KR101674555B1 - Apparatus for optical fingerprint recognition - Google Patents
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Abstract
본 발명의 광학식 지문 인식 장치는 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원: 지문 패턴에서 반사된 레이저 광을 입력받아 전기적 신호로 변환시키는 광센서; 상기 레이저 광원에서 발생된 레이저 광이 상기 지문 패턴으로부터 반사되어 상기 광센서로 입사되도록 광로를 형성시키는 메인 바디(main body, 20)를 포함하되, 상기 메인 바디는 투명 수지로 일체형으로 형성된 것으로서, 상부면에는 상기 지문 패턴이 입력되는 지문창 영역이 형성되고, 하부면의 일측 단부에 상기 레이저 광원이 장착되며, 상기 하부면의 타측 단부에는 상기 광센서가 장착된 것을 특징으로 한다.The optical fingerprint recognition apparatus of the present invention includes: a laser light source for generating laser light; an optical sensor for receiving laser light reflected from a fingerprint pattern and converting the laser light into an electrical signal; And a main body (20) for forming an optical path so that laser light generated from the laser light source is reflected from the fingerprint pattern and is incident on the optical sensor, wherein the main body is integrally formed with a transparent resin, A fingerprint window area into which the fingerprint pattern is input is formed on a side of the lower surface, the laser light source is mounted on one end of the lower surface, and the optical sensor is mounted on the other end of the lower surface.
Description
본 발명은 지문을 인식하여 특정인을 인식할 수 있는 지문 인식 장치 기술 분야에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a fingerprint recognition device capable of recognizing a fingerprint and recognizing a specific person.
인체가 갖는 여러 특성을 이용하여 특정인을 인식하는 장치로는 홍체, 음성, 지정맥, 지문을 이용한 인식장치들이 연구되고 있다.As a device recognizing a specific person using various characteristics of the human body, recognition devices using irises, voices, finger veins, and fingerprints are being studied.
도 5는 종래 광학식 지문 인식 장치를 도시한 것이다.Fig. 5 shows a conventional optical fingerprint recognition device.
도 5를 참조하면, 손가락의 지문 접촉면(102)에 빛을 비추는 광원(101)과, 이 광원(101)으로부터 발생된 빛을 지문부위에서 반사시키는 프리즘(103)과, 프리즘(103)의 일측에 형성된 지문 접촉면(102)으로부터 반사돤 지문 광신호를 집광하여 결상시키는 결상 렌즈(104)와, 결상렌즈(104)에 결상된 지문 광신호를 전기적 신호로 바꾸는 광센서 장치(ccd 또는 cmos)를 포함한다.A
이러한 광학식 지문 인식 장치는 프리즘(103)의 지문 접촉면(102)에 손가락의 지문부위를 접촉시키면 광원(101)의 빛이 지문의 골과 융선에서 반사와 흡수되고 이 중 반사된 지문 광신호가 프리즘(103)을 통하여 결상렌즈(104)에 결상되며 결상렌즈(104)를 통하여 광센서장치의 입력면적에 맞추어 집광된 지문 광신호가 광센서장치에 입력됨으로써, 특정 지문에 대한 전기적 신호가 형성된다.In this optical fingerprint recognition apparatus, when a fingerprint area of a finger touches the
상기 전기적 신호는 제어부에서 저장된 지문 데이터와 비교하여 특정인인지 여부를 판단하게 된다.The electrical signal is compared with the fingerprint data stored in the controller to determine whether the fingerprint data is a specific fingerprint.
이러한 종래의 광학식 지문 인식 장치는 프리즘 및 렌즈 등의 구성요소의 배치 구조에 의하여 소형화에 제한을 받게 된다.Such a conventional optical fingerprint recognition device is limited in its miniaturization due to the arrangement structure of components such as a prism and a lens.
또한, 프리즘 및 렌즈 등의 정렬 등의 구성요소는 각 소자 간의 위치 관계가 민감하여 이들의 정렬 과정이 포힘된 공정으로 인하여 제조 비용을 줄이는데 제한이 된다.In addition, components such as alignment of prisms, lenses, and the like are sensitive to the positional relationship between the elements, which limits the manufacturing cost due to the process in which the alignment process is performed.
한편, 이동 단말기 등을 포함하여 이러한 지문 인식 장치를 장착이 요구되는 전자 기기가 소형화됨에 따라, 보다 적은 사이즈로 정밀한 측정과 함께 경제적으로 제조될 수 있는 광학식 지문 인식 장치가 요구된다.On the other hand, an electronic apparatus requiring such a fingerprint recognition apparatus including a mobile terminal is required to be miniaturized, and an optical fingerprint recognition apparatus that can be manufactured economically with precise measurement with a smaller size is required.
이 분야의 배경 기술은 대한민국 공개특허공보 2010-0092173호 [광학식 지문 인식 시스템]에 게시되어 있다.BACKGROUND ART [0002] The background art of this field is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2010-0092173 [Optical Fingerprint Recognition System].
본 발명의 목적은 광 경로를 형성하는 메인 바디를 투명 수지로 일체형으로 형성하여 소형으로 경제적으로 제작할 수 있는 광학식 지문 인식 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical fingerprint recognition apparatus which can be manufactured compactly and economically by integrally forming a main body that forms an optical path with a transparent resin.
본 발명의 또 다른 목적은 전방에 사다리꼴 형상의 경사 미러부와 후방의 곡면 미러부를 포함한 메인 바디의 구조에 의하여 소형으로 제작할 수 있는 광학식 지문 인식 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an optical fingerprint recognition apparatus which can be miniaturized by a main body structure including a trapezoidal inclined mirror portion at the front and a curved mirror portion at the rear.
본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원: 지문 패턴에서 반사된 레이저 광을 입력받아 전기적 신호로 변환시키는 광센서; 상기 레이저 광원에서 발생된 레이저 광이 상기 지문 패턴으로부터 반사되어 상기 광센서로 입사되도록 광로를 형성시키는 메인 바디(main body, 20)를 포함하되, 상기 메인 바디는 투명 수지로 일체형으로 형성된 것으로서, 상부면에는 상기 지문 패턴이 입력되는 지문창 영역이 형성되고, 하부면의 일측 단부에 상기 레이저 광원이 장착되며, 상기 하부면의 타측 단부에는 상기 광센서가 장착된 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a laser light source for generating laser light: an optical sensor for receiving laser light reflected from a fingerprint pattern and converting the laser light into an electrical signal; And a main body (20) for forming an optical path so that laser light generated from the laser light source is reflected from the fingerprint pattern and is incident on the optical sensor, wherein the main body is integrally formed with a transparent resin, The optical fingerprint recognition device is characterized in that a fingerprint window area in which the fingerprint pattern is input is formed on a surface of the optical fingerprint recognition device, the laser light source is mounted on one end of the lower surface, and the optical sensor is mounted on the other end of the lower surface. / RTI >
또한, 상기 메인 바디는, 상기 지문창 영역을 포함하며 직육면체 형상으로 형성된 중앙 지문감지 영역; 상기 중앙 지문감지 영역의 전방 측으로 사다리꼴 형상으로 연장된 전방 광 공급 영역; 및 상기 중앙 지문감지 영역의 후방 측에 4분구(Quater-Sphere) 형상으로 연장된 후방 광 수신 영역; 으로 형성된 것을 특징으로 한다.The main body may include a central fingerprint sensing area including the fingerprint window area and formed in a rectangular parallelepiped shape; A front light supply area extending in a trapezoidal shape toward the front side of the central fingerprint sensing area; A rear light receiving area extending in a quater-sphere shape on a rear side of the central fingerprint sensing area; .
또한, 상기 전방 광 공급 영역에서, 상기 사다리꼴 형상의 높이에 해당하는 일측면은 중앙 지문감지 영역의 하부면과 동일 평면상에 형성되며, 상기 사다리꼴 형상의 경사진 타측면은 상기 직육면체 형상의 상단부에서 전방 측으로 일정 각도로 하향 경사지도록 경사면으로 형성되되. 상기 경사면은 미러 코팅으로 형성된 경사 미러부로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, in the front light supply region, one side corresponding to the height of the trapezoid is formed on the same plane as the lower surface of the central fingerprint sensing area, and the inclined other side surface of the trapezoid is formed in the upper end of the rectangular parallelepiped shape And is inclined to be inclined downward at a predetermined angle toward the front side. And the inclined surface is formed of an inclined mirror portion formed by a mirror coating.
또한, 상기 후방 광 수신 영역은, 상기 4분구 형상의 하부면이 상기 중앙 지문감지 영역의 하부면과 동일평면상에 형성되며, 상기 4분구 형상의 상부면은 상기 중앙 지문감지 영역의 상단부로부터 후방측으로 연장된 상기 4분구 형상의 하부면의 종단부까지 곡면 미러부로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the rear light receiving area is formed such that the lower face of the quadrangle shape is formed on the same plane as the lower face of the central fingerprint sensing area, and the upper face of the quadrangular- And a curved mirror portion extending to a terminating portion of the lower surface of the quadrangular-pyramid shape extending to the side of the lower surface.
또한, 상기 경사 미러부는 수평면과 25° ~ 35° 각도로 형성된 것을 특징으로 한다.The inclined mirror portion is formed at an angle of 25 to 35 degrees with respect to the horizontal plane.
또한, 상기 곡면 미러부는 28mm의 반경으로 형성된 것을 특징으로 한다.Further, the curved mirror portion is formed with a radius of 28 mm.
또한, 상기 광센서의 입사면의 가로 폭은 1/2인치 폭으로 형성된 것을 특징으로 한다.Further, the incident surface of the optical sensor has a width of 1/2 inches in width.
또한, 상기 메인 바디의 하부면은 가로 15mm, 세로 6mm이며, 높이는 2.5mm 크기로 형성된 것을 특징으로 한다.The lower surface of the main body is 15 mm in width, 6 mm in length, and 2.5 mm in height.
또한, 상기 광학식 지문 인식 장치는, 상기 광센서로부터 출력되는 지문에 따른 전기 신호에 보상신호를 가산한 신호가 저장된 지문 데이터와 비교하여 특정인이지 여부를 판단하는 제어부를 더 포함하되, 상기 보상신호는 상기 지문창 영역에 격자 구조의 시뮬레이션 틀로부터 얻어진 빔 프로파일의 x축과 y축 방향의 변화율을 이용하여 지문 면적에 따라 산출된 신호인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치The optical fingerprint recognition apparatus may further include a control unit for comparing the electric signal according to the fingerprint outputted from the optical sensor with fingerprint data stored with a signal obtained by adding a compensation signal to determine whether the fingerprint data is a specific fingerprint, Wherein the signal is a signal calculated in accordance with a fingerprint area using the rate of change of the beam profile in the x axis direction and the y axis direction obtained from the simulation frame of the grid structure in the fingerprint window area.
또한, 상기 곡면 미러부는 곡률반경이 하향 방향으로 갈수록 일정하게 줄어드는 타원 곡면 미러부인 것을 특징으로 한다.Also, the curved mirror part is an elliptic curved mirror part whose curvature radius decreases uniformly in a downward direction.
또한, 상기 광학식 지문 인식 장치는 ±150mm 범위의 위치 정렬 오차를 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical fingerprint recognition apparatus has an alignment error in the range of ± 150 mm.
또한, 상기 레이저 광원은 빅셀 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)인 것을 특징으로 한다.In addition, the laser light source is a vertical cavity surface emitting laser.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 메인 바디의 사다리꼴 형상의 경사 미러부와 후방의 곡면 미러부를 포함한 구조에 의하여 지문 인식 장치의 전체 높이 및 길이를 줄여 소형으로 제작이 가능하다. According to an embodiment of the present invention, the entire height and length of the fingerprint recognition device can be reduced by the structure including the trapezoidal inclined mirror portion of the main body and the curved mirror portion at the rear.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 메인 바디의 후방 광 수신 영역에서 곡면 미러부를 채택함으로써, 광센서에 입사되는 지문 레이저 빔의 면적을 줄이고 광 센서의 수용 입사각에 따른 빔의 입사각에 의한 영향을 줄이는 효과를 가진다. According to an embodiment of the present invention, by adopting the curved mirror portion in the rear light receiving region of the main body, the area of the fingerprint laser beam incident on the optical sensor can be reduced and the influence of the incident angle of the beam on the receiving angle of the optical sensor can be reduced Effect.
광 센서의 수용 입사각 범위에 따라서 메인 바디의 곡면의 곡률을 변경할 수 있다.The curvature of the curved surface of the main body can be changed according to the acceptance incident angle range of the optical sensor.
본 발명의 일 실시 예에 따른 지문 인식 장치는 일체형으로 제작되어 광로를 형성시키는 메인 바디에 정해진 위치에 레이저 광원 및 광센서를 배치시키는 완전 수동 정렬 방식을 채택함으로써, 프리즘과 렌즈 등의 정렬 공정을 포함하는 종래의 광학식 지문 인식 장치에 비하여 조립 공정이 신속하고 경제적으로 제조될 수 있다.The fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention may be integrally manufactured to adopt a fully manual alignment method in which a laser light source and an optical sensor are disposed at predetermined positions on a main body for forming an optical path, The assembling process can be manufactured quickly and economically as compared with the conventional optical fingerprint recognition apparatus including the conventional optical fingerprint recognition apparatus.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치의 구조는 프리즘과 렌즈 등의 정렬 공정이 필요 없이 일체형의 메인 바디를 채택함으로써, 광원과 전면 미러부 사이에서 ±150mm의 충분히 큰 위치 정렬 오차를 가질 수 있다.In addition, the optical fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention adopts an integral main body without the need of an alignment process of a prism and a lens, and thereby, a sufficiently large alignment error of ± 150 mm between the light source and the front mirror unit Lt; / RTI >
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치는 소형 이동용으로 장착이 가능하며, 모바일 기기, USB 메모리 등에 효과적으로 적용되어 장착될 수 있다.
In addition, the optical fingerprint recognition device according to an embodiment of the present invention can be mounted for small-sized portable applications, and can be effectively applied to a mobile device, a USB memory, and the like.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치 구조의 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메인 바디의 외관을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지문창 영역에 입사된 레이저 광의 경로를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 왜곡 보상용 빔 프로파일의 예를 도시한 것이다.
도 5는 종래 광학식 지문 인식 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 shows an example of the structure of an optical fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates an appearance of a main body according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates a path of a laser beam incident on a fingerprint window region according to an embodiment of the present invention.
4 shows an example of a beam profile for distortion compensation according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a conventional optical fingerprint recognition apparatus.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. used hereinafter are merely reference numerals for distinguishing between identical or corresponding components, and the same or corresponding components are defined by terms such as first, second, no.
그리고 특정 실시 예들은 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that the specific embodiments are not intended to limit the invention to the specific embodiments, but are to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known related arts will be omitted when it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호가 사용된다. In the following description, the same reference numerals are used for similar parts throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a structure of an optical fingerprint recognition device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치(1)는 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원(11), 지문에서 반사된 레이저 광을 입력받아 전기적 신호로 변환시키는 광센서(photo sensor, 15) 및 상기 레이저 광원(11)에서 발생된 레이저 광이 지문으로부터 반사되어 상기 광센서(15)로 입사되도록 광로를 형성시키는 메인 바디(main body, 20)를 포함한다.The optical fingerprint recognition apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명의 또 다른 실시 예에서 광학식 지문 인식 장치(1)는 상기 광센서로부터 출력되는 지문에 따른 전기 신호를 저장된 지문 데이터와 비교하여 특정인 인지 여부를 판단하는 제어부(미도시됨)를 더 포함할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the optical fingerprint recognition device 1 further includes a control unit (not shown) for comparing the electric signal according to the fingerprint outputted from the optical sensor with the stored fingerprint data to determine whether the fingerprint is a specific person .
또는 상기 제어부는 지문 인식 장치의 장착을 요하는 기기장치의 별도로 장착될 수 있다.
Alternatively, the control unit may be installed separately from an apparatus required for mounting the fingerprint recognition device.
본 발명의 일 실시 예에서 레이저 광원(11)으로 빅셀 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser)가 채택된다.In an embodiment of the present invention, a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is adopted as the
종래의 광학 기반의 지문 인식 장치에서의 광원들은 주로 녹색 또는 청색 파장을 갖는 LED를 광원으로 사용된다.The light sources in the conventional optical-based fingerprint recognition apparatus mainly use an LED having a green or blue wavelength as a light source.
이러한 이유는 회절 효과를 이용한 광학계에서 적색 파장의 광원은 지문의 융기 부분에서 표피로 투과되고, 내부의 반사 회절이 일어나는 과정에서 헤모글로빈에 의해서 대부분 흡수되어 오류 발생 가능성으로 인하여 적색 파장은 사용이 제한되었다.The reason for this is that in the optical system using the diffraction effect, the light source of the red wavelength is transmitted to the epidermis from the ridge portion of the fingerprint, and most of the light is absorbed by the hemoglobin in the process of the internal reflection diffraction, .
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 전반사를 이용하기 때문에, 헤모글로빈에 따른 적색 파장의 강한 흡수율을 고려하지 않아도 되고, 종래 LED에 비해 전력 효율이 좋아 전력 소모가 적기 때문에 소형으로 제조되는 특성상 광원으로 빅셀 레이저가 적합한 것으로 실험되었다.In the preferred embodiment of the present invention, since the total reflection is used, a strong absorption ratio of the red wavelength depending on hemoglobin is not considered, and since the power consumption is low compared with the conventional LED, It was tested as appropriate.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광센서(15)는 CMOS 이미지 센서, 및 CCD가 사용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the
바람직한 실시 예에서는 1/2인치 폭의 입사면을 가진 CMOS 이미지 센서가 채택된다.In a preferred embodiment, a CMOS image sensor with a half-inch wide incident surface is employed.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메인 바디의 외관을 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates an appearance of a main body according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 메인 바디(20)는 투명한 수지 재료 사용하여 일체형으로 성형된 것을 특징으로 한다.The
본 발명의 바람직한 실시 예에서 메인 바디(20)는 유리에 가까운 투명성을 가지며, 내충격성 및 치수 안정성이 좋고 사출성형의 가공성이 용이한 투명 폴리카보네이트 재료를 이용하여 일체형으로 형성된다.In a preferred embodiment of the present invention, the
도 1, 2를 참조하면, 메인 바디(20)는, 상면 중앙 측에 지문창 영역(12)이 형성되며, 직육면체 형상으로 형성된 중앙 지문감지 영역(21)과 전방 측으로 사다리꼴 형상으로 연장된 전방 광 공급 영역(22), 상기 중앙 지문감지 영역(21)의 후방 측에 4분구(Quater-Sphere) 형상으로 연장된 후방 광 수신 영역(23); 을 포함하여 형성된다.1 and 2, the
상기 중앙 지문감지 영역(21)은 지문창 영역(12)을 포함한 빔의 경로와 관계되는 모든 면은 투명처리된다.The center
상기 지문창 영역(12)에는 지문창 영역(12)의 오염을 방지하기 위하여 사파이어 코팅층이 더 포함될 수 있다.The
전방 광 공급 영역(22)에서 상기 사다리꼴 형상의 높이에 해당하는 일측면은 중앙 지문감지 영역(21)의 하부면과 동일 평면상에 형성되며, 상기 사다리꼴 형상의 경사진 타측면은 상기 직육면체 형상의 상단부에서 전방 측으로 일정 각도로 하향 경사지도록 경사면(22-1)으로 형성된다.In the front
전방 광 공급 영역(22)에서 상기 경사진 상부면은 경사 미러부(22-1) 영역으로 미러 코팅면으로 형성된다.In the front
사다리꼴 형상의 일측면은 광원 입사부를 제외하고 나머지 외곽면은 불투명 면으로 처리된다.One side of the trapezoidal shape is treated as an opaque surface except for the light incident portion.
후방 광 수신 영역(23)에서 상기 4분구 형상의 하부면은 상기 중앙 지문감지 영역(21)의 하부면과 동일평면상에 형성되며, 상기 4분구 형상의 상부면은 상기 중앙 지문감지 영역(21) 영역의 상단부로부터 후방측으로 연장된 상기 4분구 형상의 하부면의 종단부까지 곡면 미러부(23-1)로 형성된 것을 특징으로 한다.In the rear
본 발명의 설명에서 4분구 형상은 구의 1/4부분으로 나누어진 형상을 의미한다.In the description of the present invention, the quadratic shape means a shape divided into 1/4 part of a sphere.
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 상기 메인 바디(20)의 하부면은 가로 15mm, 세로 6mm이며, 높이는 2.5mm의 소형으로 제작이 가능하다. In the preferred embodiment of the present invention, the lower surface of the
위 제원은 설계 제원이며 실제 제조 공정상 5%의 오차를 가질 수 있다.The above specifications are design specifications and may have an error of 5% in actual manufacturing process.
상기 곡면 미러부는 곡면에 반사되는 특성을 이용하여 전방 측 반사각에 비하여 후방 측 반사각을 일정한 비율로 작아지도록 함으로서, 반사돤 지문 레이저 광을 집광하여 광센서의 입사면에 결상시키는 기능을 수행한다.The curved mirror part reflects the curved surface so as to reduce the backward reflection angle at a constant ratio as compared with the front side reflection angle, and focuses the reflected fingerprint laser light on the incident surface of the optical sensor.
또한, 상기 곡면 미러부(23-1)에 의하여 메인 바디(20)의 전체 가로 길이를 줄여 소형으로 제작이 가능하게 할 수 있다. In addition, the curved mirror 23-1 can reduce the overall length of the
또한, 상기 곡면 미러부(23-1)에 의하여 소형의 입사면을 갖는 광 센서(15)의 사용이 가능할 수 있다. In addition, the curved mirror portion 23-1 may be able to use the
본 발명의 바람직한 실시 예에서 광센서(15)의 입사면의 가로 폭은 1/2인치 폭으로 형성되며, 상기 곡면 미러부(23-1)는 28mm 반경을 갖는다.In a preferred embodiment of the present invention, the width of the light incident surface of the
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 사용하고자 하는 CMOS 이미지 센서의 수용 입사면적에 맞추어 곡면 미러부(23-1)의 반경 치수가 변경될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the radius dimension of the curved mirror part 23-1 may be changed according to the acceptance incidence area of the CMOS image sensor to be used.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 후방 메인 바디의 광 수신 영역에서 곡면 미러부를 채택함으로써, 광센서(15)에 입사되는 지문 레이저 빔의 면적을 줄일 수 있는 효과를 가진다.
According to an embodiment of the present invention, the use of the curved mirror part in the light receiving area of the rear main body can reduce the area of the fingerprint laser beam incident on the
상기 메인 바디(20)의 전방 광 공급 영역(22)의 하부에는 레이저 광원(11)이 배치되며, 상기 후방 광 수신 영역(23)의 하부에는 광센서(15)가 배치된다.A
즉, 상기 메인 바디(20)는 투명 수지를 일체형으로 형성하고 상부면에는 상기 지문 패턴이 입력되는 지문창 영역(12)이 형성되며, 하부면의 일측 단부에 상기 레이저 광원(11)을 장착시키고 상기 하부면의 타측 단부에는 상기 광센서(15)가 장착된다.That is, the
본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치의 지문 인식 과정은 다음과 같이 수행된다.The fingerprint recognition process of the optical fingerprint recognition device according to an embodiment of the present invention is performed as follows.
레이저 광원(11)으로부터 발생된 레이저 광은 광 공급영역의 하부로부터 입사되어 광 공급 영역(22)의 경사면(22-1)에서 1차 반사되고, 메인 바디(20)의 하부면에서 2차 반사되어 지문창 영역(12)에 입사된다. The laser light generated from the
지문창 영역(12)에 소정의 임계각 이상으로 입사된 레이저 광은 지문 부위로부터 지문 패턴 정보를 포함하고 전반사로 반사되어 굴절된다.Laser light incident on the
상기 지문 패턴 정보는 지문 부위에 입사된 레이저 광이 지문의 골과 융선에서 반사와 흡수되어 형성된다.
The fingerprint pattern information is formed by the laser light incident on the fingerprint area being reflected and absorbed by the ridges and ridges of the fingerprint.
지문에서 굴절된 지문 레이저 광은 다시 메인 바디(20)의 하부면에서 1차 반사되며, 상기 1차 반사된 지문 레이저 광은 곡면부(23-10에서 재차 반사되어 후방 광 수신 영역(23) 하부에 장착된 광센서(15)의 입력부로 입사된다.The fingerprint laser light refracted in the fingerprint is firstly reflected from the lower surface of the
상기 광센서(15)로부터 출력된 지문에 따른 전기 신호를 제어부(미도시됨)에서 저장된 지문 데이터와 비교하여 특정인이지 여부를 판단하여 특정인의 지문 진위 여부에 대한 신호를 출력하게 된다.The electric signal corresponding to the fingerprint outputted from the
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전방 광 공급 영역(22)에서 상기 경사진 상부면은 경사 미러부(22-1)의 각도(θ)는 메인 바디(20)의 크기 및 전반사각을 고려할 때, 25° ~ 35°로 설정된다.According to an embodiment of the present invention, in the front
상기 경사 미러부(22-1)의 각도(θ)가 커질수록 메인 바디(20)의 두께(높이)는 작아질 수 있으나, 메인 바디(20)의 길이가 길어지게 된다.As the angle? Of the inclined mirror portion 22-1 increases, the thickness (height) of the
본 발명의 바람직한 실시 예에서는 상기 경사 미러부(22-1)의 각도(θ)는 30°로 제작된다.In the preferred embodiment of the present invention, the angle? Of the inclined mirror portion 22-1 is set to 30 °.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치의 구조는 레이저 광원 및 지문창 영역, 광센서의 위치 오차는 ±150mm의 범위까지 지문을 정확하게 인식될 수 있었다.The structure of the optical fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention can accurately recognize fingerprints up to a range of ± 150 mm between the laser light source and the fingerprint window area and the optical sensor.
즉 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 프리즘과 렌즈 등의 정렬 공정이 필요 없이 일체형의 메인 바디를 채택함으로써, 광원과 전면 미러부 사이의 ±150mm의 충분히 큰 위치 정렬 오차를 가질 수 있다.
In other words, according to the embodiment of the present invention, it is possible to have a sufficiently large misalignment of ± 150 mm between the light source and the front mirror part by adopting the integral main body without the need of alignment process of prisms and lenses.
본 발명의 일 실시 예에 따른 지문 인식 장치는 일체형으로 제작되어 광로를 형성시키는 메인 바디에 정해진 위치에 레이저 광원 및 광센서를 장착시키는 완전 수동 정렬 방식으로 제작된다.The fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention is manufactured as a one-piece type and is manufactured by a completely manual alignment method in which a laser light source and an optical sensor are mounted at predetermined positions on a main body for forming an optical path.
따라서, 프리즘과 렌즈 등의 정렬 공정을 포함하는 종래의 광학식 지문 인식 장치에 비하여 조립 공정이 신속하고 경제적으로 제조될 수 있다.Therefore, the assembling process can be manufactured quickly and economically as compared with the conventional optical fingerprint recognition device including the alignment process of the prism and the lens.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치는 소형 이동용으로 장착이 가능함으로 모바일 기기, USB 메모리 등에 효과적으로 적용되어 장착될 수 있다.
In addition, since the optical fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention can be mounted for small-sized portable applications, it can be effectively applied to a mobile device, a USB memory, and the like.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 지문 부위에 입사된 레이저 광의 경로를 도시한 것이다.FIG. 3 shows a path of a laser beam incident on a fingerprint portion according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 레이저 광의 투사 특성에 의해 지문창 영역(12)에 입사되는 레이저 광의 입사각은 지문창 영역(12)의 전방측에서 후방측으로 갈수록 일정하게 커지게 된다.3, the incident angle of the laser light incident on the
상기 입사각의 차이에 의하여 동일한 지문 면적에 대하여 레이저 빔의 전체 영역 중 전방 측 방향의 각 지문 부위에서 전반사되는 빔의 영역(영역 1)은 후방 측 방향에서 전반사되는 빔의 영역(영역 2)보다 크게 된다. (Region 1) of the beam totally reflected at each fingerprint portion in the forward direction among the entire region of the laser beam with respect to the same fingerprint area due to the difference in the incident angle is larger than the region (region 2) of the beam totally reflected in the rearward direction do.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 전방 측 영역과 후방 측 영역의 차이는 곡면 미러부에 의하여 보상이 되어 축소되는 효과를 갖는다.According to an embodiment of the present invention, the difference between the front side region and the rear side region is compensated by the curved mirror portion and is reduced.
그러나 센서부의 입사면에서는 여전히 상기와 같은 전방 측 영역과 후방 측 영역의 차이에 따른 왜곡이 포함되어 입사하게 된다.However, the incident surface of the sensor unit still includes the distortion due to the difference between the front side region and the rear side region as described above.
따라서 제어부에서는 상기와 같은 전방 측 영역과 후방 측 영역의 차이에 다른 왜곡을 보상하여 주는 보상제어를 실시한다.
Therefore, the control unit performs compensation control to compensate for the difference between the front side region and the rear side region as described above.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 왜곡 보상용 빔 프로파일의 예를 도시한 것이다.4 shows an example of a beam profile for distortion compensation according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 100mm를 갖는 격자 구조의 시뮬레이션툴(Light Tools)을 이용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 지문인식 장치로부터 광센서의 위치에서 보상용 빔 프로파일을 얻는다.Referring to FIG. 4, a compensating beam profile is obtained at a position of an optical sensor from a fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention, using a grid-structured simulation tool (Light Tools) having a length of 100 mm.
상기 보상용 빔 프로파일로부터 x축과 y축 방향의 변화율을 이용하여 약간 기울어진 이미지의 비율을 측정된 지문 데이터 신호에 지문 면적에 따라 가산하여 보상제어를 실시할 수 있다.Compensation can be performed by adding the ratio of the slightly inclined image to the measured fingerprint data signal according to the fingerprint area using the rate of change in the x-axis and y-axis directions from the compensation beam profile.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학식 지문 인식 장치는 일체형으로 형성되는 메인 바디에 의하여 광 경로가 형성되는 특성상 시뮬레이션 툴(Light Tools)을 이용한 보상 제어가 용이한 효과를 가진다.
Therefore, the optical fingerprint recognition apparatus according to an embodiment of the present invention has an effect of facilitating compensation and control using a light tool due to the optical path formed by the main body formed as a single body.
본 발명의 제2 실시 예에서는 상기 곡면 미러부를 일정한 곡률 반경을 갖도록 설계를 한 후, 상기 보상용 빔 프로파일로부터 x축과 y축 방향의 변화율에 추이에 따라 곡률반경을 하향방향으로 갈수록 일정하게 줄인 타원 곡면 미러부를 형성한다.In the second embodiment of the present invention, after the curved mirror portion is designed to have a constant curvature radius, the curvature radius is gradually reduced in the downward direction from the compensation beam profile to the rate of change in the x- and y- Thereby forming an elliptic curved mirror portion.
제2실시 예에 따르면, 후방 광 수신 영역(23)에서 상기 4분구 형상의 하부면은 상기 4분구 형상의 상부면은 상기 중앙 지문감지 영역(21) 영역의 상단부로부터 후방측으로 연장된 상기 4분구 형상의 하부면의 종단부까지 곡률 반경이 점차적으로 줄어드는 타원 곡면 미러부로 형성된 것을 특징으로 한다.According to the second embodiment, in the rear
이와 같은 제2 실시 예에 따르면, 타원 곡면 미러부에 의하여 굴절된 지문 레이저 빔은 왜곡이 보상되어 광센서의 입사면에 입사될 수 있다.
According to the second embodiment, the fingerprint laser beam refracted by the elliptical curved mirror part can be compensated for distortion and incident on the incident surface of the optical sensor.
1: 광학식 지문 인식 장치
11: 레이저 광원
12: 지문창 영역
15: 광센서
20: 메인 바디
21: 중앙 지문감지 영역
22: 전방 광 공급 영역
22-1: 경사 미러부
23: 후방 광 수신 영역
23-1: 곡면 미러부1: Optical fingerprint recognition device
11: Laser light source
12: Fingerprint window area
15: Light sensor
20: Main Body
21: Central fingerprint detection area
22: front light supply area
22-1: inclined mirror part
23: rear light receiving area
23-1: Curved mirror part
Claims (12)
상기 광학식 지문인식장치는,
레이저 광을 발생시키는 레이저 광원:
지문 패턴에서 반사된 레이저 광을 입력받아 전기적 신호로 변환시키는 광센서; 및
상기 레이저 광원에서 발생된 레이저 광이 상기 지문 패턴으로부터 반사되어 상기 광센서로 입사되도록 광로를 형성시키는 메인 바디를 포함하되,
상기 메인 바디는 투명 수지로 일체형으로 형성된 것으로서, 상부면에는 상기 지문 패턴이 입력되는 지문창 영역이 형성되고, 하부면의 일측 단부에 상기 레이저 광원이 장착되며, 상기 하부면의 타측 단부에는 상기 광센서가 장착된 것을 특징으로 하며,
상기 메인 바디는
상기 지문창 영역을 포함하며 직육면체 형상으로 형성된 중앙 지문감지 영역;
상기 중앙 지문감지 영역의 전방 측으로 사다리꼴 형상으로 연장된 전방 광 공급 영역; 및
상기 중앙 지문감지 영역의 후방 측에 4분구(Quater-Sphere) 형상으로 연장된 후방 광 수신 영역; 으로 형성되고,
상기 전방 광 공급 영역에서, 상기 사다리꼴 형상의 높이에 해당하는 일측면은 상기 중앙 지문감지 영역의 하부면과 동일 평면상에 형성되며, 상기 사다리꼴 형상의 경사진 타측면은 상기 직육면체 형상의 상단부에서 전방 측으로 일정 각도로 하향 경사지도록 경사면으로 형성되되. 상기 경사면은 미러 코팅으로 형성된 경사 미러부로 형성되며,
상기 후방 광 수신 영역은, 상기 4분구 형상의 하부면이 상기 중앙 지문감지 영역의 하부면과 동일평면상에 형성되며, 상기 4분구 형상의 상부면은 상기 중앙 지문감지 영역의 상단부로부터 후방측으로 연장된 상기 4분구 형상의 하부면의 종단부까지 곡면 미러부로 형성되되,
상기 곡면 미러부는 곡률반경이 하향 방향으로 갈수록 일정하게 줄어드는 타원 곡면 미러부인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
An optical fingerprint recognition apparatus comprising:
In the optical fingerprint recognition device,
Laser light source for generating laser light:
An optical sensor for receiving the laser light reflected from the fingerprint pattern and converting the laser light into an electrical signal; And
And a main body that forms an optical path such that laser light generated from the laser light source is reflected from the fingerprint pattern and is incident on the optical sensor,
The main body is integrally formed with a transparent resin. The main body is formed with a fingerprint window area for receiving the fingerprint pattern on its upper surface. The laser light source is mounted on one end of a lower surface, A sensor is mounted,
The main body
A center fingerprint sensing area including the fingerprint window area and formed in a rectangular parallelepiped shape;
A front light supply area extending in a trapezoidal shape toward the front side of the central fingerprint sensing area; And
A rear light receiving area extending in a quater-sphere shape on a rear side of the central fingerprint sensing area; Respectively,
In the front light supply region, one side corresponding to the height of the trapezoidal shape is formed on the same plane as the lower surface of the central fingerprint sensing area, and the inclined other side surface of the trapezoidal shape is forward So as to be inclined downward at a predetermined angle. The inclined surface is formed as an inclined mirror portion formed by a mirror coating,
Wherein the rear light receiving area is formed such that the lower face of the quadrangular shape is flush with the lower face of the central fingerprint sensing area and the upper face of the quadrangle shape is extended from the upper end of the central fingerprint sensing area to the rear side And a bottom surface of the bottom surface of the quadrangular prism is formed as a curved mirror portion,
Wherein the curved mirror part is an elliptical curved mirror part whose radius of curvature is uniformly decreased in a downward direction,
상기 경사 미러부는 수평면과 25° ~ 35° 각도로 형성된 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
5. The method of claim 4,
Wherein the inclined mirror portion is formed at an angle of 25 to 35 with respect to a horizontal plane.
상기 곡면 미러부는 28mm의 반경으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
5. The method of claim 4,
Wherein the curved mirror portion is formed with a radius of 28 mm.
상기 광센서의 입사면의 가로 폭은 1/2인치 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
The method according to claim 6,
Wherein the light sensor has a width of 1/2 inches in width on the incident surface thereof.
상기 메인 바디의 하부면은 가로 15mm, 세로 6mm이며, 높이는 2.5mm크기로 형성된 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
5. The method of claim 4,
Wherein the lower surface of the main body is 15 mm wide by 6 mm high and the height is 2.5 mm.
상기 광학식 지문 인식 장치는,
상기 광센서로부터 출력되는 지문에 따른 전기 신호에 보상신호를 가산한 신호가 저장된 지문 데이터와 비교하여 특정인인지 여부를 판단하는 제어부를 더 포함하되,
상기 보상신호는 상기 지문창 영역에 격자 구조의 시뮬레이션 틀로부터 얻어진 빔 프로파일의 x축과 y축 방향의 변화율을 이용하여 지문 면적에 따라 산출된 신호인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
The method of claim 4,
In the optical fingerprint recognition device,
Further comprising a control unit for comparing the electric signal output from the optical sensor with a fingerprint data stored in a signal obtained by adding a compensation signal to the electric signal corresponding to the fingerprint,
Wherein the compensation signal is a signal calculated in accordance with a fingerprint area using a rate of change of the beam profile in the x-axis direction and the y-axis direction obtained from the simulation frame of the grid structure in the fingerprint window area.
상기 광학식 지문 인식 장치는 ±150mm 범위의 위치 정렬 오차를 가지는 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
The method according to claim 6,
Wherein the optical fingerprint recognition device has an alignment error in the range of +/- 150 mm.
상기 레이저 광원은 빅셀 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)인 것을 특징으로 하는 광학식 지문 인식 장치
5. The method of claim 4,
Wherein the laser light source is a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL)
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