KR20150115789A - 손가락 조직 내에 포함된 피하 구조를 3차원 촬상하기 위한 바이오메트릭 감지 장치 - Google Patents

손가락 조직 내에 포함된 피하 구조를 3차원 촬상하기 위한 바이오메트릭 감지 장치 Download PDF

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라이너 엠. 슈미트
로날드 에이. 크레이그
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소나베이션, 인크.
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Abstract

본 발명은 지문의 특징들로부터 바이오메트릭 데이터를 획득하고, 손가락 조직 내에 포함되고, 지문에 관련되어 위치되어 있는 피하 조직들의 특징들을 획득하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공한다.

Description

손가락 조직 내에 포함된 피하 구조를 3차원 촬상하기 위한 바이오메트릭 감지 장치{BIOMETRIC SENSING DEVICE FOR THREE DIMENSIONAL IMAGING OF SUBCUTANEOUS STRUCTURES EMBEDDED WITHIN FINGER TISSUE}
관련 특허 출원(들)의 교차 참조
이 문서는 2013년 2월 6일자로 출원되고, 명칭이 "BIOMETRIC SENSING DEVICE FOR IMAGING FINGERPRINTS AND SUBCUTANEOUS STRUCTURES OF FINGERS, WITH PROOF OF LIFE PARAMETER DETECTION, AND SYSTEMS AND METHODS USING SAID SENSING DEVICE"로 부여된 시리얼 No.(61/761,665)(컨퍼메이션 No. 7096) 도킷 넘버: SON_023P를 가진 계류중인 미국(유틸리티) 가특허 출원에 대하여 35 U.S.C. 119(e)에 따라서 우선권 및 이익을 주장하는 미국(유틸리티) 비가특허 출원이며, 이는 그 전체가 본원에 참고로 통합된다.
지문(fingerprinting)은 사람 식별에 대하여 가장 널리 사용되는 바이오메트릭 중 하나이다. 미누티아(minutia)로서 알려진 릿지부 및 밸리부의 브랜칭 또는 엔딩과 같은 구조적 요소들의 상대적 위치들 및 배향들에 대하여 지문 센서에 의해 획득되는 주어진 지문 이미지를 분석함으로써 식별된다. 이러한 특성들은 사람의 손가락 또는 복수의 손가락의 등록 모드에서 획득된다. 검증 모드에서, 제2 지문은 유사성을 위하여 미누티아 또는 기타 이전의 규정된 지문 특성들에 기초하여 획득 및 분석된다. 이러한 미누티아는 또한 바이오메트릭 마커의 타입으로서 본원에서 참조된다.
거짓 수용 또는 거짓 거절 중 어느 하나를 거짓 식별할 가능성은 지문에서 식별된 미누티아의 수에 의존한다. 미누티아의 수는 손가락끝(fingertip) 영역이 스캐닝됨에 따라서 증가한다. 그러나, 셀 폰과 같은, 액세스 제어 위한 모바일 디바이스들로의 지문 센서들의 통합을 위하여, 소영역 지문 센서가 매우 바람직하다.
미국 플로리다 팜 비치 가든 소재의 Sonavation, Inc.는, 세라믹 합성 재료로 구성되는 세라믹 MEMS(Micro-Electro Mechanical System) 압전기 어레이를 가지는 바이오메트릭 감지 장치들을 제조한다. 이러한 압전기 재료는 사람 머리카락의 1/10 직경의 필러로 형성될 때, 이는 전계가 인가될 때 기계적으로 진동하거나 또는 기게적으로 진동될 때 전기 전압을 생성하는 것을 가능하게 하는 고유한 특성들을 가진다. 압전기 필러는 그 자연적인 초음파 공진 주파수에서 전기적으로 진동된다. 지문 릿지부가 필러 바로 위에 있으면, 많은 초음파 에너지가 피부에 의해 흡수되며, 필러의 신호 임피던스는 매우 높게 된다. 밸리부가 필러 바로 위에 있으면, 매우 적은 에너지가 흡수되고, 임피던스는 매우 낮다. 수 천개의 요소들의 매트릭스 내에 필러들을 배치함으로써, 지문의 2차원 이미지가 생성될 수 있다. 촬상 ASIC은 전기적으로 필러 발진, 지문의 촬상 및 지문 정보의 데이터 관리를 제어한다.
미국 특허 No.7,141,918은 지문 촬상을 위하여 동작가능한 상기 압전기 어레이를 가지는 바이오메트릭 감지 장치를 설명한다. 이 특허에 또한 설명된 바와 같이, 뼈와 같이 촬상을 제공하는 에코 모드 또는 혈류 속도 및 혈류 패턴들을 검출하기 위한 도플러-시프트 모드에서와 같이, 기타 바이오메트릭 정보를 획득하기 위하여 압전기 어레이가 비지문(non-fingerprint) 촬상 모드들에서 동작될 수 있음이 발견되었다. 이 특허에서 설명되는 센서는 유용하지만, 이는 미국 특허 No. 7,141,918에 설명된 바와 같이 에코 모드 촬상에 의존하지 않는 바이오메트릭 식별(또는 의학적 용도)에 있어서 사용하기 위한 피하 구조들의 향상된 촬상을 제공하기 위하여 3차원 초음파 촬상 모드에서 감지 장치를 또한 동작시키는 것이 바람하다.
상기 논의는 단지 일반적인 배경 정보를 위하여 제공되고, 청구된 주체의 범위를 결정하는데 보조 수단으로서 사용되도록 의도되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은, 초음파적으로 형성된 이미지들을 주고 받음으로써, 뼈 또는 맥관 구조와 같은 손가락의 피하 조직 구조들의 3차원 촬상을 향상시키는 압전기 어레이를 가지는 바이오메트릭 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 이러한 이미지들이 생명 입증 파라미터들을 또한 제공하는데 유용한 손가락의 피하 조직 구조들의 3차원 이미지를 향상시키는 압전기 센서 어레이를 가지는 바이오메트릭 감지 디바이스를 제공하는 것이다.
간략히 설명된 바와 같이, 본 발명은, 지문 이미지를 나타내는 제1 데이터를 생성하기 위한 제1 모드, 및 초음파 촬상을 주고받음으로써 형성된, 뼈 또는 맥관과 같은 피하 조직 구조(들)의 적어도 하나의 3차원 이미지를 나타내는 제2 데이터를 생성하기 위한 제2 모드에서 동작가능한 압전기 세라믹 요소들의 어레이를 가지는 바이오메트릭 감지 디바이스를 포함한다. 제1 및 제2 모드에서 감지 디바이스를 동작시키는 것으로부터 제공된 이미지들은, 바이오메트릭 식별에 사용되기 위한 해부학적 및 형태학적 바이오메트릭스(바이오메트릭 데이터)를 제공한다.
피하 조직 구조의 적어도 3차원 이미지를 나타내는 제2 데이터는 또한, 조직의 고무 특성들과, 심박수, 혈류 속도 및 맥파 패턴과 같은 바이탈 또는 생명 입증 파라미터들 즉, 생리학적 정보, 또는 센서 어레이 상에 배치된 손가락이 거짓 또는 데드(dead) 상태인지를 결정하는데 사용될 수 있는 기타 파라미터들을 결정하는데 사용될 수도 있다.
조직의 탄력성은, 캡처된 지문 이미지 및 피하 조직 구조(들)의 하나 이상의 이미지들과 같이, 바이오메트릭 식별에 사용하기 위한 바이오메트릭스(바이오메트릭 데이터)를 제공할 수도 있다. 이에 따라서, 복수의 타입의 바이오메트릭 데이터는, 센서 어레이에 손가락을 1회 적용함으로써 획득될 수 있고, 이는 실시간 및 동시에 행해질 수 있다.
식별 장치의 구조는, 본원 명세서에서 '918로도 지칭되는 미국 특허 출원 제7,141,918호에 개시된 것과 유사하다. 본 발명의 실시예는, 본원 명세서에 개시된, '918 특허에 대한 다양한 개선들을 포함한다. 이들 개선은 전자 제어 및 데이터 취득과 관련한 것을 포함한다. 미국 특허 제7,141,918호는 본원 명세서에 참고로 인용된다. 또한, 미국 특허 제7,141,918호와 관련되어 있는 미국 특허 제7,844,660호 및 제6,720,712호도 또한 본원 명세서에 참고로 인용된다.
본 발명의 이러한 간단한 설명은, 단지 하나 이상의 예시적인 실시예에 따라 본원 명세서에 개시된 주제에 대한 개요를 제공하도록 의도된 것이며, 청구범위를 해석하거나, 첨부의 청구범위에 의해서만 한정되는 발명의 범위를 한정하거나 제한하는 가이드로서 작용하는 것은 아니다.
일부가 첨부의 도면에 도시되어 있는 특정의 실시예를 참고로 하는 발명의 상세한 설명에 의해, 발명의 특징들을 잘 이해할 수 있다. 그러나 도면은 본 발명의 특정의 실시형태만을 도시하는 것이므로, 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려되어서는 안 되며, 발명의 범위는 기타 균등하게 유효한 실시형태를 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.
도면이 반드시 일정의 비율로 되어 있는 것은 아니다. 발명의 특정의 실시형태의 특징을 나타내는 부위를 일반적으로 강조하여 나타내고 있다. 도면에 있어서는, 여러 도면에서 동일 부호가 동일 부품을 나타내는 데에 사용되고 있다. 동일 부품들 사이에 차이가 있는 경우에는, 이들 부품을 상이한 부호로 나타낼 수도 있다. 상이한 부품은 상이한 부호로 나타내고 있다. 따라서 발명을 보다 잘 이해하기 위해서는, 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 참조할 수 있다.
도 1a는 본 발명에 따른 압전 식별 장치의 탑 다운 뷰(top down view)의 개략도이고, 도 1b는, 필러(요소)가 균등하게 이격되어 있고 필러 재료에 의해 분리되어 있는 압전 식별 장치의 측면 사시도이다.
도 2는, 센서 어레이 어드레스 방식(sensor array addressing scheme)의 개략도로서, MxN개의 요소(11)가 x축을 따라 M행으로, y축을 따라 N열로 배치되어 있다.
도 3은 컴퓨터 시스템에 결합되어 있는 식별 장치를 도시한다.
도 4는, 센서 어레이(10)와, 손가락의 면(31)이 보호 실드(23)와 직접 접촉하도록 센서 어레이의 상면에 근접하여 배치된 손가락(30)의 단면을 도시한다.
도 5는, 도 2에 도시된 바와 같이, 스캔 개구부(scan aperture)의 x축(M행) 및 y축(N열) 치수에 대하여 프로세서(13)에 의해 스캔되는 스캔 개구부(40)를 도시한다.
도 6a는, 6개의 송신 채널을 갖는 모래시계 형상의 (반투명 볼륨으로서 도시된) 송신 빔 또는 펄스(46)를 형성하도록 프로세서(13)에 의해 선택되는 송신 개구부(41; transmit aperture)를 도시하고, 도 6b는 채널 A-F를 통하여 진행하는 송신 신호를 도시한다.
도 7a는 음향 에너지(빔 또는 펄스(49))를 수신하도록 프로세서(13)에 의해 선택된 수신 개구부(42)를 도시하고, 도 7b는 채널 A-F를 통하여 수신된 송신 신호를 도시한다.
도 8은 합성 출력 신호(54)를 도시한다.
도 9는 센서 어레이를 통한 손가락 내의 혈관(50)의 초음파 스캐닝을 도시한다.
도 10은 센서 어레이를 통한 손가락 내의 골 구조의 초음파 스캐닝을 도시한다.
도 11은, 도 4, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 센서 어레이를 통하여 손가락을 스캔하는 중의 도 3의 식별 장치의 동작을 도시한다.
도 12는 센서 제어 하드웨어 및 소프트웨어의 간략도이다.
도 13은 센서 어레이에 신호를 송신하거나 센서 어레이로부터의 신호를 수신하는 대안의 하드웨어를 도시한다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 압전 식별 장치(9)의 개략도가 도시된다. 식별 장치(9)는 기계식 공진기 감지를 제공하는 압전 요소(11), 센서 입력 신호 생성기(12), 및 프로세서(13)로 이루어진 센서 어레이(10)를 가진다. 프로세서(13)의 제어 하에, 입력 신호 생성기(12)에 의해 생성되는 입력 신호는 신호 멀티플렉서(15a)에 의해 센서 어레이에 연결되고, 센서(10)의 출력 신호는 멀티플렉서(15b)에 의해 프로세서(13)에 연결된다.
프로세서(13)는 멀티플렉서(15b)를 통해 선택된 요소(들)로부터의 출력 신호들을 처리하여 바이오메트릭 데이터를 획득한 후에, 이 획득된 바이오메트릭 데이터가 메모리(14)에 저장될 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 바이오메트릭 데이터는 하나 이상의 지문 이미지들, 및/또는 손가락의 피하 구조의 하나 이상의 초음파 이미지들, 예를 들면 조직 탄력성의 피하 조직 파라미터(들), 및/또는 검출된 생명 입증 파라미터들을 포함할 수 있다. 멀티플렉서들(15a, 15b)을 통해 요소들(11)의 어드레스 지정은 사용자에 의해 지정된 촬상 모드에 따라 및/또는 생명 입증 파라미터의 검출시에 mux 컨트롤러(16)를 통해 가능케 된다. 각 멀티플렉서(15a, 15b)가 단일하게 도시되지만, 각 멀티플렉서의 기능은 요구되는 대로 두 개 이상의 멀티플렉서들에 의해 제공되도록 대안적으로 설계될 수 있다.
센서 어레이 요소들(11)은 티탄산 지르콘산 연(lead zirconate titanate; PZT) 또는 유사한 특성들을 갖는 다른 물질 - 바람직하게는 PZT 1-3 합성물일 수 있다. 압전 세라믹 요소들(11)은 도 2에 도시된 바와 같이, 직사각형이 아닌 원형과 같은 형상을 가질 수 있다. 센서 영역(10)은 위에서 병합된 특허에서 설명된 것과 같은, 지지층 상에 바람직하게 제공된다. 다른 ASIC 칩들은 도 1a에 도시된 전자장치를 제공할 수 있으며, 이 전자장치에 센서가 연결된다.
센서 어레이(10)의 보다 자세한 도면이 도 1b에 도시되며, 여기서 요소(11)는 필러 물질(17)을 사이에 갖는 균일하게 이격된 기둥들(11)을 나타낸다. 필러 물질(17)은 미소 구체를 갖는 에폭시 또는 폴리머일 수 있다. 송신 전극(또는 라인)(19)과 수신 전극(또는 라인)(20)(도 1a 참조)은 센서 어레이(10)를 따라 각각 위 아래에서 제공된다. 송신 전극(1) 위에는, 손톱이 놓여질 수 있는 표면(23)을 제공하는 우레탄과 같은 차폐 또는 보호 코팅층(22)이 있다. 수신 전극(20) 아래에는 예를 들면 거품 물질의 지지 기판(24)이 있다.
도 2를 참조하면, 어드레스 방식의 개략적 예증이 도시되며, 도시된 바와 같이 수평 x축을 따른 M개의 행들과 도시된 바와 같이 수직 y축을 따른 N개의 열들에서 배치된 M x N개의 요소들(11)이 있다. 예를 들면, M과 N은 각각 368과 256일 수 있지만, 다른 개수의 요소들과, 이 요소들의 행과 열 그룹이 본 발명의 다른 실시예에 따라 채용될 수 있다. 송신 전극(19)은 행 1 내지 M의 요소들(11)의 상단에 연결되는 병렬 전도체인 반면에, 수신 전극(20)은 열 1 내지 N의 요소들의 하단에 연결되는 병렬 전도체이다. 일부 실시예에 따라, 각 요소(11)는 40 제곱 미크론 x 100 미크론 깊이여서, 20 MHz 기본 주파수 음파 요소(11)를 갖는 밀집된 센서 어레이(10)를 산출한다. 10 미크론의 간격이 요소들(11) 사이에 사용되고, 요소들 사이에 50 미크론의 전체 피치를 제공하도록 선호된다. 예를 들면, 50 미크론보다 크거나 작은 피치와 같은 다른 기하학적 구조가 사용될 수 있다. 예를 들면, 특정 응용을 위해 요구되는 최대 촬상 크기에 따라 368개의 행들과 256개의 열들을 갖는 센서는 18.7 x 13 mm일 수 있다.
일부 실시예에서, 센서 어레이(10)는 참조로서 본 명세서에서 병합되는 미국 특허 7,489,066에서 설명된 바와 같이 제조될 수 있다. 각각 멀티플렉서들(15a와 15b)을 통해 전극들(19와 20)을 선택함으로써, 행들과 열들의 어레이에서 요소들의 배치에 의해, 요소들(11)이 행에 의한 입력 신호의 적용을 위해 개별적으로 어드레스할 수 있고, 그런 다음, 열에 의해 출력 신호를 판독하기 위해 어드레스할 수 있다.
접지 스위치(26)는 에지 커넥터(19a)와 멀티플렉서(15a) 사이의 모든 송신 전극들(19)에 연결되게 제공되어, 필요할 때 프로세서(13)가 전극(19)을 접지에 연결시키게 한다. 유사하게, 접지 스위치(27)는 에지 커넥터(20a)와 멀티플렉서(15b) 사이의 모든 수신 전극들(19)에 연결되게 제공되어, 필요할 때 프로세서(13)가 전극(20)을 접지에 연결시키게 한다. 접지 스위치들(26, 27)의 이점은 미국 특허 7,141,918에 설명된 바와 같은 접지 및 신호 전극의 추가적인 스위칭을 회피함으로써 송신 및 수신 요소들(11)에 병렬인 원하지 않는 추가적인 정전용량성 부하를 회피시키는 것이다.
이하에서 설명되는 바와 같이, 프로세서(13)는 적어도 지문 촬상과 3차원 초음파 촬상을 포함하는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 센서 어레이(10)에 의한 모든 감지 동작들을 가능케 하도록 자체 내장 메모리(또는 메모리(14)) 내에서 프로그래밍된다. 또한, 프로세서(13)는 합성 개구 촬상을 포함하는 전자 빔 형성의 일부로서 초음파 촬상 시스템 내에서 일반적으로 구현되는 다른 활동들을 제공할 수 있다.
도 3을 참조하면, 식별 장치(9)가 명령어를 송신하고 식별 장치(9)로부터 바이오메트릭 데이터를 수신하기 위한 데이터 통신을 위해 컴퓨터 시스템(28)에 연결된다. 컴퓨터 시스템(28)은, 바이오메트릭 데이터의 식별(예를 들면, 검증 및/또는 등록)을 위해 필요한 대로 센서 어레이(10)를 통해 바이오메트릭 데이터를 획득하도록 식별 장치(9)를 활용하는 프로그램 또는 명령어에 따라 동작하는 임의의 마이크로프로세서 기반 장치일 수 있다. 이러한 컴퓨터 시스템(28)은 시스템(28) 내에 있거나 시스템(28)에 액세스 가능한 데이터베이스 또는 메모리에 따라 바이오메트릭 특징 또는 식별자 매칭을 가능케 하도록 센서로부터 수집된 바이오메트릭 데이터를 사용한다. 예를 들면, 컴퓨터 시스템(28)은 휴대용 식별 장치, 거래시점 시스템(point of transaction system), 또는 물리적 및/또는 전자적 자원으로의 액세스를 가능케 하기 위한 안전한 바이오메트릭 감지를 요구하는 임의의 다른 장치의 일부일 수 있다.
식별 장치(9)는, 이하에 설명된 바와 같이, 지문 촬상 모드 및 3차원 피하 조직 구조 촬상 모드에서 동작 가능하다.
지문 촬상 모드
도 4는 장치(9)의 센서 어레이(10)의 단면도를 도시하며, 손가락(30)이 센서 어레이 근처에 위치되어, 손가락의 표면(31)이 그 보호 실드(23)와 직접 접촉한다. 이러한 손가락의 표면(31)은, 그러한 직접 접촉을 형성하는 릿지부(32), 및 보호 실드(23)와의 그러한 직접 접촉을 형성하지 않는 밸리부(33)를 갖는다. 멀티플렉서(15a)를 경유하여 다중(mux) 컨트롤러(16)에 의하여 선택된 송신 전극들(19) 중 하나를 통하여, 입력 신호 생성기(12)에 의하여 공진 주파수에서 요소(11)가 구동될 때, 그 진동은 손가락의 표면(31)을 향하여 향하고 송신되며, 음파(sonic wave)들(35, 36) 각각에 의하여 그래픽으로 나타낸 바와 같이 릿지부들(32) 또는 밸리부들(33)을 향하여 음파를 생성한다. 입력 신호는, 센서 어레이(10) 내에 요소들(11)을 여기시켜, 이들 요소들이 바람직하게는 공진 주파수에서 진동하게 한다. 외부 엔티티들(센서의 외부에)의 음향 임피던스 또는 음향 에너지의 반사의 존재와 같은, 센서 어레이(10) 외부의 현상은 또한, 센서 어레이(10) 내의 이들 요소들(11)의 움직임에 영향을 미친다(입력 신호 여기의 영향 외에). 그러한 외부 영향을 받은 움직임은, 전자 하드웨어의 동작을 제어하는 소프트웨어와 조합한 전자 하드웨어에 의하여 모니터링되고, 측정되고, 분석된다(도 12 참조).
음파에 대한 표면(31) 응답은, 멀티플렉서(15b)를 경유하여 다중 컨트롤러(16)에 의하여 선택된 수신 전극들(20) 중 하나를 통하여, 음파 또는 빔을 송신했던 동일한 요소(11)에 의하여 검출 가능한 임피던스(또는 감쇠/전압)에서의 릿지부의 조직에의 접촉 대(versus) 밸리부의 비접촉 차이에 기인하여 상이하며, 이로써 요소가 릿지부 혹은 밸리부를 마주보고 있는 지에 관한 기준(measure)을 제공한다. 프로세서(12)는 메모리(14)에 맵을 형성하고, 이 맵에서, 프로세서(12)에 의하여 검출된 각 요소 응답(출력 신호)이 메모리(14)에서의 2차원 지문 이미지의 하나의 화소를 나타내고, 각 화소는 릿지부 또는 밸리부를 각각 나타내기 위하여 흑색값 또는 백색값을 나타내며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 따라서, 임피던스가 측정된 판독이 릿지부들 및 밸리부들의 지문 이미지로 변환된다.
지문 이미지를 획득하기 위한 식별 장치(9)의 이러한 동작은, 이전 출원된 가출원의 부록 A에 포함된 통합된 미국 특허 제7,141,918호의 도 17 내지 22, 또는 또한 여기서 참조용으로 통합된 다른 미국 특허 제7,489,066호, 제7,514,842호, 제8,331,633호, 및 제8,335,356호와 연관되어 보다 상세히 설명된다.
바람직하게는, 센서 어레이(10)는 멀티플렉서(15a)를 경유하여 적용된 생성된 입력 신호(12)의 공진 주파수의 임피던스를 검출함으로써 지문을 획득하도록 동작하며, 여기서 각 요소(11)의 구동 입력 신호가 제시간에 중지한 직후, 출력 신호가 그 동일한 화소로부터 판독된다. 그 출력 신호는 임피던스를 나타낸다. 다시 말하면, 요소(11) 링(진동) 특성은, 샘플링될 때 멀티플렉서(15b)를 경유하여 임피던스의 기준을 제공하는 요소에 의하여 전기 출력 신호가 생성되게 한다. 또한, 2개의 임피던스 측정값들은 각 요소(11)에 대하여 2개의 상이한 주파수(예컨대, 19.8 MHz 및 20.2 MHz)에서 생성될 수 있고, 여기서 각 주파수에서의 측정된 임피던스의 차이는, 통합된 미국 특허 제7,141,918호에 설명된 바와 같이, 요소(11)가 릿지부 혹은 밸리부에 마주보고 이들에 인접하는 지를 결정하는 데 사용된다.
초음파(피치/캐치(pitch/catch)) 3차원 촬상 모드
식별 장치(9)는 또한, 센서 어레이(10)에 제시된 손가락 내의 3차원 초음파 이미지를 획득하기 위하여 피치/캐치 촬상 모드에서 센서(10)를 동작시킬 수 있다. 따라서, 지문 이미지 캡쳐용으로 주로 설계된 센서는, 혈관 구조(정맥 혈관 또는 동맥 혈관), 또는 골 구조와 같은, 지문 이미지를 제공했던 동일한 조직 내의 구조의 조망(viewing)을 가능하게 할 수 있다. 이하에 보다 자세히 설명된 바와 같이, 프로세서(13)는, 이전 사용된 미국 특허 제7,141,918호의 에코 촬상에서와 같이 병렬이 아닌 직렬로 송신기와 수신기를 연결함으로써 이 피치/캐치 모드에서 센서 어레이(10)의 요소들(11)을 동작시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스캔 개구부(40)는 x 및 y 축 또는 차원을 따라 프로세서(13)에 의하여 스캔되며, 여기서 도 2에서 x 차원은 1 내지 M 행들에 대응하고, y 차원은 1 내지 N 열들에 대응한다. 스캔 개구부(40)는, 송신 빔을 생성하는 송신 개구부(41)를 제공하기 위한, 프로세서(13)에 의하여 활성화된 요소들(11)의 "m"개의 인접 행들의 그룹(43)과, 수신된 신호들의 시간 지연은 송신 빔이 포커싱되는 조직의 볼륨의 구조(들)를 나타내며 수신 빔이 스캔 개구부(40) 위에서 수신되는 것인 수신 빔을 수신하는 수신 개구부(42)를 제공하기 위한, 프로세서(13)에 의하여 활성화된 요소들(11)의 "n"개의 인접 열들의 그룹(44)의 교차점을 따라 형성된다.
스캐닝 동안, 프로세서(13)는, 상이한 스캔 개구부들(40)이 서로 중첩할 수도 있는 "m" 행들 및 "n" 열들의 상이한 그룹들(43, 44)을 선택함으로써 x 및 y 차원들을 따라 스캔 개구부(40)를 이동시킨다. 빔 포커싱에 관하여, 요소들(1)의 "m" 행들의 대한 송신 전극들(19)은 "p"개의 채널들로 동일하게 나눠지고, 여기서 송신 채널들 수는 "p"로 나눠진 "m"과 동일하다. 유사하게, 요소(11)의 "n" 열들에 대한 수신 전극들(20)은 수신 채널들의 "r"개로 동일하게 나눠지고, 여기서 수신 채널들 수는 "r"로 나눠진 "n"과 동일하다. 복수의 상이한 스캔 개구부의 스캐닝 동안 센서 어레이(10) 위의 조직 내의 맥관 구조의 스캐닝 동안 일어날 수도 있는 다수의 스캔 개구부(40) 중 하나에 대한 예는 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있고, 여기서 도 6a는 송신 사이클을 나타내고, 도 6b는 수신 사이클을 나타낸다.
도 6a에서 모래시계 형상을 갖는 송신 빔 또는 펄스(46)(반투명 볼륨으로 도시됨)를 형성하도록 송신 개구부(41)가 프로세서(13)에 의해 선택된다. 이 예에서, "m"은 12이고 "p"는 6이며, 그 결과 각각 2개의 행을 갖는 6개 송신 채널(A-F)이 된다. 조직 표면 아래에 거리를 두고 송신 빔(46)의 볼륨(48)을 따라 빔을 포커싱하기 위하여, 송신(입력) 신호가 볼륨(48)으로부터의 행의 거리에 따라 시간 오프셋되어 송신 채널(A-F)에 의해 적용된다. 도 6b에 예시된 바와 같이, 송신 신호는 먼저 처음에 가장 바깥쪽의 송신 채널(A 및 F), 그 다음에 두 번째 가장 바깥쪽의 송신 채널(B 및 E), 그리고 그 다음에 마지막으로 가장 중심쪽의 송신 채널(C 및 D)의 행들에 적용된다.
송신 빔(46)은 송신 개구부(41)를 형성하는데, 이는 대략 동시에 도달할 것이며 그리하여 송신 빔(46)을 혈관(50)과 같은 관심있는 물체나 구조를 포함할 수 있는 의도한 볼륨(48)을 따라 포커싱할 것이다. 송신 빔(46)을 형성하는 데 있어서, 송신 개구부(41)에 사용되지 않는 요소들(11)의 모든 다른 행들은 비활성이다. 혈관은 송신 빔(46)에 완전히 포함되거나 포함되지 않을 수 있다. 이 송신 사이클 동안, 스위치(27)는 수신 전극(20)을 접지하도록 프로세서(13)에 의해 접지로 전환되는 반면, 스위치(26)는 접지로 설정되지 않는다.
송신 빔(46)이 손가락(30)의 조직으로 시작되고 송신 전극(19)의 링 다운을 위한 추가적인 기간 후에, "m" 행(즉, 그의 전극(19))을 따라 송신 요소(11)는 스위치(26)를 통해 프로세서(13)에 의해 접지로 전환되고, 스위치(27)는 접지로 설정되지 않는다. 이어서 수신 사이클이 시작할 수 있다.
도 7a는 모래시계 형상을 갖는 빔 또는 펄스(49)를 수신하도록 프로세서(13)에 의해 선택되는 수신 개구부(42)의 예를 도시한다. 이 예에서, "n"은 12이고 "r"는 6이며, 그 결과 각각 2개의 열을 갖는 6개 수신 채널(A-F)이 된다. 조직 표면 아래에 볼륨(52)을 따라 수신 빔을 포커싱하기 위하여, 수신(출력) 신호가 볼륨(52)으로부터의 열의 거리에 따라 시간 오프셋되어 수신 채널(A-F)로부터 판독된다(또는 검출된다). 도 7b에 예시된 바와 같이, 수신 신호는 먼저 처음에 가장 바깥쪽의 수신 채널(A 및 F), 그 다음에 두 번째 가장 바깥쪽의 수신 채널(B 및 E), 그리고 그 다음에 마지막으로 가장 중심쪽의 수신 채널(C 및 D)의 열들로부터 판독된다.
따라서 수신 개구부(42)의 요소들(11)에 의해 수신된 빔은, 이 예에서 혈관(50)의 일부를 포함하는 것인 의도한 볼륨(52)으로부터 대략 동시에 도달할 것이다. 모든 수신 채널(A-F)로부터의 신호는 도 7b에 도시된 수신의 시간 오프셋에 따라 정렬되고, 도 8에 도시된 바와 같이 스캔 개구부(40)에 대한 결합된 출력 신호를 형성하도록 프로세서(13)에서 빔 형성기(53)에 의해 결합된다.
수신 채널(A-F)로부터 출력 신호를 수신하는 데 있어서, 수신 개구부(42)에 없는 요소들(11)의 모든 다른 열들은 비활성이다. 수신 빔(49)은 송신 빔(46)에 직교이고, 송신 개구부(41) 및 수신 개구부(42)를 따라 그들의 교차영역이 있으며, 이는 유효 피치/캐치 스캔 개구부(40)를 정의한다.
프로세서(13)는, 중지된 송신 빔이 촬상되기를 원하는 물체나 구조를 갖는 센서(10)를 향해 후방산란 반사된 후에 왕복 시간과 연관된 샘플링 간격 동안 요소(11)의 "n" 열로부터 신호를 수신한다. 샘플링 간격에 걸쳐 빔 형성기(53)로부터 결합된 출력 신호의 시간 지연은 센서 어레이(10)로부터의 거리를 나타내고, 샘플링 간격 동안 샘플링된 z 차원을 따라 상이한 깊이의 신호의 진폭 또는 값(54)은 그 스캔 개구부(40)와 연관된 x, y, z 좌표로 메모리(14)에 프로세서(13)에 의해 기록된다. 프로세서(13)는 스캔 개구부(40)의 전체 깊이에 걸쳐 결합된 출력 신호를 수신할 수 있지만, 센서 어레이(10)로부터 원하는 깊이 범위 내에 속할 수 있는 관심있는 구조를 갖는 3차원 초음파 이미지를 제공하도록, 스캔 개구부(40)의 교차 볼륨(48 및 51)의, 원하는 범위의 볼륨의 깊이에 걸쳐 메모리(14)에 정보를 기록한다.
도 8은 스캔 개구부(40)를 따라 중심 위치된 센서(10)로부터의 거리에 z 축을 따라 혈관(50)에 의해 빔형성된 신호에 미치는 영향을 도시하며, 수신 개구부(42)에 대해 중심위치된 공통 y 위치에서 x 축을 따라 좌표의 +/- 진폭 값(54)이 있다. (혈관 직경의 외측 경계들 사이의 신호의 진폭은 또한, 바이탈 파라미터로서 사용하기 위해 그 x, y 좌표를 통해 유속 정보를 제공하도록 프로세서(13)에 의해 처리될 수 있다.) 다르게 말하자면, 이 송신 빔(46)은 센서 어레이(11)의 2차원(2D) 스캔 내에서 2개의 직교축 x 및 y에서 조종된다. 축방향 또는 z축으로서 정의되는 제3 축은 프로세서(13)에 의해 후방산란된 음파를 야기하는 피하 조직의 도달 분석 시간에 의해 획득된다.
프로세서는 x 및 y 차원을 따른 메모리(14) 내의 맵에 x,y 좌표에서 센서(10)로부터 z축을 따라 획득된 진폭(54)의 샘플링된 포인트에서의 정보를 추가하고, 그에 의해 피하 구조의 3차원 초음파 이미지를 구축한다. x,z 평면에 따른 전체 2D x,y 이미지는 z에서의 시간 이력 및 y에서의 수신 개구부(42) 위치로부터 획득된다. 다르게 말하자면, 이 2D 이미지는 주어진 스캔 개구부(40)에 대하여 후방산란된 초음파의 전체 3D 볼륨 표현의 x,z 평면에 따른 슬라이스를 제공한다. x축을 따라 스캔하면서 각각의 새로운 위치에 대한 수신 개구부를 스캔하는 것은 손가락끝 물체의 전체 볼륨 표현을 생성한다. 이 수신 사이클 동안, 스위치(26)는 수신 전극(19)을 접지하도록 프로세서(13)에 의해 접지로 전환되는 반면, 스위치(27)는 접지로 설정되지 않는다.
그 다음, 프로세서(13)는 피하 구조의 3차원 초음파 이미지를 완성하도록, 센서 어레이(10) 위의 조직의 볼륨에 걸쳐 x 및 y 차원을 따라 상이한 스캔 개구부(40)에 대해 프로세스를 반복하여, 스캔 개구부의 x,z 평면을 따라 복수의 슬라이스를 제공한다.
초음파 촬상에 대한 3차원 빔 형성은, C.E.Demore 등의 Real Time Volume Imaging Using a Crossed Electrode Array, IEEE UFFC Trans vol.56(6) 1252-1261에 기재되어 있지만, 지금까지는 압전 소자의 센서 어레이에 의해서는 제공되지 않았다.
상기 기재된 바와 같이, 각각의 스캔 개구부(40)에 대한 수신 및 송신 사이클로 교대하는 송신 전극(19) 및 수신 전극(20)의 접지가 있다. 혈관 구조 및 골 구조가 센서(10)에 관련하여 조직에 상이한 깊이로 있으므로, 피하에 대한 샘플링 간격은 도 9에 예시된 바와 같은 손가락(30)의 맥관구조 또는 도 10에 예시된 바와 같은 손가락(30)의 골 구조의 3차원 초음파 이미지를 제공하도록 설정될 수 있으며, 그리하여 상이한 타입의 피하 구조의 3차원 촬상을 가능하게 한다. 손가락의 조직의 다른 구조는 원하는 대로 마찬가지로 촬상될 수 있다.
한번에 단하나의 송신 요소(11)가 이용되는 지문 모드에서와는 달리, 초음파 피치 및 캐치 모드에서는, 인접한 "n"개 송신기들(송신 요소(11))의 서브그룹이 활성이 되어 방위각축으로서 통상적으로 지칭되는 하나의 횡방향으로 전자적으로 포커싱된 빔(46)을 제공한다. 높이 방향으로서 통상적으로 지칭되는 직교 방향으로는, 수신 개구(49)가 멀티플렉서(15b)를 통해 "m"개 전극들(20)의 서브그룹으로서 선택이 되며, 이에 따라 송수신을 위한 유효 개구는 각각 송신 개구(41)와 수신 개구(42) 사이의 공간적 교차점이 된다. M개 수신 전극들(20) 중의 서브그룹 "m"개만이 프로세서(13)에 의한 빔 형성 및 추가적인 후방 산란 분석을 위해 멀티플렉서(15b)를 통해 "m"개 수신 증폭기들의 그룹과 신호 처리 체인들에 연결된다.
지문 모드에서, 모든 이용가능한 M개 수신 채널들은 데이터 취득을 위한 최대 속도를 제공하도록 병렬로 활용된다. 모든 전극들은 프로세서(13)로부터 접지 스위치들(26, 27)로의 프로그래밍가능 신호에 연결된다. 따라서, 초음파 촬상 모드에서, 수신 전극들(19)은, 모든 송신 요소들(11)이 접지되는 수신 단계 동안 접지로부터 스위칭 오프되면서, 송신 사이클 또는 단계 동안 접지된다.
두 개 이상의 초음파 이미지들에서의 변동들을 혈관 내 x,y,z 좌표(들)로 분석함으로써, 전형적인 초음파 촬상 시스템에서 통상적으로 검출되는 방식으로, 희망하는 바에 따라, 혈관을 지나가는 세포들의 속도 또는 흐름, 심장 박동, 또는 흐름 패턴들과 같은 생명 입증 파라미터(들)이 검출될 수 있다.
도 11을 참조하면, 이제부터 도 4, 도 9 및 도 10에서 도시된 센서 어레이에 대해 제시된 물체의 손가락(30) 또는 식별(또는 증명)을 위해 식별 장치(9)의 동작을 설명할 것이다. 먼저, 지문 이미지 모드에서, 센서 어레이(10)는 상술한 바와 같이, 손가락(30)의 표면을 따른 지문의 이미지(2차원 표현)를 캡쳐하도록 프로세서(13)를 동작시키고(단계 60), 이 이미지는 상대적 및 로컬 센서 x,y 좌표들로 미누티아(minutia)(바이오메트릭 지문 식별자들)으로서 메모리(14)에 저장된다(단계 64). 택일적 사항으로서, 또는 이에 부가하여, 지문 이미지는 메모리(14)에 저장될 수 있고/있거나 컴퓨터 시스템(28)에 보내질 수 있다.
다음으로, 식별 장치(9)는 3차원 초음파/용적 촬상 모드로 스위칭된다. 그런 후, 손가락(30)의 피하 지문 맥관 조직의 이미지가 메모리(14) 내에 캡쳐되고(단계 61), 손가락의 모든 또는 주요 피하 맥관 조직의 굴곡 및/또는 형상을 고유하게 특징지우는 식별자들의 바이오메트릭 데이터를 상대적 및 로컬 센서 x,y,z 좌표들로 획득하도록 프로세서(13)에 의해 처리된다(단계 65). 이미지로부터의 다른 조직 특징들이 또한 조직 반점과 같은 바이오메트릭 식별자들을 제공할 수 있다. 택일적 사항으로서, 또는 이에 부가하여, 3차원 초음파 이미지는 메모리(14)에 저장될 수 있고/있거나 컴퓨터 시스템(28)에 보내질 수 있다.
단계 62에서, 피하조직 파라미터들이 메모리(14) 내에 저장된 초음파 이미지로부터 측정된다. 초음파 이미지는, 손가락끝에 압력을 가하고 전형적인 초음파 방광촬영술을 이용하여 조직 내에서의 응력을 추정함으로써 조직의 탄력성을 결정하기 위해 프로세서(13)에 의해 처리될 수 있다. 반대로, 압력이 가해진 공지된 조직 탄력성이 조직 응력으로부터 추정된다. 탄력성 측정은 메모리(14)에 저장된 또다른 바이오메트릭 식별자를 나타낸다.
메모리(14)에 저장되어 있는, 단계 61로부터의 3차원 초음파 이미지를 이용하는 프로세서(13)는, 혈류, 혈관벽 맥파 및 심박수 파라미터들과 같이, 물체의 손가락이 위조되거나 또는 다닳을 위험을 감소시키기 위해 이용될 수 있는 하나 이상의 바이탈 파라미터들을 결정한다. 하나 이상의 바이탈 파라미터들 각각은 메모리(14) 내에 저장되어 있는 (또는 컴퓨터 시스템(28)에 보내진 경우에는 컴퓨터 시스템(28)에 의해) 하나 이상의 문턱값들과 비교되어지며, 여기서 충족되지 않은 경우, 물체의 손가락(30)은 위조되거나 또는 다닳았을 수 있다는 것을 나타낸다. 혈류는 제이 에이 젠센(J .A. Jensen)의 "Estimation of Blood Flow using Ultrasound" (Cambridge University Press, 1996) 또는 알 에스 씨 코볼드(R.S.C. Cobbold)의 "Foundations of Biomedical Ultrasound" (Oxford University Press, 2007)에서 설명된 바와 같은 통상적인 초음파 흐름 검출 프로시저를 이용하여 식별될 수 있다. 혈류를 식별하는 것에 더하여, 혈 평균 속도 또는 최대 속도뿐만이 아니라 흐름 스펙트럼이 획득된다. 심박수 및 혈관 벽 운동이 펄스형 및 연속파 초음파의 저주파수 변동들로부터 검출된다.
그런 후, 피하 손가락끝 골 구조의 이미지가 캡쳐되어 메모리(14) 내에 저장되고(단계 63), 손가락의 피하 구조를 고유하게 식별하는 식별자들의 바이오메트릭 데이터를 상대적 및 로컬 센서 x,y,z 좌표들로 획득하도록 프로세서(13)에 의해 처리된다(단계 65). 손가락 골 구조는, 특히 골굴곡 또는 다른 골형상 식별자들과 같은 바이오메트릭으로서 유용된다.
지문, 맥관 이미지, 골 구조 이미지, 및 탄력성 파라미터로부터의 바이오메트릭 데이터의 식별자들이 결정된 생명 입증 파라미터들과 더불어 컴퓨터 시스템(28)에 제공된다(단계 66). 컴퓨터 시스템(28)은 등록된 대상자들의 손가락들의 바이오메트릭 데이터의 이전 캡쳐된 식별자들의 보안 식별 정보의 데이터베이스를 저장하고, 단계 60~단계 63에서 손가락으로부터 획득된 바이오메트릭 데이터의 식별자들을 이러한 보안 식별 정보에 맵핑시키려고 시도한다(단계 66). 각각의 시도된 맵핑마다 스코어가 계산되고(단계 67), 맵핑 스코어 중 하나가 문턱 레벨을 초과하면 식별은 확인된 것으로서 간주될 수 있다. 소영역 피하 바이오메트릭 이미지에 대해 지문 이외의 추가적인 바이오메트릭 데이터 식별자의 이용은 진정한(true) 수락 및 진정한 거절 확률을 증가시킨다.
하나 이상의 생명 입증 파라미터(proof of life parameter)가 메모리(14)에 저장된 각각의 허용가능 임계값을 벗어난 것을 프로세서(13)[또는 컴퓨터 시스템(28)]가 검출하면, 식별 프로세스가 종료되고, 컴퓨터 시스템(28)의 오퍼레이터에게 통지된다.
선택적으로 또는 추가적으로, 지문 및/또는 하나 이상의 골 구조와 맥관구조의 3차원 초음파 이미지가 메모리(14) 내에 저장되고 및/또는 메모리 내의 저장을 위해 컴퓨터 시스템(28)에 전송될 수 있다. 또한, 이러한 동작을 가능하게 하는 메모리 내의 프로그램 또는 소프트웨어에 따라 프로세서(13)가 동작하는 것과 마찬가지로, 이러한 이미지(들)가 시스템(28)에 제공된다면, 바이오메트릭 인증 식별자를 제공하기 위해 프로세서(13)에 의한 이미지의 프로세싱의 전부 또는 일부는 컴퓨터 시스템(28)에 의해 수행될 수 있다.
인증을 위해서가 아니라 대상자(subject)를 등록하기(enroll) 위해, 단계 60 내지 65도 수행되고, 이러한 단계들로부터의 바이오메트릭 데이터는, 지문 식별 시스템의 통상적인 방식으로 바이오메트릭 식별에서의 추후의 사용을 위해, 서브젝트, 예컨대 이름, 얼굴 사진, 디파트먼트(department) 등에 관련된 다른 입력된 식별 정보를 따라, 컴퓨터 시스템(28)의 보안 정보의 데이터베이스 내의 저장을 위해 컴퓨터 시스템(29)에 전송된다. 하나 이상의 생명 입증 파라미터(proof of life parameter)가 메모리(14)에 저장된 각각의 허용가능 임계값을 벗어난 것을 프로세서(13)[또는 컴퓨터 시스템(28)]가 검출하면, 등록 프로세스가 종료되고, 컴퓨터 시스템(28)의 오퍼레이터에게 통지된다.
식별 장치(9)는 다른 촬상 또는 바이탈(vital) 파라미터 검출을 제공할 수 있다. 예컨대, 매우 큰 개구부(aperture)(40)의 포커싱이 어긋난 빔(송신 및 수신된 채널은 시간 이동되지 않음)이 심박을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 심박으로부터, 파형요소(wavelet)(시간 주파수 패턴)는 프로세서(13)에 의해 구성될 수 있다. 이어서, 시간적 필터링의 제공에 의한 동맥 혈류 지원 바이오메트릭 식별과 연관된 박동의 영역을 식별하기 위해 파형요소가 사용된다. 또한, 상기한 바와 같은 직교(othogonal)가 아닌, 3차원에서의 상관관계(correlation)의 흐름(flow)을 검출 및 모니터링하기에 유용한, 평행 오버래핑 송신 및 수신 빔과 비-오버래핑 평행 송신 및 수신 빔이 사용될 수 있다.
스캔 개구부(40)는 x와 y 치수를 따라 사이즈가 고정되는 것으로 설명했지만, 도 5 내지 도 8과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 가변 개구부를 사용하는 피하의 피처(subcutaneous feature)에 대한 검색이 사용될 수 있고, 우선, 피하의 바이오메트릭 영역은 와이더 빔(wider beam)을 사용하여 조악하게 스캔되고; 프로세서(13)에 의해 식별된 영역만이 더 작은 스캔 개구부의 고해상도 스캐닝을 사용하여 스캔된다. 식별된 영역은 가능한 물체 검출을 나타내는 임계값을 넘는 픽셀 값(또는 공간 분포)을 가질 때까지 식별될 수 있다.
추가적인 바이오메트릭 또는 의학 정보를 제공하기 위해, 여기서 설명한 하나 또는 다수의 초음파 3차원 이미지는 임의의 공통 초음파 분석을 사용하여 분석될 수 있다. 따라서, 조직(tissue)의 해부학상의, 형태학상의, 그리고 생리학상의 특성을 추출하기 위해, 손가락 끝에 대한 생체 의학의 초음파의 적용이 사용될 수 있다. 식별을 위해 설명한 센서(10)로부터 제공되는 초음파 이미지는 통상적인 초음파 이미지와 같은 방식으로 의학적 용도로 사용될 수 있다.
도 12는 센서 제어 하드웨어 및 소프트웨어의 간략한 예시이다. 도시된 바와 같이, 여기서 프로세서(13)라고도 한 CPU(central processing unit)(13)는, 여기서 버스(bus)(70)라고도 한 시스템 버스(70)에 전자적으로 접속된다. 메모리(14), 신호 생성기(12), 컨트롤러(16), 및 신호 프로세서(76)도 버스에 전자적으로 접속되고, 버스(70)를 통해 프로세서(13)에 의해 어드레스 가능하다(addressable). 메모리(14)는, 버스(70)를 통해 프로세서(13)로부터 어드레스 가능한 하나 이상의 메모리 컴포넌트로서 구현되는 메모리를 나타낸다. 바람직하게는 그리고 일부 실시형태에서, 프로세서(13)는 버스(70)에 전기적으로 접속될 필요가 없고 버스(70)가 아닌 다른 수단을 통해 어드레스 가능한 다른 메모리 컴포넌트를 어드레스할 수 있다.
가상 메모리(72)는, 메모리(14)로서 구현되는지 또는 다른 버스 미접속 메모리(non-bus attached memory)로서 구현되는지에 따라, 프로세서 어드레스 가능 및 어드레스 가능 메모리를 나타낸다. 가상 어드레스 공간(74)은 CPU 명령어와 프로세스 어드레스가능 데이터로서 표현되는 디지털 로직을 저장한다. 센서 제어 소프트웨어(74)는 가상 메모리(72) 내에 저장되고 신호의 송신을 제어하도록 구성되고, 프로세서(13), 컨트롤러(16), 신호 생성기(12), 및 신호 처리기(76)를 통해 센서 어레이(10)로부터 신호의 수신을 제어하도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 컨트롤러(16)는 도 1a에 도시된 바와 같은 멀티플렉서(15a-15b)와 마찬가지로 멀티플렉서("muxes")와 인터페이스한다. 프로세서도 버스(70)를 통해 컨트롤러(16)와 인터페이스하기 때문에, 프로세서(13)를 통한 센서 제어 소프트웨어(74)도 컨트롤러(16)를 통해 멀티플렉서(15a-15b)의 제어를 수행한다.
다른 실시형태에서, 도 13에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(16)는 센서 어레이(10)로부터 및 센서 어레이(10)로 신호를 송신 및 수신하기 위해, 비멀티플렉서 기반 하드웨어와 인터페이스한다. 프로세서도 버스(70)를 통해 컨트롤러(16)와 인터페이스하기 때문에, 프로세서(13)를 통한 센서 제어 소프트웨어(74)는 컨트롤러(16)를 통해 비멀티플렉서 기반 하드웨어의 제어를 수행한다.
센서 제어 소프트웨어(74)는 적어도 하나의 손가락 지문의 2차원 이미지를 인코딩하는 제1 데이터 세트를 취득하기 위해 제1 모드에서 동작가능하도록 구성된다. 또한, 소프트웨어(74)는 손가락 내에 포함된 조직 내에 위치하는 하나 이상의 피하 조직 구조의 적어도 하나의 3차원 표현을 인코딩하는 제2 데이터 세트를 취득하기 위해 제2 모드로 동작가능하도록 구성된다.
또한, 소프트웨어는, 손가락 내에 포함된 지문과 피하 조직 내의 바이오마커(biomarker)와 같은 바이오메트릭 정보를 식별한다. 미누티아 외에, 다른 바이오마커는 하나의 선택된 지문 미누티아 위치에 관련된 혈관 구조 또는 골 구조의 가장 가까운 3차원 좌표를 포함한다. 이들 바이오마커들 사이의 상대적 위치는 3차원 직교좌표계로 표현된다. 다른 실시형태에서, 지문 내의, 피하 조직 내의, 및/또는 지문과 피하 조직 사이의 바이오마커들 사이의 상대적 위치를 정량화하기 위해 각도와 거리를 채택하는 등의 다른 미터법(metric)이 채택된다.
맥관 구조 및 골 구조와 관련하여, 맥관 구조 또는 골 구조에 대한 교차 평면을 따르는 중심 포인트 및/또는 외부면을 따르는 포인트들의 위치 좌표들이 결정되어, 바이오메트릭 마커로서 기록된다.
몇몇 실시예들에서, 맥관 피하 구조 내에 바이오마커들의 초기 맵핑 이후에, 피하 조직의 부분들의 동적 특성들을 식별하기 위하여 시간이 흐름에 따라 하나 이상의 바이오메트릭 마커들의 제2, 제3, 그리고 가능하면 제4 맵핑이 이루어진다.
예를 들어, 맥관 구조와 연관된 것들과 같은, 시간이 흐름에 따라 변화하는 바이오마커들의 위치들이 기록되고 분석되어, 심박 주파수 및/또는 존재를 표시하는 운동 패턴을 결정하고 맥관 구조를 통한 맥파 패턴 또는 혈류량을 옵션적으로 결정한다. 그러한 분석은 또한 맥관 구조의 팽창 및 수축 측정과 같은 탄력성들을 결정할 수 있다.
피하 조직 내의 바이오메트릭 마커들의 동적 특성들의 측정을 제외하고, 피하 조직 및 지문 내의 덜 동적이고 비교적 정적인 바이오메트릭 마커들의 정적인 표현이 측정되고 결합되어 개인의 전체 정적 바이오메트릭 특징을 나타내며, 이는 바이오메트릭 매칭을 수행하기 위해 식별되지 않은 개인으로부터 추후에 획득된 바이오메트릭 정보와의 추후의 비교를 위해 이용된다.
몇몇 실시예들에서, 바이오메트릭 매칭은 매칭 스코어의 계산을 수반한다. 그러한 매칭 스코어가 최소 스코어 값과 동일하거나 그를 초과한다면, 아이덴티티 매치가 발생하고, 결과적으로, 현재 입증되지 않은 아이덴티티를 갖는 사람이 바이오메트릭 데이터가 이전에 그로부터 획득된 사람이고, 등록한 후, 발명의 시스템과 관련하여 추후에 매칭될 가능성이 매우 높다.
유사하게, 그러한 매칭 스코어가 최소 스코어 값 미만이라면, 아이덴티티 매치는 발생하지 않고, 결과적으로, 입증되지 않은 아이덴티티를 현재 갖는 사람이 바이오메트릭 데이터가 이전에 그로부터 획득된 사람이고, 발명의 시스템과 관련하여 등록될 가능성이 낮다.
도 13은 센서 어레이(10)에 신호를 송신하고 센서 어레이(10)로부터 신호를 수신하기 위한 대안적 하드웨어를 예시한다. 본 발명의 대안적 실시예에 따른 피에조전기 식별 디바이스의 탑 다운 뷰(top down view)의 개략도가 도시된다.
도시된 바와 같이, 멀티플렉서들(15a-15b)은 각각 비-멀티플렉서 기반 전자 하드웨어 컴포넌트들(85a-85b)로 교체된다. 컴포넌트(85a)는 CMOS 드라이버들을 포함하며, 신호 생성기(12)로부터 센서 어레이(10)의 요소들(11)로의 신호들의 송신을 용이하게 하도록 구성된다. 멀티플렉서들의 사용은 상당한 원치 않는 캐패시턴스를 부가하며, 이는 센서 어레이(10)로부터의 초음파 음향 에너지를 발생시킬 때 센서 어레이(10)의 사용을 저하시킨다.
비-멀티플렉서 기반 전자 하드웨어(85a)는 그 대신에, 컴포넌트(85b)가 센서 어레이(10)로부터 신호들을 수신할 때, 접지 전위 대신 센서 어레이(10)로의 신호들의 송신을 주기적으로 스위칭하기 위하여 CMOS 드라이버들을 이용한다. 유사하게, 비-멀티플렉서 기반 전자 하드웨어(85b)는 그 대신에, 컴포넌트(85a)가 센서 어레이(10)로 신호들을 송신할 때, 접지 전위 대신 센서 어레이(10)로부터 신호를 수신하고 센서 어레이(10)로부터의 신호들의 수신을 주기적으로 스위칭하기 위하여 전치 증폭기들을 이용한다.
다시 말해, 수신(Rx) 라인들(20)은 송신(Tx) 라인들(19)을 통한 신호 송신 동안에 접지에 클램핑되고, 송신(Tx) 라인들(29)은 수신(Rx) 라인들(20)을 통한 신호 수신 동안에 접지에 클램핑된다. 이것은 신호 송신(Tx) 시퀀스 동안의 저 임피던스 수신(Rx) 라인들 상의 접지 전위 클램핑 멀티플렉서(mux) 및 신호 수신 시퀀스 동안의 송신(Rx) 라인들을 클램핑하기 위한 송신(Tx) 드라이버의 제어를 허용한다. 따라서, 그러한 클램핑 멀티플렉서(mux)가 85a-85b 내에서 이용될 수 있으나, 이들 컴포넌트들(85a-85b)은 실질적으로 비-멀티플렉서 전자 하드웨어 컴포넌트들로부터 구현되고, 결과적으로, 본 명세서에서 비-멀티플렉서 기반 하드웨어로서 지칭된다.
다른 실시예들에서, 수신(Rx) 클램핑 멀티플렉서(mux)를 반대 극성 구동 송신(Tx) 드라이버로 변화시킴으로써, H-브릿지 송신 드라이버들이 이용될 수 있다. 이러한 타입의 구성에서, 수신(Rx) 라인들 상의 제2 송신(Tx) 드라이버는 신호 (Rx) 수신 동안에 3-상태(tri-state)로 들어갈 것인 반면, 반대 송신(Tx) 드라이버는 접지 전위로 클램핑될 것이다.
전술한 설명으로부터, 향상된 바이오메트릭 감지 디바이스들 및 바이오메트릭 식별을 위해 이를 사용하는 시스템들 및 방법들이 제공되었음이 명백할 것이다. 예시된 설명은 전체가 예시로서 취해지며, 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨지지 않는다. 발명의 범위 내에 있는 그러한 변형들, 수정들 및 확장들은 의심할 여지 없이 본 기술분야의 당업자들에게 명백해질 것이다.
이러한 기록된 설명은 최선의 모드를 포함하여 발명을 개시하기 위하여, 그리고 본 기술분야의 임의의 당업자가 임의의 디바이스들 또는 시스템들의 제조 및 사용과, 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 포함하여 발명을 실행하는 것을 가능하게 하기 위하여 예시들을 사용한다. 발명의 특허가능한 범위는 청구항에 의하여 정의되며, 본 기술분야의 당업자들에게 떠오르는 다른 예시들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예시들은 그 예시들이 청구항의 문어와 상이하지 않은 구조적 요소들을 갖는다면, 또는 그 예시들이 청구항의 문어와의 미약한 차이들을 갖는 등가적인 구조적 요소들을 포함한다면, 청구항의 범위 내에 있는 것으로 여겨진다.

Claims (11)

  1. 바이오메트릭 감지 장치(biometric sensing apparatus)에 있어서,
    압전 세라믹 요소들의 어레이; 및
    상기 요소들의 여기(excitation) 및 상기 요소들 각각의 움직임의 모니터링을 위한 전자장치(elecctronics)의 세트
    를 포함하고,
    상기 전자장치 및 요소들은, 손가락 지문의 적어도 하나의 2차원 이미지를 인코딩한 제1 데이터 세트를 획득하기 위해 제1 모드로 동작가능하고, 상기 손가락 내에 포함된 조직 내에 위치되어 있는 하나 이상의 피하 조직 구조들의 적어도 하나의 3차원 표현(representation)을 인코딩한 제2 데이터 세트를 획득하기 위해 제2 모드로 동작가능하며,
    상기 전자장치는, 상기 피하 조직 구조들 중 하나 이상과 상기 지문 사이의, 그리고 그들 내부의 바이오메트릭 마커(biometric marker)들을 식별하고 바이오메트릭 마커들 사이의 상대적 위치의 양적인 표현을 기록하도록 구성된 소프트웨어에 의해 제어되는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 데이터 세트는 상기 피하 조직 내의 혈관 구조들을 식별하고 그들의 위치를 찾아내기(locate) 위해 이용되는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 데이터 세트는 상기 피하 조직 내의 골 구조들을 식별하고 그들의 위치를 찾아내기 위해 이용되는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 데이터 세트는 상기 피하 조직의 동적 특성을 결정하기 위해 이용되고, 상기 동적 특성은 시간에 따라 변하는 특성인 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 동적 특성은 상기 피하 조직의 탄력성을 포함하는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 동적 특성은 심장 박동의 빈도를 측정하기 위해 이용되는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 동적 특성은 혈관 구조를 통해 흐르는 혈액의 존재 또는 양을 측정하기 위해 이용되는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 동적 특성은 혈관 구조와 관련된 맥파 패턴의 존재 또는 양을 측정하기 위해 이용되는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오메트릭 마커들 세트는 바이오메트릭 매칭을 위해 나중에 이용되는 특징화 스코어(characterizing score)에 의해 표현되는 것인, 바이오메트릭 감지 장치.
  10. 바이오메트릭 감지 시스템에 있어서,
    압전 세라믹 요소들의 어레이; 및
    상기 요소들의 여기 및 상기 요소들 각각의 움직임의 모니터링을 위한 전자장치의 세트
    를 포함하고,
    상기 전자장치 및 요소들은, 손가락 지문의 2차원 이미지를 인코딩한 제1 데이터 세트를 획득하기 위해 제1 모드로 동작가능하고, 상기 손가락 내에 포함된 조직 내에 위치되어 있는 하나 이상의 피하 조직 구조들의 적어도 하나의 3차원 표현을 인코딩한 제2 데이터 세트를 획득하기 위해 제2 모드로 동작가능하며,
    상기 전자장치는, 상기 피하 조직 구조들 중 하나 이상과 상기 지문 사이의, 그리고 그들 내부의 바이오메트릭 마커들을 식별하고 바이오메트릭 마커들 사이의 상대적 위치의 양적인 표현을 기록하도록 구성된 소프트웨어에 의해 제어되는 것인, 바이오메트릭 감지 시스템.
  11. 바이오메트릭 정보를 감지하는 방법에 있어서,
    압전 세라믹 요소들의 어레이를 제공하는 단계; 및
    상기 요소들의 여기 및 상기 요소들 각각의 움직임의 모니터링을 위한 전자장치의 세트를 제공하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전자장치 및 요소들은, 손가락 지문의 2차원 이미지를 인코딩한 제1 데이터 세트를 획득하기 위해 제1 모드로 동작가능하고, 상기 손가락 내에 포함된 조직 내에 위치되어 있는 하나 이상의 피하 조직 구조들의 적어도 하나의 3차원 표현을 인코딩한 제2 데이터 세트를 획득하기 위해 제2 모드로 동작가능하며,
    상기 전자장치는, 상기 피하 조직 구조들 중 하나 이상과 상기 지문 사이의, 그리고 그들 내부의 바이오메트릭 마커들을 식별하고 바이오메트릭 마커들 사이의 상대적 위치의 양적인 표현을 기록하도록 구성된 소프트웨어에 의해 제어되는 것인, 바이오메트릭 정보를 감지하는 방법.
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