KR100423522B1

KR100423522B1 - 광학 지문입력 장치

Info

Publication number: KR100423522B1
Application number: KR10-2001-0005036A
Authority: KR
Inventors: 김현; 안종우; 조용상
Original assignee: 씨큐트로닉스 (주)
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2004-03-18
Also published as: KR20020064511A

Abstract

본 발명은 광학 지문입력 장치에 관한 것으로, 프리즘의 3면 중 지문부위가 접촉되는 면에 대해 수직방향으로 위치하는 모서리를 향해 빛을 방사하도록 점광원을 위치시키고, 상기 프리즘의 3면 중 렌즈와 수평하게 마주하는 면을 그 양측의 모서리 중 상기 점광원과 반대쪽에 있는 모서리가 상기 렌즈와 더 가깝도록 렌즈를 향해 소정각도만큼 기울어지게 설치함으로써, 설정된 굴절각의 빛만이 렌즈로 입사되도록 구성되어 손가락의 지문부위에서 반사된 빛만이 카메라로 입사되므로 명암이 균일하고 선명한 화질의 이미지를 얻을 수 있도록 한 것이다.

Description

광학 지문입력 장치 {Optical type finger print input device}

본 발명은 광학 지문입력장치에 관한 것으로, 보다 선명한 지문 이미지를 얻을 수 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 빛이고체촬상소자 카메라(5)로 촬영됨으로써, 지문의 영상이 입력된다.

그런데, 상기한 종래의 광학 지문 입력장치는, 프리즘의 3면 중 렌즈와 마주하는 면이 렌즈와 수평하게 설치되어 있고 이와 직각으로 접하는 면에 수직방향으로 광을 비추도록 광원이 설치되어 있어서, 프리즘의 지문접촉면에 손가락의 지문부위를 접촉시키면 지문부위에 반사된 빛뿐만 아니라 지문부위에 반사되지 않은 나머지의 빛들도 프리즘의 내부에서 굴절되어 렌즈를 통해 카메라로 입력되기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 일부는 매우 밝고 일부는 어두운 불균일한 명암의 지문이미지를 얻게 되고 이와 같이 명암이 불균일함에 따라 이미지의 화질이 선명하지 못하여 지문인식률이 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 손가락의 지문부위에서 반사된 빛만이 카메라로 입사되게 함으로써, 명암이 균일하고 선명한 화질의 이미지를 얻을 수 있는 광학 지문입력장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 광학 지문입력장치에 대한 개략도,

도 2는 도 1의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 3은 종래의 광학 지문입력장치에서 얻은 지문 이미지의 일예를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도

도 5는 도 1의 작용을 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명의 광학 지문입력장치를 통해 얻은 지문 이미지의 일예를 나타낸 도면,

도 7의 (a) 내지 (d)와 도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 작용 원리를 설명하기 위한 도면,

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따라 PC용 디지털카메라로 겸용 가능하게 구성된 광학 지문입력장치의 개략도,

도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 PC용 디지털카메라로 겸용 가능하게 구성된 광학 지문입력장치의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 프리즘 20, 210: 렌즈

30: 카메라 31: 회로기판

40: 점광원 50: 지지부재

51: 걸림턱 60: 받침대

70: 탄성부재 100, 200: 경통

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 지문입력장치는, 광원과 프리즘과 렌즈 및 카메라로 구성된 광학 지문입력장치에 있어서, 상기 프리즘의 3면 중 지문부위가 접촉되는 면에 대해 수직방향으로 위치하는 모서리를 향해 빛을 방사하도록 점광원을 위치시키고, 상기 프리즘의 3면 중 상기 렌즈와 수평하게 마주하는 면을 그 양측의 모서리 중 상기 점광원과 반대쪽에 있는 모서리가 상기 렌즈와 더 가깝도록 렌즈를 향해 소정각도만큼 기울어지게 설치한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 지문입력장치의 개략도로서, 동도면을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 광학 지문입력장치는, 프리즘(10)과 렌즈(20)와 카메라(30) 및 점광원(40)으로 구성된다.

상기 프리즘(10)의 3면(10-a, 10-b, 10-c) 중 지문부위가 접촉되는 지문접촉면(10-a)에 대해 수직방향으로 위치하는 모서리(10-bc)를 향해 빛을 방사하도록 점광원(40)을 위치시키고, 프리즘(10)의 3면(10-a, 10-b, 10-c) 중 렌즈(20)와 수평하게 마주하는 면(10-b)을 그 양측의 모서리(10-ab, 10-bc) 중 상기 점광원(40)과 반대쪽에 있는 모서리(10-ab)가 렌즈(20)와 더 가깝도록 렌즈(20)를 향해 소정각도( alpha )만큼 기울어지게 설치한다.

일예로, 점광원(40)은 발광다이오드소자(Lightening Emitter Diode; "LED")를 사용할 수 있다.

그리고, 렌즈(20)는 광경로를 단축시킬 수 있도록 초점거리가 짧은 다중결함렌즈를 사용하는 것이 바람직하고, 카메라(30)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,

이와 같이 구성된 본 발명의 지문입력장치에 대한 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 프리즘(10)의 3면(10-a, 10-b, 10-c) 중 렌즈(20)와 수평하게 마주하는 면(10-b)을 그 양측의 모서리(10-ab, 10-bc) 중 상기 점광원(40)과 반대쪽에 있는 모서리(10-ab)가 렌즈(20)와 더 가깝도록 렌즈(20)를 향해 소정각도( alpha )만큼 기울어지게 설치하였는바, 이 경사각( alpha )에 의해 지문접촉면(10-a)에 접촉된 지문부위로부터 반사되는 빛은 렌즈로 진행하게 되는 반면, 그 이외에 프리즘(10)의 내부반사나 굴절에 의한 빛은 렌즈로 진행하지 못하게 된다.

즉, 도 5를 참조하면 알 수 있듯이, 점광원(40)으로부터 발생된 빛은 프리즘(10)의 3면(10-a, 10-b, 10-c) 중 빛의 입사면(10-c)에 대해 굴절되어 입사된다.

이때, 점광원(40)의 위치가 프리즘(10)의 모서리(10-bc)부분에 위치하고 있고 프리즘(10)의 경사각( alpha )만큼 렌즈(20)쪽으로 기울어져 있기 때문에, 점광원(40)으로부터 프리즘(10)의 입사면(10-c)을 통해 입사되어 지문접촉면(10-a)에 도달한 모든 빛은 지문접촉면(10-a)에 대해 임계각보다 작게 되어 프리즘(10)의 밖으로 투과되어 나간다(A).

참고로, 상기 경사각( alpha )은 점광원(40)로부터 발생되어 프리즘(10)의 내부로 입사된 빛의 진행방향이 지문접촉면(10-a)에 대해 임계각보다 작게 되도록 설정된다.

이 경우 렌즈(20)를 통해 카메라(30)로 반사되어 들어오는 빛이 없으므로 카메라(30)를 통해 얻게 되는 이미지는 전체적으로 검은 상태가 된다.

이때, 프리즘(10)의 지문접촉면(10-a)에 손가락의 지문부위를 접촉시키면 빛이 지문부위의 융선에서 반사되어 "B"방향으로 진행하고, 이 "B"방향으로 진행된 빛은 렌즈(20)를 통해 카메라(30)로 입사된다.

이때, 카메라(30)로 입사되는 빛은 순수하게 지문부위의 융선에서 반사된 빛만이 입사되므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 명암의 차이가 없는 선명한 화질의 지문이미지를 얻게 된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 종래의 광학 지문입력장치는, 밝은 바탕에 검은 융선이 나타나고 지문부위에 반사된 빛 이외에도 프리즘 내부에서 굴곡 및 반사된 노이즈성분의 빛과 골 부위의 빛도 유입되어 명암이 불균일하고 화질이 선명하지 못하였던 것에 반해, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 광학 지문입력장치는, 지문의 융선 부위에서 반사된 빛만이 카메라(로 입력되므로 검은 바탕에 밝은 융선의 지문이 나타나고 명암이 균일하여 매우 선명한 화질을 나타난다.

상기와 같이 본 발명에서 지문의 융선부위에서 반사된 빛만을 카메라(30)로 입사되는 것은 지문의 융선과 골 및 지문에서 반사되지 않고 프리즘(10)의 내부에서 굴절된 빛이 서로 다른 굴절률을 갖는 것을 이용한 것으로, 이에 대한 원리를본 발명의 이해를 돕는 차원에서 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 θ_t= 90°일 때의 입사각 θ_i를 말하며, 하기의 수학식 1에 도시된 바와 같은 스넬의 법칙(Snell's law)에 의한 공식을 적용할 수 있다.

상기의 수학식 1에서 n_i는 입사되는 매질의 굴절률, n_t는 투과되는 매질의 굴절률, θ_i는 입사각, 그리고 θ_t는 투과각(또는 굴절각이라고도 함)이다.

도 8의 (a) 내지 (d)에는 입사각도에 대한 전반사 현상에 대한 과정을 나타내는데, n_in_t이므로, θ_tθ_i가 된다. 따라서 θ_i가 커짐에 따라, 투과광선은 점차적으로 경계의 접선에 접근하고, 그만큼 점점 더 많은 빛이 반사된다. 결국, θ_t= 90°일 때, sin θ_t= 1이 된다. 상기 도 8에서 θ_r은 반사각이고, θ_c는 임계각을 나타낸다.

입사각이 θ_c보다 크거나 같은 경우, 입사하는 모든 빛은 내부전반사 과정을 통하여 입사매질로 되돌아간다. 도 7의 (a) 상태에서 도 7의 (d)상태까지의 변화는 연속적으로 일어난다. 말하자면, θ_i가 커지는 만큼 반사광선은 점점 더 강해지고,반면에 투과광선은 더 약해져서, θ_r= θ_c일 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.

본 발명은 상기의 원리에 의해 지문의 융선에서 반사된 빛만을 분리하여 카메라로 지문이미지를 얻는 것이다.

한편, 상기한 본 발명의 광학 지문입력장치는 필요시 프리즘(10)과 점광원(40)을 분리하여 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer; "PC")용의 디지털 카메라로도 사용할 수 있는데, 이와 같이 광학 지문입력장치를 PC용의 디지털 카메라로 겸용하도록 한 구성은 도 9에 도시된 바와 같다.

도 9에 있어서, 광학 지문입력장치는, 프리즘(10)과 카메라(30)가 부착된 회로기판(31)의 사이에 지지부재(50)가 설치되는데, 이 지지부재(50)는 받침대(60)의 도시생략된 구멍에 삽입되고, 그 외주부에는 그 외주면 소정 부위에 형성된 걸림턱(51)과 받침대(60) 사이에 위치하도록 탄성부재(70)가 삽입 설치된다. 이때, 카메라(30)는 렌즈(20) 쪽으로 다소 기울어지게 설치된다.

이와 같은 구성에서 프리즘(10)과 점광원(40)을 제거하면 탄성부재(70)의 탄성력에 의해 자지부재(50)가 좌측으로 이동하면서 카메라(30)의 위치가 렌즈(20)와 평행하게 되고, 이 상태에서는 렌즈(20)를 통해 입력되는 화상이 카메라(30)를 통해 촬영되므로, PC용의 디지털 카메라로 겸용할 수 있게 된다.

여기서, 카메라(30)의 위치가 변화되는 것은 광학 지문입력장치로 쓰일 때와 PC용의 디지털 카메라로 쓰일 때 초점이 각기 달라 렌즈(20)와 카메라(30) 사이의 거리를 조절하기 위함이다.

또는, 도 10에 도시된 바와 같이, 프리즘(10)와 광학 지문입력용의 렌즈(20)가 내장되어 있는 경통(100)의 일측에 PC 디지털 카메라용 렌즈(210)가 내장되어 있는 경통(200)에 설치하고, 필요에 따라 카메라(30)를 이동시켜 광학 지문입력용의 경통(100)이나 PC 디지털 카메라용의 경통(200)에 위치시킴으로써, 광학 지문입력장치와 PC용의 디지털 카메라로 겸용할 수도 있다.

이 경우 광학 지문입력장치에서 PC 카메라로 변경할 때 초점을 맞추기 위해 렌즈를 매번 움직일 필요가 없어 이용이 편리하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 설정된 굴절각의 빛만이 렌즈로 입사되도록 구성되어 손가락의 지문부위에서 반사된 빛만이 카메라로 입사됨으로써, 명암이 균일하고 선명한 화질의 이미지를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
광원과 프리즘과 렌즈 및 카메라로 구성되고, 상기 프리즘의 3면 중 지문부위가 접촉되는 면에 대해 수직방향으로 위치하는 모서리를 향해 빛을 방사하도록 점광원을 위치시키고, 상기 프리즘의 3면 중 상기 렌즈와 수평하게 마주하는 면의 양 모서리 중 상기 점광원과 반대쪽에 있는 모서리가 상기 렌즈와 더 가깝도록 렌즈를 향해 소정각도만큼 기울어지게 설치한 광학 지문입력장치에 있어서,

상기 프리즘과 상기 카메라가 부착되는 회로기판의 사이에 지지부재가 더 설치되고, 상기 지지부재는 받침대의 구멍에 삽입되며, 상기 지지부재의 외주면에는 걸림턱이 형성되고, 이 걸림턱과 상기 받침대 사이에 탄성부재가 삽입 설치되어 휴대용 컴퓨터장치용의 디지털 카메라로도 겸용 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 광학 지문입력장치.
광원과 프리즘과 렌즈 및 카메라로 구성되고, 상기 프리즘의 3면 중 지문부위가 접촉되는 면에 대해 수직방향으로 위치하는 모서리를 향해 빛을 방사하도록 점광원을 위치시키고, 상기 프리즘의 3면 중 상기 렌즈와 수평하게 마주하는 면의 양 모서리 중 상기 점광원과 반대쪽에 있는 모서리가 상기 렌즈와 더 가깝도록 렌즈를 향해 소정각도만큼 기울어지게 설치한 광학 지문입력장치에 있어서,

상기 프리즘과 렌즈가 광학 지문입력용 경통에 설치되고, 이 광학 지문입력용의 경통 일측에 휴대용 컴퓨터장치의 디지털 카메라용 렌즈가 내장된 경통이 추가로 설치되어 상기 카메라를 상기 광학 지문입력용 경통 또는 상기 휴대용 컴퓨터장치의 디지털 카메라용 경통에 선택적으로 설치함에 의해 휴대용 컴퓨터장치용의 디지털 카메라로도 겸용 가능하게 구성된 것을 특징으로 광학 지문입력장치.