モバイル機器用光学指紋入力装置
【課題】 本発明は、厚さを薄くし、かつ、汗（水）または油のノイズを除去し、指紋映像の歪みを防止することができるので、モバイル機器に容易に適用できるモバイル機器用指紋入力装置を提供するためのものである。
【解決手段】 本発明は、モバイル機器用光学指紋入力装置に関するものであって、指紋入力装置は板状からなる指紋接触部材、歪みを補正する歪み補正部材、前記指紋接触部材で傾斜面とは異なる両側面に各々配列された光源または液晶表示素子内のバックライト光源、前記歪み補正部材の傾斜面側に設けられているフォーカシング手段及びイメージセンサーから構成される。即ち、各々設定された傾斜角を有する指紋接触部材と歪み補正部材をおいて汗（水）または油を区分することはもちろん、薄い指紋接触媒質を使用した場合の短所であった台形歪みを補正し、シリンドリカルレンズと球面レンズから構成されたレンズ系を形成して、イメージの横／縦比が調整できるようにしたものである。
【解決手段】 本発明は、モバイル機器用光学指紋入力装置に関するものであって、指紋入力装置は板状からなる指紋接触部材、歪みを補正する歪み補正部材、前記指紋接触部材で傾斜面とは異なる両側面に各々配列された光源または液晶表示素子内のバックライト光源、前記歪み補正部材の傾斜面側に設けられているフォーカシング手段及びイメージセンサーから構成される。即ち、各々設定された傾斜角を有する指紋接触部材と歪み補正部材をおいて汗（水）または油を区分することはもちろん、薄い指紋接触媒質を使用した場合の短所であった台形歪みを補正し、シリンドリカルレンズと球面レンズから構成されたレンズ系を形成して、イメージの横／縦比が調整できるようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話のようなモバイル機器に適用可能な光学指紋入力装置に関し、より詳しくは、薄くて、イメージに歪みがなくて、かつ、解像度の高い指紋情報が取得できるようになされた光学指紋入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、人間の生体情報のうち、指紋情報を獲得する方法には、指の指紋部位を紙に刷った後、スキャナーやカメラのような画像入力装置を利用する間接的な方法及び光学的な方法、そして電気場の原理を利用するような非光学的な方法がある。
【０００３】
この中で、最も効率的で、かつ、普遍化した方法が光学的な方法であって、光学的に指紋を入力する装置は、図１に示すように、指の指紋部位に光を照らす光源１、この光源１から発生した光を拡散させる拡散板２、プリズム３、プリズムの指紋採取面３−ａに形成される指紋を結像するレンズ４及びレンズ４に結像された指紋映像を電気的な信号に変換するイメージセンサー（Image Sensor）５から構成される。
【０００４】
このような光学指紋入力装置は、プリズム３の指紋接触面３−ａに指の指紋部位を接触させれば、光源１の光が指紋の溝と隆線で反射及び吸収され、このうち、反射された光がプリズム３に入射されてレンズ４に結像され、レンズ４に結像された光がイメージセンサー５に入射されることによって、指紋の映像を入力するようになされている。
【０００５】
ところが、前記した従来の光学指紋入力装置は、プリズムの厚さによって機構の小型化に制限を受けることになるところ、他の機器と一体で構成することが困難である。
【０００６】
ここに、プリズムを薄板状に作る場合、その厚さが薄いほど傾斜面の角度が大きくなりながら、これと比例して指紋映像の台形歪みが激しくなるので、特に携帯電話のように軽薄短小化を重要視するモバイル機器に適用できない問題点があった。また、携帯電話に適用の際、通話による手または顔の油が指紋接触部材に付くことになるが、この場合、油情報と指紋情報が区分できなくて、指紋認証が困難になる問題点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記したような従来技術の問題点を解消するために案出したものであって、厚さを薄くし、かつ、汗（水）または油のノイズを除去し、指紋映像の歪みを防止することができるので、モバイル機器に容易に適用できるモバイル機器用指紋入力装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明に係るモバイル機器用指紋入力装置は、光が透過できる材質であって、板状からなり、上側に指紋映像を入射受けるための入射面と、この入射面と接する一側に傾斜面が形成されている指紋入力部材と、光が透過できる材質であって、箱形態からなり、前記指紋入力部材の傾斜面に対向する入射面と、この入射面の反対側に前記指紋入力部材の傾斜面に対して逆方向に傾斜した傾斜面が形成されている歪み補正部材と、前記歪み補正部材の傾斜面から透過して出る指紋映像を結像する結像部と、前記結像部を通じて結像された指紋映像を入力受けて入力映像に相応する信号を発生するイメージセンサーと、を含んでなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記結像部が映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大するシリンドリカルレンズ及び、映像を結像する球面レンズを含んでなることを他の特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記指紋入力部材がモバイル機器の液晶表示素子の上部に配置することによって、モバイル機器の表示装置と一体化すると共に、光源として前記液晶表示素子用バックライトモジュールを共用で使用するように構成したことを更に他の特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記結像部から透過して出る指紋映像を遮断すると共に、モバイル機器の他側から入射される他の映像が前記イメージセンサーに入力されるようにする反射部材と、利用者の選択によって、前記反射部材を前記結像部と前記イメージセンサーとの間の光経路を遮断する地点と前記光経路を遮断しない地点との間で移動させる移動手段を更に含むことによって、１つのイメージセンサーを指紋入力とモバイル機器のカメラ用に共用化して使用できるように構成したことを更に他の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
前述したように、本発明は、各々設定された傾斜角を有する指紋接触部材と歪み補正部材を置いて、光学指紋入力装置が薄くなることによって発生する台形歪みを補正し、シリンドリカルレンズと球面レンズとから構成されたレンズ系を形成してイメージの横／縦比率を調整したものである。また、指紋接触部材の設定角度を通じて、携帯電話に適用の際、指紋接触面に付くことになる汗（水）または油によるノイズが除去された指紋イメージのみを得るようにした。
【００１３】
ここで、薄い厚さの光学指紋入力装置の短所を解決して指紋認証に必要な情報の損失を最小化し、使用するイメージセンサーの領域を設計によって設定できるので、高解像度指紋情報取得が可能である。
【００１４】
また、薄い厚さの光学指紋入力装置の具現が可能であることによって、携帯電話のようなモバイル機器に適用が可能であり、指紋情報を利用することにより、既存のパスワードによる保安機能に代えることができるので、保安性が高まるという長所がある。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態によれば、単一のイメージセンサーを利用して指紋入力と携帯電話カメラを共に使用することができるので、携帯電話端末機の体積を減らし、構成を単純化させることができる長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
図２は、本発明の好ましい実施形態に係るモバイル機器用光学指紋入力装置の概略図であって、同図面を参照すれば分かるように、本発明に係るモバイル機器用光学指紋入力装置は、前記指紋入力部材１０、光源２０、歪み補正部材３０、第１及び第２反射部材４０、４１、結像部５０及びイメージセンサー６０を含んで構成される。
【００１８】
前記指紋入力部材１０は、光が透過できる材質（例えば、ガラスまたはプラスチック等）を板状で薄く加工し、指（Ｆ）の指紋映像を上側の入射面１１とこの入射面１１に接する一側に第１設定角度（α）で傾斜した傾斜面１２が形成されている。
【００１９】
ここで、指紋入力部材１０の傾斜面１２側の角度（α）は、傾斜面から透過して出る指紋映像が汗（水）または油などのノイズが区分された指紋イメージのみ出るように設定される。
【００２０】
前記光源２０は、指紋入力部材１０の入射面１１に向けて光を均等に発散するものであって、モバイル機器で液晶表示素子用として使われるバックライトモジュールを使用することができる。
【００２１】
即ち、モバイル機器の液晶表示素子の上部に配置することによって、モバイル機器の表示装置と一体化すると共に、光源として前記液晶表示素子用バックライトモジュールを共用に使用することができる。
【００２２】
他の例として、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、バックライトモジュールとは別に指紋入力部材１０の両側面に複数個の点光源２１ａ〜２１ｄを配置して使用することができる。
【００２３】
前記歪み補正部材３０は、光が透過できる材質（例えば、ガラス、プラスチック等）であって、箱形態からなり、指紋入力部材１０の傾斜面１２に対向する入射面３１とこの入射面３１の反対側に第２設定角度（β）で傾斜した傾斜面３２が形成されている。
【００２４】
ここで、歪み補正部材３０の傾斜面３２側の傾斜方向は、指紋入力部材１０の傾斜面１２の傾斜方向に対して逆方向に形成することによって、指紋入力部材１０の傾斜面１２から透過して出る指紋映像の台形歪みを補正するようになされている。
【００２５】
前記第１及び第２反射部材４１、４２は、歪み補正部材３０の傾斜面３２から透過して出る指紋映像、即ち、光の進行方向を転換する。
【００２６】
前記結像部５０は、映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大するシリンドリカルレンズ（Cylinderical Lens）５１と映像を結像する球面レンズ５２をモジュール化したものである。
【００２７】
参考に、前記シリンドリカルレンズ５１は、円筒形のレンズを縦軸方向に切断した形態を有するレンズであって、その配列方向によって映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大する特徴を有する。
【００２８】
本発明では、歪み補正部材３０を透過して出た指紋映像の横方向を縮小したり、縦方向を拡大するようにシリンドリカルレンズ５１が配列される。
【００２９】
即ち、指の指紋は横方向に長くて、縦方向は相対的に狭い形態を有するが、このように、横／縦比が異なる指紋映像がそのままイメージセンサー６０に入力される場合、イメージセンサー６０の撮像面には上下方向に指紋映像が入力されない空白が生じることになる。
【００３０】
前記イメージセンサー６０の撮像面発生する空白は利用されない空間になるが、多くのイメージセンサー６０は半導体素子からなっており、このような半導体素子は単位面積当たり製造費用が非常に高い特徴があるので、利用されない撮像面は大きい浪費の要素となる。
【００３１】
他の一方、横／縦比が異なる指紋映像がそのままイメージセンサー６０に入力される場合、指紋情報領域を受け入れるイメージセンサーのピクセル数が少なくなるので、指紋情報の分解能が低下する。
【００３２】
ここに、本発明では、シリンドリカルレンズ５１を利用して指紋映像を横方向に縮小したり、縦方向に拡張させて、イメージセンサー６０の撮像面に一杯になるように映像が入力されるようにした。
【００３３】
前記イメージセンサー６０は、前記結像部５０を通じて結像された指紋映像を入力受けて、入力映像に相応する信号を発生して出力する。例えば、前記イメージセンサー６０としては、相補性金属酸化膜（Complementary Metal-Oxide-Semicon- doctor；“ＣＭＯＳ”）方式の撮像素子であったり、固体撮像素子（Charge Coupled Device；“ＣＣＤ”）等が利用できるが、この中で、相補性金属酸化膜方式の撮像素子を利用することが好ましい。
【００３４】
以下、前記した本発明の装置において、指紋入力部材１０により汗（水）または油が区分される作用原理について説明する。
【００３５】
光が入射される媒質の屈折率が透過する媒質の屈折率より大きい場合、図４において、光経路１に沿って屈折して進む。しかしながら、入射各（θｉ）が任意の角以後は媒質の外に屈折して透過する光がなくなる。この現状を内部全反射されたとし、この時の角度を臨界角とし、境界面をなす両媒質の屈折率により決まる。
【００３６】
臨界角は屈折角であるθｔ=９０゜である時の入射各θｉをいい、下記の数１式に示すようなスネルの法則（Snell's law）による公式を適用することができる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
上記の数１式において、ｎｉは入射される媒質の屈折率、ｎｔは透過される媒質の屈折率、θｉは入射角、そしてθｔは透過角（または、屈折角という）である。即ち、屈折率の異なる媒質内で光の進行はスネルの法則によりその最大角度が決まる。図５のように、指紋接触媒質に汗や油が付いた指を接触する際、指紋の溝（Ｖ）部分では光の反射がなくて、隆線（Ｒ）では反射されて、光経路（３）に沿って指紋情報が進行する。そして、汗（Ｍ）または油（Ｍ）で反射された光は、スネルの法則により光経路（２）に進行し、この際、光経路（２）より大きい角度には進行できない。したがって、光経路（３）に沿う指紋情報のみを受け入れるならば、汗または油による残像を除去することができる。したがって、指紋入力部材１０の傾斜面１２側の設定角度（α）は、前記光経路（３）に沿う指紋情報のみイメージセンサーとして入射されるように設定する。
【００３９】
以下、前記した本発明の装置において、指紋入力部材１０により台形で歪まれた指紋イメージが歪み補正部材３０により補正される作用原理について説明する。
【００４０】
図６に示すように、物体の線分（イ）’、（ロ）’が光軸に対してレンズとなす距離が異なると、レンズを通過したイメージは線分（イ）”、（ロ）”に台形歪みを形成して結像される。
【００４１】
この台形歪みは物体と光軸がなす角が小さくなるほど大きくなる。即ち、指紋入力部材１０の厚さが薄くなるためには、この角が小さくなるしかなくて、それだけ台形歪みが大きくなることになって、結果的に、縦長に比べて横長の長い台形イメージとなる。
【００４２】
この指紋イメージは、歪み補正部材３０を通過しながら台形歪みが補正されるが、これに対する原理は次の通りである。
【００４３】
図７に示すように、指紋入力部材の入射面に置かれた物体の線分（イ）、（ロ）は、観察者に線分（イ）’、（ロ）’の位置にいるように見え、プリズム内に生じた物体を虚像とする。
【００４４】
このような虚像が生じる位置は、図８ａ及び図８ｂに示すように、水中に物体があって、空気中に観察者があれば、その物体の位置は実際の深さより浮かんでいるように見えることになり、反対に、水中から見る空気中の物体は実際の位置より遠くあるように見えることになる。
【００４５】
また、物体の位置は観察者と水面とがなす角度及び両媒質の屈折率にも影響を受ける。このような点を利用して歪み補正部材３０の厚さ、角度、屈折率の設定によって、台形歪みを補正することができる。
【００４６】
また、虚像の位置は次のように決まる。図９のように、媒質の境界面からｓの深さにいる物体（Ｑ）は境界面の外から見る観察者にはｓ’の位置にいるように見える。屈折する光の経路と光軸とがなす角度をφとし、虚像（ Ｑ ’）の光経路と光軸とがなす角度を（φ’）とすれば、この際、虚像（Ｑ’）の位置は下記の数２式のように表す。
【００４７】
【数２】
【００４８】
前記数２式の（１）にスネルの法則（Snell's law）を代入すれば、次の数３式が誘導され、虚像（Ｑ’） が媒質の境界面となす距離（ｓ’）が出る。
【００４９】
【数３】
【００５０】
前記のような原理により、指紋映像の入射面、即ち、指紋入力部材１０の入射面１１がイメージセンサー６０に対して垂直した光軸に置かれなくても歪み補正部材３０による屈折率及び虚像の位置を考慮して歪み補正部材３０の傾斜面３２に対する傾斜角度（β）を設定することで、指紋イメージの虚像が光軸と垂直に位置することになって、台形歪みをなくすことができる。
【００５１】
図１０は、図２に示す光学指紋入力装置を携帯電話に適用した例を示す図である。
【００５２】
前記図１０において、指紋入力部材１０、光源２０、歪み補正部材３０、第１及び第２反射部材４０、４１、結像部５０及びイメージセンサー６０を携帯電話（Ｈ）本体内に内蔵し、かつ、指紋入力部材１０を携帯電話（Ｈ）の液晶表示素子の上部に配置することによって、その光源として液晶表示素子用バックライトモジュールを共用に使用することができ、液晶表示素子の保護窓を別途に設置しないで、指紋入力部材１０が液晶表示素子の保護窓を兼ねるようにすることができる。
【００５３】
例えば、指紋入力機能を使用しない平常時には、図１１ａに示すように、携帯電話（Ｈ）の液晶表示素子を通じて一般的な携帯電話の機能を表示し、指紋入力機能を使用する場合は、図１１ｂに示すように、液晶表示素子上に指紋入力部材１０の指紋を入力受けるための領域に対応する指紋入力窓（ＦＩＷ）を表示して指（Ｆ）の指紋部位を触れるように案内するようにすることができる。
【００５４】
ここで、指紋入力窓（ＦＩＷ）は、歪み補正部材３０と第１及び第２反射部材４０、４１の設置位置によって、指紋入力部材１０の面積内で左下段、右下段、中間部位、左上段、右上段等、その位置を多様に変更して指定することができる。
【００５５】
上記のように、指紋入力部材１０を液晶表示素子の上部に配置して一体化すれば、外部からは指紋入力装置が内蔵されたことを知らないので、保安性を高めることができる長所がある。
【００５６】
一方、図１２の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図であり、図１３の（ａ）及び（ｂ）は、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す光学指紋接触装置を携帯電話に適用した状態を示す図であって、本発明の他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置は、図２に示す本発明のモバイル機器用光学指紋入力装置を応用したものであって、１つのイメージセンサー６０を通じて携帯電話のカメラ機能と指紋入力装置の指紋入力機能を共用化したものである。
【００５７】
即ち、結像部５０とイメージセンサー６０との間に、携帯電話カメラ用映像入力モジュール１００と、利用者の選択によって前記映像入力モジュール１００を結像部５０とイメージセンサー６０との間の光経路を遮断する地点と前記光経路を遮断しない地点との間で移動させる移動手段を更に含む。
【００５８】
前記映像入力モジュール１００は、指紋入力部材１０とは異なる方向から入力される映像（ＡＩ）の経路を転換するための反射部材１１０と映像を結像するためのレンズモジュール１２０とを一体化したものであって、平常時には、図１２の（ａ）及び図１３の（ａ）に示すように、結像部５０とイメージセンサー６０との間の光経路を遮断しない地点に位置する。
【００５９】
この状態で、利用者が携帯電話用カメラを使用するために、携帯電話（Ｈ）のキーパネルなどを操作すれば、移動手段により、図１２の（ｂ）及び図１３の（ｂ）に示すように、映像入力モジュール１００が結像部５０とイメージセンサー６０との間の光経路を遮断する地点へ移動するところ、指紋入力部材１０とは異なる方向から入力される映像（ＡＩ）が映像入力モジュール１００を通じてイメージセンサー６０に入力される。即ち、イメージセンサー６０が携帯電話カメラ用に使われるようになるのである。
【００６０】
一方、図１４の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図であって、本発明の更に他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置は、前記した図１２及び図１３の装置と同様に、１つのイメージセンサー６０を通じて携帯電話のカメラ機能と指紋入力装置の指紋入力機能を共用化したものであるが、相違点は携帯電話カメラ用の反射部材２１０と携帯電話カメラ用のレンズモジュール２２０を分離したものであって、レンズモジュール２２０は固定して、反射部材２１０を移動手段により移動するように構成したものである。
【００６１】
前記において、本発明は特定の実施形態を例示して説明するが、本発明が前記実施形態に限るのではない。当業者は本発明に対する多様な変形及び修正を容易にさせることができ、このような変形または修正が本発明の特徴を利用する限り、本発明の範囲に含まれるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の光学指紋入力装置に対する概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係るモバイル機器用光学指紋入力装置の概略図である。
【図３】図２に図示された指紋入力部材に対する光源の他の設置例を示す図である。
【図４】異種の媒質境界面で生じる光の屈折現状を説明するための図である。
【図５】汗（水）または油が区分される原理を説明するための図である。
【図６】台形歪みの形成原因を説明するための図である。
【図７】プリズム内に生じる虚像を説明するための図である。
【図８】虚像の形成原因を説明するための図である。
【図９】虚像が生じる原理を説明するための図である。
【図１０】図２に示す光学指紋入力装置を携帯電話に適用した例を示す図である。
【図１１】図１０において、携帯電話の液晶表示装置を通じて携帯電話固有の表示機能と指紋入力機能を共に具現した状態を例示した図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図である。
【図１３】図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す光学指紋接触装置を携帯電話に適用した状態を示す図である。
【図１４】本発明の又別の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 指紋入力部材
２０ 光源
３０ 歪み補正部材
４０、４１ 反射部材
５０ 結像部
６０ イメージセンサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話のようなモバイル機器に適用可能な光学指紋入力装置に関し、より詳しくは、薄くて、イメージに歪みがなくて、かつ、解像度の高い指紋情報が取得できるようになされた光学指紋入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、人間の生体情報のうち、指紋情報を獲得する方法には、指の指紋部位を紙に刷った後、スキャナーやカメラのような画像入力装置を利用する間接的な方法及び光学的な方法、そして電気場の原理を利用するような非光学的な方法がある。
【０００３】
この中で、最も効率的で、かつ、普遍化した方法が光学的な方法であって、光学的に指紋を入力する装置は、図１に示すように、指の指紋部位に光を照らす光源１、この光源１から発生した光を拡散させる拡散板２、プリズム３、プリズムの指紋採取面３−ａに形成される指紋を結像するレンズ４及びレンズ４に結像された指紋映像を電気的な信号に変換するイメージセンサー（Image Sensor）５から構成される。
【０００４】
このような光学指紋入力装置は、プリズム３の指紋接触面３−ａに指の指紋部位を接触させれば、光源１の光が指紋の溝と隆線で反射及び吸収され、このうち、反射された光がプリズム３に入射されてレンズ４に結像され、レンズ４に結像された光がイメージセンサー５に入射されることによって、指紋の映像を入力するようになされている。
【０００５】
ところが、前記した従来の光学指紋入力装置は、プリズムの厚さによって機構の小型化に制限を受けることになるところ、他の機器と一体で構成することが困難である。
【０００６】
ここに、プリズムを薄板状に作る場合、その厚さが薄いほど傾斜面の角度が大きくなりながら、これと比例して指紋映像の台形歪みが激しくなるので、特に携帯電話のように軽薄短小化を重要視するモバイル機器に適用できない問題点があった。また、携帯電話に適用の際、通話による手または顔の油が指紋接触部材に付くことになるが、この場合、油情報と指紋情報が区分できなくて、指紋認証が困難になる問題点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記したような従来技術の問題点を解消するために案出したものであって、厚さを薄くし、かつ、汗（水）または油のノイズを除去し、指紋映像の歪みを防止することができるので、モバイル機器に容易に適用できるモバイル機器用指紋入力装置を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明に係るモバイル機器用指紋入力装置は、光が透過できる材質であって、板状からなり、上側に指紋映像を入射受けるための入射面と、この入射面と接する一側に傾斜面が形成されている指紋入力部材と、光が透過できる材質であって、箱形態からなり、前記指紋入力部材の傾斜面に対向する入射面と、この入射面の反対側に前記指紋入力部材の傾斜面に対して逆方向に傾斜した傾斜面が形成されている歪み補正部材と、前記歪み補正部材の傾斜面から透過して出る指紋映像を結像する結像部と、前記結像部を通じて結像された指紋映像を入力受けて入力映像に相応する信号を発生するイメージセンサーと、を含んでなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記結像部が映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大するシリンドリカルレンズ及び、映像を結像する球面レンズを含んでなることを他の特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記指紋入力部材がモバイル機器の液晶表示素子の上部に配置することによって、モバイル機器の表示装置と一体化すると共に、光源として前記液晶表示素子用バックライトモジュールを共用で使用するように構成したことを更に他の特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記結像部から透過して出る指紋映像を遮断すると共に、モバイル機器の他側から入射される他の映像が前記イメージセンサーに入力されるようにする反射部材と、利用者の選択によって、前記反射部材を前記結像部と前記イメージセンサーとの間の光経路を遮断する地点と前記光経路を遮断しない地点との間で移動させる移動手段を更に含むことによって、１つのイメージセンサーを指紋入力とモバイル機器のカメラ用に共用化して使用できるように構成したことを更に他の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
前述したように、本発明は、各々設定された傾斜角を有する指紋接触部材と歪み補正部材を置いて、光学指紋入力装置が薄くなることによって発生する台形歪みを補正し、シリンドリカルレンズと球面レンズとから構成されたレンズ系を形成してイメージの横／縦比率を調整したものである。また、指紋接触部材の設定角度を通じて、携帯電話に適用の際、指紋接触面に付くことになる汗（水）または油によるノイズが除去された指紋イメージのみを得るようにした。
【００１３】
ここで、薄い厚さの光学指紋入力装置の短所を解決して指紋認証に必要な情報の損失を最小化し、使用するイメージセンサーの領域を設計によって設定できるので、高解像度指紋情報取得が可能である。
【００１４】
また、薄い厚さの光学指紋入力装置の具現が可能であることによって、携帯電話のようなモバイル機器に適用が可能であり、指紋情報を利用することにより、既存のパスワードによる保安機能に代えることができるので、保安性が高まるという長所がある。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態によれば、単一のイメージセンサーを利用して指紋入力と携帯電話カメラを共に使用することができるので、携帯電話端末機の体積を減らし、構成を単純化させることができる長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
図２は、本発明の好ましい実施形態に係るモバイル機器用光学指紋入力装置の概略図であって、同図面を参照すれば分かるように、本発明に係るモバイル機器用光学指紋入力装置は、前記指紋入力部材１０、光源２０、歪み補正部材３０、第１及び第２反射部材４０、４１、結像部５０及びイメージセンサー６０を含んで構成される。
【００１８】
前記指紋入力部材１０は、光が透過できる材質（例えば、ガラスまたはプラスチック等）を板状で薄く加工し、指（Ｆ）の指紋映像を上側の入射面１１とこの入射面１１に接する一側に第１設定角度（α）で傾斜した傾斜面１２が形成されている。
【００１９】
ここで、指紋入力部材１０の傾斜面１２側の角度（α）は、傾斜面から透過して出る指紋映像が汗（水）または油などのノイズが区分された指紋イメージのみ出るように設定される。
【００２０】
前記光源２０は、指紋入力部材１０の入射面１１に向けて光を均等に発散するものであって、モバイル機器で液晶表示素子用として使われるバックライトモジュールを使用することができる。
【００２１】
即ち、モバイル機器の液晶表示素子の上部に配置することによって、モバイル機器の表示装置と一体化すると共に、光源として前記液晶表示素子用バックライトモジュールを共用に使用することができる。
【００２２】
他の例として、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、バックライトモジュールとは別に指紋入力部材１０の両側面に複数個の点光源２１ａ〜２１ｄを配置して使用することができる。
【００２３】
前記歪み補正部材３０は、光が透過できる材質（例えば、ガラス、プラスチック等）であって、箱形態からなり、指紋入力部材１０の傾斜面１２に対向する入射面３１とこの入射面３１の反対側に第２設定角度（β）で傾斜した傾斜面３２が形成されている。
【００２４】
ここで、歪み補正部材３０の傾斜面３２側の傾斜方向は、指紋入力部材１０の傾斜面１２の傾斜方向に対して逆方向に形成することによって、指紋入力部材１０の傾斜面１２から透過して出る指紋映像の台形歪みを補正するようになされている。
【００２５】
前記第１及び第２反射部材４１、４２は、歪み補正部材３０の傾斜面３２から透過して出る指紋映像、即ち、光の進行方向を転換する。
【００２６】
前記結像部５０は、映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大するシリンドリカルレンズ（Cylinderical Lens）５１と映像を結像する球面レンズ５２をモジュール化したものである。
【００２７】
参考に、前記シリンドリカルレンズ５１は、円筒形のレンズを縦軸方向に切断した形態を有するレンズであって、その配列方向によって映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大する特徴を有する。
【００２８】
本発明では、歪み補正部材３０を透過して出た指紋映像の横方向を縮小したり、縦方向を拡大するようにシリンドリカルレンズ５１が配列される。
【００２９】
即ち、指の指紋は横方向に長くて、縦方向は相対的に狭い形態を有するが、このように、横／縦比が異なる指紋映像がそのままイメージセンサー６０に入力される場合、イメージセンサー６０の撮像面には上下方向に指紋映像が入力されない空白が生じることになる。
【００３０】
前記イメージセンサー６０の撮像面発生する空白は利用されない空間になるが、多くのイメージセンサー６０は半導体素子からなっており、このような半導体素子は単位面積当たり製造費用が非常に高い特徴があるので、利用されない撮像面は大きい浪費の要素となる。
【００３１】
他の一方、横／縦比が異なる指紋映像がそのままイメージセンサー６０に入力される場合、指紋情報領域を受け入れるイメージセンサーのピクセル数が少なくなるので、指紋情報の分解能が低下する。
【００３２】
ここに、本発明では、シリンドリカルレンズ５１を利用して指紋映像を横方向に縮小したり、縦方向に拡張させて、イメージセンサー６０の撮像面に一杯になるように映像が入力されるようにした。
【００３３】
前記イメージセンサー６０は、前記結像部５０を通じて結像された指紋映像を入力受けて、入力映像に相応する信号を発生して出力する。例えば、前記イメージセンサー６０としては、相補性金属酸化膜（Complementary Metal-Oxide-Semicon- doctor；“ＣＭＯＳ”）方式の撮像素子であったり、固体撮像素子（Charge Coupled Device；“ＣＣＤ”）等が利用できるが、この中で、相補性金属酸化膜方式の撮像素子を利用することが好ましい。
【００３４】
以下、前記した本発明の装置において、指紋入力部材１０により汗（水）または油が区分される作用原理について説明する。
【００３５】
光が入射される媒質の屈折率が透過する媒質の屈折率より大きい場合、図４において、光経路１に沿って屈折して進む。しかしながら、入射各（θｉ）が任意の角以後は媒質の外に屈折して透過する光がなくなる。この現状を内部全反射されたとし、この時の角度を臨界角とし、境界面をなす両媒質の屈折率により決まる。
【００３６】
臨界角は屈折角であるθｔ=９０゜である時の入射各θｉをいい、下記の数１式に示すようなスネルの法則（Snell's law）による公式を適用することができる。
【００３７】
【数１】
【００３８】
上記の数１式において、ｎｉは入射される媒質の屈折率、ｎｔは透過される媒質の屈折率、θｉは入射角、そしてθｔは透過角（または、屈折角という）である。即ち、屈折率の異なる媒質内で光の進行はスネルの法則によりその最大角度が決まる。図５のように、指紋接触媒質に汗や油が付いた指を接触する際、指紋の溝（Ｖ）部分では光の反射がなくて、隆線（Ｒ）では反射されて、光経路（３）に沿って指紋情報が進行する。そして、汗（Ｍ）または油（Ｍ）で反射された光は、スネルの法則により光経路（２）に進行し、この際、光経路（２）より大きい角度には進行できない。したがって、光経路（３）に沿う指紋情報のみを受け入れるならば、汗または油による残像を除去することができる。したがって、指紋入力部材１０の傾斜面１２側の設定角度（α）は、前記光経路（３）に沿う指紋情報のみイメージセンサーとして入射されるように設定する。
【００３９】
以下、前記した本発明の装置において、指紋入力部材１０により台形で歪まれた指紋イメージが歪み補正部材３０により補正される作用原理について説明する。
【００４０】
図６に示すように、物体の線分（イ）’、（ロ）’が光軸に対してレンズとなす距離が異なると、レンズを通過したイメージは線分（イ）”、（ロ）”に台形歪みを形成して結像される。
【００４１】
この台形歪みは物体と光軸がなす角が小さくなるほど大きくなる。即ち、指紋入力部材１０の厚さが薄くなるためには、この角が小さくなるしかなくて、それだけ台形歪みが大きくなることになって、結果的に、縦長に比べて横長の長い台形イメージとなる。
【００４２】
この指紋イメージは、歪み補正部材３０を通過しながら台形歪みが補正されるが、これに対する原理は次の通りである。
【００４３】
図７に示すように、指紋入力部材の入射面に置かれた物体の線分（イ）、（ロ）は、観察者に線分（イ）’、（ロ）’の位置にいるように見え、プリズム内に生じた物体を虚像とする。
【００４４】
このような虚像が生じる位置は、図８ａ及び図８ｂに示すように、水中に物体があって、空気中に観察者があれば、その物体の位置は実際の深さより浮かんでいるように見えることになり、反対に、水中から見る空気中の物体は実際の位置より遠くあるように見えることになる。
【００４５】
また、物体の位置は観察者と水面とがなす角度及び両媒質の屈折率にも影響を受ける。このような点を利用して歪み補正部材３０の厚さ、角度、屈折率の設定によって、台形歪みを補正することができる。
【００４６】
また、虚像の位置は次のように決まる。図９のように、媒質の境界面からｓの深さにいる物体（Ｑ）は境界面の外から見る観察者にはｓ’の位置にいるように見える。屈折する光の経路と光軸とがなす角度をφとし、虚像（ Ｑ ’）の光経路と光軸とがなす角度を（φ’）とすれば、この際、虚像（Ｑ’）の位置は下記の数２式のように表す。
【００４７】
【数２】
【００４８】
前記数２式の（１）にスネルの法則（Snell's law）を代入すれば、次の数３式が誘導され、虚像（Ｑ’） が媒質の境界面となす距離（ｓ’）が出る。
【００４９】
【数３】
【００５０】
前記のような原理により、指紋映像の入射面、即ち、指紋入力部材１０の入射面１１がイメージセンサー６０に対して垂直した光軸に置かれなくても歪み補正部材３０による屈折率及び虚像の位置を考慮して歪み補正部材３０の傾斜面３２に対する傾斜角度（β）を設定することで、指紋イメージの虚像が光軸と垂直に位置することになって、台形歪みをなくすことができる。
【００５１】
図１０は、図２に示す光学指紋入力装置を携帯電話に適用した例を示す図である。
【００５２】
前記図１０において、指紋入力部材１０、光源２０、歪み補正部材３０、第１及び第２反射部材４０、４１、結像部５０及びイメージセンサー６０を携帯電話（Ｈ）本体内に内蔵し、かつ、指紋入力部材１０を携帯電話（Ｈ）の液晶表示素子の上部に配置することによって、その光源として液晶表示素子用バックライトモジュールを共用に使用することができ、液晶表示素子の保護窓を別途に設置しないで、指紋入力部材１０が液晶表示素子の保護窓を兼ねるようにすることができる。
【００５３】
例えば、指紋入力機能を使用しない平常時には、図１１ａに示すように、携帯電話（Ｈ）の液晶表示素子を通じて一般的な携帯電話の機能を表示し、指紋入力機能を使用する場合は、図１１ｂに示すように、液晶表示素子上に指紋入力部材１０の指紋を入力受けるための領域に対応する指紋入力窓（ＦＩＷ）を表示して指（Ｆ）の指紋部位を触れるように案内するようにすることができる。
【００５４】
ここで、指紋入力窓（ＦＩＷ）は、歪み補正部材３０と第１及び第２反射部材４０、４１の設置位置によって、指紋入力部材１０の面積内で左下段、右下段、中間部位、左上段、右上段等、その位置を多様に変更して指定することができる。
【００５５】
上記のように、指紋入力部材１０を液晶表示素子の上部に配置して一体化すれば、外部からは指紋入力装置が内蔵されたことを知らないので、保安性を高めることができる長所がある。
【００５６】
一方、図１２の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図であり、図１３の（ａ）及び（ｂ）は、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す光学指紋接触装置を携帯電話に適用した状態を示す図であって、本発明の他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置は、図２に示す本発明のモバイル機器用光学指紋入力装置を応用したものであって、１つのイメージセンサー６０を通じて携帯電話のカメラ機能と指紋入力装置の指紋入力機能を共用化したものである。
【００５７】
即ち、結像部５０とイメージセンサー６０との間に、携帯電話カメラ用映像入力モジュール１００と、利用者の選択によって前記映像入力モジュール１００を結像部５０とイメージセンサー６０との間の光経路を遮断する地点と前記光経路を遮断しない地点との間で移動させる移動手段を更に含む。
【００５８】
前記映像入力モジュール１００は、指紋入力部材１０とは異なる方向から入力される映像（ＡＩ）の経路を転換するための反射部材１１０と映像を結像するためのレンズモジュール１２０とを一体化したものであって、平常時には、図１２の（ａ）及び図１３の（ａ）に示すように、結像部５０とイメージセンサー６０との間の光経路を遮断しない地点に位置する。
【００５９】
この状態で、利用者が携帯電話用カメラを使用するために、携帯電話（Ｈ）のキーパネルなどを操作すれば、移動手段により、図１２の（ｂ）及び図１３の（ｂ）に示すように、映像入力モジュール１００が結像部５０とイメージセンサー６０との間の光経路を遮断する地点へ移動するところ、指紋入力部材１０とは異なる方向から入力される映像（ＡＩ）が映像入力モジュール１００を通じてイメージセンサー６０に入力される。即ち、イメージセンサー６０が携帯電話カメラ用に使われるようになるのである。
【００６０】
一方、図１４の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の更に他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図であって、本発明の更に他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置は、前記した図１２及び図１３の装置と同様に、１つのイメージセンサー６０を通じて携帯電話のカメラ機能と指紋入力装置の指紋入力機能を共用化したものであるが、相違点は携帯電話カメラ用の反射部材２１０と携帯電話カメラ用のレンズモジュール２２０を分離したものであって、レンズモジュール２２０は固定して、反射部材２１０を移動手段により移動するように構成したものである。
【００６１】
前記において、本発明は特定の実施形態を例示して説明するが、本発明が前記実施形態に限るのではない。当業者は本発明に対する多様な変形及び修正を容易にさせることができ、このような変形または修正が本発明の特徴を利用する限り、本発明の範囲に含まれるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来の光学指紋入力装置に対する概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に係るモバイル機器用光学指紋入力装置の概略図である。
【図３】図２に図示された指紋入力部材に対する光源の他の設置例を示す図である。
【図４】異種の媒質境界面で生じる光の屈折現状を説明するための図である。
【図５】汗（水）または油が区分される原理を説明するための図である。
【図６】台形歪みの形成原因を説明するための図である。
【図７】プリズム内に生じる虚像を説明するための図である。
【図８】虚像の形成原因を説明するための図である。
【図９】虚像が生じる原理を説明するための図である。
【図１０】図２に示す光学指紋入力装置を携帯電話に適用した例を示す図である。
【図１１】図１０において、携帯電話の液晶表示装置を通じて携帯電話固有の表示機能と指紋入力機能を共に具現した状態を例示した図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図である。
【図１３】図１２の（ａ）及び（ｂ）に示す光学指紋接触装置を携帯電話に適用した状態を示す図である。
【図１４】本発明の又別の実施形態に係るモバイル機器用光学指紋接触装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 指紋入力部材
２０ 光源
３０ 歪み補正部材
４０、４１ 反射部材
５０ 結像部
６０ イメージセンサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モバイル機器用光学指紋入力装置であって、
光が透過できる材質であって、板状からなり、上側に指紋映像を入射受けるための入射面と、この入射面と接する一側に傾斜面が形成されている指紋入力部材と、
光が透過できる材質であって、箱形態からなり、前記指紋入力部材の傾斜面に対向する入射面と、この入射面の反対側に前記指紋入力部材の傾斜面に対して逆方向に傾斜した傾斜面が形成されている歪み補正部材と、
前記歪み補正部材の傾斜面から透過して出る指紋映像を結像する結像部と、
前記結像部を通じて結像された指紋映像を入力受けて、入力映像に相応する信号を発生するイメージセンサーと、
を含んでなることを特徴とするモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項２】
前記結像部は、映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大するシリンドリカルレンズ及び、映像を結像する球面レンズを含んでなることを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項３】
前記結像部は、光の方向を転換するための手段を更に含んでなることを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項４】
前記指紋入力部材は、モバイル機器の液晶表示素子の上部に配置することによって、モバイル機器の表示装置と一体化すると共に、光源として前記液晶表示素子用バックライトモジュールを共用で使用するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項５】
前記指紋入力部材の傾斜面角度は、汗（水）または油を区分するように設定することを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項６】
前記結像部から透過して出る指紋映像を遮断すると共に、モバイル機器の他側から入射される他の映像が前記イメージセンサーに入力されるようにする反射部材と、
利用者の選択によって、前記反射部材を前記結像部と前記イメージセンサーとの間の光経路を遮断する地点と前記光経路を遮断しない地点間で移動させる移動手段を更に含むことによって、１つのイメージセンサーを指紋入力とモバイル機器のカメラ用に共用化して使用できるように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項７】
前記反射部材は、モバイル機器の他側から入力される他の映像を結像するレンズモジュールと一体で構成して、前記移動手段により前記反射部材と前記レンズモジュールが共に移動するようになったことを特徴とする請求項６に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項１】
モバイル機器用光学指紋入力装置であって、
光が透過できる材質であって、板状からなり、上側に指紋映像を入射受けるための入射面と、この入射面と接する一側に傾斜面が形成されている指紋入力部材と、
光が透過できる材質であって、箱形態からなり、前記指紋入力部材の傾斜面に対向する入射面と、この入射面の反対側に前記指紋入力部材の傾斜面に対して逆方向に傾斜した傾斜面が形成されている歪み補正部材と、
前記歪み補正部材の傾斜面から透過して出る指紋映像を結像する結像部と、
前記結像部を通じて結像された指紋映像を入力受けて、入力映像に相応する信号を発生するイメージセンサーと、
を含んでなることを特徴とするモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項２】
前記結像部は、映像のいずれか一側方向の長さを縮小／拡大するシリンドリカルレンズ及び、映像を結像する球面レンズを含んでなることを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項３】
前記結像部は、光の方向を転換するための手段を更に含んでなることを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項４】
前記指紋入力部材は、モバイル機器の液晶表示素子の上部に配置することによって、モバイル機器の表示装置と一体化すると共に、光源として前記液晶表示素子用バックライトモジュールを共用で使用するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項５】
前記指紋入力部材の傾斜面角度は、汗（水）または油を区分するように設定することを特徴とする請求項１に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項６】
前記結像部から透過して出る指紋映像を遮断すると共に、モバイル機器の他側から入射される他の映像が前記イメージセンサーに入力されるようにする反射部材と、
利用者の選択によって、前記反射部材を前記結像部と前記イメージセンサーとの間の光経路を遮断する地点と前記光経路を遮断しない地点間で移動させる移動手段を更に含むことによって、１つのイメージセンサーを指紋入力とモバイル機器のカメラ用に共用化して使用できるように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のうち、いずれか１項に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【請求項７】
前記反射部材は、モバイル機器の他側から入力される他の映像を結像するレンズモジュールと一体で構成して、前記移動手段により前記反射部材と前記レンズモジュールが共に移動するようになったことを特徴とする請求項６に記載のモバイル機器用光学指紋入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００７−５２７０６９（Ｐ２００７−５２７０６９Ａ）
【公表日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０１７００（Ｐ２００７−５０１７００）
【出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００２３２７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８６０７７
【国際公開日】平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願人】（５０６３００８８８）セキュトロニクス インコーポレーテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１４日（２００４．９．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００２３２７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８６０７７
【国際公開日】平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願人】（５０６３００８８８）セキュトロニクス インコーポレーテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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