KR200317650Y1 - Apparatus for fingerprint identification using fresnel prism sheet - Google Patents
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Abstract
본 고안은 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용한 지문인식장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fingerprint recognition device using a flat Fresnel prism sheet.
이러한 본 고안은 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.The present invention is a light source for incident light, a prism for generating a contact fingerprint image by changing the direction of the incident light, a lens for condensing the generated fingerprint image, detection means for detecting the focused fingerprint image, and the detected fingerprint In the fingerprint recognition device comprising a processing means for processing an image, the prism is characterized in that the flat Fresnel prism sheet produced by arranging a plurality of the same prism in succession.
본 고안에 따르면, 지문의 접촉되는 방향이나 형태와는 무관하게 지문 영상을 왜곡없이 생성함으로써 지문 인식율을 향상시키고 그에 따른 오류를 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the fingerprint recognition rate and prevent errors by generating the fingerprint image without distortion regardless of the direction or shape of the fingerprint contact.
Description
본 고안은 지문인식장치에 관한 것으로서, 특히 평판 프레넬 프리즘 시트를 이용하여 지문 영상을 생성한 후 지문을 인식할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fingerprint recognition device, and more particularly, to a device capable of recognizing a fingerprint after generating a fingerprint image using a flat Fresnel prism sheet.
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.In general, since human fingerprints are not the same, various systems that can be applied to real life using them have been developed. In other words, human fingerprints are formed by a flow of sweat glands and a constant flow. Since immutability and individuality, which maintains each person's unique shape for the rest of his life, are recognized, authentication is most popular in terms of reliability and stability. It is a means. Therefore, the fingerprint data of all people are secured on the resident registration card and used as proof of identity, and it is widely applied to criminal investigation. In recent years, new technologies for security systems and security systems through biometrics including fingerprints have been developed and applied to various fields.
한편, 보안이나 방범 시스템 등에 적용되고 있는 지문인식장치는 사용자의지문을 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.On the other hand, the fingerprint recognition device applied to security or security systems, etc. is a device for electronically reading the user's fingerprint and compare with the previously input data to determine whether or not. Referring to FIG. 1, a configuration of a conventional fingerprint recognition device includes a light source 120 for incident light, a triangular prism 130 for generating a fingerprint image in contact with an incident light, and a generated fingerprint image. And a lens 140 for condensing, a detection means 150 for detecting the condensed fingerprint image, and a processing means 160 for processing the detected fingerprint image.
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.At this time, the light source 120 is disposed so that light emitted to the triangular prism 130 is incident at an angle greater than the critical angle of the fingerprint input surface 131. The emitted light is reflected when incident on the ridge 112 of the fingerprint of the finger 110 placed on the fingerprint input surface 131 of the triangular prism 130. In addition, when the emitted light penetrates the fingerprint input surface 131 and enters the valley 111 of the fingerprint, the light is scattered at the bone site, but the scattered light between the fingerprint input surface 131 and the valley 111 of the fingerprint is a triangular prism ( 130 is not incident or partially incident. As such, the triangular prism 130 generates a fingerprint image by displaying the total reflection image of the contacted fingerprint.
도 2 를 참조하여 전반사의 원리를 살펴보면, 빛이 경계면에서 굴절되는 공식은 스넬의 법칙에 따라 다음의 수학식 1 과 같이 나타낼 수 있다.Looking at the principle of total reflection with reference to Figure 2, the formula that the light is refracted at the interface can be represented by Equation 1 according to Snell's law.
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. 또한A 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.The incident angle θ1 of the incident light beam is the same as the reflection angle θ3 of the reflected light beam, and it can be seen that the incident light beam, the normal line, and the reflected light beam are on the same plane. Here, the normal means a line perpendicular to the interface between the two media A and B, the incident angle θ1 means the angle formed by the incident light and the normal, and the reflection angle θ3 means the angle formed by the reflected light and the normal. do. In addition, the refractive index of the A medium is n1, and the refractive index of the B medium is n2. However, the refractive angle θ2 is larger than the incident angle θ1 when the medium has a high refractive index and the medium has a low refractive index. When the incident angle θ1 is increased to some extent, the refractive angle becomes 90 degrees, which means that there is no refractive ray. The incident angle θ1 corresponding to this is referred to as a total reflection angle, and all light rays that are larger than the total reflection angle are reflected without refraction. Therefore, the incident angle condition of the total reflection can be expressed by Equation 2 below.
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.Using the principle of total reflection, if the fingerprint is brought into contact with the boundary where total reflection occurs, the refractive index of the contact portion is changed and the total reflection condition is lost. Therefore, the area where the fingerprint is in contact is darkly observed, and the shape of the fingerprint is clearly displayed.
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)의 물체면에 지문을 접촉시키면 접촉부위의 전반사 조건이 사라져서 지문인식이 가능하게 된다.3A is a conceptual diagram of generating a fingerprint image using a triangular prism, in which light rays incident from the light source 310 are totally reflected at the object plane of the triangular prism 320, are collected by the lens 330, and detected by the detection means 340. do. Therefore, when the fingerprint is in contact with the object surface of the triangular prism 320, the total reflection condition of the contact portion disappears and the fingerprint recognition is possible.
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.3B is a conceptual diagram illustrating a principle of optical path difference in a triangular prism. When a ray passes through a triangular prism, the ray propagation path is more than a + b, which is a virtually set length when the central ray and the outer ray are compared. It can be seen that the length of c + d is increased. However, a rhombic image form occurs due to the keystone phenomenon generated by the optical path difference, that is, the distortion between the center ray and the outer ray in the prism. Therefore, the problem that the fingerprint recognition rate is lowered as the surface contacting the fingerprint to the triangular prism is changed. This problem can be solved by software. However, it is difficult to realize that the same image is recognized regardless of the direction in which the fingerprint is contacted or the shape of the contact.
이에 본 고안은 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.Therefore, the present invention has been devised to solve the above problems, and improves the keystone phenomenon generated by the triangular prism so that the distortion phenomenon does not occur regardless of the contact direction or the contact form of the fingerprint, thereby improving the fingerprint recognition rate. It is an object of the present invention to provide a fingerprint recognition device using a flat Fresnel prism sheet.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 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 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 아크릴이나 프라스틱으로 제작할 수 있다.In order to achieve the above object, a light source for incident light according to the present invention, a prism for generating a fingerprint image to be contacted by changing the direction of incident light, a lens for condensing the generated fingerprint image, and detecting a focused fingerprint image A fingerprint recognition device comprising a detecting means and a processing means for processing a detected fingerprint image, wherein the prism is a flat Fresnel prism sheet manufactured by arranging a plurality of identical prisms in succession. At this time, the flat Fresnel prism sheet can be made of acrylic or plastic.
도 1 은 종래의 지문인식장치를 나타내는 구성예,1 is a configuration example showing a conventional fingerprint recognition device,
도 2 는 전반사의 원리를 나타내는 개념도,2 is a conceptual diagram showing the principle of total reflection;
도 3a 는 삼각 프리즘을 이용하여 지문 영상을 생성하는 개념도,3A is a conceptual diagram of generating a fingerprint image using a triangular prism;
도 3b 는 삼각 프리즘에서 광경로차가 발생하는 원리를 설명하는 개념도,3B is a conceptual diagram illustrating a principle in which an optical path difference occurs in a triangular prism;
도 4a 는 본 고안에 따라 지문인식장치에 적용된 평판 플레넬 프리즘을 설명하는 개념도,4A is a conceptual diagram illustrating a flat plate prism prism applied to a fingerprint recognition device according to the present invention;
도 4b 는 평판 플레넬 프리즘에서 전반사가 일어나는 원리를 나타내는 개념도,4B is a conceptual diagram illustrating a principle in which total reflection occurs in a planar flannel prism;
도 5a 는 평판 플레넬 프리즘을 이용하여 지문 영상을 생성하는 개념도,5A is a conceptual diagram of generating a fingerprint image using a flat panel planel prism;
도 5b 는 평판 플레넬 프리즘에서 광경로차가 줄어드는 원리를 설명하는 개념도이다.FIG. 5B is a conceptual diagram illustrating the principle of reducing the optical path difference in the planar flannel prism.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
110 : 손가락 120,310,510 : 광원110: finger 120,310,510: light source
130,320 : 삼각 프리즘 140,330,530 : 렌즈130,320: Triangular prism 140,330,530: Lens
150,340,540 : 검출수단 160 : 처리수단150,340,540: detection means 160: processing means
410,520 : 평판 플레넬 프리즘 411 : 플레이트410,520: flat plate flannel prism 411: plate
412 : 복수개의 프리즘412: multiple prisms
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4a 는 본 고안에 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. 프리즘의 두께는 범용적으로 사용할 수 있는 1㎜ ~ 10㎜ 범위에서 제작할 수 있다.4A is a conceptual diagram illustrating a flat plate flannel prism applied to a fingerprint recognition device according to the present invention, and includes a plurality of identical plurality of prisms formed on the back surface of the plate 411 based on the transparent base plate 411 and the incident direction of light. 412). The flat platen prism 410 may be manufactured using optical glass, various plastic resins, or the like. At this time, the pitch of the pattern can be preferably carried out in the range of 5 ~ 100 ㎛ to improve the amount of distortion and to be processed without difficulty in reality. The thickness of the prism can be produced in the range of 1 mm to 10 mm that can be used universally.
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 굴절률이 주어지면 θ1 는 θ> sin-1n 의 식에 의해 결정된다. 즉, 최소의 전반사각 θ1 는 다음의 수학식 3 과 같이 나타낼 수 있다.FIG. 4B is a conceptual diagram illustrating the principle of total reflection in the planar planar prism, and the minimum incident angle θ1 and the reflection angle θ2 at which total reflection occurs is determined by the refractive index n1 and the vertex angle θ of the planar prism prism. . Given the refractive index of the flat planar prism, θ1 is determined by the formula θ> sin −1 n. That is, the minimum total reflection angle θ1 may be expressed by Equation 3 below.
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.θ2 can be obtained by applying the Snell's law as shown in Equation 1 above the boundary plane of the planar planar prism when the incident light beam of θ1 encounters the planar planar prism when the vertex angle θ of the planar planar prism is determined. That is, the reflection angle θ2 of the reflected light beam according to the minimum total reflection angle may be expressed by Equation 4 below.
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.On the other hand, when applying such a planar flannel prism to the fingerprint recognition device should be configured so that all the light incident on the detection means is larger than the total reflection angle. In other words, the total reflection light beams having angles greater than θ1 and θ2 are incident on the detection means. At this time, when the fingerprint is brought into contact with the object plane of the flat panel planar prism, the total reflection condition of the contact portion disappears and the fingerprint can be observed.
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.FIG. 5A is a conceptual diagram of generating a fingerprint image using a planar flannel prism, which is almost similar to a fingerprint recognition device using a triangular prism. That is, the light rays incident from the light source 510 are totally reflected at the object plane of the flat platen prism 520, are collected by the lens 530, and detected by the detection means 540. Accordingly, when the fingerprint is brought into contact with the object surface of the flat panel flannel prism 520, the total reflection condition of the contact portion disappears, thereby enabling fingerprint recognition.
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.FIG. 5B is a conceptual diagram illustrating the principle of reducing the optical path difference in the planar flannel prism, and it can be seen that c + d, which is the sum of the lengths of the light propagation paths, is almost the same as a + b, which is a virtually set length. Accordingly, the keystone phenomenon can be improved to generate a distortion-free fingerprint image regardless of the direction or shape of the fingerprint contacting the flat platen prism.
한편, 본 고안은 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 따라서, 본 고안은 지문을 인식하는 장치에 다양하게 활용하거나 응용할 수 있다.On the other hand, the present invention can be carried out variously modified by those skilled in the art without departing from the spirit. Therefore, the present invention can be variously used or applied to a device for recognizing a fingerprint.
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.As described above, the fingerprint recognition device using the flat Fresnel prism sheet can improve the fingerprint recognition rate and prevent errors by generating the fingerprint image without distortion, regardless of the direction or shape of the fingerprint contact.
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2003
- 2003-04-02 KR KR20-2003-0009981U patent/KR200317650Y1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Date | Code | Title | Description |
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| REGI | Registration of establishment | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20071213 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |