KR20080005972A - 다중분광 생체계측 센서 - Google Patents

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KR20080005972A
KR20080005972A KR1020077027365A KR20077027365A KR20080005972A KR 20080005972 A KR20080005972 A KR 20080005972A KR 1020077027365 A KR1020077027365 A KR 1020077027365A KR 20077027365 A KR20077027365 A KR 20077027365A KR 20080005972 A KR20080005972 A KR 20080005972A
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로버트 케이. 로우
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루미다임 인크.
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Abstract

생체계측장치는 플래튼, 조명원, 광 검출기 및 제어기를 구비한다. 상기 제어기는 조명원과 광 검출기를 연결한다. 또, 제어기는 목적으로 하는 피부 부위를 플래튼 위에서 이동시키면서 단일 조명기간 동안 복수의 별개의 광학 조건 하에서 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령을 가진다. 상기 제어기는 목적으로 하는 피부 부위를 플래튼 위에서 이동시키면서 상기 다수의 별개의 광학 조건에 대해서 상기 목적으로 하는 피부 부위로부터 산란된 후 상기 광 검출기에 의해 수광된 광으로부터 상기 목적으로 하는 피부 부위의 다중 분광 화상을 얻으라는 명령도 포함한다.
플래튼, 조명원, 제어기, 광학 조건, 생체계측장치

Description

다중분광 생체계측 센서{MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSORS}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 미국 특허 출원 제60/675,776호(출원일: 2005년 4월 27일, 발명의 명칭: "MULTISPECTRAL BIOMETRIC SENSORS", 발명자: Robert K. Rowe)의 가출원은 아니고 그의 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 개시 내용은 모든 목적을 위해서 참조로 본 명세서에 반영되어 있다.
본 출원은 또한 이하의 각 출원에 관한 것이며, 이들 출원은 모두 모든 목적을 위해서 참조로 그의 전문이 본 명세서에 반영되어 있다: 미국 특허 출원 제11/115,100호(출원일: 2005년 4월 25일, 발명의 명칭: "MULTISPECTRAL IMAGING BIOMETRICS", 발명자: Robert K. Rowe); 미국 특허 출원 제11/115,101호(출원일: 2005년 4월 25일, 발명의 명칭: "MULTISPECTRAL BIOMETRIC IMAGING", 발명자: Robert K. Rowe et al; 및 미국 특허 출원 제11/115,075호(출원일: 2005년 4월 25일, 발명의 명칭:"MULTISPECTRAL LIVENESS DETERMINATION", 발명자: Robert K. Rowe). 이들 세 건의 출원은 각각 이하의 가출원의 각각의 가출원은 아니며, 이들 출원의 모든 개시 내용 역시 모든 목적을 위해서 참조로 본 명세서에 반영되어 있다: 미국 가특허출원 제60/576,364호(출원일: 2004년 6월 1일, 발명의 명칭: "MULTISPECTRAL FINGER RECOGNITION", 발명자: Robert K. Rowe 및 Stephen P. Corcoran); 미국 가특허출원 제60/600,867호(출원일: 2004년 8월 11일, 발명의 명칭: "MULTISPECTRAL IMAGING BIOMETRIC", 발명자: Robert K. Rowe); 미국 가특허출원 제60/610,802호(출원일: 2004년 9월 17일, 발명의 명칭: "FINGERPRINT SPOOF DETECTION USING MULTISPECTRAL IMAGING", 발명자: Robert K. Rowe); 미국 가특허출원 제60/654,354호(출원일: 2005년 2월 18일, 발명의 명칭: "SYSTEMS AND METHODS FOR MULTISPECTRAL FINGERPRINT SENSING", 발명자: Robert K. Rowe); 및 미국 가특허출원 제60/659,024호(출원일: 2005년 3월 4일, 발명의 명칭: "MULTISPECTRAL IMAGING OF THE FINGER FOR BIOMETRICS", 발명자: Robert K. Rowe et al).
본 출원은 또한 공중에게 양도된 미국 특허 출원 제11/009,372호(출원일: 2004년 12월 9일, 발명의 명칭: "METHODS AND SYSTEMS FOR ESTIMATION OF PERSONAL CHARACTERISTICS FROM BIOMETRIC MEASUREMENTS", 발명자: Robert K. Rowe)에 관한 것이며, 이 출원의 개시 내용은 모든 목적을 위해서 참조로 본 명세서에 반영되어 있다.
상기 언급된 각 출원은 본 명세서에서 일괄적으로 "관련 출원"이라 칭할 경우도 있다.
본 출원은 생체계측 센서에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 출원은 휴대용 전자 기기에 내장된 생체계측 센서에 관한 것이다.
전형적인 지문 센서는 단일 기능 혹은 제한된 범위의 기능(예컨대, 생체계측 데이터를 수집하고, 휴대폰상에서 지시장치(pointing device)로서도 작용함)을 수행하는 하드웨어 및 소프트웨어를 사용한다. 핸드폰, PDA 또는 랩톱 컴퓨터 등의 휴대용 전자 기기(PED: portable electronic device)의 일부로서 생체계측 센서를 필요로 하는 용도에 있어서, 지문 판독기의 추가는 전체적인 시스템의 비용 및 복잡성을 상당히 증가시킬 수 있다. 많은 경우, 반도체기반 지문 센서는 이들이 소형으로 또한 비교적 저렴한 비용으로 제작될 수 있으므로 PED 용도로 선택된다. 그러나, 반도체 판독기는 비교적 부서지기 쉬워, 정전 방전, 스크래치, 마모, 물 등의 기타 영향으로부터 보호할 필요가 있다. 전형적으로 광학 지문 기술은 이들 영향에 대해 더욱 강력하게 제조될 수 있지만, 너무 크고 너무 복잡하여 소형의 간편한 센서를 필요로 하는 PED 혹은 기타 용도에 내장하는 것은 생각할 수 없는 경우가 있다.
따라서, 생체계측 센서를 PED 등에 내장시키는 개량된 방법 및 시스템에 대한 당업계의 전반적인 요구가 있었다.
발명의 개요
본 발명의 실시형태는 생체계측 시스템을 제공하는 것이다. 이 생체계측 시스템은 플래튼(platen), 조명원, 광 검출기 및 제어기를 포함한다. 상기 제어기는 상기 조명원과 광 검출기를 연결한다. 상기 제어기는 개체의 목적으로 하는 피부 부위가 상기 플래튼 위를 이동하면서 단일 조명기간 동안 복수의 별개의 광학 조건 하에서 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령을 가진다. 또, 상기 제어기는 상기 목적으로 하는 피부 부위가 플래튼 위를 이동하면서 복수의 별개의 광학 조건의 다수의 각각에 대해서 상기 목적으로 하는 피부 부위로부터 산란된 후 광 검출기에 의해 수광된 광으로부터 상기 목적으로 하는 피부 부위의 다중 분광 화상을 얻으라는 명령도 갖는다.
다른 실시형태에 있어서, 피부 부위는 플래튼과 접촉해도 되고 혹은 플래튼과 접촉하고 있지 않아도 된다.
일부의 실시형태에 있어서, 다중분광 화상을 얻으라는 명령은 목적으로 하는 피부 부위를 플래튼 위에서 이동하면서 목적으로 하는 피부 부위의 상이한 부분으로부터 유래된 복수의 화상의 복합체를 생성하라는 명령을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플래튼은 광 검출기에 대해서 피부 부위의 위치를 이동시키는 롤러를 포함할 수 있다.
조명원은 전 내부반사조건(total internal reflectance conditions) 하에 플래튼을 조명하도록 배치된 제1조명원을 포함할 수 있다. 따라서, 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 대응하는 명령은 피부 부위가 간접적으로 조명되도록 제1 광원으로 플래튼을 조명하라는 명령을 포함할 수 있다. 조명원은 피부 부위를 직접 조명하도록 배치된 제2광원을 더 포함할 경우도 있다. 피부 부위를 조명하라는 대응하는 명령은 피부 부위를 제2광원으로 직접 조명하라는 명령을 더 포함할 수 있다.
일부의 실시형태에 있어서, 화상기(imager)는 상이한 조명 파장 또는 파장 범위에 대응하는 다수의 서브화상(subimage)을 제공하는 컬러 화상기를 포함할 수 있다. 다수의 서브화상을 형성하는 파장은 때로는 다수의 단색 조명원으로부터 유래될 수 있거나, 또는 때로는 1개 이상의 광대역 조명원으로부터 유래될 수도 있다
일부의 실시형태에 있어서, 생체계측 시스템은 휴대용 전자 기기와 일체화되어 있을 수 있다. 이러한 경우, 제어기는 생체계측 시스템을 구비하지 않은 동종의 휴대용 전자 기기에 의해 수행될 수 있는 바와 같은, 광 검출기를 포함하는 화상화 시스템(imaging system)에 의해 비생체계측 기능(nonbiometric function)을 수행하라는 명령을 추가적으로 포함할 수 있다. 조명원은 백색 광원일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 도광관(lightpipe)은 조명원으로부터의 광을 플래튼으로 도광한다. 이러한 실시형태에 있어서, 비생체계측 기능을 수행하라는 명령은 상기 조명원과 화상화 시스템의 양쪽 모두에 의해 비생체 계측 기능을 수행하라는 명령을 포함할 수도 있다.
도 1A, 도 1B 및 도 1C는 본 발명의 일 실시형태에 따른 에어리어 센서(area sensor)의 정면도, 측면도 및 등각투영도;
도 2A, 도 2B 및 도 2C는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 정적 스윕 센서(static swipe sensor)의 정면도, 측면도 및 등각투영도;
도 3은 일 실시형태에 따른 도광관을 가진 정적 스윕 센서의 예시도;
도 4A, 도 4B 및 도 4C는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 롤러 스윕 센서의 정면도, 측면도 및 등각투영도;
도 5는 일 실시형태에 있어서 직접 조명을 포함하는 롤러 스윕 센서의 예시 도.
발명의 상세한 설명
오늘날 많은 PED는 디지털 화상화 능력을 포함한다. 디지털 카메라의 용도는 기념 및/또는 공유용의 즐거움을 주는 사진 촬영에서부터 비즈니스 화상 회의용의 랩톱에서의 카메라의 사용에까지 이른다. PED에 사용되는 화상기는 전형적으로 바이엘 패턴(Bayer pattern)으로 배열된 적색-녹색-청색 필터 어레이로 덮인 실리콘 화상화 어레이를 가진 컬러 화상기이다. 카메라 해상도는 통상 640×480(VGA) 또는 1280×1024(XGA), 또는 그 이상이다. 1개 이상의 렌즈 혹은 기타 광학 소자에 의해 화상화(결상)가 제공된다. 일부의 경우에 있어서, 광학 시스템은 광범위한 초점 거리를 가능하게 하는 다양한 초점 설계로 되어 있다. 일부의 경우에 있어서, 광학 시스템은 대규모 사진촬영을 수행할 수 있다.
대부분의 PED는 각종 목적을 위해 1개 이상의 광원을 포함한다. 많은 경우에 있어서, 이들 광원은 단색 혹은 광대역("백색광") 형태의 발광다이오드(LED)이다. 몇몇 경우에 있어서, 광원은 키보드에의 조명, 화면용의 역광 공급 혹은 디지털 화상화용의 전자 플래쉬의 공급 등의 목적을 위해 사용된다.
다중분광 화상화(MSI: multispectral imaging) 시스템 및 방법은 다른 지문 화상화 기술에 비교해서 바람직한 특성을 가지는 관련된 용도에 있어서 본 발명자에 의해 개시되어 있다. 다중분광 화상화는 단일 조명기간 동안 복수의 별개의 광학 조건 하에 소정 부위를 조명하는 것을 특징으로 한다. 별개의 광학 조건 하에 서의 조명은 때로는 동시에 수행되고, 때로는 다른 실시형태에 있어서 순차 수행된다. 이러한 다수의 광학 조건의 사용은 시스템에 고장을 일으키는 인위적인 혹은 개조된 샘플을 사용하려는 시도를 검출하는 센서의 능력을 향상시킬 뿐만 아니라 생체계측 센서의 전반적인 성능을 향상시키는 데 사용될 수 있는 추가 정보를 제공한다. 일부의 경우에 있어서, 다수의 광학 조건은 연령, 성별 및 민족성 등의 개인적인 특성을 평가하는 데 사용될 수 있는 추가 정보를 제공한다. 또, 다수의 광학 조건으로는 다수의 조명 파장, 다수의 편광 조건 및 다수의 조명 및/또는 화상화 각도를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 전 내부반사(TIR) 효과에 의해 실질적으로 영향받는 화상을 생성하는 각도는 TIR에 의해 실질적으로 영향받지 않는(즉, "직접 조명") 각도와는 다른 상보적인 정보를 제공한다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, TIR 효과는 센서 플래튼과 그 위에 놓인 손가락 간의 굴절률 차의 유무에 기인한다. 계면에서의 광의 각도가 스넬의 법칙(Snell's law)으로부터 결정된 임계각보다 크고 지문의 공기로 채워진 오목한 부분이 플래튼의 특정 위치에 존재하는 경우, 공기-플래튼 굴절률 차로 인해 TIR이 플래튼에서 일어난다. 대안적으로는, 적절한 굴절률을 가진 피부가 플래튼과 광학 접촉하면, 이 위치에서의 TIR은 "실패"하여, 광의 플래튼-피부 계면의 횡단을 허용한다. 손가락이 플래튼과 접촉하는 영역에서의 TIR의 차의 맵이 종래의 광학 지문 판독의 기반을 형성한다. 명시야 광학 구성과 암시야 광학 구성 모두에 있어서의 광학 계면의 이 변동을 검출하는 데는 다수의 광학 구성이 이용된다.
예시의 목적을 위해서, 이하의 설명에서는 계측 수행시 "손가락"을 이용하는 것을 참고로 해서 설명한다. 그러나, 이러한 예시는 제한하기 위해 의도된 것은 아님을 이해할 수 있을 것이다. 사용가능한 다른 부위로는 손가락 및 엄지 손가락의 모든 표면과 모든 연결부, 손톱, 손톱 바닥, 손바닥, 손등, 손목, 팔뚝, 얼굴, 눈, 귀 및 신체의 기타 모든 외표면을 들 수 있다.
일부의 실시형태에 있어서, 센서는 피부의 표면을 투과하여 피부 및/또는 그 밑의 조직 내에서 산란되는 광의 복수의 개별적인(discrete) 파장을 제공한다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "개별적인 파장"이란 싱글 빈드 유닛(single binned unit)으로서 처리되는 파장 또는 파장 대역의 세트를 의미하는 것으로 의도되며, 각 빈드 유닛에 대해서, 정보는 해당 빈드 유닛으로부터만 전체로서 추출되고, 상기 빈드 유닛의 개별적인 파장 서브세트로부터는 추출되지 않는다. 일부의 경우에 있어서, 빈드 유닛은 불연속적일 수 있으므로, 복수의 개별적인 파장이 제공된 경우, 임의의 쌍의 파장 또는 파장 대역 사이의 소정의 파장이 제공되지 않지만, 이것은 필요하지 않다. 일부의 경우에 있어서, 빈드 유닛은 중첩될 수 있으므로, 개별적인 파장이 제공된 경우 2개 이상의 유닛이 일부의 상대비율로 응할 수 있다. 일부의 경우, 파장은 자외-가시-근적외 파장 영역 내이다.
피부 및/또는 그 밑의 조직에 의해 산란된 광의 일부는 피부를 빠져나가고, 피부의 표면에서 혹은 그 밑의 조직의 구조의 화상을 형성하는 데 이용된다. 일부의 실시형태에 있어서, 이러한 화상은 지문 화상을 포함할 수 있고, 여기서, "지문"이란 용어는 광범위하게는 피부무늬 특성 및/또는 기타 조직 특성을 가진 임의의 피부 부위의 임의의 재현을 지칭하는 데 이용된다.
따라서, 본 발명의 실시형태는 단일 화상기 및 많은 PED에 이미 내장된 것과 유사한 기타 소수의 부품에 의해 MSI 데이터 세트를 수집하는 개량된 시스템 및 방법을 제공한다. 또한, 임의의 실시형태는 생체계측 기능성을 달성하면서 일반적인 화상화 기능성을 유지할 수 있는 방식으로 PED에 있어서 기존의 화상화 시스템의 설계를 채용하는 것이 유리하다.
도 1A, 도 1B 및 도 1C는 본 발명의 일 실시형태를 나타낸다. 센서(101)는 손가락(111)을 플래튼(105) 상에 접촉시켜 생체계측 데이터를 수집하도록 구성되어 있다. 광원(103)은 TIR 조명을 제공하면서 하나 이상의 측면으로부터 플래튼(105)을 조명한다. 손가락이 플래튼(105)에 접촉하지 않은 경우, 광원(103)으로부터 발사된 광의 상당한 부분이 플래튼(105) 속으로 진입하여 일련의 TIR 반사를 통해서 전달될 것이다. 그러나, 손가락(111)(또는 적절한 반사율의 물체)의 피부가 플래튼과 접촉할 경우, 플래튼에서의 광이 손가락(111) 속으로 통과할 수 있다. 다음에, 이 광의 일부는 피부에 의해 산란되어 플래튼(105)을 통해 광학계(107)를 향하게 되어, 화상기(109) 상에 손가락(111)을 결상한다. 광원(103)은 LED, 레이저 다이오드 혹은 퀀텀 도트 레이저(quantum dot laser) 등의 단색 광원일 수도 있고, 또는 이들은 백색 LED, 석영-텅스텐-할로겐 등의 각종 백열광원 및 기타 당업계에 공지된 것 등의 광대역 광원일 수도 있다. 광원(103a, 103b)은 동일한 파장 특성일 수도 있고 또는 다른 특성(예를 들어, 실질적으로 상이한 파장)일 수도 있고, 도시된 2개 이상의 광원일 수도 있다. 또, 광원(103)으로부터의 광이 플래튼(105) 속으로 향하는 렌즈, 미러 혹은 기타 광학 소자(도시 생략)일 수 있다.
화상화 시스템(107)은 1개 이상의 렌즈, 1개 이상의 미러 및/또는 기타 당업계에 공지된 광학 소자를 포함할 수 있다. 화상기(109)는 실리콘 CCD 또는 CMOS 어레이 등의 화상화 어레이일 수 있다. 화상기는 단색 화상기일 수도 있고, 또는 컬러 화상기일 수도 있다. 사용될 수 있는 컬러 화상기의 실현예로는 당업계에 공지된 바와 같이 다수의 단색 화상기와 조합된 바이엘 컬러 필터 어레이 및 파장-분할용 빔 스플리터를 들 수 있다. 사용될 수 있는 컬러 화상기의 다른 실현예로는 미국 특허 제6,958,194호(발명의 명칭: "IMAGER WITH IMPROVED SENSITIVITY", 발명자: Peter J. Hopper et al)에 기재된 포베온(Foveon: 등록상표)사에서 제작된 접합-심도 필터링 장치이며, 상기 특허에 개시된 내용은 참조로 모든 목적을 위해서 본 명세서에 반영되어 있다. 또한, 센서(101)는 단파장 통과 광학 필터, 대역통과 광학 필터, 장파장 통과 광학 필터, 선형 편광기, 타원 편광기, 확산 산란 매체 및/또는 기타 광학 소자(도시생략)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 센서(101)는 컬러 RGB 화상기(109) 및 가변-포커스 광학 시스템(107) 또는 기타 손가락(111)의 집속 화상을 얻기 위한 기타 기구를 포함한다. 광원(103)은 백색 LED, 또는 화상기(109)의 적색-녹색-청색 통과 대역 내에 실질적으로 놓인 1개 이상의 파장을 가진 단색 LED의 소정 구성일 수 있다. 광학 시스템(107)은 기계적 포커스 시스템, 액체 렌즈, MEMS 광학 소자, 파면 부호화 기술을 실현하는 시스템 및/또는 당업계에 공지된 기타 유형의 광학 시스템을 포함할 수 있다. 광학 시스템(107)의 가변 포커스는 화상기로 하여금 손가락에서의 각종 깊이의 결상을 허용할 수 있다. 부가적으로, 가변 포커스는 화상기 로 하여금 플래튼(105) 위에 손가락(111)이 존재하지 않는 때에 종래의 화상화에 이용될 수 있게 한다. 광학 시스템(107)은 바코드 판독, 광학 스캔 및 기타 이러한 기능에 요구되는 매크로 화상화를 수행하는 기구를 제공할 수 있다. 또한, 광학 시스템(107)은 인물, 풍경 및 기타 대상과 같은 멀리 있는 대상을 촬영하는 기구를 제공할 수 있다. 일부의 경우에 있어서, 광학 시스템(107)은 플래튼(105)을 통해 직접 화상화할 수 있다. 다른 경우에 있어서, 플래튼(105)은 이동가능하거나 탈착할 수 있어, 화상기(109)로 하여금 플래튼(105)이 광로에 존재하지 않는 경우에는 종래의 화상화에 이용되고, 플래튼(105)이 존재할 경우에는 생체계측 과업에 이용될 수 있게 한다. 어떤 경우에는, 플래튼(105)은 1개 이상의 곡면을 포함하므로, 이들이 손가락(111)에 대해 포커스되는 광학 시스템(107)의 능력을 향상시키는 광학 파워를 제공하도록 할 수 있다.
도 2A, 도 2B 및 도 2C는 본 발명의 제2실시형태를 예시한다. 본 실시형태에 있어서, 플래튼(205)은 협소한 직사각형 형태이고, 광원(103)은 TIR 조명을 위해 제공된다. 마찬가지로(반드시 그렇지는 않지만), 화상기(209)는 적은 개수의 화소열로 이루어진 선형 어레이 혹은 직사각형 어레이일 수도 있다. 몇몇 경우에 있어서, 광학 시스템은 도 1A 내지 도 1C에 도시한 바와 같이 별도의 부품 대신에 도 2A 내지 도 2C에 도시한 바와 같이 화상기(209)와 일체화되어 있을 수 있다. 이 구성에 있어서, 손가락(111)은 화살표(213)로 표시된 어느 한 방향으로 센서의 상부 위를 "스윕"하거나 "러빙"(rubbing)할 수 있다. 다수의 화상 혹은 프레임이 스윕 동안 수집될 수 있고, 전체 손가락 영역의 화상은 이어서 당업계에 공지된 방 법으로 개별의 프레임으로부터 재구성되거나 "스티치"(stitched)될 수 있다. 조명원(103)이 광대역 광원을 포함하고 화상기(209)가 컬러 화상기를 포함하는 경우, 다수의 조명 파장에 대응하는 화상이 이 방식으로 동시에 수집될 수 있다. 이러한 복수의 화상은 동일성(identity) 판별, 생존 판별 및 스푸프(spoof) 검출, 개인 특성 평가 등의 생체계측 과업에 대해 유리하게 이용될 수 있다.
조명 형상의 변형예가 도 3에 부여되어 있다. 이 도면에 있어서, 도광관(305)은 멀리 있는 광원(도시 생략)으로부터의 광을 도광하는 데 이용된다. 도시된 바와 같이, 도광관(305)은 실제의 플래튼 표면으로서 형성될 수 있고, 플래튼 및 도광관은 복수의 상이한 부품을 포함할 수도 있다. 또한, 다수의 도광관이 이용될 수 있고, 기타 설계 제한과 일치하도록 다양한 형상이 선택될 수도 있다. 일부의 실시형태에 있어서, 도광관(305)은 광원(도시 생략)으로부터 광을 도광시키기 위해 그의 길이 전체를 통해 TIR을 유지하도록 설계되어 있다. 다른 경우, 도광관은 광투과를 돕기 위해 소정 부분에서 금속막 또는 기타 반사 재료로 도포되어 있을 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 피막은 다른 것보다 양호하게 소정 파장을 선택적으로 반사하는 재료일 수 있고, 이것은 도광관을 통해 전파되도록 광을 여파하는 기구를 제공한다. 조명용의 도광관의 사용은 스윕 및 단일-터치 구성을 비롯한 본 발명의 광범위한 실시형태에 적용될 수 있다.
도 4A, 도 4B 및 도 4C는 본 발명의 다른 실시형태를 예시하고 있다. 본 구성에 있어서, 롤링 플래튼(405) 위에 손가락(111)이 놓여 있다. 상기 플래튼(405)은 바람직하게는 플라스틱, 유리, 또는 광원(103)이 통과하여 TIR 조명을 제공할 수 있는 기타 종류의 것과 같은 광학적으로 투명한 재료이다. 롤링 플래튼(405)은 축(435) 상에서 회전가능한 반면, 화상기(409)는 적절한 광학 시스템(도시생략)을 통해서 손가락(111)을 볼 수 있다. 도 2A 내지 도 2C 및 도 3과 마찬가지 방법에 있어서, 화상기(409)는 다수의 프레임을 수집할 수 있는 한편, 손가락(111)이 스왑되어, 얻어진 복합 화상은 이들 프레임으로부터 재구성될 수 있다. 임의적으로, 광학식 엔코더 등의 위치 엔코더(425)는 롤링 플래튼(405)에 부착될 수 있다. 이와 같이 해서, 각 프레임이 수집되는 손가락의 위치가 결정될 수 있고, 전체 화상을 더욱 양호하게 재구성하는 데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 화상기(409)가 컬러 화상기를 포함하고, 조명원(103)이 광대역 광원을 포함할 경우, 상이한 파장의 다수의 화상이 동시에 수집될 수 있고, 다양한 생체계측 과업에 이용될 수 있다.
도 5는 도 4A 내지 도 4C의 변형예를 도시한 것으로, 이것은 광이 손가락(111)을 직접 조명할 수 있도록 상이한 배향의 광원(545)을 포함한다. 광원(545)은 선형 편광기와 같은 광학 편광 소자(도시생략)를 임의적으로 포함할 수 있다. 이러한 경우, 화상기(509)는 선형 편광기(도시 생략)와 같은 편광 소자를 포함할 수 있고, 이것은 조명 편광기에 실질적으로 수직으로 배향될 수 있다. 광원(545)에 의해 제공된 직접 조명은 다양한 방법을 이용해서 수행될 수 있지만, 중요하게는 이러한 광은 손가락(111)과 플래튼(505) 간에 일어날 수 있는 TIR 효과에 의해 실질적으로 영향받지 않는다. 유사한 직접 조명기술은 본 발명의 터치 센서 및 다른 스윕 실시형태와 함께 사용될 수 있다. 스윕 실시형태의 경우, 직접 및 TIR 조명은, 하나의 프레임이 TIR 조명에 의해 포착되고 제2프레임이 직접 조명 하에 포착되도록 시간변조될 수 있다. 이 변형예는 다음에 손가락 스윕 기간 전체에 걸쳐 계속될 수 있고, 2개의 상이한 화상(즉, 직접-조명되고 TIR-조명된)이 재구성될 수 있다. 유사한 시간-변조 방법은 별개의 파장, 별개의 편광, 또는 광학 특성의 차를 가진 다수의 조명원(직접 혹은 TIR)을 내포하는 실시형태에 적용될 수도 있다.
대안적으로, 화상기(509)가 컬러 필터 어레이를 포함할 경우, 직접 조명원(545) 및 TIR 조명원(503)은 상이한 파장일 수 있다. 특히, TIR 파장은 컬러 필터 통과대역 중 하나(예를 들어, 적색)를 실질적으로 통과하는 한편, 다른 필터 통과 대역(예를 들어, 청색 및 녹색)에 의해 실질적으로 차단되도록 선택될 수 있다. 마찬가지로, 직접 조명은 각각의 컬러 필터에 의해 통과해서 차단되는 상이한 파장(예를 들어, 청색)일 수 있다. 이와 같이 해서, 조명원(545), (503)은 모두 동시에 점등될 수 있다. 따라서, 얻어진 화상(처리된 색보다는 오히려 원래 형식)은 별개의 화상 유형을 생성하도록 용이하게 분리될 수 있다. 이러한 마찬가지의 접근법은 충분한 컬러 판별 특성 및 이에 따라 단색 조명원을 가진 충분한 개수의 상이한 컬러 필터를 이용해서, 임의의 개수의 상이한 화상화 조건에 적용할 수 있다.
다른 대안적인 예에 있어서, 도 5의 실시형태는 TIR 화상 및 직접 화상이 분리가능하다기보다 오히려 부가되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 단색 화상기(509)의 경우, 직접 조명원(545)과 TIR 조명원(503)은 모두 동시에 점등될 수 있으므로, 결과적으로 두 광원에 의해 화상으로 된다. 마찬가지로, 컬러 화상 기(509)의 경우, 두 조명원(545), (503)은 동일 파장을 가질 수도 있거나, 또는 양쪽 모두 광대역 광원일 수도 있고, 결과적으로 마찬가지의 부가적인 화상이 얻어진다.
일부의 경우, 직접 조명은 TIR 조명 없이 사용될 수 있다. 이러한 경우, 비접촉 계측은 조명되어 화상화될 수 있도록 화상기로부터 적절한 거리에 손가락, 손 또는 기타 신체 부분을 유지함으로써 수행될 수 있다. 비접촉 화상화의 경우, 플래튼은 시스템으로부터 제거될 수도 있다. 일부의 경우에 있어서, 직접 조명은 몇몇 PED에 존재하여 플래시 기능을 수행하는 것과 같은 백색 LED를 이용해서 수행될 수도 있다. 상기 화상기(509)는 단일 조명기간 동안 다수의 파장에 대응하는 다수의 화상의 수집을 가능하게 하는 컬러 화상기일 수 있다.
상기 화상기(509)가 컬러 화상을 포함하는 경우, 후속의 처리 공정은 얻어진 컬러 화상을 일련의 서브화상으로 분리함으로써 원조될 수 있고, 각 서브화상은 실질적으로 상이한 조명 파장 조건을 나타낸다. 예를 들어, 컬러 화상기가 바이엘 형태인 경우, 적색, 청색 및 2개의 녹색 채널에 대응하는 원래의 RGB 데이터로부터 4개의 서브화상이 추출될 수 있다. 각 서브화상은 화소 크기와 거의 동일한 양만큼 다른 것으로부터 약간 벗어나 있지만, 4개의 서브화상 모두가 다수의 조명 조건 하에서 동일한 대상을 실질적으로 나타낸다. 이러한 서브화상 생성은 컬러 화상기를 이용하는 본 발명의 모든 실시형태에 있어서 광범위하게 적용가능하다.
몇몇 경우에 있어서, 본 발명의 실시형태는 다른 종류의 지문 센서와 병용해도 된다. 예시의 목적으로, 도 2A 내지 도 2C에 도시한 다중분광 화상기의 스윕 구성은 전기 용량, RF, 또는 감열 기술 등의 상이한 형식의 스윕 센서와 근접하게 위치되거나 혹은 일체화될 수 있다. 이와 같이 해서, 다수의 형식이 각 사용자 동작 동안 생체계측 데이터를 수집하는 데 이용될 수도 있다.
이와 같이 해서, 위에서는 수개의 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명의 정신으로부터 벗어나는 일없이 각종 변화, 대안적인 구성 및 등가 구성이 이용될 수 있음은 당업자가 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 이상의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨서는 안되고, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해 규정된다.

Claims (28)

  1. 본체;
    개체의 목적으로 하는 피부 부위의 배치를 위해 적합하며 상기 본체 내에 일체화되어 있는 플래튼;
    조명원;
    화상화 시스템(imaging system); 및
    상기 조명원과 화상화 시스템을 연결하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는
    단일 조명기간 동안 복수의 별개의 광학 조건 하에서 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령;
    상기 복수의 별개의 광학 조건의 다수의 각각에 대해서 상기 목적으로 하는 피부 부위로부터 산란된 후 상기 화상화 시스템에 의해 수광된 광으로부터 상기 목적으로 하는 피부 부위의 다중 분광 화상을 얻으라는 명령; 및
    상기 화상화 시스템에 의해 비생체계측 기능을 수행하라는 명령을 포함하는 휴대용 전자 기기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조명원은 백색광원을 포함하는 휴대용 전자 기기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위의 다중 분광 화상을 얻으라 는 명령은 상기 피부 부위를 상기 플래튼 위로 이동시키면서 상기 피부 부위의 상이한 부분의 복수의 화상을 얻으라는 명령을 포함하는 휴대용 전자 기기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다중분광 화상을 얻으라는 명령은 상기 피부 부위의 상이한 부분의 복수의 화상의 복합체를 생성하라는 명령을 더 포함하는 휴대용 전자 기기.
  5. 제3항에 있어서, 상기 플래튼은 상기 화상화 시스템에 대해서 상기 피부 부위의 위치를 이동시키는 롤러를 포함하는 휴대용 전자 기기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플래튼은 광학적으로 투명한 휴대용 전자 기기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조명원은 전 내부반사조건 하에 상기 플래튼을 조명하도록 배치된 제1광원을 포함하는 휴대용 전자 기기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령은 상기 피부 부위를 간접적으로 조명하도록 상기 제1광원으로 상기 플래튼을 조명하라는 명령을 포함하는 휴대용 전자 기기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조명원은 상기 피부 부위를 직접 조명하도록 배치된 제2광원을 더 포함하고;
    상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령은 상기 제2광원으로 상기 피부 부위를 직접 조명하라는 명령을 더 포함하는 휴대용 전자 기기.
  10. 제7항에 있어서, 상기 조명원으로부터 상기 플래튼으로 광을 도광하는 도광관을 더 포함하는 휴대용 전자 기기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 화상화 시스템은 상이한 조명 파장 혹은 조명 파장 범위에 각각 대응하는 복수의 서브화상(subimage)을 제공하는 컬러 화상기를 포함하는 휴대용 전자 기기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 조명원은 상이한 파장의 복수의 조명원을 포함하는 휴대용 전자 기기.
  13. 제1항에 있어서, 상기 비생체계측 기능을 수행하라는 명령은 상기 조명원과 화상화 시스템의 양쪽 모두에 의해 비생체계측 기능을 수행하라는 명령을 포함하는 휴대용 전자 기기.
  14. 플래튼;
    조명원;
    광 검출기; 및
    상기 조명원과 광 검출기를 연결하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는
    개체의 목적으로 하는 피부 부위를 상기 플래튼 위에서 이동시키면서 단일 조명기간 동안 복수의 별개의 광학 조건 하에서 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령; 및
    상기 목적으로 하는 피부 부위를 상기 플래튼 위에서 이동시키면서 상기 복수의 별개의 광학 조건의 다수의 각각에 대해서 상기 목적으로 하는 피부 부위로부터 산란된 후 상기 광 검출기에 의해 수광된 광으로부터 상기 목적으로 하는 피부 부위의 다중 분광 화상을 얻으라는 명령을 포함하는 생체계측장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위의 다중분광 화상을 얻으라는 명령은 상기 목적으로 하는 피부 부위를 상기 플래튼 위에서 이동시키면서 상기 목적으로 하는 피부 부위의 상이한 부분에 대해 유래된 복수의 화상의 복합체를 생성하라는 명령을 포함하는 생체계측장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 플래튼은 상기 광 검출기에 대해서 상기 피부 부위의 위치를 이동시키는 롤러를 포함하는 생체계측장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 플래튼은 광학적으로 투명한 생체계측장치.
  18. 제14항에 있어서, 상기 조명원은 전 내부반사조건 하에 상기 플래튼을 조명하도록 배치된 제1광원을 포함하고;
    상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령은 상기 피부 부위가 간접적으로 조명되도록 상기 제1광원으로 상기 플래튼을 조명하라는 명령을 포함하는 생체계측장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 조명원은 상기 피부 부위를 직접 조명하도록 배치된 제2광원을 더 포함하고;
    상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하라는 명령은 상기 피부 부위를 상기 제2광원으로 직접 조명하라는 명령을 포함하는 생체계측장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 광 검출기는 상이한 조명 파장 혹은 조명 파장 범위에 각각 대응하는 복수의 서브화상을 제공하는 컬러 화상기를 포함하고;
    상기 다중분광 화상은 복수의 서브화상을 포함하는 생체계측장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 조명원은 상이한 파장의 복수의 조명원을 포함하는 생체계측장치.
  22. 개체의 생체계측을 수행하는 방법에 있어서,
    개체의 목적으로 하는 피부 부위를 상기 플래튼 위에서 이동시키면서 단일 조명기간 동안 복수의 별개의 광학 조건 하에서 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하는 단계; 및
    상기 목적으로 하는 피부 부위의 다중분광 화상을 얻기 위해 상기 목적으로 하는 피부 부위를 상기 플래튼 위에서 이동시키면서 상기 복수의 별개의 광학 조건의 다수의 각각에 대해서 개별적으로 상기 목적으로 하는 피부 부위로부터 산란된 광을 수광하는 단계를 포함하는 생체계측 수행방법.
  23. 제22항에 있어서, 다중분광 화상을 얻기 위해 상기 목적으로 하는 피부 부위를 상기 플래튼 위에서 이동시키면서 상기 목적으로 하는 피부 부위의 상이한 부분에 대해서 얻어진 복수의 화상의 복합체를 생성하는 단계를 더 포함하는 생체계측 수행방법.
  24. 제22항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위는 상기 플래튼으로 구성된 롤러 위에 상기 목적으로 하는 피부 부위를 롤링(rolling)함으로써 상기 플래튼 위에서 이동되는 생체계측 수행방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하는 단계는 상기 피부 부위를 간접적으로 조명하도록 전 내부반사조건 하에 제1광원으로 상기 플래튼을 조명하는 단계를 포함하는 생체계측 수행방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위를 조명하는 단계는 상기 피부 부위를 제2광원으로 직접 조명하는 단계를 더 포함하는 생체계측 수행방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위는 상기 플래튼과 접촉하는 생체계측 수행방법.
  28. 제22항에 있어서, 상기 목적으로 하는 피부 부위는 상기 플래튼과 접촉하지 않는 생체계측 수행방법.
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