KR100887275B1

KR100887275B1 - 압전 식별 디바이스 및 그 응용

Info

Publication number: KR100887275B1
Application number: KR1020087004062A
Authority: KR
Inventors: 월터 가이 스콧; 도날드 에드워드 존스
Original assignee: 크로스 매치 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2009-03-06
Also published as: US20050225212A1; US20020053857A1; ATE430341T1; US7489066B2; KR20080030672A; AU2001245936A1; KR20020089403A; CA2403394A1; WO2001071648A3; CA2403394C; US6812621B2; US20040017132A1; EP1266346A2; US20040016298A1; WO2001071648A2; EP1266346B1; US6844660B2; JP2003527906A; DE60138533D1; US20040140735A1

Abstract

압전 센서 어레이를 갖는 식별 디바이스를 사용하여 생체 인식 데이터를 얻는다. 일 실시예에서는, 압전 세라믹 센서 어레이를 사용하여 생체 인식 데이터를 얻는다. 다른 실시예에서는, 서로 직교인 2개의 도체 그리드 사이에 PVDF층을 갖는 다층 센서 어레이 구조를 사용하여 생체 인식 데이터를 얻는다. 손가락을 갖다 대는 센서 어레이의 한쪽 측면에 우레탄을 부가할 수 있다. 발포 기판이 지지체로서 사용될 수 있다. 센서를 제어하기 위해 멀티플렉서가 스위칭된다. 식별 디바이스는 각종의 생체 인식 데이터를 얻기 위한 몇가지 동작 모드를 가지며, 임피던스 검출 모드, 전압 검출 모드, 촬상 모드 및 도플러 편이 검출 모드가 있다. 지문이 센서 상에 존재하는 것을 이용하여 식별 디바이스를 턴온시킬 수 있다. 식별 디바이스는 지문의 캡쳐, 손가락 뼈대의 3차원 맵 형성, 및/또는 손가락에서의 소동맥 및/또는 모세혈관 혈류의 방향 및 속도의 측정을 행할 수 있다. 하나의 픽셀 또는 일군의 픽셀이 검출되어 메모리로 판독될 수 있다. 식별 디바이스를 전자 서명 디바이스로서 사용할 수 있다. 식별 디바이스는 본 발명에 따라 공중 서비스 계층을 사용하여 개인 영역 네트워크의 일부로서 동작할 수 있다.

Description

압전 식별 디바이스 및 그 응용{PIEZOELECTRIC IDENTIFICATION DEVICE AND APPLICATIONS THEREOF}

본 발명은 일반적으로 압전 식별 디바이스 및 그 응용에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 지문과 같은 생체 인식 정보를 얻기 위한 압전 디바이스 및 이 얻은 정보를 이용하여 개인을 인식 및/또는 식별하는 방법에 관한 것이다.

생체 인식은 고도의 보안을 제공하는 일단의 기술들이다. 지문 캡쳐 및 인식은 중요한 생체 인식 기술이다. 법의 집행, 금융업, 투표 및 기타 여러 산업 분야에서 신원을 인식 또는 확인하기 위한 생체 인식 방법으로서 점점 더 지문에 의존하고 있다. Biometrics Explained, v.2.0, G. Roethenbauh, International Computer Society Assn. Carlisle, PA 1998의 1-34 페이지(여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)를 참조할 것.

광학 지문 스캐너는 지문의 반사된 광학 이미지를 검출하는 데 이용할 수 있다. 고품질의 이미지를 충분히 높은 해상도로 캡쳐(capture)하기 위해서, 광학 지문 스캐너는 최소한 광학 부품(예를 들면, 렌즈), 조명 광원 및 촬상 카메라를 필요로 한다. 이러한 부품들은 지문 스캐너의 전체 원가(overall cost)를 증가시킨 다. 얼라인먼트(alignment)를 유지하기 위한 기계적 구조도 제조비 및 유지비를 증가시킨다.

고체 상태 실리콘 계열 트랜스듀서도 시판되는 지문 스캐너에 이용할 수 있다. 이러한 실리콘 트랜스듀서는 커패시턴스를 측정한다. 커패시턴스를 측정하려면 지문 감지 회로로부터 몇 미크론 이내에 부서지기 쉬운 실리콘 트랜스듀서를 설치해야 하기 때문에, 실리콘 트랜스듀서의 내구성은 떨어진다. 전체 지문(a rolled fingerprint; 손가락을 돌려가면서 채취한 지문)을 검출하기 위해서는, 고체 상태 트랜스듀서의 감지 어레이는 1 인치 x 1 인치의 넓이와 약 50 미크론의 두께를 가질 필요가 있다. 이것은 실리콘으로 제조하기에 큰 구조이기 때문에, 지문 스캐너의 기초 원가(base cost)를 증가시키고 유지비를 더욱 많이 들게 한다. 또한, 이러한 대형 실리콘 구조에서는 내구성 및 구조적 무결성에도 손상을 주기 더욱 쉽다.

유지비가 적게 들고, 저렴하면서 내구성이 좋은 지문 스캐너가 요구되고 있다. 또한, 개인 및 일반 대중을 물리적 위험, 사기 행위 및 도난으로부터 보호(특히 전자 상거래 분야에 있어서) 할 수 있는 저가의 생체 인식 디바이스가 요구되고 있다.

본 발명은 생물학적 개체로부터 생체 인식 데이터를 얻기 위한 디바이스, 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 생물학적 개체(예를 들면, 손가락 또는 손)을 압전 센서 가까이에 갖다 대면, 센서가 동작하여 출력을 얻는다. 그 다음에, 이 출력은 처리되어 생체 인식 데이터를 생성한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 디바이스는 지문을 캡쳐하거나, 손가락 뼈의 3차원 맵을 형성하거나, 손가락에 있는 소동맥 및/또는 모세 혈관의 혈류의 방향 및 속도를 측정하거나 또는 이 모두를 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압전 센서 어레이를 사용하여 생체 인식 데이터를 얻는다. 일 실시예에서는, 압전 세라믹 센서 어레이를 사용하여 상기 데이터를 얻는다. 다른 실시예에서는, 서로 직교하는 2개의 도체 그리드(conductor grid) 사이에 압전 세라믹층의 PVDF를 갖는 다층 센서 어레이 구조를 사용하여 상기 데이터를 얻는다. 예를 들어, 손가락을 갖다 대는 센서 어레이의 한쪽 표면에 우레탄을 부가할 수 있다. 발포 기판을 지지체로서 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 멀티플 렉서를 스위칭하여 센서 어레이를 제어한다.

일 실시예에서, 본 발명은 압전 센서, 및 이 센서에 결합되어 이 센서로부터 입력을 수신하여 생체 인식 데이터를 생성하는 처리기를 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따른 디바이스 및/또는 시스템은 다양한 생체 인식 데이터를 얻기 위해 하나 이상의 모드로 동작할 수 있다. 이들 동작 모드로는, 임피던스 검출 모드, 전압 검출 모드, 초음파 투과 및 에코 검출 모드, 촬상 모드 및 도플러 천이 검출 모드가 있다. 본 발명에 따른 센서 상에 지문이 존재하는 것을 이용하여 디바이스를 턴온시킬 수 있다. 그러면,한개의 픽셀 또는 일군의 픽셀이 검출되어 메모리로 판독될 수 있다.

본 발명의 한 특징은 본 발명의 실시예들을 사용하여 개인의 신원을 인식 및/또는 확인할 수 있다는 것이다.

본 발명의 한 특징은 본 발명에 따른 "공중 서비스 계층"(public service layer)을 사용하여 본 발명이 개인 영역 네트워크(personal area network)의 일부로서 동작할 수 있다는 점이다.

본 발명의 다른 특징은 본 발명의 실시예들을 사용하여 접근을 통제 및/또는 제한할 수 있다는 것이다.

본 발명의 추가의 특징은 본 발명의 실시예들이 전자 서명 디바이스로서 사용될 수 있다는 점이다.

본 발명의 추가의 특징 및 이점들은 물론 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 동작에 대해서는, 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명할 것이다.

유지비가 적게 들고, 저렴하면서 내구성이 좋은 지문 스캐너를 제공할 수 있다. 또한, 개인 및 일반 대중을 물리적 위험, 사기 행위 및 도난으로부터 보호(특히 전자 상거래 분야에 있어서) 할 수 있는 저가의 생체 인식 디바이스를 제공할 수 있다.

I. 본 발명의 개요

본 발명은 일반적으로 압전 식별 디바이스 및 그 응용에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 지문과 같은 생체 인식 데이터 또는 정보를 얻기 위한 압전 디바이스 및 이 얻은 정보를 이용하여 개인의 신원을 인식 및/또는 확인하는 방법에 관한 것이다.

II . 본 발명에 따른 대표적인 디바이스 및 시스템

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 식별 디바이스(100)의 개략도이다. 식별 디바이스(100)는 압전 센서(110), 센서 입력 신호 발생기(120), 센서 출력 신호 처리기(130) 및 메모리(140)를 구비한다. 센서 입력 신호 발생기(120)에 의해 발생된 입력 신호는 2개의 멀티플렉서(150)에 의해 센서(110)에 연결된다. 압전 센서(110)의 출력 신호도 이와 유사하게 2개의 멀티플렉서(150)에 의해 출력 신호 처리기(130)에 연결된다.

A. 압전 세라믹 센서

압전 센서(110)는 양호하게는 압전 세라믹 소자의 어레이이다. 예를 들어, 압전 센서(110)는 화학적으로 불활성이고 또 습기 및 기타 대기 조건에 영향을 받지 않는 다결정 세라믹 소자의 어레이를 포함할 수 있다. 다결정 세라믹은 원하는 특정의 물리적, 화학적 및/또는 압전 특성을 갖도록 제조될 수 있다. 그렇지만, 압전 센서(110)는 압전 세라믹 소자의 어레이를 포함하는 것으로 한정되지는 않는다. 압전 센서(110)는 예를 들면 압전 필름을 포함할 수 있다. 폴리불화비닐리덴(PVDF; polyvinylidene fluoride, 불화비닐리덴 수지) 필름 또는 그의 공중합체와 같은 분극된 불화 폴리머(polarized fluoropolymer) 필름이 사용될 수 있다.

도 2는 면(210, 220, 230, 240)을 갖는 하나의 직사각형 압전 세라믹 소자(200)의 동작 특성을 나타낸 것이다. 면(210, 220)에 힘이 가해지면, 가해진 힘에 비례하는 전압이 면(210)과 면(220) 사이에 나타난다. 이렇게 되면, 면(230)과 면(240)은 서로 멀어지는 쪽으로 움직인다. 전압이 면(210, 220)에 전압이 인가되면, 면(230)과 면(240)은 상대방 쪽으로 움직이며, 면(210)과 면(220)은 서로 멀어지는 쪽으로 움직인다. 교류 전압이 면(210, 220)에 인가되면, 압전 세라믹 소자(200)는 당업자라면 잘 알고 있는 방식으로 진동한다.

도 3은 일렬로 늘어선 5개의 직사각형 압전 세라믹 소자(200A, 200B, 200C,200D, 200E)를 나타낸 것이다. 이들 직사각형 압전 세라믹 소자(200) 각각은 지지체(302)에 부착되거나 그와 일체로 되어 있다. 지지체(302)는 직사각형 압전 세라믹 소자(200) 각각의 한쪽 면의 움직임을 저지한다. 따라서, 교류 전압이 압전 세라믹 소자(200C)의 면(210,220)에 인가되면, 압전 세라믹 소자(200C)의 면(210)에서 음파가 발생된다. 발생된 음파의 주파수는 압전 세라믹 소자(200C)의 물리적 특성에 따라 다르다.

도 4는 직사각형 압전 세라믹 소자(200)의 2차원 어레이(400)를 나타낸 것이다. 어레이(400)는 PZT(납, 지르코늄, 티타늄)로 제조될 수 있다. PZT는 저렴한 물질이다. 일 실시예에서, 어레이(400)는 의료 분야에서 사용되는 PZT 1-3 복합 구조(composite)와 유사하다. 본 발명에 따른 압전 센서(110)의 압전 세라믹 소자들은 직사각형 이외의 형상을 가질 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 압전 센서(110)는 원형 압전 세라믹 소자들의 어레이(500)를 포함할 수 있다.

양호한 실시예에서, 어레이(400)는 사방이 40 미크론이고 깊이가 100 미크론인 직사각형 압전 세라믹 소자들을 포함함으로써, 기본 주파수가 20MHz인 음파를 발생한다. 이 실시예에서는, 소자들간에 50 미크론 피치를 제공하기 위해 소자들간의 간격을 10 미크론으로 하고 있다. 피치를 50 미크론으로 하면, 본 발명에 따른 식별 디바이스는 미국 연방 수사국(FBI)의 지문 품질 규격을 충족시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들은 상기 양호한 실시예와는 다른 형상을 사용한다. 예를 들면, 50 미크론보다 더 큰 피치를 사용할 수 있다. 다른 실시예들은 또한 20 MHz 보다 높은 주파수로 동작하기도 한다. 예를 들어, 이 실시예들은 다른 주파수 이외에도 30 MHz 및 40 MHz의 주파수로 동작할 수 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서 어레이의 소자들간의 간격은 어떤 전단파(shear wave)라도 억압하고 센서의 기계적 특성을 향상시키기 위해 가요성이 있는 물질, 충전재(602)로 충전될 수 있다. 중량을 감소시키고 전단파의 억압을 향상시키기 위해 충전재(602)에 미소구(604)(예를 들면, 비닐 미소구)를 첨가할 수 있다. 식별 디바이스의 신호-잡음비 및 디바이스 감도를 최적화하기 위해서는, 높은 음향 감쇠 및 전기 절연을 제공하는 충전재[예를 들어, 공기 충전된 비닐 미소구로 충전된 아랄다이트(araldite)]를 사용해야만 한다.

어레이(400)를 생산하는 데는 적어도 4가지 제조 방법이 있다. 이들 방법으로는, 레이저 절단, 다이싱(dicing), 성형(molding), 및 스크린 인쇄가 있다. 레이저 절단에서는, 엑시머 레이저를 사용하여 작은 그로브(grove)를 절단 가공하여 어레이(400)의 소자들을 형성한다. 다이싱에서는, 고성능의 다이싱 장비를 사용하여 그로브 및 어레이(400)의 소자들을 형성한다. 성형에서는, 사출 성형 장비를 사용하여 어레이(400)를 형성한다. 스크린 인쇄란, 인쇄 회로 기판의 어셈블리서의 솔더 인쇄(solder printing) 기술과 유사한 기술을 말하며, 고도로 자동화된 스크린 인쇄 기계는 레이저 절단 스텐실(stencil)을 채용하고 있다. 세라믹 소자의 두께는 단지 100 미크론 밖에 되지 않기 때문에, 이 방법이 20 MHz 음파 소자를 생산하는 데 특히 적합하다. 이 방법에서는, 적절한 점도(consistency)의 세라믹 슬러리를 생성하므로, 성형법에서는 필요할 수도 있는 표면 연마(surface grinding)를 필요로 하지 않는다는 이점이 있다.

도 7a는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 직사각형 압전 세라믹 소자를 포함하는 센서 어레이(700)를 나타낸 것이다. 센서 어레이(700)는, 어레이(400)와 유사하게, 직사각형 압전 세라믹 소자(200)의 2차원 어레이를 포함하는 다층 구조이다. 도체[도체(706, 708) 등]는 직사각형 압전 세라믹 소자(200) 각각에 접속된 다. 각각의 소자(200)의 한쪽 단부에 접속된 도체[예를 들면, 도체(706)]는 각각의 소자(200)의 다른쪽 단부에 접속된 도체[예를 들면, 도체(708)]에 대해 직교로 배향되어 있다. 손가락을 센서 어레이(700) 가까이에 갖다 댈 수 있는 곳인 보호 코팅을 제공하기 위해, 차폐층(702)이 한쪽 측면에 부가될 수 있다. 지지체(704)는 센서 어레이의 반대쪽 단부에 부착될 수 있다. 센서 어레이(700)에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명된다.

B. 압전 필름 센서

도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 필름(피에조 필름)을 포함하는 센서 어레이(750)를 나타낸 것이다. 도 7b는 센서 어레이(750)의 단면도이다. 센서 어레이(750)는 2개의 도체 그리드(conductor grid)(754, 756) 사이에 끼어 있는 압전층(752)을 포함하는 다층 구조이다. 도체 그리드(754, 756) 각각은 여러 줄로 늘어선 평행한 전기 전도성 배선들로 구성되어 있다. 양호하게는, 그리드(754)의 배선은 그리드(756)의 배선에 대해 직교로(즉, 각각 x 방향과 y 방향으로) 배향된다. 이렇게 배향시키면, 압전 필름에 개별적으로 어드레싱가능한 영역 또는 소자가 복수개 생기게 된다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같이, 소자란 용어는 상기 여러 줄로 늘어선 평행한 전기 전도성 배선(도체)들을 사용하여 개별적으로 또는 더 큰 영역의 일부로서 어드레싱될 수 있는 센서 어레이의 임의의 영역을 말한다. 압전 폴리머 필름 센서에 대한 추가의 설명은 미국 펜실베니아주 노리스타운 소재의 Measurement Specialities, Inc.에서 발행한 Piezo Film Sensors : Technical Manual 1999년 4월 2일자 REVB(여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함됨)에 기재되어 있다.

보호 코팅을 제공하기 위해, 차폐층(758)이 손가락을 갖다 대는 한쪽 측면에 부가될 수 있다. 발포 기판(760)은 지지체로서 사용될 수 있다. 도 7b에 도시한 바와 같이, 센서 어레이(750)의 다중층들은 한방향으로(예를 들면, z축 방향으로) 적층된다.

일 실시예에서, 압전층(752)은 폴리염화비닐리덴(PVDF) 필름이나 그의 중합체와 같은 분극된 불화 폴리머 필름이다. 도체 그리드(754, 756)는 PVDF 필름(752)의 양측면상에 인쇄된 실버 잉크 전극(silver ink electrode)이다. 차폐층(758)은 우레탄이나 기타 플라스틱으로 이루어져 있다. 발포 기판(760)은 테프론(TEFLON)으로 이루어져 있다. 접착제(762, 764)는 도 7b에 도시한 바와 같이 차폐층(758) 및 발포 기판(760)을 인쇄된 PVDF 필름(752)의 양측면상에 고정시킨다.

일 실시예에서, 인쇄된 전극을 포함한 PVDF 필름은 쉽게 교체되도록 라벨처럼 벗겨질 수 있다. 도 7b에 도시한 바와 같이, 센서 어레이(750)는 쉽게 벗겨지도록 기름 종이(wax paper)나 기타 물질(도시 생략) 상에 접착제(766)에 의해 탑재될 수 있다. 이것에 의해, 압전 소자는 최소 비용으로 간단하고 용이하게 설치 및/또는 교체될 수 있다. 광학 및 실리콘 기술에 비해, 압전 센서 어레이(750)의 유지 보수는 별거 아니다.

C. 센서 어레이 어드레스 라인

도 8은 센서 어레이(700)를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 전술한 바와 같이, 센서 어레이(700)는 충전재(602)를 갖는 압전 세라믹 소자들을 포함한다. 충 전재(602)는 양호하게는 미소구(604)를 함유하고 있다. 이 구조는 그 다음에 몇개의 층들 사이에 끼워진다. 이 중심이 되는 복합 구조는 예를 들면 지문의 기계적 임피던스를 전기적 임피던스 값의 매트릭스로 매핑하는 데 사용될 수 있는 활성 구조(active structure)이다.

센서 어레이(700)의 직사각형 압전 세라믹 소자(200) 각각은 2개의 전극 라인[예를 들면, 도체(706, 708)]에 접속된다. 센서 어레이(700)의 한쪽 단부 상의 전극 라인은 센서 어레이(700)의 반대쪽 단부 상의 전극 라인에 수직으로 뻗어 있다. 따라서, 어레이의 어떤 단일 소자(200)라도 그에 접속된 2개의 전극 라인을 선택함으로써 어드레싱될 수 있다. 전극 라인들은 양호하게는 진공 증착 및 리소그래피에 의해 형성되며, 이들 전극 라인은 이하에 기술하는 상호 접속 기술을 통해 스위칭 회로에 접속된다.

일단의 전극 라인들의 상부에 보호층(702)이 있다. 보호층(702)은 양호하게는 우레탄으로 이루어져 있다. 이 보호층은 센서의 동작 중에 손가락과 접촉되는 부분을 위한 것이다.

지지체(704), 즉 지지층은 직사각형 압전 세라믹 소자(200) 각각에 대한 후방 음향 임피던스(rear acoustical impedance)로서 기능한다. 양호한 실시예에서, 지지체(704)는 테프론 발포재로 이루어진다. 장착되었을 때와 제거되었을 때 소자의 전기적 임피던스의 변화가 크게 나타나도록 하기 위해, 음향 임피던스 지지체(704)는 센서 소자 물질과 음향적으로 부정합(acoustically mismatched)되어 있어야만 한다. 음향 임피던스가 아주 낮거나 아주 높은 물질 중 어느 한 물질을 사 용할 수 있다. 압전 세라믹 물질을 사용하는 실시예들의 경우, 하드 배킹(hard backing)에 의해서보다는 에어 배킹(air backing)에 의해 양호한 임피던스 부정합을 얻을 수 있다. 이것은 센서가 높은 음향 임피던스를 가지기 때문이다.

본 명세서에 기술한 센서 어레이(700)를 구성하는 물질들은 단지 설명을 위한 것일 뿐이며 본 발명을 한정하려고 하는 것은 아니다. 당업자라면 알고 있을 다른 물질들이 사용될 수 있다.

도 9는 센서 어레이(700)가 주문형 반도체(ASIC)에 어떻게 접속될 수 있는지를 나타낸 도면이다. 본 명세서에 기술한 바와 같이, 센서 어레이(700)의 개개의 압전 세라믹 소자(m, n)는 센서 어레이(700)의 상부에 있는 도체(m)와 센서 어레이(700)의 하부에 있는 도체(n)를 선택(어드레싱)함으로써 어드레싱될 수 있다. 다른 도체들은 접지되거나 개방(고 임피던스 상태)될 수 있으며, 특히 이들 도체는 크로스토크를 감소시키기 위해 선택된 소자 근처에 있는 소자들을 어드레싱하는 데 사용된다. 선택된 소자 근처에서의 기생 전류는 도 6 및 도 7a와 관련하여 전술한 틈새 충전재(interstitial filler)(602)에 의해 기계적으로 최소화된다. 양호한 실시예에서 소자들간 간격(피치)가 약 50 미크론이고 통상의 본딩 기술은 약 100 미크론의 피치를 요하기 때문에, 도 9에 도시한 바와 같이 센서 어레이(700)의 "동쪽"과 "서쪽" 측면에 번갈아가며 있는 로우(row) 및 "남쪽"과 "북쪽" 측면에 번갈아가며 있는 컬럼(column)이 센서를 "외부 세계"와 접속시킨다. 도 9에 도시한 바와 같이, 이들 도체는 ASIC 멀티플렉서(902)의 3개의 엣지(edge)(908) 근처에서 "범프" 기술로 종단될 수 있다. 일 실시예에서, ASIC 멀티플렉서(902)의 한 변(908)은 약 3 mm 이다.

일 실시예에서, ASIC 멀티플렉서(902)는 고밀도 플렉스(high density flex)(906)에 연결되어 있다. 고밀도 플렉스(906)는 에폭시 기판(904)에 연결되어 있다. 도체는 고밀도 플렉스에 형성 또는 부착되어 어레이의 도체들을 ASIC 멀티플렉서(902)에 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 고밀도 플렉스(906) 상의 도체는 도 9에서 도체(708)을 ASIC 멀티플렉서(902)에 연결시키는 것으로 도시되어 있다. 도체는 범프 솔더링에 의해 ASIC 멀티플렉서(902)에 연결된다. 이방성 접착제를 사용하여 고밀도 플렉스(906) 상의 도체를 센서 어레이의 도체(708)에 연결시킬 수 있다. ASIC 멀티플렉서(902)를 센서 어레이(700)에 연결시켜 전기적으로 연결시키기 위한 다른 수단은 당업자라면 잘 알고 있으며, 이들 수단은 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 센서 어레이(1002)를 4개의 ASIC 멀티플렉서(902)에 어떻게 연결시키는지를 나타낸 도면이다. 본 명세서에 기술하는 바와 같이, 전극 라인 또는 도체는 기판(904)(도 10에서는 도시 생략)의 양측면에 기상 증착된 다음에 원하는 패턴으로 에칭될 수 있다. 라인 및 로우 패턴이 에칭되기 이전에, 기판(904)은 의료용 트랜스듀서의 기판과 유사한 방식으로 분극되어야만 한다.

이용가능한 인쇄 회로 기판 기술들과 양립될 수 있는 분극된 기판은 소켓 또는 멀티 칩 모듈 케이스에 연결된다. 압전 세라믹 매트릭스 또는 센서 어레이(1002)는 공기 등가물(air equivalent) 발포재 또는 알루미늄 산화물에 의해 배 킹(back)될 수 있다. 어느 배킹재든지간에 8 Mrayls 에서 복합 압전 물질과 부정합하도록 설계되어, 어떤 에너지 결합도 센서 어레이(1002)의 전면에서만 일어나도록 하며, 이 경우 예를 들어 손가락을 스캔할 수 있다. 도 10에서 주목해야 할 점은, 센서 어레이(1002)의 상부와 하부 모두에 있는 도체는 전술한 바와 같은 방식으로 교호 배치되어 피치가 약 100 미크론일 것을 요구하는 본딩 기술을 용이하게 실시할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 식별 디바이스(1100)를 나타낸 것이다. 양호한 실시예에서, 식별 디바이스(1100)는 손가락을 센서 어레이(1102) 상에 부정확하게 갖다대더라도 그 손가락을 캡쳐하기에 충분한 물리적 크기(예를 들면, 사방 약 25 mm)를 갖는 압전 세라믹 센서 어레이(1102)를 구비한다. 센서 어레이(1102)는 양호하게는 CJIS ANSII NIST 해상도 표준(25.4 mm 당 500개 점)을 따르며, 256개의 뚜렷한 그레이 계조를 제공하기에 충분한 픽셀 다이나믹 레인지를 갖는다.

도 11에 도시한 바와 같이, 일 실시예에서, 기판(1110)은 인쇄 회로 기판(1104)에 부착된다. 센서 어레이(1102)의 도체들은 센서 어레이(1102)를 다른 회로에 연결시켜주는 2개의 집적 회로(1106) 및 2개의 집적 회로(1108)에 연결되며, 이들 집적 회로에 대해서는 본 명세서의 다른 곳에서 설명한다. 집적 회로(1112)는 무선 송수신기로서, 본 발명의 실시예들이 개인 영역 네트워크의 일부분을 이루는 다른 디바이스들과 통신할 수 있게 해준다. 이러한 연결성으로 인해, 본 발명의 실시예들은 예를 들어 표준 보안 식별 번호(standard secure identification) 및/또는 인증 토큰(authorization token)을 필요로 하는 또는 요 구하는 어떤 프로세스 또는 거래에도 이들을 제공할 수 있게 된다. 도 11에 도시한 연결 방식은 본 발명의 실시예들을 구현하는 데 사용될 수 있는 다른 대안적인 연결 방식이다.

이상의 센서 어레이에 대한 기술은 단지 설명을 위한 것으로서 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다. 예를 들어, 압전층(752)은 압전 폴리머를 포함한 압전 효과를 나타내는 임의의 물질일 수 있으며, 그에 한정되는 것은 아니다. 도체 그리드(706, 708, 754, 756)는 금속을 포함한 임의의 전기 전도성 물질일 수 있으며, 그에 한정되는 것은 아니다. 이와 마찬가지로, 다른 종류의 보호 물질이 차폐층(702, 758)에 사용될 수 있으며, 이것은 본 명세서의 기재 내용을 본다면 당업자에게는 자명한 것일 것이다. 다른 종류의 지지 물질이 지지체(704) 또는 발포 기판(760) 대신에 사용될 수 있다.

D. 전형적인 식별 디바이스

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 식별 디바이스(1200)을 나타낸 도면이다. 식별 디바이스(1200)는 입력 신호 발생기(1202), 센서 어레이(1220), 출력 신호 처리기(1240), 메모리 제어기(1260) 및 메모리(1270)를 포함한다. 센서 어레이(1220)는 멀티플렉서(1225A, 1225B) 각각에 의해 입력 신호 발생기(1202) 및 출력 신호 처리기(1240)에 연결되어 있다. 제어기(1230)는 멀티플렉서(1225A, 1225B)의 동작을 제어한다. 식별 디바이스(1200)의 동작에 대해서는 이하에서 더 설명하기로 한다.

일 실시예에서, 입력 신호 발생기(1202)는 입력 신호 발생기 또는 발진 기(1204), 가변 증폭기(1206) 및 스위치(1208)를 포함한다. 양호한 실시예에서, 발진기(1204)는 20 MHz 신호를 생성하며, 이 신호는 식별 디바이스(1200)의 동작 모드에 따라 가변 증폭기(1206)에 의해 저전압 또는 고전압(예를 들면 약 4 볼트 또는 약 8 볼트)으로 증폭된다. 스위치(1208)를 사용하여 입력 신호를 제공하지 않거나, 펄스 입력 신호를 제공하거나 또는 연속파 입력 신호를 제공한다. 스위치(1208)를 제어하여 당업자라면 잘 알고 있는 방식으로 본 명세서에 기술한 여러가지 종류의 입력 신호를 생성한다. 도 12에 도시한 바와 같이, 입력 신호 발생기(1202)에 의해 발생된 입력 신호는 멀티플렉서(1225A)를 통해 센서 어레이(1220)에 제공되고, 또 제어기(1230) 및 출력 신호 처리기(1240)에도 제공된다.

센서 어레이(1220)의 구조 및 세부에 대해서는 전술하였다. 양호한 실시예에서, 센서 어레이(1220)는 20 MHz 입력 신호로 동작하도록 설계된 직사각형 소자로 된 압전 세라믹 복합체이다.

E. 전형적인 멀티플렉서

도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따라 입력 신호 발생기(1202)에 의해 발생된 입력 신호를 센서 어레이(1220)에 어떻게 인가하는지와, 센서 어레이(1220)로부터 출력 신호를 어떻게 수신하는지를 나타낸 도면이다. 양호한 실시예에서, 압전 세라믹 센서에 포함된 압전 세라믹 소자들의 어레이는 적어도 100,000개의 소자들을 포함한다. 예를 들어, 센서 어레이(1220)는 2차원 어레이(즉, 500 x 400 소자 어레이)로 배열된 200,000개 소자(200)를 포함한다. 예를 들어 어레이(1220)의 하부에 있는 소자 로우에 연결되는 어레이(1220)의 500개의 도체들은 한번에 하나씩 또는 여러가지로 군을 이루어 입력 신호 발생기(1202)에 연결되어야만 하고, 어레이(1220)의 상부의 컬럼에 연결되는 400개 라인들은 한번에 하나씩 또는 여러가지로 군을 이루어 예를 들면 임피던스 미터 또는 도플러 회로에 연결되어야만 한다. 이러한 작업은 멀티플렉서(1225)에 의해 수행된다.

일 실시예에서, 멀티플렉서(1225)는 4개의 동일한 ASIC에 내장된다(도 10 참조). 이들 4개의 ASIC은 아날로그 멀티플렉서, 증폭기, 검출 회로 및 로직을 포함한다. 양호한 실시예에서, 센서 어레이(1220)로의 입력 신호의 전압은 8 볼트 미만으로 한정되며, 이에 따라 ASIC은 3 미크론 공정을 사용하여 구성되어 5 오옴 미만의 스위치 임피던스를 달성할 수 있다. 이들 ASIC 각각은 4개의 기본 구역, 즉 (1) 본 명세서에서 기술한 멀티플렉서, (2) 증폭기/자동 이득 제어기, (3) 도플러 검출기, 및 (4) 디지털 신호 처리기(DSP) 인터페이스로 이루어져 있다. 항목 (2) 내지 (4)의 구성 및 구현에 대해서는 당업자라면 잘 알고 있다.

일 실시예에서, 멀티플렉서(1225)는 17개의 16:1 멀티플렉서를 포함하며, 따라서 선택에 따라 1개의 출력 또는 16개의 출력을 제공한다. 멀티플렉서내의 각각의 스위치의 기능은 길이가 272 비트이고 폭이 2 비트인 시프트 레지스터(1302)에 의해 결정된다(도 14 참조). 시프트 레지스터(1302)의 로딩 및 클록킹은 제어기(1230)에 의해 행해지며, 이 제어기(1230)는 당업자라면 잘 알고 있는 카운터 및 로직을 포함한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 센서 어레이(1220)의 도체들은 접지에 접속되거나, 입력 신호 발생기(1202)에 접속되거나, 또는 무접속(고 임피던스) 상태일 수 있다. 멀티플렉서(1225A)는 "온" 저항이 최저가 되도록 설계된다. 멀티플렉서(1225B)는 센서 어레이(1220)의 한쪽 측면의 모든(256개) 도체를 한개 또 는 16개의 감지 노드에 연결시킨다. 멀티플렉서(1225A, 1225B) 모두는 동일한 기능 로직[즉, 제어기(1230)]에 연결되어, 예를 들면 전압 감지를 위해 적당한 센서 소자를 선택하여 사용한다. 감지를 위해 선택된 한개의 소자 또는 일군의 소자들의 근처에 있는 소자 컬럼들 및 소자 로우들은 커플링 및 간섭을 방지하기 위해 접지로 스위칭될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티플렉서(1225)의 스위치들을 어떻게 제어하는지를 나타낸 도면이다. 본 명세서에 기술한 바와 같이, 어레이(1220)의 도체에 접속된 멀티플렉서(1225)의 각 스위치는 3가지 상태, 즉 접지에 접속된 상태, 입력 신호 발생기(1202)에 접속된 상태 또는 개방(고 임피던스) 상태 중 어느 한 상태에 있을 수 있다. 이것은 예를 들면 도 14에 도시한 바와 같이 2개의 CMOS 게이트를 사용하여 구현될 수 있다. 그 다음에, 길이가 272 비트이고 폭이 2 비트인 시프트 레지스터를 사용하여 각 스위치의 위치를 제어할 수 있다. 제어기(1230)로부터의 비트들은 시프트 레지스터(1302)로 시프트되어, 멀티플렉서(1225)의 스위치들의 위치를 제어한다. 일 실시예에서, 새로운 비트들이 시프트 레지스터(1302)내로 시프트되고 있는 중일 때 멀티플렉서의 스위치들의 위치가 변하지 않도록 시프트 레지스터(1302)는 래치를 사용하여 멀티플렉서(1225)의 스위치들에 연결된다. 이러한 실시예를 구현하는 방법은 당업자라면 잘 알 것이다. 멀티플렉서(1225)의 기능을 구현하는 다른 수단들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전형적인 전압 검출기(1244)를 나타낸 도면이다. 당업자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 센서 어레이(1220)의 각 도체에서의 전압 강하는 어레이의 소자들의 전압 강하에 비해 큰 데, 그 이유는 특정 도체에 연결된 모든 소자들이 한 신호원[즉, 입력 신호 발생기(1202)]으로부터 나오고 있기 때문이다. 각 소자의 임피던스가 500 오옴이라면, 병렬 접속된 400개 소자의 임피던스는 1.25 오옴이다. 그렇지만, 이 상황은 소자들의 정확한 출력 전압을 측정하는 제2 멀티플렉서를 사용함으로써 보상될 수 있다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 멀티플렉서(1402)를 사용하여 멀티플렉서(1406)의 스위치 이전에서 증폭기(1404)의 가상 영점(virtual zero-point)을 이동시킨다.

본 명세서에서 설명한 바와 같이, 개구들의 선택, 센서 어레이(1220)에서의 이 개구들의 상대적 위치 및 동시에 동작하게 될 개구들의 수는 멀티플렉서(1225)의 로직의 복잡성에 영향을 미친다. 따라서, 양호한 실시예에서, 이 로직은 DSP를 사용하여 구현된다. 식별 디바이스(1200)의 동작 모드는 모드 스위치를 사용하여 전술한 4개의 동일한 ASIC 상에서 선택될 수 있다. 이들 모드 스위치를 사용해 스위치(1250)(도 12 참조)를 조작하여 멀티플렉서(1225B)의 출력을 출력 신호 처리기(1240)의 적당한 검출기로 보낼 수 있다.

임피던스 검출기(1242), 신호 진행 시간 검출기(1246) 및 도플러 편이 검출기(1248)의 동작에 대해서 이하에서 설명한다. 이들 검출기의 기능을 구현하기 위한 회로들은 본 명세서에 기술된 기재 내용을 보면 당업자는 잘 알고 있는 것들이다.

출력 신호 처리기(1240)의 출력은 생체 인식 데이터이다. 이 데이터는 메모 리 제어기(1260)를 사용하여 메모리(1270) 내에 저장될 수 있다. 도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 플로우챠트이다. 이 생체 인식 데이터의 사용에 대해서는 이하에 설명한다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이(1500)에서 스캔 속도를 향상시키고 크로스토크를 최소화시키기 위한 수단을 나타낸 도면이다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 다수의 소자들이 동시에 활성 중일 수 있고, 크로스토크를 최소화하기 위한 제1 수단은 어레이(1500)의 활성 소자(1502)를 지리적으로 격리시킨다. 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 활성 소자들(1502)이 센서 어레이(1500)를 가로질러 스캔함에 따라 활성 소자와 함께 이동하는 동적 접지 방식[즉, 활성 소자(1502) 근처에 있는 소자들(1504)을 접지시킴]을 사용할 수 있다. 이렇게 하면, 접지로의 용량 결합 및 전기적 크로스토크를 감소시키지만 모든 감지된 주파수에 대한 패러데이 상자(Faraday Cage)는 유지시킨다. 게다가, 틈새 충전재를 사용하여 크로스토크를 감소시킴으로써 선택된 소자(1502)의 근처에서의 기생 전류를 감소시킬 수 있다. 어레이(1500)의 다른 소자, 즉 소자(1506)는 개방 상태인 도체들에 접속된다.

III . 본 발명의 전형적인 방법 실시예

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법(1600)의 플로우챠트이다. 방법(1600)은 2개의 단계(1610, 1620)를 포함한다. 단계(1610)에서, 생체 대상물, 예를 들어 손가락 또는 손을 압전 세라믹 어레이 가까이에 갖다 댄다. 단계(1620) 에서, 센서 어레이로부터 출력을 얻는다. 얻은 출력은 어떤 사람의 신원, 예를 들면 누가 손가락 또는 손을 센서 어레이 가까이에 갖다 대었는지를 인식 또는 확인하는 데 사용될 수 있는 생체 인식 데이터를 얻기 위해 이하에서 설명하는 바와 같이 처리된다. 단계(1610, 1620) 각각에 대해서는, 전술한 식별 디바이스(1200)의 여러가지 동작 모드와 관련하여 이하에서 더 설명한다.

본 명세서에 기재되어 있는 바와 같이. 식별 디바이스(1200)는 얻어지는 생체 인식 데이터에 따라 여러가지 모드로 동작한다. 식별 디바이스(1200)를 사용하여 얻을 수 있는 생체 인식 데이터로는, 지문, 뼈대 맵(bone map), 소동맥 혈류 및/또는 모세혈관 혈류가 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 손가락의 지문을 얻기 위해 식별 디바이스(1200)를 사용하는 것을 나타낸 것이다. 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 손가락(1702)을 식별 디바이스(1200)의 센서 어레이(1220) 가까이에 갖다 댄다. 양호한 실시예에서, 센서 어레이(1220)는 압전 세라믹 센서 어레이(700)와 유사하다.

손가락(1702)의 2개의 지문 융선(fingerprint ridge)(1704)은 보호 실드(702)와 직접 접촉하고 있다. 손가락(1702)의 지문 골(fingerprint valley)(1706)은 보호 실드(702)와 직접 접촉하지 않는다. 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 인접한 지문 융선(1704) 사이에는 대략 6개의 압전 세라믹 소자(200)가 있다.

최초에, 식별 디바이스(1200)는 절전 모드에 있다. 이 모드는 이동형 식별 디바이스(1200)에서 배터리 수명을 연장시키는 데 특히 유용하다. 손가락(1702)이 센서 어레이(1220)에 힘을 가하게 되면, 웨이크업 회로(1800)(도 18 참조)가 동작하여 식별 디바이스(1200)를 턴온시킨다.

웨이크업 회로(1800)는 커패시터(1802), 다이오드(1804) 및 스위치(1806)를 포함한다. 손가락(1702)이 압전 세라믹 소자(200)에 힘을 가하면, 소자들에 전압이 나타나 커패시터(1802)는 전하를 축적하게 된다. 충분한 전하가 축적되었으면, 그처럼 발생된 전압에 의해 스위치(1806)가 턴온된다. 스위치(1806)가 턴온되자마자 전압원(1808)을 사용하여 식별 디바이스(1200)에 전력을 공급한다. 턴오프 회로(방전 저항, 도시 생략)를 사용하여 커패시터(1802)가 방전될 때까지 식별 디바이스(1200)에 계속하여 전력이 공급될 것이다.

식별 디바이스(1200)가 웨이크업한 후, 식별 디바이스(1200)는 임피던스 검출 모드나 감쇠 모드(전압 모드) 중 어느 한 모드로 동작하여 센서 어레이(1220)로부터 출력을 얻을 수 있으며, 이 출력은 손가락(1702)의 지문을 얻기 위해 처리될 수 있다. 이들 모드 각각에 대해서는 이하에서 설명한다.

압전 센서(200)의 소자들의 출력을 합산하여 손가락과 디바이스의 접촉점의 질량 중심(centroid)를 결정할 수 있다. 따라서, 디바이스를 가로지르는 손가락의 어떤 움직임도 감지될 수 있으며, 센서(200)는 포인팅 디바이스로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 압전 센서(200)와 접촉하고 있는 손가락의 질량 중심을 사용하여 상호 접속된 뷰잉 장치 상에서 가리킬 수 있다. 센서 소자들의 합산을 사용하여 사용자가 너무 작은 힘으로 또는 너무 많은 힘으로 누르고 있는지와 그 결과가 사용자에게 피드백되었는지도 판정할 수 있다.

도 18에 도시한 실시예는 상호 접속된 뷰잉 장치 상에서 선택을 하기 위한 스위치로서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 아날로그-디지털 변환기(도시 생략)가 커패시터(1802)에 연결되어 있는 경우, 커패시터(1802) 양단의 전압은 디지털 신호로 변환되어 사용자가 선택을 하는 데 대화 방식으로 사용될 수 있다. 사용자가 센서(200)에 가해지는 압력을 변화시킴에 따라, 커패시터(1802) 양단의 전압이 변화할 것이다. 아날로그-디지털 변환기는 이 시변 전압을 예를 들어 00000000(2진수)와 11111111(2진수) 사이의 일련의 숫자로 변환한다. 아날로그-디지털 변환기의 출력은 주기적으로 샘플링되어 선택을 하거나 지시하는 데 사용된다(예를 들어, 숫자는 처리기에 입력되어 특정 선택을 하거나 이를 지시하는 데 사용될 수 있다). 뷰잉 장치 상의 그래픽 사용자 인터페이스는 사용자에게 피드백을 제공하며, 센서(200)에 가해지는 압력에 기초하여 가능한 선택들 중 어느 것을 사용자가 선택하고 있는지를 사용자에게 알려준다. 선택을 바꾸기 위해, 사용자는 더 많거나 더 적은 압력을 센서(200)에 가하기만 하면 된다.

A. 임피던스 모드

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 골(1706)이 로드되어 있는 하나의 압전 세라믹 소자(200)의 임피던스를 나타낸 것이다. 약 19.8 MHz의 주파수에서, 지문 골이 로드되어 있는 소자(200)의 임피던스는 대략 800 오옴이다. 20.2 MHz의 주파수에서, 임피던스는 대략 80,000 오옴이다. 20 MHz의 주파수에서, 임피던스는 대략 40,000 오옴이다. 도 19와 도 20을 비교해보면 알 수 있는 바와 같이, 지문 골이 로드되어 있는 소자(200)의 절대 임피던스 및 지문 골이 로드되어 있는 소 자(200)의 주파수에 따른 임피던스의 변화 모두는 지문 융선이 로드되어 있는 소자(200)의 그것과는 상당히 다르다. 이 차이를 이용하여 센서 어레이(1220)로부터 출력을 얻을 수 있으며, 이 출력은 출력 신호 처리기(1240)에 의해 처리되어 지문 데이터를 생성할 수 있다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 융선(1704)이 로드된 하나의 압전 세라믹 소자(200)의 임피던스를 나타낸 것이다. 도 20에서 알 수 있는 바와 같이, 약 19.8 MHz의 주파수에서, 지문 융선이 로드된 소자(200)의 임피던스는 대략 2,000 오옴이다. 20.2 MHz의 주파수에서, 임피던스는 대략 40,000 오옴이다. 20 MHz의 주파수에서, 임피던스는 대략 20,000 오옴이다. 따라서, 지문 융선이 로드된 소자(200)의 절대 임피던스 및 지문 융선이 로드된 소자(200)의 주파수에 따른 임피던스의 변화 모두는 지문 골이 로드된 소자(200)의 그것과는 상당히 다르다.

임피던스 모드에서 동작하는 경우, 식별 디바이스(1200)는 소자(200)의 절대 임피던스 및/또는 주파수에 따른 소자(200)의 임피던스의 변화를 측정하여 주어진 소자(200)에 지문 융선(1704)이 로드되어 있는지 지문 골(빈 공간)(1706)이 로드되어 있는지를 판정한다. 소자(200)의 임피던스 측정값을 얻기 위해, 입력 신호 발생기(1202)를 사용하여 저전압 펄스를 생성하고, 이 저전압 펄스를 멀티플렉서(1225A)를 사용하여 센서 어레이(1220)의 소자들에 입력한다. 멀티플렉서(1225B)에서 얻은 출력 신호는 어레이(1220)의 소자들(200)의 절대 임피던스에 관련된 것이다. 이들 출력 신호는 스위치(1250)에 의해 임피던스 검출기(1242)로 경로 설정되어 어레이(1220)의 소자들의 절대 임피던스의 측정값을 결정한다. 지 문을 얻기 위해 필요한 것은, 임피던스 검출기(1242)가 주어진 소자(200)에 지문 융선이 로드되어 있는지 지문 골이 로드되어 있는지를 판정할 수 있기만 하면 된다. 이와 같이 특정의 소자(200)에 지문 융선이 로드되어 있는지 지문 골이 로드되어 있는지의 판정을 사용하여 손가락(1702)의 지문을 나타내는 픽셀 데이터를 발생할 수 있다. 지문은 메모리(1270)에 저장된다. 지문은 또한 이하에 기술하는 다른 장치들로 전송될 수 있다.

손가락(1702)의 지문은 서로 다른 2개의 입력 신호 주파수를 사용하여 2회 스캔된 경우, 주파수에 따른 소자(200)의 임피던스의 변화를 계산할 수 있다. 전술한 바와 같이, 주파수에 따른 소자(200)의 임피던스의 변화는 소자(200)에 지문 융선이 로드되어 있는지 지문 골이 로드되어 있는지에 따라 다르다. 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 신호 발생기(1202)에 의해 발생된 입력 신호는 출력 신호 처리기(1240)에 공급된다. 따라서, 출력 신호 처리기(1240)는 센서 어레이(1220)에 입력되는 신호들의 주파수 및 전압 모두를 측정할 수 있다.

임피던스 검출기 회로(도시 생략)는 연산 증폭기를 사용하여 구현될 수 있다. 멀티플렉서(1225B)의 출력은 연산 증폭기의 반전 포트에 공급되고, 증폭된 신호는 출력 포트에서 얻어진다. 당업자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 연산 증폭기의 비반전 포트는 접지에 접속되어 있고, 연산 증폭기의 반전 포트와 출력 포트 사이에 저항이 배치되어 있다. 출력 포트의 증폭된 전압이 소정의 문턱 전압을 초과하면, 측정되는 특정 소자(200)에 지문 융선이 로드되어 있는 것이다. 이것은 (주어진 주파수에서) 지문 융선이 로드되어 있는 소자(200)의 절대 임피던스는 지문 골이 로드되어 있는 소자(200)의 임피던스의 대략 1/2 이라는 사실 때문이다. 따라서, 지문 융선이 로드되어 있는 소자(200)로부터 연산 증폭기로 제공되는 출력 신호의 전압은 지문 골이 로드되어 있는 소자(200)로부터 연산 증폭기로 제공되는 출력 신호의 전압의 대략 2배이다.

B. 감쇠/전압 모드

전술한 바와 같이, 식별 디바이스(1200)는 또한 손가락(1702)의 지문을 얻기 위해 감쇠 또는 전압 모드로도 동작할 수 있다. 이 동작 모드는 센서 어레이(1220)가 압전 세라믹 어레이[예를 들어, 어레이(700)]인지 압전 필름 어레이[예를 들어, 어레이(750)]인지에 관계없이 이용가능하다. 식별 디바이스(1200)의 감쇠 모드는 지문 융선(1704)가 로드되어 있는 소자(200)에 주어지는 에너지는 손가락(1702)으로 전송될 수 있지만 지문 골(1706)이 로드되어 있는 소자(200)에 주어지는 에너지는 손가락(1702)에 전송될 수 없다는 원리에 기초하고 있다.

감쇠 모드에서, 입력 신호 발생기(1202)는 고전압 펄스 신호를 생성하고, 이 펄스 신호는 멀티플렉서(1225A)를 사용하여 센서 어레이(1220)의 소자들에 제공된다. 도 21은 1 사이클의 입력 펄스를 나타낸 것이다. 그렇지만, 입력 신호는 통상 1 사이클보다 더 길다. 일 실시예에서, 입력 신호의 길이는 약 10 사이클이다. 이들 입력 신호에 의해 어레이의 소자들은 진동하여 음파를 발생한다. 이들 음파는 소자로부터 차폐층을 통해 그 소자 상부의 지문 융선(1704)까지 진행해갈 수 있다. 이들 음파는 지문 융선(1704)내로 전달될 수 있는 데, 그 이유는 차폐층의 음향 임피던스가 손가락(1702)의 음향 임피던스와 정합되기 때문이다. 지문 융선(1704)와 차폐층 사이의 계면에 의해 음파에 대한 어떤 음향 장벽도 형성되지 않는다. 지문 융선이 로드되어 있는 소자에 주어지는 에너지는 따라서 소실된다. 지문 골이 로드되어 있는 소자의 경우, 소자에 주어지는 에너지는 긴 시간 동안 소자에 포획된 채로 있다. 이것은 지문 골내의 공기가 음향 장벽으로서 작용하기 때문이다.

많은 사이클 후에, 어레이에 대해 얻어진 출력 신호의 전압을 측정 및 처리하여 손가락(1702)의 지문을 얻는다. 도 22는 전형적인 한 출력 신호를 나타낸 것이다. 일 실시예에서, 지문 융선(1704)이 로드되어 있는 소자에 주어지는 에너지는 지문 골(1706)이 로드되어 있는 소자에 주어지는 에너지보다 더 빨리 소실되기 때문에, 지문 융선(1704)이 로드되어 있는 소자로부터 얻은 출력 신호의 전압은 입력 신호의 전압의 약 1/10 정도밖에 되지 않는다. 이 실시예에서, 지문 골(1706)이 로드되어 있는 소자로부터 얻은 출력 신호의 전압은 입력 신호의 전압의 약 1/2 이다. 이 전압차는 전압 검출기(1244)에 의해 검출 및 처리되어 손가락(1702)의 지문을 발생할 수 있다. 전압 검출기(1244)를 구현하는 수단에 대해서는 전술하였다. 다른 수단은 당업자라면 잘 알고 있을 것이다.

C. 도플러 편이 및 에코 모드

식별 디바이스(1200)는 적어도 2가지 다른 모드로 동작할 수 있다. 이들 모드는 신호 진행 시간 (에코) 모드와 도플러 편이 모드이다. 에코 모드는 또한 촬상 모드라고도 할 수 있다. 이들 모드를 사용하여 이하에서 설명하는 뼈대 맵, 소동맥-정맥 맵, 소동맥 혈류 및 모세혈관 혈류와 같은 생체 인식 데이터를 얻게 된 다. 이들 생체 인식 및/또는 다른 것들의 조합도 얻을 수 있다. 예를 들어, 모세혈관 혈류에 대한 소동맥 혈류의 비를 얻어, 호스트(host)의 감정 상태나 안정 상태를 가리키는 데 사용될 수 있다.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 생체 인식 정보를 얻기 위해 에코 모드 또는 도플러 편이 모드에서 동작하는 식별 디바이스(1200)가 어떻게 사용될 수 있는지를 나타낸 도면이다. 본 명세서에서 기술한 바와 같이, 고전압 신호가 센서 어레이(1220)의 소자들에 입력되어 음파를 발생할 수 있다. 이들 음파는 손가락(1702)를 통해 진행하여 예를 들면 손가락(1702)의 뼈대, 손가락(1702)의 손톱 또는 손가락(1702)을 흐르는 혈액과 같은 손가락(1702)의 여러가지 특징물들에 의해 반사된다.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 뼈대 맵을 얻기 위해 식별 디바이스(1200)가 어떻게 사용되는지를 나타낸 도면이다. 손가락(1702)의 뼈대(2402)의 맵을 생성하기 위해, 식별 디바이스(1200)는 에코 모드로 동작한다. 피부 표면으로부터 손가락(1702) 안으로 진행하는 음파는 뼈대(2402)의 뼈 구조로부터 반사될 것이다. 이 구조에 의해 생기는 큰 에코 진폭으로부터 그 구조를 식별할 수 있다. 에코 진행 시간이 센서에서 뼈대까지의 거리의 측정값이기 때문에, 뼈대(2402) 형상의 3차원 맵을 얻을 수 있다.

뼈대(2402)의 맵을 얻기 위해, 고전압 펄스 입력 신호가 입력 신호 발생기(1202)에 의해 발생되어 어레이(1220)의 소자들에 제공된다. 이 입력 신호에 의해, 소자들은 손가락(1702) 안으로 진행하는 음파를 생성한다. 도 24에 도시한 바 와 같이, 어레이(1220)의 단지 몇개의 소자들(200)만이 임의의 주어진 시각에 음파를 활발하게 발생하고 있다. 본 발명에 따르면, 본 명세서에 기술한 바와 같이, 활성 음파 전송 및 수신 개구들은 제어기(1230) 및 멀티플렉서(1225)를 사용하여 구성되어 센서 어레이(1220)를 가로질러 이동(스캔)된다. 발생된 음파는 손가락(1702)을 통해 진행하여 뼈대(2402)의 구조에 의해 반사된다. 이들 반사된 음파는 그 다음에 수신 개구에 의해 검출된다. 음파의 진행 시간은 식별 디바이스(1200)의 검출기(1246)에 의해 얻어지며 이를 사용하여 뼈 구조가 어레이(1220)로부터 여러가지 거리에 위치하는지를 검출한다. 당업자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 이 동작 모드는 레이더가 동작하는 방법과 유사하다.

음파의 파장 및 선택된 개구가 전송 및 수신 빔 형상을 정한다. 여러가지 개구 크기 및 빔 지향성은 본 발명에 따라 형성될 수 있다. 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 뼈대(2402)의 뼈대 맵을 얻는 데 사용될 수 있는 전형적인 빔 지향성을 나타낸 것이다. 다른 빔들도 사용될 수 있다.

도 26은 본 발명의 일 실시예에 따라 소동맥 혈류 정보를 얻기 위해 식별 디바이스(1200)가 어떻게 사용되는지를 나타낸 도면이다. 손가락(1702)의 동맥(2602) 및 모세혈관(2604)이 도시되어 있다. 도 26에서 알 수 있는 바와 같이, 소동맥 혈류는 센서 어레이(1220)의 표면에 평행하다.

소동맥 혈류 데이터는 식별 디바이스(1200)가 도플러 편이 모드로 동작하고 있는 중에 그로부터 얻어진다. 동맥(2602)을 흐르는 적혈구로부터 후방 산란된 도플러 편이 신호를 수신하기 위해, 센서 어레이(1220)의 전송 및 수신 지향성 빔 패 턴은 하나 이상의 중첩 부분(2606)을 형성해야만 한다.

도 27은 본 발명의 일 실시예에 따라 중첩 부분(2606)을 형성하는 전송 개구(2610A)와 수신 개구(2610B)를 나타낸 도면이다. 전송 개구(2610A)와 수신 개구(2610B)를 생성하는 한 방법은 개구를 사방 약 6 파장(예를 들면, 300 미크론 또는 한쪽 측면상에 6개의 소자) 미만이고 2 파장(600 미크론)의 피치를 두고 떨어져 있게 만드는 것이다. 이들 개구는 약 30도마다 사이드 빔(side beam) 또는 격자 로브(grating lobe)를 생성하여 소동맥 혈류를 검출하기에 적당한 깊이에 중첩 영역(2606)을 형성한다. 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따라 이러한 개구에 의해 형성된 전송 및/또는 수신 빔을 나타낸 것이다. 다른 개구도 사용될 수 있다. 격자 로브가 생성될 수 있는 각도는, 당업자라면 본 명세서의 기재 내용을 보면 알 수 있는 바와 같이, 개구들간의 피치와 발생된 음파의 파장의 비에 의해 제어된다.

도 26 및 도 27에서 보는 바와 같이, 개구(2610A)에 의해 발생되는 음파 에너지는 동맥(2602)을 흐르는 혈구(blood cell)들에 의해 산란되어 개구(2610B)에 수신된다. 개구(2610A)를 구성하는 어레이(1220)의 소자들에 제공되는 입력 신호는 고전압의 연속파 신호이다. 이 입력 신호는 또한 도플러 편이 검출기(1248)에 대한 기준 신호로서 출력 신호 처리기(1240)에도 제공된다. 이 입력 신호, 즉 기준 신호는 도플러 편이 검출기(1248)에 의해 개구(2610B)로부터 수신된 출력 신호와 믹싱되어, 도플러 편이 정보를 얻게 된다. 도플러 편이 검출기(1248)를 구현하는 회로는 당업계에 공지되어 있으며, 따라서 여기서 다시 설명하지는 않는다.

도 29는 본 발명의 일 실시예에 따라 모세혈관 혈류 정보를 얻기 위해 식별 디바이스(1200)가 어떻게 사용되는지를 나타낸 도면이다. 도 29에서 보는 바와 같이, 모세혈관 혈류는 센서 어레이(1220)의 표면에 수직인 방향이다. 모세혈관 혈류와 소동맥 혈류를 구분하기 위해, 9개의 소자(3 x 3, 사방 150 미크론)로 된 다수의 개구들이 선택될 수 있다. 이 개구는 아주 작고 밀집된 감도 영역을 형성하게 되며, 이 영역은 센서(1220)의 많은 부분들에 동시에 똑같이 만들어질 수 있다. 개구의 감도는 다수의 개구들의 도플러 신호를 모두 가산함으로써 향상될 수 있다. 감도 개구는 어레이(1220)의 표면에 가장 가까운 손가락(1702)의 처음 1/2 밀리미터에 집중되어 있다. 도 30은 본 발명의 일 실시예에 따라 모세혈관 혈류를 검출하는 데 사용될 수 있는 전송 및/또는 수신 빔 지향성을 나타낸 도면이다.

혈류를 검출하기 위해 식별 디바이스(1200)를 사용할 때, 펄스형 도플러 구현을 사용하면 동일한 개구가 전송 기능 및 수신 기능 모두를 수행하는 이점이 있다. 게다가, 수신된 신호를 게이팅함으로써, 잘 정의된 샘플 부분으로부터 얻어지는 후방 산란된 정보만을 분석하여 혈류 패턴을 얻는다.

도 31은 식별 디바이스(1200)를 사용하여 생체 인식 데이터를 얻기 위한 방법(3100)을 보다 상세히 나타낸 플로우챠트이다. 방법(3100)에 대해서는 압전 필름 센서 어레이를 갖는 식별 디바이스(1200)의 특정 실시예를 참조하여 설명한다.

단계(3102)에서, 식별 디바이스(1200)는 기동되고, 압전 필름 센서 어레이(1220)는 초기 픽셀 또는 일군의 픽셀을 검출하도록 스위칭된다. 제어기(1230)는 멀티플렉서(1225A, 1225B)를 지정된 초기 픽셀 또는 일군의 픽셀로 스위칭한다. 일 실시예에서, 압전 필름 센서 어레이(1220)는 512 x 512 픽셀 어레이이다. 멀티 플렉서(1225A, 1225B) 각각을 사용하여, 검출 중인 초기 픽셀 또는 일군의 픽셀의 지정된 어드레스에 있는 특정의 그리드 라인(도체)를 어드레싱 및/또는 선택한다.

단계(3104)에서, 입력 신호는 압전 필름 어레이(1220)에 인가된다. 펄스는 하나의 30 MHz 사이클이 인가된다. 발진기(1204)는 30 MHz의 발진 신호를 발생한다. 멀티플렉서(1225A)는 입력 펄스를 초기 픽셀 또는 일군의 픽셀로 보낸다. 이 입력 신호는 제어기(1230) 및 출력 신호 처리기(1240)에도 보내진다.

단계(3106)에서, 출력 신호는 압전 필름 어레이(1220)로부터 얻어진다. 출력 신호 처리기(1240)는 많은 사이클을 대기한 다음에 픽셀에서 신호를 검출한다. 예를 들어, 입력 신호 발생기(1202)로부터 전송된 신호에 응답하여, 출력 신호 처리기(1240)는 입력 펄스가 픽셀(또는 일군의 픽셀)에 인가된 후 많은 사이클을 대기한다. 단계(3108)에서, 대기 시간이 종료되면, 전압 검출기(1224)를 사용하여 예를 들면 전압값을 구한다.

예를 들어, 하나의 30 MHz 사이클은 대략 33 나노초에 해당한다. 대기 시간은 대략 5 사이클, 즉 150 나노초일 수 있다. 발진 주파수 및/또는 다른 설계 고려 사항들에 따라 다른 대기 시간(예를 들면, 더 많거나 적은 수의 주기)이 사용될 수 있다. 이 대기에 의해 전술한 바와 같이 픽셀에 인가된 전기 펄스에 응답하여 지문 융선의 존재로 인한 링다운 발진이 일어날 수 있다.

단계(3108)에서, 필터링된 전압의 값이 출력 신호 처리기(1240)에 의해 구해지고, 그레이 스케일 또는 이진 픽셀 값은 검출된 전압을 나타내는 출력이다[단계( 3110)]. 필터 회로(도시 생략)는 대역 통과 필터로서, 출력 전압을 필터링하여 대 략 30 MHz의 주파수 근처에 중심을 둔 통과 대역 내의 출력 전압 신호를 검출한다. 그레이 스케일 또는 이진 픽셀값은 메모리 제어기(1260)로 출력되어 이미지 메모리(1270)에 저장된다. 일 실시예에서, 출력된 그레이 스케일 또는 이진 픽셀값은 검출된 픽셀에 해당하는 이미지 메모리(1270) 내의 어드레스에 저장된다.

단계(3112)에서, 스캔이 완료되었는지를 판정하기 위한 검사가 이루어진다. 달리 말하면, 500 x 400 센서 어레이(1220) 내의 각 픽셀이 스캔되어 해당하는 출력 값이 이미지 메모리(1270) 내에 저장 및 축적되었는지를 판정하기 위한 검사가 이루어진다. 스캔이 완료되면, 루틴이 종료한다. 예를 들어, 지문 이미지가 성공적으로 캡쳐되었는지를 알려주기 위해 식별 디바이스(1200)로부터 어떤 신호 또는 다른 지시가 발생되어 출력될 수 있다. 스캔이 완료되지 않은 경우, 압전 필름 센서 어레이(1220)는 그 다음 픽셀 또는 그 다음 일군의 픽셀을 검출하도록 스위칭된다(단계 3114). 그 다음 픽셀 또는 그 다음 일군의 픽셀에서 제어는 단계(3104) 내지 단계(3112)를 수행하도록 복귀한다.

단계(3102) 내지 단계(3114)에서 전술한 바와 같이, 압전 필름 센서 어레이(1220)는 단일 픽셀 또는 일군의 픽셀에서의 전압값을 검출하기 위해 멀티플렉서(1225A, 1225B)에 의해 스위칭될 수 있다. 일반적으로, 픽셀을 스캔하기 위한 임의의 패턴이 사용될 수 있다. 예를 들어, 픽셀의 래스터 스캔이 수행될 수 있다. 픽셀들은 로우별로 또는 컬럼별로 스캔될 수 있다.

양호한 일 실시예에서, 여러 군의 픽셀들이 주어진 순간에 판독될 때, 일군의 픽셀내의 각 픽셀은 소정의 거리만큼 분리되어 있다. 이와 같이, 인접 픽셀들 에서의 링다운 발진으로부터의 간섭 효과가 최소화되거나 회피된다. 일 실시예에서, 주어진 사이클 중에 검출된 픽셀들은 적어도 8 픽셀의 최소 거리만큼 떨어져 있다. 이와 같이, 이웃하는 픽셀들간의 어떤 링다운 발진도 상당히 감쇠된다.

IV . 본 발명의 전형적인 응용

A. 생체 인식 캡쳐 디바이스

도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 인식 디바이스(3202)를 나타낸 도면이다. 생체 인식 디바이스(3202)는 본 발명에 따른 센서 어레이(3204)를 갖는다. 생체 인식 디바이스(3202)는 본 발명에 따라 지문 데이터의 획득 및 저장에 특히 적합하게 되어 있다. 생체 인식 디바이스(3202)는 예를 들어 법 집행 요원이 사용하기 위한 것이다.

B. 이동형 생체 인식 캡쳐 디바이스

도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 생체 인식 디바이스(3300)를 나타낸 것이다. 이동형 생체 인식 디바이스(3300)는 그 한쪽 단부에 본 발명에 따른 센서 어레이(3302)를 가지며, 반대쪽 단부에 손잡이(3306)를 가지고 있다. 상기 디바이스의 회로는 상기 디바이스의 일부분(3304)에 위치한다. 상기 디바이스(3300)도 예를 들면 법 집행 요원이 사용하기 위한 것이다.

C. 무선 송수신기 생체 인식 디바이스

도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3400)를 나타낸 것이다. 디바이스(3400)는 일반 대중이 예를 들면 전자 서명 디바이스로서 사용하기 위한 것이다. 디바이스(3400)는 본 발명에 따라 지문과 같은 생체 인식 데이터를 얻기 위한 센서(3402)를 갖는다. 사용자에게 정보를 전달하기 위한 3개의 표시기(3404)를 갖는 디바이스(3404)도 도시되어 있다.

도 35는 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3400)를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도 35에서 알 수 있는 바와 같이, 센서(3402)는 배터리(3504)에 의해 전력을 공급받는다. 디바이스(3400)는 다른 디바이스에 정보를 송신하고 그 디바이스로부터 정보를 수신하는 데 사용될 수 있는 안테나(3502)를 갖는다. 디바이스(3400)는 블루투스 무선 기술과 호환되도록 제조될 수 있다. 키 고리(3506)가 디바이스(3400)에 부착될 수 있다. 도 36 및 도37에 도시한 바와 같이, 디바이스(3400)는 가능한 용도가 많이 있다.

D. 전자 판매 및/또는 거래

도 36은 전자 판매 거래를 완성하기 위해 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3400)를 사용하는 것을 나타낸 것이다. 거래의 단계(1)에서, 디바이스(3400)를 사용하여 구매를 원하는 개인의 지문을 획득한다. 디바이스(3400)는 그 다음에 그 지문을 금전 등록기(3602)에 결합된 디바이스로 전송하고[단계(2)], 금전 등록기(3602)는 그 지문을 제3자 확인 서비스(3604)로 전송한다[단계(3)]. 제3자 확인 서비스는 수신된 지문을 사용하여, 그 수신된 지문을 데이터베이스에 저장된 지문 데이터와 대조해 봄으로써 구매자의 신원을 확인한다. 구매자의 식별 번호는 금전 등록기에도 보낼 수 있고[단계(5)], 신용 카드 서비스(3606)에도 보낼 수 있다[단계(6)]. 신용 카드 서비스는 제3자 확인 서비스로부터 온 데이터를 사용하여 금전 등록기(3602)로부터 수신된 판매 정보를 승인하기도 하고[단계(7)] 신용 카드의 불법 사용을 방지하기도 한다. 금전 등록기(3602)가 구매자의 신원의 확인 및 구매자가 신용 카드 서비스를 받을 권한이 있다는 확인을 수신하면, 금전 등록기(3602)는 디바이스(3400)에 신용 카드 번호를 전송할 것을 통지할 수 있다[단계(8)]. 그 다음에, 금전 등록기(3602)는 신용 카드 번호를 신용 카드 서비스(3606)로 전송하고[단계(9)], 신용 카드 서비스(3606)는 그 다음에 돈을 판매자의 은행 계좌로 송금하여[단계(10)] 판매 거래를 완료한다. 이들 단계는 디바이스(3400)가 전자 서명 디바이스로서 어떻게 사용될 수 있는지를 설명하기 위한 것일뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.

E. 기타 무선 송수신기 생체 인식 디바이스 응용

도 37은 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3400)가 아주 적합한 기타 응용 분야들을 나타낸 것이다. 예를 들어, 디바이스(3400)는 건물 접근 통제, 법 집행, 전자 상거래, 금융 거래 보안, 직원의 출퇴근 감시, 법무 직원 및/또는 진료 기록에의 접근 통제, 운송 보안, 이메일 서명, 신용 카드 및 ATM 카드 사용 통제, 파일 보안, 컴퓨터 네트워크 보안, 경보 제어, 및 개인의 식별, 인식 및 확인을 위해 사용될 수 있다. 이들은 일반적으로는 본 발명의, 특히 디바이스(3400)의 많은 유용한 응용 분야 중 몇개를 나타낸 것에 불과하다. 디바이스(3400) 및 본 발명의 추가의 응용 분야들은 본 발명에 대한 이상의 설명을 보면 당업자에게는 자명하게 될 것이다.

F. 개인 영역 네트워크 응용

본 명세서에 기술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 개인 영역 네트워크의 일부인 다른 디바이스와 대화할 수 있다. 도 38은 본 발명에 따른 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 디바이스(3800)는 전술한 디바이스(1200)와 유사한 생체 인식 디바이스, DSP 칩(3802), 블루투스 칩(3804), 디스플레이(3806), 및 배터리(3808)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 디바이스(1200)는 본 발명에 따라 압전 세라믹 센서 어레이(700) 및 4개의 멀티플렉서(1225)를 갖는다.

생체 인식 디바이스(1200)는 DSP(3802)에 연결된다. DSP(3802)는 디바이스(1200)를 제어하여 생체 인식 데이터를 저장한다. DSP(3802)는 또한 데이터를 송수신하기 위해 블루투스 칩(3804)에도 연결되어 있다. 디스플레이(3806)를 사용하여 디바이스(3800)의 사용자에게 정보를 전달한다. 디바이스(3800)는 배터리(3808)에 의해 전력을 공급받는다. 당업자라면 잘 알고 있는 바와 같이, 블루투스는 단거리 무선 통신 기술에 대한 프로토콜 및 하드웨어를 지배하는 협정이다. 본 발명은 블루투스 기술만을 구현하는 데 한정되지 않는다. 기타의 무선 프로토콜 및 하드웨어도 사용될 수 있다.

무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)를 사용하여, 개인은 디바이스(3800)로부터 약 30 피트 내에 있는 호환 디바이스와 통신 상태에 있을 수 있다. 디바이스(3800)는 예를 들면 전화, 셀룰러 폰, 퍼스널 컴퓨터, 프린터, 가스 펌프, 금전 등록기, 현금 자동 지급기, 도어 록, 자동차 등에 접속될 수 있다. 디바이스(3800)는 개인 영역 네트워크 또는 피코넷 내의 임의의 호환 디바이스와 접속되 어 정보 또는 데이터를 교환할 수 있기 때문에, 디바이스(3800)는 표준화된 보안 식별 번호 또는 인증 토큰을 이를 필요로 하거나 요구하는 임의의 디바이스에 또는 임의의 프로세스 또는 거래에 대해 공급할 수 있다.

G. 공중 서비스 계층 응용

본 발명은 블루투스 스택에서 상위에 있는 "공중 서비스 계층"(PSL; public service layer)을 제공한다. PSL 계층은 서로 통신 연결된 블루투스 디바이스들에 대한 식별 및 접근 통제를 합리적으로 처리한다. 실시예들에서, PSL 계층은 지문 스캐너에 의해 제공된 지문 생체 인식 신호에 기초한 허가 및 식별을 지원한다. 일 실시예에서, 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)는 지문 생체 인식신호를 제공하기 위해 블루투스 프로토콜을 포함하는 블루투스 모듈과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 블루투스 모듈, 프로토콜 스택 및 호환 디바이스에 관해 설명한 Jennifer Bray와 Charles Sturman의 Bluetooth Connect without Cables, Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ 2001, 및 Brent Miller와 Chatschik Biskdikian의 Bluetooth Revealed, Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ 2001을 참조하기 바라며, 이들 서적은 여기에 인용됨으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다.

실시예들에서, PSL 계층 기능은 프로토콜(또한 사양이라고도 함)에 의해 정의된다. PSL 계층은 피코넷 내의 디바이스들로부터 온 간단한 요청들을 해석하여 기능들과 기능의 레벨을 소정의 형식으로 액크백(acknowledge back)한다. 블루투스 장치의 판매업자들은 본 발명의 PSL 계층에 서비스들을 부가하여 그들의 제품의 기능을 향상시킬 수 있다.

PSL 계층은 디바이스가 지원한 기능 그룹들 중 하나를 요청하는 PSL 요청이 브로드캐스트(broadcast)될 때까지는 대부분의 경우 디바이스의 통상 기능에 투명하게 작용할 것이다. 어느 한 최소 지원 레벨은 스캐터넷(scatter net)을 확장하여 결국 요청한 기능을 갖는 디바이스를 찾기 위해 충족되지 않은 요청을 다시 브로드캐스트한다. 이와 같이, 요청하는 디바이스의 범위를 벗어나 있는 다른 디바이스들은 PSL 요청을 이행하기 위해 교신될 수 있다.

도 39는 본 발명에 따라 블루투스 디바이스(3910, 3920)를 연결시켜주는 전형적인 피코넷(3900)을 나타낸 도면이다. 블루투스 디바이스는 공중 서비스 계층 및 블루투스 스택 또는 칩셋을 갖는 지문 스캐너이다. 공중 서비스 계층은 허가 및 식별을 지원할 수 있다. 디바이스(3902)는 임의의 블루투스 장치이다. 디바이스(3920)는 PSL 계층 및 블루투스 스택 또는 칩셋을 포함한다. 피코넷(3900)은 피코넷의 영역내에, 스캐터넷 내에 임의의 수의 블루투스 디바이스를 포함하거나 다른 통신 링크를 통해 피코넷에 연결될 수 있다.

작업을 완료하는 데는 일정 형태로 배치 분산된 블루투스 장치들간에 많은 기능들이 일제히 수행될 필요가 있을 수 있다. 사용자는 어떤 작업에서의 모든 기능들을 커버하기에 충분한 장치들을 구입하여 설치해야만 한다. 장치들이 사용자들간에 공유되고 어떤 경우에는 다중 사용자를 제공함에 따라 PSL 방식은 효율 및 비용 절감을 달성할 수 있다.

PSL 계층의 한 전형적인 동작은 물리적 접근 통제이다. 무선 송수신기 생체인식 디바이스(3920)의 PSL 계층은 하나 이상의 요청 접근 신호를 전송 또는 브로 드캐스트한다. PSL 계층에서의 이러한 요청 접근 신호는 추출/일치/접근의 요청 및 블루투스를 통해 확보된 주변부를 벗어난 곳으로부터의 검출된 지문을 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 확보된 영역내에 블루투스를 갖는 데스크톱 PC에서의 PSL 계층은 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3920)로부터 추출/일치/접근을 위한 요청을 수신하고, 인쇄 데이터를 서버내에 저장되어 있을 수 있는 직원 데이터베이스와 일치하는지를 보아 접근 허가를 도어로 전송한다. 그 다음에 블루투스 도어 록이 개방되고 작업은 종료된다.

비용 절감은 다른 목적으로 사용되는 데스크톱 PC를 사용하여 접근 통제, 출퇴근 관리, 직원 추적 및 보안 기능을 수행하는 것에 의해 설명된다. PC 및 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)는 다른 작업에 사용되기 때문에, 유일한 전용 하드웨어는 블루투스 도어록 뿐이다. 설치 비용도 최소이고, 기록 보관 및 데이터베이스 관리의 편리성도 최저이다. 이 작업에 관여하는 3가지 장치들은 PSL 규격에 따라 통신하기만 하는 서로 다른 판매업자로부터 구입할 수 있다. 지문 추출/일치/접근의 기능은 패턴, 상세, 지역적 또는 중심적이거나, 도어록 또는 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)에 영향을 주지 않고 더 나은 보안 및 편의성을 위해 언제라도 변경될 수 있다. 이를 테면 조명, 에어컨, 전화의 턴온 또는 턴오프 모두 원한다면 이 작업에 부가될 수 있다.

비용 절감에 있어서의 다른 이점은 쓸모없는 것이 되었다. 블루투스 도어록, 블루투스 에어컨, 블루투스 화재 감지기, 블루투스 조명 등이 설비된 건물은 생체 인식 제어로 설치 비용없이 업그레이드될 수 있다.

화재 경보 및 조명 기구와 같은 장치들은 경보로서 작용하여 피코넷을 공원, 정원 및 주차장에서의 공백을 메우는 스캐터넷으로 확장시켜 보안 기능을 원격지의 게이트에 부가시킬 수 있다.

블루투스 PSL 기능을 갖는 전화가 마케팅될 수 있다는 것은 응급 코드가 수신되면 911에 전화를 걸 수 있다는 것을 의미한다. 블루투스 PSL은 사적인 응급 서비스를 위한 특정 번호로 전화를 걸도록 프로그램되는 기능을 의미할 수 있다.

이벤트들을 FIFO에 로그하는 프로토콜이 정의될 수 있으며, 따라서 거짓 경보를 추적하여 최소화될 수 있다.

일 실시예에서, PSL 사양은 이하에서 확인되는 요소들을 갖는다.

소수점 정리 시스템(decimal filing system)이 포함된다. 요청에서 소수점 자리수와 같이 특정될 수 있는 기능에 대한 요청이 브로드캐스트된다. 이와 같이, 제조업자는 디바이스가 예상한 대로 이용가능한 경우 그 디바이스의 배치 구성으로 그 작업을 계속할 수 있다. 요청이 요구된 정확한 기능 번호(FN)에 의해 서비스되지 않은 경우, 스캐터넷에서 가장 가까운 그 다음 FN이 사용된다. 개발 지역 근처에서는 여러 묶음의 FN이 사용된다.

예를 들어, 조명 기구는 551.263의 FN을 가질 수 있으며, 여기서 500은 편익 시설을, 550은 전등을, 551은 플러그인을, 551.2는 테이블 램프를, 551.26은 할로겐 저전압을, 551.263은 사람이나 회사에 의해 제조된 것을 말한다(꼭 그런 것은 아니다). 551.263을 턴온시키는 이 특정 기능에 대한 요청은 557.789 벽 네온(wall neon)에 의해 서비스될 수 있으며, 왜냐하면 그것이 그 당시 이용할 수 있 는 전부였으며, 비록 55X 조명 그룹으로 한정되기는 하지만 숫자적으로 가장 가까운 번호이기 때문이다. FN 551.26은 PSL 사양에서 정의될 수 있으며, 이 다음에 오는 숫자들은 제조업자 사용을 위한 것으로서 등록될 수 있다. 이와 같이, 조명 제조업자는 시각 효과를 조율하는 PC용 소프트웨어를 공급할 수 있다.

요청하는 디바이스 또는 PSL 관리자(피코넷 마스터 디바이스)는 스캐터넷에서 중재를 하여 요청 및 기능에 맞추도록 한다.

PSL은 또한 기능들이 할당되는 구조도 정의할 수 있다. FN에 의해 최소의 노력으로 도어록의 판매자와 협상할 수 있다. PSL은 또한 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)가 중요한 역할을 할 수 있는 작업의 구현에 대해 다른 장치들의 제조업자들을 용이하게 이해시켜 준다.

PSL에서의 기능 번호들은 일 실시예에서 요청 및 기능 적합성별로 그룹지어져 있다.

100 응급

200 통신

300 보안

400 위치 확인

500 편익 시설 및 공공 시설

600 연예 오락

700 컴퓨터 사용 및 정보

800 운송

900 기타

하위 기능 그룹들은 일 실시예에서는 다음과 같이 정의된다.

210 인터넷 접속(로컬 DB로의 증명서의 전송을 위함)

310 PIN을 통한 개인 식별

311 서명을 통한 개인 식별

312 지문을 통한 개인 식별

313 음성을 통한 개인 식별

314 얼굴을 통한 개인 식별

315 눈을 통한 개인 식별

342 지문 특징 추출 대조

520 도어록

550 조명

요청 및 이벤트들도 또한 PSL 사양에서 사용될 수 있다.

오프/온/이상/이하는 범용적인 요청이다. 사용자의 특정 요청은 사양에 있지 않을 수 있다. ACK, NAC와 같은 이벤트들도 또한 PSL 사양에 부가될 수 있다.

요청 및 확인 응답의 프로토콜 또는 구조는 패킷으로 브로드캐스트되는 이하의 특징들을 포함한다.

(a) PSL 이 패킷이 PSL 기능 요청임을 알려줌

(b) FUNCTION NUMBER(기능 번호) 요청된 기능을 알려줌

(c) REQUE 수행될 동작을 알려줌(오프/온, 록/언록)

(d) KEYS(키) 패킷의 권리를 인증함

(e) PAYLOAD(페이로드) 적용가능한 경우 데이터

PSL 사양은 암호화, 에러 검사 등의 블루투스 구조를 반복할 수 있지만 반복할 필요는 없다.

이하의 일련의 예들은 몇가지 실세계 적용에 있어서의 PSL 계층을 설명하는 기능을 한다.

넘어졌는데 일어날 수 없어 도움이 필요할 경우.

a) 블루투스 경보 버튼을 누르고 응급 서비스를 요청한다.

b) 스캐터넷에 있는 PC는 월드 와이드 웹에 접속하여 계약 서비스 공급자에 대한 호출을 실행하거나[레벨 1 (선호 레벨) 블루투스 서비스], 그에 부가하여 또는 실패할 경우 그 다음 레벨이 행해진다.

c) 블루투스를 갖는 전화는 911이나 서비스 제공업자에게 기록된 메시지로 전화를 걸거나(레벨 2 블루투스 서비스), 실패할 경우 그 다음 레벨이 행해진다.

d) 블루투스를 갖는 화재 경보가 기동되거나(레벨 3, 선호되지는 않지만 적용가능한 블루투스 서비스임), 실패할 경우 그 다음 레벨이 행해진다.

e) 화재 감지기는 관심을 끌기를 바라면서 소리 경보를 기동시킨다(레벨 4, 선호되지는 않지만 적용가능한 블루투스 서비스임).

f) 스캐터넷 내의 자동차는 경적을 기동시키고 전조등을 번쩍여 요원들에게 응급 상황임을 경보한다(레벨 5, 선호되지는 않지만 적용가능한 블루투스 서비스임).

사무실에 연락하기를 원할 경우.

a) 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)를 누른다.

b) 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)는 사무실내의 서버에 접속된 블루투스를 갖는 PC에 지문 식별 기능을 요청하여 교섭한다.

c) 서버는 그 다음에 블루투스를 갖는 도어록이 잠금 해제되도록 허가한다.

공항을 통과하고자 할 경우.

a) 평판이 좋지 않은 ID로 키오스크를 통해 수화물 체크인

b) 키오스크에서 ID로 좌석 배정 및 게이트 통과

c) ID로 수화물 찾기

텔레비전 프로그램들이 블루투스 TV에 방송되어 블루투스 가정에 특수 효과를 부가하여 13일의 금요일의 장래 버전을 지원할 수 있다.

대규모의 신용 거래를 하고자 하는 경우

a) 무선 송수신기 생체 인식 디바이스(3800)을 통해 내 PC로 내 신원을 확인시킨다.

b) PC는 거래 확인의 로그를 위해 부가의 GPS 위치를 요청한다.

다른 전형적인 용도들도 본 발명에 대한 설명을 보면 당업자에게는 자명할 것이다. 본 발명에 따른 공중 서비스 계층은 임의의 종류의 지문 스캐너를 포함하는 임의의 무선 송수신기 생체 인식 디바이스에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용될 수 있는 지문 스캐너는 실리콘 계열 지문 스캐너, 광학 지문 스캐너, 압전 지문 스캐너, 압전 필름 지문 스캐너 및 압전 세라믹 지문 스캐너가 있지만, 이에 한 정되는 것은 아니다.

결론

이상에서 본 발명의 여러가지 실시예들에 대해서 기술하였지만. 이들은 단지 일례로서 제시된 것일 뿐 어떤 한정을 위한 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 당업자라면 첨부된 청구항들에 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 상세에 있어 여러가지 변경이 이루어질 수 있다는 것도 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 이상 설명한 전형적인 실시예들의 어느 것에 의해서도 한정되어서는 안되며, 오로지 이하의 청구항들 및 그 등가물에 따라서만 정해진다.

본 명세서내에 포함되어 그 일부분을 구성하는 첨부 도면들은 본 발명을 예시한 것으로서, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명함과 동시에 당업자가 본 발명을 실시 및 사용할 수 있도록 하는 역할도 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 식별 디바이스를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 한줄로 늘어선 압전 소자들을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직사각형 압전 소자들의 어레이를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 압전 소자들의 어레이를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 소자들 사이에 충전 물질이 채워진 한줄로 늘어선 직사각형 압전 소자들을 나타낸 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 센서 어레이를 나타낸 도면이다.

도 8은 도 7a의 센서 어레이를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 9는 도 8의 센서 어레이가 주문형 반도체(ASIC)와 어떻게 접속되는지를 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 센서 어레이를 멀티플렉서에 어떻게 접 속해야 하는지를 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 식별 디바이스를 나타낸 도면이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 식별 디바이스의 회로 구성 요소들을 나타낸 도면이다.

도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 12의 센서 어레이에 입력 신호를 어떻게 인가하는지와 센서 어레이로부터 출력 신호를 어떻게 수신하는지를 나타낸 도면이다.

도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 13a의 스위치를 어떻게 제어하는지를 나타낸 도면이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 전형적인 전압 감지 회로를 나타낸 도면이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 센서 어레이에서의 크로스토크(cross-talk)를 어떻게 최소화시키는지를 나타낸 도면이다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 플로우챠트이다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 식별 디바이스를 사용하여 생체 인식 정보를 얻는 것을 나타낸 도면이다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 식별 장치 웨이크업(wake-up) 회로를 나타낸 도면이다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 골(fingerprint valley)이 로드된 압전 소자의 임피던스를 나타낸 도면이다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따라 지문 융선(fingerprint ridge)이 로드된 압전 소자의 임피던스를 나타낸 도면이다.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이 입력 신호를 나타낸 도면이다.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 어레이 출력 신호를 나타낸 도면이다.

도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 생체 인식 정보를 얻기 위해 식별 디바이스를 어떻게 사용하는지를 나타낸 도면이다.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라 뼈대 맵(bone map)을 얻기 위해 식별 디바이스를 어떻게 사용하는지를 나타낸 도면이다.

도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 빔 지향성(directivity) 및/또는 수신 빔 지향성을 나타낸 도면이다.

도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 소동맥 혈류 정보를 얻기 위해 식별 디바이스를 어떻게 사용하는지를 나타낸 도면이다.

도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 빔 지향성 및 수신 빔 지향성을 나타낸 도면이다.

도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 빔 지향성 및/또는 수신 빔 지향성을 나타낸 도면이다.

도 29는 본 발명의 일 실시예에 따라 모세 혈관 혈류 정보를 얻기 위해 식별 디바이스를 어떻게 사용하는지를 나타낸 도면이다.

도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 빔 지향성 및/또는 수신 빔 지향성을 나타낸 도면이다.

도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 플로우챠트이다.

도 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체 인식 디바이스를 나타낸 도면이다.

도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 생체 인식 디바이스를 나타낸 도면이다.

도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송수신기 생체 인식 디바이스를 나타낸 도면이다.

도 35는 도 34의 무선 송수신기 생체 인식 디바이스를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 36은 전자 판매 거래를 성립시키기 위해 도 34의 무선 송수신기 생체 인식 디바이스를 사용하는 것을 나타낸 도면이다.

도 37은 도 34의 무선 송수신기 생체 인식 디바이스의 여러가지 응용 분야를 나타낸 도면이다.

도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송수신기 생체 인식 디바이스를 나타낸 도면이다.

도 39는 공중 서비스 계층을 갖는 블루투스(BLUETOOTH) 디바이스들을 연결시켜주는 대표적인 피코넷을 나타낸 도면이다.

Claims

압전 세라믹 소자들의 어레이를 포함하는 압전 세라믹 센서로서, 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이는 각각의 소자들 사이에 음파 장벽을 포함하는 것인 상기 압전 세라믹 센서와,

상기 압전 세라믹 센서에 결합되며, 상기 압전 세라믹 센서로부터 입력을 수신하여 출력을 생성하는 처리기를 포함하고,

상기 압전 세라믹 소자들의 어레이로 고전압 신호가 입력되면 음파가 발생하며, 상기 처리기는 피부 표면으로부터 손가락 안으로 진행하는 상기 음파를 뼈대의 뼈 구조로부터 반사하는 것에 의해 에코 진폭을 일으켜서, 에코 진행 시간을 획득하고 상기 에코 진행 시간을 이용하여 뼈대의 맵을 표시하는 상기 출력을 생성하는 것인 생체 인식 감지 장치.
압전 세라믹 소자들의 어레이를 포함하는 압전 세라믹 센서로서, 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이는 각각의 소자들 사이에 음파 장벽을 포함하는 것인 상기 압전 세라믹 센서와,

상기 압전 세라믹 센서에 결합되며, 상기 압전 세라믹 센서로부터 입력을 수신하여 출력을 생성하는 처리기로서, 상기 처리기는 도플러 편이 검출기인, 상기 처리기를 포함하고,

상기 압전 세라믹 소자들의 어레이는 적어도 하나의 중첩 부분을 포함하는 전송 및 수신 지향성 빔 패턴을 더 포함하며, 상기 중첩 부분은 전송 개구와 수신 개구를 포함하며,

상기 처리기는 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이의 입력 신호에 반응하여 상기 전송 개구에서 음파 에너지를 발생하며, 동맥을 흐르는 혈구(blood cell)들에 의해 산란된 상기 음파 에너지를 상기 수신 개구에서 수신하며, 상기 수신 개구에서의 출력신호와 상기 도플러 편이 검출기의 기준 신호를 혼합하여 소동맥 혈류 정보를 표시하는 상기 처리기의 출력을 발생하는 것인 생체 인식 감지 장치.
제2항에 있어서, 상기 입력 신호는 고전압의 연속파 신호인 것인 생체 인식 감지 장치.
제2항에 있어서, 상기 도플러 편이 검출기의 기준 신호는 고전압의 연속파 신호인 것인 생체 인식 감지 장치.
제2항에 있어서, 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이는 각각이 작고 밀집된 감도 영역을 가지는 다수의 개구들을 더 포함하며, 상기 다수의 개구들을 이용하여 모세혈관 혈류 정보를 더 표시하는 상기 처리기의 출력을 발생하는 것인 생체 인식 감지 장치.
제5항에 있어서, 상기 처리기의 출력은 소동맥 혈류와 모세혈관 혈류의 비를 더 나타내는 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이는 적어도 100,000개의 소자들을 포함하는 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 세라믹 소자들은 50 마이크로미터의 공칭 피치 간격만큼 떨어져 있는 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음파 장벽은 공기인 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음파 장벽은 미소 구체(micro-sphere)들을 함유하는 에폭시인 것인 생체 인식 감지 장치.
제10항에 있어서, 상기 미소 구체들은 비닐인 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 세라믹 센서와 상기 처리기는 집적 회로로서 함께 패키징 되어 있는 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 음파 에너지를 전도하는 매체로서, 상기 매체와 상기 압전 세라믹 센서 사이에 저음파 에너지 장벽이 형성되도록 상기 압전 세라믹 센서에 결합되어 있는 상기 매체를 더 포함하는 것인 생체 인식 감지 장치.
제13항에 있어서, 상기 매체는 상기 음파 에너지를 조직(tissue)에 용이하게 전도시키는 임피던스를 갖는 것인 생체 인식 감지 장치.
제13항에 있어서, 상기 매체는 폴리머인 것인 생체 인식 감지 장치.
제15항에 있어서, 상기 매체는 우레탄인 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 세라믹 센서를 상기 처리기에 연결하는 멀티플렉서를 더 포함하는 것인 생체 인식 감지 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 세라믹 센서에 결합되어, 상기 음파 장벽으로서 작용하는 배킹 물질(backing material)을 더 포함하는 것인 생체 인식 감지 장치.
제18항에 있어서, 상기 배킹 물질은 테프론(TEFLON) 발포재 또는 산화 알루미늄인 것인 생체 인식 감지 장치.
(1) 생체 대상물을 압전 세라믹 소자들의 어레이 가까이에 갖다 대는 단계로 서, 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이는 각각의 소자들 사이에 음파 장벽을 포함하는 것인, 상기 생체 대상물을 압전 세라믹 소자들의 어레이 가까이에 갖다 대는 단계와;

(2) 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이의 음파 영역에 손가락의 일부를 갖다 대는 단계와;

(3) 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이에 고전압 신호를 입력하여 음파를 발생하는 단계와;

(4) 피부 표면으로부터 상기 손가락 안으로 진행하는 상기 음파를 뼈대의 뼈 구조로부터 반사하는 것에 의해 에코 진폭을 일으켜서, 에코 진행 시간을 획득하는 단계와;

(5) 상기 에코 진행 시간을 이용하여 뼈대의 맵을 표시하는 출력을 발생하는 단계를 포함하는 생체 인식 데이터의 획득 방법.
(1) 생체 대상물을 압전 세라믹 소자들의 어레이 가까이에 갖다 대는 단계로서, 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이는 각각의 소자들 사이에 음파 장벽을 포함하는 것인, 상기 생체 대상물을 압전 세라믹 소자들의 어레이 가까이에 갖다 대는 단계와;

(2) 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이에 적어도 하나의 중첩 부분을 포함하는 전송 및 수신 지향성 빔 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 중첩 부분은 전송 개구와 수신 개구를 포함하는 것인 상기 전송 및 수신 지향성 빔 패턴을 형성하는 단계와;

(3) 상기 압전 세라믹 소자들의 음파 영역에 손가락의 일부를 갖다 대는 단계와;

(4) 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이의 입력 신호에 응답하여, 상기 전송 개구에서 음파 에너지를 발생하고, 동맥을 흐르는 혈구(blood cell)들에 의해 산란된 상기 음파 에너지를 상기 수신 개구에서 수신하는 단계와;

(5) 상기 수신 개구에서의 출력 신호와 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이에 결합된 도플러 편이 검출기의 기준 신호를 이용하여, 소동맥 혈류 정보를 표시하는 출력을 발생하는 단계를 포함하는 생체 인식 데이터의 획득 방법.
제21항에 있어서, 상기 압전 세라믹 소자들의 어레이에 각각이 작고 밀집된 감도 영역을 가지는 다수의 개구들을 형성하는 단계와;

상기 다수의 개구들을 이용하여 모세혈관 혈류 정보를 더 표시하는 상기 출력을 발생하는 단계를 더 포함하는 것인 생체 인식 데이터의 획득 방법.
제22항에 있어서, 소동맥 혈류와 모세혈관 혈류의 비를 더 표시하는 상기 출력을 발생하는 단계를 더 포함하는 것인 생체 인식 데이터의 획득 방법.
제21항에 있어서, 상기 입력 신호는 고전압의 연속파 신호이며, 상기 기준 신호는 상기 입력 신호인 것인 생체 인식 데이터의 획득 방법.