JP2007072942A - Fingerprint recognition assembly using reflection for recognizing fingerprint pattern - Google Patents
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Description
本発明は指紋識別組立体、特に、第1のレンズと、第2のレンズと、前記第1のレンズおよび前記第2のレンズに合わされた、すなわち一体化された第3のレンズとを有する指紋識別組立体であって、前記指紋識別組立体の前記第1のレンズ上部の指紋パターンに対応した光の反射および透過の組み合わせによって、前記指紋識別組立体のセンサーで感知される指紋の像の焦点を合わせることができる指紋識別組立体に関する。 The present invention relates to a fingerprint identification assembly, in particular a fingerprint having a first lens, a second lens, and a third lens fitted to, ie, integrated with, the first lens and the second lens. A focus of the fingerprint image sensed by a sensor of the fingerprint identification assembly by a combination of light reflection and transmission corresponding to a fingerprint pattern on the first lens of the fingerprint identification assembly And a fingerprint identification assembly.
指紋による本人確認は、おそらく個人を特定する最も古くかつ最も確立された方法の1つである。それは、バイオメトリクス、すなわち身体の一部を測定したり感知することによって人を特定する分野に属し、様々な応用にとって重要である。掌紋の読み取り、指の毛穴の読み取り、掌の形の識別および虹彩、網膜または顔の認識を含む多くの自動化された技術が、現在、使用されまたは開発中である。これらのうち、指紋による本人確認はかなり容易であり、制限されたエリアまたは情報にアクセスするための入力されたパスワード、キーまたは署名に代わる便利で安全な手段であるのでより広く受け入れられることが見込まれる。 Fingerprint identification is probably one of the oldest and most established methods of identifying an individual. It belongs to the field of biometrics, i.e. identifying people by measuring and sensing parts of the body and is important for various applications. A number of automated techniques are currently in use or in development, including palmprint reading, finger pore reading, palm shape identification and iris, retina or face recognition. Of these, identity verification with fingerprints is fairly easy and is expected to be more widely accepted as it is a convenient and secure alternative to entered passwords, keys or signatures to access restricted areas or information. It is.
基本的に、識別作業は、指紋パターンの断片に基づく未知の人の識別の決定、または特定の指紋パターンに基づく確実なレベルでの既知の人の識別の確認を伴う。指紋の特徴の正確な識別には、普遍的に必要なこと、すなわち異なる機械がその特徴を認識できることが望まれる。他方、多くの状況において、識別は必ずしも普遍的である必要はなく、明確な解像のみを必要とする。人の指先は、深さが約0.1mmで周期が約0.5〜1.0mmの曲線状の隆線の特有のパターンを有する。指の組織は赤色光を約50%の拡散反射率で散乱させ、指の屈折率は約1.51である。普遍的な識別の必要性から識別のためのより多くの特徴と指の配置の誤差についてのより広い許容範囲とを与えるために、歪みを最小にした極力広い視野を有することが望ましい。他方、指紋が識別される接触台では指紋の有効な大きさは約10mmであるが、例えば携帯電話に適用するためには、システムの大きさは10mmよりも小さくしなければならない。多くの種類の指紋再編成装置が開発されている。これらは主として最初に隆線のパターンを記録し、次にソフトウェアが隆線の端や分岐(「マニューシャ(minutiae)」と呼ばれる)のような特徴の座標および種類を抽出する。ソフトウェアで歪みを修正することはできるが、像のぼけは取り除くことが困難である。また、隆線には、解像がより困難であるが、識別のためのより詳細な情報を提供するのに使用することができる小さい毛穴の列がある。M.Iwanagaによる米国特許出願第2002/003892号は、携帯電話用の空中での指紋撮像の新規の方法を提案した。しかし、指が空中にあるために、隆線は局所的な光源からの光の鏡面反射によって見ることができるが、像コントラストは、指が撮像面に完全に接触していないため、潜在的な散乱と指の傾きとにより制限を受ける。指の丸い形状は容認できない歪みを引き起こすことがある。対照的に、接触方式を用いるとき、ユーザは指先を接触台の表面にぴったり付け、隆線および谷はこれらの高さの差で区別できる。接触方式を用いる識別が広く使用されている。静電容量の変化を測定する電子センサーと、透明なプラテンまたは窓に押し付けられた指を見る光センサーとがある。光接触センサーは、CCDやCMOSのセンサーアレイのようなセンサーの鏡面反射率の変化を記録する。前記光接触センサーの画素サイズは5ミクロンまで小さくすることができ、前記光接触センサーは、十分な解像能力のための適当な画素数を用いてかなり小さくすることができる。 Basically, the identification task involves the determination of the identification of an unknown person based on a fragment of the fingerprint pattern or the confirmation of the identification of a known person at a certain level based on a specific fingerprint pattern. For accurate identification of fingerprint features, it is desirable that it is universally necessary, that is, that different machines can recognize the features. On the other hand, in many situations, identification does not necessarily have to be universal and only requires clear resolution. Human fingertips have a unique pattern of curved ridges with a depth of about 0.1 mm and a period of about 0.5-1.0 mm. The finger tissue scatters red light with a diffuse reflectance of about 50%, and the finger refractive index is about 1.51. It is desirable to have as wide a field of view as possible with minimal distortion in order to give more features for identification and wider tolerance for finger placement errors due to the need for universal identification. On the other hand, the effective size of the fingerprint is about 10 mm in the contact table on which the fingerprint is identified, but the size of the system must be smaller than 10 mm in order to be applied to, for example, a mobile phone. Many types of fingerprint reorganization devices have been developed. They primarily record ridge patterns first, and then the software extracts the coordinates and types of features such as ridge edges and branches (called "minutiae"). Although distortion can be corrected by software, image blur is difficult to remove. Also, the ridges have a row of small pores that are more difficult to resolve but can be used to provide more detailed information for identification. M.M. US Patent Application No. 2002/003892 by Iwanaga proposed a new method for fingerprint imaging in the air for mobile phones. However, because the finger is in the air, the ridges can be seen by specular reflection of light from a local light source, but the image contrast is a potential because the finger is not in full contact with the imaging surface. Limited by scattering and finger tilt. The rounded shape of the fingers can cause unacceptable distortion. In contrast, when using the contact method, the user can fit the fingertips to the surface of the contact table, and ridges and valleys can be distinguished by their height difference. Identification using contact methods is widely used. There are electronic sensors that measure changes in capacitance, and optical sensors that look at a finger pressed against a transparent platen or window. Optical contact sensors record changes in the specular reflectivity of sensors such as CCD and CMOS sensor arrays. The pixel size of the photocontact sensor can be as small as 5 microns, and the photocontact sensor can be made quite small with an appropriate number of pixels for sufficient resolution capability.
ほとんどの指紋識別装置は明視野装置である。すなわち、これらは明るい背景に暗い指紋の隆線パターンを生じさせる。容認できるコントラストで指紋の像を生じさせるためには、均一な明るい背景を作るのに追加の光学部品が必要となる。追加の光学部品が必要となることから、小型の明視野装置を作るのは困難である。1999年5月4日に特許された、名称が「指紋感知に使用されるレンズ系」のBetenskyによる発明に関する特許文献1は、第3の円柱レンズに組み合わされた第1および第2のレンズが光学歪みの低減のために用いられたレンズ系を記載する。しかし、円柱レンズを使用する手法は追加部品を必要とし、対称でないことによってレンズ配置の余分な自由度を扱う調整過程で不具合が生じるため、レンズ系の調整を本質的に複雑にする。キーボード用のもののような小型の指紋識別装置の必要性を考慮して、Clark等は、2003年11月に特許された発明に関する特許文献2で、焦点レンズ系および暗視野照明を備えるコンパクトな指紋識別装置を示す。
民生用機器への新たな応用で必要とされるのは、歪みを最小にした適当な結像性能を有し、かつ携帯電話、超薄型の電子装置または個人の所持品のような小さな区画での使用に適合させることができ、かつ生産を容易にするために最小限の数量の部品を含む小型の指紋識別装置である。 What is needed for new applications in consumer equipment is a small compartment such as a cell phone, ultra-thin electronic device or personal belongings with adequate imaging performance with minimal distortion. It is a small fingerprint identification device that can be adapted for use in and that includes a minimum number of parts to facilitate production.
小型の指紋撮像装置にとって非常に困難なことは、システムをかなり小さくしなければならないということであるが、物体の大きさおよびセンサーの大きさは全然小さくない。つまり、有効な視野は像空間および物体空間の両方で大きくなる。レンズの設計でこの困難を取り除くための1つの方法は、有効な光路の合計長さを増やすことができるように部分反射系を利用することである。このようなシステムは、結像光学系または接眼レンズ光学系としての使用を目的として、1997年にTogino等により共心光学系という名称で発明された(特許文献3参照)。Togino等は、共心光学系が、約90°までの視界角でかつ約10mmまでの瞳孔の直径で実質的に色収差を生じることなく明確な結像が可能であることを示した。しかし、指紋撮像装置は、物体がレンズから離れているかまたはレンズから無限に離れた位置にあるというTogino等の主張と違い、厳密には有限の共役の配置(a finite-conjugate system configuration)を必要とする。
本発明は、上記の欠点を克服するために、改良された小型の指紋識別組立体を提供するものである。 The present invention provides an improved and compact fingerprint identification assembly to overcome the above disadvantages.
本発明の主な目的は、指紋パターンを識別するために指紋に対応した光の反射および透過の組み合わせを用いた指紋識別組立体を提供することである。 A principal object of the present invention is to provide a fingerprint identification assembly that uses a combination of light reflection and transmission corresponding to a fingerprint to identify a fingerprint pattern.
本発明の1つの側面において、前記指紋識別組立体は、第1のレンズと、第2のレンズと、前記第1のレンズおよび前記第2のレンズに一体化された第3のレンズとを有する。さらに、少なくとも1つの光源が、積層レンズに光を投射するために前記積層レンズの下に位置し、センサーが、反射された指紋の像を受けるために前記積層レンズの下に備えられる。 In one aspect of the present invention, the fingerprint identification assembly includes a first lens, a second lens, and a third lens integrated with the first lens and the second lens. . In addition, at least one light source is located under the laminated lens for projecting light onto the laminated lens, and a sensor is provided under the laminated lens for receiving a reflected fingerprint image.
本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、添付の図面に関しての以下の詳細な説明からより明らかになる。 Other objects, advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.
本発明における共心光学系の実施例1ないし3を、図面を参照して以下に説明する。実施用の物体の高さは6mm、よって物体の大きさは12mmである。Fナンバーは3.5である。発光体の光源の波長は720nmである。
図5を参照して、本発明の実施例1を以下に説明する。レンズヘッドは2つの異なる材料で形成され、第1の材料はプラスチック材料(アクリル)であり、第2の材料はガラス(BK7)である。レンズの規格を表1に示す。本実施例においてレンズの表面は全て球面である。図6、7A、7B、8A、8Bは、それぞれ本実施例の収差、MTF、ディストーションおよびスポットダイアグラムを示す。 A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The lens head is formed of two different materials, the first material is a plastic material (acrylic) and the second material is glass (BK7). Table 1 shows lens specifications. In this embodiment, the lens surfaces are all spherical. 6, 7A, 7B, 8A, and 8B show the aberration, MTF, distortion, and spot diagram of this example, respectively.
図9を参照して、本発明の実施例2を以下に説明する。レンズヘッドは2つの異なる材料で形成され、第1の材料はプラスチック材料(アクリル)であり、第2の材料はガラス(BK7)である。レンズの規格を表2に示す。本実施例のレンズの合計厚さは10mm以内に減らされている。本実施例においてレンズの表面は全て球面である。図10、11A、11B、12A、12Bは、それぞれ本実施例の収差、MTF、ディストーションおよびスポットダイアグラムを示す。 A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The lens head is formed of two different materials, the first material is a plastic material (acrylic) and the second material is glass (BK7). Table 2 shows lens specifications. The total thickness of the lens of this example is reduced to within 10 mm. In this embodiment, the lens surfaces are all spherical. 10, 11A, 11B, 12A, and 12B show the aberration, MTF, distortion, and spot diagram of this example, respectively.
図13を参照して、本発明の実施例3を以下に説明する。レンズヘッドは2つの異なる材料で形成され、第1の材料はプラスチック材料(アクリル)であり、第2の材料はガラス(BK7)である。レンズの規格を表3に示す。本実施例のレンズの合計厚さは10mm以内に減らされている。本実施例においてレンズの第2の表面は非球面である。非表面のサグ方程式を以下に示す。 A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The lens head is formed of two different materials, the first material is a plastic material (acrylic) and the second material is glass (BK7). Table 3 shows lens specifications. The total thickness of the lens of this example is reduced to within 10 mm. In this embodiment, the second surface of the lens is aspheric. The non-surface sag equation is shown below.
ここで、cは表面の曲率(c=1/r、rは曲率半径)であり、yは軸からの半径方向の距離であり、kは円錐定数であり、AD、AE、AFおよびAGは、第4次、第6次、第8次および第10次の変形係数である。図14、15A、15B、16A、16Bは、それぞれ本実施例の収差、MTF、ディストーションおよびスポットダイアグラムを示す。本実施例においてレンズの表面1、3の非球面係数は、AD=−0.004813、AE=0.003481、AF=+9.698X10−5である。円錐定数kおよび非球面係数AGは0である。 Where c is the curvature of the surface (c = 1 / r, r is the radius of curvature), y is the radial distance from the axis, k is the conic constant, and AD, AE, AF and AG are , Fourth order, sixth order, eighth order and tenth order deformation coefficients. 14, 15A, 15B, 16A, and 16B show the aberration, MTF, distortion, and spot diagram of this example, respectively. In this embodiment, the aspheric coefficients of the lens surfaces 1 and 3 are AD = −0.004813, AE = 0.003481, and AF = + 9.698 × 10−5. The conic constant k and the aspheric coefficient AG are zero.
図5はレンズヘッドの好ましい実施例を示す。図6は、図5に示したレンズヘッドの典型的な収差の性質を示す。図7A、7Bは、図5に示したレンズヘッドの典型的なMTFの性能を示す。図8A、8Bは、図5に示したレンズヘッドのディストーションおよびスポットダイアグラムを示す。図9はレンズヘッドの好ましい実施例を示す。図10は、図9に示したレンズヘッドの典型的な収差の性質を示す。図11A、11Bは、図9に示したレンズヘッドの典型的なMTFの性能を示す。図12A、12Bは、図9に示したレンズヘッドのディストーションおよびスポットダイアグラムを示す。図13はレンズヘッドの好ましい実施例を示す。図14は、図13に示したレンズヘッドの典型的な収差の性質を示す。図15A、15Bは、図13に示したレンズヘッドの典型的なMTFの性能を示す。図16A、16Bは、図13に示したレンズヘッドのディストーションおよびスポットダイアグラムを示す。 FIG. 5 shows a preferred embodiment of the lens head. FIG. 6 shows typical aberration properties of the lens head shown in FIG. 7A and 7B show the typical MTF performance of the lens head shown in FIG. 8A and 8B show distortion and spot diagrams of the lens head shown in FIG. FIG. 9 shows a preferred embodiment of the lens head. FIG. 10 shows typical aberration properties of the lens head shown in FIG. 11A and 11B show typical MTF performance of the lens head shown in FIG. 12A and 12B show distortion and spot diagrams of the lens head shown in FIG. FIG. 13 shows a preferred embodiment of the lens head. FIG. 14 shows typical aberration properties of the lens head shown in FIG. 15A and 15B show typical MTF performance of the lens head shown in FIG. 16A and 16B show distortion and spot diagrams of the lens head shown in FIG.
図1を参照すると、本発明における指紋識別組立体は積層レンズ2と少なくとも1つの発光体3とセンサー4とを含む。
Referring to FIG. 1, the fingerprint identification assembly according to the present invention includes a
本発明は、積層レンズ2の上部に指紋の像を現すために少なくとも1つの発光体3からの光を用いる。積層レンズ2の構造により、少なくとも1つの発光体3からの光は、積層レンズ2の上部の指紋の像をセンサー4にはっきりと示すことができるように部分的に反射し部分的に積層レンズ2を透過する。
The present invention uses light from at least one
図2を参照すると、本発明における第1の実施例が示され、積層レンズ2は、第1のレンズ21と、第2のレンズ23と、第1のレンズ21および第2のレンズ23に一体化された第3のレンズ24とからなる。好ましくは、積層レンズ2の下部に2つの発光体3が備えられ、積層レンズ2の下にセンサー4が位置する。好ましくは、第1のレンズ21、第2のレンズ23および第3のレンズ24は、ガラス、プラスチックまたはガラスおよびプラスチックを組み合わせたもので作られる。さらに、少なくとも1つの発光体3からの光が部分的に反射し部分的に第2のレンズ23および第3のレンズ24を透過するように、第1のレンズ21、第2のレンズ23および第3のレンズ24のそれぞれに金属膜または誘電体膜が適用される。
Referring to FIG. 2, the first embodiment of the present invention is shown, and the
本発明に係る指紋識別組立体が使用されるとき、少なくとも1つの発光体3からの光が第1のレンズ21に投射される。その後第1のレンズ21の上部の指紋の波形パターンにより、第1の反射光線b1と、第2のレンズ23を通過する第1の透過光線b2とが発生する。第1の透過光線b2は、第2のレンズ23への第2の反射光線b3を発生させるように第3のレンズ24で反射する。第2の反射光線b3は、第2のレンズ23で反射した後、第3の反射光線b4に変わる。第3の反射光線b4は、センサー4で感知される最後の光線b5を発生させるために第3のレンズ24を透過するように投射される。したがって、少なくとも1つの発光体3からの光の経路は、b1→b2→b3→b4→b5→像となる。好ましくは、本発明の積層レンズ2は、少なくとも1つの発光体3からの光の経路が長くなり、かつこれによりセンサー4に対する入射角が小さくなるように、15mmの厚さ制限を有する。よって、本発明の指紋識別組立体の全体はコンパクトである。
When the fingerprint identification assembly according to the present invention is used, light from at least one
図3を参照すると、示された実施例は、図2に示したものと実質的に同じ構造を有する。両者の唯一の相違点は、第1のレンズ21’が平坦な上面を有することである。 Referring to FIG. 3, the illustrated embodiment has substantially the same structure as that shown in FIG. The only difference between the two is that the first lens 21 'has a flat upper surface.
図4を参照すると、示された実施例は、図2に示したものと実質的に同じ構造を有する。両者の唯一の相違点は、第1のレンズ21”が凹形の上面を有することである。
Referring to FIG. 4, the illustrated embodiment has substantially the same structure as that shown in FIG. The only difference between the two is that the
本発明の多くの特徴および利点が、本発明の構造および機能の詳細とともに上記に示されているが、開示は例示に過ぎず、特許請求の範囲に表現された語句の一般的な広い意味によって示される本発明の原理の範囲内で詳細、特に形状、大きさおよび部品の配置に関して変更がなされる場合があることは明らかである。 Although many features and advantages of the present invention have been set forth above along with details of the structure and function of the invention, the disclosure is illustrative only and is in accordance with the general broad meaning of the terms expressed in the claims. Obviously, changes may be made in details, particularly with respect to shape, size and arrangement of parts, within the scope of the disclosed principles of the invention.
2 積層レンズ
3 発光体
4 センサー
21、21’、21” 第1のレンズ
23 第2のレンズ
24 第3のレンズ
2
Claims (3)
The fingerprint identification assembly of claim 1, wherein the first lens has a concave top surface.
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- 2005-09-09 JP JP2005261793A patent/JP2007072942A/en active Pending
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