JP2713311B2 - 指紋像入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 指紋照合装置等に対して指の指紋像を入力するための
指紋像入力装置に関し、 装置を構成する部品数を減少させると共に、装置が分
解された時でも生体識別処理の方式を容易に推察されな
いようにすることも目的とし、 検出対象の指に対して光を照射し、該指の指紋像を指
紋結像光学系により画像検出手段上に結像して指紋像の
入力を行う指紋像入力装置であって、前記指の表面にス
ポット状のビーム光を照射し、該ビーム光の照射点から
反射したスポット画像を前記指紋結像光学系を用いて前
記画像検出手段上に結像し、該ビーム光の照射点から反
射したスポット画像を利用して該指が生体のものである
か否かを識別するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、指紋像入力装置に関し、特に、指紋照合装
置に対して指の指紋像を入力するための指紋像入力装置
に関する。

近年、電子計算機等を利用した情報システムが社会全
般に導入されるのに伴い、システムの保全性（セキュリ
ティ性）を如何に確保するかが問題となっている。例え
ば、電算機室への入室や端末等の情報システムを利用す
る際の本人確認の手段としては、従前、IDカードや暗証
番号によるものが一般に使用されている。しかし、IDカ
ードには紛失・盗難の恐れだけでなく、磁気情報を複製
して偽造カードが作られてしまうといった危険もある。
さらに、暗証番号は、一般に、覚え易い生年月日等とす
ることが多いために、本人の周辺情報から容易に推察さ
れるといった問題点も指摘されている。

そこで、IDカード等に代わる本人確認の手段として、
「万人不同」・「終生不変」という二大特徴を有する指
紋を利用することが注目されて来ており、各所で指紋を
用いた簡便な個人照合装置等の研究開発が進められてい
る。このような指紋照合装置等は、指紋を画像として取
り扱うため、指紋を画像データに変換する指紋像入力装
置が要望されている。

〔従来の技術〕

第８図は従来の指紋像入力装置の一例を示すブロック
図である。同図において、参照符号Ｆは検出対象の指,1
01は指紋像を検出するために照射する光源,103は指紋結
像光学系,104は画像検出器,105は透明体である。

従来の指紋像入力装置は、第８図に示されるように、
ガラス等で構成された透明体105の検査面151上に指Ｆを
接触させ、光源103からの光L₀₁を指Ｆ全体に照射するよ
うにされている。さらに、従来の指紋像入力装置は、指
Ｆにおける指紋の隆線部分（凸部分）の散乱光の中から
透明体105の界面で全反射する成分を指紋結像光学系
（光学レンズ）103でCCD（電荷結合素子）等の画像検出
器104上に結像させて指紋の隆線パターンの画像を得る
ようにされている。

このようにして、指紋像入力装置により得られた指紋
の隆線パターンの画像（指紋像）は、例えば、指紋照合
システムに使用され、指紋照合用データとして登録さて
たり、また、既に登録されている指紋照合用データと対
比されて本人かどうかの判別が行われることになる。

しかしながら、例えば、指紋照合システムに登録され
た指紋と全く同じ凹凸をもつレプリカが使用された場
合、そのレプリカによっても指紋が照合することにな
り、セキュリティが破られる恐れがある。そこで、指紋
像入力装置に接触した検知対象の指Ｆの人間の指（生
体）であるか、レプリカ（非生体）であるかを識別する
生体識別機構を指紋像入力装置に設けることが必要とさ
れている。

第９図は従来の指紋像入力装置における生体検知機能
を実現する一例の構成を概略的に示す図である。同図に
示されるように、瞬時に生体検知を行える方法として
は、例えば、光源102からの光をレンズ121で集光して指
Ｆの表面にスポット状の光（スポット光）L₀₂を照射
し、スポット光L₀₂の照射点から反射したスポット画像
をレンズ123により画像検出器122状に結像し、このスポ
ット画像の大きさ或いは位置により、生体か非生体かを
識別することが提案されている。

すなわち、指Ｆが本物の指（生体）の場合、指Ｆの表
面にスポット光を照射すると、光照射点の部分が輝くの
はもちろんのこと、スポット状の照射光は指の内部（肉
の部分）で伝播および拡散され、或る程度の周辺部も輝
くことになる。これに対して、指ＦがSi系ゴム等で作成
されたレプリカ（非生体）の場合、光照射点の部分の極
近傍のみが光を反射または散乱して輝くことになる。

従って、光照射点を物点とする結合光学系を構成する
と、物点の大きさおよび中心位置等が、生体と非生体と
で異なるため、形成される像の大きさや位置もそれらに
応じて異なる。それゆえ、結像されたスポット画像の大
きさまたは位置等を計測することにより、生体識別を行
うことができる。ここで、光スポットを照射したときに
光が内部に進入して散乱する様子は人間の指独特の現象
であり、偽造を極めて困難にするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したように、従来、生体識別機能を備えた指紋像
入力装置が提案されているが、この従来の指紋像入力装
置は、第９図に示されるように、スポット光L₀₂の照射
点から反射したスポット画像は、レンズ123を介して画
像検出器122で検出されるようになされている。すなわ
ち、従来の指紋像入力装置は、生体識別を行うために専
用の光学系（レンズ123）および画像検出器122を必要と
しているため、装置の部品数が増加するだけでなく、指
紋像入力装置が分解された場合に生体識別処理の方式が
容易に推察されてしまうことになる。

本発明は、上述した従来の指紋像入力装置が有する課
題に鑑み、装置を構成する部品数が減少させると共に、
装置が分解された時でも生体識別処理の方式を容易に推
察されないようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕 第１図は本発明に係る指紋像入力装置の原理を示す図
である。

本発明によれば、検査面51を有する透明体５と、該検
査面上に接触された指Ｆに光L₁を照射して指紋像を現出
させる第１の光源１と、前記検査面上に接触された指の
一部にスポット状の光L₂を照射してスポット画像を現出
させる第２の光源２と、前記指紋像およびスポット画像
を結像する指紋結像光学系３と、該結像された指紋像お
よびスポット画像を電気信号に変換する画像検出手段４
と、該電気信号に変換された指紋像を取り込んで所定の
処理を行う指紋像入力処理手段（7,8）と、前記電気信
号に変換されたスポット画像を取り込んで前記指が生体
のものであるか否かを識別する生体検出手段（６）とを
具備する指紋像入力装置が提供される。

〔作 用〕

上述した構成を有する本発明の指紋像入力装置によれ
ば、第１図（ａ）に示されるように、透明体５は検査面
51を有し、第１の光源１は検査面51上に接触された指Ｌ
に光L₁を照射して指紋像を現出させる。さらに、第１図
（ｂ）に示されるように、第２の光源２は検査面51上に
接触された指の一部にスポット状の光L₂を照射してスポ
ット画像を源出させる。指紋結像光学系３は指紋像およ
びスポット画像を結像し、また、画像検出手段４は結像
された指紋像およびスポット画像を電気信号に変換す
る。そして、指紋像入力処理手段（7,8）は電気信号に
変換された指紋像を取り込んで所定の処理を行い、ま
た、生体検出手段（６）は電気信号に変換されたスポッ
ト画像を取り込んで指が生体のものであるか否かを識別
する。

すなわち、本発明の指紋像入力装置によれば、指紋像
の入力処理と指の生体識別処理とは、同一の指紋結像光
学系３および画像検出手段４を使用して行われる。これ
により、装置を構成する部品数を減少させると共に、装
置が分解された時でも生体識別処理の方式を容易に推察
されないようにすることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る指紋像入力装置の
実施例を説明する。

第２図は本発明の指紋像入力装置の一実施例を示すブ
ロック図であり、第３図は第２図の指紋像入力装置にお
ける２つの光源の配置を説明するための図である。ま
た、第１図は本発明に係る指紋像入力装置の原理を示す
図であるが、この第１図も参照して指紋像入力装置の一
実施例を説明する。

第１図（ａ），（ｂ）および第２図に示されるよう
に、指紋像入力装置は、透明体5,指紋像を検出するため
に指Ｆの全面を照射する指紋像検出用光源1,生体識別を
行うために指Ｆの表面にスポット光を照射する生体識別
用光源2,レンズ31を有する指紋結像光学系３および画像
検出器４を備えている、透明体５はガラス等の光透過性
物質で構成され、その上部には検出対象の指Ｆを接触さ
せる検査面51が設けられている。透明体５の一端には絞
り32を介してレンズ31が一体的に設けられている。この
レンズ31は、透明体５の内部に全反射された光（指紋像
およびスポット画像）をCCD等の画像検出器４に結像す
るために使用されるものである、また、透明体５の他端
には鏡52が設けられていて、指Ｆからの光をレンズ31の
方向へ反射するようになされている、ここで、絞り32
は、レンズ31が有する光学的収差を減少させるために挿
入されたもので、固定絞りとされている。

画像検出器４により得られた画像は、画像取り込み回
路７を介して照合回路８に供給されると共に、生体識別
回路６に供給される。生体識別回路６は、指定アドレス
出力検出回路61およびビデオ信号出力比較回路62を具備
し、後に詳述するような生体識別処理を実行するもので
ある。

以上において、指紋像を検出するための指紋像検出用
光源１および生体識別を行うための生体識別用光源２
は、第３図に示されるように、透明体５を両側下方に設
けられ、検査面51上に接触される指Ｆの下部表面を照射
するようになされている。すなわち、指紋像検出用光源
１からの光L₁は、指Ｆの表面全体を照射し、また、生体
識別用光源２からの光をレンズ21で集光したスポット状
の光L₂は指Ｆの一点を照射するようになされている。こ
こで、指紋像検出用光源１および生体識別用光源２は、
指Ｆに対して同時に光を照射しないように構成され、例
えば、瞬間的（例えば、数msec.以下の時間）にスポッ
ト光を照射して指Ｆが本物であるか否かを識別し、この
識別結果により指Ｆが本物であると判断された時にだ
け、指紋像検出用光源１から指Ｆの表面全体に光を照射
して指紋像の検出処理を行うように構成するようになさ
れている。

次に、第１図（ａ）および第２図を参照して指紋像の
入力処理を説明する。本実施例における指紋像の入力処
理は、基本的に従来装置のものと同様である。

本実施例の指紋像入力装置は、指Ｆにおける指紋の隆
線部分（凸部分）の散乱光の中から透明体５の界面で全
反射する成分を光学レンズ31でCCD等の画像検出器４上
に結像させて指紋の隆線パターンの画像を得るようにな
されている。すなわち、ガラス等で構成された透明体５
の検査面51上に接触された指Ｆには、光源１からの光L₁
が全体に照射され、指Ｆの凸部分の画像が画像検出器４
で検出されるようになされている。

ところで、指Ｆを透明体５の検査面51に押し当てる
と、凸部分は接触するが凹部分は接触しないことにな
り、透明体５を介して光源１から照射された光は、指Ｆ
の表面および内部で反射散乱される。すなわち、指Ｆの
凹部分からの散乱光は、一度空気中を通り透明体５に入
射するため、透明体５の中を全反射してレンズ31まで伝
播する成分は存在しない。しかし、指Ｆの凸部分からの
反射・散乱光は指Ｆから直接透明体５の中に散乱光とし
て入射し、その一部は透明体５の中での全反射条件を満
足する。そして、透明体５の中の全反射条件を満足する
光は、透明体５の中で全反射を繰り返し、絞り32を介し
てレンズ31まで伝播される。この全反射成分は、レンズ
31により画像検出器４上に結像され、指Ｆの凸部分であ
る隆線パターンの像（指紋像）となる。

さらに、第１図（ｂ）および第２図を参照して指Ｆの
生体識別処理を説明する。本実施例における生体識別処
理は、光源２からの光をレンズ21で集光して指Ｆの表面
にスポット状の光L₂を照射し、スポット光L₂の照射点か
ら反射したスポット画像を、指紋像を得るために使用す
ると同じ指紋結像光学系３（レンズ31）および画像検出
器４により検出するようになされている。

すなわち、指Ｆが本物の指（生体）の場合、指Ｆの表
面にスポット光を照射すると、光照射点の部分が輝くだ
けでなく、スポット状の照射光は指の内部（肉の部分）
で伝播および拡散され、周辺部も輝くことになる。これ
に対して、結ＦがSi系ゴム等で作成されたレプリカ（非
生体）の場合、光照射点の部分の極近傍のみが光を反射
または散乱して輝くことになる。

第４図は本発明の指紋像入力装置における処理を説明
するための図である。

第４図に示されるように、指Ｆが本物の指の場合、指
Ｆの表面にスポット光を照射すると、光照射点の部分が
輝くだけでなく、スポット状の照射光は指の内部で伝播
および拡散されて、或る程度の周辺部も輝くことにな
る。従って、画像検出器４で検出されたスポット画像
は、第４図中の破線で示されるように、広い範囲に渡っ
て明るい画像となる。

これに対して、指ＦがSi系ゴム等のレプリカの場合、
指Ｆの表面にスポット光を照射すると、光照射点の部分
の極近傍のみが光を反射または散乱して輝くことにな
り、画像検出器４で検出されたスポット画像は、第４図
中の実線で示されるように、限られた狭い範囲だけ明る
い画像となる。

第５図は第４図における各ラインのビデオ信号出力の
波形を示す図であり、第４図中のラインＡおよびＢにお
けるビデオ信号出力の波形を示すものである。

第５図から明らかなように、レプリカの指では、光照
射点の極近傍だけのラインＡでしかビデオ信号出力が変
化していないのに対して、本物の指の場合には、光照射
点の部分およびその周辺部分の広い範囲、すなわち、ラ
インＡおよびＢの両方においてビデオ信号出力が変化す
ることになる。すなわち、画像検出器４により得られた
スポット画像は、第２図の生体識別回路６に供給され、
指定アドレス出力検出回路61により予め定められたライ
ンＡおよびＢの位置の指定アドレス出力が検出される。
そして、例えば、スポット画像におけるラインＡおよび
Ｂの指定アドレス出力は、ビデオ信号出力比較回路62に
供給されて比較される。すなわち、第５図に示されるよ
うに、ラインＡのビデオ信号出力だけが変化している
（ラインＡの位置にだけスポット画像が存在する）とき
には、指Ｆはレプリカであると判断し、また、ラインＡ
およびＢの両方のビデオ信号出力が変化している（ライ
ンＡおよびＢの両方の位置にスポット画像が存在する）
ときには、指Ｆは本物であると判断することになる。

ここで、指定アドレス出力検出回路61により検出され
る指定アドレス出力は、ラインＡおよびＢの２本の直線
に限定されるものではなく、また、画像検出器４の出力
を直線状に走査してその出力を検出するのに限定される
ものでもない。すなわち、画像検出器４において、複数
本の直線状の出力を検出してスポット画像が含まれるて
いるか否か（ビデオ信号出力が変化しているか否か）を
調べてもよく、また、所定範囲の領域を指定して、その
領域内の各画素に対してスポット画像が存在しているか
否かを調べてもよい。従って、画像検出器４で検出され
たスポット画像において、光照射点の物点の大きさおよ
び中心位置等を計測することにより、透明体５の検査面
51上に置かれた指Ｆが生体のものであるか非生体のもの
であるか、すなわち、指Ｆが本物であるか否かが識別で
きる。

以上において、指Ｆにスポット光を照射したときに光
が内部に進入して散乱する様子は人間の指独特の現象で
あり、このような人間の指の特性を持たせたレプリカを
作成するのは困難である。また、指紋像入力装置を悪意
のユーザが分解したとしても、生体の識別専用の光学系
および画像検出器が存在しないので、直ちに本実施例に
おける生体識別処理の方式を推察することが困難である
ため、システムの安全を保持することができる。

第６図は本発明の指紋像入力装置の他の実施例を示す
ブロック図であり、第７図は第６図の一部を説明するた
めの図である。この第６図および第７図に示す実施例
は、第２図および第３図に示した指紋像入力装置におい
て、指紋像検出用光源１を赤色Ｒの光を出力する光源1a
とし、生体識別用光源２を緑色Ｇの光を出力する光源2a
とし、画像検出器４をカラーCCD（画像検出器）4aと
し、そして、画像検出器４の後にR,G,B分離回路９を設
けるようにしたものである。ここで、指紋像検出用光源
1aおよび生体識別用光源2aは、第７図に示されるよう
に、透明体５の両側下方に設けられ、検査面51上に接触
される指Ｆの下部表面を同時に照射するようになされて
いる。

検査面51上に接触された指Ｆには、光源1aからの赤色
Ｒの光L_1aが全体に照射され、指Ｆにおける指紋の隆線
部分の散乱光の中から透明体５の界面で全反射する成分
を光学レンズ31でカラー分割可能な画像検出器4a上に結
像させて指紋の隆線パターンの画像を得るようになされ
ている。ここで、指紋の隆線パターンの画像（指紋像）
は、赤色Ｒの色成分を有しているため、画像検出器4aの
赤色Ｒの画像信号をR,G,B分離回路９で分離して画像取
り込み回路７に供給し、そして、例えば、照合回路８に
おいて指紋照合処理を行うようになされている。

また、指Ｆの表面には、光源2aからの緑色の光がレン
ズ21で集光され、スポット状の光L_2aが照射されて前述
した生体識別処理が行われる。すなわち、スポット光L
_2aの照射点から反射したスポット画像は、指紋像を得る
ために使用するのと同じレンズ31および画像検出器4aに
より検出される。ここで、生体識別に使用されるスポッ
ト画像は、緑色Ｇの色成分を有しているため、画像検出
器4aの緑色Ｇの画像信号をR,G,B分離回路９で分離して
生体識別回路６の指定アドレス出力検出回路61に供給
し、信号出力比較回路62で指Ｆが本物であるか否かの識
別がおこなわれるようになされている。ところで、指紋
像検出用光源１が照射する光の色および生体識別用光源
２が照射する光の色は、上述した赤色Ｒおよび緑色Ｇに
限定されないのはもちろんである。

本実施例の場合には、指Ｆに対して指紋像検出用光源
1aからの赤色Ｒの光L_1aおよび生体識別用光源2aからの
緑色Ｇの光L_2aを両方とも同時に照射することができる
ため、第２図および第３図により説明した実施例のよう
に、生体識別用光源２からの光を指紋像検出用光源１か
らの光が照射される直前に照射する必要がない。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明に係る指紋像入力装置
は、指紋像を検出する光学系を使用して生体識別用のス
ポット画像を検出するため、装置を構成する部品数を減
少させることができると共に、生体識別を行う専用の光
学系が存在しないので装置が分解された時でも生体識別
処理の方式が容易に推察されないことになる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）および（ｂ）は本発明に係る指紋像入力装
置の原理を示す図、 第２図は本発明の指紋像入力装置の一実施例を示すブロ
ック図、 第３図は第２図の一部を説明するための図、 第４図は本発明の指紋像入力装置における処理を説明す
るための図、 第５図は第４図における各ラインのビデオ信号出力の波
形を示す図、 第６図は本発明の指紋像入力装置の他の実施例を示すブ
ロック図、 第７図は第６図の一部を説明するための図、 第８図は従来の指紋像入力装置の一例を示すブロック
図、 第９図は従来の指紋像入力装置における生体検知機能を
実現する一例の構成を概略的に示す図である。 （符号の説明） １……第１の光源、 ２……第２の光源、 ３……指紋結像光学系、 ４……画像検出手段、 ５……透明体、 51……検査面、 ６……生体識別回路、 61……指定アドレス出力検出回路、 62……ビデオ信号比較回路、 ７……画像取り込み回路、 ８……照合回路、 ９……R,G,B分離回路、 Ｆ……指。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】検査面を有する透明体と、 該検査面上に接触された指に光を照射して指紋像を現出
   させる第１の光源と、前記検査面上に接触された指の一
   部にスポット状の光を照射してスポット画像を現出させ
   る第２の光源と、 前記指紋像およびスポット画像を結像する指紋結像光学
   系と、 該結像された指紋像およびスポット画像を電気信号に変
   換する画像検出手段と、 該電気信号に変換された指紋像を取り込んで所定の処理
   を行う指紋像入力処理手段と、 前記電気信号に変換されたスポット画像を取り込んで前
   記指が生体のものであるか否かを識別する生体検出手段
   とを具備する指紋像入力装置。
2. 【請求項２】前記第１の光源および前記第２の光源は、
   放射する光の波長が各々異なるようにされ、且つ、前記
   画像検出手段は、該第１の光源からの光により得られる
   指紋像および該第２の光源からの光により得られるスポ
   ット画像を区別して検出できるようにされている請求項
   第１項に記載の指紋像入力装置。
3. 【請求項３】前記指紋像入力処理手段は、前記画像検出
   手段で電気信号に変換された指紋像を取り込む画像取り
   込み回路と、該画像取り込み回路の出力により指紋照合
   を行う指紋照合回路とを備えている請求項第１項に記載
   の指紋像入力装置。