KR100295773B1

KR100295773B1 - 지문입력장치

Info

Publication number: KR100295773B1
Application number: KR1019970066457A
Authority: KR
Inventors: 후지와라히사토시
Original assignee: 사토 요시하루; 야마타케 코포레이션
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2001-10-24
Also published as: EP0847024A2; US6185319B1; US6463166B1; CN1111821C; EP0847024A3; CN1187654A; KR19980063863A

Abstract

지문 입력 장치는 프리즘, 광원, 핀홀, 결상면을 포함하여 구성된다. 프리즘은 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한다. 광원은 프리즘을 통해 지문 채취면에 빛을 비춘다. 광원으로부터 프리즘 위에 입사된 광로(path of light)에 위치한 핀홀은 지문 채취면 위에 놓인 패턴면에 의해 반사되어 프리즘을 투과한다. 프리즘을 투과한 뒤 핀홀을 통과한 빛은 결상면에 상을 형성한다. 프리즘이 공기로 대체되면, 지문 채취면에 대응하는 광학적 지문 채취면은 실질적으로 결상면에 평행하게 된다.

Description

지문 입력 장치

본 발명은 이미 등록된 지문과 등록 또는 대조하기 위한 지문을 입력하기 위한 지문 입력 장치에 관한 것이다. 동일한 지문을 갖는 사람은 아무도 없고, 지문은 일생동안 변하지 변하지 않는다. 이와 같은 지문의 특성에 따라 지문 대조 시스템은 특별히 고도의 안전성을 필요로 하는 분야에서 사용되고 있다. 지문 영상을 입력하는 장치는 지문 대조 시스템과 같은 구성 요소로 이루어진다. 이 지문 입력 장치는 구성요소로 광학 시스템을 포함한다. 지문 대조 시스템의 대조 정밀도는 지문 영상이 얼마만큼 정확히 입력되는가에 따라 크게 좌우된다.

그러나 종래의 어떤 지문 입력 장치도 고품질의 지문 영상을 얻지 못하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 고품질의 지문 영상을 얻는 지문 입력 장치를 제공함을 그 목적으로 하고 있다.

도1A와 도1B는 본 발명의 지문 입력 장치에 있어 광학 시스템의 핵심 부분을 설명하기 위한 도면이다.

도2는 지문 입력 장치를 사용한 지문 대조 시스템을 나타내는 블록도이다.

도3A와 도3B는 지문 입력부(전반사 방법)와 이에 대응하는 종래의 지문 입력부를 나타내는 확대도이다.

도4A와 도4B는 광학 분리 방법을 사용한 지문 입력부와 이에 대응하는 종래의 지문 입력부를 나타내는 확대도이다.

도5A와 도5B는 각각 도2의 지문 입력 장치를 나타내는 투시도와 평면도이다.

도6A와 도6B는 지문 영상이 등록과 대조 처리과정에서 각각 어떻게 표시되는지를 나타내는 도면이다.

도7은 본 발명의 지문 대조 시스템에 있어서의 지문 등록 처리 과정(수동적인 핀홀 위치 조정)을 설명하는 순서도이다.

도8은 본 발명의 지문 대조 시스템에 있어서의 지문 대조 처리 과정(자동적인 핀홀 위치 조정)을 설명하는 순서도이다.

도9는 본 발명의 지문 대조 시스템에 있어서의 지문 등록 처리 과정(자동적인 핀홀 위치 조정)을 설명하는 순서도이다.

도10은 본 발명의 지문 대조 시스템에 있어서의 지문 대조 처리 과정(자동적인 핀홀 위치 조정)을 설명하는 순서도이다.

도11A와 도11B는 자동적인 핀홀 위치 조정에서 중심 지점이 어떻게 계산되는지를 설명하는 도면이다.

도12A와 도12B는 자동적인 핀홀 위치 조정에서 크기가 어떻게 계산되는지를 설명하는 도면이다.

도13A 내지 도13C는 지문 채취면 A-B와 광학적 지문 채취면 A'-B'사이의 찌그러짐을 감소시키는 방법을 설명하는 도면이다.

도14는 광학적 지문 채취면 A'-B'가 곡면일 경우에 생기는 찌그러짐을 완전히 제거하는 방법을 설명하는 도면이다.

도15는 직사각형의 프리즘을 사용한 지문 입력부(전반사 방법)를 나타내는 확대도이다.

도16은 종래의 지문 입력 장치의 광학 시스템에 있어서의 핵심 부분을 설명하는 도면이다.

도17은 핀홀판 후면 근처에 렌즈를 갖는 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타내는 도면이다.

도18A와 도18B는 지문 입력 장치에서 나타나는 사다리꼴의 찌그러짐을 설명하는 도면이다.

도19는 지문 입력 장치에서 나타나는 사다리꼴의 찌그러짐을 설명하는 도면이다.

도20A와 도20B는 본 발명의 지문 입력 장치의 핵심 부분(일실시예 2)을 설명하는 도면이다.

도21A와 도21B는 사다리꼴 모양의 찌그러짐이 어떻게 원통형의 찌그러짐으로 수정되는지를 설명하는 도면이다.

도22A와 도22B는 사다리꼴 모양의 찌그러짐이 어떻게 방석 모양의 찌그러짐으로 수정되는지를 설명하는 도면이다.

도23은 광학적 통로(optical path)분리 방법을 사용한 지문 입력 장치, 일실시예 3의 핵심 부분을 나타내는 도면이다.

도24는 전반사 방법을 사용한 지문 입력 장치, 일실시예 3의 핵심 부분을 나타내는 도면이다.

도25는 도23의 지문 입력 장치에서 불규칙하게 나타나는 조도를 설명하는 도면이다.

도26은 본 발명의 지문 입력부의 핵심 부분(일실시예 3-1)을 나타내는 도면이다.

도27은 절단면 형성을 위한 조건 (1)을 설명하는 도면이다.

도28은 절단면 형성을 위한 조건 (2)을 설명하는 도면이다.

도29는 절단면 형성을 위한 조건 (3)을 설명하는 도면이다.

도30은 최소한의 조건 (1)과 (2)를 만족하는 동안, 경사면이 절단면으로 될 때 발생하는 문제점을 설명하는 도면이다.

도31은 본 발명의 지문 입력 장치의 핵심 부분(일실시예 3-2)을 나타내는 도면이다.

도32A와 도32B는 일실시예 3-2에서 조건(2)이 만족되지 않는 영역에 대한 광 차단의 필요성을 설명하는 도면이다.

도33A와 도33B는 본 발명의 지문 입력 장치의 각각의 핵심 부분(일실시예 3-3과 3-4)을 나타내는 도면이다.

도34A와 도34B는 본 발명의 지문 입력 장치의 핵심 부분(일실시예 3-5)을 나타내는 도면이다.

도35는 종래의 지문 입력 장치에 따른 일실시예 (4)의 핵심 부분을 나타내는 도면이다.

도36은 본 발명의 지문 입력 장치에 따른 일실시예 (4)의 핵심 부분을 나타내는 도면이다.

도37A와 도37B는 지문 입력 장치의 기판에 반사 필름(광 차단 필름 또는 광 차단 필름을 반사하는)이 형성되는지를 나타내고 있다.

도38A와 도38B는 반사 필름(광 차단 필름 또는 광 차단 필름을 반사하는)이 형성된 기판위에 LED를 어떻게 고정시키는지를 나타내고 있다.

도39A와 도39B는 금속 필름이 어떻게 반사/광 차단 필름으로 기판위에 형성되는지를 나타내고 있다.

도40은 본 발명이 전반사 방법을 사용하는 지문 입력 장치에 적용되는 일례를 나타내고 있다.

도41은 종래의 지문 입력 장치, 일실시예 (5)의 핵심 부분을 나타내고 있다.

도42는 본 발명의 지문 입력 장치, 일실시예 (5-1)의 핵심 부분을 나타내고 있다.

도43은 지문 입력 장치의 핵심 부분을 분해한 투시도이다.

도44는 본 발명의 지문 입력 장치, 일실시예 (5-2)의 핵심 부분을 나타내고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 관점(청구 1항)에 따라 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 프리즘과, 프리즘을 통과하여 지문 채취면에 빛을 비추기 위한 광원과, 광원으로부터 프리즘에 입사되는 광학적 통로에 위치한 핀홀은 지문 채취면에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 프리즘을 투과하여 상기 프리즘을 투과하고 핀홀을 통과한 빛이 평면에 상을 형성하고, 프리즘이 공기로 대체될 경우에는 지문 채취면에 대응하는 광학적 지문 채취면이 실질적으로 결상면과 평행을 이루게 된다.

이와 같은 관점에 따라, 손가락의 패턴면에 의해 직접 또는 간접적으로 반사되는 빛은 지문 채취면 위에 놓이게 되고, 프리즘을 투과하여 핀홀을 통과한 빛은 상기 프리즘의 광학적 지문 채취면과 거의 평행을 이루는 결상면 위에 상을 형성한다.

본 발명의 제 2 관점(청구 2항)에 따라, 제 1 관점에 있어, 광학적 지문 채취면이 지문 채취면에 대해 찌그러짐이 생기면, 결상면은 소정의 각도만큼 회전하게 된다. 이와 같은 관점에 따라, 광학적 지문 채취면에 생기는 찌그러짐은 프리즘의 광학적 지문 채취면과 거의 평행이 되도록 소정의 각도만큼 회전시킴으로써 즐일 수 있다.

본 발명의 제 3 관점(청구 3항)에 따라, 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 제 1 프리즘과, 제 1 프리즘을 통해 지문 채취면에 빛을 비추기 위한 광원과, 광원으로부터 제 1 프리즘에 입사되는 광로에 놓인 핀홀은 지문 채취면 위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 제 1 프리즘을 투과하고, 제 1 프리즘을 투과하고 핀홀을 통과한 빛은 결상면에 상을 형성하고, 결상면 앞쪽에 위치한 제 2 프리즘과, 제 1 프리즘의 지문 채취면은 실질적으로 결상면과 평행을 이루고, 제 1 프리즘의 지문 채취면은 실질적으로 결상면측의 위에 있는 제 2 프리즘의 표면과 평행을 이루고, 핀홀에 대한 제 1 프리즘의 투과면은 핀홀에 대한 제 2 프리즘의 입사면과 실질적으로 평행을 이룬다.

이와 같은 관점에 따라, 제 1 프리즘 측의 광시스템은 중심에 핀홀을 갖는 제 2 프리즘 측의 광학 시스템과 유사하게 구성되고, 빛은 지문 채취면 위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 직접 또는 간접적으로 반사되고, 제 1 프리즘을 투과하여 핀홀과 제 2 프리즘을 통과한 빛은 결상면에 상을 형성한다.

본 발명의 제 4 관점(청구 4항)에 따라, 제 1,제 2, 제 3 관점에서, 핀홀의 위치를 조정하기 위한 핀홀 위치 조정 수단을 구비하게 된다. 이와 같은 관점에 따라, 결상면 위에 놓이는 지문 영상의 위치와 크기는 전후,좌우, 상하 방향으로 위치를 조정함에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 제 5 관점(청구 5항)에 따라, 제 4관점에서, 핀홀 위치 조정 수단은 수동 조정 메카니즘으로 구성되고, 결상면에 형성되는 지문 영상을 표시하기 위한 표시부를 구비하게 된다. 이와 같은 관점에 따라, 사용자는 결상면 위의 지문 영상의 위치와 크기를 표시된 지문 영상을 보면서 핀홀의 위치를 전후, 좌우, 상하 방향으로 조정하여 변경할 수 있다.

본 발명의 제 6 관점(청구 6항)에 따라 핀홀 위치 조정 수단은 핀홀의 위치를 자동으로 조정할 수 있다. 이와 같은 관점에 따라, 핀홀의 위치는 자동으로 조정되고, 결상면 위에 있는 지문 영상의 위치와 크기는 정해진 값으로 조정된다.

본 발명의 제 7 관점(청구 7항)에 따라, 제 1, 제 2, 제 3 관점에서, 광원은 LED 또는 레이저 빔 방사체로 구성된다. 이와 같은 관점에 따라, LED 또는 레이저 빔 방사체에서 나오는 빛, 즉 단파장을 갖는 빛은 프리즘을 통해 지문 채취면에 비춰진다.

본 발명의 제 8 관점(청구 8항)에 따라, 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 프리즘과, 프리즘을 통해 지문 채취면에 빛을 비추기 위한 광원과, 광원으로부터 프리즘에 입사되는 광로에 위치한 핀홀과, 지문 채취면에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 프리즘을 투과하고, 핀홀 후면에 근접한 렌즈와, 빛이 프리즘을 투과하고 핀홀과 렌즈를 통과하는 결상면에 상을 형성하고, 지문 채취면의 중심과 결상면의 중심을 연결하는 일직선은 광축이 되고, 결상면은 흐려짐을 방지하기 위해 광축에 대해 기울기를 갖고, 렌즈의 중심축은 사다리꼴의 찌그러짐을 방지하기 위해 광축에 대해 기울기를 갖는다.

이와 같은 관점에 따라, 결상면 위에 형성된 지문 영상의 빛의 세기는 핀홀 후면에 근접해 위치한 렌즈에 의해 커진다. 이와 같은 경우, 흐려짐은 광축에 대해 기울기를 갖는 결상면에 의해 제한되고, 사다리꼴의 찌그러짐은 흐려짐이 제한되는 조건하에서 광축에 대해 기울기를 갖는 렌즈의 중심축에 의해 제한된다.

본 발명의 제 9 관점(청구 9항)에 따라, 광학적 통로 분리법을 기초로 하는 지문 입력 장치에서, 절단면은 지문 채취면과 반대편에 있는 프리즘의 꼭지점 거리만큼 떨어진 위치에 형성되고, 광원은 프리즘의 절단면과 반대편에 놓이게 된다. 이와 같은 관점에 따라, 광원으로부터 나온 빛은 프리즘에 입사하여 절단면을 통해 일정한 방사각을 갖고 지문 채취면을 비춘다.

본 발명의 제 10 관점(청구 10항)에 따라, 제 9 관점에서, 지문 채취면부터 결상면까지의 광학적 통로에 형성되는 상이 차단되지 않는 조건하에서 절단면이 형성되고, 광원의 상은 결상면에 비춰지지 않는다. 이와 같은 관점에 따라, 지문 채취면부터 결상면까지의 광학적 통로에 형성되는 상은 프리즘에서 차단되지 않고, 광원의 상은 결상면에 비춰지지 않는다.

본 발명의 제 11 관점(청구 11항)에 따라, 제 9 관점에서, 지문 채취면부터 결상면까지의 광학적 통로에 형성되는 상이 차단되지 않는 조건하에서 절단면이 형성되고, 광원의 상은 결상면에 비춰지지 않는다. 또한 광원으로부터 나온 빛은 지문 채취면에 의해 전체적으로 반사되지는 않는다. 이와 같은 관점에 따라, 지문 채취면부터 결상면까지의 광학적 통로에 형성되는 상은 프리즘에서 차단되지 않고, 광원의 상은 결상면에 비춰지지 않는다. 게다가 광원으로부터 나온 빛은 지문 채취면에 의해 전체적으로 반사되지 않는다.

본 발명의 제 12 관점(청구 12항)에 따라, 제 9 관점에서, 지문 채취면부터 결상면까지의 광학적 통로에 형성되는 상이 차단되지 않는 조건하에서 절단면이 형성되고, 특정 영역에 대해 빛을 차단하여 절단면에는 광원의 상이 비춰지게 한다. 이와 같은 관점에 따라, 지문 채취면부터 결상면까지의 광학적 통로에 형성되는 상은 프리즘에서 차단되지 않는다. 게다가 절단면에 대해 빛이 차단되기 때문에 광원의 상이 결상면에 비춰질 가능성은 없다.

본 발명의 제 13 관점(청구 13항)에 따라, 제 9 내지 제 12 관점에서, 프리즘의 절단면은 오목면을 갖는다. 이와 같은 관점에 따라, 광원으로부터 나온 빛은 프리즘에 입사되어 오목한 절단면을 지나 일정한 방사각을 갖고 지문 채취면을 비춘다.

본 발명의 제 14 관점(청구 14항)에 따라, 제 13 관점에 있어, 프리즘의 절단면은 바깥쪽 둘레가 볼록한 면을 갖는다. 이와 같은 관점에 따라, 광원으로부터 나온 빛은 절단면의 안쪽으로 오목한 면에 방사되어 절단면의 바깥쪽으로 볼록한 면에 초점이 맞춰져 지문 채취면에 비춰지게 된다.

본 발명의 제 15 관점(청구 15항)에 따라, 광학적 통로 분리법에 기초한 지문 입력 장치에 있어, 광원은 소정의 굴절율을 갖는 매칭 요소를 지나 프리즘에 접속된다. 이와 같은 관점에 따라, 광원으로부터 나온 빛은 프리즘에 입사되어 매칭 요소를 지나 거의 일정한 방사각으로 지문 채취면을 비춘다.

본 발명의 제 16 관점(청구 16항)에 따라, 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 프리즘과, 기판 위에 고정되어 프리즘을 통해 지문 채취면을 비추는 광원과, 고반사율을 갖는 필름이, 광원이 고정된 기판 위에 형성되는 지문 입력 장치를 구비한다. 이와 같은 관점에 따라, 광원의 측면과 후면에서 누설되는 빛은 기판 위의 반사 필름에 의해 반사되어 프리즘으로 입사한다.

본 발명의 제 17 관점(청구 17항)에 따라, 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 프리즘과, 기판 위에 고정되어 프리즘을 통해 지문 채취면을 비추는 광원과, 빛을 차단하는 필름이, 광원이 고정된 기판 위에 형성되는 지문 입력 장치를 구비한다. 이와 같은 관점에 따라, 광원의 측면과 후면에서 누설되는 빛이 기판 위에 형성된, 빛을 차단하는 필름에 의해 차단됨으로써, 기판을 지나 후면에서 누설되는 빛을 차단한다.

본 발명의 제 18 관점(청구 18항)에 따라, 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 프리즘과, 기판 위에 고정되어 프리즘을 통해 지문 채취면을 비추는 광원과,고반사율을 갖고, 빛을 차단하는 필름(빛을 반사/ 차단하는 필름)이 광원이 고정된 기판 위에 형성되는 지문 입력 장치를 구비한다. 이와 같은 관점에 따라, 광원의 측면과 후면에서 누설되는 빛은, 기판 위의 빛을 반사/차단하는 필름에 의해 반사되어 프리즘에 입사된다. 게다가, 광원의 측면과 후면에서 누설되는 빛은 기판 위의 빛을 반사/차단하는 필름에 의해 차단되어 기판을 지나 후면에서 누설되는 빛을 차단한다.

본 발명의 제 19 관점(청구 19항)에 따라, 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 프리즘과, 프리즘을 통해 지문 채취면을 비추는 광원과, 광원으로부터 프리즘쪽으로 빛을 비추는 결상면은 지문 채취면 위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 프리즘에서 투과된 빛은 상을 형성하고, 몸체 부분이 손가락이 놓인 입구부분과 마주 보는 지문 채취면을 고정시키는 프리즘을 지지하기 위한 프리즘 홀더(holder)와, 표면에 최소한의 입구를 갖는 프리즘 홀더는 프리즘의 투과면과 마주 보고, 프리즘의 입사면에 광원으로부터의 빛이 입사되고, 외부와 광학적 통로를 분리시키는 동안 프리즘의 투과면과 결상면 사이에 상을 형성하는 광학적 통로를 차단하기 위한 빛 차단 커버를 구비한다.

본 발명의 제 20 관점(청구 20항)에 따라, 제 19 관점에 있어, 광소음 처리 과정은 빛 차단 커버의 내부 벽면에서 수행된다.

본 발명의 제 21 관점(청구 21항)에 따라, 제 19 또는 제 20 관점에 있어, 고반사율을 갖는 필름은 빛 차단 커버의 외부 벽면에 형성된다.

본 발명의 제 22 관점(청구 22항)에 따라, 제 19 관점에 있어, 광원은 프리즘에 대응하는 투과면을 제외하고 모두 광원 커버로 차단된다. 광원 커버와 빛 차단 커버는 절대적으로 필요한 구성 요소다.

본 발명의 제 23 관점(청구 23항)에 따라, 제 22 관점에 있어, 고반사율을 갖는 필름은 광원 커버의 내부 벽면에 형성된다.

본 발명의 제 24 관점(청구 24항)에 따라, 지문 입력 장치는, 단방향을 갖는 지문 채취면에 위치한 프리즘과, 프리즘을 통해 지문 채취면을 비추는 광원과, 광원으로부터 프리즘쪽으로 빛을 비추는 결상면은 지문 채취면 위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 프리즘에서 투과된 빛은 상을 형성하고, 몸체 부분이 개방되어 손가락이 놓인 부분과 마주 보는 지문 채취면을 고정시키는 프리즘을 지지하기 위한 프리즘 홀더와, 표면에 최소한의 노출을 갖는 프리즘 홀더는 프리즘의 투과면과 마주 보고, 프리즘의 입사면에 광원으로부터의 빛이 입사되고, 결상면을 저장하기 위한 결상면 케이스와, 프리즘의 투과면이 개방되어 있는 케이스와, 외부와 광학적 통로를 분리시키는 동안 프리즘의 투과면과 결상면 사이에 상을 형성하는 광로를 차단하기 위한 빛 차단 커버와, 빛 차단 커버 입구 부분의 맨 끝부분은, 고정시키는 구조를 갖는 프리즘의 투과면과 마주보는 프리즘 홀더의 입구부분과 쌍을 이룬다. 또한 빛 차단 커버 입구의 다른쪽 끝부분은 고정시키는 구조를 갖는 결상면 케이스의 입구부분과 한쌍을 이룬다.

본 발명의 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

[일실시예 1 : 제 1 내지 제 7 관점]

본 발명의 제 1 내지 제 7 관점에 대한 설명에 앞서, 이들 관점을 뒷받침하는 기술에 대해 설명하기로 한다.고품질의 지문 영상을 얻기 위해 지문 영상의 찌그러짐과 흐려짐에 대한 몇몇 대응책들이 취해져야만 한다. 지문 영상의 찌그러짐과 흐려짐에 대처하는 몇몇 지문 입력 장치들이 이미 일본 특허 No. 59-142675와 일본 실용 신안 No. 63-99960, 일본 특허 No. 2-176984 등에 제안된 바 있다.이들 모든 지문 입력 장치들은 광학 시스템에 있어 렌즈를 사용하기 때문에 지문의 찌그러짐과 흐려짐이 동시에 제거될 수 없었다.

도16에 종래의 지문 입력 장치의 광학 시스템의 핵심 부분을 나타내었다. 도16에서 부재 번호 (1)은 프리즘을 나타내고, 부재 번호 (2)는 렌즈를 나타낸다.부재 기호 (A-B)는 프리즘(1)의 지문 채취면을 나타내고 (O)는 렌즈(2)의 중심을, (F)는 렌즈(2)의 초점을 나타낸다. 설명의 편의상 도16의 배치에서 프리즘(1)은 공기와 같은 굴절률을 갖는다고 가정한다. 도면에 명시되지는 않았지만, 프리즘(1)의 아래쪽에 위치한 백열등에서 나오는 빛이 프리즘(1)을 통해 지문 채취면(A-B)을 비추고 있다.

이와 같은 광학 시스템에서, 빛을 수신하는 장치의 결상면은 평면 E-G(결상면 (1))가 되어, 지문 채취면(A-B)에 놓인 손가락의 패턴면의 전체 상을 보호한다. 즉 전체 지문 상이 흐려지는 것을 방지한다. 그러나 이 경우에, 광학적 통로 비율이 변하기 때문에 (AO : OG ≠ BO : OE) 지문 상이 찌그러지게 된다. 지문 상이 찌그러지는 것을 막기 위해 빛 수신 장치의 결상면을 평면 E-H(결상면 (2))로 놓는다. 그러나 이 경우, 지문 채취면(A-B)의 지점 (A)이 결상면 E-H의 "H-K"로 확대된다. 그 결과, 지문 상이 흐려지게 된다. 상술한 바와 같이, 렌즈(2)의 길이가 길면 길수록 찌그러짐과 흐려짐을 동시에 제거할 수는 없다. 찌그러짐에 대한 보강이 중요해짐에 따라, 흐려짐이 악화되어 실제 사용에 어려움이 따르고, 그 반대의 경우가 생기게 된다. 즉, 도16의 배치에서는 각각의 실제 범위내에서 찌그러짐과 흐려짐간의 타협이 이루어져야만 한다.

이와 같은 상황에서, 일실시예 1은 렌즈(2) 대신 핀홀판을 사용하여 찌그러짐과 흐려짐을 대폭 줄여 고품질의 지문 상을 얻는다.

[기본 원리]

도1은 본 발명의 지문 입력 장치에 있어 광학 시스템의 핵심 부분을 나타내고 있다. 도1A와 도1B에서 부재 기호(A-B)는 프리즘(1)의 지문 채취면을 나타내고, (C'-D')는 핀홀판 표면으로, 중심에 핀홀(PH)이 형성되고, (O)는 핀홀(PH)의 중심을 나타낸다. 설명의 편의상, 도1A에서 프리즘(1)은 공기와 같은 굴절률을 갖는다고 가정한다. 도면에 나타나지는 않았지만 프리즘(1)의 아래쪽에 LED가 있어 LED에서 나온 빛은 프리즘(1)을 지나 지문 채취면(A-B)을 비춘다.이 LED는 레이저 빔 방사체가 될 수도 있음을 주목한다. LED 또는 레이저 빔 방사체에서 방사된 빛은 단파장을 갖고, 백열등에서 나오는 빛보다 광학적으로 덜 불규칙하다. 이와 같은 특성 때문에, LED는 고해상도와 긴 수명을 갖는다. 게다가, LED가 방출하는 열은 장치에 미미한 영향을 미친다.

이와 같은 광학 시스템에서, 빛은 지문 채취면(A-B)에 놓인 손가락의 지문 표면에 의해 반사되고, 프리즘(1)을 투과하여 핀홀(PH)을 지나 결상면(I-J)에 상을 형성한다. 이와 같은 경우, 프리즘(1)의 지문 채취면(A-B)과 결상면(I-J)이 서로 평행을 이루면, 광학적 통로 비율은 일정하게 되고(AO : OJ = BO : OI), 지문 상의 찌그러짐은 일어나지 않게 된다. 게다가, 지문 채취면(A-B)의 한 지점이 결상면(I-J)의 한 지점에 상을 형성하기 때문에 지문 상의 흐려짐이 일어나지 않는다. 즉, 찌그러짐과 흐려짐 모두를 동시에 방지할 수 있다.

도1A에서, 프리즘(1)은 공기와 같은 굴절률을 갖는다고 가정한다. 그러나 실제로, 프리즘(1)의 굴절률은 공기의 굴절률과 다르다. 이와 같은 이유로 해서, 도1B에서와 같이 프리즘(1)이 공기를 대신할 경우, 지문 채취면(A-B)에 대응하는 면은 광학적 지문 채취면(A'-B')이 되고(곡면 A'-B'는 도1B에서 점선으로 표시), 이 광학적 지문 채취면(A'-B')과 결상면(I-J)은 서로 평행을 이룬다. 이 경우에, 결상면(I-J)을 곡면으로 형성하는 것은 기술과 비용적인 면에서 어렵기 때문에 직선(A'-B')과 결상면(I-J)은 서로 평행을 이룬다. 바꾸어 말하면, 삼각형(A'OB')과 삼각형(JOI)은 서로 닮은꼴이다. 따라서 이와 같은 배열에서 광학적 통로 비율은 일정하고(A'O : OJ = B'O : OI), 지문 상의 찌그러짐이 제한된다. 게다가, 직선(A'-B')m이 한점이 결상면(I-J)의 한 지점에 상을 형성하기 때문에 지문 상의 흐려짐이 제한된다. 즉, 찌그러짐과 흐려짐 모두 대폭 줄어든다.

핀홀(PH)의 위치를 전후방향(Z 방향), 아래 방향(X 방향), 수직 방향(Y 방향)으로 조정하여 결상면(I-J)에 있는 지문 상의 위치와 크기를 조정한다. 이와 같은 구조를 이용하면 렌즈를 사용하는 구조와 비교할 때 허용오차를 줄이고 비용, 중량, 크기를 줄일 수 있다.

[실제 예]

도2는 상술한 원리에 입각한 지문 입력 장치를 사용하는 지문 대조 시스템의 배열을 나타낸다. 도2에서 부재 번호 10은 지문 입력 장치를 나타내고, 부재 번호 20은 처리부를 나타낸다. 지문 입력 장치(10)는 열 개의 키 패드(key pad), 표시부(LCD 10-2), 지문 입력부(10-3)로 구성된다. 처리부(20)는 중앙 처리 장치를 갖는 제어부(20-1), ROM(20-2), RAM(20-3), 하드 디스크(HD, 20-4), 프레임 메모리(FM 20-5), 외부 연결부(I/F, 20-6), 푸리에 변환부(FFT,20-7)로 구성된다. 등록과 대조 프로그램은 ROM(20-2)에 저장되어 있다.

도3A에서 확대해서 나타낸 지문 입력 장치(10)에서, 지문 입력부(10-3)는 광원(LED, 10-31), 분광판(10-32), 프리즘(10-33), 핀홀판(10-34), 핀홀 위치 조정 메카니즘(10-35), 빛 수신 장치(10-36)로 구성된다.

이 경우에, 지문 입력부(10-3)에 대해 전반사 방법이 이용되는데, 이때 LED(10-31)는 프리즘(10-33)의 아래 왼쪽에 위치하고, LED(10-31)에서 나온 빛은 프리즘(10-33)을 지나 지문 채취면(A-B)을 비춘다.이와 같은 배열에서 명백한 것은 공기를 프리즘(10-33)으로 대체하는 경우, 지문 채취면(A-B)에 대응되는 면은 광학적 지문 채취면(A'-B')이 되고(곡면 A'-B'은 도3A에서 점선으로 표시), 이 광학적 지문 채취면(A'-B')과 빛 수신 장치(10-36)의 결상면(I-J)은 서로 평행을 이룬다. 즉, 직선(A'-B')과 결상면(I-J)은 서로 평행하다.

도4A의 지문 입력부(10-3)에 광학적 통로 분리법을 적용하면, LED(10-31)는 프리즘(10-33)의 아래 우측에 위치하고, 빛 차단막(10-37)은 프리즘(10-33)의 좌측에 위치하게 되어 LED(10-31)에서 나오는 빛은 프리즘(10-33)을 지나 지문 채취면(A-B)을 비추게 된다. 이 경우 명백한 사실은, 공기를 프리즘(10-33)으로 대체하는 경우, 지문 채취면(A-B)에 대응되는 면은 광학적 지문 채취면(A'-B')이 되고(곡면 A'-B'은 도3A에서 점선으로 표시), 이 광학적 지문 채취면(A'-B')과 빛 수신 장치(10-36)의 결상면(I-J)은 서로 평행을 이룬다. 즉, 직선(A'-B')과 결상면(I-J)은 서로 평행하다. 프리즘(10-33)의 좌측에 위치하는 빛 차단막(10-37)은 외부에서 입사되는 방해 요소가 장치에 미치는 영향을 막아준다.

전반사 방법과 광학적 통로 분리 방법에 관한 원리는 참고 문헌 1(전자공학, 정보 통신의 원리에 관한 논문, 85/3, Vol. J68-D, No.3, pp.414-415)에서 사세히 다루었기 때문에 여기서의 설명은 생략하기로 한다. 전반사 방법에서, 전반사는 접촉 부분에서 제한되는 동안 지문표면의 비접촉 부분에서 일어나고, 비 접촉 부분의 빛과 접촉 부분의 빛의 차이를 감지한다. 광학적 통로 분리 방법에서, 비 접촉 부분의 빛과는 별도로 지문 표면 접촉 부분의 빛만이 감지된다. 도3B와 도4B는 각각 전반사 방법과 광학적 통로 분리 방법을 사용하는 종래의 지문 입력부 배열을 나타낸다. 각각의 종래 배열은 광원으로 백열등(10-31')을 사용하고, 빛 수신 장치((10-36')로 렌즈를 사용하고 있다.

도5A와 도5B는 지문 입력 장치(10)를 나타내고 있다. 이 지문 입력 장치(10)에서, 프리즘(10-33)의 지문 채취면(A-B), 즉 프리즘(10-33)의 윗면(UP)은 외부에 노출되고, 지침표(10-41)는 케이스(10-4)위에 형성되어 작동자가 직접 또는 간접적으로 프리즘(10-33)의 윗면(UP)에 손가락을 올려 놓을 수 있게 한다(필름이 형성될 수도 있다). 열 개의 키 패드(10-1)와 표시 장치(10-2)는 나란히 놓인다. 열 개의 키 패드(10-1)는 지문 입력 확정 키(10-11)를 갖는다. 핀홀 위치 조정 메카니즘(10-35)과 짝을 이루는, 세 개의 축으로 된 위치 조정 회전 손잡이(Cx, Cy, Cz)는 케이스(10-4)의 측면에 형성되어 있다.

[지문 등록(수동 핀홀 위치 조정)]

본 지문 대조 시스템에서, 사용자의 지문 등록은 다음의 방법을 따른다. 사용자는 시스템을 사용하기 전에, 할당받은 증명 번호를 열 개의 키 패드(10-1)를 사용하여 입력한다(도7의 단계 101). 그 다음에 사용자는 지문 입력 장치(10)의 지침표(10-41)를 따라 프리즘(10-33)의 윗면(UP, 지문 채취면 A-B)에 그의 손가락을 얹는다. LED(10-31)에서 나온 빛이 프리즘(10-33)의 지문 채취면(A-B)을 비추면, LED(10-31)에서 나온 빛은 지문 채취면(A-B)에 접촉되지 않은 피부면의 홈(골 패인 부분)을 모두 반사시킨다. 이와는 반대로, 지문 채취면(A-B)에 접촉된 피부의 돌기 부분(융기선)은 전반사 조건을 만족하지 않기 때문에 LED(10-31)에서 나온 빛은 없어지게 된다.

빛은 지문 채취면(A-B) 위에 놓인 손가락의 피부면에 의해 반사되고, 프리즘(10-33)을 투과하여 핀홀(PH)을 지나 빛 수신 장치(10-36)의 결상면(I-J)에 상을 형성한다. 그 결과, 홈이 패인 부분에 해당하는 지문은 밝게 되고, 돌기 부분에 해당하는 지문은 어둡게 된다. 즉, 명암을 갖는 지문 상이 채취된다. 채취된 지문의 패턴(등록 지문)은 그래이 스케일(gray scale) 영상 데이터로 처리부(20)에 보내진다.

제어부(20-1)는 프레임 메모리(20-5)를 통해 지문 입력 장치(10)로부터 등록 지문 영상 데이터를 받아(단계 102) 표시부(10-2)에 표시한다(단계 103).

도6A는 등록 지문의 표본을 나타낸다. 사용자는 표시부(10-2)에 나타난 지문 영상을 보고 핀홀(PH)의 위치 변경 여부를 결정한다.

만일 사용자가 표시부(10-2)에 나타난 그의 지문 영상을 보고 지문이 바깥쪽으로 치우쳤거나 또는 너무 크거나 작다고 판단되면, 핀홀(PH)의 위치를 변경해야만 한다. 그러면 사용자는 세 개의 축을 갖는 위치 조정 손잡이(Cx, Cy, Cz)를 X, Y, Z 방향으로 조정하여 핀홀판(10-34)의 위치를 조정한다. 즉, 핀홀 조정 메카니즘(10-35)을 통해 핀홀(PH)의 위치를 X,Y,Z 방향으로 조정하여, 원하는 위치와 원하는 크기로 지문 영상을 표시부(10-2)에 나타낸다(단계 102 내지 104).

표시부(10-2)에 나타나는 지문 영상의 위치와 크기를 조정한 뒤, 사용자는 지문 입력 확정키(10-11)를 누른다. 이와 같은 동작으로, 제어부(20-1)는 등록 지문의 로딩(loading)이 확정되었는가를 결정하고(단계105), 증명 번호에 대응하는 확정된 등록 지문의 영상 데이터를 하드 디스크(20-4)에 저장한다(단계 106).

[지문의 대조(수동 핀홀 위치 조정)]

본 지문 대조 시스템에서, 사용자 지문의 대조는 다음과 같이 수행된다. 시스템이 구동되는 동안, 사용자는 할당받은 증명 번호를 열 개의 키 패드(10-1)를 사용하여 입력한다(도8의 단계 201). 그 다음에 사용자는 지문 입력 장치(10)의 지침표(10-41)를 따라 프리즘(10-33)의 윗면(UP, 지문 채취면 A-B)에 그의 손가락을 얹는다. 이와 같은 동작으로, 채취된 지문의 패턴(대조 지문)은, 지문 등록의 경우와 동일한 방법으로, 반쪽 영상 데이터로 처리부(20)에 보내진다.

열 개의 키 패드(10-1)에서 받아들인 증명 번호를, 제어부(20-1)는, 하드 디스크(20-4)에 저장된 등록 지문의 증명 번호에 대응하는 등록 지문의 영상 데이터로 판독하고(단계 202), 이를 표시부(10-2)에 나타낸다(단계 203).

또한 제어부(20-1)는 지문 입력 장치(10)로부터 프레임 메모리(20-5)를 통해 대조 지문 영상 데이터를 로드하고(단계 204). 등록 지문의 지문 영상에 중첩되는 동안 표시부(10-2)에 나타낸다(단계 205). 이 경우의 표본을 도6B에 나타내었다. 사용자는 표시부(10-2)에 나타난, 등록 지문의 지문 영상과 대조 지문의 지문 영상이 중첩된 상태를 보고 핀홀(PH) 위치의 변경 여부를 결정한다.

만일 사용자가 표시부(10-2)에 나타난 대조 지문의 지문 영상을 보고 지문 영상의 위치가 등록 지문의 지문 영상에 대해 바깥쪽으로 치우쳤거나 또는 너무 크거나 작다고 판단되면, 핀홀(PH)의 위치를 변경해야만 한다. 그러면 사용자는 세 개의 축을 갖는 위치 조정 손잡이(Cx, Cy, Cz)를 X, Y, Z 방향으로 조정하여 핀홀판(10-34)의 위치를 조정한다. 즉, 핀홀 조정 메카니즘(10-35)을 통해 핀홀(PH)의 위치를 X,Y,Z 방향으로 조정하여, 원하는 위치와 원하는 크기로 대조 지문의 지문 영상을 표시부(10-2)에 나타낸다(단계 204 내지 206).

표시부(10-2)에 나타나는 대조 지문의,지문 영상의 위치와 크기를 조정한 뒤, 사용자는 지문 입력 확정키(10-11)를 누른다. 이와 같은 동작으로, 제어부(20-1)는 대조 지문의 로딩(loading)이 확정되었는가를 결정한다(단계 207). 확정된 대조 지문의 지문 영상은 앞서 판독된 등록 지문의 지문 영상과 대조된다(단계 208). 그리고 그 대조 결과를 표시부(10-2)에 나타낸다(단계 209).

본 일실시예에서, 상술한 기본 원리에 따라 흐려짐과 찌그러짐이 대폭 감소된다. 게다가, 등록 처리 과정에서 입력되는 지문 영상의 위치와 크기는, 세 개의 축을 갖는 위치 조정 손잡이(Cx, Cy, Cz)로 핀홀(PH)의 위치를 수동으로 조정하여 원하는 위치와 원하는 크기로 조정할 수 있다. 더 나아가, 등록과 대조과정 나타나는 지문 영상 입력의 위치적 오차와 크기 차이를 줄일 수 있다.

만일 채취된 지문 영상이 작으면 배경 영역이 커지게 되고, 대조 정밀도가 악화됨을 주의한다. 이와 같은 대조 정밀도의 악화는, 핀홀(PH)을 Z방향으로 이동시켜(핀홀(PH)을 결상면 (I-J)과 분리시켜) 채취된 지문 영상을 크게 함으로써 막을 수 있다. 덧붙여서, 장치를 분해하지 않고 위치 조정을 할 수 있어 손가락을 올려 놓은 상태에서 위치 조정이 가능하다.

상기의 일실시예에서, 등록과 대조 과정에서 핀홀(PH)의 위치는, 세 개의 축을 갖는 위치 조정 손잡이(Cx, Cy, Cz)를 사용하여 수동으로 조정된다. 그런데 이 위치는 자동으로 조정될 수도 있다. 도9와 도10에 핀홀(PH)의 위치가 자동으로 조정될때의 등록/대조 과정이 수행되는 동작을 나타내고 있다.

[지문의 등록(핀홀 위치의 자동 조정)]

이 경우에, 사용자는 할당받은 증명 번호를 열 개의 키 패드(10-1)를 사용하여 입력한다(도9의 단계 301). 그 다음에 사용자는 지문 입력 장치(10)의 지침표(10-41)를 따라 프리즘(10-33)의 윗면(UP, 지문 채취면 A-B)에 그의 손가락을 얹는다. 빛은 지문 채취면(A-B) 위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 프리즘(10-33)을 투과하여 핀홀(PH)을 지나 빛 수신 장치(10-36)의 결상면(I-J)에 상을 형성한다. 이와 같은 동작으로, 홈이 패인 부분에 해당하는 지문은 밝게 되고, 돌기 부분에 해당하는 지문은 어둡게 된다. 즉, 명암을 갖는 지문 상이 채취된다. 채취된 지문의 패턴(등록 지문)은 반쪽 데이터로 처리부(20)에 보내진다.

제어부(20-1)는 프레임 메모리(20-5)를 통해 지문 입력 장치(10)로부터 등록 지문 영상 데이터를 로드한다(단계 302). 그러면 제어부(20-1)는 로드된 등록 지문 영상 데이터의 중심점을 계산한다(단계 303). 이 경우, 중심점은 다음의 방법으로 계산된다.

먼저, 로드된 등록 지문의 영상 데이터(도11A)를 n x m 픽셀로 나눈다(도11B). 즉, 로드된 등록 지문의 영상 데이터를 X 방향의 n개의 픽셀과 Y방향의 m개의 픽셀로 나눈다. ij 번째 픽셀의 위치에서 빛의 강도를 I_ij로 놓으면, 중심점의 x,y 좌표 xa 와 ya는 방정식 (1)과 (2)에 의해 구해진다 :

xa = (

iI_ij) / (

I_ij) ....(1)

ya = (

jI_ij) / (

J_ij) ....(2)

(xa, ya) ={(

iI_ij) / (

I_ij) , (

jI_ij)/(

J_ij)} ....(3)

제어부(20-1)는 구해진 중심(xa,ya)과 설정된 중심(xs,ys)과의 차이(xa-xs, ya-ys)를 중심차로 구하고, 중심차가 생긴지의 여부를 체크한다(단계 304). 만일 중심차가 생기면 (중심차 ≠ 0), 제어부(20-1)는 중심차를 제거하기 위해, 핀홀(PH)의 위치를 핀홀 위치 조정 메카니즘(10-35)을 통해, X 와 Y 방향으로 조정한다(단계 305).

중심차가 제거되면, 단계(304)에서 '아니오'가 선택되어 제어부(20-1)는 단계(306)으로 넘어가, X와 Y방향에서 위치가 확정된 등록 지문 영상 데이터를 로드한다(단계 306). 제어부(20-1)는 로드된 등록 지문 영상 데이터의 크기를 계산한다(단계 307). 이 경우, 크기는 다음의 방법으로 계산된다.

먼저, X 와Y축에 위치하는, 확정된 등록 지문의 영상 데이터(도12A)를 n x m 픽셀로 나눈다(도12B). 즉, 로드된 등록 지문의 영상 데이터를 X 방향의 n개의 픽셀과 Y방향의 m개의 픽셀로 나눈다. 그러면 각각의 픽셀은 빛의 레벨에 따라 2진화되어 빛이 비추는 부분은 "1", 나머지 부분은 "0"으로 표시된다. 2진화된후 각각 픽셀에 대한 빛의 세기는 D_ij= "0" 또는 "1" 로 표시되고, 영역(Sa)은 아래 방정식으로 표현된다.

Sa =

D_ij....(4)

제어부(20-1)는 이 영역(Sa)와 설정된 영역(Ss)를 비교하여 영역(Sa)가 적당한지를 체크한다(단계 308). 만일 영역(Sa)가 적당하지 않으면(Sa ≠ Ss),제어부(20-1)는 영역(Sa)의 적당한 값을 결정하기 위해, 핀홀 위치 조정 메카니즘(10-35)을 통해 핀홀(PH)의 위치를 Z 방향으로 조정한다(단계 309). 만일 Sa - Ss 〉0 이면, 제어부(20-1)는 지문 영상을 확대하기 위해 핀홀(PH)의 위치를 이동시킨다.

이와 같은 동작으로 영역(Sa)가 적당한 값으로 결정되면 단계(308)에서 "예" 가 선택되어 제어부(20-10)는 단계(310)로 넘어가, X,Y,Z 방향에 위치하는 확정된 등록 지문 영상 데이터를 증명 번호에 따라 분류하여 하드 디스크(20-4)에 저장한다(단계 310).

[지문의 대조(핀홀 위치의 자동 조정)]

시스템이 구동되는 동안, 사용자는 할당받은 증명 번호를 열 개의 키 패드(10-1)를 사용하여 입력한다(도10의 단계 401). 그 다음에 사용자는 지문 입력 장치(10)의 지침표(10-41)를 따라 프리즘(10-33)의 윗면(UP, 지문 채취면 A-B)에 그의 손가락을 얹는다. 이와 같은 동작으로, 채취된 지문의 패턴(대조 지문)은, 지문 등록의 경우와 동일한 방법으로, 반쪽 영상 데이터로 처리부(20)에 보내진다.

열 개의 키 패드(10-1)에서 받아들인 증명 번호를, 제어부(20-1)는, 하드 디스크(20-4)에 저장된 등록 지문의 증명 번호에 대응하는 등록 지문의 영상 데이터로 판독한다(단계 402). 제어부(20-1)는 지문 입력 장치(10)로부터 프레임 메모리(20-5)를 통해 대조 지문 영상 데이터를 로드한다(단계 403). 그리고 나서 제어부(20-1)는 등록 지문의 경우와 동일한 방법으로, 로드된 대조 지문 영상 데이터의 중심점을 계산한다(단계 404).

제어부(20-1)는 구해진 중심(xb,yb)과 설정된 중심(xs,ys)과의 차이(xb-xs, yb-ys)를 중심차로 구하고, 중심차가 생긴지의 여부를 체크한다(단계 405). 만일 중심차가 생기면 (중심차 ≠ 0), 제어부(20-1)는 핀홀(PH)의 위치를 핀홀 위치 조정 메카니즘(10-35)을 통해, X 와 Y 방향으로 조정한다(단계 406).

이와 같은 동작으로 중심차가 제거되면, 단계(405)에서 '아니오'가 선택되어 제어부(20-1)는 단계(407)로 넘어가, X와 Y방향에서 위치가 확정된 대조 지문 영상 데이터를 로드한다(단계 407). 그리고 나서 제어부(20-1)는 등록 지문의 경우와 동일한 방법으로 로드된 대조 지문 영상 데이터의 크기를 계산한다(단계 408).

제어부(20-1)는 X ,Y방향의 위치를 갖는, 확정된 대조 지문 영상 데이터의 계산된 영역(Sb)과, 설정된 영역(Ss)를 비교하여 영역(Sb)가 적당한지를 체크한다(단계 409). 만일 영역(Sb)가 적당하지 않으면(Sb ≠ Ss), 제어부(20-1)는 영역(Sb)의 적당한 값을 결정하기 위해, 핀홀 위치 조정 메카니즘(10-35)을 통해 핀홀(PH)의 위치를 Z 방향으로 조정한다(단계 410). 즉, 만일 Sb - Ss 〉0 이면, 제어부(20-1)는 지문 영상을 감소시키기 위해 핀홀(PH)의 위치를 이동시키고, Sb - Ss 〈 0 이면, 제어부(20-1)는 지문 영상을 확대시키기 위해 핀홀(PH)의 위치를 이동시킨다.

이와 같은 동작으로 영역(Sb)가 적당한 값으로 결정되면(Sb =Ss), 단계(409)에서 "예" 가 선택되어 제어부(20-10)는 단계(411)로 넘어가, X,Y,Z 방향에 위치하는 확정된 등록 지문 영상 데이터를 결정하고, 앞서 판독한 등록 지문의 지문 영상과 대조 지문의 지문 영상을 대조한다(단계 411). 제어부(20-1)는 이 대조 결과를 표시부(10-2)에 나타낸다(단계 412).

도9와 도10의 순서도에 따라 X, Y 방향으로 위치를 조정한 후 Z 방향으로의 위치 조정이 수행된 경우라도, Z 방향으로 위치 조정을 한 후 X, Y 방향으로 위치를 조정할 수 있다.

더 나아가, 상기 일실시예의 원리에 따라, 광학적 지문 채취면(A'-B')은 결상면(I-J)와 평행을 이룬다. 이와 같은 동작은 지문 채취면(A-B)과 광학적 지문 채취면(A'-B')사이에 찌그러짐이 없다는 가정을 기초로 한다. 그러나 찌그러짐은 지문 채취면(A-B)과, 지문 채취면(A-B)과 프리즘 표면(R-S)간의 위치와 각도에 관계되는 광학적 지문 채취면(A'-B')사이에서 일어날 수도 있다(도1B).

도13A의 광시스템에서, 예를 들어 만일, 지문 채취면(A-B) 위에 일정한 간격을 갖는 점(P₁~ P₇)이 광학적 지문 채취면(A'-B') 위에 있는 점(P₁'~P₇')과 매치되면, 광학적 지문 채취면(A'-B') 위에 있는 점(P₁'~P₇')은 일정한 간격을 갖지 않게 되어 찌그러짐이 생긴다. 이 경우, 광학적 지문 채취면(A'-B')이 결상면(I-J)과 평행하더라도, 광학적 지문 채취면(A'-B')에 생기는 찌그러짐만이 제거될 수 있다.

이와 같은 이유로 해서, 이같은 경우 즉, 광학적 지문 채취면(A'-B')이 지문 채취면(A-B)에 대해 찌그러짐을 갖는 경우, 결상면(I-J)는 점(PO)에 대해 소정의 각도만큼 회전하여 결상면(U-T)을 결정하여(도13A) 광학적 지문 채취면(A'-B')에 생기는 찌그러짐을 제거한다. 이와 같은 동작으로, 도13C에 나타난 바와 같이, 지문 채취면(A-B)에 생기는 찌그러짐을 대폭 줄일 수 있다.

상기의 일실시예에서, 광학적 지문 채취면(A'-B')은 곡면으로 이루어지기 때문에 찌그러짐을 완전하게 제거하는 것은 어려운 일이다. 그러나 도14에 나타난 배열에서, 찌그러짐을 완전히 제거할 수 있다.

제 2 프리즘(4)가 결상면(I-J)앞에 위치한다. 제 1 프리즘(1)의 지문 채취면(A-B)은 결상면(I-J)와 평행을 이루고, 제 1 프리즘(1)의 지문 채취면(A-B)은 결상면 측면에 있는 제 2 프리즘(4)의 표면(L-M)과 평행을 이룬다. 핀홀(PH)에 대한 제 1 프리즘(1)의 투과면(C-D)은 핀홀(PH)에 대한 제 2 프리즘(4)의 입사면(K-M)과 평행을 이룬다. 이 경우에, 제 2 프리즘(4)의 표면(L-M)은 결상면(I-J)위에 위치한다.

이와 같은 배열에서, 제 1 프리즘(1)측의 광학 시스템은 핀홀(PH,점 O)을 중심으로 하는 제 2 프리즘(4)의 광학 시스템과 닮은꼴이 되어 찌그러짐을 완전히 제거한다. 즉, 흐려짐과 찌그러짐을 동시에 제거할 수 있다. 지문 채취면(A-B)과 결상면(I-J), 지문 채취면(A-B)과 표면(L-M), 투과면(C-D)와 입사면(K-M)사이에 약간의 편차가 허용되는 것에 주의한다.

상기의 일실시예에서, 삼각 프리즘이 프리즘(1)으로사용되었다(10-33). 그런데, 도15에서와 같이 직사각 프리즘(1')이 사용될 수도 있다. 다양한 다른 종류의 프리즘이 사용될 수도 있다. 점선으로 표시된 프리즘(1'(10-33'))측에 분광판(10-32)이 설치되었음에 주목한다.

프리즘은 둘 또는 그 이상의 평면을 갖고 빛의 굴절과 반사를 이용하는 광학적 요소로 정의됨을 주목한다. 프리즘의 기능은 다음과 같이 정의된다.

(1) 하나의 블록안에서 하나 또는 그 이상의 반사 기능이 조합되고, 광학적 통로의 굴절과 이동이 간단한 배열에서 실행된다.

(2) 빛의 방향이 변경되거나 또는 영상의 방향(방위각)은 빛의 굴절을 이용하여 조정한다.

(3) 빛의 스펙트럼은 광학 물질의 분광을 이용하여 분석한다.

상기의 일실시예에서, 전반사 방법은 지문 입력부(10-3)에 이용된다. 그러나 광학 분리 방법을 이용한다 할지라도 상술한 것과 동일한 동작은 합성된 배열에 적용할 수 있다. 전반사 방법중의 하나와 광학 통로 분리 방법이 다른것보다 우수하다고 할 수는 없다.

[일실시예 2 : 8번째 관점]

일실시예 1에서(도1A), 핀홀(PH)의 직경은 지문 영상의 해상도를 높이기 위해 감소해야만 한다. 이와 같은 이유 때문에, 결상면(I-J)에 형성되는 지문 영상의 빛의 세기는 감소한다. 이를 보상하기 위해, 지문 채취면(A-B)을 비추는 광원으로부터의 빛의 세기는 증가해야만 한다. 그 결과, 광원 자체의 수명은 광원에서 발생하는 열에 의해 단축되거나 또는 프리즘을 통해 전달되는 빛이 사용자에게 너무 밝은, 새로운 문제가 야기된다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 적외선에 가까운 방사 다이오드가 광원으로 사용된다. 이 경우, 빛의 번쩍임은 제한될 수 있어도 열의 발생 문제는 해결되지 않는다.

따라서 본 출원인은 도17에서 보는바와 같이, 핀홀판(5-1의) 후면 근처에 렌즈(5-2)가 위치하는 배열을 제안하여, 광원(6)에서 나오는 빛의 세기를 증가시키지 않고 결성면(5-3)에 형성되는 지문 영상의 빛의 세기를 증가시킨다. 이 배열에서, 지문 채취면(1-1)의 중심과 결상면(5-3)의 중심을 연결하는 직선이 광학축이 될 때, 렌즈(5-2)의 중심축은 광학축과 일치한다. 덧붙여서, 흐려짐은 렌즈(5-2)에 의해 생기기 때문에, 광학축에 대한 결성면(5-3)의 기울기를 조정하여 흐려짐을 방지한다. 도17에서, 부재 번호(1-2)는 프리즘(1)의 좌측면에 형성된 빛 차단막을 나타낸다.

그러나 이와 같은 배열에서, 결성면(5-3)에 사다리꼴의 찌그러짐이 생긴다. 더군다나, 도18A에서와 같이 정사각 격자무늬의 물체가 지문 채취면(1-1)에 놓이면결상면(5-3)의 합성 영상은 도18B에서와 같이 사다리꼴의 찌그러짐이 생긴다. 도19에서, (A-B)를 지문 채취면으로 놓고, O를 핀홀의 중심으로 하고, (a-b)를 결상면으로 하고, X를 지문 채취면 위의 임의의 점으로 하고, 점 X가 결상면(a-b)위에 투영된 점을 x로 놓고, 점 x 에서의 영상 확대율 m은 m = Ox/OX로 주어진다. 즉, 영상 확대율은 선분 Ox 와 선분 OX의 비율로 결정된다. 이 경우, 삼각형(OAB)와 삼각형(Oab)은 닮은꼴이 아니기 때문에 선분 OA는 선분 OB보다 짧아 점A측에 있는 영상은 커지게 되고, 따라서 점B측에 있는 영상은 작아지게 된다. 이러한 사다리꼴의 찌그러짐은 OA : OB의 비율이 커짐에 따라 커지게 된다. 지문 입력 장치의 크기가 소형화됨에 따라, 지문 채취면과 렌즈 사이의 거리가 감소해야만 한다. 만일 이 거리가 감소하면, Oa : OB의 비율이 커지게 되어 더 큰 사다리꼴의 찌그러짐이 생기게 된다.

따라서 일실시예 2에서, 결상면(5-3)에 형성되는 지문 영상의 빛의 세기는 광원(6)의 빛의 세기 증가 없이 증가되고, 흐려짐이 제한되는 조건하에서 사다리꼴의 찌그러짐이 크게 제한되어 고품질의 지문 영상을 얻는다.

[일실시예 2-1 : 원통형 찌그러짐]

도20A는 본발명의 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타낸다(일실시예 2-1). 이 일실시예에서, 원통형 찌그러짐(음성적 찌그러짐)을 갖는 렌즈(5-2)가 사용되었다. 렌즈(5-2)의 중심축(LC)은 광축(LO)에 대해 지문 채취면(A-B)상의 한 점(B)과 θ1의 기울기를 이룬다(지문 채취면 A-B의 중심 X₀와 결상면 a-b의 중심 x₀를 연결하는 직선). 게다가, 흐려짐을 방지하기 위해 광축(LO)에 대해 결상면(a-b)의 기울기를 조정한다.

이와 같은 동작으로, 지문 채취면(A-B)에서 나온 빛이 도21B에서 빗금친 부분의 영역을 통과할 때 사다리꼴의 찌그러짐이 생기고(도21A), 광축(LO)과 일치하는 렌즈(5-2)의 중심축(LC)은 렌즈(5-2)에 대해 원통형 찌그러짐으로 수정되고, 지문 채취면(A-B)의 놓인 손가락의 영상은 사다리꼴의 찌그러짐이 크게 제한되는 동안 결상면(a-b)에 형성된다.

이 경우, 렌즈(5-2)에 의해 결상면(a-b)에 형성되는 지문의 빛의 세기가 증가하기 때문에 광원(6)의 빛의 세기는 증가될 필요가 없고, 따라서, 열의 발생과 프리즘(1)을 지나는 빛의 섬광으로 인한 광원(6)의 수명 단축을 방지할 수 있다. 더 나아가, 광축(LO)에 대한 결상면(a-b)의 기울기를 조정하여 흐려짐을 제한하고, 이러한 흐려짐이 제한되는 조건하에 , 광축(LO)에 대한 렌즈(5-2)의 중심축(LC) 기울기를 θ1으로 조정하여 사다리꼴 찌그러짐을 방지함으로써, 고품질의 지문 영상을 얻는다.

[일실시예 2-2 : 방석모양의 찌그러짐]

도20B는 본발명의 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타낸다(일실시예 2-2). 이 일실시예에서, 방석 모양의 찌그러짐(양성적 찌그러짐)을 갖는 렌즈(5-2)가 사용되었다. 렌즈(5-2)의 중심축(LC)은 광축(LO)에 대해 지문 채취면(A-B)상의 한 점(A)과 θ2의 기울기를 이룬다. 덧붙여서, 흐려짐을 방지하기 위해 광축(LO)에 대해 결상면(a-b)의 기울기를 조정한다.

이와 같은 동작으로, 지문 채취면(A-B)에서 나온 빛이 도22B에서 빗금친 부분의 영역을 통과할 때 사다리꼴의 찌그러짐이 생기고(도22A), 광축(LO)과 일치하는 렌즈(5-2)의 중심축(LC)은 렌즈(5-2)에 대해 방석 모양의 찌그러짐으로 수정되고, 지문 채취면(A-B)의 놓인 손가락의 영상은 사다리꼴의 찌그러짐이 크게 제한되는 동안 결상면(a-b)에 형성된다.

이 경우, 렌즈(5-2)에 의해 결상면(a-b)에 형성되는 지문의 빛의 세기가 증가하기 때문에 광원(6)의 빛의 세기는 증가될 필요가 없고, 따라서, 열의 발생과 프리즘(1)을 지나는 빛의 섬광으로 인한 광원(6)의 수명 단축을 방지할 수 있다. 더 나아가, 광축(LO)에 대한 결상면(a-b)의 기울기를 조정하여 흐려짐을 제한하고, 이러한 흐려짐이 제한되는 조건하에 , 광축(LO)에 대한 렌즈(5-2)의 중심축(LC) 기울기를 θ2로 조정하여 사다리꼴 찌그러짐을 방지함으로써, 고품질의 지문 영상을 얻는다.

상술한 바와 같이, 찌그러짐에는 두가지 유형 즉, 원통형 찌그러짐과 방석 모양의 찌그러짐이 있다. 사다리꼴의 찌그러짐을 수정하는 방법은 방석 모양의 찌그러짐을 사용하여 사다리꼴의 찌그러짐을 수정하는 방법과 동일한 효과를 갖는다. 어느 것이 우수하다고 말할 수는 없다. 이와 같은 일실시예에서, 핀홀은 설계의 자율성을 갖게 한다. 즉, 핀홀은 렌즈의 앞부분에 형성되기 때문에 렌즈의 초점 깊이가 증가하게 되어 결상면에 의해 정의되는 각도의 편차를 확보할 수 있어 광축에 흐려짐이 생기지 않기 때문에 설계의 자율성이 커지게 된다.

이와 같은 일실시예에서, 지문 입력 장치의 광학적 시스템은 아래와 같이 구성된다.

(1) 프리즘이 위치한다.

(2) 광축의 각도와 광축으로부터의 거리가 결정된다.

(3) 렌즈가 선택되어(모양, 초점 거리 등) 광축상에 위치한다.

(4) 핀홀이 선택되어(직경, 초점 깊이 등) 위치한다.

(5) 광축에 대해 결상면의 각도가 갖는 기울기는 흐려짐을 방지하기 위해 변경되고 렌즈의 선택과 위치조정, 핀홀의 선택과 위치 조정에 따라 (3)과 (4)의 동작이 반복된다.

(6) 렌즈의 각도를 변경시킴으로써 사다리꼴의 찌그러짐이 최소화되는 각도를 결정한다. 렌즈의 각도가 변경될 때 결상면상에 흐려짐이 생기기 때문에, 흐려짐을 방지하기 위해 핀홀의 위치를 조정하는 것에 주목한다.

[일실시예 3 : 9번째 내지 15번째 관점]

앞에서 설명한 본 발명의 9번째 내지 15번째 관점을 뒷받침하는 기술을 설명하기로 한다. 지문 입력 장치의 구성 요소로 광학적 시스템을 포함하고, 설치 장소와 구동 능력등을 고려해 장치의 소형화가 요구된다. 광로 분리 방법에 따라 광학적 시스템을 형성하고 광원과 프리즘을 근접시킴으로써 지문 입력 장치의 크기를 효과적으로 줄일 수 있다.

도23은 광로 분리 방법을 사용한 종래의 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타내고 있다. 도23에서, 부재 번호 (1)은 프리즘을 나타내고, (3)은 빛 수신 장치, (6)은 광원을 나타낸다. 광원(6)은 프리즘(1)의 아래쪽 우측에 위치한다. 빛 차단막(1-2)은 프리즘(1)의 좌측면에 위치하여 광원(6)에서 나오는 빛을, 프리즘(1)을 지나 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 이와 같은 배열에서, 광원(6)에서 나온 빛은 지문 채취면(1-1)에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 프리즘(1)을 투과하여렌즈(3-1)를 지나 결상면(CCD, 3-2)에 상을 형성한다. 광학 분리 방법의 사용으로, 지문 입력 장치의 크기를 줄일 수 있다.

도24는 전반사법을 이용하는 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타내고 있다. 이와 같은 지문 입력 장치에서, 광원(6)은 프리즘(1)의 아래쪽 좌측에 위치하고, 광원(6)에서 나온 빛은 분광판(7)과 프리즘(1)을 지나 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 이와 같은 배열에서, 도23과의 비교에서 나타난 바와 같이, 프리즘(1)의 아래쪽 좌측에 광원(6)에 대한 공간이 확보되어야만 하기 때문에(빛 수신 장치 3의 반대편에), 장치의 크기를 작게하는 데 제한이 따른다.

이와 반대로, 광로 분리 방법을 이용하는 지문 입력 장치는 장치의 크기를 줄이는 데 이점을 갖는다. 그러나 만일, 크기를 더 줄이기 위해 광원(6)과 프리즘(1)이 근접하면, 프리즘(1)의 입사면을 비추는 입사각이 커지게 되어 빛이 굴절되고 분산된다. 그 결과, 프리즘(1)의 지문 채취면(1-1)은 부분적으로 조도가 낮아져 조도가 불규칙하게 된다.

더군다나, 도25에서 보는 바와 같이, 광원(6)이 프리즘(1) 가까이에 있는 점(O)에 위치하면, 프리즘의 표면(조도 입사면,B-E)에 대해, 광원(6)에서 나오는 빛의 입사각은 거리에 따라 커진다. 그 결과, 굴절각이 커짐에 따라 빛의 분산각이 커지고, 프리즘 표면(지문 채취면,A-B)상에 있는 점(B)쪽으로는 조도가 낮아진다.

지문 대조 시스템의 지문 정밀도는 지문 영상이 제대로 입력되었는지의 여부에 좌우된다. 지문 영상을 제대로 입력하기 위해, 프리즘(1)의 지문 채취면(1-1)을 지나는 조도가 일정하게 확보되어야만 불규칙한 조도를 방지할 수 있다. 만일 지문 채취면(1-1)의 조도가 불규칙하게 되면, 불량한 품질의 지문 영상을 얻게 되고, 대조 정밀도는 떨어지게 된다.

따라서 일실시예 3에서, 광원(6)과 프리즘(1)을 근접시켜, 지문 채취면(1-1) 의 조도를 불규칙하게 하지 않음으로써 크기를 줄인다. 즉, 장치의 소형화와 지문 영상의 품질 개선을 동시에 얻는다.

[일실시예 3-1 : 9번, 10번,11번째 관점]

도26은 본 발명(일실시예 3-1)에 따른 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타낸다. 도26의 부재 번호는 도23과 동일하기 때문에 설명을 생략하기로 한다.

이와 같은 일실시예에서, 절단면(3-1)은 지문 채취면(1-1)의 반대편에 있는 프리즘(1)의 꼭지점(도23의 점 E)에서, 일정거리에 형성된다. 광원(6)은 프리즘(1)의 절단면(1-3)과 마주보는 위치에 놓인다. 이와 같은 배열에서, 광원(6)에서 나오는 빛은 절단면(1-3)을 통해 프리즘(1)으로 들어가 거의 일정한 분산각으로 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 그 결과, 지문 채취면(1-1) 상에 거의 일정한 조도를 얻게 된다.

이와 같은 일실시예에서, 절단면(1-3)은 아래의 (1),(2),(3) 조건하에 형성된다 :

(1) 지문 채취면(1-1)부터 결상면(3-2)까지의 광로는 절대 차단되지 않는다.

(2) 광원(6)의 영상은 절대 결상면(3-2)에 비춰지지 않는다.

(3) 광원(6)에서 나오는 빛은 지문 채취면(1-1)에 의해 절대 전반사되지 않는다.

[조건 (1)]

도27의 빗금친 부분은 조건 (1)을 만족하는 영역을 나타낸다. 도27에서 만일 지문 채취면(1-1,A-B)의 영역이 결상면(3-2,a-b)에 비춰지면, 점(A)을 투과하는 빛은 광로 "A→α→O₁→a"을 지나 결상면(3-2)에 입사되고, 점(B)을 투과하는 빛은 광로 "B→O₁→b"을 지나 결상면(3-2)에 입사된다. 도27에서, 사선(A-α)밑의 빗금친 영역은, 지문 채취면(1-1)부터 결상면(3-2)까지의 광로에 상이 형성되는 것을 방해하지 않는, 프리즘(1) 안에 있는 영역이다. 만일 지문 채취면(1-1)부터 결상면(3-2)까지의 광로에 상이 형성되는 것이 방해되면, 결상면(3-2)의 지문 영상이 불분명해지고, 그 결과 대조 정밀도가 떨어진다.

[조건 (2)]

프레넬의 공식에 따라, 빛은 다른 굴절률을 갖는 매개체의 경계면에 의해 반사된다. 매개체의 굴절률을 n1 과 n2로 놓으면, 수직으로 입사되는 경우의 반사율 R은 R = [(n1 - n2)/(n1 + n2)]²으로 주어진다. 만일 프리즘에 공기의 굴절률 n1 과(n1 = 1.0), 유리의 굴절률 n2(n2 = 1.5)이 이용되면, 윗 식에 따라 빛의 4%가 반사된다. 이와 같은 사실에서, 광원(6)에서 나온 빛이 프리즘(1)으로 입사될 때, 빛은 광원(6)의 위치에 따른 지문 채취면(1-1)에 의해 반사되고, 광원(6)의 영상은 결상면(3-2)를 비추는 것이 명확해진다. 그 결과, 결상면 (3-2)의 지문 영상이 불명확해지고, 대조 정밀도가 낮아진다.

도28의 경우에서, 예를 들어, 광원(6)의 영상이 결상면(3-2)을 비추지 않는 조건은, 광원(6)이 점(B)에서 점(O)을 확장하는 직선 아래의 빗금친 부분에 위치할 때이다. 두 지점(A,B)과 프리즘(1)의 한 지점(E)이 이루는 각도를 β로 놓고, 표면(A-B)에 대한 지점(O)부터 지점(B)가 이루는 빛의 입사각을 ψ로 놓으면, 지점(B)에서 반사되는 빛의 각도 θ는, 프리즘의 표면(B-E)에서 굴절되어 결상면(3-2)의 맨 끝지점(b)를 투과하고, 광원(6)의 길이만큼 비춰지지 않은 광원(6)의 반사 영상은 ψ≤β- sin^-1(sinθ/n2)의 범위에 위치하게 된다(도28의 빗금친 부분).

[조건 (3)]

도29에 나타낸 경우에서, 빛이 n1 < n2 일 때 n2에서 입사각 ψ를 갖고 입사될 때, 입사각이 sinψ ≥ n2/n1을 만족할 때 입사되는 빛은 모두 반사된다. 이러한 현상을 전반사라고 한다. 광원(6)이 전반사되는 위치에 있다 할지라도, 조건(2)를 만족하는 한 결상면(3-2)의 지문 영상에 미치는 이론적인 영향은 없다. 그러나, 광원(6)에서 나온 빛이 모두 전반사되기 때문에, 방향을 잃은 빛은 섬광등과 같은 것이 되어 지문 영상에 영향을 미친다. 광원(6)이 절단면(1-3)과 마주 보는 자리에 위치하면, 절단면(1-3)에 대한 조건은, 광원(6)의 위치에 상관없이 지문 채취면(1-1)에 의해 전반사되지 않는 것이 된다. 조건(3)은 절대적으로 필요한 조건이 아니고, 절단면(1-3)은 조건(1)과 (2)하에서만 형성될 수 있음에 주의한다.

[일실시예 3-2 : 12번째 관점]

일실시예 3-1에서, 최소한 조건(1)과 (2)가 만족되면, 절단면(1-3)의 크기가 줄어들고, 광원(6)이 없어도 된다. 이 경우, 도30에서와 같이 크기를 증가시키기 위해 경사면이 절단면으로 형성될 수 있다. 그러나 이 경우, 절단면(1-3)이 지문 채취면(1-1)에 대해 과도하게 기울어져 있다. 그 결과, 지문 채취면(1-1)은 일정한 빛을 받을수 없다. 즉, 지문 채취면의 좌측 끝쪽이 광원(6)의 빛을 주로 받게 되어 지문 채취면(1-1)은 일정한 빛을 받을수 없게 된다.

이와 반대로, 지문 채취면(1-1)의 반대편에 있는 프리즘의 꼭지점에서 일정 거리에 형성된 절단면(1-3)은 도31에서 보는 바와 같이 증가되어 조건(1)은 만족하지만, 조건(2)는 만족하지 않는다(프레넬 공식에 기초한 반사 조건). 즉, 절단면(1-3)위에 있는 특정 영역(C-F)은 조건(2)를 만족하지 않는 영역이 된다. 따라서 이와 같은 일실시예에서, 빛 차단막(1-2)이 조건(2)를 만족하지 않는 영역(C-F)에 형성된다.

도31에서 보는 바와 같이, 광원(6)이 조건(2)를 만족하는 절단면(1-3)의 특정 영역에 위치하면, 조건(2)를 만족하지 않는 영역에 대해 어떠한 빛 차단막도 필요하지 않게 된다. 그러나 도32A에서 보는 바와 같이, 광학적 시스템에 유입되는 방해 요소들을 방지하기 위해 방어벽(8)을 설치하면, 광원(6)에서부터 방어벽(8)에 이르는 빛의 전파는 광로 "G→H→I→J"를 통해 결상면(3-2)에 입사된다. 이와는 반대로, 빛 차단막을 조건(2)를 만족하지 않는 영역(C-F)에 설치하면, 도32B에서와 같이 광원(6)에서 나와 방향을 잃은 빛을 차단하고, 방어벽(8)에 의해 반사되어 결상면(3-2)에 제대로 된 빛이 입사된다.

[일실시예 3-3 : 13번째 관점]

일실시예 3-1에서 프리즘(1)의 절단면(3-1)은 평면을 갖는다. 이 경우, 광원(6)에서 나온 빛은 절단면(1-3)에 의해 반사되어, 직진하게 된다. 직설적으로 말하면, 지문 채취면(1-1)의 주변은 중심 부분보다 어둡게 된다.

따라서, 일실시예 3-3에서, 절단면(1-3)은 도33A에서와 같이 오목면으로 구성된다. 이 오목면의 만곡부분은 광원(6)의 직진성과 매치되어지문 채취면(1-1)을 일정하게 비춘다.

[일실시예 3-4 : 14번째 관점]

일실시예 3-3에서, 프리즘(1)의 절단면(1-3)은 오목면으로 구성되었다. 그러나 실제에 있어, 지문 채취면(1-1)이 일정한 빛의 세기를 받는다고 해도, 렌즈(3-1)의 불투명 또는 광축에 대해 입사되는 결상면(CCD,3-2)에 생기는 빛의 감도 차이 때문에, 결상면(3-2)에서 일정한 빛의 세기를 갖는 지문 영상을 얻을 수는 없다.

따라서 일실시예 3-4에서, 오목한 절단면(1-3)의 양쪽 끝부분은 도33B에서와 같이 볼록면으로 구성되었다. 이와 같은 구조에서, 광원(6)에서 나온 빛은 절단면(1-3) 중심 부분의 오목면(1-3a)에 의해 분산되어 절단면(1-3) 바깥쪽의 볼록면에의해 초점이 맞춰져 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 이에 따라, 결상면(3-2)의 빛의 세기 분포를 보정(compensation)한다.

[일실시예 3-5 : 15번째 관점]

일실시예 3-1 내지 3-4에서, 지문 채취면(1-1)상의 불규칙한 조도를 개선하기 위해 절단면(1-3)은 프리즘(1) 위에 형성되었다. 이와는 반대로, 일실시예 3-5에서는 도34A에서 보는 바와 같이, 높은 굴절류을 갖는 매칭 요소(9)를 통해 프리즘 표면(B-E)에 근접하여 광원(6)을 설치한다. 절단면(1-3)이 프리즘(1) 위에 형성되지 않는다. 이와 같은 구조에서, 빛은 프리즘 표면(B-E)에 의해 굴절되지 않고, 광원(6)에서 나온 빛은 거의 일정한 분산각을 유지하며 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 매칭 요소(9)에 대한 자료는 굴절률 매칭 해법이 알려져 있다. 그러나, 이 해법과 다른 물질, 예를 들어 점성을 갖는 에폭시를, 프리즘(1)과 물질의 굴절률에 따라 사용해도 지문 채취면(1-1)에 일정한 조도를 비추는 것에는 크게 영향을 미치지 않는다.

덧붙여서, 도34B에서와 같이, 절단면(1-3)이 프리즘(1)위에 형성되고, 광원(6)이 매칭 요소(9)를 통해 절단면(1-3)에 근접하여 설치된다.

일실시예 3-5에서, 간단한 장치로 고품질의 지문 영상을 얻고, 이에 따르는 부대 효과를 얻는다. 광원(6)에 의해 발생한 열이 매칭 요소(9)를 통해 프리즘(1)에 발산되기 때문에, 손가락에 땀이 생긴다. 그 결과 선명한 지문 영상을 얻게 된다.

[일실시예 4 : 16번째 내지 18번째 관점]

앞에서 설명한 본 발명의 16번째 내지 18번째 관점을 뒷받침하는 기술에 대해 설명하기로 한다. 지문 입력 장치는 구성 요소로 광학적 시스템을 구비하고, 설치 장소, 구동 능력등을 고려한 장치의 소형화가 요구된다. 이와 같은 간단한 지문 입력 장치를 실현하기 위해 표면에 고정시키는 형태의 LED가 광원으로 자주 사용된다. 도35는 종래 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타내고 있다. 도35에서, 부재 번호(6)은 광원(LED)을 나타내고, (11)은 앞쪽(11F)에 LED(6)가 고정된 기판, (1)은 프리즘, (3)은 빛 수신 장치를 나타낸다. 이 장치는 광로 분리 방법을 사용한다. LED(6)가 고정된 기판(11)은 프리즘(1)의 아래쪽 우측에 위치하고, 빛 차단막(1-2)은 프리즘(1)의 좌측에 설치된다. 이와 같은 배열에서, LED(6)에서 나온 빛은 프리즘(1)을 지나 지문 채취면(A-B)을 비춘다. 빛은 지문 채취면(A-B)위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되고, 프리즘(1)을 투과해 빛 수신 장치(3)의 렌즈(3-1)를 지나 결상면(CCD, 3-2)에 상을 형성한다.

그러나 이와 같은 지문 입력 장치에서, LED(6)의 측면과 후면에서 많은 양의 빛이 새어 나온다. 즉, LED(6)의 측면과 후면에서 누설되는 빛은 프리즘(1)에 입사되지 않기 때문에, 지문 채취면(A-B)에 대한 조도 효과는 미약한 편이다. 지문 대조 시스템의 대조 정밀도는 지문 영상이 제대로 입력되는지에 따라 많은 영향을 받는다. 따라서, 만일 지문 채취면(A-B)에 대한 조도 효과가 떨어지면, 지문 영상의 품질이 저하되고 그 결과 대조 정밀도가 악화된다.

덧붙여서, LED(6)와 기판(11)의 측면을 통해 전달된 빛과, 후면(11R)에서 새어나온 빛은 섬광이 되어 CCD(3-2)에 지문 영상이 형성될 때 잡음으로 유입된다. 그 결과, 지문 영상의 품질이 저하되고, 대조 정밀도가 악화된다.

도35에 점선으로 표시된 반사경(12)은 기판(11)의 후면에 위치하여, LED(6)와 기판(11)의 측면을 통해 전달된 빛과, 후면(11R)에서 새어 나온 빛을 프리즘(1)에 입사시킨다. 그러나 이와 같은 방법은 비용의 손실과 크기를 줄이는 데 있어 많은 제한을 받는다. 이 경우, 기판(11)을 통해 전달된 빛과 후면(11R)에서 새어 나온 빛이 기판(11)을 지나 프리즘(1)에 입사된다. 즉, 빛은 기판(11)을 두 번 지나게 되므로 빛의 세기가 감소하게 된다.

따라서 일실시예 4에서 크기를 줄이는 제한 없이 적은 비용으로 고품질의 지문 영상을 얻는다.

도36에 본 발명의 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타내었다. 도36의 부재 번호는 도35와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.

[일실시예 4-1 : 16번째 관점]

일실시예 4-1에서, 고반율을 갖는 필름(반사 필름,11-1)이 기판(11)의 앞면(11F)에 형성되어 있다. 즉, 기판(11)의 앞면(11F)에는 LED(6)가 고정되어 있다.

도37A와 도37B는 기판(11)에 반사 필름(11-1)이 어떻게 구성되어 있는가를 나타내고 있다. 전원 전극 패드(PA,PB)와 LED 전극 패드(P1₁,P1₂,P2₁,P2₂,P3₁,P3₂, P4₁,P4₂,P5₁,P5₂,P6₁,P6₂)는 금속 필름을 식각하여 기판(11)의 앞면(11F)에 형성한다.반사 필름(11-1)은 이들 전극 패드가 형성된 부분을 제외한 기판의 전체 영역에 형성된다.

코팅 방법, 인쇄 방법 등은 반사면(11-1)을 형성하기 위해 이용된다. 이 일실시예에서, 백 코팅 물질을 사용하는 화면 인쇄 방법에 의해 기판(11)의 앞면(11F)에 반사 필름(11-1)을 형성한다. 화면 인쇄에 대한 백 코팅 물질의 반사율은 80%이므로, 빛을 효과적으로 반사한다. 게다가, 백 코팅 물질은 빛을 분산/반사하기 때문에, 일정한 빛의 세기가 분포될 수 있다. 더 나아가, 구성 요소의 숫자 등과 같은 것은 화면 인쇄에 의해 기판(11)에 인쇄되고, 반사 필름(11-1)은 인쇄 과정과 동일한 과정으로 형성되고, 이 방법은 비용 절감의 효과를 갖는다.

도38A와 도38B에서와 같이, 반사 필름(1101)은 기판(11)위에 형성되고, LED(6-1)는 접합 지점(F)을 지나 LED 패드(P1₁,P1₂)에 연결되고, LED(6-2)는 접합 지점(F)을 지나 LED 패드(P2₁,P2₂)에 연결되고, LED(6-3)는 접합 지점(F)을 지나 LED 패드(P3₁,P3₂)에 연결되고, LED(6-4)는 접합 지점(F)을 지나 LED 패드(P4₁,P4₂)에 연결되고, LED(6-5)는 접합 지점(F)을 지나 LED 패드(P5₁,P5₂)에 연결되고, LED(6-6)는 접합 지점(F)을 지나 LED 패드(P6₁,P6₂)에 연결된다.

이와 같은 구조에서, LED(6-1 내지 6-6)의 측면과 후면에서 누설되는 빛은 기판(11)의 앞면(11F)에 있는 반사 필름(11-1)에 의해 반사되고, 프리즘(3)으로 입사된다. 그 결과, 지문 채취면(A-B)에 대한 조도 효과가 향상되고, 크기 축소에 대한 제한 없이 비용의 절감과 대조 정밀도를 얻는다.

[일실시예 4-2 : 17번째 관점]

일실시예 4-2에서, 빛 차단 필름(11-1')은 LED가 고정된 기판(11)의 앞면에 형성된다.

이 일실시예에서, 일실시예 1에서와 같이, 빛 차단 필름(11-1')은 화면 인쇄에 의해 형성된다. 그러나, 화면 인쇄에 대한 흑 코팅 물질이 빛 차단 필름에 이용되는 것을 주목한다. 빛 차단 필름(11-1')은 흑색이고, 빛은 코팅 물질에 흡수되기 때문에 기판(11)의 후면(11R)을 지나는 빛을 차단한다.

이와 같은 구조에서, LED(6-1 내지 6-6)의 측면과 후면에서 누설되는 빛은 기판(11) 앞면(11F)의 빛 차단 필름(11-1')에 의해 차단되어 기판(11)을 지나는 빛과, 후면(11R)에서 누설되는 빛을 차단한다. 그 결과, 많은 양의 섬광이 잡음으로 유입되어 CCD(3-2)에 형성되는 지문 영상이 감소되어 지문 영상의 품질이 향상된다. 따라서 크기 축소에 대한 제한 없이 비용의 절감과 대조 정밀도를 얻는다.

반사 필름(11-1)과 유사한 방법으로, 전극 패드(P)가 형성되는 부분을 제외한 기판의 전체 영역에, 빛 차단 필름(11-1')이 형성된다. 그러나 만일, 인쇄 부분이, 패드 부분부터 LED(6-1 내지 6-6)의 접속에 아무런 영향을 미치지 않는 범위까지 겹치게 되면, 빛의 누설은 보다 효과적으로 방지된다. 즉, 빛의 차단 특성이 향상된다.

[일실시예 4-3 : 18번째 관점]

일실시예 4-3에서, 고반사율을 갖고 빛을 차단하는 필름(11-1")은 LED(6)가 고정된 기판(11)의 앞면(11F)에 형성된다.

이 일실시예에서, 일실시예 1에서와 같이, 빛 반사/차단 필름(11-1")은 화면 인쇄에 의해 형성된다. 그러나, 화면 인쇄에 대한 백 코팅 물질이 빛 반사/차단 필름(11-1")에 이용되어 필름이 두꺼워진다. 백 코팅 물질은 두껍게 인쇄되기 때문에 기판(11)의 앞면(11F)에 의해 빛이 분산/반사된다.백 코팅 물질의 흡수도가 낮을지라도, 필름의 두께가 증가함에 따라 많은 양의 빛이 흡수된다. 백 코팅 물질은 필름의 두께에 따라 빛을 차단한다.

이와 같은 구조에서, LED(6-1 내지 6-6)의 측면과 후면에서 누설되는 빛은 기판(11)의 앞면(11F)에 있는 빛 반사/차단 필름(11-1")에 의해 반사되어 프리즘(1)에 입사된다. 그 결과, 지문 채취면(A-B)에 대한 조도 효과와 대조 정밀도가 향상된다. 게다가, LED(6-1 내지 6-6)의 측면과 후면에서 누설되는 빛은 기판(11)의 앞면(11F)에 있는 빛 반사/차단 필름(11-1")에 의해 차단되어 기판(11)을 지나는 빛과, 기판의 후면(11R)에서 누설되는 빛을 차단한다. 그 결과, 많은 양의 섬광이 잡음으로 유입되어 CCD(3-2)에 형성되는 지문 영상이 감소하여, 지문 영상의 품질과 대조 정밀도가 향상된다.

일실시예 4-2에서와 마찬가지로, 일실시예 4-3에서, 인쇄 부분이, 패드 부분부터 LED(6-1 내지 6-6)의 접속에 아무런 영향을 미치지 않는 범위까지 겹치게 되면, 빛의 누설은 보다 효과적으로 방지된다. 즉, 빛의 차단 특성이 향상된다.

[일실시예 4-4 : 18번째 관점]

일실시예 4-3에서 빛 반사/차단 필름(11-1")은 화면 인쇄에 의해 형성되었다. 이와는 반대로, 일실시예 4-4에서 빛 반사/차단 필름(11-1")은 금속 필름을 이용하여 형성한다.

이 경우에, 전극 패드(PA,PB,P1₁,P1₂내지 P6₁,P6₂)가 식각에 의해 기판(11)의 앞면(11F)에 형성되면, 각각의 전극 패드(P) 주변에 간극이 확보되고, 금속 필름은 간극의 바깥쪽에 남게 된다(도39A). 남아 있는 금속 필름이 빛 반사/차단 필름(11-1")이다.

금속 필름의 표면은 빛을 효과적으로 반사시킨다. 게다가, 빛이 필름을 통해 전달되지 않기 때문에 빛 차단 효과가 확실해진다. 일실시예 4-4는 빛 반사/차단 필름(11-1")으로 금속 필름을 사용하여, 일실시예 4-3과 동일한 효과를 얻는다.

도39A에서, 상대적으로 두꺼운 백 코팅은, 화면 인쇄에 의해 각각의 패드(P) 주변에 확보된 간극(GA,GB,G1₁,G1₂,내지 G6₁,G6₂)위에 형성된다. 이와 같은 코팅으로, 각각의 패드(P)는 서로간에 확실하게 절연되어 빛 차단 특성이 향상된다.

[일실시예 4-5 : 16번째 내지 18번째 관점]

상기에서 설명한 일실시예 4-1 내지 4-4에서, 본 발명은 광학적 분리 방법을 이용한 지문 입력 장치에 적용된다. 그러나, 본 발명은 또한 전반사 방법을 이용하는 지문 입력 장치에도 적용된다. 도40에서 보는 바와 같이, 전반사 방법을 이용하는 지문 입력 장치에서, LED(6)가 고정된 기판(11)은 프리즘(1)의 아래쪽 좌측에 위치하고, LED(6)에서 나온 빛은 분광판(7)과 프리즘(1)을 지나 지문 채취면(A-B)을 비춘다. 이와 같은 배열에서, 반사 필름(11-1), 빛 차단 필름(11-1') 또는 빛 반사/차단 필름(11-1")은 기판(11)의 앞면(11F)에 형성되는데, 이때 기판(11)은 광학적 분리 방법을 이용하는 지문 입력 장치와 마찬가지 방법으로 LED(6)을 고정시킨다.

[일실시예 5 : 19번째 내지 24번째 관점]

앞에서 설명한 본 발명의 19번째 내지 24번째 관점을 뒷받침하는 기술에 대해 설명하기로 한다. 지문 대조 시스템의 대조 정밀도는 지문 영상이 제대로 입력되었는지의 여부에 따라 크게 좌우된다. 예를 들어, 먼지 등과 같은 것이 프리즘과 렌즈를 포함하는 광학적 시스템에 부착되어 지문 영상 입력 동작에 영향을 미치면, 방해 요소가 되는 빛이 CCD의 결상면에 유입된다. 만일 방해 요소가 되는 빛이 CCD의 결상면에 유입되면, 지문 영상이 흐려지게 된다. 따라서 선명한 지문 영상을 얻지 못하게 된다. 일반적으로, 지문 입력 장치 전체를 감싸는 몸체 케이스는, 장해 요인으로부터 장치를 보호하기 위해 밀폐된 구조로 만들어진다.

도41은 종래 지문 장치의 핵심부분을 나타내고 있다. 도41에서, 부재 번호(6)은 광원을 나타내고, (1)은 프리즘, (13)은 프리즘 홀더, (3)은 빛 수신 장치, (14)는 몸체 케이스를 나타낸다. 광원(6)은 프리즘(1)의 아래 우측에 위치한다. 프리즘(1)은 프리즘 홀더(13)에 의해 지지된다. 프리즘 홀더(13)는 몸체 케이스(14)에 고정되고, 프리즘(1)의 지문 채취면(1-1)은 몸체 부분(14)의 손가락을 놓는 입구 부분(14-1)의 반대편에 있다. 빛 수신 장치(3)는 렌즈(3-1), 결상면(CCD,3-2), 결상면 케이스(3-3)를 포함한다. 몸체 케이스(14)는 밀폐 구조를 갖는다.

이 지문 입력 장치에서, 광원(6)에서 나온 빛은 프리즘(1)을 통해 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 지문 채취면(1-1)위에 놓인 손가락 패턴면에 의해 반사된 빛은 프리즘(1)을 투과하여 빛 수신 장치(3)의 렌즈(3-1)를 통해 결상면(3-2)위에 상을 형성한다. 이 경우, 밀폐된 구조를 갖는 몸체 케이스(14)는, 먼지 등과 같은 것이, 렌즈(3-1)를 포함하는 광학적 시스템에 부착되는 것을 방지하고, 또한 외부의 빛이 결상면(3-2)에 유입되는 것을 방지한다.

그러나, 이와 같은 종래의 지문 입력 장치에서는, 광원(6)에서 나온 빛이 프리즘(1)을 우회하여 결상면(3-2)로 유입되는 것을 막지는 못한다. 게다가, 몸체 케이스(14)가 밀폐 구조를 갖기 때문에, 광원(6)과 케이스 내부에서 발생하는 열을 방출시키기 어렵다. 장치는 이 열로 인해 성능이 저하된다. 게다가, 몸체 케이스(14)가 무겁기 때문에 장치의 중량을 감소하는데 제한을 받는다.

따라서 일실시예 5는 광학적 시스템에 먼지 등이 부착되는 것을 방지하고, 몸체 케이스가 밀폐 구조를 갖지 않고도 결상면(3-2)에 유입되는 방해 요소를 방지함으로써 고품질의 지문 영상을 얻는다.

[일실시예 5-1]

도42는 본 발명(일실시예 5-1)에 따른 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타내고 있다. 도42의 부재 번호는 도41과 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.

일실시예 5-1에서, 빛 차단 커버(15)는 프리즘(1)과 빛 수신 장치(3')사이에 위치하여, 광로가 외부와 분리되는 동안, 프리즘(1)의 출구 표면(1-4)과 결상면(3-2)사이의 광로에 상이 생기는 것을 막는다. 이 경우, 프리즘(1)을 지지하는 프리즘 홀더(13')는, 프리즘(1)의 출구 표면(1-4)과 마주 보는 부분에 형성되는 입구(13-1, 13-2)와, 광원(6)에서 나온 빛이 입사되는 입사면(1-5)을 갖는다(도43). 빛 차단 커버(15)의 한쪽 끝부분인 입구(15-1)는, 고정된 구조를 갖는 프리즘 홀더(13')의 입구(13-1)와 짝을 이룬다. 빛 차단 커버(15)의 다른쪽 입구(15-2)는 고정된 구조를 갖는 결상면 커버(3-3')의 입구(3-3a)와 짝을 이룬다. 몸체 케이스(14')에는 많은 공기 구멍(14-2)이 있음에 주의한다.

이 지문 입력 장치에서, 광원(6)에서 나온 빛은 프리즘(1)을 통해 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 지문 채취면(1-1)위에 놓인 손가락 패턴면에 의해 반사된 빛은 프리즘(1)의 출구면(1-4)을 투과하여 렌즈(3-1)를 통해 결상면(3-2)위에 상을 형성한다. 이 경우, 빛 차단 커버(15)는 렌즈(3-1), 공기 구멍(14-2)를 통해 결상면(3-2)으로 유입되는 외부광(방해 요소 1), 프리즘(1)을 우회하여 결상면(3-2)으로 유입되는,광원(6)에서 나오는 빛(방해 요소 2) 등을 포함하는 광학적 시스템에 먼지와 같은 이물질이 부착되는 것을 방지한다.

이 지문 입력 장치에서, 광원(6)과 몸체 케이스(14') 내부에서 발생한 열은, 몸체 케이스(14')에 형성된 공기 구멍을 통해 방출된다. 몸체 케이스(14')에 있는 공기 구멍(14-2)으로 인해 몸체 케이스(14')의 중량이 감소됨에 따라 장치의 총중량이 감소된다. 게다가, 빛 차단 커버(15)가 구성 요소의 성능을 강화시키기 때문에, 광학적 시스템 구성 요소간의 위치적 관계는 다양한 외부 인자에 대해 상호 보완 작용을 함에 따라, 형성된 영상이 갖는 문제점(크기, 위치, 찌그러짐 등)을 방지하고, 안정된 지문 영상이 입력되도록 한다.

이 일실시예에서, 광학적 잡음 처리는 빛 차단 커버(15)의 내부 벽면에 대해 수행한다. 더욱이, 빛 차단 커버(15)의 내부 벽면에 흑 매트 코팅을 형성하여, 프리즘(1)을 투과하고 결상면(3-2)에 유입되는 광학적 잡음을 차단한다. 빛 차단 커버(15)가 없으면, 프리즘(1)을 투과하는 방해 요소는 결상면(3-2)에 유입되지 않는다. 그러나 빛 차단 커버(15)가 있으면, 빛은 반복적으로 빛 차단 커버의 내부 벽면에 반사되어 결상면(3-2)에 유입된다. 이와 같은 이유로 해서, 빛 차단 커버의 내부 벽면에 흑 매트 코팅을 형성하여 결상면(3-2)에 유입되는 방해 요소를 차단한다. 광학적 잡음 처리는, 정전기 코팅에 의한 매끄러운 코팅면을 형성하는 방법과, 평평하지 않은 내부 벽면을 형성하는 방법등과 같은 흑 매트 코팅 방법에 의해 수행된다. 즉, 결상면(3-2)에 유입되는 빛은 빛 차단 커버(15)의 내부 벽면에 흡수 또는 넓게 반사시킴으로써 차단된다.

이 일실시예에서, 빛 차단 커버(15)의 내부 벽면에 고반사율을 갖는 필름이 형성된다. 이와 같은 구조에서, 광원(6)에서 프리즘(1)으로 직접 비춰지지 않는 빛은, 빛 차단 커버(15)의 내부 벽면에 있는 고반사 필름에 의해 반사되어 프리즘(1)으로 입사됨으로써 조도 효과를 향상시킨다.

이 일실시예에서, 빛 차단 커버(15)는 고정 구조를 갖는 몸체 부분과 쌍을 이루기 때문에, 광학적 시스템 위치 효과를 얻는다. 게다가, 프레임과 커버는 상호간에 조금의 간격도 없이 쌍을 이루기 때문에, 빛 차단 효과와 방진 효과가 향상된다. 이 경우, 만일 빛 차단 커버(15)가 고정 구조를 갖는 몸체를 일시적으로만 보호하면, 이후에 몸체를 나사로 죄어 보강 효과를 향상시킨다.

[일실시예 5-2]

도44는 본 발명(일실시예 5-2)에 따른 지문 입력 장치의 핵심 부분을 나타내고 있다. 일실시예 5-2에서 광원(6')에 광원 커버(16)를 준비한다. 광원 커버(16)는 프리즘(1)에 대해 출구면을 제외한 부분의 광원(6')을 커버한다. 덧붙여서, 광원 커버(16)와 빛 차단 커버(15)는 절대적으로 필요한 구성 요소다.

이 지문 입력 장치에서, 프리즘(1)에 대해 광원(6')이 갖는 조도 효과는 광원 커버(16)에 의해 햐상된다. 빛 차단 커버(15)와 광원 커버(16)를 필수적으로 구비함으로써, 구성 인자의 수와 제조 단계가 간소화되어 비용 절감의 효과를 얻는다. 게다가, 빛 차단 커버(15)와 광원 커버(16)가 동시에 있으면, 조립 동작이 용이하고 조립 시간이 단축된다. 빛 차단 커버(15)와 광원 커버(16)를 필수적으로 구비하면, 한번에 몰딩이 이루어져 별도의 몰딩이 필요 없게 된다.

이 일실시예에서, 일실시예 5-1에서와 같이, 광학적 잡음 처리는, 빛 차단 커버(15)의 내부 벽면, 빛 차단 커버(15)의 외부 벽면 또는 광원 커버(16)에 형성된 고반사율을 갖는 필름에 대해 수행하고, 고정 구조를 갖는 몸체와 쌍을 이루는 빛 차단 커버(15)와 광원 커버(16)를 필수적으로 구비한다. 이 일실시예에서, 만일 고반사율을 갖는 필름이 광원 커버(16)의 내부 벽면에 형성되면, 반사율이 증가되어 조도 효과가 향상된다.

일실시예 5-1과 5-2에서, 결상면(3-2)에 지문 영상을 형성하기 위해 렌즈(3-1)이 사용되었다. 그러나 렌즈(3-1) 대신 핀홀을 사용할 수도 있다.

일실시예 5-1(도42)에서, 광학적 시스템은 광로 분리 방법에 따라 배열되었지만 전반사 방법에 따라 배열될 수도 있다. 전반사 방법에 따르면, 광원(6)은 프리즘(1)의 아래 좌측에 위치하여, 광원(6)에서 나온 빛은, 프리즘(1)을 지나 지문 채취면(1-1)을 비춘다. 그러나 이와 같은 배열에서, 프리즘(1)의 아래 좌측에 광원(6)에 대한 공간이 확보되어야 하기 때문에(빛 수신 장치 3'의 반대편), 장치의 크기를 축소하는데 제한을 받는다. 일실시예 5-2(도44)는 광로 분리 방법에 따라 광학적 시스템을 배열하는데 적합한 경우이다.

제 1 관점과 제 1관점에 관련된 제2, 제4, 제5, 제6, 제7번째 관점에 따르면, 빛은 지문 채취면 위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 직접 또는 간접적으로 반사되어, 핀홀을 지나 프리즘을 투과하여, 프리즘의 광학적 지문 채취면과 거의 평행을 이루는 결상면에 상을 형성한다. 이와 같은 배열에서, 광로 비율은 일정하기 때문에, 지문 채취면의 한 점은 결상면의 한점으로 상을 맺고, 흐려짐과 찌그러짐이 크게 줄어들어 고품질의 지문 영상을 얻는다.

제3번째 관점과 제 3번째 관점에 관련된 제4, 제5,제6, 제7번째 관점에 따르면, 제 1 프리즘 측의 광학적 시스템과 제 2 프리즘 측의 광학적 시스템은 서로 유사하다. 이와 같은 배열에서, 빛은 지문 채취면 위에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 직접 또는 간접적으로 반사되어, 핀홀을 지나 제 1 프리즘을 투과하고 제 2 프리즘을 통해 결상면에 상을 형성한다. 흐려짐과 찌그러짐이 동시에 제거됨으로써 고품질의 지문 영상을 얻는다.

제 8번째 관점에 따르면, 결상면은 흐려짐을 방지하기 위해 광축에 대해 기울기를 갖고, 렌즈의 중심축은 사다리꼴 모양의 찌그러짐을 방지하기 위해 광축에 대해 기울기를 갖는다. 이와 같은 배열에서, 결상면에 혈성되는 지문 영상의 빛의 세기는, 광원의 빛의 강도를 증가시키지 않고 즈가시킬수 있다. 또한 흐려짐이 제한되는 조건하에서 사다리꼴 모양의 찌그러짐이 크게 제한되어 고품질의 지문 영상을 얻는다.

제 9번째 관점에 따르면, 광원에서 나온 빛은 절단면을 지나 프리즘에 입사되어 거의 일정한 분산가을 갖고 지문 채취면을 비춘다. 따라서, 빛은 지문 채취면에 불규칙한 조도를 갖지 않는 간편한 구조를 실현하기 위해 프리즘에 근접해 놓일 수 있다. 즉, 장치 크기의 축소와 지문 영상의 품질 향상을 동시에 얻을 수 있다.

제 10번째 관점에 따르면, 지문 채취면으로부터 결상면 쪽으로 빛을 전파하는 광로에 생기는 상은 프리즘에서 차단되지 않아 광원의 영상이 결상면에 비춰지지 않는다. 이와 같은 이유로 해서, 장치 크기의 축소와 지문 영상의 품질 향상을 동시에 얻을 수 있다.

제 11번째 관점에 따르면, 지문 채취면으로부터 결상면 쪽으로 빛을 전파하는 광로에 생기는 상은 프리즘에서 차단되지 않아 광원의 영상이 결상면에 비춰지지 않는다. 게다가, 광원에서 나온 빛은 지문 채취면에 의해 전반사되지 않는다. 제 10번째 관점에서 얻은 효과에 덧붙여서, 지문 영상에 악영향을 미치는 전반사를 방지하는 효과를 얻는다.

제 12번째 관점에 따르면, 지문 채취면으로부터 결상면 쪽으로 빛을 전파하는 광로에 생기는 상은 프리즘에서 차단되지 않고, 절단면에 대해 빛 차단 효과를 갖기 때문에 결상면에 광원의 영상이 비춰질 가능성이 없다. 따라서 절단면이 커질수록 장치의 크기는 더 축소될 수 있다.

제 13번째 관점에 따르면, 광원에서 나온 빛은 오목한 절단면을 통해 프리즘에 입사된다. 이와 같은 배열에서, 지문 채취면에 대한 조도는 평평한 절단면을 갖는 경우와 비교할 때, 일정하게 이루어진다.

제 14번째 관점에 따르면, 광원에서 나온 빛은, 절단면의 안쪽 오목면에 의해 분산되고, 절단면 바깥쪽 볼록면에 초점이 맞춰져 지문 채취면을 비춘다. 이와 같은 배열에서, 결상면의 빛의 세기가 일정하게 분포된다.

제 15번째 관점에 따르면, 광원에서 나온 빛은 매칭 요소를 지나 프리즘에 입사되어 거의 일정한 분산각을 갖고 지문 채취면을 비춘다. 이와 같은 배열에서, 장치 크기의 축소와 지문 영상의 품질 향상을 동시에 얻을 수 있다. 이와 같은 장치의 배열에서, 프리즘이 절단면을 구비할 필요는 없다. 덧붙여서, 광원에서 발생한 열이 매칭 요소를 통해 프리즘으로 방출되기 때문에 손가락에 땀이 나게 되어, 부가적으로 선명한 지문 영상을 얻는 효과가 있다.

제 16번째 관점에 따르면, 광원의 측면과 후면에서 누출되는 빛은 기판 표면에 있는 반사 필름에 의해 반사되어 프리즘으로 입사된다. 그 결과, 지문 채취면에 대한 조도 효과가 향상되어, 크기 축소에 관계없이 저렴한 비용으로 고품질의 지문 영상을 얻는다.

제 17번째 관점에 따르면, 광원의 측면과 후면에서 누출되는 빛은 기판 표면에 있는 빛 차단 필름에 의해 차단되어 기판을 통해 후면에서 누출되는 것을 방지한다. 그 결과, 방향을 잃은 많은 양의 빛이 잡음으로 유입되어 결상면에 생기는 지문 영상이 감소하게 됨에 따라, 크기 축소에 관계없이 저렴한 비용으로 고품질의 지문 영상을 얻는다.

제 18번째 관점에 따르면, 광원의 측면과 후면에서 누출되는 빛은 기판 표면에 있는 빛 반사/차단 필름에 의해 반사되어 프리즘으로 입사된다. 덧붙여서, 광원의 측면과 후면에서 누출되는 빛은 기판 표면에 있는 빛 반사/차단 필름에 의해 차단되어 기판을 통해 후면에서 누출되는 것을 방지한다. 따라서 제16, 제17번째 관점의 두가지 효과를 모두 얻는다.

제 19번째 관점에 따르면, 광로가 외부와 분리되는 동안, 프리즘의 출구 표면과 결상면 사이의 광로에 상이 생기는 것을 막는 빛 차단 커버는, 먼지등과 같은 이물질이 광학적 시스템에 부착되는 것을 확실하게 방지하고, 결상면에 유입되는 방해 요소를 방지함으로써 고품질의 지문 영상을 얻는다. 게다가, 빛 차단 커버는 구성 요소의 성능을 강화시키기 때문에, 광학적 시스템 구성 요소간의 위치적 관계는 다양한 외부 인자에 대해 상호 보완 작용을 한다. 따라서, 형성된 영상이 갖는 문제점(크기, 위치, 찌그러짐 등)을 방지하고, 안정된 지문 영상이 입력되도록 한다.

제 20번째 관점에 따르면, 제 19번째 관점에서, 광학적 잡음 처리는 빛 차단 커버의 내부 벽면에 대해 수행되기 때문에, 프리즘에서 투과되는 방해 요소가 광학적 잡음으로 결상면에 유입되는 것을 방지한다.

제 21번째 관점에 따르면, 제19 또는 제 20번째 관점에서, 고반사율을 갖는 필름이 빛 차단 커버의 외부 벽면에 형성되기 때문에, 광원에서 나와 프리즘을 직접적으로 비추지 않는 빛은, 고반사율을 갖는 필름에 의해 반사되어 프리즘에 입사된다. 그 결과, 조도 효과가 향상된다.

제 22번째 관점에 따르면, 광원 커버는 프리즘에 대해 출구면을 제외한 부분광원을 커버하기 때문에 프리즘에 대한 조도 효과가 향상된다. 게다가, 빛 차단 커버와 광원 커버는 필수적으로 구비되기 때문에 구성 요소의 수가 간소화되어 비용 절감의 효과를 얻는다.

제 24번째 관점에 따르면, 빛 차단 커버 입구의 한쪽 끝부분은 고정 구조를 갖는 프리즘의 출구면과 마주 보는 프리즘 홀더의 입구와 쌍을 이루고, 다른 쪽에 있는 빛 차단 커버의 입구 부분은 고정 구조를 갖는 결상면 케이스의 입구 부분과 쌍을 이룬다. 따라서, 이들 구성 요소들이 나사 등과 같은 것으로 완전히 조립되면, 세 가지 구성 요소, 즉, 프리즘(프리즘 홀더), 빛 차단 커버, 결상면 커버는 일시적으로 안전성을 갖는다. 덧붙여서, 쌍을 이루는 부분에는 상호 간격이 없기 때문에, 광학적 시스템이 갖는 위치 효과만큼 빛 차단 효과와 방진 효과가 향상된다.

Claims

지문 입력 장치에 있어서, 단방향을 갖는 지문 채취면(A-B)에 위치한 프리즘(1)과; 상기 프리즘을 통해 지문 채취면 위에 빛을 비추는 광원(10-31)과 ; 상기 지문 채취면에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 비스듬한 각도로 반사되어 상기 프리즘을 투과하는 광로(path of light)에 위치한 핀홀(PH)과; 상기 프리즘을 투과하고 상기 핀홀을 통과한 빛이 상으로 형성되는 결상면(I-J)을 포함하고, 프리즘이 공기로 대체될 경우, 상기 지문 채취면에 대응되는 광학적 지문 채취면은 실질적으로 상기 결상면과 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 지문 입력 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학적 지문 채취면이 상기 지문 채취면에 대해 찌그러짐을 갖고, 상기 결상면이 소정의 각도만큼 회전하는 것을 특징으로 하는 지문 입력 장치.
지문 입력 장치에 있어서, 단방향을 갖는 지문 채취면(A-B)에 위치하는 제 1 프리즘(1)과 ; 상기 제 1 프리즘을 통과한 지문 채취면에 빛을 비추기 위한 광원(10-31)과; 상기 지문 채취면에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되어 상기 제 1 프리즘을 투과하는 광로(path of light)에 위치한 핀홀(PH)과; 상기 제 1 프리즘을 투과하고 상기 핀홀을 통과한 빛을 상으로 형성하는 결상면(I-J)과; 그리고 상기 결상면 앞쪽에 위치한 제 2 프리즘(4)을 포함하고, 상기 제 1 프리즘의 지문 채취면은 실질적으로 상기 결상면과 평행을 이루고, 상기 제 1 프리즘의 지문 채취면은 상기 결상면 측의 상기 제 2 프리즘 표면과 평행을 이루고, 상기 핀홀에 대응하는 상기 제 1 프리즘의 투과면은 실질적으로 상기 핀홀에 대응하는 상기 제 2 프리즘의 입사면과 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 지문 입력 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 핀홀의 위치 조정을 위한 핀홀 위치 조정 수단(10-35)을 구비하는 것을 특징으로 하는 지문 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 핀홀 위치 조정 수단은 수동으로 조정되는 메카니즘으로 구성되고, 상기 장치는 상기 결상면에 형성되는 지문 영상을 나타내기 위한 표시부(10-2)를 구비함을 특징으로 하는 지문 입력 장치.
제4항에 있어서, 상기 핀홀 위치 조정 수단은 상기 핀홀의 위치를 자동으로 조정하는 것을 특징으로 하는 지문 입력 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원은 LED 또는 레이저 빔 방사체로 구비됨을 특징으로 하는 지문 입력 장치.
지문 입력 장치에 있어서, 단방향을 갖는 지문 채취면(A-B)에 위치한 프리즘(1)과; 상기 프리즘을 통과한 지문 채취면에 빛을 비추기 위한 광원(6)과; 상기 지문 채취면에 놓인 손가락의 패턴면에 의해 반사되어 상기 프리즘을 투과하는 광로(path of light)에 위치한 핀홀(PH)과 ; 상기 핀홀의 후면에 근접한 렌즈(5-2)와 ; 상기 프리즘을 투과하고 상기 핀홀과 상기 렌즈를 통과한 빛이 상으로 형성되는 결상면(a-b)을 포함하고, 상기 지문 채취면의 중심과 상기 결상면의 중심을 연결하는 일직선은 광축이 되고, 상기 결상면은 흐려짐을 방지하기 위해 광축에 대해 기울기를 갖고, 상기 렌즈의 중심축은 사다리꼴의 찌그러짐을 방지하기 위해 광축에 대해 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 지문 입력 장치.