KR100811019B1 - 압전막 지문 스캐너 - Google Patents

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월터 가이 스콧
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크로스 매치 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 발명에 있어서, 생체 측정 데이터, 예컨대 지문 이미지를 스캔하여 캡쳐하는데 얇은 압전막 센서 어레이를 사용한다. 일실시예에 있어서, 다층 구조는, 서로 직교 배치된 2개의 도전체 그리드 사이에 PVDF층을 포함한다. 발포판을 지지대로 쓸 수 있다. 손가락이 놓이는 면에 우레탄을 부가할 수 있다. 한 특징에 있어서, PVDF와 그리드는 라벨처럼 벗길 수 있어 교체가 용이하다. 멀티플렉서가 스위치되어 센서를 스캔한다. 단일 픽셀 또는 픽셀군을 검출하여 이미지 메모리로 출력할 수 있다. 지문골과 접촉하는 픽셀의 얇은 압전막 센서 어레이에 전계가 인가되어 그 반사 작용으로 인해 발생하는 링다운 오실레이션에 의해 지문골을 검출할 수 있다. 예를 들어, 지문골에 관련된 상기 링다운 값은 약 150 ns(또는 30 ㎒에서 5 사이클)에서 검출될 수 있다. 추가 생체 측정을 나타내는 기타 반사 작용도 검출할 수 있다(예컨대, 세포, 혈액, 뼈, 손톱 등으로부터). 순환하는 혈액으로부터의 반사 작용으로 인한 도플러 효과 역시 검출할 수 있다. 이러한 도플러 효과는 혈액 순환의 방향과 속도에 관한 정보를 추가 제공할 수 있다. 또한 살아있는 손가락 존재를 표시하도록 순간의 초전기 효과도 검출할 수 있다.

Description

압전막 지문 스캐너{PIEZOELECTRIC FILM FINGERPRINT SCANNER}
본 발명은 일반적으로 지문 스캐닝 및 지문 촬영에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 지문 스캐너 분야에서 쓰이는 압전막에 관한 것이다.
생체 측정(Biometric)은 높은 수준의 보안성을 제공하는 기술 분야이다. 지문 캡쳐 및 인식은 중요한 생체 측정 기술이다. 법집행, 은행 업무, 투표 및 기타 산업에서 신원을 인식하거나 확인하기 위한 생체 측정으로서 점진적으로 지문을 의존하고 있다. 1998년 미국 펜실베니아주 갈리슬에서 열린 국제 컴퓨터 학회(International Computer Society)에서 로텐보흐(G. Roethenbaugh)가 발표한 Biometrics Explained, V.2.0 페이지 1-34를 참조하라(이 자료는 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다). 현재 수 많은 회사들이 생체 측정 지문 기술에 적극적이다. 1999년 바이오메트릭 테크날러지 투데이[Btt(등록 상표)]에서 발표된 2쪽 분량의 회사 리스트를 참조하라(http://www. sjbresearch. com).
지문의 반사된 광학 이미지를 검출하는 광학 지문 스캐너가 이용 가능하다. 충분한 고해상도로 양질의 이미지를 캡쳐하기 위하여, 광학 지문 스캐너는 최소한의 광학 부품(예컨대, 렌즈), 조명원, 촬상 카메라를 필요로 한다. 이러한 부품들은 지문 스캐너의 전체 비용을 증가시킨다. 얼라인먼트를 유지하기 위한 기계적인 구조 역시 제조 비용 및 유지 보수 비용을 증가시킨다.
고체 실리콘을 베이스로 한 변환기(transducer)는 또한 시멘스(Seimens), 루슨트(Lucent) 및 해리스(Harris) 반도체 제조사가 시판하고 있는 상업용 지문 스캐너에서 이용 가능하다. 이러한 실리콘 변환기는 캐패시턴스를 측정한다. 실리콘 변환기가 이러한 용도로 사용될 시 그 두께가 얇아야 하므로, 내구성이 떨어지게 된다. 둥그스름한 지문을 검출하기 위하여, 고체 변환기의 감지 어레이는 충분한 면적 사이즈, 예컨대 약 50 마이크론의 두께에 가로 세로 1인치의 면적을 확보해야 한다. 이러한 사이즈를 갖는 실리콘 어레이는 기본적인 지문 스캐너의 가격을 높이고 유지 보수 비용도 많이 들게 한다. 또한 내구성 및 구조적 보전성도 이러한 큰 사이즈의 실리콘 구조로 인해 손상될 수 있다.
따라서 유지 보수 비용이 적은 저렴한 내구성의 지문 스캐너가 필요하다.
본 발명은 압전막 생체 측정 감지 디바이스를 제공한다. 압전막 센서 어레이를 사용하여 생체 측정 데이터, 예컨대 지문 이미지를 검출한다. 일실시예에서, 압전막 센서 어레이는 2개의 도전체 그리드 사이에 샌드위치된 압전막층을 포함하는 다층 구조이다. 도전체 그리드는 서로 직교한다. 보호 코팅을 제공하도록 손가락이 놓여지는 한 면에 실드층(shield layer)이 부가된다. 발포판(foam substrate)은 지지대로 사용될 수 있다.
일실시예에서, 압전막층은 PVDF(PolyVinyliDene Flouride) 또는 그의 공중합체 등의 분극된 플루오르 중합체 막으로 제조된다. 도전체 그리드는 PVDF 막의 대 향측에 인쇄된 은 잉크 전극(silver ink electrode)이다. 실드층은 우레탄 또는 다른 플라스틱(plastic)으로 제조된다. 발포판은 Teflon(등록 상표)으로 제조된다. 접착제를 사용하여 인쇄된 PVDF의 대향측에서 실드층과 발포판을 고정한다.
한 특징에 있어서, 인쇄된 전극을 포함하는 PVDF 막은 라벨처럼 뗄 수 있어 교체가 용이하다.
일실시예에 따르면, 지문 스캐너는 압전막 센서 어레이를 사용하여 지문 이미지를 스캔하여 캡쳐한다. 지문 스캐너는 오실레이터, 게이트 카운트, 펄서(pulser), 2개의 멀티플렉서, 컨트롤러, 검출기, 필터 및 이미지 메모리를 더 포함한다. 오실레이터 주파수(예컨대, 30 ㎒)의 1 사이클의 입력 펄스가 펄서에 의해 멀티플렉서를 통해 압전 센서 어레이의 하나의 픽셀 혹은 픽셀 그룹에 인가된다. 펄서에 의해 입력 펄스가 인가된 후에 많은 사이클 범위 내에서 지문골(fingerprint ridge)로부터의 반사 작용을 검출할 수 있다. 링다운 오실레이터에 의해 지문골의 존재를 검출한다. 지문골과 접촉하는 픽셀의 얇은 압전막 센서 어레이에 전계가 인가되고 그로부터 발생하는 반사 작용으로부터 링다운 오실레이션이 발생한다. 이어서, 하나의 픽셀 또는 픽셀 그룹이 검출되어 이미지 메모리에 출력된다. 컨트롤러는 검출기에 의해 검출된 픽셀 판독과, 펄서로부터 출력된 펄스의 사이클에 따라 압전막 센서 어레이를 스캔하도록 멀티플렉서를 스위치한다.
손가락에 관련된 추가 생체 특성을 나타내는 다른 반사 작용(예컨대, 세포, 혈액, 뼈, 손톱 등으로부터)을 검출할 수도 있다. 순환하는 혈액의 반사 작용으로 인한 도플러 효과를 검출할 수도 있다. 상기 도플러 효과는 혈액 순환 방향과 속도 에 관한 추가 정보를 제공할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 살아있는 손가락의 존재를 표시하기 위해, 압전막 센서 어레이에 의해 순간의 초전기 효과를 검출할 수 있다. 살아있는 손가락의 검출을 나타내는 신호는, 동일한 압전 스캐너 어레이를 사용하여 지문 이미지를 스캔하여 캡쳐하도록 지문 스캐너를 자동 초기화 또는 시동시키는데 이용된다.
본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 작동뿐만 아니라 추가 특징과 장점들에 대해 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명하겠다.
본 명세서에 포함되는 첨부 도면과 명세서의 형식 부분은 설명과 함께 본 발명을 나타내고, 또한 본 발명의 원리를 설명하며 또한, 당업자가 본 발명을 구성하여 이용할 수 있는데 도움을 줄 것이다.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 압전막 센서 어레이의 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 압전막 센서 어레이의 도전체 그리드를 도시하는 상면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압전막 센서 어레이 스캔으로 지문 이미지를 캡쳐하는 루틴을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압전막 센서 어레이를 구비한 압전막 지문 스캐너의 블록도이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 링다운 오실레이션과 예시적인 입력 펄스 및 검출된 출력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 5는 지문골(실척이 아님)이 압전막 센서 어레이와 접촉하는 압전막 센서 어레이의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 추가 생체 측정 정보를 나타내는 다른 반사 작용을 보여주는 확장된 범위를 갖는 일례의 출력 신호를 도시하는 도면이다.
이후, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 도면에서, 도면 부호가 동일한 것은 동일하거나 기능적으로 유사한 부품을 나타낸다. 또한, 도면 번호의 최좌측 숫자는 도면 부호가 처음 등장한 도면을 식별한다.
1. 개요 및 용어 소개
본 발명에 따르면, 압전막 생체 측정 데이터 감지 디바이스가 제공된다. 생체 감지 디바이스는, 예컨대 지문 스캐너일 수 있다. 압전막 센서 어레이는 예컨대 지문 이미지같은 생체 데이터를 검출하는데 쓰인다.
용어 "압전(piezoelectric)" 및 "피에조(piezo)"는 압전 중합체 재료에 한정되지 않는 소정의 재료에서 발견되는 압전 효과를 칭하는 것으로서, 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "도전체 그리드"는 도전체 패턴을 칭하는 의미 로서, 예컨대 평행하게 배치된 복수의 도전체를 포함한다.
2. 압전막 센서 어레이
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 압전막 센서 어레이(100)의 단면도이다. 압전막 센서 어레이(100)는 2개의 도전체 그리드(115, 125) 사이에 샌드위치된 압전막(120)을 포함하는 다층 구조이다. 본 발명의 일실시예에서 압전막은 PVDF 또는 그의 공중합체 등의, 분극된 플루오르 중합체 막이다.
도전체 그리드(115, 125) 각각은 평행하게 배열된 전기 도전성 라인을 포함한다. 양호하게는 그리드(115)의 라인은 그리드(125)의 라인에 대해 직교한다. 이러한 관계가 도 1b에 도시된다. 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 압전막 센서 어레이의 도전체 그리드를 도시하는 상면도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 2개의 도전체 그리드에서, 2개의 그리드의 첫번째는 도전체행(1 내지 n)을 포함하는 것을 특징으로 하고, 2개의 그리드의 두번째는 도전체열(1 내지 m)을 포함하는 것을 특징으로 하여 서로 수직으로 배치되어 있다. 이러한 도전체 행과 열 각각은 관련된 행과 열 멀티플렉서에 연결되며, 상기 멀티플렉서에 대해서는 이후 상세히 설명하기로 한다. 어레이 내부의 픽셀들은 행과 열이 교차하는 점과 관련된 영역이다. 예를 들어, 행 n과 열 m이 교차하는 영역은 픽셀 (n, m)에 해당한다. 일실시예에서, 도전체 그리드(115, 125)는 PVDF 막(120)의 대향측에 인쇄된 은 잉크 전극이다.
도 1a을 다시 참조하면, 손가락이 놓여지는 면에 보호 코팅으로서 실드층(110)이 부가될 수 있다. 실드층(110)은 우레탄 또는 보호 코팅으로 작용할 수 있는 또다른 플라스틱으로 제조 가능하다. 실드층(110)은 접착제(142)를 사용하여 도전체 그리드(115)와 압전막(120)에 부착된다. 상기 접착제로 사용하기에 적합한 재료들은 당업자들에게 알려진 것으므로, 적절한 접착 재료 선택은 당업계의 보통의 기술 수준 내에 있다.
발포판(130)은 압전 센서 어레이(100) 내부에서 지지대로서 쓰인다. 발포판은 Teflon(등록 상표)으로 제조 가능하다. 당업자들에게 알려진 바와 같이, 발포판(130) 대신에 다른 타입의 지지 재료를 쓸 수 있다. 발포판(130)은 접착제(144)를 사용하여 도전체 그리드(125)와 압전막(120)에 부착될 수 있다. 상기 접착제로 적합한 재료는 당업계에 알려져 있으므로, 적당한 접착 재료 선택은 본 기술 분야의 수준 내에 있다.
이상의 설명은 예시적인 것이며 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 예를 들어, 압전막층(120)은 압전 중합체에 한정되지 않고, 압전 효과를 갖는 어떠한 재료도 될 수 있다. 도전체 그리드(115, 125)는 금속에 한정되지 않으며 어떠한 전기적인 도전체 재료일 수 있다. 마찬가지로, 본 기술 분야의 종사자들에게 자명한 바와 같이, 실드층(110)에 다른 타입의 보호성 재료가 사용될 수 있다.
압전 중합체 막 센서에 대해서는 미국 펜실베니아주 노리스타운에 소재하는 메저먼트 스페셜리티즈사(Measurement Specialities, Inc.)로부터 입수 가능한 1999년 4월 2일 발간된 Piezo Film Sensors에 대한 Technical Manual에 추가 기재되어 있다(이 문헌 전체는 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다).
3. 필오프(peel-off) 방식 적용
본 발명의 부가적인 특징으로서, 인쇄 전극을 포함하는 PVDF 막은 라벨처럼 떼어 낼 수 있어 교체가 용이하다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 압전 센서 어레이(100)는 접착제(146)에 의해 왁스 페이퍼나 기타 재료(도시 생략)에 부착되어 있어 제거가 용이하다. 상기 접착제로 적합한 재료는 당업계에 알려져 있으므로, 적절한 접착 재료의 선택은 본 기술 분야의 수준 내에 있다. 이에 따라 압전 센서를 최소의 비용으로 간단하고 쉽게 설치 및/또는 교체할 수 있다. 사실상, 광학 기술 및 실리콘 기술과 비교할 때, 압전 센서 어레이(100)의 유지 관리는 매우 쉽다.
4. 압전막 지문 스캐너
본 발명은 또한 압전막 기술을 이용하여 생체 측정 데이터를 검출하여 캡쳐할 수 있다. 예컨대, 지문 이미지를 검출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 압전막 지문 스캐너의 동작 및 구조에 대해서 도 2 및 도 3를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압전막 센서 어레이 스캔으로 지문 이미지를 캡쳐하는 루틴(200)을 나타내는 흐름도이다(단계 210-290). 도 3은 본 발명의 일실시예를 따른 압전막 센서 어레이(100)를 포함하는 압전막 지문 스캐너(300)의 블록도이다. 압전막 지문 스캐너(300)는 오실레이터(310), 게이트 카운터(320), 펄서(330), 행 멀티플렉서(340), 열 멀티플렉서(350), 컨트롤러(360), 필터(362), 검출기(370), 메모리 컨트롤러(380) 및 이미지 메모리(385)를 포함한다. 명쾌하고 간결한 설명을 위해, 루틴(200)의 단계에 대해서는 도 3의 구조를 참조하여 더욱 상세하게 설명하겠다. 그러나, 루틴(200)은 이것에 제한되지 않으며, 당업자에게 자명한 바와 같이, 다르게 구성될 수 있다.
단계 210에서, 압전막 센서 어레이(100)는 최초 픽셀 또는 픽셀군을 검출하도록 스위치된다. 도 3의 예에서, 컨트롤러(360)는 행 멀티플렉서(340)를 특정 행으로, 열 멀티플렉서(350)를 특정 열로 스위치한다. 이 방식에 있어서, 특정하게 관련된 픽셀 또는 픽셀군을 최초 픽셀 또는 픽셀군으로서 지정한다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 행 멀티플렉서가 행 n으로 스위치되고, 열 멀티플렉서가 열 m으로 스위치된다면, 픽셀 (n, m)이 지정된다. 일실시예에서, 압전막 센서 어레이는 512 ×512 픽셀 어레이이다. 멀티플렉서(340, 350) 각각은 9자리 이진수에 의해 어드레스되어 검출될 최초 픽셀 또는 픽셀군의 지정 어드레스에서 특정 그리드 라인을 선택한다.
단계 220에서, 30 ㎒ 사이클로 펄스를 인가한다. 오실레이터(310)는 30 ㎒으로 오실레이션 신호를 발생한다. 이 오실레이션 신호는 게이트 카운터(320)에 인가된다. 이어서 게이트 카운터(320)는 입력 펄스를 행 멀티플렉서(340)에 전달하도록 펄서(330)를 초기화한다. 사이클 수를 계수한 값을 나타내는 게이트 카운터(330)는 또한 신호를 제어기(360)와 검출기(370)에 전달한다. 컨트롤러(360)는 행 멀티플렉서(340)와 열 멀티플렉서(350)에 연결된다. 컨트롤러(360)는 멀티플렉서(340, 350)로 하여금 초기 특정 픽셀 또는 픽셀군을 선택하게 하는 신호를 멀티플렉서(340, 350)에 전달한다. 행 멀티플렉서(340)는 입력 펄스를 최초 픽셀 또는 픽셀군으로 전달한다. 압전막의 압전 특성으로 인해, 펄스는 이 펄스가 인가되는 픽셀 또는 픽셀군에서 오실레이션을 발생한다.
단계 230에서, 압전 지문 스캐너(300)는 픽셀에서의 신호를 검출하기 전에 많은 사이클을 대기한다. 예를 들어, 게이트 카운터(320)에서 보낸 신호에 응답하여, 검출기(370)는 펄스가 픽셀 (또는 픽셀군)에 인가된 후에 다수개의 사이클을 대기한다. 검출기(370)는 열 멀티플렉서(350)와 필터 회로(362)에 연결된다. 단계 240에서, 대기가 완료될 때, 열 멀티플렉서(350)에 의해 선택된 최초 픽셀 또는 픽셀군의 전압이 검출기(370)에서 측정된다.
예를 들어, 30 ㎒의 1 사이클은 약 33 ns에 해당한다. 대기 시간은 약 5 사이클 또는 150 ns이다. 오실레이터 주파수 및/또는, 이 명세서에 개시된 관련 기술에서 당업자에게 자명한 기타 설계 고려 사항에 따라 다른 대기 지속 기간(예컨대, 더 크거나 더 작은 수의 주기)을 사용할 수 있다. 이러한 대기 시간에 의해 지문골의 존재로 인한 링다운 오실레이션이 픽셀에서의 인가된 전기 펄스에 응답하여 발생 가능하다.
단계 240에서, 필터링된 전압은 검출기(370)에 의해 측정되며, 회색조(gray scale) 또는 이진 픽셀값은 검출된 전압을 나타내는 출력이다(단계 250). 필터 회 로(362)는 약 30 ㎒의 대역 통과 중심 주파수에서 출력 전압 신호를 검출하도록 출력 전압을 필터링하는 대역 통과 필터이다. 회색조 또는 이진 픽셀값이 메모리 컨트롤러(380)에 출력되어 이미지 메모리(385)에 저장된다. 일례로, 출력 회색조 또는 이진 픽셀값은 검출된 픽셀에 대응하는 이미지 메모리(385)의 어스레스로 저장된다.
단계 260에서, 스캔 완료 판정에 대해 체크한다. 즉, 512 ×512 센서 어레이(100)의 픽셀 각각이 스캔되어 대응하는 출력값이 저장되고 이미지 메모리(385)에 축적되었는지에 대한 판정이 체크된다. 스캔이 완료되면, 루틴이 끝난다(단계 290). 다음에 신호 또는 다른 표시가 지문 이미지의 성공적인 캡쳐를 표시하기 위해 스캐너(300)로부터 발생되어 출력된다. 스캔이 완료되지 않았다면, 압전막 센서 어레이(100)는 다음 픽셀 또는 다음 픽셀군을 검출하도록 스위치된다(단계 270). 이어서, 다음 픽셀 또는 다음 픽셀군으로 제어 흐름이 리턴되어 단계 220 내지 단계 250을 수행한다.
다중 픽셀 히트
전술한 단계 210 내지 단계 270에서, 압전막 센서 어레이(100)는 단일 픽셀 또는 픽셀군에서의 전압값을 검출하도록 멀티플렉서(340, 350)에 의해 스위치될 수 있다. 일반적으로, 픽셀 스캔을 위해 어떤 패턴을 사용해도 된다. 예를 들어, 픽셀에서 라스터 스캔을 수행할 수도 있다. 픽셀을 행 단위 또는 열 단위로 스캔할 수 있다.
양호한 일실시예에 있어서, 소정 순간에 다중 픽셀군을 판독할 때, 픽셀군의 각각의 픽셀들은 소정의 거리로 분리된다. 이런 식으로, 이웃하는 픽셀에서 링다운 오실레이션으로 인한 간섭 효과는 최소화되거나 피할 수 있다. 일례로, 소정 사이클에서 검출된 픽셀은 최소 거리가 적어도 8 픽셀로 분리된다. 이런 식으로, 이웃하는 픽셀 사이의 어떤 링다운 오실레이션도 현저하게 감쇠된다.
기타 구현
전술한 압전 지문 스캐너(300)를 도 3에 도시하였으며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 본 명세서에서는 기타 구현도 가능할 수 있다. 예를 들어, 필터 회로(362)를 원하는 대로 조정하여 잡음 및 기타 오실레이션을 제거할 수 있다. 필터 회로(362)는 LC 회로 또는 다른 타입의 필터 회로일 수 있다. 멀티플렉서(340, 350)는 어떤 타입의 멀티플렉서일 수 있다. 예를 들어, 단독의 1 내지 N 멀티플렉서 또는 다단 멀티플렉서를 쓸 수 있다. 오실레이터(310)는 단독 LC 오실레이터, 가변 주파수 오실레이터, 조정 가능한 오실레이터 또는 크리스탈 오실레이터를 비롯한 어떤 타입의 오실레이터일 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다. 양호한 일실시예에 있어서, 오실레이터의 주파수는 무선 주파수 30 ㎒이다. 당업자에게 자명한 바와 같이, 기타 오실레이션 주파수를 쓸 수도 있다. 검출기(370)는 프로세서(예컨대, CPU)로 출력하는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포 함하여 추가 처리 및 컨트롤을 지원할 수 있다.
일반적으로, 루틴(200) 수행 제어는 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 이러한 구현은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 당업자에게는 자명한 것이다.
지문골 검출
도 4a, 도 4b 및 도 5는 본 발명에 따라 픽셀 C에서 지문골을 검출하기 위해 지문 스캐너(300)가 어떻게 압전막 센서 어레이(100)에서 링다운 오실레이션을 이용하는지를 도시하고 있다. 멀티플렉서(340, 350)는 픽셀 C의 어드레스로 스위치된다(단계 210 내지 270). 1 사이클이 30 ㎒인 입력 펄스가 펄서에 의해 인가된다(단계 220). 도 4a에 도시된 바와 같이, 펄스의 전압(결과적으로 픽셀 C에 형성된 전계)은 사인 곡선으로 변화한다. 가변 전계에 의해 압전막층(120)은 오실레이팅 방식으로 응력을 받거나 받지 않는다. 압전막(120)상의 응력에 의해 파동 에너지가 발생한다. 이러한 파동 에너지는 공기와의 계연에 있는 압전막 센서 어레이의 기판 측에서 반사된다. 파동 에너지는 또한 공기가 존재할 때, 실드층 경계에 반사된다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 지문골이 픽셀 C에 존재할 때, 파동 에너지에 대한 비반사 경계 또는 전송 경계가 형성된다. 이것은 링다운 오실레이션을 일으킨다. 이러한 링다운 오실레이션은 압전막 센서 어레이(100)에서의 고유의 마찰로 인해 시간에 따라 감소된다.
도 4b는 본 발명에 따라 링다운 오실레이션과 픽셀 C에서 검출된 출력 신호의 예를 그래프로 나타낸 것이다. 도 4a와 도 4b의 그래프는 예시적인 것이며, 실제 신호 출력을 표현하기 위해 실척으로 도시되고 있지는 않다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 5개의 약 30 ㎒ 사이클(또는 약 150 ns)의 대기 시간 후에, 픽셀 C에서의 지문골의 존재를 나타내기 위해, 검출기 신호 출력이 필터링되어 및 검출된다. 지문골이 픽셀 C에 접하지 않으면, 링다운 오실레이션은 일어나지 않을 것이다. 필터링된 검출기 신호 출력은 제로이거나 적어도 최소 전압 이하가 된다.
확장 범위 및 기타 생체 측정 정보
손가락과 관련된 추가 생체 측정(예컨대, 세포, 혈액, 뼈, 손톱 등으로부터)을 나타내는 기타 반사 작용을 검출할 수도 있다. 순환하는 혈액의 반사 작용으로부터의 도플러 효과를 검출할 수도 있다. 이러한 도플러 효과는 혈액 순환의 방향 및 속도에 관한 추가 정보를 제공할 수 있다. 도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 추가 생체 측정 정보를 나타내는 기타 반사 작용을 나타내는 확장 범위를 갖는 예시적인 출력 신호를 그린 것이다.
초전기 효과에 기초한 살아있는 손가락 존재 검출
또다른 실시예에 따르면, 압전막 센서 어레이에 의해 순간의 초전기 효과를 검출하여 살아있는 손가락 존재를 알 수 있다. 이어서, 살아있는 손가락 검출을 나타내는 신호는 지문 스캐너를 자동 초기화 또는 시동하는데 이용되어 동일한 압전 스캐너 어레이를 사용하여 지문의 이미지를 스캔 및 캡쳐할 수 있다.
결론
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들을 기술했지만, 이들은 단지 예시적인 것이며, 제한을 위해 제시된 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 당업자라면 첨부하는 청구 범위에서 제한하는 본 발명의 사상 및 범위에서 일탈하지 않고 형태 및 세부 사항에서 다양한 변화가 이루어질 수 있다고 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 효과 및 범위는 전술한 예시적인 실시예들의 어느 것에 의해 제한되지 않고, 단 다음의 청구 범위 및 그 동류에 따라 제한될 수 있다.

Claims (17)

  1. 생체 측정 감지 디바이스로서,
    제1 도전체 세트를 포함하는 제1 도전체 그리드와;
    상기 제1 도전체 세트의 도전체들과 제2 도전체 세트의 도전체들이 교차하는 영역들에 픽셀 어레이 내의 픽셀들이 대응하도록, 상기 제1 도전체 세트와 직교 배열된 상기 제2 도전체 세트를 포함하는 제2 도전체 그리드; 및
    상기 제1 도전체 그리드와 상기 제2 도전체 그리드 사이에 배치된 압전막을 포함하고,
    상기 제1 도전체 그리드와 상기 제2 도전체 그리드를 통해 전기 펄스를 픽셀에 인가하고, 상기 전기 펄스의 인가 후에 상기 픽셀에서의 상기 제1 도전체 그리드와 상기 제2 도전체 그리드 양단에서 전압을 측정함으로써, 생체 측정 데이터가 생성되는 것인 생체 측정 감지 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전체 그리드상에 배치된 실드층을 더 포함하는 것인 생체 측정 감지 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 도전체 그리드상에 배치된 발포층을 더 포함하는 것인 생체 측정 감지 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 도전체 그리드와 면하는 상기 발포층의 한면과 대향하는, 상기 발포층상에 배치된 접착제층을 더 포함하는 생체 측정 감지 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 생체 측정 데이터는 혈액 순환의 방향 및 속도에 관한 정보를 포함하고, 단일 반사 작용으로 검출된 상기 생체 측정 데이터는 도플러 효과를 나타내는 것인 생체 감지 디바이스.
  6. 압전막 지문 스캐너로서,
    제1 도전체 그리드와 제2 도전체 그리드가 교차하는 지점들에 픽셀들이 형성되도록 상기 제1 도전체 그리드와 상기 제2 도전체 그리드 사이에 압전막층을 포함하는 압전막 센서 어레이를 포함하고,
    상기 제1 도전체 그리드와 상기 제2 도전체 그리드를 통해 적어도 하나의 픽셀에 전기 펄스가 1 사이클로 인가될 때, 상기 적어도 하나의 픽셀에서의 지문골(fingerprint ridge)의 존재로 인해 다수개의 사이클에 걸쳐 링-다운(ring-down) 오실레이션을 나타내는 출력 신호가 상기 제 2 도전체 그리드로부터 출력되는 것인 압전막 지문 스캐너.
  7. 제6항에 있어서, 상기 압전막 센서 어레이는 지문 이미지를 스캔하고 캡쳐하는 것인 압전막 지문 스캐너.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 도전체 그리드와 상기 제2 도전체 그리드는 평행한 전기 도전성 라인들의 행들을 포함하는 것인 압전막 지문 스캐너.
  9. 제6항에 있어서, 상기 압전막 센서 어레이는 상기 제1 도전체 그리드 상의 실드층과, 상기 제2 도전체 그리드 상의 발포판을 더 포함하는 것인 압전막 지문 스캐너.
  10. 제9항에 있어서, 상기 실드층과 상기 발포판은, 제거가능한 접착제 재료에 의해 상기 제1 도전체 그리드 및 상기 제2 도전체 그리드 상에 각각 배치되는 것인 압전막 지문 스캐너.
  11. 압전막 지문 스캐너로서,
    오실레이션 신호를 발생하는 오실레이터와;
    상기 오실레이터에 연결되며, 상기 오실레이터에 의해 발생된 상기 오실레이션 신호의 사이클을 계수(count)하는 게이트 카운터와;
    상기 게이트 카운터와 각각의 행 멀티플렉서 및 열 멀티플렉서에 연결되며, 상기 게이트 카운터에 응답하여 상기 행 멀티플렉서 및 열 멀티플렉서를 제어하는 컨트롤러와;
    상기 게이트 카운터와 상기 행 멀티플렉서 사이에 연결되며, 상기 오실레이션 신호의 1 사이클의 입력 펄스를 상기 행 멀티플렉서에 전달하는 펄서(pulser)와;
    상기 행 멀티플렉서에 연결된 제1 도전체 그리드와, 상기 열 멀티플렉서에 연결된 제2 도전체 그리드를 포함하는 압전막 센서 어레이 - 상기 제1 도전체 그리드와 상기 제2 도전체 그리드는 상기 압전막의 제1 면과 제2 면상에 각각 배치됨 - 와;
    상기 게이트 카운터와 상기 열 멀티플렉서에 연결되고, 상기 행 멀티플렉서 및 열 멀티플렉서에 의해 선택되는 상기 압전막 센서 어레이의 픽셀 또는 픽셀군에서의 전압을 검출하는 검출기를 포함하는 압전막 지문 스캐너.
  12. 제11항에 있어서, 메모리 컨트롤러 유닛으로부터 2진 검출된 픽셀값과 회색조(gray scale) 중 적어도 하나를 저장하는 이미지 메모리를 더 포함하고, 상기 메모리 컨트롤러 유닛은 상기 이미지 메모리와 상기 검출기 사이에 연결되는 것인 압전막 지문 스캐너.
  13. 제11항에 있어서, 상기 오실레이터 유닛은 30 ㎒의 오실레이션 신호를 발생하는 것인 압전막 지문 스캐너.
  14. 제11항에 있어서, 상기 게이트 카운터는, 입력 펄스를 상기 행 멀티플렉서에 전달하도록 상기 펄서를 초기화하는 것인 압전막 지문 스캐너.
  15. 제11항에 있어서, 손가락끝 골에서의 반사 작용 검출은, 상기 오실레이션 신호의 다수개의 사이클에 거쳐 링-다운 오실레이션을 나타내는 것인 압전막 지문 스캐너.
  16. 압전막 센서에서 지문 이미지를 캡쳐하는 방법으로서,
    (1) 발생된 오실레이션 신호를 게이트 카운터에 인가하는 단계와;
    (2) 초기 픽셀과 픽셀군 중 적어도 하나를 검출하기 위해 압전막 센서 어레이를 스위치하는 단계와;
    (3) 상기 게이트 카운터에 응답하여 복수개의 멀티플렉서 중 하나에 입력 펄스를 보내도록 펄서를 초기화하는 단계와;
    (4) 상기 필셀에서의 신호를 검출하기 위해, 상기 입력 펄스를 상기 픽셀 및 픽셀군 중 하나에 인가한 후 다수개의 사이클을 대기하는 단계와;
    (5) 검출기에서 출력 필터링된 전압을 회색조와 이진 픽셀 중 하나로서 값을 구하는(evaluate) 단계와;
    (6) 상기 회색조와 이진 픽셀값 중 하나를 이미지 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 지문 이미지 캡쳐 방법.
  17. 손가락의 존재를 검출하고, 압전막 센서 어레이에서 순간 초전기(pyroelectric) 효과를 이용하여 지문을 스캔하는 방법으로서,
    (1) 상기 손가락의 검출을 나타내는 신호를 발생하는 단계; 및
    (2) 상기 지문의 이미지를 스캔 및 캡쳐하기 위해 지문 스캐너를 초기화하는 단계를 포함하는 손가락 검출 및 지문 스캔 방법.
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