KR100575526B1

KR100575526B1 - An optical type fingerprint input device

Info

Publication number: KR100575526B1
Application number: KR1020040021164A
Authority: KR
Inventors: 김현; 서영진; 안종우; 이승민; 홍사향; 이태헌; 곽병기
Original assignee: 씨큐트로닉스 (주)
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2006-05-03
Also published as: KR20050095945A

Abstract

본 발명은 광학 지문입력 장치에 관한 것으로, 서로 보색관계를 갖는 색상의 빛을 프리즘의 지문접촉면으로 방사하는 한쌍의 광원을 교대로 점멸하고 한쌍의 광원이 각기 점등되는 양 시점에 대한 지문 영상을 획득하여 양 시점의 지문 영상 간의 밝기를 비교함으로써, 실제 손가락의 지문에서 반사하여 입사하는 영상과 외부 광원에 의해 지문접촉면의 지문 잔상을 투영하는 영상을 구분하여 감지할 수 있도록 이루어진 것이다. 이러한, 본 발명을 이용하면, 외부로부터 입사되는 빛과 프리즘의 지문접촉면에 남아 있는 물이나 땀 또는 기름 등의 지문 잔상에 의한 지문의 오류인식을 방지하여 보안성을 향상시킬 수 있다. The present invention relates to an optical fingerprint input device, which alternately flashes a pair of light sources emitting light of complementary colors to a fingerprint contact surface of a prism, and acquires fingerprint images for both viewpoints at which the pair of light sources are respectively turned on. By comparing the brightness between the fingerprint images of the two views, it is possible to distinguish and detect the image reflected by the actual fingerprint of the finger and the image projecting the fingerprint image on the fingerprint contact surface by the external light source. When the present invention is used, security can be improved by preventing error recognition of a fingerprint caused by fingerprints such as water, sweat, or oil remaining on the fingerprint contact surface of the light incident from the outside and the prism.

Description

Optical fingerprint input device {An optical type fingerprint input device}

도 1은 종래의 광학 지문입력 장치를 도시한 개략도,1 is a schematic view showing a conventional optical fingerprint input device,

도 2는 매질 경계면에서의 빛의 굴절 현상을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining the phenomenon of refraction of light at the interface of the medium,

도 3의 (a) 내지 (c)는 도 1에서 프리즘의 기울임 각도에 따라 손가락의 지문 부위에 묻은 수분(땀, 물 등) 또는 기름의 영상이 구분되는 원리를 설명하기 위한 도면,3 (a) to (c) is a view for explaining the principle of distinguishing the image of water (sweat, water, etc.) or oil on the fingerprint portion of the finger according to the tilt angle of the prism in FIG.

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 지문입력 장치를 도시한 개략도.4 and 5 are schematic diagrams showing an optical fingerprint input device according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

11: 제1 광원 12: 프리즘11: first light source 12: prism

12a: 지문접촉면 13: 렌즈12a: fingerprint contact surface 13: lens

14: 이미지센서 20: 제2 광원14: image sensor 20: second light source

25: 광원 구동부 30: 신호 처리부25: light source driver 30: signal processor

40: 제어 연산부40: control operation unit

본 발명은 광학 지문입력 장치에 관한 것으로, 지문인식 후에 지문접촉면에 남겨진 지문 잔상에 따른 자연적인 오류인식과 지문 잔상을 인위적으로 이용함에 따라 발생되는 오류인식을 방지하여 보안성을 높일 수 있는 광학 지문입력 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fingerprint input device, which is capable of improving security by preventing natural error recognition and fingerprint recognition caused by artificially using a fingerprint residual image left on a fingerprint contact surface after fingerprint recognition. It relates to an input device.

일반적으로, 광학 지문입력 장치는 손에 땀이나 기름이 묻은 상태에서 지문을 찍게 되면 지문접촉면에 잔상이 남게 되고, 이 잔상은 다음 지문을 찍을 때에 노이즈로 작용하게 된다. In general, when an optical fingerprint input device takes fingerprints while sweat or oil is on the hands, an afterimage remains on the fingerprint contact surface, and the afterimage acts as a noise when the next fingerprint is taken.

또한, 이 잔상은 외부광원 또는 내부광원에 의해 손가락을 접촉하지 않아도 접촉한 것으로 인식이 되기도 한다. 이를 방지하기 위한 방안으로, 본 출원인은, 2001년 2월 2일자로 특허출원 제 2001-0005036 호의 광학 지문입력 장치를 출원하여 2004년 3월 5일자로 특허 제453255호로 등록받은 바 있습니다. In addition, the afterimage may be recognized as being touched even when the finger is not touched by an external light source or an internal light source. To prevent this, the applicant filed an optical fingerprint input device of Patent Application No. 2001-0005036 on February 2, 2001, and was registered as Patent No. 453255 on March 5, 2004.

상기 본 출원인의 특허는, 도 1과 같이, 광원(1)과 프리즘(2)과 렌즈(3) 및 이미지센서(4)를 포함하여 구성되며, 프리즘(2)의 지문부위가 접촉되는 면(2a)으로부터 이에 수직방향으로 위치하는 모서리(2-1)로 이어지는 수선(PL)과 프리즘(2)으로부터 렌즈(3) 및 이미지센서(4)까지의 빛의 입사 경로(이하, "광축"라 한다)(OA) 간에 설정각도(α)만큼 기울기를 주었다. The applicant's patent includes a light source 1, a prism 2, a lens 3, and an image sensor 4, as shown in FIG. 1, wherein the fingerprint portion of the prism 2 is in contact with each other ( The incidence path of light from the prism 2 to the lens 3 and the image sensor 4 (hereinafter referred to as the "optical axis") from the water line PL leading to the edge 2-1 perpendicular to this from 2a). (OA) sloped by the set angle ( α ).

이 경우, 지문접촉면에 땀(물)이나 기름 등이 묻어있는 경우도 실제 지문이미지만을 받아들이므로 잔상과 실제지문의 겹쳐짐에 따른 오류인식을 방지할 수 있다. In this case, even if sweat (water) or oil is attached to the fingerprint contact surface, since only the actual fingerprint image is accepted, error recognition due to overlapping of the afterimage and the actual fingerprint can be prevented.

이에 대한 작용원리를 간략히 설명하면 다음과 같다.Briefly explaining the principle of action as follows.

빛이 입사되는 매질의 굴절률이 투과되는 매질의 굴절률보다 클 경우, 도 2에서 광경로 ① 을 따라 굴절되어 나아간다. 그러나, 입사각 θ_i가 임의의 각 이후는 매질 밖으로 굴절되어 투과되는 빛이 없어진다. When the refractive index of the medium through which light is incident is larger than the refractive index of the medium through which light is transmitted, the light is refracted along the optical path ① in FIG. 2. However, after the angle of incidence θ _i is any angle, light that is refracted out of the medium and transmitted is lost.

이 현상을 내부전반사가 되었다고 하고, 이때의 각도를 임계각이라고 하며 경계면을 이루는 두 매질의 굴절률에 의해 결정된다.This phenomenon is called total internal reflection, and the angle at this time is called a critical angle and is determined by the refractive indices of the two media forming the interface.

임계각은 굴절각인 θ_t = 90° 때의 입사각 θ_i를 말하며, 하기의 수학식 1에 도시된 바와 같은 스넬의 법칙(Snell's law)에 의한 공식을 적용할 수 있다.The critical angle refers to the incident angle θ _i at the refraction angle θ _t = 90 °, and a formula according to Snell's law as shown in Equation 1 below may be applied.

상기의 수학식 1에서 n_i는 입사되는 매질의 굴절률, n_t는 투과되는 매질의 굴절률, θ_i는 입사각, 그리고 θ_t는 투과각(또는 굴절각이라고도 함)이다. 즉, 굴절률이 다른 매질 내에서 빛의 진행은 스넬의 법칙에 의해 그 최대각도가 결정된다.In Equation 1, n _i is the refractive index of the incident medium, n _t is the refractive index of the transmission medium, θ _i is the angle of incidence, and θ _t is the transmission angle (also called a refractive angle). In other words, the maximum angle of light propagation in media with different refractive indices is determined by Snell's law.

도 3의 (a)와 같이 지문접촉 매질(5)에 땀이나 기름(M)이 묻은 손가락(F)을 접촉시 지문의 골(V)부분에서는 빛이 반사가 없고, 융선(R)에서는 반사가 되어 광경로 ③을 따라 지문정보가 진행한다. 하지만, 손가락(F)의 땀 또는 기름(M)에서 반사된 빛은 상기한 스넬의 법칙에 의해 광경로 ②로 진행하며, 이때 광경로 ②보다 큰 각도로는 진행하지 못한다. 따라서, 광경로 ③을 따르는 지문정보만을 받아들인다면 땀 또는 기름에 의한 잔상을 제거할 수 있는 것이다.As shown in FIG. 3A, when the finger F, which has sweat or oil M on the fingerprint contact medium 5, does not reflect light at the valleys V of the fingerprint, the reflection is reflected at the ridge R. The fingerprint information proceeds along the optical path ③. However, the light reflected from the sweat or oil (M) of the finger (F) proceeds to the optical path (2) by Snell's law described above, at which time it does not proceed at an angle larger than the optical path (2). Therefore, if only fingerprint information along the optical path ③ is accepted, afterimage caused by sweat or oil can be removed.

즉, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 프리즘(2)에 기울기가 없다면, 지문의 융선(R)에서 나오는 지문정보(③)와 땀 또는 기름에서 나오는 잔상(②)이 겹쳐져서 렌즈(3) 및 이미지센서(4)로 입사하게 된다. That is, as shown in (b) of FIG. 3, if the prism 2 has no inclination, the fingerprint information ③ out of the ridge R of the fingerprint and the afterimage out of sweat or oil overlap with the lens. And 3 enter the image sensor 4.

하지만, 도 3의 (c)와 같이, 프리즘(2)의 지문부위가 접촉되는 면(2a)으로부터 이에 수직방향으로 위치하는 모서리(2-1)로 이어지는 수선(PL)과 프리즘(2)으로부터 렌즈(3) 및 이미지센서(4)까지의 광축(OA) 간에 설정각도(θ)만큼 기울기를 주면, 융선(R)에 의한 지문정보(③)는 렌즈(3)로 입사하나 땀 또는 기름에 의한 잔상(②)은 렌즈(3)로 들어가지 못한다. However, as shown in FIG. 3C, from the surface 2a where the fingerprint portion of the prism 2 is in contact with the water line PL and the prism 2 which extends from the surface 2a to the corner 2-1 located perpendicular thereto. If the inclination between the lens 3 and the optical axis OA to the image sensor 4 is inclined by the set angle θ, the fingerprint information ③ by the ridge R is incident on the lens 3 but is not exposed to sweat or oil. Afterimage (2) due to the lens 3 does not enter.

따라서, 지문접촉면에 땀이나 기름 등의 잔상이 남아있어도 상기와 같은 이유에 의해 실제 지문정보만이 렌즈(3)를 통해 이미지센서(4)로 입사하게 되므로 잔상지문과 실제지문이 겹쳐짐에 따라 생기는 오류인식을 방지할 수 있다. Therefore, even if an afterimage such as sweat or oil remains on the fingerprint contact surface, only the actual fingerprint information enters the image sensor 4 through the lens 3 for the same reason as the afterimage fingerprint and the actual fingerprint overlap. Error recognition can be prevented.

그런데, 상기한 본 출원인의 특허는, 지문입력 장치의 내부 광원만이 이용되는 경우, 즉, 프리즘의 지문접촉면을 통해 외부의 빛이 입사되지 않는 상태에서는 유효하지만, 프리즘의 지문접촉면으로 외부 광원(예컨대, 손전등 등)의 빛이 입사될 경우에는 프리즘의 지문접촉면에 남아있는 손가락의 지문 잔상(땀이나 물, 기름기 등에 의해 생성되는)에 대한 이미지가 프리즘과 렌즈를 통해 이미지센서로 입사되어 지문인식에 오류를 발생시키는 문제점이 있었다.However, the above-described patent of the present applicant is effective when only the internal light source of the fingerprint input device is used, that is, in a state where no external light is incident through the fingerprint contact surface of the prism, but the external light source ( For example, when light from a flashlight, etc. is incident, an image of a fingerprint image (generated by sweat, water, grease, etc.) of a finger remaining on the fingerprint contact surface of the prism is incident to the image sensor through the prism and the lens to recognize the fingerprint. There was a problem causing the error.

예컨대, 프리즘의 지문접촉면에 정상적인 인증 사용자의 손가락 지문 잔상이 선명하게 남아 있는 상태에서, 지문입력 장치가 설치되어 있는 장소의 조명등에서 발생되는 빛이 프리즘의 지문접촉면으로 적절한 각도로 입사될 경우나, 불법 침입을 시도하는 사람이 인위적으로 프리즘의 지문접촉면으로 손전등과 같은 외부 광원을 적절한 각도로 비출 경우에, 지문접촉면에 남아있는 정상 인증 사용자의 손가락 지문 잔상이 이미지센서로 입사되면서 정상 사용자의 지문이 접촉된 것으로 인식하는 오류가 발생하게 된다.For example, when a fingerprint authentication surface of a normal authenticated user remains clearly on the fingerprint contact surface of the prism, when light generated from an illumination light of a place where the fingerprint input device is installed is incident on the fingerprint contact surface of the prism at an appropriate angle, When a person attempting illegal intrusion artificially illuminates an external light source such as a flashlight on the fingerprint contact surface of the prism at an appropriate angle, afterimages of the fingerprints of the normal authenticated user remaining on the fingerprint contact surface are incident on the image sensor. An error occurs that recognizes the contact.

특히, 대개의 내부 광원 빛깔은 손가락의 지문부위를 잘 반사하는 파장의 색상을 채용하는데, 외부 광원의 빛깔이 내부 광원의 빛깔과 유사한 파장의 색상인 경우에, 프리즘의 지문접촉면에 남아있는 지문 잔상이 잘 반사되어 프리즘과 렌즈로 입사될 수 있다.In particular, the color of the internal light source generally adopts a color of a wavelength that reflects the fingerprint of the finger well. When the color of the external light source is a color of a wavelength similar to that of the internal light source, afterimage of the fingerprint remains on the fingerprint contact surface of the prism. This can be well reflected and incident on the prism and lens.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 외부 광원과 지문접촉면에 남은 지문 잔상에 의한 인식 오류를 방지할 수 있는 광학 지문입력 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical fingerprint input device capable of preventing a recognition error caused by a fingerprint afterimage remaining on an external light source and a fingerprint contact surface. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 지문입력 장치는, 삼각형의 프리즘과 렌즈 및 이미지센서와, 상기 프리즘의 3면 중 지문부위가 접촉되는 면에 대해 지문의 바닥면을 비출 수 있는 방향으로 빛을 방사하는 제1 광원과, 상기 프리즘의 3면 중 지문부위가 접촉되는 면에 대해 지문의 바닥면을 비출 수 있는 방향으로 상기 제1 광원의 빛깔과 보색관계를 갖는 색상의 빛을 방사하는 제2 광원과, 상기 제1 광원과 제2 광원을 교대로 점멸하고 상기 제1 광원 점등시에 상기 이미지센서로 입력되는 지문 이미지의 밝기와 상기 제2 광원 점등시 에 상기 이미지센서로 입력되는 지문 이미지의 밝기를 비교하고 양자의 밝기가 설정값 이상의 차이가 있는 경우에 해당 지문 이미지를 실제지문으로 판별하여 그 인식결과를 출력하는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.An optical fingerprint input device according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, the triangular prism, the lens and the image sensor, and the bottom surface of the fingerprint with respect to the contact surface of the fingerprint portion of the three surfaces of the prism A color having a complementary color relationship with the color of the first light source in a direction in which the first light source radiates light in a possible direction and the bottom surface of the fingerprint is illuminated with respect to the contact surface of the fingerprint portion among the three surfaces of the prism; A second light source emitting light and the first light source and the second light source alternately blink, and the brightness of the fingerprint image input to the image sensor when the first light source is turned on and the image sensor when the second light source is turned on Compares the brightness of the fingerprint image inputted by the user, and if the brightness of the two images differs from the set value, the fingerprint image is identified by the actual fingerprint and outputs the recognition result. It characterized by comprising means configured.

그리고 본 발명은, 상기 제어수단이, 상기 양자의 밝기가 상기 설정값 이상의 차이가 있는 경우라도, 상기 제1 광원 점등 시에 입력되는 지문이미지가 상기 제2 광원 점등시에 상기 이미지센서로 입력되는 지문 이미지보다 더 밝은 경우에만 해당 지문 이미지를 실제지문으로 판별함을 다른 특징으로 한다.In the present invention, even when the brightness of the both of the difference is greater than the set value, the control means that the fingerprint image input when the first light source is turned on is input to the image sensor when the second light source is turned on Another feature is that the fingerprint image is identified as the actual fingerprint only when it is brighter than the fingerprint image.

또한, 본 발명은, 상기 제어수단은, 상기 양자의 밝기가 상기 설정값 이상의 차이가 발생하지 않는 경우에 해당 지문 이미지를 지문 잔상으로 식별하여 에러코드를 발생하는 제어동작을 더 수행하도록 구성됨을 또 다른 특징으로 한다.In addition, the present invention, the control means is further configured to perform a control operation for generating an error code by identifying the fingerprint image as a fingerprint residual image when the difference between the brightness of the two or more than the set value does not occur. It is another feature.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학 지문입력 장치를 도시한 개략도로서, 동도면들을 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 광학 지문입력 장치는, 제1 광원(11)과 프리즘(12)과 렌즈(13)와 이미지센서(14)와 제2 광원(20)과 광원구동부(25)와 신호 처리부(30)와 제어연산부(40)를 포함하여 구성된다.4 and 5 are schematic diagrams showing an optical fingerprint input device according to a preferred embodiment of the present invention. As can be seen with reference to the drawings, the optical fingerprint input device according to the present invention includes: a first light source 11; The prism 12, the lens 13, the image sensor 14, the second light source 20, the light source driver 25, the signal processor 30, and the control operation unit 40 are configured to be included.

상기 제1 광원(11)은 프리즘(12)의 3면 중 지문부위가 접촉되는 면(이하, "지문접촉면"이라 한다)(12a)에 대해 수직방향으로 위치하는 모서리(12-1)를 향해 빛을 방사하도록 배치된다.The first light source 11 is directed toward an edge 12-1 positioned perpendicular to a surface (hereinafter, referred to as a "fingerprint contact surface") 12a of the three surfaces of the prism 12 that the fingerprint portion contacts. It is arranged to emit light.

여기서, 제1 광원(11)은 손가락의 지문부위에서 잘 반사될 수 있는 특정파장의 색상(예컨대, 붉은색 등)을 발생하도록 이루어져 있다.Here, the first light source 11 is configured to generate a color of a specific wavelength (eg, red color) that can be reflected well at the fingerprint portion of the finger.

상기 프리즘(12)은 빛의 입사와 반사, 투과 등 광학적으로 이용되는 3개의 면을 갖는(광학적으로 이용되지 않는 측면은 제외) 삼각형의 프리즘으로서, 지문접촉면(12a)에 접촉하는 손가락(F)의 지문부위로부터 반사되어 입사하는 빛을 투과 및 굴절시켜 렌즈(13)로 전달한다.The prism 12 is a triangular prism having three optically used surfaces (except for the optically unused side) such as light incident, reflected, and transmitted, and the finger F contacting the fingerprint contact surface 12a. The light is reflected from the fingerprint portion of the transmitted and refracted and transmitted to the lens (13).

여기서, 프리즘(12)은 지문접촉면(12a)으로부터 이에 수직방향으로 위치하는 모서리(12-1)로 이어지는 수선(PL)과 프리즘(12)으로부터 렌즈(13) 및 이미지센서(14)를 연결하는 광축(OA) 간의 기울임 각도(θ)가, 지문접촉면(12a)에 접촉하는 손가락(F)의 지문에 묻은 물이나 기름 등의 이물질에 대한 이미지 입력을 방지할 수 있는 실험값에 의해 구해지는 특정한 각도로 설정되는 것이 바람직하다.Here, the prism 12 connects the lens PL and the image sensor 14 from the prism 12 and the water line PL leading from the fingerprint contact surface 12a to the edge 12-1 perpendicular to it. The angle of inclination θ between the optical axes OA is a specific angle obtained by an experimental value that can prevent an image input to a foreign object such as water or oil from the fingerprint of the finger F in contact with the fingerprint contact surface 12a. Is preferably set to.

이는, 내부의 광원(11)을 사용하는 경우에, 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)에 땀(물)이나 기름 등이 묻어있는 경우도 실제 지문이미지만을 받아들여 잔상과 실제지문의 겹쳐짐에 따른 오류인식을 방지할 수 있기 때문이다.
다시 말해서, 땀(물) 또는 기름을 구분하는 것은 하기의 그림 1에서와 같이 프리즘(10)에서 출발하는 빛의 시발각도에 의해 결정된다. 땀(물) 또는 기름을 구분하는 원리는 프리즘(10)과 구분하고자 하는 물질의 굴절률 차를 이용한다.
(그림 1) 구분하고자 하는 물질M에서 나오는 빛의 진행방향

상기의 그림 1에서와 같이 구분하고자 하는 물질 M이 1.3 정도의 굴절률을 갖는 땀(물) 또는 1.4정도의 굴절률을 갖는 기름이고, 프리즘의 굴절률이 1.5라고 가정을 한다면, 이때 땀(물)의 이미지 정보를 가진 광선①은 주지의 스넬의 법칙(n_isinθ_i = n_tsinθ_t)을 이용하여 얻은 θ1이 60.07°를 넘을 수 없고, 물질 M이 기름이라면 θ1이 68.96°이상을 넘어가지 못한다.
즉, 프리즘의 굴절률 > 1.5이고, 구분하고자 하는 매질의 굴절률 > 땀(물) 1.3 인 경우에는,
1.3×sin90° = 1.5×sinθ_t
1.3×1 = 1.5×sinθ_t
θ_t= sin^-1 1.3/1.5
= 60.07°
(상기의 스넬의 법칙에서 n_i는 입사되는 매질의 굴절률, n_t는 투과되는 매질의 굴절률, θ_i는 입사각, 그리고 θ_t는 투과각(또는 굴절각이라고도 함)임)
그리고, 프리즘의 굴절률 > 1.5이고, 구분하고자 하는 매질의 굴절률 > 기름 1.4 인 경우에는,
1.4×sin90°= 1.5×sinθ_t
1.4×1 = 1.5×sinθ_t
θ_t= sin^-1 1.4/1.5
= 68.96°
이다.
다시 말해서, 땀(물)에 의한 노이즈가 제거되고 기름의 노이즈는 포함된 지문이미지를 얻기 위한 θ2는 최소 60.07°이상, 68.96°이하의 빛을 받아들이면 되는 것이고, 땀(물)을 포함하여 기름에 의한 노이즈까지 제거하려면 최소 θ2가 69°이상으로 시발되는 빛을 받아들이면 된다. 각도 θ1은 프리즘 및 구분하고자 하는 매질의 굴절률에 따라 달라진다. 예를 들어, 프리즘의 굴절률이 1.5가 아닌 1.7이 된다면 기름을 구분할 수 있는 각도는 68.96°에서 55.4°로 작아진다.
이번에는, 프리즘과 광축이 이루는 각도설정에 대한 부연설명을 한다.
프리즘에서 나온 빛은 이미지 센서로 입력되기 위해 하기의 그림 2(a)와 같이 광축과 평행하게 진행되어야 한다.
(그림 2) 프리즘의 P점 각도에 따른 θ3의 변화

(a)

(b)

(c)
프리즘의 출력면(10-a)과 광축이 이루는 각도 θ3는 프리즘의 지문입력부와 대항하는 모서리 P 부분의 각도에 따라 달라진다. 예를 들어, 상기 그림 2와 같이 프리즘의 지문접촉면과 대항하는 지점 P의 각도가 90°일 경우(a), 90°보다 작은 경우(b), 90°보다 큰 경우(c)를 보면 θ2는 같아도 P점의 각도에 따라 θ3의 각도는 변한다. 이때 θ3는 지문접촉면에서 θ2로 시발한 빛이 출력면(10-a)에서 스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 굴절/투과된 빛이 광축과 평행하게 진행할 때 빛의 출력면과 광축이 이루는 각도가 된다.
따라서, θ3는 다음과 같은 수식 유도과정을 거쳐 구해지게 된다.
구하고자 하는 값은 하기의 그림 3에서 θ3이다.
(그림 3)

상기 그림 3에서 θ3+θt는 90°가 된다.
<1> 따라서 θ3 = 90-θt 가 된다.
<2> θt는 snell's law에 의해 구할 수 있다.

ni : 빛이 시작되는 매질의 굴절률 ex) 프리즘
nt : 빛이 굴절되어 나가는 매질의 굴절률 ex) 공기
θi : 지문접촉면에서의 시발각도
P : 프리즘의 지문접촉면과 대항하는 모서리의 각도
<3> 상기 <2>식에 들어갈 변수 θi는 그림 3에서와 같이

이 된다.
여기서, 절대값을 사용하는 것은 p점의 각도가 예각일 경우 음수가 될 수도 있기 때문이다.
<4> 그리고, 상기 <3>식의 θ4는 아래와 같다.

여기서, θ2는 구분하고자 하는 매질의 최소 시발각이고, p는 프리즘의 지문접촉면과 대항하는 모서리의 각도로 주어지는 값이다.
따라서, 상기 수식 <1>+<2>+<3>+<4>를 하면 아래의 수학식 2가 완성된다.
(수학식 2)

그에 따라, 상기 수학식 2를 이용하여 땀(물)을 구분할 때의 θ3는,

이다. 즉, 땀(물)을 구분하기 위한 시발각이 60.07°일때 프리즘의 출력면(10-a)과 광축이 이루는 각도 θ3는 67.05°가 된다.
그리고, 상기 수학식 2를 이용하여 기름을 구분할 때의 θ3는,

이다. 즉, 기름을 구분하기 위한 시발각이 68.96°일때 프리즘의 출력면(10-a)과 광축이 이루는 각도 θ3는 52.47°가 된다.
상술한 설명에 의하면, 수학식 2의 θ3가 "이물질에 대한 이미지 입력을 방지할 수 있는 실험값에 의해 구해지는 특정한 각도"를 의미한다. 따라서, 상술한 수학식 2에 의해 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
물의 노이즈는 구분되나, 기름의 노이즈를 제거하지 못하는 경우의 θ1 및 θ3는,
60.07°≤ θ1 < 68.96°
67.05°≤ θ3 < 52.47° 이고,
땀(물) 및 기름의 노이즈가 모두 제거되는 경우의 θ1 및 θ3는,
68.96° ≤ θ1
52.47° ≤ θ3 이다.When the internal light source 11 is used, even if sweat (water) or oil is on the fingerprint contact surface 12a of the prism 12, only the actual fingerprint image is accepted and the afterimage and the actual fingerprint overlap. This is because error recognition can be prevented.
In other words, the distinction between sweat (oil) or oil is determined by the starting angle of light starting from the prism 10 as shown in Figure 1 below. The principle of distinguishing sweat or water uses a difference in refractive index between the prism 10 and the material to be distinguished.
(Figure 1) Direction of Light from Material M

If the material M to be classified as shown in Fig. 1 is sweat (water) having an index of refraction of about 1.3 or oil having a refractive index of about 1.4 and the refractive index of the prism is 1.5, the image of sweat (water) at this time The information ray ① can not exceed 60.07 ° by θ1 obtained using the well-known Snell's law (n _i sinθ _i = n _t sinθ _t ), and if material M is oil, θ1 can not exceed 68.96 °.
That is, when the refractive index of the prism> 1.5, and the refractive index of the medium to be distinguished> sweat (water) 1.3,
1.3 × sin90 ° = 1.5 × sinθ _t
1.3 × 1 = 1.5 × sinθ _t
θ _t = sin ^-1 1.3 / 1.5
= 60.07 °
(In Snell's Law, n _i is the refractive index of the incident medium, n _t is the refractive index of the transmission medium, θ _i is the angle of incidence, and θ _t is the transmission angle (also called the angle of refraction))
And, if the refractive index of the prism> 1.5, the refractive index of the medium to be divided> oil 1.4,
1.4 × sin90 ° = 1.5 × sinθ _t
1.4 × 1 = 1.5 × sinθ _t
θ _t = sin ^-1 1.4 / 1.5
= 68.96 °
to be.
In other words, θ2 to obtain a fingerprint image in which the noise caused by sweat (water) is removed and the noise of oil is required to receive light of at least 60.07 ° and 68.96 ° or less, and oil including sweat (water) In order to remove the noise by, the light having a minimum θ2 of more than 69 ° may be accepted. The angle θ1 depends on the refractive index of the prism and the medium to be distinguished. For example, if the prism has a refractive index of 1.7, rather than 1.5, the discernible angle is reduced from 68.96 ° to 55.4 °.
This section will explain the angle setting between the prism and the optical axis.
The light from the prism must travel parallel to the optical axis as shown in Figure 2 (a) below to be input to the image sensor.
(Figure 2) Change of θ3 according to the angle of P point of the prism

(a)

(b)

(c)
The angle θ3 formed between the output surface 10-a of the prism and the optical axis depends on the angle of the edge P portion that faces the fingerprint input portion of the prism. For example, as shown in Fig. 2, when the angle of the point P facing the fingerprint contact surface of the prism is 90 ° (a), less than 90 ° (b), and greater than 90 ° (c), θ2 is Even if it is the same, the angle of θ3 changes depending on the angle of the P point. Where θ3 is the angle between the light output surface and the optical axis when the light launched from the fingerprint contact surface is θ2 and the light refracted / transmitted by Snell's law on the output surface 10-a proceeds in parallel with the optical axis. Becomes
Therefore, θ3 is obtained through the following equation derivation process.
The value to be obtained is θ3 in Figure 3 below.
(Figure 3)

In Fig. 3, θ3 + θt becomes 90 °.
<1> thus θ3 = 90-θt.
<2> θ t can be obtained by snell's law.

ni: index of refraction of the medium where the light starts ex) prism
nt: refractive index of the medium through which light is refracted ex) air
θi: launch angle at the fingerprint contact surface
P: angle of the edge against the fingerprint contact surface of the prism
<3> The variable &thetas; i into the above <2> equation is as shown in Fig. 3.

Becomes
Here, the absolute value is used because it may be negative when the angle of the p point is an acute angle.
<4> and [theta] 4 of the <3> formula is as follows.

Here, θ2 is the minimum starting angle of the medium to be distinguished, and p is a value given by the angle of the edge facing the fingerprint contact surface of the prism.
Therefore, Equation 2 below is completed when Equation < 1 > + < 2 > + < 3 > + < 4 >
(Equation 2)

Accordingly, θ3 at the time of classifying sweat (water) using Equation 2 is

to be. That is, when the starting angle for distinguishing sweat (water) is 60.07 °, the angle θ3 formed between the output surface 10-a of the prism and the optical axis is 67.05 °.
In addition, θ3 at the time of classifying oil using Equation 2,

to be. That is, when the starting angle for separating oil is 68.96 °, the angle θ3 formed between the prism's output surface 10-a and the optical axis becomes 52.47 °.
According to the above description, θ3 in Equation 2 means “a specific angle obtained by an experimental value capable of preventing an image input to a foreign material”. Therefore, the following results can be obtained by the above equation (2).
Θ1 and θ3 when the noise of water is distinguished but the oil noise cannot be removed,
60.07 ° ≤ θ1 <68.96 °
67.05 ° ≦ θ3 <52.47 °,
Θ1 and θ3 when both sweat (water) and oil noise are removed,
68.96 ° ≤ θ1
52.47 ° ≤ θ3.

상기 렌즈(13)는 프리즘(12)으로부터 투과 및 굴절되어 나오는 빛을 결상하고, 상기 이미지센서(14)는 렌즈(13)에 의해 결상된 빛에 의해 이미지를 받아들여 그에 상응하는 전기적인 신호를 발생한다.The lens 13 forms an image of light transmitted and refracted from the prism 12, and the image sensor 14 receives an image by the light formed by the lens 13, and generates an electrical signal corresponding thereto. Occurs.

상기 제2 광원(20)은 제1 광원(11)과 마찬가지로 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)에 대해 수직방향으로 위치하는 모서리(12-1)를 향해 빛을 방사하도록 배치된다.Like the first light source 11, the second light source 20 is disposed to emit light toward the edge 12-1 positioned perpendicular to the fingerprint contact surface 12a of the prism 12.

여기서, 제2 광원(20)은 제1 광원의 빛깔과 보색관계를 갖는 특정한 파장의 색상(예컨대, 파란색)을 발생하도록 이루어져 있다.Here, the second light source 20 is configured to generate a color (eg, blue) having a specific wavelength having a complementary color relationship with the color of the first light source.

상기 광원 구동부(25)는 제어 연산부(40)의 제어에 따라 제1 광원(11)과 제2 광원(20)을 교대로 점멸 구동한다.The light source driver 25 alternately blinks and drives the first light source 11 and the second light source 20 under the control of the control calculator 40.

상기 신호 처리부(30)는 이미지센서(14)로부터 출력되는 신호를 이미지프로세싱에 적합한 형태로 신호처리하여 제어 연산부(40)로 입력한다.The signal processor 30 processes the signal output from the image sensor 14 in a form suitable for image processing and inputs the signal to the control calculator 40.

상기 제어 연산부(40)는 광원 구동부(25)를 제어하여 제1 광원(11)과 제2 광원(20)을 교대로 점멸되게 하고, 이미지센서(14)로부터 신호 처리부(30)로 입력되는 신호에 의해 이미지프로세싱을 수행하여 지문영상을 획득한다.The control calculator 40 controls the light source driver 25 to alternately flash the first light source 11 and the second light source 20, and a signal input from the image sensor 14 to the signal processor 30. Image processing is performed to obtain a fingerprint image.

이와 더불어, 제어 연산부(40)는, 제1 광원(11)의 점등시에 이미지센서(14)로 입력되는 지문영상의 밝기와 제2 광원(20) 점등시에 이미지센서(14)로 입력되는 지문영상의 밝기를 비교하여 양자의 밝기가 설정값 이상의 차이가 있는 경우에 해당 지문영상을 실제지문으로 판별하여 그 인식결과를 출력하되, 양자의 밝기가 설정값 미만의 차이일 경우에는 해당 지문영상을 지문 잔상으로 간주하여 에러코드를 발생한다.In addition, the control operation unit 40 is input to the image sensor 14 when the brightness of the fingerprint image input to the image sensor 14 when the first light source 11 is turned on and when the second light source 20 is turned on. When the brightness of the fingerprint image is compared by comparing the brightness of the fingerprint image, the fingerprint image is identified by the actual fingerprint and the recognition result is output.If the brightness of the difference is less than the setting value, the fingerprint image is detected. Is regarded as a fingerprint afterimage and an error code is generated.

참고적으로, 제어 연산부(40)는, 제1 광원(11) 및 제2 광원(20)을 제어함에 있어, a) 제1 광원(11) 및 제2 광원(20)이 항상 교대로 점멸되게 하거나, b) 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)에 대한 손가락의 접촉을 감지하는 통상의 접촉 감지수단(접촉감지센서나 근접센서 등)에 의해 손가락의 접촉이 감지되는 경우에만 설정횟수 동안 제1 광원(11) 및 제2 광원(20)이 교대로 점멸하도록 할 수도 있다.For reference, the control calculator 40 controls the first light source 11 and the second light source 20 so that a) the first light source 11 and the second light source 20 flash alternately. Or b) during the set number of times only when the finger is detected by normal contact detecting means (such as a touch sensor or a proximity sensor) that detects the finger's contact with the fingerprint contact surface 12a of the prism 12. The first light source 11 and the second light source 20 may alternately blink.

이제 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring now to the effect of the present invention configured as described above are as follows.

먼저, 제어 연산부(40)의 제어에 따라 광원 구동부(25)가 제1 광원(11)을 점등함에 따라, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 광원(11)의 빛이 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)으로 진행하고 지문접촉면(12a)에 접촉되어 있는 손가락(F)의 지문부위에 반사되어 프리즘(12)의 내부에서 굴절된 후 렌즈(13)와 이미지센서(14)로 입사하게 된다. First, as the light source driver 25 lights up the first light source 11 under the control of the control operation unit 40, as shown in FIG. 4, light from the first light source 11 is emitted from the prism 12. Proceeds to the fingerprint contact surface 12a and is reflected by the fingerprint portion of the finger F which is in contact with the fingerprint contact surface 12a and refracted in the prism 12 to enter the lens 13 and the image sensor 14. do.

제어 연산부(40)는 이미지센서(14)로부터 신호 처리부(30)로 입력되는 신호에 의해 이미지프로세싱을 수행하여 지문영상을 획득하며, 이때 획득된 지문영상의 밝기를 판별하여 판별된 밝기 값을 기억한다.The control operation unit 40 acquires a fingerprint image by performing image processing by a signal input from the image sensor 14 to the signal processing unit 30, and at this point, determines the brightness of the acquired fingerprint image and stores the determined brightness value. do.

다음, 제어 연산부(40)의 제어에 따라 광원 구동부(25)가 제1 광원(11)은 소등하고 제2 광원(20)을 점등함에 따라, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 광원(20)의 빛이 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)으로 진행하고 지문접촉면(12a)에 접촉되어 있는 손가락(F)의 지문부위에 반사되어 프리즘(12)의 내부에서 굴절된 후 렌즈(13)와 이미지센서(14)로 입사하게 된다. Next, as the light source driver 25 turns off the first light source 11 and turns on the second light source 20 under the control of the control operation unit 40, as shown in FIG. 5, the second light source 20. ) Light travels to the fingerprint contact surface 12a of the prism 12 and is reflected by the fingerprint portion of the finger F in contact with the fingerprint contact surface 12a and refracted in the prism 12, and then the lens 13 And enters into the image sensor 14.

그리고 제어 연산부(40)는 제1 광원(11)의 점등 시에 이미지센서(14)로 입력되었던 지문영상의 밝기와 제2 광원(20) 점등 시에 이미지센서(14)로 입력되었던 지문영상의 밝기를 비교하여, 제1 광원(11)의 점등 시 영상 밝기가 제2 광원(20) 점등 시의 영상 밝기보다 설정값 이상의 큰 경우에는 해당 지문영상을 실제지문으로 판별하여 그 인식결과를 출력한다.In addition, the control operation unit 40 controls the brightness of the fingerprint image input to the image sensor 14 when the first light source 11 is turned on, and the fingerprint image input to the image sensor 14 when the second light source 20 is turned on. Comparing the brightness, if the image brightness when the first light source 11 is turned on is greater than the set value than the image brightness when the second light source 20 is turned on, the fingerprint image is identified by the actual fingerprint and the recognition result is output. .

반면, 제1 광원(11)의 점등 시 영상 밝기와 제2 광원(20) 점등 시의 영상 밝기간의 차이가 설정값 미만일 경우에는, 해당 지문영상을 지문 잔상으로 간주하여 에러코드를 발생한다.On the other hand, when the difference between the image brightness when the first light source 11 is turned on and the image brightness when the second light source 20 is turned on is less than the set value, the fingerprint image is regarded as a fingerprint residual image and an error code is generated.

즉, 제1 광원(11)의 빛은 실제 손가락(F)의 지문부위를 잘 반사할 수 있는 파장의 색상이고, 제2 광원(20)의 빛은 제1 광원(11)의 빛과 보색관계를 갖는 파장의 색상이므로 실제 손가락(F)의 지문부위에서 대부분 흡수되게 된다.That is, the light of the first light source 11 is a color of a wavelength capable of reflecting the fingerprint portion of the finger F well, and the light of the second light source 20 is complementary to the light of the first light source 11. Since the color of the wavelength having the most will be absorbed in the fingerprint of the actual finger (F).

따라서, 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)에 실제 손가락(F)이 접촉하는 경우에는, 제1 광원(11)의 점등 시에 이미지센서(14)로 입력되었던 지문영상의 밝기는 큰데 반해, 제2 광원(20) 점등 시에 이미지센서(14)로 입력되었던 지문영상의 밝기는 낮아 설정값 만큼의 차이를 갖게 된다.Therefore, when the finger F actually contacts the fingerprint contact surface 12a of the prism 12, the brightness of the fingerprint image input to the image sensor 14 when the first light source 11 is turned on is large, whereas When the second light source 20 is turned on, the brightness of the fingerprint image input to the image sensor 14 is low to have a difference by a set value.

반면, 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)에 실제 손가락(F)은 접촉하지 않고, 물이나 땀 또는 기름 등에 의한 지문 잔상이 남아 있는 상태에서, 외부의 광원(예컨대, 지문입력 장치가 설치된 장소의 조명등, 손전등 등)으로부터 프리즘(12)의 지문접촉면(12a)으로 빛이 적절한 각도로 입사될 경우에도 지문 잔상(50)의 이미지가 렌즈(13)를 통해 이미지센서(14)로 입사되게 되나, 외부 광원의 빛은 일정한 색상이므로 항상 동일한 밝기의 영상이 입력된다.On the other hand, the actual finger F is not in contact with the fingerprint contact surface 12a of the prism 12 and the external light source (for example, the place where the fingerprint input device is installed) is left in the state where the fingerprint residual image due to water, sweat or oil remains. The image of the fingerprint afterimage 50 is incident on the image sensor 14 through the lens 13 even when light is incident from the illuminating light, a flashlight, etc.) to the fingerprint contact surface 12a of the prism 12 at an appropriate angle. Since the light of the external light source is a constant color, an image of the same brightness is always input.

즉, 이 경우, 제1 광원(11)이 점등되는 시점에 이미지센서(14)로 입력되는 지문영상의 밝기와, 제2 광원(20) 점등 시점에 이미지센서(14)로 입력되었던 지문 영상의 밝기가 동일하므로, 설정값 만큼의 차이를 갖지 못하게 되므로, 이를 통해 제어 연산부(40)가 실제 지문 영상과 지문 잔상을 구별할 수 있는 것이다.That is, in this case, the brightness of the fingerprint image input to the image sensor 14 when the first light source 11 is turned on, and the fingerprint image input to the image sensor 14 when the second light source 20 is turned on. Since the brightness is the same, there is no difference as much as the set value, so that the control operation unit 40 can distinguish the actual fingerprint image from the afterimage of the fingerprint.

상기에서 본 발명은 특정 실시예를 예시하여 설명하지만 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명에 대한 다양한 변형, 수정을 용이하게 만들 수 있으며, 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.The present invention is described above by illustrating specific embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Those skilled in the art can easily make various changes and modifications to the present invention, and it should be noted that such variations or modifications are included within the scope of the present invention as long as the features of the present invention are used.

상술한 바와 같이 본 발명은, 서로 보색관계를 갖는 색상의 빛을 프리즘의 지문접촉면으로 방사하는 한쌍의 광원을 교대로 점멸하고 한쌍의 광원이 각기 점등되는 양 시점에 대한 지문 영상을 획득하여 양 시점의 지문 영상 간의 밝기를 비교함으로써, 실제 손가락의 지문에서 반사하여 입사하는 영상과 외부 광원에 의해 지문접촉면의 지문 잔상을 투영하는 영상을 구분하여 감지할 수 있도록 이루어진다.As described above, in the present invention, a pair of light sources that alternately emit light of complementary colors to the fingerprint contact surface of the prism alternately blink and acquire a fingerprint image of both viewpoints at which the pair of light sources are respectively turned on. By comparing the brightness between the fingerprint images, the image reflected by the actual fingerprint of the finger and the image is projected by the external light source to detect the image projected after the fingerprint image on the fingerprint contact surface.

따라서, 본 발명을 이용하면, 외부로부터 입사되는 빛과 프리즘의 지문접촉면에 남아 있는 물이나 땀 또는 기름 등의 지문 잔상에 의한 지문의 오류인식을 방지하여 보안성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Therefore, by using the present invention, it is possible to prevent the error recognition of the fingerprint due to fingerprints such as water, sweat or oil remaining on the fingerprint contact surface of the light incident from the outside and the prism can improve the security.

Claims

In the optical fingerprint input device comprising a triangular prism, a lens and an image sensor,

A first light source that emits light in a direction in which the bottom surface of the fingerprint may be projected with respect to a surface of the three surfaces of the prism to which the fingerprint portion contacts;

A second light source for emitting light having a color complementary to the color of the first light source in a direction in which the bottom surface of the fingerprint may be projected with respect to a surface where the fingerprint portion is in contact with one of the three surfaces of the prism;

The first light source and the second light source alternately blink, and the brightness of the fingerprint image input to the image sensor when the first light source is turned on and the brightness of the fingerprint image input to the image sensor when the second light source is turned on are compared. And a control means for discriminating the fingerprint image into a real fingerprint and outputting a recognition result when the brightness of the two is greater than or equal to a set value.

The optical fingerprint input device of claim 1, wherein the first light source has a blue color, and the second light source has a red color.

The fingerprint control apparatus of claim 1, wherein the control means inputs a fingerprint image input when the first light source is turned on to the image sensor even when the brightness of the second light source is different from the set value. An optical fingerprint input device, characterized in that the fingerprint image is identified only by the actual fingerprint only if it is brighter than the fingerprint image.

4. The control according to any one of claims 1 to 3, wherein the control means identifies the fingerprint image as a fingerprint residual image and generates an error code when the brightness of the two does not occur more than the set value. And an optical fingerprint input device configured to perform an operation further.

The prism according to any one of claims 1 to 3, wherein the prism connects the lens and the image sensor from the prism and the water line PL which extends from the surface where the fingerprint portion is contacted to an edge located perpendicularly thereto. The angle between the optical axis OA is set to a specific angle that can prevent the image input to the foreign matter such as water or oil on the fingerprint in contact with the surface in contact with the fingerprint portion, the specific angle is expression

where ni is the refractive index of the medium from which light originates, nt is the refractive index of the medium from which light is refracted, θ1 is the starting angle at the fingerprint contact surface, and P is the angle of the edge against the fingerprint contact surface of the prism. Optical fingerprint input device.