JP2000090247A - 指紋画像撮像装置及びそれを用いた指紋照合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像した指紋像の台形歪みを軽減しつつ、被
写体距離を減少して小型化を図ることのできる指紋画像
検出装置及びそれを用いた指紋照合装置を得る。 【解決手段】 凹凸のある人間の指８が接触する平面部
１ａを有する第１の三角プリズム１と、第１の三角プリ
ズムの平面部１ａに接触した指８に対して光を照射する
光源手段３と、第１のプリズムの平面部１ａにおける指
紋の凹凸による反射光が入射されるように配置され、か
つ、断面の３つの角のうち、前記反射光が出射する面２
ａの両端に位置する２つの角θａ、θｂに関し、第１の
三角プリズム１の前記反射光が出射する稜面１ｃから離
れた方の角θａが、他の一方の角θｂより小さく形成さ
れている第２の三角プリズム２と、第２の三角プリズム
２から出射される前記反射光を撮像して指紋画像を得る
撮像手段５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セキュリティー等
のために個人判別の手段として用いられる指紋照合装
置、及びそれに用いる指紋画像撮像装置における、光学
系を含む構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、例えば電子通信学会論文誌
「プリズムを用いた指紋情報検出方法-全反射法と光路
分離法の比較-」：清水ら.1985年3月vol.J68-D no.3.P
P.414-415．に指紋を撮像するための光学部が記載され
ている、従来技術における全反射方式の指紋照合装置の
一例である。図１８に示した指紋照合装置において、１
は三角プリズム、３は光源手段、４はレンズ、５は反射
光を受光する撮像手段、６は信号処理手段、７は指紋判
別手段、８は検出対象の指である。

【０００３】前記のように構成された指紋照合装置の動
作について説明する。光源手段３から出射された光は被
検出体である人間の指８へ向けて三角プリズム１の一方
の稜面から照射される。三角プリズム１の一辺から入射
された光は三角プリズム１の底面すなわち指の接触する
面で反射し、その反射光は三角プリズム１の他の稜面か
ら出射する。三角プリズム１の出射光はレンズ４によっ
て集光され、撮像手段５により撮像される。

【０００４】図１９は指紋検出の原理を説明するための
図である。光源手段３から照射される光をＡ，Ｂとす
る。人間の指８には指紋による凹凸が存在し、その内の
凸面は三角プリズム１底面と接触し、凹面は接触しな
い。そして、光源手段３から発せられる光Ａ，Ｂは、三
角プリズム１底面において、接触部（即ち、凸部）にお
いて拡散し（光Ｂ）、非接触部（即ち、凹部）において
全反射する（光Ａ）。そのため、全反射する光Ａは、図
のように反射光Ａ１として反射し、拡散する光Ｂは散乱
光はＢ１として、それぞれ撮像手段５へと反射される。
よって、撮像手段５においては、指紋の凹部の方が凸部
より輝度値が高い画像として得られる。

【０００５】撮像手段５によって検出された指８の画像
は、信号処理手段６によって、画像のレベル調整や、２
値化など、指紋照合にとって検出しやすいように信号処
理が加えられる。又、指紋判別手段７は、前記信号処理
手段６から得られた指紋の画像から、指紋照合のための
検出アルゴリズムによって検出すべき当人か否か、ま
た、指紋照合した人間が登録されている複数の人間の内
の誰であるかなどの検出を行い、その判別結果を出力す
る。指紋検出のためのアルゴリズムなどは例えば「画像
処理ハンドブック」尾上守夫（昭光堂）24.3章pp.579-5
82．に様々な判別方法が、また、三菱電機技報「指紋判
別装置」pp.40-43, vol.72, no.5(1998)．などにもその
一例が挙げられている。

【０００６】また、図２０は同じく電子通信学会論文誌
「プリズムを用いた指紋情報検出方法-全反射法と光路
分離法の比較-」：清水ら.1985年3月vol.J68-D no.3.P
P.414-415．により記載されている光路分離方式を用い
る指紋照合装置の一例である。本方式では三角プリズム
１の片面1ｃは黒くコーティングされており、光源手段
３と撮像手段５を同じ方向に配置する。指紋の凸面によ
る散乱光のみレンズ４を介して撮像手段５上に結像され
ることとなる。

【０００７】前述の二例のような、従来の指紋照合装置
においては、全反射方式および光路分離方式のいずれに
おいても、反射光を撮像するため、被写体（指８）に対
してレンズ４が傾いており、撮像した像に歪みを生じ
る。すなわち、図２１に示すように三角プリズム底面の
像を(a)とすると、撮像手段５上に結像される像は(b)の
ように台形歪みを生じてしまう問題点があった。

【０００８】又、台形歪みは指紋を認識する上で障害と
なるため、前記台形歪みによる影響を避けるように、被
写体から撮像手段までの被写体距離を十分に取る必要が
あり、撮像手段５を被写体へ近づけるほど台形歪みが大
きくなるため指紋照合装置または指紋画像を撮像する構
成を小型化する事は困難であった。

【０００９】更に又、前記台形歪みによる影響を軽減す
るため図２２に示すようにFiber Optics Plate (FOP)を
用い、FOPによって撮像手段５へ直接像を伝送する方法
もあるが、FOP自体が非常に高価な光学部品であり、FOP
自体の体積も結像光学系に比べて比較的大きいため指紋
照合装置または指紋画像を撮像する構成を小型化する事
は困難であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の問題
点を解消するためになされたもので、撮像した指紋の像
の台形歪みを軽減しつつ、被写体距離を減少して小型化
を図ることのできる指紋画像検出装置、及びそれを用い
た指紋照合装置を得ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る指紋画像撮
像装置は、凹凸のある人間の指が接触する平面部を有す
る、断面形状が三角形の第１のプリズムと、前記第１の
プリズムの平面部に接触した指に対して光を照射する光
源手段と、前記第１のプリズムの平面部における指紋の
凹凸による反射光が入射するように配置され、この反射
光の出射方向が前記平面部の垂線方向に近づくように前
記反射光を屈折する断面形状が略三角形である第２のプ
リズムと、前記第２のプリズムにより屈折した反射光を
撮像して指紋画像を得る撮像手段とを備えたものであ
る。

【００１２】又、第１及び第２のプリズムの少なくとも
一方は、プラスチックにより形成されていることを特徴
とするものである。

【００１３】又、凹凸のある人間の指が接触する平面部
を有する、断面形状が三角形の複数のプリズムをアレイ
状に配列した構造のプリズムアレイと、前記プリズムア
レイの平面部に接触した指に対して光を照射する光源手
段と、前記プリズムアレイの平面部における指紋の凹凸
による反射光が入射するように配置され、この反射光の
出射方向が前記平面部の垂線方向に近づくように前記反
射光を屈折する断面形状が略三角形であるプリズムと、
前記プリズムにより屈折した反射光を撮像して指紋画像
を得る撮像手段とを備えたものである。

【００１４】又、プリズム及びプリズムアレイの少なく
とも一方は、プラスチックにより形成されていることを
特徴とするものである。

【００１５】本発明に係る指紋照合装置は、上記指紋画
像撮像装置のいずれか１つを備えるとともに、この指紋
画像撮像装置により得られた指紋画像の画像信号に、指
紋の照合に必要な信号処理を加える信号処理手段と、上
記信号処理手段から出力される指紋画像の画像信号に基
づき、当人であるか否かを判別し、又は登録されている
複数の人物の中から該当する人物を検出する指紋判別手
段とを備えたこと特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る表示装置の
実施の形態を図１乃至図１２を用いて説明する。図１乃
至図１２において、従来技術の説明にて用いた符号と同
一の符号を付したものはそれぞれ同様のものを表す。

【００１７】実施の形態１．図１は本発明に係る指紋照
合装置の実施の形態１を示す構成図である。図１におい
て、１は断面形状が略直角三角形の形状をした第１の三
角プリズムであり、三角プリズム１の底面１ａの平面部
は照合される人間の指８が接触可能な面積を有するもの
である。

【００１８】又、２は前記三角プリズムと形状の異なる
第２の三角プリズムであり、第１の三角プリズム１の指
８の凹凸による反射光の出射側の稜面１ｃ側に配置され
ている。又、この第２の三角プリズム２は、断面の３つ
の角のうち、指８の凹凸による反射光が出射する面２ａ
の両端に位置する角θａ、θｂに関し、第１の三角プリ
ズム１の前記反射光が出射する稜面１ｃから離れた方の
角θａが、他の一方の角θｂより小さいことを特徴とす
るものである。

【００１９】３は光源手段、４はレンズ、５は指紋の凹
凸による反射光を撮像して指紋画像を得る撮像手段、６
は撮像手段５より出力された指紋画像を処理する信号処
理手段、７は信号処理手段６より得られる指紋処理を施
された指紋画像から、指紋照合のための検出アルゴリズ
ムによって、検出すべき当人か否か、また、指紋照合し
た人間が登録されている人間の内の誰かなどの検出を行
い、その判別結果を出力する指紋判別手段、８は人間の
指である。

【００２０】又、ここで、第１の三角プリズム１、第２
の三角プリズム２、光源手段３、レンズ４、及び撮像手
段５からなる指紋照合装置の部分を、単体の装置として
製造、販売することも可能であり、この人間の指の指紋
画像を得ることのできる装置を指紋画像撮像装置と呼ぶ
こととする。

【００２１】前記のように構成された指紋照合装置にお
いて、その動作を説明する。光源手段３は被検出体であ
る人間の指８へ向けて第１の三角プリズムの稜面１ｂか
ら光を照射するように構成されており、第１の三角プリ
ズム１を介して人の指８を照射する。また、光源手段３
は入射光が第１の三角プリズムの平面部１ａに対して、
略４５度の角度で当たるように位置決めされている。三
角プリズム１は、その底面部１ａの面積が、指８の指紋
検出に必要な大きさが接触できるように構成されてい
る。

【００２２】図２は第１の三角プリズム１および第２の
三角プリズム２の外形図および指紋画像の採取の原理を
説明するための図である。図示したように、第１の三角
プリズム１の底面部１ａに検出すべき人の指８を接触さ
せる。光源手段３により、第１の三角プリズム１の一方
の稜面１ｂから入射された光は、第１の三角プリズム１
の底面すなわち指の接触する平面部１ａで反射し、その
反射光は第１の三角プリズム１の他の稜面１ｃから出射
する。

【００２３】今、光源手段３から入射する光をＡ，Ｂと
する。従来例で述べたように、人間の指８には指紋によ
る凹凸が存在し、凸面は第１の三角プリズム１の平面部
１ａと接触し、凹面は接触しない。上記入射光は第１の
三角プリズム１の平面部１ａにおいて、接触部では拡散
し、非接触部では全反射する。そのため、入射した光Ａ
は全反射光Ａ１として出射される。光Ｂは指の凸面が接
触している面にて反射するため散乱し、散乱光Ｂ１とし
て撮像手段５へと反射される。そのため、第１の三角プ
リズム１からの反射光は、撮像手段５にて指紋の凹部の
方が凸部より輝度値が高い画像として撮像され、指紋画
像を得ることができる。

【００２４】第１の三角プリズム１の一方の稜面１ｃよ
り出射された指紋の反射光は、第２の三角プリズム２を
透過することによって、その光路は屈折する。例えば、
図２においてＡ１の反射光は、元来Ａ３となるべき光路
が、第２の三角プリズム２を介することによりＡ２へと
屈折する。

【００２５】図３は光路が屈折する原理を示した図であ
る。空気の屈折率ｎをｎａｉｒ、第２の三角プリズム２
の屈折率をｎｐｒｉｓｍとすると、反射光Ａ１からＡ２
へと屈折する角度θ１、θ２、θ３、θ４の関係はスネ
ルの法則より ｎａｉｒ・ｓｉｎθ１＝ｎｐｒｉｓｍ・ｓｉｎθ２ ｎｐｒｉｓｍ・ｓｉｎθ３＝ｎａｉｒ・ｓｉｎθ４ が成り立ち、第２の三角プリズム２をガラスやプラスチ
ックなどの材料で形成した場合、 ｎａｉｒ＜ｎｐｒｉｓｍ が成り立つため、θ１＞θ２、θ３＜θ４となる。

【００２６】図４に指紋の結像を表す図を示す。第１の
三角プリズム１の底面１ａに接触した指の異なる部分を
ＣとＤとすると部分Ｃに対応する像と部分Ｄに対応する
像は、第２の三角プリズム２が無い場合には、点線で表
した光路Ｃ１およびＤ１の線にて撮像手段上に結像す
る。斜めから撮像した場合、光路長Ｄ１＜Ｃ１となるた
め図５に示すように指紋の像は台形歪みを生じる。図５
において台形上に記載したＣ，Ｄは指の部分Ｃ，Ｄに対
応する像を意味している。

【００２７】一方、第２の三角プリズム２を第１の三角
プリズム１からの反射光が透過するように配置した場
合、指紋の像Ｃ，Ｄは第２の三角プリズム２を介して屈
折し、実線で示した光路Ｃ２，Ｄ２にて撮像手段５上に
結像する。前記のように第２の三角プリズム２にてその
光路を図のように屈折させた場合、光路Ｃ２とＤ２の光
路長の差は光路Ｃ１とＤ１との光路長の差より小さくな
るため、図６に示すように像の台形歪みは従来より軽減
されることになる。

【００２８】撮像手段５の具体的な構成例を図７に示
す。撮像手段５は、前記第２の三角プリズム２により屈
折した反射光を、レンズ４を介して像面にて検出するイ
メージセンサ１０、及びイメージセンサ１０を駆動する
駆動手段１１などから構成されている。

【００２９】前記撮像手段５で得た指紋画像は、信号処
理手段６に入力される。信号処理手段６は、撮像手段５
によって撮像された指８の凹凸による画像の、かすれや
癒着などの雑音を軽減したり、画像のレベル調整、コン
トラスト調整、アパーチャ処理、照明ムラや濃度ムラを
除去する処理、２値化処理などの信号処理を行い、次段
の指紋判別手段７における指紋照合のアルゴリズムに適
応した指紋画像にするように信号処理を加える。

【００３０】指紋判別手段７は、前記信号処理手段６か
ら得られた指紋の画像から、指紋の特徴点検出などを行
い、指紋照合のための検出アルゴリズムによって検出す
べき当人か否か、また、指紋照合した人間が登録されて
いるに人間の内の誰かなどの判別を行い、その判別結果
を出力する。

【００３１】登録されている指紋と撮像手段５から入力
された指紋が同一かどうかを判別するための照合方式
は、現在までに様々提案されているが、代表的な照合方
式を以下に説明する。

【００３２】照合方式として代表的なものは、特徴点マ
ッチング、方向コードマッチング、２値画像パターンマ
ッチング、射影マッチング、ＦＦＴ方式などがある。

【００３３】特徴点マッチングは次のようなものであ
る。指紋には図８に示すように、隆線がとぎれる点（端
点）および枝分かれする点（分岐点）が点在する。これ
らの点は特徴点（マニーシャ）と呼ばれ、その配置は一
人一人の指紋ごとに異なっていることが知られている。
特徴点の位置や特徴点から伸びる隆線の方向等を特徴点
のデータとし、これの一致度合いにより照合する方法が
良く用いられている。

【００３４】また、方向コードマッチングは指紋隆線の
大局的な流れの方向をコード化したデータを用いて照合
する方法である。例えば図９のように指紋画像をいくつ
かの小領域に分割し、各領域の隆線方向を量子化してこ
れを照合に用いる。ノイズの多い領域では抽出される隆
線方向は不安定になるが、周囲の情報を考慮して修正さ
れる。他にも様々な照合方法が提案されているが、本発
明は照合方式に関する発明ではないため参考にとどめ
る。

【００３５】このように、本実施の形態においては、人
間の指８を接触させる第１の三角プリズム１にて反射し
た指紋の像を第２の三角プリズム２を介してその光路を
屈折させることにより、撮像する台形歪みを軽減するこ
とができ、レンズ４及び撮像手段５を被写体に近づける
ことが可能となる。そのため装置全体として小型化を実
現できる。

【００３６】さらに、本実施の形態における第１の三角
プリズム１および第２の三角プリズム２を用いた指紋照
合装置の構成例は図１に示した構成だけではなく、図１
０に示すように光源手段３を撮像手段５と同じ方向に設
け、指紋の凸部による散乱光のみを検出することで指紋
画像を得る光路分離方式に対応する構成にしても、同様
の効果が得られることは言うまでもない。ただし、この
場合は、第１の三角プリズム１の光源手段３からの光が
入射する側と反対側の稜面１ｂを、黒く塗装して稜面１
ｂによる反射を防ぐ必要がある。

【００３７】実施の形態２．図１１は本発明に係る指紋
照合装置の実施の形態２を示す構成図である。図１１に
おいて、２０は断面形状が略直角三角形の複数の小型プ
リズムをアレイ状に配列した形状を有するプリズムアレ
イであり、各プリズムの略直角部を挟む２つの稜面２０
ｂ，２０ｃ以外の面が連なることで共通の平面部２０ａ
を形成している。そして、この平面部２０ａは照合され
る人間の指８が接触可能な面積を有するものである。

【００３８】又、２は三角プリズムであり、プリズムア
レイ２０を構成する複数のプリズムの内、指８の凹凸に
よる反射光の出射方向から見て最後方に位置するプリズ
ム２２の、前記反射光が出射する稜面２２ｃ側に配置さ
れている。又、この三角プリズム２は、断面の３つの角
のうち、プリズムアレイ２０からの指８の凹凸による反
射光が出射する面２ａの両端に位置する角θａ、θｂに
関し、プリズム２２の前記反射光を出射する稜面２２ｃ
から離れた方の角θａが、他の一方の角θｂより小さい
ことを特徴とするものである。

【００３９】又、図１１に示す構成において、符号３〜
８にて示す各構成要素に関しては、実施の形態１と同一
のためその説明は省略する。

【００４０】又、ここで、プリズムアレイ２０、三角プ
リズム２、光源手段３、レンズ４及び撮像手段５からな
る指紋照合装置の部分を、単体の装置として製造、販売
することも可能であり、この人間の指の指紋画像を得る
ことのできる装置を指紋画像撮像装置と呼ぶこととす
る。

【００４１】前記のように構成された指紋照合装置にお
いて、その動作を説明する。光源手段３は被検出体であ
る人間の指８へ向けて光を照射するように構成されてお
り、プリズムアレイ２０を介して人の指８を照射する。
また、光源手段３は入射光がプリズムアレイの平面部２
０ａに対して、略４５度の角度で当たるように位置決め
されている。プリズムアレイ２０は、図１１に示すよう
に、人の指８より十分小さい小型のプリズムを列状（ア
レイ状）につないだものであり、その平面部２０ａの面
積は、指８の指紋検出に必要な大きさが接触できるよう
に構成されている。

【００４２】図１２にプリズムアレイ２０の外形の斜視
図を示す。図示したように、プリズムアレイ２０の底面
は平面であり、この平面部２０ａに検出すべき人の指８
を接触させる。光源手段３により、プリズムアレイ２０
の稜面の一方２０ｂから入射された光は、プリズムアレ
イ２０の底面すなわち指の接触する平面部２０ａで反射
し、その反射光はプリズムの他の稜面２０ｃから出射す
る。

【００４３】図１３は指紋画像の採取の原理を説明する
ための図である。今、光源手段３から入射する光をＡ，
Ｂ，Ｃとする。従来例で述べたように、人間の指８には
指紋による凹凸が存在し、凸面はプリズムアレイの平面
部２０ａと接触し、凹面は接触しない。プリズムアレイ
平面部２０ａにおいて、入射光は接触部では拡散し、非
接触部では全反射する。そのため、ある１つのプリズム
から入射した光Ａは全反射光Ａ１として出射され、また
他のプリズムから入射した光Ｃも全反射光Ｃ１として出
射される。一方、光Ｂは指の凸面が接触している面にて
反射するため散乱し、散乱光Ｂ１として出射される。そ
のため、プリズムアレイ２０からの反射光は、撮像手段
５にて指紋の凹部の方が凸部より輝度値が高い画像とし
て撮像され、指紋画像を得ることができるのは実施の形
態１と同様である。

【００４４】プリズムアレイ２０から出射した指紋の反
射光Ａ１，Ｃ１は三角プリズム２によって屈折する。屈
折した反射光Ａ２、Ｃ２はレンズ４によって撮像手段５
の上に結像し、指紋画像は撮像される。屈折の原理およ
び撮像においては実施の形態１と同様であり、その説明
を省略する。

【００４５】図１４はプリズムアレイ２０の断面図を表
している。図１４においてＤｐａはプリズムアレイ２０
の大きさであり、Ｄｐはプリズムアレイの各三角プリズ
ムのピッチを示す距離である。図１５は検出対象である
指８の指紋部分の断面拡大図であり、図１５においてＤ
ｆａは検出に必要な指の大きさ、Ｄｆは指紋の谷線部
（凹部）間の距離を表している。また、図１６は撮像手
段５の構成要素であるイメージセンサ１０の拡大図であ
り、図１６においてＤｓａｈ，Ｄｓａｖはイメージセン
サ１０の縦、横の大きさを示しており、Ｄｓｈ，Ｄｓｖ
はイメージセンサ１０を構成している各画素のサイズを
示している。

【００４６】前記のように形成された各構成要素におい
て、プリズムアレイ２０の大きさＤｐａは検出する指８
の大きさＤｆａより大きく、検出に必要な指８の大きさ
Ｄｆａはイメージセンサ１０のＤｓａｈ、Ｄｓａｖ内に
結像されるような関係にある。

【００４７】いま、指８の一部（大きさＤｆａ）がＤｓ
ａｈ、Ｄｓａｖの大きさに結像されたとすると、指８の
指紋の画像が明瞭に撮像できるようにするためには、イ
メージセンサ１０の各画素の大きさＤｓｈ、Ｄｓｖは、
指紋のピッチに対するナイキスト周波数を満たすよう
に、 １／Ｄｆ＜１／（２×Ｄｓｈ） 及び、１／Ｄｆ＜１／（２×Ｄｓｖ） より、 Ｄｓｈ＜Ｄｆ／２ 及び、Ｄｓｖ＜Ｄｆ／２ --（１） の関係を同時に満たす必要があり、本実施の形態におい
ても、このような関係を満たすように各画素のサイズが
設計されている。

【００４８】尚、ここで、式（１）がＤｓｈ及びＤｓｖ
のそれぞれについて、同時に規定をしている理由は、イ
メージセンサー１０は縦、横の両方向において指紋を良
好に検出しなければならず、そのためには、指紋のピッ
チに対する各画素の大きさは、縦、横の両方向について
同時に前記の条件を満足する必要があるからである。

【００４９】これに加えて、さらに、プリズムアレイ２
０のプリズム間のピッチＤｐが、 Ｄｐ＜Ｄｓｈ 又は、Ｄｐ＜Ｄｓｖ --（２） の関係を満足しなければならず、本実施の形態において
は、プリズムアレイ２０が前記関係を満たすように形成
されている。ここで、式（２）は式（１）と異なり、縦
又は横の一方向にのみ式に示した大小関係が満たされれ
ば良い。即ち、プリズムアレイ２０の各プリズムのピッ
チ方向と同方向にのみ前記式（２）で示される大小関係
を満たせばよい。

【００５０】これは、プリズムアレイ２０におけるプリ
ズムのピッチ方向と、イメージセンサ１０の縦、横の設
置状態は、任意に変化することはなく、一旦設置される
とその設置状態が一定のまま保持されることによる。

【００５１】式（２）を満たすようにプリズムアレイ２
０を形成することにより、イメージセンサ１０上に結像
されるプリズムアレイの端部２０ｄ（図１４参照）に対
応する線は、指紋画像上から消えることになる。これは
プリズムアレイの端部２０ｄ間のピッチＤｐが、式
（２）に示すように、画素ピッチＤｓｈ、Ｄｓｖの対応
の一方（上述のように、イメージセンサー１０とプリズ
ムアレイ２０の設置状態に依存する。）より狭くなる
と、イメージセンサ１０の画素ピッチから定まる解像度
では、指紋画像中に前記端部２０ｄに対応する線は解像
しなくなるためである。

【００５２】前記の関係を満たすようにプリズムアレイ
２０を構成することにより、撮像した指紋画像から不必
要な端部２０ｄに対応する線を削除する処理等を施す必
要なく、指紋照合に用いる指紋画像を得ることが可能と
なる。

【００５３】前記撮像手段５で得た指紋画像は、実施の
形態１と同様に信号処理手段６、指紋判別手段７を介し
て、撮像した指紋が検出すべき当人か否か、また、指紋
照合した人間が登録されている人間の内の誰かなどの判
別を行い、その判別結果を出力する。照合方法も実施の
形態１と同様の方法にて実現することが出来る。

【００５４】このように、本実施の形態においては、人
間の指８を接触させる光学部材２０を、小型の略直角プ
リズムをアレイ状に配列して構成したことにより、この
プリズムアレイ２０と三角プリズム２を実施の形態１に
おける場合よりもさらに近づけて配置することができる
ため、さらに装置の小型化を図ることが出来る。

【００５５】又、人間の指８を接触させる光学部材２０
を、小型の略直角プリズムをアレイ状に配列して構成し
たことにより、光源手段３から撮像手段５までの空気内
を通る光路長とプリズム内を通る光路長の比において、
プリズム内の光路長が従来技術における場合より大幅に
小さくすることが可能である。そのため、温度変化など
に起因するプリズムの形状変化に対して、撮像される指
紋画像の影響が小さくなるため、前記光学部材の材質と
してガラスなどの熱膨張率の小さいものを選択する必要
が無くなる。すなわち、プリズムアレイ２０をプラスチ
ックなどによって構成することができ、プリズムアレイ
２０の軽量化ひいては指紋照合装置の軽量化を図ること
ができる。

【００５６】又、プリズムアレイ２０を、たとえ従来と
同じようにガラスにて形成したとしても、体積が従来に
比べて小さいため、小型、軽量化を図ることができ、そ
のため、装置全体として小型、軽量化を実現できる。

【００５７】さらに、本実施の形態におけるプリズムア
レイ２０を用いた指紋照合装置の構成例は図１１に示し
た構成だけではなく、図１７に示すように光源手段３と
同じ方向に撮像手段３を設けることにより、指紋の凸部
による散乱光のみを検出することで指紋画像を得る光路
分離方式に対応する構成にしても、同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。ただし、この場合は、プリズ
ムアレイ２０の光源手段３からの光が入射する側と反対
側の稜面２０ｂを黒く塗装して、該稜面２０ｂでの反射
を防ぐ必要がある。

【００５８】

【発明の効果】本発明に係る指紋画像撮像装置は、凹凸
のある人間の指が接触する平面部を有する、断面形状が
三角形の第１のプリズムと、前記第１のプリズムの平面
部に接触した指に対して光を照射する光源手段と、前記
第１のプリズムの平面部における指紋の凹凸による反射
光が入射するように配置され、この反射光の出射方向が
前記平面部の垂線方向に近づくように前記反射光を屈折
する断面形状が略三角形である第２のプリズムと、前記
第２のプリズムにより屈折した反射光を撮像して指紋画
像を得る撮像手段とを備えたので、斜め撮像による台形
歪みを軽減することができ、ひいてはレンズおよび撮像
手段を被写体側へ近づけて配置することができるため、
装置の小型化を図ることが可能である。

【００５９】又、第１及び第２のプリズムの少なくとも
一方は、プラスチックにより形成されていることを特徴
とするので、軽量化を図ることが可能である。

【００６０】又、凹凸のある人間の指が接触する平面部
を有する、断面形状が三角形の複数のプリズムをアレイ
状に配列した構造のプリズムアレイと、前記プリズムア
レイの平面部に接触した指に対して光を照射する光源手
段と、前記プリズムアレイの平面部における指紋の凹凸
による反射光が入射するように配置され、この反射光の
出射方向が前記平面部の垂線方向に近づくように前記反
射光を屈折する断面形状が略三角形であるプリズムと、
前記プリズムにより屈折した反射光を撮像して指紋画像
を得る撮像手段とを備えたので、斜め撮像による台形歪
みを軽減することができ、ひいてはレンズおよび撮像手
段を被写体側へ近づけて配置することができるため、装
置の小型化を図ることが可能である。加えて、プリズム
アレイを用いたので、光学部材の体積を削減でき、その
ため、光学部材の軽量化ひいては装置全体としての軽量
化をはかることができる。又、光学部材内の光路長を短
くすることができ、当該光学部材の材質にプラスチック
等の熱膨張率は多少大きいけれども、軽量な材質を使用
することが可能となり、さらに軽量化を図ることも可能
である。

【００６１】又、プリズム及びプリズムアレイの少なく
とも一方は、プラスチックにより形成されていることを
特徴とするので、さらに、軽量化を図ることが可能であ
る。

【００６２】本発明に係る指紋照合装置は、上記指紋画
像撮像装置のいずれか１つを備えるとともに、この指紋
画像撮像装置により得られた指紋画像の画像信号に、指
紋の照合に必要な信号処理を加える信号処理手段と、上
記信号処理手段から出力される指紋画像の画像信号に基
づき、当人であるか否かを判別し、又は登録されている
複数の人物の中から該当する人物を検出する指紋判別手
段とを備えたこと特徴とするので、小型の装置により指
紋照合が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態１を
示す構成図である。

【図２】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態１に
おける、指紋画像の採取の原理を説明するための図であ
る。

【図３】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態１に
おける、第２の三角プリズムによる光路の屈折を示す図
である。

【図４】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態１に
おける、被写体の結像を示す図である。

【図５】 従来の指紋照合装置における被写体の台形歪
みを示す図である。

【図６】 本発明に係る指紋照合装置における被写体の
台形歪みの軽減を示す図である。

【図７】 本発明に係る指紋照合装置の撮像手段の具体
的な構成例を示す図である。

【図８】 指紋の特徴点を示す図である。

【図９】 指紋の方向角度データを示す図である。

【図１０】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態１
における、他の実施例を示す構成図である。

【図１１】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態２
を示す構成図である。

【図１２】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態２
における、プリズムアレイの斜視図である。

【図１３】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態２
における、指紋画像の採取の原理を説明するための図で
ある。

【図１４】 プリズムアレイのピッチを示す要部断面図
である。

【図１５】 指の指紋の大きさおよび凹凸のピッチを示
す要部断面図である。

【図１６】 イメージセンサの大きさおよび画素ピッチ
を示す要部平面図である。

【図１７】 本発明に係る指紋照合装置の実施の形態２
における、他の実施例を示す構成図である。

【図１８】 従来の技術における指紋照合装置の一例を
示す構成図である。

【図１９】 従来の技術における指紋照合装置の指紋検
出の原理を説明するための図である。

【図２０】 従来の技術における指紋照合装置の他の例
を示す図である。

【図２１】 従来の技術における指紋照合装置による撮
像画像の台形歪みを示す図である。

【図２２】 従来の技術における指紋照合装置の他の例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 第１の三角プリズム、 １ａ 平面部（底
面部）、１ｂ、１ｃ 三角プリズムの稜面、 ２ 第２
の三角プリズム、２ａ 反射光が出射する面、
３ 光源手段、 ４ レンズ、５ 撮像手段、
６ 信号処理手段、 ７ 指紋判別手段、８ 指、
１０ イメージセンサ、 １１ 駆動手段、
２０ プリズムアレイ、 ２０ａ 平面部（底
面部）、２０ｂ、２０ｃ プリズムアレイの各三角プリ
ズムの稜面、２０ｄ プリズムアレイの端部、 ２１
ファイバオプティクスプレート、２２ 反射光の出射方
向から見て最後方に位置するプリズム、２２ｃ 反射光
を出射する稜面、θａ 稜面１ｃ、２２ｃから離れた方
の角、θｂ 稜面１ｃ、２２ｃに近い方の角。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C038 FF01 FF05 FG01 5B043 AA09 BA02 DA05 5B047 AA25 5C022 AA01 AB15 AC42 AC51

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凹凸のある人間の指が接触する平面部を
   有する、断面形状が三角形の第１のプリズムと、 前記第１のプリズムの平面部に接触した指に対して光を
   照射する光源手段と、 前記第１のプリズムの平面部における指紋の凹凸による
   反射光が入射するように配置され、この反射光の出射方
   向が前記平面部の垂線方向に近づくように前記反射光を
   屈折する断面形状が略三角形である第２のプリズムと、 前記第２のプリズムにより屈折した反射光を撮像して指
   紋画像を得る撮像手段とを備えた指紋画像撮像装置。
2. 【請求項２】 第１及び第２のプリズムの少なくとも一
   方は、プラスチックにより形成されていることを特徴と
   する請求項１記載の指紋画像撮像装置。
3. 【請求項３】 凹凸のある人間の指が接触する平面部を
   有する、断面形状が三角形の複数のプリズムをアレイ状
   に配列した構造のプリズムアレイと、 前記プリズムアレイの平面部に接触した指に対して光を
   照射する光源手段と、 前記プリズムアレイの平面部における指紋の凹凸による
   反射光が入射するように配置され、この反射光の出射方
   向が前記平面部の垂線方向に近づくように前記反射光を
   屈折する断面形状が略三角形であるプリズムと、 前記プリズムにより屈折した反射光を撮像して指紋画像
   を得る撮像手段とを備えた指紋画像撮像装置。
4. 【請求項４】 プリズム及びプリズムアレイの少なくと
   も一方は、プラスチックにより形成されていることを特
   徴とする請求項３記載の指紋画像撮像装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項記載の指
   紋画像撮像装置と、 この指紋画像撮像装置により得られた指紋画像の画像信
   号に、指紋の照合に必要な信号処理を加える信号処理手
   段と、 前記信号処理手段から出力される指紋画像の画像信号に
   基づき、当人であるか否かを判別し、又は登録されてい
   る複数の人物の中から該当する人物を検出する指紋判別
   手段とを備えたこと特徴とする指紋照合装置。