KR20180061826A - 생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents
생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180061826A KR20180061826A KR1020160161406A KR20160161406A KR20180061826A KR 20180061826 A KR20180061826 A KR 20180061826A KR 1020160161406 A KR1020160161406 A KR 1020160161406A KR 20160161406 A KR20160161406 A KR 20160161406A KR 20180061826 A KR20180061826 A KR 20180061826A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ultrasonic
- piezoelectric
- biometric information
- signal
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
- G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
- G06V40/12—Fingerprints or palmprints
- G06V40/13—Sensors therefor
- G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
-
- G06K9/0002—
-
- H01L41/09—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
본 발명은 생체정보 인식 장치 및 상기 장치가 복수의 압전 소자를 선택적으로 활성화 시키는 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 손가락의 지문, 혈관, 뼈 등의 생체정보를 인식하여 사용자 개개인을 식별해 내는 데에 활용될 수 있는 생체정보 인식 장치 및 이의 구동 방식에 관한 것이며, 특히 상기 생체정보 인식 장치 내 구비된 복수의 압전 소자들은 각각이 개별 활성화가 가능한 것을 특징으로 하되, 이 때 상기 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 종래와 다른 방식으로 생체정보를 스캐닝 하는 방법에 관한 것이며, 나아가 이를 이용한 응용 사례들에 관한 것이다.
Description
본 발명은 생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 초음파 지문인식 센서를 이용하여 손가락의 지문, 혈관, 뼈 등의 생체정보를 인식하여 사용자 개개인을 식별해 내는 데에 활용될 수 있는 생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법방식에 관한 것이다.
사용자 인증은 모든 금융 거래를 함에 있어 반드시 필요한 절차라 할 것이며 특히 최근에는 네트워크 및 휴대용 단말기의 발달로 모바일 금융에 대한 관심이 높아지면서 덩달아 빠르고 정확한 사용자 인증 장치, 인증 방식에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 사용자의 손가락 지문은 위와 같은 수요를 충족시킬 수 있는 인증 매개 중 하나로서 많은 사업자 및 개발자들은 사용자의 지문을 활용하여 인증을 할 수 있는 장치 및 방식을 계속하여 발전시켜 나가고 있다.
최근 들어서는 지문 인식 장치와 관련하여 종래 광학 방식으로 지문의 이미지를 인증하던 방식에서 벗어나 초음파를 발생시켜 지문의 형태를 파악하는 소위 초음파 방식에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
사용자의 생체정보를 초음파 신호로 파악하기 위해서는 다양한 기술사상이 요구되나, 그 중에서도 본 발명은 사용자의 생체정보, 더 정확하게는 손가락의 지문, 지정맥, 뼈 형상과 같이 개인 고유의 정보를 어떤 패턴으로 스캐닝 할 것인지에 관한 것으로, 특히 본 발명은 초음파 센서에 형성된 복수의 초음파 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 효율적인 스캐닝 패턴이 구현될 수 있도록 한다.
본 발명은 이러한 기술적 배경을 바탕으로 발명되었으며 이상에서 살핀 기술적 요구를 충족시킴은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술센서들을 제공하기 위해 발명되었다.
본 발명은 초음파 지문 인식 센서를 이용하여 생체 정보를 인식할 수 있는장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 생체정보 인식 장치가 복수의 초음파 압전 소자를 선택적으로 활성화 시켜 사용자의 생체정보, 더 구체적으로는 사용자의 손가락 지문, 지정맥, 뼈의 형상 등에 대한 정보를 취득하는 것을 목적으로 한다.
특히 이 때, 상기 생체정보 인식 장치는 복수의 초음파 압전 소자들 중 어느 특정 압전 소자를 신호 생성 소자로, 상기 신호 생성 소자 이외의 압전 소자들 중 하나 이상의 압전 소자를 신호 수신 소자로 설정 및 활성화 시킴으로써 초음파 발생 및 반사파 수신이 필요한 영역에의 초음파 압전 소자들을 선택적으로 구동시키도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 초음파 압전 센서 어레이, 초음파 송신부, 초음파 수신부, 및 센서 구동 드라이버를 포함하는 생체정보 인식 장치에 있어서, 상기 초음파 압전 센서 어레이는 초음파 압전 세라믹 센서, 초음파 압전막 센서, CMUT 센서, 및 PMUT 센서 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생체정보 인식 방법은 (a) 복수의 압전 소자들 중 특정 압전 소자를 신호 생성 소자로 설정하는 단계; (b) 상기 신호 생성 소자 이외의 압전 소자들 중 하나 이상의 압전 소자를 신호 수신 소자로 설정하는 단계; (c) 상기 신호 생성 소자를 활성화시켜 초음파 신호를 발생시키는 단계; 및 (d) 상기 신호 수신 소자를 활성화시켜 반사파 신호를 수신하되, 상기 반사파 신호는 신호 생성 소자에 의해 발생된 초음파 신호가 생체조직에 의해 반사된 것을 특징으로 하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생체정보 인식 시스템은 초음파 압전 세라믹 센서, 초음파 압전막 센서, CMUT 센서, 및 PMUT 센서 중 하나의 센서를 이용하여 초음파 신호를 발생하고, 상기 발생된 초음파 신호에 의해 생체신호를 감지하는 생체정보 인식 장치; 및 상기 생체정보 장치에서 감지한 생체 신호의 근거하여 본인 여부를 확인하는 생체정보 인증부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 복수의 초음파 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시킬 수 있으며, 따라서 종래 하나의 행 또는 하나의 열 전체를 활성화 시켜야만 했던 구조의 장치에 비하여 보다 효율적인 스캐닝 패턴을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 사용자의 생체정보를 인식하는 데에 필요한 초음파 압전 소자들만을 구동시키면 되므로 전력소모를 절감할 수 있는 효과가 있으며, 특히 이러한 효과는 생체정보 인식 장치가 점차 소형화 되고 있다는 점, 또는 점차 더 작아지는 휴대용 단말기에 차용되고 있다는 점 등을 고려할 때 더욱 부각될 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 하나의 행을 따라 시계열 순서대로 초음파 압전 소자들을 활성화 시킬 수 있으며 이에 따라 각 회차에 수신된 반사파의 크기를 비교하여 차회 발생시키고자 하는 초음파 신호의 크기를 조절할 수 있는 효과도 있다.
또한 본 발명에 따르면 기판 상에 형성된 복수의 초음파 압전 소자들을 사용자가 정한 임의의 행(인식행) 및 열(인식열)로 설정할 수 있으며, 각 인식행 및 인식열을 여러 패턴에 따라 활성화 시킬 수 있어 다양한 방식으로 생체정보를 스캐닝 할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 사용자의 생체정보 스캐닝 시 서로 다른 주파수 및 크기의 초음파 신호를 순차적으로 발생시켜 2차원 이미지와 3차원 이미지를 동시에 획득함으로써 보다 정확하게 사용자 인증을 할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 기판 상에 형성된 복수의 초음파 압전 소자들을 사용자 생체조직이 위치하는 곳을 중심으로 선택적으로 활성화 시킬 수 있어 보다 신속한 스캐닝을 구현할 수 있는 효과가 있다. 즉 본 발명에 따르면 생체정보 스캐닝을 함에 있어 스캐닝 영역을 효과적으로 줄일 수 있어 생체정보 스캐닝에 소요되는 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 다양한 방식으로 사용자를 보다 정확하게 특정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압전 생체정보 인식 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전 세라믹 센서 어레이 및 센서의 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 1행의 초음파 압전 센서를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 초음파 압전 센서의 어레이를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원형 초음파 압전 센서의 어레이를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 요소들 사이에 충전제가 있는 1행의 직사각형 초음파 압전 센서를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전 세라믹 센서의 몰딩 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전 세라믹 센서 어레이를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전막 센서 구조를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 CMUT 센서 구조를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 PMUT 센서 구조를 나타낸 것이다.
도 12는 센서 어레이가 주문형 집적 회로에 어떻게 접속되는지를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 멀티플렉서에 센서 어레이를 접속하는 방법을 나타낸 것이다.
도 14는 도 1의 주파수 발생기 및 센서 수신 신호 처리부의 상세 블록도를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이에서 전력 소모를 최소화하는 방법을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치를 이용하여 생체인식 정보를 획득하는 것을 나타낸 것이다.
도18은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 압전 센서 어레이를 동작시키도록 구성된 집적 회로를 포함하는 시스템을 나타낸 것이다.
도19는 도 18의 초음파 압전 센서 어레이의 일부분을 나타낸 것이다.
도 20은 도 18의 초음파 압전 센서 어레이를 포함하는 생체정보 인식 장치의 예시적인 동작을 나타낸 것이다.
도 21은 도 18의 집적 회로에 포함된 로우 상태 머신의 예시적인 동작을 도시한 것이다.
도 22는 도 18의 집적 회로를 동작시키는 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 23은본 발명에 따른 생체정보 인식장치의 기본구성을 간략히 나타낸 것이다.
도 24는 본 발명에 따른 생체정보 인식장치 내 압전 소자들이 행렬 모양으로 배열된 모습을 나타낸 것이다.
도 25은 본 발명에 따른 생체정보 인식장치가 복수의 압전 소자를 선택적으로 활성화 시키는 실시예를 순서도로 나타낸 것이다.
도 26은 행렬 모양의 패턴으로 형성된 압전 소자들을 도 25의 순서에 따라 활성화 시킨 예를 도시한 것이다.
도 27은 행렬 모양의 패턴으로 형성된 압전 소자들을 시계열적으로 활성화 시키는 실시예를 순서도로 나타낸 것이다.
도 28은 도 27의 실시예를 생체정보 인식장치 상에서 구현한 예를 나타낸 것이다.
도 29는 본 발명에 따른 생체정보 인식장치 내 압전 소자들이 전후 행이 어긋난 패턴으로 배열된 모습을 나타낸 것이다.
도 30은 전후 행이 어긋난 패턴으로 형성된 압전 소자들을 도 25의 순서에 따라 활성화 시킨 예를 도시한 것이다.
도 31은 압전 소자들의 활성화가 시계열적으로 이루어지는 과정을 도시한 것이다.
도 32 및 33은 은 각각 압전 소자가 행렬 모양으로 배열된 경우와 전후 행이 어긋난 패턴으로 배열된 경우의 효과상 차이점 비교한 것이다.
도 34 및 35는 생체정보 인식장치가 신호 생성 소자에서 발생되는 초음파 신호의 크기를 조절하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 36은 본 발명에 따른 생체정보 스캐닝 방법의 제1실시예 내지 제3실시예를 나타낸 것이다.
도 37은 기판 상 행렬 모양으로 형성된 압전 소자들이 1행을 이루어 하나의 인식행, 1열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 38은 기판 상 전후 행이 어긋나게 형성된 압전 소자들이 1행을 이루어 하나의 인식행, 1열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 39는 기판 상 행렬 모양으로 형성된 압전 소자들이 복수 행을 이루어 하나의 인식행, 복수 열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 40은 상기 도 39와 같은 인식행, 인식열이 설정된 상태에서 개별 압전 소자들이 선택적으로 활성화 되어 스캐닝 하는 모습을 나타낸 것이다.
도 41은 기판 상 전후 행이 어긋나게 형성된 압전 소자들이 복수 행을 이루어 하나의 인식행, 복수 열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 42는 상기 도 41과 같은 인식행, 인식열이 설정된 상태에서 개별 압전 소자들이 선택적으로 활성화 되어 스캐닝 하는 모습을 나타낸 것이다.
도 43은 제1초음파 신호 및 제2초음파 신호를 순차적으로 발생시켜 2차원 이미지 및 3차원 이미지를 획득하는 모습을 나타낸 것이다.
도 44는 2차원 이미지 및 3차원 이미지를 한 번의 스캐닝에서 획득하는 과정을 순서대로 나타낸 것이다.
도 45는 사용자의 생체조직이 존재하는 위치점을 파악한 후 해당 위치점을 기준으로 압전소자들을 활성화 시키는 생체정보 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 46은 하나의 인식행 상에 사용자 생체조직의 위치점이 두 개인 경우 실시예를 나타낸 것이다.
도 47은 본 발명의 실시예에 따른 지문 골에 의해 로드된 초음파 압전 센서의 임피던스를 나타낸 것이다.
도 48은 본 발명의 실시예에 따른 지문 산에 의해 로드된 초음파 압전 센서의 임피던스를 나타낸 것이다.
도 49는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이 입력 신호를 나타낸 것이다.
도 50은 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이 출력 신호를 나타낸 것이다.
도 51은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 생체정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 52는 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 뼈 지도를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 53은 본 발명의 실시예에 따른 송신 및/또는 수신 빔 방향성을 나타낸 것이다.
도 54는 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 소동맥 혈류 정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 55는 본 발명의 실시예에 따른 송신 빔 방향성 및 수신 빔 방향성을 나타낸 것이다.
도 56은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 모세혈관 혈류 정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 57은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 58은 사용자의 생체조직이 존재하는 위치점을 먼저 파악한 후 해당 위치점을 기준으로 압전 소자들을 활성화 시키는 실시예를 도시한 것이다
도 59는 하나의 인식행 상에 사용자 생체조직의 위치점이 두 개인 경우 실시예를 나타낸 것이다.
도 60은 사용자 지문의 중심점을 파악한 후 상기 중심점을 기준으로 압전소자들을 활성화 시키는 생체정보 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 61 및 도 62는 지문 이미지를 분석하여 중심점을 특정하는 방식을 도시한 것이다.
도 63은 중심점을 기준으로 소수의 압전 소자들이 활성화 되는 모습을 나타낸 것으로, 기판 상에 행렬 모양으로 형성된 압전 소자들의 경우 및 기판 상 전후 행이 어긋나게 형성된 압전 소자들의 경우로 나누어 나타낸 것이다.
도 64 및 도 65는 중심점을 기준으로 압전 소자들이 연속적으로 활성화 되어 스캐닝을 하되, 기판 상 압전 소자들의 형성된 모양에 따라 각 압전 소자들의 활성화 진행을 구별하여 나타낸 것이다.
도 66은 사용자의 손가락에 의해 기판에 압력이 가해지는 경우 해당 압력을 감지하여 압점을 분별해 내고 해당 위치에 대응되는 압전 소자들을 활성화 시키는 생체정보 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 67은 기판 상에 복수의 손가락에 위치한 경우 기판 상의 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 스캐닝을 하는 방법을 도시한 것이다.
도 68은 기판 상에 손가락을 위치시키는 순서를 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 69은 기판 상에 손가락이 위치되는 시점의 시간 간격을 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 70은 사용자의 손가락이 기판 상에 닿은 영역에 존재하는 압전 소자들만을 활성화 시키는 실시예를 나타낸 것이다.
도 71은 생체정보 인식 키보드가 키 상에 복수의 손가락이 위치한 경우 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 스캐닝을 하는 방법을 도시한 것이다.
도 72는 키보드 상에 손가락을 위치시키는 순서를 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 73은 키보드 상에 손가락이 위치되는 시점의 시간 간격을 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 74는 손가락에 의한 음향 임피던스를 나타낸 것이다.
도 75는 ASIC 송신기 및 수신기 파이프라인의 블록도이다.
도 76은 본 발명에 따른 감쇠된 기계적 공진기 감지 요소의 임피던스의 성능을 보인 그래프도이다.
도 77은 감쇠된 기계적 공진기 감지 요소를 통한 전류를 보인 그래프도이다.
도 78은 ASIC 수신기 파이프라인 멀티플렉서의 블록도이다.
도 79는 성능 개선을 위한 샘플 및 홀드 기능이 있는 ASIC 수신기 파이프라인의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전 세라믹 센서 어레이 및 센서의 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 1행의 초음파 압전 센서를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 초음파 압전 센서의 어레이를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원형 초음파 압전 센서의 어레이를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 요소들 사이에 충전제가 있는 1행의 직사각형 초음파 압전 센서를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전 세라믹 센서의 몰딩 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전 세라믹 센서 어레이를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전막 센서 구조를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 CMUT 센서 구조를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 PMUT 센서 구조를 나타낸 것이다.
도 12는 센서 어레이가 주문형 집적 회로에 어떻게 접속되는지를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 멀티플렉서에 센서 어레이를 접속하는 방법을 나타낸 것이다.
도 14는 도 1의 주파수 발생기 및 센서 수신 신호 처리부의 상세 블록도를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이에서 전력 소모를 최소화하는 방법을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치를 이용하여 생체인식 정보를 획득하는 것을 나타낸 것이다.
도18은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 압전 센서 어레이를 동작시키도록 구성된 집적 회로를 포함하는 시스템을 나타낸 것이다.
도19는 도 18의 초음파 압전 센서 어레이의 일부분을 나타낸 것이다.
도 20은 도 18의 초음파 압전 센서 어레이를 포함하는 생체정보 인식 장치의 예시적인 동작을 나타낸 것이다.
도 21은 도 18의 집적 회로에 포함된 로우 상태 머신의 예시적인 동작을 도시한 것이다.
도 22는 도 18의 집적 회로를 동작시키는 방법의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 23은본 발명에 따른 생체정보 인식장치의 기본구성을 간략히 나타낸 것이다.
도 24는 본 발명에 따른 생체정보 인식장치 내 압전 소자들이 행렬 모양으로 배열된 모습을 나타낸 것이다.
도 25은 본 발명에 따른 생체정보 인식장치가 복수의 압전 소자를 선택적으로 활성화 시키는 실시예를 순서도로 나타낸 것이다.
도 26은 행렬 모양의 패턴으로 형성된 압전 소자들을 도 25의 순서에 따라 활성화 시킨 예를 도시한 것이다.
도 27은 행렬 모양의 패턴으로 형성된 압전 소자들을 시계열적으로 활성화 시키는 실시예를 순서도로 나타낸 것이다.
도 28은 도 27의 실시예를 생체정보 인식장치 상에서 구현한 예를 나타낸 것이다.
도 29는 본 발명에 따른 생체정보 인식장치 내 압전 소자들이 전후 행이 어긋난 패턴으로 배열된 모습을 나타낸 것이다.
도 30은 전후 행이 어긋난 패턴으로 형성된 압전 소자들을 도 25의 순서에 따라 활성화 시킨 예를 도시한 것이다.
도 31은 압전 소자들의 활성화가 시계열적으로 이루어지는 과정을 도시한 것이다.
도 32 및 33은 은 각각 압전 소자가 행렬 모양으로 배열된 경우와 전후 행이 어긋난 패턴으로 배열된 경우의 효과상 차이점 비교한 것이다.
도 34 및 35는 생체정보 인식장치가 신호 생성 소자에서 발생되는 초음파 신호의 크기를 조절하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 36은 본 발명에 따른 생체정보 스캐닝 방법의 제1실시예 내지 제3실시예를 나타낸 것이다.
도 37은 기판 상 행렬 모양으로 형성된 압전 소자들이 1행을 이루어 하나의 인식행, 1열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 38은 기판 상 전후 행이 어긋나게 형성된 압전 소자들이 1행을 이루어 하나의 인식행, 1열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 39는 기판 상 행렬 모양으로 형성된 압전 소자들이 복수 행을 이루어 하나의 인식행, 복수 열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 40은 상기 도 39와 같은 인식행, 인식열이 설정된 상태에서 개별 압전 소자들이 선택적으로 활성화 되어 스캐닝 하는 모습을 나타낸 것이다.
도 41은 기판 상 전후 행이 어긋나게 형성된 압전 소자들이 복수 행을 이루어 하나의 인식행, 복수 열을 이루어 하나의 인식열을 구성한 모습을 나타낸 것이다.
도 42는 상기 도 41과 같은 인식행, 인식열이 설정된 상태에서 개별 압전 소자들이 선택적으로 활성화 되어 스캐닝 하는 모습을 나타낸 것이다.
도 43은 제1초음파 신호 및 제2초음파 신호를 순차적으로 발생시켜 2차원 이미지 및 3차원 이미지를 획득하는 모습을 나타낸 것이다.
도 44는 2차원 이미지 및 3차원 이미지를 한 번의 스캐닝에서 획득하는 과정을 순서대로 나타낸 것이다.
도 45는 사용자의 생체조직이 존재하는 위치점을 파악한 후 해당 위치점을 기준으로 압전소자들을 활성화 시키는 생체정보 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 46은 하나의 인식행 상에 사용자 생체조직의 위치점이 두 개인 경우 실시예를 나타낸 것이다.
도 47은 본 발명의 실시예에 따른 지문 골에 의해 로드된 초음파 압전 센서의 임피던스를 나타낸 것이다.
도 48은 본 발명의 실시예에 따른 지문 산에 의해 로드된 초음파 압전 센서의 임피던스를 나타낸 것이다.
도 49는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이 입력 신호를 나타낸 것이다.
도 50은 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이 출력 신호를 나타낸 것이다.
도 51은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 생체정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 52는 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 뼈 지도를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 53은 본 발명의 실시예에 따른 송신 및/또는 수신 빔 방향성을 나타낸 것이다.
도 54는 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 소동맥 혈류 정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 55는 본 발명의 실시예에 따른 송신 빔 방향성 및 수신 빔 방향성을 나타낸 것이다.
도 56은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치가 모세혈관 혈류 정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다.
도 57은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.
도 58은 사용자의 생체조직이 존재하는 위치점을 먼저 파악한 후 해당 위치점을 기준으로 압전 소자들을 활성화 시키는 실시예를 도시한 것이다
도 59는 하나의 인식행 상에 사용자 생체조직의 위치점이 두 개인 경우 실시예를 나타낸 것이다.
도 60은 사용자 지문의 중심점을 파악한 후 상기 중심점을 기준으로 압전소자들을 활성화 시키는 생체정보 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 61 및 도 62는 지문 이미지를 분석하여 중심점을 특정하는 방식을 도시한 것이다.
도 63은 중심점을 기준으로 소수의 압전 소자들이 활성화 되는 모습을 나타낸 것으로, 기판 상에 행렬 모양으로 형성된 압전 소자들의 경우 및 기판 상 전후 행이 어긋나게 형성된 압전 소자들의 경우로 나누어 나타낸 것이다.
도 64 및 도 65는 중심점을 기준으로 압전 소자들이 연속적으로 활성화 되어 스캐닝을 하되, 기판 상 압전 소자들의 형성된 모양에 따라 각 압전 소자들의 활성화 진행을 구별하여 나타낸 것이다.
도 66은 사용자의 손가락에 의해 기판에 압력이 가해지는 경우 해당 압력을 감지하여 압점을 분별해 내고 해당 위치에 대응되는 압전 소자들을 활성화 시키는 생체정보 스캐닝 방법을 도시한 것이다.
도 67은 기판 상에 복수의 손가락에 위치한 경우 기판 상의 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 스캐닝을 하는 방법을 도시한 것이다.
도 68은 기판 상에 손가락을 위치시키는 순서를 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 69은 기판 상에 손가락이 위치되는 시점의 시간 간격을 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 70은 사용자의 손가락이 기판 상에 닿은 영역에 존재하는 압전 소자들만을 활성화 시키는 실시예를 나타낸 것이다.
도 71은 생체정보 인식 키보드가 키 상에 복수의 손가락이 위치한 경우 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 스캐닝을 하는 방법을 도시한 것이다.
도 72는 키보드 상에 손가락을 위치시키는 순서를 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 73은 키보드 상에 손가락이 위치되는 시점의 시간 간격을 인식하는 실시예를 나타낸 것이다.
도 74는 손가락에 의한 음향 임피던스를 나타낸 것이다.
도 75는 ASIC 송신기 및 수신기 파이프라인의 블록도이다.
도 76은 본 발명에 따른 감쇠된 기계적 공진기 감지 요소의 임피던스의 성능을 보인 그래프도이다.
도 77은 감쇠된 기계적 공진기 감지 요소를 통한 전류를 보인 그래프도이다.
도 78은 ASIC 수신기 파이프라인 멀티플렉서의 블록도이다.
도 79는 성능 개선을 위한 샘플 및 홀드 기능이 있는 ASIC 수신기 파이프라인의 블록도이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.
도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.
또한, 어떤 구성센서들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성센서들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성센서들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
나아가 어떤 구성센서가 다른 구성센서에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성센서에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성센서가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성센서를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성센서를 제외하는 것이 아니라 다른 구성센서를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래 방식에서의 생체정보 스캐닝 방식 및 이를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명에 따른 생체정보 스캐닝 방식, 즉 압전 소자를 선택적으로 활성화 시키는 방법에 대해 살펴보기로 한다.
<초음파 지문인식 센서 제조 방법>
<생체정보 인식 장치>
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 생체정보 인식 장치(100)를 개략적으로 나타낸 것이다. 인식 장치(100)는 초음파 압전 센서 어레이(110), 송신부(120), 수신부(130), 및 센서 구동 드라이버(140)을 포함할 수 있다.
상기 초음파 압전 센서 어레이(110)는 기둥 형태의 셀(112)이 m×n 어레이 형태로 배치되어 있다.
상기 상기 송신부 (120)는 센서 구동 드라이버(140)에서 출력되는 센서 송신 신호를 전달받아 센서 어레이(110)로 송신한다. 상기 송신부(120)는 멀티플렉스(122), 송신기 뱅크(124), 및 출력부(126)로 구성될 수 있다.
상기 수신부 (130)는 센서 어레이(110)에서 발생된 초음파 신호를 수신하여 센서 구동 드라이버(140)로 전달한다. 상기 수신부(132)는 멀티플렉스(132), 수신기 뱅크 (134), 및 입력부 (136)로 구성될 수 있다.
상기 센서 구동 드라이버(140)는 센서 송신 신호 발생부(141), 주파수 발생기(142), 메모리(143), 센서 수신신호 처리부(144), 외부 인터페이스(145), 및 MCU(146)를 포함할 수 있다.
상기 센서 구동 드라이버(140)는 주파수 발생기(142)에서 발생된 신호를 센서 송신 신호 발생부(142)를 통해 송신부로 전달한 후, 센서 수신 신호 처리부(144)를 통헤 센서 어레이에서 출력한 초음파 신호를 수신한다. 센서 신호 처리부(144)는 수신 신호에서 노이즈를 제거하고 증폭하여 센서 신호를 판독할 수 있도록 처리한다. 이렇게 처리된 신호는 메모리(143)에 저장될 수 있다. 그리고 상기 외부 인터페이스(145)를 통해 다른 디바이스들과 연결될 수 있다. 상기 MCU는 구동 드라이버(140)를 전체적으로 제어하는 기능을 수행한다.
상기와 같은 구성에 의해 초음파 압전 센서를 필요 기능에 맞추어 생체 정보를 획득할 수 있으며, 수집된 생체 정보의 특징점을 추출하여 인증 식별 시스템과 연동하여 출입통제 장치, 데이터 보안 장치, 전자 상거래용 개인 식별 인증 장치 등으로 확장 사용될 수 있다.
이하에서는 상기 초음파 압전 센서의 상세 구성 및 동작에 대해 살펴보기로 한다.
초음파 압전 센서 어레이(110)는 초음파 압전 세라믹 센서, 초음파 압전막 센서, CMUT센서, 및 PMUT 센서 중 어느 하나의 센서로 구성될 수 있다.
상기 초음파 압전 세라믹 센서는 초음파 발생이 가능한 다결정 형태의 압전 세라믹을 이용하는 방식이고, 상기 초음파 압전막 센서는 필름 형태에 막을 형성 또는 코팅하는 방식이고, 상기 CMUT 센서는 반도체 제조 방식을 이용한 방식으로 정전용량 마이크로머신드 초음파 변화기(CMUT, Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers)를 이용하는 방식이고, 상기 PMUT 센서는MEMS공정 을 이용한 방식으로, 피에조 일렉트릭 마이크로 머신드 초음파 변환기(PMUT, Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers)를 이용하는 방식이다.
초음파 압전 센서 어레이(110)는 상기와 같은 다양한 방식의 셀을 이용할 수 있으며, 셀의 구조는 어레이 형태로 구성될 수 있다.
어레이로 구성된 각 셀은 독립적으로 신호를 송수신 할 수 있도록 간격을구성하고, 셀과 셀 사이에는 화학적, 물리적, 전기 신호적으로 간섭이 발생 되지않도록 구성될 수 있다.
본 발명에서 센서는 각각의 독립된 센서 셀을 의미하기도 하고, 셀이 집합된 센서 어레이를 의미하기도 한다.
<초음파 압전 세라믹 센서>
도 2는 상기 초음파 압전 센서 어레이(110)를 상세하게 나타낸 것으로 도 2의 (a)는 각각의 센서가 표현되도록 나타난 사시도이고, 도 2의 (b)는 단일 센서의 형상 및 동작 특성을 설명하기 위한 등가 회로도를 나타낸 것이다.
초음파 압전 센서 어레이(110)는 각각의 초음파 압전 셀(300)가 하나의 셀을 이루며, 이러한 셀이 다수개 배치되어 어레이를 형성한다. 개개의 초음파 압전 세라믹 셀은 화학적으로 단결정과 다결정 형태로 구성되고, 화학적, 물리적, 전기적 특성으로 초음파 압전의 특성을갖도록 제조 될 수 있다.
초음파 발생 원리를 살펴보면, 초음파 압전 셀(300)의 상부면(310)과 하부면(320)에 힘이 인가된 때, 인가된 힘에 비례하는 전압이 상부면과 하부면(310, 320) 사이에서 발생된다. 이것이 발생할 때, 초음파 압전 세라믹 셀의 측면(330, 340)은 서로로부터 멀어지게 이동한다. 상하부면(310, 320)에 전압이 인가된 때, 측면(330, 340)은 서로를 향하여 이동하고, 상하부면(310, 320)은 서로로부터 멀어지게 이동한다. 상하부면(310, 320)에 교류 전압이 인가되면 초음파 압전 세라믹 셀(300)은 공진을 하고, 셀의 표면(310, 320, 330, 340)에서 초음파(Ultrasonic)가 발생된다. 등가회로에 나타낸 바와 같이 압전 소자는 RLC 회로로 표현될 수 있고 공진주파수가 인가되면 진동을 하게 되고 초음파가 발생하게 된다.
도 3은 1행의 5개의 직사각형 초음파 압전 세라믹 셀(300A, 300B, 300C, 300D, 300E)를 나타낸 것이다. 이들 직사각형 초음파 압전 세라믹 셀(300)들은 각각 지지체(302)에 부착되거나 일체화된다. 지지체(302)는 각 직사각형 초음파 압전 세라믹 셀의 표면의 이동을 제한한다. 따라서, 초음파 압전 세라믹 센서(300C)의 상하부면(310, 320)에 교류 전압이 인가된 때, 초음파 압전 세라믹 센서(300C)의 표면(310)에서 음파(sonic wave)가 발생된다. 발생된 음파의 주파수는 압전 세라믹 센서(300C)의 물리적 특성에 의존한다.
도 4는 직사각형 압전 세라믹 셀(300)의 2차원 어레이(400)를 나타낸 것이다. 어레이(400)는 납 지르콘산염 티탄산염(PZT)으로 제조될 수 있으며, 란타(La)을 추가하여 투명화할 수 있다. PZT는 저가의 물질이다. 각각의 센서의 상부와 하부에는 각각 상부 전극(412)과 하부전극(424)이 배치된다. 실시예에 있어서, 어레이(400)는 의료용으로 사용되는 PZT 1-3 복합체와 유사하다. 본 발명에 따른 초음파 압전 센서(110)의 압전 세라믹 셀은 직사각형이 아닌 다른 형상을 가질 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 초음파 압전 세라믹 셀(300)은 원형 초음파 압전 세라믹 셀의 어레이(500)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 초음파 압전 세라믹 셀 어레이(400)는 약 40 제곱 미크론의 표면적과 100 미크론의 깊이를 가진 직사각형 압전 세라믹 셀을 구비할 수 있으며, 물리적인 제조 형상에 따라서 5 MHz ~ 30MHz의 주파수 공진 특성과 초음파(ultrasonic)를 생성할 수 있다. 상기 초음파 압전 세라믹 셀 사이의 간격은 최소 10미크론 이상의 간격을 확보하여야 한다. 본 발명의 초음파 압전 세라믹 센서는 생체 정보 중 식별이 용이한 지문의 정보를 취득 할 수 있는 형상으로 제조 되어야 한다.
본 발명의 다른 초음파 압전 세라믹 센서는 다른 기하학적인 구조로 형성 할 수 있다. 예를 들면, 40 미크론보다 더 큰 셀 사이즈로 제조할 수 있다. 이때는 물리적인 구성이 다르기 때문에 공진과 초음파 주파수가 다르게 동작할 수 있다. 예를 들어, 15 MHz, 20 MHz 또는 다른 주파수에서 동작할 수 있다. 또한, 셀의 형상을 삼각형, 오각형, 육각형의 다양한 형상으로 구성할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 초음파 압전 세라믹 센서의 에레이의 셀(602)들 간의 간격에는 셀의 공진과 초음파 발생시에 임의의 횡파(shear wave)를 억제하고 셀의 전기적 특성을 개선하기 위해 가요성 물질 또는 충전제(604)로 충전될 수 있다. 충전제는 신호의 잡음 및 감응도를 최적화하기 위해 높은 초음파 신호의 감쇠 및 전기적 절연이 되는 충전제를 사용하여야 한다. 상기 충전제(604)에는 중량을 감소시키고 및/또는 횡파의 억제를 향상시키기 위해 미소구가 첨가될 수 있다(예를 들면, 비닐 미소구). 그리고 셀의 상부에는 상부전극(606)이 배치되고 하부에는 하부전극(608)이 배치된다. 상기 상부전극와 하부전극은 서로 직교하도록 배치될 수 있다.
초음파 압전 세라믹 센서의 어레이를 제조하는 방법은 최소 4가지 이상의 방법이 있다. 다이싱 방식은 단결정 압전 세라믹을 고성능 다이싱 장비를 사용한다.몰딩은 어레이(400)를 형성하기 위해서 몰드 틀을 이용하여다결정PZT를 채우는 방식으로 제조한다.레이저 커팅 방식은 엑사이머 레이저와 같은 장비를 이용하여어레이셀을 홈 커트하는 방식으로 제조한다. 분말 분사 코팅 제조 방식은 상온 진공에서 다결정 PZT분말을 진공 상태에서 입자 분사를 하여 막을 형성하여,패턴된 어레이로 센서를 제조한다.스크린 인쇄는 PCB기판의 제조 공정에서 사용되는 솔더 프린팅 기술과 유사하며,인쇄를 해야 하는 위치는 메탈 마스크와 같은 부자재를 이용하여,자동화 스크린 인쇄 장치를 통해서 제조한다.
도 7은 상기 몰딩 방식에 의한 초음파 압전 세라믹 센서의 제조 공정을 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 첫번째 단계는 단결정 압전 소재 본딩 공정이다. 도 7의 (a)와 같이 실리콘 기판(710) 위에 PZT와 같은 압전 소재(720)을 본딩한다. 다음 식각 공정에서, (b)와 같이 압전소재(720) 위에 DRF과 같은 필름(730)을 증착 한 후 압전 소재를 식각한다. 식각에 의해 필름이 증착된 부분 이외의 영역의 압전 소재는 모두 식각되고 필러 형태의 압전 소재가 남게 된다. 다음 에폭시 충전/CMP/ 상분 전극 형성 공정에서, (c)와 같이 빈 영역에 에폭시(730)를 충전하고 상부 전극(740)을 형성한다. 다음 기판 본딩 및 CMP 공정에서, (d)와 같이 상부 전극(740) 위에 본딩왁스(750)를 이용하여 상부 실리콘 기판(760)을 본딩 한 후 CMP 공정으로 하부 반도체 기판(710)을 제거한다. 다음 하부 전극 형성 단계에서, (e)와 같이 하부 전극(780)을 증착한다. 다음 소자 분리 단계에서, (e)와 같이 반도체 기판(760)을 제거하여 폴링 및 다이싱 공정을 거치면 최종적으로 압전 세라믹 센서만 남게 된다.
도8은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 직사각형 초음파 압전 세라믹 센서를 포함한 센서 어레이(800)를 나타낸 것이다. 센서 어레이(800)는 2차원 어레이 형상과 전극을 포함한 다층 구조로 형성될 수 있다. 전기적 신호를 전달하는 전도체(806, 808)가 전극이 되어 각각의 초음파 압전 세라믹 셀과 연결될 수 있다. 셀의 상부에 배치된 전도체는 상부전극(806)이 되고 셀의 하부에 배치된 전극은 하부전극(808)이 된다. 그리고 셀 사이에는 에폭시와 같은 충진제(804)가 채워진다. 그리고 하부전극의 아래에는 차폐층(810)이 배치되고 상부전극의 상부에넌 보호층(812) 배치될 수 있다.
<초음파 압전막 센서>
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 압전막을 포함한 센서 어레이(850)의 단면도이다. 센서 어레이(850)는 상부와 하부에 전극 그리드(854, 856)가 배치되고 그 사이에 초음파 압전막 층이 배치되는 다층 구조이다. 제1 그리드(854)와 제2 그리드(856)는 서로 교차하면서 직각으로 배선되어야 한다.
차폐층(858)은 보호 코팅을 제공하기 위해 손가락이 놓여지는 일측면에 추가될 수 있다. 폼 기판(foam substrate)(860)은 지지체로서 사용될 수 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 센서 어레이(850)의 복수의 층들은 하나의 방향(예를 들면, z 방향)을 따라서 적층된다.
일 실시예로서, 압전층(852)은 폴리비닐리덴 불소(PVDF) 막 또는 그 공중합체와 같은 분극 불소중합체 막이다. 도체 그리드(854, 856)는 PVDF 막(752)의 양 측면에 인쇄된 은 잉크 전극이다. 차폐층(858)은 우레탄 또는 다른 플라스틱으로 제조된다. 폼 기판(860)은 테프론으로 제조된다. 접착제(862, 864)는 차폐층(858) 및 폼 기판(860)을 도 8에 도시된 바와 같이 인쇄된 PVDF 막(852)의 양 측면에서 유지한다.
일 실시예로서, 인쇄된 전극을 포함하는 PVDF 막은 용이한 교체를 위해 라벨처럼 벗겨내질 수 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 센서 어레이(850)는 쉽게 벗겨내질 수 있도록 왁스 페이퍼 또는 다른 재질(도시 생략됨) 위에서 접착제(866)에 의해 장착될 수 있다. 이것은 초음파 압전 센서가 최소의 가격으로 간단히 및 용이하게 설치 및/또는 교체될 수 있게 한다. 광학 기술 및 실리콘 기술과 비교하면 초음파 압전 센서 어레이(850)의 유지는 사소한 것이다.
<CMUT 센서>
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 CMUT (capacitive micromachined ultrasonic transducer, CMUT) 센서를 나타낸 것이다.
도 10을를 참조하면, CMUT센서는 실리콘 기판(910), 절연층(920), 공기층(930), 압전층(940), 제1 전극 (950), 제2 전극(960), 및 보호막(970)으로 구성된다.
상기 절연층(920)은 공기층을 감싸는 형태의 구조이며, 진동막이 진동하여초음파를 발생 시키는 것과 연관이 되어 있다.
상기 압전층(940)의 형상은 원형이나 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의다각형 일 수 있다.또한 공기층(930)의 형상도 진동막의 형상과 같이 원형, 사각형,오각형,육각형,팔각형등 다각형 이거나 별모양 구조로 형성 될 수 있다. 공기층(930)에 의해 압전층(940)의 진동이 보다 용이하게 이루어 질 수 있다.
상기 압전층(940)을 진동시키기 위해서는 2개의 전극이 필요한데, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 제 1전극(950)과 제2 전극(960)은 압전층(940)의 상부와 하부에 각각 배치될 수도 있고, 도 9의 (b)와 같이 압전층(940)의 상부 즉, 동일한 레이어에 배치될 수도 있다.
CMUT 센서 셀의 동작을 보다 구체적으로 살펴보면, 초음파 신호를 송, 수신하기 위해서는셀 각각에 직류 전압이 동시에 인가된 상태에서 동작 시키고자 하는 셀 또는 어레이 라인에 교류 전압이 인가하는 방식으로 구동 시킨다.
셀이 초음파 신호를 송신하기 위해서는 제1 전극(950)과 제2 전극(960)에 직류를인가하여, 정전기력을 형성시키고,공기층의 내부 응력에 항력이 같아지는 위치에서 진동막의 변위가 정지하게 된다.이 상태에서 교류 전압을 인가하면,진동막이 진동하면서 초음파가 발생하게 된다.
셀이 초음파 신호를 수 하기 위해서는 직류 전압이 인가된 상태에서 외부의 초음파 신호를 수신 할 수 있다.
<PUMT 센서>
도 11은본 발명의 실시예에 따른 PMUT(piezoelectricmicromachined ultrasonic transducer) 센서를 나타낸 것이다.
PMUT 센서(1000)는 초음파들을 생성하고 수신된 초음파들을 검출하도록 PMUT 센서를 작동시키기 위해 사용될 수 있는 압전층 내에 질화 알루미늄(AlN) 또는 리드 지르코늄 티타네이트(PZT)와 같은 압전 재료층을 하나 이상 구비할 수 있다. 압전층은 하부 전극층(1050), 압전층(1060), 및 상부 전극층(1070)을 포함할 수 있으며, 압전층(1060)은 하부 및 상부 전극들(1050,1070)의 적어도 일 부분 사이에서 적층된다. 적어도 하나 이상의 유전체층들(1016)은, 각각, 하부및 상부 전극들(1050,1070)에 대한 접속들을 가능하게 하는 한편 금속 상호연결 층(1018)에 전기적 절연을 제공할 수 있다. 압전층은 미케닉층(1030) 상에, 아래에 또는 상부에 배치될 수 있다. 앵커 구조(1080)는, 공기층(1020) 및 기판(1010)에 위에 배치되는 PMUT 멤브레인 또는 다이어프램을 지지할 수 있다. 기판(1010)은PMUT(1000)를 구동하고 감지하기 위한 그리고 시각적 디스플레이를 생성하기 위한 TFT 회로를 구비할 수 있다.
압전층 및 미케닉층(1030)은, 각각 전극층들(1070,1050)에 걸쳐 인가되는 구동 전압들(Va및 Vb)에 대한 응답으로 플렉싱, 벤딩 또는 바이브레이팅될 수 있다. PMUT 센서(1000)의 진동들은, 구동 전압들의 여기 주파수에 의해 결정되는 주파수에서 초음파를 생성할 수 있다.
<초음파 지문인식 센서 구동 방법>
<센서 배열 방식>
도 12는 초음파 압전 세라믹 센서 어레이(800)를 더 구체적으로 도시한 것이다. 전술한 바와 같이, 센서 어레이(800)는 충전제(804)를 구비한 초음파 압전 소자를 포함한다. 이 구조물은 그 다음에 여러 층 사이에 배치된다. 상기 중앙 복합층은 예를 들면 전기 임피던스 값의 매트릭스에 지문 기계적 임피던스를 맵하기 위해 사용될 수 있는 활성 구조물이다.
센서 어레이(800)의 각 직사각형 초음파 압전 센서는 2개의 전극 라인(예를 들면, 도체(806, 808))에 접속된다. 센서 어레이(800)의 일단부에 있는 전극 라인은 센서 어레이(800)의 다른 단부에 있는 전극 라인에 수직하게 연장한다. 따라서, 어레이의 임의의 단일 세라믹 셀(300)은 그 센서에 접속된 2개의 전극 라인을 선택함으로써 어드레스될 수 있다. 전극 라인은 진공 파괴(vacuum despoliation) 및 리소그래피에 의해 생성되는 것이 좋고, 이 전극 라인들은 뒤에서 설명하는 상호접속 기술에 의해 스위칭 전자소자에 접속된다.
여기에서 설명하는 것처럼, 센서 어레이(800)의 개별 압전 세라믹 센서(m, n)는 센서 어레이(800)의 상부에서 도체 m을 선택(어드레싱)하고 센서 어레이(800)의 바닥에서 도체 n을 선택함으로써 어드레스될 수 있다. 다른 도체들은 접지되거나 개방(높은 임피던스 상태)될 수 있고, 특히, 센서의 이웃에 있는 센서들을 어드레스하기 위해 사용하는 도체들은 누화를 감소시키기 위해 선택된다. 선택된 센서(셀)의 이웃에서의 기생 전류는 앞서 설명한 간극 충전제(interstitial filler)(804)에 의해 기계적으로 최소화된다. 일 실시예에서, 센서들 간의 간격(피치)은 최소 10 미크론이고 표준 결합 기술은 약 100 미크론의 피치를 필요로하기 때문에, 도 12에 도시한 바와 같이 센서 어레이(700)의 행과 열이 센서를 "외부 기기"에 연결한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라서 센서 어레이(1302)를 4개의 ASIC 멀티플렉서(902)에 어떻게 접속하는지를 보여주는 도이다. 여기에서 설명하는 것처럼, 전극 라인 또는 도체는 기판(902)의 양 측면에 증착되고(미도시), 그 다음에 원하는 패턴으로 에칭될 수 있다. 라인 및 행 패턴이 에칭되기 전에, 기판(902)은 의료용 변환기의 그것과 유사한 방식으로 분극되어야 한다.
분극 기판은 가용 인쇄 회로 기판 기술과 호환되는 소켓 또는 멀티칩 모듈 케이스에 접속된다. 압전 세라믹 매트릭스 또는 센서 어레이(1302)는 공기와 같은 폼(foam) 또는 산화 알루미늄으로 배킹될 수 있다. 배킹은 예를 들면 지문이 스캔되는 지점에서 임의의 에너지 결합이 센서 어레이(1302)의 전면(front face)에서만 발생하도록 8메가 레일(Mega ralys) 로 복합 압전 물질을 미스매치하도록 설계될 수 있다. 도 13에서 센서 어레이(1302)의 상부와 바닥 양측의 도체는 위에서 설명한 방식으로 끼워져서 약 100 미크론의 피치 정도일 수 있다.
셀어레이의 기판은 인쇄 회로 기판에 부착된다. 센서 어레이의 상부전극와 하부전극들은 센서 구동 드라이버에 결합될 수 있다. 센서 구동 드라이버는 집적 회로 형태로 구현된다.
<초음파 압전 센서 구동 방법>
다시 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치의 구동 방법을 보다 상세히 설명한다.
주파수 발생기(142)는 도 14A에 도시된 것과 같이 발진기(1204), 가변 증폭기(1206) 및 스위치(1208)를 포함한다. 발진기(1204)는 20 MHz 신호를 생성하고, 이 신호는 생체정보 인식 장치가 동작하는 모드에 따라서 가변 증폭기(1206)에 의해 저전압 또는 고전압(예를 들면, 약 4 볼트 또는 8 볼트)으로 증폭된다. 스위치(1208)는 입력 신호를 제공하지 않거나 펄스 입력 신호 또는 연속파 입력 신호를 제공하기 위해 사용된다. 스위치(1208)는 관련 기술 분야에서 잘 알려져 있는 방식으로 여기에서 설명한 각종 유형의 입력 신호를 생성하도록 제어된다.
상기 센서 수신 신호 처리부(144)는 임피던스 검출기(1242), 전압 검출기(1244), 이동 신호 시간(signal time of travel) 검출기(1246), 도플러 시프트 검출기(1248), 및 스위치(1250)을 포함할 수 있다. 이들의 구체적인 동작은 후술하기로 한다.
멀티플렉스(122)는 주파수 발생기(142)에서 발생된 입력 신호가 어떻게 초음파 센서 어레이(110)에 인가되고, 초음파 센서 어레이(110)로부터 출력 신호를 어떻게 수신하는지를 나타낸 것이다. 일 실시예에 있어서, 초음파 센서 어레이(110)는 이차원 어레이(즉, 500×400 센서 어레이)로 배열된 200,000개의 초음파 압전 셀(300)를 포함한다. 예를 들면, 센서 어레이(110)의 바닥에 있는 센서 행에 접속되는 초음파 압전 센서 어레이(110)의 500개의 도체는 한번에 하나씩 또는 각종 그룹으로 주파수 발생기(142)에 접속되어야 하고, 초음파 압전 센서 어레이(110)의 상부에 있는 열에 접속되는 400개의 라인은 예를 들면 한번에 하나씩 또는 각종 그룹으로 임피던스 메터 또는 도플러 회로에 접속되어야 한다. 이 작업은 멀티플렉서(122)에 의해 달성된다.
다른 실시예로서, 초음파 센서 어레이(110)는 약 25,000개 내지 64,000개의 초음파 압전 셀(300)를 포함할 수 있다(예를 들면, 80×80×200 미크론 센서). 또다른 실시예는 약 16,000개의 초음파 압전 셀(300)를 포함할 수 있다(예를 들면, 200×200×500 미크론 센서).
실시예에 있어서, 멀티플렉서(122)는 4개의 동일한 ASIC에 통합된다(도 13 참조). 상기 4개의 ASIC는 아날로그 멀티플렉서, 증폭기, 검출 회로 및 로직을 포함한다. 양호한 실시예에 있어서, 초음파 센서 어레이(110)의 입력 신호의 전압은 8 볼트 미만으로 제한되고, 이것은 ASIC가 3-미크론 지오메트리를 이용하여 구성되고 5 미만의 스위치 임피던스를 달성하게 한다. 상기 각 ASIC의 4개의 기본 섹션은 (1) 여기에서 설명하는 멀티플렉서, (2) 증폭기/자동 이득 제어기, (3) 도플러 검출기 및 (4) 디지털 신호 처리기(DSP) 인터페이스이다. 항목 (2) 내지 (4)의 구조 및 구현에 대해서는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다.
실시예에 있어서, 멀티플렉서(122)는 17개의 16:1 멀티플렉서를 포함하고, 따라서 선택된 1개의 출력 또는 16개의 출력을 제공한다. 멀티플렉서의 각 스위치의 기능은 272 비트 길이 및 2 비트 폭을 가진 시프트 레지스터(1302)에 의해 달성된다. 시프트 레지스터의 로딩 및 클럭킹은 MCU(146)에 의해 수행되고, 상기 제어기는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 카운터 및 로직을 포함한다. 초음파 센서 어레이(110)의 도체들은 접지 또는 주파수 발생기(142)에 접속되거나 어디에도 접속되지 않을 수 있다(높은 임피던스). 멀티플렉서(122)는 최저 "온" 저항용으로 설계된다. 멀티플렉서(122B)는 초음파 센서 어레이(110)의 일측면에 있는 모든(256개) 도체를 1개 또는 16개의 감지 노드에 접속한다. 2개의 멀티플렉서(122, 132)는 동일한 기능 로직(즉, MCU(146))에 접속되어 적절한 센서 센서가 예컨대 전압 감지용으로 선택되고 사용되게 한다. 감지용으로 선택된 센서 또는 센서 그룹 부근에 있는 센서 열 및 행은 결합 및 간섭을 방지하기 위해 접지로 스위칭될 수 있다.
센서 어레이(110)의 전극에 접속된 멀티플렉서(122)의 각 스위치는 3가지 상태, 즉 접지에 접속된 상태, 주파수 발생기(142)에 접속된 상태 및 개방 상태(높은 임피던스) 중의 하나에 있을 수 있다. 이것은 CMOS 게이트를 이용하여 구현될 수 있다. 이때 각 스위치의 위치를 제어하기 위해 272 비트 길이 × 2 비트 폭의 시프트 레지스터를 사용할 수 있다. MCU(146)로부터의 비트들은 시프트 레지스터로 시프트하여 멀티플렉서(122)의 스위치의 위치를 제어한다. 실시예에 있어서, 시프트 레지스터는 래치를 이용하여 멀티플렉서(122)의 스위치에 결합되어 새로운 비트가 시프트 레지스터에 시프트될 때 멀티플렉서 스위치의 위치가 일정하게 유지되게 한다. 이 실시예를 구현하는 방법은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있다. 멀티플렉서(122)의 기능성을 구현하기 위한 다른 수단이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
상기 전압 검출기(1244)의 동작을 살펴본다.
통상의 기술자라면 이해하는 바와 같이, 초음파 센서 어레이(110)의 각 도체에서의 전압 강하는 특정 도체에 결합된 모든 센서들이 신호원(즉, 주파수 발생기(142))로부터 나오기 때문에 어레이의 센서들의 전압 강하에 비하여 크다. 만일 각 센서가 500 의 임피던스를 가지면, 병렬 접속된 400개 센서의 임피던스는 1.25 일 수 있다. 그러나, 이 상황은 센서의 진정한 출력 전압을 측정하기 위한 제2 멀티플렉서를 사용함으로써 보상될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 멀티플렉서(2002)는 멀티플렉서(2006)의 스위치 앞에서 증폭기(2004)의 가상 제로 포인트를 이동시키기 위해 사용된다.
센서 수신 신호 처리부(144)의 출력은 생체정보 데이터이다. 이 데이터는 메모리 제어기를 이용하여 메모리(143)에 저장될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이(100)에서 스캐닝 속도를 증가시키고 전력소비를 최소화하는 수단을 나타낸 것이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 복수의 요소가 동시에 활성화될 수 있고 전력소비를 최소화하기 위한 제1 수단은 어레이(100)의 활성 센서셀(1502) 영역을 분리하는 것이다. 여기에서 설명하는 것처럼, 동적 접지 방식(즉, 활성 센서셀(1502)의 이웃에 있는 센서셀(1504)들을 접지에 결합하는 것)은 그들이 센서 어레이(100)를 횡단하여 스캔될 때 활성 센서셀(1502)과 함께 이동하도록 사용될 수 있다. 이것은 모든 감지 주파수에 대한 최소 전력을 유지하면서 접지에 대한 용량 결합 및 전력소모를 감소시킨다. 또한, 전력소모를 감소시키고 그에 따라서 선택된 센서셀(1502)의 이웃에서의 기생 전류를 감소시키기 위해 간극 충전제를 사용할 수 있다. 어레이(100)의 다른 요소, 예를 들면 요소(1506)는 개방된 도체에 접속된다.
<생체정보 획득 방법>
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 생체신호 인식 방법(1600)의 흐름도이다. 이 방법(1600)은 2개의 단계(1610, 1620)를 포함한다. 단계 1610에 있어서, 생물학적 물체, 예를 들면 손가락 또는 손이 초음파 압전 센서 어레이 부근에 놓여진다. 단계 1620에 있어서, 출력이 초음파 압전 세라믹 센서 어레이로부터 획득된다. 획득된 출력은 뒤에서 설명하는 것처럼 처리되어 예컨대 손가락 또는 손을 센서 어레이 부근에 놓은 사람의 신원을 인식 또는 증명하기 위해 사용될 수 있는 생체인식 데이터를 획득한다.
각 단계(1610, 1620)에 대해서는 위에서 설명한 장치(의 각종 동작 모드와 관련하여 뒤에서 자세히 설명한다.
여기에서 설명하는 것처럼, 생체정보 인식 장치는 획득되는 생체인식 데이터에 따라서 다른 모드로 동작한다. 생체정보 인식 장치를 이용하여 획득될 수 있는 생체인식 데이터는 지문, 뼈 지도, 소동맥 혈류 및/또는 모세혈관 혈류를 포함한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라 생체정보 인식 장치(100)를 이용하여 손가락의 지문을 획득하는 것을 나타낸 것이다. 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 손가락(1702)은 장치(100)의 센서 어레이(1220) 부근에 놓여진다. 양호한 실시예에 있어서, 센서 어레이(1220)는 압전 세라믹 센서 어레이(700)와 유사하다.
손가락(1702)의 2개의 지문 산(1704)은 보호 차폐층(810)에 직접 접촉한다. 손가락(1702)의 지문 골(즉, 공동(cavity))(1706)은 보호 차폐층(810)과 직접 접촉하지 않는다. 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 인접하는 지문 산(1704) 사이에는 약 6개의 압전 세라믹 셀(300)이 있다.
초기에는 생체정보 인식 장치(100)는 절전 모드 상태에 있다. 이 절전 모드는 생체정보 인식 장치(100)의 모바일 버전에서 배터리 수명을 연장하기 위해 특히 유용하다. 손가락(1702)이 센서 어레이(1220)에 힘을 인가하면, 소생 회로가 동작하여 장치(100)를 턴온시킨다.
소생 회로는 커패시터, 다이오드 및 스위치를 포함할 수 있다. 손가락(1702)이 압전 세라믹 셀(300)에 힘을 인가하면, 센서들에 의해 전압이 발생하여 커패시터에 전하가 축적된다. 전하가 충분히 축적되었을 때, 생성된 전압은 스위치를 턴온시킨다. 전압원은 스위치가 턴온되었을 때 장치(100)에 전력을 공급하기 위해 사용된다. 전력은 커패시터가 턴오프 회로를 이용하여 방전될 때까지 장치(100)에 계속하여 공급된다.
생체정보 인식 장치(100)가 소생한 후에, 장치(100)는 센서 어레이(1220)로부터 출력을 획득하기 위해 임피던스 검출 모드 또는 감쇠 모드(전압 모드)로 동작하고, 상기 획득된 출력은 손가락(1702)의 지문을 획득하기 위해 처리된다. 상기 각 모드에 대해서는 뒤에서 설명한다.
압전셀(300)의 요소들의 출력은 합산되어 장치와 손가락의 접촉 지점의 무게중심(centroid)을 결정할 수 있다. 따라서 장치를 가로지르는 임의의 손가락 이동이 감지될 수 있고, 셀(300)은 포인팅 장치로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 압전 셀(300)과 접촉하는 손가락의 무게중심은 상호접속된 뷰잉 장치에서 지시(point)하기 위해 사용될 수 있다. 센서 요소들의 합은 사용자가 너무 작은 힘으로 또는 너무 많은 힘으로 누르는지를 결정하기 위해 사용될 수 있고, 그 결과가 사용자에게 피드백된다.
지금까지 초음파 압전 센서를 포함하는 생체정보 인식 장치의 구조 및 동작에 에 대해 살펴보았다.
<초음파 압전 센서 어레이의 동작 >
도 18은 발명의 일 실시예에 따른 초음파 압전 센서 어레이를 동작시키도록 구성된 집적 회로를 나타낸 것이다.
집적 회로는, 센서 어레이를 구동시키고, 센서 어레이로부터 감지된 데이터를 수신하고, 그리고 감지된 데이터를 프로세서(예를들어, 모바일 디바이스의 애플리케이션 프로세서)로 제공하도록 구성되는 주문형 집적 회로(ASIC)에 해당한다.
도 18을 참고하면, 생체정보 인식 장치(2200)은 집적회로(2202), 초음파 압전 센서 어레이(2204), 인쇄 회로 기판(PCB)(2212), 플렉서블 인쇄 회로(FPC) 또는 플렉서블 회로(2214), 및 하나 이상의 추가 컴포넌트들(2210)를 포함할 수 있다.
초음파 압전 센서 어레이(2204)는 TFT 기판(2220) 상의 박막 트랜지스터(TFT) 픽셀들(2206)의 어레인지먼트들과 초음파 송신기(2208)를 포함할 수 있다. 초음파 압전 센서 어레이(2204)는, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 초음파를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 초음파 압전 센서 어레이(2204)는 초음파를 송신하고 초음파의 반사(예를 들어, 손가락 끝으로부터의 반사)를 검출하도록 구성될 수 있다. 초음파를 생성하는 것에 대한 대안으로 또는 이에 부가하여, 초음파 압전 센서 어레이(2204)는 하나 이상의 다른 신호들을 전송하고 수신하도록 구성될 수 있다.
하나 이상의 추가 컴포넌트들(2210)은 모바일 디바이스의 애플리케이션 프로세서와 같은 프로세서를 포함할 수 있다. 애플리케이션 프로세서는, 예를 들어, 모바일 디바이스와 연관된 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션들을 실행할 수 있다. 추가 컴포넌트들(2210)이 하나 이상의 별개의 레지스터들, 캐패시터들, 인덕터들, 활성 디바이스들, 또는 집적 회로들(IC들)을 포함할 수 있다. 플렉스(flex) 회로(2214)는, 초음파 압전 센서 어레이(2204)와 집적회로(2202) 사이에서 인터페이싱하는 분리된 전기 트레이스들을 포함할 수 있다. 대안으로, 집적회로(2202) 및/또는 하나 이상의 추가 컴포넌트들(2210)은 플렉스 회로(2214)에 부착되고 전기적으로 연결될 수 있다. 추가 컴포넌트들(2210) 중 하나 이상의 것이 초음파 압전 센서 어레이(2204) 상에서 형성되거나 그렇지 않으면 초음파 압전 센서 어레이(2204)에 부착될 수 있다. 플렉스 회로(2214)는 전기적 차폐 및 향상된 연결을 제공하기 위해 하나 이상의 전기 층들을 포함할 수 있다. 플렉스 회로(2214) 상의 트레이스들은 하나 이상의 캐패시터들 또는 인덕터들로서 구성될 수 있다. 컴포넌트들은 플렉스 회로(2214)의 하나 이상의 부분들 또는 측면들 상에 장착될 수 있다. 2 이상의 플렉스 회로(2214) 또는 다른 연결 수단, 이를 테면, 와이어들, 동축 케이블들 또는 브레이디드(braided) 와이어는 초음파 압전 센서 어레이(2204)를 PCB(2212)에 연결하도록 기능할 수 있다.
동작 시, 집적회로(2202)는 초음파 압전 센서 어레이(2204)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 집적회로(2202)는 초음파 송신기(2208)로 하여금 초음파를 발생시키게 할 수 있다. 초음파는 사용자의 스타일러스, 손가락, 또는 손가락 끝과 같은 오브젝트로부터 반사될 수 있다. TFT 픽셀들(2206)은 반사된 초음파에 응답하여 신호를 생성할 수 있다. TFT 픽셀들(2206)에 의해 생성된 신호들은 집적회로(2202)에서 수신될 수 있다. 집적회로(2202)는 TFT 픽셀들(2206)로부터 수신된 신호들에 대한 하나 이상의 연산들을 수행할 수 있고 모바일 디바이스의 애플리케이션 프로세서와 같은 추가 컴포넌트들(2210) 중 임의의 것에 신호를 제공할 수 있다.
집적회로(2202)는 별개의 컴포넌트들(예를 들어, 초음파 센서 어레이들을 구동하고 감지하기 위한 주문형 회로소자)에 의해 수행될 수 있는 하나 이상의 동작들을 수행하기 때문에, 생체정보 인식 장치(2200)의 동작은 많은 별개의 컴포넌트들을 이용하는 시스템들에 비해 단순화된다. 예를 들어, 주문형 회로소자는 성가시고, 부피가 크고, 비용이 비싸고 그리고/또는 모바일 디바이스의 인클로저에 피팅시키지 못할 수 있다. 주문형 회로소자는 소형 팩터를 갖는 모바일 디바이스의 케이스에 특히 성가실 수 있다. 따라서, 집적회로(2202)는 모바일 디바이스와 관련하여 특정 초음파 동작들을 가능하게 할 수 있다. 그리고 도 1에서 살펴본 센서 구동 드라이버(140)가 집적회로(2202)로 구현될 수 있다.
도 19는 TFT 기판(2220)의 초음파 압전 센서 어레이(2204)의 일 부분의 단면도를 도시한다.
도 19를 참조하면, 장치는 TFT 픽셀들(2206) 및 TFT 기판(2220)을 포함할 수 있다. TFT 기판(2220)은 디스플레이 또는 커버 유리(2404)(예를 들어, 모바일 디바이스의 커버 유리 또는 커버 렌즈)에 결합될 수 있다. 압전 송신기층(2414)은 제 1 송신기 전극(2410)과 제 2 송신기 전극(2412)에 그리고 TFT 기판(2220)에 결합될 수 있다. 압전 송신기층(2414) 및 송신기 전극들(2410, 2412)은 도 18의 초음파 송신기(2208)에 대응할 수 있다. 송신기 전극들(2410, 2412) 중 하나 또는 둘 모두가 세그먼트화될 수 있다. 적어도 하나의 대안적인 실시예에서, 송신기 전극들(2410, 2412) 중 어느 것도 세그먼트화되지 않는다. TFT 기판(2220)은 수신기 바이어스 전극(2406), 픽셀 입력 전극들(2408), 그리고 압전 수신기 층(2416)에 결합될 수 있다. 픽셀 입력 전극들(2408)은, TFT 픽셀들(2206) 상에 초음파가 부딪침(impingement)으로써 압전 수신기 층(2416)에 의해 생성된 전하를 이송시킬 수 있다. 압전 수신기 층(2416)은 특정 애플리케이션에 대응하는 두께를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 두께는 100 마이크로미터(㎛) 내지 5 밀리미터(mm)일 수 있다.
동작 시, 압전 송신기층(2414)은 송신기 전극들(2410, 2412)에서 인가된 신호들에 대해 응답할 수 있다. 예를 들어, 송신기 전극들(2410, 2412) 중 하나 이상의 전극들 양단의 전압들의 인가는 압전 송신기층(2414)으로 하여금 초음파를 방사하게 할 수 있다. 초음파는 사용자의 손가락(예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같은 지문 골 또는 지문 산)과 같은 오브젝트로부터 반사될 수 있다. 반사된 초음파는 디스플레이 또는 커버 유리(2404)를 통해 전파될 수 있고 압전 수신기 층(2416)에서 수신될 수 있다. 압전 수신기 층(2416)은 TFT 기판(2220)에 결합될 수 있다. 압전 수신기 층(2416)은 수신기 바이어스 전극(2406)과 픽셀 입력 전극들(2408) 사이에서 전압을 발생시킬 수 있으며, 이 전압은 TFT 기판(2220)의 TFT 픽셀들(2206)로 제공된다. 반사된 초음파에 대응하는 데이터는 TFT 기판(2220)의 TFT 픽셀들(2206)로부터 판독될 수 있다.
본 실시예에의 기술은 상대적으로 두꺼운 커버 유리 부분을 갖는 디스플레이 디바이스와의 사용자 상호작용을 가능하게 한다. 예를 들어, 사용자 상호작용들 및/또는 사용자 특징들은, 디스플레이 또는 커버 유리(2404)는 약 0.5 밀리미터 내지 수 밀리미터 또는 그 초과의 두께를 갖는 경우에도 검출될 수 있다. 지문 산 및 지문 골 특징들을 갖는 사용자의 손가락 끝에 의해 초음파가 반사될 수 있기 때문에, 반사된 초음파는 지문 검출 및/또는 인식을 위해 사용될 수 있다. 압전 수신기층(2416)은 압전 송신기층(2414)과 디스플레이 또는 커버 유리(2404)의 외부 표면 사이에 포지셔닝된다. 특정 구성들에서, 압전 송신기층(2414)은 압전 수신기 층(2416)과 디스플레이 또는 커버 유리(2404)의 외부 표면 사이에 포지셔닝될 수 있다. 다른 구성들 중에서, 압전 송신기층(2414) 및 압전 수신기 층(2416)은 TFT 기판(2220)의 동일한 측면 상에 있을 수 있다.
도 20은 도 18의 센서 어레이를 포함하는 생체정보 인식 장치의 예시적인 동작은 나타낸 것이다.
도 20을 참고하면, 도 22의 초음파 압전 센서 어레이(2204)와 플렉스 회로(2214)를 포함할 수 있다. 특정 예시적인 실시예에서, 플렉스 회로(2214)는 도 18의 초음파 압전 센서 어레이(2204)를 집적회로(2202)에 결합시킬 수 있는 플렉스 케이블을 포함할 수 있다. 또한, 본 실시예는 도 19의 디스플레이 또는 커버 유리(2404)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 대안적인 실시예에 따르면, 커버 유리 부분이 생략될 수 있다.
도시된 바와 같이, 생체정보 인식 장치의 동작은 압전 송신기층(2414)에 의해 고전압 버스트를 초음파 송신기(2208)와 같은 초음파 송신기로 전송하는 것을 포함할 수 있다. 고전압 버스트는 플렉스 회로(2214)를 통해 집적회로(2202)에 의해 송신될 수 있다. 고전압 버스트는 초음파 송신기로 하여금 초음파를 방사하게 할 수 있다. 초음파는 부착된 기판의 표면을 통과하여 전송되고 부착된 기판의 표면으로부터 반사될 수 있다.
본 실시예에서, 접착제들은 각각 약 25-50 마이크로미터(㎛)의 범위 이내의 두께를 가질 수 있다. 수신기 부분(Rx)은 약 12㎛의 두께를 가질 수 있다. 송신기 부분(Tx)은 약 28㎛의 두께를 가질 수 있다. 캡/차폐부는 약 200㎛의 두께를 가질 수 있다. 디스플레이 또는 커버 유리(2404)는 약 130-170㎛의 범위 이내의 두께(예를 들어, 약 150㎛)를 가질 수 있다. 플렉스 회로(2214)는 약 10mm, 30mm, 및 0.1mm의 치수들을 가질 수 있다.
초음파는 손가락 끝과 같은 오브젝트에 의해 반사될 수 있다. 반사된 초음파는 도 19의 압전 수신기 층(2416)에 의해 초음파 압전 센서 어레이(2204)에서 그리고 압전 수신기 층(2416)에 전기적으로 결합된 TFT 픽셀들(2206)의 어레이에서 검출될 수 있다. TFT 픽셀들은 반사된 초음파와 압전 수신기 층(2416) 양단에서 생성된 전압에 응답하여 상태를 변경(예를 들어, 전압을 저장)할 수 있다.
도 21은 로우 상태 머신의 예시적인 동작을 나타낸 것이다.
도 21을 참고하면, 2908에서, 동작들은 로우-판독 상태 머신에서 개시 동작을 포함하고, 전체적으로 FSM(finite-state machine)으로 지칭된다. 2912에서, 송신 버스트가 초음파 송신기(2208)로 제공되는 동안 제 1 로우를 선택하는 것을 포함한다. 데이터의 로우가 TFT 픽셀들(2206)로부터 판독될 수 있다(2920). 데이터의 로우가 메모리 디바이스, 이를 테면, 메모리 디바이스(2306)에 저장될 수 있다. 2924에서, (예를 들어, 데이터의 로우들이 애플리케이션 프로세서, 이를 테면, 애플리케이션 프로세서에 의해 메모리 로부터 판독되도록 이용가능하다는 것을 나타내기 위해서) 인터럽트가 어서트될 수 있다. 특정 실시예로서, 데이터가 애플리케이션 프로세서에 의해 메모리 디바이스로부터 판독되도록 이용가능하다는 것을 나타내기 위해서 집적회로(2202)의 플립-플롭에 저장된 비트가 셋팅될 수 있다. 비트는 SPI와 같은 인터페이스를 통해 애플리케이션 프로세서에 의해 판독가능할 수 있다.
2926에서, 데이터의 프레임의 최종 로우가 판독되었는지 여부에 대한 결정이 이루어진다. 데이터의 프레임의 최종 로우가 판독되었다면, 동작들이 종료될 수 있다. 예를 들어, 데이터의 제 2 프레임의 판독은, 최종 로우가 판독되었다는 것을 결정할 때 개시될 수 있다. 최종 로우가 판독되지 않았다면, 버스트 이벤트의 발생 여부에 기초하여 로우-제어 시퀀스들이 개시될 수 있다(2904 또는 2906). 데이터의 로우가 판독될 수 있다(2910). 데이터가 메모리 디바이스로부터 애플리케이션 프로세서로 제공될 수 있다(2922). 예를 들어, 데이터가 로우-제어 상태 머신들로부터 제공될 수 있다(2914, 2916 및 2918).
도 21의 동작들은, 추가 데이터 샘플들(예를 들어, 제 2 로우 데이터)이 센서 어레이, 이를 테면, 초음파 압전 센서 어레이(2204)의 TFT 픽셀들(2206)로부터 판독되는 동안, 데이터 샘플들(예를 들어, 데이터의 로우)이 메모리 디바이스에 버퍼링될 수 있고 애플리케이션 프로세서로 제공될 수 있다는 것을 도시한다. 이러한 동작에 의해 효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 메모리로부터의 데이터의 로우들을 "로우 단위"를 기반으로 애플리케이션 프로세서로 제공함으로써 집적회로(2202)와 애플리케이션 프로세서 간의 효율적인 통신들을 가능하게 할 수 있다. 그에 따라, 제 2 로우 데이터가 초음파 압전 센서 어레이(2204)로부터 감지되고 그리고/또는 메모리 디바이스로 로딩되는 동안, 제 1 로우 데이터가 애플리케이션 프로세서로 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 초음파를 생성하지 않고 제 1 또는 기준 프레임 데이터를 획득한 후, 초음파를 생성한 후 제 2 또는 이미지 프레임 데이터를 획득하고, 이후, 초음파 이미지를 획득하기 위해서 이미지 프레임에서 기준 프레임을 감산함으로써 지문의 이미지가 획득될 수 있다. 하나 이상의 이미지 프레임들은 기준 프레임 마다 획득될 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 기준 프레임은, 이미지 프레임의 획득과 그에 따른 감산 이후에 획득될 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 배경 또는 기준 신호 레벨들의 거의 즉각적인 감산을 가능하게 하기 위해서 부수되는 초음파와 함께 그리고 부수되는 초음파 없이, TFT 픽셀들의 하나 이상의 로우들로부터의 데이터가 획득될 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션 프로세서에서 또는 집적회로(2202) 내부에서 감산들이 수행될 수 있다.
도 22는 집적회로를 동작시키는 방법을 나타낸 것이다.
도22를 참고하면, 집적 회로의 동작 방법(3000)은 집적 회로에 의해, 센서 어레이의 박막 트랜지스터(TFT) 픽셀들 바이어싱하는 단계를 포함할 수 있다(902). 센서 어레이 및 TFT 센서 픽셀들은 각각, 도 22의 초음파 압전 센서 어레이(2204)와 TFT 픽셀들(2206)에 대응할 수 있다. TFT 픽셀들은 수신기 바이어스 전압(RBIAS)과 같은 수신기 바이어스 전압을 이용하여 바이어싱될 수 있는데, 이는, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 센서 어레이의 TFT 픽셀들이, 반사된 초음파들에 응답하여 압전 수신기 층(2416)으로부터의 신호들에 반응하여 전압들을 저장하는 것을 방지할 수 있다. TFT 픽셀들은, 센서 어레이의 TFT 픽셀들로 하여금 준비 동작 모드에 따라 동작하게 하는 제 1 값을 바이어스 전압이 가질 경우 수신기 바이어스 전압을 이용하여 바이어싱될 수 있다. 제 1 값은 홀드 모드에 대응할 수 있다.
집적회로의 동작 방법(3000)은 집적 회로에서 초음파 감지 동작을 개시하는 단계를 더 포함할 수 있다(3004). 수신기 바이어스 전압은, TFT 픽셀들로 하여금 차단 동작 모드에 따라 동작하게 하는 제 2 값으로 조정될 수 있다(3006). 예를 들어, 제 2 값은 차단 모드에 대응할 수 있다. 제 1 신호가 집적 회로로부터 센서 어레이로 제공될 수 있다(3008). 제 1 신호는, 초음파를 발생시키기 위해서 초음파 송신기(2208)를 구동할 수 있는, 고전압 버스트에 대응할 수 있다.
3010에서, 수신기 바이어스 전압은, TFT 픽셀들로 하여금 샘플 동작 모드에 따라 동작하게 하는 제 3 값으로 조정될 수 있다. 제 3 값은 샘플 모드에 대응할 수 있다. 방법(3000)은 센서 어레이로부터 제 2 신호를 수신하는 것을 더 포함할 수 있다(3012). 제 2 신호는 초음파의 제 1 반사와 같은 초음파의 반사에 응답하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 초음파는 제 1 신호에 응답하여 압전 송신기층(2414)에서 생성될 수 있다. 제 2 신호는 초음파의 반사에 응답하여 압전 수신기 층(2416)과 TFT 센서 픽셀들에 의해 생성되는 전압들에 대응할 수 있다. 방법(3000)은, 제 2 신호가 센서 어레이로부터 수신된 후 수신기 바이어스 전압을 제 2 값으로 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다(3014). 수신기 바이어스 전압은 TFT 픽셀들에서 초음파 반사의 바운스의 수신을 감소시키거나 또는 방지하기 위해서 (예를 들어, TFT 픽셀들로 하여금 압전 수신기 층(2416)에서 발생할 수 있는 원치 않는 신호들에 대한 응답으로 전압들을 저장하지 못하게 하기 위해서) 제 2 값으로 조정될 수 있다. 반사 후 바운스는 다수의 바운스들 중 하나 이상의 바운스들에 대응할 수 있다.
수신기 바이어스 전압이 초음파의 메인 버스트 동안 차단 모드와 연관된 값을 갖기 때문에, 그리고 수신기 바이어스 전압이 초음파의 제 1 반사 동안 샘플 값을 갖기 때문에, 초음파의 제 1 반사의 수신이 인에이블되고 초음파의 메인 버스트의 수신이 억제된다. 또한, 수신기 바이어스 전압이 차단 값을 가질 수 있는 한편, 반사의 추가 바운스들이 생성되고 따라서 초음파의 제 1 반사 이후 바운스들의 수신이 감소되거나 또는 방지된다.
지금까지 생체 신호 식별장치의 집적회로의 구성 및 동작에 대해서 살펴보았다.
이하에서는 초음파 지문 센서의 생체정보 인식 방법에 대해 살펴 본다.
<초음파 압전 센서 활성화 방법>
종래 지문 인식 장치의 경우 복수의 긴 도전성 라인들을 기판에 평면으로 배열하되 상기 도전성 라인들에는 미세구조의 세라믹 소재 압전 소자들이 배열된 상태에서, 어느 특정 도전성 라인에 전압을 공급하여 활성화 시켜, 즉 해당 도전성 라인 상의 압전 소자들을 모두 활성화 시켜 초음파를 발생시키도록 하고, 다른 도전성 라인상의 압전 소자들은 모두 수신용으로 활성화시켜 상기 초음파가 사용자의 지문에 반사된 신호를 수신하도록 함으로써 상기 사용자의 지문을 인식하게 된다.
즉, 종래 초음파 방식의 지문 인식 장치의 경우 도전성 라인 별로 활성화가 가능하기 때문에 해당 도전성 라인 상에 형성된 모든 압전 소자들이 활성화 될 수 밖에 없는 구조였다.
그러나 이러한 구동 방식은 복수의 압전 소자들을 동시에 활성화 시켜야 하므로 전력 소모가 많다는 문제가 있으며, 따라서 이와 같은 방식의 지문 인식 장치는 갈수록 소형화 되어 가고 있는 휴대용 단말기에 적합하지 않다.
도 23은 도 1에 도시된 생체정보 인식 장치의 구성을 개념적으로 간략히 나타낸 것이다.
도 23에 따르면, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 필수적 구성센서로서 기판(100), 상기 기판(100) 상에 형성된 복수의 초음파 압전 셀(300), 그리고 상기 초음파 압전 셀(300)들을 선택적으로 활성화 시키기 위한 제어부(160)를 포함한다.
먼저 기판(100)은 복수의 초음파 압전 셀(300)들이 형성되는 판으로, 절연기판(100) 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연 재료를 의미한다. 상기 기판(100)은 그 자체로서 강성이 있거나 또는 유연성이 있을 수 있으며, 상기 기판(100)의 제조 원료로는 소다 라임 유리 또는 알루미노 실리케이트 유리 등의 화학 강화/반강화 유리, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 프로필렌 글리콜, 폴리 카보네이트 등의 강화 혹은 연성 플라스틱, 사파이어 등을 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 유연한 특성을 가지는 플렉서블(flexible) 기판(100), 커브드(curved) 기판(100), 벤디드(bended) 기판(100)일 수 있으며, 이러한 기판(100)을 포함하는 생체정보 인식 장치도 해당 생체정보 인식 장치가 구비될 단말기의 용도 및 기능에 따라 플렉서블, 커브드, 벤디드 특성을 가질 수 있게 된다.
한편, 바람직한 실시예로서 상기 기판(100)은 PCB(인쇄 회로 기판(100))으로 이루어질 수 있다. PCB기판(100)은 회로 설계를 근거로 회로부품을 접속하는 전기배선을 배선 도형으로 표현하며, 절연물 상에 전기도체를 재현할 수도 있고, 전기부품을 탑재하고 이를 회로적으로 연결하는 배선을 형성시킬 수 있으며, 부품의 전기적 연결기능 외 부품들을 단단하게 고정시킬 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 커버기판(500)을 더 구비할 수도 있다. 커버기판(500)은 기판(100) 상에 형성되는 복수의 압전 소자들(130)의 위쪽에 형성되는 것으로, 이는 사용자의 손가락이 직접 닿는 기판을 의미한다. 상기 커버기판은 앞서 언급한 기판(100)과 동일한 제조 원료가 활용될 수도 있으나, 바람직하게는 유리로 구현될 수 있다. 도 34 및 도 37에는 커버기판(500)의 형성예가 제시되어 있다.
다음으로 상기 기판(100) 상에 형성되는 복수의 초음파 압전 셀(300)들은 초음파 신호를 발생시키거나 또는 외부로부터 상기 초음파 신호가 반사된 것을 수신하는 기능을 하는 것이다. 상기 초음파 압전 셀(300)들은 기판(100) 상에 설계자가 원하는 형태의 전극을 패터닝 한 후 패터닝 된 전극 상에 납, 지르코늄, 티타늄이 혼합된 물질을 코팅시켜 형성시킬 수 있다.
본 발명에서의 초음파 압전 셀(300)들은 종래 지문 인식 장치에서 세라믹 구조체를 기판(100) 또는 도전성 전극 상에 하나하나 개별적으로 배치하는 것과 달리 하나의 평면 기판(100) 상에 임의의 모양대로 전극을 패터닝하고, 상기 임의 모양의 전극 상에 PZT 성분의 코팅층을 적층시켜 초음파 압전 셀(300)군을 형성시킬 수 있다는 점에서 공정상의 차이점이 존재한다. 이 때 상기 전극 상에 PZT 성분의 코팅층을 적층시키는 방법에는 전극 패터닝이 완성된 기판(100)을 PZT 성분을 포함하는 용액에 넣는 방법 또는 전극 패터닝이 완성된 기판(100) 상에 PZT 성분의 코팅막을 전사시키는 방법 등 다양한 방법이 존재할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 도 3에서와 같은 형태로 초음파 압전 셀(300)들이 형성되는 것을 전제로 한다. 즉, 전술한 방식에 따라 초음파 압전 셀(300)들을 형성시키는 경우 설계자가 기판(100) 상에 어떤 모양으로 전극 패터닝을 하였는지에 따라 초음파 압전 셀(300)들의 배열은 다양할 수 있다.
제어부(160)는 앞서 언급한 것과 같이 복수의 초음파 압전 셀(300)들을 선택적으로 활성화 시키는 기능을 한다.
구체적으로, 상기 제어부(160)는 기판(100) 상에 존재하는 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 일부를 신호 생성 소자(311)로, 다른 일부를 신호 수신 소자(313)로 설정하고 각각의 소자들을 그 기능에 따라 활성화 시킴으로써 활성화 된 소자들로 하여금 초음파 신호를 발생시키고 반사파를 수신하도록 하여 사용자의 생체정보를 파악할 수 있게 제어 역할을 한다.
상기 제어부(160)는 적어도 하나의 연산 수단과 저장 수단을 포함할 수 있으며, 이 때 연산 수단은 범용의 중앙연산장치(CPU)일 수도 있고, 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA), 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수도 있다. 또한, 저장 수단으로는 휘발성 메모리 소자, 비휘발성 메모리 소자 또는 비휘발성 전자기적 저장 소자가 활용될 수 있다.
한편, 본 발명에서의 초음파 압전 셀(300)들은 각각이 개별적으로 활성화가 가능하며 상기 제어부(160) 역시 각각의 초음파 압전 셀(300)들을 독립된 식별자로 구분하여 제어할 수 있는데, 이에 따라 종래의 지문 인식 장치와는 전혀 다른 방식으로 사용자 생체정보 인식과정, 즉 스캐닝 과정을 구현할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 상기 제어부(160)에 의해 초음파 압전 셀(300)들이 어떻게 선택적으로 활성화 될 수 있는지, 나아가 사용자의 생체정보를 파악하는 스캐닝 과정이 어떻게 구현되는지에 대해 살펴보기로 한다.
우선 도 24 내지 도 28을 참조하여 복수의 초음파 압전 셀(300)들이 행렬을 이룬 상태에 대해 살펴본다.
도 24를 참조할 때, 복수의 초음파 압전 셀(300)들은 복수 개가 가로방향으로 배열되어 하나의 행을 이루고, 또 다른 복수의 초음파 압전 셀(300)들 복수 개는 세로방향으로 배열되어 하나의 열을 이룰 수 있다. 또한 이 때 각 행들은 바람직하게는 동일한 간격으로 형성될 수 있으며, 이는 열에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 이러한 배열형태를 어느 특정 초음파 압전 셀(300) 하나의 관점에서 다시 살펴볼 때, 어느 특정 초음파 압전 셀(300)의 상/하, 좌/우로는 다른 초음파 압전 셀(300)들이 존재하게 되며, 바람직하게는 타 초음파 압전 셀(300)들까지의 거리가 일정할 수 있다.
이러한 방식으로 형성된 복수의 초음파 압전 셀(300)들은 그 각각이 초음파를 발생시킬 수 있는 신호 생성 소자(311)로서 또는 사용자에 의해 반사된 반사파를 수신하는 신호 수신 소자(313)로서 기능할 수 있는데, 어느 초음파 압전 셀(300)가 어느 기능을 하는 소자로 활성화 되는지는 후술하게 될 제어부(160)에 의해 제어된다.
도 25 및 도 26은 본 발명에 따른 초음파 압전 셀(300) 활성화 방법의 제1실시예를 도식화 한 것이다. 생체정보 인식 장치, 더 정확하게는 제어부(160)가 초음파 압전 셀(300)를 선택적으로 활성화 시키는 방법에 대해 순서대로 설명하면 다음과 같다.
가장 먼저 1단계로, 생체정보 인식 장치는 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 하나 또는 그 이상의 초음파 압전 셀(300)를 정하여 이를 신호 생성 소자(311)로 설정한다. (1단계) 신호 생성 소자(311)란 초음파 신호를 발생시키는 초음파 압전 셀(300)를 의미하는 것으로, 상기 제어부(160)는 어느 특정 초음파 압전 셀(300)에 전기적 신호, 펄스 신호를 인가함으로써 상기 초음파 압전 셀(300)로 하여금 진동을 일으켜 초음파 신호가 발산되도록 할 수 있다. 이 때 초음파 신호의 크기는 상기 신호 생성 소자(311)에 인가되는 전기적 신호의 크기에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 제어부(160)는 기판(100) 상에 존재하는 초음파 압전 셀(300)들에 대한 개별 식별자를 내부적으로 저장하고 있을 수 있으며, 어느 특정 위치에서의 초음파 압전 셀(300)를 신호 생성 소자(311)로 설정하고자 하는 경우 해당 초음파 압전 셀(300)의 식별자를 기준으로 전기적 신호를 인가함으로써 설정 및 활성화 시킬 수 있다.
2단계로, 생체정보 인식 장치는 앞서 설정한 신호 생성 소자(311) 이외의 초음파 압전 셀(300)들 중 하나 또는 둘 이상의 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정한다. (2단계) 신호 수신 소자(313)란 상기 신호 생성 소자(311)에 의해 발생된 초음파 신호가 사용자의 생체조직에 의해 반사되어 되돌아온 반사파를 수신하는 기능을 한다. 이 때 생체정보 인식 장치는 바람직하게는 상기 신호 생성 소자(311)에 가장 근접한 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정할 수 있는데, 이는 초음파 신호의 공기 중에서의 진행에 따른 에너지 손실을 최소화 함으로써 반사파 신호를 보다 뚜렷하게 수신하기 위함이다. 신호 생성 소자(311)가 어느 특정한 하나의 초음파 압전 셀(300)인 경우, 신호 수신 소자(313)로는 상기 신호 생성 소자(311)의 상/하, 좌/우에 존재하는 초음파 압전 셀(300)들이 설정될 수 있다. 다만, 이러한 패턴 방식은 하나의 실시예에 불과한 것이며, 상기 제어부(160)는 신호 생성 소자(311)와의 근접 정도에 상관 없이 임의의 위치에 존재하는 초음파 압전 셀(300)들을 신호 수신 소자(313)로 설정할 수 있음을 이해해야 할 것이다.
3단계 및 4단계는 앞서 설정한 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)를 각각 활성화 시켜 각각의 기능에 따라 구동되도록 하는 단계이다. 구체적으로, 생체정보 인식 장치는 신호 생성 소자(311)를 활성화 시켜 초음파 신호를 발생시키고, 신호 수신 소자(313)를 활성화시켜 반사파 신호를 수신하도록 한다.
도 26은 본 발명에 따른 초음파 압전 셀(300) 활성화 방법의 바람직한 실시예를 도시한 것인데, 이에 따르면 사용자의 생체정보를 인식하기 위해서는 복수의 행, 복수의 열에 걸쳐 배열된 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)가 활성화 됨을 알 수 있다.
도 27및 도 28은 상기 도 25및 도 26의 과정이 행 또는 열을 따라 시계열적으로 진행되는 과정을 도시한 것이다.
이에 따르면, 앞선 4단계 이후 생체정보 인식 장치는 상기 신호 생성 소자(311)에 근접한 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 어느 하나를 새로운 신호 생성 소자(311)로 설정한다. (5단계) 이 때 새로운 신호 생성 소자(311)는 앞선 1단계에서 설정되었던 신호 생성 소자(311)에 근접하여 존재하는 초음파 압전 셀(300)들 중에 선정된다. 예를 들어 5단계에서 설정되는 새로운 신호 생성 소자(311)는 1단계에서 설정되었던 신호 생성 소자(311)의 상측, 하측, 좌측 또는 우측에 존재하는 초음파 압전 셀(300) 중 어느 하나가 설정될 수 있다.
한편, 5단계에서 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)의 방향성은 스캐닝 방향과도 연관성이 있다. 즉, 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)가 종래 신호 생성 소자(311)의 우측에 있는 초음파 압전 셀(300)로 설정되는 경우 스캐닝 방향은 우측 방향이 되고, 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)가 종래 신호 생성 소자(311)의 하측에 있는 초음파 압전 셀(300)로 설정되는 경우 스캐닝 방향은 하측 방향이 된다.
6단계는, 생체정보 인식 장치가 5단계에서 설정한 새로운 신호 생성 소자(311)에 맞추어 신호 수신 소자(313)도 새로이 설정하는 단계이다. 6단계는 2단계에서 신호 수신 소자(313)가 설정되는 것과 유사한 방식으로 진행된다.
한편, 6단계에서 특기할 만한 사항으로 본 단계에서 설정되는 신호 수신 소자(313)는 2단계에서 설정되었던 신호 수신 소자(313)와 중복될 수 있다는 점이다. 도 7에서도 볼 수 있듯 신호 생성 소자(311)가 우측으로 하나 이동하여 설정된 경우 그에 따른 신호 수신 소자(313) 역시 상기 신호 생성 소자(311)를 따라 우측으로 이동하는 것과 같은 형태가 되는데, 이 때 중복되는 일부 초음파 압전 셀(300), 즉 신호 수신 소자(313)가 존재할 수 있다.
마지막으로 7단계 및 8단계는 새로이 설정된 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)를 활성화 시켜 각각 초음파 발생 및 반사파 수신의 기능을 하게 하는 단계이다.
본 발명에 따른 초음파 압전 셀(300) 활성화 방법은 1단계 내지 8단계의 과정이 반복되어 수행되며, 바람직하게는 어느 특정 행 또는 특정 열의 일단에서 말단까지 신호 생성 소자(311)가 설정 및 활성화 되는 과정이 반복되어 수행된다. 따라서 사용자가 손가락을 생체정보 인식 장치 위에 위치시킨 경우, 생체정보 인식 장치는 하나의 행 또는 복수의 행에서의 신호 생성 소자(311) 설정, 신호 수신 소자(313) 설정 및 활성화를 통해 초음파 압전 셀(300)들로 하여금 초음파 발생 및 반사파 수신 과정을 반복하도록 하여 수신된 반사파 신호를 이용해 상기 사용자의 지문, 혈관, 뼈 형상 등 생체정보를 획득할 수 있다. 본 상세한 설명에서는 발명의 이해를 돕기 위하여 1단계부터 4단계까지를 1회차, 5단계부터 8단계까지를 2회차, 다시 그 다음 1단계부터 4단계까지의 반복과정을 3회차 등으로 이해하기로 한다.
이상 도 24내지 도 28을 참조하여 압전 소자들이 행렬 모양으로 배열된 상태에서의 스캐닝 과정에 대해 살펴보았다.
이하에서는 도 29내지 도 34을 참조하여 압전 소자들이 전후 행이 어긋난 모양으로 배열된 상태에서의 스캐닝 과정을 살펴보기로 한다.
도 29를 참조할 때, 복수의 초음파 압전 셀(300)들은 복수 개가 가로방향으로 배열되어 하나의 행을 이루도록 하며, 이러한 행이 기판 상에 복수 개가 형성되어 있음을 알 수 있다. 특히 이 때, 복수의 압전 소자들은 복수의 행을 이루어 배열되되, 어느 임의의 행을 구성하는 압전 소자들은 바로 위의 행(이하 전순위 행이라 칭함) 또는 바로 아래의 행(이하 후순위 행이라 칭함)을 구성하는 압전 소자들과 어긋나게 배열된다.
전순위 행의 압전 소자들 또는 후순위 행의 압전 소자들과 어긋나게 배열된다는 것의 의미는, 전순위 행의 압전 소자들과 해당 행의 압전 소자들, 후순위 행의 압전 소자들을 기판 상에 배열하였을 때 세로 축으로의 열이 이루어지지 않는 것을 의미한다.
더 바람직하게는, 특정 행을 구성하는 복수의 압전 소자들 중 임의의 압전 소자를 기준으로 보았을 때, 상기 특정 행의 전순위 행을 구성하는 압전 소자들 중 상기 임의의 압전 소자와 최근접 거리에 존재하는 두 개의 압전 소자들을 이은 선분의 중심점으로부터 수직으로 연장한 축 상에 배열되도록 구성된 것을 의미한다.
도 29를 참조하여 살펴보면, 두 번째 행의 압전 소자1의 위치는 첫 번째 행의 압전 소자2 및 3을 이은 선분의 중심점으로부터 수직으로 연장한 축 상에 배치됨을 알 수 있다. 압전 소자1의 위치는 비단 첫 번째 행의 압전 소자들뿐 아니라 세 번째 행의 압전 소자들을 기준으로 하여서도 동일한 방식으로 정해질 수 있다.
이와 같은 방식으로 압전 소자들을 기판 상에 형성시키는 경우, 완성된 상태의 생체정보 인식 장치는 도29와 같이 행렬이 뒤틀린 형태의 압전 소자 배치를 가지게 된다.
한편, 도 29와 같이 어긋난 패턴으로 압전 소자들이 배열되어 있다 하더라도 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)를 활성화 시키는 과정은 기본적으로 앞서 살펴본 도 25및 도 27과 동일하다.
도 30은 도 29와 같은 압전 소자들의 배열 상에서 도 25의 순서에 따라 압전 소자들이 활성화 되는 모습을 도시한 것이다. 이에 따르면 사용자의 생체정보를 인식하기 위해 복수의 행에 걸쳐 배열된 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)가 다각형 형상으로 활성화 됨을 알 수 있다. 한편 도 31은 도 29와 같은 압전 소자들의 배열 상에서 도 27의 순서에 따라 압전 소자들의 활성화가 시계열적으로 진행되는 과정을 도시한 것이다. 도 30및 도 31의 압전 소자 활성화 과정은 압전 소자들의 배열 상태에 따라 활성화 된 소자들의 모양만 다를 뿐 실질적으로 도 25및 도 27의 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 32및 도 33은 압전 소자들이 행렬 형태로 배열된 경우와 어긋난 형태로 배열된 경우를 나누어 효과상의 차이를 비교해 보기로 한다.
도 32는 압전 소자들이 행렬 모양으로 배열된 경우 및 본 발명에 따른 모양으로 배열된 경우를 비교하여 스캐닝 영역을 비교한 것이다. 이해를 돕기 위하여 (a)에서의 각 압전 소자들 간 거리는 상/하/좌/우로 각각 2(단위 생략)만큼씩 떨어져 있다고 가정하고, (b)에서의 각 압전 소자들 간 거리는 좌/우로 각각 2만큼씩, 첫 번째 행과 두 번째 행 사이의 거리는 2만큼 떨어져 있는 것으로 가정하기로 한다.
예를 들어, 하나의 신호 생성 소자를 설정하고 해당 신호 생성 소자 주변의 근접한 압전 소자들을 모두 신호 수신 소자로 설정하였을 때, 행렬 모양의 배열에서는 도 32의 (a)에서 볼 수 있듯 총 9개의 압전 소자들이 신호 수신 소자로 설정되며, 전후 행이 어긋난 형태의 배열에서는 (b)에서 볼 수 있듯 총 6개의 압전 소자들이 신호 수신 소자로 설정된다. 이 때, (a)와 (b)에서의 스캐닝 영역을 비교해 볼 때, (a)의 경우 스캐닝 영역 자체는 16으로 (b)에서의 12에 비해서는 넓다고 볼 수 있으나, 해당 영역을 스캐닝 하는 데에 활성화 되는 신호 수신 소자들을 고려할 때 (a)의 경우에는 1개의 신호 수신 소자 당 1.78만큼의 영역을, (b)의 경우 1개의 신호 수신 소자 당 2만큼의 영역을 스캔하는 것이 되므로 효율성 면에서는 (b), 즉 본 발명에 따른 압전 소자 배열이 더 효율적임을 확인할 수 있다.
도 32에서의 비교 결과로부터는 생체정보 인식 장치를 구동 시키는데 소요되는 에너지 효율 측면에서 전후 행이 어긋난 형태의 압전 소자 배열이 더 개선된 형태임을 알 수 있다.
도 33은 신호 수신 소자 당 스캐닝 영역이 동일하게 2일 때의 스캐닝 면적을 비교하고자 도시한 것이다. 도 32에서와 같은 조건에서, 도 33의 (a)는 신호 생성 소자를 중심으로 상/하/좌/우의 4개 압전 소자가 신호 수신 소자로 설정된 상황을 나타낸 것이며, (b)는 신호 생성 소자를 중심으로 6개 압전 소자가 신호 수신 소자로 설정된 상황을 나타낸 것이다.
이 때, (a)와 (b)의 스캐닝 영역 및 신호 수신 소자당 스캐닝 영역을 비교해 볼때, (a)와 (b)는 모두 신호 수신 소자당 2만큼의 스캐닝을 하게 되나, 이렇듯 신호 수신 소자당 스캐닝 영역이 동일한 조건에서는 (b)에서의 실제 스캔 가능한 영역이 12로서 (a)의 8보다 더 넓으므로 전후 행이 어긋난 형태의 압전 소자 배열에 의하는 경우 생체정보를 스캐닝이 조금 더 효율적으로 이루어질 수 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 전회차에 수신한 반사파 신호의 크기에 따라 차회차에 발생시키는 초음파 신호의 크기를 조절할 수 있다. 도 34은 본 발명의 이와 같은 특징을 설명하기 위해 도시한 것이다.
일반적으로 생체정보 인식 장치와 접하는 사용자 손가락은 유선형으로 되어 있으며, 생체정보 인식 장치에는 손가락이 접하는 면, 접하지 않는 면이 존재하는 바, 이에 따라 생체정보 인식 장치는 굳이 기판(100) 상의 모든 초음파 압전 셀(300)들에 대해 동일한 양의 전력을 소모해 가며 활성화 시킬 필요가 없다. 즉, 생체정보 인식 장치 상 손가락이 접하는 면을 구별해 낼 수 있다면 접하는 면에 대응되는 위치의 초음파 압전 셀(300)들만을 활성화 시킴으로써 전력 소모를 그 만큼 줄일 수 있게 되는 것이다.
도 34를 참조할 때, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 최초 신호 생성 소자(311) 설정 및 활성화 시 초음파 신호를 기 설정된 크기로 생성시켜 생체정보 스캐닝을 시작하며, 1회차에서 반사파 신호가 수신되지 않은 경우 또는 기 설정된 크기 이하의 신호 크기가 수신된 경우에는 다음 회차, 즉 2회차에서 발생시키는 초음파 신호의 크기를 앞선 회차에서와 동일한 크기로 유지하고, 1회차에서 반사파 신호가 기 설정된 크기를 초과하여 수신된 경우에는 다음 회차에서 발생시키는 초음파 신호의 크기를 증폭하여 출력시킨다.
도 35는생체정보 인식 장치가 차회차에 발생시키는 초음파 신호의 크기를 조절하는 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.
생체정보 인식 장치는 1회차에 수신한 반사파의 크기와 2회차에 수신한 반사파의 크기를 비교하고, 비교 결과 그 차이가 기준치를 초과하는 경우 차회에 새로이 설정된 신호 생성 소자(311)가 발생시키는 초음파 신호의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 1회차에 수신한 반사파의 크기에 비해 2회차에 수신한 반사파의 크기가 크고 그 차이가 기준치보다 큰 경우 이는 사용자의 손가락이 생체정보 인식 장치에 밀착되기 시작한 지점이라고 보아 3회차에 발생시키고자 하는 초음파 크기를 증폭시킬 수 있다. 반대로, 전회차에 수신한 반사파의 크기에 비해 현재 회차에 수신한 반사파의 크기가 작고 그 차이가 기준치보다 큰 경우 이는 생체정보 인식 장치에 밀착되어 있단 손가락 면이 떨어지고 있는 지점이라고 보아 다음 회차에 발생시키고자 하는 초음파 크기를 줄일 수 있다.
이상 도 24내지 도 35를 참조하여 기판 상 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시키는 과정에 대해 살펴보았다.
<생체정보 인식 방법>
이하에서는 앞서 살펴본 압전 소자 구동 방식을 기초로 생체정보 인식이 어떻게 이루어지는지에 대해 살펴보기로 한다.
도 36은 본 발명에 따른 사용자 생체정보 인식을 위한 스캐닝 방법의 제1실시예를 도시한 것이다.
기판(100) 상에 n개의 인식행(110) 및 m개의 인식열(130)이 설정되어 있음을 가정할 때, 생체정보 인식 장치는 우선적으로 첫 번째 인식행(110)부터 n번째 인식행(110)까지 순서에 따라 활성화 시킴으로써 세로 방향으로의 스캐닝을 수행한다. 이 때, 상기 복수 개의 인식행(110)은 순서대로 활성화 되되, 첫 번째 인식행(110)이 활성화 된 이후 해당 인식행(110)이 활성화가 유지된 상태에서 다음 행의 인식행(110)이 순차적으로 활성화 되어 궁극적으로는 모든 인식행(110)이 활성화 되는 방식으로 세로 방향 스캐닝이 이루어질 수 있으며, 또는 첫 번째 인식행(110)이 활성화 된 이후 해당 인식행(110)의 활성화가 해제된 상태에서 다음 행의 인식행(110)이 활성화되는 방식으로 순차적으로 활성화가 진행되어 궁극적으로는 개별 인식행(110)만 활성화가 되는 방식으로 스캐닝이 이루어질 수도 있다.
한편, 모든 인식행(110)들의 활성화가 종료된 이후에는 같은 방식으로 인식열(130)들에 대한 활성화가 이루어져 스캐닝이 진행될 수 있다.
즉, 도 36의 실시예에 의하면 사용자가 생체정보 인식 장치 상에 손가락을 위치시키는 경우 모든 인식행(110)들의 활성화 진행 및 모든 인식열(130)들의 활성화 진행이 되어 세로 방향 -> 가로 방향의 스캐닝이 이루어진다.
도 37은 본 발명에 따른 사용자 생체정보 인식을 위한 스캐닝 방법의 제2실시예를 도시한 것이다.
이에 따르면 생체정보 인식 장치는 우선 홀수 번째 인식행(110)들을 순서대로 활성화 시키고, 이후 짝수 번째 인식행(110)을 순서대로 활성화 시킨다. 이 때, 상기 복수 개의 홀수 번째 또는 짝수 번째 인식행(110)들은 순서대로 활성화 되되, 첫 번째 홀수행 또는 짝수행 인식행(110)이 활성화 된 이후 해당 인식행(110)이 활성화가 유지된 상태에서 다음 홀수행 또는 짝수행이 순차적으로 활성화 되어 궁극적으로는 모든 인식행(110)들이 활성화 되는 방식으로 세로 방향 스캐닝이 이루어질 수 있다. 또는 첫 번째 홀수행 또는 짝수행 인식행(110)이 활성화 된 이후 해당 인식행(110)의 활성화가 해제된 상태에서 다음 홀수행 또는 짝수행이 활성화 되는 방식으로 순차적으로 활성화가 진행되어 궁극적으로는 개별 홀수행 또는 짝수행만 활성화가 되는 방식으로 스캐닝이 이루어질 수도 있다.
한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나 홀수행 및 짝수행의 인식행(110)들이 모두 활성화가 이루어진 이후에는 같은 방식으로 인식열(130)들도 활성화가 이루어진다.
도 37과 같은 방식으로 스캐닝이 이루어지는 경우 근접한 인식행(110) 또는 인식열(130)의 동시 활성화에 의한 신호 간섭을 최소화 할 수 있는 효과가 있다. 즉, 도 36과 같이 근접한 인식행(110) 또는 인식열(130)이 근소한 차이로 활성화 되는 경우 발생된 초음파 신호 및 수신되는 반사파는 상호 간 간섭을 일으켜 인식률의 저하를 가져올 수 있으나, 도 16과 같이 인식행(110) 또는 인식열(130)을 활성화 시키는 경우 각 행 또는 열 사이의 거리에 의해 신호 간섭 현상이 감소할 수 있으며 이에 따라 인식률 저하를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 38은 본 발명에 따른 사용자 생체정보 인식을 위한 스캐닝 방법의 제3실시예를 도시한 것이다.
이에 따르면 생체정보 인식 장치는 n개의 인식행(110)들을 2 이상의 인식행 그룹으로 나누어 설정하고, 상기 인식행 그룹을 순차적으로 활성화 시켜 세로 방향의 스캐닝을 진행시킬 수 있다. 예를 들어 도 3을 참조할 때, 생체정보 인식 장치는 2개의 인식행(110)을 하나의 인식행 그룹으로 설정하여 1회차에는 제1인식행 그룹을 동시에 활성화 시키고, 2회차에는 제2인식행 그룹을 동시에 활성화 시키는 방식으로 모든 인식행(110)들을 활성화 시킬 수 있다.
한편 이 때, 앞서 도 36및 도 37에서와 마찬가지로 복수의 인식행 그룹들은 순서대로 활성화 되되, 첫 번째 인식행 그룹이 활성화 된 이후 해당 인식행 그룹이 활성화가 유지된 상태에서 두 번째 인식행 그룹이 순차적으로 활성화 되어 궁극적으로는 모든 인식행 그룹들이 활성화 되는 방식으로 세로 방향 스캐닝이 이루어질 수 있다. 또는 첫 번째 인식행 그룹이 활성화 된 이후 해당 인식행 그룹의 활성화가 해제된 상태에서 다음 인식행 그룹이 활성화 되는 방식으로 순차적으로 활성화가 진행되어 궁극적으로는 개별 인식행 그룹만 활성화가 되는 방식으로 세로 방향 스캐닝이 이루어질 수 있다.
한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나 인식행 그룹들이 모두 활성화가 이루어진 이후에는 같은 방식으로 인식열(130)에 대해서도 인식열 그룹이 설정되어 활성화가 이루어지게 된다.
도 38과 같은 방식으로 스캐닝이 이루어지는 경우 도 36에서의 실시예에 비해 더 빠르게 스캐닝을 할 수 있는 효과가 있다. 즉, 도 38의 실시예에 의하는 경우 복수 개의 인식행(110) 또는 인식열(130)이 각각 그룹으로 설정되어 동시에 활성화 될 수 있으므로, 도 36에서처럼 개별 인식행(110) 또는 인식열(130)이 활성화 되는 것에 비해 더 빠른 스캐닝이 이루어진다.
이상 도 36내지 도 38을 참조하여 생체정보 인식 장치가 복수 개의 인식행(110) 또는 인식열(130)을 특정 패턴에 따라 활성화 시키는 과정, 즉 스캐닝 하는 과정에 대해 살펴보았다.
이하에서는 도 39내지 도 44를 참조하여 각 인식행(110) 또는 인식열(130)이 어떻게 구성되며, 각 인식행(110) 또는 인식열(130)을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들이 어떻게 활성화 되는지에 대해 살펴보기로 한다.
도 39는생체정보 인식 장치의 기판(100) 상에 초음파 압전 셀(300)들이 행렬 모양으로 배열된 모습을 나타낸 것이다. 도 39를 참조할 때, 복수의 초음파 압전 셀(300)들은 복수 개가 가로방향으로 배열되어 하나의 행을 이루고, 또 다른 복수의 초음파 압전 셀(300)들 복수 개는 세로방향으로 배열되어 하나의 열을 이룰 수 있다. 또한 이 때 각 행들은 바람직하게는 동일한 간격으로 형성될 수 있으며, 이는 열에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 이러한 배열형태를 어느 특정 초음파 압전 셀(300) 하나의 관점에서 다시 살펴볼 때, 어느 특정 초음파 압전 셀(300)의 상/하, 좌/우로는 다른 초음파 압전 셀(300)들이 존재하게 되며, 바람직하게는 상/하/좌/우 타 초음파 압전 셀(300)들까지의 거리가 일정할 수 있다.
도 39과 같이 초음파 압전 셀(300)들이 배열된 상태에서, 생체정보 인식 장치는 하나의 행 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식행(110)으로 설정할 수 있으며, 하나의 열 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식열(130)로 설정할 수 있다.
예를 들어, 인식행(110)들을 활성화 시키는 단계에서는 1행을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들을 제1인식행(110)으로, 2행을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들을 제2인식행(110) 등으로 설정하여 이들을 순차적으로 활성화 시킬 수 있으며, 인식열(130)들을 활성화 시키는 단계에서도 역시 동일한 방식이 적용된다.
한편 이 때, 상기 각각의 인식행(110) 또는 인식열(130)을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들이 활성화 된다는 것의 의미는, 상기 인식행(110) 또는 인식열(130)을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들 중 일부는 신호 생성 소자(311)로서, 그 외의 초음파 압전 셀(300)들은 신호 수신 소자(313)로서 활성화되어 신호 생성 소자(311)는 초음파 신호를 발생시키고 신호 수신 소자(313)는 반사파 신호를 수신하게 하는 것을 의미한다. 이 때 반사파 신호란, 상기 발생된 초음파 신호가 사용자의 손가락(지문, 혈관, 뼈)에 의해 반사된 것을 의미한다.
이 때 생체정보 인식 장치는 두 가지 방식으로 상기 각 인식행(110) 또는 인식열(130)을 활성화 시킬 수 있다.
첫 번째로, 생체정보 인식 장치는 각 인식행(110) 또는 인식열(130)의 홀수 번째 초음파 압전 셀(300)들은 신호 생성 소자(311)로, 짝수 번째 초음파 압전 셀(300)들은 신호 수신 소자(313)로 설정하고 해당 초음파 압전 셀(300)들을 동시에 활성화 시켜 각각 초음파 발생, 반사파 수신의 기능을 수행하게 할 수 있다.
두 번째로, 생체정보 인식 장치는 각 인식행(110) 또는 인식열(130)의 특정 초음파 압전 셀(300)를 신호 생성 소자(311)로, 상기 신호 생성 소자(311)와 근접한 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정하여 1차 활성화를 시킨 후, 앞서 설정되었던 신호 생성 소자(311)에 근접한 초음파 압전 셀(300)를 새로운 신호 생성 소자(311)로, 그리고 해당 신호 생성 소자(311)와 근접한 초음파 압전 셀(300)를 새로운 신호 수신 소자(313)로 설정하여 2차 활성화를 시키는 등 각 초음파 압전 셀(300)들을 순서에 따라 신호 생성 소자(311)로 설정해 가면서, 그리고 신호 생성 소자(311)가 새로이 설정될 때마다 이에 근접한 초음파 압전 셀(300)들을 신호 수신 소자(313)로 설정해 가면서 각 인식행(110) 또는 인식열(130)을 활성화 시킬 수 있다. 예를 들어 도 39를 참조할 때, 생체정보 인식 장치는 제1인식행(110)의 두 번째 초음파 압전 셀(300)를 신호 생성 소자(311)로, 첫 번째 및 세 번째 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정한 후 각 초음파 압전 셀(300)들이 초음파 발생 및 반사파 수신을 할 수 있도록 1차 활성화 시킨 후, 제1인식행(110)의 세 번째 초음파 압전 셀(300)를 신호 생성 소자(311)로, 두 번째 및 네 번째 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정하여 2차 활성화를 시키는 등의 과정을 해당 제1인식행(110)의 모든 초음파 압전 셀(300)들에 대해 반복적으로 실시하여 제1인식행(110)의 활성화가 이루어지게 할 수 있다. 이러한 과정은 인식열(130)에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 40은생체정보 인식 장치의 기판(100) 상에 초음파 압전 셀(300)들이 복수의 행을 이루어 배열되되, 어느 임의의 행을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들은 바로 위의 행(이하 전순위 행이라 칭함) 또는 바로 아래의 행(이하 후순위 행이라 칭함)을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들과 어긋나게 배열된 상태를 나타낸 것이다.
전순위 행의 초음파 압전 셀(300)들 또는 후순위 행의 초음파 압전 셀(300)들과 어긋나게 배열된다는 것의 의미는, 전순위 행의 초음파 압전 셀(300)들과 해당 행의 초음파 압전 셀(300)들, 후순위 행의 초음파 압전 셀(300)들을 기판(100) 상에 배열하였을 때 세로 축으로의 열이 이루어지지 않는 것을 의미한다. 다만 이 때, 전순위 행의 초음파 압전 셀(300)들과 두 개 행 간격에 존재하는 행의 초음파 압전 셀(300)들은 기판(100) 상 배열하였을 때 세로 축으로의 열을 이룸에 유의한다. 즉, 첫 번째 행과 세 번째 행의 초음파 압전 셀(300)들을 수직상으로 연결하는 경우에는 도 19에서도 볼 수 있듯 하나의 열을 이룬다.
더 바람직하게는, 특정 행을 구성하는 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 임의의 초음파 압전 셀(300)를 기준으로 보았을 때, 상기 특정 행의 전순위 행을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들 중 상기 임의의 초음파 압전 셀(300)과 최근접 거리에 존재하는 두 개의 초음파 압전 셀(300)들을 이은 선분의 중심점으로부터 수직으로 연장한 축 상에 배열되도록 구성된 것을 의미한다.
도 40을 참조하여 살펴보면, 두 번째 행의 압전 소자1의 위치는 첫 번째 행의 압전 소자2 및 3을 이은 선분의 중심점으로부터 수직으로 연장한 축 상에 배치됨을 알 수 있다. 압전 소자1의 위치는 비단 첫 번째 행의 초음파 압전 셀(300)들뿐 아니라 세 번째 행의 초음파 압전 셀(300)들을 기준으로 하여서도 동일한 방식으로 정해질 수 있다.
이와 같은 방식으로 초음파 압전 셀(300)들을 기판(100) 상에 형성시키는 경우, 완성된 상태의 생체정보 인식 장치는 도 19와 같이 행렬이 뒤틀린 형태의 초음파 압전 셀(300) 배치를 가지게 된다.
한편, 도 40과 같이 초음파 압전 셀(300)들이 배열된 상태에서, 생체정보 인식 장치는 하나의 행 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식행(110)으로 설정할 수 있으며, 하나의 열 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식열(130)로 설정할 수 있다. 이 때 인식열(130)은 홀수번째 행들 상에 위치한 초음파 압전 셀(300)들의 집합 또는 짝수번째 행들 상에 위치한 초음파 압전 셀(300)들의 집합으로 이루어진다.
또한 이 때, 도 39에서의 실시예와 마찬가지로 생체정보 인식 장치는 두 가지 방식으로 상기 각 인식행(110) 또는 인식열(130)을 활성화 시킬 수 있다. 즉, 생체정보 인식 장치는 각 인식행(110) 또는 인식열(130)의 홀수 번째 초음파 압전 셀(300)들은 신호 생성 소자(311)로, 짝수 번째 초음파 압전 셀(300)들은 신호 수신 소자(313)로 설정(또는 이와 반대로 홀수 번째 초음파 압전 셀(300)들은 신호 수신 소자(313)로, 짝수 번째 초음파 압전 셀(300)들은 신호 생성 소자(311)로 설정)하고 해당 초음파 압전 셀(300)들을 동시에 활성화 시켜 각각 초음파 발생, 반사파 수신의 기능을 수행하게 할 수 있으며, 또는 각 인식행(110) 또는 인식열(130)의 특정 초음파 압전 셀(300)를 신호 생성 소자(311)로, 상기 신호 생성 소자(311)와 근접한 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정하여 1차 활성화를 시킨 후, 앞서 설정되었던 신호 생성 소자(311)에 근접한 초음파 압전 셀(300)를 신호 생성 소자(311)로, 그리고 해당 신호 생성 소자(311)와 근접한 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정하여 2차 활성화를 시키는 등 각 초음파 압전 셀(300)들을 순서에 따라 신호 생성 소자(311)로 설정해 가면서, 그리고 신호 생성 소자(311)가 새로이 설정될 때마다 이에 근접한 초음파 압전 셀(300)들을 신호 수신 소자(313)로 설정해 가면서 각 인식행(110) 또는 인식열(130)을 활성화 시킬 수 있다.
도 41은기판(100) 상에 앞서 살펴본 도 40과 같은 행렬 모양으로 초음파 압전 셀(300)들이 배열된 상태에서, 생체정보 인식 장치가 ‘복수’ 개의 행 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식행(110)으로, ‘복수’ 개의 열 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식열(130)로 설정한 실시예를 나타낸 것이다.
도 41은 하나의 예시로서 기판(100) 상 3개 행의 초음파 압전 셀(300)들이 하나의 인식행(110)으로 인식되고, 3개 열의 초음파 압전 셀(300)들이 하나의 인식열(130)로 인식되는 것을 나타낸 것이다. 이 때, 생체정보 인식 장치는 상기 인식행(110) 상의 초음파 압전 셀(300)들을 선택적으로 활성화 시켜 인식행(110)에 의한 생체정보 스캐닝을 진행하는데, 그 과정은 다음과 같다.
가장 먼저 1단계로, 생체정보 인식 장치는 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 하나 또는 그 이상의 초음파 압전 셀(300)를 정하여 이를 신호 생성 소자(311)로 설정한다. (1단계) 이 때, 신호 생성 소자(311)란 초음파 신호를 발생시키는 초음파 압전 셀(300)를 의미하는 것으로, 상기 제어부는 어느 특정 초음파 압전 셀(300)에 전기적 신호, 펄스 신호를 인가함으로써 상기 초음파 압전 셀(300)로 하여금 진동을 일으켜 초음파 신호가 발산되도록 할 수 있다. 이 때 초음파 신호의 크기는 상기 신호 생성 소자(311)에 인가되는 전기적 신호의 크기에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 제어부는 기판(100) 상에 존재하는 초음파 압전 셀(300)들에 대한 개별 식별자를 내부적으로 저장하고 있을 수 있으며, 어느 특정 위치에서의 초음파 압전 셀(300)를 신호 생성 소자(311)로 설정하고자 하는 경우 해당 초음파 압전 셀(300)의 식별자를 기준으로 전기적 신호를 인가함으로써 설정 및 활성화 시킬 수 있다.
2단계로, 생체정보 인식 장치는 앞서 설정한 신호 생성 소자(311) 이외의 초음파 압전 셀(300)들 중 하나 또는 둘 이상의 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정한다. (2단계) 신호 수신 소자(313)란 상기 신호 생성 소자(311)에 의해 발생된 초음파 신호가 사용자의 생체조직에 의해 반사되어 되돌아온 반사파를 수신하는 기능을 한다. 이 때 생체정보 인식 장치는 바람직하게는 상기 신호 생성 소자(311)에 가장 근접한 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정할 수 있는데, 이는 초음파 신호의 공기 중에서의 진행에 따른 에너지 손실을 최소화 함으로써 반사파 신호를 보다 뚜렷하게 수신하기 위함이다. 신호 생성 소자(311)가 어느 특정한 하나의 초음파 압전 셀(300)인 경우, 신호 수신 소자(313)로는 상기 신호 생성 소자(311)의 상/하, 좌/우에 존재하는 초음파 압전 셀(300)들이 설정될 수 있다. 다만, 이러한 패턴 방식은 하나의 실시예에 불과한 것이며, 상기 제어부는 신호 생성 소자(311)와의 근접 정도에 상관 없이 임의의 위치에 존재하는 초음파 압전 셀(300)들을 신호 수신 소자(313)로 설정할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 도 21을 예로 들면 신호 생성 소자(311)를 중심으로 주변 9개의 초음파 압전 셀(300)들이 신호 수신 소자(313)로 설정될 수 있다.
3단계 및 4단계는 앞서 설정한 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)를 각각 활성화 시켜 각각의 기능에 따라 구동되도록 하는 단계이다. 구체적으로, 생체정보 인식 장치는 신호 생성 소자(311)를 활성화 시켜 초음파 신호를 발생시키고, 신호 수신 소자(313)를 활성화시켜 반사파 신호를 수신하도록 한다.
4단계 이후 생체정보 인식 장치는 상기 신호 생성 소자(311)에 근접한 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 어느 하나를 새로운 신호 생성 소자(311)로 설정한다. (5단계) 이 때 새로운 신호 생성 소자(311)는 앞선 1단계에서 설정되었던 신호 생성 소자(311)에 근접하여 존재하는 초음파 압전 셀(300)들 중에 선정된다. 예를 들어 5단계에서 설정되는 새로운 신호 생성 소자(311)는 1단계에서 설정되었던 신호 생성 소자(311)의 좌측 또는 우측에 존재하는 초음파 압전 셀(300) 중 어느 하나가 설정될 수 있다.
한편, 5단계에서 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)의 방향성은 스캐닝 방향과도 연관성이 있다. 즉, 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)가 종래 신호 생성 소자(311)의 우측에 있는 초음파 압전 셀(300)로 설정되는 경우 스캐닝 방향은 우측 방향이 되고, 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)가 종래 신호 생성 소자(311)의 좌측에 있는 초음파 압전 셀(300)로 설정되는 경우 스캐닝 방향은 좌측 방향이 된다.
6단계는, 생체정보 인식 장치가 5단계에서 설정한 새로운 신호 생성 소자(311)에 맞추어 신호 수신 소자(313)도 새로이 설정하는 단계이다. 6단계는 2단계에서 신호 수신 소자(313)가 설정되는 것과 유사한 방식으로 진행된다.
한편, 6단계에서 특기할 만한 사항으로 본 단계에서 설정되는 신호 수신 소자(313)는 2단계에서 설정되었던 신호 수신 소자(313)와 중복될 수 있다는 점이다. 도 42에서도 볼 수 있듯 신호 생성 소자(311)가 우측으로 하나 이동하여 설정된 경우 그에 따른 신호 수신 소자(313) 역시 상기 신호 생성 소자(311)를 따라 우측으로 이동하는 것과 같은 형태가 되는데, 이 때 중복되는 일부 초음파 압전 셀(300), 즉 신호 수신 소자(313)가 존재할 수 있다.
마지막으로 7단계 및 8단계는 새로이 설정된 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)를 활성화 시켜 각각 초음파 발생 및 반사파 수신의 기능을 하게 하는 단계이다.
본 발명에 따른 초음파 압전 셀(300) 활성화 방법은 1단계 내지 8단계의 과정이 반복되어 수행되며, 바람직하게는 어느 인식행(110) 또는 인식열(130)의 일단에서 말단까지 신호 생성 소자(311)가 설정 및 활성화 되는 과정이 반복되어 수행된다. 따라서 사용자가 손가락을 생체정보 인식 장치 위에 위치시킨 경우, 생체정보 인식 장치는 하나의 행 또는 복수의 행에서의 신호 생성 소자(311) 설정, 신호 수신 소자(313) 설정 및 활성화를 통해 초음파 압전 셀(300)들로 하여금 초음파 발생 및 반사파 수신 과정을 반복하도록 하여 수신된 반사파 신호를 이용해 상기 사용자의 지문, 혈관, 뼈 형상 등 생체정보를 획득할 수 있다.
도 43은기판(100) 상에 앞서 살펴본 도 40과 같은 모양으로 초음파 압전 셀(300)들이 배열된 상태에서, 생체정보 인식 장치가 ‘복수’ 개의 행 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식행(110)으로, ‘복수’ 개의 열 상에 배열된 초음파 압전 셀(300)들을 하나의 인식열(130)로 설정한 실시예를 나타낸 것이다.
도 43은 하나의 예시로서 기판(100) 상 3개 행의 초음파 압전 셀(300)들이 하나의 인식행(110)으로 인식되고, 3개 열의 초음파 압전 셀(300)들이 하나의 인식열(130)로 인식되는 것을 나타낸 것이다. 생체정보 인식 장치는 상기 인식행(110) 상의 초음파 압전 셀(300)들을 선택적으로 활성화 시켜 인식행(110)에 의한 생체정보 스캐닝을 진행하는 과정은 다음과 같다.
가장 먼저 1단계로, 생체정보 인식 장치는 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 하나 또는 그 이상의 초음파 압전 셀(300)를 정하여 이를 신호 생성 소자(311)로 설정한다. (1단계)
2단계로, 생체정보 인식 장치는 앞서 설정한 신호 생성 소자(311) 이외의 초음파 압전 셀(300)들 중 하나 또는 둘 이상의 초음파 압전 셀(300)를 신호 수신 소자(313)로 설정한다. (2단계) 신호 생성 소자(311)가 어느 특정한 하나의 초음파 압전 셀(300)인 경우, 신호 수신 소자(313)로는 상기 신호 생성 소자(311)의 주변에 존재하는 초음파 압전 셀(300)들이 설정될 수 있다. 도 22를 참조할 때를 예로 들면 하나의 인식행(110) 상에서 신호 생성 소자(311)를 중심으로 주변 6개의 초음파 압전 셀(300)들이 신호 수신 소자(313)로 설정될 수 있다.
3단계 및 4단계는 앞서 설정한 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)를 각각 활성화 시켜 각각의 기능에 따라 구동되도록 하는 단계이다. 구체적으로, 생체정보 인식 장치는 신호 생성 소자(311)를 활성화 시켜 초음파 신호를 발생시키고, 신호 수신 소자(313)를 활성화시켜 반사파 신호를 수신하도록 한다.
4단계 이후 생체정보 인식 장치는 상기 신호 생성 소자(311)에 근접한 복수의 초음파 압전 셀(300)들 중 어느 하나를 새로운 신호 생성 소자(311)로 설정한다. (5단계) 이 때 새로운 신호 생성 소자(311)는 앞선 1단계에서 설정되었던 신호 생성 소자(311)에 근접하여 존재하는 초음파 압전 셀(300)들 중에 선정된다. 예를 들어 5단계에서 설정되는 새로운 신호 생성 소자(311)는 1단계에서 설정되었던 신호 생성 소자(311)의 좌측, 우측 또는 대각선 방향에 존재하는 초음파 압전 셀(300) 중 어느 하나가 설정될 수 있다.
한편, 5단계에서 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)의 방향성은 스캐닝 방향과도 연관성이 있다. 즉, 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)가 종래 신호 생성 소자(311)의 우측에 있는 초음파 압전 셀(300)로 설정되는 경우 스캐닝 방향은 우측 방향이 되고, 새로이 설정되는 신호 생성 소자(311)가 종래 신호 생성 소자(311)의 대각선 방향에 있는 초음파 압전 셀(300)로 설정되는 경우 스캐닝 방향은 대각선 방향이 된다.
6단계는, 생체정보 인식 장치가 5단계에서 설정한 새로운 신호 생성 소자(311)에 맞추어 신호 수신 소자(313)도 새로이 설정하는 단계이다. 6단계는 2단계에서 신호 수신 소자(313)가 설정되는 것과 유사한 방식으로 진행된다.
마지막으로 7단계 및 8단계는 새로이 설정된 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)를 활성화 시켜 각각 초음파 발생 및 반사파 수신의 기능을 하게 하는 단계이다.
도 44는 앞서 살핀 1단계 내지 8단계의 과정에 따라 인식행(110) 상의 초음파 압전 셀(300)들이 선택적으로 활성화 되는 모습을 도시한 것이다. 본 발명에 따른 초음파 압전 셀(300) 활성화 방법은 이와 같이 1단계 내지 8단계의 과정이 반복되어 수행되며, 바람직하게는 어느 특정 행 또는 특정 열의 일단에서 말단까지 신호 생성 소자(311)가 설정 및 활성화 되는 과정이 반복되어 수행된다. 따라서 사용자가 손가락을 생체정보 인식 장치 위에 위치시킨 경우, 생체정보 인식 장치는 하나의 행 또는 복수의 행에서의 신호 생성 소자(311) 설정, 신호 수신 소자(313) 설정 및 활성화를 통해 초음파 압전 셀(300)들로 하여금 초음파 발생 및 반사파 수신 과정을 반복하도록 하여 수신된 반사파 신호를 이용해 상기 사용자의 지문, 혈관, 뼈 형상 등 생체정보를 획득할 수 있다.
이상 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치가 복수의 초음파 압전 셀(300)들을 인식행(110) 또는 인식열(130)로 설정하고, 이들 인식행(110) 또는 인식열(130)을 어떤 패턴에 따라 활성화 시키는지, 나아가 각 인식행(110) 또는 인식열(130) 내에 초음파 압전 셀(300)들을 신호 생성 소자(311) 및 신호 수신 소자(313)로 어떻게 구분하여 활성화 시키는지에 대해 살펴보았다.
이하에서는 도 45및 도 46을 참조하여 생체정보 인식 장치가 사용자 생체정보의 2차원 이미지 및 3차원 이미지를 동시에 획득하는 과정에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 각 인식행(110) 또는 인식열(130)을 활성화 시킬 때, 더 정확하게는 각 인식행(110) 또는 인식열(130) 내의 초음파 압전 셀(300)들을 선택적으로 활성화 시킴에 있어 신호 생성 소자(311)로 하여금 주파수가 다른 초음파 신호를 생성하도록 제어할 수 있다.
주파수가 다른 초음파 신호는 사용자 생체조직을 투과할 수 있는 정도에 따라 사용자의 손가락 지문 표면에 반사될 수 있거나 또는 사용자의 손가락 내부 혈관 또는 뼈 표면에 반사될 수도 있다. 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 초음파 신호의 이러한 성질을 이용하여 도 53에서와 같이 2차원 이미지(손가락 지문) 및 3차원 이미지(손가락 혈관, 뼈)를 한 번의 스캐닝에서 모두 얻는 것을 목적으로 한다.
도 46은 도 45의 스캐닝 과정을 순서에 따라 나타낸 것이다.
도 46에 따르면,생체정보 인식 장치는 먼저 2차원 이미지 획득을 위해 1차적으로 인식행(110)을 활성화, 즉 제1초음파 신호를 발생 시키고, 이후 3차원 이미지 획득을 위해 2차적으로 인식행(110)을 활성화, 즉 제2초음파 신호를 발생시킨다. 또한, 2차원 이미지 및 3차원 이미지 획득을 위한 인식행(110)들의 활성화가 진행된 이후에는 같은 방식으로 인식열(130)들에 대해서도 활성화가 진행된다.
인식행(110)을 활성화 시키는 과정을 기준으로 볼 때, 상기 2차원 이미지 및 3차원 이미지 획득을 위한 활성화는 다음 두 가지 방식으로 이루어질 수 있다.
첫 번째로, 생체정보 인식 장치는 모든 인식행(110)들에 대해 우선적으로 2차원 이미지 획득을 위한 인식행(110) 활성화를 진행한 후, 이후 재차 3차원 이미지 획득을 위한 인식행(110) 활성화를 진행할 수 있다. 이 경우 사용자의 손가락이 생체정보 인식 장치 상에 위치한 경우, 두 번의 인식행(110) 활성화가 진행되며, 각각의 활성화 과정에서는 앞서 설명한 것과 같이 제1초음파 신호, 제2초음파 신호가 발생된다.
두 번째로, 생체정보 인식 장치는 하나 하나의 인식행(110)들을 활성화 시킬 때에 제1초음파 신호를 발생시킴에 이어 곧바로 제2초음파 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어 제1인식행(110)에 대한 활성화가 이루어진다고 가정할 때, 최초에는 제1초음파 신호를 발생시키고, 이후 곧바로 제2초음파 신호를 발생시키도록 제어함으로써 제1인식행(110)으로부터 부분적인 2차원 이미지 및 3차원 이미지를 모두 획득할 수 있게 할 수 있다.
<초음파 지문인식 센서 구동 드라이버 동작 방법>
<임피던스 모드>
도 47은 본 발명의 실시예에 따른, 지문 골에 의해 로드되는 단일 초음파 압전 셀(300)의 임피던스를 나타낸 것이다. 약 9.9 MHz의 주파수에서 지문 골에 의해 로드되는 압전 셀(300)의 임피던스는 약 0.9KΩ이다. 10.1MHz의 주파수에서는 임피던스가 약 32K이다. 10MHz의 주파수에서는 임피던스가 약 16K이다. 도 47과 도 48의 비교에서 알 수 있는 바와 같이, 지문 골에 의해 로드되는 초음파 압전 셀(300)의 절대 임피던스와 지문 골에 의해 로드되는 초음파 압전 셀(300)의 주파수에 따른 임피던스의 변화는 둘 다 지문 산에 의해 로드되는 센서와 현저히 다르다. 이 차이는 초음파 센서 어레이(110)로부터 출력을 획득하는데 사용될 수 있고, 상기 출력은 센서 수신 신호 처리부(144)에서 처리되어 지문 데이터를 생성할 수 있다.
도 48은 본 발명의 실시예에 따른, 지문 산에 의해 로드되는 단일 초음파 압전 셀(300)의 임피던스를 나타낸 것이다. 도 48에서 알 수 있는 바와 같이, 약 9.9MHz의 주파수에서 지문 산에 의해 로드되는 초음파 압전 셀(300)의 임피던스는 약 0.8K이다. 10.1MHz의 주파수에서는 임피던스가 약 16K이다. 10MHz의 주파수에서는 임피던스가 약 8K이다. 따라서, 지문 산에 의해 로드되는 초음파 압전 셀(300)의 절대 임피던스와 지문 산에 의해 로드되는 초음파 압전 셀(300)의 주파수에 따른 임피던스의 변화는 둘 다 지문 골에 의해 로드되는 센서와 현저히 다르다.
임피던스 모드에서 동작할 때, 생체정보 인식 장치(100)는 초음파 압전 셀(300)의 절대 임피던스 및/또는 주파수에 따른 초음파 압전 셀(300)의 임피던스의 변화를 결정하여 주어진 초음파 압전 셀(300)가 지문 산에 의해 로드되었는지 또는 지문 골(공동)에 의해 로드되었는지를 결정한다. 초음파 압전 셀(300)의 임피던스의 측정치를 얻기 위해, 주파수 발생기(142)는 멀티플렉서(122)를 이용하여 초음파 센서 어레이(110)의 센서들에 입력되는 저전압 펄스를 생성한다.
멀티플렉서(134)에서 획득된 출력 신호는 어레이(110)의 초음파 압전 셀(300)들의 절대 임피던스에 관련된다. 이 출력 신호들은 스위치(1250)에 의해 임피던스 검출기(1242)로 전달되어 어레이(110)의 센서들의 절대 임피던스의 측정치를 결정한다. 지문을 얻기 위해, 임피던스 검출기(1242)는 주어진 초음파 압전 셀(300)가 지문 산에 의해 로드되었는지 지문 골에 의해 로드되었는지를 결정할 수 있으면 된다. 특정의 초음파 압전 셀(300)가 지문 산에 의해 로드되었는지 지 문 골에 의해 로드되었는지에 대한 이러한 결정은 손가락의 지문을 나타내는 픽셀 데이터를 발생하는데 사용될 수 있다. 지문은 메모리(143)에 저장된다. 지문은 또한 뒤에서 설명하는 다른 장치에 또한 전송될 수 있다.
만일 손가락의 지문이 2개의 다른 입력 신호 주파수를 이용하여 2회 스캔되면, 주파수에 따른 초음파 압전 셀(300)들의 임피던스의 변화를 계산할 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 주파수에 따른 초음파 압전 셀(300)들의 임피던스의 변화는 초음파 압전 셀(300)가 지문 산에 의해 로드되었는지 지문 골에 의해 로드되었는지에 따라서 달라진다. 주파수 발생기(142)에서 발생된 입력 신호는 센서 수신 신호 처리부(144)에 공급된다. 따라서, 센서 수신 신호 처리부(144)는 초음파 센서 어레이(110)에 입력되는 신호의 주파수 및 전압을 결정할 수 있다.
임피던스 검출 회로(도시 생략됨)는 연산 증폭기를 이용하여 구현될 수 있다. 멀티플렉서(134)의 출력은 연산 증폭기의 음극 포트에 공급되고 증폭된 신호가 출력 포트에서 획득된다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 연산 증폭기의 양극 포트는 접지되고 연산 증폭기의 음극 포트와 출력 포트 사이에는 저항이 배치된다.
만일 출력 포트에서의 증폭 전압이 소정의 임계 전압을 초과하면, 측정 대상의 특정 초음파 압전 셀(300)은 지문 산에 의해 로드된다. 이것은 (주어진 주파수에 대하여) 지문 산에 의해 로드된 초음파 압전 셀(300)의 절대 임피던스가 지문 골에 의해 로드된 초음파 압전 셀(300)의 임피던스의 약 절반이라는 사실에 기인한다. 따라서, 지문 산에 의해 로드된 초음파 압전 셀(300)로부터 연산 증폭기에 제공되는 출력 신호의 전압은 지문 골에 의해 로드된 초음파 압전 셀(300)로부터 연산 증폭기에 제공된 출력 신호의 전압의 약 2배이다.
일반적으로, 대형 개별 센서(예를 들면, 약 40 미크론 × 100 미크론 이상의 것)를 포함한 소형 압전 세라믹 센서 어레이(예를 들면, 약 10000개 미만의 센서를 갖는 것)와 관련하여 약간 다른 처리 기술이 사용될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 압전 소자는 유전체로서 PZT를 구비한 커패시터로 구성될 수 있다. PZT의 유전율(permitivity)은 비교적 높다(예를 들면, 100 쿨롱/볼트-메터 이상).
생체정보 생체정보 인식 장치(100)에서, 압전 효과는 커패시터가 소정 전압 하에서 기계적으로 팽창하거나 수축하게 한다. 각종 주파수에서, 센서는 파장의 상호작용, 센서에서의 음속 및 센서의 물리적 치수에 기초하여 선택적 진동 또는 클램핑을 나타낼 것이다. 가장 유용한 진동은 하나의 예시적인 실시예에서 7.6 MHz 및 8.3 MHz인 직렬 공진 및 병렬 공진이다. 주파수의 증가에 따른 커패시터 임피던스의 예상된 지수적 저하는 에너지가 소비되거나 소비되지 않기 때문에 상기 2개의 주파수에서 편차를 갖는다.
지문 산에 대한 기계적 결합의 포인트 확산 가설(point spread fiction)은 병렬 공진에 대한 옵셋임을 깨달았다. 이 개념은 공간 센서 주파수의 최대 4배까지의 공간 샘플링 주파수를 가능하게 한다. 또한, 산과 골에 대한 민감도는 골이 에너지의 전달이 없기 때문에 매우 편향된다. 그러나, 산은 고주파를 발사할 것이고, 이격된 골은 산을 통해 검출될 수 있다. 그 결과 센서는 산보다는 골을 검출할 수 있고 골은 센서 피치보다 훨씬 더 작을 수 있다.
<감쇠/전압 모드>
전술한 바와 같이, 생체정보 인식 장치(100)는 감쇠 또는 전압 모드에서 동작하여 손가락의 지문을 획득할 수 있다. 이 동작 모드는 초음파 센서 어레이(110)가 압전 세라믹 어레이 또는 압전막 어레이를 이용할 수 있다. 생체정보 인식 장치(100)의 감쇠 모드는 지문 산에 의해 로드된 초음파 압전 셀(300)에 부여되는 에너지가 손가락에 전달될 수 있고, 지문 골에 의해 로드된 초음파 압전 셀(300)에 부여되는 에너지가 손가락에 전달될 수 없다는 원리에 기초를 둔다.
감쇠 모드에 있어서, 주파수 발생기(142)는 고전압 펄스 신호를 생성하고, 이 신호는 멀티플렉서(122)를 통하여 초음파 센서 어레이(110)의 센서들에 제공된다. 도 49는 1 사이클의 입력 펄스를 나타낸 것이다. 그러나 입력 신호는 전형적으로 1 사이클보다 더 길다. 실시예에 있어서, 입력 신호는 약 10 사이클 길이이다. 이 입력 신호는 어레이의 센서들이 진동하여 음파를 생성하게 한다. 이 음파는 센서로부터 차폐층을 통하여 센서 위의 지문 산(1704)으로 이동할 수 있다. 상기 음파는 차폐층의 음향 임피던스가 손가락(1702)의 음향 임피던스와 일치하기 때문에 지문 산(1704)으로 통과할 수 있다. 지문 산(1704)과 차폐층 간의 인터페이스에 의해 음파에 대한 음향 장벽은 형성되지 않는다. 따라서, 지문 산에 의해 로드된 센서에 부여되는 에너지는 소산된다. 지문 골에 의해 로드된 센서의 경우에는 센서에 부여된 에너지가 더 긴 시간 동안 센서에 획득(trap)되어 유지된다. 이것은 지문 골에 있는 공기가 음향 장벽으로서 작용하기 때문이다.
다수의 사이클 후에, 어레이에 대하여 획득된 출력 신호의 전압이 결정되고 처리되어 손가락(1702)의 지문을 획득한다. 도 50은 예시적인 출력 신호를 나타낸 것이다. 실시예에 있어서, 지문 산(1704)에 의해 로드된 센서에 부여된 에너지가 지문 골(1706)에 의해 로드된 센서에 부여된 에너지보다 더 빨리 소산되기 때문에, 지문 산(1704)에 의해 로드된 센서로부터 획득된 출력 신호의 전압은 입력 신호 전압의 약 1/10에 불과하다. 이 실시예에 있어서, 지문 골(1706)에 의해 로드된 센서로부터 획득된 출력 신호의 전압은 입력 신호 전압의 약 1/2이다. 이 전압차는 전압 검출기(1244)에 의해 검출되고 처리되어 손가락(1702)의 지문을 발생할 수 있다. 전압 검출기(1244)를 구현하는 수단은 위에서 설명하였다. 다른 수단들이 또한 관련 기술 분야에 공지되어 있다.
<도플러 시프트 및 에코 모드>
생체정보 인식 장치(100)는 적어도 2개의 다른 모드에서 동작할 수 있다. 그 모드는 이동 신호 시간(에코) 모드와 도플러 시프트 모드이다. 에코 모드는 촬상 모드라고도 부른다. 이 모드들은 뒤에서 설명하는 것처럼 뼈 지도, 소동맥-정맥 지도, 소동맥 혈류 및 모세혈관 혈류와 같은 생체인식 데이터를 획득하기 위해 사용된다. 상기 생체인식 및/또는 기타 데이터의 조합이 또한 획득될 수 있다. 예를 들면, 소동맥 혈류 대 모세혈관 혈류의 비를 구하여 호스트의 감정 상태 또는 웰-빙(well-being)을 표시하기 위해 사용할 수 있다.
도 51은 본 발명의 실시예에 따른, 에코 모드 또는 도플러 시프트 모드에서 동작하는 생체정보 인식 장치(100)가 생체인식 정보를 획득하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 나타낸 것이다. 여기에서 설명하는 것처럼, 고전압 신호는 초음파 센서 어레이(110)의 센서들에 입력되어 음파를 생성할 수 있다. 이 음파는 손가락(1702)을 통하여 이동하고 손가락(1702)의 각종 특징, 예를 들면 손가락(1702)의 뼈, 손가락(1702)의 손톱, 또는 손가락(1702)의 혈류 등에 의해 반사된다.
도 52는 본 발명의 실시예에 따른, 인식 장치(100)가 3차원 뼈 지도를 획득하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 나타낸 것이다. 손가락(1702)의 뼈(6002)의 지도를 생성하기 위해, 인식 장치(100)는 에코 모드에서 동작한다. 피부면으로부터 손가락(1702)으로 이동하는 음파는 뼈(6002)의 뼈 구조로부터 반사될 것이다. 이 구조는 야기된 큰 에코 진폭으로부터 식별될 수 있다. 에코 이동 시간은 뼈 거리에 대한 센서의 측정치이므로, 뼈(6002)의 형상에 대한 3차원 지도가 달성될 수 있다.
뼈(6002)의 지도를 얻기 위해, 고전압 펄스 입력 신호가 주파수 발생기(142)에 의해 발생되어 어레이(110)의 센서들에 제공된다. 이 입력 신호는 손가락(1702)으로 이동하는 음파를 센서들이 발생하게 한다. 도 60에 도시한 바와 같이, 어레이(110)의 특정 초음파 압전 셀(300)만이 임의의 주어진 시간에 음파를 활동적으로 발생한다. 본 발명에 따라서 및 여기에서 설명하는 것처럼, 활성 음파를 송신 및 수신하는 애퍼쳐가 구성되고 MCU(146) 및 멀티플렉서(122)를 이용하여 초음파 센서 어레이(110)를 가로질러 이동(스캔)된다. 발생된 음파는 손가락(1702)을 통하여 이동하고 뼈(6002)의 구조에 의해 반사된다. 반사된 음파는 수신 애퍼쳐에 의해 검출된다. 음파의 이동 시간은 장치(100)의 검출기(1546)에 의해 검출되고 뼈 구조가 어레이(110)로부터 각종 거리에 위치되었는지를 검출하기 위해 사용된다. 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 이 동작 모드는 레이더가 동작하는 방법과 유사하다.
음파의 파장 및 선택된 애퍼쳐는 송신 및 수신 빔 형상을 규정한다. 각종 애퍼쳐의 크기 및 빔 방향성은 본 발명에 따라서 형성될 수 있다. 도 53은 본 발명의 실시예에 따라서 뼈(6002)의 뼈 지도를 획득하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 빔 방향성을 나타낸 것이다. 다른 빔을 또한 사용할 수 있다.
도 54는 본 발명에 따라서 인식 장치(100)가 소동맥 혈류 정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다. 손가락(1702)에 대하여 동맥(6202)과 모세혈관(6204)이 도시되어 있다. 도53에서 알 수 있는 바와 같이, 소동맥 혈류는 초음파 센서 어레이(110)의 표면과 평행하다.
소동맥 혈류 데이터는 장치(100)가 도플러 시프트 모드에서 동작하는 동안 장치(100)로부터 획득된다. 동맥(6202) 내에서 흐르는 적혈구로부터 후방 산란(back-scattered)된 도플러 시프트 신호를 수신하기 위해, 초음파 센서 어레이(110)의 송신 및 수신 방향성 빔 패턴은 하나 이상의 중첩 볼륨(6206)을 형성하여야 한다.
도 54는 중첩 볼륨(6206)을 형성하는 본 발명의 실시예에 따른 송신 애퍼쳐(2610A) 및 수신 애퍼쳐(2610B)를 나타낸 것이다. 송신 애퍼쳐(2610A) 및 수신 애퍼쳐(2610B)를 생성하는 하나의 방법은 약 6 파장 스퀘어 미만의 애퍼쳐(예를 들면, 한 측면에 300 미크론 또는 6개의 센서)을 만들고 2 파장(600 미크론)의 피치로 이격시키는 것이다. 이 애퍼쳐들은 약 30도로 사이드 빔 또는 격자 로브(grating lobe)를 생성하고 소동맥 혈류를 검출하기에 적당한 깊이에서 중첩 영역(6206)을 형성한다. 도 64는 본 발명의 실시예에 따라서 상기 애퍼쳐에 의해 형성된 송신 및/또는 수신 빔을 나타낸 것이다. 다른 애퍼쳐를 또한 사용할 수 있다. 격자 로브가 생성될 수 있는 각도는 여기에서 발명의 설명으로 주어지는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 애퍼쳐들간의 피치의 비율 및 생성된 음파의 파장에 의해 제어된다.
도 54 및 도 55에 도시한 바와 같이, 애퍼쳐(6210A)에 의해 생성된 소닉 에너지(sonic energy)는 동맥(6202) 내의 혈구에 의해 산란되고 애퍼쳐(6210B)에서 수신된다. 애퍼쳐(6210A)를 구성하는 어레이(110)의 센서에 제공된 입력 신호는 고전압의 연속파 신호이다. 이 입력 신호는 도플러 시프트 검출기(1548)의 기준 신호로서 센서 수신 신호 처리부(144)에 또한 제공된다. 이 입력 또는 기준 신호는 애퍼쳐(6210B)로부터 수신된 출력 신호와 도플러 시프트 검출기(1548)에 의해 혼합되어 도플러 시프트 정보를 획득한다. 도플러 시프트 검출기(1548)를 구현하는 회로는 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로 여기에서 구체적으로 설명하지 않는다.
도 56은 본 발명의 실시예에 따라서 인식 장치(100)가 모세혈관 혈류 정보를 획득하기 위해 어떻게 사용되는지를 나타낸 것이다. 도 56에서 알 수 있는 바와 같이, 모세혈관 혈류는 초음파 센서 어레이(110)의 표면에 수직한 방향으로 된다. 모세혈관 혈류를 소동맥 혈류와 분리하기 위해, 9개 센서(3×3, 150 제곱 미크론)의 복수의 애퍼쳐가 선택될 수 있다. 이 애퍼쳐는 센서(1220)의 많은 부분에서 동시에 복제될 수 있는 매우 작고 밀접한 민감도 영역을 생성할 것이다. 애퍼쳐의 민감도는 복수의 애퍼쳐의 도플러 신호를 함께 추가함으로써 증가될 수 있다. 민감도 애퍼쳐는 어레이(110)의 표면에 가장 가까운 손가락(1702)의 최초 0.5 밀리미터에서 집중된다.
생체정보 인식 장치(100)를 이용하여 혈류를 검출할 때, 펄스형 도플러 실시예를 이용하면 동일한 애퍼쳐가 송신 및 수신 기능을 둘 다 수행하는 장점이 있다. 또한, 수신 신호를 게이팅함으로써, 잘 정의된 샘플 볼륨으로부터 야기되는 후방 산란 정보만이 혈류 패턴을 얻기 위해 분석된다.
도 57은 생체정보 인식 장치(100)를 이용하여 생체 인식 데이터를 획득하는 더 구체적인 방법의 흐름도이다. 이 방법은 압전막 센서 어레이를 가진 장치(100)의 특정 실시예를 참조하여 설명된다.
단계 6702에서, 장치(100)는 소생되고 압전막 초음파 센서 어레이(110)가 초기 픽셀 또는 픽셀 그룹을 검출하도록 스위칭된다. MCU(146)는 지정된 초기 픽셀 또는 픽셀 그룹으로 멀티플렉서(122, 124B)를 스위칭한다. 일례에 있어서, 압전막 초음파 센서 어레이(110)는 512×512 픽셀 어레이이다. 멀티플렉서(122, 124B)는 각각 검출된 초기 픽셀 또는 픽셀 그룹의 지정된 어드레스로 특정 그리드 라인(도체)을 어드레스 및/또는 선택하기 위해 사용된다.
단계 6704에서, 입력 신호가 압전막 어레이(110)에 인가된다. 펄스는 하나의 30 MHz 사이클로 인가된다. 발진기(1504)는 30 MHz의 진동 신호를 발생한다. 멀티플렉서(122)는 입력 펄스를 초기 픽셀 또는 픽셀 그룹에 전송한다. 이 입력 신호는 MCU(146) 및 센서 수신 신호 처리부(144)에도 또한 전송된다.
단계 6706에서, 출력 신호가 압전막 초음파 센서 어레이(110)로부터 획득된다. 센서 수신 신호 처리부(144)는 픽셀에서 신호를 검출하기 전에 다수의 사이클을 대기한다. 예를 들면, 주파수 발생기(142)로부터 전송된 신호에 응답해서, 센서 수신 신호 처리부(144)는 입력 펄스가 픽셀(또는 픽셀 그룹)에 인가된 후에 다수의 사이클을 대기한다. 단계 6708에서, 대기가 종료한 때, 예를 들면 전압이 전압 검출기(1244)를 이용하여 평가된다.
예를 들면, 하나의 30 MHz 사이클은 약 33 나노초에 대응한다. 대기는 약 5 사이클 즉 150 나노초일 수 있다. 다른 대기 기간(예를 들면, 더 많거나 더 적은 수의 주기)은 발진기 주파수 및/또는 다른 설계 조건에 따라서 사용될 수 있다. 상기 대기는 전술한 바와 같이 픽셀에서의 인가된 전기 펄스에 응답해서 발생하는 지문 산의 존재에 기인하는 링 다운 발진(ring down oscillation)을 가능하게 한다.
단계 6708에서, 필터링된 전압이 센서 수신 신호 처리부(144)에 의해 평가되고 그레이 스케일 또는 이진 픽셀 값은 검출된 전압을 나타내는 출력이다(단계 6710). 필터 회로(도시 생략됨)는 출력 전압을 필터링하여 약 30 MHz의 주파수 부근에서 중심이 맞춰진 통과대역 내의 출력 전압 신호를 검출하는 대역 통과 필터이다. 그레이 스케일 또는 이진 픽셀 값은 메모리 제어기(1260)에 출력되어 영상 메모리(143)에 저장된다. 일례에 있어서, 출력 그레이 스케일 또는 이진 픽셀 값은 검출된 픽셀에 대응하는 영상 메모리(143)의 어드레스에 저장된다.
단계 6712에서, 스캔이 종료되었는지 결정하기 위한 체크가 이루어진다. 다시 말해서, 500×400 초음파 센서 어레이(110)의 각 픽셀이 스캔되었고 대응하는 출력 값이 영상 메모리에 저장 및 축적되었는지를 결정하기 위한 체크가 이루어진다. 만일 스캔이 종료하였으면 루틴이 끝난다. 그 다음에, 예를 들면 지문 영상이 성공적으로 포착되었음을 표시하는 신호 또는 다른 표시가 발생되어 장치(100)로부터 출력될 수 있다. 만일 스캔이 종료하지 않았으면, 압전막 초음파 센서 어레이(110)가 다음 픽셀 또는 다음 픽셀 그룹을 검출하도록 스위칭된다(단계 6714). 그 다음에 제어는 다음 픽셀 또는 다음 픽셀 그룹에 대하여 단계 6704 내지 6712를 수행하도록 복귀한다.
전술한 바와 같이, 압전막 초음파 센서 어레이(110)는 단일 픽셀 또는 픽셀 그룹의 전압 값을 검출하도록 멀티플렉서(122)에 의해 스위칭될 수 있다. 일반적으로, 픽셀을 스캔하는 임의의 방식을 사용할 수 있다. 예를 들면, 픽셀의 라스터 스캔이 수행될 수 있다. 픽셀은 행마다 또는 열마다 스캔될 수 있다.
하나의 양호한 예에서, 소정의 순간에 복수의 픽셀 그룹이 판독될 때, 픽셀 그룹 내의 각 픽셀은 소정의 거리만큼 분리된다. 이 방법으로 이웃 픽셀의 링 다운 발진으로부터의 간섭 효과가 최소화되거나 회피된다. 일례에 있어서, 주어진 사이클에서 검출된 픽셀들은 적어도 8 픽셀의 최소 거리만큼 분리된다. 이 방법으로 이웃 픽셀들 간의 임의의 링 다운 발진이 크게 감쇠된다.
<초음파 지문인식 센서 모듈 동작 방법>
<동작방법#1>
이하에서는 앞서 설명한 압전 소자 구동 방식, 생체정보 스캐닝 과정을 이용한 응용사례를 살펴보기로 한다.
도 58은 첫 번째 응용사례로서, 사용자의 생체조직이 존재하는 위치점을 먼저 파악한 후 해당 위치점을 기준으로 압전 소자들을 활성화 시키는 실시예를 도시한 것이다.
도 58을 참조할 때, 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 크게 두 단계를 포함하여 이루어진다. 도 58의 (a)는 첫 번째 단계를 도시한 것으로, 이에 따르면 생체정보 인식 장치는 첫 번째 인식행(110)을 활성화 시켜 사용자의 생체조직, 즉 혈관 또는 뼈가 어느 위치점(P1)에 존재하는지를 파악한다.
이 때, 첫 번째 인식행(110)은 복수의 초음파 압전 셀(300)들로 구성될 수 있는데, 본 첫 번째 단계는 상기 모든초음파 압전 셀(300)들을 동시에 또는 순서에 따라 활성화 시켜 어느 지점에 인식 대상이 되는 사용자 생체조직이 위치하는지를 파악한다.
위치점(P1)이란, 사용자의 생체조직이 상기 활성화 된 인식행(110)의 어느 위치에 대응하여 존재하는지를 가리키는 일점으로, 해당 위치점(P1)은 상기 인식행(110)을 구성하는 초음파 압전 셀(300)들의 고유 식별번호 또는 상기 인식행(110)의 길이정보를 기준으로 정해질 수 있다. 예를 들어, ‘0106’의 고유 식별번호(이 때 고유 식별번호의 처음 두 자리는 인식행(110)의 순번을, 뒤의 두 자리는 해당 인식행(110) 상에서의 초음파 압전 셀(300)의 순번을 가리키는 것으로 가정) 를 가지는 초음파 압전 셀(300)가 생체조직에 가장 가까운 것인 경우에는 해당 고유 식별번호를, 또는 인식행(110)의 좌측 말단으로부터 60mm 떨어진 지점이 생체조직에 가장 가까운 곳인 경우에는 제1인식행(110)의 좌측 말단으로부터 60mm 지점이 위치점(P1)으로 정해질 수 있다.
도 58의 (b)는 본 발명에 따른 스캐닝 방법의 두 번째 단계를 도시한 것으로, 이에 따르면 생체정보 인식 장치는 앞선 단계에서 파악된 위치점(P1)을 기준으로 차순위 인식행(110)의 초음파 압전 셀(300)들을 활성화 시켜 차순위 인식행(110) 상에서의 사용자 생체조직의 위치점(P1)을 파악한다.
본 두 번째 단계는 인식대상이 되는 사용자의 생체조직이 넓은 영역에 걸쳐 위치해 있지 않음에 이에 따른 비효율성을 해소하고자 존재하는 것으로, 생체조직이 존재하는 영역과 대응되는 위치의 초음파 압전 셀(300)들만 활성화 시킴으로써 효율성을 제고시키는 것을 목적으로 한다.
예를 들어, 앞선 첫 번째 단계에서 첫 번째 인식행(110)을 구성하는 초음파 압전 셀(300)의 고유 식별번호인‘0106’이 위치점(P1)으로 파악된 경우, 생체정보 인식 장치는 두 번째 인식행(110)의 0203 내지 0209까지의 초음파 압전 셀(300)들을 활성화 시켜 해당 생체조직의 이미지를 획득함과 동시에 재차 상기 생체조직의 위치점(P1)을 파악한다. 또는, 앞서 첫 번째 단계에서 첫 번째 인식행(110) 상에서 특정 위치에 위치점(P1)이 파악된 경우, 생체정보 인식 장치는 두 번째 인식행(110)을 활성화 시킬 때에 상기 파악된 위치점(P1)을 기준으로 좌우로 기 설정된 길이(예: 위치점(P1) 기준으로 좌/우로 2mm만큼의 연장된 길이) 내 존재하는 초음파 압전 셀(300)들을 활성화 시켜 해당 위치의 생체조직 이미지를 획득함과 동시에 재차 상기 생체조직의 위치점(P1)을 파악할 수 있다.
도 58의 (b) 단계는 생체정보 인식 장치 내 설정된 모든 인식행(110)들에 대해 반복적으로 진행된다. 즉 앞서 살펴 본 두 번째 행에서의 위치점(P1) 파악 및 생체조직 이미지 획득 과정은 동일한 방식으로 세 번째 인식행(110), 네 번째 인식행(110) 등에 대해 동일하게 진행된다.
한편, 도 59는 어느 인식행(110)에서의 위치점(P1)이 복수 개인 경우를 도시한 것이다.
특히 본 발명은 사용자의 생체조직이 혈관인 경우 유용하게 활용될 수 있는데, 혈관은 그 구조가 여러 방향으로 연결되어 나가는 방식으로 이루어져 있어 인식행(110) 상에서도 어느 한 점으로 그 위치가 특정되지 않고 복수 개의 위치점(P1)으로 특정될 수 있다.
이 경우 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 해당 인식행(110) 상에서 위치점(P1)을 두 개 이상으로 정할 수 있으며, 차순위 인식행(110)에서는 상기 복수의 위치점(P1)을 기준으로 초음파 압전 셀(300)들을 활성화 시킨다.
이상 도 58 및 도 59를 참고하여 생체정보 인식 장치가 사용자 생체조직의 이미지를 획득할 때에 어떻게 각 인식행(110)들을 활성화 시키는 지에 대해 살펴보았다.
<동작방법#2>
도 60은 사용자 지문의 중심점을 파악한 후 상기 중심점을 기준으로 압전소자들을 활성화 시키는 실시예를 도시한 것이다.
도 60을 참조할 때 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 크게 사용자 지문의 중심점(P2)을 특정하는 1단계, 중심점(P2)의 위치를 기준으로 압전 소자들을 활성화 시키는 2단계 및 사용자의 생체조직에 의해 반사된 초음파 신호를 수신하여 생체정보를 획득하는 3단계를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 우선적으로 사용자의 지문 이미지를 획득한 이후 해당 지문 이미지를 분석하여 중심점(P2)을 찾고, 특정된 중심점(P2)의 위치를 기준으로 그 주변의 소수 압전 소자들만을 활성화 시켜 혈관, 뼈 등의 다른 생체이미지, 즉 생체정보를 획득하는 단계를 포함한다.
우선 사용자 지문의 중심점(P2)을 특정하는 1단계에 대해 살펴본다.
사용자 지문의 중심점(P2)이란 생체정보 스캐닝을 하기에 기준이 되는 점을 일컫는 것으로 바람직하게는 상기 중심점(P2)은 사용자 지문에서 융선(산)이 겹겹이 형성되어 있는 와중에 그 중심에 위치하는 임의의 점으로 특정된다.
본 발명에서 중심점(P2)은 우선 사용자의 지문 이미지를 획득하는 것을 전제로 하는데, 이는 사용자 지문의 이미지가 먼저 획득이 되어 있어야 해당 지문 이미지를 분석하여 중심점을 특정할 수 있기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 생체정보 스캐닝 방법에서 1단계는 사용자의 지문 이미지를 먼저 획득한 후 이를 분석하여 중심점(P2)을 특정하는 과정을 포함한다.
한편 사용자의 지문 이미지가 획득된 이후, 생체정보 인식 장치는 상기 지문 이미지를 분석하여 지문의 중심점(P2)을 특정한다. 도 61,도 62은 생체정보 인식 장치가 지문 이미지를 분석하여 중심점(P2)을 특정하는 방법을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 61을 참조할 때 생체정보 인식 장치는 상기 지문 이미지 내 융선의 접선 기울기를 연산하고 융선의 접선 기울기가 가장 크게 변하는 구간을 찾은 뒤 해당 구간에서의 점들 중 하나의 점을 지문의 중심점(P2)으로 특정할 수 있다. 그림에서도 볼 수 있듯 생체정보 인식 장치는 지문 이미지 획득 후 해당 이미지 상에서 융선의 모양을 추출해 낼 수 있는데 이렇게 추출된 융선의 모양으로부터 융선의 기울기 변화를 연산하여 가장 큰 변화량을 가지는 융선 구간을 추출한 후 해당 융선 상의 일점을 지문의 중심점(P2)으로 특정할 수 있다. 이는 일반적으로 지문의 중심점(P2)에서 멀어질수록 융선의 기울기 변화량이 상대적으로 작은값을 가짐에 착안한 것이다.
도 62를 참조할 때, 생체정보 인식 장치는 상기 지문 이미지로부터 지문 바깥쪽의 윤곽선만을 추출해 낸 후 해당 윤곽선의 중심을 연산하여 해당 점을 중심점(P2)으로 특정할 수 있다. 도 62와 같은 방식의 중심점(P2) 특정은 도 61과 비교할 때 연산과정이 간이하므로 하드웨어 리소스를 적게 소모하게 되며 연산시간이 단축되는 효과가 있다.
한편, 이와 같이 특정된 사용자 지문의 중심점(P2)은 이후 단계에서 상기 사용자의 또 다른 생체정보를 획득하기 위해 압전 소자들을 활성화 시키는 데에 참조된다.
도 63은 앞선 단계에서 특정된 중심점(P2)을 기준으로 압전 소자들이 활성화 된 상태를 나타낸 것이다.
도 63의 (a)는 압전 소자들이 행렬 모양으로 배열된 기판 상에서 중심점(P2)을 기준으로 소수의 압전 소자들이 활성화 된 모습을 나타낸 것이다. 도 63의 (a)를 참조할 때 생체정보 인식 장치는 중심점(P2)에 대응되는 압전 소자를 신호 생성 소자(311)로 활성화 시키고, 상기 신호 생성 소자 주변의 압전 소자들을 신호 수신 소자(313)로 활성화 시킨다. 한편, 중심점(P2)을 기준으로 압전 소자들이 활성화 될 때에 신호 생성 소자가 발생시키는 초음파는 앞서 사용자의 지문 이미지를 획득할 때에 사용한 초음파와 다른 주파수 값을 가진다. 바람직하게는, 본 단계에서 발생되는 초음파는 사용자의 손가락 내 혈관 또는 뼈에 도달할 수 있는 주파수 값을 가질 수 있다.
도 63의 (b)는 압전 소자들이 전후 행이 어긋난 패턴으로 배열된 기판 상에서 중심점(P2)을 기준으로 소수의 압전 소자들이 활성화 된 모습을 나타낸 것이다. 도 63(b)의 실시예 역시 (a)에서의 실시예에서와 마찬가지로 생체정보 인식 장치는 중심점(P2)에 대응되는 압전 소자를 신호 생성 소자(311)로, 그 주변의 압전 소자들을 신호 수신 소자(313)로 활성화 시킨다.
도 64 및 도 65는중심점(P2)을 기준으로 압전 소자들을 활성화 시키는 또 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 64는 압전 소자들이 행렬 모양으로 배열된 기판 상에서 중심점(P2)을 기준으로 소수의 압전 소자들이 위치가 변경되어 가면서 활성화 되는 모습을 나타낸 것이며, 도 65는 압전 소자들이 어긋난 형태로 배열된 기판 상에서 활성화 되는 모습을 나타낸 것이다. 도 64 및 도 65의 압전 소자 활성화 방식은 앞서 설명한 내용과 실질적으로 동일하며, 다만 도 64 및 도 65의 실시예는 특정된 중심점(P2)을 기준으로 주변에 존재하는 소수의 압전 소자들만을 활성화 시킨다는 차이점이 있다.
중심점(P2)을 기준으로 어느 범위까지의 압전 소자들을 활성화 시킬 것인지에 대한 설정은 제품 설계자가 임의로 정할 수 있으며, 바람직하게는 상기 중심점(P2)을 중심으로 기판의 전체 면적 중 25% 내지 30%의 면적에 해당하는 범위 내 압전 소자들을 활성화 시킬 수 있다.
한편, 사용자 지문의 중심점(P2)을 기준으로 압전 소자들이 활성화 되면, 생체정보 인식 장치는 상기 사용자의 생체조직에 의해 반사된 초음파 신호, 즉 반사파를 수신하고 이를 기초로 생체정보를 획득한다. 이 때 획득되는 생체정보는 사용자의 혈관 또는 뼈의 이미지일 수 있으며, 상기 생체정보는 논리적으로 당연히 사용자의 손가락 중 상기 중심점(P2)을 기준으로 한 일부분에 대한 것이다.
한편, 생체정보 인식 장치는 상기 획득한 생체정보를 이용하여 사용자 인증과정을 더 진행할 수 있다. 예를 들어, 상기 생체정보가 혈관 이미지 또는 뼈 이미지인 경우 생체정보 인식 장치는 해당 이미지를 기 저장되어 있던 이미지와 비교함으로써 사용자가 올바른지 여부를 판별하게 된다. 다른 한편, 상기 생체정보는 시간에 따른 복수개의 혈관 이미지일 수도 있는데, 생체정보 인식 장치는 위 복수의 혈관 이미지를 이용하여 사용자 지문이 위조지문인지 여부를 판별할 수도 있다. 즉, 올바른 사용자 지문 인증의 경우 혈관 이미지를 시간에 따라 획득하였다면 혈관의 팽창, 수축에 따라 이미지 상 그 모양이 미세하게 차이 나는데, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치의 경우 위 차이점을 분별해 내어 지문의 위조여부를 판별할 수 있다.
<동작방법#3>
도 66은 사용자의 손가락에 의해 기판에 압력이 가해지는 경우 해당 압력을 감지하여 압점을 분별해 내고 해당 위치에 대응되는 압전 소자들을 활성화 시키는 실시예를 도시한 것이다.
도 66을 참조할 때 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 크게 생체정보 인식 장치가 기판 상에 가해지는 압력을 감지하고 가압 영역을 특정하는 1단계, 상기 가압 영역 내에서 압점(P3)을 특정하고 상기 압점(P3)의 위치를 기준으로 압전 소자들을 활성화 시켜 초음파를 발생시키며 상기 초음파가 사용자의 생체조직에 의해 반사된 신호를 수신하는 2단계 및 반사된 초음파 신호를 기초로 생체정보를 획득하는 3단계를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 우선적으로 기판 상 가압 영역을 특정한 이후 해당 가압 영역 내에서 압점(P3)을 특정하고, 특정된 압점(P3)의 위치를 기준으로 그 주변의 소수 압전 소자들만을 활성화 시켜 혈관, 뼈 등의 다른 생체이미지, 즉 생체정보를 획득하는 단계를 포함한다.
우선 생체정보 인식 장치가 기판 상에 가해지는 압력을 감지하고 가압 영역을 특정하는 1단계에 대해 살펴본다.
생체정보 인식 장치는 사용자가 생체정보 인식을 위하여 기판 상에 손가락을 대는 경우 손가락에 의해 가해지는 영역을 감지하며 해당 영역을 가압 영역으로 특정한다. 이 때 생체정보 인식 장치가 압력이 가해지는 영역을 감지하는 방식에는 여러 가지 방법이 있을 수 있겠으나, 바람직하게는 기판 상에 이미 형성되어 있는 압전 소자를 활용하여 압력이 가해지는 영역을 감지할 수 있다. 즉, 압전 소자는 외부로부터의 물리적인 압력이 가해지는 경우 분극 현상이 발생하여 신호를 생성할 수 있는데, 압전 소자의 이러한 성질을 이용하여 생체정보 인식 장치는 기판 상의 어느 영역에 압력이 가해지고 있는지를 파악할 수 있게 된다.
한편, 이렇게 압력을 감지하고 기판 상에서의 가압 영역을 특정하는 것은 이후 초음파 신호의 발생 및 수신을 담당하게 될 압전 소자들을 어느 영역 내에서 활성화 시킬 것인지 그 한계점을 정하기 위함이다. 즉, 본 발명은 1단계에서 정해진 가압 영역 내에서 하나 또는 둘 이상의 압점(P3)을 정하고, 이렇게 정해진 압점(P3)을 중심으로 소수의 압전 소자를 활성화 시키는 것을 목적으로 한다.
다음으로 가압 영역 내에서 압점(P3)의 위치를 특정하고 이렇게 특정된 압점(P3)의 위치를 기준으로 압전 소자들을 활성화 시키는 단계에 대해 살펴보기로 한다.
압점(P3)이란 기판 상의 가압 영역 내에서 기준점이 되는 어느 하나의 일점 또는 복수의 점을 일컫는 것으로, 압점(P3)은 생체정보 인식 장치가 압전 소자들을 활성화 시킬 때에 어느 점을 중심으로 할 것인지를 가리키는 기준점으로서의 역할을 한다. 예를 들어, 상기 압점(P3)의 위치는 후술하게 될 신호 생성 소자의 위치를 정하는 기준이 될 수 있다.
이미 앞서도 언급하였듯 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 기판 상에 두 가지 패턴으로 압전 소자들이 형성될 수 있는데, 복수의 압전 소자를 활성화 시켜 사용자의 생체정보를 획득하는 과정에 대해서는 앞서 설명한 도 24 내지 도 46를 참조하기로 한다. 또한, 특정된 압점을 기준으로 주변 압전 소자를 활성화 시키는 과정에 대해서는 동작방법#2에서 지문점을 중심으로 주변 압전 소자를 활성화 시키는 과정과 실질적으로 동일하므로 도 63 내지 도 65을 참조하기로 한다.
<동작방법#4>
도 67은기판 상에 복수의 손가락이 위치한 경우 기판 상의 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 스캐닝을 하는 실시예를 도시한 것이다.
도 67을 참조할 때 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 크게 생체정보 인식 장치가 기판 상에 복수의 손가락이 위치된 상태를 인식하는 1단계, 기판 상에 형성된 복수의 압전 소자들을 활성화 시켜 초음파를 발생시키고, 상기 손가락에 반사된 초음파 신호를 수신하는 2단계, 반사된 초음파 신호를 기초로 생체정보를 획득하는 3단계를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 복수의 손가락이 기판 상에 위치될 것을 전제로 하고, 복수 손가락이 기판 상에 위치되는 순서, 각 손가락이 위치되는 시점 간의 간격 등 손가락이 위치된 상태 등을 추가적으로 인식하는 것을 특징으로 하며, 이후 손가락으로부터의 지문, 혈관, 뼈 이미지 등과 같은 생체정보를 획득하기 위해 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시킨다.
먼저 생체정보 인식 장치가 기판 상에 복수의 손가락이 위치된 상태를 인식하는 1단계에 대해 살펴본다.
생체정보 인식 장치는 사용자가 기판 상에 복수의 손가락을 위치시키는 경우 이를 인식하며, 인식과 동시에 생체정보 스캐닝을 시작하게 된다. 사용자는 복수의 손가락을 동시에 기판 상에 위치시킬 수도 있고, 또는 각각의 손가락을 순서에 따라 위치시킬 수도 있다.
생체정보 인식 장치가 상기 손가락의 위치된 상태를 인식하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들어 기판 상에 형성되어 있는 압전 소자를 활용하여 압력이 가해지는 영역을 감지해 냄으로써 인식할 수 있다. 즉, 압전 소자는 외부로부터의 물리적인 압력이 가해지는 경우 분극 현상이 발생하여 신호를 생성할 수 있는데, 압전 소자의 이러한 성질을 이용하여 생체정보 인식 장치는 기판 상의 어느 영역에 압력이 가해지고 있는지를 파악할 수 있게 된다. 한편, 위 실시예는 하나의 실시예에 불과한 것이며 기판 상에 인체가 접하고 있는지에 대해서는 다수의 방법이 알려져 있으므로 이를 참고하기로 한다.
다른 한편, 본 발명에 따른 생체정보 스캐닝 방법의 1단계에서는 복수의 손가락이 기판 상에 위치하였다는 사실을 인식하는 것뿐 아니라 손가락이 어떻게 위치되었는지에 대해서도 추가적으로 인식할 수 있다.
도 68은생체정보 인식 장치가 손가락이 위치되는 순서를 인식하는 실시예를 나타낸 것이다. 즉, 사용자로서는 사전에 손가락을 위치시키는 순서를 정하여 별도의 데이터베이스에 저장해 둘 수 있으며, 생체정보 인식 장치로서는 손가락이 위치되는 순서를 인식한 후 이를 상기 데이터베이스 내 저장된 정보와 비교하여 사용자 인증에 참조할 수 있다.
가령, 어느 특정 사용자는 검지, 약지, 중지, 소지, 엄지 순으로 각 손가락을 위치시킴으로써 그 순서를 데이터베이스에 등록시킬 수 있으며, 사용자 인증시에는 도 68와 같이 저장한 순서대로 손가락을 기판에 접하게 함으로써 생체정보 인식 장치로 하여금 해당 사용자를 특정할 수 있게 할 수 있다.
한편 도 69는생체정보 인식 장치가 손가락이 위치되는 순서뿐 아니라 각 손가락이 위치되는 시점의 시간 간격을 더 인식하는 실시예를 나타낸 것이다. 즉, 사용자는 각 손가락을 기판 상에 위치시키되 각 손가락이 닿는 시점의 간격을 조절하여 위치시킬 수 있는데, 생체정보 인식 장치로서는 손가락이 위치되는 순서 및 그 간격을 인식함으로써 사용자를 특정해 낼 수 있다. 예를 들어 특정 사용자는 고유 리듬에 따라 각 손가락을 기판 상에 접촉시킬 수 있는데, 상기 고유 리듬은 손가락이 기판에 닿는 시점 간의 시간을 측정함으로써 정합 여부가 판별될 수 있다.
본 동작방법에서의 생체정보 인식 장치는 사용자의 손가락이 접한 영역에서의 압전 소자들만 활성화 시킴으로써 스캐닝을 할 수도 있다. 도 70은 손가락이 접한 영역만의 압전 소자들만 활성화 시킨 실시예를 도시한 것이다. 즉, 생체정보 인식 장치는 사용자의 손가락이 기판 상에 위치하였음을 인식한 경우, 사용자의 손가락이 접한 영역만을 구별해 내어 해당 영역 내에서의 압전 소자들만 활성화 시킬 수 있다. 예를 들어 생체정보 인식 장치는 사용자의 손가락이 접한 경우 압전 소자에 물리적 힘이 가해짐에 따라 어느 영역에 손가락이 접하고 있는지 구별해 낼 수 있으며, 해당 영역에서의 압전 소자들만 활성화 시킬 수 있다.
지금까지 생체정보 인식 장치의 구현 사례를 살펴보았다. 이하에서는 이러한 구현 사례가 적용될 수 있는 서비스 또는 응용사례에 대해 살펴보기로 한다.
<초음파 지문인식 센서 모듈 적용예 >
<적용예#1>
적용예#1은 위 동작방법#4의 기술사상을 키보드에 적용시킨 것으로, 도 71은 생체정보 인식 키보드가 키 상에 복수의 손가락이 위치된 경우 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시켜 스캐닝을 하는 실시예를 도시한 것이다.
도 71를 참조할 때 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 크게 생체정보 인식 키보드가 키 상에 복수의 손가락이 위치된 상태를 인식하는 1단계, 키 상에 형성된 복수의 압전 소자들을 활성화 시켜 초음파를 발생시키고, 상기 손가락에 반사된 초음파 신호를 수신하는 2단계, 반사된 초음파 신호를 기초로 생체정보를 획득하는 3단계를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 스캐닝 방법은 복수의 손가락이 키 상에 위치될 것을 전제로 하고, 복수 손가락이 키 상에 위치되는 순서, 각 손가락이 위치되는 시점 간의 간격 등 손가락이 위치된 상태 등을 추가적으로 인식하는 것을 특징으로 하며, 이후 손가락으로부터의 지문, 혈관, 뼈 이미지 등과 같은 생체정보를 획득하기 위해 압전 소자들을 선택적으로 활성화 시킨다.
먼저 생체정보 인식 키보드가 키 상에 복수의 손가락이 위치된 상태를 인식하는 1단계에 대해 살펴본다.
생체정보 인식 키보드는 사용자가 키 상에 복수의 손가락을 위치시키는 경우 이를 인식하며, 인식과 동시에 생체정보 스캐닝을 시작하게 된다. 사용자는 복수의 손가락을 동시에 키 상에 위치시킬 수도 있고, 또는 각각의 손가락을 순서에 따라 위치시킬 수도 있다.
생체정보 인식 키보드가 상기 손가락의 위치된 상태를 인식하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 예를 들어 사용자가 각 손가락에 대응되는 키를 눌러 키보드로 하여금 인식하게 하는 방법, 또는 키 상에 형성되어 있는 압전 소자를 활용하여 압력이 가해지는 영역을 감지하는 방법이 존재할 수 있다. 특히 압전 소자의 압력을 감지하는 방법의 경우 압전 소자는 외부로부터의 물리적인 압력이 가해지는 경우 분극 현상이 발생하여 신호를 생성할 수 있는데, 압전 소자의 이러한 성질을 이용하여 생체정보 인식 키보드는 어느 키에 압력이 가해지고 있는지를 파악할 수 있게 된다. 한편, 위 실시예는 하나의 실시예에 불과한 것이며 키 상에 인체가 접하고 있는지에 대해서는 다수의 방법이 알려져 있으므로 이를 참고하기로 한다.
다른 한편, 본 발명에 따른 생체정보 스캐닝 방법의 1단계에서는 복수의 손가락이 키 상에 위치하였다는 사실을 인식하는 것뿐 아니라 손가락이 어떻게 위치되었는지에 대해서도 추가적으로 인식할 수 있다.
도 72는 생체정보 인식 키보드가 손가락이 위치되는 순서를 인식하는 실시예를 나타낸 것이다. 즉, 사용자로서는 사전에 손가락을 위치시키는 순서를 정하여 별도의 데이터베이스에 저장해 둘 수 있으며, 생체정보 인식 키보드로서는 손가락이 위치되는 순서를 인식한 후 이를 상기 데이터베이스 내 저장된 정보와 비교하여 사용자 인증에 참조할 수 있다.
가령, 어느 특정 사용자는 검지, 약지, 중지, 소지 순으로 각 손가락을 위치시킴으로써 그 순서를 데이터베이스에 등록시킬 수 있으며, 사용자 인증시에는 도 732와 같이 저장한 순서대로 손가락을 키에 접하게 함으로써 생체정보 인식 키보드로 하여금 해당 사용자를 특정할 수 있게 할 수 있다.
한편 도 73은 생체정보 인식 키보드가 손가락이 위치되는 순서뿐 아니라 각 손가락이 위치되는 시점의 시간 간격을 더 인식하는 실시예를 나타낸 것이다. 즉, 사용자는 각 손가락을 키 상에 위치시키되 각 손가락이 닿는 시점의 간격을 조절하여 위치시킬 수 있는데, 생체정보 인식 키보드로서는 손가락이 위치되는 순서 및 그 간격을 인식함으로써 사용자를 특정해 낼 수 있다. 예를 들어 특정 사용자는 고유 리듬에 따라 각 손가락을 키 상에 접촉시킬 수 있는데, 상기 고유 리듬은 손가락이 키에 닿는 시점 간의 시간을 측정함으로써 정합 여부가 판별될 수 있다.
<적용예#2>
이외에도 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 다양한 분야에 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 무선 송수신기 에 적용될 수 있다. 이 경우 생체정보 인식 장치는 전자 서명 장치로 사용될 수 있다.
무선 송수신기에 적용될 경우 지문을 획들하기 위한 초음파 압전 센서를 구비하고 사용자에게 정보를 전달하기 위한 표시등을 구비할 수 있다.
<적용예#3>
또한, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 전자상거래 수행에 이용될 수 있다.
전자상거래 이용시에 생체정보 인식 장치는, 거래의 제1 단계에서, 거래를 원하는 사람의 지문을 획득한다. 그 다음에 금전 등록기에 결합된 장치에 지문을 전송하고(제2 단계), 금전 등록기에 결합된 장치는 지문을 제3자 검증 서비스에 전송한다(제3 단계). 제3자 검증 서비스는 수신된 지문을 이용하여 수신된 지문을 데이터베이스에 저장된 지문 데이터와 비교함으로써 구매자의 신원을 검증한다(제4 단계). 그 다음에 구매자의 신원이 금전 등록기에(제5 단계) 및 신용카드 서비스에(제6 단계) 전송될 수 있다. 신용카드 서비스는 제3자 검증 서비스로부터의 데이터를 이용하여 금전 등록기로부터 수신된 판매 정보를 승인하거나(제7 단계) 신용카드의 권한없는 사용을 금지한다. 금전 등록기가 구매자 신원 검증을 수신하고 구매자가 신용카드 서비스를 이용할 권한이 있다는 검증을 수신하면, 금전 등록기는 신용카드 번호를 전송하도록 생체정보 인식 장치에 통지할 수 있다(제8 단계). 그 다음에 금전 등록기는 신용카드 번호를 신용카드 서비스에 보내고(제9 단계), 신용카드 서비스는 대금을 판매자 은행 계좌에 입금하고(제10 단계) 상거래를 종료한다. 상기 단계들은 생체정보 인식 장치(8600)가 어떻게 전자 서명 장치로서 사용될 수 있는지를 나타낸 것이지만, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않는다.
<적용예#4>
또한, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 개인 통신망에 적용될 수 있다.
이때 생체정보 인식 장치는 약 30 피트 이내에 있는 호환성 장치와 통신할 수 있게 한다. 생체정보 인식 장치는 예를 들면 전화기, 셀폰, 개인 컴퓨터, 프린터, 가스 펌프, 금전 등록기, 자동화 텔러 머신, 도어록, 자동차 등에 접속될 수 있다. 생체정보 인식 장치가 개인 통신망 또는 피코넷 내의 임의의 호환성 장치와 접속하여 이들과 정보 또는 데이터를 교환할 수 있기 때문에, 필요로 하는 임의의 처리 또는 거래를 위해 임의의 장치에 표준화 보안 식별 또는 권한 토큰을 공급할 수 있다.
<적용예#5>
또한, 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치는 "공공 서비스 계층"(public services layer; PSL) 하이업(high up)을 제공할 수 있다.
PSL 계층은 서로 통신가능하게 결합된 블루투스 장치의 식별 및 액세스 제어를 합리화한다. 실시예에 있어서, PSL 계층은 지문 스캐너에 의해 제공된 지문 생체인식 신호에 기초한 권한 및 식별을 지원한다. PSL 계층 기능성은 프로토콜에 의해 규정된다. PSL 계층은 피코넷의 장치로부터의 단순 요구를 해석하고 미리 규정된 형태로 능력 및 능력의 레벨을 역으로 통지한다. 블루투스 설비의 판매자는 그들의 제품의 특징을 향상시키기 위해 본 발명의 PSL 계층에 서비스를 추가할 수 있다.
PSL 계층은 대부분의 경우에 장치가 지원하는 기능성 그룹 중의 하나를 요청한 PSL 요청이 방송될 때까지 장치의 정상 기능에 대해 투명하게 동작한다. 하나의 최소 지원 레벨은 요청된 기능을 가진 장치를 종국적으로 찾아내기 위해 스캐터넷 연장의 도움으로 만족되지 않은 요청을 재방송한다. 이 방법으로, 요청 장치의 범위 밖의 다른 장치들이 PSL 요청을 이행하기 위해 접촉될 수 있다.
공공 서비스 계층은 권한 및 식별을 지원할 수 있다. 피코넷은 스캐터넷 내에서 피코넷 영역 내에 임의 수의 블루투스 장치를 포함하거나 다른 통신 링크를 통하여 피코넷에 결합될 수 있다.
작업의 종료는 분산형 블루투스 설비의 배열(constellation) 중에서 많은 기능들이 공동으로 수행될 것을 요구한다. 사용자는 작업의 모든 기능들을 커버하기 위한 충분한 설비들을 구매하여 설치하여야 한다. PSL 방식은 설비들이 사용자들 간에 공유되고 일부 경우에는 복수의 용도를 제공하기 때문에 효율성이 있고 비용 절약적이다.
PSL 계층의 한가지 예시적인 동작은 물리적 액세스 제어이다. 무선 송수신기 생체정보 인식 장치(9120)의 PSL 계층은 하나 이상의 요청 액세스 신호를 전송 또는 방송한다. PSL 계층의 이러한 요청 액세스 신호는 추출/정합/액세스에 대한 요청 및 블루투스를 통한 보안 주계(secured perimeter) 외측으로부터의 검출 지문을 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 보안 영역 내측에서 블루투스를 구비한 데스크톱 PC의 PSL 계층은 추출/정합/액세스를 위한 무선 송수신기 생체정보 인식 장치(9120)로부터의 요청을 수신하고 서버에 저장된 개인 데이터베이스에 인쇄 데이터를 정합시키며 허가된 액세스를 도어에 전송한다. 이때 블루투스 도어록은 개방되고 작업이 종료된다.
세이빙(saving)은 액세스 제어, 시간 및 출석, 개인 추적 및 보안의 기능을 수행하기 위해, 다른 용도로 사용되는 데스크톱 PC를 이용하여 설명된다. 유일한 전용 하드웨어는 PC 및 무선 송수신기 생체정보 인식 장치가 다른 작업을 위해 사용되기 때문에 블루투스 도어록이다. 설치 비용은 최소이고 기록 유지 및 데이터베이스 관리의 편리성이 또한 최소이다. 이 작업에 수반되는 3개의 설비는 PSL 표준하고만 통신하는 다른 판매자로부터 구매할 수 있다. 지문 추출/정합/액세스의 기능은 패턴, 세목(minutiae), 국소 또는 중앙일 수 있고 또는 도어록 또는 무선 송수신기 생체정보 인식 장치(9000)에 영향을 주지 않고 더 큰 보안 및 편리성 등을 위해 언제든지 변경될 수 있다. 조명등, 공기 조절기 및 전화기의 턴오프 또는 턴온 기능은 만일 필요하다면 상기 작업에 모두 추가될 수 있다.
세이빙의 다른 장점은 노후화(obsolescence)이다. 블루투스 도어록, 블루투스 공기 조절기, 블루투스 연기 검출기, 블루투스 조명 등을 설치한 건물은 설치 비용없이 생체인식 제어로 업그레이드될 수 있다.
연기 경보기 및 조명 기구와 같은 설비들은 경보기로서 작용할 수 있고, 피코넷을 스캐터넷으로 연장하여 원격 지역에서 제어하는 보안 기능성을 추가하여 공원, 정원 및 주차장에서의 갭을 메울 것이다.
전화기는 블루투스 PSL 기능을 구비한 채로 매매될 수 있고, 이것은 긴급 코드를 수신한 경우 전화기가 911에 전화를 걸 수 있음을 의미한다. 블루투스 PSL은 개인 긴급 서비스용의 특수 번호로 다이얼하도록 프로그램되는 기능을 가질 수 있다.
프로토콜은 FIFO 내의 로그 이벤트(log event)를 규정할 수 있고, 그래서 잘못된 경보가 추적되고 최소화될 수 있다.
일 실시예에 있어서, PSL 명세서는 아래에서 설명하는 센서들을 갖는다.
소수 파일링 시스템(decimal filing system)이 포함된다. 요청은 요청에서 소수 자리의 수와 같이 특정될 수 있는 기능을 방송한다. 이 방법으로, 제조자는 만일 장치가 예상한 대로 이용할 수 있으면 그의 장치 배열에서 작업을 유지할 수 있다. 만일 요청이 필요한 정확한 함수 번호(function number; FN)로 서비스되지 못하면, 스캐터넷 내의 다음 가장 가까운 FN이 사용된다. FN의 클러스터는 개발 지역 주변에서 사용된다. 예를 들면, 조명 기구는 551.263의 FN을 가질 수 있고, 이것은 500 퍼실리티 유틸리티, 550 라이트, 551 플러그 인, 551.2 테이블 램프, 551.26 할로겐 저전압, 개인 또는 회사(배타적이지 않음)에 의해 제조된 551.263을 나타낸다. 551.263으로 전환하는 상기 특수 함수에 대한 요청은 비록 55X 조명(lighting)의 그룹으로 제한되기는 하지만 이것이 그 시간에 및 수치적으로 가장 가까운 수로 이용가능한 모두이기 때문에 557.789 월 네온(wall neon)에 의해 서비스될 수 있다. FN 551.26은 PSL 명세서에서 규정될 수 있고, 이것 이후의 디지트는 제조자 용도이며 등록될 수 있다. 이 방법으로 조명 제조자는 시각적 효과를 조직화(crchestrate)하는 PC용 소프트웨어를 공급할 수 있다.
요청 장치 또는 PSL 관리자(피코넷 마스터 장치)는 요청과 기능을 정합시키도록 스캐너넷에서 중재할 수 있다.
PSL은 기능들이 할당되는 구조를 또한 규정할 수 있다. FN은 누군가가 최소의 노력으로 도어록 판매자와 협상할 수 있게 한다. PSL은 또한 무선 송수신기 생체정보 인식 장치(9000)가 키롤(key roll)을 수행하는 작업 구현에 대한 다른 설비 식견을 제조자에게 또한 제공한다.
PSL의 함수 번호는 일례로서 하기와 같이 요청 및 기능 적합성에 대해 그룹화된다.
100 긴급
200 통신
300 보안
400 위치적(positional)
500 설비 및 유틸리티
600 오락
700 연산 및 정보
800 운송
900 잡다한 것(miscellaneous)
부함수 그룹은 일례로서 하기와 같이 규정된다.
210 인터넷 접속(로컬 DB에 증명서를 전달하기 위해)
310 PIN에 의한 개인 식별
311 서명에 의한 개인 식별
312 지문에 의한 개인 식별
313 음성에 의한 개인 식별
2414 얼굴에 의한 개인 식별
315 눈에 의한 개인 식별
342 지문 특징 추출 정합
520 도어록
550 조명
요청 및 이벤트는 PSL 명세서에서 또한 사용될 수 있다.
오프/온/더 많은/더 적은(Off/On/More/Less)은 범용 요청이다. 사용자 지정 요청은 명세서에 없다. ACK, NAC와 같은 이벤트는 PSL 명세서에 추가될 수 있다.
요청 및 승인응답의 프로토콜 또는 구조는 패킷에서 방송되는 하기의 특징들을 포함한다.
(a) PSL은 이 패킷이 PSL 함수 요청임을 표시한다.
(b) 함수 번호(FUNCTION NUMBER)는 요청된 함수를 표시한다.
(c) 리큐(REQUE)는 수행될 동작을 표시한다(오프/온, 록/언록).
(d) 키(KEYS)는 패킷의 권리를 인증한다.
(e) 페이로드(PAYLOAD) 데이터(만일 적용가능하면).
PSL 명세서는 블루투스 암호화 구조, 에러 체킹 등을 반복할 수 있지만 반복할 필요가 없다.
하기의 일련의 예들은 몇가지 실제 응용에서 PSL 계층을 설명하기 위한 것이다.
도와주세요, 나는 넘어졌고 일어설 수 없습니다.
a) 나는 나의 블루투스 경고 버튼을 눌러 긴급 서비스가 요청된다.
b) 스캐터넷 내의 PC가 월드 와이드 웹(world wide web)에 접속하여 계약 서비스 공급자에 대한 호출을 실행하거나(제1 레벨(우선 레벨) 블루투스 서비스) 추가적으로 또는 실패시에 다음 레벨이 발생한다.
c) 블루투스를 구비한 전화기가 911 또는 기록된 메시지가 있는 서비스 공급자를 호출하거나(제2 레벨 블루투스 서비스) 또는 실패시에 다음 레벨이 발생한다.
d) 블루투스에 의한 화재 경보가 발생하거나(제3 레벨의 선호되지 않지만 적용가능한 블루투스 서비스) 또는 실패시에 다음 레벨이 발생한다.
e) 연기 검출기가 주의를 끌 목적으로 음성 경보를 작동시킨다(제4 레벨의 선호되지 않지만 적용가능한 블루투스 서비스).
f) 스캐터넷 내의 자동차가 긴급 상황을 사람들에게 알리기 위해 경음기를 울리고 라이트를 점등한다(제5 레벨의 선호되지 않지만 적용가능한 블루투스 서비스).
나는 나의 사무실에 접근하고 싶습니다.
a) 나는 나의 무선 송수신기 생체정보 인식 장치(9000)를 누른다.
b) 무선 송수신기 생체정보 인식 장치(9000)는 사무실의 서버에 접속된 블루투스를 구비한 PC로부터 지문 식별 기능을 요청하고 협상한다.
c) 서버는 블루투스를 구비한 도어록에 권한을 주어서 걸쇠를 벗기게 한다.
나는 공항을 나가고 싶습니다.
a) 알려지지 않은(non reputable) ID로 키오스크(kiosk)를 통한 수화물 체크인
b) 키오스크에서 ID에 의한 좌석 배정 및 게이트 통과
c) ID로 수화물 청구
텔레비전 프로그램은 13일의 금요일의 미래 버전을 보조하도록 블루투스 홈에 효과를 더하는 블루투스 TV에 방송할 수 있다.
나는 상당한 액수의 신용 거래를 하고 싶습니다.
a) 나는 나의 PC에 무선 송수신기 생체정보 인식 장치(9000)를 통하여 나의 신원을 증명한다.
b) PC는 거래 증명의 로그를 위해 추가적인 GPS 위치를 요청한다.
다른 예시적인 용도는 여기에서 발명의 설명으로 주어지는 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 발명에 따른 공공 서비스 계층은 임의 유형의 지문 스캐너를 포함한 임의의 무선 송수신기 생체정보 인식 장치와 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 사용가능한 지문 스캐너는, 실리콘 기반 지문 스캐너, 광학 지문 스캐너, 압전 지문 스캐너, 압전막 지문 스캐너 및 압전 세라믹 지문 스캐너를 포함하지만 그것에 한정되지 않는다.
<적용예#6>
지문인식 방식에는 광학식, 용량식, RF식, 열식 및 적외선식 등과 같은 여러가지 방식이 있다. 본 발명은 음향 임페디오그래피의 원리에 기반한 새로운 지문 센서 기술이다. 음향 임페디오그래피를 이용한 지문 센서는 주문형 집적 회로(ASIC 또는 IC) 및 감지 센서로서 사용되는 기계적 공진기 어레이를 포함한다. 감지 센서의 어레이는 도 1에 도시한 것처럼 열과 행으로 배열된 복수의 감지 센서를 포함한다.
각 감지 센서는 IC 내측의 송신기 및 수신기를 이용하여 집적 회로에 의해 독특하게 어드레스 가능하다. 각 행의 감지 센서는 IC 내의 단일 송신기에 접속된다. 또한 각 열의 감지 센서는 IC 내의 단일 수신기에 접속된다.
IC는 그 집적된 송신기를 이용하여 감지 센서의 기계적 발진을 생성하는 전기 신호를 발생한다. 이 기계적 발진은 각 감지 센서의 위와 아래에서 음향파를 발생한다. 지문 산과 지문 골은 각 감지 센서에서 상이한 음향 로드(또는 임피던스)를 나타낼 것이다. 센서에서의 지문 산과 지문 골의 상기 음향 임피던스에 따라서, 감지 센서에 의해 발생된 음향파는 도 74에 도시한 것처럼 달라진다.
ASIC는 각 행의 센서 어레이에 접속되는 집적된 송신기를 구비한다. 각 송신기는 "송신기 제어" 블록에 의해 개별적으로 제어된다. 이 제어 블록은 각 개별 송신기의 타이밍을 결정한다. 제어 블록은 각 송신기에서 발생된 신호의 진폭을 또한 제어한다. 송신기가 감지 센서의 공진 주파수와 일치하는 주파수를 가진 사인파 신호를 발생하는 것이 유리하다. 기계적 공진기 감지 센서의 직렬 공진 또는 병렬 공진 또는 둘 다를 사용할 수 있다. 도 75에 도시한 것처럼 송신기에서 발생되는 소망의 주파수를 발생하기 위해 프로그래머블 "위상 고정 루프"(PLL)가 사용된다.
ASIC는 각 열의 센서 어레이에 접속된 수신기를 구비한다. 하나의 송신기가 인에이블될 때, 수신기는 단일 감지 센서를 통하는 전류의 양을 측정하도록 사용된다. 각 수신기 파이프라인은 하기의 센서들을 포함한다.
입력 핀,
전류-전압 변환기/증폭기,
노이즈 필터,
신호 조절 회로,
조정가능한 이득 및 옵셋,
아날로그-디지털 변환기.
아날로그 신호가 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 의해 디지털 신호로 변환되면, 상기 디지털 신호는 지문 영상으로 처리 및 변환되기 위해 데이터 저장 시스템에 저장된다.
수신기에 의해 측정된 전류량은 각 감지 센서의 임피던스에 역비례한다. 그 자체는 이 감지 센서에서 산 또는 골의 음향 임피던스에 비례한다. 직렬 공진 주파수에서, 지문 골 임피던스는 지문 산 임피던스보다 적다. 또한 병렬 공진 주파수에서, 지문 산 임피던스는 도 76에 도시한 것처럼 지문 골 임피던스보다 적다. 도 76에서 f1는 직렬 공진 주파수이고, f2는 병렬 공진 주파수이다.
감지 센서를 통한 전류 흐름은 송신기가 인에이블되는 시점으로부터 송신기가 안정 상태에 도달할 때까지 구축될 것이다. 이 구축 시간은 감지 센서의 기계적 특성에 기인한다. 산과 골 간의 임피던스 차는 도 7에 도시한 것처럼 선택된 감지 센서에서 상이한 전류 진폭을 생성할 것이다. 도 77에서 T1은 송신 사이클 시작부터 샘플링 시작까지의 시간으로 전류구축기간이다.
수신기 파이프라인의 각 컴포넌트는 다른 수신기 파이프라인과 공유될 수 있다. 컴포넌트를 공유하는 능력은 ASIC 내의 회로의 양을 감소시킨다. 도 78은 "조정가능 이득 및 옵셋"과 "아날로그-디지털 변환기"가 다른 수신기와 공유되는 예를 보인 것이다. 멀티플렉서는 "조정가능 이득 및 옵셋"과 "아날로그-디지털 변환기"를 구비한 각 수신기로부터 오는 신호를 스위칭하기 위해 사용된다.
파이프라인 내에서의 멀티플렉서 배치는 응용 및 성능 필요조건에 따라서 달라질 수 있다. 도 79는 입력 핀을 제외한 파이프라인 내의 각 컴포넌트가 수신기들 사이에서 공유되는 예를 보인 것이다.
성능을 개선하기 위해 샘플 및 홀드 회로를 이용하여 파이프라인을 타임 슬라이스로 분할할 수 있다. 수신기 파이프라인의 다른 섹션은 다른 시간에 다른 감지 센서 데이터에 대해 작용할 수 있다. 도 100은 "샘플 및 홀드 회로"가 "신호 조절" 블록과 "조정가능 이득 및 옵셋" 블록 사이에 삽입된 예를 보인 것이다. 그러므로, 수신기 입력 핀으로부터 "신호 조절" 블록까지의 섹션은 다음 센서 센서 데이터에 대해 작용하고, "조정가능 이득 및 옵셋" 블록으로부터 "아날로그-디지털 변환기"까지의 섹션은 현재 센서 센서 데이터에 대해 작용한다.
수신기 파이프라인을 타임 슬라이싱하는 상기 개념은 "샘플 및 홀드" 회로가 파이프라인을 따라서 사용되는 개념으로 확장될 수 있다.
이상 본 발명에 따른 생체정보 인식 장치의 구동방식 및 이를 이용한 여러 가지 응용사례들을 살펴보았다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 구별되어 이해되어서는 안 될 것이다.
110 : 초음파 센서 어레이
120 : 송신부
130 : 수신부
140 : 센서 구동 드라이버
300 : 초음파 압전 셀
120 : 송신부
130 : 수신부
140 : 센서 구동 드라이버
300 : 초음파 압전 셀
Claims (3)
- 초음파 압전 센서 어레이, 초음파 송신부, 초음파 수신부, 및 센서 구동 드라이버를 포함하는 생체정보 인식 장치에 있어서,
상기 초음파 압전 센서 어레이는 초음파 압전 세라믹 센서, 초음파 압전막 센서, CMUT 센서, 및 PMUT 센서 중 어느 하나를 포함하는 생체정보 인식 장치.
- (a) 복수의 압전 소자들 중 특정 압전 소자를 신호 생성 소자로 설정하는 단계;
(b) 상기 신호 생성 소자 이외의 압전 소자들 중 하나 이상의 압전 소자를 신호 수신 소자로 설정하는 단계;
(c) 상기 신호 생성 소자를 활성화시켜 초음파 신호를 발생시키는 단계;
(d) 상기 신호 수신 소자를 활성화시켜 반사파 신호를 수신하되, 상기 반사파 신호는 신호 생성 소자에 의해 발생된 초음파 신호가 생체조직에 의해 반사된 것을 특징으로 하는 단계;를 포함하는 생체 정보 인식 방법.
- 초음파 압전 세라믹 센서, 초음파 압전막 센서, CMUT 센서, 및 PMUT 센서 중 하나의 센서를 이용하여 초음파 신호를 발생하고, 상기 발생된 초음파 신호에 의해 생체신호를 감지하는 생체정보 인식 장치; 및
상기 생체정보 장치에서 감지한 생체 신호의 근거하여 본인 여부를 확인하는 생체정보 인증부;를 포함하는 생체정보 인식 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160161406A KR20180061826A (ko) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160161406A KR20180061826A (ko) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180061826A true KR20180061826A (ko) | 2018-06-08 |
Family
ID=62600431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160161406A KR20180061826A (ko) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | 생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180061826A (ko) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101962575B1 (ko) * | 2018-07-03 | 2019-07-17 | 이승진 | 위조 지문 판별장치 및 그 구동방법 |
| WO2019245196A1 (ko) * | 2018-06-21 | 2019-12-26 | 삼성전자 주식회사 | 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 |
| WO2020071688A1 (ko) * | 2018-10-05 | 2020-04-09 | (주)비티비엘 | 박막형 초음파 지문센서의 제조방법 및 그 센서 |
| KR20200039542A (ko) * | 2018-10-05 | 2020-04-16 | (주)비티비엘 | 박막형 초음파 지문센서의 제조방법 및 그 센서 |
| WO2020227244A1 (en) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | Qualcomm Incorporated | Broadband ultrasonic sensor |
| WO2021020661A1 (ko) * | 2019-07-31 | 2021-02-04 | 주식회사 베프스 | 초음파 기반의 이중 생체정보 인식장치 및 생체정보 데이터 처리 방법 |
| US11159840B2 (en) | 2018-07-25 | 2021-10-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | User-aware remote control for shared devices |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050047921A (ko) | 2003-11-18 | 2005-05-23 | 삼성전자주식회사 | 지문 인식 센서 및 그 제조 방법 |
-
2016
- 2016-11-30 KR KR1020160161406A patent/KR20180061826A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050047921A (ko) | 2003-11-18 | 2005-05-23 | 삼성전자주식회사 | 지문 인식 센서 및 그 제조 방법 |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019245196A1 (ko) * | 2018-06-21 | 2019-12-26 | 삼성전자 주식회사 | 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 |
| KR20190143737A (ko) * | 2018-06-21 | 2019-12-31 | 삼성전자주식회사 | 압전 소자를 이용하여, 압력 감지 및 초음파 신호를 송수신하는 센서 모듈을 포함하는 전자 장치 |
| US11341765B2 (en) | 2018-06-21 | 2022-05-24 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electronic device comprising sensor module for sensing pressure and transmitting and receiving ultrasound signal by using piezoelectric element |
| KR101962575B1 (ko) * | 2018-07-03 | 2019-07-17 | 이승진 | 위조 지문 판별장치 및 그 구동방법 |
| WO2020009300A1 (en) * | 2018-07-03 | 2020-01-09 | Seung Jin Lee | Fake fingerprint identification device and method for driving the same |
| CN112384929B (zh) * | 2018-07-03 | 2023-11-14 | 李承晋 | 伪造指纹识别装置和用于驱动伪造指纹识别装置的方法 |
| EP3799648A4 (en) * | 2018-07-03 | 2022-07-27 | Seung Jin Lee | FALSE FINGERPRINT IDENTIFICATION DEVICE AND ITS CONTROL METHOD |
| US11335115B2 (en) | 2018-07-03 | 2022-05-17 | Seung Jin Lee | Fake fingerprint identification device and method for driving the same |
| CN112384929A (zh) * | 2018-07-03 | 2021-02-19 | 李承晋 | 伪造指纹识别装置和用于驱动伪造指纹识别装置的方法 |
| US11159840B2 (en) | 2018-07-25 | 2021-10-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | User-aware remote control for shared devices |
| KR20200039542A (ko) * | 2018-10-05 | 2020-04-16 | (주)비티비엘 | 박막형 초음파 지문센서의 제조방법 및 그 센서 |
| WO2020071688A1 (ko) * | 2018-10-05 | 2020-04-09 | (주)비티비엘 | 박막형 초음파 지문센서의 제조방법 및 그 센서 |
| WO2020227244A1 (en) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | Qualcomm Incorporated | Broadband ultrasonic sensor |
| US11392249B2 (en) | 2019-05-08 | 2022-07-19 | Qualcomm Incorporated | Broadband ultrasonic sensor |
| WO2021020661A1 (ko) * | 2019-07-31 | 2021-02-04 | 주식회사 베프스 | 초음파 기반의 이중 생체정보 인식장치 및 생체정보 데이터 처리 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101805676B1 (ko) | 압전 세라믹 식별 장치용의 개량된 멀티플렉서 | |
| KR101812498B1 (ko) | 개량된 압전 식별 장치 및 그 응용 | |
| KR20180061826A (ko) | 생체정보 인식 장치, 시스템 및 방법 | |
| KR100887275B1 (ko) | 압전 식별 디바이스 및 그 응용 | |
| US7514842B2 (en) | Multiplexer for a piezo ceramic identification device | |
| US7132780B2 (en) | Method for obtaining biometric data for an individual in a secure transaction | |
| US20030001459A1 (en) | Secure wireless sales transaction using print information to verify a purchaser's identity | |
| KR20070101244A (ko) | 압전 세라믹 식별 장치용 멀티플렉서 | |
| WO2006050357A2 (en) | Multiplexer for a piezo ceramic identification device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |