KR19980703743A - 지문 센서 - Google Patents

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녹 마이니 다이니
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Abstract

적어도 부분적으로 열 전도성인 표면(10), 양호하게는 지문의 패턴을 측정하는 방법 및 장치는, 검사될 표면의 실질적인 표면과 열 접촉하게 되는 복수의 센서 소자(15)를 가열하고, 센서 소자 각각의 온도 또는 온도 변화를 측정하여 각 센서 소자에 공급된 에너지에 관련한 열 손실에 대응하는 신호를 제공하고, 각 센서 소자의 상기 신호를 배열하여 센서 소자의 열 손실의 차이에 근거한 분절 화상을 제공하는 데에 특징이 있다.

Description

지문 센서
본 발명은 부분적으로 열 전도성인 표면, 양호하게는 지문의 패턴을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
지문을 이용한 식별은 패턴 감식 알고리즘의 효용이 크게 증가될뿐만 아니라 신용 카드 위조의 위험성이 증가된 결과로서 최근에 두드러졌다. 지문을 감식하는 몇몇 시스템들은 이미 마켓에서 사용가능했다. 지문을 기록하는데 사용되는 이러한 기술은 다양하다.
이미 공지된 몇몇 해결 방안은 하나 이상의 파장을 갖는 광을 사용하는 광학 기술에 기초한다. 이들은 지문 및 센서 표면 상의 먼지 및 오염에 민감하므로, 지문 및 센서의 청결이 필수적이다.
다른 대안 방법은 압력 측정이다. 그러나, 이 방법은 센서가 적어도 부분적으로 유연한 표면을 가져야 하기 때문에 센서 표면이 기계적 마모 및 손상에 민감하게 된다는 단점이 있다.
이러한 종류의 센서들은 변하는 조건 및 때로는 필수 조건에서 오랜 기간 동안 노출될 수도 있기 때문에, 센서는 가능한 한 지문 및 센서 상의 오염에 무감각하게 되도록, 그리고 외부로부터의 방해 및 센서내 전기 회로에 유해할 수 있는 전자기적 방전을 피하기 위해 전기적으로 차폐될 수 있도록 강한 표면을 가질 필요가 있다. 이전 사용으로부터 최근 프린트에 의해 방해받지 않으면서 지문을 판독할 수 있어야 한다. 또한, 패턴이 더이상 보이지 않는 마모된 지문을 판독할 수 있어야 한다. 몇몇 경우에, 예를 들어 신용 카드에서는, 센서가 콤팩트하게 만들어질 수 있다면 이롭다.
비용면에 있어서, 각 부품의 갯수의 최소화 및 간편화가 요구된다.
또 다른 대안은 밸리(valley)와 릿지(ridge) 사이의 온도차를 이용하여 지문의 패턴을 측정하는 것이다. 그러나, 이것은 상당히 민감한 검출기가 요구되며, 또한 상이한 환경에 기인한 온도 변화에 대해 민감하다. 이러한 종류의 센서들은 노르웨이 특허 제153,193호 및 미국 특허 제4,429,413호에 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 제조가 용이하고 값싸고 식별 카드 및 신용 카드 등에 통합될 수 있을 정도의 소형의 센서를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가적 목적은 가능한 한 지문 및 센서 상의 오염에 무감각하며 오랜 기간동안 수리하지 않고도 사용될 수 있는 센서를 제조하는 것이다.
본 발명에 따르면, 공지된 해결 방안에 관련된 문제점들은 청구항 1에 기재된 방법 및 청구항 7에 기재된 센서 디바이스를 사용하여 해결된다.
본 발명은 표면, 양호하게는 센서가 접촉된 지문의 열 전도성 차를 측정하여 열적 구조를 검출하는 것에 관련된다. 이것은 환경 온도와 무관하게 측정할 수 있게 한다.
먼지 또는 오염은 또 다른 대응 방법보다도 센서의 측정에 대해 덜 엄격하다. 비교적 평탄하고 얇은 층의 오염이 센서 상에 존재하는 경우, 그것은 픽쳐의 콘트라스트에 어느 정도 영향을 미치지만 지문은 여전히 판독될 수 있다. 측정된 열 전도에 영향을 미치는 대량의 먼지는 측정 오류를 발생시킨다.
측정될 대상에 의해 접촉되는 센서를 가열함으로써, 그리고 공급된 에너지에 관련된 최종 온도 변화(상대 온도)를 측정함으로써 열 전도성이 측정된다. 측정 대상이 큰 열 전도성을 가질수록 국부적 온도 변화는 작아진다. 열 도전성은 가열이 개시되거나 중지된 후 일정 주기 또는 소정 시간에 걸쳐 적분되는 시간의 함수로서 측정될 수 있다. 여러번의 측정 또는 각각의 측정 소자의 연속적 온도 제어는 측정 대상의 열 전도성의 측정을 제공할 뿐만 아니라 열 용량의 계산 능력을 제공한다.
가열은 본질적으로 여러 가지 방식으로 수행될 수도 있다. 한가지 가능한 방식으로는 전체 센서의 조인트 가열(joint heating) 방식이 있다. 조인트 가열을 얻기 위해서, 센서에 결합된 다른 전기 회로에서 발생되는 열이 사용될 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 개별 열원은 각 지점에서 제어된 정확한 측정치를 제공하는 각각의 개별 온도 센서에서 사용되어 본 방법 및 장치는 국부적 온도 변화에 덜 민감하다. 이것은 또한 향상된 온도 제어를 제공하는 각각의 온도 센서에서 공급된 에너지가 제어될 수도 있기 때문에, 그리고 표면 및 측정될 대상 가까이에 위치되어 가열될 물체가 보다 가까이 있기 때문에 에너지를 덜 사용할 수 있고 빠른 응답을 제공한다는 이점이 있다.
이제, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 센서 시스템의 위치의 개략 횡단면도이다.
도 2는 지문과 센서 사이의 접촉면을 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 도 2와 동일한 상황이지만 마모된 지문을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2와 본질적으로 동일하지만 센서에 접속된 전기 회로를 도시한 도면이다.
도 5는 온도 센서 회로의 개략도이다.
도 1에서는, 다른 회로와 관련된 센서의 위치에 대한 개략도가 도시되어 있다. 센서(1)은 지문과 직접 접촉되어 있다. 특히 센서(1)로부터의 데이타 수집을 제어 및 관리하기 위해 시스템 회로(4)가 제공된다. 센서(1) 하부에는 다른 전기 시스템 회로(4)로 및 전기 시스템 회로로부터 열 전도를 제한하기 위해 열적으로 절연하거나 부분적으로 절연하는 재료(2)로 이루어진 층이 제공된다. 층 절연을 향상시키기 위해 각각의 센서 소자 하부에 캐비티가 있는 층이 제공된다. 시스템 회로(4)로부터의 열이 열 전도성 측정에 사용되는 경우, 이 층은 보다 얇아질 수도 있다.
시스템 회로(4)와 절연층(2) 사이에는 센서 상의 또 다른 시스템 회로(5)로부터 균일한 열 분포를 제공하는 열 전도층(3)이 도시되어 있다. 이러한 방식에서는 순조롭고 정확한 측정이 보장된다.
센서의 물리적 두께는 다양하지만 식별 카드에 관련되어 사용되거나 식별 카드에 장착되어 사용되는 경우에는 시스템 회로(5)를 포함하여 양호하게는 0.5 ㎜ 미만이 가능하다.
센서에서 사용되는 최대 소망의 재료는 다음과 같다. 전기 회로는 양호하게는 공지된 실리콘 또는 갈륨 비화물(GaAs;gallium arsenide) 기술을 이용하여 반도체 재료들로부터 제조되며, 반도체 재료의 직접 장착을 허용하는 SiO2또는 다른 재료들에 의해 전기 및 열적 절연이 제공된다. 전기 도전체는 양호하게는 알루미늄 또는 금 또는 통상 반도체에 관련된 또 다른 물질들로 제조된다. 그것이 상당한 유연성 및 융통성을 제공하기 때문에 대안적으로, 신용 카드 및 식별카드에 관련되어 이로운 중합계 반도체, 도전체 및 절연 재료가 사용될 수도 있다.
도 2는 센서와 지문 사이의 접촉면을 상세히 도시한 도면으로, 여기서 센서는 센서에 화살표로 표시된 균일한 열 공급에 의해 가열된다. 지문은 그 사이에 밸리(14)를 갖는 릿지(13)을 포함한다. 피부는 외피(10)과 그 뒤쪽이 혈액이 순환하는(화살표로 표시됨) 영역(11)로 이루어진다. 릿지(13) 하부에는 특히 혈액이 순환되는 돌기(12)가 존재한다. 릿지(13)은 센서와 접촉하여 가열되며 손가락에서의 혈액 순환은 열을 멀리까지 전도시킨다. 밸리에서, 센서의 표면은 밸리(14) 내에 함유된 공기의 방사 및 열 도전의 2가지 메카니즘에 의해 본질적으로 냉각된다. 이들 냉각 메카니즘은 릿지(13)에서의 열 전도만큼 효율적이지는 않으므로 릿지(13)에서 측정된 상대 온도 Ts,r와 릿지가 아닌 곳에서 측정된 상대 온도 Ts,v사이의 차가 생기게 된다. 이들 온도는 온도 센서(15)를 사용하여 측정될 수도 있다. 모든 온도 센서(15)로부터의 측정치들이 수집되며 공급된 에너지에 대한 정보를 사용하여 지문을 나타내는 패턴이 만들어진다.
온도 센서(15)에서의 온도는 여러 시점에서 또는 연속적으로 측정될 수도 있다. 복수의 측정치 또는 연속적인 측정치를 사용하여 열 전도성 이외에 상이한 측정 지점에서의 효율적인 열 용량을 나타내는 픽쳐가 얻어질 수도 있다. 땀 관(8) 및 대량의 수분으로 인해 높은 열 용량을 가지는 주변 피부 셀(9)가 지문의 릿지에 포함되기 때문에, 열 용량 차가 밸리와 릿지를 구별하는 센서의 능력을 향상시킨다.
센서들이 온도를 측정하기 때문에, 하나의 센서로부터의 출력 신호는 지문에서의 측정 지점에서의 열 전도에 본질적으로 반비례한다. 그러므로, 이들 신호 배열은 열 전도의 분포를 나타내는 패턴 및 그에 따른 지문을 제공한다.
먼저, 온도 센서(15)는 종래의 전기적 소자이며, 다른 측정 기술, 예를 들어 광학 또는 청각이 이용될 수도 있다는 것은 자명하다.
측정된 지문의 콘트라스트는 공급 열을 증가시켜 향상될 수도 있다. 열 전도성 차 때문에 열이 멀리 전도되지 않은 영역은 다른 영역보다 빠르게 온도가 증가된다. 이것은 픽쳐 조작 또는 다른 광범위한 계산을 사용하지 않고 신호 내의 콘트라스트를 향상시키는 직접적인 방법을 제공한다.
도 3은 지문에서의 릿지가 마모되어 지문이 보이지 않는 대응 상태를 도시한다. 여기에서는 외피(10)의 두께에 의해 열 전도성 차가 주어진다. 이전 릿지(13)에 의해 이전 밸리(14)와 비교하여 열 도전성의 향상이 측정될 수도 있다. 이것은 센서로부터 혈액이 순환하는 영역까지의 거리가 돌기로 인해 밸리 영역(14)에서의 거리 dv보다 작기 때문이다. 따라서, 릿지 영역 내의 공급 열은 밸리 영역 내의 공급 열보다 보다 효율적으로 멀리 전도된다. 그러므로, 이러한 종류의 지문은 또한 효율적인 열 용량의 차 이외에 열 도전 차에 의해 기록될 수도 있다.
도 4는 센서의 전기 회로의 가능한 레이아웃의 개략도를 도시한다. 주변으로부터의 전기적 방해를 피하기 위해, 그리고 센서에 유해한 방전을 방지하기 위해 예를 들어 알루미늄 또는 다른 도체 또는 반도체 재료로 이루어지며 전기적으로 도전성인 접지층(20)이 지문에 가장 가깝게 이끌어진다. 이러한 층(20)은 또한 기계적 응력 및 화학적 부식으로부터 센서를 보호하기 위해 기계적으로 저항성인 재료, 예를 들어 SiO2, Si3N4또는 α-Al2O3로 이루어진 층을 포함할 수도 있다. 이들 층(20, 25)은 양호하게는 지문으로의 열 전도를 방지할 정도로 충분히 얇아야 하고 측정에 영향을 미친다.
센서 소자들(15) 사이에는 소자들 사이의 열 전도를 제한하는 절연 영역(23)이 존재한다. 실제로 센서 소자(15)는 서로 열적으로 절연하기 위해 절연 영역으로 둘러싸인다. 그러나, 본 발명의 범위 내의 실시예에서는 센서 소자(15) 사이에는 어느 정도의 열 전도가 허용된다. 이것은 특히 원치 않는 국부적 온도 변화를 억제하며, 즉 광범위한 계산을 사용하지 않고 픽쳐의 노이즈를 감소시키는 필터링 효과를 제공할 수도 있다.
소자들 사이의 열 도전은 재료 선택시 예를 들어 물리적 치수 및 절연 영역의 형태에 의해, 또는 열이 도전되도록 하는 전기적 도전층(20)의 두께를 조정함으로써 여러 방식으로 선택될 수도 있다.
공급 열의 증가와 센서 소자들 사이의 허용된 열 도전성 제어의 조합으로 인해, 신호를 균일하게 하면서 콘트라스트가 유지될 수도 있다.
절연 영역은 예를 들어 SiO2또는 유사한 재료로 제조될 수도 있다. 제조 측면에서 본 양호한 실시예에서는 절연 재료는 도 1의 열 절연층(2)과 같거나 대등하고, 또한 열 절연층(2)에 접속된다. 전자 회로의 집적 생산을 허용하는 재료를 선택하는 것이 제조 공정에 있어서는 유리하다.
도시된 예에서의 각각의 센서 소자(15)는 공지된 열량을 생성하는 대응된 열 소자(21)를 가진다. 도시된 예에서, 열 소자(21)는 Vk에 의해 및 전자 접촉 스위치(24)를 사용함에 의해 중심적으로 제어된다. 그러나, 열 공급을 국부적으로 제어하기 위해서 각각의 열 소자를 개별적으로 제어하는 회로를 제공하는 것이 가능하다. 이를 성취하기 위해 가능한 기술이 아래에 설명된다. 온도 센서로부터의 신호가 전자 접촉 스위치(22) 즉, 이중 게이트 MosFET 트랜지스터를 사용하여 어드레스되고 제어된다.
도 5에서, 온도 센서의 회로의 개략도가 도시된다. 센서의 도시된 예는 상술한 분절된 픽쳐내의 한 화소에 대응하는 512×512 센서 유닛(3)으로 구성되며, 개별적으로 판독되거나 또는 종래 방식으로 집단으로 동시에 판독된다. 센서의 물리적 크기는 측정될 지문에 따라 변할 것이나, 약 13×13mm2부터 시작한다. 화소 크기는 지문의 구조의 픽쳐를 제공할 정도로 충분히 작아야 한다. 상술한 체적을 사용할 때, 화소는 거의 25.4×25.4㎛2의 크기를 가질 것이다. 센서는 공통 반도체 기술 또는 중합 기술로 집적화된다.
행 및 열 레지스터(31, 32)는 센서의 일부 또는 시스템 회로의 일부로서 제공될 수 있으며, 개별 화소로부터 데이타를 수집하고 개별 화소를 어드레스하는데 사용될 수 있다.
행 및 열 레지스터(33, 34)는 센서 또는 시스템 회로로 구성될 수 있으며 각각의 열 소자를 어드레싱 및 제어하는데 사용될 수 있다.
각각의 센서 소자의 열을 국부적으로 제어하기 위해서, 당면 과제인 화소가 억세스 시간에 제약을 받으면서 반복적으로 어드레스될 수 있다. 그러므로, 센서 소자의 전자 회로를 통해 전류가 반복적으로 전송된다. 이로써 센서 소자의 열이 축적되어, 선택된 화소내의 열 공급의 부분 제어에 사용될 수 있다.
센서가 지문의 측정에 관련하여 상술되었다. 그러나, 표면의 열 전도성, 열 용량성 및/또는 열 구조가 가변하는 다른 표면에 사용될 수 있다. 예를 들면 지폐의 구조 또는 유사한 구조 표면의 측정에 사용될 수 있다. 측정된 대상의 열 전도성에 영향을 주는 한, 센서는 재료내의 틈 및 불규칙성과 같은 표면 부근의 비균질성을 검사하는데 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 부분적으로 열 전도성인 표면, 양호하게는 지문의 패턴을 측정하는 방법으로서, 다수의 센서 소자가 검사될 상기 표면(10)의 실질적인 부분과 열 접촉하여, 각 센서 소자의 온도를 측정하는 지문의 패턴 측정 방법에 있어서,
    상기 센서 소자(15)는 열원에 의해 가열되고,
    각 센서 소자의 온도는 일 회 이상 또는 연속적으로 측정되고,
    상기 측정된 각 센서 소자(15)의 온도 또는 온도 변화를 상기 공급되는 열과 비교하여 상기 센서 소자(15)로부터 상기 표면(10)으로의 열 손실의 측정을 제공하고,
    각 단일의 센서 소자(15)에서의 열 손실이 배열되어 상기 센서 소자로부터 상기 표면(10)으로의 열 손실의 변화에 기초한 상기 표면의 분절 화상을 제공하는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 단일의 센서 소자(15)에서의 측정은 개별적으로 제어 및 판독되는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 단일의 센서 소자(15)의 가열은, 예를 들어 해당 소자에 국부적 온도 센서를 어드레싱하여 이것이 열원으로 작용하도록 함으로써 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 소자(15)는 절연 재료(23)를 이용하여 부분적으로 열 절연되고, 상기 절연 재료(23)의 열 전도성은 상기 센서 소자(15)들 사이의 온도 차이의 완화를 원조하여 상기 분절 화상의 필터링 효과를 제공하는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분절 화상의 콘트라스트는 일반적으로 상기 센서에 또는 상기 센서 소자(15) 각각에 개별적으로 공급되는 열을 증가시킴으로써 증진되는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서 소자는 개별적으로 가열되고,
    상기 각 소자에 공급되는 열은 상기 소자의 온도 또는 온도 변화에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 방법.
  7. 적어도 부분적으로 열 전도성인 표면, 양호하게는 지문의 패턴을 측정하는 장치로서, 상기 표면(10)의 실질적인 부분과 열 접촉하는 데에 적합한 복수의 센서 소자(15)와, 상기 센서 각각의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(15)를 포함하는 지문의 패턴 측정 장치에 있어서,
    상기 센서 소자에서의 열 손실의 차이에 기초한 상기 표면의 전체적인 분절 화상을 만들기 위해서, 상기 센서 소자를 가열하기 위한 하나 이상의 디바이스(21)와 공지의 공급된 열과 상기 측정된 온도 또는 온도 변화에 근거하여 상기 센서 소자 각각의 열 전도성에 대응하는 신호를 발생하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 센서 소자 사이에 부분 절연성 재료(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 센서 소자(15) 각각에는 개별적인 열원(21)이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 장치.
  10. 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 소자 각각은 열 공급을 적어도 부분적으로 제어하는 데에 적합한 것을 특징으로 하는 지문의 패턴 측정 장치.
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