KR20160105648A - 카메라가 장착된 휴대 단말기에 외장하는 지문입력용 외장 광학기기 및 그 외장 광학기기 장착용 플레이트 - Google Patents

Abstract

카메라가 장착된 휴대 단말기에 외장하는 지문입력용 외장 광학기기 및 그 외장 광학기기 장착용 플레이트가 개시된다. 본 발명에 의하면, 기존의 휴대 단말기가 광학식 지문입력을 위한 구성을 내장하지 않더라도, 본 발명의 외장 광학기기를 이용하여 지문 이미지를 광학식 지문입력방법으로 생성할 수 있다. 이때, 외장 광학기기는 자석부재를 내장하여 휴대 단말기에 부착된 금속재 플레이트에 자력으로 장착되고 탈착된다. 외장 광학기기와 플레이트는 서로 다른 기종의 휴대 단말기에 적용하기 위하여 휴대 단말기의 엘이디 광을 입력받기 위한 구조를 가진다.

Description

카메라가 장착된 휴대 단말기에 외장하는 지문입력용 외장 광학기기 및 그 외장 광학기기 장착용 플레이트{External-Optical Device for Mobile Terminal Equipped with Camera so as to Input Fingerprint, and Plate to Equip the External-Optical Device}

본 발명은 스마트폰처럼 카메라가 장착된 휴대 단말기에 외장하여 사용자 지문 이미지를 입력할 수 있는 외장 광학기기와, 그 외장 광학기기를 휴대 단말기에 장착하기 위한 장착용 플레이트에 관한 것이다.

정보기기를 이용한 개인 인증에 불변성과 유일성이 뛰어난 사용자 생체 정보를 이용하는 것은 이미 일반화되었으며, 그 중에서도 지문인식은 간단한 구조와 대비되는 뛰어난 성능 때문에 다른 수단에 비해 가장 주목되고 일반화된 인증수단이 되고 있다. 지문정보를 획득하는 방법으로 보편화된 방법이 프리즘과 같은 광굴절기를 사용하는 광학적인 방법이다.

종래의 광학식 지문입력장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 지문인식용 광을 조사하는 광원(1)과, 손가락이 접촉하는 프리즘(3)과, 프리즘(3)으로부터 출사되는 지문 영상을 결상하기 위한 렌즈(4)와, 렌즈(4)에 결상된 지문영상을 전기적인 신호로 변환하는 이미지 센서(Image Sensor)(5)로 구성된다. 광학식 지문입력장치에는 프리즘(3)과 광원(1)의 배치구조에 따라 산란식 장치와 흡수식 장치가 있다.

광원(1)에서 출사된 광은 프리즘(3)으로 입사하여 프리즘(3)의 지문접촉면(3a)에 접촉된 지문의 골과 융선에서 반사, 흡수 또는 산란되면서 지문 영상을 형성한 후, 프리즘(3)의 출사면(3b)을 통해 출사된다. 프리즘(3)에서 출사된 지문 영상은 렌즈(4)를 통해 이미지 센서(5)에 결상됨으로써 디지털 지문 영상을 획득하게 된다.

프리즘(3)은 삼각형 형상의 단면을 가지면서 광 경로를 일정한 각도 이상으로 변경시키기 때문에, 어떠한 방식에 의하더라도 프리즘(3)을 사용하는 지문입력장치는 반도체 타입 등에 비해 큰 부피를 가질 수밖에 없다. 따라서 광학식 지문입력장치를 비교적 얇은 패널 형상의 모바일 기기에 적용하는데 어려움이 있다.

이러한 대안으로, 출원인은 엘이디와 카메라부를 구비한 휴대 단말기의 외면에 장착되는 외장 광학기기(대한민국 등록특허 제1479609호)를 발명하였다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 종래의 외장 광학기기(230)는 판상의 광굴절기(231)와, 휴대 단말기 카메라부(211)의 상측에 마련된 제1 미러(Mirror)(235)와, 광굴절기(231)의 양 측면과 후면의 외측 공간부에 마련된 제2 미러(237), 광차단부(241) 및 광입사부(243)를 포함한다.

이때, 광굴절기(231)는 상부에 상기 지문이 접촉하는 지문접촉면(231a)이 형성되고, 하부에 광입사면(231c)이 형성된다. 출사면(231b)은 광굴절기(231)의 전단부에 마련된다. 광굴절기(231)는 휴대 단말기(210)의 엘이디(213)의 상부로부터 이격되어 마련되는 대신에, 제2 미러(237)가 휴대 단말기(210)의 엘이디(213)에서 출사되는 광을 광굴절기(231)로 반사시킨다.

한편, 광차단부(241)는 제2 미러(237)와 광굴절기(231) 사이에 배치되어, 제2 미러(237)에서 반사된 광이 광굴절기(231)로 직접 입사되지 않도록 차단한다. 대신에, 광입사부(243)가 광입사면(231c)의 아랫쪽에 배치되어 상기 제2 미러(237)에서 반사된 광의 일부를 광입사면(231c)으로 입사시킨다.

상기 광입사부(243) 역시 미러일 수 있다. 이때의 미러(243)는 광굴절기(231)와의 사이에 슬릿(s)을 형성하여 제2 미러(237)에서 반사된 광의 일부가 유입되도록 하고, 유입된 광을 반사 또는 산란시켜 광굴절기(231)의 광입사면(231c)으로 입사시킨다. 또한, 광입사부는 확산판일 수도 있다.

광굴절기(231)의 출사면에서 출사되는 지문 영상은 제1 미러(235)에 의해 반사되어 휴대 단말기(210)의 카메라부(211)로 입사되어 지문 이미지가 된다.

한편, 이 발명이 외장 광학기기(230)를 휴대 단말기(210)에 장착하는 방법으로 제시한 것은 별도의 외장 케이스를 구비하고, 그 외장 케이스에 외장 광학기기(230)가 슬라이딩 가능하게 장착하는 것이다. 그러나, 사용자에 따라 휴대 단말기용 외장 케이스를 사용하지 않는 경우에는 이러한 방법을 사용할 수 없다.

[관련 기술 문헌]

1. 카메라가 장착된 휴대 단말기를 이용한 지문입력장치 및 그 지문입력용 외장 광학기기 (대한민국 등록특허 제1479609호)

본 발명의 목적은, 스마트폰처럼 카메라가 장착된 휴대 단말기에 외장하여 사용자 지문 이미지를 입력할 수 있는 외장 광학기기와, 그 외장 광학기기를 휴대 단말기에 장착하기 위한 장착용 플레이트를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 동일한 외면에 카메라부와 엘이디를 구비하는 휴대 단말기에 장착되는 외장 광학기기를 제시한다. 외장 광학기기는 장착용 플레이트와, 상기 장착용 플레이트에 장착되는 하우징을 구비한 외장 광학기기 본체를 구비한다.

장착용 플레이트는 상기 휴대 단말기의 카메라부의 위치에 대응하는 제1 관통홀과 상기 휴대 단말기의 엘이디의 위치에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 평판 형상의 자석에 붙는 소재로 마련되어, 상기 휴대 단말기의 외면에 부착된다.

한편, 상기 외장 광학기기 본체는 광굴절기와, 미러(Mirror), 자석부재 및 상기 하우징을 구비한다. 광굴절기는 상부에 상기 지문이 접촉하는 지문접촉면과, 상기 엘이디로부터 출사되어 상기 제2 관통홀을 통과한 광이 입사되는 광입사면과, 지문영상이 출사되는 출사면을 구비한다. 미러는 상기 카메라부의 상측에 마련되어, 상기 출사면에서 출사되는 지문 영상을 상기 제1 관통홀을 통해 상기 카메라부로 반사시킨다. 자석부재는 상기 외장 광학기기 본체를 상기 장착용 플레이트에 자력으로 고정한다. 하우징은 상기 광굴절기, 미러 및 자석부재를 수용한다.

실시 예에 따라, 상기 장착용 플레이트에는 상기 하우징의 위치를 안내하는 복수 개의 가이드 홀이 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 하우징의 외면에는 상기 장착용 플레이트의 가이드 홀에 끼워지는 복수 개의 돌기가 형성됨으로써, 상기 하우징을 상기 장착용 플레이트에 장착할 때에 정해진 위치에 장착될 수 있다.

다른 실시 예에 따라, 상기 장착용 플레이트에는 상기 휴대 단말기를 원형의 돌출부를 가지는 별도의 거치대에 거치시키기 위한 원형의 거치대용 관통홀이 형성될 수 있다. 그 거치대에는 상기 장착용 플레이트를 자력으로 고정하기 위한 자석부재가 내장된 베이스와, 상기 베이스의 가운데에 마련되어 상기 거치대용 관통홀에 끼워지는 돌기를 구비한다.

한편, 본 발명의 외장 광학기기는, 상기 플레이트와 동일한 크기의 투명한 합성수지 소재의 필름인 가이드 부재를 더 포함할 수 있다. 가이드 부재는, 상기 플레이트를 상기 휴대 단말기의 외면에 부착할 때 상기 플레이트의 상부에 배치하여 상기 제1 관통홀의 중심이 상기 휴대 단말기의 카메라부의 중심에 위치하도록 가이드하였다가 상기 플레이트의 부착이 완료되면 제거한다.

상기 가이드 부재에는, 상기 제1 관통홀의 중심을 표시하는 가늠자가 표시되어, 상기 부착 과정에서 상기 가늠자로 상기 카메라부의 중심 위치에 맞출 수 있도록 한다.

실시 예에 따라, 상기 장착용 플레이트는, 상기 휴대 단말기에 장착 가능한 별도의 외장 케이스에 부착되는 형태로 상기 휴대 단말기에 배치될 수도 있다.

실시 예에 따라, 상기 광굴절기가 상기 엘이디의 상부로부터 이격되어 장착되는 경우에, 상기 외장 광학기기는 상기 하우징 내에 수용되어 상기 엘이디로부터 출사되는 광을 상기 광굴절기의 광입사면으로 이송하는 광 가이드(Light Guide)를 구비할 수 있다.

상기 광 가이드는, 상기 제2 관통홀을 통해 상기 휴대 단말기의 엘이디와 대향하도록 외부로 개방된 제1 면과, 상기 광입사면과 대향하도록 배치된 제2 면을 구비하고, 상기 엘이디로부터 출사되어 상기 제1 면을 통해 입사된 광을 이송시켜 상기 제2 면을 통해 상기 광입사면으로 출사한다.

본 발명은 상기 휴대 단말기에 부착되는 장착용 플레이트 자체에도 그 권리가 미친다.

본 발명에 의하면, 기존의 휴대 단말기가 광학식 지문입력을 위한 구성을 내장하지 않더라도, 본 발명의 외장 광학기기를 이용하여 지문 이미지를 광학식 지문입력방법으로 생성할 수 있다.

외장 광학기기는 카메라가 장착된 기존의 휴대 단말기에 장착되는 외장형으로 마련되어 기존 휴대 단말기의 카메라와 엘이디의 주된 사용을 방해하지 않으면서 필요에 따라 사용자의 지문 이미지를 광학식 지문입력방법으로 생성할 수 있는 것이다.

따라서 종래에 지문입력장치를 내장하지 않은 많은 휴대 단말기들에서도 사용자 지문을 이용한 인증방법을 사용할 수 있어서 장치의 보안성을 높일 수 있다.

나아가, 본 발명의 외장 광학기기는 엘이디에서 출사되는 광을 광굴절기로 입사시키는 광 가이드(Light Guide)을 구비함으로써, 카메라와 엘이디 사이의 거리가 가까움에 따라 광굴절기를 엘이디로부터 이격시켜 배치해야 하는 문제를 해결한다. 나아가, 광 가이드는 외장 광학기기 내에서의 최적의 간소한 광 경로를 제공함으로써 외장 광학기기를 소형으로 제작할 수 있다.

한편, 광 가이드는 카메라부와 엘이디 사이의 거리가 다양한 여러 휴대 단말기에 범용으로 적용되어 광을 이송할 수 있는 구조를 가지기 때문에, 본 발명의 외장 광학기기는 카메라부와 엘이디 사이의 거리가 서로 다른 여러 휴대 단말기에 공통으로 적용될 수 있다.

플레이트를 사용하여 외장광학기기를 부착하는 방법은, 휴대 단말기를 보호하는 별도의 외장 케이스가 없는 경우에 사용할 수 있으며, 이에 따라 휴대 단말기의 기본 디자인을 해치지 않을 수 있다. 플레이트는 자석 등에 붙는 금속 등의 소재로 제작됨으로써 자석을 내장한 외장 광학기기와 손쉽게 결합함과 동시에, 플레이트에 형성된 홀을 통해 그 외장 광학기기의 위치를 정확하게 위치시킬 수 있다.

나아가, 플레이트가 부착된 휴대 단말기를 차량용 거치대 등에 손쉽게 부착할 수도 있다.

도 1은 종래의 광학식 지문입력 장치를 도시한 도면,
도 2는 휴대 단말기에 장착되는 형태의 종래의 외장 광학기기를 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 외장 광학기기와 휴대 단말기의 결합 관계를 도시한 개념도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 외장 광학기기를 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 외장 광학기기의 렌즈부를 통과하는 지문 영상의 광 경로의 설명에 제공되는 도면,
도 6는 도 4의 외장 광학기기의 광 가이드 부분을 확대한 단면도, 그리고
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 가이드의 제1 면에서의 광 경로를 설명하기 위해 제공된 도면,
도 8은 본 발명의 장착용 플레이트를 도시한 도면,
도 9는 플레이트가 부착된 휴대 단말기에 외장 광학기기가 장착되는 방법의 설명에 제공되는 도면, 그리고
도 10은 플레이트를 이용하여 휴대 단말기를 별도의 거치대에 장착하는 방법의 설명에 제공되는 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 지문입력장치는 카메라부(211)와 엘이디(213)를 구비한 휴대 단말기(210)와, 그 휴대 단말기(210)에 장착 및 탈착 가능한 구조를 가지는 외장 광학기기(400)를 포함한다. 외장-광학기기(400)는 사용자 지문으로부터 지문 영상을 획득하고 휴대 단말기(210)는 그 지문영상을 이용하여 지문 이미지를 획득한다. 따라서 본 발명의 지문입력 방식은 휴대 단말기(210)의 카메라부(211)를 광학식 지문입력을 위한 이미지 센서로 활용하고 엘이디(213)를 광학식 지문입력을 위한 광원으로 활용하면서, 엘이디(213)와 카메라부(211) 사이의 광 경로를 외장-광학기기(400)가 제공한다.

또한, 본 발명의 지문입력장치는 외장 광학기기(400)를 휴대 단말기(210)에 부착하기 위한 플레이트(430)를 구비한다.

휴대 단말기(210)는 외부의 피사체를 촬영하여 이미지를 생성하는 카메라부(211)를 내장하고, 그 카메라부(211)가 생성한 이미지에 대한 이미지 프로세싱(Image Processing)을 할 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하며, 이동통신 단말기나 개인 디지털 단말기처럼 본 발명의 지문입력과 관계없는 다른 주된 기능을 가진 것일 수 있다. 예컨대, 최근의 스마트 폰(Smart Phone), 태블릿 피씨(Tablet PC)는 그 전면 및/또는 후면에 카메라부(211)와 엘이디(213)가 나란하게 마련되어 있다.

휴대 단말기(210)는 카메라부(211), 엘이디(213) 및 제어부(215)를 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이, 휴대 단말기(210)는 당연히 자신의 주된 기능과 관련된 구성을 포함할 수 있으나, 이러한 구성 또는 기능은 본 발명에 필수적인 것이 아닐 뿐만 아니라 본 발명의 설명에 기여하지도 않으므로, 도면에 도시하지 않고 그 설명도 생략한다.

카메라부(211)는 기본 렌즈(211a)와 이미지 센서(211b)를 구비하여 외부의 피사체에 대한 이미지를 생성하는 원래의 기능에 더하여, 본 발명에서는 외장-광학기기(400)로부터 입사되는 지문 영상으로 지문 이미지를 생성하여 제어부(215)에 제공한다.

앞에서 언급한 것처럼, 최근의 스마트 폰과 같은 휴대 단말기(210)의 이미지 센서(211b)는 풀 에이치디(Full HD, 1920×1080 pixel) 급의 고해상도를 제공한다. 하지만, 지문 인증을 위한 지문 이미지는 이미지 센서(211b) 전체를 모두 사용한 풀 에이치디 이미지일 필요가 없다.

카메라부(211)는 자동 초점 조절(AF: Auto Focus) 모드와 고정 초점모드로 동작한다. 지문입력과정이 아닌 경우, 카메라부(211)는 자동 초점 조절(AF: Auto Focus) 모드로 동작하여, 설정된 최소 촬영 가능 거리 이상의 피사체에 대하여 초점을 맞추어 이미지를 생성한다. 다만, 자동 초점 조절기능은 초점 조절에 일정한 시간이 소요되며 이러한 시간이 지문 이미지 생성과정에서는 불편함을 야기하므로, 본 발명에서는 자동 초점 조절 기능을 사용하지 않고 '고정 초점 모드'로 동작하도록 제어한다.

엘이디(213)는 휴대 단말기(210) 내에서 주어진 원래의 기능에 더하여, 본 발명에서는 외장-광학기기(400)로 광학식 지문이미지 생성을 위한 광을 조사하는 역할을 수행한다. 엘이디(213)는 도 4에서처럼 휴대 단말기(210)의 외면(210a)에 카메라부(211)와 나란하게 배치되어 함께 노출된다.

제어부(215)는 엘이디(213)와 카메라부(211)를 이용한 광학식 지문입력 과정 전체를 제어하는 지문획득제어부(217)를 포함한다. 제어부(215)는 본 발명을 위해 특별히 설치된 구성으로 해석될 수도 있으나, 앞서 설명한 휴대 단말기(210)의 주된 기능을 수행하기 위해 설치된 구성일 수도 있다.

이처럼 제어부(215)가 휴대 단말기(210)의 주된 기능을 수행하기 위해 설치된 구성일 경우, 제어부(215)는 휴대 단말기가 기본적으로 보유한 하드웨어인 프로세서 칩(Processor Chip)과, 그 칩에 의해 처리되는 소프트웨어인 어플리케이션(Application)으로 구현되는 구성을 기능적으로 지시한 것일 수 있다. 여기서, 어플리케이션은 컴퓨터에 의해 해석되어 그 지정된 일련의 명령들을 처리할 수 있는 프로그램 언어로 기록된 소프트웨어이다.

그리고 지문획득제어부(217)는 그 어플리케이션의 하나로서 본 발명의 구현을 위해 설치되어 프로세서 칩에 의해 수행되는 프로그램 또는 복수 개의 프로그램 집합체일 수 있다.

구체적으로 지문획득제어부(217)는 엘이디(213)로 하여금 지문입력을 위한 광을 조사하도록 제어한 다음, 카메라부(211)로 하여금 지문 이미지를 생성하도록 제어한다. 이 과정에서, 지문획득제어부(217)는 카메라부(211)가 자동 초점조절 모드가 아닌 고정 초점 모드로 동작하도록 제어하여 자동 초점 조절에 소요되는 시간을 없앰으로써, 지문 이미지 생성 과정이 상대적으로 빠르게 진행되도록 제어한다. 이에 따른 초점 조절은 아래에서 설명하는 것처럼 외장-광학기기(400)에서 처리한다.

필요에 따라, 지문획득제어부(217)는 카메라부(211)의 이미지 센서(211b)가 생성한 지문 이미지로부터 특징점을 추출하여 지문 인증 과정을 직접 수행할 수도 있고, 다른 외부 장치(예컨대 컴퓨터)로 지문 이미지 또는 특징점 데이터를 제공할 수도 있다.

도 4 및 도 5의 외장-광학기기(400)는 광굴절기(401), 미러(Mirror)(403), 렌즈부(405), 광 가이드(407), 확산판(409), 자석부재(411) 및 하우징(413)을 포함하며, 휴대 단말기(210)에 대하여 정해진 자세로 위치(이하, 간단히 '장착'이라 함)할 수 있는 외장형으로 마련된다.

이하에서 '장착'이라는 표현을 사용하더라도, 외장-광학기기(400)가 휴대 단말기(210)와 직접적이고 기구적인 결합이 필요함을 의미하는 것은 아니다. 다만, 본 발명에서는 플레이트(430)를 이용하여 외장 광학기기(400)에 내장된 자석부재(411)의 자력으로 결합한다. 플레이트(430)를 이용한 장착 방법은 아래에서 다시 설명한다.

광굴절기(401)는 손가락(F)이 접촉하는 지문접촉면(401a), 엘이디(213)에서 출사되는 광이 입사되는 광입사면(401b) 그리고 지문영상이 최종 출사되는 출사면(401c)을 포함하는 어떠한 형태, 종류의 광굴절기 또는 프리즘(Prism)도 가능하다. 다만, 광굴절기(401)는 별도의 외장 기기로 마련되는 점을 고려하여, 얇고 평평한 판(版) 상이 바람직하다.

지문접촉면(401a)의 크기는 지문 인증에 사용할 손가락의 개수에 따라 다양하게 설계할 수 있다. 예컨대, 손가락 1 개의 지문 이미지를 생성할 경우에는 통상 12×12 mm 정도의 사이즈로 충분하다.

도 4의 광굴절기(401)는, 휴대 단말기(210)의 외면(210a)에 평행한 '윗면'에 지문접촉면(401a)이, 지문접촉면(401a)과 평행한 아랫면에 광입사면(401b)이, 그리고 전단부에 배치된 출사면(401c)이 형성된 예로서, 출사면(401c)은 지문접촉면(401a)과 다시 예각을 이루면서 기울어져 있다. 지문접촉면(401a)과 광입사면(401b)은 휴대 단말기(210)의 외면(210a)과 평행하도록 배치된 예이다.

외장-광학기기(400)가 휴대 단말기(210)에 장착될 경우에, 미러(403)의 위치는 카메라부(211)의 상측이 된다. 따라서 광굴절기(401)의 출사면(401c)을 통해 출사된 광(즉, 지문 영상)의 경로는 휴대 단말기(210)의 외면(210a)과 대체로 평행하게 배치된다.

구체적으로는, 지문접촉면(401a)과 광입사면(401b)으로부터 연장된 두 개의 평행한 가상 평면에 의해 정의되는 공간 중에서, 출사면(401c)과 미러(403) 사이의 공간이 출사면(401c)에서 출사된 광(지문 영상)의 광 경로가 되며, 그 경로 상에 렌즈부(405)가 배치된다. 광굴절기(401)의 출사면으로부터 미러(403)까지는 하나의 광경로를 형성하도록 반사능력이 없는 소재로 밀폐될 수 있다. 따라서 광굴절기(401)의 출사면(401c)에서 출사된 광 중에서 밀폐된 광 경로를 향해 굴절된 광만이 유효한 지문 영상이 된다.

출사면(401c)에서 굴절된 지문 영상은 렌즈부(405)를 거쳐 미러(403)에서 반사되어 카메라부(211)로 입사된다. 카메라부(211)로 입사된 지문 영상은 이미지 센서(211b)에 결상되어 지문 이미지가 된다.

본 발명에서 렌즈부(405)는 외장-광학기기(400) 형식의 지문입력장치를 가능하게 하는 중요한 구성으로서 다음의 역할을 수행한다. 첫 째로, 렌즈부(405)는 고정 초점모드로 동작하게 되는 카메라부(211)에 설정된 초점거리에 불구하고 접사촬영이 가능하도록 초점 거리를 제어하되 지문 이미지가 대략 500 dpi 정도의 크기를 가지도록 조절한다. 둘 째로, 렌즈부(405)는 이미지 센서(211b)에 결상되는 지문 영상의 각종 왜곡을 줄인다.

우선, 렌즈부(405)는 광학적으로 카메라부(211)와의 합성 초점 거리를 줄임으로써, 매우 근접 배치된 광굴절기(401)에 대한 접사 촬영이 가능하게 한다. 카메라부(211)가 자동초점 조절모드로 제어 가능한 초점 거리도 짧지 않지만, 고정 초점모드로 동작하면 지문접촉면(401a) 상의 지문 촬영이 더욱 어려워진다. 렌즈부(405)는 접사 촬영이 가능하도록 초점 거리를 줄이면서, 광굴절기(401)의 출사면(401c)에서 출사되는 지문 영상의 크기를 줄여서 지문 이미지가 대략 500 dpi의 해상도를 가지도록 조정한다. 예컨대, 지문접촉면(401a)의 크기가 세로방향 기준 12 mm 라고 가정할 경우, 세로방향 기준 236 pixel 정도의 해상도를 가지면 500 dpi를 만족한다. 그러나, 피사체, 즉 광굴절기(401)의 지문접촉면(401a)이 이미지 센서(211b)에 너무 가까이 있으므로, 렌즈부(405)를 적용하지 않은 상태에서 지문 이미지는 500dpi 이상의 매우 큰 해상도를 가지는 이미지가 된다. 따라서 세로방향 기준 12 mm 크기의 지문접촉면(401a)에 의해 생성되어 광굴절기(401)의 출사면(401c)을 통해 출사된 지문 영상이 풀 에이치디(1920×1080 pixel)의 이미지 센서(211b)의 중심에 세로 방향 기준 236 pixel 크기로 결상되도록, 렌즈부(405)가 이미지 배율을 조정한다. 정리하면, 고정 초점모드 상에서 지문 영상의 초점이 맞으면서 500dpi 정도의 해상도를 가지도록 배율을 조정해야 한다.

한편, 접사 촬영에 의해 지문 이미지의 키스톤 효과(Keystone Effect)가 증가하여 일부 초점이 맞지 않아 직사각형 왜곡이나 사다리꼴 왜곡이 발생할 수 있다. 기본적으로 키스톤 효과는 지문 영상이 이미지 센서(211b)에 기울어져 결상될 경우에 발생한다. 광굴절기(401)의 출사면(401c)이 이미지 센서(211b)에 대하여 기울어진 상태로 배치되므로 이미지 센서(211b)에 결상되는 지문 이미지에는 키스톤 효과가 발생한다.

렌즈부(405)는 이러한 문제들을 해결할 수 있는 다양한 형태로 적용될 수 있다. 도 4 및 도 5의 예에서, 렌즈부(405)는 제1 렌즈(501)와 제2 렌즈(503)를 포함한다.

제1 렌즈(501)는 출사면(401c)과 대향하는 입사면은 평면이고, 그 반대면은 상당히 작은 양의 배율을 가지도록 매우 큰 곡률 반경으로 설계되어 제1 렌즈(501)의 초점거리를 길게 설계한다. 제2 렌즈(503)는 제1 렌즈(501)의 초점거리 이내에 배치된다.

제1 렌즈(501)는 그 상부가 광굴절기(401)의 출사면(401c)을 향해 기울어진 형태로 배치되어, 제1 렌즈(501)의 양면이 광굴절기(401)의 출사면(401c)이 기울어진 방향과 반대방향으로 기울어진 상태가 된다. 도 5를 기준으로, 제1 렌즈(501)의 제일 상부에 도착하는 광(제1 광)의 경로는 제일 하부에 도착하는 광(제2 광)의 경로에 비해 그 경로가 짧다. 그러나 제1 렌즈(501)의 내부에서는 제1 광이 제2 광보다 긴 경로를 가짐으로써 키스톤 효과를 줄이는데 기여한다.

제2 렌즈(503)는 양면이 모두 양의 배율을 가지되 상당히 작은 양의 배율을 가지도록 매우 큰 곡률 반경으로 설계되며, 제1 렌즈(501)와 달리 기울어지지 않고 바로 서있다. 제2 렌즈(503)는 지문 영상을 원하는 크기로 이미지 센서(211b)에 결상시킨다.

조리개(413a)는 렌즈부(405)와 함께 초점 거리를 제어하여 지문 영상의 초점을 맞춤으로써 카메라부(211)가 고정 초점모드로 동작함에 따른 초점 거리 문제를 해결한다. 통상 조리개(413a)는 이미지 센서(211b)로 입사되는 광량을 제어하는 것이며, 조리개(413a)가 광량을 줄이는 방식으로 작아지게 되면 지문 이미지가 어두워지는 대신에 전반적으로 초점이 맞는 특징이 있다.

조리개(413a)로는 다양한 형태가 사용될 수 있으나, 홀(Hole) 또는 핀 홀(Pin Hole) 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 조리개(413a)로 핀 홀을 사용한 경우에, 핀 홀이 먼지 등으로 막히는 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 조리개(413a)의 외면에 투명한 먼지막이용 보호필름(505)을 부착하는 것이 바람직하다.

<광 가이드>

한편, 지문입력을 위해, 사용자 지문이 광굴절기(401)의 지문입력창(401a)에 접촉한 때에, 엘이디(213)에서 출사된 광이 광굴절기(401)의 광입사면(401b)으로 입사되어야 한다. 이를 위해, 고려되어야 하는 점은, (1) 우선, 카메라부(211)와 엘이디(213) 사이의 간격이 너무 가까워서, 광굴절기(401)와 미러(403)를 하나의 가상의 선(아래에서 설명하는 가상의 제2 선) 상에 배치하고자 하는 경우에 광굴절기(401)가 엘이디(213)로부터 직접 광을 제공받을 수 있는 위치에 배치할 수 없다는 점과, (2) 나아가, 휴대 단말기 기종마다 카메라부(211)와 엘이디(213) 사이의 간격이 조금씩 다르다는 점이다.

따라서 엘이디(213)로부터 이격된 채로 광굴절기(401)를 장착할 수 밖에 없고, 엘이디(213)로부터 출사되는 광을 광굴절기(401)의 광입사면(401b)으로 이송시키기 위한 구성이 필요하다. 이 구성이 광 가이드(407)이다. 다시 말해, 광 가이드(407)는 휴대 단말기(210)의 엘이디(213)로부터 광굴절기(401)의 광입사면(401b)으로 이어지는 광 경로를 제공하여, 엘이디(213)로부터 출사된 광을 광입사면(401b)으로 이송시킨다.

한편, 기본적으로 광굴절기(401), 미러(403) 및 광 가이드(407)의 배치는 다양하게 할 수 있으나, 본 발명의 외장-광학기기(400)의 소형화를 위하여 도 6의 예를 제시한다. 우선, 설명의 편리를 위해, 휴대 단말기(210)의 카메라부(211)와 엘이디(213)를 연결하는 가상의 선(이하, 제1 선)을 상정한다.

도 6을 참조하면, 광굴절기(401)의 출사면(401c)과 미러(403)는 가상의 제1 선에 평행한 가상의 제2 선 상에 배치되었고 광굴절기(401)와 미러(403) 사이가 충분히 이격된다. 그리고 엘이디(213)와 광입사면(401b)을 연결하는 광 가이드(407)가 그 제1 선 및 제2 선과도 평행한 가상의 제3 선상을 따라 길게 배치된다. 이로써, 광굴절기(401)는 휴대 단말기(210)의 카메라부(211) 및 엘이디(213)로부터 이격되고, 외장-광학기기(400)도 소형화될 수 있다.

광 가이드(407)는 다양한 형상을 가질 수 있으나, 평판 형상을 가지는 것이 바람직하다. 도 6을 참조하면, 광 가이드(407)는 투명한 평판 형상의 본체(601)와 본체(601)의 외면을 덮고 있는 반사판(603)을 구비한다.

판상의 본체(601)는 그 양면 중 한 면의 일 부분에 엘이디(213)를 향해 노출된 제1 면(601a)이 형성되고, 다른 면의 부분에 광굴절기(401)의 광입사면(401b)에 대향하도록 배치된 제2 면(601b)이 형성된다. 반사판(603)은 본체(601)의 외면 중에서 제1 면(601a)과 제2 면(601b)을 제외한 모든 면을 덮는 형태로 마련되어 본체(601) 내에서의 광이 이송되도록 한다. 따라서 엘이디(213)에서 출사된 광은 제1 면(601a)을 통해 광 가이드(407)로 입사되어 제2 면(601b)으로 이송된 다음, 광입사면(401b)으로 출사된다.

제1 면(601a)은 엘이디(213)의 광축을 중심으로 엘이디 광의 주된 부분을 입력받기 위한 기본 형상(원형 또는 정사각형)으로 구현할 수도 있으나, 휴대 단말기 기종마다 엘이디(213)와 카메라부(211) 사이의 간격이 다른 점을 고려하여 가상의 제3 선을 따라 길이 방향으로 기본 형상이 연장된 형상(예컨대, 직사각형)으로 구현함으로써 기종에 따른 차이를 극복할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또 다른 방법으로, 휴대 단말기 기종마다 엘이디(213)와 카메라부(211)의 배치가 다른 점을 고려하여, 광 가이드(407)에 복수 개의 제1 면(601a)을 형성할 수도 있다.

<광 가이드의 실시 예: 도 6 및 도 7>

광 가이드(407)의 제1 면(601a)에는 엘이디(213)로부터 입사되는 광을 굴절시켜 제2 면(601b) 방향으로 이송시키기 위한 구조를 가질 수 있다. 도 6에 예시적으로 도시된 것처럼, 제1 면(601a)에는 엘이디(213)로부터 입사되는 광을 제2 면(601b) 방향으로 굴절시키는 경사면이 반복적으로 형성됨으로써, 전체적으로 가상의 제3 선을 따라 적어도 하나의 톱니가 형성될 수 있다.

한편, 외장-광학기기(400)가 휴대 단말기(210)에 장착될 때는 미러(403)를 카메라부(211)의 상부에 위치 시키는 형태로 장착한다. 앞서 설명한 것처럼, 휴대 단말기 제조사마다 카메라부(211)와 엘이디(213) 사이의 간격이 서로 다르므로, 그 다른 간격을 광 가이드(407)가 보상한다. 따라서, 실질적으로는 제1 면(601a)에 배치된 톱니 1 개 내지 2 개로 하나의 엘이디(213)로부터 제공되는 광을 충분히 입력받을 수 있도록 설계된 경우에, 도 5 및 도 6의 광 가이드(407)의 제1 면(601a)은 2 개이상의 톱니를 배치하여 엘이디(213)의 위치가 일정한 범위 내에서 가변되더라도 충분히 광을 입력받을 수 있도록 하였다. 이때, 톱니는 가상의 제3 선을 따라 배치된다.

구체적으로, 도 7에서처럼, 광 가이드(407)는 엘이디(213)의 위치가 서로 달라도 엘이디(213)에서 출사된 광을 제2 면(601b)으로 이송시킬 수 있다. 제1 위치 내지 제3 위치의 엘이디(213a, 213b, 213c)에서 출사된 광은 톱니의 경사진 면(701)에서 제2 면(601b) 방향으로 굴절된 다음 반사판(603)에서 반사되고 다시 톱니 내면에서 반사되는 과정을 반복하면서 제1 면(601a) 지역을 통과하고, 이후에는 반사판(603) 사이에서 반복적으로 반사되면서 제2 면(601b) 쪽으로 이송된다.

한편, 제1 면(601a) 중에서 제2 면(601b)으로부터 가장 먼 가장자리 부분에는 톱니가 형성되지 않고, 대신에 가장자리 부분과 대향하는 면에 내면 톱니(703)를 형성할 수 있다. 도 7에서 제4 위치의 엘이디(213d)에서 출사된 광은 제1 면(601a)을 통과한 다음 내면 톱니(703)에서 제2 면 방향으로 반사되어 이송된다. 도 7에서처럼, 가공상의 이유로 내면 톱니(703)의 외측과 반사판(603) 사이에 공기층이 형성되더라도 내면 톱니(703)에서 전반사가 이루어진다.

<다른 실시 예: 도 7>

한편, 다른 실시 예에 따라, 본 발명의 외장-광학기기(400)는 광굴절기(401)의 광입사면(401b)과 광 가이드(407) 사이에 확산판(409)을 더 구비할 수 있다. 확산판(409)은 광 가이드(407)의 제2 면(601b)을 통해 출사된 광이 광입사면(401b)으로 고르게 입사되도록 확산시킨다.

또한, 광굴절기(401)의 출사면(401c)에서 미러(403)로 이어지는 광 경로에는 다른 광이 간섭하지 않도록 해야 한다. 예를 들어, 반사판(603)이 흰색으로 제작된 경우에, 반사판(603)의 외면에는 무광택 검정 필름 등을 붙임으로써, 출사면(401c)에서 출사된 광이 반사판(603)의 외면에서 반사되는 현상이 발생하지 않도록 해야 한다.

광굴절기(401)의 광입사면과 엘이디(213) 사이에 확산판(409)이 마련될 수 있다. 확산판은 엘이디(213)에서 출사되는 광이 광입사면 전체를 향해 고르게 입사되도록 돕는다.

<플레이트를 이용한 결합>

도 8을 참조하면, 본 발명의 플레이트(430)은 자석에 붙는 금속 소재의 평판으로 제작하며, 휴대 단말기(210)의 외면(210a)에 접착제를 이용하여 부착하여 사용한다.

플레이트(430)에는 카메라부(211)를 노출시키기 위한 제1 관통홀(801)과, 엘이디(213)를 노출시키는 제2 관통홀(803)과, 하우징(413)의 위치를 안내하는 복수 개의 가이드 홀(805)과, 아래에서 설명할 거치대에 거치시키기 위한 거치대용 관통홀(807)이 생성되어 있다.

앞서 설명한 것처럼, 외장 광학기기(400)가 여러 기종의 휴대 단말기(210)에 적용할 수 있도록 광 가이드(407)의 제1 면(601a)을 길게 배치함에 따라, 제2 관통홀(803)은 광 가이드(407)의 제1 면(601a)의 크기에 대응하도록 직사각형으로 길게 형성된다. 이에 따라, 도 9와 같이, 제1 관통홀(801)의 중심이 카메라부(211)의 중심과 일치하도록 휴대 단말기(210)의 외면(210a)에 부착하면 제2 관통홀(803)이 엘이디(213)의 상부에 위치하게 된다.

또한, 플레이트(430)를 휴대 단말기(210)에 부착할 때, 제1 관통홀(801)의 중심이 카메라부(211)의 중심과 일치시키기 위한 별도의 가이드 부재(미도시)를 사용할 수 있다. 가이드 부재에는 플레이트(430)와 동일한 크기의 투명한 합성수지 소재로 제작되고, 가이드 부재에는 제1 관통홀(801)의 중심위치를 나타내는 가늠자가 표시되어 있다. 투명한 가이드 부재를 플레이트(430)의 상부에 위치시킨 상태에서 가늠자가 카메라부(211)의 중심에 오도록 플레이트(430)의 위치를 조정한 다음, 플레이트(430)를 부착하면 된다. 플레이트(430)의 접착에는 양면 테이프 등을 사용할 수 있다.

플레이트(430)를 휴대 단말기(210)의 외면(210a)에 부착한 후, 외장 광학기기(400)의 장착은 외장 광학기기(400) 내에 내장된 자석부재(411)의 자력을 이용한다. 플레이트(430)가 금속이므로, 외장 광학기기(400)가 가까이 가면 플레이트(430)에 장착된다. 이때, 외장 광학기기(400)의 하우징(413)에는 플레이트(430)의 가이드 홀(805)에 끼워지는 복수 개의 위치 고정용 돌기(413b)가 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 외장 광학기기(400)는 플레이트(430)에 정해진 위치에 장착될 수 있다.

한편, 실시 예에 따라, 플레이트(430)는 휴대 단말기(210)에 상시 부착된 것이므로, 이를 활용하여 별도의 다른 거치대(10)에 거치시키기 위한 구성을 구비할 수 있다. 그것이 플레이트(430)에 형성된 거치대용 관통홀(807)이다. 거치대(10)는 예컨대, 차량 내부에 스마트 폰 등을 거치시키기 위한 것으로 많이 사용된다.

도 10에 도시된 것처럼, 거치대(10)는 플레이트(430)를 자력으로 고정하기 위한 자석부재가 내장된 베이스와, 베이스의 가운데에 마련되어 거치대용 관통홀(807)에 끼워지는 돌기(10a)를 구비한다.

<플레이트의 다른 실시 예>

한편, 플레이트(430)를 직접 휴대 단말기(210)에 부착하지 않고, 별도의 외장 케이스에 부착하여 사용할 수 있다. 이 경우, 외장 케이스의 플레이트(430) 부착 부분은 너무 두껍지 않게 제작하여 전체적으로 지문 이미지의 생성을 방해하지 않은 것이 바람직하다. 이때, 외장 케이스에는 플레이트(430)의 제1 관통홀(801)과 제2 관통홀(803)에 대응하는 관통홀이 형성되어야 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (7)

1. 사용자의 지문 이미지 획득을 위해, 동일한 외면에 엘이디와 카메라부를 구비한 휴대 단말기의 상기 외면에 장착되는 외장 광학기기로서,
   상기 휴대 단말기의 카메라부의 위치에 대응하는 제1 관통홀과 상기 휴대 단말기의 엘이디의 위치에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 평판 형상의 자석에 붙는 소재로 마련되어, 상기 휴대 단말기의 외면에 부착되는 장착용 플레이트; 및
   상기 장착용 플레이트에 장착되는 하우징을 구비한 외장 광학기기 본체를 구비하고,
   상기 외장 광학기기 본체는,
   상부에 상기 지문이 접촉하는 지문접촉면과, 상기 엘이디로부터 출사되어 상기 제2 관통홀을 통과한 광이 입사되는 광입사면과, 지문영상이 출사되는 출사면을 구비하는 광굴절기;
   상기 카메라부의 상측에 마련되어, 상기 출사면에서 출사되는 지문 영상을 상기 제1 관통홀을 통해 상기 카메라부로 반사시키는 미러(Mirror);
   상기 외장 광학기기 본체를 상기 장착용 플레이트에 고정하는 자석부재; 및
   상기 광굴절기, 미러 및 자석부재를 수용하는 상기 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 외장 광학기기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 장착용 플레이트에는 상기 하우징의 위치를 안내하는 복수 개의 가이드 홀이 형성되고,
   상기 하우징의 외면에는 상기 장착용 플레이트의 가이드 홀에 끼워지는 복수 개의 돌기가 형성됨으로써, 상기 하우징을 상기 장착용 플레이트에 장착할 때에 정해진 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 외장 광학기기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 장착용 플레이트에는,
   원형의 돌출부를 가지는 거치대에 상기 휴대 단말기를 거치시키기 위한 원형의 거치대용 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 외장 광학기기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 장착용 플레이트와 동일한 크기의 투명한 합성수지 소재의 필름으로서, 상기 장착용 플레이트를 상기 휴대 단말기의 외면에 부착할 때 상기 장착용 플레이트의 상부에 배치하여 상기 제1 관통홀의 중심이 상기 휴대 단말기의 카메라부의 중심에 위치하도록 가이드하였다가 상기 장착용 플레이트의 부착이 완료되면 제거하는 가이드 부재를 더 포함하고,
   상기 가이드 부재에는, 상기 제1 관통홀의 중심을 표시하는 가늠자가 표시되어, 상기 부착 과정에서 상기 가늠자로 상기 카메라부의 중심 위치에 맞출 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 외장 광학기기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 광굴절기가 상기 엘이디의 상부로부터 이격되어 장착되는 경우에,
   상기 외장 광학기기는 상기 하우징 내에 수용되어 상기 엘이디로부터 출사되는 광을 상기 광굴절기의 광입사면으로 이송하는 광 가이드(Light Guide)를 구비하며,
   상기 광 가이드는,
   상기 제2 관통홀을 통해 상기 휴대 단말기의 엘이디와 대향하도록 외부로 개방된 제1 면과, 상기 광입사면과 대향하도록 배치된 제2 면을 구비하고, 상기 엘이디로부터 출사되어 상기 제1 면을 통해 입사된 광을 이송시켜 상기 제2 면을 통해 상기 광입사면으로 출사하는 것을 특징으로 하는 광학식 외장 광학기기.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 장착용 플레이트는, 상기 휴대 단말기에 장착 가능한 별도의 외장 케이스에 부착되는 형태로 상기 휴대 단말기에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학식 외장 광학기기.
   
7. 동일한 외면에 엘이디와 카메라부를 구비한 휴대 단말기의 상기 외면에 부착되고, 상기 엘이디의 광을 이용하여 사용자 지문으로부터 지문 영상을 출력하는 광굴절기와, 상기 카메라부의 상측에 마련되어 상기 광굴절기에서 출사되는 지문 영상을 상기 카메라부로 반사시키는 미러(Mirror)와, 자석부재와 이들을 수용하는 하우징을 구비하여 상기 휴대 단말기와 함께 지문 이미지 획득하는 외장 광학기기 본체를 상기 휴대 단말기에 장착 및 탈착 가능하게 결합하는 장착용 플레이트로서,
   상기 카메라부의 위치에 대응하는 제1 관통홀과 상기 휴대 단말기의 엘이디의 위치에 대응하는 제2 관통홀이 형성된 평판 형상의 자석에 붙는 소재로 마련되는 것을 특징으로 하는 장착용 플레이트.

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