KR20030024090A - 광학식 지문취득 장치 - Google Patents

광학식 지문취득 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프리즘의 형상을 변형함에 의해 영상왜곡을 줄이고 광학계의 크기를 줄이는 광학식 지문취득 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 프리즘은, 지문입력을 하고자 하는 자의 지문을 접촉하는 지문접촉면; 이 지문접촉면에 대향하는 면으로서, 지문접촉면에 접촉된 지문에서 산란된 광이 내부 전반사되는 전반사면; 상기 지문접촉면과 전반사면을 연결하는 면으로서, 상기 전반사면에서 전반사된 광이 일차적으로 출사되고 외부로부터 다시 재입사되는 일차출사/재입사면; 상기 일차출사/재입사면에 대향하는 면으로서, 상기 일차출사/재입사면으로 재입사된 광을 외부로 최종 출사하는 최종출사면으로 구성된다.

Description

광학식 지문취득 장치{Optical fingerprint acquisition apparatus}
본 발명은 광학식 지문취득 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 프리즘의 형상을 변형함에 의해 영상왜곡을 줄이고 광학계의 크기를 줄이는 지문취득 장치에 관한 것이다.
지문취득 장치는 입력된 지문과 미리 등록된 사용자의 지문을 비교하여 출입문이나 금고의 잠금장치, 출입관리, 근태관리, 컴퓨터 엑세스 제어 등에 활용되는 지문인식기에 적용되는 지문을 입력하여 취득하는 장치이다. 지문취득 장치에는 지문영상의 취득 방식에 따라 크게 광학식과 비광학식으로 대별된다.
광학식 지문취득 장치는 영상형성용 프리즘 등에 놓여진 지문에 빛을 비추어 지문의 골(valley)이나 융선(ridge)의 형태에 따라 반사되어 영상 센서에 형성된 지문영상을 해석하여 미리 저장되어 있는 지문과 대조를 하는 장치이다. 대표적인 광학식 지문취득 장치의 원리를 도1에 나타내었다.
도1의 지문취득 장치는 광학식 중에서 "산란식" 지문취득 장치를 나타내는 것으로서, 영상형성용 프리즘(1), 광원(3), 집광렌즈(4), 영상센서(5)로 구성된다. 광원(3)으로부터의 빛이 영상형성용 프리즘(1)의 지문입력창(2)으로 직각 혹은 임계각보다 훨씬 작은 각으로 입사하기 때문에, 지문입력창(2)에 닿지 않는 지문의 골에서는 광이 지문입력창(2)을 통과하여 나가므로 영상센서에 도달되지 않고, 지문의 융선에서는 입사광이 융선에 반사되어 산란된다. 산란된 광은 집광렌즈(4)로 입사되고 영상센서(5)에 의해 검출된다. 따라서, 영상센서(5)에 입사되는 광량은 지문의 골과 융선에 따라 서로 다르게 되고 결국 영상센서(5)에서는 지문의 패턴에 따라 서로 다른 레벨의 전기신호를 출력하게 된다. 영상처리부(도시 안함)에서는 영상센서(5)의 출력값을 디지탈신호로 정형하고 영상처리하여 지문패턴을 인식하게 된다.
한편, 최근의 제품사이즈 축소화 경향에 따라 지문취득 장치의 사이즈를 축소해야 할 필요성이 강하게 요청되는바, 각 구성요소의 크기와 광경로의 길이를 줄이는 것이 필요해지고 있다. 그러나, 인체의 손가락 크기와 지문 크기를 줄일 수는 없는 이유로 각 구성요소의 크기를 줄이는 것에는 한계가 있으며, 광경로의 길이를필요 이상으로 줄이는 것 또한 지문영상의 화질을 크게 저하시키는 결과가 된다.
일본 공개특허 (평)4-24881호(1992. 1. 28. 공개)에는 영상형성용 프리즘 내에서 여러 방향으로 광경로를 변경시키는 방식이 개시되어 있고, 일본 공개특허 (평)2-176984호(1990. 7. 10. 공개)에는 영상형성용 프리즘 내에서 다양한 방식으로 광경로를 변경시키는 방식과 영상형성용 프리즘에서 출사된 영상을 보정렌즈와 보정용 프리즘을 사용하여 보정하는 방식이 개시되어 있다.
이와 같이, 광학식 지문취득 장치에 사용되는 프리즘에 대하여, 지문영상을 형성하여 출사하는 기능 이외에도 영상의 왜곡을 보정하기 위한 역할을 하도록 계속해서 연구가 되고 있다. 광학식 지문취득 장치의 프리즘에서는 필연적으로 영상센서와 지문과의 거리(광경로)가 지문의 위치에 따라 달라지기 때문에, 최종적으로 이미지가 맺히는 지점에서는 지문영상이 실제 영상보다 왜곡되어 결상된다. 특히 사다리꼴로 왜곡되는 일이 자주 일어난다.
이러한 영상왜곡을 줄이기 위하여, 프리즘에서 출사되는 지문영상을 집광하는 집광렌즈에 다른 보정용 렌즈 또는 보정용 프리즘을 결합하여 상의 왜곡과 수차 등을 보정하고 있지만, 이럴 경우에는 광학계가 더 커지는 단점이 있다. 즉, 이러한 종래의 영상보정 방식에 있어서는 집광렌즈, 영상보정용 프리즘, 광로변경용 미러 등이 이산되어 설치되므로(discretely installed) 지문취득 장치의 사이즈를 줄일 수 없으며, 부대적으로는 제조원가의 상승 및 생산성의 저하를 초래하게 된다.
광학계의 크기를 작게 유지하면서도 영상왜곡을 줄일 수 있는 바람직한 해결책으로서는 지문상의 각 위치와 영상센서와의 거리(광로길이)를 어느 위치에서든균일하게 만드는 일이다.
본 발명의 목적은, 별도의 영상보정용 렌즈 또는 프리즘을 사용하지 않고도, 지문상의 각 위치와 영상센서와의 거리(광로길이)를 어느 위치에서든 균일화시켜 광경로차를 최소화시키는 프리즘과 반사경을 채용한 광학식 지문취득 장치를 제공하는 것이다.
도1은 일반적인 지문취득 장치의 구성도.
도2는 본 발명에 따른 광학식 지문취득 장치의 구성도.
<도면부호의 설명>
프리즘(1); 광원(3); 집광렌즈(4); 영상센서(5); 지문취득 장치(100); 지문의 골(10); 지문의 융선(12); 프리즘(14); 지문(15); 집광렌즈(16); 광원(18); 프리즘(20); 지문접촉면(21); 전반사면(22); 일차출사/재입사면(23); 최종출사면(24); 반사경(25); 집광렌즈(30); 광원(40)
발명의 개요
본 발명은 도1과 같이 지문의 골과 융선에서 산란된 광에 의해 지문영상을 취득하는 지문취득 장치로서, 프리즘과 반사경을 포함하고 있다.
프리즘은, 지문입력을 하고자 하는 자의 지문을 접촉하는 지문접촉면; 이 지문접촉면에 대향하는 면으로서, 지문접촉면에 접촉된 지문에서 산란된 광이 내부 전반사되는 전반사면; 상기 지문접촉면과 전반사면을 연결하는 면으로서, 상기 전반사면에서 전반사된 광이 일차적으로 출사되고 외부로부터 다시 재입사되는 일차출사/재입사면; 상기 일차출사/재입사면에 대향하는 면으로서, 상기 일차출사/재입사면으로 재입사된 광을 외부로 최종 출사하는 최종출사면으로 구성되고,
반사경은 상기 프리즘의 일차출사/재입사면의 외부에 인접하여 설치되는데, 일차출사/재입사면에서 출사되는 광을 반사시켜 다시 일차출사/재입사면으로 재입사시켜 광경로차를 보정하는 기능을 한다.
상기 프리즘의 형상은 4각형인 것이 바람직하며, 각 면은 다음의 관계를 갖는 것이 바람직하다.
실시예
도2를 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다. 도2는 지문의 골과 융선에서 산란되는 광에 의해 지문영상을 형성하는 프리즘(20)과 집광렌즈(30) 및 광원(40)을 포함하고 있는 지문취득 장치의 실시예를 나타내고 있다.
본 발명의 일실시예에 사용된 프리즘(20)은 4각형 프리즘으로서, 지문입력을 하고자 하는 자의 지문(15)을 접촉하는 지문접촉면(21); 이 지문접촉면(21)에 θ의 각도로 대향하는 면으로서, 지문접촉면(21)에 접촉된 지문에서 산란된 광이 내부 전반사되는 전반사면(22); 상기 지문접촉면(21)과 전반사면(22)을 연결하는 면으로서 지문접촉면과 φ의 각도를 갖고, 상기 전반사면(22)에서 전반사된 광이 일차적으로 출사되고 외부로부터 다시 재입사되는 일차출사/재입사면(23); 상기 일차출사/재입사면(23)에 대향하는 면으로서, 상기 일차출사/재입사면(23)으로 재입사된 광을 외부로 최종 출사하는 최종출사면(24)으로 구성된다. 최종출사면(24)에서 나온 광은 집광렌즈(30)에 의해 영상센서(미도시)에 결상되어 영상으로서 취득된다.
한편, 상기 프리즘(20)의 일차출사/재입사면(23)에 인접한 외부에는 δ의 각도로 반사경(25)이 설치된다. 반사경(25)은 일차출사/재입사면(23)에서 출사된 광을 반사시켜 다시 일차출사/재입사면(23)을 통해 프리즘(20) 내부로 재입사시키는기능을 한다.
도2에서, 프리즘(20)의 하부에 있는 광원(40)은 프리즘의 전반사면(22)을 통과해 지문접촉면(21)에 접촉된 지문에 광을 조사한다. 광원(40)의 작용에 대해서는 종래의 광학식 지문취득 장치와 다른 점이 없으므로 자세한 설명을 생략한다.
도2의 실시예의 작용을 설명한다. 지문(15)에서 산란된 광은 일차적으로 전반사면(22)에서 내부 전반사된다. 도2에서 보듯이 전반사면(22)은 지문접촉면(21)과 평행하지 않고 θ의 각도만큼 비스듬히 형성되어 있다. 따라서, 전반사면(22)에 부딪힌 광은 전반사되어 일차출사/재입사면(23)을 향하게 된다.
일차출사/재입사면(23)을 향해 전반사된 광은 일차출사/재입사면(23)을 관통하여 프리즘(20) 외부로 출사된다. 출사된 광은 일차출사/재입사면(23)에 대해서 비스듬히 설치되어 있는 반사경(25)에서 반사되어 다시 일차출사/재입사면(23)으로 재입사된다. 여기서 반사경(25)은 광이 최종출사면(24)의 중앙부로 향하게 할 수 있는 각도 δ로 설치된다. 반사경(25)에서 반사되어 프리즘(20) 내부로 재입사된 광은 최종출사면(24)을 빠져나와 집광렌즈(30)를 통해 영상센서(미도시)로 입사된다.
위에서 설명한 것과 같이 본 실시예에서는 지문(15)의 각 위치(a, b, c)에서 산란된 광이 집광렌즈(30)에 모일 때까지의 광경로가 거의 동일하다. a지점과 c지점을 비교하여 보면, 프리즘(20) 내부에서 전반사되기 전까지는 c지점에서 산란된 광의 광로길이가 길지만, 전반사면(22)에서 반사된 이후부터 집광렌즈(30)까지는 a지점에서 산란된 광의 광로길이가 길다. 따라서, 전체적으로 지문(15)에서의 위치변화에 관계없이 모든 지점에서의 광로길이가 거의 동일하게 되고, 이로써 지문영상의 왜곡이 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 프리즘(20)의 전반사면(22)의 각도 θ와 반사경(25)의 각도 δ를 어떻게 결정하는가가 중요하다. θ는 지문접촉면(21)의 유효지문접촉영역(E)의 모든 위치에서 산란되는 광을 일차출사/재입사면(23)을 향해 전반사할 수 있는 각도로 설정되어야 하고, δ는 일차출사/재입사면(23)에서 일차로 출사된 광을 모두 최종출사면(24)의 중앙부로 향하게 반사할 수 있는 각도로 설정되어야 한다.
또한, 일차출사/재입사면(23)과 지문접촉면(21)과의 각도 φ도 고려하는 것이 바람직하다. 일차출사/재입사면(23)을 통해 프리즘(20) 내부와 외부 사이에서 통과하는 광은 서로 다른 매질의 굴절률에 의해 굴절된다. 따라서, 프리즘(20)에서 일차출사/재입사면(23)을 통해 외부로 출사되고 반사경(25)에서 반사되어 다시 일차출사/재입사면(23)을 통해 내부로 재입사되는 경우의 광의 진로변화를 고려하여 φ를 결정하는 것이 바람직하다. 또한, 도2에서 상기 프리즘의 일차출사/재입사면과 반사경이 이루는 사이 공간에 아무 재질이 없는 것으로 표시되었지만, 그 사이의 공간에 광투과성 재질을 채우는 것도 가능하다.
한편, 도2에서 프리즘(20)의 각 면 사이에는 다음과 같은 관계가 성립함을 할 수 있다.
위의 관계는 전반사면(22)이 지문접촉면(21)을 기준으로 각도 θ만큼 비스듬히 형성됨에 따른 당연한 결과로서, 본 발명에 따른 프리즘의 형상을 표현하고 있는 관계식이다.
이상에서 서술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체화한 것에 지나지 않는 것으로서, 본 발명의 실질적인 기술적 범위는 특허청구범위의 균등론적 해석에 의해 결정된다.
본 발명에 따르면, 별도의 영상보정용 렌즈나 프리즘 등을 사용하지 않고도 지문영상의 왜곡을 줄일 수 있고 광학계를 소형화할 수 있으므로, 구성요소의 감소에 따른 생산성 증대, 제조원가 감축, 고장률 감소의 효과를 볼 수 있다.

Claims (4)

  1. 지문에서 산란된 광에 의해 지문영상을 취득하는 지문취득 장치로서,
    지문입력을 하고자 하는 자의 지문을 접촉하는 지문접촉면; 이 지문접촉면에 θ의 각도를 갖고 대향하는 면으로서, 지문접촉면에 접촉된 지문에서 산란된 광이 내부 전반사되는 전반사면; 상기 지문접촉면과 전반사면을 연결하는 면으로서 지문접촉면과는 φ의 각도를 이루고, 상기 전반사면에서 전반사된 광이 일차적으로 출사되고 외부로부터 다시 재입사되는 일차출사/재입사면; 상기 일차출사/재입사면에 대향하는 면으로서, 상기 일차출사/재입사면으로 재입사된 광을 외부로 최종 출사하는 최종출사면을 포함하는 프리즘과,
    상기 프리즘의 일차출사/재입사면의 외부에 δ의 각도로 인접 설치되어, 일차출사/재입사면에서 출사되는 광을 반사시켜 다시 일차출사/재입사면으로 재입사시키는 반사경을 포함하여 구성되는 광학식 지문취득 장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 프리즘의 각 면은 아래의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 광학식 지문취득 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에서,
    각도 θ는 지문접촉면의 유효지문접촉영역에서 임의의 각으로 산란되는 광을일차출사/재입사면을 향해 전반사할 수 있는 각도로 설정되고,
    각도 δ는 일차출사/재입사면에서 일차로 출사된 광을 모두 최종출사면의 중앙부로 향하게 반사할 수 있는 각도로 설정되며,
    각도 φ는 일차출사/재입사면에서 일차로 출사된 광이 반사경에서 반사되어 모두 최종출사면의 중앙부로 향하도록 굴절시키는 각도로 설정되는 것을 특징으로 하는 광학식 지문취득 장치.
  4. 청구항 1 또는 2에서, 상기 프리즘의 일차출사/재입사면과 반사경이 이루는 사이의 공간에 광투과성 재질이 채워지는 것을 특징으로 하는 광학식 지문취득 장치.
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