KR100429302B1 - 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템 - Google Patents

고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영상의 취득 및 인식 시스템에 사용되는 광학 시스템에 관한 것으로서, 영상취득하려는 모양이 형성되어 있는 물체(PO: patterned object)로부터 고콘트라스트(high contrast), 저왜곡(low distortion)의 영상을 취득하기 위한 광학 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학 시스템은 출사면과 수광면 및 PO가 접촉되는 영상면을 갖는 삼각 프리즘을 포함한다. 프리즘의 수광면은 영상면에 인접해 있으며, 광원으로부터의 광을 광굴절수단 내부로 입사시키는 면이다. 출사면도 역시 영상면에 인접해 있으며, PO 영상이 출사면을 통해 출사된다. 본 발명에 따른 광학 시스템은 또한, PO 영상을 받아 초점을 맺기 위해 출사면에 인접해 있는 집광렌즈와, 출사면에 PO 영상을 형성하기 위해 광굴절수단으로 입사광을 보내는 광원을 추가로 포함한다. 본 발명에 따른 영상취득 시스템의 삼각 프리즘의 영상면과 출사면을 통해 출사되는 영상은 거의 모두 산란광에 의해 형성된 것이다. 이러한 산란광에 의해 형성된 영상은 비교적 높은 콘트라스트와 균일한 조도를 갖는 이점이 있다.

Description

고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템{High contrast, low distortion optical acquisition system for image capturing}
PO 인식시스템은 산업적, 상업적으로 일반화되고 있으며, 다양한 쓰임새를 가지고 있다. 예를 들면, PO 인식시스템은 그림, 사진, 텍스트를 스캐닝하기 위한 스캐너 내에서 사용될 수 있다. 최근 들어, 생산자들은 좀더 실용적으로 소비자가 제품을 사용하도록 하기 위한 패턴인식 시스템과 관련하여 비용 절감 방안을 시도해오고 있다. 그러한 시도 중의 하나로, 지문 취득과 인식을 포함하는 패턴 인식 시스템이 있다. 이와같은 시스템은 예를 들어, 컴퓨터의 특정 기능 또는 파일의 액세스 또는 컴퓨터를 사용하는데 있어서 승인된 사용자의 지문과 비교하기 위하여 잠재적 사용자의 지문을 판독함으로써 컴퓨터의 보안성을 높이는데 사용된다. 이러한 시스템은 예를 들어, 사용자 로그인 이름과 패스워드를 사용하여 보안 시스템을 대신할 수 있다.
지문인식 시스템 또는 기타 패턴인식 시스템은 분석을 위하여 반드시 정확한 지문 등의 패턴을 취득할 수 있어야 한다. 이와같은 패턴 데이터의 취득을 위한 방법으로 여러가지 메카니즘이 개발되었다. 예를 들어, 미국 특허 3,975,711, 4,681,435, 5,051,576, 5,177,435와 5,233,404는 모두 PO의 영상취득을 위해 발표된 장치들이다.
도1은 광학 지문 취득과 인식 시스템의 선행기술 중 하나의 구성도이다. 도1에서, 광학 인식 시스템(108)은 광원(112), 광학 삼각 프리즘(110), 렌즈부(114), 이미지센서(116), 저장 및 처리 유닛(125)을 포함한다. 프리즘(110)은 영상면(imaging surface, 118), 수광면(light receiving surface, 120), 출사면 (viewing surface, 122)을 포함한다. 영상면(118)은 지문 등의 패턴영상을 위해 PO가 접촉하는 면이다. 광원(112)은 예를 들어, LED 등과 같은 것인데, 수광면(120)에 인접해 있으며 입사광(incident light, 124)을 형성하고, 입사광(124)은 광학 프리즘(110)으로 보내진다. 광학 프리즘(110)은 직각이등변삼각형이며, 영상면(118)과 마주보는 각도가 90도에 가깝고, 다른 두 베이스(base) 각(즉, 이등변 프리즘의 양쪽 각)은 각각 45도에 가깝다.
일반적으로, 입사광(124)은 입사면 수직선(115)에 대해 소정의 각도(126)로 영상면(118)에 입사된다. 입사각(126)은 임계각(128)보다 크다. 일반적으로, 임계각은 입사광선과 표면의 수직선 사이에서 측정된다. 입사각이 임계각보다 클 때, 입사광은 표면의 내부에서 전반사되며, 임계각보다 작을 때 입사광은 표면을 통과해 버린다. 따라서, 임계각(128)이란 영상면(118)으로부터 전반사된 반사광(130)이출사면(122)을 통해 출사될 때의, 영상면(118)의 수직선(normal line)에 대한 각도이다. 반사광(130)은 출사면(122)에 인접해 있는 렌즈부(114)를 통과한다. 렌즈부 (114)는 한 개 이상의 광학 렌즈들을 포함할 수 있다. 렌즈부(114)로부터의 광은 이미지센서(116)에 의해 취득된다. 이미지센서(116)로는, 예를 들어 CCD 또는 CMOS 소자가 사용 가능하며, 광학적으로 영상을 취득하고 취득한 영상을 전기 신호로 변환한다. 이와같은 이미지센서들은 당업자에게 잘 알려져 있다. 그리고, 전기 신호는 저장 및 처리 유닛(125)으로 보내진다.
저장 및 처리 유닛(125)은 메모리 유닛, 프로세서, AD컨버터를 포함할 수 있다(도시 생략). AD컨버터는 이미지센서(116)로부터 나온 아날로그 전기신호를 디지털 데이터로 변환한다. 메모리는 저장된 지문영상과 취득된(captured) 지문영상과의 비교를 위한 알고리즘과 디지털 데이터를 저장하기 위해 사용된다. 프로세서는 취득된 디지털 데이터를 데이터비교 알고리즘에 기하여 사전에 저장된 데이터와 비교한다. 프로세서는 또한, 저장된 데이터의 비교가 아닌 다른 목적을 위해 취득 데이터를 분석할 수도 있다. 이러한 저장 및 처리 유닛은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 적합한 소프트웨어를 구비한 표준화된 PC를 포함할 수 있다. 영상 데이터의 비교 및 처리를 위한 알고리즘으로 발표된 것은, 미국 특허 4,135,147과 4,688,995를 예로 들 수 있다.
지문이 광학 프리즘의 영상면(118) 위에 놓였을 때, 지문의 융선(ridges, 111)은 영상면(118)에 닿고, 지문의 골(valleys, 109)은 영상면(118)에 닿지 않은 상태를 유지한다. 따라서, 광원(112)으로부터 광학 프리즘(110)으로 들어가는 입사광(124)의 입사각이 프리즘(110)의 임계각을 넘는다면, 지문의 골(109)이 접해 있는 영상면(118)에서 내부 전반사된다(internally totally reflected). 그러나, 지문의 융선(111)에서 약간의 입사광(124)은 흡수되어 산란(scattering)된다. 여기서 사용된 바와 같이, "산란"이란 빛이 불규칙한 면에 부딪힌(strike) 후, 여러 방향으로 방사되거나 불규칙하게 반사되는 것을 가리킨다.
산란과 흡수의 결과로서, 지문 융선(111)에서 입사광(124)의 내부 전반사는아주 적게 일어난다. 따라서, 지문의 골(109)로부터 프리즘(110)을 떠난 반사광 (130)의 광량은 지문의 융선(111)으로부터 프리즘(110)을 떠난 반사광(130)보다 크다. 융선(111)으로부터 산란된 낮은 광량의 반사광(130)은 어둡게 나타나, 광선과 지문표면 사이의 광입사 지점에 물체가 있음을 나타낸다. 반대로, 내부 전반사된 높은 광량의 반사광(130)은 밝게 나타나, 입사광(124)과 영상면(118) 사이의 광입사 지점에 물체가 없음을 나타낸다. 이것은 상대적으로 밝은 지문 골(109) 영역과 상대적으로 어두운 지문 융선(111) 영역을 구분하게 해준다. 왜냐하면, 지문 융선 (111) 부분에서의 입사광의 흡수는 주로 지문영상의 형성에 영향을 미치기 때문이다. 이러한 시스템(108)을 흡수방식(absorption) 영상 시스템이라 한다.
상기에 서술한 시스템은, 광학적으로 지문영상을 취득하고 지문영상의 전기적인 데이터의 처리를 가능하게 한다. 그러나, 지문 융선(111) 부분에서, 입사광 (124)은 여전히 반사광(130)에 평행한 방향으로 약간의 내부 전반사와 산란을 일으킨다. 그러므로, 지문 융선(111)과 지문 골(109)로부터 반사광(130)의 광량 차이는 상대적으로 작을 수 있다. 즉, 지문영상에 있어서 지문 융선(111)과 지문 골(109)사이의 콘트라스트가 낮게 될 수 있다. 이것은, 영상의 취득, 처리 및 비교를 어렵게 한다.
또한, 상기 광학 인식 시스템(108)은 광학 프리즘(110)과 렌즈부(114) 사이가 멀기 때문에 전체 시스템 크기가 상대적으로 커지는 경향이 있다. 광학 프리즘 (110)과 렌즈부(114) 사이의 거리가 먼 것은, 영상면(118)의 지문이 렌즈부(114)의 제1렌즈보다 크기 때문에 일어난다. 따라서, 만일 렌즈부(114)가 출사면(122)에 상대적으로 가깝게 놓인다면, 렌즈부(114)는 지문의 가장자리 부근에서는 지문영상을 취득하지 못하게 될 것이다. 그러므로, 시스템(108)에서 광학 프리즘(110)과 렌즈부(114) 사이의 거리는 상대적으로 멀어야 하는 것이 바람직한데, 이는 지문 가장자리 부근에서 좀더 나은 영상을 제공할 수 있기 때문이다. 따라서, 영상취득 시스템(108)을 비교적 작게 만들 수 없는 문제가 된다. 또한, 출사면(122)과 렌즈부(114) 사이의 거리가 멀어질수록 빛의 간섭으로 인해 지문영상에서 콘트라스트의 손실을 초래할 수 있다.
더욱이, 영상취득 장치(108)에서는 사다리꼴 왜곡 현상이 발생할 수 있다. 영상 시스템에서 사다리꼴 왜곡이란 시스템이 취득한 사각형의 영상이 사다리꼴로 보여지는 것을 말한다. 도2는 영상취득 시스템(108)에서 어떻게 사다리꼴 왜곡이 발생되는지를 보여주는 모식도이다. 광원(112)으로부터 입사광(124)은 프리즘(110)으로 들어가고, 영상면(118)에서 반사되어 영상 AB를 만든다. 그리고, 반사광(130)은 출사면(122)을 통과하여 렌즈부(114)의 A'와 B' 지점에서 상 A'B'를 형성한다. 출사면(122)을 통해 보여지는 상 AB는 상 ab에 "겉보기 상(apparent image)"으로 나타날 수 있다. 구체적으로 말하면, A 지점은 출사면(122)으로부터 aa' 거리인 a 지점에 있는 것처럼 보이고, B 지점은 출사면(122)으로부터 bb' 거리인 b 지점에 있는 것처럼 나타난다. 출사면(122)으로부터 물체의 겉보기 상이 나타나는 거리는, 물체와 출사면(122)간의 실제거리를 프리즘(110)의 굴절률 n으로 나눈 값으로 주어진다. 구체적으로 말하면, 거리 aa'는 다음과 같다. 여기서, n은 프리즘(110)의 굴절률(index of refraction)이다.
aa' = Aa'/n
마찬가지로, bb' = Bb'/n 이다.
사다리꼴 왜곡은 물체의 겉보기 상으로부터 렌즈부(114)의 렌즈면까지의 광로의 길이가, 영상취득된 물체의 다른 부분과 달라질 때 일어난다. 구체적으로, 사다리꼴 왜곡은 시스템(108)에서 거리 aA'가 bB'보다 길기 때문에 일어난다. 상기의 식에서 알 수 있듯이, 사다리꼴 왜곡은 사물의 굴절률이 1이 아닌 곳을 빛이 지날 때만 일어날 수 있다(공기중에서 사물은 n=1의 굴절률을 갖는다고 가정).
이러한 왜곡을 보상하기 위하여, 선행 기술에서는 렌즈부(114)의 렌즈면(107)과 이미지센서(116)를 기울여서 두 지점의 거리가 근접되는 점까지 bB'의 거리를 늘이고 aA'의 거리를 줄이는 방법을 취하고 있다. 그러나, 직각이등변 프리즘(즉, 정점의 각도(apex angle)가 90도에 가깝고, 베이스각(base angle)이 45도에 가까운 삼각형)의 특성상, 반사광(130)은 출사면(122)에 수직으로 프리즘(110)을 나간다. 즉, 반사광(130)이 출사면(122)을 빠져 나가면서 굴절되지 않는다. 더욱이, 일반적으로 투명한 물체 표면상의 큰 입사각에서, 입사광의 상당 부분은 표면으로부터 반사된다. 따라서, 렌즈부(114)를 기울임에 의해 사다리꼴 왜곡을 줄일 수는 있으나, 이는 반사광(130)이 입사각보다 크게 렌즈부(114)를 때리기 때문에 렌즈부(114)의 표면과 이미지센서(116)의 표면에서 반사광(130)의 많은 반사를 일으킨다. 이미지센서(116)로 들어가는 빛의 광량의 감소로 인해 이미지 처리와 비교를 더욱 어렵게 만든다.
또한, 광원(112)과 렌즈부(114)의 상대적인 배치는 광원(112)으로부터 새어 나온 광(stray light, 113)이 렌즈부(114)로 들어가는 것을 가능하게 한다. 이로 인해, 취득된 영상의 질이 저하되고 영상 처리를 더욱 어렵게 만드는 부가적인 배경 "잡음광"이 발생된다.
이러한 흡수식 영상취득 시스템의 문제점을 극복하기 위하여, 영상취득 시스템은 흡수식(absorption)보다는 산란식(scattering)을 기반으로 설계되고 있다. 이러한 영상취득 시스템은, 1993. 8. 3.에 등록된 미국 특허 5,233,404(Lougheed)에 개시되어 있다. 도3은 Lougheed의 영상취득 장치의 일부분을 설명하는 구성도이다. 도3에 나타낸 바와 같이, 선행 기술의 영상취득 시스템(208)은 사다리꼴 프리즘(210), 광원(212), 렌즈부(214), 이미지센서(216)를 포함한다. 사다리꼴 프리즘(210)은 적어도 영상면(218), 수광면(220), 출사면(222)을 포함한다.
영상면(218)은 지문 등의 물체 영상이 접촉하는 면이다. 광원(212)은 영상면 (218)에 평행한 수광면(220)에 인접해 있다. 그러므로, 입사광(224)은 영상면(218)과 프리즘(210)을 통한 광원(212)에 의해 영상면(218)의 임계각(228)보다 작은 각으로 입사된다. 따라서, 지문의 골(209)이 영상면에 닿은 부분에서는 내부 전반사가 일어나지 않고 영상면(218)을 통해 빠져 나간다. 영상면(218)에 접촉해 있는 지문의 융선(211) 부분에 부딪힌(strike) 입사광(224)은 산란(또는, 불규칙 반사)된다. 산란된 광(230)은 출사면(222)에 인접해 놓인 렌즈부(214)의 방향을 포함하여, 모든 방향으로 프리즘(210)으로 역전달된다. 산란된 광은 상기의 CCD, CMOS 또는 다른 타입의 검출기인 이미지센서(216)에 의해 검출되기 위해, 출사면(222)을 통과하고 렌즈부(214)로 들어간다. 지문의 골(209) 부분에서 입사광(224)은 영상면(218)을 통해 지나간다. 그리고, 지문 융선(211)이 접해 있는 영상면(218)에서 산란된 입사광(224)은 렌즈부(214)와 이미지센서(216)에 의해 포착된다. 따라서, 지문의 영상은 지문 융선(211)에서 상대적으로 밝으며, 지문 골(209)에서 상대적으로 어둡다. 산란된 광(230)이 이미지센서(216)에 의해 포착되기 때문에, 이러한 방식의 시스템을 산란식(scattering) 시스템이라 한다.
도1에 나타낸 바와 같이, 산란방식에 의해 형성된 지문영상의 융선과 골 사이의 빛의 광량 차이는 흡수 방식에 의해 형성된 지문영상의 융선과 골 사이의 빛의 광량 차이보다 크다. 그 결과, 지문영상의 지문 융선과 골 사이의 콘트라스트는 산란방식에 의해 형성된 지문의 경우가 흡수방식에 의해 형성된 것보다 높다. 따라서, 산란식에 있어서 영상은 이미지센서(216)에 의해 보다 더 정확하게 취득될 수 있다. 이로써, 시스템에 의해 수행되는 후속단계의 지문 비교 단계에 있어서 에러를 줄일 수 있다. 그러나, 도1에서 나타낸 바와 같이, 프리즘으로서는 사다리꼴 프리즘(210)이 삼각 프리즘(110)보다 제조비용이 더 많이 들어간다. 여러가지 이유가 있지만, 사다리꼴 프리즘이 삼각 프리즘보다 연마해야 할 면이 더 있기 때문이다.이것은 영상 시스템의 가격을 상승시킬 수 있으며, 소비자로 하여금 사용을 주저하게 한다. 더욱이, 사용되는 사다리꼴 프리즘은 삼각 프리즘보다 크다. 따라서, 사다리꼴 프리즘에 의해 영상 시스템을 소형화하기가 곤란하다.
또한, 산란식 영상취득 시스템(208)에 있어서도 흡수식 영상취득 시스템(108)에서와 같은 방식으로 지문영상의 사다리꼴 왜곡을 일으킬 수 있다. 이는 특히 영상면(218)과 출사면(222)의 각도가 45도에 가까울 때에 일어나는데, 이러한 경우에는, 영상취득 시스템(208)에서도 상기에서 서술한 영상취득 시스템(108)에서와 같은 이유로 사다리꼴 왜곡이 일어날 수 있다. 이와같이 영상면과 출사면 사이의 각도가 45도인 사다리꼴 프리즘을 사용하는 영상취득 시스템의 예로서 미국 특허 5,210,588을 들 수 있다.
상기에서 논의한 바와 같이, PO 인식 시스템의 사용을 위해서는 개량된 영상취득 장치를 필요로 한다. 즉, 고콘트라스트, 저왜곡의 영상을 취득하는 영상취득 장치가 바람직하다. 또한, 장치는 소형이어야 하며 낮은 가격의 생산비로 사용자에게 적합하도록 제공되어야 한다.
본 발명은 영상의 취득 및 인식 시스템에 사용되는 광학 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 영상취득하려는 모양이 형성되어 있는 물체(patterned object, 이하, "PO"라 함)로부터 고콘트라스트(high contrast), 저왜곡(low distortion)의 영상을 취득하기 위한 광학 시스템에 관한 것이다.
도1은 종래의 흡수식 영상취득 장치의 구성도이다.
도2는 도1의 영상취득 장치에 있어서 사다리꼴 왜곡을 설명하는 모식도이다.
도3은 종래의 산란식 영상취득 장치의 구성도이다.
도4는 본 발명에 따른 영상취득 시스템의 구성도이다.
도5는 도4의 프리즘과 광원의 사시도이다.
도6A는 본 발명에 따른 영상취득 시스템에 있어서 사다리꼴 왜곡의 감소를 설명하기 위한 모식도이다.
도6B는 도4의 영상취득 시스템에 사용되는 렌즈부의 구성도이다.
도7은 본 발명의 제2실시예의 구성도이다.
도8은 본 발명의 제3실시예의 구성도이다.
도9는 도8에 나타낸 프리즘과 광원의 사시도이다.
도10A는 도8에 나타낸 프리즘과 광원의 정면도이다.
도10B는 도8에 나타낸 프리즘과 광원의 부분 사시도이다.
도11은 본 발명의 제4실시예의 구성도이다.
도12는 도11에 나타낸 프리즘과 광원의 단면도이다.
도13은 본 발명의 제5실시예의 구성도이다.
도14는 도13에 나타낸 프리즘과 광원의 사시도이다.
도15는 본 발명의 제6실시예의 구성도이다.
도16은 도15에 나타낸 제1렌즈와 광원을 위에서 바라본 그림이다.
도17은 본 발명의 제7실시예의 구성도이다.
도18은 도17에 나타낸 렌즈의 다른 실시예의 구성도이다.
도19는 본 발명의 영상취득 시스템을 내장한 마우스와 연결 케이블을 위에서 바라본 그림이다.
도20은 도19에 나타낸 컴퓨터 마우스의 사시도이다.
도21은 도19에 나타낸 컴퓨터 마우스의 측면도이다.
도22는 도19에 나타낸 컴퓨터 마우스의 부분 단면도와 평면도이다.
본 발명은 높은 콘트라스트와 적은 왜곡 영상을 비교적 저가로 만들 수 있는 소형 영상취득 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학 시스템은, 출사면과 수광면 및 PO가 접촉되는 영상면을 갖는 광굴절수단을 포함한다. 수광면은 영상면에 인접해 있으며, 광원으로부터의 광을 광굴절수단 내부로 입사시키는 면이다. 출사면도 역시 영상면에 인접해 있으며, PO 영상이 출사면을 통해 출사된다. 본 발명에따른 광학 시스템은 또한, PO 영상을 받아 초점을 맺기 위해 출사면에 인접해 있는 집광렌즈를 포함한다. 수광면에 인접하여 광원이 설치되어 있는데, 광원은 출사면에 PO 영상을 형성하기 위해 광굴절수단으로 입사광을 보낸다. 그러면, 집광렌즈가 영상을 맺는다. 광원은, 광이 영상면에 부딪히기 전에 적어도 하나의 다른 면에 부딪힐 수 있는 위치에 설치된다. 이렇게 하여 영상면과 출사면을 통해 출사되는 영상은 거의 모두 산란광에 의해 형성된 것이다. 이러한 산란광에 의해 형성된 영상은 비교적 높은 콘트라스트와 균일한 조도를 갖는 이점이 있다.
본 발명의 두 번째 특징에 따르면, 광굴절수단은 45도보다 큰 베이스각도를 갖는 이등변삼각형 프리즘이다. 또한, 집광렌즈의 렌즈면은 출사면에 대해 기울어져 있어서, PO의 영상에서 발생하는 사다리꼴 왜곡이 크게 감소하는 이점이 있다.
본 발명의 세 번째 특징에 따른 PO 영상취득 장치는 제1렌즈, 렌즈부, 광원을 포함한다. 제1렌즈는 PO가 접촉되는 영상면과, 입사면 반대편에 위치하는 면으로서 물체의 영상이 출사되는 출사면을 포함한다. 제1렌즈는 또한, 영상면에 인접해 있는 수광면을 포함한다. 광원은 영상면과 출사면 사이에서 입사광을 보내기 위해 입사면에 인접하여 위치한다. 입사광은 영상면과 출사면 사이에서 출사면을 통과해 출사되지 않고 렌즈 내부에서 전반사된다. 이러한 방법으로, 출사면을 통해 출사되는 PO의 영상은 거의 모두 산란광에 의해 형성된다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 출사면에 인접한 렌즈부를 포함하는데, 렌즈부는 출사면을 통해 출사되는 PO 영상의 초점을 이미지센서에 맺게 한다.
제1렌즈의 영상면은 영상면에 접촉되는 지문의 형상에 맞도록 오목하게 형성될 수 있다. 또한, 제1렌즈와 렌즈부는 일체형으로 형성될 수 있다. 이로써 조립이 쉬워지고, 제조비용의 절감 및 영상취득 시스템의 소형화가 가능하다.
본 발명의 네 번째 특징에 따른 영상취득 장치는 삼각 프리즘, 집광렌즈, 광원을 포함한다. 삼각 프리즘은 영상면, 영상면에 인접한 수광면, 수광면에 인접한 출사면을 포함한다. 렌즈는 출사면에 인접해 있으며, 출사면으로부터 PO 영상을 받아 초점을 맺는 역할을 한다. 광원은 삼각 프리즘 내부로 광을 입사하기 위한 것으로서, 영상면과 출사면 사이에 광을 입사하기 위해 수광면에 인접해 위치한다. 입사광의 대부분은 출사면을 통과해 나가지 않고 영상면과 출사면 사이에서 내부 전반사를 일으킨다. 이로써, 출사면을 통해 집광렌즈로 집광되는 PO 영상은 거의 모두 영상면으로부터 산란된 광에 의해 형성된다.
상기 네 번째 특징에 따르면, 제1광원은 프리즘의 일단 제1삼각형면에 위치되고, 제2광원은 프리즘의 제1삼각형면의 반대단의 제2삼각형면에 설치된다. 이러한 구성에 의해, 영상면에 균일하게 조사(照射)를 할 수 있어서 비교적 균일한 PO 영상을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 PO 영상취득 방법은 영상면, 수광면, 출사면을 갖는 광굴절수단을 제공하는 단계를 포함한다. PO는 영상면에 접촉된다. 광원으로부터의 입사광은 수광면을 통해 광굴절수단으로 입사되며, 입사광은 영상면에 부딪히기 전에 영상면이 아닌 광굴절수단의 적어도 한 면에서 반사된다. 입사광은 영상면 및 PO에서 산란되며 출사면을 통해 출사된다. 렌즈는 출사면에 인접하여 설치되는데, 출사면에서 출사되는 산란광은 렌즈에 의해 집광되어 PO 영상이 형성된다.
도4와 5는 본 발명에 따른 PO 영상취득 시스템(308)을 보여주고 있다. 영상취득 시스템(308)은 삼각 프리즘(310), 광원(light source, 312), 렌즈부(lens assembly, 314), 이미지센서(316)로 구성된다. 프리즘(310)은 도4가 표시된 종이면 속으로 연장되는 길이를 갖는 5면체의 이등변삼각형 프리즘이다. 프리즘(310)은 지문(335) 등의 영상취득하려는 물체(PO)가 놓이는 직사각형의 영상면(imaging surface, 318)을 포함한다. 또한, 프리즘(310)은 영상면(318)에 접촉한 지문(335)의 영상을 프리즘(310) 밖으로 출사시키는 직사각형의 출사면(viewing surface, 320)을 포함한다. 도4와 5의 실시예에서, 출사면(320)은 프리즘(310) 안으로 빛이 들어가게 하기 위한 수광면(light receiving surface)으로서 작용한다. 프리즘의 광산란면(322)은 프리즘(310)의 제3 직사각형 면을 형성한다. 아래에 자세한 이유를 논하지만, 광산란면(322)은 되도록 확산판 처리된(diffusive) 것이 바람직하다.
광원(312)은 되도록이면 프리즘(310)의 길이(도4가 표시된 종이의 평면 속으로 연장된) 정도로 길게 연장되어 일렬로 배열된 LED 어레이가 좋다. 만일 이러한 LED 어레이가 광원으로 쓰인다면, 확산 덮개가 영상면(318)의 좀더 균일한 조명을 위하여 LED들과 출사면(320) 사이에 설치될 수 있다. 그러나, 광원(312)으로서는 어떠한 타입의 광원이라도 프리즘(310) 안으로 입사광을 보낼 수 있으면 본 발명의 범위에 속할 것이다. 광원(312)은 되도록이면 영상면(318)을 마주보고 있는 모서리 (338)를 따라 설치되는 것이 바람직하다.
렌즈부(314)는 지문(335)으로부터 산란된 광(330)을 받아서, 이미지센서(316)상에 이 산란된 광(330)의 초점을 형성하기 위한 것이다. 렌즈부 (314)는 하나의 렌즈일 수도 있으며, 다수의 렌즈들로 이루어질 수도 있다. 가장 바람직하게는, 렌즈부(314)는 13.48mm에 가까운 초점거리를 갖고 출사면(320)으로부터 대략 13.5mm의 위치에 있는 것이 좋다. 또한, 렌즈부(314)의 제1실시예의 구성도인 도6B에서 보여지는 바와 같이, 렌즈부는 세 개의 렌즈(904, 906, 908)로 구성되는 것이 가장 바람직한데, 각각의 광축은 공통된 광축(902)상에 일렬로 놓인다. 렌즈(904)는 약 17.8mm의 직경을 가지며, 두 렌즈(906, 908)는 약 6mm의 직경을 갖는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 렌즈부(314)에는 어떠한 수의 렌즈가 포함되더라도 관계없다.
이미지센서(316)는 렌즈부(314)로부터 광학적 광영상을 취득하고, 취득한 영상을 전기신호로 변환한다. 이미지센서(316)로는 광신호를 아날로그 또는 디지털 신호로 변환할 수 있는 CCD 또는 다른 변환수단을 사용할 수 있다. 또한, 이미지센서(316)로서 CMOS 소자를 사용하는 것이 바람직하다. CCD와 CMOS 이미지센서는 당업자에게 잘 알려져 있다. 이미지센서(316)에 의해 형성된 전기신호는 주지의 수단에 의해 처리되어 지문 등의 입력패턴을 비교하는데 사용된다. 배경기술에서 설명한 바와 같이, 이러한 신호처리 방법은 미국 특허 4,135,147과 4,688,995에 개시된 바와 같다.
이미지센서(316) 상에 지문(335)의 광학적 영상을 형성하기 위해서, 지문 (335)이 영상면(318)에 놓인다. 광원(312)으로부터의 입사광(324)은 출사면(320)을 통과하여 프리즘(310)으로 들어간다. 광원(312)이 모서리(338)에 인접해 있기 때문에, 입사광(324)은 산란면(322)에 부딪힌다. 앞에서 설명한 바와 같이, 산란면(322)은 확산성(diffusive)인 것이 좋다. 그래야 비교적 많은 양의 입사광 (334)이 산란면(322)으로부터 산란되어 프리즘(310) 안으로 들어간다. 비록 광 산란면(322)이 확산성이 아닐지라도, 거의 모든 입사광(324)은 산란면(322)의 임계각보다 큰 각도(323)로 산란면(322)에 부딪힌다. 그러므로, 입사광은 산란면(322)에서 반사되어 영상면(318)에 부딪힌다. 산란면(322)에서 입사광의 반사를 증대시키기 위하여, 산란면(322) 쪽으로 거울면이 향하도록 반사면(381)을 설치하는 것도 고려해 볼 만 하다.
입사광(324)이 산란면(322)에서 산란되거나 직접 반사되기 때문에, 상대적으로 많은 양의 입사광(324)이 영상면(318)의 임계각(328)보다 작은 각도(327)로 영상면(318)에 부딪힐 것이다. 따라서, 지문의 골(309)에서 영상면(318)에 부딪히는 입사광(324)은 내부 전반사를 일으키지 못하고, 대개가 영상면(318)을 빠져 나가게 된다. 그리하여 지문의 골(309)이 접촉된 영상면(318) 영역에서는 거의 광이 검출되지 않는다. 반면에, 지문의 융선(311)이 접촉되어 있는 영상면(318) 영역에 부딪힌 입사광(324)은 대부분이 산란되어 산란광(330)을 만든다. 산란광의 일부분은 출사면(320)을 통해 프리즘(310)으로 빠져 나간다. 산란광(330)은 프리즘(310)을 빠져 나가서 렌즈부(314)로 회절되어 들어가며, 이미지센서(316)에 초점을 맺는다.
입사광(324)은 산란면(322)에 의해 산란되기 때문에, 입사광(324)은 비교적 균일한 조도로 영상면(318)에 제공되어야 균일한 화질의 영상을 형성할 수 있다. 저장된 지문 데이터와의 비교 및 처리가 쉽게 되기 때문에 이와같이 균일한 조도의 영상을 얻어야 하는 것이다. 영상면(318)에 대한 조도의 균일성을 증가하기 위하여, 도5에 나타낸 바와 같이, 광원(312)과 맞닿은 출사면(320)의 일부가 에칭 라인(370)에 의해 줄이 그어질 수 있다. 에칭 라인(370)은 모서리 선단(338)에 평행하게 프리즘(310)의 길이 방향으로 그어진다. 에칭 라인(370)에 의해, 광원(312)으로부터 입사된 광이 출사면(320)을 통과하면서 확산되어 조도가 균일해 진다. 상기에서 서술한 바와 같이, 이러한 확산효과로 인해 영상면(318)에 대해 조도의 균일성이 향상된다.
앞에서 설명한 구성요소들 이외에, 영상취득 시스템(308)은 광원(312)에 인접한 수광면의 일부에 차광막(light blocking shield, 350)을 포함하는 것이 바람직하다. 차광막(350)은 프리즘(310)의 길이 전체에 걸쳐 있는(도4가 그려진 평면 속으로) 것이 바람직하다. 차광막(350)은, 광원(312)으로부터 새어 나온 빛이 렌즈부(314)로 들어가 지문영상과 간섭되거나(interfere), 영상을 흐릿하게 만드는 문제를 배제하기 위한 것이다. 또한 고려해야 할 점은, 프리즘(310)의 안쪽과 맞닿은차광막(350)의 표면은 거울면(mirrored surface)이 되어야 하는 것이다. 이러한 거울면에 의해 영상면(318)상에 산란된 입사광의 광량을 높여줄 수 있다. 차광막(350)에 덧붙여(또는 차광막 대신에), 제2의 차광막(352)이 광원(312)과 렌즈부(314) 사이에 설치될 수 있다. 제2의 차광막(352)은 렌즈부(314)로 들어가는 광원(312)으로부터 새어 나오는 빛을 막기 위한 각도로 출사면(320)에 설치되는 것이 바람직히다.
광원(312)은 비교적 좁고 영상면(318)으로부터 맞은 편의 모서리(338)에 인접해 위치하기 때문에, 영상면(318)에 도달하는 거의 모든 입사광(324)은 산란면 (322)에서 반사 또는 산란된다. 즉, 광원(312)으로부터 직접적으로 영상면(318)에 부딪히는 입사광(324)은 거의 없다. 입사광(324)이 직접적으로 영상면(318)에 부딪히는 것을 줄이기 위하여, 도5에 나타낸 바와 같이, 광원(312)이 라인(360)을 넘지 않도록 하는 것이 좋은데, 이 라인(360)은 출사면(320)에 수직한 평면과 영상면 (318)에 연하고 있는 모서리(365)의 교차점에 의해 구획되어 프리즘(310)의 길이 방향으로 그어진다. 만일 광원(312)이 모서리 선단(338)과 동일한 선상을 유지한다면, 광원(312)으로부터 수직으로 입사되어 직접적으로 영상면(318)에 부딪히는 입사광(324)은 거의 없을 것이다.
광원(312)으로부터 영상면에 직접적으로 입사되는 입사광(324)을 최소화시킴으로써, 지문의 골(309)이 접촉되어 있는 영상면(318) 영역에서 입사광(324)의 내부 전반사는 거의 일어나지 않는다. 이것은 지문의 골 부분으로부터 출사면(320)을 통해 렌즈부(314)로 들어가는 빛은 거의 없는 것을 의미한다. 반면에, 영상면(318)으로부터 렌즈부(314)로 들어가는 거의 모든 광은 영상면(318)상의 지문 융선(311)으로부터 산란된 것이다. 이로써, 지문영상에 있어서 지문의 융선(311)과 골(309) 의 사이에서 높은 대비도(콘트라스트)를 갖게 된다. 이와같이 높은 콘트라스트를 갖는 지문영상은 다른 지문영상과의 비교 및 처리를 쉽게 하고 처리의 정확성을 증대시키는 이점이 있다.
더욱이, 영상취득을 위해 사용되는 산란 방식의 기술이, 배경기술에서 논의한 Lougheed의 특허에서 개시된 사다리꼴 프리즘이 아닌 삼각 프리즘으로 구현된다. 삼각 프리즘이 사다리꼴 프리즘보다 제조하는데 있어서 훨씬 효율적이기 때문에, 본 발명에 따른 영상취득 시스템(308)의 제조비용이 상대적으로 저렴한 이점이 있다.
게다가 본 발명에서는, 산란된 빛이 물체로부터 한 방향이 아닌 여러 방향으로 산란된다. 따라서, 물체로부터 산란된 빛은 렌즈에 의해 영상의 모서리부근에서도 화질이 저하됨이 없이 먼 거리에서도 포착되어 초점이 맺혀진다. 따라서, 렌즈부(314)가 화질의 저하없이 출사면(320)에 비교적 가깝게 놓일 수 있다. 이와같은 이점으로 영상취득 시스템(308)을 소형화하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 영상취득 시스템에서는 사다리꼴 왜곡을 줄일 수 있다. 배경기술에서 논의한 바와 같이, 사다리꼴 왜곡은 실제 물체의 영상으로부터 왜곡되는 크기를 갖는 영상에 있어서 분명해진다. 사다리꼴 왜곡은, 물체의 겉보기 상으로부터 물체 영상의 한 부분에서 다른 부분의 렌즈부(314)로의 광로 길이의 변화로 발생된다. 도6A에 나타낸 바와 같이, 영상취득 시스템(308)에 있어서, 지문(335)의겉보기 상(335')의 서로 다른 지점으로부터 렌즈부(314)로의 산란된 광(330)의 경로 길이가 거의 동일하다. 구체적으로 말하면, AA'와 BB'와 CC'의 경로가 거의 같다. 따라서, 본 발명에서는 사다리꼴 왜곡이 줄어들 수 있는 이점이 있다. 도6A에서 보여지는 바와 같이, 경로 AA', BB', CC'의 동일화는 출사면(320)에 대해 렌즈부(314)를 기울임으로써 수월해진다. 그러나, 도1에 나타낸 영상취득 시스템(108)과는 달리, 렌즈부 (314)를 기울이더라도 이미지센서(316)에 도달하는 영상의 광량이 줄지는 않는다. 배경기술에서 설명한 영상취득 시스템(108)에서는, 렌즈부(114)를 기울임으로써 반사광(130)이 렌즈부(314)의 제1렌즈를 수직으로 부딪히도록 할 수 있지만, 이는 렌즈부(114)의 표면으로부터 반사광(130)이 크게 반사되도록 하여, 이미지센서 (116)에 도달되는 광량이 줄어드는 바람직하지 못한 결과를 낳는다.
그러나, 앞에서 설명한 바와 같이, 프리즘(310)은 이등변 프리즘으로서 베이스각도(340, 341)가 45도 이상인 것이 바람직하다. 베이스각도 340은 영상면(318)과 산란면(322) 사이의 모서리(365)의 사잇각이며, 베이스각도 341은 영상면(318)의 반대편 모서리(338)의 사잇각이다. 또한, 프리즘(310)의 굴절률은 1이 아닌 것이 바람직하다. 따라서, 출사면(320)에 부딪히는 산란광(330)은 프리즘(310)을 나가면서 출사면(320)의 수직선으로부터 굴절된다. 그래서, 렌즈부(314)의 렌즈면 (307)을 기울임에 의해, 산란광(330)은 거의 90도 각도로 렌즈부(314)에 부딪히게 된다. 따라서, 렌즈부(314)의 표면에서 산란된 광의 지나친 반사로 인하여 영상 광량의 손실은 없어지고, 이미지센서(316)에서 영상 광량의 손실없이 사다리꼴 왜곡이 줄어들 수 있다. 모서리(365, 338)에서 프리즘(310)의 베이스각도는 50~65도의 각도가 바람직하며, 62도 또는 63도의 각도로 측정되는 것이 가장 바람직하다. 만일 프리즘(310)이 62도에 가까운 베이스각도를 갖는다면, 프리즘(310)의 굴절률은 1.71~1.72인 것이 바람직하며, 1.713에 가까울수록 가장 바람직하다. 만일 프리즘 (310)이 63도에 가까운 베이스각도를 갖는다면, 프리즘(310)의 굴절률은 1.68~1.70인 것이 바람직하며, 1.6935 또는 1.6968에 가까운 것이 가장 바람직하다. 그러나, 프리즘(310)은 항상 1보다는 큰 굴절률을 가져야 한다.
프리즘(310)은 공기의 굴절률인 1과는 다른 굴절률을 갖는 유리, 아크릴, 또는 기타 투명한 금속으로 만들 수 있다. 프리즘은 한국의 신광사(Shinkwang Ltd.)에서 원하는 굴절률과 각도로 제작될 수 있으며, LaK-7 또는 LaK-8로 명명된 유리로 제작될 수 있다.
렌즈부(314)는, 한국의 옵티칼시스템사에 의해 제작가능한데, BK7로 명명된 유리로 제작하였다. 만일 도6A에 나타낸 렌즈부(314)에 한 개 이상의 구성요소가 사용된다면, 각 구성요소는 당업자에게 알려진 플라스틱 몰딩 방법 등에 의해 제작된 프레임에 의해 정렬되고 간격이 조절될 수 있다.
광원(312)은 회로 기판상에 일직선으로 어레이 배열된 4개의 기성품 LED들로 구성된다. LED의 전력공급 방식은 당업자에게 잘 알려져 있다. 이미지센서(316)는 CMOS 타입의 센서가 바람직하며, 한국의 현대전자, 미국 캘리포니아 산호세의 VLSI 비전 또는 캘리포니아 서니베일의 옴니비젼테크놀러지로부터 구입할 수 있다.
도4에 나타낸 영상취득의 구성요소를 정위치에 위치시키기 위해, 각 구성요소를 위한 홀딩슬롯(holding slot)을 갖는 프레임을 플라스틱 몰딩 또는 다른 방법으로 제작할 수 있다. 광원(312)은 출사면(320)에 인접한 홀딩슬롯에 삽입되거나 공지된 투명 접착물에 의해 출사면(320)에 직접 부착될 수 있다.
도4~6에 보여진 본 발명의 실시예에 있어서, 광원(312)은 수광면이기도 한 출사면(320)에 위치한다. 그러나, 광원(312)을 삼각 프리즘의 다른 표면으로 이동시켜도 본 발명의 기술적 범위에서 벗어나지 않는다. 이렇게 광원을 출사면이 아닌 다른 면에 인접하여 설치하는 실시예의 하나가 도7에 도시되어 있다. 도7에서 보는 바와 같이, 본 실시예의 영상취득 시스템(408)은 이등변삼각형 프리즘(410), 광원(412), 렌즈부(414), 이미지센서(416)를 포함한다. 앞에서 설명한 영상취득 시스템(308)의 프리즘(310)과 같이, 본 실시예의 프리즘(410)은 지문(435)이 접촉되는 면인 영상면(418)과 렌즈부(414)상에 투영되는 지문(435) 영상이 통과하는 출사면(420)을 포함한다.
그러나, 광원(412)은 출사면(420)이 아닌 수광면(422)에 인접해 있는 점이 다르다. 광원(412)은 비교적 좁은 광원이며 한 줄의 LED로 가능하다. 광원(412)은 출사면(418)의 반대편 모서리(448)에 프리즘(418)의 길이방향으로(도7이 도시된 종이의 평면 속으로) 인접해 있는 것이 바람직하다. 영상취득 시스템(308)의 광원 (312)에서처럼, 본 발명의 실시예의 광원(412)도 수광면(422)과 수광면(422)에 수직한 평면의 교선에 의해 구획되는 라인을 넘지 않고, 수광면(422)의 반대편에 위치한 모서리(465)와 교차되지 않는 것이 바람직하다.
광원(412)으로부터의 입사광(424)은 수광면(422)을 통과하고 출사면(420)에부딪힌다. 출사면(420)상의 입사광(424)의 상당 부분의 입사각도가 출사면(420)의 임계각보다 크기 때문에, 입사광(424)은 출사면(420)에서 반사 또는 산란되어 영상면(418)에 부딪힐 것이다. 여기서, 본 영상취득 시스템(408)의 작용은 대부분 영상취득 시스템(308)과 유사하다. 영상면(418)의 임계각보다 작은 각으로 영상면에 부딪히는 입사광(424)은, 출사면(420)을 통과하여 지문영상을 렌즈부(414)에 투영시킨다. 그리고, 렌즈부(414)는 이미지센서(416)에 지문영상의 초점을 맺게 한다.
설명한 바와 같이, 입사광(424)은 영상면(418)에 부딪히기 전에 출사면(420)에서 산란하거나 반사한다. 이것은, 영상면(418)에 비교적 균일한 조도를 제공하는 이점이 있다. 또한, 거의 모든 입사광(424)은 영상면(418)의 임계각보다 작은 각도로 영상면(418)에 부딪힌다. 따라서, 상기에서 영상취득 시스템(308)과 관련하여 설명한 바와 같이, 출사면(420)을 통해 출사된 지문(435) 영상은 거의 모든 산란광 (430)에 의해 형성된다. 이로써, 영상의 왜곡없이 렌즈부(414)를 상대적으로 출사면(420)에 가깝게 위치시킬 수 있으며, 높은 콘트라스트의 지문(435) 영상을 제공할 수 있다.
앞서 설명한 영상취득 시스템(308)에서와 같이, 본 영상취득 시스템(408)은 길이방향으로(도7의 평면 속으로) 모서리 선단(438)에 인접하여 영상면(420)상에 형성되는 차광막(450)을 포함할 수 있다. 차광막(424)의 표면은 불투명체 또는 확산체 또는 거울면일 수 있으며, 출사면(420)을 마주한다. 또한(또는), 본 영상취득 시스템(408)은 출사면(420)의 길이에 걸쳐서, 일정한 각도로 돌출 설치되는 제2의 차광막(452)을 포함할 수 있다. 두 차광막(450, 452)은 렌즈부(414)로 들어가는 광원(412)으로부터 새어 나오는 광을 줄여 지문(435) 영상의 왜곡을 방지하는 역할을 한다.
또한, 영상취득 시스템(308)에서처럼, 광원(412)의 수광면(422)과 대향하는 부분의 수광면(422)의 표면에는 모서리 선단(438)에 평행하고 수광면(422)의 길이방향을 따라서 줄이 그어질 수 있다. 이 줄들은 입사광(424)이 더욱 확산될 수 있도록 한다. 상기에서 설명한 바와 같이, 이는 영상면(418)에 보다 더 균일한 조도를 제공한다.
더욱이, 이등변삼각형 프리즘(410)은 45도보다 큰 각도의 베이스각도(440, 441)를 갖는 것이 바람직하다. 좀더 바람직하게는, 베이스각도(440, 441)가 50~65도인 것이 좋고, 가장 바람직하게는 62~63도의 각도를 갖는 것이 좋다. 또한, 프리즘(410)의 굴절률은 1.5보다 큰 것이 바람직하다. 그래서, 산란광(430)이 출사면 (420)을 통과할 때, 출사면(420)에 대해 수직선상으로부터 굴절될 수 있다. 따라서, 도7에 나타낸 바와 같이, 렌즈부(414)의 렌즈 면은 사다리꼴 왜곡을 줄이기 위해 출사면(420)에 대해 기울일 수 있고, 이렇게 하여 산란광(430)은 계속해서 렌즈면에 거의 수직으로 렌즈부(420)로 들어갈 수 있게 된다. 따라서, 영상취득 시스템(308)에서처럼, 지문(435) 영상의 광량이 비교적 높게 유지될 수 있다.
프리즘(410), 광원(412), 렌즈부(414)와 이미지센서(416)로 구성되는 영상취득 시스템(408)의 구성요소들은, 영상취득 시스템(308)의 구성요소들과 모두 같다. 또한, 본 영상취득 시스템(408)은 대체로 영상취득 시스템(308)과 같은 방법으로 제작될 수 있다. 구체적으로 말하면, 도7에 나타낸 바와 같이, 영상취득 시스템의구성요소들을 보호하기 위해, 각 구성요소에 대해 홀딩슬롯을 갖는 프레임을 플라스틱 몰드 또는 다른 방법으로 제작할 수 있다. 광원(412)은 수광면(422)에 인접한 홀딩슬롯에 삽입되거나 공지의 투명 접착제를 사용하여 수광면(422)에 직접 부착될 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 프레임과 홀딩슬롯은 키보드(keyboard), 트랙볼 (trackball) 또는 마우스(mouse)와 같은 컴퓨터 입력장치의 일부이다. 이것은 본 발명에 따른 광학 취득 시스템을 상기 나열한 입력장치에 내장하는 것을 가능케 한다. 본 발명에 따른 실시예인 도19~22에서 보여지는 바와 같이, 시스템(308, 408)과 같은 광학 취득 시스템은 종래의 컴퓨터 마우스 내에 내장된다.
도19는 영상취득 시스템(408)이 내장된 컴퓨터 마우스(910)를 위에서 본 그림이다. 마우스(910)에 병렬포트 커넥터(920)와 통상의 마우스 커넥터(930)가 부착된다. 또한, 마우스(910)에 병렬포트 커넥터 대신 직렬포트 커넥터를 부착할 수 있음도 고려할 수 있다. 도20과 21은 각각 마우스의 사시도와 측면도를 나타내고 있는데, 프리즘(410)의 영상면(418)은 마우스(910)의 한 모서리상에 노출된다. 이것은, 지문인식 기능을 하는 컴퓨터에서 마우스(910)를 사용할 때 사용자가 엄지손가락 또는 다른 손가락을 영상면(418)에 접촉할 수 있도록 한다. 도22는 부분 단면도로서, 마우스(910)를 위에서 볼 때 영상취득 시스템(408)이 마우스 안에 내장된 것을 보여주고 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 영상취득 시스템(408)은 프리즘(410), 렌즈부(414), 이미지센서(416)를 수용하고 있는 프레임(917)에 의해 마우스(910)내에 내장되어 있다. 또한, 신호선(406)이 이미지센서(416)와 전자회로기판(미도시) 사이에 연결되어 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 영상취득 시스템(308)은 비교적 소형으로 제작될 수 있는 이점이 있다. 마우스(910)내에서 영상취득 시스템(308)의 위치는 쉽게 선정할 수 있다. 언급된 실시예에서, 컴퓨터 마우스(910)에는 지문입력을 할 손가락의 위치를 가이드하기 위해 영상면(318)에 대해 수평, 수직 방향으로 수평 가이드(911)와 수직 가이드(912)가 형성되어 있다. 마우스에 따라서는 단순히 수평 또는 수직 가이드의 한 개만을 사용하더라도 손가락의 정렬을 위해 충분할 것이다. 도21에서, 수직 가이드(912)가 컴퓨터 마우스(910)의 바닥 근처에 있는 것을 볼 수 있다. 다른 실시예로서, 도21에 나타낸 것과는 달리, 수직 가이드(912)가 컴퓨터 마우스(910)(또는, 영상면(418))의 윗 부분에 형성될 수도 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 마우스(910)에는 병렬 커넥터(920)와 통상의 마우스 커넥터(930)가 부착된다. 병렬 커넥터(920)는 광학계로부터 포인팅 장치가 연결되어 있는 컴퓨터로 지문 데이터를 전송한다. 통상의 마우스 커넥터는 통상의 마우스 기능을 위해 컴퓨터 마우스(910)와 컴퓨터(도면에는 나타나지 않음) 사이에서 전력과 신호들을 전송한다. 마우스 포트 커넥터(930)로서는 PS/2 포트 커넥터가 사용될 수 있다. 또한, 마우스 포트 커넥터(930)가 사용되지 않고, 병렬 커넥터(920)를 대신하는 USB 커넥터만이 사용될 수도 있다.
상기의 설명은 컴퓨터 마우스에 관한 것이지만, 본 발명에 따른 광학 구조는 다양한 다른 장치들에 있어서도 사용이 가능하다. 구체적으로, 본 발명의 광학계는 전화기, TV, 자동차, 문, 기타 다른 장치에 결합하는 것이 가능하다. 지문영상은컴퓨터의 부팅 또는 스크린 세이버로부터 컴퓨터 시스템을 재가동시킬 때, 또는 앞서 설명한 제품들로의 접근을 위해 보안키 또는 패스워드에 의한 보안키로서 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 도8~10에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 위치에 광원을 갖고 있다. 도8은 영상취득 시스템(508)의 측면도로서, 앞서 설명한 영상취득 시스템(308, 408)과 같이, 이등변삼각형 프리즘(510), 렌즈부(514), 이미지센서 (516)를 포함한다. 영상취득 시스템(308)의 프리즘(310)에서처럼, 프리즘(510)은 지문(535)이 접촉되는 영상면(518)과, 지문(535)의 영상이 렌즈부(514)상에 투영되기 위해 통과하는 출사면(520)을 포함한다. 그러나, 도9와 10A에서 각각 보여지는 프리즘(510)의 사시도와 정면도에서와 같이, 영상취득 시스템(508)은 프리즘(510)의 양단 삼각형면(519, 521)에 각각 위치한(도9에 나타낸 바와 같이) 적어도 두 개의 분리된 광원(512a, 512b)을 포함하고 있다. 광원(512a, 512b) 각각은 LED 배열로 되는 것이 바람직하지만, 어떠한 종류의 광원이라도 프리즘(510)의 내부를 조사할 수 있다면 사용가능하다. 또한, 본 실시예의 영상취득 시스템(508)의 광원은 하나 또는 두 개 이상일 수도 있다.
본 영상취득 시스템(508)의 작용은 도10A, 10B에 나타낸 바와 같다. 도면에서와 같이, 영상면(518)에 근접한 광원(512a) 부분으로부터 입사되는 입사광(524)은 영상면(518)의 임계각보다 큰 각으로 영상면(518)상에 입사된다. 따라서, 지문의 골(509)이 위치하는 영상면(518) 부분에서 입사광(524)은 내부 전반사를 하고, 반사광(530a)은 프리즘(510)의 삼각형면(521)에 부딪히게 된다. 반사된 광은 삼각형면(521)을 통과하거나 삼각형면(521)에서 산란된다. 반면에, 지문 융선(511)에 부딪히는 입사광(524)은, 비교적 적은 양의 입사광(524)은 흡수되지만, 대부분 산란된다. 산란된 광(530b)은 출사면(520) 방향으로 방사되며, 출사면을 통과하여 렌즈부(514)로 들어간다. 프리즘(510)과 광원(512a, 512b)의 부분 사시도인 도10B에 보여지는 바와 같이, 입사광(524)은 영상면(518)과 출사면(520) 사이의 프리즘 모서리(557) 부근에서 광원(512a, 512b)에 의해 입사되는데, 이는 처음으로 영상면 (518)에서 일어나는 내부 전반사가 된다. 그리고, 모서리(557) 부근에서 영상면 (518)과 출사면(520)이 근접해 있기 때문에, 출사면(520)에서 내부 전반사가 일어나고 렌즈부(514)로는 들어가지 않게 된다. 따라서, 모서리(557) 부근에서, 프리즘 (510)은 광 가이드로서 작용하며, 모서리(557)에 근접해 있는 출사면(520)을 빠져 나가는 광은 거의 모두 영상면(518)으로부터 산란된 광이다.
또한, 도10A에서 언급한 바와 같이, 영상면(518)에서 떨어져 있는 광원(512a) 부분으로부터의 입사광(524')은 영상면(518)을 영상면(518)의 임계각보다 작은 각도로 부딪힌다. 따라서, 입사광(524')은 앞에서 설명한 영상취득 시스템 (308, 408)의 각각의 입사광(324, 424)에서 행해졌던 방법으로 지문(535)의 영상을 형성할 것이다. 입사광(524')은 두 광원(512a, 512b)으로부터 등거리인 영상면(518) 영역에 빛을 조사하고, 다른 입사광(524)은 양단의 삼각형면(519, 521)에 인접한 영상면(518)의 모서리 부근에 빛을 조사하는 경향이 있다. 이러한 경향으로, 광원(512a, 512b)은 영상면(518)의 전반에 걸쳐서 균일한 빛을 조사한다. 따라서, 본 영상취득 시스템(508)에서는 지문(535)의 균일한 영상을 형성할 수있는 이점이 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 영상취득 시스템은 거의 모든 산란광으로 지문(535)의 영상을 형성한다. 따라서, 영상취득 시스템(308, 408)과 마찬가지로, 본 영상취득 시스템(508)에 의해 취득되는 영상은 비교적 높은 콘트라스트의 영상이 된다. 아울러, 도10A에서 보여지는 바와 같이, 렌즈부(514)는 삼각형면(519)으로부터 삼각형면(521)에까지 커버되도록 충분히 넓은 것이 바람직하다. 따라서, 렌즈부(514)는 비교적 출사면(520)에 근접하여 위치할 수 있다. 이 때문에 본 영상취득 시스템(508)이 보다 소형화될 수 있다.
또한, 프리즘(510)은 베이스각도(540, 541)를 갖는데, 이는 50도 이상인 것이 바람직하며, 50~65도인 것이 좀더 바람직하고, 62~63도가 가장 바람직하다. 따라서, 영상취득 시스템(308, 408)에서처럼, 산란광(530a, 530b)은 출사면(520)을 빠져나가면서 굴절된다. 이 때문에, 렌즈부를 출사면(520)에 대해 기울일 수 있어서, 영상 광량의 손실없이 사다리꼴 왜곡을 줄일 수 있다.
도8~10에서 보여주고 있지만, 광원(512a, 512b) 각각은 양단 삼각형면(519, 521)과 거의 같은 넓이일 수 있다. 그런데, 여기서 고려해야 할 점은, 두 광원이 각 삼각형면(519, 521)의 일부만을 커버해야 하는 점이다. 예를 들면, 도11과 12에서 보여지는 바와 같이, 광원은 좁은 띠 형상의 광원일 수 있다. 도11과 12에서는 띠 형상의 광원(572a, 572b)이 각각 삼각형면(519, 521)에 부착되어 있는 프리즘 (510)을 보여주고 있다. 띠 형상의 광원(572a, 572b)은 영상면(518)과 만나는 양단 삼각형면(519, 521)의 각 모서리(518a, 518b)를 따라 부착된다. 광원(572a, 572b)각각은 한 줄로 배열된 LED인 것이 바람직하다. 그러나, 프리즘(510) 내부를 비출 수 있는 좁은 띠 형상의 광원이라면 무엇이든 사용할 수 있다.
각 광원(572a, 572b)은 영상면(518)을 조사하기 위한 광원(512a, 512b)과 같은 방식으로 동작한다. 그러나, 영상면(518)으로부터 상대적으로 먼 양단 삼각형면에는 광원(572a, 572b)의 부분이 없기 때문에, 광원(572a, 572b)에 의한 빛의 조사는 광원(512a, 512b)에 의한 빛의 조사처럼 균일하지는 않을 것이다. 그러나 그 이외에, 광원(572a, 572b)은 광원(512a, 512b)과 거의 유사한 방식으로 영상면(518)을 조사하기 때문에, 영상취득 시스템(508)이 갖고 있는 모든 이점을 보유하고 있다. 더욱이, 광원(572a, 572b)은 광원(512a, 512b)보다 크기가 작기 때문에, 광원(572a, 572b)의 제조비용이 상대적으로 적으며 전력소모도 적은 이점이 있다. 본 영상취득 시스템(508)은 영상취득 시스템(308, 408)의 제조방법과 실질적으로 같은 방법으로 제작가능하며, 구성요소도 실질적으로 동일하다.
산란된 지문영상의 내부 전반사를 이용하는 본 발명의 또다른 실시예를 도13과 도14에 나타내었다. 본 실시예에 따른 영상취득 시스템(608)은(도13은 그 측면도임), 이등변삼각형 프리즘(610), 광원(612), 렌즈부(614), 이미지센서(616)를 포함하고 있다. 앞에서 설명한 프리즘(310, 410, 510)과 같이, 프리즘(610)은 지문(635)이 접촉되는 영상면(618), 취득된 지문영상이 출사되는 출사면(620), 프리즘(608) 내부에서 광원의 조사를 받는 수광면(622)을 포함한다. 광원(612)을 포함한 프리즘(610)의 사시도인 도14에서 보여지는 바와 같이, 광원(612)은 수광면 (622)에 인접하게 위치해 있으며, 수광면과 거의 같은 넓이를 갖는다. 렌즈부(614)는 이미지센서(616) 상에 지문영상의 초점을 맞춘다.
이전의 영상취득 시스템(508)과 유사하게, 광원(612)으로부터의 입사광(624)은 지문의 융선(611)이나 골(609)이 접촉되어 있는 영상면(618)에 부딪힌다. 바람직하게는, 수광면(622)과 마주하는 정점각(642)은 충분히 작아야, 영상면(618)이 출사면(620)에 충분히 가까워져 프리즘(610)내에서 광가이드 효과를 낼 수 있다. 즉, 영상면(618)이 출사면(620)과 충분히 가깝다면, 지문의 골(609)이 접촉되어 있는 영상면(618)의 영역에 부딪히는 입사광(624)이 임계각보다 큰 각도로 영상면 (618)에 부딪히게 되어 내부 전반사를 수행할 수 있다. 따라서, 내부에서 전반사된 광(630a)은 출사면(620)을 통과하여 렌즈부(614)로 들어가지 않고, 다시 한번 내부에서 전반사된다. 이러한 작용은, 내부 전반사된 광(630a)이 완전히 감쇠되거나, 수광면(622)에 마주하는 정점(665)을 통해 프리즘(610)을 빠져나갈 때까지 지속될 것이다. 그러나, 지문 융선(611)이 접해 있는 영상면(618)의 영역에 부딪히는 입사광(624)은 대부분 지문 융선(611)에서 산란된다. 이 산란광(630b)의 일부는 출사면 (620)을 통해 프리즘(610)을 빠져 나가고, 렌즈부(614)에 의해 이미지센서(616)상에 산란광(630b)의 초점이 맺히게 된다. 따라서, 지문(635)의 영상은 지문의 융선 (611)에서는 상대적으로 밝고, 지문의 골(609)에서는 상대적으로 어둡게 된다.
상기에서 설명한 바와 같은 작용에 의해, 프리즘(610)은, 지문 융선(611)에 의해 산란되지 않는 입사광(624)을 포함하고 있는 광가이드로서 동작하고, 산란되는 대부분의 광을 이용하여 지문영상을 형성한다. 따라서, 영상취득 시스템(608)에 의해 형성된 영상은 비교적 높은 콘트라스트를 갖게 되고, 렌즈부(614)의 위치를출사면(620)에 가깝게 위치시킬 수 있어서 소형으로 제작될 수 있다.
또한, 이등변삼각형 프리즘(610)은 베이스각도(640, 641)를 포함하는데, 각 베이스각도는 50도보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 프리즘(410)의 굴절률은 1보다 큰 것이 바람직하다. 그래서, 산란광(630)이 출사면(620)을 통과할 때, 이 산란광 (630)은 출사면(620)에 대해 수직선상으로부터 굴절될 수 있다. 따라서, 도13에 나타낸 바와 같이, 렌즈부(614)의 렌즈면을 출사면(620)에 대해 기울여서 사다리꼴 왜곡을 줄이며 산란된 광(630)이 렌즈 면에 수직으로 렌즈부(614)로 들어갈 수 있게 할 수 있다. 따라서, 영상취득 시스템(308, 408, 508)과 같이 지문(635)의 영상 광량을 비교적 높게 유지할 수 있다.
본 영상취득 시스템에 있어서, 광가이드 형태의 굴절수단으로서 반드시 프리즘(510, 610)과 같은 삼각 프리즘을 사용할 필요는 없다. 다른 광 굴절수단도 광가이드로서 동작하는 한 본 영상취득 시스템에 사용될 수 있다. 예로서, 도15(측면도)와 도16(평면도)에서와 같은 원형의 오목렌즈(710), 광원(712a, 712b, 712c), 렌즈부(714), 이미지센서(716)를 포함하는 영상취득 시스템(708)을 들 수 있다. 오목 렌즈(710)는 오목한 영상면(718), 평평한 출사면(720), 원형의 수광면(722)으로 구성된다. 광원(712a, 712b, 712c)은 수광면(722)의 원주로부터 같은 거리로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 본 영상취득 장치는 하나 또는 두 개 이상의 광원들을 포함할 수 있다.
프리즘(610)과 유사하게, 오목렌즈(710)가 광가이드로 동작한다. 구체적으로, 광원(712a, 712b, 712c)으로부터의 입사광(724)은 영상면(718)의 임계각보다큰 각도로 영상면(718)에 부딪힌다. 따라서, 지문의 골(709)이 접촉해 있는 영상면 (718)의 영역에서, 입사광(724)은 내부 전반사를 수행한다. 그리고, 반사된 광(730)은 출사면(722)을 통과하지 않고 오목렌즈(710) 내에서 전파되어(propagate) 렌즈부(714)로 들어간다. 반면에, 입사광(724)이 지문 융선 (711)이 접해 있는 영상면(718)의 영역에 부딪힐 때에는, 입사광(724)은 산란되고 산란광(730) 중 일부는 출사면(718)을 통해 나가 렌즈부(714)에 의해 이미지센서 (716)에 초점이 맺힌다. 이와같은 방식으로, 본 영상취득 시스템(708)은 상대적으로 밝은 지문 융선(711)과 상대적으로 어두운 지문 골(709)을 갖는 지문영상을 형성한다.
평면의 영상면을 갖는 영상취득 시스템을 이용할 때에는, 실제 지문 대신에 지문의 2차원 영상을 영상면에 접촉할 수 있다. 이렇게 하여, 지문의 2차원 영상 복사본과 실제 지문 사이에 오인식이 일어나도록 처리 및 비교장치를 "속일" 수 있다(trick). 그러나, 본 실시예에서 렌즈(710)의 영상면(718)은 오목하다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 지문의 2차원 영상 복사본을 영상면(718)상에 위치시켜서 영상취득 시스템(708)에 연결된 처리 및 비교 장치를 "속이는" 것이 어려워지는 이점이 있다. 또한, 오목한 영상면(718)은 지문입력을 하고자 하는 손가락의 윤곽 곡선에 좀더 매치될 수 있을 것이다. 이는, 지문 표면의 많은 부분이 영상면(718)과 접촉하여 그로 인해 지문의 많은 부분의 영상화가 가능하다는 것을 의미한다. 이것은, 지문의 처리 및 비교 프로세스에 있어서 에러를 줄일 수 있는 이점이 있다.
비록 본 영상취득 시스템(708)의 렌즈부(714)는 오목렌즈(710)로부터 분리되어 있지만, 렌즈부(714)의 제1렌즈와 오목렌즈(710)를 하나의 단일 유닛으로 형성하는 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다. 이러한 영상취득 시스템은 도17에 나타낸 것과 같다. 도17의 영상취득 시스템(808)은 오목한 영상면(818)과 볼록한 출사면(822)을 갖는 렌즈(810)를 포함한다. 또한, 본 영상취득 시스템(808)은 광원 (712a, 712b)과 실질적으로 동일한 광원(812a, 812b)을 포함하며, 광원(712c)과 실질적으로 동일한 제3의 광원을 포함할 수 있다. 또한, 본 영상취득 시스템(808)은 이미지센서(816)와, 렌즈를 포함하거나 포함하지 않는 렌즈부(814)를 포함한다. 여기서, 영상취득 시스템(808)은 렌즈(810)와 분리된 렌즈부를 포함하지 않는다는 것을 고려해야 한다. 더욱이, 렌즈부(814)를 렌즈(810)에 결합하여 단일 유닛으로 하는 것은 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 영상취득 시스템(808)은 영상취득 시스템(708)과 같은 방식으로 작용하며, 그 이점을 모두 갖는다. 또한, 도18에서 보여지는 바와 같이, 렌즈(810)의 영상면(818)을 오목면이 아닌 평면으로 형성할 수도 있다.
본 발명의 사상과 기술적 범위를 벗어나지 않는 선에서 다양한 실시예들을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 사상은 명세서에 개시된 구체적인 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 앞에서 설명한 실시예들은 지문영상의 취득에 대해서 설명하고 있지만, 본 발명은 모든 형태의 PO(patterned object)의 영상취득에도 적용될 수 있다.

Claims (40)

  1. 영상취득하려는 모양이 형성되어 있는 물체(PO)가 접촉되는 영상면과, 상기 영상면에 인접하는 면으로서 광원으로부터의 광이 입사되는 면의 역할과 함께 상기 PO의 영상이 출사되는 역할을 하는 수광면과, 상기 영상면 및 수광면에 접하는 다른 제1직사각형면으로 이루어지는 5면체의 삼각 프리즘으로서, 상기 수광면과 상기 제1직사각형면이 접하는 제1모서리와, 상기 영상면과 상기 제1직사각형면이 접하는 제2모서리를 포함하는 광굴절수단,
    상기 광굴절수단의 출사면에 인접하여 출사면을 통해 출사되는 PO의 영상을 받아서 초점을 맺게 하는 적어도 하나의 집광렌즈,
    상기 광굴절수단의 출사면에 물체의 영상을 형성하기 위하여 상기 수광면 중 상기 제1모서리에 인접한 부분에 광을 입사시키는 적어도 하나의 광원으로 구성되며,
    상기 출사면에서 나오는 영상은 적어도 하나의 집광렌즈에 의해 집광되며, 광원으로부터 방사되는 광은 광굴절수단으로 입사되어 영상면에 부딪히기 전에 광굴절수단의 적어도 하나 이상의 다른 면에 부딪혀서 영상면으로부터의 PO 영상과 출사면을 통해 출사되는 영상이 영상면에서 산란된 광에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 한 개의 다른 표면에서 반사된 빛은 영상면의 임계각보다 작은 각으로 영상면에 부딪히는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 광굴절수단은 이등변삼각형 프리즘인 것을 특징으로 하는 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 광원은 수광면을 향해서 수광면에 평행하게 설치되고 상기 제1모서리에 인접하는 띠형상의 LED 광원으로서, 수광면의 수직평면과 제2모서리의 교점을 넘지 않는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  6. 삭제
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 광굴절수단의 영상면과 수광면 사이에 추가면(further surface)이 포함되는데, 이 추가면은 광확산면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 수광면의 일부는 광굴절수단의 내부를 향하는 면이 거울처리되어 있는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 수광면의 일부는 광흡수면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 제1모서리에 인접한 상기 추가면의 일부는 광굴절수단의 내부를 향하는 면이 거울처리되어 있는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 집광렌즈의 렌즈면은 PO의 각 부분 사이의 광로길이의 차이를 줄이기 위해 수광면 평면에 대하여 기울어져 있는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 광굴절수단을 이루는 이등변삼각형의 베이스각도는 50~65도 사이인 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  13. 삭제
  14. 청구항 1에 있어서, 제1모서리에 인접한 수광면의 일부는 광굴절수단의 내부를 향하는 면이 거울처리 되어 있는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  15. 청구항 6 또는 14에 있어서, 광원과 이미지센서 사이에 차광막이 설치되는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  16. 청구항 5 또는 15에 있어서, 수광면의, 제1모서리에 인접하고 광원과 마주하는 영역에 줄이 그어져, 수광면을 통과하는 광에 확산을 일으키는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  17. PO 영상이 놓이는 영상면과, 영상면과 인접하여 위치하며 광이 입사되는 적어도 하나의 수광면과, 수광면의 반대편에 위치하며 PO의 영상이 출사되는 출사면을 포함하는 제1렌즈,
    출사면에 인접하여 위치하며 출사면을 통해 출사된 PO 영상을 받고 초점을 맺기 위한 제2렌즈,
    수광면에 인접하며, 제1렌즈의 출사면과 영상면 사이에 광을 조사하는 적어도 하나의 광원으로 구성되어,
    입사광이 출사면을 통해 빠져나가지 않고 영상면과 출사면 사이에서 내부 전반사를 일으켜서 PO의 영상이 영상면으로부터 산란된 광에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 제1렌즈는 원형이며, 수광면은 제1렌즈의 원주 모서리면인 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서, 영상면은 오목한 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서, 수광면에 인접하여 위치한 세 개의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  21. 청구항 20에 있어서, 출사면은 볼록한 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  22. 청구항 18 또는 20에 있어서, 제1렌즈와 제2렌즈는 하나의 단일 렌즈인 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  23. 청구항 22에 있어서, 영상면은 평면이며, 출사면은 볼록한 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  24. PO의 영상이 접촉되는 영상면과, 영상면에 인접하여 위치하며 입사광이 들어가는 적어도 하나의 수광면과, 수광면에 인접하여 위치하며 PO의 영상이 출사되는 출사면을 포함하는 프리즘으로서, 상기 수광면은 프리즘의 제1직사각형면이고, 상기 영상면은 프리즘의 제2직사각형면이고, 상기 출사면은 프리즘의 제3직사각형면인 삼각 프리즘,
    출사면에 인접하여 위치하며 출사면에서 출사되는 PO의 영상을 받아 초점을 맺게 하는 적어도 하나의 렌즈,
    수광면에 인접하여 위치하여 삼각 프리즘의 출사면과 영상면 사이에 광을 조사하는 적어도 하나의 광원,
    입사광의 적어도 한 부분이 출사면을 통해 빠져나가지 않고 영상면과 출사면 사이에서 내부 전반사를 일으켜서 PO의 영상이 영상면으로부터 산란된 광에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  25. 삭제
  26. 청구항 24에 있어서, 삼각 프리즘은 이등변삼각형 프리즘인 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  27. 청구항 24에 있어서, 제1광원은 삼각 프리즘의 제1삼각형면에 인접하여 위치하며, 제2광원은 삼각 프리즘의 제2삼각형면에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  28. 청구항 24에 있어서, 제1광원은 제1삼각형면과 같은 넓이를 가지며, 제2광원은 제2삼각형면과 같은 넓이를 갖는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  29. 청구항 28에 있어서,
    제1광원은 좁은 형상으로서, 삼각 프리즘의 영상면과 제1삼각형면 사이의 제1모서리에 인접하여 위치하며,
    제2광원은 좁은 형상으로서, 삼각 프리즘의 영상면과 제2삼각형면 사이의 제2모서리에 인접하여 위치하는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  30. 청구항 28 또는 29에 있어서, 출사면에 인접한 적어도 하나의 렌즈는 적어도 출사면만큼의 너비를 갖는 것을 특징으로 하는, 고콘트라스트 저왜곡의 영상취득 광학 시스템.
  31. 영상면, 수광면, 출사면을 갖는 광굴절수단을 제공하는 단계,
    광굴절수단의 영상면에 PO를 접촉하는 단계,
    광굴절수단의 수광면에 광원으로부터의 입사광을 조사하는 단계,
    입사광이 영상면에 부딪히기 전에, 영상면이 아닌 적어도 하나의 광굴절수단 의 표면에서 입사광을 반사시키는 단계,
    영상면과 PO에서 입사광을 산란시켜서 출사면으로 출사시키는 단계로 구성되는, 모양이 형성되어 있는 물체의 영상취득 방법.
  32. 청구항 31에 있어서,
    출사면에 인접한 위치에 렌즈를 제공하는 단계,
    출사면으로부터 렌즈로 산란광을 입사하여 PO의 영상을 형성하는 단계가 추가로 포함되는, 모양이 형성되어 있는 물체의 영상취득 방법.
  33. 청구항 32에 있어서, 상기 광굴절수단을 제공하는 단계는, 베이스각도가 45도보다 큰 이등변삼각형 프리즘을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모양이 형성되어 있는 물체의 영상취득 방법.
  34. 청구항 32에 있어서, 삼각 프리즘의 적어도 한 면에서 입사광을 반사시키는 단계는, 삼각 프리즘의 적어도 한 면에서 입사광을 산란시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모양이 형성되어 있는 물체의 영상취득 방법.
  35. 청구항 34에 있어서, 렌즈를 제공하는 단계는, PO 영상에 발생하는 사다리꼴 왜곡을 줄이기 위해 출사면에 대해 렌즈를 기울이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 모양이 형성되어 있는 물체의 영상취득 방법.
  36. 영상면, 수광면, 출사면 및 양단의 제1삼각형면, 제2삼각형면을 갖는 삼각 프리즘을 제공하는 단계,
    삼각 프리즘의 영상면에 PO를 접촉하는 단계,
    제1광원으로부터의 입사광을 제1삼각형면을 통해 삼각 프리즘의 내부로 조사하는 단계,
    영상면과 PO에서 입사광을 산란시켜서 출사면으로 출사시키는 단계,
    출사면에 인접하는 위치에 렌즈를 제공하는 단계,
    출사면에서 출사된 산란광을 렌즈에 입사시켜 PO 영상을 형성하는 단계로 구성되는, 모양이 형성되어 있는 물체의 영상취득 방법.
  37. 청구항 36에 있어서, 제2광원으로부터의 입사광을 제2삼각형면을 통해 삼각 프리즘의 내부로 조사하는 단계가 추가로 포함되는, 모양이 형성되어 있는 물체의 영상취득 방법.
  38. 고콘트라스트 저왜곡의 영상을 취득하는 광학 시스템이 내장되어 있는 컴퓨터 입력장치로서, 이 광학 시스템은
    영상취득하려는 모양이 형성되어 있는 물체(PO)가 접촉되는 영상면과, 상기 영상면에 인접하는 면으로서 광원으로부터의 광이 입사되는 면의 역할과 함께 상기 PO의 영상이 출사되는 역할을 하는 수광면과, 상기 영상면 및 수광면에 접하는 다른 제1직사각형면으로 이루어지며, 상기 수광면과 상기 제1직사각형면이 접하는 제1모서리와, 상기 영상면과 상기 제1직사각형면이 접하는 제2모서리를 포함하는 광굴절수단,
    상기 광굴절수단의 출사면에 인접하여 출사면을 통해 출사되는 PO의 영상을 받아서 초점을 맺게 하는 적어도 하나의 집광렌즈,
    상기 광굴절수단의 출사면에 물체의 영상을 형성하기 위하여 상기 수광면 중 상기 제1모서리에 인접한 부분에 광을 입사시키는 적어도 하나의 광원으로 구성되며,
    상기 출사면에서 나오는 영상은 적어도 하나의 집광렌즈에 의해 집광되며, 광원으로부터 방사되는 광은 광굴절수단으로 입사되어 영상면에 부딪히기 전에 광굴절수단의 적어도 하나 이상의 다른 면에 부딪혀서 영상면으로부터의 PO 영상과 출사면을 통해 출사되는 영상이 영상면에서 산란된 광에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 입력장치.
  39. 청구항 38에 있어서, 컴퓨터 입력 장치는 마우스이며, 마우스의 내부에 영상취득 시스템이 설치되는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 입력장치.
  40. 삭제
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