KR20170025083A - 지문 감지 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20170025083A
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권태현
김강주
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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 지문 감지 장치는, 복수의 샘플링 영역을 포함하는 센서 어레이, 상기 복수의 샘플링 영역 각각에 포함되는 복수의 노드로부터 센싱 데이터를 획득하는 감지 회로, 및 상기 센싱 데이터에 따른 상기 복수의 노드의 개수를 산출하여 상기 복수의 샘플링 영역 각각에 대한 센싱 데이터 분포를 획득하고, 상기 센싱 데이터 분포를 소정의 기준 분포와 비교하는 제어 회로를 포함하며, 상기 제어 회로는 상기 기준 분포에 대응하는 상기 센싱 데이터 분포를 획득한 상기 샘플링 영역을 유효 접촉 영역으로 결정하고, 상기 유효 접촉 영역의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 상기 센서 어레이로부터 지문 정보를 생성한다.

Description

지문 감지 장치 및 이를 포함하는 전자 장치{FINTERPRINT SENSING DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 지문 감지 장치 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
최근 스마트폰, 태블릿 PC, 랩톱 등 다양한 모바일 기기가 보급되고, 모바일 기기와 다양한 전자 기기를 결합하여 네트워크 시스템을 구성하는 IoT(사물 인터넷) 기술이 개발되면서 보안 관련 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 비밀번호나 패턴을 이용하는 기존의 방식은 구현이 간단하지만 해킹 등에 취약한 단점이 있으며, 이를 보완하기 위해 최근에는 다양한 생체 인증 장비가 개발되고 있다.
생체 인증 장비 중에 지문 감지 장치는 작은 크기로 구현이 가능한 장점이 있어서 다양한 모바일 기기에 적용되고 있다. 지문 감지 장치는 사용자가 지문을 접촉하는 경우, 접촉한 지문에 의해 생성되는 전기 신호를 검출하여 지문 데이터를 생성하고 이를 미리 저장된 지문 데이터와 비교하여 사용자를 인증한다. 최근에 지문 감지 장치가 모바일 기기에 적용되면서, 지문 감지 장치의 소모 전력을 줄일 수 있는 다양한 방법이 연구되고 있다.
본 발명의 과제는 적은 소모 전력으로 동작할 수 있는 지문 감지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치는, 복수의 샘플링 영역을 포함하는 센서 어레이, 상기 복수의 샘플링 영역 각각에 포함되는 복수의 노드로부터 센싱 데이터를 획득하는 감지 회로, 및 상기 센싱 데이터에 따른 상기 복수의 노드의 개수를 산출하여 상기 복수의 샘플링 영역 각각에 대한 센싱 데이터 분포를 획득하고, 상기 센싱 데이터 분포를 소정의 기준 분포와 비교하는 제어 회로를 포함하며, 상기 제어 회로는 상기 기준 분포에 대응하는 상기 센싱 데이터 분포를 획득한 상기 샘플링 영역을 유효 접촉 영역으로 결정하고, 상기 유효 접촉 영역의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 상기 센서 어레이로부터 지문 정보를 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치는, 센서 어레이의 일부 영역에서 정의되는 복수의 샘플링 영역으로부터 획득한 센싱 데이터 분포를 기준 분포와 비교하여 지문 또는 이물질 등의 접촉 여부를 판단하고 지문 정보 생성 여부를 결정함으로써, 소모 전력을 줄일 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치에 포함되는 센서 어레이를 간단하게 나타낸 회로도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 샘플링 영역을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 센싱 데이터 분포도이다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치가 적용될 수 있는 모바일 기기를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시 형태가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지문 감지 장치(10)는 센서 어레이(20), 감지 회로(30), 및 제어 회로(40) 등을 포함할 수 있다. 센서 어레이(20)는 사용자의 지문을 수용하는 입력 영역을 제공할 수 있으며, 입력 영역에는 복수의 노드가 배치될 수 있다. 감지 회로(30)는 복수의 노드로부터 정전용량 변화를 검출할 수 있다. 제어 회로(40)는 감지 회로가 검출한 정전용량 변화를 이용하여 지문 정보를 생성하고, 지문 정보를 미리 저장된 사용자 인증 정보와 비교하여 사용자를 인증한다. 제어 회로(40)는 사용자 인증 여부를 호스트(50)로 전달할 수 있다. 호스트(50)는 지문 감지 장치(10)가 장착되는 전자 기기의 어플리케이션 프로세서(AP) 또는 연산 처리 장치(CPU) 등일 수 있다. 또는, 다른 실시예에서, 제어 회로(40)는 지문 정보만을 생성하여 호스트(50)로 전달하고, 호스트(50)가 지문 정보를 사용자 인증 정보와 비교하여 사용자를 인증할 수도 있다.
센서 어레이(20)에 포함되는 복수의 노드는, 복수의 구동 전극과 복수의 감지 전극이 서로 교차하는 지점으로 정의될 수 있다. 복수의 노드에서는, 센서 어레이(20)에 근접한 사용자의 지문에 의해 정전용량 변화가 생성될 수 있다. 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화량은, 센서 어레이(20)에 근접한 지문의 융, 그리고 골과 지문의 거리 차이에 의해 결정될 수 있다.
감지 회로(30)는 복수의 구동 전극에 구동 신호를 인가하는 드라이버(31), 복수의 감지 전극과 연결되어 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화를 전압 신호로 변환하는 적분 회로(32), 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC, 33) 등을 포함할 수 있다. 드라이버(31)는 소정의 구동 신호를 복수의 구동 전극에 인가하며, 상기 구동 신호에 의해 센서 어레이(20)에 포함되는 복수의 노드에서 상호 정전용량(Mutual Capacitance)이 발생할 수 있다. 센서 어레이(20)에 지문이 근접하면, 지문의 융과 골에 의해 복수의 노드 각각의 상호 정전용량이 서로 다르게 변화하며, 적분 회로(32)가 이 변화량을 감지할 수 있다.
적분 회로(32)는 차지 펌프(Charge Pump) 회로 등을 포함할 수 있으며, 센서 어레이(20)의 노드 각각에서 발생하는 정전용량 변화를 검출할 수 있다. 일례로, 적분 회로(32)는 센서 어레이(20)의 노드 각각에서 발생하는 정전용량 변화를 전압 신호 형태로 검출할 수 있다. 적분 회로(32)가 생성하는 전압 신호는, 아날로그-디지털 컨버터(33)에 의해 디지털 신호 형태의 센싱 데이터로 변환되어 제어 회로(40)로 전달될 수 있다.
제어 회로(40)는 연산 로직을 포함할 수 있으며, 아날로그-디지털 컨버터(33)가 전달하는 센싱 데이터를 이용하여 지문 데이터를 생성할 수 있다. 지문 데이터는, 센서 어레이(20)에 근접한 지문의 형상에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제어 회로(40)는 상기 지문 데이터를 미리 저장된 기준 지문 데이터와 비교하여 사용자를 인증할 수 있다. 또한, 제어 회로(40)는 드라이버(31)의 동작, 예를 들어 드라이버(31)가 인가하는 구동 신호의 타이밍, 전압 레벨 등을 조절할 수 있다. 제어 회로(40)는 감지 회로(30)와 함께 하나의 집적 회로 칩(IC)으로 제공될 수 있다.
호스트(50)는 지문 감지 장치(10)와 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 전자 장치의 어플리케이션 프로세서 또는 연산 처리 장치 등일 수 있다. 호스트(50)는 제어 회로(40)가 생성한 지문 정보를 수신하여 사용자 인증 프로세스를 처리하거나, 또는 제어 회로(40)로부터 사용자 인증 결과를 수신하여 그에 맞는 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 감지 회로(30) 및 제어 회로(40)는, 호스트(50)와 하나의 집적회로 칩(IC)으로 제공될 수도 있다.
본 발명의 실시예에서, 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)에서 복수의 샘플링 영역을 정의할 수 있다. 복수의 샘플링 영역은 센서 어레이(20)에서 서로 분리되는 복수의 영역일 수 있으며, 센서 어레이(20)에 포함되는 복수의 노드 중에서 일부만 포함하는 영역일 수 있다. 제어 회로(40)는, 복수의 샘플링 영역 각각에서 감지 회로(30)가 획득하는 센싱 데이터로부터 센싱 데이터 분포를 생성하고, 각 샘플링 영역 별로 생성한 센싱 데이터 분포를 소정의 기준 분포와 비교할 수 있다. 제어 회로(40)는 상기 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포가 나타난 샘플링 영역을 유효 접촉 영역으로 판정할 수 있다.
센서 어레이(20)에 부분적으로 지문이 접촉되는 경우, 복수의 샘플링 영역 중 일부는 지문과 접촉하고 나머지 일부는 지문과 접촉하지 못 할 수 있다. 지문과 접촉한 샘플링 영역의 개수가 적은 경우에는, 센서 어레이(20)에 포함되는 전체 노드에서 센싱 데이터를 검출하여도 정상적으로 지문 정보를 생성하지 못 할 수 있다. 따라서, 제어 회로(40)는 지문과 유효하게 접촉한 샘플링 영역의 개수를 판단하기 위해, 각 샘플링 영역에서 획득한 센싱 데이터 분포를, 지문이 실제로 접촉되었을 때 나타나는 센싱 데이터의 분포에 대응하는 기준 분포와 비교하여 각 샘플링 영역이 지문과 유효하게 접촉하였는지 여부를 판단할 수 있다. 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역은, 제어 회로(40)에 의해 유효 접촉 영역으로 결정될 수 있다.
유효 접촉 영역의 개수가 미리 정해진 임계 개수 이상이면, 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)에 포함된 모든 노드에 구동 신호를 인가하고, 감지 회로(30)가 획득하는 센싱 데이터로부터 지문 정보를 생성할 수 있다. 반대의 경우, 즉 유효 접촉 영역으로 판단된 영역의 개수가 상기 임계 개수보다 작은 경우, 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)를 대기 모드로 전환시킬 수 있다. 즉, 제어 회로(40)는 복수의 샘플링 영역 중에서 유효 접촉 영역으로 판단되는 영역의 개수에 따라서, 지문 정보를 생성할지 여부를 결정할 수 있다. 따라서, 지문 감지 장치(10)에서 소모되는 전력을 절감하고, 동작 오류를 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치에 포함되는 센서 어레이를 간단하게 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이(20)는, 제1 방향(도 2의 세로 방향)으로 연장되는 복수의 구동 전극 D1-Dm과, 제1 방향과 다른 제2 방향(도 2의 가로 방향)으로 연장되는 복수의 감지 전극 S1-Sn을 포함할 수 있다. 복수의 구동 전극 D1-Dm과 복수의 감지 전극 S1-Sn은 서로 교차하며, 복수의 구동 전극 D1-Dm과 복수의 감지 전극 S1-Sn의 교차 지점은 사용자의 지문에 의해 정전용량 변화가 생성되는 복수의 노드로 정의될 수 있다.
복수의 구동 전극 D1-Dm에는 드라이버(31)에 의해 구동 신호가 인가될 수 있으며, 복수의 감지 전극 S1-Sn은 적분 회로(32)와 연결될 수 있다. 일 실시예로, 드라이버(31)는 복수의 구동 전극 D1-Dm 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가할 수 있으며, 적분 회로(32)는 복수의 감지 전극 S1-Sn과, 구동 신호가 인가된 구동 전극 D1-Dm이 교차하는 노드로부터 정전용량 변화를 검출할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 샘플링 영역을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
우선 도 3a를 참조하면, 센서 어레이(20)에서 사용자의 지문을 수용하는 입력 영역은 복수의 서브 영역(21-28)으로 가상 분할될 수 있다. 도 3a에는 입력 영역이 8개의 서브 영역(21-28)으로 가상 분할되는 것을 가정하였으나, 서브 영역(21-28)의 개수는 이보다 많거나 적을 수 있다. 복수의 서브 영역(21-28)의 개수와 각각의 면적은, 제어 회로(40)에 의해서 결정될 수 있다.
복수의 서브 영역(21-28)이 결정되면, 제어 회로(40)는 각 서브 영역(21-28) 내에서 샘플링 영역(21S-28S)을 설정할 수 있다. 샘플링 영역(21S-28S)은 센서 어레이(20)에 포함되는 복수의 노드 전체로부터 정전용량 변화를 검출하기 전에, 센서 어레이(20)에 정상적으로 지문이 접촉되었는지 여부를 판단하기 위해 설정되는 영역일 수 있다. 제어 회로(40)는, 감지 회로(30)가 샘플링 영역(21S-28S)에 포함되는 복수의 노드로부터 정전용량 변화를 감지하여 센싱 데이터를 획득하도록 제어할 수 있다.
제어 회로(40)는, 샘플링 영역(21S-28S)으로부터 획득한 센싱 데이터 분포를 기준 분포와 비교할 수 있다. 센싱 데이터 분포는, 각 샘플링 영역(21S-28S)에서 획득한 센싱 데이터에 따른 노드의 개수를 산출하여 생성한 히스토그램 분포일 수 있다. 한편, 기준 분포는 센서 어레이(20)에 지문이 실제로 접촉되었을 때 나타나는 센싱 데이터 분포일 수 있다.
센서 어레이(20)에 지문이 아닌 다른 이물질이 접촉하거나, 또는 많은 수분을 가진 지문 또는 건조한 지문이 접촉되는 경우, 센싱 데이터 분포는 기준 분포에 비해 특정 방향으로 시프팅(shiting)되거나, 또는 특정 구간에 집중되는 경향을 가질 수 있다. 제어 회로(40)는, 샘플링 영역(21S-28S)에서 획득한 센싱 데이터 분포가 특정 구간에 지나치게 밀집되어 나타나는 등 기준 분포와 다른 분포 양상을 나타내는 경우, 해당 샘플링 영역(21S-28S)에 지문이 유효하게 접촉하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 제어 회로(40)는 지문이 유효하게 접촉하지 않은 것으로 판단된 샘플링 영역(21S-28S)의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 지문이 정상적으로 접촉되지 않은 것으로 판단하여 센서 어레이(20)의 동작을 정지시킬 수 있다. 따라서, 지문 감지 장치(10)의 소모 전력을 절감할 수 있다.
각 샘플링 영역(21S-28S)으로부터 획득한 센싱 데이터 분포 중에서, 기준 분포에 대응하는 것으로 판정된 센싱 데이터 분포의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 제어 회로(40)는 지문이 정상적으로 접촉된 것으로 판단할 수 있다. 이 경우, 제어 회로(40)는 지문 감지 장치(10)의 지문 감지 동작을 실행할 수 있다.
다음으로 도 3b를 참조하면, 센서 어레이(20`)에서 사용자의 지문을 수용하는 입력 영역은 복수의 서브 영역(21`-28`)으로 가상 분할될 수 있다. 도 3a와 달리 도 3b에 도시한 실시예에서는, 각 서브 영역(21`-28`)에 포함되는 복수의 노드 가운데 임의로 샘플링 노드(SN1-SN8)를 선택할 수 있다. 도 3b에서는 각 서브 영역(21`-28`)에서 6개씩의 샘플링 노드(SN1-SN8)이 선택되는 것을 가정하였으나, 각 서브 영역(21`-28`)에서 선택되는 샘플링 노드(SN1-SN8)의 개수는 적절히 조절될 수 있다.
도 3a의 실시예와 유사하게, 제어 회로(40)는 감지 회로(30)의 동작을 제어하여 샘플링 노드(SN1-SN8)에서만 정전용량 변화를 감지하고, 센싱 데이터를 생성할 수 있다. 제어 회로(40)는 각 샘플링 노드(SN1-SN8)에서 획득한 센싱 데이터 분포를 미리 설정된 기준 분포와 비교한다. 비교 결과, 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)에 지문이 정상적으로 접촉된 것으로 판단하고 지문 감지 장치(10)의 지문 감지 동작을 실행할 수 있다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 센싱 데이터 분포도이다.
도 4 내지 도 9는 센서 어레이(20)에 다양한 물체가 접촉하였을 때 제어 회로(40)가 검출하는 센싱 데이터의 분포를 나타낸 도이다. 도 4 내지 도 9에서 가로 축은 센싱 어레이(20)의 노드에서 검출되는 센싱 데이터의 값을 나타내며, 세로 축은 각 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수에 대응한다. 일 실시예에서, 센싱 데이터는 8비트의 디지털 데이터일 수 있으며, 따라서 0부터 256 사이의 값을 가질 수 있다.
우선 도 4는 정상적으로 센서 어레이(20)에 지문이 접촉되었을 때 나타나는 센싱 데이터 분포이다. 도 4를 참조하면, 정상적으로 지문이 접촉되었을 때 제어 회로(40)가 획득하는 센싱 데이터 분포는 상대적으로 중앙에 위치한 제3 구간(C)에 집중될 수 있으며, 제1 및 제5 구간(A, E)에서는 센싱 데이터가 거의 검출되지 않을 수 있다. 제어 회로(40)는, 센서 어레이(20)에 정상적으로 지문이 접촉되었을 때 나타나는 도 4와 같은 추세의 분포를, 기준 분포로 설정할 수 있다. 센서 어레이(20)에 물체가 접촉되면, 제어 회로(40)는 복수의 샘플링 영역(21S-28S) 또는 복수의 샘플링 노드(SN1-SN8)로부터 획득한 센싱 데이터 분포를 도 4에 도시한 바와 유사한 기준 분포와 비교하고, 그로부터 유효 접촉 영역의 개수를 산출하여 지문이 센서 어레이(20)의 입력 영역에 유효하게 접촉했는지 여부를 결정할 수 있다.
도 5는 수분을 포함한 지문이 센서 어레이(20)에 접촉했을 때 나타나는 센싱 데이터의 분포이다. 도 5를 참조하면, 젖은 지문이 접촉되었을 때 센싱 데이터의 분포는, 제2 구간(B)에 집중될 수 있으며, 제4 및 제5 구간(D, E)에서 센싱 데이터가 거의 검출되지 않을 수 있다. 수분이 지나치게 많은 경우가 아니라면 젖은 지문이 접촉한 경우에도 사용자 인증 동작을 정상적으로 수행해야 하므로, 제어 회로(40)는 도 5에 도시한 바와 같은 센싱 데이터 분포를 기준 분포 중 하나로 설정할 수 있다.
다음으로 도 6은 건조한 지문이 센서 어레이(20)에 접촉하였을 때 나타나는 센싱 데이터의 분포이다. 도 6을 참조하면, 건조한 지문이 접촉되었을 때 센싱 데이터의 분포는 제4 구간(D)에 집중될 수 있으며, 제1 및 제2 구간(A, B)에서는 센싱 데이터가 거의 검출되지 않을 수 있다. 다양한 사용자의 다양한 지문 조건에 대응하여 정상적으로 사용자를 인증할 수 있는 지문 감지 장치(10)를 제공하기 위해, 제어 회로(40)는 건조한 지문이 접촉한 경우에도 사용자 인증 동작을 수행할 수 있다. 따라서, 도 6에 도시한 바와 같은 센싱 데이터의 분포 역시, 제어 회로(40)에 의해 기준 분포 중 하나로 설정될 수 있다.
도 7은 이물질이 센서 어레이(20)에 접촉했을 때 나타나는 센싱 데이터의 분포이다. 도 7을 참조하면, 제4 및 제5 구간(D, E)에 센싱 데이터 분포가 집중될 수 있으며, 특히, 가장 많은 개수의 노드가 갖는 센싱 데이터가 제5 구간(E)에 위치할 수 있다. 제어 회로(40)는, 센서 어레이(20)로부터 검출한 센싱 데이터의 분포가 제4 및 제5 구간(D, E)에 집중되는 경우, 이물질이 센서 어레이(20)에 접촉한 것으로 판단하여 지문 감지 장치(10)의 동작을 정지시키거나, 지문 감지 장치(10)를 대기 모드로 전환할 수 있다.
도 8은 물방울과 같은 수분이 센서 어레이(20)에 접촉할 때 나타나는 센싱 데이터의 분포이다. 수분이 센서 어레이(20)에 접촉하면, 도 8에 도시한 바와 같이 센싱 데이터의 최소값 또는 최대값을 갖는 노드가 일부 나타나는 반면, 도 4 내지 도 7에 도시한 바와 같이 일정한 추세를 갖는 센싱 데이터 분포는 나타나지 않는다. 따라서, 제어 회로(40)는, 센싱 데이터의 분포가 최소값 또는 최대값에 지나치게 편중되어 나타나는 경우, 정상적인 지문 접촉이 발생하지 않은 것으로 판단하고 지문 감지 장치(10)의 지문 감지 동작 실행을 멈출 수 있다.
도 9는, 매우 많은 양의 수분을 가진 지문이 센서 어레이(20)에 접촉한 경우 나타날 수 있는 센싱 데이터 분포이다. 지문에 많은 양의 수분이 존재하는 경우, 지문의 융과 골의 차이가 줄어들 수 있으며, 따라서 도 9에 도시한 바와 같이 센싱 데이터의 분포가 제1 및 제2 구간(A, B)에 편중되어 나타날 수 있다. 도 5에 도시한 센싱 데이터 분포와 도 9에 도시한 센싱 데이터 분포를 비교하면, 도 9에 도시한 센싱 데이터 분포가 좀 더 제1 및 제2 구간(A, B)에 집중되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 9에 도시한 센싱 데이터 분포는, 도 5에 도시한 센싱 데이터 분포에 비해 그 산포도가 더 작게 나타날 수 있다.
매우 많은 양의 수분을 가진 지문의 경우, 지문에 존재하는 수분이 전극 역할을 하게 되어 수분으로 채워진 골에 인접한 노드에서 정전용량 변화가 크게 발생할 수 있다. 결국, 융과 골에 인접한 노드 간의 정전용량 변화 차이가 줄어들기 때문에 도 9에 도시한 바와 같이 센싱 데이터 역시 작은 값을 가질 수 있다. 이 경우, 제어 회로(40)가 센싱 데이터를 이용하여 사용자를 인증하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 제어 회로(40)는 도 9에 도시한 바와 같은 센싱 데이터 분포는, 기준 분포로 설정하지 않을 수 있다.
이하, 도 10을 도 3a와 함께 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 지문 감지 장치(10)의 동작을 더욱 자세히 설명하기로 한다.
센서 어레이(20)에 물체가 접촉하여 정전용량 변화가 생성되면, 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)의 영역을 복수의 서브 영역(21-28)으로 가상 분할하고, 각 서브 영역(21-28) 내에서 샘플링 영역(21S-28S)을 설정할 수 있다. 각 샘플링 영역(21S-28S)은 복수의 노드를 포함할 수 있다.
드라이버(31)는 샘플링 영역(21S-28S)에 구동 신호를 공급하며, 적분 회로(32) 및 ADC(33)는 샘플링 영역(21S-28S)에 포함되는 복수의 노드로부터 정전용량 변화를 감지하여 센싱 데이터를 검출할 수 있다. 센싱 데이터는 제어 회로(40)로 전달되며, 제어 회로(40)는 각 샘플링 영역(21S-28S) 마다 센싱 데이터 분포를 획득할 수 있다. 일 실시예로, 센싱 데이터 분포는 도 10에 도시한 바와 같이 히스토그램 형태로 표현될 수 있으며, 제어 회로(40)는 각 샘플링 영역(21S-28S)에 대해 센싱 데이터 분포를 획득할 수 있다. 즉, 도 3a에 도시한 실시예에서, 제어 회로(40)는 총 8개의 센싱 데이터 분포를 획득할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제어 회로(40)가 복수의 샘플링 영역(21S-28S) 각각으로부터 획득하는 센싱 데이터 분포는 히스토그램 형태로 표현될 수 있다. 가로축은 센싱 데이터가 가질 수 있는 값을 나타내며, 세로축은 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수이다. 즉, 도 10에 도시한 실시예에서, 112 이상 120 이하의 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수가 가장 많은 것으로 판정할 수 있다.
제어 회로(40)는 센싱 데이터 분포에서 유효 구간을 설정할 수 있다. 유효 구간은 센싱 데이터 분포에서 노이즈 구간을 제거하고 남은 구간일 수 있으며, 일례로 센싱 데이터 분포를 표현한 히스토그램에서 상위 및 하위 5%에 각각 포함되는 구간을 노이즈 구간으로 설정할 수 있다. 제어 회로(40)가 설정하는 노이즈 구간의 범위는, 지문 감지 장치(10)의 동작 환경에 따라 적절하게 변경될 수 있을 것이다. 도 10을 참조하면, 제어 회로(40)는 전체의 노드 개수 중에, 상위 5%에 해당하는 노드와 하위 5%에 해당하는 노드를 각각 제1 및 제2 노이즈 구간으로 설정할 수 있다.
유효 구간이 설정되면, 제어 회로(40)는 유효 구간에서 나타나는 센싱 데이터 분포를, 기준 분포와 비교한다. 상기 기준 분포는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 복수의 기준 분포 중 적어도 하나일 수 있다. 지문이 센서 어레이(20)에 실제로 접촉한 경우에도, 사용자의 지문 상태에 따라 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 서로 다른 센싱 데이터 분포가 검출될 수 있으므로, 제어 회로(40)는 서로 다른 여러 가지 환경이 반영된 복수의 기준 분포를, 센싱 데이터의 유효 구간 내 분포와 비교할 수 있다.
제어 회로(40)는 센싱 데이터 분포가, 그 유효 구간 내에서 도 4에 도시한 바와 같은 기준 분포에 대응하면, 해당 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역(21S-28S)을 유효 접촉 영역으로 결정할 수 있다. 제어 회로(40)는 각 샘플링 영역(21S-28S)에서 획득한 복수의 센싱 데이터 분포를 기준 분포와 각각 비교하여, 유효 접촉 영역의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 지문이 정상적으로 센서 어레이(20)에 접촉한 것으로 판단할 수 있다. 상기 임계 개수는 제어 회로(40)에 의해 미리 설정되는 값일 수 있으며, 사용자에 의해 변경될 수도 있다. 일 실시예로, 상기 임계 개수는 샘플링 영역(21S-28S)의 전체 개수의 60%을 초과하는 값으로 설정될 수 있다. 즉, 도 3a에서 상기 임계 개수는 5 이상 8 이하의 값으로 설정될 수 있다. 이하, 도 11a 내지 도 11f를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 11a와 도 11b는, 지문이 센서 어레이(20)의 충분한 면적에 접촉하지 않은 경우를 나타낸 도이다. 도 11a를 참조하면, 센서 어레이(20)의 상부에 위치한 제1 내지 제4 샘플링 영역(21S-24S)에는 지문이 접촉하지 않으며, 센서 어레이(20)의 하부에 위치한 제5 내지 제8 샘플링 영역(25S-28S)에만 지문이 접촉한다. 따라서, 제어 회로(40)는 제5 내지 제8 샘플링 영역(25S-28S)에서만 도 10에 도시한 바와 같이 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득할 수 있다.
도 11b의 실시예에서, 센서 어레이(20)의 좌측에 위치한 제1, 제2, 제5, 제6 샘플링 영역(21S, 22S, 25S, 26S)에는 지문이 접촉하지 않으며, 센서 어레이(20)의 우측에 위치한 제3, 제4, 제7, 제8 샘플링 영역(23S, 24S, 27S, 28S)에만 지문이 접촉한다. 따라서, 도 11b에 도시한 실시예의 경우, 제어 회로(40)는 제3, 제4, 제7, 제8 샘플링 영역(23S, 24S, 27S, 28S)에서만 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득할 수 있다.
도 11a 및 도 11b에 도시한 실시예와 같은 경우, 지문 감지 장치(10)가 지문 데이터를 생성할 수 있을만큼의 충분한 면적에 지문이 접촉되지 않은 경우일 수 있다. 따라서, 제어 회로(40)는 도 11a와 도 11b에 도시한 경우, 즉, 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역(21S-28S)의 개수가 4개인 경우, 지문 감지 장치(10)가 지문 감지 동작을 수행하지 않도록 제어할 수 있다.
도 11c와 도 11d는, 지문이 센서 어레이(20)의 충분한 면적에 접촉한 경우를 나타낸 것이다. 즉, 도 11c와 도 11d에 도시한 바와 같이 지문 접촉이 발생하면, 제어 회로(40)는 지문 감지 장치(10)가 지문 감지 동작을 수행하도록 제어하여 사용자를 인증하여야 한다.
도 11c는 센서 어레이(20)의 전면에 지문이 접촉한 경우에 해당한다. 도 11c에 도시한 실시예에서는, 모든 샘플링 영역(21S-28S)에서 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포가 검출될 수 있다. 따라서, 제어 회로(40)는 지문 감지 장치(10)가 지문 감지 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
한편 도 11d에 도시한 실시예에서는, 제1 및 제5 샘플링 영역(21S, 25S)을 제외한 모든 샘플링 영역(22S-24S, 26S-28S)에서 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포가 검출될 수 있다. 즉, 전체 8개의 샘플링 영역(21S-28S) 가운데 6개의 샘플링 영역(22S-24S, 26S-28S)에서 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포가 검출될 수 있다. 제어 회로는(40)는 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역(22S-24S, 26S-28S), 즉 유효 접촉 영역의 개수가 임계 개수보다 큰 것으로 판단하고, 지문 감지 장치(10)가 지문 감지 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
다음으로 도 11e 및 도 11f는 이물질이 센서 어레이(20)에 접촉한 경우를 나타낸 도이다. 도 11e를 참조하면 물방울이 센서 어레이(20)에 떨어지는 경우, 제어 회로(40)가 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득할 수 없다. 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 물방울이 센서 어레이(20)에 떨어진 경우, 센싱 데이터의 최소값 또는 최대값을 갖는 노드만이 나타날 수 있다. 따라서, 도 11e에 도시한 경우, 제어 회로(40)는 지문 감지 장치(10)가 지문 감지 동작을 수행하지 않도록 제어할 수 있다.
도 11f는 물방울이 아닌 다른 이물질이 센서 어레이(20)에 접촉한 경우를 나타낸 것이다. 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 물방울이 아닌 다른 도전성 이물질이 센서 어레이(20)에 접촉하는 경우, 제어 회로(40)는 특정한 센싱 데이터 분포를 획득할 수도 있다. 제어 회로(40)가 획득한 센싱 데이터 분포가 기준 분포와 다른 경우에는, 제어 회로(40)가 센성 데이터 분포를 기준 분포와 비교하여 지문 감지 장치(10)가 지문 감지 동작을 수행하지 않도록 제어할 수 있다. 그러나, 이물질의 종류에 따라서, 제어 회로(40)가 각 샘플링 영역(21S-28S)으로부터 획득한 센싱 데이터 분포가 기준 분포에 대응할 수도 있으며, 이러한 경우 지문 감지 장치(10)가 지문 감지 동작을 수행하게 되면 지문 감지 장치(10)의 소모 전력만 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 이러한 문제를 해결하기 위해, 제어 회로(40)가 이물질 접촉 여부를 판단하기 위한 프로세스를 추가로 실행할 수 있다. 도 10을 참조하면, 제어 회로(40)는 유효 구간 내에서 연산 구간을 추가로 설정할 수 있다. 연산 구간은, 유효 구간 내에 포함되는 구간이며, 가장 많은 개수의 노드가 갖는 센싱 데이터 값을 기준으로 하여 설정되는 구간일 수 있다.
도 10을 참조하면, 가장 많은 개수의 노드가 갖는 센싱 데이터 값은 112 이상 120 이하의 범위로 정의될 수 있다. 따라서 제어 회로(40)는 112 이상 120 이하의 센싱 데이터 값을 기준으로 하여 연산 구간으로 설정할 수 있다. 도 10에 도시한 실시예에서, 제어 회로(40)는 96 이상 136 이하의 범위를 연산 구간으로 설정하였으나, 연산 구간은 더 넓거나 좁게 설정될 수도 있다.
제어 회로(40)는 연산 구간에 포함되는 노드의 개수와, 유효 구간에 포함되는 노드의 개수 사이의 비율을 계산할 수 있다. 한편, 제어 회로(40)는 상기 비율로부터 이물질 접촉 여부를 판단하기 위한 소정의 임계 비율을 설정할 수 있다. 상기 임계 비율은 지문 감지 장치(10)의 특성에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 제어 회로(40)는 연산 구간에 포함되는 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수와, 유효 구간에 포함되는 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수 사이의 비율이 상기 임계 비율보다 작은 경우, 센서 어레이(20)에 지문이 접촉한 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 전체 노드의 개수가 144개이고, 유효 구간에 포함되는 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수가 128개이며, 연산 구간에 포함되는 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수가 80개인 경우, 상기 비율은 80/128, 즉, 62.5%로 계산될 수 있다. 지문 감지 장치(10)의 특성을 고려하여 미리 설정된 상기 임계 비율이 75%라면, 상기와 같은 조건에서 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)에 지문이 접촉된 것으로 판단할 수 있다. 반면, 연산 구간에 포함되는 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수가 100개라면, 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)에 이물질이 접촉된 것으로 판단할 수 있다.
이물질이 접촉한 경우 제어 회로(40)가 획득하는 센싱 데이터 분포를 나타낸 도 8을, 지문이 접촉한 경우 제어 회로(40)가 획득하는 센싱 데이터 분포를 나타낸 도 4 내지 도 6과 비교하면, 도 8에서 센싱 데이터 분포의 산포도가 더 작게 나타난다. 즉, 지문이 아닌 이물질이 접촉한 경우, 복수의 노드에서 검출되는 센싱 데이터의 값이 좁은 구간에 더 밀집되어 나타날 수 있다.
결국, 이물질이 접촉하면, 연산 구간에 포함되는 노드의 개수와, 유효 구간에 포함되는 노드의 개수 사이의 비율이, 지문이 접촉한 경우보다 상대적으로 더 크게 나타날 수 있다. 따라서, 제어 회로(40)는 연산 구간에 포함되는 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수와, 유효 구간에 포함되는 센싱 데이터 값을 갖는 노드의 개수 사이의 비율이 임계 비율보다 작은 경우에, 센서 어레이(20)에 지문이 접촉한 것으로 결정할 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지문 감지 장치(10)의 동작은, 센서 어레이(20)에 정의되는 복수의 샘플링 영역(21S-28S) 각각에서 센싱 데이터 분포를 생성하는 것으로 시작될 수 있다(S101). 감지 회로(30)는 복수의 샘플링 영역(21S-28S) 각각에 포함되는 복수의 노드로부터 정전용량 변화를 검출하여 센싱 데이터를 획득할 수 있다. 제어 회로(40)는 감지 회로(30)가 획득한 센싱 데이터 값에 따른 각 노드의 개수를 산출하여, 센싱 데이터 분포를 생성할 수 있다. 이때, 제어 회로(40)는 소정의 주기마다 반복적으로 센싱 데이터 분포를 생성할 수 있으며, 복수의 샘플링 영역(21S-28S)이 아닌 복수의 샘플링 노드(SN1-SN8)가 정의되는 도 3b의 실시예에도 도 12의 실시예에 따른 방법이 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.
센싱 데이터 분포가 생성되면, 제어 회로(40)는 현재 주기에 생성한 센싱 데이터 분포를 이전 주기에 생성했던 센싱 데이터 분포와 비교할 수 있다(S102). 비교 결과, 센싱 데이터 분포에 변화가 없다고 판단되면, 제어 회로(40)는 해당 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역(21S-28S)에서 유효한 접촉이 발생하지 않은 것으로 판정할 수 있다(S104).
반면, 센싱 데이터 분포에 변화가 있다고 판단되면, 제어 회로(40)는 변화가 있다고 판단된 센싱 데이터 분포에서 유효 구간을 산출할 수 있다(S103). 제어 회로(40)는, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 센싱 데이터 값에 따른 노드의 분포를 나타낸 히스토그램 분포에서, 상위 및 하위 5% 구간을 제1 및 제2 노이즈 구간으로 간주하고 제거하여 유효 구간을 설정할 수 있다.
유효 구간이 설정되면, 제어 회로(40)는 유효 구간 내에서의 분포가 소정의 기준 분포에 대응하는지 여부를 판단한다(S105). 상기 기준 분포는, 다양한 조건 및 환경에서 센서 어레이(20)에 지문이 접촉하였을 때 나타날 수 있는 센싱 데이터 분포일 수 있으며, 일례로 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같은 히스토그램 분포일 수 있다. S105 단계의 판단 결과, 유효 구간 내에서의 분포가 기준 분포에 대응하지 않는 것으로 판단되면, 제어 회로(40)는 해당 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역(21S-28S)에서 유효한 접촉이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다(S104).
반면, S105 단계의 판단 결과, 유효 구간 내에서의 분포가 기준 분포에 대응하는 것으로 판단되면, 제어 회로(40)는 해당 샘플링 영역(21S-28S)을 유효 접촉 영역으로 정의하고, 유효 접촉 영역의 개수를 카운팅할 수 있다(S106). 따라서, S102 단계 및/또는 S105 단계의 조건을 만족하지 못한 샘플링 영역(21S-28S)은 S106 단계의 카운팅에서 배제된다. 제어 회로(40)는 S102 단계 및 S105 단계의 조건을 만족한 샘플링 영역(21S-28S)의 개수를 카운팅하여 소정의 임계 개수(S107)와 비교할 수 있다. S107 단계에서 적용되는 상기 임계 개수는, 샘플링 영역(21S-28S)의 전체 개수의 60%에 해당하는 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3a와 같이 샘플링 영역(21S-28S)의 총 개수가 8개인 경우, 상기 임계 개수는 5일 수 있다.
S107 단계의 판단 결과, S102 단계 및 S105 단계의 조건을 만족한 샘플링 영역(21S-28S)의 개수가 상기 임계 개수보다 큰 것으로 판단되면, 제어 회로(40)는 지문 정보를 생성하기에 충분한 면적의 센서 어레이(20)에 지문이 접촉한 것으로 판정하고, 지문 정보를 생성할 수 있다(S108). 지문 정보를 생성하기 위해, 드라이버(31)는 센서 어레이(20)의 구동 전극에 구동 신호를 인가할 수 있으며, 적분 회로(32)는 구동 신호가 인가된 구동 전극과 교차하는 감지 전극으로부터 정전용량 변화를 검출할 수 있다. ADC(33)는 적분 회로가 검출한 정전용량 변화를 디지털 값으로 변환하여 센싱 데이터를 생성할 수 있다. 제어 회로(40)는 ADC(33)가 생성하는 센싱 데이터에 기초하여 지문 정보를 생성하고, 이를 미리 저장된 사용자 인증 정보와 비교하여 사용자를 인증할 수 있다.
한편, S107 단계의 판단 결과, S102 단계 및 S105 단계의 조건을 만족한 샘플링 영역(21S-28S)의 개수가 상기 임계 개수 이하이면, 제어 회로(40)는 소정의 기준 시간이 경과하는지를 판단하고(S109), 지문 감지 장치(10)를 대기 모드로 진입시킬 수 있다(S110). S109 단계에서 적용되는 기준 시간은, 센서 어레이(20)에 지문이 마지막으로 접촉된 시점으로부터 계산되는 시간일 수 있다. 상기 기준 시간이 경과하기 전에 센서 어레이(20)에 다시 접촉이 발생하면, 제어 회로(40)는 S101 단계로 돌아가서 다시 지문 감지 동작을 수행할 수 있다.
다음으로 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지문 감지 장치(10)의 동작은, 센서 어레이(20)에 정의되는 복수의 샘플링 영역(21S-28S) 각각에서 센싱 데이터 분포를 생성하는 것으로 시작될 수 있다(S201). 감지 회로(30)는 복수의 샘플링 영역(21S-28S) 각각에 포함되는 복수의 노드로부터 정전용량 변화를 검출하여 센싱 데이터를 획득할 수 있다. 또는, 도 3b에 도시한 바와 같이 각 샘플링 노드(SN1-SN8)에서 정전용량 변화를 검출하여 센싱 데이터를 획득할 수도 있다. 제어 회로(40)는 감지 회로(30)가 획득한 센싱 데이터 값에 따른 각 노드의 개수를 산출하여, 히스토그램 형태의 센싱 데이터 분포를 생성할 수 있다. 이때, 제어 회로(40)는 소정의 주기마다 반복적으로 센싱 데이터 분포를 생성할 수 있다.
센싱 데이터 분포가 생성되면, 제어 회로(40)는 현재 주기에 생성한 센싱 데이터 분포를 이전 주기에 생성했던 센싱 데이터 분포와 비교할 수 있다(S202). 비교 결과, 센싱 데이터 분포에 변화가 없다고 판단되면, 제어 회로(40)는 해당 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역(21S-28S)을, 유효한 접촉이 발생하지 않은 비접촉 영역으로 판정할 수 있다(S204).
S202 단계의 판단 결과, 센싱 데이터 분포에 변화가 있다고 판단되면, 제어 회로(40)는 해당 센싱 데이터 분포에서 유효 구간을 산출할 수 있다(S203). 제어 회로(40)는, 앞서 설명한 S103 단계와 유사하게, 히스토그램 형태로 생성된 센싱 데이터 분포에서 상위 및 하위 5% 각각을 노이즈 구간으로 설정하고 제거함으로써 유효 구간을 산출할 수 있다.
유효 구간이 산출되면, 제어 회로(40)는 유효 구간 내에서 센싱 데이터 분포가 소정의 기준 분포에 대응하는지 여부를 판단한다(S205). S205 단계의 판단 결과, 유효 구간 내에서의 분포가 기준 분포에 대응하지 않는 것으로 판단되면, 제어 회로(40)는 해당 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역(21S-28S)에 이물질이 접촉된 것으로 판단할 수 있다(S209).
반면, S205 단계의 판단 결과, 유효 구간 내에서 센싱 데이터 분포가 기준 분포에 대응하는 것으로 판단되면, 제어 회로(40)는 유효 구간 내에서 연산 구간을 설정할 수 있다(S206). 연산 구간은, 가장 많은 개수의 노드가 갖는 센싱 데이터 값을 기준으로 설정되는 구간일 수 있다. 연산 구간이 설정되면, 제어 회로(40)는 연산 구간에 포함되는 노드의 개수와, 유효 구간에 포함되는 노드의 개수 사이의 비율을 계산할 수 있다(S207).
S207 단계에서 계산하는 비율은, 각 샘플링 영역(21S-28S)에 실제로 지문이 접촉하였는지, 또는 이물질이 접촉하였는지 여부를 판단하는 데에 이용될 수 있다. 제어 회로(40)는 S207 단계에서 계산한 비율을, 소정의 임계 비율과 비교할 수 있다(S208). S208 단계의 비교 결과, S207 단계에서 계산한 비율이 상기 임계 비율보다 작으면, 제어 회로(40)는 해당 샘플링 영역(21S-28S)에 실제로 지문이 접촉된 것으로 판단할 수 있다. 반면, S207 단계에서 계산한 비율이 상기 임계 비율보다 크면, 제어 회로(40)는 해당 샘플링 영역(21S-28S)에 지문이 아닌 이물질이 접촉한 것으로 판단할 수 있다(S209).
이후 제어 회로(40)는, 접촉이 발생한 것으로 판정된 샘플링 영역(21S-28S)의 개수를 카운팅할 수 있다(S210). S210 단계에서, 접촉이 발생한 것으로 판정된 샘플링 영역(21S-28S)은, S202, S205 및 S208 단계의 조건을 모두 만족한 영역일 수 있다.
S210 단계에서 카운팅한 샘플링 영역(21S-28S)의 개수, 즉 S202, S205 및 S208 단계의 조건을 모두 만족한 샘플링 영역(21S-28S)의 개수가 소정의 임계 개수 보다 크면, 제어 회로(40)는 센서 어레이(20)로부터 지문 정보를 생성할 수 있다(S211-S212). 반면, S211 단계의 판단 결과, S202, S205 및 S208 단계의 조건을 모두 만족한 샘플링 영역(21S-28S)의 개수가 상기 임계 개수 이하이면, 제어 회로(40)는 소정의 기준 시간이 경과하는지 여부를 판단하여(S213) 지문 감지 장치(10)를 대기 모드로 진입시킬 수 있다(S214).
도 12 및 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지문 감지 장치(10)는, 복수의 샘플링 영역(21S-28S) 중 일정 개수 이상의 영역에 유효하게 지문이 접촉하는지 여부를 판단하여 지문 감지 장치(10)로부터 지문 정보를 생성할지 여부를 결정한다. 따라서, 이물질이 접촉하거나 또는 지문 정보를 생성할 수 있을 정도로 지문이 충분히 접촉하지 않은 경우에도 지문 감지 장치(10)가 동작하는 것을 방지할 수 있으며, 지문 감지 장치(10)의 소모 전력을 최소화할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 지문 감지 장치가 적용될 수 있는 전자 장치를 나타낸 사시도이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(100)는, 하우징(110), 디스플레이(120), 키 입력부(130), 음성 출력부(140) 및 지문 감지 장치(150) 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치(100)는 도 14에서 스마트폰으로 도시되었으나, 이와 달리 태블릿 PC, 랩톱 등의 다른 모바일 기기는 물론, 데스크톱 컴퓨터, 텔레비전, 냉장고, 세탁기, 및 가정용 게임기 등의 일반적인 전자 장치도 포함할 수 있다.
도 14에 도시한 실시예에서, 전자 장치(100)가 포함하는 지문 감지 장치(150)는 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한 실시예가 적용된 장치일 수 있다. 즉, 지문 감지 장치(150)는 사용자의 지문을 수용하기 위한 입력 영역을 제공하는 센서 어레이와, 센서 어레이와 연결되어 지문 정보를 생성하고, 사용자를 인증하는 컨트롤러 IC를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러 IC는, 별도의 메모리 또는 전자 장치(100)에 포함되는 메모리와 연동되어 사용자 인증 정보를 관리할 수 있으며, 전자 장치(100)의 애플리케이션 프로세서(AP)이거나 또는 상기 애플리케이션 프로세서와 별도로 제공되는 집적회로 칩일 수도 있다.
상기 컨트롤러 IC는, 상기 입력 영역에 접촉이 발생하는 경우, 상기 입력 영역에 정의되는 복수의 샘플링 영역에서 검출되는 센싱 데이터로부터 센싱 데이터 분포를 획득하고 이를 기준 분포와 비교할 수 있다. 비교 결과, 상기 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득한 샘플링 영역의 개수가 미리 정해진 임계 개수 이상이면, 상기 입력 영역에 접촉한 물제가 유효한 지문인 것으로 판정하고 지문 정보를 생성할 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.
10: 지문 감지 장치
20: 센서 어레이
21S-28S: 샘플링 영역
30: 감지 회로
40: 제어 회로

Claims (16)

  1. 복수의 샘플링 영역을 포함하는 센서 어레이;
    상기 복수의 샘플링 영역 각각에 포함되는 복수의 노드로부터 센싱 데이터를 획득하는 감지 회로; 및
    상기 센싱 데이터에 따른 상기 복수의 노드의 개수를 산출하여 상기 복수의 샘플링 영역 각각에 대한 센싱 데이터 분포를 획득하고, 상기 센싱 데이터 분포를 소정의 기준 분포와 비교하는 제어 회로; 를 포함하며,
    상기 제어 회로는 상기 기준 분포에 대응하는 상기 센싱 데이터 분포를 획득한 상기 샘플링 영역을 유효 접촉 영역으로 결정하고, 상기 유효 접촉 영역의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 상기 센서 어레이로부터 지문 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 센서 어레이에서 서로 분리되는 복수의 영역들을 상기 복수의 샘플링 영역으로 정의하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 센싱 데이터 분포에서 소정의 유효 구간을 설정하고, 상기 유효 구간 내의 상기 센싱 데이터 분포를 상기 기준 분포와 비교하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 센싱 데이터 분포에서, 하위 5% 및 상위 5%를 제외한 구간을 상기 유효 구간으로 설정하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 기준 분포는, 상기 센서 어레이에 지문이 접촉한 경우에 상기 제어 회로가 획득하는 상기 센싱 데이터 분포인 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 복수의 노드 중 가장 많은 개수의 노드로부터 획득되는 상기 센싱 데이터를 기준으로 하여 연산 구간을 설정하고,
    상기 연산 구간에 포함되는 상기 노드의 개수와 상기 유효 구간에 포함되는 상기 노드의 개수의 비율이 소정의 임계 비율 이하인 상기 샘플링 영역의 개수를 산출하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 연산 구간에 포함되는 상기 노드의 개수와 상기 유효 구간에 포함되는 상기 노드의 개수의 비율이 상기 임계 비율 이하인 상기 샘플링 영역의 개수가, 소정의 임계 개수보다 크면, 상기 지문 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 연산 구간에 포함되는 상기 노드의 개수와 상기 유효 구간에 포함되는 상기 노드의 개수의 비율이 상기 임계 비율보다 큰 상기 샘플링 영역을, 이물질이 존재하는 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 감지 회로와 상기 제어 회로는, 하나의 집적 회로 칩(IC)으로 제공되는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 감지 회로는,
    상기 복수의 노드로부터 정전용량 변화를 검출하여 아날로그 신호를 생성하는 적분 회로와, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환 회로(ADC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 노드는, 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 제1 전극, 및 상기 제1 방향과 다른 제2 방향을 따라 연장되는 복수의 제2 전극의 교차점으로 정의되는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 센싱 데이터 분포를, 상기 센싱 데이터에 따른 상기 복수의 노드의 개수를 나타내는 히스토그램 분포로 생성하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 유효 접촉 영역으로 판단된 상기 샘플링 영역의 개수가, 상기 샘플링 영역의 전체 개수의 60% 이상이면, 상기 지문 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.
  14. 적어도 하나의 사용자 인증 정보를 저장하는 메모리;
    사용자의 지문을 검출하기 위한 입력 영역을 제공하는 센서 어레이; 및
    상기 입력 영역에서 정의되는 복수의 샘플링 영역 각각에서 획득한 센싱 데이터 분포를 소정의 기준 분포와 비교하여 상기 지문 센서의 동작을 제어하는 컨트롤러 IC; 를 포함하며,
    상기 컨트롤러 IC는, 상기 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포를 획득한 상기 샘플링 영역의 개수가 소정의 임계 개수 이상이면, 상기 입력 영역으로부터 지문 정보를 생성하고, 상기 지문 정보를 상기 적어도 하나의 사용자 인증 정보와 비교하여 상기 사용자를 인증하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 컨트롤러 IC는,
    상기 복수의 샘플링 영역 각각에서 획득한 센싱 데이터 분포에서 소정의 유효 구간을 설정하고, 상기 유효 구간 내의 상기 센싱 데이터 분포를 상기 기준 분포와 비교하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 컨트롤러 IC는,
    상기 기준 분포에 대응하는 센싱 데이터 분포가 검출된 상기 샘플링 영역의 개수가 상기 임계 개수보다 작으면, 상기 지문 감지 장치를 대기 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 지문 감지 장치.

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