KR20160117860A

KR20160117860A - 지문 인식 장치 및 지문 인식 방법

Info

Publication number: KR20160117860A
Application number: KR1020150045761A
Authority: KR
Inventors: 최규진
Original assignee: 서울바이오시스 주식회사
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-11

Abstract

본 발명은 다양한 파장의 광선을 사용하여 지문의 형상뿐만 아니라 생체에 관한 정보를 획득하여 지문을 인식함으로써 위조 지문을 판별할 수 있는 지문인식방법에 관한 것이다.
본 발명은 접촉면(20)에 접촉된 지문의 형상을 광학적으로 취득하는 단계; 및 접촉면(20)에 지문이 접촉된 상태에서 지문을 향해 광을 조사하고 소정 시간만큼 지문이 형성된 손가락의 생체 광 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 지문 인식 방법으로서, 획득된 상기 손가락의 생체 광 정보가 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출하여 상기 취득된 지문이 생체의 지문임을 판단하는 단계를 포함하는 지문 인식 방법이다.

Description

지문 인식 장치 및 지문 인식 방법{A Fingerprint Identifier and a Fingerprint Identifying Method}

본 발명은 지문 인식 장치 및 지문 인식 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 파장의 광선을 사용하여 지문의 형상뿐만 아니라 생체에 관한 정보를 획득하여 지문을 인식함으로써 위조 지문을 판별할 수 있는 지문 인식 방법 및 이를 구현한 장치에 관한 것이다.

지문 인식 장치는 사람의 지문을 인식하여 사람을 구별하는 장치를 말한다. 지문 인식 장치에서 지문 영상을 획득하는 방식으로는 광학식, 초음파식, 정전용량방식, 전기장 측정방식, 열감지 방식 등이 있다.

열감지 방식은 손가락을 열감지센서에 대고 움직이는 방식으로 지문 영상을 취득한다. 이는 건조한 지문도 감지할 수 있고 센서의 크기가 작은 이점이 있으며, 가격이 저렴하다. 하지만 사용 숙련도를 요하는 점에서 사용자에게는 그다지 편리하지 않은 방식이다.

정전용량방식과 전기장 측정방식은 모두 반도체식 지문 인식 장치인데, 반도체 방식은 건조한 지문도 측정할 수 있다는 점에서 유리하지만, 수분에 대한 내구성이 취약하고, 센서가 상당히 고가이다.

이에 비해 광학식 센서는 가격이 저렴하면서도 센서가 수분에 영향을 받지 않으며 우수한 지문 영상을 획득할 수 있지만, 지문의 외형만을 주로 판단하기 때문에, 생체가 아니라 하더라도 지문의 형상을 가지고 있는 더미의 지문도 지문 영상으로서 인식하게 된다.

지문 인식 장치는 보안을 위해 설치되는 것인데, 이처럼 만들어진 지문에 대해서도 지문을 그대로 인식하는 경우, 보안이 약해지는 문제점이 있다.

이에 대해 종래에는 피부의 반사도나 피부 색상 등을 검출하여 위조 여부를 판단하거나, 표면 플라즈몬 효과를 이용하는 방식을 통해 위조 여부를 검출할 수 있는 장치가 개발되어 있으나, 이 역시 피해갈 수 있는 길이 있어 보안을 강화함에 있어서 한계가 있었다.

한편 최근 발광다이오드가 개발되어 원하는 파장대의 광선만을 집중적으로 발광할 수 있는 길이 열리면서, 특정 파장대의 가시광선뿐만 아니라, 자외선이나 적외선 영역의 광선을 활용할 수 있게 되었다.

하지만 발광다이오드를 사용함에 있어서도, 현재는, 주로 가시광선 영역에서 산란 특성이 좋은 파장대의 빛을 주로 발광하는 다이오드를 사용하여 지문 영상을 보다 선명하게 얻기 위한 분야에 대한 기술이 주로 개발되고 있으며, 위조된 지문에 대한 감별을 할 수 있는 기술에 대해서는 개발이 지지부진한 것이 현실이다.

본 발명은 파장별로 다른 빛의 특성을 활용하여 위조된 지문인지 여부를 정확히 판별할 수 있는 지문 인식 장치에 관한 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 전통적인 지문 인식 장치에 사용되던 가시광선 영역에서 벗어나, 자외선과 적외선 영역, 또는 가시광선 영역의 특정 파장대의 빛을 활용하여 진정한 생체의 지문만을 정확하게 인식할 수 있는 지문 인식 장치와 지문인식 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 생체 지문의 표면뿐만 아니라 지문이 있는 생체의 내부 조직의 내부 정보를 획득하여 지문의 진정성을 판별할 수 있는 지문 인식 장치와 그러한 지문인식 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 접촉면(20)에 접촉된 지문의 형상을 광학적으로 취득하는 단계; 및 접촉면(20)에 지문이 접촉된 상태에서 지문을 향해 광을 조사하고 소정 시간만큼 지문이 형성된 손가락의 생체 광 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 지문 인식 방법으로서, 획득된 상기 손가락의 생체 광 정보가 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출하여 상기 취득된 지문이 생체의 지문임을 판단하는 단계를 포함하는 지문 인식 방법을 제공한다.

상기 생체 정보를 획득할 때 손가락에 조사하는 광의 파장은 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장일 수 있다.

획득된 상기 손가락의 생체 광 정보에서 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광 정보를 추출하여 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출할 수 있다.

상기 맥박에 해당하는 파동을 검출할 때, 소정 파장대의 광 정보에서 맥파에 의해 측정된 광 정보의 신호의 세기 차이가, 해당 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 이론 상의 광 정보의 신호의 세기 차이만큼 측정되는지 여부를 확인하여, 맥박의 파동 여부를 검증할 수 있다.

상기 맥박에 해당하는 파동을 검출할 때, 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 광 정보의 신호의 세기 차이를 파장대 별로 개인 정보로 데이터화 하고, 이를 개인의 지문 정보와 연계함으로써, 지문 인증이 지문과 맥파 데이터를 함께 검증할 수 있다.

또한 본 발명은, 광원이 설치된 베이스(32)를 포함하는 광원부(30); 상기 베이스 상에 설치된 광원에서 조사하는 광이 조사되는 위치에 구비되며, 지문(10)이 접촉하는 접촉면(20); 상기 베이스(32)와 인접하여 위치하는 측광부(40); 및 상기 광원에서 소정 시간 동안 조사된 광이 접촉면(20)을 거친 후 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 처리하는 광정보 처리부;를 포함하고, 상기 광정보 처리부는, 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출할 경우 상기 지문이 형성된 손가락이 생체임을 판단하는 지문 인식 장치를 제공한다.

상기 광정보 처리부는, 상기 맥박에 해당하는 파동을 검출할 때, 소정 파장대의 광 정보에서 측정된 광 정보의 신호의 세기 차이가, 해당 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 이론 상의 광 정보의 신호의 세기 차이만큼 측정되는지 여부를 확인하여, 맥박의 파동 여부를 검증할 수 있다.

상기 지문 인식 장치는, 개인의 지문 정보와 함께, 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 광 정보의 신호의 세기 차이를 파장대 별로 개인 정보로 데이터화 하고, 상기 광정보 처리부는, 지문 인증을 할 때, 인식된 지문과 측정된 맥파의 신호의 세기 차이가 데이터화된 개인의 지문 정보 및 맥파에 따른 신호의 세기 차이와 일치하는지 여부를 검증할 수 있다.

상기 베이스의 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제1편광필터(51); 상기 접촉면(20)에서 상기 측광부(40)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제3편광필터(53);를 포함할 수 있고, 상기 제1편광필터의 편광방향인 제1방향과 상기 제3편광필터의 편광방향인 제3방향은 서로 수직일 수 있다.

상기 베이스의 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제2편광필터(52);를 더 포함하고, 상기 제2편광필터의 편광방향인 제2방향과 상기 제3편광필터의 편광방향인 제3방향은 서로 평행일 수 있다.

상기 베이스(32)는 환형의 형상이며, 상기 측광부(40)는 상기 베이스의 환형의 중심부에 위치할 수 있고, 상기 베이스(32)는 환형의 중심을 기준으로 회전 가능하다.

상기 제1편광필터(51)와 제3편광필터(53)는 베이스(32)의 환형의 중심을 기준으로 회전 가능하다.

상기 측광부(40)의 단위 영역에는 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장의 광을 감지하는 측광소자가 구비될 수 있다.

상기 측광소자의 전방에는 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장의 광만을 통과시키는 패스 필터(45)가 구비될 수 있다.

상기 접촉면(20)은 사다리꼴 형상의 프리즘의 긴 변을 이루는 면이며, 상기 광원부(30)는 프리즘의 빗면에 배치되어 광원부(30)로부터 조사된 광이 프리즘의 빗면을 통과하여 접촉면(20)에 조사되고, 상기 측광부(40)는 사다리꼴 형상의 짧은 변을 이루는 면에 배치되어 프리즘의 짧은 변을 이루는 면을 통과하는 광을 수광할 수 있다.

또한 본 발명은, 광원이 설치된 베이스(32)를 포함하는 광원부(30); 상기 베이스 상에 설치된 광원에서 조사하는 광이 조사되는 위치에 구비되며, 지문(10)이 접촉하는 접촉면(20); 상기 베이스(32)와 인접하여 위치하는 측광부(40); 상기 베이스의 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 배치되고, 또한 상기 접촉면(20)에서 상기 측광부(40)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 스플릿 면(56)을 구비하는 빔 스플리터 큐브(55); 및 상기 광원에서 소정 시간 동안 조사된 광이 접촉면(20)을 거친 후 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 처리하는 광정보 처리부;를 포함하고, 상기 광정보 처리부는, 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출할 경우 상기 지문이 형성된 손가락이 생체임을 판단할 수 있다.

상기 광원부(30)의 설치면과 측광부(40)의 설치면은, 빔 스플리터 큐브의 면들 중 서로 마주하는 방향의 면에 위치하지 아니하고, 스플릿 면(56)을 기준으로 서로 다른 면에 위치할 수 있다.

상기 접촉면(20)은 빔 스플리터 큐브의 면들 중 상기 측광부(40)와 마주하는 면에 위치할 수 있다.

본 발명에 의하면, 생체 지문의 표면뿐만 아니라 지문이 있는 생체의 내부 정보를 획득하여 지문의 진정성을 판별할 수 있다.

본 발명에 의하면, 원하는 파장의 광을 지문에 조사하여 이미지를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 편광방향에 의해 편광된 광을 조사하여 이미지를 획득할 수 있고, 매우 균일하고 정확하게 이미지를 획득할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 지문 인식 장치의 이미지 획득 원리를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 제1실시예로서 지문 인식 장치의 측면도,
도 3은 도 2의 지문 인식 장치의 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 제2실시예로서 지문 인식 장치의 측면도,
도 5는 도 4의 지문 인식 장치의 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 제3실시예로서 지문 인식 장치의 개괄적인 구조를 측면에서 바라본 구조를 나타낸 도면,
도 7은 도 6의 지문 인식 장치의 제1구현예를 나타낸 정면도,
도 8은 도 6의 지문 인식 장치의 제2구현예를 나타낸 정면도,
도 9는 도 6의 지문 인식 장치의 제3구현예를 나타낸 정면도,
도 10과 도 11은 각각 본 발명의 측광부의 실시예를 나타낸 도면,
도 12는 피부 조직에 대해 자외선이 투과하는 깊이를 나타낸 도면,
도 13은 혈액과 물의 파장별 광 흡수율을 나타낸 그래프,
도 14는 지문이 형성된 손가락 단부에 광을 조사하고 그로부터 얻은 광 정보에 혈류 맥에 의한 파동이 존재함을 나타낸 그래프,
도 15와 도 16은 본 발명에 따른 제2실시예의 변형예로서 지문 인식 장치의 측면도, 그리고
도 17은 도 15와 도 16의 지문 인식 장치로 촬영한 손가락의 혈관 정보를 나타낸 이미지이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 지문 인식 장치의 이미지 획득 원리를 나타낸 도면이다. 일반적으로 인체의 피부(Skin)에 빛이 조사되면 표면에서 빛의 일부가 반사되고, 또 빛의 일부는 피부의 내부까지 투과한 후 반사된다.

이는 빛의 편광 방향과도 관련이 있다. 가령 도 1의 (a)와 같이 0도로 편광된 빛이 피부에 조사되면, 피부 표면에서는 마찬가지로 0도로 편광된 빛이 대부분 반사된다. 그러나 피부 표면을 투과하여 피부 내부로 투과된 빛의 대부분은 흡수와 산란이 이루어지면서 편광성을 잃고 다시 피부 밖으로 산란되어 나오게 된다. 따라서 피부로 침투하였다가 나온 광은 피부 표면에서 직접 반사되거나 산란된 광에 비해 90도로 편광된 광의 비율이 높게 된다.

따라서 편광된 빛을 피부에 조사하였을 때, 조사된 편광 방향과 동일한 편광 방향의 반사광 또는 산란광을 측정하여 관찰하면 피부 표면에 대한 정보를 획득할 수 있고, 조사된 편광 방향에 대해 90도 편광된 반사광 또는 산란광을 측정하여 관찰하면 피부 표면보다는 피부 내부에 대한 정보를 더 많이 획득할 수 있다.

일반적인 광학식의 지문 인식 장치는 지문의 외형을 인식하는 방식이므로, 실제 지문의 외형과 동일한 외형을 가지는 더미(dummy)를 사용하더라도 동일한 지문으로 인식하게 된다. 물론 광학식 지문 인식 장치는 건조한 지문을 잘 인식하지 못하는 점에서 건조한 더미는 지문 인식이 잘 안될 수도 있지만, 이러한 습기 정도는 얼마든지 조성할 수 있다. 하지만 지문 인식 장치에 기 입력되어 있는 지문의 정보가 단순히 표면의 지문 형상만을 포함하는 것이 아니라, 지문이 형성된 피부 내부의 조직(가령 혈관)의 형상까지 포함하고 있고, 실제 지문을 인식할 때 피부의 표면의 지문 형상과 더불어 피부 내부의 조직의 형상까지 이미지를 획득하여 기 저장된 정보와 비교할 수 있다면, 더미(dummy)로 지문을 만드는 행위와 같이 지문 인식 장치를 속이는 것은 매우 어렵게 된다.

이하 이러한 원리를 이용한 광학식 지문 인식 장치에 대해 설명한다.

[지문 인식 장치의 광학계에 대한 제1실시예]

도 2는 본 발명에 따른 제1실시예로서 지문 인식 장치의 측면도, 도 3은 도 2의 지문 인식 장치의 평면도이다. 즉 도 3은 도 2의 지문 인식 장치를 위에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 지문(10)이 접촉하는 접촉면(20)에 대해 광원부(30)와 측광부(40)가 이격 설치되어 있고, 광원부의 광원은 접촉면(20)을 향해 광을 조사할 수 있도록 하는 방향으로, 측광부는 접촉면(20)으로부터 반사되거나 산란된 광이 측광부의 측광소자에 도달할 수 있는 방향으로 설치되어 있다.

광원부(30)의 전방에는, 광원부의 광원으로부터 조사된 광의 경로 상에 편광필터(51,52)가 설치되어 있고, 측광부(40)의 전방에는, 접촉면(20)으로부터 반사되거나 산란되어 측광부에 들어오는 광의 경로 상에 편광필터(53)가 설치되어 있다.

제1편광필터(51)의 편광 방향은 제3편광필터(53)의 편광방향과 서로 수직을 이루고, 제2편광필터(52)의 편광 방향은 제3편광필터(53)의 편광방향과 서로 평행하다.

따라서 도 2의 (a)와 같이 제2편광필터(52)를 통해 접촉면(20)에 조사된 후 접촉면에서 산란 또는 반사되어 제3편광필터(53)를 거쳐 측광부(40)에 도달하여 측정된 광은, 도 1의 (a)와 같이 피부 표면, 즉 지문의 형상에 대한 정보를 주로 포함하고 있다.

반면 도 2의 (b)와 같이 제1편광필터(51)를 통해 접촉면(20)에 조사된 후 접촉면에서 산란 또는 반사되어 제3편광필터(53)를 거쳐 측광부(40)에 도달하여 측정된 광은, 도 1의 (b)와 같이 피부 심부에 대한 정보를 주로 포함하고 있다.

그러므로 제1실시예에 따르면, 도 2의 (a)와 같이 접촉면(20)에 광을 조사하여 지문(10) 외형의 정보를 획득하고, 동일한 지문(10)에 대해 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 광을 조사하여 지문(10)보다 심부(深部)의 정보를 획득할 수 있다.

한편 지문의 외형에 대한 정보와 지문보다 심부의 정보를 보다 명확하게 획득하기 위해 필요한 광의 파장대는 서로 차이가 있다. 가령 광의 파장이 짧아지면 짧아질수록 피부에 대한 투과율이 점점 낮아지게 된다. 자외선의 경우 UVB 파장의 경우 대부분 표피에서 흡수되어 진피층에 도달하지 아니하고, UVA 파장의 경우 진피층까지 도달하게 된다(도 13 참조).

따라서 얻고자 하는 피부 내부의 정보에 따라 광원부(30)에서 조사하는 광의 파장에 차이가 있도록 할 필요가 있다. 이에 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 광원부(30)가 환형의 베이스(32)를 구비하고, 상기 환형의 베이스(32) 상에는 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수 개의 광원(30-1, 30-2, 30-3, ... 30-n)이 구비되어 있다. 동일한 파장의 광을 조사하는 광원은 각각 복수 개(본 발명의 실시예에서는 2개)씩 구비되어 있으며, 환형의 중심에 대해 방사상으로 구비되어 있다. 이렇게 환형의 중심, 엄밀하게는 측광부에 대해 방사상으로 광원을 배치하면, 광원의 위치에 따라 발생하는 지문의 음영 방향의 차이가 촬영된 이미지에 주는 영향을 최소화할 수 있다.

이러한 광원들은 LED로 구성될 수 있다. LED는 반치폭(spectrum half width)이 좁아 피크파장대의 광이 집중적으로 발광되는 점에서 본 발명의 지문 인식 장치의 광원으로 매우 적합하다.

한편 환형의 베이스의 중심에는 측광부(40)가 설치되어 있고, 광원부(30)와 측광부(40) 전방에는 도시된 바와 같이 편광필터(51, 52, 53)가 설치되어 있다. 제1편광필터(51)는 동일한 파장의 광을 조사하는 광원의 개수와 동일한 개수만큼 복수 개(본 발명의 실시예에서는 2개) 구비되어 있고, 이는 제2편광필터(52)도 마찬가지이다. 또한 복수 개의 제1편광필터는 환형의 중심에 대해 방사상으로 구비되어 있으며, 이는 제2편광필터(52)도 마찬가지이다.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 피부의 표면의 지문 형상에 대한 정보를 얻고자 하는 경우에는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 제2편광필터(52) 하에 있는 제1광원(30-1)에서 광을 조사한다. 이 때 제1광원(30-1)에서 발광하는 광의 파장은 피부의 표면의 정보를 얻기에 적합한 파장대역에 속하는 파장이다. 따라서 측광부(40)에서 측정되는 광은 제1광원의 파장대에서 서로 동일한 방향으로 편광(parallel polarized)된 광이 측정되므로, 피부 표면의 정보를 얻을 수 있다.

다음으로 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 피부의 심부에 대한 정보를 얻고자 하는 경우에는 도 3의 (b), 또는 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 제1편광필터(51) 하에 있는 제2광원(30-2)에서 광을 조사한다. 이 때 제2광원(30-2)에서 발광하는 광의 파장은 피부의 심부의 정보를 얻기에 적합한 파장대역에 속하는 파장이다. 따라서 측광부(40)에서 측정되는 광은 제2광원의 파장대에서 서로 90도 방향으로 편광(cross polarized)된 광이 측정되므로, 피부 심부의 정보를 얻을 수 있다.

원하는 파장대의 광이 원하는 편광필터를 통과하도록 조사하기 위해, 본 발명에서는 환형의 광원부(30)가 환형의 중심에 대해 회전하도록 구성할 수 있다. 가령 도 3의 (a)에서 광원부(30)가 화살표(b) 방향으로 1칸 회전하면 도 3의 (b)와 같이 되어 원하는 광원(30-2)이 원하는 편광필터(51) 하에 위치하도록 할 수 있다.

또한 원하는 파장대의 광이 원하는 편광필터를 통과하도록 조사하기 위해, 본 발명에서는 편광필터들(51, 52, 53)들이 일체로 환형의 중심에 대해 회전하도록 구성할 수 있다. 가령 도 3의 (a)에서 편광필터들(51, 52, 53)이 화살표(c) 방향으로 1칸 회전하면 도 3의 (c)와 같이 되어 원하는 광원(30-2)이 원하는 편광필터(51) 하에 위치하도록 할 수 있다.

물론 이러한 지문 인식 장치에서 편광되지 아니한 광원을 조사하는 것도 가능하다. 가령 도 3의 (a)의 제2광원(30-2)에서 발광하게 되면 편광되지 않은 광을 조사할 수 있다.

상술한 지문 인식 장치에 의하면, 원하는 파장의 광을 지문(10)에 조사하여 이미지를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 방향으로 편광된 광을 조사하여 이미지를 획득할 수 있다.

[지문 인식 장치의 광학계에 대한 제2실시예]

도 4는 본 발명에 따른 제2실시예로서 지문 인식 장치의 측면도, 그리고 도 5는 도 4의 지문 인식 장치의 평면도이다. 즉 도 5는 도 4의 지문 인식 장치를 위에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.

도 4의 제2실시예는 도 2의 제1실시예와 비교하여, 사다리꼴 형상의 프리즘을 구성하여, 접촉면(20)이 사다리꼴 형상의 프리즘의 긴 변을 이루는 면에 위치하고, 광원부(30)는 프리즘의 빗면에 배치되어 있어 광원부(30)로부터 조사된 광은 프리즘의 빗면을 통과하여 접촉면(20)에 조사되는 점, 그리고 상기 측광부(40)는 사다리꼴 형상의 짧은 변을 이루는 면에 배치되어 프리즘의 짧은 변을 이루는 면을 통과하는 광을 수광하는 점에 차이가 있다.

편광필터(51, 52, 53)는 프리즘과 광원 사이 및 프리즘과 측광부 사이에 배치되며, 프리즘의 표면 상에 부착된 형태일 수 있다.

측광부(40)는 제3편광필터(53)의 하부에 위치하며, 제3편광필터에 밀착된 형태일 수 있다.

광원부(30)는 제1편광필터(51) 및 제2편광필터(52)의 하부에 위치하며, 역시 편광필터와 밀착된 형태일 수 있다. 광원부(30)의 복수의 광원을 필요에 따라 이동시킬 필요가 있을 때에는 광원부(30)가 제1편광필터(51) 및 제2편광필터(52)에 대해 밀착되지 아니한 형태일 수도 있다.

도 5를 참조하면, 제2실시예의 지문 인식 장치의 광원부는 직선 형태의 베이스(32) 상에 일렬로 설치된 복수의 광원(30-1, 30-2, 30-3)을 구비할 수 있다. 복수의 광원은 서로 다른 피크파장의 광을 발광하는 발광다이오드(LED)일 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 필요에 따라 원하는 광원에서 발광을 함으로써 원하는 파장대의 광으로 지문의 이미지와 생체 내부 정보를 획득할 수 있다.

가령 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 피부의 표면의 지문 형상에 대한 정보를 얻고자 하는 경우에는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 제2편광필터(52) 하에 있는 제1광원(30-1)(도면 상 윗부분의 광원)에서 광을 조사한다. 이 때 제1광원(30-1)에서 발광하는 광의 파장은 피부의 표면의 정보를 얻기에 적합한 파장대역에 속하는 파장이다. 따라서 측광부(40)에서 측정되는 광은 제1광원의 파장대에서 서로 동일한 방향으로 편광(parallel polarized)된 광이 측정되므로, 피부 표면의 정보를 얻을 수 있다.

다음으로 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 피부의 심부의 지문 형상에 대한 정보를 얻고자 하는 경우에는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제1편광필터(51) 하에 있는 제3광원(30-3)(도면 상 아랫부분의 광원)에서 광을 조사한다. 이 때 제3광원(30-3)에서 발광하는 광의 파장은 피부의 심부의 정보를 얻기에 적합한 파장대역에 속하는 파장이다. 따라서 측광부(40)에서 측정되는 광은 제3광원의 파장대에서 서로 90도 방향으로 편광(cross polarized)된 광이 측정되므로, 피부 심부의 정보를 얻을 수 있다.

이 때 베이스(32)는 도면 상 좌우로 움직일 수 있게 구성된다. 따라서 원하는 광원이 정위치에 위치하여 발광하도록 하는 것이 가능하다. 물론 복수의 광원이 밀집되어 있고, 베이스가 이동하지 않더라도 모든 광원이 정위치 범위 내에 위치한다면 베이스를 고정식으로 구성하는 것도 가능하다.

상술한 지문 인식 장치에 의하면, 원하는 파장의 광을 지문(10)에 조사하여 이미지를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 편광방향에 의해 편광된 광을 조사하여 이미지를 획득할 수 있다.

[지문 인식 장치의 광학계에 대한 제3실시예]

도 6은 본 발명에 따른 제3실시예로서 지문 인식 장치의 개괄적인 구조를 측면에서 바라본 구조를 나타낸 도면, 도 7은 도 6의 지문 인식 장치의 제1구현예를 나타낸 정면도, 도 8은 도 6의 지문 인식 장치의 제2구현예를 나타낸 정면도, 그리고 도 9는 도 6의 지문 인식 장치의 제3구현예를 나타낸 정면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 지문 인식 장치는 빔 스플리터 큐브(beam splitter cube)(55)를 구비한다. 빔 스플리터 큐브(55)에는 도시된 바와 같이 서로 평행하되 가장 멀리 위치하는 두 변 사이에 스플릿면(56)이 형성되어 있다. 스플릿면(56)은 스플릿면(56)에 평행한 방향의 편광에 대해서는 반사를 하고 스플릿면(56)과 교차하는 방향의 편광은 투과시킨다.

이러한 빔 스플리터 큐브(55)에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이 스플릿면(56)을 바라보는 빔 스플리터 큐브(55)의 일면에 광원(30)을 설치하고, 동일한 스플릿면(56)을 바라보는 빔 스플리터 큐브의 다른 일면에 지문(10; 도 6의 실선 부분)의 접촉면(20)을 구성한다.

다음으로 스플릿면(56)의 이면을 바라보는 빔 스플리터 큐브(55)의 일면에 측광부(40)를 설치한다. 즉 광원부(30)의 설치면과 측광부(40)의 설치면은, 스플릿 면(56)의 서로 다른 면을 바라보는 위치에 설치된다. 여기서 광원부(30)의 설치면과 측광부(40)의 설치면은, 빔 스플리터 큐브의 면들 중 서로 마주하는 방향의 면에 설치되지 아니한다. 이는 광원에서 조사된 광이 지문(10)의 접촉면(20)을 거치지 않고 직접 측광부(40)로 조사되어 들어가는 것을 방지하기 위함이다.

그리고 상기 접촉면(20)은 빔 스플리터 큐브의 면들 중 상기 측광부(40)와 마주하는 면에 위치한다.

도 6과 같이 구성된 상태에서, 도시된 바와 같이 광원부(30)에서 스플릿면(56)을 향해 광을 조사하면 제1방향(ㆍ)으로 편광된 광이 지문(10)에 조사된다. 지문을 거쳐서 반사 내지 산란된 광은 다시 제1방향(ㆍ) 성분과 제2방향(↔) 성분을 모두 가지게 되는데, 이는 도시된 바와 같이 다시 스플릿면(56)으로 도달하게 되고, 이 중 제2방향(↔)으로 편광된 광만이 스플릿면(56)을 통과하여 측광부(40)에 도달하게 된다.

따라서 지문 인식 장치를 이처럼 구성하면 지문에 조사되는 광과 지문을 거쳐서 나온 광이 서로 90도 방향으로 편광된 상태가 되어 지문의 심부의 정보를 획득할 수 있다.

물론 도 6에 있어서 지문(10)이 점선부분에 위치하도록 할 수도 있다. 이 경우에도 마찬가지로 지문에 조사되는 광과 지문을 거쳐서 나온 광이 서로 90도 방향으로 편광된 상태가 되어 지문의 심부의 정보를 획득할 수 있다.

이렇게 빔 스플리터 큐브를 이용하면 지문에 조사되는 광의 방향이 지문에 대해 정면 방향이 되고, 지문을 거친 후 측광부(40)에 조사되는 광의 방향도 지문에 대해 정면 방향이 되므로, 촬영하고자 하는 이미지를 정확히 정면에서 비추는 광원에 의해 촬영이 가능하여 음영 없는 이미지를 얻을 수 있다. 또한 입사각과 반사각이 존재하지 않게 되어 근접 촬영이 가능하므로, 지문 인식 장치를 구성하기에 매우 적합하다.

도 7에 도시된 바와 같이 광원부(30)는 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원(30-1, 30-2, 30-3, ... 30-n)을 구비한다. 이들 광원은 환형의 베이스(32) 내면에 설치되어 있다. 빔 스플리터 큐브(55)의 주변에는 광이 입사되는 부분을 제외한 나머지 부분이 광흡수필름(58)으로 가려져 있어, 다른 광이 빔 스플리터 큐브(55)로 입사되거나 빔 스플리터 큐브에서 나온 광이 다시 빔 스플리터 큐브에 재입사되는 것을 방지한다.

환형의 베이스(32)는 빔 스플리터 큐브(55)를 중심으로 회전 가능하다. 따라서 제1광원(30-1)으로 광을 조사한 후, 화살표 방향으로 회전하여 다시 제2광원(30-2)으로 광을 조사하는 것이 가능하다.

따라서 도 7에 도시된 지문 인식 장치에 의하면 원하는 파장의 광을 지문(10)에 조사하여 이미지를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 지문에 조사되는 광과 지문을 거쳐 나오는 광의 편광 방향이 서로 수직하게 구성한 지문의 이미지를 획득할 수 있다.

한편 도 8에 도시된 바와 같이 지문 인식 장치를 구성하는 것 역시 가능하다. 도 7과 대비하였을 때, 도 8의 지문 인식 장치는 광원부(30)가 도시된 바와 같이 원형을 이루는 베이스(32)를 구비하고, 복수 개의 광원(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)은 베이스(32)의 외면에 설치되어 원형의 중심에 대해 외향하여 광을 조사하도록 구성함에 차이가 있다. 또한 이러한 광원부(30)의 베이스(32)의 중심은 빔 스플리터 큐브(55)의 외부에 존재함에 차이가 있다.

원형의 베이스(32) 역시 그 중심을 기준으로 회전이 가능하다. 따라서 제1광원(30-1)으로 광을 조사한 후, 화살표 방향으로 회전하여 다시 제2광원(30-2)으로 광을 조사하는 것이 가능하다.

따라서 도 8에 도시된 지문 인식 장치에 의하면 원하는 파장의 광을 지문(10)에 조사하여 이미지를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 지문에 조사되는 광과 지문을 거쳐 나오는 광의 편광 방향이 서로 수직하게 구성한 지문의 이미지를 획득할 수 있다.

한편 도 9에 도시된 바와 같이 지문 인식 장치를 구성하는 것 역시 가능하다. 도 8과 대비하였을 때, 도 9의 지문 인식 장치는 도시된 바와 같이 광원부(30)가 직선형을 이루는 베이스(32)를 구비하고, 복수 개의 광원(30-1, 30-2, 30-3)은 베이스 상에서 빔 스플리터 큐브(55)를 바라보는 면 쪽에 설치되어 빔 스플리터 큐브(55)를 향해 광을 조사하도록 구성함에 차이가 있다. 이러한 광원부(30)의 베이스(32)는 빔 스플리터 큐브(55)의 외측에 위치한다.

직선형의 베이스(32)는 그 길이방향으로 왕복 이동 가능하다. 따라서 제1광원(30-1)으로 광을 조사한 후, 화살표 방향으로 이동하여 다른 광원, 가령 도시된 제3광원(30-3)으로 광을 조사하는 것이 가능하다. 물론 복수의 광원이 밀집되어 있고, 베이스가 이동하지 않더라도 모든 광원이 정위치 범위 내에 위치한다면 베이스를 고정식으로 구성하는 것도 가능하다.

따라서 도 9에 도시된 지문 인식 장치에 의하면 원하는 파장의 광을 지문(10)에 조사하여 이미지를 획득할 수 있을 뿐만 아니라, 지문에 조사되는 광과 지문을 거쳐 나오는 광의 편광 방향이 서로 수직하게 구성한 지문의 이미지를 획득할 수 있다.

[지문 인식 장치의 측광부의 구성]

도 10과 도 11은 각각 본 발명의 측광부의 실시예를 나타낸 도면이다.

통상적인 측광부는 측광소자(CCD 또는 CMOS 등)의 전방에 파장 영역별로 패스 필터를 구비하여 적외선이나 자외선 영역의 광을 제거하고 가시광선만이 측광소자에 도달하도록 하며, 가시광선의 빨간색 성분, 녹색 성분, 파랑색 성분의 파장에 대응하여 전기적 신호를 발생시키는 측광소자들을 매트릭스 형태로 배열하여 광의 이미지를 취득한다.

반면 본 발명에 따른 측광부(40)는, 도 10에 도시된 바와 같이 단위 영역에 지문 측정과 촬영에 필요한 파장 대역 내의 복수의 소대역 파장의 광을 각각 측정 가능한 복수의 측광소자(42-1, 42-2, ... 42-n)를 구비한다.

또한 도 11에 도시된 바와 같이 측광소자의 전방에 상기 복수의 소대역 파장의 광만을 통과시키는 패스 필터(45)가 구비될 수 있다. 패스 필터(45)는 도시된 바와 같이 하나의 소대역 파장의 광만을 통과시키는 복수 개의 패스필터(45-1, 45-2, ... 45-n)를 구비하고, 이들 중 하나를 선택적으로 측광소자 전방에 두는 방식이 사용될 수 있다. 이와 달리 특정 파장대의 광만을 차단하는 필터들을 복수 개 두고, 원하는 파장대의 광만을 통과시키고자 할 때 해당 파장대의 광을 차단하는 필터를 제외한 나머지 필터들을 중첩하여 구성하는 방식이 사용될 수도 있다.

이처럼 측광소자의 사용 목적에 따라 패스 필터(45)의 파장 영역을 좁게 설정하거나(설정하고), 측광소자들의 측정 파장대를 좁고 다양하게 구성하면, 원하는 파장대의 광 정보만을 취득하여 지문과 인체 정보를 획득할 수 있다.

상기 복수의 파장 소대역 중 적어도 어느 하나는 지문의 심부 정보를 파악하기 위해 자외선 파장 영역 또는 적외선 파장 영역 내에 있을 수 있다.

본 발명에서와 같이 측광부를 구성하면, 광대역의 파장을 제공하는 광원에서도 다양한 파장의 정보를 획득할 수 있게 되므로, 앞서 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 복수의 광원을 구비하지 않고도 다양한 파장대의 정보를 획득할 수 있다.

[혈액의 파장별 광 흡수율과 광 파장별의 피부 조직 투과 깊이를 활용한 지문 인식 방법 및 장치]

도 12는 피부 조직에 대해 자외선이 투과하는 깊이를 나타낸 도면이고 도 13은 혈액과 물의 파장별 광 흡수율을 나타낸 그래프이다.

파장대별로 광의 피부 투과 깊이에는 차이가 있다. 일반적으로 파장이 긴 적외선 영역으로 갈수록 광의 피부 투과 능력이 커지고 파장이 짧은 자외선 영역으로 갈수록 광의 피부 투과 능력이 낮아진다.

한편 도 12에 도시된 바와 같이 사람의 조직에서 모세혈관은 주로 진피(dermis)에 위치하게 되는데, 피부가 압박을 받을 경우 진피 부위가 하얗게 되면서 혈관 내의 혈액이 빠져나가는 것을 확인할 수 있다. 즉 압박을 받은 부위의 진피에 있는 혈관에 있는 혈액은 주변으로 빠져나가게 되는 것이다.

도 13에는 혈액의 광 흡수율이 파장별로 도시되어 있다. 살펴보면, 혈액의 광 흡수율은 자외선 영역에서 가장 높고, 가시광선 영역을 거쳐 적외선 영역으로 갈수록 점점 낮아짐을 확인할 수 있다. 반면 물의 파장별 광 흡수율은 UVC 영역에서 UVA 영역으로 갈수록 점점 낮아지다가, 근자외선 영역에서 적외선 영역으로 갈수록 다시 점점 높아진다. 도 13을 참조하면 혈액의 광 흡수율과 물의 광 흡수율 차이가 큰 파장대는 자외선 영역대와 가시광선 영역대, 그 중에서도 특히 280nm 내지 620nm라 할 수 있다.

따라서 혈액이 주로 존재하는 조직에 280nm 내지 620nm의 피크파장을 가지는 광을 조사하면, 혈액의 유무에 따라 측정되는 광 정보의 차이는 크게 나타난다고 할 수 있다.

다시 도 12를 살펴보면, 피부에 조사되는 광 중 UVB는 표피(epidermis)까지 밖에 침투하지 못하게 되므로, 혈관에 혈액이 존재하는지 여부를 판단할 수 있는 반사광이나 산란광을 얻기가 어렵다. 반면 UVA는 모세혈관이 주로 분포하는 진피(dermis)까지 침투한 후 흡수되거나 산란되므로, 진피까지 침투한 후 흡수되거나 산란되는 UVA 광을 측광하여 그 정보를 분석하면 진피의 모세혈관에 혈액이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

그러므로 진피에 존재하는 모세혈관에 혈액이 존재하는지 여부에 따라 광 정보의 차이가 크게 나는 UVA 파장대(320nm ~ 400nm)의 광을 피부에 조사한 후 산란되어 나오는 광의 정보를 분석하면, 해당 촬영 대상이 생체인지 여부를 쉽게 판별할 수 있다. 즉 이러한 원리를 적용하여 지문을 인식하는 방법은 결국 해당 지문의 형상이 있는 물체가 생체인지 여부를 판단할 수 있어 지문의 진정성을 판단할 수 있게 된다.

따라서, 접촉면(20)에 지문이 가볍게 접촉된 상태에서 지문을 향해 소정 파장의 광을 조사하여 지문이 형성된 손가락의 생체 정보를 획득하고, 지문으로 접촉면(20)을 세게 눌러 지문이 형성된 손가락 내부에 위치한 혈관의 혈액이 밀려 나간 상태에서 지문을 향해 소정 파장의 광을 조사하여 지문이 형성된 손가락의 생체 정보를 획득한 후, 이 2개의 광 정보를 비교하여, 혈액의 유무에 따라 발생할 것으로 예상되는 광 정보의 차이를 확인할 수 있다면, 해당 지문이 형성된 물체가 생체라고 판단할 수 있게 되는 것이다. 물론 이러한 광 정보를 취득하기 위해 지문을 압박하기 전과 지문을 압박한 후 생체에 조사되는 광의 파장이 동일한 경우, 생체 여부 판별을 위한 알고리즘은 더욱 간단하게 구성할 수 있을 것이다. 하지만 반드시 생체에 조사되는 광의 파장이 동일해야만 하는 것은 아니다.

결국 지문의 형상을 광학적으로 취득한 후, 위와 같은 생체 여부 판단 단계를 거치게 되면, 광학적으로 취득한 지문의 형상이 진정한 것이라고 간주할 수 있다.

한편, 앞서 살펴본 바와 같이 생체에 조사되는 광의 편광방향과 생체에 조사된 후 측광된 광의 편광방향이 서로 수직일 때 측광된 광 정보가 생체 심부의 정보를 더 많이 포함하는 점을 감안하면, 지문에 압박을 가하기 전, 그리고 지문에 압박을 가한 후 지문을 향해 조사되는 광의 편광방향과, 그로부터 측광되는 광의 편광방향이 서로 수직을 이루도록 구성하는 것이 보다 뚜렷한 광 정보를 획득하기에 더욱 유리하다.

또한, 굳이 위와 같이 지문에 압박을 가하기 전, 그리고 지문에 압박을 가한 후 지문을 향해 조사되는 광이 광대역의 백색광이라 하더라도, 측광된 광 정보에서 320nm ~ 400nm의 자외선 영역에 해당하는 정보를 추출하여 위와 같은 생체 여부 판별 단계를 거치는 것 역시 가능하다.

아울러 광학적으로 지문의 형상을 취득하기에 적합한 광의 파장대와, 생체의 모세혈관 내의 혈액 유무에 대한 정보를 파악하기에 적합한 광의 파장대가 다르게 구성될 경우에는, 앞서 설명한 복수의 광원을 활용하여 지문 인식 장치를 구성할 수 있다.

상술한 지문 인식 방법을 적용한 지문 인식 장치는 다음과 같이 구현할 수 있다.

먼저 앞서 설명한 광학계에 대한 제1실시예와 같이, 광원이 설치된 베이스(32)를 포함하는 광원부(30)와, 상기 베이스 상에 설치된 광원에서 조사하는 광이 조사되는 위치에 구비되며 지문(10)이 접촉하는 접촉면(20)과, 상기 베이스(32)와 인접하여 위치하는 측광부(40)를 포함하도록 구성한다.

이 때 베이스에 설치된 광원은, 광학적으로 지문의 형상을 취득하기에 적합한 파장대의 광을 조사하는 광원과, 생체의 모세혈관 내의 혈액 유무에 대한 정보를 파악하기에 적합한 파장대의 광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다.

이에 더하여, 본 발명은 상기 광원에서 조사된 광이 접촉면(20)을 거친 후 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 처리하는 광정보 처리부를 포함하고, 광정보 처리부가, 접촉면(20)에 지문이 접촉된 상태에서 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보와, 접촉면(20)을 세게 눌러 지문이 형성된 손가락 내부에 위치한 혈과의 혈액이 밀려 나간 상태에서 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 비교하는 처리를 하게 된다.

이러한 처리를 통해 광 정보의 차이가 소정 값 이상일 경우에는 상기 지문이 형성된 손가락이 생체라고 판단할 수 있다.

이러한 지문 인식 장치에는, 사용자의 편의를 위해, 접촉면(20)에 지문(10)을 접촉시킨 사람에게 지문(10)을 세게 누를 것을 지시하는 지시부가 더 구비될 수 있다. 즉 지문 인식 장치는, 지문을 세게 누르기 전에 심부의 정보를 획득한 경우 지문을 세게 누를 것을 지시하고, 다시 광을 조사하여 심부의 정보를 획득한다.

다음으로, 지문이 형성된 생체의 심부 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광을 조사하는 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 제1편광필터(51)를 배치하고, 접촉면(20)에서 상기 측광부(40)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제3편광필터(53)를 배치하되, 제1편광필터의 편광방향과 상기 제3편광필터의 편광방향이 서로 수직을 이루도록 한다. 또한 지문의 형상 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광을 조사하는 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 제2편광필터(52)를 배치하되, 제2편광필터의 편광방향과 제3편광필터의 편광방향이 서로 평행하도록 한다. 이 때 도 3의 (a)에서 (b)로 작동하는 것을 예로 들어 설명한 바와 같이 광원의 위치를 변경하거나, 도 3의 (a)에서 (c)로 작동하는 것을 예로 들어 설명한 바와 같이 편광필터의 위치를 변경시켜 위와 같이 구현할 수 있다.

물론 지문의 형상 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대와, 지문이 형성된 생체의 심부 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대를 서로 동일하게 구성한 경우에도, 도 3과 같은 동작을 통해 장치를 작동하는 것이 가능하다.

한편, 측광부(40)의 단위 영역에 320nm 내지 400nm의 파장을 가지는 광을 감지하는 측광소자를 구비하게 되면, 광원을 반드시 320nm 내지 400nm 파장으로 구성된 광만을 발광하는 광원으로 구성할 필요가 없으며, 이는 측광소자의 전방에 320nm 내지 400nm의 파장을 가지는 광만을 통과시키는 패스 필터(45)를 구비한 경우에도 마찬가지이다.

이러한 방식의 지문 인식 장치는 광학계에 대한 제2실시예와 같이 사다리꼴 형상의 프리즘을 활용하여 구성할 수도 있고, 광학계에 대한 제3실시예와 같이 빔 스플리터 큐브(55)를 활용하여 구성할 수도 있음은 물론이며, 본 발명은 이러한 사항을 배제하지 않는다.

앞서 설명한 광학계는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원과, 서로 다른 방향을 가지는 편광필터를 하나의 장치에 구현할 수 있으므로, 앞서 설명한 혈액의 파장별 광 흡수율과 광 파장별의 피부 조직 투과 깊이를 활용한 지문 인식 원리와, 본 발명에서 설명하는 그 외의 다른 광학적 지문 인식 원리를 조합하여 구현하는 것이 가능하다. 이러한 조합이 많으면 많을수록 가짜 지문을 사용할 수 있는 가능성은 크게 낮아지게 된다.

[혈류 맥에 의한 파동을 감지하는 지문 인식 방법 및 장치]

도 14는 지문이 형성된 손가락 단부에 광을 조사하고 그로부터 얻은 광 정보에 혈류 맥에 의한 파동이 존재함을 나타낸 그래프이다.

도 14에 도시된 바와 같이 사람의 조직에는 동맥-모세혈관-정맥에 이르는 혈관이 존재하며, 이 중 특히 동맥혈은 심장의 맥박수와 동일한 맥의 파동이 존재한다. 따라서 도 14에 도시된 손가락 끝부분과 같은 신체 조직의 특정 부분에는 심장의 맥박수와 동일하게 혈액량이 증감하게 된다. 본 발명은 생체의 이러한 특징을 감안하여, 지문을 인식할 때 지문이 형성된 손가락 끝부분의 혈류량의 파동을 감지함으로써, 해당 지문이 형성된 손가락이 생체임을 인식하는 것을 하나의 특징으로 한다.

본 발명은 이에 더하여, 동맥혈이 모세혈관을 거쳐 정맥혈이 되면서 산소헤모글로빈이 헤모글로빈으로 변하는 점, 그리고 산소헤모글로빈과 헤모글로빈이 특정 파장대의 광에 대해서 서로 흡수율을 달리한다는 점을 더 감안하여, 해당 파장대의 광을 손가락 끝부분에 조사한 후 손가락을 거쳐 나온 광 정보를 분석하여, 생체 여부에 대한 진정성을 더욱 확실히 파악할 수 있는 것을 또 하나의 특징으로 한다. 가령 480nm 파장의 광을 손가락 끝부분에 조사할 경우, 도 13에 도시된 바와 같이 동맥혈의 광 흡수율이 정맥혈의 광 흡수율보다 높으므로, 동맥의 피가 정맥으로 가는 동안 전체적인 광 흡수율은 급격히 떨어지게 된다. 또한 690nm 파장의 광을 손가락 끝부분에 조사할 경우, 동맥의 피가 정맥으로 가는 동안 전체적인 광 흡수율은 급격히 올라가게 된다. 따라서 사람의 맥박에 해당하는 주기만큼, 광 정보에서 광 흡수율의 등락을 감지할 수 있다면, 생체 여부를 더욱 정확히 판단할 수 있게 된다. 또한 단순히 등락을 감지하는 것에서 더 나아가, 광 정보의 해당 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 광검출기의 신호의 세기 차이가, 오차를 감안하더라도, 이론상 해당 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이만큼 나오는지 확인하는 절차를 더 거치면, 생체 여부에 대한 판단을 더욱 정확히 할 수 있다.

또한 사람마다 손가락 끝부분의 조직과 내부 구성 성분에 차이가 있기 때문에, 동일한 파장의 광 정보라 하더라도 사람마다 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 광검출기의 신호의 세기 차이는 다르게 된다. 따라서 사람의 지문 정보와, 해당 지문을 가진 사람의 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 광검출기의 신호의 세기 차이를 파장대 별로 데이터화 하면, 개인별로 고유의 혈류 맥파 데이터와 지문이 생성될 수 있다.

따라서 이러한 개인별 지문과 맥파 데이터를 활용하여 지문 인증을 하게 되면 보안성을 극도로 높일 수 있다.

이는 지문을 가짜로 만드는 것을 더욱 어렵게 만든다. 가령 사람의 맥박수에 해당하는 주기로 지문이 형성된 더미(dummy)에 특정 액체를 넣었다 뺐다 하는 방식으로 광 흡수율에 주기적인 변동을 구현할 수도 있지만, 위와 같이 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율 차이에 해당하는 만큼 광 흡수율을 인위적으로 맞추는 것은 매우 어렵다.

따라서 생체 정보를 획득할 때 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장의 광을 손가락에 조사한 후, 광 정보를 획득하는 방식으로 위와 같은 맥파 정보를 확인하는 것이 가능하다.

또한 광대역의 파장을 가지는 광(가령 백색광)을 손가락에 조사한 후 획득한 광 정보에서, 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광 정보를 분리하여 위와 같은 맥파 정보를 확인하는 것도 가능하다.

아울러 이러한 파장의 선택은 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장 영역 내에서 다양한 선택이 가능하며, 파장별로 혈액의 광 흡수율을 이미 알고 있으므로, 지문을 인식할 때마다 가능한 파장 영역 내의 서로 다른 파장의 광을 조사하여 맥파를 측정함으로써, 보안 기능을 더욱 높일 수도 있다.

먼저 광학계에 대한 제1실시예와 같이, 광원이 설치된 베이스(32)를 포함하는 광원부(30)와, 상기 베이스 상에 설치된 광원에서 조사하는 광이 조사되는 위치에 구비되며, 지문(10)이 접촉하는 접촉면(20)과, 상기 베이스(32)와 인접하여 위치하는 측광부(40)를 포함하도록 구성한다.

이 때 베이스에 설치된 광원은, 광학적으로 지문의 형상을 취득하기 적합한 파장대의 광을 조사하는 광원과, 혈액에 상당한 흡수율을 가지는 파장대의 광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 또한 혈액에 상당한 흡수율을 가지는 상기 파장대의 광은 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)에 대해 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광일 수 있다. 지문 형상 측정 위한 광과 맥파 측정을 위한 광의 파장은 서로 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 이들 파장이 서로 다를 때에는 서로 다른 파장의 광을 발광하는 복수의 광원을 구비할 수 있다. 또한 이들 파장이 서로 다를 때에는 측광부에서 해당 파장의 광만 측정되도록 하거나, 측정된 광 정보에서 해당 파장에 해당하는 광 정보를 추출하는 것도 가능하다.

이에 더하여 본 발명은, 상기 광원에서 소정 시간 동안 조사된 광이 접촉면(20)을 거친 후 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 처리하는 광정보 처리부를 포함하고, 광정보 처리부가, 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 검출할 경우 해당 지문이 형성된 손가락이 생체라고 판단하게 된다.

특히 혈액에 상당한 흡수율을 가지는 상기 파장대의 광은 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)에 대해 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광일 경우에는, 상기 파동의 크기 차이가 해당 파장대에 해당하는 소정 값 이상일 경우 손가락을 생체라고 판단할 수 있다.

다음으로, 지문이 형성된 손가락의 생체 내부 혈맥 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광을 조사하는 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 제1편광필터(51)를 배치하고, 접촉면(20)에서 상기 측광부(40)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제3편광필터(53)를 배치하되, 제1편광필터의 편광방향과 상기 제3편광필터의 편광방향이 서로 수직을 이루도록 한다. 또한 지문의 형상 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광을 조사하는 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 제2편광필터(52)를 배치하되, 제2편광필터의 편광방향과 제3편광필터의 편광방향이 서로 평행하도록 한다. 이 때 도 3의 (a)에서 (b)로 작동하는 것을 예로 들어 설명한 바와 같이 광원의 위치를 변경하거나, 도 3의 (a)에서 (c)로 작동하는 것을 예로 들어 설명한 바와 같이 편광필터의 위치를 변경시켜 위와 같이 구현할 수 있다.

물론 지문의 형상 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대와, 지문이 형성된 생체 내부의 혈맥 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대를 서로 동일하게 구성한 경우에도, 도 3과 같은 동작을 통해 장치를 작동하는 것이 가능하다.

한편, 측광부(40)의 단위 영역에 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)에 대해 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광을 감지하는 측광소자를 구비하게 되면, 광원을 반드시 해당 파장대의 광만을 발광하는 광원으로 구성할 필요가 없으며, 이는 측광소자의 전방에 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)에 대해 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광만을 통과시키는 패스 필터(45)를 구비한 경우에도 마찬가지이다.

상술한 지문 인식 장치는 광학계에 대한 제2실시예와 같이 사다리꼴 형상의 프리즘을 활용하여 구성할 수도 있고, 광학계에 대한 제3실시예와 같이 빔 스플리터 큐브(55)를 활용하여 구성할 수도 있음은 물론이며, 본 발명은 이러한 사항을 배제하지 않는다.

헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)에 대해 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광이 적외선 영역일 경우에는, 손가락에 조사된 광이 투과되는 점을 감안하였을 때, 이를 측광하기 위한 제2의 측광부를, 접촉면(20)을 기준으로 광원부(30)의 반대편에 위치시킬 수도 있다(도 16 참조). 또한 이와 달리, 제2의 광원부를 접촉면(20)을 기준으로 측광부(40)의 반대편에 위치시키는 것도 가능하다(도 15 참조).

앞서 설명한 광학계는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원과, 서로 다른 방향을 가지는 편광필터를 하나의 장치에 구현할 수 있으므로, 앞서 설명한 혈류 맥에 의한 파동을 감지하는 지문 인식 원리와, 그 외의 다른 광학적 지문 인식 원리를 조합하여 구현하는 것이 가능하다. 이러한 조합이 많으면 많을수록 가짜 지문을 사용할 수 있는 가능성은 크게 낮아지게 된다.

[산소포화도에 따른 혈액의 광흡수도를 감지하는 지문 인식 방법 및 장치]

도 13을 참조하면, 혈액은 서로 다른 파장의 광에 대해 광 흡수도에 차이가 있다. 또한 같은 파장의 광에 대해서도 산소 헤모글로빈(HbO₂)와 헤모글로빈(Hb)의 광 흡수도에는 차이가 있다. 이러한 광 흡수도는 도 13과 같이 이미 파장별, 헤모글로빈 종류별로 알려진 수치이다. 여기서 제1파장(a)의 광에 대한 산소헤모글로빈(HbO₂)의 광 흡수도는 εHbO_2a, 헤모글로빈(Hb)의 광 흡수도는 εHb_a라 표기할 수 있다. ε의 단위는 cm^-1/(moles/liter) 이다.

다음으로, 혈액 중 산소 헤모글로빈(HbO₂)이 헤모글로빈(Hb)보다 많을수록 산소포화도가 높은 것이고, 반대로 혈액 중 산소 헤모글로빈(HbO₂)이 헤모글로빈(Hb)보다 낮을수록 산소포화도가 낮은 것인데, 한 순간에 촬영된 손가락의 산소포화도는 동일하다. 여기서 산소 헤모글로빈의 몰수를 [HbO₂], 헤모글로빈의 몰수를 [Hb]라 할 수 있다.

광에 대한 혈액의 광 흡수량은 지문을 향해 조사된 광에 손가락을 거쳐 나오게 된 광 정보를 취득하여 확인 가능하다. 가령 취득한 광 정보의 세기가 셀수록 혈액의 광 흡수량은 적고, 취득한 광 정보의 세기가 약할수록 혈액의 광 흡수량(A)은 높다고 할 수 있다.

제1파장(a)의 광에 대한 광 흡수량은 다음과 같이 표현할 수 있다.

A_a= (εHbO_2a[HbO₂] + εHb_a[Hb] ) L ... (식 1)

여기서 L은 광이 혈액이 있는 부분을 통과한 길이이다.

한편 제1파장과 다른 제2파장(b)에 대한 광 흡수량 역시 다음과 같이 표현할 수 있다.

A_b= (εHbO_2b[HbO₂] + εHb_b[Hb] ) L ... (식 2)

위 식 1과 식 2에서 A_a, A_b는 측광부를 통해 측정한 값이고, εHbO_2a,εHb_aεHbO_2b,εHb_b의 값은 제1파장과 제2파장 값에 따라 이미 알려진 상수 값이며, L은 두 식에서 서로 동일하다. 한편 [HbO₂]와 [Hb]의 값은 알 수 없지만, 두 식에서 [HbO₂]와 [Hb]는 동일한 값이므로, 위 두 식은 [HbO₂]와 [Hb]에 대한 연립방정식이 된다. 따라서 위 식을 근거로 [HbO₂]와 [Hb]의 값을 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 [HbO₂]와 [Hb]의 값으로 산소포화도를 구할 수 있다.

즉 산소포화도 HbO₂SAT 는 다음과 같다.

HbO₂SAT ={(A_a/A_b)εHb_b-εHb_a}/{(A_a/A_b)(εHb_b-εHbO_2b)+(εHbO_2a-εHb_a)}

신체가 가지는 산소포화도는 그 범위가 있고, 지문이 형성된 손가락 끝 부분 역시 일정한 산소포화도를 가진다.

따라서 위와 같은 두 파장의 광을 근거로 산출된 산소포화도가 생체인 손가락 끝 부분이 가질 수 있는 산소포화도의 범위에 포함되면 해당 지문이 형성된 물체가 생체라고 확인할 수 있게 된다.

한편 이러한 알고리즘을 간단하게 하기 위해 제1파장과 다른 제3파장(c)의 광이 사용될 수도 있다. 제3파장의 광은 εHbO_2c와εHb_c가 동일하다. 따라서 제1파장과 제3파장을 조사한 경우 산소포화도는 다음과 같이 더욱 간단히 산출된다.

HbO₂SAT ={(A_a/A_c)εHb_c-εHb_a}/(εHbO_2a-εHb_a)

이러한 방법의 또 하나의 장점은, 지문을 인식할 때마다 산소포화도를 산출하기 위해 조사되는 광의 파장을 바꿈으로써, 지문 인식 장치를 속이기 위한 더미의 제작을 더욱 어렵게 또는 불가능하게 만들 수 있다는 것이다.

위와 같이 산소포화도를 측정하기 위한 파장의 광은 광원에서 조사될 수도 있고, 측광부에서 해당 파장의 광만 받아들이도록 할 수 있으며, 측광부에서 측정된 광 정보로부터 추출할 수도 있다.

이 때 베이스에 설치된 광원은, 광학적으로 지문의 형상을 취득하기 적합한 파장의 광을 조사하는 광원과, 혈액의 산소포화도를 산출하기에 적절한 서로 다른 복수의 파장의 광을 조사하는 광원을 포함할 수 있다. 광학적으로 지문의 형상을 취득하기 적합한 광과, 혈액의 산소포화도를 산출하기에 적절한 광들 중 어느 하나는 서로 같을 수도 있다.

이에 더하여, 본 발명은 상기 광원에서 조사된 광이 접촉면(20)을 거친 후 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 처리하는 광정보 처리부를 포함하고, 광정보 처리부는, 혈액의 제1파장 광 흡수량과 혈액의 제2파장의 광 흡수량으로부터 산출된 산소포화도가 소정 범위 내에 있는지 여부를 판단하여, 소정 범위 내에 있을 때 진정한 지문이라고 판단한다.

다음으로, 지문이 형성된 손가락의 산소 포화도를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광을 조사하는 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 제1편광필터(51)를 배치하고, 접촉면(20)에서 상기 측광부(40)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제3편광필터(53)를 배치하되, 제1편광필터의 편광방향과 상기 제3편광필터의 편광방향이 서로 수직을 이루도록 한다. 또한 지문의 형상 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광을 조사하는 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 제2편광필터(52)를 배치하되, 제2편광필터의 편광방향과 제3편광필터의 편광방향이 서로 평행하도록 한다. 이 때 도 3의 (a)에서 (b)로 작동하는 것을 예로 들어 설명한 바와 같이 광원의 위치를 변경하거나, 도 3의 (a)에서 (c)로 작동하는 것을 예로 들어 설명한 바와 같이 편광필터의 위치를 변경시켜 위와 같이 구현할 수 있다.

물론 지문의 형상 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대와, 지문이 형성된 생체 내부의 혈액의 산소포화도 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대가 동일한 경우에도, 도 3과 같은 동작을 통해 장치를 작동하는 것이 가능하다.

한편, 측광부(40)의 단위 영역에 지문이 형성된 생체 내부의 혈액의 산소포화도 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광을 감지하는 측광소자를 구비하게 되면, 광원을 반드시 해당 파장대의 광만을 발광하는 광원으로 구성할 필요가 없으며, 이는 측광소자의 전방에 지문이 형성된 생체 내부의 혈액의 산소포화도 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광만을 통과시키는 패스 필터(45)를 구비한 경우에도 마찬가지이다.

지문이 형성된 생체 내부의 혈액의 산소포화도 정보를 파악하기 위해 필요한 파장대의 광이 적외선 영역일 경우에는, 손가락에 조사된 광이 투과되는 점을 감안하였을 때, 이를 측광하기 위한 제2의 측광부를, 접촉면(20)을 기준으로 광원부(30)의 반대편에 위치시킬 수도 있다(도 16 참조). 또한 이와 달리, 제2의 광원부를 접촉면(20)을 기준으로 측광부(40)의 반대편에 위치시키는 것도 가능하다(도 15 참조).

앞서 설명한 광학계는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원과, 서로 다른 방향을 가지는 편광필터를 하나의 장치에 구현할 수 있으므로, 앞서 설명한 혈액의 산소포화도를 감지하는 지문 인식 원리와, 그 외의 다른 광학적 지문 인식 원리를 조합하여 구현하는 것이 가능하다. 이러한 조합이 많으면 많을수록 가짜 지문을 사용할 수 있는 가능성은 크게 낮아지게 된다.

[혈관 정보를 감지하는 지문 인식 방법 및 장치]

광의 파장이 길어지면 길어질수록 신체를 투과하는 능력이 커지게 되며, 이 중 특히 근적외선 파장은 피부에 대한 투과성이 좋다. 한편 도 13에 도시된 바와 같이 근적외선 영역에서는 혈액의 광 흡수도가 물보다 크다.

이처럼 신체를 투과하는 능력이 좋으면서도 혈액에 대한 광 흡수도가 물과 차별화된 파장의 광을 지문이 형성된 손가락에 조사한 후 그 형상을 취득하면, 혈관의 형상 정보를 이미지화할 수 있다.

이러한 지문 인식 원리를 이용한 지문 인식 장치는 이하와 같이 구현할 수 있다.

도 15와 도 16은 본 발명에 따른 제2실시예의 변형예로서 지문 인식 장치의 측면도이다. 도 4와 대비하여 도 15와 도 16을 참조하면, 먼저 도 15에서 도시된 바와 같이 접촉면(20)을 기준으로 제1광원부(30)의 대향부에 제2광원부(39)를 추가적으로 설치할 수 있다.

도 15와 같은 구조에서는 제2광원부(39)에서 지문이 형성된 손가락을 향해 적외선 또는 근적외선 파장의 광을 조사하고, 손가락을 통과한 적외선 또는 근적외선 파장의 광을 측광부(40)에서 취득한다.

또한 제1광원부(30)에서도 지문이 형성된 손가락을 향해 광을 조사하고, 손가락의 지문(10)에 의해 산란되거나 반사된 광을 측광부(40)에서 취득한다.

여기서 측광부(40)는 제2광원부(39)에서 조사한 적외선 또는 근적외선 파장의 광을 감지하는 제2측광소자를 구비한다. 물론 측광부(40)는 제1광원부(30)에서 조사한 파장의 광을 감지하는 제1측광소자를 더 포함한다.

또는 측광부(40)의 전방에, 제1광원부에서 조사된 지문 인식에 필요한 파장대의 광만을 통과시키는 제1패스필터와, 제2광원부에서 조사된 파장대의 광만을 통과시키는 제2패스필터를 구비하여, 제1광원부의 광을 받을 때에는 제1패스필터를 거치게 하고, 제2광원부의 광을 받을 때에는 제2패스필터를 거치게 할 수도 있다.

광정보 처리부는 측광부에서 획득한 적외선 또는 근적외선 파장의 광 정보에서 생체 내부의 혈관 형상을 도 17과 같이 이미지 처리하고, 또한 지문의 형상을 이미지 처리한다. 그리고 광정보 처리부는 이러한 혈관 형상의 이미지와 지문 형상의 이미지를 모두 사용하여 신원을 확인한다. 즉 이러한 지문 인식 장치는, 기 등록된 지문과 혈관정보를 가진 사람을 확인하기 위한 신원 확인 절차에서, 기 등록된 지문 및 혈관 형상정보와 인식된 지문 및 혈관 형상정보가 서로 일치하는지 확인하여 신원을 확인하게 된다.

도 15에서는 제2실시예를 변형한 것을 예시한 것이지만, 앞서 설명한 다른 광학계의 실시예에도 위와 같은 변형은 얼마든지 가능하다.

한편, 도 16에 도시된 바와 같이 접촉면(20)을 기준으로 제1측광부(40)의 대향부에 제2측광부(49)를 추가적으로 설치할 수도 있다. 도 16의 광원부(30)는 서로 다른 파장의 광을 조사하는 복수의 광원을 포함한다.

도 16와 같은 구조에서는 광원부(30)에서 지문이 형성된 손가락을 향해 적어도 적외선 또는 근적외선 파장의 광과 지문의 형상을 취득하기에 적절한 파장의 광을 조사하고, 손가락을 통과한 적외선 또는 근적외선 파장의 광은 제2측광부(49)에서 취득하며, 손가락의 지문(10)에 의해 산란되거나 반사된 광은 제1측광부(40)에서 취득한다.

여기서 제2측광부(49)는 광원부(30)에서 조사한 적외선 또는 근적외선 파장의 광을 감지하는 제2측광소자를 구비한다. 물론 제1측광부(40)는 광원부(30)에서 조사한 지문의 형상을 취득하기에 적절한 파장의 광을 감지하는 제1측광소자를 더 포함한다. 또는 제1측광부(40)의 전방에, 광원부에서 조사된 광의 파장대역 중 지문 인식에 필요한 파장대역만을 통과시키는 제1패스필터를 구비하고, 제2측광부(40)의 전방에, 광원부에서 조사된 광의 파장대역 중 혈관 정보 취득에 필요한 파장대역만을 통과시키는 제2패스필터를 구비할 수도 있다.

어떠한 방법을 사용하더라도 혈관 형상 획득을 위해 필요한 광 정보는 제2측광부(49)에서, 지문 형상 획득을 위해 필요한 정보는 제1측광부(40)에서 각각 측광된다.

도 16에서는 제2실시예를 변형한 것을 예시한 것이지만, 앞서 설명한 다른 광학계의 실시예에도 위와 같은 변형은 얼마든지 가능하다. 가령 도 3과 같이 광원부(30)가 환형의 베이스(32)를 구비하고, 제1측광부(40)가 이러한 환형의 베이스 중심에 위치하도록 할 수도 있으며, 베이스가 환형의 중심을 기준으로 회전하도록 구성할 수도 있다.

앞서 설명한 광학계는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광원과, 서로 다른 방향을 가지는 편광필터를 하나의 장치에 구현할 수 있으므로, 앞서 설명한 혈관의 형상 정보를 감지하는 지문 인식 원리와, 그 외의 다른 광학적 지문 인식 원리를 조합하여 구현하는 것이 가능하다. 이러한 조합이 많으면 많을수록 가짜 지문을 사용할 수 있는 가능성은 크게 낮아지게 된다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 지문
20: 접촉면
30: 광원부,제1광원부
39: 제2광원부
30-1, 30-n: 제1광원, 제n광원
32: 베이스
40: 측광부,제1측광부
42: 측광소자
42-1, 42-n: 제1측광소자, 제n측광소자
45: 패스필터
49: 제2측광부
51: 제1편광필터
52: 제2편광필터
53: 제3편광필터
55: 빔스플리터 큐브
56: 스플릿면
58: 광흡수필름
a: 제1파장
b: 제2파장
c: 제3파장

Claims

접촉면(20)에 접촉된 지문의 형상을 광학적으로 취득하는 단계; 및
접촉면(20)에 지문이 접촉된 상태에서 지문을 향해 광을 조사하고 소정 시간만큼 지문이 형성된 손가락의 생체 광 정보를 획득하는 단계;를 포함하는 지문 인식 방법으로서,
획득된 상기 손가락의 생체 광 정보가 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출하여 상기 취득된 지문이 생체의 지문임을 판단하는 단계를 포함하는 지문 인식 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 생체 정보를 획득할 때 손가락에 조사하는 광의 파장은 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장인 지문 인식 방법.
청구항 1에 있어서,
획득된 상기 손가락의 생체 광 정보에서 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장대의 광 정보를 추출하여 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출하는 지문 인식 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 맥박에 해당하는 파동을 검출할 때, 소정 파장대의 광 정보에서 맥파에 의해 측정된 광 정보의 신호의 세기 차이가, 해당 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 이론 상의 광 정보의 신호의 세기 차이만큼 측정되는지 여부를 확인하여, 맥박의 파동 여부를 검증하는 지문 인식 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 맥박에 해당하는 파동을 검출할 때, 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 광 정보의 신호의 세기 차이를 파장대 별로 개인 정보로 데이터화 하고, 이를 개인의 지문 정보와 연계함으로써, 지문 인증이 지문과 맥파 데이터를 함께 검증하는 지문 인식 방법.
광원이 설치된 베이스(32)를 포함하는 광원부(30);
상기 베이스 상에 설치된 광원에서 조사하는 광이 조사되는 위치에 구비되며, 지문(10)이 접촉하는 접촉면(20);
상기 베이스(32)와 인접하여 위치하는 측광부(40); 및
상기 광원에서 소정 시간 동안 조사된 광이 접촉면(20)을 거친 후 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 처리하는 광정보 처리부;를 포함하고,
상기 광정보 처리부는, 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출할 경우 상기 지문이 형성된 손가락이 생체임을 판단하는 지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 광정보 처리부는, 상기 맥박에 해당하는 파동을 검출할 때, 소정 파장대의 광 정보에서 측정된 광 정보의 신호의 세기 차이가, 해당 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 이론 상의 광 정보의 신호의 세기 차이만큼 측정되는지 여부를 확인하여, 맥박의 파동 여부를 검증하는 지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 지문 인식 장치는, 개인의 지문 정보와 함께, 광 정보의 파장에 대한 동맥혈과 정맥혈의 광 흡수율의 차이에 의해 발생하는 광 정보의 신호의 세기 차이를 파장대 별로 개인 정보로 데이터화 하고,
상기 광정보 처리부는, 지문 인증을 할 때, 인식된 지문과 측정된 맥파의 신호의 세기 차이가 데이터화된 개인의 지문 정보 및 맥파에 따른 신호의 세기 차이와 일치하는지 여부를 검증하는 지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 베이스의 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제1편광필터(51);
상기 접촉면(20)에서 상기 측광부(40)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제3편광필터(53);
를 포함하는 지문 인식 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제1편광필터의 편광방향인 제1방향과 상기 제3편광필터의 편광방향인 제3방향은 서로 수직인
지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 베이스의 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 제2편광필터(52);를 더 포함하고,
상기 제2편광필터의 편광방향인 제2방향과 상기 제3편광필터의 편광방향인 제3방향은 서로 평행인
지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 베이스(32)는 환형의 형상이며,
상기 측광부(40)는 상기 베이스의 환형의 중심부에 위치하는
지문 인식 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 베이스(32)는 환형의 중심을 기준으로 회전 가능한
지문 인식 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 제1편광필터(51)와 제3편광필터(53)는 베이스(32)의 환형의 중심을 기준으로 회전 가능한
지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 생체 정보를 획득할 때 손가락에 조사하는 광의 파장은 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장인 지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 측광부(40)의 단위 영역에는 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장의 광을 감지하는 측광소자가 구비되는 지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 측광소자의 전방에는 헤모글로빈(Hb)과 산소헤모글로빈(HbO₂)이 서로 다른 흡수율을 가지는 파장의 광만을 통과시키는 패스 필터(45)가 구비된 지문 인식 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 접촉면(20)은 사다리꼴 형상의 프리즘의 긴 변을 이루는 면이며,
상기 광원부(30)는 프리즘의 빗면에 배치되어 광원부(30)로부터 조사된 광이 프리즘의 빗면을 통과하여 접촉면(20)에 조사되고,
상기 측광부(40)는 사다리꼴 형상의 짧은 변을 이루는 면에 배치되어 프리즘의 짧은 변을 이루는 면을 통과하는 광을 수광하는 지문 인식 장치.
광원이 설치된 베이스(32)를 포함하는 광원부(30);
상기 베이스 상에 설치된 광원에서 조사하는 광이 조사되는 위치에 구비되며, 지문(10)이 접촉하는 접촉면(20);
상기 베이스(32)와 인접하여 위치하는 측광부(40);
상기 베이스의 광원으로부터 상기 접촉면(20)에 이르는 광 경로 상에 배치되고, 또한 상기 접촉면(20)에서 상기 측광부(40)에 이르는 광 경로 상에 배치되는 스플릿 면(56)을 구비하는 빔 스플리터 큐브(55); 및
상기 광원에서 소정 시간 동안 조사된 광이 접촉면(20)을 거친 후 측광부(40)를 통해 획득한 광 정보를 처리하는 광정보 처리부;를 포함하고,
상기 광정보 처리부는, 상기 소정 시간 동안 생체의 맥박에 해당하는 파동을 가지는지 검출할 경우 상기 지문이 형성된 손가락이 생체임을 판단하는 지문 인식 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 광원부(30)의 설치면과 측광부(40)의 설치면은, 빔 스플리터 큐브의 면들 중 서로 마주하는 방향의 면에 위치하지 아니하고, 스플릿 면(56)을 기준으로 서로 다른 면에 위치하는
지문 인식 장치.
청구항 20에 있어서,
상기 접촉면(20)은 빔 스플리터 큐브의 면들 중 상기 측광부(40)와 마주하는 면에 위치하는
지문 인식 장치.