KR20200054936A

KR20200054936A - 전자기기, 그것의 사용자 인증 방법, 및 그것의 사용자 생체정보 등록 방법

Info

Publication number: KR20200054936A
Application number: KR1020200057803A
Authority: KR
Inventors: 신성철; 이경석
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-05-20

Abstract

전자기기, 그것의 사용자 인증 방법, 및 그것의 사용자 생체정보 등록 방법에 관한 것으로, 복합센서는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하고, 프로세서는 물체의 이미지를 나타내는 신호를 이용하여 물체에 대한 이미지 인증을 수행하고 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 이용하여 물체에 대한 생체 인증을 수행함으로써 위조 이미지를 이용한 스푸핑이 방지될 수 있다.

Description

전자기기, 그것의 사용자 인증 방법, 및 그것의 사용자 생체정보 등록 방법 {Electronic device, user authentication method thereof, and user biometric information registration method thereof}

사용자의 생체 인식을 이용하여 사용자를 인증하는 전자기기, 그것의 사용자 인증 방법, 및 그것의 사용자 생체정보 등록 방법에 관한 것이다.

스마트폰, 태블릿 PC(Personal Computer) 등과 같은 종래의 휴대용 전자기기는 사용자의 지문, 홍채, 얼굴 등 생체 인식을 이용하여 사용자를 인증하는 기능을 제공하고 있다. 최근 들어, 스마트폰의 사이즈를 증가시키지 않으면서 스마트폰 화면을 최대로 하기 위해 전면 전체가 화면으로 되어 있는 풀스크린 타입의 스마트폰이 일반화되고 있다. 종래의 휴대용 전자기기 대부분은 전면의 디스플레이창 아래에 버튼 형태의 지문센서가 외부로 노출되어 있는 구조를 채용하고 있다. 이러한 종래의 지문센서는 풀스크린 구현에 있어서 가장 큰 장애로 작용하였는데, 현재의 풀스크린 타입의 스마트폰은 지문센서를 스마트폰의 후면에 설치하거나 지문 인식을 홍채 인식, 얼굴 인식 등 다른 종류의 생체 인식 기술로 대체하는 방식으로 이 문제를 해결하고 있다.

스마트폰의 후면에 지문센서가 설치될 경우, 전면에 설치된 경우에 비해 사용자가 스마트폰을 손으로 쥔 상태에서 손가락을 지문센서에 위치시키기가 용이하지 않으며 스마트폰이 테이블 등에 놓여진 상태에서는 지문을 이용한 잠금 해제가 불가능하다는 문제점이 있었다. 이에 따라, 지문 인식을 홍채 인식, 얼굴 인식 등 다른 종류의 생체 인식 기술로 대체하거나 지문 인식, 홍채 인식, 얼굴 인식 기능 모두를 탑재하는 방식이 점차적으로 일반화되고 있다. 그러나, 사용자의 홍채 이미지 또는 얼굴 이미지는 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체에 쉽게 복사될 수 있고, 위조된 생체 이미지를 이용하여 사용자 인증을 시도하게 되면 사용자 인증이 비교적 쉽게 통과될 수 있는 문제점이 있었다. 이에 따라, 위조된 생체 이미지를 이용한 스마트폰 잠금 해제 등 스푸핑(spoofing)이 사회적 문제가 될 수 있다.

종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체에 복사된 생체 이미지를 이용한 스푸핑을 방지할 수 있는 전자기기를 제공하는 데에 있다. 또한, 그 전자기기의 사용자 인증 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 그 전자기기의 사용자 생체정보 등록 방법을 제공하는 데에 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 전자기기는 화면을 표시하는 디스플레이패널; 상기 물체의 표면에 적외선을 조사하는 발광모듈; 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 상기 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 복합센서; 및 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 이미지 인증을 수행하고 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 생체 인증을 수행하는 프로세서를 포함한다.

상기 복합센서는 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하고, 상기 복수 개의 분광필터는 상기 물체의 표면에 조사된 적외선의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 상기 생체의 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단할 수 있다. 상기 생체는 사람의 눈 각막 또는 얼굴 피부일 수 있다.

상기 복합센서는 복수 개의 적외선필터를 이용하여 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 이미지센서; 및 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 분광센서를 포함할 수 있다.

상기 복수 개의 적외선필터와 상기 복수 개의 분광필터는 2차원 평면의 매트릭스 구조로 배열되어 상기 복수 개의 적외선필터와 상기 복수 개의 분광필터의 배열면은 수광면을 형성할 수 있다.

상기 이미지센서는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된 복수 개의 적외선필터를 이용하여 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 상기 분광센서는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.

상기 이미지센서는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 상기 물체의 표면에서 반사된 빛을 필터링하는 복수 개의 적외선필터; 및 상기 복수 개의 적외선필터 아래에 배치되어 상기 복수 개의 적외선필터에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 광전소자를 포함할 수 있다.

상기 분광센서는 상기 2차원 평면의 매트릭스의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛을 필터링하는 복수 개의 분광필터; 및 상기 복수 개의 분광필터 아래에 배치되어 상기 복수 개의 분광필터에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 광전소자를 포함할 수 있다.

복수 개의 컬러필터, 상기 복수 개의 적외선필터, 및 상기 복수 개의 분광필터는 2차원 평면의 매트릭스 구조로 배열되어 상기 복수 개의 컬러필터, 상기 복수 개의 적외선필터, 및 상기 복수 개의 분광필터의 배열면은 수광면을 형성할 수 있다.

상기 각 분광필터는 일정한 형상을 갖는 금속패턴들이 주기적으로 배열된 형태로 형성되어 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛에서 상기 주기에 따라 결정되는 파장대역을 차단할 수 있다.

상기 복수 개의 분광필터 중 어느 하나의 분광필터의 금속패턴들과 다른 하나의 분광필터의 금속패턴들은 서로 다른 주기로 배열되고, 상기 어느 하나의 분광필터와 상기 다른 하나의 분광필터는 서로 다른 파장대역을 차단할 수 있다.

상기 각 분광필터는 서로 이격 분리된 상반사층과 하반사층; 상기 상반사층과 하반사층 사이에 삽입되며 굴절률이 서로 상이한 적어도 두 개의 물질이 교대로 배치되는 유전체층; 및 상기 상반사층 및 하반사층 중 적어도 하나와 상기 유전체층 사이에 배치되는 버퍼층을 포함하고, 상기 각 분광필터는 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛에서 상기 두 개의 물질간의 상대적인 부피 비율에 따라 결정되는 파장대역을 통과시킬 수 있다.

상기 유전체층에는 상기 두 개의 물질간의 상대적인 부피 비율이 서로 다른 영역이 적어도 두 곳 존재하고, 상기 유전체층의 상대적인 부피 비율이 서로 다른 영역은 서로 다른 파장대역을 통과시킬 수 있다.

상기 분광센서는 상기 복수 개의 분광필터; 상기 복수 개의 분광필터에 일대다 대응되어 상기 복수 개의 분광필터 아래에 배치되는 복수 개의 대역투과필터; 및 상기 복수 개의 대역투과필터에 일대일 대응되어 상기 복수 개의 대역투과필터 아래에 배치되는 복수 개의 광전소자를 포함하고, 상기 각 분광필터에 대응되는 복수 개의 대역투과필터는 상기 각 분광필터의 필터링 파장대역에서 서로 다른 파장대역을 투과시키고, 상기 복수 개의 적외선필터는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 상기 복수 개의 대역투과필터는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열될 수 있다.

상기 복수 개의 대역투과필터는 상기 복수 개의 적외선필터 중 적어도 두 종류의 적외선필터와 동종의 적외선필터들일 수 있다.

상기 전자기기는 상기 디스플레이패널 아래에 배치되며 적어도 하나의 광통과홀이 형성되어 있는 후면패널을 더 포함하고, 상기 복합센서는 상기 디스플레이패널을 통과하여 상기 후면패널의 적어도 하나의 광통과홀을 통해 입사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호와 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.

상기 전자기기는 상기 디스플레이패널 아래에 배치되어 상기 디스플레이패널을 통과한 빛을 평행광으로 변환하는 적어도 하나의 콜리메이터렌즈를 더 포함하고, 상기 복합센서는 상기 디스플레이패널을 통과하여 상기 적어도 하나의 콜리메이터렌즈를 통해 입사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호와 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.

상기 복합센서는 상기 디스플레이패널 아래에 배치되고, 상기 복합센서는 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사되어 상기 디스플레이패널을 통과한 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 상기 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출되어 상기 디스플레이패널을 통과한 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 전자기기의 사용자 인증 방법은 물체의 표면에 적외선을 조사하는 단계; 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계; 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 이미지 인증을 수행하는 단계; 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계; 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 생체 인증을 수행하는 단계; 및 상기 이미지 인증의 수행 결과와 상기 생체 인증의 수행 결과에 따라 사용자를 인증하는 단계를 포함한다.

상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하고, 상기 복수 개의 분광필터는 상기 발광모듈로부터 조사된 적외선의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 상기 생체의 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단할 수 있다.

상기 사용자 인증 방법은 상기 물체가 임계거리 미만으로 근접되었는가를 감지하는 단계를 더 포함하고, 상기 적외선을 조사하는 단계는 상기 물체가 임계거리 미만으로 근접된 경우에 상기 물체의 표면에 적외선을 조사할 수 있다.

상기 사용자 인증 방법은 사용자 인증 요청이 있는가를 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 적외선을 조사하는 단계는 상기 사용자 인증 요청이 있는 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면에 적외선을 조사할 수 있다.

상기 사용자 인증 방법은 사용자의 눈 또는 얼굴이 정확하게 위치될 수 있도록 가이드하기 위한 그래픽을 표시하는 단계; 및 상기 표시된 그래픽 상에 상기 물체의 이미지를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 사용자 인증 방법은 상기 그래픽을 표시하는 단계의 시작 시점부터 일정 시간이 경과하였는가를 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라 상기 사용자 인증 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 전자기기의 사용자 생체정보 등록 방법은 물체의 표면에 적외선을 조사하는 단계; 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계; 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호로부터 상기 물체에 대한 이미지를 생성하는 단계; 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계; 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호로부터 상기 물체의 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 이미지와 상기 생성된 스펙트럼을 상기 전자기기의 사용자의 생체정보로 등록하는 단계를 포함한다.

상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하고, 상기 복수 개의 분광필터는 상기 물체에 조사된 빛의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 상기 생체의 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단할 수 있다.

상기 사용자 생체정보 등록 방법은 사용자의 눈 또는 얼굴이 정확하게 위치될 수 있도록 가이드하기 위한 그래픽을 표시하는 단계; 및 상기 표시된 그래픽 상에 상기 물체의 이미지를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 사용자 생체정보 등록 방법은 상기 그래픽을 표시하는 단계의 시작 시점부터 일정 시간이 경과하였는가를 확인하는 단계를 더 포함하고, 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라 상기 사용자 생체정보 등록 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.

전자기기의 복합센서는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성함으로써 이미지 기반의 이미지 인증과 스펙트럼 기반의 생체 인증에 의해 위조 이미지를 이용한 사용자 인증이 불가능하게 된다. 이와 같이, 이미지 기반의 이미지 인증과 스펙트럼 기반의 생체 인증을 병행함으로써 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체에 복사된 위조 이미지를 이용한 스푸핑이 방지될 수 있다.

특히, 본 발명의 복합센서는 프리즘, 회절격자 대신에 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서의 적외선필터의 크기보다 작은 나노 구조체로 구현될 수 있는 복수 개의 분광필터를 이용하여 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성함으로써 스마트폰과 같은 소형의 전자기기에 적용이 매우 용이하며, CMOS 이미지센서 등 기존의 이미지센서와의 집적을 통해 매우 용이하게 복합센서의 구현이 가능하게 된다.

물체에 조사된 적외선의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 그 생체의 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단하는 복수 개의 분광필터를 이용하여 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호가 생성되고 이 신호를 이용하여 사용자의 생체 인증이 수행됨으로써 위조 이미지를 이용한 스푸핑이 원천적으로 차단될 수 있다. 즉, 사람의 생체 이미지 위조에 사용되는 종이, 실리콘, 점토, 고무 등의 무생물 매체는 사람 생체의 구성 성분들을 갖고 있지 않을 뿐만 아니라 이러한 무생물 매체의 내부 조직은 사람 생체의 내부 조작과 전혀 다르기 때문에 사람의 생체 표면에 적외선이 조사되어 생성되는 스펙트럼과 위조 매체에 적외선이 조사되어 생성되는 스펙트럼은 전혀 다른 형태를 가짐에 따라 위조 이미지를 이용한 스푸핑이 원천적으로 차단될 수 있다.

게다가, 사람 생체 속에 빛이 침투한 후에 다시 생체 표면으로 되돌아와 방출되는 적외선의 스펙트럼은 개인 별로 다르게 나타남에 따라 스펙트럼 기반의 생체 인증은 전자기기에 근접해 위치해 있는 물체의 생체 여부를 확인하는 것 외에 전자기기에 근접해 위치해 있는 물체가 그 전자기기의 진정한 사용자인지를 확인할 수 있는 기능도 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 이미지 기반의 이미지 인증과 스펙트럼 기반의 생체 인증을 병행할 경우에 사용자 이미지가 복사된 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체를 이용한 스푸핑 방지 외에도 스펙트럼 기반의 생체 인증이 이미지 기반의 인증을 보완할 수 있어 사용자 인증의 보안성이 대폭 강화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자기기의 생체 인식 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전자기기의 분해도이다.
도 4는 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9는 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 10은 도 3에 도시된 단면 일부와 사람 생체의 단면을 도시한 도면이다.
도 11은 도 3-7에 도시된 복합센서(5)의 구조의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 도 3-7에 도시된 복합센서(5)의 구조의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 도 3-7에 도시된 복합센서(5)의 구조의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 도 11에 도시된 복합센서(5)의 일 구현예의 단면도이다.
도 15는 도 11에 도시된 복합센서(5)의 다른 구현예의 단면도이다.
도 16은 도 14, 15에 도시된 분광필터(521)의 일례를 도시한 도면이다.
도 17은 도 16에 도시된 분광필터(521)의 투과 특성의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은 도 14, 15에 도시된 분광필터(521)의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 19는 도 18에 도시된 분광필터(521)의 투과 특성의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20은 도 3-7에 도시된 분광센서(52)의 구조의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 21은 도 11에 도시된 복합센서(5)의 또 다른 구현예의 단면도이다.
도 22는 도 11에 도시된 복합센서(5)의 또 다른 구현예의 단면도이다.
도 23은 도 3에 도시된 전자기기의 전자회로 구성도이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다.
도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 생체정보 등록 방법의 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하에서 설명될 본 발명의 실시예들은 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체에 복사된 생체 이미지를 이용한 스푸핑을 방지할 수 있는 전자기기, 그 전자기기의 사용자 인증 방법, 및 그 전자기기의 사용자 생체정보 등록 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들에서 사용되는 생체 인증의 예로는 사람의 홍채 인증, 얼굴 인증, 홍채 인증 등을 들 수 있다. 이하에서 설명되는 실시예들은 사용자의 홍채, 얼굴 등 생체에 대한 이미지 인증과 생체 인증을 병행함으로써 스푸핑을 방지할 수 있는 전자기기, 그 전자기기의 사용자 인증 방법, 및 그 전자기기의 사용자 생체정보 등록 방법에 관한 것이다. 이하에서는 이러한 전자기기를 간략하게 "전자기기"로 호칭할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기의 일례를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기의 대표적인 예로는 전면 대부분이 화면으로 되어 있는 풀스크린(full screen) 타입의 스마트폰을 들 수 있다. 최근 들어, 스마트폰의 사이즈를 증가시키지 않으면서 스마트폰 화면을 최대로 하기 위해 베젤을 최소화하여 전면 대부분이 화면으로 되어 있는 풀스크린 타입의 스마트폰이 일반화되고 있다. 종래의 스마트폰 대부분은 전면의 디스플레이창 아래에 버튼 형태의 지문센서가 외부로 노출되어 있는 구조를 채용하고 있다. 이러한 종래의 지문센서는 풀스크린 구현에 있어서 가장 큰 장애로 작용하였는데, 현재의 풀스크린 타입의 스마트폰은 지문센서를 스마트폰의 후면에 설치하거나 지문 인식을 홍채 인식, 얼굴 인식 등 다른 종류의 생체 인식 기술로 대체하는 방식으로 이 문제를 해결하고 있다.

스마트폰의 후면에 지문센서가 설치될 경우, 전면에 설치된 경우에 비해 사용자가 스마트폰을 손으로 쥔 상태에서 손가락을 지문센서에 위치시키기가 용이하지 않으며 스마트폰이 테이블 등에 놓여진 상태에서는 지문을 이용한 잠금 해제가 불가능하다는 문제점이 있었다. 이에 따라, 지문 인식을 홍채 인식, 얼굴 인식 등 다른 종류의 생체 인식 기술로 대체하거나 지문 인식, 홍채 인식, 얼굴 인식 기능 모두를 탑재하는 방식이 점차적으로 일반화되고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 현재의 풀스크린 타입의 스마트폰은 전면 상단에 카메라, 조도센서, 근접 센서 등 각종 센서가 설치됨에 따라 그 전면 전체가 화면으로 되어 있지는 않다. 특히, 본 실시예에 따른 전자기기와 같이, 적외선을 이용하여 홍채 인식, 얼굴 인식 등 생체 인식을 수행하는 스마트폰의 경우, 그 전면 상단에 상기된 각종 센서 이외에도 적외선 LED(Light Emitting Diode), 적외선 카메라가 설치된다.

도 2는 도 1에 도시된 전자기기의 생체 인식 예시도이다. 도 2의 (a)에는 본 실시예에 따른 전자기기가 사용자의 홍채를 인식하는 모습이 도시되어 있고, 도 2의 (b)에는 사용자의 얼굴을 인식하는 모습이 도시되어 있다. 도 2의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 전자기기는 사용자의 홍채에 적외선을 조사하고, 적외선 조사로 인해 홍채에서 반사된 빛으로부터 홍채 이미지를 생성한다. 도 2의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 전자기기는 사용자의 얼굴에 적외선을 조사하고, 적외선이 조사된 얼굴에서 반사된 빛으로부터 얼굴 이미지를 생성한다. 전자기기는 이와 같이 생성된 홍채 이미지 또는 얼굴 이미지와 스마트폰에 저장된 사용자의 실제 홍채 이미지 또는 얼굴 이미지의 일치 여부를 확인함으로써 사용자를 인증하는 기술이 여러 특허문헌, 논문 등을 통해 소개되고 있다.

그러나, 사용자의 홍채 이미지 또는 얼굴 이미지는 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체에 쉽게 복사될 수 있기 때문에 홍채 이미지 또는 얼굴 이미지만을 이용하여 사용자를 인증하게 되면, 위조 이미지를 이용하여 사용자의 인증을 쉽게 통과할 가능성이 있다. 실제로, 홍채 이미지를 종이에 인쇄한 후에 그 종이 위에 콘택트렌즈를 올려서 만든 가짜 눈을 이용하여 사용자의 인증을 통과한 사례가 보도되고 있고 얼굴 이미지가 인쇄된 종이를 스마트폰에 갖다 대어 사용자의 인증을 통과한 사례도 보도되고 있다. 이에 따라, 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예들은 이미지 기반의 이미지 인증과 스펙트럼 기반의 생체 인증을 병행함으로써 위조 이미지를 이용한 스푸핑이 불가능하게 된다.

도 3은 도 1, 2에 도시된 전자기기의 분해도이다. 도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 전자기기는 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 후면패널(4), 복합센서(5), 브래킷(6), 인쇄회로기판(7), 발광모듈(8), 배터리(9), 및 하우징(10)으로 구성된다. 도 3에는 본 실시예에 따른 전자기기의 대표적인 예에 해당하는 스마트폰의 분해도가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 종래의 적외선 카메라의 역할과 함께 분광기 역할을 하는 복합센서가 디스플레이패널(3) 아래에 설치된다. 종래에 전면 상단에 설치되었던 적외선 카메라를 전면 상단으로부터 사라지게 됨에 따라 전자기기의 전면에서 화면이 차지하는 비율이 높아질 수 있다. 도 3에 도시된 실시예와는 달리, 복합센서(5)는 전자기기의 전면 상단에 설치될 수도 있다.

본 실시예가 쉽게 이해될 수 있도록 하면서 본 실시예의 특징이 흐려짐을 방지하기 위해, 도 3에는 본 실시예의 이해에 필요한 스마트폰의 주요 구성이 도시되어 있다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 3에 도시된 구성 외에 또 다른 구성이 추가될 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 커버글래스(1)와 터치패널(2) 사이에는 이것들간의 접착을 위한 PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 층이 삽입될 수 있다. 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 후면패널(4) 등은 도면의 복잡도를 낮추기 위해서 단순한 사각판형으로 도시되어 있으나 곡면판형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 한편, 도 2에 도시된 전자기기의 구성요소들 중에서 일부는 일체형으로 제조될 수도 있다. 예를 들어, 터치패널(2)과 디스플레이패널(3)은 일체형으로 제조될 수 있다. 이 경우, 커버글래스(1)와 디스플레이패널(3)의 편광판 사이에는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 층이 삽입될 수 있다.

커버글래스(1)는 유리, 폴리머 등 투명재질의 평판으로서 그 내측에 위치하는 터치패널(2) 등을 보호하는 역할을 한다. 터치패널(2)은 커버글래스(1) 아래에 배치되어 매트릭스 형태로 배치된 복수 개의 터치센서를 이용하여 사용자의 터치 위치를 감지한다. 터치패널(2)은 복수 개의 터치센서, 이것들을 구동하기 위한 TDI(Touch Driver IC) 등으로 구성될 수 있다. 터치패널은 그것의 터치 감지 방식에 따라 정전용량식, 저항식, 광학식, 적외선식, SAW(Surface Acoustic Wave) 등으로 분류되는데, 스마트폰이나 태블릿 PC(Personal Computer)에는 주로 정전용량식 터치패널이 사용되고 있다. 정전용량 방식의 터치패널은 다시 부착형, 커버윈도우 일체형, 디스플레이 일체형 등으로 분류된다. 터치패널(2)은 그 아래의 디스플레이패널(3)의 화면이 이것을 통하여 선명하게 보여질 수 있도록 매우 높은 투명도를 갖는다.

디스플레이패널(3)은 터치패널(2) 아래에 배치되어 매트릭스 형태로 배치된 복수 개의 픽셀을 이용하여 화면을 표시한다. 디스플레이패널(3)의 픽셀의 예로는 OLED(Organic Light Emitting Diode)를 들 수 있다. 디스플레이패널(3)은 매트릭스 형태로 배치된 복수 개의 OLED, 복수 개의 OLED 위에 배치되어 각 OLED에서 발생된 빛을 편광시키는 편광판(polarizer), 복수 개의 OLED를 구동하기 위한 DDI(Display Driver IC), 복수 개의 OLED와 DDI를 전기적으로 연결하는 와이어들, 복수 개의 OLED와 와이어들이 놓여지는 기판 등으로 구성될 수 있다. 커버글래스(1)에 근접하여 위치한 물체에 의해 반사된 빛이 디스플레이패널(3)을 통과하여 복합센서(5)에 도달할 수 있도록 디스플레이패널(3)의 픽셀들 사이의 영역은 투명하게 형성될 수 있다.

후면패널(4)은 디스플레이패널(3) 아래에 배치되어 디스플레이패널(3)을 보호하고 디스플레이패널(3)의 열을 발산하는 역할을 한다. 이와 같이, 후면패널(4)은 디스플레이패널(3)을 보호하고 디스플레이패널(3)의 열을 발산하는 역할을 하기 때문에 금속재 등 불투명한 재료로 제조됨이 일반적이다. 아래에 설명된 바와 같이, 후면패널(4)에는 디스플레이패널(3)을 통과한 빛을 복합센서(5)에 전달하기 위한 적어도 하나의 광통과홀이 형성되어 있을 수 있다. 외부로부터 커버글래스(1)에 조사된 빛은 투명한 커버글래스(1)와 터치패널(2)을 통과한 후에 디스플레이패널(3)의 픽셀들 사이의 투명 영역과 후면패널(4)의 적어도 하나의 광통과홀을 차례대로 통과함으로써 복합센서(5)에 도달할 수 있다. 후면패널(4)이 투명한 소재로 제조될 경우, 이러한 광통과홀이 필요 없을 수도 있다.

복합센서(5)는 디스플레이패널(3) 아래에 배치되어 커버글래스(1), 터치패널(2), 및 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호와 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 복합센서(5)의 감지영역에 사용자의 눈을 위치시킨 경우라면 물체는 사용자의 눈이 될 것이고, 사용자의 홍채 이미지가 복사된 매체를 위치시킨 경우라면 물체는 이러한 복사매체가 될 것이다. 마찬가지로, 복합센서(5)의 감지영역에 사용자의 얼굴을 위치시킨 경우라면 물체는 사용자의 얼굴이 될 것이고, 사용자의 얼굴 이미지가 복사된 매체를 위치시킨 경우라면 물체는 이러한 복사매체가 될 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 복합센서(5)의 감지영역은 복합센서(5)가 사용자의 눈 또는 얼굴을 정확하게 감지할 수 있도록 하기 위해 사용자가 눈 또는 얼굴 부위를 위치시켜야 하는 전자기기의 앞쪽 영역을 의미한다.

디스플레이패널(3)은 물체가 복합센서(5)의 감지영역에 정확하게 위치되었는가를 확인할 수 있도록 물체의 이미지를 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이패널(3)은 사용자가 눈을 복합센서(5)의 감지영역에 정확하게 위치시켰는가를 확인할 수 있도록 사용자의 눈 이미지를 표시할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이패널(3)은 사용자가 얼굴을 복합센서(5)의 감지영역에 정확하게 위치시켰는가를 확인할 수 있도록 사용자의 얼굴 이미지를 표시할 수 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 복합센서(5)는 후면패널(4)에 삽입되는 구조로 디스플레이패널(3) 아래에 배치될 수도 있고, 브래킷(6)에 삽입되는 구조로 디스플레이패널(3) 아래에 배치될 수도 있다.

브래킷(6)은 후면패널(4) 아래에 배치되어 그 위에 위치하는 후면패널(4)을 지지하면서 그 아래에 위치하는 인쇄회로기판(7), 배터리(9) 등을 고정시키는 역할을 한다. 브래킷(6)은 금속재로 제조될 수 있고 합성수지재로 제조될 수도 있고, 일부는 금속재로 제조되고 나머지는 합성수지재로 제조될 수도 있다. 도 2에는 단순한 형태로 도시되어 있으나 스마트폰의 외형 및 내부 구조에 따라 여러 형태로 형성될 수 있으며 하우징(10)과 일체형으로 형성될 수도 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 브래킷(6)에는 복합센서(5)가 안착될 수 있는 홈이 형성되어 있을 수 있다.

인쇄회로기판(7)은 브래킷(6) 아래에 배치되며 그 위에는 프로세서, 메모리 등과 같은 수많은 전자부품들이 실장되어 있다. 인쇄회로기판(7)은 복수 개로 분할되어 형성될 수도 있다. 인쇄회로기판(7)의 전자부품들의 물리적 형태는 본 실시예의 특징과는 관련이 없으므로 이것들의 도시는 생략된다. 인쇄회로기판(7)의 프로세서는 물체의 이미지를 나타내는 신호를 이용하여 물체에 대한 이미지 인증을 수행하고 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 이용하여 물체에 대한 생체 인증을 수행한다. 이러한 이미지 인증과 생체 인증의 프로세서는 스마트폰의 AP(Application Processor) 또는 CPU(Central Processing Unit)일 수도 있고 이미지 인증과 생체 인증을 위한 전용 프로세서일수도 있다. 이하에서 설명되는 이미지 생성과 스펙트럼 생성은 GPU(Graphics Processing Unit)라는 별도 프로세서에 의해 처리될 수도 있다. 본 실시예의 프로세서는 상기된 프로세서들이 하나로 통합된 구조의 프로세서일 수도 있고, 상기된 프로세서들의 집합을 의미할 수도 있다.

발광모듈(8)은 적외선 LED와 이것의 밝기 등을 조절하기 위한 전자소자들로 구성되며, 물체의 표면에 적외선을 조사한다. 발광모듈(8)은 인쇄회로기판(7)에 실장될 수도 있고 인쇄회로기판(7)과 전선으로 연결될 수도 있다. 브래킷(6)에는 발광모듈(8)이 삽입되는 홀이 형성되어 있을 수 있다. 발광모듈(8)에서 발생된 적외선이 커버글래스(1)를 통과하여 물체의 표면에 조사될 수 있도록 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 후면패널(4)의 면적은 커버글래스(1)보다 약간 작을 수 있다. 배터리(9)는 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 복합센서(5), 인쇄회로기판(7) 등에 전원을 공급한다. 하우징(10)은 그 내부에 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 후면패널(4), 복합센서(5), 브래킷(6), 인쇄회로기판(7), 배터리(9)의 전부 또는 일부를 수용함으로써 이것들간의 결합 구조를 유지하면서 보호하는 역할을 한다.

복합센서(5)가 디스플레이패널(3) 아래에 배치된 경우, 복합센서(5)는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 커버글래스(1), 터치패널(2), 및 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 물체에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 커버글래스(1), 터치패널(2), 및 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 상술한 바와 같이, 복합센서(5)는 전자기기의 전면 상단에 설치될 수도 있다. 이 경우, 물체에 조사된 적외선 중 물체의 표면에서 반사된 빛은 복합센서(5)로 바로 입사되며, 복합센서(5)는 이와 같이 입사된 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 마찬가지로, 물체에 조사된 적외선 중 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출된 빛은 복합센서(5)로 바로 입사되며, 복합센서(5)는 이와 같이 입사된 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 이하에서는 복합센서(5)가 디스플레이패널(3) 아래에 배치된 예를 기준으로 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 이하의 설명은 전자기기의 전면 상단에 설치된 복합센서(5)에도 그대로 적용될 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 일례를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 후면패널(4)은 디스플레이패널(3)을 보호하는 보호층(41)과 디스플레이패널(3)의 열을 발산하는 방열층(42)으로 구성된다. 보호층(41)은 디스플레이패널(3)을 보호하기 위해 스펀지, 고무 등의 탄성소재로 제조될 수 있다. 방열층(42)은 디스플레이패널(3)의 열을 발산하기 위해 열전도율이 높은 알루미늄, 구리 등의 금속재로 제조될 수 있다. 이와 같이, 보호층(41)은 일반적으로 불투명 소재로 이루어져 있기 때문에 디스플레이패널(3)을 통과한 빛이 복합센서(5)에 도달할 수 있도록 복합센서(5)의 상측 영역에 해당하는 보호층(41)의 일부 영역에 광통과홀이 형성되어 있다. 보호층(41)의 광통과홀은 비어 있을 수도 있고 투명한 물질로 채워질 수도 있다. 이러한 광통과홀은 복합센서의 복합센서(5)의 수광면, 즉 상면 형태와 동일한 형태를 가질 수 있으며, 복합센서(5)의 고정을 위해 광통과홀의 개구 면적은 복합센서(5)의 상면 면적보다 약간 작을 수 있다. 방열층(42)에는 복합센서(5)가 삽입되는 홀이 형성되어 있다. 복합센서(5)는 방열층(42)의 홀에 삽입되어 브래킷(6)의 상면에 안착됨으로써 고정될 수 있다.

도 5는 도 3에 도시된 전자기기의 단면의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 예와는 달리, 후면패널(4)에는 그 두께 전체, 즉 보호층(41)과 방열층(42)에 광통과홀이 형성되어 있고, 브래킷(6)에 복합센서(5)가 안착되어 고정될 수 있는 홈이 형성되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 복합센서(5)는 브래킷(6)의 홈에 삽입되어 홈 바닥면에 안착됨으로써 고정될 수 있다. 도 6은 도 4에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 예와는 달리, 후면패널(4)의 보호층(41)에는 디스플레이패널(3)의 픽셀과 픽셀 사이의 투명 영역 복수 개에 상하로 일대일 대응되는 다공 형태의 복수 개의 광통과홀이 형성되어 있다.

전자기기는 화면잠금 모드에서 어떤 물체가 복합센서(5)의 감지영역으로 진입하였음을 감지하면, 그 물체에 적외선을 조사한다. 예를 들어, 전자기기는 화면잠금 모드에서 사용자의 눈 또는 얼굴이 복합센서(5)의 감지영역으로 진입하였음을 감지하면, 사용자의 눈 또는 얼굴에 적외선을 조사한다. 이때, 사용자의 눈 또는 얼굴에는 적외선 외에도 자연광 등에 의한 가시광선도 함께 조사된다. 사용자의 눈 또는 얼굴에 조사된 빛 중 일부는 반사되어 커버글래스(1)를 다시 향하게 되고, 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과하게 된다. 디스플레이패널(3)을 통과한 빛은 후면패널(4)의 광통과홀을 통해 복합센서(5)에 도달하게 된다. 도 3-5에 도시된 예에 따르면, 복합센서(5)는 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과하여 후면패널(4)의 적어도 하나의 광통과홀을 통해 입사된 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호와 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다.

도 4-6에는 디스플레이패널(3)의 각 픽셀이 흑색 사각점으로 표현되어 있다. 이러한 흑색 사각점들 사이, 즉 디스플레이패널(3)의 픽셀 등 사이를 통한 빛이 복합센서(5)에 도달하게 된다. 미세한 크기의 픽셀 도시의 한계로 인해 도 3에는 각 픽셀의 크기가 과장되어 도시되어 있으며 실제로는 도 3에 도시된 바와 같은 3 개의 경로가 아닌, 매우 작은 크기의 픽셀과 픽셀 사이에 대응되는 보다 여러 경로를 통해 빛이 복합센서(5)에 도달하게 된다. 또한, 도 4-6에는 디스플레이패널(3)의 와이어들이 생략되어 있다. 이러한 와이어도 불투명한 재질이므로 엄밀하게는 픽셀과 와이어 사이, 와이어와 픽셀 사이의 투명 영역을 통해 빛이 복합센서(5)에 도달하게 된다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 4-6에 도시된 예의 여러 다른 변형된 형태로 물체 표면에서 반사된 빛이 복합센서(5)에 도달하게 할 수 있음을 이해할 수 있다.

도 7은 도 3에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 후면패널(4)의 광통과홀에 볼록렌즈형의 콜리메이터렌즈(collimator lens)가 삽입되어 있다. 도 7에 도시된 후면패널(4)에는 그 두께 전체, 즉 보호층(41)과 방열층(42)에 광통과홀이 형성되어 있고, 브래킷(6)에 복합센서(5)가 안착되어 고정될 수 있는 홈이 형성되어 있다. 콜리메이터렌즈(50)는 후면패널(4)의 광통과홀에 삽입되는 구조로 디스플레이패널(3)의 아래에 배치되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛을 복합센서(5)의 상면에 수직으로 입사되는 평행광으로 변환한다. 아래에 설명된 바와 같이, 복합센서(5)의 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521)가 매트릭스 구조로 배열되어 있다. 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521) 각각에 빛이 수직으로 입사될 경우에 각 필터의 투과율이나 차단율이 최대가 되어 물체의 이미지와 스펙트럼이 보다 정확하게 생성될 수 있다. 콜리메이터렌즈(50)는 각 필터에 빛이 수직으로 입사되도록 하는 역할을 한다.

도 8은 도 2에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 후면패널(4)의 광통과홀에 복수 개의 콜리메이터렌즈(50)가 삽입되어 있다. 복수 개의 콜리메이터렌즈(50) 각각에 의한 광선 경로 변화가 보여질 수 있도록 도 8에는 도 3에 도시된 전자기기의 단면 일부가 확대되어 도시되어 있다. 도 8에 도시된 후면패널(4)에는 도 7에 도시된 예와 동일하게 그 두께 전체에 광통과홀이 형성되어 있고, 브래킷(6)에 복합센서(5)가 안착되어 고정될 수 있는 홈이 형성되어 있다. 다만, 도 7에 도시된 예에서는 후면패널(4)의 광통과홀에 하나의 콜리메이터렌즈(50)가 삽입되어 있으나, 도 8에 도시된 예에서는 후면패널(4)의 광통과홀에 복수 개의 콜리메이터렌즈(50)가 삽입되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 복수 개의 콜리메이터렌즈(50)는 서로 이웃하는 렌즈들끼리 연결되어 있는 일체형으로 제조될 수 있다.

도 7에 도시된 예와 같이, 후면패널(4)의 광통과홀에 하나의 콜리메이터렌즈(50)가 삽입된 경우, 디스플레이패널(3)을 통과한 빛 중 후면패널(4)의 광통과홀의 중심선을 따라 진행하는 광선은 콜리메이터렌즈(50)의 중심 부위에 입사됨에 따라 평행광 변환 효율이 높으나, 후면패널(4)의 광통과홀의 중심선으로부터 멀리 벗어나 있는 광선은 콜리메이터렌즈의 가장자리 부위에 입사됨에 따라 평행광 변환 효율이 낮다. 이에 따라, 도 8에 도시된 예에서는 복수 개의 콜리메이터렌즈(50)는 디스플레이패널(3)의 픽셀과 픽셀 사이의 투명 영역 복수 개에 상하로 일대일 대응되도록 후면패널(4)의 광통과홀에 삽입되어 있다. 이에 따라, 디스플레이패널(3)의 픽셀과 픽셀 사이의 투명 영역 복수 개를 통과한 광선은 각 콜리메이터렌즈의 중심에 입사될 수 있다.

도 9는 도 3에 도시된 전자기기의 단면의 또 다른 예를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 후면패널(4)의 보호층(41)에는 디스플레이패널(3)의 픽셀과 픽셀 사이의 투명 영역 복수 개에 상하로 일대일 대응되는 다공 형태의 복수 개의 광통과홀이 형성되어 있고, 방열층(42)의 광통과홀은 보호층(41)의 복수 개의 광통과홀 사이사이가 개구된 형태의 하나의 광통과홀이 형성되어 있다. 방열층(42)의 광통과홀에 복수 개의 콜리메이터렌즈(50)가 삽입되어 있다. 복수 개의 콜리메이터렌즈(50) 각각에 의한 광선 경로 변화가 보여질 수 있도록 도 8에는 도 2에 도시된 전자기기의 단면 일부가 확대되어 도시되어 있다. 후면패널(4)의 보호층(41)의 복수 개의 광통과홀은 각 콜리메이터렌즈(50)의 평행광 변환 효율을 향상시키기 위하여 디스플레이패널(3)의 픽셀과 픽셀 사이의 투명 영역을 통과한 빛이 각 콜리메이터렌즈(50)의 중심에 입사되도록 안내하는 역할을 한다.

도 7-9에 도시된 바와 같이, 사용자가 복합센서(5)의 감지영역에 눈을 위치시키면, 발광모듈(8)에 발생한 적외선은 사용자 눈에 조사된다. 사용자 눈에 조사된 적외선 중 일부는 눈의 홍채 표면에서 반사되고, 일부는 눈의 각막 속을 침투한 후에 다시 각막 표면으로 되돌아와 각막 표면으로부터 방출된다. 사용자가 복합센서(5)의 감지영역에 얼굴을 위치시키면, 발광모듈(8)에 발생한 적외선은 사용자 얼굴에 조사된다. 사용자 얼굴에 조사된 적외선 중 일부는 얼굴 표면에서 반사되고, 일부는 얼굴 피부 속을 침투한 후에 다시 얼굴 피부의 표면으로 되돌아와 얼굴 피부의 표면으로부터 방출된다. 사용자 눈 또는 얼굴에는 적외선 외에도 자연광이나 인공 광원의 빛이 조사되며, 적외선과 마찬가지로 일부는 반사되고 일부는 침투 후 방출된다. 이와 같이, 커버글래스(1)를 향하게 된 빛은 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과하게 된다. 디스플레이패널(3)을 통과한 빛은 후면패널(4)의 광통과홀에 삽입된 적어도 하나의 콜리메이터렌즈(50)를 통해 복합센서(5)에 도달하게 된다.

도 7-9에 도시된 예에 따르면, 복합센서(5)는 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과하여 후면패널(4)의 적어도 하나의 광통과홀과 적어도 하나의 콜리메이터렌즈(50)를 통해 입사된 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호와 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 도 7-9에 도시된 예에서는 콜리메이터렌즈(50)가 복합센서(5)의 상면, 즉 수광면 전체를 덮는 구조로 도시되어 있으나 콜리메이터렌즈(50)는 지분센서(5)의 상면 일부인 분광센서(52)의 상면, 즉 분광센서(52)의 수광면만을 덮을 수도 있다. 이 경우, 복합센서(5)는 커버글래스(1), 터치패널(2), 디스플레이패널(3)을 차례대로 통과하여 후면패널(4)의 적어도 하나의 광통과홀과 적어도 하나의 콜리메이터렌즈(50)를 통해 입사된 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다.

도 10은 도 4에 도시된 단면 일부와 사람 생체의 단면을 도시한 도면이다. 도 10의 (a)에는 도 4에 도시된 단면 일부와 사람 피부의 단면이 도시되어 있다. 한 도면의 크기 한계로 인해 도 10의 (a)에는 도 4에 도시된 단면 일부와 사람 피부의 단면이 서로 근접된 모습으로 도시되어 있으나 실제로는 도시된 것보다 훨씬 더 많이 떨어져 있다. 도 10의 (a)를 참조하면, 사람의 피부는 표피(epidermis)와 진피(dermis)의 2 계층으로 이루어져 있고, 진피 아래에는 혈관(blood vessel)이 지나간다. 발광모듈(8)로부터 사용자 얼굴에 조사된 적외선 중 일부는 얼굴 표면에서 반사되고 나머지는 얼굴 피부 속으로 침투하게 된다. 얼굴 피부 속으로 침투한 적외선은 몸 속을 이동하면서 서로 다른 굴절률의 경계에서 반사와 굴절을 반복하게 된다. 얼굴 피부 속으로 침투한 적외선 중 일부는 얼굴 표면으로 되돌아와 얼굴 표면으로부터 방출되게 된다. 사람의 피부 내부의 조직은 개개인 별로 다르기 때문에 이와 같이 얼굴 표면으로부터 방출된 빛은 사람마다 서로 다른 독특한 스펙트럼 정보를 전달한다.

발광모듈(8)로부터 얼굴에 조사된 적외선 중 일부는 얼굴의 표피 표면에서 반사되고, 일부는 피부 속으로 침투하여 표피와 진피의 2 계층 내에서 일부는 흡수되고 나머지는 산란된다. 이러한 흡수는 주로 헤모글로빈(hemoglobin), 빌리루빈(bilirubin), 베타카로틴(beta-carotene) 등과 같은 혈액 내 성분들에 기인한다. 사람의 얼굴 위조는 사용자의 얼굴 이미지를 종이, 실리콘 등과 같은 무생물 매체에 복사하는 방식으로 이루어진다. 무생물 매체는 혈액 등 사람 피부의 구성 성분들을 갖고 있지 않을 뿐만 아니라 무생물 매체의 내부 조직은 사람 피부의 내부 조직과 전혀 다르기 때문에 이것 내부로 침투한 후에 다시 표면으로 되돌아와 방출되는 빛의 스펙트럼은 사람 피부 속에 침투한 후에 다시 피부 표면으로 되돌아와 방출되는 빛의 스펙트럼과 전혀 다른 형태를 갖게 된다. 도 10의 (b)에는 사람의 눈 각막 단면이 도시되어 있다. 각막은 상피(epitherium), 보우만막(bowman's membrane), 기질(stroma), 데스메막(descemet's membrane), 및 내피(endothelium)의 6 계층으로 이루어져 있다. 사람 피부와 마찬가지로 각막의 구성 성분 및 내부 조직은 무생물 매체의 구성 성분 및 내부 조직과 전혀 다르기 때문에 무생물 매체 내부로 침투한 후에 다시 표면으로 되돌아와 방출되는 빛의 스펙트럼은 각막 속에 침투한 후에 다시 각막 표면으로 되돌아와 방출되는 빛의 스펙트럼과 전혀 다른 형태를 갖게 된다.

복합센서(5)는 그것의 감지영역에 위치된 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로 되돌아와 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼 특성을 나타내는 신호를 생성한다. 이와 같이, 본 실시예의 복합센서(5)는 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 생성된 물체 이미지를 이용한 이미지 인증 외에 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로 되돌아와 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 생성된 스펙트럼의 특성을 이용하여 물체의 생체 여부를 인증하기 때문에 홍채 이미지 또는 얼굴 이미지가 복사된 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체를 이용한 스푸핑이 원천적으로 차단될 수 있다.

사용자가 아닌 타인이 사용자의 스마트폰의 잠금을 해제하고 스마트폰의 내용을 몰래 보거나 파일을 다운로드하기 위해 사용자의 생체 이미지를 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체에 복사함으로써 위조 이미지를 만들 수 있다. 상술한 바와 같이, 이러한 매체의 조직은 사람 피부 속의 조직, 각막 조직과 전혀 다르기 때문에 위조 이미지가 복합센서(5)의 감지영역에 위치하게 될 때에 생성되는 스펙트럼은 사용자의 눈 또는 얼굴이 복합센서(5)의 감지영역에 위치하게 될 때에 생성되는 스펙트럼과 전혀 다른 형태를 갖게 된다. 이에 따라, 위조 이미지가 이미지 인증 과정을 통과하였다고 하더라도 생체 인증 과정을 통과할 수 없다. 따라서, 위조 이미지를 이용한 스마트폰의 잠금 해제는 불가능하게 된다.

게다가, 상술한 바와 같이 사람의 각막 내부의 조직 또는 피부 내부의 조직은 개개인 별로 다르기 때문에 사람 생체 속에 빛이 침투한 후에 다시 생체 표면으로 되돌아와 방출되는 적외선의 스펙트럼은 개인 별로 다르게 나타남에 따라 스펙트럼 기반의 생체 인증은 전자기기에 근접해 위치해 있는 물체의 생체 여부를 확인하는 것 외에 전자기기에 근접해 위치해 잇는 물체가 그 전자기기의 진정한 사용자인지를 확인할 수 있는 기능도 제공할 수 있다. 본 실시예에 따른 이미지 기반의 이미지 인증과 스펙트럼 기반의 생체 인증을 병행할 경우에 사용자 이미지가 복사된 종이, 실리콘, 점토, 고무 등과 같은 매체를 이용한 스푸핑 방지 외에도 스펙트럼 기반의 생체 인증이 이미지 기반의 인증을 보완할 수 있어 사용자 인증의 보안성이 대폭 강화될 수 있다.

본 실시예의 복합센서(5)는 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 이미지센서(51)와 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 분광센서(52)로 구성된다. 적외선의 파장이 700 ~ 900nm인 경우에 사람의 피부에서의 반사율이 양호하게 나타남에 따라 이미지센서(51)는 선명한 얼굴 이미지를 생성할 수 있다. 특히, 이 파장대역에서는 홍채 내 색소세포에 의해 파장 변화에 따라 명암 패턴 변화가 뚜렷하게 나타나기 때문에 이미지센서(51)는 선명한 홍채 이미지를 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 적외선의 파장대역 700 ~ 900nm 중 810 ~ 850nm인 경우에 인체 투과깊이가 크게 나타난다. 따라서, 810 ~ 850nm의 적외선이 사용자의 눈 또는 얼굴에 조사되었을 때에 분광센서(52)는 사용자의 눈 각막, 얼굴 피부의 조직 특성을 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 본 실시예에서, 발광모듈(8)은 물체의 표면에 810 ~ 850nm의 적외선을 조사함이 바람직하다.

도 11은 도 3-7에 도시된 복합센서(5)의 구조의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11에서 약자 "I"는 적외선필터(511)를 나타내고, 약자 "S"는 분광필터(521)를 나타내고, 약자 "P"는 광전소자(512, 522)를 나타낸다. 본 실시예의 이미지센서(51)는 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 광전소자(512)를 이용하여 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 분광센서(52)는 복수 개의 분광필터(521)와 복수 개의 광전소자(522)를 이용하여 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 각 광전소자(512, 522)의 대표적인 예로는 포토다이오드를 들 수 있다. 이에 따라, 광전소자의 약자가 도 10에 "P"로 표시되어 있다.

이미지센서(51)의 광전소자(512)와 분광센서(52)의 광전소자(522)로 동일한 타입의 포토다이오드가 사용될 수도 있고 서로 다른 타입의 포토다이오드가 사용될 수도 있다. 물체의 이미지를 나타내는 신호는 복수개의 광전소자(512), 즉 복수 개의 포토다이오드(512)로부터 출력된 전기적 신호가 증폭된 후에 디지털 신호로 변환된 신호일 수 있다. 마찬가지로, 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호는 복수개의 포토다이오드(522)로부터 출력된 전기적 신호가 증폭된 후에 디지털 신호로 변환된 신호일 수 있다. 복수개의 포토다이오드(512, 522)로부터 출력된 전기적 신호의 증폭과 디지털 신호로의 변환은 복합센서(5)와 일체형의 증폭기와 컨버터에 수행될 수도 있고, 복합센서(5) 외의 별도의 증폭기와 컨버터에 의해 수행될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 이미지센서(51)의 복수 개의 적외선필터(511)와 분광센서(52)의 복수 개의 분광필터(521)는 2차원 평면의 매트릭스 구조로 배열된다. 이러한 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521)의 배열면은 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에 대한 복합센서(5)의 수광면을 형성한다. 즉, 복수 개의 적외선필터(511)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 분광필터(521)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된다. 따라서, 디스플레이패널(3)을 통과한 빛이 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521) 각각에 수직으로 입사되도록 디스플레이패널(3)을 통과한 빛이 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521)의 배열면에 수직으로 입사되도록 함이 바람직하다. 이와 같이 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521)의 배열면에 수직으로 입사되도록 하기 위한 기술적 수단에 대해서는 앞에 설명되어 있다.

즉, 본 실시예의 이미지센서(51)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된 복수 개의 적외선필터(511)를 이용하여 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 본 실시예의 분광센서(52)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된 복수 개의 분광필터(521)를 이용하여 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다.

이미지센서(51)의 복수 개의 적외선필터(511)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛을 필터링한다. 복수 개의 적외선필터(511)는 디스플레이패널을 통과한 빛에서 서로 다른 파장대역의 적외선을 투과시키는 여러 종류의 적외선필터(511)들로 구성된다. 예를 들면, 복수 개의 적외선필터(511)는 810 ~ 820nm 대역의 적외선을 투과시키고 나머지 대역의 빛을 차단하는 복수 개의 적외선필터, 820 ~ 830nm 대역의 적외선을 투과시키고 나머지 대역의 빛을 차단하는 복수 개의 적외선필터, 830 ~ 840nm 대역의 적외선을 투과시키고 나머지 대역의 빛을 차단하는 복수 개의 적외선필터, 및 840 ~ 850nm 대역의 적외선을 투과시키고 나머지 대역의 빛을 차단하는 복수 개의 적외선필터로 구성될 수 있다.

복수 개의 광전소자(512)는 복수 개의 적외선필터(511)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 적외선필터(511)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 복수 개의 적외선필터(511) 아래에 배치된다. 복수 개의 광전소자(512)는 복수 개의 적외선필터(511)에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환함으로써 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 각 광전소자(512)는 이것에 상하로 일대일 대응되는 각 적외선필터(511)에 의해 필터링된 빛을 그 강도에 따라 서로 다른 레벨의 전기적 신호로 변환한다. 복수 개의 광전소자(512) 각각에 의해 생성된 전기적 신호의 조합으로부터 물체의 이미지가 생성될 수 있다.

분광센서(52)의 복수 개의 분광필터(521)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛을 필터링한다. 본 실시예의 복수 개의 분광필터(521)는 물체의 생체 인증을 위해 발광모듈(8)로부터 사람의 생체 표면에 조사된 적외선의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 사람의 생체 표면으로 되돌아와 사람의 생체 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단한다. 여기에서, 사람의 생체는 사람의 눈 각막 또는 얼굴 피부일 수 있다. 복수 개의 분광필터(521)는 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에서 서로 다른 파장대역의 적외선을 투과시키거나 차단함으로써 디스플레이패널(3)을 통과한 빛을 필터링하는 여러 종류의 분광필터(521)들로 구성되며, 여러 종류의 분광필터(521)는 상술한 바와 같은 매트릭스 구조로 번갈아 배열된다.

예를 들어, 여러 종류의 분광필터(521)는 종류별로 하나씩 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 속하는 매트릭스의 한 행 또는 한 열에 채워나가고, 모든 종류의 분광필터(521)의 배열이 완료되면 다시 종류별로 하나씩 채워나가는 방식으로 번갈아 배열될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 실시예의 분광센서(52)는 전자기기에 근접하여 위치한 물체의 생체 인증을 위해 810 ~ 850nm 대역의 스펙트럼을 검출할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 분광필터(521)는 810 ~ 850nm 대역을 수 nm 단위로 분할하여 필터링하는 여러 종류의 분광필터(521)들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 분광필터(521)는 810 ~ 850nm 대역을 5nm 단위로 분할하여 필터링하는 여러 종류의 분광필터(521)들로 구성될 수 있다.

즉, 복수 개의 분광필터(521)는 810 ~ 815nm 대역, 815 ~ 820nm 대역, ..., 845 ~ 850nm 대역의 서로 다른 파장대역을 투과시키거나 차단하는 여러 종류의 분광필터(521)들로 구성될 수 있다. 디스플레이패널(3)을 통과한 빛의 대역을 분할하는 단위가 작을수록, 즉 복수 개의 분광필터(521)의 종류가 많을수록 분광센서(52)에 의해 검출되는 스펙트럼의 해상도가 높아질 수 있다. 그러나, 동일한 파장대역을 투과시키거나 차단하는 한 종류의 분광필터(521)가 중복되어 배열되는 회수가 그 만큼 감소됨에 따라 분광센서(52)에 의해 검출되는 스펙트럼의 정확도가 낮아질 수 있다. 따라서, 전자기기에 근접하여 위치한 물체의 생체 인증에 적합한 스펙트럼의 해상도와 정확도를 교량하여 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에 대한 대역 분할 단위의 크기가 설계됨이 바람직하다.

복수 개의 광전소자(522)는 복수 개의 분광필터(521)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 분광필터(521)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치된다. 복수 개의 광전소자(522)는 복수 개의 분광필터(521)에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환함으로써 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 각 광전소자(522)는 이것에 상하로 일대일 대응되는 각 분광필터(521)에 의해 필터링된 빛을 그 강도에 따라 서로 다른 레벨의 전기적 신호로 변환한다. 복수 개의 광전소자(522) 중 어떤 광전소자는 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널을 통과한 빛의 어떤 파장 대역에 대응하는 전기적 신호를 생성하고, 다른 광전소자는 다른 파장 대역에 대응하는 전기적 신호를 생성한다. 복수 개의 광전소자(522) 각각에 의해 생성된 전기적 신호의 조합으로부터 물체의 생체 인증에 필요한 스펙트럼이 생성될 수 있다.

복수 개의 광전소자(522)는 복수 개의 분광필터(521)에 상하로 일대다 대응되도록 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치될 수도 있다. 이 경우, 하나의 분광필터(521)에 의해 필터링 빛은 복수 개의 광전소자(522) 중 그 분광필터(521) 아래에 배치된 복수 개의 광전소자(522)에 입사된다. 그 분광필터(521) 아래에 배치된 복수 개의 광전소자(522) 각각은 분광필터(521)에 의해 필터링 빛을 전기적 신호로 변환하게 된다. 예를 들어, 각 분광필터(521)의 사이즈가 각 광전소자(522)의 사이즈보다 크게 제조될 경우에 복수 개의 광전소자(522)는 복수 개의 분광필터(521)에 상하로 일대다 대응되도록 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치될 수 있다.

종래의 생체 인증 기술은 프리즘, 회절격자 등을 이용하여 물체의 스펙트럼을 생성하기 때문에 소형화가 어려워 스마트폰에 적용되기가 불가능하였다. 이에 따라, 본 실시예의 복합센서(5)는 프리즘, 회절격자 대신에 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서의 적외선필터의 크기보다 작은 나노 구조체로 구현될 수 있는 복수 개의 분광필터를 이용하여 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 본 실시예의 분광필터의 소형화 수단에 관해서는 아래에서 자세히 살펴보기로 한다. 즉, 본 실시예의 복수 개의 분광필터(521)는 발광모듈(8)로부터 물체에 조사된 빛의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 사람의 생체 표면으로 되돌아와 사람의 생체 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역을 분할하여 서로 다른 파장대역을 투과시키거나 차단하는 분광필터들의 조합이라고 할 수 있다.

예를 들어, 본 실시예의 복수 개의 분광필터(521)는 발광모듈(8)로부터 물체에 조사된 빛의 파장대역 중 사람의 눈 각막 속을 침투한 후에 각막 표면으로 되돌아와 각막 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역을 분할하여 서로 다른 파장대역을 투과시키거나 차단하는 분광필터들의 조합이라고 할 수 있다. 아니면, 본 실시예의 복수 개의 분광필터(521)는 발광모듈(8)로부터 물체에 조사된 빛의 파장대역 중 사람의 얼굴 피부 속을 침투한 후에 얼굴 피부 표면으로 되돌아와 얼굴 피부 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역을 분할하여 서로 다른 파장대역을 투과시키거나 차단하는 분광필터들의 조합이라고 할 수 있다.

도 11에 도시된 예에서, 복수 개의 적외선필터(511)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 우측 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 분광필터(521)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 좌측 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된다. 도 12는 도 3-7에 도시된 복합센서(5)의 구조의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 예에서, 복수 개의 적외선필터(511)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조 중 네 개의 모서리 부분이 제거된 십자 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 분광필터(521)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 네 개의 모서리 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된다. 도 13은 도 3-7에 도시된 복합센서(5)의 구조의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 예에서, 복수 개의 적외선필터(511)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조 중 가장자리 부분이 제거된 중심 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 분광필터(521)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 가장자리 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된다.

도 11에 도시된 예에서는 복수 개의 분광필터(521)가 복합센서(5)의 수광면의 어느 한쪽의 영역에 집중되어 배열됨에 따라 그 쪽 영역에 조사되는 빛에 대한 스펙트럼이 비교적 정확하게 생성될 수 있다는 장점이 있는 반면, 복합센서(5)의 수광면에 조사하는 빛 중 일부에 대한 스펙트럼이 누락될 수 있다는 단점이 있다. 한편, 도 12-13에 도시된 예에서는 복합센서(5)의 수광면의 어느 한쪽의 영역에 집중되지 않고 산재되어 배열됨에 따라 복합센서(5)의 수광면에 조사하는 빛 전체에 대한 스펙트럼이 생성될 수 있다는 장점이 있는 반면, 각 영역에 배열된 분광필터(521)의 개수가 적어 스펙트럼의 정확도가 다소 떨어질 수 있다는 단점이 있다. 각 분광필터(521)의 성능을 고려하여 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521)의 배열 구조가 설계됨이 바람직하다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 11-13에 도시된 예 외에 여러 가지의 구조로 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521)가 배열될 수 있음을 이해할 수 있다.

도 14는 도 11에 도시된 복합센서(5)의 일 구현예의 단면도이다. 도 14에는 하나의 기판에 이미지센서(51)와 분광센서(52)를 집적시켜 복합센서(5)가 구현된 예가 도시되어 있다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이미지센서(51)와 분광센서(52)가 별개의 기판에 구현될 수 있음을 이해할 수 있다. 다만, 하나의 기판에 복수 개의 적외선필터(511)와 복수 개의 분광필터(521)를 집적시키는 방식이 복합센서(5)의 제조공정 단순화에 유리할 수 있다. 도 14에서 약자 "L"은 마이크로렌즈를 나타내고, 약자 "I"는 적외선필터를 나타내고, 약자 "S"는 분광필터를 나타내고, 약자 "P"는 광전소자를 나타낸다. 도 14로부터 도 12, 13에 도시된 예의 복합센서(5)가 어떻게 구현될 수 있는지가 쉽게 이해될 수 있기 때문에 도 12, 13에 도시된 복합센서(5)에 대한 구현예의 도시는 생략된다. 도 14의 (a)에는 전면조사형(FSI, Front Side Illumination) 이미지센서(51)를 채용한 복합센서(5)의 구현예가 도시되어 있고, 도 14의 (b)에는 후면조사형(BSI, Back Side Illumination) 이미지센서(51)를 채용한 복합센서(5)의 구현예가 도시되어 있다.

도 14의 (a)의 이미지센서(51)에 해당하는 부분을 살펴보면, 복합센서기판(500) 상에 복수 개의 광전소자(512)가 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복수 개의 광전소자(512) 위에는 각 적외선필터(511)와 각 광전소자(512)에 전원을 공급하기 위한 와이어가 매립된 절연층(503)이 적층된다. 이에 따라, 절연층(503)은 배선층으로 호칭되기도 한다. 절연층(503)은 SiO₂ 등과 같은 투명한 유전체 물질로 제조될 수 있다. 절연층(503) 위에는 복수 개의 적외선필터(511)가 복수 개의 광전소자(512)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 분광필터(521)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 각 적외선필터(511)에 의해 필터링된 빛은 절연층(503)의 와이어 사이를 통과하여 각 광전소자(512)에 도달하게 된다. 복수 개의 적외선필터(511) 위에는 복수 개의 적외선필터(511)의 배열면을 평탄화하는 평탄화층(502)이 적층된다. 평탄화층(502)은 투명한 유전체 물질로 제조된다. 평탄화층(502) 위에는 복수 개의 마이크로렌즈(501)가 복수 개의 적외선필터(511)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 적외선필터(511)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 각 마이크로렌즈(501)는 이것에 입사된 빛이 그 아래의 각 적외선필터(511)에 집속되도록 하는 역할을 한다.

도 14의 (a)의 분광센서(52)에 해당하는 부분을 살펴보면, 복합센서기판(500) 상에 복수 개의 광전소자(522)가 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복수 개의 광전소자(522)위에는 각 분광필터(521)와 각 광전소자(522)에 전원을 공급하기 위한 와이어가 매립된 절연층(503)이 적층된다. 절연층(503) 위에는 복수 개의 분광필터(521)가 복수 개의 광전소자(522)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 광전소자(522)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 각 분광필터(521)에 의해 필터링된 빛은 절연층(503)의 와이어 사이를 통과하여 각 광전소자(522)에 도달하게 된다. 복수 개의 분광필터(521) 위에는 복수 개의 분광필터(521)의 배열면을 평탄화하는 평탄화층(502)이 적층된다. 평탄화층(502) 위에는 복수 개의 마이크로렌즈(501)가 복수 개의 분광필터(521)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 분광필터(521)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 각 마이크로렌즈(501)는 이것에 입사된 빛이 그 아래의 각 분광필터(521)에 집속되도록 하는 역할을 한다.

도 14의 (b)의 이미지센서(51)에 해당하는 부분을 살펴보면, 복합센서기판(500) 상에 각 적외선필터(511)와 각 광전소자(512)에 전원을 공급하기 위한 와이어가 매립된 절연층(503)이 적층된다. 절연층(503) 상에 복수 개의 광전소자(512)가 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복수 개의 광전소자(512) 위에는 복수 개의 적외선필터(511)가 복수 개의 광전소자(512)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 분광필터(521)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 이와 같이, 도 14의 (a)의 이미지센서(51)에서는 복수 개의 광전소자(512) 위에 절연층(503)이 배치되는 반면, 도 14의 (b)의 이미지센서(51)에서는 복수 개의 광전소자(512) 아래에 절연층(503)이 배치된 점을 제외하고는 도 14의 (b)의 이미지센서(51)는 도 14의 (a)의 이미지센서(51)와 유사한 적층 구조를 갖는다. 이에 따라, 도 14의 (b)의 이미지센서(51)의 나머지 구성에 대해서는 도 14의 (a)의 이미지센서(51)에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

도 14의 (b)의 분광센서(52)에 해당하는 부분을 살펴보면, 복합센서기판(500) 상에 각 분광필터(521)와 각 광전소자(522)에 전원을 공급하기 위한 와이어가 매립된 절연층(503)이 적층된다. 절연층(503) 상에 복수 개의 광전소자(522)가 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복수 개의 광전소자(522) 위에는 복수 개의 분광필터(521)가 복수 개의 광전소자(522)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 광전소자(522)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 이와 같이, 도 14의 (a)의 분광센서(52)에서는 복수 개의 광전소자(512) 위에 절연층(503)이 배치되는 반면, 도 14의 (b)의 분광센서(52)에서는 복수 개의 광전소자(512) 아래에 절연층(503)이 배치된 점을 제외하고는 도 14의 (b)의 분광센서(52)는 도 14의 (a)의 분광센서(52)와 유사한 적층 구조를 갖는다. 이에 따라, 도 14의 (b)의 분광센서(52)의 나머지 구성에 대해서는 도 14의 (a)의 분광센서(52)에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

도 14의 (a)와 (b)를 비교해보면, 전면조사형 복합센서(5)에서는 복수 개의 광전소자(512) 위에 절연층(503)이 배치되기 때문에 복수 개의 광전소자(512)에 입사되는 광의 손실이 많다는 단점이 있다. 반면, 후면조사형 복합센서(5)에서는 절연층(503)이 복수 개의 광전소자(512) 아래에 배치되기 때문에 복수 개의 광전소자(512)에 입사되는 광의 손실이 거의 없으나 서로 이웃하는 적외선필터 사이에서 서로 다른 대역의 광 혼합이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합센서 구조에 대한 간략한 개념도로서 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 14에 도시된 층 외에 다른 층이 추가될 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 광전소자(512)에 입사되는 빛의 반사를 방지하는 반사방지층(Anti-Reflection layer)이 복수 개의 광전소자(522) 위에 적층될 수도 있다.

도 15는 도 11에 도시된 복합센서(5)의 다른 구현예의 단면도이다. 도 15에 도시된 예는 도 14에 도시된 복수 개의 적외선필터(511) 중 4분의 3이 컬러필터(5110)로 교체된다는 점에서 도 14에 도시된 예와 차이가 있다. 이하에서는 도 15에 도시된 예에 대하여 도 14에 도시된 예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 하며, 이하 생략된 내용에 대해서는 도 14에 도시된 예에 대한 설명으로 갈음하기로 한다. 도 15를 참조하면, 이미지센서(51)의 복수 개의 컬러필터(5110), 복수 개의 적외선필터(511), 및 복수 개의 분광필터(521)는 2차원 평면의 매트릭스 구조로 배열된다. 이러한 복수 개의 컬러필터(5110), 복수 개의 적외선필터(511), 및 복수 개의 분광필터(521)의 배열면은 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에 대한 복합센서(5)의 수광면을 형성한다. 즉, 복수 개의 컬러필터(5110)와 복수 개의 적외선필터(511)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 분광필터(521)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된다.

복수 개의 컬러필터(5110)는 적색 대역의 빛을 투과시키고 나머지 대역의 빛을 차단하는 복수 개의 적색필터, 녹색의 빛을 투과시키고 나머지 대역의 빛을 차단하는 복수 개의 녹색필터, 및 청색 대역의 빛을 투과시키고 나머지 대역의 빛을 차단하는 복수 개의 청색필터로 구성된다. 4 개의 컬러필터(5100)로 이루어진 단위필터는 하나의 적색필터, 두 개의 녹색필터, 및 하나의 청색필터가 베이어 모자이크 패턴(bayer mosaic pattern)의 매트릭스 구조로 번갈아 배열되는데, 도 15에 도시된 바와 같이 두 개의 녹색 필터 중 하나가 적외선필터(511)로 교체된다. 즉, 복수 개의 적색필터, 복수 개의 녹색필터, 복수 개의 청색필터, 복수 개의 적외선필터(511)는 그 각각이 하나씩 조합된 단위필터가 반복되는 패턴으로 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 분광필터(521)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된다.

도 15에 도시된 복합센서(5)는 적외선 카메라의 역할, 분광기의 역할 외에 컬러 이미지를 나타내는 신호를 생성할 수 있는 가시광선 카메라의 역할도 병행함으로써 스마트폰 전면 상단에 설치되었던 가시광선 카메라와 적외선 카메라를 전면 상단으로부터 사라지게 됨에 따라 전자기기의 전면에서 화면이 차지하는 비율이 거의 최대화될 수 있다. 도 15에 도시된 복합센서(5)는 도 14에 도시된 복합센서(5)에 비해 적외선 기반의 흑백 이미지의 해상도가 낮기 때문에 복합센서(5)의 매트릭스 해상도가 낮을 경우 이미지 인증의 신뢰도가 떨어질 수 있다. 복합센서(5)의 매트릭스 해상도를 고려하여 도 14에 도시된 예와 도 15에 도시된 예 중에서 적절하게 선택될 필요가 있다. 도 11-13에 도시된 예에서 복수 개의 적외선필터(511) 중 4분의 3이 컬러필터(5110)로 교체됨으로써 도 15에 도시된 복합센서(5)가 다양한 배열 구조로 구현 가능함을 알 수 있다.

도 14, 15에 도시된 이미지센서(51)의 구조는 전형적인 CMOS 이미지 센서의 구조로 CMOS 이미지센서의 픽셀 중 일부를 본 실시예의 분광필터로 대체함으로써 본 실시예에 따른 복합센서(5)가 용이하게 제조될 수 있음을 알 수 있다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 CCD(Charge Coupled Device) 이미지센서의 픽셀 중 일부를 본 실시예의 분광필터로 대체함으로써 본 실시예에 따른 복합센서(5)가 용이하게 제조될 수 있음을 이해할 수 있다.

도 16은 도 14, 15에 도시된 분광필터(521)의 일례를 도시한 도면이다. 도 16의 (a)에는 도 14, 15에 도시된 분광필터(521)의 평면이 도시되어 있고, 도 16의 (b)에는 분광필터(521)의 단면이 도시되어 있다. 도 16을 참조하면, 각 분광필터(521)는 일정한 형상을 갖는 금속패턴들이 주기적으로 배열된 형태로 형성되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에서 금속패턴들의 배열 주기에 따라 결정되는 파장 대역을 차단하고, 나머지 파장대역을 통과시킬 수 있다. 분광필터 S1, S2 각각은 투명기판(161) 상에 원판형 금속패턴(162)들이 2차원 격자 구조로 주기적으로 배열된 형태로 구현된다. 투명기판(161)은 유리, 고분자, Ge, GeSe, ZnS, ZnSe, 사파이어, CaF₂, MgF₂ 등 다양한 물질로 제조될 수 있다. 도 14, 15의 절연층(503)이 이러한 투명기판(161)의 역할을 할 수도 있다. 이 경우, 분광필터 S1, S2 각각은 절연층(503) 상에 원판형 금속패턴(162)들이 2차원 격자 구조로 주기적으로 배열된 형태로 구현된다. 금속패턴(162)은 플라즈모닉 금속인 Au, Ag, Al, Cu, 또는 이들 중 적어도 2개의 합금 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하고 다른 원소를 포함하는 합금일 수 있고, 광흡수형 금속인 Cr, Ni, Ti, Pt, Sn, Sb, Mo, W, V, Ta, Te, Ge, Si, 또는 이들 중 적어도 2개의 합금 또는 이들 중 적어도 하나를 포함하고 다른 원소를 포함하는 합금일 수 있다.

각 금속패턴은 원형디스크 외에 사각디스크, 다각형, 막대형, 크로스바형 등 다양한 형태의 나노 구조체일 수도 있다. 이러한 금속패턴들은 선형 격자 구조 또는 2차원 격자 구조로 주기적으로 배열될 수 있고, 2차원 격자 구조로는 정사각 격자 구조, 육방정 격자 구조가 가능하다. 이러한 나노 구조체의 금속패턴은 그것의 표면 플라즈몬(surface plasmon)에 의해 특정 파장 대역의 빛을 흡수하고 나머지 파장 대역의 빛을 투과시키는 성질을 갖고 있다. 표면 플라즈몬 공진 현상이란 금속 표면에 빛이 입사할 경우 특정 파장의 빛과 금속 표면의 자유전자가 공진을 일으켜 특정 파장의 빛을 그 표면에 따라 전파하는 현상을 말한다. 플라즈몬은 입사된 빛의 전기장에 의해 금속 표면에 유도된 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하며, 금속 표면에 국부적으로 존재한다. 국부적으로 표면 플라즈몬 특성을 갖는 금속 나노 구조체의 경우, 빛이 입사되었을 때에 입사광 중 특정 파장대역의 광을 흡수하는 특성을 보인다.

종래의 생체 인증 기술은 프리즘, 회절격자 등을 이용하여 물체의 스펙트럼을 생성하기 때문에 소형화가 어려워 스마트폰에 적용되기가 불가능하였다. 상술한 바와 같이, 본 실시예는 분광센서(52)의 분광필터(521)로서 나노 구조체에 해당하는 금속패턴들이 주기적으로 배열된 형태에 의해 광 필터링이 가능하도록 하는 일종의 플라즈모닉 필터를 채택함으로써 스마트폰의 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 기존의 CMOS 이미지센서와의 집적이 매우 용이한 분광센서(52)의 구현이 가능하게 된다. 이에 따라, 전자기기에 사용자의 눈 또는 얼굴을 근접시키는 것만으로 사용자의 이미지 인증과 생체 인증이 동시에 진행될 수 있어 위조 이미지를 이용한 스푸핑을 방지할 수 있는 복합센서(5)가 실현될 수 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 분광필터(521)의 금속패턴들은 주기적 격자 구조를 갖는 금속 나노구조체 배열을 이루고, 표면 플라즈몬과 격자 모드와의 커플링에 의해 특정 파장 대역에서 강화된 특이적 광흡수 내지 광반사 현상을 나타낸다. 이로 인해 금속 나노구조체 배열을 투과하는 빛의 스펙트럼은 특이적 광흡수 내지 광반사 현상이 강화되는 선택적 파장대역에서 투과도가 급격히 낮아지는 딥(dip) 곡선을 형성하게 된다. 분광필터 S1, S2의 "D1, D2"는 금속패턴의 길이를 나타내고, "P1, P2"는 금속패턴간의 간격을 나타낸다. 분광필터 S1의 듀티사이클 D1/P1과 분광필터 S2의 듀티사이클 D2/P2는 동일하게 유지됨이 바람직하나 다를 수도 있다. 즉, 모든 분광필터의 듀티사이클은 동일하게 유지됨이 바람직하나 다를 수도 있다. 듀티사이클은 30 ~ 80%임이 바람직하다. 듀티사이클이 30% 미만이면 딥의 크기가 매우 작고 80%를 초과하면 너무 넓은 딥 곡선이 생성되는 경향이 있다.

본 실시예의 분광필터(521)의 금속패턴들에 의해 형성되는 스펙트럼 형상은 금속 물질의 종류, 금속패턴들의 배열 주기, 금속패턴의 크기 등과 같은 기하학적 구조에 의존하며, 특히 분광필터(521)에 의해 차단되는 빛의 중심 파장은 금속패턴들의 배열 주기에 의해 지배적으로 결정된다. 본 실시예에 따르면, 금속패턴들의 배열 주기를 변화시킴으로써 분광필터(521)에 의해 차단되는 빛의 중심 파장이 쉽게 변경될 수 있다. 복수 개의 분광필터(521) 중 어느 하나의 분광필터의 금속패턴들과 다른 하나의 분광필터의 금속패턴들이 서로 다른 주기로 배열된다면, 어느 하나의 분광필터와 다른 하나의 분광필터는 서로 다른 파장대역을 차단하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 분광센서(52)는 전자기기에 근접하여 위치한 물체의 생체 인증을 위해 810 ~ 850nm 대역의 스펙트럼을 검출함을 목표로 한다. 430 ~ 700nm 대역의 스펙트럼 검출을 위해, 금속패턴들의 배열 주기는 0.1 ~ 1.5 ㎛ 사이에서 설계됨이 바람직하다. 예를 들어, 810 ~ 850nm 대역을 5nm 단위로 분할하여 필터링하는 여러 종류의 분광필터(521)들은 금속패턴들의 주기를 0.1 ~ 1.5 ㎛ 범위 내에서 5nm 단위에 대응되는 간격으로 점진적으로 변화시킴으로써 구현될 수 있다. 또한, 각 금속패턴의 두께는 5 ~ 500nm가 바람직하다. 5nm 보다 작으면 표면에서 산란되는 자유전자의 비율이 증대되어 플라즈몬 감쇄의 큰 요소로 작용하게 되고, 500nm 이상이면 부피 증가 효과로 다극자(multipole) 공진이 발생하게 된다.

종래에는 플라즈모닉 필터로 목표 대역에 대한 투과형 특성을 갖는 금속 나노홀 어레이 구조가 활용되어 왔다. 금속 나노홀 어레이 구조는 금속 표면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬파와 격자 모드와의 커플링에 의해 특정 파장대역에서 특이적 광투과 현상을 나타낸다. 또한, 금속 나노홀 어레이 구조는 본 실시예의 금속패턴 어레이 구조의 경우와 달리 진행파간의 커플링에 기반하기 때문에 다양한 모드가 존재하며, 단일 투과밴드로 정의되지 않는 특징이 있다. 이러한 다중모드의 존재는 각 광전소자에 입사되는 신호 파장을 처리하는 과정에서 신호 왜곡을 초래할 수 있다. 또한, 본 실시예의 분광필터(521)는 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에서 금속패턴들의 배열 주기에 따라 결정되는 파장 대역을 차단하기 때문에 주기에 의존하는 자유스펙트럼범위(free spectral range)가 비교적 넓어서 종래의 투과형 필터에 비해 810 ~ 850nm 대역 전반을 커버할 수 있다.

도 17은 도 16에 도시된 분광필터(521)의 투과 특성의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 알루미늄을 사용하여 50nm 두께의 나노디스크들을 제작하고 듀티사이클 50%의 육방정 격자 구조로 배열하였다. 그 배열 주기를 200nm부터 1500nm까지 100nm 간격으로 변화시켜가면서 그 투과도의 딥 곡선을 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산하였다. 도 17로부터 도 16에 도시된 분광필터(521)는 0.35um부터 2um 대역까지 투과도가 급격히 낮아지는 딥 곡선이 연속적으로 가변되는 특성, 즉 그 중심파장이 연속적으로 가변되는 단일 스톱밴드(stop band) 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 16에 도시된 분광필터(521)는 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에서 금속패턴들의 배열 주기에 따라 결정되는 파장 대역을 차단한다. 복수 개의 광전소자(522)는 도 16에 도시된 실시예에 따른 복수 개의 분광필터(521)에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환함으로써 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 도 16에 도시된 분광필터(521)는 차단형 플라즈모닉 필터로서 도 16에 도시된 실시예에 따른 복수 개의 분광필터(521)에 의해 필터링된 빛을 이용하여 생성된 스펙트럼은 종래의 투과형 플라즈모닉 필터에 의해 필터링된 빛으로부터 생성된 스펙트럼과 역상의 관계에 있다. 프로세서는 이러한 역상의 스펙트럼을 나타내는 신호를 이용하여 물체에 대한 생체 인증을 수행할 수도 있고, 역상 스펙트럼으로부터 정상 스펙트럼을 복원한 후에 정상 스펙트럼을 이용하여 물체에 대한 생체 인증을 수행할 수도 있다.

도 18은 도 14, 15에 도시된 분광필터(521)의 다른 예를 도시한 도면이다. 도 18의 (a)에는 도 14, 15에 도시된 분광필터(521)의 단면이 도시되어 있고, 도 18의 (b)에는 분광필터(521)의 평면이 도시되어 있다. 도 18을 참조하면, 각 분광필터(521)는 상반사층(181), 하반사층(182), 유전체층(183) 및 버퍼층(184)으로 구성된다. 상반사층(181)과 하반사층(182)은 서로 이격 분리되어 그것에 입사된 빛 중 일부를 반사하고 나머지를 투과시킨다. 상반사층(181)과 하반사층(182) 각각은 반투과 특성을 갖는 Ag, Au, Al, Cr, Mo 등의 금속박막 형태로 형성되거나 고굴절율 유전체층과 저굴절율 유전체층의 주기적 다층구조로 이루어진 분산 브래그 반사막(Distributed Bragg Reflector)일 수 있다. 상반사층(181)과 하반사층(182)은 각 분광필터(521)의 상하면을 형성한다.

유전체층(183)은 상반사층(181)과 하반사층(182) 사이에 삽입되며 굴절률이 서로 상이한 적어도 두 개의 물질(1831, 1832)이 교대로 배치된다. 유전체층(183)에는 두 개의 물질(1831, 1832)의 상대적인 부피 비율이 서로 상이한 영역이 적어도 두 곳이 존재한다. 도 18의 (b)에 도시된 바와 같이, 유전체층(183)에는 일 방향을 따라서 두 개의 물질(1831, 1832)의 상대적인 너비 비율이 서로 상이한 영역이 적어도 두 곳이 존재한다. 여기에서, 일 방향은 유전체층(183)의 길이 방향인 좌우로 연장되는 수평 방향을 말한다.

유전체층(183)의 두 개의 물질(1831, 1832) 중 어느 하나의 물질(1831)은 상대적으로 저굴절률의 유전체일 수 있고, 다른 물질(1832)은 상대적으로 고굴절률의 유전체일 수 있다. 반대로, 어느 하나의 물질(1831)은 상대적으로 고굴절률의 유전체일 수 있고, 다른 물질(1832)은 상대적으로 저굴절률의 유전체일 수 있다. 저굴절률의 유전체의 예로는 플루오린(Fluorine)계 자외선 레진, 스핀온글라스(spin on glass), 수소실세스퀴옥산(Hydrogen Silsesquioxane), 플루오르화마그네슘(MgF₂), 플루오르화칼슘(CaF₂), 이산화규소(SiO₂) 등을 들 수 있다. 고굴절률의 유전체는 일례로, 이산화타이타늄(TiO₂) 등과 같은 금속산화물을 들 수 있다.

파브리-페로 간섭계(Fabry-Perot interferometer)는 파브리(Charles Fabry)와 페로(Alfred Perot)에 의하여 처음으로 고안된 것으로, 일반적으로 두 개의 고반사율을 가지는 거울 사이에 공동(cavity)을 삽입함으로써 구성된다. 두 개의 거울 중 어느 하나에 빛이 입사되면 공동에서 다중간섭현상이 발생하여, 특정한 파장만 투과시키고 다른 파장들을 반사시키게 된다. 종래의 선형가변필터는 일종의 파브리-페롯 공진기 구조의 광학필터로서 유전체 공동의 상하로 거울층이 존재하며, 길이방향으로 유전체 공동의 두께가 선형적으로 가변되는 구조로 이루어진다. 종래의 선형가변필터의 해상도는 선형가변필터의 높이 대 길이의 비로 결정되기 때문에 소형화하는데 어려움이 있었다.

도 18에는 분광필터(521)에 의해 투과되는 빛의 중심 파장이 서로 다른 영역이 A, B, C의 3개 영역으로 도시되어 있다. 이 경우, A, B, C의 3개 영역에서 두 개의 물질(1831, 1832)은 서로 동일한 주기로 교대 배치되는데, 두 개의 물질(1831, 1832)의 상대적인 너비 비율이 3개의 영역에서 각각 상이하다. 이러한 구조로 인해, A, B, C의 3개 영역을 통해 투과되는 빛의 파장이 서로 다르게 된다. 두 개의 물질(1831, 1832) 상호 간의 상대적 부피 비율은 듀티사이클(duty cycle)로 정의될 수 있다. 본 실시예에서의 듀티사이클은 두 개의 물질(1831, 1832) 중에서 어느 하나의 물질(1831) 성분이 차지하는 상대적 부피 비율이 된다. 유전체층(183)의 두 개의 물질(1831, 1832) 상호 간의 듀티사이클을 점진적으로 변화시킴으로써 일 방향으로 유전체층(183)의 굴절률이 가변되도록 할 수 있다.

도 18에 도시된 분광필터(521)를 투과하는 빛의 파장은 유전체층(183)의 광학적 두께에 의해 결정된다. 광학적 두께는 물리적 두께에 굴절률을 곱한 값으로 정의될 수 있는데, 본 실시예는 유전체 영역의 광학두께로 물리적 두께 외에 굴절률의 변화로 분광필터(521)의 투과대역의 중심파장을 제어한다. 한편, 두 개의 물질(1831, 1832)의 한 쌍의 너비는 통과하고자 하는 필터의 파장과 관계를 가진다. 예를 들어, 두 개의 물질(1831, 1832)의 한 쌍의 너비는 빛의 파장보다 충분히 작도록 설계될 수 있으며, 이런 경우, 빛은 두 개의 물질(1831, 1832)을 개별 물체로 분별하지 못하고 어떤 특정 유효 유전상수로 정의되는 하나의 유효매질로 인식하게 된다.

이때, 유효매질의 광학상수는 두 물체의 기하학적 분포와 상대적 부피분율에 의해 결정된다. 따라서, 본 실시예의 각 분광필터(521)는 디스플레이패널(3)을 통과한 빛에서 두 개의 물질(1831, 1832)간의 상대적 부피 비율에 따라 결정되는 파장대역을 통과시키고, 나머지 파장대역을 차단할 수 있다. 상술한 바와 같이, 유전체층(183)에는 교대로 배치된 두 개의 물질(1831, 1832)간의 상대적인 부피 비율이 서로 다른 영역이 적어도 두 곳 존재한다. 유전체층(183)의 상대적인 부피 비율이 서로 다른 영역은 서로 다른 파장대역을 통과시키게 된다. 예를 들어, 810 ~ 850nm 대역을 5nm 단위로 분할하여 필터링하는 여러 종류의 분광필터(521)들은 유전체층(183)의 두 개의 물질(1831, 1832) 상호 간의 듀티사이클을 5nm 단위에 대응되는 간격으로 점진적으로 변화시킴으로써 구현될 수 있다.

버퍼층(184)은 상반사층(181)과 하반사층(182) 중 적어도 하나와 유전체층(183)사이에 삽입된다. 즉, 버퍼층(184)은 상반사층(181)과 유전체층(183)사이에 삽입될 수도 있고, 하반사층(182)과 유전체층(183)사이에 삽입될 수도 있고, 상반사층(181)과 유전체층(183)사이와 하반사층(182)과 유전체층(183)사이 각각에 삽입될 수도 있다. 버퍼층(184)은 유전체층(183)과 함께 광학적 공진 공동(optical resonance cavity)으로서 작용한다. 이러한 버퍼층(140)의 존재는 광학적 공진 공동의 유효 두께를 증가시킴으로써 유전체층(183)의 두께를 작게 유지하면서도 분광필터(521)의 투과대역의 중심 파장을 장파장 영역으로 이동시키는 효과를 가져온다. 유전체층(183)만을 이용해서 광학적 공진 공동을 구성할 경우, 입사광의 파장보다 충분히 작은 크기의 간격 주기를 갖고 서로 상이한 굴절률을 갖는 두 물질간의 조합으로 이루어진 유전체층(183)에서 어느 한 물질을 채우기 위한 종횡비가 과도하게 증가하는 조건이 발생하여 공정상 어려움이 있다.

따라서, 버퍼층(184)의 존재는 유전체층(183)의 두께를 작게 유지하면서도 투과파장의 가변 범위를 효과적으로 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 분광필터(521)의 소형화가 가능하게 되어 스마트폰의 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 기존의 CMOS 이미지센서와의 집적이 매우 용이한 분광센서(52)의 구현이 가능하게 된다. 이에 따라, 사용자에 대한 이미지 인증과 생체 인증이 동시에 진행될 수 있어 위조 이미지를 이용한 스푸핑을 방지할 수 있는 복합센서(5)가 실현될 수 있다. 버퍼층(184)이 두 개의 물질(1831, 1832) 중 어느 하나의 물질과 동일 물질일 수 있다. 도 18에는 버퍼층(184)의 물질과 두 번째 물질(1832)이 동일한 경우가 도시되어 있다. 한편, 버퍼층(184)과 두 개의 물질(1831, 1832)은 서로 다른 물질일 수도 있다.

도 19는 도 18에 도시된 분광필터(521)의 투과 특성의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다. 두 개의 물질(1831, 1832)의 교대 배치 주기는 200nm이고, 유전체층(183)의 두께는 60nm이고, 두 개의 물질(1831, 1832) 중에서 저굴절률 재료의 굴절률은 1.38, 고굴절률 재료의 굴절률은 2.7로 하였다. 상하 반사층(181, 182)은 반투과 특성을 갖는 20nm 두께의 Ag 층을 사용하였다. 저굴절률 나노구조체의 너비를 50nm부터 150nm까지 20nm 간격으로 증가시켰을 때의 투과대역의 변화양상을 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산하였다. 도 19로부터 도 18에 도시된 분광필터(521)는 고굴절률 나노구조체의 충전율이 증가할수록 투과대역의 중심파장이 장파장 영역으로 이동하는 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

도 20은 도 3-7에 도시된 분광센서(52)의 구조의 또 다른 예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 20에서 약자 "S"는 분광필터(521)를 나타내고, 약자 "F"는 대역투과필터(504)를 나타내고, 약자 "P"는 광전소자(522)를 나타낸다. 도 20에 도시된 실시예의 특징이 잘 나타나도록 하기 위해, 복수 개의 분광필터(521), 복수 개의 대역투과필터(504), 복수 개의 광전소자(522)는 단순한 격자패턴으로 간략하게 표현되어 있다. 도 20에 도시된 실시예는 도 1-6에 도시된 복합센서(5) 중 이미지센서(51)와는 관련이 없으므로 분광센서(52) 부분만 도시되어 있다. 이미지센서(51) 부분은 도 11-13에 도시된 실시예들의 설명으로 갈음하기로 한다.

도 20에 도시된 실시예는 도 11-13에 도시된 실시예들과는 달리, 복수 개의 적외선필터(511)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 대역투과필터(504)는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 복수 개의 분광필터(521)는 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조의 축소 매트릭스 구조로 배열된다. 복수 개의 대역투과필터(504)는 복수 개의 분광필터(521)에 상하로 일대다 대응되도록 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치된다. 이에 따라, 각 분광필터(521)에 복수 개의 대역투과필터(504)가 상하로 대응되게 된다.

도 20에는 하나의 분광필터(521)에 네 개의 대역투과필터(504)가 상하로 대응되는 예가 도시되어 있다. 각 분광필터(521)에 대응되는 복수 개의 대역투과필터(504)는 각 분광필터(521)의 필터링 파장대역에서 서로 다른 파장대역을 투과시킨다. 즉, 복수 개의 대역투과필터(504) 중 어느 하나의 대역투과필터(504)는 각 분광필터(521)의 필터링 파장대역 중 일부 파장대역만을 투과시키고, 다른 하나의 대역투과필터(504)는 각 분광필터(521)의 필터링 파장대역 중 다른 파장대역만을 투과시킨다. 복수 개의 광전소자(522)는 복수 개의 대역투과필터(504)에 상하로 일대일 대응되도록 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 복수 개의 대역투과필터(504) 아래에 배치된다.

본 실시예에 따르면, 즉 각 분광필터(521)의 필터링 대역이 좁을수록 물체의 스펙트럼의 분해능이 높아지게 되어 생체 인증의 정확도가 향상될 수 있다. 각 분광필터(521)가 도 16에 도시된 바와 같은 플라즈모닉 필터, 또는 도 18에 도시된 바와 같은 파브리-페로 필터로 구현될 경우에 플라즈모닉 필터의 금속패턴들의 배열 주기나 유전체층의 두 개의 물질의 상대적인 부피 비율을 미세하게 차이가 나게 제조하는 것은 제조공정상 한계가 있기 때문에 각 분광필터(521)의 필터링 대역폭을 좁히는 데에 한계가 있다. 이것은 물체의 스펙트럼의 분해능의 한계로 작용한다. 이에 따라, 각 분광필터(521)에 대응되는 복수 개의 대역투과필터(504)는 각 분광필터(521)의 필터링 파장대역 중 서로 다른 파장대역을 투과시킴으로써 각 분광필터(521)의 필터링 대역폭 한계를 극복함으로써 물체의 고분해능 스펙트럼이 가능하게 되어 생체 인증의 정확도가 향상될 수 있다.

도 21은 도 11에 도시된 복합센서(5)의 또 다른 구현예의 단면도이다. 도 21의 (a)에는 도 14와 마찬가지로 하나의 기판에 이미지센서(51)와 분광센서(52)를 집적시켜 복합센서(5)가 구현된 예가 도시되어 있다. 도 21의 (a)에는 전면조사형 이미지센서(51)를 채용한 복합센서(5)의 구현예가 도시되어 있고, 도 21의 (b)에는 후면조사형 이미지센서(51)를 채용한 복합센서(5)의 구현예가 도시되어 있다. 도 21의 (c)에는 도 21의 (a), (b)의 분광센서(52)에 도 16에 도시된 분광필터(521)가 적용된 예가 도시되어 있다. 도 21에서 약자 "L"은 마이크로렌즈를 나타내고, 약자 "I"는 적외선필터를 나타내고, 약자 "S"는 분광필터를 나타내고, 약자 "P"는 광전소자를 나타내고, 약자 "F"는 대역투과필터(band pass filter)를 나타낸다. 도 21의 실시예는 분광센서(52)의 각 분광필터(521) 아래에 대역투과필터(504)가 배치된 점을 제외하고는 도 14의 실시예와 동일하기 때문에 이하에서는 도 14의 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 하며, 이하에서 생략된 내용, 예를 들어 이미지센서(51)에 해당하는 부분에 대해서는 도 14의 실시예의 설명으로 갈음하기로 한다.

도 21의 (a)의 분광센서(52)에 해당하는 부분을 살펴보면, 복합센서기판(500) 상에 복수 개의 광전소자(522)가 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복수 개의 광전소자(522) 위에는 각 분광필터(521)와 각 광전소자(522)에 전원을 공급하기 위한 와이어가 매립된 절연층(503)이 적층된다. 절연층(503) 위에는 복수 개의 대역투과필터(504)가 복수 개의 광전소자(522)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 광전소자(522)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 각 대역투과필터(504)에 의해 필터링된 빛은 절연층(503)의 와이어 사이를 통과하여 각 광전소자(522)에 도달하게 된다.

도 21의 (b)의 분광센서(52)에 해당하는 부분을 살펴보면, 복합센서기판(500) 상에 각 분광필터(521)와 각 광전소자(522)에 전원을 공급하기 위한 와이어가 매립된 절연층(503)이 적층된다. 절연층(503) 상에 복수 개의 광전소자(522)가 복합센서(5)의 수광면을 형성하는 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복수 개의 광전소자(522) 위에는 복수 개의 대역투과필터(504)가 복수 개의 광전소자(522)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 광전소자(522)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 각 대역투과필터(504)에 의해 필터링된 빛은 바로 각 광전소자(522)에 도달하게 된다.

도 21의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 복수 개의 대역투과필터(504) 위에는 복수 개의 분광필터(521)가 복수 개의 대역투과필터(504)에 상하로 다대일 대응되도록 복수 개의 분광필터(521)의 매트릭스 구조의 축소 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복수 개의 분광필터(521) 위에는 복수 개의 대역투과필터(504)의 배열면을 평탄화하는 평탄화층(502)이 적층된다. 평탄화층(502)은 투명한 유전체 물질로 제조된다. 평탄화층(502) 위에는 복수 개의 마이크로렌즈(501)가 복수 개의 분광필터(521)에 상하로 일대일 대응되도록 복수 개의 분광필터(521)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층된다. 복합센서()의 복수 개의 마이크로렌즈(501)의 구경을 서로 다르게 제조하는 것이 어려운 경우, 도 20에 도시된 바와 같이 복수 개의 마이크로렌즈(501)가 복수 개의 분광필터(521)에 상하로 일대다 대응되도록 복수 개의 분광필터(521)의 매트릭스 구조와 동일한 매트릭스 구조로 배열되어 적층될 수도 있다. 각 마이크로렌즈(501)는 이것에 입사된 빛이 그 아래의 각 분광필터(521)에 집속되도록 하는 역할을 한다.

도 21의 (c)를 참조하면, 세 개의 분광필터(521)는 그 각각의 금속패턴들이 서로 다른 주기로 배열된 형태로 형성된다. 각 분광필터(521) 아래에는 두 개의 서로 다른 컬러필터(5110)가 배치되어 있다. 컬러필터(5110) 위에는 별도의 평탄화층이 형성될 수도 있다. 어떤 대역투과필터(504)가 각 분광필터(521)의 필터링 파장대역 중 일부 파장대역만을 투과시킨다는 의미는 그 대역투과필터(504)의 필터링 대역이 그 일부 파장대역과 일치함을 의미하는 것뿐만 아니라, 그 일부 파장대역 외에 각 분광필터(521)의 필터링 파장대역과는 다른 파장대역을 포함할 수도 있음을 의미한다. 즉, 각 분광필터(521)의 필터링 대역의 일부가 적색필터의 필터링 대역에 포함되어 있고, 각 분광필터(521)의 필터링 대역의 나머지가 녹색필터의 필터링 대역에 포함되어 있다면 적색필터와 녹색필터를 사용하여 물체의 고분해능 스펙트럼이 가능하게 될 수 있다.

이와 같이, 복수 개의 대역투과필터(504)로 이미지센서(51)의 복수 개의 컬러필터(5110)의 적어도 두 종류의 컬러필터와 동종의 컬러필터들이 사용될 수 있기 때문에 CMOS 이미지센서(51)의 전체 컬러필터 중 일부에 본 실시예의 분광필터(521)를 적층시키는 것만으로 본 실시예에 따른 복합센서(5)의 구현이 가능하게 될 수 있다. 또한, 각 분광필터(521)는 각 컬러필터(5110)보다 큰 사이즈로 제조될 수 있기 때문에 각 분광필터(521)의 제조가 매우 수월해질 수 있다. 도 19의 (a), (b)에는 복수 개의 마이크로렌즈(501)가 복수 개의 대역투과필터(504)에 상하로 일대일 대응되도록 도시되어 있다. 도 19의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(501)의 제조공정상 서로 다른 크기의 마이크로렌즈가 일체형으로 제조되기가 어려울 수 있기 때문에 컬러필터(5110)로의 광집속을 위한 마이크로렌즈와 동종의 마이크로렌즈가 분광필터용으로 제작될 수 있고, 아니면 마이크로렌즈 배열층이 생략될 수도 있다.

이상에서는 복수 개의 대역투과필터(504)가 복수 개의 분광필터(521)에 일대다 대응되어 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치되는 예들을 설명하였다. 복수 개의 대역투과필터(504)는 복수 개의 분광필터(521)에 일대일 대응되어 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치될 수도 있고, 복수 개의 대역투과필터(504)는 복수 개의 분광필터(521)에 다대일 대응되어 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치될 수도 있다. 전자의 경우, 하나의 분광필터(521)에 일대일 대응되는 하나의 대역투과필터(504)는 그 분광필터(521)의 필터링 파장대역을 투과시킨다. 후자의 경우, 복수 개의 분광필터(521)의 일부에 해당하는 복수 개의 분광필터(521)에 다대일 대응되는 하나의 대역투과필터(504)는 그 복수 개의 분광필터(521)의 전체 필터링 파장대역을 투과시킨다. 복수 개의 대역투과필터(504)는 복수 개의 분광필터(521)에 의해 필터링 빛을 다시 필터링함으로써 전체적인 필터링 성능이 향상될 수 있도록 하는 역할을 한다.

또한, 복수 개의 대역투과필터(504)가 복수 개의 분광필터(521)에 일대다, 일대일, 또는 다대일 대응되어 복수 개의 분광필터(521) 위에 배치될 수도 있다. 복수 개의 대역투과필터(504)가 복수 개의 분광필터(521) 아래에 배치되는 예에서는 복수 개의 광전소자(522)가 복수 개의 대역투과필터(504)에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환하나, 복수 개의 대역투과필터(504)가 복수 개의 분광필터(521) 위에 배치되는 예에서는 복수 개의 광전소자(522)가 복수 개의 분광필터(521)에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환한다. 후자의 예에서, 복수 개의 대역투과필터(504)는 복수 개의 분광필터(521)에 그것의 필터링 파장대역 외의 불필요한 파장대역의 빛이 입사되지 않도록 함으로써 각 분광필터(521)의 필터링 성능이 향상될 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기된 바와 같은 다양한 예에서, 복수 개의 대역투과필터(504)로 이미지센서(51)의 복수 개의 컬러필터(5110)의 한 종류의 컬러필터와 동종의 컬러필터들이 사용될 수도 있다.

도 22는 도 11에 도시된 복합센서(5)의 또 다른 구현예의 단면도이다. 상술한 바에 따르면, 도 15에 도시된 예는 도 14에 도시된 복수 개의 적외선필터(511) 중 4분의 3이 컬러필터(5110)로 교체된다는 점에서 도 14에 도시된 예와 차이가 있다. 마찬가지로, 도 22에 도시된 예는 도 21에 도시된 복수 개의 적외선필터(511) 중 4분의 3이 컬러필터(5110)로 교체된다는 점에서 도 21에 도시된 예와 차이가 있다. 도 21에 도시된 예에 대한 설명과 도 15에 도시된 예에 대한 설명으로부터 도 22에 도시된 예가 이해될 수 있다. 따라서, 도 22에 도시된 예에 대한 설명은 도 21에 도시된 예에 대한 설명과 도 15에 도시된 예에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

도 23은 도 3에 도시된 전자기기의 전자회로 구성도이다. 도 22를 참조하면, 도 3에 도시된 전자기기의 전자회로는 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 복합센서(5), 발광모듈(8), 센서모듈(11), 전원공급모듈(12), 프로세서(71), 통신모듈(72), 입출력인터페이스모듈(73), 메모리(74), 및 버스(75)로 구성된다. 본 실시예가 쉽게 이해될 수 있도록 하면서 본 실시예의 특징이 흐려짐을 방지하기 위해, 도 23에는 본 실시예의 이해에 필요한 스마트폰의 전자회로의 주요 구성이 도시되어 있다. 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 23에 도시된 구성 외에 또 다른 구성이 추가될 수 있음을 이해할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 전자기기의 전자회로는 GPS(Global Positioning System) 모듈, 오디오 모듈 등을 더 포함할 수 있다.

센서모듈(11)은 복합센서(5) 외에 스마트폰에 내장되는 센서들, 예를 들어 압력센서, 근접센서, 조도센서, 자이로센서 등으로 구성될 수 있다. 전원공급모듈(12)은 배터리(9)의 전원을 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 복합센서(5), 센서모듈(11), 인쇄회로기판(7)의 구동 전원으로 변환하여 공급하는 역할을 하며 충전회로, 전압변환회로 등으로 구성된다. 전원공급모듈(12)로부터 다른 구성요소에 전원이 공급되는 경로는 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 도면의 복잡도를 낮추기 위해 생략된다. 프로세서(71), 통신모듈(72), 입출력인터페이스모듈(73), 메모리(74), 및 버스(75)는 인쇄회로기판(7)에 실장된 전자부품들로 구현되며, 일반적으로 몇 개의 분리된 인쇄회로기판(7)에 실장된다.

프로세서(71)는 전자기기의 다른 구성요소, 예를 들어 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 복합센서(5), 센서모듈(11)을 제어하고, 터치패널(2), 통신모듈(72), 입출력인터페이스모듈(73)로부터 입력된 데이터를 처리하고, 메모리(74)로부터 데이터를 읽거나 메모리(74)에 데이터를 저장한다. 특히, 본 실시예의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 이미지를 생성하고, 생성된 물체 이미지와 메모리(74)에 저장된 사용자의 홍채 이미지 또는 얼굴 이미지를 비교함으로써 물체에 대한 사용자 인증을 수행한다. 또한, 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 스펙트럼을 생성하고, 생성된 스펙트럼과 메모리(74)에 저장된 사용자의 홍채 스펙트럼 또는 얼굴 스펙트럼을 비교함으로써 물체에 대한 생체 인증을 수행한다. 이러한 프로세서(71)의 동작에 대해서는 도 24-26의 흐름도를 참고하면서 아래에서 자세하게 살펴보기로 한다.

통신모듈(72)은 다른 전자기기와의 통신을 수행한다. 예를 들어, 통신모듈(72)은 LTE(Long Term Evolution), 와이파이(WiFi), 블루투스(Bluetooth) 등 다양한 통신 방식에 따라 다른 전자기기와의 통신을 수행할 수 있다. 입출력인터페이스모듈(73)은 사용자 또는 다른 외부 기기로부터 입력된 명령 또는 데이터를 전자기기의 다른 구성요소에 출력하거나 전자기기의 다른 구성요소로부터 수신된 명령 또는 데이터를 사용자 또는 다른 외부 기기로 출력할 수 있다. 입출력인터페이스모듈(73)은 USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, 오디오 인터페이스 등으로 구성된다. 메모리(74)에는 각종 데이터가 저장된다. 특히, 본 실시예의 메모리(74)에는 사용자의 생체 이미지와 스펙트럼 데이터가 저장된다. 버스(75)는 프로세서(71)와 여러 구성요소간에 데이터를 전달하는 역할을 한다.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다. 도 24에는 도 23에 도시된 전자기기가 화면잠금 모드에 있을 경우에 사용자 인증 방법의 흐름이 도시되어 있다. 도 24를 참조하면, 본 실시예에 따른 사용자 인증 방법은 도 1-3, 23에 도시된 전자기기로서 도 4-22에 도시된 실시예에 따른 복합센서(5)를 포함하는 전자기기에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1-3, 23에 도시된 전자기기 및 도 4-22에 도시된 복합센서(5)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 이하에서 기술될 사용자 인증 방법에도 적용된다.

2401 단계에서 전자기기의 센서모듈(11)은 화면잠금 모드에서 어떤 물체가 커버글래스(1) 위에 임계거리 미만으로 근접되었는가를 감지한다. 예를 들어, 임계거리는 5cm 일 수도 있으며 다양한 값으로 설계될 수 있다. 이러한 근접 감지는 센서모듈(11)의 근접센서 등을 이용하여 이루어질 수 있다. 2301 단계에서 물체가 임계거리 미만으로 근접된 것으로 확인되면 그 물체가 복합센서(5)의 감지영역으로 진입한 것으로 보아 2402 단계로 진행하고, 그렇지 않으면 화면잠금 모드를 계속 유지한다. 여기에서, 화면잠금 모드는 프로세서(71)와 센서모듈(11)을 제외한 전자기기의 구성요소들 대부분, 예를 들어 터치패널(2), 디스플레이패널(3) 등에 전원 공급이 중단된 모드를 말한다.

2402 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 화면잠금 모드에서 저전력 모드로 전환하고 전자기기의 디스플레이패널(3)은 사용자의 눈 또는 얼굴이 정확하게 위치될 수 있도록 가이드하기 위한 그래픽을 표시한다. 예를 들어, 디스플레이패널(3)은 사람의 눈 또는 얼굴 윤곽선을 나타내는 그래픽을 표시할 수 있다. 이와 같이 표시된 윤곽선에 사용자의 눈 또는 얼굴의 실제 윤곽선이 맞추어지면 사용자의 눈 또는 얼굴은 복합센서(5)의 감지영역에 정확하게 위치하게 된다. 여기에서, 저전력모드는 사용자 인증을 위해 전자기기의 구성요소들 중 일부, 예를 들어 터치패널(2), 디스플레이패널(3), 복합센서(5), 발광모듈(8), 프로세서(71) 등에 전원이 공급되는 모드를 말한다. 2403 단계에서 전자기기의 발광모듈(8)은 프로세서(71)의 제어에 따라 물체의 표면에 적외선을 조사한다.

2404 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 복수 개의 적외선필터(511)를 이용하여 2403 단계에서 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 복합센서(5)의 이미지센서(51)는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 2404 단계에서의 신호 생성은 단지 사용자에게 물체 이미지를 보여주기 위한 것이므로 컬러필터(5110)가 이용될 수도 있다. 2405 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 이미지를 생성한다. 복합센서(5)로부터 프로세서(71)로 물체의 이미지를 나타내는 신호가 시리얼로 연속적으로 입력된다. 프로세서(71)는 이와 같이 시리얼로 연속 입력되는 신호를 2차원의 영상 데이터로 변환함으로써 물체의 이미지를 생성할 수 있다. 2406 단계에서 전자기기의 디스플레이패널(3)은 2405 단계에서 생성된 물체 이미지가 2402 단계에서 표시된 그래픽과 겹쳐 보이도록 2402 단계에서 표시된 그래픽 상에 이와 같이 생성된 물체 이미지를 표시한다.

2407 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2402 단계의 시작 시점부터 일정 시간이 경과하였는가를 확인한다. 예를 들어, 일정시간은 5초일 수 있으며 다양한 값으로 설계될 수 있다. 2407 단계에서 일정시간이 경과된 것으로 확인되면 2408, 2411 단계로 진행하고, 그렇지 않으면 2404 단계로 돌아간다. 2404-2406 단계가 반복될 때마다 2404-2406 단계의 각 실행 시점에서의 사용자의 눈 또는 얼굴 위치에 해당하는 이미지가 반복적으로 표시된다. 따라서, 사용자는 일정 시간 동안 2402 단계에서 표시된 그래픽과 겹쳐 보이는 눈 또는 얼굴 이미지를 확인하면서 자신의 눈 또는 얼굴 위치를 조정함으로써 자신의 눈 또는 얼굴이 복합센서(5)의 감지영역에 정확하게 위치되도록 할 수 있다.

2408 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 복수 개의 적외선필터(511)를 이용하여 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 2409 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 이미지를 생성한다. 복합센서(5)로부터 프로세서(71)로 물체의 이미지를 나타내는 신호가 시리얼로 연속적으로 입력된다. 프로세서(71)는 사용자의 이미지 인증을 위해 이와 같이 시리얼로 연속 입력되는 신호를 2차원 영상 데이터로 변환할 수도 있고 3차원의 영상 데이터로 변환할 수도 있다. 2410 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2409 단계에서 생성된 물체 이미지를 이용하여 물체에 대한 이미지 인증을 수행한다. 프로세서(71)는 2306 단계에서 생성된 물체 이미지와 메모리(74)에 저장된 사용자의 홍채 또는 얼굴 이미지를 비교함으로써 물체에 대한 이미지 인증을 수행할 수 있다.

2411 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 복수 개의 분광필터(521)를 이용하여 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 2412 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 스펙트럼을 생성한다. 복합센서(5)로부터 프로세서(71)로 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호가 시리얼로 연속적으로 입력된다. 프로세서(71)는 이와 같이 시리얼로 연속 입력되는 신호를 2차원의 곡선 그래프로 변환함으로써 물체의 스펙트럼을 생성할 수 있다. 2413 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2412 단계에서 생성된 스펙트럼을 이용하여 물체에 대한 생체 인증을 수행한다. 프로세서(71)는 2412 단계에서 생성된 스펙트럼과 메모리(74)에 저장된 사용자의 눈 또는 얼굴 스펙트럼을 비교함으로써 물체에 대한 생체 인증을 수행할 수 있다. 2408-2410 단계와 2411-2413 단계는 동시에 진행된다.

2414 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2410 단계에서의 이미지 인증의 수행 결과와 2413 단계에서의 생체 인증의 수행 결과에 따라 사용자를 인증한다. 프로세서(71)는 2410 단계에서의 이미지 인증의 수행 결과가 2409 단계에서 생성된 물체 이미지와 메모리(74)에 저장된 사용자의 홍채 또는 얼굴 이미지가 일치함을 나타내고 2413 단계에서의 생체 인증의 수행 결과가 2412 단계에서 생성된 스펙트럼과 메모리(74)에 저장된 사용자의 스펙트럼이 일치함을 나타내면 사용자 인증이 성공한 것으로 판단하여 화면잠금 모드를 화면잠금 해제 모드로 전환한다. 프로세서(71)는 2409 단계에서 생성된 물체 이미지와 메모리(74)에 저장된 사용자의 홍채 또는 얼굴 이미지가 일치하지 않거나 2412 단계에서 생성된 스펙트럼과 메모리(74)에 저장된 사용자의 스펙트럼이 일치하지 않으면 사용자 인증이 실패한 것으로 판단하여 화면잠금 모드를 유지한다.

도 25는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 인증 방법의 흐름도이다. 도 25에는 도 23에 도시된 전자기기가 화면잠금 해제 모드에 있을 경우에 사용자 인증 방법의 흐름이 도시되어 있다. 도 25를 참조하면, 본 실시예에 따른 사용자 인증 방법은 도 1-3, 23에 도시된 전자기기로서 도 4-22에 도시된 실시예에 따른 복합센서(5)를 포함하는 전자기기에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1-3, 23에 도시된 전자기기 및 도 4-22에 도시된 복합센서(5)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 이하에서 기술될 사용자 인증 방법에도 적용된다. 또한, 본 실시예의 단계들 중 2502-2514 단계는 도 23에 도시된 2402-2414 단계와 중복되므로 간략하게 설명하기로 한다.

2501 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 화면잠금 해제 모드에서 프로세서(71)에 의해 실행 중인 어떤 어플리케이션으로부터 사용자 인증 요청이 있는가를 확인한다. 2501 단계에서 사용자 인증 요청이 있는 것으로 확인되면 2502 단계로 진행하고, 그렇지 않으면 현재 상태를 유지한다. 2502 단계에서 전자기기의 디스플레이패널(3)은 프로세서(71)의 제어에 따라 사용자의 눈 또는 얼굴이 정확하게 위치될 수 있도록 가이드하기 위한 그래픽을 표시한다. 2503 단계에서 전자기기의 발광모듈(8)은 프로세서(71)의 제어에 따라 물체의 표면에 적외선을 조사한다. 도 24에 도시된 실시예와는 달리 본 실시예는 화면잠금 해제 모드에서 실행되기 때문에 사용자가 아닌 임의의 물체의 비정상적 근접이 거의 발생하지 않는다. 이에 따라, 본 실시예는 어떤 물체의 근접 여부를 고려하지 않는다.

2504 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 2503 단계에서 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 2505 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 이미지를 생성한다. 2506 단계에서 전자기기의 디스플레이패널(3)은 2505 단계에서 생성된 물체 이미지가 2502 단계에서 표시된 그래픽과 겹쳐 보이도록 2502 단계에서 표시된 그래픽 상에 이와 같이 생성된 물체 이미지를 표시한다.

2507 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2502 단계의 시작 시점부터 일정 시간이 경과하였는가를 확인한다. 2507 단계에서 일정시간이 경과된 것으로 확인되면 2508, 2511 단계로 진행하고, 그렇지 않으면 2504 단계로 돌아간다. 2508 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 2509 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 이미지를 생성한다. 2510 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2509 단계에서 생성된 물체 이미지를 이용하여 물체에 대한 이미지 인증을 수행한다.

2511 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 2512 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 스펙트럼을 생성한다. 2513 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2512 단계에서 생성된 스펙트럼을 이용하여 물체에 대한 생체 인증을 수행한다. 프로세서(71)는 2512 단계에서 생성된 스펙트럼과 메모리(74)에 저장된 사용자의 눈 또는 얼굴 스펙트럼을 비교함으로써 물체에 대한 생체 인증을 수행할 수 있다. 2508-2510 단계와 2511-2513 단계는 동시에 진행된다.

2514 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2510 단계에서의 이미지 인증의 수행 결과와 2513 단계에서의 생체 인증의 수행 결과에 따라 사용자를 인증한다. 프로세서(71)는 2510 단계에서의 이미지 인증의 수행 결과가 2509 단계에서 생성된 물체 이미지와 메모리(74)에 저장된 사용자의 홍채 또는 얼굴 이미지가 일치함을 나타내고 2513 단계에서의 생체 인증의 수행 결과가 2512 단계에서 생성된 스펙트럼과 메모리(74)에 저장된 사용자의 스펙트럼이 일치함을 나타내면 사용자 인증이 성공한 것으로 판단하여 사용자 인증 완료 이후의 어플리케이션 프로세스를 처리한다.

프로세서(71)는 2509 단계에서 생성된 물체 이미지와 메모리(74)에 저장된 사용자의 홍채 또는 얼굴 이미지가 일치하지 않거나 2512 단계에서 생성된 스펙트럼과 메모리(74)에 저장된 사용자의 스펙트럼이 일치하지 않으면 사용자 인증이 실패한 것으로 판단하여 2515 단계로 진행한다. 2515 단계에서 전자기기의 디스플레이패널(3)은 프로세서(71)의 제어에 따라 사용자 인증이 실패하였음을 표시하는 메시지를 표시한다. 2515 단계의 완료 후에 2502 단계로 돌아간다. 2514 단계에서의 사용자 인증이 성공하거나 사용자에 의해 어플리케이션의 실행 또는 사용자 인증 프로세스가 취소될 때까지 2502-2515 단계가 반복적으로 실행된다.

도 26은 본 발명의 일 실시예에 따른 사용자 생체정보 등록 방법의 흐름도이다. 도 26에 도시된 사용자 생체정보 방법은 화면잠금 해제 모드에서 사용자에 의해 생체정보 등록 어플리케이션이 실행된 경우에 시작된다. 도 26을 참조하면, 본 실시예에 따른 사용자 생체정보 등록 방법은 도 1-3, 23에 도시된 전자기기로서 도 4-22에 도시된 실시예에 따른 복합센서(5)를 포함하는 전자기기에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1-3, 23에 도시된 전자기기 및 도 4-22에 도시된 복합센서(5)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 이하에서 기술될 사용자 생체정보 등록 방법에도 적용된다. 또한, 본 실시예의 단계들 중 2601-2606, 2608-2611 단계는 도 23에 도시된 2402-2407, 2408-2409, 2411-2412 단계와 중복되므로 간략하게 설명하기로 한다.

2601 단계에서 전자기기의 디스플레이패널(3)은 프로세서(71)의 제어에 따라 사용자의 눈 또는 얼굴이 정확하게 위치될 수 있도록 가이드하기 위한 그래픽을 표시한다. 2602 단계에서 전자기기의 발광모듈(8)은 프로세서(71)의 제어에 따라 물체의 표면에 적외선을 조사한다. 2603 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 2602 단계에서 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 2604 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 이미지를 생성한다. 2605 단계에서 전자기기의 디스플레이패널(3)은 2604 단계에서 생성된 물체 이미지가 2601 단계에서 표시된 그래픽과 겹쳐 보이도록 2502 단계에서 표시된 그래픽 상에 이와 같이 생성된 물체 이미지를 표시한다.

2606 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2601 단계의 시작 시점부터 일정 시간이 경과하였는가를 확인한다. 2606 단계에서 일정시간이 경과된 것으로 확인되면 2608, 2610 단계로 진행하고, 그렇지 않으면 2607 단계로 진행한다. 2607 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 사용자에 의해 생체정보 등록이 취소되었는가를 확인한다. 2607 단계에서 생체정보 등록이 취소된 것으로 확인되면 생체정보 등록 어플리케이션의 실행을 종료하고, 그렇지 않으면 2603 단계로 돌아간다. 사용자는 사용자가 자신의 눈 또는 얼굴의 윤곽선이 2601 단계에서 표시된 그래픽의 윤곽선에 정확하게 맞추어지지 않았다고 판단되면 자신의 생체정보 등록을 취소할 수 있다.

2608 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체의 표면에서 반사되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성한다. 2609 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 이미지를 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 이미지를 생성한다. 2610 단계에서 전자기기의 복합센서(5)는 물체의 표면에 조사된 적외선이 물체 속을 침투한 후에 물체의 표면으로부터 방출되어 디스플레이패널(3)을 통과한 빛으로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성한다. 2611 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 복합센서(5)로부터 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 입력받고, 입력된 신호로부터 물체의 스펙트럼을 생성한다.

2612 단계에서 전자기기의 프로세서(71)는 2609 단계에서 생성된 물체 이미지와 2611 단계에서 생성된 스펙트럼을 한 세트로 하여 메모리(74)에 사용자의 생체정보로 저장함으로써 2609 단계에서 생성된 물체 이미지와 2611 단계에서 생성된 스펙트럼을 사용자의 생체정보로 등록한다. 2609 단계에서 생성된 물체 이미지와 2611 단계에서 생성된 스펙트럼은 사용자의 아이디와 함께 사용자 생체정보로 등록될 수도 있다. 메모리(74)에는 여러 세트의 생체 이미지와 스펙트럼이 저장되어 있을 수 있다. 이러한 여러 세트 중 어느 하나라도 복합센서(5)의 출력 신호로부터 생성된 생체 이미지와 스펙트럼과 일치하게 되면 사용자 인증이 충족된 것으로 설계할 수도 있다. 2608-2609 단계와 2610-2611 단계는 동시에 수행되며, 사용자의 생체 이미지와 스펙트럼의 정확도를 높이기 위해 2608-2609 단계와 2610-2611 단계는 여러 번 반복될 수 있다. 2608-2609 단계와 2610-2611 단계는 여러 번 반복될 경우에 복수의 이미지의 평균이 사용자의 최종 생체 이미지로 설정될 수 있고, 복수의 스펙트럼의 평균이 사용자의 최종 생체 스펙트럼으로 설정될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 사용자 인증 방법과 사용자 생체정보 등록 방법은 컴퓨터의 프로세서에서 실행 가능한 프로그램으로 작성 가능하고, 이 프로그램을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록하여 실행시키는 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터는 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 스마트폰, 임베디드 타입의 컴퓨터 등 프로그램을 실행시킬 수 있는 모든 타입의 컴퓨터를 포함한다. 또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 램(RAM), 롬(ROM), 마그네틱 저장매체(예를 들면, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형상으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 ... 커버글래스
2 ... 터치패널
3 ... 디스플레이패널
4 ... 후면패널
41 ... 보호층 42 ... 방열층
5 ... 복합센서
51 ... 이미지센서 511 ... 적외선필터
5110 ... 컬러필터
52 ... 분광센서 521 ... 분광필터
512, 522 ... 광전소자
500 ... 복합센서기판 501 ... 마이크로렌즈
502 ... 평탄화층 503 ... 절연층
504 ... 대역투과필터
161 ... 투명기판 162 ... 금속패턴
181 ... 상반사층 182 ... 하반사층
183 ... 유전체층 184 ... 버퍼층
50 ... 콜리메이터렌즈
6 ... 브래킷
7 ... 인쇄회로기판
71 ... 프로세서 72 ... 통신모듈
73 ... 입출력인터페이스모듈 74 ... 메모리
75 ... 버스
8 ... 발광모듈
9 ... 배터리
10 ... 하우징
11 ... 센서모듈
12 ... 전원공급모듈

Claims

화면을 표시하는 디스플레이패널;
상기 물체의 표면에 적외선을 조사하는 발광모듈;
상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 상기 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 복합센서; 및
상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 이미지 인증을 수행하고 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 생체 인증을 수행하는 프로세서를 포함하는 전자기기.
제 1 항에 있어서,
상기 복합센서는 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하고,
상기 복수 개의 분광필터는 상기 물체의 표면에 조사된 적외선의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 상기 생체의 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단하는 전자기기.
제 2 항에 있어서,
상기 생체는 사람의 눈 각막 또는 얼굴 피부인 전자기기.
제 1 항에 있어서,
상기 복합센서는
복수 개의 적외선필터를 이용하여 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 이미지센서; 및
복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 분광센서를 포함하는 전자기기.
제 4 항에 있어서,
상기 복수 개의 적외선필터와 상기 복수 개의 분광필터는 2차원 평면의 매트릭스 구조로 배열되어 상기 복수 개의 적외선필터와 상기 복수 개의 분광필터의 배열면은 수광면을 형성하는 전자기기.
제 5 항에 있어서,
상기 이미지센서는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된 복수 개의 적외선필터를 이용하여 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고,
상기 분광센서는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열된 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 전자기기.
제 5 항에 있어서,
상기 이미지센서는
상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 상기 물체의 표면에서 반사된 빛을 필터링하는 복수 개의 적외선필터; 및
상기 복수 개의 적외선필터 아래에 배치되어 상기 복수 개의 적외선필터에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 광전소자를 포함하는 전자기기.
제 7 항에 있어서,
상기 분광센서는
상기 2차원 평면의 매트릭스의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되어 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛을 필터링하는 복수 개의 분광필터; 및
상기 복수 개의 분광필터 아래에 배치되어 상기 복수 개의 분광필터에 의해 필터링된 빛을 전기적 신호로 변환하는 복수 개의 광전소자를 포함하는 전자기기.
제 4 항에 있어서,
복수 개의 컬러필터, 상기 복수 개의 적외선필터, 및 상기 복수 개의 분광필터는 2차원 평면의 매트릭스 구조로 배열되어 상기 복수 개의 컬러필터, 상기 복수 개의 적외선필터, 및 상기 복수 개의 분광필터의 배열면은 수광면을 형성하는 전자기기.
제 2 항에 있어서,
상기 각 분광필터는 일정한 형상을 갖는 금속패턴들이 주기적으로 배열된 형태로 형성되어 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛에서 상기 주기에 따라 결정되는 파장대역을 차단하는 전자기기.
제 10 항에 있어서,
상기 복수 개의 분광필터 중 어느 하나의 분광필터의 금속패턴들과 다른 하나의 분광필터의 금속패턴들은 서로 다른 주기로 배열되고,
상기 어느 하나의 분광필터와 상기 다른 하나의 분광필터는 서로 다른 파장대역을 차단하는 전자기기.
제 2 항에 있어서,
상기 각 분광필터는
서로 이격 분리된 상반사층과 하반사층;
상기 상반사층과 하반사층 사이에 삽입되며 굴절률이 서로 상이한 적어도 두 개의 물질이 교대로 배치되는 유전체층; 및
상기 상반사층 및 하반사층 중 적어도 하나와 상기 유전체층 사이에 배치되는 버퍼층을 포함하고,
상기 각 분광필터는 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛에서 상기 두 개의 물질간의 상대적인 부피 비율에 따라 결정되는 파장대역을 통과시키는 전자기기.
제 11 항에 있어서,
상기 유전체층에는 상기 두 개의 물질간의 상대적인 부피 비율이 서로 다른 영역이 적어도 두 곳 존재하고,
상기 유전체층의 상대적인 부피 비율이 서로 다른 영역은 서로 다른 파장대역을 통과시키는 전자기기.
제 5 항에 있어서,
상기 분광센서는
상기 복수 개의 분광필터;
상기 복수 개의 분광필터에 일대다 대응되어 상기 복수 개의 분광필터 아래에 배치되는 복수 개의 대역투과필터; 및
상기 복수 개의 대역투과필터에 일대일 대응되어 상기 복수 개의 대역투과필터 아래에 배치되는 복수 개의 광전소자를 포함하고,
상기 각 분광필터에 대응되는 복수 개의 대역투과필터는 상기 각 분광필터의 필터링 파장대역에서 서로 다른 파장대역을 투과시키고,
상기 복수 개의 적외선필터는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 일부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되고, 상기 복수 개의 대역투과필터는 상기 2차원 평면의 매트릭스 구조의 다른 부분에 해당하는 매트릭스 구조로 배열되는 전자기기.
제 14 항에 있어서,
상기 복수 개의 대역투과필터는 상기 복수 개의 적외선필터 중 적어도 두 종류의 적외선필터와 동종의 적외선필터들인 전자기기.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이패널 아래에 배치되며 적어도 하나의 광통과홀이 형성되어 있는 후면패널을 더 포함하고,
상기 복합센서는 상기 디스플레이패널을 통과하여 상기 후면패널의 적어도 하나의 광통과홀을 통해 입사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호와 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 전자기기.
제 1 항에 있어서,
상기 디스플레이패널 아래에 배치되어 상기 디스플레이패널을 통과한 빛을 평행광으로 변환하는 적어도 하나의 콜리메이터렌즈를 더 포함하고,
상기 복합센서는 상기 디스플레이패널을 통과하여 상기 적어도 하나의 콜리메이터렌즈를 통해 입사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호와 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 전자기기.
제 1 항에 있어서,
상기 복합센서는 상기 디스플레이패널 아래에 배치되고,
상기 복합센서는 상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사되어 상기 디스플레이패널을 통과한 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고, 상기 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출되어 상기 디스플레이패널을 통과한 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 전자기기.
전자기기의 사용자 인증 방법에 있어서,
물체의 표면에 적외선을 조사하는 단계;
상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계;
상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 이미지 인증을 수행하는 단계;
상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계;
상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 이용하여 상기 물체에 대한 생체 인증을 수행하는 단계; 및
상기 이미지 인증의 수행 결과와 상기 생체 인증의 수행 결과에 따라 사용자를 인증하는 단계를 포함하는 사용자 인증 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하고,
상기 복수 개의 분광필터는 상기 발광모듈로부터 조사된 적외선의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 상기 생체의 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단하는 사용자 인증 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 물체가 임계거리 미만으로 근접되었는가를 감지하는 단계를 더 포함하고,
상기 적외선을 조사하는 단계는 상기 물체가 임계거리 미만으로 근접된 경우에 상기 물체의 표면에 적외선을 조사하는 사용자 인증 방법.
제 19 항에 있어서,
사용자 인증 요청이 있는가를 확인하는 단계를 더 포함하고,
상기 적외선을 조사하는 단계는 상기 사용자 인증 요청이 있는 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면에 적외선을 조사하는 사용자 인증 방법.
제 19 항에 있어서,
사용자의 눈 또는 얼굴이 정확하게 위치될 수 있도록 가이드하기 위한 그래픽을 표시하는 단계; 및
상기 표시된 그래픽 상에 상기 물체의 이미지를 표시하는 단계를 더 포함하는 사용자 인증 방법.
제 23 항에 있어서,
상기 그래픽을 표시하는 단계의 시작 시점부터 일정 시간이 경과하였는가를 확인하는 단계를 더 포함하고,
상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고,
상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 사용자 인증 방법.
제 19 항 내지 제 24 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
전자기기의 사용자 생체정보 등록 방법에 있어서,
물체의 표면에 적외선을 조사하는 단계;
상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계;
상기 물체의 이미지를 나타내는 신호로부터 상기 물체에 대한 이미지를 생성하는 단계;
상기 물체의 표면에 조사된 적외선이 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계;
상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호로부터 상기 물체의 스펙트럼을 생성하는 단계; 및
상기 생성된 이미지와 상기 생성된 스펙트럼을 상기 전자기기의 사용자의 생체정보로 등록하는 단계를 포함하는 사용자 생체정보 등록 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 복수 개의 분광필터를 이용하여 상기 물체 속을 침투한 후에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하고,
상기 복수 개의 분광필터는 상기 물체에 조사된 빛의 파장대역 중 사람의 생체 속을 침투한 후에 상기 생체의 표면으로부터 방출되는 과정에서 흡수되는 파장대역에 속하는 복수의 파장대역을 투과시키거나 차단하는 사용자 생체정보 등록 방법.
제 26 항에 있어서,
사용자의 눈 또는 얼굴이 정확하게 위치될 수 있도록 가이드하기 위한 그래픽을 표시하는 단계; 및
상기 표시된 그래픽 상에 상기 물체의 이미지를 표시하는 단계를 더 포함하는 사용자 생체정보 등록 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 그래픽을 표시하는 단계의 시작 시점부터 일정 시간이 경과하였는가를 확인하는 단계를 더 포함하고,
상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면에서 반사된 빛으로부터 상기 물체의 이미지를 나타내는 신호를 생성하고,
상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 단계는 상기 일정 시간이 경과된 것으로 확인된 경우에 상기 물체의 표면으로부터 방출된 빛으로부터 상기 물체의 스펙트럼을 나타내는 신호를 생성하는 사용자 생체정보 등록 방법.
제 26 항 내지 제 29 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.