(57)【要約】  【解決手段】  生体特徴を使用した個人またはユーザを認証するためのシステム、装置、および方法が提供される。１つの態様において、例えば、少なくとも１つの生体特徴の識別によってユーザを認証するためのシステムは、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍのピーク発光波長を有する電磁放射線を放射可能な活性光源であって、前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴に対して当該電磁放射線を照射するように配置されているものである、前記活性光源と、前記活性光源に対して配置された赤外線捕捉画素を有し、それにより、前記ユーザの前記少なくとも１つの生体特徴から反射された電磁放射線を受光して検出する画像センサとを含むことができる。前記システムは、さらに、画像センサに機能的に結合され、検出された電磁放射線からユーザの少なくとも１つの生体特徴の電子表現を生成するように動作可能な処理モジュールと、前記処理モジュールに機能的に結合され、前記電子表現を受信してユーザの少なくとも１つの生体特徴の認証基準と比較することにより前記ユーザの認証を提供するように動作可能な認証モジュールとを含むことができる。  【選択図】      図１
2016510467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの生体特徴の識別によってユーザを認証するシステムであって、
約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍのピーク発光波長を有する電磁放射線を放射可能な活性光源（ａｃｔｉｖｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）であって、前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴に対して当該電磁放射線を照射するように配置されているものである、前記活性光源と、
前記活性光源に対して配置された赤外線捕捉画素を有し、それにより、前記ユーザの前記少なくとも１つの生体特徴から反射された電磁放射線を受光して検出する画像センサであって、前記光捕捉画素は複数の赤外電磁放射線の通過を容易にする構造配置を有するものである、前記画像センサと、
前記画像センサに機能的に結合され、検出された電磁放射線から前記ユーザの前記少なくとも１つの生体特徴の電子表現を生成するように動作可能な処理モジュールと、
前記処理モジュールに機能的に結合され、前記電子表現を受信して前記ユーザの前記少なくとも１つの生体特徴の認証基準と比較することにより前記ユーザの認証を提供するように動作可能な認証モジュールと、
前記認証モジュールに機能的に結合され、前記ユーザが認証されたことを通知するように動作可能な認証インジケータと
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、前記画像センサは、約４００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する電磁放射線を検出することが可能であるシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記活性光源は、９４０ｎｍにおいて約５ｕＷ／ｃｍ２未満の強度を有する電磁放射線を生成するものであるシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、少なくとも前記活性光源、前記画像センサ、前記処理モジュール、および前記認証インジケータは、電子装置に一体化されるものであるシステム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、前記電子装置は、ハンドヘルド電子装置、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、現金自動預け払い機、キオスク、クレジットカード端末、テレビ、ビデオゲームコンソール、またはそれらの組み合わせであるシステム。
【請求項６】
請求項４記載のシステムにおいて、前記画像センサは、前記電子装置のカメオカメラ（ｃａｍｅｏ  ｃａｍｅｒａ）に組み込まれ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、前記活性光源は、約８５０ｎｍ〜約１１００ｎｍのピーク発光波長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、前記活性光源は、約９４０ｎｍのピーク発光波長を有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、前記活性光源は、連続的な態様、ストロボ発光の態様、ユーザ起動の態様、構造化光の態様、認証起動の態様で、またはそれらの組み合わせで動作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、前記画像センサは、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、反射された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前面照射用画像センサであり、前記画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約２０％の外部量子効率を有するものであるシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記画像センサは、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、反射された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前面照射用画像センサであり、前記画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの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ものであるシステム。
【請求項１２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記画像センサは、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、反射された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背面照射用画像センサであり、前記画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約４０％の外部量子効率を有するものであるシステム。
【請求項１３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記画像センサは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）画像センサであるシステム。
【請求項１４】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
前記画像センサと前記活性光源との間に機能的に結合された同期要素を有し、当該同期要素は、前記活性光源による電磁放射線の放射と前記画像センサによって反射された電磁放射線の捕捉を同期させることが可能であるシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記同期要素は、前記画像センサと前記活性光源とを同期させるように構成された回路、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを含むものであるシステム。
【請求項１６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記活性光源は、異なるピーク発光波長で電磁放射線をそれぞれ放射する２若しくはそれ以上の活性光源であるシステム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムにおいて、前記２若しくはそれ以上の活性光源は、約８５０ｎｍ〜約９４０ｎｍの電磁放射線を放射するものであるシステム。
【請求項１８】
請求項１記載のシステムにおいて、前記画像センサは、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長を有し、かつ約１８インチの距離で前記ユーザに作用する約５ｕＷ／ｃｍ２未満の背景放射照度を有する、前記活性光源から放射された電磁放射線を使用して前記ユーザの認証を容易にするために十分な詳細を有する反射された電磁放射線を捕捉することができるものであるシステム。
【請求項１９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記画像センサは、約９４０ｎｍのピーク発光波長を有し、かつ約１８インチの距離で前記ユーザに作用する約５ｕＷ／ｃｍ２未満の背景放射照度を有する、前記活性光源から放射された電磁放射線を使用して前記ユーザの認証を容易にするために十分な詳細を有する反射された電磁放射線を捕捉することができるものであるシステム。
【請求項２０】
請求項１記載のシステムにおいて、前記生体特徴は、顔の外形パターン、眼球パターン、虹彩パターン、耳たぶパターン、またはそれらの組み合わせであるシステム。
【請求項２１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記認証モジュールまたは前記処理モジュールのうちの少なくとも１つは、前記画像センサとともにモノリシックに一体化されるが、前記電子装置のメイン中央処理装置（ＣＰＵ）とは別体であるシステム。
【請求項２２】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
前記画像センサに機能的に結合された複数のフィルタを有するものであるシステム。
【請求項２３】
請求項２２記載のシステムにおいて、前記複数のフィルタは、ベイヤーパターン（Ｂａｙｅｒ  ｐａｔｔｅｒｎ）に配置され、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲の波長を有する所定の電磁放射線をフィルタリングするように構成されているものであるシステム。
【請求項２４】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
所定の可視および赤外電磁放射線が通過するのを可能とするように構成されたフィルタを有するものであるシステム。
【請求項２５】
請求項２４記載のシステムにおいて、前記可視電磁放射線は約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長を含み、前記赤外電磁放射線は約９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を含むものであるシステム。
【請求項２６】
セキュアリソースに対してユーザを認証するシステムであって、
請求項４記載の前記ユーザを認証するシステムと、
前記認証モジュールに機能的に結合され、前記ユーザの認証を検証して前記ユーザが前記セキュアリソースの少なくとも一部にアクセスすることを可能とするように動作可能な許可モジュールと
を有するシステム。
【請求項２７】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記セキュアリソースは、前記電子装置と物理的に分離されておりかつ異なるものであるシステム。
【請求項２８】
請求項２７記載のシステムにおいて、前記認証モジュールまたは前記許可モジュールのうちの少なくとも１つは、前記電子装置内に配置されているものであるシステム。
【請求項２９】
請求項２７記載のシステムにおいて、前記認証モジュールまたは前記許可モジュールのうちの少なくとも１つは、前記セキュアリソース内に配置されているものであるシステム。
【請求項３０】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記セキュアリソースは、前記電子装置内に配置されているものであるシステム。
【請求項３１】
請求項３０記載のシステムにおいて、前記セキュアリソースは、リモートセキュアリソースに対するゲートウェイであるシステム。
【請求項３２】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記ユーザの許可は、前記セキュアリソースによる金融取引において前記ユーザを検証するように動作可能であるシステム。
【請求項３３】
請求項２６記載のシステムにおいて、前記認証モジュールまたは前記許可モジュールのうちの少なくとも１つは、前記画像センサとともにモノリシックに一体化されるが、前記電子装置の中央処理装置とは別体であるシステム。
【請求項３４】
セキュアリソースを使用するために電子装置によってユーザを許可する方法であって、
前記電子装置内の活性光源から前記ユーザに対して電磁放射線を照射して、当該電磁放射線を前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴から反射させる工程であって、当該電磁放射線は約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍのピーク発光波長を有するものである、前記照射する工程と、
前記電子装置内に配置された画像センサで前記反射された電磁放射線を検出する工程であって、前記画像センサは前記活性光源に対して配置された赤外線捕捉画素を含み、それにより、前記ユーザの前記少なくとも１つの生体特徴から反射された前記電磁放射線を受光して検出するものであり、前記光捕捉画素は複数の赤外電磁放射線の通過を容易にする構造配置を有するものである、前記検出する工程と、
前記反射された電磁放射線から前記ユーザの前記少なくとも１つの生体特徴の電子表現を生成する工程と、
前記電子表現を前記ユーザの前記少なくとも１つの生体特徴の認証基準と比較することにより、前記ユーザを認証ユーザとして認証する工程と、
前記セキュアリソースの少なくとも一部を使用するために前記認証ユーザを許可する工程と
を有する方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法において、さらに、
許可が成功して許可状態がアクティブであることを前記ユーザに通知する工程を有する方法。
【請求項３６】
請求項３４記載の方法において、前記生体特徴は、生体外形パターン、眼球パターン、虹彩パターン、耳たぶパターン、またはそれらの組み合わせである方法。
【請求項３７】
請求項３４記載の方法において、さらに、
前記セキュアリソースの使用中に前記ユーザを定期的に認証する工程を有する方法。
【請求項３８】
請求項３４記載の方法において、前記ユーザ認証システムは、前記許可ユーザとして前記ユーザを継続的に検証するように動作可能である方法。
【請求項３９】
請求項３４記載の方法において、前記電磁放射線を照射する工程と、前記反射された電磁放射線を検出する工程は、さらに、
約９４０ｎｍのピーク発光波長を有する電磁放射線をパルス照射する工程と、
９４０ｎｍの電磁放射線のパルスと一致する前記反射された電磁放射線を検出する工程と、
前記画像センサによって可視電磁放射線を検出する工程と、
前記反射された電磁放射線から前記検出された可視電磁放射線を減算して前記電子表現を生成する工程と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権データ
本特許出願は、２０１３年１月１７日付で出願された米国特許仮出願第６１／８４９，０９９号の優先権を主張し、それは、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本特許出願はまた、２０１１年７月１３日付で出願された米国特許仮出願第６１／５０７，４８８号の優先権を主張する２０１２年７月１３日付で出願された米国特許出願第１３／５４９，１０７号の一部継続出願であり、それぞれは、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
生体認証は、個人を固有に識別することができる生物学的起源のシグネチャの研究である。近年、生体認証技術の使用が増加しており、協調識別および非協調識別の２つのグループに分類することができる。協調的な生体認証方法は、個人の知識によって生体測定値を取得し、典型的な例としては、指紋、掌紋、および虹彩スキャンの識別を含む。非協調的な生体認証方法は、個人の知識なしで生体測定値を取得し、典型的な例としては、個人の顔、音声、および熱シグネチャの検出を含む。本開示は、撮像装置を使用して、協調的および非協調的の双方の個人の様々な生体シグネチャを検出する装置および方法に焦点をあてる。
【０００３】
顔および虹彩の検出は、セキュリティや認証の目的のために個人を識別するのに使用される生体シグネチャの２つの例である。これらの検出方法は、一般に、生体データが収集されてデータベースに記憶される登録フェーズと、未知の生体データがデータベースと比較され、個人を識別する照会ステップという２つの独立したステップを含む。これらの双方のステップにおいて、カメラは、人の顔や虹彩の画像を収集して捕捉するために使用されることができる。画像は、全体としてその個人の固有のシグネチャを構成する数学的なベクトルの集合に画像を分解するアルゴリズムを使用して処理される。
【０００４】
デジタル撮像装置は、大抵の場合、画像データを収集するために利用される。例えば、デジタル撮像において電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ：ＣＣＤｓ）が広く使用され、改善された性能を有する相補型金属酸化膜半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）撮像装置によってそれ以降改善されている。多くの従来のＣＭＯＳ撮像装置は、いわゆる表面照射（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ：ＦＳＩ）を利用する。そのような場合において、電磁放射線は、ＣＭＯＳトランジスタおよび回路を含む半導体表面に入射する。裏面照射（Ｂａｃｋｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ：ＢＳＩ）のＣＭＯＳ撮像装置もまた使用されており、電磁放射線がＣＭＯＳトランジスタおよび回路の反対側の半導体表面に入射する点でＦＳＩ撮像装置とは異なる。
【０００５】
虹彩検出などの生体識別方法において、より少ない程度で、顔認識、虹彩、および／または皮膚の色素沈着は、登録フェーズおよび将来の照会フェーズの双方において堅牢なデータを収集する能力に影響を与えることがある。色素沈着は、シグネチャの数学的ベクトルの値を定義する固有の構造的要素をマスクまたは隠すことができる。可視および赤外線などの多くの波長において生体データを収集する能力は、色素沈着の影響を低減し、生体認証方法のロバスト性を向上させる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、虹彩特徴および眼間隔などの顔特徴を含む生体特徴の識別によって個人またはユーザを認証するためのシステム、装置、および方法を提供する。より具体的には、本開示は、個人に向かって赤外線（ｉｎｆｒａｒｅｄ：ＩＲ）電磁放射線を放射することができる活性光源（ａｃｔｉｖｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）と、反射されたＩＲ放射を検出するように配置されたＩＲ感知画像センサと、ユーザが認証または許可モードで動作しているという通知を提供するインジケータとを有するシステムを記載している。いくつかの具体的な場合において、個人を認証する際に使用するために活性光源によって９４０ｎｍの光が放射される。
【０００７】
１つの態様において、例えば、少なくとも１つの生体特徴の識別によってユーザを認証するためのシステムは、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍのピーク発光波長を有する電磁放射線を放射可能な活性光源であって、前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴に対して照射するように電磁放射線を放射するように配置されているものである、前記活性光源と、前記活性光源に対して配置された赤外線捕捉画素を有し、それにより、前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴から反射された電磁放射線を受光して検出するに画像センサとを含むことができる。前記光捕捉画素は、複数の赤外電磁放射線の通過を容易とする構造配置を有する。前記システムは、さらに、画像センサに機能的に結合され、検出された電磁放射線から前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴の電子表現を生成するように動作可能な処理モジュールと、前記処理モジュールに機能的に結合され、電子表現を受信して前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴の認証基準と比較することにより、前記ユーザの認証を提供するように動作可能な認証モジュールと、前記認証モジュールに機能的に結合され、前記ユーザが実際に認証されたことを通知するように動作可能な認証インジケータとを含むことができる。前記認証インジケータは、これに限定されるものではないが、ユーザ、システムのオペレータ、電子システム、対象となる観察者などを含む様々なエンティティに対して通知を提供することができる。
【０００８】
様々な画像センサおよび画像センサ構成が想定され、本明細書で説明するように、機能するのに十分な赤外電磁放射線を検出することができる任意の画像センサが本範囲内であると考えられる。１つの態様において、例えば、画像センサは、ＣＭＯＳ画像センサとすることができる。他の態様において、画像センサは、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、反射された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前面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線に対して少なくとも約２０％の外部量子効率を有する。さらに他の態様において、画像センサは、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、反射された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前面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの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。さらなる態様において、画像センサは、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、反射された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背面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約４０％の外部量子効率を有する。さらなる態様において、画像センサは、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、反射された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背面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約５０％の外部量子効率を有する。さらに、いくつかの態様において、画像センサはまた、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長を有する電磁放射線を検出することが可能であり、画像センサは、５５０ｎｍにおいて４０％よりも大きい外部量子効率を有することに留意されたい。
【０００９】
他の態様において、画像センサは、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長を有し、かつ最大離間距離が約２４インチまでの範囲でユーザに作用する約５ｕＷ／ｃｍ２未満の背景放射照度を有する活性光源から放射された電磁放射線を使用してユーザの認証を容易にするために十分な詳細を有する反射された電磁放射線を捕捉することができる。さらに他の態様において、画像センサは、約９４０ｎｍのピーク発光波長を有し、かつ最大離間距離が約１８インチの範囲でユーザに作用する約５ｕＷ／ｃｍ２未満の背景放射照度を有する活性光源から放射された電磁放射線を使用してユーザの認証を容易とするために十分な詳細を有する反射された電磁放射線を捕捉することができる。
【００１０】
さらにまた、様々な活性光源が想定され、本明細書で説明するように、機能するのに十分な赤外電磁放射線を放射することができる任意の活性光源が本範囲内であると考えられる。１つの態様において、例えば、活性光源は、約８５０ｎｍ〜約１１００ｎｍのピーク発光波長を有することができる。他の態様において、約９４０ｎｍのピーク発光波長を有することができる。さらなる態様において、活性光源は、９４０ｎｍにおいて少なくとも０．１ｍＷ／ｃｍ２の強度を有する電磁放射線を生成することができる。活性光源は、連続的な態様、ストロボ発光の態様、ユーザ起動の態様、認証起動の態様、構造化光の態様、またはそれらの組み合わせで動作することができる。いくつかの態様において、活性光源は、異なるピーク発光波長で電磁放射線をそれぞれ放射する２若しくはそれ以上の活性光源を含むことができる。１つの例において、２若しくはそれ以上の活性光源は、約８５０ｎｍ〜約９４０ｎｍの電磁放射線を放射することができる。他の例において、システムは、活性光源を使用する必要がないように８５０ｎｍまたは９４０ｎｍにおいて十分な周囲光があるかを判定することができ、それゆえに、活性光源は、必要に応じて起動される必要がない。
【００１１】
他の態様において、システムは、さらに、画像センサと活性光源との間に機能的に結合された同期要素を含むことができ、同期要素は、前記活性光源による電磁放射線の放射と画像センサによって反射された電磁放射線の捕捉を同期させることが可能である。前記同期要素の非限定的例は、画像センサと活性光源とを同期させるように構成された回路、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００１２】
他の態様において、システムは、活性光源がアクティブでない瞬間の画像フレームと活性光源がアクティブである場合の画像とを比較することによって減算背景周囲照明を可能とするプロセッサ要素を含むことができる。
【００１３】
本開示の態様にかかるシステムについての様々な物理的構成が想定され、本開示は、単に本明細書に開示されたこれらの構成に限定されるものではないことが理解されるべきである。１つの態様において、例えば、少なくとも活性光源、画像センサ、処理モジュール、および認証インジケータは、電子装置に組み込まれることができる。そのような電子装置の非限定的例は、ハンドヘルド電子装置、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、現金自動預け払い機（ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｔｅｌｌｅｒ  ｍａｃｈｉｎｅ：ＡＴＭ）、キオスク、クレジットカード端末、レジ、テレビ、ビデオゲームコンソール、またはそれらの適切な組み合わせを含むことができる。１つの特定の態様において、画像センサは、カメオまたは電子装置の前面にあるカメラモジュールに組み込むことができる。
【００１４】
本開示は、さらに、セキュアリソースを使用するために電子装置によってユーザを許可する方法を提供する。そのような方法は、前記電子装置内の活性光源から前記ユーザに対して電磁放射線を照射して当該電磁放射線を前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴から反射させる工程であって、当該電磁放射線は約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍのピーク発光波長を有するものである、前記照射する工程と、前記電子装置に配置された画像センサに内に反射された電磁放射線を検出する工程とを含むことができる。前記画像センサは、前記活性光源に対して配置された赤外線捕捉画素を含み、それにより、前記ユーザの少なくとも１つの生体特徴から反射された電磁放射線を受光して検出するようにことができ、光捕捉画素は、複数の赤外電磁放射線の通過を容易にする構造配置を有することができる。本方法は、さらに、前記反射された電磁放射線からユーザの少なくとも１つの生体特徴の電子表現を生成する工程と、前記電子表現をユーザの少なくとも１つの生体特徴の認証基準と比較することにより前記ユーザを認証ユーザとして認証する工程と、セキュアリソースの少なくとも一部を使用するために前記認証ユーザを許可する工程とを含むことができる。いくつかの態様において、本方法はまた、許可が成功して許可状態がアクティブであることを前記ユーザに通知する工程を含むことができる。
【００１５】
本発明の性質および利点のより完全な理解のために、添付の図面に関連して好ましい実施形態の以下の詳細な説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本開示の１つの態様にかかるユーザを認証するためのシステムの図である。
【図２】図２は、本開示の１つの態様にかかるユーザを認証するためのシステムの図である。
【図３】図３は、本開示の１つの態様にかかるユーザを認証するためのシステムの図である。
【図４】図４は、本開示の１つの態様にかかるユーザを認証するためのシステムの図である。
【図５】図５は、本開示の１つの態様にかかるユーザを認証するための電子装置の図である。
【図６】図６は、本開示の他の態様にかかる方法のフロー図である。
【図７】図７は、太陽放射についての波長に対するスペクトル放射照度のグラフィカル表現である。
【図８】図８は、本開示の１つの態様にかかる光捕捉画素の表現である。
【図９】図９は、本開示の１つの態様にかかる画像センサ画素の表現である。
【図１０】図１０は、本開示の１つの態様にかかる画像センサ画素の表現である。
【図１１】図１１は、本開示の１つの態様にかかる画像センサ画素の表現である。
【図１２】図１２は、本開示の１つの態様にかかる画像センサアレイの表現である。
【図１３】図１３は、本開示の他の態様にかかる６個のトランジスタ画像センサの概略図である。
【図１４ａ】図１４ａは、本開示の他の態様にかかるロールシャッタを有する写真撮像装置によって撮像された虹彩を示す写真である。
【図１４ｂ】図１４ｂは、本開示の他の態様にかかるグローバルシャッタを有する写真撮像装置によって撮像された虹彩を示す写真である。
【図１５】図１５は、本開示の他の態様にかかる飛行時間測定の図である。
【図１６ａ】図１６ａは、本開示の他の態様にかかる写真撮像装置アレイについての画像構成の概略図である。
【図１６ｂ】図１６ｂは、本開示の他の態様にかかる写真撮像装置アレイについての画像構成の概略図である。
【図１６ｃ】図１６ｃは、本開示の他の態様にかかる写真撮像装置アレイについての画像構成の概略図である。
【図１７】図１７は、本開示の他の態様にかかる１１個のトランジスタ画像センサの概略図である。
【図１８】図１８は、本開示の他の態様にかかる写真撮像装置アレイについての画像構成の概略図である。
【図１９】図１９は、本開示の１つの態様にかかる個人を識別するための統合システムの表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示が本明細書に記載される前に、本開示は、本明細書に開示された特定の構造、プロセスステップ、または材料に限定されるものではなく、関連技術分野において当業者によって認識されるその均等物に拡張されることが理解されるべきである。また、本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のために使用され、限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。
【００１８】
定義
以下の用語は、以下に記載された定義にしたがって使用される。
【００１９】
文脈で明確に指示しない限り、本明細書および添付の特許請求の範囲において使用する場合、単数形「ａ」および「ｔｈｅ」は複数の対象を含むことに留意すべきである。したがって、例えば、「ドーパント（ａ  ｄｏｐａｎｔ）」への言及は、そのようなドーパントの１もしくはそれ以上を含み、「層（ｔｈｅ  ｌａｙｅｒ）」への言及は、そのような層の１もしくはそれ以上への言及を含む。
【００２０】
本明細書において使用する場合、用語「電磁放射線（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）」および「光」は、互換的に使用することができ、可視波長（約３５０ｎｍ〜８００ｎｍ）および非可視波長（約８００ｎｍより長いまたは３５０ｎｍよりも短い）を含む広い範囲にわたって波長を表すことができる。赤外線スペクトルは、大抵の場合、約８００〜１３００ｎｍの波長を含むスペクトルの近赤外部分と、約１３００ｎｍ〜３マイクロメートルの波長を含むスペクトルの短波赤外線部分と、最大で約３０マイクロメートルの約３マイクロメートルを超える波長を含むスペクトルの中間および長波長赤外線（または熱赤外線）部分とを含むものとして記載される。これらは、特に断りのない限り、一般におよびまとめて、電磁スペクトルの「赤外線」部分と本明細書において称される。
【００２１】
本明細書において使用する場合、「シャッタ速度」は、画像が撮像されている間に開いたままであるカメラのシャッタの持続時間を指す。シャッタ速度は、露光時間、すなわち画像センサに到達する光の持続時間に正比例する。換言すれば、シャッタ速度は、感光画像センサに到達する光量を制御する。シャッタ速度が遅いほど、露光時間は長い。シャッタ速度は、一般に、秒および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。なお、速度が増加する毎に、画像センサへの入射光量は半分になる。
【００２２】
本明細書において使用する場合、「活性光源（ａｃｔｉｖｅ  ｌｉｇｈｔ  ｓｏｕｒｃｅ）」は、ユーザを認証する目的のための装置またはシステムによって生成される光を指す。
【００２３】
本明細書において使用する場合、用語「検出」は、電磁放射線の感知、吸収、および／または収集を指す。
【００２４】
本明細書において使用する場合、用語「背景放射照度（ｓｃｅｎｅ  ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ）」は、公知の領域や背景に作用する光密度を指す。
【００２５】
本明細書において使用する場合、「セキュアリソース」は、アクセスするユーザのために認証を必要とする任意のリソースを含むことができる。非限定的例は、ウェブサイト、リモートサーバ、ローカルデータ、ローカルソフトウェアアクセス、財務データ、高セキュリティデータ、データベース、金融取引などを含むことができる。
【００２６】
本明細書において使用する場合、用語「テクスチャ領域」は、ナノからミクロンサイズの表面変化を有するトポロジを有する表面を指す。そのような表面トポロジは、これに限定されるものではないが、１つのレーザパルスまたは複数のレーザパルスによる照射、化学エッチング、リソグラフィパターニング、複数の同時レーザパルスの干渉、反応性イオンエッチングなどを含む任意の適切な技術によって形成されることができる。そのような表面の特性は、使用される材料および技術に応じて可変とすることができるが、１つの態様において、そのような表面は、数百ナノメートル厚とすることができ、ナノ微結晶（例えば、約１０〜約５０ナノメートル）およびナノ孔から構成されることができる。他の態様において、そのような表面は、ミクロンサイズの構造（例えば、約０．５μｍ〜約１０μｍ）を含むことができる。さらに他の態様において、表面は、約５ｎｍ〜約１０μｍのナノサイズおよび／またはミクロンサイズの構造を含むことができる。他の態様において、そのような表面は、１００ｎｍ〜１μｍのナノサイズおよび／またはミクロンサイズの構造から構成される。他の態様において、表面構造は、約２００ｎｍ〜１ｕｍの高さおよび約２００ｎｍ〜２μｍのピーク間隔を有するナノサイズおよび／またはミクロンサイズである。テクスチャ領域は、秩序があるまたは無秩序とすることができ、または、長くない範囲の秩序のローカル秩序を有することができ、または、無秩序な構造の繰り返しパターンを有することができることに言及すべきである。
【００２７】
本明細書において使用する場合、用語「表面改質する」および「表面改質」は、様々な表面改質技術を用いた半導体材料の表面の変化を指す。そのような技術の非限定的例は、リソグラフィパターニング、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、レーザ、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）、ナノインプリント、材料蒸着、選択的エピタキシャル成長などを含み、それらの組み合わせも含む。１つの特定の態様において、表面改質は、シリコンなどの半導体材料の表面上にナノサイズおよび／またはミクロンサイズの特徴を形成することを含むことができる。１つの特定の態様において、表面改質は、シリコンなどの半導体材料の表面上にナノサイズおよび／またはミクロンサイズの特徴を形成するためにレーザ放射を主に使用するプロセスを含むことができる。１つの特定の態様において、表面改質は、レーザ放射またはドーパントと組み合わせたレーザ放射を主に使用するプロセスを含むことができ、それにより、レーザ放射は、半導体材料の表面へのドーパントの取り込みを容易とする。したがって、１つの態様において、表面改質は、半導体材料などの基板のドープを含む。
【００２８】
本明細書において使用する場合、用語「標的領域」は、ドープ、テクスチャリング、または表面改質を行うことを意図している基板の領域を指す。表面改質プロセスが進行するにつれて基板の標的領域を変えることができる。例えば、第１の標的領域がドープまたは表面改質された後、第２の標的領域が同一基板上に選択されることができる。
【００２９】
本明細書において使用する場合、用語「実質的に」は、動作、特性、性質、状態、構造、項目または結果の完全な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」囲まれている物体は、物体が完全に囲まれているかまたはほぼ完全に囲まれているかのいずれかを意味する。絶対的な完全性からの偏差の正確な許容度は特定の文脈に依存し得る。しかしながら、一般に、完了の近さを述べることは、絶対および全体完了が得られたかのように同じ全体結果を有するようになる。「実質的に」の使用は、完全なまたはほぼ完全な動作、特性、性質、状態、構造、項目または結果の欠如を指すために否定的な意味合いで使用される場合には同様に適用可能である。例えば、粒子を「実質的に含まない」組成物は、完全に粒子を欠いているか、または、効果が完全に粒子を欠いていた場合と同じになるようにほぼ完全に粒子を欠いているかのいずれかである。換言すれば、成分または要素を「実質的に含まない」組成物は、その測定可能な効果がない限り、まだ実際にはそのような項目を含んでいてもよい。
【００３０】
本明細書において使用する場合、用語「約」は、指定された値が「少し上」または「少し下」の端点であり得ることを提供することによって数値範囲の端点に柔軟性を提供するために使用される。
【００３１】
本明細書において使用する場合、複数の項目、構造的要素、組成的要素、および／または材料は、便宜上、共通リスト内に提示されてもよい。しかしながら、リストの各メンバーが独立した固有のメンバーとして識別されるかのように、これらのリストは、解釈されるべきである。したがって、そのようなリストの個々のメンバーは、反対の指標なしに共通のグループにおけるそれらの提示に基づいて単に同じリストの任意の他のメンバーと事実上同等であるとして解釈されるべきではない。
【００３２】
濃度、量、および他の数値データは、本明細書において範囲形式で表現または提示されてもよい。そのような範囲形式は、単に便宜および簡潔さのために使用され、したがって、範囲の限界値として明記された数値だけでなく、各数値および副範囲が明記されているかのように全ての個々の数値またはその範囲内に包含される副範囲を含むように柔軟に解釈されるべきであることが理解されるべきである。例示として、「約１〜約５まで」の数値範囲は、約１〜約５までという明示的に列挙された値だけでなく示された範囲内の個々の値および副範囲を含むように解釈されるべきである。したがって、この数値範囲に含まれるものは、２、３、および４などの個々の値、１〜３から、２〜４から、３〜５からなどの副範囲ならびに個別に１、２、３、４、および５である。
【００３３】
これと同じ原理は、最小値または最大値として１つの数値のみを列挙する範囲に適用される。さらにまた、そのような解釈は、記載された範囲または特性の広さにかかわらず適用されるべきである。
【００３４】
開示
個人、特にいくつかのセキュアリソースの形態へのアクセスまたは金融取引の実行を使用するまたは試みるそれらの個人のセキュアかつロバストな識別は、多くの企業、地域社会、政府、金融機関、ｅコマースなどについての最優先事項である。例えば、生体特徴の撮像による個人の正確な認証は、金融取引、コンピュータおよび電子装置へのアクセス、航空会社および他の交通機関、安全な場所へのアクセスなどの数多くのアクティビティを有効にすることができる。
【００３５】
記載されているように、虹彩特徴および他の顔特徴を撮像する生体認証システムに固有の１つの問題は、色素沈着に起因する干渉である。この潜在的な干渉を低減するために、８００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲の光波長（近赤外線）を捕捉する生体撮像装置が使用可能である。この波長範囲における虹彩の色素沈着は、実質的に透明であり、したがって、光子は、色素を透過して、例えば虹彩における間膜構造などの識別のための対象となる構造的要素から反射する。
【００３６】
ＣＣＤｓやＣＭＯＳ画像センサは、感光材料としてシリコンに基づいたものであり、通常、対象となる波長範囲の近赤外光に対して低い感度を有する。そのため、上記生体認証システムは、例えば１８インチよりも離れた所定距離からおよび／または短い積分時間で虹彩シグネチャを捕捉しようとすると機能が低下する傾向がある。これらのタイプの画像センサを使用した生体認証システムでは、近赤外線に対する低感度を補償するために放射される赤外光強度をの増加させる必要がある。携帯電子装置において、増加した近赤外線強度で放射することは、急速な電力消費をもたらし、バッテリ寿命を低減させる。携帯システムにおいて放射される光量を低減することは、消費電力を低減するために望ましい。より高い強度の赤外光はまた、近距離では眼組織への損傷になることがあるため望ましくない。さらに、波長に応じて、近赤外線発光ダイオードは、強度が十分に大きい場合には人間の目に可視状態となり、これは審美的な理由のために望ましくない。
【００３７】
本開示は、個人に向かって赤外（ＩＲ）電磁放射線を放射することができる活性光源と、反射されたＩＲ放射線を検出するように配置されたＩＲ感知画像センサと、ユーザが認証または許可モードで動作しているという通知を提供する例えば認証インジケータなどのインジケータとを有するシステムを記載している。本開示はまた、可視および赤外（ＩＲ）スペクトルにおいて優れた信号対雑音比および高い量子効率を有する低光条件で動作することができ、機能するために放射された赤外光の最小量を必要とする効率的な生体認証装置を提供する。ＩＲ光源を用いると、純粋に可視光とは対照的に、本システムは、いくつかの態様においては虹彩のテクスチャパターンを含む固有の生体特徴を撮像して識別を容易とすることができ、既存の光変動をなくすことができ、顔や角膜反射からのパターン干渉を低減することができ、それにより、より正確な顔特徴情報を取得することができる。
【００３８】
１つの態様において、例えば図１に示されるように、少なくとも１つの生体特徴の識別によってユーザを認証するためのシステムは、（近赤外線を含む）赤外線のピーク発光波長を有する電磁放射線１０４を放射することができる活性光源１０２を含むことができる。活性光源１０２は、電磁放射線１０４を放射するように配置され、ユーザ１０８の少なくとも１つの特徴１０６に作用する。システムは、さらに、ユーザ１０８の少なくとも１つの顔特徴１０６から反射された電磁放射線１１２を受光して検出するように活性光源に対して配置された赤外線捕捉画素を有する画像センサ１１０を含むことができる。いくつかの態様において、画像センサは、ＩＲ強化検出センサとすることができる。処理モジュール１１４は、画像センサ１１０に機能的に結合され、検出された電磁放射線からユーザ１０８の少なくとも１つの生体特徴１０６の電子表現を生成するように動作可能である。さらに、認証モジュール１１６は、処理モジュール１１４に機能的に結合され、電子表現を受信して、当該電子表現とユーザ１０８の少なくとも１つの生体特徴１０６の認証基準１１８と比較することにより、ユーザ１０８を認証するように動作可能である。ハウジング１２０は、いくつかの態様においてはシステムの様々な要素を支持するように想定されている。しかしながら、そのようなハウジングの物理的構成は、特定の要素がハウジング内に物理的に配置されているか否かとともに、限定するものと考えるべきではないことに留意されたい。
【００３９】
いくつかの態様において、図２に示されるように、システムは、認証モジュール１１６に機能的に結合された認証インジケータ２０２を含むことができる。したがって、認証インジケータ２０２は、システムによってユーザ１０８が認証されたという通知を提供することができる。いくつかの態様において、インジケータは、装置がセキュアモードまたは非セキュアモードで動作しているときにユーザに通知することができる。多種多様な認証インジケータおよびインジケータ機能が想定され、そのような通知を提供する任意のインジケータは、本範囲内であると考えられる。インジケータの性質はまた、利用されるシステムまたは電子装置の物理的性質に応じて変化することができる。例えば、いくつかの態様において、インジケータは、ＬＥＤ、可聴信号などの専用のインジケータとすることができる。他の態様において、インジケータは、電子画面の変化若しくは変動、いくつかの態様においては認証済みユーザについてのそのようなメニューの他のセット、または、他の態様においてはセキュアモードを示すロック若しくはドル記号アイコンなどのシンボル若しくはアイコンの外観とすることができる。インジケータはまた、ドア、ゲート、または他の障壁の開放などの物体の物理的状態の変化を含むことができる。したがって、認証インジケータ２０２は、図２に示されるようにハウジング１２０内に配置されるかまたはシステムの主要要素に物理的にリンクされることができ、または、インジケータは、システム／ハウジングから離れて配置されて遠隔的に起動されることができる。図２およびそれ以降の図について、前の図（例えば図１）からのコールアウト項目番号は、これらの図面の説明から説明を組み込むことが意図されることに留意されたい。これらの場合において、項目は、再度記載または説明されてもされなくてもよく、これまでの説明は適切な範囲に適用される。
【００４０】
他の態様において、図３に示されるように、システムは、さらに、活性光源１０２による電磁放射線の放射と画像センサ１１０によって反射された電磁放射線の捕捉を同期させるための、画像センサ１１０と活性光源１０２との間に機能的に結合された同期要素３０２を含むことができる。さらに、いくつかの態様において、同期は、システム内の他の要素、例えば画像センサプロセッサによって処理することができる。システムの信号対雑音比は、それゆえに、電磁放射線の放射と反射された電磁放射線の捕捉を整合させることによって改善することができる。いくつかの態様において、同期要素３０２は、活性光源１０２の放射デューティサイクルと画像センサ１１０の捕捉デューティサイクルとを独立して制御することができ、したがって放射に対する捕捉の調整を可能とする。例えば、活性光源からユーザまでの距離の変化に起因する反射された電磁放射線における可変遅延は、画像センサの捕捉ウィンドウのタイミングおよび／または幅を調整することによって補償されることができる。同期要素は、物理的な電子装置および回路、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせを含むことができることが想定され、同期を容易とする。
【００４１】
他の態様において、セキュアリソースに対してユーザを認証するためのシステムが提供される。セキュアリソースは、装置自体、装置の特定の部分へのアクセス、データの収集、ウェブサイト、リモートサーバなどとすることができる。そのようなシステムは、ユーザを認証するために均等物を含む上述したような要素を含むことができる。図４に示されるように、そのようなシステムは、さらに、認証モジュール１１６に機能的に結合された許可モジュール４０２を含むことができる。許可モジュール４０２は、ユーザ１０８の認証が発生したことを検証し、認証に基づいてセキュアリソース４０４の少なくとも一部へのアクセスを可能とするように動作可能である。認証ユーザの許可は、認証された個人に応じてセキュアリソースへの異なるレベルのアクセスを許可することができる。換言すれば、異なるタイプのユーザは、認証後に異なる許可レベルを有することができる。例えば、セキュアリソースのユーザは、おそらく管理者と比較してセキュアリソースへの低いアクセスを有する必要がある。
【００４２】
セキュアリソース、許可モジュールおよび認証システムの相互作用および物理的関係は、システムおよびセキュアリソースの設計に応じて変化することができ、そのような変化は、本範囲内であると考えられる。図４を参照すると、例えば、許可モジュール４０２は、認証モジュール１１６から異なる位置に示されている。これは、いくつかの態様にあてはまることができるが、互いに近接して配置されるまたは例えばオンチップ集積などのさらに一体化されたモジュールが想定される。システムが電子装置内に配置される場合において、例えば、認証モジュールまたは許可モジュールのうちの少なくとも一方は、その内部に配置されることができる。他の態様において、認証モジュールまたは許可モジュールのうちの少なくとも一方は、セキュアリソース内に配置されることができる。他の態様において、セキュアリソースは、電子装置とは物理的に分離されておりかつ異なることができる一方で、他の態様において、セキュアリソースは、電子装置内に配置されることができる。この後者は、保護されたデータベースまたは装置上にローカルに記憶されている他の保護された情報のための場合であり得る。したがって、本開示は、システムの構成部品が物理的に一体に組み込まれることができるかまたは必要に応じてそれらを分離することができることを想定している。他の態様において、セキュアリソースは、リモートセキュアリソースへのゲートウェイとすることができる。リモートセキュアリソースの１つの例は、金融システムを含む。そのような場合、ユーザの権限は、ユーザが金融取引において検証されるのを可能とすることができる。リモートセキュアリソースの他の例は、固有の個人の生体シグネチャのデータベースを含む。そのような場合、ユーザは、個人の大規模なデータベースから識別された後、飛行機、建物、または旅行先などのリソースへのアクセスを与えられるまたは拒否されることができる。
【００４３】
集積度はまた、システムおよび／またはシステム要素の物理的設計に反映させることができる。様々な機能モジュールは、互いにおよび／またはシステムに関連する他の要素と様々な程度に一体化されることができる。１つの態様において、例えば、認証モジュールまたは許可モジュールのうちの少なくとも一方は、画像センサとともにモノリシックに一体化されることができる。いくつかの場合において、そのような一体化は、電子装置のＣＰＵから分離することができる。１つの態様において、システムは、携帯電子装置に一体化されることができる。
【００４４】
上述したように、本システムは、様々な方法で物理的構造に組み込まれることができる。１つの態様において、例えば、少なくとも活性光源、画像センサ、処理モジュール、および認証インジケータは、電子装置に一体化される。他の態様において、少なくとも活性光源、画像センサ、および処理モジュールは、電子装置に一体化される。システムは、認証／許可を提供するセキュアリソースおよび／または電子装置の性質に応じて変化するであろう多種多様な電子装置に一体化されることができることが想定される。そのような装置の非限定的例は、ハンドヘルド電子装置、携帯電子装置、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、パーソナルコンピュータ、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、キオスク、クレジットカード端末、テレビ、ビデオゲームコンソールなどを含むことができ、必要に応じてそれらの組み合わせも含むことができる。図５は、スマートフォン５０２の非限定的例を示している。この場合、スマートフォン５０２は、その中に組み込まれた認証システムを含み、その大部分は図示していない。スマートフォンは、記載されているように、視覚的ディスプレイ５０４と、この場合には組み込まれた画像センサを有するカメオカメラ５０６とを含む。この場合、ユーザは、認証システムを起動することができ、視覚的ディスプレイ５０４にカメオカメラ５０６によって撮像されたユーザの顔の画像を並べることができ、システムによる認証を続行することができる。いくつかの態様において、認証インジケータ５０８は、装置がセキュアモードまたは非セキュアモードであるユーザに通知を提供するために装置に組み込むことができる。いくつかの態様において、そのような通知はまた、画面５０４によって提供されることができる。スマートフォンのカメオカメラがこの例において使用されているが、スマートフォンまたは任意の他の電子装置に関連付けられた非カメオカメラ／撮像装置が同様に利用可能であることに留意されたい。１つの態様において、生体認証またはジェスチャー認証に専用のカメオカメラおよび追加のカメラモジュールをスマートフォン上に含めることができる。さらに、いくつかの態様において、スタンドアローンのカメラは、インターネットまたはローカルネットワークシステムとともに、図５に示されるように装置またはシステムに一体化されることができる。いくつかの態様において、追加の生体カメラモジュールは、近赤外線波長の小範囲を除き、任意の光を除去する１つのフィルタまたは複数のフィルタを含むことができる。
【００４５】
本開示は、さらに、セキュアリソースを使用するために電子装置によってユーザを許可するための方法を提供する。１つの態様において、図６に示されるように、例えば、そのような方法は、電子装置内の活性光源からユーザに対して約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍのピーク発光波長を有する電磁放射線を照射して、電磁放射線がユーザの少なくとも１つの生体特徴から反射させる工程６０２と、電子装置内に配置された画像センサで反射された電磁放射線を検出する工程６０４とを含む。ここで、画像センサは活性光源に対して配置された赤外線捕捉画素を含み、これにより、ユーザの少なくとも１つの生体特徴から反射された電磁放射線が受光および検出される。光捕捉画素は、複数の赤外電磁放射線の通過を容易とする構造配置を有する。本方法はまた、反射された電磁放射線からユーザの少なくとも１つの生体特徴の電子表現を生成する工程６０６と、ユーザの少なくとも１つの生体特徴の認証基準と電子表現を比較することによりユーザを認証ユーザとして認証する工程６０８と、認証されたユーザによるセキュアリソースの少なくとも一部の使用を許可する工程６１０とを含むことができる。他の態様において、本方法は、許可が成功して許可状態がアクティブであることの通知をユーザに提供する工程を含むことができる。さらに、いくつかの態様において、本方法は、セキュアリソースの使用中にユーザを定期的に認証する工程、または、他の態様においては、セキュアリソースの使用中にユーザを継続的に認証する工程を含むことができることが想定される。
【００４６】
様々な活性光源が想定され、ＩＲ光を放射することができる任意の光源は、本範囲内であると考えられる。１つの態様において、例えば、活性光源は、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍのピーク発光波長を有する電磁放射線を放射することができる。他の態様において、活性光源は、約９００ｎｍよりも大きいピーク発光波長を有する電磁放射線を放射することができる。さらに他の態様において、活性光源は、約８５０ｎｍ〜約１１００ｎｍのピーク発光波長を有する電磁放射線を放射することができる。さらなる態様において、活性光源は、約９４０ｎｍのピーク発光を有する電磁放射線を放射することができる。太陽のスペクトルから入射する背景光量の低減のために９４０ｎｍ周囲の波長を有する光を利用することが特に有益である。９４０ｎｍの光の波長は、大気中の水分によって太陽スペクトルからある程度はフィルタリングされる。そのため、この波長領域における背景ノイズは、周囲光が太陽光を含む場合には低減される。図７に示されるように、太陽のスペクトルがフィルタリングされた領域があり、背景スペクトル放射照度が９４０ｎｍで低くなっている。約９４０ｎｍで放射する活性光源を利用することにより、システムの信号対雑音比の向上、および認証の効率の向上が可能であり、また、電力を節約するために活性光源の強度を低減させることができ、屋外状況における機能性を向上させることができる。１つの特定の態様において、活性光源は、効果的な認証のために９４０ｎｍにおいて少なくとも約０．１ｍＷ／ｃｍ２の強度を有する電磁放射線を生成することができる。
【００４７】
活性光源は、使用される撮像および／または認証方法に応じて様々なモードで動作させることができる。例えば、活性光源は、連続的な態様、ストロボ発光の態様、ユーザ起動の態様、認証起動の態様、特定のパターン化された態様で、またはそれらの組み合わせなどで動作することができる。上述したように、活性光源は、撮像デューティサイクルに対応して間欠的に起動することができる。セキュアリソースへのアクセス中に連続的な認証が望まれる態様において、活性光源は、セキュアリソースへのアクセスを通して連続的に光を放射することができ、間欠的に光を放射することができるなどである。
【００４８】
画像センサを参照すると、画像センサが組み込まれた装置の性質に応じてかつ様々なシステム設計パラメータに応じて構造および設計を変化させることができる。上述したように、画像センサは、複数の赤外電磁放射線の通過を容易とする構造配置を有する光捕捉画素を含むことができる。１つの例として、図８は、素子層８０２およびドープまたは接合領域８０４を有する画素を示している。画素は、さらに、ドープ領域８０４と対向する素子層８０２の側面に結合されたテクスチャ領域８０６を有して示されている。画素の任意の部分は、画像センサ設計に応じてテクスチャリングすることができる。図８はまた、側方光反射領域８０８を示し、さらなる光捕捉機能を実証する。光反射領域（８０８）は、テクスチャ領域、ミラー、ブラッグ反射器、充填されたトレンチ構造などであってよい。光８１０はまた、画素の素子層８０２と相互作用するように示されている。テクスチャ領域および反射領域（８０６または８０８のいずれか）は、８１２において示されるように、接触した際に素子層８０２に光を反射し返す。いくつかの態様において、８０６および／または８０８は、画像センサ装置内の画素を分離するためのトレンチ分離要素とすることができる。それゆえに、光は、画素によって捕捉され、反射光８１２が画素を通って戻るためにさらなる検出を容易とする。さらに、トレンチ分離要素は、画素内で光電子を捕捉することができ、画像センサにおけるクロストークの削減および高い変調伝達関数（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＭＴＦ）を容易とする。テクスチャ領域との相互作用は、光の光路を増加させるために光を反射、散乱、拡散などさせることができることに留意されたい。これは、光を散乱することができる任意の要素によって達成することができる。他の態様において、ミラー、ブラッグ反射器などは、テクスチャ領域に加えてまたはその代わりに利用可能である。
【００４９】
図９は、可視光および赤外光スペクトルの優れた信号対雑音比および高い量子効率を有する低光条件において動作可能である前面照射用画像センサ装置の１つの例示的な実施形態を示している。画像センサ装置９００は、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層９０２と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域９０４、９０６と、入射する電磁放射線９１０と相互作用するように配置されたテクスチャ領域９０８とを含むことができる。他の態様において、半導体素子層９０２の厚さは、５ミクロン未満とすることができる。他の態様において、素子層の厚さは、７ミクロン未満とすることができる。さらに他の態様において、素子層の厚さは、２ミクロン未満とすることができる。素子層の厚さの下限は、装置の機能性を可能とする任意の厚さとすることができる。１つの態様において、しかしながら、素子層は、少なくとも１０ｎｍの厚さとすることができる。他の態様において、素子層は、少なくとも１００ｎｍの厚さとすることができる。さらに他の態様において、素子層は、少なくとも５００ｎｍの厚さとすることができる。
【００５０】
１つの態様において、そのような前面照射用画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約２０％の外部量子効率を有することができる。他の態様において、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約２５％の外部量子効率を有することができる。他の態様において、そのような装置の外部量子効率は、９００ｎｍよりも大きい１つの波長について、少なくとも３０％、少なくとも３５％、または少なくとも４０％とすることができる。記載された量子効率はまた、いくつかの態様においては約９４０ｎｍの波長において達成することができることに留意されたい。他の態様において、８５０ｎｍの波長がこれらの量子効率に利用可能である。
【００５１】
本開示の態様にかかる装置は、光学的に活性な半導体素子層と、回路層と、支持基板などを含むことができる。いくつかの態様において、半導体素子層は、シリコン素子層とすることができる。図１０は、背面照射用の同様の画像センサを示している。画像センサ装置１０００は、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層１００２と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域１００４、１００６と、入射する電磁放射線１０１０と相互作用するように配置されたテクスチャ領域１００８とを含むことができる。他の態様において、半導体素子層１００２の厚さは、７ミクロン未満とすることができる。他の態様において、素子層の厚さは、５ミクロン未満とすることができる。さらに他の態様において、素子層の厚さは、２ミクロン未満とすることができる。素子層の厚さの下限は、装置の機能性を可能とする任意の厚さとすることができる。１つの態様において、しかしながら、素子層は、少なくとも１０ｎｍの厚さとすることができる。他の態様において、素子層は、少なくとも１００ｎｍの厚さとすることができる。さらに他の態様において、素子層は、少なくとも５００ｎｍの厚さとすることができる。
【００５２】
１つの態様において、そのような背面照射用画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約４０％の外部量子効率を有することができる。他の態様において、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約５０％の外部量子効率を有することができる。他の態様において、そのような装置の外部量子効率は、９００ｎｍよりも大きい１つの波長について、少なくとも５５％、少なくとも６０％、または少なくとも６５％とすることができる。記載された量子効率はまた、いくつかの態様においては約９４０ｎｍの波長において達成することができることに留意されたい。
【００５３】
多数の構成が想定され、任意の種類の接合構成は、本範囲内であると考えられる。例えば、第１および第２のドープ領域は、互いに異なることができ、互いに接触することができ、互いに重複することができるなどである。いくつかの場合において、固有領域は、第１および第２のドープ領域との間に少なくとも部分的に配置されることができる。さらに、いくつかの態様において、半導体素子層は、バルク半導体層または半導体支持層または絶縁層上の半導体上に配置されることができる。
【００５４】
テクスチャ領域は、半導体（例えばシリコン）材料の全面またはその一部のみに関連付けられることができることに留意されたい。さらに、いくつかの態様において、テクスチャ領域は、半導体材料の吸収経路長を最大化するように具体的には配置されることができる。他の態様において、第３のドープは、テクスチャ領域の近くに発生したキャリアの収集を改善するためにテクスチャ領域の近くに含めることができる。
【００５５】
そのような感光性素子に関するさらなる詳細は、２０１１年６月２０日付で出願された米国特許出願第１３／１６４，６３０号に記載されており、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００５６】
さらに、前面照射または背面照明であるかにかかわらず、テクスチャ領域は、入射する電磁放射線の反対側の半導体素子層の側に配置することができる。テクスチャ領域はまた、入射する電磁放射線に隣接する半導体素子層の側に配置されることができる。換言すれば、この場合には、電磁放射線は、半導体素子層内を通過する前にテクスチャ領域に接触する。さらに、テクスチャ領域は、反対側および半導体素子層の隣接側の双方に配置されることができることが想定される。
【００５７】
画像センサを構築するために利用される半導体は、そのような画像センサが本明細書において記載された特性を有して構成されることができる任意の有用な半導体材料とすることができる。１つの態様において、しかしながら、半導体素子層はシリコンである。しかしながら、シリコン光検出器は、特に薄膜シリコン素子の場合、光のＩＲ波長の検出可能性が制限されることに留意されたい。従来のシリコン素子は、約７００ｎｍよりも長い波長を有する光子を検出するためにかなりの吸収深さを必要とする。可視光は、最初の数ミクロンのシリコン層において容易に吸収されることができるが、薄いウェハ深さ（例えば、約２０μｍ）におけるより長い波長（例えば、>９００ｎｍ）のシリコンにおける吸収は不十分である。本画像センサ装置は、シリコンの薄層における電磁放射線の吸収を増加させることができる。
【００５８】
テクスチャ領域は、特に近赤外線波長において、画像センサの吸収を増加させ、外部量子効率を向上させ、応答時間および遅延を低減させることができる。そのような固有かつ新規な装置は、高速シャッタ速度を可能とし、それによって低光シナリオにおける移動物体の撮像を可能とする。シリコンベース素子における増加した近赤外線感度は、活性光源において必要な電力を低減することができ、素子が正確な個人の生体測定値を捕捉することができる距離を増加させることができる。
【００５９】
本システムは、装置と個人との間の撮像距離を増加させるための光学系を含むことができることが想定されるが、テクスチャ領域を有する画像センサ装置は、システムが比較的長距離においてさえも低いＩＲ光強度レベルで機能するのを可能とする。これは、エネルギ消費と熱管理の問題を低減し、携帯装置のバッテリ寿命を増大させるともに、高強度ＩＲ光から生じることがある副作用を潜在的に減少させる。１つの態様において、例えば、画像センサ装置は、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長を有し、かつ約１２インチ〜約２４インチの距離で個人に作用する約５ｕＷ／ｃｍ２未満の背景放射照度を有する活性光源から放射された電磁放射線を使用して、実質的に固有の顔特徴を識別するために十分な詳細を有する個人の電子表現を撮像することができる。他の態様において、画像センサ装置は、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長を有し、かつ約１８インチの距離で個人に作用する約５ｕＷ／ｃｍ２未満の背景放射照度を有する活性光源から放射された電磁放射線を使用して、実質的に固有の顔特徴を識別するために十分な詳細を有する個人の電子表現を撮像することができる。さらに他の態様において、画像センサ装置は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの少なくとも１つの波長を有し、かつ約１８インチの距離で個人に作用する約１ｕＷ／ｃｍ２〜約１００ｕＷ／ｃｍ２の背景放射照度を有する活性光源から放射された電磁放射線を使用して、実質的に固有の顔特徴を識別するために十分な詳細を有する個人の電子表現を撮像することができる。さらに他の態様において、画像センサ装置は、約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの少なくとも１つの波長を有しかつ約１ｕＷ／ｃｍ２〜約１０ｕＷ／ｃｍ２である約１８インチで個人に作用する背景放射照度を有する活性光源から放射された電磁放射線を使用して、実質的に固有の顔特徴を識別するために十分な詳細を有する個人の電子表現を撮像することができる。
【００６０】
上述したように、いくつかの態様において、素子のシリコン材料の厚さは、感度および応答時間を決定することができる。標準的なシリコン素子は、近赤外線スペクトルに入る波長を検出するために、厚く、すなわち５０μｍよりも大きくする必要があり、そのような厚い素子による検出は、応答の遅さおよび高い暗電流をもたらす。テクスチャ領域は、素子において赤外光の吸収を増加させるために電磁放射線と相互作用するように配置されており、それによって高速動作を可能としつつ赤外線感度を向上させる。拡散散乱や反射は、特に内部全反射と組み合わせた場合、吸収についての増加した経路長をもたらすことがあり、シリコン画素、光検出器、画素アレイ、画像センサなどについての赤外線における応答性の大きな改善をもたらす。吸収経路長の増加により、薄いシリコン材料を使用して、赤外線領域に電磁放射線を吸収することが可能となる。薄いシリコン材料素子の１つの利点は、電荷キャリアがより迅速に素子から掃引され、したがって応答時間を削減させるということである。逆に、厚いシリコン材料素子は、拡散によって少なくとも部分的に、よりゆっくりとそこから電荷キャリアを掃引する。
【００６１】
しかしながら、半導体素子層は、電磁放射線の検出および変換機能を可能とする任意の厚さとすることができ、したがって任意のそのような半導体素子層の厚さは、本範囲内であると考えられることに留意されたい。上述したように、薄いシリコン層材料は、応答時間およびバルク暗電流発生を低減させる際に特に有益であり得る。上述したように、電荷キャリアは、より厚いシリコン材料層に比べて薄いシリコン材料層からより迅速に掃引することができる。薄いシリコン、少ない材料、電子／正孔は、収集されるために横断しなければならず、キャリアの集合を捕捉または遅らせることができる欠陥が発生した生成電荷キャリアの確率は低い。したがって、高速写真応答を実施する１つの目的は、画像センサの半導体素子層について薄いシリコン材料を利用することである。そのような素子は、画素の電位への構築および電界のドリフトによってキャリアを生成した写真の高速収集を提供するために任意に印加されるバイアスによって電荷キャリアをほぼ空乏化することができる。画素の非空乏領域内に残存する電荷キャリアは、ドリフト輸送より遅い拡散輸送によって収集される。このため、拡散が空乏ドリフト領域よりもはるかに薄くなるように支配することができる任意の領域の厚さを有することが望ましいことがある。他の態様において、シリコン材料は、内部バイアスが電荷キャリアの飽和速度について十分な電界を発生させるように厚さおよび基板ドープ濃度を有することができる。
【００６２】
したがって、本開示の態様にかかる画像センサ装置は、とりわけ、所定のシリコン厚さについて光スペクトルの赤外光部分における高い量子効率を提供する。そのため、高い量子効率、低バルク暗電流生成、および応答時間または遅延の低減は、近赤外線における波長について得ることができる。換言すれば、感度はより高く、応答時間は、厚い素子においてみられるよりも速く、近赤外線における同様の量子効率を達成する。
【００６３】
シリコンに加えて、他の半導体材料は、本開示の画像センサ装置における使用のために想定される。そのような半導体材料の非限定的例は、ＩＶ族材料、ＩＩおよびＶＩ族からの材料からなる化合物および合金、ＩＩＩおよびＶ族からの材料からなる化合物および合金、および、それらの組み合わせを含むことができる。より具体的には、典型的なＩＶ族材料は、シリコン、炭素（例えばダイヤモンド）、ゲルマニウム、およびそれらの組み合わせを含むことができる。ＩＶ族材料の様々な例示的な組み合わせは、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含むことができる。典型的なシリコン材料は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン、多結晶シリコン、および単結晶シリコンならびに他の結晶型を含むことができる。他の態様において、半導体材料は、シリコン、炭素、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、およびそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００６４】
ＩＩ〜ＶＩ族材料の典型的な組み合わせは、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（ＺｎＯ）、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）、水銀テルル化亜鉛（ＨｇＺｎＴｅ）、水銀セレン化亜鉛（ＨｇＺｎＳｅ）、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【００６５】
ＩＩＩ〜Ｖ族材料の典型的な組み合わせは、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、ホウ素砒素（ＢＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウムリン（ＧａＰ）、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ）、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、アルミニウムインジウム砒素（ＡｌＩｎＡｓ）、アルミニウムアンチモン化インジウム（ＡｌＩｎＳｂ）、窒化ガリウム砒素（ＧａＡｓＮ）、ガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、アルミニウムガリウムリン（ＡｌＧａＰ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、インジウム砒素アンチモン（ＩｎＡｓＳｂ）、インジウムアンチモン化ガリウム（ＩｎＧａＳｂ）、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、アルミニウムガリウム砒素リン（ＡｌＧａＡｓＰ）、インジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）、アルミニウムインジウム砒素リン（ＡｌＩｎＡｓＰ）、窒化アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓＮ）、窒化インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓＮ）、窒化インジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓＮ）、窒化砒素ガリウムアンチモン（ＧａＡｓＳｂＮ）、窒化ガリウムインジウム砒素アンチモン（ＧａＩｎＮＡｓＳｂ）、ガリウムインジウム砒素リンアンチモン（ＧａＩｎＡｓＳｂＰ）、およびそれらの組み合わせを含むことができる。
【００６６】
さらに、様々な種類の半導体材料が想定され、電磁放射線検出装置に組み込むことができる任意のそのような材料は、本範囲内であると考えられる。１つの態様において、例えば、半導体材料は単結晶である。他の態様において、半導体材料は多結晶である。さらに他の態様において、半導体材料は微結晶である。また、半導体材料は、アモルファスとすることができることが想定される。具体的な非限定例は、アモルファスシリコンやアモルファスセレンを含む。
【００６７】
本開示の半導体材料は、様々な製造プロセスを使用して作製することができる。いくつかの場合において、製造手順は、装置の効率に影響を与えることができ、所望の結果を達成するために考慮に入れることができる。典型的な製造プロセスは、チョクラルスキー（Ｃｚ）プロセス、磁気チョクラルスキー（ｍＣｚ）プロセスフロートゾーン（ＦＺ）プロセス、エピタキシャル成長、または蒸着プロセスなどを含むことができる。本発明において使用される半導体材料は、単結晶材料とその上に形成されたエピタキシャル成長層との組み合わせとすることができることが想定される。
【００６８】
様々なドーパント材料は、画像センサ装置の複数のドープ領域、テクスチャ領域、または任意の他のドープ部を形成するために想定され、そのようなプロセスにおいて使用可能な任意のそのようなドーパントは、本範囲内であると考えられる。利用される特定のドーパントは、ドープされる材料および得られた材料の使用目的に応じて変化することができることに留意すべきである。当該技術分野において公知の任意のドーパントは、本開示の構造をドープするために利用可能であることに留意されたい。
【００６９】
したがって、第１のドープ領域および第２のドープ領域は、互いにおよび／または半導体素子層と比べて極性において領域がより正または負になることを引き起こすために電子供与または正孔供与種によってドープされることができる。１つの態様において、例えば、いずれかのドープ領域は、ｐ−ドープされることができる。他の態様において、いずれかのドープ領域は、ｎ−ドープされることができる。１つの態様において、例えば、ｐ＋およびｎ−ドーパントによってドープすることにより、第１のドープ領域は、極性を負とすることができ、第２のドープ領域は、極性を正とすることができる。いくつかの態様において、領域のｎ（−−）、ｎ（−）、ｎ（＋）、ｎ（＋＋）、ｐ（−−）、ｐ（−）、ｐ（＋）、またはｐ（＋＋）タイプのドープのバリエーションが使用可能である。さらに、いくつかの態様において、半導体材料は、第１および第２のドープ領域に加えてドープされることができる。半導体材料は、第１および第２のドープ領域のうちの１もしくはそれ以上とは異なるドープ極性を有するようにドープされることができ、または、半導体材料は、第１および第２のドープ領域のうちの１もしくはそれ以上と同じであるドープ極性を有するようにドープされることができる。１つの特定の態様において、半導体材料は、ｐ−型であるようにドープされることができ、第１および第２のドープ領域のうちの１もしくはそれ以上は、ｎ−型であるようにドープされることができる。他の特定の態様において、半導体材料は、ｎ−型であるようにドープされることができ、第１および第２のドープ領域のうちの１もしくはそれ以上は、ｐ−型であるようにドープされることができる。１つの態様において、第１または第２のドープ領域のうちの少なくとも１つは、約０．１μｍ２〜約３２μｍ２の表面積を有する。
【００７０】
上述したように、テクスチャ領域は、電磁放射線を拡散するように、電磁放射線をリダイレクトするように、および電磁放射線を吸収するように機能することができ、それゆえに装置のＱＥを増加させる。テクスチャ領域は、シリコン材料の有効光路長を増加させるために表面特徴を含むことができる。表面特徴は、円錐、ピラミッド、柱、突起、マイクロレンズ、量子ドット、反転特徴などとすることができる。特徴サイズ、寸法、材料の種類、ドーパントプロファイル、テクスチャ位置などの操作などの要因は、拡散領域が特定の波長について調整可能であるのを可能とすることができる。１つの態様において、装置を調整することは、特定の波長または波長範囲が吸収されるのを可能とすることができる。他の態様において、装置を調整することは、特定の波長または波長範囲がフィルタリングを介して減少または除去されるのを可能とすることができる。
【００７１】
上述したように、本開示の態様にかかるテクスチャ領域は、シリコン材料に、特に長波長（すなわち、赤外線）において、装置内に入射する電磁放射線の複数の通過を体験させることができる。そのような内部反射は、半導体素子層の厚さよりも大きくするように有効光路長を増加させる。この光路長の増加は、基板の厚さを増加させることなく、装置の量子効率を増大させ、改善された信号対雑音比をもたらす。テクスチャ領域は、入射電磁放射線に最も近い表面と関連付けることができ、または、テクスチャ領域は、入射電磁放射線に対して反対側の表面と関連付けることができ、それにより、放射がテクスチャ領域に当たる前にシリコン材料を通過するのを可能とする。さらに、テクスチャ領域は、ドープされることができる。１つの態様において、テクスチャ領域は、装置の裏面にドープされた接触領域を提供するように半導体素子層と同一または類似のドープ極性にドープされることができる。他の態様において、テクスチャ領域は、表面電界によって表面を不動態化するように半導体基板と同極性に高濃度でドープされることができる。他の態様において、テクスチャ領域は、テクスチャ層と隣接する基板との界面にダイオード接合（または空乏領域）を形成するように半導体基板とは逆極性にドープされることができる。
【００７２】
テクスチャ領域は、レーザ、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）、ナノインプリント、リソグラフィテクスチャリング、さらなる材料蒸着、反応性イオンエッチングなどを含む様々な技術によって形成されることができる。テクスチャ領域を製造する１つの有効な方法は、レーザ加工によるものである。そのようなレーザ加工は、半導体素子層の個別の位置が最小量の材料除去で所望の深さにテクスチャリングされるのを可能とする。テクスチャ領域を形成するためのレーザ加工の様々な技術が想定され、そのような領域を形成することができる任意の技術は、本範囲内であると考えるべきである。レーザ処置または加工は、とりわけ、強化した吸収特性および増大した電磁放射線の検出を可能とすることができる。
【００７３】
１つの態様において、例えば、シリコン材料の標的領域は、レーザ放射によって照射されることができ、テクスチャ領域を形成する。そのような処理の例は、米国特許第７，０５７，２５６号明細書、米国特許第７，３５４，７９２号明細書、および米国特許第７，４４２，６２９号明細書においてさらに詳細に記載されており、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。簡単に言えば、シリコンなどの半導体材料の表面は、レーザ放射によって照射され、テクスチャまたは表面改質領域を形成する。そのようなレーザ加工は、ドーパント材料の有無にかかわらず発生することができる。ドーパントが使用されるこれらの態様において、レーザは、ドーパントキャリアを介してシリコン表面上に向けることができる。この方法において、ドーパントキャリアからのドーパントは、シリコン材料の標的領域に導入される。シリコン材料に組み込まれたそのような領域は、本開示の態様にかかる様々な利点を有することができる。例えば、標的領域は、典型的には、本明細書において説明したメカニズムにより、レーザ加工された領域の面積を増大させ、放射線吸収の確率を増加させるテクスチャ表面を有する。１つの態様において、そのような標的領域は、レーザテクスチャリングによって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を含む実質的にテクスチャリングされた表面である。他の態様において、シリコン材料の表面への照射は、照射が半導体にドーパントを組み込むようにドーパントに対してレーザ放射を晒すことを含む。様々なドーパント材料が当該技術分野で公知であり、本明細書においてより詳細に説明される。また、いくつかの態様において、そのようなレーザ加工は、シリコン材料を実質的にドープしない環境（例えば、アルゴン雰囲気）において発生することができることが理解される。
【００７４】
したがって、テクスチャ領域を形成するシリコン材料の表面は、レーザ加工によって化学的および／または構造的に変更され、いくつかの態様において、ナノ構造、ミクロ構造、および／または表面上にパターン化された領域として現れる表面特徴の形成ならびにドーパントが使用される場合には半導体材料へのそのようなドーパントの組み込みをもたらすことができる。いくつかの態様において、そのような特徴は、大きさが５０ｎｍ〜２０μｍのオーダーとすることができ、電磁放射線の吸収に役立つことができる。他の態様において、そのような特徴は、サイズが２００ｎｍ〜２ｕｍのオーダーとすることができる。換言すれば、テクスチャ表面は、シリコン材料によって吸収される入射放射線の確率を増加させることができる。
【００７５】
他の態様において、テクスチャ領域および／または半導体材料の少なくとも一部は、不動態化表面電界を生成するためにドーパントによってドープされることができ、テクスチャ領域が入射する電磁放射線とは反対側の半導体素子層の側に配置されている態様において、不動態化表面電界は、いわゆる裏面電界である。裏面電界は、収集効率および速度を改善するために、装置の裏面から接合に向かって生成された電荷キャリアに反発するように機能することができる。裏面電界の存在はまた、装置のテクスチャ表面層からの暗電流の寄与を抑制するように作用する。いくつかの態様において、深いトレンチ分離などのトレンチの表面は、キャリアに反発するように不動態化されることができることに留意されたい。さらにまた、裏面電界は、いくつかの態様において、そのようなトレンチ内に形成されることができる。
【００７６】
他の態様において、図１１に示されるように、半導体素子層１１０２は、第１のドープ領域１１０４と、第２のドープ領域１１０６と、ドープされた領域とは反対面上にテクスチャ領域１１０８とを有することができる。反射防止層１１１０は、テクスチャ層１１０８とは反対面において半導体素子層１１０２に結合されることができる。いくつかの態様において、反射防止層１１１０は、テクスチャ領域（図示せず）のように半導体素子層１１０２と同じ側にあることができる。さらにまた、いくつかの態様において、レンズは、半導体素子層に光学的に結合され、半導体素子層に入射する電磁放射線の焦点を合わせるために配置されることができる。
【００７７】
本開示の他の態様において、画素アレイは、画像センサ装置として提供される。そのようなアレイは、入射光面、半導体素子層における少なくとも２つの画素を有する半導体素子層を含むことができ、各画素は、接合を形成する第１のドープ領域および第２のドープ領域と、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に配置されたテクスチャ領域とを含む。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。さらに、画素アレイは、１００ｕｍ未満の厚さと、約８００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも７５％の外部量子効率とを有することができる。画素アレイは、画素数を有することができ、または、約３２０×２４０（ＱＶＧＡ）以上の画素解像度として一般に知られている。他の態様において、画素解像度は、１ＭＰ（メガピクセル）よりも大きい、５ＭＰよりも大きい、１５ＭＰよりも大きい、さらに２５ＭＰよりも大きい６４０×４８０（ＶＧＡ）である。
【００７８】
図１２に示されるように、例えば、半導体素子層１２０２は、第１のドープ領域１２０６および第２のドープ領域１２０８をそれぞれ有する少なくとも２つの画素１２０４を含むことができる。テクスチャ領域１２１０は、電磁放射線と相互作用するように配置されることができる。図１３は、画素毎に別個のテクスチャ領域を示している。いくつかの態様において、しかしながら、アレイ内の複数の画素の吸収経路長を増加させるために単一のテクスチャの領域が使用可能である。さらにまた、分離構造１２１２は、電気的および／または光学的に互いから画素を分離するために画素間に配置されることができる。他の態様において、画素アレイは、各画素または画素によって生成された信号を処理する電子回路に電子的に結合されることができる。
【００７９】
様々な画像センサ構成および要素が想定され、全てのそのようなものは、本範囲内であると考えるべきである。そのような要素の非限定的例は、キャリアウエハ、トランジスタ、電気的接点、反射防止層、誘電層、回路層、ビア、転送ゲート、赤外線フィルタ、カラーフィルタアレイ（ｃｏｌｏｒ  ｆｉｌｔｅｒ  ａｒｒａｙ：ＣＦＡ）、赤外線カットフィルタ、分離特徴などを含むことができる。様々な画像センサ解像度もまた想定され、全てのそのようなものは、本範囲内であると考えるべきである。そのような解像度の非制限的サンプルは、いわゆるＱＶＧＡ、ＳＶＧＡ、ＶＧＡ、ＨＤ７２０、ＨＤ１０８０、４Ｋなどである。さらに、そのような装置は、２０１０年９月１７日付で出願された米国特許出願第１２／８８５，１５８号に開示されているように、光吸収特性および要素を有することができ、この参照によりその全体が組み込まれる。画像センサは、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）画像センサまたはＣＣＤ（電荷結合素子）とすることができることがさらに理解される。
【００８０】
画像センサ装置は、装置の所望の設計に応じて画素あたり多数のトランジスタを含むことができる。１つの態様において、例えば、画像センサ装置は、少なくとも３つのトランジスタを含むことができる。他の態様において、撮像装置は、４個、５個、または６個以上のトランジスタを有することができる。例えば、図１３は、本開示の１つの態様にかかるグローバルシャッタ動作を可能とする６トランジスタ（６−Ｔ）アーキテクチャの例示的な概略図を示している。画像センサは、画素（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、ソースフォロア（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。余分な転送ゲートおよび記憶ノードに起因して、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）が可能である。したがって、読み出しノイズは、一般的なＣＭＯＳ  ４Ｔ画素に一致させることができるはずである。
【００８１】
ロールシャッタは、本範囲内であると考えられるが、グローバルシャッタの使用は、本装置およびシステムにおいて使用するのに有益であり得る。例えば、図１４ａ〜ｂは、ＩＲ感知画像センサ装置によって撮像された被写体の虹彩の画像を示している。図１４ａからわかるように、ロールシャッタを使用して撮像された虹彩の画像は、撮像中の移動に起因して若干歪んでいる。これらの歪みは、個人の識別に影響を及ぼすことがある。一方、図１４ｂは、グローバルシャッタを使用して撮像された虹彩の画像を示しており、そのような歪みを示していない。グローバルシャッタは、正確に同時に全ての画素を電子的に活性化することによって動作し、同時に背景からの光を統合して同時に統合を停止することができる。これは、ロールシャッタの歪みをなくす。
【００８２】
本開示の他の態様において、生体認証システムは、３次元（ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ：３Ｄ）光検知画像センサを含むことができる。そのような３Ｄタイプの画像センサは、顔特徴、身体特徴、歩幅、または身体位置特徴、耳特徴など、識別のために個人の表面の詳細を撮像するのに有用である。そのような３Ｄシステムは、これに限定されるものではないが、飛行時間型（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ：ＴＯＦ）、構造化光、立体光などを含む任意の適用可能な３Ｄ技術を含むことができる。例えば、ＴＯＦは、そのような３Ｄ撮像のために利用可能な深さ情報を提供するためのレーダやＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ；光検出および測距）システムにおける使用のために開発された１つの技術である。ＴＯＦの基本原理は、物体に信号を送信して標的から返された信号の特性を測定することを含む。測定された特性は、光子が光源を離れてから通過した時間、すなわちＴＯＦを判定するために使用される。標的までの距離は、ＴＯＦの半分と信号の速度との乗算によって導出される。
【００８３】
図１５は、空間的に分離された複数の表面を有する標的によるＴＯＦ測定を図示している。式（ＩＩＩ）は、標的までの距離を測定するために使用されることができ、ｄは標的までの距離であり、ｃは光速である。
【００８４】
【数１】
2016510467.tif 000003
【００８５】
標的１５０４に対して移動する光源１５０２から放射された光が要する時間（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（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ））と標的の表面との距離が導出されることができる。そのような画像センサについて、各画素が上記ＴＯＦ測定を行うことができる場合には、標的の３Ｄ画像を得ることができる。高い光速に起因して標的が光源に比較的近いとき、距離測定はＴＯＦ法では困難となる。したがって、１つの態様において、ＴＯＦ測定は、変調されたＬＥＤの光パルスを利用し、放射された光と受光した光との間の位相遅延を測定することができる。位相遅延およびＬＥＤのパルス幅に基づいて、ＴＯＦを導出することができる。そのため、ＴＯＦの概念は、個人の識別に使用される画像を撮像するために各画素からの深さ情報を取得するためにＣＭＯＳおよびＣＣＤセンサの双方において利用可能である。
【００８６】
１つの例として、強化された赤外線応答を有するＴＯＦ  ３Ｄ画素などの３Ｄ画素は、深さ精度を向上させることができ、順次３次元スケールにおいて顔特徴を示すことができる。１つの態様において、ＴＯＦ画像センサは、可視光を遮断するフィルタを有し、そのためＩＲ光のみを検出することができる。他の例において、強化された赤外線応答を有するＴＯＦ  ３Ｄ画素などの３Ｄ画素は、正確な距離計算を行うために必要な光量を低減することができる。１つの態様において、撮像アレイは、少なくとも１つの３Ｄ赤外線検出画素と、互いに対して一体に配置された少なくとも１つの可視光検出画素とを含むことができる。図１６ａ〜ｃは、そのようなアレイの画素配列の非限定的な構成例を示している。図１６ａは、赤色画素１６０２と青色画素１６０４と緑色画素１６０６とを有する画素アレイ構成の例を示している。さらに、光スペクトルのＩＲ領域における強化された応答性または検出性を有する２つの３Ｄ  ＴＯＦ画素１６０８が含まれる。２つの３Ｄ画素の組み合わせは、より良好な深さ知覚を可能とする。図１６ｂにおいて、示された画素配列は、図１６ａに記載された画像センサと、赤色画素、青色画素、および２つの緑色画素の３つのアレイとを含む。基本的に、１つのＴＯＦ画素は、ＲＧＧＢの画素設計の第１象限を置き換える。この構成において、いくつかの緑色画素の追加は、同時に深さ知覚のために赤外光を捕捉しながら、人間の目にとっての緑色感度のニーズのために必要とされるより多くの緑色波長の捕捉を可能とする。本範囲は、画素アレイの数や配置によって限定されるべきではなく、任意の数および／または配置は、本範囲に含まれることに留意すべきである。図１６ｃは、さらに他の態様にかかる画素の他の配置を示している。
【００８７】
いくつかの態様において、ＴＯＦ画素は、オンピクセルの光学的狭帯域通過フィルタを有することができる。狭帯域通過フィルタの設計は、変調された光源（ＬＥＤまたはレーザのいずれか）の発光スペクトルと一致させることができ、不要な周囲光を大幅に低減することができ、変調されたＩＲ光の信号対雑音比をさらに向上させることができる。増加した赤外線ＱＥの他の利点は、高速３Ｄ撮像のための高フレームレート動作の可能性である。統合されたＩＲカットフィルタは、忠実度の高いカラーレンダリングによって高品質の可視画像を可能とすることができる。センサチップ上に赤外線カットフィルタを統合することはまた、（典型的なＩＲフィルタガラスの除去に起因して）カメラモジュールの全体システムのコストを削減し、（携帯アプリケーションにとって良好な）モジュールプロファイルを削減することができる。これは、ＴＯＦ画素および非ＴＯＦ画素を利用することができる。
【００８８】
図１７は、本開示の１つの態様にかかる３次元ＴＯＦ画素の例示的な概略図を示している。３Ｄ  ＴＯＦ画素は、標的の深さ測定を達成するために１１個の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、３Ｄ画素は、画素（ＰＤ）と、グローバルリセット（Ｇｌｏｂａｌ＿ＲＳＴ）と、第１のグローバル転送ゲート（Ｇｌｏｂａｌ＿ＴＸ１）と、第１の記憶ノードと、第１の転送ゲート（ＴＸ１）と、第１のリセット（ＲＳＴ１）と、第１のソースフォロワ（ＳＦ１）と、第１のフローティングディフュージョン（ＦＤ１）と、第１の行選択トランジスタ（ＲＳ１）と、第２のグローバル転送ゲート（Ｇｌｏｂａｌ＿ＴＸ２）と、第２の記憶ノードと、第２のトランスファゲート（ＴＸ２）と、第２のリセット（ＲＳＴ２）と、第２のソースフォロア（ＳＦ２）と、第２のフローティングディフュージョン（ＦＤ２）と、第２の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。他のトランジスタは、３Ｄアーキテクチャに含めることができ、本発明の範囲内で考慮されるべきである。１１個のトランジスタを有する特定の実施形態は、グローバルシャッタ動作に起因するモーションアーチファクトを低減することができ、それによってより正確な測定値を与える。
【００８９】
特にＩＲおよび可視光の双方が検出される場合に有益であり得る画素アレイ構造の他の例として、ＩＲフィルタは、固有の画素アレイを生成するために可視光フィルタと統合することができる。例えば、従来のベイヤアレイは、２つの緑色、１つの赤色、および１つの青色の選択的画素を含む。より大きいアレイパターンは、散在するＩＲ画素選択フィルタリングが強化された画像センサ機能を達成するのを同時に可能としながら、選択のおおよその比率を維持することに利用可能である。これは、可視域からＩＲまでの範囲の光を検出することができる画素を含む本開示の態様にかかる画像センサのために特に有用である。例えば、１つの態様において、本開示の態様にかかる画像センサは、約４００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長を有する光を検出することができる。したがって、ＩＲ範囲における検出能に加えて、そのようなシリコン画像センサはまた、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの可視領域の光に対して選択的である。したがって、そのような画素のアレイに対する様々なフィルタリング装置を機能的に結合することにより、緑色領域、青色領域、赤色領域、およびＩＲ領域における選択的な検出が達成されることができる。フィルタはまた、入射する電磁放射線の経路の内外に移動可能に構成されることができることに留意されたい。
【００９０】
１つの態様において、例えば、複数のフィルタは、ベイヤーパターンで配置されることができ、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲の波長ならびに８５０ｎｍよりも長い波長を有する所定の電磁放射線を通過させるように構成されることができる。他の態様において、可視電磁放射線は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長を含むことができ、赤外電磁放射線は、約９００ｎｍよりも大きい、いくつかの場合には約９４０ｎｍである少なくとも１つの波長を含むことができる。
【００９１】
画素アレイの具体的なパターンは、装置の所望の特性に応じて変えることができる。１つの態様において、例えば、ベイヤーパターンは、ＩＲ選択画素によって１もしくはそれ以上の可視光選択画素を置き換えるためにフィルタを使用して変更することができる。緑色、赤色、または青色の画素のいずれかが、画素アレイ上にＩＲ光を検出するように変更されることができる。１つの例として、アレイの緑色選択性を維持することは、２つの緑色通過画素フィルタ、１つの赤外線通過画素フィルタ、および１つの青色通過画素フィルタを含む複数の第１の２×２フィルタと、２つの緑色通過画素フィルタ、１つの赤外線通過画素フィルタ、および１つの赤色通過画素フィルタを含む複数の第１の２×２フィルタとを使用することによって達成することができる。そして、これらの２×２フィルタは、アレイにわたって均一な青色／赤色選択パターンを提供するために変えることができる。１つの例示的な実装が図１８に示されている。さらに、緑色画素のいずれかは、同様にＩＲ選択画素機能によって置き換えられることができることに留意されたい。
【００９２】
さらに、電磁放射線は、複数または単一のフィルタを使用して可視範囲およびＩＲ範囲の通過を可能とするようにフィルタリングすることができることもまた想定される。例えば、光は、９００ｎｍを上回る少なくとも１つの波長を有する可視光およびＩＲ光の通過を可能とするようにフィルタリングされることができる。これらの範囲間にノッチフィルタを設けることにより、信号対雑音比を向上させることができる。さらにまた、活性光源の発光波長を中心とする狭帯域通過フィルタは、画像センサの効率をさらに向上させることができる。そのようなフィルタの１つの例は、可視光が９３０ｎｍを上回るＩＲ光とともに通過するのを可能とするが、約７００ｎｍと約９３０ｎｍとの間の波長を有する光をフィルタリングするダイクロイックカットフィルタである。
【００９３】
さらにまた、狭帯域ＩＲフィルタは、得られる画像のさらなる処理を容易とすることができる。例えば、短い積分時間と組み合わせて狭帯域ＩＲフィルタを使用することにより、可視画像は、改善されたＩＲ画像を生成するためにＩＲフィルタリングされた画像から減算されることができる。結果として得られる画像はまた、オフセット減算に使用するために可視フレームを平均することにより、ＩＲフレームが続き、再度可視フレームが続く可視フレームによる相関二重サンプリングを使用して処理されることができる。
【００９４】
上述したように、個人を識別するためのシステムは、ＩＲ光を放射することが可能であるパッシブ光源（例えば、日光、周囲の室内灯）または活性光源（例えば、ＬＥＤまたは電球）のいずれかである光源を含むことができる。システムは、個人を識別するために有益に使用することができる任意の光源を利用することができる。そのため、１つの態様において、光源は、活性光源である。活性光源は、当該技術分野において周知であり、特にＩＲスペクトルにおける光を放射可能である。そのような活性光源は、連続的またはパルス状とすることができ、パルスは、撮像素子における光捕捉と同期されることができる。様々な光波長が放射され、個人を識別するために利用されるが、約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲のＩＲ光が特に有用であり得る。さらに、いくつかの態様において、活性光源は、異なるピーク発光波長で赤外電磁放射線をそれぞれ放射する２若しくはそれ以上の活性光源とすることができる。ＩＲ範囲内の任意の異なる波長の発光が利用可能であり、非限定的例は、８５０ｎｍ、９４０ｎｍ、１０６４ｎｍなどを含む。いくつかの態様において、２若しくはそれ以上の活性光源は、同時にまたはオフセットデューティサイクルで同じ画像センサ装置と相互作用することができる。そのような構成は、冗長な識別のために個人の１もしくはそれ以上の固有な特徴の独立した捕捉のために有用であり得る。この冗長な識別は、個人の正確な認証または識別を保証することができる。他の態様において、２若しくはそれ以上の活性光源は、異なる画像センサ装置とそれぞれ相互作用することができる。他の態様において、装置は、周囲光が識別を行うのに十分であるかどうかを判定することができ、それにより、活性光源を使用しないことによってバッテリ寿命を節約する。強化された赤外線量子効率を有する画像センサは、周囲光が受動的測定のために十分である可能性を増加させる。
【００９５】
上述したように、システムは、個人の識別を容易とするために、公知および認証された生体特徴と少なくとも１つの生体特徴を比較するように画像センサ装置に機能的に結合された分析モジュールを含むことができる。例えば、分析モジュールは、データベースなどのソースから個人の身元に関する既知のデータを取得し、この既知のデータを画像センサ装置によって捕捉されている電子表現と比較することができる。生体境界／測定値を定義して固有のコードに生体測定値を変換するために画像を分析することができる様々なアルゴリズムが知られている。そして、固有のコードは、個人の積極的な識別を行うための比較のために使用されるデータベースに記憶されることができる。そのようなアルゴリズムは、米国特許第４，６４１，３４９号明細書および米国特許第５，２９１，５６０号明細書において虹彩検出のために記載されており、この参照によりその全体が組み込まれる。画像処理モジュールおよび分析モジュールは、同じまたは異なるモジュールとすることができることに留意すべきである。本明細書において記載されたシステムは識別アルゴリズムのいずれかで利用可能であることが理解される。
【００９６】
さらにまた、様々な態様において、本システムは、様々な用途に適合するようなサイズにすることができることに留意されたい。これは、ＩＲ光に対する画像センサ装置の向上した感度およびＩＲ放射の強度の対応する減少によってさらに容易とされ、それゆえに、光源のサイズまたは光源数の削減を可能とする。１つの態様において、例えば、光源、画像センサ装置、および画像処理モジュールは、まとめて約２５０立方ミリメートル未満のサイズを有する。１つの態様において、例えば、光源、画像センサ装置、および画像処理モジュールは、まとめて約１６０立方ミリメートル未満のサイズを有する。１つの態様において、例えば、画像センサ装置、レンズシステム、および画像処理モジュールは、まとめて約１３０立方ミリメートル未満のサイズを有する。１つの態様において、例えば、画像センサは、これに限定されるものではないが、レンズおよびフォーカス素子を含むカメラモジュールに組み込まれ、前記モジュールは、入射する電磁放射線の方向において６ｍｍ未満の厚さである。さらに他の態様において、光源、画像センサ装置、および画像処理モジュールは、まとめて約１６立方センチメートル未満のサイズを有する。１つの態様において、画像センサ装置は、約１インチの光学フォーマットを有することができる。１つの態様において、画像センサ装置は、約１／２インチの光学フォーマットを有することができる。１つの態様において、画像センサ装置は、約１／３インチの光学フォーマットを有することができる。１つの態様において、画像センサ装置は、約１／４インチの光学フォーマットを有することができる。１つの態様において、画像センサ装置は、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。さらに他の態様において、画像センサ装置は、約１／１０インチの光学フォーマットを有することができる。
【００９７】
他の態様において、識別システムは、電子装置に一体化されることができる。そのような装置の非限定的例は、携帯スマートフォン、携帯電話、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、ＡＴＭｓ、テレビ、ビデオゲームコンソールなどを含むことができる。１つの特定の態様において、個人の積極的な識別は、電子装置のロックを解除するように動作可能である。この例において、電子装置は、ストレージレジストリに暗号化された許可ユーザの顔や虹彩識別特性を記憶し、個人の識別特性は、電子装置に組み込まれた認証システムによって捕捉される。認証システムは、積極的な識別のために記憶されている許可ユーザの識別特性と個人の識別特性とを比較することができる。この態様は、金融や法律上の取引または識別および／またはシグネチャを必要とする他の取引において個人を検証するために有益である。本明細書においては、ＡＴＭ金融取引は、ユーザ認証システムを含むことができることが想定され、ここで、暗号化された許可ユーザの識別特性は、ＡＴＭ装置が積極的な識別のためにカードに記憶されている許可ユーザの特性と個人の識別特性とを比較することができるようにＡＴＭのデビットカードに記憶されている。同様のシステムは、クレジットカードまたは商取引の他の項目に利用可能である。
【００９８】
他の例において、金融取引は、携帯電話装置を介して達成することができ、ここで、金融取引認可システムは、携帯電話に組み込まれた前面またはカメオ撮像素子を介して金融取引期間中に許可ユーザを連続的に検証している。さらにまた、携帯電話の実施形態において、画像センサ装置は、ユーザが赤外光捕捉と可視光捕捉モードとを切り替えることができるようにスイッチを含むことができる。
【００９９】
図１９において、電子装置は、ユーザを継続的に検証して許可するように構成されることができる統合されたユーザ認証システム１９００を含むことができる。そのようなシステムは、上述したように、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域と、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画像センサ装置１９０２を含むことができ、ここで、画像センサ装置は、装置のユーザの識別特性の電子表現を捕捉するように配置されている。半導体素子層の厚さは、装置の設計に依存して変化することができることに留意されたい。そのため、半導体素子層の厚さは、限定するものとして理解されるべきではなく、さらに他の厚さを含む。非限定的例は、約２０ミクロン未満、約３０ミクロン未満、約４０ミクロン未満、約５０ミクロン未満などを含む。画像センサ装置は、少なくとも定期的にユーザの電子表現を捕捉する。システムはまた、許可ユーザの既知の識別特性を記憶するように動作可能な記憶レジスタ１９０６と、画像センサ装置および記憶レジスタに電気的に結合された分析モジュール１９０８とを含むことができ、分析モジュールは、生成された電子表現に対してアルゴリズムを使用して、ユーザが許可ユーザであることを検証するために既知の識別特性と識別特性の電子表現を比較するように動作可能である。したがって、許可ユーザは、継続的に装置を使用することができるとともに、許可されていないユーザは、そうすることから排除される。１つの態様において、システムは、ユーザに向けて約７００ｎｍ〜約１２００ｎｍの少なくとも１つの波長を有する電磁放射線を放射するように動作可能な光源を含むことができる。
【０１００】
他の態様において、第２の画像センサ装置１９０４がシステムに組み込まれることができる。第２の画像センサ装置は、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構成されたＩＲ強化撮像装置とすることができる。第２の画像センサ装置は、もっぱら個人の虹彩、顔、またはその双方を追跡するように構成されることができる。他の態様において、第２の画像センサ装置は、可視光を検出するように構成されることができ、カメオタイプの画像センサとすることができる。他の実施形態において、トリガ１９１０（例えば、モーションセンサ）およびスイッチ１９１２は、必要に応じて、第１の画像センサ装置と第２の画像センサ装置との間において起動されてトグルされるのを可能とするユーザ認証システムに組み込まれることができる。さらにまた、第１または第２の画像センサ装置は、個人の電子表現を捕捉するのを助けるためにレンズまたは光学素子を含むことができる。
【０１０１】
ユーザ認証システムの連続的な性質を考えると、中央処理装置（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）の負荷を削減するために電子装置の主要な処理システムから認証システムを分離することが有益であり得る。そうするための１つの技術は、同一の半導体素子上に一体にかつ電子装置のＣＰＵとは別体に分析モジュールと画像センサ装置とをモノリシックに統合することを含む。このように、認証システムは、電子装置のＣＰＵから独立して機能する。
【０１０２】
さらにまた、いくつかの態様において、認証システムは、ＩＲ光捕捉と可視光捕捉との間で画像センサ装置を切り替えるためにトグルを含むことができる。そのため、画像センサは、ユーザを許可することと可視光画像を捕捉することとの間で切り替えることができる。いくつかの態様において、認証システムは、ＩＲおよび可視光の双方を同時に捕捉し、ユーザを認証するために画像処理を使用することができる。
【０１０３】
さらにまた、セキュリティ上の理由から、既知の識別特性を暗号化することが有益であり得る。そのような暗号化は、個人情報の盗難や電子装置の不正使用から許可ユーザを保護することができる。
【０１０４】
様々な生体特徴は、個人を識別するために利用することができ、そのような識別のために利用されることが可能な任意の特徴は、本範囲内であると考えられる。そのような識別特性の非限定的例は、虹彩の構造やパターン、顔の外形パターン、顔の内部距離、眼のパターン、耳たぶの形状などを含む。顔の外形パターンは、瞳孔間の距離、２次元の顔パターン、３次元の顔パターンなどを含むことができる。１つの特定の態様において、実質的に固有の識別特性は、個人を識別するのに十分な虹彩の電子表現を含むことができる。上述したように、本システムの強化された感度は、最小量の近赤外光を使用して虹彩の電子表現の捕捉を容易とすることができる。
【０１０５】
１つの態様において、画像センサは、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域と、反射された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前面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約３０％の外部量子効率と、９００ｎｍよりも大きい１つの波長において（半ナイキストにおける傾斜エッジ法によって測定されるように）０．３を超える変調伝達関数（ＭＴＦ）とを有する。
【０１０６】
１つの態様において、画像センサは、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域と、反射された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前面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約３０％の外部量子効率と、９００ｎｍよりも大きい１つの波長において（半ナイキストにおける傾斜エッジ法によって測定されるように）０．４を超える変調伝達関数（ＭＴＦ）とを有する。
【０１０７】
他の態様において、画像センサは、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域と、反射された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前面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約３０％の外部量子効率と、９００ｎｍよりも大きい１つの波長において（半ナイキストにおける傾斜エッジ法によって測定されるように）０．５を超える変調伝達関数（ＭＴＦ）とを有する。
【０１０８】
さらなる態様において、画像センサは、約１０ミクロン未満の厚さを有する半導体素子層と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域と、反射された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背面照射用画像センサとすることができ、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約４０％の外部量子効率と、９００ｎｍよりも大きい１つの波長において（半ナイキストにおける傾斜エッジ法によって測定されるように）０．４を超える変調伝達関数（ＭＴＦ）とを有する。
【０１０９】
１つの特定の実施形態において、システムは、約１０ミクロン未満の厚さを有する素子層と、接合を形成する少なくとも２つのドープ領域と、反射された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するシリコン画像センサを含み、画像センサは、９００ｎｍよりも大きい少なくとも１つの波長を有する電磁放射線について少なくとも約３０％の外部量子効率と、９００ｎｍよりも大きい１つの波長において（半ナイキストにおける傾斜エッジ法によって測定されるように）０．４を超える変調伝達関数（ＭＴＦ）とを有する。１つの態様において、システムにおけるシリコン画像センサは、１ＭＰ以上の解像度を有する１／４インチの光学フォーマットである。他の態様において、システムにおけるシリコン画像センサは、３ＭＰ以上の解像度を有する１／３インチの光学フォーマットである。１つの態様において、画像センサは、容量が１５０立方ミリメートル未満であるカメラモジュールに組み込まれている。他の態様において、システムは、携帯電話に組み込まれている。１つの態様において、測定される生体シグネチャは、虹彩の構造である。さらに他の態様において、活性光源は、１もしくはそれ以上の９４０ｎｍの発光ダイオードである。他の態様において、画像センサは、４０度未満の視野を有するカメラモジュールに組み込まれている。さらに他の態様において、画像センサモジュールは、近赤外光でのみ透過するのを可能とするフィルタに内蔵されている。
【０１１０】
もちろん、上述した構成は、本開示の原理の適用の単なる例示にすぎないことが理解されるべきである。多数の変更および代替構成は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく当業者によって考案されることができ、添付の特許請求の範囲は、そのような変更および構成を包含することを意図している。それゆえに、本開示は、本開示の最も実用的な実施形態であると現在みなされるものに関連して具体的にかつ詳細に記載され、これに限定されるものではないが、大きさ、材料、形状、形態、機能ならびに操作、組み立て、および使用の方法の変更を含む多数の変更が本明細書に記載された原理および概念から逸脱することなく行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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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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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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