多功能指纹传感器的制作方法

本专利文件要求于2015年4月23日提交的、申请号为62151903的美国临时专利申请的优先权。上述专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本专利文件通常涉及用于安全进入移动设备和可穿戴设备等电子设备的指纹识别。

背景技术：

电子设备包括便携式计算设备或移动计算设备，例如笔记本电脑、平板电脑、智能手机和游戏系统等，这些电子设备可以利用用户认证机制保护个人数据，并防止未授权的访问。电子设备的用户认证可以通过一种或多种形式的生物标识符实现，其可以单独使用或者附加于常规密码认证方法使用。生物标识符的一种普遍形式是人的指纹图案。指纹传感器可以内置于电子设备中，以读取用户的指纹图案，使得设备可以仅由该设备的授权用户通过授权用户的指纹图案的认证进行解锁。

技术实现要素：

本专利文件描述了提供执行人类指纹检测和认证的设备、系统和方法的技术，该技术用于认证尝试访问包括具有指纹检测装置的移动设备的锁定设备。本专利文件描述的指纹传感器装置是多功能指纹传感器装置，其结合了活体指纹感测和其他生物统计数据分析，例如心跳或心率感测、实时手指颜色感测、指纹图像细节运动感测以及血液细胞运动感测等。区分活体指纹和复制指纹(例如影印件)的能力可以阻止或防止对电子设备的未经授权的访问。检测其他附加的生物分析，例如心跳或心率感测等的能力，可以提高检测活体指纹并提供有价值的健康监测的能力。

一方面，一种指纹传感器装置包括感测电路，用于生成响应于检测与指纹相关联的触摸输入的传感器信号。所述感测电路包括指纹传感器，用于检测所述触摸输入，并生成指示所述指纹的图像的信号。所述感测电路包括活体手指传感器，用于生成指示所述指纹属于活体手指的标识的信号。生成的所述传感器信号包括所述指示所述指纹的所述图像的信号以及所述指示所述指纹属于活体手指的所述标识的信号。所述指纹传感器装置包括与所述感测电路耦合通信的处理电路，用于处理生成的所述传感器信号，以确定与所述指纹相关联的所述触摸输入是否属于活体手指。

所述指纹传感器装置可以以不同方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个。所述指纹传感器包括电容传感器、光学传感器、或同时包括电容传感器与光学传感器。所述指纹传感器可以获取关于所述指纹的脊和谷的信息。活体指纹传感器可以分析指示所述指纹的图像的信号，以识别一段时间内图像细节的动态变化。所述活体指纹传感器包括光源和光检测器。所述光源可以包括发光二极管或激光二极管。所述光检测器可以包括光电二极管。所述光源可以向所述指纹的源发射光。所述光检测器可以检测所述指纹的所述源响应于所述发射光所散射的散射光。

另一方面，一种电子设备包括中央处理器以及与所述中央处理器通信的指纹传感器装置。所述指纹传感器装置包括感测电路，用于生成响应于检测与指纹相关联的触摸输入的传感器信号。所述感测电路包括指纹传感器，用于检测所述触摸输入，并生成指示所述指纹的图像的信号。所述感测电路包括活体手指传感器，用于生成指示所述指纹属于活体手指的标识的信号。生成的所述传感器信号包括所述指示所述指纹的所述图像的信号以及所述指示所述指纹属于活体手指的所述标识的信号。所述指纹传感器装置包括与所述感测电路耦合通信的处理电路，用于处理生成的所述传感器信号，以确定与所述指纹相关联的所述触摸输入是否属于活体手指。所述指纹传感器装置包括接口，用于桥接所述指纹传感器装置与所述电子设备的所述中央处理器之间的信号流。

所述电子设备可以以不同方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个。所述电子设备可以包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑或可穿戴设备。

另一方面，一种指纹扫描期间检测活体手指的方法包括指纹传感器检测与指纹的源相关联的触摸输入。所述方法包括由所述指纹传感器生成响应于检测到的所述触摸输入的图像信号。所述指纹传感器生成的所述图像信号指示所述指纹的一个或多个图像。所述方法包括活体手指传感器生成活体手指检测信号，以指示进行触摸的所述指纹的源是否是活体手指。所述方法包括处理电路处理生成的所述图像信号和所述活体手指检测信号，以确定检测到的触摸和相关联的一个或多个指纹图像是否来自活体手指。

所述方法可以实现，以包括以下特征中的一个或多个。处理生成的所述活体手指检测信号可以包括分析指纹图像动态。所述指纹图像动态可以包括信号幅度的变化或亮点坐标的变化。生成所述图像信号可以包括采集一系列指纹图像。生成所述活体手指检测信号可以包括识别采集的所述一系列指纹图像的一个或多个图像细节的变化。

另一方面，一种进行活体手指检测的方法包括指纹传感器检测与指纹相关联的触摸输入。所述方法包括活体手指传感器将光的一个或多个波长应用于检测到的与所述指纹相关联的所述触摸输入的源。所述方法包括所述活体手指传感器检测与指纹相关联的所述触摸输入的所述源响应于所述应用的光的一个或多个波长所散射的散射光。检测到的散射光包括与检测到的与所述指纹相关联的所述触摸输入的所述源的材料的信息。所述方法包括基于检测到的散射光包括的所述信息确定检测到的与所述指纹相关联的所述触摸输入的所述源是否是活体手指。

所述方法可以以不同方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个。检测到的与所述指纹相关联的所述触摸输入的所述源的所述材料的所述信息可以包括血细胞、心跳、血液流动引起的散斑图或多普勒频率变化的信息。

另一方面，一种电子设备包括防护盖板；以及设置在所述防护盖板附近的指纹传感器。所述指纹传感器包括指纹传感器芯片，用于扫描指纹；以及活体手指传感器，用于从所述指纹的源中获取信息，所述信息指示所述指纹的所述源是否是活体手指。所述活体手指传感器包括光源，用于向所述指纹的所述源发射一个或多个波长的光，以及光检测器，用于检测所述指纹的所述源响应于所述发射光所散射的散射光。检测到的所述散射光包括指示所述指纹的所述源是否是活体手指的所述信息。

所述电子设备可以实现，以包括以下特征中的一个或多个。例如，所述指纹传感器可以包括压力传感器。所述指纹传感器可以包括设置于所述压力传感器上的挠性印制电路(FPC)。所述指纹传感器可以包括设置于所述FPC上的集成电路板。所述光源和所述光检测器可以集成于所述集成电路板。所述指纹传感器装置可以设置在所述防护盖板的下面。所述光源可以包括发光二极管或激光二极管。所述光检测器可以包括光电二极管。所述光源可以集成于所述指纹传感器芯片。所述防护盖板可以包括对于所述发射光和所述散射光至少部分透明的玻璃材料。所述玻璃盖板可以包括发射光路窗口，用于所述发射光从所述光源传输至所述指纹的所述源。所述玻璃盖板可以包括散射光路窗口，用于所述指纹的所述源的所述散射光被所述光检测器接收。所述指纹传感器装置可以包括设置于所述指纹传感器芯片上的着色环氧树脂材料层。所述指纹传感器装置可以包括设置于所述指纹传感器芯片周围及所述着色环氧树脂材料层下面的金属环结构。所述防护盖板上可以设置有孔，用于接收所述防护盖板的所述孔内的所述指纹传感器装置。所述指纹传感器装置包括金属环，所述指纹传感器装置设置于所述防护盖板的所述孔内，以在所述金属环和所述防护盖板的侧面之间形成间隙，其中所述间隙形成用于所述光源发射的所述发射光至所述指纹的所述源的光路。所述指纹传感器装置可以包括传感器盖板。所述传感器盖板对于所述发射光和所述散射光可以是部分透明的。所述传感器盖板可以包括对于所述发射光和所述散射光至少部分透明的两层材料。所述传感器盖板可以包括对于所述发射光和所述散射光至少部分透明的所述两层材料之间的着色层。所述传感器装置可以包括网状材料。

本技术所公开的多功能指纹传感器装置可以利用多种不同的指纹感测技术，包括光学感测、具有活体传感器像素和放大的自电容感测、或多种指纹感测技术的结合。置入具有活体传感器像素和放大的自电容感测的所述指纹传感器装置可能会获得多个有利优点。例如，因为具有活体传感器像素和放大的自电容感测消除了对于所述指纹传感器装置外部的激励电极的需求，所以所述整个指纹传感器装置可以实现为设置于防护盖板(例如，蓝宝石)的下面。这种置于盖板下面的实现方式可以防止所述指纹传感器装置受到手指、水分、灰尘等环境危害。此外，具有活体传感器像素和放大的所述自电容感测允许在扫描行或列中选择性地驱动所有传感器像素，以增加有利于每次读取的传感器信号的传感器像素的数量。以下描述中，这些优点与其他潜在优点将是明显的。

附图说明

图1示出了智能手机中实现示例性指纹传感器装置的框图。

图2A和2B是通过分析指纹图像进行活体手指检测的示例过程的流程图。

图3A是通过分析产生触摸的物体的材料进行活体手指检测的示例过程的流程图。

图3B是针对光的不同波长示出的皮肤反射率的图。

图4A、图4B、图4C和图4D是置入智能手机中的包括压力传感器的示例性指纹传感器装置的框图。

图5示出了用于提供安全通信信道的示例性应用的框图。

图6A和图6B示出了置入智能手机中的利用光学感测技术进行活体手指判断的示例性指纹传感器装置的框图。

图7A和7B是具有夹层盖板结构的指纹传感器装置的示例性封装的框图。

图8A和8B是具有金属环的指纹传感器装置的示例性封装的框图。

图9A和9B是具有着色网状盖板的金属环的指纹传感器装置的示例性封装的框图。

图10A是实现具有活体传感器像素和放大的自电容感测的示例性指纹传感器装置的框图。

图10B是示例性传感器像素的框图。

图10C是图10B中示出的示例性传感器像素的等效电路。

图11A示出了一种示例性指纹传感器装置，其实现是对于每个传感器像素除光学传感器外还包含电容传感器。

图11B示出了一种示例性指纹传感器装置，其在传感器像素阵列中的每个传感器像素中结构地集成光学传感器与电容传感器。

图12是同时包含光学传感器和电容传感器的一种示例性混合型指纹传感器装置的俯视图。

图13A示出了一种示例性混合型指纹感测元件或像素的电路图。

图13B示出了另一种示例性混合型指纹感测元件或像素的电路图。

图13C示出了一种用于对来自混合型指纹感测元件或像素的传感器信号进行并行检测的示例性混合型指纹感测元件或像素的电路图。

图14A、图14B、图14C和图14D示出了由包含光学传感器和电容传感器的混合型指纹传感器进行指纹感测的示例性过程的流程图。

具体实施方式

恶意分子可以通过获取授权用户的指纹，并在类似于人类手指的承载物体上复制所窃取的指纹图案，以用于解锁目标设备，以此入侵配备有指纹认证机制的电子设备。因此，尽管指纹图案是唯一的生物识别符，但其本身并不是完全可信或安全的标识。本文件中描述的技术、设备和系统对现有电子设备中使用的指纹认证技术进行了改进，以尽可能防止使用窃取的指纹访问目标设备。

本文件中描述的实施例提供了实现用于人类指纹检测和认证的各种指纹传感器装置的设备、系统和技术。同时，本文件中描述的实施例提供了实现各种指纹传感器装置的设备、系统及技术，用以确定检测到的物体是否属于活体。本文件中所公开的技术可以与来自人体的其它测量相结合，以与该人体的指纹图案结合作为合并的认证方法，以识别授权者是否正在访问该设备。

此外，所公开技术的实现方式的各种例子中提供的指纹传感器装置还可以检测其他生物统计数据，例如指纹扫描期间用户的心跳或心率。因此，所公开技术中的指纹传感器装置是一种多功能指纹传感器装置，可以提供对电子设备的安全访问，并提供其他生物统计数据分析，例如心跳或心率感测。

指纹传感器电路和活体手指检测

图1示出了智能手机1中实现示例性指纹传感器装置20的框图。指纹传感器装置20包括进行指纹扫描和活体/死体指纹判断的感测单元或电路2。感测单元2与处理电路5耦合通信，以处理来自感测单元2的信号流，并处理与指纹扫描和活体/死体指纹判断等相关联的信号等。接口6桥接指纹传感器装置20与可以包括智能手机1的应用平台或主机设备7之间的信号流。应用平台7的例子包括需要进行安全访问的智能手机1、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备和其他电子设备。例如，界口6可以与智能手机1的中央处理器(直接地或通过总线或接口等其他组件)通信，以提供来自指纹传感器装置20的传感器数据，该传感器数据包括指纹图像数据和指示检测到的产生触摸输入的指纹是否属于活体手指的信息。

感测单元2包括指纹传感器3和活体手指传感器4。指纹传感器3可以被植入使用自电容感测、互电容感测、光学感测等可用感测技术中的一种或组合，或植入其他感测技术。活体手指传感器4可以包括用于分析指纹图像动态的电路。如上所述，从指纹传感器3中获取的指纹电容图像携带手指运动信息，因此，如信号幅度、亮点坐标等图像细节就可用以确定触摸传感器装置的手指是否是活体手指。在一些实现方式中，活体手指传感器4可以包括电路，例如光学传感器，用于从扫描到的指纹中感测如心跳或心率等其他生物标记。图10A至图14D提供了指纹传感器3和活体手指传感器4的例子。

血液流经用户身体时，活体手指在运动、伸展或搏动，基于该事实，活体手指传感器4进行活体手指检测或判断。活体手指传感器4可以包括可检测活体手指运动、伸展或搏动的压力传感器、光学传感器或其他传感器。例如，光学传感器可以包括用于发光的光源，例如发光二极管(LED)或激光二极管(LD)，以及用于检测手指响应于发射光散射出的散射光的光检测器，例如光电二极管。光通过手指组织或血液细胞传播时，光线部分被吸收，部分被散射。活体手指运动或血液流动会导致光吸收截面发生变化。光电二极管检测该类变化，以对活体手指进行检测。

图2A和2B是通过分析指纹图像进行活体手指检测的示例过程40的流程图。该过程40包括指纹传感器检测触摸输入(41)。该过程包括由指纹传感器3生成响应于检测到的触摸输入的图像信号(42)。该过程包括由活体手指传感器生成活体手指检测信号(43)。指纹传感器3生成的图像信号指示检测到的触摸的源的一个或多个图像。确定该触摸来自手指后，输出信号指示所检测到的手指触摸的一个或多个指纹图像。该过程包括处理电路处理生成的图像信号和活体手指检测信号，以确定检测到的触摸和相关联的指纹图像是否来自活体手指(43)。处理生成的信号可以包括分析指纹图像动态(44)。指纹电容图像携带手指运动信息，因此，包括如信号幅度、亮点坐标等图像细节的指纹图像动态就可用以确定指纹传感器装置检测到的指纹是否来自活体手指。

一系列的指纹电容图像均可以从生成的输出信号中采集，用以恢复一定时间段内的指纹图像动态，包括信号幅度变化和亮点分布变化等。伪造的手指与活体手指显示不同的动态。例如，活体手指的指纹图像动态可包括在采集所述一系列图像的时间段内信号幅度或亮点坐标分布的变化。相对于活体手指，伪造的，非活体手指不会显示任何变化或不同(合成的)变化。可以使用包括硬件、软件或二者的组合等各种实现方式获取手指图像动态数据。可以将微压力传感器集成在手指传感器装置中，以助于采集活体手指运动信号。

图3A是通过分析产生触摸的物体的材料进行活体手指检测的示例过程46的流程图。该过程46使用光学方法分析引起检测到的触摸的物体的材料。该过程46包括指纹传感器检测触摸输入(47)。将光的一个或多个波长从一个或多个光源应用到检测到的与指纹传感器装置产生触摸的物体，以照亮该物体(48)。光检测器检测该物体响应于应用的光的一个或多个波长散射出的光(49)。手指散射出的光包括手指材料信息，该信息包括血细胞、心跳、血液流动引起的散斑图和多普勒频率变化等。从散射光获取的信息用于确定检测到的物体是否是活体手指(50)。例如，存在包括血细胞、心跳、血液流动引起的散斑图和多普勒频率变化信息等手指材料的任何手指材料信息，可用以确认检测到的物体是活体手指。

图3B是针对光的不同波长示出的皮肤反射率的图51。如图3A中过程46所述，将不同波长的光应用于物体(例如，手指)的光学检测技术可以用来确定或判断检测到的物体是活体手指。光学技术是基于响应于光的不同波长的人类手指皮肤光谱的。如图3B所示，人类皮肤反射光谱曲线呈W型图案。对应的左边最小波长是546.6纳米，局部最大波长是559.4纳米，右边最小波长是575.5纳米。光的单个或多个波长可以用来测量心跳，以便判断或确定检测到的物体是活体手指。

指纹传感器装置封装

图4A、图4B、图4C和图4D是置入智能手机1中的包括压力传感器的示例性指纹传感器装置20的框图。图4B是沿着剖切线21的智能手机平台1的横断面视图。图4C和图4D是示例性指纹传感器装置20的俯视图。智能手机设备1包括具有集成指纹传感器模块或指纹传感器装置20的触控面板组件10。智能手机设备包括其他传感器12，例如照相机。智能手机设备还可以包括各种按钮14和16，例如用于接收相应的用户输入的侧边按钮。触控面板组件10可以包括设置于支撑玻璃54之上的增强型盖板玻璃50。着色环氧树脂材料层52可以用于将盖板玻璃50固定在支撑玻璃54上。ITO图案56可以印在支撑玻璃54的底表面或后表面上。支撑玻璃上可以设置有孔58，用于放置指纹传感器模块或指纹传感器装置20。

如图4B所示，指纹传感器装置20可以包括指纹传感器芯片23。具有集成电路25的回蚀PCB设置在指纹传感器芯片23的底表面或后表面上。挠性印制电路(FPC)27设置在具有集成电路25的背面PCB和微压力传感器26之间。可选金属环结构29可以设置在指纹传感器芯片23的周围，和着色环氧树脂材料层52的下面。可以利用稀薄环氧树脂材料31将指纹传感器装置20与着色盖板玻璃50粘在一起。

在应用用于活体手指判断的光学感测技术中，光电二极管等光感测装置以及发光二极管(LED)和激光二极管(LD)等光源可以以不同的方式集成到指纹传感器装置中。图4C和图4D是示例性指纹传感器装置20的俯视图，示出了将光检测器和光源集成到指纹传感器装置中的两种不同方式。图4C示出了在指纹传感器芯片23中集成光检测器和光源的方法。图4B和图4C中的示例性指纹传感器装置20的俯视图示出了由LED或LD 33等分立元件以及光电二极管35环绕的指纹传感器芯片23。发光二极管(LED)或激光二极管(LD)33设置在回蚀PCB 25上，可以发射出应用于物体(例如手指)的一个或多个波长的光。图4C中的光电二极管35设置或安装有指纹传感器芯片23，可以检测物体(例如手指)响应于所应用的光散射出的光。

图4D示出了在指纹传感器芯片外部集成光检测器和光源的方法。图4D中的示例性指纹传感器装置20的俯视图示出了由LED或LD 63等分立元件以及光电二极管61环绕的指纹传感器芯片23。发光二极管(LED)或激光二极管(LD)63设置在回蚀PCB 25上，可以发射出应用于物体(例如手指)的一个或多个波长的光。图4D中的光电二极管61设置或安装在指纹传感器芯片23外，设置在回蚀PCB 25上。独立于传感器芯片的光电二极管61可以检测物体(例如手指)响应于所应用的光散射出的光。

结合光源和光检测器进行活体手指检测的光学感测技术还可以有其他的应用。图5示出了用于提供安全通信信道的示例性应用的框图。两个电子设备64和66可以通过利用光源和光电二极管提供的高速安全通信信道65互相通信。调制光源以携带可以传输的数据，由光电二极管接收该数据。近场通信(NFC)模块的典型数据速率是4.24Mbit/s，与其相比，光学通信可以实现更高的数据速率，信号也更难被第三设备采集。例如，LED可以实现50Mbit/s，垂直腔面发射激光器LD可以实现大于10Gbit/s。

图6A和图6B示出了置入智能手机1中的利用光学感测技术进行活体手指判断的示例性指纹传感器装置20的框图。图6A和图6B的指纹传感器装置20在智能手机1的屏幕盖板下封装制造。图6B是沿着剖切线21的智能手机平台1的横断面视图。智能手机设备还可以包括各种按钮14和16，例如用于接收相应的用户输入的侧边按钮。触控面板组件10可以包括设置于支撑玻璃54之上的增强型保护玻璃50。着色环氧树脂材料层52可以用于将保护玻璃50固定在支撑玻璃54上。ITO图案56可以印在支撑玻璃54的底表面或后表面上。支撑玻璃上可以设置有孔58，用于放置指纹传感器模块或指纹传感器装置20。

如图6B所示，指纹传感器装置20可以包括指纹传感器芯片23。具有集成电路25的回蚀PCB设置在指纹传感器芯片23的底表面或后表面上。挠性印制电路(FPC)27设置在具有集成电路25的回蚀PCB和微压力传感器26之间。可选金属环结构29可以设置在指纹传感器芯片23的周围，以及着色环氧树脂材料层52的下面。可以利用稀薄环氧树脂材料31将指纹传感器装置20与着色盖板玻璃50粘在一起。

在应用用于活体手指判断的光学感测技术中，光电二极管等光感测装置35以及发光二极管(LED)和激光二极管(LD)等光源33可以以不同的方式集成到指纹传感器装置中。光检测器35可以集成在指纹传感器芯片23中。图6A和图6B中的光电二极管35设置或安装有指纹传感器芯片23，可以检测物体(例如手指)响应于所应用的光所散射出的光。发光二极管(LED)或激光二极管(LD)33在指纹传感器芯片23外，设置在回蚀PCB 25上。光源33可以发射出应用于物体(例如手指)的一个或多个波长的光。

光源33的光路窗口71设置在光源33上，并穿过顶盖板玻璃50。打开光路窗口71，使光源33发射出的光75从光源33射出。光路窗口71允许光源33发射出的光75通过并接触物体77(例如手指)。光检测器35(例如光电二极管)的光路窗口73设置在光检测器35上，其使得物体77(例如手指)响应于光源33发射出的发射光71散射出散射光79，进而到达光电二极管35。光路窗口71和73可以是没有任何涂层的干净区或具有涂层的特定区，这些涂层针对相关光波至少是部分透明的。

图7A和图7B是具有金属环的指纹传感器装置80的示例性封装的框图。指纹传感器装置80与图1至图6的指纹传感器芯片20大体相似，只是在封装中嵌入了金属环。图7A是嵌入如智能手机等电子设备的指纹传感器装置80的俯视图。图7B是沿着线A-A剖切的横断面视图，金属环83设置在指纹传感器芯片89周围。挠性印制电路(FPC)93设置在金属盖板95上。传感器槽板91设置在FPC93和指纹传感器芯片89之间。可选传感器盖板87设置在指纹传感器芯片89上。指纹传感器装置80可利用设置在盖板85中的过孔或孔嵌入到电子设备的屏幕或顶盖板85中。电子设备的屏幕或顶盖板85可以设置在着色涂层99上，以向屏幕盖板85提供期望的颜色和光路。屏幕着色涂层99可以按要求更改以形成光路。传感器装置80可以用填充材料(例如环氧树脂)101进行固定。

如图7B所示，光源(LED、LD等)97设置在FPC 93上。金属环83和屏幕盖板85之间的间隙82用作由光源97发出的光束105的光路。间隙82作为光路，可以通过间隙82处金属环的倾斜外壁表面103将其增大。光检测器113(例如光电二极管)的光路窗口81设置在光检测器113(例如光电二极管)上，允许物体119(例如手指)响应于光源97发射出的光束105散射出散射光117到达光检测器113(例如光电二极管)。光电二极管113的光路窗口81可以是干净的，也可以具有透明涂层，以使得至少部分散射光透过窗口81。

图8A和图8B是具有夹层传感器盖板的指纹传感器装置84的示例性封装的框图。指纹传感器装置84与图1至图6B的指纹传感器装置20以及图7A和图7B的指纹传感器装置80大体相似，只是在具有夹层传感器盖板的封装中嵌入了金属环。图8A是嵌入智能手机等电子设备的指纹传感器装置84的俯视图。图8B是沿着线B-B剖切的横断面视图。金属环83设置在指纹传感器芯片89周围。挠性印制电路(FPC)93设置在金属盖板95上。传感器槽板91设置在FPC 93和指纹传感器芯片89之间。可选传感器盖板121设置在指纹传感器芯片89上。传感器盖板121设置为两层的夹层结构，着色层115位于该两层121之间。传感器盖板121的着色层115可以用来减弱目标光线。指纹传感器装置84可利用设置在盖板85中的过孔或孔嵌入到电子设备的屏幕或顶盖板85中。电子设备的屏幕或顶盖板85可以设置在着色涂层99上，以向屏幕盖板85提供期望的颜色和光路。屏幕着色涂层99可以按要求更改以形成光路。传感器装置84可以用填充材料(例如环氧树脂)101进行固定。

如图7B所示，光源(LED、LD等)97设置在FPC 93上。金属环83和屏幕盖板85之间的间隙82用作由光源97发出的光束105的光路。间隙82作为光路，可以通过间隙82处金属环的倾斜外壁表面103将其增大。光检测器113(例如光电二极管)的光路窗口81设置在光检测器113(例如光电二极管)上，允许物体119(例如手指)响应于光源97发射出的光束105散射出散射光117到达光检测器113(例如光电二极管)。光电二极管的光路窗口81可以是干净的，也可以具有透明涂层，以使得至少部分散射光透过窗口81。

具有着色层115的传感器盖板121的夹层结构可以有助于使光路窗口81通过盖板不可见。在夹层结构盖板121中，着色层或层115设置于两个透明层(例如玻璃)之间。透明层可以粘在传感器芯片89上，以向光电二极管113提供来自手指119的光路。在一些实现方式中，着色层115可以在边缘区进行更改。并且，金属环83的内壁104可以将手指散射的光117反射至光电二极管113。

图9A和图9B是具有着色网状盖板的金属环的指纹传感器装置86的示例性封装的框图。指纹传感器装置86与图1至图6B的指纹传感器装置20、图7A和图7B的指纹传感器装置80，以及图8A和图8B的指纹传感器装置84大体相似，只是在具有着色网状盖板的封装中嵌入了金属环。图9A是嵌入智能手机等电子设备的指纹传感器装置86的俯视图。图9B是沿着线C-C剖切的横断面视图，金属环83设置在指纹传感器芯片89周围。挠性印制电路(FPC)93设置在金属盖板95上。传感器槽板91设置在FPC93和指纹传感器芯片89之间。可选传感器盖板121设置在指纹传感器芯片89上。传感器盖板122设置为具有着色层115的网状盖板，该着色层115位于盖板122和指纹传感器芯片89之间。网状盖板122的着色层115可以用来减弱目标光线。指纹传感器装置84可利用设置在盖板85中的过孔或孔嵌入到电子设备的屏幕或顶盖板85中。电子设备的屏幕或顶盖板85可以设置在着色涂层99上，以向屏幕盖板85提供期望的颜色和光路。屏幕着色涂层99可以按要求更改以形成光路。传感器装置86可以用填充材料(例如环氧树脂)101进行固定。

如图7B所示，光源(LED、LD等)97设置在FPC 93上。金属环83和屏幕盖板85之间的间隙82用作光源97发出的光束105的光路。间隙82作为光路，可以通过间隙82处金属环的倾斜外壁表面103将其增大。因为网状盖板122允许物体119(例如手指)响应于光源97发射出的光束105散射出散射光117穿过网状盖板122到达光检测器113(例如光电二极管)，所以没有使用光检测器113(例如光电二极管)的光路窗口。网格盖板122的结构是网状的，以使得至少部分散射光117穿过网格盖板122。例如，网状着色盖板122和着色层115是由网状结构组成的，这样间隙作为光路，使得散射光117从手指119传到光电二极管113。网状着色结构122可以占用整个盖板区域或仅覆盖光电二极管113上的局部区域。并且，金属环83的内壁104可以将手指散射的光117反射至光电二极管113。

指纹传感器技术

本专利文件公开的指纹传感器装置20、80、84以及86可以利用使用自电容感测、互电容感测、光学感测以及其他等各种感测技术中的一种或组合来实现。所公开的用于检测活体手指的技术并不依赖于一种特定类型的传感技术，可以采用各种感测技术中的任意一种或组合。

例如，图10A是实现具有活体传感器像素和放大的自电容感测的示例性指纹传感器装置200的框图。指纹传感器装置200是实现自电容感测的图1至图9B中的指纹传感器装置20、80、84以及86的一个例子。自电容指纹传感器装置200包括设置于基板载体204上的传感器芯片202和设置于传感器芯片202上的防护膜或防护盖板层206。防护膜或防护盖板层106可以包括绝缘子或介电材料，例如玻璃、二氧化硅(SiO₂)、蓝宝石、塑料、聚合物等其他大体相似的材料。防护膜或防护盖板层206可用于保护传感器芯片202，并作为手指201表面和传感器芯片202中单个传感器像素的导电传感电极之间的介电层的一部分。根据指纹传感装置200的应用场景，防护膜或防护盖板层206为可选层。在一些实现方式中，指纹传感装置200可以通过移动电话等电子设备的顶盖板玻璃的开口设置或设置在电子设备的顶盖板玻璃下面。在使用于玻璃下面的应用场景中时，不需要防护膜或防护盖板206，因为电子设备的顶盖板玻璃会起到保护传感器芯片202并充当介电层的作用。传感器芯片202包括传感器像素阵列，这些传感器像素阵列组合起来感测或采集与防护膜或防护盖板层206接触的手指201的指纹数据。传感器芯片202的每个传感器像素基于与手指201的脊和谷相关联的电容器的电容生成输出信号(例如电压)。组合后的输出信号表示手指201的指纹图像。像素传感器的数量越多，指纹图像的分辨率就越高。

图10B示出了示例性传感器像素208。传感器芯片202的传感器像素阵列中的每个传感器像素与示例性传感器像素208大体相似。示例性传感器像素108包括运算放大器222用于放大通过示例性传感器像素208检测到的电容相关信号(例如电压信号)。包括导电材料的传感器电极212电连接到放大器222的负极端子或反相输入端，该导电材料例如为各种金属中的一种。图10B(以及本专利文件中的其他附图)示出和描述的放大器组态仅是一个例子，可能存在包括正反馈组态的其他放大器组态。传感器电极212和手指201的局部表面起到电容器CS 230的相对板的作用。电容器CS 230的电容基于手指201的局部表面与传感器电极212之间的距离“d”，即电容器CS 230的两块板之间的距离而变化。电容与电容器CS 230的两块板之间的距离“d”成反比。传感器电极212面对手指201的脊时的电容大于其面对手指201的谷时的电容。

另外，在示例性传感器像素208中，不同导电元素之间可以形成各种寄生电容器。例如，传感器电极212和设备地面终端214之间可以形成寄生电容器CP1 226。手指201的局部表面和接地216之间可以形成另一寄生电容器CP2 217。设备地面与接地紧密耦合。放大器222的输出导线和放大器222的负极端子或反相输入端之间可以形成另一电容器CF 128，其对于放大器222起到反馈电容器的作用。

放大器222的正极端子与激励信号Vin 218电连接。激励信号Vin 218可以直接提供给每个传感器像素中的专用放大器的正极端子。通过向放大器222的正极端子直接提供激励信号Vin 218，示例性传感器像素208变为有源传感器像素。另外，向放大器222的正极端子直接提供激励信号Vin 218消除了对激励电极的需要，与所有传感器像素一样，这减少了传感器芯片202的半导体结构中的导电(例如金属)层。另外，通过向放大器222直接提供激励信号Vin 218，激励信号Vin 218不用直接应用于手指，以避免手指201受到潜在的刺激或损伤。此外，因为没有使用直接应用于手指的激励信号的激励电极，所以指纹传感器装置200的所有组件可以集成到一个单一封装的装置中，并且整个指纹传感器装置200可以设置在防护盖板玻璃的下面。由于整个指纹传感器装置200设置在防护盖板玻璃的下面，这就可以使指纹传感器装置200不会受到手指以及其他可能损害指纹传感器的外部元件的损害。

至少基于可变电容器CS 230的可变电容，放大器222可以生成输出信号，并且该输出信号可以有助于整体指纹数据。至少基于可变电容以及没有其他有助于输出信号的非寄生电容的反馈电容器CF的反馈电容，放大器222可以生成输出信号。如上所述，其部分原因是在传感器像素208中没有使用如外部驱动电极等其他电极。

图10C是图10B中示出的示例性传感器像素208的等效电路210。运算放大器222的负极端子或反相输入端与电容器CS 230电连接，而电容器CS 230与寄生电容器CP2 217串联。放大器222的负极端子或反相输入端还与寄生电容器CP1 226电连接，而寄生电容器CP1 226与电容器CS 230和CP2217的串联组合并联。放大器222的负极端子或反相输入端还与反馈电容器CF 228电连接。激励信号Vin 218直接应用于放大器222的正极端子或非反相输入端。

放大器222的输出信号224是由示例性像素传感器208检测到的信号的放大电压。以下方程式1示出了图10C所示的放大器输出224的传递函数。

因为通常情况下，CP2>100×CS，所以方程式1可以简化为以下方程式2：

因为指纹数据反映在CS 230的电容的变化中，同样地，电容和指纹数据的变化反映在输出信号Vout 224中。

指纹传感器技术：集成于像素的光学传感器

在所公开技术的另一方面，指纹传感器装置的每个感测像素可以是混合型感测像素，该混合型感测像素具有用于采集指纹信息的电容传感器和用于采集本专利文件中所公开的包括活体手指检测等指纹信息的光学传感器。图11A和图11B示出了混合型感测像素设计的两个示例。

图11A示出了指纹传感器装置400的示例，该指纹传感器装置400对于采集指纹信息的每个传感器像素，除光学传感器外还包含电容传感器。通过结合电容传感器和光学传感器，光学传感器获得的指纹图像可以用来更好地解析电容传感器获得的3D指纹结构。为了便于描述，图11A中所示的结构表示传感器像素阵列中的一个传感器像素，并且每个传感器像素包括在同一像素中彼此紧邻设置的光学传感器402和电容传感器414。

光学传感器402包括光检测器408和准直器406，该准直器406设置在光检测器408之上，以窄化或聚焦来自手指202朝向光检测器408的反射光424。一个或多个光源，如LED(未示出)可以设置在准直器406的周围发光，该光被手指反射，作为反射光424，并向对应的光检测器408导向或聚焦，以采集手指202的指纹图像的一部分。准直器406可以通过使用光纤束或使用具有孔或开口的一个或多个金属层来实现。图11A示出了通过使用具有孔或开口412的一个或多个金属层410实现的准直器406。

在每个感测像素的电容感测部分中，电容传感器414包括电磁耦合到手指的一部分的电容传感器板416，该手指的一部分要么在感测像素附近要么与感测测像素接触，以进行电容感测。更具体地，当手指202与可选盖板404或与实现指纹传感器装置400的移动装置上的盖板接触或大致接时，电容传感器板416和手指202相互作用作为一个或多个电容元件422的两个板。电容传感器板416的数量可以基于电容传感器414的设计而变化。电容传感器板416可以通过使用一个或多个金属层实现。电容传感器板416通信耦合到电容传感器电路420，使得电容传感器电路420可以处理来自电容传感器板416的信号，以获得表示3D指纹结构的数据。布线材料或屏蔽材料可以设置在电容传感器板416和电容传感器电路之间，以电屏蔽金属板416。电容传感器电路420可通信耦合到电容传感器板416和光检测器408，以处理来自电容传感器板416的信号和来自光检测器408的信号。

在图11A中，每个混合型感测像素内的电容传感器与光学传感器毗邻并且相互错开，在空间上没有重叠。图11B示出了指纹传感器装置430的另一个例子，该指纹传感器装置430用传感器像素阵列中的空间重叠配置在每个混合型传感器像素中结构地集成光学传感器和电容传感器，以减少每个混合型感测像素的覆盖区。指纹传感器装置430包括半导体基板431，如硅。在基板431的上方设置有多个感测元件或感测像素439。每个感测元件或感测像素439包括有源电子电路区域432，该有源电子电路区域432包括用于处理传感器信号的CMOS开关，放大器，电阻器和电容器。每个感测像素或感测元件439包括设置在或嵌入在有源电子电路区域432的光检测器433。用于电容感测的电容传感器的电容传感器板或顶电极434设置在光检测器433的上方，并且包括在传感器板434上的孔或开口438，也起到光的准直器的作用，用于将光导向到光检测器433上。用导电材料填充的过孔435设置为将顶电极434电连接到有源电路元件432。通过调整开口或孔同时调整顶电极434与光检测器433之间的距离，可以调节光检测器(例如，光电二极管)433的光收集角度437。指纹传感器装置430由保护盖板436覆盖，保护盖板436包括如蓝宝石，玻璃等的硬质材料。光检测器433的光收集角度437可以设计以保持由光电二极管阵列收集的图像的空间分辨率。光源440，如LED，置于指纹传感器装置430的侧面，盖板之下发光，该光被手指反射并被导向光检测器433，以采集指纹图像。当手指触摸或大致接近保护盖板时，手指和感测顶电极434一起在人体和感测顶电极434之间形成电容耦合(例如，电容器442)。包括光学传感器和电容传感器的指纹传感器装置430，既可以获取指纹的光反射图像，也可以获取电容耦合图像。感测顶电极434有双重目的：1)为了电容感测，2)作为准直器(通过在感测顶电极434上制造一个或多个孔)以引导，窄化或聚焦来自手指朝向光检测器433的反射光。重复使用感测顶电极434消除了对附加金属层或光纤束的需要，因此减少了每个像素的尺寸并相应地减少了指纹传感器装置430的整体尺寸。

图12是每个混合型感测像素中既包含光学传感器又包含电容传感器的示例性混合型指纹传感器装置500的俯视图。指纹传感器装置500作为CMOS硅芯片521实现，该CMOS硅芯片521包括混合型(既包含光学传感器又包含电容传感器)感测元件或像素522的阵列。感测元件的大小或尺寸，例如，可以在25微米到250微米的范围内。混合型传感器装置500可以包括支撑电路的阵列，其包括侧面区域524中的放大器，ADC和缓冲存储器。此外，混合型传感器装置500可以包括用于线键合或凸起键合的区域525。混合型传感器元件522的顶层526可以包括用于电容感测的金属电极。一个或多个开口或孔523可以在每个顶金属电极23上制造，结构上作为准直器，用于引导垂直方向上的光照射到顶电极下的光检测器上。因此，顶层526的结构可以用作光学感测和电容感测的双重目的。提供的传感器装置处理器可以处理来自混合型感测像素的像素输出信号，以提取指纹信息。

除了共享相同的结构用于电容感测和作为准直器用于聚焦垂直方向上的光，传感器信号检测电路的一个实例可以在光学传感器和电容传感器之间共享，以检测来自光检测器和电容传感器板的传感器信号。

图13C示出了对指纹具有电容感测和光学感测功能的示例性混合型指纹感测元件或像素600的电路图。示例性传感器像素600包括传感器信号检测电路616，以选择性地在基于电容感测检测或获取传感器信号的感测顶电极(例如，顶金属层)608和基于光学感测的光检测器(例如，光电二极管)614之间切换，以从光检测器614获取来自手指的反射的光学图像以及从电容传感器电极608获取来自手指的电容耦合的图像。在一些实现方式中，如图13A中具体示出的一个示例，每个混合型感测像素中来自两个感测机制的两个图像可以由传感器信号检测电路611串行地进行处理。在图示的示例中，开关610和612具有分别电耦合到感测顶电极608和光检测器614的第一端，和耦合到传感器信号检测电路616的公共输入端的第二端，以向传感器信号检测电路616提供相应的来自光检测器614的光学检测器信号和来自感测顶电极608的电容感测信号。当开关610断开(Cap_en＝0)并且开关612接通(Optical_en＝1)时，传感器信号检测电路616获取光学检测器信号，该光学检测器信号表示在特定混合型感测像素处接收到的扫描的指纹的光学图像。当开关610的Cap_en＝1并且Optical_en＝0时，传感器信号检测电路616可以获取电容传感信号，该电容传感信号表示扫描的指纹的电容图像。光学图像和电容图像都获取之后，图像可以在下游电路分开处理也可以组合处理，以识别指纹特征。

对于上述混合型感测像素的两种成像方式，指纹识别的性能可以通过采用不同方式使用两种类型的图像增强。这种增强的指纹识别可以由传感器装置处理器实现，如传感器装置处理器621，用于处理来自混合型感测像素的像素输出信号，以提取指纹信息。例如，电容图像可以提供关于指纹特征的脊和谷的深度的3D图像。补充3D电容图像，光学图像可以提供关于指纹特征的高分辨率2D信息。具有更高空间分辨率的光学2D图像可以用来恢复电容感测图像分辨率，由于指纹的相同脊的二者图像信息。在一些实现方式中，其中与光学感测方法相比，电容感测方法可以更灵敏和准确地识别指纹的谷，使用电容感测方法获取的图像的空间分辨率会基于盖板的厚度而降低。电容感测的这一方面可以通过光学感测来补充。在操作中，传感器响应可以固定，并且电容传感器的点扩散功能可以对所有传感器位置固定。更高分辨率的光学感测可以用作分辨率恢复方法，可以用在电容感测图像上以提高3D图像分辨率。来自光学感测的部分高分辨率图像可以用来帮助恢复方法。因此，通过基于高分辨率2D图像的内插或恢复，可以增强3D电容图像，以提供谷和脊的更多信息。

增强的3D图像可以提供改进的指纹识别和匹配。在另一示例中，光学图像和电容图像可以一起存储，以在每次进行指纹识别或匹配时提供两个的比较。使用两种类型的图像用于比较增强了指纹感测系统的准确性和安全性。

传感器信号检测电路616可以以各种方式通过使用许多不同的电路设计来实现。在一个示例中，可以实施积分器感测电路618，以存储脊和谷的触摸引起的电荷，或移动装置的盖板大致接近指纹传感器装置的盖板引起的电荷。包含的积分器电路618增强了信噪比(SNR)。积分器感测电路包括运算放大器622，以放大传感器信号，如电容相关信号或光学相关信号(例如，电压信号)，该传感器信号由示例性传感器像素600的感测顶电极608或光检测器614检测。包括导电材料如，多种金属的一种的感测顶电极608通过开关610电连接到放大器622的负或反相端628。感测顶电极608和手指202的局部表面起电容器Cf 602的相对板的作用。电容器Cf 602的电容，基于手指202的局部表面和感测顶电极608之间的距离‘d’也就是电容器Cf 602的两个板之间的距离而变化。电容器Cf 602的电容与电容器Cf 602的两个板之间的距离‘d’成反比。感测顶电极608与手指202的脊相对时的电容器Cf 602的电容比其与手指202的谷相对时的电容大。

此外，各种寄生或其他电容器可以在示例性传感器像素600中不同的导电元件之间形成。例如，寄生电容器CP 604可以在感测顶电极608和装置接地端605之间形成。装置接地端紧密耦合至地。另一电容器Cr 624可以在放大器622的输出导体和放大器622的负或反相端628之间形成，并对放大器622起反馈电容器的作用。此外，开关626可以在放大器622的输出和放大器622的负或反相端628之间耦合，以复位积分器电路618。

放大器622的正端电连接到激励信号Vref。激励信号Vref可以直接提供给每个传感器像素中的专用放大器的正端。通过直接给放大器622的正端提供激励信号Vref，示例性传感器像素600变为有源传感器像素。此外，直接给放大器622的正端提供激励信号Vref，消除了所有的传感器像素包括共同的激励电极的需要，这样减少了传感器芯片的半导体结构的导电(例如，金属)层。在一些实现方式中，基于传感器像素的设计，可以实施可选激励电极606以提高SNR。此外，通过直接给放大器622提供激励信号Vref 630，激励信号Vref 622不会直接施加到手指202，以避免对手指202进行潜在刺激或损伤。此外，当不使用直接给手指施加激励信号的激励电极时，指纹传感器装置的所有组件可以集成到单个封装的装置，并且整个指纹传感器装置可以设置在保护盖板玻璃之下。整个指纹传感器装置设置在保护盖板玻璃之下，保护指纹传感器装置不受可以潜在损坏指纹传感器的手指和其他外部元件的损害。

在图13A中，传感器像素600中传感器信号检测电路616(例如，放大器622的Vpo)的输出信号(光学输出信号和电容输出信号)电耦合到开关620，以将来自传感器像素600的输出信号Vpo选择地输出到包括过滤器的信号处理电路。开关620可以通过使用晶体管或其他切换机制来实现，并且开关620电耦合到控制器以控制开关620的切换。通过控制开关620，610和612，传感器像素阵列中的传感器像素可以选择性地在获取光信号和电容信号之间切换。在一种实现方式中，可以获取阵列中的每一排，行或列的传感器像素的光信号或电容信号，然后切换以获取该排，行或列的其他类型信号。光信号获取和电容信号获取之间的切换可以逐排进行。在另一实现方式中，可以获取阵列中的所有传感器像素或元件的一种类型的信号(电容信号或光信号)，然后切换以获取所有传感器像素或元件的其他类型的信号。这样，不同的信号类型的获取之间的切换可发生在整个阵列。可以实施两种类型传感器信号的获取之间的切换的其他变化。

图13B示出了另一种示例性混合型指纹感测元件或像素640的电路图。对于具有相同的附图标记的组件，在混合型指纹感测元件或像素640与混合型指纹感测元件或像素600中实质上是相同的。对于具有相同的附图标记的共同组件的描述，参考图13A的描述。

混合型指纹感测元件或像素640实现了感测顶电极608包括孔或开口642，孔或开口642起准直器的作用，以聚焦或窄化朝向光检测器614(例如，光电二极管)的反射光644。光检测器614可以放置或设置在通过使用感测顶电极608实现的准直器之下，以采集由准直器608聚焦的反射光644。

在一些实现方式中，可以包括传感器信号检测电路的分开的实例，用于光学和电容传感器并行地检测来自光检测器和电容传感器板的传感器信号。图13C示出了用于对来自光检测器和电容传感器板的传感器信号进行并行检测的示例性混合型指纹感测元件或像素650的电路图。对于具有相同的附图标记的组件，在混合型指纹感测元件或像素650与混合型指纹感测元件或像素640中实质上是相同的。对于具有相同的附图标记的共同组件的描述，参考图13A的描述。

为了对来自电容板与光检测器的传感器信号进行并行检测，混合型指纹感测元件或像素650包括分开的传感器信号检测电路616和617，分别通信耦合到感测顶电极608和光检测器624。传感器信号检测电路617的实现大致类似于传感器信号检测电路616。在一些实现方式中，可以设置开关610和612具有分别电耦合到感测顶电极608和光检测器614的第一端和分别耦合到传感器信号检测电路616和617的第二端，以分别向传感器信号检测电路616和617提供来自光检测器614的光学检测器信号和来自感测顶电极608的电容感测信号。当开关610和612一起接通或断开时，传感器信号检测电路616和617可以并行地对来自电容板608和光检测器614的传感器信号进行检测。当开关610和612彼此异相地接通和断开时，传感器信号检测电路616和617可以串行地对来自电容板608和光检测器614的传感器信号进行检测。此外，传感器装置处理器621可以直接或间接地通过开关620和621通信耦合到传感器信号检测电路616和617，以并行地或串行地处理来自电容板608和光检测器614所检测到的传感器信号。

在公开的技术的另一方面中，图11A、图11B、图12、图13A和图13B所描述的光学传感器可以通过测量反射光的强度随时间的变化来测量人的心跳，由于心跳和心脏脉动引起的手指血流的变化导致该反射光的强度随时间的变化。此信息包含在接收的光中，该接收的光由手指反射，散射或漫射，且由光学检测器信号携带。因此，光学传感器可用于多种功能，包括获取指纹的光学图像，和测量人的心跳。在实现方式中，传感器装置处理器用于处理一个或多个光学检测器信号，以提取心跳信息。这个传感器装置处理器可以是处理来自光学感测像素或混合型感测像素的像素输出信号以提取指纹信息的同一传感器装置处理器。

图14A、图14B、图14C和图14D示出了一种由包含光学传感器和电容传感器的混合型指纹传感器进行指纹感测的示例性过程700的流程图。由指纹传感器装置执行的方法700包括指纹传感器装置中的传感器像素电路阵列检测与来自表示指纹扫描的手指的触摸相关联的电容(702)。该方法包括指纹传感器装置中的传感器像素电路阵列检测与被手指反射的光相关联的光信号(704)。该方法700包括响应检测到的电容信号和光信号，传感器像素电路阵列输出输出信号(706)。处理输出信号，以进行指纹识别(708)。处理输出信号(708)包括处理输出信号，以获取指纹的光学图像和指纹的电容图像(710)。存储获取的光学图像和电容图像作为两种登记的指纹图像，用于在指纹识别过程中比较扫描的指纹(712)。处理输出信号(708)包括使用光学图像恢复电容图像中的指纹的脊的信息(714)。对于传感器像素电路阵列可以集成输出信号(716)。集成可以包括由阵列中所有的传感器像素电路并行地集成输出信号。

虽然本专利文件包含许多细节，但这些细节都不应解释为对任何发明或要求保护的范围的限制，而是作为特征的描述，这些特征可以是特定于特定发明的特定实施例。在本专利文件中的单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以组合在单个实施例中实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地在多个实施例中实现，或在任何适合的部分组合中实现。此外，虽然上文描述的特征在某些组合和原始要求保护的组合中起作用，但是来自要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中脱离，并且要求保护的组合可以导向到部分组合或部分组合的变形。

类似地，虽然在附图中以特定顺序对操作进行了描述，不应理解为这些操作需要以所示的特定顺序或以连续顺序执行，或需要以所有示出的操作执行，以达到期望的结果。此外，在本专利文件中描述的实施例的各种系统组件的分离不应理解为要求在所有实施例中进行分离。

本专利文件仅描述了几个实现方式和示例，基于本专利文件中的描述和说明可以进行其他的实现，改进和变化。