KR20130060875A

KR20130060875A - 지문 인식 센서 및 지문 인식 방법

Info

Publication number: KR20130060875A
Application number: KR1020110127167A
Authority: KR
Inventors: 이승섭; 정일권; 최재혁; 나준경
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10
Also published as: US8666126B2; US20130136321A1; KR101288178B1

Abstract

본 발명은 지문 인식 센서 및 지문 인식 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 2차원 평면 상에 마련되는 복수의 압전 센서, 및 상기 복수의 압전 센서 각각을 통해 방출되는 초음파 신호를 이용하여 지문을 검출하는 지문 감지부를 포함하고, 상기 지문 감지부는 상기 복수의 압전 센서 각각을 통해 방출되는 초음파 신호가 서로 중첩되는 상기 2차원 평면 상의 제1영역에서 혈류를 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단한다.

Description

지문 인식 센서 및 지문 인식 방법{SENSOR AND METHOD FOR DETECTING FINGERPRINT}

본 발명은 복수의 압전 센서를 통해 방출되는 초음파 신호가 중첩되어 상대적으로 높은 강도를 갖는 영역에서, 중첩된 초음파 신호를 이용하여 접촉된 물체 내의 혈류를 검출함으로써 위조 지문을 구분할 수 있는 지문 인식 센서 및 지문 인식 방법에 관한 것이다.

지문 인식 센서는 사람의 지문을 감지하는 센서로서, 기존에 널리 적용되던 도어락 등의 장치는 물론, 최근에는 전자 기기 전원의 온/오프 또는 슬립(sleep) 모드의 해제 여부를 결정하는 데에도 널리 이용되고 있다. 특히 최근에는 일반적으로 도어락에 적용되는 지문 인식 센서와 달리 작은 부피로 구현할 수 있는 스와이프(swipe) 타입의 지문 인식 센서도 개발되어 모바일 기기에도 지문 인식 센서가 그 적용 비율을 점차 늘려가는 추세이다.

지문 인식 센서는 그 동작 원리에 따라 초음파 방식, 적외선 방식, 정전용량 방식 등으로 구분할 수 있다. 이 가운데 초음파 방식은 복수의 압전 센서에서 방출되는 일정 주파수의 초음파 신호가 지문의 골(VALLEY)과 마루(RIDGE)에서 반사되는 경우 각각의 골과 마루에서의 음향 임피던스(Acoustic Impedance)차이를 초음파 발생원인 해당 복수의 압전 센서를 이용해 측정하여 지문을 감지하는 방식으로, 특히 초음파 방식의 장점은 단순한 지문 인식의 기능을 넘어서 초음파를 펄스(pulse) 형으로 발생시켜 그 반향파에 의한 도플러 효과를 검출함으로써 손가락 내부의 혈류 흐름을 파악할 수 있는 기능을 갖고 있으므로, 이를 이용하여 위조 지문 여부까지 판단할 수 있는 장점을 갖는다.

손가락에 흐르는 대부분의 혈류가 모세혈관을 따른 혈류임을 감안할 때, 도플러 효과를 이용하여 혈류 흐름을 감지하기 위해서는 매우 높은 강도의 초음파 신호를 생성해야 한다. 이를 위해, 종래에는 초음파 신호를 생성, 방출하는 복수의 초음파 신호 생성부에 의도적으로 위상 지연을 부여하거나, 또는 빔 포밍(Beam Forming) 방식을 적용하는 것이 일반적이었다. 그러나 위상 지연 내지 빔 포밍 방식을 적용하는 경우, 회로의 복잡도가 증가함은 물론 전체적인 크기가 증가하여 가격 경쟁력이 저하되고 지문 인식 센서의 소형화가 불가능해 그 적용 분야가 제한되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 압전 센서를 포함하는 지문 인식 센서에서, 복수의 압전 센서를 2차원 평면 상에 행렬 형태로 배치하고, 각 압전 센서에서 방출되는 초음파 신호가 중첩되는 제1영역에서 물체로부터 반사되는 초음파 신호를 이용하여 혈류를 감지한다. 따라서, 추가적인 회로 구성없이 간단한 구조로 생체 여부를 판단할 수 있는 지문 인식 센서를 구현할 수 있다.

본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 2차원 평면 상에 마련되는 복수의 압전 센서, 및 상기 복수의 압전 센서 각각을 통해 방출되는 초음파 신호를 이용하여 지문을 검출하는 지문 감지부를 포함하고, 상기 지문 감지부는 상기 복수의 압전 센서 각각을 통해 방출되는 초음파 신호가 서로 중첩되는 상기 2차원 평면 상의 제1영역에서 혈류를 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 지문 인식 센서를 제안한다.

또한, 상기 제1영역은 상기 2차원 평면의 중심점을 기준으로 소정의 면적을 갖는 영역인 지문 인식 센서를 제안한다.

또한, 상기 지문 감지부는, 상기 제1영역에서 혈류를 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 데에 실패하면, 상기 제1영역보다 큰 면적을 갖는 제2영역에서 혈류를 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 지문 인식 센서를 제안한다.

또한, 상기 지문 감지부는, 상기 복수의 압전 센서 각각에서 방출되는 초음파 신호에 의해 생성되는 음향 임피던스 차이에 기초하여 상기 지문을 검출하는 지문 인식 센서를 제안한다.

또한, 상기 지문 감지부는, 상기 지문의 골(valley)에 대응하는 제1 음향 임피던스와, 상기 지문의 마루(ridge)에 대응하는 제2 음향 임피던스의 차이에 기초하여 상기 지문을 검출하는 지문 인식 센서를 제안한다.

또한, 상기 복수의 압전 센서 사이에 마련되는 폴리머 충진재를 더 포함하는 지문 인식 센서를 제안한다.

또한, 상기 지문 감지부는, 상기 혈류에 의해 상기 초음파 신호에서 발생하는 주파수 변화를 상기 제1영역에서 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 지문 인식 센서를 제안한다.

또한, 상기 혈류의 속도에 기초하여 혈당량을 측정하는 혈당량 검출부를 더 포함하는 지문 인식 센서를 제안한다.

한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 2차원 평면에 행렬 형태로 마련되는 복수의 압전 센서를 통해서 특정 물체로 초음파 신호를 방출하는 단계, 상기 초음파 신호가 중첩되는 상기 2차원 평면의 제1영역 내에서, 상기 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 반사 신호를 검출하는 단계, 상기 초음파 신호와 상기 반사 신호 사이의 주파수 차이를 이용하여 상기 물체가 생체인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 지문 인식 방법을 제안한다.

또한, 상기 판단 단계는, 상기 초음파 신호와 상기 반사 신호 사이에서 상기 물체 내의 혈류에 의해 생성되는 주파수 차이를 이용하여 상기 물체가 생체인지 여부를 판단하는 지문 인식 방법을 제안한다.

또한, 상기 물체가 생체인지 여부를 판단하는 데에 실패하면, 상기 제1영역보다 큰 면적을 갖는 제2영역 내에서 상기 반사 신호를 검출하는 단계를 더 포함하는 지문 인식 방법을 제안한다.

또한, 상기 물체의 지문을 감지하는 단계를 더 포함하는 지문 인식 방법을 제안한다.

또한, 상기 지문 감지 단계는, 상기 지문의 골(valley)에 대응하는 제1 음향 임피던스와, 상기 지문의 마루(ridge)에 대응하는 제2 음향 임피던스의 차이에 기초하여 상기 지문을 감지하는 지문 인식 방법을 제안한다.

본 발명에 따르면 2차원 평면에 행렬 구조로 배열되는 복수의 압전 센서를 통해 초음파 신호를 방출하고, 방출된 초음파 신호가 서로 다른 음향 임피던스를 갖는 물체로 진행하는 경우 생성되는 반사 신호를 검출하여 지문을 감지한다. 또한, 방출된 초음파 신호가 중첩되어 상대적으로 높은 강도를 갖는 신호가 생성되는 2차원 평면의 제1영역 내의 반사 신호를 이용하여 혈류를 검출함으로써 별도의 구성 요소 추가 없이 지문과 동시에 생체 정보를 감지할 수 있는 지문 인식 센서를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 센서를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 센서의 동작 원리를 설명하는 데에 제공되는 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 센서를 나타낸 도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 인식 센서(100)는, 복수의 압전 센서(110), 복수의 압전 센서(110)와 전기적으로 연결되어 지문을 감지하는 지문 감지부(120), 및 복수의 압전 센서(110) 사이에 마련되는 폴리머 충진재(130)를 포함할 수 있다. 복수의 압전 센서(110)는 폴리머 충진재(130)와 함께 2차원 평면 상에서 행렬 구조로 어레이를 이루도록 배치될 수 있다.

지문 감지부(120)는 복수의 압전 센서(110) 각각에 연결되며, 특히, 각 압전 센서(110)의 높이 방향으로 상하에 마련되는 전극과 연결된다. 압전 센서(110)는 1-3 압전 복합체(piezo composite)일 수 있으며, 높이 방향으로 길게 연장되는 기둥부(pillar)의 상, 하면에 전극을 배치함으로써 제조될 수 있다. 기둥부는 PZT, PST, Quartz, (Pb, Sm)TiO3, PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbTiO3), PVDF 또는 PVDF-TrFe 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

지문 감지부(120)는 기둥부의 상 하면에 마련되는 전극에 초음파 대역의 공진 주파수를 갖는 전압을 인가하여 기둥부를 상하로 진동시킴으로써 초음파 신호를 생성할 수 있다. 복수의 압전 센서(110) 각각의 상, 하면은 한 변 또는 그 지름이 40 내지 50㎛인 사각형 또는 원일 수 있다.

복수의 압전 센서(110)의 사이에 마련되는 폴리머 충진재(130)는 복수의 압전 센서(110) 각각의 진동이 서로 영향을 미치지 않도록 차단할 수 있다. 기둥 형상을 갖는 복수의 압전 센서(110)를 조밀하게 배치하고 그 사이에 폴리머 충진재(130)를 형성하는 방식으로 압전 센서(110)를 포함하는 어레이 구조물이 제조된다. 따라서, 동일한 면적 내에 많은 수의 압전 센서(110)가 배치될수록 제조 공정의 난이도가 증가하여 수율 저하 등과 같은 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 각각의 압전 센서(110)에서 생성되는 초음파 신호에 의해 지문의 골(valley)과 마루(ridge)로부터 생성된 음향 임피던스 차를 측정함으로써 지문을 정확하게 감지할 수 있으므로, 지문을 정확히 감지하기 위해서는 동일한 면적 내에 가능한 많은 수의 압전 센서(110)를 배치할 필요가 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 센서를 간단하게 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 인식 센서(200)는 복수의 압전 센서(110)와 폴리머 충진재(130)를 포함하는 압전 센서 어레이(210), 및 지문 감지부(220)를 포함한다. 지문 감지부(220)는 신호 생성부(222), 신호 감지부(224), 연산부(226) 등을 포함할 수 있다.

압전 센서 어레이(210)는 도 1에 도시된 바와 같이 행렬 형태로 조밀하게 배치되는 복수의 압전 센서(110)와, 그 사이에 배치되어 각 압전 센서(110) 사이의 진동을 절연시키는 폴리머 충진재(130)를 포함할 수 있다. 압전 센서(110) 각각은 진동에 용이한 재료로 마련되는 기둥부(pillar)와, 기둥부의 상 하면에 전도성 물질로 마련되는 전극을 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 기둥부는 PZT와 같은 재료로 마련될 수 있으며, 전극은 전도성이 우수한 금속(Cu, Ag, Ni, Mo 또는 이의 합금 등)으로 형성될 수 있다.

신호 생성부(222)는 압전 센서 어레이(210)에 포함되는 압전 센서(110)의 전극과 전기적으로 연결되고, 각 전극에 소정의 주파수를 갖는 교류 전압을 인가한다. 전극에 인가되는 교류 전압에 의해 압전 센서(110)의 기둥부가 상하로 진동하면서 소정의 공진 주파수(ex> 10MHz)를 갖는 초음파 신호가 외부로 방출된다.

압전 센서 어레이(210) 상에는 소정의 보호층이 추가로 구비될 수 있으며, 보호층의 일면에 특정 물체가 접촉될 수 있다. 보호층의 일면에 접촉되는 물체가 지문을 포함하는 사람의 손가락인 경우, 지문에 존재하는 미세한 골(valley)과 마루(ridge)에 따라 압전 센서(110)가 방출하는 초음파 신호의 반사 패턴이 다르게 결정된다.

보호층의 일면과 같은 접촉면에 어떠한 물체도 접촉되지 않은 경우를 가정하면, 접촉면과 공기(air)의 매질 차이로 인해 압전 센서(110)에서 생성되는 초음파 신호는 거의 대부분이 접촉면을 통과하지 못하고 반사되어 되돌아온다. 반면, 접촉면에 지문을 포함하는 특정 물체가 접촉된 경우에는, 지문의 마루(ridge)에 직접 맞닿은 압전 센서(110)에서 생성되는 초음파 신호의 일부가 접촉면과 지문의 계면을 통과하게 되고, 생성된 초음파 신호의 일부만이 반사되어 되돌아온다. 이와 같이 반사되어 돌아오는 초음파 신호의 세기는 각 물질의 음향 임피던스에 따라 결정될 수 있다. 결국 신호 감지부(224)는 지문의 골(valley)과 마루(ridge)에서 초음파 신호에 의해 생성되는 음향 임피던스 차이를 각 압전 센서(110)로부터 측정하여 해당 압전 센서(110)가 지문의 마루(ridge)에 맞닿은 센서인지 여부를 판단할 수 있다.

연산부(226)는 신호 감지부(224)가 감지한 신호를 분석하여 지문 패턴을 연산한다. 앞서 설명한 바와 같이, 반사 신호의 강도가 낮게 생성된 압전 센서(110)는 지문의 마루(ridge)에 맞닿은 압전 센서(110)이며, 반사 신호의 강도가 높게 생성된 - 이상적으로는 출력되는 초음파 신호의 강도와 거의 동일하게 생성된 - 압전 센서(110)는 지문의 골(valley)에 대응하는 압전 센서(110)이다. 따라서, 각 압전 센서(110)에서 검출되는 음향 임피던스의 차이로부터 지문 패턴을 연산할 수 있다.

도 3 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 센서의 동작 원리를 설명하는 데에 제공되는 도이다.

도 3를 참조하면, 지문 인식 센서(300) 위에 손가락(330) 등의 물체가 접촉된다. 지문 인식 센서(300)의 단면 일부를 확대 도시한 원을 살펴보면, 지문 인식 센서(300)는 압전 센서(310)와 폴리머 충진재(320)가 교대로 배치되며, 압전 센서(310)의 제1면을 통해 소정의 주파수를 갖는 초음파 신호가 손가락(330)으로 방출된다.

손가락(330)이 접촉되지 않은 경우를 가정하면, 초음파 신호가 방출되는 압전 센서(310)와 공기 사이의 음향 임피던스 차이로 인해, 압전 센서(310)에서 방출되는 초음파 신호의 대부분이 압전 센서(310)와 공기의 계면을 통과하지 못하고 압전 센서(310) 내부로 되돌아 온다. 반면, 손가락(330)이 접촉된 경우에는 압전 센서(310)에서 방출되는 초음파 신호의 일부가 손가락(330)의 피부와 초음파 센서(310)의 경계면을 뚫고 손가락(330) 내부로 진행하게 되며, 따라서 반사되어 돌아오는 신ㅓ묘호의 강도가 낮아져 이로부터 지문 패턴을 감지할 수 있다.

육안으로는 확인이 어려우나, 손가락(330)의 지문은 수많은 골(333)과 마루(335)가 반복되어 나타나는 패턴을 가지며, 골(333)과 마루(335)가 반복되면서 높이 차를 나타낸다. 따라서, 도 3의 확대 단면도 부분에 나타난 바와 같이, 지문의 골(333)에서는 압전 센서(310)가 피부와 직접 맞닿지 않으며, 지문의 마루(335)에서는 압전 센서(310)가 피부와 직접 맞닿게 된다.

결국 지문의 골(333)에 대응하는 압전 센서(310)에서 방출되는 초음파 신호(340)는 외부로 극히 적은 신호만이 방출되고 거의 대부분의 초음파 신호가 내부로 반사되며, 지문의 마루(335)에 대응하는 압전 센서(310)에서 방출되는 초음파 신호(345)는 상당량이 손가락(330) 경계면을 통과하고 진행하여 반사되는 초음파 신호의 강도가 상대적으로 크게 감소한다. 따라서, 각 압전 센서(410)에서 지문의 골(430)과 마루(435)에 따른 음향 임피던스 차이로부터 발생하는 초음파 신호(440, 445)가 반사되어 되돌아오는 반사 신호의 세기 또는 반사 계수를 측정함으로써 손가락(430)의 지문 패턴을 감지할 수 있다.

도 4는 초음파 신호를 이용하여 유체의 흐름을 감지하는 방법을 나타낸 도이다. 손가락(330) 지문의 마루(335)에 대응하는 압전 센서(310)에서 생성되는 초음파 신호(345)는 손가락(330)의 경계면을 뚫고 내부로 진행할 수 있으며, 따라서 손가락(330) 내의 모세 혈관 등에서 흐르는 피의 흐름(혈류)을 감지할 수 있다. 다만, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 도플러 효과를 이용하기 때문에, 초음파 신호가 모세 혈관에 입사하는 입사각이 90°인 경우에는 혈류의 흐름을 감지할 수가 없으며, 입사각이 90°보다 작은 경우에 도플러 효과를 이용하여 혈류를 감지할 수 있다.

다만, 지문은 손가락(330)의 거의 끝에 형성되어 있으며, 따라서 지문 인식 센서에 밀착되는 손가락(330) 내의 혈관은 모세 혈관이며, 동맥이나 정맥 같이 굵고 혈류 속도가 빠른 혈관은 없는 경우가 대부분이다. 따라서, 압전 센서(310)에서 생성, 방출되어 손가락(330) 내부로 침투하는 초음파 신호(345)의 세기가 충분하지 못 하면, 초음파 신호(345)가 모세 혈관에 도달하지 못 하거나, 또는 모세 혈관까지 도달하더라도 신호의 강도가 부족하여 모세 혈관에서 느리게 흐르는 피를 검출하지 못할 수도 있다.

따라서, 손가락(330) 내의 모세 혈관을 흐르는 피를 감지하여 접촉된 손가락(330)이 생체인지 여부를 판단하기 위해서는, 모세 혈관까지 도달할 수 있고, 모세 혈관에서 흐르는 피를 감지할 수 있을 정도로 충분한 강도를 갖는 초음파 신호를 생성해야 한다. 이를 위해, 종래에는 빔 포밍 또는 위상 지연 방식을 이용하였으나, 빔 포밍 또는 위상 지연 방식을 적용하는 경우 하드웨어의 복잡도가 증가하고, 추가로 부가되어야 하는 모듈로 인해 가격 경쟁력 등이 저하되는 문제가 있다. 특히 위상 지연 방식을 적용하는 경우, 서로 다른 위상을 갖는 신호를 각각의 압전 센서(310)에서 생성하기 위해 회로의 복잡도가 크게 증가하는 문제가 있다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명에서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안하는 방식을 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 센서의 동작 원리를 설명하는 데에 제공되는 도이다.

도 5a를 참조하면, 지문 인식 센서에 포함되는 압전 센서 어레이의 단면이 도시되어 있다. 압전 센서 어레이는 교대로 배치되는 압전 센서(510)와 폴리머 충진재(520)를 포함하며, 각각의 압전 센서(510)에서는 소정 주파수를 갖는 초음파 신호가 방출된다. 앞서 설명한 바와 같이, 지문의 골에 대응하는 압전 센서(510)에서 방출되는 초음파 신호는 압전 센서(510)와 공기의 경계면을 통과하지 못하고 거의 대부분이 반사되어 되돌아오는 반면, 지문의 마루에 대응하는 압전 센서(510)에 대응하는 압전 센서(510)에서 방출되는 초음파 신호는 압전 센서(510)와 지문의 마루 사이의 경계면을 통과하여 신체 내부로 진행할 수 있다.

압전 센서(510)가 사각 기둥 형상을 갖는 경우, 압전 센서(510)의 상, 하면은 한 변의 길이가 40 내지 50㎛인 사각형일 수 있다. 매우 좁은 단면적을 갖는 압전 센서(510)와 폴리머 충진재(520)가 교대로 배치되기 때문에, 각각의 압전 센서(510)에서 생성, 방출되는 초음파 신호는 서로 중첩된다. 특히, 압전 센서(510) 어레이의 2차원 평면의 중심 영역(540)에 가까워질수록 더욱 많은 압전 센서(510)에서 방출되는 초음파 신호가 중첩되고 높은 강도의 초음파 신호가 생성된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 가장자리보다 중심 영역(540)에서 많은 초음파 신호가 중첩되고, 따라서 높은 강도의 초음파 신호가 생성된다.

도 5b는 압전 센서 어레이의 2차원 평면에서 나타나는 초음파 신호의 세기 분포를 도시한 도이다. 2차원 평면 상에 복수의 압전 센서(510)가 배치되고, 압전 센서(510) 사이에는 폴리머 충진재(520)가 마련된다. 도 5a에서 설명한 바와 같이 압전 센서 어레이의 2차원 평면의 중심 영역(540)에서 가장 많은 초음파 신호가 중첩되므로, 가장 강한 초음파 신호가 나타나고, 가장 자리로 갈수록 낮은 강도의 초음파 신호가 검출된다. 이하, 설명의 편의를 위해 2차원 평면의 중심부터 순서대로 제1~5영역(540~580)을 정의한다.

지문 감지부는 복수의 압전 센서(510) 각각을 통해 초음파 신호를 방출하고, 지문의 골과 마루에 따라 각 압전 센서(510)에서 검출되는 반사 신호를 이용하여 지문 패턴을 감지한다. 이와 동시에, 지문 감지부는 제1영역(540)에 포함되는 압전 센서(510)에서 검출되는 반사 신호의 주파수를, 압전 센서(510)를 통해 방출되는 초음파 신호의 주파수와 비교하여 접촉된 물체 내에 혈류가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

다만, 모세혈관은 그 굵기가 수~수십 마이크로미터에 불과하며, 따라서 손가락 내의 모세혈관이 반드시 제1영역(540) 내에 위치하지 않을 수 있다. 따라서, 지문 감지부는 제1영역(540)에 포함된 압전 센서(510)로부터 혈류가 검출되지 않은 경우, 접촉된 물체가 생체가 아닌 것으로 바로 판단하지 않고, 제2영역(550), 제3영역(560), 제4영역(570), 제5영역(580) 순서로 혈류를 검출하는 범위를 확대시킬 수 있다. 제5영역(580)에서도 혈류가 검출되지 않으면, 지문 감지부는 현재 접촉된 물체가 생체가 아닌 것으로 판단할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 지문 인식 센서는, 혈류의 속도에 기초하여 혈당량을 검출하는 혈당량 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 혈당량은 피 속에 포함된 당분의 양에 따라 결정되며, 혈당량을 검출함으로써 해당 지문을 접촉시킨 사람의 건강 상태, 특히 당뇨병에 걸렸는지 여부 등을 체크할 수 있다. 피 속에 당분이 많이 포함될수록, 즉 혈당량이 높을수록 피의 점도가 증가하여 혈류의 속도는 대체적으로 감소하는 경향을 나타낸다. 따라서, 혈류의 속도와 혈당량의 관계를 데이터 테이블 등의 형태로 소정의 메모리에 저장하고, 측정된 혈류의 속도를 해당 데이터 테이블에서 찾아 혈당량을 검출할 수 있으며, 이 결과를 사용자에게 영상, 음성 등으로 통지하여 사용자의 건강 상태를 알려줄 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지문 인식 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 지문 인식 방법은 복수의 압전 센서(510)를 통해 초음파 신호를 방출하는 것으로 시작된다(S600). 지문 감지부는 기둥 형상을 갖는 압전 센서(510)의 상, 하면에 배치되는 전극에 소정의 주파수를 갖는 전압을 인가하여 진동 특성을 갖는 기둥부를 상하로 진동시킴으로써 소정 주파수를 갖는 초음파 신호를 방출시킬 수 있다.

지문 감지부는 S600 단계에서 방출된 초음파 신호가 지문으로부터 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 검출한다(S610). 앞서 설명한 바와 같이, 지문의 골에 대응하는 압전 센서(510)에서 방출되는 초음파 신호는, 압전 센서(510)와 공기의 경계면을 통과하지 못하고 대부분 반사되어 되돌아오며, 지문의 마루에 대응하는 압전 센서(510)에서 방출되는 초음파 신호는 압전 센서(510)와 손가락 피부 사이의 경계면을 통과하여 손가락 내부로 진행한다. 따라서, 검출된 반사 신호의 강도가 높으면 지문의 골에 해당하고, 강도가 낮으면 지문의 마루에 해당하는 것으로 판단할 수 있다. 지문 감지부는 검출한 반사 신호를 이용하여 지문 패턴을 감지한다(S620).

지문 패턴이 감지되면, 지문 감지부는 검출된 지문이 진정한 생체 지문인지를 판단하기 위해, 제1영역(540)에서 혈류를 검출한다(S630). 지문 감지부는 도플러 효과를 이용하여 혈류를 검출할 수 있으며, 각 압전 센서(510)에서 방출된 초음파 신호가 가장 많이 중첩되어 가장 높은 강도의 초음파 신호가 생성되는 압전 센서 어레이의 중심에 대응하는 제1영역(540)에서 혈류를 검출할 수 있다. 제1영역에서 혈류가 검출되면, 지문 감지부는 생체 정보를 생성하고(S640), 접촉된 지문이 미리 등록된 사용자들의 지문에 일치하는지를 판단하여 지문을 인증한다(S650).

반면, S630 단계의 판단 결과, 제1영역(540) 내에서 혈류가 검출되지 않으면, 지문 감지부는 제1영역(540)보다 큰 면적을 갖는 제2영역(550)에서 혈류가 검출되는지 여부를 판단한다(S660). 제2영역(550) 내에서 혈류가 검출되면, 생체 정보를 생성하고(S640), 지문을 인증한다(S650). 반면, 제2영역(550) 내에서도 혈류가 검출되지 않으면, 현재 접촉된 지문이 생체 지문이 아닌 것으로 판단하여 인증 절차를 종료시키고 보안 모드로 동작할 수 있다(S670). 다만, 생체 지문인지 여부를 정확히 판단하기 위해서는 제2영역(550) 내에서 혈류가 검출되지 않은 경우, 순차적으로 제3, 제4, 제5 영역(560, 570, 580) 내에서 혈류가 검출되는지를 판단할 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100, 200, 300 : 지문 인식 센서
110, 310 : 압전 센서
120, 220 : 지문 감지부
130, 320 : 폴리머 충진재
333 : 지문의 골(VALLEY)
335 : 지문의 마루(RIDGE)

Claims

2차원 평면 상에 마련되는 복수의 압전 센서; 및
상기 복수의 압전 센서 각각을 통해 방출되는 초음파 신호를 이용하여 지문을 검출하는 지문 감지부; 를 포함하고,
상기 지문 감지부는 상기 복수의 압전 센서 각각을 통해 방출되는 초음파 신호가 서로 중첩되는 상기 2차원 평면 상의 제1영역에서 혈류를 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 지문 인식 센서.
제1항에 있어서,
상기 제1영역은 상기 2차원 평면의 중심점을 기준으로 소정의 면적을 갖는 영역인 지문 인식 센서.
제1항에 있어서, 상기 지문 감지부는,
상기 제1영역에서 혈류를 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 데에 실패하면, 상기 제1영역보다 큰 면적을 갖는 제2영역에서 혈류를 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 지문 인식 센서.
제1항에 있어서, 상기 지문 감지부는,
상기 복수의 압전 센서 각각에서 방출되는 초음파 신호에 의해 생성되는 음향 임피던스 차이에 기초하여 상기 지문을 검출하는 지문 인식 센서.
제4항에 있어서, 상기 지문 감지부는,
상기 지문의 골(valley)에 대응하는 제1 음향 임피던스와, 상기 지문의 마루(ridge)에 대응하는 제2 음향 임피던스의 차이에 기초하여 상기 지문을 검출하는 지문 인식 센서.
제1항에 있어서,
상기 복수의 압전 센서 사이에 마련되는 폴리머 충진재; 를 더 포함하는 지문 인식 센서.
제1항에 있어서, 상기 지문 감지부는,
상기 혈류에 의해 상기 초음파 신호에서 발생하는 주파수 변화를 상기 제1영역에서 검출하여 상기 지문이 위조 지문인지 여부를 판단하는 지문 인식 센서.
제1항에 있어서,
상기 혈류의 속도에 기초하여 혈당량을 측정하는 혈당량 검출부; 를 더 포함하는 지문 인식 센서.
2차원 평면에 행렬 형태로 마련되는 복수의 압전 센서를 통해서 특정 물체로 초음파 신호를 방출하는 단계;
상기 초음파 신호가 중첩되는 상기 2차원 평면의 제1영역 내에서, 상기 초음파 신호가 상기 물체에 반사되어 생성되는 반사 신호를 검출하는 단계;
상기 초음파 신호와 상기 반사 신호 사이의 주파수 차이를 이용하여 상기 물체가 생체인지 여부를 판단하는 단계; 를 포함하는 지문 인식 방법.
제9항에 있어서, 상기 판단 단계는,
상기 초음파 신호와 상기 반사 신호 사이에서 상기 물체 내의 혈류에 의해 생성되는 주파수 차이를 이용하여 상기 물체가 생체인지 여부를 판단하는 지문 인식 방법.
제10항에 있어서,
상기 물체가 생체인지 여부를 판단하는 데에 실패하면, 상기 제1영역보다 큰 면적을 갖는 제2영역 내에서 상기 반사 신호를 검출하는 단계; 를 더 포함하는 지문 인식 방법.
제9항에 있어서,
상기 물체의 지문을 감지하는 단계; 를 더 포함하는 지문 인식 방법.
제12항에 있어서, 상기 지문 감지 단계는,
상기 지문의 골(valley)에 대응하는 제1 음향 임피던스와, 상기 지문의 마루(ridge)에 대응하는 제2 음향 임피던스의 차이에 기초하여 상기 지문을 감지하는 지문 인식 방법.