KR19990013079A - Fingerprint Detection Method by Charge Redistribution Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지문 감지 방법에 관한 것으로서, 두 개 또는 그 이상의 설정 캐패시터들을 미리 일정 전압으로 충전하는 단계, 상기 설정 캐패시터의 충전 단계가 끝난 후, 이들을 전기적으로 연결할 때 손가락의 지문의 접촉에 의하여 생기는 접촉 캐패시터의 정전 용량에 따라서 전하가 다르게 분포되며, 상기 설정 캐패시터에 재분포되는 전하에 의한 전압 변화량을 측정하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 지문 감지 방법에 의하면, 접촉되는 손가락의 초기 전압에 무관한 측정값을 얻을 수 있으며 또한, 공간적으로 인접한 측정값들을 비교함에 의하여 지문의 골 부위와 마루 부위 사이에서 골의 깊이에 따른 정보를 여러값((그레이 레벨)으로 검출할 수 있다.The present invention relates to a fingerprint sensing method, and more particularly, to a fingerprint sensing method comprising charging two or more set capacitors with a predetermined voltage, and applying a predetermined voltage to the set capacitors after a charging step of the set capacitor is completed. And measuring a voltage change amount due to charge redistributed in the set capacitor, the charge being differently distributed according to the capacitance of the capacitor. According to the fingerprint sensing method of the present invention, it is possible to obtain a measurement value irrespective of the initial voltage of a finger to be contacted, and also to compare the measured values spatially adjacent to each other, The information can be detected with various values ((gray level)).
Description
본 발명은 지문 인식 시스템에서의 지문 감지 방법에 관한 것으로서, 특히 전하 재분포 방식을 이용하여 접촉되는 손가락의 초기 전압에 영향을 받지 않고 지문을 감지할 수 있는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fingerprint sensing method in a fingerprint recognition system, and more particularly, to a method of sensing a fingerprint without being affected by an initial voltage of a finger to be contacted using a charge redistribution method.
지문 인식 시스템은 사람마다 지문이 제각기 다르다는 성질을 이용하여 지문을 채취하여 저장하고, 입력되는 지문을 채취하여 기 저장된 데이터와 비교함에 의하여 사람을 인식하는 시스템이다. 이러한 지문 인식 시스템은 전자 상거래에서 거래 당사자임을 확인하거나, 특정 구역의 출입을 통제하거나, 특정 데이터에 대한 액서스를 통제하기 위한 안전 시스템 등에 주로 사용된다. 지문 인식 시스템의 특징은 서명, 열쇠, 또는 카드와는 달리 복제나 위조가 가능하지 않고, 비밀번호를 입력하는 방식이 아니므로, 열쇠나 카드 등을 분실하거나 도용당할 염려가 없고 비밀번호를 착각하여 생기는 실수가 없으므로 종래의 안전 시스템에 비하여 편리하게 사용될 수 있는 장점이 있다.The fingerprint recognition system is a system for collecting and storing fingerprints by using characteristics that fingerprints are different from each other, collecting the fingerprints inputted, and comparing them with previously stored data. Such a fingerprint recognition system is mainly used in a security system for confirming a transaction party in electronic commerce, controlling access to a specific area, or controlling access to specific data. The feature of the fingerprint recognition system is that it can not be duplicated or falsified unlike a signature, a key, or a card, and is not a method of inputting a password. Therefore, there is no fear that a key or a card is lost or stolen, There is an advantage that it can be used conveniently compared to the conventional safety system.
이러한 지문 인식 시스템의 핵심은 입력되는 지문의 특성을 나타낼 수 있는 지문 데이터를 정확하게 채취하여 저장하거나, 채취된 지문 데이터를 기 저장된 지문 데이터와 비교하여 그 상위를 파악하는 것이다. 통상적으로 사용되는 지문 인식 시스템에서 파악하는 지문의 특성은 지문의 골과 마루의 형태이고, 이러한 골과 마루의 형태로부터 채취된 패턴을 화상 처리 방식에 의하여 인식하는 것이다.The core of such a fingerprint recognition system is to accurately collect fingerprint data that can represent the characteristics of the input fingerprint, and to compare the collected fingerprint data with the previously stored fingerprint data to grasp the upper level. The characteristic of the fingerprint that is commonly used in the fingerprint recognition system is the shape of the fingerprints and the floor, and the patterns extracted from the shapes of the valleys and the floor are recognized by the image processing method.
지문의 특성은 지문에 형성되어 있는 지문의 골과 지문의 마루의 분포이다. 이와 같은 지문의 골과 마루의 분포를 측정하여 데이터화하는 방법으로서, 주로 사용되는 방식은 감지전극에 지문이 접촉함에 의하여 형성되는 캐패시터의 정전 용량의 차이를 이용하는 것이다. 즉, 지문이 접촉하는 부위가 지문의 골 위치인지 아니면 지문의 마루 위치인지에 따라서 지문의 접촉에 의하여 형성되는 캐패시터내의 거리차가 다르므로 이에 따라서 정전 용량이 다른 것을 이용하는 것이다.The characteristic of the fingerprint is the distribution of the floor of the fingerprint and the fingerprint formed on the fingerprint. As a method for measuring the data of the distribution of the valleys and the floor of the fingerprint, a method of mainly using the difference is a difference in capacitance of a capacitor formed by contacting a fingerprint with the sensing electrode. That is, the difference in the distance in the capacitor formed by the contact of the fingerprint is different according to whether the contact area of the fingerprint is the valley position of the fingerprint or the floor position of the fingerprint.
일반적으로 캐패시터의 정전 용량은 캐패시터에 전압을 인가하고 캐패시터의 충전 전류를 측정함에 의하여 알 수 있다. 따라서, 상기한 종래의 방식에서 감지전극에 접촉되는 손가락이 미리 대전되어 있을 때 손가락의 전압에 의하여 측정되는 캐패시터의 정전 용량이 영향을 받는다. 실제로 합성 섬유에 의한 정전기 등으로 인하여 손가락이 대전되어 있는 경우가 빈번이 발생하므로 이로 인한 종래의 지문 감지 장치의 오동작이 우려된다.Generally, the capacitance of a capacitor can be known by applying a voltage to the capacitor and measuring the charging current of the capacitor. Therefore, in the above-described conventional method, the capacitance of the capacitor measured by the voltage of the finger is affected when the finger touching the sensing electrode is charged beforehand. The finger is frequently charged due to the static electricity generated by the synthetic fibers, which may cause malfunction of the conventional fingerprint sensing device.
또한, 종래의 지문 인식 방법에서는 지문의 특성을 파악함에 있어서, 특정 부위가 지문의 골 부위인지 마루 부위인지에 관한 데이터만을 출력한다. 지문은 골 부위에서 마루 부위로 연속적으로 연결되어 있는 것이고 지문의 특정한 골 부위가 높이 분포를 가진다. 상기한 종래의 방법에 의하면 이러한 연결 부위 또는 골 자체가 가지는 높이 분포에 따른 출력, 즉 그레이 레벨은 검출할 수 없다.In addition, in the conventional fingerprint recognition method, only the data as to whether a specific part is a bone part or a floor part of a fingerprint is outputted in order to grasp the characteristics of the fingerprint. Fingerprints are continuously connected to the floor area from the bone site, and the specific bone site of the fingerprint has a height distribution. According to the above-described conventional method, it is not possible to detect the output, that is, the gray level according to the height distribution of the connecting portion or the bone itself.
도1은 일반적인 지문 감지 장치의 감지부를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a sensing unit of a general fingerprint sensing apparatus.
도1에 도시된 바와 같이, 일반적인 지문 감지 장치의 감지부는, 지문의 골과 마루의 전기적인 특성을 검출하기 위하여 감지부에 전압 또는 전류를 인가하는 구동부(10), 각 감지전극의 간격은 각 감지전극에 의하여 검출되는 전기적인 출력 신호로 인하여 지문의 골과 마루를 구분할 수 있을 정도로 이격되어 있고, 전체 감지전극의 전기적인 출력의 분포로서 손가락의 지문 특성을 파악할 수 있을 정도의 크기를 가지는 감지전극들로 구성된 감지부(20) 및 상기한 감지부의 감지전극들로부터 출력되는 지문의 전기적인 출력 신호를 검출하는 검출부(30)를 포함하고 있다.1, a sensing unit of a general fingerprint sensing device includes a driving unit 10 for applying a voltage or a current to a sensing unit to detect electrical characteristics of a fingerprint and a floor, The sensor is spaced apart from the floor of the fingerprint so as to distinguish the floor of the fingerprint from the electric output signal detected by the sensing electrode, And a detection unit 30 for detecting an electrical output signal of the fingerprint outputted from the sensing electrodes of the sensing unit.
상기한 바와 같은 지문 감지 장치의 감지부에서 감지부를 구성하는 각 감지전극의 간격은 지문의 골과 마루를 구분할 수 있을 정도로 촘촘하여야 하고, 전체 감지전극의 전기적인 출력의 분포로서 손가락의 지문 특성을 감지하여야 하므로 감지부는 충분한 수의 감지전극를 필요로 한다.The distance between the sensing electrodes constituting the sensing unit in the sensing unit of the fingerprint sensing device as described above should be sufficiently close to distinguish the base of the fingerprint from the floor and the fingerprint characteristics of the finger The sensing unit requires a sufficient number of sensing electrodes.
감지전극는 일반적으로 트랜지스터를 내장하고 있고, 이러한 감지전극들로 구성된 감지부는 집적회로로 제작된다. 집적회로로 제작되는 경우, 감지부의 크기는 제작 비용과 전력 소모에 직접적으로 연관되어 감지부의 크기가 클수록 집적회로로 제작하는데 비용이 많이 들고 회로 동작시 전력 소모가 크다.The sensing electrode generally incorporates a transistor, and the sensing portion composed of such sensing electrodes is made of an integrated circuit. In the case of an integrated circuit, the size of the sensing unit is directly related to manufacturing cost and power consumption, so that the larger the size of the sensing unit, the more expensive it is to manufacture the integrated circuit and the power consumption in the circuit operation is large.
종래의 일반적인 감지부에서는 감지부를 구성하는 전체 감지전극의 전기적인 출력의 분포로서 지문의 특성을 파악하므로 상기한 바와 같이 충분한 수의 감지전극를 필요로 하고, 따라서 감지부의 크기를 줄이는데 한계가 있고, 따라서 제작 비용을 줄이는데에도 한계가 있다.The conventional sensing unit requires a sufficient number of sensing electrodes as described above because the characteristic of the fingerprint is known as the distribution of the electrical output of all the sensing electrodes constituting the sensing unit and thus there is a limit in reducing the size of the sensing unit, There are also limitations in reducing production costs.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전하의 재분포 방식을 이용하여 접촉되는 손가락의 초기 전압에 영향을 받지 않는 지문 감지 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a fingerprint sensing method that is not affected by an initial voltage of a finger that is contacted using a charge redistribution scheme.
본 발명의 또 다른 목적은, 지문의 분포를 더욱 상세하게 파악하기 위하여, 지문의 골부위 또는 마루 부위에 따른 그레이 레벨 출력값을 주는 지문 감지 방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a fingerprint sensing method for giving a gray level output value according to a valley portion or a floor portion of a fingerprint in order to grasp the distribution of the fingerprint in more detail.
본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 감지부의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 감지부를 구성하는 감지전극의 수를 획기적으로 줄이되 손가락의 지문이 감지부에 의하여 주사되도록 하여 지문의 전기적인 특성을 검출할 수 있는 지문 감지 방법을 제공하고자 하는 것이다.It is a further object of the present invention to solve the problem of the general sensing unit as described above, and it is an object of the present invention to reduce the number of sensing electrodes constituting the sensing unit drastically while allowing the fingerprint of the finger to be scanned by the sensing unit, And to provide a fingerprint detection method capable of detecting electrical characteristics.
본 발명의 또 다른 목적은, 감지전극의 수가 줄어든 감지부를 가지므로 보다 작은 크기로 제작될 수 있고, 또한 손가락의 지문을 주사할 수 있으므로 이러한 특징들을 살려서 휴대 가능한 지문 감지 장치를 구현할 수 있는 지문 감지 방법을 제공하고자 하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a fingerprint sensing device capable of realizing a portable fingerprint sensing device utilizing these features because it has a sensing portion with a reduced number of sensing electrodes and can be manufactured in a smaller size, And the like.
도1은 일반적인 지문 감지 장치의 감지부를 설명하기 위한 도면,1 is a view for explaining a sensing unit of a general fingerprint sensing apparatus,
도2은 본 발명에 의한 지문 감지 방법에서 이용하는 전하 재분포 방식을 설명하기 위한 회로도,FIG. 2 is a circuit diagram for explaining a charge distribution method used in the fingerprint sensing method according to the present invention,
도3는 도1에 도시된 회로도의 작동상태도,3 is an operational state diagram of the circuit diagram shown in Fig. 1,
도4은 본 발명에 의한 지문 감지 방법에서 그레이 레벨을 파악하는 것을 설명하기 위한 도면,FIG. 4 is a diagram for explaining grasping a gray level in the fingerprint sensing method according to the present invention;
도5는 도3에 도시된 그레이 레벨을 파악하기 위하여 비교값을 출력하는 회로를 구현한 일예이다.5 is an example of a circuit for outputting a comparison value in order to grasp the gray level shown in FIG.
도6은 본 발명에 따른 지문 감지 방법에 의하여 구현된 감지부의 일예를 보여주는 도면,6 is a view illustrating an example of a sensing unit implemented by the fingerprint sensing method according to the present invention.
도7은 도6에 도시된 감지부의 사용상태도.7 is a use state diagram of the sensing unit shown in Fig.
* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0001]
10 : 구동부 20 : 감지부10: driving unit 20:
21 : 감지전극 30 : 검출부21: sensing electrode 30:
40 : 지문 감지 장치40: Fingerprint sensor
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 지문 감지 방법은, 두 개 또는 그 이상의 설정 캐패시터들을 미리 일정 전압으로 충전하는 단계; 상기 설정 캐패시터의 충전 단계가 끝난 후, 이들을 전기적으로 연결할 때 손가락의 지문의 접촉에 의하여 생기는 접촉 캐패시터의 정전 용량에 따라서 전하가 다르게 분포되며, 상기 설정 캐패시터에 재분포되는 전하에 의한 전압 변화량을 측정하는 단계를 포함하는 것임을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fingerprint sensing method comprising: charging two or more set capacitors at a predetermined voltage; The charge is differently distributed according to the capacitance of the contact capacitor caused by the contact of the fingerprint of the finger when the charge capacitor of the set capacitor is electrically connected and the amount of voltage change due to the charge redistributed to the set capacitor is measured The method comprising the steps of:
상기한 본 발명에 의한 지문 감지 방법에 있어서, 상기 설정 캐패시터들은 일정 전압으로 충전되는 때에 서로 독립적인 제1캐패시터 및 제2캐패시터이고, 설정 캐패시터를 충전시키는 상기 단계는 제1캐패시터 및 제2캐패시터를 기설정된 각각의 전압으로 각각 충전하는 단계인 것임을 특징으로 한다.In the fingerprint sensing method according to the present invention, the set capacitors are a first capacitor and a second capacitor that are independent from each other when charged with a predetermined voltage, and the step of charging the set capacitor includes a first capacitor and a second capacitor And charging the battery with each predetermined voltage.
상기한 본 발명에 의한 지문 감지 방법에 있어서, 설정 캐패시터에 재분포된 전하에 의한 전압 변화량을 측정하는 상기 단계는 독립적으로 일정한 전압으로 연결되어 있던 제1캐패시터와 제2캐패시터를 서로 연결시키며, 상기 접촉 캐패시터의 정전 용량에 따라서 전하가 다르게 분포되며, 상기 제1캐패시터 및 상기 제2캐패시터에 재분포된 전하에 의한 전압 변화량을 측정하는 단계인 것임을 특징으로 한다.In the fingerprint sensing method according to the present invention, the step of measuring the amount of voltage change due to the charge redistributed in the set capacitor connects the first capacitor and the second capacitor connected to each other with a constant voltage independently, The charge is differently distributed according to the capacitance of the contact capacitor, and the voltage variation due to the charge redistributed to the first capacitor and the second capacitor is measured.
상기한 본 발명에 의한 지문 감지 방법은, 지문의 골 부위와 마루 부위에 관한 정보 뿐만 아니라 골 부위와 마루 부위 사이의 그레이 레벨에 관한 정보를 주기 위하여, 공간적으로 인접한 두 출력값을 비교하는 단계 및 상기 비교 결과 공간적으로 인접한 두 출력값의 차가 일정한 값보다 작은지, 아니면 두 출력값의 차이가 일정한 값보다 클 때, 두 출력값 중 어느 일방이 더 큰지에 관한 비교값을 출력하는 단계를 더 포함하는 것임을 특징으로 한다.The method of sensing fingerprint according to the present invention includes comparing two spatially adjacent output values to provide information on a gray level between a bone site and a floor area as well as information on a bone area and a floor area of a fingerprint, And outputting a comparison value as to whether one of the two output values is larger when the difference between the two spatially adjacent output values is smaller than a predetermined value or when the difference between the two output values is larger than a predetermined value as a result of the comparison. do.
상기한 본 발명에 의한 지문 감지 방법은, 비교값을 출력하는 상기 단계에서 출력되는 비교값에 의하여 그레이 레벨을 재구성하는 단계를 더 포함하는 것임을 특징으로 한다.The method of sensing a fingerprint according to the present invention may further comprise reconstructing a gray level according to a comparison value output in the step of outputting a comparison value.
상기한 본 발명에 의한 지문 감지 방법에서, 상기 설정 캐패시터들을 연결하거나 또는 서로 독립적으로 두는 것은 트랜지스터 회로에 의한 스위칭 작용에 의하여 구현되는 것임을 특징으로 한다.In the fingerprint sensing method according to the present invention, the setting capacitors may be connected to each other or may be independent from each other by a switching operation by a transistor circuit.
상기한 본 발명에 의한 지문 감지 방법은, 상기 설정캐패시터들로 구성된 감지전극을 포함하는 감지부에 의하여 손가락의 지문이 주사되도록 하는 단계; 및 상기 단계에서 손가락의 지문이 상기 감지부에 의하여 주사되는 동안 얻어지는 출력 신호로부터 지문 전체의 출력 신호를 얻는 단계를 더 포함하는 것임을 특징으로 한다.The method of sensing a fingerprint according to the present invention includes scanning a fingerprint of a finger by a sensing unit including a sensing electrode composed of the set capacitors; And obtaining an output signal of the entire fingerprint from the output signal obtained while the fingerprint of the finger is scanned by the sensing unit in the step.
상기한 본 발명에 의한 지문 감지 방법에서, 감지부에 의하여 손가락의 지문이 주사되는 상기 단계는 상기 감지부가 고정된 상태에서 감지전극에 대하여 손가락의 지문을 문지름에 의하여 달성되거나, 또는 손가락의 지문에 대하여 상기 감지부를 움직임에 달성되는 것임을 특징으로 한다.In the fingerprint sensing method according to the present invention, the step of scanning the fingerprint of the finger by the sensing unit may be achieved by rubbing the fingerprint of the finger with respect to the sensing electrode in the state where the sensing unit is fixed, And the movement of the sensing unit is achieved.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2은 본 발명에 의한 지문 감지 방법에서 이용하는 전하 재분포 방식을 설명하기 위한 회로도이다.2 is a circuit diagram for explaining a charge distribution method used in the fingerprint sensing method according to the present invention.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 전하 재분포 방식에 의한 지문 감지 방법을 구현할 수 있는 회로는, 도2a에 도시된 바와 같이, 손가락의 지문이 접촉하는 감지전극(11)를 구비하고, 제1캐패시터(C1)와 제2캐패시터(C2)를 구비하는데 양 캐패시터들은 손가락의 지문이 감지전극에 접촉하는 것과 관계없이 설정되어 있는 것이므로 본 명세서에서 '설정 캐패시터'라고 한다. 양 설정 캐패시터는 도시된 바와 같이 제3스위치(SW3)에 의하여 연결되어 있고, 양 설정 캐패시터들은 스위치를 통하여 각각의 전압원을 각각 연결되는데, 제1캐패시터(C1)는 제1스위치(SW1)를 통하여 제1전압원(V1)에 연결되고, 제2캐패시터(C2)는 제2스위치(SW2)를 통하여 제2전압원(V2)에 연결되어 있다.As shown in FIG. 2A, a circuit capable of implementing a fingerprint sensing method according to a preferred embodiment of the present invention includes a sensing electrode 11 to which a fingerprint of a finger contacts, The capacitor C 1 and the second capacitor C 2 are both capacitors that are set regardless of whether the fingerprint of the finger contacts the sensing electrode and are referred to herein as a 'set capacitor'. Amount setting capacitor, the third switch (SW 3) are connected by, amount setting capacitors are connected to each of the voltage source via the switch, respectively, a first capacitor (C 1) has a first switch (SW 1, as illustrated ) it is connected to a first voltage source (V 1) through a second capacitor (C 2) is connected to the second switch (the second voltage source (V 2) through the SW 2).
상기 센서부(11)에 손가락의 지문이 접촉되었을 때 손가락과 감지전극(11) 사이에 캐패시터가 형성되는데 본 명세서에서는 이를 '접촉 캐패시터'라고 한다. 상기 감지전극(11)에 접촉되는 손가락의 지문 부위에 따라서 상기 접촉 캐패시터의 정전 용량이 달라진다. 또한, 감지전극(11)에 접촉되는 손가락은 임의의 경로에 의하여 이미 대전되어 있을 수 있다.A capacitor is formed between the finger and the sensing electrode 11 when the fingerprint of the finger is brought into contact with the sensor unit 11, which is referred to as a 'contact capacitor' in this specification. The electrostatic capacity of the contact capacitor varies depending on the fingerprint area of the finger contacting the sensing electrode 11. In addition, the finger touching the sensing electrode 11 may be already charged by an arbitrary path.
도2b는 도2a의 감지전극(11)에 접촉되는 손가락의 초기 전압을 V3라고 하고, 손가락의 지문이 접촉됨에 따라서 발생하는 접촉 캐패시터의 정전 용량을 C3라고 할 때, 도2a에 상응하는 회로도이다.Figure 2b is equivalent to, Figure 2a to that the capacitance of the touch capacitor thus generating As an initial voltage of a print of a finger of the finger as V 3 of the fingers in contact with the sensing electrodes 11 of Figure 2a in contact C 3 Circuit diagram.
본 발명에 의한 전하 재분포에 의한 지문 감지 방법을 구현하기 위한 상기 도1에 도시된 회로는 2단계의 작동 상태를 가진다. 제1상태는 전압원에 의하여 상기 설정 캐패시터들에 전압을 인가하기 위한 것이고, 제2상태는 전압원을 분리한 후에 전하를 재분포시켜서 접촉 캐패시터의 정전 용량(C3)에 따른 출력값을 측정하기 위한 것이다.The circuit shown in FIG. 1 for implementing the fingerprint sensing method according to the charge distribution according to the present invention has a two-step operating state. The first state is for applying a voltage to the set capacitors by a voltage source and the second state is for redistributing the charge after separating the voltage source to measure the output value according to the capacitance C 3 of the contact capacitor .
도3는 도2에 도시된 회로도의 작동상태도이다.3 is an operational state diagram of the circuit diagram shown in Fig.
도3a는 전압원에 의하여 상기 설정 캐패시터들에 전압을 인가하기 위한 제1상태에 해당되는 것이고, 도3b는 전압원을 분리한 후에 전하를 재분포시켜서 출력값을 측정하기 위한 제2상태에 해당되는 것이다.FIG. 3A corresponds to a first state for applying a voltage to the set capacitors by a voltage source, and FIG. 3B corresponds to a second state for redistributing charges after a voltage source is separated to measure an output value.
도3에 도시된 바와 같이, 제1상태는 제1스위치(SW1)과 제2스위치(SW2)가 연결된 상태(short)이고, 제3스위치(SW3)가 개방된 상태(open)이고, 이와 반대로, 제2상태는 제1스위치(SW1)과 제2스위치(SW2)가 개방된 상태(open)이고, 제3스위치(SW3)가 연결된 상태(short)이다.3, the first state is a first switch (SW 1) and a second switch, and (SW 2), the status (short) connected to the third switch (SW 3) that is an open state (open) on the other hand, the second state is a first switch (SW 1) and a second switch, and (SW 2) is in an open state (open), a third switch (SW 3) the condition (short) is connected.
여기에서, 제1스위치(SW1), 제2스위치(SW2) 및 제3스위치(SW3)는 트랜지스터 회로에 의한 스위칭 작용에 의하여 구현될 수도 있다.Here, the first switch (SW 1), a second switch (SW 2) and a third switch (SW 3) may be implemented by the switching action of the transistor circuit.
이제 도3에 도시된 제1상태(도3a) 및 제2상태(도3b)의 회로도를 참조하면서 본 발명에서 이용한 전하 재분포를 설명한다.Now, the charge distribution used in the present invention will be described with reference to the first state (FIG. 3A) and the second state (FIG. 3B) shown in FIG.
먼저, 제1상태에서 제1캐패시터(C1)에 충전된 전하량(Q1)은 C1V1이고, 제2캐패시터(C2)에 충전된 전하량(Q2)은 C2V2이고, 제3캐패시터에 충전된 전하량(Q3)는 C3(V1-V3)이다. 따라서 제1상태에서 충전된 전체 전하량(Qtotal)은 다음의 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.First, the amount of charge Q 1 charged in the first capacitor C 1 in the first state is C 1 V 1 , the amount of charge Q 2 charged in the second capacitor C 2 is C 2 V 2 , The charge amount Q 3 charged in the third capacitor is C 3 (V 1 -V 3 ). Accordingly, the total charge quantity Q total charged in the first state can be expressed by the following equation (1).
제2상태에서 출력 전압을 VO라고 하면, 제1캐패시터(C1)에 충전된 전하량(Q1')은 C1VO이고, 제2캐패시터(C2)에 충전된 전하량(Q2')은 C2V0이고, 제3캐패시터(C3)에 충전된 전햐량(Q3')은 C3(VO-V3)이다. 따라서, 제2상태에서 전체 전하량(Qtotal')은 다음의 수학식2와 같이 나타낼 수 있다.When in the second state as the output voltage V O, the first capacitor (C 1) the charge amount (Q 1 ') is C 1, V O, a second capacitor (C 2) the amount of charge (Q 2 filled in the "top up the ) Is C 2 V 0 , and the charge amount Q 3 'charged in the third capacitor C 3 is C 3 (V O -V 3 ). Therefore, the total charge amount Q total 'in the second state can be expressed by the following equation (2).
전하량 보존 법칙에 의하여 제1상태의 전체 전하량(Qtotal)과 제2상태의 전체 전하량(Qtotal')이 동일하므로 다음의 수학식 3의 방정식이 성립한다.The total charge amount Q total in the first state is equal to the total charge amount Q total 'in the second state due to the charge conservation law, and therefore the following equation (3) holds.
상기 수학식 3의 방정식을 VO에 대하여 풀면, 다음의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.When the equation of the equation (3) is solved with respect to V O , the following equation (4) can be obtained.
제1상태에서 출력 전압은 도3a에서 보이는 바와 같이, V2이므로, 상기 수학식4와 같이 나타낼 수 있는 제2상태의 출력 전압(VO)과 제1상태의 출력 전압(V2)의 차이를 ΔV라고 하면, 다음의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.The As can be seen in the output voltage Fig. 3a first state, V 2, so the difference of the second state of the output voltage (V O) and the first state output voltage (V 2) of which can be represented as shown in Equation (4) Is expressed by the following equation (5).
상기 수학식 5에 나타난 ΔV는 감지전극에 접촉되는 손가락의 전압(V3)에 무관하고, 손가락이 감지전극에 접촉함에 의하여 형성되는 캐패시터의 정전 용량(C3)에 의존하는 값임을 알 수 있다. 손가락이 감지전극에 접촉함에 의하여 형성되는 캐패시터의 정전 용량(C3)은 감지전극에 접촉되는 손가락의 지문이 골 부위인지 마루 부위인지에 따라서 그 값이 다르므로, C1, C2, V1, V2는 주어진 값이므로 ΔV를 측정하면 손가락의 지문을 감지할 수 있다.It can be seen that? V shown in Equation (5) is independent of the voltage (V 3 ) of the finger contacting the sensing electrode and is a value dependent on the capacitance (C 3 ) of the capacitor formed by the finger touching the sensing electrode . The capacitor by as a finger is in contact with the sensing electrode formed capacitance (C 3), depending on whether the fingerprint of a finger that is in contact with the sensing electrode bone parts that the floor area, so the values are different, C 1, C 2, V 1 , And V 2 is a given value, so the fingerprint of the finger can be detected by measuring? V.
본 발명에서는 감지전극에 접촉되는 손가락의 부위가 지문의 골부위인지 아니면 마루 부위인지에 따라서 두 가지 다른 출력값 중 하나를 출력하는 종래의 방식 대신에, 지문을 더욱 상세하게 파악하기 위하여 골 부위와 마루 부위 사이의 그레이 레벨을 검출할 수 있도록 한다.In the present invention, in place of the conventional method of outputting one of two different output values depending on whether a finger touching the sensing electrode is a bone part or a floor part of a fingerprint, in order to grasp the fingerprint in more detail, So that the gray level between the sites can be detected.
도4은 본 발명에 의한 지문 감지 방법에서 그레이 레벨 출력을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining gray level output in the fingerprint sensing method according to the present invention.
지문은 도4a에서 보이는 바와 같이, 골 부위와 마루 부위가 자연스러운 곡선으로 연결되어 있으므로 골 부위와 마루 부위 사이에 그레이 레벨이 존재한다. 본 발명에서는 지문을 상세하게 파악하기 위하여 이러한 그레이 레벨을 추출하고자 한다.As shown in FIG. 4A, the fingerprint has a gray level between the bone part and the floor part because the bone part and the floor part are connected by a natural curved line. In the present invention, such a gray level is extracted in order to grasp the fingerprint in detail.
그레이 레벨의 추출을 위하여, 본 발명에서는 공간적으로 인접한 두 출력값을 비교하여, 비교 결과 공간적으로 인접한 두 출력값의 차가 일정한 값보다 작은지, 아니면 두 출력값의 차이가 일정한 값보다 클 때, 두 출력값 중 어느 일방이 더 큰지에 관한 비교값을 출력한다.In order to extract a gray level, in the present invention, two spatially adjacent output values are compared. If the difference between two output values spatially adjacent to each other is smaller than a predetermined value or the difference between two output values is larger than a predetermined value, And outputs a comparison value as to whether one side is larger.
예를 들어, P1지점에서 측정이 시작되었다면 그 값(VO 1)을 기준값으로 하고, P2에서의 측정값(VO 2)을 P1의 측정값(VO 1)과 비교한다. P2의 측정값(VO 2)이 P1의 측정값(VO 1)에 비하여 기설정된 기준값보다 크면, '+1'을 비교값으로서 출력한다. P3의 측정값(VO 3)은 P2의 측정값(VO 2)과 비교하여 P3의 측정값(VO 3)이 P2의 측정값(VO 2)에 비하여 기설정된 기준값보다 크면 역시 '+1'을 출력한다. P4의 측정값(VO 4)은 P3의 측정값(VO 3)과 비교하는데, 그 값의 차이가 기 설정된 범위내에 있으므로 비교값으로서 '0'을 출력한다. P5의 측정값(VO 5)은 P4의 측정값(VO 4)과 비교하여 P4의 측정값(VO 4)에 비하여 기설정된 기준값보다 작으면 비교값으로서 '-1'을 출력한다. P6, P7에 대하여 동일한 방식으로 비교값으로서 '-1'을 출력한다.For example, the measurement is started from P 1 point if compared with the value (V O 1) with a reference value and measurement value in the P 2 (V O 2) a measured value of P 1 (V O 1). Measured value of P 2 (V O 2) is greater than the reference value preset as compared to measured values of P 1 (V O 1), and outputs "+1" as a comparison value. Measured value of P 3 (V O 3) is the reference value compared with the measured value of P 2 (V O 2) measured values of P 3 (V O 3) is set group compared to the measured value of P 2 (V O 2) If it is larger, it also outputs '+1'. To compare the measured value of P 4 (V O 4) is the measured value of P 3 (V O 3), and outputs "0" as the comparison value, so the range is a predetermined difference value. Measured value of P 5 (V O 5) is less than the reference value compared with the measured value of P 4 (V O 4) as compared to a predetermined measured value of P 4 (V O 4) as the comparison value to "-1" Output. P 6 , and P 7 in the same manner.
도4b는 상기한 바와 같이, '+1', '0', '-1'의 비교값을 이용하여 R1에서의 측정값을 기준값으로 하여 그레이 레벨을 재구성한 것이다. 도4b에 도시된 재구성된 그레이 레벨을 보면, 본 발명에 의한 방법에서는 센셍부에 접촉하는 손가락의 지문이 골 부위인지 마루 부위인지만을 감지하는 것이 아니라, 골 부위에서 마루 부위로 이어지는 그레이 레벨을 감지할 수 있다는 것을 알 수 있다.FIG. 4B is a gray level reconstruction using the measured value in R1 as a reference value using the comparison values of '+1', '0', and '-1' as described above. In the reconstructed gray level shown in FIG. 4B, in the method according to the present invention, not only the fingerprint of the finger touching the sensor portion is detected as a bone level or a floor level, but a gray level leading from the valley to the floor is detected Can be done.
도5는 도4에 도시된 그레이 레벨을 파악하기 위하여 비교값을 출력하는 회로를 구현한 일예이다.FIG. 5 shows an example of a circuit for outputting a comparison value in order to grasp the gray level shown in FIG.
만약, VO n에 대한 비교값을 출력하고자 한다면, 제1비교기(41)와 제2비교기(42)에 VO n의 측정값을 각각 입력하고, 제1비교기(41)의 다른 한 입력단에는 VO n에 인접하며 이전의 측정값인 VO n-1의 측정값에 기 설정된 값(α)을 가산한 값을 입력하고, 제2비교기(42)의 다른 한 입력단에는 VO n-1의 측정값에 기 설정된 값(α)을 감산한 값을 입력한다. 제1비교기(41)는 VO n이 VO n-1(1+α)보다 크면 'High'레벨을 출력하고, VO n이 VO n-1(1+α)보다 작으면 'Low'레벨을 출력한다. 제2비교기(42)는 VO n이 VO n-1(1-α)보다 크면 'High'레벨을 출력하고, VO n이 VO n-1(1-α)보다 작으면 'Low'레벨을 출력한다.If, if you want to print the comparison value for V O n, the first comparator 41 and second comparator 42 to input the measured value of V O n, respectively, and the other input terminal of the first comparator 41, the other input terminal of the adjacent to V O n, and input to the value obtained by adding a value (α) is set based on the measurement value of the previous measurement value V O n-1 value, the second comparator 42, the V O n-1 And a value obtained by subtracting a predetermined value (?) From the measured value. The first comparator 41 is less than V O n a V O n-1 (1 + α) is greater than the output to 'High' level, and V O n a V O n-1 (1 + α) 'Low 'Level. The second comparator 42 is V O n a V O n-1 (1- α) is greater than the outputs a 'High' level, V O n is smaller than V O n-1 (1- α) 'Low 'Level.
제1비교기(41)의 출력값을 O1, 제2비교기(42)의 출력값을 O2라고 하면, O1과 O2을 이용하여 비교값을 다음의 표1과 얻을 수 있다.Assuming that the output value of the first comparator 41 is O 1 and the output value of the second comparator 42 is O 2 , comparison values can be obtained by the following Table 1 using O 1 and O 2 .
상기 회로는 비교값으로서 '+1', '0', '-1'을 출력하므로 2비트로 비교값을 나타낼 수 있다. 2비트로 나타내어진 비교값으로 그레이 레벨을 재구성할 수 있다.Since the circuit outputs '+1', '0', and '-1' as comparison values, the comparison value can be represented by two bits. The gray level can be reconstructed with the comparison value represented by 2 bits.
본 발명에서는 또한, 지문 감지 장치의 감지부의 크기를 줄이기 위하여, 지문 전체가 동시에 감지부에 의하여 접촉되어 그로부터 손가락의 지문 전체의 전기적인 특성이 출력되는 종래의 방식 대신에, 감지부에 의하여 지문의 일부분이 접촉되도록 하되, 지문이 감지부에 의하여 주사되도록 하여 결과적으로 지문 전체의 데이터를 얻는 방식을 도입한다.In order to reduce the size of the sensing unit of the fingerprint sensing device, the sensing unit may simultaneously sense the entire fingerprint of the fingerprint sensor, The fingerprint is scanned by the sensing unit so that data of the entire fingerprint is obtained as a result.
따라서, 본 발명에 의한 방법에서는 감지부가 손가락의 지문 전체에 동시에 접촉할 필요가 없고, 지문을 주사함에 의하여 지문 전체의 데이터를 얻으면 되므로, 감지부의 크기를 줄일 수 있다. 감지부의 크기를 줄일 수 있다는 것은 감지부를 구성하는 감지전극의 수를 줄일 수 있다는 것이 되고, 따라서 감지부를 제작하는데 드는 비용을 절감할 수 있다.Accordingly, in the method according to the present invention, the sensing unit does not need to contact the entire fingerprint of the finger at the same time, and data of the entire fingerprint can be obtained by scanning the fingerprint, thereby reducing the size of the sensing unit. The fact that the size of the sensing unit can be reduced means that the number of sensing electrodes constituting the sensing unit can be reduced, and thus the manufacturing cost can be reduced.
검출하고자 하는 지문의 전체 크기보다 작은 크기를 가지는 감지부를 가지고 지문을 주사함에 의하여 지문 전체에 대한 전기적인 특성 데이터를 얻는 것은 주사시 얻어지는 감지부의 각 감지전극의 데이터를 수집하여 취합하는 간단한 신호 처리에 의하여 구현 가능하다.To obtain the electrical characteristic data for the entire fingerprint by scanning the fingerprint with the sensing unit having the size smaller than the total size of the fingerprint to be detected, simple signal processing for collecting and collecting data of each sensing electrode of the sensing unit obtained at the time of scanning .
지문이 감지부에 의하여 주사되는 것은 두 가지 방식에 의하여 달성된다.The fingerprint is scanned by the sensing unit in two ways.
첫 번째는 감지부가 고정된 상태에서 감지부에 대하여 손가락의 지문을 문지르는 방식이다. 이 방식에서는 검출하고자 하는 지문의 크기보다 작은 크기를 가지는 감지부에 손가락 끝을 대고 전체 지문의 전기적인 특성이 나타날 때까지 손가락을 문지르는 방식이다. 감지부에 대하여 손가락이 움직이는 것이나, 결과적으로는 감지부에 의하여 손가락의 지문 전체가 주사된다.The first is a method in which the fingerprint of the finger is rubbed against the sensing unit while the sensing unit is fixed. In this method, the fingertip is rubbed on the sensing unit having a size smaller than the size of the fingerprint to be detected, until the electrical characteristics of the entire fingerprint appear. The movement of the finger with respect to the sensing unit or, as a result, the entire fingerprint of the finger is scanned by the sensing unit.
두 번째는 손가락의 지문에 대하여 상기 감지부를 움직이는 방식이다. 특별히, 이 방식에 의하면 이러한 감지부를 포함하는 지문 감지 장치를 휴대에 용이하도록 만들어서 지문을 감지하고자 하는 사람이 지문 감지 장치를 들고 지문을 감지당하는 사람의 지문을 조사할 수 있다. 이 경우에도 역시 지문보다 작은 크기를 가지는 감지부를 손가락의 끝에 대고 지문의 특성이 파악될 때까지 주사한다.The second method is to move the sensing unit with respect to the fingerprint of the finger. Particularly, according to this method, a fingerprint sensing apparatus including such a sensing unit can be made portable, so that a person who wishes to sense a fingerprint can pick up a fingerprint sensing device and check the fingerprint of a person who is being sensed. In this case as well, the sensing unit having a smaller size than the fingerprint is scanned on the tip of the finger until the characteristic of the fingerprint is recognized.
도6는 본 발명에 따른 지문 감지 방법에 의하여 구현된 감지부의 일예를 보여주는 도면이고, 도7은 도6에 도시된 감지부의 사용상태도이다.FIG. 6 is a view showing an example of a sensing unit implemented by the fingerprint sensing method according to the present invention, and FIG. 7 is a use state diagram of the sensing unit shown in FIG.
도6에 도시된 지문 감지 장치(40)의 감지부(20)는 손가락의 지문에 대하여 감지부(20)를 움직이는 상기한 두 번째 방식을 취한 경우이다. 상기 감지부(20)의 크기는 손가락 지문의 크기보다 작고, 도7에 도시된 바와 같이, 상기 감지부(20)를 손가락의 지문에 대하여 움직여서 지문의 전기적인 특성이 파악될 때까지 지문을 주사한다.The sensing unit 20 of the fingerprint sensing device 40 shown in FIG. 6 is a case of the second scheme of moving the sensing unit 20 with respect to the fingerprint of the finger. As shown in FIG. 7, the sensing unit 20 is smaller than the size of the fingerprint, and moves the sensing unit 20 with respect to the fingerprint of the finger to scan the fingerprint until the electrical characteristics of the fingerprint are grasped do.
본 발명에 의한 지문 감지 방법에 의하면, 전하의 재분포에 의하여 상기 수학식 5에서 보이는 바와 같이, 접촉되는 손가락의 초기 전압에 무관한 측정값을 얻을 수 있으며 또한, 공간적으로 인접한 측정값들을 비교함에 의하여 지문의 골 부위와 마루 부위 사이의 그레이 레벨을 검출할 수 있다.According to the fingerprint sensing method of the present invention, it is possible to obtain a measurement value irrespective of an initial voltage of a finger being touched and to compare spatially adjacent measurement values, as shown in Equation (5) It is possible to detect the gray level between the valley part and the floor part of the fingerprint.
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