JP2773750B2 - 指紋像入力装置 - Google Patents

指紋像入力装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 生体検知機能を有する指紋照合装置の指紋像入力装置
に関し、 1つの共通な照明光源により被検物体全体の照明光と
被検物体への光ビームスポットとを作成可能な簡単且つ
軽量な指紋像入力装置を提供することを目的とし、 被検物体への照明光を受ける単一のグレーティングレ
ンズを設け、被検物体全体の照明光と光ビームスポット
との少なくとも一方をグレーティングレンズの透過光あ
るいは回折光により作成するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は個人識別手段としての指紋照合装置、特に、
被検物体が生体かレプリカを判定する生体検知機能を備
えた指紋照合装置における指紋入力装置に関する。
個人の識別法として指紋照合システムが知られてい
る。同システムにおいては、一般に指紋は画像として取
り扱われ、そのため指紋を画像データに変換する入力装
置か必要である。
〔従来の技術〕
指紋は凹凸パターンであり、従来から行われている凹
凸パターンの検出基本原理を第7図に示す。指10を透明
平板(導光板)11の一面13に押し当てると、凸部(指紋
の隆線)は接触するが、凹部は接触しない。
第8A図に示すように、指10を押し当てた平面13に対し
て全反射が起こらないように、透明体11を透して下方か
ら光γ0を照射すると、透明平板11から出射し凹部Pに
当たった光は四方に散乱されるが、それらは全て再び平
板を透過し、遠方に消える(光線γ1)。一方、凸部Q
に当たった光は平板11内の四方に散乱され、その一部は
平板から出射する(光線γ2)が、一部は全反射により
平板の内部を伝播する(光線γ3)。この全反射成分を
適当な光学系で結像させれば、凸部のパターン(指紋
像)を得ることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、この方法では登録した指紋と全く同じ凹凸パ
ターンをもつレプリカ(例えばゴム製の複製)を作成す
れば、そのレプリカによっても指紋照合を行うことがで
き、これを排除することが出来ないという問題があっ
た。
そこで、指紋入力装置に接触した凹凸パターンがレプ
リカではなく、生体であることを検出する方法が検討さ
れてきた。本願出願人はほぼ瞬時に生体検知を行える方
法として第10図に示す如き方法を既に提案した。指の表
面に光源(例L.D.)21から収束レンズ23を介して光スポ
ットを照射し、結像系25によりその光スポットの像を
得、光検知器27によりスポット像の大きさ、あるいは位
置により、生体か非生体かを判定する。指に光スポット
を照射すると、輝く部分は光照射部だけではなく、指の
内部(肉)を伝播し、周辺部も発光する。ところが、レ
プリカ(例えばSi系ゴム)の場合は、光照射部の極近傍
のみが光を反射・散乱する。光照射部を物点とする結像
系を構成すると、物点の大きさ、中心位置が本物の指
(生体)とレプリカ(非生体)とで異なるため、像の大
きさ、位置が異なる。従って、像の大きさ、あるいは位
置を計測することにより、生体検知を行うことができ
る。光スポットを照射した時に光が内部にまわりこむ様
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。
即ち、第8B図に示す如く、指10を押し当てた平面13に
対して全反射条件が成立するように平面内部から光γ0
を照射すると、凹部Pに光は照射されず、凸部Qのみが
選択的に照明される。但し、人間の指の場合には光を部
分的に透過するので、凸部Qに照射された光がγ4で示
す如く指の内部を伝わり凹部Pに回り込む結果、凹部P
もまた発光する。従って、第7B図の場合も第7図A図の
場合と同様、γ1,γ2,γ3成分を生じる。従って、γ3
成分のみを結像するような光学系を構成することによ
り、凸部パターンを得ることができる。
上記何れの場合においても、指の内部P、凸部Qの両
方が発光体として作用している。このように、指紋像
(凹凸像)を得るためには、指に光を照射する照明手段
が必要である。
また生体検知の機能を持たせるには指紋像を得るため
の全体照明用光源とは別個に、ビームスポットを作成す
るための光源21(第10図)が必要である。
以上述べた指紋像入力系(第7図)と生体検知系(第
10図)を組み合わせ、一体化した指紋センサの従来例を
第9図に示す。この例では、指紋像入力用の照明(例LE
D)28と、生体検知用の照明21が別々に設けられている
ため、光学系を構成する部品の数が多く、複雑であると
いう問題がある。二種類の照明は、共用することが好ま
しいが、前者は指の広い領域を照明することが要求さ
れ、後者は指の一部をスポット的に照明することが必要
であり、相反するものである。従って、単純に照明の共
用化を図ることは難しかった。
尚、第9図において、26は生体検知用ビームスポット
を作るための収束レンズ、24は指紋情報を読み取るCCD
である。
本発明の目的は指紋像入力/系の照明光源と生体検知
/系のビームスポット用光源を共通にすることにより指
紋入力装置の簡易、軽量化を実現することにある。
〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために本発明によれば、被検物体
(指)全体に光を照射し、その物体表面の凹凸からの散
乱信号光を光学的に識別することにより指紋を検出する
一方、被検物体に光ビームスポットを照射し、その光ビ
ームスポットの照射点の像を結像光学系により結像し、
像点の大きさによって被検物体が生体であるかレプリカ
であるかを識別する指紋像入力装置において、被検物体
への照明光を受ける単一のグレーティングレンズが設け
られ、被検物体全体の照明光と被検物体への光ビームス
ポットは該グレーティングレンズの透過光及び回折光に
より作成される。
グレーティングレンズの透過光(0次光)が被検物体
全体の照明光として利用される場合には、その回折光は
被検物体への光ビームスポットとして利用され。また逆
に、グレーティングレンズの透過光が被検物体への光ビ
ームスポットとして利用される場合には、その回折光は
被検物体全体の照明光として利用される。
またこれとは別に、被検物体への照明光の一部を受け
る単一のグレーティングレンズを設け、該グレーティン
グレンズの回折光により上記被検物体への照明光あるい
はビームスポットのいずれか一方を作成し、グレーティ
ングレンズを通らない照明光により他方の光、即ち、被
検物体へのビームスポットあるいは照明光を形成するよ
うにしてもよい。
〔作用〕
グレーティングレンズに拡散光を照射した時にはその
透過光がそのまま被検物体(指)全体の照明光として指
に照射され、また、グレーティングレンズの回折光(好
ましくは1次回折光)が指の所定の一点に収束する。こ
の場合、グレーティングレンズの回折格子はその1次回
折光が収束光を作成するように設計される。
また、グレーティングレンズに収束光を照射した時に
はその透過光がそのまま被検物体(指)の所定の一点へ
のビームスポット(生体検査用)として利用され、ま
た、グレーティングレンズの回折光(好ましくは1次回
折光)が指全体の照明光(指紋検出用)として利用され
る。この場合、グレーティングレンズの回折格子はその
1次回折光が拡散光となるように設計される。
グレーティングレンズが照明光の一部のみを受けるよ
うにした発明(請求項4,5,6)においては、入射光が拡
散光の場合、グレーティングレンズを通らない照明光が
指全体の照明光となり、一方、グレーティングレンズの
回折光(好ましくは1次回折光)が生体検知用のビーム
スポットとなる。
また、入射光が収束光の場合、グレーティングレンズ
を通らない照明光及び/又はグレーティングレンズの透
過光がビームスポットとなり、グレーティングレンズの
回折光(好ましくは1次回折光)が全体照射用照明光と
なる。
〔実施例〕 本発明の第1の基本構想によれば、単一の照明手段に
より指全体を照明するための発散波を発生させかつ指の
一部をスポット的に照明するための集束波を発生させる
ため、第1図に示す如く、グレーティングレンズ30が用
いられる。グレーティングレンズ30には光源(例えば半
導体レーザLD)31からの発散波を適当な効率で集束させ
る機能をもたせる。グレーティングレンズ30に入射する
発散光Liのうち、0次透過光L0は発散波の状態のまま指
10全体を広く照明し、一次回折光L1は集束波となって指
の一部をスポット照明する。これにより、光源31は一つ
ですむ。
第2図に具体的実施例を示す。光源31として半導体レ
ーザを用い、透明な導光板11を斜めにカットした部分11
aにグレーティングレンズ30を形成し、同レンズでレー
ザ光Liを集束させる(L1)とともに、透過光L0で指全体
を照明する。指紋像をCCD24上に形成する手段は、指紋
接触部の散乱光のうち全反射により導光板11内部を伝播
する成分を斜めカットした端面11bから取り出し、結像
系22に導くことにより達成される。
ここで再度、生体検知の原理について簡単に説明する
と、シリコンゴム等の複製物に光スポットを照射する
と、光の散乱は上述の如くスポットの極近傍のみで起こ
るため、照射光スポットの大きさと結像系の倍率で決ま
る大きさのスポット像を収束レンズ系29を介して光検知
器27上に形成することができる。一方、生体の場合に
は、光が指の内部にまで浸透するため、広い領域で光の
散乱が起きる。従って、光検知器27上に形成されるスポ
ットの大きさが複製の場合と比べて大きい。また、光ス
ポットを指の面に対して斜めに照射する場合には、光散
乱領域の中心が複製の場合の中心とずれる。こうした散
乱光を結像させて得られるスポット像の大きさ、中心位
置を検出することにより、生体検知が可能である。光検
知器27としては、複数の受光領域を持つそれ自体公知の
分割検知器を用いるか、あるいは複数の小さい光検知器
をアレイ状に配列させて用いるのが好ましい。
第3,4図はグレーティングレンズ30の2つの使い方を
示したものである。第3図は発散性のビームを用い、0
次透過光L0で指全体を照明し、1次回折光L1で指接触面
上をスポット照明する場合を示している。第4図は集束
性のビームを用い、0次透過光L0で指接触面上をスポッ
ト照明し、1次回折光L1で指全体を照明する場合であ
る。発散性の光源、例えば半導体レーザなどを用いる場
合には、第3図の方が好ましいが、収束レンズ系35を用
いて簡単に収束光に変換可能である。
第5,6図は本発明の更に別の実施例を示すものであ
る。導光板11を斜めにカットシタ部分11aの一部にグレ
ーティングレンズ30を形成し、照明光の一部(1次回折
光L1)を用いて指接触面上をスポット照明する。一方、
グレーティングレンズ30を形成しない部分から導光板11
に入射する光(斜線部)で指全体を照明する。
第6図では第5図とは逆に、収束性の入射光を用い
て、1次回折光L1により拡散照明光を、グレーティング
レンズ30を通らない直接入射光L0によりスポット光を作
成している。尚、スポット光の一部はグレーティングレ
ンズ30の透過0次光でもある。
尚、上記説明におけるグレーティングレンズは、円形
の微小スポットを形成する手段として述べたが、グレー
ティングレンズの格子縞パターンを変化させて、楕円形
等の変形スポットを形成し生体検知感度の向上を図るこ
とも可能である。
また、グレーティングレンズは導光板に直接一体形成
しても、あるいは別体として形成し、接着してもよい。
〔発明の効果〕
以上の如く、本発明によれば、生体検知機能を備えた
指紋像入力装置において、単一のグレーティングレンズ
を用いることにより、指紋像をイメージセンサ(CCD)
上に形成するための指接触面全域の照明と、生体検知を
行うための指接触面上のスポット照明を一つの光源を用
いることによって行うことができる。即ち、照明系に関
しては、生体検知機能を備えていない指紋像入力装置に
対して体積、重量増を伴うことなしに、生体検知用照明
系を構成できるという点で効果大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る指紋入力装置の原理を説明する
図、第2図は第1図の装置の具体的実施例を示す図、第
3図及び第4図はグレーティングレンズの2つの使い方
を説明する図、第5図は第2図とは別の実施例を示す
図、第6図は第5図の変形例を示す図、第7図は指紋入
力装置の原理を示す図、第8A図及び第8B図は従来の凹凸
情報分離のための照明光を示す図、第9図は従来の生体
検知機能付指紋センサの一例を示す図、第10図は従来の
生体検知法の一例を示す図。 10…指、30…グレーティングレンズ、31…光源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岸 文雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 池田 弘之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特許2111559(JP,C2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06T 1/00 A61B 5/10

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検物体全体に光を照射し、その物体表面
    の凹凸からの散乱信号光を光学的に識別することにより
    指紋を検出する一方、被検物体に光ビームスポットを照
    射し、その光ビームスポットの照射点の像を結像光学系
    により結像し、像点の大きさ及び位置によって被検物体
    が生体であるかレプリカであるかを識別する指紋像入力
    装置において、被検物体(10)への照明光を受ける単一
    のグレーティングレンズ(30)を有し、被検物体全体の
    照明光と被検物体への光ビームスポットとを該グレーテ
    ィングレンズの透過光(L0)及び回折光(L1)により作
    成することを特徴とする指紋像入力装置。
  2. 【請求項2】上記グレーティングレンズの透過光は被検
    物体全体の照明光を形成し、他方、グレーティングレン
    ズの回折光は被検物体への光ビームスポットを形成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の指紋像入力装置。
  3. 【請求項3】上記グレーティングレンズの透過光は被検
    物体への光ビームスポットを形成し、他方、グレーティ
    ングレンズの回折光は被検物体全体の照明光を形成する
    ことを特徴とする請求項1に記載の指紋像入力装置。
  4. 【請求項4】被検物体全体に光を照射し、その物体表面
    の凹凸からの散乱信号光を光学的に識別することにより
    指紋を検出する一方、被検物体に光ビームスポットを照
    射し、その光ビームスポットの照射点の像を結像光学系
    により結像し、像点の大きさ及び位置によって被検物体
    が生体であるかレプリカであるかを識別する指紋像入力
    装置において、被検物体への照明光の一部を受ける単一
    のグレーティングレンズ(30)を有し、該グレーティン
    グレンズの回折光により上記被検物体への照明光又は光
    ビームスポットのいずれか一方を作製することを特徴と
    する指紋像入力装置。
  5. 【請求項5】グレーティングレンズの回折光は被検物体
    への照明光を形成することを特徴とする請求項4に記載
    の指紋像入力装置。
  6. 【請求項6】グレーティングレンズの回折光は被検物体
    への光ビームスポットを形成することを特徴とする請求
    項4に記載の指紋像入力装置。
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