KR100209481B1 - 리지저항 감지어레이를 이용하는 지문 감식 장치 - Google Patents

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KR100209481B1
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윌리엄 이. 갈라스
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Abstract

지문 감식장치는 손가락끝이 감지 어레이면을 가로지르며 이동될 때 샘플 궤도 신호를 발생하는 피부저항 감지 어레이를 사용한다. 샘플 궤도 신호는 손가락끝의 리지 및 밸리의 저항에 대한 전기 컨덕턴스 변화를 나타낸다.
또한 지문 감식 장치는 프로세서에 연결된 샘플링 회로를 포함한다. 덧붙여, 손가락을 피부저항 감지 어레이에 관하여 이동시킴으로써 지문을 감식 및 검증하는 기술이 공개되어 있다. 발생된 샘플 궤도 신호는 샘플링 회로에 의해 디지털 신호로 변환된다. 프로세서는 공지된 기준 궤도 신호와 비교하기 위한 디지털 샘플 궤도 신호를 수신한다. 프로세서는 동일한 손가락끝이 양쪽 신호를 모두 발생시킨 임계값 확률이 초과되면 검증 신호를 발생시킨다. 기준 궤도 신호는 장치내에 합체된 기억 장치내에 저장되거나 또는 데이터 인터페이스를 통해 외부 저장 장치에서 제공된다.

Description

리지저항 감지어레이를 이용하는 지문 감식장치
제1도는 본 발명에 의한 지문 감식 시스템의 기능 개략도.
제2도는 지문 감식 시스템의 등가회로를 도시하는 개략도.
제3도는 본 발명에 따라 데이터 캐리어 카드로 제조된 지문 감식장치의 개략도.
제4도는 제3도의 선 4-4를 취한 대표적인 피부저항 감지어레이의 단면도.
제5도는 5개의 감지소자를 따라 이동하는 지문이 취한 임의의 경로 또는 궤도 및 대표적인 지문의 도면.
제6도는 시간에 따라 각 센서 출력에서 만들어지는 5개의 샘플 궤도신호(A-E)를 지문 리치(fingerprint ridge)와 지문 밸리(fingerprint valley) 사이의 컨덕턴스 변화로 나타내며, 각각의 함수가 매치된 경우 기준 지문 데이터의 위치들과 비교한 그래프.
제7도는 감지 어레이, 샘플링 회로, 프로세서 및 기억장치를 단일 집적회로 패키지로서 제작하고 그 상단에 전도 와이어의 어레이를 매입한 도면.
제8도는 연결 와이어가 측면에 장착된 제7도의 직접회로 패키지의 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 지문 감식장치 14 : 지문
16 : 감지소자 18 : 전도 와이어
20 : 피부저항 감지 어레이 22 : 전도층
24 : 절연층 30 : 다중화 장치
40 : 프로세서 48 : 기억 장치
50 : 데이터 캐리어 카드 56 : 샘플링 회로
[기술분야]
본 발명은 지문 감식장치에 관한 것으로서, 특히 지문의 유일한 표면 지형(surface topography)을 감지하기 위한 전자식 지문 감식장치에 관한 것이다.
[종래기술]
지문 감식장치는 보호구역, 세관 및 국경 검사소에 접근하는 사람들, 그리고 정당한 사람이 계약에 포함되어 있는지를 필수적으로 검증하는 경우 실제로 본인임을 인식하는데 고도의 확률을 필요로 하는 여러 분야에서 사용되고 있다. 사진 식별, 사인 검증 및 개인 식별번호(PIN)를 포함하여 특정인의 정확도를 검증하기 위하여 다른 식별형태가 실시되고 있다. 문제가 되는 것은, 개인 식별번호를 검증하는 식별형태가 개인의 지문으로서 동일한 보증 수준을 가지고 개인을 유일하게 식별하는데 실패하고 있다는 것이다. 전술한 모든 식별형태는 부정적인 변경에 대단히 노출되기 쉽다. 2세트의 지문이 동일하다는 확률이 낮아서 법 집행기관은 개인을 식별하기 위해 고도의 신뢰성을 갖는 지문을 사용하고 있다. 실시간 지문 감식장치는 확률 식별이 높아서 실시되고 있지만 여전히 제한사항이 많이 있다. 현재 관련된 비용은 이러한 장치들을 넓은 범위에 걸쳐 분포할 수 없게 만든다. 현재, 지문 감식장치는 지문의 유일한 특성을 주사한 다음에 그것을 공지된 기준지문의 특성과 비교하는 영상처리 시스템의 어떤 형태를 사용한다. 통상적으로 이러한 영상처리 시스템은 지문선 정보를 마이크로프로세서에 의해 분석될 수 있는 디지털 파형으로 변환하기 위해 열 또는 광 센서로서 구성되어 있다. 또한, 상기 영상처리 시스템은 제조비가 비싼 복잡한 광학장치, 레이저 또는 전자회로를 필요로 한다. 따라서, 그러한 부품들이 작동하는 장치는 값비싸며 통상적으로 휴대가 제한되어 있다. 또한, 상기 시스템은 지문 감식 알고리즘을 실시하기 위해 복잡한 영상 처리기를 필요로 한다.
이러한 종래 장치를 작동하기 위하여, 지문은 영상면에 놓여지고, 장치가 지문선 특성 정보를 전자적으로 주사하거나 또는 광학적으로 영상을 그리는 동안에 고정된 채로 유지된다. 이것은 가끔씩 256 X 512 감지소자와 같이 큰 어레이를 포함하며 이 소자는 집적센서를 값비싸게 만들고 또 센서가 손가락과 접촉해야 하기 때문에 손상되기 쉽게 만든다. 이러한 복잡한 어레이는 처리해야만 하고 결국에는 참고를 위해 저장해야 하는 많은 데이터 포인트를 만들어낸다. 덧붙여, 어레이는 작동 환경내에 있는 먼지 기름에 대단히 영향을 받기 쉽다. 또한 어떤 어레이는 지문의 위치 또는 상대중심을 검출하고 또 손가락 끝을 주사하여 그 특성을 공지된 기준에 대해 처리하기 전에 기준점을 확립하는 복잡한 등록시스템(registration system)을 필요로 한다. 예를 들어 발명의 명칭이 “데이터 캐리어”인 뢰프버스(Lofberg)씨의 미국 특허 제 4,582,985호는 대략 신용카드 크기의 장치로서 제작된 지문 검증시스템을 설명하고 있다. 이 장치는 이미 획득한 기준 비트 순서(reference bit sequence)를 저장하기 위해 사용된 기억장치를 포함하고 있다. 감식해야 할 지문은 영상처리 장치 위에 놓이고, 이 장치는 지문선 정보를 디지털 비트 순서로 변환하는 열 또는 광 감지소자로서 구성되어 있다. 다음에 이 디지털 신호는 마이크로프로세서에 의해 기준 비트순서와 비교된다. 이런 비교과정에서 어느 정도의 일치도내에서 매치가 되면, 확인 검출신호가 발생한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 이러한 접근방식은 다수의 감지소자를 갖는 감지어레이를 사용함으로써 지문 검증을 달성한다. 이러한 복잡한 어레이는 제조비가 비싸고, 처리해야 할 데이터가 많고, 과다한 힘에 의해 쉽게 손상된다.
또한 이 어레이는 고정된 손가락끝의 위치를 검출하기 위한 등록수단을 필요로 하므로 회로망의 복잡성을 증가시키고, 추가의 데이터 처리능력을 요구한다.
따라서, 소수의 감지소자를 갖는 감지어레이를 사용하고, 이에 의해 분석해야 할 데이터 양을 줄이며 또 배터리 동작식 장치를 가능하게 하는 전체 소비전력을 감소시킴으로써 데이터 처리조건을 간단하게 하는 지문 감식장치를 제공할 것을 요구하였다. 단일 집적회로내에 설치해야 할 전자부품들의 원가를 줄이고 또 색다른 영상처리 기술을 제거하도록 허용하는 전자센서를 이용하는 지문 감식장치를 제공할 것을 요구하였다. 이러한 특징들은 공업 및 소비자 분야에서 광범위하게 실시할 수 있는 저렴한 장치를 제작할 수 있게 한다. 게다가, 신호 대 소음 비율이 높고 또 동적범위도 큰 전자신호를 만들어내며 이에 의해 오류의 확률을 감소시키는 센서를 제공할 것을 요구한다.
[발명의 요약]
본 발명에 의하여, 피부저항 감지 어레이를 이용하는 저렴한 지문 감식장치를 설명하고 있다. 지지회로망을 포함하여 감지 어레이가 비교적 단순하므로 장치를 양호하게도 사용자가 소지하는 신용카드의 크기로서 데이터 캐리어 카드내에 조립해 넣을 수 있다. 또한, 피부저항 감지 어레이에 관하여 손가락끝을 이용시키고, 관련된 손가락끝 신호정보를 처리하고, 검증신호를 발생시킴으로써 지문을 감식 및 검증하는 기술이 설명되어 있다. 그 결과 지문을 감식 및 검증하기 위한 종래 장치 및 방법에 비해 많이 개량되어 있다.
본 발명의 한 실시예에 의해, 손가락끝의 피부 저항을 샘플 궤도신호로 변환하기 위한 피부저항 감지 어레이를 포함하는 지문 감식장치가 제공되어 있다. 샘플 궤도신호는 피부저항에서의 컨덕턴스 변화에 해당하고, 상기 컨덕턴스 변화는 손가락끝이 감지 어레이면을 따라 이동될 때 손가락끝의 리지 및 밸리의 함수이다. 감지 어레이는 샘플 궤도신호를 디지털 신호로 변환하는 샘플링 회로에 연결되어 있다. 또한 지문 감식장치는 디지털 샘플 궤도신호를 수신하여 이것을 기준 궤도신호와 비교하고 검증 알고리즘을 수행하는 프로세서를 포함한다.
또한, 본 발명에 의하여, 피부저항 감지 어레이에 관하여 손가락 끝을 이동시킴으로써 지문을 감식 및 검증하는 방법이 제공되어 있다. 감지 어레이는 손가락끝의 피부저항을 샘플 궤도신호로 변환한다. 다음에, 샘플 궤도신호는 이미 저장된 기준 궤도신호와 통계학적으로 관련을 맺는다. 그후 손가락끝이 샘플 궤도신호와 기준 궤도신호를 모두 발생시킨 임계값 확률이 초과되면 검증신호가 발생한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 도면을 참고한 아래의 상세한 설명을 읽고 기술에 숙련된 자에게는 명백히 이해될 것이다.
[양호한 실시예]
아래에 설명하는 양호한 실시예는 예증을 든 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.
본 발명은 특히 감지 어레이면을 가로지르며 손가락끝을 이동시키며 그 결과를 전기신호를 처리하는 기술과 함께 리지저항 감지어레이를 이용하는 지문 감식 및 검증용 장치에 관한 것이다. 어레이를 가로지르며 손가락을 문지르는 기술과 함께 어레이의 단순성은 저렴한 신호처리 시스템을 실시할 수 있게 하고 또 단일 집적회로 패키지로 제작할 수 있게 한다. 다음에 만들어진 저렴한 칩은 식별 또는 안전을 위한 수단으로서 신용카드, 문자물쇠, 포스 단말장치(point of sale terminal), 및 컴퓨터 단말기 키보드 등과 같은 다른 장치에 맞추어 넣을 수 있다.
본 발명은 개념을 이해시키기 위한 신용카드내에 합체된 지문 감식장치를 기초로 하여 상세히 설명되어 있다. 기술에 숙련된 자는 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명이 실시예 이외의 다른 많는 분야에도 적용가능하다는 것을 이해할 것이다. 더구나, 본 발명은 단일 집적회로로 제작된 지문 감식장치에 관하여 설명되어 있지만, 기술에 숙련된 자는 개별 전자부품으로부터 조립된 지문 감식장치가 본 발명의 범위에 들어간다는 것을 이해할 것이다.
이제 제1도에서, 지문 감식장치(10)는 기능 개략도로서 도시되어 있다. 지문 감식장치(10)는 2 x 5 어레이를 형성하는 10개의 감지소자(16)를 포함하는 피부저항 감지 어레이(20)를 포함한다. 감지소자(16)는 횡렬 및 종렬로서 정렬되어 있다. 횡렬은 예정거리로서 이격되어서 손가락끝 속도함수를 측정할 수 있게 되어 있다.
감지어레이(20)는 장치를 위한 지지구조로서 사용될 수 있는 절연층(24) 위에 전도층(22)을 형성함으로써 만들어진다. 덧붙여, 전도층(22) 및 감지소자(16)는 피부저항 감지어레이(20)의 상단면을 형성하고, 이 표면을 따라 손가락끝(12)이 그려져 있다. 또한, 전도층(22)은 2 x 5 어레이로서 정렬된 다수의 구멍(23)을 포함한다. 각각의 감지소자(16)에는 대응하는 전도층 구멍(23)이 절연층(24)의 환상부를 노출시키고, 절연층이 전도 와이어(18)를 둘러싸고 있는 것으로 형성되어 있다. 이러한 모양은 제4도에서 도시되어 있다. 각각의 전도 와이어(18)는 감지소자(16)의 표면에서 아래로 절연층(24)내로 연장한다. 전도 와이어(18)는 절연층(24) 속으로 완전히 연장하여 다중화 장치(30)의 입력 접속부에 도달하게 된다. 다른 선택적 실시예로서, 전도 와이어(18)는 집적회로(IC) 패키징을 형성하는 절연층(24)을 통과하여 모놀리딕 패키지내에 있는 집적 다중화 회로에 연결되는 트레이스(trace)를 형성할 수 있다. 또한, 상기 트레이스는 샘플링 회로(56)에 연결되기 전에 데이터 캐리어 카드(50)의 본체를 통과할 수도 있다.
제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이, 감지 어레이(20)는 저항 전압 디바이더 회로(resistive voltage divider circuit)를 형성하는 부품을 포함한다. 그러나, 기술에 숙련된자는 상기 디바이더 회로가 저항 전압 디바이더로 제한하지 않으며, 피부의 저항 특성을 측정하기에 적절한 다른 회로들이 본 발명의 범위에 들어간다는 것을 이해할 것이다. 제1저항기(28)는 전압공급원(26)의 양(+) 단자에 연결되어 있다. 전압 공급원(26)의 음(-) 단자는 전도층(22)에 연결되어 있다. 10개의 전도 와이어(18)는 제각기 다중화 장치(multiplexer;30)의 입력단자에 연결되어 있고, 이 다중화 장치는 제1저항기(28)에 이르는 회로를 선택적으로 완성하는 단락 전환장치(제2도)로서 도형화되어있다. 제2도에서, 다중화 장치(30)는 1 내지 10의 연속된 순서로서 선택 라인(38)을 통해 프로세서(40)에 의해 선택적으로 전환된다. 제4도에 상세히 도시된 바와 같이, 감지어레이(20)에 의해 형성된 전압 디바이더 회로는 지문의 손가락끝 리지(fingertip ridge;60)가 전도 와이어(18)로서 전도층(22)을 연결하는 제2가변 저항기를 형성한다. 손가락끝 리지(60)는 가변 저항기 처럼 행동하고 손가락끝 밸리(fingertip valley;62)는 개방회로처럼 행동한다. 손가락끝 리지(60)를 가로지르는 전압강하는 샘플 궤도신호를 만들어내고, 이 신호는 사람 피부의 저항 특성을 나타낸다. 각각의 샘플 궤도신호는 감지소자(16)가 추적한 대로 손가락끝 리지(60) 및 밸리(62)에 의해 형성된 연속 곡선궤도에 의해 만들어지고, 손가락끝(12)의 피부저항에서 전기 컨덕턴스 변화를 나타낸다. 그 결과 만들어진 샘플 궤도신호는 아날로그 신호를 디지털 비트 스트림으로 변화하는 아날로그-디지털 변환기(34)에 의해 입력(32)에서 채집된다. A/D 변환기(34)의 출력은 디지털 샘플 궤도신호의 전송을 허용하는 프로세서(40)에 연결된 N비트 데이터 라인(36)으로 구성된다. 또한 프로세서(40)는 검증시 신호를 공급하는 검증출력(44)을 포함한다. 프로세서(40)는 선택적으로 외부 기억장치로부터 데이터 인터페이스(54)를 통해 데이터전송을 허용하는 프로세서 입력(42)을 포함할 수도 있다. 입력(42)은 샘플 궤도신호와 실시간을 비교하기 위해 외부에서 저장된 기준 궤도 신호를 프로세서(40)가 수신할 수 있도록 허용한다. 선택사항으로서, 데이터 인터페이스(54)가 설치되어 있지 않으면, 프로세서(40)는 기억장치 인터페이스(46)를 통해 기억장치(48)에 직접 연결될 수 있다. 기억장치(48)는 사용자의 기준 궤도신호 정보와 함께 선택적으로 프로그램 되어 있을 수 있다. 기억장치(48)는 임의 접근 기억장치(RAM)이거나 또는 판독 전용 기억장치(ROM)이다.
다중화 장치(30) 및 A/D 변환기(34)는 이들 지지 부품들과 함께 샘플링 회로(56)를 형성하며, 이 회로는 개별 부품으로서 존재하거나 또는, 달리 모놀리딕 집적회로 패키지에 조합될 수 있다. 샘플링 회로(56)는 현재 맥심 코포레이션(Maxim Corporation)사에서 부품번호 MAX186AEWP로서 제작된 것과 같은 공업 표준 제품으로 존재한다. 양호한 실시예에서, 프로세서(40)는 2개 이상의 디지털 신호의 통계학적 관계를 수행할 능력을 갖는 디지털 신호처리기(DSP)이다. 프로세서(40)는 신호 프로세서의 TMS320 군의 부품으로서 텍사스 인스트루먼트(Taxas instrument)사에서 제작된 공업 표준DSP로서 구할 수 있다. 제3도에서, 예를 든 데이터 캐리어 카드(50)는 지문 감식장치(10)의 기능 블록도와 함께 도시되어 있다. 감지어레이(20)는 데이터 캐리어 카드(50)의 표면과 동일한 수준으로 장착되어 있다. 전도층(22)은 표면에 동일한 수준으로 노출된 전도 와이어(18) 및 절연층(24)과 함께 감지어레이(20)의 표면 상에 형성되어 있다. 양호한 실시예로서, 감지어레이(20), 샘플링 회로(56), 프로세서(40), 및 선택적으로 기억장치(40)는 제7도 및 제8도에 잘 도시되어 있듯이 단일 집적회로 패키지(70)내에 합체되어 있다. 양호한 실시예로서, 전도 와이어(18)는 내부적으로 IC패키지(70)를 통해 샘플링 회로(56)에 연결되어 있다. 다시, 제3도에서, 데이터 캐리어(50)는 시각 신호 또는 음성신호를 만들어 내는 프로세서(40)에 연결된 검증 트랜스듀서(52)를 더 포함한다. 또한 제3도에 도시된 데이터 캐리어 카드(50)는 선택적 데이터 인터페이스(54)를 포함한다. 기능 블록도는 데이터라인(36)을 통해 프로세서(40)에 연결된 샘플링 회로(56)를 도시하고, 이 프로세서(40)는 기억장치(40)에 연결되어 있다. 기억장치(40) 및 데이터 인터페이스(54)는 선택소자인것에 주목해야 한다. 지문 감식장치(10)가 기억장치(48)를 포함하고 있으면 데이터 인터페이스(54)는 필요없다. 그러나, 데이터 캐리어 카드(50)의 다른 실시예는 기억장치(40) 및 데이터 인터페이스(54)를 둘다 포함해도 좋다.
이제 제4도에서, 감지어레이(20)의 단면도는 4-4단면을 취한 것이다. 이 도면은 전도층(22)이 그 위에 형성된 절연층(24)을 도시한다. 이 실시예에서, 절연층(24)은 데이터 캐리어 카드(50)의 본체 또는 재료가 적절한 절연성을 소유하면 집적회로의 패키징 재료의 형태를 취할 수 있으나 이것에 제한하지 않는다. 특히 절연층(24)의 환상부는 각각의 감지소자(16)의 위치에 있는 전도층 구멍(23)에 의해 노출되어 있다는 것에 주의하기 바란다. 다음에 전도 와이어(18)는 절연층(24)내에 조립되어서 각각의 감지소자(16)의 표면과 동일한 수준에서부터 아래로 절연층(24)내로 연장하고, 여기서 이들은 다중화 장치(30)에 연결된다. 제4도는 손가락끝 밸리(62)가 전도층(22)에 이르는 회로를 완성하지 않고도 전도 와이어(18)를 건너서 통과할 수 있을 정도로 충분히 작은 직경을 가진다는 것을 도시하고 있다. 그러나, 각각의 전도 와이어(18)는 또한 리지(60)를 통해 이르는 회로를 완성하기 위해 손가락끝 리지(60)에 접촉할 정도로 충분히 커야 한다.
이제 제5도에서, 예를 든 손가락끝의 지문(14)은 손가락끝 리지(60) 및 손가락끝 밸리(62)를 구성하는 것으로 도시되어 있다. 또한 제5도에는 손가락끝이 감지어레이(20)를 따라갈 때 지문(14)의 표면을 가로지르며 추적하는 감지어레이경로(58)가 도시되어 있다.
감지 어레이(20)는 경로가 연속적인 방법으로 대략 중심을 통해 지문(14)의 전길이를 연장하는 한, 지문(14)을 가로지르며 어떤 경로라도 추적할 수 있다. 감지어레이 경로(58)를 따라서 각각의 감지소자(16)가 따라가는 경로는 개인의 손가락끝의 유일한 지형을 나타내는 샘플 궤도신호를 만들어낸다.
이제 제6도에서, 그래프는 각가의 감지소자(16)에서 측정한 5개의 샘플 궤도신호를 도시한다. 그래프는 시간에 걸쳐 측정한 전압함수를 연속곡선으로서 규정되어 있는 각각의 샘플 궤도신호를 도시한다. 또한 이 그래프는 제5도에 도시한 바와 같이, 예를 든 감지어레이 경로(58)와 일치한다. 제6도에서 각각의 샘플 궤도신호 A 내지 E는 제5도에 도시한 감지어레이 경로(58)의 라인 A 내지 E와 직접적으로 일치한다. 제6도에 그려진 샘플 궤도신호 A 내지 E에서의 각각의 피크는 손가락끝 리지(60)가 각각의 감지소자(16)를 통해 완성할 때의 손가락끝 리지(60)를 나타낸다는 것을 주목하기 바란다. 샘플 궤도신호는 디지털 신호로 양자화되고, 저장된 기준 궤도신호와 상호 관련을 갖는다. 또한 그래프는 샘플 궤도신호의 위치와 매치되는 손가락끝 리지(60)의 위치를 갖는 5개의 기준 궤도신호를 도시한다. 제5도와 제6도를 비교하면, 5개의 감지소자(16)가 각각 지문(14)을 가로지르며 화살표 방향으로 이동될 때 각가의 손가락끝 리지(60)와 각각의 감지어레이 경로(58)의 라인 A 내지 E(제5도)와의 교차점은 제6도에 도시한 바와 같이 시간에 걸쳐 그려진 샘플 궤도신호의 피크와 직접 일치한다.
이제 제7도에 대해 언급하면, 완성된 지문 감식장치(10)가 단일의 집적회로 패키지(70)로 제작되어 있는 것으로서 도시되어 있다. 이 칩은 데이터 캐리어 카드(50)내에 집적될 수 있을 정도로 충분히 작은 것이 바람직하다. 관심을 가져야 하는 주요 치수는 칩 패키징의 두께이다. 여러 가지 종류의 모놀리딕 집적회로는 티 알 더블유 인코포레이티드(TRW Inc.)사에서 구입 가능한 표중 C2 패키지-44콘택트 허메틱 세라믹 칩 캐리어를 사용할 수 있다. 상기 표준 패키지는 최소 두께 1.62mm까지 제조될 수 있지만, 제조기술이 더욱 진보되면 이 치수는 더 축소될 것이다. 제7도는 통상적으로 세라믹, 에폭시 수지, 또는 절연층(24)으로서 적절한 다른 재료로서 제조되는 집적회로 패키지(70)의 평면도를 도시하고 있다. 전도층(22)은 절연층(24)의 상단면에 형성되고, 다음에 IC 패키지(70)의 일부가 된다. 전도층 구멍(23)은 전도 와이어(18)뿐만 아니라 각각의 전도 와이어(18)를 둘러싸고 있는 절연층(24)의 환상부를 노출시키기 위해 각각 예정된 감지소자(16) 위치에 형성된다. 또한, 제7도는 전도층(22)과 전도 와이어(18) 사이에 노츨된 절연층(24)에 의해 형성된 절연부위를 만드는 각각의 전도 와이어(18) 둘레에서 중심이 잡힌 각각의 전도층 구멍(23)의 중요성을 가리키고 있다. 각가의 전도 와이어(18)는 집적회로 패키지(70)의 표면에 노출되어 있고, 아래로 패키징을 통해 연장하여 샘플링 회로(56)와 연결된다. 추가로, 제7도는 집적회로 패키지(70)와 모놀리딕 회로내에 포함된 함수의 블록도를 도시하고 있다. 감지어레이(20)가 덜 복잡하다는 것이 주요한 특징으로서 이에 의해 지문 감식장치(10)를 단일 모놀리딕 칩으로 제작할 수 있게 한다.
제8도는 직접회로 패키지(70)의 측면도이다. 또한 이 도면에서, 전도층(22)이 일차 패키징 재료로서 작용하는 절연층(24)에 형성되어 있다. 제8도는 칩과 외부 회로망 사이를 연결하는 연결핀(80)은 IC 패키지(70)의 측면을 따라서 위치한 것을 도시하고 있다. 특히 측면에 장착된 연결핀(80)은 IC 패키지(70)를 낮은 프로필로 유지할 수 있게 만든다는 것에 주목하기 바란다.
본 발명에 의한 지문 감식 및 검증 방법을 설명하기로 한다. 알고리즘은 사용자의 지문 데이터가 저장된 기준 데이터와 일치하는지 어떤지를 결정한다. 본 기술은 손가라끝(12)의 지문(14)을 감지어레이(20)를 가로지르며 연속적으로 접촉하며 이동할 수 있게 허용하는 노출된 피부저항 감지어레이(20)를 지문 감식장치(10)에 설치하는 것을 포함한다. 감지어레이(20)에 의해 손가락끝(12)의 접촉을 감지하자마자, 지문 감식장치(10)내의 회로망이 자동적으로 작동된다. 기술에 숙련된 자는 자동적 장치를 통해 표면 압력 또는 전류를 감지함으로써 달성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 지문(14)의 표면을 가로지르며 감지어레이(20)가 추적하는 감지어레이 경로(58)는 감지어레이(20)를 가로지르며 지문을 이동시키는 속도 또는 정렬상태에 의존하지 않는다. 허용되는 샘플 궤도신호를 만드는 유일한 조건은 지문(14)이 지문의 상대중심을 통해 끝에서 끝으로 매끄럽고 연속적인 운동으로 감지어레이(20)를 가로지르며 끌려야 한다는 것이다.
감지어레이(20)를 가로지르는 지문(14)의 연속운동은 제6도에 도시한 바와 같이 연속적인 샘플 궤도신호를 만든다. 만들어진 신호는 통상적으로 높은 신호 대 소음 비율을 가지며, 또한 넓은 동적 범위에 걸쳐 있다. 이러한 신호특성은 둘다 통계적 상관 알고리즘(statistical correlation algorithm)내에 포함된 오류의 확률을 크게 감소시킨다. 아날로그 샘플 궤도신호는 A/D변환기(제1도)에 의해 디지털 비트 스트림으로 양자화되고, 이 변환기는 디지털 신호 프로세서(40)(제6도)에 의해 개인의 손가락끝 리지 및 밸리의 기록인 저장된 기준궤도신호와 통계학적으로 관련되어 있을 수 있다. 필요한 통계적 상관 알고리즘을 수행하는 모놀리딕 디지털 신호 프로세서는 현재 표준 선반재고장치(standard off the shelf device)로서 구입 가능하다. 융통성 있는 구조는 기준궤도신호를 기억장치(48), 양호하게는 판독전용 기억장치(ROM)에 저장할 수 있게 되어있다. 다른 방법으로서, 기준궤도신호는 처리되기 전에 데이터 인터페이스(54)를 통해 외부 저장장치로부터 검색되어도 좋다.
알고리즘은, 2개의 신호를 프로세서(40)에 의해 실시간에서 비교할 수 있게 하고, 또는 샘플 궤도신호를 나타내는 디지털 비트 스트림이 기억장치(48)에 저장될 수 있으며 프로세서(40)에 의해 오프라인 처리될 수 있다는 점에서 융통성이 있다. 프로세서에 의해 수행된 알고리즘은 샘플 궤도신호와 기준 궤도신호 사이의 최소 위치 가설오류(minimum position hypothesis error)를 유지하려고 노력한다. 통계적 상관은 샘플 궤도신호가 구해지는 동안에 최종 저장된 기준 궤도신호에 관하여 모든 가설 자유도(hypothetical degree of freedom)에 걸쳐 수행되고, 이것이 집합오류(aggregate error)를 확립한다. 알고리즘은 상관 알고리즘이 연속적으로 낮은 집합오류를 유지할 수 있는 동안에는 저장된 기준데이타에 대하여 샘플 궤도신호를 계속 처리한다. 상관 알고리즘에 의해 계산된 집합오류가 예정 임계값 오류수준을 초과하면, 프로세서(40)는 감식 알고리즘을 종료하고 네거티브 검증신호를 제공한다. 그러나, 통계적 상관 알고리즘이 샘플 궤도신호의 시작부터 끝까지 연속적으로 낮은 집합오류수준을 유지할 수 있으며, 프로세서(40)는 동일한 손가락끝이 샘플 궤도신호와 기준 궤도신호 둘다를 만들었다는 것을 가리키는 포지티브 검증신호를 만들 것이다.
또한 감식 및 검증방법은 샘플 궤도신호를 표준화하는 기술을 포함한다. 기술에 숙련된 자는 샘플 궤도신호의 표준화가 샘플한 데이터 포인트를 연속적으로 최적의 개수를 제공함으로써 장치의 복잡성을 감소시킨다는 것을 이해할 것이다. 표준화 기술은 필요한 데이터 포인트의 최적 개수를 표준화하고 초기 샘플링속도를 제공함으로써 달성된다. 샘플 궤도신호를 검출한 상태에서, 처리 알고리즘은 샘플 궤도신호 주파수를 계산한다. 기술에 숙련된 자는 샘플링속도는 샘플 궤도신호 주파수에 정비례하여 처리 알고리즘에 의해 정정되어야 한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 감지어레이를 가로지르는 손가락끝의 속도의 증가에 비례하여 샘플링속도가 증가할 것이다. 이와 유사하게, 손가락끝 속도의 감소에 비례하여 샘플링속도가 감소할 것이다. 또한 표준화 공정은 데이터 포인트의 최적 개수를 지속적으로 제공하고 더 나아가 손가락 속도에 관계없이 지문 감식 및 검증방법을 제공함으로써 본 발명을 더욱 단순하게 한다. 샘플한 데이터 포인트의 갯수가 감소되면 더 저렴한 처리회로의 실행을 용이하게 하고 또한 회로를 구동하는데 필요한 기억용량 및 전력을 더 작게 실행할 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예는 기준 궤도신호를 저장하기 위한 기억장치(40)에 의존하지 않는다. 데이터 캐리어 카드(50)내에 기준 궤도신호를 저장하는 것은 선택적인 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 기준 궤도신호를 데이터 인터페이스(54)를 통해 프로세서(40)에 제공하는 방법이다. 이 실시예는 상관 알고리즘이 사용한 기준신호를 데이터 캐리어 카드(50)내에 이 기준신호를 저장하기 보다는 검증 대리인이 저장할 수 있도록 허용한다. 이러한 특징은 위조된 데이터 캐리어 카드(50)를 소지한 사용자가 일으키는 사기행위의 요소를 제거하는 작용을 한다. 이러한 특징은 특히 제한적으로 알려진 그룹에서의 개인들의 식별을 필요로 하는 은행, 건강 관리소(health care facilities), 및 정부기관 등과 같은 공공기관에 유용할 것이다. 안전목적을 위한 식별이 절대식별의 확률을 더 작게 하도록 허용하는 경우, 데이터 캐리어 카드(50)는 기억장치(50)내에 미리 프로그램된 소유자의 기준 궤도신호를 가진 은행에서 발행한 신용카드로서 구체화시킬 수 있다. 이런 방식의 신용카드는 판매상태로서 포스 단말장치에서 지문정보를 검증함으로써 카드 홀더를 정확하게 식별하기 위한 수단으로서 소매상점에서 상품을 구매할때 소유자가 제시할 수 있는 것이다. 판매 계략을 완료하기 전에 사용자의 지문을 검증하는데 데이터 캐리어 카드(50)를 사용하면 신용카드 사기행위의 발생을 현저히 감소시킬 것이다.
본 발명의 유일한 특징은 저렴한 지문 감식장치(10)를 전체적으로 크기가 작고 얇은 프로필을 갖는 단일 집적회로 패키지(70)로서 실시할 수 있게 하고, 또한 데이터 캐리어 카드(50) 또는 다른 적절한 장치로 제작할 수 있게 한다. 상기 패키지는 사람이 접촉할 수도 있는 열악한 환경에 견딜 것이다. 유일한 피부저항 감지어레이(20)는 열적 또는 광학 지문 감식 도표를 필요로 하는 종래 기술에 비해 많은 장점을 가진다. 센서는 어느 2개의 지문이 동일한 전자신호를 만들 것을 무시한 확률을 기초로 한 종래 기술을 이용하여 실시된 비교적 단순한 알고리즘에 의해 처리될 수 있는 전자파형을 만든다. 전술한 종래방법은 감지어레이에 관하여 지문을 이동시키거나 또는 문지르고 이로써 지문지형을 나타내는 전자 궤도신호를 발생시키는 것을 포함하지 않는다. 또한 전술한 종래 접근방식은 손가락끝의 리지 및 밸리의 가변저항의 전기 컨덕턴스 변화를 감지하고, 이 피부의 저항특성을 전기신호로 변환하는 저렴한 감지어레이를 제공하지 못한다.
본 발명이 양호한 실시예를 참고로 하여 상세히 설명되었지만, 청구범위의 기술사상 및 범위내에서 여러 가지 변경 및 수정이 가능하다.

Claims (20)

  1. 지문의 피부저항을 샘플 궤도신호로 변화하기 위한 감지어레이 수단과, 상기 감지어레이 수단에 연결되어 샘플 궤도신호를 양자화하기 위한 샘플링수단과, 상기 샘플링수단에 연결되어서, 샘플 궤도신호와 기준 궤도신호를 비교하며 손가락끝이 샘플 궤도신호 및 기준 궤도신호를 모두 발생한 확률에 관한 검증신호를 만들어내는 처리수단을 포함하고, 상기 샘플 궤도신호는 손가락끝의 피부저항에 대한 전기 컨덕턴스 변화를 나타내고, 상기 감지어레이 수단은 손가락끝에 접촉할 수 있게 위치하여서 손가락끝과 센서간의 상대운동을 허용하는 적어도 하나의 센서를 포함하고, 상기 센서는 손가락끝과 감지어레이 수단이 서로에 대해 이동할 때 리지 및 밸리의 피부저항에 해당하는 샘플 궤도신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감지어레이 수단은 제1측면 및 제2측면을 갖는 절연층과, 상기 제1측면에 대향한 외부면을 갖는 절연층의 제1측면에 형성되며 이 절연층을 노출시키기 위한 다수의 구멍을 갖는 전도층과, 상기 구멍을 통과하여 연장하며 전도층의 상단면과 동일한 수준을 이루는 전도 와이어의 어레이와, 상기 전도 와이어의 어레이를 샘플링 수단에 연결하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 감지어레이 수단은 지문 리지가 전도 와이어의 어레이 내에서 하나의 전도 와이어 및 전도층을 동시에 접촉함으로써 회로를 완성할 때 전압 디바이더를 형성하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감지어레이 수단, 샘플링수단 및 처리수단은 단일 집적회로 패키지로 제작되는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 전도 와이어의 어레이는 단일 집적회로 패키지의 절연층 속에 파묻히는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 전도 와이어의 어레이는 손가락끝 및 감지어레이 수단이 서로에 대해 이동할 때 공지된 거리에 걸쳐 속도함수를 측정하는 프로세서에 의해 n x m어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기준 궤도신호를 저장하기 위한 기억장치수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 전도 와이어는 손가락끝 밸리가 전도 와이어를 거쳐 지나갈 때 개방회로를 형성하기에 충분히 작은 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 샘플링수단은 다수의 전도 와이어를 통해 선택적으로 순서를 정하는 다중화장치와, 샘플 궤도신호를 나타내는 디지털 비트 스트림을 발생시키기 위한 아날로그/디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 감지어레이 수단은 데이터 캐리어 카드에서 샘플 궤도신호를 발생시키기 위해 손가락이 감지어레이 수단을 가로지르며 문지를 수 있는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  11. 제1항에 있어서, 손가락과 감지어레이 수단 사이의 접촉을 감지하면 자동적으로 작동되는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  12. 제1항에 있어서, 외부 저장장치와 인터페이스하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  13. (ㄱ) 손가락끝과 피부저항 감지어레이 수단이 서로에 대해 이동할 때 손가락끝의 리지 및 밸리의 피부저항을 이 피부저항에 대한 전기 컨덕턴스를 나타내는 샘플 궤도신호로 변화하기 위한 피부저항 감지어레이와, (ㄴ) 상기 피부저항 감지어레이에 연결되어 이 피부저항 감지어레이의 전도 와이어 사이를 선택적으로 스위치하기 위한 다중화장치와, (ㄷ) 상기 다중화장치에 연결되어서 샘플 궤도신호를 나타내는 디지털 비트 스트림을 발생시키기 위한 아날로그/디지털 변환기와, (ㄹ) 상기 아날로그/디지털 변환기에 연결되어서, 샘플 궤도신호와 기준 궤도신호를 비교하며 손가락끝이 샘플 궤도신호 및 기준 궤도신호를 모두 발생한 확률에 관한 검증신호를 만들어내는 프로세서를 포함하고, 상기 피부저항 감지어레이는 (1) 제1측면 및 제2측면을 갖는 절연층과, (2) 상기 제1측면에 대향한 상단면을 갖는 절연층의 제1측면에 형성되며 이 절연층을 노출시키기 위한 다수의 구멍을 갖는 전도층과, (3) 상기 절연층의 제2측면에서부터 구멍을 통과하여 연장하며 상기 구멍내에서 중심을 유지하고 전도층의 상단면과 동일한 수준으로 정렬된 전도 와이어의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프로세서는 적어도 하나의 기준 궤도신호를 저장하기 위한 저장장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 지문 감식 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 저장장치는 임의 접근 기억장치(RAM)인 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 저장장치는 판독전용 기억장치(ROM)인 것을 특징으로 하는 지문 감식장치.
  17. 지문 감식 및 검증방법에 있어서, 손가락끝의 피부저항을 샘플 궤도신호로 변환하기위한 피부저항 감지어레이에 관하여 손가락끝을 이동시키는 단계와, 상기 샘플 궤도신호와 기준 궤도신호를 상관시키는 단계와, 손가락끝이 샘플 궤도신호 및 기준 궤도신호를 모두 발생한 확률에 관한 검증신호를 만들어내는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 감식 및 검증방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 샘플 궤도신호를 디지털 비트 스트림으로 양자화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감식 및 검증방법.
  19. 제17항에 있어서, 데이터 캐리어 카드의 표면에 전도 와이어의 어레이를 장착하는 단계와, 상기 데이터 캐리어 카드를 가로지르며 손가락끝을 문지르는 단계와, 샘플 궤도신호를 표준화하는 단계와, 표준화된 샘플 궤도신호를 저장된 기준 궤도신호와 비교하는 단계와, 검증신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감식 및 검증방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 표준화 단계는 하나의 샘플 궤도신호 주기 동안에 최적 개수의 데이터 포인트를 채집하도록 표준화하는 단계와, 초기 샘플링 속도를 공급하는 단계와, 샘플 궤도신호 주파수를 측정하는 단계와, 상기 샘플 궤도신호에 직접 관련된 일정한 다중화장치에 의해 샘플링 속도를 정정하는 단계와, 상기 정정된 샘플링 속도를 얻기 위해 샘플링 속도를 연속적으로 조정하는 단계에 의해 수행되고, 이에 의하여 표준화는 손가락끝 이동속도 사이의 요동을 표준화하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 지문 감식 및 검증방법.
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