KR200419479Y1 - 소형화된 광학식 지문입력장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광학식 지문입력장치에 관한 것으로서, 광경로의 중간에 반사경을 추가함으로써 광경로를 변경하여 하우징의 물리적 길이를 줄임으로써 광원의 설치 구조를 단순화시키고 부품을 줄여 원가를 절감하여 사용상 편의성을 증진시키고자 하는 광학식 지문입력장치에 관한 것이다. 본 고안에서는 프리즘, 광원, 집속렌즈, 촬상소자로 이루어지는 광학계 내에서 광로 길이를 일정하게 유지하면서도 광학계 전체의 길이를 줄이기 위하여 광로 중간에 광로변경용 반사경을 삽입하여 광로를 대략 직각으로 우회시킨다. 이로써 광로의 길이는 변함없이 광학계 전체의 길이를 줄일 수 있고, 장치의 하우징의 높이를 감축시킬 수 있다.

지문, 광학, 지문입력, 프리즘, 광학계, 반사경

Description

소형화된 광학식 지문입력장치{Miniaturized optical fingerprint acquisition device}

도1은 종래의 광학식 지문입력장치의 개략 사시도.

도2는 도1의 지문입력장치의 종단면도.

도3은 본 고안에 따른 광학식 지문입력장치의 종단면도.

도4는 본 고안의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면.

도5는 본 고안의 다른 실시예에 따른 프리즘의 측면도.

<도면부호의 설명>

하우징(10, 100) 프리즘(20, 200) 지문(21, 210) 지문입력면(22, 220) 입사면(23, 230) 제1반사면(24, 240) 광로(25) 광원(26, 260) 집속렌즈(28, 280) 촬상소자(30, 300) 회로기판(32, 320) 케이블(34, 340) 코넥터(36, 360) 어두운 영역(225) 반사코팅면(250) 리드(270) 광로변경용 반사경(310)

본 고안은 광학식 지문입력장치에 관한 것으로서, 광경로의 중간에 반사경을 추가함으로써 광경로를 변경하여 하우징의 물리적 길이를 줄임으로써 광원의 설치 구조를 단순화시키고 부품을 줄여 원가를 절감하여 사용상 편의성을 증진시키고자 하는 광학식 지문입력장치에 관한 것이다.

입력된 지문과 미리 등록된 사용자의 지문을 비교하여 문이나 금고의 잠금장치, 출입관리, 근태관리, 컴퓨터 액세스 제어 등에 활용하는 지문인식 기술이 있다. 지문입력장치는 이러한 지문인식을 수행하기 위하여 인증을 원하는 자의 지문을 취득하는 장치로서, 크게 광학식과 비광학식으로 대별된다.

비광학식 지문입력장치로는 반도체 방식이 있는데, 반도체 제조공정에 의해 제작되므로 매우 소형으로 제작할 수 있다.

광학식 지문입력장치는 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 지문입력장치의 구조를 도1 및 도2에 나타내었다.

도1은 기본적인 광학식 지문입력장치의 외관 사시도인데, 하우징(10) 내부에 광학계가 설치되고, 하우징의 상부에 광학계의 지문입력면(22)이 노출되어 있다. 이 지문입력면(22)에 손가락을 접촉하면 하우징 내부의 광학계에서 지문영상을 취득하여 처리장치로 전송한다.

도2의 단면도를 보면, 지문입력면(22)은 삼각 프리즘(20)의 일면을 이루고 있다. 프리즘(20)의 제2면, 즉 입사면(23)의 일측에는 광원(26)이 위치한다. 광원(26)으로는 적외선 또는 가시광선 LED가 사용된다. 광원(26)에서 조사된 광이 지문입력면(22)에 접촉된 지문(21)에서 산란되거나 반사된 광이 프리즘(20) 밖으로 출사되면 이를 집속렌즈(28)로 집속하여 촬상소자(30)로 지문영상을 검출한다. 촬상소자(30)는 회로기판(32)에 탑재되어 있다. 회로기판(32)은 하우징(10)의 하부에 횡으로 설치되어 있다. 회로기판(32)에는 또한 광원(26)을 연결하는 케이블(34)이 삽입되는 코넥터(36)가 탑재된다. 도2와 같은 광학계의 구조상 회로기판(32)과 광원(26) 간의 거리가 있기 때문에 광원(26)과 회로기판(32)을 케이블(34) 및 코넥터(36)로 연결하는 것이다.

도2와 같은 구조의 지문입력장치에 있어서, 광원(26)이 점등하면 프리즘(20)의 입사면(23)에 광이 입사된다. 프리즘(20)의 내부로 입사된 광원은 그 임계각에 따라 제1반사면(24)에서 반사되어 25로 표시된 광로를 따라 지문입력면(22)에 접촉된 지문(21)에 조사되고, 이 때의 지문영상이 프리즘(20)의 입사면(23)에서 다시 출사되어 렌즈(28)를 통해서 촬상소자(30)에서 결상하게 된다.

이상과 같이, 도1, 2의 구조를 갖는 종래의 지문입력장치에서는 광학계를 이루는 프리즘(20), 렌즈(28), 촬상소자(30)가 일직선으로 형성되기 때문에 구조적으로 광경로를 단축할 수가 없으며, 이에 따라 전체 장치의 높이가 커지게 되어 응용성에 제약을 받고 있다.

또한 광원(26)과 회로기판(32)의 위치가 구조적으로 멀기 때문에 광원(26)에 전력을 공급하기 위하여는 광원(26)에 별도의 케이블(34)을 통해 전력을 공급해야 하므로 작업성이 곤란할 뿐만 아니라, 원가상승의 요인이 되고 있다.

특히 프리즘(20) 내부에 광을 조사하는 광원(26)의 위치 설정이 매우 중요한데도 불구하고, 도2와 같은 구조에서는 광원(26)의 정위치 설정을 위해서 별도의 기구물이 필요하거나 보조 부속이 필요하게 된다.

따라서 본 고안의 목적은 광학계의 구조를 변경함에 의해 기존의 광학식 지문입력장치의 전체 높이를 축소하여 장치의 응용성을 개선함과 동시에, 광원의 장착 구조를 개선함으로써 광원 위치 설정의 단순화, 장치의 생산성 향상, 원가절감의 효과를 주는 광학식 지문입력장치를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에서는 작은 크기의 광학계 내에서 광로 길이를 일정하게 유지하면서도 광학계 전체의 길이를 줄이기 위하여 광로 중간에 광로변경용 반사경을 삽입하여 광로를 측방향 내지는 대략 직각으로 우회시킨다. 이로써 광로의 길이는 변함없이 광학계 전체의 길이를 줄일 수 있다.

보다 구체적으로, 본 고안에 따른 광원, 프리즘, 집속렌즈, 촬상소자를 포함하는 광학식 지문입력장치에 있어서는, 상기 프리즘으로부터 출사되는 지문영상이 전송되는 광로를 측방향으로 변경하여 촬상소자에 결상토록 하는 광로변경용 반사경이 추가로 포함되고, 상기 광원의 리드가 직접 접속되고 상기 촬상소자가 탑재되는 회로기판이 상기 측방향으로 변경되기 전의 광로와 평행하도록, 즉, 촬상소자 중심과 광축의 방향이 일치하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 광로변경용 반사경은 집속렌즈와 촬상소자 사이에 설치될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 광로변경용 반사경은 광로를 직각으로 변경시키는 평면경인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 프리즘은 광원으로부터의 광이 프리즘 내부로 조사된 후 최초로 반사되는 면에 형성된 반사코팅면을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안에 따른 지문입력장치의 바람직한 실시예를 설명한다.

도3은 본 고안에 따른 지문입력장치의 종단면도이다. 도2와 비교할 때, 집속렌즈(280)와 촬상소자(300) 사이에 광로변경용 반사경(310)을 설치하여 광로를 대략 직각으로 변경시키고 있다. 이로써 하우징(100)의 상하높이가 감소될 수 있다. 광로변경용 반사경(310)은 평면도가 우수하여 반사시에 영상의 왜곡이 없고 반사율이 높아서 영상휘도의 손실이 없을 것이 요구된다.

본 고안에서는 또한, 이러한 광로 변경과 더불어, 회로기판(320)의 위치를 변경하였다. 즉, 도2에서와 같이 하우징(10)의 하부에 횡방향으로 회로기판(32)을 설치하는 대신에, 도3에서와 같이 하우징(100)의 측면으로 회로기판(320)이 설치된다. 이는, 광로가 대략 직각으로 변경되어 촬상소자(300)의 위치가 변화되었기 때문에 이 촬상소자(300)가 탑재되는 회로기판(320)의 위치가 하우징(100)의 측면으로 위치하게 됨에 따른 결과이기도 하지만, 이렇게 회로기판(320)이 하우징의 측면에 설치됨으로써, 광원(260)의 리드(270)를 직접 회로기판(320)에 장착하는 것이 가능해진다.

도2에서와 같이 종래에는 광원(26)에 전력을 공급하기 위하여 케이블(34)과 코넥터(36)를 이용하여 회로기판(32)에 접속하였기 때문에, 케이블 및 코넥터 비 용, 광원의 정위치 설정을 위한 기구물 내지는 하우징 형상 가공이 필요하였지만, 본 고안에 따르면, 광원(260)의 리드(270)가 직접 회로기판(320)에 접속되므로, 이 리드(270)에 스페이서를 끼우거나 리드(270)를 지그 등으로 예비작업하여 그 길이를 일정하게 가공하는 등에 의해, 광원(260)의 위치를 항상 일정하게 비교적 용이한 방법으로 설정하는 것이 가능해진다. 케이블과 코넥터가 없어짐에 따른 원가절감 효과도 볼 수 있다(현재, 반사경의 원가에 비해 케이블과 코넥터의 원가가 2배 정도 된다).

다른 실시예

한편, 도2 또는 도3의 광학계 구조에 있어서는, 도4에서와 같이 입사면(230)으로 입사되어 투과된 광이 프리즘(200)의 굴절률에 따라 제1반사면(240)에서 임계각 이내의 광원은 투과해서 나가게 되므로 입사면(230)과 만나는 제1반사면(240)의 일부 구간(즉, 입사광이 소정 입계각보다 작게 되는 구간)에서의 광은 모두 제1반사면(240)의 외부로 통과해 나가게 된다. 이 때문에 지문이 접촉되어 있는 지문입력면(220)에 도달하는 광은 도4에 표시한 "225" 영역에서는 그 밝기가 지문입력면(220)의 전체적 평균 밝기보다 매우 미약하게 되어, 지문영상의 품질이 현저히 저하되는 문제가 있다.

이를 개선하기 위하여, 도5에서와 같이, 본 고안의 다른 실시예에서는 프리즘(200)의 제1반사면(240), 즉 프리즘 내부로 조사된 광이 최초로 내부 반사되는 면의 일부 영역(광원으로부터의 광이 임계각 이하로 조사되는 영역)에 프리즘 내부가 반사면이 위치하도록 반사코팅면(250)을 형성하여, 광이 제1반사면(240)에 임계각보다 작은 입사각으로 조사되더라도 이 광을 반사시켜서 도4의 225에 해당하는 영역의 광량을 보정하여 지문입력면(22)의 광량이 균일하게 되도록 보강해준다. 이로써 지문영상의 밝기가 전체적으로 일정하게 유지될 수 있다.

본 고안의 광학식 지문입력장치에 따르면, 광학계의 광경로를 대략 직각으로 우회시킴으로써 장치의 물리적 높이를 줄일 수 있으며, 이와 더불어, 광원과 회로기판 사이에 케이블을 통해 연결되던 구조를, 광원의 리드를 직접 회로기판에 장착할 수 있는 구조로 변경가능하므로 부품수를 줄이고 원가를 절감할 수 있다.

또한 프리즘의 제1반사면에서 임계각보다 작게 입사된 광도 반사시켜서 지문입력면에 조사되도록 하여 지문영상의 밝기를 일정하게 유지시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 광원, 프리즘, 촬상소자가 탑재되는 회로기판을 포함하는 광학식 지문입력장치에 있어서,

   상기 프리즘으로부터 출사되는 지문영상이 전송되는 광로를 측방향으로 변경하여 촬상소자에 결상토록 하는 광로변경용 반사경이 추가로 포함되고,

   상기 촬상소자가 탑재되는 회로기판에는 상기 광원의 리드가 직접 접속되며

   회로기판은 상기 촬상소자의 중심과 상기 광로변경용 반사경을 통해 변경된 광축이 일치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 소형화된 광학식 지문입력장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 프리즘과 광로변경용 반사경 사이에 집속렌즈가 추가로 포함되는 소형화된 광학식 지문입력장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광로변경용 반사경은 광로를 직각으로 변경시키는 평면경인 것을 특징으로 하는 소형화된 광학식 지문입력장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 프리즘은

   광원으로부터의 광이 프리즘 내부로 조사된 후 최초로 반사되는 면에 형성된 반사코팅면을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 소형화된 광학식 지문입력장치.

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