CN100449566C - 光学指纹输入装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学指纹输入装置，辨识标记附着在所述装置包含的棱镜的一个面上并在被来自外部光源的光束反射后入射到透镜上，从而防止留在棱镜的指纹接触面上的水、汗或油的指纹残像(afterimage)导致的错误识别，以提高所述装置的安全性，当用于广告的标记辨识标识被附着在棱镜的一个面上时，还可以获得附加的视觉广告效果。

Description

光学指纹输入装置
技术领域
本发明涉及一种光学指纹输入装置，更具体而言，本发明涉及一种适合于防止指纹识别之后留在指纹接触面上的残像(afterimage)造成的自然错误识别和防止人为地使用指纹残像造成的错误识别的光学指纹输入装置，从而提高了装置的安全性。
背景技术
通常，如果沾有汗或油的指纹接触光学指纹输入装置，则在指纹接触面上会生成残像，在下一次提取指纹时，残像会造成指纹失真。同时，即使没有手指接触指纹接触面，残像也可能因外部光源或内部光源的缘故而被识别为指纹。
为了克服前述缺陷，本申请人在2001年2月2日提交了涉及光学指纹输入装置的第2001-0005036号韩国专利申请，该申请于2004年3月5日登记为第453255号韩国专利。
如图1所示，本申请人提交的、由韩国知识产权局登记的光学指纹输入装置包括光源1、棱镜2、透镜3和图像传感器4。由连接到垂直设置的角2-1的、棱镜2的接触指纹区域的面2a的垂线PL和从棱镜2到透镜3和图像传感器4的入射光路(OA，下文中称为光轴)形成了与建立角(established angle)α一样大小的倾角。
在这种情况下，即使指纹接触面沾上了汗或油，也仅接受真实的指纹图像，从而可以防止残像与真实指纹图像交迭导致的错误识别。
下面简要解释防止交迭的操作原理。
参照图2，当光束入射到的介质的折射率比光束所穿透的介质的折射率大时，光束被折射且沿着第一光路1传播。然而，当入射角θi超过某特定角度时，没有光束穿透介质，这种现象称为全内反射，此时的入射角称为临界角，它是由组成分界面的两种介质的折射率来确定的。
临界角是当θt为90度时的入射角θi，它可以应用公式1中的斯涅尔定律(Snell’s law)得到。
<公式1>
nisinθi＝ntsinθt     ：斯涅尔定律
其中，ni是入射介质的折射率，nt是穿透介质的折射率，θi是入射角，θt是透射角(或折射角)。换句话说，光束在具有不同折射率的介质中的传播由根据斯涅尔定律的最大角来确定。
如图3(a)所示，当沾有汗、油M等的指尖F接触指纹接触介质时，指纹的低凹处(valley)V不反射光束，而光束从脊线(ridge)R反射，指纹信息沿第三光路③前进。此外，被汗或油M反射的光束根据斯涅尔定律前进到第二光路②，其中，比第二光路②角度大的光束无法前进。因此，只有允许指纹信息沿着第三光路③前进，才能去除由汗或油形成的残像。
换句话说，如图3(b)所示，如果棱镜2没有倾角，则来自指纹脊线R的指纹信息将与汗或油导致的残像交迭后入射到透镜3和图像传感器4。
然而，如图3(c)所示，如果给定了连接到水平设置的角2-1的、棱镜2的接触指纹区域的面2a的垂线PL和从棱镜2透镜3和图像传感器4的光轴OA之间形成的与建立角α一样大小的倾角，则脊线R导致的指纹信息③能入射到透镜3，而汗或油导致的残像②不能入射到透镜3。
结果，根据上述原理，即使汗或油导致的残像留在指纹接触面上，也仅真实的指纹信息才能经由透镜3入射到图像传感器4，从而防止了残像与真实指纹交迭造成的错误识别。
本申请人提交的第453255号韩国专利在指纹输入装置中只使用一个内部光源的情况下(亦即在没有外部光源经由棱镜的指纹接触面入射时)是有效的。然而，当外部光源(如手电筒等)入射到棱镜的指纹接触面时，出现了一个问题：残留在棱镜指纹接触面上的汗、水或油造成的手指的指纹残像经由棱镜和透镜入射到图像传感器，导致指纹的错误识别。
例如，当已正常校验了的用户的指纹残像还生动地残留在棱镜的指纹接触面上时，如果指纹输入装置安装位置处的照明设备发出的光束以合适的角度入射到棱镜的指纹接触面，或如果非法入侵者在棱镜的指纹接触面上通过手电筒人工地照射光束，那么已正常校验了的用户留在指纹接触面上的指纹残像将入射到图像传感器，造成已正常校验了的用户的手指实际上还接触着指纹接触面的错误识别。
发明内容
本发明被公开以解决前面提到的缺陷，本发明的目的在于提供用于防止留在指纹接触面上的指纹残像和外部光源造成的错误识别的光学指纹输入装置。
根据本发明的一个优选实施方案的目的，提供了一种光学指纹输入装置，包括三棱镜、透镜和图像传感器，其中，所述装置包括：光源，用来在棱镜的三个面中接触指纹区域的面的方向上照射光线；和辨识标记，其位于所述棱镜的不接触所述指纹区域的两个面中的、与所述透镜相反的面上；操作控制器，用来分析输入到图像传感器的图像，从而分辨所述辨识标记的图像是否被包含进了输入图像，如果分辨的结果是辨识标记的图像被包含进了输入图像，则确定相关输入图像为残像，从而生成错误码。
优选地，所述辨识标记印在透明、透光材料薄膜上，所述薄膜附着于所述棱镜的、与所述透镜相反设置的面上。
优选地，光束的颜色和薄膜上辨识标记的颜色互补。
附图说明
为了更好地理解本发明的实质和目的，请参照下面关于附图的详述，其中：
图1是用来说明根据现有技术的光学指纹输入装置的示意图；
图2是用来说明光束在介质分界面上的折射现象的示意图；
图3(a)、3(b)和3(c)是用来解释如何根据图1中棱镜的倾角辨别沾在手指的指纹区域的湿气、汗、水或油的图像的原理的示意图；和
图4和5是用来说明根据本发明的优选实施方案的光学指纹输入装置的示意图。
具体实施方式
现在参照附图详述本发明的优选的实施方案，其中，这些实施方案并非限定本发明的范围，而仅作为说明性目的给出。
参照图4和5，根据本发明的实施方案的光学指纹输入装置包括光源11、棱镜12、透镜13、图像传感器14、薄膜20、信号处理器30和操作控制器40。
光源被这样设置：其向垂直设置的角12-1照射相对于棱镜12的三个面中接触指纹区域的面(12a，下文中称为指纹接触面)的光束。
光源11可受控地发射光束，就像设置在光学指纹输入装置中的内置常规光源一样。换句话说，光源11可在所有时刻都发射光束，或通过操作控制器或单独的光源控制设备选择性地发射光束，或根据常规的、用来检测与棱镜12的指纹接触面12a相关的手指接触的接触检测手段(接触检测传感器或接近传感器)，通过检测手指接触而发射光束。
棱镜12是三棱镜，三个面被用于入射、反射和穿透光束(出于光学目的的考虑，未使用侧面)，它接收反射的和来自与指纹接触面12a相接触的手指F的指纹区域的光束，促使光束穿透并折射后传播到透镜13。
优选地，棱镜12被如下设置：由连接至垂直设置的角12-1的、相对于指纹接触面12a的垂线PL以及由棱镜12连接透镜13和图像传感器14的光轴OA形成的入射角α被建立为预定角度，该预定角度可由实验数据获得，其能够阻挡由沾在与指纹接触面12a相接触的手指F的指纹上的外来对象(如水和油)的图像输入。
这是因为，即使在使用内部光源11时棱镜12的指纹接触面12a沾上了汗、水或油，但残像与真实指纹交迭导致的错误识别也可以通过仅接收真实指纹而得以避免。
透镜13形成从棱镜13穿透和折射的光束的图像，图像传感器14接收来自透镜13的光束形成的图像并生成与之相应的电信号。
由透光材料形成的薄膜20附着在棱镜12的、除指纹接触面12a之外的另两个面中与透镜13相反的那个表面上，在薄膜20上附着有特殊辨识标记(如标识等)。
优选地，薄膜20上辨识标记的颜色与光源11的颜色互为补色，以使得内部光源11生成的、被薄膜20的辨识标记区域折射的光束与指纹图像交迭并入射到图像传感器14上的可能性降到最低。
作为参考，当薄膜20上辨识标记的颜色和光源11的颜色互为补色时，薄膜20上辨识标记区域的光吸收因子相对于来自光源11的光束较高，同时反射因子被最小化。
此外，人的裸眼可经由棱镜12的指纹接触面12a看到薄膜20的辨识标记，因此，当使用广告标识作为薄膜20的辨识标记时，所述标记可用于广告或公共信息。
信号处理器30将图像传感器14输出的信号处理为适于图像处理的形式，并将信号输入到操作控制器40。
操作控制器40根据图像传感器14输入到信号处理器30的信号完成图像处理，以获得并识别指纹图像，并输出识别结果。操作控制器40进一步分析输入的指纹图像，以分辨薄膜20的辨识标记的图像是否被包含进了输入图像。如果分辨的结果是薄膜20的辨识标记的图像被包含进了输入图像，则操作控制器40将识别的指纹判决为残像，并生成待输出的错误码。
下面说明如上构造的本发明在操作上的优点。
首先，当手指F未接触棱镜12的指纹接触面12a而水、汗或油导致的指纹残像还留在面12a上时，光源11照射的大多数光束经由棱镜12的指纹接触面12a穿透到外部，而由于少量反射光束以及棱镜12的入射角α的缘故，指纹残像50反射的部分光束不能在透镜13上成像，如图4所示。
然而，当来自外部光源(例如，指纹输入装置安装位置处的手电筒或照明光)的光束以合适的角度入射到棱镜12的指纹接触面12a时，指纹残像50经由透镜13入射到图像传感器14。
来自外部光源的、入射到棱镜12的指纹接触面12a的部分光束被薄膜20的辨识标记区域反射，并沿着光轴OA传输，这样薄膜20上辨识标记的图像经由透镜12入射到图像传感器14，与指纹残像50交迭。
结果，操作控制器40根据自图像传感器14输入到信号处理器30的信号进行图像处理，以获得并识别指纹图像。操作控制器40进一步分辨辨识标记的图像是否被包含进了已识别的指纹图像，如果辨识标记的图像被包含进去了，则操作控制器40拒绝校验指纹，并生成错误码。
同时，当手指F接触棱镜12的指纹接触面12a时，外部光源被手指F挡住，如图5所示，只有内部光源11照射的光束以及从手指F指纹区域的脊线R反射的光束才能经由透镜13入射到图像传感器14，从而经由操作控制器40仅获得手指F的指纹图像。
以上已经为示意和描述目的而给出了对本发明优选实施方案的描述。这些描述并非穷举，也并非将本发明限制为特定的公开，而是可根据本发明的上述教导进行修改和变化，或者可从本发明的实践中获得修改和变化。本发明的范围由所附的权利要求及其等价物来限定。
特别地，在本发明的优选的实施方案中，虽然只解释了在棱镜的一个面上附着薄膜用作标记辨识的情况，但这并非限制本发明，通过直接印在或涂覆在棱镜的一个面上或采用浮雕(relief engraving)方法或凹雕(depressed engraving)方法，也可以使用其他的标记辨识。
从前述中已很明显，根据本发明的实施方案，上述光学指纹输入装备的一个优点在于，通过入射到棱镜的一个面并反射到透镜的光束来进行对标记的辨识，从而能够防止由留在棱镜的指纹接触面上的水、汗或油的指纹残像导致的错误识别，以提高装置的安全性。
另外一个优点在于，当用于广告的标记辨识标识附着在棱镜的一个面上时，可以获得附加的视觉广告或公共信息效果。

Claims (4)

1.一种光学指纹输入装置，包括三棱镜、透镜和图像传感器，其中，所述装置包括：
光源，用来在棱镜的三个面中与指纹区域接触的面的方向上照射光线；和
辨识标记，其位于所述棱镜的不接触所述指纹区域的两个面中的、与所述透镜相反的面上；以及
操作控制器，用于分析输入到所述图像传感器的图像，从而分辨所述辨识标记的图像是否被包含进输入图像，如果分辨的结果是所述辨识标记的图像被包含进所述输入图像，则确定所述输入图像为残像，从而生成错误码。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述辨识标记印在透明、透光材料薄膜上，所述薄膜附着于所述棱镜的、与所述透镜相反设置的面上。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，光束的颜色和所述薄膜上的所述辨识标记的颜色互补。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述棱镜这样设置：由连接至垂直设置的角的、相对于所述指纹接触面的垂线(PL)以及从所述棱镜连接所述透镜和所述图像传感器的光轴(OA)形成的入射角设定为预定角度，该预定角度能够通过实验值获得，用于阻挡沾在与所述指纹接触面相接触的手指指纹上的外来对象的图像输入。
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