KR20160122114A - 밴드패스 필터 및 가변 광원을 갖는 기민한 생체인식 카메라 - Google Patents

Abstract

장치의 사용자를 인증하기 위한 시스템 및 방법. 생체인식 카메라 시스템은 변화 가능한 광 파장 출력을 갖는 광원, 및 이미지 센서 및 상기 이미지 센서에 수용되는 주변 광을 필터링하기 위한 밴드패스 필터를 포함하는 카메라를 포함한다. 사용자의 광학 이미지, 일 예로 홍채의 이미지는 상기 광원으로부터 제공되고 상기 밴드패스 필터에 의해 필터링되고, 상기 이미지 센서에서 수용되는 광에 의해 생성된다. 상기 사용자의 인증 상태는 상기 이미지를 이용하여 결정될 수 있다.

Description

밴드패스 필터 및 가변 광원을 갖는 기민한 생체인식 카메라{AGILE BIOMETRIC CAMERA WITH BANDPASS FILTER AND VARIABLE LIGHT SOURCE}

본 발명의 실시예들은 일반적으로 장치의 사용자를 식별하는 것과 관련된다. 좀 더 상세하게는, 본 발명의 실시예들은 모바일 장치의 사용자를 인증하는 것과 관련된다.

생체인식을 통한 사용자 식별을 위한 많은 방법들이 제안되어 왔다. 보다 유망한 기술들 중 하나가 홍채 인식 기술이다. 홍채의 이미지를 캡쳐하기 위한 다양한 카메라 시스템들이 있다. 생체인식 카메라 시스템들의 어려움들 중 하나는 주변 광에서 동작하는 것, 일 예로, 사람의 신원을 결정하기 위해 이미지 센서에서 충분한 식별력을 가지고 태양 빛 아래에서 홍채의 이미지를 캡쳐할 수 있도록 하는 것이다. 밝은 주변 광은, 특히 근적외선 영역 내에서, 상기 이미지 센서를 포화상태로 만들 수 있고, 일관된 홍채 이미지를 캡쳐하는 것을 어렵게 만드는 그림자들을 또한 만들어낼 수 있다.

본 발명의 일 기술적 과제는 기민한 생체인식 카메라 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 장치의 사용자를 인증하기 위한 생체인식 카메라 시스템을 포함한다. 상기 카메라 시스템은 가변적인 광 파장 출력을 갖는 광원, 및 이미지 센서와 상기 이미지 센서에 수용되는 주변 조명을 필터링하기 위한 밴드패스 필터를 포함하는 카메라를 포함한다. 사용자의 광학 이미지, 일 예로, 홍채의 이미지는 상기 광원으로부터 제공되고, 상기 밴드패스 필터에 의해 필터링되고, 상기 이미지 센서에 수용되는 광에 의해 생성된다. 상기 사용자의 인증 상태는 상기 이미지를 이용하여 결정될 수 있다.

본 발명의 측면에 따르면, 모바일 장치를 위한 생체인식 카메라 시스템은 상기 모바일 장치 상에 위치하고 이미지 캡쳐 동안 제어된 파장으로 사람을 비추도록 설정되는 광원을 포함한다. 상기 시스템은 상기 모바일 장치 상에 위치하는 생체인식 카메라를 포함하되, 상기 생체인식 카메라는 이미지 렌즈, 및 상기 이미지 렌즈의 초점 축(focal axis)을 따라 위치하되 주변 조명을 필터링하고 상기 제어된 파장의 광을 전송하도록 동작하는 밴드패스 필터를 포함한다. 상기 생체인식 카메라는 상기 이미지 렌즈의 상기 초점 축을 따라 위치하는 이미지 센서를 더 포함하되, 상기 밴드패스 필터는 상기 이미지 렌즈와 상기 이미지 센서 사이에 있다. 상기 이미지 센서는 상기 사람의 광학 이미지를 상기 사람의 비디오 이미지를 생성하기 위한 전자적 신호로 변환하도록 설정된다. 상기 생체인식 카메라는 상기 사람의 상기 비디오 이미지를 수용하고 상기 사람의 인증 상태를 결정하도록 설정되는 프로세서를 더 포함한다.

상기 시스템의 일 실시예에서, 상기 사람의 상기 이미지는 상기 사람의 홍채를 포함하고, 상기 인증 상태는 홍채 데이터 베이스에 저장된 미리 등록된 이미지와 상기 홍채의 매칭에 의해 결정된다. 일 실시예에 따르면, 상기 밴드패스 필터는 광 전송대역을 정의하기 위해 서로 관련되어 위치하는 적어도 두 개의 분포 브래그 반사기들(DBRs)을 포함한다. 일 실시에에 따르면, 상기 제어된 파장 및 상기 전송대역은 근적외선(NIR) 스펙트럼 내 파장들을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 제어된 파장 범위 내에서 광을 방출하도록 설정되는 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 생체인식 카메라는 상기 이미지 렌즈 및 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 가시광선 필터를 더 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서는 시변 방식으로 상기 이미지 센서의 이미지 요소들의 서브세트(subset)를 활성화시키도록 설정되고, 상기 활성화는 상기 이미지 센서 상에서 상기 홍채의 광학 이미지의 결정된 위치를 기초로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 생체인식 식별을 위해 사람의 이미지를 캡쳐하는 방법은 이미지 캡쳐 동안 광원으로 사람을 비추는 것을 포함하고, 상기 광원은 밴드패스 필터 및 이미지 센서를 포함하는 카메라 시스템에 인접한다. 상기 카메라 시스템 및 상기 광원은 모바일 장치 내에 수용된다. 상기 방법은, 상기 밴드패스 필터로 상기 이미지 캡쳐 동안 주변 조명을 필터링하는 것, 및 상기 이미지 센서에서 상기 이미지 캡처 동안 상기 사람의 반사된 광을 수용하는 것을 포함한다. 상기 방법은, 상기 사람의 상기 반사된 광에 대응하는 전자적 신호를 생성하는 것, 및 상기 사람의 이미지를 생성하기 위해 상기 전자적 신호를 처리하는 것을 포함한다. 상기 방법은 상기 사람의 상기 이미지에 기초하여 상기 사람의 인증 상태를 결정하는 것을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 사람의 상기 이미지는 상기 사람의 홍채를 포함하고, 상기 인증 상태는 홍채 데이터 베이스에 저장된 미리 등록된 홍채 이미지와 상기 사람의 상기 홍채의 매칭을 기초로 한다. 일 실시예에 따르면, 상기 홍채의 위치에 대응하는 이미지 센서의 일 영역은 초기 연속된 이미지 캡쳐들에 의해 결정된다. 일 실시예에 따르면, 상기 광원의 방출 전력은 가변적이고, 상기 초기 연속된 이미지 캡쳐들은 상기 광원의 낮은 방출 전력에서 캡쳐된다. 일 실시예에서, 상기 홍채의 상기 위치는 상기 광원에 의해 방출되는 제어된 파장의 값을 설정하는데 이용되고, 상기 제어된 파장은, 상기 필터링과 함께, 상기 이미지 센서가 상기 홍채의 상기 위치에 대응하는 상기 이미지 센서의 상기 영역에서 상기 홍채의 반사된 광을 수용하는 원인이 된다. 일 실시예에 따르면, 상기 홍채의 상기 결정된 위치는 상기 이미지 캡쳐 동안 상기 이미지 센서의 서브세트(subset)를 활성화시키는데 이용된다. 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 제어된 파장 및 제어된 각도에서 광을 방출하고, 상기 제어된 파장은 상기 밴드패스 필터의 수용대역과 대응한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 생체인식 사용자 인증을 위해 동작 가능한 모바일 장치는 프로세서, 홍채 데이터 베이스를 저장하고 상기 프로세서에 동작 가능하게 결합되는 메모리, 및 제어된 파장으로 광을 방출하도록 설정되는 광원를 포함하고, 상기 광은 대상의 홍채를 조명하도록 동작된다. 상기 장치는 카메라를 포함하되, 상기 카메라는 이미지 렌즈, 이미지 캡쳐 동안 상기 제어된 파장 밖의 주변 광을 배제하기 위해 상기 이미지 렌즈의 초점 축을 따라 배치되는 밴드패스 필터, 및 상기 이미지 렌즈의 상기 초점 축을 따라 배치되는 이미지 센서를 포함하고, 상기 밴드패스 필터는 상기 이미지 렌즈 및 상기 이미지 센서 사이에 위치한다. 상기 장치의 상기 이미지 센서는 상기 홍채의 광학 이미지를 상기 홍채의 비디오 이미지를 생성하기 위한 전자적 신호로 변환하도록 설정되고, 상기 프로세서는 상기 홍채의 상기 비디오 이미지를 수용하고 상기 홍채 데이터베이스에 저장된 미리 등록된 이미지와 상기 홍채의 상기 비디오 이미지를 매칭하도록 설정되되, 매칭이 결정되면 상기 대상은 인증된다.

일 실시예에 따르면, 상기 밴드패스 필터는 적어도 두 개의 분포 브래그 반사기들(DBRs)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 상기 장치는 RGB 전면부 카메라(RGB front-facing camera)를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 RGB 전면부 카메라를 이용하여 캡쳐된 환경 이미지를 기초로 상기 홍채의 위치를 결정하도록 설정된다. 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 발광 다이오드들(LEDs)의 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 발광 다이오드들(LEDs)은 독립적으로 접근 가능하다. 일 실시예에 따르면, 상기 어레이의 내부는 제1 파장을 방출하도록 동작하는 발광 다이오드들(LEDs)을 포함하고, 상기 어레이의 잔부는 제2 파장을 방출하도록 동작하는 발광 다이오드들(LEDs)을 포함하되, 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 크다. 일 실시예에 따르면, 상기 어레이의 발광 다이오드들(LEDs)은 상기 어레이의 상면에 대하여 다양한 각도로 광을 방출하도록 배치된다.

본 발명의 개념에 따르면, 기민한 생체인식 카메라 시스템이 제공될 수 있다.

본 명세서 내에 포함되고 본 명세서의 일부를 이루는, 첨부된 도면들은 본 발명의 실시예들을 나타내고, 상세한 설명과 함께 발명의 개념을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 장치 생체인식 카메라 시스템의 예시적인 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 장치를 위한 생체인식 카메라의 구성들을 나타내는 블록도이다.
도 3A, 3B, 및 3C는 본 발명의 실시예들에 따라 조사 파장을 변화시키면서 생체인식 카메라에 의해 촬영된 이미지들을 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 생체인식 카메라로 촬영된 홍채의 이미지의 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 장치의 사용자의 인증 상태를 결정하는 예시적인 프로세스를 나타내는 순서도이다.
도 6A는 본 발명의 일 실시예에 따라, 타겟을 비추는 단일 LED의 도면이다.
도 6B는 본 발명의 일 실시예에 따라, 타겟을 비추는 LED 어레이의 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, LED 어레이를 형성하는 예시적인 방법을 나타내는 프로세스 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 패키지 완료된 LED 어레이의 평면도를 나타낸다.
도 9, 10, 및 11은 본 발명의 실시예들에 따라, 패키지 완료된 LED 어레이의 다양한 실시예들을 평면적 관점에서 도시한다.

시스템 및 방법이 이하에서 설명되어, 스마트 폰 또는 태블릿과 같은 모바일 장치 내에서 구현될 수 있고, 사용자를 위해 안전한 동작을 유지하면서, 소비 전력을 감소시키고 사용자를 인증하기 위한 생체인식 이미징 특이성을 증가시킬 수 있는 생체인식 카메라를 제공한다.

참조는 일부 실시예들을 상세하게 만들 것이다. 구성은 대체적인 실시예들과 함께 설명될 것이나, 이는 청구된 구성이 이들 실시예들에 한정되는 것을 의도하지 않는 것으로 이해될 것이다. 반대로, 청구된 구성은, 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 청구된 구성의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 대체, 변경, 및 균등물들을 커버하기 위한 것이다.

더하여, 이하의 상세한 설명에서, 다수의 특정 세부사항들이 청구된 구성의 충분한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 이 기술분야에서 지식을 같는 자는 실시예들이 이러한 특정 세부사항들 없이 또는 이들의 균등물들과 함께 실행될 수 있음을 알 것이다. 다른 예시들에서, 구성의 관점 및 특징들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 방법들, 절차들, 구성들, 및 회로들은 상세하게 설명되지 않았다.

본 발명을 설명하는 맥락에서(특히, 후술하는 청구항들의 맥락에서) "하나의","상기", 및 유사한 지시어들의 사용은, 여기서 다른 지시가 있거나 맥락에 의해 명백하게 모순되지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 커버하는 것으로 해석된다. "포함하는" 또는 "구성되는"과 같은 용어는 다른 지시가 없는 한 오픈-앤드(즉, "포함하나, 이에 한정되지 않는"을 의미하는) 용어들로 해석된다.

여기서 사용되는"구성" 또는 "모듈"과 같은 용어는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 또는 주문형 집적회로(application specific integrated circuit, ASIC)와 같은, 특정 과제를 수행하는 소프트웨어 또는 하드웨어 구성들을 의미하나, 이에 한정되지는 않는다. 구성 또는 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체 내에 있도록 유익하게 설정될 수 있고, 하나 이상의 프로세서들을 실행시키도록 설정될 수 있다. 이에 따라, 구성 또는 모듈은, 예시로서, 소프트웨어 구성, 객제 지향성 소프트웨어 구성, 클래스 구성들 및 태스크 구성들, 프로세스들, 기능들, 속성들, 절차들, 서브 루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 테이블들, 어레이들, 및 변수들과 같은 구성들을 포함할 수 있다. 상기 구성 및 모듈들을 위해 제공되는 기능은 더 적은 구성들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성들 또는 모듈들로 분리될 수 있다.

상세한 설명의 일부들은 절차들, 단계들, 논리 블록들, 프로세싱, 및 컴퓨터 메모리 상에서 수행될 수 있는 데이터 비트에 대한 동작의 다른 상징적 표현들의 용어로 나타낸다. 이러한 설명 및 표현은 당업자가 다른 당업자에게 작업의 내용을 가장 효율적으로 전달하기 위해 사용되는 방법들이다. 절차, 컴퓨터 실행 단계, 논리 블록, 프로세스 등은 여기서 그리고 일반적으로, 요구되는 결과에 이르는 단계들 또는 지시들의 일관성 있는 시퀀스인 것으로 이해된다. 상기 단계들은 물리적 양들의 물리적 조작들을 요구하는 것들이다. 보통, 요구되지 않지만, 이러한 양들은 저장, 전달, 조합, 비교, 및 컴퓨터 시스템 내에서 조작될 수 있는 다른 것이 가능한 전자적 또는 자기적 신호들의 형태로 얻어진다. 이러한 신호들을 비트, 값, 요소, 심볼, 캐릭터, 용어 등과 같이 나타내는 것은 때로 편리하고 공통 사용의 이유로 인정되어 왔다.

그러나, 이러한 그리고 이와 유사한 용어들은 적절한 물리량들과 연관되고 단지 이러한 양들에 적용되는 편리한 라벨들임을 명심해야 한다. 구체적으로 다음의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 달리 명시되지 않는 한, "접근", "쓰기", "포함", "저장", "전송", "전달", "결부", "식별" 등과 같은 용어들을 사용하는 설명들은, 상기 컴퓨터 시스템의 레지스터들 및 메모리들 내에서 물리적(전자적) 양들로 표현되는 데이터를, 상기 컴퓨터 시스템 메모리들 또는 레지스터들 또는 다른 정보 저장, 전송, 또는 디스플레이 장치들 내에서의 물리양들로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작하고 변환하는, 컴퓨터 시스템 또는 이와 유사한 전자적 컴퓨터 장치의 액션 및 프로세스들을 말하는 것으로 이해된다.

도 1을 참조하면, 모바일 장치 생체인식 카메라 시스템의 일 예를 나타내는 블록도가 도시된다. 모바일 장치(100)는 메모리(112), 적어도 하나의 프로세서(114), 입출력 디바이스(I/O)(116), RGB 전면부 카메라(122), 및 디스플레이(110)를 포함하는 구성요소들을 갖는다.

상기 메모리(112), 상기 프로세서(114), 상기 I/O(116), 상기 전면부 카메라(122), 및 상기 디스플레이(110)는 하나 이상의 시스템 버스들(미도시)을 통해 함께 연결될 수 있다. 상기 메모리(112)는, 일 예로, RAM, ROM, 캐시, 가상 메모리 및 플래시 메모리를 포함하는 다른 메모리 타입들로 구성되는 하나 이상의 메모리들을 포함할 수 있다. 상기 프로세서(114)는 하나 이상의 코어들을 갖는 싱글 프로세서, 또는 하나 이상의 코어들을 갖는 멀티 프로세서들을 포함할 수 있다. 상기 I/O(116)는 정보를 입력하고 출력하는 구성요소들의 집합이다. 일 예로, 상기 I/O (116)를 구성하는 구성요소들은 마이크로폰, 스피커, 및 네트워크 상에서 통신하기 위한 무선 네트워크 인터페이스 컨트롤러 (또는 이와 유사한 구성요소)를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(114)는 하드웨어 리소스를 관리하고 기본적인 작업들을 수행하는 운영 체제(OS)를 실행할 수 있다. 일 예로, OS는 Symbian™, BlackBerry OS™, iOS™, Windows™, 및 Android™를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 디스플레이(110)는 모바일 장치(100)와 함께 집적되거나, 다른 실시예에서, 상기 디스플레이(110)는 상기 모바일 장치(100)의 외부에 있을 수 있다.

일 실시예에서, 상기 모바일 장치(100)는, 일 예로, 셀룰러 폰 또는 스마트폰, 태블릿, 노트북 또는 랩톱 컴퓨터, 텔레비전, 그리고 웨어러블 컴퓨터를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 모바일 장치 형태 요소(mobile device form factor)의 모든 타입을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모바일 장치(100)는 상기 모바일 장치(100)의 동일 측에 위치하는 상기 디스플레이(110) 및 상기 전면부 카메라(122)와 함께 구현될 수 있으며, 상기 전면부 카메라(122)는 사용자가 상기 디스플레이(110)를 보기 위해 상기 장치를 잡음에 따라 상기 사용자를 향한다. 상기 모바일 장치(100)가 랩톱 또는 노트북을 포함하는 실시예에서, 상기 전면부 카메라는 일반적으로 상기 랩톱의 뚜껑 내에 제공된다.

일 실시예에 따르면, 상기 모바일 장치(100)는 생체인식 카메라과 함께 제공될 수 있다. 상기 생체인식 카메라는 일 예로, 사용자 식별 및 인증을 위해 인간 홍채의 이미지를 캡쳐하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 생체인식 카메라 시스템은 근적외선(near infrared; NIR) 광원(124), 생체인식 카메라(126), 홍채 인식 구성요소(118), 및 홍채 데이터베이스(120)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 홍채 인식 구성요소(118) 및 상기 홍채 데이터베이스(120)는 상기 메모리(112) 내에 저장되는 소프트웨어 구성요소이고 상기 프로세서(114)에 의해 실행된다.

도시된 바와 같이, 상기 생체인식 카메라(126)는 (비록 다른 위치들이 가능하나) 상기 모바일 장치(100)의 한 코너에 위치할 수 있고, 반면, 상기 근적외선 광원(124)은, 상기 모바일 장치(100)의 본체 내에서 상기 생체인식 카메라(126)로부터 상기 근적외선 광원(124)을 오프셋 시키기 위해, 반대쪽 코너에 위치할 수 있다. 실시예에서, 상기 근적외선 광원(124)은 마이크로 발광 다이오드들(LEDs) 또는 레이저 다이오드를 사용하여 구현될 수 있다. 광원(124)은 상기 생체인식 카메라(126)의 평면에 수직하게 위치하거나, 일부 실시예들에서 상기 근적외선 광원(124)은 비스듬하게 놓여질 수 있다. 일 예로, 광원(124)은, 상기 모바일 장치(100)가 사용자에 의해 쥐어질 때 상기 모바일 장치(100)로부터 예상된 거리에 위치한, 사용자의 눈을 가리킬 수 있도록 살짝 위쪽으로 비스듬하게 놓여질 수 있다. 다른 예로, 광원(124)은 상기 생체인식 카메라(126)에 비춰진 눈을 좀 더 밝게 하기 위해 상기 생체인식 카메라(1260를 향하여 살짝 비스듬하게 놓여질 수 있다.

동작시, 상기 근적외선 광원(124)은 상기 생체인식 카메라(126)에 의해 사용자의 홍채의 이미지 캡쳐 동안 (일 예로, 근적외선으로) 상기 모바일 장치(100)의 사용자를 비출 수 있다. 상기 생체인식 카메라(126)로부터 출력되는 비디오 이미지들은, 상기 사용자의 인증상태를 결정하는, 상기 홍채 인식 구성요소(118)에 의해 수용될 수 있다. 일 예로, 상기 사용자의 상기 인증 상태는 상기 홍채 데이터베이스(120) 내에 저장된 미리 등록된 이미지들과 상기 홍채의 상기 이미지를 매칭하는 것을 통하여 결정될 수 있다. 만일 일치하는 것이 발견되면, 상기 사용자는 인증될 수 있다. 상기 홍채 인식 구성요소(118)는 홍채의 특징들을 추출하기 위한 가버 필터(Gabor filter)의 사용을 포함할 수 있으나, 다른 필터링 또는 특징 추출 기술들도 사용될 수 있다. 주어진 홍채에 독특한 상기 홍채 특징들은 이진법 형태로의 변환을 위해 양자화될 수 있고, 해밍 거리(Hamming distance)가, 서로 다른 이진법의 홍채 특징들 사이의 비교(일 예로, 홍채 데이터베이스(120)로부터 홍채들을 비교)를 위한 선별기로 이용될 수 있다. 다른 홍채 매칭 기술들도 본 발명의 사상 및 범위에 일관될 수 있다.

주변 빛은, 미리 등록된 이미지들과의 이미지 매칭을 수행하기 위해 충분한 세부사항들과 함께 상기 사용자(일 예로, 홍채)의 이미지를 캡쳐하는데 어려움을 준다. 주변 빛은 이미지 센서를 포화시킬 수 있고 상기 신호(즉, 상기 홍채와 같은, 상기 사용자로부터 반사된 광)를 압도할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 이미지 센서에 도달하는 광의 대역폭(bandwidth, 일 예로, 스펙트럼)을 제한하기 위해 밴드패스 필터가 이용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라(126)의 블록도가 도시된다. 일 실시예에서, 상기 카메라(126)는 홍채 인식 카메라로 기능하도록 동작할 수 있다. 상기 카메라(126)는 렌즈의 초점 축을 따라 입사광을 이미지 센서(206)로 집중시키도록 설정되는 이미지 렌즈(또는 렌즈 시스템, 200)을 포함할 수 있다. 주변 광은 밴드패스 필터(202)의 추가에 의해 현저하게 감소한다. 선택적으로, 일부 실시예들에서, 주변 광 배제를 증가시키기 위해 가시광선 필터(204)가 추가될 수 있고, 상기 가시광선 필터(204)는 적외선이 통과되는 동안 가시광선을 대체로 차단하기 위해 제공될 수 있다.

상기 밴드패스 필터(202)는 간섭 필터(interference filter)일 수 있고, 일 예로, 적층된 구성 내에 배치되는 분포 브래그 반사기들(DBRs)을 포함할 수 있다. 개별적으로 사용될 때 비록 하나의 DBR은 협대역폭(narrow bandwidth) 반사기로 기능할 수 있으나, 적층된 구성 내에서 근접하게(일 예로, 전송 파장과 연관된 특정 거리에) 배치될 때 DBR들(DBRs)은 상기 대역 밖에서 높은 배제도(a high degree of rejection)를 갖는 협대역 전송필터들로 기능할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 밴드패스 필터(202)는 갈륨 아세나이드(gallium arsenide (GaAs))와 같은 물질을 포함할 수 있으나, 다른 물질들도 이용될 수 있다. 밴드패스 필터로 사용되는 상기 DBR들(DBRs)은 갈륨 아세나이드(GaAs)는 물론 다른 유사한 물질들(일 예로, 인듐 갈륨 아세나이드(InGaAs) 및 기타 물질들)의 증착을 통해 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 다른 굴절률들을 갖는 갈륨 아세나이드(GaAs)의 도핑된 형태들은 상기 DBR을 위해 요구되는 구조들을 형성할 수 있다. 밴드패스 필터(202)의 가장 단순한 형태는 대략 수 나노미터의 상대적으로 좁은 밴드패스(일 예로, 전송대역)를 갖는다. 그러나, 상기 두 개의 DBR들(DBRs) 사이의 다른 굴절률을 이용함에 따라, 또는 상기 DBR들(DBRs)의 층들의 두께들을 다양하게 함에 따라, 상기 밴드패스는 실질적으로 이보다 넓게(일 예로, 수십 내지 수백 나노미터) 조절될 수 있다.

이미지 센싱 어플리케이션들에서 필터의 상기 대역폭은 주로 중간 폭(일 예로, 수십 나노미터)이다. 설명된 필터들은, 상기 필터들 사이의 적절한 간섭을 만들어 내기 위해, 서로 인접하는 층들의 상기 두께들의 조절에 의해 기능한다. 광선의 입사각이 상기 필터들의 상기 표면에 수직하지 않으면, 상기 광선의 중심 파장의 쉬프트(shift)가 초래된다. 이러한 쉬프트(shift)는 아래 수학식1과 같다.

여기서 λ_C는 쉬프트된 중앙 파장이고, λ₀는 수직 입사시의 중앙 파장이고, n*는 기본 필터 물질의 유효 굴절률이다. GaAs는 높은 n*(n*≒3.3)를 갖기 때문에, 상기 쉬프트 효과(shift effect)는 크지 않다. 그러므로, GaAs로 구성되는 필터들은 좁은 밴드폭을 가지도록 설계될 수 있고, 이로 인해, 상당한 양의 주변 빛이 차단될 수 있다. 상기 필터들의 상기 표면에 수직으로부터 먼 입사각들을 위한 더 큰 쉬프트 효과가 요구되는 경우, 더 낮은 굴절률을 갖는 물질(또는 물질의 조합)이 선택될 수 있다.

상기 홍채를 이미징하도록 설계된 카메라에서, 시야각(the field of view)및 이미지 센서 해상도 사이에 설계 트레이드오프(design tradeoffs)가 존재한다. 상기 카메라는 상기 홍채를 이미징하기 위해 상기 홍채에 바로 향할 필요가 없도록 가급적 충분히 넓은 시야각을 갖는다. 그러나, 상기 시야각은, 상기 홍채의 상기 이미지가 상기 이미지 센서 상에서 너무 작아서 상기 홍채 인식 시스템에 의한 인식을 위한 충분한 세부사항들을 제공하지 못하지 않도록, 넓지 않아야 한다. 일 예로, λ₀의 파장이 840nm이고 카메라의 시야각이 30°(반각((half-angle))이고, GaAs 필터가 채용된 경우, 상기 중앙 파장 λ_C은 상기 이미지의 상기 중앙으로부터 상기 가장자리로 10nm 만큼 쉬프트될 수 있다. 상기 필터의 상기 대역폭이 더 넓게 만들어진다면(일 예로, GaAs와 다른 물질을 사용하는 필터의 사용에 의해) 더 많은 빛이 통과될 수 있으나, 더 많은 주변 광 또한 들어올 것이다. 상기 필터를 위해 다른 물질, 일 예로, 더 낮은 굴절률을 갖는 물질이 선택되는 경우, 중앙 파장 내 상기 쉬프트는 상기 표면에 수직으로부터 먼 주어진 각도에서 더 크다.

일 실시예에서, 상기 밴드패스 필터(202)는 상기 이미지 센서(206)로 들어오는 광의 양을 제한하기 위해 좁게(일 예로, 수 nm) 설정된다. 일 실시예에서, 상기 광원(124)은 상기 시야각을 고르게 비추는 원뿔형의 광일 수 있다. 상기 광원(124)은, 상기 시야각 내의 각도들에서, 상기 밴드패스 필터(202)의 수용 파장(acceptance wavelengths, 일 예로, 전송대역)을 커버하기에 충분히 큰 광 대역폭(an illumination bandwidth)을 가지도록 설정된다. 주변 광을 감소시키는 것은 상기 이미지 센서(206)에서 이미지 센싱을 개선하고, 나아가 상기 밴드패스 필터를 통과할 수 없는 풍경의 부분들을 비추는 것을 억제함으로서 전력 절감이 얻어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 광원(124)은 상기 밴드패스 필터(202)의 상기 협대역폭에 대응하는, 협대역폭(일 예로, 약 10nm 도는 수십 nm)을 가지도록 설정된다. 이는 상기 홍채를 충분히 비추면서, 상기 카메라 시스템의 전체 전력 필요를 낮추는데 도움이 된다. 나아가, 상기 이미지 센서(206)에 수용되는 상기 광 또한 제한된다. 광원(124)의 실시예는 고정된 출력 파장의 광을 가지고, 상기 밴드패스 필터(202) 상에서 광 전송의 상기 파장 의존성 때문에 상기 이미지의 일부만 비춰지는 것을 야기한다.

가변적인 광원(124)을 채용함으로써, 상기 센서에 의해 검출 가능한 상기 이미지의 부분들은 상기 이미지 센서의 다른 영역들로 이동될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광원(124)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)이다. 상기 VCSEL은, 열처리(작은 파장 변화를 위한) 및 상기 VCSEL의 상기 캐비티 길이를 변화시키는 마이크로 전기기계 시스템(micro-electromechanical system, MEMS) 장치(넓은 파장 변화를 유도하기 위한)를 포함하는, 몇가지 방법으로 가변하게 만들어질 수 있다. VCSEL의 상기 출력은 각도 의존성을 가질 수 있으나, 이러한 각도 의존성은 먼저 빔 확장기를 통해 보내지는 상기 VCSEL의 출력에 의해 최소화될 수 있고, 이에 따라, 상기 출력 광은 전체 시야각을 커버한다. 특히 홍채 이미징 어플리케이션들을 위해, 이러한 셋업(setup)은 안전한 수준에서 상기 눈을 비추기 위해 필요한 빛의 강도를 제한할 수 있다.

일 실시예에서, VCSEL은 830-840nm의 가변 파장 대역을 가지도록 선택되되, 상기 VCSEL은 이 대역 내의 정해진 파장에서 출력하고 +/-1nm의 대역폭을 갖는다(일 예로, 840+/-1nm의 중심 파장). 도 3A는 840nm의 중심 패스 밴드(central pass band)를 갖는 필터(일 예로, 필터 202) 뒤에 놓여지는 이미지 센서(일 예로, 이미지 센서 206)에 의해 캡쳐되는 개략적인 이미지(300)를 나타낸다. 도 3A에서, 상기 VCSEL은 840nm의 파장으로 정해진다. 상기 이미지의 부분(310)은 상기 필터를 통해 전송되어 상기 이미지 센서에 의해 캡쳐된다. 전체 시야각이 VCSEL에 의해 비춰지더라도, 일부만 상기 이미지 센서에 의해 검출되고, 상기 시야각의 나머지는 상기 필터의 각도 의존성에 의해 크게 잘려진다. 특히, 상기 부분은 입사광을 수용하는 상기 필터(202)에 수직한 축에 충분히 가깝다.

도 3B를 참조하면, 상기 중심 패스 밴드보다 더 짧은 파장으로 조정된(일 예로, 835nm로 조정된) 파장을 갖는 VCSEL로부터의 상기 이미지(300)가 도시된다. 특히, 부분(320)은 일 예로, 840nm의 중심 패스 밴드 및 835nm의 조정된 광 파장에서 이미지된 상기 시야각의 부분을 나타낸다. 물론, 이들 수치들은 단지 예시적인 것이고, 많은 다른 파장 및 대역폭 범위가 유사한 효과를 가지도록 선택될 수 있다.

도 3C은 홍채의 이미지가 본 발명의 일 실시예에 따라 프로세싱을 위해 캡쳐된 개략도를 나타낸다. 여기서, 홍채(340)는 VCSEL의 일 파장에 의해 비추어지고, 상기 이미지(300)는 상기 파장의 상기 부분 링(330)을 캡쳐하고, 상기 부분(330)은 상기 홍채를 포함한다. 이미징을 위해 선택된 특정 파장은 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 VCSEL은 그 출력 파장들의 범위에 걸쳐 스캔될 수 있고, 상기 눈을 위해 가장 좋은 광을 제공하는 파장을 찾기 위해 선택된 파장들에서의 상기 이미지가 분석될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 홍채는 기술분야에서 알려진 많은 방법들에 의해 인식될 수 있고, 가장 세밀한 상기 이미지가 이후 이미징을 위한 베스트 파장으로 선택될 수 있다. 감소된 이미징 프로세싱을 할 수 있는 다른 실시예에서, 눈의 각막에 비친 거울 반사가 측정되고, 최대 반사에 대응하는 파장이 결정된다. 상기 홍채가 광의 선택된 파장으로 비춰지면, 상기 이미지가 상기 파장에서 홍채 인식을 위해 얻어진다.

상기 홍채를 측정하기 위한 유리한 파장을 결정하는 다른 방법은, 상기 생체인식 카메라(126)로부터의 정보를 다른 카메라의 정보와 조합하는 것에 의한다. 본 발명의 실시예들은 상기 생체인식 카메라(126)와 함께 전면부 카메라(122)를 포함한다. 상기 전면부 카메라(122)는 상기 생체인식 카메라(126)보다 더 넓은 시야각을 가질 수 있다. 상기 전면부 카메라(122)는 상기 생체인식 카메라(126)의 시야각 내에 있는 홍채의 위치를 식별하는데 이용된다. 이 위치를 이용하여, 상기 카메라들의 상대적인 위치의 지식과 함께(일 예로, 모바일 장치의 전면 상에 위치하는 카메라들 사이의 거리), 상기 홍채의 상기 위치가 상기 생체인식 카메라를 위해 계산될 수 있다. 이 후, 홍채 캡쳐를 위해, 상기 위치에 대응하는 적절한 파장이 선택될 수 있다. 즉, 상기 이미지 센서의 상기 정해진 위치에서 상기 홍채를 이미징하기 위해, 상기 광의 출력 파장이 상기 밴드패스 필터의 전송대역을 차지하도록 조절된다.

일부 실시예들에서, 상기 홍채의 복수의 이미지들이 얻어지고 분석을 위해 보다 상세한 사항들을 제공하기 위해 조합된다. 일 실시예에서, 상기 필터 및 상기 VCSEL의 상기 대역폭은 충분히 좁게 만들어져 상기 홍채의 일부만이 상기 중심 VCSEL 출력 파장에서 캡쳐된다(일 예로, 상기 링 부분(330)은 상기 홍채의 폭보다 더 좁아질 수 있다). 다른 예에서, 유사한 결과로, 상기 홍채는 상기 카메라에 더 가까워질 수 있고, 이에 따라, 상기 이미지 내에서 더 커질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 상기 VCSEL로부터의 광 파장들은 하나 이상의 이미지 캡쳐들 내에서 전체 홍채를 캡쳐하도록 상기 이미지 획득 동안 스캔될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 필터는 GaAs의 굴절률보다 더 작은 굴절율을 갖는 물질을 이용하여 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 각도 내 파장 쉬프트(the wavelength shift in angle)는 더 두드러지고, 주어진 파장 대역에서 캡쳐 링(일 예로, 캡쳐 링 330)의 크기를 효과적으로 감소시키면서, 주변 광에 대한 민감도를 감소시킨다. 이러한 경우, 상기 광원의 상기 대역폭은 상기 필터의 상기 수용 대역과 매치되도록 선택될 수 있고, 유사한 이미지 질을 위해 더 낮은 전력에서 이미지 캡쳐가 가능하게 할 수 있다.

도 4를 참조하면, 주변 광 배제가 더 개선된 본 발명의 일 실시예가 도시된다. 이 실시예에 따르면, 전체 이미지 센서 프레임(300)을 획득하기 보다, 상기 눈 위치(340)에 대응하는 부분, 일 예로, 아이 박스(450)가 캡쳐된다. 상기 아이 박스(450)의 판독은 상기 전체 이미지 프레임(300)보다 더 빨리 프로세스될 수 있다. 이는 일 예로, 롤링 셔터(a rolling shutter)의 열-행 셔터 가변(a row-column shutter variant)을 이용하여 이루어질 수 있다. 열-행 셔터가 이용될 수 없는 실시예에서, 상기 아이 박스(450)에 대응하는 수평 선들만을 판독하는 것이 가능하다. 상기 판독 시간은, 주변 광 배제의 개선을 수반하면서, 상기 전체 이미지 센서를 판독하는 것과 비교하여 감소된다. 일 실시예에서, 상기 VCSEL 타이밍은, 상기 홍채(340)의 상기 반사가 상기 이미지 센서에 이미지되는 동안만 상기 광원(124)이 활성화되도록(일 예로, 링(330)에서 캡쳐하기 위해 조절된 광원(124)) 상기 이미지 센서의 상기 롤링 셔터와 동기화될 수 있다. 이러한 방법으로, 눈 보호를 유지하면서, 더 밝은 광 수준이 이미지의 질을 개선하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 VCSEL 타이밍 동기화는 열-행 셔터 또는 이와 유사한 기술들과 같이 이용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 순서도(500)는 본 발명의 실시예들에 따라 사람의 인증 상태를 결정하는 방법의 일 예를 나타낸다. 상기 순서도(500)는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 저장 매체의 일부 형태 상에 있는 컴퓨터-실행가능 명령들로서 실행될 수 있다.

단계 502에서 사람이 이미지 캡쳐 동안 광원에 의해 비춰진다. 상기 광원(일 예로, 광원(124))은 가변 광원, 즉, 출력 파장들의 범위로부터 선택될 수 있는 출력 파장을 갖는 광원일 수 있다.

단계 504에서 상기 이미지 캡쳐 동안, 주변 광이 밴드패스 필터에 의해 필터링된다. 상기 밴드패스 필터(일 예로, 밴드패스 필터(202))는 일 예로, 집적된 DBRs에 의해 형성될 수 있고, 상기 집적된 DBRs 사이의 거리는 상기 밴드패스 필터를 위한 전송대역을 결정한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 광원의 상기 출력 파장은 상기 밴드패스 필터의 상기 전송대역에 대응하도록 선택된다.

단계 506에서, 단계 502에서 비춰진 상기 사람으로부터 반사된 광은 이미지 센서에 수용된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 이미지 센서(일 예로, 이미지 센서(206))은 사람의 홍채로부터 반사된 광을 수용하는 일 영역 내에서만 판독될 수 있다. 실시예들에 따르면, 상기 이미지 센서에서 상기 홍채의 상기 광학 이미지가 위치하는 상기 영역은 초기 이미지 또는 연속된 이미지들에 의해 결정된다. 상기 초기 이미지는 추가적인 카메라, 일 예로, RGB 카메라(122)를 이용하여 캡쳐될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 상기 초기 이미지는 상기 광원의 낮은 전력 설정(low power setting)을 이용하여 얻어질 수 있다. 상기 광원은 출력 파장의 범위에 걸쳐 조절될 수 있고, 상기 이미지 센서 상에서 상기 홍채의 상기 광학 이미지의 상기 위치가 결정될 수 있다.

단계 508에서, 단계 506으로부터 상기 반사된 광에 대응하는 전자적 신호가 생성된다. 상기 전자적 신호는 이미지 센서(일 예로, 이미지 센서(206))에 의해 생성될 수 있고, 프로세서(일 예로, 프로세서(114))로 전달될 수 있다.

단계 510에서, 단계 502에서 비춰진 상기 사람의 이미지를 생성하기 위해 상기 전자적 신호가 처리(일 예로, 프로세서(114)를 통해)된다.

단계 512에서, 단계 510에서 생성된 상기 이미지를 기초로, 상기 사람의 인증 상태가 결정된다. 상기 인증 상태는 홍채 인식(일 예로, 홍채 인식(118)) 프로세스에 따라 결정될 수 있다. 일 예로, 상기 사람의 상기 이미지는 홍태의 이미지일 수 있고, 상기 홍채는 미리 등록된 홍채 데이터베이스(일 예로, 홍채 데이터베이스(120)) 내에 저장된 홍채 이미지들의 세트와 매칭될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 현재 홍채 이미지와 상기 등록된 데이터베이스로부터의 홍채 이미지 사이의 매칭이 이루어지면, 상기 사람은 상기 장치(또는 상기 장치로부터 동작되는 프로그램 또는 기능)을 사용하도록 인증된다.

생체인식 카메라(126)의 시야각에 대한 커버를 달성하기 위해 가변 VCSEL이 편리한 광원으로 제공되나, 다른 광원들도 가능하다. 일 예로, 단일 LED는 홍채 인식을 위한 시야각(얼굴을 포함하는)를 비추기 위해 이용될 수 있다. 도 6A를 참조하면, 일 실시예는 광원으로 이용될 수 있는 단일 LED(612)를 도시하고, 상기 광의 파장들은 공간적으로 확산된다. 상기 광의 상기 공간적 확산은 필드(600)에 의해 도시된다. 상기 광은 일 예로, 프리즘을 이용한 반사, 또는 분포 수단들(일 예로, 전달 분포회절격자(transmissive diffraction grating)를 통해)에 의해 공간적으로 확산될 수 있다. 실제로 광원으로 단일 LED(612)의 사용은 낭비일 수 있고, 일 예로, 상기 사용자의 상기 홍채에 대한 이러한 시나리오는 존재하지 않는다. 나아가, 넓은 파장의 스펙트럼을 통해 비추는 LED는, 상기 밴드패스 필터를 통과하지 않는 광의 상기 파장들, 즉 상기 배제된 파장들 면에서 낭비적이다.

일 실시예에서, LED들(612)의 어레이(610)가 풍경을 비추기 위해 이용될 수 있다. 도 6B를 참조하면, LED들(612)의 어레이(610)는 상기 이미지 센서의 전체 시야각을 커버하도록 이용될 수 있다. 여기서, 상기 LED들(612)은, 각 LED로부터 나오는 각 광원뿔(light cone)의 중심 각이 다양하도록 상기 어레이(610) 내에 위치한다. 일부 실시예들에 따르면, LED들(6120은 상대적으로 좁은 광 입체각(illumination solid angle, 605)을 가지도록 선택되고, 한다 하더라도, 인접하는 LED들로부터의 광이 최소한으로 중첩되도록 위치한다, 다른 실시예들에 따르면, 중첩의 일부 양은 상기 이미지 센서의 특정 지점 또는 관심있는 지점들에서 추가적으로 선택적인 조명을 위해 설정된다. 도 6B에서 단지 1차원 어레이가 도시되나, 실제로 2차원 어레이가 본 발명의 시스템들의 입체각 시야(solid angle field of view)를 커버하도록 이용된다. 실시예에서, 상기 LED들(612)은 독립적으로 어드레스될 수 있고, 독립적으로 활성화되고 비활성화될 수 있다. 일부 실시예들에서 LED들(612)은 단지 턴-온 되거나 턴-오프될 수 있고, 반면 다른 실시예들에서 각 LED(612)는 턴-오프되거나 상기 어레이(610) 내 다른 LED들과는 관계없이 특정 광 수준으로 맞추어질 수 있다.

일부 실시예들에 따르면, 상기 LED 어레이(610)는 개별적으로 패키지된 LED들로부터 만들어질 수 있다. 그러나, 모바일 장치 내어서 공간은 주로 얻기 힘들다. 소형화를 달성하기 위한 한가지 방법은 웨이퍼 레벨 프로세싱을 이용하여 LED 어레이(610)를 형성하는 것에 의한다. 일 실시예에서, 상기 LED 어레이(610)는 도 7에 도시된 프로세스에 의해 형성된다. 프로세스(700) 내, 단계701에서 캐리어 웨이퍼가 먼저 LED들에 의해 채워진다(전자적 연결은 도시하지 않는다). 일 실시예에서, 상기 캐리어 웨이퍼는 관통 실리콘 비아들(TSV)을 포함할 수 있다.

단계 702에서, 다이아몬드 선삭된 마스터 웨이퍼가 형성된다. 상기 다이아몬드 선삭된 마스터 웨이퍼는 상기 웨이퍼의 다른 LED들의 초점 축들을 위한 포인트 각을 다양하게 하여 형성된다. 상기 다이아몬드 선삭된 마스터 웨이퍼로부터, 몰딩 서브 마스터가 단계 703에서 형성된다. 단계 703에서 복제된 스탬핑 및/또는 몰딩 툴링이 상기 마스터로부터 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 마스터 웨이퍼는, 그 형태로 성형된 렌즈들이 다양한 방향에서, 그리고 광의 요구되는 각도 분포로 상기 다양한 LED들로부터 광을 보내도록 성형될 수 있다. 단계 702 및 703은 적절한 서브 마스터가 미리 생성되었다면 생략될 수 있다.

단계 704에서, 복제된 반사기 웨이퍼가 상기 서브 마스터로부터 생성되고 반사를 위해 코팅된다. 단계 705에서 상기 복제된 거울 반사기 웨이퍼는 상기 LED 캐리어 웨이퍼에 결합된다. 단계 706에서 필요한 경우, 봉합재 및/또는 렌즈 물질들이 상기 LED 렌즈의 상기 상부 표면들을 성형하기 위해 몰드된다. 단계 707은 렌즈와 함께 각 마이크로-컵 반사기 내의 각 LED를 갖는, 절단 후 완성된 어레이를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 완성된 렌즈 어레이 다이(die)는 상기 어레이의 다른 LED들의 빔이 향하는 방향에 대하여 다양성을 갖는다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 완성 LED 어레이(800)의 정면도 및 평면도를 도시한다. 어레이(800)는 풍경 내 대상의 조명을 제어하기 위해 기울어진 빔 각도들(805)을 갖는 독립적으로 어드레스 가능하고 조절 가능한 LED들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 어레이(800)의 상기 LED들은 각도들(805)에 배치되고 상기 LED들로부터의 광은 카메라(일 예로, 생체인식 카메라(126))의 시야각을 덮을 수 있다. 각 독립적인 LED의 출력 각도은 그 마이크로-미러 반사기 컵(810)의 모양에 의해 결정된다. 상기 LED들은 LED 제어 로직과 결합된 CMOS 실리콘(815)을 통해 어드레스 가능하도록 만들어질 수 있다. 상기 LED 어레이(800)는 후면 재분포층(RDL), 및 접속부재의 다른 형태들은 물론, 솔더 볼 접속부재들(820)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 LED들 모두는 동일한 출력 파장 분포를 갖는다. 홍채 인식 어플리케이션에서, 상기 LED들은 광대역폭의 파장들을 가지도록 선택될 수 있고, 이에 따라, 상기 LED 광은 시야각 내 모든 각도들에서 상기 카메라 필터(일 예로, 밴드패스 필터(202))를 통과할 수 있다. 광의 전 범위는 상기 생체인식 카메라(126)의 범위와 매치되도록 선택될 수 있으나, 특정 실시예서, 상기 광의 범위는 상기 전면부 카메라(122)의 더 넓은 시야각과 매치되도록 대신 선택될 수 있다. 이러한 방법으로 상기 LED 어레이(800)는 다양한 목적을 위해 이용될 수 있다. 이러한 경우들에서, 상기 어레이(800) 내에서 독립적으로 어드레스 가능한 상기 LED들에 의해 전력 감소가 실현될 수 있다. 일 예로, 상기 카메라는, 상기 전면부 카메라(122)를 사용하는 것을 통해, 또는 상기 전체 LED 어레이로 상기 전체 시야각을 낮은 레벨에서 조명함에 의해, 상기 홍채의 위치를 결정할 수 있다. 그 때, 상기 홍채를 비추기 위한 상기 광학적 위치에 대응하는 단지 하나 또는 수 개의 LED들이 켜질 수 있고(일 예로, 계속적이거나 고전력에서 플래쉬되는), 상기 생체인식 카메라는 사용자를 식별하기 위해 홍채를 이미징하는데 이용될 수 있다.

도 9는 이미지 캡쳐 동안 전력을 보전하기 위해 최적화된 LED 어레이(900)의 일 실시예를 도시한다. 어레이(900) 내에서 상기 어레이의 중심(일 예로, 영역 905)에 있는 LED들은 하나의 파장을 방출하도록 설정되는 반면, 상기 어레이의 다른 LED들(일 예로, 주변에 있는)은 다른 파장을 방출하도록 설정된다. 영역 905의 중심 LED들(902)은 일 예로, 840nm의 중심 파장을 가지도록 설정될 수 있고, 외곽 LED들(904)은 830nm의 중심 파장을 가지도록 설정될 수 있다. 확대된 이미지들(9015, 902)은 각각 내부 및 외곽 영역의 LED들(902, 904)을 도시한다. 상기 카메라의 상기 밴드패스 필터의 전송대역과 공간적으로 매치하도록 설계된 파장들의 선택과 함께, 다른 파장들이 이용될 수 있다.

도 8의 상기 어레이(800)에 유사한 방법으로, 본 발명의 실시예들에 따라, 단지 하나 또는 수 개의 LED들이 이미지(일 예로, 홍채 이미지)를 캡쳐하기 위해 켜지는 것이 요구될 수 있다. 주어진 각도에서 요구되는 상기 파장들만이 특정 방향으로 향함에 따라 전력 효율이 증가하고, 이에 따라, 더 적은 전력이 조명을 위해 요구될 수 있다. 더하여, 비슷한 광량이 상기 생체인식 카메라 이미지 센서에서 유지될 수 있다. 도 9의 실시예들이 단지 두 개의 분리된 컬러 LED들(일 예로, 902 및 904)을 도시하나, 다른 실시예들에서 상기 LED 어레이(900)는 세 가지 이상의 컬러의 LED들을 포함한다. 이러한 LED 어레이는, 상기 어레이의 상기 중심으로부터 상기 가장자리를 향하여 측정될 때 더 많은 입상(granular)을 나타내는 파장 변화를 가능하게 한다. 일반적으로, 특정 LED 컬러는 상기 LED 어레이(900) 내 각 위치에 설정되고, 이에 따라 특정 LED로부터의 광의 파장은 실질적으로 상기 카메라의 시야각의 상기 각도에서 상기 카메라 필터를 통해 허용된 상기 중심 파장과 매치한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 LED 마이크로-컵들을 가지되, 각 마이크로-컵은 두 개의 LED 요소들을 함유하는 어레이(1000)을 포함한다. 확대된 이미지(1015)는 제1 LED 요소(1008) 및 제2 LED 요소(1010)를 갖는 LED 마이크로-컵을 도시한다. 일 실시예에서 상기 두 개의 LED 요소들(1008, 1010)은 850nm의 중심 파장을 갖는 하나의 요소 및 650nm의 중심 파장을 갖는 다른 요소를 가질 수 있고, 각 LED 요소는 독립적으로 어드레스 가능하다. 독립적인 요소들은 특정 이미징 목적을 위해 활성화될 수 있다.

일 예로, 홍채의 이미지는 갈색 눈들을 측정할 때 650nm보다 850nm에서 더 상세하게 획득될 수 있다. 반대로, 650nm 광의 사용은 푸른 눈들을 측정할 때 더 좋은 이미지를 생성한다. 실시예에 따르면, 상기 광학 밴드패스 필터(일 예로, 밴드패스 필터(202))는 양 파장들이 상기 카메라에서 측정되는 것을 허용하기 위해 상기 카메라 이미징 경로로부터 제거될 수 있다. 이렇게 하여 더 많은 주변 광이 상기 이미지 센서에서 센싱된다. 특정 실시예에서, 상기 필터는 노칭된 밴드패스 필터가 되기 위해 구성되고, 상기 노치 필터의 통과 파장들은 LED 어레이(1000) 내에 위치하는 상기 LED들의 복수의 파장들에 대응한다. 실시예에 따르면, 각 마이크로-컵 내 두 개의 LED 요소들(1008, 1010)의 파장들은 상기 어레이(1000)을 걸쳐 동일하다. 다른 실시예에 따르면, 상기 두 개의 LED 요소들(1008, 1010)의 각각의 상기 파장들은 일 예로, 어레이(900)의 그것들과 유사한 방법으로, 상기 LED 어레이(1000)를 걸쳐 다양하도록 선택될 수 있다.

도 11을 참조하면, LED 어레이(1100)의 각 마이크로-컵이 4개 이상의 독립적으로 어드레스 가능한 LED 요소들(1108-1114)을 함유하는 일 실시예를 도시한다. 확대된 이미지(1115)는 제1 LED 요소(1108), 제2 LED 요소(1110), 제3 LED 요소(1112), 및 제4 LED 요소(1114)를 갖는 LED 마이크로-컵을 도시한다. 상기 네 개의 LED 요소들(1108-0004)은 상기 가시광선 스펙트럼 및 상기 근적외선 스펙트럼의 부분들을 포괄하도록 선택될 수 있다. 어레이(1100)는 추가적인 홍채 인식 모델리티들을 위해 사용될 수 있으나, 컬러 및 출력 전력을 다양하게 하는 어드레스 가능한 각도 어레이는 다른 조명 목적, 일 예로, 무드 또는 다른 조명(일 예로, 전면부 카메라(122)와 함께 사용하기 위한)에 또한 사용될 수 있다. 네 개의 LED 요소들보다 크거나 적은 다른 배열들은 본 발명의 사상의 범위와 일관된다. 일 예로, 각 마이크로-컵 내에 단지 녹색, 파란색, 및 근적외선 LED 요소를 갖는 LED 어레이(1100)는 홍채 인식을 위해 사용될 수 있고, 상기 근적외선 LED 요소가 갈색 눈들을 위해 이용되고, 상기 녹색 및 파란색 LED 요소들 둘 다는 파란색 눈들을 위해 이용될 수 있다. LED 파장들 및 홍채 컬러 캡쳐의 다른 조합들이 가능하다.

생체인식 카메라 시스템을 위한 방법 및 시스템이 개시되었다. 본 발명은 도시된 실시예들에 따라 설명되었고, 실시예들에 변형들이 있을 수 있고, 어떠한 변형들도 본 발명의 사상 및 범위 내에서 있을 수 있다. 본 발명의 측면들은, 컴퓨터 또는 컴퓨팅 장치(일 예로 셀룰러 폰, 태블릿 장치 등)에 의해 실행되는 다양한 동작들을 실행하기 위한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 미디어 내에서 실행될 수 있다. 상기 미디어는, 단독으로 또는 상기 프로그램 명령들과 함께, 데이터 파일들, 데이터 구조들, 및 이와 같은 것들을 또한 포함할 수 있다. 상기 미디어 및 프로그램 명령들은 본 발명의 예시적인 실시예들의 목적을 위해 특별히 설계되고 구성될 수 있고, 또는 상기 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 지식을 갖는 자들에게 잘 알려지거나 이용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 미디어의 예들은, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 마스네틱 테이프와 같은 자성 미디어, 광학 미디어, 일 예로 CD ROM 디스크 및 DVD, 자기-광학 미디어, 일 예로 광학 디스크, 및 프로그램 명령들을 저장하고 수행하도록 특별하게 설정될 수 있는 하드웨이 장치들, 일 예로, 읽기 전용 메모리(ROM), 랜덤 엑서스 메모리(RAM), 플래쉬 메모리, 및 이와 유사한 것을 포함한다. 본 발명의 측면들은 또한 반송파(carrier wave) 내에서 실행되는 데이터 신호로서 실현될 수 있고, 컴퓨터에 의해 판독 가능하고 인터넷 상으로 전송 가능한 프로그램을 포함함으로써 실현될 수 있다. 프로그램 명령들의 예들은, 일 예로 컴파일러에 의해 생성된 기계 코드 및 번역기를 이용하여 상기 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 더 높은 수준의 코드를 포함하는 파일들 모두를 포함한다. 상술된 하드웨이 장치들은, 본 발명의 상술된 예시적인 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 기능하도록 설정될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예들이 설명되었다. 본 발명은 특정 실시예들로 설명되었으나, 본 발명은 이러한 실시예들에 의해 한정되는 것으로 해석되지 않고, 후술되는 청구항들에 따라 해석되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 이 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 다양한 변형예들이 만들어질 수 있다.

Claims (20)

1. 모바일 장치 상에 위치하고 이미지 캡쳐 동안 제어된 파장으로 사람을 비추도록 설정되는 광원;
   상기 모바일 장치 상에 위치하는 생체인식 카메라, 상기 생체인식 카메라는:
   이미징 렌즈;
   상기 이미징 렌즈의 초점 축을 따라 배치되되, 주변 광을 필터링하고 상기 제어된 파장의 광을 전송하도록 동작하는 밴드패스 필터; 및
   상기 이미징 렌즈의 상기 초점 축을 따라 배치되는 이미지 센서, 상기 밴드패스 필터는 상기 이미징 렌즈 및 상기 이미지 센서 사이에 있고, 상기 이미지 센서는 상기 사람의 광학 이미지를 상기 사람의 비디오 이미지를 생성하기 위한 전자적 신호로 변환하도록 설정되는 것을 포함하는 것; 및
   상기 사람의 상기 비디오 이미지를 수용하고 상기 사람의 인증 상태를 결정하도록 설정되는 프로세서를 포함하는 모바일 장치를 위한 생체인식 카메라 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 사람의 상기 이미지는 상기 사람의 홍채를 포함하고, 상기 인증 상태는 홍채 데이터베이스 내에 저장된 미리 등록된 이미지와 상기 홍채의 매칭에 의해 결정되는 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 밴드패스 필터는 광 전송대역을 정의하기 위해 서로 관련되어 위치하는 적어도 두 개의 분포 브래그 반사기들(DBRs)을 포함하는 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제어된 파장 및 상기 전송대역은 근적외선 스펙트럼 내 파장들을 포함하는 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 광원은 제어된 파장 범위 내에서 광을 방출하도록 설정되는 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 포함하는 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 생체인식 카메라는 상기 이미징 렌즈 및 상기 이미지 센서 사이에 배치되는 가시광선 필터를 더 포함하는 시스템.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 이미지 센서는 시변 방식으로 상기 이미지 센서의 이미지 요소들의 서브세트(subset)를 활성화시키도록 설정되되, 상기 활성화는 상기 이미지 센서 상에서 상기 홍채의 광학 이미지의 결정된 위치를 기초로 하는 시스템.
8. 이미지 캡쳐 동안 광원으로 사람을 조명하는 것, 상기 광원은 밴드패스 필터 및 이미지 센서를 포함하는 카메라 시스템에 인접하고, 상기 카메라 시스템 및 상기 광원은 모바일 장치 내에 수용되는 것;
   상기 밴드패스 필터로 상기 이미지 캡쳐 동안 주변 광을 필터링하는 것;
   상기 이미지 센서에서 상기 이미지 캡쳐 동안 상기 사람의 반사된 광을 수용하는 것;
   상기 사람의 상기 반사된 광에 대응하는 전자적 신호를 발생시키는 것;
   상기 사람의 이미지를 생성하기 위해 상기 전자적 신호를 처리하는 것; 및
   상기 사람의 상기 이미지를 기초로 상기 사람의 인증 상태를 결정하는 것을 포함하는 생체인식 식별을 위해 사람의 이미지를 캡쳐하는 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 사람의 상기 이미지는 상기 사람의 홍채를 포함하고, 상기 인증 상태는 홍채 데이터베이스에 저장된 미리 등록된 홍채 이미지와 상기 사람의 상기 홍채의 매칭을 기초로 하는 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 홍채의 위치에 대응하는 상기 이미지 센서의 일 영역은 초기 연속된 이미지 캡쳐들에 의해 결정되는 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 광원의 방출 전력은 가변적이고, 상기 초기 연속된 이미지 캡쳐들은 상기 광원의 낮은 방출 전력에서 캡쳐되는 방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 홍채의 상기 위치는 상기 광원에 의해 방출되는 제어된 파장의 값을 설정하는데 이용되고, 상기 제어된 파장은, 상기 필터링과 함께, 상기 이미지 센서가 상기 홍채의 상기 위치에 대응하는 상기 이미지 센서의 상기 영역에서 상기 홍채의 반사된 광을 수용하는 원인이 되는 방법.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 홍채의 상기 결정된 위치는 상기 이미지 캡쳐 동안 상기 이미지 센서의 서브세트(seubset)를 활성화시키는데 이용되는 방법.
14. 청구항 8에 있어서,
    상기 광원은 제어된 파장 및 제어된 각도로 광을 방출하고, 상기 제어된 파증은 상기 밴드패스 필터의 수용대역과 대응하는 방법
15. 프로세서;
    홍채 데이터베이스를 저장하고 상기 프로세서에 동작 가능하게 결합하는 메모리;
    제어된 파장으로 광을 방출하도록 설정되는 광원, 상기 광은 대상의 홍채를 조명하도록 동작하는 것; 및
    카메라를 포함하되,
    상기 카메라는:
    이미지 렌즈;
    이미지 캡쳐 동안 상기 제어된 파장 밖의 주변 광을 배제하기 위해 상기 이미지 렌즈의 초점 축을 따라 배치되는 밴드패스 필터; 및
    상기 이미지 렌즈의 상기 초점 축을 따라 배치되는 이미지 센서, 상기 밴드패스 필터는 상기 이미지 렌즈 및 상기 이미지 센서 사이에 있는 것을 포함하고,
    상기 이미지 센서는 상기 홍채의 광학 이미지를 상기 홍채의 비디오 이미지를 생성하기 위한 전자적 신호로 변환하도록 설정되고,
    상기 프로세서는 상기 홍채의 상기 비디오 이미지를 수용하고 상기 홍채 데이터베이스 내에 저장된 미리 등록된 이미지와 상기 홍채의 상기 비디오 이미지를 매칭하도록 설정되고,
    매칭이 결정되면 상기 대상이 인증되는 생체인식 사용자 인증을 위해 동작 가능한 모바일 장치.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 밴드패스 필터는 적어도 두 개의 분포 브래그 반사기들(DBRs)을 포함하는 장치.
17. 청구항 15에 있어서,
    RGB 전면부 카메라를 더 포함하되,
    상기 프로세서는 상기 RGB 전면부 카메라를 이용하여 캡쳐된 환경 이미지를 기초로 상기 홍채의 위치를 결정하도록 설정되는 장치.
18. 청구항 15에 있어서,
    상기 광원은 발광다이오드들(LEDs)의 어레이를 포함하고, 상기 어레이의 LED들은 독립적으로 접근 가능한 장치.
19. 청구항 18에 있어서,
    상기 어레이의 내부는 제1 파장으로 방출하도록 동작하는 LED들을 포함하고, 상기 어레의 잔부는 제2 파장으로 방출하도록 동장하는 LED들을 포함하고,
    상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 큰 장치.
20. 청구항 18에 있어서,
    상기 어레이의 LED들은 상기 어레이의 상면에 대하여 다양한 각도로 광을 방출하도록 배치되는 장치.

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