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TWI891781B - 具有潛指紋檢測的指紋感測器 - Google Patents

具有潛指紋檢測的指紋感測器

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Publication number
TWI891781B
TWI891781B TW110115641A TW110115641A TWI891781B TW I891781 B TWI891781 B TW I891781B TW 110115641 A TW110115641 A TW 110115641A TW 110115641 A TW110115641 A TW 110115641A TW I891781 B TWI891781 B TW I891781B
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signal
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ultrasonic
fingerprint sensor
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TW110115641A
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TW202147172A (zh
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羅凱許 帕勒拉
尼爾瑪 努
瑞吉 庫瑪
利文斯通 松
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美商高通公司
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Publication date
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Abstract

一種方法可涉及獲得表面上的潛指紋，儲存該潛指紋，獲得該表面上的實時指紋，並且部分地基於所儲存的潛指紋以及部分地基於經先前認證的指紋數據來認證該實時指紋。該方法可涉及：如果實時指紋在相對嚴格的相關性測試下與潛指紋匹配，則作為潛在的欺騙而拒絕對該實時指紋之認證。該方法亦可涉及：當實時指紋與潛指紋不緊密匹配時，如果實時指紋在相對寬鬆的相關性測試下與經先前認證的指紋數據匹配，則准予對該實時指紋之認證。

Description

具有潛指紋檢測的指紋感測器
本發明大體上係關於指紋感測器及用於使用如是系統的方法。
包括超音波的指紋感測器及其他類型的指紋感測器已被包括在諸如智慧型手機、取款機及汽車之類的裝置中以用於認證用戶。雖然一些現有的指紋感測器可以提供令人滿意的性能，但係改進的指紋感測器將係期望的。具體而言，現有的指紋感測器由於潛指紋（即，經授權用戶之因油及其他材料之沉積物而留在表面上的指紋）而易受假肯定認證的影響。作為實例，即使在沒有實際手指存在時，現有的指紋感測器也可能被欺騙而接受潛指紋作為有效指紋。
本公開內容的系統、方法及裝置各自具有若干創新性態樣，其中並不由任何單個態樣全權負責本文中所揭示的期望屬性。
本公開內容中所描述的技術主題之一個創新性態樣可在一種器具中實作。該器具可包括指紋感測器及控制系統。在一些實例中，該控制系統被組態以：從指紋感測器接收第一信號，第一信號包括對應於殘留材料的信號；從指紋感測器接收第二信號，第二信號包括對應於至少一個目標物體的信號；以及至少部分地基於第一信號及第二信號來履行認證過程。
根據一些實例，指紋感測器包括超音波指紋感測器，第一信號包括第一超音波接收器信號，第一超音波接收器信號包括與來自該表面上的殘留材料的第一超音波之反射相對應的信號，並且第二信號包括第二超音波接收器信號，第二超音波接收器信號包括對應於至少該目標物體的信號。
根據一些實例，殘留材料在表面上，該表面係指紋感測器表面或鄰近指紋感測器所駐留的區域的裝置表面，並且該目標物體與該表面接觸或毗鄰該表面。
根據一些實例，至少部分地基於第一信號及第二信號來履行認證過程涉及決定第一信號形成具有高於一個或多個閾值的圖像品質（IQ）度量的指紋圖像。
根據一些實例，該器具進一步包括顯示器，並且該控制系統在決定第一信號形成具有高於該一個或多個閾值的IQ度量的指紋圖像之後，進一步能夠控制顯示器以提供用於清潔指紋感測器的一部分的提示。
根據一些實例，至少部分地基於第一信號及第二信號來履行認證過程涉及藉由決定第一信號形成指紋圖像來決定殘留材料形成潛指紋。
根據一些實例，至少部分地基於第一信號及第二信號來履行認證過程涉及將基於第一信號的第一指紋圖像與基於第二信號的第二指紋圖像進行比較，決定第一及第二指紋圖像滿足相關性測試，以及基於決定第一及第二指紋圖像滿足該相關性測試，拒絕對該目標物體之認證。
根據一些實例，至少部分地基於第一信號及第二信號來履行認證過程涉及：將基於第一信號的第一指紋圖像與基於第二信號的第二指紋圖像進行比較，決定第一及第二指紋圖像未通過要求第一相關性等級的第一相關性測試，從該器具中的儲存裝置檢索第三指紋圖像，第三指紋圖像表示經先前認證的指紋，決定第二及第三指紋圖像滿足要求第二相關性等級的第二相關性測試，第二相關性等級小於第一相關性等級，以及基於決定第二及第三指紋圖像滿足第二相關性測試，認證該目標物體。
根據一些實例，第一相關性測試將第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉。
根據一些實例，第一相關性測試將第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉，並且第二相關性測試允許第二及第三指紋圖像之間的相對旋轉大於30度的旋轉。
根據一些實例，第一相關性測試將第一及第二指紋圖像之間的相對平移限制為小於閾值量，並且第二相關性測試允許第二及第三指紋之間的相對平移大於該閾值量。
根據一些實例，該控制系統被進一步組態用於從指紋感測器接收第三信號，第三信號包括對應於至少該目標物體或至少一個附加目標物體的信號，其中該控制系統被組態以在接收第一信號之前及在接收第二信號之前接收第三信號；從該器具中的儲存裝置檢索經認證的指紋圖像；以及基於經認證的指紋圖像與第三信號之比較來認證該目標物體或該附加目標物體。
根據一些實例，控制系統被進一步組態用於控制指紋感測器，以使得接收第一信號在時間上在基於經認證的指紋圖像與第三信號之比較來認證該目標物體或該附加目標物體之後發生並且至少部分地由其觸發。
本公開內容中所描述的技術主題之其他創新性態樣可被實作在一種方法中。該方法可涉及從指紋感測器接收第一信號，第一信號包括對應於沉積在表面上的殘留材料的信號，該表面係指紋感測器表面或鄰近指紋感測器所駐留的區域的裝置表面，並且該方法可涉及控制顯示器或揚聲器之至少一者以基於第一信號來提供用於清潔該表面的提示。
本公開內容中所描述的技術主題之一個創新性態樣可在一種器具中實作。該器具可包括指紋感測器及控制系統。控制系統可被組態用於從指紋感測器接收第一信號；從指紋感測器接收第二信號；將基於第一信號的第一指紋圖像與基於第二信號的第二指紋圖像進行比較；決定第一及第二指紋圖像滿足相關性測試；以及基於決定第一及第二指紋圖像滿足該相關性測試，拒絕基於第二信號的認證。
根據一些實例，第一指紋圖像係殘留物之圖像，該殘留物至少部分地由該器具先前認證的物體所形成。
本文中所描述的操作、功能及/或方法之一些或全部可由一個或多個裝置根據儲存在一個或多個非暫時性媒體上的指令（例如，軟體）來履行。如是非暫時性媒體可包括諸如本文中所描述的那些記憶體裝置，包括但不限於隨機存取記憶體（RAM）裝置、唯讀記憶體（ROM）裝置等。據此，本公開內容中所描述的技術主題之一些創新性態樣可以在一種或多種其上儲存有軟體的非暫時性媒體中實作。
本申請主張提交於2020年4月29日的印度臨時申請第202021018331號、以及提交於2021年4月13日的PCT申請PCT/US2021/070383的優先權之權益，兩件申請都在此藉由援引全部納入。
以下描述針對某些實作以旨在描述本公開內容之創新性態樣。然而，本領域普通技術人員將容易認識到，本文中的教示可按眾多不同方式來應用。所描述的實作可以在包括如本文中所揭示的生物量測系統的任何裝置、器具或系統中實作。另外，構想了所描述的實作可被包括各種電子裝置中或與各種電子裝置相關聯，該等電子裝置諸如但不限於：行動電話、多媒體網際網路賦能的蜂巢電話、行動電視接收器、無線裝置、智慧型手機、智慧卡、可穿戴裝置（諸如手環、臂帶、腕帶、戒指、頭帶、貼片等）、藍牙®裝置、個人數位助理（PDA）、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計算機、小筆電、筆記型電腦、智慧筆電、平板電腦、印表機、影印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統（GPS）接收器/導航器、相機、數位多媒體播放器（諸如MP3播放器）、攝影機、遊戲機、腕表、時鐘、計算器、電視監視器、平面顯示器、電子閱讀裝置（例如，電子閱讀器）、行動健康裝置、計算機監視器、自動顯示器（包括里程計及速率計顯示器等）、駕駛艙控制及/或顯示器、相機視像顯示器（諸如車輛中後視相機之顯示器）、電子照片、電子看板或標誌、投影機、建築結構、微波爐、冰箱、立體聲系統、卡式錄音機或播放機、DVD播放機、CD播放機、VCR、收音機、便攜式記憶晶片、洗衣機、烘乾機、洗衣機/烘乾機、自動櫃員機（ATM）、停車計時器、封裝（諸如在機電系統（EMS）應用中，包括微機電系統（MEMS）應用、連同非EMS應用）、美學結構（諸如在一件珠寶或衣服上的圖像顯示）及各種EMS裝置。本文中的教示亦可被使用於諸如但不限於電子切換裝置、射頻濾波器、感測器、加速計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、用於消費電子器件的慣性組件、消費電子產品之部件、汽車門、方向盤或其他汽車部件、變容器、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、製造過程及電子測試裝備等應用中。因此，該等教示並非旨在僅限於在圖式中描繪的實作，而具有廣泛的適用性，如將對本領域的普通技術人員而言顯而易見的。
指紋感測器表面上的潛指紋（即，由手指圖案化的殘留物）時常出現。在某些情況中，潛指紋可具有足夠的脊谷清晰度及足夠的對比度，當被指紋感測器掃描時，該潛指紋被錯誤地接受為來自經授權的手指。換言之，當潛指紋被經授權的用戶留下並且指紋感測器稍後被觸發時，該指紋感測器可能易受假肯定匹配的影響。（如本文中所使用的，術語“手指”可指任何手指，包括拇指。據此，如本文中所使用的術語“指紋”可指來自任何手指（包括拇指）的指紋。）
在一些實作中，一種器具可包括指紋感測器及控制系統。根據一些實例，該器具可被組態用於獲得潛指紋（例如，指紋感測器表面上的用用戶的指紋圖案化的殘留物圖像）。控制系統可被組態以將一個或多個隨後捕獲的指紋與潛指紋進行比較。控制系統可被組態以通過與潛指紋的比較以及與一個或多個先前認證的指紋（或其他指紋數據）的比較來認證該一個或多個隨後捕獲的指紋。控制系統可被組態以當隨後捕獲的指紋與潛指紋緊密匹配（例如，在某些相對嚴格的準則內，其在本文中更詳細地描述）時拒絕對隨後捕獲的指紋之認證。控制系統可被進一步組態以基於隨後捕獲的指紋與一個或多個先前認證的指紋的較寬鬆的匹配（例如，在某些相對寬鬆的準則內，其在本文中更詳細地描述）來認證該隨後捕獲的指紋。以此方式，指紋感測器可以檢測潛指紋並且減少或預防基於潛指紋的假肯定認證之可能性。
可實作本公開內容所描述的主題內容之特定實作以達成以下潛在優點中之一者或多者。根據一些實例，識別指紋感測器上的潛指紋之存在可使得該指紋感測器能夠拒絕依賴於潛指紋的認證嘗試。例如，指紋感測器可以能夠藉由將先前捕獲的潛指紋與當前指紋進行比較來區分潛指紋及實時指紋。當先前捕獲的潛指紋與當前指紋緊密匹配時，指紋感測器可決定當前指紋係潛在的欺騙嘗試，而非實時指紋。指紋感測器可以隨後拒絕認證當前指紋，即使當前指紋以其他方式匹配先前經授權的指紋。
圖1A示出了由超音波指紋感測器所獲得的潛指紋及實時指紋圖像之實例。圖像1係潛指紋（即，印有手指圖案的殘留物）之圖像，而圖像3係由超音波指紋感測器所捕獲的實時指紋（即，手指）之圖像。圖像1也可被稱為空氣圖像，因為圖像1係在超音波指紋感測器之表面上或附近沒有物體（諸如手指）的情況下捕獲的。相比之下，圖像3係在超音波指紋感測器之表面上或附近有手指的情況下捕獲的。作為實例，指紋感測器之表面可包括圖2D的壓板225及/或圖5A、5B及5C的壓板40。
在這些實例中，圖像1及圖像3對應於同一手指之同一部分。圖像3係在手指正接觸指紋感測器表面時獲得的，而圖像1係在手指從指紋感測器表面移除後獲得的。如從圖1A可以看出，圖像1與圖像3緊密匹配。作為結果，存在超音波指紋感測器可能錯誤地認證圖像1，並且由此錯誤地解鎖裝置或以其他方式認證用戶的風險，儘管事實上用戶在捕獲圖像1時並未提供用於掃描的實時手指。
圖1B係示出根據一些所揭示實作的器具之例示性組件的方塊圖。在此實例中，器具101包括指紋感測器102及控制系統106。器具101之一些實作可包括介面系統104。
指紋感測器102可為任何期望類型的指紋感測器，其包括但不限於超音波指紋感測器、光學指紋感測器、電容指紋感測器、CMOS指紋感測器及熱指紋感測器。在一些實例中，指紋感測器102由感測器類型（例如，超音波、光學、電容、CMOS及熱指紋感測技術之兩種或更多種）之組合來形成。應當理解，本公開內容涉及超音波指紋感測器或任何其他特定類型的指紋感測器之部分不限於超音波指紋感測器技術或所引用的任何特定技術。本公開內容廣泛地適用於指紋感測器並且不特定於超音波指紋感測器或任何其他特定類型的指紋感測器。
在一些實例中，如指紋感測器102內的虛線所啟示的，指紋感測器102可被實作為包括超音波接收器103及單獨的超音波發射器105的超音波指紋感測器。在一些如是實例中，超音波發射器105可包括超音波平面波產生器，諸如下文描述的那些。
然而，本文中揭示了指紋感測器102之各種實例，其中一些可以包括單獨的超音波發射器105，而其中一些可以不包括。儘管如圖1B中示出為單獨的元件，但在一些實作中，超音波接收器103及超音波發射器105可被組合在超音波收發器系統中。例如，在一些實作中，指紋感測器102可為超音波感測器，並且可包括壓電接收器層，諸如聚偏二氟乙烯PVDF聚合物層或聚偏二氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）共聚物層。在一些實作中，單獨的壓電層可用作超音波發射器。在一些實作中，單個壓電層可用作發射器及接收器兩者。在包括壓電層的一些實作中，可在壓電層中使用其他壓電材料，諸如氮化鋁（AlN）或鋯鈦酸鉛（PZT）。在一些實例中，指紋感測器102可包括超音波換能器元件陣列，諸如壓電微機械超音波換能器（PMUT）陣列、電容微機械超音波換能器（CMUT）陣列等。在一些如是實例中，單層PMUT陣列中的PMUT元件或單層CMUT陣列中的CMUT元件可被用作超音波發射器連同超音波接收器。
在超音波感測器系統中，超音波發射器可被用於通過超音波傳輸介質或媒介而朝待檢測的物體發送超音波。發射器可以與超音波感測器可操作地耦合，該超音波感測器被組態以檢測從該物體所反射的超音波之各部分。例如，在超音波指紋成像儀中，可藉由在非常短的時間區間期間啟動及停止發射器來產生超音波脈衝。在超音波脈衝遇到的每個材料界面處，一部分超音波脈衝被反射。
例如，在超音波指紋成像儀的情境中，超音波可行進通過其上可放置人的手指的壓板以獲得指紋圖像。在穿過壓板後，超音波之一些部分遇到與壓板接觸的皮膚（例如，指紋脊線），而超音波之其他部分遇到空氣（例如，指紋之毗連脊線之間的谷線），並且可按不同強度反射回超音波感測器。與手指相關聯的反射信號可被處理並且被轉換成代表反射信號之信號強度的數位值。當在分布式區域之上收集到多個如是反射信號時，如是信號之數位值可被用於產生分布式區域之上的信號強度之圖形顯示，例如藉由將數位值轉換成圖像，由此產生指紋之圖像。因此，超音波感測器系統可被用作指紋成像儀或其他類型的生物量測定掃描器。在一些實作中，所檢測到的信號強度可被映射到代表脊線結構細節之深度的手指輪廓圖中。
控制系統106可包括一個或多個通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器（DSP）、特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式閘陣列（FPGA）或其他可程式邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其組合。根據一些實例，控制系統106可包括用於控制超音波指紋感測器102的專屬組件。控制系統106亦可包括一個或多個記憶體裝置（及/或被組態用於與一個或多個記憶體裝置通信），諸如一個或多個隨機存取記憶體（RAM）裝置、唯讀記憶體（ROM）裝置等。據此，器具101可具有包括一個或多個記憶體裝置的記憶體系統，儘管該記憶體系統未在圖1B中示出。控制系統106可被組態用於從超音波指紋感測器102（例如，從超音波接收器103）接收及處理數據。如果器具101包括單獨的超音波發射器105，則控制系統106可被組態用於控制超音波發射器105，例如，如本文中在其他地方所揭示的。在一些實作中，控制系統106之功能性可在一個或多個控制器或處理器之間被劃分，諸如在專屬感測器控制器及行動裝置之應用處理器之間。一些實例在下文中描述。
器具101之一些實作可包括介面系統104。在一些實例中，介面系統104可包括無線介面系統。在一些實作中，介面系統104可包括用戶介面系統、一個或多個網路介面、控制系統106及記憶體系統之間的一個或多個介面、及/或控制系統106及一個或多個外部裝置介面（例如，埠或應用處理器）之間的一個或多個介面。作為實例，用戶介面可以包括顯示器、揚聲器、音訊埠、視訊埠、觸摸板、觸摸屏及按鈕。
介面系統104可被組態以提供器具101之各組件之間的通信（其可包括有線或無線通信，諸如電通信、無線電通信等）。在一些如是實例中，介面系統104可被組態以提供控制系統106及超音波指紋感測器102之間的通信。根據一些如是實例，介面系統104可以例如經由導電材料（例如，經由導電金屬線或跡線）將控制系統106之至少一部分耦合到超音波指紋感測器102。如果器具101包括與超音波接收器103分開的超音波發射器105，則介面系統104可被組態以提供控制系統106之至少一部分及超音波發射器105之間的通信。根據一些實例，介面系統104可被組態以提供器具101與其他裝置及/或人類之間的通信。在一些如是實例中，介面系統104可包括一個或多個用戶介面。在一些實例中，介面系統104可包括一個或多個網路介面及/或一個或多個外部裝置介面（諸如一個或多個通用序列匯流排（USB）介面或序列周邊介面（SPI））。在一些實作中，器具101可包括記憶體系統。在一些實例中，介面系統104可包括控制系統106及記憶體系統之間的至少一個介面。
器具101可以在各種不同的情境中使用，其中的一些實例在本文中揭示。例如，在一些實作中，行動裝置可包括器具101之至少一部分。在一些實作中，可穿戴裝置可包括器具101的至少一部分。例如，可穿戴裝置可為手環、臂帶、腕帶、戒指、頭帶或貼片。在一些實作中，控制系統106可以駐留在一個以上裝置中。例如，控制系統106之一部分可以駐留在可穿戴裝置中，而控制系統106之另一部分可以駐留在另一裝置（諸如行動裝置（例如，智能手機））中。在一些如是實例中，介面系統104亦可駐留在一個以上裝置中。
圖2A、2B及2C係提供本文中揭示的一些方法之例示性方塊之流程圖。例如，圖2A、2B及2C之方塊可以由圖1B之器具101或類似器具來履行。與本文中揭示的其他方法一樣，圖2A中概述的方法200、圖2B中概述的方法230及圖2C中概述的方法240可包括比所指示的方塊更多或更少的方塊。此外，本文中所揭示的方法之方塊不一定按所指示的次序來履行。在一些實例中，本文中揭示的一些方法之方塊可以並行地來履行。
根據圖2A之實例，方法200係一種控制包括指紋感測器的器具之方法。根據此實作，方塊203涉及控制（例如，經由器具之控制系統，諸如圖1B中所示的器具101之控制系統106）指紋感測器用於獲得接觸或接近表面的目標物體之第一指紋圖像。該表面可為指紋感測器表面或鄰近指紋感測器所駐留的區域的裝置表面。
在一些實例中，諸如當指紋感測器用超音波指紋感測器來實作時，方塊203可涉及朝目標物體傳送第一超音波。附加地，方塊203可涉及控制該超音波指紋感測器以傳送1 MHz到30 MHz範圍中的超音波。例如，可以控制超音波指紋感測器之超音波發射器用於傳送第一超音波。此外，方塊203可涉及從超音波指紋感測器接收第一超音波接收器信號。第一超音波接收器信號包括與來自目標物體的第一超音波之反射相對應的信號。
根據一些實例，該器具可包括觸摸感測器系統。在一些如是實例中，方法200之先前過程可能已涉及由控制系統基於從觸摸感測器系統所接收到的一個或多個信號來決定目標物體位置。在一些如是實例中，方塊203可涉及根據手指位置來控制指紋感測器。然而，在一些替代實例中，控制系統可被組態用於基於從指紋感測器所接收到的一個或多個信號來決定手指位置。
在此實作中，方塊205涉及至少部分地基於在方塊203中所獲得的指紋圖像來履行認證過程。在一些個例中，方塊203可涉及獲得指紋圖像數據，而方塊205可涉及認證該指紋圖像數據。如本文中所使用的，術語“指紋圖像數據”一般可指從超音波接收器所獲得的數據、或基於從超音波接收器所獲得的信號的數據、或從利用另一技術的指紋感測器所獲得的數據。在一些個例中，指紋圖像數據可至少部分地對應於諸如可包括指紋的手指之類的目標物體。指紋圖像數據可以按或者可以不按人類可辨識為圖像的形式來呈現。例如，指紋圖像數據可為或可包括其中佈置及/或儲存數值的數據結構。在一些實例中，數值可對應於從超音波指紋感測器、光學感測器系統、電容感測器系統等接收到的信號。在一些實例中，指紋圖像數據可對應於在時間窗口期間從感測器系統所接收到的信號。在一些個例中，指紋圖像數據可對應於從特定區域（諸如指紋接觸區域）所接收到的信號。
在一些實例中，方塊205可涉及從超音波接收器信號或指紋感測器提取特徵。認證過程可以至少部分地基於該等特徵。根據一些實例，該等特徵可為指紋特徵，諸如指紋細節點的位置、取向及/或類型。在一些如是實例中，指紋圖像數據可包括對在來自感測器系統（諸如超音波指紋感測器）的至少一部分信號中所檢測到的一個或多個指紋特徵之指示。該等指紋特徵可包括一個或多個指紋脊線特徵及一個或多個指紋谷線特徵。例如，該等指紋特徵可由控制系統（諸如圖1B之控制系統106）來檢測。
在超音波系統中，指示指紋脊線特徵的信號一般可從超音波指紋感測器之感測器像素獲得，該等感測器像素響應於已從壓板/指紋脊線界面反射的超音波。指示指紋谷線特徵的信號一般可從感測器像素獲得，該等感測器像素響應於已從壓板/指紋谷線界面反射的超音波。來自壓板/指紋谷線界面的反射一般係來自壓板/空氣界面的反射，而對應於指紋脊線與壓板接觸的區域，來自壓板/指紋脊線界面的反射一般係來自壓板/皮膚界面的反射。因為壓板/指紋谷線界面一般比壓板/指紋脊線界面具有高得多的聲阻抗對比度，所以壓板/指紋谷線界面一般將產生相對較高幅度的反射。
在一些實例中，方塊207可涉及控制指紋感測器用於獲得由指紋感測器表面（或鄰近指紋感測器駐留區域的裝置表面）上的殘留材料所形成的第二指紋圖像（例如，潛指紋圖像）。方塊207之履行可以由方塊203之履行、方塊205之履行或一些其他準則來觸發。作為第一實例，方塊205中第一指紋圖像之成功認證向該器具通知指紋感測器上的殘留物可形成能夠用於虛假認證攻擊的潛指紋的可能性。因此，方塊207之履行可基於方塊205中的成功認證（例如，基於決定方塊203中所獲得的指紋屬於經授權的人）來發起。作為第二實例，每當指紋感測器獲得指紋，即使該指紋不對經授權的人進行認證，也可履行或觸發方塊207。在這兩個實例中，可在手指從指紋感測器移除之後（例如，在方塊203及/或方塊205之後的一時間延遲之後，在另一感測器（諸如觸摸感測器）指示手指已被移除之後、等等）履行方塊207。
作為另一實例，方塊207可在給器具解鎖及/或供電之際、及/或基於其他因素（例如，即使沒有對實時指紋之事先捕獲及/或認證）按經排程的方式隨機履行。基於如是因素來檢查潛指紋以作為實例檢測在器具被斷電、處於睡眠模式或以其他方式不活躍時沉積的潛指紋可能係有益的。在一些實例中，方塊203及/或方塊205可被完全略去及/或方塊207可在給器具解鎖及/或供電之際、及/或基於其他因素以經排程的方式隨機地履行。
根據一些實作，方塊209涉及決定第二（潛）指紋圖像是否具有高於一個或多個閾值的圖像品質（IQ）度量。在一些實例中，圖像品質度量可至少部分地基於對比度閾值。根據一些實例，圖像品質度量可以至少部分地基於信噪比閾值。在一些實作中，圖像品質度量可至少部分地基於與信號幅度的標準差相關的平均值及/或閾值。在一些實例中，圖像品質度量可至少部分地基於與信號之偏度及/或峰度相關的閾值。在一些實作中，圖像品質度量可以基於與所有前述參數相關的閾值。作為實例，方塊209可用於識別指紋感測器之表面上何時存在足夠的殘留物（例如，殘留油脂、濕氣、污垢等）以及殘留物何時被充分地圖案化為指紋圖案，以使得殘留物形成能夠用於虛假認證攻擊的潛指紋。
在一些實例中，方塊209亦可涉及對第二（潛）指紋圖像之處理。如是處理可發生在決定第二（潛）指紋圖像是否具有高於一個或多個閾值的圖像品質（IQ）度量之前、之後或作為其一部分。作為實例，如是處理可包括反轉第二（潛）指紋圖像，以使得通常被指紋感測器解讀為脊線的區域反而被解讀為谷線，而通常被解讀為谷線的區域反而被解讀為脊線。
在一些情況中，由於與實時指紋相比的潛指紋之特性，可期望方塊209中的第二（潛）指紋圖像的潛在反轉。具體而言，潛指紋有點像實時指紋之負壓印。如以上所討論，超音波指紋感測器具有一般響應（1）從壓板/指紋谷線界面（例如，壓板/空氣界面）反射的或者（2）從壓板/指紋脊線界面（例如，壓板/皮膚界面）反射的超音波的感測器像素。由於沉積潛指紋的過程，對潛指紋之掃描通常與實時指紋相反。作為實例，當用戶將帶油脂的手指壓在圖像感測器上並且留下潛指紋時，油脂傾向沉積在谷線而非脊線之位置中。因此，當超音波被傳入潛指紋時，來自與“指紋谷線”的界面的反射不再為壓板/空氣界面，而為壓板/油脂界面。類似地，與“指紋脊線”的界面不再為壓板/皮膚界面，而為壓板/空氣界面。由於壓板/油脂界面一般將有低於壓板/空氣界面的聲阻抗，因此與指紋谷線相關聯的區域一般將產生較低幅度的反射（與對於實時指紋的情況相反）。因此，可能期望在方塊209中反轉第二（潛）指紋圖像。
根據一些實作，出於後續認證過程之目的，方塊211涉及將第二指紋圖像儲存為潛指紋圖像。在一些實例中，方塊211可以附加地或替代地涉及提供關於對潛指紋的檢測（例如，對被指紋感測器上的指紋圖案化的殘留物的檢測）的用戶反饋。作為實例，方塊211可以涉及顯示消息、提供警報聲或以其他方式向用戶指示指紋感測器髒污、指紋感測器暫時不可用、潛指紋沉積在感測器上、或一些其他相關指示。
根據此實作，方塊213涉及控制指紋感測器用於獲得第三指紋圖像。作為實例，方塊213可由用戶請求觸發以掃描指紋。
根據此實作，方塊215涉及至少部分地基於第二及第三指紋圖像以及基於經先前認證的指紋數據的認證過程。若需要，可將方塊215之認證過程分解為第一及第二階段，這兩個階段可並行地、順序地或者甚至以相反的次序來履行。在方塊215之認證過程之第一階段，可在相對嚴格的相關性測試下將第三指紋圖像與第二（潛）指紋圖像進行比較。在認證過程之第二階段，可在相對寬鬆的相關性測試下將第三指紋圖像與先前認證的指紋數據進行比較。當第三指紋圖像在嚴格的相關性測試下與潛指紋匹配時，第三指紋可作為潛在的欺騙嘗試而被拒絕。然而，如果第三指紋在嚴格的相關性測試下與潛指紋不匹配，但在寬鬆的相關性測試下與先前認證的指紋數據匹配，則第三指紋可被接受或認證為合法。
潛指紋有效地固定在指紋感測器表面上，並且不隨時間旋轉、平移、膨脹、收縮或以其他方式發生顯著變化。相反，提供實時指紋的用戶可能將他們的手指以不同的取向、不同的位置及不同程度的力道放在指紋感測器表面上。附加地，用戶的手指可以隨時間膨脹或收縮，從而導致其指紋的附加畸變。實時指紋的此等類型的變化一般被指紋感測器所接受，因為拒絕它們會惹惱用戶，而不會顯著提高安全性。本實作利用潛指紋及實時指紋之可變性態樣的此等差異來識別基於潛指紋的潛在欺騙事件。
在一些實作中，方塊215的相對嚴格的相關性測試可決定當前指紋樣本是否僅為潛指紋。作為實例，相對嚴格的相關性測試可僅允許第二及第三指紋圖像之間的有限的空間變化。例如，只有當第三指紋圖像以小於30度的旋轉、小於25度的旋轉、小於20度的旋轉、小於15度的旋轉、小於10度的旋轉、小於5度的旋轉或小於1度的旋轉與第二（潛）指紋圖像匹配時，才能滿足相對嚴格的相關性測試。嚴格的相關性測試可允許第三指紋圖像及第二（潛）指紋圖像之間的至少一些旋轉，例如，以考慮指紋感測器的多次掃描之間的測量不準確性。相對嚴格的相關性測試亦可要求比相對寬鬆的相關性測試下所要求的更高的脊線及谷線之圖案的相關性等級。當滿足方塊215之相對嚴格的相關性測試時，該器具可決定第三指紋係可能的欺騙嘗試並且可拒絕第三指紋之認證。
該器具可按各種方式來響應對方塊215中可能的欺騙嘗試之檢測。作為第一實例，該器具可拒絕認證嘗試（參見例如圖3A之GUI 300a）。作為第二實例，該器具可拒絕認證嘗試，並且亦向用戶提供某種指示（例如，指紋感測器區域似為髒污的指示及/或清潔指紋感測器並且再次嘗試的指令，如圖3A之GUI 300b及圖3B之GUI 300c中所示)。作為第三實例，該器具可拒絕認證嘗試並且亦增加該器具之安全性等級或反欺騙對策等級（例如，啟動指紋感測器之附加特徵，諸如一個或多個用於溫度、力道、阻抗、心率及/或血流量的感測器，該等感測器可提供附加的活力反饋）。作為第四實例，該器具可拒絕認證嘗試，並且亦至少暫時地禁用該指紋感測器，而替代地請求用戶提供PIN、密碼或其他獨立的生物量測認證（參見例如圖3B之GUI 300d）。作為附加實例，該器具可以在檢測到重複的潛指紋欺騙嘗試之際通知所有者、用戶、操作者、製造商或與該器具相關聯的其他人。在如是情況下，該通知可經由裝置之顯示器或其他用戶介面來提供，或者可經由獨立的通信信道來提供。
在一些實作中，該器具可響應於對潛在的潛指紋欺騙嘗試之第一次檢測而採取第一動作，並且可響應於對潛在的潛指紋欺騙嘗試之附加檢測而升級到附加動作。例如，該器具可僅拒絕第一組潛在的潛指紋欺騙嘗試，可對於後續的第二組潛在的潛指紋欺騙嘗試要求用戶清潔感測器，並且可對於後續的第三組潛在的潛指紋欺騙嘗試進一步升級。
在一些實作中，方塊215之相對寬鬆的相關性測試可決定當前指紋樣本是否充分匹配經先前認證的指紋數據。方塊215之相對寬鬆的相關性測試可類似於結合方塊205描述的認證過程之相關性測試。
作為實例，相對寬鬆的相關性測試可允許第三指紋圖像及經先前認證的指紋數據之間的顯著空間變化。例如，如果第三指紋圖像與經先前認證的指紋數據匹配，甚至允許有限的或無限的相對旋轉（例如，允許超過30度的相對旋轉），則可滿足相對寬鬆的相關性測試。相對寬鬆的相關性測試亦可要求比相對嚴格的相關性測試下所要求的更低的脊線及谷線之圖案的相關性等級。當不滿足使用潛指紋的方塊215之相對嚴格的相關性測試、但滿足使用經先前認證的指紋數據的寬鬆的相關性測試時，該器具可決定第三指紋不太可能為欺騙嘗試，而為有效且真實的指紋。該器具可隨後准予對第三指紋之認證。
根據圖2B之實例，方法230係一種控制包括指紋感測器的器具之方法。根據此實作，方塊232涉及控制（例如，經由器具之控制系統，諸如圖1B中所示的器具101之控制系統106）指紋感測器用於獲得第一指紋圖像。第一指紋圖像可為指紋感測器表面（或鄰近指紋感測器所駐留的區域的裝置表面）上的殘留材料之圖像。因此，第一指紋圖像可為潛指紋之圖像。
根據一些實作，方塊234涉及控制指紋感測器用於獲得第二指紋圖像。第二指紋圖像可為與指紋感測器表面（或鄰近指紋感測器所駐留的區域的裝置表面）接觸的目標物體（諸如手指）之圖像。
根據一些實作，方塊236涉及至少部分地基於分別在方塊232及234中獲得的第一及第二指紋圖像的認證過程。作為實例，方塊236可涉及將第一指紋圖像（例如，在方塊232中獲得的殘留物之圖像）與第二指紋圖像（例如，在方塊234中獲得的聲稱的目標物體（諸如手指）之圖像）進行比較。方塊236之認證過程可涉及決定第二指紋圖像是否與第一指紋圖像緊密匹配（例如，使用本文中至少結合圖2A描述的類型的相對嚴格的相關性測試）。當方塊236之認證過程決定第二指紋圖像與第一指紋圖像緊密匹配時，認證過程失敗（作為潛在的欺騙嘗試）。
根據一些實作，方塊236亦可涉及至少部分地基於第二指紋圖像及基於經先前認證的指紋數據的認證過程。具體而言並且假設沒有發現第二指紋圖像與第一指紋圖像緊密匹配，則方塊236可以涉及在（本文中至少結合圖2A所描述的類型的）相對寬鬆的相關性測試下決定第二指紋圖像是否與經先前認證的指紋數據匹配。當第二指紋在嚴格的相關性測試下與第一指紋不匹配、但在寬鬆的相關性測試下與經先前認證的指紋數據匹配時，第二指紋可被接受或認證為合法。
根據圖2C之實例，方法240係一種控制包括指紋感測器的器具之方法。根據此實作，方塊242涉及控制（例如，經由器具之控制系統，諸如圖1B中所示的器具101之控制系統106）指紋感測器用於獲得指紋圖像。指紋圖像可為指紋感測器表面（或鄰近指紋感測器所駐留的區域的裝置表面）上的殘留材料之圖像。因此，指紋圖像可為潛指紋之圖像。
根據一些實作，方塊244涉及基於在方塊242中獲得的指紋圖像來提供通知、警報、訊息或相似者，其通知用戶、操作者或其他人該指紋感測器表面（或鄰近指紋感測器所駐留的區域的裝置表面）髒污及/或應該清潔。作為實例，方塊244之通知可基於決定在方塊242中獲得的指紋圖像具有高於一個或多個閾值的圖像品質（IQ）度量（例如，以類似於結合圖2A之方塊209所揭示的方式）。換言之，方塊244之通知可基於決定潛指紋留在相關表面上並且潛指紋具有足夠的品質以潛在地可用於欺騙嘗試中。
圖2D示出了能夠履行本文中所描述的至少一些方法的器具之橫截面圖之實例。例如，器具101可以能夠履行本文中參照圖2A、2B及2C所描述的方法。在此，器具101係上文參照圖1B所描述的器具101之實例。與本文中示出及描述的其他實作一樣，圖2D中所繪示的元件之類型、元件之佈置及元件之尺寸僅由舉例之方式來示出。
圖2D示出了從目標物體反射的超音波之實例。在此實例中，目標物體係被所傳送的超音波214聲穿透的手指206。在此實例中，所傳送的超音波214係可作為圖2A之方塊203、207及213中獲得指紋圖像之一部分；作為圖2B之方塊232及234中獲得指紋圖像之一部分；以及作為圖2C之方塊242中獲得指紋圖像之一部分而傳送的超音波之個例。在此，由超音波接收器103之至少一部分所接收的反射超音波216係可作為圖2A之方塊203、207及213中獲得指紋圖像之一部分；作為圖2B之方塊232及234中獲得指紋圖像之一部分；以及作為圖2C之方塊242中獲得指紋圖像之一部分而被接收的超音波之反射之個例。
在此實例中，超音波由與超音波接收器103分開的超音波發射器105來傳送。在圖2D所示的實例中，器具101之至少一部分包括可用作平面波超音波發射器的超音波發射器105。在一些實作中，超音波發射器105可包括壓電發射器層，其中發射器激勵電極佈置在壓電發射器層之每一側。
在此實例中，超音波接收器103用作超音波接收器陣列。在一些如是實例中，超音波接收器103可包括部分地由TFT電路系統形成的像素輸入電極及感測器像素之陣列、壓電材料（諸如PVDF或PVDF-TrFE）的上覆壓電接收器層220、以及位於壓電接收器層上的上電極層（其有時將在本文中被稱為接收器偏壓電極）。合適的超音波發射器及超音波接收器陣列之實例如下文所描述。
然而，在替代的實作中，超音波接收器103及超音波發射器105可被組合在超音波收發器陣列中。例如，在一些實作中，超音波接收器103可以包括壓電接收器層，諸如PVDF聚合物層或PVDF-TrFE共聚物層。在一些實作中，單獨的壓電層可用作超音波發射器。在一些實例中，單個壓電層可用作發射器及用作接收器。在一些實作中，可在壓電層中使用其他壓電材料，諸如氮化鋁（AlN）或鋯鈦酸鉛（PZT）。在一些實例中，超音波感測器102可包括超音波換能器元件陣列，諸如壓電微機械超音波換能器（PMUT）陣列、電容微機械超音波換能器（CMUT）陣列等。在一些如是實例中，壓電接收器層、單層PMUT陣列中的PMUT元件或單層CMUT陣列中的CMUT元件可被用作超音波發射器以及超音波接收器。
在此實例中，所傳送的超音波214已從超音波發射器105通過感測器堆疊217傳送進入上覆的手指206。在一些實例中，感測器堆疊217之各個層可包括一個或多個玻璃的或對可見光實質透明的其他材料（諸如塑料或藍寶石）之基板。在此實例中，感測器堆疊217包括與光源系統（未示出）耦合的基板210，根據一些實作，光源系統可以為顯示器之背光源。在替代的實作中，光源系統可被耦合到前光源。據此，在一些實作中，光源系統可被組態用於照亮顯示器及目標物體。
在此實作中，基板210被耦合到用於超音波接收器103的薄膜電晶體(TFT)基板212。根據此實例，壓電接收器層220覆蓋超音波接收器103之感測器像素202，並且壓板225覆蓋壓電接收器層220。據此，在此實例中，器具101能夠通過感測器堆疊217之一個或多個基板來傳送超音波214，感測器堆疊217之該一個或多個基板包括具有基板212的超音波接收器103以及亦可被視為基板的壓板225。
在一些實作中，感測器像素202可為透明、部分透明或實質透明，以使得器具101可以能夠通過超音波接收器103之元件來傳送來自光源系統的光。在一些實作中，超音波接收器103及相關聯的電路系統可形成在玻璃、塑料或矽基板之上或之中。
再次參照圖2A、2B及2C，在一些實作中，方法200、230及/或240可涉及履行反欺騙過程。根據一些實作，方法200、230及240可涉及附加的過程，該等過程取決於方塊205、215及236之一個或多個認證過程及/或反欺騙過程(如果有的話)之結果。例如，如果認證過程及/或反欺騙過程（如果有的話）成功結束，則控制系統可允許存取裝置及/或安全區域。在一些如是個例中，控制系統可解鎖行動裝置、膝上型計算機、門、汽車或另一裝置。
圖3A及3B示出了用於在檢測到潛指紋之際向用戶提供反饋的圖形用戶介面（GUI）之實例。在此等實例之每一者中，指紋感測器已檢測並儲存了潛指紋（例如，已執行方塊207、209及211，已執行方塊232、及/或已執行方塊242），及/或用戶已嘗試使用指紋感測器來進行認證（例如，已執行方塊213及215、及/或已執行方塊234）。圖3A及3B之GUI可在拒絕方塊215之認證過程（例如，基於與所儲存的潛指紋的相似性來決定新近掃描的指紋為潛在欺騙嘗試）、拒絕方塊236之認證過程、及/或作為提供方塊244之通知之一部分之後被呈現。如GUI 300a之實例中所示，該器具可向用戶指示“不匹配”（或相似者）。如GUI 300b之實例中所示，該器具可通知用戶該指紋感測器區域似為髒污（或相似者），以及建議用戶清潔該感測器區域並且再次嘗試。如GUI 300c之實例所示，該器具可通知用戶檢測到指紋欺騙並要求用戶請再次嘗試。如GUI 300d之實例中所示，該器具可通知用戶已檢測到多次欺騙嘗試，生物量測現在被禁用，並且請使用他們的PIN來解鎖裝置。這些僅為說明性實例。
圖4代表性地描繪了用於超音波指紋感測器的感測器像素之4×4像素陣列之各態樣。每個感測器像素434可例如與壓電感測器材料（PSM）之局部區域、像素輸入電極437、峰值檢測二極體（D1）及讀出電晶體電路系統（M3）相關聯；該等元件之許多或全部可形成在基板上或基板中以形成像素電路436。在實踐中，每個感測器像素434之壓電感測器材料之局部區域可將所接收到的超音波能量轉換成電荷。峰值檢測二極管D1可以暫存由壓電感測器材料PSM之局部區域所檢測到的最大電荷量。像素陣列435之每一列隨後可例如通過列選擇機制、閘極驅動器或移位暫存器被掃描，並且用於每一行的讀出電晶體電路系統M3可被觸發以允許用於每個感測器像素434的峰值電荷量之幅度由附加電路系統（例如，多工器及A/D轉換器）讀取。像素電路436可包括一個或多個TFT以允許對感測器像素434之閘控、定址及重設。
每個像素電路436可提供關於由超音波指紋感測器所檢測到的物體之小部分的資訊。儘管為了便於說明，圖4中所示的實例具有相對粗略的解析度，但具有每英寸500個像素之數量級或更高解析度的超音波感測器可組態有恰當縮放的結構。超音波指紋感測器之檢測區域可取決於預期檢測物體來選擇。例如，該檢測區域的範圍可以從針對單個手指的約8 mm x 3 mm、5 mm x 5 mm或9 mm x 4 mm到針對四個手指的約3英寸 x 3英寸。較小及較大的區域（包括正方形、矩形及非矩形幾何體）可恰當地用於目標物體。
圖5A示出了超音波指紋感測器的分解視圖之實例。在此實例中，超音波指紋感測器500a包括在壓板40下方的超音波發射器20及超音波接收器30。根據一些實作，超音波接收器30可為圖1B所示出及上文所描述的超音波接收器103之實例。在一些實作中，超音波發射器20可為圖1B所示出及上文所描述的超音波發射器105之實例。超音波發射器20可包括實質平面的壓電發射器層22，並且可被組態用於用作平面波產生器。超音波可以藉由以下方式來產生：取決於所施加的信號來向壓電層施加電壓以使該層膨脹或收縮，從而產生平面波。在此實例中，控制系統106可被組態用於導致可經由第一發射器電極24及第二發射器電極26施加到平面壓電發射器層22的電壓。以此方式，可藉由經由壓電效應改變層之厚度來產生超音波。該所產生的超音波可朝手指（或待檢測的其他物體）行進，從而穿過壓板40。未被待檢測的物體吸收或傳送的部分波可被反射，以便通過壓板40傳回並且被超音波接收器30接收。第一及第二發射器電極24及26可為金屬化電極，例如，塗覆壓電發射器層22之相對側的金屬層。
超音波接收器30可包括設置在基板34（其亦可被稱為背板）上的感測器像素電路32之陣列，以及壓電接收器層36。在一些實作中，每個感測器像素電路32可包括一個或多個基於TFT或基於矽的元件、電互連跡線，以及在一些實作中包括一個或多個附加的電路元件（諸如二極體、電容器及相似者）。每個感測器像素電路32可被組態以將由鄰近該像素電路的壓電接收器層36所產生的表面電荷轉換成電信號。每個感測器像素電路32可包括將壓電接收器層36電性耦合到感測器像素電路32的像素輸入電極38。
在所說明的實作中，接收器偏壓電極39被設置在壓電接收器層36鄰近壓板40之一側上。接收器偏壓電極39可為金屬化電極，並且可被接地或偏壓以控制哪些信號可被傳遞到感測器像素電路32之陣列。從壓板40之暴露的（頂）表面反射的超音波能量可由壓電接收器層36轉換成表面電荷。所產生的表面電荷可被耦合到像素輸入電極38及下面的感測器像素電路32。電荷信號可由感測器像素電路32放大或緩衝並且提供給控制系統106。
控制系統106可以與第一發射器電極24及第二發射器電極26、以及與接收器偏壓電極39及基板34上的感測器像素電路32電性連接（直接地或間接地）。在一些實作中，控制系統106可實質如上文所描述地操作。例如，控制系統106可被組態用於處理從感測器像素電路32所接收到的經放大的信號。
控制系統106可被組態用於控制超音波發射器20及/或超音波接收器30以獲取超音波數據，其可包括指紋數據。根據一些實作，控制系統106可被組態用於提供諸如本文中所描述的功能性。
無論超音波指紋感測器500a是否包括單獨的超音波發射器20，在一些實作中，控制系統106可被組態用於從超音波數據獲取屬性資訊。在一些實例中，控制系統106可被組態用於至少部分地基於屬性資訊來控制對一個或多個裝置的存取。超音波指紋感測器500a（或相關聯的裝置）可包括包含一個或多個記憶體裝置的記憶體系統。在一些實作中，控制系統106可包括記憶體系統之至少一部分。控制系統106可被組態用於從超音波數據獲取屬性資訊並且將該屬性資訊儲存在記憶體系統中。在一些實作中，控制系統106可被組態用於捕捉指紋圖像、從指紋圖像獲取屬性資訊、並且將從指紋圖像所獲取的屬性資訊（其在本文中可被稱為指紋圖像資訊）儲存在記憶體系統中。根據一些實例，控制系統106可被組態用於捕捉指紋圖像、從指紋圖像獲取屬性資訊、並且儲存從指紋圖像所獲取的屬性資訊，即使在將超音波發射器20維持在“關閉”狀態時亦然。
在一些實作中，控制系統106可被組態用於在超音波成像模式中操作超音波指紋感測器500a並且可被組態用於控制其他裝置，諸如顯示系統、通信系統等。在一些實作中，控制系統106可被組態用於在電容成像模式中操作超音波指紋感測器500a。
壓板40可為可與接收器聲耦合的任何恰當的材料，其實例包括塑料、陶瓷、藍寶石、金屬及玻璃。在一些實作中，壓板40可為覆蓋板，例如，用於顯示器的覆蓋玻璃或透鏡玻璃。特別當使用超音波發射器20時，若需要，可以通過相對較厚的壓板（例如，3 mm及以上）來履行指紋檢測及成像。然而，對於其中超音波接收器30被組態用於在電容檢測模式中成像指紋的實作，可能期望更薄且相對更順應的壓板40。根據一些如是實作，壓板40可包括一種或多種聚合物（諸如一種或多種類型的聚對二甲苯），並且可實質更薄。在一些如是實作中，壓板40可為幾十微米厚或者甚至小於10微米厚。
可被使用於形成壓電接收器層36的壓電材料之實例包括具有恰當的聲學性質（例如，在約2.5 MRayl與5 MRayl之間的聲阻抗）的壓電聚合物。可採用的壓電材料之具體實例包括鐵電聚合物，諸如聚偏二氟乙烯（PVDF）及聚偏二氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）共聚物。PVDF共聚物之實例包括60:40（莫耳百分比）的PVDF-TrFE、70:30的PVDF-TrFE、80:20的PVDF-TrFE及90:10的PVDR-TrFE。可採用的壓電材料之其他實例包括聚偏二氯乙烯（PVDC）均聚物及共聚物、聚四氟乙烯（PTFE）均聚物及共聚物、以及二異丙基溴化銨（DIPAB）。
壓電發射器層22及壓電接收器層36之每一者之厚度可被選擇以便適用於產生及接收超音波。在一個實例中，PVDF平面壓電發射器層22約為28 µm厚，並且PVDF-TrFE接收器層36約為12 µm厚。超音波之實例頻率可在5 MHz到30 MHz之範圍內，其中波長在毫米或更小之數量級。
圖5B示出了超音波指紋感測器之替代實例之分解視圖。在此實例中，壓電接收器層36已形成為離散元件37。在圖5B所示出的實作中，離散元件37之每一者對應於單個像素輸入電極38及單個感測器像素電路32。然而，在超音波指紋感測器500b之替代實作中，在每一個離散元件37、單個像素輸入電極38及單個感測器像素電路32之間不一定存在一對一的對應關係。例如，在一些實作中，對於單個離散元件37，可存在多個像素輸入電極38及感測器像素電路32。
圖5A及5B示出了超音波指紋感測器中的超音波發射器及接收器之例示性佈置，其中其他佈置亦為可能。例如，在一些實作中，超音波發射器20可在超音波接收器30的上方，並且因此更接近待檢測的（諸）物體。在一些實作中，超音波發射器可被包括在超音波感測器陣列中（例如，單層發射器及接收器）。在一些實作中，超音波指紋感測器可包括聲學延遲層。例如，可以在超音波發射器20及超音波接收器30之間將聲學延遲層納入超音波指紋感測器中。聲學延遲層可用於調整超音波脈衝定時，並且同時使超音波接收器30與超音波發射器20電性絕緣。聲學延遲層可以具有實質均勻的厚度，其中選擇使用於延遲層的材料及/或延遲層之厚度以在反射超音波能量到達超音波接收器30的時間中提供期望的延遲。這樣做，可使藉由已被物體反射而攜帶關於物體的資訊的能量脈衝的時間範圍在從超音波指紋感測器之其他部分反射的能量不太可能正到達超音波接收器30的時間範圍期間到達超音波接收器30。在一些實作中，基板34及/或壓板40可用作聲學延遲層。
圖5C示出了超音波指紋感測器之實例之分解視圖。在此實例中，超音波指紋感測器500c包括在壓板40下方的超音波收發器陣列50。根據一些實作，超音波收發器陣列50可用作圖1B所示出及上文所描述的超音波接收器103及超音波發射器105兩者。超音波收發器陣列50可包括實質平面的壓電收發器層56，壓電收發器層56被組態用作平面波產生器。可藉由跨收發器層56施加電壓來產生超音波。控制系統106可被組態用於產生收發器激勵電壓，該電壓可經由一個或多個下面的像素輸入電極38或一個或多個上面的收發器偏壓電極59來施加到壓電收發器層56。所產生的超音波可朝手指或待檢測的其他物體行進，從而穿過壓板40。未被該物體吸收或傳送的部分波可被反射，以便通過壓板40傳回並且被超音波收發器50接收。
超音波收發器陣列50可包括設置在基板34上的感測器像素電路32之陣列。在一些實作中，每個感測器像素電路32可包括一個或多個基於TFT或基於矽的元件、電互連跡線，以及在一些實作中包括一個或多個附加的電路元件（諸如二極體、電容器及相似者）。每個感測器像素電路32可包括將壓電收發器層56電性耦合到感測器像素電路32的像素輸入電極38。
在所說明的實作中，收發器偏壓電極59被設置在壓電收發器層56鄰近壓板40之一側上。收發器偏壓電極59可為金屬化電極，並且可被接地或偏壓以控制哪些信號可被產生以及哪些反射信號可被傳遞到感測器像素電路32之陣列。從壓板40之暴露的（頂）表面反射的超音波能量可由壓電收發器層56轉換成表面電荷。所產生的表面電荷可被耦合到像素輸入電極38及下面的感測器像素電路32。電荷信號可由感測器像素電路32放大或緩衝並且提供給控制系統106。
控制系統106可被電性連接到（直接地或間接地）收發器偏壓電極59及感測器基板34上的感測器像素電路32。在一些實作中，控制系統106可實質如上文所描述地操作。例如，控制系統106可被組態用於處理從感測器像素電路32所接收到的經放大的信號。
控制系統106可被組態用於控制超音波收發器陣列50以獲取超音波數據，其可包括指紋數據。根據一些實作，控制系統106可被組態用於提供諸如本文中所描述的功能性（例如，諸如本文中所描述的功能性）。
在具有超音波收發器陣列的超音波指紋感測器之其他實例中，感測器基板34之背面可直接或間接地附接到上面的壓板40。在操作中，由壓電收發器層56所產生的超音波可穿過感測器基板34及壓板40，被壓板40之表面反射，並且在被基板感測器34上或其內的感測器像素電路32檢測到之前通過壓板40及感測器基板34返回。
如本文中所使用的，引述一項目清單之“至少一者”的片語係指彼等項目之任何組合，包括單個成員。作為實例，“a、b或c之至少一個”旨在涵蓋：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。
結合本文中所揭示的實作來描述的各種說明性邏輯、邏輯方塊、模組、電路及演算法過程可實作為電子硬體、計算機軟體、或兩者之組合。硬體與軟體之該種可互換性已以其功能性之形式作了一般化描述，並在上文描述的各種說明性組件、方塊、模組、電路、及過程中作了說明。如是功能性係以硬體或軟體來實作取決於具體應用及加諸於整體系統的設計約束。
使用於實作結合本文中所揭示的態樣來描述的各種說明性邏輯、邏輯方塊、模組及電路的硬體及數據處理器具可用設計以履行本文中描述的功能的通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器（DSP）、特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式閘陣列（FPGA）或其他可程式邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件、或其任何組合來實作或履行。通用處理器可為微處理器，或者任何傳統處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器亦可被實作為計算裝置之組合，例如DSP與微處理器之組合、複數微處理器、與DSP核心連同的一個或多個微處理器、或任何其他如是組態。在一些實作中，特定過程及方法可由專用於給定功能的電路系統來履行。
在一個或多個態樣中，所描述的功能可在硬體、數位電子電路系統、計算機軟體、韌體（包括本說明書中所揭示的結構及其結構等效物）中或在其任何組合中實作。本說明書中所描述的技術主題之實作亦可實作為一個或多個計算機程式，即，編碼在計算機儲存媒體上用於由數據處理器具執行或以控制數據處理器具之操作的計算機程式指令之一個或多個模組。
如果在軟體中實作，則各功能可作為一條或多條指令或程式碼儲存在計算機可讀媒體（諸如非暫時性媒體）上或藉其進行傳送。本文中所揭示的方法或演算法之過程可在可駐留在計算機可讀媒體上的處理器可執行軟體模組中實作。計算機可讀媒體包括計算機儲存媒體及通信媒體兩者，包括可被賦能以將計算機程序從一地轉移到另一地的任何媒體。儲存媒體可為可被計算機存取的任何可用媒體。作為實例但非限定，非暫時性媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盤儲存、磁盤儲存或其他磁儲存裝置、或可被使用來儲存指令或數據結構形式的期望程式碼且可被計算機存取的任何其他媒體。又，任何連接也可被適當地稱為計算機可讀媒體。如本文中所使用的盤（disk）及碟（disc）包括緊湊光碟（CD）、雷射光碟、光碟、數位多功能碟（DVD）、軟盤及藍光光碟，其中盤（disk）往往以磁的方式再現數據而碟（disc）用雷射以光學方式再現數據。以上之組合應當亦被包括在計算機可讀媒體之範疇內。另外，方法或演算法之操作可作為程式碼及指令之一或者程式碼及指令之任何組合或集合而駐留在可被納入計算機程式產品中的機器可讀媒體及計算機可讀媒體上。
對本公開內容中描述的實作的各種改動對於本領域普通技術人員可為顯而易見，並且本文中所定義的通用原理可應用於其他實作而不會脫離本公開內容之範疇。因此，本公開內容並非旨在被限定於本文中示出的實作，而應被授予與申請專利範圍、本文中所揭示的原理及新穎性特徵一致的最廣範疇。如果有的話，詞語“例示性”在本文中排他地用來意指“用作實例、實例、或說明”。本文中描述為“示例性”的任何實作不必然被解釋為優選或優於其他實作。
本說明書中在分開實作之上下文中描述的某些特徵亦可組合地實作在單個實作中。相反，在單個實作之上下文中描述的各種特徵亦可分開地或以任何合適的子組合實作在多個實作中。此外，雖然諸特徵在上文可能被描述為以某些組合起作用且甚至最初係如此主張的，但來自所主張的組合的一個或多個特徵在一些情形中可從該組合去除，且所主張的組合可以針對子組合、或子組合之變體。
類似地，雖然在圖式中以特定次序描繪了諸操作，但這不應當被理解為要求如是操作以所示的特定次序或按順序次序來履行、或要履行所有所說明的操作才能達成期望的結果。在某些境況中，多任務及平行處理可能為有利的。此外，上文所描述的實作中的各種系統組件之分離不應被理解為在所有實作中都要求如是分離，並且應當理解，所描述的程式組件及系統一般可一起整合在單個軟體產品中或包裝成多個軟體產品。附加地，其他實作也落在所附申請專利範圍之範疇內。在一些情形中，申請專利範圍中敘述的動作可按不同次序來履行並且仍達成期望的結果。
將理解，除非任何特定描述的實作中的特徵被明確地識別為彼此不相容，或者周圍上下文暗示它們係互斥並且不容易在互補及/或支持意義上組合，本公開內容之總體構想及設想彼等互補實作之特定特徵可被選擇性地組合以提供一個或多個綜合但略有不同的技術解決方案。因此，將進一步領會，以上描述僅由舉例方式給出，並且可以在本公開內容之範疇內進行細部修改。
在以下經編號條款中描述了各實作實例：
1. 一種器具，包含：指紋感測器；以及控制系統，其被組態用於：從該指紋感測器接收第一信號，該第一信號包括對應於殘留材料的信號；從該指紋感測器接收第二信號，該第二信號包括對應於至少一個目標物體的信號；以及至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行認證過程。
2.  如條款1之器具，其中該指紋感測器包含超音波指紋感測器，其中該第一信號包含第一超音波接收器信號，該第一超音波接收器信號包括與來自表面上的該殘留材料的第一超音波之反射相對應的信號，並且其中該第二信號包含第二超音波接收器信號，該第二超音波接收器信號包括對應於至少該目標物體的信號。
3.  如條款1或條款2之器具，其中該殘留材料在表面上，該表面係指紋感測器表面或鄰近該指紋感測器所駐留的區域的裝置表面，並且其中該目標物體與該表面接觸或毗鄰該表面。
4.  如條款1-3之任一者之器具，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及決定該第一信號形成具有高於一個或多個閾值的圖像品質（IQ）度量的指紋圖像。
5.  如條款4之器具，進一步包含顯示器，其中該控制系統在決定該第一信號形成具有高於該一個或多個閾值的該IQ度量的該指紋圖像之後，進一步能夠控制該顯示器以提供清潔該指紋感測器之一部分的提示。
6.  如條款1-5之任一者之器具，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及藉由決定該第一信號形成指紋圖像來決定該殘留材料形成潛指紋。
7. 如條款1-6之任一者之器具，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及：將基於該第一信號的第一指紋圖像與基於該第二信號的第二指紋圖像進行比較，決定該第一及第二指紋圖像滿足相關性測試，並且基於決定該第一及第二指紋圖像滿足該相關性測試，拒絕該目標物體之認證。
7A.     如條款7之器具，其中該器具包含顯示器或揚聲器之至少一者，並且其中該控制系統被進一步組態用於控制該顯示器或該揚聲器之至少一者以提供輸入個人識別碼的提示。
8.  如條款1-7之任一者之器具，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及：將基於該第一信號的第一指紋圖像與基於該第二信號的第二指紋圖像進行比較，決定該第一及第二指紋圖像未通過要求第一相關性等級的第一相關性測試，從該器具中的儲存裝置檢索第三指紋圖像，該第三指紋圖像表示經先前認證的指紋，決定該第二及第三指紋圖像滿足要求第二相關性等級的第二相關性測試，該第二相關性等級小於該第一相關性等級，以及基於決定該第二及第三指紋圖像滿足該第二相關性測試，認證該目標物體。
9.  如條款8之器具，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉。
10.      如條款8之器具，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉，並且其中該第二相關性測試允許該第二及第三指紋圖像之間的相對旋轉大於30度的旋轉。
11.      如條款8之器具，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對平移限制為小於閾值量，並且其中該第二相關性測試允許該第二及第三指紋之間的相對平移大於該閾值量。
12.      如條款1-11之任一者之器具，其中該控制系統被進一步組態用於：從該指紋感測器接收第三信號，該第三信號包括對應於至少該目標物體或至少一個附加目標物體的信號，其中該控制系統被組態以在接收該第一信號之前及在接收該第二信號之前接收該第三信號；從該器具中的儲存裝置中檢索經認證的指紋圖像；以及基於該經認證的指紋圖像與該第三信號之比較來認證該目標物體或該附加目標物體。
13.      如條款12之器具，其中該控制系統被進一步組態用於控制該指紋感測器，以使得接收該第一信號在時間上在基於該經認證的指紋圖像與該第三信號之比較來認證該目標物體或該附加目標物體之後發生並且至少部分地由該認證觸發。
14.      如條款1-13之任一項之器具，其中該器具包含行動裝置，該行動裝置包括該指紋感測器及該控制系統。
15.      一種控制指紋感測器之方法，該方法包含：從感測器接收第一信號，該第一信號包括對應於沉積在表面上的殘留材料的信號，該表面係指紋感測器表面或鄰近該指紋感測器所駐留的區域的裝置表面；以及控制顯示器或揚聲器之至少一者以基於該第一信號來提供清潔該表面的提示。
16.      如條款15之方法，其中行動裝置包括該感測器、以及該顯示器或該揚聲器之至少一者。
17.     一種器具，包含：指紋感測器；以及控制系統，其被組態用於：從該指紋感測器接收第一信號；從該指紋感測器接收第二信號；將基於該第一信號的第一指紋圖像與基於該第二信號的第二指紋圖像進行比較；決定該第一及第二指紋圖像滿足相關性測試；以及基於決定該第一及第二指紋圖像滿足該相關性測試，拒絕基於該第二信號的認證。
18.      如條款17之器具，其中該器具包含行動裝置，該行動裝置包括該指紋感測器及該控制系統。
19.      如條款17之器具，其中該第一指紋圖像係殘留物之圖像，該殘留物至少部分地由該器具先前認證的物體所形成。
19A. 如條款17之器具，其中該器具包含顯示器或揚聲器之至少一者，並且其中該控制系統被進一步組態用於控制該顯示器或該揚聲器之至少一者以提供輸入個人識別碼的提示。
1、3:圖像 101:器具 102:指紋感測器 103:超音波接收器 105:超音波發射器 104:介面系統 106:控制系統 200:方法 203、205、207、209、211、213、215:方塊 230:方法 232、234、236:方塊 240:方法 242、244 方塊 202:感測器像素 206:手指 210:基板 212:薄膜電晶體(TFT)基板 214:超音波 217:感測器堆疊 220:壓電接收器層 225:壓板 300a、300b、300c、300d:GUI 434:感測器像素 435:像素陣列 436:像素電路 437:像素輸入電極 500a、500b、500c:超音波指紋感測器 20:超音波發射器 22:壓電發射器層 24:第一發射器電極 26:第二發射器電極 30:超音波接收器 32:感測器像素電路 34:基板 36:壓電接收器層 37:離散元件 38:像素輸入電極 39:接收器偏壓電極 40:壓板 50:超音波收發器陣列 56:壓電收發器層 59:收發器偏壓電極 PSM:壓電感測器材料
本說明書中所描述的技術主題之一個或多個實作之細節在圖式及以下描述中闡述。其他特徵、態樣及優點將從該描述、圖式及申請專利範圍中變得明瞭。應注意，以下圖式之相對尺寸可能並非按比例繪製。各個圖式中相似的符號及命名指示相似元件。
圖1A示出了由超音波指紋感測器所獲得的潛指紋及實時指紋圖像之實例。
圖1B係示出根據一些所揭示實作的器具之例示性組件的方塊圖。
圖2A、2B及2C係提供本文中揭示的一些方法之例示性方塊的流程圖。
圖2D示出了能夠履行本文中所描述的至少一些方法的器具之橫截面視圖之實例。
圖3A及3B示出了在檢測到潛指紋之後的圖形用戶介面之實例。
圖4代表性地描繪了用於超音波指紋感測器的感測器像素之4×4像素陣列之各態樣。
圖5A及5B示出了超音波指紋感測器中的超音波發射器及接收器之例示性佈置，其中其他佈置亦為可能。
圖5C示出了超音波指紋感測器中的超音波收發器陣列之實例。
200:方法
203、205、207、209、211、213、215:方塊

Claims (17)

  1. 一種指紋感測器具，包含： 指紋感測器； 顯示器；以及 控制系統，其被組態用於： 從該指紋感測器接收第一信號，該第一信號包括對應於在表面上的殘留材料的信號，該表面係該指紋感測器之表面或鄰近該指紋感測器所駐留的區域的裝置表面，並且其中目標物體與該表面接觸或毗鄰該表面； 從該指紋感測器接收第二信號，該第二信號包括對應於至少該目標物體的信號； 至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行認證過程，其中履行該認證過程涉及決定該第一信號形成具有高於一個或多個閾值的圖像品質（IQ）度量的指紋圖像；以及 響應於決定該第一信號形成具有高於該一個或多個閾值的該IQ度量的該指紋圖像，控制該顯示器以提供用於清潔該表面之一部分的提示。
  2. 如請求項1之指紋感測器具，其中該指紋感測器包含超音波指紋感測器，其中該第一信號包含第一超音波接收器信號，該第一超音波接收器信號包括與來自該表面上的該殘留材料的第一超音波之反射相對應的信號，並且其中該第二信號包含第二超音波接收器信號，該第二超音波接收器信號包括對應於至少該目標物體的信號。
  3. 如請求項1之指紋感測器具，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及藉由決定該第一信號形成指紋圖像來決定該殘留材料形成潛指紋。
  4. 如請求項1之指紋感測器具，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及： 將基於該第一信號的第一指紋圖像與基於該第二信號的第二指紋圖像進行比較， 決定該第一及第二指紋圖像滿足相關性測試，以及 基於決定該第一及第二指紋圖像滿足該相關性測試，拒絕對該目標物體之認證。
  5. 如請求項1之指紋感測器具，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及： 將基於該第一信號的第一指紋圖像與基於該第二信號的第二指紋圖像進行比較， 決定該第一及第二指紋圖像未通過要求第一相關性等級的第一相關性測試， 從該指紋感測器具中的儲存裝置中檢索第三指紋圖像，該第三指紋圖像表示經先前認證的指紋， 決定該第二及第三指紋圖像滿足要求第二相關性等級的第二相關性測試，該第二相關性等級小於該第一相關性等級，以及 基於決定該第二及第三指紋圖像滿足該第二相關性測試，認證該目標物體。
  6. 如請求項5之指紋感測器具，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉。
  7. 如請求項5之指紋感測器具，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉，並且其中該第二相關性測試允許該第二及第三指紋圖像之間的相對旋轉大於30度的旋轉。
  8. 如請求項5之指紋感測器具，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對平移限制為小於閾值量，並且其中該第二相關性測試允許該第二及第三指紋之間的相對平移大於該閾值量。
  9. 如請求項1之指紋感測器具，其中該控制系統被進一步組態用於： 從該指紋感測器接收第三信號，該第三信號包括對應於至少該目標物體或至少附加目標物體的信號，其中該控制系統被組態以在接收該第一信號之前及在接收該第二信號之前接收該第三信號； 從該指紋感測器具中的儲存裝置中檢索經認證的指紋圖像；以及 基於該經認證的指紋圖像與該第三信號之比較來認證該目標物體或該附加目標物體。
  10. 如請求項9之指紋感測器具，其中該控制系統被進一步組態用於控制該指紋感測器，以使得接收該第一信號在時間上在基於該經認證的指紋圖像與該第三信號之比較來認證該目標物體或該附加目標物體之後發生並且至少部分地由該認證觸發。
  11. 如請求項1之指紋感測器具，其中該指紋感測器具包含行動裝置，該行動裝置包括該指紋感測器及該控制系統。
  12. 一種控制指紋感測器之方法，該方法包含： 從該感測器接收第一信號，該第一信號包括對應於沉積在表面上的殘留材料的信號，該表面係指紋感測器表面或鄰近該指紋感測器所駐留的區域的裝置表面，並且其中目標物體與該表面接觸或毗鄰該表面； 從該指紋感測器接收第二信號，該第二信號包括對應於至少該目標物體的信號；以及 至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行認證過程，其中至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行該認證過程涉及： 將基於該第一信號的第一指紋圖像與基於該第二信號的第二指紋圖像進行比較， 決定該第一及第二指紋圖像未通過要求第一相關性等級的第一相關性測試， 從儲存裝置中檢索第三指紋圖像，該第三指紋圖像表示經先前認證的指紋， 決定該第二及第三指紋圖像滿足要求第二相關性等級的第二相關性測試，該第二相關性等級小於該第一相關性等級，以及 基於決定該第二及第三指紋圖像滿足該第二相關性測試，認證該目標物體。
  13. 如請求項12之方法，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉。
  14. 如請求項12之方法，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對旋轉限制為小於10度的旋轉，並且其中該第二相關性測試允許該第二及第三指紋圖像之間的相對旋轉大於30度的旋轉。
  15. 如請求項12之方法，其中該第一相關性測試將該第一及第二指紋圖像之間的相對平移限制為小於閾值量，並且其中該第二相關性測試允許該第二及第三指紋之間的相對平移大於該閾值量。
  16. 一種指紋感測器具，包含： 指紋感測器； 顯示器；以及 控制系統，其被組態用於： 從該指紋感測器接收第一信號，該第一信號包括對應於在表面上的殘留材料的信號，該表面係該指紋感測器之表面或鄰近該指紋感測器所駐留的區域的裝置表面，並且其中目標物體與該表面接觸或毗鄰該表面； 從該指紋感測器接收第二信號，該第二信號包括對應於至少該目標物體的信號； 至少部分地基於該第一信號及該第二信號來履行認證過程，其中履行該認證過程涉及決定該第一信號形成具有高於一個或多個閾值的圖像品質（IQ）度量的指紋圖像；以及 響應於決定該第一信號形成具有高於該一個或多個閾值的該IQ度量的該指紋圖像，控制該顯示器以提供用於清潔該表面之一部分的提示。
  17. 如請求項16之指紋感測器具，其中該指紋感測器具包含行動裝置，該行動裝置包括該指紋感測器及該控制系統。
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