JP2004272745A - 指紋読取装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る指紋読取装置1は、被験者の指Fの指紋を読み取る上面3aで指Fが接触するプリズム3を有しており、指Fがプリズム3の上面3aに接触しながら所定方向に移動したときに指Fの指紋を読み取るようになっている。このような指紋読取装置1においてプリズム3の側部には、プリズム3の上面3aに微小な振動を発生させる超音波振動子7が配設されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は被験者の指の指紋を読み取る指紋読取装置に係り、特に指紋読取時の指の指紋の歪みを低減できる指紋読取装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年では、携帯電話,PDA(Personal Digital Assistance),PC(Personal Computer)といった電子機器間のネットワーク化が進展し、種々の情報源にアクセスして多くの情報を迅速かつ安易に取得できるようになってきているが、これに伴い、悪意ある者による不正アクセスが跡を絶たず、セキュリティの重要性がますます高まっている。セキュリティ技術においては、各個人でユーザ名,パスワードを設定して個人認証をおこなう技術が一般的となっているが、その他にも各個人の指紋により個人認証をおこなうといった技術が実用化されており、セキュリティ技術は進歩の一途をたどっている。
【0003】
指紋認証のためには、被験者の指紋を読み取る指紋読取装置が必要とされる(例えば特許文献1参照)。特許文献1の装置では、ラインセンサ(10)が携帯型電子機器(90)の正面に実装されており、被験者が指を携帯型電子機器の正面に当てた状態でラインセンサに直角な方向に指を移動させることで、被験者の指の指紋を読み取れるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−216116号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1の装置では、被験者自らが指をラインセンサの読取面に接触させながら移動させる際に、次のような不都合を生じる可能性がある。すなわち、指の中心部とその周辺部とでは読取面に対する接触圧が異なるため、指の中心部が周辺部に対しやや遅れて移動してしまい、指の指紋に歪みが生じる可能性がある。この場合、指紋に歪みが生じたまま指紋画像が合成されてしまい、この指紋画像のデータが予め登録された指紋データと照合された際には、照合率の低下を招くどころか、被験者が登録者本人であるにもかかわらず照合したデータ同士が不一致であるという結果が出力される可能性もある。
【0006】
本発明の課題は、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる指紋読取装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる振動手段を備えることを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の指紋読取装置では振動手段を備えるため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに、接触部材の読取面に接触した指に微小な振動を加えることができる。これにより、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載の指紋読取装置において、
前記振動手段は、超音波により前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる超音波振動子であることを特徴とする。
【0010】
請求項2に記載の発明では、振動手段が超音波振動子であるため、接触部材の読取面に接触した指に非常に微小な振動を加えることができ、指紋読取時に生じる指紋の歪みを確実に低減することができる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指を略一定の速度で移動させる移動機構を備えることを特徴とする。
【0012】
請求項3に記載の発明では移動機構を備えるため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに、被験者の指を略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、
請求項3に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、軸心回りに略一定の速度で回転する回転ローラを有し、
前記回転ローラは、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、外周面に接触した前記指を前記接触部材から離すように回転することを特徴とする。
【0014】
請求項4に記載の発明では、回転ローラが、接触部材の前側に配設されるとともに外周面に接触した指を接触部材から離すように略一定の速度で回転するため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに回転ローラの外周面に指が接触すると、当該指を接触部材から離すように略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0015】
請求項5に記載の発明は、
請求項3に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、伸縮自在な複数の圧電素子を接着した弾性体を有し、
前記弾性体は、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、各圧電素子が伸縮することで前記指の移動方向の反対方向に略一定の速度で進行する波を発生することを特徴とする指紋読取装置。
【0016】
請求項5に記載の発明では、弾性体が、接触部材の前側に配設されるとともに指の移動方向の反対方向に略一定の速度で進行する波を発生させるため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに弾性体に指が接触すると、当該指を略一定の速度で移動方向に移動させることができる。これにより、被験者の指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0017】
請求項6に記載の発明は、
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側及び後側には、前記指の移動方向に沿って前記指を移動させるように軸心回りに回転する回転ローラがそれぞれ配設されており、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設された前記回転ローラの回転抵抗が、前記指の移動方向の前記接触部材より後側に配設された前記回転ローラの回転抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【0018】
請求項6に記載の発明では、接触部材より前側に配設された回転ローラの回転抵抗が、接触部材より後側に配設された回転ローラの回転抵抗よりも大きいため、指の表皮を引き伸ばした状態で被験者の指を移動させることができる。これにより、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0019】
請求項7に記載の発明は、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
固体撮像デバイスと、
前記接触部材の読取面と前記指とが接触した部分の像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、
を備えることを特徴とする。
【0020】
請求項7に記載の発明では、固体撮像デバイスと撮像光学系とを備えるため、光学的に被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【0021】
請求項8に記載の発明は、
請求項3〜6のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
前記接触部材は、複数のコンデンサを所定の規則性に基づいて配列した静電容量方式の半導体センサであることを特徴とする。
【0022】
請求項8に記載の発明では、接触部材が静電容量方式の半導体センサであるため、各コンデンサの静電容量効果により被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る指紋読取装置の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
【0024】
[第一の実施の形態]
始めに、図1及び図2を参照しながら指紋読取装置の第一の実施形態について説明する。
図1は指紋読取装置1の断面図である。
図1に示す通り、指紋読取装置1は筐体2を有しており、筐体2の上部には、接触部材としてのプリズム3が埋設されている。プリズム3は、左右方向に延在する三角柱状の直角プリズムであって、撮像光学系の一部を構成している。またプリズム3は、上面3aが筐体2の外部に露出するように筐体2に埋設されており、上面3aと筐体2の上面とが同じ面内に存している。そして本実施形態において、プリズム3の上面3aは、被験者の指Fが接触する接触面であるとともに指Fの指紋の凹凸を読み取る読取面となっている。
【0025】
なお、図1では、筐体2は、上部だけが図示されており、上部以外の部分が省略されている。また図1では、紙面の表側から裏側又は裏側から表側に向かう方向が左右方向となっており、後述の図3、図4及び図5でもこれと同様となっている。
【0026】
図1においてプリズム3の前側の斜面3bに対向する位置には、プリズム3の上面3aで全反射する光を出射する線状光源4が配設されている。線状光源4は、プリズム3に沿うように左右方向に延在しており、プリズム3の略全幅にわたって光を出射するようになっている。具体的に線状光源4は、LED(Light Emitting Diode),有機EL(Electronic Luminescent),無機EL,冷陰極管,蛍光管等の自発光素子等から構成されている。
【0027】
一方、図1においてプリズム3の後側の斜面3cに対向する位置には、撮像光学系の一部を構成する複数のセルフォックレンズ5,5,…が配設されている。複数のセルフォックレンズ5,5,…は、一列に並んだ状態でプリズム3に沿うように左右方向に沿って延在している。ただし、複数のセルフォックレンズ5,5,…を、複数列に並べた状態で左右方向に沿って延在させてもよい。具体的に各セルフォックレンズ5は円柱状のロッドレンズであって、中心軸から周面にかけて放物線状の屈折率分布を有するものである。各セルフォックレンズ5の屈折率は、中心軸において最も高く、周面において最も低い。従って各セルフォックレンズ5は球面レンズと光学的に略等価な性質を備えており、全てのセルフォックレンズ5,5,…は互いに等価な性質を備えている。
【0028】
上記各セルフォックレンズ5は、中心軸(光軸)がプリズム3の上面3aに対して斜交いに交わる位置に配置されており、詳しくは、自己の光軸とプリズム3の上面3aで全反射した光の光軸とが一致するような位置に配置されている。これにより、各セルフォックレンズ5は、プリズム3の上面3aに接触した指Fに合焦するようになっており、指Fとプリズム3の上面3aとが接触した部分の連続した像を、後述の固体撮像デバイス6に正立等倍に結像することができるようになっている。
【0029】
上記セルフォックレンズ5,5,…に対向する下方の位置には、固体撮像デバイス6が配設されている。固体撮像デバイス6は、各セルフォックレンズ5の光軸上に配置されており、より詳しくは上面(受光面)が各セルフォックレンズ5の光軸に対して直交している。具体的に固体撮像デバイス6は、CCD(Charge Coupled Device)型固体撮像デバイス,CMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)型固体撮像デバイス等であり、入射した光の強度(又は光量)を電気信号に変換する画素としての複数の光電変換素子(例えばフォトダイオード,フォトトランジスタ等)が左右方向に配列された構造となっている。固体撮像デバイス6においては、複数の光電変換素子が左右方向に沿って一列に並んでいてもよいし、複数列にわたり並んでいてもよい。
【0030】
プリズム3の左右側部には、超音波によりプリズム3の上面3aに微小な振動を発生させる振動手段としての超音波振動子7,7がそれぞれ配設されている。超音波振動子7としては、二万ヘルツ(Hz)以上の周波数で振動する超音波振動子を適用するのが好ましい。本実施形態では、各超音波振動子7によりプリズム3の上面3aを、水平方向に振動させるようにしてもよいし、垂直方向に振動させるようにしてもよいし、又は水平方向及び垂直方向の両方向に振動させるようにしてもよい。
【0031】
プリズム3の前側であって筐体2の上部には、被験者の指Fの有無を検知するスイッチ8が配設されている。スイッチ8は、押圧されることで被験者の指Fを検出するようになっており、スイッチ8の押圧に伴い上記線状光源4及び超音波振動子7,7が作動するようになっている。
【0032】
プリズム3の後側には、軸心回りに回転自在な円柱状のローラ9が配設されている。ローラ9は、プリズム3に沿うように左右方向に延在しており、外周面の一部が筐体2の上面よりも僅かに突出した状態で筐体2の外部に露出している。またローラ9の内部には、ローラ9の回転角度(量)を検出するロータリーエンコーダ10(図2参照)が配設されている。
【0033】
次に、指紋読取装置1の回路構成について説明する。
図2は指紋読取装置1の回路構成を示すブロック図である。
図2に示す通り、ロータリーエンコーダ10には、ドライバ回路11、信号処理回路12、A/D変換回路13及び合成バッファ14が接続されている。ロータリーエンコーダ10は、ローラ4が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路11、信号処理回路12、A/D変換回路13及び合成バッファ14へ出力するようになっている。ドライバ回路11、信号処理回路12、A/D変換回路13及び合成バッファ14は、ロータリーエンコーダ10からの同期信号に同期して動作するようになっている。
【0034】
ドライバ回路12には上記固体撮像デバイス6が接続されており、ドライバ回路12は、ロータリーエンコーダ10から入力された同期信号に従って固体撮像デバイス6を駆動するようになっている。固体撮像デバイス6には信号処理回路12が接続されており、固体撮像デバイス6は、ドライバ回路11により駆動されることで、受光した光量(又は光強度)を電気信号に変換して一次元画像を電気信号として取得し、その電気信号を信号処理回路12に出力するようになっている。信号処理回路12にはA/D変換回路13が接続されており、信号処理回路12は、固体撮像デバイス6から入力された電気信号に増幅等の処理をおこなってその電気信号をA/D変換回路13に出力するようになっている。
【0035】
A/D変換回路13には合成バッファ14が接続されており、A/D変換回路13は、信号処理回路12から入力された電気信号をA/D変換し、その電気信号を一次元画像データとして合成バッファ14に出力するようになっている。合成バッファ14には、A/D変換回路13から入力された一次元画像データが順次格納され、合成バッファ14では一次元画像データが順次合成されて二次元画像データが生成されるようになっている。また合成バッファ14にはコンピュータ(図示略)が接続されており、合成バッファ14は、生成された二次元画像データを上記コンピュータに出力するようになっている。コンピュータに入力された二次元画像データは、コンピュータの処理の用に供されるようになっている。
【0036】
次に、指紋読取装置1の使用方法及び動作について説明する。
被験者は、指Fの第一関節がプリズム3の上面3aに当接するように指Fを筐体2の上面に載置し、指Fの末節(指先と第一関節の間)でスイッチ8を押圧する。すると、線状光源4が作動して線状光源4が点灯し、さらに各超音波振動子7が作動してプリズム3が振動し始め、プリズム3の上面3aが非常に微小な変位量で振動する。
【0037】
そして、被験者が指Fを筐体2の上面に押し付けながら前方から後方に移動させると、指Fは、プリズム3の上面3aに接触した状態でローラ9を回転させながら移動する。
【0038】
この状態において、線状光源4から出射された光が、プリズム3の斜面3bに直角に入射して指Fに入射し、指Fは、プリズム3の上面3aに接触した部分で光の照射を受ける。またこれと同時に、ローラ9が所定角度回転する毎に、ロータリーエンコーダ10が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路11、信号処理回路12、A/D変換回路13及び合成バッファ14のそれぞれに出力し、指Fは、固体撮像デバイス6により線走査される。
【0039】
ここで、指Fとプリズム3の上面3aとが接触した部分において光の照射を受けた部分では、指Fの凸部(指紋の稜線)がプリズム3の上面3aに密着し、指Fの凹部(指紋の溝線)がプリズム3の上面3aから僅かに離間する。従って指Fに入射した光のうち、凸部に入射した光は、全反射の条件を満たさないため、セルフォックレンズ5,5,…にはほとんど入射しない。一方、凹部に入射した光は、プリズム3の上面3aで全反射してプリズム3の斜面3cから直角に出射し、その後、各セルフォックレンズ5に入射してセルフォックレンズ5,5,…から固体撮像デバイス6に入射する。
【0040】
このように、指Fの凹凸で定義された像、つまり指Fの凸部が暗く凹部が明るい像が、各セルフォックレンズ5により固体撮像デバイス6に結像される。
【0041】
そして固体撮像デバイス6は、ドライバ回路11により駆動されて指Fの凹凸で定義された像をロータリーエンコーダ10による同期信号のタイミングで撮像し、指紋の一次元画像を電気信号として取得し、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路12に出力する。すると信号処理回路12は、入力された電気信号を処理してその電気信号をA/D変換回路13に出力し、A/D変換回路13は入力された電気信号をA/D変換してその電気信号を指紋の一次元画像データとして合成バッファ14に出力する。そして最終的に、指紋の一次元画像データが合成バッファ14に順次蓄積され合成されて、合成バッファ14で指紋の二次元画像データが生成され、生成された二次元画像データは、合成バッファ14からコンピュータに出力される。
【0042】
なお、指紋読取装置1で取得した二次元画像データは、上記の通りコンピュータの処理の用に供されるが、例えば、コンピュータは、予め登録された登録者の登録指紋画像データと指紋読取装置1で取得された二次元画像データとを比較する処理と、比較した結果に基づき二次元画像データが登録指紋画像データと一致するか否かを判定する処理と、二次元画像データが登録指紋画像データと一致した場合に被験者を登録者として認識する処理と、をおこなうようになっている。
【0043】
以上のような指紋読取装置1では、被験者の指Fがプリズム3の上面3aに接触しながら移動する際に、各超音波振動子7がプリズム3に振動を発生させてプリズム3の上面3aに接触した指Fに微小な振動を加えるようになっている。これにより、指Fの中心部とその周辺部とにおいてプリズム3の上面3aに対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0044】
[第二の実施の形態]
続いて、図3を参照しながら指紋読取装置の第二の実施形態について説明する。ただし、本第二の実施形態では、第一の実施形態で示した部材と同様の部材に上記と同様の符号を付してそれら部材の詳細な説明を省略している。
図3は指紋読取装置20の断面図である。
【0045】
図3に示す指紋読取装置20が上記第一の実施形態における指紋読取装置1と主に異なる点は、超音波振動子7,7が省略されており、ローラ9の代わりに図3において指Fを前方から後方に移動させる移動機構21が配設されていることである。
【0046】
移動機構21はプリズム3の後側に配設されており、モータ22とモータ22の回転に従動しながら回転する回転ローラとしての従動ローラ23とを有している。モータ22は被験者によるスイッチ8の押圧に伴い回転駆動されるようになっており、モータ22の内部には、上記と同様のロータリーエンコーダ10が配設されている。なお、ロータリーエンコーダ10は従動ローラ23の内部に配設されてもよい。
【0047】
一方、従動ローラ23は、プリズム3に沿うように左右方向に延在しており、外周面の一部が筐体2の上面より僅かに突出した状態で筐体2の外部に露出している。これらモータ22及び従動ローラ23の各軸心間には、ベルト24が巻回されており、モータ22が回転駆動されるとモータ22の回転力がベルト24を介して従動ローラ23に伝達され、従動ローラ23が図3において時計回りに回転するようになっている。なお、モータ22の軸心を従動ローラ23の軸心に直結させて、モータ22の回転を従動ローラ23に直接的に伝達するようにしてもよい。
【0048】
次に、指紋読取装置20の使用方法及び動作について説明する。
指紋読取装置20の使用方法及び動作は、上記第一の実施形態で示した指紋読取装置1の使用方法及び動作と略同様である。すなわち、被験者は、指Fの第一関節をプリズム3の上面3aに当接するように指Fを筐体2の上面に載置し、指Fの末節でスイッチ8を押圧する。すると、線状光源4が作動して点灯し、さらにモータ22が回転駆動されて従動ローラ23が回転し始める。
【0049】
この状態において被験者の指Fが従動ローラ23の外周面に接触し、指Fは従動ローラ23の回転に伴い、プリズム3の上面3aに接触しながらプリズム3から離れるように前方から後方へと移動する。
【0050】
ここで本実施形態では、モータ22は略一定の速度で回転し、これに伴い従動ローラ23も略一定の速度で回転するようになっている。これにより、従動ローラ23の外周面に接触した指Fを略一定の速度で移動させる。
【0051】
そして指Fの移動中において、線状光源4から出射された光がプリズム3を介して指Fに入射するとともに、モータ22が所定角度回転する毎にロータリーエンコーダ10が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路11、信号処理回路12、A/D変換回路13及び合成バッファ14のそれぞれに出力する。これにより、指Fが、プリズム3の上面3aに接触した部分で光の照射を受けながら固体撮像デバイス6により線走査される。
【0052】
そして上記第一の実施形態で示した原理と同様の原理に従い、指Fの凹凸で定義された像が各セルフォックレンズ5により固体撮像デバイス6に結像され、固体撮像デバイス6は指Fの指紋の一次元画像を取得する。その後も上記第一の実施形態と同様に、固体撮像デバイス6は、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路12に出力し、出力された各電気信号は、信号処理回路12により増幅等の処理がおこなわれ、A/D変換回路13によりA/D変換され、合成バッファ14に順次蓄積される。そして合成バッファ14が、蓄積した各一次元画像データから指紋の二次元画像データを生成し、その二次元画像データは合成バッファ14からコンピュータに出力されて被験者の指紋認証の処理の用に供される。
【0053】
以上のような指紋読取装置20では、従動ローラ23が略一定の速度で回転するため、被験者の指Fを、従動ローラ23の回転に追従させるようにして略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指Fの中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0054】
[第三の実施の形態]
続いて、図4を参照しながら指紋読取装置の第三の実施形態について説明する。ただし、本第三の実施形態では、第一の実施形態で示した部材と同様の部材に上記と同様の符号を付してそれら部材の詳細な説明を省略している。
図4は指紋読取装置30の断面図である。
【0055】
図4に示す指紋読取装置30が上記第一の実施形態における指紋読取装置1と主に異なる点は、超音波振動子7,7が省略されており、ローラ9に代えて二つの回転ローラ31,32が配設されていることである。
【0056】
第一の回転ローラ31は、筐体2の上部であってスイッチ8とプリズム3との間に配設されている。一方、第二の回転ローラ32は、筐体2の上部であってプリズム3の後側に配設されている。各回転ローラ31,32はともに、プリズム3に沿うように左右方向に延在しており、外周面の一部が筐体2の上面より僅かに突出した状態で筐体2の外部に露出している。また各回転ローラ31,32はともに、被験者によるスイッチ8の押圧に伴い、図4において時計回りに回転駆動されるようになっている。第二の回転ローラ32の内部には、上記と同様のロータリーエンコーダ10が配設されている。なお、ロータリーエンコーダ10は第一の回転ローラ31の内部に配設されてもよい。
【0057】
ここで本実施形態では、第一の回転ローラ31は第二の回転ローラ32よりも回転抵抗が小さく、第二の回転ローラ32は第一の回転ローラ31よりも回転抵抗が大きくなっている。
【0058】
次に、指紋読取装置30の使用方法及び動作について説明する。
指紋読取装置30の使用方法及び動作は、上記第一の実施形態で示した指紋読取装置1の使用方法及び動作と略同様である。すなわち、被験者は、指Fの第一関節をプリズム3の上面3aに当接するように指Fを筐体2の上面に載置し、指Fの末節でスイッチ8を押圧する。すると、線状光源4が作動して点灯し、さらに二つの回転ローラ31,32が回転し始める。
【0059】
この状態において被験者の指Fが各回転ローラ31,32の外周面に接触し、指Fは各回転ローラ31,32の回転に伴い、プリズム3の上面3aに接触しながら前方から後方へと移動する。
【0060】
ここで本実施形態では、第二の回転ローラ32は上記の通り、第一の回転ローラ31より回転抵抗が大きくなっているため、被験者の指Fは、第二の回転ローラ32の回転力を強く受けて表皮を引き伸ばされた状態で後方から前方へと移動する。
【0061】
そして指Fの移動中において、線状光源4から出射された光がプリズム3を介して指Fに入射するとともに、モータ22が所定角度回転する毎にロータリーエンコーダ10が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路11、信号処理回路12、A/D変換回路13及び合成バッファ14のそれぞれに出力する。これにより、指Fが、プリズム3の上面3aに接触した部分で光の照射を受けながら固体撮像デバイス6により線走査される。
【0062】
そして上記第一の実施形態で示した原理と同様の原理に従い、指Fの凹凸で定義された像が各セルフォックレンズ5により固体撮像デバイス6に結像され、固体撮像デバイス6は指Fの指紋の一次元画像を取得する。その後も上記第一の実施形態と同様に、固体撮像デバイス6は、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路12に出力し、出力された各電気信号は、信号処理回路12により増幅等の処理がおこなわれ、A/D変換回路13によりA/D変換され、合成バッファ14に順次蓄積される。そして合成バッファ14が、蓄積した各一次元画像データから指紋の二次元画像データを生成し、その二次元画像データは合成バッファ14からコンピュータに出力されて被験者の指紋認証の処理の用に供される。
【0063】
以上のような指紋読取装置30では、第二の回転ローラ32の回転抵抗が、第一の回転ローラ31の回転抵抗よりも大きいため、被験者の指Fの表皮を引き伸ばした状態で指Fを移動させることができる。これにより、指Fの中心部とその周辺部とにおいてプリズム3の上面3aに対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0064】
[第四の実施の形態]
続いて、図5及び図6を参照しながら指紋読取装置の第四の実施形態について説明する。ただし、本第四の実施形態では、第一〜第三の実施形態で示した部材と同様の部材に同様の符号を付してそれら部材の詳細な説明を省略している。
図5は指紋読取装置40の断面図である。
【0065】
図5に示す指紋読取装置40では、上記プリズム3、線状光源4、セルフォックレンズ5,5,…及び固体撮像デバイス6から構成される指紋読取部材に代えて、接触部材としてのラインセンサ41が配設されており、さらに指Fを移動させる機構として上記移動機構21(第二の実施形態参照)がラインセンサ41の後側に配設されている。ただし、指Fを移動させる機構として上記回転ローラ31,32(第三の実施形態参照)がラインセンサ41の前側と後側とにそれぞれ配設されてもよい。
【0066】
ラインセンサ41は、上面41aが筐体2の外部に露出するように筐体2の上部に埋設されており、ラインセンサ41の上面41aが筐体2の上面と略同じ面内に存している。本実施形態ではラインセンサ41の上面41aは、被験者の指Fが接触する接触面であるとともに指Fの凹凸を読み取る読取面となっている。具体的にラインセンサ41は、複数のコンデンサ(図示略)を所定の規則性に基づいて左右方向に配列した静電容量方式半導体センサであって、指Fの指紋の凹凸に応じて各コンデンサ容量値(電荷量)がコンデンサの静電容量効果により変化する性質を備えている。
【0067】
次に、指紋読取装置40の回路構成について説明する。
図6は指紋読取装置40の回路構成を示すブロック図である。
図6に示す通り、ロータリーエンコーダ10には、ドライバ回路42、信号処理回路43、A/D変換回路44及び合成バッファ45が接続されている。ロータリーエンコーダ10は、移動機構21のモータ22が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路42、信号処理回路43、A/D変換回路44及び合成バッファ45へ出力するようになっている。ドライバ回路42、信号処理回路43、A/D変換回路44及び合成バッファ45は、第一の実施形態で示したドライバ回路11、信号処理回路12、A/D変換回路13及び合成バッファ14と略同様の機能を有するものであって、ロータリーエンコーダ10からの同期信号に同期して動作するようになっている。ただし、ドライバ回路42には上記ラインセンサ41が接続されており、ドライバ回路42が、ロータリーエンコーダ10から入力された同期信号に従ってラインセンサ41を駆動するようになっている。そしてラインセンサ41には信号処理回路43が接続されており、ラインセンサ41は、ドライバ回路42により駆動されることで、各コンデンサで蓄積した電荷量を電気信号に変換して一次画像を取得し、その電気信号を信号処理回路43に出力するようになっている。
【0068】
次に、指紋読取装置40の使用方法及び動作について説明する。
被験者は、指Fの第一関節をラインセンサ41の上面41aに当接するように指Fを筐体2の上面に載置し、指Fの末節でスイッチ8を押圧する。すると、モータ22が回転駆動されて従動ローラ23が回転し始める。
【0069】
この状態において被験者の指Fが従動ローラ23の外周面に接触し、指Fは従動ローラ23の回転に伴い、ラインセンサ41の上面41aに接触しながら前方から後方へと移動する。本実施形態でも、上記第二の実施形態と同様に、モータ22及び従動ローラ23は略一定の速度で回転するようになっており、指Fは略一定の速度で移動する。
【0070】
そして指Fの移動中において、モータ22が所定角度回転する毎に、ロータリーエンコーダ10が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路42、信号処理回路43、A/D変換回路44及び合成バッファ45に出力し、指Fはラインセンサ41により線走査される。
【0071】
ここで、指Fとラインセンサ41の上面41aとが接触する部分では、指Fの凸部はラインセンサ41の上面に密着し、指Fの凸部の直下に存する各コンデンサは静電容量が大きくなる(電荷の蓄積量が多くなる)。一方、指Fの凹部はラインセンサ41の上面から僅かに離間し、指Fの凹部の直下に存する各コンデンサは静電容量が小さくなる(電荷の蓄積量が少なくなる)。
【0072】
そしてラインセンサ41は、ロータリーエンコーダ10による同期信号のタイミングで指Fの凹凸に応じた電荷量を電気信号に変換し、指Fの指紋の一次元画像を取得する。その後ラインセンサ41は、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路43に出力し、出力された各電気信号は、信号処理回路43により増幅等の処理がおこなわれ、A/D変換回路44によりA/D変換され、合成バッファ45に順次蓄積される。そして合成バッファ45は、蓄積した各一次元画像データから指紋の二次元画像データを生成し、その二次元画像データは合成バッファ45からコンピュータに出力されて被験者の指紋認証の処理の用に供されるようになっている。
【0073】
以上のような指紋読取装置40では、第二の実施形態の指紋読取装置20と同様に、従動ローラ23が略一定の速度で回転するため、被験者の指Fを、従動ローラ23の回転に追従させるようにして略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指Fの中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0074】
なお、本発明は上記第一〜第四の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなってもよい。
【0075】
例えば、第二及び第四の実施形態では、指Fを移動させる機構として移動機構21を開示したが、移動機構21を構成するモータ22、従動ローラ23及びベルト24の代わりに、交流電圧の印加により伸縮自在な複数の圧電素子を裏面に接着した弾性体を表面が筐体2の外部に露出するように筐体2の上部に配設してもよい。この場合には、弾性体をプリズム3の後側に配置するとともに、交流電圧を印加したときに、各圧電素子の伸縮により指Fの移動方向の反対方向(図2及び図5において後方から前方に向かう方向)に略一定の速度で進行する波が、弾性体の表面に発生するようにしなければならない。
【0076】
第一〜第四の実施形態では、スイッチ8の押圧に伴い被験者の指Fの有無を検出して線状光源4、超音波振動子7,7、モータ22及び回転ローラ31,32を作動させたが、スイッチ8に代えて光学センサを筐体2の上部等に配設し、上記光学センサにより被験者の指Fの有無を検出して線状光源4、超音波振動子7,7、モータ22及び回転ローラ31,32を作動させるようにしてもよい。
【0077】
さらに第一〜第三の実施形態では、撮像光学系としてプリズム3及びセルフォックレンズ5,5,…を配設し、プリズム3の上面3aで全反射した光をセルフォックレンズ5,5,…により固体撮像デバイス6に結像したが、プリズム3に代えて光透過性の透明基板を筐体2の上部に配設するとともに、上記透明基板の下方にセルフォックレンズ5,5,…及び固体撮像デバイス6を配設し、指Fと透明基板の上面とが接触した部分で反射した光をセルフォックレンズ5,5,…により固体撮像デバイスに結像するようにしてもよい。
【0078】
【発明の効果】
請求項1又は2に記載の発明によれば、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0079】
請求項3〜5のいずれか一項に記載の発明によれば、指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0080】
請求項6に記載の発明によれば、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【0081】
請求項7に記載の発明によれば、光学的に被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【0082】
請求項8に記載の発明によれば、各コンデンサの静電容量効果により被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図2】第一の実施形態における指紋読取装置の回路構成を示すブロック図である。
【図3】第二の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図4】第三の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図5】第四の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図6】第四の実施形態における指紋読取装置の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,20,30,40…指紋読取装置
2…筐体
3…プリズム(接触部材,撮像光学系)
3a…上面(読取面)
3b,3c…斜面
4…線状光源
5…セルフォックレンズ(撮像光学系)
6…固体撮像デバイス
7…超音波振動子(振動手段)
8…スイッチ
9…ローラ
10…ロータリーエンコーダ
11,42…ドライバ回路
12,43…信号処理回路
13,44…A/D変換回路
14,45…合成バッファ
21…移動機構
22…モータ
23…従動ローラ(回転ローラ)
24…ベルト
31…第一の回転ローラ
32…第二の回転ローラ
41…ラインセンサ(接触部材)
41a…上面(読取面)
F…指
Claims (8)
- 被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる振動手段を備えることを特徴とする指紋読取装置。 - 請求項1に記載の指紋読取装置において、
前記振動手段は、超音波により前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる超音波振動子であることを特徴とする指紋読取装置。 - 被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指を略一定の速度で移動させる移動機構を備えることを特徴とする指紋読取装置。 - 請求項3に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、軸心回りに略一定の速度で回転する回転ローラを有し、
前記回転ローラは、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、外周面に接触した前記指を前記接触部材から離すように回転することを特徴とする指紋読取装置。 - 請求項3に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、伸縮自在な複数の圧電素子を接着した弾性体を有し、
前記弾性体は、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、各圧電素子が伸縮することで前記指の移動方向の反対方向に略一定の速度で進行する波を発生することを特徴とする指紋読取装置。 - 被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側及び後側には、前記指の移動方向に沿って前記指を移動させるように軸心回りに回転する回転ローラがそれぞれ配設されており、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設された前記回転ローラの回転抵抗が、前記指の移動方向の前記接触部材より後側に配設された前記回転ローラの回転抵抗よりも大きいことを特徴とする指紋読取装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
固体撮像デバイスと、
前記接触部材の読取面と前記指とが接触した部分の像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、
を備えることを特徴とする指紋読取装置。 - 請求項3〜6のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
前記接触部材は、複数のコンデンサを所定の規則性に基づいて配列した静電容量方式の半導体センサであることを特徴とする指紋読取装置。
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