KR100726100B1 - 지문인식장치용 광학시스템 - Google Patents

지문인식장치용 광학시스템 Download PDF

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KR100726100B1
KR100726100B1 KR1020050035444A KR20050035444A KR100726100B1 KR 100726100 B1 KR100726100 B1 KR 100726100B1 KR 1020050035444 A KR1020050035444 A KR 1020050035444A KR 20050035444 A KR20050035444 A KR 20050035444A KR 100726100 B1 KR100726100 B1 KR 100726100B1
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황재문
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대동전자(주)
황재문
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Abstract

본 발명에 따른 지문인식장치의 광학시스템은, 사용자의 손가락이 접촉되도록 경사지게 설치되는 접촉면, 그 접촉면을 향해 진행하는 광이 입사되는 제 1 입사면, 및 손가락으로부터 반사되는 광이 배출되며 접촉면에 대해 제 1 꼭지각만큼 경사지게 배치되는 제 1 출사면을 구비하는 프리즘과, 제 1 꼭지각에 의해 발생되는 화상의 축소왜곡을 보상하는 적어도 하나의 보정용 광학소자를 구비한다. 이에 의하면, 이미지 센서에 결상되는 화상이 광학소자에 의해 왜곡되는 것을 방지함으로써 보다 정확한 지문인식을 가능하게 하는 지문인식장치의 광학시스템을 제공할 수 있다.
지문인식장치, 광학시스템, 축소왜곡, 보정 프리즘, 키스톤왜곡

Description

지문인식장치용 광학시스템 {Optical Sytem for fingerprint recognizing device}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지문인식장치를 도시해 보인 사시도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지문인식장치의 작동상태를 도시해 보인 측면도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프리즘의 제 1 꼭지각과 축소왜곡률의 관계를 도시해 보인 그래프,
도 4는 도 2에서 보정 프리즘을 발췌하여 작동상태를 도시해 보인 도면,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지문인식장치를 도시해 보인 측면도,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지문인식장치를 도시해 보인 측면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100, 100', 100" : 지문인식장치 120 : 광원
130 : 프리즘 130a : 제 1 입사면
130b : 접촉면 130c : 제 1 출사면
α: 제 1 꼭지각 β : 제 1 경사각
150, 150' : 중간 광학계 160, 160' : 보정 프리즘
160a : 제 2 입사면 160b, 160b' : 제 2 출사면
γ: 제 2 꼭지각 170, 170', 170", 180, 180" : 렌즈
c : 제 2 경사각
본 발명은 지문인식장치에 관련된 것으로서, 더 상세하게는 지문인식장치의 광학시스템에 관련된 것이다.
통상적으로 지문인식장치는 인간의 생체정보 중 지문정보를 기 설정된 지문정보와 비교한 후 그 결과에 대한 정보를 출력하는 장치로서 잠금장치 등과 같이 보안이 요구되는 장치에 사용된다. 이러한 지문인식장치는 전자기장을 이용하는 비광학식 지문인식장치와, 프리즘, 렌즈와 같은 적어도 하나의 광학소자 및 사용자의 손가락으로부터 반사되는 광을 검출하여 전기신호로 변화시키는 이미지 센서를 사용하는 광학식 지문인식장치로 구분된다. 최근에는 상기 지문인식장치들 중 광학식 지문인식장치가 비광학식 지문인식장치보다 구성이 간단하기 때문에 일반적으로 사용되고 있다.
하지만, 상술한 바와 같은 광학소자들은 굴절률 및 설치자세에 따라 그 광학소자들을 경유한 후 형성되는 화상이 실질적으로 취득하고자 하는 실물에 비해 왜곡되는 특성을 가지고 있다. 이러한 광학소자들의 특성은 상기 이미지 센서에 의한 정확한 지문정보의 취득을 보장할 수 없게 하기 때문에 결국 지문인식장치의 신뢰성을 저하시키는 문제점을 유발시킨다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용자의 지문에 대응되는 화상이 이미지 센서에 왜곡되어 결상되는 것을 방지할 수 있어 보다 정확한 지문인식을 가능하게 하는 지문인식장치의 광학시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사용자의 손가락을 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 손가락으로부터 반사되는 광을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 지문인식장치의 광학시스템에 있어서, 사용자의 손가락이 접촉되도록 경사지게 설치되는 접촉면, 상기 접촉면을 향해 진행하는 광이 입사되는 제 1 입사면, 및 상기 손가락으로부터 반사되는 광이 배출되며 상기 접촉면에 대해 제 1 꼭지각만큼 경사지게 배치되는 제 1 출사면을 구비하는 프리즘; 및 상기 제 1 출사면과 상기 이미지 센서의 사이에 배치되어 상기 손가락의 지문에 대응되는 화상을 상기 이미지 센서에 결상시키는 중간광학계;를 포함하고,
상기 중간광학계는, 적어도 하나의 렌즈와, 상기 렌즈와 상기 프리즘의 사이에 설치되는 보정프리즘을 포함하며, 상기 보정프리즘은, 상기 제 1 출사면으로부터 배출되는 광이 입사되는 제 2 입사면, 및 상기 제 2 입사면에 대해 제 2 꼭지각만큼 경사지게 배치되며 상기 제 2 입사면을 통해 입사된 광이 굴절된 후 상기 적어도 하나의 렌즈를 향해 배출되는 제 2 출사면을 구비하며, 상기 제 2 꼭지각은 상기 제 1 꼭지각에 대응되는 크기로 형성되어 상기 제 1 꼭지각에 의해 발생되는 상기 화상의 축소왜곡의 보상이 가능하며, 상기 제 1 출사면은 상기 광의 경로를 따라 상기 렌즈의 광축으로부터 연장된 가상의 중심축에 직교하는 수직축에 대해 제 1 경사각만큼 경사지게 형성되고, 상기 제 2 출사면은, 상기 제 2 출사면을 통해 배출되는 광의 광축이 상기 중심축과 나란하게 되도록 상기 수직축에 나란하게 형성되고, 상기 이미지 센서는, 상기 화상이 결상되는 결상면이 상기 수직축에 대해 제 2 경사각만큼 경사지게 배치되며, 상기 제 2 경사각은 사용자의 지문에 대응하여 상기 프리즘에 형성되는 허상과 상기 수직축이 이루는 제 3 경사각에 대응되는 크기로 설정되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 사용자의 손가락을 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 손가락으로부터 반사되는 광을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 지문인식장치의 광학시스템에 있어서, 사용자의 손가락이 접촉되도록 경사지게 설치되는 접촉면, 상기 접촉면을 향해 진행하는 광이 입사되는 제 1 입사면, 및 상기 손가락으로부터 반사되는 광이 배출되며 상기 접촉면에 대해 제 1 꼭지각만큼 경사지게 배치되는 제 1 출사면을 구비하는 프리즘; 및 상기 제 1 출사면과 상기 이미지 센서의 사이에 배치되어 상기 손가락의 지문에 대응되는 화상을 상기 이미지 센서에 결상시키는 중간광학계;를 포함하고,
상기 중간광학계는, 적어도 하나의 렌즈와, 상기 렌즈와 상기 프리즘의 사이에 설치되는 보정프리즘을 포함하며, 상기 보정프리즘은, 상기 제 1 출사면으로부터 배출되는 광이 입사되는 제 2 입사면, 및 상기 제 2 입사면에 대해 제 2 꼭지각만큼 경사지게 배치되며 상기 제 2 입사면을 통해 입사된 광이 굴절된 후 상기 적어도 하나의 렌즈를 향해 배출되는 제 2 출사면을 구비하며, 상기 제 2 꼭지각은 상기 제 1 꼭지각에 대응되는 크기로 형성되어 상기 제 1 꼭지각에 의해 발생되는 상기 화상의 축소왜곡의 보상이 가능하며, 상기 제 1 출사면은 상기 광의 경로를 따라 상기 렌즈의 광축으로부터 연장된 가상의 중심축에 직교하는 수직축에 대해 제 1 경사각만큼 경사지게 형성되고, 상기 제 2 출사면은 상기 제 2 출사면을 통해 배출되는 광의 광축이 상기 중심축과 나란하게 되도록 상기 수직축에 나란하게 형성되고, 상기 중간광학계를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 중 어느 하나는 볼록한 부분이 상기 이미지 센서를 향하도록 상기 보정프리즘의 상기 제 2 출사면에 일체로 형성되는 반볼록렌즈형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템을 제공한다.
이에 의하면 이미지 센서의 결상면에 결상되는 화상이 왜곡된 상태로 결상되는 것을 방지할 수 있어 이미지 센서에 의한 지문인식의 정확도를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 보정용 광학소자는, 상기 제 1 출사면으로부터 배출되는 광이 입사되는 제 2 입사면, 및 상기 제 2 입사면에 대해 제 2 꼭지각만큼 경사지게 배치되며 상기 제 2 입사면을 통해 입사된 광이 소정 각도 굴절되어 배출되는 제 2 출사면을 구비하는 보정 프리즘을 포함하며, 상기 제 2 꼭지각은 상기 축소왜곡의 보상이 가능하도록 상기 제 1 꼭지각에 대응되는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제 2 입사면에서의 굴절각은 상기 제 2 꼭지각과 동일한 크기인 것이 바람직하며, 이 경우, 상기 제 2 입사면에 의한 상기 화상의 보정률(C)은 상기 보정 프리즘의 굴절률(n) 및 상기 제 2 꼭지각(γ)에 의해 하기된 수학식과 같이 정의되는 것이 더욱 바람직하다.
Figure 112005022307643-pat00001
한편, 상기 접촉면으로 입사되는 광의 입사각은 상기 프리즘의 임계각보다 작은 크기인 것이 바람직하다. 이에 의하면 이미지 센서로 손가락으로부터 반사된 광을 제외한 다른 광이 입사되는 것을 방지할 수 있어 이미지 센서에 의해 획득되는 화상이 더욱 정밀해진다.
이 경우, 상기 제 1 입사면은 상기 접촉면과 마주하도록 상기 제 1 출사면의 끝단에 배치되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 입사각은 물에 대한 상기 프리즘의 임계각보다 작은 크기인 것 이 보다 바람직하다. 이에 의하면, 사용자의 손 또는 프리즘의 접촉면이 물에 의해 오염된 경우에도 이미지 센서가 보다 정밀하게 화상을 획득할 수 있게 된다.
한편, 상기 이미지 센서는 상기 화상이 결상되는 결상면이 상기 수직축에 대해 제 2 경사각만큼 경사지게 배치되며, 상기 제 2 경사각은 사용자의 지문에 대응하여 상기 프리즘에 형성되는 허상과 상기 수직축이 이루는 제 3 경사각에 대응되는 크기로 설정되는 것이 바람직하다. 이에 의하면 사용자의 손가락에 대응되어 프리즘에 형성되는 허상이 상기 수직축에 대해 기울어지기 때문에 형성되는 키스톤 왜곡(Kistone Error)를 보정할 수 있게 된다. 이 경우, 상기 제 2 경사각(c)은 보정 프리즘까지 고려하여 상기 제 2 입사면으로 입사되는 광의 입사각(a)과 제 2 꼭지각(γ) 및 상기 제 3 경사각(δ)에 의해 하기된 수학식과 같이 정의되는 것이 더욱 바람직하다.
Figure 112005022307643-pat00002
그리고, 상기 중간광학계를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 중 어느 하나는 볼록한 부분이 상기 이미지 센서를 향하도록 상기 보정프리즘의 상기 제 2 출사면에 일체로 형성되는 반볼록렌즈형상으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 참고로, 각 도면의 구성요소들 중 동일한 구성 및 기능을 수행하는 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지문인식장치를 도시해 보인 것이다. 이를 참조하면, 본 실시예에 따른 지문인식장치(100)는 프리즘(130), 광원(120), 이미지 센서(140), 및 중간 광학계(150)를 구비한다. 참고로, 부호 X는 후술될 제 1 및 제 2 렌즈(170)(180)들의 광축으로부터 연장된 가상의 중심축을 나타내며, 부호 Y는 중심축(X)에 직교하는 수직축을 나타낸다.
광원(120)은 사용자의 지문인식에 필요한 광을 생성시킨다. 본 실시예에서는 한 쌍의 발광다이오드소자(Lightening Emmitter Diode;LED)가 광원(120)으로 사용된다. 그리고, 이미지 센서(140)는 광원(120)으로부터 생성된 후 후술될 프리즘(130)의 접촉면(130b)에 접촉된 사용자의 손가락(F)으로부터 반사된 광을 검출하여 이에 대응되는 전기신호를 출력하기 위한 것이다. 이러한 이미지 센서(140)로는 통상적인 광학제품에 사용되는 CCD(Charge Coupled Device)가 사용되기도 하며, 본 실시예에서는 상보성금속산화막(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor;CMOS) 이미지 센서가 사용된다.
프리즘(130)은, 사용자의 손가락(F)과 접촉이 가능하도록 케이스(110)의 외주면에 노출되는 접촉면(130b)과, 접촉면(130b)을 향해 조사되는 광이 입사되는 제 1 입사면(130a), 및 접촉면(130b)으로부터 반사되는 광이 배출되는 제 1 출사면(130c)을 포함한다. 여기서, 접촉면은 중심축(X)에 대해 소정 각도 경사지게 배치되며, 제 1 출사면(130c)은 상기 접촉면(130b)에 대해 제 1 꼭지각(α)만큼 경사지게 형성된다. 이러한 프리즘(130)의 구성은 이미지 센서(140)의 결상면(140a)에 형성되는 화상이 실제 손가락(F)의 지문보다 소정 축소율(la/l)만큼 축소되는 축소왜 곡(Anamorphic Distortion)을 발생시키는 주요 원인이 된다. 상술한 바와 같은 축소왜곡에 의하면, 후술될 이미지 센서(140)에 의한 지문정보의 검출이 부정확하게 이루어지게 된다. 이러한 축소왜곡에 의한 화상의 축소율(la/l)과 굴절률이 대략 1.6정도인 프리즘(130)의 제 1 꼭지각(α)의 관계에 대한 일례는 도 3에 도시되어 있다. 이를 참조하면, 제 1 꼭지각(α)이 대략적으로 15°~ 65°인 경우 상기 화상의 축소가 30%이내로 제한되는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 다른 광학소자들과의 관계를 고려하여 프리즘(130)의 제 1 꼭지각(α)이 20°~ 60°로 형성된다.
한편, 본 실시예에서의 지문인식장치(100)는 접촉면(130b)으로 입사되는 광의 입사각이 프리즘(130)의 임계각(θ)보다 작게 형성되도록 광원(120)과 프리즘(130)이 배치된다. 이에 따르면, 접촉면(130b)으로 입사되는 모든 광이 접촉면(130b)을 투과하게 된다. 따라서, 사용자의 손가락(F)이 접촉면(130b)에 접촉되지 않은 상태에서는 광의 반사가 이루어지지 않기 때문에 이미지 센서(140)로 광이 입사하는 것을 방지할 수 있고, 사용자의 손가락(F)이 접촉면(130b)에 접촉되는 경우에는 상기 손가락(F)의 지문 중 융선부분에서 반사된 광만 이미지 센서(140)로 입사되게 된다. 이에 의하면, 지문인식시 이미지 센서(140)로 지문인식에 불필요한 광이 입사되는 것을 방지할 수 있어 보다 정밀한 지문인식을 보장할 수 있게 된다. 참고로, 상술한 바와 같이 접촉면(130b)으로 입사되는 광의 입사각이 임계각(θ)보다 작은 경우에도 접촉면(130b)에 접촉된 융선부분에 의해 광이 반사되면 접촉면 (130b)으로 입사되는 광의 입사각과 반사각은 동일한 크기로 형성된다. 따라서, 도 2에서는 보다 원활한 도면의 이해를 돕고자 접촉면(130b)에서의 반사각을 임계각(θ)으로 표시한다. 한편, 상기 임계각(θ)은 프리즘(130)과 공기사이의 경계면에서의 임계각보다 프리즘(130)과 물 사이의 경계면에서의 임계각으로 설정되는 것이 바람직하다. 이는, 물 또는 유분에 의해 접촉면(130b) 및 손가락(F)이 오염된 경우에도, 상술한 바와 같은 정밀한 지문인식을 보장할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 실시예에서는 광원(120)이 제 1 출사면(130c)의 끝단에 접촉면(130b)과 마주하도록 연결된 제 1 입사면(130a)과 마주하도록 설치되며, 프리즘(130)은 제 1 출사면(130c)이 상기 수직축(Y)에 대해 제 1 경사각(β)만큼 기울어질 수 있도록 경사지게 설치된다.
한편, 중간 광학계(150)는 프리즘(130)으로부터 출사된 광을 안내하여 이미지 센서(140)에 사용자의 지문에 대응되는 화상을 결상시키기 위한 것이다. 이를 위해, 본 실시예에서의 중간 광학계(150)는 이미지 센서(140)와 마주하도록 순차적으로 설치되는 제 1 및 제 2 렌즈(170)(180)를 포함한다. 상기 렌즈(170)(180)들로서는 초점거리가 짧은 다중결합렌즈가 사용되어 렌즈(170)(180)의 초점거리를 최소화시킬 수 있는 것이 바람직하다.
아울러, 본 실시예에서의 중간 광학계(150)는 프리즘(130)에 의해 발생되는 상기 축소왜곡을 보정하는 기능도 수행할 수 있도록 구성된다. 이를 위해, 본 실시예에서의 중간 광학계(150)는 제 1 렌즈(170)와 프리즘(130)의 사이에 설치되어 프 리즘(130)에 의해 상기 축소율(la/l)만큼 실물보다 축소된 화상을 일정 크기로 확대시키기 위한 보정 프리즘(160)을 포함한다. 이러한 보정 프리즘(160)은 제 1 출사면(130c)으로부터 배출되는 광이 입사되는 제 2 입사면(160a)과, 제 2 입사면(160a)을 통해 입사된 광이 보정 프리즘(160) 내부에서 소정 각도 굴절된 후 배출되도록 제 2 꼭지각(γ)만큼 제 2 입사면(160a)에 대해 경사지게 배치되는 제 2 출사면(160b)을 포함한다. 상술한 바와 같은 제 2 입사면(160a)에 의한 보정률(C)은 제 2 입사면(160a)에서의 입사각(a)과 굴절각(b)에 의해 결정되며, 이러한 관계는 하기된 수학식 1과 같이 된다.
Figure 112005022307643-pat00003
이 경우, 보정률(C)는 도 3에 도시된 바와 같이 프리즘(130)의 제 1 꼭지각(α)에 의해 도출된 축소율(la/l)에 대응되도록 설정되어, 프리즘(130)에 의해 축소된 화상이 보정 프리즘(160)에 의해 실제화상과 유사한 크기가 되도록 확대될 수 있는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서의 보정 프리즘(160)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 입사면(160a)에 의해 왜곡이 보상된 광이 제 2 출사면(160b)에 의해 재차 왜곡되는 것을 방지하기 위해 제 2 출사면(160b)이 수직축(Y)에 나란하게 형성된다. 그리고, 제 2 입사면(160a)을 경유하여 굴절된 광은 중심축(X)과 나란한 방향을 따라 진행 하도록 구성된다. 이 경우, 제 2 입사면(160a)에서의 굴절각(b)은 제 2 꼭지각(γ)과 같게 된다. 이러한 제 2 입사면(160a)에서의 입사각(a)과 제 2 꼭지각(γ)의 관계는 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의거하여 다음과 같은 수학식 2를 만족하게 된다. 참고로, 수학식 2에서 np는 보정 프리즘(160)의 굴절률을 나타내며, na는 공기의 굴절률을 나타낸다. 여기서, 공기의 굴절률(na)은 1이므로 수학식 2에서는 무시되어도 무방하다.
Figure 112005022307643-pat00004
이러한 입사각(a)과 제 2 꼭지각(γ)의 관계를 수학식 1에 대입하면 하기된 수학식 3과 같이 필요한 보정률(C)에 대응되는 크기로 제 2 꼭지각(γ)을 설정할 수 있게 된다.
Figure 112005022307643-pat00005
상술한 바와 같은 수학식들에 따르면, 프리즘(130)의 제 1 꼭지각(α)에 의해 보정프리즘(160)의 보정률(C)이 결정된 경우 보정 프리즘(160)의 제 2 꼭지각(γ)이 설정되고, 반대로, 보정 프리즘(160)의 제 2 꼭지각(γ)이 미리 결정된 경우 에는 프리즘(130)의 제 1 꼭지각(α)이 설정될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 제 2 꼭지각(γ)이 결정되면, 상기 수학식 2에서와 같이 입사각(a)의 결정이 가능하다. 이러한 입사각(a)은 프리즘(130)의 자세 및 제 1 꼭지각(α)에 의해 가변가능한 것으로서, 입사각(a)이 제 2 꼭지각(γ)을 이용하여 산출되는 경우 프리즘(130)의 자세를 상기 입사각(a)에 맞추어 설정할 수 있게 된다. 본 실시예에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자의 손가락(F)에서 반사된 광이 제 1 출사면(130c)의 수직방향으로 배출되도록 구성된다. 이 경우, 제 2 입사면(160a)에서의 입사각(a)은 제 2 꼭지각(γ) 및 제 1 출사면(130c)의 제 1 경사각(β)의 합과 같은 크기로 설정된다. 이에 따라, 제 2 꼭지각(γ)이 결정되면, 입사각(a)의 결정이 수학식 2에서와 같이 이루어질 수 있게 되며, 결국, 제 1 경사각(β)까지 설정이 가능하게 된다. 참고로, 앞서 설명한 바와 같이, 이미지 센서(140)에 사용자 지문의 융선부분에서 반사된 광만 입사되도록 구성하기 위해서는 제 1 경사각(β)이 상술된 바와 같은 제 2 꼭지각(γ)을 이용한 산출법 및 접촉면(130b)으로 입사되는 광이 프리즘(130)의 임계각(θ)보다 작은 입사각으로 입사되게 하는 것을 고려해야 하는 것은 물론이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지문인식장치를 도시해 보인 것이다. 이를 참조하면, 본 실시예에서의 지문인식장치(100)는 중간 광학계(150')의 보정 프리즘(160')과 제 1 렌즈(170')가 일체로 구성된다. 이 경우, 제 1 렌즈(170')는 반볼록렌즈 형상으로 형성되어 평평한 일측면이 보정 프리즘(160')의 제 2 출사면(160b')과 접촉되도록 설치되는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 보정 프리즘(160') 으로부터 이미지 센서(140) 사이의 거리(f')가 앞선 실시예의 거리(f;도 2 참조)보다 짧아질 수 있어 케이스(110)의 크기가 축소될 수 있다. 따라서, 전체적인 지문인식장치(100)의 크기를 축소시킬 수 있게 된다. 한편, 본 실시예에서의 나머지 구성요소의 구성 및 기능은 앞선 실시예의 경우와 동일하므로 여기에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지문인식장치를 도시해 보인 것이다. 이를 참조하면, 본 실시예에서의 지문인식장치(100")는 이미지 센서(140")의 결상면(140a")과, 제 1 및 제 2 렌즈(170")(180")들이 제 2 경사각(c)만큼 수직축(Y)에 대해 경사지게 배치된다. 이는 이미지 센서(140)의 결상면(140a)에 결상되는 화상이 사다리꼴로 일그러지는 왜곡현상인 키스톤 왜곡(Kistone Error)을 보상하기 위한 것이다. 이러한 키스톤 왜곡은 사용자의 지문에 대응하여 프리즘(130)에 형성되는 허상이 수직축(Y)에 대해 제 3 경사각(δ)만큼 기울어져 형성되기 때문에 발생된다. 이에 따라, 상술한 바와 같은 키스톤 왜곡의 보상을 위해서는 제 2 경사각(c)이 제 3 경사각(δ) 및 프리즘(130)의 제 1 꼭지각(α)에 대응되는 크기가 되도록 제 1 및 제 2 렌즈(170")(180")들과 이미지 센서(140")가 경사지게 배치되어야 한다. 본 실시예에의 경우, 광경로상에 보정프리즘(160)이 더 설치되기 때문에 제 2 경사각(c)이 제 2 꼭지각(γ) 및 제 2 입사면(160a;도 2 참조)에서의 광의 입사각(a)에 의해서도 영향을 받게 되며, 이러한 제 2 경사각(c)과 제 2 꼭지각(γ)과 제 2 입사면에서의 입사각(a) 및 제 3 경사각(δ)의 관계는 하기된 수학식 4와 같다.
Figure 112005022307643-pat00006
한편, 제 1 및 제 2 렌즈(170")(180")들과 이미지 센서(140")에 대한 구성을 제외한 나머지 구성들은 앞서 설명한 제 1 실시예의 경우와 동일하므로 여기에서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 바와 같은 본 발명에 따르면, 사용자의 손가락으로부터 반사된 광에 의해 이미지 센서에 결상되는 화상이 사용자의 손가락과 접촉되는 프리즘에 의해 왜곡되는 것을 최소화시킬 수 있다.
아울러, 프리즘으로 입사되는 광의 입사각이 임계각보다 작게 형성되기 때문에 이미지 센서에 의한 지문인식이 보다 정확하게 이루어질 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경과 수정 및 균등물들도 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 사용자의 손가락을 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 손가락으로부터 반사되는 광을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 지문인식장치의 광학시스템에 있어서,
    사용자의 손가락이 접촉되도록 경사지게 설치되는 접촉면, 상기 접촉면을 향해 진행하는 광이 입사되는 제 1 입사면, 및 상기 손가락으로부터 반사되는 광이 배출되며 상기 접촉면에 대해 제 1 꼭지각만큼 경사지게 배치되는 제 1 출사면을 구비하는 프리즘; 및
    상기 제 1 출사면과 상기 이미지 센서의 사이에 배치되어 상기 손가락의 지문에 대응되는 화상을 상기 이미지 센서에 결상시키는 중간광학계;를 포함하고,
    상기 중간광학계는, 적어도 하나의 렌즈와, 상기 렌즈와 상기 프리즘의 사이에 설치되는 보정프리즘을 포함하며,
    상기 보정프리즘은, 상기 제 1 출사면으로부터 배출되는 광이 입사되는 제 2 입사면, 및 상기 제 2 입사면에 대해 제 2 꼭지각만큼 경사지게 배치되며 상기 제 2 입사면을 통해 입사된 광이 굴절된 후 상기 적어도 하나의 렌즈를 향해 배출되는 제 2 출사면을 구비하며,
    상기 제 2 꼭지각은 상기 제 1 꼭지각에 대응되는 크기로 형성되어 상기 제 1 꼭지각에 의해 발생되는 상기 화상의 축소왜곡의 보상이 가능하며,
    상기 제 1 출사면은 상기 광의 경로를 따라 상기 렌즈의 광축으로부터 연장된 가상의 중심축에 직교하는 수직축에 대해 제 1 경사각만큼 경사지게 형성되고,
    상기 제 2 출사면은, 상기 제 2 출사면을 통해 배출되는 광의 광축이 상기 중심축과 나란하게 되도록 상기 수직축에 나란하게 형성되고,
    상기 이미지 센서는, 상기 화상이 결상되는 결상면이 상기 수직축에 대해 제 2 경사각만큼 경사지게 배치되며,
    상기 제 2 경사각은 사용자의 지문에 대응하여 상기 프리즘에 형성되는 허상과 상기 수직축이 이루는 제 3 경사각에 대응되는 크기로 설정되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
  2. 사용자의 손가락을 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 손가락으로부터 반사되는 광을 검출하는 이미지 센서를 포함하는 지문인식장치의 광학시스템에 있어서,
    사용자의 손가락이 접촉되도록 경사지게 설치되는 접촉면, 상기 접촉면을 향해 진행하는 광이 입사되는 제 1 입사면, 및 상기 손가락으로부터 반사되는 광이 배출되며 상기 접촉면에 대해 제 1 꼭지각만큼 경사지게 배치되는 제 1 출사면을 구비하는 프리즘; 및
    상기 제 1 출사면과 상기 이미지 센서의 사이에 배치되어 상기 손가락의 지문에 대응되는 화상을 상기 이미지 센서에 결상시키는 중간광학계;를 포함하고,
    상기 중간광학계는, 적어도 하나의 렌즈와, 상기 렌즈와 상기 프리즘의 사이에 설치되는 보정프리즘을 포함하며,
    상기 보정프리즘은, 상기 제 1 출사면으로부터 배출되는 광이 입사되는 제 2 입사면, 및 상기 제 2 입사면에 대해 제 2 꼭지각만큼 경사지게 배치되며 상기 제 2 입사면을 통해 입사된 광이 굴절된 후 상기 적어도 하나의 렌즈를 향해 배출되는 제 2 출사면을 구비하며,
    상기 제 2 꼭지각은 상기 제 1 꼭지각에 대응되는 크기로 형성되어 상기 제 1 꼭지각에 의해 발생되는 상기 화상의 축소왜곡의 보상이 가능하며,
    상기 제 1 출사면은 상기 광의 경로를 따라 상기 렌즈의 광축으로부터 연장된 가상의 중심축에 직교하는 수직축에 대해 제 1 경사각만큼 경사지게 형성되고,
    상기 제 2 출사면은 상기 제 2 출사면을 통해 배출되는 광의 광축이 상기 중심축과 나란하게 되도록 상기 수직축에 나란하게 형성되고,
    상기 중간광학계를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 중 어느 하나는 볼록한 부분이 상기 이미지 센서를 향하도록 상기 보정프리즘의 상기 제 2 출사면에 일체로 형성되는 반볼록렌즈형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 입사면에서의 굴절각은 상기 제 2 꼭지각과 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 입사면에 의한 상기 화상의 보정률(C)은 상기 보정 프리즘의 굴절률(n) 및 상기 제 2 꼭지각(γ)에 의해 하기된 수학식과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
    Figure 112006088005315-pat00016
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 접촉면으로 입사되는 광의 입사각은 물에 대한 상기 프리즘의 임계각보다 작은 크기인 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 입사면은 상기 접촉면과 마주하도록 상기 제 1 출사면의 끝단에 배치되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 경사각(c)은 상기 제 2 꼭지각(γ)과 상기 제 2 입사면으로 입사되는 광의 입사각(a) 및 상기 제 3 경사각(δ)에 의해 하기된 수학식과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
    Figure 112006088005315-pat00017
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중간광학계를 구성하는 적어도 하나의 렌즈 중 어느 하나는 볼록한 부분이 상기 이미지 센서를 향하도록 상기 보정프리즘의 상기 제 2 출사면에 일체로 형성되는 반볼록렌즈 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 화상이 결상되는 결상면이 상기 수직축에 대해 제 2 경사각만큼 경사지게 배치되며,
    상기 제 2 경사각은, 사용자의 지문에 대응하여 상기 프리즘에 형성되는 허상과 상기 수직축이 이루는 제 3 경사각(δ)과, 제 2 꼭지각(γ)과 상기 제 2 입사면으로 입사되는 광의 입사각(a)에 의해 하기된 수학식과 같이 정의되는 것을 특징으로 하는 지문인식장치의 광학시스템.
    Figure 112006088005315-pat00018
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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