改進(jìn)的壓電識別裝置及其應(yīng)用
【專利說明】改進(jìn)的壓電識別裝置及其應(yīng)用
[0001]本申請是申請日為2010年3月23日、申請?zhí)枮?01080020106.8、發(fā)明名稱為“改進(jìn)的壓電識別裝置及其應(yīng)用”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般涉及壓電識別裝置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]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:B1metrics Explained, v.2.0, G.Roethenbaugh, Internat1nalComputer Society Assn, Carlisle, Pa, 1998，第 1-34 頁(本文引用它的全部內(nèi)容，供參考)。
[0004]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(jī)。這些部件使指紋掃描器的整個成本增加。保持對準(zhǔn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)也使制造和維護(hù)成本增加。
[0005]基于硅的固態(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I英寸乘I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。
[0006]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】

[0007]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。
[0008]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。
【附圖說明】
[0009]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，
[0010]圖1示出按照本發(fā)明實施例的一種壓電識別裝置。
[0011]圖2示出按照本發(fā)明實施例的一種壓電元件。
[0012]圖3示出按照本發(fā)明實施例的一行壓電元件。
[0013]圖4示出按照本發(fā)明實施例的矩形壓電元件的陣列。
[0014]圖5示出按照本發(fā)明實施例的圓形壓電元件的陣列。
[0015]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。
[0016]圖7A和7B示出按照本發(fā)明實施例的傳感器陣列。
[0017]圖8示出圖7A的傳感器陣列更詳細(xì)的視圖。
[0018]圖9示出圖8的傳感器陣列如何被連接到專用集成電路。
[0019]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。
[0020]圖11示出按照本發(fā)明實施例的一種識別裝置。
[0021]圖12示出按照本發(fā)明實施例的識別裝置的電路部件。
[0022]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傳感器陣列接收輸出信號。
[0023]圖13B按照本發(fā)明實施例，示出如何控制圖13A的切換。
[0024]圖14示出按照本發(fā)明實施例的電壓傳感電路的例子。
[0025]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。
[0026]圖16是按照本發(fā)明實施例的方法的流程圖。
[0027]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。
[0028]圖18示出按照本發(fā)明實施例的識別裝置喚醒電路。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]圖21按照本發(fā)明實施例，示出傳感器陣列輸入信號。
[0032]圖22按照本發(fā)明實施例，示出傳感器陣列輸出信號。
[0033]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。
[0034]圖24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。
[0035]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。
[0036]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。
[0037]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。
[0038]圖28按照本發(fā)明實施例，示出發(fā)射和/或接收聲束方向性。
[0039]圖29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。
[0040]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。
[0041]圖31是按照本發(fā)明實施例的方法的流程圖。
[0042]圖32示出按照本發(fā)明實施例的生物統(tǒng)計學(xué)裝置。
[0043]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。
[0044]圖34示出按照本發(fā)明實施例的無線收發(fā)信機(jī)生物統(tǒng)計學(xué)裝置。
[0045]圖35示出圖34的無線收發(fā)信機(jī)生物統(tǒng)計學(xué)裝置的更詳細(xì)視圖。
[0046]圖36示出使用圖34的無線收發(fā)信機(jī)生物統(tǒng)計學(xué)裝置完成電子售賣交易。
[0047]圖37示出圖34的無線收發(fā)信機(jī)生物統(tǒng)計學(xué)裝置的各種應(yīng)用。
[0048]圖38示出按照本發(fā)明實施例的無線收發(fā)信機(jī)生物統(tǒng)計學(xué)裝置。
[0049]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。
[0050]圖40是交錯的發(fā)射/接收換能器的圖例。
[0051]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。
[0052]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。
[0053]圖43是在本發(fā)明實施例中進(jìn)行的柱體阻尼的圖例。
[0054]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。
[0055]圖45是圖例，繪出按照本發(fā)明實施例的沿水平方向(azimuthal direct1n)的線性電子切換掃描。
【具體實施方式】
[0056]目錄1.本發(fā)明概述I1.按照本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)例子
[0057]A.壓電陶瓷傳感器
[0058]B.壓電膜傳感器
[0059]C.傳感器陣列地址線
[0060]D.識別裝置例子
[0061]E.復(fù)用器例子II1.按照本發(fā)明的方法例子
[0062]A.阻抗模式
[0063]B.衰減/電壓模式
[0064]C.多普勒頻移(Doppler-shift)和回波模式IV.本發(fā)明應(yīng)用例子
[0065]A.生物統(tǒng)計學(xué)采集裝置
[0066]B.移動生物統(tǒng)計學(xué)采集裝置
[0067]C.無線收發(fā)信機(jī)生物統(tǒng)計學(xué)裝置
[0068]D.電子售賣和/或交易
[0069]E.其他無線收發(fā)信機(jī)生物統(tǒng)計學(xué)裝置的應(yīng)用
[0070]F.個人區(qū)域網(wǎng)應(yīng)用
[0071]G.公共服務(wù)層應(yīng)用【具體實施方式】
[0072]
[0073]1.本發(fā)明概述
[0074]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。
[0075]I1.按照本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)例子
[0076]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親聯(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。
[0077]A.壓電陶瓷傳感器
[0078]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110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。
[0079]圖2示出有表面210、220、230、和240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。
[0080]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。
[0081]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。
[0082]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。
[0083]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(jī)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。
[0084]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