TWI515664B

TWI515664B - 用於壓電陶瓷辨識裝置的改良多工器

Info

Publication number: TWI515664B
Application number: TW099108614A
Authority: TW
Inventors: 克利斯坦李奧納多; 雷納Ｍ史考米特
Original assignee: 索納遜公司
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2016-01-01
Also published as: EP2411906A4; CN102422305A; KR101805676B1; JP2012521597A; CA2756449A1; WO2010110865A2; WO2010110865A8; US9056082B2; KR20110138258A; TW201044283A; US20100237992A1; WO2010110865A3; EP2411906A2

Description

用於壓電陶瓷辨識裝置的改良多工器

本發明一般而言係關於一種壓電辨識裝置及其應用。更特定而言，其係關於一種用於獲得生物特徵量測資訊(例如一指紋)且使用該所獲得資訊來辨別及/或辨識一個人的壓電裝置。

生物特徵量測係提供一高安全等級之一群組技術。指紋捕獲及辨別係一種重要的生物特徵量測技術。執法、銀行業、投票及其他行業日益依賴於指紋作為一生物特徵進行辨別或驗證身份。參見Biometrics Explained,v. 2.0,G. Roethenbaugh,International Computer Society Assn. Carlisle,Pa. 1998，第1至34頁(其以全文引用的方式併入本文中)。

可使用偵測一指紋之一經反射光學影像之光學指紋掃描儀。為以一足夠高之解析度捕獲一品質影像，光學指紋掃描儀至少需要光學組件(例如，透鏡)、一照明源及一成像相機。此等組件增加一指紋掃描儀之總成本。用於維持對準之機械結構亦增加製造及維護成本。

以矽為主之固態傳感器亦可用於市售之指紋掃描儀中。此等矽傳感器量測電容。此需要該等脆性矽傳感器在指紋感測電路之數微米內因此降低其等之耐久性。為偵測一滾動指紋，固態傳感器之感測陣列需要具有1英吋×1英吋之一面積及約50微米之一厚度。此係增加一指紋掃描儀之基本成本且導致較大維護成本之一大矽幾何形狀。耐久性及結構完整性亦更可能在此一大矽幾何形狀中受到損害。

而需要的係具有低維護成本之一不昂貴耐久指紋掃描儀。亦需要的係一低成本生物特徵量測裝置，其可保護個人及一般大眾免遭實體危險、欺詐及盜竊(尤其在電子商務領域中)。

本發明提供一種使用聲波超聲阻抗描記術之指紋感測器。該感測器包含一專用積體電路(ASIC或IC)及用作感測元件之一機械共振器陣列。該感測元件陣列含有配置成列及行之多個感測元件。

下文參照附圖詳細地闡述本發明之進一步特徵及優點以及本發明之各種實施例之結構及操作。

本發明之概述

本發明一般而言係關於一種壓電辨識裝置及其應用。更特定而言，其係關於一種用於獲得生物特徵量測資料或資訊(例如一指紋)且使用該所獲得資訊來辨別及/或驗證一個人之身份的壓電裝置。

根據本發明之實例性裝置及系統

圖1係根據本發明一實施例之一壓電辨識裝置110之一示意圖。辨識裝置100具有一壓電感測器110、一感測器輸入信號產生器120、一感測器輸出信號處理器130及一記憶體140。由輸入信號產生器120產生之輸入信號係藉由兩個多工器150耦合至感測器110。感測器110之輸出信號係藉由兩個多工器150以類似方式耦合至輸出信號處理器130。

壓電陶瓷感測器

感測器110較佳係一壓電陶瓷元件陣列。舉例而言，感測器110可包括在化學上為惰性且不受潮濕及其他大氣條件影響之一多晶陶瓷元件陣列。可將多晶陶瓷製造為具有特定所需物理、化學及/或壓電特性。然而，感測器110不限於包括一壓電陶瓷元件陣列。感測器110可包括(例如)一壓電膜。可使用一偏光含氟聚合物膜(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或其共聚物)。

圖2圖解說明具有表面210、220、230及240之一單個矩形壓電陶瓷元件200之操作特性。當將力施加至表面210及220時，在表面210與表面220之間產生與該所施加力成比例之一電壓。當此情形發生時，表面230與表面240遠離彼此移動。當將一電壓施加至表面210及表面220時，表面230與表面240朝向彼此移動，且表面210與表面220遠離彼此移動。當將一交流電壓施加至表面210及表面220時，壓電陶瓷元件200以熟習相關技術者將知曉之一方式振盪。

圖3圖解說明一列五個矩形壓電陶瓷元件200A、200B、200C、200D及200E。此等矩形壓電陶瓷元件200中之每一者係附接至支撐件302或係其組成部分。支撐件302抑制每一矩形壓電陶瓷元件200之一個表面之移動。因此，當將一交流電壓施加至壓電陶瓷元件200C之表面210及表面220時，在壓電陶瓷元件200C之表面210處產生一聲波。該所產生聲波之頻率相依於壓電陶瓷元件200C之物理特性。

圖4圖解說明矩形壓電陶瓷元件200之一二維陣列400。陣列400可由鋯鈦酸鉛(PZT)製成。PZT係一不昂貴材料。在一實施例中，陣列400類似於用於醫學應用中之一PZT 1-3複合物。根據本發明之感測器110之壓電陶瓷元件可具有除矩形以外的形狀。如圖5中所圖解說明，感測器110可包括一圓形壓電陶瓷元件陣列500。

在一個實施例中，陣列400可包括自約40平方微米x 100微米深之矩形壓電陶瓷元件，藉此產生一20 MHz基頻聲波。在此實施例中，在元件之間使用10微米之一間隔以在元件之間提供一50微米間距。50微米之一間距使根據本發明之一辨識裝置能夠滿足聯邦調查局之指紋品質標準。

本發明之其他實施例使用與該較佳實施例不同之幾何形狀。舉例而言，可使用大於50微米之一間距。其他實施例亦以除20 MHz以外的頻率操作。舉例而言，除其他頻率以外，實施例亦可以30 MHz及40 MHz之頻率操作。

此外，舉例而言，在另一實施例中，陣列400可包括自約80平方微米×220微米深之立方體(矩形平行六面體)壓電陶瓷元件。在此實施例中，在元件之間使用約20微米之一間隔以便提供約

在又一實施例中，陣列400可包括自約200平方微米×500微米深之矩形壓電陶瓷元件。該等立方體可修改為棱柱體或擠壓星形，或具有去角角隅或係一，以分別降低串擾，促進模製。

如圖6中所顯示，根據本發明之一感測器陣列之元件之間的間隔可係填滿一撓性類型材料或填充料602以抑制任何切變波且給予該感測器經改良之機械特性。可將微球604添加至填充料602(例如，乙烯基微球)以減小重量及/或增加對切變波之抑制。為最佳化一辨識裝置之信雜比及裝置敏感度，應使用提供高聲衰減及電隔離之填充料(例如，填充有空氣填充乙烯基微球之環氧樹脂)。

存在至少四種用於產生陣列400之製作方法。此等方法包含：雷射切割、切分、模製及絲網印刷。雷射切割涉及使用一準分子雷射器來切割小林且藉此形成陣列400之元件。切分涉及使用高效能切分設備來形成陣列400之林及元件。模製涉及使用注射模製設備來形成陣列400。絲網印刷係類似於印刷電路板之總成中之焊料印刷之技術的一技術，其中藉助雷射切割模板來調適高度自動化絲網印刷機。此方法特定而言適於產生20 MHz聲波元件，乃因陶瓷元件僅係100微米厚。

此方法涉及產生具有適當一致性之一陶瓷漿料，且具有不需要如模製方法可需要之表面研磨的優點。

圖7A圖解說明包括根據本發明一較佳實施例之矩形壓電陶瓷元件之一感測器陣列700。感測器陣列700係一多層結構，其包含矩形壓電陶瓷元件200之一二維陣列，該陣列類似於陣列400。導體(例如導體706及708)係連接至矩形壓電陶瓷元件200中之每一者。連接至每一元件200之一個端之導體(例如，導體706)相對於連接至每一元件200之另一端之導體(例如，導體708)正交地定向。可將一屏蔽層702添加至一個側以提供一保護塗層，其中可接近於感測器陣列700放置一手指。可將一支撐件704附接至該感測器陣列之相對端。下文更詳細闡述感測器陣列700。

壓電膜感測器

圖7B圖解說明包括根據本發明一實施例之壓電膜(piezoelectric film)(壓電膜(piezo film))之一感測器陣列750。圖7B係感測器陣列750之一剖視圖。感測器陣列750係一多層結構，其包含由兩個導體柵格754及756夾於中間之一壓電層752。導體柵格754及756各自由平行導電線列組成。較佳地，柵格754之線相對於柵格756之線正交地定向(亦即，分別沿x方向及y方向)。此定向在壓電膜中產生複數個可個別定址之區或元件。如本文中所使用，術語元件係指一感測器陣列之可使用平行導電線(導體)列個別地或作為一較大區之一部分定址之任一區。壓電聚合物膜感測器進一步闡述於壓電膜感測器(Piezo Film Sensors)中：自Measurement Specialities,Inc. Norristown. Pa.,Apr. 2,1999 REVB購得之技術手冊(Technical Manual)(其以全文引用的方式併入本文中)。

可將屏蔽層758添加至其中放置一手指之一個側以提供一保護塗層。泡沫基板760可用作一支撐件。如圖7B中所顯示，感測器陣列750之該多個層沿一個方向(例如，一z方向)堆疊。

在一實施例中，壓電層752係一偏光含氟聚合物膜，例如，聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或其共聚物。導體柵格754及756係印刷於PVDF膜752之相對側上之銀墨電極。屏蔽層758係由胺基甲酸酯或其他塑膠製成。泡沫基板760係由鐵氟龍製成。如圖7B中所顯示，一黏合劑762、764將屏蔽層758及泡沫基板760保持於印刷PVDF膜752之相對側上。

在一實施例中，PVDF膜，包含印刷電極，可像一標籤那樣剝離，以便容易地替換。如圖7B中所顯示，感測器陣列750可藉由黏合劑766安裝至蠟紙或其他材料(未顯示)上以便容易地剝離。此允許以最小成本簡單且容易地安裝及/或替換壓電感測器。與光學及矽技術相比，壓電感測器陣列750之維護係微不足道的。

感測器陣列位址線

圖8圖解說明感測器陣列700之一更詳細視圖。如上文所闡述，感測器陣列700包括具有一填充料602之壓電陶瓷元件。填充料602較佳含有微球604。然後將此結構夾於數個層之間。此中心複合物層係一主動結構，其可用於(例如)將指紋機械阻抗映射至一電阻抗值矩陣中。

感測器陣列700之每一矩形壓電陶瓷元件200係連接至兩個電極線(例如，導體706及708)。感測器陣列700之一個端上之電極線垂直於感測器陣列700之相對端上之電極線延伸。因此，可藉由選擇連接至其的該兩個電極線來定址該陣列之任一單個元件200。該等電極線較佳藉由真空掠奪及微影產生，且其等經由下文所闡述之一互連技術連接至切換電子器件。

在電極線之一個組之頂部上的係一保護層702。保護層702較佳由氨基甲酸酯製成。此保護層702意欲在感測器之操作期間與一手指接觸。

一支撐件704或背襯層充當矩形壓電陶瓷元件200中之每一者之一後部聲阻抗。在一較佳實施例中，支撐件704係由鐵氟龍泡沫製成。為在載入及卸載時提供一元件之電阻抗之一大變化，聲阻抗支撐件704應在聲學上與感測器元件材料失配。可使用一極低或一極高聲阻抗材料。對於使用壓電陶瓷材料之實施例，該較佳阻抗失配可藉由一空氣背襯而非藉由一硬背襯而獲得。此乃因該感測器具有一高聲阻抗。

本文中所闡述之用於構造感測器陣列700之材料係說明性且並不意欲限制本發明。如熟習相關技術者將知曉，可使用其他材料。

圖9圖解說明可如何將感測器陣列700連接至一專用積體電路。如本文中所闡述，可藉由選擇(定址)感測器陣列700之頂部上之導體m及感測器陣列700之底部上之導體n來定址感測器陣列700之一個別壓電陶瓷元件(m，n)。其他導體(特定而言用於定址選定元件附近之元件的彼等導體)可係接地的或斷開的(高阻抗狀態)以降低串擾。藉由上文關於圖6及圖7A所闡述之空隙填充料602來以機械方式最小化選定元件附近之寄生電流。由於在一個實施例中，元件之間的間隔(間距)係約50微米且標準接合技術需要約100微米之一間距，因此如圖9中所顯示，感測器陣列700之一「東」「西」側上之交替列及一「南」「北」側上之交替行將該感測器連接至「外部世界」。如圖9中所顯示，可以一「凸點」技術將此等導體端接於一ASIC多工器902之三個邊緣908周圍。在一實施例中，ASIC多工器902之側908係約3 mm。

在一實施例中，ASIC多工器902係連接至一高密度撓性件906。高密度撓性件906係連接至一環氧基板904。可將導體形成或附接至該高撓性件以將該陣列之導體耦合至ASIC多工器902。舉例而言，高密度撓性件906上之一導體經在圖9中顯示將導體708耦合至ASIC多工器902。導體係藉由凸點軟銲耦合至ASIC多工器902。可使用各向異性膠水來將高密度撓性件906上之導體耦合至感測器陣列之導體708。熟習相關技術者知曉用於將ASIC多工器902連接及電耦合至感測器陣列700之其他方式，且亦可根據本發明使用此等方式。

圖10圖解說明根據本發明之一實施例如何將一感測陣列1002連接至四個ASIC多工器902。如本文中所闡述，可將電極線或導體氣相沈積於基板902之兩個側上(圖10中未顯示)且然後將其等蝕刻成所需圖案。在蝕刻線及列圖案之前，應以類似於醫學傳感器之方式的一方式極化基板902。

一經極化基板係連接至可與若干可用印刷電路板技術相容之一插口或多晶片模組情形。可藉由一空氣等效泡沫或氧化鋁來背襯壓電陶瓷矩陣或感測器陣列1002。每一背襯經設計以在8 Mrayl下使複合物壓電材料失配以致使任一能量耦合僅在感測器陣列1002之其處(例如)可掃描一指紋之前面處發生。在圖10中應注意，感測器陣列1002之頂部及底部兩者上之導體以上文所闡述之方式交叉以促進需要約100微米之一間距之接合技術。

圖11圖解說明根據本發明一實施例之一辨識裝置1100。在一較佳實施例中，裝置1100具有一壓電陶瓷感測器陣列1102，其實體上較大足以捕獲未準確置於感測器陣列1102上之任何指紋(例如，約25平方毫米)。感測器陣列1102較佳依從解析度方面之CJIS ANSII NIST標準(每25.4毫米500個點)，且其具有足以提供256個不同灰度梯度之一像素動態範圍。

如圖11中所顯示，在一實施例中，基板1110係附接至一印刷電路板1104。感測器陣列1102之導體係耦合至兩個積體電路1106及兩個積體電路1108，其等將感測器陣列1102耦合至本文中別處所闡述之其他電路。積體電路1112係一無線收發器，其使本發明之實施例能夠與作為一個人區域網路之一部分之其他裝置通信。此連接性准許本發明之實施例將(例如)一標準安全辨識及/或授權符記供應至需要或要求該標準安全辨識及/或授權符記之任何過程或交易。圖11中所顯示之連接方案係可用於實施本發明之實施例的一替代連接方案。

上文之感測器陣列說明係說明性且並不意欲限制本發明。舉例而言，壓電層752可係展示一壓電效應之任何材料，包含但不限於壓電聚合物。導體柵格706、708、754及756可係任何導電材料，包含但不限於金屬。同樣，如熟習此項技術者鑒於此說明將明瞭，其他類型之保護材料亦可用於屏蔽層702及758。亦可使用其他類型之支撐材料替代支撐件704或泡沫基板760。

實例性辨識裝置

圖12圖解說明根據本發明一實施例之一辨識裝置1200。裝置1200包括一輸入信號產生器1202、一感測陣列1220、一輸出信號處理器1240、一記憶體控制器1260及一記憶體1270。感測器陣列1220分別藉由多工器1225A及1225B耦合至輸入信號產生器1202及輸出信號處理器1240。一控制器1230控制多工器1225A及1225B之操作。辨識裝置1200之操作進一步闡述於下文中。

在一實施例中，輸入信號產生器1202包括一輸入信號產生器或振盪器1204、一可變放大器1206及一開關1208。在一個實施例中，端視裝置1200之操作模式，振盪器1204產生一20 MHz信號，該20 MHz信號由可變放大器1206放大至一低電壓或一高電壓(例如，約4伏或8伏)。開關1208係用於提供無輸入信號、一脈動輸入信號或一連續波輸入信號。開關1208經控制以按熟習相關技術者將知曉之一方式產生本文中所闡述之各種類型之輸入信號。如圖12中所顯示，由輸入信號產生器1202所產生之輸入信號係經由多工器1225A提供至感測器陣列1220，且提供至控制器1230及輸出信號處理器1240。

上文已解釋感測器陣列1220之結構及細節。在一較佳實施例中，感測器陣列1220係經設計以藉助一20 MHz輸入信號操作之一矩形元件壓電陶瓷複合物。

實例性多工器

圖13A及13B圖解說明根據本發明之一實施例如何將由輸入信號產生器1202產生之一輸入信號施加至感測器陣列1220及如何自感測器陣列1220接收一輸出信號。在一個實施例中，感測器陣列1220包括以一二維陣列配置之200,000個元件200(亦即，一500×400元件陣列)。陣列1220之連接至(例如)陣列1220之底部上之元件列之500個導體必須連接至輸入信號產生器1202(一次連接一個或以各種分組連接)，而連接至陣列1220之頂部上之行之400個線必須連接至(例如)一阻抗計或多普勒電路(一次連接一個或以各種群組連接)。此任務係由多工器1225來完成。

在另一實施例中，感測器陣列1220可包含約25,000至約64,000個元件200(例如，具有80×80×200微米元件)。又一實施例可包含約16,000個元件200(例如，具有200×200×500微米元件)。

在一實施例中，多工器1225係併入至四個相同ASIC中(參見圖10)。此等四個ASIC包括類比多工器、放大器、偵測電路及邏輯。在一較佳實施例中，至感測器陣列1220之輸入信號之電壓係限制為小於8伏，此准許ASIC使用3微米幾何形狀來構造且得到小於5歐姆之一開關阻抗。此等ASIC中之每一者之四個基本區段係：(1)如本文中所闡述之多工器；(2)放大器/自動增益控制器；(3)多普勒偵測器；及(4)一數位信號處理器(DSP)介面。熟習相關技術者知曉物項(2)至(4)之結構及實施方案。

在一實施例中，多工器1225包括十七個16:1多工器，因此隨選擇給出一個輸出或16個輸出。由係272個位元長及2個位元寬之一移位暫存器1302(參見圖13B)來確定多工器中之每一開關之功能。由控制器1230來執行移位暫存器1302之載入及計時，控制器1230包括熟習相關技術者將知曉之一計數器及邏輯。如圖13中所顯示，感測器陣列1220之導體可係連接至接地、信號輸入產生器1202，或其等可係未連接的(高阻抗)。針對最低「接通」電阻設計多工器1225A。多工器1225B將感測器陣列1220之一個側之所有(256個)導體連接至一個或十六個感測節點。多工器1225A與多工器1225B兩者係連接至相同功能邏輯(亦即，控制器1230)以便選擇及使用適當感測器元件(例如)來進行電壓感測。經選擇用於感測之一元件或元件群組附近之元件行及列可切換至接地以防止耦合及干擾。

圖13B圖解說明根據本發明之一實施例如何控制多工器1225之開關。如本文中所闡述，多工器1225之連接至陣列1220之一導體的每一開關可係處於以下三種狀態中之一者中：連接至接地、連接至信號輸入產生器1202或斷開(高阻抗)。如圖14中所顯示，此可(例如)使用兩個CMOS閘極來實施。然後可使用一272位元長×2位元寬移位暫存器來控制每一開關之位置。來自控制器1230之位元係移位至移位暫存器1302中以控制多工器1225之開關之位置。在一實施例中，移位暫存器1302係使用鎖存器而耦合至多工器1225之開關以使得該等多工器開關之位置在新的位元正被移位至移位暫存器1302中時保持恆定。熟習相關技術者將知曉如何實施此實施例。可在不背離本發明範疇之情形下使用用於實施多工器1225之功能性之其他構件。

圖14圖解說明根據本發明一實施例之一實例性電壓偵測器1244。如熟習相關技術者將理解，感測器陣列1220之每一導體中之電壓降與該陣列之元件之電壓降相比係大的，乃因耦合至一特定導體之所有元件正自一信號源(亦即，輸入信號產生器1202)汲取。若每一元件具有500歐姆之一阻抗，則並聯連接之400個元件之阻抗係1.25歐姆。然而，可使用一第二多工器量測該等元件之真實輸出電壓來補償此情形。如圖14中可見，在多工器1406之開關之前使用多工器1402來移動放大器1404之虛擬零點。

如本文中所解釋，對孔之選擇、其等在感測器陣列1220中之相對位置及意欲同時操作之孔之數目將影響多工器1225之邏輯之複雜性。因此，在一較佳實施例中，使用一DSP來實施此邏輯。可使用模式開關在上文所闡述之四個相同ASIC上選擇裝置1200之操作模式。此等模式開關可用於操作開關1250(參見圖12)以將多工器1225B之輸出引導至輸出信號處理器1240之適當偵測器。

下文闡述阻抗偵測器1242、信號行進時間偵測器1246及多普勒移位偵測器1248之操作。熟習相關技術者鑒於其等在本文中之說明將知曉用於實施此等偵測器之功能性之電路。

輸出信號處理器1240之輸出係生物特徵量測資料。可使用記憶體控制器1260將此資料儲存於記憶體1270中。圖21係根據本發明一實施例之一方法之一流程圖。下文闡述此生物特徵量測資料之使用。

圖15圖解說明根據本發明之一實施例用於增加掃描速度及最小化一感測器陣列1500中之串擾之方式。如圖15中所見，多個元件可同時係主動的且用於最小化串擾之一第一方式係在地理上分開陣列1500之主動元件1502。如本文中所解釋，可使用一動態接地方案(亦即，將一主動元件1502附近之元件1504耦合至接地)，其在主動元件1502跨越感測器陣列1500掃描時隨主動元件1502移動。此降低至接地之電容耦合及電串擾同時維持用於所有經感測頻率之一法拉第罩。另外，一空隙填充料可用於降低串擾且藉此降低選定元件1502附近之寄生電流。陣列1500之其他元件(例如，元件1506)係連接至斷開之導體。

本發明之實例性方法實施例

圖16係根據本發明一實施例之一方法1600之一流程圖。方法1600包括兩個步驟1610及1620。在步驟1610中，接近於一壓電陶瓷陣列放置一生物目標(例如，一手指或一手)。在步驟1620中，自該感測器陣列獲得一輸出。如下文所解釋處理所獲得之輸出以獲得可用於辨別或驗證接近於該感測器陣列放置其(例如)手指或手之一個人之身份的生物特徵量測資料。

下文關於裝置1200之上文所闡述之各種操作模式進一步闡述步驟1610及1620中之每一者。

如本文中所闡述，端視欲獲得之生物特徵量測資料以不同模式操作辨識裝置1200。可使用裝置1200獲得之生物特徵量測資料包含指紋、骨圖、微動脈血液流動及/或毛細血管血液流動。

圖17圖解說明根據本發明之一實施例使用辨識裝置1200來獲得一手指之一指紋。如圖17中所見，接近於裝置1200之感測器陣列1220放置手指1702。在一較佳實施例中，感測器陣列1220係類似於壓電陶瓷感測器陣列700。

手指1702之兩個指紋脊1704直接與保護屏蔽702接觸。手指1702之一指紋谷(亦即，空腔)1706並不直接與保護屏蔽702接觸。如圖17中可見，在毗鄰指紋脊1704之間存在大約六個壓電陶瓷元件200。

起初，裝置1200係處於一電力節省模式。此模式特定而言係用於延長裝置1200之行動版本中之電池壽命。當手指1702將一力施加至感測器陣列1220時，一喚醒電路1800(參見圖18)操作以接通裝置1200。

喚醒電路1800包括一電容器1802、一二極體1804及一開關1806。當手指1702將一力施加至壓電陶瓷元件200時，由該等元件產生一電壓從而致使電容器1802累積一電荷。在已累積足夠電荷時，如此產生之該電壓致使開關1806被接通。一旦接通開關1806，則使用電壓源1808來給裝置1200供電。電力將繼續被供應至裝置1200直至使用一關斷電路(未顯示之放電電阻器)來放電電容器1802為止。

在裝置1200喚醒之後，裝置1200可以一阻抗偵測模式或一衰減模式(電壓模式)操作以獲得來自感測器陣列1220之一輸出，該輸出可經處理以獲得手指1702之指紋。下文解釋此等模式中之每一者。

可對壓電感測器200之該等元件之該等輸出求和以確定手指與該裝置之接觸點之矩心。因此可感測手指跨越該裝置之任何移動且可將感測器200用作一指向裝置。舉例而言，可使用與壓電感測器200接觸之一手指之矩心來在互連觀看裝置上指向。亦可使用該等感測器元件之和來確定使用者之按壓力是太小或是太大並將結果回饋給使用者。

亦可將圖18中所顯示之實施例用作一開關用以在一互連觀看裝置上作出一選擇。舉例而言，若一類比至數位轉換器(未顯示)係耦合至電容器1802，則跨越電容器1802之電壓係轉換為可由一使用者用來以互動方式作出選擇之一數位信號。當一使用者改變施加至感測器200之壓力時，跨越電容器1802之電壓將改變。類比至數位轉換器此次將改變之電壓轉換為(例如)00000000(基數為2)與11111111(基數為2)之間的一系列數字。週期性地取樣類比至數位轉換器之輸出且使用其來作出及/或指示一選擇(例如，該數字可輸入至一處理器且用於作出及/或指示一特定選擇)。一觀看裝置上之一圖形使用者介面將回饋提供給使用者且基於施加至感測器200之壓力指示給使用者使用者正選擇該等可能選擇中之哪一種選擇。為改變一選擇，使用者只是將更大或更小之壓力施加至感測器200。

阻抗模式

圖19圖解說明根據本發明一實施例之載入有一指紋谷1706之一單個壓電陶瓷元件200之阻抗。在約19.8 MHz之一頻率下，載入有一指紋谷之一元件200之阻抗係約800歐姆。在20.2 MHz之一頻率下，該阻抗所約80,000歐姆。在20 MHz之一頻率下，該阻抗係約40,000歐姆。如在圖19與圖20相比時可見，載入有一指紋谷之一元件200之絕對阻抗與載入有一指紋谷之一元件200之隨頻率變化之阻抗改變兩者顯著不同於載入有一指紋脊之一元件200之彼等兩者。可使用此差異來獲得來自感測器陣列1220之一輸出，該輸出可由輸出信號處理器1240處理以產生指紋資料。

圖20圖解說明根據本發明一實施例之載入有一指紋脊1704之一單個壓電陶瓷元件200之阻抗。如圖20中可見，在約19.8 MHz之一頻率下，載入有一指紋脊之一元件200之阻抗係約2,000歐姆。在20.2 MHz之一頻率下，該阻抗係約40,000歐姆。在20 MHz之一頻率下，該阻抗係約20,000歐姆。因此，載入有一指紋脊之一元件200之絕對阻抗與載入有一指紋脊之一元件200之隨頻率變化之阻抗改變兩者顯著不同於載入有一指紋谷之一元件200之彼等兩者。

當以阻抗模式操作時，辨識裝置1200確定一元件200之絕對阻抗及/或一元件200之隨頻率變化之阻抗改變以確定一給定元件200是載入有一指紋脊1704或是載入有一指紋谷(空腔)1706。為獲得一元件200之阻抗之一量測，使用輸入信號產生器1202來產生低電壓脈衝，該低電壓脈衝使用多工器1225A輸入至感測器陣列1220之元件。

於多工器1225B處所獲得之輸出信號係與陣列1220之元件200之絕對阻抗有關。此等輸出信號係藉由開關1250路由至阻抗偵測器1242以確定陣列1220之元件之絕對阻抗之一量測。為獲得一指紋，僅需阻抗偵測器1242能夠確定一給定元件200係載入有一指紋脊或是一指紋谷。可使用對一特定元件200係載入有一指紋脊或是指紋谷之此等確定來產生表示手指1702之指紋的像素資料。指紋係儲存於記憶體1270中。指紋亦可發射至其他裝置，如下文所闡述。

若使用兩個不同輸入信號頻率掃描手指1702之指紋兩次，則可計算元件200之隨頻率變化之阻抗改變。如本文中已闡述，元件200之隨頻率變化之阻抗改變相依於一元件200係載入有一指紋脊或是指紋谷而不同。如圖12中可見，由輸入信號產生器1202所產生之輸入信號係供應至輸出信號處理器1240。因此，輸出處理器1240可確定正輸入至感測器陣列1220之信號之頻率與電壓兩者。

可使用一運算放大器來實施一阻抗偵測器電路(未顯示)。多工器1225B之輸出係供應至該運算放大器之負埠且於輸出埠處獲得一經放大信號。如熟習相關技術者將知曉，該運算放大器之正埠係耦合至接地且一電阻係置於該運算放大器之負埠與輸出埠之間。

若輸出埠處之經放大電壓超過一預定臨限電壓，則正量測之特定元件200係載入有一指紋脊。此係歸因於載入有一指紋脊之一元件200之絕對阻抗(對於一給定頻率)係載入有一指紋谷之一元件200之阻抗的大約一半之事實。因此，自載入有一指紋脊載入之一元件200提供至運算放大器之輸出信號之電壓大約係自載入有一指紋谷之一元件200提供至運算放大器之輸出信號之電壓的兩倍。

一般而言，稍微不同之處理技術可結合包含較大個別元件(例如，大於約40微米×100微米)之較小壓電陶瓷感測器陣列(例如，少於約100,00個元件)使用。舉例而言，一實例性壓電陶瓷元件可由具有PZT作為電介質之一電容器組成。PZT之介電常數可相對高(例如，高於1500(庫侖/伏特計)。

在1500處，壓電效應致使電容器在一電壓下以機械方式擴展或收縮。在各種頻率下，基於波長之互動、元件中聲音之速度及元件之實體尺寸，元件將展示優先振盪或箝位。最有用之振盪係串聯共振及並聯共振，其等在一個實例性實施例中係7.6 MHz及8.3 MHz。隨著頻率增加，一電容器之阻抗之一預期指數下降在此兩個頻率下具有偏差，乃因消耗能量或不消耗能量。

已發現，至一指紋脊之機械耦合之點擴散函數對於並聯共振而言偏移。此概念促進高達空間元件頻率之四倍之空間取樣頻率。另外，對一脊或谷之敏感度極為偏離，乃因一谷導致無能量傳送。然而，一脊將係聲穿透且可藉由該脊偵測一遠谷。淨結果係，一感測器可比脊更佳地偵測谷且該等谷可比元件間距小得多。

衰減/電壓模式

如上文所述，裝置1200亦可以一衰減或電壓模式操作以獲得手指1702之指紋。無論感測器陣列1220係一壓電陶瓷陣列(例如，陣列700)或是一壓電膜陣列(例如，陣列750)，此操作模式皆係可用的。裝置1200之該衰減模式係基於以下原理：賦予載入有一指紋脊1704之一元件200之能量可傳送至手指1702，而賦予載入有一指紋谷1706之一元件200之能量不能傳送至手指1702。

在該衰減模式下，輸入信號產生器1202產生一高電壓脈動信號，該信號使用多工器1225A提供至感測器陣列1220之元件。圖21圖解說明一單循環輸入脈衝。然而，一輸入信號通常比單循環長。在一實施例中，一輸入信號係約十循環長。此輸入信號致使陣列之元件振動且產生聲波。此等聲波可自一元件穿過屏蔽層行進至元件上方之一指紋脊1704。此等聲波可穿入一指紋脊1704中乃因屏蔽層之聲阻抗與手指1702之聲阻抗相匹配。一指紋脊1704與屏蔽層之間的介面不形成聲波之聲障壁。因此消散掉賦予載入有一指紋脊之一元件之能量。在載入有一指紋谷之一元件之情形下，賦予一元件之能量保持捕獲於該元件中達一較長時間週期。此乃因指紋谷中之空氣充當一聲障壁。

在若干循環之後，確定並處理針對陣列所獲得之輸出信號之電壓以獲得手指1702之指紋。圖22圖解說明一實例性輸出信號。在一實施例中，由於賦予載入有一指紋脊1704之一元件之能量比賦予載入有一指紋谷1706之一元件之能量消散得快，因此自載入有一指紋脊1704之一元件所獲得之一輸出信號之電壓僅係輸入信號之電壓之約十分之一。在此實施例中，自載入有一指紋谷1706之一元件所獲得之一輸出信號之電壓係輸入信號之電壓之約二分之一。此電壓差異可由電壓偵測器1244偵測且經處理以產生手指1702之指紋。上文已闡述用於實施電壓偵測器1244之一方式。熟習相關技術者將知曉其他方式。

多普勒移位及回波模式

可以至少兩個其他模式操作辨識裝置1200。此等模式係信號行進時間(回波)模式及多普勒移位模式。回波模式亦可稱為成像模式。如下文所闡述，此等模式用於獲得生物特徵量測資料，例如骨圖、微動脈-靜脈圖、微動脈血液流動及毛細血管血液流動。亦可獲得此等生物特徵之組合及/或其他生物特徵。舉例而言，可獲得微動脈血液流動與毛細血管血液流動之一比率且將其用於指示一主體之情感狀態或幸福感。

圖23圖解說明根據本發明之實施例可如何使用以回波或多普勒移位模式操作之一辨識裝置1200來獲得生物特徵量測資訊。如本文中所闡述，一高電壓信號可輸入至感測器陣列1220之元件以產生聲波。此等聲波穿過手指1702行進且被手指1702之各種特徵反射，例如，(例如)手指1702之骨、手指1702之指甲或在手指1702中流動之血液。

圖24圖解說明根據本發明之一實施例如何使用一辨識裝置1200來獲得一三維骨圖。為產生手指1702之一骨2402之一圖，以其回波模式操作裝置1200。自皮膚表面行進至手指1702中之聲波將自骨2402之骨結構反射。可根據其所導致之大回波振幅來辨識此結構。由於回波行進時間係對感測器至骨距離之一量測，因此可得到骨2402之形狀之一三維圖。

為獲得骨2402之一圖，藉由輸入信號產生器1202產生一高電壓脈動輸入信號且將其提供至陣列1220之元件。此輸入信號致使元件產生行進至手指1702中之聲波。如圖24中所顯示，僅陣列1220之某些元件200在任何給定時間主動產生聲波。根據本發明且如本文中所闡述，使用控制器1230及多工器1225組態及跨越感測器陣列1220移動(掃描)主動聲波發射及接收孔。所產生之聲波行進穿過手指1702且被骨2402之結構反射。此等經反射聲波然後由接收孔偵測。聲波之行進時間係由裝置1200之偵測器1246獲得且用於偵測骨結構是否定位於距陣列1220之各種距離處。如熟習相關技術者將知曉，此操作模式係類似於雷達之操作模式。

聲波之波長及所選孔界定發射及接收束形狀。可根據本發明形成各種孔大小及束方向性。圖25圖解說明根據本發明一實施例之可用於獲得骨2402之一骨圖之一實例性束方向性。亦可使用其他束。

圖26圖解說明根據本發明之一實施例如何使用辨識裝置1200來獲得微動脈血液流動資訊。顯示手指1702之一動脈2602及毛細血管2604。如圖26中所見，微動脈血液流動平行於感測陣列1220之表面。

當裝置1200正以多普勒移位模式操作時自其獲得微動脈血液流動資料。為接收自在動脈2602中流動之紅血細胞背分散之一多普勒移位信號，感測器陣列1220之發射及接收方向性束圖案必須形成一個或多個重疊體積2606。

圖27圖解說明根據本發明一實施例之形成一重疊體積2606之一發射孔2610A及一接收孔2610B。用於產生發射孔2610A及接收孔2610B之一種方法係使該等孔小於約六個波長平方(例如，一側上300微米或六個元件)且以兩個波長之一間距(600微米)間隔。此等孔以約30度產生側束或光柵波瓣且在適於偵測微動脈血液流動之一深度處形成重疊區2606。圖28圖解說明根據本發明一實施例之藉由此等孔形成之一發射及/或接收束。亦可使用其他孔。如熟習相關技術者鑒於本文中本發明之說明將知曉，可以其產生光柵波瓣之角度係由孔與所產生之聲波之波長之間的間距之比率控制。

如圖26及27中所見，由孔2610A產生之聲能係由在動脈2602中流動之血細胞分散且接收於孔2610B處。提供至陣列1220之組成孔2610A之元件的輸入信號係一高電壓連續波信號。此輸入信號亦作為多普勒移位偵測器1248之一參考信號提供至輸出信號處理器1240。此輸入或參考信號係藉由多普勒移位偵測器1248與自孔2610B接收之輸出信號混合以獲得多普勒移位資訊。用於實施多普勒移位偵測器1248之電路在相關技術中係已知，且因此此處不再重述。

圖29圖解說明根據本發明之一實施例如何使用一辨識裝置1200來獲得毛細血管血液流動資訊。如圖29中所見，毛細血管血液流動係沿法向於感測器陣列1220之表面之一方向。為將毛細血管流動與微動脈流動分開，可選擇九個元件(3×3，150平方微米)之多個孔。此孔將產生可同時在感測器1220之諸多部分中複製之一極小且緊密之敏感區域。可藉由將多個孔之多普勒信號加在一起來增加該等孔之敏感度。該等敏感度孔集中於手指1702之最靠近陣列1220之表面的前半毫米中。圖30圖解說明根據本發明之一實施例可用於偵測毛細血管血液流動之一發射及/或接收束方向性。

當使用裝置1200來偵測血液流動時，使用一脈動多普勒實施例具有以下優點：使同一孔執行發射功能與接收功能兩者。另外，藉由閘控所接收信號，僅分析自一嚴格定義之樣本容量所得之背分散資訊以獲得血液流動圖案。

圖31係用於使用裝置1200獲得生物特徵量測資料之一更詳細方法3100之一流程圖。參照具有一壓電膜感測器陣列之裝置1200之一特定實施例闡述方法3100。

在步驟3102中，喚醒裝置1200且切換壓電膜感測器陣列1220以偵測一初始像素或一像素群組。控制器1230將多工器1225A及1225B切換至一指定初始像素或像素群組。在一個實例中，壓電膜感測器陣列1220係一512×512像素陣列。多工器1225A及1225B各自用於定址及/或選擇正偵測之初始像素或像素群組之一指定位址處之一特定網格線(導體)。

在步驟3104中，將一輸入信號施加至壓電膜陣列1220。在一個30 MHZ循環中施加一脈衝。振盪器1204產生30 MHZ之一振盪信號。多工器1225A將該輸入脈衝轉發至一初始像素或像素群組。此輸入信號亦被發送至控制器1230及輸出信號處理器1240。

在步驟3106中，自壓電膜陣列1220獲得一輸出信號。輸出信號處理器1240在偵測像素處之一信號之前等待若干循環。舉例而言，回應於自輸入信號產生器1202發送之信號，輸出信號處理器1240在輸入脈衝施加至像素(或像素群組)之後等待若干循環。在步驟3108中，當該等待完成時，舉例而言，使用電壓偵測器1244評估一電壓。

舉例而言，一個30 MHZ循環對應於大約33奈秒。該等待可係大約5個循環或150奈秒。可端視振盪器頻率及/或其他設計考量使用其他等待持續時間(例如，更大或更小數目之週期)。如上文所闡述，此等待允許因一指紋脊之存在產生之鈴流振盪回應於像素處之所施加電脈衝而發生。

在步驟3108中，藉由輸出信號處理器1240評估一經濾波電壓且一灰度階或一二進位像素值係表示經偵測電壓之輸出(步驟3110)。一濾波器電路(未顯示)係一帶通濾波器，其對該輸出電壓濾波以偵測以大約30 MHz之一頻率為中心之一通帶中之一輸出電壓信號。該灰度階或二進位像素值係輸出至記憶體控制器1260用於儲存於影像記憶體1270中。在一個實例中，該輸出灰度階或二進位像素值係儲存於影像記憶體1270中之對應於該經偵測像素之一位址中。

在步驟3112中，進行一檢查以確定掃描是否完成。換言之，進行一檢查以確定是否已掃描500×400感測器陣列1220中之每一像素及是否已將一對應輸出值儲存並累積於影像記憶體1270中。若該掃描完成，則該例程結束。然後可自裝置1200產生且輸出一信號或其他指示以指示(例如)已成功地捕獲一指紋影像。若該掃描未完成，則切換壓電膜感測器陣列1220以偵測下一像素或下一像素群組(步驟3114)。然後，控制返回以在下一像素或下一像素群組處執行步驟3104至3112。

如上文所闡述，可藉由多工器1225切換壓電膜感測器陣列1220以偵測一單個像素或一像素群組處之電壓值。一般而言，可使用用於掃描像素之任何型樣。舉例而言，可執行像素之一光柵掃描。可逐列或逐行掃描像素。

在一個較佳實例中，當在一給定時刻讀出多個像素群組時，將一像素群組中之每一像素分開一預定距離。以此方式可最小化或避免來自相鄰像素中之鈴流振盪之干擾效應。在一個實例中，將在一給定循環中偵測之像素分開至少8個像素之一最小距離。以此方式，可顯著地衰減相鄰像素之間的任何鈴流振盪。

本發明之實例性應用

生物特徵量測捕獲裝置

圖32圖解說明根據本發明一實施例之一生物特徵量測裝置3202。裝置3202具有根據本發明之一感測器陣列3204。裝置3202特定而言適於根據本發明獲得並儲存指紋資料。裝置3202意欲(例如)由執法人員使用。

行動生物特徵量測捕獲裝置

圖33圖解說明根據本發明一實施例之一行動生物特徵量測裝置3300。裝置3300具有根據本發明之位於該裝置之一個端處之一感測器陣列3302及位於一相對端處之一把手3306。該裝置之電路係定位於該裝置之一部分3304中。裝置3300係電池操作。裝置3300亦意欲(例如)由執法人員使用。

無線收發器生物特徵量測裝置

圖34圖解說明根據本發明一實施例之一無線收發器生物特徵量測裝置3400。裝置3400意欲由一般大眾用作(例如)一電子簽名裝置。

裝置3400具有一感測器3402，其用於根據本發明獲得生物特徵量測資料，例如一指紋。裝置3400顯示為具有三個指示燈3404，其等用於將資訊通信至一使用者。

圖35圖解說明無線收發器生物特徵量測裝置3400之一更詳細視圖。如圖35中可見，感測器3402係由一電池3504供電。裝置3400具有一天線3502，其可用於將資訊發送至其他裝置及自其他裝置接收資訊。可使裝置3400與藍芽無線技術相容。一鑰匙環3506可附接至裝置3400。如圖36及37所圖解說明，裝置3400具有大量可能用途。

電子銷售及/或交易

圖36圖解說明使用無線收發器生物特徵量測裝置3400來完成一電子銷售交易。在該交易之步驟1中，使用裝置3400來獲得期望購物之個人之一指紋。然後裝置3400將該指紋發射至耦合至收銀機3602之一裝置(步驟2)，該裝置將該指紋發送至一第三方驗證服務3604(步驟3)。該第三方驗證服務使用該所接收之指紋來藉由將該所接收之指紋與儲存於一資料庫中之指紋資料匹配而驗證購買者之身份(步驟4)。然後，該購買者之身份可被發送至收銀機3602(步驟5)及一信用卡服務3606(步驟6)。該信用卡服務使用來自第三方驗證服務之資料來批准自收銀機3602接收之銷售資訊(步驟7)且防止一信用卡之未經授權之使用。一旦收銀機3602接收該購買者之身份之驗證及授權該購買者使用該信用卡服務之驗證，則收銀機3602可通知裝置3400發送一信用卡號(步驟8)。然後收銀機3602可將該信用卡號發送至信用卡服務3606(步驟9)，然後該信用卡服務將錢傳送至銷售者銀行賬戶(步驟10)以完成銷售交易。此等步驟圖解說明可如何將裝置3400用作一電子簽名裝置，且並不意欲限制本發明。

其他無線收發器生物特徵量測裝置應用

圖37圖解說明無線收發器生物特徵量測裝置3400極適合之其他應用。舉例而言，裝置3400可用於：建築物進入控制；執法；電子商務；金融交易安全；追蹤雇員時間及出勤；控制對法律記錄、人員記錄及/或醫療記錄之存取；運輸安全；電子郵件簽名；控制對信用卡及ATM卡之使用；文檔安全；電腦網路安全；警報控制；及個人之辨識、辨別及驗證。此等應用僅係裝置3400之諸多有用應用中之數個特定應用，且本發明具有一般性。熟習相關技術者鑒於本文中本發明之說明將明瞭裝置3400之額外應用及本發明。

個人區域網路應用

如本文中所闡述，本發明之實施例能夠與作為一個人區域網路之一部分的其他裝置互動。圖38圖解說明根據本發明之一無線收發器生物特徵量測裝置3800之一個實施例。裝置3800包括類似於如上文所闡述之裝置1200之一生物特徵量測裝置、一DSP晶片3802、一藍芽晶片3804、一顯示器3806及一電池3808。如上文所闡述，裝置1200根據本發明具有一壓電陶瓷感測器陣列700及四個多工器1225。

生物特徵量測裝置1200係耦合至一DSP 3802。DSP 3802控制裝置1200且儲存生物特徵量測資料。DSP 3802亦係耦合至藍芽晶片3804用於發送及接收資料。一顯示器3806係用於將資訊通信至裝置3800之一使用者。裝置3800係由一電池3808供電。如熟習相關技術者將知曉，藍芽係支配用於一短程無線通信技術之協定及硬體的一協議。本發明不限於僅實施藍芽技術。亦可使用其他無線協定及硬體。

無線收發器生物特徵量測裝置3800使一個人能夠與裝置3800之約30英尺內之可相容裝置通信。裝置3800可連接至(例如)電話、蜂巢電話、個人電腦、列印機、氣體幫浦、收銀機、自動櫃員機、門鎖、汽車等。由於裝置3800可連接至一個人區域網路或微微網內之任一可相容裝置且與其交換資訊或資料，因此裝置3800能夠將一標準化安全辨識或授權符記供應至任何裝置或供應給需要或要求該標準安全辨識及/或授權符記之任何過程或交易。

公共服務層應用

本發明提供位於一藍芽堆棧中之上部較高位置之一「公共服務層」(PSL)。該PSL層使用於以通信方式彼此耦合之藍芽裝置之辨識及存取控制合理化。在實施例中，該PSL層基於一指紋掃描儀所提供之一指紋生物特徵量測信號支援授權及辨識。在一個實例中，一無線收發器生物特徵量測裝置3800可與包含一藍芽協定堆棧之一藍芽模組一起使用以提供該指紋生物特徵量測信號。參見(例如)以下書目中對藍芽模組、協定堆棧及依從式裝置之說明：Jennifer Bray及Charles Sturman,Bluetooth.TM. Connect without Cables,Prentice-Hall,Upper Saddle River,N.J. 2001(整本書以全文引用的方式併入本文中)，以及Brent Miller及Chatschik Bisdikian,Bluetooth Revealed,Prentice-Hall,Upper Saddle River,N.J. 2001(整本書以全文引用的方式併入本文中)。

在實施例中，該PSL層功能性係由一協定(亦稱為一規範)界定。該PSL層解譯來自微微網中之裝置之簡單請求且以一預界定形式以能力及能力等級作出回復確認。藍芽器具之賣方可添加本發明之該PSL層中之服務以增強其產品之特徵。

該PSL層將在大多數情形下對裝置之正常功能透明地起作用直至廣播請求裝置所支援之功能性群組中之一者的一PSL請求為止。一個最小支援等級重新廣播一未被滿足請求以幫助擴展分散網，以最終找到具有所請求功能之一裝置。以此方式，可聯繫在一請求裝置之範圍外部的其他裝置以滿足該PSL請求。

圖39係根據本發明之耦合藍芽裝置3910、3920之一實例性微微網3900之一圖式。裝置藍芽係具有一公共服務層及藍芽堆棧或晶片組之一指紋掃描儀。該公共服務層可支援授權及辨識。裝置3920係任一藍芽器具。裝置3920包含一PSL層及藍芽堆棧或晶片組。微微網3900可包含該微微網之區域內、一分散網內或經由其他通信鏈路耦合至該微微網之任一數目之藍芽裝置。

完成一任務可能需要在一所分佈藍芽器具群集中間一齊執行諸多功能。使用者將必須購買並安裝足夠器具以覆蓋一任務中之所有功能。該PSL方案實現了效率及成本節省，乃因該等器具將在若干使用者中間分享且在某些情形下提供多種用途。

該PSL層之一個實例性操作係實體存取控制。無線收發器生物特徵量測裝置3920之一PSL層發送或廣播一個或多個請求存取信號。該PSL層中之此等請求存取信號可包含經由藍芽之對提取/匹配/存取及表示來自安全周界外部之經偵測指紋的資料之一請求。在安全區域內部之具有藍芽之一桌上型PC中之PSL層接收來自無線收發器生物特徵量測裝置3920之對提取/匹配/存取之請求並將列印資料與個人資料庫(其可儲存於一伺服器中)相匹配且將所准予之一存取發送至門。然後，藍芽門鎖打開且完成任務。

藉由以下方式圖解說明該等節省：使用用於其他目的之一桌上型PC來執行存取控制、時間及出勤、人員追蹤及安全之功能。當該PC及無線收發器生物特徵量測裝置3800用於其他任務時僅有之專用硬體係藍芽門鎖。安裝成本係最小且記錄保持及資料庫管理之方便性亦係最小。可自僅一直根據PSL標準通信之不同賣方購買在此任務中所涉及之三種器具。指紋提取/匹配/存取之功能可係圖案、細節、局部的或中心的或者甚至在任一時間改變以達成較大安全性及方便性等，而不影響門鎖或無線收發器生物特徵量測裝置3800)。若需要，則可將比如燈、空調、電話之關斷或接通全部添加至此任務。

另一節省優點係過時。配備有藍芽門鎖、藍芽空調、藍芽煙霧偵測器、藍芽照明設備等之一建築物可藉助生物特徵量測控制升級而無需安裝成本。

例如一煙霧警報器及燈具等器具可充當警報器且將微微網擴展成將橋接公園、花園及停車場中之間隙的分散網，從而將安全(一功能性)添加至遠端區域中之大門。

可銷售具有藍芽PSL功能性之電話，此意指若接收一緊急代碼則該等電話可撥打911。藍芽PSL可預示欲程式化以撥打針對私人緊急服務之一特定號碼之功能性。

可界定將事件記入一FIFO中因此可追蹤且最小化假警報之協定。

在一個實施例中，該PSL規範具有下文所辨識之元件。

包含一十進位歸檔系統。廣播對一功能之一請求，該功能可如同該請求中之十進位位置之號碼一樣特定。以此方式，一製造商可將該任務保持於其裝置群集中，條件係該等裝置如所期望的那樣可用。若所需要之準確功能號碼(FN)不服務該請求，則使用分散網中之下一最近FN。在開發區域周圍使用FN之叢集。舉例而言，一燈具可具有一FN551.263，其指示500一公用工程設施、550一燈、551一插頭、551.2一臺燈、551.26一低壓鹵素燈，551.263係由一個人或公司制定(不排他)。可由557.789一壁式氖燈服務對接通551.263之此特定功能之一請求，乃因儘管限於55X照明設備群組但彼壁式氖燈係彼時可用之唯一者且係數字上最接近之號碼。可將FN 551.26界定於PSL規範中，此之後的數位供製造用途且可進行註冊。以此方式，一照明設備製造商可為一PC供應協調視覺效應之軟體。

一請求裝置或一PSL管理器(微微網主裝置)可在分散網中仲裁以匹配請求與功能。

該PSL亦可界定如何分配功能之結構。一FN允許一個人以最小努力與門鎖之賣方協商。該PSL亦給予其他器具之製造商對其中一無線收發器生物特徵量測裝置3800可起重要作用之任務實施方案的深入瞭解。

針對請求及功能適合性在一個實例中將該PSL中之功能號碼分組為：

100緊急情況

200通信

300安全性

400位置

500公用工程及設施

600娛樂

700計算及資訊

800運輸

900其他

在一個實例中如下界定子功能群組：

210網際網路連接(針對憑證至本端DB之傳送)

310經由PIN之個人辨識

311經由簽名之個人辨識

312經由指紋之個人辨識

313經由語音之個人辨識

314經由臉部之個人辨識

315經由眼睛之個人辨識

342指紋特徵抽取匹配

520門鎖

550照明設備

請求及事件亦可用於PSL規範中。

關斷/接通/更多/更少係通用請求。使用者特定請求將不在規範中。事件(例如ACK、NAC)亦可添加於PSL規範中。

協定或請求及確認之結構包含一封包中所廣播之以下特徵：

(a)　PSL指示此封包係一PSL功能請求。

(b)　功能號碼指示所請求之功能

(c)　REQUE指示欲執行之操作(關斷/接通、鎖定/解鎖)

(d)　KEYS鑑別封包之權利。(e)有效負載資料(若適用)PSL規範可(但不需要)重複加密、錯誤檢查等之藍芽結構。

以下系列實例用於圖解說明數個現實世界應用中之PSL層：

救命，我跌倒了並且無法站起來。

a)　我按下我的藍芽警報按鈕並請求緊急服務。

b)　分散網中之一PC連接至全球資訊網且執行對合約服務供應商之一呼叫(一等級一(較佳等級)藍芽服務)，或者除此之外或在失敗時，下一等級發生。

c)　具有藍芽之一電話呼叫911或具有一所記錄訊息之一服務提供商(一等級二藍芽服務)，或者在失敗時下一等級發生。

d)　具有藍芽之一火災警報器啟動(一等級三非較佳但可應用之藍芽服務)或在失敗時下一等級發生。

e)　一煙霧偵測器啟動其聲訊警報希望引起注意(一等級四非較佳但可應用之藍芽服務)

f)　分散網內之一汽車啟動其喇叭且使其燈閃爍以警告人員發生一緊急情況。(一等級五非較佳但可應用之藍芽服務)

我想進入我的辦公室。

a)　我按下我的無線收發器生物特徵量測裝置3800無線收發器生物特徵量測裝置3800。

b)　無線收發器生物特徵量測裝置3800自連接至辦公室中之伺服器之具有藍芽的一PC請求並協商指紋辨識功能。

c)　然後伺服器授權具有藍芽之門鎖打開。

我想通過一機場

a)　憑不規範ID經由機場自助服務亭(kiosk)辦理行李登記

b)　在機場自助服務亭處憑ID獲得座位分配及登機門通行證

c)　憑ID領取行李

電視節目可廣播至藍芽電視，此將為一藍芽家族添加效應以幫助《黑色星期五》之升級。

我想以保證金形式進行一筆相當大的交易。

a)　我經由無線收發器生物特徵量測裝置3800向我的PC驗證我的身份

b)　該PC針對交易驗證之記錄請求額外GPS位置。

熟習相關技術者鑒於本文中本發明之說明將明瞭其他實例性用途。根據本發明之公共服務層可與包含任一類型之指紋掃描儀之任一無線收發器生物特徵量測裝置一起使用。舉例而言，可使用之指紋掃描儀包含但不限於以矽為主之指紋掃描儀、光學指紋掃描儀、壓電指紋掃描儀、壓電膜指紋掃描儀及壓電陶瓷指紋掃描儀。

使用聲波超聲阻抗描記術之指紋感測器

市場上存在數個不同類型之指紋感測器電系統：光學、電容、RF、熱及紅外指紋感測器電系統(除其他以外)。本專利闡述用於基於聲波超聲阻抗描記術原理之一新指紋感測器技術之一電系統。

使用聲波超聲阻抗描記術之一指紋感測器係由一專用積體電路(ASIC或IC)及用作感測元件之一機械共振器陣列組成。該感測元件陣列含有配置成列及行之多個感測元件，如圖40中所示。

每一感測元件可唯一地由使用IC內部之發射器及接收器之積體電路定址。每一列感測元件係連接至IC內部之一單個發射器。另外，如圖41中所示，每一行感測元件係連接至該IC內部之一單個接收器。

該IC使用其整合發射器產生一電信號，該電信號產生該等感測元件之一機械振盪。此機械振盪在每一感測元件上方及下方產生一聲波。手指脊及谷將在個別感測元件上呈現不同聲負載(或阻抗)。相依於該感測器上之手指脊及谷之聲阻抗，由該等感測元件產生之聲波將不同，如圖42中所示。

該ASIC具有連接至該感測器陣列中之每一列之整合發射器。每一發射器係個別由一「發射器控制」區塊控制。此控制區塊確定每一個別發射器之時序。其亦控制每一發射器所產生之信號之振幅。該等發射器有利地產生具有匹配該等感測元件之共振頻率之一頻率之一正弦形狀之信號。可使用該等機械共振器感測元件之串聯共振或並聯共振(或兩者)。使用一可程式化「鎖相迴路」(PLL)來產生由發射器產生之所期望頻率，如圖43中所示。

該ASIC含有連接至感測器陣列中之每一行之接收器。當啟用一單個發射器時，使用一接收器來量測流過一單個感測元件之電流量。每一接收器流水線係由以下元件組成：一輸入接針，一電流至電壓轉換器/放大器，一雜訊濾波器，信號調節電路，可調整增益與偏移，類比至數位轉換器。

一旦類比信號已由類比至數位轉換器(ADC)轉換成一數位信號，則其被儲存至一資料儲存系統中以進行處理並轉換成一指紋影像，如圖44中所示。

由接收器所量測之電流量與個別感測元件之阻抗成反比。其本身與此感測元件上之脊或谷之聲阻抗成比例。在串聯共振頻率下，手指谷阻抗低於手指脊阻抗。且在並聯共振頻率下，手指脊阻抗低於手指谷阻抗，如圖45中所示。

流過該等感測元件之電流將自啟用發射器之時增加，直至其達到一穩定狀態。此增加時間係由於該等感測元件之機械特性而產生。脊與谷之間的阻抗差異將在選定感測元件中產生不同電流振幅，如圖46中所示。

可與其他接收器流水線分享一接收器流水線中之每一組件。分享組件之能力減少ASIC內部之電路之數量。圖8顯示一實例，其中與其他接收器分享「可調整增益與偏移」及「類比至數位轉換」。使用一多工器來切換來自每一接收器之饋送「可調整增益與偏移」及「類比至數位轉換器」之信號。

流水線中之多工器放置可端視應用及效能要求而改變。圖47顯示一實例，其中除輸入接針以外，在接收器之間分享流水線中之每個組件。

為改良效能，可使用取樣與保持電路來將流水線分為若干時間切片。接收器流水線之不同區段可在不同時間對不同感測元件資料進行處理。圖48顯示一實例，其中「取樣與保持」電路係插入於「信號調節」區塊與「可調整增益與偏移」區塊之間。因此，自接收器輸入接針至「信號調節」區塊之區段對下一感測器元件資料進行處理，而自「可調整增益與偏移」至「類比至數位轉換器」之區段對當前感測器元件資料進行處理。

可如圖50中所示修改並使用此時間切片接收器流水線之概念，其中沿該流水線使用多個「取樣與保持」。「電子雲」表示接收器流水線中之任一電組件。

圖51顯示隨時間來自不具有任何「取樣與保持」之接收器流水線中之感測元件之電流。

圖52顯示隨時間來自具有如圖49中所示之相同組「取樣與保持」之接收器流水線中之感測元件之電流。可看到來自兩個不同感測元件之兩組資料之間在時間上之重疊。重疊量與取樣感測器陣列中之每個感測元件所花費之時間量成比例。其本身與系統效能成比例。

結論

雖然上文已闡述本發明之各種實施例，但應理解，該等實施例僅係以實例方式而非限制方式提供。熟習此項技術者將理解，在本發明中可作出各種形式及細節改變而不背離如隨附申請專利範圍中所界定之本發明之精神及範疇。因此，本發明之廣度及範疇不應受上文所闡述實例性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效內容來界定。

100．．．壓電辨識裝置

110．．．壓電感測器

120．．．感測器輸入信號產生器

130．．．感測器輸出信號處理器

140．．．記憶體

150．．．多工器

200．．．壓電陶瓷元件

200A．．．壓電陶瓷元件

200B．．．壓電陶瓷元件

200C．．．壓電陶瓷元件

200D．．．壓電陶瓷元件

200E．．．壓電陶瓷元件

210．．．表面

220．．．表面

230．．．表面

240．．．表面

302．．．支撐件

400．．．陣列

500．．．陣列

602．．．填充料

604．．．微球

700．．．感測器陣列

702．．．屏蔽層

704．．．支撐件

706．．．導體

708．．．導體

752．．．壓電層

754．．．導體柵格

756．．．導體柵格

758．．．屏蔽層

760．．．泡沫基板

762．．．黏合劑

764．．．黏合劑

766．．．黏合劑

902．．．ASIC多工器

904．．．環氧基板

906．．．高密度撓性件

908．．．邊緣

1002．．．感測陣列

1200．．．辨識裝置

1202．．．輸入信號產生器

1204．．．輸入信號產生器或振盪器

1206．．．可變放大器

1208．．．開關

1220．．．感測陣列

1225A．．．多工器

1225B．．．多工器

1230．．．控制器

1240．．．輸出信號處理器

1242．．．阻抗偵測器

1244．．．電壓偵測器

1246．．．信號行進時間偵測器

1248．．．多普勒移位偵測器

1250．．．開關

1260．．．記憶體控制器

1270．．．記憶體

1302．．．移位暫存器

1402．．．多工器

1404．．．放大器

1406．．．多工器

1500．．．陣列

1502．．．主動元件

1504．．．元件

1506．．．元件

1702．．．手指

1704．．．指紋脊

1706．．．指紋谷

1800．．．喚醒電路

1802．．．電容器

1804．．．二極體

1806．．．開關

1808．．．電壓源

2402．．．骨

2602．．．動脈

2604．．．毛細血管

2606．．．重疊行

2610A．．．發射孔

2610B．．．接收孔

3202．．．生物特徵量測裝置

3204．．．感測器陣列

3300．．．行動生物特徵量測裝置

3302．．．感測器陣列

3304．．．部分

3306．．．把手

3400．．．無線收發器生物特徵量測裝置

3402．．．感測器

3404．．．指示燈

3502．．．天線

3504．．．電池

3506．．．鑰匙環

3602．．．收銀機

3604．．．第三方驗證服務

3606．．．信用卡服務

3800．．．無線收發器生物特徵量測裝置

3802．．．DSP晶片

3804．．．藍芽晶片

3806．．．顯示器

3808．．．電池

3900．．．微微網

3910．．．藍芽裝置

3920．．．藍芽裝置

併入本文中且形成說明書之一部分之附圖圖解說明本發明且與說明一起進一步用於解釋本發明之原理且使熟習有關技術者能夠製作並使用本發明。

圖1圖解說明根據本發明一實施例之一壓電辨識裝置。

圖2圖解說明根據本發明一實施例之一壓電元件。

圖3圖解說明根據本發明一實施例之一壓電元件列。

圖4圖解說明根據本發明一實施例之一矩形壓電元件陣列。

圖5圖解說明根據本發明一實施例之一圓形壓電元件陣列。

圖6圖解說明根據本發明一實施例之在元件之間具有一填充材料之一矩形壓電元件列。

圖7A及7B圖解說明根據本發明實施例之感測器陣列。

圖8圖解說明圖7A之感測器陣列之一更詳細視圖。

圖9圖解說明圖8之感測器陣列係如何連接至一專用積體電路。

圖10圖解說明如何根據本發明一實施例將一感測陣列連接至多工器。

圖11圖解說明根據本發明一實施例之一辨識裝置。

圖12圖解說明根據本發明一實施例之一辨識裝置之電路組件。

圖13A圖解說明如何根據本發明一實施例將一輸入信號施加至圖12之感測器陣列及自該感測器陣列接收一輸出信號。

圖13B圖解說明根據本發明一實施例如何控制圖13A之開關。

圖14圖解說明根據本發明一實施例之一實例性電壓感測電路。

圖15圖解說明根據本發明一實施例如何最小化一感測器陣列中之串擾。

圖16係根據本發明一實施例之一方法之一流程圖。

圖17圖解說明根據本發明一實施例使用一辨識裝置來獲得生物特徵量測資訊。

圖18圖解說明根據本發明一實施例之一辨識裝置喚醒電路。

圖19圖解說明根據本發明一實施例之載入有一指紋谷之一壓電元件之阻抗。

圖20圖解說明根據本發明一實施例之載入有一指紋脊之一壓電元件之阻抗。

圖21圖解說明根據本發明一實施例之一感測器陣列輸入信號。

圖22圖解說明根據本發明一實施例之一感測器陣列輸出信號。

圖23圖解說明根據本發明一實施例如何使用一辨識裝置來獲得生物特徵量測資訊。

圖24圖解說明根據本發明一實施例如何使用一辨識裝置來獲得一骨圖。

圖25圖解說明根據本發明一實施例之一發射及/或接收束方向性。

圖26圖解說明根據本發明一實施例如何使用一辨識裝置來獲得微動脈血液流動資訊。

圖27圖解說明根據本發明一實施例之一發射束方向性及一接收束方向性。

圖28圖解說明根據本發明一實施例之一發射及/或接收束方向性。

圖29圖解說明根據本發明一實施例如何使用一辨識裝置來獲得毛細血管血液流動資訊。

圖30圖解說明根據本發明一實施例之一發射及/或接收束方向性。

圖31係根據本發明一實施例之一方法之一流程圖。

圖32圖解說明根據本發明一實施例之一生物特徵量測裝置。

圖33圖解說明根據本發明一實施例之一行動生物特徵量測裝置。

圖34圖解說明根據本發明一實施例之一無線收發器生物特徵量測裝置。

圖35圖解說明圖34之無線收發器生物特徵量測裝置之一更詳細視圖。

圖36圖解說明使用圖34之無線收發器生物特徵量測裝置來完成一電子銷售交易。

圖37圖解說明圖34之無線收發器生物特徵量測裝置之各種應用。

圖38圖解說明根據本發明一實施例之一無線收發器生物特徵量測裝置。

圖39係具有具有一公共服務層之耦合藍芽裝置的一實例性微微網之一圖式。不適用。

圖40係根據本發明之一感測器陣列之一圖式。

圖41係根據本發明之互連至ASIC之一機械共振器感測元件矩陣。

圖42係一聲阻抗數位感測器上之一數位之一圖解說明。

圖43係ASIC發射器之一方塊圖圖解說明。

圖44係一ASIC接收器流水線之一方塊圖圖解說明。

圖45係根據本發明之經阻尼機械共振器感測元件之阻抗之效能之一圖形圖解說明。

圖46係通過經阻尼機械共振器感測元件之電流通過經阻尼機械共振器感測元件之電流之一圖形圖解說明。

圖47係一ASIC接收器流水線多工器之一方塊圖圖解說明。

圖48係根據本發明之一ASIC接收器流水線多工器替代放置之一方塊圖圖解說明。

圖49係具有取樣與保持(Sample-and-Hold)以達成增加之效能之一ASIC接收器流水線之一方塊圖圖解說明。

圖50係具有一般化取樣與保持之ASIC接收器流水線之一圖解說明。

圖51係根據本發明之不具有取樣與保持之Tx[N-1]及Tx[N]上之感測元件之取樣之一圖解說明。

圖52係具有一組取樣與保持之Tx[N-1]及Tx[N]上之感測元件之取樣之一圖解說明。