KR20030038597A

KR20030038597A - 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치

Info

Publication number: KR20030038597A
Application number: KR1020030023599A
Authority: KR
Inventors: 정병춘
Original assignee: 나노파츠(주)
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2003-05-16

Abstract

본 발명은 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 빛을 입사하기 위한 광원, 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 접촉되는 지문 영상을 생성하는 프리즘, 생성된 지문 영상을 집광하는 렌즈, 집광된 지문 영상을 검출하는 검출수단, 및 검출된 지문 영상을 처리하는 처리수단을 포함하는 지문인식장치에 있어서, 상기 프리즘은 다수의 동일한 프리즘을 연속적으로 배열하여 제작된 평판 프레넬 프리즘 시트인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 지문의 접촉되는 방향이나 형태와는 무관하게 지문 영상을 왜곡없이 생성함으로써 지문 인식율을 향상시키고 그에 따른 오류를 방지할 수 있다.

Description

평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치{APPARATUS FOR FINGERPRINT IDENTIFICATION USING FRESNEL PRISM SHEET}

본 발명은 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치에 관한 것으로서, 특히 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용하여 지문 영상을 생성한 후 지문을 인식할 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 사람의 지문은 동일한 경우가 없기 때문에 이를 이용하여 실생활에 적용할 수 있는 각종 시스템들이 개발되고 있다. 즉 사람의 지문은 땀샘이 융기되어 일정한 흐름이 형성된 것으로서 각 개인 고유의 모습을 평생동안 그대로 유지하는 불변성(Immutability)과 유일성(Individuality)이 밝혀진 이래로 인증의 신뢰성과 안정성면에서 가장 각광을 받고 있는 인증수단이 되고 있다. 따라서, 주민등록증에 모든 사람의 지문데이터를 확보하여 신분 증명으로 사용하고, 범죄수사에도 폭넓게 응용되고 있다. 또한 최근에는 지문을 포함한 생체인식을 통한 보안시스템 및 방범시스템에 대한 신기술이 개발되어 각종 분야에 유용하게 적용되고 있다.

한편, 보안이나 방범 시스템 등에 적용되고 있는 지문인식장치는 사용자의 지문을 전자적으로 읽어 미리 입력된 데이터와 비교하여 본인여부를 판별하는 장치다. 도 1 을 참조하여 종래의 지문인식장치의 구성을 살펴보면, 빛을 입사하기 위한 광원(120), 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 접촉되는 지문 영상을 생성하는 삼각 프리즘(130), 생성된 지문 영상을 집광하는 렌즈(140), 집광된 지문 영상을 검출하는 검출수단(150), 및 검출된 지문 영상을 처리하는 처리수단(160) 등을 포함한다.

이 때, 광원(120)은 삼각 프리즘(130)에 방사되는 빛이 지문입력면(131)의 임계각보다 큰 각도로 입사되도록 배치된다. 방사된 빛이 삼각 프리즘(130)의 지문입력면(131)에 놓여진 손가락(110)의 지문에 있는 융선(112) 부분으로 입사되면 반사된다. 또한 방사된 빛이 지문입력면(131)을 투과하여 지문의 골(111) 부분에 입사되면 골부위에서 산란하게 되나 지문입력면(131)과 지문의 골(111) 사이의 산란광은 삼각 프리즘(130)으로 입사되지 못하거나 부분적으로 입사된다. 이처럼, 삼각 프리즘(130)은 접촉되는 지문의 전반사상을 나타내게 하여 지문 영상을 생성한다.

도 2 를 참조하여 전반사의 원리를 살펴보면, 빛이 경계면에서 굴절되는 공식은 스넬의 법칙에 따라 다음의 수학식 1 과 같이 나타낼 수 있다.

입사광선의 입사각(θ1)은 반사광선의 반사각(θ3)과 동일하고, 입사광선, 법선, 및 반사광선이 동일한 평면상에 있음을 알 수 있다. 여기서의 법선은 두 매질(A,B)의 경계면과 수직인 선을 의미하고, 입사각(θ1)은 입사광선과 법선이 이루는 각을 의미하며, 반사각(θ3)은 반사광선과 법선이 이루는 각을 의미한다. 또한 A 매질의 굴절률은 n1 이고, B 매질의 굴절률은 n2 임을 의미한다. 그런데, 굴절률이 높은 매질에서 굴절률이 낮은 매질로 진행할 때 굴절각(θ2)은 입사각(θ1)보다 크다. 입사각(θ1)이 어느 정도 커지면 굴절각이 90도가 되는데 이는 굴절광선이 없음을 의미한다. 이에 해당하는 입사각(θ1)을 전반사각이라 하며 전반사각보다 크게 입사하는 광선은 굴절없이 모두 반사하게 된다. 따라서 전반사의 입사각 조건은 다음의 수학식 2 와 같이 나타낼 수 있다.

이러한 전반사의 원리를 이용하여 전반사가 일어나는 경계면에 지문을 접촉시키면 접촉부위의 굴절률이 변하게 되어 전반사 조건을 상실한다. 따라서, 지문이 접촉되는 부위가 어둡게 관측되어 지문의 형상이 선명하게 나타나게 된다.

도 3a 는 삼각 프리즘을 이용하여 지문 영상을 생성하는 개념도로서, 광원(310)으로부터 입사되는 광선은 삼각 프리즘(320)의 물체면에서 전반사되어 렌즈(330)에서 집광되고 검출수단(340)에서 검출된다. 따라서, 삼각 프리즘(320)의물체면에 지문을 접촉시키면 접촉부위의 전반사 조건이 사라져서 지문인식이 가능하게 된다.

도 3b 는 삼각 프리즘에서 광경로차가 발생하는 원리를 설명하는 개념도로서, 광선이 삼각 프리즘을 통과할 때 중심 레이(RAY)와 외각 레이를 비교하면 가상으로 설정한 길이인 a+b 보다 광선 진행 경로의 길이를 합한 c+d 가 길어지는 것을 확인할 수 있다. 그런데, 이러한 광경로차로 인해서 발생된 키스톤 현상, 즉 프리즘 내의 중심 레이와 외각 레이 사이에서의 왜곡으로 인해 마름모꼴의 이미지 형태가 발생하게 된다. 따라서, 삼각 프리즘에 지문을 접촉시키는 면이 달라짐에 따라 지문 인식율이 저하되는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 소프트웨어적으로 처리하여 개선할 수 있으나, 임의의 지문이 접촉되는 방향이나 접촉되는 형태에 관계없이 동일한 이미지로 인식하도록 구현하기에는 상당한 어려움이 따르게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 삼각 프리즘에서 발생하는 키스톤 현상을 개선하여 지문의 접촉 방향이나 접촉 형태에 관계없이 왜곡 현상이 발생되지 않도록 하여 지문 인식율을 향상시킬 수 있는 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 빛을 입사하기 위한 광원, 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 접촉되는 지문 영상을 생성하는 프리즘, 생성된지문 영상을 집광하는 렌즈, 집광된 지문 영상을 검출하는 검출수단, 및 검출된 지문 영상을 처리하는 처리수단을 포함한 지문인식장치에 있어서, 상기 프리즘이 다수의 동일한 프리즘을 연속적으로 배열하여 제작된 평판 프레넬 프리즘 시트인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 평판 프레넬 프리즘 시트는 광학유리나 프라스틱으로 제작할 수 있다.

도 1 은 종래의 지문인식장치를 나타내는 구성예,

도 2 는 전반사의 원리를 나타내는 개념도,

도 3a 는 삼각 프리즘을 이용하여 지문 영상을 생성하는 개념도,

도 3b 는 삼각 프리즘에서 광경로차가 발생하는 원리를 설명하는 개념도,

도 4a 는 본 발명에 따라 지문인식장치에 적용된 평판 플레넬 프리즘을 설명하는 개념도,

도 4b 는 평판 플레넬 프리즘에서 전반사가 일어나는 원리를 나타내는 개념도,

도 5a 는 평판 플레넬 프리즘을 이용하여 지문 영상을 생성하는 개념도,

도 5b 는 평판 플레넬 프리즘에서 광경로차가 줄어드는 원리를 설명하는 개념도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 손가락120,310,510 : 광원

130,320 : 삼각 프리즘140,330,530 : 렌즈

150,340,540 : 검출수단160 : 처리수단

410,520 : 평판 플레넬 프리즘411 : 플레이트

412 : 복수개의 프리즘

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 는 본 발명에 따라 지문인식장치에 적용된 평판 플레넬 프리즘을 설명하는 개념도로서, 투명한 베이스 플레이트(411)와 빛의 입사방향을 기준으로 플레이트(411) 후면에 형성된 복수개의 동일한 복수개의 프리즘(412)으로 구성된다. 이러한 평판 플레넬 프리즘(410)은 광학유리나 각종 플라스틱 수지 등을 사용하여 제작할 수 있다. 이 때, 패턴의 피치는 왜곡량을 개선하면서도 현실적으로 어려움없이 가공할 수 있도록 5 ~ 100 ㎛ 범위에서 바람직하게 실시할 수 있다. 또한, 프리즘의 두께는 범용적으로 사용할 수 있는 1㎜ ~ 10㎜ 범위에서 제작할 수 있다.

도 4b 는 평판 플레넬 프리즘에서 전반사가 일어나는 원리를 나타내는 개념도로서, 전반사가 일어나는 최소의 입사각(θ1)과 반사각(θ2)은 평판 플레넬 프리즘의 굴절률(n1)과 꼭지각(θ)에 의해 결정된다. 평판 플레넬 프리즘의 굴절률이주어지면 θ1 는 θ> sin^-1n 의 식에 의해 결정된다. 즉, 최소의 전반사각 θ1 는 다음의 수학식 3 과 같이 나타낼 수 있다.

θ2 는 평판 플레넬 프리즘의 꼭지각(θ)이 결정되면 θ1 로 결정된 입사광선이 평판 플레넬 프리즘과 만날 때 평판 플레넬 프리즘의 경계면에서 상기 수학식 1 과 같은 스넬의 법칙을 적용하여 구할 수 있다. 즉, 최소의 전반사각에 따른 반사광선의 반사각 θ2 는 다음의 수학식 4 와 같이 나타낼 수 있다.

한편, 이러한 평판 플레넬 프리즘을 지문인식장치에 적용할 때는 검출수단에 입사되는 모든 광선이 전반사각보다 크도록 구성해야 한다. 즉, θ1 과 θ2 보다 큰 각도의 전반사 광선이 검출수단에 입사되도록 구성하는 것이다. 이 때, 평판 플레넬 프리즘의 물체면에 지문을 접촉시키면 접촉부위의 전반사 조건이 사라지게 되어 지문을 관측할 수 있게 된다.

도 5a 는 평판 플레넬 프리즘을 이용하여 지문 영상을 생성하는 개념도로서, 삼각 프리즘을 이용한 지문인식장치와 거의 유사하다. 즉, 광원(510)으로부터 입사되는 광선은 평판 플레넬 프리즘(520)의 물체면에서 전반사되어 렌즈(530)에서 집광되고 검출수단(540)에서 검출된다. 따라서, 평판 플레넬 프리즘(520)의 물체면에 지문을 접촉시키면 접촉부위의 전반사 조건이 사라져서 지문인식이 가능하게 된다.

도 5b 는 평판 플레넬 프리즘에서 광경로차가 줄어드는 원리를 설명하는 개념도로서, 광선 진행 경로의 길이를 합한 c+d 가 가상으로 설정한 길이인 a+b 와 거의 동일함을 알 수 있다. 따라서, 키스톤 현상을 개선하여 평판 플레넬 프리즘에 접촉하는 지문 방향이나 형태에 무관하게 왜곡없는 지문 영상을 생성할 수 있다.

한편, 본 발명은 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 지문을 인식하는 장치에 다양하게 활용하거나 응용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치는, 지문의 접촉되는 방향이나 형태와는 무관하게 지문 영상을 왜곡없이 생성함으로써 지문 인식율을 향상시키고 그에 따른 오류를 방지할 수 있다.

Claims

빛을 입사하기 위한 광원, 입사되는 빛의 방향을 바꾸어 접촉되는 지문 영상을 생성하는 프리즘, 생성된 지문 영상을 집광하는 렌즈, 집광된 지문 영상을 검출하는 검출수단, 및 검출된 지문 영상을 처리하는 처리수단을 포함하는 지문인식장치에 있어서,

상기 프리즘은 다수의 동일한 프리즘을 연속적으로 배열하여 제작된 평판 프레넬 프리즘 시트인 것을 특징으로 하는 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치.
제 1 항에 있어서 상기 평판 프레넬 프리즘 시트는,

광학유리나 프라스틱으로 제작된 것을 특징으로 하는 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치.
제 1 항에 있어서 상기 평판 프레넬 프리즘 시트는,

배열된 프리즘 패턴의 피치가 5 ㎛ ~ 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치.
제 1 항에 있어서 상기 평판 프레넬 프리즘 시트는,

두께가 1 ㎜ ~ 10 ㎜ 인 것을 특징으로 하는 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식 장치.