(57)【要約】  【解決手段】  個人を識別するシステム、装置、および方法を提供する。１つの態様では、個人を識別するシステムは、少なくとも１つの７００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を放出できるアクティブ光源と、当該個人から反射する前記電磁放射線を受信するために配置され、個人の電子的表現を生成する撮像素子とを含むことができる。前記システムは、前記撮像素子に機能的に結合された画像処理モジュールを含むことができ、前記電子的表現を少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する個人表現に処理するように動作可能である。前記撮像素子は、厚さ約１０ミクロン未満の素子層と、接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、前記電磁放射線と相互作用するように配置されたテクスチャ領域とを含み、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長に対して３３％の外部量子効率（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＥＱＥ）を有する。  【選択図】      図１
2014525091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人を識別するシステムであって、
少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を放出できるアクティブ光源と、
個人から反射された電磁放射線を受信するように配置され、当該個人の電子的表現を生成する撮像素子であって、
厚さ約１０ミクロン未満の半導体素子層と、
接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、
前記電磁放射線と相互作用するように配置されたテクスチャ領域と
を有し、
前記撮像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％外部量子効率を有するものである、
前記撮像素子と
前記撮像素子に機能的に結合され、前記電子的表現を受信するように動作可能な画像処理モジュールであって、前記電子的表現を少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する個人表現に処理するように動作可能である、前記画像処理モジュールと
を有するシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記半導体素子層はバルク半導体に結合されているものであるシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記アクティブ光源は２もしくはそれ以上のアクティブ光源であって、それぞれが赤外線電磁放射線をお互いに異なるピーク発光波長で放出するものであるシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、前記２つもしくはそれ以上のアクティブ光源は赤外線電磁放射線を約８５０ｎｍおよび約９４０ｎｍで放出するものであるシステム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、前記撮像素子は、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を識別するのに十分な詳細を伴う前記電子的表現を取り込むことができ、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有するアクティブ光源であってかつ３メートルすなわち少なくとも０．１ｍＷ／ｍｍ２のところで当該個人に作用するシーン放射輝度を有するアクティブ光源から放出された電磁放射線を用いるものであるシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記撮像素子は、シリコンベースであって、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率とを有するものであるシステム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、前記撮像素子は、シリコンベースであって、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの９４０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約１１％の外部量子効率とを有するものであるシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、前記システムは、さらに、前記画像処理モジュールに機能的に結合された解析モジュールを有し、前記解析モジュールは当該個人の識別を円滑にするために少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を既知の識別特徴と比較するものであるシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記システムは、さらに、
当該個人を追跡するために少なくとも１つの前記光源または前記撮像素子を動かすことができる自動パンおよびズームモジュールを有するものであるシステム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムにおいて、前記撮像素子は少なくとも２つの撮像素子を含むものであるシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記少なくとも２つの撮像素子は、当該個人の顔の電子的表現を生成するために配置されそれを生成することができる第１撮像素子と、当該個人の虹彩の電子的表現を生成するために配置されそれを生成することができる第２撮像素子とを含むものであるシステム。
【請求項１２】
請求項１１記載のシステムにおいて、さらに、
少なくとも１つの前記アクティブ光源または前記撮像素子を動かすことができる自動パンおよびズームモジュールと、
前記顔電子的表現を分析し、前記顔および虹彩の前記パンおよびズームモジュール座標を提供する処理モジュールと
を有するものであるシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記システムが、当該個人から赤外線透過型かつ光学的に不透明な媒体で隠されるものであるシステム。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムにおいて、前記光源、前記撮像素子、および前記画像処理モジュールは全体で、約１６０立方センチメートル未満のサイズを有するものであるシステム。
【請求項１５】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
前記システムは一体化された電子装置を有し、
前記電子装置は少なくとも１つのモバイル型スマートフォン、携帯電話、ノートブックパソコン、およびタブレットコンピュータを含むものである、
システム。
【請求項１６】
請求項１５記載のシステムにおいて、当該個人の身元確認は金融取引において当該個人を検証することができるものであるシステム。
【請求項１７】
個人を識別する方法であって、
当該個人に向かって少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する赤外線電磁放射線を放出する工程と、
前記個人から反射され撮像素子に入射された信前記赤外線電磁放射線を受信し、前記個人の電子的表現を生成する工程であって、前記撮像素子は、
厚さ約１０ミクロン未満の半導体素子層と、
接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、
前記電磁放射線と相互作用するように配置されたテクスチャ領域と
を含み、
前記撮像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率を有するものである、
前記受信する工程と、
前記電子的表現を少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する個人表現に処理する工程と、
前記個人を識別するために前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を使用する工程
とを有する方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴は、当該個人の識別に十分な当該個人の虹彩の電子的表現を含むものである方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記虹彩の前記電子的表現は、前記撮像素子により、当該個人から約０．５ｍから約１５ｍの距離で取り込むものである方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の方法において、赤外線電磁放射線を放出する工程は、さらに、少なくとも２つのアクティブ光源から赤外線電磁派を放出する工程を含むものであって、前記アクティブ光源のそれぞれがお互いに異なるピーク発光波長で放出するものである方法。
【請求項２１】
請求項３１記載の方法において、各アクティブ光源からの電子的表現は処理されて個人表現になるものであって、各個人表現は少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有し、かつ各個人表現を比較して当該個人の識別結果を検証するものである方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載の方法において、さらに、
前記赤外線電磁放射線を受信している間に当該個人を追跡するために、前記放出された赤外線電磁放射線および前記撮像素子を、当該個人の動作に関係して動かす方法を有するものである方法。
【請求項２３】
一体化されたユーザー認証システムを有する電子装置であって、前記ユーザー認証システムは、
撮像素子であって、
約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、
接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、
前記電磁放射線と相互作用するように配置されたテクスチャ領域と
を含み、
少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率を有するものであり、
前記電子装置のユーザーの識別特徴の電子的表現を取り込むよう配置され、
前記電子的表現を少なくとも定期的に取り込むように動作可能である
前記撮像素子と
正規ユーザーの既知の識別特徴を記憶するように動作可能な記憶レジスタと、
前記撮像素子および前記記憶レジスタに電気的に結合された解析モジュールであって、前記識別特徴の前記電子的表現を前記既知の識別特徴と比較して、前記ユーザーが前記正規ユーザーであること検証するように動作可能である、前記解析モジュールと
を有するものである、
電子装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、前記解析モジュールおよび前記撮像素子は、前記電子装置のＣＰＵから独立させてモノリシックに集積されるものである装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の装置において、前記ユーザー認証システムは当該ユーザーが前記正規ユーザーであることを継続的に検証するように動作可能なものである装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の装置において、さらに、赤外光取込モードと可視光取込モードとの間で前記撮像素子を切り替えるスイッチを有するものである装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年７月１３日付で出願された米国特許仮出願第６１／５０７,４８８号の利益を主張するものであり、該仮出願は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
計量生物学は固体を一意に識別できる生体由来の特徴の研究である。生体認証技術は近年、関心が広がり、協力型識別と非協力型識別の２つのグループに分類できる。協力型生体認証方法は、個人が意識している状態で生体認証読取値を取得し、通常は指紋、掌紋、虹彩スキャンなどの生体的特徴を検出する。非協力型生体認証方法は、個人が意識していない状態で生体認証読取値を取得し、通常は個人の顔、声、および体温の特徴を検出する。本発明は、撮像装置を活用して、協力的個人および非協力的個人の両方のさまざまな生体識別特徴を検出できる装置および方法を取り上げている。
【０００３】
顔検出と虹彩検出は、個人を識別するためのセキュリティ用途で用いられていることが多い特徴として挙げられる。これらの検出方法には、生体情報が収集されデータベースに保存される登録段階と、未知の生体情報をそのデータベースと比較して個人を識別する照会段階といった、２つの独立した段階が関係する。これら段階の両方において、個人の顔または虹彩の画像を収集して取り込むためにカメラを用いることができる。この画像は、画像を分解するアルゴリズムを使用して処理されて、集合すると個人の一意の特徴を構成する数学的なベクトルの集まりになる。
【０００４】
多くの場合、デジタル撮像装置を使用して、そのような画像データを収集する。例えば、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ：ＣＣＤｓ）は、デジタル画像処理で広く用いられていて、後に、改良された性能を有する補完的な金属酸化膜半導体（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）撮像素子によって改善されてきている。多くの従来型ＣＭＯＳ撮像素子はフロント・サイド・イルミネーション（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ：ＦＳＩ）を利用していて、このような場合、電磁放射線は、ＣＭＯＳ素子と回路が含まれている半導体表面に入射する。バックサイドイルミネーション（ｂａｃｋｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）のＣＭＯＳ撮像素子も用いられていて、大抵の設計では、電磁放射線は、ＣＭＯＳ素子と回路の反対側の半導体表面に入射する。
【０００５】
しかしながら、生体特徴の取得における主要な警告として、皮膚および／または虹彩の色素は、登録段階ならびにその後の照会段階の両段階において、確固たるデータを収集する能力に悪影響をもたらすことがある。色素は、特徴のある数学的ベクトルの値を定義する一意の構造要素を覆うまたは隠すことができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、協力的および非協力的状況において個人を識別するためのシステム、装置、および方法を提供する。１つの態様では、例えば、個人を識別するシステムは、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を放出できる光源と、個人から反射された電磁放射線を受信するように配置され、当該個人の電子的表現を生成する撮像素子とを含むことができる。前記システムはまた、前記電子的表現を受信するために撮像素子に機能的に結合された画像処理モジュールを含むこともできる。前記画像処理モジュールは、電子的表現を処理して、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する個人表現にする。前記撮像素子は、厚さ約１０ミクロン未満の半導体素子層と、接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、前記電磁放射線と相互作用するように配置されたテクスチャ領域とを含むことができる。前記撮像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率を有する。
【０００７】
さまざまな光源が考えられ、本発明の装置およびシステムによって利用される範囲内に電磁放射線を届けられるどんな光源でも本発明の範囲内に含まれると考えられる。１つの態様では、例えば、前記光源はアクティブ光源とすることができる。さらにまた別の態様では、前記光源はパッシブ光源、つまり、周囲の環境光でもよい。別の態様では、前記アクティブ光源は２もしくはそれ以上のアクティブ光源でもよく、それぞれが赤外線電磁放射線をお互いに異なるピーク発光波長で放出する。１つの具体的な態様では、前記２つもしくはそれ以上のアクティブ光源は赤外線電磁放射線を約８５０ｎｍおよび約９４０ｎｍで放出することができる。別の態様では、前記２つもしくはそれ以上のアクティブ光源は赤外線電磁放射線を約８５０ｎｍおよび約１０６０ｎｍで放出することができる。
【０００８】
前記撮像素子に用いられる前記半導体素子層は、任意の有用な半導体を含むことができる。１つの態様では、しかしながら、前記半導体素子層はシリコンで構成することができる。１つの具体的な態様では、厚さ約１０ミクロン未満の素子層を有するシリコンベースの撮像素子は、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率とを有することができる。別の態様では、前記応答時間は約０．１ｍｓ〜約１６ｍｓにすることができる。さらに別の具体的な態様では、厚さ約１０ミクロン未満の半導体素子層を有するシリコンベースの撮像素子は、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの９４０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約１１％の外部量子効率とを有することができる。
【０００９】
別の態様では、前記撮像素子は、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を識別するのに十分な詳細を伴う前記電子的表現を取り込むことができ、これには、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有するアクティブ光源であってかつ３メートルすなわち少なくとも０．１ｍＷ／ｍｍ２のところで当該個人に作用するシーン放射輝度を有するアクティブ光源から放出された電磁放射線を用いる。さらにまた別の態様では、前記撮像素子は、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を識別するのに十分な詳細を伴う前記電子的表現を取り込むことができ、これには、少なくとも１つの約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの波長を有するアクティブ光源であってかつ３メートルすなわち少なくとも約１．０ｍＷ／ｍｍ２〜約１００ｍＷ／ｍｍ２のところで当該個人に作用するシーン放射輝度を有するアクティブ光源から放出された電磁放射線を用いる。さらに別の態様では、前記撮像素子は、電子グローバルシャッターで動作することができて、前記電子的表現を取り込むことができる。
【００１０】
さらにまた別の態様では、前記システムは前記画像処理モジュールに機能的に結合された解析モジュールを含むことができて、前記解析モジュールは当該個人の識別を円滑にするために少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を既知の識別特徴と比較することができることを特徴とする。
【００１１】
さらに別の態様では、前記システムは、少なくとも１つの前記光源または前記撮像素子を当該個人を追跡するために動かすことができる自動パンおよびズームモジュールを含むことができる。
【００１２】
いつくかの態様では、前記撮像素子は、少なくとも２つの撮像素子を含むことができる。１つの具体的な態様では、前記少なくとも２つの撮像素子は、当該個人の顔の電子的表現を生成するために配置され、それを生成することができる第１撮像素子と、当該個人の虹彩の電子的表現を生成するために配置され、それを生成することができる第２撮像素子とを含む。別の具体的な態様では、前記システムは、少なくとも１つの前記光源または前記撮像素子を動かすことができる自動パンおよびズームモジュールと、前記顔の電子的表現を分析するプロセスモジュールとを含むことができて、前記パンおよびズームモジュールに前記顔および虹彩の座標を提供することができる。
【００１３】
いくつかの態様では、前記システムは、識別されている当該個人から隠されるように構成することができる。１つの態様では、例えば、前記システムは、当該個人から、視覚的に不透明な赤外線透過材に隠されるようにすることができる。前記赤外線透過材は、少なくとも部分的に赤外線透過塗料または他の赤外線透過材で被覆されたガラス面またはプラスチック面でもよい。１つの態様では、金属粒子を前記赤外線透過材の少なくとも一部に浸透させることができる。さらにまた別の態様では、赤外光は前記透過材を透過して、可視光はフィルタ処理されるように前記赤外線透過材の上に量子ドットを配置してもよい。別の態様では、前記システムは、当該個人のトリガによって、当該個人が前記トリガを認識していようといなかろうと、動作を開始することができる。前記トリガは、前記システムに組み込まれたトランジスタまたはセンサーとすることができて、前記システムは前記システムの動作を開始することができる。このようなトリガは、熱センサー、運動センサー、光センサー、および他の同類センサーとすることができる。
【００１４】
前記システムはまた、小型サイズに設計することもできる。例えば、１つの態様では、前記光源は、前記撮像素子、および前記画像処理モジュールは合計で約１６０立方センチメートル未満のサイズを有することができる。別の態様では、前記光源、前記撮像素子、および前記画像処理モジュールは合計で約１６立方センチメートル未満のサイズを有することができる。さらにまた別の態様では、前記撮像素子は、約１／７インチの光学フォーマットを有することができる。
【００１５】
また、本発明のシステムおよび装置は、他のさまざまなシステム、装置、および状況で利用できることも考えられる。例えば、１つの態様では、本発明のシステムは、電子装置に組み込むことができる。あらゆる電子装置が考えられるが、非限定例としては、モバイルスマートフォン、携帯電話、ノートブックパソコン、タブレットコンピュータ、他のパーソナル電子装置、およびそれに類するものが挙げられる。
【００１６】
このような組み込みが有用であることを特徴とするさまざまな状況も考えられる。例えば、１つの態様では、そのような電子装置は、前記電子装置のロックを解除するために個人の身元確認を提供することができる。別の態様では、当該個人の身元確認は、金融取引において当該個人を照合するために用いることができる。別の態様では、前記身元確認は、当該個人の国籍を断定したり、パスポートや免許証の状況を照合したりするために用いることができる。
【００１７】
本発明はさらに、個人を識別する方法を提供する。１つの態様では、そのような方法は、個人に向かって少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する赤外線電磁放射線を放出する工程と、前記個人から反射され撮像素子に入射された前記赤外線電磁放射線を受信し、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する当該個人の電子的表現を生成する工程と、前記電子的表現を少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する個人表現に処理する工程と、前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を当該個人を識別するために用いる工程とを含むことができる。前記撮像素子は、厚さ約１０ミクロン未満の半導体素子層と、接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、前記電磁放射線と相互作用するように配置されたテクスチャ領域とを含むことができる。前記撮像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率を有することができる。
【００１８】
１つの具体的な態様では、前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴は、当該個人の識別に十分な当該個人の虹彩の電子的表現を含むことができる。１つの具体的な態様では、前記虹彩の前記電子的表現は、前記撮像素子により、当該個人から約０．５メートル〜約１５メートルの距離で取り込むことができる。さらにまた別の具体的な態様では、前記虹彩の前記電子的表現は、前記撮像素子により、当該個人から約２メートル〜約１０メートルの距離で取り込むことができる。さらに別の具体的な態様では、前記虹彩の前記電子的表現は、前記撮像素子から当該個人までが２メートルを越える距離において、少なくとも９４０ｎｍの波長および１０，０００ｍＷ／ｍｍ２／ステラジアン未満の放射強度を有する前記赤外線電磁放射線を用いて取り込むことができる。
【００１９】
さらにまた別の態様では、放出中の赤外線電磁放射線はさらに、それぞれがお互いに異なるピーク発光波長で放出している少なくとも２つのアクティブ光源から放出中の赤外線電磁放射線を含むことができる。このような場合には、各アクティブ光源からの電子的表現を処理して、それぞれが少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する各個人表現にすることができて、そこから、各個人表現それぞれをお互いに比較して当該個人の識別結果を照合することができる。
【００２０】
１つの態様では、前記撮像素子による前記電子的表現の取込は、電子グローバルシャッターのメカニズムにより遂行することができる。１つの具体的な態様では、前記電子グローバルシャッターは、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの積分時間で操作することができる。別の具体的な態様では、当該個人は、前記撮像素子に対して移動することができて、前記積分時間は、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を識別するのに十分な詳細を伴う前記電子的表現を取り込むのに十分である。
【００２１】
別の態様では、前記方法は、当該個人の識別を円滑にするために、前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を既知の識別特徴と比較する方法を含むことができる。さまざまな既知の識別特徴が考えられ、非限定的な例には、顔特徴、虹彩特徴、熱的特徴、およびこれらの組み合わせを含むそれに類するものを含むことができる。さらには、前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を比較する１つの態様はさらに、前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を複数の既知の識別特徴と比較する方法を含む。
【００２２】
さらにまた別の態様では、当該個人表現は顔表現でもよく、前記顔表現を分析して固有の顔特徴を見つけることができて、前記撮像素子はパンおよび／またはズームすることができて、前記固有の顔特徴または虹彩特徴を画像化することができる。
【００２３】
さらに別の態様では、前記方法は、前記赤外線電磁放射線の受信中に当該個人を追跡するために、前記放出された赤外線電磁放射線および／または前記撮像素子を当該個人の動作に関係して動かす方法を含むことができる。
【００２４】
さらにまた別の態様では、前記方法はさらに、前記電子的表現を受信する方法と、前記電子的表現の一部を選択する方法と、前記電子的表現の前記一部に本質的に相当するように前記撮像素子をズームして、当該個人の第２電子的表現を生成する方法と、前記第２電子的表現を処理して少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する第２個人表現にする方法とを含むことができる。
【００２５】
さらに別の態様では、一体化されたユーザー認証システムを有する電子装置が提供され、前記ユーザー認証システムは、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、前記電磁放射線と相互作用するよう配置されたテクスチャ領域とを含む撮像素子を含み、前記撮像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率を有する。前記撮像素子は、前記装置のユーザーの識別特徴の電子的表現を取り込むように配置され、前記撮像素子は、少なくとも定期的に前記電子的表現を取り込むことができる。
【００２６】
前記システムはさらに、正規ユーザーの既知の識別特徴を記憶することができる記憶レジスタと、前記撮像素子および前記記憶レジスタに電気的に結合された解析モジュールとを含むことができ、前記解析モジュールは、前記識別特徴の前記電子的表現を前記既知の識別特徴と比較して、前記ユーザーが前記正規ユーザーであることを検証するよう動作可能である。別の態様では、前記システムはさらに、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を前記ユーザーへ向けて放出することができる光源を含むことができる。さらにまた別の態様では、前記解析モジュールおよび前記撮像素子は、前記電子装置のＣＰＵから独立させてモノリシックに集積することができる。前記解析モジュールは、前記撮像素子から物理的に分離することができて、前記電子装置の前記ＣＰＵから独立して動作できることを理解すべきである。さらに別の態様では、前記撮像素子は、前記ユーザーが前記正規ユーザーであることを継続的に検証することができる。さらに別の態様では、前記システムは、赤外光取込モードと可視光取込モードとの間で前記撮像素子を切り替えるスイッチを含むことができる。ここに、さまざまなスイッチは、例えば、トランジスタ、赤外線またはカラーフィルタなど当該技術の当業者に周知の他のものが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の本質および利点をより完全に理解するために、以下に、発明を実施するための形態とその添付図面と関連させて参照する。
【図１】図１は、本発明の１つの態様に基づく、個人を識別するシステムの表示である。
【図２】図２は、本発明の別の態様に基づく、撮像素子の概略図である。
【図３】図３は、本発明の別の態様に基づく、シリコンベースではあるがテクスチャ領域を有する受光素子の前記吸収特性と比較した標準シリコンベースの高速（または薄型）受光素子の吸収特性のグラフィック表示である。
【図４】図４は、本発明の別の態様に基づく、感光素子の概略図である。
【図５】図５は、本発明の別の態様に基づく、感光配列素子の概略図である。
【図６】図６は、本発明の別の態様に基づく、６トランジスタ撮像素子の概略図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明の別の態様に基づく、ロールシャッターを有する写真撮影装置で取り込んだ虹彩を表す写真である。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明の別の態様に基づく、グローバルシャッターを有する写真撮像素子で取り込んだ虹彩を表す写真である。
【図８】図８は、本発明の別の態様に基づく、飛行時間測定法の図解である。
【図９ａ】図９ａは、本発明の別の態様に基づく、写真撮像素子配列のピクセル構成の概略図である。
【図９ｂ】図９ｂは、本発明の別の態様に基づく、写真撮像素子配列のピクセル構成の概略図である。
【図９ｃ】図９ｃは、本発明の別の態様に基づく、写真撮像素子配列のピクセル構成の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の別の態様に基づく、１１トランジスタ撮像素子の概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の態様に基づく、ボロメータを有する感光素子の概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の１つの態様に基づく、個人を識別する集積システムの表示である。
【図１３】図１３は、本発明の別の態様に基づく、方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本開示について説明する前に、本開示は、ここに開示される特定の構造、プロセス手順、材料に限定されず、当該関連技術分野の当業者により理解されるものとしてその等価物に及ぶものと理解すべきである。また、ここに使用されている用語は、特定の実施形態のみを説明する目的で使用されていて、限定することを意図するものではないと理解すべきである。
（定義）
以下の用語は、以下に定める定義に基づいて使用されている。
【００２９】
本明細書および付帯の特許請求の範囲において使用されるとき、単数形「a」および「the」は、文脈上、そうでないとする明確な指示がない限り、複数の指示対象を含むことを理解すべきである。したがって、例えば、「ドーパント」と呼ぶときは、１もしくはそれ以上のそのようなドーパントを含み、「前記層」と呼ぶときは、１もしくはそれ以上のそのような層を含む。
【００３０】
本明細書では、「量子効率」（ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＱＥ）は、電子に変換された光電子素子における入射光子の割合と定義される。外部ＱＥ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  ＱＥ：ＥＱＥ）は、入射する光子あたりの前記素子の外側で得た当該電流と定義される。したがって、ＥＱＥは当該光子の吸収および当該電荷の集合の両方に依存する。前記ＥＱＥは、再結合作用および光学的損失（例えば、伝送損失および反射損失）のために、ＱＥよりも低い。
【００３１】
本明細書では、「電磁放射線」および「光」という用語は、同じ意味で用いられ、可視波長（約３５０ｎｍ〜８００ｎｍ）および非可視波長（約８００ｎｍより長いか、または３５０ｎｍより短い）を含む広範囲の波長を表すことができる。当該赤外線スペクトルは多くの場合、約８００〜１３００ｎｍの波長を含む前記スペクトルの近赤外域、約１３００ｎｍ〜３マイクロメートルの波長を含む前記スペクトルの短波長赤外域、および約３マイクロメートルを超え最大３０マイクロメートルの波長を含む前記スペクトルの中長波長赤外（または熱赤外）域を含むものと説明される。これらは、本明細書では総じて、特に明記されていない限り、電磁スペクトルの「赤外線部分」と呼ばれる。
【００３２】
本明細書では、「応答時間」は、検知素子の立ち上がり時間または立ち下がり時間を指す。１つの態様では、「立ち上がり時間」は、前記素子との光の相互作用により生成された電気信号の立ち上がり部分におけるピーク振幅出力の１０％地点と９０％地点との間の時間差である。「立ち下がり時間」は、前記電気信号の立ち下がり部分の９０％地点と１０％地点との間の時間差として測定される。いつくかの態様では、立ち下がり時間は遅延時間と呼ばれる。
【００３３】
本明細書では、「シャッター速度」は、画像を取り込む際にカメラのシャッターが開いたまま状態にある時間を指す。前記シャッター速度は、露光時間、すなわち、当該画像センサーに光が到達する時間に正比例する。言い換えると、前記シャッター速度は当該感光撮像素子に到達する光量を制御する。シャッター速度が遅いほど露光時間は長くなる。シャッター速度は一般に秒の単位または１秒の分数で表される。例えば、４、２、１、１／２、１／４、１／８、１／１５、１／３０、１／６０、１／１２５、１／２５０、１／５００、１／１０００、１／２０００、１／４０００、１／８０００である。特に、各速度増分は、前記撮像素子に入射する前記光量を半減する。
【００３４】
本明細書では、「テクスチャ領域」は、ナノまたはミクロンサイズの表面変化のあるトポロジーを有する表面を指す。そのような表面トポロジーは、レーザーパルスまたは複数のレーザーパルスの照射、化学エッチング、リソグラフィによるパターニング、複数同時レーザーパルスの干渉、反応性イオンエッチング等を含むがこれに限定されない任意の適切な技術により形成することができる。そのような表面の特性は、採用する材料と技術に応じて多様にすることができるが、１つの態様では、そのような表面は数百ナノメートルの厚さで、ナノ結晶子（例えば、約１０〜約５０ナノメートル）およびナノ細孔で構成することができる。別の態様では、そのような表面は、ミクロンサイズの構造体（例えば、約０．５μｍ〜約６０μｍ）を含むことができる。さらにまた別の態様では、前記表面は、約５ｎｍ〜約５００μｍのナノサイズおよび／またはミクロンサイズの構造体を含むことができる。前記テクスチャ領域は、整列または不規則にすることができる
本明細書では、「表面改質する」および「表面改質」は、多様な表面改質技術を用いて半導体の表面を変えることを指す。そのような技術の非限定例には、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング、多孔質シリコンエッチング、レージング、化学エッチング（例えば、異方性エッチング、等方性エッチング）、ナノインプリンティング、原料堆積方法、選択エピタキシャル成長、およびそれに類するものが含まれ、その組み合わせが含まれる。１つの具体的な態様では、表面改質は、主にレーザー光線またはドーパントを併用してレーザー光線を用いるプロセスを含むことができて、そうすることで、前記レーザー光線は前記半導体の表面への前記ドーパントの組込みを円滑にする。したがって、１つの態様では、表面改質には、半導体などの基板のドーピングが含まれる。
【００３５】
本明細書では、「目標領域」は、ドーピングまたは表面改質されようとしている基板の領域を指す。前記基板の前記目標領域は、前記表面改質プロセスが進行するにつれて変化することができる。例えば、第１目標領域はドーピングまたは表面改質された後、第２目標領域を同一基板の上に選択してもよい。
【００３６】
本明細書では、「フルエンス」は、単位面積を通過するレーザー光線の単一パルスからのエネルギー量を指す。言い換えると、「フルエンス」は、１つのレーザーパルスのエネルギー面密度と説明することができる。
【００３７】
本明細書では、「検出」という用語は、電磁放射線の感知、吸収、および／または収集を指す。
【００３８】
本明細書では、「シーン放射輝度」は、既知の領域またはシーンに作用する光の面密度を指す。
【００３９】
本明細書では、「実質的に」は、動作、特徴、特性、状態、構造、物品、または成果の完全またはほぼ完全な範囲または程度を指す。例えば、「実質的に」密閉された物体は、その物体が完全に密閉されているかまたはほぼ完全に密閉されていることを指す。絶対的完全性からの正確な許容逸脱度は、場合によっては、その具体的な文脈に依存することがある。しかしながら、完全性の近さは、まるで絶対的および全体的完全性が得られたかのうように、同一の全体的成果を有するものとなる。「実質的に」の使用は、動作、特徴、属性、状態、構造、アイテム、または成果の完全またはほぼ完全な欠如を指す否定的な意味合いで用いられる場合にも同様に通用する。例えば、「実質的に」粒子のない組成物は、完全に粒子がないか、またはほとんど粒子がなく、まるで完全に粒子がない場合と効果が同じになる。言い換えると、原料または成分を「実質的に」ない組成物は、それについて測定可能な影響がない限り、そのような物品が含まれることがある。
【００４０】
本明細書では、「約」は、所与の値は終点の「少し上」または「少し下」であってもよいを示すことにより、数値範囲の終点に柔軟性を与えるために用いられている。
【００４１】
本明細書では、複数の物品、構造要素、組成成分、および／または材料は便宜上、一般的なリストに提示されていることがある。しかしながら、これらのリストは、そのリストの各要素が独立した一意の構成要素として個々に同定されているかのうように解釈されなければならない。したがって、かかるリストの個々の構成要素は、それに反対する指摘なく、単に一般的な分類の提示だけに基づいて同じリストの他のどんな構成要素とも事実上の同等物として解釈されるべきではない。
【００４２】
濃度、量、および他の数値データは、本明細書では、範囲形式で表現または提示されていることがある。そのような範囲形式は単に便宜と簡略化のために用いられているものと理解すべきであり、したがって、範囲の限度として明示的に詳述されている数値だけではなく、個々の数値またはその範囲内に含まれるサブ範囲もすべて、各数値およびサブ範囲が明示的に詳述されているかのうように含まれるものと柔軟に解釈されるべきである。図として、「約１〜約５」の数字範囲は、約１〜約５の明示的に挙げられている数値だけではなく、その示された範囲内の個々の値およびサブ範囲も含まれるものと解釈されるべきである。したがって、本数値範囲には、２、３、４などの個々の値および１〜３、２〜４、３〜５などのサブ範囲、ならびに１、２、３、４、および５の個々の値が含まれる。
【００４３】
これと同じ原則が、最小値または最大値として１つの数値のみが挙げられている範囲にも適用される。さらに、そのような解釈は、範囲の幅または説明されている特徴に関係なく適用されるべきである。
（開示）
セキュリティは、数多くのビジネス、コミュニティ、政府などにとって最優先課題となりつつある。効果的なセキュリティを確立することにおける１つの主要要素は、個人の迅速同定である。例えば、空港、大都市、およびそれに類するものなど、重要な公道の生体計測走査手順の導入は、公共の安全のために、ならびに場合によっては、識別および追跡された個人の安全のために、個人の識別および追跡円滑にすることができる。１つの例として、そのようなシステムは、誘拐された子どもや家出した子どもの身元確認に利用することができる。その他の場合は、逃亡者や被疑者を見つけて、逮捕することができる。また、かかるシステムは、正規ユーザーを識別することと、金融取引、不正投票、金融詐欺、その他のなりすまし犯罪の発生を減らすことができる個人用電子装置などへの正規ユーザーのアクセスを許可することとに役立てることができる。
【００４４】
説明しているように、顔および眼特徴を画像化する生体認証システムに固有の問題の１つは、色素沈着による干渉である。この潜在的な干渉を避けるために、８００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲で光の波長を取り込む生体撮像装置を用いることができる。この波長範囲の電磁放射線において、色素沈着は実質的に透明であり、したがって、電磁放射線の光子は自由に色素を通過して、その識別で対象となる構造要素に反射する。眼においては、例えば、近赤外電磁放射線の光子は、この虹彩色素を通過して、虹彩の靭帯構造に反射する。
【００４５】
しかしながら、ＣＣＤおよびＣＭＯＳ画像センサーの両方を含む従来型の撮像素子は、シリコン受光素子に基づいていて、対象となる波長範囲の近赤外光に対する感度が非常に低い。したがって、多くの場合では、これらのシステムは、低感度と画像取込速度の限度が問題にならない用途に制限されている。虹彩特徴を距離のあるところからおよび／または短い積分時間で取り込もうとするとき、ＩＲ光は放射強度を大きく増やして、従来型撮像素子の低ＩＲ感度を補正しなければならない。高放射強度のＩＲは、眼組織に損傷を与えることがあり、他のマイナスの副作用を引き起こす可能性がある。
【００４６】
本発明は、可視光および赤外（ＩＲ）光スペクトルにおいて良好な信号対ノイズ比および高い量子効率にて低光条件下で動作する効率の良い生体認証装置を提供する。ＩＲ光源を用いて、単に可視光を用いる場合とは対照的に、本発明のシステムは、前記模様のある前記虹彩を画像化して、既存の光のばらつきを取り除き、角膜反射のパターン干渉を抑えることができて、それによってより正確な虹彩情報を取り込むことができる。
【００４７】
１つの態様では、図１に示すように、個人を識別するシステムは当該個人の電子的表現を生成するために、例えば、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長と個人１１０からの反射１０８と同時に電磁放射線を受信するように配置された撮像装置１０６とを有する電磁放射線１０４を放出することができる少なくとも１つのアクティブ光源１０２を含むことができる。画像処理モジュール１１２は、前記電子的表現を受信するために、前記撮像装置１０６に機能的に結合することができる。前記画像処理モジュール１１２は、当該技術の当業者に既知のアルゴリズムを用いて、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する個人表現に電子的表現を処理するように動作可能である。この実質的に一意の識別特徴は当該個人１１０を識別するために用いられる。加えて、そのようなシステムは、協力的ならびに非協力的な識別状況に利用することができる。
【００４８】
図２は、前記可視光およびＩＲ光スペクトルにおいて良好な信号対ノイズ比および高い量子効率にて低光条件下で動作できる撮像素子の一代表的実施形態を示す。前記撮像素子２００は、厚さ約１０ミクロン未満の素子層を有する半導体素子層２０２と、接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域２０４および２０６と、入射する電磁放射線２１０と相互作用するよう配置されたテクスチャ領域２０８とを含むことができる。多数の構成が考えられ、どのタイプの接合構成でも本発明の範囲内に含まれると考えられる。例えば、前記第１および第２ドープ領域は、お互いに異なったり、お互いに接触したり、お互いに重なり合ったりすることなどができる。場合によっては、第１と第２ドープ領域の間に少なくとも部分的に真性領域を置くことができる。いつくかの態様では、前記半導体素子層は、５０ミクロン未満の厚さにすることができる。加えて、いつくかの態様では、前記半導体素子層は、バルク半導体層または半導体支持層に配置することができる。
【００４９】
前記テクスチャ領域２０８は、前記第１ドープ領域２０４および前記第２ドープ領域２０６に対向する前記半導体素子層２０２の側に配置されて示されている。この場合、前記半導体素子層２０２を通過して前記テクスチャ領域２０８に接触する電磁放射線は、前記半導体素子層を通って反射することができるため、前記半導体の吸収光路長が効果的に長くなる。前記テクスチャ領域は、前記半導体の全体表面またはその一部分のみに設けることができる。加えて、いつくかの態様では、前記テクスチャ領域は特定の位置に配置することができて、前記半導体の前記吸収光路長を最大限にすることができる。他の態様では、第３のドーピングを前記テクスチャ領域に含めて、前記テクスチャ領域付近で生成された担体の収集を改善することができる。
【００５０】
前記撮像素子は、厚さ約１０ミクロン未満で、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率を有する半導体素子層を有することができる。別の態様では、前記撮像素子は、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率とを有することができる。別の態様では、前記応答時間は約０．１ｍｓ〜約１６ｍｓにすることができる。他の厚さの素子層もまた考えられる。１つの態様では、例えば、前記素子層の厚さは５０ミクロン未満にすることができる。別の態様では、前記素子層の厚さは５ミクロン未満にすることができる。さらにまた別の態様では、前記素子層の厚さは１ミクロン未満にすることができる。前記素子層の厚さの下限は、前記素子が機能可能な任意の厚さにすることができる。ただし、１つの態様では、前記素子層は少なくとも１０ｎｍの厚さにすることができる。別の態様では、前記素子層は少なくとも１００ｎｍの厚さにすることができる。さらにまた別の態様では、前記素子層は少なくとも５００ｎｍの厚さにすることができる。加えて、別の態様では、前記撮像素子は、少なくとも１つの８５０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約２３％の外部量子効率を有することができる。さらにまた別の態様では、前記撮像素子は、少なくとも１つの９４０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約１１％の外部量子効率を有することができる。別の態様では、前記撮像素子は、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの約９４０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約１１％の外部量子効率とを有することができる。
【００５１】
さらにまた別の態様では、前記撮像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約４６％の外部量子効率を有することができる。別の態様では、前記撮像素子は、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約４６％の外部量子効率とを有することができる。加えて、別の態様では、前記撮像素子は厚さ約１０ミクロン未満の半導体素子層を有することができて、前記撮像素子は少なくとも１つの８５０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３２％の外部量子効率を有することができる。さらにもっと別の態様では、前記撮像素子は厚さ約１０ミクロン未満の半導体素子層を有することができて、前記撮像素子は少なくとも１つの８５０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも５０％または少なくとも６０％の外部量子効率を有することができる。さらにまた別の態様では、前記撮像素子は、少なくとも１つの約９４０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約15％の外部量子効率を有することができる。別の態様では、前記撮像素子は、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの約９４０ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約１５％の外部量子効率とを有することができる。当該感光装置についてのさらに詳しい説明は、２０１１年６月２０日付けで出願された米国特許第１３／１６４，６３０号に記載されていて、ここに参照することによってその特許の全体が本願に組み込まれる。
【００５２】
図２に示されている前記素子は、前面照射型であるが、裏面照射型も考えられ、それも本発明の範囲内に含まれるものと考えられることを理解すべきである。加えて、前面照射または裏面照射のどちらであっても、前記テクスチャ領域２０８は、図に示すように、前記入射する電磁放射線２１０の反対側の前記半導体素子層２０２の側に配置することができる。前記テクスチャ領域はまた、前記入射する電磁放射線（図示せず）の隣接側の前記半導体素子層の側に配置することもできる。言い換えると、この場合は、前記電磁放射線は、前記半導体素子層を通過する前に前記テクスチャ領域に接触する。加えて、前記テクスチャ領域は、前記半導体素子層の反対側および隣接側の両方に配置することができると考えられる。
【００５３】
本発明の撮像装置は、短距離ならびに遠距離で個人を識別するために用いることができる電子的表現を取り込むことができる。前記装置は、前記電子的表現を短距離、例えば、約２ｃｍもしくはそれ以下〜約１０ｃｍ、または最大５０ｃｍ、または最大０．５ｍで取り込むことができる。前記装置はまた、前記電子的表現を短距離から遠距離、例えば、最大１ｍ、最大３ｍ、最大６ｍ、最大１０ｍ、または最大１５ｍもしくはそれ以上で取り込むこともできる。
【００５４】
前記装置の構成に利用される前記半導体は、任意の有用な半導体とすることができて、そこから、本明細書に説明されている属性を有する当該装置を形成することができる。しかし、１つの態様では、前記半導体素子層はシリコンで構成することができる。しかしながら、そのシリコン受光素子は、特には薄膜シリコン素子においては、光のＩＲ波長の検出能力を制限している。従来のシリコン材料は、約７００ｍｎより長い波長を有する光子を検出するために十分な吸収深度を必要とする。可視光はシリコン層の最初の数ミクロンで容易に吸収されるけれども、浅いウェーハ深度（例えばおよそ１００μｍ）でのシリコンにおけるより長い波長（例えば９００ｎｍ）の吸収は可能であったとしても貧しい。本発明の撮像素子は、前記電磁放射線のシリコンの吸収域を増やることができる。したがって、浅い深度でシリコン薄膜であっても可視およびＩＲ光の前記吸収を可能にする。
【００５５】
改めて図２において、例えば、前記テクスチャ領域２０８は、特には赤外波長において、前記吸収を増やしたり、前記外部量子効率を増やひたり、応答時間を減らしたりすることができる。そのような特有かつ新規性のある素子は高速シャッター速度を実現でき、それによって移動物体の画像を可視光および赤外光のスペクトルで取り込むことができる。シリコンベース素子のそのような感度の向上によって、受光素子の処理コストを減らし、光源で必要とされる出力を減らし、３次元式画像処理の深さ分解能を高め、個人の前記生体計測を改善することができる。
【００５６】
図３は、吸収／応答度グラフを示し、破線３０２は従来の標準高速シリコン素子ベースの光ダイオードの吸収特性を表し、実線３０４はシリコンベースの光ダイオード素子の吸収特性を表すが、これにはテクスチャ領域が含まれる。とりわけ、前記赤外光（すなわち８００ｎｍ〜１２００ｎｍ領域）での標準高速シリコン素子の吸収は、前記テクスチャ領域を有する前記撮像素子に比べて、比較的低い応答度になる。撮像素子は複数の光ダイオードの集合である。
【００５７】
本発明のシステムは、前記素子と当該個人との間の取込距離を長くする光学部品を含むことができるが、前記テクスチャ領域を有する前記撮像素子は、低ＩＲ光放射強度レベルでシステムを、たとえそのような長距離でも、機能させることが可能である。これは、エネルギー消費量および熱管理課題を減らすとともに、高放射強度ＩＲ光に起因する副次的影響を減らす可能性がある。１つの態様では、例えば、前記撮像素子は、個人の前記電子的表現を実質的に一意の識別特徴を識別するのに十分な詳細とともに取り込むことができ、これには、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有するアクティブ光源であってかつ３メートルすなわち少なくとも０．１ｍＷ／ｍｍ２のところで当該個人に作用するシーン放射輝度を有するアクティブ光源から放出された電磁放射線を用いる。別の態様では、前記撮像素子は、個人の前記電子的表現を実質的に一意の識別特徴を識別するのに十分な詳細とともに取り込むことができ、これには、少なくとも１つの約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの波長を有するアクティブ光源であってかつ３メートルすなわち約０．１ｍＷ／ｍｍ２〜約１００ｍＷ／ｍｍ２のところで当該個人に作用するシーン放射輝度を有するアクティブ光源から放出された電磁放射線を用いる。別の態様では、前記撮像素子は、個人の前記電子的表現を実質的に一意の識別特徴を識別するのに十分な詳細とともに取り込むことができ、これには、少なくとも１つの約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの波長を有するアクティブ光源であってかつ３メートルすなわち約１ｍＷ／ｍｍ２〜約１０ｍＷ／ｍｍ２のところで当該個人に作用するシーン放射輝度を有するアクティブ光源から放出された電磁放射線を用いる。さらにまた別の態様では、２メートルを超える距離で、少なくとも９４０ｎｍの波長を有する前記電磁放射線は、眼損傷閾値１０，０００ｍＷ／ｍｍ２／ステラジアンより下の光強度を有するべきである。１つの態様では、前記実質的に一意の識別特徴は当該個人の虹彩パターンであることを理解すべきである。
【００５８】
説明しているように、いつくかの態様では、前記素子の前記シリコン材料の厚さは、当該応答度および応答時間を決定することができる。標準シリコン素子は、前記赤外光スペクトルの波長を検出するために、厚いもの、すなわち１００μｍを越えるものである必要があり、厚い素子でのそのような検出は遅い応答および高暗電流をもたらす。前記テクスチャ領域は、電磁放射線と相互作用するよう配置されて、素子の赤外光の吸収を高め、それによって、高速操作を可能にしながら前記赤外光応答度を改善する。散漫散乱および反射は、特に内部全反射と組み合わせた場合に、吸収の光路長を長くすることができ、シリコン光ダイオード、受光素子、光ダイオード配列、撮像素子、およびそれに類するものの赤外光の応答度に大きな改善がもたらされる。吸収の光路長が長くなるため、電磁放射線を前記赤外光領域に吸収するためにより薄いシリコン材を使用することができる。より薄いシリコン素子の一利点は、電荷担体がより早く素子から運び去られることであり、したがって、前記応答時間が短くなる。逆に、厚いシリコン素子は、電荷担体をそこからより遅く、少なくとも一部は拡散が原因で、運び去る。
【００５９】
ただし、当該シリコン素子層は、電磁放射線検出および変換機能が果たされる任意の厚さにすることができるため、そのような任意の厚さのシリコン素子層はすべて本発明の範囲内に含まれると考えられる。そうはいっても、薄いシリコン層材料は、前記応答時間の短縮および／または前記素子の静電容量の低減において特に有益である。説明しているように、電荷担体は、より厚いシリコン材層に比べると、より薄いシリコン層からより早く運び去られる。シリコンが薄ければ薄いほど、集合するために電子／正孔が通らなければならないものが減り、生成された電荷担体が、担体の集合を阻止するまたは遅らせる欠損に遭遇する確率が低くなる。したがって、高速光応答を実装する際の一目標は、薄いシリコン材を前記撮像素子の当該半導体素子層に利用することである。そのような素子は当該光ダイオードの内蔵電位およびどんな印加バイアスによっても電荷担体がほとんど欠乏して、電場のドリフトによって当該光によって生成された担体の高速集合をもたらす。当該光ダイオードの非空乏領域に残っている電荷担体は、ドリフト輸送よりも遅い拡散輸送によって集合する。この理由から、拡散が優位になる領域の厚さは、どの空乏ドリフト領域よりもはるかに薄くすることが望ましい。シリコン材において、適切なドーピングを有することは、印加バイアスなしで約１０μｍの空乏領域をもたらす。したがって、いつくかの態様では、厚さ約１００μｍ未満、約１０μｍ未満、または約５μｍ未満のシリコン材層を用いると有用である。別の態様では、前記シリコン材は、印加バイアスが前記電荷担体の飽和速度に十分な電界を生成するような厚さおよび基板ドーピング濃度を有することができる。光ダイオードの操作は、本明細書に開示されているように、ゼロバイアスでは、低ノイズを生じさせることがあるが、より長い応答時間でのことであることを理解すべきである。ただし、バイアスが印加されると、当該暗電流が増幅し、高ノイズになるが、応答時間は短くなる。前記増幅した暗電流は、入射光信号が強い場合には補正することができる。暗電流増幅の量は最小化できるが、より薄い素子層でできる。
【００６０】
当該半導体素子層は電磁放射線の検出および変換機能が果たされる任意の厚さにすることができるため、そのような任意の厚さの半導体はすべて本発明の範囲内に含まれると考えられる。いつくかの態様では、前記テクスチャ領域は、前記半導体素子層がこれまで可能であったものより薄くできるように前記素子の効率を高める。前記半導体素子層の前記厚さを薄くすると、そのような素子の製造に必要な半導体の量が減る。１つの態様では、例えば、前記半導体素子層は約５００ｎｍ〜約５０μｍの厚さを有する。別の態様では、前記半導体素子層は約１００μｍ以下の厚さを有する。さらにまた別の態様では、前記半導体素子層は約５００ｎｍ〜約２０μｍの厚さを有する。別の態様では、前記半導体素子層は約５００ｎｍ〜約１０μｍの厚さを有する。さらに別の態様では、前記半導体素子層は約５００ｎｍ〜約５０μｍの厚さを有する。さらにまた別の態様では、前記半導体素子層は約５００ｎｍ〜約２μｍの厚さを有する。他の態様では、前記半導体素子層は１０ミクロン、５ミクロン、または１ミクロン未満の厚さを有する。
【００６１】
１つの態様では、シリコン半導体素子層は約１００ｎｍ〜約１００μｍの厚さを有する。別の態様では、前記シリコン材は約０．５μｍ〜約５０μｍの厚さを有する。さらにまた別の態様では、前記シリコン材は約５μｍ〜約１０μｍの厚さを有する。さらに別の態様では、前記シリコン材は約１μｍ〜約５μｍの厚さを有する。
【００６２】
説明しているように、感光撮像装置の前記応答時間は、前記素子層の前記厚さをわたる前記光によって生成された担体の遷移時間により制限される。さらなる説明として、電子装置構造全体の負荷抵抗（Ｒ）と静電容量（Ｃ）のＲＣ時定数は、この遷移時間より少なく保つことができて、これには小さい負荷抵抗器を用いて、前記シリコン材と前記光ダイオード領域のドーピング密度を制限することにより前記光ダイオードの前記静電容量を小さく保つ。例えば、１０１５／ｃｍ３でドーピングされる光ダイオードは、何らのバイアス印加なしで１０ｎＦ／ｃｍ２の静電容量を有することができる。５０ｏｈｍ負荷抵抗器を伴う小領域の光ダイオードは、非常に高速のＲＣ時定数を有することができる。面積０．０１ｃｍ２の光ダイオードは、０．５ナノ秒のＲＣ時定数を有することができる。もし前記応答時間は、前記光ダイオードをわたる最大電荷担体遷移時間によって制限されるとするならば、拡散率は異なる厚さの光ダイオードについて前記応答時間の上限を設けることができる。例えば、もし前記光ダイオードがｄ＝１００μｍ未満の厚さを有するならば、当該拡散遷移時間は、以下の計算式（ＩＩ）によって求めることができる。ここで、Ｄは電子の拡散係数である。
【００６３】
【数１】
2014525091.tif 000003
【００６４】
前記応答時間は２μｓの上限に制約される。約９００ｎｍの波長を有する光については、約３５％のみ最初の通過または１００μｍより薄い材料で吸収され、およそ３０％は最初の表面で反射され、それによって、およそ１０％または０．１Ａ／Ｗの応答度を得る。前記応答度Ｒは、Ｒ値＝０．５Ａ／Ｗに達するように複数の内部反射を用いて少なくとも５倍に増やすことができる。
【００６５】
したがって、本発明の装置は、従来のシリコン素子に比べて、より長い波長の前記吸収光路長を長くすることによってシリコン材の前記吸収光路長を長くする。シリコン受光素子の前記吸収深度は、当該放射強度が当該シリコン材の表面において当該値の約３６％に減るところでのシリコンへの深さである。前記吸収光路長が長くなると、前記吸収深度に明らかな減少が生じるか、または見掛けまたは有効吸収深度の減少という結果になる。例えば、シリコンの前記有効吸収深度は、より長い波長が約１００μｍ以下の深さで吸収されるように減らすことができる。前記吸収光路長を長くすることにより、当該素子は、薄い半導体内でより長い波長（例えば、シリコンの場合は>１０００ｎｍ）を吸収することが可能になる。前記有効吸収深度を減らすことに加えて、前記応答時間を、より薄い半導体を使用して減らすことができる。
【００６６】
１つの態様では、光ダイオードは約ｄ＝１０μｍ未満の厚さを有することができる。上記の計算式（Ｉ）を用いると、その結果の応答時間の上限は約２０ｎｓである。最初の通過で約３３％吸収されて約３０％が最初の表面で反射される約７００ｎｍ波長を有する光においては、その応答度は約１０％または０．３アンペア／ワットになる。前記応答度Ｒは、本明細で説明しているように、Ｒ値＝０．６Ａ／Ｗに達するように内部反射を用いて少なくとも２倍に増やすことができる。
【００６７】
１つの態様では、例えば、撮像素子は約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間を有する。別の態様では、撮像素子は、標準シリコンと比べて、約８００ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長において約０．４Ａ／Ｗ〜約０．５５Ａ／Ｗの応答度を有する。さらにまた別の態様では、撮像素子は、標準シリコンと比べて、約１０００ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長において約０．１Ａ／Ｗ〜約０．５５Ａ／Ｗの応答度を有する。別の態様では、前記光電子素子は、同等の厚さおよび応答時間を有するシリコン素子と比べて、約５５０ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長において少なくとも１０％増加した外部量子効率を有する。
【００６８】
説明しているように、本発明の態様に基づく感光撮像装置は、従来の装置に比べて、より低レベルの暗電流を呈することができる。さまざまな理由が考えられるが、代表的理由の１つは、シリコン材層には、暗電流の発生原因である結晶対の傷がより少ないことにあると考えられる。１つの態様では、例えば、動作時の感光撮像装置の前記暗電流は約１００ｐＡ／ｃｍ２〜約１０ｎＡ／ｃｍ２である。別の態様では、動作時の撮像装置の最大暗電流は約１ｎＡ／ｃｍ２未満である。
【００６９】
したがって、本発明の態様に基づく撮像装置は、とりわけ、前記光スペクトルの赤外光部分に拡張された応答を提供し、電磁放射線から電気信号への変換に拡張された応答および量子効率を提供する。したがって、高い量子効率および速い応答時間を、約１００μｍより薄い素子の赤外光において取り込むことができる。言い換えると、より厚い素子の赤外波長で見られるものより、当該感度が高く、応答が速い。
【００７０】
シリコンに加えて、本発明の撮像素子での使用に他の半導体が考えられる。そのような半導体の非限定的な例には、ＩＶ族の材料、ＩＩ族およびＶＩ族の材料を含有する化合物および合金、ＩＩＩ族およびＶ族の材料を含有する化合物および合金、およびこれらの組み合わせが含まれる。より具体的には、ＩＶ族の材料の例には、シリコン、カーボン（例えばダイヤモンド）、ゲルマニウム、およびこれらの組み合わせが含まれる。ＩＶ族の材料のさまざまな組み合わせの例には、炭化珪素（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）が含まれる。シリコン材の例には、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶粒シリコン、単結晶シリコン、ならびに他の結晶タイプが含まれる。別の態様では、前記半導体は、少なくとも１つのシリコン、カーボン、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、砒化インジウムガリウム、砒化アルミニウムガリウム、およびこれらの組み合わせが含まれる。
【００７１】
ＩＩ〜ＶＩ族の組み合わせの例には、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、酸化亜鉛（Ｚｎ０）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ、ＣＺＴ）、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）、テルル化水銀亜鉛（ＨｇＺｎＴｅ）、セレン化水銀亜鉛（ＨｇＺｎＳｅ）、およびこれらの組合せが含まれる。
【００７２】
ＩＩＩ〜Ｖ族の材料の組み合わせの例には、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、燐化アルミニウム(ＡｌＰ)、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化硼素（ＢＰ）、砒化硼素（ＢＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、燐化インジウム（ＩｎＰ）、砒化アルミニウムガリウム（ＡｉＧａＡｓ、ＡｉｘＧａ１−ｘＡｓ）、砒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ、ＩｎxＧａ１−ｘＡｓ）、燐化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）、砒化アルミニウムインジウム (ＡｌＩｎＡｓ)、アンチモン化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＳｂ）、砒化窒化ガリウム（ＧａＡｓＮ）、砒化燐化ガリウム（ＧａＡｓＰ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、燐化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＰ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、砒化アンチモン化インジウム（ＩｎＡｓＳｂ）、アンチモン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＳｂ）、燐化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）、砒化燐化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓＰ）、砒化燐化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＰ）、砒化燐化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＡｓＰ）、砒化窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓＮ）、砒化窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓＮ）、砒化窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＡｓＮ）、砒化アンチモン化窒化ガリウム（ＧａＡｓＳｂＮ）、窒化砒化アンチモン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮＡｓＳｂ）、砒化アンチモン化燐化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＡｓＳｂＰ）、およびこれらの組合せが含まれる。
【００７３】
加えて、さまざまなタイプの半導体材料が考えられ、電磁放射線検出装置に組み込むことができるそのような材料はすべて本発明の範囲内に含まれると考えられる。１つの態様では、例えば、前記半導体材料は単結晶である。別の態様では、前記半導体材料は多結晶である。さらにまた別の態様では、前記半導体材料は微結晶である。前記半導体材料はアモルファスにすることも考えられる。具体的な非限定例には、アモルファスシリコンまたはアモルファスセレンが含まれる。
【００７４】
本発明の前記半導体材料は、さまざまな製造工程を用いて形成することもできる。場合によっては、前記製造手順は、当該素子の効率に悪影響を与えることがあり、それを求める成果を成し遂げる際に考慮に入れても差し支えない。製造工程の例には、チョクラルスキー（Ｃｚ）法、磁界印加型チョクラルスキー（ｍＣｚ）、フロートゾーン（ＦＺ）法、エピタキシャル成長または堆積法、およびそれに類するものが含まれる。本発明に用いられている前記半導体材料は、単結晶材料の上にエピタキシャル成長層を堆積する組み合わせであってもよい。
【００７５】
複数のドープ領域、テクスチャ領域、または当該撮像素子の他の任意のドーピング部分の形成に、さまざまなドーパント材料が考えられ、そのような工程に用いられるドーパントはすべて本発明の範囲内に含まれると考えられる。具体的に用いるドーパントは、ドーピングされる材料、ならびにその成果物材料の使用目的によって異なることを理解すべきである。
【００７６】
ドーパントは電子供与または正孔供与のどちらでもよい。１つの態様では、ドーパントの非限定例としては、Ｓ、Ｆ、Ｂ、Ｐ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ、Ａｒ、Ｇａ、Ｉｎ、８ｂ、およびこれらの組み合わせを含むことができる。このドーパントの範囲には、当該ドーパント自体だけではなく、当該ドーパント（すなわちドーパント担体）を搬送する形態の材料もまた含まれることを理解すべきである。例えば、Ｓドーパントには、Ｓだけではなく、Ｓを当該目標領域、例えば、Ｈ２Ｓ、ＳＦ６、ＳＯ２、およびそれらの組み合わせを含むもの等、ドーピングに使用できる任意の材料も含まれる。１つの具体的な態様では、前記ドーパントは、Ｓとすることができる。硫黄（Ｓ）は、イオンのドーズ量のレベルが約５ｘ１０１４から１ｘ１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２の間のところで存在することができる。含フッ素化合物の非限定的な例は、ＣｌＦ３、ＰＦ５、Ｆ２ＳＦ６、ＢＦ３、ＧｅＦ４、ＷＦ６、ＳｉＦ４、ＨＦ、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２ＨＦ５、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＮＦ３、およびそれらの組み合わせを含む、同類のものを含むことができる。含ホウ素化合物の非限定的な例は、Ｂ（ＣＨ３）３、ＢＦ３、ＢＣｌ３、ＢＮ、Ｃ２Ｂ１０Ｈ１２、ホウケイ酸塩、Ｂ２Ｈ６、およびそれらの組み合わせを含む、同類のものを含むことができる。含リン化合物の非限定的な例は、ＰＦ５、ＰＨ３、およびそれらの組み合わせを含む、同類のものを含むことができる。含塩素化合物の非限定的な例は、Ｃｌ２、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＳｉＣｌ４、およびそれらの組み合わせを含む、同類のものを含むことができる。ドーパントはまた、含ヒ素化合物、例えばＡｓＨ３など、ならびに含アンチモン化合物を含むこともできる。加えて、ドーパント材料は、ドーパント族にわたる混合物または組み合わせ、すなわち含硫黄化合物を含塩素化合物と混合したものを含むことができる。１つの態様では、前記ドーパント材料は空気よりも高い密度を有する。１つの具体的な態様では、前記ドーパント材料は、Ｓｅ、Ｈ２Ｓ、ＳＦ６、またはそれらの混合物を含むことができる。さらにまた別の具体的な態様では、前記ドーパントはＳＦ６とすることができて、約５．０ｘ１０−８ｍｏｌ／ｃｍ〜約５．０ｘ１０−４ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲の所定の濃度を有することができる。ＳＦ６気体は、レーザー加工によりシリコン材料に特に悪影響を与えることなく、硫黄を半導体材料に混合することに向いている担体である。加えて、ドーパントは、水、アルコール、または酸性溶液もしくは塩基性溶液などの溶液に解けるｎ型またはｐ型のドーパント材料の液体溶液にすることもできる。ドーパントは、粉末として、またはウェーハ上に乾燥固化した懸濁液として加えられる固体材料にすることもできる。
【００７７】
したがって、前記第１ドープ領域および第２ドープ領域は、電子供与種または正孔供与種でドーピングすることができて、前記領域の陽極性または陰極性を、お互いおよび／または前記半導体素子層と比べて、より高めることができる。１つの態様では、例えば、ドープ領域のどちらかをｐ型にドーピングすることができる。別の態様では、ドープ領域のどちらかをｎ型にドーピングすることができる。１つの態様では、例えば、ｐ＋およびｎ−ドーパントでドーピングすることにより、前記第１ドープ領域の極性を負極にして、前記第２ドープ領域の極性を陽極にすることができる。いつくかの態様では、ｎ（−−）、ｎ（−）、ｎ（＋）、ｎ（＋＋）、ｐ（−−）、ｐ（−）、ｐ（＋）、ｐ（＋＋）型のさまざまな種類のドーピングを当該領域に用いることができる。加えて、いつくかの態様では、前記第１および第２ドープ領域のほかにも、前記半導体材料をドーピングすることができる。前記半導体材料をドーピングして前記第１および第２ドープ領域と１もしくはそれ以上の異なるドーピング極性を有することができ、前記半導体材料をドーピングして第１および第２ドープ領域と１もしくはそれ以上の同一のドープ極性を有することができる。１つの具体的な態様では、前記半導体材料はドーピングしてｐ型にすることができて、前記第１および第２ドープ領域の１もしくはそれ以上をｎ型にすることができる。別の具体的な態様では、前記半導体材料はドーピングしてｎ型にすることができて、前記第１および第２ドープ領域の１もしくはそれ以上をｐ型にすることができる。１つの態様では、少なくとも１つの第１または第２ドープ領域は約０．１μｍ２〜３２μｍ２の表面面積を有する。
【００７８】
説明しているように、前記テクスチャ領域は電磁放射線を拡散したり、電磁放射線の向きを変えたり、電磁放射線を吸収しするように動作可能であり、それにより前記素子のＱＥを高めることができる。前記テクスチャ領域は、前記シリコン材の吸収光路長を長くするための表面特徴を含むことができる。前記表面特徴は、円錐形、角錐形、円柱形、隆起形、マイクロレン形ズ、量子ドッ形ト、反転図形などであってよい。前記特徴のサイズ、寸法、材料タイプ、ドーパントプロファイル、テクスチャ箇所などを操作する要素は、前記拡散領域が特定の波長に合わせて調節可能にすることができる。１つの態様では、前記素子は、特定の波長または波長範囲が吸収されるようにすることができる。１つの態様では、前記素子を調節することによって、特定の波長または波長範囲をフィルタを介して減らすまたは排除することができる。
【００７９】
説明しているように、本発明の態様に基づくテクスチャ領域は、前記素子内で特にはより長い波長（すなわち赤外光）において、入射する電磁放射線の複数の通過をシリコン材が感じられるようにすることができる。そのような内部反射は、前記有効吸収光路長を伸ばし、前記半導体素子層の厚さを超えるようにする。吸収光路長のこの増加は、前記素子の量子効率を高くして、信号対ノイズ比を改善することにつながる。前記テクスチャ領域は、衝突する電磁放射線に最も近い表面に設けることができるか、または前記テクスチャ領域は、衝突する電磁放射線に対して反対の表面に設けることができるため、その結果、当該放射線が前記テクスチャ領域に当たる前に前記シリコン材を通過できるようになる。加えて、前記テクスチャ領域はドーピングすることができる。１つの態様では、前記テクスチャ領域は、当該シリコン素子層と同じまたは類似するドープ極性にドーピングすることができて、ドーピングされた接触領域を前記素子の背面に提供することができる。
【００８０】
前記テクスチャ領域は、さまざまな手法により形成することができ、これには、レージング、化学エッチング（例えば異方性エッチング、等方性エッチング）、ナノインプリンティング、付加的原料堆積法、反応イオンエッチング、およびそれに類するものが含まれる。テクスチャ領域を形成する有効方法の１つはレーザー加工である。当該レーザー加工は、テクスチャ加工される前記半導体素子層の離散的な位置を可能にする。テクスチャ領域を形成するさまざまなレーザー加工手法が考えられ、そのような領域を形成できるどんな手法でも本発明の範囲内に含まれると考えられる。レーザー処理または加工は、とりわけ、吸収属性を高めることができるため、それによって電磁放射線の焦点合わせと検出が向上する。
【００８１】
１つの態様では、例えば、前記シリコン材の目標領域をレーザー光線で照射して、テクスチャ領域を形成することができる。そのような処理の例は、米国特許第７，０５７，２５６号、米国特許第７，３５４，７９２号、米国特許第７，および４４２，６２９号に詳しく説明されていて、この参照により本明細書に組み込まれる。簡単に説明すると、半導体材料の表面、例えばシリコンは、レーザー光線に照射されて、テクスチャ領域または表面改質領域が形成される。当該レーザー加工は、ドーパント材料があっても、なくてもできる。ドーパントを用いている態様においては、そうすることで、ドーパント担体を介して、当該レーザーを前記シリコン表面に誘導することができる。このようにして、前記ドーパント担体からのドーパントが、前記シリコン材の目標領域に導入される。シリコン材に組み込またそのような領域は、本発明の態様に基づくさまざまな利点を有することができる。例えば、前記目標領域は通常、テクスチャされた表面を有し、前記表面はレーザー処理された領域の表面面積を増やし、本明細書に説明されているメカニズムにより放射吸収の確率を高める。１つの態様では、そのような目標領域は実質的にテクスチャされた表面であり、これには前記レーザーテクスチャ加工により生成されたミクロンサイズおよび／またはナノサイズの表面特徴が含まれる。別の態様では、前記シリコン材の表面を照射することには、照射が前記ドーパントを前記半導体に取り込まれるように前記レーザー光線を露光することも含まれる。さまざまなドーパント材料が当該技術分野において既知であり、本明細書でさらに詳しく論じている。いつくかの態様では、当該レーザー加工は、前記シリコン材（例えばアラゴンアモルファス）を実質的にドーピングしない場合でもできる。
【００８２】
その場合、前記テクスチャ領域を形成する前記シリコン材の表面は化学的におよび／または構造的に前記レーザー処理によって改造され、これはいつくかの態様では、表面特徴の形成につながり、ナノ構造、ミクロ構造、および／またはパターン化領域として前記表面に表れて、ドーパントを用いた場合は、そのドーパントが前記半導体材料に取り込まれる。いつくかの態様では、そのような特徴は、約５０ｎｍ〜２０μｍのサイズにでき、電磁放射線の吸収を助けることができる。言い換えると、前記テクスチャ表面は、入射光が前記シリコン材により吸収される確率を高くすることができる。
【００８３】
別の態様では、前記テクスチャ領域および／または前記半導体材料の少なくとも一部のをドーパントでドーピングすることができて、裏面電界を生成することができる。裏面電界は、生成された電荷担体を前記素子の背面から接合部に向けて跳ね返す働きをすることができて、収集効率と速度を改善することができる。裏面電界が追わることにより、電荷担体収集および空乏化を促進することができる。裏面電界の存在はまた、素子の表面からの暗電流の寄与を抑える働きをする。
【００８４】
当該撮像素子は、高速でバイアス印加がなくても動作するが、１つの態様では、当該撮像素子に接続している当該電気接点にわたり逆バイアス印加することができる。そのような逆バイアスは、より早く電荷担体を前記シリコン材から運び去り、前記素子の前記応答時間を短縮するように動作可能である。したがって、これらの条件にはバイアスが用いられることから、電荷担体を前記シリコン材から運び去ることができるどんなバイアス電圧でも本発明の範囲内に含まれると考えられる。１つの態様では、例えば、前記逆バイアスは、約０．００１Ｖ〜約２０Ｖである。別の態様では、前記逆バイアスは、約０．００１Ｖ〜約１０Ｖである。さらにまた別の態様では、前記逆バイアスは、約０．００１Ｖ〜約５Ｖである。さらに別の態様では、前記逆バイアスは、約０．００１Ｖ〜約３Ｖである。さらにまだ別の態様では、前記逆バイアスは、約３Ｖ〜約５Ｖである。いつくかの態様では、前記逆バイアスは存在しなくてもよく、言い換えると、０Ｖが第１および第２接点にわたり印加される。そのような場合は、前記電荷担体は、前記第１および第２ドープ領域により作られた当該接合電位によって、前記シリコン材から欠乏してもよい。
【００８５】
別の態様では、図４に示すように、半導体素子層４０２は、第１ドープ領域４０４、第２ドープ領域４０６、および前記ドープ領域の対向面にテクスチャ領域４０８を有することができる。反射防止層４１０は、前記テクスチャ層４０８の対向面の前記半導体素子層４０２に結合することができる。いつくかの態様では、前記反射防止層４１０は、前記テクスチャ領域（図示せず）として前記半導体素子層４０２と同じ側にすることができる。さらに、いつくかの態様では、レンズを前記半導体素子層に光学的に結合することができ、入射電磁放射線を前記半導体素子層に焦点を合わせるように配置することができる。
【００８６】
本発明の別の態様では、光ダイオードアレイが前記撮像素子として提供される。そのようはアレイは、入射光源を有する半導体素子層と、接合部を形成する各ダイオードに第１ドープ領域および第２ドープ領域が含まれることを特徴とする前記半導体素子層に少なくとも２つの光ダイオードと、前記半導体素子層に結合され電磁放射線と相互作用するよう配置されたテクスチャ領域とを含むことができる。前記テクスチャ領域は単一のテクスチャ領域または複数のテクスチャ領域とすることができる。加えて、前記光ダイオードアレイは、約０．１ｍｓ〜約１ｍｓの応答時間と、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率とを有することができる。前記光ダイオードアレイは画素数を有することができて、この画素数は約３２０Ｘ２８０以上のピクセル解像度としても一般に知られている。別の実施形態では、前記ピクセル解像度は、１ＭＰ（メガピクセル）より大きく、５ＭＰより大きく、１５ＭＰより大きく、さらに２５ＭＰよりも大きい。
【００８７】
図５に示されているように、例えば、半導体素子層５０２は、少なくとも２つの光ダイオード５０４を含むことができて、それぞれが第１ドープ領域５０６および第２ドープ領域５０８を有する。テクスチャ領域５１０は、電磁放射線と相互作用するように配置することができる。図５は、光ダイオードごとに独立しているテクスチャ領域を示す。ただし、いつくかの態様では、単一のテクスチャ領域を用いて、前記アレイの複数の光ダイオードの当該吸収光路長を長くすることができる。さらに、分離構造体５１２は、前記光ダイオード間に配置することができて、電気的および／または光学的に前記光ダイオードをお互いから分離する。別の態様では、前記光ダイオードアレイは、電子回路に電気的に結合することができて、各光ダイオードによって生成された前記信号を処理する。
【００８８】
さまざまな撮像素子構成および要素が考えられ、そのようなものはすべて本発明の範囲内に含まれると考えられる。そのような要素の非限定例には、担体ウェーハ、電気接点、反射防止層、誘電体層、回路層、バイア、転送ゲート、赤外光フィルタ、カラー・フィルタ・アレイ（ＣＦＡ）、赤外光カットフィルタ、単離体等が含まれる。加えて、当該素子は、２０１０年９月１７日付で出願された米国特許第１２／８８５，１５８号に開示されているように光吸収属性と要素を有することができて、ここに参照することによってその特許の全体が本願に組み込まれる。前記撮像素子はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、相補型金属酸化膜半導体）画像センサーまたはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合素子）とすることができる。
【００８９】
撮像素子には、前記素子の所望の設計に応じて１ピクセルあたりに多数のトランジスタを含むことができる。１つの態様では、例えば、撮像素子は、少なくとも３つのトランジスタを含むことができる。他の態様では、撮像装置は４、５、または６もしくはそれ以上のトランジスタを有することができる。例えば、図６は、本発明の一態様に基づいてグローバルシャッター操作を可能にする６トランジスタ（６−Ｔ）アーキテクチャの例示的概略図を示す。前記撮像素子は、光ダイオード（ＰＤ）と、グローバルリセット（Ｇｌｏｂａｌ＿ＲＳＴ）と、グローバル転送ゲート（Ｇｌｏｂａｌ＿ＴＸ）と、記憶ノードと、転送ゲート（ＴＸ１）と、リセット（ＲＳＴ）と、ソースフォロワー（ＳＦ）と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）と、行選択トランジスタ（ＲＳ）と、電源（Ｖａａｐｉｘ）と、出力電圧（Ｖｏｕｔ）とを含むことができる。追加の転送ゲートおよび記憶ノードの使用により、相関二重サンプリング（ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ−ｄｏｕｂｌｅ−ｓａｍｐｌｉｎｇ：ＣＤＳ）が可能になる。そのため、当該読み出しノイズは典型的なＣＭＯＳ ４Ｔ画素に一致することになる。
【００９０】
ロールシャッターは本発明の範囲内に含まれると考えられるが、グローバルシャッターの用法は、本発明の装置およびシステムでの使用に有益である。例えば、図７ａおよび図７ｂは、ＩＲ感光撮像装置で取り込んだ被験者の虹彩の画像である。図７ａに見られるように、ロールシャッターで撮影した虹彩の画像は、撮影中の動きによりいくらか歪んでいる。これらの歪みは、当該個人の識別に悪影響を与えるおそれがある。一方の図７ｂは、グローバルシャッターで撮影した虹彩の画像であり、より鮮明で、それほどの歪みが見られない。前記グローバルシャッターは電子的に動作し、全画素が精密に同時に動作するため、当該全画素のシーンからの光の取り込みが同時にできて、続いてその取り込みの完了も同時にできる。これは、ロールシャッターの歪みを排除する。前記グローバルシャッターの画像は、前記ロールシャッターと同じ条件下で撮影されたものである。したがって、特に被写体が動いている場合に、歪みのない画像を取り込むには、グローバルシャッターを写真撮影装置とともに利用することに利点がある。
【００９１】
本発明の別の態様では、前記生体認証システムは、三次元（３Ｄ）感光撮像素子を含むことができる。そのような３Ｄ型撮像素子は、識別において個人の表面詳細、例えば顔特徴、身体特徴、歩幅または姿勢特徴、およびそれに類するものを画像化する際に役立てることができる。飛行時間（ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）は、レーダーおよびＬＩＤＡＲ（ｌｉｇｈｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒａｎｇｉｎｇ、光検出と測距）システムで用いるために開発された一技術で、前記３Ｄ画像処理に利用できる深さ情報をもたらす。ＴＯＦの原則が関与して、信号を物体に送り、標的から返されたその信号の属性を測定する。この測定された属性が当該ＴＯＦに用いられる。前記標的までの距離は、したがって、前記ＴＯＦと前記信号の速度の乗算により派生する。
【００９２】
図８は、空間的に分離された複数の表面を有する標的でのＴＯＦ測定を図示している。計算式（ＩＩＩ）は、標的までの距離を測定するために用いることができ、ここで、ｄはその標的までの距離で、ｃは光速である。
【００９３】
【数２】
2014525091.tif 000004
【００９４】
光源８０２から放出された光が標的８０４との間を往来する時間（例えば、ＴＯＦ）を測定することにより、光源（例えば、発光ダイオード：ＬＥＤ）とその標的の表面との間の距離が求められる。そのような撮像素子においては、各画素が上述のＴＯＦ測定を実施できる場合、その標的の３Ｄ画像を取得することができる。光速の速さにより、標的が光源に比較的近いと、ＴＯＦ法での距離測定は困難になる。１つの態様では、したがって、ＴＯＦ測定は、変調されたＬＥＤ光パルスを利用することができて、放出された光と受信した光との間の位相遅延を測定することができる。この位相遅延およびＬＥＤパルス幅に基づいて、そのＴＯＦが求められる。したがって、このＴＯＦ概念は、ＣＭＯＳセンサーとＣＣＤセンサーの両方で利用することができて、個人の識別に用いる画像を取り込むために各画素から深さ情報を取得することができる。
【００９５】
一例として、３Ｄ画素、例えば、拡張された赤外線応答を伴うＴＯＦ ３Ｄ画素は、深さ精度を高め、順を追って、顔特徴を三次元スケールで表示することができる。１つの態様では、写真撮像素子アレイは、画素を検出する少なくとも１つの３Ｄ赤外線と、お互いに相関してモノリシックに配列された画素を検出する少なくとも１つの可視光とを含むことができる。図９ａ〜ｅは、そのようなアレイの画素配列の非限定例の構成である。図９ａは、赤色画素９０２、青色画素９０４、および緑色画素９０６を有する画素アレイ配列の一例を示す。加えて、拡張された応答度または検出能を光スペクトルのＩＲ領域に有する２つの３Ｄ  ＴＯＦ画素９０８が含まれている。２つの３Ｄ画素のこの組み合わせは、より良い深さ知覚を可能にする。図９ｂに示されている前記画素配列には、図９ａで説明したように撮像素子と、赤色画素１つ、青色画素１つ、および緑色画素２つの３アレイとが含まれている。基本的に、１つのＴＯＦ画素が、１つの4分ＲＧＧＢ画素設計と置き換わる。この構成においては、深さ知覚のための赤外光を取り込むと同時に、いくつかの緑色画素を追加することにより、ヒトの目が必要とする緑色感度に必要な多くの緑色波長の取込みが可能になる。本発明の範囲は、画素アレイの数または配列に限定されていないことを理解すべきであり、どんな数および／または配列でも本発明の範囲内に含まれることを理解すべきである。図９ｃは、また別の態様に基づく別の画素の配列を示す。
【００９６】
いつくかの態様では、前記ＴＯＦ画素は、オン画素（ｏｎ−ｐｉｘｅｌ）狭帯域通過フィルタを有することができる。この狭帯域通過フィルタ設計は、前記変調された光源（ＬＥＤまたはレーザーのどちらか）の発光スペクトルに一致することができて、変調されたＩＲ光の信号対ノイズ比をさらに大きくすることになる不要な環境光を大幅に減らすことができる。赤外線ＱＥが高くなることの別の利点は、高速３Ｄ画像取込のための高フレームレート操作が有り得ることである。赤外線カットフィルタを集積すると、忠実度の高い演色での品質の高い可視画像が可能になる。赤外線カットフィルタをセンサーチップに集積すると、（典型的なＩＲフィルタガラスの取り除きにより）カメラモジュールの全システムコストも削減し、（モバイル用途に最適な）モジュールのプロファイルを小さくすることができる。これは、ＴＯＦ画素および非ＴＯＦ画素と併用できる。
【００９７】
図１０は、本発明の一態様に基づく３Ｄ  ＴＯＦ画素の例示的概略図を示す。前記３Ｄ  ＴＯＦ画素は、ターゲットの奥行測定を遂行するための１１トランジスタを有することができる。本実施形態においては、前記３Ｄ画素は、光ダイオード（ＰＤ）と、グローバルリセット（Ｇｌｏｂａｌ＿ＲＳＴ）と、第１グローバル転送ゲート（Ｇｌｏｂａｌ＿ＴＸ１）と、第１記憶ノードと、第１転送ゲート（ＴＸ１）と、第１リセット（ＲＳＴ１）と、第１ソースフォロワー（ＳＦ１）と、第１フローティングディフュージョン（ＦＤ１）と、第１行選択トランジスタ（ＲＳ１）と、第２グローバル転送ゲート（Ｇｌｏｂａｌ＿ＴＸ２）と、第２記憶ノードと、第２転送ゲート（ＴＸ２）と、第２リセット（ＲＳＴ２）と、第２ソースフォロワー（ＳＦ２）と、第２フローティングディフュージョン（ＦＤ２）と、第２行選択トランジスタ（ＲＳ２）と、電源（Ｖａａｐｉｘ）と、出力電圧（Ｖｏｕｔ）とを含むことができる。他のトランジスタを３Ｄアーキテクチャに含むことができ、これは本発明の範囲内に含まれると考えられる。この１１トランジスタを伴う特定の実施形態は、そのグローバルシャッター操作により、モーションアーチファクト（ｍｏｔｉｏｎ  ａｒｃｈｉｆａｃｔｓ）を減らすことができ、その結果、より正確な測定をもたらす。
【００９８】
別の態様では、熱撮像を熱関連の特徴を呈する個人または集団の識別に利用することができる。図１１に示されているように、例えば、撮像素子は、少なくとも１つの接合部を形成する第１ドープ領域１１０４および第２ドープ領域１１０６を有するシリコン素子層１１０２を含むことができる。多数の構成が考えられ、どのタイプの接合構成でも本発明の範囲内に含まれると考えられる。例えば、前記第１および第２ドープ領域は、お互いに異なったり、お互いに接触したり、お互いに重なり合ったりすることなどができる。場合によっては、第１と第２ドープ領域の間に少なくとも部分的に真性領域を置くことができる。前記素子はまた、前記テクスチャ領域は前記シリコン素子層１１０２に結合されているテクスチャ領域１１０８であって、入射する電磁放射線１１１０と相互作用するように配置されている前記テクスチャ領域を含むこともできる。この場合、前記テクスチャ領域１１０８は、前記第１ドープ領域１１０４および前記第２ドープ領域１１０６に対向する前記シリコン素子層１１０２の側に配置されて示されている。前記テクスチャ領域１１０８は、前記シリコン材の全体表面またはその一部分のみに設けることができる。さらに、熱感知層１１１２、例えばボロメータまたはマイクロメートルは、前記シリコン素子層１１０２と結合することができる。１つの態様では、空洞または空隙を前記熱感知層と前記シリコン材（図示せず）との間に配置される。そのような素子に関係するさらなる詳細は、米国特許第７，８４７，２５３に記載されていて、ここに参照することによってその特許の全体が本願に組み込まれる。そのような素子は、図１１に示すように、顔および／または虹彩特徴ならびに熱的特徴または個人の特徴の測定に利点を有する。
【００９９】
説明しているように、当該個人を識別するシステムは、パッシブ光源（例えば太陽光、環境証明）またはＩＲ光を放出できるアクティブ光源（例えばＬＥＤまたは電球）のどちらかの光源を含むことができる。前記システムは、個人の識別に有益に用いることができる任意の光源を利用できる。したがって、１つの態様では、前記光源はアクティブ光源である。アクティブ光源は、発光可能な当該技術分野において、特にそのＩＲスペクトルにおいて、既知である。そのようなアクティブ光源は、継続的にするかまたはパルスにすることができ、前記パルスは前記撮像装置の光捕獲と同期することができる。さまざまな光波長を放出することができて個人の識別に利用できる一方で、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲のＩＲ光は特に有用である。加えて、いつくかの態様では、前記アクティブ光源は２もしくはそれ以上のアクティブ光源でもよく、それぞれが赤外線電磁放射線をお互いに異なるピーク発光波長で放出する。前記ＩＲ範囲内の任意のお互いに異なるピーク発光波長を利用することができると同時に、非限定的な例には、８５０ｎｍ、９４０ｎｍ、１０６４ｎｍ等が含まれる。いつくかの態様では、前記２もしくはそれ以上のアクティブ光源は、同時またはオフセットのデュー・ティサイクルで同一の撮像素子と相互作用することができる。そのような構成は、重複識別において、当該個人の１もしくはそれ以上の一意の特徴の独立取込に有用である。この重複識別は、当該個人の正確な認証または識別を保証することに役立つ。他の態様では、前記２もしくはそれ以上のアクティブ光源はそれぞれ、異なる撮像素子と相互作用することができる。
【０１００】
いつくかの態様では、前記撮像素子と前記光源が含まれている前記システムは、固定位置にすることができる。これは、例えば個人が前記撮像装置に向かって直接歩行することを促せる環境などの場合に有用である。場合によっては、固定位置の撮像素子は、固定された視点軸に沿ってズームすることができるようにズームレンズを併設することができる。他の態様では、撮像素子および／または光源を動かすことに役立てることができる。したがって、パンおよび／またはチルトおよびズームできるシステムは、識別プロセス中に個人を追跡することができる。本発明の目的において、パンには、任意の方向への装置の動作が含まれる。例えば、１つの態様では、システムはパンおよびズームのモジュールを含むことができる。そのようなモジュールによって、当該システムが個人の特徴、例えば虹彩、を特定すること、その特徴を拡大撮影して撮像素子（例えばカメラ）を最適化すること、および／または光源角度を拡大撮影して識別目的の電子的表現を取り込むことが可能になる。そのような動作システムは、手動または自動操作することができる。
【０１０１】
１つの具体的な態様では、前記システムは、少なくとも２つの撮像素子を含むことができる。前記撮像素子のそれぞれを、依存または独立動作ができるやり方で一緒に取り付けることができる。１つの態様では、前記撮像素子を利用してそれぞれが個人の識別特徴を重複識別検証用に取り込むことができる。例えば、各撮像素子は、同一または異なる光源を用いて独立画像を取り込んでその識別結果を比較することができる。他の態様では、前記２もしくはそれ以上の撮像素子は相互に機能し合って個人の電子的表現を取り込むことができる。例えば、１つの態様では、前記システムは、個人の顔の電子的表現を生成するために配置され前記電子表現を生成することができる第１撮像素子と、当該個人の虹彩の電子的表現を生成するために配置され前記虹彩の電子的表現を生成することができる第２撮像素子とを含む。そのような構成において、前記システムはまた、前記顔の電子的表現から目の位置を特定する画像処理回路も含むことができて、前記パン、チルト、ズーム機能を制御する回路にその位置情報を提供する。
【０１０２】
前記システムにはまた、前記画像処理モジュールに機能的に結合された解析モジュールも含むことができて、当該個人の識別を円滑にするために少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を既知の識別特徴と比較することができる。例えば、前記解析モジュールは、個人の身元についての既知データをデータベースなどの情報源から取得することができて、この既知データと、前記撮像素子によって取り込まれている前記電子的表現とを比較することができる。画像を分析し、生体的な境界／測定値を定義し、生体測定値を一意のコードに変換できるさまざまなアルゴリズムが知られている。そして、この一意のコードをデータベースに保存することができて、個人の身元を確認するための照合に使用することができる。そのようなアルゴリズムは、米国特許第７，０５７，２５６号、米国特許第４，６４１，３４９号、米国特許第５，２９１，５６０号に詳しく説明されていて、この参照により本明細書に組み込まれる。当該画像処理モジュールおよび当該解析モジュールは同一または別々のモジュールとすることができることを理解すべきである。本明細書に説明されている前記システムは前記識別アルゴリズムのどれでも利用できることを理解するべきである。
【０１０３】
別の態様では、前記システムは少なくとも１つの前記撮像素子または前記光源を動かす自動パンおよびズームモジュールと、顔電子的表現を分析するプロセスモジュールとを利用することができる。前記プロセスモジュールは、顔および虹彩のパンおよびズームモジュール座標を提供することができて、さらにズーム、移動、および画像を取り込むことができる。
【０１０４】
さらに、さまざまな態様において、本発明のシステムは、多様な用途に適するサイズに調節することができる。これは、薄膜設計の可能性、前記撮像素子のＩＲ光に対して高められた感度、それに応じて低減されるＩＲ放出の放射強度によってさらに促進され、したがって、光源のサイズを小さくすることが可能になる。１つの態様では、例えば、前記光源、前記撮像素子、および前記画像処理モジュールは全体で、約１６０立方センチメートル未満のサイズを有する。さらにまた別の態様では、前記光源、前記撮像素子、および前記画像処理モジュールは全体で、１６立法センチメートル未満のサイズを有する。さらにまた別の態様では、前記撮像素子は、約１／７インチの光学フォーマットを有することができる。
【０１０５】
別の態様では、前記システムは、当該個人のトリガによって、当該個人が前記トリガを認識していようといなかろうと、動作を開始することができる。前記トリガは、前記システムに組み込まれたトランジスタまたはセンサーとすることができて、前記システムは前記システムの動作を開始することができる。このようなトリガは、熱センサー、運動センサー、光センサー、および他の同類センサーとすることができる。
【０１０６】
本発明の態様に基づく前記システムは、識別されている個人から隠されるように別途の設計をすることができる。約８００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射線に対して、拡張されたＱＥを有する撮像素子を結合する他のシステムは、本明細書に説明されているように、ＩＲ透過材によって個人から隠されるようにすることもできることを理解すべきである。本発明の撮像素子の前記改良された応答度または拡張されたＱＥは、ＩＲ光の信号が個人に反射して光学的に不透明ではあるがＩＲ透過の表面、媒体、または材料の背後で取り込めるようにすることができる。例えば、撮像素子はＩＲ透過材、例えば、赤外線透過塗料が少なくとも一部に塗布されたガラスやプラスチック、または他のＩＲ透過媒体基板の背後に配置することができる。いつくかの態様では、前記ＩＲ透過媒体は見た目に不透明である。１つの態様では、金属粒子を前記赤外線透過材の少なくとも一部に浸透させることができる。さらにまた別の態様では、他の光がフィルタ処理されると同時にＩＲ光が前記赤外線透過媒体を透過するように前記媒体の一部上に量子ドットを配置してもよい。前記ＩＲ透過材はＩＲ光の伝達が可能な任意の材料にすることができる。前記ＩＲ光源は、ＩＲ透過材のどちらかの側から識別される個人に向けることができる。そこから、前記ＩＲ光源の反射は、識別処理用に前記撮像素子によって取り込まれる。そのようなやり方でＩＲ撮像素子を隠すことは、ＩＲ画像処理システムを用いる任意の方法または手法と併用することができて、個人の識別に限定されるべきものではない。また、前記撮像素子をＩＲ透過材の背後に配置することに加えて、隠すこともまた、小さい設置面積を有するＩＲ撮像素子が覆い隠される配置によって遂行することができる。前記小さい設置面積と前記所望の電子装置があると、本明細書に説明されている前記システムは前記電子装置から少量の電源を消費することができる。１つの態様では、前記システムは５ワット未満、３ワット未満、および１ワット未満の電源を使用することができる。
【０１０７】
１つの態様では、本識別システムは電子装置に組み込むことができる。当該装置の非限定例には、モバイル型スマートフォン、携帯電話、ノートブックパソコン、デスクトップパソコン、タブレットコンピュータ、ＡＴＭ、およびそれに類するものが含まれる。１つの具体的な態様では、当該個人の身元確認は、前記電子装置のロックを解除するように動作可能である。ここでの例では、前記電子装置は暗号化された正規ユーザーの顔および虹彩識別特徴を記憶レジスタに記憶し、個人の識別特徴は前記電子装置に組み込まれた認証システムによって取り込まれる。前記認証システムは、当該個人の識別特徴を、身元確認用に前記記憶された正規ユーザーの識別特徴と比較することができる。この態様は、金融または法的取引、もしくは身元確認および／または署名が必要な他のどんな取引でも個人を検証する際に有益である。本明細書において、ＡＴＭの金融取引に、当該ＡＴＭ装置が当該個人の識別特徴を、身元確認用に当該カードに記憶された前記正規ユーザーの形質と比較することができるように、前記暗号化された正規ユーザーの識別特徴がＡＴＭデビットカードに記憶されているユーザー認証システムを含めても差し支えないと考えられる。同様のシステムをクレジットカードや他のどの商用アイテムでも活用することができる。
【０１０８】
別の例において、金融取引は携帯電話装置を介して遂行してもよく、その場合、前記認証システムは前記正規ユーザーを、当該金融取引中に当該携帯電話に組み込まれた前面または場面撮像装置を介して継続的に検証する。さらに、携帯電話の実施形態において、前記撮像素子は、ユーザーが赤外光取込ノードと可視光取込ノードとの間で切り替えることができるスイッチを含むことができる。
【０１０９】
図１２において、電子装置は、一体化されたユーザー認証システム１２００を含むことができて、前記認証システムはユーザーを継続的に検証および認証するように設定できる。そのようなシステムは、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、前記電磁放射線と相互作用するよう配置されたテクスチャ領域とを含む撮像素子１２０２を含むことができて、前記影像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約３３％の外部量子効率を有することを特徴とし、前記装置のユーザーの識別特徴の電子的表現を取り込むよう前記撮像素子が配置されている。前記撮像素子は当該ユーザーの電子的表現を少なくとも定期的に取り込む。前記システムはまた、正規ユーザーの既知の識別特徴を記憶することができる記憶レジスタ１２０６と、前記撮像素子および前記記憶レジスタに電気的に結合された解析モジュール１２０８とを含むことができ、前記解析モジュールは、アルゴリズムを使用して電子的表現を生成することができ、前記識別特徴の前記電子的表現を前記既知の識別特徴と比較して、当該ユーザーが前記正規ユーザーであることを確認する。したがって、不正ユーザーによる使用を妨げながら、正規ユーザーが前記装置を継続的に用いることができる。１つの態様では、前記システムは、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を前記ユーザーへ向けて放出することができる光源を含むことができる。
【０１１０】
別の態様では、第２撮像素子１２０４を前記システムに組み込むことができる。前記第２撮像素子は、約８００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射線を検出するように設定されたＩＲ拡張型撮像装置とすることができる。前記第２撮像素子は、個人の虹彩、顔、または両方を排他的に追跡するように設定することができる。別の態様では、第２撮像素子は、可視光を検出するように設定することができて、カメオ型撮像素子にすることができる。別の実施形態において、トリガ１２１０（例えばモーションセンサ）およびスイッチ１２１２をユーザー認証システムに選択的に組み込むことができて、前記システムの作動を可能にし、第１撮像素子と第２撮像素子との間で切り替えを可能にすることができる。さらに、第１または第２撮像素子は、個人の電子的表現の取込を支援するレンズまたは光学要素を含むことができる。
【０１１１】
前記ユーザー認証システムの継続的性質を考えた場合に、ＣＰＵの負荷を低減するために前記認証システムを前記電子装置の前記処理システムから分離することは有益である。そうするための一手法には、前記解析モジュールおよび前記撮像素子を一緒に同一の半導体素子層にモノリシックに集積することを含むことが含まれ、前記電子装置のＣＰＵから分けることができる。このようにすると、前記認証システムは前記電子装置のＣＰＵから独立して機能する。
さらに、いつくかの態様では、前記認証システムは、ＩＲ光取込と可視光取込との間で前記撮像素子を切り替えるトグルを含むことができる。したがって、前記撮像素子は前記ユーザーを認証することと、可視光画像を取り込むこととの間で切り替えることができる。
【０１１２】
さらに、セキュリティ上の理由で前記既知の識別特徴を暗号化することは有益である。そのような暗号化は、正規ユーザーをなりすまし犯罪から守り、電子装置の不正使用を防ぐことができる。
【０１１３】
本発明の別の態様では、個人を識別する方法が提供される。図１２に示すように、そのような方法は、少なくとも１つの約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する赤外線電磁放射線を当該個人に向けて放出する工程１３０２と、少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する当該個人の電子的表現を生成するために当該個人から反射された前記赤外線電磁放射線を撮像素子に受信する工程１３０４と、前記電子的表現を少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を有する個人表現に処理する方法１３０６と、前記少なくとも１つの実質的に一意の識別特徴を当該個人を識別するために用いる工程１３０８とを含むことができる。前記撮像素子は、半導体素子層と、接合部を形成する少なくとも２つのドープ領域と、前記電磁放射線と相互作用するように配置されたテクスチャ領域とを含み、前記撮像素子は、少なくとも１つの８００ｎｍを超える波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約30％の外部量子効率を有することを特徴とする。
【０１１４】
さまざまな識別特徴を活用して個人を識別することができて、そのような識別に活用できるどんな識別特徴でも本発明の範囲内に含まれると考えられる。そのような識別の非限定的な例は、顔特徴、虹彩パターン、姿勢、歩き方、熱画像等を含む。１つの具体的な態様では、前実質的に一意の識別特徴は、当該個人の識別に十分な虹彩の電子的表現を含むことができる。説明しているように、本システムの前記拡張された応答度は、さまざまな距離において虹彩の電子的表現の取込を促進することができる。１つの態様では、例えば、前記虹彩の前記電子的表現は、前記撮像素子により、当該個人から約０．５ｍから約１５ｍの距離で取り込むことができる。別の態様では、前記虹彩の前記電子的表現は、前記撮像素子により、当該個人から約２ｍから約１０ｍの距離で取り込むことができる。さらに別の態様では、前記虹彩の前記電子的表現は、前記撮像素子から当該個人までが２ｍを越える距離で取り込むことができて、これには１０，０００ｍＷ／ｍｍ２／ステラジアン未満の放射強度で前記赤外線電磁放射線を用いる。
【０１１５】
当然のことながら、前述の配置はあくまでも本発明の基本的な用途の図であると理解すべきである。本発明の主旨を逸脱しない範囲で数多くの変更や代替的配置が当該技術の当業者によって考案され得るが、本付帯の請求項はかかる変更や配置を包括するものとする。したがって、本発明は本発明の最も実用的実施形態と現時点でみなされることに関連して特殊性かつ詳細に上述されていると同時に、当該技術の当業者には、サイズ、材料、形状、形態、機能および操作方法、組み合立ておよび使用を含むがこれに限定されない数多くの変更は、本明細書に記載されている原理および概念から逸脱することなく可能であることが明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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