KR960013821B1 - Image pick-up apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 요철표면 영상픽업장치를 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a conventional uneven surface image pickup device.
제2도는 본 발명에 의한 요철표면 영상픽업장치를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining an uneven surface image pickup apparatus according to the present invention.
본 발명은 요철표면 영상픽업장치에 관한 것으로서, 특히 손가락의 지문과 같이 굴곡을 가진 요철표면을 영상으로 픽업하기 위한 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an uneven surface image pickup device, and more particularly, to an apparatus for picking up an uneven surface having a curvature such as a fingerprint of a finger as an image.
정보화사회에서 정보의 비밀유지의 중요성이 높아짐에 따라 개인식별을 위한 여러가지 장치들이 소개되고 있으나 그 중에서도 사람의 손가락의 지문을 인식하여 개인을 식별하는 지문인식장치들이 최근에 상품화되어 소개되고 있다.As the importance of confidentiality of information increases in the information society, various devices for personal identification have been introduced. Among them, fingerprint recognition devices for recognizing individuals by recognizing fingerprints of human fingers have recently been commercialized and introduced.
제1도를 참조하면, 종래의 지문인식장치는 프리즘(12)의 경사면에 손가락의 지문부위를 접촉하면 프리즘(12)의 하방에 있는 광원(10)으로부터 발사된 광이 프리즘(12)의 제1평탄면을 통해서 입사되어 경사면의 지문이 접촉된 부위에서는 흡수산란되고 오목한 부분에 대응하는 부위에서는 전반사되어 제2평탄면을 통해서 프리즘(12)밖으로 출사된다. 프리즘(12)에서 출사된 광은 렌즈부(14)를 통해 상기 프리즘(12)의 제2평탄면과 평행한 수광면을 가지는 고체촬상소자(16)에 입사된다.Referring to FIG. 1, in the conventional fingerprint recognition apparatus, when the fingerprint portion of the finger contacts the inclined surface of the prism 12, the light emitted from the light source 10 under the prism 12 is removed from the prism 12. Absorption is scattered at the portion where the fingerprint of the inclined surface is contacted through the one flat surface and totally reflected at the portion corresponding to the concave portion is emitted out of the prism 12 through the second flat surface. Light emitted from the prism 12 is incident on the solid state image pickup device 16 having a light receiving surface parallel to the second flat surface of the prism 12 through the lens portion 14.
그러므로, 고체촬상소자(16)에서는 지문의 오목한 부위에 대응하는 수광부위에는 전반사된 광이 많이 도달되고 볼록한 부위가 접촉되는 접촉부위에 대응하는 수광부위는 흡수산란되므로 광이 적게 도달되므로, 이러한 광량의 차이를 광전변환해서 지문영상신호를 픽업할 수 있게 되는 것이다.Therefore, in the solid state image pickup device 16, since the totally reflected light reaches the light receiving portion corresponding to the concave portion of the fingerprint, the light receiving portion corresponding to the contact portion where the convex portion contacts is absorbed and scattered so that less light is reached. Photoelectric conversion of the difference makes it possible to pick up the fingerprint image signal.
이와같이 종래의 장치는 프리즘(12)의 경사면상에 지문을 접촉하기 때문에 제 1도에 도시한 바와같이 P0지점과 Q0지점이 고체촬상소자(16)의 수광면으로부터의 거리가 달라지게 되므로 광축의 중심점에서 멀어질 수록 상의 왜곡이 심하고 흐려지는 문제가 이었다.Thus, since the conventional apparatus contacts the fingerprint on the inclined surface of the prism 12, as shown in FIG. 1, the point P0 and the point Q0 are different from the light-receiving surface of the solid state image pickup device 16, so that The further away from the center point, the more distorted and blurred the image was.
그러므로, 지문영상을 해석하여 개인식별을 하고자 할 때 확실하게 얻을 수 있는 지문의 영상정보량이 감소되므로 정확한 개인식별을 위한 정보량을 얻을 수 없는 곤란한 문제가 있었다. 이러한 지문 영상픽업장치의 문제점은 지문인식장치의 정확성을 떨어뜨리게 되고 장치의 식별 신뢰도에 커다란 영향을 미치게 된다.Therefore, since the amount of image information of the fingerprint that can be reliably obtained is reduced when the fingerprint image is interpreted, there is a difficult problem in that the amount of information for accurate personal identification cannot be obtained. The problem of the fingerprint image pickup device is to lower the accuracy of the fingerprint recognition device and have a great influence on the identification reliability of the device.
본 발명의 목적은 이와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 프리즘의 경사면에 접촉되는 요철표면의 영상을 광축으로부터의 거리에 관계없이 정확하게 얻을 수 있는 요철표면 영상픽업장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an uneven surface image pickup device capable of accurately obtaining an image of an uneven surface in contact with an inclined surface of a prism irrespective of a distance from an optical axis.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 요철표면이 경사면에 접촉되는 프리즘 ; 상기 프리즘의 제1평탄면에 대향해서 설치된 광원 ; 상기 프리즘의 경사면이 제1촛점거리내에 위치하도록 상기 프리즘의 제2평탄면에 근접하여 설치된 크기보정용 제1렌즈수단 ; 상기 제1렌즈수단으로부터 상기 프리즘의 반대편에 제2촛점거리 이상으로 떨어져 설치된 제2렌즈수단 ; 및 상기 제2렌즈수단의 촛점거리 밖에 설치되고 소정 기울기로 수광면이 기울어진 2차원 광전변환수단을 구비한 것을 특징으로 한다.The apparatus of the present invention to achieve the above object is a prism in which the uneven surface is in contact with the inclined surface; A light source provided to face the first flat surface of the prism; First lens means for size correction provided in close proximity to the second flat surface of the prism such that the inclined surface of the prism is within a first focal length; Second lens means disposed away from the first lens means by a distance greater than or equal to a second focal length from the prism; And two-dimensional photoelectric conversion means installed outside the focal length of the second lens means and having an inclined light receiving surface at a predetermined inclination.
상기 제1 및 제2렌즈는 볼록렌즈로 구성한다. 상기 2차원 광전변환수단의 기울기는The first and second lenses are composed of convex lenses. The slope of the two-dimensional photoelectric conversion means
(여기서, XP0는 제1렌즈의 중심에서부터 P0까지의 거리, XP1은 제1렌즈의 중심에서 P0의 허상 Pl까지의 거리, fa는 제1렌즈의 초점거리이다. )Where XP0 is the distance from the center of the first lens to P0, XP1 is the distance from the center of the first lens to the virtual image Pl of P0, and fa is the focal length of the first lens.
(여기서, d는 프리즘의 경사면상의 P0와 Q0간의 광축상의 간격, XQ1은 제 1랜즈의 중심에서 Q0의 허상 Q1까지의 거리이다. )(Where d is the distance on the optical axis between P0 and Q0 on the inclined plane of the prism, and XQ1 is the distance from the center of the first lens to the virtual image Q1 of Q0).
(여기서, MP0은 P0의 크기, MP1는 Pl의 그키, MQ0는 Q0의 크기, MQ1는 Q1의 크기이다.)(Where MP0 is the size of P0, MP1 is the key of Pl, MQ0 is the size of Q0, and MQ1 is the size of Q1.)
(여기서, XP2는 제2렌즈의 중심에서 P2까지의 거리, XQ2는 제2렌즈의 중심에서 Q2까지의 거리, fb는 제2렌즈의 초점거리, X는 제1렌즈와 제2렌즈의 중심들 사이의 거리이다. )Where XP2 is the distance from the center of the second lens to P2, XQ2 is the distance from the center of the second lens to Q2, fb is the focal length of the second lens, and X is the center of the first and second lenses. Distance between them.)
(여기서, MP2는 P2의 크기, MQ2는 Q2의 크기이다. )(Where MP2 is the size of P2, MQ2 is the size of Q2.)
의 식들에 의해 mp2=mq2인 조건을 만족하는 제1초점거리를 결정한 후에After determining the first focal length satisfying the condition of mp 2 = mq 2
에 의해 구한다.Obtained by
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the present invention.
제2도를 참조하면, 본 발명의 요철표면 영상픽업장치, 예컨대 지문인식장치의 영상픽업장치는 경사면과 제1수평평탄면과 제2수직평탄면을 가지는 프리즘(20), 제1볼록렌즈(30), 제2볼록렌즈(40) 및 2차원 광전변환수단, 예컨대 2차원 고체촬상소자(50)를 포함한다. 프리즘(20)의 제1수평평탄면의 하방에는 미도시된 광원이 설치된다. 프리즘(20)은 광축상에 경사면의 중심이 위치되고 제1볼록렌즈(30)의 초점거리(fa)내에 설치된다.Referring to FIG. 2, the image pickup device of the uneven surface image pickup device of the present invention, such as a fingerprint recognition device, includes a prism 20 and a first convex lens having an inclined surface, a first horizontal flat surface, and a second vertical flat surface. 30), the second convex lens 40 and the two-dimensional photoelectric conversion means, such as the two-dimensional solid-state imaging device 50. A light source not shown is provided below the first horizontal flat surface of the prism 20. The prism 20 is positioned at the center of the inclined surface on the optical axis and is provided within the focal length fa of the first convex lens 30.
제2볼록렌즈는 제 1볼록렌즈와 소정 거리(X), 예컨대 제2볼록렌즈의 초점거리 이상의 거리를 두고 배치되고 제2볼록렌즈의 초점거리(fb)의 밖에 고체활상소자(50)가 배치된다.The second convex lens is disposed at a distance greater than or equal to a predetermined distance X, for example, the focal length of the second convex lens, and the solid active element 50 is disposed outside the focal length fb of the second convex lens. do.
고체촬상소자(50)는 광축을 중심으로 P2와 Q2에 포커싱되는 상의 크기가 동일한 크기를 가지도록 적당한 기울기로 그 수광면을 경사지게 하여 배치된다. 이 고체촬상소자의 기울기는 다음 식에 의해 구한다.The solid state image pickup device 50 is arranged with the light receiving surface inclined at an appropriate inclination so that the size of the image focused on P2 and Q2 has the same size around the optical axis. The slope of this solid state image pickup device is obtained by the following equation.
제2도에서 XP0는 제1볼록렌즈(30)의 중심에서붙 P0까지 거리, XP1은 제1볼록렌즈(30)의 중심에서 P0의 허상 Pl까지의 거리, fa는 제1볼록렌즈(30)의 초점거리, 6는 프리즘(20)의 경사면상의 P0와 Q0간의 광축상의 간격, XQ1은 제1볼록렌즈(30)의 중심에서 Q0의 허상 Q1까지의 거리, MP0은 P0의 크기, MP1는 Pl의 크기, MQ0는 Q0의 크기, MQ1는 Q1의 크기, XP2는 제2볼록렌즈(40)의 중심에서 P2까지의 거리, XQ2는 제2볼록렌즈(40)의 중심에서 Q2까지의 거리, fb는 제2볼록렌즈(40)의 초점거리, X는 제1볼록렌즈(30)와 제2볼록렌즈(40)의 중심들 사이의 거리, MP2는 P2의 크기, MQ2는 Q2의 크기이다.In FIG. 2, XP0 is the distance from the center of the first convex lens 30 to P0, XP1 is the distance from the center of the first convex lens 30 to the virtual image Pl of P0, and fa is the first convex lens 30. Is the focal length of 6, the distance on the optical axis between P0 and Q0 on the inclined surface of the prism 20, XQ1 is the distance from the center of the first convex lens 30 to the virtual image Q1 of Q0, MP0 is the size of P0, MP1 is Pl Is the size of Q0, MQ1 is the size of Q1, XP2 is the distance from the center of the second convex lens 40 to P2, XQ2 is the distance from the center of the second convex lens 40 to Q2, fb Is the focal length of the second convex lens 40, X is the distance between the centers of the first convex lens 30 and the second convex lens 40, MP2 is the size of P2, MQ2 is the size of Q2.
상기 X, fb, XP0, MP0=MQ0의 값을 고정하여 mp2=mq2인 조건을 만족하는 제1초점거리를 상기 식(1)-(7)에 의해 결정한 후에 다음 식(8)에 의해 기울기를 구한다.The first focal length satisfying the condition of mp 2 = mq 2 by fixing the values of X, fb, XP0, and MP0 = MQ0 is determined by Equation (1)-(7), and then by Equation (8) Find the slope
즉, 고체촬상소자(50)를 상기 각도로 기울이면 광축중심으로부터 동일 크기를 가진 상이 수광면상에 결상되게 된다.That is, when the solid state image pickup device 50 is inclined at the angle, an image having the same size from the optical axis center is formed on the light receiving surface.
이상과 같이 본 발명에서는 프리즘의 경사면에 지문을 접촉하기 때문에 광축으로부터 멀어질수록 심하게 왜곡되고 초점이 맞지 않아 상기 흐려짐으로 인하여 지문의 영상정보를 정확하게 얻을 수 없는 것을 개선하고자 프리즘가까이 크기보사용 렌즈를 구비하여 허상을 형성한 후에 이 허상을 포커싱함으로써 고체촬상소자의 수광면 중심으로부터 크기가 대칭되는 상을 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, since the fingerprint is in contact with the inclined surface of the prism, as the distance from the optical axis is severely distorted and out of focus, the image information of the fingerprint cannot be accurately obtained due to the blurring. After forming the virtual image, the virtual image can be focused to obtain an image whose size is symmetrical from the center of the light receiving surface of the solid state image pickup device.
그리고, 고체촬상소자의 기울기를 정확하게 구할 수 있으므로 보다 선명한 상을 맺게 할 수 있어서 정확한 지문영상을 픽업할 수 있게 된다.In addition, since the inclination of the solid state image pickup device can be accurately obtained, a clearer image can be formed, so that an accurate fingerprint image can be picked up.
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