專利名稱：改進(jìn)的壓電識別裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及壓電識別裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
生物統(tǒng)計學(xué)是一組提供高級安全的技術(shù)。指紋采集和辨別是重要的生物統(tǒng)計學(xué)技術(shù)。執(zhí)法(law enforcement)、銀行業(yè)、選舉、和其他產(chǎn)業(yè)日益依賴作為生物統(tǒng)計學(xué)的指紋， 以辨別或證實身份° 見:Biometrics Explained, v. 2. 0, G. Roethenbaugh, International Computer Society Assn, Carlisle, Pa，1998，第 1-34^ (本文引用它的全部內(nèi)容，供參考)。檢測指紋反射的光學(xué)圖像的光學(xué)指紋掃描器是可以得到的。為了在足夠高的分辨率上采集高質(zhì)量的圖像，光學(xué)指紋掃描器至少要求光學(xué)部件(如透鏡)、照明源、和成像攝像機。這些部件使指紋掃描器的整個成本增加。保持對準(zhǔn)的機械結(jié)構(gòu)也使制造和維護(hù)成本增加?；诠璧墓虘B(tài)換能器也可用于市場出售的掃描器。這種硅換能器測量電容。這種掃描器要求的易碎硅換能器，要在降低它們耐用性的指紋傳感電路的數(shù)微米之內(nèi)。要檢測滾動的指紋，固態(tài)換能器的傳感陣列必須有1英寸乘1英寸的面積和約50微米的厚度。這對硅來說是大的幾何尺寸，它增大指紋掃描器的基本成本并導(dǎo)致更大的維護(hù)費用。在這樣大的硅幾何尺寸中，耐用性和結(jié)構(gòu)的整體性也很可能難以承受。需要的是一種廉價的、耐用的有低維護(hù)費用的指紋掃描器。還需要的是低成本的生物統(tǒng)計學(xué)裝置，它能夠保護(hù)個人和普通民眾抵御人體的危險、欺詐、和盜竊(特別在電子商務(wù)領(lǐng)域)。

發(fā)明內(nèi)容
如在本文所體現(xiàn)和概括描述，按照本發(fā)明的原理，本發(fā)明包含一種換能器，它有第一和第二表面，該第一和第二表面包含順著第一表面沿第一方向被定位并被配置成接地的第一電極線，以及順著第二表面沿垂直于第一方向的方向被定位的第二電極線。該第二電極線被配置成按交錯方式在接收和發(fā)射之間切換。本發(fā)明更多的特征和優(yōu)點，以及本發(fā)明各個實施例的結(jié)構(gòu)和操作，將在下面參考附圖詳細(xì)描述。


本文引用的并形成說明書一部分的附圖，說明本發(fā)明并與描述一道，進(jìn)一步起解釋本發(fā)明原理的作用，并使有關(guān)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員能制作和使用本發(fā)明，圖1示出按照本發(fā)明實施例的一種壓電識別裝置。圖2示出按照本發(fā)明實施例的一種壓電元件。圖3示出按照本發(fā)明實施例的一行壓電元件。圖4示出按照本發(fā)明實施例的矩形壓電元件的陣列。 圖5示出按照本發(fā)明實施例的圓形壓電元件的陣列。 圖6按照本發(fā)明實施例，示出各元件之間有填充材料的一行矩形壓電元件。 圖7A和7B示出按照本發(fā)明實施例的傳感器陣列。 圖8示出圖7A的傳感器陣列更詳細(xì)的視圖。 圖9示出圖8的傳感器陣列如何被連接到專用集成電路。 圖10按照本發(fā)明實施例，示出如何把傳感器陣列連接到復(fù)用器。 圖11示出按照本發(fā)明實施例的一種識別裝置。 圖12示出按照本發(fā)明實施例的識別裝置的電路部件。
圖13A按照本發(fā)明實施例，示出如何把輸入信號施加到圖12的傳感器陣列和從該器陣列接收輸出信號。
圖13B按照本發(fā)明實施例，示出如何控制圖13A的切換。 圖14示出按照本發(fā)明實施例的電壓傳感電路的例子。 圖15按照本發(fā)明實施例，示出如何使傳感器陣列中串?dāng)_最小。 圖16是按照本發(fā)明實施例的方法的流程圖。 圖17按照本發(fā)明實施例，示出使用識別裝置獲得生物統(tǒng)計學(xué)信息。 圖18示出按照本發(fā)明實施例的識別裝置喚醒電路。 圖19按照本發(fā)明實施例，示出被指紋谷加載的壓電元件的阻抗。 圖20按照本發(fā)明實施例，示出被指紋脊加載的壓電元件的阻抗。 圖21按照本發(fā)明實施例，示出傳感器陣列輸入信號。 圖22按照本發(fā)明實施例，示出傳感器陣列輸出信號。 圖23按照本發(fā)明實施例，示出如何使用識別裝置獲得生物統(tǒng)計學(xué)信息。 圖M按照本發(fā)明實施例，示出如何使用識別裝置獲得骨頭的映射圖。 圖25按照本發(fā)明實施例，示出發(fā)射和/或接收聲束方向性。 圖26按照本發(fā)明實施例，示出如何使用識別裝置獲得動脈血流信息。 圖27按照本發(fā)明實施例，示出發(fā)射聲束方向性和接收聲束方向性。 圖觀按照本發(fā)明實施例，示出發(fā)射和/或接收聲束方向性。 圖四按照本發(fā)明實施例，示出如何使用識別裝置獲得毛細(xì)血管血流信息。 圖30按照本發(fā)明實施例，示出發(fā)射和/或接收聲束方向性。 圖31是按照本發(fā)明實施例的方法的流程圖。 圖32示出按照本發(fā)明實施例的生物統(tǒng)計學(xué)裝置。 圖33示出按照本發(fā)明實施例的移動生物統(tǒng)計學(xué)裝置。 圖34示出按照本發(fā)明實施例的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置。 圖35示出圖34的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置的更詳細(xì)視圖。 圖36示出使用圖34的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置完成電子售賣交易。 圖37示出圖34的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置的各種應(yīng)用。 圖38示出按照本發(fā)明實施例的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置。 圖39是有藍(lán)牙裝置與公共服務(wù)層耦聯(lián)的微微網(wǎng)(piconet)例子的圖。 圖40是交錯的發(fā)射/接收換能器的圖例。
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圖41是按照本發(fā)明實施例構(gòu)造的單線擦過式指紋傳感器陣列的圖例。圖42是按照本發(fā)明另一個實施例構(gòu)造的NXM擦過式指紋傳感器陣列的圖例。圖43是在本發(fā)明實施例中進(jìn)行的柱體阻尼的圖例。圖44是按照本發(fā)明實施例為雙平面成像配置的孔徑的圖例。圖45是圖例，繪出按照本發(fā)明實施例的沿水平方向(azimuthal direction)的線性電子切換掃描。
具體實施例方式目錄I.本發(fā)明概述II.按照本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)例子A.壓電陶瓷傳感器B.壓電膜傳感器C.傳感器陣列地址線D.識別裝置例子E.復(fù)用器例子III.按照本發(fā)明的方法例子A.阻抗模式B.衰減/電壓模式C.多普勒頻移(Doppler-shift)和回波模式IV.本發(fā)明應(yīng)用例子A.生物統(tǒng)計學(xué)采集裝置B.移動生物統(tǒng)計學(xué)采集裝置C.無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置D.電子售賣和/或交易E.其他無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置的應(yīng)用F.個人區(qū)域網(wǎng)應(yīng)用G.公共服務(wù)層應(yīng)用
具體實施例方式I.本發(fā)明概述本發(fā)明一般涉及壓電識別裝置及其應(yīng)用。更準(zhǔn)確地說，它涉及用于獲得生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)或信息，諸如指紋的壓電裝置，并使用獲得的信息辨別和/或校驗個人的身份。II.按照本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)例子圖1是按照本發(fā)明實施例的壓電識別裝置100的示意圖。識別裝置100有壓電傳感器100、傳感器輸入信號發(fā)生器120、傳感器輸出信號處理器130、和存儲器140。輸入信號發(fā)生器120產(chǎn)生的輸入信號被兩個復(fù)用器150耦聯(lián)到傳感器110。傳感器110的輸出信號類似地被兩個復(fù)用器150耦聯(lián)到輸出信號處理器130。A.壓電陶瓷傳感器傳感器110最好是壓電陶瓷元件的陣列。例如，傳感器110能夠包括多晶陶瓷元件的陣列，它們化學(xué)上是惰性的且不受潮氣及其他大氣環(huán)境的影響。多晶陶瓷能夠被制成有專門需要的物理、化學(xué)、和/或壓電特征。然而，傳感器110不限于包括壓電陶瓷元件的陣列。傳感器Iio能夠包括，例如，壓電膜。極化的含氟聚合物膜，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或它的共聚物，能夠被使用。圖2示出有表面210、220、230、和MO的單個矩形壓電陶瓷元件200的操作特性。 當(dāng)對表面210和220加力時，與所加力成比例的電壓在表面210和220之間增大。當(dāng)上述事件出現(xiàn)時，表面230和240相互離開地運動。當(dāng)對表面210和220施加電壓時，表面230 和240彼此相向地運動，而表面210和220相互離開地運動。當(dāng)對表面210和220施加交變電壓時，壓電陶瓷元件200以相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的方式振蕩。圖3示出一行五個矩形壓電陶瓷元件200A、200B、200C、200D、和200E。這些矩形壓電陶瓷元件200的每一個或整體地被粘附于支承302。支承302禁止每一個矩形壓電陶瓷元件200的一個表面的運動。因此，當(dāng)對壓電陶瓷元件200C的表面210和220施加交變電壓時，聲波在壓電陶瓷元件200C的表面210上被產(chǎn)生。產(chǎn)生的聲波的頻率，依賴于壓電陶瓷元件200C的物理特性。圖4示出矩形壓電陶瓷元件200的兩維陣列400。陣列400能夠由鋯鈦酸鉛(PZT) 制成。PZT是廉價的材料。在實施例中，陣列400類似醫(yī)療應(yīng)用中使用的PZT 1-3合成物。 按照本發(fā)明的傳感器110的壓電陶瓷元件，能夠有不同于矩形的形狀。如圖5所示，傳感器 110能夠包括圓形壓電陶瓷元件的陣列500。在優(yōu)選的實施例中，陣列400包括40微米的正方形乘100微米深的矩形壓電陶瓷元件，由此產(chǎn)生20MHz基頻聲波。該實施例中，元件之間使用10微米的間隔，以便給出50 微米的元件之間的間距。50微米的間距使按照本發(fā)明的識別裝置能滿足聯(lián)邦調(diào)查局對指紋的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的其他實施例使用不同于該優(yōu)選實施例的幾何尺寸。例如，大于50微米的間距能夠被使用。其他實施例還操作在不同于20MHz的頻率上。例如，一些實施例除別的頻率外，能夠操作在30MHz和40MHz的頻率上。如圖6所示，按照本發(fā)明的傳感器陣列的元件之間的間隔，能夠用柔性型材料或填充物602填充，以抑制任何切變波并給予傳感器改進(jìn)的機械特性。微球604能夠被添加到填充物602 (如乙烯基微球)，以降低重量和/或增加切變波的抑制。為了使識別裝置的信噪比和裝置的靈敏度最佳化，提供高聲學(xué)衰減和電絕緣的填充物(如，填充乙烯基微球的充有空氣的環(huán)氧類樹脂)可以被使用。已有至少四種用于生產(chǎn)陣列400的制作方法。這些方法包含激光切削、切割、模制和絲網(wǎng)印刷。激光切削涉及使用準(zhǔn)分子激光器以切削小槽，從而形成陣列400的元件。切割涉及使用高性能切割裝備以形成槽和陣列400的元件。模制涉及使用注入模制裝備以形成陣列400。絲網(wǎng)印刷是類似于在印刷電路板組件中的阻焊印刷，這里高度自動化的絲網(wǎng)印刷機器與激光切削型板相適應(yīng)。該方法特別適用于生產(chǎn)20MHz聲波元件，因為陶瓷元件只有100微米厚。該方法涉及生產(chǎn)適當(dāng)稠度的陶瓷漿，且有不要求表面研磨的優(yōu)點，而用模制方法是可能要求的。圖7A按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，示出包括矩形壓電陶瓷元件的傳感器陣列700。 傳感器陣列700是多層結(jié)構(gòu)，它包含矩形壓電陶瓷元件200的兩維陣列，類似于陣列400。 導(dǎo)體(諸如導(dǎo)體706和708)被連接到每一矩形壓電陶瓷元件200。與每一元件200的一端連接的導(dǎo)體(如導(dǎo)體706)，相對于與每一元件200的另一端連接的導(dǎo)體(如導(dǎo)體708)垂直地取向。防護(hù)層702能夠被添加到一側(cè)，以便在手指能夠貼近傳感器陣列700放置的地方提供保護(hù)涂層。支承704能夠被粘接到傳感器陣列的相反端。傳感器陣列700在下面更詳細(xì)地描述。B.壓電膜傳感器圖7B按照本發(fā)明實施例，示出包括壓電膜(壓電的膜)的傳感器陣列750。圖7B 是傳感器陣列750的橫截面圖。傳感器陣列750是多層結(jié)構(gòu)，它包含被兩個導(dǎo)體網(wǎng)格7M 和756夾在中間的壓電層752。導(dǎo)體網(wǎng)格7M和756各由平行導(dǎo)電線的行組成。最好是，網(wǎng)格754的線相對于網(wǎng)格756的線垂直地取向(就是說，分別沿χ和y方向)。這一取向在壓電膜中建立多個個別地可尋址區(qū)或元件。如在本文所使用，術(shù)語元件是指能夠使用平行導(dǎo)電線的行(導(dǎo)體)，或者是個別地或者作為較大區(qū)的一部分被尋址的傳感器陣列的任一區(qū)。壓電聚合物膜傳感器在Piezo Film Sensor technical Manual中被進(jìn)一步描述，可從 Measurement Specialities, Inc. Norristown, Pa.，Apr. 2，1999REVB 得到(本文引用它的全部內(nèi)容，供參考)。防護(hù)層758能夠被添加到手指放置的一側(cè)，以提供保護(hù)涂層。泡沫基底760能夠被用作支承。如圖7B所示，傳感器陣列750的多個層順一個方向(如ζ方向)被堆疊。在實施例中，壓電層752是極化的含氟聚合物膜，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)膜或它的共聚物。導(dǎo)體網(wǎng)格乃4和756是被印刷在PVDF膜752的相反兩側(cè)上的銀墨電極。防護(hù)層758由氨基甲酸乙酯或其他塑料制成。泡沫基底760由TEFLON制成。粘合劑762、764 把防護(hù)層758和泡沫基底760固定在印刷的PVDF膜752的相反兩側(cè)，如圖7B所示。在實施例中，包含印刷的電極的PVDF膜，能夠像標(biāo)簽?zāi)菢颖粍內(nèi)?，以便易于替換。 如圖7B所示，傳感器陣列750能夠用粘合劑766安裝到蠟紙或其他材料(未畫出)上，以便易于剝?nèi)?。這樣允許壓電傳感器簡單地和容易地以最小費用被安裝和/或被替換。與光學(xué)的和硅的技術(shù)比較，壓電傳感器陣列750的維護(hù)是輕而易舉的。C.傳感器陣列地址線圖8示出傳感器陣列700的更詳細(xì)視圖。如上所述，傳感器陣列700包括有填充物602的壓電陶瓷元件。填充物602最好含有微球604。于是，該結(jié)構(gòu)被夾在數(shù)層之間。該中央合成物層是能夠用于，例如把指紋的機械阻抗映射成電阻抗值的矩陣的有效結(jié)構(gòu)。傳感器陣列700的每一矩形壓電陶瓷元件200，被連接到兩根電極線(如導(dǎo)體706 和708)。傳感器陣列700 —端上的電極線的走向垂直于傳感器陣列700相反端上的電極線。這樣，該陣列的任一單個元件200能夠通過選擇與之連接的兩根電極線而被尋址。電極線最好用真空淀積和光刻建立，且它們經(jīng)由下述互聯(lián)技術(shù)被連接到開關(guān)電子裝置。在一組電極線的上部是保護(hù)層702。保護(hù)層702最好由氨基甲酸乙酯制成。該保護(hù)層旨在在傳感器操作期間與手指接觸。支承704或支撐層作為每一矩形壓電陶瓷元件200的背面聲學(xué)阻抗起作用。在優(yōu)選實施例中，支承704由TEFLON泡沫制成。為了在加載和卸載時提供元件電阻抗的大的變化，聲學(xué)阻抗支承704應(yīng)該與傳感器元件材料在聲學(xué)上失配。要么非常低要么非常高的聲學(xué)阻抗材料能夠被使用。對使用壓電陶瓷材料的實施例，較好的阻抗失配能夠用空氣支撐而不是硬支撐而獲得。這是因為傳感器有高的聲學(xué)阻抗。本文描述的用于構(gòu)建傳感器陣列700的材料，是示例而不企圖限制本發(fā)明。其他材料能夠被使用，如相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知的。圖9示出傳感器陣列700如何能夠被連接到專用集成電路。如本文所描述，傳感器陣列700的個別壓電陶瓷元件(m，η)，能夠通過選擇(尋址)傳感器陣列700的上部的導(dǎo)體m和傳感器陣列700的下部導(dǎo)體η而被尋址。其他導(dǎo)體，特別是用于對已被選擇元件鄰域中的那些元件尋址的那些導(dǎo)體，要么接地要么斷開(高阻抗?fàn)顟B(tài))，為的是降低串?dāng)_。 被選擇元件鄰域中的寄生電流，如上面對圖6和7Α所述，是在機械上通過間隙填充物602 被最小化的。因為在一個實施例中，元件之間的間隔(間距)約為50微米，而標(biāo)準(zhǔn)的焊接技術(shù)要求約100微米的間距，在傳感器陣列700的“東”和“西”的交替行以及“北”和“南” 邊的交替列，如圖9所示，把傳感器連接到“外部世界”。如圖9所示，這些導(dǎo)體能夠是包圍 ASIC復(fù)用器902三個邊緣908的“凸塊”(“Bump”)技術(shù)的終端。在實施例中，ASIC復(fù)用器902的邊908是約3mm。在實施例中，ASIC復(fù)用器902被連接到高密度板材(high density flex) 906。高密度板材906被連接到環(huán)氧樹脂基底904。導(dǎo)體能夠被形成或粘接于高板材以把陣列的導(dǎo)體耦聯(lián)到ASIC復(fù)用器902。例如，圖9所示高密度板材906上的導(dǎo)體把導(dǎo)體708耦聯(lián)到 ASIC復(fù)用器902。導(dǎo)體借助凸點焊接(bump soldering)被耦聯(lián)到ASIC復(fù)用器902。非均質(zhì)膠能夠用于把高密度板材906上的導(dǎo)體耦聯(lián)到傳感器陣列的導(dǎo)體708。用于把ASIC復(fù)用器902連接或電耦聯(lián)到傳感器陣列700的其他手段，相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是周知的，且按照本發(fā)明這些手段也能夠被使用。圖10按照本發(fā)明實施例，示出如何把傳感器陣列1002連接到四個ASIC復(fù)用器 902。如本文所述，電極線或?qū)w能夠被氣相淀積在基底902(圖10沒有畫出)兩側(cè)，然后蝕刻成需要的圖型。在列和行的圖型被蝕刻前，基底902應(yīng)當(dāng)按類似于醫(yī)療換能器方式被極化。極化的基底被連接到插座或與可用印刷電路板技術(shù)兼容的多芯片模塊盒。壓電陶瓷矩陣或傳感器陣列1002能夠被空氣等效泡沫或氧化鋁支撐?；蛘咴撝伪辉O(shè)計成與合成物壓電材料在SMrayl上失配，使任何能量耦合只在例如指紋被掃描的傳感器陣列1002 的前表面發(fā)生。應(yīng)當(dāng)指出，圖10中在傳感器陣列1002的上部和下部的導(dǎo)體，按上述方式被交織，以利于要求約100微米間距的焊接技術(shù)。圖11示出按照本發(fā)明實施例的一種識別裝置1100。在優(yōu)選實施例中，裝置1100有物理上較大的壓電陶瓷傳感器陣列1102，足以采集沒有精確地放置在傳感器陣列1102(如約25mm的正方形)上的任何指紋。傳感器陣列1102最好在分辨率上遵從CJIS ANSII NIST 標(biāo)準(zhǔn)(500點每25. 4mm)，且有足以提供256個不同灰度級的像素動態(tài)范圍。如圖11所示，在實施例中，基底1110被附接到印刷電路板1104。傳感器陣列1102 的導(dǎo)體被耦聯(lián)到兩塊集成電路1106和兩塊集成電路1108，它們把傳感器陣列1102耦聯(lián)到本文另行描述的其他電路。集成電路1112是無線收發(fā)信機，它使本發(fā)明實施例作為個人區(qū)域網(wǎng)的一部分能與其他裝置通信。這種連通性允許本發(fā)明實施例把例如標(biāo)準(zhǔn)安全識別和/ 或授權(quán)令牌，提供給需要它或要求它的任何過程或交易。圖11所示連接方案，是能夠用于實現(xiàn)本發(fā)明實施例的另一種連接方案。上面?zhèn)鞲衅麝嚵械拿枋觯墙庹f性的，并不企圖限制本發(fā)明。例如，壓電層752能夠是呈現(xiàn)壓電效應(yīng)的任何材料，包含但不限于壓電聚合物。導(dǎo)體網(wǎng)格706、708、7M和756 能夠是任何導(dǎo)電材料，包含但不限于金屬。同樣，其他類型的保護(hù)材料能夠被用作防護(hù)層 702和758，這對已知本描述的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，是顯而易見的。其他類型的支承作用
8的材料能夠代替支承704或泡沫基底760使用。D.識別裝置例子圖12示出按照本發(fā)明實施例的識別裝置1200。裝置1200包括輸入信號發(fā)生器 1202、傳感器陣列1220、輸出信號處理器1240、存儲器控制器1沈0、以及存儲器1270。傳感器陣列1220分別經(jīng)過復(fù)用器1225A和1225B，被耦聯(lián)到輸入信號發(fā)生器1202和輸出信號處理器1240?？刂破?230控制復(fù)用器1225A和1225B的操作。識別裝置1200的操作在下面
進(jìn)一步描述。在實施例中，輸入信號發(fā)生器1202包括輸入信號發(fā)生器或振蕩器1204、可變放大器1206、和開關(guān)1208。在一個實施例中，振蕩器1204產(chǎn)生20MHz信號，該信號被可變放大器1206放大到低的或高的電壓(如，約4伏或8伏)，要看裝置1200正在操作的模式。 開關(guān)1208用于提供或者是沒有輸入信號、脈沖的輸入信號，或者是連續(xù)波輸入信號。開關(guān) 1208按相關(guān)本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的方式被控制，以產(chǎn)生本文描述的各種類型的輸入信號。如圖12所示，輸入信號發(fā)生器1202產(chǎn)生的輸入信號，通過復(fù)用器1225A被提供給傳感器陣列1220，并被提供給控制器1230和輸出信號處理器1240。傳感器陣列1220的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)在上面已經(jīng)解釋。在優(yōu)選實施例中，傳感器陣列 1220是被設(shè)計成以20MHz輸入信號操作的矩形元件的壓電陶瓷合成物。E.復(fù)用器例子圖13A和1 按照本發(fā)明實施例，示出如何把輸入信號發(fā)生器1202產(chǎn)生的輸入信號施加到傳感器陣列1220，以及如何從傳感器陣列1220接收輸出信號。在一個實施例中， 傳感器陣列1220包括200，000個元件200，被安排成兩維陣列(即，500乘400元件陣列)。 連接到例如陣列1220下部上的元件行的陣列1220的500個導(dǎo)體，或者一次一個或者按各種分組，必須被連接到輸入信號發(fā)生器1202，而連接到陣列1220上部上的列的400條線， 或者一次一條或者按各種組，必須被連接到例如阻抗計或多普勒電路。該任務(wù)是由復(fù)用器 1225完成的。在實施例中，復(fù)用器1225被合并成四個相同ASIC(見圖10)。這四個ASIC包括模擬復(fù)用器、放大器、檢測電路、和邏輯。在優(yōu)選實施例中，送至傳感器陣列1220的輸入信號電壓，被限制為小于8伏，這樣允許ASIC用3微米的幾何尺寸構(gòu)造，并獲得小于5歐姆的開關(guān)阻抗。這些ASIC每一個的四個基本部分是(1)如本文所述的復(fù)用器；(2)放大器/自動增益控制器；(3)多普勒檢測器；和(4)數(shù)字信號處理器(DSP)接口。(2)到(4)項的結(jié)構(gòu)和實施，相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是周知的。在實施例中，復(fù)用器1225包括十七個16:1復(fù)用器，由此按選定給出一個輸出或16 個輸出。復(fù)用器中每一開關(guān)的功能由移位寄存器1302確定，該移位寄存器有272比特長和 2比特寬(見圖13B)。移位寄存器1302的裝入和時鐘由控制器1230實施，控制器1230包括計數(shù)器和邏輯，這是相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的。如圖13A所示，傳感器陣列1220的導(dǎo)體能夠或者被連接到地、信號輸入發(fā)生器1202，或者它們不被連接(高阻抗)。復(fù)用器 1225A是為最低的“接通”電阻設(shè)計的。復(fù)用器1225B把傳感器陣列1220 —側(cè)的所有056 個)導(dǎo)體，連接到一個或十六個傳感節(jié)點。兩個復(fù)用器1225A和1225B都被連接到相同的功能邏輯(即控制器1230)，以便適當(dāng)傳感器元件被選擇和用于，例如電壓傳感。在被選定用于傳感的一個元件或一組元件鄰域中元件的列和行，能夠被切換為接地，以防止耦合或干擾。圖1 按照本發(fā)明實施例，示出如何控制復(fù)用器1225的開關(guān)。如本文所述，被連接到陣列1220的導(dǎo)體的復(fù)用器1225的每一開關(guān)，能夠處于三種狀態(tài)之一被接地、被連接到信號輸入發(fā)生器1202、或斷開(高阻抗)。這能夠例如用兩個CMOS門實現(xiàn)，如圖14所示。 其后，272比特長乘2比特寬的移位寄存器能夠用于控制每一開關(guān)的狀態(tài)。來自控制器1230 的比特被移位進(jìn)入移位寄存器1302，以控制復(fù)用器1225的開關(guān)的狀態(tài)。在實施例中，移位寄存器1302被耦聯(lián)到使用鎖存器的復(fù)用器1225的開關(guān)，因此復(fù)用器開關(guān)的狀態(tài)保持不變， 直到新比特被移位進(jìn)入移位寄存器1302。如何實現(xiàn)該實施例，相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是熟悉的。用于實現(xiàn)復(fù)用器1225功能的其他手段能夠被使用，而不偏離本發(fā)明的范圍。圖14示出按照本發(fā)明實施例的電壓檢測器1244的例子。相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，傳感器陣列1220每一導(dǎo)體中的電壓降，比陣列元件的電壓降大，因為被耦聯(lián)到特定導(dǎo)體的所有元件都從信號源(即輸入信號發(fā)生器120 引出。如果每一元件有500歐姆的阻抗，那么400個元件的并聯(lián)阻抗是1. 25歐姆。然而，通過使用第二復(fù)用器以測量元件的真實輸出電壓，這種狀況能夠得到補償。如從圖14中能夠看到，復(fù)用器1402能夠在復(fù)用器1406開關(guān)之前，用于移動放大器1404的虛零點。如本文所解釋，孔徑的選擇、它們在傳感器陣列1220中的相對位置、以及計劃同時操作的孔徑數(shù)量，都將影響復(fù)用器1225的邏輯的復(fù)雜性。因此，在優(yōu)選實施例中，該邏輯用DSP實施。裝置1200的操作模式，能夠用模式開關(guān)根據(jù)上述四個相同的ASIC而被選擇。 這些模式開關(guān)能夠用于操作開關(guān)1250 (見圖12)，以便把復(fù)用器1225B的輸出引導(dǎo)到輸出信號發(fā)生器1240的適當(dāng)檢測器。阻抗檢測器1M2、信號傳播時間檢測器1M6、以及多普勒頻移檢測器1248的操作，在下面描述。實施這些檢測器功能的電路，已知本文中對它們的描述的相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，是熟悉的。輸出信號處理器1240的輸出是生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)能夠用存儲器控制器 1260存儲在存儲器1270中。圖21是按照本發(fā)明實施例的方法的流程圖。該生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)的使用在下面描述。圖15按照本發(fā)明實施例，示出用于增加掃描速度和使傳感器陣列1500中串?dāng)_最小的手段。如在圖15所見，多個元件能夠是同時有效的，而用于使串?dāng)_最小的第一手段，是把陣列1500的有效的元件在地區(qū)上分開。如本文所解釋，動態(tài)接地方案(即，把有效的元件1502鄰域中的元件1504耦聯(lián)到地)能夠被使用，該方案在有效的元件1502跨越傳感器陣列1500掃描時，與有效元件1502 —起移動。這樣降低與地的電容耦合和電串?dāng)_，同時對所有傳感頻率保持法拉第籠(Faraday Cage)。此外，間隙的填充物能夠被使用以降低串?dāng)_， 從而降低被選定元件1502鄰域中的寄生電流。陣列1500的其他元件，如元件1506，被連接到被斷開的導(dǎo)體。III.本發(fā)明實施例的方法例子圖16是按照本發(fā)明實施例的方法1600的流程圖。方法1600包括兩個步驟1610 和1620。在步驟1610中，生物學(xué)物體，例如手指或手，被貼近壓電陶瓷陣列放置。在步驟 1620中，從傳感器陣列獲得輸出。如在下面的解釋，獲得的輸出被處理，以獲得能夠用于辨別或證實人的身份的生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)，該人的例如手指或手，被貼近傳感器陣列放置。步驟
101610和1620的每一步，下面還就上述裝置1200的各種操作模式進(jìn)一步描述。如本文所述，識別裝置1200按與要獲得的生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)有關(guān)的不同的模式操作。能夠用裝置1200獲得的生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)包含指紋、骨頭映射圖、動脈血流、和/或毛細(xì)血管血流。圖17按照本發(fā)明實施例，示出使用識別裝置1200獲得手指指紋。如在圖17中所見，手指1702被貼近裝置1200的傳感器陣列1220放置。在優(yōu)選實施例中，傳感器陣列 1220類似于壓電陶瓷傳感器陣列700。手指1702的兩個指紋脊1704與保護(hù)防護(hù)層702直接接觸。手指1702的指紋谷 (即凹槽)1706沒有與保護(hù)防護(hù)層702直接接觸。如在圖17中能夠看見，在相鄰的指紋脊 1704之間大約有六個壓電陶瓷元件200。開始，裝置1200處于功率節(jié)省模式。在裝置1200的移動型式中，該模式對延長電池壽命特別有用。當(dāng)手指1702對傳感器陣列1220加力時，喚醒電路1800(見圖18)操作， 以便把裝置1200接通。喚醒電路1800包括電容器1802、二極管1804、和開關(guān)1806。當(dāng)手指1702對壓電陶瓷元件200加力時，電壓借助元件使電容器1802累積電荷而升高。當(dāng)足夠的電荷已經(jīng)被累積時，這樣產(chǎn)生的電壓導(dǎo)致開關(guān)1806被接通。電壓源1808用于一旦開關(guān)1806被接通時向裝置1200供電。功率將繼續(xù)向裝置1200供應(yīng)，直到用斷開電路使電容器1802放電(放電電阻沒有畫出)。在裝置1200喚醒后，裝置1200能夠按或者阻抗檢測模式或者衰減模式(電壓模式)操作，以便從傳感器陣列1220獲得輸出，該輸出被處理以獲得手指1702的指紋。這些模式的每一個在下面解釋。壓電傳感器200的元件的輸出能夠被求和，以確定手指與裝置的接觸點的重心。 手指橫過裝置的任何運動由此能夠被傳感，而傳感器200能夠被用作指針裝置。例如，手指與壓電傳感器200接觸的重心，能夠在互聯(lián)的監(jiān)視裝置上指出。傳感器元件的總和也能夠用于確定用戶是否正在以太輕或太重的力按壓，并把結(jié)果反饋給用戶。圖18所示實施例也能夠被用作在互聯(lián)的監(jiān)視裝置上作出選擇的開關(guān)。例如，如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未畫出)被耦聯(lián)到電容器1802，電容器1802兩端的電壓被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 該數(shù)字信號能夠被用戶交互地用于作出選擇。隨著用戶改變加于傳感器200的壓力，電容器1802兩端的電壓將改變。模數(shù)轉(zhuǎn)換器把該時間變化的電壓，例如轉(zhuǎn)換為00000000(基數(shù) 2)到11111111(基數(shù)2)之間的一系列數(shù)字。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出周期地被抽樣并用于作出和/或指示某一選擇(如，該數(shù)字能夠被輸入到處理器，并用于作出和/或指示特定的選擇)。監(jiān)視裝置上的圖形用戶接口，根據(jù)加于傳感器200的壓力，向用戶提供反饋并向用戶指出，哪一個可能選擇正在被用戶選擇。要改變選擇，用戶簡單地向傳感器200施加要么更大要么更小的壓力。A.阻抗模式圖19按照本發(fā)明實施例，示出被指紋谷1706加載的單個壓電陶瓷元件200的阻抗。在約19. 8MHz的頻率上，被指紋谷加載的元件200的阻抗，約為800歐姆。在20. 2MHz 的頻率上，該阻抗約為80，000歐姆。在20MHz的頻率上，該阻抗約為40，000歐姆。能夠看到，當(dāng)把圖19與圖20比較時，以指紋谷加載的元件200的絕對阻抗，和以指紋谷加載的元件200的阻抗隨頻率的變化兩者，顯著不同于以指紋脊加載的元件200的該兩者。該差別能夠用于從傳感器陣列1220獲得輸出，該輸出能夠被輸出信號處理器1240處理以產(chǎn)生指紋數(shù)據(jù)。圖20按照本發(fā)明實施例，示出被指紋脊1704加載的單個壓電陶瓷元件200的阻抗。在圖20中能夠看到，在約19.8MHz的頻率上，被指紋脊加載的元件200的阻抗，約為 2，000歐姆。在20. 2MHz的頻率上，該阻抗約為40，000歐姆。在20MHz的頻率上，該阻抗約為20，000歐姆。由此，以指紋脊加載的元件200的絕對阻抗，和以指紋脊加載的元件200 的阻抗隨頻率的變化兩者，顯著不同于以指紋谷加載的元件200的該兩者。當(dāng)按阻抗模式操作時，識別裝置1200確定元件200的絕對阻抗和/或元件200 的阻抗隨頻率的變化，以確定給定的元件200是被指紋脊1704加載還是被指紋谷(凹槽)1706加載。為獲得元件200的阻抗的測量，輸入信號發(fā)生器1202被用于產(chǎn)生低電壓脈沖，該低電壓脈沖用復(fù)用器1225A輸入到傳感器陣列1220的元件。在復(fù)用器1225B上獲得的輸出信號，與陣列1220的元件200的絕對阻抗有關(guān)。這些輸出信號被開關(guān)1250路由至阻抗檢測器口42，以確定陣列1220的元件的絕對阻抗的測量。為獲得指紋，只需阻抗檢測器1242能確定給定的元件200是被指紋脊加載還是被指紋谷加載。特定元件200是被指紋脊還是指紋谷加載的這些確定，能夠用于產(chǎn)生代表手指1702的指紋的像素數(shù)據(jù)。該指紋被存儲在存儲器1270中。該指紋還能夠被發(fā)送到其他裝置，如下所述。如果手指1702的指紋被用兩個不同輸入信號頻率掃描兩次，則元件200的阻抗隨頻率的變化能夠被計算。如本文已經(jīng)描述的，元件200的阻抗隨頻率的變化的差別，取決于元件200是被指紋脊還是指紋谷加載。如在圖12中能夠看到的，輸入信號發(fā)生器1202產(chǎn)生的輸入信號，被傳送到輸出信號處理器1240。由此，輸出處理器1240能夠確定被輸入到傳感器陣列1220的信號的頻率和電壓兩者。阻抗檢測器電路(未畫出)能夠用運算放大器(op amp)實施。復(fù)用器1225B的輸出被傳送到運算放大器的負(fù)端口，而被放大信號在輸出端口獲得。如相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知，運算放大器的正端口被耦聯(lián)到地，而電阻被置于運算放大器的負(fù)端口和輸出端口之間。如果輸出端口上被放大的電壓超過預(yù)定閾值電壓，被測量的特定元件200是被指紋脊加載。這是由于如下的事實被指紋脊加載的元件200的絕對阻抗(對給定頻率)， 約為被指紋谷加載的元件200的阻抗的一半。因此，從被指紋脊加載的元件200向運算放大器提供的輸出信號電壓，約為從被指紋谷加載的元件200向運算放大器提供的輸出信號的電壓的兩倍。B.衰減/電壓模式如上面的陳述，裝置1200還能夠按衰減或電壓模式操作，以獲得手指1702的指紋。該操作模式無論傳感器陣列1220是壓電陶瓷陣列(如陣列700)還是壓電膜陣列(如陣列500)都可用。裝置1200的衰減模式，所根據(jù)的原理是，由指紋脊1704加載而給予元件200的能量能夠被傳遞給手指1702，而由指紋谷1706加載而給予元件200的能量不能夠被傳遞給手指1702。在衰減模式中，輸入信號發(fā)生器1202產(chǎn)生的高電壓脈沖信號，用復(fù)用器1225A提供給傳感器陣列1220的元件。圖21示出一個周期的輸入脈沖。然而，輸入信號通常比一個周期更長。在實施例中，輸入信號是約十個周期長。這些輸入信號引起陣列元件振動，并產(chǎn)生聲波。這些聲波能夠從元件通過防護(hù)層傳播到元件之上的指紋脊1704。這些聲波能夠傳送進(jìn)入指紋脊1704，因為防護(hù)層的聲阻抗與手指1702的聲阻抗匹配。沒有由指紋脊1704 和防護(hù)層之間的界面形成的對該聲波的聲學(xué)壁壘。由指紋脊1704加載的給予元件200的能量而由此被耗散。在被指紋谷加載的情形中，給予元件的能量依舊束縛在元件中更長的時間周期。這是因為指紋谷中的空氣起聲學(xué)壁壘的作用。在許多周期之后，從陣列獲得的輸出信號的電壓被確定并處理，以獲得手指1702 的指紋。圖22示出輸出信號的例子。在實施例中，因為由指紋脊1704加載而給予元件的能量，比由指紋谷1706加載而給予元件的能量耗散得更快，所以從被指紋脊1704加載的元件獲得的輸出信號電壓，僅約為輸入信號電壓的1/10。在該實施例中，從被指紋谷1706加載的元件獲得的輸出信號電壓，約為輸入信號電壓的1/2。這一電壓差異能夠被電壓檢測器 1244檢測并處理，以產(chǎn)生手指1702的指紋。實現(xiàn)電壓檢測器1244的手段已在上面描述。 其他手段是相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的。C.多普勒頻移和回波模式識別裝置1200能夠按至少兩種其他模式操作。這些模式是信號傳播時間(回波) 模式和多普勒頻移模式(doppler shift mode)?；夭Ｊ竭€能夠被稱為成像模式。這些模式被用于獲得諸如骨頭映射圖、動脈-靜脈映射圖、動脈血流、和毛細(xì)血管血流的生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)，如下面所描述。這些生物統(tǒng)計學(xué)和/或其他的組合，也能夠被獲得。例如，動脈血流對毛細(xì)血管血流之比，能夠被獲得并用于指示主體的激動狀態(tài)或平靜。圖23按照本發(fā)明實施例，示出如何能夠使用按回波或多普勒頻移操作模式的識別裝置1200，以獲得生物統(tǒng)計學(xué)信息。如本文所描述，高電壓信號能夠被輸入到傳感器陣列 1220的元件以產(chǎn)生聲波。這些聲波通過手指1702傳播并被手指1702的各種特征反射，諸如被手指1702的骨頭、手指1702的指甲、或手指1702中的血流反射。圖M按照本發(fā)明實施例，示出如何使用識別裝置1200獲得三維骨頭映射圖。為產(chǎn)生手指1702的骨頭M02的映射圖，裝置1200按它的回波模式操作。從皮膚表面?zhèn)鞑ミM(jìn)手指1702中的聲波，將從骨頭M02的骨頭結(jié)構(gòu)被反射。該結(jié)構(gòu)能夠從它引起的大的回波振幅被識別。因為回波傳播時間是傳感器到骨頭距離的測量，所以骨頭M02形狀的三維映射圖能夠被獲得。為獲得骨頭M02的映射圖，高電壓脈沖輸入信號由輸入信號發(fā)生器1202產(chǎn)生，并被提供給陣列1220的元件。該輸入信號使元件產(chǎn)生傳播進(jìn)手指1702中的聲波。如圖M 所示，只有陣列1220的某些元件200在任何給定時間有效地產(chǎn)生聲波。按照本發(fā)明，并如本文所述，有效聲波發(fā)射和接收孔徑，被用控制器1230和復(fù)用器1225配置成跨越傳感器陣列1220并在其上移動(掃描)。產(chǎn)生的聲波傳播通過手指1702，并被骨頭M02的結(jié)構(gòu)反射。這些反射的聲波其后被接收孔徑檢測。聲波的傳播時間被裝置1200的檢測器1246獲得并被用于檢測骨頭結(jié)構(gòu)是否被定位在離陣列1220的各種距離上。如相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知，該操作模式類似于雷達(dá)如何操作。聲波波長和選定的孔徑，定義發(fā)射和接收聲束形狀。各種孔徑大小和聲束方向性， 能夠按照本發(fā)明形成。圖25按照本發(fā)明實施例，示出能夠用于獲得骨頭M02的骨頭映射圖的聲束方向性例子。其他的聲束也能夠被使用。圖沈按照本發(fā)明實施例，示出如何使用識別裝置1200獲得動脈血流信息。手指
131702的動脈沈02和毛細(xì)血管沈04被展示。如在圖沈中所見，動脈血流平行于傳感器陣列 1220的表面。動脈血流數(shù)據(jù)是在裝置1200按多普勒頻移模式操作時，從裝置1200獲得的。要接收從流進(jìn)動脈2602的紅血細(xì)胞向后散射的多普勒頻移信號，傳感器陣列1220的發(fā)射和接收方向性聲束的圖型，必須形成一個或多個重疊的體積沈06。圖27按照形成重疊體積沈06的本發(fā)明實施例，示出發(fā)射孔徑^lOA和接收孔徑 2610Bo 一種建立發(fā)射孔徑^lOA和接收孔徑^lOB的方案，是使孔徑小于約六個波長的正方形(如，300微米或在一邊上六個元件)，且按兩個波長(600微米)的間距隔開。這些孔徑以約30度建立側(cè)聲束或光柵瓣，并在適合用于檢測動脈血流的深度上形成重疊區(qū)沈06。 圖觀按照本發(fā)明實施例，示出由這種孔徑形成的發(fā)射和/或接收聲束。其他孔徑也能夠被使用。光柵瓣能夠以其被建立的角度，受孔徑之間間距與產(chǎn)生的聲波波長之間的比控制，如已知本文描述的相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知。如在圖沈和27中所見，孔徑^lOA產(chǎn)生的聲學(xué)能量，被動脈沈02中流動的血液細(xì)胞散射并在孔徑2610B被接收。向構(gòu)成孔徑^lOA的陣列1220的元件提供的輸入信號， 是高電壓的連續(xù)波信號。該輸入信號也作為多普勒頻移檢測器1248的參考信號提供給輸出信號處理器1240。該輸入或參考信號被多普勒頻移檢測器1248與從孔徑^lOB接收的輸出信號混合，以獲得多普勒頻移信息。用于實現(xiàn)多普勒頻移檢測器1248的電路，相關(guān)領(lǐng)域是熟知的，因此這里不再重述。圖四按照本發(fā)明實施例，示出如何使用識別裝置1200獲得毛細(xì)血管血流信息。如在圖四中所見，毛細(xì)血管血流是沿垂直于傳感器陣列1220表面的方向。要把毛細(xì)血管血流與動脈血流分開，九個元件(3乘3，150微米的正方形)的多個孔徑能夠被選定。該孔徑將建立靈敏度的非常小而封閉的區(qū)域，該孔徑能夠在傳感器1220的許多部分中同時被復(fù)制。 該孔徑的靈敏度，能夠通過把多個孔徑的多普勒信號加在一起而被增大。該靈敏度孔徑被聚焦在最接近陣列1220表面的手指1702的第一個半毫米中。圖30按照本發(fā)明實施例，示出能夠用于檢測毛細(xì)血管血流的發(fā)射和/或接收聲束方向性。當(dāng)使用裝置1200檢測血流時，使用脈沖多普勒實施例的優(yōu)點是，有同一孔徑執(zhí)行發(fā)射和接收兩種功能。此外，通過選通接收的信號，只有從輪廓分明的樣本體積得到的向后散射的信息被分析，以獲得血流圖型。圖31是使用裝置1200獲得生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)的更詳細(xì)方法3100的流程圖。方法 3100參照有壓電膜傳感器陣列的裝置1200的特定實施例描述。在步驟3102，裝置1200被喚醒，而壓電膜傳感器陣列1220被切換到檢測初始像素或一組像素。控制器1230切換復(fù)用器1225A和1225B到指定的初始像素或一組像素。在一個例子中，壓電膜傳感器陣列1220是512乘512像素陣列。復(fù)用器1225A和1225B，各被用于在被檢測的初始像素或一組像素的指定地址上尋址和/或選擇特定網(wǎng)格線(導(dǎo)體)。在步驟3104，輸入信號被施加于壓電膜陣列1220。脈沖按一個30MHz周期被施加。 振蕩器1204產(chǎn)生30MHz的振蕩信號。復(fù)用器1225A把該輸入脈沖轉(zhuǎn)發(fā)到初始像素或一組像素。該輸入信號還被送至控制器1230和輸出信號處理器1240。在步驟3106，輸出信號從壓電膜陣列1220被獲得。輸出信號處理器1240在檢測該像素上的信號之前，等待許多周期。例如，響應(yīng)從輸入信號發(fā)生器1202發(fā)送的信號，輸出信號處理器1240在該輸入脈沖被加于該像素(或一組像素)之后，等待許多周期。在步驟 3108，當(dāng)?shù)却Y(jié)束時，電壓例如用電壓檢測器1244評估。例如，一個30MHz周期對應(yīng)于約33納秒。該等待能夠接近5個周期或150納秒。 其他的等待持續(xù)時間(如，更多或更少數(shù)量的周期)能夠被使用，要看振蕩器頻率和/或其他設(shè)計考慮。如上所述，由于存在指紋脊，該等待允許振鈴振蕩(ring down oscillation) 出現(xiàn)，以響應(yīng)在該像素上被施加的電脈沖。在步驟3108，被濾波的電壓由輸出信號處理器1240評估，而代表被檢測電壓的灰度級或二進(jìn)制像素值被輸出(步驟3110)。濾波器電路(未畫出)是帶通濾波器，它對輸出電壓濾波，以便在圍繞約30MHz頻率為中心的通帶中檢測輸出電壓信號。該灰度級或二進(jìn)制像素值被輸出到存儲器控制器1260，供存儲在圖像存儲器1270中。在一個例子中，該輸出的灰度級或二進(jìn)制像素值，被存儲在圖像存儲器1270中與該被檢測像素對應(yīng)的地址中。在步驟3112，為確定掃描是否完成，要進(jìn)行校驗。換句話說，進(jìn)行校驗是為確定 500乘400的傳感器陣列1220中是否每一像素已經(jīng)被掃描，以及對應(yīng)的輸出值是否已經(jīng)存儲和累積在圖像存儲器1270中。如果掃描完成，則程序結(jié)束。然后，信號或其他指示能夠被產(chǎn)生，并從裝置1200輸出，以指示例如指紋圖像已經(jīng)成功被采集。如果掃描沒有完成，則壓電膜傳感器陣列1220被切換到檢測下一個像素或下一組像素(步驟3114)。控制然后返回到在下一個像素或下一組像素上執(zhí)行步驟3104到3112。如上所述，壓電膜傳感器陣列1220能夠被復(fù)用器1225A和1225B切換，以檢測單個像素或一組像素上的電壓值。一般說來，用于掃描像素的任何圖型能夠被使用。例如，像素的光柵掃描能夠被執(zhí)行。像素能夠被逐行或逐列掃描。在一個優(yōu)選例子中，當(dāng)多組像素在給定瞬間被讀出時，像素組中的每一像素被分開預(yù)定的距離。這樣，來自鄰域像素中振鈴振蕩的干擾作用被最小化或避免。在一個例子中，以給定周期被檢測的像素，被分開至少8個像素的最小距離。這樣，相鄰像素之間的任何振鈴振蕩被顯著衰減。IV.本發(fā)明應(yīng)用例子A.生物統(tǒng)計學(xué)采集裝置圖32示出按照本發(fā)明實施例的生物統(tǒng)計學(xué)裝置3202。裝置3202有按照本發(fā)明的傳感器陣列3204。裝置3202特別適合用于獲得和存儲按照本發(fā)明的指紋數(shù)據(jù)。裝置3202 預(yù)計例如供執(zhí)法的職員使用。B.移動生物統(tǒng)計學(xué)采集裝置圖33示出按照本發(fā)明實施例的移動生物統(tǒng)計學(xué)裝置3300。裝置3300在該裝置的一端有按照本發(fā)明的傳感器陣列3302，而在相反端有手柄3306。該裝置的電路被定位在裝置的部分3304中。裝置3300靠電池操作。裝置3300也預(yù)計例如供執(zhí)法部門的職員使用。C.無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置圖34示出按照本發(fā)明實施例的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3400。裝置3400是預(yù)計供普通民眾使用的例如電子簽名裝置。按照本發(fā)明，裝置3400有傳感器3402，用于獲得生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)，諸如指紋。裝置3400還被展示出有三個指示器燈3404，用于向用戶傳遞fe息。圖35示出無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3400的更詳細(xì)視圖。如在圖35中能夠看到，傳感器3402由電池3504供電。裝置3400有能夠用于向或從其他裝置發(fā)送信息或接收信息的天線3502。裝置3400能夠被做成與藍(lán)牙無線技術(shù)兼容。鑰匙圈3506能夠被附著于裝置3400。如圖36和37所示，裝置3400有多種可能的用途。D.電子售賣和/或交易圖36示出使用無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3400完成電子售賣交易。在交易的步驟1，裝置3400用于獲得需要購買的個人的指紋。然后，裝置3400把該指紋發(fā)送到與現(xiàn)金出納機3602耦聯(lián)的裝置(步驟2、，該被耦聯(lián)的裝置把指紋發(fā)送到第三方驗證服務(wù)3604 (步驟3)。第三方驗證服務(wù)使用接收的指紋，通過把接收的指紋與存儲在數(shù)據(jù)庫的指紋數(shù)據(jù)匹配，以驗證購買者的身份(步驟4)。購買者的身份于是能夠被發(fā)送到現(xiàn)金出納機3602(步驟5)和信用卡服務(wù)3606(步驟6)。信用卡服務(wù)使用來自第三方驗證服務(wù)的數(shù)據(jù)，以證實從現(xiàn)金出納機3602接收的售賣信息(步驟7)，并阻止信用卡的未授權(quán)的使用。一旦現(xiàn)金出納機3602收到購買者的身份驗證和購買者被授權(quán)使用的信用卡服務(wù)的驗證，現(xiàn)金出納機 3602能夠通知裝置3400發(fā)送信用卡號碼(步驟8)。其后，現(xiàn)金出納機3602能夠把信用卡號碼發(fā)送到信用卡服務(wù)3606 (步驟9)，該信用卡服務(wù)3606于是把款項轉(zhuǎn)移到賣方銀行賬戶 (步驟10)，以完成售賣交易。這些步驟是裝置3400如何能夠被用作電子簽名裝置的示例， 但不企圖限制本發(fā)明。E.其他無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置的應(yīng)用圖37示出無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3400十分適合的其他應(yīng)用。例如，裝置 3400能夠用于大廈進(jìn)入控制；執(zhí)法；電子商務(wù)；金融交易安全；跟蹤雇員時間和出勤；控制進(jìn)入法律的、個人的、和/或醫(yī)療的記錄；運輸安全；電子郵件簽名；控制信用卡和ATM卡的使用；文件安全；計算機網(wǎng)絡(luò)的安全；報警控制；以及個人的識別、辨別和驗證。這些只不過是具體到裝置3400許多有用的應(yīng)用中的幾個，而本發(fā)明是普遍的。裝置3400和本發(fā)明的另外的應(yīng)用，對已知本發(fā)明的本文描述的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，是顯而易見的。F.個人區(qū)域網(wǎng)應(yīng)用如本文所描述，本發(fā)明實施例能與作為微微網(wǎng)一部分的其他裝置互作用。圖38示出按照本發(fā)明的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800的一個實施例。裝置3800包括與上述裝置1200類似的生物統(tǒng)計學(xué)裝置、DSP芯片3802、藍(lán)牙芯片3804、顯示器3806、以及電池 3808。如上所述，裝置1200有按照本發(fā)明的壓電陶瓷傳感器陣列700和四個復(fù)用器1225。生物統(tǒng)計學(xué)裝置1200被耦聯(lián)到DSP 3802。DSP 3802控制裝置1200和存儲生物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)。DSP 3802還被耦聯(lián)到用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的藍(lán)牙芯片3804。顯示器3806用于向裝置3800的用戶傳遞信息。裝置3800由電池3808供電。如相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知，藍(lán)牙是一種協(xié)定，該協(xié)定支持短程無線通信技術(shù)的協(xié)議和硬件。本發(fā)明不限于只實施藍(lán)牙技術(shù)。其他的無線協(xié)議和硬件也能夠被使用。無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800使個人能在裝置3800的約30英尺內(nèi)與兼容裝置通信。裝置3800能夠連接到例如電話、蜂窩電話、個人計算機、打印機、氣泵、現(xiàn)金出納機、自動出納機(ATM機)、門鎖、汽車、等等。因為裝置3800能夠連接到微微網(wǎng)，或叫pico net內(nèi)任何兼容的裝置并與之交換信息或數(shù)據(jù)，所以裝置3800能向任何裝置輸送標(biāo)準(zhǔn)化的安全識別或授權(quán)令牌，或用于必需它或要求它的任何過程或交易。G.公共服務(wù)層應(yīng)用
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本發(fā)明提供一種在藍(lán)牙疊層中高層的“公共服務(wù)層”(PSL)。對在通信上相互耦聯(lián)的藍(lán)牙裝置，該PSL層使識別和進(jìn)入控制合理化。在實施例中，PSL層根據(jù)指紋掃描器提供的指紋生物統(tǒng)計學(xué)信號，支持授權(quán)和識別。在一個例子中，無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800能夠與包含藍(lán)牙協(xié)議疊層的藍(lán)牙模塊一道使用，以提供指紋生物統(tǒng)計學(xué)信號。如見 Jennifer Bray 禾口 Charles Sturman,在藍(lán)牙· TM. Connect without Cables， Prentice-Hall, Upper Saddle River，N. J. 2OOl (本文引用全書內(nèi)容，供參考)中及 Brent Miller 禾口 Chatschik Bisdikian 在藍(lán)牙 Revealed，Prentice-Hall，Upper Saddle River, N. J. 2001(本文引用全書內(nèi)容，供參考)中對藍(lán)牙模塊、協(xié)議疊層、和依從裝置的說明。在實施例中，PSL層的功能由協(xié)議(亦稱規(guī)范)定義。PSL層在微微網(wǎng)中解釋來自裝置的簡單的請求，并按預(yù)定形式以附有能力和能力等級的確認(rèn)回復(fù)。藍(lán)牙設(shè)備的供應(yīng)商能夠在本發(fā)明的PSL層中添加服務(wù)，以增強他們產(chǎn)品的特征。PSL層在大多數(shù)情形中，對裝置的正常功能透明地起作用，直到請求該裝置支持的功能組中一種功能的PSL請求被廣播。一種支持重復(fù)廣播未被滿足的請求的最低等級在擴大的分散網(wǎng)幫助下，最終找到有被請求功能的裝置。這樣，在請求的裝置范圍以外的其他裝置能夠被聯(lián)絡(luò)，以滿足該PSL請求。圖39是按照本發(fā)明把藍(lán)牙裝置3910、3920耦聯(lián)的微微網(wǎng)3900例子的圖。裝置藍(lán)牙是有公共服務(wù)層和藍(lán)牙疊層或芯片組的指紋掃描器。公共服務(wù)層能夠支持授權(quán)和識別。 裝置3920是任何藍(lán)牙設(shè)備。裝置3920包含PSL層和藍(lán)牙疊層或芯片組。微微網(wǎng)3900能夠包含在微微網(wǎng)的區(qū)域內(nèi)、在分散網(wǎng)(scatter net)內(nèi)的任何數(shù)量的藍(lán)牙裝置、或者通過其他通信鏈路把任何數(shù)量的藍(lán)牙裝置耦聯(lián)到微微網(wǎng)。完成某項任務(wù)可能要求許多功能在分布的藍(lán)牙設(shè)備叢間協(xié)調(diào)地執(zhí)行。用戶可能必須購買并安裝足夠的設(shè)備以覆蓋任務(wù)中所有功能。PSL方案能夠使效率和費用節(jié)省，因為設(shè)備可以在用戶之間共享，且在一些情形中提供多種用途。PSL層操作的一個例子，是人體進(jìn)入控制。無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3902的 PSL層發(fā)送或廣播一個或多個請求進(jìn)入的信號。PSL層中這種請求進(jìn)入的信號，能夠包含提取/匹配/進(jìn)入，和代表從安保邊界(secured perimeter)之外經(jīng)由藍(lán)牙檢測的指紋數(shù)據(jù)的請求。有藍(lán)牙在安保區(qū)域內(nèi)的臺式PC中的PSL層，從無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3902 接收該提取/匹配/進(jìn)入的請求，并與可能存儲在服務(wù)器中的個人數(shù)據(jù)庫匹配指紋數(shù)據(jù)，和向大門發(fā)送進(jìn)入許可。其后，藍(lán)牙門鎖打開，任務(wù)被完成。被示出的節(jié)省有使用供其他目的使用的臺式PC、執(zhí)行進(jìn)入控制功能、時間和出勤、個人跟蹤和安保。唯一的專用硬件是藍(lán)牙門鎖，而PC和無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置 3800用于其他任務(wù)。安裝費用是極少的，方便的記錄保持，且數(shù)據(jù)庫管理也是極小的。涉及該任務(wù)的三個設(shè)備可以從不同的供應(yīng)商購買，只要告訴供應(yīng)商PSL標(biāo)準(zhǔn)。指紋提取/匹配/進(jìn)入的功能，可以是圖型、細(xì)節(jié)、局部的或中樞的或甚至在任何時間為更高的安全和方便等等而改變，并不影響門鎖或無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800。諸如燈、空調(diào)、電話的關(guān)閉或接通，需要時全部都可以添加到該任務(wù)中。節(jié)省方面的另一個優(yōu)點是更新?lián)Q代。裝配有藍(lán)牙門鎖、藍(lán)牙空調(diào)、藍(lán)牙煙霧檢測器、藍(lán)牙照明等等的大廈，可以用生物統(tǒng)計學(xué)控制進(jìn)行更新，無需安裝費用。諸如煙霧報警和燈具等設(shè)備，能夠用作報警和把微微網(wǎng)擴展成分散網(wǎng)，該分散網(wǎng)將填補公園、花園、停車場中的空白，在遠(yuǎn)程區(qū)域中為安全性增加一種門衛(wèi)功能。電話可以與藍(lán)牙PSL功能一起銷售，意思是，它們?nèi)绻盏骄o急事件代碼，能夠撥打911。藍(lán)牙PSL可以使功能被編程為撥打私人緊急事件服務(wù)的特定號碼。協(xié)議可以被定義成在FIFO中的登錄事件，這樣失效的報警可以被跟蹤并被最小化。在一個實施例中，PSL規(guī)范可以有如下被標(biāo)識的單元。十進(jìn)制文檔系統(tǒng)被包含。對某一功能的請求被廣播，該功能能夠以十進(jìn)制數(shù)那樣明確地置于請求中。這樣，如果裝置如預(yù)期那樣可用，制造商能夠在他的裝置叢中保持該任務(wù)。如果請求沒有被所要求的準(zhǔn)確功能號碼(FN)服務(wù)，則分散網(wǎng)中下一個最接近的FN被使用。FN的簇圍繞擴大的區(qū)域被使用。例如，燈具能夠有551.沈3的FN，它表示，500是公用設(shè)施(facility utility)、 550是燈、551是插銷、551. 2是臺燈、551.沈是鹵素低壓燈、551. 263是由個人或公司自制的 (不排他的)。對接通263的這種特定功能的請求，可以由557. 789的墻壁的霓虹燈服務(wù)，因為這是在此時所有可用的服務(wù)且是數(shù)字上最接近的號碼，盡管限于55X照明的一組號碼。FN 551. 能夠在PSL規(guī)范中被定義，其后的數(shù)字供制造商使用且可以被登記。這樣，照明制造商可以為PC提供精心安排視覺效果的軟件。請求裝置或PSL管理器(微微網(wǎng)主裝置)可以在分散網(wǎng)中仲裁，使請求和功能匹配。PSL還能夠定義功能如何被分配的結(jié)構(gòu)。FN允許人們以最小的努力與門鎖供應(yīng)商協(xié)商。PSL還給予其他設(shè)備的制造商對其中無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800可以發(fā)揮關(guān)鍵作用的任務(wù)實施方案的洞察力。在一個例子中，PSL中的功能號碼按請求和功能適應(yīng)性被分組，如100緊急事件200 通信300 安全400位置上的500公用設(shè)施600 娛樂700計算和信息800 運輸900 雜項在一個例子中，子功能組被定義如下210因特網(wǎng)連接(用于傳遞憑證到局域DB)310經(jīng)由PIN的個人識別311經(jīng)由簽名的個人識別312經(jīng)由指紋的個人識別313經(jīng)由聲音的個人識別314經(jīng)由面孔的個人識別315經(jīng)由眼睛的個人識別
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342指紋特征提取匹配520 門鎖550 照明請求和事件也能夠在PSL規(guī)范中使用。斷開/接通/更多/更小是普適的請求。用戶特定請求將不在規(guī)范中。諸如ACK、 NAC的事件，也能夠添加到PSL規(guī)范中。請求和確認(rèn)的協(xié)議或結(jié)構(gòu)，包含如下按分組被廣播的特征。(a) PSL指示該分組是PSL功能請求。(b)FUNCTION NUMBER(功能號碼)指示被請求的功能。(c)REQUE指示要執(zhí)行的操作(斷開/接通，鎖住/開鎖)。(d) KEYS (鑰匙)證實分組的權(quán)利。(e) PAYL0AD (有效負(fù)載)數(shù)據(jù)，如果可應(yīng)用的話PSL規(guī)范能夠但不一定必需重復(fù)加密、誤差校驗等等的藍(lán)牙結(jié)構(gòu)。下面一系列例子足以說明PSL層在真實世界的諸多應(yīng)用救命，我摔倒了，我不能站起來。a)我壓下我的藍(lán)牙報警按鈕，緊急事件服務(wù)被請求。b)分散網(wǎng)中的PC連接到萬維網(wǎng)并執(zhí)行呼叫合同服務(wù)供應(yīng)方(等級一(推薦等級) 藍(lán)牙服務(wù))，或者此外或者在失效時，下一等級出現(xiàn)。c)電話以藍(lán)牙呼叫911或有被記錄消息的服務(wù)提供方(等級二的藍(lán)牙服務(wù))，或者在失效時，下一等級出現(xiàn)。d)用藍(lán)牙的火災(zāi)報警啟動(等級三，非推薦，但它是可應(yīng)用的藍(lán)牙服務(wù))，或者在失效時，下一等級出現(xiàn)。e)煙霧檢測器啟動，是音頻報警，希望吸引注意(等級四，非推薦，但它是可應(yīng)用的藍(lán)牙服務(wù))f)分散網(wǎng)內(nèi)的汽車啟動它的喇叭并閃爍它的燈，報警有人處于緊急情況。(等級五，非推薦，但它是可應(yīng)用的藍(lán)牙服務(wù))我希望進(jìn)入我的辦公室。a)我壓下我的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800。b)無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800請求和協(xié)商來自PC的指紋識別功能，該PC 有連接到辦公室服務(wù)器的藍(lán)牙。c)然后，服務(wù)器授權(quán)帶有藍(lán)牙的門鎖松開鎖閂。我希望通過空港a)行李以非名譽ID經(jīng)由柜臺(kiosk)登記b)以ID在柜臺(kiosk)分派座位和登機卡(gate pass)c)以ID索取行李電視節(jié)目可以廣播到藍(lán)牙TV，后者將對藍(lán)牙家庭增加效果，有助于Friday the 13th的未來版本。我希望進(jìn)行基于保證金的大宗貿(mào)易。a)我經(jīng)由連到我的PC的無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置3800，驗證我的身份
b)PC請求附加的GPS定位，以登錄貿(mào)易驗證。用途的其他例子，對已知本發(fā)明本文描述的相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，將是顯而易見的。按照本發(fā)明的公共服務(wù)層，能夠與任何無線收發(fā)信機生物統(tǒng)計學(xué)裝置一道使用，這些裝置包含任何類型指紋掃描器。例如，能夠被使用的指紋掃描器包含，但不限于，基于硅的指紋掃描器，光學(xué)指紋掃描器，壓電指紋掃描器，壓電膜指紋掃描器和壓電陶瓷指紋掃描器。
圖40是交錯發(fā)射/接收換能器4000的圖例，它能形成圖27所示的發(fā)射孔徑沈10八和接收孔徑^10B。圖40僅僅是孔徑^lOB的示例性實施例。在圖40中，發(fā)射/接收孔徑陣列4000包含在換能器子結(jié)構(gòu)4006上側(cè)的有效接收子孔徑線4002和有效發(fā)射子孔徑線 4004。接地電極4008被形成在換能器結(jié)構(gòu)4006的下側(cè)。操作期間，有效的接收子孔徑線4002和有效的發(fā)射子孔徑線4004被交替開關(guān)，以便沿掃描方向4010發(fā)射和接收。就是說，在接收期間，接收子孔徑線4002按接收模式被激活。在發(fā)射期間，發(fā)射子孔徑線4004按發(fā)射模式被激活。交替地開關(guān)(即交錯)接收子孔徑線4002和發(fā)射子孔徑線4004，確保這些線的每一條被配置成，檢測與例如獲得毛細(xì)血管血流有關(guān)的信息的相同體積。更準(zhǔn)確地說，圖40所示換能器4000促進(jìn)幾乎同時發(fā)射和接收代表血流信息的聲波。在常用的使用相同孔徑線發(fā)射和接收的換能器中，發(fā)射和接收之間存在靜寂時間。就是說，在換能器發(fā)射之后，有數(shù)微秒是不能接收的。該靜寂時間能夠表示高達(dá)數(shù)毫米的組織深度不能被測量，這最終影響任何測量的精度。然而，圖40的交錯發(fā)射/接收換能器4000提供的好處，是用單個換能器表面(如， 換能器子結(jié)構(gòu)4006的上側(cè))提供兩個分開的換能器。在本發(fā)明中，接收子孔徑線4002能夠立刻接收發(fā)射子孔徑線4004開始的發(fā)射。這是因為由接收子孔徑線4002和發(fā)射子孔徑線4004形成的電通道，被分別專用于接收和發(fā)射。所以，圖40所示本發(fā)明實施例提供接近組織深度成像的優(yōu)點。圖41是按照本發(fā)明實施例構(gòu)造的單線擦過式指紋傳感器陣列4100的圖例。圖 41的單線擦過式指紋傳感器陣列4100，包含許多傳感器4101，這些傳感器能夠總計約一千四百個或略少。如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知，傳統(tǒng)的擦過式傳感器陣列，通常包含五萬個或更多傳感器。傳感器陣列4100是靠用戶把生物統(tǒng)計學(xué)手指(digit)，諸如手指，從傳感器陣列4100的一側(cè)4102移動到傳感器陣列4100的另一側(cè)4101操作的。圖42是按照本發(fā)明另一個實施例構(gòu)造的NXM擦過式指紋傳感器陣列4200的圖例。圖42的傳感器陣列4200促進(jìn)用于指紋分析的重疊區(qū)的建立。這些重疊區(qū)，例如允許頗為復(fù)雜的指紋相關(guān)程序的使用，諸如那些根據(jù)Rnirier分析的程序。圖43是在本發(fā)明實施例中進(jìn)行的柱體(如傳感器)阻尼的圖例，諸如圖42的NXM 傳感器陣列4200。更準(zhǔn)確地說，在圖43的例子中，傳感器陣列4200的片段4300被示出。 片段4300包含，例如NXM矩陣4200的傳感器4302、4304和4306。圖3的片段4300被給出，以表明發(fā)射的波如何能夠被部分吸收進(jìn)手指的組織中以測量對應(yīng)的指紋。在圖43中，例如，指紋片段4308包含脊4310和4312，以及谷4314。當(dāng)指紋片段 4308與傳感器(如柱體)，諸如傳感器4302、4303和4306接觸時，該接觸建立摩擦。在以指紋的谷，諸如谷4314所代表的空氣中，該摩擦非常小。在以指紋的脊，諸如脊4310和4312代表的組織中，該摩擦大得多。由于向振動的傳感器，諸如傳感器4302、4304和4306之一施加摩擦，該摩擦被阻尼。該阻尼導(dǎo)致振幅的變化和它的阻抗變化，這些變化能夠被記錄并用于測量指紋。該原理被本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員稱為振鈴(ringing)。在圖43中，該振鈴由傳感器4302、4304和4306上部和下部的箭頭長度代表。例如，脊4301與傳感器4302的表面接觸。該接觸建立摩擦，導(dǎo)致振鈴。該振鈴被阻尼，以較短的箭頭4316代表。相反，谷4314緊貼傳感器4304的表面。傳感器4304因為沒有負(fù)載，所以沒有摩擦阻尼它的振蕩而有更擴張振動的能力。這種相互作用由更長的箭頭4318代表。 脊4312與傳感器4306接觸，它的振動被這種接觸阻尼。該阻尼再次由較短的箭頭4320代表。當(dāng)傳感器4302、4304和4306在空氣中自由振蕩，而不是被脊4308和4312阻尼時，關(guān)聯(lián)的振動振幅大得多。圖44是按照本發(fā)明實施例被配置成雙平面成像的孔徑4400的圖例。在圖44中， 正交成像平面被獲得，同時把有效孔徑的作用從上電極切換到下電極或反過來。上和下電極之間的這種切換，建立例如指紋圖像的多維視圖?？讖?400包含換能器結(jié)構(gòu)4402，而圖上示出的分別是在示例性的第一和第二時間段4404和4406期間。在示例性的第一時間段4404期間，來自一組上側(cè)孔徑線4408中間的一組最左邊的子孔徑線4407，被配置成沿掃描方向4409有效地發(fā)射。另外，在第一時間段4404期間， 換能器結(jié)構(gòu)4402的下側(cè)子孔徑線4410被接地。因此，作為例子，第一時間段4404借助使用該組子孔徑線4408和把子孔徑線4410接地，開始自左至右的有效發(fā)射，采集圖像的第一快照。在第二時間段4406期間，來自下側(cè)子孔徑線4410中間的一組下部子孔徑線4412， 被配置成沿掃描方向4413有效地發(fā)射。另外，在第二時間段4406期間，上側(cè)子孔徑線4408 被接地。因此，作為例子，第二時間段4406借助按向上和向下方式，開始以該組子孔徑線 4412和把子孔徑線4408接地，繼續(xù)有效發(fā)射，以采集圖像的第二快照。在另一段隨后時間段(未畫出)中，子孔徑線4408的第一孔徑4416被消激活，而另一子孔徑線4418被激活，促進(jìn)沿掃描方向4409自左至右的掃描。在該另一段隨后時間段期間，所有下側(cè)子孔徑線4410被接地。該過程持續(xù)到最后的上側(cè)子孔徑線4420被激活為止，然后該過程重復(fù)。類似地，在又一段時間段(未畫出)中，第一下側(cè)子孔徑線4422被消激活而另一下側(cè)子孔徑線44M被激活。該過程持續(xù)到最后的下側(cè)子孔徑線4似6被激活為止，然后該
過程重復(fù)。在又一周期的時間段(未畫出)期間，孔徑4400按上述有效發(fā)射過程相同的方式，被配置成有效地接收。所有時間段當(dāng)依次被組合時，形成雙平面成像過程。該雙平面成像過程產(chǎn)生陣列， 促進(jìn)在換能器結(jié)構(gòu)4402上側(cè)的自左至右的掃描，還有在換能器結(jié)構(gòu)4402下側(cè)的自上下掃描。在該過程期間，子孔徑線4408和4410的接地作用是反過來的。該過程提供例如指紋圖像的多維視圖。與此同時，它使換能器簡化并降低結(jié)構(gòu)所需電子裝置的量，最終降低換能器的成本。圖45繪出按照本發(fā)明實施例的沿水平方向4502的線性電子切換掃描的圖例
214500。更準(zhǔn)確地說，在圖例4500中，掃描聲束按順序方式沿水平方向4502移動。在圖45中，孔徑結(jié)構(gòu)4504包含上側(cè)的子孔徑線4506和下側(cè)的子孔徑線4508。在圖45的實施例中，下側(cè)的子孔徑線4508全部接地。在第一時間段4510期間的操作中，子孔徑線4506被選定的相鄰各子孔徑線，被用于形成子孔徑4512。作為例子，在該第一時間段4510期間，第一子孔徑4512被用于形成掃描聲束，該掃描聲束在第一掃描期間收集物統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)，例如，一部分指紋。在該第一掃描期間，聲束使用收集的數(shù)據(jù)形成第一圖像，然后在隨后時間段4514期間，切換到隨后聲束。在隨后時間段4514期間，子孔徑線4506不同的被選定的相鄰各子孔徑線，被用于形成子孔徑4516。就是說，在時間段4514期間，孔徑結(jié)構(gòu)4510切換到下一束聲束。更準(zhǔn)確地說，在時間段4514期間，子孔徑4516形成代表沿方向4502(8卩，自左至右)掃描的水平運動的另一束聲束。該過程重復(fù)，直到在時間段4518期間最后子孔徑4520被形成為止，該子孔徑4520包含子孔徑線4506最后被選定的相鄰各子孔徑線，這些子孔徑線組合成最后掃描聲束。雖然在子孔徑4512、4516和4520的例子中使用三根線，但在實踐中，任何合適數(shù)量的子孔徑線能夠被使用。結(jié)束語雖然本發(fā)明各種實施例已經(jīng)在上面描述，但應(yīng)當(dāng)理解，它們只是作為例子而不是限制給出。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離所附權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明的精神和范圍下，可以對描述中的形式及細(xì)節(jié)作出各種變化。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不受上述示例性實施例的任何限制，只按照下面的權(quán)利要求書及其等價敘述定義。
權(quán)利要求
1.一種有第一和第二表面的換能器，包括第一電極線，順著第一表面沿第一方向被定位，并被配置用于接地；和第二電極線，順著第二表面沿垂直于第一方向的方向被定位；其中該第二電極線被配置成按交錯方式在接收和發(fā)射之間切換。
2.權(quán)利要求1的換能器，其中被配置用于接收的線和被配置用于發(fā)射的線，被配置用于交替地接收和發(fā)射。
3.—種生物統(tǒng)計學(xué)傳感設(shè)備，包括有少于一萬四千個壓電陶瓷元件的壓電陶瓷傳感器，這些壓電陶瓷元件被安排成陣列并以等于或小于約二百微米的間距被隔開，以檢測貼近所述陣列的手指的特征；和與所述傳感器耦聯(lián)的處理器，該處理器從所述傳感器接收數(shù)據(jù)并產(chǎn)生代表該手指的特征的輸出；以及輸入信號發(fā)生器，該輸入信號發(fā)生器在所述少于一萬四千個壓電陶瓷元件兩端施加AC電壓信號。
4.一種有第一和第二表面的換能器，包括第一電極線，順著第一表面沿第一方向被定位；和第二電極線，順著第二表面沿垂直于第一方向的方向被定位；其中發(fā)射和接收功能交替地在第一和第二電極線之間切換。
5.權(quán)利要求4的換能器，其中該第一和第二電極線被交替地接地。
6.權(quán)利要求4的換能器，其中只有第一和第二電極線的選定的相鄰電極線進(jìn)行發(fā)射和接收。
7.一種有第一和第二表面的換能器，包括第一電極線，順著第一表面沿第一方向被定位；和第二電極線，順著第二表面沿垂直于第一方向的方向被定位；其中第一電極線的選定的相鄰電極線被配置成子孔徑。
8.權(quán)利要求7的換能器，其中第一電極線的不同的選定的相鄰電極線，在不同時間被配置成子孔徑。
9.權(quán)利要求8的換能器，其中只有一個子孔徑在任何時間都被配置。
全文摘要
被提供的是一種有第一和第二表面的換能器，包含順著第一表面沿第一方向被定位并被配置成接地的第一電極線，以及順著第二表面沿垂直于第一方向的方向被定位的第二電極線。該第二電極線被配置成按交錯方式在接收和發(fā)射之間切換。
文檔編號G06K9/00GK102428480SQ201080020106
公開日2012年4月25日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者C·萊奧陶德, R·M·施密特 申請人:索納維森股份有限公司