超声传感器阵列控制以便利屏幕保护膜的制作方法

超声传感器阵列控制以便利屏幕保护膜
1.基于35 u.s.c.
§
119要求优先权
2.本专利申请要求享受于2019年5月16日提交的、标题为“ultrasonic sensor array control to facilitate screen protectors”的非临时申请16/414,164号的优先权，该申请已经转让给本技术的受让人，故以引用方式将其明确地并入本文。
技术领域
3.概述地说，本公开内容涉及超声换能器阵列，具体地说，本公开内容涉及用于检测设置在超声换能器阵列上方的屏幕保护膜的存在的技术。


背景技术：

4.超声传感器系统可以使用发射器来产生超声波，并通过透射介质向待检测和/或待成像的物体发送超声波。超声发射器可以与超声传感器阵列可操作地耦合，该超声传感器阵列被配置为检测从物体反射的一部分的超声波。在超声波脉冲遇到的每个材料界面处，可以反射一部分的超声波脉冲。在一些实现方式中，可以通过在短时间间隔(例如，小于1微秒)期间启动和停止发射器来产生超声波脉冲。超声传感器系统可以包括生物计量传感器，诸如指纹或手印传感器和/或其它超声成像应用。
5.压电超声换能器是此类应用的有吸引力的候选者，并且可以包括压电微机械超声换能器(pmut)，该压电微机械超声换能器被配置为包括压电层堆叠的多层堆叠。压电层堆叠可以包括压电材料层，诸如，例如聚偏氟乙烯(pvdf)层或pvdf共聚物层。压电层可以将由超声波反射引起的振动转换成电输出信号。在一些实现方式中，超声传感器系统还包括薄膜晶体管(tft)层，该tft层可以包括传感器像素电路的阵列，该阵列可以例如对由压电层产生的电输出信号进行放大。
6.在一些应用中，大量pmut元件的二维阵列(“pmut阵列”)可以与配置作为用户利用其进行交互的显示屏的压板(“盖板”或“盖板玻璃”)集成并且布置在其后面或“下方”。例如，显示屏可以提供用户触摸界面和/或并入在诸如移动电话或平板电脑之类的个人电子设备中。这种显示屏可以受益于可移除和/或一次性“屏幕保护膜”，该屏幕保护膜通常是保护下面显示屏的透明材料保护片(诸如，玻璃或塑料)。


技术实现要素：

7.本公开内容的系统、方法和设备中的每一者都具有若干创新性方面，它们中没有单独的一者负责本文所公开的期望属性。
8.本公开内容中描述的主题的一个创新性方面涉及一种用于操作超声传感器阵列的方法，所述超声传感器阵列设置在压板下方。所述方法包括：基于设置在所述压板上方的第一屏幕保护膜是否已经被移除或者被第二屏幕保护膜替换，确定是否重新校准所述超声传感器阵列；当所述确定是重新校准所述超声传感器阵列时，重新校准所述超声传感器阵列。
9.在一些示例中，可以通过执行背景估计过程来进行所述确定。在一些示例中，所述背景估计过程可以包括：获得空气图像的特征，并且将所获得的特征与基线空气图像的特征进行比较。在一些示例中，所述基线空气图像可以包括：由所述超声传感器阵列在没有任何屏幕保护膜的情况下运行而获得的空气图像。
10.在一些示例中，所述方法还可以包括：提示用户指示所述第一屏幕保护膜是否已经被移除或替换，并且仅在来自所述用户的确认之后才可以执行重新校准所述超声传感器阵列。
11.在一些示例中，所述方法还可以包括：通过调整至少一个传感器调谐偏移，来减轻移除或替换所述第一屏幕保护膜的影响。在一些示例中，所述至少一个传感器调谐偏移可以包括以下各项中的一项或多项：距离门延迟、频率偏移、时间延迟偏移和相位校正偏移。
12.在一些示例中，可以基于以下各项中的任何一项或多项进行所述确定：接收的超声波的相位、压板温度梯度、信噪比(snr)或图像质量(iq)对比距离门延迟特性的变化、snr或iq特性随背景校准的变化、或者触摸屏电容的变化。
13.在一些示例中，所述方法还可以包括：以修改的传感器驱动方案操作所述超声传感器阵列，所述修改被配置为提供持续时间增加的发射音调突发和准连续波发射信号中的一者或两者。
14.在一些示例中，所述方法还可以包括：操作所述超声传感器阵列并且使用点扩散函数(psf)图像重建技术来处理图像数据。
15.在一些示例中，所述第一屏幕保护膜或所述第二屏幕保护膜中的至少一者可以包括具有大约0.75λ或1.25λ的厚度的多层堆叠，其中λ是所述超声传感器阵列产生的超声波传输的特征波长。
16.根据一些实现方式，一种装置包括控制器和超声传感器阵列，所述超声传感器阵列设置在压板下方。所述控制器被配置为：基于设置在所述压板上方的第一屏幕保护膜是否已经被移除或者被第二屏幕保护膜替换，确定是否重新校准所述超声传感器阵列；并且当所述确定是重新校准所述超声传感器阵列时，重新校准所述超声传感器阵列。
17.在一些示例中，所述控制器被配置为：通过背景估计过程的方式来进行所述确定。在一些示例中，所述背景估计过程可以包括：获得空气图像的特征，并且将所获得的特征与基线空气图像的特征进行比较。在一些示例中，所述基线空气图像可以涉及：由所述超声传感器阵列在没有任何屏幕保护膜的情况下运行而获得的空气图像。
18.在一些示例中，所述控制器可以进一步被配置为：提示用户指示所述第一屏幕保护膜是否已经被移除或替换，并且所述控制器可以被配置为：仅在来自所述用户的确认之后才重新校准所述超声传感器阵列。
19.在一些示例中，所述控制器可以进一步被配置为：通过调整至少一个传感器调谐偏移，来减轻移除或替换所述第一屏幕保护膜的影响。在一些示例中，所述至少一个传感器调谐偏移可以包括以下各项中的一项或多项：距离门延迟、频率偏移、时间延迟偏移和相位校正偏移。
20.在一些示例中，所述第一屏幕保护膜或所述第二屏幕保护膜中的至少一者可以包括具有大约0.75λ或1.25λ的厚度的多层堆叠，其中λ是所述超声传感器阵列产生的超声波传输的特征波长。
21.根据一些实现方式，对于存储要由超声传感器阵列的控制器执行的程序代码的非暂时性计算机可读介质，所述超声传感器阵列设置在压板下方，所述程序代码包括被配置为使所述控制器执行以下操作的指令：基于设置在所述压板上方的第一屏幕保护膜是否已经被移除或者被第二屏幕保护膜替换，确定是否重新校准所述超声传感器阵列；当所述确定是重新校准所述超声传感器阵列时，重新校准所述超声传感器阵列。
22.在一些示例中，可以通过执行背景估计过程来进行所述确定。在一些示例中，所述背景估计过程可以包括：获得空气图像的特征，并且将所获得的特征与基线空气图像的特征进行比较。在一些示例中，所述基线空气图像可以涉及：由所述超声传感器阵列在没有任何屏幕保护膜的情况下运行而获得的空气图像。
23.在一些示例中，所述程序代码还可以包括被配置为使所述控制器执行以下操作的指令：提示用户指示所述第一屏幕保护膜是否已经被移除或替换，以及使所述控制器仅在来自所述用户的确认之后才重新校准所述超声传感器阵列。
24.在一些示例中，所述程序代码还可以包括被配置为使所述控制器执行以下操作的指令：通过调整至少一个传感器调谐偏移，来减轻移除或替换所述第一屏幕保护膜的影响。在一些示例中，所述至少一个传感器调谐偏移可以包括以下各项中的一项或多项：调整距离门延迟、频率偏移、时间延迟偏移和相位校正偏移。
25.在一些示例中，可以通过评估以下各项中的一项或多项进行所述确定：接收的超声波的相位、压板温度梯度、信噪比(snr)或图像质量(iq)对比距离门延迟特性的变化、snr或iq特性随背景校准的变化、以及触摸屏电容的变化。
26.在一些示例中，所述程序代码还可以包括被配置为使所述控制器执行以下操作的指令：以修改的传感器驱动方案操作所述超声传感器阵列，所述修改被配置为提供持续时间增加的发射音调突发和准连续波发射信号中的一者或两者。
27.在一些示例中，所述程序代码还可以包括被配置为使所述控制器执行以下操作的指令：操作所述超声传感器阵列并且使用点扩散函数(psf)图像重建技术来处理图像数据。
28.在一些示例中，所述第一屏幕保护膜或所述第二屏幕保护膜中的至少一者可以包括具有大约0.75λ或1.25λ的厚度的多层堆叠，其中λ是所述超声传感器阵列产生的超声波传输的特征波长。
29.根据一些实现方式，一种装置包括：设置在压板下方的超声传感器阵列；用于基于设置在所述压板上方的屏幕保护膜是否经历改变，来进行是否重新校准所述超声传感器阵列的确定的第一单元；用于当所述确定是重新校准所述超声传感器阵列时，重新校准所述超声传感器阵列的第二单元。
30.在一些示例中，通过执行背景估计过程来进行所述确定。在一些示例中，所述背景估计过程可以包括：获得空气图像的特征，并且将所获得的特征与基线空气图像的特征进行比较。在一些示例中，所述基线空气图像可以涉及：由所述超声传感器阵列在没有任何屏幕保护膜的情况下运行而获得的空气图像。
31.在一些示例中，可以通过评估以下各项中的一项或多项来进行所述确定：接收的超声波的相位、压板温度梯度、信噪比(snr)或图像质量(iq)对比距离门延迟特性的变化、snr或iq特性随背景校准的变化、以及触摸屏电容的变化。
32.在一些示例中，所述第一屏幕保护膜或所述第二屏幕保护膜中的至少一个可以包
括具有大约0.75λ或1.25λ的厚度的多层堆叠，其中λ是所述超声传感器阵列产生的超声波传输的特征波长。
附图说明
33.在本公开内容和附图中，阐述了本说明书所描述的主题的一个或多个实现方式的细节。通过本公开内容的回顾，其它特征、方面和优点将变得显而易见。应当注意，附图和本公开内容的其它图中的相对尺寸没有按比例进行描绘。在本公开内容中示出和描述的尺寸、厚度、布置、材料等等仅作为示例，不应被解释为限制性的。各个附图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。
34.图1根据一些实现方式，示出了包括超声感测系统的电子设备的示例的图解表示的前视图。
35.图2a根据一些实现方式，示出了超声感测系统的示例的组件的框图表示。
36.图2b根据一些实现方式，示出了电子设备的示例的组件的框图表示。
37.图3a
‑
图3c根据一些实现方式，示出了超声感测系统的示例的截面图。
38.图4示出了用于检测屏幕保护膜对图像质量的影响的过程流程图。
39.图5示出了距离门延迟的示例。
40.图6根据一些实现方式，示出了取决于距离门延迟(rgd)的信噪比的曲线图。
41.图7根据一些实现方式，示出了调整rgd和执行背景校准的例子。
42.图8示出了没有屏幕保护膜和具有塑料屏幕保护膜的玻璃压板的热梯度的示例图表。
43.图9根据一些实现方式，示出了布置在压板上的屏幕保护膜堆叠的示例。
44.图10根据一些实现方式，示出了用于操作超声传感器阵列的方法的过程流的示例。
45.具体实现方式
46.为了描述本公开内容的创新性方面，下面的描述针对于某些实现方式。但是，本领域技术人员将容易认识到，可以以多种多样的不同方式来应用本文的教示内容。可以在包括传感器系统的任何设备、装置或系统中实施所描述的实现方式。此外，可以预期的是，所描述的实现方式可以包括在各种各样的电子设备中，或者与各种各样的电子设备相关联，诸如但不限于：移动电话、具备多媒体互联网能力的蜂窝电话、移动电视接收机、无线设备、智能电话、智能卡、可穿戴设备(诸如手镯、臂章、腕带、戒指、头带和贴片等等)、设备、个人数据助理(pda)、无线电子邮件接收机、手持或便携式计算机、上网本、笔记本、智能本、平板设备、打印机、复印机、扫描仪、传真设备、全球定位系统(gps)接收机/导航仪、照相机、数字媒体播放器(诸如，mp3播放器)、可携式摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视显示器、平板显示器、电子阅读设备(例如，电子阅读器)、移动健康设备、计算机显示器、汽车显示器(包括里程表和车速表显示器等)、驾驶舱控制装置和/或显示装置、方向盘、摄像头视图显示器(诸如，车内后视摄像头的显示器)、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、dvd播放器、cd播放器、vcr、收音机、便携式存储芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、自动柜员机(atm)、停车计时器、包装(诸如，在机电系统(ems)应用中，其包括微机电系统(mems)应用以及非ems应用)、美学结
构(诸如，在一件珠宝或衣服上显示图像)和各种ems设备。此外，本文的教示内容还可以用于诸如但不限于电子交换设备、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测设备、磁力计、用于消费电子的惯性组件、消费电子产品的部件、变容二极管、液晶设备、电泳设备、驱动方案、制造工艺和电子测试设备之类的应用。因此，本文的教示内容并不限于仅仅在附图中描述的实现方式，而是具有广泛的可应用性，如本领域技术人员所容易理解的。
47.在一些实现方式中，超声传感器系统包括用于发送和接收超声波的压电材料。
48.例如，跨与发射器相对应的压电材料施加的电压可以导致压电材料发生拉伸或收缩(例如，变形)，使得该材料响应于施加的电压而应变，从而获得超声波的产生，如先前所讨论的。反射信号(例如，超声波的反射部分，如先前所讨论的)可以导致与接收器相对应的压电材料的拉伸或收缩。这导致产生表面电荷的产生，并且因此产生跨压电材料的电压，该电压可以用作电输出信号，代表表示指纹图像数据的原始图像数据的一部分。
49.可以实践本公开内容中所描述的主题的一些实现方式，以实现以下潜在优势中的一个或多个。所公开的技术涉及：检测屏幕保护膜的安装、移除或替换、和/或考虑到安装、移除或替换来重新校准超声传感器阵列(感测系统)。
50.图1根据一些实现方式，示出了包括超声感测系统的电子设备100的示例的图解表示的前视图。电子设备100可以代表例如各种便携式计算设备，诸如蜂窝电话、智能电话、多媒体设备、个人游戏设备、平板计算机和膝上型计算机、以及其它类型的便携式计算设备。然而，本文所描述的各种实现方式并不限于针对便携式计算设备的应用。实际上，本文公开的各种技术和原理可以应用于传统的非便携式设备和系统，诸如，应用于计算机显示器、电视显示器、信息亭、车辆导航设备和音频系统、以及其它应用。
51.在所示的实现方式中，电子设备100包括壳体(或“外壳”)102，可以在该壳体内布置各种电路、传感器和其它电气部件。在所示的实现方式中，电子设备100还包括显示器(其在本文中可以被称为“触摸屏显示器”或“触敏显示器”)104。显示器104通常可以代表采用各种适当的显示技术中的任何一种的各种适当显示类型中的任何一种。例如，显示器104可以是基于数字微快门(dms)的显示器、发光二极管(led)显示器、有机led(oled)显示器、液晶显示器(lcd)、使用led作为背光的lcd显示器、等离子显示器、基于干涉式调制器(imod)的显示器、或者适合与触敏用户界面(ui)系统结合使用的其它类型的显示器。
52.电子设备100可以包括用于与用户交互或者以其它方式向用户传输信息或从用户接收信息的各种其它设备或组件。例如，电子设备100可以包括一个或多个麦克风106、一个或多个扬声器108、以及在一些情况下一个或多个至少部分机械的按钮110。电子设备100可以包括实现额外特征的各种其它组件，诸如，例如一个或多个视频或静止图像相机112、一个或多个无线网络接口114(例如，蓝牙、wifi或蜂窝)和一个或多个非无线接口116(例如，通用串行总线(usb)接口或hdmi接口)。
53.电子设备100可以包括能够对诸如指纹、掌纹或手印之类的对象签名进行成像的超声感测系统118。在一些实现方式中，超声感测系统118可以用作触敏控制按钮。在一些实现方式中，可以通过位于超声感测系统118下方或者以其它方式与超声感测系统118集成的机械或电压敏感系统来实施。换言之，在一些实现方式中，由超声感测系统118占据的区域既可以用作控制电子设备100的用户输入按钮，也可以用作基于例如指纹、掌纹或手印来启用安全特征(诸如，用户认证)的传感器。
54.图2a根据一些实现方式，示出了超声感测系统的示例的组件的框图表示。在所示的实现方式中，超声感测系统200包括传感器系统202和与传感器系统202电耦合的控制系统204。传感器系统202能够扫描目标物体，并且提供可用于获得例如人类附属物(诸如，一个或多个手指或脚趾、手掌、手或脚)的对象签名的原始测量图像数据。控制系统204能够控制传感器系统202，并且处理从传感器系统202接收的原始测量图像数据。在一些实现方式中，超声感测系统200可以包括能够发送或接收去往或来自以下组件的数据(诸如，原始或经处理的测量图像数据)的接口系统206：超声感测系统200内的各种组件或者与超声感测系统200集成的各种组件，或者在一些实现方式中，去往或来自超声感测系统200外部的各种组件、设备或其它系统的数据。
55.图2b根据一些实现方式，示出了电子设备的示例的组件的框图表示。在所示的示例中，电子设备210包括图2a的超声感测系统200。例如，电子设备210可以是上面参考图1所示出和描述的电子设备100的框图表示。可以使用超声传感器阵列212来实施电子设备210的超声感测系统200的传感器系统202。可以使用与超声传感器阵列212电耦合的控制器214来实施超声感测系统200的控制系统204。虽然将控制器214示出和描述为单个组件，但在一些实现方式中，控制器214可以统称为彼此电通信的两个或更多个不同的控制单元或处理单元。在一些实现方式中，控制器214可以包括以下各项中的一项或多项：被设计为执行本文所描述的功能和操作的通用单芯片或者多芯片处理器、中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)、应用处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件(pld)、分立门或者晶体管逻辑单元、分立硬件组件、或者其任意组合。
56.图2b的超声感测系统200可以包括图像处理模块218。在一些实现方式中，可以将由超声传感器阵列212提供的原始测量图像数据发送、传输、通信或以其它方式提供给图像处理模块218。图像处理模块218可以包括硬件、固件和软件的任何适当的组合，其被配置、适配或以其它方式可操作以处理由超声传感器阵列212提供的图像数据。在一些实现方式中，图像处理模块218可以包括信号或图像处理电路或电路组件，其包括例如放大器(诸如，仪表放大器或缓冲放大器)、模拟或数字混频器或乘法器、开关、模数转换器(adc)、无源或有源模拟滤波器等等。在一些实现方式中，这样的电路或电路组件中的一个或多个可以集成在控制器214内，例如，其中将控制器214实现为片上系统(soc)或系统级封装(sip)。在一些实现方式中，这样的电路或电路组件中的一个或多个可以集成在包括在控制器214内或与控制器214耦合的dsp内。在一些实现方式中，可以至少部分地经由软件来实施图像处理模块218。例如，刚描述的电路或电路组件中的一个或多个电路或电路组件的一个或多个功能或者由其执行的操作，可以替代地由例如在控制器214的处理单元中(例如，在通用处理器或dsp中)执行的一个或多个软件模块来执行。
57.在一些实现方式中，除了超声感测系统200之外，电子设备210可以包括单独的处理器220、存储器222、接口216和电源224。在一些实现方式中，超声感测系统200的控制器214可以控制超声传感器阵列212和图像处理模块218，并且电子设备210的处理器220可以控制电子设备210的其它部件。在一些实现方式中，处理器220将包括例如指令或命令的数据传送到控制器214。在一些这样的实现方式中，控制器214可以将数据(例如，包括原始或经处理的图像数据)传送到处理器220。还应当理解，在一些其它实现方式中，控制器214的功能可以完全或至少部分地由处理器220来实现。在一些这样的实现方式中，因为控制器
214的功能可以由电子设备210的处理器220来执行，因此超声感测系统200可能不需要单独控制器214。
58.根据实现方式，控制器214和处理器220中的一者或两者可以将数据存储在存储器222中。例如，存储在存储器222中的数据可以包括原始的测量图像数据、经滤波或其它方式处理的图像数据、估计的psf或估计的图像数据，以及最终精炼的psf或最终精炼的图像数据。存储器222可以存储能够由控制器214和处理器220中的一者或两者执行的处理器可执行代码或其它可执行计算机可读指令，以执行各种操作(或者使诸如超声传感器阵列212、图像处理模块218之类的其它组件、或者其它模块执行操作)，这些操作包括本文所描述的计算、运算、估计或其它确定(包括在以下任何等式中呈现的那些)中的任何一种。还应当理解，存储器222可以统称为一个或多个存储设备(或“组件”)。例如，根据实现方式，控制器214可以访问在与处理器220不同的存储设备中的数据和将数据存储在其中。在一些实现方式中，可以将存储器组件中的一个或多个实现为基于nor或nand的闪存阵列。在一些其它实现方式中，可以将这些存储器组件中的一个或多个实现为不同类型的非易失性存储器。此外，在一些实现方式中，这些存储器组件中的一个或多个可以包括易失性存储器阵列(诸如，例如一种类型的ram)。
59.在一些实现方式中，控制器214或处理器220可以通过接口216，传送存储在存储器222中的数据或直接从图像处理模块218接收的数据。例如，这种传送的数据可以包括图像数据或者从图像数据中导出或以其它方式根据图像数据确定的数据。接口216可以统称为一种或多种不同类型的一个或多个接口。在一些实现方式中，接口216可以包括：用于从诸如可移动存储设备的外部存储器接收数据或者将数据存储到诸如可移动存储设备的外部存储器的存储器接口。另外地或替代地，接口216可以包括一个或多个无线网络接口或一个或多个有线网络接口，使得能够将原始或经处理的数据传输到外部计算设备、系统或服务器，以及从外部计算设备、系统或服务器接收数据。
60.电源224可以向电子设备210中的一些或所有组件提供电力。电源224可以包括各种能量存储设备中的一个或多个。例如，电源224可以包括可充电电池(诸如，镍镉电池或锂离子电池)。另外地或替代地，电源224可以包括一个或多个超级电容器。在一些实现方式中，电源224可以使用从例如墙上插座(或“插座”)或与电子设备210集成的光伏装置(或“太阳能电池”或“太阳能电池阵列”)接入的电力进行充电(或“可充电”)。另外地或替代地，电源224可以是可无线充电的。
61.如下文所使用的，术语“处理单元”是指以下中的一个或多个的任意组合：超声系统的控制器(例如，控制器214)、图像处理模块(例如，图像处理模块218)、或者包括超声系统的设备的单独处理器(例如，处理器220)。换言之，以下描述为由处理单元执行或使用处理单元执行的操作可以由以下中的一个或多个来执行：超声系统的控制器、图像处理模块、或者包括超声感测系统的设备的单独处理器。
62.图3a根据一些实现方式，示出了超声感测系统的示例的横截面。图3b根据一些实现方式，示出了图3a的超声感测系统的放大横截面侧视图。在所示的示例中，超声感测系统300可以实现参考图1所描述的超声感测系统118或者参考图2a和图2b示出和描述的超声感测系统200。超声感测系统300可以包括超声换能器302，该超声换能器302位于衬底304上方并且位于压板(“盖板”或“盖玻璃”)306下方。超声换能器302可以包括超声发射器308和超
声接收器310二者。
63.超声发射器308可以被配置为产生朝向压板306和位于压板306的上表面上的目标物体312的超声波。在所示出的实现方式中，将物体312描绘为手指，但本技术可以设想任何附属物或身体部位、以及任何其它自然或人造物体。在一些实现方式中，超声发射器308可以更具体地被配置为产生朝向压板306的超声平面波。在一些实现方式中，超声发射器308包括压电材料层，诸如例如聚偏二氟乙烯(pvdf)或pvdf共聚物(诸如，pvdf
‑
trfe)。例如，超声发射器308的压电材料可以被配置为将超声感测系统的控制器提供的电信号转换成处于扫描频率处的超声平面波的连续或脉冲序列。在一些实现方式中，超声发射器308可以另外地或替代地包括电容式超声设备。
64.超声接收器310可以被配置为检测由超声发射器308发射的超声波与限定正在被扫描的目标物体312的表面纹理的脊316和谷318的相互作用而产生的超声波反射314。在一些实现方式中，超声发射器308覆盖超声接收器310，例如，如图3a和图3b中所示。在一些其它实现方式中，超声接收器310可以覆盖超声发射器308。超声接收器310可以被配置为产生和输出与所检测到的超声波反射相对应的电输出信号。在一些实现方式中，超声接收器310可以包括与超声发射器308的压电层不同的第二压电层。例如，超声接收器310的压电材料可以是任何适当的压电材料(诸如例如，pvdf层或pvdf共聚物层)。超声接收器310的压电层可以将由超声波反射引起的振动转换成电输出信号。在一些实现方式中，超声接收器310还包括薄膜晶体管(tft)层。在一些这样的实现方式中，tft层可以包括传感器像素电路阵列，其被配置为放大由超声接收器310的压电层产生的电输出信号。然后，可以将由传感器像素电路阵列提供的经放大的电信号作为原始的测量图像数据，提供给处理单元以用于处理图像数据，识别与图像数据相关联的指纹，以及在一些应用中，认证与指纹相关联的用户。在一些实现方式中，单个压电层可以用作超声发射器308和超声接收器310。在一些实现方式中，衬底304可以是能够在其上制造电子电路的玻璃、塑料或硅衬底。在一些实现方式中，可以通过在衬底304中或衬底304上形成的cmos电路，来配置超声接收器310的传感器像素电路阵列和关联的接口电路。在一些实现方式中，衬底304可以位于压板306与超声发射器308和/或超声接收器310之间。在一些实现方式中，衬底304可以用作压板306。可以在衬底304和压板306的一侧或多侧上包括一个或多个保护层、声匹配层、防污层、粘合层、装饰层、导电层或其它涂层(没有示出)。
65.可以通过能够与超声发射器308声学耦合的任何适当材料来形成压板306。例如，压板306可以由玻璃、塑料、陶瓷、蓝宝石、金属或金属合金中的一种或多种形成。在一些实现方式中，压板306可以是盖板，诸如例如下层显示器的盖板玻璃或透镜玻璃。在一些实现方式中，压板306可以包括一种或多种聚合物(诸如，一种或多种类型的聚对二甲苯)，并且可以明显更薄。在一些实现方式中，压板306可以具有在约10微米(μm)至约1000μm或更大的范围中的厚度。
66.如图3a和图3b中所示，目标物体312与压板306直接接触。然而，如上面所指示的，屏幕保护膜可以设置在压板306上方。图3c示出了将屏幕保护膜3000设置在压板306上方的实现方式。在超声感测系统300的工厂校准之后，可以由用户或第三方安装(或移除)这样的屏幕保护膜。此外，在不存在当前公开的技术的情况下，安装或移除屏幕保护膜可能会对超声感测系统的成像能力产生不利影响。
67.图4示出了用于检测屏幕保护膜对图像质量的影响的过程流程图。一般来说，在没有待检测的目标物体的情况下，校准良好的超声传感器预计会呈现大部分是无定形的空白“空气”图像，诸如细节a所示。在工厂校准过程期间，无论超声传感器是否设置有屏幕保护膜，都可以执行背景估计过程以实现这种无定形的空气图像。本发明人已经意识到，后续安装或移除屏幕保护膜可能导致更加结构化的、框架状的空气图像，如细节b所示。在一种实现方式中，方法400包括：在框401处，获得空气图像。在框403处，可以执行对所获得的空气图像的分析以检测是否已安装或移除屏幕保护膜。框403可以包括：在框401获得的空气图像与在工厂校准过程期间获得的或以其它方式与工厂校准过程相关联的基线空气图像(例如，细节a)之间进行比较。
68.当对在框401获得的空气图像与基线空气图像的分析表明已经安装或移除了屏幕保护膜时(例如，因为获得的空气图像具有结构化的框架状元素，诸如细节b中所示)之后，该方法可以在框404处发起提示，请求用户确认用户是否已安装或移除了屏幕保护膜。在没有用户确认的情况下，该过程可以返回到框401，可以以某个规则或不规则的时间间隔重复步骤。在一些实现方式中，可以以几十秒或几分钟的间隔发生方法400的执行(例如，在框401处开始)。
69.如果用户确认发生了屏幕保护膜安装或移除，则该过程可以在框405处继续，以通过应用例如传感器调谐偏移(诸如，频率偏移、时间延迟偏移和相位校正偏移等)来重新校准超声传感器阵列，并且执行新的背景估计过程(框407)以获得期望的无定形空气图像(细节c)。在框407处完成新的背景估计之后，该方法可以返回到框401。
70.可选地，可以省略用于检查用户确认的框404，并且该方法可以考虑直接从框403转到框405。因此，在该可选情况下，可以不用在如所发生的那样提示用户确认安装或移除屏幕保护膜的情况下，执行超声波传感器阵列的新背景估计和重新校准。例如，在这样的实现方式中，控制系统204可以被配置为在框403处执行对获得的空气图像的分析，并且确定是否已经安装或移除了屏幕保护膜。在一些实现方式中，控制系统204可以在例如机器学习过程之后做出这样的判断。
71.在一些实现方式中，可以通过调整超声传感器的“距离门延迟”，来减轻安装或移除屏幕保护膜的不利影响。图5示出了如本文使用的术语距离门延迟的示例。具体地说，图5图示了发射器激励信号和接收器偏置电压电平随时间变化的示例。可以将发射器激励信号(上图)提供给超声发射器，而可以将接收器偏置电压(下图)施加到超声传感器元件的rbias电极。可以向超声发射器施加超声发射器激励信号的一个或多个周期，如图5的上图所示。在一些实现方式中，可以使用单个发射器激励周期。在一些实现方式中，如图所示，可以使用多个激励周期，诸如两个周期、三个周期、四个周期、五个周期或更多。在一些实现方式中，发射器激励信号可以是方波、矩形波、分波、脉冲波、多频波、啁啾波、低或高占空比波、变幅波、变频波、或者用于驱动超声发射器的其它适当波形。在发生传出超声波传输的第一部分时间(“tx block”)期间，施加到rbias电极的偏置电压可以对应于“块值”，使得接收器偏置电极防止从传出的发射波反射的信号被传感器像素电路捕获到。
72.在随后的时间部分(“rx采样”)期间，将施加到rbias电极的控制信号的偏置电平设置为“采样值”，并且反射的超声信号可以是捕获的传感器像素。rx采样时段可以在距离门延迟(“rgd”)时段完成时开始。rgd时段通常可以在0.5
‑
2微秒的范围内。rx采样时段的持
续时间可以称为距离门窗(“rgw”)时段。rgw时段通常可以小于一微秒。在一些实现方式中，rgw时段可以在大约200到1000纳秒的范围内。为了防止检测到不需要的内部反射，可以在rgw时段结束时，将施加到接收器偏置电极的偏置电平恢复到块值。在所示的实现方式中，rgw时段可以对应于大致类似于发射机激励周期(“音调突发”)的时段的时间间隔。在其它实现方式中，rgw时段可以比音调突发的时段更短或更长。在rgw时段期间，可以说传感器像素处于操作的“读取模式”。在rgw时段期间或附近，接收器可以输出信号，该信号源自于由压电接收器层产生并且由像素输入电极收集的局部电荷或者与之相对应。
73.本发明人已经发现，考虑到屏幕保护膜的厚度和材料属性，通过调整rgd可以明显减轻由屏幕保护膜导致的降低的信噪比(snr)所引起的对图像质量(iq)的不利影响。图6示出了snr随rgd变化的曲线图。首先参考细节d，针对没有屏幕保护膜的示例超声传感器示出了snr随rgd进行变化的示例曲线图。可以观察到，在大约1.075μsec的rgd 601处获得峰值snr(大约4.5
‑
6)。接下来参考细节e
‑
h，针对包括屏幕保护膜的示例超声传感器，示出了snr随rgd进行变化的四个示例曲线图。这四个示例中的每个示例都针对具有各自特性的各自屏幕保护膜，例如，特性包括材料属性和厚度。可以观察到，峰值snr(大约3.5
‑
5.5)出现在处于1.23至1.28μsec范围内的rgd值处。
74.将理解的是，通过适当调整rgd，可以明显降低屏幕保护膜对snr的不利影响。在细节e中针对第一屏幕保护膜类型示出的snr与rgd数据，表明了在1.23μsec的调整后的rgd 602(1)处在范围4至5.5内的峰值snr。在没有对rgd进行调整的情况下，在rgd 601处的snr将在2.5
‑
4的范围内。在细节f中针对第二屏幕保护膜类型示出的snr与rgd数据，表明了在1.28μsec的调整后的rgd 602(2)出在范围3.9至5.2内的峰值snr。在没有对rgd进行调整的情况下，在rgd 601处的snr将在2.4
‑
3.3的范围内。在细节g中针对第三屏幕保护膜类型示出的snr与rgd数据，表明了在1.28μsec的调整后的rgd 602(3)处在范围4.5至5.6内的峰值snr。在没有对rgd进行调整的情况下，在rgd 601处的snr将在3
‑
4.0的范围内。在细节h中针对第四屏幕保护膜类型示出了的snr与rgd数据，表明了在1.23μsec的调整后的rgd 602(4)处在范围3.6至5.4内的峰值snr。在没有对rgd进行调整的情况下，在rgd 601处的snr将在2.8
‑
3.8的范围内。
75.在一些实现方式中，调整rgd可以与执行背景校准相结合。图7示出了调整rgd和执行背景校准的示例。在细节j中，针对没有屏幕保护膜的示例超声传感器呈现了snr与rgd的对比图(曲线710(1))，以及针对具有屏幕保护膜的示例超声传感器呈现了snr与rgd的对比图(曲线710(2))。通过将rgd从大约1.02μsec(rgd 701)调整到大约1.15μsec(rgd 702)，可以观察到snr已经从大约2增加到2.5。通过另外地执行背景校准，曲线720(2)(细节k)显示出峰值snr进一步提高到大约4.2。
76.替代地或者除上面所公开的技术之外，可以使用以下一个或多个指标来检测屏幕保护膜的安装或移除：接收的超声波的相位、压板温度梯度、snr相对于rgd特性的变化和/或随背景校准的变化、以及触摸屏电容的变化。更具体地说，在一些实现方式中，从目标物体反射的所接收的超声波的相位特性的变化可以被超声传感器检测到，并且该变化与压板加屏幕保护膜(如果存在的话)(通过其超声波被接收到)的材料有效厚度的变化相关。在一些实现方式中，可以通过压板加屏幕保护膜(如果存在的话)的热特性的变化(特别是热导率的变化)来指示屏幕保护膜的安装或移除，这可以导致温度梯度模式的可检测变化。发明
人已经发现，当屏幕保护膜是塑料时，由于玻璃的热导率比塑料高得多，因此温度梯度模式的变化可能特别明显。图8示出了不具有屏幕保护膜和具有塑料屏幕保护膜的玻璃压板的热梯度示例曲线图。将细节l(玻璃压板)与细节m(塑料屏幕保护膜)进行比较，可以观察到，当施加热源(或冷源)时，与塑料屏幕保护膜相比，玻璃压板显示出较小的最大δt，以及通常较小的受影响面积。
77.在一些实现方式中，iq对比rgd的变化特性可以与屏幕保护膜的安装或移除相关。如上面结合图6和图7所描述的，屏幕保护膜的安装或移除可以导致snr随rgd进行变化(其可以与iq相关)的特性发生可检测的变化。例如，通常观察到，当安装屏幕保护膜时rgd可能是优选的，它比没有屏幕保护膜时最佳的rgd更长。该现象可以用于确定是否已经安装或移除屏幕保护膜。例如，可以针对多个rgd值来确定snr或iq，并且可以将所获得的特性签名与一个或多个基线签名进行比较。类似地，因为已经发现，当安装屏幕保护膜时，基于背景估计的重新校准对iq的影响比未安装屏幕保护膜时更显著，因此这种重新校准也可以用于确定是否安装或移除了屏幕保护膜。最后，可以通过检测到的与超声传感器相关联的触摸屏设备的电容和/或电容行为的变化，来指示屏幕保护膜的安装或移除。
78.在一些实现方式中，屏幕保护膜的安装或移除对超声传感器阵列的性能的影响，通过创新的传感器驱动方案、图像处理进一步减轻。例如，在一些实现方式中，传感器驱动方案可以有利地被配置为提供更广泛的rgd范围，在该范围内可以预期可接受的高snr值。例如，这可以通过增加发射音调突发的持续时间和/或使用准连续波发射信号而不是脉冲信号来实现。结果，无论是否存在屏幕保护膜，都可以获得接近最佳的传感器性能。在一些实现方式中，图像处理技术可以增加最佳操作设置的范围。例如，可以考虑点扩散函数(psf)图像重建技术。替代地或另外地，可以实现接收器波束成形。
79.在一些实现方式中，可以通过明智地选择屏幕保护膜设计指南，将屏幕保护膜的安装或移除的影响减到最小。图9示出了设置在压板上的屏幕保护膜堆叠的示例。在所示的示例中，压板906覆盖有屏幕保护膜堆叠9000。屏幕保护膜堆叠9000包括第一透明塑料层9010(1)和第二透明塑料层9010(2)。在所示的示例中，透明塑料层可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)组成，并且通过光学透明粘合剂(oca)层9020(1)粘合在一起。第二oca层9020(2)可以将第二pet层9010(2)粘合到压板906。发明人已经发现，通过将堆叠9000配置为具有根据超声波传输的特征波长λ选择的总堆叠厚度，可以减少屏幕保护膜堆叠9000的安装或移除的影响。例如，可以有利地将堆叠厚度选择为近似约为0.75λ或1.25λ。有利地，oca层可以被配置为具有良好声学传输特性的高模量粘合剂。
80.图10示出了用于操作超声传感器阵列的方法的过程流的示例。如上所述，超声阵列可以设置在压板下方。在压板上方，可能存在也可能不存在可拆卸的屏幕保护膜。方法1000可以开始于框1010，基于屏幕保护膜是否经历了变化，进行是否重新校准超声传感器阵列的确定。变化可以与安装屏幕保护膜、移除屏幕保护膜、或者用第二屏幕保护膜替换第一屏幕保护膜有关。在框1020处，该方法可以继续，当在框1010处确定要重新校准超声传感器阵列时，重新校准超声传感器阵列。
81.因此，已经公开了用于检测设置在超声传感器阵列上的屏幕保护膜的安装或移除或替换、以及针对这种变化来校准超声传感器阵列的技术。应当理解的是，可以设想多种替代的配置和操作技术。
82.如本文所使用的，指代一个列表项“中的至少一个”的短语是指这些项的任意组合，其包括单一成员。举例而言，“a、b或c中的至少一个”旨在覆盖：a、b、c、a
‑
b、a
‑
c、b
‑
c和a
‑
b
‑
c。
83.结合本文所公开的实现描述的各种示例性的逻辑、逻辑框、模块、电路和算法处理均可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。通常为了表示硬件和软件之间的这种可交换性，上面对各种示例性的部件、框、模块、电路和处理均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。
84.用于执行本文所述功能的通用单芯片或者多芯片处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件部件或者其任意组合，可以用来实现或执行结合本文所公开的方面描述的各种示例性的逻辑、逻辑框、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，该处理器也可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、若干微处理器、一个或多个微处理器与dsp内核的结合，或者任何其它此种结构。在一些实现中，特定的处理和方法可以由特定于给定功能的电路来执行。
85.在一个或多个方面，所描述的功能可以用硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(其包括本说明书中所公开的结构以及它们的其结构等同物)或者其任意组合来实现。本说明书中描述的主题的实现还可以实现成一个或多个计算机程序，即，编码在计算机存储介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，以便由数据处理装置来执行或者控制数据处理装置的操作。
86.当在软件中实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质(例如，非临时性介质)上或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。本文所公开的方法或算法的处理可以在位于计算机可读介质上的处理器可执行软件模块中实现。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。举例而言，但非做出限制，非临时性介质可以包括ram、rom、eeprom、cd
‑
rom或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储设备、或者能够用于存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机进行存取的任何其它介质。此外，可以将任何连接适当地称作计算机可读介质。如本文所使用的，磁盘(disk)和光盘(disc)包括压缩光盘(cd)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。另外，方法或算法的操作可以作为一个代码和指令集或者代码和指令集的任意组合，位于机器可读介质和计算机可读介质之上，其中该机器可读介质和计算机可读介质可以并入到计算机程序产品之中。
87.对本公开内容所描述的实现做出各种修改，对于本领域普通技术人员来说是显而易见的，并且，本文定义的总体原理也可以在不脱离本公开内容的精神或保护范围的基础上适用于其它实现。因此，本公开内容并不限于本文所示出的这些实现，而是与本文所公开的权利要求书、原理和新颖性特征的最广范围相一致。本文使用“示例性的”一词(如果有的话)来意味“用作例子、例证或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实现不应被解释为比
其它实现更优选或更具优势。
88.本说明书中在不同的实现的背景下所描述的某些特征，也可以组合到单一实现中来实现。相反，在单一实现的背景下所描述的各种特征，也可以单独地或者以任何适当的子组合在多个实现中进行实施。此外，虽然上面将一些特征描述成在某些组合下进行工作(即使最初声称这样)，但在一些情况下，可以将所主张的组合中的一个或多个特征从该组合中切割出来，所主张的组合可以是针对于某种子组合或者子组合的变型。
89.类似地，虽然在附图中以特定的顺序描述了操作，但并不应当将其理解为：为了获得期望的结果，需要以该示出的特定顺序或者串行顺序来执行这些操作，或者必须执行所有示出的操作。此外，附图可以以流程图的形式，示意性地描绘一个或多个示例过程。然而，未描绘的其它操作可以并入示意性说明的示例过程中。例如，可以在任何所示的操作之前、之后、同时或之间，执行一个或多个其它操作。在某些环境下，多任务处理和并行处理是有利的。此外，不应当将上面所描述的实现之中的各个系统组件的划分，理解为在所有实现中都需要这种划分，而应当理解的是，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成到单一软件产品中，或者封装到多个软件产品中。另外，其它实现也落入所附权利要求书的保护范围之内。在一些情况下，可以按不同的顺序执行权利要求书中所陈述的动作，并仍然获得期望的结果。
90.应当理解的是，除非具体描述的实现中的任何一个实现里的特征被明确地识别成彼此之间不兼容，或者周围上下文暗示着它们相互之间排斥，并且在补充和/或支持意义上不容易组合，否则本公开内容的全部内容预期和设想的是，可以对这些补充实现的特定特征进行选择性组合，以提供一个或多个全面但略有不同的技术解决方案。因此，还应当理解的是，仅仅通过示例的方式来给出上面的描述，可以在本公开内容的范围之内进行细节的修改。