Apple、音響イメージングに基づくディスプレイ下指紋認証技術の特許を取得

米国特許商標庁は火曜日、既存のTouch ID光学リーダーを置き換えるのに十分な精度を持つ音響指紋画像化技術の特許をApple社に付与した。これにより、iPhoneのホームボタンは長くは続かないだろうという噂が強まった。

Apple の米国特許番号 9,747,488「音響画像システム用アクティブセンシング素子」に詳述されているように、この IP は超音波伝送と検出を通じて生体認証データ、具体的には指紋を収集する方法を説明しています。

収集された指紋画像は、処理後、Touch IDとほぼ同様にユーザー認証に利用できます。ただし、Appleの現在の指紋読み取りハードウェアとは異なり、音響イメージング技術は評価対象への光学的なアクセスを必要としないため、超音波トランスデューサーをディスプレイなどの操作部品の下に配置することができます。

実際には、ここで説明する音響イメージングシステムは、所定の基板の底面付近にパターン状に配置された圧電トランスデューサアレイを組み込んでいます。これらのコンポーネントは、指やスタイラスなど、基板の上面に接触する物体の画像データを収集するように構成されており、基板の上面に向けて音響パルスを発信します。

音響パルスの一部は上部基板で反射され、トランスデューサーアレイへと戻ります。ここで返ってきた音響波を解析することで、ターゲットの画像を特定することができます。より具体的には、パルスは上部基板に接触している物体の関数として反射されます。

例えば、指は、指自身と基板上面との間に音響インピーダンス不整合（音響境界とも呼ばれる）を引き起こします。指紋の隆線と谷線は、それぞれ軟組織と基板、空隙と基板という異なる音響境界を形成し、それによって異なる音響出力が生成され、センシング素子によって検出されます。

圧電トランスデューサアレイで収集された反射音響パルスは電気信号に変換され、分析されます。いくつかの実施形態では、電気信号はより大きなサブイメージの1つのピクセルに対応します。上記の例に当てはめると、指紋の隆線に対応するピクセルは、谷線に対応するピクセルよりも明るくなる可能性があります。

Appleは、発明の中で、従来の音響イメージングシステムには多くの制約があることを指摘しています。例えば、圧電素子の駆動には、それらの部品を用いたセンシングに比べて大幅に高い電力が必要になる場合があります。Appleの推定によると、圧電素子は0～100ボルトの高電圧回路で駆動され、センシングは0～3.3ボルトの低電圧回路で行われるとのことです。

さらに、圧電部品の製造には一般的に高静電容量材料が使用されるため、これらの要素を高電圧で駆動すると、損傷を与える電流スパイクが発生する可能性があります。

これらの欠陥やその他の致命的になり得るアーキテクチャ上の欠陥を解決するため、Appleは、駆動モードと感知モードの両方を独立して動作させることができる統合型トランスデューサコントローラシステムを提案しています。場合によっては、感知／駆動チップが個々のトランスデューサに1つまたは複数の感知回路と駆動回路を専用化します。この構成により、システムはユニットの駆動信号、電圧バイアス、およびグランド基準をきめ細かく制御でき、実質的にトランスデューサパッケージを「アクティブセンサー」として機能します。

本日の特許の残りの部分では、動作モード、電圧許容範囲、代替実施形態、その他の詳細などの詳細について説明します。

Appleがこの音響イメージング技術を製品に搭載する予定があるかどうかは不明ですが、今年初めには、同社が次期iPhone 8に画面内指紋センサーを搭載する予定だとの噂がありました。この内蔵型指紋センサーは、長年使われてきたホームボタンに取って代わり、全面有機ELディスプレイを搭載するスペースを確保するとされています。しかし最近、関係者によると、Appleは次世代スマートフォンにTouch IDを搭載する計画を完全に断念したとのことです。

Appleは指紋認証に代えて、あるいは指紋認証と並行して、新しい深度センサー搭載カメラを搭載した高度な顔認識技術を発表すると広く予想されています。最近リークされたHomePodのファームウェアから発見されたコード行は、いわゆる「FaceDetect」機能が、ユーザー認証から決済まで、幅広い機能に利用されることを示唆しています。

Appleの音響イメージング特許は2015年8月に初めて申請され、発明者はMohammad Yeke Yazdandoost、Giovanni Gozzini、Jean-Marie Bussatの3名となっている。