KR100402700B1 - 광학 지문입력 장치 - Google Patents

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KR100402700B1
KR100402700B1 KR10-2000-0084139A KR20000084139A KR100402700B1 KR 100402700 B1 KR100402700 B1 KR 100402700B1 KR 20000084139 A KR20000084139 A KR 20000084139A KR 100402700 B1 KR100402700 B1 KR 100402700B1
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김현
안종우
조용상
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씨큐트로닉스 (주)
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Abstract

본 발명은 광학 지문입력 장치에 관한 것으로, 판형태로 이루어지고 일측에 소정 각도로 기울어진 경사면이 형성된 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재과, 상기 지문 접촉 부재에서 상기 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과, 상기 지문접촉 부재의 경사면 측에 설치되어 있는 포커싱수단과, 카메라로 구성된다.
이와 같이, 본 발명은, 지문 접촉부재의 일측에 액체성분으로부터 반사된 빛의 굴절각으로는 투과하지 못하는 경사각의 경사면을 형성하여 이 경사면을 통해 순수한 지문 이미지의 빛만을 선택적으로 추출함으로써, 손에 묻은 땀이나 기름 등의 액체성분에 의한 노이즈화상을 제거하여 지문의 인식오류가 발생되는 것을 방지하고 프리즘을 사용하지 않아 두께를 소형화할 수 있다.

Description

광학 지문입력 장치 {Optical type finger print input device}
본 발명은 광학 지문 입력장치에 관한 것으로, 땀과 기름 등의 액체성분에 의한 노이즈 없이 선명한 지문화상을 얻을 수 있고 두께를 줄일 수 있는 구조로 되어 있는 광학 지문 입력장치에 관한 것이다.
일반적으로, 인간의 생체정보 중 지문정보를 획득하는 방법으로는 손가락의 지문부위를 종이에 찍은 후 스캐너나 카메라와 같은 화상 입력장치를 이용하는 간접적인 방법과 광학적인 방법, 그리고 전기장 등과 같은 비광학적인 방법이 있다.
이중 가장 효율적이면서 보편화된 방법이 광학적인 방법으로, 광학적으로 지문을 입력하는 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 손가락의 지문부위에 빛을 비추는 광원(1)과, 이 광원으로부터 발생된 빛을 확산시키는 확산판(2)과, 프리즘(3)과, 프리즘의 지문 채취면(3-a)에 형성되는 지문을 결상(結像)하는 렌즈(4)와, 렌즈(4)에 결상된 지문형상을 전기적 신호로 바꾸는 고체촬상소자(Charge Coupled Device; "CCD") 카메라(5)로 구성된다.
이러한 광학 지문 입력장치는 프리즘(3)의 지문접촉면(3-a)에 손가락의 지문부위를 접촉시키면 광원(1)의 빛이 지문의 골과 융선에서 반사와 흡수되고 이 중 반사된 빛이 프리즘(3)으로 입사되어 렌즈(4)에 결상되며 렌즈(4)에 결상된 빛이 고체촬상소자 카메라(5)로 촬영됨으로써, 지문의 영상이 입력된다.
그런데, 상기한 종래의 광학 지문 입력장치는, 손가락에 땀(또는 물)이나 기름 등의 액체성분이 묻으면 이 액체성분에서 반사된 빛이 카메라로 입사됨으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 지문 화상에 노이즈가 발생되고 이로 인해 지문의 융선과 골을 분별하기 어려워 신원인식에 오류가 생기는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 광학 지문 입력장치는, 프리즘의 두께로 인해 기구의 소형화에 제한을 받는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 손가락의 지문부위로부터 반사되는 빛을 그 굴절각에 따라 분리함으로써, 땀이나 기름 등의 액체성분에 의한 노이즈화상을 제거하고 프리즘을 유리판 또는 플라스틱 판으로 대체하여 두께를 감소시킬 수 있는 광학 지문입력장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 광학 지문입력장치에 대한 개략도,
도 2는 지문부위의 액체성분에 의해 노이즈가 발생된 지문 이미지에 대한 일예를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도,
도 4는 도 3에 도시된 지문접촉 부재의 정면도,
도 5는 도 3에 대해 작용을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 의해 지문부위의 액체성분에 의해 노이즈를 제거하고 얻은 순수한 지문 이미지에 대한 일예를 나타낸 도면,
도 7의 (a) 내지 (d)와 도 8의 (a) 및(b)는 본 발명의 작용 원리를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도,
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도,
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도,
도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지문접촉 부재의 평면도,
도 14는 도 13의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 지문접촉 부재 20: 점광원
30: 핀홀 40: 렌즈
50: 반사부재 60: 카메라
70: 판재 100: 굴절부재
110: 광도파 부재 170: 빛 차단부재
250: 빛살 분리부재 F: 손가락
R: 지문의 융선 부위 V: 지문의 골 부위
M: 액체성분
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 판형태로 이루어지고 일측에 소정 각도로 기울어진 경사면이 형성된 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재와, 상기 지문 접촉 부재에서 상기 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과, 상기 지문접촉 부재의 경사면 측에 설치되어 있는 포커싱수단과, 카메라로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 판형태로 이루어지고 일측에 소정 각도로 기울어진 경사면이 형성된 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재와, 상기 지문접촉 부재에서 상기 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과, 빛이 투과될 수 있는 굴절률이 서로 다른 매질들을 복수개 정합하여 이루어지고 그 일측이 상기 지문접촉 부재의 경사면에 정합되는 굴절부재 및, 카메라로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 판형태로 이루어지고 일측에 소정 각도로 기울어진 경사면이 형성된 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재와, 상기 지문접촉 부재에서 상기 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과, 상기 지문접촉 부재의 경사면으로부터 나오는 빛을 유도하는 광도파 부재와, 상기 광도파 부재의 출구 쪽에 설치되는 포커싱수단과, 카메라로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제4실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 판형태로 이루어지고 빛이 투과될 수 있는 굴절률이 서로 다른 한쌍의 매질을정합하여 이루어지며 각 매질의 일측에 소정 각도로 기울어진 경사면이 형성되어 있는 지문접촉 부재와, 상기 지문 접촉부재의 양 매질 중 상단에 위치한 매질에서 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과, 상기 양 매질의 경사면에 각각 설치되어 있는 한쌍의 포커싱수단과, 이용자의 조작에 의해 위치가 이동되어 상기 한쌍의 포커싱수단 각각으로부터 나오는 빛을 선택적으로 차단하는 빛 차단부재와, 카메라로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제5실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 판형태로 이루어지고 일측에 소정 각도로 기울어진 경사면이 형성됨과 더불어 저면이 경사진 형태로 되어 있는 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재과, 상기 지문접촉 부재의 저면에 설치된 공기층과, 상기 공기층의 하부에 설치되어 빛이 투과될 수 있는 재질의 매질과, 상기 지문접촉기구의 경사면에 대해 반대쪽 측면에 배열된 광원과, 상기 지문접촉 부재의 경사면과 상기 매질의 하부에 각각 설치된 한쌍의 포커싱수단과, 이용자의 조작에 의해 위치가 이동되어 상기 한쌍의 포커싱수단 각각으로부터 나오는 빛을 선택적으로 차단하는 한쌍의 빛 차단부재와, 상기 한쌍의 포커싱수단으로부터 나오는 빛을 각각 입사받는 한쌍의 카메라로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시예에 따른 광학 지문입력장치는,일 측면(10-a)에 임의의 각도( alpha )로 경사를 준 지문 접촉부재(10)의 다른 쪽 양 측면(10-b, 10-c)에 복수개의 점광원(20)을 설치하였다. 여기서, 지문 접촉부재(10)는은 빛을 원활하게 투과할 수 있는 판 형태의 매질로 이루어지는데, 예컨대, 유리판 또는 투명한 플라스틱판 등으로 제작할 수 있다. 그리고, 상기 복수개의 점광원(20)은 발광다이오드소자(Lightening Emitter Diode; "LED")일 수 있다.
여기서, 지문접촉부재(10)의 일측면(10-a)의 경사각( alpha )은 그 부재 내에서 내부 반사되어 나오는 출력광선이 지문접촉부재(10)의 일측면(10-a)에 설치되는 핀홀(30)과 렌즈(40) 및 반사부재(50)에 의해 카메라(60)로 입사될 수 있는 각도로 설정된다.
여기서, 상기 카메라(60)는 상보성금속산화막(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor; "CMOS") 이미지센서를 사용하는 것이 바람직하다. 종래의 고체촬상소자형 카메라는 광학계에 의해 형성된 상을 전기적인 신호로 변환하는데, 이 전기적인 신호를 지문비교장치에 사용할 수 있도록 하기 위해 이미지 그래버 보드 또는 A/D 변환 회로를 별도로 부착하여 아날로그 영상을 디지털 신호로 변환하였던 바, 이와 같은 많은 수의 부가장치에 의해 기기를 소형화시키기 어렵다. 이에 반해, 상보성금속산화막 이미지센서는 이미지 그래버 보드 또는 A/D 변환 회로를 별도로 부착할 필요가 없으므로 기기의 부피를 감소시키기 용이하다,
그리고, 복수개의 점광원(20)이 설치된 지문접촉부재(10)의 양 측면(10-b, 10-c)은 도 4를 참조하면 알 수 있듯이, 복수개의 점광원(20)으로부터 발산되는 빛이 지문접촉부재(10)의 상부면 즉, 지문접촉면(10-d)에 고르게 향하도록 소정의 각도(β)로 경사지게 형성한다. 이는 필수적인 것은 아니나, 상기와 같은 경사각도(β)를 줌으로서 보다 작은 광량으로도 지문접촉면(10-d)을 밝게 비출 수 있어 바람직하다.
또한, 지문 접촉부재(10)의 하부에는 지문의 융선(R)과 골(V)의 대조비를 향상시키기 위해 어두운 색상(일예로, 검은색)의 소정재질(예컨대, 종이 등)로 된 판재(70)를 설치한다. 본 발명의 다른 실시예로는, 휴대전화단말기 등에 이용할 수 있도록 상기 어두운 색상의 판재(70)를 대신하여 액정표시소자(Liquid Crystal Display) 등을 설치할 수도 있다. 이와 같이 액정표시소자를 설치할 경우에는 지문 접촉부재(10)를 통해 액정표시소자 상에 표시되는 내용을 볼 수 있어 편리하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 광학 지문입력장치에서 지문접촉부재(10)로 유리판을 사용하였을 때를 예로 들어 그 작용을 설명하면 다음과 같다,
지문접촉부재(10)로 유리판을 사용하였을 경우, 경계면을 갖는 공기, 유리, 손가락(F) 지분부위의 골(V)에 맺힌 액체성분(M; 일예로, 땀)의 굴절률이 각각 다르므로 임계각이 형성되어 지문접촉부재(10)의 내부전반사가 생기는데, 각각의 경계면에서 반사된 빛의 각도가 각기 다르다. 액체성분(M)이 땀 즉, 수분일 경우 그 굴절률이 대략 1.34 정도이고 지문접촉부재(10)의 재질인 유리판의 굴절률이 대략 1.5 정도이며, 공기의 굴절률이 대략 1.0이므로 점광원(20)으로부터 발생되어 지문접촉부재(10)의 내부를 통해 손가락(F) 지문부위의 골(V)에 차 있는 액체성분(M)으로 들어가는 빛의 각도에 있어 임계각은 대략 63.2°정도가 된다.
그리고, 액체성분(M)이 차 있는 손가락(F) 지문부위의 골(V)에 반사되어 지문접촉부재(10)의 내부로 입사되는 각도는 지문접촉부재(10)의 저면(10-e)에 의해 내부반사가 될 수 있는 최소각도(대략, 41.8°정도)보다는 크고, 최대각도 (대략 63°정도)보다는 작게 된다.
따라서, 도 5를 참조하면 알 수 있듯이, 액체성분(M)이 차 있는 손가락(F) 지문부위의 골(V)에서 반사되어 입사되는 빛은 융선(R)에 의해 반사되어 입사되는 각도에 비해 그 최대각이 작다. 이로 인해 액체성분(M)이 차 있는 손가락(F) 지문부위의 골(V)에서 반사되어 입사되는 빛 즉, 액체성분(M)의 이미지를 가지고 입사되는 빛 중 내부반사를 위한 최소각도(대략, 41.8°정도)보다 작은 빛은 지문접촉부재(10)의 저면(10-e)을 통해 투과해 버리고, 상기 내부반사를 위한 최소각도보다 큰 각도로 입사되는 빛은 지문접촉부재(10)의 저면(10-e)에서 반사되어 "A"방향으로 나아간다.
이에 반해, 손가락(F) 지문부위의 융선(R)에서 반사된 빛은 지문접촉부재(10)의 저면에(10-e)에서 반사되어 "B"방향으로 나아간다.
이중, "B"방향으로 나오는 빛만이 핀홀(30)을 통해 렌즈(40)에 결상된 후 반사부재(50)에서 반사되어 카메라(60)로 입사되는 바, 액체성분(M)의 이미지는 제거되고 손가락(F) 지문부위의 융선(R)에 대한 이미지만을 얻게 된다.
도 6에는 상기와 같은 본 발명의 광학 지문입력장치를 통해 얻어진 지문 이미지를 나타내었는 바, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명은 땀이나 기름 등 액체성분에 의한 노이즈가 제거된 순수한 지문만의 이미지를 얻을 수 있다.
참고로, 카메라(60)를 "A"방향에 위치시키면 액체성분(M)이 차 있는 손가락(F) 지문부위의 골(V)에서 반사되어 나오는 빛이 카메라(60)로 입사되므로, 도 2에 도시된 바와 같이 액체성분에 의한 노이즈가 혼입된 지문이미지를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명은 지문의 융선(R)과 골(V)과 골(V)에 차있는 액체성분(M)의 굴절률이 각기 다른 점을 이용해 액체성분(M)의 노이즈화상을 제거하는 것으로, 참고적으로, 본 발명에 대한 이해를 돕고자 이에 대한 원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.
빛이 입사되는 매질의 굴절률이 투과되는 매질의 굴절률보다 클 경우 임의의 입사각 이후에 대해서는 투과되는 빛이 없어진다. 이때를 내부전반사가 되었다고 하고, 투과되는 빛이 없어지는 때의 각도를 임계각이라고 한다. 임계각은 굴절각인 θt= 90°일 때의 입사각 θi를 말하며, 하기의 수학식 1에 도시된 바와 같은 스넬의 법칙(Snell's law)에 의한 공식을 적용할 수 있다.
상기의 수학식 1에서 ni는 입사되는 매질의 굴절률, nt는 투과되는 매질의 굴절률, θi는 입사각, 그리고 θt는 투과각(또는 굴절각이라고도 함)이다.
도 8의 (a) 내지 (d)에는 입사각도에 대한 전반사 현상에 대한 과정을 나타내는데, nint이므로, θtθi가 된다. 따라서 θi가 커짐에 따라, 투과광선은 점차적으로 경계의 접선에 접근하고, 그만큼 점점 더 많은 빛이 반사된다. 결국, θt= 90°일 때, sin θt= 1이 된다. 상기 도 8에서 θr은 반사각이고, θc는 임계각을 나타낸다.
입사각이 θc보다 크거나 같은 경우, 입사하는 모든 빛은 내부전반사 과정을 통하여 입사매질로 되돌아간다. 도 7의 (a) 상태에서 도 7의 (d)상태까지의 변화는 연속적으로 일어난다. 말하자면, θi가 커지는 만큼 반사광선은 점점 더 강해지고, 반면에 투과광선은 더 약해져서, θr= θc일 때 투과광선은 모든 에너지를 잃게 되고, 반사광선이 모든 에너지를 얻게 된다. 광원이 유리 속에서 공기 중으로 나올 때에는 유리면의 법선에 대한 임계각이 약 41.8°가 되며, 이보다 작은 각도에서는 입사광선이 수면 밖으로 나가게 된다.
예를 들어, 그림 도 8의 (a)와 같이 공기 중에서 유리 내부로 입사광선이 45°로 들어간다고 가정하면, 투과광선은 하기의 수학식 2를 참조하면 알 수 있듯이, 유리면의 법선을 기준으로 대략 28.13°정도가 굴절되어 투과된다.
반면에, 도 8의 (b)와 같이 45°의 각도로 유리로 된 매질 내에서 공기 중으로 나온다고 가정하면, 하기의 수학식 3을 참조하면 알 수 있듯이, 투과되는 광선은 복소수가 나온다. 즉, 투과광선은 없고 모두 반사되어 입사각도와 같은 각도로 유리매질 내로 들어간다.
알려진 임계각은 유리의 굴절률을 1.5로 하였을 때 대략 41.8°정도가 된다. 즉, 유리매질의 법선에 대해 대략 41.8°보다 작은 각도에서는 입사광선은 투과되고, 41.8°보다 큰 각도에서는 반사된다.
한편, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 의한 광학 지문입력장치의 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 의한 광학 지문입력장치는, 도 3에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 광학 지문입력장치를 응용한 것으로, 지문 접촉부재(10)의 경사면(10-a)로부터 나오는 지문이미지의 빛을 반사부재 대신 굴절률이 다른 매질들을 정합한 굴절부재(100)로 굴절시켜 카메라(60)로 입사되도록 되어 있다.
여기서, 지문 접촉 부재(1)로는 플라스틱재질을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 굴절부재(100)는 상단의 유리로 된 층(101)과 하단의 플라스틱으로 된 층(102)의 사이에 공기층(103)을 형성하는 구조로 형성될 수 있다.
다른 한편, 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 광학 지문입력장치에 대한 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 제3실시예에 의한 광학 지문입력장치는, 도 3에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 광학 지문입력장치를 응용한 것으로, 지문 접촉부재(10)의 경사면(10-a)로부터 나오는 지문이미지의 빛을 광도파 부재(110)을 통해 유도하여 핀홀(30)와 렌즈(40)를 통해 결상한 다음 반사부재(50)에 의해 반사시켜 카메라(60)로 입사되도록 구성하였다.
이러한 본 발명의 제3실시예에 의한 지문입력장치는, 지문 접촉부재(10)의 상부면(10-d)에 카메라(60)가 부착된 회로기판(61)을 설치하되, 이 회로기판(61)에는 손가락(F)의 지문부위를 지문접촉부재(10)의 상부면(10-d)에 접촉시킬 수 있도록 구멍(61-a)이 형성되어 있다.
이러한 본 발명의 제3실시예에 따른 광학 지문입력장치의 구조는 광도파 부재(110)를 통해 카메라(60)에 이르는 동안의 빛 손실을 줄이고, 기물의 두께도 줄일 수 있다. 일예로, 상기 광도파 부재(110)는 소정 구경의 광섬유(光纖維)일 수 있다.
또 다른 한편, 도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 광학 지문입력장치를 도시한 개략도로서, 도 3에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 광학 지문입력장치를 응용한 것으로, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 제4실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 순수한 지문만의 이미지와 땀에 의한 노이즈가 포함된 지문의 이미지를 모두 얻을 수 있는 구조로서, 지문접촉 부재(130)를 굴절률이 서로 다른 두 매질 즉, 제1매질(131)과 제2매질(132)을 정합하여 구성한다.
예컨대, 상기 지문접촉부재(130)에서 손가락(F)의 지문부위와 접촉되는 제1매질(131)은 유리판을 사용하고 아래의 제2매질(132)은 플라스틱판을 사용할 수 있다.
그리고, 각 매질(131, 132)의 일측 경사면(131-a, 132-a)에는 각기 핀홀(140, 141)과 렌즈(150, 151)와 반사부재(160, 161)를 설치하고 각 반사부재(160, 161)와 카메라(60)의 사이에는 이용자의 조작에 의해 좌우로 이동될 수 있는 빛 차단부재(170)를 설치하였다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제4실시예에 따른 광학 지문입력장치의 작용을 설명하면 다음과 같다. 단, 지문접촉부재(130)의 제1매질(131)이 유리판이고 제2매질(132)이 플라스틱판인 경우를 예로 들어 설명한다.
손가락(F)의 지문부위로부터 지문접촉부재(130)로 입사된 빛에는 액체성분(M)과 지문의 이미지가 모두 포함되어 있으나, 액체성분(M)이 차 있는 손가락(F) 지문부위의 골(V)에서 반사되어 제1매질(131)로 입사된 빛은 액체성분(M)이 땀 등의 수분일 경우 굴절각이 대략 63°이하이기 때문에 제1매질(131)의저면(131-b)를 투과하여 제2매질(132)로 입사되는 반면, 손가락(F)의 융선(R)부분에서 반사된 빛은 굴절각이 대략 63°를 초과하기 때문에 제1매질(131)의 저면(131-b)에서 내부로 반사된다.
이 경우, 유리판으로 된 제1매질(131)과 플라스틱판으로 제2매질(132) 사이의 임계각은 대략 83.3°가 된다. 따라서, 대략 83.3°이상으로 제1매질(131)의 저면(131-b)에 반사되는 지문 융선(R)에 의한 지문이미지의 빛은 제1매질(131)의 일측 경사면(131-a)으로 진행한다.
반면, 임계각보다 작음으로 인해 액체성분(M)이 차 있는 손가락(F) 지문부위의 골(V)에서 반사되어 제1매질(131)의 저면(131-b)를 투과해 제2매질(132)로 입사된 빛은 플라스틱판으로 된 제2매질(132)과 공기사이의 임계각에 의해 대략 42.1°이상의 이미지는 제2매질(132)의 저면(132-b)에서 반사되어 제2매질(132)의 일측 경사면(132-a)로 진행한다. 이때, 나머지의 빛들은 제2매질(132)의 밖으로 진행하므로 카메라(60)를 통해 얻게되는 이미지의 형상에는 영향을 주지 않는다.
각각의 매질(131, 132)로부터 나온 빛은 각각의 핀홀(140, 141)을 통과한 후 각각의 렌즈(150, 151)에서 결상되고 각각의 반사부재(160, 161)에 의해 반사되어 카메라(60)로 입사되는데, 빛 차단부재(170)을 좌우로 이동시킴에 의해 각 매질(131, 132)로부터 나온 빛을 선택적으로 카메라(60)에 입력할 수 있다.
이에 따라, 제1매질(131)에서 나온 순수한 지문에 의한 이미지와 제2매질(132)에서 나온 액체성분(M)이 섞인 지문의 이미지 모두를 선택적으로 얻을 수 있다.
상기한 작용 설명에서는 제1매질(131)로 유리판을, 제2매질(132)로 플라스틱 판을 사용하였는데, 제1매질(131)은 유리판 대신 색(色)이 있는 반투명 플라스틱 판을 사용해도 무방하다. 색이 있는 반투명 플라스틱 판은 제2매질(132)로 사용되는 무색 투명한 플라스틱 판에 비해 굴절률이 크다. 단, 이 경우 유리판과 반투명 플라스틱 판의 굴절률 차이에 따라 제1매질(131)의 일측 경사면(131-a)에 대한 경사각( alpha )을 조절해야 한다.
한편, 도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 광학 지문입력장치를 도시한 개략도로서, 도 3에 도시된 본 발명의 제1실시예에 의한 광학 지문입력장치를 응용한 것으로, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명의 제5실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 상기한 본 발명의 제4실시예처럼 순수한 지문만의 이미지와 땀에 의한 노이즈가 포함된 지문의 이미지를 모두 얻을 수 있는 구조로서, 플라스틱이나 유리로된 지문접촉면(180)의 저면(180-b)에 소정각도만큼 경사를 형성하고 이 경사진 저면(180-b)의 하부에는 공기층(190)을 두었으며 공기층(190)의 하부에는 플라스틱 또는 유리로 된 매질(200)이 설치되어 있다.
이때, 점광원(210)은 지문접촉면(180)의 일측 경사면(180-a)의 반대쪽 측면(180-c)에 설치한다.
그리고, 지문접촉면(180)의 일측 경사면(180-a) 좌측에 제1핀홀(210)과 제1렌즈(220) 및 제1반사부재(230)를 설치하고, 매질(200)의 하부에도 제2핀홀(211)과 제2렌즈(221) 및 제2반사부재(231)를 설치한다.
이와 더불어, 제1반사부재(230)에서 반사되어 진행되는 빛과제2반사부재(231)에서 반사되어 진행되는 빛이 교차하는 지점에는 이들 빛을 교차하지 않게 서로 다른 방향으로 분리시키는 빛살 분리부재(beam spliter; 250)가 설치된다.
그리고, 상기 빛살 분리부재(250)에 의해 각각 분리되어 나오는 빛이 진행하는 양 방향에는 제1카메라(260)와 제2카메라(261)를 각각 설치하거나 하나의 카메라로 제1카메라(260)와 제2카메라(261)의 위치에 선택적으로 설치하여 필요한 이미지만을 선택적으로 얻도록 하고, 제1반사부재(230)와 빛살분리부재(250)의 사이에는 이용자의 조작에 의해 좌우로 이동되는 제1 빛 차단부재(240)가 설치되며, 제2반사부재(231)와 빛살분리부재(250)의 사이에는 이용자의 조작에 의해 상하로 이동되는 제2 빛 차단부재(241)가 설치된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제5실시예에 따른 광학 지문입력장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
점광원(210)으로부터 발생된 빛이 지문접촉 부재(180) 저면(180-b)의 경사부에 의해 굴절되어 일정한 각도로 지문접촉 부재(180)의 내부로 입사된 후 손가락(F)의 지문부위로 진행된다.
손가락(F)의 지분부위에서 반사된 빛 중 지문접촉 부재(180)의 저면(180-b)과 공기층(190)과의 임계각에 의해 융선(R)부위로부터 반사되는 빛은 지문접촉 부재(180)의 저면(180-b)에서 반사되어 지문접촉 부재(180)의 일측 경사면(180-a)으로 나가고, 임계각보다 작은 빛 즉, 액체성분(M)이 차 있는 손가락(F) 지문부위의 골(V)에서 반사된 빛은 접촉 부재(180)의 저면(180-b)을 투과하고 공기층(190)을통해 매질(200)로 입사된다.
지문접촉 부재(180)의 일측 경사면(180-a)으로 나간 빛은 제1핀홀(210)과 렌즈(220)를 통과한 후 제1반사부재(230)에 반사되어 빛살 분리부재(250)로 진행하고, 매질(200)로 입사한 빛은 매질(200)의 저면을 투과하여 제2핀홀(211)과 렌즈(221)를 통과한 후 제2반사부재(231)에서 반사되어 빛살 분리부재(250)로 진행한다.
이때, 빛살 분리부재(250)는 양측으로부터 진행해온 빛을 각기 다른 두 방향으로 나누어주는 역할을 한다. 즉, 제1반사부재(230)에 반사되어 빛살 분리부재(250)로 진행된 빛이 빛살 분리부재(250)에 대해 대략 45°정도로 입사하면 흡수되는 빛의 양을 무시하였을 때 대략 70% 정도는 투과되어 제2카메라(261)의 위치로 진행되고 나머지인 대략 30% 정도는 반사되어 제1카메라(260)의 위치로 진행된다.
반면, 제2반사부재(231)에 반사되어 빛살 분리부재(250)로 진행된 빛이 빛살 분리부재(250)에 대해 대략 45°정도로 입사하면 흡수되는 빛의 양을 무시하였을 때 대략 70% 정도는 투과되어 제1카메라(260)의 위치로 진행되고 나머지인 대략 30% 정도는 반사되어 제2카메라(261)의 위치로 진행된다.
이때, 제1 빛 차단부재(240)와 제2 빛 차단부재(241)의 위치를 이동시켜 선택적으로 어느 한쪽의 빛의 진행경로는 개방하고 다른 쪽 빛의 진행경로는 차단함으로써, 지문접촉 부재(180)에서 나온 순수한 지문에 의한 이미지와 매질(200)에서 나온 액체성분(M)이 섞인 지문의 이미지를 선택적으로 얻을 수 있다.
한편, 도 13은 지문접촉 부재의 다른 실시예를 나타낸 평면도이고, 도 14는 도 13의 사시도로서, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 다른 실시예의 지문접촉 부재(270)는, 핀홀(280)과 렌즈(290) 쪽을 향하는 일측 경사면(271)의 양 측면(271-a, 271-b)에 소정각도로 경사를 형성하였다. 이는, 핀홀(280)을 통과하는 빛의 손실을 줄이기 위한 것으로, 지문접촉 부재(270)의 일측 경사면(271)으로 나가는 빛 중 핀홀(280)과 일치되지 않는 방향으로 진행하는 빛 중에서도 일측 경사면(271)의 양 측면(271-a, 271-b)에 형성된 경사에 따른 임계각보다 큰 각도의 빛은 반사되어 핀홀(280)로 모이게 되는바, 빛의 손실이 감소하게 된다. 이를 통해 광원의 수를 줄일 수 있고 보다 명확한 지문 이미지를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 지문 접촉부재의 일측에 액체성분으로부터 반사된 빛의 굴절각으로는 투과하지 못하는 경사각의 경사면을 형성하여 이 경사면을 통해 순수한 지문 이미지의 빛만을 선택적으로 추출함으로써, 손에 묻은 땀이나 기름 등의 액체성분에 의한 노이즈화상을 제거하여 지문의 인식오류가 발생되는 것을 방지하고 프리즘을 사용하지 않아 두께를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 지문 접촉부재를 서로 다른 굴절률의 매질로 접합하여 각 매질로부터 땀이나 기름 등의 액체성분으로부터 반사되는 빛과 순수한 지문부위로부터 반사되는 빛을 모두 추출하고 이 추출된 빛을 차단부재를 이용해 선택적으로 카메라로 입력함으로써, 필요에 따라 순수한 지문부위의 이미지 이외에 땀이나 기름 등의 액체성분에 의해 노이즈가 발생된 이미지도 얻을 수 있다.

Claims (32)

  1. 광학 지문입력장치에 있어서,
    판형태로 이루어지고 일측에 설정 각도로 기울어진 경사면이 형성된 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재와,
    상기 지문 접촉 부재에서 상기 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과,
    상기 지문접촉 부재의 경사면 측에 설치되어 있는 포커싱수단과,
    카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광원이 배열된 지문접촉 부재의 양측면에는, 소정 각도로 기울기를 두어 광원으로부터 발생된 빛이 지문접촉 부재 상부의 지문접촉면으로 고르게 향하도록 한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 포커싱수단과 상기 카메라의 사이에는 빛의 진행??향을 원하는 방향으로 전환시키기 위해 반사부재를 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 지문접촉부재 중 상부의 지문접촉면에 반대쪽인 하부면에 어두운 색상의 판재를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재 중 상부의 지문접촉면에 반대쪽인 저면에 액정표시소자를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재의 경사면은, 그 양측부가 상기 포커싱수단을 향해 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  7. 제 1 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포커싱수단은, 핀홀과 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  8. 광학 지문입력장치에 있어서,
    판형태로 이루어지고 일측에 설정 각도로 기울어진 경사면이 형성된 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재와,
    상기 지문접촉 부재에서 상기 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과,
    빛이 투과될 수 있는 굴절률이 서로 다른 매질들을 복수개 정합하여 이루어지고 그 일측이 상기 지문접촉 부재의 경사면에 정합되는 굴절부재 및,
    카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 광원이 배열된 지문접촉 부재의 양측면에는, 소정각도로 기울기를 두어 광원으로부터 발생된 빛이 지문접촉 부재 상부의 지문접촉면으로 고르게 향하도록 한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 지문접촉부재 중 상부의 지문접촉면에 반대쪽인 저면에 어두운 색상의 판재를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재 중 상부의 지문접촉면에 반대쪽인 저면에 액정표시소자를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재의 경사면은, 그 양측부가 굴절부재를 향해 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 굴절부재는, 유리로 된 층과 공기층 및 플라스틱으로 된 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  14. 광학 지문입력장치에 있어서,
    판형태로 이루어지고 일측에 설정 각도로 기울어진 경사면이 형성된 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재와,
    상기 지문접촉 부재에서 상기 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과,
    상기 지문접촉 부재의 경사면으로부터 나오는 빛을 유도하는 광도파 부재와,
    상기 광도파 부재의 출구 쪽에 설치되는 포커싱수단과,
    카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 카메라는, 상기 지문접촉 부재에서 지문이 접촉되는 지문접촉면에 부착된 회로기판 상에 설치되고, 상기 회로기판에는 손가락의 지문부위를 상기 지문접촉면에 접촉시킬 수 있도록 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 광원이 배열된 지문접촉 부재의 양측면에는, 소정 각도로 기울기를 두어 광원으로부터 발생된 빛이 지문접촉 부재 상부의 지문접촉면으로 고르게 향하도록 한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 포커싱수단과 상기 카메라의 사이에는 빛의 진행??향을 원하는 방향으로 전환시키기 위해 반사부재를 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 지문접촉부재 중 상부의 지문접촉면에 반대쪽인 저면에 어두운 색상의 판재를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재 중 상부의 지문접촉면에 반대쪽인 저면에 액정표시소자를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재의 경사면은, 그 양측부가 상기 광도파 부재의 입구를 향해 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광도파 부재는, 광섬유인 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  22. 광학 지문입력장치에 있어서,
    판형태로 이루어지고 빛이 투과될 수 있는 굴절률이 서로 다른 한쌍의 매질을 정합하여 이루어지며 각 매질의 일측에 설정 각도로 기울어진 경사면이 형성되어 있는 지문접촉 부재와,
    상기 지문 접촉부재의 양 매질 중 상단에 위치한 매질에서 경사면과는 다른 양 측면에 각각 배열된 광원과,
    상기 양 매질의 경사면에 각각 설치되어 있는 한쌍의 포커싱수단과,
    이용자의 조작에 의해 위치가 이동되어 상기 한쌍의 포커싱수단 각각으로부터 나오는 빛을 선택적으로 차단하는 빛 차단부재와,
    카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 광원이 배열되어 있는 지문접촉 부재의 상단에 위치한 매질의 양 측면에는, 소정 각도로 기울기를 두어 광원으로부터 발생된 빛이 그 상부의 지문접촉면으로 고르게 향하도록 한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 한쌍의 포커싱수단과 상기 빛 차단부재의 사이에는 각 포커싱수단으로부터 나오는 빛들의 진행??향을 각각 소정의 방향으로 전환시키기 위해 각각 반사부재를 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재의 양 매질 중 하부에 위치한 매질의 하부에 어두운 색상의 판재를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재의 양 매질 중 하부에 위치한 매질의 하부에 액정표시소자를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재의 양 매질의 각 경사면은, 각각의 포커싱수단을 향해 경사지게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  28. 제 22 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지문접촉 부재의 한쌍의 매질은, 각각 유리판과 플라스틱판인 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  29. 광학 지문입력장치에 있어서,
    판형태로 이루어지고 일측에 설정 각도로 기울어진 경사면이 형성됨과 더불어 저면이 경사진 형태로 되어 있는 빛이 투과될 수 있는 재질로 된 지문접촉 부재과,
    상기 지문접촉 부재의 저면에 설치된 공기층과,
    상기 공기층의 하부에 설치되어 빛이 투과될 수 있는 재질의 매질과,
    상기 지문접촉기구의 경사면에 대해 반대쪽 측면에 배열된 광원과,
    상기 지문접촉 부재의 경사면과 상기 매질의 하부에 각각 설치된 한쌍의 포커싱수단과,
    이용자의 조작에 의해 위치가 이동되어 상기 한쌍의 포커싱수단 각각으로부터 나오는 빛을 선택적으로 차단하는 한쌍의 빛 차단부재와,
    이용자가 설치한 위치에 따라 상기 한쌍의 포커싱수단으로부터 나오는 빛을 선택적으로 입사받는 카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 한쌍의 포커싱수단의 각각에는 빛의 진행방향을 소정의 방향으로 전환시키기 위한 반사부재가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는광학 지문입력장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 광학 지문입력장치는, 상기 반사부재로부터 반사된 빛들이 소정 지점에서 교차되도록 설치된 경우, 이들 빛이 교차되는 지점에 빛을 분리하는 빛살 분리부재를 더 설치한 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
  32. 제 29 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카메라를 복수개 설치하여, 카메라의 위치 이동 없이 상기 한쌍의 포커싱수단으로부터 나오는 각각의 빛을 복수의 카메라로 각기 입사받을 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
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