(57)【要約】音響インピディオグラフィを使用する指紋センサを提供する。センサは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣまたはＩＣ）と、感知要素として使用される機械共振器のアレイとを含む。感知要素のアレイは、横列および縦列に配設される複数の感知要素を含有する。感知デバイスであって、感知要素のアレイであって、各感知要素は１つ以上の機械共振器を含む、感知要素のアレイを備え、該感知要素は、音響インピディオグラフィ原理に基づいて動作し、該感知デバイスは、特定用途向け集積回路上に形成される、感知デバイス。
2012521597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知デバイスであって、
感知要素のアレイであって、各感知要素は１つ以上の機械共振器を含む、感知要素のアレイを備え、
該感知要素は、音響インピディオグラフィ原理に基づいて動作し、
該感知デバイスは、特定用途向け集積回路上に形成される、感知デバイス。
【請求項２】
前記感知要素は、横列および縦列に配設される、請求項１に記載の感知デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、圧電識別デバイスおよびその用途に関する。より具体的には、指紋等の生体測定情報を取得する圧電デバイス、ならびに個人を認識および／または識別するために取得された情報を使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
生体測定は、高レベルのセキュリティを提供する一群の技術である。指紋捕捉および認識は、重要な生体測定技術である。法執行、銀行業務、投票、および他の業界が、身元を認識または検証するのに生体測定としての指紋にますます依存している。非特許文献１（その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる）を参照されたい。
【０００３】
指紋の反射光学像を検出する光学指紋スキャナが利用可能である。十分に高い解像度で上質の画像を捕捉するために、光学指紋スキャナは、最小の光学構成要素（例えば、レンズ）、照明源、および撮像カメラを必要とする。そのような構成要素は、指紋スキャナの全体的費用を増大させる。整列を維持するための機械構造も、製造および維持費を増加させる。
【０００４】
固体シリコンベースのトランスデューサも、市販されている指紋スキャナで利用可能である。そのようなシリコントランスデューサは、静電容量を測定する。これは、脆いシリコントランスデューサが指紋感知回路の数ミクロン以内にあることを要求し、それらの耐久性を低減する。圧延指紋を検出するために、固体トランスデューサの感知アレイは、１インチ×１インチの面積および約５０ミクロンの厚さを有する必要がある。これは、指紋スキャナの最低限の費用を増加させ、より大きい維持費につながる、シリコンの大幾何学形状である。耐久性および構造的完全性も、そのような大型シリコン幾何学形状で問題を抱える可能性が高い。
【０００５】
必要とされるものは、低い維持費を伴う安価で耐久性のある指紋スキャナである。また、必要とされるものは、（特に電子商取引の分野で）物理的危険、詐欺、および窃盗に対して個人および一般大衆を保護することができる、低費用の生体測定デバイスである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃｓ  Ｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ｖ．２．０，Ｇ．Ｒｏｅｔｈｅｎｂａｕｇｈ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ａｓｓｎ．Ｃａｒｌｉｓｌｅ，Ｐａ．１９９８、ｐａｇｅｓ１−３４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、音響インピディオグラフィを使用する指紋センサを提供する。センサは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣまたはＩＣ）と、感知要素として使用される機械共振器のアレイとを含む。感知要素のアレイは、横列および縦列で配設される複数の感知要素を含有する。
【０００８】
添付図面を参照して、本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の種々の実施形態の構造および動作を、以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を図示し、説明とともに、さらに本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作製および使用することを可能にする働きをする。
【図１】図１は、本発明の実施形態による、圧電識別デバイスを図示する。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、圧電要素を図示する。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、１列の圧電要素を図示する。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、長方形の圧電要素のアレイを図示する。
【図５】図５は、本発明の実施形態による、円形の圧電要素のアレイを図示する。
【図６】図６は、本発明の実施形態による、要素間に充填材を有する１列の長方形の圧電要素を図示する。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の実施形態による、センサアレイを図示する。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の実施形態による、センサアレイを図示する。
【図８】図８は、図７Ａのセンサアレイのより詳細な図を図示する。
【図９】図９は、図８のセンサアレイがどのようにして特定用途向け集積回路に接続されるかを図示する。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態による、感知アレイをマルチプレクサに接続する方法を図示する。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態による、識別デバイスを図示する。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態による、識別デバイスの回路構成要素を図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施形態による、図１２のセンサアレイに入力信号を印加し、センサアレイから出力信号を受信する方法を図示する。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施形態による、図１３Ａのスイッチを制御する方法を図示する。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態による、電圧感知回路例を図示する。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態による、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図示する。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態による方法のフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態による、生体測定情報を取得するために識別デバイスを使用することを図示する。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態による、識別デバイス起動回路を図示する。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態による、指紋のくぼみによって負荷が与えられる圧電要素のインピーダンスを図示する。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態による、指紋の隆起によって負荷が与えられる圧電要素のインピーダンスを図示する。
【図２１】図２１は、本発明の実施形態による、センサアレイ入力信号を図示する。
【図２２】図２２は、本発明の実施形態による、センサアレイ出力信号を図示する。
【図２３】図２３は、本発明の実施形態による、生体測定情報を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図２４】図２４は、本発明の実施形態による、骨地図を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図２５】図２５は、本発明の実施形態による、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【図２６】図２６は、本発明の実施形態による、細動脈血流情報を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図２７】図２７は、本発明の実施形態による、伝送ビーム指向性および受信ビーム指向性を図示する。
【図２８】図２８は、本発明の実施形態による、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態による、毛細管血流情報を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図３０】図３０は、本発明の実施形態による、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【図３１】図３１は、本発明の実施形態による方法のフローチャートである。
【図３２】図３２は、本発明の実施形態による、生体測定デバイスを図示する。
【図３３】図３３は、本発明の実施形態による、移動生体測定デバイスを図示する。
【図３４】図３４は、本発明の実施形態による、無線送受信機生体測定デバイスを図示する。
【図３５】図３５は、図３４の無線送受信機生体測定デバイスのより詳細な図を図示する。
【図３６】図３６は、電子販売取引を完了するために、図３４の無線送受信機生体測定デバイスを使用することを図示する。
【図３７】図３７は、図３４の無線送受信機生体測定デバイスに対する種々の用途を図示する。
【図３８】図３８は、本発明の実施形態による、無線送受信機生体測定デバイスを図示する。
【図３９】図３９は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）デバイスを公共サービス層と連結することを有する、ピコネット例の概略図である。該当なし。
【図４０】図４０は、本発明の実施形態による、センサアレイの概略図である。
【図４１】図４１は、本発明の実施形態による、ＡＳＩＣへの機械共振器感知要素の相互接続のマトリクスである。
【図４２】図４２は、音響インピーダンス指センサ上の指の説明図である。
【図４３】図４３は、ＡＳＩＣ伝送機のブロック図である。
【図４４】図４４は、ＡＳＩＣ受信機パイプラインのブロック図である。
【図４５】図４５は、本発明の実施形態による、減衰機械共振器感知要素のインピーダンスの性能のグラフ説明図である。
【図４６】図４６は、減衰機械共振器感知要素を通る電流のグラフ説明図である。
【図４７】図４７は、ＡＳＩＣ受信機パイプラインマルチプレクサのブロック図である。
【図４８】図４８は、本発明の実施形態による、ＡＳＩＣ受信機パイプラインマルチプレクサの代替的配置のブロック図である。
【図４９】図４９は、増大した性能のためのサンプルホールドを伴うＡＳＩＣ受信機パイプラインのブロック図である。
【図５０】図５０は、一般化されたサンプルホールドを伴うＡＳＩＣ受信機パイプラインの説明図である
【図５１】図５１は、本発明の実施形態による、サンプルホールドを伴わないＴｘ［Ｎ−１］およびＴｘ［Ｎ］上の感知要素のサンプリングの説明図である。
【図５２】図５２は、一組のサンプルホールドを伴うＴｘ［Ｎ−１］およびＴｘ［Ｎ］上の感知要素のサンプリングの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（発明の概要）
本発明は、概して、圧電識別デバイスおよびその用途に関する。より具体的には、指紋等の生体測定データまたは情報を取得するための圧電デバイス、ならびに個人の身元を認識および／または識別するために取得された情報を使用することに関する。
【００１１】
（発明に従う例示的なデバイスおよびシステム）
図１は、本発明の実施形態による、圧電識別デバイス１１０の概概略図である。識別デバイス１００は、圧電センサ１００と、センサ入力信号発生器１２０と、センサ出力信号プロセッサ１３０と、メモリ１４０とを有する。入力信号発生器１２０によって生成される入力信号は、２つのマルチプレクサ１５０によってセンサ１１０に連結される。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に連結される。
【００１２】
（圧電セラミックセンサ）
センサ１１０は、好ましくは、圧電セラミック要素のアレイである。例えば、センサ１１０は、化学的に不活性であり、湿気および他の大気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ることができる。多結晶セラミックは、特定の所望の物理、化学、および／または圧電特性を有するように製造することができる。しかしながら、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ることができる。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムまたはその共重合体等の偏極フッ素重合体フィルムを使用することができる。
【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の動作特性を図示する。力が表面２１０および２２０に印加されると、印加された力に比例する電圧が表面２１０と２２０との間で発現される。これが発生すると、表面２３０および２４０が相互から離れる。電圧が表面２１０および２２０に印加されると、表面２３０および２４０が相互に向かって移動し、表面２１０と２２０とが相互から離れる。交流電圧が表面２１０および２２０に印加されると、圧電セラミック要素２００は、当業者に公知であろう態様で振動する。
【００１４】
図３は、１列の５つの長方形の圧電セラミック要素２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、および２００Ｅを図示する。これらの長方形の圧電セラミック要素２００のそれぞれは、支持材３０２に取り付けられるか、またはそれと一体である。支持材３０２は、各長方形の圧電セラミック要素２００の１つの表面の移動を阻止する。したがって、交流電圧が圧電セラミック要素２００Ｃの表面２１０および２２０に印加されると、音波が圧電セラミック要素２００Ｃの表面２１０で生成される。生成された音波の周波数は、圧電セラミック要素２００Ｃの物理特性に依存している。
【００１５】
図４は、長方形の圧電セラミック要素２００の２次元アレイ４００を図示する。アレイ４００は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から作ることができる。ＰＺＴは、安価な材料である。実施形態では、アレイ４００は、医療用途で使用されるＰＺＴ１−３複合物と同様である。本発明によるセンサ１１０の圧電セラミック要素は、長方形以外の形状を有することができる。図５に図示されるように、センサ１１０は、円形圧電セラミック要素のアレイ５００を備えることができる。
【００１６】
一実施形態では、アレイ４００は、約４０ミクロン平方で深さ１００ミクロンである、長方形の圧電セラミック要素を備え、それにより、２０ＭＨｚの基本周波数音波を生じることができる。この実施形態では、要素間に５０ミクロンのピッチを提供するために、１０ミクロンの間隔が要素間で使用される。５０ミクロンのピッチは、本発明による識別デバイスが、連邦捜査局の指紋の品質標準を満たすことを可能にする。
【００１７】
本発明の他の実施形態は、好ましい実施形態とは異なる幾何学形状を使用する。例えば、５０ミクロンより大きいピッチを使用することができる。他の実施形態はまた、２０ＭＨｚ以外の周波数で動作する。例えば、実施形態は、他の周波数に加えて、３０ＭＨｚおよび４０ＭＨｚの周波数で動作することができる。
【００１８】
また、例えば、別の実施形態では、アレイ４００は、約８０平方で深さ２２０ミクロンである立方（長立方体）圧電セラミック要素を備えることができる。約  を提供するために、約２０ミクロンの間隔が要素間で使用される。
【００１９】
さらに別の実施形態では、アレイ４００は、約２００ミクロン平方で深さ５００ミクロンである長方形の圧電セラミック要素を備えることができる。立方体は、プリズムまたは押出星形に修正することができ、または面取りした角を有することができ、あるいはクロストークを低減することができ、それぞれ成形を促進する。
【００２０】
図６に示されるように、本発明によるセンサアレイの要素間の間隔は、剪断波を抑制し、センサの向上した機械特性をもたらすように、可撓性の種類の材料または充填材６０２で埋めることができる。重量を低減し、および／または剪断波の抑制を増加させるように、微小球６０４を充填材６０２に添加することができる（例えば、ビニル微小球）。識別デバイスの信号対雑音比およびデバイス感度を最適化するために、高い音響減衰および電気絶縁を提供する充填材（例えば、空気を充填したビニル微小球で充填されたアラルダイト）が使用されるべきである。
【００２１】
少なくとも４つの製造方法が、アレイ４００を生産するために存在する。これらの方法は、レーザ切断、ダイスカット、成形、およびスクリーン印刷を含む。レーザ切断は、小さい溝を切断し、それにより、アレイ４００の要素を形成するために、エキシマーレーザを使用することを伴う。ダイスカットは、溝およびアレイ４００の要素を形成するために、高性能ダイスカット機器を使用することを伴う。成形は、アレイ４００を形成するために、射出成形機器を使用することを伴う。スクリーン印刷は、プリント回路基板のアセンブリにおけるはんだ印刷と同様の技法であり、高度に自動化されたスクリーン印刷機がレーザ切断ステンシルを伴って適合される。この方法は、セラミック要素がわずか１００ミクロンの厚さであるため、２０ＭＨｚ音波要素を生産することに特に適している。
【００２２】
この方法は、適切な一貫性のセラミックスラリーを生産することを伴い、成形方法で必要とされ得るような表面研削を必要としないという利点を有する。
【００２３】
図７Ａは、本発明の好ましい実施形態による、長方形の圧電セラミック要素を備えるセンサアレイ７００を図示する。センサアレイ７００は、アレイ４００と同様である、長方形の圧電セラミック要素２００の２次元アレイを含む多層構造である。導体（導体７０６および７０８等）は、長方形の圧電セラミック要素２００のそれぞれに接続される。各要素２００の一方の端に接続された導体（例えば、導体７０６）は、各要素２００のもう一方の端に接続された導体（例えば、導体７０８）に対して直角に配向される。センサアレイ７００に近接して指を配置することができる、保護被覆を提供するように、遮蔽層７０２を一方の側面に追加することができる。支持材７０４は、センサアレイの反対端に取り付けることができる。センサアレイ７００を以下でより詳細に説明する。
【００２４】
（圧電フィルムセンサ）
図７Ｂは、本発明の実施形態による、圧電性フィルム（圧電フィルム）を備えるセンサアレイ７５０を図示する。図７Ｂは、センサアレイ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とによって挟持された圧電層７５２を含む多層構造である。導体グリッド７５４および７５６はそれぞれ、並列導電線の横列から構成される。好ましくは、グリッド７５４の線は、グリッド７５６の線に対して直角に（つまり、それぞれｘおよびｙ方向に）配向される。この配向は、圧電フィルムの中で複数の個別にアドレス可能な領域および要素を作成する。本明細書で使用されるように、要素という用語は、並列導電線（導体）の横列を使用して、個別に、またはより大きい領域の一部として、アドレス指定することができる、センサアレイの任意の領域を指す。圧電ポリマーフィルムセンサは、Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ，Ｉｎｃ．Ｎｏｒｒｉｓｔｏｗｎ，Ｐａ．から入手可能なＰｉｅｚｏ  Ｆｉｌｍ  Ｓｅｎｓｏｒｓ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｍａｎｕａｌ，Ａｐｒ．２，１９９９  ＲＥＶＢ（その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる）でさらに説明されている。
【００２５】
保護被覆を提供するように、指が配置される一方の側面に遮蔽層７５８を追加することができる。発泡体基材７６０を支持材として使用することができる。図７Ｂに示されるように、センサアレイ７５０の複数の層は、１つの方向（例えば、ｚ方向）に沿って積層される。
【００２６】
実施形態では、圧電層７５２は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムまたはその共重合体等の偏極フッ素重合体フィルムである。導体グリッド７５４および７５６は、ＰＶＤＦフィルム７５２の対向側に印刷された銀インク電極である。遮蔽層７５８は、ウレタンまたは他のプラスチックでできている。発泡体基材７６０は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）でできている。接着剤７６２、７６４は、図７Ｂに示されるように、印刷ＰＶＤＦフィルム７５２の対向側で遮蔽層７５８および発泡体基材７６０を担持する。
【００２７】
実施形態では、容易な交換のために、印刷電極を含むＰＶＤＦフィルムをラベルのように剥がすことができる。図７Ｂに示されるように、センサアレイ７５０は、容易に剥がすために、ワックスペーパーまたは他の材料（図示せず）上に接着剤７６６によって載置することができる。これは、圧電センサが最低の費用で簡単かつ容易に設置および／または交換されることを可能にする。光学およびシリコン技法と比較して、圧電センサアレイ７５０の維持は些細である。
【００２８】
（センサアレイアドレス線）
図８は、センサアレイ７００のより詳細な図を図示する。上記で説明されるように、センサアレイ７００は、充填材６０２を有する圧電セラミック要素を備える。充填材６０２は、好ましくは微小球６０４を含有する。次いで、この構造は、いくつかの層の間で挟持される。この中心複合層は、例えば、電気インピーダンス値のマトリクスの中へ指紋の機械インピーダンスをマップするために使用することができる、活性構造である。
【００２９】
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つの電極線（例えば、導体７０６および７０８）に接続される。センサアレイ７００の一端上の電極線は、センサアレイ７００の反対端上の電極線と垂直に走る。したがって、それに接続される２つの電極線を選択することによって、アレイのいずれか単一の要素２００をアドレス指定することができる。電極線は、好ましくは、真空排除およびリソグラフィによって作成され、以下で説明される相互接続技法を介して切替電子機器に接続される。
【００３０】
一組の電極線の上には、保護層７０２がある。保護層７０２は、好ましくは、ウレタンでできている。この保護層７０２は、センサの動作中に指と接触することを目的としている。
【００３１】
支持材７０４またはバッキング層は、長方形の圧電セラミック要素２００のそれぞれに対する後方音響インピーダンスとしての機能を果たす。好ましい実施形態では、支持材７０４は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）発泡体でできている。搭載および非搭載されたときに要素の電気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支持材７０４は、センサ要素材料と音響的に不整合となるべきである。非常に低い、または非常に高い音響インピーダンス材料のいずれか一方をしようすることができる。圧電セラミック材料を使用する実施形態について、好ましいインピーダンス不整合は、硬質バッキングよりもむしろエアバッキングによって得ることができる。これは、センサが高い音響インピーダンスを有するためである。
【００３２】
センサアレイ７００を構築するために本明細書で説明される材料は、例証的であり、本発明を限定することを目的としない。当業者に公知となるように、他の材料を使用することができる。
【００３３】
図９は、どのようにしてセンサアレイ７００を特定用途向け集積回路に接続することができるかを図示する。本明細書で説明されるように、センサアレイ７００の上の導体ｍおよびセンサアレイ７００の底部の導体ｎを選択（アドレス指定）することによって、センサアレイ７００の個別圧電セラミック要素（ｍ、ｎ）をアドレス指定することができる。クロストークを低減するために、他の導体、特に、選択されている要素の付近にある要素をアドレス指定するために使用される導体を接地または開放することができる（高インピーダンス状態）。選択された要素の付近にある寄生電流は、図６および７Ａに関して上記で説明される、間質性充填材６０２によって機械的に最小化される。一実施形態では、要素間の間隔（ピッチ）が約５０ミクロンであり、標準接合技術が約１００ミクロンのピッチを必要とするため、図９に示されるような、センサアレイ７００の「東」および「西」側の交互横列および「北」および「南側」の交互縦列が、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つの縁９０８の周囲の「バンプ」技術で終端することができる。実施形態では、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２の側面９０８は、約３ｍｍである。
【００３４】
実施形態では、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２が高密度フレックス９０６に接続される。高密度フレックス９０６は、エポキシ基材９０４に接続される。導体は、アレイの導体をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に連結するように、高フレックスに形成するか、または取り付けることができる。例えば、高密度フレックス９０６上の導体は、図９で導体７０８をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に連結して示されている。導体は、バンプはんだ付けによってＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に連結される。高密度フレックス９０６上の導体をセンサアレイの導体７０８に連結するために、異方性接着剤を使用することができる。ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２をセンサアレイ７００に接続し、電気的に連結するための他の手段が、当業者に公知であり、これらの手段も本発明に従って使用することができる。
【００３５】
図１０は、本発明の実施形態による、感知アレイ１００２をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に接続する方法を図示する。本明細書で説明されるように、電極線または導体は、基材９０２（図１０では図示せず）の両側に蒸着し、次いで、所望のパターンにエッチングすることができる。線および横列パターンがエッチングされる前に、基材９０２は、医用トランスデューサと同様に偏極されるべきである。
【００３６】
偏極基材が、利用可能なプリントカイロ基板技術に適合するソケットまたは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、空気等価発泡体または酸化アルミニウムによって裏打ちすることができる。いずれか一方のバッキングは、８Ｍｒａｙｌにおいて複合圧電材料に不整列して、例えば、指紋を走査することができる、センサアレイ１００２の前面のみでエネルギー結合を発生させるように設計されている。図１０では、約１００ミクロンのピッチを必要とする接合技術を促進するように、センサアレイ１００２の上および底部の両方の導体が、上記で説明される方式で交互配置されることを留意されたい。
【００３７】
図１１は、本発明の実施形態による、識別デバイス１１００を図示する。好ましい実施形態では、デバイス１１００は、センサアレイ１１０２上に不正確に配置された指紋を捕捉するほど十分物理的により大きい（例えば、約２５ｍｍ平方）、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、解像度がＣＪＩＳ  ＡＮＳＩＩ  ＮＩＳＴ標準に準拠し（２５．４ｍｍあたり５００ポイント）、２５６の明確に異なるグレーの階調を提供するのに十分なピクセルダイナミックレンジを有する。
【００３８】
図１１に示されるように、実施形態では、基材１１１０が、プリント回路基板１１０４に取り付けられる。センサアレイ１１０２の導体は、センサアレイ１１０２を本明細書の他の部分で説明される他の回路に連結する、２つの集積回路１１０６および２つの集積回路１１０８に連結される。集積回路１１１２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にする、無線送受信機である。この接続性は、本発明の実施形態が、例えば、標準の安全な識別および／または認証トークンを、それを必要または要求する過程または商取引に供給することを可能にする。図１１に示された接続スキームは、本発明の実施形態を実装するために使用することができる、代替的な接続スキームである。
【００３９】
上記のセンサアレイの説明は例証的であり、本発明を限定することを目的としない。例えば、圧電層７５２は、圧電ポリマーを含むがそれに限定されない、圧電効果を呈する任意の材料となり得る。導体グリッド７０６、７０８、７５４、および７５６は、金属を含むがそれに限定されない、任意の導電性材料となり得る。同様に、この説明を考慮すると当業者に明白となるように、他の種類の保護材料を遮蔽層７０２および７５８に使用することができる。他の種類の支持材料を、支持材  ７０４または発泡体基材７６０の代わりに使用することができる。
【００４０】
（識別デバイス例）
図１２は、本発明の実施形態による識別デバイス１２００を図示する。デバイス１２００は、入力信号発生器１２０２と、感知アレイ１２２０と、出力信号プロセッサ１２４０と、メモリコントローラ１２６０と、メモリ１２７０とを備える。センサアレイ１２２０は、それぞれ、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂによって入力信号発生器１２０２および出力信号プロセッサ１２４０に連結される。コントローラ１２３０は、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂの動作を制御する。識別デバイス１２００の動作を以下でさらに説明する。
【００４１】
実施形態では、入力信号発生器１２０２は、入力信号発生器または発振器１２０４と、可変増幅器１２０６と、スイッチ１２０８とを備える。一実施形態では、発振器１２０４は、デバイス１２００が動作しているモードに応じて、可変増幅器１２０６によって低または高電圧（例えば、約４ボルトまたは８ボルト）に増幅される、２０ＭＨｚ信号を産生する。スイッチ１２０８は、入力信号を全く提供しない、パルス入力信号を提供する、または連続波入力信号を提供するために使用される。スイッチ１２０８は、当業者に公知となる方式で、本明細書で説明される種々の種類の入力信号を産生するように制御される。図１２に示されるように、入力信号発生器１２０２によって生成される入力信号は、マルチプレクサ１２２５Ａを通してセンサアレイ１２２０に提供され、かつコントローラ１２３０および出力信号プロセッサ１２４０に提供される。
【００４２】
センサアレイ１２２０の構造および詳細は、上記で説明される。好ましい実施形態では、センサアレイ１２２０は、２０ＭＨｚ入力信で動作するように設計されている長方形の要素の圧電セラミック複合物である。
【００４３】
（マルチプレクサ例）
図１３Ａおよび１３Ｂは、本発明の実施形態による、入力信号発生器１２０２によって生成された入力信号をセンサアレイ１２２０に印加する方法と、センサアレイ１２２０から出力信号を受信する方法とを図示する。一実施形態では、センサアレイ１２２０は、２次元アレイに配設される２００，０００個の要素２００を備える（すなわち、５００×４００個の要素アレイ）。例えば、アレイ１２２０の底部の要素の横列に接続する、アレイ１２２０の５００個の導体が、１つずつ、または種々の群で、入力信号発生器１２０２に接続されなければならない一方で、アレイ１２２０の上の縦列に接続する、アレイ１２２０の４００本の線は、例えば、１つずつ、または種々の群で、例えば、インピーダンス計またはドップラ回路に接続されなければならない。このタスクは、マルチプレクサ１２２５によって達成される。
【００４４】
別の実施形態では、センサアレイ１２２０は、約２５，０００個から約６４，０００個の要素２００を含むことができる（例えば、８０×８０×２００ミクロンの要素を用いて）。さらに別の実施形態は、約１６，０００個の要素２００を含むことができる（例えば、２００×２００×５００ミクロンの要素を用いて）。
【００４５】
実施形態では、マルチプレクサ１２２５は、４つの同一のＡＳＩＣに組み込まれる（図１０参照）。これらの４つのＡＳＩＣは、アナログマルチプレクサ、増幅器、検出回路、および論理を備える。好ましい実施形態では、センサアレイ１２２０への入力信号の電圧は、ＡＳＩＣが３ミクロン幾何学形状を使用して構築されること、および５オーム未満のスイッチインピーダンスを実現することを可能にする、８ボルト未満に制限される。これらのＡＳＩＣのそれぞれの４つの基本セクションは、（１）本明細書で説明されるようなマルチプレクサ、（２）増幅器／自動利得コントローラ、（３）ドップラ検出器、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。アイテム（２）から（４）の構造および実装は当業者に公知である。
【００４６】
実施形態では、マルチプレクサ１２２５は、１７個の１６：１マルチプレクサを備え、したがって、選択されるように１つの出力または１６個の出力をもたらす。マルチプレクサにおける各スイッチの機能は、長さ２７２ビットおよび幅２ビットであるシフトレジスタ１３０２によって判定される（図１３Ｂ参照）。シフトレジスタ１３０２の搭載およびクロッキングは、当業者に公知となるカウンタおよび論理を備える、コントローラ１２３０によって行われる。図１３Ａに示されるように、センサアレイ１２２０の導体は、接地、信号入力発生器１２０２に接続することができるか、または接続されていない状態となり得る（高インピーダンス）。マルチプレクサ１２２５Ａは、最低「オン」抵抗のために設計される。マルチプレクサ１２２５Ｂは、センサアレイ１２２０の片側の全ての（２５６個の）導体を、１つまたは１６個の感知ノードに接続する。例えば、電圧感知のために、適正なセンサ要素が選択され、使用されるように、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂの両方が、同じ機能論理（すなわち、コントローラ１２３０）に接続される。感知のために選択された要素または要素群の付近にある、要素の縦列および横列は、結合および干渉を防止するように接地に切り替えることができる。
【００４７】
図１３Ｂは、本発明による、マルチプレクサ１２２５のスイッチを制御する方法を図示する。本明細書で説明されるように、アレイ１２２０の導体に接続されるマルチプレクサ１２２５の各スイッチは、接地に接続される、信号入力発生器１２０２に接続される、または開放（高インピーダンス）といった、３つの状態のうちの１つになり得る。これは、例えば、図１４に示されるように、２つのＣＭＯＳゲートを使用して実装することができる。次いで、各スイッチの位置を制御するために、長さ２７２ビットで幅２ビットのシフトレジスタを使用することができる。コントローラ１２３０からのビットは、マルチプレクサ１２２５のスイッチの位置を制御するようにシフトレジスタ１３０２へ偏移される。実施形態では、新しいビットがシフトレジスタ１３０２へ偏移されている際に、マルチプレクサスイッチが一定のままであるように、シフトレジスタ１３０２は、ラッチを使用してマルチプレクサ１２２５のスイッチに連結される。この実施形態を実装する方法は、当業者に公知となるであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、マルチプレクサ１２２５の機能性を実装するための他の手段を使用することができる。
【００４８】
図１４は、本発明の実施形態による、電圧検出器例１２４４を図示する。当業者によって理解されるように、特定の導体に連結された全ての要素が信号源（すなわち、入力信号発生器１２０２）から引き出しているため、センサアレイ１２２０の各導体における電圧降下は、アレイの要素の電圧降下と比較して大きい。各要素が５００オームのインピーダンスを有する場合、並列に接続された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に第２のマルチプレクサを使用することによって、補うことができる。図１４で見ることができるように、マルチプレクサ１４０６のスイッチの前の増幅器１４０４の仮想ゼロ点を移動させるために、マルチプレクサ１４０２が使用される。
【００４９】
本明細書で説明されるように、開口の選択、センサアレイ１２２０の中でのそれらの相対位置、および同時に操作されることを目的としている開口の数は、マルチプレクサ１２２５の論理の複雑性に影響を及ぼす。したがって、好ましい実施形態では、この論理は、ＤＳＰを使用して実装される。デバイス１２００の動作モードは、モードスイッチを使用して、上記で説明される４つの同一のＡＳＩＣ上で選択することができる。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の適正な検出器に方向付けるようにスイッチ１２５０（図１２参照）を操作するために使用することができる。
【００５０】
インピーダンス検出器１２４２の動作、信号走時検出器１２４６、およびドップラ偏移検出器１２４８を以下で説明する。本明細書の説明を考慮すると、これらの検出器の機能性を実装する回路が、当業者に公知となるであろう。
【００５１】
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に記憶することができる。図２１は、本発明の実施形態による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を以下で説明する。
【００５２】
図１５は、本発明の実施形態による、走査速度を増加させ、センサアレイ１５００におけるクロストークを最小化するための手段を図示する。図１５で見られるように、複数の要素が同時に能動的となり得て、クロストークを最小化するための第１の手段は、アレイ１５００の能動要素１５０２を地理的に分離することである。本明細書で説明されるように、センサアレイ１５００にわたって走査するにつれて、能動要素１５０２とともに移動する、動的接地スキーム（すなわち、能動要素１５０２の付近にある要素１５０４を接地に連結する）を使用することができる。これは、全ての感知された周波数に対するファラデーケージを維持しながら、接地への静電容量結合および電気クロストークを低減する。加えて、クロストーク、それにより、選択された要素１５０２の付近での寄生電流を低減するために、間質性充填材を使用することができる。アレイ１５００の他の要素、例えば、要素１５０６が、開放している導体に接続される。
【００５３】
（本発明の方法例の実施形態）
図１６は、本発明の実施形態による方法１６００のフローチャートである。方法１６００は、２つのステップ１６１０および１６２０を含む。ステップ１６１０では、生体、例えば、指または手が、圧電セラミックアレイに近接して配置される。ステップ１６２０では、出力がセンサアレイから取得される。取得された出力は、例えば、指または手がセンサアレイに近接して配置された、個人の身元を認識または検証するために使用することができる、生体測定データを取得するように、以下で説明されるように処理される。
【００５４】
ステップ１６１０および１６２０のそれぞれを、上記で説明されるデバイス１２００の種々の動作モードに関して、以下でさらに説明する。
【００５５】
本明細書で説明されるように、識別デバイス１２００は、取得される生体測定データに応じて、異なるモードで操作される。デバイス１２００を使用して取得することができる生体測定データは、指紋、骨地図、細動脈血流、および／または毛細管血流を含む。
【００５６】
図１７は、本発明の実施形態による、指の指紋を取得するために識別デバイス１２００を使用することを図示する。図１７に見られるように、指１７０２がデバイス１２００のセンサアレイ１２２０に近接して配置される。好ましい実施形態では、センサアレイ１２２０は、圧電セラミックセンサアレイ７００と同様である。
【００５７】
指１７０２の２つの指紋の隆起１７０４が、保護遮蔽７０２と直接接触している。指１７０２の指紋のくぼみ（すなわち、空洞）１７０６は、保護遮蔽７０２と直接接触していない。図１７で見ることができるように、隣接する指紋の隆起１７０４の間に、約６個の圧電セラミック要素２００がある。
【００５８】
最初に、デバイス１２００は、節電モードである。このモードは、移動バージョンのデバイス１２００でバッテリ寿命を延長するために特に有用である。指１７０２が力をセンサアレイ１２２０に印加すると、起動回路１８００（図１８参照）がデバイス１２００をオンにするように動作する。
【００５９】
起動回路１８００は、コンデンサ１８０２と、ダイオード１８０４と、スイッチ１８０６とを備える。指１７０２が力を圧電セラミック要素２００に印加すると、要素によって電圧が発生させられ、コンデンサ１８０２に電荷を蓄積させる。十分な電荷が蓄積されると、そのように産生される電圧が、スイッチ１８０６をオンにさせる。電圧源１８０８は、いったんスイッチ１８０６がオンになるとデバイス１２００に電力供給するために使用される。電力は、ターンオフ回路（図示されていない放電レジスタ）を使用してコンデンサ１８０２が放電されるまで、デバイス１２００に供給され続ける。
【００６０】
デバイス１２００が起動した後、デバイス１２００は、指１７０２の指紋を取得するように処理することができる、センサアレイ１２２０からの出力を取得するために、インピーダンス検出モードまたは減衰モード（電圧モード）で操作することができる。これらのモードのそれぞれを以下で説明する。
【００６１】
圧電センサ２００の要素の出力は、デバイスとの指の接触点の重心を判定するように合計することができる。したがって、デバイスを横断する指の移動を感知することができ、センサ２００をポインティングデバイスとして使用することができる。例えば、相互接続された視認デバイス上で指し示すために、圧電センサ２００と接触している指の重心を使用することができる。センサ要素の合計はまた、ユーザが少なすぎる力または過剰な力で押しているかどうかを判定するために使用することもでき、結果をユーザにフィードバックすることができる。
【００６２】
図１８に示された実施形態は、相互接続された視認デバイス上で選択を行うためにスイッチとして使用することもできる。例えば、アナログ・デジタル変換器（図示せず）がコンデンサ１８０２に連結される場合、コンデンサ１８０２にわたる電圧は、ユーザによって選択を行うために対話形式で使用することができるデジタル信号に変換される。ユーザがセンサ２００に印加される圧力を変化させるにつれて、コンデンサ１８０２にわたる電圧が変化する。アナログ・デジタル変換器は、この時間的に変化する電圧を、例えば、００００００００（基礎２）から１１１１１１１１（基礎２）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、周期的にサンプリングされ、選択を行う、および／または示すために使用される（例えば、数字をプロセッサへ入力し、特定の選択を行う、および／または示すために使用することができる）。視認デバイス上のグラフィカルユーザインターフェースは、フィードバックをユーザに提供し、センサ２００に印加された圧力に基づいて、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示す。選択を変更するために、ユーザは単純に、より多くの、または少ない圧力をセンサ２００に印加する。
【００６３】
（インピーダンスモード）
図１９は、本発明の実施形態による、指紋のくぼみ１７０６によって負荷が与えられる単一の圧電要素２００のインピーダンスを図示する。約１９．８ＭＨｚの周波数において、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素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、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、インピーダンスは約４０，０００オームである。図１９が図２０と比較されると分かるように、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素２００の絶対インピーダンスと、指紋のくぼみ１７０６に負荷が与えられる要素２００の周波数とのインピーダンスの変化との両方は、指紋の隆起で負荷が与えられる要素２００とは有意に異なる。この差異は、指紋データを産生するように出力信号プロセッサ１２４０によって処理することができる、センサアレイ１２２０の出力を取得するために使用することができる。
【００６４】
図２０は、本発明の実施形態による、指紋の隆起１７０４によって負荷が与えられる単一の圧電セラミック要素２００のインピーダンスを図示する。図２０で見ることができるように、約１９．８ＭＨｚの周波数において、指紋の隆起によって負荷が与えられる要素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、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、インピーダンスは約２０，０００オームである。したがって、指紋の隆起で負荷が与えられる要素２００の絶対インピーダンスと、指紋の隆起で負荷が与えられる要素２００の周波数とのインピーダンスの変化との両方は、指紋のくぼみで負荷が与えられる要素２００とは有意に異なる。
【００６５】
インピーダンスモードで動作する時に、識別デバイス１２００は、要素２００の絶対インピーダンスおよび／または周波数との要素２００のインピーダンスの変化を判定して、所与の要素２００が指紋の隆起１７０４または指紋のくぼみ（空洞）１７０６によって負荷が与えられているかどうかを判定する。要素２００のインピーダンスの尺度を取得するためには、入力信号発生器１２０２が、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低電圧パルスを産生するために使用される。
【００６６】
マルチプレクサ１２２５Ｂにおいて取得される出力信号は、アレイ１２２０の要素２００の絶対インピーダンスに関係付けられる。これらの出力信号は、アレイ１２２０の要素の絶対インピーダンスの尺度を判定するように、スイッチ１２５０によってインピーダンス検出器１２４２に送られる。指紋を取得するためには、所与の要素２００が指紋の隆起または指紋のくぼみによって負荷が与えられているかどうかを、インピーダンス検出器１２４２が判定できることのみが必要である。特定の要素２００が指紋の隆起または指紋のくぼみによって負荷が与えられているかどうかという、これらの判定は、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することができる。指紋は、メモリ１２７０に記憶される。指紋はまた、以下で説明されるように他のデバイスに伝送することもできる。
【００６７】
２つの異なる入力信号周波数を使用して、指１７０２の指紋が２回走査される場合、周波数との要素２００のインピーダンスの変化を計算することができる。本明細書ですでに説明されているように、周波数との要素２００のインピーダンスの変化は、要素２００が指紋の隆起または指紋のくぼみによって負荷が与えられているかどうかに応じて異なる。図１２で見ることができるように、入力信号発生器１２０２によって生成される入力信号は、出力信号プロセッサ１２４０に供給される。したがって、出力プロセッサ１２４０は、センサアレイ１２２０に入力されている信号の周波数および電圧の両方を判定することができる。
【００６８】
オペアンプを使用して、インピーダンス検出器回路（図示せず）を実装することができる。マルチプレクサ１２２５Ｂの出力が、オペアンプの負のポートに供給され、増幅された信号が出力ポートで取得される。当業者に公知となるように、オペアンプの正のポートが接地に連結され、オペアンプの負のポートと出力ポートとの間に抵抗が配置される。
【００６９】
出力ポートにおける増幅電圧が所定の閾値電圧を超えた場合、測定されている特定の要素２００は、指紋の隆起によって負荷が与えられている。これは、（所与の周波数について）指紋の隆起によって負荷が与えられる要素２００の絶対インピーダンスが、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素２００のインピーダンスの約半分であるという事実による。したがって、指紋の隆起によって負荷が与えられる要素２００からオペアンプに提供される出力信号の電圧は、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素２００からオペアンプに提供される出力信号の電圧の約２倍である。
【００７０】
一般に、より大きい個々の要素（例えば、約４０ミクロン×１００ミクロンより大きい）を含む、より小さい圧電セラミックセンサアレイ（例えば、約１００，００より少ない要素）と関連して、わずかに異なる処理技法を使用することができる。例えば、例示的な圧電セラミック要素は、誘電体としてＰＺＴを有するコンデンサから構成されることができる。ＰＺＴの誘電率は、比較的高くなり得る（例えば、１５００クーロン／ボルト・メートル以上）。
【００７１】
１５００では、圧電効果が、コンデンサを電圧下で機械的に拡張または収縮させる。種々の周波数において、要素は、波長の相互作用、要素における音速、および要素の物理的寸法に基づいて、優先的振動または締め付けを呈する。最も有用な振動は、１つの例示的実施形態では７．６および８．３ＭＨｚである、直列および並列共振である。周波数が増加するとともに、コンデンサのインピーダンスの期待された指数関数的低下は、エネルギーが消費されるか、または消費されない際に、これら２つの周波数において逸脱を有する。
【００７２】
指紋の隆起への機械的連結の点広がり関数は、並列共振についてオフセットされることが発見されている。この概念は、空間要素周波数の最大４倍の空間サンプリング周波数を促進する。加えて、くぼみがエネルギーの伝達を引き起こさないので、隆起またはくぼみへの感度が非常にバイアスを受ける。しかしながら、隆起が高周波の音波を受け、隆起を通して遠くのくぼみを検出することができる。最終結果としては、センサが隆起よりもくぼみを良好に検出することができ、くぼみは要素のピッチよりもはるかに小さくなり得る。
【００７３】
（減衰／電圧モード）
上記のように、デバイス１２００はまた、指の指紋１７０２を取得するように、減衰または電圧モードで動作することもできる。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）であろうと、圧電フィルムアレイ（例えば、アレイ７５０）であろうと、利用可能である。デバイス１２００の減衰モードは、指紋の隆起１７０４によって負荷が与えられる要素２００に付与されるエネルギーを指１７０２に伝達することができる一方で、指紋のくぼみ１７０６によって負荷が与えられる要素２００に付与されるエネルギーを指１７０２に伝達することができないという原理に基づく。
【００７４】
減衰モードでは、入力信号発生器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、高電圧パルス信号を産生する。図２１は、１サイクルの入力パルスを図示する。しかしながら、入力信号は、典型的には１サイクルよりも長い。実施形態では、入力信号は、長さが約１０サイクルである。これらの入力信号は、アレイの要素を振動させ、音波を産生させる。これらの音波は、要素から遮蔽層を通って、要素より上側の指紋の隆起１７０４へと進行することができる。遮蔽層の音響インピーダンスが指１７０２の音響インピーダンスに整合されるので、これらの音波は指紋の隆起１７０４の中へ入ることができる。指紋の隆起１７０４と遮蔽層との間の界面によって、音波への音響障壁は形成されない。したがって、指紋の隆起によって負荷が与えられる要素に付与されるエネルギーが放散される。指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素の場合、要素に付与されるエネルギーは、より長期間にわたって要素に閉じ込められたままとなる。これは、指紋のくぼみの空気が音響障壁の役割を果たすためである。
【００７５】
いくつかのサイクル後に、アレイについて取得された出力信号の電圧が判定され、指１７０２の指紋を取得するように処理される。図２２は、出力信号例を図示する。実施形態では、指紋の隆起１７０４によって負荷が与えられる要素に付与されるエネルギーが、指紋のくぼみ１７０６によって負荷が与えられる要素に付与されるエネルギーよりも迅速に放散されるため、指紋の隆起１７０４によって負荷が与えられる要素から取得される出力信号の電圧は、入力信号の電圧の約１／１０しかない。この実施形態では、指紋のくぼみ１７０６によって負荷が与えられる要素から取得される出力信号の電圧は、入力信号の電圧の約１／２である。この電圧の差は、電圧検出器１２４４によって検出し、指１７０２の指紋を生成するように処理することができる。電圧検出器１２４４を実装するために手段が上記で説明されている。他の手段が当業者に公知となるであろう。
【００７６】
（ドップラ偏移およびエコーモード）
識別デバイス１２００は、少なくとも２つの他のモードで操作することができる。これらのモードは、信号走時（エコー）モードおよびドップラ偏移モードである。エコーモードはまた、撮像モードと呼ぶこともできる。これらのモードは、以下で説明されるように、骨地図、細動脈・静脈地図、細動脈血流、および毛細管血流等の生体測定データを取得するために使用される。これらの生体測定および／または他の生体測定の組み合わせも取得することができる。例えば、細動脈血流の毛細管血流等に対する比を取得し、宿主の感情状態または健康を示すために使用することができる。
【００７７】
図２３は、本発明の実施形態による、生体測定情報を取得するために、エコーまたはドップラ偏移モードで動作する識別デバイス１２００をどのように使用することができるかを図示する。本明細書で説明されるように、音波を産生するように、高電圧信号をセンサアレイ１２２０の要素に入力することができる。これらの音波は、指１７０２を通って進行し、例えば、指１７０２の骨、指１７０２の爪、または指１７０２の中で流れる血液等の指１７０２の種々の特徴によって反射される。
【００７８】
図２４は、本発明の実施形態による、３次元骨地図を取得するために識別デバイス１２００がどのように使用されるかを図示する。指１７０２の骨２４０２の地図を生成するために、デバイス１２００は、そのエコーモードで操作される。皮膚表面から指１７０２の中へ進行する音波は、骨２４０２の骨構造から反射される。この構造は、それが引き起こす大きなエコー振幅から識別することができる。エコー走時は、センサから骨への距離の尺度であるため、骨２４０２の形状の３次元地図を実現することができる。
【００７９】
骨２４０２の地図を取得するために、高電圧パルス入力信号が入力信号発生器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、要素に指１７０２の中へ進行する音波を生成させる。図２４に示されるように、アレイ１２２０の特定の要素２００のみが、所与の時に音波を活発に生成している。本発明によれば、本明細書で説明されるように、コントローラ１２３０およびマルチプレクサ１２２５を使用して、能動音波伝送および受信装置が構成され、センサアレイ１２２０を横断して移動（走査）させられる。生成された音波は、指１７０２を通って進行し、骨２４０２の構造によって反射される。次いで、これらの反射された音波は、受信装置によって検出される。音波の走時は、デバイス１２００の検出器１２４６によって取得され、骨構造がアレイ１２２０からの種々の距離で位置するかどうかを検出するために使用される。当業者に公知となるように、この動作モードは、レーダが動作する方法と同様である。
【００８０】
音波の波長および選択される開口は、伝送および受信ビーム形状を画定する。本発明によれば、種々の開口サイズおよびビーム指向性を形成することができる。図２５は、本発明の実施形態による、骨２４０２の骨地図を取得するために使用することができるビーム指向性例を図示する。他のビームも使用することができる。
【００８１】
図２６は、本発明の実施形態による、細動脈血流情報を取得するために識別デバイス１２００がどのように使用されるかを図示する。動脈２６０２および毛細血管２６０４が、指１７０２について示されている。図２６で見られるように、細動脈血流は、感知アレイ１２２０の表面に平行である。
【００８２】
細動脈血流データは、ドップラ偏移モードで動作している間にデバイス１２００から取得される。動脈２６０２の中を流れる赤血球から後方散乱されたドップラ偏移信号を受信するために、センサアレイ１２２０の伝送および受信指向性ビームパターンは、１つ以上の重複体積２６０６を形成しなければならない。
【００８３】
図２７は、重複体積２６０６を形成する、本発明の実施形態による、伝送開口２６１０Ａおよび受信開口２６１０Ｂを図示する。伝送開口２６１０Ａおよび受信開口２６１０Ｂを作成するための１つのアプローチは、２波長（６００ミクロン）のピッチで離間される、約６波長平方未満の開口（例えば、一辺が３００ミクロンまたは６つの要素）を作製することである。これらの開口は、約３０度で副ビームまたは格子ローブを作成し、細動脈血流を検出するために適切な深さで重複体積２６０６を形成する。図２８は、本発明の実施形態による、そのような開口によって形成される伝送および／または受信ビームを図示する。他の開口も使用することができる。格子ローブを作成することができる角度は、本明細書の説明を考慮すると当業者に公知となるように、開口間のピッチの比および生成される音波の波長によって制御される。
【００８４】
図２６および２７で見られるように、開口２６１０Ａによって産生される音響エネルギーは、動脈２６０２の中で流れる血球によって散乱され、開口２６１０Ｂにおいて受信される。開口２６１０Ａを構成するアレイ１２２０の要素に提供される入力信号は、高電圧連続波信号である。この入力信号はまた、ドップラ偏移検出器１２４８に対する参照信号として出力信号プロセッサ１２４０に提供される。この入力または参照信号は、ドップラ偏移情報を取得するように、ドップラ偏移検出器１２４８によって、開口２６１０Ｂから受信された出力信号と混合される。ドップラ偏移検出器１２４８を実装するための回路は、関連技術で公知であり、したがって、ここでは再現しない。
【００８５】
図２９は、本発明の実施形態による、毛細管血流情報を取得するために識別デバイス１２００がどのように使用されるかを図示する。図２９で見られるように、毛細管血流は、センサアレイ１２２０の表面に垂直な方向にある。細動脈流から毛細管流を分離するために、９つの要素（３×３、１５０ミクロン平方）の複数の開口を選択することができる。この開口は、センサ１２２０の多くの部分で同時に複製することができる、非常に狭く接近した感度の領域を作成する。開口の感度は、複数の開口のドップラ信号をともに加算することによって増加させることができる。開口の感度は、アレイ１２２０の表面に最も近い指１７０２の２分の１ミリメートルで集中する。図３０は、本発明の実施形態による、毛細管血流を検出するために使用することができる、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【００８６】
血流を検出するためにデバイス１２００を使用する時に、パルスドップラ実施形態を使用することは、同じ開口に伝送および受信機能の両方を果たさせるという利点を有する。加えて、受信した信号をゲートで制御することによって、血流パターンを取得するように、明確なサンプル体積に起因する後方散乱情報のみが分析される。
【００８７】
図３１は、デバイス１２００を使用して生体測定データを取得するためのより詳細な方法３１００のフローチャートである。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、方法３１００を説明する。
【００８８】
ステップ３１０２では、最初のピクセルまたはピクセル群を検出するように、デバイス１２００が起動され、圧電フィルムセンサアレイ１２２０が切り替えられる。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ピクセル群に切り替える。一実施例では、圧電フィルムセンサアレイ１２２０は、５１２×５１２ピクセルアレイである。マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂはそれぞれ、検出されている最初のピクセルまたはピクセル群の指定されたアドレスにおいて、特定のグリッド線（導体）をアドレス指定および／または選択するために使用される。
【００８９】
ステップ３１０４では、入力信号が圧電フィルムアレイ１２２０に印加される。パルスが１つの３０ＭＨＺサイクルで印加される。発振器１２０４は、３０ＭＨＺで振動信号を生成する。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ピクセル群に転送する。この入力信号はまた、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。
【００９０】
ステップ３１０６では、出力信号が圧電フィルムアレイ１２２０から取得される。出力信号プロセッサ１２４０は、ピクセルにおいて信号を検出する前にいくつかのサイクルを待つ。例えば、入力信号発生器１２０２から送信された信号に応じて、出力信号プロセッサ１２４０は、入力パルスがピクセル（またはピクセル群）に印加された後にいくつかのサイクルを待つ。ステップ３１０８では、待機が完了すると、例えば、電圧検出器１２４４を使用して、電圧が上昇させられる。
【００９１】
例えば、１つの３０ＭＨＺサイクルは、約３３ナノ秒に対応する。待機は、約５サイクルまたは１５０ナノ秒となり得る。発振器の周波数および／または他の設計配慮に応じて、他の待機持続時間（例えば、より多数または少数の期間）を使用することができる。この待機は、上記で説明されるように、ピクセルにおける印加された電気パルスに応じて、指紋の隆起の存在によるリングダウン振動が発生することを可能にする。
【００９２】
ステップ３１０８では、フィルタに掛けられた電圧が出力信号プロセッサ１２４０によって上昇させられ、検出された電圧を表すグレースケールまたはバイナリピクセル値が出力される（ステップ３１１０）。フィルタ回路（図示せず）は、約３０ＭＨｚの周波数を中心とした通過帯域で出力電圧信号を検出するように出力電圧をフィルタにかける、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ピクセル値は、画像メモリ１２７０に記憶するためにメモリコントローラ１２６０に出力される。一実施例では、出力されたグレースケールまたはバイナリピクセル値は、検出されたピクセルに対応する画像メモリ１２７０の中のアドレスに記憶される。
【００９３】
ステップ３１１２では、スキャンが完了したかどうかを判定するようにチェックが行われる。言い換えれば、５００×４００センサアレイ１２２０の中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に記憶され、蓄積されているかどうかを判定するように、チェックが行われる。スキャンが完了した場合には、ルーチンが終了する。次いで、例えば、指紋画像の捕捉が成功したことを示すように、信号または他の指示を生成し、デバイス１２００から出力することができる。スキャンが完了していない場合には、次のピクセルまたは次のピクセル群を検出するように、圧電フィルムセンサアレイ１２２０が切り替えられる（ステップ３１１４）。次いで、制御が、次のピクセルまたは次のピクセル群においてステップ３１０４から３１１２を行うように戻る。
【００９４】
上記で説明されるように、単一のピクセルまたはピクセル群において電圧値を検出するように、圧電フィルムセンサアレイ１２２０をマルチプレクサ１２２５によって切り替えることができる。一般に、ピクセルを走査するための任意のパターンを使用することができる。例えば、ピクセルのラスタスキャンを行うことができる。ピクセルは、横列ごとに、または縦列ごとに走査することができる。
【００９５】
１つの好ましい実施例では、複数のピクセル群が所与の瞬間に読み取られる時に、ピクセル群の中の各ピクセルは、所定の距離によって分離される。このようにして、隣接するピクセルにおけるリングダウン振動からの干渉効果が最小化または回避される。一実施例では、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によって分離される。このようにして、隣接するピクセル間のリングダウン振動が有意に減衰させられる。
【００９６】
（本発明の用途例）
（生体測定捕捉デバイス）
図３２は、本発明の実施形態による、生体測定デバイス３２０２を図示する。デバイス３２０２は、本発明の実施形態による、センサアレイ３２０４を有する。デバイス３２０２は、本発明の実施形態によれば、具体的には、指紋データを取得し、記憶するために適合される。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目的としている。
【００９７】
（移動生体測定捕捉デバイス）
図３３は、本発明の実施形態による、移動生体測定デバイス３３００を図示する。デバイス３３００は、デバイスの一端に本発明によるセンサアレイ３３０２と、反対端にハンドル３３０６とを有する。デバイスの回路は、デバイスの一部分３３０４の中に位置する。デバイス３３００は、電池式である。デバイス３３００も、例えば、警察の職員によって使用されることを目的としている。
【００９８】
（無線送受信機生体測定デバイス）
図３４は、本発明による、無線送受信機生体測定デバイス３４００を図示する。デバイス３４００は、例えば、電子署名デバイスとして一般大衆によって使用されることを目的としている。
【００９９】
デバイス３４００は、本発明による、指紋等の生体測定データを取得するためのセンサ３４０２を有する。デバイス３４００は、ユーザへの通信情報のための３つの指示灯３４０４を有するものとして示されている。
【０１００】
図３５は、無線送受信機生体測定デバイス３４００のより詳細な図を図示する。図３５で見ることができるように、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、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することができる、アンテナ３５０２を有する。デバイス３４００は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）無線技術に適合するように作製することができる。キーリング３５０６をデバイス３４００に取り付けることができる。図３６および３７によって図示されるように、デバイス３４００は、多数の可能な用途を有する。
【０１０１】
（電子販売および／または商取引）
図３６は、電子販売取引を完了するために、無線送受信機生体測定デバイス３４００を使用することを図示する。商取引のステップ１では、買物をしたい個人の指紋を取得するためにデバイス３４００が使用される。次いで、デバイス３４００が、レジ３６０２に連結されたデバイスに指紋を伝送し（ステップ２）、レジが指紋を第三者検証サービス３６０４に送信する（ステップ３）。第三者検証サービスは、受信された指紋をデータベースに記憶された指紋データに整列させることによって、購入者の身元を検証するために受信された指紋を使用する（ステップ４）。次いで、購入者の身元を、レジ３６０２（ステップ５）に、およびクレジットカードサービス３６０６（ステップ６）に送信することができる。クレジットカードサービスは、レジ３６０２から受信された販売情報を承認するため（ステップ７）、およびクレジットカードの不正使用を防止するように、第三者検証サービスからのデータを使用する。いったんレジ３６０２が購入者の身元の検証、および購入者がクレジットカードサービスを使用する権限を与えられているという検証を受信すると、レジ３６０２は、デバイス３４００に通知してクレジットカード番号を送信することができる（ステップ８）。次いで、レジ３６０２が、クレジットカード番号をクレジットカードサービス３６０６に送信することができ（ステップ９）、次いで、クレジットカードサービスが売主の銀行口座に送金し（ステップ１０）、販売取引を完了する。これらのステップは、どのようにしてデバイス３４００を電子署名デバイスとして使用できるかを例証し、本発明を限定することを目的としていない。
【０１０２】
（他の無線送受信機生体測定デバイスの用途）
図３７は、無線送受信機生体測定デバイス３４００が適している、他の用途を図示する。例えば、デバイス３４００は、アクセス制御の構築、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席の追跡、法、人事、および／または医療記録へのアクセスの制御、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カードの使用の制御、ファイルセキュリティ、コンピュータネットワークセキュリティ、アラーム制御、ならびに個人の識別、認識、および検証に使用することができる。これらは、具体的にはデバイス３４００、および一般的に本発明の多くの有用な用途のうちのいくつかにすぎない。デバイス３４００および本発明の付加的な用途は、本明細書の本発明の説明を考慮すると、当業者に明白となるであろう。
【０１０３】
（パーソナルエリアネットワークの用途）
本明細書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相互作用することが可能である。図３８は、本発明による、無線送受信機生体測定デバイス３８００の一実施形態である。デバイス３８００は、上記のデバイス１２００と同様の生体測定デバイスと、ＤＳＰチップ３８０２と、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）チップ３８０４と、ディスプレイ３８０６と、バッテリ３８０８とを備える。上記で説明されるように、デバイス１２００は、本発明による、圧電セラミックセンサアレイ７００と、４つのマルチプレクサ１２２５とを有する。
【０１０４】
生体測定デバイス１２００は、ＤＳＰ３８０２に連結される。ＤＳＰ３８０２は、デバイス１２００を制御し、生体測定データを記憶する。ＤＳＰ３８０２はまた、データを送受信するためのＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）チップ３８０４に連結される。ディスプレイ３８０６は、デバイス３８００のユーザに情報を伝達するために使用される。デバイス３８００は、バッテリ３８０８によって電力供給する。当業者によって公知となるように、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）は、短距離無線通信技術用のプロトコルおよびハードウェアを規定する協定である。本発明は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）技術のみを実装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することができる。
【０１０５】
無線送受信機生体測定デバイス３８００は、個人がデバイス３８００の約３０フィート以内の互換デバイスと通信することを可能にする。デバイス３８００は、例えば、電話、携帯電話、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ガスポンプ、レジ、現金自動預け払い機、ドアロック、自動車等と接続することができる。デバイス３８００は、パーソナルエリアネットワークまたはピコネット内の任意の互換デバイスに接続し、それと情報またはデータを交換することができるため、デバイス３８００は、任意のデバイスに、またはそれを必要または要求する任意の過程あるいは商取引のために、標準化された安全な識別または認証トークンを供給することができる。
【０１０６】
（公共サービス層の用途）
本発明は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）スタックの上層で「公共サービス層」（ＰＳＬ）を提供する。ＰＳＬ層は、相互に通信可能に連結されたＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）デバイスに対する識別およびアクセス制御を合理化する。実施形態では、ＰＳＬ層は、指紋スキャナによって提供される指紋生体測定信号に基づく認証および識別を支援する。一実施例では、無線送受信機生体測定デバイス３８００は、指紋生体測定信号を提供するために、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）プロトコルスタックを含むＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）モジュールとともに使用することができる。例えば、Ｊｅｎｎｉｆｅｒ  Ｂｒａｙ  ａｎｄ  Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｓｔｕｒｍａｎ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）．ＴＭ．Ｃｏｎｎｅｃｔ  ｗｉｔｈｏｕｔ  Ｃａｂｌｅｓ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，Ｕｐｐｅｒ  Ｓａｄｄｌｅ  Ｒｉｖｅｒ，Ｎ．Ｊ．２００１（ブロック全体が参照することによりその全体で本明細書に組み込まれる）、およびＢｒｅｎｔ  Ｍｉｌｌｅｒ  ａｎｄ  Ｃｈａｔｓｃｈｉｋ  Ｂｉｓｄｉｋｉａｎ，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）  Ｒｅｖｅａｌｅｄ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ，Ｕｐｐｅｒ  Ｓａｄｄｌｅ  Ｒｉｖｅｒ，Ｎ．Ｊ．２００１（ブロック全体が参照することによりその全体で本明細書に組み込まれる）による、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）モジュール、プロトコルスタック、および準拠デバイスの説明を参照されたい。
【０１０７】
実施形態では、ＰＳＬ層機能性は、プロトコル（仕様とも呼ばれる）によって定義される。ＰＳＬ層は、ピコネット内のデバイスからの単純な要求を解釈し、所定の形態の能力および能力のレベルで承認する。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）器具の業者は、本発明のＰＳＬ層でサービスを追加して、製品の特徴を強化することができる。
【０１０８】
ＰＳＬ層は、ほとんどの場合、デバイスが支援した機能性群のうちの１つを要求したＰＳＬ要求が放送されるまで、デバイスの通常機能に対して透過的に作用する。１つの最低レベルの支援は、スキャッタネットを拡張するのに役立てて、満たされていない要求を再放送し、最終的に、要求された機能を伴うデバイスを見出す。このようにして、ＰＳＬ要求を果たすように、要求デバイスの範囲外の他のデバイスに連絡することができる。
【０１０９】
図３９は、本発明による、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）デバイス３９１０、３９２００を連結するピコネット例３９００の概略図である。デバイスＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）は、公共サービス層およびＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）スタックまたはチップセットを伴う指紋スキャナである。公共サービス層は、認証および識別を支援することができる。デバイス３９２０は、任意のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）器具である。デバイス３９２０は、ＰＳＬ層と、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）スタックまたはチップセットとを含む。ピコネット３９００は、ピコネットのエリア内にある、スキャッタネット内にある、または他の通信リンクを通してピコネットに連結される、任意の数のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）デバイスを含むことができる。
【０１１０】
タスクを完了することは、一連の分散ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）器具の間で、多くの機能が一斉に果たされることを要求してもよい。ユーザは、タスクにおいて全ての機能を補うように、十分な器具を購入し、設置しなければならないであろう。ＰＳＬスキームは、器具がユーザ間で共有される際に、効率および費用節約を可能にし、場合によっては複数の用途を提供する。
【０１１１】
ＰＳＬ層の１つの動作例は、物理的アクセス制御である。無線送受信機生体測定デバイス３９２０のＰＳＬ層は、１つ以上の要求アクセス信号を送信または放送する。ＰＳＬ層内のそのような要求アクセス信号は、抽出／整列／アクセスの要求と、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を介した安全な周囲外からの検出された指紋を表すデータとを含むことができる。安全なエリアの内側のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴うデスクトップＰＣの中のＰＳＬ層は、抽出／整列／アクセスのために無線送受信機生体測定デバイス３９２０から要求を受信し、プリントデータを、サーバに記憶することができる人事データに整列させ、許可されたアクセスをドアに送信する。次いで、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）ドアロックが開き、タスクが完了する。
【０１１２】
節約は、アクセス制御、時間、および出席、人事追跡およびセキュリティの機能を果たすために、他の目的で使用されるデスクトップＰＣを使用することによって例証される。ＰＣおよび無線送受信機生体測定デバイス３８００が他のタスクに使用されるため、唯一のハードウェアは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）ドアロックである。設置費用は最小であり、記録保持およびデータベース管理の利便性も最小である。このタスクに関与する３つの器具は、ＰＳＬ標準に伝達しているだけの異なる業者から購入することができる。指紋抽出／整列／アクセスの機能は、パターン、細微、ローカル、または中心なり得るか、あるいはドアロックまたは無線送受信機生体測定デバイス３８００を達成することなく、より優れたセキュリティおよび利便性のために、所与の時に変更することができる。所望であれば、例えば、ライト、空調装置、電話をオフまたはオンにすることを、このタスクに追加することができる。
【０１１３】
節約における別の利点は、陳腐化である。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）ドアロック、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）空調、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）煙検出器、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）照明等が装着された建築物は、設置費用を伴わずに生体測定制御機器でアップグレードすることができる。
【０１１４】
煙報知器および照明設備等の器具は、アラームとしての役割を果たし、公園、庭園、および駐車場における間隙を埋め、遠隔地のゲートにセキュリティおよび機能性を追加する、スキャッタネットの中へピコネットを拡張することができる。
【０１１５】
ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）  ＰＳＬ機能性とともに電話を市販することができ、緊急コードが受信された場合に９１１番に電話できることを意味する。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）  ＰＳＬは、私的緊急サービス用の特定の番号に電話をかけるようにプログラムされる機能性を表す。
【０１１６】
ＦＩＦＯにおけるイベントの記録を取る、プロトコルを定義することができるため、誤報を追跡し、最小化することができる。
【０１１７】
一実施形態では、ＰＳＬ仕様は、以下で識別される要素を有する。
【０１１８】
小数適合システムが含まれる。要求における小数位の数と同じくらい具体的となり得る関数について、要求が放送される。このようにして、製造業者は、デバイスが予想通りに利用可能である場合に、一連のデバイスにおいてタスクを保持することができる。必要とされる正確な機能番号（ＦＮ）によって要求が使用可能にされない場合、スキャッタネット内の次の最も近いＦＮが使用される。ＦＮ群は、開発領域の周辺で使用される。例えば、照明設備は、５５１．２６３というＦＮを有することができ、公益事業施設に５００、照明に５５０、プラグインに５５１、卓上ランプに５５１．２、ハロゲン低電圧に５５１．２６を示し、個人または企業（非排他的）によって５５１．２６３が構成される。５５１．２６３をオンにするという、この具体的な機能の要求は、その時点で唯一利用可能であり、５５Ｘ照明群に限定されているが数値的に最も近い数字であるため、５５７．７８９壁面ネオンによって使用可能にされてもよい。ＦＮ５５１．２６は、ＳＰＬ仕様で定義することができ、この後の数字は製造使用のためのものであり、登録されてもよい。このようにして、照明製造業者は、視覚効果を編成するＰＣ用のソフトウェアを供給してもよい。
【０１１９】
要求デバイスまたはＰＳＬマネージャ（ピコネットマスタデバイス）は、要求および機能を整合させるように、スキャッタネット内で仲裁することができる。
【０１２０】
ＰＳＬはまた、どのようにして機能が割り当てられるかという構造を定義することもできる。ＦＮは、最小の努力でドアロックの業者と交渉することを可能にする。ＰＳＬはまた、無線送受信機生体測定デバイス３８００が主要な役割を果たすことができるタスク実装の洞察を、他の器具の製造業者に与える。
【０１２１】
ＰＳＬにおける機能番号は、一実施例では、以下のように要求および機能適合性についてグループ化される。
【０１２２】
１００  緊急
２００  通信
３００  セキュリティ
４００  位置
５００  設備および公共施設
６００  娯楽
７００  計算および情報
８００  輸送
９００  その他
副次的機能群は、一実施例では、以下のように定義される。
【０１２３】
２１０  インターネット接続（ローカルＤＢへの信任状の転送用）
３１０  ＰＩＮを介した個人識別
３１１  署名を介した個人識別
３１２  指紋を介した個人識別
３１３  声を介した個人識別
３１４  顔を介した個人識別
３１５  眼を介した個人識別
３４２  指紋特徴抽出整列
５２０  ドアロック
５５０  照明
要求およびイベントもＰＳＬ仕様で使用することができる。
【０１２４】
オフ／オン／より多い／より少ないは、汎用要求である。ユーザ特有の要求は、仕様の中に入らない。ＡＣＫ、ＮＡＣ等のイベントも、ＰＳＬ仕様に追加することができる。
【０１２５】
要求および肯定応答のプロトコルまたは構造は、パケットで放送される以下の特徴を含む。
【０１２６】
（ａ）ＰＳＬは、このパケットがＰＳＬ機能要求であることを示す。
【０１２７】
（ｂ）ＦＵＮＣＴＩＯＮ  ＮＵＭＢＥＲは、要求された機能を示す。
【０１２８】
（ｃ）ＲＥＱＵＥは、行われる動作（オフ／オン、ロック／アンロック）を示す。
【０１２９】
（ｄ）ＫＥＹＳは、パケットの権利が本物であることを証明する。（ｅ）該当する場合、ＰＡＹＬＯＡＤデータ。
【０１３０】
ＰＳＬ仕様は、暗号化、エラーチェック等のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）構造を繰り返すことができるが、そうする必要はない。
【０１３１】
以下の一連の実施例は、いくつかの実際の用途でのＰＳＬ層を例証する働きをする。
【０１３２】
助けて下さい、転倒して起き上がることができません。
【０１３３】
ａ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）警告ボタンを押し、緊急サービスが要求される。
【０１３４】
ｂ）スキャッタネット内のＰＣが、ワールドワイドウェブに接続し、請負サービス供給業者（第１レベル（好ましいレベル）のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）への電話を実行し、または失敗に加えて、あるいは失敗時に、次のレベルが生じる。
【０１３５】
ｃ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴う電話が、９１１番または録音メッセージを伴うサービスプロバイダ（第２レベルＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）に電話し、または失敗時に次のレベルが生じる。
【０１３６】
ｄ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴う火災報知器が起動し（第３レベルの好ましくないが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）、または失敗時に次のレベルが生じる。
【０１３７】
ｅ）煙検出器が、注意を引き付けようとして可聴警報で起動する（第４レベルの好ましくないが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）。
【０１３８】
ｆ）スキャッタネット内の自動車が、その警笛を起動し、そのライトを点滅させて、職員に緊急事態を警告する。（第５レベルの好ましくないが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）
オフィスにアクセスしたい。
【０１３９】
ａ）無線送受信機生体測定デバイス３８００を押す。
【０１４０】
ｂ）無線送受信機生体測定デバイス３８００が、オフィス内のサーバに接続されたＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴うＰＣから、指紋識別機能を要求し、交渉する。
【０１４１】
ｃ）次いで、サーバが、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴うドアロックが外されることを認証した。
【０１４２】
空港を通過したい。
【０１４３】
ａ）信用の低いＩＤを用いたキオスクを介した手荷物チェックイン
ｂ）キオスクでのＩＤを用いた座席割当およびゲート通過
ｃ）ＩＤを用いた手荷物受取
テレビ番組は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）家庭に効果を追加して「１３日の金曜日」の将来版を支援する、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）  ＴＶに放送することができる。
【０１４４】
利益幅で相当良い商売をしたい。
【０１４５】
ａ）無線送受信機生体測定デバイス３８００を介して、自分のＰＣに自分の身元を検証する。
【０１４６】
ｂ）ＰＣが、取引検証のログのための付加的なＧＰＳ位置を要求する。
【０１４７】
本明細書の本発明の説明を考慮すると、他の実施例が当業者に明白となるであろう。本発明による公共サービス層は、任意の種類の指紋スキャナを含む、任意の無線送受信機生体測定デバイスとともに使用することができる。例えば、使用することができる指紋スキャナは、シリコンベースの指紋スキャナ、光学指紋スキャナ、圧電指紋スキャナ、圧電フィルム指紋スキャナ、および圧電セラミック  指紋スキャナを含むが、それらに限定されない。
【０１４８】
（音響インピディオグラフィを使用した指紋センサ）
（とりわけ）光学、静電容量、ＲＦ、熱、および赤外線といった、いくつかの異なる種類の指紋センサ電気システムが市場にある。本特許は、音響インピディオグラフィの原理に基づく、新しい指紋センサ技術用の電気システムを説明する。
【０１４９】
音響インピディオグラフィを使用した指紋センサは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣまたはＩＣ）、および感知要素として使用される機械共振器のアレイから構成される。感知要素のアレイは、図４０に示されるように、横列および縦列で配設される複数の感知要素を含有する。
【０１５０】
各感知要素は、ＩＣの内側の伝送機および受信機を使用して、集積回路によって一意的にアドレス可能である。感知要素の各横列は、ＩＣの内側の単一の伝送機に接続される。加えて、感知要素の各縦列は、図４１に示されるように、ＩＣの内側の単一の受信機に接続される。
【０１５１】
ＩＣは、感知要素の機械的振動を生じる電気信号を生成するために、その統合伝送機を使用する。この機械的振動は、各感知要素より上側および下側で音波を生成する。指の隆起およびくぼみは、個々の感知要素上で異なる音響負荷（またはインピーダンス）を提示する。このセンサ上の指の隆起およびくぼみの音響インピーダンスに応じて、感知要素によって生成される音波は、図４２に示されるように異なる。
【０１５２】
ＡＳＩＣは、センサアレイの各横列に接続された統合伝送機を有する。各伝送機は、「伝送機制御」ブロックによって個別に制御される。この制御ブロックは、各個別伝送機のタイミングを判定する。それはまた、各伝送機によって生成される信号の振幅を制御する。伝送機が、感知要素の共振周波数に整合する周波数を伴う正弦曲線状信号を生成することが有利である。機械共振器感知要素の直列または並列共振のいずれか一方（または両方）を使用することができる。図４３に示されるような伝送機によって生成される所望の周波数を生成するために、プログラム可能な位相ロックループ（ＰＬＬ）が使用される。
【０１５３】
ＡＳＩＣは、センサアレイの各縦列に接続された受信機を有する。単一の伝送機が有効にされる場合、単一の感知要素を通って流れる電流の量を測定するために、受信機が使用される。各受信機パイプラインは、以下の要素から構成される。
【０１５４】
入力ピン、
電流・電圧変換器／増幅器、
雑音フィルタ、
信号調整回路、
調整可能利得およびオフセット、
アナログ・デジタル変換器。
【０１５５】
いったんアナログ信号がアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル信号に変換されると、図４４に示されるように処理され、指紋画像に変換されるように、データ記憶システムの中へ記憶される。
【０１５６】
受信機によって測定される電流の量は、個別感知要素のインピーダンスに反比例する。それ自体は、この感知要素上の隆起またはくぼみの音響インピーダンスに比例する。直列共振周波数において、指のくぼみのインピーダンスは、指の隆起のインピーダンスよりも低い。そして、並列共振周波数において、指の隆起のインピーダンスは、図４５に示されるように、指のくぼみのインピーダンスよりも低い。
【０１５７】
感知要素を通って流れる電流は、定常状態に達するまで、伝送機が有効になる時間から蓄積する。この蓄積時間は、感知要素の機械特性によるものである。隆起とくぼみとの間のインピーダンス差は、図４６に示されるように、選択された感知要素において異なる電流振幅を生成する。
【０１５８】
受信機パイプラインの中の各構成要素は、他の受信機パイプラインと共有することができる。構成要素を共有する能力は、ＡＳＩＣの内側の回路の量を低減する。図８は、「調整可能利得およびオフセット」ならびに「アナログ・デジタル変換器」が他の受信機と共有される、実施例を示す。「調整可能利得およびオフセット」ならびに「アナログ・デジタル変換器」に供給する各受信機から来る信号を切り替えるために、マルチプレクサが使用される。
【０１５９】
パイプラインの中のマルチプレクサの配置は、用途および性能要件に応じて変化し得る。図４７は、入力ピン以外のパイプラインの中の全構成要素が受信機間で共有される、実施例を図示する。
【０１６０】
性能を向上させるためには、サンプルホールド回路を、パイプラインを時間スライスに細分化するために使用することができる。受信機パイプラインの異なるセクションが、異なる時に異なる感知要素データ上で稼働することができる。図４８は、「サンプルホールド」回路が「信号調整」ブロックと「調整可能利得およびオフセット」ブロックとの間に挿入される、実施例を図示する。したがって、受信機入力ピンから「信号調整」ブロックへのセクションが次のセンサ要素データ上で稼働している一方で、「調整可能利得およびオフセット」から「アナログ・デジタル変換器」へのセクションは、現在のセンサ要素データ上で稼働している。
【０１６１】
受信機パイプラインを時間スライスするという、この概念は、複数の「サンプルホールド」がパイプラインに沿って使用される、図５０に示されるように、修正および拡張することができる。「電子クラウド」は、受信機パイプラインの中の任意の電気構成要素を表す。
【０１６２】
図５１は、いずれの「サンプルホールド」も伴わない、経時的な受信機パイプラインの中の感知要素からの電流を示す。
【０１６３】
図５２は、図４９に示された同じ一組の「サンプルホールド」を伴う、経時的な受信機パイプラインの中の感知要素からの電流を示す。２つの異なる感知要素からの２組のデータ間の時間の重複を見ることができる。重複の量は、センサアレイの中の全感知要素をサンプリングするのに要する時間量に比例する。それ自体は、システム性能に比例する。
【０１６４】
（結論）
本発明の種々の実施形態を上記で説明してきたが、それらは限定ではなく一例のみとして提示されていることを理解されたい。添付の請求項で定義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、それに形態および詳細の種々の変更が行われてもよいことが当業者によって理解されるであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上記の例示的実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきではないが、以下の請求項およびそれらの同等物のみに従って定義されるべきである。
【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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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【国際調査報告】
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