JP2006158952A - Biological feature input device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small biological feature input device low in cost and capable of stably reading biological features such as fingerprints even in unfavorable conditions such as the dry or wet state of the skin or the peeled state of the skin. <P>SOLUTION: A one-dimensional or semi-one-dimensional image sensor 5 is used as an image sensor. A finger travel guide 3 is provided for keeping a nearly constant distance between a finger 4 and an effective picture element part 1 of the image sensor 5 without contacting each other during the relative sliding motion of the finger 4 and image sensor 5. One-dimensional or semi-one-dimensional partial images obtained by picking up images formed by radiation scattered inside the finger 4 and radiated from the skin surface of the finger 4, by the image sensor 5 during the relative motion, are connected by image processing in a microprocessor section 8 to reconstruct the image of the whole finger. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、個人を認証するための生体特徴を入力する装置に関し、特に指の指紋やその他の皮膚紋様や血管のパターンといった生体特徴の画像を入力する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for inputting a biometric feature for authenticating an individual, and more particularly to an apparatus for inputting an image of a biometric feature such as a fingerprint of a finger or other skin pattern or blood vessel pattern.

従来この種の指を用いて個人を認証する為の生体特徴入力装置は、指先の皮膚の紋様である指紋を読取る装置が代表的であり、光や電界、圧力や静電容量や温度といった物理量の絶対値や変化量を利用した各種の読取り装置が開発されている。   Conventional biometric feature input devices for authenticating individuals using this type of finger are typically devices that read fingerprints, which are skin patterns on the fingertips, and are physical quantities such as light, electric field, pressure, capacitance, and temperature. Various readers using the absolute value and the amount of change have been developed.

ファイバーオプティックプレート(例えば特許文献2参照)やプリズム(例えば特許文献3参照)による全反射臨界角を利用した方式は、指紋入力装置として広く利用されている。図23を参照して、例えば従来のプリズムの全反射臨界角を利用した一例を説明する。プリズム105に対して空気中でプリズム面108からの光がプリズム面109で全反射する方向にレンズ106と2次元イメージセンサ107が配置されている。指の皮膚104は皮膚の紋様を拡大して書かれている。プリズムと接触していない部分からの光101は、屈折率1.0の空気から屈折率1.4以上のプリズム面108に大きく屈折して入射し、プリズム面109で全反射するか、あるいはプリズム面109に到達せず2次元イメージセンサ107に到達しないが、皮膚が接触している部分の光102は、皮膚ないし皮膚表面の油脂あるいは水分の屈折率がプリズムガラスに近い為プリズム面108での屈折角が小さくなり、プリズム面109で全反射角に達することがなくなり、レンズ106で結像して2次元イメージセンサ107に到達する。このようにして指の指紋等の皮膚の紋様の凹凸がプリズムに接触する、しないことによって得られる陰影を検出する。   A method using a total reflection critical angle using a fiber optic plate (see, for example, Patent Document 2) or a prism (see, for example, Patent Document 3) is widely used as a fingerprint input device. With reference to FIG. 23, for example, an example using the total reflection critical angle of a conventional prism will be described. A lens 106 and a two-dimensional image sensor 107 are arranged in a direction in which light from the prism surface 108 is totally reflected by the prism surface 109 in the air with respect to the prism 105. The finger skin 104 is written with the skin pattern enlarged. The light 101 from the portion not in contact with the prism is largely refracted from the air having a refractive index of 1.0 and is incident on the prism surface 108 having a refractive index of 1.4 or more, and is totally reflected by the prism surface 109 or the prism 101. The surface 102 does not reach the two-dimensional image sensor 107, but the light 102 in contact with the skin is reflected on the prism surface 108 because the refractive index of oil or moisture on the skin or skin surface is close to that of the prism glass. The refraction angle becomes smaller and the prism surface 109 does not reach the total reflection angle. The image is formed by the lens 106 and reaches the two-dimensional image sensor 107. In this way, the shadow obtained by not touching the prism of the skin pattern such as the fingerprint of the finger is detected.

同様に皮膚を接触させることによって指紋画像を得るが、小型化を実現するために圧力又は温度又は静電容量型の準1次元センサを使用し、準1次元センサに接触した指を動かして得られる指の指紋の部分画像をつなぎ合わせて指紋画像を再構成する技術が提案されている(例えば特許文献1および7参照)。特に、静電容量や温度を利用した方式は既に実用化販売されており、これらの方式は、装置の小型化と低価格化に寄与する。   Similarly, a fingerprint image is obtained by touching the skin, and a pressure, temperature, or capacitance type quasi-one-dimensional sensor is used to realize miniaturization, and a finger touching the quasi-one-dimensional sensor is moved. There has been proposed a technique for reconstructing a fingerprint image by connecting partial images of fingerprints of the fingers (see, for example, Patent Documents 1 and 7). In particular, methods using capacitance and temperature have already been put into practical use, and these methods contribute to downsizing and cost reduction of the device.

こういった状況の中で非接触の指紋検出装置が提案されている(例えば特許文献6参照)。これは、指に入射して指内部で散乱し、再び指から放射される放射光が皮膚の内部構造を反映し、指紋の凹部が明部領域、凸部が暗部領域となる、指紋と同じ形の濃淡画像が得られる現象を利用したものである。この非接触方式によれば、上記の接触を前提とした方式では皮が剥けた部分の接触が困難で読取りが難しかった皮膚炎等で皮の剥けた指でも、皮膚紋様の由来となる皮膚内部構造の部分が保存されていればその映像が得られる。また非接触なので、湿潤や乾燥といった皮膚表面の状態変化の影響も受けにくい。   Under such circumstances, a non-contact fingerprint detection apparatus has been proposed (see, for example, Patent Document 6). This is the same as a fingerprint, in which the incident light is scattered inside the finger and the radiation emitted from the finger again reflects the internal structure of the skin, with the concave portion of the fingerprint being the bright region and the convex portion being the dark region. This is based on the phenomenon that a gray image of a shape is obtained. According to this non-contact method, it is difficult to read the peeled portion in the method based on the above contact, and it is difficult to read even the finger peeled due to dermatitis etc. If the part of the structure is saved, the video can be obtained. Moreover, since it is non-contact, it is hard to receive the influence of the skin surface state changes, such as wetness and drying.

また、指からの散乱放射光をガラスなどでできた透明保護カバーを介して指に近接させた2次元イメージセンサによって撮像して、指紋の凹部が暗部領域、凸部が明部領域となる指紋画像を取得する指紋入力装置が本発明者によって提案されている(例えば特許文献4参照)。これは、圧力、温度、静電容量、全反射臨界角を利用したセンサに比較して指の湿潤や乾燥や外乱光等の外部環境の影響を受けにくい。また、本発明者によって提案された特許文献5に記述されているように、透明保護カバーの屈折率を最適に選ぶことによってコントラストの高い画像を得ることができる。   In addition, the scattered radiation from the finger is imaged by a two-dimensional image sensor placed close to the finger through a transparent protective cover made of glass or the like, and the fingerprint concave portion is a dark portion region and the convex portion is a bright portion region. A fingerprint input device for acquiring an image has been proposed by the present inventor (see, for example, Patent Document 4). This is less susceptible to external environments such as finger wetting and drying and ambient light compared to sensors using pressure, temperature, capacitance, and total reflection critical angle. Further, as described in Patent Document 5 proposed by the present inventor, an image with high contrast can be obtained by optimally selecting the refractive index of the transparent protective cover.

他方、指に存在する生体特徴の入力装置として指紋以外に指の第一関節より下の指の付け根側の血管のパターンを認証する技術が近年実用化されつつある。これは、血液による近赤外線の吸収を利用して静脈等の太い血管パターンを読取るもので、1980年代に盛んに研究された光CT(コンピュータ トモグラフィー)、いわゆる人体に害の少ない光によって人体のコンピューター断層撮影を行おうとする技術の応用である。指の上部から近赤外線を照射し、指内を通過して反対側の指の腹から射出する光が、血管内に豊富に存在する血液における近赤外線の吸収によって暗くなることによって血管像を得る。この技術は、指紋がなんらかの問題で無い、或いは皮膚炎等で皮膚の皮が剥け、接触を前提とした生体特徴入力装置では指紋が劣化し画像化しにくい場合に有効な生体認証手段である。
特開平10−91769号公報 特許第3045629号公報 米国特許第6381347 特許第3150126号 特開2003−006627号公報 特開2003−85538号公報 特開2001−155137号公報
On the other hand, in recent years, a technique for authenticating a blood vessel pattern on the base side of a finger below the first joint of the finger other than the fingerprint as an input device for biometric features existing in the finger has been put into practical use. This is a technique for reading thick blood vessel patterns such as veins using near-infrared absorption by blood. Optical CT (computer tomography), which was actively studied in the 1980s, is a computer of the human body by light that is less harmful to the human body. This is an application of technology to perform tomography. A blood vessel image is obtained by irradiating near infrared light from the upper part of the finger, and the light passing through the finger and emitted from the belly of the opposite finger darkens due to absorption of near infrared light in the blood abundantly present in the blood vessel. . This technique is an effective biometric authentication means when the fingerprint is not a problem, or the skin is peeled off due to dermatitis or the like, and the biometric feature input device based on contact is deteriorated and difficult to image.
JP-A-10-91769 Japanese Patent No. 3045629 US Pat. No. 6,381,347 Japanese Patent No. 3150126 JP 2003-006627 A JP 2003-85538 A JP 2001-155137 A

近年、情報化の発達に伴い個人情報の漏洩やネットワーク上の取引行為における他人のなりすましが問題化してきている。これを防ぐために、パスワードや認証カードなど盗み見や盗難などで他人のなりすましを容易に許してしまう方式ではなく、個人固有の生体特徴を入力して個人を認証する装置が開発されてきている。また、携帯電話に代表されるように情報を扱う装置の小型化と低価格化が進み、生体特徴を入力する装置も小型化と低価格化が要求されている。更に、生体による個人認証が重要なクレジットカード等の決済行為にまで利用される応用事例も考えると、本人を確実に、しかもどのような状況下でも認証できるために生体特徴入力装置の高精度化の必要性も高まっている。   In recent years, with the development of computerization, the leakage of personal information and the impersonation of others in transaction activities on the network have become problems. In order to prevent this, an apparatus for authenticating an individual by inputting a biometric characteristic unique to the individual has been developed instead of a method of easily allowing another person to impersonate by snooping or theft such as a password or an authentication card. In addition, downsizing and cost reduction of information handling devices such as mobile phones are progressing, and devices for inputting biometric features are also required to be downsized and reduced in price. In addition, considering application cases where biometric personal authentication is important for payment operations such as credit cards, the biometric feature input device can be made more accurate in order to authenticate the person reliably and under any circumstances. The need for is also increasing.

そういった中で指紋は古くから一人として同じものがない万人不同、一生変わることがない終生不変の特性が、特に警察や司法の分野で研究、確認されており高精度な個人認証が可能であるが、従来の指紋入力装置は、指の湿潤や乾燥、皮膚炎等による皮の剥けといった悪条件下で良好な指紋画像を得にくく、万人不同ではあるが万人に使用可能とは言い難かった。   Under such circumstances, fingerprints have not been the same for a long time, and the characteristics of lifelessness that will not change throughout the lifetime have been researched and confirmed, especially in the field of police and justice, and high-precision personal authentication is possible. However, the conventional fingerprint input device is difficult to obtain a good fingerprint image under bad conditions such as wet and dry fingers and peeling of skin due to dermatitis, etc., and it is difficult to say that it can be used by everyone. It was.

ファイバーオプティックプレート(例えば特許文献2)やプリズム(例えば特許文献3)による全反射臨界角を利用した指紋の入力方式は広く個人認証に利用されているが、背景技術で説明したように指紋の陰影が皮膚の凹凸とプリズムとの接触によって得られるため、皮の剥けた部分の画像は欠損する。また高価で大きな光学部品を使用しており、装置の小型化と低価格化の妨げになっていた。   The fingerprint input method using the total reflection critical angle by a fiber optic plate (for example, Patent Document 2) or a prism (for example, Patent Document 3) is widely used for personal authentication. Is obtained by contact between the unevenness of the skin and the prism, and the image of the peeled portion is lost. Moreover, expensive and large optical components are used, which hinders downsizing and cost reduction of the apparatus.

圧力又は電界又は静電容量型の2次元センサはいくつか実用化例がある。光学部品を廃し小型化と低価格化に寄与しているが、いずれも接触を前提としており皮の剥けた部分の画像は欠損する。また光学方式に比較して指の湿潤や乾燥といった状況変化に対して弱いという問題点がある。   There are several practical examples of pressure, electric field, or capacitance type two-dimensional sensors. Although optical components have been abolished and contributed to miniaturization and cost reduction, both images are premised on contact and the image of the peeled part is lost. In addition, there is a problem that it is weak against changes in the situation such as wetness and dryness of the finger compared to the optical method.

圧力又は温度又は電界又は静電容量型の準1次元センサを使用し、センサと接触した指をスライドさせて指の指紋の映像を再構成する技術(例えば特許文献1、特許文献7)は、更なる装置の小型化と低価格化に寄与するが、接触していない部分の画像が欠損するため、皮膚炎などで部分的に皮膚が剥けている場合、指紋認証、つまり生体特徴による認証がしづらいという問題があった。また、1次元方式のセンサを使用し読取り対象を動かして映像を再構成する方法は、ファクシミリや複写機において既知であるが、装置小型化の為に指を動かす方向の速度を得るための特別なメカニズムを割愛するため、特許文献1においては、準1次元の数ラインの画像の類似性を判断して映像を再構成している。図24を参照してこの方式の指紋の画像再構成例を説明する。   Using a pressure, temperature, electric field, or capacitance type quasi-one-dimensional sensor, and sliding a finger in contact with the sensor to reconstruct the image of the fingerprint of the finger (for example, Patent Document 1 and Patent Document 7), Although it contributes to further downsizing and cost reduction of the device, the image of the part that is not in contact is lost, so if the skin is partially peeled off due to dermatitis, fingerprint authentication, that is, authentication by biometric features There was a problem that it was difficult. In addition, a method for reconstructing an image by moving a reading target using a one-dimensional sensor is known in a facsimile or a copying machine, but a special method for obtaining a speed in a direction of moving a finger to reduce the size of the apparatus. In order to omit an unnecessary mechanism, in Patent Document 1, a video is reconstructed by judging the similarity of images of several quasi-one-dimensional lines. An example of fingerprint image reconstruction in this method will be described with reference to FIG.

指301の画像に対し、指を動かすことによってI1からInの部分画像を得て、これの類似部を除いていって再構成画像302を得る。しかしながら、この方法では図25に示す例のように指をセンサの撮像速度に対してゆっくり動かした場合、重なり度合いが大きくなって類似性の変化を判断しにくくなり、指紋画像303のように縦に間延びして歪んでしまうという問題がある。また、撮像速度より早く指をスライドさせてしまうと、図26のようにI1からInの間に欠損する画像が生じ、指紋画像304のように逆に縦に縮んで歪んでしまう場合があるという問題点がある。   A partial image from I1 to In is obtained by moving the finger with respect to the image of the finger 301, and a reconstructed image 302 is obtained by removing the similar portion. However, in this method, when the finger is moved slowly with respect to the imaging speed of the sensor as in the example shown in FIG. 25, the degree of overlap becomes large and it becomes difficult to judge the change in similarity. There is a problem that it is distorted by being extended. In addition, if the finger is slid faster than the imaging speed, an image missing between I1 and In as shown in FIG. 26 is generated, and the image may be shrunk vertically and distorted like the fingerprint image 304. There is a problem.

前記の皮膚の剥けによる認証精度の低下を改善する発明として非接触の指紋検出装置の提案がなされている(特許文献6)。これによれば、指に入射し指内部で散乱し指の皮膚表面から放射される放射光が皮膚の内部構造を反映する為、指紋と同じ形の濃淡が観察される。これは表皮の湿潤乾燥に左右されず、表皮角質層が皮膚炎等によってむけて脱落している場合も指紋等の表皮紋様の元となる真皮の構造が保存されていれば、指紋画像が得られる。ただし、特許文献6に示される指紋検出装置の場合、指と結像系の間に空間を設け非接触にしないと目的の画像が得られない。また焦点を合わせる必要性から指の固定枠が必要であり、操作性と装置の小型化の妨げになっていた。また、結像光学系が必要であり、更に装置が大型化してしまうという問題点もある。また、指と結像系が離れており、指の内部構造で皮膚表面から射出する光の量が変化しても皮膚表面で散乱し、結像系の距離による拡散による悪影響と推測される事象によって、実際に皮の向けている部分では良好なコントラストの指紋画像が得られないという問題点があった。   A non-contact fingerprint detection apparatus has been proposed as an invention for improving the decrease in authentication accuracy due to the skin peeling (Patent Document 6). According to this, since the radiated light incident on the finger, scattered inside the finger and radiated from the skin surface of the finger reflects the internal structure of the skin, the same shade as the fingerprint is observed. This does not depend on the moist and dryness of the epidermis, and even when the epidermal stratum corneum has fallen off due to dermatitis etc., the fingerprint image can be obtained if the structure of the dermis that is the origin of the epidermal pattern such as fingerprints is preserved. It is done. However, in the case of the fingerprint detection apparatus disclosed in Patent Document 6, a target image cannot be obtained unless a space is provided between the finger and the imaging system so as to be non-contact. In addition, a finger fixing frame is necessary because of the necessity of focusing, which hinders operability and downsizing of the apparatus. In addition, an imaging optical system is required, and there is another problem that the apparatus becomes larger. In addition, the finger and the imaging system are separated from each other, and even if the amount of light emitted from the skin surface changes due to the internal structure of the finger, it is scattered on the skin surface. Therefore, there is a problem that a fingerprint image having a good contrast cannot be obtained at the part where the skin is actually directed.

本発明者によってなされた指紋認証装置(特許文献4)は、指内で散乱して皮膚表面から放射される放射光を指に近接させた2次元イメージセンサによって撮像して指紋画像を取得するものであり、装置の小型化と低価格化を実現している。しかし、大型の2次元イメージセンサが必要であり、レンズ等の光学系は廃したものの更なる装置の小型化と低価格化の妨げになっていた。   The fingerprint authentication device (Patent Document 4) made by the present inventor obtains a fingerprint image by imaging a radiation light scattered from a finger and emitted from the skin surface with a two-dimensional image sensor close to the finger. Therefore, downsizing and cost reduction of the device are realized. However, although a large two-dimensional image sensor is required and an optical system such as a lens has been eliminated, it has hindered further downsizing and cost reduction of the apparatus.

また、指からの散乱放射光による指紋像は、皮膚とセンサ保護膜との界面状態に大きく依存することは本発明者の提案にかかる特許文献5によって明らかにされている。一方で指からの散乱放射光を読取る技術は、指内部に光が一旦入射していることから、指内部の構造を反映することは明らかである。従って本発明者による特許文献4による指紋入力装置は、光学結像系を廃しある程度の小型の指紋検出装置を実現すると共に、皮が剥けた非接触の部分においての現象として、特許文献6で指摘されている指の皮膚の内部構造を反映した画像が得られる。しかしながら、指紋とそれに近接して配置された2次元イメージセンサとの間に存在する透明カバーの屈折率を、特許文献5に述べられているように透明カバーに接する指紋の凸部に対応する明部領域と接しない凹部に対応する暗部領域とのコントラストが大きくなるように選定すると、界面の反射と屈折の影響が強くなり皮膚構造を反映する成分が小さくなるため、皮膚が剥けている部分に本来現れる皮膚構造を反映した指紋像のコントラストが得にくくなるという問題点があった。この問題はダイナミックレンジを広くとれない場合に特に顕著である。非接触状態を保てば界面の影響がなくなるが、2次元のイメージセンサにおいて曲率のある指に対して一定の距離で非接触状態を保つことはできず安定した指紋画像を得るのは困難であった。   Moreover, it is made clear by Patent Document 5 according to the proposal of the present inventor that the fingerprint image by the scattered radiation from the finger largely depends on the interface state between the skin and the sensor protective film. On the other hand, it is clear that the technique of reading scattered radiation from a finger reflects the structure inside the finger because the light is once incident inside the finger. Therefore, the fingerprint input device according to Patent Document 4 by the present inventor has been pointed out in Patent Document 6 as a phenomenon in a non-contact portion where the optical imaging system is eliminated and a small-sized fingerprint detection device is peeled off. An image reflecting the internal structure of the finger skin is obtained. However, the refractive index of the transparent cover existing between the fingerprint and the two-dimensional image sensor arranged in the vicinity thereof is set to be a light intensity corresponding to the convex portion of the fingerprint in contact with the transparent cover as described in Patent Document 5. If the contrast with the dark part area corresponding to the concave part not in contact with the part area is selected, the influence of reflection and refraction at the interface becomes strong and the component reflecting the skin structure becomes small. There is a problem that it is difficult to obtain the contrast of the fingerprint image reflecting the skin structure that originally appears. This problem is particularly noticeable when the dynamic range cannot be widened. If the non-contact state is maintained, the influence of the interface is eliminated. However, in a two-dimensional image sensor, it is difficult to obtain a stable fingerprint image because the non-contact state cannot be maintained at a certain distance with respect to a finger with curvature. there were.

また、一方で指に存在する生体特徴の入力装置として指紋以外に第一関節より下の指の付け根側の血管のパターンを認証する技術は、指紋がなんらかの問題で無い、あるいは皮膚炎等で指紋が劣化し画像化しにくい場合に有効な生体認証手段として提供されるが、そのパターンの有効な情報量は一般に多様な指紋より少なく、また栄養状態や血栓や血圧等の障害によって変化する。万人不同、終生不変として警察と司法分野が主体で研究が完成されている指紋に比較してその精度は未確認であり今後の研究課題として残されている。しかしながら、例えば特許文献7で開示されているように指紋の紋様と同時に読取ることができれば指紋情報との補完、あるいは生体であるかどうかの有力な情報源となり偽指の判断方法としても有効である。しかし、非接触の指紋検出装置の提案(特許文献6)と同様に指と結像光学系の間に空間が必要であり、また焦点を合わせる必要性から指の固定枠も必要であり、操作性と装置の小型化の妨げになっていた。また、指先の指紋部分には毛細血管のみしか存在せず、毛細血管は前記方式ではパターンを読取ることはできない。読取りが可能な静脈血管は第一関節より下の指の付け根側であるため、その部分を第一関節より上の指先の指紋部分と同時に縮小光学系で読まなければならないので更に装置が大型化してしまうという問題点もある。   On the other hand, the technology that authenticates the blood vessel pattern on the base side of the finger below the first joint other than the fingerprint as an input device for the biometric features existing on the finger is not a problem with the fingerprint or the fingerprint due to dermatitis, etc. This is provided as an effective biometric authentication means when the image is deteriorated and difficult to be imaged. However, the effective amount of information of the pattern is generally smaller than various fingerprints, and changes depending on a nutrient state, a thrombus, a blood pressure or the like. Compared to fingerprints that have been researched mainly by the police and judiciary fields as a universal and lifelong, the accuracy is unconfirmed and remains as a future research subject. However, for example, as disclosed in Patent Document 7, if it can be read at the same time as a fingerprint pattern, it can be complemented with fingerprint information, or it can be an effective source of information as to whether or not it is a living body, and is also effective as a method for determining a fake finger. . However, like the non-contact fingerprint detection device proposal (Patent Document 6), a space is required between the finger and the imaging optical system, and a finger fixing frame is also required because of the necessity of focusing. And hindered the miniaturization of the device. Further, only the capillary blood vessel exists in the fingerprint portion of the fingertip, and the capillary blood vessel cannot read the pattern by the above method. Since the venous blood vessel that can be read is at the base of the finger below the first joint, it must be read simultaneously with the fingerprint portion of the fingertip above the first joint with a reduction optical system. There is also a problem that it ends up.

『発明の目的』
本発明はこのような事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、指の指紋などの生体特徴を1次元または準1次元のイメージセンサを使用して安定に入力することのできる小型で低廉な生体特徴入力装置を提供することにある。
“Purpose of invention”
The present invention has been proposed in view of such circumstances, and an object of the present invention is a small size capable of stably inputting biological features such as a fingerprint of a finger using a one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor. An inexpensive biometric feature input device is provided.

本発明の別の目的は、指表面の指紋と同時に指の血管像も同時に入力することのできる小型で低廉な生体特徴入力装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a small and inexpensive biometric feature input device capable of simultaneously inputting a blood vessel image of a finger simultaneously with a fingerprint on the finger surface.

本発明の更に別の目的は、指の指紋などの生体特徴を1次元または準1次元のイメージセンサを使用して安定に入力するための指走行ガイドを備えた電子機器を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide an electronic apparatus having a finger travel guide for stably inputting a biometric feature such as a fingerprint of a finger using a one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor. .

本発明の第1の生体特徴入力装置は、1次元または準1次元のイメージセンサと、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドと、前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による画像を前記相対運動中に前記イメージセンサによって撮像して得た1次元または準1次元の部分画像をつなぎ合わせていく画像処理手段とを備えることを特徴とする。   In the first biometric feature input device of the present invention, the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor and the finger and the effective pixel portion of the image sensor are in contact with each other during relative movement of the finger and the image sensor sliding relative to each other. A finger travel guide that keeps a substantially constant distance without illuminating, and an image by radiation emitted from the skin surface of the finger after being scattered inside the finger by the image sensor during the relative motion. And image processing means for stitching together one-dimensional or quasi-one-dimensional partial images obtained by imaging.

本発明の第2の生体特徴入力装置は、1次元または準1次元のイメージセンサと、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドと、前記指の背部に血管像用の光を照射する上部光源と、前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第1画像と前記上部光源から照射された光が指内を通過して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第2画像とを前記相対運動中に前記イメージセンサによって交互に撮像して得た1次元または準1次元の部分画像を第1画像毎および第2画像毎につなぎ合わせ、且つ、再構成した第1画像と第2画像の差分である血管像を抽出する画像処理手段とを備えることを特徴とする。   According to the second biometric feature input device of the present invention, the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor and the finger and the effective pixel portion of the image sensor are in contact with each other during the relative movement in which the finger and the image sensor slide relative to each other. A finger travel guide that keeps a substantially constant distance without illuminating, an upper light source that irradiates light on the back of the finger with blood vessel image light, and scatters inside the finger from the skin surface of the finger During the relative movement, the image sensor detects a first image by the emitted light and a second image by the emitted light emitted from the skin surface of the finger through the light irradiated from the upper light source. The one-dimensional or quasi-one-dimensional partial images obtained by alternately capturing images are connected to each first image and each second image, and a blood vessel image that is the difference between the reconstructed first image and second image is obtained. With image processing means to extract And wherein the Rukoto.

本発明の第3の生体特徴入力装置は、第1または第2の生体特徴入力装置において、前記指走行ガイドは、前記イメージセンサの前記有効画素部の直上に間隙を有することを特徴とする。   According to a third biometric feature input device of the present invention, in the first or second biometric feature input device, the finger travel guide has a gap immediately above the effective pixel portion of the image sensor.

本発明の第4の生体特徴入力装置は、第3の生体特徴入力装置において、前記間隙の高さが10μm以上、200μm以下、前記相対運動方向に平行な幅が前記イメージセンサの副走査方向の有効画素長以上、2.0mm以下であることを特徴とする。   According to a fourth biometric feature input device of the present invention, in the third biometric feature input device, the height of the gap is 10 μm or more and 200 μm or less, and a width parallel to the relative motion direction is in the sub-scanning direction of the image sensor. The effective pixel length is 2.0 mm or less.

本発明の第5の生体特徴入力装置は、第4の生体特徴入力装置において、前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されていることを特徴とする。   A fifth biometric feature input device of the present invention is characterized in that, in the fourth biometric feature input device, a light-transmitting solid is inserted in the gap.

本発明の第6の生体特徴入力装置は、第1または第2の生体特徴入力装置において、前記指走行ガイドの少なくとも前記イメージセンサの前記有効画素部の直上部分が光透過性を有する固体で構成されていることを特徴とする。   According to a sixth biometric feature input device of the present invention, in the first or second biometric feature input device, at least a portion immediately above the effective pixel portion of the image sensor of the finger travel guide is made of a light transmissive solid. It is characterized by being.

本発明の第7の生体特徴入力装置は、第6の生体特徴入力装置において、前記固体の高さが10μm以上、200μm以下であることを特徴とする。   According to a seventh biometric feature input device of the present invention, in the sixth biometric feature input device, the height of the solid is 10 μm or more and 200 μm or less.

本発明の第8の生体特徴入力装置は、第5、第6または第7の生体特徴入力装置において、前記固体の屈折率が、1.1より大きいことを特徴とする。   The eighth biological feature input device of the present invention is the fifth, sixth or seventh biological feature input device, wherein the refractive index of the solid is greater than 1.1.

本発明の第9の生体特徴入力装置は、第5、第6または第7の生体特徴入力装置において、前記固体の屈折率が、1.1より大きく、1.4より小さいことを特徴とする。   According to a ninth biometric feature input device of the present invention, in the fifth, sixth, or seventh biometric feature input device, the refractive index of the solid is larger than 1.1 and smaller than 1.4. .

本発明の第10の生体特徴入力装置は、第5、第6または第7の生体特徴入力装置において、前記固体の屈折率が、2.0より大きいことを特徴とする。   According to a tenth biological feature input device of the present invention, in the fifth, sixth, or seventh biological feature input device, a refractive index of the solid is greater than 2.0.

本発明の第11の生体特徴入力装置は、第5、第6または第7の生体特徴入力装置において、前記固体の屈折率が、2.0より大きく、5.0より小さいことを特徴とする。   An eleventh biometric feature input device according to the present invention is the fifth, sixth or seventh biometric feature input device, wherein the solid has a refractive index larger than 2.0 and smaller than 5.0. .

本発明の第12の生体特徴入力装置は、第1、第2、第3、第5または第6の生体特徴入力装置において、前記イメージセンサによる読取対象部位の近傍より前記指の腹部に光を照射することにより、指内部に散乱光を発生させる下部光源を備えることを特徴とする。   A twelfth biological feature input device according to the present invention is the first, second, third, fifth, or sixth biological feature input device, wherein light is applied to the abdomen of the finger from the vicinity of a portion to be read by the image sensor. A lower light source for generating scattered light inside the finger by irradiation is provided.

本発明の第13の生体特徴入力装置は、第1、第2、第3、第5または第6の生体特徴入力装置において、前記イメージセンサの出力画像信号から指紋ピッチの画像成分を抽出するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を増幅する自動利得制御回路とを備えることを特徴とする。   A thirteenth biological feature input device according to the present invention is a band for extracting an image component of a fingerprint pitch from an output image signal of the image sensor in the first, second, third, fifth, or sixth biological feature input device. A pass filter and an automatic gain control circuit for amplifying the output of the band pass filter are provided.

本発明の第14の生体特徴入力装置は、第1、第2、第3、第5または第6の生体特徴入力装置において、前記画像処理手段は、つなぎ合わせた画像の歪みを指紋部分の周波数解析によって修正する補正手段を含むことを特徴とする。   A fourteenth biometric feature input device according to the present invention is the first, second, third, fifth or sixth biometric feature input device, wherein the image processing means calculates the distortion of the stitched image at the frequency of the fingerprint portion. A correction means for correcting by analysis is included.

本発明の第1の電子機器は、1次元または準1次元のイメージセンサの有効画素部の直上に、高さが10μm以上、200μm以下、短辺の幅が前記イメージセンサの副走査方向の有効画素長以上、2.0mm以下である間隙を有し、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにするための指走行ガイドを備えることを特徴とする。   The first electronic device according to the present invention has a height of 10 μm or more and 200 μm or less immediately above the effective pixel portion of a one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor, and a short side width that is effective in the sub-scanning direction of the image sensor. There is a gap that is not less than the pixel length and not more than 2.0 mm, and the finger and the effective pixel portion of the image sensor do not contact each other during the relative movement in which the finger and the image sensor slide relative to each other. It is characterized by comprising a finger travel guide for keeping it.

本発明の第2の電子機器は、第1の電子機器において、前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されていることを特徴とする。   According to a second electronic device of the present invention, in the first electronic device, a light-transmitting solid is inserted in the gap.

『作用』
本発明にあっては、指と1次元または準1次元のイメージセンサとが互いにスライドする相対運動中、指走行ガイドによって指とイメージセンサの有効画素部との接触が防止されると同時に、両者の距離がほぼ一定に保たれるため、指と有効画素部の距離が遠すぎて画像がぼけたり、距離が変動して画像が歪んだりするのが防止され、指の内部で散乱して指の皮膚表面から放射される放射光を前記相対運動中にイメージセンサによって安定して撮像することができ、ひいては、撮像された1次元または準1次元の部分画像をつなぎ合わせることで生成される指全体の画像の精度を高めることができる。
"Action"
In the present invention, during the relative movement in which the finger and the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor slide relative to each other, the finger travel guide prevents contact between the finger and the effective pixel portion of the image sensor. Since the distance between the finger and the effective pixel portion is too long, the image is not blurred and the distance is fluctuated and the image is distorted. The radiated light emitted from the skin surface can be stably imaged by the image sensor during the relative motion, and thus the finger generated by joining the captured one-dimensional or quasi-one-dimensional partial images. The accuracy of the entire image can be increased.

本発明によれば以下のような効果が奏される。   According to the present invention, the following effects are produced.

第1の効果は、指の指紋などの生体特徴をイメージセンサによって安定して入力することができることである。その理由は、2次元のイメージセンサでは曲率のある指に対して一定の距離で非接触状態を保って安定して指紋画像を得るのは困難であるが、本発明は1次元または準1次元のイメージセンサを使用しており、且つ、指と1次元または準1次元のイメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に指とイメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドを備えているからである。   The first effect is that a biometric feature such as a fingerprint of a finger can be stably input by an image sensor. The reason for this is that although it is difficult to obtain a fingerprint image stably with a two-dimensional image sensor being kept in a non-contact state at a certain distance with respect to a finger with curvature, the present invention is one-dimensional or quasi-one-dimensional. And the finger and the effective pixel portion of the image sensor do not come into contact with each other during the relative movement in which the finger and the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor slide relative to each other. This is because a finger travel guide is provided so as to be maintained.

第2の効果は、指の湿潤や乾燥、皮膚炎等による皮膚の剥け等の悪条件化でも生体特徴を入力できることである。その理由は、1次元ないし準1次元のイメージセンサ上に近接配置された指とイメージセンサとの相対運動によって指とイメージセンサを画像が直接読取れる適切な距離と非接触状態を保ちながら指内部の構造を反映した指の画像を読取ることができるからである。更にこの効果を実際の画像例を使って説明する。図9は、従来の接触を前提とした方式のうち全反射臨界角を利用した方式の画像であり、画像のほぼ中央部にある皮膚の剥けた部分で画像が欠損している。図8は、本発明の実施の形態による同じ指の同じ部位の画像例である。同じ皮剥けの部位においてコントラストが得られている。図13は、更に本発明の別の実施の形態の同じ部位の画像例であり、この画像においても皮剥けの部位に関して明暗は反転しているものの画像が欠損することなく得られている。   The second effect is that biometric features can be input even under adverse conditions such as finger wetting and drying, and skin peeling due to dermatitis. The reason for this is that the finger and the image sensor are kept in contact with each other while maintaining an appropriate distance and a non-contact state so that the image can be directly read by the relative movement between the finger and the image sensor arranged in proximity on the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor. This is because it is possible to read a finger image reflecting the structure. Further, this effect will be described using an actual image example. FIG. 9 is an image of a method using the total reflection critical angle among methods based on the conventional contact, and the image is missing at a part where the skin is peeled off at a substantially central portion of the image. FIG. 8 is an image example of the same part of the same finger according to the embodiment of the present invention. Contrast is obtained at the same skinned area. FIG. 13 is an example of an image of the same part according to another embodiment of the present invention. In this image as well, the image is obtained without being lost although the brightness is reversed with respect to the peeled part.

第3の効果は、小型で低価格な生体特徴を入力できる装置を提供できることにある。その理由は、1次元ないし準1次元のイメージセンサ上に近接配置された指とイメージセンサとの相対運動によって指とイメージセンサを画像が直接読取れる適切な距離と非接触状態を保ちながら読取った指内部の構造を反映した指の画像をつなぎ合わせる方式を採用することによって、イメージセンサ等の部品が小型になり低価格のものが採用できるからである。   A third effect is to provide a device capable of inputting a small and inexpensive biometric feature. The reason is that the finger and the image sensor are read while maintaining a non-contact state and an appropriate distance at which an image can be directly read by the relative movement between the finger and the image sensor arranged in proximity on the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor. This is because by adopting a method of joining finger images reflecting the structure of the inside of the finger, parts such as an image sensor can be reduced in size and can be used at low cost.

第4の効果は、従来の指紋のみによる生体特徴入力装置よりも高精度な生体特徴入力装置を提供できることにある。その理由は、指を動かすことによって指先の指紋だけでなく指の第一関節と第二関節の間の紋様と血管像を入力してより多くの生体特徴を同時に読取ることができるからである。   The fourth effect is that a biometric feature input device with higher accuracy than the conventional biometric feature input device using only a fingerprint can be provided. The reason is that by moving the finger, not only the fingerprint of the fingertip but also the pattern and blood vessel image between the first joint and the second joint of the finger can be input and more biological features can be read simultaneously.

『第1の実施の形態』
次に、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
“First Embodiment”
Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

『構成の説明』
図1を参照すると、本発明の第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置は、1次元または準1次元のイメージセンサ5と、このイメージセンサ5の有効画素部1の直上に間隙2が位置するように取り付けられた指走行ガイド3と、イメージセンサ5のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換部7と、イメージセンサ5の撮像タイミングの制御およびA/D変換部7から出力されるデジタル信号に対する画像処理などを実行するマイクロプロセッサ部8とを備えている。
"Configuration Description"
Referring to FIG. 1, the biometric feature input device according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor 5 and a gap 2 immediately above the effective pixel portion 1 of the image sensor 5. From the finger travel guide 3 attached to be positioned, the A / D converter 7 that converts the analog output signal of the image sensor 5 into a digital signal, the control of the imaging timing of the image sensor 5 and the A / D converter 7 And a microprocessor unit 8 that executes image processing on the output digital signal.

1次元のイメージセンサ5とは1ラインのイメージセンサであり、準1次元のイメージセンサ5とは2ラインから20ライン程度の短冊形のイメージセンサである。その仕様について考察すると、指の生体特徴のうち、指紋を読取ることを可能にするには指紋の隆線間隔が成人の場合0.2mmから0.5mm程度であり、子供や婦人の場合は0.1mm程度まで考慮すれば良いので、センサ(受光素子)のピッチは20〜50μm程度が望ましい。指の幅と丸みを考慮し、横幅15mm程度を接触有効部分とすれば、例えば29.6μm間隔で1ライン512ドットのセンサを12ラインならべて準1次元のイメージセンサとすれば、1度に横15.15mm、縦0.35mmの短冊形の画像が得られる。イメージセンサ5は、CMOSやCCD、TFT技術などによって作成可能であり、この密度と大きさは現状の集積回路技術によって十分生産可能であり、且つビデオカメラ等で実用化されているイメージセンサが10μm以下ということを考え合わせると必要十二分な感度も得られる。   The one-dimensional image sensor 5 is a one-line image sensor, and the quasi-one-dimensional image sensor 5 is a strip-shaped image sensor of about 2 to 20 lines. Considering the specifications, among the biometric features of the finger, the fingerprint ridge spacing is about 0.2 mm to 0.5 mm for adults and 0 for children and women to be able to read fingerprints. Therefore, the pitch of the sensors (light receiving elements) is preferably about 20 to 50 μm. Considering the width and roundness of the finger, if the effective width is about 15 mm in width, for example, if a sensor with 1 line and 512 dots is arranged at 29.6 μm intervals to make a quasi-one-dimensional image sensor at a time, A strip-shaped image having a width of 15.15 mm and a length of 0.35 mm is obtained. The image sensor 5 can be produced by CMOS, CCD, TFT technology, etc. This density and size can be sufficiently produced by the current integrated circuit technology, and an image sensor put to practical use in a video camera or the like is 10 μm. Considering the following, sufficient sensitivity can be obtained.

指走行ガイド3は、指4とイメージセンサ5とが互いにスライドする指紋採取時の相対運動中に指4とイメージセンサ5の有効画素部1とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるように指4とイメージセンサ5との間に設けられている。本実施の形態の場合、指走行ガイド3は、不透明な材質で構成され、生体特徴入力装置専用の図示しない筐体に取り付けられるか、携帯電話機やパーソナルコンピュータ等の電子機器の筐体に取り付けられるか、そのような電子機器の筐体の一部を構成する。また、本実施の形態の指走行ガイド3に設けられた間隙2の形状は、真上から見て矩形状をなしており、その長辺サイズは、イメージセンサ5の有効画素部1に光が十分入射するように少なくとも有効画素部1の長辺(主走査方向)以上のサイズがあり、その短辺サイズは、同じく有効画素部1に光が十分入射するように少なくとも有効画素部1の短辺(副走査方向)以上のサイズで、且つ、大きすぎると指紋採取時に指4の皮膚が有効画素部1に直接接触してしまうため、2.0mm以下、好ましくは1.0mm以下の短辺サイズになっている。また間隙2の高さ(深さ)方向のサイズは、小さすぎると指紋採取時に指4の皮膚が有効画素部1に直接接触してしまい、大きすぎると、指4の皮膚と有効画素部1との距離が離れすぎて画像のぼけがひどくなるため、10μm〜200μm、好ましくは20μ〜80μmのサイズになっている。   The finger travel guide 3 is maintained at a substantially constant distance without contact between the finger 4 and the effective pixel portion 1 of the image sensor 5 during the relative movement during fingerprint collection in which the finger 4 and the image sensor 5 slide with each other. Thus, it is provided between the finger 4 and the image sensor 5. In the case of the present embodiment, the finger travel guide 3 is made of an opaque material and is attached to a housing (not shown) dedicated to the biometric feature input device or attached to a housing of an electronic device such as a mobile phone or a personal computer. Alternatively, it constitutes a part of the casing of such an electronic device. The shape of the gap 2 provided in the finger travel guide 3 of the present embodiment is rectangular when viewed from directly above, and the long side size is such that light is applied to the effective pixel portion 1 of the image sensor 5. There is at least a size larger than the long side (main scanning direction) of the effective pixel unit 1 so as to be sufficiently incident, and the short side size is at least as short as the effective pixel unit 1 so that light is sufficiently incident on the effective pixel unit 1. If the size is larger than the side (sub-scanning direction) and is too large, the skin of the finger 4 will be in direct contact with the effective pixel portion 1 during fingerprint collection, so that the short side is 2.0 mm or less, preferably 1.0 mm or less. It is a size. Further, if the size of the gap 2 in the height (depth) direction is too small, the skin of the finger 4 directly contacts the effective pixel unit 1 during fingerprint collection, and if too large, the skin of the finger 4 and the effective pixel unit 1 Since the image is too far away and the blur of the image becomes severe, the size is 10 μm to 200 μm, preferably 20 μm to 80 μm.

A/D変換部7は、イメージセンサ5のアナログ出力信号をデジタル信号に変換してマイクロプロセッサ部8へ出力し、マイクロプロセッサ部8は、A/D変換部7のデジタル信号を入力して適切な画像処理を実行する。   The A / D conversion unit 7 converts the analog output signal of the image sensor 5 into a digital signal and outputs the digital signal to the microprocessor unit 8, and the microprocessor unit 8 inputs the digital signal of the A / D conversion unit 7 appropriately. Image processing is executed.

『動作の説明』
本実施の形態の生体特徴入力装置を使用して、指4の指紋を読み取る場合、指4の第一関節あたりを指走行ガイド3の間隙2付近にあてがい、指4の腹部で間隙2をなぞるように図1(b)の矢印6方向に指4を引いていく。指4の皮膚には弾力性があるため、図2に示すように指4を矢印601の方向に押し付けるとイメージセンサ5の有効画素部1に指4が接触してしまうような高さと幅の間隙2であっても、上記のように指4の腹部で間隙2を軽くなぞるようにすると、図3に示すように引く方向602と反対方向の力603が指4の皮膚表面に加わり、有効画素部1に指4が接触することはなく、指4の移動中、指4の皮膚と有効画素部1との距離が常に一定に保たれる。
"Description of operation"
When reading the fingerprint of the finger 4 using the biometric feature input device of the present embodiment, the first joint of the finger 4 is placed near the gap 2 of the finger travel guide 3 and the gap 2 is traced by the abdomen of the finger 4. In this manner, the finger 4 is pulled in the direction of the arrow 6 in FIG. Since the skin of the finger 4 is elastic, when the finger 4 is pressed in the direction of the arrow 601 as shown in FIG. 2, the height and width are such that the finger 4 comes into contact with the effective pixel portion 1 of the image sensor 5. Even if it is the gap 2, if the gap 2 is traced lightly on the abdomen of the finger 4 as described above, a force 603 opposite to the pulling direction 602 is applied to the skin surface of the finger 4 as shown in FIG. The finger 4 does not come into contact with the pixel unit 1, and the distance between the skin of the finger 4 and the effective pixel unit 1 is always kept constant while the finger 4 is moving.

この指4の移動中、指4の内部で散乱して指4の皮膚表面から放射される放射光による画像がイメージセンサ5によって撮像される。ここで、指4内で散乱し、指4の皮膚表面から放射される光は、図4に示す指の内部構造にしたがって陰影を形成する。表皮1004の指内部側の組織には真皮1005があり、指紋の凸部である隆線1002の下には乳頭腺組織1003がある。乳頭腺を含む真皮1005は、表皮部1004より水分と油分を多く含み屈折率に差が生じる。従って指紋隆線部に突出しているこの乳頭腺によって隆線1002は指紋の凹部である谷部1001より放射される光が減少すると考えられる。このため、イメージセンサ5の有効画素部1に配列されているセンサ(受光素子)のうち、撮像のタイミングにおいて隆線1002に近接するセンサは、谷部1001に近接するセンサに比べて入射する放射光が少なくなり、谷部1001が明部領域、隆線1002が暗部領域となる部分画像が得られる。   During the movement of the finger 4, an image by the radiated light scattered from the finger 4 and radiated from the skin surface of the finger 4 is captured by the image sensor 5. Here, the light scattered in the finger 4 and emitted from the skin surface of the finger 4 forms a shadow according to the internal structure of the finger shown in FIG. The tissue inside the finger of the epidermis 1004 has a dermis 1005, and a papillary gland tissue 1003 exists under a ridge 1002 that is a convex portion of a fingerprint. The dermis 1005 including the papillary gland contains more water and oil than the epidermis 1004 and has a difference in refractive index. Therefore, it is considered that the light emitted from the valley 1001 which is the concave portion of the fingerprint is reduced by the papillary gland protruding from the fingerprint ridge. For this reason, among the sensors (light receiving elements) arranged in the effective pixel portion 1 of the image sensor 5, the sensor close to the ridge 1002 at the timing of imaging is incident as compared to the sensor close to the valley 1001. Light is reduced, and a partial image is obtained in which the valley 1001 is a bright area and the ridge 1002 is a dark area.

こうして適当なタイミング毎に得られた1次元または準1次元の部分画像にかかるアナログ信号は、A/D変換部7によりデジタル信号に変換されてマイクロプロセッサ部8に入力される。マイクロプロセッサ部8は、順次入力される部分画像どうしをつなぎ合わせていくことにより、指4全体の皮膚の紋様画像を再構成する。このマイクロプロセッサ部8で実施される部分画像のつなぎあわせ処理は、基本的に図24で説明した方法と同様に、部分画像どうしの類似性を判断して実施する。その処理の一例を図5に示す。   The analog signal relating to the one-dimensional or quasi-one-dimensional partial image obtained at appropriate timings in this way is converted into a digital signal by the A / D conversion unit 7 and input to the microprocessor unit 8. The microprocessor unit 8 reconstructs a skin pattern image of the entire finger 4 by connecting sequentially input partial images. The partial image joining process performed by the microprocessor unit 8 is performed by determining the similarity between the partial images, basically in the same manner as the method described with reference to FIG. An example of the processing is shown in FIG.

まず、イメージセンサ5の1フレーム分の部分画像を読み取り、図示しない第1メモリに書き込む(ステップS101)。ここで、1フレーム分の部分画像とは、イメージセンサ5が数ラインから構成される準1次元イメージセンサの場合は全ラインで得られた画像を意味し、イメージセンサ5が1ラインから構成される1次元イメージセンサの場合はその1ラインで得られた画像を意味する。次に、再びイメージセンサ5の1フレーム分の部分画像を読み取り、第1メモリに記憶された画像の最上位ライン側とライン単位で比較する(ステップS102)。今回読み取ったラインの中で第1メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインと差のあるラインがある場合、差のあるライン以降のラインを第1メモリの最上位ライン側に追加する。例えば、イメージセンサ5が12ラインから構成されており、今回読み取った12ラインのうち、最後の3ラインが第1メモリに記憶された最上位ライン側の3ラインと同じであり、最後から4番目のラインから先頭ラインまでが異なる場合、先頭ラインから9番目のラインまでを第1メモリの最上位ライン側に追加する。以上のステップS102〜S104の処理を指1本分の画像データが取得されるまで繰り返し行う(ステップS105)。   First, a partial image for one frame of the image sensor 5 is read and written in a first memory (not shown) (step S101). Here, the partial image for one frame means an image obtained on all lines in the case of the quasi-one-dimensional image sensor in which the image sensor 5 is composed of several lines, and the image sensor 5 is composed of one line. In the case of a one-dimensional image sensor, it means an image obtained by that one line. Next, the partial image for one frame of the image sensor 5 is read again, and compared with the highest line side of the image stored in the first memory in line units (step S102). If there is a line that is different from the line on the most significant line side of the image stored in the first memory among the lines read this time, the line after the line having the difference is added to the most significant line side of the first memory. . For example, the image sensor 5 is composed of 12 lines, and among the 12 lines read this time, the last 3 lines are the same as the 3 lines on the most significant line side stored in the first memory, and the 4th from the end. If the first line differs from the first line, the ninth line to the ninth line are added to the top line side of the first memory. The processes in steps S102 to S104 are repeated until image data for one finger is acquired (step S105).

次に本実施の形態の効果を説明する。   Next, the effect of this embodiment will be described.

本実施の形態によれば、1次元または準1次元のイメージセンサ5を使用し且つ余計な光学部品を使用することなく、指4の内部構造を直接反映した皮膚の紋様画像を、指4の湿潤や乾燥などの影響を受けずに安定して読み取ることができ、また装置を単純かつ小型化することができる。その理由は、イメージセンサ5として小型で廉価な1次元または準1次元イメージセンサを使用すると共に、指4とイメージセンサ5とが互いにスライドする相対運動中に指4とイメージセンサ5の有効画素部1とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにするための指走行ガイド3を備え、指4の内部で散乱して指4の皮膚表面から放射される放射光による画像を前記相対運動中にイメージセンサ5によって直接撮像し、得られた1次元または準1次元の部分画像をマイクロプロセッサ部8の画像処理によりつなぎ合わせていって指の紋様画像を再構成するからである。   According to the present embodiment, a skin pattern image that directly reflects the internal structure of the finger 4 is obtained by using the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor 5 and without using extra optical components. Reading can be performed stably without being affected by wetness or dryness, and the apparatus can be simply and miniaturized. The reason is that a small and inexpensive one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor is used as the image sensor 5, and the effective pixel portion of the finger 4 and the image sensor 5 during the relative movement of the finger 4 and the image sensor 5 sliding relative to each other. 1 is provided with a finger travel guide 3 for maintaining a substantially constant distance without contact with 1, and an image by radiated light emitted from the skin surface of the finger 4 by being scattered inside the finger 4. This is because the image sensor 5 directly captures images during relative motion, and the obtained one-dimensional or quasi-one-dimensional partial images are connected by image processing of the microprocessor unit 8 to reconstruct a finger pattern image.

また、特許文献6のような縮小光学系を使用すると、皮膚の表面で拡散してレンズや光路によって拡散すると思われる現象によって良好なコントラストが得られなかった皮剥け部分でも、本実施の形態によれば、指内部の構造を反映した良好なコントラストの紋様が得られる。これは、本実施の形態においては、指4に近接した距離でイメージセンサ5に光を指から直接入射するため、皮膚の表面で拡散して混じり合う成分が少なくなるためと思われる。   In addition, when a reduction optical system such as Patent Document 6 is used, even in a skinned portion where good contrast is not obtained due to a phenomenon that is diffused on the surface of the skin and is diffused by a lens or an optical path, this embodiment is applied. According to this, a pattern with good contrast reflecting the structure inside the finger can be obtained. This is considered to be because, in the present embodiment, light is directly incident on the image sensor 5 from the finger at a distance close to the finger 4, so that there are fewer components that diffuse and mix on the surface of the skin.

『第2の実施の形態』
図6を参照すると、本発明の第2の実施の形態にかかる生体特徴入力装置は、指走行ガイド3上に複数の光源151が配設されている点で図1に示した第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置と相違し、それ以外は第1の実施の形態と同じである。
“Second Embodiment”
Referring to FIG. 6, the biometric feature input device according to the second exemplary embodiment of the present invention is the first embodiment shown in FIG. 1 in that a plurality of light sources 151 are arranged on the finger travel guide 3. This is different from the biometric feature input device according to the first embodiment, and the rest is the same as the first embodiment.

光源151は、指走行ガイド3の間隙2の近傍にその長辺に沿って一列に配列されており、指紋採取時に指走行ガイド3上を矢印6に示す方向に移動する指4をその背部側(指走行ガイド3側)から照明し、指内部に散乱光を発生させる。光源151を間隙2を中心にして指4を引く側に配列してあるのは、指先が間隙2付近に達した状態でも十分に指先内部に散乱光を発生できるようにするためである。   The light source 151 is arranged in a line along the long side in the vicinity of the gap 2 of the finger travel guide 3, and moves the finger 4 moving on the finger travel guide 3 in the direction indicated by the arrow 6 during fingerprint collection on the back side. Illuminate from (finger travel guide 3 side) to generate scattered light inside the finger. The reason why the light source 151 is arranged on the side where the finger 4 is pulled with the gap 2 as the center is to allow the scattered light to be sufficiently generated inside the fingertip even when the fingertip reaches the vicinity of the gap 2.

指内部で散乱し皮膚表面から放射する光は、周囲光のみでも皮膚紋様のパターンが読取れるが、更に光源151を指の引く方向に1次元ないし準1次元イメージセンサ5に平行に近接して配置すれば、その光源151からの光は指内部で散乱して光源方向の光成分が強く射出する。この様子を図7を参照して説明する。   The light scattered inside the finger and emitted from the skin surface can read a skin-pattern pattern only with ambient light, but in addition, the light source 151 is placed close to the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor 5 in the direction in which the finger is pulled. If it arrange | positions, the light from the light source 151 will be scattered inside a finger | toe, and the light component of a light source direction will inject | emitted strongly. This will be described with reference to FIG.

図7を参照すると、光源方向に強度が偏った散乱光のうち、矢印1011で示す隆線1002付近を通過するものは、表皮1004を通過する距離が長くなって暗くなると考えられる。反対に矢印1102で示す指紋谷部1001付近を通過する光は、表皮1004を通過する距離が短くなって明るくなると考えられる。従って距離の差によってコントラストが増加する。実際の詳細なメカニズムは不詳だが、実験の結果を画像例として図8に示す。また参考として、同じ指の同じ部位を従来の接触を前提として方式のうち全反射臨界角を利用した方式で読み取った画像を図9に示す。   Referring to FIG. 7, among scattered light whose intensity is biased in the direction of the light source, the light passing through the vicinity of the ridge 1002 indicated by the arrow 1011 is considered to be darker as the distance passing through the epidermis 1004 becomes longer. On the other hand, light passing through the vicinity of the fingerprint valley 1001 indicated by the arrow 1102 is considered to be brighter as the distance passing through the epidermis 1004 is shortened. Therefore, the contrast increases due to the difference in distance. Although the actual detailed mechanism is unknown, the result of the experiment is shown in FIG. 8 as an image example. For reference, FIG. 9 shows an image obtained by reading the same part of the same finger by a method using the total reflection critical angle among methods based on the conventional contact.

図8において手前側(図の下側)が光源であり指を引く側である。より距離のある指紋隆線部が暗くなり、谷部の手前側は明るくなる。特に指紋隆線部の光源側がより暗くなっており、コントラストが上昇している。この部分は、乳頭腺組織1003による指の皮膚内部の散乱光の減衰効果と重なり合っていると考えられる。また図9の画像中央部あたりに紋様が欠落している箇所があるが、これは皮膚の剥けた部分に対応している。同じ部位は図8では紋様が現れており、従来欠損していた皮剥け部分の画像も高いコントラストで得られている。   In FIG. 8, the near side (the lower side in the figure) is the light source and the side where the finger is pulled. The farther fingerprint ridges are darker and the front side of the valleys is brighter. In particular, the light source side of the fingerprint ridge is darker and the contrast is increased. This portion is thought to overlap with the attenuation effect of scattered light inside the skin of the finger by the papillary gland tissue 1003. Further, there is a portion where the pattern is missing around the center of the image in FIG. 9, and this corresponds to the part where the skin is peeled off. In the same part, a pattern appears in FIG. 8, and an image of a skinned portion that has been conventionally lost is also obtained with high contrast.

なお、本実施の形態では、間隙2を中心にして指4を引く側に光源151を配設したが、間隙2を中心とした反対側に光源151を配設しても良く、また間隙2の両側の近傍に光源151を配列しても良い。   In this embodiment, the light source 151 is disposed on the side where the finger 4 is pulled with the gap 2 as the center. However, the light source 151 may be disposed on the opposite side with the gap 2 as the center. The light sources 151 may be arranged in the vicinity of both sides.

『第3の実施の形態』
図10を参照すると、本発明の第3の実施の形態にかかる生体特徴入力装置は、指走行ガイド3の間隙2に光透過性を有する固体で作られた保護カバー801が挿入されている点で図1に示した第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置と相違し、それ以外は第1の実施の形態と同じである。
“Third embodiment”
Referring to FIG. 10, in the biometric feature input device according to the third exemplary embodiment of the present invention, a protective cover 801 made of a light transmissive solid is inserted in the gap 2 of the finger travel guide 3. 1 is the same as the first embodiment except for the biometric feature input apparatus according to the first embodiment shown in FIG.

保護カバー801の下面はイメージセンサ5の有効画素部1にほぼ接しており、その上面は指走行ガイド3の上面とほぼ同一面になっている。したがって、指4の指紋を読み取るために指4の第一関節あたりを指走行ガイド3の間隙2に埋め込まれた保護カバー801付近にあてがい、指4の腹部で保護カバー801をなぞるように指4を引いていった場合、指4の皮膚の一部は常に保護カバーに接する。このため、指内で散乱し、指の皮膚表面から放射した光のうち、保護カバーに接触する指紋隆線部などから放射した光は、図11(a)の符号1111に示すように直接に保護カバー801に入射して保護カバー801内を伝播しイメージセンサ5の有効画素部1に到達する。また、保護カバー801に接触しない指紋谷部などから放射した光は、符号1112に示すように一旦空気層に入射して空気層を伝播した後に保護カバー801に入射し、その後は指紋隆線部から放射した光と同じく保護カバー801内を伝播してイメージセンサ5の有効画素部1に到達する。   The lower surface of the protective cover 801 is substantially in contact with the effective pixel portion 1 of the image sensor 5, and the upper surface thereof is substantially flush with the upper surface of the finger travel guide 3. Therefore, in order to read the fingerprint of the finger 4, the first joint of the finger 4 is placed near the protective cover 801 embedded in the gap 2 of the finger travel guide 3, and the finger 4 is traced by the abdomen of the finger 4. When pulling, a part of the skin of the finger 4 always touches the protective cover. For this reason, light scattered from within the finger and radiated from the surface of the finger skin is emitted directly from the fingerprint ridge or the like in contact with the protective cover as shown by reference numeral 1111 in FIG. The light enters the protective cover 801, propagates through the protective cover 801, and reaches the effective pixel portion 1 of the image sensor 5. In addition, light emitted from a fingerprint valley or the like not in contact with the protective cover 801 is incident on the protective cover 801 after entering the air layer and propagating through the air layer as indicated by reference numeral 1112, and thereafter the fingerprint ridge portion. The light propagates through the protective cover 801 in the same manner as the light emitted from the image sensor 5 and reaches the effective pixel portion 1 of the image sensor 5.

これに対して保護カバー801がない第1の実施の形態の場合、指内で散乱し、指の皮膚表面から放射した光は、指紋隆線部および指紋谷部にかかわらず、図11(b)の符号1111および1112に示すように、一旦空気層に入射して空気層を伝播した後に有効画素部1に到達する。   On the other hand, in the case of the first embodiment in which the protective cover 801 is not provided, the light scattered from the finger and emitted from the skin surface of the finger is shown in FIG. As indicated by reference numerals 1111 and 1112), the light reaches the effective pixel unit 1 after being incident on the air layer and propagating through the air layer.

図11(b)に示される保護カバー801がない第1の実施の形態の場合、前述したように、隆線部は暗部領域として、谷部は明部領域としてイメージセンサ5で検出される。これに対して、図11(a)に示される保護カバー801が介在する場合、保護カバー801の屈折率が空気と同じ値「1」に近ければ、保護カバー801が存在しない図11(b)と等価になるので、隆線部が暗部領域、谷部が明部領域としてイメージセンサ5で検出されるが、保護カバー801の屈折率の値が大きくなれば、隆線部が明部領域、谷部が暗部領域としてイメージセンサ5で検出されるようになる。これは、保護カバー801の屈折率が大きくなると、指4と保護カバー801との間の屈折率差よりも、指4と空気との間の屈折率差および空気と保護カバー801との間の屈折率差の方が大きくなることと、図11(a)の隆線部から放射する光1111が有効画素部1に到達するまでには屈折率差の少ない1つの界面(指と保護カバーとの界面)を通過するのに対し、谷部から放射する光1112は屈折率差の大きな2つの界面(指と空気との界面、空気と保護カバーとの界面)を通過することにより、皮膚表面から放射した時点では隆線部よりも谷部の放射光の方が強度が強かったものが、有効画素部1に到達した時点では、谷部よりも隆線部から届く光の方が強度が相対的に強くなったためと推測される。事実、指からの散乱放射光をガラスなどでできた透明保護カバーを介して指に近接させた2次元イメージセンサによって撮像する特許文献4の指紋入力装置では、指紋の谷部が暗部領域、隆線部が明部領域となる指紋画像が得られる。   In the case of the first embodiment without the protective cover 801 shown in FIG. 11B, as described above, the ridge portion is detected by the image sensor 5 as a dark portion region and the valley portion is detected as a bright portion region. On the other hand, when the protective cover 801 shown in FIG. 11A is interposed, if the refractive index of the protective cover 801 is close to the same value “1” as air, the protective cover 801 does not exist. Therefore, if the value of the refractive index of the protective cover 801 increases, the ridge portion becomes the bright portion region, and the ridge portion is detected as the dark portion region and the valley portion as the bright portion region. The valley is detected by the image sensor 5 as a dark area. This is because when the refractive index of the protective cover 801 increases, the refractive index difference between the finger 4 and the air and between the air and the protective cover 801 are larger than the refractive index difference between the finger 4 and the protective cover 801. One interface (finger and protective cover) with a small difference in refractive index until the light 1111 radiated from the ridge portion in FIG. 11A reaches the effective pixel portion 1 is increased. The light 1112 radiated from the valley portion passes through two interfaces having a large refractive index difference (interface between the finger and air and the interface between air and the protective cover). The intensity of the radiated light in the valley is stronger than that of the ridge, but the intensity of the light arriving from the ridge is higher than that of the valley. Presumably because it became relatively strong. In fact, in the fingerprint input device disclosed in Patent Document 4 in which scattered radiation from a finger is imaged by a two-dimensional image sensor placed close to the finger through a transparent protective cover made of glass or the like, the valley of the fingerprint is a dark region, a ridge. A fingerprint image in which the line part is a bright part region is obtained.

このため、保護カバー801の屈折率が或る値のとき、隆線部と谷部とのコントラストが0になる。本明細書において、そのような屈折率の値を特異点と呼び、保護カバー801は、特異点近傍の値以外の値の屈折率を持つ光透過性の固体で構成されている。以下、保護カバー801の屈折率について考察する。   For this reason, when the refractive index of the protective cover 801 is a certain value, the contrast between the ridge and the valley becomes zero. In this specification, such a refractive index value is referred to as a singular point, and the protective cover 801 is made of a light-transmitting solid having a refractive index other than a value near the singular point. Hereinafter, the refractive index of the protective cover 801 will be considered.

本発明者の提案にかかる特許文献5では、2次元イメージセンサと指との間に介在する透明固体膜の屈折率とコントラストとの関係が解析されており、それによれば図12に示すような関係が導出されている。図12において、縦軸は、指紋隆線直下の透明固体膜に入射した光のパワーをP3L、指紋谷部直下の透明固体膜に入射した光のパワーをP3Dとしたときに、(P3L−P3D)/P3Lで計算されるコントラスト、横軸は、透明固体膜の屈折率である。また、+印の点を結ぶ線は指の屈折率を1.4、×印の点を結ぶ線は指の屈折率を1.5とそれぞれ仮定した場合のものである。ただし、図12のグラフは指の皮膚と空気と透明固体膜の界面との屈折率の差による効果のみを計算で求めたものであり、指の皮膚内構造による効果とは異なる。 In Patent Document 5 according to the proposal of the present inventor, the relationship between the refractive index and the contrast of the transparent solid film interposed between the two-dimensional image sensor and the finger is analyzed, and as shown in FIG. A relationship has been derived. In FIG. 12, the vertical axis indicates the power of light incident on the transparent solid film immediately below the fingerprint ridge as P 3L , and the power of light incident on the transparent solid film directly below the fingerprint valley as P 3D. 3L− P 3D ) / P 3L calculated by contrast and the horizontal axis represents the refractive index of the transparent solid film. Further, the line connecting the points with + marks assumes that the refractive index of the finger is 1.4, and the line connecting the points with × marks is that with the finger having a refractive index of 1.5. However, in the graph of FIG. 12, only the effect due to the difference in refractive index between the finger skin, air, and the interface of the transparent solid film is obtained by calculation, and is different from the effect due to the finger skin structure.

図12を参照すると、透明固体膜の屈折率が空気と同じ1.0のときにコントラストが0%になっている。これは、図12のグラフは、皮膚内部から隆線部に向かう光のパワーと谷部に向かう光のパワーを同じと仮定しているためである。本来は、屈折率が1.0のときに第1の実施の形態と同じコントラストが得られる。図12ではそのコントラスト値はマイナスとなる。第1の実施の形態で得られるコントラストをC%とすると、図12のグラフでコントラストがC%となる屈折率の値が特異点となる。一般的には、C=10程度なので、特異点=1.1になり、屈折率が1.1の保護カバー801では谷部と隆線部のコントラストが0になる。従って、保護カバー801の屈折率は、1.0以上かつ1.1未満か、あるいは1.1より大きい必要がある。1.1未満の屈折率を持つ光透過性の固体は殆どないので、実質的には1.1より大きい屈折率を持つ光透過性の固体で保護カバー801を構成すればよい。   Referring to FIG. 12, the contrast is 0% when the refractive index of the transparent solid film is 1.0, which is the same as that of air. This is because the graph of FIG. 12 assumes that the power of light traveling from the inside of the skin toward the ridge and the power of light traveling toward the valley are the same. Originally, the same contrast as in the first embodiment can be obtained when the refractive index is 1.0. In FIG. 12, the contrast value is negative. If the contrast obtained in the first embodiment is C%, the refractive index value at which the contrast is C% in the graph of FIG. In general, since C = about 10, the singular point = 1.1, and the contrast between the valley and the ridge is 0 in the protective cover 801 having a refractive index of 1.1. Therefore, the refractive index of the protective cover 801 needs to be 1.0 or more and less than 1.1 or greater than 1.1. Since there is almost no light-transmitting solid having a refractive index of less than 1.1, the protective cover 801 may be made of a light-transmitting solid having a refractive index substantially higher than 1.1.

他方、図12を参照すると、透明固体膜の屈折率が1.4〜2.0の範囲でコントラストが特に高くなっている。皮膚の剥けた部分全体が透明固体膜に接しない場合、その部分全体が同じコントラストになるのではなく、前述したように指内部の構造を反映した紋様が現れる。このため、その紋様のコントラストに比べて、透明固体膜に接する隆線と接しない谷部とのコントラストが異常に高いと、センサのダイナミックレンジが広くない場合、皮膚の剥けた部分の紋様の検知が困難になる。従って、保護カバー801には、図12においてコントラストが特に高くなっている1.4〜2.0の範囲の屈折率は適さない。   On the other hand, referring to FIG. 12, the contrast is particularly high when the refractive index of the transparent solid film is in the range of 1.4 to 2.0. When the whole peeled part does not contact the transparent solid film, the whole part does not have the same contrast, but a pattern reflecting the structure inside the finger appears as described above. For this reason, if the contrast between the ridges that contact the transparent solid film and the valleys that do not contact it is abnormally high compared to the contrast of the pattern, if the dynamic range of the sensor is not wide, the pattern is detected on the skin. Becomes difficult. Therefore, the refractive index in the range of 1.4 to 2.0 where the contrast is particularly high in FIG.

更に本発明者の提案にかかる特許文献5で解析されているように、透明固体膜の屈折率が大きくなると、コントラストが出ても明度が下がり、外乱光によるノイズおよび回路で発生するノイズをノイズ成分としてS/N比が下がり、指紋隆線部と指紋谷部の識別が不正確となる確率が高くなる。このため、屈折率の上限値は5.0程度が望ましい。   Further, as analyzed in Patent Document 5 relating to the proposal of the present inventor, when the refractive index of the transparent solid film increases, the brightness decreases even when the contrast appears, and noise caused by disturbance light and noise generated in the circuit are reduced. The S / N ratio decreases as a component, and the probability that the fingerprint ridge portion and the fingerprint valley portion are not accurately identified increases. For this reason, the upper limit of the refractive index is desirably about 5.0.

以上の考察の結果、保護カバー801の屈折率は、1.1より大きく1.4より小さいか、または2.0より大きく、5.0より小さいことが望ましい。   As a result of the above consideration, the refractive index of the protective cover 801 is preferably greater than 1.1 and less than 1.4, or greater than 2.0 and less than 5.0.

屈折率1.4未満の物質で保護カバー801に適する固体としては、たとえばBeF3(フッ化ベリリュウム)を主成分とするガラスがある。   As a solid suitable for the protective cover 801 with a material having a refractive index of less than 1.4, for example, there is glass mainly composed of BeF3 (beryllium fluoride).

屈折率2.0より大きい物質で保護カバー801に適する固体としては、たとえばBaO(酸化バリウム)やPbO(酸化鉛)を多量に含むガラス、ヘマタイト(赤鉄鋼)、ルチル(金赤石)、ゲルマニュウム、ダイアモンドあるいはシリコンなどがある。この中でシリコンは、半導体材料として入手が容易であり、かつ加工も容易で比較的安価である。シリコンウェハを厚さ200μm以下に加工し保護カバーとすれば、光の低波長域、特に波長800〜1000nmの近赤外光において透過性が高く、十分なセンサ光出力が得られる。またシリコンは有害物質を含むガラスに比較して、環境を配慮した材料でもある。またシリコンウェハより作り出したCMOS、CCD等のイメージセンサの下部を薄く研磨して感光層までの厚さを200μm以下として上下をひっくり返して配置し、もともとのシリコンウェハの基部であった下部を皮膚に接触させれば、特別にカバーを施すことなく同等の構造が得られる。   As a solid suitable for the protective cover 801 with a refractive index higher than 2.0, for example, glass containing a large amount of BaO (barium oxide) or PbO (lead oxide), hematite (red iron steel), rutile (goldenite), germanium, There are diamond or silicon. Among these, silicon is easily available as a semiconductor material, is easy to process, and is relatively inexpensive. If a silicon wafer is processed to a thickness of 200 μm or less to form a protective cover, the light has a high transmittance in a low wavelength region, particularly near infrared light having a wavelength of 800 to 1000 nm, and a sufficient sensor light output can be obtained. Silicon is also an environmentally friendly material compared to glass containing harmful substances. In addition, the lower part of the image sensor such as a CMOS or CCD made from a silicon wafer is thinly polished so that the thickness up to the photosensitive layer is 200 μm or less and is turned upside down. If they are brought into contact with each other, an equivalent structure can be obtained without any special cover.

保護カバー801を備えた本実施の形態の生体特徴入力装置により読み取った指4の指紋画像を図13に示す。画像左上の丸い皮剥け部分においても隆線部のコントラストが得られていることがわかる。ただし、明部と暗部は、他の場所と反転している。このように保護カバー801を設けると、前述したように保護カバー801の屈折率によっては接触部分の条件により指紋隆線部は明るく、谷間部は暗くなり、非接触の部分と明暗が逆転する。この問題に対しては画像処理と指紋認証の方式によって解決できる。すなわちエッジ強調によって隆線の連続性のみを抽出してつなげていけば良い。また、認証方式として指紋の分岐点や端点といった特徴点の位置関係で認証する方式を採用すれば、明暗の逆転は認証に影響を与えない。   FIG. 13 shows a fingerprint image of the finger 4 read by the biometric feature input device of this embodiment provided with the protective cover 801. It can be seen that the contrast of the ridge is also obtained in the round skinned portion at the upper left of the image. However, the bright part and the dark part are inverted from other places. When the protective cover 801 is provided as described above, depending on the refractive index of the protective cover 801, the fingerprint ridge portion becomes bright and the valley portion becomes dark depending on the condition of the contact portion, and the brightness and darkness are reversed from the non-contact portion. This problem can be solved by image processing and fingerprint authentication. That is, it is only necessary to extract and connect only the continuity of ridges by edge enhancement. In addition, if an authentication method is used in which authentication is performed based on the positional relationship between feature points such as fingerprint branch points and end points, inversion of light and dark will not affect authentication.

このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が得られるのに加えて、指走行ガイド3の間隙2にゴミがたまって画質が劣化するという心配がなくなるという効果がある。   As described above, according to the present embodiment, in addition to obtaining the same effects as those of the first embodiment, there is no concern that dust accumulates in the gap 2 of the finger travel guide 3 and the image quality deteriorates. effective.

『第4の実施の形態』
図14を参照すると、本発明の第4の実施の形態にかかる生体特徴入力装置は、イメージセンサ5とA/D変換部7との間にバンドパスフィルタ1801および自動利得制御回路1802が接続されている点で、図10に示した第3の実施の形態にかかる生体特徴入力装置と相違し、それ以外は第3の実施の形態と同じである。
“Fourth embodiment”
Referring to FIG. 14, in the biometric feature input device according to the fourth exemplary embodiment of the present invention, a band-pass filter 1801 and an automatic gain control circuit 1802 are connected between the image sensor 5 and the A / D converter 7. In this respect, the biometric feature input apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 10 is different from the biometric feature input apparatus according to the third embodiment, and is otherwise the same as the third embodiment.

バンドパスフィルタ1801は、イメージセンサ5から出力される画像信号から指紋ピッチの画像成分のみを抽出する。バンドバスフィルター1801の最適周波数特性は指紋の隆線ピッチ0.2mmから0.5mmを考慮しかつセンサの密度と走査周波数から決定される。このバンドパスフィルタ1801で抽出された画像成分は、後段の自動利得制御回路1802によって増幅されて、A/D変換部7に出力される。   The band pass filter 1801 extracts only the image component of the fingerprint pitch from the image signal output from the image sensor 5. The optimum frequency characteristic of the band-pass filter 1801 is determined from the sensor density and the scanning frequency in consideration of the fingerprint ridge pitch of 0.2 mm to 0.5 mm. The image component extracted by the band pass filter 1801 is amplified by a subsequent automatic gain control circuit 1802 and output to the A / D converter 7.

本実施の形態によれば、イメージセンサ5の出力から指紋ピッチの画像成分のみを抽出するバンドパスフィルタ1801とその出力を増幅する自動利得制御回路1802とを設けてあるため、皮剥け部分の小さい出力も大きくすることができる。保護カバー801として屈折率が1.4から2.0の範囲の材質を使用した場合、第3の実施の形態では、皮剥け部分の出力が小さくなり過ぎて認識が困難になるが、本実施の形態ではそのような問題を改善できる。保護カバー801に屈折率1.4以上2.0以下の通常ガラス等の物質が使えれば、価格的に有利である。勿論、1.4〜2.0以外の屈折率を持つ材質で保護カバー801が構成されている場合にも本実施の形態は有効である。   According to the present embodiment, since the band pass filter 1801 that extracts only the image component of the fingerprint pitch from the output of the image sensor 5 and the automatic gain control circuit 1802 that amplifies the output are provided, the skinned portion is small. The output can also be increased. When a material with a refractive index in the range of 1.4 to 2.0 is used as the protective cover 801, in the third embodiment, the output of the peeled portion becomes too small and recognition becomes difficult. Such a problem can be improved in this form. If a material such as ordinary glass having a refractive index of 1.4 or more and 2.0 or less can be used for the protective cover 801, it is advantageous in price. Of course, this embodiment is also effective when the protective cover 801 is made of a material having a refractive index other than 1.4 to 2.0.

『第5の実施の形態』
図15を参照すると、本発明の第5の実施の形態にかかる生体特徴入力装置は、指走行ガイド3全体を保護カバー901とした点で第3の実施の形態と相違し、その他の点は第3の実施の形態と同じである。
"Fifth embodiment"
Referring to FIG. 15, the biometric feature input device according to the fifth exemplary embodiment of the present invention is different from the third exemplary embodiment in that the entire finger travel guide 3 is a protective cover 901, and other points are as follows. This is the same as in the third embodiment.

保護カバー901は、第3の実施の形態における保護カバー801と同様の屈折率を有する光透過性の固体で構成され、その厚みの条件は保護カバー801と同じである。   The protective cover 901 is made of a light transmissive solid having the same refractive index as that of the protective cover 801 in the third embodiment, and the thickness condition is the same as that of the protective cover 801.

本実施の形態によれば、第3の実施の形態と同様の効果が得られるのに加え、走行ガイド3全体が保護カバー901になっているため、組み立て性に優れるという効果がある。   According to the present embodiment, in addition to the same effects as those of the third embodiment, since the entire travel guide 3 is the protective cover 901, there is an effect that the assemblability is excellent.

『第6の実施の形態』
図16を参照すると、本発明の第6の実施の形態にかかる生体特徴入力装置は、上方より指4の背部(爪側)を照明する光源161を備え、指4の皮膚紋様と同時に血管像を読み取る点で、第2の実施の形態と相違し、その他の点は第2の実施の形態と同じである。
“Sixth embodiment”
Referring to FIG. 16, the biometric feature input device according to the sixth exemplary embodiment of the present invention includes a light source 161 that illuminates the back part (nail side) of the finger 4 from above, and a blood vessel image simultaneously with the skin pattern of the finger 4. Is different from that of the second embodiment, and other points are the same as those of the second embodiment.

指4の上部に図示しない支持具により取り付けられている光源161は、指の血管を読取るためのもので、他の生体組織より近赤外線の吸収が強いヘモグロビンの吸収が良好に生じる800から1000nm付近の光を照射する。特に波長820〜950nm付近の赤外リモコン用等に開発されたLEDは出力が大きく光源161に適している。指4の下部に配置した光源151に由来する画像からは皮膚表面の画像のみが得られるが、上部光源161から照射した光源による画像には、ヘモグロビンを含む血液が集中している太い血管を通過し他の組織より暗くなる血管の映像を含む。従って、以下のようにして、光源161による画像と光源151による画像を求め、両者の画像の差を演算することで、指の皮膚紋様と同時に血管像を読み取ることができる。   The light source 161 attached to the upper portion of the finger 4 by a support tool (not shown) is for reading the blood vessel of the finger, and has a near-infrared absorption stronger than other biological tissues. Irradiate the light. In particular, an LED developed for an infrared remote controller having a wavelength near 820 to 950 nm has a large output and is suitable for the light source 161. Only an image of the skin surface is obtained from the image derived from the light source 151 disposed at the lower part of the finger 4, but the image by the light source irradiated from the upper light source 161 passes through a thick blood vessel in which blood containing hemoglobin is concentrated. It includes images of blood vessels that are darker than other tissues. Therefore, the blood vessel image can be read simultaneously with the skin pattern of the finger by obtaining an image by the light source 161 and an image by the light source 151 and calculating a difference between the images as follows.

本実施の形態の生体特徴入力装置を使用して、指の皮膚紋様と同時に血管像を読み取る場合、指4の第二関節あたりを指走行ガイド3の間隙2付近にあてがい、指4の腹部で間隙2をなぞるように指4を引いていく。この指4の移動中にイメージセンサ5によって画像を撮像する。まず、イメージセンサ5の最初のフレーム画像を得る時に指下部に配置した光源151を点灯し画像を得る。次に指下部の光源151を消灯し指上部の光源161を点灯してイメージセンサ5の次のフレーム画像を得る。これを繰り返していき、交互にそれぞれの光源の画像をつなぎあわせることによって、図17に示すような下部の光源151による画像1701と上部の光源161による画像1702を得る。両者とも指紋1704および第一関節1705と第二関節1706間の紋様1707が存在するが、上部からの光源161による画像には更に血管像1708を含む。これらを交互に切り替えた2つの画像1701、1702の差分を求めることによって、血管像1709のみの画像1703を得ることができる。この差分を求める処理は、マイクロプロセッサ部8によって行われる。図18にその処理例を示す。   When the blood vessel image is read simultaneously with the finger skin pattern using the biometric feature input device according to the present embodiment, the second joint of the finger 4 is placed near the gap 2 of the finger travel guide 3 and the abdomen of the finger 4 The finger 4 is pulled so as to trace the gap 2. An image is picked up by the image sensor 5 while the finger 4 is moving. First, when the first frame image of the image sensor 5 is obtained, the light source 151 arranged at the lower part of the finger is turned on to obtain an image. Next, the light source 151 at the lower part of the finger is turned off and the light source 161 at the upper part of the finger is turned on to obtain the next frame image of the image sensor 5. By repeating this and alternately connecting the images of the respective light sources, an image 1701 by the lower light source 151 and an image 1702 by the upper light source 161 as shown in FIG. 17 are obtained. In both cases, a fingerprint 1704 and a pattern 1707 between the first joint 1705 and the second joint 1706 are present, but the image from the light source 161 from the top further includes a blood vessel image 1708. By obtaining the difference between two images 1701 and 1702 that are alternately switched, an image 1703 having only a blood vessel image 1709 can be obtained. The processing for obtaining the difference is performed by the microprocessor unit 8. FIG. 18 shows an example of the processing.

まず、光源151のみ点灯させた状態でイメージセンサ5の1フレーム分の部分画像を読み取り、図示しない第1メモリに書き込む(ステップS201、S202)。次に、光源161のみ点灯させた状態でイメージセンサ5の1フレーム分の部分画像を読み取り、図示しない第2メモリに書き込む(ステップS203、S204)。次に、再び光源151のみ点灯させた状態でイメージセンサ5の1フレーム分の部分画像を読み取って第1メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインとライン単位で比較し(ステップS205、S206)、今回読み取ったラインの中で第1メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインと差のあるラインがある場合、差のあるライン以降のラインを第1メモリの最上位ライン側に追加する(ステップS207、S208)。次に、光源161のみ点灯させた状態でイメージセンサ5の1フレーム分の部分画像を読み取って第2メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインとライン単位で比較し(ステップS209、S210)、今回読み取ったラインの中で第2メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインと差のあるラインがある場合、差のあるライン以降のラインを第2メモリの最上位ライン側に追加する(ステップS211、S212)。以上のステップS205〜S212の処理を指1本分の画像データが取得されるまで繰り返し行う(ステップS213)。これにより、第1メモリには図17の画像1701が、第2メモリには図17の画像1702が記憶される。最後に、第2メモリに記憶された画像から第1メモリに記憶された画像を減算し、図17の画像1703を生成する(ステップS214)。   First, a partial image for one frame of the image sensor 5 is read in a state where only the light source 151 is turned on, and is written in a first memory (not shown) (steps S201 and S202). Next, a partial image for one frame of the image sensor 5 is read in a state where only the light source 161 is turned on, and is written in a second memory (not shown) (steps S203 and S204). Next, the partial image for one frame of the image sensor 5 is read again with only the light source 151 turned on, and compared with the line on the most significant line side of the image stored in the first memory in line units (step S205, S206) If there is a line that is different from the line on the most significant line side of the image stored in the first memory among the lines read this time, the line after the line having the difference is regarded as the most significant line side of the first memory. (Steps S207 and S208). Next, a partial image for one frame of the image sensor 5 is read with only the light source 161 turned on, and compared with the line on the most significant line side of the image stored in the second memory in units of lines (steps S209 and S210). ) If there is a line that is different from the line on the most significant line side of the image stored in the second memory among the lines read this time, the line after the difference line is placed on the most significant line side of the second memory. It adds (steps S211 and S212). The processes in steps S205 to S212 are repeated until image data for one finger is acquired (step S213). Accordingly, the image 1701 in FIG. 17 is stored in the first memory, and the image 1702 in FIG. 17 is stored in the second memory. Finally, the image stored in the first memory is subtracted from the image stored in the second memory to generate the image 1703 of FIG. 17 (step S214).

このように本実施の形態によれば、指4を第二関節1706から指先まで指走行ガイド3上を滑らせることによって、指先の指紋1704と同時に一度の動作で第一関節と第二関節間の皮膚紋様1707と血管像1709を読取ることが可能になる。残念ながら指を圧迫することによって血管像が薄くなり、あるいは変化するため、個人認証の情報としては精度が不十分であるが、指紋等の皮膚紋様による個人認証の補間データとして、あるいは偽指の判定に使用できるため、全ての画像によって指先の指紋単独よりも高精度に個人認証が可能になるという効果がある。   As described above, according to the present embodiment, by sliding the finger 4 on the finger travel guide 3 from the second joint 1706 to the fingertip, the finger joint 1704 is moved between the first joint and the second joint at the same time as the fingerprint 1704. The skin pattern 1707 and the blood vessel image 1709 can be read. Unfortunately, because the blood vessel image becomes thin or changes when the finger is pressed, the accuracy of the personal authentication information is insufficient, but it is used as interpolated data for personal authentication by skin patterns such as fingerprints, or for fake fingers. Since it can be used for determination, there is an effect that personal authentication can be performed with higher accuracy than with a fingertip fingerprint alone with all images.

『第7の実施の形態』
本発明の第7の実施の形態にかかる生体特徴入力装置は、マイクロプロセッサ部8における部分画像のつなぎ合わせ処理後に画像の歪みを補正する処理を実行するようにした点で第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置と相違し、その他の点は第1の実施の形態と同じである。従って、本実施の形態の構成は図1と同じである。
“Seventh embodiment”
The biometric feature input device according to the seventh exemplary embodiment of the present invention is the first exemplary embodiment in that a process for correcting image distortion is executed after the partial image joining process in the microprocessor unit 8. The other points are the same as those of the first embodiment. Therefore, the configuration of the present embodiment is the same as FIG.

本実施の形態においては、マイクロプロセッサ部8は、部分画像をつなぎ合わせていく処理と、画像の歪み補正を行う処理とをその順に実施する。部分画像をつなぎあわせていく処理は、第1の実施の形態と同様である。この場合、指の横方向の画像はイメージセンサ5のセンサピッチで一意に歪みのない画像が得られるが、縦方向は相関関係を見ながらつなげて行っても指4の移動速度によって歪んでしまう。指紋などの認証方式のうち、隆線の分岐点や端点の相関関係を見る方式は比較的歪みに強いが、それでも認証精度を高めるためには、補正されていることが望ましい。そこで本実施の形態では、指紋においては横方向と縦方向に隆線の成分があり隆線の間隔は個人でほぼ一定であることを利用し、縦横の隆線の周波数成分の違いから縦の歪みを予測し、以下のように補正する。   In the present embodiment, the microprocessor unit 8 performs a process for joining the partial images and a process for correcting the distortion of the images in that order. The process of joining the partial images is the same as in the first embodiment. In this case, the image in the lateral direction of the finger is uniquely distorted by the sensor pitch of the image sensor 5, but the vertical direction is distorted by the moving speed of the finger 4 even when connected while looking at the correlation. . Among the authentication methods such as fingerprints, the method of checking the correlation between the branch points and the end points of the ridges is relatively resistant to distortion, but it is still desirable to be corrected in order to improve the authentication accuracy. Therefore, in the present embodiment, the fingerprint has ridge components in the horizontal and vertical directions, and the interval between the ridges is almost constant for each individual. Predict distortion and correct as follows.

図19において、もとの指の紋様画像1201の横方向の隆線の周波数成分1202をf1、縦方向の隆線の周波数成分1203をf2、補正前の隆線上の画素の縦座標をYとすれば、補正後の隆線上の画素の縦座標Y’は、次式で与えられる。
Y’=Y×(f2/f1)…(1)
In FIG. 19, the horizontal ridge frequency component 1202 of the original finger print image 1201 is f1, the vertical ridge frequency component 1203 is f2, and the ordinate of pixels on the ridge before correction is Y. Then, the corrected pixel ordinate Y ′ on the ridge is given by the following equation.
Y ′ = Y × (f2 / f1) (1)

図19は指をゆっくり引いて縦に伸びた画像の場合であるが、早く引きすぎて短くなった場合でも部分的に欠損はするが、欠損度によって限度はあるものの近似画像が得られる。図19は指紋の形態のうちの渦状紋を示し、図20は蹄状紋を示す。統計的にこの2つの紋様が人間の場合に多く含まれる。稀に図21のような弓状紋があり、この弓状紋の場合、横方向の隆線の周波数成分が大きく異なるため、前述した方法は適用できない。しかし、弓状紋は統計的に少ない(日本人で1%以下と言われる)ため、大部分の紋様画像を上記の補正方式で補正することが可能である。   FIG. 19 shows a case where the image is stretched vertically by slowly pulling a finger. However, even when the finger is pulled too quickly and shortened, a partial defect is present, but an approximate image can be obtained although there is a limit depending on the degree of defect. FIG. 19 shows a spiral pattern in the form of a fingerprint, and FIG. 20 shows a hoof pattern. Statistically, these two patterns are often included in humans. In rare cases, there is an arcuate pattern as shown in FIG. 21. In the case of this arcuate pattern, the frequency components of the ridges in the horizontal direction are greatly different, and thus the method described above cannot be applied. However, since there are few arcuate patterns (it is said to be 1% or less in Japanese), most pattern images can be corrected by the above correction method.

図22にマイクロプロセッサ部8で実施される画像処理の流れを示す。ステップS301〜S305は部分画像をつなぎ合わせていく処理を示し、図5のステップS101〜S105と同じである。ステップS306〜S308は画像の歪みを補正する処理の手順を示す。画像の歪みを補正する処理においては、まず、第1メモリに記憶された画像に対してエッジ強調、スケルトン処理等の画像処理を行って隆線を抽出する(ステップS306)。次に、画像の横と縦の隆線数を求め、それぞれ横と縦の画素数で割ることにより、横方向の隆線の周波数成分f1、縦方向の隆線の周波数成分f2を求める(ステップS307)。次に、隆線の形状から指紋紋様の形態を判断し、図19および図20に示した渦状紋および蹄状紋であれば、前述した式(1)を用いて隆線上の画素の縦座標を補正し、画像を縦方向に伸縮する(ステップS308)。   FIG. 22 shows a flow of image processing performed by the microprocessor unit 8. Steps S301 to S305 indicate processing for joining the partial images, and are the same as steps S101 to S105 in FIG. Steps S306 to S308 show processing procedures for correcting image distortion. In the process of correcting image distortion, first, ridges are extracted by performing image processing such as edge enhancement and skeleton processing on the image stored in the first memory (step S306). Next, the number of horizontal and vertical ridges of the image is obtained and divided by the number of horizontal and vertical pixels, respectively, thereby obtaining the frequency component f1 of the horizontal ridge and the frequency component f2 of the vertical ridge (step) S307). Next, the shape of the fingerprint pattern is judged from the shape of the ridge, and if it is the spiral pattern and the hoof pattern shown in FIGS. 19 and 20, the ordinate of the pixel on the ridge is calculated using the above-described equation (1). Is corrected and the image is expanded and contracted in the vertical direction (step S308).

このように本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が得られると共に、歪みの少ない紋様画像を得ることができる。その理由は、部分画像をつなげて再構成した画像における横および縦方向の隆線の周波数成分の違いに基づいて、画像の縦方向の歪みを予測し補正するからである。   Thus, according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and a pattern image with less distortion can be obtained. The reason is that the distortion in the vertical direction of the image is predicted and corrected based on the difference in the frequency components of the ridges in the horizontal and vertical directions in the image reconstructed by connecting the partial images.

以上、本発明を幾つかの実施の形態を挙げて説明したが、本発明は以上の実施の形態にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可能である。例えば、第3〜第7の実施の形態に第2の実施の形態における光源151を設けた実施の形態、第1、第3、第5〜第7の実施の形態に第4の実施の形態におけるバンドパスフィルタ1801と自動利得制御回路1802を設けた実施の形態など、前記実施の形態を適宜組み合わせた実施の形態も考えられる。   While the present invention has been described with reference to some embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various other additions and modifications can be made. For example, an embodiment in which the light source 151 in the second embodiment is provided in the third to seventh embodiments, a fourth embodiment in the first, third, and fifth to seventh embodiments. An embodiment in which the above embodiments are appropriately combined, such as an embodiment in which the band pass filter 1801 and the automatic gain control circuit 1802 are provided, is also conceivable.

以上のように、本発明にかかる生体特徴入力装置は、指の指紋等の紋様や血管像を安定に読み取る小型で廉価な読取装置として有用であり、特に指の湿潤や乾燥、皮膚炎等による皮膚の剥け等の悪条件化でも生体特徴を入力できる装置として適している。   As described above, the biometric feature input device according to the present invention is useful as a small and inexpensive reading device that stably reads a pattern such as a fingerprint of a finger and a blood vessel image, and particularly due to finger wetting and drying, dermatitis, and the like. It is suitable as a device that can input biometric features even under adverse conditions such as skin peeling.

本発明の第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の上面図と横断面図である。It is the top view and cross-sectional view of the biological feature input device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の指走行ガイドの間隙に指を押しつけた状態を説明する図である。It is a figure explaining the state which pressed the finger | toe into the gap | interval of the finger | toe travel guide of the biometric feature input device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の指走行ガイドに沿って指を移動させた状態を説明する図である。It is a figure explaining the state which moved the finger along the finger travel guide of the biological feature input device concerning a 1st embodiment of the present invention. 指の皮膚の内部構造を説明する図である。It is a figure explaining the internal structure of the skin of a finger. 本発明の第1の実施の形態にかかる生体特徴入力装置のマイクロプロセッサ部による処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process example by the microprocessor part of the biometric feature input device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の上面図と横断面図である。It is the upper side figure and cross-sectional view of the biometric feature input device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の光源による作用を説明する図である。It is a figure explaining the effect | action by the light source of the biometric feature input device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態にかかる生体特徴入力装置で読み取った指紋画像例を示す図である。It is a figure which shows the example of a fingerprint image read with the biometric feature input device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 従来の全反射臨界角を利用した指紋入力装置で入力した指紋画像例を示す図である。It is a figure which shows the example of a fingerprint image input with the conventional fingerprint input device using the total reflection critical angle. 本発明の第3の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の横断面図である。It is a cross-sectional view of the biological feature input device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of the biometric feature input device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 2次元イメージセンサと指との間に介在する透明固体膜の屈折率とコントラストとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the refractive index and contrast of a transparent solid film interposed between a two-dimensional image sensor and a finger. 本発明の第3の実施の形態にかかる生体特徴入力装置で読み取った指紋画像例を示す図である。It is a figure which shows the example of a fingerprint image read with the biometric feature input device concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の横断面図である。It is a cross-sectional view of the biological feature input device concerning the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の横断面図である。It is a cross-sectional view of the biometric feature input apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施の形態にかかる生体特徴入力装置の横断面図である。It is a cross-sectional view of the biometric feature input apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施の形態にかかる生体特徴入力装置により指紋画像と同時に血管像を読取る原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle which reads a blood vessel image simultaneously with a fingerprint image by the biometric feature input device concerning the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態にかかる生体特徴入力装置のマイクロプロセッサ部による処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process example by the microprocessor part of the biometric feature input device concerning the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態にかかる生体特徴入力装置において渦状指紋に対する画像補正方法を説明する図である。It is a figure explaining the image correction method with respect to a spiral fingerprint in the biometric feature input device concerning the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態にかかる生体特徴入力装置において蹄状指紋に対する画像補正方法を説明する図である。It is a figure explaining the image correction method with respect to a hoof-like fingerprint in the biometric feature input device concerning the 6th Embodiment of this invention. 弓状指紋の形状を説明する図である。It is a figure explaining the shape of an arcuate fingerprint. 本発明の第7の実施の形態にかかる生体特徴入力装置のマイクロプロセッサ部による処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process example by the microprocessor part of the biometric feature input device concerning the 7th Embodiment of this invention. 従来の接触を前提とした光学プリズム方式の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the optical prism system on the assumption of the conventional contact. 従来の画像再構成方式を説明する図である。It is a figure explaining the conventional image reconstruction system. 従来の画像再構成で指を遅く動かした場合の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem at the time of moving a finger late by the conventional image reconstruction. 従来の画像再構成で指を早く動かした場合の問題点を説明する図である。It is a figure explaining the problem at the time of moving a finger early by the conventional image reconstruction.

符号の説明Explanation of symbols

101…空気中を通してプリズム面で全反射する方向の光
102…指の皮膚を通してプリズム面を通過する方向の光
104…指の皮膚
105…プリズム
106…結像レンズ
107…2次元イメージセンサ
108…プリズムの指紋を接触させる面
109…プリズムの指紋像射出面
1…1次元ないし準1次元イメージセンサの有効画素部
2…指走行ガイドの間隙
3…指走行ガイド
4…指
5…1次元ないし準1次元イメージセンサ
6…指を引く方向
7…A/D変換部
8…マイクロプロセッサ部
301…元となる指の画像
302…正しく再構成した指の画像
303…長く歪んで再構成した指の画像
304…短く歪んで再構成した指の画像
I1…部分画像の読取り開始時の画像
In…部分画像の読取り終了時の画像
601…指を引かずに押し当てただけの力の方向
602…指を引いた場合の力の方向
801…指走行ガイドに施した保護カバー
901…指走行ガイドと兼用した保護カバー
1001…皮膚紋様谷部(凹部)
1002…皮膚紋様隆線部(凸部)
1003…皮膚内部組織のうち乳頭腺組織
1004…皮膚の表皮部分
1005…皮膚の真皮部分
1101…指紋隆線部を通過する光源からの偏った散乱光
1102…指紋谷部を通過する光源からの偏った散乱光
1201…歪んで再構成された渦状指紋画像
1202…指紋の横の周波数成分を測定する場所の例
1203…指紋の縦の周波数成分を測定する場所の例
1205…正しく補正された渦状指紋画像
1301…歪んで再構成された蹄状指紋画像
1302…指紋の横の周波数成分を測定する場所の例
1303…指紋の縦の周波数成分を測定する場所の例
1305…正しく補正された蹄状指紋画像
1401…弓状指紋の例
151…指の腹部を照射するコントラスト増加用の光源
161…指の甲を照射する血管像用の光源
1701…下部光源151による画像
1702…上部光源161による血管を含む画像
1703…画像処理後の血管を抽出した画像
1704…指紋部
1705…第一関節
1706…第二関節
1707…第一関節と第二関節の間の皮膚紋様
1708…皮膚紋様と重なった血管画像
1709…画像処理により抽出された血管画像
1801…バンドパスフィルタ
1802…自動利得制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Light in the direction totally reflected by the prism surface through the air 102 ... Light in the direction passing through the prism surface through the finger skin 104 ... Finger skin 105 ... Prism 106 ... Imaging lens 107 ... Two-dimensional image sensor 108 ... Prism Fingerprinting surface 109 of the prism 1. Fingerprint image exit surface 1... Effective pixel portion 2 of the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor 2. Finger travel guide gap 3. Finger travel guide 4. Dimensional image sensor 6 ... Finger pulling direction 7 ... A / D converter 8 ... Microprocessor unit 301 ... Original finger image 302 ... Correctly reconstructed finger image 303 ... Long distorted reconstructed finger image 304 Image of finger I1 that is short and distorted and reconstructed Image In at the start of partial image reading In image 601 at the end of partial image reading Just touched without dragging Force direction 602 ... protective cover 1001 ... skin pattern valleys serving as both a direction 801 ... and the protective cover 901 ... finger travel guide which has been subjected to the finger travel guide force when pulling the finger (recess)
1002 ... Skin pattern ridge (convex)
1003 ... Papillary gland tissue 1004 of skin internal tissue ... Skin epidermis part 1005 ... Skin dermis part 1101 ... Bias scattered light from light source passing through fingerprint ridge 1102 ... Bias from light source passing through fingerprint valley Scattered light 1201 ... Distorted and reconstructed spiral fingerprint image 1202 ... Example of location 1203 where the horizontal frequency component of the fingerprint is measured 1203 ... Example of location where the vertical frequency component of the fingerprint is measured 1205 ... Correctly corrected spiral fingerprint Image 1301 ... Distorted and reconstructed hoof-like fingerprint image 1302 ... Example of location 1303 for measuring frequency component of horizontal side of fingerprint ... Example of location for measuring vertical frequency component of fingerprint 1305 ... Correctly corrected hoof-like fingerprint Image 1401... Example of arcuate fingerprint 151... Contrast increasing light source 161 that irradiates the abdomen of the finger... Blood vessel image light source 1701 that irradiates the back of the finger. 1 image 1702 ... image 1703 including blood vessels by the upper light source 161 ... image 1704 extracted blood vessel after image processing ... fingerprint part 1705 ... first joint 1706 ... second joint 1707 ... between the first joint and the second joint Skin pattern 1708 ... Blood vessel image 1709 overlapping with the skin pattern ... Blood vessel image 1801 extracted by image processing ... Bandpass filter 1802 ... Automatic gain control circuit

Claims (16)

1次元または準1次元のイメージセンサと、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドと、前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による画像を前記相対運動中に前記イメージセンサによって撮像して得た1次元または準1次元の部分画像をつなぎ合わせていく画像処理手段とを備えることを特徴とする生体特徴入力装置。   During the relative movement in which the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor and the finger and the image sensor slide relative to each other, the finger and the effective pixel portion of the image sensor are not in contact with each other so that a substantially constant distance is maintained. A one-dimensional or quasi-one-dimensional image obtained by capturing an image of the finger running guide to be radiated and the emitted light scattered from the finger skin surface and emitted from the finger skin surface during the relative movement by the image sensor. A biometric feature input device comprising image processing means for joining partial images together. 1次元または準1次元のイメージセンサと、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドと、前記指の背部に血管像用の光を照射する上部光源と、前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第1画像と前記上部光源から照射された光が指内を通過して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第2画像とを前記相対運動中に前記イメージセンサによって交互に撮像して得た1次元または準1次元の部分画像を第1画像毎および第2画像毎につなぎ合わせ、且つ、再構成した第1画像と第2画像の差分である血管像を抽出する画像処理手段とを備えることを特徴とする生体特徴入力装置。   During the relative movement in which the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor and the finger and the image sensor slide relative to each other, the finger and the effective pixel portion of the image sensor are not in contact with each other so that a substantially constant distance is maintained. A finger travel guide, an upper light source that irradiates the back of the finger with light for blood vessel images, a first image by the radiated light scattered inside the finger and emitted from the skin surface of the finger, and the upper part One-dimensional or quasi-obtained image obtained by alternately imaging the second image by the radiated light emitted from the skin surface of the finger through the light irradiated from the light source by the image sensor during the relative motion. Image processing means for connecting one-dimensional partial images for each first image and each second image, and extracting a blood vessel image that is a difference between the reconstructed first image and the second image, Biometric feature input device . 前記指走行ガイドは、前記イメージセンサの前記有効画素部の直上に間隙を有することを特徴とする請求項1または2記載の生体特徴入力装置。   The biological feature input device according to claim 1, wherein the finger travel guide has a gap immediately above the effective pixel portion of the image sensor. 前記間隙の高さが10μm以上、200μm以下、前記相対運動方向に平行な幅が前記イメージセンサの副走査方向の有効画素長以上、2.0mm以下であることを特徴とする請求項3記載の生体特徴入力装置。   The height of the gap is 10 μm or more and 200 μm or less, and the width parallel to the relative movement direction is an effective pixel length in the sub-scanning direction of the image sensor and 2.0 mm or less. Biometric feature input device. 前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されていることを特徴とする請求項4記載の生体特徴入力装置。   The biological feature input device according to claim 4, wherein a light-transmitting solid is inserted into the gap. 前記指走行ガイドの少なくとも前記イメージセンサの前記有効画素部の直上部分が光透過性を有する固体で構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の生体特徴入力装置。   3. The biometric feature input device according to claim 1, wherein at least a portion immediately above the effective pixel portion of the image sensor of the finger travel guide is made of a light-transmitting solid. 前記固体の高さが10μm以上、200μm以下であることを特徴とする請求項6記載の生体特徴入力装置。   The biological feature input device according to claim 6, wherein a height of the solid is 10 μm or more and 200 μm or less. 前記固体の屈折率が、1.1より大きいことを特徴とする請求項5、6または7記載の生体特徴入力装置。   The biological feature input device according to claim 5, wherein the refractive index of the solid is greater than 1.1. 前記固体の屈折率が、1.1より大きく、1.4より小さいことを特徴とする請求項5、6または7記載の生体特徴入力装置。   The biological feature input device according to claim 5, 6 or 7, wherein the refractive index of the solid is larger than 1.1 and smaller than 1.4. 前記固体の屈折率が、2.0より大きいことを特徴とする請求項5、6または7記載の生体特徴入力装置。   The biological feature input device according to claim 5, 6 or 7, wherein the refractive index of the solid is larger than 2.0. 前記固体の屈折率が、2.0より大きく、5.0より小さいことを特徴とする請求項5、6または7記載の生体特徴入力装置。   The biological feature input device according to claim 5, 6 or 7, wherein the refractive index of the solid is larger than 2.0 and smaller than 5.0. 前記イメージセンサによる読取対象部位の近傍より前記指の腹部に光を照射することにより、指内部に散乱光を発生させる下部光源を備えることを特徴とする請求項1、2、3、5または6記載の生体特徴入力装置。   The lower light source which generates scattered light inside a finger | toe by irradiating light to the abdominal part of the finger | toe from the vicinity of the site | part to be read by the image sensor is provided. The biometric feature input device described. 前記イメージセンサの出力画像信号から指紋ピッチの画像成分を抽出するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を増幅する自動利得制御回路とを備えることを特徴とする請求項1、2、3、5または6記載の生体特徴入力装置。   A bandpass filter that extracts an image component of a fingerprint pitch from an output image signal of the image sensor, and an automatic gain control circuit that amplifies the output of the bandpass filter. The biometric feature input device according to 5 or 6. 前記画像処理手段は、つなぎ合わせた画像の歪みを指紋部分の周波数解析によって修正する補正手段を含むことを特徴とする請求項1、2、3、5または6記載の生体特徴入力装置。   7. The biometric feature input device according to claim 1, wherein said image processing means includes correction means for correcting distortion of the joined images by frequency analysis of a fingerprint portion. 1次元または準1次元のイメージセンサの有効画素部の直上に、高さが10μm以上、200μm以下、短辺の幅が前記イメージセンサの副走査方向の有効画素長以上、2.0mm以下である間隙を有し、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにするための指走行ガイドを備えた電子機器。   Immediately above the effective pixel portion of the one-dimensional or quasi-one-dimensional image sensor, the height is not less than 10 μm and not more than 200 μm, and the short side width is not less than the effective pixel length in the sub-scanning direction of the image sensor and not more than 2.0 mm. Finger travel for maintaining a substantially constant distance without contact between the finger and the effective pixel portion of the image sensor during relative movement of the finger and the image sensor sliding relative to each other with a gap Electronic equipment with a guide. 前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されていることを特徴とする請求項15記載の電子機器。   16. The electronic apparatus according to claim 15, wherein a light-transmitting solid is inserted in the gap.
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