KR20170105086A - 지문 위조 방지 광 감지를 갖는 다기능 지문 센서 - Google Patents

Abstract

개시된 기술은 액세스를 제어하기 위해 지문 식별을 사용하는 디바이스들 또는 시스템들에서 지문을 감지할 때, 광학 위조 방지 기술들을 제공한다. 개시된 기술은, 지문의 소스와 관련된 접촉 입력을 검출하기 위하여 지문 센서를 사용하고; 지문의 하나 이상의 이미지를 나타내는 검출된 접촉 입력에 응답하여 상기 지문 센서로부터 이미지 신호를 생성하고; 지문과 상이한 생체인식 표시자를 나타내는 생체 인식 표시자 검출 신호를 생성하기 위하여 지문 센서와 별개인 광학 생체인식 센서를 사용하고; 검출된 접촉 및 관련된 하나 이상의 지문 이미지들이 접촉 입력을 행하는 살아있는 사람의 손가락으로부터 유래하는지를 결정하기 위하여, 생성된 이미지 신호 및 생체인식 표시자 검출 신호를 처리 회로에 의해 처리한다.

Description

지문 위조 방지 광 감지를 갖는 다기능 지문 센서

본 특허 명세서는 일반적으로 전자 디바이스, 정보 시스템 또는 컴퓨터 제어 시스템에 안전하게 액세스하기 위한 지문 인식 및 그 애플리케이션들에 관한 것이다.

지문들은 독립형 인증 방법으로서 또는 패스워드 인증 방법과 같은 하나 이상의 다른 인증 방법들과 조합하여 사용되는, 전자 디바이스들, 컴퓨터 제어 시스템들, 전자 데이터베이스들 또는 정보 시스템들을 액세스하기 위해 사용자를 인증하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 랩톱들, 태블릿들, 스마트폰들 및 게임 시스템들과 같은 휴대용 또는 모바일 컴퓨팅 디바이스들을 포함하는 전자 디바이스들은 개인 데이터를 보호하고 공인되지 않은 액세스를 방지하기 위하여 사용자 인증 메커니즘들을 사용할 수 있다. 다른 예에서, 조직 또는 기업을 위한 컴퓨터 또는 컴퓨터 제어 디바이스 또는 시스템은 조직 또는 기업을 위한 디바이스 또는 시스템의 정보 또는 사용을 보호하기 위해 공인된 사람만이 액세스하는 것을 허용하도록 보안되어야 한다. 휴대용 디바이스들 및 컴퓨터 제어 데이터베이스들, 디바이스들 또는 시스템들에 저장된 정보는 개인 연락처들 또는 전화 번호부, 개인 사진들, 개인 건강 정보 또는 다른 개인 정보와 같은 사실상 사적인 정보일 수 있거나, 또는 기업 재무 정보, 직원 데이터, 거래 비밀들 및 다른 독점 정보와 같이 조직 또는 기업에 의해 독점적 사용을 위한 기밀 정보일 수 있다. 전자 디바이스 또는 시스템에 대한 액세스의 보안이 손상되면, 이들 데이터는 다른 이들에 의해 액세스될 수 있어, 개인들의 사생활의 손실, 또는 귀중한 비밀 정보의 손실을 초래한다. 정보의 보안 외에도, 컴퓨터들 및 컴퓨터 제어 디바이스들 또는 시스템들에 대한 액세스를 보안화 하는 것은 또한 컴퓨터 제어 자동차들 및 ATM들과 같은 다른 시스템들과 같이, 컴퓨터들 또는 컴퓨터 프로세서들에 의해 제어되는 디바이스들 또는 시스템들의 사용의 보호를 허용할 수 있다.

모바일 디바이스와 같은 디바이스 또는 전자 데이터베이스 및 컴퓨터 제어 시스템과 같은 시스템에 대한 보안 액세스는 사용자 암호들의 사용과 같은 상이한 방식들로 달성될 수 있다. 그러나 암호는 쉽게 확산되거나 획득될 수 있고, 이러한 암호의 특성은 보안 레벨을 저하시킬 수 있다. 더욱이 사용자는 전자 디바이스들 또는 시스템들을 사용하기 위해 암호를 기억할 필요가 있고, 만약 사용자가 암호를 망각한 경우, 사용자는 인증을 받거나 그렇지 않으면 디바이스에 대한 액세스를 회복하기 위하여, 특정 암호 복구 절차들을 수행할 필요가 있고, 이러한 절차들은 사용자들에게 부담이 될 수 있고, 다양한 실용적인 제약과 불편함을 가질 수 있다. 개인 지문 인식은 암호들과 관련된 특정 원하지 않는 영향들을 완화하면서 데이터 보안을 강화하기 위한 사용자 인증을 달성하는 데 활용될 수 있다.

휴대용 또는 모바일 컴퓨팅 디바이스들을 포함하는 전자 디바이스들 또는 시스템들은 개인 또는 다른 비밀 데이터를 보호하고 공인되지 않은 액세스를 방지하기 위하여 사용자 인증 메커니즘들을 사용할 수 있다. 전자 디바이스 또는 시스템에 대한 사용자 인증은, 단독으로 또는 기존의 암호 인증 방법들과 조합하여 사용할 수 있는, 하나의 또는 다수의 형태들의 생체 식별자들을 통해 수행될 수 있다. 생체 식별자들의 한 형태는 사람의 지문 패턴이다. 지문 센서는 사용자의 지문 패턴을 판독하기 위하여 전자 디바이스 또는 정보 시스템에 내장될 수 있어, 디바이스는 오로지 공인된 사용자의 지문 패턴의 인증을 통해 디바이스의 공인된 사용자에 의해서만 잠금 해제될 수 있다.

본 특허 명세서에 기술된 구현들의 예들은 지문 감지를 위한 2가지 감지 기능들, 즉(1) 지정된 지문 센서를 사용하여 지문 식별을 위한 지문 패턴들을 포착하는 기능과(2) 지정된 광학 위조 방지 센서를 사용하여 지문 패턴들을 갖는 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 감지하는 기능을 조합하는 지문 센서 설계들을 제공한다. 지정된 지문 센서는 다양한 지문 감지 기술들을 기초하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 지정된 지문 센서는 지문을 감지하기 위한 하나 이상의 광학 센서들을 포함하는 광학 지문 센서로 구현될 수 있다. 다른 예로서, 지정된 지문 센서는 지문들을 감지하는 용량성 센서와 같은 다른 유형들의 지문 센서들일 수 있다. 지정된 광학 위조 방지 센서는 지정된 지문 센서 감지와 협력하여 다음과 같은 추가 감지 기능을 제공하기 위하여 사용된다. 지문 패턴들과 상이한 하나 이상의 지시자들을 광학적으로 측정함으로써 지문 패턴들을 가질 수 있는 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지 여부를 광학적으로 감지하기 위하여 입력 물체를 심문하기 위한 광학적인 프로브 광을 사용하는 기능, 기술된 지문 센서 설계들은 다양한 디바이스들, 시스템들 또는 애플리케이션들에 사용될 수 있고, 개시된 기술은 랩톱들, 태블릿들, 스마트폰들 및 게임 디바이스들과 같은 휴대용 또는 모바일 컴퓨팅 디바이스들 및 자동차들 및 대형 정보 시스템들과 같은 대형 시스템들을 포함하는 다양한 전자 디바이스들 및 시스템들에 대한 액세스를 보안화하기 위하여 사용될 수 있다.

일 양상에서, 지문 스캔 도중에 살아있는 사람의 손가락의 지문을 식별하는 방법이 제공되며, 이러한 방법은, 지문의 소스와 연관된 접촉 입력을 검출하기 위하여 지문 센서를 사용하는 단계; 검출된 접촉 입력에 응답하여 지문 센서로부터 이미지 신호를 생성하는 단계로서, 용량성 지문 센서로부터 생성된 상기 이미지 신호는 지문의 하나 이상의 이미지들을 나타내는, 이미지 신호를 생성하는 단계; 지문과 상이한 생체인식 표시자(biometric marker)를 나타내는 생체인식 표시자 검출 신호를 생성하기 위하여 지문 센서와 별개인 광학 생체인식 센서를 사용하는 단계; 및 검출된 접촉 및 관련된 하나 이상의 지문 이미지들이 접촉 입력을 행하는 살아있는 사람의 손가락으로부터 유래하는지를 결정하기 위해 생성된 이미지 신호 및 생체인식 표시자 검출 신호를 처리 회로에 의해 처리하는 단계를 포함한다.

또 다른 양상에서, 전자 디바이스가 제공되고, 이러한 전자 디바이스는, 전자 디바이스의 기능들을 수행하는 디바이스 프로세서; 전자 디바이스를 조작하기 위한 사용자 인터페이스로서 디바이스 프로세서와 통신하는 터치 패널; 디바이스 프로세서와 통신하여, 지문과 관련된 접촉 입력을 검출하고 지문의 이미지를 나타내는 신호를 생성하도록 동작 가능한 지문 센서; 및 (1) 접촉 입력의 위치를 향해 프로브 광을 방출하고, 손가락이 접촉 입력일 때 손가락의 융기부들과 골부들을 포함하는 접촉 입력과 관련된 정보를 전달하는 신호 광을 생성하도록 구성된 광원과, (2) 접촉 입력의 위치로부터 신호 광을 수신하고 수신된 신호 광을 지문과 상이한 생체인식 표시자의 식별을 나타내는 신호로 변환하도록 위치된 광학 센서를 포함하는 광학 생체인식 센서를 포함한다. 이러한 전자 디바이스는, 지문과 관련된 접촉 입력이 살아있는 사람의 손가락에 속하는지를 결정하기 위해 생성된 센서 신호를 처리하기 위한 감지 회로에 통신 가능하게 결합된 지문 처리 회로를 더 포함한다. 디바이스 프로세서는, 지문 이미지로부터 또한 지문이 전자 디바이스에 액세스하도록 공인된 살아있는 사람의 손가락에 속하는지의 여부로부터, 처리 회로의 결정에 기초하여 터치 패널에 대한 액세스를 허용 또는 거부하여 전자 디바이스를 조작하도록 구성된다.

다른 양상에서, 통합된 터치 센서 모듈을 갖는 터치 패널을 포함하도록 지문 센서 디바이스가 제공되고, 통합된 터치 센서 모듈은, 지문과 관련된 접촉 입력을 검출하는 것에 응답하여 센서 신호를 생성하기 위한 감지 회로로서, 접촉 입력을 검출하고 센서 신호의 일부로서 지문의 이미지를 나타내는 신호를 생성하기 위한 용량성 지문 센서, 및 지문과 상이한 생체인식 표시자를 나타내는 신호를 센서 신호의 일부로서 생성하는 광학 생체인식 센서를 포함하는, 상기 감지 회로; 및 생성된 센서 신호를 처리하여 지문과 관련된 접촉 입력이 살아있는 사람의 손가락에 속하는지를 결정하기 위하여 감지 회로에 통신 가능하게 결합된 처리 회로를 포함한다.

다른 양상에서, 전자 디바이스가 제공되고, 이러한 전자 디바이스는, 전자 디바이스의 기능을 수행하는 디바이스 프로세서; 디바이스 프로세서와 통신하는 터치 패널; 및 터치 패널에 통합되고 디바이스 프로세서와 통신하는 지문 센서 디바이스를 포함하고, 지문 센서 디바이스는, 지문과 관련된 접촉 입력을 검출하는 것에 응답하여 센서 신호를 생성하는 감지 회로로서, 접촉 입력을 검출하고 지문의 이미지를 나타내는 신호를 생성하기 위하여 터치 패널에 결합된 용량성 지문 센서, 및 (1) 접촉 입력의 위치에서 터치 패널을 향하여 프로브 광을 방출하여 손가락이 접촉 입력일 때 손가락의 융기부들과 골부들을 포함하는 접촉 입력과 관련된 정보를 전달하는 신호 광을 생성하도록 구성된 광원 및 (2) 접촉 입력의 위치에서 터치 패널로부터 신호 광을 수신하고 수신된 신호 광을 지문과 상이한 생체인식 표시자의 식별을 나타내는 신호로 변환하도록 위치된 광학 센서를 포함하는 광학 생체인식 센서를 포함하는, 상기 감지 회로; 및 생성된 센서 신호를 처리하여 지문과 관련된 접촉 입력이 살아있는 사람의 손가락에 속하는지를 결정하기 위해 감지 회로에 통신 가능하게 결합된 처리 회로를 포함한다. 디바이스 프로세서는 지문의 이미지로부터 또한 지문이 전자 디바이스에 액세스하도록 공인된 살아있는 사람의 손가락에 속하는지의 여부로부터 처리 회로의 결정에 기초하여 전자 디바이스에 대한 액세스를 허용 또는 거부하도록 구성된다.

또 다른 양상에서, 지문 스캔 도중에 살아있는 사람의 손가락으로부터 지문을 식별하는 방법이 제공되고, 이러한 방법은, 지문의 소스와 관련된 접촉 입력을 검출하기 위해 용량성 지문 센서를 사용하는 단계; 검출된 접촉 입력에 응답하여 용량성 지문 센서로부터 이미지 신호를 생성하는 단계로서, 용량성 지문 센서로부터의 이미지 신호는 지문의 하나 이상의 이미지들을 나타내는, 이미지 신호를 생성하는 단계; 지문과 상이한 생체 인식 표시자를 나타내는 생체 인식 표시자 검출 신호를 생성하기 위하여 용량성 지문 센서와 별개인 광학 생체인식 센서를 사용하는 단계; 검출된 접촉 및 관련된 하나 이상의 지문 이미지들이 접촉 입력을 행하는 살아있는 사람의 손가락으로부터 유래하는지를 결정하기 위하여, 생성된 이미지 신호 및 생체인식 표시자 검출 신호를 처리 회로에 의해 처리하는 단계를 포함한다.

이들 및 다른 양상들 및 이들의 구현들은 도면들, 상세한 설명 및 청구항들에 더 상세하게 기술된다.

도 1a는, 지문 인식을 위한 지문 패턴을 포착하기 위한 지문 센서(1) 지문 식별을 위한 지문 패턴들을 포착하기 위한 지정된 지문 센서 및(2) 지문 패턴들을 갖는 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 감지하고 지문 입력이 지문 위조 공격인지를 결정하기 위한 지정된 광학 위조 방지 센서를 사용함으로써, 컴퓨터 프로세서 제어 디바이스 또는 시스템에 대한 액세스를 제어하는 지문 사용자 인증 시스템의 일례의 블록도.
도 1b는 스마트폰에서 구현되는 예시적인 지문 센서 디바이스를 도시하는 블록도.
도 2a는 스마트폰 디바이스와 같은 모바일 디바이스에 통합되고 지문 센서 디바이스 또는 모듈 내의 압력 센서 및 광학 위조 방지 센서를 포함하는 예시적인 지문 센서 디바이스의 블록도.
도 2b는 도 2a의 예시적인 지문 센서 디바이스의 2가지 형태들의 평면도.
도 2c는 도 2a의 지문 센서 디바이스 또는 모듈에서의 광학 위조 방지 센서의 예시적인 동작을 도시하는 도면.
도 2d는 도 2a의 지문 센서 디바이스 또는 모듈의 또 다른 예시적인 동작을 도시하는 도면.
도 3은 살아있는 손가락을 인증하기 위한 상이한 보안 레벨들을 설정하기 위한 예시적인 처리의 처리 흐름도.
도 4a는 능동 센서 픽셀 및 증폭을 갖는 자체-용량성 감지를 구현하는 예시적인 지문 센서 디바이스의 블록도.
도 4b는 예시적인 센서 픽셀을 도시하는 도면.
도 4c는 예시적인 센서 픽셀의 회로 표현을 도시하는 도면.
도 5a는 지문 정보를 포착할 때 각각의 센서 픽셀을 위해 광학 센서에 추가하여 용량성 센서를 통합하는 지문 센서 디바이스의 예를 도시하는 도면.
도 5b는 각각의 하이브리드 감지 픽셀의 면적을 감소시키기 위해 센서 픽셀들의 어레이에서 공간적으로 중첩된 구성으로 각각의 하이브리드 센서 픽셀 내에 광학 센서 및 용량성 센서를 구조적으로 통합하는 지문 센서 디바이스의 다른 예를 도시하는 도면.
도 6은 각각의 하이브리드 감지 픽셀 내에 광학 센서 및 용량성 센서를 모두 통합하는 예시적인 하이브리드 지문 센서 디바이스의 평면도.
도 7a는 지문들에 대한 용량성 감지 및 광학 감지 기능들 모두를 갖는 예시적인 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀에 대한 회로도.
도 7b는 또 다른 예시적인 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀에 대한 회로도.
도 7c는 광 검출기 및 용량성 센서 플레이트로부터의 센서 신호들의 병렬 검출을 수행하기 위한 예시적인 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀의 회로도.
도 8은 용량성 센서들 및 광 검출기들을 모두 포함하는 예시적인 지문 센서 어레이의 블록도.
도 9a 및 9b는 혈액 내의 상이한 광 파장들에서의 상이한 광 흡수 거동에 기초한 살아있는 손가락 검출을 위한 광학 감지를 도시하는 도면.
도 10은 살아있는 손가락 검출을 위해 공간적으로 분포된 광학 센서들을 사용하기 위한 예를 도시하는 도면.
도 11, 도 12 및 도 13은 광학 지문 센서 설계들의 예들을 도시하는 도면.
도 14, 도 15 및 도 16은 각 도면이 센서 픽셀 회로의 예를 도시하는 도 1a에서의 설계에 사용될 수 있는 용량성 지문 센서들의 추가 예들을 도시하는 도면.

전자 디바이스들 또는 시스템들은 디바이스들에 액세스하기 위한 보안을 향상시키기 위해 지문 인증 메커니즘을 구비할 수 있다. 이러한 전자 디바이스들 또는 시스템은, 예를 들어 스마트폰들, 태블릿 컴퓨터들, 손목 착용 디바이스들 및 다른 착용 가능 또는 휴대용 디바이스들과 같은 휴대용 또는 모바일 컴퓨팅 디바이스들, 예를 들어 휴대형들 또는 데스크탑형들의 개인용 컴퓨터들, ATM들, 다양한 전자 시스템들, 데이터베이스들 또는 상업용 또는 정부용 정보 시스템들에 대한 다양한 단말기들, 자동차들, 보트들, 기차들, 항공기 등을 포함하는 자동차화된 운송 시스템들과 같은 대형 전자 디바이스들 또는 시스템들을 포함할 수 있다.

그러나 이러한 디바이스들 또는 시스템들에 대한 보안된 액세스 또는 공인된 액세스는 다양한 방식으로 지문 인증 메커니즘들을 좌절시킴으로써 손상될 수 있다. 예를 들어, 지문 센서는 공인된 사용자의 지문을 획득하여 훔친 지문 패턴을 인간의 손가락을 닮은 캐리어 물체에 복사할 수 있는 악의적인 개인들에 의해 해킹될 수 있다. 이러한 공인되지 않은 지문 패턴들은 지문 센서에서 사용되어 타깃이된 디바이스의 잠금을 해제할 수 있다. 따라서 지문 패턴은 고유한 생체인식 식별자이지만, 그 자체만으로는 완전히 신뢰할 수 있거나 안전한 식별이 될 수 없다. 본 명세서에서 기술된 기술들, 디바이스들 및 시스템들은 도난당한 지문이 타깃 디바이스에 대한 액세스를 얻기 위해 사용되는 것을 잠재적으로 방지하기 위하여 기존 전자 디바이스들에 사용되는 지문 인증 기술을 개선한다. 구체적으로는, 개시된 기술은,(1) 지문 식별을 위한 지문 패턴들을 포착하는 지정된 지문 센서, 및 (2) 지문 패턴들을 갖는 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 감지하고, 지문 입력이 지문 위조 공격인지를 결정하기 위한 지정된 광학 위조 방지 센서를 결합한다. 지정된 지문 센서와 지정된 광학적 위조 방지 센서는 아래의 몇 가지 예들에 의해 도시된 바와 같이 다양한 방식들로 통합될 수 있다.

지문 감지 보안 특징들을 갖는 애플리케이션들에서, 적절한 공인된 사용자를 고속으로 식별하기 위한 견고하고 신뢰성 있는 지문 센서 특징들을 포함하는 것이 바람직하다. 소비자 모바일 디바이스들과 같은 다양한 애플리케이션들에서 느린 지문 식별은 사용자의 흥미 또는 다른 고품질 디바이스들의 신뢰에 직접적으로 영향을 미칠 수 있고, 따라서 이러한 디바이스들의 지문 감지 성능은 특히 중요하다. 본 명세서에 개시된 지정된 광학 위조 방지 센서 설계들은, 일부 구현들에서, 지문 패턴을 갖는 입력 물체가 살아있는 사람으로부터 유래한 것인지를 결정할 뿐만 아니라, 살아있는 사람이 시스템의 지문 감지 보안을 침범하려는 시도에서 그 사람의 손가락에 위조된 가짜 지문 층을 사용하는지를 결정하도록 구현될 수 있다. 따라서 지정된 광학 위조 방지 센서 설계들은 지문 감지를 기반으로 사용자 보안을 향상시킨다. 또한, 지정된 광학 위조 방지 센서 설계들에 사용되는 광학 감지 메커니즘은 지문 감지 동작의 전반적인 응답 속도를 손상시킴이 없이 고속 응답들을 제공할 수 있다.

본 특허 명세서에 기재된 기술은 일부 구현들에서의 지정된 지문 센서를 위해 용량성 유형의 지문 센서들을 사용하고, 다른 구현들에서의 지정된 지문 센서를 위해 광학 유형의 지문 센서들을 사용한다. 용량성 지문 센서들에서, 지문의 감지는 감지 픽셀들의 어레이의 각 감지 픽셀에서의 그들의 용량성 결합으로 인해 감지 전극과 손가락 표면 사이의 커패시턴스를 측정하는 것에 기반한다. 용량성 센서 픽셀들 위의 보호 커버가 더 두꺼워 짐에 따라, 각 용량성 센서 픽셀에 의해 감지된 전기장은 공간에서 빠르게 분산되어 센서의 공간 분해능의 급격한 감소를 초래한다. 감지 공간 분해능의 이러한 감소와 관련하여, 각 센서 픽셀에서 수신된 센서 신호 강도는 또한 보호 커버의 두께 증가에 따라 상당히 감소한다. 따라서 보호 커버 두께가 특정 임계값(예 : 300μm )을 초과할 때, 이러한 용량성 센서들이 지문 패턴들을 감지할 때 원하는 높은 공간 분해능을 제공하고 감지된 지문 패턴을 허용 가능한 충실도로 신뢰할 수 있게 분석하는 것은 더욱 어려워질 수 있다. 대안적으로, 지문 센서는 또한 광학 지문 센서를 사용하여 구현될 수 있다. 광학 지문 센서들에 대한 제한된 두께를 갖는 모바일 디바이스 또는 디바이스들과 같은 일부 애플리케이션들에서, 광학 지문 모듈의 두께는 두께 제한을 충족해야 한다. 본 명세서에 개시된 광학 지문 센서들의 예들은 그러한 요건을 충족시키도록 충분히 얇게 구성될 수 있다.

일 양상에서, 개시된 기술은, 모바일 디바이스와 같은 전자 디바이스에 통합을 위한 광학 지문 센서 및 별도의 위조 방지 감지 기능을 수행하기 위한 지정된 광학 위조 방지 센서를 위한 지문 센서 설계를 제공한다. 일 양상에서, 개시된 기술은 전자 디바이스에서의 지문 감지를 위한 용량성 지문 센서 및 별도의 위조 방지 감지 기능을 제공하기 위한 지정된 광학 위조 방지 센서를 사용하는 지문 센서 설계를 제공한다. 개시된 기술의 또 다른 양상에서, 용량성 손가락 센서 및 지정된 광학 위조 방지 센서에 기초한 하이브리드 지문 센서는 픽셀화된 센서 어레이의 각 감지 픽셀 내에 광학 위조 방지 픽셀 센서 및 용량성 지문 센서 모두를 포함하도록 제공된다. 구현들에서, 광학 센서들은 지정된 광학 위조 방지 센서 및 지정된 광학 지문 센서 중 하나 또는 둘 모두에 대해 디스플레이의 가장자리들에 CMOS 센서 어레이들 또는 포토다이오드 어레이들로서 포장될 수 있다. 윈도우 또는 부분적으로 투명한 코팅이 검출기들에 사용될 수 있다. 개시된 기술의 구현들의 예들은 지문 검출 및 지문 입력이 지문 위조 공격인지의 결정을 포함하는 손가락 특성들을 감지하기 위한 광학 기술을 도입하기 위하여 사용될 수 있다. 광학 기술은 디스플레이 구조를 갖는 상이한 디바이스들 또는 시스템들의 범위에서 사용될 수 있다. 광학 기술은 별개의 디바이스로 포장될 수 있다.

지문 센서 회로 및 살아있는 손가락 검출

도 1a는 컴퓨터 프로세서 제어 디바이스 또는 시스템에 대한 액세스를 제어하는 지문 사용자 인증 시스템의 예를 도시한다. 이러한 시스템은 지문 식별을 위한 지문 패턴들을 포착하기 위한 지문 감지 픽셀들의 어레이를 포함하는 지정된 지문 센서를 포함한다. 지문 센서 제어 회로는 지정된 지문 센서에 연결되어 지문 감지 픽셀들로부터의 출력 신호를 수신하고 출력 신호를 추가 처리(예 : 신호의 필터링 또는 증폭)하여 이들을 디지털 신호들로 변환한다. 이러한 시스템은 또한, 지문 패턴들을 갖는 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 감지하고 지문 입력이 지문 위조 공격인지를 결정하기 위하여 프로브 광을 입력 물체에 투사하고 입력 물체로부터의 반사광을 검출하는 지정된 광학 위조 방지 센서를 포함한다. 위조 방지 센서 제어 회로는 지정된 광학 위조 방지 센서에 결합되어 지정된 광학 위조 방지 센서로부터의 하나 이상의 출력 신호들을 수신하고, 추가로 하나 이상의 출력 신호들을 처리(예를 들어, 필터링 또는 증폭)하여 디지털 신호들로 변환한다. 지문 처리 모듈은 2개의 센서 제어 회로들에 결합되어 그들의 각 디지털 신호들을 수신하고, 수신된 신호들을 처리하여 요청된 액세스가 허용될지 또는 거부될지를 결정한다. 지문 처리 모듈은 지문 패턴들을 처리하고 입력 지문 패턴이 공인된 사용자에 대한 것인지를 결정하기 위한 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 지문 처리 모듈은 포착된 지문을 저장된 지문과 비교하여 지문 사용자 인증 시스템에 의해 보안되는 디바이스 또는 시스템의 기능을 가능하게 또는 불가능하게 할 수 있다. 전자 디바이스를 조작하기 위한 사용자 인터페이스로서 디바이스 프로세서와 통신하도록 터치 패널이 제공되는 모바일 폰들 및 태블릿들과 같은 다양한 디바이스들에서, 지문 처리 모듈은 디바이스의 터치 패널에 대한 액세스를 허가 또는 거부하도록 동작한다.

지문 패턴에 부가하여, 지문 처리 모듈은 지정된 광학 위조 방지 센서로부터의 정보를 처리하여, 입력 물체에 혈류가 있는지를 신속하게 결정함으로써, 지문 패턴을 갖는 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 결정한다. 지문 처리 모듈은 또한, 입력 물체의 심박 또는 특정 움직임들을 추출하여 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 추가로 결정하기 위해, 일정 기간의 시간에 걸쳐 지정된 광학 위조 방지 센서로부터의 정보를 처리할 수 있다. 이는 시스템에 대한 추가적인 보안 레벨을 제공한다. 지문 처리 모듈은, 지문 입력이 사람의 손가락 위에 놓인 물질의 위조 층의 사용에 의한 지문 위조 공격인지를 결정하기 위하여, 지정된 광학 위조 방지 센서로부터의 정보를 처리할 수 있다. 또한, 지문 처리 모듈은 입력된 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 결정하기 위해 일정 시간 기간에 걸쳐 지정된 지문 센서로부터의 지문 이미지들의 특정 역동성 또는 특성들을 분석할 수 있다. 이러한 특징들은 시스템의 보안 레벨을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, ATM에서 지문 사용자 인증 시스템은 자금들에 액세스를 요구하는 고객의 지문을 결정할 수 있다. 고객의 지문과 하나 이상의 저장된 지문들의 비교에 기초하여, 지문 사용자 인증 시스템은 ATM 시스템이 자금들에 액세스하도록 허용할 수 있고, 적절한 계좌를 신용에 연관시키거나 요청된 자금들을 공제하기 위해 고객을 식별할 수 있다.

일부 구현들에서, 지정된 지문 센서는 포착 지문의 이미지를 나타내는 지문의 상이한 부분들의 커패시턴스를 포착하기 위해 용량성 감지 픽셀의 어레이를 갖는 용량성 지문 센서를 사용한다. 다른 구현들에서, 지정된 지문 센서는 조명 광 빔에 의해 조명되는 표면을 감지하는 광학 지문 센서 상에 터치된 손가락으로부터 지문 패턴을 전달하는 수신된 광의 광학 이미지를 포착하기 위해 광 검출기들의 어레이를 사용한다. 다른 구현들에서, 다른 지문 포착 기술들에 기초한 지문 센서들은 압력 기반 감지, 초음파 감지, 열 감지 등과 같은 용량성 또는 광학 감지 이외의 지정된 지문 센서를 위해 사용될 수 있다. 지정된 지문 센서가 어떻게 구현되는지에 관계없이, 지문 감지는 지정된 광학 위조 방지 센서를 사용하여 추가로 강화된다.

넓은 범위의 디바이스들 또는 시스템들이 지정된 광학 위조 방지 센서를 갖는 개시된 지문 센서들과 관련하여 사용될 수 있고, 이러한 디바이스들 또는 시스템들은, 모바일 애플리케이션들, 다양한 착용 가능 또는 휴대 가능한 디바이스들(예를 들어, 스마트폰들, 태블릿 컴퓨터들, 손목 착용 디바이스들), 및 예컨대 휴대 형태들 또는 데스크탑 형태들의 개인용 컴퓨터들, ATM들, 상업 또는 정부의 사용들을 위한 다양한 전자 시스템들, 데이터베이스들 또는 정보 시스템들에 대한 다양한 단말기들 또는 액세스 디바이스들, 자동차들, 보트들, 열차, 항공기, 등의 자동차화된 운송 시스템들과 같은 대형 전자 디바이스들을 포함한다. 도 1b는 도 1a의 지문 사용자 인증 시스템이 스마트폰에 통합된 하나의 모듈인 스마트폰 또는 휴대용 디바이스를 위한 일 예를 도시한다.

도 1b에서, 지문 센서 디바이스(23)는 스마트폰(1)과 같은 모바일 디바이스 내에서 구현된다. 지문 센서 디바이스 표시자(21)는 모바일 디바이스(1)에 대한 지문 센서 디바이스(23)의 예시적인 위치를 표시하도록 도시된다. 본 예에서, 지문 센서 디바이스(23)는 디스플레이 스크린 밖에 위치한다. 지문 센서 디바이스(23)는 지문 스캐닝을 수행하고 수신된 지문이 살아있는 사람의 손가락으로부터 유래하는지를 나타내는 신호를 획득하는 감지 유닛 또는 회로(2)를 포함한다. 감지 유닛(2)은 도 1a의 지문 처리 모듈을 포함하는 처리 회로(5)에 통신 가능하게 결합되어, 감지 유닛(2)으로부터의 신호 흐름을 취급하고, 지문 스캐닝 및 살아있는/살아있지 않은 지문 판단, 등과 관련된 신호를 처리한다. 인터페이스(6)는 지문 센서 디바이스(23)와, 스마트폰(1)을 포함할 수 있는 애플리케이션 플랫폼 또는 호스트 디바이스(7) 사이의 신호 흐름을 연결한다. 애플리케이션 플랫폼(7)의 예들은 스마트폰(1), 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 착용 가능 디바이스, 및 보안 액세스가 요구되는 다른 전자 디바이스 또는 시스템을 포함한다. 예를 들어, 인터페이스(6)는, 지문 이미지 데이터 및 접촉 입력을 만드는 검출된 지문이 살아있는 손가락에 속하는지를 나타내는 정보를 포함하는 센서 데이터를 지문 센서 디바이스(21)로부터 제공하기 위하여 스마트폰(1)의 디바이스 또는 중앙 프로세서와(직접적으로 또는 버스 또는 인터페이스와 같은 다른 구성 요소들을 통해) 통신할 수 있다. 수신된 지문이 살아있는 사람의 손가락으로부터 유래하는지를 나타내기 위한 지문 센서 디바이스(23)의 이러한 양상은, 사용자의 지문 패턴이 다양한 방식으로 손상될 수 있기 때문에, 예를 들어 사람의 지문 패턴이 침입자에 의해 물체의 표면에 재현될 수 있고, 이는 차례로 액세스를 위해 지문 패턴의 식별에만 의존하는 디바이스에 액세스하기 위해 사용될 수 있기 때문에, 보호된 디바이스의 보안성을 향상시킬 수 있다. 지문 센서 디바이스(23)는, 살아있는 사람의 손가락이 지문 센서를 터치할 때 센서에서 수신된 신호가 살아있는 사람과 관련되고, 살아있지 않은 물체에 존재하지 않는 특정 신호 특성들, 예컨대 살아있는 사람의 혈류 또는 심박과 관련된 신호 특성들을 전달하기 때문에, 수신된 지문이 살아있는 사람의 손가락으로부터 유래하는지를 나타내기 위한 특정 파라미터들의 광학적인 감지를 구현한다.

감지 유닛(2)은 지문 스캐닝과 살아있는 손가락 검출을 모두 수행한다. 감지 유닛(2)은 도 1a의 지정된 지문 센서에 대응하는 지문 센서(3) 및 살아있는 손가락 센서(4)를 포함한다. 지문 센서(3)는 자체 용량성 감지, 상호 용량성 감지, 광학 감지 또는 다른 감지 기술들을 포함하는 이용 가능한 감지 기술들 중 하나 또는 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 살아있는 손가락 센서(4)는 살아있는 사람과 관련된 신호 특성들을 추출하기 위해 지문 이미지 역동성(dynamics)을 분석하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 지문 센서(3)로부터 얻어진 지문의 용량성 또는 광학적 이미지들은 손가락 움직임 정보를 전달할 수 있어서, 신호 진폭, 및 밝은 점들의 좌표들과 같은 이미지 상세사항들은 센서 디바이스를 터치하는 손가락이 살아있는 사람의 것인지를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 일부 구현들에서, 살아있는 손가락 센서(4)는, 스캔된 지문으로부터 혈액의 특징적인 광 흡수 또는 심박 또는 심박 속도와 같은 추가의 생체인식 표시자들을 감지하기 위한, 도 1a의 광학 위조 방지 센서로서의 광학 센서들과 같은 회로를 포함할 수 있다.

살아있는 지문 센서(4)는 혈액이 사용자의 몸을 통과할 때 살아있는 손가락이 움직이거나, 신장하거나 또는 맥동하는 사실에 기초하여 살아있는 손가락 검출 또는 판단을 수행한다. 살아있는 손가락 센서(4)는 살아있는 손가락의 움직임, 신장 또는 맥동을 검출할 수 있는 압력 센서, 광학 센서, 또는 다른 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 광을 방출하기 위한 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)와 같은 광원, 및 방출된 광에 응답하여 손가락으로부터 산란된 산란 광을 검출하기 위한 CMOS 센서 또는 포토다이오드와 같은 광 검출기를 포함할 수 있다. 광이 손가락 조직들이나 혈액 세포들을 통해 전파될 때, 광은 부분적으로 흡수되고 부분적으로 산란된다. 살아있는 손가락 움직임 또는 혈액 흐름은 광 흡수 단면의 변화를 야기한다. 광학 센서는 이러한 종류의 변화를 검출하고, 검출된 신호는 디바이스에 제공되는 지문이 살아있는 사람의 것인지를 나타내기 위하여 사용될 수 있다.

손가락이 살아있는 사람의 손가락인지를 결정하는 한가지 방법은 지문 이미지의 역동성을 분석하는 것이다. 일부 구현들에서, 용량성 지문 센서 또는 광학 지문 센서에 의해 포착된 지문 이미지들은 살아있는 사람과 관련된 손가락 움직임 정보를 전달하여, 신호 진폭 및 밝은 점들의 좌표들과 같은 이미지 상세사항들은 센서 디바이스를 터치하는 손가락이 살아있는지를 결정하기 위하여 사용될 수 있다.

일부 구현들에서, 손가락 재료들은 광학 감지에 기초하여 분석된다. 예를 들어, 하나 이상의 파장들의 프로브 광이 손가락을 비추도록 인가될 수 있고, 손가락으로부터 산란된 광은 혈액 세포들, 심박, 혈류 유도 스펙클(speckle) 패턴 및 도플러 주파수 변화, 등을 포함하는 손가락 재료 정보를 나타낸다. 손가락으로부터 산란된 광은 살아있는 사람과 관련된 특정 특성들을 추출하기 위하여 분석될 수 있고, 이러한 분석은 살아있는 사람이 입력을 제공하는지를 식별하기 위하여 사용될 수 있다.

일부 구현들에서, 가짜 지문(예를 들어, 살아있는 손가락에 덮어 씌워질 수 있는 반투명 또는 투명 기재에 인쇄된)을 인증하기 위한 시도가 검출되고 거부될 수 있다. 예를 들어, 살아있는 손가락 위에 놓인 가짜 지문 패턴을 사용하여 이러한 지문 위조를 거부하기 위한 2가지 방법이 사용될 수 있다.

수신된 지문이 살아있는 사람의 손가락인지를 나타내는 제 1 방법은 해커가 손가락 생동감 검출을 속일 수 없도록 지문 감지 요소들 내에 광학 센서(예, CMOS 또는 포토다이오드 센서 요소들)를 통합하는 것이다. 지문 센서 칩 내로의 광학 감지의 이러한 통합은 픽셀 센서들 중 일부가 용량성 감지이고 픽셀 센서들 중 적어도 하나가 광학 센서인 구성을 포함하는 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 용량성 센서는 지문 식별을 위해 지문의 융기부들과 골부들의 이미지를 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 광학 감지는 상이한 파장들의 하나 이상의 방출된 광들에 응답하여 손가락으로부터 산란된 광을 검출함으로써 살아있는 손가락 시험을 수행하기 위한 추가적인 감지 메커니즘으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 광 파장들에서의 혈액에 의한 광 흡수 특성들은 손가락이 살아있는 사람의 손가락인지의 하나의 지시자로 사용될 수 있다. 다른 예로서, 살아있는 사람의 손가락은 항상 움직이는 경향이 있어서, 살아있는 손가락에 입사하는 빛은 가짜 손가락 재료로 쉽게 복제될 수 없는 대응 반응을 야기할 수 있다. 따라서 손가락의 용량성 센서 이미지와 살아있는 사람의 특성의 광학적 감지는, 향상된 액세스 보안으로 입력을 인증하기 위하여, 조합되어 사용될 수 있다.

수신된 지문이 살아있는 사람의 손가락의 것인지를 나타내는 제 2의 예시적인 방법은 입력 물체가 가짜 지문 물체인지를 식별하기 위해 입력으로부터의 산란된 광 분포를 측정하는 것이다. 이것은 반투명 또는 투명 가짜 손가락이 지문 센서를 속이기 위한 시도로 사기꾼의 손가락 위에 착용될 때 사용될 수 있다. 가짜 지문의 두께 때문에 가짜 지문으로부터의 산란된 광 분포는 추가된 가짜 지문 층이 없는 살아있는 지문과 상이한 특성을 보이는 경향이 있다. 따라서, 광 산란 분포가 살아있는 지문과 유사할 수 있을지라도(광이 투명한 가짜 지문을 통과하기 때문에), 등록된 산란 광 분포와 살아있는 손가락 위에 착용된 가짜 지문의 산란 광 분포 사이에 여전히 검출 가능한 차이가 있을 것이다. 예를 들어, 지문 센서의 상부 감지 표면과 살아있는 손가락 위에 놓인 가짜 지문 층 사이에 형성된 계면은 상부 감지 표면과 상부 감지 표면과 직접 접촉하는 살아있는 손가락 사이의 계면과는 상이하다. 또한, 상이한 위치들에서 광 검출기들을 사용함으로써 손가락의 더 완전한 프로파일을 얻기 위하여, 다수의 광원이 상이한 위치들에서 사용되어 손가락의 상이한 부분들로부터 산란된 산란 광 분포를 제공할 수 있다.

구현들에서, 용량성 지문 센서 또는 광학 지문 센서에 의해 포착된 일련의 지문 이미지들은 지문 이미지 프로파일을 표현하기 위하여 사용될 수 있고, 신호 진폭의 변화 및 시간 경과에 따른 밝은 점들의 분포를 복원하거나 포착하기 위하여 사용될 수 있다. 가짜 손가락은 살아있는 손가락과는 상이한 역동성을 드러낸다. 또한, 미세 압력 센서는 손가락을 누름으로써 야기된 압력 변화를 포착함으로써 살아있는 손가락 움직임 신호들을 포착하여 지문 움직임 프로파일을 표현하기 위해 디바이스에 통합될 수 있다. 살아있는 개인 사용자는 대응하는 고유한 지문 이미지 프로파일 및 고유한 지문 움직임 프로파일을 소유할 수 있다. 지문 이미지 프로파일, 지문 움직임 프로파일 및 두 프로파일들의 조합을 사용함으로써, 개시된 기술의 지문 센서는 가짜 지문 및 사기꾼의 살아있는 손가락 위에 놓인 가짜 지문을 구별할 수 있다.

압력 센서와 통합된 지문 이미지 역동성 감지

도 2a는 도 1b의 스마트폰 디바이스(1)와 같은 모바일 디바이스에 통합되고 압력 센서를 포함하는 예시적인 지문 센서 디바이스(23)의 블록도이다. 지문 센서 디바이스 표시자(21)는 스마트폰 디바이스(1)에 대해 상부 유리 커버(50) 아래에 놓인 지문 센서 디바이스(23)의 예시적인 위치를 나타내도록 도시된다. 도 2a의 하부 도면은 절단선(22)을 따른 스마트폰 플랫폼(1)의 단면도 및 광학 위조 방지 검출기와 통합된 지문 센서 디바이스(23)의 확대도이다. 도 2b는 지문 센서 디바이스(23) 내의 광원들 및 광 검출기들에 대한 광학 위조 방지 검출기 장치들의 2가지 예시적인 형태들의 평면도들이다.

스마트폰 디바이스(1)는 디스플레이 스크린을 갖는 터치 패널 조립체(10) 및 터치 패널 조립체(10)의 디스플레이 스크린에 인접한 위치(21)에 위치한 통합된 지문 센서 모듈 또는 디바이스(23)를 포함한다. 스마트폰 디바이스(1)는 또한, 카메라와 같은 다른 센서들(12)을 포함한다. 스마트폰 디바이스(1)는 또한, 전화기를 조작할 때 특정 사용자 입력들을 수신하기 위한 측면 버튼들과 같은 다양한 버튼들(14 및 16)을 포함할 수 있다. 터치 패널 조립체(10)는 지지 유리(54) 위에 배치된 강화된 커버 유리와 같은 상부 투명 커버(50)를 포함할 수 있다. 컬러 에폭시 재료 층(52)은 커버 유리(50)를 지지 유리(54)에 부착하기 위해 사용될 수 있다. 지지 유리(54)는 디스플레이 스크린을 포함하는 터치 패널 조립체(10)의 하부 층(56)을 지지하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 하부 층들(56)은 광학적으로 투명한 전도 층, 예를 들어 지지 유리(54)의 하부 또는 뒷 표면에 인쇄될 수 있는 ITO 패턴을 포함할 수 있다. 지지 유리(54)는 지문 센서 모듈 또는 디바이스(23) 및 광학 위조 방지 검출기를 배치하기 위한 하우징 또는 홈(58)을 제공하기 위하여, 홀을 형성하도록 구성될 수 있거나, 또는 달리 크기가 정해 지거나 절단될 수 있다. 지문 센서 모듈 또는 디바이스(23)가 용량성 감지 픽셀들의 어레이의 용량성 지문 센서를 구현하는 경우, 용량성 지문 센서를 덮는 상부 투명 커버(50)는 충분히 얇게 만들어질 수 있어서, 효과적인 용량성 감지를 가능하게 한다.

지문 센서 디바이스 또는 모듈(23)은 집적 회로를 갖는 후방 프린트 회로 기판(PCB)(25)상에 배치된 지문 센서 칩(24)을 포함할 수 있다. 후방 PCB(25)는 가요 성 인쇄 회로(FPC)(27)상에 배치될 수 있다. 미세 압력 센서(26)는 FPC(27)의 하부 측에 배치되어, 압력을 측정하고 전체적인 디바이스 위조 방지 메커니즘의 일부로서 압력 측정들에 기초한 터치 프로파일을 포착한다. 선택적인 금속 링 구조(29)는 지문 센서 칩(23)을 둘러싸도록 배치되고, 컬러 에폭시 재료 층(52) 아래에 배치될 수 있다. 얇은 에폭시 재료(31)는 지문 센서 디바이스(20)를 커버 유리(50)에 접착하기 위하여 사용될 수 있다. 발광 다이오드들(LEDs) 또는 레이저 다이오드들(LDs)와 같은 개별 구성요소들을 포함하는 하나 이상의 광원들(33)이 후방 PCB(25) 상에 또는 그 근처에 배치될 수 있고, 포토다이오드들과 같은 하나 이상의 광 검출기들(35)이 생동성 검출을 위한 광학 위조 방지 센서의 일부로서 지문 센서 칩(24) 상에 배치될 수 있다.

도 2b의 광학 지문 센서 설계에서, 포장 설계는 모바일 디바이스의 표면상의 디스플레이 스크린과 지문 센서 사이의 물리적 구분(예를 들어, 일부 모바일폰 설계들에서 상부 유리 커버의 개구 내의 버튼과 유사한 구조)을 갖는 디스플레이 스크린과는 분리된 지문 센서 구조를 사용하는 일부 다른 지문 센서 설계와 상이하다. 도 2b에 도시된 설계하에서, 광학 지문을 위한 영역(21)에 형성된 지문 센서(23)는 상부 커버 유리 또는 층(50) 아래에 위치하여, 커버 유리 또는 층(50)의 상부 표면이 터치 디스플레이 조립체(10)의 디스플레이 스크린과 광 검출기 센서 모듈(23) 모두를 가로지르는 연속적이고 균일한 유리 표면으로서 디바이스의 상부 표면으로 작용한다. 공통의 균일한 표면 아래에서 지문 감지 및 터치 감응 디스플레이 스크린을 통합하기 위한 이러한 설계는 개선된 디바이스 집적, 향상된 디바이스 포장, 고장, 마모 및 손상에 대한 향상된 디바이스 저항 및 향상된 사용자 경험을 포함하는 이점들을 제공한다. 도 2d의 설계와 같은 일부 구현들에서, 지문 센서 모듈은 디스플레이 스크린과의 구조적인 경계 또는 구분을 갖는 구조, 예컨대 상부 유리 커버(50)의 개구 내의 버튼과 유사한 지문 센서 구조를 갖는 이산형 디바이스 구성(99)으로 포장될 수 있다.

동작시에, 지문 센서 칩(24)은 용량성 지문 감지, 광학 지문 감지, 또는 다른 적합한 지문 감지 기술에 기초하여 지문 센서 칩(24) 위의 상부 유리 커버 위에서 (21)로 표시된 지문 감지 표면 영역과 접촉하는 손가락의 지문 패턴을 포착한다. 압력 센서(26)는 손가락이 지문 감지 표면 영역(21)을 터치하는 동안 압력 측정들을 행하고, 광학 위조 방지 센서 내의 하나 이상의 광원들(33)은 접촉하는 손가락이 살아있는 사람의 것인지를 감지하기 위한 광학 측정들을 위해 손가락을 조명하기 위한 프로브 광을 생성한다.

살아있는 손가락의 광학 검출

도 2b에서, 지문 센서 디바이스 또는 모듈을 위한 광학 위조 방지 감지의 2가지 구현들(23a 및 23b)이 다양한 포토다이오드 배치들 및 광원들로 도시된다. 광학 위조 방지 센서를 위한 광원들은, 광학 위조 방지 센서에 의한 살아있는 손가락 검출의 부분으로서 상이한 광 파장들에서 혈액의 상이한 광 흡수 레벨들을 측정하기 위하여, 상이한 파장들, 예컨대 가시 범위의 파장 및 IR 범위의 다른 파장에서 광을 방출할 수 있다.

지문 센서 디바이스 또는 모듈(23a)의 예에서, 지문 센서 칩(24)은 집적 회로를 구비한 후면 PCB(25) 상에 배치된다. 하나 이상의 광원들(33)(예를 들어, LEDs 또는 LDs)과 같은 이산 구성요소들은, 후면 PCB(25) 위에 그리고 지문 센서 칩(24) 밖에 고정되어, 손가락 상의 정보를 전달하는 반사된 프로브 광을 생성하도록 손가락이 터치하는 감지 표면 영역(21)을 조명하는 조명 프로브 광을 생성한다. 광학 센서들(35)(예를 들어, CMOS 센서들 또는 포토다이오드들)은 지문 센서 칩(24)의 일부로서 통합되어, 생동성 검출을 수행하기 위해 감지 표면 영역(21)으로부터의 반사된 프로브 광을 수신하고 검출한다. 도시된 예에서, 지문 센서 칩(24)의 중앙에 하나와, 지문 센서 칩(24)의 2개의 구석들에 2개의 3개의 광학 센서(35)가 도시된다. 이 설계 하에서, 광학 센서들(35)의 수는, 지문 센서 칩(24)의 지문 감지 영역 내의 광학 센서들(35)의 존재가 지문 센서 칩(24)에 의한 지문 감지 동작에 큰 영향을 미치지 않도록, 제한된다. 일부 구현들에서, 광원들(33)은 또한 지문 센서 칩(24) 상에 통합될 수 있다.

지문 센서 디바이스 또는 모듈(23b)에서, 광학 센서들(61)(예를 들어, CMOS 센서들 또는 포토다이오드들)과 광학 위조 방지 센서의 광원들(63)은 지문 센서 칩(24)의 외부에 장착되고, 특정 구현 예로서 후면 PCB(25) 상에 배치된다. 센서 칩(24) 외부의 다른 위치들은 또한 광학 센서들(61) 및 광원들(63)을 배치하기 위하여 사용될 수 있다. 광원들(63)은 손가락 상의 정보를 전달하는 반사된 프로브 광을 생성하기 위하여 손가락이 터치하는 감지 표면 영역(21)을 조명하는 조명 프로브 광을 생성한다. 광학 센서들(61)은 생동성 검출을 수행하기 위해 감지 표면 영역(21)으로부터의 반사된 프로브 광을 수신하여 검출하도록 위치된다.

개시된 기술의 실시예들 및 예들은 살아있는 손가락를 검출하기 위한 2개의 광학 기술들을 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 구체적으로, 포토다이오드들 및 광원들은, (1) 광학 센서들(예를 들어, 포토다이오드들), 광원들 또는 둘 모두를 지문 센서 칩 내에 통합하는 것; 및 (2) 광학 센서(예를 들어, 포토다이오드), 광원 또는 둘 모두를 지문 센서 칩 외부에 통합하는 것을 포함하여 선택적으로 통합된다.

제 1 살아있는 손가락 검출 기술에서, 포토다이오드 요소들의 일부는 지문 감응 요소들의 영역 밖으로 분포되고, 하나 또는 다수의 광학 감지 요소들(예를 들어, 포토다이오드 요소들)은 지문 감응 요소 영역 내에 분포된다. 이 설계에서, 포토다이오드 요소 중 일부는 광원들에 가깝게 분산되고, 포토다이오드 요소들의 일부는 광원들로부터 상대적으로 더 멀리 분포된다. 상이한 위치들에서의 광원들 및 광학 센서들의 이러한 공간 배치들은, 상부 커버 유리(50) 상의 지문 감지 영역(21)에서 프로브 광의 상이한 광학 입사 조건들을 달성하도록 사용될 수 있어서, 상이한 광학 반사 조건들이 존재하여 생동성 검출을 위한 지문 감지 영역(21)의 계면에서의 반사된 프로브 광의 특성들에 영향을 미친다. 광원들은, LEDs, 레이저 다이오드들(LDs) 또는 다른 유형의 적절한 광원들이 될 수 있다.

도 2c는 지문 센서 디바이스 또는 모듈(23) 내의 광학 위조 방지 센서의 예시적인 동작을 도시한다. 광 경로 윈도우(71)는, 광원(33)으로부터 프로브 광(75)을 지문 감지 영역을 향해 전송하여 지문 감지 영역에 놓인 손가락(77)을 조명하기 위하여 지문 센서 표시자(21)의 경계에 또는 그 근처에 형성된다. 또한, 광 경로 윈도우(73)는, 포토 센서(35)에 의해 손가락(77)으로부터 반사 또는 산란된 프로브 광(79)을 수신하기 위해, 지문 센서 표시자(21)의 다른 경계, 예를 들어 대향 경계 상에 또는 그 근처에 형성된다. 광원들(33)(예를 들어, LEDs, LDs와 같은 이산 구성요소들)에 의해 방출된 프로브 광 빔들(75)은 손가락(77)을 향한다.

도 2c는 또한 가짜 지문 패턴 층(77f)이 디바이스의 지문 보안을 침범하려는 시도에서 손가락(77) 상에 배치되는 지문 위조 공격을 도시한다. 해커에 의해 사용되는 가짜 지문 패턴 층(77f)이 광학적으로 투명하지 않을 경우, 프로브 광(75)은 가짜 지문 패턴 층(77f)에서 중지되고, 따라서 해커의 살아있는 손가락에 도달할 수 없다. 이러한 상황에서, 불투명 가짜 지문 패턴 층(77f)에 의해 산란된 프로브 광은 해커의 혈액과 관련된 정보, 예를 들어 상이한 광 파장들에서의 혈액의 광 흡수 특성을 전달하지 않는다. 이는 불투명 가짜 지문 재료(77f)가 살아있는 손가락 재료와는 상이하게 방출된 광(75)과 상호작용하기 때문이다. 따라서, 산란된 프로브 광은 살아있는 손가락과 관련되지 않은 것으로 포토다이오드 요소들(35)에 의해 검출될 것이다.

해커가 불투명 가짜 지문(77f)을 지문 감지 영역에 위치시키고, 살아있는 손가락을 포토다이오드 요소 영역에 위치시키는 것이 가능하다. 이 경우, 불투명 가짜 지문 패턴 층(77f)에 의해 산란된 프로브 광은 살아있는 손가락에 의해 야기된 산란된 프로브 광과 혼합되어 해커의 혈액과 관련된 정보를, 예를 들어 상이한 광 파장들에서 혈액의 광 흡수 특성들을 전달한다. 그러나 지문 감지 영역 내에 분포된 포토다이오드 요소들(35)은, 액세스 거부를 유발하기 위하여, 불투명 가짜 지문(77f)과 지문 감지 영역(21)의 직접 접촉과 살아있는 손가락에 의한 직접 접촉 사이에 산란된 프로브 광 패턴의 차이점들을 결정할 수 있다. 차이점들 중 하나는, 예를 들어, 불투명 가짜 지문 패턴 층(77f)으로부터 산란된 프로브 광이 해커의 혈액과 관련된 정보, 예를 들어 상이한 광 파장들에서 혈액의 광 흡수 특성들을 전달하지 않는다는 점이다.

해커가 지문 위조 공격에서 광학적으로 투명한 가짜 지문 패턴 층(77f)을 사용할 수도 있는데, 여기서 투명한 가짜 지문 재료가 프로브 광이 해커의 살아있는 손가락에 도달하게 하고, 산란된 광이 광학 센서(35)로 되돌아 오게 하는 광 경로를 형성한다. 이러한 상황에서, 해커의 혈액과 관련된 정보, 예를 들어 상이한 광 파장들에서 혈액의 광 흡수 특성들에 의존하는 것은 더 이상 충분하지 않다. 그러나 지문 감지 영역 내에 분포된 광학 센서(35)는, 투명한 가짜 지문(77f)이 지문 감지 영역(21)과 직접 접촉한 경우와, 지문 감지 영역(21)이 투명 가짜 지문(77f) 없이 살아있는 손가락과 직접 접촉하는 경우 사이에, 산란된 프로브 광 패턴에서의 차이점을 결정할 수 있어서, 불투명 가짜 지문 패턴 층(77f)이 지문 감지 영역(21)과 직접 접촉하는 상황과 살아있는 손가락이 지문 감지 영역(21)과 직접 접촉하는 상황 사이의 상이한 광 간섭 조건들에 의해 야기된 상이한 반사 광 분포 패턴들에 기초하여 액세스 거부를 유발한다. 예를 들어, 광원들(33)로부터 상이한 거리들에 분포된 포토다이오드 요소들(35), 예컨대 광원들(33)에 근접하여 그리고 이로부터 멀리 떨어져 배치되는 포토다이오드들은, 직접 접촉하는 투명한 가짜 지문(77f) 및 직접 접촉하는 살아있는 손가락에 의해 야기된 지문 감지 표면(21)과의 상이한 직접적인 접촉으로 인한 산란된 광 분포 패턴들의 차이점을 검출할 수 있다. 이러한 차이점은 직접 접촉하는 투명 가짜 지문(77f)이 검출될 때 액세스 거부를 유발하기 위하여 사용될 수 있다.

또한, 지문 처리 모듈은 손가락으로서 입력 물체의 심박 또는 특정 움직임을 추출하기 위해 시간의 일정 기간에 걸쳐 지정된 광학 위조 방지 센서로부터의 정보(예를 들어, 혈류 정보)를 처리할 수 있거나, 또는 살아있는 사람에 관해 일정 기간의 시간에 걸쳐 지정된 지문 센서에 의해 포착된 지문 패턴의 특정 역동성 또는 압력 센서로부터의 움직임 정보를 사용할 수 있어서, 입력 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 추가로 결정할 수 있다. 모든 이들 또는 다른 보안 감지 특징들은 시스템을 위한 추가적인 보안 레벨 또는 다른 보안 레벨들을 제공하기 위하여 조합하여 사용될 수 있다.

도 2d는 지문 검출 및 살아있는 손가락 검출을 수행하기 위한 별도의 버튼으로서 포장된 지문 센서 모듈(99)의 다른 설계를 도시한다. 본 예에서, 개구 또는 구멍은 상부 유리 커버(50)에 형성되어, 지문 센서 모듈(99)을 상부 유리 커버(50)의 구멍 또는 개구에 의해 노출된 별도의 구조로 위치시킨다. 지문 센서 모듈(99)에서, 상부 유리 커버 조각(95)은 도 2a의 연속하는 상부 유리 커버(50)의 일부분 대신에 제공되고, 상부 유리 커버(50)의 개구 또는 구멍에 배치되어, 상부 유리 커버 조각(95)의 상부 표면이 지문 감지 표면 영역(21)으로 작용하기 위하여 주변의 상부 유리 커버(50)의 상부 표면에 또는 그 근처에서 위치한다. 이러한 설계 하에서, 커버 유리(50)에 대한 재료의 강성 또는 강도는, 지문 센서 모듈(23)이 연속하는 상부 유리 커버(50) 아래에 배치되는 도 2a의 설계보다 더 높은 레벨로 요구될 수 있다.

도 2d의 개별적으로 포장된 지문 센서 모듈(99)의 디바이스 구성 및 동작은, 도 2a의 설계와 유사할 수 있다. 예를 들어, 지문 센서 칩(24)은 용량성 지문 감지, 광학 지문 감지 또는 다른 적절한 지문 감지 기술에 기초할 수 있다. 다른 예로서, 도 2b에 도시된 광학 센서들 및 광원들의 배치들은, 도 2d의 설계에 적용될 수 있다. 도 2a에 대해 위에서 기술한 살아있는 손가락 검출 및 위조 방지 동작은, 도 2d의 설계에 동일하게 적용될 수 있다.

본 명세서에서 개시된 지문 감지 기술은 디바이스(예를 들어, 스마트폰 또는 랩탑) 또는 시스템(예를 들어, ATM, 자동차 또는 보안된 온라인 데이터베이스)에 액세스하기 위한 상이한 레벨의 지문 감지 기반 보안 레벨들을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 입력 지문 및 공인된 사용자로부터의 공인된 지문의 매칭은 기준 보안 레벨을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 지문 감지 프로세스에서 획득된 추가 정보는 디바이스 또는 시스템에 액세스를 승인하기 전에 강화된 보안 레벨들에 대한 추가적인 보안 검증을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 손가락으로서 입력 물체의 심박 또는 특정 움직임을 추출하기 위해 일정 기간의 시간에 걸쳐 지정된 광학 위조 방지 센서로부터의 정보(예: 혈류 정보), 또는 살아있는 사람과 관련하여 일정 기간의 시간에 걸쳐 지정된 지문 센서에 의해 포착된 지문 패턴들의 특정 역동성, 또는 압력 센서로부터의 움직임 정보는, 지문 매칭에 덧붙여 향상된 사용자 검증을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.

도 3은 살아있는 손가락을 인증하기 위해 상이한 보안 레벨을 설정하기 위한 예시적인 프로세스(300)의 프로세스 흐름도를 도시한다. 상이한 보안 레벨 기준들은 요청된 행위의 유형에 따라 설정될 수 있다. 디바이스 또는 시스템의 하나 이상의 기본 기능들을 사용하는 것(예 : 모바일 디바이스 상의 애플리케이션을 사용하거나, 또는 데이터베이스 시스템 내의 일반 정보를 보는 것)은 기본 레벨 검증만을 요구할 수 있고, 반면에 모바일 폰 상에서 접촉 데이터베이스 또는 다른 개인 정보를 액세스하는 것, 금융 거래를 행하는 것, 또는 데이터베이스 시스템 내에서 민감한 정보를 보는 것과 같은 다른 기능들을 수행하는 것은 향상된 보안 레벨의 여유를 요구할 수 있다.

예를 들어, 정규 행위 요청은 보안 레벨 1 체크를 통과하기 위하여 필요하다. $100 미만과 같이 임계 값 미만의 금액에 대한 금융 거래 요청은 보안 레벨 2를 통과할 필요가 있다. 임계 값을 초과하는 금액의 금융 거래는 더 높은 보안 레벨 여유를 요구할 수 있다. 상이한 안전 레벨 행위는 상이한 안전 레벨 평가 후에 유발된다. 상이한 보안 레벨들에 해당하는 안전 레벨들은 상이한 살아있는 손가락 서명들을 결합함으로써 설정될 수 있다. 예를 들어, 단일 광원 신호들은 안전 레벨 1 게이트를 설정하기 위하여 사용될 수 있고, 2-광원 신호들은 더 높은 보안 안전 레벨 2 게이트, 등을 설정하기 위하여 결합될 수 있다.

방법(300)은 행위가 요청될 때 시작할 수 있다(302). 요청된 행위는 적절한 보안 레벨을 결정하기 위해 분석된다(304). 그 보안 레벨 1(가장 낮은 보안 레벨)이 필요하다고 결정될 때(306), 안전 트리거 레벨 1이 통과되도록 요구된다(314). 지문 분석이 안전 트리거 레벨 1을 통과하면, 요청된 행위가 수행된다(324). 그러나 지문 분석이 안전 트리거 레벨 1에 실패할 때, 요청된 행위는 거부된다(322).

유사하게, 보안 레벨 2가 요구된다고 결정될 때(308), 안전 트리거 레벨 1이 통과되도록 요구된다(316). 지문 분석이 추가된 안전 트리거 레벨 2를 통과하면, 요구된 행위가 수행된다(324). 그러나 지문 분석이 부가된 안전 트리거 레벨 2에 실패하면, 요청된 행위는 거부된다(322).

보안 레벨 3이 필요하다고 결정될 때(310), 안전 트리거 레벨 1 및 레벨 2의 통과가 요구된다(318). 지문 분석이 레벨 2를 초과하는 추가된 안전 트리거 레벨 3을 통과할 때, 요청된 행위가 수행된다(324). 그러나 지문 분석이 안전 트리거 레벨 3에 실패할 때, 요청된 행위는 거부된다(322). 이러한 상이한 레벨들은 보안 요구들에 기초하여 보안된 디바이스 또는 시스템을 액세스할 때 강화된 보안을 제공하도록 구현될 수 있다.

개시된 기술에 따른 센서 회로는 사용자가 손바닥 피부를 센서 상으로 누를 때 지문 검출과 유사한 손바닥의 패턴을 검출할 수 있다.

지문 센서 기술들

본 특허 명세서에 개시된 지문 센서 모듈은, 특히 자체 용량성 감지, 상호 용량성 감지 및 광학 감지를 포함하는 다양한 감지 기술들 중 하나 또는 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 살아있는 손가락을 검출하기 위한 이러한 개시된 기술은 다양한 지문 패턴 감지 기술들에서 구현될 수 있으며, 이러한 다양한 감지 기술들 중 하나 또는 조합은 지문이 살아있는 사람으로부터 유래하는지의 개시된 광학 감지와 통합될 수 있다.

예를 들어, 도 4a는 능동 센서 픽셀 및 증폭을 통해 자체 용량성 감지를 구현하는 예시적인 지문 센서 디바이스(400)의 블록도이다. 지문 센서 디바이스(400)는 자체 용량성 감지에 기초하여 도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2d의 지정된 지문 센서 예들을 구현하는 일 예이다. 자체 용량성 지문 센서 디바이스(400)는 기판 캐리어(404) 위에 배치된 센서 칩(402) 및 센서 칩(402) 위에 배치된 보호 필름 또는 커버 층(406)을 포함한다. 보호 필름 또는 커버 층(406)은 유리, 이산화 실리콘(SiO₂), 사파이어, 플라스틱, 폴리머 또는 다른 실질적으로 유사한 재료들과 같은 절연체 또는 유전 재료를 포함할 수 있다. 보호 필름 또는 커버 층(406)은 센서 칩(402)을 보호하고 손가락(401)의 표면과 센서 칩(402) 내의 개별 센서 픽셀들의 전도성 감지 전극들 사이의 유전체층의 일부로서 기능하도록 제공될 수 있다. 보호 필름 또는 커버 층(406)은 지문 센서 디바이스(400)의 애플리케이션에 따른 선택적인 층이다. 일부 구현들에서, 지문 센서 디바이스(400)는 모바일 폰과 같은 전자 디바이스의 상부 커버 유리의 개구를 통해 또는 전자 디바이스의 상부 커버 유리 아래에 배치될 수 있다. 유리 아래의 애플리케이션에 사용될 때, 보호 필름 또는 커버(406)는 필요하지 않은데, 왜냐하면 전자 디바이스의 상부 커버 유리가 센서 칩(402)을 보호하고, 유전체층으로서 작용할 수 있기 때문이다. 센서 칩(402)은 보호 필름 또는 커버 층(406)과 접촉하는 손가락(401)으로부터의 지문 데이터를 조합하여 감지 또는 포착하는 센서 픽셀들의 어레이를 포함한다. 센서 칩(402)의 각 센서 픽셀은 손가락(401)의 융기부 또는 골부와 관련된 커패시터의 커패시턴스에 기초하여 출력 신호(예를 들어, 전압)를 생성한다. 출력 신호들은 조합될 때 손가락(401)의 지문 이미지를 나타낸다. 픽셀 센서들의 수가 많을수록, 지문 이미지의 해상도가 높아진다.

예시적인 센서 픽셀(408)이 도 4b에 도시된다. 센서 칩(402)의 센서 픽셀들의 어레이 내의 각 센서 픽셀은 예시적인 센서 픽셀(408)에 실질적으로 유사할 수 있다. 예시적인 센서 픽셀(108)은 예시적인 센서 픽셀(408)에 의해 검출된 커패시턴스 관련 신호(예를 들어, 전압 신호)를 증폭하기 위하여 연산 증폭기(422)를 포함한다. 다양한 금속들 중 하나와 같은 전도성 재료를 포함하는 센서 전극(412)은 증폭기(422)의 음의 단자 또는 반전 단자에 전기적으로 연결된다. 도 4b(및 본 특허 명세서의 다른 도면들)에 관해 도시되고 기술된 증폭기 구성은 단지 하나의 예이고, 양의 피드백 구성을 포함하는 다른 증폭기 구성들이 가능하다.

도 4c는 도 4b의 등가 회로이다. 각각의 센서 픽셀 내의 센서 전극(412) 및 그 센서 픽셀에서 손가락(401)의 로컬 표면은 커패시터(CS)(430)의 대향 플레이트들로서 집합적으로 기능한다. 커패시터(CS)(430)의 커패시턴스는 손가락(401)의 로컬 표면과 센서 전극(412) 사이의 거리('d'), 즉 커패시터(CS)(430)의 2개의 플레이트들 사이의 거리에 기초하여 변한다. 커패시턴스는 커패시터(CS)(430)의 2개의 플레이트들 사이의 거리('d')에 반비례한다. 커패시턴스는 센서 전극(412)이 손가락(401)의 골부과 마주할 때보다 손가락(401)의 융기부에 마주할 때 더 크다.

덧붙여, 다양한 기생 커패시터들이 예시적인 센서 픽셀(408) 내의 상이한 전도성 요소들 사이에 형성될 수 있다. 예컨대, 기생 커패시터(CP1)(426)는 센서 전극(412)과 디바이스 접지 단자(414) 사이에 형성될 수 있다. 다른 기생 커패시터 (CP2)(417)는 손가락(401)의 로컬 표면과 접지(416) 사이에 형성될 수 있다. 디바이스 접지는 접지에 밀접하게 결합된다. 또 다른 커패시터(CF)(128)는 증폭기(422)의 출력 도체와 증폭기(422)의 음의 또는 반전 단자 사이에 형성될 수 있고, 증폭기(422)에 대한 피드백 커패시터로서 기능한다.

증폭기(422)의 양의 단자는 여기 신호(Vin)(418)에 전기적으로 접속된다. 여기 신호(Vin)(418)는 각 센서 픽셀의 전용 증폭기의 양의 단자에 직접 제공될 수 있다. 여기 신호(Vin)(418)를 증폭기(422)의 양의 단자에 직접 제공함으로써, 예시적인 센서 픽셀(408)은 능동 센서 픽셀이 된다. 또한, 여기 신호(Vin)(418)를 증폭기(422)의 양의 단자에 직접 제공하는 것은 모든 센서 픽셀들에 공통인 여기 전극을 포함할 필요성을 제거하고, 이러한 여기 전극은 센서 칩(402)의 반도체 구조로부터 전도성(예를 들어, 금속) 층을 감소시킨다. 또한, 여기 신호(Vin)(418)를 증폭기(422)에 직접 제공함으로써, 여기 신호(Vin)(418)는 손가락(401)을 잠재적으로 자극하거나 손상시키는 것을 회피하도록 손가락에 직접적으로 인가되지 않는다. 또한, 여기 신호를 손가락에 직접 인가하기 위한 여기 전극이 사용되지 않기 때문에, 지문 센서 디바이스(400)의 모든 구성 요소들은 단일 포장 디바이스로 통합될 수 있고, 전체 지문 센서 디바이스(400)는 보호 커버 유리 아래에 배치될 수 있다. 보호 커버 유리 아래에 배치된 전체 지문 센서 디바이스(400)를 통해, 지문 센서 디바이스(400)는 지문 센서를 잠재적으로 손상시킬 수 있는 손가락 및 다른 외부 요소들로부터 보호된다.

증폭기(422)는 적어도 가변 커패시터(CS)(430)의 가변 커패시턴스에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있고, 출력 신호는 전체 지문 데이터에 기여할 수 있다. 증폭기(422)는, 출력 신호에 기여하는 부가적인 비-기생 커패시턴스 없이, 적어도 가변 커패시턴스 및 피드백 캐패시터(CF)의 피드백 커패시턴스에 기초하여 출력 신호를 생성할 수 있다. 이것은 부분적으로, 전술한 바와 같이, 외부 구동 전극과 같은 추가 전극이 센서 픽셀(408)에 사용되지 않기 때문이다.

지문 센서 기술들 : 용량성 감지 픽셀들 내에 통합된 광학 센서들

개시된 기술의 다른 양상에서, 지문 센서 디바이스의 각 감지 픽셀은 지문 정보를 포착하기 위한 용량성 센서 및 본 특허 명세서에 개시된 바와 같이 살아있는 손가락 검출을 포함하는 지문 정보를 포착하기 위한 광학 센서를 갖는 하이브리드 감지 픽셀 일 수 있다. 도 5a 및 도 5b는 이러한 하이브리드 감지 픽셀 설계들의 2가지 예들을 도시한다. 지문 패턴을 용량적으로 감지하기 위해 용량성 감지 픽셀과 통합된 광학 센서들은 지정된 광학 위조 방지 센서로서 집합적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 광학 센서들은, 손가락으로서 입력 물체의 심박 또는 특정 움직임을 추출하기 위한 일정 기간의 시간에 걸친 손가락에 대한 정보(예 : 혈류 정보), 또는 살아있는 사람과 관련하여 일정 기간의 시간에 걸쳐 지정된 지문 센서에 의해 포착된 지문 패턴들 내의 특정 역동성, 또는 압력 센서로부터의 움직임 정보를 광학적으로 포착하는 데 사용할 수 있고, 지문 매칭에 덧붙여 향상된 사용자 검증을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 현저하게, 지문 패턴을 용량적으로 감지하기 위한 용량성 감지 픽셀들과 통합된 이러한 광학 센서들은 또한, 광학 감지에 기초한 제 2 지문 센서와 동일한 지문의 광학 이미지를 포착하기 위하여 사용될 수 있다.

도 5a는 지문 정보를 포착할 때 각 센서 픽셀에 대한 광학 센서에 추가하여 용량성 센서를 통합하는 지문 센서 디바이스(500)의 예를 도시한다. 용량성 센서들과 광학 센서들을 결합함으로써, 살아있는 손가락 검출은 적어도 부분적으로 내장된 광학 센서들을 사용하여 얻어질 수 있다. 덧붙여, 광학 센서들에 의해 얻은 지문 이미지들은 용량성 센서들에 의해 얻은 지문 구조를 더 양호하게 해결할 수 있다. 이와 관련하여, 도 5a의 광학 센서들은 광학 감지 픽셀들을 갖는 제 2 지문 센서를 형성한다. 광학 감지 픽셀들을 갖는 이러한 제 2 지문 센서는 상부 유리 커버(50) 아래에 배치될 수 있고, 광학 시준기 요소에 의해 각각의 광학 감지 픽셀을 구성할 수 있다. 따라서, 도 5a의 광학 시준기 특징을 갖는 광학 감지는, 광학 지문 감지에 기초하여 모바일 디바이스 또는 전자 디바이스 또는 시스템에서, 디스플레이 스크린 구조; 사용자에 의해 접촉되고 디스플레이 스크린 구조로부터의 광을 전송하여 사용자에게 이미지를 표시하기 위한 인터페이스로서 디스플레이 스크린 구조 위에 형성되는 상부 투명 층; 및 상부 투명 층 아래에 위치하여, 상부 투명 층으로부터 되돌아오는 광을 수용하여 지문을 검출하는 광학 지문 센서 모듈을 포함하도록 구현될 수 있다. 광학 센서 모듈은 되돌아온 광을 수용하는 광 검출기들의 광학 센서 어레이 및 상부 투명 층으로부터 되돌아온 광을 수집하고, 수집된 되돌아온 광을 광학 시준기들을 통해 광학 센서 어레이의 광 검출기들로 지향시키면서 상부 투명한 층 내의 상이한 위치로부터의 광을 분리하는 광학 시준기들의 어레이를 포함한다.

설명을 위해, 도 5a에 도시된 구조는 센서 픽셀들의 어레이 내의 하나의 센서 픽셀을 나타내고, 각 센서 픽셀은 동일한 센서 픽셀 내에서 서로 옆에 배치되는 광학 센서(502) 및 용량성 센서(514)를 포함한다.

광학 센서(502)는 큰 광학 감지 픽셀 어레이의 하나의 광학 감지 픽셀이며, 광 검출기(508) 및 손가락(401)으로부터 반사된 광(524)을 광 검출기(508)를 향해 좁히거나 집중시키기 위해 광 검출기(508) 상에 배치된 시준기(506)를 포함한다. LEDs(미도시)와 같은 하나 이상의 광원들은 시준기(506) 주위에 배치되어 광을 방출할 수 있고, 이러한 광은 손가락(401)으로부터 반사 광(524)으로서 반사되어, 대응하는 광 검출기(508)를 향하여 지향 또는 집중되어 손가락(401)의 지문 이미지의 일부를 포착한다. 시준기(506)는 상이한 섬유들의 광섬유 다발 또는 구멍들 또는 개구들을 갖는 하나 이상의 금속층(들)을 사용하여 구현될 수 있다. 도 5a는 큰 시준기 어레이의 하나의 시준기 픽셀로서 구멍들 또는 개구들(512)을 갖는 하나 이상의 금속층들(510)을 사용하여 구현된 시준기(506)를 도시한다.

각각의 감지 픽셀의 용량성 감지 부분에서, 용량성 센서(514)는 용량성 센서 플레이트(516)를 포함하고, 센서 플레이트는 용량성 감지를 수행하기 위해 감지 픽셀에 근접하거나 접촉하는 손가락의 일부에 전기적으로 결합된다. 보다 구체적으로, 용량성 센서 플레이트(516)와 손가락(401)은, 손가락(401)이 선택적인 커버(504) 또는 지문 센서 디바이스(500)를 구현하는 모바일 디바이스 상의 커버와 접촉하거나 실질적으로 근접할 때, 하나 이상의 용량성 요소들(522)의 2개의 플레이트들로서 상호작용한다. 용량성 센서 플레이트들(516)의 수는 용량성 센서(514)의 설계에 기초하여 변할 수 있다. 용량성 센서 플레이트(516)는 하나 이상의 금속층들을 사용하여 구현될 수 있다. 용량성 센서 플레이트(516)는 용량성 센서 회로(520)에 통신 가능하게 연결되어, 용량성 센서 회로(520)가 용량성 센서 플레이트(516)로부터의 신호를 처리하여 3D 지문 구조를 나타내는 데이터를 얻을 수 있다. 라우팅 또는 차폐 재료는 용량성 센서 플레이트(516)와 용량성 센서 회로 사이에 배치되어, 금속 플레이트(516)를 전기적으로 차폐할 수 있다. 용량성 센서 회로(520)는 용량성 센서 플레이트(516) 및 광 검출기(508) 모두에 통신 가능하게 연결되어 용량성 센서 플레이트(516)로부터의 신호 및 광 검출기(508)로부터의 신호 모두를 처리한다.

도 5a에서, 각각의 하이브리드 감지 픽셀 내의 용량성 센서(514) 및 광학 센서(502)는 공간적으로 중첩되지 않고 서로 인접하여 변위된다. 도 5b는 각각의 하이브리드 감지 픽셀의 면적을 감소시키기 위해 각각의 하이브리드 센서 픽셀 내에 광학 센서 및 용량성 센서를 센서 픽셀들의 어레이에서 공간적으로 중첩 구성으로 구조적으로 통합하는 지문 센서 디바이스(530)의 다른 예를 도시한다. 지문 센서 디바이스(530)는 실리콘과 같은 반도체 기판(531)을 포함한다. 기판(531) 위에, 다수의 감지 요소들 또는 감지 픽셀들(539)이 배치된다. 각각의 감지 요소 또는 감지 픽셀(539)은 센서 신호들을 처리하기 위한 CMOS 스위치들, 증폭기, 저항들 및 커패시터들을 포함하는 능동 전자 회로 영역(532)을 포함한다. 각각의 감지 픽셀 또는 감지 요소(539)는 능동 전자 회로 영역(532)에 배치되거나 내장된 광 검출기(533)를 포함한다. 용량성 감지를 위한 용량성 센서의 용량성 센서 플레이트 또는 상부 전극(534)은 광 검출기(533) 위에 배치되고, 광을 광 검출기(533) 위로 지향하기 위한 광의 시준기로서 기능하기 위해 센서 플레이트(534) 상의 구멍 또는 개구(538)를 포함한다. 전도성 재료로 채워진 비아(535)는 상부 전극(534)을 능동 회로 요소들(532)에 전기적으로 연결하기 위해 배치된다. 개구 또는 구멍, 및 광 검출기(533)에 대한 상부 전극(534)의 거리를 조절함으로써, 광 검출기(예, 포토다이오드)(533)의 광 수집 각도(537)가 조절될 수 있다. 지문 센서 디바이스(530)는 사파이어, 유리 등과 같은 경질 재료를 포함하는 보호 커버(536)에 의해 덮여진다. 광 검출기(533)의 광 수집 각도(537)는 광 다이오드 어레이들에 의해 수집된 이미지의 공간 해상도를 보존하도록 설계될 수 있다. LED와 같은 광원(540)은 지문 센서 디바이스(530)의 측면에서 커버 아래에 배치되어 광을 방출하고, 이러한 광은 손가락으로부터 반사되어, 지문 이미지를 포착하기 위해 광 검출기(533) 쪽으로 향한다. 손가락(401)이 보호 커버를 터치하거나 보호 커버에 실질적으로 근접할 때, 손가락(401)과 감지 상부 전극(534)은 조합하여 인체와 감지 상부 전극(534) 사이에서 용량성 결합(예를 들어, 커패시터(542))을 형성한다. 광학 및 용량성 센서들 모두를 포함하는 지문 센서 디바이스(530)는 지문의 광 반사 이미지 및 또한 용량성 결합 이미지 모두의 이미지들을 획득할 수 있다. 감지 상부 전극(534)은 2개의 상이한 기능들, 즉 1) 용량성 감지 기능, 및 2) 시준기로서 감지 상부 전극(534) 상에 하나 이상의 구멍들을 구비함으로써 손가락으로부터 반사된 광을 광 검출기(533)를 향하게 하거나 좁히거나 집중시켜, 효과적인 검출 개구수가 광학 감지에 의해서만 지문을 이미지 처리하기에 충분한 공간 해상도를 제공할 수 있도록 하는 시준기로서 기능을 제공한다. 감지 상부 전극(534)을 재사용하는 것은 추가적인 금속 층 또는 광섬유 번들에 대한 필요성을 제거하고, 따라서 각각의 픽셀 크기를 감소시키고, 그에 따라 지문 센서 디바이스(530)의 전체 크기를 감소시킨다.

도 6은 각각의 하이브리드 감지 픽셀 내에 광학 센서 및 용량성 센서를 모두 통합하는 예시적인 하이브리드 지문 센서 디바이스(600)의 평면도이다. 지문 센서 디바이스(600)는 하이브리드(광학 센서 및 용량성 센서 모두를 통합하는) 감지 요소들 또는 픽셀들(622)의 어레이를 포함하는 CMOS 실리콘 칩(621)으로서 구현된다. 감지 요소들의 크기 또는 치수는 25㎛ 내지 250 ㎛의 범위일 수 있다. 하이브리드 센서 디바이스(600)는 측면 영역(624)에 증폭기들, ADCs, 및 버퍼 메모리를 포함하는 지원 회로의 어레이를 포함할 수 있다. 덧붙여, 하이브리드 센서 디바이스(600)는 와이어 본딩 또는 범프 본딩을 위한 영역(625)을 포함할 수 있다. 하이브리드 센서 요소(622)의 상부 층(626)은 용량성 감지를 위한 금속 전극을 포함할 수 있다. 하나 이상의 개구들 또는 구멍들(623)은 상부 전극 아래의 광 검출기 상에 빛을 비추도록 광을 수직 방향으로 지향시키는 시준기로서 구조적으로 작용하도록 각 상부 금속 전극(23) 상에 제작될 수 있다. 따라서, 상부 층(626)의 구조는 광학 및 용량성 감지의 이중 목적들을 제공할 수 있다. 센서 디바이스 프로세서는 하이브리드 감지 픽셀들로부터의 픽셀 출력 신호들를 처리하여 지문 정보를 추출하도록 제공될 수 있다.

용량성 감지를 위한 및 시준기로서 수직 방향으로 광을 집중하기 위한 동일한 구조를 공유하는 것에 추가하여, 센서 신호 검출 회로의 일 예는, 광 검출기 및 용량성 센서 플레이트 모두로부터 센서 신호들을 검출하기 위하여, 광학 센서와 용량성 센서 사이에서 공유될 수 있다.

도 7a는 지문들에 대한 용량성 감지 및 광학 감지 기능들을 모두 갖는 예시적인 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(700)에 대한 회로도를 도시한다. 예시적인 센서 픽셀(700)은, 용량성 감지에 기초한 감지 상부 전극(예를 들어, 상부 금속 층)(708) 및 광학 감지에 기초한 광 검출기(예를 들어, 포토다이오드)(714)로부터 센서 신호들을 검출하거나 또는 획득하는 것들 사이를 선택적으로 스위칭하여, 손가락으로부터 광 검출기(714)로부터의 반사 광학 이미지 및 용량성 센서 전극(708)으로부터의 용량성 결합 이미지를 모두 얻기 위한, 센서 신호 검출 회로(716)를 포함한다. 일부 구현들에서, 각각의 하이브리드 감지 픽셀의 2개의 감지 메카니즘들로부터의 2개의 이미지들은 센서 신호 검출 회로(711)에 의해 직렬로 처리될 수 있다. 도시된 예에서, 스위치들(710 및 712)은, 감지 상부 전극(708) 및 광 검출기(714)에 각각 전기적으로 결합되는 제 1 단자들, 및 광 검출기(714)로부터의 대응하는 광 검출기 신호 및 감지 상부 전극(2108)으로부터의 용량성 감지 신호를 센서 신호 검출 회로(716)에 제공하기 위해 센서 신호 검출 회로(716)의 공통 입력 단자에 결합되는 제 2 단자들을 구비한다. 스위치(710)가 턴 오프(CAP_EN = 0)되고 스위치(712)가 턴온(Optical_en = 1)될 때, 센서 신호 검출 회로(716)는 특정 하이브리드 감지 픽셀에서 수신된 스캔된 지문의 광학 이미지를 나타내는 광 검출기 신호를 획득한다. 센서 신호 검출 회로(716)는 스위치(710)가 CAP_EN = 1 및 Optical_en = 0일 때, 스캔된 지문의 용량성 이미지를 나타내는 용량성 감지 신호를 획득할 수 있다. 광학 및 용량성 이미지들 모두가 수집된 후, 양 이미지들은 다운 스트림 회로에서 개별적으로 및 조합하여 처리될 수 있어, 지문 특성들을 식별한다.

위의 하이브리드 감지 픽셀들에 의한 이미지 처리의 2가지 방식을 통해, 지문 식별 성능은 2가지 유형들의 이미지들을 다른 방식들로 사용함으로써 향상될 수 있다. 이 향상된 지문 식별은 지문 정보를 추출하기 위해 하이브리드 감지 픽셀들로부터의 픽셀 출력 신호들을 처리하기 위한 센서 디바이스 프로세서(721)와 같은 센서 디바이스 프로세서에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 용량성 이미지는 지문 특징들의 융기부들 및 골부들의 깊이에 3D 이미지를 제공할 수 있다. 3D 용량성 이미지를 보완하여 광학 이미지는 지문 특성들에 대한 고 해상도의 2D 정보를 제공할 수 있다. 더 높은 공간 해상도를 갖는 광학 2D 이미지는 용량성 감지 이미지 해상도를 복구하는데 사용될 수 있는데, 왜냐하면 양자가 지문의 동일한 융기부들상의 정보를 이미지 처리하기 때문이다. 용량성 감지 방법이 광학 감지 방법보다 지문의 골부들을 식별하는데 더 민감하고 정확할 수 있는 일부 구현들에서, 용량성 감지 방법을 사용하여 획득된 이미지들의 공간 해상도는 커버의 두께에 기초하여 저하될 수 있다. 용량성 감지의 이러한 양상은 광학 감지에 의해 보완될 수 있다. 동작시, 센서 응답은 고정될 수 있고 용량성 센서의 점 분산 기능은 모든 센서 위치에 대해 고정될 수 있다. 더 높은 해상도의 광 감지는 해상도 복원 방법으로 사용될 수 있고, 3D 이미지를 향상시키기 위한 용량성 감지 이미지에 적용될 수 있다. 광학 감지의 부분 고해상도 이미지는 복구 방법을 돕기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 3D 용량성 이미지는 고해상도 2D 이미지에 기초하여 보완 또는 복구함으로써 골부들 및 융기부들에 대한 더 많은 정보를 제공하도록 향상될 수 있다.

강화된 3D 이미지는 개선된 지문 인식 및 매칭을 제공할 수 있다. 다른 예에서, 광학 및 용량성 이미지들은 함께 저장되어 지문 인식 또는 매칭이 수행될 때마다 2가지 비교들을 제공할 수 있다. 비교를 위한 2가지 유형들의 이미지들의 사용은 지문 감지 시스템의 정확성과 보안성을 향상시킨다.

센서 신호 검출 회로(716)는 다수의 상이한 회로 설계들을 사용하여 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 일 예에서, 적분기 감지 회로(718)는 모바일 디바이스의 커버의 지문 센서 디바이스의 커버를 터치하거나 실질적으로 그 근처에 존재하는 융기부들 및 골부들에 의해 야기되는 전하들을 저장하도록 구현될 수 있다. 적분기 회로(718)의 포함은 신호대 잡음비(SNR)를 향상시킨다. 적분기 감지 회로는 예시적인 센서 픽셀(700)의 감지 상부 전극(708) 또는 광 검출기(714)에 의해 검출된 커패시턴스 관련 또는 광학 관련 신호(예를 들어, 전압 신호)와 같은 센서 신호를 증폭하기 위한 연산 증폭기(722)를 포함한다. 다양한 금속들 중 하나와 같은 전도성 재료를 포함하는 감지 상부 전극(708)은 스위치(710)를 통해 증폭기(722)의 음의 또는 반전 단자(728)에 전기적으로 연결된다. 감지 상부 전극(708) 및 손가락(702)의 로컬 표면은 커패시터(Cf)(702)의 대향 플레이트들로서 기능한다. 커패시터(Cf)(702)의 커패시턴스는 손가락(202)의 국부 표면과 감지 상부 전극(708) 사이의 거리('d'), 즉 커패시터(Cf)의 두 플레이트들 사이의 거리에 기초하여 변한다. 커패시터(Cf)(702)의 커패시턴스는 커패시터(Cf)(702)의 두 플레이트들 사이의 거리('d')에 반비례한다. 커패시터(Cf)(702)의 커패시턴스는 감지 상부 전극(708)이 손가락(702)의 골부에 대향할 때보다 손가락(702)의 융기부에 대향할 때 더 크다.

또한, 다양한 기생 또는 다른 커패시터들은 예시적인 센서 픽셀(700) 내의 상이한 전도성 요소들 사이에 형성될 수 있다. 예컨대, 기생 커패시터(CP)(2104)는 감지 상부 전극(708)과 디바이스 접지 단자(705) 사이에 형성될 수 있다. 디바이스 접지는 접지에 밀접하게 연결된다. 다른 커패시터(Cr)(724)는 증폭기(722)의 출력 도체와 증폭기(722)의 음의 또는 반전 단자(728) 사이에 형성될 수 있고, 증폭기(722)에 대한 피드백 커패시터로서 기능할 수 있다. 또한, 스위치(726)는 증폭기(722)의 출력 및 증폭기(722)의 음의 또는 반전 단자(728) 사이에 결합되어, 적분기 회로(718)를 리셋시킨다.

증폭기(722)의 양의 단자는 여기 신호(Vref)에 전기적으로 접속된다. 여기 신호(Vref)는 각 센서 픽셀 내의 전용 증폭기의 양극 단자에 직접 제공될 수 있다. 여기 신호(Vref)를 증폭기(722)의 양의 단자에 직접 제공함으로써, 예시적인 센서 픽셀(700)은 능동 센서 픽셀이 된다. 또한, 여기 신호(Vref)를 증폭기(722)의 양의 단자에 직접 제공하는 것은 모든 센서 픽셀들에 공통인 여기 전극을 포함할 필요성을 제거하고, 이는 센서 칩의 반도체 구조로부터 전도성(예를 들어, 금속) 층을 감소시킨다. 일부 구현들에서, 선택적인 여기 전극(706)은 센서 픽셀의 설계에 기초하여 SNR을 향상시키도록 구현될 수 있다. 또한, 여기 신호(Vref)(730)를 증폭기(722)에 직접 제공함으로써, 여기 신호(Vref)(722)는 손가락(202)에 직접적으로 인가되지 않아, 잠재적으로 손가락(202)을 자극하거나 손상시키는 것을 회피한다. 더욱이, 여기 신호를 손가락에 직접 인가하기 위한 여기 전극이 사용되지 않을 때, 지문 센서 디바이스의 모든 구성 요소들은 단일 포장 디바이스에 통합될 수 있고, 전체 지문 센서 디바이스는 보호 커버 유리 아래에 배치될 수 있다. 보호 커버 유리 아래에 배치된 전체 지문 센서 디바이스를 통해, 지문 센서 디바이스는 손가락 및 지문 센서를 손상시킬 수 있는 다른 외부 요소들로부터 보호된다.

도 7a에서, 센서 픽셀(700) 내의 센서 신호 검출 회로(716)의 (광학적 및 용량성) 출력 신호(예를 들어, 증폭기(722)의 Vpo)는 스위치(720)에 전기적으로 결합되어, 센서 픽셀(700)로부터의 출력 신호(Vpo)를 필터를 포함하는 신호 처리 회로에 선택적으로 출력한다. 스위치(720)는 트랜지스터 또는 다른 스위칭 메카니즘들을 사용하여 구현될 수 있고, 스위치(720)의 스위칭을 제어하기 위하여 제어기에 전기적으로 접속된다. 스위치(720, 710 및 712)를 제어함으로써, 센서 픽셀들의 어레이 내의 센서 픽셀들은 광학 신호들 및 용량성 신호들을 획득하는 것 사이에서 선택적으로 스위칭된다. 일 구현에서, 광학 또는 용량성 신호는 어레이 내의 센서 픽셀들의 각 라인, 행 또는 열에 대해 획득될 수 있고, 이후 라인, 행 또는 열에 대한 다른 유형의 신호를 획득하기 위하여 스위칭될 수 있다. 광학 및 용량성 신호 포착 사이의 스위칭은 라인별로 수행될 수 있다. 다른 구현 예에서, 한 유형의 신호(용량성 또는 광학)는 어레이 내의 모든 센서 픽셀들 또는 요소들에 대해 획득될 수 있고, 이후 모든 센서 픽셀들 또는 요소들에 대해 다른 유형의 신호를 획득하기 위하여 스위칭될 수 있다. 따라서, 상이한 신호 유형들의 획득 사이의 스위칭은 전체 어레이에 대해 발생할 수 있다. 2가지 유형들의 센서 신호들의 획득 사이에서 스위칭의 다른 변형들이 구현될 수 있다.

도 7b는 또 다른 예시적인 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(740)을 위한 회로도를 도시한다. 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(740)은 동일한 참조 번호를 갖는 구성요소들에 대해 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(700)과 실질적으로 동일하다. 동일한 참조 번호를 갖는 공통 구성 요소들의 설명에 대해서는 도 7a의 설명을 참조한다.

하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(740)은 반사된 광(744)을 광 검출기(714)(예를 들어, 광 다이오드)를 향하여 집중시키거나 좁히기 위한 시준기로서 기능하는 구멍 또는 개구(742)를 포함하는 감지 상부 전극(708)을 구현한다. 광 검출기(714)는 시준기(708)에 의해 집중된 반사된 광(744)을 포착하기 위해 감지 상부 전극(708)을 사용하여 구현된 시준기 아래에 위치되거나 배치될 수 있다.

일부 구현들에서, 광학 및 용량성 센서들이 광 검출기 및 용량성 센서 플레이트 모두로부터의 센서 신호들을 병렬로 검출하도록 센서 신호 검출 회로의 개별적인 예가 포함될 수 있다. 도 7c는 광 검출기 및 용량성 센서 플레이트로부터의 센서 신호들의 병렬 검출을 수행하기 위한 예시적인 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(750)의 회로도를 도시한다. 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(750)은 동일한 참조 번호를 갖는 구성 요소들에 대해 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(740)과 실질적으로 동일하다. 동일한 참조 번호를 갖는 공통 구성 요소들의 설명들에 대해서는 도 7a의 설명을 참조한다.

용량성 플레이트 및 광 검출기 모두로부터의 센서 신호 검출을 병렬로 수행하기 위해, 하이브리드 지문 감지 요소 또는 픽셀(750)은 감지 상부 전극(708) 및 광 검출기(724)에 각각 통신 가능하게 연결된 별도의 센서 신호 검출 회로(716 및 717)를 포함한다. 센서 신호 검출 회로(717)는 센서 신호 검출 회로(716)와 실질적으로 유사하게 구현될 수 있다. 일부 구현들에서, 스위치들(710 및 712)은, 감지 상부 전극(708) 및 광 검출기(714)에 각각 전기적으로 접속되는 제 1 단자들, 및 각 센서 신호 검출 회로(716 및 717)에 접속된 제 2 단자들을 구비하여, 광 검출기(714)로부터의 광 검출기 신호 및 감지 상부 전극(708)으로부터의 용량성 감지 신호를 각각 센서 신호 검출 회로(716 및 717)에 제공하도록, 배치될 수 있다. 스위치들(710 및 712)이 함께 턴 온 및 턴 오프될 때, 센서 신호 검출 회로(716 및 717)는 용량성 플레이트(708) 및 광 검출기(714)로부터 병렬로 센서 신호 검출을 수행할 수 있다. 스위치들(710 및 712)이 서로 반대 위상으로 턴 온되거나 턴 오프될 때, 센서 신호 검출 회로(716 및 717)는 용량성 플레이트(708) 및 광 검출기(714)로부터의 센서 신호 검출을 직렬로 수행할 수 있다. 또한, 센서 디바이스 프로세서(721)는 용량성 플레이트(708) 및 광 검출기(714)로부터 검출된 센서 신호들을 병렬 또는 직렬로 처리하기 위해 스위치들(720A 및 720B)을 통해 직접 또는 간접적으로 센서 신호 검출 회로(716 및 717)에 통신 가능하게 결합될 수 있다.

개시된 기술의 또 다른 양상에서, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 7a 및 도 7b와 관련하여 기술된 광학 센서는, 심박 및 심장의 펌핑 작용들에 기인한 손가락의 혈류 변동들에 의해 야기된 시간에 따른 반사된 광 강도 변화를 측정함으로써 인간의 심박을 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 이 정보는 손가락에 의해 반사, 산란 또는 확산되고 광 검출기 신호에 의해 전달되는 수신된 광에 포함된다. 따라서, 광학 센서는, (1) 용량성 감지 픽셀들에 기초한 제 1 지문 센서에 부가하여 광학적 감지에 기초하여 제 2 지문 센서로서 지문의 광학 이미지를 획득하는 기능, 및 (2) 손가락 내의 혈액의 존재를 측정하는 것, 손가락의 움직임과 특성들의 역동성을 측정하는 것, 살아있는 손가락 검출을 위해 손가락으로부터 프로브 광의 산란된 광 패턴들을 측정하는 것, 인간의 심박을 측정하는 것, 등을 포함하는 위조 방지 검출을 위한 상이한 측정들을 제공하기 위해 광학 위조 방지 센서로서 동작하는 기능을 포함하여 다양한 기능들을 제공할 수 있다. 구현들에서, 센서 디바이스 프로세서는 하나 이상의 광 검출기 신호들을 처리하여 심박 정보를 추출하기 위하여 사용된다. 이러한 센서 디바이스 프로세서는 지문 정보를 추출하기 위해 광학 감지 픽셀들 또는 하이브리드 감지 픽셀들로부터의 픽셀 출력 신호들을 처리하는 동일한 센서 디바이스 프로세서일 수 있다.

도 8은 용량성 센서들 및 광 검출기들을 모두 포함하는 예시적인 지문 센서 디바이스(800)의 평면도이다. 지문 센서 디바이스(800)는 광학 센서들(822) 및 용량성 센서들(810) 모두의 어레이를 포함하는 CMOS 실리콘 칩(821)으로서 구현된다. 따라서, 상이한 픽셀들은 상이한 유형의 센서들일 수 있다. 감지 요소들의 크기 또는 치수는 예를 들어 25㎛ 내지 250㎛의 범위일 수 있다. 지문 센서 디바이스(800)는 측면 영역(824) 내에 증폭기, ADCs, 및 버퍼 메모리를 포함하는 지원 회로의 어레이를 포함할 수 있다. 또한, 지문 센서 디바이스(800)는 와이어 본딩 또는 범프 본딩을 위한 영역(825)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 개구들 또는 구멍들(823)은 각 상부층(826) 상에 제조될 수 있어서, 광을 수직 방향으로 지향시켜 상부 층 아래의 광 검출기 상에 조명하기 위한 시준기로서 구조적으로 작용한다. 센서 디바이스 프로세서는 하이브리드 감지 픽셀들로부터의 픽셀 출력 신호들을 처리하여 지문 정보를 추출하도록 제공될 수 있다.

용량성 감지를 위해 및 시준기로서 수직 방향으로 광을 집중시키기 위해 동일한 구조를 공유하는 것에 추가하여, 센서 신호 검출 회로의 한 예는 광학 센서와 용량성 센서 사이에서 공유될 수 있어서, 광 검출기 및 용량성 센서 플레이트 모두로부터의 센서 신호들을 검출한다.

지문 센서 어레이(800)는 용량성 센서들(810) 및 광 검출기와 같은 광학 센서(822)를 포함한다. 도 8에 도시된 예는, 광학 센서가 지문 정보를 포착할 필요가 없기 때문에 하나의 광학 센서만을 포함한다. 이러한 특정 예는, 용량성 센서들과 통합된 광학 센서들이 광 감지에 기초한 제 2 지문 센서로서 동작할 수 있는 도 5a 내지 도 7c의 설계들과는 상이하다. 오히려, 광학 센서(822)는 손가락으로부터 산란된 광을 포착하여 본 특허 명세서에 기술된 살아있는 손가락 검출을 수행하도록 설계된다. 지문 센서 정보는 용량성 센서들에 의해 포착된다. 그러나 일부 구현들에서, 2개 이상의 광학 센서들(822)이 살아있는 손가락 검출을 향상시키기 위해 제공될 수 있다.

상이한 광 파장들에서 혈액의 광 흡수에 기초한 살아있는 손가락 검출

살아있는 사람의 손가락은 사람의 심박, 센서에 대해 가압하는 힘, 호흡, 등에 따라 변화하는 혈액 흐름을 전달한다. 손가락의 조직은 위조 방지 검출을 위해 본 명세서에서 기술된 광학 센서에 의해 검출될 수 있는 광의 일부를 산란시킨다. 하나 이상의 광학 센서들에서 수신된 신호들을 분석함으로써, 지문 센서 모듈과 접촉하는 물체 내에 흐르는 혈액이 있는지를 결정하기 위하여, 일련의 신호들이 획득 및 처리될 수 있다. 지문의 미세 움직임은 지문이 살아있는 사람의 것인지를 나타내기 위하여 사용될 수 있다. 일련의 지문 이미지들은 시간에 따른 신호 진폭 및 밝은 점들의 분포 변화를 복구하기 위하여 사용된다. 가짜의 살아있지 않은 손가락은 살아있는 손가락과 상이한 역동성을 나타낸다.

도 9a는 광 흡수가 가시 스펙트럼 범위, 예를 들어 660nm의 적색광과 적외선 범위, 예를 들어 940nm의 IR광 사이에서 상이한 혈액 내에서 모니터링되는 재료들의 예시적인 광학 흡광 계수들을 나타낸다. 가시 파장과 IR 파장에서 손가락을 조명하기 위해 프로브 광을 사용함으로써, 터치한 물체가 살아있는 사람의 손가락인지를 결정하기 위하여 광 흡수의 차이점들이 포착될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 각각의 광원은 살아있는 손가락 검출을 위해 혈액의 상이한 광 흡수 거동들을 사용하기 위해 적어도 2가지 상이한 광 파장들의 프로브 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 사람의 심장이 박동할 때, 맥박 압력은 혈액을 펌핑하여 동맥들 내에서 흐르게 하여, 혈액 내에서 모니터링되는 재료의 흡광 비율이 맥박에 따라 변한다. 수신된 신호는 펄스 신호들을 전달한다. 혈액의 이러한 특성들은, 모니터링되는 재료가 살아있는 지문인지 또는 가짜 지문인지를 검출하기 위하여 사용될 수 있다.

도 9b는 살아있지 않은 재료(예를 들어, 가짜 손가락) 및 살아있는 손가락으로부터의 반사된 광의 광학 신호 거동들 사이의 비교를 도시한다. 광학 지문 센서는 또한, 심박 센서로 작동하여 살아있는 유기체를 모니터링할 수 있다. 프로브 광의 2개 이상의 파장들이 검출될 때, 흡광 비율의 차이는 모니터링된 재료가 살아있는 지문과 같이 살아있는 유기체인지를 신속하게 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 도 9b에 도시된 예에서, 상이한 파장들의 프로브 광이 사용되었고, 도 9a에 도시된 바와 같이 하나는 가시 파장이고, 다른 하나는 IR 파장이다.

살아있지 않은 재료가 지문 센서 모듈 위의 상부 커버 유리를 터치할 때, 수신된 신호는 살아있지 않은 물질의 표면 패턴과 상관되는 강도 레벨들을 나타내며, 수신된 신호는 살아있는 사람의 손가락과 관련된 신호 구성요소들을 포함하지 않는다. 그러나 살아있는 사람의 손가락이 상부 커버 유리를 터치할 때, 수신 신호는, 흡광 비율들이 상이한 파장들에 대해 상이하므로, 명백하게 상이한 강도 레벨들을 포함하여 살아있는 사람과 관련된 신호 특성들을 나타낸다. 이 방법은 터치하는 재료가 살아있는 사람의 일부인지를 결정하는데 오랜 시간이 걸리지 않는다. 도 9b에서, 펄스형 신호는 혈액 맥박 대신에 다수의 터치들을 반영한다. 살아있지 않은 재료를 통한 유사한 다수의 터치들은 살아있는 손가락에 의해 야기된 차이를 나타내지 않는다.

상이한 광 파장들에서의 혈액의 상이한 광 흡수 거동들의 이러한 광학적 감지는 살아있는 손가락 검출을 위해 짧은 기간에 수행될 수 있고, 동일한 광학 센서들을 사용하여 사람의 심박의 광학적 검출보다 더 빠를 수 있다.

분산된 광 검출기들에 기초한 광학 위조 방지 검출

도 2b를 참조하면, 상이한 광 검출기들(35)은 광학 위조 방지 검출을 수행하기 위해 지문 센서 모듈(23a 또는 23b)의 상이한 위치에 위치된다. 해커가 지문 감지 보안 시스템을 파괴하기 위하여 해커의 손가락(77) 위의 가짜 지문 패턴 층(77f)을 사용하는 도 2c에 도시된 바와 같이, 입력 손가락 내에 혈액의 존재만을 단순히 검출하는 것은 충분하지 않을 수 있다. 상이한 위치들에서 광학 센서들(35)을 사용하는 것은, 상이한 위치의 손가락으로부터 또는 상이한 방향으로부터 산란된 프로브 광을 검출하여 위조 방지 검출을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.

상이한 광학 센서들(33)이 상이한 위치들에 배치되는 도 2b의 설계(23a)의 광학 배치에서, 적어도 하나의 광학 센서(33)가 광학 위조 방지 검출을 위해 지문 센서(24)의 중앙 위치 또는 그 부근에 배치된다. 광원들(33)이 상이한 광 파장들의 광을 방출하도록 동작할 때, 지문 센서(24)의 중심 위치에 또는 그 부근에 위치된 광학 센서(33)는 가짜 지문 패턴 층(77f)이 존재하여 광의 산란 또는 반사를 야기할 위치로부터 산란된 광을 수신할 수 있다. 해커가 불투명 가짜 지문(77f)을 사용한다면, 불투명 가짜 지문 패턴 층(77f)으로부터의 산란된 프로브 광은 해커의 혈액과 관련된 정보, 예를 들어 상이한 광 파장들에서 혈액의 광 흡수 특성들을 전달하지 않는다. 따라서, 지문 센서(24)의 중심 위치에 또는 그 부근에 위치한 광학 센서(33)는 이러한 특징을 검출할 수 있는 반면, 지문 센서(24)의 가장자리와 같은 다른 위치에 위치한 다른 광학 센서(33)는 상이한 광 파장들에서 혈액의 상이한 광 흡수 특성들을 반영하는 해커의 손가락으로부터의 산란된 프로브 광을 수신할 수 있다.

도 2b에서 분포된 광학 센서 장치는 또한, 해커가 지문 위조 공격에서 광학적으로 투명한 가짜 지문 패턴 층(77f)을 사용할 때 위조 방지 검출을 제공하기 위하여 사용될 수 있고, 이러한 지문 위조 공격에서 투명한 가짜 지문 재료는 프로브 광이 통과하여 해커의 살아있는 손가락에 도달하게 하고, 산란된 광이 다시 광학 센서들(35)로 되돌아 오게 하는 광 경로를 형성한다. 지문 감지 영역 내에 분포된 광학 센서들(35)은 투명한 가짜 지문(77f)이 지문 감지 영역(21)과 직접 접촉하는 경우와 지문 감지 영역(21)이 투명한 가짜 지문(77f) 없이 살아있는 손가락과 직접 접촉한 경우 사이의 산란된 프로브 광 패턴의 차이점을 결정할 수 있다.

특히, 불투명 가짜 지문 패턴 층(77f)이 지문 감지 영역(21)과 직접 접촉할 때 및 살아있는 손가락이 지문 감지 영역(21)과 직접 접촉할 때 상이한 광 간섭 조건들이 감지 표면에 존재한다. 첫 번째로, 불투명한 가짜 지문 패턴 층(77f)과 살아있는 손가락의 광학 굴절률이 상이하다. 이것은 상이한 광학 반사들 및 상이한 굴절 광을 생성하고, 이들은 계면을 통과하여 불투명 가짜 지문 패턴 층(77f) 또는 손가락의 피부로 들어가고, 계면에서 상이한 내부 전반사 조건들을 생성한다. 두 번째로, 상이한 위치들에 분포된 광학 센서들(35)에서 얻어진 광 흡수 측정치들은, 손가락이 지문 감지 표면에 직접 접촉하거나 또는 손가락이 투명 가짜 지문 패턴 층(77f)을 통해 간접적으로 터치할 때, 상이하다. 혈액이 상이한 광 흡수 특성들을 나타내는 상이한 광 파장들에서 프로브 광에 대해 상이한 위치에 분포된 광학 센서들(35)에 의한 광학 측정들은 위의 차이점들이 위조 방지 감지를 위해 검출되도록 허용할 수 있다.

도 10은 투명한 가짜 지문 패턴 층(77f)이 해커에 의해 사용되는지를 검출하기 위해 상이한 광학 센서들(33)의 광 검출기 비율들의 측정들을 도시한다. 근접한 광 검출기(35)와 멀리 떨어진 광 검출기(33) 사이의 신호 진폭 비율의 측정들은 살아있는 손가락 아래에 가짜 지문 재료가 존재하는지를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 가짜 지문 재료가 없다면, 신호 비율은 높은 비율이다. 투명 가짜 지문 재료가 적용될 때, 비율은 더 낮은 비율이다.

광학 지문 센서

도 4a 내지 도 4c는 도 1a의 지정된 지문 센서를 위한 용량성 지문 센서들의 예들을 제공한다. 도 5a 내지 도 7c는 용량성 센서들과 통합된 광학 센서들의 예들을 제공하며, 여기서 광학 센서들은 용량성 감지에 기초하여 포착된 지문들 이외의 지문들을 포착하기 위하여 사용될 수 있다. 도 1a의 지정된 지문 센서는, 도 12의 예에 의해 도시된 대응하는 용량성 감지 부분 없이, 도 5a 내지 도 7c에 기술된 광학 센서들을 포함하는 다양한 구성들로 구현될 수 있다.

도 11은 스마트폰, 태블릿 또는 휴대용 전자 디바이스와 같은 플랫폼의 스크린 커버 유리 아래에 포장된 예시적인 광학 지문 센서를 도시하는 도면이다. 도 12는 도 11의 디바이스의 예시적인 지문 감지 광 경로들을 더 도시한다.

도 11에서, 예시적인 광학 지문 센서(123)는 스마트폰과 같은 플랫폼(100)의 개선된 커버 유리(50)와 같은 스크린 커버 유리 아래에 포장된다. 광학 지문 센서(123)의 위치는 도 11의 상부 좌측의 평면도에서 지문 센서 표시자(21)에 의해 도시된다. 스마트폰 플랫폼(100)은 터치 패널 조립체(10), 카메라와 같은 다른 센서(12) 및 측면의 물리적 버튼들(14 및 116)을 포함한다. 커버 유리(150) 아래는 컬러 재료 층(52), 터치 패널 어셈블리(10) 내의 디스플레이 스크린의 일부로서 디스플레이 층들(54)(예를 들어, OLED 층들 또는 LCD 층들) 및 터치 패널 어셈블리의 디스플레이 스크린의 하부 층들(56)을 포함할 수 있다. 또한, 터치 감지 층들은 터치 감지 기능들을 제공하기 위해 디스플레이 층들(54)을 덮도록 배치될 수 있다.

도 11의 광학 지문 센서 설계에서, 포장 설계는 모바일 디바이스의 표면 상에 디스플레이 스크린과 지문 센서 사이의 물리적 구분(예를 들어, 일부 모바일 폰 설계들에서 상부 유리 커버의 개구 내의 버튼 유사 구조)을 갖는 디스플레이 스크린으로부터 별도의 지문 센서 구조를 사용하는 일부 다른 지문 센서 설계들과 상이하다. 광학 지문을 위한 영역(21) 내에 형성된 지문 센서(123)는 상부 커버 유리 또는 층(50) 아래에 위치하여, 커버 유리 또는 층(50)의 상부 표면이 터치 디스플레이 조립체(10)의 디스플레이 스크린 및 광 검출기 센서 모듈(23) 모두를 가로질러 디바이스의 상부 표면으로서 연속적이고 균일한 유리 표면으로 작용한다.

커버 유리(50) 아래에 배치된 광학 지문 센서(123)는 매칭된 컬러 재료 층(125) 및 프로브 광원(129) 위에 배치된 광 커플러(131)를 포함할 수 있다. 매칭된 커플러(131), 매칭된 컬러 재료 층(125) 및 프로브 광원(129)은 원하는 회로 요소들을 갖는 가요성 인쇄 회로(FPC)와 같은 회로(127) 위에 배치된다. 또한, FPC(127) 상에 배치되는 것은, 생동성 검출을 위한 광원들(33), 생동성 검출을 위한 포토다이오드들(134), 장식 조명을 위한 광원들(135), 및 포토다이오드 어레이(137)이다.

광 커플러(131)는 도 12에 도시된 바와 같이 커버 유리(50)와 아래에 놓인 스페이서 재료(139) 상에 고정된다. 프로브 광원(129)은 프로브 광빔 또는 프로브 광빔의 일부가 원하는 각도로 커플러(131) 내로 투사될 수 있도록 적절한 위치에 고정된다. 커플러(131), 스페이서 재료(139) 및 커버 유리(50)는 각각 다수의 층들로 만들어질 수 있다. 포토다이오드 어레이(137)는 반사된 프로브 광빔(A'B')에 의해 전달되는 지문 패턴의 광학 이미지를 포착하기 위해 반사된 프로브 광빔(A'B')을 수신하기 위한 적절한 위치에 고정된다.

프로브 광원(129)은 프로브 광 빔(AB)을 커플러(131)에 투사하며, 커플러(131)는 추가로 프로브 광 빔(AB)을 선택적인 컬러 재료 층(52)의 개구를 통해 커버 유리(50)의 상부의 지문 감지 표면(145) 상으로 향하게 하여, 접촉중인 손가락을 조명한다. 광빔(AB)은 커버 유리(50) 아래에 배치된 스페이서 재료(139)의 도움으로 커버 유리(50)에 접속된다. 커버 유리(50)의 상부 감지 표면(145)에 아무것도 놓이지 않을 때, 프로브 광빔 출력의 일부 또는 전부는 스페이서(139)로 반사되고,이러한 반사된 광은 커플러(131)로 입사되어, 반사된 프로브 광빔(A'B')을 형성한다. 반사된 프로브 광빔(A'B ')은 매칭된 광학 센서 어레이(137)(예를 들어, 광 다이오드 어레이)에 의해 수용되고, 광학 센서 어레이(137)는 반사된 프로브 광빔(A'B')에 의해 전달된 광학 이미지를 추가 처리를 위해 검출기 신호들의 어레이로 변환한다.

손가락(77)이 커버 유리(50)의 감지 표면(145)을 터치할 때, 지문 융기부들(73)은 도 12의 우측 도면에 도시된 바와 같이 로컬 표면 반사율을 변경시킨다. 손가락 융기부에 입사하는 프로브 광의 일부(161)는 손가락(77)에서 산란된 광(165)으로서 굴절되고, 나머지는 손가락 융기부에 의해 반사되는 광(167)으로서 반사된다. 지문의 골부들은 감지 표면(145)과 별개이며, 일반적으로 감지 표면(145)에서의 로컬 표면 반사를 크게 변화시키지 않는다. 지문의 골부들에 입사하는 입사광(163)은 감지 표면(145)에 의해 반사되는 광(169)으로서 반사된다. 반사된 프로브 광빔(A'B')은 지문 신호들을 전달한다. 유사하게, 손가락 피부 이외의 어떤 것이 커버 유리(50)의 감지 표면(145)을 터치할 때, 반사된 프로브 광빔(A'B')은 살아있는 지문과 상이한 터치하는 재료의 정보를 전달한다.

도 11 및 도 12의 예에서, 커플러(131), 스페이서(139) 및 커버 유리(50)의 재료들은 적절한 수준의 광학적 투명도로 이루어져, 프로브 광빔은 이들 내부로 전달되고 이들을 투과할 수 있다. 커플러(131)의 굴절률을 nc, 스페이서 재료(139)의 굴절률을 ns, 커버 유리(50)의 굴절률을 nd, 및 터치하는 재료의 굴절률을 nf이다. 프로브 광빔의 전파 방향들은 이들 재료들의 굴절률들에 의해 결정된다.

원하는 프로브 광빔의 각도들은 광원(129)의 적절한 설계 및 커플러(131)의 단부 표면의 경사 각도에 의해 구현될 수 있다. 프로브 광빔의 발산 각도는 광원(129)의 구조 및 커플러(131)의 단부 표면의 형상에 의해 제어된다.

광학 렌즈들이 없이 깨끗한 지문 이미지를 얻기 위하여, 정상적으로 광원(129)의 방출 영역이 점 광원으로서 작아야 하거나, 또는 프로브 광빔이 시준되어야 한다. 작은 LED 광원은 도 12에 도시된 광학 시스템에서 이를 달성하기 위해 커플러(131)로부터 멀리 떨어져 설치될 수 있다.

광학 지문 센서 내의 재료들의 적절한 굴절률들(nc, ns, nd, nf)을 매칭시키고, 프로브 광빔의 입사각들을 개시시킴으로써, 프로브 광빔은 감지 표면(45)에서 전체적으로 또는 부분적으로 반사되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 이러한 광학 센서는, 터치 재료가 589nm에서 약 1.33의 굴절률을 갖는 물일 때 프로브 광빔이 전반사되고, 터치 재료가 589nm에서 약 1.44의 굴절률을 갖는 손가락 피부일 때 부분적으로 반사되도록, 설계될 수 있다.

프로브 빔(AB)의 크기는 커플러(131)의 입사 단부에서 H로 한정된다. 프로브 빔의 크기는 감지 표면(145)에서 W일 수 있다. 모든 재료들의 굴절률들 및 커플러(131) 및 스페이서(139)의 형상을 매칭시킴으로써, W는 H보다 크게 설정될 수 있다. 즉, 수신된 프로브 광빔(A'B')은 감지 표면(145)에서 프로브 광빔보다 더 작을 수 있다. 압축 비율은 전형적으로 굴절률들(nc 및 nd)에 의해 결정된다. 이는 이미지 처리 렌즈를 사용하지 않고 작은 검출기 어레이로 넓은 영역을 이미지 처리하기 위한 효과적인 방법이다. 또한, 프로브 광빔의 발산 각도 및 포토다이오드 어레이의 경사 각도를 조정함으로써, 압축 비율은 모든 크기들에서 더 조정될 수 있다. 커플러-스페이서 계면 및 스페이서-커버 계면으로부터의 반사는 광 잡음을 구성하고, 광학 센서 어레이(137) 내의 광 검출기들의 출력들의 처리시 제거될 수 있다.

일부 구현들에서, 프로브 광원(129)은 변조될 수 있다. 매칭된 포토다이오드 어레이는 고효율이 되고, 모든 광학 조명 환경들에서 작동하도록 설계되어야 한다.

도 11 및 도 12의 광학 지문 센서는, 센서 영역 장식으로 구성될 수 있다. 광학 지문 센서가 커버 유리(50) 아래에 설치될 때, 광학 윈도우는 광학 경로를 위해 개방되어야 한다. 특히, 커버 유리의 컬러 코팅의 일부가 제거된다. 지문 센서 검출기가 커플러(131)의 일 단부에 위치하도록 배치되기 때문에, 커플러(131)의 하부는 컬러 층들(125)로 페인팅될 수 있다. 페인팅된 컬러 층들(125)은 플랫폼 표면 컬러와 매칭하도록 선택될 수 있다. 예를 들어 센서가 보이지 않도록, 커플러 아래에 동일한 컬러 또는 패턴을 사용한다. 일부 구현들에서, 매칭된 커플러(131)는 또한 특정의 또는 상이한 장식 효과들 또는 스타일들을 달성하기 위해 요구되는 또는 상이한 컬러 또는 패턴으로 페인팅될 수 있다. 매칭된 커플러(131)는 또한 복귀 버튼 부호와 같은 특정 패턴들 또는 부호들로 페인팅될 수 있다.

이러한 설계는 센서 영역을 더욱 장식하기 위한 매력적인 선택사항을 제공한다. 예를 들어, 조명 광원(135)은 센서 영역을 조명하기 위해 상이한 컬러의 광파들을 생성하는데 사용될 수 있다. 이것은 지문 감지 영역이 위치한 곳을 나타내기 위하여 스마트폰 상에서 벨이 울릴 때 어두운 환경에서 유용할 수 있다.

도 12는 도 5b에 도시된 대응하는 용량성 감지 부분을 제거함으로써 도 5b의 광학 센서 설계에 기초한 광학 지문 센서의 다른 예를 도시한다. 광학 시준기 어레이(590)는 광학 감지 픽셀들로서 광 검출기들(533) 위에 형성된다. 광학 시준기 어레이(590)는 각각의 광 검출기들(533) 상에 광을 지향시키기 위한 광학 시준기로서 기능하도록 광 검출기들(533) 위에 개구들 또는 광 투과 터널들(533)을 갖도록 제조된 불투명 재료 구조(591) 내에 형성된 광학 시준기를 포함한다. 광학 시준기 어레이(590)는 또한 도 5a의 시준기(506)와 유사하게 구성될 수 있고, 상이한 섬유들의 광섬유 다발 또는 구멍들 또는 개구들을 갖는 하나 이상의 금속층(들)을 사용하여 구현될 수 있다.

추가적인 용량성 지문 센서 설계들

도 14, 도 15 및 도 16은 각각의 도면이 센서 픽셀 회로의 예를 도시하는 도 1a 내의 설계를 위해 사용될 수 있는 용량성 지문 센서들의 추가적인 예들을 도시한다. 이들 예들에서, 각각의 용량성 감지 픽셀은 감지을 위해 입력 손가락과 인터페이스하도록 단일 상부 송신 전극(1102)을 포함한다.

도 14는 지문 식별 시스템에서 커패시터 미스매칭을 보상하기 위한 또 다른 예시적인 센서 픽셀 회로(1100)를 도시하는 도면이다. 예시적인 센서 픽셀 회로는 지문 관련 커패시터의 2개의 대향 전도성 플레이트 중 하나로서 동작하거나 기능할 수 있는 센서 플레이트 또는 용량성 감지 층(1102)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 손가락(1108)이 센서 플레이트 또는 용량성 감지 층(1102)에 접근할 때, 손가락(1108)의 표면 및 용량성 감지 층(1102)의 센서 플레이트는 커패시터(Cf)의 두 대향 플레이트들로서 동작 또는 기능할 수 있다. 커패시터(Cf)의 커패시턴스는 손가락의 표면(예를 들어, 융기부)과 센서 플레이트 또는 용량성 감지 층(1102) 사이의 거리에 적어도 부분적으로 기초하여 변할 수 있다. 센서 플레이트 또는 용량성 감지 층(1102)은 다양한 금속들 중 하나와 같은 전도성 재료를 포함할 수 있다. 전압 발생기(1132)는 손가락(108)의 표면을 통해 시스템 접지에 전기적으로 연결된 센서 플레이트(1102)에 전기적으로 연결된다. 전압 발생기는 지문 관련 커패시터(Cf)를 충전하기 위한 구동 전압(VDD)을 생성할 수 있다. 스위칭 네트워크(1120)와 같은 스위칭 회로는 센서 플레이트(1102)를 전압 발생기(1132)와 출력 단자(1140)에 전기적으로 연결할 때 스위칭될 수 있는 스위치들(1122, 1124)을 직렬로 포함한다. 일부 구현들에서, 스위칭 회로(1120)는 샘플-홀드 회로를 사용하여 구현될 수 있다.

스위치들(1122 및 1124)은 클록 신호 또는 다른 제어 신호들에 의해 제어될 수 있어서, 스위칭 회로(1120)는 제 1 기간 동안 스위치(1122)를 턴 온시킴으로써 전압 발생기(1132)와 센서 플레이트(1102) 사이의 전기 연결을 턴 온시킬 수 있고, 스위치(1124)를 턴 오프시킴으로써 센서 플레이트(1102)와 출력 단자(1140) 사이의 전기적 연결을 턴 오프시킬 수 있다. 제 2 기간 동안, 샘플-홀드 회로(1120)는 스위치(1122)를 턴 오프시킴으로써 전압 발생기(1132)와 센서 플레이트(1102) 사이의 전기 연결을 턴 오프시킬 수 있고, 스위치(1124)를 턴 온시킴으로써 센서 플레이트(1102)와 출력 단자(1140) 사이의 전기 연결을 턴 온시킬 수 있다. 따라서, 각각의 시간 주기들 동안, 스위치(1122)는 충전 스위치로서 동작하고, 스위치(1124)는 충전 감지 스위치로서 동작하여, 센서 플레이트(1102)와 관련된 커패시터(Cf)를 동기를 맞춰 충전 및 감지한다.

2개의 실질적으로 동일한 전도 층들, 즉 전극들 또는 플레이트들(1104 및 1106)은 센서 플레이트(1102) 아래에 배치될 수 있다. 전도성 플레이트(1104) 및 센서 플레이트(1102)는 대응하는 커패시터(CP1)를 형성할 수 있다. 전도성 플레이트(1106) 및 센서 플레이트(1102)는 대응하는 커패시터(CP2)를 형성할 수 있다.

2개의 전도성 플레이트들(1104, 1106)이 실질적으로 동일할 때, 각각의 커패시터들(CP1 및 CP2)는 실질적으로 유사한 커패시턴스를 공유할 수 있다. 스위칭 네트워크(1126)와 같은 스위칭 회로는 전도성 플레이트(1104)를 전압 발생기(1134) 및 접지(1144)에 전기적으로 연결하는 것 사이에서 스위칭 가능한 스위치들(1128 및 1130)을 포함할 수 있다. 다른 전도성 플레이트(1106)는 접지에 전기적으로 연결되고 스위칭 회로(1126)에 의해 전기적으로 제어되지 않는다. 전압 발생기(1134)는 가변 전압을 생성하여 전도성 플레이트들(1104)에 제공하기 위하여 DAC1(1136) 및 전압 버퍼(1138)를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 스위칭 회로(1126)는 샘플-홀드 회로를 사용하여 구현될 수 있다.

스위치들(1128 및 1130)은 클록 신호 또는 다른 제어 신호들에 의해 제어될 수 있어서, 스위칭 회로(1126)는 제 1 기간 동안 스위치(1128)를 턴 온시킴으로써 전압 발생기(1134)와 전도성 플레이트(1104) 사이의 전기적 연결을 턴 온시킬 수 있고, 스위치(1130)를 턴 오프시킴으로써 전도성 플레이트(1104)와 접지(1144) 사이의 전기적 접속을 턴 오프시킬 수 있다. 제 2 기간 동안, 스위칭 회로(1126)는 스위치(1128)를 턴 오프시킴으로써 전압 발생기(1134)와 전도성 플레이트(1104) 사이의 전기 연결을 턴 오프시킬 수 있고, 스위치(1130)를 턴 온시킴으로써 전도성 플레이트(1104)와 접지(1144) 사이의 전기 연결을 턴 온시킬 수 있다. 따라서, 각 시간 주기들 동안 스위치(1128)는 충전 스위치로서 동작하고, 스위치(1130)는 접지 스위치로서 동작하여, 센서 플레이트(1102)와 관련된 캐패시터(CP1)를 동기를 맞춰 충전 및 접지시킨다.

일부 구현들에서, 출력 단자(1140)는 센서 플레이트(1102) 위의 보호 층을 터치하는 손가락의 융기부들 및 골부들에 의해 야기되는 전하들을 저장하기 위해 선택적으로 적분기(1142)에 전기적으로 연결될 수 있다. 적분기(INT)의 포함은 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킨다. 적분기는 스위칭 회로(1120)에 연결된 출력 단자(1140)에 전기적으로 연결된 음의 입력을 갖는 증폭기(1118)를 포함한다. 증폭기(1118)는 기준 전압(Vref)을 수신하기 위한 기준 전압 발생기(1112)에 전기적으로 연결된 양의 입력을 갖는다. 기준 전압 발생기(1112)는 가변 기준 전압을 발생시켜 제공하기 위한 DAC2(1114) 및 전압 버퍼(1116)를 포함할 수 있다. 증폭기(1118)는 출력 전압(Vpo)을 출력하기 위한 출력 단자(114)를 포함한다. 적분 커패시터(Cint)(1146) 및 리셋 스위치(rst)(1148)는 증폭기(OP)(1118)의 음의 입력 단자와 출력 단자(1144) 사이에 병렬로 전기적으로 결합된다.

2개의 전도성 플레이트들(1104 및 1106)이 실질적으로 유사할 때, DAC1(1136)의 출력은 VDD로 설정될 수 있다. 제 1 기간(CK1) 동안, 스위치들(1122 및 1128)은 턴 온되고, 스위치들(1124 및 1130)은 턴 오프된다. CP2의 전하는 Cp2*VDD이 될 것이고, CP1의 전하는 0이 될 것이다. 제 2 기간(CK2) 동안, 스위치들(1122 및 1128)은 턴 오프되고, 스위치들(1124 및 1130)은 턴 온된다. 제 2 기간 동안, CP1과 CP2의 전하들은 교환될 것이다. 손가락이 센서 플레이트(1102) 위의 보호 층을 터치하지 않을 때, Cf의 전하는 실질적으로 0이고, 증폭기(OP)(1118)의 음의 입력에서의 전압은 VDD/2가 될 것이다. 2개의 전도성 플레이트들(1104 및 1106)이 동일한 배치로 인해 실질적으로 동일할 수 있기 때문에, DAC1은 필요하지 않거나, 선택적일 수 있다. DAC1을 제거함으로써, DAC1의 잡음은 더 이상 픽셀 출력에 존재하지 않고, 이는 SNR을 추가로 향상시킨다.

또한, 기생 커패시터들(CP1 및 CP2) 사이의 미스매치는 도 15 및 도 16에 관해 도시되고 기술된 기술들을 사용하여 보상될 수 있다.

도 15는 지문 식별 시스템에서 커패시터 미스매치를 보상하기 위한 또 다른 예시적인 센서 픽셀 회로(1200)를 도시하는 도면이다. 센서 픽셀 회로(1200)는 센서 픽셀 회로(1100)와 대체로 유사하고, 일부 변형들을 갖는다. 예를 들어, 스위칭 회로(1126)는 전도성 플레이트(1104)와 DAC를 포함하지 않는 전압 발생기(1202) 사이에 전기적으로 연결된다. 전압 발생기(1202)의 출력은 VDD로 미리 설정된다. 또한, 제 3 전압 발생기(1212)는 다른 스위칭 회로(1204)에 전기적으로 연결된다. 제 3 전압 발생기(1212)는 전압 버퍼(1216)와 직렬인 DAC1(1214)을 포함할 수 있다.

스위칭 회로(1204)는 직렬의 스위치들(1206 및 1208)을 포함하고, 이들 스위치들은 전압 발생기(1212)와, 센서 플레이트(1102) 및 스위칭 회로(1120)(출력 단자(1140) 및 전압 발생기(1132)에 전기적으로 연결할 때 스위칭 가능한)에 연결되는 공통 노드(1218) 사이에 캐패시터(1210)(Cc)를 전기적으로 연결할 때 스위칭 가능하다. 캐패시터(1210)(Cc)의 다른 단자는 접지에 전기적으로 연결된다. 센서 픽셀 회로(1100)와 유사한 센서 픽셀 회로(1200)의 회로 구성요소들에 대해 도 11의 관련 설명 참조을 참조한다.

센서 픽셀 회로(1200)에서, 제 2 기간 동안 센서 전극(1102) 위의 보호층을 터치하는 손가락이 없이 출력 단자(1144)에서 최종 전압(VPO)은 (CP1*VDD + Cc*VDAC)/(Cc + Cp1 + Cp2)이다. 2개의 전도성 플레이트들(1104 및 1106)이 실질적으로 유사할 때, VDAC는 VDD/2로 설정된다. 2개의 전도성 플레이트들(1104 및 1106)이 실질적으로 유사하지 않을 때, VDAC는 조정된다.

도 16은 지문 식별 시스템에서 커패시터 미스매치를 보상하기 위한 또 다른 예시적인 센서 픽셀 회로(1300)를 도시하는 도면이다. 센서 픽셀 회로(1300)는 센서 픽셀 회로(1200)와 실질적으로 유사하고, 일부 변형들을 갖는다. 예를 들어, 스위칭 회로(1204)는 캐패시터(Cc)(1210)를 선택적으로 전압 발생기(1202) 및 제 4 전압 발생기(1220)에 전기적으로 연결하기 위해 전기적으로 직렬로 연결된 스위치들(1206 및 1208)을 포함한다. 전압 발생기(1220)는 VDD로 설정될 수 있다. 캐패시터(Cc)(1210)의 다른 단자는 센서 플레이트(1102)와 샘플-홀드 회로(1120)(출력 단자(1140) 및 전압 발생기(1132)에 전기적으로 연결될 때 스위칭 가능한)에 연결되는 공통 노드(1218)에 전기적으로 연결된다. 센서 픽셀 회로(1200)와 유사한 센서 픽셀 회로(1300)의 회로 구성요소들의 대응하는 설명에 대해서는 도 14의 설명을 참조한다.

센서 픽셀 회로(1300)에서, 제 2 기간(Ck2) 동안 손가락 터치가 없는 출력 단자(1144)에서의 최종 전압(VPO)은 (CP1*VDD + Cc*Vdac)/(Cc + Cp1 + Cp2)이다. 2개의 전도성 플레이트들(1104 및 1106)이 실질적으로 유사하지 않을 때, VDAC는 조정된다.

일부 구현들에서, 적분기는 지문 식별 시스템 내의 적분기들의 총 수를 감소시키기 위하여 다수의 센서 픽셀 회로 유닛들 사이에서 공유될 수 있고, 이것은 예를 들어 비용 감소, 배치 크기의 감소 및 설계의 단순성을 포함하는 다수의 잠재적인 이점들을 제공할 수 있다. 센서 픽셀 회로의 다수의 유닛들은 선택된 수의 센서 픽셀 회로 유닛들로부터의 출력 신호들을 공유된 적분기로 다중화함으로써 적분기를 공유할 수 있다. 예컨대, 센서 픽셀 회로 유닛들의 어레이를 행들로 그룹화되고, 각 행이 ADC에 할당될 때, 한 행 내의 각 센서 픽셀 회로 유닛은, 센서 픽셀 회로의 하나 이상의 행들 내의 하나 이상의 센서 픽셀 회로 유닛들과 함께 하나의 적분기를 공유할 수 있다. 센서 픽셀 회로의 어레이 내의 센서 픽셀 회로를 열들로 그룹화할 때, 주어진 열 내의 각 센서 픽셀 회로는 하나 이상의 열들 내에서 하나 이상의 센서 픽셀 회로와 함께 하나의 적분기를 공유할 수 있다.

개시된 기술은 스마트폰들, 태블릿들, 랩탑들, 휴대용 게임기들, 휴대용 제어기들, 및 보안 액세스를 사용하는 다른 전자 디바이스들 내에서 지문 센서를 구현하기 위하여 적용될 수 있다.

본 특허 명세서가 많은 세부사항들을 포함하지만, 이들은 임의의 발명 또는 청구될 수 있는 것의 범위 제한으로서 해석되지 않아야 하고, 오히려 특정 발명들의 특정 실시예들에 특정될 수 있는 특징들의 설명으로 해석되어야 한다. 별도의 실시예들에 관해 본 특허 명세서에 기술된 특정 특징들은 또한 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 실시예에 관해 기술된 다양한 특징들은 또한, 다수의 실시예들에서 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징들이 특정 조합들로 작용하고 심지어 처음에는 그와 같이 청구되는 것으로 기술될 수 있지만, 청구된 조합들로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에서 조합으로부터 실시될 수 있고, 청구된 조합은 하위조합 또는 하위조합의 변형을 나타낼 수 있다.

유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면들에 도시되었지만, 이는 바람직한 결과들을 달성하기 위하여, 그러한 동작들이 도시된 특별한 순서로 또는 순차적 순서로 수행되거나, 또는 모든 도시된 동작들이 수행되는 것을 요구하는 것으로 이해되지 않아야 한다. 더욱이, 본 특허 명세서에 기술된 실시예들에서 다양한 시스템 구성 요소들의 분리는 모든 실시예들에서 그러한 분리를 요구하는 것으로 이해되지 않아야 한다.

단지 소수의 구현들 및 예들만이 기술되었고, 다른 구현들, 개선들 및 변형들은 본 특허 명세서에 기술되고 도시된 것에 기초하여 이루어질 수 있다.

Claims (34)

1. 지문 센서 디바이스로서:
   통합된 터치 센서 모듈을 갖는 터치 패널을 포함하고, 상기 통합된 터치 센서 모듈은:
   지문과 관련된 접촉 입력을 검출하는 것에 응답하여 센서 신호를 생성하기 위한 감지 회로로서,
   상기 접촉 입력을 검출하고, 상기 센서 신호의 부분으로서 상기 지문의 이미지를 나타내는 신호를 생성하기 위한 용량성 지문 센서, 및
   상기 센서 신호의 부분으로서 상기 지문과 상이한 생체인식 표시자를 나타내는 신호를 생성하기 위한 광학 생체인식 센서를 포함하는, 상기 감지 회로; 및
   상기 생성된 센서 신호를 처리하여 상기 지문과 관련된 상기 접촉 입력이 살아있는 사람의 손가락에 속하는지를 결정하기 위하여 상기 감지 회로에 통신 가능하게 결합된 처리 회로를 포함하는, 지문 센서 디바이스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치 패널은 디스플레이 스크린을 포함하는 다수의 층들을 포함하는, 지문 센서 디바이스.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 통합된 센서 모듈은 상기 디스플레이 스크린에 인접하여 포장되는, 지문 센서 디바이스.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학 생체인식 센서는 사람의 심박을 포함하는 상기 생체인식 표시자를 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 지문 센서 디바이스.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학 생체인식 센서는 사람의 혈류의 파라미터를 포함하는 상기 생체인식 표시자를 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는, 지문 센서 디바이스.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 처리 회로는 시간의 일정 기간에 걸쳐 이미지의 세부사항들의 동적인 변화들을 식별하기 위하여 상기 지문의 이미지를 나타내는 신호를 분석하도록 구성되는, 지문 센서 디바이스.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 광학 생체인식 센서는, 프로브 광을 상기 접촉 입력의 위치를 향해 방출하고, 손가락이 상기 접촉 입력일 때 상기 손가락의 융기부들과 골부들을 포함하는 상기 접촉 입력과 관련된 정보를 전달하는 신호 광을 생성하도록 구성되는 광원을 포함하는, 지문 센서 디바이스.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 용량성 지문 센서는, 집합적으로 상기 지문의 이미지를 나타내는 픽셀 신호들을 생성하기 위하여 상기 접촉 입력의 상이한 부분들을 감지하기 위한 용량성 감지 픽셀들의 어레이를 포함하고,
   상기 광학 생체인식 센서는, 상기 용량성 지문 센서의 용량성 감지 픽셀들의 어레이 내에 분포되는 광학 센서들의 어레이를 포함하고, 용량성 감지 픽셀 당 하나의 광학 센서가 분포되고, 각 광학 센서는 광학 센서 출력을 생성하기 위하여 상기 접촉 입력의 각 부분으로부터 산란된 광을 포착하도록 동작 가능하고, 상기 광학 센서들로부터 광학 센서 출력들은 집합적으로 상기 지문의 제 2 이미지를 형성하고, 추가로 상기 지문과 상이한 상기 생체인식 표시자를 나타내는, 지문 센서 디바이스.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 광학 생체인식 센서는 상기 광학 센서들의 어레이 위에 분포된 광학 시준기들을 포함하고, 각 광학 시준기는 상기 접촉 입력의 각 부분으로부터 산란된 광을 대응하는 광학 센서로 수집하도록 위치되는, 지문 센서 디바이스.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 생체인식 센서는, (1) 상기 접촉 입력의 위치를 조명하기 위한 프로브 광을 생성하고, 손가락이 상기 접촉 입력일 때 상기 손가락의 융기부들과 골부들을 포함하는 상기 접촉 입력과 관련된 정보를 전달하는 신호 광을 생성하기 위한 하나 이상의 광원, 및 (2) 상기 접촉 입력의 위치로부터 상기 신호 광을 수신하여 상기 지문과 상이한 상기 생체인식 표시자를 집합적으로 나타내는 광학 센서 신호들을 생성하기 위해 상이한 위치들에 분포된 광학 센서들을 포함하는, 지문 센서 디바이스.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학 센서들은 상기 하나 이상의 광원들로부터 상이한 거리들에 존재하는, 지문 센서 디바이스.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학 센서들은 상기 용량성 지문 센서 근처 및 밖에 위치하는, 지문 센서 디바이스.
    
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 광학 센서들은 상기 용량성 지문 센서 내에 통합되어 위치하는, 지문 센서 디바이스.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    적어도 하나의 광학 센서는 상기 용량성 지문 센서의 중앙 영역에 또는 그 근처에 위치하는, 지문 센서 디바이스.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    다른 광학 센서들의 각각은 상기 용량성 지문 센서의 가장자리 근처에 위치하는, 지문 센서 디바이스.
    
16. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 광원들은 혈액이 상이한 광 흡수 레벨들을 나타내는 상이한 광 파장들에서의 상기 프로브 광을 생성하고,
    상기 처리 회로는 상기 지문과 관련된 상기 접촉 입력이 살아있는 사람의 손가락에 속하는지를 결정하기 위하여 상기 광학 센서들로부터의 광 흡수 정보를 처리하는, 지문 센서 디바이스.
    
17. 제 10 항에 있어서,
    상기 처리 회로는 상기 접촉 입력이 상기 접촉 입력의 위치에서 비인간의 조직 재료를 함유하는지를 결정하기 위하여 상이한 위치들의 상기 광학 센서들로부터의 상기 광학 센서 신호들을 처리하는, 지문 센서 디바이스.
    
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 처리 회로는 상기 접촉 입력이 상기 접촉 입력의 위치에서 비인간의 조직 재료를 함유하는지를 결정하기 위하여 2개의 상이한 위치들의 2개의 상이한 광학 센서들로부터의 상기 광학 센서 신호들의 신호 비율을 처리하는, 지문 센서 디바이스.
    
19. 전자 디바이스로서:
    상기 전자 디바이스의 기능들을 수행하는 디바이스 프로세서;
    상기 전자 디바이스를 조작하기 위한 사용자 인터페이스로서 상기 디바이스 프로세서와 통신하는 터치 패널;
    상기 디바이스 프로세서와 통신하고, 지문과 관련된 접촉 입력을 검출하여 상기 지문의 이미지를 나타내는 신호를 생성하도록 동작 가능한 지문 센서;
    (1) 상기 접촉 입력의 위치를 향해 프로브 광을 방출하고, 손가락이 상기 접촉 입력일 때 상기 손가락의 융기부들과 골부들을 포함하는 상기 접촉 입력과 관련된 정보를 전달하는 신호 광을 생성하도록 구성된 광원, 및 (2) 상기 접촉 입력의 위치로부터 신호 광을 수신하고 상기 수신된 신호 광을 상기 지문과 상이한 생체인식 표시자의 식별을 나타내는 신호로 변환하도록 위치된 광학 센서를 포함하는 광학 생체인식 센서; 및
    상기 생성된 센서 신호를 처리하여 상기 지문과 관련된 상기 접촉 입력이 살아있는 사람의 손가락에 속하는지를 결정하기 위하여 상기 감지 회로에 통신 가능하게 결합되는 지문 처리 회로를 포함하고,
    상기 디바이스 프로세서는, 상기 지문의 이미지로부터, 및 상기 지문이 상기 전자 디바이스를 액세스하도록 공인된 살아있는 사람의 손가락에 속하는지로부터 상기 처리 회로의 결정에 기초하여, 상기 전자 디바이스를 동작시키기 위한 상기 터치 패널의 액세스를 허용 또는 거부하는, 전자 디바이스.
    
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 휴대용 디바이스를 포함하는, 전자 디바이스.
    
21. 제 19 항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 시스템을 위한 단말기를 포함하는, 전자 디바이스.
    
22. 제 19 항에 있어서,
    상기 광학 센서는 패턴으로 배열된 광 감응 요소들을 포함하는, 전자 디바이스.
    
23. 제 19 항에 있어서,
    상기 지문 센서는, 용량성 감지 픽셀들의 어레이를 포함하여 상기 용량성 감지 픽셀들에서 커패시턴스를 측정함으로써 상기 지문의 이미지를 포착하는 용량성 지문 센서를 포함하는, 전자 디바이스.
    
24. 제 19 항에 있어서,
    상기 지문 센서는, 광 감지 픽셀들의 어레이를 포함하여 상기 지문의 이미지를 광학적으로 포착하는 광학 지문 센서를 포함하는, 전자 디바이스.
    
25. 제 19 항에 있어서,
    상기 터치 패널을 덮고, 상기 지문 센서 및 상기 광학 생체인식 센서를 덮는 일부분를 포함하는 연속적인 상부 유전체 층을 포함하고, 상기 지문 센서 및 상기 광학 생체인식 센서를 덮는 상기 연속적인 상부 유전체 층의 상기 일부분은 상기 지문 센서와 상기 광학 생체인식 센서를 노출시키기 위한 개구를 포함하는, 전자 디바이스.
    
26. 제 19 항에 있어서,
    상기 터치 패널, 상기 지문 센서, 및 상기 광학 생체인식 센서를 덮고, 상기 터치 패널의 터치 감지 표면 및 상기 광학 생체인식 센서를 위한 지문 감지 영역을 제공하는 연속적인 상부 유전체 층을 포함하는, 전자 디바이스.
    
27. 지문 스캔 도중에 살아있는 사람의 손가락으로부터 지문을 식별하는 방법으로서:
    지문의 소스와 관련된 접촉 입력을 검출하기 위해 지문 센서를 사용하는 단계;
    상기 검출된 접촉 입력에 응답하여 상기 지문 센서로부터 이미지 신호를 생성하는 단계로서, 용량성 지문 센서로부터 생성된 상기 이미지 신호는 상기 지문의 하나 이상의 이미지들을 나타내는, 이미지 신호를 생성하는 단계;
    상기 지문과 상이한 생체인식 표시자를 나타내는 생체인식 표시자 검출 신호를 생성하기 위하여 상기 지문 센서와 별개인 광학 생체인식 센서를 사용하는 단계;
    상기 검출된 접촉 및 관련된 하나 이상의 지문 이미지들이 상기 접촉 입력을 행하는 살아있는 사람의 손가락으로부터 유래하는지를 결정하기 위해 상기 생성된 이미지 신호 및 상기 생체인식 표시자 검출 신호를 처리 회로에 의해 처리하는 단계를 포함하는, 지문을 식별하는 방법.
    
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 생체인식 검출 신호를 생성하는 것은:
    산란된 광을 생성하기 위하여 상기 접촉 입력의 위치를 조명하는 단계; 및
    상기 생체인식 표시자 검출 신호를 생성하기 위하여 상기 접촉 입력으로부터 상기 산란된 광을 검출하는 단계를 포함하는, 지문을 식별하는 방법.
    
29. 제 27 항에 있어서,
    상기 생체인식 표시자 검출 신호를 처리하는 단계는 사람의 심박의 존재를 결정하는 단계를 포함하는, 지문을 식별하는 방법.
    
30. 제 27 항에 있어서,
    상기 생체인식 표시자 검출 신호를 처리하는 단계는 사람의 혈류의 파라미터를 측정하는 단계를 포함하는, 지문을 식별하는 방법.
    
31. 제 27 항에 있어서,
    상기 생체인식 표시자 검출 신호를 처리하는 단계는 시간의 일정 기간에 걸쳐 상기 지문의 이미지 세부사항들의 동적인 변화들을 식별하는 단계를 포함하는, 지문을 식별하는 방법.
    
32. 제 27 항에 있어서,
    상기 생체인식 표시자 검출 신호를 처리하는 단계는 상기 접촉 입력으로부터 상이한 감지 위치들에서 상이한 광학 응답들을 측정하는 단계를 포함하는, 지문을 식별하는 방법.
    
33. 제 27 항에 있어서,
    상기 지문 센서는 용량성 센서인, 지문을 식별하는 방법.
    
34. 제 27 항에 있어서,
    상기 지문 센서는 광학 센서인, 지문을 식별하는 방법.

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