KR20000063878A - Line scan type fingerprint input device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학식 지문입력장치중에서 산란식 1차원 라인스캔 방식의 지문입력장치의 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system of a scattering type 1D line scan type fingerprint input device among optical fingerprint input devices.
지문인식 시스템(fingerprint recognition system)은 입력된 지문과 미리 등록된 사용자의 지문을 비교, 인식하는 장치로서 문이나 금고의 잠금장치, 출입관리, 근태관리, 컴퓨터 엑세스 제어등 다양하게 활용되는 시스템이다. 지문입력장치(fingerprint input device)는 지문인식 시스템에서 지문을 받아들이는 장치로서, 크게 광학식과 비광학식으로 분류된다. 광학식 지문입력장치를 채용한 지문인식 시스템은, 프리즘 등에 놓여진 지문에 빛을 비추어 지문의 골(valley)이나 융선(ridge)에 따라 다른 형태로 반사되어 영상 센서(CCD 등)에 형성되는 지문영상을 해석하여 미리 저장되어 있는 지문과 대조하는 장치이다.Fingerprint recognition system (fingerprint recognition system) is a device that compares and recognizes the input fingerprint and the fingerprint of the pre-registered user is a system that is used in various ways, such as locking the door or safe, access control, time and attendance, computer access control. Fingerprint input device (fingerprint input device) is a device that accepts a fingerprint in a fingerprint recognition system, it is classified into optical and non-optical. A fingerprint recognition system employing an optical fingerprint input device is used to reflect a fingerprint image formed on an image sensor (CCD, etc.) by reflecting light on a fingerprint placed on a prism or the like, depending on the valley or ridge of the fingerprint. It is a device that analyzes and compares fingerprints that are stored in advance.
일반적인 광학식 지문입력장치에는 흡수식과 산란식이 있다.Typical optical fingerprint input devices include absorption type and scattering type.
도1a는 흡수식 지문입력장치의 원리도인데, 광원(112), 삼각프리즘(110), 렌즈부(114), 영상센서(116), 영상처리부(125)로 구성된다. 지문입력창에 지문을 대지 않은 상태에서는, 광원(112)으로부터 나온 빛이 삼각프리즘(110)의 지문입력창(118)의 내부에서 전반사되어 렌즈(114)를 통해 영상센서(116)에 입사된다. 지문입력창(118)에 지문을 대면, 지문의 골이 지문입력창(118)에서 떨어져 있기 때문에 광은 지문입력창(118)의 내면에서 전반사하여 영상센서(116)에 도달하고, 지문의 융선(ridge)은 지문입력창(118)에 접촉되기 때문에 광이 내면에서 전반사하지 않고 흡수되어 광의 일부만이 영상센서(116)에 도달하게 된다. 따라서, 영상센서(116)에 입사되는 광량은 지문의 골과 융선에 따라 서로 다르게 되고 결국 영상센서(116)에서는 지문의 패턴에 따라 서로 다른 레벨의 전기신호를 출력하게 된다. 영상처리부(125)에서는 영상센서(116)의 출력값을 디지탈신호로 정형하고 영상처리하여 지문패턴을 인식하게 된다.FIG. 1A is a principle diagram of an absorption type fingerprint input device, and includes a light source 112, a triangular prism 110, a lens unit 114, an image sensor 116, and an image processing unit 125. In the state where the fingerprint is not applied to the fingerprint input window, light emitted from the light source 112 is totally reflected inside the fingerprint input window 118 of the triangular prism 110 and is incident on the image sensor 116 through the lens 114. . When the fingerprint is placed on the fingerprint input window 118, the light is totally reflected from the inner surface of the fingerprint input window 118 to reach the image sensor 116 because the valley of the fingerprint is separated from the fingerprint input window 118, and the ridge of the fingerprint Since the ridge contacts the fingerprint input window 118, light is absorbed without total reflection from the inner surface, so that only a part of the light reaches the image sensor 116. Therefore, the amount of light incident on the image sensor 116 is different depending on the valleys and ridges of the fingerprint, and eventually the image sensor 116 outputs different levels of electrical signals according to the pattern of the fingerprint. The image processor 125 recognizes the fingerprint pattern by shaping the output value of the image sensor 116 into a digital signal and processing the image.
도1b는 산란식 지문입력장치의 원리도를 나타낸다. 도1a의 경우와 유사하게, 광원(212), 프리즘(210), 렌즈부(214), 영상센서(216)로 구성되지만, 프리즘(210)이 삼각형이 아닌 사다리꼴 형상을 갖는다. 도1a의 흡수식과 달리, 광이 광원(212)으로부터 프리즘(210)의 지문입력창(218)으로 직각 혹은 임계각보다 훨씬 작은 각으로 입사하기 때문에, 지문입력창(218)에 닿지 않는 지문의 골에서는 광이 지문입력창(218)을 통과하여 영상센서에 도달되지 않고, 지문의 융선에서는 입사광이 융선에 의해 산란된다. 산란된 광은 렌즈부(214)로 입사되고 영상센서(216)에 의해 검출된다.Figure 1b shows a principle diagram of a scattering fingerprint input device. Similar to the case of FIG. 1A, the light source 212, the prism 210, the lens unit 214, and the image sensor 216 are formed, but the prism 210 has a trapezoidal shape, not a triangle. Unlike the absorption formula of FIG. 1A, since light is incident from the light source 212 into the fingerprint input window 218 of the prism 210 at a right angle or much smaller than a critical angle, the valley of the fingerprint not reaching the fingerprint input window 218. In FIG. 2, light does not reach the image sensor through the fingerprint input window 218. In the ridge of the fingerprint, incident light is scattered by the ridge. The scattered light is incident on the lens unit 214 and detected by the image sensor 216.
상기와 같은 방식의 지문입력장치는 기본적으로, 2차원(면)의 지문영상을 취득하는 광학계로서, 지문 영상 전체적으로 균일한 밝기의 영상을 얻기 위하여 평면광이 필요하며 이를 위해 일반적으로 다수의 LED를 채용한 광원을 쓰고 있다. 또한 다수의 LED를 채용하여도 조도의 불균일성이 완벽하게 해결되지 않기 때문에 광원과 프리즘 사이에 확산판(diffuser)을 사용하는 것이 일반적이다. 이와 같은 이유들 때문에 전력소비가 커지고 가격이 올라가는 문제가 있다.The fingerprint input device of the above-described method is basically an optical system for acquiring a two-dimensional (surface) fingerprint image, and requires plane light to obtain an image of uniform brightness throughout the fingerprint image. We use adopted light source. In addition, since a nonuniformity of illuminance is not completely solved even by employing a plurality of LEDs, it is common to use a diffuser between the light source and the prism. For these reasons, there is a problem in that power consumption increases and prices rise.
또한, 광학계의 특성상 취득영상의 왜곡을 최소화하기 위하여 다수의 렌즈를 채용하거나 광경로를 길게 하는 방법이 제안되었으나, 이는 지문인식 모듈 자체의 크기를 증대시키는 원인이 된다.In addition, in order to minimize distortion of the acquired image due to the characteristics of the optical system, a method of employing a plurality of lenses or lengthening an optical path has been proposed, but this causes a increase in the size of the fingerprint recognition module itself.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 라인스캔 방식의 산란식 지문입력장치 개발하였다. 본 발명의 목적은 지문이 놓이는 지문입력면과, 광원에 의해 지문입력면에 접촉된 지문에서 산란된 지문영상을 반사하는 제1반사면과, 제1반사면에서 반사된 지문영상을 반사하는 제2반사면과, 제2반사면에서 반사된 지문영상이 외부로 나가는 출사면으로 구성되는 프리즘을 채용하여, 1차원 지문영상을 취득할 수 있는 광학계를 제공하는 것이다.The present invention has developed a line scan type scattering fingerprint input device to solve the above problems. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fingerprint input surface on which a fingerprint is placed, a first reflection surface reflecting a fingerprint image scattered from a fingerprint in contact with the fingerprint input surface by a light source, and a second reflection surface reflecting a fingerprint image reflected from the first reflection surface. The optical system which can acquire a 1-dimensional fingerprint image is employ | adopted by employ | adopting the prism comprised from the 2nd reflection surface and the emission surface which the fingerprint image reflected from the 2nd reflection surface exits to the exterior.
도1a는 흡수식 지문입력장치의 원리도.Figure 1a is a principle diagram of the absorbent fingerprint input device.
도1b는 산란식 지문입력장치의 원리도.Figure 1b is a principle diagram of a scattering fingerprint input device.
도2a는 본 발명에 따른 지문입력장치의 기본 광학계Figure 2a is a basic optical system of the fingerprint input device according to the present invention
도2b는 도2a의 변형 실시예FIG. 2B is a modified embodiment of FIG. 2A
도2c는 도2a의 또다른 변형 실시예FIG. 2C is another alternative embodiment of FIG. 2A
도3a는 지문입력창의 변형 실시예Figure 3a is a modified embodiment of the fingerprint input window
도3b는 지문입력창의 또다른 변형 실시예Figure 3b is another modified embodiment of the fingerprint input window
도4는 렌즈의 변형 실시예4 is a modified embodiment of the lens
도5는 제2 광로변경 수단을 적용한 실시예5 is an embodiment to which the second optical path changing means is applied.
도6a는 핀홀을 적용한 실시예Figure 6a is an embodiment applying the pinhole
도6b는 슬릿을 적용한 실시예Figure 6b is an embodiment to which the slit is applied
도7은 프리즘의 모서리를 깎아내는 실시예Figure 7 is an embodiment to chamfer the prism
<도면 주요부의 설명><Description of Drawing Main Parts>
프리즘(110), 광원(112), 렌즈부(114), 영상센서(116), 지문입력창(118), 영상처리부(125), 프리즘(210), 광원(212), 렌즈부(214), 영상센서(216), 지문입력창(218), 프리즘(10), 렌즈(20), 지문영상 감지센서(30), 광원(40), 지문입력창(12), 지문입력창(12a), 블랙코팅면(13), 광절연체 피복(13'), 제1반사면(14), 밀착코팅된 반사면(14a), 별도 설치된 반사체(14b), 제2반사면(16), 출사면(18), 프리즘의 크기를 줄이기 위해 깎아낸 부분(19), 휘볼록렌즈(22), 반사미러(50), 핀홀(60), 슬릿(60')Prism 110, light source 112, lens unit 114, image sensor 116, fingerprint input window 118, image processing unit 125, prism 210, light source 212, lens unit 214 , Image sensor 216, fingerprint input window 218, prism 10, lens 20, fingerprint image sensor 30, light source 40, fingerprint input window 12, fingerprint input window 12a , Black coated surface 13, optical insulator coating 13 ', first reflective surface 14, closely coated reflective surface 14a, separately installed reflector 14b, second reflective surface 16, exit surface (18), the cut out portion 19 to reduce the size of the prism, the convex lens 22, the reflecting mirror 50, the pinhole 60, the slit 60 '
발명의 개요Summary of the Invention
본 발명은 기본적으로 광학식 지문입력장치 중 산란형(scattering) 지문입력장치에 관한 것으로서, 종래의 2차원(면) 감지방식이 아닌 1차원(선) 감지방식의 지문입력장치에 관한 것이다. 본 발명은 도2a와 같은 광학구조를 기본원리로 갖는다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention basically relates to a scattering fingerprint input device among optical fingerprint input devices, and relates to a fingerprint input device of a one-dimensional (line) sensing method rather than a conventional two-dimensional (surface) sensing method. The present invention basically has the optical structure as shown in Fig. 2A.
즉, 지문에서 반사되는 빛을 영상으로서 감지하기 위하여 지문에 조사되는 광원, 지문에서 반사된 빛의 광로를 변경하여 영상감지 수단이 있는 목적지까지 유도하는 광로변경 수단, 광로변경 수단에서 출사되는 광을 집속하는 광 집속 수단, 광집속 수단을 통과한 지문영상을 감지하여 전기적 영상신호로 출력하는 선상(線狀)의 지문영상 감지수단으로 구성된다.That is, in order to detect the light reflected from the fingerprint as an image, the light path changing means for changing the light path irradiated to the fingerprint, the light path of the light reflected from the fingerprint to the destination where the image sensing means is located, and the light emitted from the light path changing means. It consists of a light focusing means for focusing, a line fingerprint image sensing means for detecting the fingerprint image passed through the light focusing means and outputs the electrical image signal.
상기 광집속 수단은 광로변경 수단에서 출사된 광을 지문영상 감지수단에 결상하는 광학렌즈인 것을 특징으로 하고, 상기 선상의 지문영상 감지수단은 1라인 또는 2라인 CCD인 것을 특징으로 한다.The light converging means is an optical lens for imaging the light emitted from the optical path changing means onto the fingerprint image detecting means, and the linear fingerprint image detecting means is a one-line or two-line CCD.
광로변경 수단은 손가락을 올려놓아 지문이 접촉되는 지문입력면과, 광원에 의해 지문입력면에 접촉된 지문에서 산란된 빛을 반사하는 제1반사면과, 제1반사면에서 반사된 광을 반사하는 제2반사면과, 제2반사면에서 반사된 빛이 외부로 나가는 출사면으로 이루어진다.The optical path changing means reflects the fingerprint input surface to which the fingerprint is brought into contact with the finger, the first reflecting surface reflecting light scattered from the fingerprint contacted to the fingerprint input surface by the light source, and the light reflected from the first reflecting surface. The second reflecting surface and the light reflected from the second reflecting surface is composed of an exit surface to the outside.
실시예Example
도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 도2a는 본 발명에 따른 라인스캔형 지문입력장치의 개요도로서, 지문에서 반사되는 빛을 영상으로서 감지하기 위하여 지문에 조사되는 광원(40), 지문에서 반사된 빛의 광로를 변경하여 지문영상 감지센서(30)가 있는 목적지까지 유도하는 프리즘(10), 프리즘(10)에서 출사되는 광을 집속하는 렌즈(20), 렌즈(20)를 통과한 지문영상을 감지하여 전기적 영상신호로 출력하는 선상(線狀)의 지문영상 감지센서(30)로 구성된다.An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 2a is a schematic diagram of a line scan type fingerprint input device according to the present invention, in order to detect the light reflected from the fingerprint as an image to detect the fingerprint image by changing the light source 40 irradiated to the fingerprint, the light path of the light reflected from the fingerprint The prism 10 leading to the destination where the sensor 30 is located, the lens 20 focusing the light emitted from the prism 10, and the linear image sensing the fingerprint image passing through the lens 20 and outputting the electrical image signal. It consists of a fingerprint image sensor 30 of the line.
지문입력창(12)에 접촉된 지문의 골(valley)에 조사된 빛은 상으로 맺히지 못하지만, 지문의 융선(ridge)으로 조사된 빛은 사방으로 산란을 하게 되고, 산란광중 프리즘(10)으로 구성되는 광학계에서 결상조건을 만족하는 빛살들은 렌즈(20)를 통해 지문영상 감지센서(30)에 지문영상으로서 입력되는 것이다.The light irradiated to the valley of the fingerprint in contact with the fingerprint input window 12 does not form an image, but the light irradiated to the ridge of the fingerprint scatters in all directions and is scattered to the prism 10 among the scattered light. Light rays satisfying the imaging condition in the optical system are input to the fingerprint image sensor 30 as a fingerprint image through the lens 20.
여기서, 광원(40)은 2차원 지문입력장치에 비해 선상(線狀)으로만 균일한 조도를 보장하면 되므로, 저전력의 소형 단일 광원으로도 충분하다(예를 들면, LED).Here, since the light source 40 only needs to ensure uniform illuminance in a linear form compared to the two-dimensional fingerprint input device, a small single light source having low power is sufficient (for example, LED).
렌즈(20)는 프리즘(10)에서 출사된 광을 지문영상 감지센서(30)에 결상하기 위하여 있는 것인데, 본 발명에서는 지문입력이 라인스캔 방식으로 이루어지므로 2차원 지문입력장치에 비해 소형으로도 왜곡이 훨씬 적은 영상을 얻을 수 있다. 2차원 지문영상을 취득할 때에는 영상의 상하좌우 왜곡을 모두 고려하여야 하나, 1차원 라인스캔의 경우에는 영상의 좌우 왜곡만 고려하면 되므로 소형 저가의 렌즈로도 지문 인식을 위한 충분한 영상품질을 얻을 수 있다.Lens 20 is to form the light emitted from the prism 10 to the fingerprint image sensor 30, in the present invention, because the fingerprint input is made by the line scan method, even compared to the two-dimensional fingerprint input device A much lower distortion image can be obtained. When acquiring a two-dimensional fingerprint image, the top, bottom, left and right distortion of the image should be considered. However, in the case of 1D line scan, only the left and right distortion of the image should be taken into consideration, so even a small and inexpensive lens can obtain sufficient image quality for fingerprint recognition. have.
선상의 지문영상 감지센서(30)로는 CCD(charge coupled device) 혹은 CMOS센서를 사용할 수 있는데, 일반적인 스캐너 등에 사용되는 1라인 영상 감지센서를 사용할 수 있다. 1라인 영상 감지센서는 2차원 영상 감지센서에 비해 소형이면서도 훨씬 가격이 싸다. 본 발명에서는 다루고 있지 않지만 1차원으로 읽어들인 다수의 지문 영상을 합성하면 실제 지문 인식을 위해 사용되는 2차원 영상을 얻을 수 있다. 1차원으로 읽어들인 다수의 지문 영상을 2차원 지문 영상으로 합성하는 것은 당업자에게 알려진 다양한 방법으로 구현 할 수 있다. 상기에서 언급된 1라인 영상 감지센서 대신에 2라인 영상 감지센서를 사용하면 좀더 용이하게 영상을 합성할 수 있다(참조: 미국특허공보 6,002,815).A charge coupled device (CCD) or a CMOS sensor may be used as the fingerprint image sensor 30 on the line, and a one-line image sensor used in a general scanner or the like may be used. One-line image sensors are smaller and much less expensive than two-dimensional image sensors. Although not dealt with in the present invention, when a plurality of fingerprint images read in one dimension are synthesized, a two-dimensional image used for actual fingerprint recognition may be obtained. Synthesis of a plurality of fingerprint images read in one dimension into a two-dimensional fingerprint image may be implemented by various methods known to those skilled in the art. Instead of the above-mentioned one-line image sensor, a two-line image sensor can be used to more easily synthesize images (see US Patent No. 6,002,815).
프리즘(10)은 도2a와 같은 사다리꼴 형상을 하고 있는데, 손가락을 올려놓아 지문이 접촉되는 지문입력면(12)과, 광원(40)에 의해 지문입력면(12)에 접촉된 지문에서 산란된 빛을 반사하는 제1반사면(14)과, 제1반사면(14)에서 반사된 광을 반사하는 제2반사면(16)과, 제2반사면(16)에서 반사된 빛이 외부로 나가는 출사면(18)으로 이루어진다. 광로변경 수단(10)도 역시 본 발명의 특징인 선상 영상감지 특성에 의해 작은 크기로도 제작이 가능하여 전체적인 광학계 크기를 줄일 수 있다.The prism 10 has a trapezoidal shape as shown in FIG. 2A. The prism 10 is scattered from the fingerprint input surface 12 to which the fingerprint is contacted by placing a finger and the fingerprint that is in contact with the fingerprint input surface 12 by the light source 40. The first reflecting surface 14 reflecting light, the second reflecting surface 16 reflecting the light reflected from the first reflecting surface 14, and the light reflected from the second reflecting surface 16 are directed to the outside. It consists of an exit exit face 18. The optical path changing means 10 can also be manufactured in a small size by the linear image sensing characteristic which is a feature of the present invention, thereby reducing the overall optical system size.
도2a의 프리즘(10)에서 제1반사면(14)과 제2반사면(16)은 프리즘 내면에서 전반사가 일어나는 면이다. 따라서 사다리꼴 프리즘(10)의 형상은 제1반사면(14)과 제2반사면(16)이 전반사를 하는 조건에 맞게 설계된다. 또한, 출사면(18)은, 제1반사면(14)과 제2반사면(16)에서 반사된 빛을 굴절시켜서 프리즘(10) 외부의 렌즈(20)와 지문영상 감지센서(30)로 이루어지는 경로의 광축과 일치되도록 하는 경사각을 갖는다. 이 경사각은 프리즘의 재질에 따른 자체 굴절률에 의해 변화될 것이다.In the prism 10 of FIG. 2A, the first reflection surface 14 and the second reflection surface 16 are planes in which total reflection occurs inside the prism. Therefore, the shape of the trapezoidal prism 10 is designed according to the condition that the first reflection surface 14 and the second reflection surface 16 are totally reflected. In addition, the emission surface 18 refracts the light reflected from the first reflection surface 14 and the second reflection surface 16 to the lens 20 and the fingerprint image sensor 30 outside the prism 10. It has an inclination angle to coincide with the optical axis of the path made. This inclination angle will be changed by its refractive index depending on the material of the prism.
한편, 도2a에 나타낸 프리즘은 제1반사면(14)과 제2반사면(16)에서 각각 전반사가 일어나도록 제작되어 있지만, 다른 방식으로서 프리즘의 설계를 용이하게 하기 위하여, 도2b에서와 같이 제1반사면에 반사체를 밀착코팅하여 반사면(14a)을 형성함으로써 제2반사면(16)에서만 전반사가 일어나도록 설계할 수도 있다. 이의 구현은 CVD(chemical vapor deposition)나 스퍼터링(sputtering) 혹은 진공 메탈 코팅 등에 의해 실시될 수 있으며 당업자에게는 널리 알려진 기술들이다.On the other hand, although the prism shown in Fig. 2A is manufactured so that total reflection occurs at the first reflection surface 14 and the second reflection surface 16, respectively, in order to facilitate the design of the prism as shown in Fig. 2B. It is also possible to design the total reflection only on the second reflection surface 16 by forming the reflection surface 14a by closely coating the reflector on the first reflection surface. Its implementation can be carried out by chemical vapor deposition (CVD), sputtering or vacuum metal coating and the like and are well known to those skilled in the art.
또한 도2c에 나타낸 것과 같이, 도2b의 밀착코팅된 제1반사면 미러(14a) 대신에 프리즘의 외부에 별도로 반사체(14b)를 설치하여 반사를 일으키도록 구현할 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 2C, instead of the closely coated first reflecting mirror 14a of FIG. 2B, a reflector 14b may be separately installed outside the prism to generate reflection.
도2c에 묘사된 프리즘(10')을 보면 지문이 놓이는 제1면(12'), 제1면의 일단과 연결되어 모서리를 형성하는 제2면(14'), 제2면(14')의 일단과 연결되고 제1면(12')과 마주보는 제3면(16'), 제3면(16')의 일단과 제1면(12')의 일단을 연결하는 제4면(18')으로 구성되고, 제2면(14')의 외부에 반사체(14b)가 별도로 설치된다.Referring to the prism 10 'depicted in Fig. 2c, the first surface 12' on which the fingerprint is placed, the second surface 14 ', which is connected to one end of the first surface and forms a corner, is the second surface 14'. A third surface 16 'connected to one end of the first surface 12' and facing the first surface 12 ', and a fourth surface 18 connecting one end of the third surface 16' and one end of the first surface 12 '. '), And a reflector 14b is separately provided outside the second surface 14'.
도2c의 제1면(12')은 도2a의 지문입력면에 해당되고, 제3면(16')은 도2a의 제2반사면(16)에 해당되고, 제4면(18')은 출사면(18)에 해당한다. 도2c의 제2면(14')은 도2a의 제1반사면(14)에 해당되지만 반사역할은 하지 않고, 제1면(12')에 접촉된 지문에서 반사되어 산란된 빛이 통과하여 외부의 반사체(14b)로 입사되도록 하는 역할을 한다. 즉, 도2c의 프리즘(10')의 제1면(12')에 접촉된 지문에서 산란된 지문영상은 제2면(14')을 통과하여 상기 반사체(14b)에서 반사된 후 다시 제2면(14')을 통해 입사되어 제3면(16')에서 전반사되어 제4면(18')으로 출사된다.The first surface 12 'of FIG. 2C corresponds to the fingerprint input surface of FIG. 2A, the third surface 16' corresponds to the second reflective surface 16 of FIG. 2A, and the fourth surface 18 '. Corresponds to the exit surface 18. The second surface 14 'of FIG. 2C corresponds to the first reflective surface 14 of FIG. 2A, but does not act as a reflection, but light reflected and scattered from the fingerprint contacting the first surface 12' passes through. It serves to be incident to the external reflector 14b. That is, the fingerprint image scattered from the fingerprint in contact with the first surface 12 ′ of the prism 10 ′ of FIG. 2c passes through the second surface 14 ′ and is reflected by the reflector 14b, and then again the second image. Incident through the surface 14 'and totally reflected from the third surface 16' and exit to the fourth surface 18 '.
반사체(14b)는 프리즘의 외면에 밀착되도록 설치할 수도 있고 일정간격 d를 두고 설치할 수도 있다. d는 프리즘의 재질에 따른 굴절률을 고려하여 제2면(14')을 통과하는 지문영상이 제3면(16')에서 전반사가 일어나는 각도로 입사되도록 적절히 설정하면 될 것이다.The reflector 14b may be installed to be in close contact with the outer surface of the prism or may be provided at a predetermined interval d. d may be appropriately set such that the fingerprint image passing through the second surface 14 ′ is incident at an angle at which total reflection occurs on the third surface 16 ′ in consideration of the refractive index according to the material of the prism.
한편, 본 발명의 라인스캔형 지문입력방식에서는 지문입력면(12) 중에서 선상의 지문입력창을 제외한 영역에, 외부광의 입사를 차단하고 프리즘 내부에서의 불필요한 빛의 반사를 막기 위하여, 지문이 입력되는 선상의 창(12a)을 제외한 영역을 가공하여 확산판(diffuser)화할 수 있다. 즉, 지문이 입력되는 창 영역(12a)을 제외한 영역을 부식처리하여 지문입력면으로 입사되는 불측의(unexpected) 외부광을 최대한 차단하도록 할 수 있다.On the other hand, in the line scan type fingerprint input method of the present invention, the fingerprint is input in the area of the fingerprint input surface 12 except for the linear fingerprint input window to block the incidence of external light and to prevent unnecessary reflection of the light inside the prism. The area except the linear window 12a can be processed to form a diffuser. That is, the area except for the window area 12a where the fingerprint is input may be eroded to block unexpected external light incident on the fingerprint input surface as much as possible.
또는, 이러한 목적으로서 도3a와 같이, 지문 입력창(12a)을 제외한 영역을 블랙코팅면(13)으로 처리할 수 있다. 이는, 지문 입력창(12a)을 제외한 영역을 식각(에칭)한 후 외부광을 차단할 수 있는 도료를 도포 또는 증착함으로써 실현된다.Alternatively, as shown in FIG. 3A, an area except for the fingerprint input window 12a may be treated as the black coating surface 13. This is realized by applying or depositing a paint that can block external light after etching (etching) the region except for the fingerprint input window 12a.
도3b는 프리즘의 지문입력면(12) 중에서 지문 입력창(12a)을 제외한 영역을 식각 처리한 상태를 나타낸다. 즉, 도3b와 같이 지문입력면보다 h만큼 높은 단차를 갖도록 지문 입력창(12a)을 형성한 후에, 지문 입력창(12a)과 출사면(18)을 제외한 모든 면에 광절연체(optical insulator)로 피복을 할 수 있다. 이는, 합성수지로 몰드형성한 커버를 프리즘에 씌우는 방식으로 하여 구현할 수 있다. 이렇게 함으로써 프리즘에 입사되는 불필요한 외부광을 차단하는 효과가 더욱 커진다. 도2c에 나타낸 실시예에서는 광절연 피복을 행할 때 제1면의 지문입력창과 제2면(14'), 제4면(18')을 제외한 영역에 피복을 하여야 한다.FIG. 3B shows a state where an area of the fingerprint input surface 12 of the prism except the fingerprint input window 12a is etched. That is, after the fingerprint input window 12a is formed to have a step height higher than that of the fingerprint input surface as shown in FIG. 3B, the optical insulator is formed on all surfaces except the fingerprint input window 12a and the exit surface 18. Can cover. This can be implemented by covering the mold formed with a synthetic resin on the prism. This further increases the effect of blocking unnecessary external light incident on the prism. In the embodiment shown in Fig. 2C, when the optical insulation coating is performed, the coating is applied to the areas except for the fingerprint input window, the second surface 14 ', and the fourth surface 18' on the first surface.
또한, 상기 프리즘(10)의 지문입력면(12)은 항상 외부에 노출되는 곳이어서 흠집(scratch) 등이 생길 수 있으므로, 표면보호를 위해 일반적으로 많이 사용하는 다이아몬드 코팅 등을 실시할 수 있다.In addition, since the fingerprint input surface 12 of the prism 10 is always exposed to the outside, scratches may occur, so that diamond coating, which is commonly used for surface protection, may be performed.
도4는 렌즈의 형상을 달리 한 실시예를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 기본적으로 선상으로 지문영상이 스캔되기 때문에 면상의 지문스캔 방식과는 달리, 작은 렌즈나 단일렌즈로도 취득되는 영상의 왜곡을 줄일 수 있다(보통은 다수의 렌즈를 조합하여 수차 또는 왜곡을 보정하고 있다). 도4의 경우는 제작이 용이한 휘볼록렌즈(22)를 광집속 수단으로서 사용할 수 있음을 나타내는 도면이다.Figure 4 shows an embodiment in which the shape of the lens is different. According to the present invention, since the fingerprint image is basically scanned linearly, the distortion of the image acquired by a small lens or a single lens can be reduced, unlike a fingerprint scan method on a plane (usually a combination of a plurality of lenses aberration) Or correcting distortion). In the case of Fig. 4, it is a diagram showing that the easy-to-fabricated convex lens 22 can be used as the light focusing means.
도5는, 렌즈(20)와 지문영상 감지센서(30) 사이에 제2 광로변경 수단, 즉 반사미러(50)가 추가되어, 렌즈(20)와 지문영상 감지센서(30) 사이의 직선거리를 줄이는 것을 나타내는 도면이다. 이로써 전체 광학계가 콤팩트화될 수 있다.5, a second optical path changing means, that is, a reflection mirror 50 is added between the lens 20 and the fingerprint image sensor 30, so that the linear distance between the lens 20 and the fingerprint image sensor 30 is added. It is a figure which shows reducing. This allows the entire optical system to be compact.
도6a, 6b는 프리즘(10)과 렌즈(20) 사이에 핀홀(60) 또는 슬릿(60')이 추가로 위치하여, 프리즘(10)에서 출사되는 지문영상의 콘트라스트를 향상하기 위한 실시예를 나타낸다.6A and 6B illustrate an embodiment in which a pinhole 60 or a slit 60 'is additionally disposed between the prism 10 and the lens 20 to improve contrast of a fingerprint image emitted from the prism 10. Indicates.
도7은 프리즘(10)의 크기를 줄이기 위하여, 지문입력면(12), 제1반사면(14), 제2반사면(16), 출사면(18)에 영향을 주지 않는 모서리부(19)를 깎아낸 실시예를 나타내는 것이다. 본 발명에 따른 지문입력장치는 라인스캔형이므로 프리즘(10)의 출사면(18) 전면에 걸쳐서 지문영상이 통과하지는 않는다. 따라서, 프리즘(10)에 튀어나온 모서리부(19)를 지문영상에 영향을 주지 않는 만큼 깎아버리면 사이즈를 줄일 수 있을 것이다.FIG. 7 illustrates an edge portion 19 that does not affect the fingerprint input surface 12, the first reflective surface 14, the second reflective surface 16, and the exit surface 18 in order to reduce the size of the prism 10. It shows the example which scraped off). Since the fingerprint input device according to the present invention is a line scan type, the fingerprint image does not pass over the entire surface of the exit surface 18 of the prism 10. Accordingly, the size of the edge portion 19 protruding from the prism 10 may be reduced by cutting off the edge portion 19 without affecting the fingerprint image.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 구체적인 실시예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상이 상기 실시예에만 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상은 특허청구범위에 의해 구획된 범위에서 균등물에까지 미치는 것이다.As described above, specific embodiments for implementing the technical idea of the present invention have been described. However, the spirit of the present invention is not limited to the above embodiment. The technical idea of the present invention extends to the equivalents in the range partitioned by the claims.
본 발명은 새로운 구조의 라인스캔형 지문입력장치로서, 지문영상의 전체영상이 아닌 한 라인에만 상이 선명히 맺게 하면 되므로 광학계가 단순해지고, 통상의 산란식 지문입력장치에서 균일한 평면광을 얻기 위해 사용하는 다수의 광원이나 확산판 등이 필요없다는 장점을 갖는다. 또한, 1차원(1라인 또는 2라인) CCD를 채용하므로, 2차원 CCD의 경우보다 제품의 원가측면에서 유리해지고, 2차원 영상을 취득할 때 사용되는 렌즈보다 저가의 단순한 렌즈로도 선명한 상을 맺도록 할 수 있는 장점을 갖는다.The present invention is a new line scan type fingerprint input device, and the optical system is simplified because only an image is clearly formed on one line instead of the entire image of the fingerprint image, and is used to obtain uniform plane light in a conventional scattered fingerprint input device. It is advantageous in that a large number of light sources, diffusers, and the like are not required. In addition, by adopting a one-dimensional (one or two-line) CCD, it is advantageous in terms of cost of the product than in the case of a two-dimensional CCD. It has the advantage of making it.
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