CN105900112A - 运用声学谐振腔的超声波成像 - Google Patents

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Abstract

本发明技术描述用于通过在传感器堆叠中包含声腔而产生较大输出信号且改进超声波传感器的图像质量的结构和方法。在一些实施例中，超声波传感器单元可在制造期间或在设置阶段期间经调谐以在不同厚度和材料的情况下工作。在一些实施例中，可使用超声波传感器单元中的声腔产生驻波信号以用于捕获置于传感器表面上的对象的超声波图像。在一些实施方案中，所述超声波传感器可包含超声波发射器、压电接收器、薄膜晶体管TFT层和位于所述发射器与所述接收器之间的TFT衬底、一或多个粘着层以及可选覆盖材料和涂层。所述传感器材料和相关联的粘性附接层的厚度、密度和音速可用于实现所要声腔和改进的性能。

Description

运用声学谐振腔的超声波成像
技术领域
本发明大体上涉及感测技术，且更确切地说，涉及超声波感测技术。
背景技术
传感器检测物理输入，且在一些情况下将物理输入转化成电或光学输出。装置可以多种方式使用电输出。传感器的应用为广泛的且传感器用于日常装置(例如，移动装置)中。确切地说，传感器因生物特征读取(例如，读取指印和认证用户)而受到欢迎。传统地，已通过解释来自反射离开远距离对象的声波的回波来操作超声波***。举例来说，超声波传感器可产生高频声波且评估通过传感器所接收回来的回波。超声波传感器通常计算发送信号与接收回波之间的时间间隔以确定到远距离对象的入射表面的距离。在一些实施方案(例如，移动电话、平板计算机、可佩戴状态监测程序和其它移动装置)中，超声波传感器的总厚度必须较小，约为一毫米厚或小于一毫米厚，从而限制传统途径的使用。
发明内容
本文中所描述的各方面提供用于通过包含超声波传感器单元的传感器堆叠中的声腔而产生较大输出信号且改进超声波传感器的图像质量的结构和方法，从而允许通过多个激励信号脉冲提高所产生的超声波的振幅，相较于通过单个循环激励可达到的位移来限制所产生的波的振幅的途径。在一些方面中，可明显降低超声波传感器单元的厚度以适应移动装置常常需要的低剖面。在一些实施方案中，可使用各种衬底材料、电极材料、粘合剂、压电材料和可能需要的其它材料(例如，防护玻璃罩、压板、覆盖层、涂层等)来设计和制造超声波传感器以形成所要操作频率内的有效声腔。超声波传感器可在制造期间或在设置阶段期间经调谐或以其它方式经校准以在不同囊封、厚度和材料的情况下工作。
在一些实施方案中，可使用超声波传感器中的声腔来产生超声波驻波信号以用于捕获置于传感器的成像表面上的对象的超声波图像。在一些实施方案中，超声波传感器可具有超声波发射器(Tx)，其包含压电发射器层和安置在压电发射器层的对置侧上的一或多个发射器电极；接收器(Rx)，其包含压电接收器层以及安置在压电接收器层的一侧上的接收器偏压电极；和薄膜晶体管(TFT)层，其安置在可位于发射器、接收器与任何相关联的粘性附接层、覆盖层或涂层之间的TFT衬底上。在一些实施方案中，压电发射器和接收器层的厚度和其内的音速以及Tx和Rx电极，连同粘着层、TFT衬底和其它层可经选择且用于形成所要声腔。
在一些实施方案中，可通过发动一位数或两位数兆赫的超声波的多个循环(例如，4到8)来积累驻波信号。经设计到传感器堆叠中的声腔允许在获取图像之前在空腔内积累超声波的振幅和声能。主要可通过个别层的厚度和堆叠的总厚度、堆叠中的每一材料的密度、堆叠中的材料的弹性模量、每一材料中的音速和边界条件的刚度来确定此声学谐振腔的谐振频率。当对象(例如，手指)置于传感器表面上时，谐振可经减弱/增强或偏移。此外，在对象定位在表面上和对象不定位在表面上的情况下，反射信号的振幅和/或相位可不同。因此，可通过测量在接收器处所产生的传感器输出电压且通过(例如)模/数转换器(ADC)将传感器输出电压转化成数字信息来检测驻波的量值和/或相位的改变。
用于产生目标对象的图像的实例方法可包含将多个激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器，其中选择所述多个激励信号脉冲的频率以在超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号且其中在持续时间内施加所述多个激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的超声波驻波信号的能量；使用超声波传感器单元的超声波接收器检测与超声波驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的超声波驻波信号的一或多个特性的改变；以及基于超声波驻波信号的一或多个特性的所检测到的改变产生目标对象的图像。
在某些方面中，持续时间可基于参考时间周期的流逝或激励信号脉冲的数目。激励信号脉冲的数目可包含4个脉冲或多于4个脉冲、5个脉冲或多于5个脉冲或6个脉冲或多于6个脉冲。检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变可包含检测超声波驻波信号的振幅的改变、超声波驻波信号的相位的改变或这两者。
在方法的某些方面中，超声波驻波信号可在所选择的频率下由超声波传感器单元的声腔内部所产生的超声波信号与一或多个经反射的超声波信号的相长干涉产生。一或多个超声波反射信号可由超声波信号反射离开超声波传感器单元的一或多个边界而产生。
在方法的某些实施方案中，可在激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器时检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变。在方法的另一实施方案中，可在激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器之后检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变。
实例超声波传感器***可包含超声波发射器、超声波接收器和控制单元。超声波发射器可经配置以接收多个激励信号脉冲，其中所接收到的激励信号脉冲的频率经选择以在超声波传感器***的超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号且其中持续接收激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的超声波驻波信号中的能量。超声波接收器可经配置以检测与超声波驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的超声波驻波信号的一或多个特性的改变。控制单元可经配置以基于超声波驻波信号的一或多个特性的所检测到的改变而产生目标对象的图像。
在某些方面中，持续时间可基于参考时间周期的流逝或激励信号脉冲的数目。激励信号脉冲的数目可包含4个脉冲或多于4个脉冲、5个脉冲或多于5个脉冲或6个脉冲或多于6个脉冲。检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变可包含检测超声波驻波信号的振幅的改变、超声波驻波信号的相位的改变或这两者。
在超声波传感器单元的某些实施方案中，至少超声波发射器、超声波接收器和薄膜晶体管(TFT)衬底形成超声波传感器单元内部的声腔。TFT衬底可位于发射器与接收器之间。另外，在某些实施方案中，超声波传感器单元可包含位于超声波接收器上方的覆盖层。在某些实施方案中，激励信号脉冲的所选择的频率是基于声腔的厚度、声腔的密度、声腔中的音速或其任何组合。
在超声波传感器单元的某些实施方案中，可在激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器时检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变。在超声波传感器单元的另一实施方案中，可在激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器之后检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变。
在一个实施方案中，超声波传感器单元为超声波指纹传感器且目标对象为手指。可通过使手指的隆脊触摸到超声波传感器单元的传感器表面来检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变，从而产生指纹的图像。
实例超声波传感器***可包含用于将多个激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器的装置，其中选择所述多个激励信号脉冲的频率以在超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号且其中在持续时间内施加所述多个激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的超声波驻波信号的能量；用于使用超声波传感器单元的超声波接收器检测与超声波驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的超声波驻波信号的一或多个特性的改变的装置；以及用于基于超声波驻波信号的一或多个特性的所检测到的改变产生目标对象的图像的装置。
在某些方面中，持续时间可基于参考时间周期的流逝或激励信号脉冲的数目。激励信号脉冲的数目可包含4个脉冲或多于4个脉冲、5个脉冲或多于5个脉冲或6个脉冲或多于6个脉冲。检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变可包含用于检测超声波驻波信号的振幅的改变、超声波驻波信号的相位的改变或这两者的装置。
实例非暂时性计算机可读存储媒体，其中非暂时性计算机可读存储媒体可包含可由处理器执行的指令，所述指令可包含将多个激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器的指令，其中选择所述多个激励信号脉冲的频率以在超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号且其中在持续时间内施加所述多个激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的超声波驻波信号的能量；使用超声波传感器单元的超声波接收器检测与超声波驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的超声波驻波信号的一或多个特性的改变的指令；以及基于超声波驻波信号的一或多个特性的所检测到的改变而产生目标对象的图像的指令。
在非暂时性计算机可读存储媒体的一个实施方案中，持续时间可基于参考时间周期的流逝或激励信号脉冲的数目。激励信号脉冲的数目可包含4个脉冲或多于4个脉冲、5个脉冲或多于5个脉冲或6个脉冲或多于6个脉冲。检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变可包含检测超声波驻波信号的振幅和/或相位的改变。在某些方面中，在激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器时检测超声波驻波信号的一或多个特性的改变。
前文已经相当广泛地概述了实例的特征和技术优点，以便使以下具体实施方式可以得到更好理解。将在下文中描述额外特征和优点。所揭示的概念和特定实例可以容易地用作用于修改或设计用于实施本发明的相同目的的其它结构的基础。此类等效构造不脱离所附权利要求书的精神和范围。当结合附图考虑时，关于本发明的组织和操作方法两者的被认为是本文中所揭示的概念的特性的特征连同相关联的优点一起将从以下描述得到更好理解。图式中的每一者都仅出于说明和描述的目的提供且并不提供为对权利要求书的限制的界定。
附图说明
借助于实例来说明本发明的各方面。参考图式提供以下描述，其中相同参考标号始终用以指代相同元件。虽然本文中描述一或多种技术的各种细节，但其它技术也是可能的。在一些情况下，以框图形式展示熟知结构和装置以便促进描述各种技术。
可参考说明书及图式的剩余部分来实现对由本发明提供的实例的性质及优点的进一步理解，其中贯穿若干图式使用类似参考标号来指代类似组件。在一些情况下，子标签与参考标号相关联以表示多个类似组件中的一者。当在无说明书的情况下将参考标号与现有子标签进行参考时，参考标号是指全部此类相似组件。
图1说明根据本发明的一或多个方面的驻波信号的积累。
图2说明超声波传感器单元的实例配置的横截面图。
图3说明用于执行根据本发明的一或多个方面的方法的流程图。
图4A和图4B分别说明表示在超声波传感器单元的声腔中的具备变化的振幅的驻波信号的形成的两个图。
图5说明实例超声波传感器单元的横截面图。
图6A说明展示在超声波传感器单元的实例实施方案的不同数目的激励信号脉冲(或循环)的情况下的例示性传感器输出的频率响应的图。
图6B说明随着声腔的递增数目的激励信号脉冲(或循环)的响应的增大且接着谐振振幅的趋平。
图6C说明随着激励信号脉冲的数目增大且接近所获取图像的饱和度，指纹图像的图像质量的连续改进。
图7A展示超声波指纹传感器的实施方案的实例俯视图。
图7B展示超声波指纹传感器阵列的实例侧视图。
图8说明超声波传感器单元的另一实例配置的横截面图。
图9展示覆盖层在薄膜晶体管(TFT)衬底和接收器(Rx)上方的实例超声波传感器。
图10A和图10B说明展示对于两个不同厚度的聚碳酸酯覆盖层，在不同数目的激励信号脉冲(或循环)的情况下实例超声波传感器的频率响应的图。
图10C说明相对于不同数目的激励信号脉冲，在图10A和图10B中所表示的传感器的谐振频率下传感器输出电压的差异。
图11A说明显示具备声腔谐振器的实例超声波传感器单元的材料堆叠的各种层的分解视图。
图11B说明具备声腔的实例超声波传感器单元的装配视图。
图12A、12B、12C和12D说明具备移动装置的显示器或防护玻璃罩的实例超声波传感器单元的各种实例配置和放置。
图13说明超声波传感器单元的实例表示的框图。
图14说明可在其中实施一或多个实施例的计算***的实例。
具体实施方式
现将关于形成说明性实施例的一部分的附图来描述若干说明性实施例。虽然下文描述可在其中实施本发明的一或多个方面的特定实施例，但可使用其它实施例，且可在不脱离本发明的范围或所附权利要求书的精神的情况下进行各种修改。
一般来说，由于超声波信号行进经由介质(例如，行波)，因此可观测到其为在一段时间内的波峰后接波谷的波。然而，当信号入射于在声学上不匹配的边界上时，信号可部分发射到相邻介质中且部分向后反射。如果超声波信号穿过实质上固体介质且相邻介质为空气，那么信号的大部分可反射回到固体介质中，由于空气往往会形成高度适应的边界条件且声能归因于高级声波不匹配几乎不可发射到空气中。
超声波信号的反射部分可干涉在传感器堆叠内的给定介质(或多个介质)中的每一连续产生的超声波信号且产生可通过随时间推移彼此相长地干涉的多个信号而随时间推移放大的增强型波。如本文中所描述，激励信号脉冲可指代施加于超声波发射器以用于在超声波传感器内产生超声波信号的的电信号。每一激励信号脉冲可对应于产生在传感器内的超声波信号。超声波信号可具有在每一介质或传感器堆叠的层内的相关联的波长和频率且可通过使用(例如)外部电源或发射器激励信号脉冲发生器电路(也被称作猝发音发生器)而将发射器激励信号脉冲施加于一或多个发射器电极来产生。一或多个电激励信号脉冲可依次地施加于超声波发射器。经施加的激励信号脉冲的频率可导致出现、形成或以其它方式产生在超声波传感器内的超声波驻波的能量和振幅的积累。经施加的激励信号脉冲的频率可与第一激励信号脉冲(或循环)的开始与第二激励信号脉冲(或循环)的对应部分的开始之间的时间间隔反向相关。在一些实施方案中，经施加的激励信号脉冲的频率可与每一脉冲的时段(例如，以秒为单位的总持续时间)反向相关。在一些实施例中，激励信号脉冲可被称为电激励信号脉冲、猝发音、循环或仅信号，其在不偏离本发明的范围的情况下在本发明中可互换使用。
在针对给定材料以及厚度集合恰当地选择激励频率和波形的情况下，入射信号(例如，所产生的超声波信号)和反射信号可以当所述信号在介质的边界之间回弹时彼此相长地重叠，从而使得超声波呈现静止(此可被称为驻波、驻波信号或超声波驻波信号)的方式进行组合。此外，随着激励信号脉冲的持续产生和施加，相长的入射和反射信号在振幅上可继续增大，如同接***衡值。可继续提高介质中的超声波信号的振幅直到激励信号脉冲振幅减小或完全去除(例如，停止或不再施加激励信号脉冲)为止。
对传感器堆叠中的各种介质或层的材料、厚度和密度的恰当选择可使得形成呈现谐振或谐振行为以用于在特定频率下形成驻波信号的声腔。声腔也可被称作声学谐振腔、谐振声腔、谐振腔、声谐振器或空腔谐振器，其在不偏离本发明的范围的情况下彼此互换。
图1展示根据本发明的一或多个方面的如上文所描述的驻波信号的积累。图1说明在声腔中经由多个经施加的激励信号脉冲的驻波信号的振幅和能量的逐步积累。图1中的虚线指示在随时间推移积累驻波信号的振幅时，包络对应于所述振幅。在一些实施方案中，声腔由传感器堆叠内的各种层形成且使用超声波发射器在施加恰当激励频率的情况下产生驻波信号。在图1中，由于施加于发射器的激励信号脉冲的数目和所产生的超声波信号的数目增大(所展示的六个脉冲)，因此声腔中的超声波的振幅(例如，位移)和能量随时间推移而增大，此情形可持续直到达到稳态振幅为止。图2说明超声波传感器200的实例配置的横截面图。图2说明可经配置以产生如上文所描述的驻波信号的超声波传感器。超声波传感器可具有超声波发射器(Tx)204、超声波接收器(Rx)206和位于发射器204与接收器206之间的薄膜晶体管(TFT)层210，TFT层210包含TFT衬底和TFT像素电路。尽管出于说明的目的在图2中仅展示三个层，但在不脱离本发明的范围的情况下还可实施其它层。图2通过使手指208与接收器206的各部分之间具有最小间距或无间距来进一步表征。在一些实施方案中，顶部表面可涂布有保护膜，例如聚对二甲苯、胺基甲酸酯涂层、丙烯酸酯涂层、硬涂层(例如，类金刚石涂层(DLC))或其它合适的涂层。在图2中，声腔由发射器204、TFT层210和接收器206形成。图2展示产生于超声波传感器200中的驻波信号212的代表性波形(展示一又二分之一波长的驻波信号)。如参考图5在下文中进一步详细地描述，对象(例如手指208)触摸在传感器堆叠的传感器表面上可改变在接收器206处的驻波信号的特性(例如，振幅或相位)，从而允许检测指纹的隆脊和凹谷且使用具有足够分辨率的TFT传感器阵列来获取图像，例如指纹或其它生物特征信息。应注意，声学谐振腔可具有大于一种谐振频率，且在低或基本谐振频率下的操作相较于在较高谐振频率下或接近较高谐振频率下的操作可能较不合乎需要。举例来说，当在较高频率下操作时可获得对图像分辨率和质量的增强，这部分归因于在较高操作频率的情况下传感器单元中的声波波长较小。
在一些实施方案中，发射器(Tx)204可包含在压电材料(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF))的层上的由银和聚胺基甲酸酯(Ag-Ur)形成的导电层以及在PVDF层的对置表面上的由银-胺基甲酸酯(Ag-Ur)形成的第二层，所述层的实例厚度分别为9μm、28μm和9μm。TFT层210的TFT衬底可使用玻璃或塑料实施且可具有大约为500μm的厚度。TFT像素电路可使用例如低温多晶硅、非晶硅或其它绝缘栅极薄膜晶体管工艺而形成于TFT衬底上。接收器(Tx)206可包含分别具有大约28μm和9μm的厚度的被银-胺基甲酸酯层覆盖的PVDF压电层。声腔的总厚度可为超声波传感器单元的层中的每一者的厚度的总和。
图3说明用于执行根据本发明的一或多个方面的方法的流程图。根据一或多个方面，在图3中所说明的流程图300中所描述的方法和/或方法步骤中的任一者和/或全部可通过实施为独立传感器或耦合到计算装置(例如，移动装置)的传感器的电子、机械和/或化学组件来实施。举例来说，在图14中更详细地描述计算装置的组件。在一些实施方案中，在下文中关于图3所描述的方法步骤中的一或多者可通过移动装置的处理器或专用集成电路(ASIC)(例如，处理器1410或直接耦合到传感器的另一处理器或电路)来实施。另外或替代地，本文中所描述的方法和/或方法步骤中的任一者和/或全部可以计算机可读指令来实施，例如存储在计算机可读媒体(例如存储器1435、存储装置1425或另一计算机可读媒体)上的计算机可读指令。
在区块302处，超声波传感器单元的组件(例如，超声波发射器和电子控制器)可经提供且经配置以在传感器单元中产生一或多个电激励信号脉冲和对应的超声波信号。在一些实施方案中，发射器可为压电发射器。压电发射器可在跨越压电发射器的发射器电极施加适当电压差之后激励、产生或以其它方式传输机械运动和位移。
可将一或多个电激励信号脉冲施加到超声波发射器的一或多个电极。可选择激励信号脉冲的频率以在超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号。驻波信号可由在所选择的频率下超声波传感器单元的声腔内部的所产生的超声波信号与一或多个经反射的超声波信号的相长干涉产生。反射信号可由一或多个超声波信号在超声波传感器单元的各种介质或层之间的边界或界面的反射产生。在制造或设置阶段期间，发射器可经配置以接收适当数目和频率的激励信号脉冲以与超声波传感器单元的谐振频率一致或密切一致，从而允许在超声波传感器单元内的声腔中产生驻波信号。
超声波传感器单元可在参考持续时间内继续由超声波传感器单元的组件(例如，发射器)产生激励信号脉冲和超声波信号。在区块304处，超声波传感器单元的组件或耦合到超声波传感器单元的组件可确定参考持续时间是否已完成驻波信号的充分积累。在一些实施方案中，可通过计数已经施加的激励信号脉冲的数目来确定参考持续时间。
在一些实施方案中，参考持续时间可基于预定量的时间或参考时间周期的流逝。在一些实施方案中，预定持续时间或参考时间周期可基于用于产生超声波信号的激励信号脉冲的数目和频率。在一些实施方案中，参考时间周期可等于激励信号脉冲的数目乘以每一脉冲的持续时间(例如，循环的数目乘以每一循环的持续时间或周期)。如图6A、6B和6C中所论述，用于一些实施方案的激励信号脉冲的最佳数目可为4个脉冲或大于4个脉冲、5个脉冲或大于5个脉冲或6个脉冲或大于6个脉冲。在一些实施方案中，在已经施加参考数目的激励信号脉冲之后，驻波信号可达到接近于饱和振幅，其中任何额外激励信号脉冲并不由于检测到驻波信号的特性的改变而导致超声波传感器单元的驻波信号的振幅的比例能量积累和/或所得图像的分辨率的改进。
暂时参考图4A和图4B，激励的持续时间或经施加到超声波传感器的激励信号脉冲的数目至少最初可导致具备递增能量和振幅的驻波信号。图4A和图4B分别说明表示在超声波传感器单元的声腔中的具备变化的振幅的驻波信号的形成的两个图。图4A说明施加到超声波发射器(Tx)的终端的发射器激励信号脉冲的两个猝发音或循环，而图4B说明经施加的发射器激励信号脉冲的四个猝发音或循环。发射器激励信号的每一循环可在超声波传感器的声腔内产生或添加所产生的超声波。在图4A中，发射器在较短时间段内相较于图4B中的发射器接收较少(两个)激励信号脉冲，导致具备较低振幅(图4A中的较低输出)的在超声波接收器处的所取样波形，相较于在较多(四个)激励信号脉冲情况下的图4B(图4B中的较高输出)。基于施加到发射器的仅两个激励信号脉冲的超声波传感器内所产生的超声波信号412a的时变振幅的积累展示于图4A中。可在如所示的样本周期期间通过接收器取样所产生的驻波信号(未完全形成)。相比之下，由如图4B所示的施加到Tx的四个激励信号脉冲产生的所产生的超声波信号412b的时变振幅相较于超声波信号412a具有较高振幅，从而导致较高传感器输出电压。如所说明，施加到发射器的电激励信号脉冲中的每一者在形式上均可为正弦的。或者，激励信号脉冲可具有其它波形，例如方波、短的高振幅脉冲、部分圆或半圆波或用于在超声波传感器单元内部产生驻波信号的具有适当数目和周期的其它合适的波形。应理解，图4A和4B为示意性的且意图展示由如本文中其它地方所描述的驻波的激励产生的递增振幅。所产生的超声波信号412a在振幅或相位上并非按比例绘制。
返回参考图3，在区块306处，如先前所描述，超声波传感器单元可具有产生于由超声波传感器单元的材料和层形成的声腔中的超声波驻波信号。驻波信号可由在所选择的频率下将一或多个电激励信号脉冲施加到超声波发射器；在传感器堆叠内产生超声波信号；和在传感器单元的声腔内部的所产生的超声波信号与一或多个经反射的超声波信号的相长干涉而产生。
在区块308处，超声波传感器单元的组件或耦合到超声波传感器单元的计算装置(例如，接收器)可检测与驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的驻波信号的一或多个特性的改变。驻波信号的特性的改变可包含如在接收器处所测量的驻波信号的振幅和/或相位。在一些实施方案中，可通过使用TFT传感器阵列中的像素电路获取和测量跨越压电接收器层所产生的峰值信号电压来检测驻波信号的振幅。在一些实施方案中，可通过在激励信号脉冲的开始或停止之后的指定时间使用相对窄取样窗口(例如，取样周期)获取和测量跨越压电接收器层所产生的电压来检测驻波信号的相位。
再次参考图4A和4B，在一些实施方案中，发射周期和接收(或检测)周期可在不同时间间隔期间出现或具有不同时间延迟。本文中所描述的实施例使得组件(例如，接收器)能够在产生和施加激励信号脉冲之后取样驻波信号。在一些实施方案中，接收器可紧接在施加激励信号脉冲之后取样驻波信号，导致经施加的信号脉冲与所检测到的传感器输出信号之间的电气干扰的可能减小。在一些实施方案中，接收器可在施加激励信号信号之后的指定时间延迟后取样驻波信号，从而达成例如较高图像对比度或较高图像质量。在一些实施方案中，接收器可在施加激励信号脉冲期间取样驻波信号，从而允许超声波传感器单元具有较强响应性。在一些实施例中，本文中所描述的超声波传感器单元可检测聚积(相长地)能量和振幅而不是检测可导致与所产生的超声波信号的相消干涉的反射的驻波信号的改变。参考图4A和图4B，可在取样模式的取样窗口期间(例如)使用传感器阵列的传感器像素电路中的每一者中的峰值检测器来取样信号。在保持模式期间，取样的信号可经保持以用于来自于传感器图像信息的后续定时。在阻挡模式期间，可防止(阻挡)像素电路获取信号。在一些实施方案中，可将对应取样、保持或阻挡电压电平施加到接收器偏压电极(Rx)以进入这些各种模式。在一些实施方案中，取样窗口的持续时间可被称为距离门窗口，且激励信号脉冲的开始与取样窗口的打开之间的时间延迟可被称为距离门延迟。通过控制取样窗口的宽度和时序，可检测驻波信号的振幅和相位。
返回参考图3，归因于驻波信号的相长积累，视情况，在区块310处，超声波传感器单元的组件或耦合到超声波传感器单元的计算装置可在接收器可接收和检测与驻波信号相关联的改变时继续产生激励信号脉冲且将其施加到发射器。一些实施方案允许发射器在接收器检测驻波信号的一或多个特性(例如，驻波信号的振幅和/或相位)的改变时继续发射和积累驻波信号。此可允许超声波传感器持续接收和/或检测驻波信号的特性的改变而无需切换发射器和接收器的开启和关闭，从而增强超声波传感器单元的响应性。或者，接收器可在已进行超声波驻波的积累且已停止施加激励信号脉冲之后取样驻波信号。在一些实施方案中，接收器可紧接在激励信号脉冲的施加之后或在施加激励信号脉冲之后的指定时间延迟后取样驻波信号。
在区块312处，超声波传感器单元的组件或耦合到超声波传感器单元的计算装置可从超声波接收器的传感器像素电路获取传感器输出信号且基于检测驻波信号的一或多个特性的改变而产生目标对象的图像。目标对象(例如，手指)可位于传感器单元的传感器表面上。一旦接收器取样驻波信号，传感器单元就可获取样本且将样本从模拟传感器图像信息转化成数字传感器图像信息。传感器图像信息可在ASIC或处理器上经进一步处理以辨别通过传感器获取的超声波图像，例如置于传感器单元上的手指的指纹图像。在一些实施方案中，产生图像可引发对传感器图像信息的额外操控，例如对比度增强、灰度调节、大小调整和格式化，从而允许以合适的方式显示所产生的成像。在一些实施方案中，产生图像可涉及最小信号处理，且产生图像可包含仅将所检测到的改变在逐像素基础上置于或存储于存储器中，从而允许进一步处理，例如用户验证、授权或识别。
应了解，图3中所说明的特定步骤提供根据本发明的各种方面在操作模式之间切换的特定方法。步骤的其它序列还可相应地在替代实施例中执行。举例来说，本发明的替代实施例可以不同次序执行以上概述的步骤。此外，图3中说明的个别步骤可包含可以个别步骤适合的各种次序执行的多个子步骤。此外，可取决于特定应用而添加或去除额外步骤。所属领域的普通技术人员将辨别和了解所述过程的许多变体、修改和替代方案。
图5说明实例超声波传感器单元的横截面图。如图5中所展示，呈一个配置的超声波传感器单元502可具有超声波发射器(Tx)504、接收器(Rx)506、位于发射器504与接收器506之间的TFT衬底508和安置在接收器上方的压板或显示器/防护玻璃罩510。可包含粘性附接层和一或多个涂层(为清楚起见而未图示)。为了施加激励信号脉冲和产生超声波信号，发射器504可在压电发射器层的每一侧上具有一或多个电极以施加电位差从而用于驱动发射器。类似地，接收器506可具有压电接收器层的一侧上的接收器偏压(Rx偏压)电极和耦合到TFT衬底508的像素电路的多个像素输入电极(在此Rx电极)。像素电路可经配置以检测超声波传感器单元的声腔中的驻波信号的一或多个特性的改变。图13更详细地描述像素电路的各方面。
图5还说明与超声波传感器单元502的声腔中的驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的超声波驻波信号的一或多个特性的改变。检测信号的一或多个特性的改变可包含检测信号的振幅和/或相位的改变。图5说明超声波指纹传感器且目标对象可为手指。在图5中，由空气反射的声能与由手指反射的声能的差异可导致驻波信号的特性的差异。举例来说，由如图5中所展示的指纹凹谷518形成的气隙仅可最低限度地改变驻波信号514的振幅和相位。另一方面，指纹隆脊520触摸传感器单元的曝露部分(例如，传感器表面)可减弱驻波信号的能量且可引起驻波信号512的频率、振幅和/或相位的偏移，如图5中所展示。
图6A说明展示基于在图式中在此被称为猝发音(TB)或循环的发射器激励信号脉冲的例示性传感器输出的频率响应的图。在图6A中经展示为y轴的‘TBon-TBoff’指示响应于经展示为x轴的各种激励频率的以毫伏为单位展示的静止信号波的强度。传感器输出电压‘TBon-TBoff’指示在施加猝发音情况下(TBon)的传感器输出电压与在不施加猝发音情况下(TBoff)的传感器输出电压之间的差异。减除往往会去除或减少传感器阵列内的静态或背景输出信号的任何变化。图6A进一步说明八个不同波形，每一者对应于在显示在图6A的右上角的图例中所指示的某一数目的循环的频率响应。根据图，超声波传感器单元的频率响应最大约为11MHz。此外，如图6A中所展示，随着循环的数目增大，在施加的循环大约在四个循环与六个循环之间的情况下在约为11MHz处的响应明显增大；且接着在经施加的循环的数目进一步增大(约为6到8个循环)的情况下所述响应趋向于平稳。
图6B说明相对于经施加的循环的数目的响应的增大且接着谐振振幅的趋平。类似于图6A，y轴表示‘TBon-TBoff’。x轴表示循环数目。在图6B中，随着循环数目的提高而积累谐振。在大约四个循环与六个循环之间谐振振幅的改变明显，其后谐振响应逐渐趋平。
图6C直观地展示对于参考图6A和6B所展示的实施方案，随着激励信号脉冲或循环数目的提高且接近所获取数据的饱和，指纹图像的图像质量的不断改进。换句话说，随着输入循环数目提高，较多能量聚积在谐振腔内部，如通过信号强度的提高所指示。对于此实施方案，可在大约6个循环和11MHz处发现最高效的转换和图像质量。在大约四个循环之后开始展现指纹图像。在至少本实例中，在大约六个循环与八个循环之间输出信号和图像质量趋向于饱和。可确定允许驻波信号的能量和/或振幅的充分积累的阈值水平。阈值水平可基于所产生的图像的所要信号强度或清晰度。在一些实施方案中，阈值水平可为达成令人满意的传感器输出信号电平、图像质量或图像对比度的阈值数目的经施加激励循环。在一些实施方案中，阈值水平可为产生图像的传感器输出信号的最小毫伏数(例如，TBon-TBoff)。
图7A展示超声波指纹传感器的实施方案的实例俯视图。图7A展示连接至超声波接收器(Rx)和超声波发射器(Tx)的引线。图7B展示超声波指纹传感器阵列的实例侧视图。在所展示的实例实施方案中，传感器的厚度大约为500μm且传感器的大小大约为1"×1"。然而，本发明的各方面决不受到说明性图中所展示的厚度或大小的限制。举例来说，在其它实施方案中，超声波传感器可具有TFT传感器阵列，其具备具有大约50μm像素间距，大约每英寸500像素和为15mm×6mm到完整显示大小、11mm×11mm到1"×1"和其它大小的有源传感器区域的传感器像素。此外，超声波传感器可具有在高操作频率(大约5到25MHz)下操作的低剖面(约1mm或小于1mm)。
图8说明超声波传感器单元的另一实例配置的横截面图。图8说明超声波传感器单元800，其可具有在底部处的超声波发射器(Tx)802、接收器(Rx)806、在发射器802与接收器806之间的TFT层804、和可充当防护玻璃罩、覆盖透镜或压板的覆盖层808(即，玻璃或塑料)。尽管出于说明的目的在图8中仅展示了四个层，但在不脱离本发明的范围的情况下还可实施其它层(例如，参考图11A所说明的那些层)。保护涂层(未展示)可包含在覆盖层808的表面上以提供环境保护且还可充当阻抗匹配层。如参考图5所描述，对象(例如，手指810)触摸在传感器表面上可改变驻波信号812的特性，从而允许检测指纹的隆脊和凹谷。本发明的各方面允许对于具备各种覆盖材料和各种厚度的覆盖层的超声波传感器的最佳图像捕获。举例来说，图2中所描绘的相同超声波传感器单元可被用作图8中的传感器，其中附加覆盖层808且适当修改激励频率，因为声腔可包含覆盖层808。在一些实施方案中，从发射器802的发射的频率可在制造时或在设置阶段期间经配置或调节以确定最佳谐振频率且在所述频率下操作以用于改进型图像获取。配置或/和调节频率可对由超声波传感器上的覆盖层和/或涂层所附加的额外厚度做出解释(二又二分之一波长的驻波信号展示在图8中)。
在一些实施方案中，发射器(Tx)802可使用银-胺基甲酸酯(Ag-Ur)层、PVDF层和由Ag-Ur形成的第二层形成，其中所述层的实例厚度分别为9μm、28μm和9μm。TFT层804可使用玻璃或塑料衬底实施且在厚度上可为大约500μm。接收器(Tx)806可使用Ag-Ur层实施在PVDF上，所述层分别具有大约9μm和28μm的厚度。可充当指纹传感器的压板或显示器的防护玻璃罩的覆盖层808可为各种不同厚度，例如127μm、254μm或其它合适的厚度。另外，超声波传感器单元800可具有耐刮擦和磨损的保护盖或涂层，其在任何地方均具备从小于大约10μm到大约50μm或大于50μm的厚度。覆盖层808可具有充当覆盖层808与目标对象(例如，手指810)之间的阻抗匹配层的安置在其上的涂层。声腔的总厚度可为超声波传感器单元的层中的每一者的厚度的总和。
图9展示覆盖层在TFT衬底和接收器上方的实例超声波传感器。在图9中，通过方框902突显覆盖层。如先前所论述，实施例可适于通过调节发射器激励频率而对额外覆盖层或表面涂层做出解释。聚碳酸酯仅作为可被用作覆盖层的一个实例材料而经展示和提及。在不脱离本发明的情况下，其它材料可用于覆盖层，例如塑料、陶瓷、蓝宝石、复合材料、金属和金属合金、填充金属的聚合物、或玻璃。
如上文所描述，本发明的实施例通过调节声腔的谐振频率而允许覆盖层和涂层的不同厚度和材料。此灵活性允许装置制造商以基于制造商所使用的各种覆盖层或涂层而设置整合到其***中的超声波传感器单元的频率。
图10A和图10B说明展示对于两个不同厚度的聚碳酸酯覆盖层，在不同数目的激励信号脉冲(或循环)的情况下实例超声波传感器的频率响应的图。在图10A中，实施具备127μm厚的聚碳酸酯盖的超声波传感器。图10A展示具有在大约10MHz的峰值频率或约为所述峰值频率下图像获取的最佳频率和在10MHz下在六个激励循环情况下获取的指纹图像的图。
图10B相较于图10A具有不同的盖厚度。在图10B中，实施具备254μm厚的聚碳酸酯覆盖层的超声波传感器。图10B展示具有在大约9MHz的峰值频率或约为所述峰值频率下图像获取的最佳频率和在9MHz下在六个激励循环情况下获取的指纹图像的图。图10C说明相对于不同数目的激励信号脉冲或循环每一传感器在谐振频率下传感器输出电压的差异。图10A、10B和10C说明允许在超声波传感器单元内具备变化的厚度的覆盖层和涂层的本文中所描述的技术。
图11A说明显示具备声腔谐振器的实例超声波传感器单元的材料堆叠的各种层的分解视图。图11A展示从上到下为覆盖层、接收器层、TFT传感器阵列和发射器层。覆盖层可为防护玻璃罩或涂层(例如，玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸酯、聚对二甲苯或充当盖或涂层的任何其它适当材料)。接收器层可具有安置在压电接收器层(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE))上的接收器偏压电极(例如，银-胺基甲酸酯、镍/铜(Ni/Cu)或氧化铟锡(ITO))。TFT传感器阵列可具有形成于TFT衬底(例如，玻璃或塑料)上的像素电路，类似于图13中所展示的电路。发射器层可具有安置在压电发射器层(例如，PVDF或PVDF-TrFE)上的发射器电极(例如，银-胺基甲酸酯或Ni/Cu)，和安置在压电发射器层的对置侧上的另一发射器电极。出于清楚起见，已经从图11A的说明省略各种粘着层和可选涂层。此外，除图11A中所展示的层之外，在不脱离本发明的范围的情况下还可实施其它层。
图11B说明具备声腔谐振器的实例超声波传感器单元的装配视图。图11B展示覆盖层、接收器层、TFT传感器阵列和发射器层的装配视图。在其它配置(未展示)中，声腔谐振器可由堆叠TFT衬底与覆盖层之间的发射器和接收器层两者连同相关联的电极和粘合剂而形成。发射器可包含一或多个压电层和电极以通过使发射器电极中的一或多者接地而允许单端的或双端的驱动方案和自屏蔽。在其它配置(未展示)中，声腔可通过将经堆叠的发射器和接收器层连同相关联的电极、粘着层和涂层一起置于TFT衬底的顶部上；使用TFT衬底作为堆叠的一侧上的半刚性的边界条件和充当自由边界条件的另一侧上的空气而形成。在其它配置(未展示)中，单层发射器和接收器可置于TFT衬底与覆盖层之间以形成声学谐振腔。在其它配置(未展示)中，单层发射器和接收器可置于TFT衬底与空气之间以形成声学谐振腔。
在至少一个实施例中，声腔的几个重要参数可包含形成声腔的各种层的厚度和其内的音速。音速又部分取决于并入材料的质量密度和弹性模量。声腔的厚度可取决于或至少与TFT衬底、压电层、电极和粘合剂(例如，环氧树脂或压敏性粘合剂(PSA))和任何覆盖层、背层或涂层的厚度相关。声腔的有效密度可取决于或至少与衬底材料、压电材料、电极和粘合材料以及任何覆盖材料或涂料的密度相关。类似地，声腔中的有效音速可取决于对衬底、压电材料、电极材料、粘合剂和任何覆盖材料或涂料的选择。
图12A、12B、12C和12D说明具备移动装置的显示器或防护玻璃罩的实例超声波传感器单元的各种实例配置和放置。在一些实施方案中，传感器可位于移动装置壳体(例如。图14中所展示的移动装置)的带槽框、侧部或背部上。在一些情况下，超声波传感器单元的放置可确定特性，例如声腔的有效厚度、密度和音速。在图12A中，超声波传感器单元展示在显示器防护玻璃罩在传感器的顶部上的壳体的***处。在图12B中，超声波传感器单元展示在显示器防护玻璃罩、显示器滤色器玻璃和显示器TFT衬底下方。在图12C中，超声波传感器单元整合到TFT衬底中，从而允许整个屏幕或大部分屏幕具有超声波感测能力。在图12D中，超声波传感器单元可作为独立传感器定位在显示区外部或作为按钮(机械或非机械)的一部分。在此类状况下，按钮的壳体可另外确定声腔的特性。在一些实施例中，对于超声波指纹传感器，可基于传感器是否用于认证或非认证目的而选择传感器的敏感度和像素的密度(例如，分辨率)。认证目的(例如，使用指纹传感器解锁移动装置或进入账号)可需要清楚地区分手指上的隆脊和凹谷的较高分辨率。超声波传感器单元的非认证使用可包含仅仅按压按钮或检测触摸表面的手指且可允许获取较低分辨率图像。在一些实施方案中，指纹传感器可抵靠着移动装置壳体的金属或塑料防护盖而放置且耦合到移动装置壳体的金属或塑料防护盖。
图13说明超声波传感器单元的实例表示的框图。超声波传感器单元的实例为超声波指纹传感器。超声波传感器单元可具有TFT衬底，其具有超声波发射器1304和耦合到超声波像素电路阵列1302的接收器。超声波像素电路阵列1302和充当接收器的上覆压电接收器层可安置在TFT衬底上。此外，图13展示用于使用模/数转换器(ADC)1306而将传感器输出信号从模拟信号转化成数字信号；使用一或多个多路复用器1308和相关联的门驱动器选择适当像素输出信号(例如，行或列)的组件和控制单元1310和/或用于处理传感器信息的数据处理器1312。图13还说明用于偏压和激励超声波传感器单元的Rx和Tx层的驱动器。在一些实施方案中，控制单元1310和/或数据处理器1312可使用图14中所描述的处理器1410。在一些实施方案中，控制单元1310和数据处理器1312可使用专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)以用于处理信息。在一些实施方案中，控制单元1310和/或数据处理器1312可用于从像素电路获取传感器输出信号以及形成或产生来自从超声波传感器像素电路阵列1302获得的信息的图像。尽管形成于玻璃或塑料TFT衬底上的薄膜晶体管已经描述于上文中，但在替代形式中，硅衬底(其中晶体管形成在其上或其中)可被取代而不限于贯穿本发明的TFT衬底。
图14说明并入有在实践本发明的实施例的过程中采用的装置的一些部分的实例计算装置。在本文中，图14中说明的计算装置可作为任何计算机化***的一部分并入。举例来说，计算装置1400可表示移动装置或计算装置的组件中的一些。计算装置1400的实例包含(但不限于)台式计算机、工作站、个人计算机、超级计算机、视频游戏控制台、平板计算机、智能电话、膝上型计算机、上网本、可佩戴状态监视程序或其它便携式装置。图14提供计算装置1400的一个实施例的示意性说明，其可执行如本文中所描述的各种其它实施例提供的方法和/或可充当主要计算装置、远程公用信息机/终端、销售点装置、移动多功能装置、机顶盒和/或计算装置。图14仅意图提供对各种组件的一般化说明，可在适当时利用所述组件中的任一者或全部。因此，图14广泛地说明可如何以相对分离或相对较集成方式实施个别***元件。
展示计算装置1400，其包括可经由总线1405电耦合(或可在适当时以其它方式通信)的硬件元件。硬件元件可包含：一或多个处理器1410，包含(但不限于)一或多个通用处理器和/或一或多个专用处理器(例如，数字信号处理芯片、图形加速处理器，和/或其类似者)；一或多个输入装置1415，其可包含(但不限于)相机、传感器1450、鼠标、键盘和/或其类似者；以及一或多个输出装置1420，其可包含(但不限于)显示单元、打印机和/或其类似者。传感器1450可包含如本文中所描述的超声波传感器和/或其它成像传感器。确切地说，一些装置可包含超声波指纹传感器。在一些情况下，可通过一或多个处理器1410执行用于超声波传感器的处理。在另一实施例中，实施为ASIC、FPGA或任何其它合适的装置的控制逻辑可耦合到超声波传感器单元以用于执行用于超声波传感器单元的处理。在一些实施方案中，计算装置1400为移动装置且传感器1450包含耦合到移动装置的超声波传感器单元。
计算装置1400可进一步包含以下各项(和/或与以下各项通信)：一或多个非暂时性存储装置1425，所述非暂时性存储装置可包括(但不限于)本地和/或网络可存取的存储装置，和/或可包含(但不限于)磁盘驱动器、驱动器阵列、光学存储装置、例如随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”)的固态存储装置，其可为可编程的、可快闪更新的和/或其类似者。此类存储装置可经配置以实施任何适当的数据存储，包含(但不限于)各种文件***、数据库结构和/或其类似者。
计算装置1400还可包含通信子***1430。通信子***1430可包含用于接收和发射数据的收发器或有线和/或无线媒体。通信子***1430还可包含(但不限于)调制解调器、网卡(无线或有线)、红外线通信装置、无线通信装置和/或芯片组(例如，BluetoothTM装置、802.11装置、WiFi装置、WiMax装置、蜂窝式通信设施等)和/或其类似者。通信子***1430可准许与网络(例如，作为一个实例，下文所描述的网络)、其它计算装置和/或本文中所描述的任何其它装置交换数据。在许多实施例中，计算装置1400将进一步包括非暂时性工作存储器1435，其可包含RAM或ROM装置，如上文所描述。
计算装置1400可包括展示为当前位于工作存储器1435内的软件元件，包含操作***1440、装置驱动器、可执行库和/或例如一或多个应用程序1445的其它代码，其可包括由各种实施例所提供和/或可经设计以实施方法和/或配置***、由其它实施例所提供的计算机程序，如本文中所描述。仅仅借助于实例，关于上文所论述的方法所描述的一或多个程序可实施为可由计算机(和/或计算机内的处理器)执行的代码和/或指令；在一方面中，这些代码和/或指令接着可用以配置和/或调适通用计算机(或其它装置)以根据所描述方法执行一或多个操作。
一组这些指令和/或代码可存储在计算机可读存储媒体(例如，上文所描述的存储装置1425)上。在一些情况下，存储媒体可并入于例如计算装置1400等计算装置内。在其它实施例中，存储媒体可与计算装置(例如，可装卸式媒体，例如压缩光盘)分开，和/或提供于安装包中，使得存储媒体可用于编程、配置及/或调适上面存储有指令/代码的通用计算机。这些指令可呈可由计算装置1400执行的可执行代码的形式，且/或可呈源和/或可安装代码的形式，所述源和/或可安装代码在计算装置1400上编译和/或安装于计算装置1400上(例如，使用多种通常可用编译程序、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任一者)后，接着呈可执行代码的形式。
可根据特定要求作出实质性变化。举例来说，还可能使用定制硬件，且/或可能将特定元件实施于硬件、软件(包含便携式软件，例如小程序等)或两者中。另外，可采用到其它计算装置1400(例如，网络输入/输出装置)的连接。
一些实施例可采用计算装置(例如计算装置1400)以执行根据本发明的方法。举例来说，可以由计算装置1400响应于处理器1410执行工作存储器1435中所含有的一或多个指令的一或多个序列(其可以并入到操作***1440和/或例如应用程序1445的其它代码中)来执行所描述方法的一些或全部程序。此类指令可以从另一计算机可读媒体(例如，存储装置1425中的一或多者)而被读取到工作存储器1435中。仅借助于实例，执行工作存储器1435中所含有的指令的序列可以使处理器1410执行本文中所描述的方法的一或多个程序。
如本文中所使用，术语“机器可读媒体”和“计算机可读媒体”是指参与提供致使机器以特定方式操作的数据的任何媒体。在使用计算装置1400实施的实施例中，各种计算机可读媒体可能参与将指令/代码提供到处理器1410以用于执行，和/或各种计算机可读媒体可能用于存储和/或携载此类指令/代码(例如，作为信号)。在许多实施方案中，计算机可读媒体为物理和/或有形存储媒体。此类媒体可呈许多形式，包含(但不限于)非易失性媒体、易失性媒体以及传输媒体。非易失性媒体包含例如光盘和/或磁盘(例如，存储装置1425)。易失性媒体包含(但不限于)动态存储器(例如，工作存储器1435)。传输媒体包含(但不限于)同轴电缆、铜线和光纤(包含包括总线1405的电线)以及通信子***1430的各种组件(和/或通信子***1430提供与其它装置的通信所使用的媒体)。因此，传输媒体还可呈波的形式(包含但不限于无线电、声波和/或光波，例如在无线电波和红外数据通信期间产生的那些波)。在替代实施例中，可使用事件驱动组件和装置(例如，相机)，其中可在模拟域中执行处理中的一些。
举例来说，常见形式的物理和/或有形计算机可读媒体包含软盘、软磁盘、硬盘、磁带或任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它物理媒体、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或盒带、如下文所描述的载波，或计算机可从中读取指令和/或代码的任何其它媒体。
各种形式的计算机可读媒体可参与将一或多个指令的一或多个序列携载到处理器1410以用于执行。仅仅借助于实例，可将指令初始地携载于远程计算机的磁盘和/或光盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中并将指令作为信号经由传输媒体来发送以由计算装置1400接收和/或执行。根据本发明的各种实施例，可以呈电磁信号、声信号、光信号和/或其类似者的形式的这些信号全部是可以在上面对指令进行编码的载波的实例。
通信子***1430(和/或其组件)通常将接收信号，且总线1405可接着将信号(和/或由信号所携载的数据、指令等)携载到处理器1410从其检索并执行指令的工作存储器1435。可视情况在由处理器1410执行指令之前或之后，将由工作存储器1435接收的指令存储在非暂时性存储装置1425上。
上文所论述的方法、***和装置为实例。各种实施例可在适当时省略、取代或添加各种程序或组件。举例来说，在替代配置中，所描述的方法可以用不同于所描述的次序来执行，和/或可添加、省略和/或组合各个阶段。并且，关于一些实施例而描述的特征可在各种其它实施例中加以组合。可以类似方式组合实施例的不同方面和元件。并且，技术发展，且因此许多元件为实例，其并不会将本发明的范围限于那些特定实例。
在描述中给出特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践实施例。举例来说，已在没有不必要的细节的情况下展示熟知电路、过程、算法、结构和技术以便避免混淆所述实施例。此描述仅提供实例实施例，且并不意图限制本发明的范围、适用性或配置。实际上，实施例的前述描述将为所属领域的技术人员提供用于实施本发明的实施例的启迪性描述。可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对元件的功能和布置做出各种改变。
并且，将一些实施例描述为以流程图或框图形式描绘的过程。尽管每一流程图或框图可将操作描述为依序过程，但许多操作可并行地或同时执行。另外，可重新布置操作次序。过程可以具有未包含在图中的额外步骤。此外，可由硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合来实施方法的实施例。当以软件、固件、中间件或微码实施时，执行相关联任务的程序代码或代码段可存储在例如存储媒体的计算机可读媒体中。处理器可执行相关联的任务。
虽已描述了若干实施例，但可在不脱离本发明的精神的情况下使用各种修改、替代构造和等效物。举例来说，以上元件可仅为较大***的组件，其中其它规则可优先于本发明的应用或以其它方式修改本发明的应用。并且，可在考虑以上要素之前、期间或之后进行多个步骤。因此，以上描述并不限制本发明的范围。

Claims (30)

1.一种用于产生目标对象的图像的方法，其包括：
将多个激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器，其中所述多个激励信号脉冲的频率经选择以在所述超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号，且其中在持续时间内施加所述多个激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的所述超声波驻波信号的能量；
使用所述超声波传感器单元的超声波接收器检测与所述超声波驻波信号与所述目标对象之间的相互作用相关联的所述超声波驻波信号的一或多个特性的改变；以及
基于所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述检测到的改变而产生所述目标对象的所述图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波驻波信号由在所述经选择的频率下所述超声波传感器单元的声腔内部的所产生的超声波信号与一或多个经反射的超声波信号的相长干涉产生。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述一或多个超声波反射信号由所述超声波信号在所述超声波传感器单元的一或多个边界上的反射产生。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述激励信号脉冲施加于所述超声波传感器单元的所述超声波发射器时检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述激励信号脉冲施加于所述超声波传感器单元的所述超声波发射器之后检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述持续时间是基于参考时间周期的流逝。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述持续时间是基于所述激励信号脉冲的数目。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述激励信号脉冲的所述数目为4个脉冲或大于4个脉冲、5个脉冲或大于5个脉冲或6个脉冲或大于6个脉冲。
9.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变包含检测所述超声波驻波信号的振幅的改变。
10.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变包含检测所述超声波驻波信号的相位的改变。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述超声波传感器单元为超声波指纹传感器且所述目标对象为手指。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述指纹的图像是通过使所述手指的隆脊触摸到所述超声波传感器单元的传感器表面来检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变而产生。
13.根据权利要求1所述的方法，其中至少所述超声波发射器、所述超声波接收器和薄膜晶体管TFT衬底在所述超声波传感器单元内部形成声学谐振腔且其中所述超声波驻波信号是使用所述声学谐振腔产生在所述超声波传感器单元内部。
14.一种超声波传感器***，其包括：
超声波发射器，其经配置以接收多个激励信号脉冲，其中所述接收到的激励信号脉冲的频率经选择以在所述超声波传感器***的超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号且其中在持续时间内接收所述激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的所述超声波驻波信号的能量；
超声波接收器，其经配置以检测与所述超声波驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的所述超声波驻波信号的一或多个特性的改变；以及
控制单元，其经配置以基于所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述检测到的改变而产生所述目标对象的图像。
15.根据权利要求14所述的超声波传感器***，其中至少所述超声波发射器、所述超声波接收器和薄膜晶体管TFT衬底在所述超声波传感器单元内部形成声腔。
16.根据权利要求15所述的超声波传感器***，其中所述TFT衬底位于所述发射器与所述接收器之间。
17.根据权利要求14所述的超声波传感器***，其中所述超声波传感器单元包含位于所述超声波接收器上方的覆盖层。
18.根据权利要求14所述的超声波传感器***，其中所述激励信号脉冲的所述经选择的频率是基于声腔的厚度、所述声腔的密度、所述声腔中的音速或其任何组合。
19.根据权利要求14所述的超声波传感器***，其中所述超声波驻波信号由在所述经选择的频率下所述超声波传感器单元内部的所产生的超声波信号与一或多个经反射的超声波信号的相长干涉产生。
20.根据权利要求14所述的超声波传感器***，其中在通过所述超声波发射器接收所述激励信号脉冲时检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变。
21.根据权利要求14所述的超声波传感器***，其中所述持续时间是基于所述激励信号脉冲的数目。
22.根据权利要求14所述的超声波传感器***，其中检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变包含检测所述超声波驻波信号的振幅或相位的改变。
23.一种超声波传感器***，其包括：
用于将多个激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器的装置，其中所述激励信号脉冲的频率经选择以在所述超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号，且其中在持续时间内施加所述激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的所述超声波驻波信号的能量；
用于检测与所述超声波驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的所述超声波驻波信号的一或多个特性的改变的装置；以及
用于基于所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述检测到的改变而产生所述目标对象的图像的装置。
24.根据权利要求23所述的超声波传感器***，其中所述持续时间是基于所述激励信号脉冲的数目。
25.根据权利要求23所述的超声波传感器***，其中检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变包含检测所述超声波驻波信号的振幅或相位的改变。
26.一种非暂时性计算机可读存储媒体，其中所述非暂时性计算机可读存储媒体包括可由处理器执行的指令，所述指令包括用以进行以下操作的指令：
将多个激励信号脉冲施加于超声波传感器单元的超声波发射器，其中所述多个激励信号脉冲的频率经选择以在所述超声波传感器单元内部产生超声波驻波信号，且其中在持续时间内施加所述多个激励信号脉冲以允许积累大于第一阈值水平的所述超声波驻波信号的能量；
使用所述超声波传感器单元的超声波接收器检测与所述超声波驻波信号与目标对象之间的相互作用相关联的所述超声波驻波信号的一或多个特性的改变；以及
基于所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述检测到的改变而产生所述目标对象的所述图像。
27.根据权利要求26所述的非暂时性计算机可读存储媒体，其中所述持续时间是基于参考时间周期的流逝。
28.根据权利要求26所述的非暂时性计算机可读存储媒体，其中所述持续时间是基于所述激励信号脉冲的数目。
29.根据权利要求26所述的非暂时性计算机可读存储媒体，其中检测所述驻波信号的所述一或多个特性的所述改变包含检测所述驻波信号的振幅或相位或这两者的改变。
30.根据权利要求26所述的非暂时性计算机可读存储媒体，其中在所述激励信号脉冲施加于所述超声波传感器单元的所述超声波发射器时检测所述超声波驻波信号的所述一或多个特性的所述改变。
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