KR101070583B1

KR101070583B1 - 지문획득을 위한 광학구조

Info

Publication number: KR101070583B1
Application number: KR1020100126479A
Authority: KR
Inventors: 신동목; 박재현; 이재원
Original assignee: 주식회사 슈프리마
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2011-10-06
Also published as: US9223121B2; US20120147168A1

Abstract

본 발명은 광학식 지문인식과정에서 고해상도이면서 왜곡을 최소화한 지문영상을 획득할 수 있도록 하는 지문획득을 위한 광학구조에 관한 것으로, 빔을 조사받는 입력면과, 수평방향으로 형성되어 손가락이 접촉되는 접촉면과, 상기 입력면으로 조사된 빔이 접촉면의 손가락에서 반사되어 빠져나가는 출력면을 포함하는 프리즘과, 상기 프리즘의 입력면으로 빔을 조사하는 조명부와, 상기 프리즘의 출력면으로 반사된 지문 영상을 반사시키는 반사부와, 상기 반사부를 통해 반사된 지문 영상을 입력받는 2개 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈유닛 및 상기 렌즈유닛을 통과한 지문 영상이 결상되는 이미지 센서를 포함하여 구성된다.

Description

지문획득을 위한 광학구조{optical structure for acquiring image of fingerprint}

본 발명은 지문획득을 위한 광학구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학식 지문인식과정에서 고해상도이면서 왜곡을 최소화한 지문영상을 획득할 수 있도록 하는 지문획득을 위한 광학구조에 관한 것이다.

일반적으로, 지문인식을 통한 사용자 인증은 사용이 편리할 뿐만 아니라, 보안성 및 경제성이 뛰어나 현재 많이 상용화되어 있다. 기존의 광학식 지문획득장비는 지문을 획득하기 위해 프리즘을 사용한다. 즉, 프리즘의 내부전반사 특성을 이용하여 제작되는 광학식 지문광학계는 별도의 왜곡 보상 기술을 적용하지 않을 경우 광학적 특성에 의해 렌즈를 통과하여 촬영된 영상에 사다리꼴 왜곡현상이 포함되게 된다.

따라서, 이러한 광학적 왜곡현상을 보정하여 보다 왜곡이 적은 영상을 얻기 위한 다양한 방법들이 고안되었다.

종래 제시된 지문영상의 왜곡을 보정하는 방법에는 이미지센서를 기울이는 방법, 프리즘과 이미지센서 사이에 광학왜곡 보정용 광학 유닛을 추가하는 방법, 소프트웨어로 보정하는 방법 등이 있다.

그러나, 상기 센서를 기울이는 방법은 정밀한 왜곡 보정이 이루어지지 못하고, 광학보정 유닛을 추가하는 방법은 비용이 너무 많이 들거나 저가의 광학요소를 사용하는 경우 광학적 성능(MTF 등)이 나빠지는 문제점이 있으며, 소프트웨어로 전체 왜곡을 보정하는 방법은 연산의 복잡성으로 인해 왜곡이 보정된 영상을 생성하는데 시간이 많이 걸리는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명에서는 광학적 성능을 저하시키지 않은 범위내에서 최소왜곡을 갖도록 광학계를 구성하고 최종적으로 간단한 소프트웨어 처리 알고리즘을 이용하여 영상의 배율을 조정할 수 있도록 하는 지문획득을 위한 광학구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 빔을 조사받는 입력면과, 수평방향으로 형성되어 손가락이 접촉되는 접촉면과, 상기 입력면으로 조사된 빔이 접촉면의 손가락에서 반사되어 빠져나가는 출력면을 포함하는 프리즘과, 상기 프리즘의 입력면으로 빔을 조사하는 조명부와, 상기 프리즘의 출력면으로 반사된 지문 영상을 반사시키는 반사부와, 상기 반사부를 통해 반사된 지문 영상을 입력받는 2개 이상의 렌즈를 포함하는 렌즈유닛 및 상기 렌즈유닛을 통과한 지문 영상이 결상되는 이미지 센서를 포함하는 지문획득을 위한 광학구조를 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 광학적 성능을 저하시키지 않은 범위내에서 최소왜곡을 갖도록 광학계를 구성하고 최종적으로 간단한 소프트웨어 처리 알고리즘을 이용하여 영상의 배율을 조정할 수 있어 보다 선명하고 정확한 지문영상을 획득할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 반사부의 작용으로 프리즘에서 출력된 빛의 경로를 굴절시킴으로써 전체 광학계 크기를 축소시켜 결과적으로 제품의 크기를 소형화할 수 있는 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지문획득을 위한 광학구조의 구성도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지문획득을 위한 광학구조의 구성도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지문획득을 위한 광학구조의 구성도,
도 4는 본 발명 지문획득을 위한 광학구조의 부분 확대도.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명 지문획득을 위한 광학구조의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지문획득을 위한 광학구조의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 지문획득을 위한 광학구조의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지문획득을 위한 광학구조의 구성도이고, 도 4는 본 발명 지문획득을 위한 광학구조의 부분 확대도이다.

상기 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 지문획득을 위한 광학구조는 프리즘(100), 조명부(200), 반사부(300), 렌즈유닛(400), 이미지센서(500)를 포함한다.

먼저, 상기 프리즘(100)은 빔(B)을 조사받는 입력면(110)과, 수평방향으로 형성되어 손가락(F)이 접촉되는 접촉면(120)과, 상기 입력면(110)으로 조사된 빔(B)이 접촉면(120)의 손가락(F)에서 반사되어 빠져나가는 출력면(130)을 포함한다.

조명부(200)는 상기 프리즘(100)의 입력면(110)으로 빔(B)을 조사하는 구성으로, 상기 조명부(200)는 프리즘(100)의 광학적 평면들 중 입력면(110)을 향해 빛을 조사하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 조명부(200)로부터 조사된 빛은 프리즘(100)의 접촉면(120), 즉 접촉면(120)에 접촉된 손가락의 지문에서 반사되어 출력면(130)으로 빠져나간 뒤, 반사부(300)로 진행할 수 있다.

상기 조명부(200)는 공지의 다양한 발광수단이 적용될 수 있으며, 특히 다수의 LED 등이 배열된 구성으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 입력면(110)에 전면적으로 빛을 조사하는 라인빔 또는 면조명의 형태를 취한다..

반사부(300)는 상기 프리즘(100)의 출력면(130)으로 반사된 지문 영상(FP)을 반사시키는 작용을 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 반사부(300)는 입력된 지문 영상(FP)을 렌즈유닛(400)으로 집중 반사시키는 오목거울로 마련된다.

상기 반사부(300)는 지문 영상(FP)의 경로를 전환시켜주기도 하지만, 광학 오목거울로 구비된 경우, 지문 영상(FP)의 기하학적 왜곡을 보상해주기도 한다.

상기와 같이 프리즘(100)과 렌즈군(400) 사이에 위치한 광학오목거울로 구비된 반사부(300)에서 1차로 대형 사다리꼴 왜곡을 보상해주면, 상기 중심축이 서로 엇가리도록 배치된 렌즈(410, 420)들과 센서의 기울임을 통해 왜곡이 보다 정밀하게 보상된다.

렌즈유닛(400)은 상기 반사부(300)를 통해 반사된 지문 영상(FP)을 입력받는 2개 이상의 렌즈(410,420)를 포함한다.

상기 렌즈유닛(400)은 반사부(300)에 의해 반사된 지문 영상(FP)을 받아서 광학적 상을 맺도록 작용한다. 한편, 상기 렌즈유닛(400)은 프리즘(100)의 출력면(130)으로 출력된 빛이 상기 반사부(300)를 거치지 않고 곧바로 받을 수 있도록 배치될 수 있다.

이미지센서(500)는 상기 렌즈유닛(400)을 통과한 지문 영상(FP)이 결상되도록 마련된다.

상기 이미지센서(500)는 렌즈유닛(400)을 통해 맺힌 광학적 상을 전기적 신호로 변환하고 영상 처리한다. 이미지센서(500)는 영상 처리부와 전기적으로 연결될 수 있다. 이미지센서(500)는 광학적 상을 전기신호로 변환하는 것으로, CCD 또는 CMOS 등의 이미지 센서로 이루어질 수 있다.

영상 처리부는 이미지센서(500)에 의해 변환된 전기신호를 영상 처리하여 획득할 수 있다. 이렇게 획득된 지문 영상은 지문인식 알고리즘에 의해 등록된 지문 영상과 비교되어 등록된 지문인지 여부를 판단하는 정보로 이용될 수 있다.

참고로, 본 발명 지문획득을 위한 광학구조에서는 프리즘(100), 조명부(200), 렌즈유닛(400), 이미지 센서(500)를 포함하지만, 광학적 성능 향상을 위해 광 BPF(band-pass filter)를 추가하거나 광학 거울 등을 사용하여 광로를 굴절시킴으로써 전체 광학계 크기를 축소시켜 결과적으로 제품의 크기를 소형화할 수 있다.

또한, 고해상도, 저왜곡 영상을 얻기 위해 렌즈의 매수를 늘리거나 비구면 렌즈를 사용하여 각종 광학 왜곡 요인들을 줄일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 렌즈유닛(400)은 제1렌즈(410)와 제2렌즈(420)를 포함한다.

제1렌즈(410)는 상기 반사부(300)를 통해 반사된 지문 영상(FP)을 입력받도록 전방에 배치되고, 제2렌즈(420)는 상기 제1렌즈(410)와 상호 중심축이 어긋나도록 후방에 배치되고, 상기 제1렌즈(410)를 통과한 지문 영상(FP)을 입력받는다.

일례로, 상기 반사부(300)를 통해서 반사된 지문영상(FP)이 제1렌즈(410)의 중심축을 기준으로 상부와 하부에 균일하게 조사되어 통과한다.

상기 제1렌즈(410)를 통과한 지문영상(FP)의 일측 단부가 제2렌즈(420)의 중심축을 통과하도록 배치될 수 있다.

최종적으로, 제2렌즈(420)를 통과한 지문영상(FP)은 이미지센서(500)에 결상된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 본 발명 지문획득을 위한 광학구조는 영상조정부(600)를 더 포함한다.

영상조정부(600)는 상기 지문이 입력되는 접촉면(120)과 종횡비 또는 크기가 동일하도록 상기 이미지센서(500)로 결상된 지문영상(FP)을 조정하도록 마련된다.

예를 들어, 본 발명의 광학적 특성으로 인하여 프리즘(100)의 접촉면(120)을 통해 입력된 지문 채취영상이 정사각형이라고 가정했을 때, 프리즘(100)과 렌즈유닛(400)을 통과하여 이미지센서(500)에 결상될 때 그 형상이 정사각형이 아니며, 및 기존의 광학구조에서 결상되었던 사다리꼴도 아닌 가로(또는 세로)로 길다란 직사각형 형태를 취하게 된다.

즉, 최종적으로 촬영된 영상은 종축(또는 횡축) 방향에 대해서는 광학 배율 변화가 발생하지 않으나 횡축(또는 종축) 방향은 목표로 하는 배율보다 높게 영상이 취득된다. 따라서, 종횡비가 동일하도록 종축 또는 횡축을 기준으로 영상을 조절할 필요가 있다.

예를 들어, 500DPI를 목표로 하는 지문채취장비에서 종축 방향은 500DPI로 횡축방향은 500DPI 이상으로 영상이 취득될 수 있다.

상기와 같이 획득된 영상은 가로로 긴 직사각형 형태를 갖기 때문에 단순 소프트웨어 알고리즘과 같은 영상조정부(600)를 사용하여 고속으로 횡방향 배율을 조정한다.

반대로, 반사부(300) 및 렌즈유닛(400)의 정렬구조에 따라 500DPI를 목표로 하는 지문채취장비에서 횡축 방향은 500DPI로 종축방향은 500DPI 이상으로 영상이 취득될 수 있다.

상기의 경우에도 획득된 영상은 세로로 긴 직사각형 형태를 갖기 때문에 단순 소프트웨어 알고리즘과 같은 영상조정부(600)를 사용하여 고속으로 종방향 배율 을 조정하여 회전지문 또는 연속 지문 촬영시 왜곡이 없는 영상을 실시간으로 처리할 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 프리즘(100)의 입력면(110)은 상기 접촉면(120)과 이웃하며 접촉면(120)과 하향 경사지도록 형성된 제1입력면(111)을 포함하고, 상기 조명부(200)는 상기 제1입력면(111)에 빔(B)을 조사하는 제1조명부(210)를 포함한다.

상기 입력면(110)과 조명부(200)가 제1입력면(111) 및 제1조명부(210)와 같은 구조를 취함에 따라 제1조명부(210)에서 조사된 빔(B)은 프리즘(100)내에서 전반사가 이루어져 흡수식 지문채취 광학계에 적용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면,상기 프리즘(100)의 입력면(110)은 상기 접촉면(120)의 맞은편에 접촉면(120)과 평행하도록 형성된 제2입력면(112)을 포함하고, 상기 조명부(200)는 상기 제2입력면(112)에 빔(B')을 조사하는 제2조명부(220)를 포함한다.

상기 입력면(110)과 조명부(200)가 제2입력면(112) 및 제2조명부(220)와 같은 구조를 취함에 따라 제2조명부(220)에서 조사된 빔(B')은 전반사가 이루어지지 않기 때문에 산란식 지문채취 광학계에 적용될 수 있다.

상기한 바와 같은 광학구조의 성능을 유지하기 위해서는 프리즘(100)과 반사부(300)의 거리와 정렬 정도가 중요하며 이미지 센서(500) 앞단에 위치한 렌즈(110, 120)들의 개별 광축 정렬 정도 또한 매우 중요하다. 일정 수준의 성능을 얻기 위해서는 프리즘(100)과 반사부(300) 및 렌즈유닛(400)의 정렬에 주의를 기울여야 한다.

상기와 같은 본 발명은 광학적 성능을 저하시키지 않은 범위내에서 최소왜곡을 갖도록 광학계를 구성하고 최종적으로 영상조정부(600)를 통해 영상의 배율을 조정할 수 있어 보다 선명하고 정확한 지문영상을 획득할 수 있으며, 상기 반사부(300)의 작용으로 프리즘(100)에서 출력된 빛의 경로를 굴절시킴으로써 전체 광학계 크기를 축소시켜 결과적으로 제품의 크기를 소형화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명 지문인식을 위한 광학구조는 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

B, B' : 빔 F : 손가락
FP : 지문 영상 100 : 프리즘
110 : 입력면 120 : 접촉면
130 : 출력면 140 : 보조입력면
200 : 조명부 210 : 보조조명부
300 : 반사부 400 : 렌즈유닛
410 : 제1렌즈 420 : 제2렌즈
500 : 이미지센서 600 : 영상조정부

Claims

지문획득을 위한 광학구조에 있어서,
빔을 조사받는 입력면과, 수평방향으로 형성되어 손가락이 접촉되는 접촉면과, 상기 입력면으로 조사된 빔이 접촉면의 손가락에서 반사되어 빠져나가는 출력면을 포함하는 프리즘과;
상기 프리즘의 입력면으로 빔을 조사하는 조명부;
상기 프리즘의 출력면으로 빠져나온 지문 영상을 입력받아 집중반사시키는 오목거울 형태의 반사부;
상기 반사부를 통해 반사된 지문 영상을 입력받도록 전방에 배치되는 제1렌즈와, 상기 제1렌즈와 상호 중심축이 어긋나도록 후방에 배치되고, 상기 제1렌즈를 통과한 지문 영상을 입력받는 제2렌즈로 이루어진 렌즈유닛; 및
상기 렌즈유닛을 통과한 지문 영상이 결상되는 이미지 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문획득을 위한 광학구조.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 지문이 입력되는 접촉면과 종횡비 또는 크기가 동일하도록 상기 이미지센서로 결상된 지문영상을 조정하는 영상조정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지문획득을 위한 광학구조.
제 1항에 있어서,
상기 프리즘의 입력면은 상기 접촉면과 이웃하며 접촉면과 경사지도록 형성된 제1입력면을 포함하고,
상기 조명부는 상기 제1입력면에 빔을 조사하는 제1조명부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문획득을 위한 광학구조.
1항에 있어서,
상기 프리즘의 입력면은 상기 접촉면의 맞은편에 접촉면과 평행하도록 형성된 제2입력면을 포함하고,
상기 조명부는 상기 제2입력면에 빔을 조사하는 제2조명부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문획득을 위한 광학구조.
삭제