JP2000113170A

JP2000113170A - 指紋画像入力装置

Info

Publication number: JP2000113170A
Application number: JP10280853A
Authority: JP
Inventors: Akira Morita; 晃森田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的広い範囲の指紋などの凹凸パターンの画
像を高い分解能とコントラストを有する経済的な薄型の
指紋画像入力装置を提供する。【解決手段】光源22と，この光源22を収納する凹部24を
柱状体21の途中に有し光源22からの光を出射する凹部24
の一部と柱状体21の両端面11,13 を除いてこの柱状体21
の周囲を光吸収体25,26 で処理した屈折率n1の透明な柱
状体21と，を備える光学要素２を複数本規則的に斜めに
束ねてなる光学検査台１と、レンズ３と、受光素子４
と、を備え、光学検査台１は柱状体21の光学要素２から
なる検査台１の一方の端面11を平滑に研磨して検査面11
を形成し、この検査面11の法線と透明な柱状体21要素の
中心軸（光軸12）との角度を臨界角以上とし、検査台１
の他方の端面13から出射する光をレンズ３で集光して受
光素子４で受光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は指紋画像入力装置
に関わり、特に、薄型で鮮明な指紋画像を得ることがで
きる指紋画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】出入り管理やキャッシュサービスなどに
利用する個人識別技術として、セキュリティが最も高い
生体情報を用いたものが注目されている。これまで指紋
などの凹凸表面の情報の入力方法としては、インクを塗
布して用紙に一度押印した後、イメージセンサを用いて
入力する方法、および、プリズムなどの光学素子を用い
て、ガラスと空気との界面がなす臨界角を越える範囲内
の光線を受光・非受光することにより、凹凸パターンを
即時に得る方法があった。本発明は、後者の光学素子を
用いて凹凸表面の情報を即時に検出する装置に関する。

【０００３】図10は、従来技術によるプリズムを用いた
入力手段の一例であり、光路分離法と呼ばれている方式
の原理図である。図10において、光路分離法による光学
系は、プリズムP1,P2,P3の点線で図示される斜辺P2,P3
を光吸収処理し、斜辺P1,P2側より斜辺P1,P3 側に図示
省略された光源(22)より光を照射し、同図下部に図示さ
れる斜辺P1,P3 （検査面）に指９の指紋（凹凸パター
ン）を接触する。

【０００４】この斜辺P1,P3 に光源22からの光を照射す
ると、指紋の凸部92（点Ｒで図示）では光が散乱され、
散乱光1dとなる。この散乱光1dの内、斜辺P2,P3 側に向
かう光線は斜辺P2,P3 の光吸収体で吸収される。また、
斜辺P1,P2 側に向かう光線1aは点R'で屈折し、網かけで
図示される領域（点R"）の方向に進む。他方、指紋の凹
部91（点Ｑで図示）で散乱されて界面P1,P3 で屈折しプ
リズムP1,P2,P3に入射した散乱光1eの内、斜辺P2,P3 に
向かう光線は、この斜辺P2,P3の光吸収体で吸収され
る。また、斜辺P1,P2 に向かう光線は、斜辺部P1,P2 の
点Q'で屈折し、網かけで図示される領域へは進入しな
い。この網かけで図示される限界の方向（角θ10）は、
斜辺P1,P2 の法線となす角θ8 が臨界角のときである。
即ち、網かけで図示される領域に撮像素子などの検出素
子(4) を配置することにより、凸部92の散乱光1d（点
Ｒ）の一部は検出できるが、凹部91（点Ｑ）の散乱光1e
は検出できない。

【０００５】この様な光路分離法の原理を応用した従来
技術として特開平9-288223「ファイバ光学プレート」が
開示されている。図11において、ファイバ光学プレート
は、複数の光ファイバ62を束ねて一体化したものであ
り、この光ファイバ62の光軸に対して斜めに形成され互
いに平行とした入射面（検査面）63および出射面66を有
する第１プレート61と、複数の光ファイバ72を束ねて一
体化したものであり、この光ファイバ72の光軸に対して
斜めに形成され互いに平行とした入射面73および出射面
76を有し、第１プレート61に対し大きな開口数とし、こ
の入射面73が第１プレート61の出射面66と接合される第
２プレート71と、を備えて構成される。

【０００６】かかる構成において、第１プレート61の入
射面（検査面）63に指９の指紋（凹凸パターン）を接触
する。指紋などの凸部(92)では光が散乱され、この散乱
光(1d)の内、光ファイバ62の光軸方向に全反射して伝搬
する光成分は、第１プレート61の光ファイバ62および第
２プレート71の対応する光ファイバ72を経由して図示省
略された受光素子（例えば、撮像素子）(4) で受光され
る。このとき、この受光される光信号は第２プレート71
によって、受光素子(4) の受光面に対して垂直に近い角
度に改善することができるので、感度良く受光すること
ができる。尚、光ファイバ62中で全反射の条件を満たさ
ない光は、光ファイバ62のコア部からクラッド部へ抜
け、クラッド部の外周部に塗布される光吸収体で吸収さ
れて受光素子(4) で受光することができない。

【０００７】また、指紋などの凹部91で散乱された散乱
光(1e)は、第１プレート61の入射面63の法線と光ファイ
バ62の光軸とのなす角度が臨界角以上に設定され、か
つ、この入射面63に入射した光は光ファイバ62内を光が
伝搬する全反射の条件を満たさない角度に設定されてお
るので、凹部91の散乱光(1e)はクラッド部の外周部に塗
布される光吸収体で吸収されて受光素子(4) では受光で
きない。即ち、第１プレート61の入射面63の凸パターン
情報のみ受光素子(4) で感度良く受光することができる
ので、指紋などの凹凸画像情報を識別することができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この様に、従来技術の
ファイバ光学プレートは、複数の光ファイバを束ねて一
体化しこの光ファイバの光軸に対して斜めに形成され互
いに平行とした入射面および出射面を有する第１プレー
トと、複数の光ファイバを束ねて一体化しこの光ファイ
バの光軸に対して斜めに形成され互いに平行とした入射
面および出射面を有し、第１プレートに対し大きな開口
数とし、この入射面が第１プレートの出射面と接合され
る第２プレートと、を備えて構成することにより、第１
プレートに接触する凸面の散乱光の一部を第２プレート
の出射面に導き、この出射面から出射する光が受光素子
に垂直に近い角度で入射する様にすることにより、効率
良く第１プレートに接触する凸面の散乱光を検出するこ
とができる。この結果、指の指紋などの凹凸パターン情
報を読み取ることができる。

【０００９】しかし、上記特開平9-288223「ファイバ光
学プレート」では指の指紋などの凹凸パターン面を照射
する光源が開示されていないが、この光源は以下の様に
推測される。即ち、(1) 複数の束ねられる光ファイバの
クラッド部の外側が光吸収体による吸光処理がなされて
いるので、この光ファイバの側面から光を入射すること
ができない。従って、第１プレートの入射面（検査面）
に接触する凸部への照射光は、第２プレートの出射面に
ある自然光がこの第２プレートの出射面に入射し、第１
プレートの入射面に来て指紋などの凹凸パターン面を照
射する。あるいは、(2) 何らかの手段により、例えば、
受光素子の背面あるいは側面からの光源によって第２プ
レートの出射面を照射し、この光を第１プレートの入射
面に接触する凸部への照射光とする。

【００１０】しかし、これらの手段・方法では、(1) の
場合は検出面上で得られる散乱光が極めて微弱な信号と
なる。また、(2) の場合は第２プレートの出射面を照射
する光がこの第２プレートの出射面での反射を防止する
必要と、この反射光が受光素子で受光されるのを防ぐ必
要がある。本発明は上記の点にかんがみてなされたもの
であり、その目的は前記した課題を解決して、指の指紋
などの凹凸パターン面に照射する光源手段を備え、か
つ、凹凸パターン面からの散乱光の一部を効率的に受光
する手段を備えることにより、比較的広い範囲の指紋な
どの凹凸パターンの画像を高い分解能とコントラストを
有し、かつ、経済的な薄型の指紋画像入力装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、光源と，この光源を収納する凹
部を柱状体の途中に有し光源からの光を出射する凹部の
一部と柱状体の両端面を除いてこの柱状体の周囲を光吸
収体で処理された屈折率n1の透明な柱状体と，を備えて
なる光学要素を、複数本規則的に斜めに束ねてなる光学
検査台と、レンズと、受光素子と、を備え、光学検査台
は、柱状体の光学要素からなる検査台の一方の端面を平
滑に研磨して界面（以下、検査面と言う）を形成し、こ
の検査面の法線と透明な柱状体要素の中心軸（以下、光
軸と言う）とがなす角度を臨界角以上とし、検査台の他
方の端面から出射する光をレンズで集光して受光素子で
受光するものとする。

【００１２】かかる構成により、平滑に研磨された検査
面に接触した指からの指紋画像情報は、以下の様に読み
取ることができる。即ち、柱状体の途中の凹部に収納さ
れた光源からの光によって検査面を照射しこの検査面に
接触した指紋の凸部から散乱される散乱光の内、光軸に
近い角度の光は受光素子で受光され、それ以外の角度の
光は柱状体の側面に塗布された光吸収体で吸収されて受
光素子では受光されない。また、検査面に接触した指紋
の凹部で散乱される散乱光の内、この検査面に入射する
光成分の角度（検査面に入射できる光成分の入射角は臨
界角以内）は、検査面と光軸とが臨界角以上に設定され
ているので、柱状体の側面に塗布された光吸収体で吸収
されて受光素子で受光されることはない。さらに、指紋
の凹部で散乱されこの検査面に入射しない角度の光は指
などで吸収されて受光素子で受光されることはない。

【００１３】即ち、光源からの光によって検査面を照射
しこの検査面に接触した指紋の凸部から散乱される散乱
光の内、光軸に近い角度の光が各受光素子あるいは受光
素子の各画素で受光することができるので、指紋などの
凹凸パターンをコントラスト良く識別することができ
る。また、光源と，この光源を収納する凹部を柱状体の
途中に有し光源からの光を出射する凹部の一部と柱状体
の両端面を除いてこの柱状体の周囲を光吸収体で処理さ
れた屈折率n1の透明な柱状体と，を備えてなる光学要素
を、複数本規則的に斜めに束ねてなる光学検査台と、柱
状体の各光学要素に対応して配置されるレンズと、この
レンズからの光信号を複数個の画素で受光する受光素子
と、を備え、光学検査台は、柱状体の光学要素からなる
検査台の一方の端面を平滑に研磨して検査面を形成し、
この検査面の法線と透明な柱状体要素の光軸とがなす角
度を臨界角以上とし、各光学要素に対応して配置される
レンズは、検査台の他方の端面から出射する光の光路上
にあり、柱状体の検査面上の像が受光素子の受光面上で
結像するものとする。

【００１４】かかる構成により、柱状体の検査面上の像
は、受光素子上にある複数個の画素上で結像し、受光素
子４でこの結像を読み取ることができる。この結果、比
較的太い柱状体を用いて光学検査台を構成しても、検査
面上の指紋などの像を複数個の画素で細密に読み取るこ
とができる。また、光源は発光ダイオードとすることが
できる。

【００１５】また、光源は柱状体の凹部に蛍光物質を塗
布することができる。また、光学検査台の他方の端面か
ら出射する光が受光素子の受光面にほぼ垂直に入射する
光偏向手段を有するものとする。即ち、光偏向手段は、
光学検査台の他方の端面側にミラーを配置することがで
きる。あるいは、屈折率n1の透明な柱状体の他方の端面
側に柱状体を斜めに輪切りした楔状の屈折率n2の第二の
領域を有することができる。

【００１６】また、透明な柱状体の断面形状は、四角
形、六角形、円形あるいは楕円形のいずれかの形状とす
ることができる。かかる構成により、検査面に接触した
指からのほぼ全ての指紋画像情報を読み取ることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例としての
指紋画像入力装置の要部構成図、図２は本発明による光
信号の検出を説明する説明図、図３は光源の配置条件を
説明する説明図、図４から図７は検査台からの光を集光
して受光素子で受光する光結合方法を説明する説明図、
図８は他の実施例としてのレンズによる結像方法を説明
する説明図、図９は透明な柱状体の規則的な配置を説明
する説明図であり、図10、図11に対応する同一部材には
同じ符号が付してある。尚、説明の簡明さのため、光学
要素２あるいは柱状体21は、符号２あるいは21,211をも
って代表表示し、また、光線1a〜1hは、適宜見易い場所
の光学要素２あるいは柱状体21に表示する。

【００１８】〔実施形態１〕図１において、指紋画像入
力装置は、光源22（または23）と，この光源22(23)を収
納する凹部24を柱状体21の途中に有し光源22(23)からの
光を出射する凹部24の一部と柱状体の両端面(11,13) を
除いてこの柱状体21の周囲を光吸収体25,26で光吸収処
理された屈折率n1の透明な柱状体21と，を備えてなる光
学要素２を、複数本(211〜21n,・・2m1 〜2mn)規則的に
斜めに束ねてなる光学検査台１と、レンズ３と、受光素
子（例えば、CCD などの撮像素子）４と、を備えて構成
される。また、光学検査台１は、柱状体21の光学要素２
からなる検査台１の一方の端面11を平滑に研磨して界面
11（以下、検査面11と言う）を形成し、この検査面11の
法線と透明な柱状体要素21の中心軸27（以下、光軸12と
言う）とがなす角度（90−α）を臨界角θc 以上とし、
検査台１の他方の端面13から出射する光をレンズ３で集
光して受光素子４で受光する。

【００１９】かかる構成において、柱状体(211〜21n,・
・2m1 〜2mn,以下211 を代表とする）の凹部24に収納さ
れた光源（発光ダイオード22あるいは蛍光物質23、以下
22(23)で表示する）から出射する光は、この柱状体211
の検査面11を照射し、この検査面11に接触した指９の指
紋の凸部91から散乱される散乱光1dの内、光軸12に近い
角度の光1a〜1cは受光素子４で受光される。それ以外の
角度の光は柱状体211の側面に塗布された光吸収体25あ
るいは柱状体211 の凹部24に塗布された光吸収体25で吸
収されて受光素子４では受光することはできない。

【００２０】また、検査面11に接触した指９の指紋の凹
部92で散乱される散乱光(1e)の内、この検査面11に入射
する光成分の角度（検査面に入射できる光成分の入射角
は臨界角θc 以内）は、検査面11と光軸12とがなす角度
（90−α）が臨界角θc 以上に設定されているので、柱
状体211 の側面に塗布された光吸収体25あるいは柱状体
211 の凹部24に塗布された光吸収体25で吸収されて受光
素子４で受光されることはない。さらに、指紋の凹部92
で散乱されこの検査面11に入射できない角度の光は指９
などで吸収されて受光素子４で受光されることはない。

【００２１】即ち、光源22(23)からの光によって検査面
11を照射しこの検査面11に接触した指紋の凸部91から散
乱される散乱光1dの内、光軸12に近い角度の光1a〜1cが
各受光素子４あるいは受光素子４の各画素で受光するこ
とができるので、指紋９などの凹凸パターンをコントラ
スト良く識別することができる。〔実施形態２〕実施形態２による指紋画像入力装置と実
施形態１による指紋画像入力装置との相違点は、実施形
態１による指紋画像入力装置では、１つの柱状体211(〜
2mn)に対して１つのレンズ31（〜3mn)および受光素子４
の１画素分が対応している。これに対して実施形態２に
よる指紋画像入力装置は、１つの柱状体211(〜2mn)に対
して１つのレンズ31（〜3mn)が対応し、このレンズ31
（〜3mn)からの光信号を複数個の画素で受光する受光素
子４で構成され、各光学要素２に対応して配置されるレ
ンズ31（〜3mn)の位置は、検査台１の他方の端面13から
出射する光1bの光路上にあり、柱状体211(〜2mn)の検査
面11上の像が受光素子４の受光面上で結像する様に構成
されている点にある。

【００２２】かかる構成により、柱状体211(〜2mn)の検
査面11上の像は受光素子４上にある複数個の画素上で結
像し、検査面11上の像を読み取ることができる。この結
果、比較的太い柱状体211(〜2mn)を用いて、検査面11上
の指紋などの像を複数個の画素で細密に読み取ることが
できる。以下、始めに実施形態１による指紋画像入力装
置を図２〜図７で各実施例を説明し、実施形態２による
指紋画像入力装置を図８でその要旨を説明する。

【００２３】

【実施例１】図２において、光学検査台１を構成する光
学要素２の柱状体21は、検査面11側の一部分しか表示し
ていないが、四角形Pa,Pb,Pc,Pd で表わされるものとす
る。即ち、検査面11側を線分Pa-Pc で示し、この柱状体
21の他方の端面側をPb-Pd で示し、光吸収体25で光吸収
処理される柱状部分を線分Pa-Pb,Pc-Pd で示す。また、
柱状体要素21の中心軸27（光軸12）と平行な光線を1bで
示し、線分Pc-Pb と平行な光線を1aで示し、線分Pa-Pd
と平行な光線を1cで示す。

【００２４】今、検査面11の法線 (線分Pc-Pg)と線分Pc
-Pe とがなす角θc が屈折率n1の透明な柱状体21と屈折
率n0(=1)の柱状体21の外部（空気）との臨界角θc とす
ると、検査面11の法線と線分Pc-Pb と平行な光線1aとの
なす角θa,および検査面11の法線と柱状体21の光軸12と
平行な光線1bとのなす角(90-θ),との間には次の関係に
ある。

【００２５】

【数１】θc ＜θa ＜90−α・・・・・(1) 光学検査台１を構成する柱状体21の検査面11との形状寸
法を上記(1) 式の関係を満たす範囲に選定することによ
り、柱状体21の外部Ｑからの光1eが検査面11を介して柱
状体21に入射する光がなす角度は、臨界角θc 以下であ
るため、この光が光学検査台１の他方の端面13に最も近
いところまで届く光の入射位置は点Pcとなり、柱状体21
の外部Ｑから検査面11を介して柱状体21に入射した光は
全て斜辺Pa-Pb に塗布された光吸収体25で吸収される。
また、当然外部Ｑからの光1eが検査面11を介して柱状体
21に入射できない光は光学検査台１の他方の端面13に到
達することができない。即ち、柱状体21の外部Ｑからの
光1eは、受光素子４で受光することができない。

【００２６】一方、柱状体21の検査面11上の点Ｒで散乱
した光1dの内、光1a〜1cの範囲内の光は、検査面11上の
散乱点Ｒの位置に依存するが、これらの光の一部は、光
学検査台１の他方の端面13に到達し、他方の端面13を出
射する光はレンズ３を介して受光素子４上の受光面上に
集光されて受光することができる。次に、図３におい
て、柱状体21の途中に有する光源22(23)を収納する凹部
24の位置関係を説明する。

【００２７】先ず光源が発光ダイオード22で構成される
場合を説明する。これらの光源は、検査面11をなるべく
均一に照射できることが好ましい。従って、柱状体21の
途中にある凹部24は斜辺Pa-Pb に配置することが好まし
い。図示例では、照射角γ2で検査面11の辺Pa-Pc の範
囲を照射し、その他の範囲を照射しないように凹部24の
点線で図示される部分を光吸収体26で塗布処理を行う。
また、柱状体21の光が柱状体21の周辺で反射されるのを
防ぐため、図示例では斜辺Pa-Pb,Pc-Pd で図示されてい
るが、柱状体21の端面（検査面）11および端面（出射
面）13を除く柱状体21の周辺全面を光吸収体25で塗布処
理を行う。

【００２８】次に、光源が柱状体21の凹部24に蛍光物質
23を塗布して構成される場合を説明する。この場合、こ
の蛍光物質23の光励起は、検査面11側より柱状体21に入
射する光1e、例えば、自然光あるいは蛍光物質23の光励
起に最適な波長を有する光励起手段からの光、によって
蛍光物質23を励起し、検査時、これらの励起光を遮光し
て用いる。図示例では、入射角γ1 の角度の光が蛍光物
質23の光励起に用いられる。

【００２９】

【実施例２】以下、図４〜図７を用いて検査台１からの
光を集光して受光素子４で受光する光結合方法を説明す
る。図４において、光学検査台１の検査面11上に接触し
た指の指紋などの凸部91で散乱した光1dの内、光1a〜1c
の方向で光学検査台１の他の端面13に到達した光は、レ
ンズ３で集光され、受光素子４で受光される。しかし、
受光素子４への入射角の中心値は、検査面11の法線と透
明な柱状体21の光軸12とがなす角度90−αであるので、
受光素子４で受光する受光感度は著しく低下する。この
様な問題を解決する手段として図５〜７に図示する手段
がある。

【００３０】図５において、光学検査台１の他方の端面
13から出射する光 (1a〜1c) が受光素子４の受光面にほ
ぼ垂直に入射する光偏向手段として、光学検査台１の他
方の端面13側にミラー27を配置する。かかる構成によ
り、ミラー27の設置角度を適切に設定することにより、
光学検査台１の他方の端面13を出射する光はミラー27で
反射され、レンズ３で集光されて受光素子４の受光面に
ほぼ垂直に入射することができる。

【００３１】図６は、光学検査台１の他方の端面13から
出射する光 (1a〜1c) が受光素子４の受光面にほぼ垂直
に入射する他の光偏向手段である。図６において、光学
検査台１の他方の端面13は、検査面11と平行な面に対し
て、角度θ1 で端面処理を行うものとする。かかる構成
により、光学検査台１の他方の端面13より出射する光
(1a〜1c) は、柱状体21の屈折率n1と空気n0(=1)との界
面によって屈折する。この関係は、検査面11と斜めに束
ねられた柱状体21の光軸12とがなす角度をα、端面13の
法線と柱状体21の光軸12とがなす角度をｘとすると、次
の関係がある。

【００３２】

【数２】ｘ＝α＋θ1-90 ・・・・・(2) 一方、屈折の法則により、

【００３３】

【数３】 n1・sin(α＋θ1-90) ＝n0・sin θ1 ・・(3) この様な値を満足する条件は、例えば、α＝45°、θ1
＝75°、n1＝1.93がある。図７は、光学検査台１の他方
の端面13から出射する光 (1a〜1c) が受光素子４の受光
面にほぼ垂直に入射する他の光偏向手段である。図７に
おいて、光偏向手段は、屈折率n1の透明な柱状体21の他
方の端面13側に第二の柱状体28を斜めに輪切りした楔状
の屈折率n2の第二の領域を有するものとする。

【００３４】図７の図示例では、屈折率n1の柱状体21の
他方の端面13は、検査面11と平行な界面14とし、この界
面14に対する柱状体21の光軸12がなす角度をα、また、
界面14に対する楔状の屈折率n2の第二の柱状体28の他の
界面15とがなす角度をβとし、柱状体21から第二の柱状
体28への屈折角をθ2 、第二の柱状体28から界面15への
入射角をθ3 とすると、次の関係がある。

【００３５】

【数４】 θ2 ＝ sin^-1((n1/n2) sin(90-α)) ・・(4)

【００３６】

【数５】 θ3 ＝ sin^-1((n0/n2) sinβ) ・・(5) 従って

【００３７】

【数６】 β＝ sin^-1((n0/n2) sinβ) ＋ sin^-1((n1/n2) sin(90-α))・・(6) この様な値を満足する条件は、例えば、n0＝1.0 、n1＝
1.5 、n2＝1.9 、α＝30°、β＝73.5°がある。

【００３８】

【実施例３】図８により、実施形態２の他の実施例とし
てレンズ３による結像方法を説明する。図示例は、図５
で説明したミラー27を用いた光結合方法で説明する。図
８において、光学検査台１の他方の端面13から出射する
光が受光素子４の受光面にほぼ垂直に入射する光偏向手
段として光学検査台１の他方の端面13側にミラー27を配
置する。また、各光学要素２に対応して配置されるレン
ズ３は、光学検査台１の他方の端面13から出射する光の
光路上にあり、柱状体21の検査面11上の像R1,R2,R3が受
光素子4Aの受光面R1",R2",R3" 上で結像する位置関係に
配置するものとする。

【００３９】かかる構成により、図８の図示例は、柱状
体21の検査面11上の像R1,R2,R3がレンズ３の中心を通過
する光線を図示する。今、検査面11上の像R1の位置は検
査面11の中央とする。像R1からミラー27の点R1' で反射
し、レンズ３の中心点Ｏを通過し、受光素子4Aの受光面
R1" で垂直に入射する細い実線1bで示される光路が光軸
12となる。この光軸12から左右（あるいは紙面方向から
みて前後）にずれた位置にある像R2(R3)の光1a'(1c')
は、ミラー27の点R2'(R3')で反射し、レンズ３の中心点
Ｏを通過し、受光素子4Aの受光面R2"(R3")に入射する。

【００４０】また、図示省略されているが、検査面11上
の像R2(R3)から光軸12と平行な光線は、ミラー27で反射
して、光軸12と平行な光線としてレンズ３に入射し、こ
のレンズ３の焦点Ｆを通過して受光素子4Aの受光面R2"
(R3")に入射し、結像することができる。従って、この
受光素子4Aの受光面上に複数の画素を有する例えば、CC
D などの撮像素子を配置することにより、検査面11上の
像R1,R2,R3を読み取ることができる。尚、光偏向手段と
して光学検査台１の他方の端面13側にミラー27を配する
構成では、ミラー27での反射により像の左右（あるいは
前後）関係が各光学素子２毎に反転するので、受光素子
4Aから得られる各光学素子２毎の画像信号を反転処理し
て指紋などの画像として復元する必要がある。

【００４１】また、光偏向手段は、上記説明した図５に
図示するミラー27を配する構成以外に、例えば、図６、
図７で説明した柱状体21の他方の端面13での屈折を利用
した方法を用いてもよい。光偏向手段としてこの屈折を
利用した方法のときは、ミラー27による反転現象がない
ので、受光素子4Aから得られる各光学素子２毎の画像信
号をそのまま結合して指紋などの画像として復元するこ
とができる。

【００４２】この結果、各光学素子２の柱状体21の断面
寸法は、50μm に選定することなく、指などの指紋を50
μm の分解能あるいは解像度 500DPI (500ドット／イン
チ）で読み取ることができ、精密に個人情報を識別する
ことができる。次に、図９は透明な柱状体21の規則的な
配置を説明するものであり、図９の(A) は、透明な柱状
体の断面形状が四角形のときを示す。図示例では、光学
検査台１を上部より見た平面図に相当し、光学検査台１
を構成する光学素子が二次元的に複数本(211〜21n,・・
2m1 〜2mn)規則的に斜めに束ねて配置される。

【００４３】また、図９の(B) は、透明な柱状体21の断
面形状が六角形のときを示す。この場合では六角柱の柱
状体21が一行置きに本数が前後するが、各柱状体21を密
接して配置することができる。また、図９の(C) は、透
明な柱状体21の断面形状が円形あるいは楕円形のときを
示す。この場合は各柱状体21を密接して配置することが
できないが、検査面11として光学的に利用する面積に対
して隙間部分が比較的小さくできるので、検出感度の劣
化への影響は少なくてすむ。

【００４４】実施形態１による指などの指紋を50μm の
分解能あるいは解像度 500DPI (500ドット／インチ）を
得るためには、光学検査台１を上部より見た平面図の状
態で、正方形、正六角形あるいは円形にすることが好ま
しい。その意味で柱状体21の枡目は、概略50μm に選定
される。また、光学検査台１は、光学要素２を複数本規
則的に斜めに束ねて構成されるが、この束ね方は、図９
の左右方向、上下方向あるいは斜め上（下）方向であっ
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、指紋
画像入力装置は、光源22(23)を柱状体21からなる光学要
素２の途中に有しこの光学要素２を複数本規則的に斜め
に束ねてなる光学検査台１と、レンズ３と、受光素子４
と、を備え、光学検査台１は、柱状体21の一方の端面11
を平滑に研磨して検査面11を形成し、この検査面11の法
線と透明な柱状体21の光軸12とがなす角度を臨界角θc
以上とし、検査面11に接触する指紋などの凸部からの散
乱光の一部（検査台１の他方の端面13から出射する光）
をレンズ３で集光、あるいは、結像して受光素子４で受
光することにより、比較的広い範囲の指紋などの凹凸パ
ターンの画像を高い分解能500DPIと高いコントラストを
有し、かつ、経済的な薄型の指紋画像入力装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての指紋画像入力装置の
要部構成図

【図２】本発明による光信号の検出を説明する説明図

【図３】光源の配置条件を説明する説明図

【図４】検査台からの光を集光して受光素子で受光する
光結合方法を説明する説明図

【図５】検査台からの光を集光して受光素子で受光する
光結合方法を説明する説明図

【図６】検査台からの光を集光して受光素子で受光する
光結合方法を説明する説明図

【図７】検査台からの光を集光して受光素子で受光する
光結合方法を説明する説明図

【図８】他の実施例としてのレンズによる結像方法を説
明する説明図

【図９】透明な柱状体の規則的な配置を説明する説明図

【図10】従来技術による光路分離法の原理図

【図11】従来技術による指紋画像入力装置の光学プレー
トを説明する説明図

【符号の説明】

１光学検査台 11 検査面 12 光軸 13 他の端面 1a〜1h,1a'〜1c' 光線２,211〜21n,・・2m1 〜2mn 光学素子 21 透明な柱状体 22,23 光源 24 凹部 25,26 光吸収体 27 中心軸３レンズ４受光素子 α、β、θa,θc,θ1,θ2,θ3,ｘ, γ1,γ2 角 61,71 プレート 62,72 光ファイバ 63,73 入射面 64,74 コアー 65,75 クラッド 66,76 出射面９指 91 凹部 92 凸部ｎ0,n1,n2 屈折率 P1,P2,P3, Pa〜Pg,R,Q 点 R1〜R3,R1'〜R3', R1"〜R3" 点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA54 CC16 FF41 GG00 GG07 HH12 JJ26 LL01 LL03 LL04 LL12 2H037 AA04 BA02 BA12 CA01 CA10 CA39 5B047 AA25 5F051 BA05 JA13 JA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と，この光源を収納する凹部を柱状体
の途中に有し光源からの光を出射する凹部の一部と柱状
体の両端面を除いてこの柱状体の周囲を光吸収体で処理
された屈折率n1の透明な柱状体と，を備えてなる光学要
素を、複数本規則的に斜めに束ねてなる光学検査台と、
レンズと、受光素子と、を備え、光学検査台は、柱状体の光学要素からなる検査台の一方
の端面を平滑に研磨して界面（以下、検査面と言う）を
形成し、この検査面の法線と透明な柱状体要素の中心軸
（以下、光軸と言う）とがなす角度を臨界角以上とし、
検査台の他方の端面から出射する光をレンズで集光して
受光素子で受光する、ことを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項２】光源と，この光源を収納する凹部を柱状体
の途中に有し光源からの光を出射する凹部の一部と柱状
体の両端面を除いてこの柱状体の周囲を光吸収体で処理
された屈折率n1の透明な柱状体と，を備えてなる光学要
素を、複数本規則的に斜めに束ねてなる光学検査台と、
柱状体の各光学要素に対応して配置されるレンズと、こ
のレンズからの光信号を複数個の画素で受光する受光素
子と、を備え、光学検査台は、柱状体の光学要素からなる検査台の一方
の端面を平滑に研磨して検査面を形成し、この検査面の
法線と透明な柱状体要素の光軸とがなす角度を臨界角以
上とし、各光学要素に対応して配置されるレンズは、検査台の他
方の端面から出射する光の光路上にあり、柱状体の検査
面上の像が受光素子の受光面上で結像する、ことを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の指紋画像
入力装置において、光源は発光ダイオードとする、こと
を特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の指紋画像
入力装置において、光源は柱状体の凹部に蛍光物質を塗
布する、ことを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項５】請求項１または請求項２に記載の指紋画像
入力装置において、光学検査台の他方の端面から出射す
る光が受光素子の受光面にほぼ垂直に入射する光偏向手
段を有する、ことを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項６】請求項５に記載の指紋画像入力装置におい
て、光偏向手段は、光学検査台の他方の端面側にミラー
を配置する、ことを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項７】請求項５に記載の指紋画像入力装置におい
て、光偏向手段は、屈折率n1の透明な柱状体の他方の端
面側に柱状体を斜めに輪切りした楔状の屈折率n2の第二
の領域を有する、ことを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項８】請求項１または請求項２に記載の指紋画像
入力装置において、透明な柱状体の断面形状は、四角
形、六角形、円形あるいは楕円形のいずれかの形状とす
る、ことを特徴とする指紋画像入力装置。