JP2006139592A - 指紋読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、指先の指紋データを非接触でより正確に得ることができる指紋読取装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】指紋読取装置２は、利用者の指先の指紋を読み取る指紋撮影部５と、指紋撮影部５の動作を制御する読取制御部６とを有している。指紋撮影部５は、指紋画像の撮影時に利用者の指先が通過する読取通路１０ａ、読取通路１０ａに沿って並べて配置されている複数のカメラ１１が設けられている。読取制御部６は、読取通路１０ａの上流側から下流側へと順に撮影動作を行うカメラ１１からの信号の入力を受けることにより、読取通路１０ａを移動する指先の指紋データを得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、指先の指紋データを得るために用いられる指紋読取装置に関するものである。

従来装置では、個人識別装置は、指先の指紋画像を撮影する撮影手段、撮影手段に対向した光源、及び、撮影手段と光源との間に配置された被検体保持部を有している。被検体保持部は、指紋画像の撮影時に指先を保持するためのものである。被検体保持部に指先が置かれたときに、指紋の部分が被検体保持部に対して非接触状態となるように、被検体保持部には、開口部が設けられている。指紋画像の撮影時には、指紋部分を開口部に合わせるように指先が被検体保持部に置かれ、指紋部分を透過した光が撮影手段によって撮影される（例えば、特許文献１参照）。

また、別の従来装置では、本人認証装置は、指先の指紋画像を得るために、指先の画像を撮影するカメラ部、及びカメラ部によって撮影されている画像を表示するＣＲＴを有している。カメラ部は、被写体を追跡するように制御される。ＣＲＴには、ガイド画像（指先の輪郭線）が表示される。指紋画像の撮影時には、操作者は、適当な一定範囲の内で親指を静止する。すると、ガイド画像に指先が合うように、カメラ部が制御されることで、指紋画像が撮影される（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−８５５３８号公報 特開２００１−２７３４９８号公報

特許文献１のような従来の個人識別装置では、指先の指紋部分以外の部分を被検体保持部に接触させることで、指先を保持している。しかし、衛生管理上、被検体保持部を清潔に保つ清掃作業が必要なので、その手間を減らすために、指先全体を非接触状態にして指紋画像を撮影することが望まれている。

特許文献２のような従来の個人認証装置では、指先全体を非接触状態にしたまま指紋画像を得られる。しかし、保持されていない指先を静止させようとしても、指先が揺れてしまうことがあり、指紋画像がぼやけ、正確な指紋画像を得ることが難しい。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、指先の指紋データを非接触でより正確に得ることができる指紋読取装置を提供することである。

この発明に係る指紋読取装置は、利用者の指先が通される読取通路に沿って並べて配置されている複数のカメラ、及び読取通路の一端側から他端側へ走査してカメラからの信号を処理することにより、読取通路を移動する指先の指紋データを得る読取制御部を備える。

この発明の指紋読取装置によれば、読取制御部が、読取通路の一端側から他端側へ走査してカメラからの信号を処理するので、読取通路を移動する指先の指紋データを得ることができ、指先の指紋データを非接触でより正確に得ることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による個人認証システム１を示すブロック図である。図において、個人認証システム１は、指紋読取装置２、指紋データ記憶部３、及び指紋照合部４を有している。

指紋読取装置２は、利用者の指先から指紋データを読み取るためのものである。指紋データ記憶部３には、複数の利用者の指紋データが予め登録されている指紋データベースが格納されている。指紋照合部４は、指紋読取装置２によって読み取られた指紋データと、指紋データベースに登録されている指紋データとを照合する。また、指紋照合部４は、指紋読取装置２によって読み取られた指紋データと、指紋データベースに登録されている指紋データとの照合結果に応じて、例えば電気錠（図示せず）の施・解錠などの制御を行う。

指紋読取装置２は、利用者の指先の指紋画像を撮影する指紋撮影部５と、読取制御部６とを有している。読取制御部６は、指紋撮影部５によって撮影された指紋画像を処理する画像処理部７と、指紋撮影部５の動作を制御する動作制御部８とを有している。

次に、図２は、図１の指紋撮影部５で指先の指紋画像を撮影する様子を示す説明図である。図３は、図１の指紋撮影部５を示す正面図である。図４は、図１の指紋撮影部５を示す平面図である。図において、指紋撮影部５は、断面凹状の支持部１０を有している。支持部１０には、指紋画像が撮影されるときに利用者の指先が通される溝状の読取通路１０ａが形成されている。

支持部１０には、読取通路１０ａに沿って並べて配置されている複数のカメラ１１と、読取通路１０ａを挟んで各カメラ１１に対向するように配置されている複数の撮影用発光源部１２と、カメラ１１の位置にそれぞれ対応するように読取通路１０ａに沿って配置されている複数のガイドＬＥＤ（ガイド発光部）１３と、各カメラ１１の手前側及び奥側に配置されることで、各カメラ１１を挟むように一対ずつ配置された複数の対物センサ１４とが取り付けられている。

撮影用発光源部１２は、読取通路１０ａを通過する指先を透過する光（例えば、赤色光乃至近赤外光領域の波長を有する光など）を発する。カメラ１１は、指先を透過した光を撮影することで、指紋画像を撮影する。

ガイドＬＥＤ１３は、指紋画像撮影時に、指先を読取通路１０ａに通す際のタイミング及び速度を利用者に知らせるために点灯される。また、ガイドＬＥＤ１３は、指紋画像が撮影され終わった後に、指紋データの読み取りが成功したかどうかを利用者に知らせるために、幾種類かの色に点灯・点滅される。

各対物センサ１４からの信号は、動作制御部８に入力される。動作制御部８は、対物センサ１４からの信号に基づいて、各対物センサ１４の検出範囲内に指先があるかどうかを判定する。また、動作制御部８は、対物センサ１４からの信号に基づいて、対物センサ１４の検出範囲内に指先がある場合に、対物センサ１４から指先までの距離が適当な距離かどうかを判定する。

次に、図５は、図１の指紋撮影部５の状態移行を示す説明図である。図５の（ａ）では、上流側のカメラ１１が撮影動作を行っている。このとき、上流側のカメラ１１に対応するように配置されている上流側の撮影用発光源部１２及び上流側のガイドＬＥＤ１３は、発光動作を行っている。

図５の（ｂ）では、中間部のカメラ１１が動作し、その中間部のカメラ１１に対応する中間部の撮影用発光源部１２及び中間部のガイドＬＥＤ１３が発光動作を行っている。図５の（ｃ）では、下流側のカメラ１１が動作し、その下流側のカメラ１１に対応する下流側の撮影用発光源部１２及び下流側のガイドＬＥＤ１３が発光動作を行っている。

即ち、各カメラ１１の動作は、指紋画像撮影時に、動作制御部８の制御により周期的にＯＮ／ＯＦＦされ、各撮影用発光源部１２及び各ガイドＬＥＤ１３の動作は、対応した各カメラ１１の動作に同期して行われる。指紋撮影部５は、図５の（ａ）〜（ｃ）の動作を任意に設定された周期で繰り返し行う。

これによって、指紋画像の撮影は、読取通路１０ａの上流側から下流側へと順に行われる。即ち、利用者が、上流側から下流側へと点灯しているガイドＬＥＤ１３の動作に従って、指先を読取通路１０ａの上流側から下流側へ移動させると、指紋画像の撮影が行われる。

画像処理部７は、上流側から下流側へ走査してカメラ１１からの信号を得ることで、即ち上流側のカメラ１１から順に信号の入力を受けることで、連続した複数の指紋画像データを得る。

また、画像処理部７は、利用者の指先が、全カメラ１１数の内、半数個のカメラ１１を通過すると、その時点までに得られた指紋画像データの解析を行い、カメラ１１のピントが適正かどうか、及び画像処理中のゲイン値（コントラスト）が適正かどうかの画像品質判定を行う。動作制御部８は、画像処理部７が行う画像品質判定の結果に応じて、カメラ１１のピント、及び画像処理中のゲイン値を適当な値に調整する。

さらに、画像処理部７は、得られた指紋画像データを画像処理することで、指紋データを得る。さらにまた、画像処理部７は、指紋画像データ及び指紋データに異常がないかどうか画像異常判定を行う。動作制御部８は、画像処理部７の画像異常判定の結果と、各対物センサ１４からの信号とに応じて、指紋画像撮影時の異常を判定する。

次に、図６は、図１の動作制御部８が指紋画像撮影時に異常があると判定する各状態を示す説明図である。図６の（ａ）は、回転ずれ状態を示す説明図である。図６の（ａ）に示すように、指先の指紋面が、カメラ１１に対して正面を向いていなければ、画像処理部７は、画像異常判定時に、指紋画像を回転異常画像と判定する。動作制御部８は、画像処理部７から回転異常画像が検出されたという情報の入力を受けると、回転ずれ状態を検出する。

図６の（ｂ）は、位置ずれ状態を示す説明図である。図６の（ｂ）の指先の位置は適当な位置である。しかし、指紋画像撮影時に、指先がカメラ１１に対して奥行き方向又は左右方向（図中の矢印方向）にずれていると、そのことが対物センサ１４によって検出され、動作制御部８は、位置ずれ状態を検出する。

即ち、動作制御部８は、指紋画像撮影時に、奥側の対物センサ１４が指先を検出する場合、及び手前側の対物センサ１４が、指先までの距離が適当でないと判定する場合に、位置ずれ状態を検出する。なお、動作制御部８は、手前側の対物センサ１４のみが指先を検出し、その検出した指先が適当な距離にあることを検出する場合にだけ、指先が適当な撮影位置にあると判断し、位置ずれ状態を検出しない。

図６の（ｃ）は、速度ずれ状態（速過ぎ）を示す説明図である。図６の（ｃ）では、指紋画像撮影時に指先が、ガイドＬＥＤ１３の上流側から下流側へ順に点灯する速度よりも速く読取通路１０ａを通過している。動作制御部８は、指紋撮影時の指先が、撮影動作を行っているカメラ１１よりも下流側を通過していることが対物センサ１４によって検出されると、速度ずれ状態（速過ぎ）を検出する。

図６の（ｄ）は、速度ずれ状態（遅過ぎ）を示す説明図である。図６の（ｄ）では、指紋画像撮影時に指先が、ガイドＬＥＤ１３の上流側から下流側へ順に点灯する速度よりも遅い速度で読取通路１０ａを通過している。動作制御部８は、指紋撮影時の指先が、撮影動作を行っているカメラ１１よりも上流側を通過していることが対物センサ１４によって検出されると、速度ずれ状態（遅過ぎ）を検出する。

次に、図７は、図１のガイドＬＥＤ１３の発光パターンを示す説明図である。動作制御部８は、指紋画像撮影時の状態に応じてガイドＬＥＤ１３の発光パターンを制御する。

まず、指紋画像が撮影されるとき（通常時）では、ガイドＬＥＤ１３は、青色に点灯される。このとき、撮影動作を行っているカメラ１１に対応する位置のガイドＬＥＤ１３のみが順に点灯される。

次に、指紋画像が撮影され終わったときに、上述したような異常を検出しなかった場合には、すべてのガイドＬＥＤ１３は、緑色で点灯される。

一方、指紋画像が撮影され終わったときに、上述したような異常を検出した場合には、その原因に応じてガイドＬＥＤ１３の発光色及び点灯状態がそれぞれ制御される。

指紋画像が撮影され終わったときに検出された異常の原因が、位置ずれ状態である場合には、すべてのガイドＬＥＤ１３は、黄色で点灯される。その原因が回転ずれ状態である場合には、すべてのガイドＬＥＤ１３は、橙色で点灯される。その原因が速度ずれ状態（速過ぎ）である場合には、すべてのガイドＬＥＤ１３は、赤色で点灯される。また、その原因が速度ずれ状態（遅過ぎ）である場合には、すべてのガイドＬＥＤ１３は、赤色で点滅される。

また、指紋画像が撮影され終わったときに検出された異常の原因が、上述した原因以外であった場合には、すべてのガイドＬＥＤ１３が消灯される。

次に、動作について説明する。図８は、指紋読取装置２で行われる指紋画像の撮影動作を示すフローチャートである。図において、指紋画像の撮影動作が開始されると、各カメラ１１、各撮影用発光源部１２、及び各ガイドＬＥＤ１３の動作が、読取通路１０ａの上流側から下流側へ順に繰り返し動作される（読取実行部動作開始）（ステップＳ１）。

次に、利用者の指先が、全カメラ１１数の内、半数個のカメラ１１を通過するかどうかが判定される（ステップＳ２）。この判定動作は、利用者の指先が、全カメラ１１数の内、半数個のカメラ１１を通過するまで繰り返し行われる。

この判定動作が行われているときに、利用者の指先が、全カメラ１１数の内、半数個のカメラ１１を通過すると、次に、利用者の指先が、すべてのカメラ１１を通過しているかどうかが判定される（ステップＳ３）。

そして、利用者の指先が、すべてのカメラ１１を通過し終わるまでの間に、その時点までに得られた指紋画像データの解析が行われ、カメラ１１のピントが適正かどうか、及び画像処理中のゲイン値が適正かどうかという画像品質判定が行われる（ステップＳ４）。

このとき、カメラ１１のピント、及び画像処理中のゲイン値が適正でないことが検出されると、カメラ１１のピント、及び画像処理中のゲイン値が最適設定に調整される（ステップＳ５）。

利用者の指先がすべてのカメラ１１を通過し終わると、次に、指紋データの読取が成功かどうか、即ち指紋画像の撮影に異常が検出されるかどうかが判定される（ステップＳ６）。このとき、指紋画像が撮影され終わったときに異常が検出されなければ、すべてのガイドＬＥＤ１３が緑色で点灯されることで、指紋データの読取が成功したことが利用者に対して知らされる（ステップＳ７）。

一方、指紋画像が撮影され終わったときに異常が検出されると、その異常の原因が、位置ずれ状態であるかどうかが判定される（ステップＳ８）。もし、検出された異常の原因が位置ずれ状態であれば、すべてのガイドＬＥＤ１３が黄色で点灯される（ステップＳ９）。

これに対して、検出された異常の原因が位置ずれ状態でなければ、次に、その原因が、回転ずれ状態であるかどうかが判定される（ステップＳ１０）。もし、検出された異常の原因が回転ずれ状態であれば、すべてのガイドＬＥＤ１３が橙色で点灯される（ステップＳ１１）。

さらに、検出された異常の原因が回転ずれ状態でもなければ、次に、その原因が、速度ずれ状態であるかどうかが判定される（ステップＳ１２）。もし、検出された異常の原因が速度ずれ状態でもなければ、すべてのガイドＬＥＤ１３が消灯される（ステップＳ１３）。

しかし、検出された異常の原因が速度ずれ状態であれば、次に、その速度ずれ状態が速度ずれ状態（速過ぎ）であるかどうかが判定される（ステップＳ１４）。

このとき、検出された速度ずれ状態が速度ずれ状態（速過ぎ）である場合には、すべてのガイドＬＥＤ１３が赤色で点灯される（ステップＳ１５）。一方、検出された速度ずれ状態が速度ずれ状態（速過ぎ）でなければ、その速度ずれ状態は、速度ずれ状態（遅過ぎ）と判定され、すべてのガイドＬＥＤ１３が赤色で点滅される（ステップＳ１６）。

このような個人認証システム１では、読取制御部６が、読取通路１０ａの一端側から他端側へ走査してカメラ１１からの信号を処理するので、読取通路１０ａを移動する指先の指紋データを得ることができ、その指先の指紋データを非接触でより正確に得ることができる。

また、各ガイドＬＥＤ１３の発光動作が、それぞれ対応している各カメラ１１の撮影動作に同期して行われるように動作制御部８によって制御されるので、利用者に最適な指先を通すタイミングを知らせることができ、その指先の指紋データを非接触でより正確に得ることができる。

さらに、各撮影用発光源部１２の発光動作が、それぞれ対応している各カメラ１１の撮影動作に同期して行われるように動作制御部８によって制御されるので、各カメラ１１の撮影動作に最適な光量を得ることができ、その指先の指紋データを非接触でより正確に得ることができる。

さらにまた、各撮影用発光源部１２が、読取通路１０ａを挟んで各カメラ１１に対向するように配置されているので、利用者の指先を透過した光を撮影することができる。従って、指紋の凹凸のパターンに応じた光の強度パターンを得られるので、画像解析が行いやすく、その指先の指紋データをより正確に得ることができる。

また、指紋画像が撮影され終わったときに異常が検出されると、ガイドＬＥＤ１３が、その異常の種類に応じて異なる発光パターンで発光するので、指紋画像撮影時の異常を利用者に知らせることができ、利用者に対して指先の通し方の改善を促すことができる。

さらに、対物センサ１４が読取通路１０ａに設けられているので、指紋画像撮影が失敗したかどうかだけでなく、指紋画像撮影時の異常の種類を判定することができる。

さらにまた、動作制御部８は、読取通路１０ａの上流側のカメラ１１から得られた画像に基づいて、読取通路１０ａの下流側のカメラ１１のピント、及び画像処理中のゲイン値の調整を行うことができるので、最適な条件で指紋画像の撮影を行うことができ、その指先の指紋データをより正確に得ることができる。

なお、上記の例では、カメラ１１、撮影用発光源部１２、及びガイドＬＥＤ１３は、読取通路１０ａの上流側から下流側へ１組ずつ順に動作していたが、指紋画像の撮影精度を向上させるために、複数組ずつ順に動作してもよい。

また、ガイドＬＥＤ１３により指先の動きをガイドしたが、ガイド発光部は設けず、センサにより検出した指先の動きに同期してカメラによる撮影を行わせてもよい。

さらに、各撮影用発光源部１２は、読取通路１０ａを挟んで各カメラ１１に対向していなくてもよく、例えば、読取通路１０ａのカメラ１１側に配置されていてもよい。即ち、カメラ１１は、指先を透過した光を撮影したが、指先に反射した光を撮影してもよい。

さらにまた、ガイドＬＥＤ１３は、指紋画像撮影時の異常の原因に応じて５色に発光し、また２種類の点灯パターンを有していたが、ガイド発光部は、異常の種類に応じて異なる発光パターンで発光することで、利用者に異常の原因を知らせることができればよく、その色の種類及び点灯パターンの数は任意であり、またそれらの組み合わせも任意である。

また、ガイド発光部は、単色しか発光せずに、発光する場所や点滅パターンなどによって異常の原因を知らせてもよい。

さらに、指紋読取装置２は、個人認証システム１の一部に組み込まなくてもよく、例えば指紋データのデータベースを作成するためなど、指紋読取装置２のみを独立して使用してもよい。

この発明の実施の形態１による個人認証システムを示すブロック図である。 図１の指紋撮影部で指紋画像を撮影する様子を示す説明図である。 図１の指紋撮影部を示す正面図である。 図１の指紋撮影部を示す平面図である。 図１の指紋撮影部の状態移行を示す説明図である。 図１の動作制御部が指紋画像撮影時に異常があると判定する各状態を示す説明図である。 図１のガイドＬＥＤの発光パターンを示す説明図である。 指紋読取部で行われる指紋画像の撮影動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 指紋読取装置、６ 読取制御部、１０ａ 読取通路、１１ カメラ、１２ 撮影用発光源部、１３ ガイドＬＥＤ（ガイド発光部）１４ 対物センサ。

Claims (9)

1. 利用者の指が通される読取通路に沿って並べて配置されている複数のカメラ、及び
   上記読取通路の一端側から他端側へ走査して上記カメラからの信号を処理することにより、上記読取通路を移動する指の指紋データを得る読取制御部
   を備えていることを特徴とする指紋読取装置。
2. 上記各カメラの位置にそれぞれ対応するように上記読取通路に沿って並べて配置されている複数のガイド発光部をさらに備え、
   上記読取制御部は、上記読取通路の一端側から他端側へ上記ガイド発光部を順次発光させるとともに、上記ガイド発光部の発光に同期して上記カメラに撮影を行わせることを特徴とする請求項１記載の指紋読取装置。
3. 上記各カメラの位置にそれぞれ対応するように上記読取通路に沿って並べて配置され、上記読取通路内の指に光を照射する複数の撮影用発光源部をさらに備え、
   上記読取制御部は、上記ガイド発光部の発光に同期して上記撮影用発光源部を発光させることを特徴とする請求項２記載の指紋読取装置。
4. 上記撮影用発光源部は、上記読取通路を挟んで上記各カメラに対向するように配置されていることを特徴とする請求項３記載の指紋読取装置。
5. 上記読取制御部は、複数ずつの上記ガイド撮影用発光源部を同時に発光させるとともに、複数ずつの上記カメラにより同時に撮影を行わせることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の指紋読取装置。
6. 上記読取制御部は、上記読取通路を移動する指の状態の異常を検出可能であり、上記異常が検出されると、所定の発光パターンで上記ガイド発光部を発光させることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の指紋読取装置。
7. 上記読取制御部は、上記異常の種類を判別可能であり、上記異常が検出されると、上記異常の種類に応じて異なる発光パターンで上記ガイド発光部を発光させることを特徴とする請求項６記載の指紋読取装置。
8. 上記読取通路に設けられた対物センサをさらに備え、
   上記読取制御部は、上記対物センサからの情報により上記異常を検出することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の指紋読取装置。
9. 上記読取制御部は、上記読取通路の上流側の上記カメラから得られた画像に基づいて、上記読取通路の下流側の上記カメラの状態を調整することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の指紋読取装置。

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