KR101042378B1 - 광학식 지문인식 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왜곡되지 않는 지문영상을 얻을 수 있도록 함과 아울러 지문영상의 명암 대조비를 개선할 수 있으며, 지문 인식 시스템의 제품화에 있어 사이즈 축소가 가능토록 한 광학식 지문인식 시스템 제공을 위한 것이다.

이를 위해 본 발명은, 광원(light source)과; 지문 인식면을 가지며 지문에서 반사된 빛을 이미지 센서쪽으로 전반사하는 전반사 프리즘과; 전반사 프리즘에서 출사되는 지문의 이미지를 결상시키기 위한 결상렌즈와; 결상된 지문의 상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서를 포함하여 구성되는 광학식 지문 인식 시스템이 제공된다.

광학, 지문, 인식, 시스템, 전반사, 프리즘

Description

광학식 지문인식 시스템{optical finger print recognition system}

본 발명은 지문인식 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전반사 프리즘(Total-Reflecting Prism)을 이용한 광학식 지문인식 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 지문 인식 시스템은 지문의 패턴이 개인마다 다르다는 점을 이용하여 건물, 금고 등의 일정한 객체에 접근할 수 있는 사람을 지문 인식을 통해 판별하기 위한 시스템이다. 이러한 지문 인식 시스템은 여러 가지 객체에 카드 키또는 패스워드 입력 등을 사용하지 않기 때문에 키 분실 또는 패스워드 망각 등의 우려없이 보안을 유지할 수 있다.

지문 인식 시스템은 지문 영상을 얻기 위한 지문 스캐너와 스캐너로부터 입력된 영상 정보를 처리하여 개개인을 인식하기 위한 프로세서를 포함한다.

한편, 지문인식센서에는 반도체식과 광학식이 있는데, 이중 반도체 방식의 지문인식센서는 전압 및 전류에 민감한 반도체소자의 표면에 직접 인체를 접촉하도록 되어 있기 때문에, 인체의 정전기만으로도 손상되기 쉬워 내구성이 약하며 사용수명이 짧은 단점이 있다.

이에 반해, 광학식 지문인식센서는 내구성이 좋은 장점을 지니고는 있지만, 광원, 프리즘, 렌즈 및 이미지 센서가 일정한 거리와 각도를 가지고 배열되어 있어서, 반도체식의 지문인식센서에 비해 두께가 투박하고 기술적으로 두께를 축소하기가 어려운 단점이 있다.

한편, 종래의 광학식 지문인식 시스템에 대해 보다 상세히 설펴본다.

종래의 광학식 지문인식 시스템은 영상 형성용 프리즘 등에 놓여진 지문에 빛을 비추어 지문의 골(valley)이나 융선(ridge)의 형태에 따라 반사되어 영상 센서에 형성된 지문영상을 해석하여 미리 저장되어 있는 지문과 대조를 하는 장치이다. 대표적인 광학식 지문인식 시스템의 원리를 도 1에 나타내었다.

도 1은 종래에 사용되어 왔던 광학식 지문인식 시스템의 개략적인 그림이다.

도 1을 참조하면, 종래의 광학 지문 인식 시스템은 LED(light emitting device)로 구성되어 있는 광원, 굴절 프리즘, 결상렌즈, CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지센서, 상기 이미지센서에 연결되는 이미지 처리장치(도시는 생략함)를 포함하여 구성되어, 상기 굴절 프리즘에 접촉된 지문에서 반사된 빛을 CCD 혹은 CMOS 이미지 센서를 통해 감지하는 방법으로 지문영상을 얻는다.

그러나, 이러한 종래의 광학식 지문인식 시스템에서는 왜곡된 지문영상을 얻게 되는 단점이 있다.

즉, 도 1에서 볼 수 있듯이 프리즘에 의한 1차 지문 이미지(도면의 점선으로 표시된 부분 참조)가 생성되고, 상기 1차 지문 이미지는 실제 지문과 비교해 ℓ≠ℓ'인 비대칭 축소 왜곡을 가진다. 그리고 2차 이미지 상면(像面)이 기울어져 있으 므로 CCD 혹은 CMOS 이미지 센서에는 키스톤 왜곡(Keystone Error)도 함께 갖는 2차 지문영상이 맺히게 된다.

여기서, 키스톤 왜곡이란, 투사된 이미지가 화면상에서 수직이나 수평이 되지 않을 때 발생하는 상태를 말한다.

그리고, 기존의 광학식 지문인식 시스템에서는 조명 광원으로부터 직접 이미지 센서로 상당량의 빛이 직접들어감에 따라 영상의 명암 대조비가 낮아 선명한 이미지를 얻을 수 없는 문제점도 있었다.

또한, 기존의 광학식 지문 인식 시스템에서는 굴절 프리즘을 기울어진 상태로 설계해야만 하므로 설계가 까다롭고, 기울기가 변화될 경우 지문 인식의 왜곡이 심화되는 등 제품 신뢰성을 확보하기가 극히 어렵다.

한편, 왜곡된 지문영상을 보정하기 위해 소프트웨어적으로 보정하여 처리하는 등 다양한 방법들이 제시되었지만, 영상 왜곡 문제를 원천적으로 해결하지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결 하기 위한 것으로서, 왜곡되지 않는 지문영상을 얻을 수 있도록 함과 아울러 지문영상의 명암 대조비를 개선할 수 있으며, 지문 인식 시스템의 제품화에 있어 사이즈 축소가 가능토록 한 광학식 지문인식 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 종래 굴절 프리즘에 의한 1차 지문 이미지의 비대칭 축소 왜곡 및 이미지 센서에서의 키스톤 왜곡(Keystone Error)을 해소하여 영상 왜곡 문제를 원천적으로 해결한 광학식 지문인식 시스템을 제공함과 아울러, 조명 광원으로부터 직접 이미지 센서로 들어가는 빛이 상당히 차단되도록 하여 선명한 지문 영상을 얻을 수 있는 광학식 지문인식 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 광원(light source)과; 지문 인식을 위한 손가락 접촉면을 가지며 지문에서 반사된 빛을 이미지 센서쪽으로 전반사하는 두개의 직각 프리즘으로 이루어진 전반사 프리즘 모듈과; 전반사 프리즘 모듈에서 출사되는 지문의 이미지를 결상시키기 위한 결상렌즈와; 결상된 지문의 상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 인식 시스템이 제공된다.

이때, 상기 전반사 프리즘 모듈은, 두개의 직각 프리즘의 빗면이 서로 맞닿는 구조를 이루게 됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 두개의 직각 프리즘은 서로 다른 굴절율을 가지되, 지문 인식을 위한 면을 형성하는 직각 프리즘의 굴절율이 광원측 직각 프리즘의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖도록 구성됨을 특징으로 한다.

상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS 이미지 센서임을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 광원(light source)과; 지문 인식면을 가지며 지문에서 반사된 빛을 이미지 센서쪽으로 전반사하는 전반사 프리즘과; 전반사 프리즘에서 출사되는 지문의 이미지를 결상시키기 위한 결상렌즈와; 결상된 지문의 상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 인식 시스템이 제공된다.

본 발명은 종래와는 달리 전반사 프리즘을 이용함으로써, 기존 광학식 지문인식 시스템에서 발생하는 영상 왜곡 문제를 원천적으로 해결할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한 본 발명은 조명 광원으로부터 직접 이미지 센서로 들어가는 빛이 상당히 차단되어서 영상의 명암 대조비도 개선되는 효과가 있다.

이를 통해, 본 발명은 기존 지문 인식 시스템과는 달리 소프트웨어적인 보정에 의한 의존도를 줄이거나 없앨 수 있으며, 궁극적으로 광학식 지문인식 시스템의 신뢰성 및 내구성 향상을 기할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 첨부도면 도 2 및 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예1]

도 2는 본 발명에서 제시하는 두 개의 직각 프리즘을 이용한 지문인식 시스템 구성도로서, 도면에서 지문 및 지문영상은 시작점을 갖는 굵은 화살표로 표시함을 전제한다.

도 2를 참조하면, 본 발명은, 광원(light source)과; 지문 인식면을 가지며 지문에서 반사된 빛을 이미지 센서쪽으로 전반사하는 두개의 직각 프리즘으로 이루어진 전반사 프리즘 모듈과; 전반사 프리즘 모듈에서 출사되는 지문의 이미지를 결상시키기 위한 결상렌즈와; 결상된 지문의 상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서를 포함하여 구성된다.

상기 전반사 프리즘 모듈은, 두개의 직각 프리즘의 빗면이 서로 맞닿는 구조를 이루게 된다.

이때, 상기 두개의 직각 프리즘은 서로 다른 굴절율을 가지되, 지문 인식을 위한 면을 형성하는 직각 프리즘의 굴절율이 광원측 직각 프리즘의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖도록 구성된다.

즉, 두 직각 프리즘은 서로 다른 굴절률을 가지며, 빗면을 서로 맞대고 있다.

그리고, 상기 이미지 센서로서는 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS 이미지 센서가 적용된다.

한편, 본 발명에서 언급되는 '지문 인식면'이라는 용어는 '지문 인식을 위한 손가락 접촉면'으로 정의됨을 전제로 한다.

상기한 구성의 본 발명은, 두 개의 직각프리즘으로 사각형의 틀을 꽉 채우는 형태이므로 하나의 프리즘을 사용하는 경우에 비하여 기계적으로 더 안정적이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 지문 인식 시스템의 지문 인식 과정 및 작용은 다음과 같다.

제1프리즘의 밑면에 지문을 접촉시키고, 제2프리즘의 밑면에는 광원을 놓는다. 광원은 제2프리즘과 제1프리즘의 빗면을 통과하여, 지문에서 반사되고, 다시 두 프리즘의 맞닿은 빗면에서 전반사되어 이미지 센서 쪽으로 유도된다.

종래의 굴절 프리즘 방식에서는 광원의 위치가 광학설계의 일부로서, 지문 영상 품질에 민감하게 작용하지만, 여기서는 단지 제2프리즘의 밑면 쪽에 놓이기만 하면 된다. 즉, 본 발명의 지문 인식 시스템에서는 단지 제2프리즘의 밑면 쪽에 광원이 놓이기만 하면 광원으로부터 직접 이미지 센서로 들어가는 빛이 상당히 차단되어 영상의 명암 대조비가 크게 개선될 수 있으며, 광원의 위치에 대해 크게 고려할 필요가 없게 된다.

한편, 지문에서 반사된 빛이 두 프리즘의 경계면에서 전반사되려면, 제1프리즘의 밑각 θ₁ 이 내부 전반사 임계각인 θ_C 보다 커야 한다.

여기서,

이고, 제1프리즘의 굴절율이 n₁이고, 제2프리 즘의 굴절율이 n₂라고 하면, n₁ 〉n₂ 라야 한다.

그리고, 굴절률 비율이 작을수록(즉, n₁이 n₂에 비해 상대적으로 더 클수록) 전반사 프리즘 모듈의 세로 방향 크기를 보다 작게 만들 수 있으며, 이를 통해 전반사 프리즘 모듈의 부피를 줄일 수 있다.

즉, 굴절률 비율이 충분히 작아지도록 프리즘 재료를 선택하여 프리즘 상자의 세로 크기를 줄일 경우, 지문인식기의 제품 사이즈를 축소시킬 수 있게 된다.

특히, 종래에는 지문 인식면과 이미지 센서로 향하는 광축 방향이 대략 직교하지만, 본 발명은 지문 인식면과 이미지 센서로 향하는 광축방향이 나란하므로, 제품화에 있어서 본 발명의 시스템을 세로방향의 높이만 줄이면 얼마든지 시스템의 두께를 줄일 수 있는 효과를 거둘 수 있게 된다.

요컨대, 본 발명은 직각 프리즘을 전반사 용으로 사용하여 종전의 방식에서 발생하는 영상 왜곡 문제를 해결하고, 광원으로부터 직접 이미지 센서로 들어가는 빛이 상당히 차단되어 영상의 명암 대조비가 개선되며, 두개의 직각 프리즘이 맞닿아 상자 형태를 이룸으로써 진동의 발생등에도 안정적인 구조를 취하게 됨으로 인해, 기계적으로나 광학적으로 보다 신뢰성 높은 광학식 지문인식 시스템을 제공하게 된다.

[실시예2]

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 지문인식 시스템의 구성도로 서, 본 실시예에 따른 지문 인식 시스템은, 광원(light source)과; 지문 인식면을 가지며 지문에서 반사된 빛을 이미지 센서쪽으로 전반사하는 전반사 프리즘과; 전반사 프리즘에서 출사되는 지문의 이미지를 결상시키기 위한 결상렌즈와; 결상된 지문의 상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서를 포함하여 구성된다.

본 실시예에 있어서도, 상기 이미지 센서로서는 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS 이미지 센서가 적용됨이 바람직하다.

한편, 이와 같이 구성된 본 실시예의 작용은 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 프리즘의 밑면에 지문을 접촉시키고, 프리즘의 빗면 아래쪽에는 광원이 구비된다.

광원으로 부터 조사된 빛은 프리즘의 빗면을 통과하여, 프리즘 밑면에 접촉한 지문에서 반사되고, 다시 프리즘의 빗면에서 전반사되어 이미지 센서 쪽으로 유도된다.

본 실시예에서 광원으로부터 조사된 빛은 상대적으로 굴절률이 작은 매질인 공기층을 통과한 다음 프리즘의 빗면을 통과하여, 지문에서 반사되고, 다시 프리즘의 빗면에서 전반사되어 이미지 센서 쪽으로 유도된다.

따라서, 본 실시예와 같이 광학식 지문 인식 시스템이 구성되더라도 전술한 실시예1에서와 동일하게 지문 영상의 왜곡 문제가 해결되며, 광원으로부터 직접 이미지 센서로 들어가는 빛이 상당히 차단되어 영상의 명암 대조비가 개선되는 효과를 거둘 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상 의 범주를 벗어나지 않는 한, 다양한 다른 형태로의 변경 및 수정이 가능함은 물론이다. 즉, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예들로 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 종래의 광학식 지문인식 시스템의 구성을 나타낸 개략도

도 2는 본 발명에 따른 광학식 지문인식 시스템의 구성도

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 지문인식 시스템의 구성도

Claims (5)

1. 삭제
2. 광원(light source)과;

   지문 인식을 위한 손가락 접촉면을 가지며 지문에서 반사된 빛을 이미지 센서쪽으로 전반사하는 두개의 직각 프리즘으로 이루어진 전반사 프리즘 모듈과;

   전반사 프리즘 모듈에서 출사되는 지문의 이미지를 결상시키기 위한 결상렌즈와;

   결상된 지문의 상을 전기적 신호로 변환하기 위한 이미지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전반사 프리즘 모듈은, 두개의 직각 프리즘의 빗면이 서로 맞닿는 구조를 이루게 됨을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 시스템.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 두개의 직각 프리즘은 서로 다른 굴절율을 가지되, 지문 인식을 위한 손가락 접촉면을 가지는 직각 프리즘의 굴절율이 광원측 직각 프리즘의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖도록 구성됨을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 시스템.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 이미지 센서는 CCD(Charge Coupled Device) 혹은 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 시스템.

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