JP2000113171A - 指紋画像入力装置 - Google Patents

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】一方に検査面11と他方に入射面13および出
射面14とを有する光学要素２が複数個規則的に配置され
てなる光学検査台１と、光源３と、レンズ４と、受光素
子５とを備え、光学要素２は、検査面11側の表層部を除
き検査面11の法線に対して臨界角θc 以上に配置される
背面に第１光吸収体2Cを有するミラー手段2Aと検査面11
と平行に所定長の第２光吸収体2Dとで区分処理され、入
射面13と出射面14間は直交方向に第３光吸収体2Eで処理
され、第２光吸収体2Dと第３光吸収体2Eとの先端部分P
b,Pg を結ぶ面と検査面11の法線となす角度が臨界角θc
以上であり、検査面11に指を接触して指紋画像情報を読
み取る。

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６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６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(3) 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(3) 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,P
3 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,P3 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(5) 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７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）(5) 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(5) 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(5) 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(5) 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(5) 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、一方の端面を検査面とし，他方
の端面を光源からの光が入射する入射面および検査面か
らの光検出信号が出射する出射面とし，屈折率n1の透明
な素材からなる光学要素が、複数個規則的に配置されて
平行で平滑な板状体を構成してなる光学検査台と、光源
と、レンズと、受光素子と、を備え、各光学要素は、検
査面側の表層部を除き、検査面の法線に対して臨界角以
上で予め定められた角度に配置される背面に第１光吸収
体を備えるミラー手段で区分され、このミラー手段の検
査面側が鈍角で検査面と平行方向に予め定められた長さ
の第２光吸収体で処理され、他方の端面にある入射面と
出射面間は、これらの面と直交方向にある予め定められ
た長さの第３光吸収体で処理され、第２光吸収体と第３
光吸収体との先端部分を結ぶ面が検査面の法線となす角
度は臨界角以上であり、出射面から出射する検査面の光
検出信号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、平滑な検査面に接触し
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、光源から入射面に入射した光によって検
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（第２光吸収体とミラー手段と
の交点と，第３光吸収体の先端部分とを結ぶ面に平行な
光線群の内、中心部分の光線、以下、これを光軸と呼
ぶ）に近い角度の光は、第２光吸収体と第３光吸収体の
先端部分との間を通過し、ミラー手段で反射して、受光
素子で受光される。それ以外の角度の光はミラー手段の
第１光吸収体、第２光吸収体、第３光吸収体で吸収され
る、あるいは光源に入射し、受光素子では受光されるこ
とはない。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、第２光吸収体の先端部分と第３光吸収体の先端部分
とを結ぶ面が、検査面の法線となす角度が臨界角以上に
設定されているので、第２光吸収体または第３光吸収体
で吸収される、あるいは光源に入射し、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、一方の端面を検査面とし，他方の端面を光源
からの光が入射する入射面および検査面からの光検出信
号が出射する出射面とし，屈折率n1の透明な素材からな
る光学要素が、複数個規則的に配置されて平行で平滑な
板状体を構成してなる光学検査台と、光源と、レンズ
と、受光素子と、を備え、各光学要素は、検査面側の表
層部を除き，検査面の法線に対して臨界角以上で予め定
められた角度に配置される背面に第１光吸収体を備える
ミラー手段で区分され、このミラー手段の検査面側が鈍
角で検査面と平行方向に予め定められた長さの第２光吸
収体で処理され、他方の端面にある入射面と出射面間は
これらの面と直交方向にある予め定められた長さの第３
光吸収体で処理され、第２光吸収体と第３光吸収体との
先端部分を結ぶ面が検査面の法線となす角度は臨界角以
上であり、各光学要素に対応して配置されるレンズは、
光学検査台の出射面から出射する光の光軸上にあり、検
査面上の像（光検出信号）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、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、光源は各光学要素の他方の端面にあ
る入射面に蛍光物質を塗布することができる。また、検
査面の法線に対するミラー手段の角度は、このミラー手
段で反射する光検出信号が光学検査台の他方の端面から
出射し、受光素子の受光面にほぼ垂直に入射することが
できる。

【００１６】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１光学要素当た
りの光信号の検出を説明する説明図、図３は線分(Pb-P
g) の範囲内を通過し直接出射面14を照射する光軌跡の
説明図、図４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５は光学素子の規則的な配置を
説明する説明図であり、図６、図７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は、符号２あるいは21をもって代表表示し、
また、光線1a〜1kは、適宜見易い場所の光学要素２ある
いは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、一方の端面を検査面11とし，他方の端面を光
源３からの光が入射する入射面13および検査面11からの
光検出信号（1a,1a'〜1c,1c'）（注記；図１に図示され
ていない符号は図２以降に図示される符号を括弧表示で
流用する）が出射する出射面14とし，屈折率n1の透明な
素材からなる光学要素２が、複数個規則配置されて平行
で平滑な板状体を構成してなる光学検査台１と、光源３
と、レンズ４と、受光素子５と、を備えて構成される。

【００１９】また、各光学要素２(21,22・・2n) は、検
査面11側の表層部を除き，検査面11の法線(L5)に対して
臨界角θc 以上で予め定められた角度αに配置される背
面に第１光吸収体2Cを備えるミラー手段2Aで区分され、
このミラー手段2Aの検査面11側が鈍角で検査面11と平行
方向に予め定められた長さの第２光吸収体2Dで処理さ
れ、他方の端面にある入射面13と出射面14間は、これら
の面と直交方向にある予め定められた長さの第３光吸収
体2Eで処理され、第２光吸収体2Dと第３光吸収体2Eとの
先端部分(Pb,Pg) を結ぶ面(L4)が検査面11の法線(L5)と
なす角度は臨界角θc 以上であり、出射面14から出射す
る検査面11の光検出信号（1a〜1c）をレンズ４で集光し
て受光素子５で受光する。

【００２０】かかる構成において、光源３から入射面13
に入射した光によって検査面11が照射される。この検査
面11に接触した指９の指紋などの凸部91から散乱される
散乱光1dの内、光軸(L1)（第２光吸収体2Dとミラー手段
2Aとの交点(Pc)と，第３光吸収体2Eの先端部分(Pg)とを
結ぶ面(L3)に平行な光線群1a〜1cの内、中心部分の光線
1bが通る面(L1)、以下、この光線1bが通過しミラー手段
2Aで反射するラインを光軸12と呼ぶ）に近い角度の光
は、第２光吸収体2Dと第３光吸収体2Eの先端部分の間(P
b-Pg) を通過し、 ミラー手段2Aのミラー2Bで反射さ
れ、出射面14を通過し、レンズ４で集光され、受光素子
５で受光される。それ以外の角度の光はミラー手段2Aの
第１光吸収体2C、第２光吸収体2D、第３光吸収体2Eで吸
収され、あるいは光源３に入射して、受光素子５で受光
されることはない。

【００２１】また、検査面11に接触した指９の指紋など
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、第２光吸収体2Dの先端部分
(Pb)と第３光吸収体2Eの先端部分(Pg)とを結ぶ面(L4)
が、検査面11の法線(L5)となす角度βが臨界角θc 以上
に設定されているので、第２光吸収体2Dまたは第３光吸
収体2Eで吸収される、あるいは光源３に入射して、受光
素子５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に入射しない角度の光は指９な
どで吸収されて受光素子５で受光されることはない。

【００２２】この様に、光源３からの光によって検査面
11を照射し、この検査面11に接触した指紋などの凸部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,1a'〜1c,1c'）が各受光素子５あるいは受光素子５
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。 〔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つの光学素子21
(〜2n)に対して１つのレンズ41（〜4n) および受光素子
５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つの光学素子21 (〜2n)
に対して１つのレンズ41（〜4n) が対応し、このレンズ
41（〜4n) からの光信号を複数個の画素で受光する受光
素子５で構成され、各光学要素２に対応して配置される
レンズ41（〜4n) の位置は、光学検査台１の出射面14か
ら出射する光の光軸12上にあり、検査面11上の像（光検
出信号）が受光素子５の受光面上で結像する様に構成さ
れている点にある。

【００２３】かかる構成により、光学素子21 (〜2n) の
検査面11上の像は受光素子５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、比較的太い光学素子21 (〜2n) 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３で実施例を説明し、実施形態２によ
る指紋画像入力装置を図４でその要旨を説明する。

【００２４】

【実施例１】図２において、光学検査台１を構成する１
つの光学要素21は、検査面11と第２光吸収体2D(Pa-Pb),
(Pc-Pd) の延長線で区分される検査面11側の表層部を除
くと、検査面11の法線L5に対して角度αに配置される背
面に第１光吸収体2Cを備えるミラー手段2A(Pa-Pe),(Pc-
Ph) で区分され奥行き方向に立体をなす平行四辺形の柱
状体から形成される。尚、説明を簡単にするため、以
下、奥行き方向に立体をなしこれによって構成される面
は二次元的に図示される線で表現する。

【００２５】即ち、図示例の光学要素21は、右側面（線
分(Pa-Pe) で図示される）にミラー2Bとその背面に第１
光吸収体2Cがあり、左側面（線分(Pc-Ph))に第１光吸収
体2Cで区分される。そしてこのミラー手段2Aの検査面11
側が左方向に検査面11と平行方向に予め定められた長さ
の第２光吸収体2Dで処理されている。他方の端面にある
線分(Ph-Pf) で図示される入射面13と線分(Pf-Pe) で図
示される出射面14の間は、これらの面と直交方向にある
予め定められた長さの第３光吸収体2E(Pg-Pf)で処理さ
れて構成される。

【００２６】この第２光吸収体2Dと第３光吸収体2Eとの
先端部分(Pb,Pg) を結ぶ線L4が検査面11の法線L5となす
角度βは臨界角θc 以上に構成する。また、第２光吸収
体2Dとミラー手段2Aとの交点Pcと第３光吸収体2Eの先端
部分Pgとを結ぶ線L3の延長線上で検査面11およびミラー
手段2Aとの交点をR3,R3'とし、検査面11となす角度をγ
とする。この線L3と平行で第２光吸収体2Dの先端部分Pb
を通る線L2が検査面11およびミラー手段2Aとの交点をR
2,R2'とし、この線L2,L3 の中心線をL1 (光軸12) と
し、検査面11およびミラー手段2Aとの交点をR1,R1'とす
る。

【００２７】かかる構成において、既に実施形態１で述
べた様に、検査面11から離れた点Ｑ（指紋などの凹部92
に相当）で散乱される散乱光1eの内、検査面11内に入射
した光は、線L4が検査面11の法線L5となす角度βが臨界
角θc 以上に設定されているので、線L4の(Pb-Pg) 間を
通過する光線はなく、従って、第２光吸収体2Dまたは第
３光吸収体2Eで吸収されるかあるいは光源３に入射して
受光素子５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に入射しない角度の光も指
９などで吸収されて受光素子５で受光されることはな
い。

【００２８】また、検査面11上の点Ｒ（指紋などの凸部
91に相当）で散乱される散乱光1dの内、概ね、線L2から
L3の範囲の光線 (1a,1a'〜1c,1c') は、ミラー手段2Aで
反射して出射面14に直交する方向に偏向され、出射面14
から出射してレンズ４で集光されて受光素子５で受光す
ることができる。即ち、概ね、検査面11上の点R2からR3
の光1dで光軸12の近傍の光線 (1a,1a'〜1c,1c') が受光
素子５で受光することができる。尚、図示省略されてい
るが、検査面11上の点R3の左側からミラー手段2Aに入射
する光線の一部も、出射面14に直交する方向に偏向さ
れ、出射面14から出射してレンズ４で集光されて受光素
子５で受光することができる。

【００２９】検査面11上の点R0からR2の近傍で散乱し、
線分L4の(Pb-Pg) の範囲内を通過して直接出射面14を照
射する光線は、複雑なルートを通過するので図３で後述
するが、第３光吸収体2E,2C や光源３の外装部分に塗布
される光吸収体 33 などで吸収されて受光素子５で受光
することはない。また、検査面11上の光でそれ以外の角
度の光はミラー手段2Aの第１光吸収体2C、第２光吸収体
2D、第３光吸収体2Eで吸収され、あるいは光源３に入射
して、受光素子５で受光されることはない。

【００３０】次に、光源３について述べる。光源３は、
発光ダイオード31を用いる。あるいは、入射面13に蛍光
物質32を塗布することにより、非検査時に検査面11から
入射する光によって蛍光物質32を励起し、検査時にこの
蛍光物質32からの光線によって検査面11を照射すること
ができる。この光源３に対する制約条件は、光源３から
の照射光が受光素子５で受光されない様に構成すること
である。即ち、点Phから点Pgに向かう光線がミラー2Bの
点Piで反射されて、レンズ４を経由して受光素子５で受
光されない様に構成することである。また、光源３から
の洩れ光が直接受光素子５に入射しない様に、特に、光
源３が蛍光物質32で構成されるときは、図３で後述する
理由により、隣接する受光素子５に入射する光を防止す
る意味でも、光源３に対する光吸収・遮光手段33を行う
ことが好ましい。

【００３１】次に、図３により、検査面11上の点Rxから
線分L4の(Pb-Pg) の範囲内を通過して直接出射面14を照
射する光軌跡を説明する。図３の(A) において、検査面
11上の点Rxから光線1xが線分L4の(Pb-Pg) の範囲内を通
過して直接出射面14を照射するとき、この光線1xは臨界
角を越えているので、出射面14の点Pjで全反射して光線
1jとしてミラー2Bに向かい、ミラー2Bの点Pkでさらに反
射され光線1kとなる。光線1xが検査面11の法線L5となす
角をｘとし、検査面11と平行な出射面14の法線とミラー
2Bの反射面となす角をαとすると、ミラー2Bの反射面の
法線L9とこのミラー2Bに入射する光線1jとなす角θk
は、(1) 式となる。（但し、角θk は法線L9からの向き
が反時計方向を正とする。）

【００３２】

【数１】θk ＝90−（α＋ｘ）・・・・・(1) この角θk がゼロまたは正（≧０）のとき、点Pkで反射
した光線1kは、 (A) 光線1jを逆戻りのコースをとって検査面11の点Rxで
全反射して第１光吸収体2Cで吸収される（θk ＝０のと
き）。 (B) 光線1jより点Pf側を通過する。この後の光線の軌跡
は角θk によって、次のルートがある。即ち、 (1) 光線1kが出射面14に向かうとき、光線1kと出射面14
の法線となす角は臨界角よりも大きいので、出射面14で
全反射して第３光吸収体2Eで吸収される。あるいは、設
計条件によっては、第３光吸収体2Eの上部、即ち、線分
L4の(Pb-Pg) の範囲内を通過し検査面11で全反射して第
１光吸収体2Cで吸収される。 (2) 光線1kが第３光吸収体2Eに向かうとき、光線1kは直
接第３光吸収体2Eに当たり、ここで吸収される。 (3) 光線1kが線分(Pb-Pg) の範囲内を通過し第１光吸収
体2Cに向かうとき、光線1kは直接第１光吸収体2Cに当た
り、ここで吸収される。

【００３３】今、ここで、光線1kと出射面14（＝検査面
11）とがなす角度ｙを検討する。この角ｙは三角形の内
角の和は外角に等しいと言う関係より、

【００３４】

【数２】 ｙ＝ｘ＋α−（90−α）＝ｘ+2α-90 ・・・・・(2) 一方、線分L3と検査面11とがなす角γは、ミラー2Bで反
射した光が出射面14に垂直に出射するものとすると、入
射角と反射角とは等しいと言う反射の法則により、

【００３５】

【数３】γ＋α＝（90−α）・・・・・(3) 即ち、角γは、

【００３６】

【数４】γ＝（90−２α） ・・・・・(4) 従って、(2) 式は(5) 式に変換される。

【００３７】

【数５】ｙ＝ｘ−γ ・・・・・(5) (4) 光線1kが線分(Pb-Pg) の範囲内を通過し検査面11に
向かうとき、即ち、検査面11上の点R0の付近では、設計
条件によっては、線分(Pb-Pg) の範囲内を通過し検査面
11で全反射し、第１光吸収体2Cまたは第２光吸収体2D
で、この光線1kは吸収される。

【００３８】次に、図３の(B) において、検査面11上の
点Rxから線分L4の(Pb-Pg) の範囲内を通過し直接出射面
14を照射し、出射面14で全反射し、さらにミラー2Bの点
Pk'で反射されるとき、光線1jとなす角θk が負（＜
０）のとき、点Pk' で反射した光線1k' は、出射面14の
点Pmに到達する。 (5) この光線1k' が出射面14の法線となす角が臨界角θ
c 以上のとき、出射面14で全反射して、第３光吸収体2E
または第２光吸収体2Dで、この光線1mは吸収される。あ
るいは、線分(Pb-Pg) の範囲内を再度通過して検査面11
で全反射し、第１光吸収体2Cまたは第２光吸収体2Dで、
この光線1kは吸収される。 (6) 光線1k' が出射面14の法線となす角が臨界角θc 以
下のとき、光線1k' は、出射面14で屈折して光線1m' と
なり、入射角が大きいときは光源３の光吸収体33で吸収
される。

【００３９】ここで、光線1k' と出射面14の法線とがな
す角度ｚを検討する。(2) 式で求めた関係と同様に、角
（ｚ＋90) は、三角形の内角の和は外角に等しいと言う
関係より、

【００４０】

【数６】 故に、

【００４１】

【数７】 ｚ＝180 −ｘ-2α ・・・・・(7) 一方、(4) 式のγを代入することにより、

【００４２】

【数８】ｚ＝90＋γ−ｘ ・・・・・(8) (8) 式において、ｚ＝０の場合を考えると、この場合、
RxはR3方向にあり、光線1xは光線1cに近い角度であるこ
とが分かり、このときの受光素子５上の光線1xの集光点
も光線1cの集光点に近い所にあることが分かる。

【００４３】即ち、検査面11上の点R2,R3 が示す範囲
は、受光素子５の受光範囲の限界を示すものではない
が、概ね、受光素子５の受光感度が低下する点から受光
範囲を示すものと考えることができる。光学検査台１を
構成する光学要素21を区分するミラー手段2Aを、例えば
50μm間隔で構成することにより、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）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。

【００４４】

【実施例２】図４により、実施形態２の他の実施例とし
てレンズ４による結像方法を説明する。図４において、
各光学要素２に対応して配置されるレンズ４は、光学検
査台１の出射面14から出射する光の光軸12上にあり、検
査面11上の像R1,R2,R3（光検出信号）が受光素子５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。

【００４５】かかる構成により、図４の図示例は、検査
面11上の像R1,R2,R3がレンズ４の中心を通過する光線1
a',1b',1c' を点線で図示し、平行光線に相当し、焦点
Ｆに集光する光線1a,1b,1cを実線で図示する。今、検査
面11上の像R1の位置を検査面11の点R2,R3 の中央とす
る。像R1からミラー手段2Aの点R1' で反射し、レンズ４
の中心点Ｏを通過し、受光素子５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から左右にずれた位置にある像R2(R3)の点線で
図示例される光線1a'(1c')は、ミラー手段2Aの点r2'(r
3')で反射し、レンズ４の中心点Ｏを通過し、受光素子
５の受光面r2"(r3")に入射する。

【００４６】また、実線で図示される検査面11上の像R2
(R3)から光軸12と平行な光線1a(1c)は、ミラー手段2Aの
点R2'(R3')で反射して、光軸12と平行な光線としてレン
ズ４に入射し、このレンズ４の焦点Ｆを通過して受光素
子５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５の受光面上に複数の画素を
有する例えば、CCD 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、本発明の光学検査台１のミラー手段2Aを有する構成
では、ミラー手段2Aでの反射により像の左右関係が各光
学素子２毎に反転するので、受光素子５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。

【００４７】この結果、各光学素子２の断面寸法は、50
μm に選定することなく、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）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５は屈折率n1の透明な素材からなる光学要
素21が規則的な配置された例を説明するものであり、光
学要素21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)規則的に配置される。この横方向の
区分は、例えば、検査面11からの光検出信号 (1a,1a'〜
1c,1c') が奥行き方向に斜行分布するとき、指などの指
紋の解像度を劣化させる恐れがある。この様なとき、光
学検査台１を横方向に光吸収体を塗布することで区分す
ることができる。

【００４８】

【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、一方の端面を検査面11とし，他方の端
面を光源３からの光が入射する入射面13および検査面11
からの光検出信号が出射する出射面14とし，屈折率n1の
透明な素材からなる光学要素２が、複数個規則的に配置
されて平行で平滑な板状体を構成してなる光学検査台１
と、光源３と、レンズ４と、受光素子５と、を備え、各
光学要素２は、検査面11側の表層部を除き，検査面11の
法線に対して臨界角θc 以上で予め定められた角度に配
置される背面に第１光吸収体2Cを備えるミラー手段2Aで
区分され、このミラー手段2Aの検査面11側が鈍角で検査
面11と平行方向に予め定められた長さの第２光吸収体2D
で処理され、他方の端面にある入射面13と出射面14間
は、これらの面と直交方向にある予め定められた長さの
第３光吸収体2Eで処理され、第２光吸収体2Dと第３光吸
収体2Eとの先端部分Pb,Pg を結ぶ面が検査面11の法線と
なす角度は臨界角θc 以上であり、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（光学検査台１の出
射面14から出射する光）をレンズ４で集光、あるいは、
結像して受光素子５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500D
PI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】１光学要素当たりの光信号の検出を説明する説
明図

【図３】線分(Pb-Pg) の範囲内を通過し直接出射面14を
照射する光軌跡の説明図

【図４】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５】光学素子の規則的な配置を説明する説明図

【図６】従来技術による光路分離法の原理図

【図７】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 入射面 14 出射面 1a〜1k,1a'〜1c' 光線 ２,21 〜2n,211〜21n,・・2m1 〜2mn 光学素子 2A ミラー手段 2B ミラー 2C,2D,2E,33 光吸収体 ３,31,31 光源 ４ レンズ ５ 受光素子 α、β、γ θ7 〜θ10, ｘ 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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の端面を検査面とし，他方の端面を光
   源からの光が入射する入射面および検査面からの光検出
   信号が出射する出射面とし，屈折率n1の透明な素材から
   なる光学要素が、複数個規則的に配置されて平行で平滑
   な板状体を構成してなる光学検査台と、光源と、レンズ
   と、受光素子と、を備え、 各光学要素は、検査面側の表層部を除き，検査面の法線
   に対して臨界角以上で予め定められた角度に配置される
   背面に第１光吸収体を備えるミラー手段で区分され、こ
   のミラー手段の検査面側が鈍角で検査面と平行方向に予
   め定められた長さの第２光吸収体で処理され、他方の端
   面にある入射面と出射面間は、これらの面と直交方向に
   ある予め定められた長さの第３光吸収体で処理され、第
   ２光吸収体と第３光吸収体との先端部分を結ぶ面が検査
   面の法線となす角度は臨界角以上であり、出射面から出
   射する検査面の光検出信号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。
2. 【請求項２】一方の端面を検査面とし，他方の端面を光
   源からの光が入射する入射面および検査面からの光検出
   信号が出射する出射面とし，屈折率n1の透明な素材から
   なる光学要素が、複数個規則的に配置されて平行で平滑
   な板状体を構成してなる光学検査台と、光源と、レンズ
   と、受光素子と、を備え、 各光学要素は、検査面側の表層部を除き，検査面の法線
   に対して臨界角以上で予め定められた角度に配置される
   背面に第１光吸収体を備えるミラー手段で区分され、こ
   のミラー手段の検査面側が鈍角で検査面と平行方向に予
   め定められた長さの第２光吸収体で処理され、他方の端
   面にある入射面と出射面間は、これらの面と直交方向に
   ある予め定められた長さの第３光吸収体で処理され、第
   ２光吸収体と第３光吸収体との先端部分を結ぶ面が検査
   面の法線となす角度は臨界角以上であり、各光学要素に
   対応して配置されるレンズは、光学検査台の出射面から
   出射する光の光軸上にあり、検査面上の像（光検出信
   号）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。
3. 【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。
4. 【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、光源は各光学要素の他方の端面にあ
   る入射面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。
5. 【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、検査面の法線に対するミラー手段の
   角度は、このミラー手段で反射する光検出信号が光学検
   査台の他方の端面から出射し、受光素子の受光面にほぼ
   垂直に入射する、ことを特徴とする指紋画像入力装置。