KR20030036051A - 지문 입력 장치 - Google Patents

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KR20030036051A
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닛폰 덴키(주)
하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

지문 입력 장치는 광을 방출하는 광원(2)과, 손가락(1)이 손가락(1)의 지문상(fingerprint image)을 채취하기 위해 접촉되는 손가락 접촉면을 갖는 파이버 옵틱 플레이트(fiber optic plate: 3)를 포함한다. 광원(2)으로부터의 광은 우선적으로 손가락(1) 내부로 도입되어 손가락(1)의 내부에서 산란되고, 출사 광으로서 손가락(1)의 표면을 통해 손가락 밖으로 나간다. 출사 광을 이용함으로써 지문상이 형성된다. 광원(2)은 광원(2)으로부터의 광이 손바닥 측(side) 상의 제 1 관절을 포함하는 손가락(1) 부분의 실질적인 중앙으로 들어가고, 광원(2)이 손가락(1)과 접촉되도록 배치된다.

Description

지문 입력 장치{Fingerprint input apparatus}
본 발명의 배경
본 발명은 지문 입력 장치에 관한 것으로, 특히, 2차원 이미지 센서를 사용하여 지문상(fingerprint image)을 얻기 위한 광학 지문 입력 장치에 관한 것이다.
2차원 이미지 센서를 이용하는 광학 지문 입력 장치로서, 광 반사형 지문 입력 장치와 광 투과형 지문 입력 장치가 알려져 있다. 최근에는, 광 투과형 지문 입력 장치가 주목받고 있다. 광 투과형 지문 입력 장치에서, 우선 광이 손가락의 내부로 들어가고, 손가락 내부에서 산란되고, 출사 광으로서 손가락의 표면을 통해 손가락 밖으로 나간다. 출사 광을 이용하여, 지문상이 형성된다. 광 투과형 지문 입력 장치에서, 지문 식별 또는 조합(collation)은 손가락의 피질(skin) 밖으로 나오는 출사 광의 광량(light quantity)이 지문상이 얻어지는 손가락의 대상 표면에 대해 보다 균질(uniform)하므로 보다 안정적이고 신뢰할 수 있게 행해진다. 광량이 불균질하다면, 수정을 위해 보다 많은 양의 계산이 요구된다. 이 경우에 지문 입력 장치의 가격, 크기, 및 전력 소비를 줄이기 어렵다. 그러므로, 광량의 균질화를 달성하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 측정면으로서 대상 표면과 마주보고 있는 손가락의 반대측으로부터 광이 조사된다.
한편, 지문 입력 장치의 크기와 두께의 감소에 대한 최근의 요청에 부합하기 위해서, 도 1 내지 도 3에 도시된 방법들이 사용된다. 특히, 도 1에 도시된 방법에서, 광원으로부터의 광이 손가락의 끝으로 조사된다. 도 2a 및 2b에 도시된 방법에서, 광원으로서 LED들(발광 다이오드들)로부터의 광이 손가락의 옆 면들에 조사된다. 도 3에 도시된 방법에서, LED들로부터의 광이 손가락의 측정면에 조사된다.
하지만, 이들 방법들에서, 측정면의 광량은 불균질하다. 광량의 불균질성의 수정은 필연적으로 계산량의 증가를 요한다.
도 4를 참조하면, 사용되는 또 다른 방법이 개시된다. 이 방법에서, 복수의 광파이버들(optical fibers)의 다발(bundle), 즉 광파이버 다발을 포함하는 파이버 옵틱 플레이트(100)가 지문상을 얻기 위해서 사용된다. 광파이버들 각각은 파이버 옵틱 플레이트(100)의 손가락 접촉면의 법선에 대해 특정의 경사각으로 경사진 파이버 축(fiber axis)을 갖는다. 이 방법은 종종 광 조사 시스템으로서 광 투과 시스템(light transmissive system)을 채택한다. 지배적으로, 광은 손가락(도 4)의 측정면과 마주보는 반대측에 위치되는 조명 장치에 의해, 또는 손가락(도2a 및 2b)의 옆 측들(lateral sides)에 위치되는 광원에 의해 조사된다. 드물게, 도 1과 관련하여 상술한 바와 같은 손가락의 끝에 광을 조사하는 방법이 사용된다.
파이버 옵틱 플레이트를 사용하는 방법은 또한 광 반사 지문 입력 장치(optical reflective fingerprint input apparatus)에 적용가능하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광원으로부터의 광은 측면에서 또는 비스듬히 손가락의 측면들에서 파이버 옵틱 플레이트의 광파이버 다발로 조사되고, 손가락의 측정면으로 안내되고, 지문 골들에서 확산 반사되고, 이후 광파이버 다발로 안내된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 또 다른 기존의 방법이 설명되어 있다. 광 투과 링(light transmitting ring:110)이 손가락의 위치를 정하기 위해 사용된다. LED들로부터 방출된 광은 하측 또는 비스듬히 상기 링(110)의 하측으로부터 조사되고, 링(100)을 통해 파이버 옵틱 플레이트(100) 상에 위치된 손가락에 주입된다. 손가락을 통해 투과된 광은 파이버 옵틱 플레이트(100)의 광파이버 다발을 통해 2차원 센서로 가이드(guide)된다. 이 경우에, 광은 손가락에 대한 광 가이드로서의 링(110)을 통해 가이드된다. 그러므로, 광은 그것의 측면들로부터 손가락에 조사된다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 기존의 지문 입력 장치는 LED들로부터 손가락으로 광을 가이드하기 위한 조명용 광파이버들과 손가락을 통해 투과된 광을 2차원 센서에 가이드하기 위한 측정용 광파이버들의 조합을 포함하는 파이버 옵틱 플레이트(100')를 포함한다. 도 7b로부터 알 수 있는 것과 같이, 조명용 광파이버들은 측정용 광파이버들에 대해 기울어져 있다.
2차원 센서를 이용하며 얇은 프로파일(profile)(렌즈나 프리즘을 사용하지 않음)을 갖는 지문 입력 장치들에서, 2차원 센서는 손가락에 축적된 정전기적 전하들(electrostatic charges)에 의해 영향을 받는다. 정전기적 전하들은 매우 강한 전기 에너지를 가지므로, 2차원 센서가 파괴될 수 있다. 정전기적 전하들에 의한 영향을 피하기 위해서, 틴 옥사이드(tin oxide)와 같은 투명 전극층은 센서의 표면에 형성되고 센서가 광센서인 경우에 접지된다.
센서가 정전 용량형 센서인 경우에, 정전방지 전극(antistatic electrode)을 이것의 표면에 붙일 수 없다. 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 도면번호 17로 표기된 정전 용량형 센서에는 그의 감지 또는 측정면 주변에 비교적 넓게 형성되고 접지된 전기전도성 마스크(electroconductive mask:16)가 제공된다.
최근에는, 안정성과 해상도의 관점에서 광 지문 입력 장치가 주목되고 있다. 또한, 이동 또는 셀룰러 전화기들의 광범위한 보급 및 전화 대화를 넘어서는 이동전화기들의 사용 범위의 확대에 따라, 보안성, 특히 개인 인증(personal authentication)에 대한 요청이 증가하고 있다. 그러므로, 안정하고 신뢰할 수 있게 동작가능하며, 크기, 두께, 전력 소비, 및 가격을 줄인 지문 입력 장치의 제공이 요청되고 있다. 상술한 배경으로부터, 파이버 옵틱 플레이트 및 2차원 센서를 이용하는 지문 입력 장치가 지배적으로 사용된다.
그러한 유형의 지문 입력 장치에서, 지문 포커싱 부분(fingerprint focusing portion)은 두께가 감소되어 있다. 하지만, 광 조사 구조에서, 측정면에서 광량의 불균질성의 감소 및 크기와 두께의 감소 사이의 흥정(trade off)으로 인해 아직 만족할만한 기술이 없다. 측정면에서의 광량의 불균질성을 최소화하기 위해서, 최상의 접근법은 측정면에 반대쪽에 있는 손가락의 반대측, 즉 손톱 측으로부터 광을 조사하는 것이다. 하지만, 이 접근법은 손가락의 두께보다 더 넓은 공간을 요구하고, 점점 더 광범위하게 사용될 이동 전화기와 같은 최소형화된 장치에 적용될 수 없다. 따라서, 공간적인 제약으로 인해, 손가락의 측면 또는 손가락의 측정면 측으로부터의 광 조사 이외의 다른 어떤 방법을 사용하는 것이 불가능하다. 하지만, 측면으로부터 또는 손가락의 측정면의 측으로부터 광 조사는 다음과 같은 점에서 이롭지 못하다.
예를 들어, 도 6과 관련하여 설명되는 방법을 생각해 보자. 이 방법에서, 광은 손가락 위치 가이드로서 기능하는 광 투과 링(110)을 통해 손가락의 하측으로부터 비스듬히 조사된다. 특히, 광은 광원(LED들)에서 공기중으로 방출되고, 그후에, 손가락 위치 가이드로서의 링(110)으로 들어간다. 이 구조는 광 손실이 크고, 광 손실을 보상하기 위해서는, 광원의 휘도(brighness)가 증가되어야 한다. 이는 전력 소비를 증가시킨다. 한편, 전력 소비를 증가시키지 않고 불충분한 광량을 보상하기 위해서는, 광이 손가락 위치 가이드로서의 링(110)을 통해 측정면 가까이에서 조사되어야 한다. 이는 측정면에서의 광량의 불균질성을 증가시킨다.
광이 도 1에 도시된 바와 같이 손가락의 끝에 조사되는 경우에, 광원으로부터의 광은 종종 측정면에 접하고 있는 광파이버들로 직접 들어간다. 또한, 손가락 근원 근처의 손가락 부분에서 수신되는 광량은 불충분하다.
도 7a 및 7b 및 5와 연계하여 설명되는 방법들에서, 광은 손가락의 측정면에 직접 조사된다.
도 7a 및 7b에서, 광 조사를 위한 조명용 광파이버들은 지문 측정을 위한 측정용 광파이버들에 인접하여 배치되고 측정용 광파이버들에 대해 기울어져 있다. LED들로부터의 광은 조명용 광파이버들을 통해 손가락에 조사된다. 이 경우에, 해상도가 조명용 광파이버들을 포함하고 있기 때문에 열화된다. 또한, 파이버 옵틱플레이트는 서로로부터 연장하는 방향과는 다른 조명용 광파이버들과 측정용 광파이버들의 조합에 의해 준비되어야 한다. 그 결과 제조 단가가 증가한다. 그러므로, 이 방법은 낮은 가격에 대한 요구를 만족시키지 못한다.
도 5에서, 광은 파이버 옵틱 플레이트의 광파이버 다발의 하측으로부터 비스듬히 손가락에 조사된다. 이 경우에는, 조명용 광파이버들이 필요하지 않다. 광은 측정용 파이버들(클래딩(cladding) 부분들을 포함)을 통해 손가락의 측정면에 조사된다. 지문 골(valley)에서 공기층으로 산란되는 광은 밝은 부분으로서 측정된다. 그러므로, 이 방법은 기본적으로 광 반사형의 측정법이다. 한편, 외부 광(주간(daytime)에 측정)은 광 투과형으로 작용한다. 그러므로, 제거 지점들(canseling points)이 존재하고 그 결과 측정이 불안정해 진다.
현재 공지된 작은 크기의 지문 입력 장치의 기술로서, 일본 특개평 제3045629호의 청구항 3에 기개된 발명을 참조한다. 본 발명과 유사한 동작 원리가 이미 공지되어 있다. 동작 원리는 광이 대상으로서의 손가락에 직접 조사되고 손가락에서 산란된 후 그로부터 나올 때, 오목부(골(valley))로부터 들어오는 광의 프랙션들(fractions) 및 지문의 돌기부(마루(ridge))가 서로 다른 정도로 파이버 옵틱 플레이트의 광파이버들에 입사된다는 사실에 기초한다. 특히, 돌기부로부터 들어오는 광의 프랙션은 돌기부의 끝이 광파이버의 끝면과 접촉되므로 광파이버의 개구수 각도(aperture angle)에 대해 작은 손실을 보며 광파이버에 입사된다. 한편, 오목부로부터 들어오는 광의 프랙션은 지문의 골에서 공기층으로 들어간다. 공기층을 통과하는 광의 프랙션은 입사각이 손가락 접촉면의 법선에 대해 보다 크기 때문에 보다 큰 반사율로 파이버 옵틱 플레이트의 손가락 접촉면에서 반사된다. 그러므로, 반사율이 큰 각도로 광파이버 축이 기울어지고, 파이버가 작은 수의 개구수를 갖는 다면, 공기층으로부터 광의 프랙션은 광파이버로 거의 들어가지 못한다. 돌기부에서는, 경계면에서의 반사율이 작아 그 영향이 거의 없다. 그러므로, 광파이버에의 입사율은 돌기부로부터 들어오는 광의 프랙션과 오목부로부터 들어오는 광의 프랙션간에 서로 다르다. 이는 높은 콘트라스트(contrast)를 야기한다. 상술된 개념은 이미 공개된 미국특허 제4,932,776호에 개시되어 있다. 한편, 일본특개평 제3045629호의 청구항 3에 따라, 지문의 골에서 공기층으로부터 들어오는 광이 광파이버 다발로 들어가는 경우에 임계각이 존재하고, 광파이버의 축은 임계각이 광파이버의 수적인(numerical) 개구수를 넘도록, 즉 총 반사 임계각의 범위를 넘도록 기울어져야 한다. 하지만, 공기층에서 공기의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 광파이버로 광이 입사하는 경우에, 임계각은 원리적으로 존재하지 않으며, 반사율은 각도가 증가함에 따라 간단히 증가된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 입사각 θ1은 50%의 반사율이 임계각에 대응한다는 가정하면 85°와 같다. 그러므로, 광파이버의 축은 85°로 기울어져야 한다. 이 경우에, 광파이버의 끝면은 극히 긴 타원 모양을 갖는다. 해상도는 장축 방향과 단축 방향에서 상당히 다르다. 이는 장축 방향에서의 해상도가 열화되는 불이익을 낳는다. 상기 사항을 고려해보면, 실제 응용에서 미국특허 제4,932,776호에 개시된 개념에 기초하여 최적의 조건을 찾는 것이 필요하다.
파이버 옵틱 플레이트를 이용하는 방법에서, 손가락에 축적된 정전기적 전하들의 강한 전기 에너지는 이미지 센서로서 사용되는 LSI(Large Scale Integrated Circuit)의 동작에 영향을 미친다. 그러므로, 정전기적 전하들이 감소되어야 한다. 상술한 기존의 기술에서, 센서의 측정면에는 ITO(Indium Tin Oxide) 막(film)과 같은 박막의 투명한 전극층이 제공된다. 하지만, 박막은 많은 양의 정전기적 전하들이 순간적으로 방전될 수 없도록 큰 전기 저항을 갖는다. 또한, 정전기적 전하들의 방전은 박막 자체를 열화시킬 수 있다. 또한, 박막은 긴 시간 주기 동안 손가락과 반복된 접촉의 결과 닳아지게 되어 방전하는 정전기적 전하의 성능이 열화된다. 도 8a 및 8b와 연계하여 설명한 바와 같이, 정전 용량형 센서(17)에는 ITO 막과 같은 정전방지 전극을 그 표면에 붙일 수 없으므로 정전방지 마스크로서 측정면 주변에 비교적 넓게 형성된 전기전도성 마스크(16)가 제공된다. 하지만. 정전 용량형 센서(17)의 표면은 비교적 두꺼운 절연막 등에 의해 보호될 수 없다. 그러므로, 손가락이 정전방지 마스크에 접근하기 전에 우선적으로 손가락이 센서에 가까이 근접해 오면, 정전기 전하들이 센서에 방전되어 센서를 파괴시킨다.
발명의 요약
그러므로, 본 발명의 목적은 광원으로부터의 광이 손바닥 상의 제 1 관절 또는 분절(articulation)을 포함하는 손가락의 일부의 실질적인 중심에 입사되고, 광원은 손가락과 접속되어 적응되도록 광원을 배치함으로써 크기가 줄어든 광 투과형 지문 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 다른 지문 입력 장치들은 다음과 같다.
(1) 지문 입력 장치는 광을 방출하는 광원과, 손가락이 손가락의 지문상(fingerprint image)을 채취(pick up)하기 위해서 접촉되는 손가락 접촉면을 갖는 플레이트(plate)를 포함하는 지문 입력 장치로서, 지문상이 광원으로부터의 광을 손가락 내부로 도입하고 손가락 내부에서 광을 산란시키고, 상기 지문상을 형성하기 위해 손가락의 표면을 통해 손가락의 밖으로 나오는 광을 수집(collecting)함으로써 얻어지는, 지문 입력 장치에 있어서,
광원은 광원으로부터의 광이 손가락의 손바닥측 상의 제 1 관절(joint)을 포함하는 손가락 부분의 실질적인 중앙으로 들어가고, 광원이 손가락과 접촉하도록 배치된다.
(2) 손가락의 손바닥측 상기 제 1 관절을 포함하는 부분은 10mm만큼 제 1 관점보다 손가락의 손가락 끝에 가까운 선(line)과 손가락의 손바닥측 10mm만큼 상기 제 1 관절보다 손가락끝으로부터 더 먼 다른 선 사이의 영역인, 단락 (1)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(3) 플레이트는 한 다발의 복수의 광파이버들의 포함하는 파이버 옵틱 플레이트인, 단락 (1)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(4) 파이버 옵틱 플레이트의 광파이버들 각각은 플레이트의 손가락 접촉면의 법선에 대해 소정의 경사각에서 손가락의 근원(base)쪽으로 기울어진 파이버 축을 가지며, 경사각은 법선에 대해 45°내지 60°사이의 범위 내에 있는, 단락 (3)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(5) 파이버 옵틱 플레이트는 접지된 전기전도성 물질에 의해 둘러싸인 주위 끝면(peripheral end face)을 갖는, 단락 (3)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(6) 전기전도성 물질은 파이버 옵틱 플레이트의 손가락 접촉면의 끝 부분으로 올라가는 형상인, 단락 (5)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(7) 전기전도성 물질은 차광성 물질(light-shielding substance)인, 단락 (5)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(8) 파이버 옵틱 플레이트의 손가락 접촉면은 손가락을 위치를 정하는 작용을 하며, 손가락의 손가락끝이 제 1 관절을 포함하는 부분을 제외하고는 돌기부에 의해 둘러싸이는 모양을 갖는 돌기부를 가지며, 돌기부는 손가락에 면하는 한 변이 손가락을 따라 확장하는 단면(section)을 갖는, 단락 (1)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(9) 돌기부에 위치되는 부가적인 광원을 더 포함하며, 돌기부는 부가적인 광원으로부터의 광을 투과시키는, 단락(8)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(10) 돌기부는 손가락에 면하는 단면의 한 변에 의해 정의되고 손가락에 맞도록 적응된 경사면을 가지며, 경사면은 손가락 근원에 근접한 제 1 절반 영역에 형성된 차광부를 가지며, 부가적인 광원으로부터의 광은 손가락의 손가락 끝에 근접한 경사면의 제 2 절반 영역으로부터 손가락 쪽으로 조사되는, 단락 (9)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(11) 광원은 820 내지 980nm 사이의 파장을 갖는 근적외광(near infrared light)을 방출하도록 적응된, 단락 (1)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(12) 광원은 광을 방출하기 위한 발광소자 칩과, 광 투과 플라스틱 재료(light transmitting plastic material)로 만들어지고 발광소자 칩을 둘러싸는 패키지를 포함하고,
상기 광 투과 플라스틱 재료는 손가락 피질의 굴절률인 1.8보다 크지 않은 굴절률을 갖는, 단락 (1)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
(13) 플레이트는 그 주위에, 손가락을 올바른 위치로 가이드(guide)하도록 광을 방출하기 위해 배치되는 가이드 광원이 제공되는, 단락 (1)에 설명된 바와 같은 지문 입력 장치.
도 1은 손가락 끝에 광을 조사하는 기존의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 2a 및 2b는 손가락의 옆 면으로부터 광을 조사하는 기존의 기술을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.
도 3은 손가락 아래 측으로부터 광을 조사하는 기존의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 4는 다른 기존의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 5는 또 다른 기존의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 6은 또 다른 기존의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 7a 및 7b는 각각 기존의 지문 입력 장치의 개략도 및 거기에 사용되는 파이버 옵틱 플레이트의 투시도.
도 8a 및 8b는 기존의 정전 용량형 센서(static capacitive sensor)의 투시도 및 단면도.
도 9는 지문 골(valley)(공기)로부터 들어오는 광이 광파이버로 들어갈 때 광 투과율과 입사각 사이의 관계를 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지문 입력 장치의 개략도.
도 11은 도 10(제 1 관절 아래에 LED를 가짐)의 지문 입력 장치의 2차원 센서에 의해 판독된 지문상의 휘도 분포를 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지문 입력 장치의 개략도.
도 13은 손가락에서 광 방향들의 분포를 설명하기 위한 도면.
도 14a 및 14b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지문 입력 장치의 일부의 투시도 및 단면도.
도 15a 및 15b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 지문 입력 장치의 일부의 투시도 및 단면도.
도 16은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 지문 입력 장치의 개략도.
도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 지문 입력 장치의 개략도.
도 18은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 지문 입력 장치의 개략도.
도 19는 LED 패키지가 손가락(P →손가락(100% 접촉률))과 접촉될 때의 LED 패키지 재료(P)의 굴절률과 광 투과율 사이의 관계를 보여주는 도면.
도 20a 및 20b는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 지문 입력 장치의 개략도 및 평면도.
도 21은 제 1 관절 아래에 LED가 없는 지문 입력 장치의 2 차원 이미지 센서에 의해 판독된 지문상의 휘도 분포를 보여주는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 손가락2: 광원
3: 파이버 옵틱 플레이트4: 2차원 이미지 센서
24: 지문상 처리 회로25: 지문 조합 회로
바람직한 실시예들의 설명
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 가지 바람직한 실시예들을 설명한다.
우선 도10을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지문 입력 장치는 광 투과형이고, 손가락(1)이 손가락(1)의 지문상을 채취하기 위해서 접촉되는 손가락 접촉면을 갖는 파이버 옵틱 플레이트(3)와, 광을 방출하는 광원(2)을 포함한다. 광원(2)으로부터 방출된 광은 우선적으로 손가락(1)의 내부에 도입되고, 손가락(1)의 내부에서 산란되고, 출사 광으로서 손가락(1)의 표면을 통해 손가락(1)의 밖으로 나온다. 출사 광을 사용하여, 지문상이 형성된다. 광원(2)은 광원(2)으로부터의 광이 손바닥 측 상의 제 1 관절을 포함하는 손가락(1) 부분의 실질적인 중앙으로 들어가고, 광원(2)는 손가락(1)과 접촉되도록 적응된다.
바람직하게, 손바닥 측 상의 제 1 관절을 포함하는 손가락(1) 부분은 손바닥 측 상의 손가락(1)의 제 1 관절 위아래로 10mm 내의 영역이다. 즉, 손가락의 손바닥 측 상의 제 1 관절을 포함하는 상기 부분은 10mm 만큼 제 1 관절보다 손가락의 손가락 끝에 가까운 선과 손가락의 손바닥측 상에서 10mm만큼 제 1 관절보다 손가락끝으로부터 더 먼 다른 선 사이의 영역이다.
파이버 옵틱 플레이트(3)는 복수의 광파이버들 다발을 포함한다. 광원(2)으로부터의 광은 우선적으로 손가락(1)에 도입되고 손가락(1)에서 산란되고, 출사 광으로서 손가락(1)의 표면으로부터 나온다. 출사 광은 파이버 옵틱 플레이트(3)의 광파이버들을 통해 2차원 센서(4)에 가이드된다. 출사 광이 제공되는, 2 차원 이미지 센서(4)가 지문상을 형성한다.
지문 입력 장치는 광원(2)과 파이버 옵틱 플레이트(3)를 제외한 영역에서 형성되는 차광부(light shielding portion: 9)가 제공되는 측정면(또는 손가락 접촉면)을 갖는다.
2차원 이미지 센서(4)에 의해 형성된 지문상은 지문상 처리 회로(fingerprint image processing circuit:24)에 전송된다. 지문상이 공급되면, 지문상 처리 회로(24)는 화상 처리 출력 신호를 산출하기 위해 지문상에 소정의 화상 처리를 실행한다. 지문상 처리 회로(24)는 지문 조합 회로(fingerprint collation circuit:25)에 화상 처리 출력 신호를 공급한다. 지문 조합 회로(25)는 지문 조합을 행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 광원(2)이 배치되어 광원(2)으로부터의 광이 손바닥 상의 제 1 관절을 포함하는 손가락(1)의 실질적인 중앙으로 들어가고 광원(2)이 손가락(1)과 접촉하도록 적응되는 기본적인 기술이다.
기존의 기술에서, 광 조사는 다음과 같이 행해졌다. 광원으로부터 방출된 광은 일단 공기 중으로 나가고 그후에 손가락에 조사된다. 대안으로, 광원으로부터 방출된 광은 공기를 통과하여, 손가락 위치 가이드 등에 들어가고, 손가락 가이드로부터 나온 후, 손가락으로 들어간다. 그러므로, 광량의 50 내지 80%가 손실된다. 이 손실을 보상하기 위해서, 광은 측정부 근처로부터 손가락으로 도입되어야 한다. 측정부에서, 광량은 광이 중앙 영역과 도입되는 위치에 가까운 주변 영역 사이의 차가 상당하다. 이는 안정적이고 신뢰할 수 있는 측정을 방해한다.
본 발명에서, 손가락(1)의 제 1 관절과 손가락끝 사이의 중간 위치에 있는 중간부가 측정부로서 사용된다. 근적외광원(2)은 제 1 관절에 대응하는 위치에 위치되고 측정부로부터 적당한 거리에 떨어져 있다. 광이 상술한 거리를 넘어 전진하는 동안, 광은 광량의 불균질성이 감소되도록 손가락(1) 내에서 산란된다. 보상에 있어, 광이 손가락(1)의 옆 측들로부터 조사되는 경우에, 광량은 불균질하고 중앙 영역에서 불충분하므로 지문상이 중앙 영역에서 어둡다. 이 실시예에서, 제 1 관절에 대응하는 위치에 하나의 광원(2)을 배치시킴으로써, 광원(2)으로부터의 광은 제 1 관절 근처의 측정면 부분을 조사할 뿐만 아니라 손가락끝까지 측정면의, 상술된 바와 같이 어두워지는 경향이 있는 중앙 영역의 광량을 보상한다. 따라서, 콘트라스트가 전체적으로 증가되고 광량의 불균질성이 억제된다.
상술한 효과가 도 11에 도시되는 실제 측정 결과로부터 보여진다(도 10의 2차원 이미지 센서(4)에 의해 판독된 휘도 분포(brightness distribution)). 또한, 본 발명에서, 손가락(1)은 광원(2)과 압축하여 접촉된다. 그러므로, 광이 공기를 통과하지 않아 손가락(1)과 광원(2) 사이의 경계에서 광 손실이 줄어든다. 달리 말해서, 광 손실이 작으므로, 낮은 전력에 의해 구동되는 광원(2)이 충분하다. 특히, 제 1 관절 근방의 위치에 광원(2)을 배치시킴으로써, 지문상을 형성하기에 충분한 조명효과와 광량의 불균질성을 억제하는 균등화 효과(equalizing effect) 둘 모두를 달성하는 것이 가능하다. 상술한 기본적인 기술에 의해, 기존 기술의 단점이 상당히 억제되거나 감소될 수 있다. 하지만, 다음의 기술들을 조합함으로써, 실제 사용 중에 성능 및 안정성을 더 향상시킬 수 있다.
(1) 도 12를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지문 입력 장치가 개시된다. 파이버 옵틱 플레이트(3)의 광파이버들 각각은 파이버 옵틱 플레이트(3)의 손가락 접촉면의 법선에 대해 경사각 θ'(45°< θ'< 60)에서 손가락(1)의 바닥 쪽으로 경사진 파이버 축을 갖는다.
이러한 구조로, 광량의 불균질성이 감소되고, 콘트라스트가 향상된다. 따라서, 열등한 측정 조건들 하에서조차, 안정한 측정이 행해질 수 있다.
도 13을 참조하면, 상술한 효과의 메커니즘이 설명된다. 도 13에서, 화살표들(19) 각각은 손가락 내의 각 지점에 입사하거나, 광원으로서 동작하는 지점으로부터 방출되는 광의 세기와 방향을 나타낸다. 참조번호 20은 광파이버의 클래딩(cladding)을, 21는 광파이버의 코어(core)를, 22는 지문 돌기부(마루)를,23은 지문 오목부(골)를, Po는 2차원 광원으로서 간주되는 위치를, P1은 2차원 광원 근처의 위치를, P2는 2차원 광원으로부터 먼 위치를, P3은 2차원 광원 근처의 지문 돌기부의 위치를, P4는 2차원 광원 근처의 지문 오목부의 위치를, P5는 2차원 광원으로부터 먼 지문 돌기부의 위치를, P6은 2차원 광원으로부터 먼 지문 오목부의 위치를, P0-18 내지 P6-18은 P0내지 P6의 위치들에서의 광 방향 분포들을, θc는 광파이버 내의 전반사 전파 임계각(total reflection propagation critical angle)을 나타낸다.
손가락은 광의 산란에 적응되는 성질을 갖는다. 그러므로, 손가락의 광 방향 분포는 도 13에 도시된 바와 같이 사이클(circle)에 접근하게 된다. 특히, 도 13의 임의의 지점에 대한 입사 광의 방향이 고려될 것이다. P0는 손가락 뼈 등의 반사에 의해 형성되는 2차원 광원의 중심 위치라고 가정한다. 그후에, 2차원 광원의 위치 P0로부터의 광은 강하게 분포한다. 하지만, 광은 또한 광 방향 분포가 타원형(도 13의 P1-18 및 P2-18)을 갖도록 다른 방향들로 입사된다. 또한 지문 돌기부에서, 상술한 경향이 관찰된다. 하지만, 골 등의 모양으로 인해, 그 방향이 약간 변하게 된다(도 13의 P3-18 및 P5-18). 광파이버의 파이버 축이 그 방향으로 지향되면, 보다 많은 광량이 광파이버의 전반사 임계각(도 13의 θc) 내에서 도입되어, 밝은 부분이 더 밝아진다. 한편, 지문 골에서 공기층으로 들어가는 광은 손가락과 공기 사이의 경계에서의 커다란 반사와 골과 손가락 사이의 반사로 인해 상당히 산란된다. 따라서, 광 방향 분포는 사이클(도 13의 P4-18 및 P6-18)에 가까워진다. 또한, 광파이버의 끝 면과 공기 사이의 경계에서 반사가 일어난다. 그러므로, 광파이버에 입사하는 광은 더 감소된다. 상술한 이유로 인해, 골 내의 광은 광파이버 축의 기울기와 상당한 상관(correlation)을 갖지 않는다. 또한, 임계각이 반사시에 존재하지 않는다. 그러므로, 입사각(입사하는 각도 θ1)이 도 9에 도시된 바와 같이, 80°와 같거나 그것보다 크면, 반사가 간단히 증가된다. 그러므로, 광파이버의 입사각 및 방향은 광원의 위치와 관련되고 최적의 값들을 갖는다. 실험 사실로서, 광파이버 축이 법선에 대해 45°내지 60°의 각도로 기울어져 있는 파이버 옵틱 플레이트를 사용하고, 광파이버를 제 1 관절에 근접하여 위치된 광원 쪽을 향하도록 하기 위한 최적조건이 찾아진다.
(2) 도 14a 및 14b를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지문 입력 장치가 설명된다. 파이버 옵틱 플레이트(3)는 전기전도성 물질(12)에 의해 둘러싸인 주위 끝 면을 갖는다. 전기전도성 물질(13)은 접지된다.
도 15a 및 15b를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지문 입력 장치가 설명된다. 전기전도성 물질(13)은 파이버 옵틱 플레이트(3)의 손가락 접촉면의 끝부분(15) 상에 이른다.
전기전도성 물질(13)은 차광 물질이다.
기존의 얇은 프로파일 지문 입력 장치에서, 손가락 내에 축적되는 정전기적전하들로 인해 2차원 이미지 센서(4)의 특성 또는 센서(4)의 파괴의 영향은 센서가 광 타입(optical type)이지만 무시할 수 있는 것이 아니다. 그러므로, 효과적인 반정전(antistatic) 장치가 필요하다. 본 발명에서, 파이버 옵틱 플레이트(3) 주위 끝 면은 전기 전도성 및 차광 성능 둘 모두를 갖는 금속과 같은 전기전도성 물질(13)로 둘러싸여 있다. 전기전도성 물질(13)은 손가락 접촉면의 끝부분(15) 상에 이른다. 전기전도성 물질(13)을 접지시킴으로써, 손가락에 축적되는 전정기적 전하들이 효과적으로 이탈된다. 또한, 전기전도성 물질(13)은 파이버 옵틱 플레이트(3)의 측면을 통해 외부의 방해 광(disturbance light)의 원하지 않는 침입을 회피하게 한다. 따라서, 전기전도성 물질(13)은 이중의 효과들을 갖는다.
(3) 도 16을 참조하면, 제 5 실시예에 따른 지문 입력 장치가 개시된다. 파이버 옵틱 플레이트(3)의 손가락 접촉면에는 손가락(12)을 위치시키기 위해서 제 1 관절을 포함하는 상술한 부분을 제외한 손가락(1)의 지문을 둘러싸도록 적응된 돌기부(5)가 제공된다. 돌기부(5)는 손가락과 접하고 있는 한 측이 손가락(1)을 따라 연장하는 단면(section)을 갖는다.
도 17을 참조하면, 제 6 실시예에 따른 지문 입력 장치가 개시된다. 돌기부(5)에는 부가적인 광원(6)(LED 등)이 제공된다. 부가적인 광원(6)으로부터 방출된 광은 돌기부(5)를 통해 지나간다.
그러므로, 도 16 및 17에 도시된 바와 같이. 돌기부(5)는 지문 측정을 행하기 위해 손가락을 위치시키기 위한 가이드(guide)로서 형성된다. 가이드(돌기부(5))는 광 투과형(light-transmissible)이며 일반적으로 삼각형의 단면을 갖는다. 손가락(1)이 접촉되는 상부면만은 손가락을 접촉시켰을 때 불안정한 느낌이 일어나지 않도록 손가락(1)의 곡선에 맞는 모양을 갖는다. 가이드 (돌기부(5))가 있으므로, 가이드(돌기부(5))를 통해 방출되는 조명광의 보다 큰 양이 손가락(1)에 가이드되도록 손가락 접촉영역이 증가된다. 가이드(돌기부(5))의 이러한 단면은 일반적으로 삼각형이며, 손가락과 접하고 있는 측의 다른 반대 측(면)에 반사된 광은 손가락(1)쪽으로 진행한다. 손가락 및 손가락(1)과 접촉하고 있는 상부면 사이의 경계에서, 가이드(돌기부(5)) 재료 및 손가락(1) 피질 사이의 굴절률에 약간의 차이가 존재한다. 그러므로, 광이 대부분 손가락(1)에 투과된다. 손가락(1)이 예컨대, 어린아이와 같은 작은 손가락인 경우에, 손가락(1)이 가이드(돌기부(5))에 접촉하지 않고, 상술한 광 메커니즘은 동작하지 않는다. 하지만, 가이드로부터 방출되는 광의 옆면 성분들(lateral components)이 손가락(1)의 옆 측들에 조사되고 손가락에 주입된다. 가이드(돌기부(5)) 없이, 광의 상술한 성분들은 실질적으로 이용되지 않는다.
(4) 도 18을 참조하면, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 지문 입력 장치가 개시된다. 가이드(돌기부(5))는 손가락(1)과 접하는 단면의 한 측에 의해 정의되고 손가락(1)에 맞도록 적응되는 경사면을 갖는다. 경사면은 손가락(1)의 바닥 근처의 제 1 절반 영역에 형성되는 차광부(7)를 갖는다. 부가적인 광원(6)으로부터의 광은 손가락(1)의 손가락끝 근처의 경사면의 제 2 절반 영역으로부터 손가락(1)쪽으로 조사된다.
가이드(돌기부(5))는 측정면 근접하여 위치된다. 그러므로,가이드(돌기부(5))로부터의 광이 광학적 누화(optical crosstalk)를 일으키도록 측정면에 입사될 수 있다. 또한, 광이 측정면으로부터 아주 가까운 위치에서 손가락(1)에 도입되는 경우에, 광량의 불균질성이 증가된다. 상기의 관점에서, 측면에 매우 가까운 부분에는 차광부(7)를 형성하기 위해서 차광 재료로 덮여 상기 누화 및 광량의 불균질성이 억제된다.
(5) 본 발명의 제 1(도10), 제 2(도12), 제 5(도16), 제 6(도17), 및 제 7(도18) 실시예들에서, 광원(2)은 82 내지 980nm 사이의 파장을 갖는 근적외광을 발생한다. 광원(2)이 근적외광원인 경우에, 손가락(1)에의 광 감쇠가 작으므로 저전력이라도 선명한 화상이 얻어진다. 이것은 광의 불균질성이 감소될 수 있도록 광원(2) 및 측정부[측정면] 사이의 거리를 보다 크게 하는 것을 가능하게 한다.
(6) 제 1 실시예(도10)에서, 광원(2)은 광을 방출하기 위한 광 방출 소자 칩으로서의 LED(2a)와, 광 투과 플라스틱 재료로 만들어지고 LED(2a)을 덮는 패키지(2b)를 포함한다. 광 투과 플라스틱 재료는 손가락(1) 피질의 굴절률 1.8보다 크지 않은 굴절률을 갖는다.
따라서, LED(2a)의 패키지(2b)는 실질적으로 투명한 플라스틱 재료이다. 일반적으로, 플라스틱 재료의 굴절률은 관심대상이 아니다. 하지만. 저전력으로 동작되는 지문 입력 장치에서는, 약간이라도, 손가락에 대한 광 투과율을 증가시키는 것이 필요하다. 그러므로, 플라스틱 재료의 굴절률은 가능한한 손가락 피질의 굴절률(1.8)에 가까운 것이 바람직하다. 하지만, 손가락의 굴절률보다 작은 범위에서, 투과율의 감소는 현저하지 않다. 구현될 수 있는 바람직한 범위로서, LED 패키지재료의 굴절률(P)은 1.5보다 크지 않다. 이 경우에, 광 손실은 도 19(도 19의 P --> 손가락(100% 접촉률)을 보라)에 도시된 바와 같이 20% 또는 그 보다 적게(광 투과율이 0.80 또는 그 보다 큼) 억제된다. 일단 LED로부터의 광이 패키지에서 공기로 나간 후 손가락(도 19의 P--> 손가락(100% 접촉률)을 보라)으로 들어가는 경우에, 패키지에서 공기로 진행 시의 투과율은 작다. 그러므로, LED 패키지 재료의 굴절률(P)은 1.5와 같고, 광 손실은 60% 또는 그 보다 크다.
도 20a 및 20b를 참조하면, 상술한 기술들(1) 내지 (6)을 이용한 본 발명의 제 8 실시예에 따른 지문 입력 장치가 개시된다.
도 20a 및 20b를 참조하면, 손가락(1)은 광파이버들이 포함된 그들의 축에 대해 배치되는 파이버 옵틱 플레이트(3)에 대하여 가이드(5)를 따라 가압된다. 동시에, 손가락(1)은 손가락 측정이 행해지는 손가락(1)의 제 1 관절이 근적외광원(10-1)(도 10 등의 광원(2)에 대응함)에 접촉되도록 위치된다. 손가락 끝에 접하는 위치에서, 적색(녹색) LED(9-2)가 파일롯 램프(pilot lamp)와 손가락 위치 가이드(finger position guide)로서 기능하도록 배치된다. LED(9-2)가 지시자(indicator)로서 사용되어, 손가락이 위치된다. 그후, 손가락(1)이 가이드(돌기부(5))와 접촉한다. 그러므로, 어두운 장소에서도, 손가락(1)은 적절한 위치에 놓일 수 있다. 근적외광원(10-1)이 평평한 상부면을 가지므로, 광원(10-1)은 보다 넓은 영역에 걸쳐 손가락(1)의 제 1 관절에 대해 가압될 수 있다. 또한 손가락(1)의 옆 측들로부터 광을 조사하기 위한 복수의 근적외광원들(10-2)이 왼쪽과 오른쪽 측들 내에 4개의 지점에 배치되어 있다. 과원들(10-2)은 광 투과 재료로 만들어진손가락 위치 가이드(돌기부(5))를 통해 손가락(1)의 하부 측들에서 옆 측들로 비스듬히 근적외광을 조사한다. 따라서, 측정부[측정면]의 왼쪽 측과 오른쪽 측 상의 광량이 만족된다. 측정면의 끝부분의 조명을 위해, 광량이 손가락(1) 위치의 지시자와 측정을 위한 보조 광원으로서 기능하도록 상기 장치의 측정면의 끝부분에 배치되는 4개의 적색 LED들(9-1)에 의해 보충된다.
상술한 방식에서, 적절한 위치에 손가락(1)을 가이드하기 위한 광을 발생시키는 가이딩(guiding) 광원들(9-1, 9-2)이 파이버 옵틱 플레이트(3) 주위에 배치된다.
도 20a 및 20b에 도시된 실시예에서, 파이버 옵틱 플레이트(3)의 주위 끝 면은 전기전도성 물질(13)로서 금속 프레임(metal frame)에 의해 둘러싸인다. 금속 프레임은 접지된다. 이 실시예의 금속 프레임은 손가락(1)이 접촉될 때 느껴지는 불안정감을 회피하기 위해서 파이버 옵틱 플레이트(3)의 표면을 갖는 끝 면 플러쉬(flush)를 갖는다. 일견하여, 손가락(1)과의 접촉이 적절치 못하다는 것을 알 수 있다. 하지만, 상기 금속이 뛰어난 전도성을 가지며 파이버 옵틱 플레이트(3)가 뛰어난 절연성을 가지므로, 손가락(1)에 축적되는 전기 전하들은 손가락이 여기에 접근할 때 금속 프레임 쪽으로 방전된다.
본 발명의 효과는 다음과 같다. 지문 입력 장치에서, 파이버 옵틱 플레이트, 2차원 센서, 및 손가락 가이드는 단일 평면상의 약 2mm의 얇은 공간에 그리고 손가락의 측정면에 인접한 영역 내에 수용된다. 그러므로, 지문 입력 장치는 콤팩트한 구조를 가지며, 정전기적 전하들 및 외부 방해 광(external disturbance light)에대해 저항력이 있다. 또한, 어린아이 등과 같은 작은 손가락 또한 특정될 수 있다. 따라서, 본 발명은 광범위한 응용들에 적용될 수 있다. 상기 장치에 사용되는 파이버 옵틱 플레이트의 광파이버 축은 45°내지 60°사이의 비교적 협소한 범위 내에서 최적의 경사각을 갖는다. 그러므로, 길이 방향의 해상도가 희생되지 않는다. 고효율의 근적외선 LED을 사용함으로써, 지문 입력 장치가 최소형의 이동 전화 장치에 적합하도록 LED를 조명하기 위한 전력이 절감된다. 또한, 도 20a 및 20b의 손가락 가이드는 투명하거나 반투명한 수지(resin)로 만들어지며, 비교적 손가락 피질의 굴절률에 가까운 약 1.4 내지 1.9의 굴절률을 갖는다. 가이드의 광은 40% 또는 그 이상의 효율로 손가락에 도입된다. 광이 공기를 통과하는 경우와 비교하여, 광은 30% 또는 그 이상으로써 보다 효율적으로 사용된다(도 19). 조명하기 위한 전력이 상당히 감소된다. 제 1 관절 근처에 배치되고 평평함 상부면을 갖는 LED는 손가락의 부드러운 접촉을 가능하게 한다. 따라서, 상기 장치는 편안한 느낌을 가지며 사용될 수 있으며, 측정 안정성이 열화되지 않는다.
상술한 실제적인 효과에 부가하여, 본 발명은 다음의 중요한 효과를 갖는다. 도 10의 광원(2)(또는 도 20a 및 20b의 근적외광원(10-1))이 사용되는 경우에, 도 11에 도시된 지문상이 얻어진다. 상술한 광원 없이, 도 21에 도시된 지문상이 얻어진다. 우선, 도 21의 경우에 사용된 조명 방법이 개시된다. 두 개의 광원들은 손가락에 광을 주입하기 위해 손가락의 측정면의 왼쪽과 오른쪽 측들 각각 상에 배치된다. 대부분의 기존 조명 방법들은 상술된 장치를 채택한다. 일예가 도 2a 및 2b에 도시되어 있다. 이 경우에, 지문상은 하부 중앙 영역에서 특히 어둡다. 도 21의 지문상에서, 하부 중앙 영역은 콘트라스트를 잃은 것으로 보인다. 지문상은 2차원 센서에 의해 판독된다. 도 21에서, 길이방향의 휘도 분포는 지문상의 오른쪽 측 상에 보여지며, 반면에, 횡단방향의 휘도 분포는 지문상 아래에 보여진다. 중심에서 길이방향의 휘도 분포는 전체적으로 작은 콘트라스트를 가지며 손가락 바닥쪽으로 더 감소된다. 횡단방향의 휘도 분포는 중앙 부근의 넓은 범위에 걸쳐 충분치 못한 콘트라스트를 갖는다. 손가락에 의한 콘트라스트와 손가락의 건조상태(dryness)와 같은 조건들이 좋지 못한 경우에, 측정은 불안정하다. 이 경우에, 오동작이 일어나거나 최악의 경우에는, 측정이 불가능하다. 상술한 불충분한 콘트라스트를 보상하기 위해서, 계산량이 상당히 증가된다. 이는 전력 소모의 증가와 총 비용의 증가와 같은 불이익을 야기한다.
한편, 도 10의 광원(2)(또는 도 20a 및 20b의 근적외광원(10-1))을 사용함으로써, 광량이 길이방향에서, 특히 하부측 상의 중앙 영역에서 증가된다. 그러므로, 콘트라스트의 불균질성은 전체적으로 감소되어 도 11에 도시된 지문상이 얻어진다. 특히, 횡단방향의 콘트라스트는 전제적으로 강하고 균질하게 된다. 파이버 옵틱 플레이트의 파이버들 각각은 손가락의 제 1 관절 쪽으로 기울어져 있다. 그러므로, 광원(10-1)으로부터의 광에 대해 감도(sensitivity)가 높다. 이것은 손가락의 길이방향의 중앙 영역에서의 광량의 불충분을 보상하고 측정면 전체에 걸쳐 광량을 균등화하는 효과를 나타낸다. 파이버 옵틱 플레이트에는 전체 주위 끝 면에 걸쳐 형성되는 금속 부분이 제공되고 접지된다. 손가락에 축적되는 정전기적 전하들이 매운 강한 전기 에너지를 가지는 경우에, 측정부분의 파괴 또는 특성의 장애를 방지하기 위해서 금속 부분에 방해 공기 방전(air discharge)이 일어난다. 손가락이 금속 부분과 접촉되면, 정전기적 전하들은 지문 측정시에 정전기적 전하로 인한 센서의 파괴 또는 오동작을 방지하기 위해서 순간적으로 완전히 방전된다. 센서의 표면은 뛰어난 절연 재료로서 기능하는 파이버들에 의해 보호된다. 손가락이 파이버들에 접촉한다 할지라도, 방전이 센서 쪽으로 향하지 않고 그 주위의 금속 부분 쪽으로 향한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 광원으로부터의 광이 손바닥 측 상의 제 1 관절을 포함하는 손가락 부분의 실질적인 중앙으로 들어가고 그 광원이 손가락과 접촉되도록 광원이 배치되는 광 투과형의 지문 입력 장치가 얻어진다. 이러한 구조로, 광 투과형의 지문 입력 장치의 소형화가 가능하다.

Claims (13)

  1. 광을 방출하는 광원(2)과, 손가락의 지문상(fingerprint image)을 채취(pick up)하기 위해서 상기 손가락(1)이 접촉되는 손가락 접촉면을 갖는 플레이트(plate:3)를 포함하는 지문 입력 장치로서, 상기 지문상은 상기 손가락 내부에서 광을 산란시키기 위해 상기 광원으로부터의 광을 상기 손가락 내부로 도입하고, 상기 지문상을 형성하기 위해 상기 손가락의 표면을 통해 상기 손가락의 밖으로 나오는 광을 수집(collecting)함으로써 얻어지는 지문 입력 장치에 있어서,
    상기 광원은 상기 광원으로부터의 광이 상기 손가락의 손바닥측 상의 제 1 관절(joint)을 포함하는 상기 손가락의 부분의 실질적인 중앙으로 들어가고, 상기 광원이 상기 손가락과 접촉하도록 배치되는, 지문 입력 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 손가락의 손바닥측 상의 상기 제 1 관절을 포함하는 상기 부분은 10mm만큼 상기 제 1 관절보다 상기 손가락의 손가락 끝에 더 가까운 선(line)과 상기 손가락의 손바닥측 상의 10mm만큼 상기 제 1 관절보다 상기 손가락끝으로부터 더 먼 다른 선 사이의 영역인, 지문 입력 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플레이트는 복수의 광파이버들(optical fibers)의 다발을 포함하는 파이버 옵틱 플레이트((fiber optic plate: 3)인, 지문 입력 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 파이버 옵틱 플레이트의 상기 광파이버들 각각은 상기 플레이트의 손가락 접촉면의 법선에 대해 소정의 경사각으로 상기 손가락의 근원(base)쪽으로 기울어진 파이버 축을 가지며, 상기 경사각은 상기 법선에 대해 45°내지 60°사이의 범위 내에 있는, 지문 입력 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 파이버 옵틱 플레이트는 접지된 전기전도성 물질(13)에 의해 둘러싸인 주위 끝 면(peripheral end face)을 갖는, 지문 입력 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전기전도성 물질은 상기 파이버 옵틱 플레이트의 손가락 접촉면의 끝 부분(15)으로 올라가는 형상인, 지문 입력 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 전기전도성 물질은 차광성 물질(light-shielding substance)인, 지문 입력 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 파이버 옵틱 플레이트의 손가락 접촉면은 상기 손가락의 위치를 정하는 작용을 하며, 상기 손가락의 손가락끝이 상기 제 1 관절을 포함하는 상기 부분을 제외하고는 돌기부에 의해 둘러싸이는 모양을 갖는 돌기부(5)를 가지며, 상기 돌기부는 상기 손가락에 면하는 한 변(side)이 상기 손가락을 따라 연장하는 단면(section)을 갖는, 지문 입력 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 돌기부에 위치되는 부가적인 광원(6)을 더 포함하고, 상기 돌기부는 상기 부가적인 광원으로부터의 광을 투과시키는, 지문 입력 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 손가락에 면하는 상기 단면의 한 변에 의해 정의되고 상기 손가락에 맞도록 적응된 경사면을 가지며, 상기 경사면은 상기 손가락의 근원에 근접한 제 1 절반 영역에 형성된 차광부(17)를 가지며, 상기 부가적인 광원으로부터의 광은 상기 손가락의 손가락 끝에 근접한 상기 경사면의 제 2 절반 영역으로부터 상기 손가락 쪽으로 조사되는, 지문 입력 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 820 내지 980nm 사이의 파장을 갖는 근적외광(near infraredlight)을 방출하도록 적응된, 지문 입력 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 상기 광을 방출하기 위한 발광소자 칩(2a)과, 광 투과 플라스틱 재료(light transmitting plastic material)로 만들어지고 상기 발광소자 칩을 둘러싸는 패키지(2b)를 포함하고,
    상기 광 투과 플라스틱 재료는 상기 손가락 피질(skin)의 굴절률인 1.8보다 크지 않은 굴절률을 갖는, 지문 입력 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 플레이트는 그 주위에, 상기 손가락을 올바른 위치로 가이드(guide)하도록 광을 방출하기 위해 배치되는 가이드 광원(9-1,9-2)이 제공되는, 지문 입력 장치.
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