KR101807289B1

KR101807289B1 - 광학 지문 인식 장치

Info

Publication number: KR101807289B1
Application number: KR1020160125795A
Authority: KR
Inventors: 이상신; 백선우; 이용건
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2017-12-11

Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 센싱용 광을 발생시키는 광원; 지문을 인식할 손가락이 접촉되는 스캐닝 기판; 상기 광원으로부터 입사된 광을 광축 방향과 평행인 제1 p 편광과 광축에 수직인 제1 s 편광 방향으로 분리시키는 제1 편광 빔 스플리터; 상기 분리된 제1 s 편광이 손가락의 제1 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제1 편광 빔 스플리터로 재입사되며, 상기 재입사된 광이 상기 제1 편광 빔 스플리터를 거쳐서 출력되는 1 출력광을 인식하여 제1지문 이미지 신호를 발생시키는 제1 이미지 센서; 상기 제1 편광 빔 스플리터로부터 분리된 제1 p 편광 성분에 대하여 1/2 파장의 광로차를 발생시켜서 제2 s 편광으로 변환시키는 1/2 파장판; 상기 1/2 파장판에서 변환된 제2 s편광을 상기 광축 방향에 수직인 방향으로 변환시키는 제2 편광 빔 스플리터; 를 포함하며, 상기 변환된 제2 s 편광이 손가락의 제2 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제2 편광 빔 스플리터로 재입사되며, 상기 이미지센서에 의해 상기 재입사된 광이 상기 제2 편광 빔 스플리터를 거쳐서 출력되는 2 출력광을 인식하여 2지문 이미지 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치가 제공된다.

Description

광학 지문 인식 장치{Optical fingerprint device}

본 발명은 수분 오염에 강한 광학 지문 에 관한 기술이다.

바이오 인식 분야는 최근 들어 출입 보안이나 신분 확인 등 기존 영역뿐만 아니라 홈네트워크, 유비쿼터스 환경 등 차세대 정보통신 환경의 핵심 보안 기술로서 연구가 활발히 진행되어 왔다.

그 중에서도 지문을 통해 개인을 인증하는 지문 인식 센서는 보안성이 높으며, 인증 절차 및 구조가 간단하고, 소형화가 용이하여 소형 스마트 기기에 사용할 수 있어서 대표적으로 사용되는 바이오 인식 방식 중 하나이다.

지문 인식 센서는 지문의 채취 방식에 따라 내부 전반사(total internal reflection), 정전압(capacitance), 초음파(ultrasonic), 열 감지(thermal detecting) 그리고 다중스펙트럼 화상(MSI, multi-spectral image) 방식 등 다양한 형태의 지문 인식 방법이 개발 및 사용되고 있다.

이 중 MSI 방식은 단일 광원이 아닌 여러 파장대역의 다 광원을 사용하여 다량의 지문 데이터를 축적하고 분석하기 때문에 모조품과 실제의 손가락을 구분할 수 있는 특징을 가지고 있어서, 지문 표면의 수분, 온도와 오염 상태 등에 따라 발생하는 오류의 가능성이 작아서 높은 신뢰성을 제공한다. 반면에 크기가 크고, 고가이며, 복잡한 구조를 가지고 있어서 소형기기에 장착하기에는 부적합하다.

한편, 광학 방식의 지문 인식 센서는 내부 전반사를 이용한 센서가 갖는 소형화, 저비용, 높은 내구성, 단순한 구조 등의 장점으로 인하여 많이 사용되고 있다. 광학 방식의 지문 인식 센서는 전반사를 이용하여 지문 이미지를 채취하는 방식은 손가락 지문의 마루(ridge)와 골(valley)의 굴절률 차이에 의해 반사되는 빔과 투과되는 빔을 나누어 반사시키고, 이를 이미지 센서를 통해 지문 데이터를 채취한다. 그러나 지문의 굴절률 차이를 이용한 방식은 지문 표면의 수분, 온도와 오염 상태 등의 외부 환경으로부터 굴절률 차이가 줄어들기 때문에 쉽게 오류가 발생되기 쉽다.

이와 같이 채취한 이미지를 휴대용 단말기나 USB 메모리, 잠금장치 등과 같은 소형 휴대용 기기 및 장치에 이용하기 위해서는 손가락 표면의 수분 및 오염 상태에도 높은 신뢰성 및 보안성을 가지고 소형화가 가능한 광학 방식의 지문 인식 센서 기술이 요구된다.

본 발명 기술에 대한 배경기술은 국내 등록특허공보 KR10-0952921호에 게시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 KR 10-0952921 B1(지문 인식 장치)

본 발명은 편광 시스템에 의한 입사광이 손가락 표피 내부에서 확산 산란되어 출력된 출력광을 인식할 수 있는 편광인식 시스템에 의하여 내부 전반사 방식에 비해 손가락 표면에 수분 오염에 대한 높은 신뢰성을 가진 광학 지문 인식 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수분 오염에 대하여 높은 신뢰성을 가지면서 지문인식면적에 대하여 스캐너의 두께를 줄일 수 있는 광학 지문 인식 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 센싱용 광을 발생시키는 광원; 지문을 인식할 손가락이 접촉되는 스캐닝 기판; 상기 광원으로부터 입사된 광을 광축 방향과 평행인 제1 p 편광 성분과 광축에 수직인 제1 s 편광 성분으로 분리시키는 제1 편광 빔 스플리터; 및 상기 손가락의 지문으로부터 출력되어 상기 제1 편광 빔 스플리터를 거친 제1 출력광을 인식하여 지문 이미지 신호를 발생시키는 제1 이미지 센서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 센싱용 광을 발생시키는 광원; 지문을 인식할 손가락이 접촉되는 스캐닝 기판; 상기 광원으로부터 입사된 광을 광축 방향과 평행인 제1 p 편광과 광축에 수직인 제1 s 편광 방향으로 분리시키는 제1 편광 빔 스플리터; 상기 분리된 제1 s 편광이 손가락의 제1 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제1 편광 빔 스플리터로 재입사되며, 상기 재입사된 광이 상기 제1 편광 빔 스플리터를 거쳐서 출력되는 1 출력광을 인식하여 제1지문 이미지 신호를 발생시키는 제1 이미지 센서; 상기 제1 편광 빔 스플리터로부터 분리된 제1 p 편광 성분에 대하여 1/2 파장의 광로차를 발생시켜서 제2 s 편광으로 변환시키는 1/2 파장판; 상기 1/2 파장판에서 변환된 제2 s편광을 상기 광축 방향에 수직인 방향으로 변환시키는 제2 편광 빔 스플리터; 를 포함하며, 상기 변환된 제2 s 편광이 손가락의 제2 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제2 편광 빔 스플리터로 재입사되며, 상기 이미지센서에 의해 상기 재입사된 광이 상기 제2 편광 빔 스플리터를 거쳐서 출력되는 2 출력광을 인식하여 2지문 이미지 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치가 제공된다.

또한, 상기 제1지문 이미지 신호와 상기 제2지문 이미지 신호를 합성하여 지문의 특징 패턴을 인식하고, 데이터베이스에 저장된 특정 지문과 대조하여 결과를 출력하는 지문 인식 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원과 제1 편광 빔 스플리터 사이에 상기 광원에서 발생되는 입사광을 평행빔으로 변환시켜주는 시준렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 s 편광이 손가락의 제1 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제1 편광 빔 스플리터로 재입사된 광은 표피를 침투하여 반사되는 p' 편광 성분과 표피에서 반사되는 s' 편광 성분이 같이 존재하는 빔으로 변환된 것이며,

상기 s' 편광 성분은 상기 제1 편광 빔 스플리터에서 반사되고, 상기 제1 출력광은 상기 제1 편광 빔 스플리터를 통과한 p' 편광 성분으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원은 가시광 대역의 파장을 갖는 LED 광인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광학 지문 인식장치는, 실제의 지문의 이미지 형태를 위조한 PDMA, 폴리카보네이트 또는 실리콘 재질로 제조된 위조지문에 대하여는 상기 실제의 지문과 다르게 인식하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 지문 이미지 신호 및 제2이미지 신호를 합성하여 지문의 특징 패턴을 인식하고, 데이터베이스에 저장된 특정 지문과 대조하여 결과를 출력하는 지문 인식 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치는 손가락 표면의 수분 오염에 대해 높은 신뢰성을 가지는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치는 손가락 고유의 다중 산란 및 복굴절 특성을 이용하기 때문에 위조지문의 구분이 용이하다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 복수의 편광 빔 스플리터로 구성하여 공간을 효율적으로 사용함으로써, 스캐너의 두께를 줄여서 소형화가 가능한 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 스캐너 장치를 제공할 수 있다.

도 1, 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 구조와 광경로를 도시한 것이다.
도 3, 4는 본 발명의 또 다른 제2 실시 예에 따른 2개의 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 구조를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 지문 패턴 생성 원리와 피부에 입사된 빛의 광경로를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치를 구현하고 DRY 손가락 표면에서 채취한 지문 이미지를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치를 구현하고 WET 손가락 표면에서 채취한 지문 이미지를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 위조 지문을 검출하는 원리와 광경로를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치에 위조 지문을 사용하여 생성된 지문 이미지를 도시한 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.

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.

이하 본 발명의 구현에 따른 편광 시스템에 의한 광학 지문 인식 센서의 실시 예들에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1, 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 구조와 광경로를 도시한 것이다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치(10)는 지문을 인식할 손가락이 접촉되는 스캐닝 기판(Platen(12)), 센싱용 광을 발생시키는 광원(20), 상기 광원(20)으로부터 입사된 광을 광축 방향과 평행인 p 편광과 광축에 수직인 s 편광 방향으로 분리시키는 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1), 상기 분리된 s 편광이 손가락의 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)로 재입사되며, 상기 재입사된 광이 상기 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)를 거쳐서 출력되는 출력광을 인식하여 지문 이미지를 발생시키는 이미징 시스템(31)을 포함한다.

도 1, 2를 참조하면, 상기 분리된 s 편광 중 일부 편광은 표면에서 반사되고 일부 편광은 표피를 침투하여 반사된다. 표면에서 반사된 일부 편광은 입사된 파와 동일한 편광을 유지하여 s편광성분을 가지고 반사되며, 표피를 침투하여 입사된 광은 지연되어 P 편광 성분을 가지고 반사된다.

한편, 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에서 Z축으로 재입사된 편광 중 P 편광 성분은 통과되나 재입사된 편광 중 s 편광 성분은 반사되어 제거된다.

따라서, 이미징 시스템(31)에서는 표피에서 반사된 이미지는 제거되고 표피를 침투하여 반사된 이미지만을 센싱하게 되므로 표피에 오명이나 수분이 존재하더라도 정확한 표피 내부의 지문을 인식할 수 있기 때문에 수분 및 오염에 지장을 받지 않은 강한 광학 지문을 인식할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광원(20)은 LED가 적용된다.

또한, 상기 광원(20)과 제1 편광 빔 스플리터(PBS1) 사이에는 광원(20)의 입사광을 평행빔으로 변환시켜주는 시준렌즈(collimating Lens(11))가 더 포함될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치는 상기 제1 이미지 센서(31)에서 출력되는 이미징 시스템에 신호를 받아서 지문의 특징 패턴을 인식하고, 데이터베이스에 저장된 특정 지문과 대조하여 지문을 특정하여 특정인의 특정 또는 불일치 등 그 결과를 출력하는 지문 인식 처리부(미 도시됨)를 포함한다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치는 지문을 인식할 수 있는 폭(w)을 인식하기 위해서는 제1 편광 빔 스플리터(PBS1)가 두께가 일정 두께(t) 이상이 요구되어 전체적으로 두께가 두꺼워질 수 있다.

도 3, 4는 본 발명의 또 다른 제2 실시 예에 따른 2개의 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 구조를 도시한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시 예인 제2 실시 예에 따른 광학 지문 인식 장치(1)는 2개의 편광 빔 스플리터를 사용하여 전체 두께를 줄인 구조를 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치(1)는, 광을 발생시키는 광원(20), 지문을 인식할 손가락이 접촉되는 스캐닝 기판(platen(12)), 상기 광원(20)으로부터 입사된 광을 광축 방향과 평행인 제1 p 편광 성분은 통과하여 분리시키고, 광축에 수직인 제1s 편광 성분은 90° 방향으로 반사하여 분리시키는 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1), 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)를 통과하여 분리된 제1p 편광 성분에 대하여 1/2 파장으로 지연된 광로차에 의해 제2 s 편광 성분으로 변환시키는 1/2 파장판(half wave plate: HWP(17)), 상기 1/2 파장판(half wave plate: HWP(17))에서 변환된 제2 s 편광 성분에 대하여 광축에 수직 방향으로 변환시키는 제2 편광 빔 스플리터(PBS 2)를 포함한다.

상기 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에 의해 반사되어 분리된 제1s 편광 성분은 손가락의 제1 지문 위치로부터 확산 및 반사 변환된다.

이중 표피에서 반사된 광은 입사된 파와 동일한 편광을 유지하여 제1s' 편광 성분으로 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에 Z축으로 재입사되고, 표피에 침투되어 입사된 광은 지연되어 제1p' 편광 성분으로 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에 Z축으로 재입사된다.

제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에 Z축으로 재입사된 제1p' 편광 성분과 제1s'편광 성분 중 제1s'편광은 반사되어 제거되고 제1p' 편광 성분만 통과하게 된다.

따라서, 제1 지문 위치로부터 표피에 침투되어 확산 및 반사 변환된 제1p' 편광만 상기 빔 스플리터(PBS 1)를 투과하여 제1 지문 이미지 신호를 발생시키는 이미징 시스템(31)으로 입력된다.

제2 실시 예에 따른 광학 지문 인식 장치(1)는 손가락으로부터 반사되어 재입사된 광 중 상기 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)를 투과하여 거쳐서 제1p' 편광이 제1 지문 이미지 신호를 발생시키고, 손가락의 제2 지문 위치로부터 출력되어 상기 제2 편광 빔 스플리터(PBS 2)를 거친 제2 출력광을 인식하여 제2 지문 이미지를 발생시키는 이미징 시스템(31)을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에서 상기 제1지문은 측정할 지문의 전단면적의 지문이며, 상기 제2지문은 측정할 지문의 후단면적의 지문을 의미한다.

또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치(1)는 상기 이미징 시스템(31)에서 출력되는 제1 지문 이미지와 상기 제2이미지 센서에서 출력되는 제2 지문 이미지를 합성하여 지문의 특징 패턴을 인식하고, 데이터베이스에 저장된 특정 지문과 대조하여 특정인의 특정 또는 불일치 등 그 결과를 특정하여 출력하는 지문 인식 처리부(미 도시됨)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시 예에서, 또한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치(1)는 상기 광원(20)과 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1) 사이에 광원(20)에서 발생되는 입사광을 평행빔으로 변환시켜주는 시준렌즈(collimating lens(11))를 더 포함할 수 있다.

또한, 시준렌즈(collimating Lens)와 제1 편광 빔 스플리터(PBS I) 사이에는 집광을 위한 조리개(미도시됨)를 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 전체 두께는 지문을 인식하기 위한 손가락 면적에 광을 입사시키는 편광 빔 스플리터의 두께에 따라 정해질 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치(1)의 경우, 하나의 편광 빔 스플리터를 사용하여 지문을 인식하기 위해서는 사용되는 편광 빔 스플리터(PBS 1)는 인식하고자 하는 손가락 면적의 한변 길이에 상응하는 두께를 가지게 된다.

한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치(1)의 경우, 두 개의 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter: PBS 2)를 사용하여 지문을 인식하기 때문에 사용되는 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)가 각각 담당하는 영역이 인식하고자 하는 손가락 면적의 한변에 상응하는 길이의 1/2 이하로 줄일 수 있다.

결과적으로 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치(1)는, 제1 실시 예에 비하여 1/2 이하의 두께를 가지게 되므로 제1 실시 예에 비하여 전체 두께를 줄일 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에서는 두 개의 편광 빔 스플리터를 사용한 광학 지문 인식 장치(1)의 경우를 설명하였으나, 또 다른 실시 예에서는 동일한 원리로 다수의 편광 빔 스플리터를 사용하여 두께를 더 줄일 수 있는 광학 지문 인식 장치가 제공될 수 있다.

본 발명에서는 시료면에 입사하는 빛의 전기 벡터의 진동 방향이 입사면[시료면의 법선과 파면 법선(빛의 진행 방향)을 포함하는 면] 내에 포함되는 직선 편광을 p 편광(p-polarized light(105)) 성분이라 하고, 시료면에 입사하는 빛의 전기 벡터의 진동방향이 입사면 [시료면의 법선(法線)과 파면(波面) 법선(빛의 진행방향)을 포함하는 면]에 수직인 직선 편광을 s 편광(s-polarized light) 성분으로 정의된다.

1/2 파장판(halfwave plate)은 서로 수직인 방향으로 진동하는 직선 편광의 사이에 1/2파장의 광로차를 낳도록 두께가 정해진 복굴절판으로써, 상기 p 편광(p-polarized light) 성분이 1/2 파장판(halfwave plate)을 지나면 s 편광(s-polarized light)으로 변환된다.

도 3, 4를 참조하면, LED 광원(20)으로부터 발산되어 입사되는 광 경로 1(101)의 입사평면은 Y-Z 평면이며 빛의 진행방향은 양의 Z 방향이다. LED에서 발산되는 빔은 시준렌즈(collimating lens(11))를 통해 평행빔으로 바뀌고 제1 편광 빔 스플리터 (PBS 1)에 입사된다.

제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에 입사된 빔(101)은 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에서 입사 평면에 대해서 수평으로 진동하는 빔의 p-편광(p-polarized light(105)) 성분은 투과되고, 수직으로 진동하는 빔의 s-편광(s-polarized light(102)) 성분은 반사되어 손가락이 접촉되어있는 스캐너 기판(12)으로 입사된다.

투과된 p 편광(p-polarized light(105)) 성분은 1/2 파장판(halfwave plate: HWP(17))을 지나면서 λ/2 지연되어 s 편광(s-polarized light(111)) 성분으로 변환된다.

이는 p 편광(p-polarized light(105)) 성분이 그대로 제2 편광 빔 스플리터(PBS II)로 입사될 경우에는 다시 스캐너 기판(12)으로 반사되지 않고 그대로 투과되기 때문에 투과된 p 편광(p-polarized light(105)) 성분을 이용한 지문인식을 할 수 없기 때문이다.

변환된 s 편광(s-polarized light) 성분(111) 빔은 제2 편광 빔 스플리터(PBS 2)의 일측으로 입사되고 제2 편광 빔 스플리터(PBS 2)의 내부에서 반사되어 손가락이 접촉되어있는 스캐너 기판(12)으로 입사된다.

접촉된 손가락으로 입사된 s 편광 성분 빔(102, 112)은 손가락 표면에서 약 4~7%의 빔이 성분변화 없이 제1, 2 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)에 재입사되고 손가락 내부로 침투한 빛은 손가락의 복굴절 성질과 다중 산란을 통해 제1, 2 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)에 입사된다. 제1, 2 편광 빔 스플리터로 재입사된 빔(103, 113)은 표피에서 반사된 s 편광 성분은 제1, 2 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)에서 반사되어 제거되고 이미징 시스템(31)을 통해 손가락 내부를 진행하며 표피를 침투하여 반사되어 변환된 p 편광 성분 빔만으로 지문 이미지가 생성된다.

본 발명의 일 실시 예에서는 이렇게 제1 편광 빔 스플리터(PBS 1)에서 투과된 빔을 1/2 파장판(halfwave plate: HWP(17))과 제2 편광 빔 스플리터(PBS 2)를 통해 분리된 광을 재활용하는 방법을 채택하여 손가락의 일정 영역을 분담하여 감지하고, 전체 광학 지문 인식 장치(1)의 두께 및 크기를 줄일 수 있다. 또한, 일정한 손가락의 영역을 감지하는데 필요로 되는 빔의 크기가 1/2로 절약될 수 있다.

도 5는 본 발명의 본 발명의 일 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 지문 패턴 생성 원리와 피부에 입사된 빛의 광경로를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 손가락으로 입사된 s 편광 성분 빔은 손가락 표면에서 약 4~7%의 빔이 편광 성분의 변화 없이 반사되어 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)에 입사된다. 동시에 손가락으로 입사된 s 편광 성분 빔은 손가락의 표피를 침투한 후의 다중 산란 및 복굴절 특성으로 인해 후방 산란이 발생하고 이와 동시에 s' 편광 성분 빔이 p' 편광 성분 빔으로 변환되어 s' 편광 성분과 p' 편광 성분이 같이 존재하는 빔으로 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)에 Z축으로 재입사된다.

편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)에 재입사된 빔은 손가락의 마루와 골을 투과하며 확산이 발생한다. 이때에 마루를 투과하는 빔은 공기층이 포함되어 있는 골보다 확산률이 적어 상대적으로 높은 광량을 갖는다.

따라서, 마루와 골의 광량의 차이가 발생하여 지문 패턴 정보를 포함하는 빔이 발생하고 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)를 통해 표면에서 바로 반사된 s' 편광 성분 빔은 반사를 통해 제거되어 표피를 투과하여 반사됨으로써, 표피 오염의 영향을 덜 받은 p' 편광 성분 지문 이미지를 이미징 시스템을 통해 생성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치를 구현하고 DRY 손가락 표면에 따라 채취한 지문 이미지를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치를 구현하고 수분을 가진(WET) 손가락 표면에 따라 채취한 지문 이미지를 도시한 것이다.

도 6, 7을 참조하면, 직접 광학 테이블 상에 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치를 구현하고 실험을 통해 사용자의 손가락 표면의 수분 유무에 따라 이미징 시스템에 생성된 지문 이미지의 광량차이만 조절한 이미지이다.

도 6의 경우 손가락 표면에 수분이 존재하지 않는 경우에 생성된 지문 이미지 및 2진화로 변환된 이미지를 도시한 것이며, 도 7의 경우는 손가락 표면에 수분이 존재하는 경우에 생성된 지문 이미지 및 이진화로 변환된 이지미를 도시한 것이다. 두 가지의 경우 모두 지문 인식에 사용하는 지문의 특이점을 확인할 수 있다. 따라서, 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치는 수분에 대해 높은 신뢰도를 제공하는 동작 특성을 사용자에게 제공할 수 있다.

도 8은 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치의 위조 지문을 검출하는 원리와 광경로를 도시한 것이다.

도 8을 참조하면, 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)를 통해 실제의 지문의 이미지 형태를 위조한 위조지문으로 입사된 빔은 표면에서 s 편광 성분은 4~7% 반사되어 편광 빔 스플리터(PBS 1, 2)에 재입사되고 반사되어 제거된다. 그 외에 위조지문 내부로 침투한 빔은 손가락과 같은 복굴절 성질과 다중 산란이 발생하지 않는다. 따라서, 이미징 시스템에 의해 지문 이미지가 발생하지 않아 실제 지문의 이미지와 다르게 인식되기 때문에 위조 지문과 실제의 지문을 구분할 수 있다.

상기 광학 지문 인식장치는, 편광을 사용함으로써 폴리카보네이트 또는 실리콘 재질로 제조된 위조지문에 대하여는 실제의 지문과 다르게 인식할 수 있다.

도 9는 본 발명의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치에 위조 지문을 사용하여 생성된 지문 이미지를 도시한 것이다.

도 9의 위조지문(a)(b)은 PDMA 재질을 이용하여 제작한 위조지문을 이용해 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치에서 생성된 지문 이미지이다.

또는 상기 위조지문은 폴리카보네이트 또는 실리콘 재질로 제작될 수 있다.

도 9를 참조하면, (a)의 경우는 위조지문 후방에 손가락을 올려 편광 빔 스플리터에 접촉한 경우 후방 산란과 복굴절은 발생하여 편광 빔 스플리터로 재입사되지만, 표피에서 생성된 s'편파 성분만 재입사되어 편광 빔 스플리터를 통과하지 못하게 되므로 지문의 패턴정보가 소실되어 지문 패턴정보를 포함하지 않는 이미지가 생성된다.

또한 (b)와 같이 위조지문 후방에 손가락을 대지 않고 접촉시키는 경우에도 표면에서 반사된 s 편광 성분 빔은 편광 빔 스플리터로 재입사되어 제거되고 투과된 s 편광 성분 빔은 산란 및 복굴절이 발생하지 않기 때문에 이미징 시스템상에 이미지가 생성되지 않는다.

1: 편광 빔 스플리터를 이용한 광학 지문 인식 장치
11: 시준렌즈
12: 스캐닝 기판(platen)
17: 1/2 파장판(half wave plate)
20: 광원
31: 이미징 시스템
PBS1, 2: 편광 빔 스플리터

Claims

삭제
센싱용 광을 발생시키는 광원;
지문을 인식할 손가락이 접촉되는 스캐닝 기판;
상기 광원으로부터 입사된 광을 광축 방향과 평행인 제1 p 편광과 광축에 수직인 제1 s 편광 방향으로 분리시키는 제1 편광 빔 스플리터;
상기 분리된 제1 s 편광이 손가락의 제1 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제1 편광 빔 스플리터로 재입사되며, 상기 재입사된 광이 상기 제1 편광 빔 스플리터를 거쳐서 출력되는 1 출력광을 인식하여 제1지문 이미지 신호를 발생시키는 제1 이미지 센서;
상기 제1 편광 빔 스플리터로부터 분리된 제1 p 편광 성분에 대하여 1/2 파장의 광로차를 발생시켜서 제2 s 편광으로 변환시키는 1/2 파장판; 및
상기 1/2 파장판에서 변환된 제2 s편광을 상기 광축 방향에 수직인 방향으로 변환시키는 제2 편광 빔 스플리터; 를 포함하며,
상기 변환된 제2 s 편광이 손가락의 제2 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제2 편광 빔 스플리터로 재입사되며,
상기 이미지센서에 의해 상기 재입사된 광이 상기 제2 편광 빔 스플리터를 거쳐서 출력되는 2 출력광을 인식하여 제2지문 이미지 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1지문 이미지 신호와 상기 제2지문 이미지 신호를 합성하여 지문의 특징 패턴을 인식하고, 데이터베이스에 저장된 특정 지문과 대조하여 결과를 출력하는 지문 인식 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치.
제2항에 있어서,
상기 광원과 제1 편광 빔 스플리터 사이에 상기 광원에서 발생되는 입사광을 평행빔으로 변환시켜주는 시준렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치.
삭제
제2항에 있어서,
상기 제1 s 편광이 손가락의 제1 지문으로부터 확산 반사되어 상기 제1 편광 빔 스플리터로 재입사된 광은 표피를 침투하여 반사되는 p' 편광 성분과 표피에서 반사되는 s' 편광 성분이 같이 존재하는 빔으로 변환된 것이며,
상기 s' 편광 성분은 상기 제1 편광 빔 스플리터에서 반사되고, 상기 제1 출력광은 상기 제1 편광 빔 스플리터를 통과한 p' 편광 성분으로 형성된 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치.
제2항에 있어서,
상기 광원은 가시광 대역의 파장을 갖는 LED 광인 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치.
제2항에 있어서,
상기 광학 지문 인식장치는, 실제의 지문의 이미지 형태를 위조한 PDMA, 폴리카보네이트 또는 실리콘 재질로 제조된 위조지문에 대하여는 상기 실제의 지문과 다르게 인식하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 장치.
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