DE102020103858A1

DE102020103858A1 - Biometrische signalmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102020103858A1
Application number: DE102020103858.5A
Authority: DE
Inventors: Long YAN; Hyunsurk Ryu; Seoungjae YOO
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2020-12-10
Also published as: KR20200133112A; CN111938578A; US20200359900A1

Abstract

Eine biometrische Signalmessvorrichtung beinhaltet eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um ein Lichtsignal an ein Objekt auszugeben; ein Pixelarray, das mit einer Mehrzahl von Zeilenleitungen und einer Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden ist, und das eine Mehrzahl von Einheitspixeln aufweist, die konfiguriert sind, um ein reflektiertes Lichtsignal entsprechend einer Reflexion des durch das Objekt ausgegebenen Lichtsignals zu erfassen; einen Binning-Controller, der konfiguriert ist, um die Mehrzahl von Einheitspixeln zu gruppieren, um ein oder mehrere Makropixel zu erhalten; und einen Controller, der konfiguriert ist, um die Lichtquelle anzusteuern und um ein biometrisches Signal des Objekts, basierend auf einem Pixelsignal, das durch ein jeweiliges von dem einen oder den mehreren Makropixeln gemäß dem reflektierten Lichtsignal erzeugt wird, zu erhalten.

Description

Querverweis auf (eine) verwandte Anmeldung(en)
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der am 17. Mai 2019 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2019-0057878 in Anspruch, deren Inhalt hierin vollinhaltlich mitoffenbart ist.
Hintergrund
Gebiet
Die Vorrichtungen und Verfahren, die mit einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen übereinstimmen, beziehen sich auf eine biometrische Messvorrichtung.
Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
In jüngster Zeit hat die Nachfrage für elektronische Vorrichtungen mit gesundheitsrelevanten Funktionen ständig zugenommen. Aufmerksamkeit hat daher eine biometrische Signalmessvorrichtung erlangt, die verschiedene biometrische Signale, wie z. B. eine Herzschlagfrequenz und Blutsauerstoffsättigung (SpO₂) eines Benutzers, messen kann. Als eine elektronische Vorrichtung soll eine biometrische Signalmessvorrichtung wünschenswerterweise deutlich geringere Abmessungen und einen ebensolchen Leistungsverbrauch aufweisen. Dementsprechend ist aktiv an einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Messen eines biologischen Signals unter Verwendung eines Bildsensors geforscht worden.
Kurzfassung
Aspekte von einer oder von mehreren beispielhaften Ausführungsformen sehen eine biometrische Signalmessvorrichtung vor, in der eine Verkleinerung derselben unter Verwendung eines Pixelarrays von einem Bildsensor implementiert werden kann, und die biometrischen Signale eines Benutzers mit relativ geringem Leistungsaufwand gemessen werden können.
Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet eine biometrische Signalmessvorrichtung: eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um ein Lichtsignal an ein Objekt abzugeben; ein Pixelarray, das mit einer Mehrzahl von Zeilenleitungen und einer Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden ist, und das eine Mehrzahl von Einheitspixeln beinhaltet, die konfiguriert sind, um ein reflektiertes Lichtsignal entsprechend einer Reflexion des durch das Objekt ausgegebenen Lichtsignals zu erfassen; einen Binning-Controller, der konfiguriert ist, um die Mehrzahl von Einheitspixeln zu gruppieren, um ein oder mehrere Makropixel zu erhalten; und einen Controller, der konfiguriert ist, um die Lichtquelle anzusteuern und um ein biometrisches Signal des Objekts, basierend auf einem Pixelsignal, zu erhalten, das durch jedes von dem einen oder den mehreren Makropixeln gemäß dem reflektierten Lichtsignal erzeugt wird.
Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet eine biometrische Signalmessvorrichtung: ein Pixelarray, das eine Mehrzahl von Einheitspixeln beinhaltet, wobei die Mehrzahl von Einheitspixeln zu einem oder mehreren Makropixeln gruppiert ist; eine Ausleseschaltung, die konfiguriert ist, um, während einer ersten Zeitspanne, ein Pixelsignal zu detektieren, das durch jedes von dem einen oder den mehreren Makropixeln basierend auf einem externen Lichtsignal ausgegeben wird, und um das detektierte Pixelsignal während einer zweiten Zeitspanne in ein digitales Signal umzuwandeln; und eine Steuerlogik, die konfiguriert ist, um Betriebssteuerzeiten des Pixelarrays und der Ausleseschaltung zu steuern, und um das digitale Signal zum Erzeugen eines biometrischen Signals zu summieren.
Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet eine biometrische Signalmessvorrichtung: eine Mehrzahl von Einheitspixeln, die mit einer Mehrzahl von Zeilenleitungen und mit einer Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden sind; einen Binning-Controller, der konfiguriert ist, um die Mehrzahl von Einheitspixeln zu gruppieren, um ein oder mehrere Makropixel zu erhalten; und einen Controller, der konfiguriert ist, um ein Pixelsignal, das durch jedes von dem einen oder den mehreren Makropixeln erzeugt wird, basierend auf einem externen Lichtsignal in ein digitales Signal umzuwandeln, und um ein biometrisches durch Anwenden einer vorbestimmten Gewichtung auf das digitale Signal zu erzeugen.
Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet ein biometrisches Signalmessverfahren unter Verwendung einer biometrischen Signalmessvorrichtung folgende Schritte: Steuern zum Ausgeben eines Lichtsignals von einer Lichtquelle der biometrischen Signalmessvorrichtung an ein Objekt; Steuern zum Erfassen, durch eine Mehrzahl von Einheitspixeln in einem Pixelarray, eines reflektierten Lichtsignals entsprechend einer Reflexion des durch das Objekt ausgegebenen Lichtsignals; und Erhalten eines biometrischen Signals des Objekts basierend auf einem Pixelsignal, das durch jedes von dem einen oder den mehreren Makropixeln gemäß dem reflektierten Lichtsignal erzeugt wird, wobei das eine oder die mehreren Makropixel jeweils Einheitspixel beinhalten, die aus der Mehrzahl von Einheitspixeln zusammengruppiert sind.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorzüge von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer biometrischen Signalmessvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
2 eine vereinfachte Ansicht einer Erfassungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
3 ein Diagramm eines Pixelarrays, das in der Erfassungsvorrichtung von 2 enthalten sein kann;
4A und 4B Diagramme, die die Struktur eines Einheitspixels zeigen, das auf eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen angewendet werden kann;
5A bis 5C Diagramme, die eine vertikale Struktur eines Einheitspixels zeigen, da auf eine oder mehrere beispielhaften Ausführungsformen angewendet werden kann;
6A bis 6C, 7A und 7B Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zum Konstruieren eines Makropixels gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
8A und 8B Blockdiagramme, die eine Konfiguration einer Ausleseschaltung zeigen, die in der Erfassungsvorrichtung von 2 enthalten sein kann;
9 bis 11 Ansichten zur Erläuterung des Betriebs der biometrischen Signalmessvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
12 ein Blockdiagramm, das eine Vorrichtung zum Messen eines biometrischen Signals gemäß einer beispielhaften Ausführungsform schematisch zeigt; und
13 bis 15 Ansichten, die ein Beispiel für eine elektronische Vorrichtung darstellen, die eine biometrische Signalmessungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden ausführliche Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Identische Bestandteile sind durch identische Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung von identischen Bestandteilen verzichtet wird.
1 ist eine Ansicht einer biometrischen Signalmessvorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Vorrichtung zum Messen eines biometrischen Signals (z. B. eine biometrische Signalmessvorrichtung) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Lichtquelle 10 und eine Erfassungsvorrichtung 20 beinhalten. Wenn die biometrische Signalmessvorrichtung 1 eine biometrische Signalmessungsanfrage von einem Benutzer empfängt, kann die biometrische Signalmessungsvorrichtung 1 ein Lichtsignal durch Einschalten der Lichtquelle 10 ausgeben.
Die Lichtquelle 10 kann zumindest ein lichtemittierendes Element beinhalten. Die Lichtquelle 10 kann z. B. eine lichtemittierende Diode (LED), eine Laserdiode, einen Oberflächenemitter (VCSEL = Vertical Cavity Surface Emitting Laser) und/oder einen Leuchtstoff beinhalten. Eine Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, die in der Lichtquelle 10 beinhaltet sind, kann in einer Arrayform angeordnet sein.
Die Erfassungsvorrichtung 20 kann ein Lichtsignal detektieren, das durch lebendes Gewebe des Objekts 2 gestreut oder reflektiert wird, um ein Signal eines lebenden Körpers zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung 20 kann eine Pixelarray beinhalten, das ein elektrisches Signal in Reaktion auf das detektierte Lichtsignal erzeugt, und einen Controller, der ein Signal eines lebenden Körpers unter Verwendung des elektrischen Signals erzeugt, das durch das Pixelarray erzeugt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das biometrische Signal ein Pulswellensignal (PPG), ein Elektrokardiogramm-(EKG-) Signal und ein Elektromyographie- (EMG-) Signal beinhalten. Das Objekt 2 kann ein Körperteil des Benutzers, der die Erfassungsvorrichtung 20 berührt oder benachbart zu derselben ist, und ein Körperteil sein, der eine Erzeugung eines biometrischen Signals vereinfacht. Im Fall einer Messung des Pulswellensignals PPG kann z. B. das Objekt 2 ein Handgelenk, ein Ohr oder dergleichen sein, wobei es sich um ein Körperteil mit verhältnismäßig dünnem Hautgewebe und einer hohen Blutgefäßdichte handelt.
2 ist eine vereinfachte Darstellung einer Erfassungsvorrichtung 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, und 3 ist eine Ansicht eines Pixelarrays 100, das in der Erfassungsvorrichtung 20 von 2 beinhaltet sein kann.
Es wird zunächst auf 2 Bezug genommen, wobei die Erfassungsvorrichtung 20 ein Pixelarray 100, einen Binning-Controller 200 und einen Controller 300 beinhalten kann.
Das Pixelarray 100 kann eine Mehrzahl von Einheitspixeln PX beinhalten. Wenn eine Mehrzahl von Einheitspixeln PX in einer Matrixform angeordnet ist, können die Einheitspixel Px an den Schnittpunkten von der Mehrzahl von Zeilenleitungen und der Mehrzahl von Spaltenleitungen angeordnet sein. Ein Beispiel für ein Pixelarray 100, das auf eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen angewendet werden kann, ist in 3 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 3 kann eine Mehrzahl von Einheitspixeln Px, die in einer Arrayform angeordnet sind, mit einer Mehrzahl von Zeilenleitungen ROW[1] bis ROW[m] und eine Mehrzahl von Spaltenleitungen COL[1] bis COL[n] verbunden sein. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Einheitspixel PX ein Pixel beinhalten, das auf ein Lichtsignal einer speziellen Wellenlänge ansprechen kann, die zum Erhalten eines biometrischen Signals geeignet ist. Die Einheitspixel PX können z. B. Pixel beinhalten, die auf Nahmfrarotstrahlen ansprechen, die durch Hautgewebe oder Blutgefäße reflektiert werden.
Spezifische Beispiele für das Einheitspixel PX sind in 4A, 4B und 5A bis 5C gezeigt.
4A zeigt ein Einheitspixel PX mit einer 4T-Struktur gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, und 4B zeigt ein Einheitspixel PX mit einer Struktur, in der zwei Photodioden PD1 und PD2 eine schwebende Diffusion D gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gemeinsam verwenden.
Unter Bezugnahme auf 4A kann jedes Einheitspixel PX eine Photodiode PD und eine Pixelschaltung beinhalten. Die Pixelschaltung kann eine schwebende Diffusion FD, einen Rücksetztransistor RX, einen Treibertransistor DX, einen Auswahltransistor SX und einen Übertragungstransistor TX beinhalten.
Wenn das Lichtsignal, das von der Lichtquelle ausgegeben wird, von dem Objekt reflektiert wird und auf das Pixelarray 100 auftrifft, kann die Photodiode PD Ladungen in Reaktion auf das einfallende Licht erzeugen. Die durch die Photodiode PD erzeugte Ladung kann in der schwebenden Diffusion FD gespeichert bzw. akkumuliert werden.
Wenn der Rücksetztransistor RX durch das Rücksetzsteuersignal RG eingeschaltet wird, kann die Spannung der schwebenden Diffusion FD auf die Leistungszuführspannung VDD zurückgesetzt werden. Wenn die Spannung der schwebenden Diffusion FD zurückgesetzt ist, wird der Auswahltransistor SX durch das Auswahlsteuersignal SEL eingeschaltet, so dass die Rücksetzspannung an die Spaltenleitung COL durch den Pixelknoten PN ausgegeben werden kann.
Wenn der Übertragungstransistor TX durch das Übertragungssteuersignal TG eingeschaltet wird, nachdem die Rücksetzspannung an die Spaltenleitung COL ausgegeben worden ist, kann die durch die Photodiode PD erzeugte Ladung an die schwebende Diffusion FD übertragen werden.
Der Treibertransistor Dx kann als ein Source-Folger-Verstärker (bzw. SF-Verstärker) arbeiten, der die Spannung der schwebenden Diffusion FD verstärkt. Wenn der Auswahltransistor SX durch das Auswahlsteuersignal SEL eingeschaltet wird, kann die Pixelspannung entsprechend der Menge der Ladung, die durch die Photodiode PD erzeugt wird, an die Spaltenleitung COL durch den Pixelknoten PN ausgegeben werden.
Unter Bezugnahme auf 4B kann jedes Einheitspixel PX gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine erste Photodiode PDI, eine zweite Photodiode PD2 und eine Pixelschaltung beinhalten. Die Pixelschaltung kann eine schwebende Diffusion FD, einen Rücksetztransistor RX, einen Treibertransistor DX, einen Auswahltransistor SX, einen ersten Übertragungstransistor TX1 und einen zweiten Übertragungstransistor TX2 beinhalten.
Die erste Photodiode PD1 und die zweite Photodiode PD2 können eine schwebende Diffusion FD und einen Rücksetztransistor RX gemeinsam verwenden. Die durch die erste Photodiode PD1 und die zweite Photodiode PD2 erzeugte Ladung kann in der schwebenden Diffusion FD gespeichert werden. Wenn der Auswahltransistor SX durch das Auswahlsteuersignal SEL eingeschaltet wird, wird die Pixelspannung (Pixelsignal) entsprechend der Gesamtmenge von Ladungen, die durch die erste Photodiode PD1 und die zweite Photodiode PD2 erzeugt werden, dem Pixelknoten PN und der Spaltenleitung COL zugeführt.
5A und 5B zeigen eine vertikale Struktur eines Einheitspixels 500A und 500B, das auf eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen angewendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 5A kann jedes Einheitspixel 500A und 500B ein photoelektrisches Element 510, eine Pixelschaltung 520 und eine Mikrolinse 530 beinhalten. Die Einheitspixel 500A und 500B können in der Form einer m x n-Matrix (wobei m und n natürliche Zahlen sind) in dem Pixelarray angeordnet sein, und es kann eine Trennung zur Vermeidung eines Nebensprechens zwischen benachbarten Einheitspixeln 500A und 500B vorgesehen sein. Und es kann ein Isolationsbereich 540 ausgebildet oder bereitgestellt sein. In einigen Beispielen kann der Isolationsbereich 540 mit Hilfe einer tiefen Grabenisolation (DTI) ausgebildet sein.
Das photoelektrische Element 510 (oder die optoelektronische Vorrichtung) kann unterhalb der Mikrolinse 530 angeordnet sein, und die Pixelschaltung 520 kann unterhalb des photoelektrischen Elements 510 angeordnet sein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können die Einheitspixel PX eine Mikrolinse in einer vorbestimmten Einheit gemeinsam verwenden. Unter Bezugnahme auf 5B können z. B. zwei benachbarte Einheitspixel 500A und 500B eine einzige Mikrolinse 530 gemeinsam verwenden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass dies nur als Beispiel angeführt wird, und dass andere beispielhafte Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. n benachbarte Einheitspixel PX können z. B. eine Mikrolinse gemeinsam verwenden, wenn n eine Ganzzahl größer oder gleich 2 ist. In diesem Fall können die n Einheitspixel PX zu verschiedenen Formen, wie z. B. zu einer Linie oder einem Rechteck, gruppiert sein.
Unter Bezugnahme auf 5C kann jedes Einheitspixel 500A und 500B ferner ein optisches Filter 550 beinhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das optische Filter 550 ein Farbfilter beinhalten, das nur Licht einer speziellen Farbe durchlässt. Darüber hinaus kann das optische Filter 550 ein optisches IR-Bandpassfilter beinhalten, das nur Licht im Nahinfrarotband zulässt, das durch Hautgewebe oder Blutgefäße reflektiert wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann der Binning-Controller 200 zumindest ein Makropixel (MP) bilden, indem eine Mehrzahl von Einheitspixeln PX, die in dem Pixelarray 100 beinhaltet sind, gruppiert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Binning-Controller 200 das Makropixel MP durch Durchführen eines Binning-Vorgangs auf zumindest einigen der Zeilenleitungen und/oder zumindest einigen von den Spaltenleitungen konfigurieren. In diesem Fall kann der Auslesevorgang für das Makropixel MP auf den bebinnten bzw. gebündelten Zeilenleitungen und/oder den gebinnten bzw. gebündelten Spaltenleitungen durchgeführt werden.
Der Binning-Controller 200 kann zudem ein Makropixel MP bilden, indem ein Einheitspixels PX verwendet wird, das eine schwebende Diffusion FD gemeinsam nutzt, wie in 4B gezeigt ist.
Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 kann die Anzahl von Einheitspixeln PX, die aus dem Pixelarray 100 herausgelesen werden, verringern, indem das Makropixel MP konstruiert wird, um die Auslesezeit und die Anzahl von Analog-Digital-Wandlern zu reduzieren.
Darüber hinaus kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 ein räumliches Übertasten durch Konstruieren des Makropixels MP durchführen, und kann die Auflösung der Ausgangsspannung durch den Pixelknoten des Makropixels MP erhöhen. Wenn beispielsweise ein Makropixel MP mit einer Größe von 2 x 1, einschließlich der zwei Einheitspixel PX, konstruiert wird, kann die Auflösung der Ausgangsspannung durch den Pixelknoten des Makropixels MP um 0,5 Bit erhöht werden. Wenn ein Makropixel (MP) mit einer Größe von 128 x 128 für das Pixelarray mit einem dynamischen Bereich (DR) von 12-Bits konfiguriert wird, wird der dynamische Bereich DR des Pixelarrays auf 19 gesetzt.
6A bis 6C, 7A und 7B sind Diagramme zur Erläuterung eines Verfahrens zum Konstruieren eines Makropixels MP gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen.
Unter Bezugnahme auf 6A, können 16 Makropixel MP, die jeweils eine Größe von 2 x 2 aufweisen, konstruiert werden, wenn die biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen Binning-Vorgang für zwei benachbarte Leitungen für jeweils eine von einer Mehrzahl von Zeilenleitungen und Spaltenleitungen in einem 8 x 8-Pixelarray 100 durchführt. In diesem Fall kann die Gesamtauslesezeit um die Hälfte reduziert werden, und die Gesamtanzahl von Analog-Digital-Wandlern, die zum Umwandeln des Pixelsignals in ein digitales Signal notwendig ist, kann um die Hälfte reduziert werden.
Unter Bezugnahme auf 6B führt die Lebendkörper- oder biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen Binning-Vorgang an den ersten bis m. Zeilenleitungen ROW[1]-ROW[m] durch, wodurch n Makropixel MP erzeugt werden, die jeweils m Einheitspixel PX für eine jeweilige von den Spaltenleitungen COL[1]-COL[n] aufweisen. Der Binning-Vorgang für die Zeilenleitungen ROW[1]-ROW[m] kann durch Synchronisieren der Zeilenleitungs-Auswahlsignale durchgeführt werden. Wenn die Auswahlsignale der ersten bis m. Zeilenleitungen ROW[1]-ROW[m] gleichzeitig aktiviert werden, wird die mit den ersten bis m. Zeilenleitungen ROW verbundene Einheit gebildet. Die Pixel PX können durch die Spaltenleitungen COL[1] - COL[n] gruppiert werden.
Unter Bezugnahme auf 6C beinhaltet die biometrische Signalmessvorrichtung 1 m Zeilenleitungen ROW[1]-ROW[1] und n Spaltenleitungen COL[1]-COL[n]. Durch Durchführen eines Binning-Vorgangs auf einer ersten Zeilenleitung ROW[1], einer zweiten Zeilenleitung ROW[2], einer ersten Spaltenleitung COL[1] und einer zweiten Spaltenleitung COL [2], kann ein Makropixel MP, das vier Einheitspixel PX beinhaltet, konstruiert werden.
Der Binning-Vorgang für die erste Zeilenleitung ROW[1] und die zweite Zeilenleitung ROW[2] wird durch gleichzeitiges Anlegen des ersten Zeilenleitungs-(ROW[1])-Auswahlsignals und des zweiten Zeilenleitungs-(ROW[2])-Auswahlsignals durchgeführt.
Der Binning-Vorgang für die Spaltenleitungen COL[1]-COL[n] wird durch den Schaltvorgang der ersten bis n. Schalter SW1-SWn durchgeführt, die zwischen den Spaltenleitungen COL[1]-COL[n] angeordnet sind. Wenn z. B. der erste Schalter SW1 zwischen der ersten Spaltenleitung COL[1] und der zweiten Spaltenleitung COL[2] eingeschaltet ist, können die erste Spaltenleitung COL[1] und die zweite Spaltenleitung COL[2] durch eine jeweilige Zeilenleitung ROW[1]-ROW[m] gruppiert werden.
Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 kann die Makropixel MP in verschiedenen Formen und Größen basierend auf dem Typ des biometrischen Signals, dem dynamischen Bereich des Bildsensors und dergleichen konfigurieren. Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 kann z. B. einen Bildsensor eines dynamischen Bereichs von 14 Bit zum Messen eines dynamischen Bereichs von 16 Bit oder mehr verwenden, der für eine Messung des Pulswellensignals PPG und eine Übertastung von über 100 Abtastwerten pro Sekunde (SPS) geeignet ist. Um diese Rate erreichen zu können, kann ein Makropixel (MP) in der Form eines Vierecks mit einer Größe von 4 x 4 konstruiert werden, wie n 7A gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 7A bint bzw. bündelt eine Lebendkörper- oder biometrische Signalmessvorrichtung 1 jeweils vier Zeilenleitungen und Spaltenleitungen benachbart zueinander in einem 8 × 8-Pixelarray 100, um insgesamt vier (4 × 4) Makropixel MP zu bilden. In diesem Fall kann die Gesamtauslesezeit um ein Viertel reduziert werden, und die Gesamtanzahl von Analog-Digital-Wandlern, die zum Umwandeln des Pixelsignals in ein digitales Signal erforderlich sind, kann um ein Viertel reduziert werden.
Darüber hinaus kann die biometrische Messvorrichtung 1 die Makropixel MP in verschiedenen Formen und Größen basierend auf dem Abstand von der Mitte des Pixelarrays 100 konfigurieren. Um die Lichtempfindlichkeit der Einheitspixel PX einheitlich beizubehalten, kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 so konfiguriert sein, dass sie einen relativ großen Abstand von der Mitte des Pixelarrays 100 aufweist. Wie in 7B gezeigt, können Makropixel MP mit verschiedenen Größen konstruiert werden. Unter Bezugnahme auf 7B kann das Pixelarray 100 ein erstes bis siebentes Makropixel MP1-MP7 beinhalten. Das erste Makropixel MP1, das in der Mitte C des Pixelarrays 100 angeordnet ist, kann eine Größe von 2 × 2 aufweisen. Das zweite Makropixel MP2 und das dritte Makropixel MP3, die an der ersten Position angeordnet sind, die um d1 von der Mitte C des Pixelarrays 100 beabstandet ist, weisen eine Größe von 3 × 2 auf, die größer ist als das erste Makropixel MP1. Ferner können das vierte bis siebente Makropixel MP4 bis MP7, die an der zweiten Position angeordnet sind, die um d2 (wobei d2 größer d1 ist) von der Mitte C des Pixelarrays beabstandet ist, eine Größe von 4 × 3 aufweisen, die größer als das zweite Makropixel MP2 und das dritte Makropixel MP3 ist. Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 bildet die Makropixel MP1 - MP7 mit einer relativ großen Abmessung bei zunehmendem Abstand von der Mitte des Pixelarrays 100, wodurch eine Verringerung der Lichtempfindlichkeit verhindert und eine Messgenauigkeit eines Lebendkörpersignals verbessert wird.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der Controller 300 eine Mehrzahl von Schaltungen zum Steuern des Pixelarrays 100 beinhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Controller 300 beispielsweise einen Zeilentreiber 310, eine Ausleseschaltung 320, eine Steuerlogik 330 und einen Lichtquellentreiber 340 beinhalten.
Der Zeilentreiber 310 kann das Pixelarray 100 auf einer Zeile-um-Zeile-Basis ansteuern. Der Zeilentreiber 310 kann z. B. ein Übertragungssteuerungssignal zum Steuern des Übertragungstransistors des Einheitspixels PX, ein Rücksetzsignal zum Steuern des Rücksetztransistors, ein Auswahlsteuerungssignal zum Steuern des Auswahltransistors und dergleichen auf einer Zeile-um-Zeile-Basis erzeugen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Zeilentreiber 310 zumindest einen Teil von der Mehrzahl der Zeilenleitungen unter der Steuerung des Binning-Controllers 200 synchron ansteuern. Wenn z. B. die erste Zeilenleitung und die zweite Reihenleitung gebinnt bzw. gebündelt werden, kann der Zeilentreiber 310 die erste Zeilenleitung und die zweite Zeilenleitung gleichzeitig ansteuern. In diesem Fall werden die Einheitspixel PX, die mit den jeweiligen Spaltenleitungen verbunden sind, gruppiert, um die Makropixel MP zu bilden, und die Pixelsignale der gruppierten Einheitspixel PX werden summiert und ausgegeben.
Die Ausleseschaltung 320 kann ein Pixelsignal detektieren, das von den Einheitspixeln PX ausgegeben wird, die in dem Pixelarray 100 enthalten sind, und das Pixelsignal in ein digitales Signal umwandeln. Beispiele für die Ausleseschaltung 320 gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen sind in 8A und 8B gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 8A kann die Ausleseschaltung 320 einen Verstärker (bzw. AMP) 321, einen Analog-Digital-Wandler 322 und einen Puffer 325 beinhalten.
Der Verstärker 321 kann die von den jeweiligen Makropixeln MP ausgegebenen Pixelsignale mit einem vorbestimmten Verstärkungsverhältnis verstärken.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 321 basierend auf der aktuellen Lichtmenge der Lichtquelle 10 dynamisch verändert werden. Wenn die aktuelle Lichtmenge der Lichtquelle 10 beispielsweise größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert ist, kann die Steuerlogik 330 das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 321 auf einen ersten Wert setzen. Wenn umgekehrt die aktuelle Lichtmenge in der Lichtquelle 10 einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, kann die Steuerlogik 330 das Verstärkungsverhältnis des Verstärkers 321 auf einen zweiten Wert setzen, der größer als der erste Wert ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Verstärker 321 die Pixelsignale, die von den Makropixeln MP ausgegeben werden, einer Analogsummenverstärkung unterziehen. Der Verstärker 321 kann die von den Makropixeln MP ausgegebenen Pixelsignale summieren und die summierten Pixelsignale bei einem vorbestimmten Verstärkungsverhältnis verstärken.
Der Analog-Digital-Wandler 323 kann das durch den Verstärker 321 verstärkte Pixelsignal in ein digitales Signal umwandeln. Das in das digitale Signal umgewandelte Pixelsignal kann in dem Puffer 325 gespeichert werden.
Unter Bezugnahme auf 8B, kann die Ausleseschaltung 320 ferner eine S&H-Schaltung bzw. Sample-and-Hold-Schaltung bzw. Abtast-Halte-Schaltung 327 beinhalten. Die S&H-Schaltung 327 kann von den Makropixeln MP ausgegebene Pixel speichem. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die S&H-Schaltung 327 für jedes Makropixel MP bereitgestellt sein, um Pixelsignale separat zu speichern.
Unter wiederholter Bezugnahme auf 2 kann die Steuerlogik 330 den Zeilentreiber 310, die Ausleseschaltung 320 und den Lichtquellentreiber 340 steuern. Die Steuerlogik 330 kann einen Zeitsteuerungsgenerator 331, eine digitale Binning-Einheit 332 und dergleichen beinhalten.
Der Zeitsteuerungsgenerator 331 kann verschiedene Zeitsteuerungssignale zum Steuern des Betriebs des Controllers 300 erzeugen. Der Zeitsteuerungsgenerator 331 kann z. B. ein Zeitsteuerungssignal zum Synchronisieren des Antriebssteuerzeitpunkts der Lichtquelle 10 mit dem Detektionssteuerzeitpunkt des Pixelsignals erzeugen, und das Zeitsteuerungssignal an den Lichtquellentreiber 340 ausgeben. Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 kann die Ansteuerzeit und den Leistungsverbrauch der Lichtquelle 10 durch Synchronisieren der Ansteuerzeit der Lichtquelle 10 mit dem Detektionssteuerzeitpunkt des Pixelsignals minimieren.
Die digitale Binning-Einheit 332 kann unter Verwendung der digitalen Signale, die in dem Puffer 325 gespeichert sind, ein biometrische Signal erzeugen. Die digitale Binning-Einheit 332 kann z. B. ein Lebendkörper- (oder biometrisches) Signal durch kumulatives Mitteln der digitalen Werte der in dem Puffer 325 gespeicherten digitalen Signale erzeugen.
Das durch die digitale Binning-Einheit 332 erzeugte biometrische Signal kann an einen externen Prozessor oder dergleichen übertragen werden und verwendet werden, um biometrische Informationen des Objekts zu erhalten. Der externe Prozessor kann z. B. biometrische Signale analysieren, die von der digitalen Binning-Einheit 332 übertragen werden, um biologische Informationen, wie z. B. Blutdruck, Blutgefäßalterung, Arteriosklerose, eine Aortablutdruck-Wellenform und einen Stressindex des Objekts, zu erhalten.
Der Lichtquellentreiber 340 kann ein vorbestimmtes Pulssignal zum Ansteuern der Lichtquelle 10 erzeugen. Der Lichtquellentreiber 340 kann z. B. die Zeitspanne, das Tastverhältnis und die Dauer des Pulssignals basierend auf dem Zeitsteuerungssignal bestimmen, das durch den Zeitsteuerungsgenerator 331 erzeugt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Lichtquellentreiber 340 die Lichtquelle 10 synchron mit der Detektionszeit des Pixelsignals ansteuern.
9 bis 11 sind Ansichten zur Erläuterung des Betriebs der biometrischen Signalmessvorrichtung 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 9 beinhaltet eine biometrische Signalmesszeitspanne (T = 10 ms, Datenrate = 100 Hz) einen ersten Bereich D1 zum Detektieren eines Pixelsignals von Einheitspixeln durch Ansteuern einer Lichtquelle, eine zweiten Bereich D2 zum Umwandeln in ein digitales Signal, und einen dritten Bereich D3, der in einem Power-down-Modus betrieben wird.
In dem ersten Bereich D1 kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 eine Lichtquelle (z. B. LED) 10 ansteuern und ein Lichtsignal hin zu einem Teil des Körpers des Benutzers ausgeben. Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen steuert den ersten Bereich D1, im Vergleich zu dem zweiten Bereich D2 und dem dritten Bereich D3, auf eine sehr kurze Zeit (z. B. 100 µs), wodurch die Ansteuerung der Lichtquelle 10 minimiert wird.
Eine Photodiode (PD) einer biometrischen Signalmessvorrichtung 1 kann ein Lichtsignal durch ein Rolling-Shutter-Verfahren oder ein Global-Shutter-Verfahren empfangen, um Ladungen zu erzeugen. Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 kann die durch die Photodiode PD erzeugte Ladung in ein Pixelsignal umwandeln und dann Pixelsignale durch eine vorbestimmte Pixeleinheit durch einen analogen Binning-Vorgang addieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen analogen Binning-Vorgang ausführen, indem die Einheitspixel PX gruppiert und zumindest ein Makropixel (MP) konstruiert wird. In diesem Fall kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 den Auslesevorgang für jedes Makropixel (MP) durchführen, wodurch die Auslesezeit reduziert wird.
In dem ersten Bereich D1 kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen ersten Vorgang zum Detektieren von Pixelsignalen der jeweiligen Makropixel MP durchführen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 das detektierte Pixelsignal in der S&H-Schaltung 327 speichern, die für ein jeweiliges Makropixel (MP) bereitgestellt ist.
In dem zweiten Bereich D2 kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen zweiten Vorgang zum Umwandeln des von einem jeweiligen Makropixel MP detektierten Pixelsignals in ein digitales Signal durchführen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 den zweiten Vorgang auf dem Pixelsignal, das von einem jeweiligen Makropixel (MP) detektiert wird, aufeinanderfolgend durchführen. Unter Bezugnahme auf 10 kann die Zeit zum Detektieren des Pixelsignals von einem jeweiligen Makropixel MP während des ersten Bereichs D1 3,125 µs (= 100 µs/32) betragen, wenn die Einheitspixel PX durch eine jeweilige Zeilenleitung (R[0]-R[31]) gruppiert werden, um insgesamt 32 Makropixel MP zu bilden. Darüber hinaus kann die Zeit zum Umwandeln eines jeweiligen Pixelsignals in ein digitales Signal in dem zweiten Bereich D2 100 µs (3,2 ms/32) betragen.
In einer beispielhaften Ausführungsform führt die biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen analogen Summierungs-Verstärkungsvorgang auf allen oder einem Teil der Pixelsignale durch, die von den Makropixeln MP detektiert werden, wobei der zweite Vorgang zeitgleich vorgenommen werden kann. Wenn z. B. in dem vorstehenden Beispiel ein analoger Summierungs-Verstärkungs-Vorgang auf Pixelsignalen von allen Makropixeln durchgeführt wird, kann der zweite Bereich D2 100 µs sein. Demnach können die Fertigungskosten der biometrischen Signalmessvorrichtung 1 gemindert werden, indem die Gesamtanzahl der Analog-Digital-Wandler (ADCs), die zum Umwandeln der Pixelsignale in digitale Signale erforderlich sind, minimiert wird.
In dem dritten Bereich D3 kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen dritten Vorgang zum Berechnen des biometrischen Signals unter Verwendung der in die digitalen Signale umgewandelten Pixelsignale durchführen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 den Leistungsverbrauch durch Betrieb in einem Power-down-Modus minimieren, der die Funktionen von verschiedenen Komponenten deaktiviert, die mit dem lichtemitterenden Betrieb der Lichtquelle 10 und dem lichtempfangenden Betrieb der Photodiode PD in Verbindung stehen. In dem Beispiel von 9 kann der dritte Bereich D3 6,7 ms lang sein und kann länger sein als die Summe des ersten Bereichs D1 und des zweiten Bereichs D2.
Der erste bis dritte Betriebsablauf der biometrischen Signalmessvorrichtung wird, wie in 11 gezeigt, zusammengefasst.
Unter Bezugnahme auf 11 können die Pixelsignale A1-An, die von den Makropixeln MP ausgegeben werden, in den S&H-Schaltungen S&h1 und S&Hn (erster Betriebsablauf) gespeichert werden. Die S&H-Schaltung kann für ein jeweiliges Makropixel (MP) separat bereitgestellt sein. Die Pixelsignale A1-An können in digitale Signale D1-Dn über einen Analog-Digital-Wandler (ADC) umgewandelt werden (zweiter Betrieb). Der Analog-Digital-Wandler (ADC) kann für ein jeweiliges Makropixel (MP) separat bereitgestellt sein, oder er kann für einen oder mehrere Makropixel (MP) gemeinsam bereitgestellt sein. Die digitalen Signale D1-Dn können in Puffern BUF1-BUFn gespeichert werden.
Danach kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 das biometrische Signal D durch Durchführen eines digitalen Binning-Vorgangs an den digitalen Signalen D1-Dn erzeugen, die in den Puffern BUF1-BUFn gespeichert sind. Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 kann das biometrische Signal D durch kumulatives Mitteln der digitalen Werte der digitalen Signale D1-Dn erzeugen
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1 einen digitalen Binning-Vorgang durchführen, nachdem vorbestimmte Gewichtungen auf die digitalen Werte von einem jeweiligen der digitalen Signale D1-Dn angewendet worden sind. Die biometrische Signalmessvorrichtung 1 wendet z. B. eine erste Gewichtung auf das erste Makropixel MP, und eine zweite Gewichtung, die größer ist als die erste Gewichtung, auf des zweite Makropixel M2 an, das einen größeren Abstand von der Mitte des Pixelarrays aufweist als das erste Makropixel MP1, woraufhin ein digitaler Binning-Vorgang durchgeführt werden kann. Die biometrische Signalmessvorrichtung kann die Messgenauigkeit durch Anwenden von unterschiedlichen Gewichtungen auf ein jeweiliges von den digitalen Signalen (D1-Dn) basierend auf dem Abstand von der Mittel des Pixelarrays und dergleichen verbessern.
Das von den Pixelsignalen A1-An erzeugte biometrische Signal D kann an einen Prozessor (z. B. eine externen Prozessor) übertragen werden und zum Erhalten von biometrischen Informationen des Benutzers verwendet werden.
12 ist ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung 1200, das eine biometrische Signalmessvorrichtung 1210 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beinhaltet.
Unter Bezugnahme auf 12 kann die elektronische Vorrichtung 1200 eine biometrische Messvorrichtung 1210, eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 1220, einen Speicher 1230, einen Prozessor 1240 und ein Kommunikationsmodul 1250 beinhalten. Die elektronische Vorrichtung 1200 kann ein Smartphone, ein Tablet-PC, eine intelligente tragbare Vorrichtung, eine mobile Vorrichtung, eine intelligente tragbare Vorrichtung etc. sein.
Die biometrische Signalmessvorrichtung 1210 ist wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 3, 4A, 4B, 5A bis 5C, 6A bis 6C, 7A, 7B, 8A, 8B und 9 bis11 beschrieben und kann auf ein Gehäusesubstrat oder dergleichen montiert sein und mit dem Prozessor 1240 über einen Bus 1260 oder ein anderes Kommunikationsmittel verbunden sein.
Die Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 1220 kann eine Eingabevorrichtung, wie z. B. eine Tastatur, eine Maus, einen Berührungsbildschirm etc., und eine Ausgabevorrichtung, wie z. B. eine Anzeige, eine Sprachausgabe etc., beinhalten.
Der Speicher 1230 kann ein Speichermedium zum Speichern von in dem Betrieb der elektronischen Vorrichtung 1200 verwendeten Daten oder Multimediadaten sein. Der Speicher 1230 kann einen flüchtigen Speicher oder einen nichtflüchtigen Speicher, wie z. B. einen Flash-Speicher und dergleichen, beinhalten. Zudem kann der Speicher 1230 ein Solid-State-Drive (SSD), ein Festplattenlaufwerk (HDD) und/oder ein optisches Laufwerk (ODD) als eine Speichervorrichtung beinhalten.
Ein Prozessor 1240 (z. B. zumindest ein Prozessor) kann spezielle Vorgänge, Befehle, Aufgaben und so weiter durchführen. Der Prozessor 1240 kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Mikroprozessoreinheit (MCU), ein Ein-Chip-System (SoC) etc. sein und kann mit der biometrischen Signalmessvorrichtung 1210, der Anzeige 1220, 1230 sowie anderen Vorrichtungen gekoppelt sein, die über das Kommunikationsmodul 1250 (z. B. Kommunikator, Kommunikationsschnittstelle etc.) verbunden sind.
13 bis 15 sind Ansichten, die Beispiele für eine elektronische Vorrichtung 1300, 1400 und 1500 darstellen, die eine biometrische Signalmessapparatur oder - vorrichtung 1310, 1410 und 1510 gemäß einem oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen beinhalten.
Zunächst kann unter Bezugnahme auf 13 die elektronische Vorrichtung 1300 als eine Vorrichtung in der Art einer tragbaren Armbanduhr implementiert sein.
Die elektronische Vorrichtung 1300 kann einen Körper und ein Armband beinhalten. Eine Anzeige ist auf der Vorderseite des Hauptkörpers vorgesehen, wobei verschiedene Anwendungsbildschirme, die Zeitinformationen, empfangene Nachrichteninformationen und dergleichen beinhalten, angezeigt werden können. Der Benutzer kann die elektronische Vorrichtung 1300 auf dem Handgelenk unter Verwendung des Armbands tragen.
Eine biometrische Signalmessvorrichtung 1310 kann auf der rückseitigen Oberfläche des Hauptkörpers angeordnet sein. Die Lebendkörper- oder biometrische Signalmessvorrichtung 1310 kann ein Lichtsignal an einen Körperbereich ausgeben, der mit der rückseitigen Oberfläche des Hauptkörpers, wie z. B. einem Handgelenk eines Benutzers, in Kontakt ist, und kann das Lebendkörper- oder biometrische Signal durch Erfassen des von dem Körperbereich reflektierten Lichts messen. Die elektronische Vorrichtung 1300 kann das biometrische Signal, das durch die biometrische Signalmessvorrichtung 1310 gemessen wird, analysieren, so dass biometrische Informationen des Benutzers, wie z. B. Blutdruck, Blutgefäßalterung, Arteriosklerose, eine Aortablutdruck-Wellenform und ein Stressindex, erhalten werden.
Unter Bezugnahme auf 14 kann die elektronische Vorrichtung 1400 als eine mobile Vorrichtung, wie z. B. ein Smartphone, implementiert sein.
Die elektronische Vorrichtung 1400 kann ein Gehäuse und ein Anzeigefeld beinhalten.
Das Gehäuse kann zum Erscheinungsbild der elektronischen Vorrichtung 1400 beitragen. Das Gehäuse kann eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche und eine seitliche Oberflächen beinhalten, die den Raum zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche umgibt.
Eine Anzeigefeld und ein Abdeckglas können aufeinanderfolgend auf der ersten Oberfläche des Gehäuses angeordnet sein. Das Anzeigefeld kann durch das Abdeckglas zur Außenseite hin freiliegen.
Auf der zweiten Seite des Gehäuses kann eine biometrische Signalmessvorrichtung 1410, ein Kameramodul und ein Infrarotsensor angeordnet sein.
Wenn ein Benutzer biometrische Informationen anfordert, indem eine Anwendung oder dergleichen ausgeführt wird, die auf der elektronischen Vorrichtung 1400 montiert ist, kann die biometrische Signalmessvorrichtung 1410 das biometrische Signal durch Erfassen eines reflektierten Lichts messen, das von einem Teil des Körpers des Benutzers erhalten. Die elektronische Vorrichtung 1400 kann biometrische Informationen des Benutzers durch Analysieren des biometrischen Signals erhalten, das durch die biometrische Signalmessvorrichtung 1410 gemessen wird.
Unter Bezugnahme auf 15 kann die elektronische Vorrichtung 1500 zudem als eine tragbare Ohrvorrichtung implementiert sein.
Die elektronische Vorrichtung 1500 kann einen Körper- und einen Ohrriemen beinhalten.
Der Benutzer kann die elektronische Vorrichtung 1500 tragen, indem er den Ohrriemen auf der Ohrmuschel trägt. Während der Benutzer die elektronische Vorrichtung 1500 trägt, kann der Hauptkörper in den äußeren Gehörgang des Benutzers eingefügt sein.
Der Körper kann mit einer biometrischen Signalmessvorrichtung 1510 ausgestattet sein. Die Lebendkörper- oder biometrische Signalmessvorrichtung 1510 kann ein Lichtsignal an einen Körperbereich ausgeben, der mit dem Körper, wie z. B. einer Wandoberfläche eines Ohrkanals eines Benutzers, in Kontakt ist, und kann ein Lebendkörpersignal durch Erfassen eines von dem Körperbereich reflektieren reflektierten Lichts messen. Die Wand des äußeren Ohrkanals des Benutzers ist dünner als andere Bereiche des Körpers, so dass die Messung der biometrischen Signale, wie z. B. eines Blutflusses, einfach ist. Die elektronische Vorrichtung 1500 kann biometrische Informationen des Benutzers durch Analysieren des biometrischen Signals erhalten, das durch die biometrische Signalmessvorrichtung 1510 gemessen wird.
Wie vorstehend ausgeführt, kann eine Vorrichtung zum Messen von biometrischen Signalen gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen die Abmessungen und den Leistungsverbrauch durch Verwendung eines Bildsensors minimieren.
Darüber hinaus minimiert die biometrische Signalmessvorrichtung gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen die Anzahl der zum Erzeugen eines biometrischen Signals notwendigen Analog-Digital-Wandler, wodurch eine Senkung der Fertigungskosten erreicht wird.
Zudem kann die biometrische Signalmessvorrichtung gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen die Abmessungen und die Geräuschentwicklung durch Implementieren der Lichtempfangseinheit und der Treiberschaltung auf einem einzelnen Chipelement minimieren.
Die verschiedenen Vorteile und Effekte des vorliegenden Erfindungsgedankens sind nicht auf die vorstehende Beschreibung beschränkt.
Wenngleich beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, ist Fachleuten klar, dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich des vorliegenden, durch die angehängten Ansprüche definierten Erfindungsgedankens abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020190057878 [0001]

Claims

Biometrische Signalmessvorrichtung, aufweisend: eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um ein Lichtsignal an ein Objekt auszugeben; ein Pixelarray, das mit einer Mehrzahl von Zeilenleitungen und einer Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden ist, und das eine Mehrzahl von Einheitspixeln aufweist, die konfiguriert sind, um einen reflektiertes Lichtsignal entsprechend einer Reflexion des durch das Objekt ausgegebenen Lichtsignals zu erfassen; einen Binning-Controller, der konfiguriert ist, um die Mehrzahl von Einheitspixeln zu gruppieren, um ein oder mehrere Makropixel zu erhalten; und einen Controller, der konfiguriert ist, um die Lichtquelle anzusteuern, und um ein biometrisches Signal von dem Objekt, basierend auf einem Pixelsignal, das durch ein jeweiliges von dem einen oder den mehreren Makropixeln gemäß dem reflektierten Lichtsignal erzeugt wird, zu erhalten.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Makropixel ein erstes Makropixel aufweisen, das eine erste Anzahl von Einheitspixeln, aus der Mehrzahl von Einheitspixeln, beinhaltet, und ein zweites Makropixel, das eine zweite Anzahl von Einheitspixeln, aus der Mehrzahl von Einheitspixeln, beinhaltet, wobei die zweite Anzahl größer ist als die erste Anzahl.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste Makropixel in einer ersten Position des Pixelarrays angeordnet ist, und das zweite Makropixel in einer zweiten Position des Pixelarrays angeordnet ist, und wobei die zweite Position von einem Mittelpunkt des Pixelarrays weiter entfernt ist als die erste Position.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller aufweist: einen Analog-Digital-Wandler, der konfiguriert ist, um das Pixelsignal in ein digitales Signal umzuwandeln; und einen biometrischen Signalgenerator, der konfiguriert ist, um das biometrische Signal durch Anwenden einer vorbestimmten Gewichtung auf das digitale Signal und Summieren der vorbestimmten Gewichtung und des digitalen Signals zu erhalten.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: das eine oder die mehreren Makropixel ein erstes Makropixel aufweisen, das in einer ersten Position des Pixelarrays angeordnet ist, und ein zweites Makropixel, das in einer zweiten Position des Pixelarrays angeordnet ist, wobei die zweite Position von einem Mittelpunkt des Pixelarrays weiter entfernt ist als die erste Position; und ein erster Gewichtungswert, der auf ein erstes digitales Signal angewendet wird, das aus einem ersten Pixelsignal umgewandelt worden ist, das durch das erste Makropixel erzeugt wurde, größer ist als ein zweiter Gewichtungswert, der auf ein zweites digitales Signal angewendet wird, das aus einem zweiten Pixelsignal umgewandelt worden ist, das durch das zweite Makropixel erzeugt wurde.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Controller ferner einen Lichtquellentreiber aufweist, der konfiguriert ist, um eine Ansteuerzeit der Lichtquelle mit einem Detektionssteuerzeitpunkt des Pixelsignals zu synchronisieren.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: der Controller ferner einen Verstärker aufweist, der konfiguriert ist, um das Pixelsignal zu verstärken; und der Analog-Digital-Wandler konfiguriert ist, um das Pixelsignal, das durch den Verstärker verstärkt wurde, in das digitale Signal umzuwandeln.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein erstes Zeitintervall, in dem der Controller das Pixelsignal detektiert und speichert, kürzer ist als ein zweites Zeitintervall, in dem der Controller das gespeicherte Pixelsignal in ein digitales Signal umwandelt.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller konfiguriert ist, um das Pixelsignal in ein digitales Signal in einem Zustand umzuwandeln, in dem die Lichtquelle ausgeschaltet ist.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein optisches Filter und eine Mikrolinse, die auf einem oberen Abschnitt der Lichtquelle angeordnet sind.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das optische Filter ein Nahmfrarotfilter aufweist, durch das nur ein Lichtsignal in einem Nahinfrarotbereich in dem reflektierten Lichtsignal gelangt.
Biometrische Signalmessvorrichtung, aufweisend: ein Pixelarray, das eine Mehrzahl von Einheitspixeln aufweist, wobei die Mehrzahl von Einheitspixeln zu einem oder mehreren Makropixeln gruppiert ist; eine Ausleseschaltung, die konfiguriert ist, um, während einer ersten Zeitspanne, ein Pixelsignal, das durch ein jeweiliges von dem einen oder den mehreren Makropixeln ausgegeben wird, basierend auf einer externen Lichtquelle zu detektieren, und um das detektierte Pixelsignal in ein digitales Signal während einer zweiten Zeitspanne umzuwandeln; und eine Steuerlogik, die konfiguriert ist, um Betriebssteuerzeitpunkte des Pixelarrays und der Ausleseschaltung zu steuern, und um das digitale Signal zu summieren, um ein biometrisches Signal zu erzeugen.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 12, wobei, während der ersten Zeitspanne, eine Photodiode, die in einem jeweiligen von den Einheitspixeln enthalten ist, konfiguriert ist, um eine Ladung basierend auf dem externen Lichtsignal zu erzeugen.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um ein Lichtsignal an ein Objekt auszugeben, wobei das Pixelarray konfiguriert ist, um das externe Lichtsignal als eine Reflexion des ausgegebenen Lichtsignals, das von dem Objekt reflektiert wird, zu erfassen.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Lichtquelle konfiguriert ist, um das Lichtsignal an das Objekt in der Art und Weise eines Global-Shutters auszugeben.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die erste Zeitspanne kürzer ist als die zweite Zeitspanne.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Ausleseschaltung konfiguriert ist, um Zeilenleitungen, die mit dem einen oder den mehreren Makropixeln verbunden sind, aufeinanderfolgend abzutasten, um das Pixelsignal von einem jeweiligen von dem einen oder den mehreren Makropixeln zu detektieren.
Biometrische Signalmessvorrichtung, aufweisend: eine Mehrzahl von Einheitspixeln, die mit einer Mehrzahl von Zeilenleitungen und einer Mehrzahl von Spaltenleitungen verbunden sind; einen Binning-Controller, der konfiguriert ist, um die Mehrzahl von Einheitspixeln zu gruppieren, um ein oder mehrere Makropixel zu erhalten; und einen Controller, der konfiguriert ist um ein Pixelsignal, das durch ein jeweiliges von dem einen oder den mehreren Makropixeln erzeugt wird, basierend auf einer externen Lichtquelle in ein digitales Signal umzuwandeln, und um ein biometrisches Signal durch Anwenden einer vorbestimmten Gewichtung auf das digitale Signal zu erzeugen.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Binning-Controller konfiguriert ist, um das eine oder die mehreren Makropixel durch Bündeln der Mehrzahl von Zeilenleitungen zu erzeugen.
Biometrische Signalmessvorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Pixelsignal durch Summieren von ausgegebenen Signalen von Einheitspixeln, die in einem jeweiligen von dem einen oder den mehren Makropixeln enthalten sind, erzeugt wird.