さは、超音波の半波長の倍数に略等しくてよく、第２の整合層の厚さは、超音波の１／４波長に略等しくてよい。超音波センサアレイは、ＴＦＴベースのセンサアレイまたはシリコンベースのセンサアレイを含み得る。
【００１１】
本開示の態様によれば、超音波センサアレイは、ユーザを認証するために反射波を使用して指の指紋画像情報を生成するように構成され得、指紋画像情報は、登録、認証、認証されたユーザへの処方された薬剤の送達、またはボタン機能の実行に使用され得る。
【００１２】
いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、超音波ボタンに力が加えられることを検出するように構成された電気機械スイッチを含んでよく、超音波センサアレイおよび電気機械スイッチは、互いに機械的に結合され、超音波センサアレイおよび電気機械スイッチは、少なくとも１つのユーザインターフェースを提供するように構成される。
【００１３】
いくつかの他の実装形態では、超音波ボタンは、ハプティックデバイスを含んでよく、超音波センサアレイおよびハプティックデバイスは、互いに機械的に結合され、超音波センサアレイおよびハプティックデバイスは、ハプティックフィードバックを与えるように構成される。
【００１４】
いくつかの他の実装形態では、超音波ボタンは容量感知リングを含んでよく、容量感知リングはプラテン層の溝の中に配置され、超音波センサアレイおよび容量感知リングは、互いに通信可能に結合され、超音波センサアレイおよび容量感知リングは、少なくとも１つのユーザインターフェースを提供するように構成される。
【００１５】
本開示の態様によれば、プラテン層は、ユーザに超音波ボタンのロケーションを示すように構成された外部凹みポケット、超音波センサアレイのための空間を設けるように構成された内部凹みポケット、プラテン層内の切欠き、プラテン層内の凹み肩領域を有する切欠き、またはそれらの組合せをさらに含み得る。プラテン層は、サファイア、ゴリラガラス、アルミニウム、ステンレス鋼、金属合金、ポリカーボネート、ポリマー材料、または金属充填プラスチックのうちの少なくとも１つから作られ得る。
【００１６】
いくつかの実装形態では、第１の整合層または第２の整合層は、充填剤を有するエポキシベースのハードコーティング、充填剤を有するアクリルベースのハードコーティング、ガラスを有するエポキシベースのハードコーティング、ガラスを有するアクリルベースのハードコーティング、またはガラス層のうちの少なくとも１つから作られ得る。
【００１７】
別の実施形態では、超音波ボタンを使用して指を検出する方法を開示する。超音波ボタンは、超音波送信機と、圧電受信機層と、超音波センサアレイとを含む。方法は、プラテン層および第１の整合層を通過する超音波を超音波送信機から送信するステップと、第１の整合層においてプラテン層の音響インピーダンスを指の隆線の音響インピーダンスと整合させるステップと、プラテン層および第１の整合層を通過する、超音波の反射波を圧電受信機層において受信するステップと、超音波センサアレイを使用して反射波に基づいて指を検出するステップとを含む。
【００１８】
さらに別の実施形態では、超音波ボタンは、プラテン層および第１の整合層を通過する超音波を送信するための手段と、プラテン層の音響インピーダンスを指の隆線の音響インピーダンスと整合させるための手段と、プラテン層および第１の整合層を通過する、超音波の反射波を受信するための手段と、反射波に基づいて指を検出するための手段とを含み得る。
【００１９】
本開示の上述の特徴および利点、ならびに本開示の追加の特徴および利点は、以下の図面の非限定的で非網羅的な態様とともに本開示の実施形態の詳細な説明を読めば、より明確に理解できよう。図全体で同じ番号が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本開示の態様による、例示的な超音波ボタンの破断側面図である。
【図２】本開示の態様による、別の例示的な超音波ボタンの破断側面図である。
【図３Ａ】本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンに対するセンサアレイの側面図である。
【図３Ｂ】本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンに対する、プラテンおよび支持ケースを有するセンサアレイの側面図である。
【図４Ａ】本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンの簡略化された上面図である。
【図４Ｂ】本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンの別の実装形態の簡略化された上面図である。
【図５Ａ】本開示の態様による、カバーガラス内に凹みポケットおよび切欠きを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す図である。
【図５Ｂ】本開示の態様による、カバーガラス内に凹みプラテンおよび切欠きを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す図である。
【図５Ｃ】本開示の態様による、カバーガラス内に凹みポケットを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す図である。
【図５Ｄ】本開示の態様による、カバー層の下の超音波ボタンの例示的な実装形態を示す図である。
【図６Ａ】本開示の態様による、超音波センサアレイの例示的な実装形態を示す図である。
【図６Ｂ】本開示の態様による、超音波センサアレイの別の例示的な実装形態を示す図である。
【図７】本開示の態様による、超音波ボタンを使用し得るモバイルデバイスの例示的なブロック図である。
【図８Ａ】本開示の態様による、超音波センサの一例を示す図である。
【図８Ｂ】本開示の態様による、超音波センサの一例を示す図である。
【図８Ｃ】本開示の態様による、超音波センサの一例を示す図である。
【図９Ａ】超音波センサアレイに対するセンサピクセルの４×４アレイの一例を示す図である。
【図９Ｂ】超音波センサシステムのハイレベルブロック図の一例を示す図である。
【図１０Ａ】本開示の態様による、超音波ボタンの例示的な実装形態を示す図である。
【図１０Ｂ】本開示の態様による、超音波ボタンの別の例示的な実装形態を示す図である。
【図１０Ｃ】本開示の態様による、超音波ボタンのさらに別の例示的な実装形態を示す図である。
【図１０Ｄ】本開示の態様による、音響インピーダンス整合に対する図１０Ｂおよび図１０Ｃの例示的な実装形態を示す図である。
【図１１Ａ】本開示の態様による、超音波認証ボタンの例示的なアプリケーションを示す図である。
【図１１Ｂ】本開示の態様による、超音波認証ボタンの別の例示的なアプリケーションを示す図である。
【図１１Ｃ】本開示の態様による、例示的な薬剤師支援登録プロセスを示す図である。
【図１１Ｄ】本開示の態様による、例示的な自己登録プロセスを示す図である。
【図１２Ａ】本開示の態様による、スタック内（ｉｎ−ｓｔａｃｋ）ハプティックデバイスおよび底面電気機械スイッチを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す図である。
【図１２Ｂ】本開示の態様による、図１２Ａの超音波ボタンを使用するハプティックフィードバックおよびボタン応答を用いる指検出の方法を示す図である。
【図１２Ｃ】本開示の態様による、超音波認証ボタンを使用する指紋登録の方法を示す図である。
【図１２Ｄ】本開示の態様による、超音波認証ボタンを使用するユーザ認証の方法を示す図である。
【図１３Ａ】本開示の態様による、容量感知リングを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す図である。
【図１３Ｂ】本開示の態様による、図１３Ａの超音波ボタンを使用する指認証の方法を示す図である。
【図１４】本開示の態様による、ユーザの指紋の登録および／または認証のために超音波ボタンを使用するステップを示す図である。
【図１５Ａ】本開示の態様による、超音波ボタンを使用して指を検出する方法を示す図である。
【図１５Ｂ】本開示の態様による、超音波ボタンを使用して指を検出する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
超音波ボタンの実施形態を開示する。以下の説明は、いかなる当業者でも本開示を実施し、使用することができるようにするために提示される。特定の実施形態およびアプリケーションの説明は、例としてのみ提供される。本明細書で説明する例の様々な修正および組合せが当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義した一般原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の例およびアプリケーションに適用できる。したがって、本開示は、説明され示される例に限定されることが意図されず、本明細書で開示する原理および特徴に一致する範囲を与えられるべきである。「例示的」または「例」という単語は、本明細書では「例、事例、または例示の働きをすること」を意味するために使用される。「例示的」または「例」として本明細書に記載される任意の態様または実施形態は、他の態様または実施形態と比べて好ましいか、または有利であると必ずしも解釈されるべきではない。
【００２２】
図１は、本開示の態様による、例示的な超音波ボタンの破断側面図を示す。図１に示す例では、超音波ボタン１００は、カバー層として働くプラテン１０２と、圧電受信機層１０４と、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板１０６ｂ上に配設された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路１０６ａと、超音波送信機１０８と、コントローラ１１０とを含み得る。いくつかの実装形態では、圧電受信機層１０４は、圧電層の表面上に配設された１つまたは複数の受信機バイアス電極を含み得る。超音波送信機１０８は、１つまたは複数の圧電送信機層と、圧電送信機層の上面に配設された１つまたは複数の上部電極と、圧電送信機層の下面に配設された１つまたは複数の下部電極とを含み得る。明快のために、電極の詳細を示さない。いくつかの実装形態では、圧電材料および関連電極の２つ以上の層を有する二重層または多層送信機が、ＴＦＴ基板１０６ｂの下または圧電受信機層１０４の上に配置され得る。いくつかの実装形態では、ＴＦＴ基板および関連するＴＦＴ回路上に配置された圧電材料の単層は、超音波受信機層および超音波送信機として働き得る。
【００２３】
超音波ボタン１００は、電子信号が様々な構成要素の間で通信されることを可能にする第１のフレキシブルコネクタ領域１１２と、電子信号が超音波ボタン１００に送信され、そこから受信されることを可能にする第２のフレキシブルコネクタ領域１１４とをさらに含み得る。いくつかの実装形態では、第１のフレキシブルコネクタ領域１１２および第２のフレキシブルコネクタ領域１１４は、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）または単に「フレックス」とも呼ばれる同じフレキシブルコネクタの部分であり得る。いくつかの実装形態では、第１のフレキシブルコネクタ領域１１２および第２のフレキシブルコネクタ領域１１４は、異なるフレキシブルコネクタの部分であり得る。超音波ボタン１００は、電子信号がコントローラ１１０と本明細書で説明する様々な構成要素との間で通信されることを可能にするはんだボールのアレイ１１６を含み得る。超音波ボタン１００は、フレックスの剛性を局所的に増大させるために１つまたは複数の補剛材１１８を含み得る。いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、インダクタまたはキャパシタなどの個別構成要素１１９をさらに含み得る。いくつかの実装形態では、個別構成要素１１９は、コントローラ１１０内かまたはＴＦＴ基板１０６ｂ上に一体化されてよい。
【００２４】
いくつかの実装形態では、超音波ボタン１００は、ディスプレイデバイスのカバーレンズまたはカバーガラス１２０の中または下に配置されてよい。カバーレンズまたはカバーガラスの部分は、超音波ボタン１００に対するカバー層またはプラテン層として働き得る。カバーレンズまたはカバーガラス１２０は、超音波ボタン１００の一部を囲むための切欠き領域を有し得る。カバーレンズまたはカバーガラス１２０は、傾斜領域（ｂｅｖｅｌｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）１２２を含み得る。凹み領域１２４は、カバーレンズまたはカバーガラス１２０内に形成されてよい。いくつかの実装形態では、カバーガラス１２０は、境界として壁１２８を有し得る凹み肩領域１２６を有する切欠きを含み得る。その上、超音波ボタン１００は、突出構造１３４を通して電気機械スイッチ１３２に結合され得る底キャップ１３０によって支持され得るかまたは部分的に囲まれ得る。いくつかの実装形態では、電気機械スイッチ１３２は、膜スイッチであってよい。膜スイッチは２つの電極を有し得、一方の電極がドームとして形成され、そのドームが突出構造１３４によって押されて第２の電極（明快のために示さず）と電気的および機械的に接触して、スイッチを閉じることができる。
【００２５】
図２は、本開示の態様による、別の例示的な超音波ボタンの破断側面図を示す。特定の実装形態では、超音波ボタン２００のプラテン２０２は、図２に示すように、プラテン表面を形成する凹所またはくぼみ領域とともに実装され得る。この例では、保護リムが、超音波ボタン２００を固定するために使用されてよく、壁２０４が、超音波ボタン２００の境界を画定するためにカバーガラス２０６内に形成されてよい。超音波ボタン２００の他の構成要素は、超音波ボタン１００の構成要素と実質的に類似しており、そのような構成要素の説明は、ここでは繰り返されない。
【００２６】
図３Ａは、本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンに対するセンサアレイの側面図を示す。この特定の実装形態では、超音波センサアレイ３００は、圧電受信機層１０４と、薄膜トランジスタ回路１０６ａおよび薄膜トランジスタ基板１０６ｂと、超音波送信機１０８と、コントローラ１１０とを含み得る。いくつかの実施形態では、圧電受信機層１０４は、１つまたは複数の受信機バイアス電極と圧電層とを含み得る。超音波送信機１０８は、１つまたは複数の上部電極と、圧電層と、１つまたは複数の下部電極とを含み得る。
【００２７】
超音波センサアレイ３００は、電子信号が様々な構成要素の間で通信されることを可能にする第１のフレキシブルコネクタ領域１１２と、電子信号が超音波センサアレイ３００に送信され、そこから受信されることを可能にする第２のフレキシブルコネクタ領域１１４とをさらに含み得る。超音波センサアレイ３００はまた、電子信号がコントローラ１１０と本明細書で説明する様々な構成要素との間で通信されることを可能にするはんだボールのアレイ１１６を含み得る。超音波センサアレイ３００は、１つまたは複数の補剛材１１８を含み得る。いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、１つまたは複数の個別構成要素１１９をさらに含み得る。
【００２８】
図３Ａはまた、この特定の実装形態における超音波センサアレイ３００の寸法を示す。たとえば、圧電受信機層１０４、薄膜トランジスタ回路１０６ａおよびＴＦＴ基板１０６ｂ、超音波送信機１０８、第１のフレキシブルコネクタ領域１１２、ならびに補剛材１１８の厚さは、０．９６ミリメートル程度であり得る。圧電受信機層１０４、薄膜トランジスタ回路１０６ａおよび基板１０６ｂ、超音波送信機１０８、第１のフレキシブルコネクタ領域１１２、コントローラ１１０、補剛材１１８、ならびに個別構成要素１１９の厚さは、１．４６ミリメートル程度であり得る。
【００２９】
図３Ｂは、本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンに対する、プラテンおよび支持ケースを有するセンサアレイの側面図を示す。図３Ｂでは、プラテン１０２、底キャップ１３０および突出構造１３４が、超音波センサアレイ３００に追加される。この特定の実装形態では、プラテン１０２および底キャップ１３０を有する超音波センサアレイ３００の厚さは、２．０９ミリメートル程度であり得、突出構造１３４を追加することで、厚さが約２．３４ミリメートル増加することがある。
【００３０】
図４Ａは、本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンの簡略化された上面図を示す。図４Ａに示すように、超音波ボタン１００の上面図は、アクティブ領域４０２と、１つまたは複数のゲートドライバ領域４０４と、マルチプレクサ領域４０６と、接続配線（ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｅ  ｔｒａｃｅ）領域４０８と、薄膜トランジスタ基板４１０と、フレックスコネクタパッド４１２と、第１のフレックスコネクタ領域４１４と、第２のフレックスコネクタ領域４１６とを含み得る。この特定の実装形態では、アクティブ領域４０２は、約１２ミリメートル×５ミリメートルの面積を有し得る。この特定の設計による例示的な超音波ボタン１００の寸法（ミリメートルによる測定値）のいくつかを図４Ａに示す。
【００３１】
図４Ｂは、本開示の態様による、図１の例示的な超音波ボタンの別の実装形態の簡略化された上面図を示す。図４Ｂに示す例では、超音波ボタン１００の上面図は、アクティブ領域４２２と、ゲートドライバ領域４２４と、マルチプレクサ領域４２６と、接続配線領域４２８と、薄膜トランジスタ基板４３０と、フレックスコネクタパッド４３２と、第１のフレックスコネクタ４３４と、第２のフレックスコネクタ４３６とを含み得る。この特定の実装形態では、アクティブ領域４２２は、約９ミリメートル×４ミリメートルの面積を有し得る。この特定の設計による例示的な超音波ボタン１００の寸法（ミリメートルによる測定値）のいくつかを図４Ｂに示す。
【００３２】
図５Ａは、本開示の態様による、カバーガラス内に凹みポケットおよび切欠き領域を有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す。この例示的な実装形態では、超音波ボタン５００は、プラテン５０２と、圧電受信機層５０４と、薄膜トランジスタ回路および基板５０６と、超音波送信機５０８と、第１のフレキシブルコネクタ領域５１２と、第２のフレキシブルコネクタ領域５１４と、電気機械スイッチ５１６とを含み得る。コントローラは、この図に示されていないことに留意されたい。
【００３３】
特定の一実施形態では、カバーガラス５１８は、カバーガラス５１８内の切欠き領域を通って延びる隆起プラテン５０２を有する超音波ボタン５００を収容するために凹んでいてもよい。いくつかの実施形態では、凹所は、カバーガラス５１８内の切欠きの２辺に実装されてよい。いくつかの実施形態では、凹所は、カバーガラス５１８内の切欠きの４辺に実装されてよい。
【００３４】
図５Ｂは、本開示の態様による、カバーガラス内に凹みプラテンおよび切欠き領域を有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す。この例示的な実装形態では、超音波ボタン５２０は、プラテン５２２と、圧電受信機層５２４と、薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板５２６と、超音波送信機５２８と、底キャップ５３０と、第１のフレキシブルコネクタ領域５３２とを含み得る。コントローラは、この図に示されていないことに留意されたい。この特定の実施形態では、プラテン５２２は凹んでいてもよく、カバーガラス５３８内に切欠きが存在してよい。カバーガラスは、約０．５ミリメートルの厚さを有してよく、プラテンの凹み領域内のボタン厚さは、約０．５ミリメートル以下であってよい。
【００３５】
図５Ｃは、本開示の態様による、カバーガラス内に凹みポケットを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す。この例示的な実装形態では、超音波ボタン５４０は、圧電受信機層５４４と、薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板５４６と、超音波送信機５４８と、カバーガラス５５８上の随意のマーキング５５０または他の表示（ｉｎｄｉｃｉａ）とを含み得る。コントローラは、この図に示されていないことに留意されたい。カバーガラス５５８内に、凹みポケットは存在するが切欠きは存在しない。加えて、電気機械スイッチは、もはや、圧電受信機５４４と、薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板５４６と、超音波送信機５４８とを含む超音波センサアレイとして使用されず、超音波ボタン５４０の機能を実行するように構成され、デバイスをオンもしくはオフにすること、アクションを開始すること、応答を与えること、メニューを表示すること、前画面に戻ること、またはグラフィカルユーザインターフェースのホームページに進むことなどのボタン機能を実行するために働くことができる。図５Ｃの超音波ボタン構成または本開示全体を通して説明する他の構成は、ホームボタン、バックボタン、メニューボタン、ホームキー、コンピュータキー、スイッチ、または電子デバイス上の他のタイプのボタンとして働くことができる。
【００３６】
図５Ｄは、本開示の態様による、カバーガラスの下の超音波ボタンの例示的な実装形態を示す。この例示的な実装形態では、超音波ボタン５６０は、圧電受信機層５６４と、薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板５６６と、超音波送信機５６８と、カバーガラス５７８上の随意のマーキング５７０とを含み得る。コントローラは、この図に示されていないことに留意されたい。カバーガラス５５８内に、凹みポケットも切欠きも存在しない。加えて、電気機械スイッチは、もはや、圧電受信機５６４と、薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板５６６と、超音波送信機５６８とを含む超音波センサアレイとしては使用されず、超音波ボタン５６０の機能を実行するように構成され、ボタン機能を実行することができる。
【００３７】
図６Ａは、本開示の態様による、超音波センサアレイの例示的な実装形態を示す。図６Ａに示す例では、超音波センサアレイ６００は、圧電受信機層６０４と、薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板６０６と、超音波送信機６０８とを含み得る。超音波センサアレイ６００は、接着剤６０９と、導電性エポキシ６１１と、第１のフレキシブルコネクタ領域６１２と、第２のフレキシブルコネクタ領域６１４とをさらに含み得る。超音波センサアレイ６００は、１つまたは複数の補剛材６１８と、フレキシブルコネクタまたは補剛材６１８に接着された１つまたは複数の集積回路層６１７（たとえば、チップオンフレックスまたはＣＯＦ）とをさらに含み得る。
【００３８】
この特定の実装形態では、コントローラ６１０は、図１に示す実装形態の中央付近に置かれるのではなく、超音波センサアレイ６００内の異なるロケーションに置かれてよいことに留意されたい。いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、１つまたは複数の受動デバイス６１５をさらに含み得る。他の実装形態では、受動デバイス６１５は、コントローラ６１０の中に一体化されてもよい。
【００３９】
図６Ｂは、本開示の態様による、超音波センサアレイの別の例示的な実装形態を示す。図６Ｂに示すように、超音波センサアレイ６２０は、図６Ａに示す補剛材６１８ならびにフレキシブルコネクタまたは補剛材６１８に接着された１つまたは複数の集積回路層６１７ではなく、プリント回路ボード６２２上の集積回路を含み得る。超音波センサアレイ６２０の他の構成要素は、超音波センサアレイ６００の構成要素と実質的に類似しており、そのような構成要素の説明は、ここでは繰り返されない。上記で説明した超音波ボタンは、ここに示されない他の形をとることがある。たとえば、超音波ボタンは、意図しない衝撃に対する保護をもたらすために、センサスタック内に耐粉砕性層を含むことがある。カバーレンズまたはカバーガラスの外にある局所凹所は、ユーザが指を配置するためのくぼみ領域を設けながら、カバー層の下の平坦領域上に超音波ボタンが配置されることを可能にし得る。いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、プラスチックまたは金属の筐体の側面または背面に配置されてよく、筐体を介したイメージであってよい。表示または他のマーキングが、超音波ボタンの上または近傍に含まれることがある。いくつかの実装形態では、膜スイッチのスイッチドームは、ドームが指で押されるとき、ドームおよび指が下にある超音波センサアレイと接触して超音波画像が収集され得るように、超音波センサアレイのアクティブエリアの上に配置されてよい。ドームが内側に動く（ｓｎａｐ  ｉｎｗａｒｄ）ときに良好な音響的接触を確実にするために、１つまたは複数のコンプライアント層（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｌａｙｅｒ）が、膜スイッチとともに含まれることがある。いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、超音波ボタンの１つまたは複数の面上に配置された１つまたは複数の容量性スイッチまたは機械式スイッチを伴うことがある。超音波ボタンのいずれかの面上の容量性スイッチまたは機械式スイッチは、たとえば、音量増減調節として働くことができる。機械式スイッチは、スイッチ筐体とスイッチキャップとを含み得る。いくつかの実装形態では、Ｕ字型の切欠きなど、１つまたは複数のスロットが、カバーガラスの変形と下にある電気機械スイッチの押下とを可能にするために、超音波ボタンの上のカバーガラスの中に含まれることがある。いくつかの実装形態では、音響導波路は、超音波センサアレイのアクティブエリアの上に配置され、プラテンとして働くことがある。音響導波路は、送信された超音波が指に向かって進行し、超音波画像の最小の回折またはひずみで指から後方に反射されることを可能にする。１つまたは複数のコーティング層または整合層が、音響導波路の上に含まれることがある。いくつかの実装形態では、プラテン層は整合層として働くことがある。いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、ジェスチャー検出のための１つまたは複数の電極とともに構成されることがある。代替として、電極は、超音波画像を収集する前にモバイルデバイスを起動させるために、または超音波送信機の意図しない始動を回避するために超音波センサのアクティブ領域の上に指があるときを決定するために、起動電極として構成されることがある。いくつかの実装形態では、��リコンベースのセンサアレイが、ＴＦＴベースのセンサアレイの代わりに使用されることがある。
【００４０】
図７は、本開示の態様による、超音波ボタンを使用し得るデバイスの例示的なブロック図を示す。超音波ボタンを使用し得るデバイスは、図７に示すモバイルデバイス７００の１つまたは複数の特徴を含み得る。いくつかの実施形態では、モバイルデバイス７００は、ワイヤレス通信ネットワーク上でワイヤレスアンテナ７２２を介してワイヤレス信号７２３を送受信することができるワイヤレストランシーバ７２１を含み得る。ワイヤレストランシーバ７２１は、ワイヤレストランシーババスインターフェース７２０によってバス７０１に接続され得る。いくつかの実施形態では、ワイヤレストランシーババスインターフェース７２０は、ワイヤレストランシーバ７２１と少なくとも部分的に一体化され得る。いくつかの実施形態は、たとえば、ＩＥＥＥ規格８０２．１１、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ（登録商標）、ＬＴＥ、ＵＭＴＳ、ＧＳＭ（登録商標）、ＡＭＰＳ、ＺｉｇｂｅｅおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のバージョンなど、対応する複数のワイヤレス通信規格に従って信号を送信および／または受信することを可能にするために、複数のワイヤレストランシーバ７２１とワイヤレスアンテナ７２２とを含み得る。
【００４１】
モバイルデバイス７００はまた、ＧＰＳアンテナ７５８を介してＧＰＳ信号７５９を受信および収集することができるＧＰＳ受信機７５５を備え得る。ＧＰＳ受信機７５５はまた、モバイルデバイスのロケーションを推定するために、収集されたＧＰＳ信号７５９を全体的または部分的に処理し得る。いくつかの実施形態では、ＧＰＳ受信機７５５と連携して、プロセッサ７１１、メモリ７４０、ＤＳＰ７１２、および／または専用プロセッサ（図示せず）を利用して、収集されたＧＰＳ信号を全部もしくは一部処理すること、ならびに／またはモバイルデバイス７００の推定されるロケーションを計算することも可能である。ＧＰＳ信号または他の信号の記憶は、メモリ７４０またはレジスタ（図示せず）の中で実行され得る。
【００４２】
同じく、図７に示すモバイルデバイス７００は、バスインターフェース７１０でバス７０１に接続されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）７１２と、バスインターフェース７１０でバス７０１に接続されたプロセッサ７１１と、メモリ７４０とを備え得る。バスインターフェース７１０は、ＤＳＰ７１２、プロセッサ７１１、およびメモリ７４０と一体化され得る。様々な実施形態では、機能は、ほんの数例を挙げるとＲＡＭ、ＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ、またはディスクドライブのようなコンピュータ可読記憶媒体上など、メモリ７４０内に記憶された１つまたは複数の機械可読命令の実行に応答して実行され得る。１つまたは複数の命令は、プロセッサ７１１、専用プロセッサ、またはＤＳＰ７１２によって実行可能であり得る。メモリ７４０は、本明細書で説明する機能を実行するためにプロセッサ７１１および／またはＤＳＰ７１２によって実行可能なソフトウェアコード（プログラミングコード、命令、など）を記憶している非一時的プロセッサ可読メモリおよび／またはコンピュータ可読メモリを備え得る。特定の一実装形態では、ワイヤレストランシーバ７２１は、モバイルデバイス７００が無線局（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｓｔａｔｉｏｎ）として構成されることを可能にするために、バス７０１を介してプロセッサ７１１および／またはＤＳＰ７１２と通信し得る。プロセッサ７１１および／またはＤＳＰ７１２は、図８に関して以下で説明するプロセス／方法の１つまたは複数の態様を実行するために命令を実行し得る。プロセッサ７１１および／またはＤＳＰ７１２は、図１、図２、図３Ａ〜図３Ｂおよび図６Ａ〜図６Ｂに示すように、コントローラ（たとえば、図１のコントローラ１１０）の機能を実行し得る。
【００４３】
同じく、図７に示すユーザインターフェース７３５は、たとえば、スピーカー、マイクロフォン、ディスプレイデバイス、振動デバイス、キーボード、タッチスクリーンなど、いくつかのデバイスのうちのいずれか１つを備え得る。ユーザに与えられるユーザインターフェース信号は、スピーカー、マイクロフォン、ディスプレイデバイス、振動デバイス、キーボード、タッチスクリーン、などのうちのいずれかによって与えられる１つまたは複数の出力であり得る。特定の一実装形態では、ユーザインターフェース７３５は、ユーザがモバイルデバイス７００上にホストされる１つまたは複数のアプリケーションと対話することを可能にし得る。たとえば、ユーザインターフェース７３５のデバイスは、ユーザからのアクションに応答してＤＳＰ７１２またはプロセッサ７１１によってさらに処理されるように、アナログまたはデジタル信号をメモリ７４０に記憶し得る。同様に、モバイルデバイス７００上にホストされるアプリケーションは、ユーザに出力信号を与えるために、アナログまたはデジタル信号をメモリ７４０に記憶し得る。別の実装形態では、モバイルデバイス７００は、随意に、たとえば、専用のスピーカー、マイクロフォン、デジタルアナログ変換回路、アナログデジタル変換回路、増幅器、および／またはゲインコントロールを備える専用のオーディオ入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス７７０を含み得る。別の実装形態では、モバイルデバイス７００は、キーボードまたはタッチスクリーンデバイスにタッチするかまたはそれを押すことに応答するタッチセンサ７６２を備え得る。
【００４４】
モバイルデバイス７００はまた、静止画像または動画像を捕捉するための専用カメラデバイス７６４を備え得る。専用カメラデバイス７６４は、たとえば、撮像センサ（たとえば、電荷結合デバイスまたはＣＭＯＳイメージャ）、レンズ、アナログデジタル変換回路、フレームバッファ、などを備え得る。一実装形態では、捕捉された画像を表す信号の付加的な処理、調整、符号化、または圧縮が、プロセッサ７１１またはＤＳＰ７１２において実行され得る。代替として、専用ビデオプロセッサ７６８は、捕捉された画像を表す信号の調整、符号化、圧縮、または操作を実行し得る。加えて、専用ビデオプロセッサ７６８は、モバイルデバイス７００のディスプレイデバイス（図示せず）上に提示するために、記憶された画像データを復号／解凍することができる。
【００４５】
モバイルデバイス７００はまた、たとえば、慣性センサおよび環境センサを含み得る、バス７０１に結合されたセンサ７６０を備え得る。センサ７６０のうちの慣性センサは、たとえば、加速度計（たとえば、総合的にモバイルデバイス７００の加速度に３次元で応答する）、１つまたは複数のジャイロスコープまたは１つまたは複数の磁力計（たとえば、１つまたは複数のコンパスアプリケーションをサポートするため）を備え得る。モバイルデバイス７００の環境センサは、ほんの数例を挙げると、たとえば、温度センサ、気圧センサ、周辺光センサ、カメライメージャ、およびマイクロフォンを備え得る。センサ７６０は、メモリ７４０に記憶され、たとえば、位置決め動作またはナビゲーション動作を対象とするアプリケーションなど、１つまたは複数のアプリケーションのサポートにおいてＤＳＰまたはプロセッサ７１１によって処理され得るアナログまたはデジタル信号を生成し得る。
【００４６】
特定の一実装形態では、モバイルデバイス７００は、ワイヤレストランシーバ７２１またはＧＰＳ受信機７５５において受信され、ダウンコンバートされた信号のベースバンド処理を実行可能な専用モデムプロセッサ７６６を備え得る。同様に、専用モデムプロセッサ７６６は、ワイヤレストランシーバ７２１による送信のためにアップコンバートされるべき信号のベースバンド処理を実行し得る。代替実装形態では、専用モデムプロセッサを有する代わりに、ベースバンド処理が、プロセッサまたはＤＳＰ（たとえば、プロセッサ７１１またはＤＳＰ７１２）によって実行され得る。
【００４７】
図８Ａ〜図８Ｃは、本開示の態様による、超音波センサの一例を示す。図８Ａに示すように、超音波センサ１０は、プラテン４０の下に超音波送信機２０と超音波受信機３０とを含み得る。超音波送信機２０は、超音波２１（図８Ｂ参照）を生成することができる圧電送信機であってもよい。超音波受信機３０は、圧電材料と、基板上に配設されたピクセル回路のアレイとを含み得る。動作中、超音波送信機２０は、超音波受信機３０を通ってプラテン４０の露出面４２まで進行する１つまたは複数の超音波を生成する。プラテン４０の露出面４２において、超音波エネルギーは、指紋隆線２８の皮膚など、プラテン４０と接触している対象物２５によって送信、吸収もしくは散乱されるか、または後方に反射されるかのいずれかであり得る。空気がプラテン４０の露出面４２に接触するそれらのロケーション、たとえば指紋隆線２８の間の谷２７において、超音波のほとんどは、反射して検出のための超音波受信機３０の方に戻されることになる（図８Ｃ参照）。制御用電子機器５０は、超音波送信機２０と超音波受信機３０とに結合され得、１つまたは複数の超音波２１を超音波送信機２０に生成させるタイミング信号を供給し得る。次いで、制御用電子機器５０は、反射された超音波エネルギー２３を示す、超音波受信機３０からの信号を受信し得る。制御用電子機器５０は、対象物２５のデジタル画像を構成するために、超音波受信機３０から受信された出力信号を使用し得る。いくつかの実装形態では、制御用電子機器５０はまた、対象物２５の存在および／または動きを検出するために、経時的に、連続的に出力信号をサンプリングすることができる。
【００４８】
本開示の態様によれば、超音波センサは、プラテン４０の下に超音波送信機２０と超音波受信機３０とを含み得る。超音波送信機２０は、実質的に平坦な圧電送信機層を含む平面波発生器であってよい。超音波は、印加される信号に応じて層を拡張または収縮させるために圧電層に電圧を印加し、それにより平面波を生成することによって生成され得る。電圧は、第１の送信機電極および第２の送信機電極を介して圧電送信機層に印加され得る。このようにして、超音波は、圧電効果によって層の厚さを変えることによって作成され得る。この超音波は、プラテン４０を通過して指（または検出されるべき他の対象物）に向かって進行する。検出されるべき対象物によって吸収または送信されない波の一部は、反射され、プラテン４０を通って後方に進行し、超音波受信機３０によって受信され得る。第１および第２の送信機電極は、金属化電極、たとえば圧電送信機層の両面を被覆する金属層であってもよい。
【００４９】
超音波受信機３０は、バックプレーンと呼ばれることもある基板上に配設されたピクセル回路のアレイと、圧電受信機層とを含み得る。いくつかの実装形態では、各ピクセル回路は、１つまたは複数のＴＦＴ要素と、電気的相互接続トレースとを含み得、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の回路要素を含み得る。各ピクセル回路は、ピクセル回路に隣接する圧電受信機層内に生成された電荷を電気信号に変換するように構成され得る。各ピクセル回路は、圧電受信機層をピクセル回路に電気的に結合するピクセル入力電極を含み得る。
【００５０】
図示の実装形態では、受信機バイアス電極は、プラテン４０に隣接する圧電受信機層の一面上に配設される。受信機バイアス電極は、金属化電極であってよく、どの信号をＴＦＴアレイに通すかを制御するために接地またはバイアスされてよい。プラテン４０の露出面（頂面）４２から反射された超音波エネルギーは、圧電受信機層によって局所化された電荷に変換される。これらの局所化された電荷は、ピクセル入力電極によって収集され、下にあるピクセル回路に送られる。電荷は、ピクセル回路によって増幅され、出力信号を処理する制御用電子機器に供給され得る。例示的なピクセル回路の簡略図を図９Ａに示すが、簡略図に示す例示的なピクセル回路に対する多くの変形形態および修正形態が企図され得ることは、当業者には諒解されよう。
【００５１】
制御用電子機器５０は、第１の送信機電極および第２の送信機電極、ならびに受信機バイアス電極および基板上のピクセル回路に、電気的に接続され得る。制御用電子機器５０は、実質的に、図８Ａ〜図８Ｃに関して前に説明したように動作し得る。
【００５２】
プラテン４０は、プラスチック、セラミック、ガラス、サファイア、ステンレス鋼、金属合金、ポリカーボネート、ポリマー材料、または金属充填プラスチックを含む例を用いて受信機に音響的に結合され得る任意の適切な材料であってよい。いくつかの実装形態では、プラテン４０はカバープレートであってもよく、たとえばディスプレイデバイスまたは超音波ボタン用のカバーガラスまたはレンズガラスであってもよい。検出および撮像は、必要な場合、たとえば３ｍｍ以上の比較的厚いプラテンを通して実行され得る。
【００５３】
様々な実装形態によって利用され得る圧電材料の例には、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ーが含まれる。利用され得る圧電材料の具体的な例には、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）コポリマーなどの強誘電体ポリマーが含まれる。ＰＶＤＦコポリマーの例には、６０：４０（モルパーセント）ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ、７０：３０  ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ、８０：２０  ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ、および９０：１０  ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥが含まれる。利用され得る圧電材料の他の例には、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）ホモポリマーおよびコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ホモポリマーおよびコポリマー、ならびに臭化ジイソプロピルアンモニウム（ＤＩＰＡＢ）が含まれる。
【００５４】
圧電送信機層および圧電受信機層の各々の厚さは、超音波を生成および受信するのに好適であるように選択され得る。一例では、ＰＶＤＦ圧電送信機層は約２８μｍ厚であり、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ受信機層は約１２μｍ厚である。超音波の例示的な周波数は、５ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内であり、波長は、１／４ミリメートル以下程度である。
【００５５】
図８Ａ〜図８Ｃは、超音波センサにおける超音波送信機および超音波受信機の例示的な配置を示しており、他の配置も可能である。たとえば、いくつかの実装形態では、超音波送信機２０は、超音波受信機３０の上、すなわち検出対象物のより近くにあってもよい。いくつかの実装形態では、超音波センサは、音響遅延層を含み得る。たとえば、音響遅延層が、超音波送信機２０と超音波受信機３０との間で超音波センサ１０に組み込まれ得る。音響遅延層は、超音波パルスタイミングを調整すると同時に、超音波受信機３０を超音波送信機２０から電気的に絶縁するために利用され得る。遅延層は、実質的に均一の厚さを有してよく、遅延層のために使用される材料および／または遅延層の厚さは、反射された超音波エネルギーが超音波受信機３０に到達する時間における望ましい遅延を与えるように選択される。そうする際に、対象物によって反射されたために対象物についての情報を搬送するエネルギーパルスを超音波受信機３０に到達させ得る時間の範囲は、超音波センサ１０の他の部分から反射されたエネルギーが超音波受信機３０に到着している可能性がない時間範囲の間である。いくつかの実装形態では、ＴＦＴ基板および／またはプラテン４０は、音響遅延層として働き得る。
【００５６】
図９Ａは、超音波センサに対するピクセルの４×４ピクセルアレイを示す。各ピクセルは、たとえば、圧電センサ材料、ピーク検出ダイオード、および読出しトランジスタの局所領域と関連付けられ得、これらの要素の多くまたはすべては、ピクセル回路を形成するためにバックプレーンの上または中に形成され得る。実際には、各ピクセルの圧電センサ材料の局所領域は、受信された超音波エネルギーを電荷に変換し得る。ピーク検出ダイオードは、圧電センサ材料の局所領域によって検出された電荷の最大量を記録し得る。次いで、ピクセルアレイの各行が、たとえば行選択メカニズム、ゲートドライバ、またはシフトレジスタを介して走査され得、各ピクセルに対するピーク電荷の大きさが追加の回路、たとえばマルチプレクサおよびＡ／Ｄコンバータによって読み出されることを可能にするために、各列に対する読出しトランジスタがトリガされ得る。ピクセル回路は、ピクセルのゲーティング、アドレッシング、およびリセッティングを可能にするために、１つまたは複数のＴＦＴを含み得る。
【００５７】
各ピクセル回路は、超音波センサ１０によって検出された対象物の小部分についての情報を提供し得る。図示を容易にするために、図９Ａに示す例は比較的粗い解像度であるが、５００ピクセルパーインチ以上程度の解像度を有する超音波センサが、層状構造で構成される。超音波センサ１０の検出領域は、意図された検出対象物に応じて選択され得る。たとえば、検出領域は、１本の指に対する約５ｍｍ×５ｍｍから、４本の指に対する約３インチ×３インチまでの範囲で変動することがある。正方形、矩形および非矩形の形状を含め、より小さい領域およびより大きい領域が、対象物に対して適宜使用され得る。
【００５８】
図９Ｂは、超音波センサシステムのハイレベルブロック図の一例を示す。図示の要素の多くは、制御用電子機器５０の一部を形成することができる。センサコントローラは、センサシステムの様々な態様、たとえば超音波送信機のタイミングおよび励起波形、超音波受信機およびピクセル回路に対するバイアス電圧、ピクセルアドレッシング、信号のフィルタリングおよび変換、読出しフレームレートなどを制御するように構成された制御ユニットを含み得る。センサコントローラはまた、超音波センサ回路のピクセルアレイからデータを受信するデータプロセッサを含み得る。データプロセッサは、デジタル化データを指紋の画像データに変換するか、またはさらなる処理のためにデータをフォーマットすることができる。
【００５９】
たとえば、制御ユニットは、送信機（Ｔｘ）ドライバに超音波送信機を励起させて平面超音波を発生させるために、Ｔｘ励起信号を一定間隔でＴｘドライバに送信してもよい。制御ユニットは、受信機バイアス電極にバイアスをかけてピクセル回路による音響信号検出のゲーティングを可能にするために、受信機（Ｒｘ）バイアスドライバを介してレベル選択入力信号を送信してもよい。デマルチプレクサは、センサピクセル回路の特定の行または列にセンサ出力信号を発生させるゲートドライバをターンオンおよびターンオフするために使用され得る。ピクセルからの出力信号は、電荷増幅器、ＲＣフィルタまたはアンチエイリアシングフィルタなどのフィルタ、およびデータプロセッサに対するデジタイザを介して送られ得る。システムの一部がＴＦＴバックプレーン上に含まれてよく、他の部分が関連集積回路内に含まれてよいことに留意されたい。
【００６０】
例示的な超音波指紋センサについてある程度詳細に説明してきたが、以下の説明は、典型的なディスプレイモジュールの特性について述べる。コンピュータモニタ、テレビジョン、モバイルデバイス、および他の電子機器における使用のための近代的なピクセルで構成されたディスプレイデバイスを提供するために使用され得る多くの異なる技術が存在する。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイは、２つのそのような技術の例である。前述のように、本開示における例の多くは、超音波指紋センサをＬＣＤタイプのディスプレイアーキテクチャに一体化することに焦点を合わせているが、本明細書で概説する一般的な技法、設計ルール、および概念はまた、他のタイプのディスプレイ技術にも適用可能である。
【００６１】
ＬＣＤにおいて、均一に照明されたバックライトから放出された光は、互いに平行であるが、それらの偏光軸が互いに直交するように方向付けられた２つの偏光子を通過する。液晶のセルまたはピクセルのアレイは、２つの偏光子の間に介挿される。各液晶セルは、一般的に、電圧が液晶セルに印加されないとき、液晶内部が「ねじれネマチック状態」に「弛緩する」ように構成される。ねじれネマチック状態において、液晶は、液晶セルとバックライトとの間に介挿された偏光子を通過する偏光が９０°だけねじられることを生じさせて、光が残りの偏光子を通過することを可能にする。
【００６２】
電圧が液晶セルにわたって印加されると、液晶はねじれが解消され、液晶を通過する最初の偏光があまりねじられなくなることを生じさせ、第２の偏光子を通る光がほとんど伝送されない結果をもたらす。光のねじれ／ねじれ解消の量は、印加される電圧によって決まり、二重偏光子積層体（ｄｕａｌ−ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  ｓｔａｃｋ）を通過する光の量が調節されることを可能にする。そのような液晶セルの各々は、ディスプレイデバイスのピクセルまたはサブピクセルとして働き得る。色出力が望まれる場合、カラーフィルタアレイが、液晶層とディスプレイの閲覧面との間に設置され得る。カラーフィルタアレイは、光が実質的に単色、たとえば赤、緑、または青になるように、各ピクセルによって作成される光をフィルタリングすることができる。複数のピクセル、たとえば赤ピクセル、緑ピクセル、および青ピクセルの出力を組み合わせることによって、そのような各ピクセルのグループ化によって作成される混合色をチューニングすることが可能である。そのような場合、ピクセル要素はサブピクセルと呼ばれ、特定の色の混合光を作成するためにチューニングされ得るサブピクセルのグループ化の各々は、ピクセルと呼ばれることがある。
【００６３】
ＯＬＥＤディスプレイは、光を供給するために、より直接的な技法を利用する。ＯＬＥＤディスプレイでは、各ピクセル、または各サブピクセルは、単一の発光ダイオードである。各ダイオードは、特定の色の光の変化量を作成するために、個別に制御され得る。これは、偏光フィルムおよび液晶要素の必要性を回避し、ＬＣＤディスプレイパネルと比較してディスプレイパネルによって「浪費される」光の量を低減する。
【００６４】
ＬＣＤおよびＯＬＥＤディスプレイは、光を作成するために非常に異なる技法を使用するが、各タイプのディスプレイは、各ディスプレイのピクセルまたはサブピクセルを個別に制御するためのメカニズムを必要とする。そのような制御を提供するために、これらのディスプレイは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイを利用する。ＬＣＤに対するＴＦＴは、バックライトからバックプレーンを通って液晶セル内に光が伝達することを容易にするために、通常、透明なＴＦＴバックプレーン（本明細書では単に「バックプレーン」とも呼ばれる）、たとえばガラスまたは透明ポリマーの上に作製される。ＯＬＥＤディスプレイに対するＴＦＴもまた、透明なバックプレーン上に製作され得るが、不透明なバックプレーンがそのようなタイプのディスプレイに使用されることもある。
【００６５】
ディスプレイモジュールの各ディスプレイピクセルは、そのディスプレイピクセルの挙動を制御する回路内に、時には他の回路要素と組み合わせて配置された１つまたは複数のＴＦＴを含み得、そのようなピクセルレベルの回路は、本明細書ではディスプレイピクセル回路と呼ばれる。ディスプレイピクセル回路は、ディスプレイピクセルアレイと実質的に同延であるアレイ内でバックプレーン上に配置される。ディスプレイ内のピクセルを制御するディスプレイピクセル回路のすべてに同時にアドレス指定し、あらゆるディスプレイピクセル回路に対して個別のトレースを必要とするのではなく、そのようなディスプレイモジュールに対する制御用電子機器は、一般的に、ディスプレイピクセル回路の各行または各列を介して非常に高い周波数において連続的に「走査する」。そのような制御を容易にするために、各列がたとえば個別の「データ」の線またはトレースを有し、各行が個別の「走査」の線またはトレースを有することができる。代替として、各行が個別のデータの線またはトレースを有し、各列が個別の走査の線またはトレースを有してもよい。各ディスプレイピクセル回路は、一般的に、１本の走査トレースと１本のデータトレースとに接続され得る。一般的に、電力が走査トレース１本ずつに印加され、電力が特定の走査トレースに印加されている間に、給電される走査トレースと関連付けられたディスプレイピクセル回路が、それらのそれぞれのデータトレースに印加された信号によって、個別に制御され得る。
【００６６】
走査配置の使用により、ディスプレイに対して収容されなければならない個別のトレースの数を、潜在的には数百万のトレースから数百または数千のトレースに低減することが可能になる。しかしながら、これは、依然として、対応するには望ましくないほど大きいトレースの数であり、それにより、ディスプレイパネルは、しばしば、各データトレースおよび走査トレースと通信することと、入力または入力のセットから供給される画像データを、走査トレースおよびデータトレースに出力される走査信号およびデータ信号の連続的なセットに変換することとを行う、１つまたは複数のドライバチップを含む。ドライバチップは、一般的に、数十または数百の導体を有するフレックスケーブルを介して画像データを供給するプロセッサまたは他のデバイスに接続される。したがって、数百万ピクセルのディスプレイは、大幅に少ない、たとえば４〜６桁程度少ない数の導体を有するフレキシブルケーブルによって制御され得る。
【００６７】
そのようなドライバチップは、占有面積においてディスプレイより極めて小さくなり得る。そのようなサイズ差に適応するために、データトレースおよび／または走査トレースの間の間隔は、ディスプレイピクセル回路アレイとドライバチップとの間に縮小され得る。ドライバチップの観点から、トレースは、ディスプレイピクセル回路のアレイに向かって「扇形に広がる」ように見え、本明細書では「ファンアウト」と呼ばれることがある。１つまたは複数のドライバチップとそれぞれのファンアウトとを収容するために、ＴＦＴバックプレーンは、ディスプレイピクセル回路のアレイより大きくサイズ決定され得る。いくつかの場合には、ファンアウトは、ドライバチップにおいて終端せず、代わりに、フレックスケーブル接続において終端する。そのような場合におけるドライバチップは、フレックスケーブルの反対側の端子端部における構成要素上に配置され得る。
【００６８】
ディスプレイモジュールに対するＴＦＴバックプレーンは、既存の回路パターニングの変更を最小限にとどめるかまたは変更なしに、ファンアウトの近傍にピクセル回路の第２のアレイを収容するように設計され得ることに留意されたい。そのようなピクセル回路の第２のアレイは、ディスプレイデバイスの非表示領域に超音波センシング機能を設けるために使用され得、したがって、第２のアレイ内のピクセル回路は、本明細書では（前に説明したディスプレイピクセル回路と対照的に）センサピクセル回路と呼ばれることがある。そのようなセンシング機能は、たとえば、超音波指紋センシング能力を提供するために使用され得る。これは、紛失または盗難に遭った場合にデバイスおよびデバイス中のデータの安全を確保するのを助けるために、バイオメトリック識別手段が美的に満足できる方式でデバイス上に実装されることを可能にするために、モバイル電子デバイスにおいて特に関心があることに留意されたい。
【００６９】
本開示の態様によれば、超音波センサは、ユーザの検証および認証のための高解像度指紋画像を作成するように構成され得る。いくつかの実装形態では、超音波指紋センサは、プラテンまたは整合層の外面と指の隆線（組織）との間、およびプラテンまたは整合層の外面と指の谷（空気）との間の差動音響インピーダンスに比例する反射信号を検出するように構成され得る。たとえば、超音波の超音波エネルギーの一部がセンサから隆線領域内の指の組織に伝達され得る一方で、超音波エネルギーの残部がセンサに向かって後方に反射されるのに反して、波のより少ない部分が指の谷領域内の空気に伝達され得る一方で、超音波エネルギーの残部がセンサに向かって後方に反射される。たとえば、プラテンと指との間、またはプラテンと下にある超音波センサアレイとの間に配置された１つまたは複数の整合層は、様々な材料の間の音響的整合を改善し、センサからの総合的な信号および画像のコントラストを増加させ得る。
【００７０】
図１０Ａは、本開示の態様による、超音波ボタンの例示的な実装形態を示す。図１０Ａに示すように、超音波ボタンは、送信機層１００２と、ＴＦＴ基板層１００４と、受信機層１００６と、音響インピーダンス整合層１００８とを含み得る。いくつかの実装形態では、音響インピーダンス整合層１００８は、プラテン材料を使用して実装され得、その厚さは、送信機層１００２によって生成された超音波の動作周波数に整合される。
【００７１】
いくつかの実装形態では、プラテン層の厚さは、超音波の半波長の倍数（〜Ｎ×λ／２）に比例するように選択され得る。Ｎ×λ／２の厚さ、Ｎは小さい整数、に対して、プラテンは、プラテン内部に定在波を生成する音響エタロンのような挙動をするように構成され得る。
【００７２】
この例では、プラテンを通過する超音波は、距離（Ｎ×λ／２）を進行し、プラテンと指との界面から後方に反射され、次いで、別の距離（Ｎ×λ／２）を進行した後、プラテンのセンサ側の表面に到達することができる。したがって、反射波は、次のサイクルまたは現在のサイクルの反射と同相であり得、したがってプラテン内部に定在波を生成する。この構成は、プラテン表面におけるユーザの指の隆線と谷との間の差動音響圧力に改善をもたらすことができる。最小のプラテンサイズに対して、最適なプラテン厚さは、λ／２に等しく、すなわちＮ＝１であり得る。
【００７３】
いくつかのアプリケーションでは、波長は、送信機層１００２と、ＴＦＴ基板層１００４と、受信機層１００６と、結合接着層（ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｅ  ａｄｈｅｓｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）（図示せず）とを含む、多層センサスタックの残りとともに動作するときに、同様に最適となり得る周波数において整合され得る。いくつかの実装形態では、好ましいプラテン厚さおよび／または動作周波数は、音響インピーダンス整合層１００８の特性に基づいて変化することがあることに留意されたい。
【００７４】
図１０Ｂは、本開示の態様による、超音波ボタンの別の例示的な実装形態を示す。図１０Ｂに示す例では、超音波ボタンは、送信機層１００２と、ＴＦＴ基板層１００４と、受信機層１００６と、ペイント層１０１０と、プラテン層１０１２と、音響インピーダンス整合層１０１４とを含み得る。音響インピーダンス整合層１０１４は、プラテン１０１２の音響インピーダンスをユーザの指（図示せず）の音響インピーダンスと整合させることによって、全体的な谷−隆線反射信号振幅を改善するように構成され得る。いくつかの実装形態では、ペイント層１０１０は随意であってよい。いくつかの実装形態では、ペイント層１０１０は、プラテン層１０１２と整合層１０１４との間のプラテン層１０１２の上に配置されてよい。
【００７５】
本開示の態様によれば、音響インピーダンス整合層１０１４は、プラテン層１０１２の音響インピーダンスをユーザの指（図示せず）の隆線の音響インピーダンスと整合させるように構成され得る。いくつかの実装形態では、整合層の厚さは、近似的に、送信機層１００２によって生成された超音波の４分の１波長（λ／４）であり得る。いくつかの実装形態では、音響インピーダンス整合層１０１４は、指の組織の音響インピーダンスとプラテン１０１２の音響インピーダンスとの幾何平均である（Ｚｔｉｓｓｕｅ×Ｚｐｌａｔｅｎ）１／２に略等しい音響インピーダンスを有するように選択され得る。いくつかの実装形態では、音響インピーダンス整合層１０１４は、（Ｚｔｉｓｓｕｅ）１／３×（Ｚｐｌａｔｅｎ）２／３に略等しい音響インピーダンスを有するように選択され得る。いくつかの実装形態では、ペイント層１０１０は約６μｍ〜約１０μｍの厚さを有してよく、プラテン１０１２は約３００μｍの厚さを有するサファイア材料であってよく、音響インピーダンス整合層１０１４は約２５μｍ〜約７５μｍの厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、プラテン層厚さは、約１００μｍ〜約５００μｍまたはそれ以上変化することがある。
【００７６】
図１０Ｃは、本開示の態様による、超音波ボタンのさらに別の例示的な実装形態を示す。図１０Ｃでは、超音波ボタンは、送信機層１００２と、ＴＦＴ基板層１００４と、受信機層１００６と、第１の音響インピーダンス整合層１０２０と、ペイント層１０２２と、プラテン層１０２４と、第２の音響インピーダンス整合層１０２６とを含み得る。いくつかの実装形態では、ペイント層１０２２は随意であってよい。いくつかの実装形態では、ペイント層１０１０は、プラテン層１０２４と整合層１０２６との間のプラテン層１０２４の上に配置されてよい。
【００７７】
本開示の態様によれば、第１の音響インピーダンス整合層１０２０は、受信機層１００６とプラテン層１０２４との間の音響インピーダンスを整合させるように構成され得る。いくつかの実装形態では、第１の音響インピーダンス整合層１０２０の厚さは、近似的に、送信機層１００２によって生成された超音波の４分の１波長（λ／４）であり得る。音響インピーダンス整合層１０２０は、圧電受信機層１００６の音響インピーダンスとプラテン層１０２４の音響インピーダンスとの幾何平均である（Ｚｐｉｅｚｏｌａｙｅｒ×Ｚｐｌａｔｅｎ）１／２に略等しい音響インピーダンスを有するように選択され得る。さらに別の例示的な実装形態では、音響インピーダンス整合層１０２０は、（Ｚｐｉｅｚｏｌａｙｅｒ）１／３×（Ｚｐｌａｔｅｎ）２／３に略等しい音響インピーダンスを有するように選択され得る。音響インピーダンス整合層１０２０は、プラテンの厚さがＮ×λ／２に近似的に等しくはないときなど、プラテン層１０２４の厚さが最適ではない状況において、特に有用となり得ることに留意されたい。
【００７８】
下表は、プラテン層１０２４と、４ＭＲａｙｌ（１Ｅ６ｋｇ／ｍ＾２／ｓ）に略等しい音響インピーダンスを有する圧電受信機層１００６との間に配置された第１の整合層１０２０に対する様々な例示的な設計選択肢、ならびにプラテン層１０２４の音響インピーダンス値、および例示的な設計選択肢に対する第１の整合層１０２０の音響インピーダンス値を示す。いくつかの実装形態では、プラテン材料は、限定はしないが、サファイア、ゴリラガラス、アルミニウム、ステンレス鋼、金属合金、ポリカーボネート、ポリマー材料、または金属充填プラスチックを含み得る。適切な整合層材料は、限定はしないが、ガラスおよびアルミニウムのプラテンに対する様々な充填剤を有するエポキシまたはアクリルベースの層と、サファイアおよびステンレス鋼のプラテンに対する様々な充填剤またはガラスの層を有するエポキシまたはアクリルベースのコーティングまたは層とを含み得る。充填材料は、酸化アルミニウム粒子、金属もしくは酸化金属粒子、ガラスビーズもしくはガラスファイバー、または他の粒子および材料を含む。埋込み粒子を有する様々なシリコーンもまた、音響整合層として働くことがある。代替として、整合層は、ポリカーボネート層、ガラス層、プラスチック層たとえばＰＥＴ、ＰＩ、ＰＥＮもしくはＰＭＭＡ、シリコーン層、または複合層など、事前選択された性質を有する単一の材料を含むことがある。
【００７９】
【表１】
0006385451.tif 000002
【００８０】
本開示の態様によれば、第２の音響インピーダンス整合層１０２６は、プラテン層１０２４とユーザの指（図示せず）の隆線との間の音響インピーダンスを整合させるように構成され得る。特定の一実装形態では、第２の音響インピーダンス整合層１０２６の厚さは、近似的に、送信機層１００２によって生成された超音波の４分の１波長（λ／４）であり得る。第２の音響インピーダンス整合層１０２６は、ユーザの指（組織）の音響インピーダンスとプラテン層１０２４の音響インピーダンスとの幾何平均である（Ｚｔｉｓｓｕｅ×Ｚｐｌａｔｅｎ）１／２に略等しい音響インピーダンスを有するように選択され得る。いくつかの実装形態では、第２の音響インピーダンス整合層１０２６は、（Ｚｔｉｓｓｕｅ）１／３×（Ｚｐｌａｔｅｎ）２／３に略等しい音響インピーダンスを有するように選択され得る。音響インピーダンス整合層１０２６は、プラテンの音響インピーダンスをユーザの指の組織の音響インピーダンスと整合させることによって、ユーザの指の谷および隆線から反射された差動信号振幅を改善するように構成され得ることに留意されたい。いくつかの実装形態では、ペイント層１０２２は約６μｍ〜約１０μｍの厚さを有してよく、プラテン１０２４は約３００μｍの厚さを有するサファイア材料であってよく、音響インピーダンス整合層１０２６は約２５μｍ〜約７５μｍの厚さを有してよい。いくつかの実装形態では、プラテン層厚さは、約１００μｍ〜約５００μｍまたはそれ以上変化することがある。
【００８１】
下表は、プラテン層１０２４と、略１．７６ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有するユーザの指との間に配置された第２の整合層１０２６に対する様々な例示的な設計選択肢、ならびにプラテン層１０２４の音響インピーダンス値、および例示的な設計選択肢に対する第２の整合層１０２６の音響インピーダンス値を示す。適切な整合層材料は、ガラスおよびアルミニウムのプラテンに対する様々な充填剤を有するエポキシまたはアクリルベースのコーティングまたは層と、サファイアおよびステンレス鋼のプラテンに対する様々な充填剤またはガラスの層を有するエポキシまたはアクリルベースの層とを含み得る。充填材料は、酸化アルミニウム粒子、金属もしくは酸化金属粒子、ガラスビーズもしくはガラスファイバー、または他の粒子および材料を含む。埋込み粒子を有する様々なシリコーンもまた、音響整合層として働くことがある。代替として、整合層は、ポリカーボネート層、ガラス層、プラスチック層たとえばＰＥＴ、ＰＩ、ＰＥＮもしくはＰＭＭＡ、シリコーン層、または複合層など、事前選択された性質を有する単一の材料を含むことがある。整合層は、ユーザが指を置くことができる整合層の外面上に配設されたダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）の薄いハードコート、ハードコート層、または他の適切な層を有するプラスチックもしくはシリコンベースの材料を含むことがある。整合層はまた、耐引掻性または耐摩耗性のコーティングまたは層として働くことがある。
【００８２】
【表２】
0006385451.tif 000003
【００８３】
図１０Ｄは、本開示の態様による、音響インピーダンス整合に対する図１０Ｂおよび図１０Ｃの例示的な実装形態を示す。この特定の図では、プラテンとセンサ（たとえば、圧電受信機層）との間の音響インピーダンス整合のために使用される材料は、約１７０μｍの厚さを有し得るガラスである。プラテンと指との間の音響インピーダンス整合のために使用される材料は、約５０μｍの厚さを有し得る、充填剤を有するポリマーハードコートである。水平軸はサファイアプラテンの厚さを表し、垂直軸は、ユーザの指からの正規化された隆線−谷差動信号を表す。
【００８４】
図１０Ｄは、図１０Ａ〜図１０Ｃに関して上記で説明したゼロ、１つ、および２つの音響インピーダンス整合層の４つの異なる組合せの例を示す。ガラス整合層とポリマーハードコート整合層の両方に対する厚さがゼロであることによって示されるように、整合層が使用されない左上の象限では、隆線−谷差動信号は、約１００μｍと３００μｍとの間の厚さを有するサファイアプラテンに対して約２％〜２５％の範囲で最低であることが観察される。ガラス整合層の厚さが１７０μｍであることおよびポリマーハードコート整合層の厚さがゼロであることによって示されるように、ガラス整合層だけが使用される右上の象限では、隆線−谷差動信号は、左上の象限の場合より改善している。隆線−谷差動信号は、約１００μｍと３００μｍとの間のサファイアプラテン厚さに対して約１２％〜３５％の範囲に及ぶことが観察される。ガラス整合層の厚さがゼロであることおよびポリマーハードコート整合層の厚さが５０μｍであることによって示されるように、ポリマーハードコート整合層だけが使用される左下の象限では、隆線−谷差動信号は、左上の象限の場合より改善している。隆線−谷差動信号は、約１００μｍと３００μｍとの間のサファイアプラテン厚さに対して約１８％〜９０％の範囲に及ぶことが観察される。ガラス整合層の厚さが１７０μｍであることおよびポリマーハードコート整合層の厚さが５０μｍであることによって示されるように、ガラス整合層とポリマーハードコート整合層の両方が使用される右下の象限では、隆線−谷差動信号は、右上の象限または左下の象限の場合よりさらに改善されている。隆線−谷差動信号は、約１００μｍと３００μｍとの間のサファイアプラテン厚さに対して約８０％〜１００％の範囲に及ぶことが観察される。この例では、１７０μｍにおけるガラス整合層の厚さおよび５０μｍにおけるポリマーハードコート整合層の厚さに対して、サファイアプラテン厚さが約３００μｍのときに、最強の隆線−谷差動信号が観察される。
【００８５】
これらの設計は例として意図されているので、１つまたは複数の整合層の選択的使用によって、多様なプラテン厚さ、プラテン構成および材料を用いて高い信号レベルが達成され得ることが諒解され得る。層厚さ、材料、および動作周波数に対する付加的修正によって、その結果は、図１０Ｄにて伝えられた結果と異なることがある。様々な整合層、特に指または他の対象物と接触することが多い整合層の選択に対して、他の考察が適用されることがある。付加的考察には、耐引掻性、色、色合いまたは色調、くもり、はく離強さ、耐汚れ性、耐化学性および耐環境性、光沢度、テクスチャ、光学的アーティファクト、ならびにコストが含まれることがある。
【００８６】
多層整合層または合成整合層など、他の整合層構成が想定されてきた。たとえば、ディスプレイデバイスの透明カバーガラスの周囲の下の美化用ペイント層が、超音波センサに対する適切な合成整合層として働くために、別の層と組み合わされることがある。別の例では、超音波センサまたは超音波ボタンの構成要素の間の接着剤層の厚さおよび選定が、単一または合成の整合層として働くように選択されることがある。別の例では、超音波送信機と任意のバッキング層との間に、追加の整合層が配置されることがある。
【００８７】
本開示の態様によれば、指紋センサを有する超音波ボタンは、モバイルフォン、タブレットコンピュータ、ウェアラブルデバイス、および医療デバイスを含む広範囲のアプリケーションにおいて、ユーザ認証に適用され得る。超音波認証ボタンは、薬物送達デバイスなど、パーソナル医療デバイスにおいて利用され得る。これらのデバイスは、ユーザの識別、薬物のタイプ、適用量、送達の時間、および送達のスタイルを追跡して検証するために、ワイヤレスに接続され得る。オンデバイス認証ボタンは、シングルユーザ登録（たとえば、家庭または薬局において）および後続の薬物消費に対する局所検証を可能にするように構成され得る。超音波ボタンの押下は、ユーザ検証と薬物送達とを引き起こすように構成され得るので、迅速な識別および検証が、薬物の送達に途切れなくつながるように見える。モバイルに接続されて認証される薬物送達デバイスには、パーソナルなペン型注射器および吸入器が含まれることがある。接続された注射器ペン、吸入器、および他の医療デバイスは、以下で示す例におけるように、患者を識別して検証するための超音波ボタンを組み込むことがある。
【００８８】
図１１Ａは、本開示の態様による、超音波ボタンの例示的なアプリケーションを示す。図１１Ａに示す特定の実装形態では、電気機械スイッチを持つかまたは持たない超音波認証ボタン１１０２はペン注射器１１０４内に作られてよく、超音波認証ボタン１１０２は、注射針１１０６を通る薬剤送達の前に患者を認証するように構成されてもよい。
【００８９】
図１１Ｂは、本開示の態様による、超音波認証ボタンの別の例示的なアプリケーションを示す。図１１Ｂに示す特定の実装形態では、電気機械スイッチを持つかまたは持たない超音波認証ボタン１１１４は、吸入器１１１６内に作られてよい。この例では、薬剤の小瓶または容器はまた、超音波認証ボタン１１１２とともに装備されてよく、送達開口部１１１８を介する薬物送達の二重認証が可能になる。
【００９０】
図１１Ｃは、本開示の態様による、例示的な薬剤師支援登録プロセスを示す。この例では、ブロック１１２０において、吸入器または注射器などのパーソナル医療デバイスが提供される。ブロック１１２２において、ユーザおよびパーソナル医療デバイスは、薬剤師または他の専門家の存在下で登録され得る。ブロック１１２４において、薬物が、処方箋の記載通りに正当な個人（たとえば、認証された患者）に送達され得る。個人が認証され得ない場合、医療デバイスは、認可されない個人への薬剤送達を拒否することができる。
【００９１】
図１１Ｄは、本開示の態様による、例示的な自己登録プロセスを示す。プロセスは、たとえば家で実施することができる。ブロック１１３０において、ユーザは、パーソナル医療デバイスを取得する。ブロック１１３２において、ユーザおよびパーソナル医療デバイスが、アプリケーションおよび／またはモバイルデバイスを介して登録され得る。ブロック１１３４において、薬物が、処方箋の記載通りに正当な個人（認証されたユーザ）に送達される。ユーザの識別が検証できない場合、方法は、無認可の個人への薬剤送達を拒否することができる。ブロック１１３６において、薬剤送達情報、たとえば識別情報検証確認、送達の時間、および送達される適用量が記録され、医療施設またはプロバイダに送信され得る。プロセスは、必要に応じて、ブロック１１３８からブロック１１３４に移動することを繰り返されてよい。
【００９２】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、吸入器および注射器などの医療デバイス内に超音波認証ボタンを適用する実装形態を説明し、図示している。本開示の態様によれば、超音波認証ボタンはまた、限定はしないが、固体の丸薬、カプセル、注射用もしくは吸入用液体、および気体を含む任意の形態の薬剤を収納して運ぶことができる、錠剤箱、ブリスター包装、および経皮貼付など、他のタイプのスマート薬剤容器、ディスペンサー、およびモバイル薬剤送達デバイスの中に一体化され得る。いくつかの実装形態では、認証は、単一の認証者、すなわち投薬を受けている人によって与えられ得る。いくつかの実装形態では、認証は、異なる人、たとえば親または介護人によって与えられ得る。別の実施形態では、認証は、患者と、医者または介護人などの別人とのように、複数のソースによって与えられてもよい。いずれかまたは両方が、許容される使用を認証することを必要とすることがある。いくつかの実装形態では、登録プロセスは、医療デバイス上の指紋センサとは異なる指紋センサを伴うことがある。ユーザに触覚またはオーディオのフィードバックを与えるために、ハプティックデバイスが、超音波認証ボタンとともに含まれることがある。
【００９３】
図１２Ａは、本開示の態様による、スタック内ハプティックデバイスおよび底面電気機械スイッチを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す。この例では、超音波ボタン１２０２は、カバー層またはプラテン１２０４と、圧電受信機層１２０６と、関連するＴＦＴ回路を有するＴＦＴ基板１２０８と、超音波送信機１２１０と、スタック内ハプティックデバイス１２１２と、第１のスイッチ電極１２１４と、第２のスイッチ電極１２１６とを含む。超音波ボタン１２０２は、ＦＰＣ（フレックス）１２２０を介して他の回路構成要素に電気的に結合され得るＰＣＢ１２１８によってサポートされ得る。ハプティックデバイス１２１２は、超音波ボタンの積層体（ｓｔａｃｋ−ｕｐ）の中でハプティック層の形態をとることができる。超音波ボタンは、ディスプレイデバイスのカバーレンズまたはカバーガラス１２２２によって囲まれてよい。切欠き領域、傾斜領域、凹み肩、エッチングされた溝、または他のフィーチャが、カバーガラス１２２２内に含まれてよい。底キャップ、シールリングまたはシーラント、センサアレイへのワイヤボンド接続またはフレックス接続、ならびに他の受動および能動構成要素など、超音波ボタンの他の部分が含まれてよい（明確には示されず）。
【００９４】
本開示の態様によれば、超音波ボタンは、登録、認証または単なるタッチが首尾よく完了したときにユーザに直ちに触覚フィードバックを与えるように構成され得る、超音波送信機と随意の補助ハプティックデバイス（スタック内またはそれ以外）とを含むことがある。指紋画像を収集した後、センサシステム内のソフトウェアは、指紋画像の品質、適合性、および認証性を決定し、超音波送信機またはユーザに対するハプティックフィードバックのための補助ハプティックデバイスに適用されるべき信号を生成することができる。一構成では、圧電送信機層または圧電受信機層は、ハプティックまたはオーディオのフィードバックを直接与えるために、低周波信号で駆動されてよい。別の構成では、高周波波形が、低周波において振幅変調され、所望のフィードバックを与えるために超音波送信機、圧電受信機層または補助ハプティックデバイスに加えられてもよい。別の構成では、インターリーブド遅延を持つかまたは持たない信号の１つまたは複数のパルス、チャープまたはシーケンスが生成され、所望のフィードバックを与えるために超音波送信機、受信機または補助ハプティックデバイスに加えられてもよい。別の構成では、ハプティックフィードバックのための低周波波形のアプリケーションをシミュレートするために、高周波送信機励起信号の振幅が、超音波送信機または圧電受信機層に変動する振幅レベルで加えられてもよい。指紋センサ上の指の正しい配置または指紋取得の正常終了をシグナリングする触覚フィードバックは、改善された他人受入率（ＦＡＲ）および本人拒否率（ＦＲＲ）をもたらし、それによって向上した（たとえば、より速くより正確な）ユーザエクスペリエンスを提供することができる。約１００〜３００Ｈｚにおいて０．０３〜０．１０μｍ程度の小さい変位が、人の指によって検出され得ることに留意されたい。ハプティックフィードバックを有する超音波ボタンの使用の例示的なアプリケーションが、図１２Ｂ〜図１２Ｄの説明に関して以下で与えられる。
【００９５】
図１２Ｂは、本開示の態様による、図１２Ａの超音波ボタンを使用するハプティックフィードバックおよびボタン応答を用いる指検出の方法を示す。図１２Ｂに示すように、ブロック１２３２において、超音波ボタンのプラテン表面にタッチする指が検出される。たとえば、指は、下にある電気機械スイッチが閉じたときに検出され得る。ブロック１２３４において、ハプティック波形が、超音波ボタンの超音波送信機、受信機層、または随意のスタック内補助ハプティックデバイスに加えられる。ブロック１２３６において、登録、認証、検証、処方された薬剤の送達、または別の機能の開始など、ボタン応答が引き起こされる。
【００９６】
図１２Ｃは、本開示の態様による、超音波認証ボタンを使用する指紋登録の方法を示す。図１２Ｃに示す例では、ブロック１２４２において、超音波ボタンのプラテン表面に置いた指が検出される。ブロック１２４４において、指紋画像が、収集され得る。ブロック１２４６において、指紋が登録され得る。ブロック１２４８において、正常な（または正常でない）登録を示すために、ハプティック波形が、超音波ボタンの超音波送信機、受信機層、またはスタック内補助ハプティックデバイスに加えられ得る。
【００９７】
図１２Ｄは、本開示の態様による、超音波認証ボタンを使用するユーザ認証の方法を示す。この例では、ブロック１２５２において、超音波認証ボタンのプラテン表面に置いた指が検出される。ブロック１２５４において、指紋画像が、収集され得る。ブロック１２５６において、指紋が、登録された指紋と比較することによって認証され得る。ブロック１２５８において、正常な、または正常でないユーザの認証を示すために、ハプティック波形が、超音波ボタンの超音波送信機、受信機層、またはスタック内ハプティックデバイスに加えられ得る。
【００９８】
図１３Ａは、本開示の態様による、容量感知リングを有する超音波ボタンの例示的な実装形態を示す。図１３Ａに示す例では、超音波ボタン１３０２は、カバー層として働くプラテン１３０４と、覆いの受信機バイアス電極を有する圧電受信機層１３０６と、関連するＴＦＴ回路を有するＴＦＴ基板１３０８と、超音波送信機１３１０とを含む。超音波送信機１３１０は、圧電送信機層の両側に配設された上部電極および下部電極を有し得る。プラテン１３０４は溝１３１２を含み得、超音波ボタンは、プラテン１３０４の溝１３１２の中に囲まれた容量感知リング１３１４を含み得る。
【００９９】
本開示の態様によれば、１つまたは複数の容量性タッチ電極は、プラテン、カバーレンズもしくはカバーガラスの背面または上面上のエッチングされた溝の中に構成され得る。溝および電極は、指紋撮像中に超音波エネルギーの妨害または不適切な反射を回避するために、超音波センサアレイのアクティブエリアの一部または全部を囲むことができる。溝は、銀インク（たとえば、銀ウレタンまたはＡｇ−Ｕｒインク）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、または他の導電材料などの導電材料で充填され得るか、または部分的に充填され得る。容量感知リングは、指または他の対象物の検出を可能にするために、関連するコントローラチップまたは外部アプリケーションプロセッサの一部であり得るキャパシタンス検出回路に電気的に結合され得る。回路は、キャパシタンスを測定し、指または他の対象物がプラテン１２０４の近傍、上、または表面上にあるときを決定することができる。指が超音波センサアレイのアクティブエリアの上に置かれるとき、指紋の画像が収集され得る。いくつかの実装形態では、容量感知リングは、起動電極として働き得る。いくつかの実装形態では、アクティブエリアの上に配置された、またはアクティブエリアに向かって移動している指の検出を可能にするために、２つ以上の電極が、センサのアクティブエリアの周りに配置されてよい。カラーインクなどのデカール（ｄｅｃａｌ）または装飾が、溝の中に置かれてよく、指紋検出のために指が置かれるべき場所を示すための可視アイコンとして働くことができる。
【０１００】
いくつかの実装形態では、容量感知リングは、プラテンまたはカバー層内の溝の中に置かれてよく、超音波センサアレイの（真上ではなく）外側だがその周囲の近くに配置されてよい。いくつかの実装形態では、プラテン内に溝は必要ではなく、容量感知リングは、プラテンの上または下の、超音波受信機、または超音波センサアレイのアクティブエリアの周囲の外側に、たとえばディスプレイデバイスのカバーレンズもしくはカバーガラス上に配設された金属またはＩＴＯのパターン化層を用いて置かれてよい。いくつかの実装形態では、容量感知リングは、ディスプレイデバイスの覆いの容量性タッチスクリーンの一部として形成されてよい。いくつかの実装形態では、１つまたは複数の容量感知電極が、ＴＦＴ回路とともにＩＴＯまたは金属パターンで形成された電極を有するＴＦＴ基板１３０８の表面上など、超音波センサアレイの上に配置されてよい。いくつかの実装形態では、容量感知リングの導電材料は、ワイヤレス通信、ワイヤレスデータ転送、または他のワイヤレス機能のために適切な分離器、送受切換器、および他の無線周波数構成要素に結合され得るアンテナとして働き得る。容量感知リングを有する超音波ボタン１３０２を使用する例示的なアプリケーションが、図１３Ｂの説明に関して以下で与えられる。
【０１０１】
図１３Ｂは、本開示の態様による、図１３Ａの超音波ボタンを使用する指認証の方法を示す。図１３Ｂに示す例では、ブロック１３２０において、プラテン表面に置いた指が、容量感知リングを用いて検出される。ブロック１３２２において、方法は、超音波ボタンを組み込むモバイルデバイスを起動するかまたはオンにするなど、ボタン応答を引き起こす。いくつかの実装形態では、随意のブロック１３２４において、ユーザの指紋を登録または認証するために、指紋画像が収集され得る。
【０１０２】
図１４は、本開示の態様による、ユーザの指紋の登録および／または認証のために超音波ボタンを使用するステップを示す。この例では、ブロック１４０２は登録プロセスを説明し、ブロック１４０４は検証／認証プロセスを説明する。登録の間、収集された画像は、ローカルデータベースまたは外部データベースに記憶され得るテンプレート（たとえば、テンプレート情報、テンプレートデータ、バイオメトリック参照データ、または参照）を生成するために処理され得る。参照は、１つまたは複数のテンプレート、モデル、または原画像を含み得ることに留意されたい。いくつかの実装形態では、登録プロセスは、画像収集１４０６と、画像処理１４０８と、特徴抽出１４１０と、テンプレート生成１４１２と、データベース１４１４内のデータ記憶とを含み得る。検証／認証は、画像収集１４２０と、画像処理１４２２と、特徴抽出１４２４と、テンプレート生成１４２８と、データベース１４１４内に記憶された情報を使用する指紋整合１４３０と、合致出力を決定して与えるための合致決定１４３２とを含み得る。識別／検証／認証段階では、収集された画像の各々は、テンプレートを生成するために処理されてよく、生成されたテンプレートは、整合のために使用されてよい。
【０１０３】
図１５Ａ〜図１５Ｂは、本開示の態様による、超音波ボタンを使用して指を検出する方法を示す。超音波ボタンは、超音波送信機と、圧電受信機層と、超音波センサアレイとを含み得る。図１５Ａに示すように、ブロック１５０２において、方法は、プラテン層および第１の整合層を通過する超音波を、超音波送信機から送信する。ブロック１５０４において、方法は、第１の整合層においてプラテン層の音響インピーダンスを指の隆線の音響インピーダンスと整合させる。ブロック１５０６において、方法は、プラテン層および第１の整合層を通過する、超音波の反射波を、圧電受信機層において受信する。ブロック１５０８において、方法は、超音波センサアレイを使用して反射波に基づいて指を検出する。
【０１０４】
本開示の態様によれば、第１の整合層は、指の隆線の音響インピーダンスとプラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有し得る。プラテン層の厚さおよび第１の整合層の厚さは、反射波の信号強度に少なくとも部分的に基づいて選択され得る。いくつかの実装形態では、プラテン層の厚さは、超音波の半波長の倍数に略等しくてよく、第１の整合層の厚さは、超音波の１／４波長に略等しくてよい。
【０１０５】
超音波ボタンを使用して指を検出する方法は、図１５Ｂのブロック１５１２およびブロック１５１４において実行される方法をさらに含み得る。ブロック１５１２において、方法は、第２の整合層においてプラテン層の音響インピーダンスを圧電受信機層の音響インピーダンスと整合させ、第２の整合層は、圧電受信機層の音響インピーダンスとプラテン層の音響インピーダンスとの幾何平均に略等しい音響インピーダンスを有する。ブロック１５１４において、方法は、超音波センサアレイにおいてユーザを認証するために、反射波を使用して指の指紋画像情報を生成し、指紋画像情報を、登録、認証、認証されたユーザへの処方された薬剤の送達、またはボタン機能の実行に使用する。
【０１０６】
本開示の態様によれば、プラテン層の厚さおよび第２の整合層の厚さは、反射波の信号強度に少なくとも部分的に基づいて選択され得る。いくつかの実装形態では、プラテン層の厚さは、超音波の半波長の倍数に略等しくてよく、第２の整合層の厚さは、超音波の１／４波長に略等しくてよい。超音波センサアレイは、ＴＦＴベースのセンサアレイまたはシリコンベースのセンサアレイを含み得る。
【０１０７】
いくつかの実装形態では、超音波ボタンは、超音波ボタンに力が加えられることを検出するように構成された電気機械スイッチを含んでよく、超音波センサアレイおよび電気機械スイッチは、互いに機械的に結合され、超音波センサアレイおよび電気機械スイッチは、少なくとも１つのユーザインターフェースを提供するように構成される。いくつかの他の実装形態では、超音波ボタンは、ハプティックデバイスを含んでよく、超音波センサアレイおよびハプティックデバイスは、互いに通信可能に結合され、超音波センサアレイおよびハプティックデバイスは、ハプティックフィードバックを与えるように構成される。いくつかの他の実装形態では、超音波ボタンは容量感知リングを含んでよく、容量感知リングはプラテン層の溝の中に配置され、超音波センサアレイおよび容量感知リングは互いに通信可能に結合され、超音波センサアレイおよび容量感知リングは、少なくとも１つのユーザインターフェースを提供するように構成される。
【０１０８】
後続の段落、図７、図８Ａ〜図８Ｃ、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１５Ａ、およびそれらの対応する説明は、超音波を送信するための手段と、プラテン層の音響インピーダンスを指の隆線の音響インピーダンスと整合させるための手段と、プラテン層および第１の整合層を通過する、超音波の反射波を受信するための手段と、反射波に基づいて指を検出するための手段とを提供することに留意されたい。図７、図８Ａ〜図８Ｃ、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１５Ｂ、およびそれらの対応する説明は、プラテン層の音響インピーダンスを圧電受信機層の音響インピーダンスと整合させるための手段と、ユーザを認証するために反射波を使用して指の指紋画像情報を生成するための手段と、指紋画像情報を、登録、認証、認証されたユーザへの処方された薬の配達薬剤の送達、またはボタン機能の実行に使用するための手段とを提供する。
【０１０９】
本明細書で説明される方法は、個別の例に従った用途に応じて、様々な手段により実施され得る。たとえば、そのような方法は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの組合せで実施できる。ハードウェア実装では、たとえば、処理ユニットは、１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、デジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）、デジタル信号処理デバイス（「ＤＳＰＤ」）、プログラマブルロジックデバイス（「ＰＬＤ」）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するように設計された他のデバイスユニット、またはこれらの組合せの中で実装され得る。
【０１１０】
本明細書に含まれる詳細な説明のいくつかの部分は、特定の装置または専用のコンピューティングデバイスまたはプラットフォームのメモリ内に記憶される、バイナリのデジタル信号上の、動作のアルゴリズムまたは記号による表現の形で提示されている。この特定の明細書に関して、特定の装置などの用語は、プログラムソフトウェアからの命令に従って特定の動作を実行するように汎用コンピュータがプログラムされた場合、そのような汎用コンピュータを含む。アルゴリズム記述または記号表現は、当業者が作業内容を他の当業者に伝えるために、信号処理または関連技術において当業者によって使用される技法の例である。アルゴリズムは、本明細書において、一般に、所望の結果につながる首尾一貫した動作シーケンスまたは類似の信号処理であると見なされる。この文脈において、動作または処理は、物理量の物理的な操作を伴う。通常、必須ではないが、そのような物理量は、記憶され、送信され、組み合わされ、比較され、または場合によっては操作され得る、電気信号または磁気信号の形態であり得る。そのような信号をビット、データ、値、要素、記号、文字、項、数、数字などと呼ぶことは、主としてそれが一般的な用法であるという理由で好都合である場合があることがわかっている。しかしながら、これらの用語または同様の用語のすべてが、適切な物理量と関連付けられるべきであり、便宜的な呼び方にすぎないことは理解されたい。別段に明記されていない限り、本明細書における説明から明らかなように、本明細書全体にわたって、「処理する」、「計算する」、「算出する」、「決定する」などの用語を利用する説明は、専用コンピュータ、専用コンピューティング装置、または同様の専用電子コンピューティングデバイスなど、特定の装置のアクションまたはプロセスを指すことを諒解されたい。したがって、本明細書の文脈において、専用コンピュータまたは類似の専用電子コンピューティングデバイスは、専用コンピュータもしくは類似の専用電子コンピューティングデバイスのメモリ、レジスタ、もしくは他の情報記憶デバイス、伝送デバイス、またはディスプレイデバイス内で、通常物理的で電子的な量または磁気的な量として表される信号を、操作あるいは変換することができる。
【０１１１】
本明細書で説明するワイヤレス通信技法は、ワイヤレスワイドエリアネットワーク（「ＷＷＡＮ」）、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（「ＷＬＡＮ」）、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）などのような様々なワイヤレス通信ネットワークに関連し得る。「ネットワーク」および「システム」という用語は、本明細書では互換的に使用され得る。ＷＷＡＮは、符号分割多元接続（「ＣＤＭＡ」）ネットワーク、時分割多元接続（「ＴＤＭＡ」）ネットワーク、周波数分割多元接続（「ＦＤＭＡ」）ネットワーク、直交周波数分割多元接続（「ＯＦＤＭＡ」）ネットワーク、単一キャリア周波数分割多元接続（「ＳＣ−ＦＤＭＡ」）ネットワーク、または上記ネットワークの任意の組合せなどであってよい。ＣＤＭＡネットワークは、ほんのいくつかの無線技術を挙げると、ｃｄｍａ２０００、広帯域ＣＤＭＡ（「Ｗ−ＣＤＭＡ（登録商標）」）のような、１つまたは複数の無線アクセス技術（「ＲＡＴ」）を実装し得る。ここで、ｃｄｍａ２０００は、ＩＳ−９５、ＩＳ−２０００、およびＩＳ−８５６標準規格に従って実施される技術を含むことができる。ＴＤＭＡネットワークは、モバイル通信用グローバルシステム（「ＧＳＭ（登録商標）」：Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、デジタルアドバンストモバイルフォンシステム（「Ｄ−ＡＭＰＳ」：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｐｈｏｎｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）、または何らかの他のＲＡＴを実現することができる。ＧＳＭ（登録商標）とＷ−ＣＤＭＡ（登録商標）とは、「第３世代パートナーシッププロジェクト」（「３ＧＰＰ」）と称されるコンソーシアムからの文書において説明されている。ｃｄｍａ２０００は、「第３世代パートナーシッププロジェクト２」（「３ＧＰＰ２」）と称されるコンソーシアムからの文書において説明されている。３ＧＰＰ文書および３ＧＰＰ２文書は、公的に入手可能である。一態様では、４Ｇロングタームエボリューション（「ＬＴＥ」）通信ネットワークはまた、特許請求する主題に従って実装され得る。ＷＬＡＮは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘネットワークを備えてもよく、ＷＰＡＮは、たとえばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘを備えてもよい。本明細書で説明するワイヤレス通信実装形態はまた、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ、またはＷＰＡＮの任意の組合せと関連して使用され得る。
【０１１２】
別の態様では、前に説明したように、ワイヤレス送信機またはアクセスポイントは、セルラー電話サービスを業務または家庭用に拡張するのに使用されるフェムトセルを備え得る。そのような実装形態において、１つまたは複数のモバイルデバイスは、たとえば、符号分割多元接続（「ＣＤＭＡ」）セルラー通信プロトコルによりフェムトセルと通信することができ、フェムトセルは、インターネットなど、別のブロードバンドネットワークを経由して、より大きいセルラー電気通信ネットワークへのアクセスをモバイルデバイスに提供することができる。
【０１１３】
本明細書で説明する技法は、いくつかのＧＮＳＳのうちのいずれか１つおよび／またはＧＮＳＳの組合せを含むＧＰＳとともに使用され得る。さらに、そのような技法は、「スードライト」（ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅ）として働く地上波送信機、または衛星ビークル（ＳＶ）とそのような地上波送信機との組合せを利用する測位システムとともに使用され得る。地上波送信機は、たとえば、ＰＮコードまたは（たとえば、ＧＰＳまたはＣＤＭＡセルラー信号に類似する）他の測距コードをブロードキャストする地上ベースの送信機を含み得る。そのような送信機には、遠隔受信機による識別を可能にするように一意のＰＮ符号が割り当てられ得る。地上波送信機は、たとえば、トンネル、鉱山、建築物、都市ビルの谷間、または他の閉じられた区域の中など、軌道を回るＳＶからのＧＰＳ信号が利用できないことがある状況において、ＧＰＳを補強するのに有用であり得る。擬似衛星の別の実装形態は、無線ビーコンとして知られている。本明細書で使用する「ＳＶ」という用語は、スードライト、スードライトの等価物、および場合によっては他のものとして働く地上波送信機を含むものとする。本明細書で使用する「ＧＰＳ信号」および／または「ＳＶ信号」という用語は、スードライト、またはスードライトの等価物として働く地上波送信機を含む、地上波送信機からのＧＰＳのような信号を含むものとする。
【０１１４】
本明細書で用いられる「および」、および「または」という用語は、用いられる文脈にも少なくとも部分的に依存する様々な意味を含み得る。通常、「または」は、Ａ、ＢまたはＣのように、列挙したものを関連付けるために使用される場合、本明細書において包含的な意味で用いられる場合の、Ａ、Ｂ、およびＣ、ならびに本明細書において排他的な意味で使用される場合の、Ａ、ＢまたはＣを意味することが意図される。本明細書全体にわたる「一例（ｏｎｅ  ｅｘａｍｐｌｅ）」または「例（ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ）」という言及は、例に関連して説明する特定の特徴、構造、または特性が、請求する主題の少なくとも１つの例に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたる様々な箇所において「一例では」または「例」という句が記載されている場合、必ずしもすべてが同じ例を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性が、１つもしくは複数の例の中に組み合わされ得る。本明細書に記載する例は、デジタル信号を使って動作する機械、デバイス、エンジン、または装置を含み得る。そのような信号は、様々な場所の間で情報を提供する電子信号、光信号、電磁信号、またはどの形のエネルギーも含み得る。
【０１１５】
例示的な特徴であると現在考えられるものを例示し説明したが、特許請求される主題から逸脱することなく、様々な他の変更を行うことができ、均等物で置き換えることがきることは、当業者には理解されよう。さらに、特許請求される主題の教示に個別の状況を適合させるために、本明細書において説明される中心的な概念から逸脱することなく、多くの変更を加えることができる。したがって、特許請求する主題は、開示される特定の例に限定されず、また、そのような特許請求する主題は添付の特許請求の範囲内にあるすべての態様およびその同等物を含み得ることが意図されている。
【符号の説明】
【０１１６】
１０  超音波センサ
２０  超音波送信機
２１  超音波
２３  反射された超音波エネルギー
２５  対象物
２７  指紋隆線の間の谷
２８  指紋隆線
３０  超音波受信機
４０  プラテン
４２  プラテンの露出面
５０  制御用電子機器
１００  超音波ボタン
１０２  プラテン
１０４  圧電受信機層
１０６ａ  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）回路
１０６ｂ  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板
１０８  超音波送信機
１１０  コントローラ
１１２  第１のフレキシブルコネクタ領域
１１４  第２のフレキシブルコネクタ領域
１１６  はんだボールのアレイ
１１８  補剛材
１１９  個別構成要素
１２０  カバーレンズまたはカバーガラス
１２２  傾斜領域
１２４  凹み領域
１２６  凹み肩領域
１２８  壁
１３０  底キャップ
１３２  電気機械スイッチ
１３４  突出構造
２００  超音波ボタン
２０２  プラテン
２０４  壁
２０６  カバーガラス
３００  超音波センサアレイ
４０２  アクティブ領域
４０４  ゲートドライバ領域
４０６  マルチプレクサ領域
４０８  接続配線領域
４１０  薄膜トランジスタ基板
４１２  フレックスコネクタパッド
４１４  第１のフレックスコネクタ領域
４１６  第２のフレックスコネクタ領域
４２２  アクティブ領域
４２４  ゲートドライバ領域
４２６  マルチプレクサ領域
４２８  接続配線領域
４３０  薄膜トランジスタ基板
４３２  フレックスコネクタパッド
４３４  第１のフレックスコネクタ
４３６  第２のフレックスコネクタ
５００  超音波ボタン
５０２  プラテン、隆起プラテン
５０４  圧電受信機層
５０６  薄膜トランジスタ回路および基板
５０８  超音波送信機
５１２  第１のフレキシブルコネクタ領域
５１４  第２のフレキシブルコネクタ領域
５１６  電気機械スイッチ
５１８  カバーガラス
５２０  超音波ボタン
５２２  プラテン
５２４  圧電受信機層
５２６  薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板
５２８  超音波送信機
５３０  底キャップ
５３２  第１のフレキシブルコネクタ領域
５３８  カバーガラス
５４０  超音波ボタン
５４４  圧電受信機層
５４６  薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板
５４８  超音波送信機
５５０  マーキング
５５８  カバーガラス
５６０  超音波ボタン
５６４  圧電受信機層
５６６  薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板
５６８  超音波送信機
５７０  マーキング
５７８  カバーガラス
６００  超音波センサアレイ
６０４  圧電受信機層
６０６  薄膜トランジスタ回路およびＴＦＴ基板
６０８  超音波送信機
６０９  接着剤
６１０  コントローラ
６１１  導電性エポキシ
６１２  第１のフレキシブルコネクタ領域
６１４  第２のフレキシブルコネクタ領域
６１５  受動デバイス
６１７  集積回路層
６１８  補剛材
６２０  超音波センサアレイ
６２２  プリント回路ボード
７００  モバイルデバイス
７０１  バス
７１０  バスインターフェース
７１１  プロセッサ
７１２  デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
７２０  ワイヤレストランシーババスインターフェース
７２１  ワイヤレストランシーバ
７２２  ワイヤレスアンテナ
７２３  ワイヤレス信号
７３５  ユーザインターフェース
７４０  メモリ
７５５  ＧＰＳ受信機
７５８  ＧＰＳアンテナ
７５９  ＧＰＳ信号
７６０  センサ
７６２  タッチスクリーン
７６４  専用カメラデバイス
７６６  専用モデムプロセッサ
７６８  専用ビデオプロセッサ
７７０  オーディオ入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
１００２  送信機層
１００４  ＴＦＴ基板層
１００６  受信機層
１００８  音響インピーダンス整合層
１０１０  ペイント層
１０１２  プラテン層
１０１４  音響インピーダンス整合層
１０２０  第１の音響インピーダンス整合層
１０２２  ペイント層
１０２４  プラテン層
１０２６  第２の音響インピーダンス整合層
１１０２  超音波認証ボタン
１１０４  ペン注射器
１１０６  注射針
１１１２  超音波認証ボタン
１１１４  超音波認証ボタン
１１１６  吸入器
１１１８  送達開口器
１２０２  超音波ボタン
１２０４  カバー層またはプラテン
１２０６  圧電受信機層
１２０８  ＴＦＴ基板
１２１０  超音波送信機
１２１２  スタック内ハプティックデバイス
１２１４  第１のスイッチ電極
１２１６  第２のスイッチ電極
１２１８  ＰＣＢ
１２２０  ＦＰＣ（フレックス）
１２２２  カバーレンズまたはカバーガラス
１３０２  超音波ボタン
１３０４  プラテン
１３０６  圧電受信機層
１３０８  ＴＦＴ基板
１３１０  超音波送信機
１３１２  溝
１３１４  容量感知リング
１４０２  ブロック
１４０４  ブロック
１４０６  画像収集
１４０８  画像処理
１４１０  特徴抽出
１４１２  テンプレート生成
１４１４  データベース
１４２０  画像収集
１４２２  画像処理
１４２４  特徴抽出
１４２８  テンプレート生成
１４３０  指紋整合
１４３２  合致決定
【図１】
0006385451.tif 000004
【図２】
0006385451.tif 000005
【図３Ａ】
0006385451.tif 000006
【図３Ｂ】
0006385451.tif 000007
【図４Ａ】
0006385451.tif 000008
【図４Ｂ】
0006385451.tif 000009
【図５Ａ】
0006385451.tif 000010
【図５Ｂ】
0006385451.tif 000011
【図５Ｃ】
0006385451.tif 000012
【図５Ｄ】
0006385451.tif 000013
【図６Ａ】
0006385451.tif 000014
【図６Ｂ】
0006385451.tif 000015
【図７】
0006385451.tif 000016
【図８Ａ】
0006385451.tif 000017
【図８Ｂ】
0006385451.tif 000018
【図８Ｃ】
0006385451.tif 000019
【図９Ａ】
0006385451.tif 000020
【図９Ｂ】
0006385451.tif 000021
【図１０Ａ】
0006385451.tif 000022
【図１０Ｂ】
0006385451.tif 000023
【図１０Ｃ】
0006385451.tif 000024
【図１０Ｄ】
0006385451.tif 000025
【図１１Ａ】
0006385451.tif 000026
【図１１Ｂ】
0006385451.tif 000027
【図１１Ｃ】
0006385451.tif 000028
【図１１Ｄ】
0006385451.tif 000029
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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