利用安装有摄像机的便携式终端的指纹输入装置及其指纹输入用外置光学设备

摘要

本发明公开了一种利用安装有摄像机的便携式终端的指纹输入装置及其指纹输入用外置光学设备。根据本发明，即使现有的便携式终端并不内置有用于指纹输入的构成要素，也可以利用本发明的外置光学设备而通过光学式指纹输入方法生成指纹图像。为此，外置光学设备以被安装到便携式终端的外置型配备，并内置有折光仪以及镜。外置光学设备可以在不妨碍现有的便携式终端的摄像机和发光二极管的主要的用途的前提下，根据需要而通过光学式指纹输入方法生成用户的指纹图像。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用诸如智能手机之类的安装有摄像机的便携式终端来输入用户指纹图像的指纹输入装置以及用于该指纹输入装置的外部光学设备。

背景技术

将具有较高的不变性和唯一性的用户生物信息用于利用信息设备的个人认证过程的技术很常见，其中，指纹识别具有与结构的简单性形成对比的卓越的性能，因此成为了相对于其他手段而最受瞩目、最普遍化的认证手段。作为获取指纹信息的常用的方法为使用诸如棱镜之类的光折射设备的光学方法。

如图1所示，现有的光学指纹输入装置由如下的要素来构成：光源1，照射指纹识别用光；棱镜3，使手指接触；镜头4，用于使从棱镜3发光的指纹影像成像；指纹传感器(image sensor)5，用于将在镜头4成像的指纹影像转换为电信号。光学式指纹输入装置根据棱镜3和光源1的布置结构而分为散射式装置和吸收式装置。

从光源1照射的光入射到棱镜3，并在与棱镜3的指纹接触面3a接触的指纹的谷和脊反射、吸收或散射，从而形成指纹影像，之后通过棱镜3的发光面3b发光。从棱镜3发光而形成的指纹影像通过镜头4而在指纹传感器5成像，从而能够获取数字指纹图像。

棱镜3具有三角形形状的剖面，并以预定角度以上的角度变更光路，因此无论通过何种方式，指纹输入装置都不可避免与半导体类型等相比而具有相对较大的体积。因此，难以将光学式指纹输入装置采用到具有较薄的面板形状的移动设备。

作为替代方案，韩国公开专利第2005-90884号使用板状的折光仪来代替三角形形状的折光仪，从而公开了具有较薄的厚度的指纹输入装置。在该指纹输入装置中，光源布置于折光仪的侧表面，从而能够利用在折光仪内部散射的光获取指纹影像。该装置通过使用较薄的折光仪而取得了实现了整体厚度较薄的指纹输入装置的成果。

然而，如果参照该发明的图13及其说明等，该发明所提供的指纹输入装置仍然内置于移动设备的内部。如果指纹输入装置内置于终端，则终端只能由于该指纹输入装置而具有预定厚度以上的厚度。因此，这种现有的方法不仅不符合近期的终端的厚度越来越薄的趋势，而且，当然还存在着无法应用于以往被生产而使用中的便携式终端的问题。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种如下的外置光学设备：直接利用诸如智能手机之类的安装有摄像机的便携式终端，通过光学指纹输入方式而将用户指纹输入到便携式终端内部，并生成该用户指纹图像。

本发明的另一目的在于提供一种能够在需要输入指纹时安装在便携式终端并重新拆卸的外置光学设备。

本发明的又一目的在于提供一种借助上述的外置光学设备和便携式终端而操作的光学式指纹输入装置。

技术方案

为了达到上述的目的，本发明提供一种光学式指纹输入装置，包括：便携式终端，将摄像机部和发光二极管(LED)部配备在同一个外表面；外置光学设备，被安装在所述便携式终端的所述外表面。

外置光学设备包括：折光仪、第一镜(Mirror)、第二镜、遮光部、光入射部。折光仪在上部具备有使指纹接触的指纹接触面，并且在下部具备有光入射面，在前端部具备有发光面，从所述发光二极管的上部隔离地被安装，而且其形状为板状。第一镜配备于所述摄像机部的上侧，并将从所述发光面发光的指纹影像反射到所述摄像机部；第二镜配备于所述折光仪的两个侧表面和后表面的外侧空间部，并将从所述发光二极管发出的光反射到所述折光仪。遮光部布置于所述第二镜和折光仪之间，并通过阻断而防止从所述第二镜反射的光直接入射到折光仪。然而，为了使从所述第二镜反射的光的一部分入射到所述光入射面，光入射部布置于所述光入射面的下侧。据此，便携式终端的摄像机部利用从第一镜反射而入射的指纹影像来生成指纹图像。

根据实施例，外置光学设备还可以包括：至少一个光路校正单元，配备于所述发光面与所述第一镜之间，使从所述发光面发光的指纹影像反射或折射，以使从所述发光面到所述摄像机部之间的光路长度变为所述摄像机部的最小焦距以上。

例如，所述光路校正单元可以是：第三镜，将从所述发光面发光的指纹影像的行进方向改变90°；第四镜，将从所述第三镜反射的指纹图像的行进方向改变90°，并使其入射到第一镜。

另外，所述第二镜可以配备于从所述折光仪的两个侧表面以及后表面中选择的一个表面的外侧，而且所述遮光部可以布置于所述第二镜和所述选择到的表面中间。在此，所述遮光部可以是布置于所述第二镜和折光仪之间的遮光膜或遮光壁，或者可以是形成于所述选择到的表面上的遮光膜(Layer)。

此外，所述光入射部可以形成为狭缝形态，或者可以以扩散板的形态配备。对形成为狭缝形态的情况而言，镜以从所述折光仪隔离的方式被布置在所述光入射面的下侧，从而形成使从所述第二镜反射的光的一部分流入的狭缝。镜使所述流入的光反射或散射而入射到所述光入射面。扩散板布置于所述光入射面的下侧，并用于使被所述第二镜反射而流入的光入射到所述光入射面。

根据本发明的另一实施例的外置光学装置可以在内部包含指纹获取用光源，以代替便携式终端的发光二极管。在此情况下，外置光学设备不需要第二镜。

有益效果

根据本发明，即使现有的便携式终端未在内部安装用于指纹输入的构成要素，也可以利用本发明的外置光学设备而通过光学指纹输入方法生成指纹图像。外置光学设备以被安装到安装有摄像机的现有的便携式终端的外置型配备，从而能够在不影响现有的便携式终端的摄像机和发光二极管的主要的用途的前提下，通过光学式指纹输入方法生成用户的指纹图像。

因此，在现有的未内置指纹输入装置的便携式终端也可以使用利用用户指纹的认证方法，从而能够提高装置的安全性。

本发明的指纹输入装置体现为从便携式终端分离并外置用于获取指纹图像的光学设备的形式，而且便携式终端并不内置有光学系统，因此，便携式终端的厚度至少可以不受光学系统的限制。

近期的便携式终端的摄像机部和发光二极管的布置距离相当接近，因此即使在无法将外置光学设备内的折光仪布置在发光二极管的上侧的情况下，本发明的外置光学设备仍然可以从发光二极管接收光而获取指纹。

此外，本发明的外置光学设备在作为现成品的便携式终端确保与预先设定的焦距乃至最小可拍摄距离对应的光路，从而能够与便携式终端的机型无关地获取指纹。

附图说明

图1是示出现有的光学式指纹装置的图。

图2是示出根据本发明的一实施例的透射式指纹输入装置的示意图。

图3是概略性地示出根据图2的外置-光学设备的平面图。

图4是图2的光折射设备的(a)左侧面图和(b)正面图。

图5是示出根据本发明的另一实施例的透射式指纹输入装置的示意图。

图6是为了说明本发明的外置光学设备的安装方法而提供的图。

具体实施方式

以下，参照附图而更为详细地说明本发明。

参照图2以及图3，本发明的指纹输入装置200包含具备摄像机部211的便携式终端210和被安装在该便携式终端210外部的外置-光学设备230，而且便携式终端210从与外置光学设备230接触的用户指纹获取指纹图像。

对便携式终端210而言，只要是内置有用于拍摄外部的被摄体而生成图像的摄像机部211，而且能够对该摄像机部211所生成的图像进行图像处理(Image Processing)，则可以采用任何的设备，并且还可以是移动终端或个人数字终端等具有与本发明的指纹输入无关的其他主要功能的设备。

便携式终端210可以额外地内置有用于向外部照射光的发光二极管(LED)213。例如，近期的智能手机(smart phone)在其前表面和/或反面配备有摄像机部211，而且发光二极管213也配备于前表面和/或反面而向外部发射所述光。

本发明的指纹输入装置200将便携式终端210的摄像机部211作为用于光学式指纹输入的基本镜头和图像传感器，并将发光二极管213作为用于光学式指纹输入的光源。首先，以便携式终端210将摄像机部211和发光二极管213全部具备的情况为中心而进行说明。

便携式终端210包含摄像机部211、发光二极管213以及控制部215。如前所述，便携式终端210可以包含与主要功能相关的构成要素，然而这些构成要素或功能并不是本发明必要的，而且无助于本发明的说明，因此并未将其图示在附图中，并省略与之相关的说明。

摄像机部211具备基本镜头211a和图像传感器211b，因此，除了针对外部的被摄体生成图像的现有功能以外，在本发明中，还会由从外置光学设备230入射的指纹影像生成指纹图像，并将其提供到控制部215。

摄像机部211通常具备自动对焦功能，从而将焦点对准在位于已设定的最小焦距(或最小可拍摄距离)以上的位置的被摄体而生成图像。因此，在对“最小焦距”以内的被摄体进行拍摄(所谓的微距拍摄)的情况下，将会无法对图像实现对焦。

发光二极管213除了在便携式终端210内的主要功能以外，在本发明中还执行向外置-光学设备230照射用于生成光学式指纹图像的光的功能。图2以及图3的例是摄像机部211和发光二极管213并排地布置于便携式终端210的相同的外表面210a而一同被暴露的一例。对近期发布的移动电话等设备的情况而言，二极管213和摄像机部211的布置位置非常接近，因此，其直线距离通常达不到“最小焦距”。

如上所述，便携式终端210并不一定具备作为指纹输入用光源而使用的发光二极管213，发光二极管可配备于外置-光学设备230的内部。

控制部215包含指纹获取控制部215，用于控制利用发光二极管213和摄像机部211的光学式指纹输入的全部过程。控制部215可以被解释为专门为了本发明而设置的构成要素，然而还可以是为了执行上述的便携式终端210的主要功能而设置的构成要素。

如此，当控制部215是为了执行便携式终端210的主要功能而设置的构成要素时，控制部215可以是将由作为便携式终端所基本地持有的硬件的处理器芯片(Processor chip)和作为借助该芯片而被处理的软件的应用程序(Application)来实现的构成要素功能性地引导的要素。在此，应用程序是借助于程序语言记录的软件，所述程序语言可通过计算机而被解读，并对指定的一系列指令进行处理。

而且，指纹获取控制部215是所述应用程序中的一种，其可以是以实现本发明为目的而被设置、并通过处理器芯片执行的程序或多个程序的集合体。

具体而言，指纹获取控制部215通过控制而使发光二极管213照射用于指纹输入的光，同时使摄像机211生成图像(在此为指纹图像)。此外，指纹获取控制部215可以从摄像机部211所生成并提供的指纹图像中提取特征点。

指纹获取控制部215可以根据需要而直接执行指纹认证过程，还可以向便携式终端210的其他外部装置(例如，计算机)提供指纹图像或特征点数据。

外置-光学设备230基本地包含：折光仪、至少一个镜、以及壳体，所述壳体收容上述的构成要素和用于遮光或使光入射的单元，而且以相对于便携式终端210而确定的姿势(在下文中，简称为“安装”)放置的外置型配备。在下文中，即使使用“安装”的表述，也并不意味着外置-光学设备230与便携式终端210之间需要直接性、机构性的结合。

除此之外，为了使从折光仪发出的光入射到摄像机部211，外置-光学设备230还包含至少一个校正镜头或光路校正单元(例如，棱镜)等，但其并非本发明的必要构成要素。

图2以及图3的外置光学设备230是包含折光仪231、第一镜235、第二镜237、光路校正单元、遮光部、光入射部以及壳体239的一例，其通过所谓的透射式(即，散射式)的方式获取指纹影像。图2以及图3示出外置-光学设备230被安装在便携式终端210的状态，只要没有其他的表述，以下的说明也针对外置-光学设备230被安装在便携式终端210的状态。

首先，壳体239在收容折光仪231、第一镜235、第二镜237、光路校正单元、遮光部以及光入射部的同时，需要具有用于被安装在便携式终端210的外表面210a的结合结构。但是该结合结构并不仅仅意味着壳体239和便携式终端210的直接而机构性的结合。例如，如图6所示，在具备有用于保护便携式终端210的外观的外置保护外壳601的情况下，所述结合结构可以被安装在其外壳。另外，也可以在没有外壳601、外置光学设备230从便携式终端210完全隔离的状态下结合。

折光仪231可以是包含如下要素的任何种类的折光仪或者棱镜(prism)：指纹接触面，与手指F接触；光入射面，使从发光二极管213发出的光入射；以及发光面，使指纹影像最终出射。

在图2以及图4中示例性地示出的折光仪231的上部具备有指纹接触面231a以及发光面231b，所述发光面231b和指纹接触面231a以形成预定的锐角α的方式接触而倾斜地布置于前端部。此外，折光仪231为平板形状，在下部具备光入射面231c；在后端部具备后表面231d；在连接发光面231b和后表面231d的两侧部具备侧表面231e。优选地，折光仪231为六面体的板状，这样可以使外置-光学设备230形成相对较薄的厚度。图4的(a)和(b)为彼此相同的折光仪，(a)是左侧面图；(b)是从发光面231b看的正面图。图4的折光仪231与图2和图3的折光仪231也相同。但是，为了便于说明，在图4的(a)中没有示出表示为识别标号403的构成要素。

此外，如图4的(a)所示，优选地，在折光仪231的后表面231d形成用于吸收光的吸收膜401以防止指纹识别用光散射或反射。在此，吸收膜401可以通过涂覆黑色涂料的方式形成，也可以通过贴附光吸收性薄膜的方式形成。形成吸收膜401的原因在于，从后表面231d散射或反射的光不利于指纹图像的对比度。

为了通过透射的方式(即，散射式)处理光，需要在外置-光学设备230被安装在便携式终端210的状态下，以使从发光二极管213发出的光入射到折光仪231的下表面或两个侧表面中的一个表面的方式被布置。其中，如图2所示，本发明是折光仪231的下表面为光入射面231c的一例。

然而，折光仪231的光入射面231c并非与从发光二极管213发出而被移送的光的光轴垂直地布置于发光二极管213的上侧，而是从发光二极管213的上侧隔离地被布置。折光仪231包含第二镜237、遮光部以及光入射部，以使在折光仪231置于从发光二极管213的上侧隔离的位置的状态下使从发光二极管213发出的光入射到光入射面231c。这种结构能够使折光仪231布置于从发光二极管213的上侧隔离的位置，因此，摄像机部211和发光二极管213布置于相当接近的位置，从而对难以在上侧安装折光仪231的便携式终端210有利。

第二镜237配备于折光仪231的两个侧表面和后表面的外侧空间部的一侧，用于使从发光二极管213发出的光反射到折光仪231，而且遮光部布置于第二镜237和折光仪231之间，用于通过遮光而防止从第二镜237反射的光直接入射到折光仪231。光入射部与折光仪231隔离地布置于光入射面231c的下侧，使从第二镜237反射的光的一部分反射或散射，从而使其入射到光入射面231c。

如果第二镜237配备于折光仪231的两个侧表面和后表面的外侧空间部的一侧，则第二镜237无妨向除了指纹接触面231a、发光面231b以及光入射面231c以外的折光仪231的任何一面反射发光二极管213所发出的光。例如，无妨使光向折光仪231的后表面231d或者后表面231d与侧表面231e的中间入射也。优选地，如图2的例，如下的布置方式有利于确保光量：使第二镜237位于发光二极管213的上部，以使发光二极管213的光向折光仪231的一侧表面231e入射。

遮光部布置于第二镜237和折光仪231之间的外侧空间部，其通过遮光而防止从第二镜237反射的光直接入射到折光仪231。遮光部可以是如图2以及图3所示的从折光仪231隔离地布置的遮光板241，也可以是如图4的(b)所示的以薄膜形态贴附于折光仪231的表面或通过利用涂料印刷的方式等形成的遮光膜403。与使第二镜237将发光二极管213所发出的光反射到折光仪231的一侧表面231e的布置方式对应地，图2的遮光板241配备于该侧表面231e的外侧，而且图4的遮光膜403形成于相应侧表面231e上。

作为用于使从第二镜237反射的光入射到折光仪231的光入射面231c的构成要素，光入射部配备于光入射面231c的外侧。例如，如图2所示，光入射部可以是第五镜243，其在光入射面231c的下侧以从折光仪231隔离的方式被布置，从而形成使从第二镜237反射的光的一部分流入的狭缝s，并使流入到狭缝s的光反射或散射而入射到光入射面231c。

作为另一形态，如图4所示，光入射部可以是扩散板405，布置于光入射面231c的下侧，用于使被第二镜237反射而流入的光入射到光入射面。

光路校正单元在外置-光学设备230为了指纹输入而以相对于便携式终端210而确定的姿势被安装的情况下，形成折光仪231的发光面与第一镜235之间的光路，以使从折光仪231出射的光(即，指纹影像)入射到第一镜235。被入射到第一镜235的指纹影像将会入射到摄像机部211而形成为指纹图像。借助光路校正单元，折光仪231和摄像机部211之间的光路长度需要达到“最小焦距”以上。

作为光路校正单元，可以使用至少一个镜子、棱镜、镜头等。图2以及图3是作为光路校正单元而使用第三镜301和第四镜303的一例。虽然图示为第三镜301和第四镜303布置于折光仪231的发光面和第一镜235之间，但是这种布置方式显然是示例性的布置方式。

第三镜301使从发光面231b出射的指纹影像的行进方向改变90°，并使其入射到第四镜303；而且第四镜303将从第三镜301反射的指纹影像的行进方向改变90°，并使其入射到第一镜235。这种布置方式只要从发光面231b发光的指纹影像的光轴不经过摄像机部211的中心即可。

第三镜301和第四镜303的布置方式如下：使折光仪231的发光面231b→第三镜301→第四镜303→第一镜235→摄像机部211的光路为最小焦距(或最小可拍摄距离)以上。

结果，配备于外置光学设备230内的光路校正单元的形态和布置关系可以根据如下的条件而变得不同：

(a)便携式终端210的摄像机部211和发光二极管213的布置关系；

(b)折光仪231的形态和布置方向；

(c)指纹输入方式是透射式(散射式)还是吸收式(反射式)；

(d)摄像机部211的最小焦距；

(e)发光二极管213究竟是布置于便携式终端210还是布置于外置光学设备230。

以下，以图2以及图3的例为基准，对具备有外置光学设备230的指纹输入装置200的操作进行说明。

指纹获取过程通过指纹获取针对控制部217的控制而被公开。指纹获取控制部217使发光二极管213发光而开始进行指纹获取过程，并通过控制而使摄像机部211生成指纹图像。

发光二极管213的光借助第二镜237而朝向折光仪231的一侧，然而被作为遮光部的遮光板241阻断而无法直接入射到折光仪231。只不过，从第二镜237反射的光的一部分将会流入到狭缝s，并在形成狭缝s的第五镜243反射或散射而入射到光入射面231c。

在折光仪231的内部，转换为指纹影像的光通过发光面231b而发光之后，分别在第三镜301和第四镜303反射并入射到第一镜235。第一镜235将从第四镜303反射而入射的指纹影像反射到摄像机部211，而且摄像机部211利用指纹影像而生成指纹图像。

从发光二极管213发出的光通过光入射面231c，并以小于临界角的角度向折光仪231的指纹接触面231a入射，因此指纹传感器主要由从与指纹接触面231a接触的指纹的脊部散射的光来形成，呈现谷部暗、脊部亮的图像，从而能够形成对比度(contrast)良好的图像。

<实施例1：外置光学设备内置有光源的情形>

根据另一实施例，外置光学设备可以自身地内置用于照射光的独立的发光二极管。在此情况下，无需第二镜301，而且便携式终端210无需具备发光二极管213。

参照图5，外置光学设备500具备光源501、折光仪231、作为遮光部的遮光膜403、第一镜235以及第五镜243。在此，折光仪231、第一镜235以及第五镜243是与图2的折光仪231、第一镜235、第五镜243相同的构成要素。

光源501配备于折光仪231的外侧空间部，从而向折光仪231照射所述光。例如，光源501可以配备于从折光仪231的两个侧表面231e和后表面231e中选择的某一表面的外侧。对图5的情况而言，光源501配备于后表面231e的外侧，因此，遮光膜403配备于后表面231e，而并非配备于折光仪231的侧表面231e。

当然，外置光学设备500还可以在内部具备用于光源501的操作电源的电池，或具备用于从便携式终端210接收直流电源的电缆，例如，可以具备通用串行总线(USB)电缆等。

<实施例2：外置-光学设备的安装结构>

以下，对外置光学设备230和便携式终端210的安装方式进行说明。尤为重要的是，便携式终端210的摄像机部211和发光二极管213为了能够实现便携式终端213的主要目的而需要在平时处于开放的状态。因此，除了为输入指纹图像而布置于便携式终端210的情况以外，外置光学设备230需要以便携式终端210的摄像机部211和发光二极管213向外部暴露的方式被开放。

第一种方式是外置-光学设备230以滑动(sliding)方式被装卸的方式。图5是其中的一例，其中，(a)表示摄像机部211和发光二极管213向外部开放的状态；(b)表示用户能够在外置光学设备230滑动而被安装到便携式终端210，从而在覆盖摄像机部211和发光二极管213的状态下输入指纹的状态。

具体而言，外置光学设备230构成为在便携式终端210的外置保护外壳401形成滑动结合结构并结合的形态。滑动结构可以采用现有的周知的多种滑动结构，其只要以使外置光学设备230能够被滑动到预设定的位置的方式结构化即可。

第二种方式如下：每当需要进行指纹输入时，将外置光学设备230插入到便携式终端210的一侧而安装的方式。例如，在便携式终端210的发光二极管213布置于前表面，而且在摄像机部211布置于后表面的情况下采用此方式。

外置-光学设备230还可以包含：光路校正单元，用于使从折光仪231发出的光学入射到位于后表面的摄像机部211。

以上，图示并说明了本发明的优选实施例，但是本发明并不局限于上述的特定的实施例，显然可以在权利要求书中请求保护的本发明的主旨的范围内被本发明所属的技术领域中具有基本知识的人员实现多样的变形实施，这些变形实施不能独立于本发明的技术思想或前景而被理解。