KR20120003165U - 광학 지문 인식 시스템 - Google Patents

Abstract

광학 지문 인식 시스템은 지판을 가진다. 상기 지판은 복수의 마이크로-구조물들을 가지고, 상기 지판의 면판은 손가락에 의해 눌리고 접촉되기 위해 제공되고, 상기 지판의 다른 면판은 그 위에 배치된 촬상 소자 및 적어도 하나의 발광 소자를 가진다. 촬상 소자 및 발광 소자는 지판으로부터 거리를 두고 이격된다. 상기 발광 소자가 상기 지판을 향해 광선을 발광시킬 시에, 상기 광선은 지판에 균일하게 분산되도록 복수의 마이크로-구조물들에 의해 가이드되어, 상기 촬상 소자가 손가락 상에 가해진 광선을 포획하기에 용이하게 하고, 이로써, 지문의 인식률은 개선된다. 지판 상의 복수의 마이크로-구조물들의 설계를 통하여, 광선은 지판에 균일하게 분산되고, 이로써, 지문 인식의 효과는 개선된다.

Description

광학 지문 인식 시스템{OPTICAL FINGERPRINT RECOGNITION SYSTEM}

본 발명은 지문 인식 시스템에 관한 것으로서, 특히, 복수의 마이크로-구조물들을 구비한 지판(finger board)을 가진 광학 지문 인식 시스템에 관한 것이다.

미국 특허 제5177802호는 주로 촬상 소자, 상기 촬상 소자 상에 배치된 광 가이드 판 및 상기 광 가이드 판의 2 개의 측면들에 배치된 2 개의 발광 소자들을 포함한다. 발광 소자들이 발광을 할 시에, 광 가이드 판은 입사 광이 손가락 상에 투영되도록 가이드하고, 그 후에 전반사 원리(total reflection principle)에 따라서 촬상 소자에 반사되고, 이로써, 지문 인식의 효과는 달성된다.

그러나, 광 가이드 판은 전반사 원리에 따라서 입사 광을 가이드하기 때문에, 조립 과정 동안, 입사 광을 손가락의 부분들에 투영되도록 효과적으로 가이드하기 위해서, 발광 소자 및 광 가이드 판의 입사각은 정확하게 조정되어야 한다. 그 결과, 조립은 어렵고, 조립 비용은 비싸고, 이로써 경제적인 효과는 떨어지게 된다.

이에 따라서, 본 발명은, 인식률을 개선시키고 조립 과정을 간단하게 할 수 있는 광학 지문 인식 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 손가락의 지문 패턴을 인식하기 위해 사용된 광학 지문 인식 시스템을 제공한다. 광학 지문 인식 시스템은 지판, 촬상 소자 및 적어도 하나의 발광 소자를 포함한다. 상기 지판은 제 1 면판(plate face) 및 상기 제 1 면판에 대향하는 제 2 면판을 가진다. 상기 제 1 면판은 손가락에 의해 접촉되기 위해 사용되고, 상기 제 2 면판은 상기 제 2 면판 상에 배치된 복수의 마이크로-구조물들을 가진다. 상기 촬상 소자는 상기 지판으로부터 거리를 두고 이격되고, 상기 제 2 면판에 대응되고, 상기 촬상 소자는 손가락에 의해 상기 지판 상에 적용된 지문 패턴을 포획하기 위해 사용된다. 상기 발광 소자는 상기 지판으로부터 거리를 두고 이격되고, 상기 제 2 면판에 대응되고, 상기 발광 소자는 상기 지판을 향해 적어도 하나의 광선을 발광시킨다. 상기 발광 소자가 상기 지판을 향해 광선을 발광시킬 시에, 상기 광선은 복수의 마이크로-구조물들을 따라서 상기 지판에 입사하고, 그 결과 상기 광선은 모이게 되고, 상기 지판에 균일하게 분산된다. 손가락에 대응하는 지판의 영역은 충분한 휘도를 가지고, 광선이 손가락으로부터 촬상 소자로 반사될 시에, 명확한 대비의 지문 패턴은 얻어지게 된다.

본 발명은, 마이크로-구조물들로 인해 입사 광선이 지판에 균일하게 분산되어 손가락 상에 입사하는 광선이 균일하고 집약적이게 하는 효과를 가져서, 이로써, 인식률은 효과적으로 개선된다.

본원의 내용으로부터, 상기 광학 지문 인식 시스템은 다음의 이점들 및 효과를 가진다.

1. 본 발명의 복수의 마이크로-구조물들의 배치를 통하여, 손가락 상에 조사된 광선을 균일하고 집약적으로 만들기 위해서, 광선은 지판 상에 균일하게 분산되어 지문 인식률을 효과적으로 개선시키고, 이로써, 본 발명은 적용에 있어 실용성을 가진다.

2. 본원에 설명에 따라서, 본 발명은 단지 실제 적용의 요건들에 따라서 복수의 마이크로-구조물들의 깊이, 불완전한 평면(plane of infraction)의 끼인각(included angle) 및 구성물의 밀도를 설계할 필요가 있어서, 인식률의 개선 목적은 달성된다. 그러므로, 다른 소자들(예를 들면, 발광 소자)의 설치 위치 및 각도는 한정될 필요가 없고, 이로써, 조립 과정은 간단해지며, 비용도 감소되고, 그리고 설치 편의성이 개선된다.

본 발명은 단지 제시뿐만 나이라 본 발명에 제한되지 않게 주어진 상세한 도면으로부터 보다 더 완전하게 이해될 수 있고, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 1 실시예의 개략도;
도 2는 본 발명에 따른 마이크로-구조물로부터 지판에 들어가는 입사 광선을 모의 실험을 하여 나타낸 확대 개략도;
도 3a는 본 발명에 따른 지판으로부터 지문 마루(fingerprint ridge) 상에 입사하는 광선을 모의 실험을 하여 나타낸 확대 개략도;
도 3b는 본 발명에 따른 지판으로부터 지문 골(fingerprint valley) 상에 입사하는 광선을 모의 실험을 하여 나타낸 확대 개략도;
도 4는 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 2 실시예의 개략도;
도 5는 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 3 실시예의 개략도;
도 6은 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 4 실시예의 개략도; 및
도 7은 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 5 실시예의 개략도이다.

본 발명의 다른 기술적인 내용, 특징 및 효과는 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 여러 실시예들의 상세한 설명에서 명확하게 제시된다.

도 1은 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 1 실시예의 개략도이다. 본 발명의 광학 지문 인식 시스템은 지판(10), 촬상 소자(20) 및 적어도 하나의 발광 소자(30)를 포함한다.

광선이 지판(10)을 통하여 나아가는 한, 지판(10)은 고투과성 물질로 구성되고, 예를 들면, 열가소성 폴리우레탄(TPU)의 플라스틱, 폴리카보네이트(PC), 실리콘 플라스틱(SP), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)(PMMA) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)(PET) 중 하나로 구성되지만 이에 한정되지는 않는다. 게다가, 지판(10)의 2 개의 대향 측면들은 제 1 면판(11) 및 제 2 면판(12) 각각을 가진다. 제 1 면판(11)은 손가락(C)에 의해 접촉되고 눌리기 위해 사용되고, 제 2 면판(12)은 상기 제 2 면판 상에서 형성된 복수의 마이크로-구조물들(13)을 가진다.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로-구조물로부터 지판에 들어가는 입사 광선을 모의 실험을 하여 나타낸 확대 개략도이다. 본 발명의 복수의 마이크로-구조물들(13)은 제 2 면판(12)의 표면 상에서 형성되고, 예를 들면, 복수의 볼록형 마이크로-구조물들(13)은 상기 제 2 면판(12)으로부터 돌출된다. 마이크로-구조물들(13)의 단면의 형상은 제 1 아크 형상의 볼록형 표면(131) 및 제 2 아크 형상의 볼록형 표면(132)에 의해 형성된 아크 형상의 원뿔 구조물일 수 있다는 것을 주목해야한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 촬상 소자(20)는 지판(10)으로부터 거리를 두고 이격되고, 지판(10)으로부터 광선을 포획하고, 상기 광선을 전기 신호로 전환하기 위해 사용된다. 촬상 소자(20)는 CCD(charge coupled device) 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 소자일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 촬상 소자(20)는 예로서 CMOS 소자로 제시되지만, 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.

발광 소자(30)는 촬상 소자(20)의 인접 측면에 배치되고, 지판(10)의 복수의 마이크로-구조물들(13)을 조사하기 위해 광선을 발광시키기 위해 사용된다. 본 발명의 실시예에서, 발광 소자(30)는 바람직한 실시예로서 발광 다이오드(LED)로 제시되지만, 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않는다.

구조물 구성과 함께, 손가락(C)이 지판(10)의 제 1 면판(11) 상에 위치될 시에, 발광 소자(30)는 지판(10)을 향하여 광선을 발광시키기 위해 구동되어, 그 결과, 광선은 복수의 마이크로-구조물들(13)로부터 지판(10)의 제 2 면판(12)으로 입사한다. 마이크로-구조물들(13)이 지판(10)의 제 2 면판(12)에 분배되면, 제 2 면판(12)의 전체 표면은 복수의 아크 형상의 원뿔 구조물들의 표면 속성을 가진다. 이 방식으로, 발광 소자(30)에 의해 발광된 입사 광선의 전송 경로는 변화되고, 입사 광선은 복수의 마이크로-구조물들(13)의 설계를 통하여 확산되고, 즉, 입사 광선이 마이크로-구조물들(13)에 입사한 후에, 입사 광선은 균일하게 지판(10)에 분산된다.

특히, 도 2에서 도시된 바와 같이, 예를 들면, 입사 광선(A1)은 공기로부터 마이크로-구조물들(13) 상에 입사되고, 그리고 법선(M) 근처의 투과 광선(B1) 및 복수의 확산 광선들(B2)은 발생되고, 그 결과, 투과 광선(B1) 및 확산 광선들(B2)은 지판(10)에 각각 입사된다. 또한, 입사 광선(A1)의 부분은 마이크로-구조물들(13)의 표면에서 반사된 광선(A2)을 형성한다.

이로써, 복수의 입사 광선들(A1)이 복수의 마이크로-구조물들(13)에 각각 입사될 시에, 입사 광선들(A1)은 마이크로-구조물들(13)의 설계를 통하여 많은 수의 집약적인 투과 광선들(B1) 및 확산 광선들(B2)로 분할되어, 그 결과, 지판(10)의 전체 표면은 균일하게 광을 수신하고, 손가락(C)에 대응하는 지판(10)의 영역은 충분한 휘도를 가진다.

굴절 효과는 복수의 마이크로-구조물들(13)의 깊이, 불완전한 평면의 끼인 각 및 구성물의 밀도에 의해 변화될 수 있으며, 그리고, 마이크로-구조물들(13)은 실질적인 요건에 따라 적합하게 구성될 수 있어서, 이로써, 최적의 휘도 및 광도를 획득한다는 것을 주목해야 한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 광선(C1)이 지판(10)으로부터 지문(C)의 마루에 입사될 시에, 광선(C1)의 부분은 법선(M)의 근처에서 투과 광선(D1)을 발생시키기 위해 지문 마루를 통하여 관통된다. 지문 마루의 표면이 고르지 못하면, 광선(C1)의 부분은 상기 마루에 접촉하는 블록(block) 상에서 반사 광선(E1) 및 복수의 확산 광선들(E2)을 발생시킨다. 광선(C1)이 지판(10)으로부터 손가락(C)으로 입사하면, 전체적으로 반사된 광선은 발생되지 않고, 이로써, 광선(C1)은 지문 마루 부위에 가해지고, 약한 휘도를 가진 어두운 영역이 형성된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 지문 골이 지판(10) 상에 오목부를 형성하면, 즉, 광선(F1)이 지판(10)으로부터 공기에 입사되면, 광선(F1)이 지판(10)으로부터 지문(C)의 골에 입사되고, 지판(10)의 표면이 고를 시에, 광선(F1)의 입사 각도가 임계 각도(θ)보다 클 시에 전체적으로 반사된 광선(G1)은 발생된다. 이로써, 광선(C1)은 지문 골에 가해지고, 그리고 강한 휘도를 가지는 밝은 영역이 형성된다. 이 방식으로, 명백한 대비를 가지는 지문 패턴이 형성되고, 그 결과, 촬상 소자(20)는 지문 인식의 효과를 달성한다.

도 4는 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 2 실시예의 개략도이다. 광학 지문 인식 시스템은 광학 소자를 더 포함한다. 광학 소자는 투과성 광 확산판(41)이고, 광 확산판(41)은 지판(10)과 촬상 소자(20) 사이에서 배치된다. 광 확산판(41)은 개구부(411)를 가지고, 개구부(411)는 촬상 소자(20)에 대향되어 위치된다.

발광 소자(30)가 광 확산판(41)을 향해 광선을 발광할 시에, 광선은 광 확산판(41)에 의해 표면 광원으로 전환되고, 표면 광원이 지판(10)의 전체 표면을 덮을 수 있는 것을 확보하기 위하여 표면 광원은 지판(10)의 전체 영역을 균일하게 겹치게 한다. 표면 광원의 전송 경로는 마이크로-구조물들(13)에 의해 변화되고, 확산이 발생되고, 이로써, 광선의 균일한 분산의 효과는 증진되어, 그 결과, 지판(10)의 전체 영역은 밝게 된다. 광선은 손가락(C)에 의해 반사되고, 상기 반사된 광선은 광 확산판(41)의 개구부(411)를 통하여 촬상 소자(20)에 입사되고, 이로써, 지문 인식의 효과는 현저하게 개선된다.

도 5는 본 발명에 다른 광학 지문 인식 시스템의 제 3 실시예의 개략도이다. 제 3 실시예가 제 2 실시예와 실질적으로 동일하기 때문에, 단지 그들 간의 상이점만을 이하에서 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광학 소자는 광 분할기(42)이고, 상기 광 분할기(42)는 예를 들면 특정 파장의 광선이 관통하도록 하고, 이때 상기 광선은 380 nm 내지 780 nm의 파장을 가지지만, 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 이 실시예에서, 광 분할기(42)의 투과율 대 반사율의 비율은 약 80% : 20%이다.

발광 소자(30)가 광 분할기(42)를 향하여 광선을 발광할 시에, 80% 광선은 투과 광선을 형성하기 위해 광 분할기(42)를 투과한다. 또한, 20% 광선은 광 분할기(42)에 의해 반사되어 사용될 수 없다. 즉, 광 분할기(42)는 분할의 효과를 달성하기 위해 다층들로 코팅된다. 이로써, 발광 소자(30)에 의해 발생된 지판(10) 상의 명확한 점광원(point light source)의 문제점은 해결된다.

복수의 마이크로-구조물들(13)은 광의 전송 경로를 변화시키고 확산을 발생시키는 기능을 가진다. 그러므로, 투과 광선이 지판(10)에 입사할 시에, 복수의 마이크로-구조물들(13)은 투과 광선이 지판(10) 상에 균일하게 분산되도록 가이드하고, 이로써, 지판(10)의 전체 영역의 밝기는 균일하다.

또한, 손가락(C)에 의해 반사된 광선은 광 분할기(42)에 다시 가해지고, 그 결과 상기 광선은 2 차 광선 필터링(filtering)을 형성하기 위해 광 분할기(42)를 통해 다시 나아간다. 이로써, 촬상 소자(20)는 분명한 대비 지문 광선 패턴을 포획하고, 이로 인해, 촬상 소자(20)의 인식 지문의 효과는 현저하게 개선된다.

도 6은 본 발명에 따른 광학 지문 인식 시스템의 제 4 실시예의 개략도이다. 광학 지문 인식 시스템은 적어도 2 개의 광가이드 소자들(light guide elements)(50)을 더 포함하고, 이때 상기 광가이드 소자들은 광학 소자의 2 개의 대향 측면들에 각각 배치된다. 이 실시예에서, 광학 소자는 예를 들면 광 확산판(41)으로 제시되지만, 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않는다. 다음으로, 지판(10)은 광 가이드 소자들(50)의 상부 상에 배치된다. 이로써, 지판(10), 광 확산판(41) 및 광 가이드 소자들(50)은 캐비티(cavity)(51)를 둘러싸고 정의한다. 손가락(C)이 지판(10) 상에 위치될 시에, 발광 소자(30)는 광 확산판(41)을 향해 광선을 발광시키고, 광 확산판(41) 및 광 가이드 소자들(50)의 구조물의 설계로 인해, 광선은 캐비티(51)에서 균일한 광 필드(light field)를 형성하고, 그 결과, 지판(10) 및 복수의 마이크로-구조물들(13)은 광을 균일하게 수신하고, 이로써, 손가락(C)의 지문 패턴의 대비는 향상되고, 그 결과, 지문 패턴은 보다 명확해지고, 인식률도 더 나아진다.

도 7에 도시된 바와 같이, 광학 소자(예를 들면, 광 확산판(41)) 및 광 가이드 소자들(50)은 일체형으로 형성되고, 그 결과 광선의 반사율은 일정하게 되어, 광선의 전송 경로를 균일하게 변화시키는데 도움을 주고, 광선은 지판(10) 상에서 균일하게 분산된다는 것을 주목해야 한다. 또한, 광 가이드 소자(50)는 발광 소자(30)의 외부 에지(outer edge)를 덮을 수도 있고, 그 결과, 발광 소자(30)는 광 가이드 소자(50)를 향하여 광선을 직접 발광시켜서, 광선은 광 가이드 소자(50)에 입사되고, 그 후에, 광 가이드 소자(50)에 의해 확산된다. 예를 들면, 광선은 광 가이드 소자(50)를 따라 광학 소자로 발광되고, 광선은 광 가이드 소자(50)의 측 벽을 따라 발광되어, 균일한 광 필드는 캐비티(51)에서 형성된다.

또한, 광 가이드 소자(50)는 가이드 챔퍼(guide chamfer)(52)를 가지고, 상기 가이드 챔퍼는 광학 소자의 방향으로 내부를 향해 테이퍼화(tapered)되고, 그 결과, 가이드 챔퍼(52)는 광학 소자의 측면 에지에 연결되고, 이로써, 광선을 광학 소자에 손쉽게 입사하도록 한다.

Claims (10)

1. 손가락의 지문 패턴을 인식하는 광학 지문 인식 시스템에 있어서,
   제 1 면판 및 제 2 면판을 가지는 지판(상기 제 1 면판은 상기 제 2 면판에 대향되고, 상기 제 1 면판은 상기 제 1 면판 상에서 손가락에 의해 접촉되기 위해 사용되고, 상기 제 2 면판은 상기 제 2 면판 상에서 배차된 복수의 마이크로-구조물들을 가짐);
   상기 지판과 거리를 두고 이격되고, 상기 제 2 면판에 대응하는 촬상 소자(상기 촬상 소자는 손가락의 지문 패턴을 포획하기 위해 사용됨); 및
   상기 지판과 거리를 두고 이격되고, 상기 제 2 면판에 대응하는 적어도 하나의 발광 소자(상기 발광 소자는 상기 지판을 향해 적어도 하나의 광선을 발광시킴)
   를 포함하고,
   상기 마이크로-구조물들은 상기 지판에서 균일하게 분산된 광선을 가이드하기 위해 사용되고, 그 결과, 상기 광선은 손가락에 의해 상기 촬상 소자에 반사되고, 상기 촬상 소자는 손가락 상에 가해진 광선을 포획하여, 손가락의 지문 패턴을 인식하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 마이크로-구조물들은 상기 지판으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 마이크로-구조물들은 제 1 아크 형상의 볼록형 표면 및 제 2 아크 형상의 볼록형 표면에 의해 형성된 아크 형상의 원뿔 구조물인 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 지판과 상기 촬상 소자 사이에 배치된 광학 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 광학 소자는 광 확산판이고, 상기 광 확산판은 개구부를 가지고, 상기 개구부는 상기 촬상 소자에 대향되어 있고, 손가락으로부터 반사된 광선은 상기 개구부를 관통하고 상기 촬상 소자에 입사하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 광학 소자는 광 분할기이며, 그리고 선택적으로, 상기 발광 소자에 의해 발광된 특정 파장을 가진 광선은 상기 광 분할기를 관통하기 위해 구성되거나, 또는 손가락에 의해 반사된 특정 파장을 가진 광선은 상기 광 분할기를 관통하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   적어도 2 개의 광 가이드 소자들을 더 포함하고,
   상기 2 개의 광 가이드 소자들은 상기 광학 소자의 2 개의 대향 측면들 상에 각각 배치되고, 상기 지판은 상기 2 개의 광 가이드 소자들의 일 측면 에지에 배치되고, 상기 지판, 상기 광학 소자 및 상기 광 가이드 소자들은 캐비티를 둘러싸고 정의하며, 그리고 상기 광선은 균일한 광 필드를 형성하기 위하여 상기 광학 소자 및 상기 광 가이드 소자들에 의해 상기 캐비티에 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 광학 소자 및 상기 2 개의 광 가이드 소자들은 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 2 개의 광 가이드 소자들 각각은 가이드 챔퍼를 가지고, 상기 2 개의 가이드 챔퍼들은 상기 광학 소자에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 2 개의 광 가이드 소자들은 상기 발광 소자의 에지들의 외부를 덮는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광학 지문 인식 시스템.

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