KR102202342B1 - All-in-one light-emitting display and sensor to detect biological properties - Google Patents
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Abstract
디스플레이 부분과 일체화된 생체 센서 장치로서, 손가락과 같은 신체 부위가 접촉하는 표면을 포함한다. LED 어레이와 같은 광원은 표면을 통해 광을 방출하고, 이는 신체 부위에 의해 반사되고 부분적으로 흡수된다. 광 검출기의 어레이는 신체 부위에 의해 반사된 광을 검출하고 광 반사의 이미지에 대응하는 신호를 생성하며, 이는 신체 부위에서의 광 흡수 패턴에 대응한다. 광 흡수 패턴은 지문, 혈관 패턴, 혈관 내에서의 혈액 이동, 이들의 조합 또는 다른 생체 특징과 연관될 수 있다. 프로세서는 광 검출기로부터의 신호를 수신하고 이 신호를 분석하여 신체 부위의 특성을 결정한다. 이 특성은 검출된 특성을 저장된 특성과 비교함으로써 바이오 센서 장치의 사용자를 인증하는데 사용될 수 있다.A biosensor device integrated with a display portion, and includes a surface contacted by a body portion such as a finger. Light sources such as LED arrays emit light through the surface, which is reflected and partially absorbed by body parts. The array of photo detectors detects the light reflected by the body part and generates a signal corresponding to the image of the light reflection, which corresponds to the light absorption pattern at the body part. The light absorption pattern may be associated with fingerprints, blood vessel patterns, blood movement within blood vessels, combinations thereof, or other biometric features. The processor receives the signal from the photo detector and analyzes the signal to determine the characteristics of the body part. This characteristic can be used to authenticate the user of the biosensor device by comparing the detected characteristic to the stored characteristic.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications
본 출원은, 2017년 5월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/600,480호의 일부 계속 출원으로, Jerome Chandra Bhat에 의해 2016년 6월 9일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/348,096호 및 Jerome Chandra Bhat 및 Richard Ian Olsen에 의해 2016년 5월 23일자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/340,218호에 기초하고 그 우선권을 주장하고 있으며, 이는 본 양수인에게 양도되어 본 명세서에 참조로서 포함된다.This application is a continuation in part of U.S. Patent Application No. 15/600,480 filed May 19, 2017, and U.S. Provisional Patent Application Nos. 62/348,096, filed June 9, 2016 by Jerome Chandra Bhat, and Jerome Based on and claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/340,218, filed May 23, 2016 by Chandra Bhat and Richard Ian Olsen, which is assigned to and incorporated herein by reference.
발명의 분야Field of invention
본 발명은 혈류, 혈액 성분, 지문, 혈관 패턴, 얼굴 등과 같은 생물학적 특성의 검지에 관한 것이며, 특히 이러한 특성을 광 및 광 검출기를 이용해서 검지하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to detection of biological properties such as blood flow, blood components, fingerprints, blood vessel patterns, faces, and the like, and more particularly, to detection of such properties using light and photo detectors.
사람의 신체 부위(예컨대, 손가락)에 특정 파장의 광(예컨대, 적색 또는 IR)을 인가하고 신체 부위를 투과한 광을 측정하는 것이, 혈류(예컨대, 맥박), 혈액 내의 성분(예컨대, 헤모글로빈), 지방 및 기타 특성을 탐지하는 데 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다. 일반적으로 광 흡수는 특정한 특성과 관련된다.Applying light of a specific wavelength (e.g., red or IR) to a human body part (e.g., a finger) and measuring the light transmitted through the body part is blood flow (e.g., pulse), components in the blood (e.g., hemoglobin) It is known that it can be used to detect fat, fat and other properties. In general, light absorption is related to certain properties.
그러나, 이러한 시스템은 일반적으로 한가지 기능만을 수행하는 의료 기기로 한정된다. 또한, 광 흡수의 측정은 신체 부위를 통하는 것이므로, 이 장치는 구체적으로 손가락과 같은, 검사되는 특정 신체 부위를 둘러싸도록 만들어져야 한다.However, such systems are generally limited to medical devices that perform only one function. In addition, since the measurement of light absorption is through a body part, the device must be specifically made to surround the specific body part being examined, such as a finger.
다양한 기능에 사용될 수 있으며 의료 목적은 물론 사용자의 인증과 같이 비의료 목적으로도 사용될 수 있는 더 유연한 소형의 생물학적 센서가 요구되고 있다. 사용자 인증의 경우, 생물학적 센서는 기존 소비자 제품에 쉽게 통합될 수 있어야 한다.There is a need for a more flexible and compact biological sensor that can be used for various functions and can be used for medical purposes as well as non-medical purposes such as user authentication. In the case of user authentication, biological sensors must be able to be easily integrated into existing consumer products.
미국 특허 제9,570,002호의 칼럼 31에는, IR LED 발광기를 광 검출기와 함께 풀 컬러 디스플레이 스크린의 매트릭스에 추가하는 것을 개시하고 있다. 이후, 다음 사용자는 스크린을 터치할 수 있으며 스크린을 터치하는 손끝의 능선으로부터 반사를 검출함으로써 사용자의 지문 이미지가 검출될 수 있다. 이 검출은 손끝의 표면에서만 이루어질 뿐, 혈관이나 혈류를 탐지하기 위해 손가락 깊은 곳에서 광 흡수를 측정하는 것은 아니다. 따라서, 장치가 인증에 사용되는 경우에, 시뮬레이션된/위조된 지문으로 장치를 속일 수 있다. 나아가, 디스플레이 스크린은 적색, 녹색 및 청색 LED가 밀집된 어레이로, IR LED 및 광 검출기를 해상도 손실없이 기존 LED 어레이에 추가하는 것은 어렵다. 또한, 일체형 디스플레이 픽셀과 검출 픽셀을 구비한 새로운 디스플레이 스크린을 개발하는 것은 매우 비용이 많이 들 것이다.In U.S. Patent No. 9,570,002 column 31 discloses the addition of an IR LED emitter with a photo detector to a matrix of a full color display screen. Thereafter, the next user can touch the screen, and the fingerprint image of the user can be detected by detecting reflection from the ridge of the fingertip touching the screen. This detection is made only on the surface of the fingertip, not by measuring light absorption deep in the finger to detect blood vessels or blood flow. Thus, if the device is used for authentication, it is possible to trick the device with a simulated/fake fingerprint. Furthermore, the display screen is a dense array of red, green and blue LEDs, and it is difficult to add an IR LED and a photo detector to an existing LED array without loss of resolution. In addition, it will be very expensive to develop a new display screen with integrated display pixels and detection pixels.
장치를 사용하는 사람의 생물학적 특성을 검출하는데 사용될 수 있는, 일체형 소형의 발광 디스플레이 및 센서 장치를 설명한다. 이 특성은 사람의 인증은 물론 의학/진단 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 장치를 스마트 폰이나 컴퓨터, 혹은 심지어 총기에 설치하여 사용자를 인증할 수도 있다.An integrated compact light emitting display and sensor device that can be used to detect the biological properties of a person using the device is described. This trait can be used for medical/diagnostic purposes as well as human authentication. For example, a device can be installed on a smartphone, computer, or even a firearm to authenticate users.
일 실시예에서, LED 또는 필터링된 백색광과 같은 다중 파장 광원에 의해 형성된 고해상도 픽셀은, 피부에 적용될 때 손가락과 같은 신체 부위를 관통하는 광을 제공한다. 광 검출기의 어레이가 발광 디스플레이에 통합되어서 신체 부위에서 반사되는 광의 크기를 검출하고, 여기서 반사되어 오는 광의 크기는 신체 부위에 의한 광의 흡수의 영향을 받는다. 광 검출기의 어레이는 광 흡수의 고해상도 이미지를 생성할 수 있다. 픽셀(예를 들어, 발광 파장)은 특정 생물학적 특성을 타깃으로 하도록 제어될 수 있고, 지문 및 혈관 패턴과 같은 상세한 특성을 검출하기 위해 장치의 해상도는 높을 수 있다. 비디오 이미지가 캡쳐될 수도 있다. 혈관의 위치를 검출하기 위한 목적 등으로, 피부의 특정 깊이까지만 흡수를 검지하는 데 옵틱이 사용될 수도 있다. 장치 내의 프로세서는 광 검출기로부터의 신호를 분석하고 사용자의 인증과 같은 결과를 생성하도록 프로그래밍될 수 있다.In one embodiment, high-resolution pixels formed by multi-wavelength light sources, such as LEDs or filtered white light, provide light that penetrates a body part, such as a finger, when applied to the skin. An array of photo detectors is integrated into the light emitting display to detect the amount of light reflected off a body part, where the amount of reflected light is affected by the absorption of light by the body part. The array of photo detectors can produce high-resolution images of light absorption. Pixels (eg, emission wavelength) can be controlled to target specific biological properties, and the resolution of the device can be high to detect detailed properties such as fingerprints and blood vessel patterns. Video images may be captured. For the purpose of detecting the location of blood vessels, etc., optics may be used to detect absorption only to a certain depth of the skin. The processor in the device can be programmed to analyze the signal from the photo detector and generate results such as authentication of the user.
지문과 혈관 패턴 모두를 위조하는 것은 매우 어려울 것이므로, 이 장치는 단순한 지문 검출기에 비해서 인증에 대한 신뢰도가 훨씬 높다. Since it would be very difficult to falsify both the fingerprint and blood vessel pattern, this device has much higher reliability in authentication compared to a simple fingerprint detector.
다른 실시예에서, LED 광(예를 들어, IR 광)은 투명한 광 가이드의 모서리에 연결되고, 이 광은, 광 가이드와 공기는 굴절율이 매우 상이하기 때문에, TIR에 의해서 광 가이드 내에서 가이드된다. 지문 검출을 위해서 유리와 같은 광 가이드 표면에 사용자의 손가락이 가압된다고 하면, 손가락과 유리의 굴절률이 상당히 매칭된다. 지문 돌출부(능선)이 유리 표면에 접촉하면 오목부(trough)에서는 에어 갭을 발생시킬 것이다. 따라서, 광은 돌출부의 패턴에서만 광 가이드로부터 손가락으로 인출된다. 따라서, 광 가이드는 투명할 수 있다. 고해상도 광 검출기 어레이가 광 가이드 뒤에 위치된다. 광 가이드의 상부 표면과 접촉하는 신체 부위(예를 들어, 손가락)에서 반사된 광은 광 가이드를 통해서 다시 전달되어 와서 광 검출기 어레이에 의해 검출된다. 선택적으로, 장치는 광 가이드 뒤의 디스플레이 픽셀을 통해서 디스플레이로서 동작할 수도 있다. 결과적인 검출된 이미지는 지문, 혈관 패턴 또는 생물학적 특성의 다른 조합에 의해 사용자를 인증하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 광 가이드는 또한 검출기 부분으로부터 측방향으로 이격된 디스플레이 스크린을 위한 디스플레이 유리이기 때문에, 검출기와 디스플레이는 일체화된다. 디스플레이 픽셀은 OLED와 같은 종래의 것일 수 있고, 검출기 광원만이 광 가이드로서 디스플레이 유리를 사용한다. 디스플레이 유리를 광 가이드와 디스플레이용 보호층(또는 디스플레이용 터치 스크린)의 이중 용도로 사용함으로써 시너지 및 일체화가 이루어지며, TIR은 지문/혈관 탐지를 위해 광을 균일하게 확산시킨다. 검출기의 광원은 디스플레이 유리의 임의의 모서리 부근에 광학적으로 결합될 수 있다.In another embodiment, LED light (e.g., IR light) is connected to the edge of a transparent light guide, which light is guided within the light guide by TIR, since the light guide and air have very different refractive indices. . Assuming that a user's finger is pressed against a light guide surface such as glass for fingerprint detection, the refractive indexes of the finger and the glass are quite matched. If the fingerprint protrusion (ridge) contacts the glass surface, it will create an air gap in the trough. Thus, the light is extracted with the finger from the light guide only in the pattern of the protrusion. Thus, the light guide can be transparent. A high-resolution photo detector array is positioned behind the light guide. Light reflected from a body part (eg, a finger) in contact with the upper surface of the light guide is transmitted back through the light guide and is detected by the photo detector array. Optionally, the device may act as a display through the display pixels behind the light guide. The resulting detected image can be used to authenticate the user by fingerprint, blood vessel pattern or other combination of biological characteristics. In one embodiment, since the light guide is also a display glass for the display screen laterally spaced from the detector portion, the detector and the display are integrated. The display pixel can be conventional, such as an OLED, and only the detector light source uses the display glass as a light guide. Synergy and integration are achieved by using the display glass as a dual use of a light guide and a protective layer for a display (or a touch screen for a display), and TIR uniformly diffuses light for fingerprint/vessel detection. The detector's light source can be optically coupled near any edge of the display glass.
검출기 어레이는 디스플레이 픽셀 전체에 걸쳐서 배치될 수도 있고 혹은 디스플레이 부분으로부터 측방향으로 이격될 수도 있다. The detector array may be disposed over the entire display pixel or may be laterally spaced from the display portion.
광은 지문 돌출부를 통해 손가락으로 거리를 두고 입력되고 손가락 내에 산란되며 일정 깊이 내의 혈관에 의해 흡수된다. 이로써, 지문과 혈관 패턴 사이의 위치 관계를 검출하기 위해 지문 패턴과 함께 사용될 수 있는 제 2 반사 패턴이 생성될 것이다. 지문 패턴은 콘트라스트가 강하고, 혈관 패턴은 지문 패턴 위에 효과적으로 중첩된다.Light enters the finger at a distance through the fingerprint protrusion, is scattered within the finger, and is absorbed by blood vessels within a certain depth. This will create a second reflective pattern that can be used with the fingerprint pattern to detect the positional relationship between the fingerprint and the blood vessel pattern. The fingerprint pattern has a strong contrast, and the blood vessel pattern is effectively superimposed on the fingerprint pattern.
일 실시예에서, 광원 및 광 센서 부분은 예컨대 디스플레이 부분의 한 면을 따라서 디스플레이 픽셀로부터 측방향으로 이격되어서 디스플레이 부분의 어떠한 공간도 사용하지 않는다. 디스플레이 부분은 예컨대 얇은 유리 패널과 같은 광 통과 패널을 통해서 광을 방출해서 이미지를 생성한다. 유리 패널은 용량성 터치 센서를 포함할 수도 있다. 생체-검출기 부분용 광원은 예컨대 광 센서 부분의 옆과 같이 디스플레이 부분으로부터 측방향으로 이격되거나, 혹은 전술한 바와 같이 이 광원은 광 통과 패널의 모서리에 광학적으로 결합되고 광 통과 패널이 광원에 대한 도파관의 역할을 한다. 따라서, 검출은 디스플레이 영역으로부터 이격된 영역을 통해서 이루어진다. 광원은 IR 광을 방출할 수 있으며, 디스플레이 부분은 픽셀 어레이로부터 적색, 녹색 및 청색 광을 방출한다. 이러한 방식으로, 광원 및 검출기 부분은 디스플레이 부분에 영향을 미치지 않고, 디스플레이 부분과 검출기 부분이 동일한 광 통과 판을 사용한다. 따라서, 디스플레이 및 센서는 일체화되지만 측방향으로는 이격되어 있다.In one embodiment, the light source and light sensor portions are spaced laterally from the display pixels, eg along one side of the display portion, so as not to use any space in the display portion. The display portion produces an image by emitting light through a light-passing panel, for example a thin glass panel. The glass panel may also include a capacitive touch sensor. The light source for the bio-detector portion may be laterally spaced from the display portion, such as next to the light sensor portion, or, as described above, this light source is optically coupled to the edge of the light-passing panel and the light-passing panel is a waveguide for the light source. Plays the role of. Thus, detection is made through an area spaced apart from the display area. The light source can emit IR light, and the display portion emits red, green and blue light from the pixel array. In this way, the light source and the detector portion do not affect the display portion, and the display portion and the detector portion use the same light passing plate. Thus, the display and sensor are integrated but laterally spaced apart.
이 장치는 또한 목표 파장을 흡수하는 특정 혈액 성분에 대한 센서 또는 펄스 센서로서 사용될 수 있다.This device can also be used as a sensor or pulse sensor for specific blood components that absorb target wavelengths.
상이한 파장을 내는 상이한 LED는 개별적으로 활성화될 수 있고, 반사된 광은 광역 스펙트럼 광 검출기에 의해 검출되어서 신체 부위의 상이한 타입의 생물학적 특성을 결정할 수 있다.Different LEDs emitting different wavelengths can be activated individually, and the reflected light can be detected by a broad spectrum light detector to determine different types of biological properties of the body part.
혈관과 같이, 신체 부위의 특정 깊이에서만 생물학적 특징을 검출하기 위해 광을 집중시키는 데 옵틱이 사용될 수 있다.Like blood vessels, optics can be used to focus light to detect biological features only at specific depths in a body part.
가스 센서, 펄스 검출용 전극 등과 같은 추가 센서가 광 센서에 일체화될 수 있다.Additional sensors, such as gas sensors, electrodes for pulse detection, and the like, may be integrated into the optical sensor.
이 장치는 소형이며 저가일 수 있어서, 인증을 위해 또는 사용자의 생물학적 특성 분석을 위해 휴대형 장치에서 사용될 수 있다. The device is compact and can be inexpensive, so it can be used in handheld devices for authentication or for analyzing the biological properties of users.
이러한 장치의 다양한 다른 디자인 및 사용을 설명한다.Various different designs and uses of these devices are described.
도 1은 선택된 영역에 선택된 파장의 광을 방출할 수 있는 고해상도 발광 디스플레이의 평면도로, 이 장치는 또한 다중 파장 픽셀 영역 각각 내에 광 검출기의 어레이를 포함해서, 발광 표면에 접촉하는 사람의 신체 부위로부터 광 흡수를 검지한다.
도 2는 지문, 혈류, 혈액 내의 헤모글로빈 또는 인증이나 의학 진단을 위한 다른 특성을 검출하기 위해 발광 표면 상에 배치된 사람의 손가락을 보여주는, 도 1의 장치의 단면도이다.
도 3은 혈액 내의 헤모글로빈 및 산소-헤모글로빈에 대한 광 파장 대 흡수의 상관 관계를 도시하며, 이는 사람의 혈액 내에서 이러한 성분의 농도를 결정하기 위해서 도 1 및 도 2의 장치의 프로세서에 의해 사용될 수 있다.
도 4는 생물학적 특성을 검출하기 위한 광원 및 광 센서를 포함하는 장치의 다른 실시예의 단면도로서, 이 광은 투명 또는 반투명 광 가이드의 모서리 부분으로 주입되고 광 가이드의 전면으로부터 방출되며, 광 다이오드 어레이가 광 가이드의 후방에 위치되어서 신체 부위에 의한 광 흡수 이미지를 검출한다.
도 5는 스마트 폰, 랩톱 컴퓨터 또는 다른 소비자 장치의 보호 외부 층과 같은 투명 층에 부착된 도 4의 장치를 도시한다.
도 6은 반사된 광의 검출과 함께, EKG 신호의 검출과 같은 사람의 신체 부위로부터의 전기 신호를 검지하기 위한 전극이 보강된 도 4의 장치를 나타낸다.
도 7은 사람으로부터 방출되는 가스를 검출하기 위한 민감 가스 검지 요소가 더 보강된 도 5의 장치를 도시한다.
도 8은 장치와 접촉하는 신체 부위(예를 들어, 손가락)의 온도를 측정하기 위한 비접촉 적외선 온도 센서가 더 보강된 도 6의 장치를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 것으로, 높은 해상도, 높은 신호 대 잡음 비, 그리고 소형인 장치를 형성하기 위해 포커싱 렌즈가 광 센서 어레이에 부착되어 있다.
도 10은 광 검출기의 고해상도 어레이를 갖는 단일 집적 회로 칩의 정면도이다. 렌즈 어레이가 검출기 어레이 위에 배치되어서, 입사광을 포커싱하고 신호 대 잡음비를 높이도록 광 검출기로 들어오는 직접 광량을 감소시킨다. 광원은, 광 가이드와 접촉하는 신체 부위의 방향으로만 광을 방출하는 투명한 광 가이드와 같은, 많은 적절한 디자인을 가질 수 있다. 반사된 광은 광 가이드를 통해 다시 광 검출기로 전송된다.
도 11은, 도 10과 유사하지만, 광 검출기와 동일한 표면 상에 광원(예를 들어, LED 또는 레이저)을 통합하고 있다.
도 12는 다양한 장치로 수행될 수 있는 기능을 나타낸다.
도 13은 사용자의 생물학적 특성을 검출하기 위해 장치에 의해 수행되는 기본 단계의 예의 흐름도이다.
도 14는 일체형 센서 및 디스플레이의 다른 실시예의 평면도로, 센서 부분은 디스플레이 부분으로부터 측방향으로 이격되지만 디스플레이 부분과 동일한 커버 유리를 사용한다.
도 15는 도 14의 장치의 단면도로, 센서 부분 및 IR 발광기가 디스플레이 부분으로부터 측방향으로 이격되어서 디스플레이 부분에 영향을 미치지 않는 것을 나타내고 있다. 이해의 편의를 위해서, 센서 및 IR 발광기는 도 14의 보다 정확한 단면과는 대조적으로 도 15에서는 나란히 도시되어 있다.
도 16은 디스플레이 부분의 모서리에 따른 센서 부분의 세부 사항을 나타내는 일체형 디스플레이/센서의 단면도이다.
도 17은 일체형 디스플레이/센서의 단면도로, 도전성 트레이스가 검출기 요소의 바닥 부분에 전기적으로 연결되어 있는 것을 나타낸다.
도 18은 신체 부위에 의해 반사 및 흡수되는 광을 방출하는 도 15의 장치를 도시하며, 반사되는 광은 검출되어서 반사/흡수된 광의 검지된 이미지를 생성하여 사용자를 인증한다.
도 19는, 디스플레이 영역은 부분적으로 투명하고 센서가 디스플레이 영역을 통해서 신체 부위로부터의 광을 수신하는 다른 실시예를 도시한다.
도 20은 도 19의 실시예의 단면도로, 디스플레이 부분에는 투명 영역이 분산되어 있어서, 이를 통해서 신체 부위로부터 반사된 광이 디스플레이 부분 아래의 검출기 어레이에 의해 검지된다. 디스플레이 픽셀(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀)은 검출기 어레이에 대한 광원을 제공할 수도 있고 혹은 광원은 IR 발광기와 같은 별개 광원일 수도 있다.
도 21은 다른 실시예의 단면도로, 상부 기판에는 적색, 녹색 및 청색 OLED 서브 픽셀이 형성되고, 바닥 기판에는 하나 이상의 광 다이오드가 박막 트랜지스터와 함께 형성되어서 신체 부위로부터 반사된 광을 검출하며, 박막 트랜지스터는 디스플레이 픽셀을 제어한다.
도 22는 또 다른 실시예의 단면도로, 광 가이드의 역할을 하는 디스플레이의 디스플레이 유리의 모서리에 예컨대, 하나 이상의 IR LED와 같은 IR 발광기가 연결되어 있으며, 디스플레이 유리는 유리와 접촉하는 신체 부위로부터의 반사될 광을 내보낸다. 이 광은 디스플레이 영역으로부터 측방향으로 이격된 영역에서만 검출될 수도 있고 혹은 디스플레이 영역 내에 분산된 광 검출기에 의해 검출될 수도 있다.
도 23은 또 다른 실시예의 단면도로, 액정 픽셀이 투명 기판(예컨대, 유리)에 광 다이오드와 함께 형성되고, 백라이트로부터의 광이 이 액정 픽셀을 통과해서 신체 부위로부터 반사되어 광 다이오드에 의해 검출된다.
여러 도면에서 동일하거나 유사한 요소는 동일한 숫자로 나타냈다. 1 is a plan view of a high-resolution light-emitting display capable of emitting light of a selected wavelength in a selected area, the device also comprising an array of photo detectors within each of the multi-wavelength pixel areas, from a body part of a person in contact with the light-emitting surface Detects light absorption.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the device of FIG. 1 showing a human finger placed on a light emitting surface to detect fingerprints, blood flow, hemoglobin in blood, or other properties for authentication or medical diagnosis.
Figure 3 shows the correlation of light wavelength versus absorption for hemoglobin and oxygen-hemoglobin in blood, which can be used by the processor of the device of Figures 1 and 2 to determine the concentration of these components in human blood. have.
4 is a cross-sectional view of another embodiment of a device comprising a light source and a light sensor for detecting biological properties, the light being injected into the edge portion of a transparent or translucent light guide and emitted from the front side of the light guide, wherein the photodiode array is It is located at the rear of the light guide to detect light absorption images by body parts.
5 shows the device of FIG. 4 attached to a transparent layer, such as a protective outer layer of a smart phone, laptop computer or other consumer device.
6 shows the device of FIG. 4 with reinforced electrodes for detecting an electric signal from a human body part, such as detection of an EKG signal, along with detection of reflected light.
7 shows the device of FIG. 5 further reinforced with a sensitive gas detection element for detecting gases emitted from a person.
FIG. 8 shows the device of FIG. 6 further enhanced with a non-contact infrared temperature sensor for measuring the temperature of a body part (eg, a finger) in contact with the device.
9 shows another embodiment of the present invention, in which a focusing lens is attached to the optical sensor array to form a high resolution, high signal-to-noise ratio, and compact device.
10 is a front view of a single integrated circuit chip with a high resolution array of photo detectors. A lens array is placed over the detector array to reduce the amount of direct light entering the photo detector to focus the incident light and increase the signal-to-noise ratio. The light source may have many suitable designs, such as a transparent light guide that emit light only in the direction of the body part in contact with the light guide. The reflected light is transmitted back to the photo detector through the light guide.
Figure 11 is similar to Figure 10, but incorporates a light source (eg, LED or laser) on the same surface as the photo detector.
12 shows functions that can be performed with various devices.
13 is a flowchart of an example of the basic steps performed by a device to detect a biological characteristic of a user.
14 is a plan view of another embodiment of an integrated sensor and display, the sensor portion being laterally spaced from the display portion but using the same cover glass as the display portion.
Fig. 15 is a cross-sectional view of the device of Fig. 14, showing that the sensor portion and the IR emitter are laterally spaced from the display portion and do not affect the display portion. For ease of understanding, the sensor and IR emitter are shown side-by-side in FIG. 15 as opposed to the more accurate cross section of FIG. 14.
16 is a cross-sectional view of an integrated display/sensor showing details of the sensor portion along the edge of the display portion.
17 is a cross-sectional view of an integrated display/sensor, showing the conductive traces being electrically connected to the bottom of the detector element.
Fig. 18 shows the device of Fig. 15 that emits light reflected and absorbed by a body part, and the reflected light is detected to generate a detected image of the reflected/absorbed light to authenticate the user.
19 shows another embodiment in which the display area is partially transparent and the sensor receives light from a body part through the display area.
FIG. 20 is a cross-sectional view of the embodiment of FIG. 19, in which transparent areas are dispersed in the display portion, so that light reflected from the body portion is detected by the detector array under the display portion. The display pixels (eg, red, green and blue sub-pixels) may provide a light source for the detector array or the light source may be a separate light source such as an IR emitter.
21 is a cross-sectional view of another embodiment, in which red, green, and blue OLED sub-pixels are formed on an upper substrate, and at least one photodiode is formed together with a thin film transistor on the bottom substrate to detect light reflected from a body part, and a thin film transistor Controls the display pixels.
22 is a cross-sectional view of another embodiment, in which an IR emitter, such as one or more IR LEDs, is connected to the edge of the display glass of the display serving as a light guide, and the display glass is reflected from a body part in contact with the glass. It emits the light that will be. This light may be detected only in an area laterally spaced from the display area, or may be detected by a photo detector dispersed within the display area.
23 is a cross-sectional view of another embodiment, in which a liquid crystal pixel is formed with a photodiode on a transparent substrate (eg, glass), and light from the backlight passes through the liquid crystal pixel and is reflected from a body part and is detected by the photodiode. .
The same or similar elements in the various drawings are indicated by the same number.
특정 파장의 광을 방출하고, 이미지 캡쳐를 사용해서, 광 방출 윈도우와 접촉하는(혹은 근접한) 사람의 신체 부위에 의한 광의 흡수를 검출하는 다양한 타입의 생체-센서 장치를 설명한다. 다른 사용도 설명된다.Various types of bio-sensor devices are described that emit light of a specific wavelength and use image capture to detect the absorption of light by a part of the body of a person in contact with (or close to) the light emitting window. Other uses are also described.
도 1은 캡쳐되는 신체 부위 반사 이미지에 적합한 크기를 가진 생체-센서 장치(10)의 평면도이다. 일 실시예에서, 장치(10)는 그 표면에 손가락이 닿는 것을 검출하기에 충분할 정도의 크기만 갖는다.1 is a plan view of a
장치(10)는 마이크로-LED(12) 또는 VCSEL(vertical-cavity surface emitting laser)와 같은 다른 광원에 의해 형성된 픽셀 어레이(11)를 포함한다. 이러한 레이저는 발광 다이오드의 서브세트로 간주된다. LED(12)는, 의도하는 다양한 피크 파장을 방출하도록 서로 다른 종류의 것이 될 수도 있고, 혹은 LED(12)는 의도하는 다양한 파장을 방출하도록 서로 다른 형광체를 가진 동일한 종류(예컨대, UV LED)의 것일 수도 있다. 도시된 예에서, 단일 픽셀(11) 내의 LED(12)는 적색(R), 청색(B), 녹색(G) 및 IR-방출 LED를 포함한다. 서로 다른 파장은 서로 다른 정도만큼 피부에 침투한다. 짧은 파장(청색, 녹색)은 긴 파장(적색, 적외선)보다 피부에 적게 침투한다. 또 다른 실시예에서, 장치(10)는 손가락의 혈류를 검출하는 것과 같은 특정 기능만을 위한 것으로, LED(12)는 적색 또는 IR과 같이, 특정 기능을 위한 단일 협대역의 파장을 방출한다. 각각의 픽셀(11)은 또한 광대역 광 다이오드(14) 또는 다른 유형의 광 검출기를 포함한다. 상이한 파장을 방출하는 LED(12)는 개별적으로 활성화될 수 있으므로, 광 다이오드(14)의 출력은 활성화된 LED(12)에 의해 방출된 파장과 연관될 수 있다. 장치(10)의 해상도는 고해상도 디스플레이와 동일한 것일 수 있다.The
픽셀 어레이 내의 임의의 하나의 피크 파장의 LED들이 선택적으로 순차적으로 조명되고 픽셀 어레이 내의 하나 이상의 검출기가 동시에 판독되어서 크로스-토크(cross-talk)를 제거할 수도 있으며, 이로써 디지털 처리에 의해 획득한 이미지의 해상도를 더 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 이와 같이 순차적으로 조명함으로써 신체 부위 내의 흡수 피쳐(예를 들어, 혈관)의 위치를, 광을 산란하기만 할 뿐 흡수하지 않는 위치와 더 양호하게 구별할 수 있게 된다. 나아가, 조명되는 LED에 인접한 검출기(들)만 조명될 수 있어서, 샘플링되는 신체 부위 영역은 고도로 로컬화될 수 있다. LEDs of any one peak wavelength in the pixel array are selectively illuminated sequentially and one or more detectors in the pixel array are read simultaneously to eliminate cross-talk, thereby eliminating the image obtained by digital processing. The resolution can be further improved. For example, this sequential illumination makes it possible to better distinguish the locations of absorbing features (eg, blood vessels) within a body part from locations that only scatter light and do not absorb light. Furthermore, only the detector(s) adjacent to the illuminated LED can be illuminated, so that the body part area being sampled can be highly localized.
LED는 OLED일 수도 있고 무기 LED일 수도 있다.The LED can be an OLED or an inorganic LED.
다른 방안으로, 다양한 컬러 픽셀은 액정 디스플레이(LCD)에 의해 형성될 수 있다. 전형적인 LCD는 넓은 범위의 파장을 갖는 백색광 백라이트를 사용한다. 적색, 녹색, 청색 및 IR 필터와 같은 컬러 필터가 서브픽셀을 형성하면서 제어 가능한 액정층 뒤에 위치된다. 액정 층은 각 서브-픽셀 위치마다 광 셔터를 유효하게 갖고 있다. 광 셔터를 제어함으로써, 각 픽셀의 다른 색상이 제어된다. 광 다이오드(14)는 LCD 층의 상부 위의 혹은 LCD 층 아래의 투명한 적층 층에 형성될 수 있다.Alternatively, various color pixels can be formed by a liquid crystal display (LCD). Typical LCDs use white light backlights with a wide range of wavelengths. Color filters such as red, green, blue and IR filters are positioned behind the controllable liquid crystal layer forming subpixels. The liquid crystal layer effectively has an optical shutter for each sub-pixel position. By controlling the optical shutter, a different color of each pixel is controlled. The
어느 하나의 실시예에서, 광 다이오드(14) 및 발광 픽셀은 분석되는 사람의 신체 부위와 동일한 면에 있어서, 광 다이오드(14)는 사람의 피부에 의한 광의 흡수를 검출하는 것과 같이, 반사된 광의 이미지를 검출한다. 이것은 사람의 신체 부위를 통과하는 광의 양을 검지하는 알려진 장치와는 대조된다. 검출되는 신체 부위의 로컬화된 흡수가 기본적으로 상이한 광 다이오드(14)에 의해 수신되는 반사광 사이의 차이를 검출함으로써 결정되기 때문에, 반사되는 광의 이미지는 흡수되는 광의 이미지에 대응한다. 이러한 차이는, 흡수 패턴을 매핑하고 이를 저장된 흡수 패턴과 비교하는데 사용될 수 있다. 따라서, 반사광의 절대 크기는 샘플링되는 신체 부위, 임의의 주변광 및 LED로의 전류 등에 기초하여 변경될 수 있지만, 광 반사 강도의 차이는 여전히 신체 부위 내의 흡수 패턴에 대응할 것이다 .In either embodiment, the
조합 지문 검출기 및 혈관 위치 검출기용 픽셀 어레이(11)의 예는 2cm×2cm이고, 800 픽셀(11)을 포함하는 어레이일 수 있다. 해상도는 0.25mm 정도로 작을 수 있다. 이러한 어레이 크기는 2가지 상이한 테스트를 사용하여 사용자를 인증하도록 스마트 폰 또는 기타 휴대형 장치에 일체화될 수 있다.An example of the
LED 제어기(18)는 예를 들어 행 및 열 어드레싱을 사용하여 LED(12)의 활성화를 제어하고 광 다이오드(14)는 광 검출기 제어기(20)에 의해 제어된다. 프로세서(22)는 제어기(18, 20)의 전체 제어를 제공하고, 소망하는 기능에 따라서 추가 처리를 위해 다양한 광 다이오드(14)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(22)는 지문뿐만 아니라 손가락 내의 혈관의 위치, 맥박 및 혈액 내의 성분을 검출하도록 장치를 제어한다. 혈류를 분석하기 위해 비디오와 같이 여러 이미지를 얻을 수 있다. 프로세서(22)는 이 데이터를 메모리에 저장된 데이터와 비교해서 사용자를 인증하거나 의료 분석을 위해 데이터를 사용할 수 있다.The
일 실시예에서, LED 제어기(18)는 LED의 조명을 래스터화하거나 혹은 다른 방식으로 공간적으로 시퀀싱하는 한편, 광 검출기 제어기(20)는 다수의 별개의 조명 상태에 대응하는 이미지들의 시퀀스를 캡쳐한다. 프로세서(22)는 데이터의 시퀀스를 처리하여, 산란된 광에 대한 캡쳐된 이미지를 보상할 수 있으며, 따라서 디바이스와 접촉하는 신체 부위 내의 피쳐를 흡수함으로써 형성된 결합 된 이미지의 해상도를 증가시킬 수 있다.In one embodiment, the
프로세서(22) 및 제어기(18/20)를 포함하는 전체 장치(10)는, 전력 리드 및 데이터 리드만을 필요로 하는 단일 모듈형 장치로서 형성될 수 있다.The
픽셀 어레이의 상이한 섹션 혹은 픽셀(11) 중 임의의 픽셀은 광 다이오드(14)와 LED(12) 사이의 크로스-토크를 감소시키도록 개별적으로 활성화될 수 있다. 이상적으로, 신체 부위는 충돌 및 반사 광의 산란을 최소화하기 위해 디바이스(10)와 직접 접촉해서 가장 높은 해상도의 이미지를 획득한다. 해상도를 더 향상시키기 위해서 포커싱 옵틱 및 지향성 옵팁이 사용될 수 있다. Any of the
도 2는 도 1의 장치(10)의 개략 단면도로, 장치의 보호 유리 커버(24)와 직접 접촉하는 사람의 손가락(23)을 나타내고 있다. 손가락(23)의 혈관(25)도 도시되어 있다. 손가락(23)이 유리 커버(24)의 굴절율과는 유사하지만 공기보다는 훨씬 높은 굴절률(예를 들면, 1.5)을 갖기 때문에, 지문 능선(fingerprint ridge)(26)(유리와 직접 접촉함) 및 지문 계곡(27)(유리로부터 이격됨)은 그 영역에서 서로 다른 광 반사(28)를 야기할 것이다. 계곡 영역은 유리/공기 계면에서의 TIR로 인해 유리 표면으로부터 상대적으로 높은 비율의 광을 반사하는 반면, 능선 영역은 상대적으로 높은 비율의 광을 흡수할 것이다. 광 다이오드(14)의 해상도가 높기 때문에, 일부 광 다이오드(14)는 계곡(27) 아래에 위치될 것이고 다른 것들은 능선(26) 아래에 위치될 것이며, 이로써 지문의 이미지는 프로세서(22)(도 1)에 의해 검출 가능하고, 사용자의 인증을 위해 저장된 지문과 연관될 수도 있다. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
유리 커버(24)는 무기 유리, 사파이어와 같은 결정질 물질, 유리 세라믹 또는 폴리머를 포함할 수 있다.The
지문 검출기를 속이는 방식은 알려져 있다. 속이는 것으로부터 더 보호하기 위해서, 프로세서(22)는 또한 광 다이오드(14) 데이터를 처리해서 손가락의 혈관과 일치하는 저 파장(예를 들어 적색, IR) 흡수의 패턴을 결정한다. 광은 지문 능선을 통해서 일정 거리를 두고 손가락에 들어간다. 지문과 관련된 혈관의 형상 및 위치는 개인마다 고유하며 위조가 매우 어렵다. 이러한 데이터는 인증을 위해서 저장된 데이터와 연관된다. 예컨대, 사용자는 초기 기준 검출을 수행하고, 여기서 지문 패턴과 혈관 패턴이 검출되어 저장된다. 이후 인증시에, 새로운 검출이 기준 패턴과 일치되면 사용자는 인증된다. 의학적 분석을 위해 다른 혈액 데이터가 획득될 수도 있다. 도 2는 혈관(25)의 피부 깊이에서의 광 반사율(28)을 나타내며, 여기서 목표 깊이 내에서 혈관을 포함하고 있지 않은 손가락 영역에 비해서 혈관의 위치에서는 적색/IR의 흡수가 높다. 프로세서(22)에 의해서 검출된 혈관의 맵이 (지문 패턴과 함께 혹은 지문 패턴과 별도로) 만들어져서 저장된 기준 혈관 맵과 비교될 수 있다.There are known ways to trick a fingerprint detector. To further protect against spoofing, the
광 다이오드(14) 신호는 프로세서(22)에 의해 서로 차감될 수 있으며, 이로써 그 차이는 관심이 있는 파장의 흡수와 상호 연관될 수 있다. 고해상도 광 다이오드(14)에 의해 출력되는 신호의 차이(절대값은 아님)는 LED로부터 광 다이오드(14)에 의해 직접 수신되는 광의 통상 모드 제거(common-mode rejection)를 가능하게 해서, 신호 대 잡음비를 크게 증가시킨다.The
일반적으로, 광 다이오드(14)의 어레이를 연장된 영역에 걸쳐 배치함으로써, 장치(10)가 유리 커버(24)와 접촉하거나 혹은 이에 근접하여, 적절한 콘트라스트의 항목을 위한 이미지 캡쳐 장치로서 동작할 수 있게 한다. 따라서, 손가락, 손바닥, 손목 또는 얼굴과 같은 신체 부위가 유리 커버(24)와 접촉하거나 이에 근접하고 있을 때, 장치(10)는 지문, 혈관 패턴과 같은 얕은 피하 생체-인증 데이터, 얼굴 및 기타 피부 색조 정보, 그리고 피부 상주 병원체의 존재와 같은 유익한 생체-인증 및 생체-메트릭 데이터를 캡쳐하는데 사용될 수 있다. In general, by placing the array of
또한, 픽셀 어레이는 유리 커버(24)와 접촉하거나 이에 근접하고 있는 하나 이상의 손가락 또는 다른 신체 부위의 존재 및 움직임을 검출하기 위해 간단히 사용될 수 있고, 이로써 이 어레이는 다양한 제스처를 검지하는 데 사용될 수도 있고 혹은 전용 터치 검지 어레이, 기계식 버튼 또는 별도 제스처 서브시스템 없이도 터치 스크린 또는 간단한 "버튼"으로서 사용될 수도 있다.Further, the pixel array can be simply used to detect the presence and movement of one or more fingers or other body parts in contact with or in proximity to the
나아가, 다양한 색의 LED(12)를 시퀀싱함으로써, 신체 부위의 분광(spectroscopy)이 수행되어 광학적으로 수집된 생체 인식 데이터를 구할 수 있다. 파장이 피부에 어느 정도 침투하는 경우, 피하의 생체 인식 데이터가 획득될 수 있다. 예를 들어, 적색과 녹색이 모두 혈류와 혈관을 검지하고 심장 박동수를 확인하는 데 사용할 수 있으며, 적절한 파장의 적색과 적외선의 조합을 사용해서 혈액 산소 공급을 확인할 수 있다.Further, by sequencing the
각각의 파장은 서로 다른 정도로 피부에 침투한다. 짧은 파장(청색, 녹색)은 긴 파장(적색, 적외선)보다 피부에 적게 침투한다. 따라서, 픽셀 파장에 걸쳐서 스캐닝함으로써, 다양한 피부 깊이를 샘플링하는 이미지가 얻어질 수 있다. 이후, 다양한 이미지로부터의 데이터가 서로 차감되어서 추가적인 해상도를 산출할 수도 있다. 예를 들어, 표피 데이터를 포착하는 청색 이미지가 표피 데이터 및 피하 데이터 모두를 캡쳐하는 적색 이미지로부터 감산되어서 피하 데이터만을 나타낼 수도 있다.Each wavelength penetrates the skin to a different degree. Short wavelengths (blue, green) penetrate less into the skin than long wavelengths (red, infrared). Thus, by scanning across pixel wavelengths, images sampling various skin depths can be obtained. Thereafter, data from various images may be subtracted from each other to calculate an additional resolution. For example, a blue image capturing epidermal data may be subtracted from a red image capturing both epidermal data and subcutaneous data to represent only subcutaneous data.
파장 응답 범위를 확장하면 더 많은 정보가 수집될 수 있다. 더 높은 주파수 혹은 더 낮은 주파수에서 반응성이 있는 픽셀을 혼합하거나 추가함으로써, 병원체 검출, UV 노출, 수분 및 신체 화학 반응과 같은 추가 기능이 확인될 수도 있다. 일부 경우에, 혈액이나 피부의 형광 성분을 검출하기 위해 UV가 사용될 수도 있다.More information can be collected by expanding the wavelength response range. By mixing or adding pixels that are reactive at higher or lower frequencies, additional functions such as pathogen detection, UV exposure, moisture and body chemistry reactions may be identified. In some cases, UV may be used to detect fluorescent components in blood or skin.
나아가, 일련의 이미지(즉, 비디오)를 캡쳐함으로써, 혈관에 따른 혈액 맥박의 이동이 얻어질 수 있으며, 이는 심박수, 혈압이 유추될 수 있는 혈액 맥파 전달 속도, 심전도 출력, 박출량(stroke volume)과 같은 생체 데이터를 직접 또는 추론에 의해 더 제공한다. 이미지의 시퀀스는 또한, 혈류를 관찰하고, 실제로 검사되는 신체 부위가 생체 부분을 포함하고 있으며, 스푸프 자료 샘플(spoof material sample) 혹은 분리되거나 사망한 신체 부위를 사용하는 것과 같은, 생체 인식 이벤트를 속이는 시도는 포함하지 않는다는 것을 추론하는 데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 광 검출기와 함께 다양한 색상을 생성하는 LED를 조합해서 사용하면, 예를 들어, 지문의 카피는 갖고 있지만 동시에 생리학적인 유효성을 나타내는, 인간 손가락에 도포되는 물질의 식별을 제공할 수 있다. 이 "비디오" 기능을 통해서, 컨포멀 재료로 지문 스푸핑하는 것을 방지할 수 있다. Furthermore, by capturing a series of images (i.e., video), the movement of the blood pulse along the blood vessel can be obtained, which is the rate at which the heart rate, blood pressure can be inferred, the electrocardiogram output, stroke volume, and The same biometric data is further provided either directly or by inference. The sequence of images also monitors blood flow, the body part actually being examined contains a living body part, and triggers biometric events, such as using a spoof material sample or a detached or deceased body part. It can be used to deduce that it does not include attempts to deceive. Likewise, the use of a combination of light detectors and LEDs that produce various colors can provide identification of substances applied to human fingers, for example, having a copy of the fingerprint but at the same time exhibiting physiological effectiveness. With this "video" feature, you can prevent fingerprint spoofing with conformal materials.
연장된 이미지 시퀀스를 캡쳐하고 처리하는 경우, 비디오 캡쳐 동안에 피사체의 움직임을 보상할 필요가 있을 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 청색, 녹색 또는 다른 적절한 광원으로 캡쳐된 표피 이미지의 움직임은, 비디오 캡쳐 동안에 피사체의 움직임을 추적하는데 사용될 수 있고, 예컨대 적색 혹은 적외선 광으로 캡쳐된 피하 이미지의 움직임을 보상하는데 사용될 수 있다. When capturing and processing an extended sequence of images, it may be necessary to compensate for the motion of the subject during video capture. In this case, for example, movement of the epidermal image captured with blue, green or other suitable light source can be used to track the movement of the subject during video capture, and compensate for the movement of the subcutaneous image captured with red or infrared light, for example. Can be used to
손가락을 관통하는 광이 손가락의 구조에 기초해서 후방 산란 및 반사의 변화를 겪는 것을 감안할 때, 지문은 청색 광과 같이 손가락으로 가장 적게 관통되는 광으로부터 가장 잘 검출될 것이다. 그러나 지문은 광범위한 가시광선 및 근적외선 파장으로 판독될 수 있다.Given that the light penetrating the finger undergoes changes in backscatter and reflection based on the structure of the finger, fingerprints will be best detected from light that penetrates the finger least, such as blue light. However, fingerprints can be read in a wide range of visible and near-infrared wavelengths.
긴 파장을 사용하면, 피하 이미지를 찍을 수 있다. 예를 들어, 피부에 2~3mm 이상 침투할 수 있는 조명 파장과 파워를 사용하면, 광은 모세 혈관과 정맥이 발견 될 수 있는 피하 영역으로 침투할 수 있다. 혈관이 지문 능선 및 계곡과 일치한다는 것을 고려하면, 혈관으로부터 수집되는 이미지는 지문 능선 및 계곡의 존재에 의해 영향을 받을 가능성이 크다. 따라서, 지문 능선 및 계곡의 존재는 인지에 사용되는 층의 특수성을 향상시키거나 혹은 혈관의 이미지로부터 제거될 수 있다. 지문을 제거하는 것이 바람직한 일 예에서서는, 전술한 바와 같이 짧은 파장의 광에 의해 캡쳐되는 지문의 이미지를 단지 차감하는 기술이 사용될 수 있다. 다른 방안으로, 이는 유사한 영향을 갖는 필터링 또는 다른 기술에 의한 것과 같은, 이미지 프로세싱을 통해 수행될 수도 있다. 예컨대, 시스템에 옵틱을 포함시키는 것과 같이(이후 도면 참조), 검출기의 초점이 기본적으로는 단독으로 혹은 크게 피하에 있도록 검출기 어레이를 설정함으로써, 지문의 영향은 최소화될 수 있다. If you use long wavelengths, you can take subcutaneous images. For example, by using an illumination wavelength and power that can penetrate the skin by 2~3mm or more, light can penetrate the subcutaneous area where capillaries and veins can be found. Considering that the blood vessels coincide with the fingerprint ridges and valleys, the images collected from the blood vessels are likely to be affected by the presence of the fingerprint ridges and valleys. Thus, the presence of fingerprint ridges and valleys can enhance the specificity of layers used for recognition or can be removed from the image of blood vessels. In one example where it is desirable to remove the fingerprint, a technique of merely subtracting the image of the fingerprint captured by the short wavelength light as described above may be used. Alternatively, this may be done through image processing, such as by filtering or other techniques with similar effects. By setting the detector array so that the detector's focus is essentially solely or largely subcutaneously, such as, for example, including optics in the system (see figure below), the influence of the fingerprint can be minimized.
또한, 지문 이미지와 혈관 이미지를 모두 검출함으로써, 지문 이미지가 혈관 이미지에 대한 기준을 제공할 수 있기 때문에 장치 상의 손가락의 방향은 랜덤 방향이 가능하다. 따라서, 서로 상대적인 이미지는, 장치 상의 손가락의 위치와 무관하게 저장된 상대 이미지와 정확하게 비교될 수 있다.In addition, by detecting both the fingerprint image and the blood vessel image, since the fingerprint image can provide a reference for the blood vessel image, the orientation of the finger on the device can be a random direction. Accordingly, images relative to each other can be accurately compared with the stored relative images regardless of the position of the finger on the device.
이 생체 인증 방법의 아티팩트로서, 중요한 생리학적 정보가 동시에 추출될 수 있다. 상이한 조명들 하에서 캡쳐되는 혈관의 이미지를 연구함으로써, 혈액, 간질액 또는 조직의 화학 작용이 행해질 수 있는 검지 영역 바로 아래에서 조직의 분광 분석을 수행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 헤모글로빈과 산소-헤모글로빈이 서로 소광 계수의 변화를 갖는 680nm와 850nm와 같은 2가지 파장(도 3)으로 이미지를 연구함으로써, 혈중 산소 포화도인 SpO2를 얻을 수 있다. 확장을 통해 적절한 조명 파장 하에서 캡쳐된 이미지를 연구함으로써, 혈당, 적혈구수, 백혈구수, 혈액 CO2, 혈당 및 기타 혈액과 간질액의 용질이 검출될 수 있다. As an artifact of this biometric authentication method, important physiological information can be simultaneously extracted. By studying the image of blood vessels that are captured under different illuminations, it is possible to perform a spectroscopic analysis of the tissue just below the detection area where the chemistry of blood, interstitial fluid or tissue can take place. For example, by studying images with two wavelengths (FIG. 3), such as 680 nm and 850 nm, where hemoglobin and oxygen-hemoglobin have a change in extinction coefficient with each other, SpO2, which is blood oxygen saturation, can be obtained. By studying the captured image under the appropriate illumination wavelength through expansion, blood sugar, red blood cell count, white blood cell count, blood CO2, blood sugar and other solutes in blood and interstitial fluid can be detected.
이러한 모든 구성에서, 주변 광의 영향을 고려해야 할 수 있다. 구체적으로, 손가락과 같은 얇은 신체 부위를 연구하는 경우, 주변 광이 손가락을 지나 검출기 어레이로 전파되어서 수신 신호 또는 이미지를 간섭할 수도 있다. 따라서 주변 광의 영향을 고려할 필요가 있다. 주변 광은 태양광과 같은 기본적으로 정상 상태의 광원 혹은 백열등이나 변조된 LED 조명과 같은 변조된 광원을 포함할 수 있다. 검출된 광학 신호 중 주변 광에 기인한 부분은, 어레이 광원을 '오프'한 상태에서 검출기 어레이를 먼저 샘플링함으로써 정량화될 수 있다. 이 신호가, 어레이 광원이 "온" 상태일 때 검출기 어레이가 캡쳐하는 신호로부터 차감됨으로써, 어레이 광원에 의한 조명과만 관련된 신호를 추론할 수 있다. 나아가, 모든 광 다이오드(14)가 동일한 양의 주변 광을 검출할 수 있기 때문에, 동상 모드(common-mode) 신호를 차감함으로써 주변 광을 상쇄시킨다.In all these configurations, the influence of ambient light may need to be considered. Specifically, when studying a thin body part such as a finger, ambient light may propagate through the finger to the detector array and interfere with the received signal or image. Therefore, it is necessary to consider the influence of ambient light. The ambient light may include a basic steady-state light source such as sunlight, or a modulated light source such as an incandescent lamp or modulated LED lighting. A portion of the detected optical signal due to ambient light can be quantified by first sampling the detector array with the array light source turned off. This signal is subtracted from the signal captured by the detector array when the array light source is in the "on" state, so that a signal related only to illumination by the array light source can be inferred. Furthermore, since all
이러한 서로 관련된 이중 샘플링 방법은, 광 검출기 구성과 각 픽셀의 다수의 광 검출기에 대한 옵션 모두에 의해서 더욱 향상될 수 있다. 이러한 "주변 광 제거"는 주변 광원의 변조보다 훨씬 높은 주파수에서 어레이 광원 및 어레이 검출기 샘플링 시간을 변조함으로써 촉진될 수 있다. 임의의 주변 광 변조의 주파수는 검출기 어레이 자체에 의해 더 검출될 수 있다.This interrelated double sampling method can be further improved by both the photo detector configuration and the option for multiple photo detectors of each pixel. This "ambient light rejection" can be facilitated by modulating the array light source and array detector sampling times at a much higher frequency than that of the ambient light source. The frequency of any ambient light modulation can be further detected by the detector array itself.
위의 설명은 마이크로-LED 디스플레이를 사용하는 예를 설명하고 있지만 OLED 디스플레이 또는 액티브 매트릭스 LCD 디스플레이와 같은 적절한 해상도의 임의의 다른 디스플레이에 일체화된 확장된 검출기 어레이를 통해서도 기능적으로 동일한 양상(modality)을 달성할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이가 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 또는 유기 반도체와 같은 집적 반도체 소자를 포함하는 경우, 광 다이오드 어레이는 실질적으로 유사한 반도체 처리를 사용하여 디스플레이에 형성될 수 있으며, 따라서 추가 프로세싱 비용이 최소화되고 해상도를 더 높인다.The above description describes an example of using a micro-LED display, but functionally the same modality is achieved through an extended detector array integrated into any other display of suitable resolution, such as an OLED display or an active matrix LCD display. can do. Specifically, when the display comprises an integrated semiconductor device such as amorphous silicon, polycrystalline silicon or organic semiconductor, the photodiode array can be formed on the display using substantially similar semiconductor processing, thus minimizing additional processing costs and Higher.
기능적으로 동등한 양상이 예를 들어 광학 모듈, 칩 온 글래스(커버 유리에 직접 부착된 칩) 또는 칩 온 디스플레이(디스플레이 유리에 직접 부착된 칩)에서 개별적으로 확장된 검출기 어레이로 달성될 수도 있다. 이러한 모듈, 칩 온 글래스 또는 칩 온 디스플레이는 디스플레이에 직접 일체화될 수도 있고 혹은 독립형 어레이를 포함할 수도 있으며; 자체의 조명원을 포함할 수도 있고 혹은 디스플레이로부터나 또는 임의의 다른 적절한 기존 픽셀화된, 균일한, 측면, 포인트 또는 다른 조명원과 같은 외부 광원을 이용하도록 배열될 수 있다.Functionally equivalent aspects may be achieved, for example, with individually expanded detector arrays in an optical module, chip on glass (a chip attached directly to the cover glass) or chip on display (a chip attached directly to the display glass). Such a module, chip on glass or chip on display may be directly integrated into the display or may include a standalone array; It may contain its own light source or may be arranged to use an external light source such as from the display or any other suitable existing pixelated, uniform, side, point or other light source.
확장된 검출기 어레이는 CMOS 이미지 센서와 같은 일체화된 센서 어레이를 포함할 수 있으며, 후술하는 도 4에 도시된 바와 같은 옵틱이 일체화될 수도 있다. 모듈 커버 유리 자체는 임의로 광학적으로 강화하는 층, 광학적으로 필터링하는 층 또는 광학적으로 차단하는 층, 반사 방지 코팅 등으로 완전히 또는 부분적으로 코팅될 수 있다.The extended detector array may include an integrated sensor array such as a CMOS image sensor, and optics as shown in FIG. 4 to be described later may be integrated. The module cover glass itself may optionally be fully or partially coated with an optically strengthening layer, an optically filtering layer or an optically blocking layer, an antireflective coating or the like.
이러한 모듈은 다수의 사람 인터페이스의 통합 지점 및 최종 애플리케이션에 대한 생리학적인 개선으로서 동작할 수 있다. 비한정 예로서, 소비자 장치 상의 광학 기능 온/오프 또는 다른 "버튼"과 같은 기능, 핀치, 줌, 스크롤, 조이스틱, 트랙볼, 서명과 같은 고급 기능을 위한 제스처 인식과 같은 피쳐가 알고리즘이나 소프트웨어를 통해 기존 작업에 추가될 수 있다. Such a module can act as an integration point of multiple human interfaces and a physiological improvement to the end application. By way of non-limiting example, features such as optical functions on/off or other "buttons" on consumer devices, features such as gesture recognition for advanced functions such as pinch, zoom, scroll, joystick, trackball, and signature can be implemented through algorithms or software. Can be added to existing work.
추가적인 기계식 버튼 액션을 제공하기 위해서 일체형 센서 모듈 또는 독립형 센서 모듈에 압력 센서 또는 압력 검지 어레이가 보강될 수 있다. 적층된 용량 성 센서 어레이 층은 또한 일체화되어서, 이로부터 "터치" 이벤트의 발생 및 터치 이벤트 관련 힘이 결정될 수 있다. 터치 이벤트의 힘을 결정하는 것은 또한, 터치 이벤트의 크기가 최적의 생체 인증 또는 생체 메트릭 데이터에 최적화되지 않았다는 것을 소비자에게 피드백하는 데도 사용될 수 있다. 예를 들어, 모듈을 너무 세게 누르면 모세 혈관으로의 혈류가 제한되어 이로부터 수신되는 신호에 영향을 미칠 수 있다.In order to provide additional mechanical button action, a pressure sensor or a pressure detection array may be augmented in an integral sensor module or a standalone sensor module. The stacked capacitive sensor array layers can also be integrated, from which the occurrence of a “touch” event and the force associated with the touch event can be determined. Determining the force of the touch event can also be used to feedback to the consumer that the size of the touch event has not been optimized for optimal biometric authentication or biometric data. For example, pressing the module too hard can limit blood flow to the capillaries and affect the signals received therefrom.
일체형 센서 모듈 또는 독립형 센서 모듈이, 에폭시, 실리콘, 아크릴 또는 저온 용융 유리(예를 들어 프릿 유리 또는 화합물 반도체 유리)와 같은 광학적으로 투명한 접착제를 통해, 디스플레이 또는 커버 유리에 직접 본딩될 수도 있다. 이 경우, 본딩은 모듈 커버 유리와 디스플레이 유리의 전체 인터페이스에 걸쳐서 연장되는 접착제를 포함할 수 있다. 다른 방안으로, 접착제는 인터페이스의 일부분(예를 들어, 모서리)에만 분산될 수 있고, 모듈 커버 유리 및 디스플레이 유리의 대부분은 단순히 접촉하거나 또는 근접할 수 있다.An integrated sensor module or a standalone sensor module may be bonded directly to the display or cover glass through an optically clear adhesive such as epoxy, silicone, acrylic or low-temperature molten glass (eg frit glass or compound semiconductor glass). In this case, the bonding may include an adhesive that extends over the entire interface of the module cover glass and the display glass. Alternatively, the adhesive can be dispersed only on a portion of the interface (eg, corners), and most of the module cover glass and display glass can simply be in contact or close.
도 4는 동일한 파장 혹은 상이한 파장을 방출하는 LED들과 같은 광원(30)이, 보호 커버 역할을 하는 광 가이드(32)의 외측 모서리 주위에만 위치되는 다른 실시예를 도시한다. 광은 광 가이드(32)에 LED를 매립하거나 다른 방법으로 광을 모서리에 연결시킴으로써 광 가이드(32)의 모서리 부분에 연결된다. 광은 TIR에 의해 광 가이드의 모든 영역으로 전달되고 광 가이드(32)의 상부 표면을 통해서만 나간다. 4 shows another embodiment in which
신체 부위가 광 가이드(32)와 직접 접촉하는 경우, 피부가 광 가이드와 유사한 굴절률을 갖기 때문에 신체 부위의 접촉 지점에서 광 가이드로부터 자연스럽게 광이 추출될 것이다. 검출되는 신체 부위가 광 가이드(32)로부터 이격되는 경우, 광 가이드(32)는, 광을 위쪽으로 향하게 하고 광을 믹스하는 몰딩된 마이크로-반사기(프리즘)와 같은 광 추출 피처를 가질 수 있다. 백라이트용 광 가이드에서 이러한 분산형 마이크로-반사기를 사용하는 것은 공지되어 있다. 따라서, 활성화된 LED로부터의 광은 광 가이드 표면과 접촉하거나 또는 이에 근접하는 신체 부위 내로 상방으로 실질적으로 균일하게 방출될 수 있다. 광 가이드(32)에 의해 하방으로 방출되는 광은 거의 혹은 전혀 없다. 광 가이드(32)의 대부분은 투명해서, 본체 부분으로부터 반사되는 광이 광 가이드(32)를 통과한다. 광 가이드를 사용하는 이러한 디자인은 IR LED 및 광 검출기를 디스플레이 픽셀 LED와 함께 디스플레이 스크린에 통합하는 것에 비해 상대적으로 저렴하다. 또한, 광 검출기 어레이의 해상도는 임의의 디스플레이 픽셀 어레이와는 독립된 것으로, 따라서 더 높은 해상도로 만들어 질 수 있다.When the body part directly contacts the
옵틱(34)은, 신체 부위를 향해서 특정 거리로부터만 반사된 광을 광 다이오드 어레이(38)로 포커싱하는 포커싱 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 옵틱(34)은 신체 부위로부터의 입사광을, 광 가이드에 수직인 좁은 각으로만 한정해서 크로스-토크를 감소시키고 분석되는 신체 부위의 피처를 보다 잘 매핑할 수 있다. 광 다이오드 어레이(38)는 CMOS 이미지 센서, CCD 이미지 센서, 또는 임의의 다른 이미지 센서일 수 있다.The
광 다이오드 어레이(38)에 직접 광이 충돌하는 것을 차단하기 위해서 차광벽(40)이 사용될 수도 있다. 이 모듈은 LED로부터 열을 감쇄시키기 위한 불투명 열 도전성 용기(42)를 포함할 수 있다. 도 1의 제어 전자 장치는 모듈에 부착될 수도 있고 분리될 수도 있다. 이 모듈은 인쇄 회로 기판에 납땜하기 위한 접촉 패드를 구비할 수 있다.The
도 5는, 도 4의 모듈이, 스마트 폰 또는 다른 장치의 투명한 표면층과 같은 보호 투명 커버(44)와 부착되는 것을 나타낸다. 5 shows that the module of FIG. 4 is attached with a protective
이하 상세하게 설명하는 바와 같이, 도 2의 IR 발광기는 디스플레이 픽셀 어레이에서 제거되고 디스플레이 유리에 모서리-연결될 수 있다. IR 광은 디스플레이 유리와 직접 접촉하는 피부 조직(예를 들어, 손가락)을 만날 때까지 TIR에 의해 디스플레이 유리 내에서 균일하게 확산된다. 접촉 지점에서, 광은 피부 조직에 의해 반사/흡수되고 디스플레이 픽셀 어레이 내에 분포된 광 다이오드(14)에 의해 검출될 것이다. 따라서, 신체 부위는 검출을 위해 임의의 방향으로 디스플레이 유리의 임의의 부분에 터치할 수 있다.As will be described in detail below, the IR emitter of FIG. 2 can be removed from the display pixel array and edge-connected to the display glass. The IR light is uniformly diffused within the display glass by TIR until it encounters skin tissue (eg, a finger) in direct contact with the display glass. At the point of contact, the light will be reflected/absorbed by the skin tissue and detected by the
도 6에 도시된 바와 같이, 일체형 센서 모듈 또는 독립형 센서 모듈은, 광 가이드(32)를 지나서 또는 그 주위를 연장되거나 또는 모듈 외부에 위치되지만 모듈에 전기적으로 접속된 하나 이상의 전극(48, 50)을 더 포함할 수 있으며, 이로써 사용자는 전기적으로 모니터될 수 있다. 예를 들어, 이러한 전극(49, 50)은 사용자의 심전도(ECG 또는 EKG) 또는 생체 임피던스를 검출하는데 사용될 수 있다. ECG 신호는, ECG 신호의 형태에 의해서 결정되는, 심박수나, 임박한 의학적 상태 또는 실제 의학적 상태를 결정하기 위해 별도로 사용될 수 있다. 다른 방안으로, ECG는 혈압 및 기타 의학적으로 중요한 지표를 결정하기 위해 광학적으로 유도된 광용적맥파(PPG)와 함께 사용할 수 있다. 생체 임피던스는 수분, 지방 함량 또는 기타 생체 신호를 결정하는 데 사용될 수 있다. 근육 활동은 또한 전기적으로 모니터될 수 있다. 이러한 모든 모니터는 단일 모듈로 결합될 수 있다.As shown in FIG. 6, the integrated sensor module or standalone sensor module may include one or
ECG 신호는 생체 인증 서명으로도 사용될 수 있다. The ECG signal can also be used as a biometric signature.
따라서 생체 인증은 지문, 혈관 영상 또는 ECG와 같은 단일 양상을 통해; 또는 여러 양상의 조합을 통해; 다중 인자 인증의 형태를 통해 수행될 수 있다. 모든 생체 인증 이벤트가 오긍정(false positive) 및 오부정(false negative)의 형태로 에러가 발생할 수 있으므로, 다중 인자 생체 인증을 사용하면 생체 인증의 정확성을 높일 수 있다. 예를 들어, 다중 인자 생체 인증 방식은 2개의 인자의 긍정 인증 및 제3 인자의 2개의 인자 및 거절된 인증을 포함하는 인증 이벤트를 확인하도록 구성될 수 있으며, 따라서 보안을 감소시키기는 하지만, 오부정으로 인해서 사용자가 시스템에 잠겨질(locked-out) 가능성을 감소시키는 반면, 적어도 2개의 인자가 인증될 것을 요청함으로써 오긍정 및 스푸핑에 대한 보안을 증가시킬 수 있다. 다른 방안으로, 서로 다른 양상이 서로 다른 인증 시간을 갖는 것을 고려하면, 다중 인자 인증 방식은 단일의 빠른 인증 인자에 기초해서 제 1의 빠른 낮은 보안 인증을 제공하고, 추가적인 더 느린 인증 요소를 수집해서 처리하는데 필요한 연장된 기간 동안에 증가된 보안 인증의 하나 이상의 후속 레벨을 제공하도록 구성될 수 있다.Thus, biometric authentication can be accomplished through a single aspect such as fingerprint, vascular imaging or ECG; Or through a combination of aspects; It can be performed through a form of multifactor authentication. Since errors may occur in the form of false positives and false negatives in all biometric authentication events, the accuracy of biometric authentication can be improved by using multifactor biometric authentication. For example, the multifactor biometric authentication scheme may be configured to confirm authentication events including positive authentication of two factors and two factors of third factor and rejected authentication, thus reducing security, but not While reducing the likelihood that the user will be locked-out due to negatives, it is possible to increase security against false positives and spoofing by requesting that at least two factors be authenticated. Alternatively, considering that different aspects have different authentication times, the multifactor authentication scheme provides a first fast low security authentication based on a single fast authentication factor, and collects additional slower authentication factors. It may be configured to provide one or more subsequent levels of increased security authentication over an extended period of time required to process.
도 7에 도시된 바와 같이, 모듈은 일체화된 가스 검지 요소(54)가 더 보강될 수 있다. 대신에 가스 검지 요소(54)는 별개의 인접 장치일 수도 있다. 적절한 전기 화학 검지 요소와 같은 높은 특이성, 높은 방향성의 가스 센서를 사용하는 것은, 개가 인간의 질병 냄새를 맡을 수 있는 것처럼, 현재 의학적 상태 혹은 임박한 의학적 상태를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 데이터는 별도로 사용될 수도 있고, 혹은 데이터가 해석될 수 있는 더 완벽한 정황을 제공하기 위해서 전술한 광학 데이터 및 전기 데이터와 함께 사용될 수도 있으며, 이로써 의학 진단 또는 일반 헬쓰/건강 진단을 (통계적으로) 더 정확하게 할 수 있다. As shown in FIG. 7, the module may be further reinforced with an integrated
보완적인 가스 검지 요소(54)를 사용하는 것은 또한 생체 인증 어플리케이션에 사용될 수도 있다. 지문 스푸프 샘플은 목재, 접착제, 퍼티(putty), 아세테이트 시트 등과 같은 유기 물질에 지문 재생하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 특히 형성 또는 경화 직후에 주로 휘발성 유기 화합물을 방출한다. 나아가, 인간은 모두 피부와 땀을 통해 VOC(volatile organic compound)을 방출한다. 따라서 접촉 지점에서의 가스 환경이 생체 인증 이벤트와 실질적으로 동시에 샘플링되는 접촉 지문이나 근접 지문 또는 기타 생체 인증 이벤트는, 스푸핑 소재 또는 직접 피부의 존재를 "냄새 맡을" 기회를 갖는다. 나아가, 가스 검지 요소에 충분한 해상력이 존재하는 경우에는, 어느 한 개인에 의해 방출되는 VOC(그 사람의 "냄새")의 특정한 비율이 충분히 구별될 수 있으므로, 다른 생물학적 식별 요소 또는 양식으로 사용될 수 있다. 이러한 검지 방식은, 실제 인간 손가락(23)의 존재를 검출하는 가스 검지 요소(54)와 함께 지문 및/또는 혈관 위치에 의한 광 흡수를 검지하는 광 다이오드 어레이(38)로, 도 7에 도시된다.Using a complementary
일체형 센서 모듈 또는 독립형 센서 모듈은 소형 라인 스캐너(단일 또는 좁은 픽셀 라인)로서 배열되고, 이에 대해서 손가락이 물리적으로 스캔 혹은 스와이프될 수 있다. 이는 센서 풋프린트는 감소시키면서도 손가락 또는 다른 신체 부위의 확장된 부분을 스캔할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 독립형 센서 모듈의 경우, 풋프린트가 감소됨으로써, 핸드폰, 시계 및 기타 웨어러블 같은 공간 제한형 플랫폼을 용이하게 설계할 수 있으며 모듈 비용을 절감할 수 있다. 손가락의 스와이핑 동작을 통해서, 소형 폼 팩터 센서가 신체 조직의 확장된 범위를 조사할 수 있게 된다. 신체 조직의 확장된 범위를 검지할 수 있다는 것은, 생체 메트릭 마커가 가장 강한 혹은 가장 명확하게 정의된 특정 조직 영역에서 특정 생체 인증 및 생체 메트릭 마커가 샘플링될 수 있다는 이점을 제공한다. 예를 들어, 전통적인 지문을 획득하려는 경우, 단부의 지골(phalange) 상의 조직이 표피 특성(능선과 계곡)이 풍부한 영역이기 때문에 이를 스캔하면 가장 유용한 정보를 얻을 수 있다. 다른 한편으로, 손가락 정맥 식별 데이터와 같은 고유한 피하 정보를 캡쳐하는 것은 정맥이 큰 중간 지골 상에서 가장 성공적일 수 있으며, 따라서 생체 인증 이벤트 동안에, 검출이 용이하고, 손가락이 센서 모듈에 접촉함으로써 손가락에 가해지는 압력의 충격을 덜 받는다. 따라서, 광학 생체 인증 라인 스캐너는, 손가락이 그 위에서 스캐닝될 때 단부 지골로부터는 지문 데이터를 최적으로 캡쳐하고 중간 지골로부터는 손가락 정맥 식별 데이터를 최적으로 캡쳐하도록 구성될 수 있다. 이 모듈 또한 모듈 상의 손가락의 통과를 검지하고, 센서가 지골 사이 관절 중 하나의 아래를 통과할 때, 조명 소스 또는 초점 길이를 변경하는 것과 같이, 손가락 스캔 동안 모듈의 동작을 변경할 수 있다.The integrated sensor module or the standalone sensor module is arranged as a small line scanner (single or narrow pixel line), for which a finger can be physically scanned or swiped. This may provide the advantage of being able to scan an enlarged portion of a finger or other body part while reducing the sensor footprint. In the case of a standalone sensor module, the footprint is reduced, so that space-limited platforms such as cell phones, watches and other wearables can be easily designed and module costs can be reduced. Through the swiping motion of a finger, a small form factor sensor can be used to investigate an extended range of body tissue. Being able to detect an extended range of body tissue provides the advantage that specific biometric and biometric markers can be sampled in a specific tissue area in which the biometric marker is the strongest or the most clearly defined. For example, in the case of obtaining a traditional fingerprint, the most useful information can be obtained by scanning the tissue on the phalange at the end because it is an area rich in epidermal characteristics (ridges and valleys). On the other hand, capturing unique subcutaneous information, such as finger vein identification data, can be most successful on the middle phalanx with large veins, so during biometric authentication events, it is easy to detect and the finger touches the sensor module to It is less impacted by the applied pressure. Thus, the optical biometric authentication line scanner can be configured to optimally capture fingerprint data from an end phalanx and finger vein identification data from an intermediate phalanx when a finger is scanned thereon. This module can also detect the passage of a finger on the module and change the behavior of the module during a finger scan, such as changing the illumination source or focal length when the sensor passes under one of the interphalangeal joints.
라인 어레이 센서는 또한 편평한 커버 유리 혹은 곡선형 커버 유리의 위나 뒤에 형성될 수 있으며, 이 유리의 곡선은 손가락 또는 손목의 곡선과 거의 일치한다. 이후, 이 센서는 반지 또는 시계와 같은 웨어러블 장치에 통합될 수 있으며, 네트워크화된 경우에는, 사용자의 생체 인증을 제공하는 웨어러블 장치로서 사용될 수 있다. 이러한 장치는 일회용 생체 인증 이벤트를 수행할 수 있다. 이후에 센서 어레이를 지속적으로 또는 주기적으로 폴링(pole)하여 웨어러블 장치가 제거되지 않았으며 사용자가 아직 생존하고 있는지 확인할 수 있다. 이후에 웨어러블 장치는 임의의 후속 생체 인증 이벤트를 수행하지 않고도 사용자가 생체 인증을 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 이후, 이 장치는 빠른 사용자 인증을 용이하게 하기 위해서, 예를 들어 전화기, 신용 카드 지불 시스템, ATM, 자동차, 문, 데이터 볼트(data vault) 등과 무선으로 네트워크화될 수 있다. 이러한 양상은 생체 인증 이벤트가, 다수의 심박이 캡쳐되어야 하는 ECG 신호의 분석을 포함하는 경우처럼, 장기 이벤트를 포함하는 경우에 특히 유용하다. The line array sensor can also be formed on or behind a flat cover glass or curved cover glass, the curve of which closely matches the curve of the finger or wrist. Thereafter, this sensor may be integrated into a wearable device such as a ring or a watch, and in the case of networked, it may be used as a wearable device providing biometric authentication of a user. Such a device can perform a one-time biometric authentication event. After that, it is possible to check whether the wearable device has not been removed and the user is still alive by polling the sensor array continuously or periodically. Thereafter, the wearable device can confirm that the user maintains the biometric authentication without performing any subsequent biometric authentication event. Thereafter, the device can be wirelessly networked to facilitate fast user authentication, for example, a telephone, a credit card payment system, an ATM, a car, a door, a data vault, and the like. This aspect is particularly useful when the biometric authentication event includes a long-term event, such as when the biometric authentication event involves analysis of an ECG signal in which a number of heartbeats must be captured.
도 8에 도시된 바와 같이, 일체형 센서 모듈 또는 독립형 센서 모듈로부터의 신호는 일체화된 혹은 분리된 인접 접촉식 또는 비접촉식 온도 센서(58)로부터의 데이터로 더 보강될 수 있다. 낮은 청색(적색 또는 IR) 필터(60)가 센서(58)를 커버할 수 있다. 온도 데이터는 독립형 생체메트릭으로서 사용될 수도 있고 혹은 다른 생체 메트릭이 해석되는 추가 정황을 제공하는데 사용될 수 있다.As shown in FIG. 8, the signal from the integrated sensor module or the standalone sensor module may be further augmented with data from an integrated or separate adjacent contact or
도 9는 제어 회로 및 광 다이오드가 센서 칩(62)에 일체화되고, 보다 정밀한 포커싱을 위해서 포커싱 옵틱(64)이 광 다이오드 어레이 상에 직접 형성되는, 실시예를 도시한다. 이 포커싱은, 광 가이드(32)와 접촉하는 신체 부위 내의 일정한 거리 내에 있을 수 있다. 모서리에 연결된 LED 광원(30)도 도시되어 있다. 결과적인 모듈은 매우 얇아서 다양한 응용 분야에 쉽게 포함된다.9 shows an embodiment in which the control circuit and the photodiode are integrated into the
도 10은, 도 9의 센서 칩(62) 및 옵틱의 일 실시예의 평면도이다. 배열된 광 다이오드(14)의 그룹에 플렌옵틱(plenoptic) 렌즈가 중첩되고, 각각의 광 다이오드(14)를 마이크로 렌즈(66)가 덮을 수 있다. 광 다이오드(14) 사이의 피치는 0.25mm 미만으로 소형인 콤팩트한 어레이를 형성할 수 있다. 이 방식에서, 각각의 플렌옵틱 렌즈(68) 하의 광 다이오드 어레이(14)(검출기 픽셀)는 0.25mm의 분해능을 갖는 하나의 매크로 픽셀을 생성한다. 각각의 광 다이오드(14) 상의 각각의 마이크로-렌즈(66)는 광 캡쳐를 향상시키고 방향성을 제공할 수 있다. 이 예에서 각 플렌옵틱 렌즈(68)는 약 16개의 광 다이오드(14) 상에 배치될 수 있다. 플렌옵틱 렌즈(68)는 다양한 깊이로 포커싱될 수 있고, 신체 부위로부터의 반사광에 관한 더 많은 정보를 수집하도록 방향이 결정될 수 있다. 다양한 렌즈는, 투명 시트를 몰딩하고 광 다이오드 어레이 상에 시트를 적층함으로써 형성될 수도 있고 혹은 광 다이오드 어레이 상에 직접 몰딩함으로써 형성될 수도 있다. 간략하게 하기 위해서 반구형 렌즈(68)가 도시되어 있지만, 이 렌즈는 포커싱에 적합한 임의의 형상일 수 있다. 임의의 광 가이드 유리의 뒷면에 칩이 부착될 수 있다. 다른 실시예에서, 옵틱은 간극을 두고 광 다이오드 어레이로부터 이격된다. 주변 광을 검출하기 위해서 플렌옵틱 렌즈(68)의 외부에 기준 광 다이오드(69)가 위치될 수 있다. 소형화 및 신호 대 잡음비 개선을 위해서, 검출된 신호를 처리하기 위한 시스템 로직(70)이 광 다이오드 어레이와 동일한 칩 상에 형성된다. 이 로직은 아날로그-디지털 변환기 및 디지털 처리 회로를 포함할 수 있다.10 is a plan view of the
도 11은 LED 광원(72)이 보강된 도 10의 모듈을 도시한다. 전술한 바와 같이, 광원(72)은 광 다이오드 어레이 상에 광을 확산시키기 위해 상부의 광 가이드에 광을 주입할 수 있다. 신체 부위로부터 반사되는 광은 광 가이드를 통해 광 다이오드 어레이로 되도록아간다. 다른 실시예에서, 모듈이 작을 수 있기 때문에(예를 들어, 2×2cm 미만) 광 가이드가 필요하지 않고, LED 광원(72)으로부터의 광은 신체 부위 내에서 산란되어 광 다이오드 어레이로 반사된다. 11 shows the module of FIG. 10 to which the
LED 성능은 시간이 지남에 따라 저하되기 때문에, 광 다이오드(14)는 LED 광 출력을 베이스라인에 대해서 비교해서 피드백을 LED 활성화 회로에 제공하여 베이스라인 성능을 달성하는데 사용될 수 있다.Since LED performance degrades over time,
전술한 실시예가 광대역 검출기의 어레이가 협대역 방출기와 함께 수행하는 분광 분석을 포함하지만, 그 기능은, 광학 필터를 그 위에 또는 이들의 광학 경로에 구비하고 있는 검출기와 같은 파장 특정 검출기를 인광 변환(phosphor-converted) 백색 LED와 같은 광대역 이미터와 함께 사용해서 구현될 수도 있다. Although the above-described embodiments include spectral analysis performed by an array of broadband detectors with a narrowband emitter, its function is to perform phosphorescence conversion of a wavelength specific detector, such as a detector having an optical filter thereon or in their optical path. It can also be implemented with broadband emitters such as phosphor-converted) white LEDs.
도 12는 본 명세서에서 설명되는 모듈의 다양한 가능한 용례를 나타낸다. 12 shows various possible applications of the modules described herein.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 다양한 모듈에 의해 수행되는 기본 단계를 나타내는 흐름도이다.13 is a flowchart illustrating basic steps performed by various modules according to an embodiment of the present invention.
단계 80에서, 광 검출기 어레이에 대해 LED 디스플레이 패널, 광 가이드 패널 또는 다른 광원이 배치되어서 생체-센서를 형성한다.In
단계 82에서, 생체-센서의 출력 윈도우는 분석을 위해 신체 부위에 의해 터치된다. 신체 부위가 출력 윈도우 위에 있는 시점을 검출해서 이미지 검출 프로세스를 시작하기 위해서, 장치에 터치 센서 또는 광 셰도우 센서가 포함될 수 있다.In
단계 84에서, LED가 활성화되어서 신체 부위에 소망의 파장을 인가하고, 지문 검출, 혈관 검출, 맥박 등에 대해서 신체 부위에 의한 로컬화된 광 흡수를 검출한다. LED는 동시에 활성화될 수도 있고 또는 순차적으로 활성화될 수도 있다. LED가 순차적으로 활성화되면, 광 검출기는 선택적으로 판독되어, 활성화된 LED에 근접한 신체 부위 내의 위치와 광의 흡수를 보다 양호하게 연관시킬 수 있다. 순차 조명은 임의의 패턴으로 행해질 수 있다. In
단계 86에서, 어레이에 걸쳐서 검출되는 광의 상대적 크기를 검출하기 위해서 열 및 행 등으로 광 검출기 어레이로부터의 신호가 스캐닝되어서, 신체 부위에 의한 광 흡수의 상세한 이미지를 효과적으로 획득한다.In
LED가 순차적으로 활성화되는 경우, 이 방법은 각각의 활성화 이후에 단계 84로 돌아가서 부가적인 공간 흡수 데이터를 제공한다. If the LEDs are activated sequentially, the method returns to step 84 after each activation to provide additional spatial absorption data.
단계 88에서, 원시 데이터는 모듈의 프로세서에 의해 처리되어 사용자의 인증, 의료 분석 등과 같은 결과를 획득한다.In
이하, 광 검출기 및 광원이 디스플레이 영역의 외부에 위치하여 디스플레이 부분 자체에 영향을 미치지 않는 실시예를 포함한 다양한 다른 실시예가 개시된다. 따라서, 디스플레이 부분은 일반적으로 종래의 것일 수 있다. 광 검출기는 디스플레이 스크린을 덮는 것과 동일한 유리로 덮여 있다. 바이오 센서 기능을 위해 방출된 광은 디스플레이의 모서리 부분 또는 디스플레이 부분과 이격된 광원으로부터 나온 것일 수 있다.Hereinafter, various other embodiments including an embodiment in which the photo detector and the light source are located outside the display area and do not affect the display portion itself are disclosed. Thus, the display portion may generally be conventional. The photo detector is covered with the same glass that covers the display screen. The light emitted for the biosensor function may be from a corner portion of the display or a light source spaced apart from the display portion.
또한, 디스플레이 부분에 투명한 부분이 분산되어 있고, 이를 신체 부위에 의해 반사된 광이 통과해서 아래에 있는 광 검출기 어레이에 의해 검출되는 실시예가 설명된다.Further, an embodiment in which transparent portions are dispersed in the display portion, and the light reflected by the body portion passes through and detected by the photo detector array below, will be described.
도 14 내지 도 18은 일체형 디스플레이 및 광학 센서를 도시하며, 여기서 센서는 디스플레이 부분으로부터 측방향으로 이격되지만 동일한 디스플레이 유리 또는 커버 유리를 사용한다. 디스플레이 영역(90)은 적색, 녹색 및 청색 픽셀의 어레이를 포함하며 이는 어드레싱되어서 임의의 이미지를 디스플레이한다. 이 장치는 스마트폰 디스플레이일 수 있다. 디스플레이 영역(90)은 얇은 디스플레이 유리(92)(또는 다른 타입의 광 통과 패널)에 의해 덮여지며, 이는 터치 스크린 센서 층을 포함할 수 있다. 14-18 show an integrated display and an optical sensor, where the sensor is laterally spaced from the display portion but uses the same display glass or cover glass. The
디스플레이 영역(90)의 활성 영역은 미학적 목적으로 흑색 잉크(94)로 둘러싸여 있다. 잉크는 일반적으로 검정색이지만 임의의 색상이 될 수 있다.The active area of the
디스플레이 영역(90)에 센서 영역(96)이 인접하며, 이는 동일한 유리(92)를 사용한다. 흑색 잉크(94)가 IR에 불투명한 경우, 센서 영역(96)은 잉크로 덮혀 있지 않거나 또는 IR을 통과시키는 IR 잉크(98)로 덮여있다. IR 잉크(98)는 흑색으로 보일 수 있다.A
도 16에 도시된 바와 같이, IR 잉크를 통과하는 광을 검출할 수 있도록 광 다이오드 다이와 같은 하나 이상의 광 검출기 소자(100)가 IR 잉크(98) 아래에 탑재된다. IR LED와 같은 IR 발광기(102)가 활성화되어서 센서 영역(96) 위의 유리(92)와 접촉하는 신체 부위에 광을 조사한다. 검출될 생물학적 특성에 따라서 센서 영역(96)에 적색과 같은 다른 파장 LED가 있을 수도 있다. 신체 부위가 손가락이라고 가정하면, IR 광 또는 적색 광은 손가락의 표면으로부터는 부분적으로 반사되고, 손가락 특히 지문의 돌출부가 유리(92)와 접촉하는 부분으로 들어간다. 전술한 바와 같이, 광의 일부는 혈액 및 혈관에 의해 흡수되거나 혹은 혈액 내의 특정 성분에 의해 흡수되며, 흡수의 패턴이 검출된다.As shown in FIG. 16, one or more
다른 실시예에서, 센서 영역(96)에 의해 방출된 광은 백색광일 수 있고, 검출기 소자(100)가 센서 영역(96)의 전방에 있는 신체 부위 또는 인쇄된 코드를 포함하는 임의의 물체로부터의 백색 광의 반사의 이미지를 검출한다. In other embodiments, the light emitted by the
검출기 소자(100) 및 IR 발광기(102)를 디스플레이 영역(90)으로부터 측방향으로 이격시킴으로써, 디스플레이 영역(90)은 센서 영역(96)에 의한 영향을 받지 않는다. 따라서, 디스플레이 영역(90)은 매우 높은 해상도의 픽셀 어레이를 가질 수 있다.By separating the
검출기의 광학 경로에 옵틱이 통합될 수 있다. 예를 들어, 옵틱은 검출기 다이 위에 몰딩되거나 탑재될 수 있다. 다른 방안으로, 옵틱은 디스플레이 유리(92) 또는 IR 잉크(98) 상에 몰딩될 수도 있고 혹은 탑재될 수도 있다. 옵틱은 또한 선택적으로 디스플레이 유리(92) 내로 에칭될 수도 있다. 유기 염료, 유전체 필터 또는 금속 유전체 필터와 같은 광학 필터가 또한 광 검출기 다이스나, 디스플레이 유리(92)나 또는 광 경로의 임의의 다른 적절한 소자 상에 직접 배치될 수 있다. 검출기는 픽셀 어레이 또는 초점 평면 어레이를 포함할 수 있다.Optics can be integrated into the optical path of the detector. For example, the optics can be molded or mounted on the detector die. Alternatively, the optics may be molded or mounted on the
도 16은 검출기 소자(100)를 보다 상세히 도시한다. 반사된 광(104)은 IR 잉크(98)를 통과해서 검출기 소자(100)에 의해 검출되며, 검출기 소자(100)는 손가락과 같은 신체 부위에 의한 광의 반사/흡수의 고해상도 이미지를 생성하기 위한 단일 검출기 소자 또는 검출기 소자의 어레이일 수 있다. 16 shows the
다른 실시예에서, 표시 영역(90) 내의 LED는 광을 공급하며, 이 광은 신체 부위로부터 반사되고, 이는 검출기 소자(100)에 도달하는 신체 부위 내에서 광의 일부 산란이 있기 때문이다. In another embodiment, the LED in the
도 14 내지 도 18의 장치의 장점은 센서 영역(96)이, 스마트폰 디스플레이일 수 있는 디스플레이 영역(90)의 구성 또는 동작에 영향을 미치지 않는다는 것이다.The advantage of the device of FIGS. 14 to 18 is that the
센서 영역(96)은 인증을 위해 사용자의 지문 및/또는 혈관 패턴을 검출하는데 사용될 수 있다.The
도 16에 도시된 바와 같이, 검출기 소자(100)에 대한 전기적 상호 접속은 IR 잉크(98) 상에 증착된 도전성 트레이스(106, 108) 및 적절한 상호 접속부(110, 112)(예를 들어, 도전성 접착제, 땜납 등)를 통해 이루어질 수 있다. 이와 달리, 도전성 트레이스(106/108)는 유리(92) 상에 직접 증착될 수 있고, 패터닝된 IR 잉크(98)가 그 위에 증착될 수 있다. 도전성 트레이스(106/108)는 예를 들어 도전성 산화물, 도전성 유기 물질, 반도체, 금속 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상호 접속부(110/112)는 예를 들어 땜납, 금속, 도전성 페이스트, 도전성 필름 또는 이방 도전성 소자를 포함할 수 있다. 검출기 소자(100)는 독립형 광 수용기 또는 그 2차원 어레이 또는 선형 어레이를 포함할 수도 있고, 아날로그 전자 회로 및 선택적인 아날로그-디지털 변환기를 가진 광 다이오드와 같은 하나 이상의 광 수용기 소자, 디지털 제어 로직, 디지털-아날로그 회로 및 프로세싱 회로를 통합하는 소자를 포함할 수도 있다. 검출기 소자(100)는 CMOS 이미지 센서 또는 유사한 장치를 포함할 수 있다.As shown in Figure 16, the electrical interconnection to the
도 16에는 백 커버(113)도 도시된다.In FIG. 16, the
도 17에 도시된 바와 같이, 검출기 소자(100)에 대한 전기적 접속은 예를 들어 가요성 PCB(플렉스 회로), PCB, 리본 커넥터, 배선 어셈블리 또는 검출기 소자(100)의 이면에 접속된 임의의 다른 적절한 소자에 의해서, 유리(92)에 독립적으로 이루어질 수 있다. 이 예에는 금속 트레이스(114)가 도시되어 있다. 검출기 소자(100)의 이면에 대한 전기적 접속은 또한 스프링 커넥터 또는 다른 유사한 상호 접속 방식을 통해 이루어질 수 있다. 이러한 방식에서, 검출기 소자(100)는 BSI(back-side illuminated) CMOS 이미지 센서에서 사용되는 것과 같은 기술을 포함할 수 있다.As shown in Fig. 17, the electrical connection to the
유리(92)에는 LED 또는 VCSEL과 같은 하나 이상의 발광 장치도 탑재될 수 있다. 유사한 방식으로 발광 장치 및 검출기 소자(100)가 유리(92)에 탑재될 수 있다. 발광 장치의 광학 경로에는 옵틱이 통합될 수 있다. 예를 들어, 옵틱은 발광기에 몰딩될 수도 있고 탑재될 수도 있다. 다른 방안으로, 옵틱은 디스플레이 유리(92) 또는 IR 잉크(98) 상에 몰딩될 수도 있고 혹은 탑재될 수도 있다. 옵틱은 또한 선택적으로 디스플레이 유리(92) 내로 에칭될 수 있다. 유기 염료, 유전체 필터 또는 금속 유전체 필터와 같은 광학 필터가 또한 광 검출기 다이스나, 디스플레이 유리나 또는 광 경로의 임의의 다른 적절한 소자 상에 직접 배치될 수 있다. 이 경우, 광은 IR 잉크(98)를 통해 발광 장치로부터 방출되고 디스플레이 유리(92) 위에 있거나 또는 이에 접촉하는 부분 반사체(사용자의 얼굴, 손 또는 손가락과 같은)에 입사된다. 도 18에 도시된 바와 같이, IR 발광기(102)로부터 방출된 광(117)은 신체 부위(116)로부터 반사되어 와서(광선(118)), 검출기 소자(100)에 의해 검출된다. 다른 방안으로, 디스플레이 자체가 발광기로서 사용될 수 있고, 검출기 소자(100)는 디스플레이로부터의 반사광을 간단히 검출할 수 있다.One or more light emitting devices such as LEDs or VCSELs may also be mounted on the
전술한 예는 IR 잉크(98) 뒤에 위치된 검출기 소자(100)를 포함하지만, 검출기 소자(100)는 잉크가 없을 때 유리(92) 상에 위치될 수도 있다.The above example includes the
방출된 광이 검지 방식의 일부여야 하는 위의 예에서, 발광기를 켜고 끄는 시점에서의 이중 상관 샘플링을 통해 반사되는 신호와 배경 조명을 구별하는 것을 도울 수 있다.In the above example where the emitted light should be part of the detection scheme, it can help to differentiate the reflected signal from the background light through double correlation sampling at the point of turning the emitter on and off.
도 19 및 도 20은, 부분-투명 OLED 디스플레이와 같은 부분 투명 디스플레이(119)를 도시하며, 여기에는 이면 유리판(120) 상과 같은, 디스플레이(119)의 이면에 하나 이상의 광 검출기 소자(100)가 탑재되어 있다. 디스플레이(119)는 도 20에 도시된, 의도적으로 투명한 영역(121)의 어레이('투명한 화소')를 포함하며, 그 목적은 디스플레이(119)를 통한 광학 경로를 제공하여 부분적으로 투명하게 만드는 것이다. 이 예에서, 검출기 소자(100)는 부분-투명 디스플레이(119)의 후방에 탑재된 광 다이오드 또는 다른 광 검출기의 어레이일 수 있으며, 이는 검출기 어레이 내의 감광성 소자가 부분 투명 디스플레이(119)의 투명 영역(121) 바로 아래에 놓이는 방식으로, 부분적으로 투명한 디스플레이(119)의 픽셀 어레이에 선택적으로 정렬된다. 신체 일부(16)에서 반사되는 광은, 디스플레이 화소(124) 또는 전용 발광기(102)로부터 나온 것일 수 있다. 도 19에서, 광선(125)은 전용 발광기(102)에 의해 방출되는 것으로 도시되고, 도 20에서는 적색 픽셀(124)에 의해 방출된 광선(126)이 도시된다. 반사되는 광(127)은 검출기 소자(100)에 의해 검출되는 것으로 도시된다.19 and 20 illustrate a partially
검출기 소자(100)의 광학 경로에 옵틱이 통합될 수 있다. 예를 들어, 옵틱은 검출기 다이에 몰딩될 수도 있고 혹은 검출기 다이에 탑재될 수도 있다. 다른 방안으로, 옵틱은 이면 유리판(120) 상에 몰딩될 수도 있고 혹은 탑재될 수도 있으며, 혹은 에칭되거나 여기에 패터닝될 수도 있다. 유기 염료, 유전체 필터 또는 금속 유전체 필터와 같은 광학 필터는 광 검출기 다이나, 디스플레이 유리나 또는 광 경로의 다른 적절한 요소에 직접 배치될 수도 있다. 검출기 소자(100)는 픽셀 어레이 또는 초점 평면 어레이를 포함할 수 있다.Optics may be incorporated into the optical path of the
광원으로서 임의의 디스플레이 소자가 사용될 수 있으며, 신체 부위로부터 반사되는 광은 검출기 소자(100)에 의해 검출될 수 있다. 각각의 디스플레이 화소 영역에는 투명 영역(121)에 인접해서 적색, 녹색 및 청색 LED(124)(RGB로 표시됨)가 도시되어 있다. 전형적으로 적색, 녹색 및 청색 어레이 픽셀을 포함하는 디스플레이 픽셀 어레이 자체는, 선택적으로 적외선 방출 픽셀, 자외선 방출 픽셀 또는 임의의 다른 적절한 파장의 방출 픽셀을 포함하도록 강화될 수 있다. 이러한 방식에서, 적외선, 자외선 또는 다른 적절한 파장 범위로 발광하는 OLED 물질이 사용될 수 있다. 마이크로-LED 디스플레이의 경우, 예를 들어 AlxInyGazP 및 AlxGayN 각각으로 형성된 적외선 LED 및 자외선 LED는 적색, 녹색 및 청색 LED 픽셀 어레이의 일부로서 통합될 수 있으며, 이들 동일한 물질 또는 다른 화합물 반도체 합금에 의해 다른 적절한 파장이 생성될 수 있다.Any display device may be used as the light source, and light reflected from the body part may be detected by the
이와 달리, 하나 이상의 개별 광학 발광기(102)가 부분적으로 투명한 디스플레이(119) 뒤에 탑재될 수 있다. 이들 발광기(102)로부터의 광은 부분 투명한 디스플레이(119)를 통해 전송되고, 외부의 신체 부위(116)에서 반사되어 검출기 소자(100)에 의해 검출될 수 있다. 옵틱이 발광기(102)의 광학 경로에 통합될 수도 있다. 예를 들어, 광학은 발광기 다이 상에 몰딩될 수도 있고 탑재될 수도 있다. 다른 방안으로, 옵틱은 이면 유리판(120) 상에 몰딩될 수도 있고 혹은 탑재될 수도 있으며, 혹은 에칭되거나 여기에 패터닝될 수도 있다. 유기 염료, 유전체 필터 또는 금속 유전체 필터와 같은 광학 필터가 광 검출기 다이, 디스플레이 유리 또는 광 경로의 다른 적절한 소자에 직접 배치될 수도 있다.Alternatively, one or more individual optical
이와 달리, 도 14의 설계와 유사하게, 디스플레이의 측면을 따라 별개의 발광기가 탑재될 수도 있다. 이들 별개의 발광기는 적외선 발광기, 자외선 발광기, 또는 예컨대, LED 또는 형광체로 변환된 LED와 같은 임의의 적절한 파장의 발광기를 포함할 수 있다. 이와 달리, 카메라 플래시, 표시기 LED, 다른 광통신 링크에 통합된 광원이나 또는 임의의 다른 광원과 같은, 최종 제품 내의 별개 발광기가 조명 소스로서 사용될 수 있으며, 이로써 근접한 신체로부터 반사된 신호가 검출될 수 있다. 나아가, 전술한 바와 같이, 광원은 디스플레이 유리에 에지 연결될 수 있고, 디스플레이 유리는 신체 부위와 디스플레이 유리의 접촉점에서 벗어날 때까지 내부적으로 TIR에 의해서 광을 확산시킨다.Alternatively, similar to the design of FIG. 14, separate light emitters may be mounted along the side of the display. These separate light emitters may include infrared emitters, ultraviolet emitters, or emitters of any suitable wavelength, such as, for example, LEDs or LEDs converted to phosphors. Alternatively, a separate light emitter in the final product, such as a camera flash, an indicator LED, a light source integrated in another optical communication link, or any other light source, can be used as the illumination source, whereby a signal reflected from a nearby body can be detected. . Further, as described above, the light source may be edge-connected to the display glass, and the display glass internally diffuses light by TIR until it leaves the contact point of the body part and the display glass.
도 21은 AMOLED 디스플레이와 같은 디스플레이(130) 내의 단일 픽셀을 나타내고 있으며, 이는 LPTS(low-temperature polycrystalline silicon), 비정질 실리콘(a-Si) 또는 결정질 실리콘에 형성된 박막 트랜지스터(TFT) 어레이(134)를 포함하는 반도체 백플레인(132)을 더 포함한다. 이러한 실시예에서, 하나 이상의 감광성 검출 소자(100)는 표면 유기 전계 발광층의 증착에 앞서 반도체 백플레인(132)에 형성된다. 검출기 소자(100)는 예를 들어 p-i-n 광 다이오드와 같은 광 다이오드를 포함할 수 있다. OLED 재료는 TFT 어레이(134) 위에 성장되거나 증착되어서 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀(135)을 형성한다. 적외선 서브 픽셀은 또한 어레이의 일부분으로 형성될 수 있다. 선택적으로 검출기 소자(100) 상에는 옵틱(136)이 형성되거나 배치될 수 있다. 이러한 옵틱은 예를 들어, 포토레지스트 리플로우 공정 또는 인쇄 공정에 의해 형성된 렌즈를 포함할 수 있다. 하나 이상의 검출기 소자(100)는 디스플레이에 직접 통합된 광 검출기 또는 검출기 어레이로서 사용될 수 있다. 광선(138)도 도시되어 있다.21 shows a single pixel in a
유기 색소, 유전체 필터 또는 금속-유전체 필터와 같은 광학 필터가 검출기 소자(100) 위에 선택적으로 통합되어서 특정 파장에 대한 감도를 가진 픽셀을 생성할 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 시안, 마젠타, 옐로우, IR 및 UV 흡수 염료가 선택적으로 상이한 검출기 소자 위에 배치되어서, 색 감지 또는 분광이 가능한 다중 픽셀 검출기를 제공할 수 있다. OLED 재료 자체는 선택적으로 광 다이오드 상에 배치될 수 있으며, 적색, 녹색 및 청색 OLED 물질은 모두 상이한 흡수 스펙트럼을 가지며, 따라서 별개의 광학 필터로서 작용한다.An optical filter such as an organic dye, a dielectric filter or a metal-dielectric filter can be selectively integrated over the
도 22는 통합된 디스플레이 및 검출기의 다른 실시예를 도시하고, 도 23은 도 22의 디스플레이/검출기의 단일 픽셀 영역을 도시한다.Figure 22 shows another embodiment of an integrated display and detector, and Figure 23 shows a single pixel area of the display/detector of Figure 22.
풀 컬러 디스플레이(140)는 LPTS, 비정질 실리콘(a-Si) 또는 결정질 실리콘에 형성된 박막 트랜지스터(TFT) 어레이를 포함하는 TFT-LCD와 같은 백플레인(142)을 포함한다. 트랜지스터는 투명 유리 기판(146)(도 23) 상에 증착된 패터닝되고 도핑된 비정질 실리콘일 수 있으며, 패터닝된 도체는 ITO와 같이 투명할 수 있다. 유리 기판(146) 상에는 박막 트랜지스터의 어레이(147)가 LCD 층(148)과 함께 형성되고, 트랜지스터(144)는 종래의 열 및 행 디코더에 의해 턴온되어서 각 LCD 픽셀을 제어하는데, 그 중 하나가 도 23에 도시된다.The
청색, 적색 및 녹색 필터와 같은 컬러 필터(150)가 LCD 층(148)의 위 또는 아래에 형성되어서 청색, 적색 및 녹색 서브 픽셀을 형성한다. 적외선 서브 픽셀은 또한 픽셀의 일부분으로 형성될 수 있다. 서브 픽셀을 보다 광학적으로 분리하기 위해 상부 디스플레이 유리(154) 상에 흑색 마스크(152)가 인쇄된다.
백플레인(142)의 디스플레이 부분은 종래의 것일 수 있다.The display portion of the
백색 백라이트(156)는 백플레인(142) 아래에 위치되고, LCD 서브 픽셀은 제어 가능한 셔터와 같이 동작하여 각 픽셀에 대해 선택된 양의 청색, 적색 및 녹색 광을 발광해서 광범위한 색 영역을 생성한다.The
일반적으로 백플레인(142)을 형성하는데 포토리소그래피가 사용되며, 매우 높은 분해능이 얻어질 수 있다.In general, photolithography is used to form the
이 디스플레이를 검출기로 보강하기 위해, 비정질 실리콘 광 다이오드와 같은 하나 이상의 광 검출기 소자(158)도 포토 리소그래피에 의해 백플레인(142) 상에 증착되고 패터닝된다. 광 다이오드는, TFT 어레이에 형성되고 추가적인 마스킹 단계를 사용해서 형성된 실리콘 트랜지스터(147)의 변형일 수 있다. TFT 어레이 및 광 다이오드는 유리 기판(146) 상의 동일한 평면에 형성될 수 있다. 기판(146) 상의 적절한 도체가 광 다이오드를 검출기 회로에 접속시킨다. 광 다이오드는 디스플레이 영역 외부에 있을 수도 있고 디스플레이 영역 전체에 걸쳐 분포될 수도 있다. 광 검출기 소자(158)는 예를 들어 p-i-n 광 다이오드와 같은 광 다이오드를 포함할 수 있다.To augment this display with a detector, one or more
도 22에 도시된 바와 같이, IR 발광기(159) 또는 다른 피크 파장 LED는 디스플레이 유리(154)의 모서리에 광학적으로 연결되며, 여기서 디스플레이 유리(154)는 IR 광(164)을 확산시켜서, IR 광(164)을 백플레인(142)으로부터 멀어지도록 광 검출기 소자(158) 상에서만 방출하는 도파관으로서 사용된다. 이 광은 전술한 바와 같이 신체 일부(116)가 디스플레이 유리(154)와 접촉하는 영역에서만 디스플레이 유리(154)로부터 추출된다. 신체 부위가 디스플레이 유리와 접촉할 필요가 없다면, 도파된 광을 추출하도록 디스플레이 유리(154)의 표면은 광 검출기 소자(158) 위에서 거칠게 될 수 있다. 디스플레이 유리는 픽셀의 디스플레이 부분 상에서 클리어할 수 있다.22, the
IR 필터(162)는 또한 디스플레이 유리(154)의 하부 표면 상에 인쇄될 수 있고, RGB 컬러 필터(150)와 동일면일 수 있다.The
도 23은 검출기용 광(168)을 제공하는 백라이트(156)를 도시한다. 그러나, 검출기용 광은 도 22에 도시된 바와 같이 디스플레이 유리(154)의 에지에 결합될 수 있다.23 shows a
선택적으로 광 검출기 소자(158) 상에는 옵틱이 형성되거나 배치될 수 있다. 이러한 옵틱은 예를 들어, 포토레지스트 리플로우 공정 또는 인쇄 공정에 의해 형성된 렌즈를 포함할 수 있다. 이 하나 이상의 광 검출기 소자는 디스플레이에 직접 통합된 광 검출기 또는 검출기 어레이로서 사용될 수 있다. 이 예시에서, 백라이트가 광 검출기 소자를 직접 조명하는 것을 차단하도록, 성장 기판과 광 검출기 소자 사이에 차광층이 통합될 수 있다.Optionally, optics may be formed or disposed on the
선택적으로, 유기 염료, 유전체 필터 또는 금속-유전체 필터와 같은 광학 필터가 검출기 픽셀에 통합되어서 특정 파장에 대한 감도를 가진 픽셀을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 시안, 마젠타, 옐로우, IR 및 UV 흡수 염료가 선택적으로 상이한 검출기 픽셀 위에 배치되어서, 색 감지 또는 분광이 가능한 다중 픽셀 검출기를 제공할 수 있다. 선택적으로, 표준 LCD 컬러 필터 재료 자체가 광 다이오드 상에 배치될 수도 있다. Optionally, an optical filter such as an organic dye, a dielectric filter or a metal-dielectric filter may be incorporated into the detector pixel to create a pixel with sensitivity to a specific wavelength. For example, red, green, blue, cyan, magenta, yellow, IR and UV absorbing dyes may be selectively disposed over different detector pixels, providing a multi-pixel detector capable of color detection or spectroscopy. Optionally, a standard LCD color filter material itself may be disposed on the photodiode.
일부 실시예에서, 검출기 픽셀이 LCD 소자 아래에 직접 배열되어서 LCD 메트릭스가 검출기 픽셀을 서텨하는데 사용될 수도 있으며, 이는 어레이에 의한 이미지의 캡쳐를 용이하게 한다. In some embodiments, the detector pixels may be arranged directly under the LCD element so that the LCD matrix may be used to subtract the detector pixels, which facilitates capture of the image by the array.
도 22에서, 디스플레이 부분은 정상적으로 동작하여 임의의 이미지 또는 명령어를 디스플레이하고, 도 22의 적외선 LED(159)는 활성화되어서 디스플레이 유리(154)가 광 검출기 소자(158)의 영역에서 IR 광을 방출하게 한다. 방출된 광은 광 검출기 소자(158)에 근접한 디스플레이 유리(154) 상에 있는 또는 이와 접촉하는 신체 부위(116)에 의해서 반사되고 흡수되며, 광 검출기 소자(158)로부터의 신호는 검출기 회로에 의해 처리되어서 지문, 혈관, 얼굴 인식, 이들의 조합 등과 같은 신체 부위(116)의 특징을 식별한다. 광 검출기 소자(158)는 원하는 해상도에 따라 임의의 수의 픽셀을 포함할 수 있다. 따라서, 검출을 위한 모든 발광은 IR LED(159)와 같은 측방 발광원에 의해 발생되므로, IR 발광기에 의해 디스플레이 픽셀 영역이 점유되지 않는다.In FIG. 22, the display portion operates normally to display any image or command, and the
유리(154)와 신체 조직의 굴절률이 유사하기 때문에 유리가 신체 조직과 접촉하는 지점에서 광이 조직 내로 전달된다. 이후 광은 감쇠되고 조직으로부터 검출기로 역산란되어서 검출기로부터 검출될 수 있다. 이 검출된 광으로부터 생체 인증 서명 또는 생체 측정 데이터가 확인될 수 있다.Since the refractive indexes of the
IR 이외의 파장이 다른 생물학적 특성, 특히 얼굴 인식을 검출하는 데 사용될 수 있다.Wavelengths other than IR can be used to detect other biological properties, especially facial recognition.
일 실시예에서, 디스플레이 부분은 종래의 이미지를 디스플레이하기 위한 고해상도일 수 있고, 검출기 부분은 디스플레이 유리 아래의 검출 부분의 위치를 식별하기 위해 저해상도 가시광 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 검출기 내의 발광 픽셀(예를 들어, RGB 또는 백색)은 검출기 영역의 윤곽을 제공하거나 사용자에 대한 간단한 명령어를 식별할 수 있다. 이러한 실시예에서, 디스플레이 부분의 픽셀은 검출 영역의 발광 픽셀과는 무관하게 작동한다. 검출기 영역 내의 발광 픽셀은 또한 검출될 신체 부위에 대한 조명 픽셀로서의 역할을 할 수 있다.In one embodiment, the display portion may be high resolution for displaying conventional images, and the detector portion may include low resolution visible light pixels to identify the location of the detection portion under the display glass. For example, a luminescent pixel (eg, RGB or white) in the detector can provide an outline of the detector area or identify simple instructions for the user. In this embodiment, the pixels in the display portion operate independently of the light emitting pixels in the detection area. The luminescent pixels in the detector area can also serve as illumination pixels for the body part to be detected.
모든 실시예에서, 도 1의 검출 회로 및 제어 회로는 장치에 통합될 수 있다.In all embodiments, the detection circuit and control circuit of Fig. 1 can be incorporated into the device.
본 발명의 특정 실시예가 도시되고 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 범주를 벗어나는 일 없이 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이며, 따라서 첨부된 청구 범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 이러한 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다. While specific embodiments of the present invention have been shown and described, those skilled in the art will understand that changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention, and the appended claims therefore fall within the true spirit and scope of the present invention. It includes all changes and modifications.
Claims (33)
광 통과 패널을 가지며, 제 1 세트의 피크 파장을 방출하는 발광 다이오드를 포함하고 풀 컬러 이미지를 표시하도록 구성된 2차원 픽셀 어레이를 포함하는 디스플레이 부분과,
상기 픽셀 어레이 내에 분산되어 있으며, 상기 광 통과 패널을 통해 광을 방출해서 상기 디스플레이 부분 위에 놓인 사람의 손가락 내의 혈액에 의해 부분적으로 반사 및 흡수되게 하도록 구성된 광원의 2차원 어레이 - 상기 광원은 상기 픽셀과 동일 평면에 있고, 적어도 상기 제 1 세트의 피크 파장 내에 있지 않은 피크 파장을 가진 광을 방출함 - 와,
상기 픽셀 어레이 내에 분산되어 있으며, 상기 손가락의 표면 및 상기 손가락 내의 상기 혈액에 의해 반사된 광을 검출하도록 배치된 광 검출기의 2차원 어레이 - 상기 광 검출기는 상기 반사된 광에 대응하는 제 1 신호를 생성하고, 상기 광 검출기는 상기 픽셀과 동일 평면에 있음 - 와,
상기 디스플레이 부분 및 상기 광원의 어레이에 연결되는 제어기 - 상기 제어기는 제 1 기간 동안 상기 디스플레이 부분 내의 픽셀을 제어해서 하나 이상의 피크 파장의 광을 방출하여 상기 손가락의 지문을 검출하고 상기 지문의 제 1 이미지를 캡쳐하도록 구성되고, 상기 광원의 어레이는 상기 제 1 기간 동안에는 광을 방출하지 않으며, 상기 제어기는 제 2 기간 동안 상기 광원의 어레이를 제어해서 상기 손가락 내의 상기 혈액을 검출하여 상기 혈액의 제 2 이미지를 캡쳐하도록 구성됨 - 와,
상기 광 검출기에 연결되며, 상기 제 1 신호를 분석해서, 상기 제 1 기간 동안은 상기 디스플레이 부분 내에서 활성화되는 상기 픽셀만을 사용해서 상기 지문을 검출하고, 상기 제 2 기간 동안은 적어도 상기 광원의 어레이에 의해 방출되는 광을 사용해서 상기 손가락 내의 상기 혈액을 검출하도록 구성된 검출 회로
를 포함하는 장치.
As a biosensor device,
A display portion comprising a two-dimensional pixel array configured to display a full color image and comprising light emitting diodes emitting a first set of peak wavelengths, having a light-passing panel,
A two-dimensional array of light sources distributed within the pixel array and configured to emit light through the light passing panel to be partially reflected and absorbed by blood in a person's finger placed on the display portion, the light source comprising the pixel and Emits light with a peak wavelength that is coplanar and is not at least within the peak wavelength of the first set-and,
A two-dimensional array of photo detectors distributed within the pixel array and arranged to detect light reflected by the surface of the finger and the blood within the finger, the photo detector receiving a first signal corresponding to the reflected light And the photodetector is coplanar with the pixel-with,
A controller connected to the display portion and the array of light sources-the controller controls the pixels in the display portion during a first period to emit light of one or more peak wavelengths to detect the fingerprint of the finger and a first image of the fingerprint And the array of light sources does not emit light during the first period, and the controller controls the array of light sources during a second period to detect the blood in the finger to obtain a second image of the blood. Configured to capture-wow,
Connected to the photodetector and analyzing the first signal to detect the fingerprint using only the pixels that are activated within the display portion during the first period, and at least the array of light sources during the second period A detection circuit configured to detect the blood in the finger using light emitted by
Device comprising a.
상기 픽셀은 적색, 녹색 및 청색 광을 생성하고,
상기 광원은 적외선 광을 생성하는
장치.
The method of claim 1,
The pixels generate red, green and blue light,
The light source generates infrared light
Device.
상기 디스플레이 부분의 각각의 픽셀은 상이한 컬러의 광을 방출하는 서브 픽셀을 포함하고,
상기 광원은 상기 서브 픽셀 중 적어도 하나를 포함하는
장치.
The method of claim 1,
Each pixel of the display portion includes a sub-pixel emitting light of a different color,
The light source includes at least one of the sub-pixels
Device.
상기 서브 픽셀은 청색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 적색 서브 픽셀을 포함하고,
상기 광원은 상기 적색 서브 픽셀 중 적어도 일부를 포함하는
장치.
The method of claim 3,
The sub-pixels include blue sub-pixels, green sub-pixels, and red sub-pixels,
The light source includes at least some of the red sub-pixels
Device.
상기 광원은 상기 디스플레이 부분의 상기 픽셀로부터 측방향으로 이격되는
장치.
The method of claim 1,
The light source is laterally spaced from the pixel of the display portion
Device.
상기 광원은 하나 이상의 발광 다이오드를 포함하는
장치.
The method of claim 1,
The light source includes one or more light emitting diodes
Device.
상기 광원은 상이한 피크 파장의 광을 방출하는 발광 다이오드를 포함하는
장치.
The method of claim 1,
The light source includes light emitting diodes emitting light of different peak wavelengths.
Device.
상기 광원은 혈관에 의해 흡수되는 파장의 광을 방출하는
장치.
The method of claim 1,
The light source emits light of a wavelength absorbed by blood vessels.
Device.
상기 손가락으로부터 반사된 광의 각도 범위를 제한하도록, 상기 광 검출기 위에 렌즈를 더 포함하는
장치.
The method of claim 1,
Further comprising a lens over the photo detector to limit the angular range of light reflected from the finger
Device.
상기 손가락 안으로의 소정 거리로부터 반사된 광만을 상기 광 검출기 상으로 포커싱하도록, 상기 광 검출기 위에 렌즈를 더 포함하는
장치.
The method of claim 1,
Further comprising a lens on the photodetector to focus only light reflected from a predetermined distance into the finger onto the photodetector.
Device.
상기 장치에 통합된 비광학(non-optical) 센서
를 더 포함하는 장치.
The method of claim 1,
Non-optical sensor integrated in the device
The device further comprising.
상기 비광학 센서는 상기 손가락이 접촉하는 전극을 포함하는
장치.
The method of claim 14,
The non-optical sensor includes an electrode contacted with the finger
Device.
상기 장치는 상기 손가락 내의 혈관을 검출하도록 구성되는
장치.
The method of claim 1,
The device is configured to detect blood vessels in the finger
Device.
상기 제어기는 상기 장치에 통합된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 광원의 활성화 및 상기 광 검출기에 의해 수광되는 상기 반사된 광의 검출을 제어하는
장치.
The method of claim 1,
The controller comprises a processor integrated in the device,
The processor controls activation of the light source and detection of the reflected light received by the photo detector.
Device.
상기 제어기는, 상기 광 검출기로부터의 데이터를 처리하고, 상기 데이터를 저장된 데이터와 비교하며, 상기 장치의 사용자의 인증을 표시하도록 구성된 프로세서를 포함하는
장치.
The method of claim 1,
The controller includes a processor configured to process data from the photo detector, compare the data to stored data, and indicate authentication of a user of the device.
Device.
상기 제어기는 프로세서를 포함하고,
상기 광원은 복수의 발광 다이오드를 포함하며,
상기 프로세서는 상기 발광 다이오드가 순차적으로 조명되게 제어하도록 구성되고,
상기 광 검출기로부터의 신호는 상기 프로세서에 의해 판독되어 처리되는
장치.
The method of claim 1,
The controller includes a processor,
The light source includes a plurality of light emitting diodes,
The processor is configured to control the light emitting diodes to be sequentially illuminated,
The signal from the photo detector is read and processed by the processor.
Device.
상기 제어기는, 상기 손가락의 광 반사 이미지를 검출해서 상기 손가락의 광의 흡수 영역을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는
장치.
The method of claim 1,
The controller includes a processor configured to detect the light reflection image of the finger to determine an absorption area of the light of the finger.
Device.
상기 제어기는 상기 광 검출기로부터의 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는 제스처를 검출하기 위해 상기 손가락의 움직임을 검출하는
장치.
The method of claim 1,
The controller comprises a processor configured to process data from the photo detector,
The processor detects the movement of the finger to detect a gesture
Device.
광 통과 패널을 가지며, 제 1 세트의 피크 파장을 방출하는 발광 다이오드를 포함하고 풀 컬러 이미지를 표시하도록 구성된 2차원 픽셀 어레이를 포함하는 디스플레이 부분과,
상기 광 통과 패널의 모서리에 인접하여 광학적으로 연결된 광원 - 상기 광 통과 패널은 상기 광원으로부터의 광을 가이드해서, 상기 광원으로부터의 광을 상기 광 통과 패널의 발광면을 통해서 방출하는 광 가이드의 역할을 하고, 상기 광원은 이미지를 생성하는 데 사용되는 상기 디스플레이 부분 내의 상기 픽셀 어레이와는 상이함 - 과,
상기 광 통과 패널과 접촉하는 사람의 손가락에 의해 반사된 광을 검출하도록 배치된 광 검출기의 2차원 어레이 - 상기 광원으로부터의 광은 상기 손가락이 상기 디스플레이 부분 상의 상기 광 통과 패널과 접촉하는 영역에서 상기 광 통과 패널로부터 추출되고, 상기 광 검출기는 상기 반사된 광에 대응하는 제 1 신호를 생성함 - 와,
상기 디스플레이 부분 및 상기 광원에 연결되는 제어기 - 상기 제어기는 제 1 기간 동안 상기 디스플레이 부분 내의 픽셀을 제어해서 하나 이상의 피크 파장의 광을 방출하여 상기 손가락의 지문을 검출하고 상기 지문의 제 1 이미지를 캡쳐하도록 구성되고, 상기 광원은 상기 제 1 기간 동안에는 광을 방출하지 않으며, 상기 제어기는 제 2 기간 동안 상기 광원을 제어해서 상기 손가락 내의 혈액을 검출하며 상기 혈액의 제 2 이미지를 캡쳐하도록 구성됨 - 와,
하나 이상의 상기 광 검출기에 연결되며, 상기 제 1 신호를 분석해서, 상기 제 1 기간 동안은 상기 디스플레이 부분 내에서 활성화되는 상기 픽셀만을 사용해서 상기 지문을 검출하고, 상기 제 2 기간 동안은 적어도 상기 광원에 의해 방출되는 광을 사용해서 상기 손가락 내의 상기 혈액을 검출하도록 구성된 검출 회로
를 포함하는 장치.
As a biosensor device,
A display portion comprising a two-dimensional pixel array configured to display a full color image and comprising light emitting diodes emitting a first set of peak wavelengths, having a light-passing panel,
A light source optically connected adjacent to the edge of the light-passing panel-The light-passing panel guides light from the light source, and serves as a light guide for emitting light from the light source through the light-emitting surface of the light-passing panel. And the light source is different from the pixel array in the display portion used to generate an image-and,
A two-dimensional array of photo detectors arranged to detect light reflected by a finger of a person in contact with the light-passing panel-the light from the light source is in an area where the finger contacts the light-passing panel on the display portion. Extracted from the light passing panel, and the photo detector generates a first signal corresponding to the reflected light-and,
A controller connected to the display portion and the light source-the controller controls the pixels in the display portion during a first period to emit light of one or more peak wavelengths to detect the fingerprint of the finger and capture a first image of the fingerprint Wherein the light source does not emit light during the first period, and the controller is configured to control the light source during a second period to detect blood in the finger and capture a second image of the blood-and,
It is connected to one or more of the photo detectors and analyzes the first signal to detect the fingerprint using only the pixels activated within the display portion during the first period, and at least the light source during the second period A detection circuit configured to detect the blood in the finger using light emitted by
Device comprising a.
상기 검출 회로는, 지문의 돌출부(crest)가 상기 광 통과 패널과 접촉하는 위치에서 지문을 검출하고, 상기 광 통과 패널로부터 광을 추출하는
장치.
The method of claim 24,
The detection circuit detects a fingerprint at a position where a crest of the fingerprint contacts the light-passing panel, and extracts light from the light-passing panel.
Device.
상기 검출 회로는 또한 상기 손가락의 혈관 패턴을 검출하는
장치.
The method of claim 27,
The detection circuit also detects the blood vessel pattern of the finger
Device.
상기 검출 회로는 상기 손가락의 지문과 혈관의 조합된 패턴을 검출하는
장치. The method of claim 28,
The detection circuit detects a combined pattern of a fingerprint of the finger and a blood vessel
Device.
상기 제어기는, 상기 제 2 기간 동안 광을 방출하도록 상기 디스플레이 부분의 하나 이상의 픽셀을 제어하면서, 상기 제 2 기간 동안 상기 광원의 어레이를 제어하여 상기 손가락 내의 상기 혈액을 검출하고 상기 손가락 내의 상기 혈액의 상기 제 2 이미지를 캡쳐하도록 구성되는
장치.
The method of claim 1,
The controller controls one or more pixels of the display portion to emit light during the second period, while controlling the array of light sources during the second period to detect the blood in the finger and Configured to capture the second image
Device.
상기 제어기는, 상기 제 2 기간 동안 광을 방출하도록 상기 디스플레이 부분의 적색 발광 픽셀과 녹색 발광 픽셀 중 적어도 하나를 제어하면서, 상기 제 2 기간 동안 상기 광원의 어레이를 제어하여 상기 손가락 내의 상기 혈액을 검출하고 상기 손가락 내의 상기 혈액의 상기 제 2 이미지를 캡쳐하도록 구성되는
장치.
The method of claim 1,
The controller controls at least one of a red light emitting pixel and a green light emitting pixel of the display portion to emit light during the second period, and controls the array of light sources during the second period to detect the blood in the finger And configured to capture the second image of the blood in the finger.
Device.
상기 검출 회로는, 상기 제 1 이미지와 상기 제 2 이미지 사이의 차이를 생성해서 상기 손가락안으로의 원하는 깊이에서의 결과 이미지를 획득하도록 구성되는
장치.
The method of claim 1,
The detection circuit is configured to generate a difference between the first image and the second image to obtain a resultant image at a desired depth into the finger.
Device.
상기 검출 회로는 상기 광 검출기 중 일부에 의해 생성된 상기 제 1 신호를 상기 광 검출기 중 다른 광 검출기에 의해 생성된 상기 제 1 신호로부터 차감하며, 그 차이는 관심이 있는 파장의 흡수와 연관되는
장치. The method of claim 1,
The detection circuit subtracts the first signal generated by some of the photo detectors from the first signal generated by another of the photo detectors, and the difference is related to absorption of the wavelength of interest.
Device.
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