JP3079310B2 - 指紋撮像装置 - Google Patents

指紋撮像装置

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JP3079310B2
JP3079310B2 JP10262039A JP26203998A JP3079310B2 JP 3079310 B2 JP3079310 B2 JP 3079310B2 JP 10262039 A JP10262039 A JP 10262039A JP 26203998 A JP26203998 A JP 26203998A JP 3079310 B2 JP3079310 B2 JP 3079310B2
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    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、個人を識別するた
めに指紋を利用する指紋照合システムにあって、指紋像
を得る指紋撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、情報システムが社会全般に普及す
るのに伴って、システム自体またはコンピュータに蓄積
された情報のセキュリティを如何にして保護するかが問
題となっている。このようなセキュリティを確保するた
めの手法として、例えば、入室時にIDカードまたは暗
証番号によって入室を許可された者であるか否かを判別
するようにした個人照合システムを利用した安全管理が
ある。
【0003】しかしながら、この個人照合システムで
は、IDカードまたは暗証番号が正しいか否かを判別す
るだけであるので、これらが不正に利用された場合には
対処することができず、安全確保の面に問題がある。こ
のため、個人に固有の特徴に基づいて、各個人を認識す
る手法が求められている。
【0004】指紋は、各個人に固有であってしかも終生
不変であるので、個人を特定するために指紋を利用する
ことは、極めて有効な手法である。そこで、指紋を照合
することにより本人であるか否かを識別する指紋照合シ
ステムに関する研究開発が進められている。
【0005】例えば、建物または部屋への入出管理にこ
の指紋照合システムを利用する場合、まず、特定の利用
者の指紋情報を予め登録しておき、利用者が入出する度
にその利用者の指紋情報を検出し、検出した指紋情報を
登録しておいた指紋情報と照合し、一致しているときに
許可された正しい利用者であると確認する。
【0006】このような指紋照合システムにあっては、
正しい照合結果を得るために、利用者の指紋情報を正確
に検出する、つまり利用者の正確な指紋像を得る指紋撮
像装置が必須である。図5は、従来の指紋撮像装置の概
要を示す構成図である。
【0007】この指紋撮像装置は、図5に示すように、
三角柱状のプリズム21と、光を発する光源22と、指
紋像を結像して電気的信号に変換するCCD(Charge C
oupled Device)23と、CCD23に指紋像を結像させ
るためのレンズ24とを備える。プリズム21は、第1
側面21a,第2側面21b及び第3側面21cを有し
ており、この第1側面21aに、指紋撮像対象の指Aが
当接して置かれる。
【0008】光源22からの光を、プリズム21の第2
側面21bへそれと直交する方向で入射させ、指Aが第
1側面21aに当接された状態で照射させると、指紋の
凹凸面中の凸部分は第1側面21aに当接しているの
で、入射光は全反射を起こさず暗くなり、一方、凹部分
は第1側面21aに当接していないので、入射光は全反
射し明るく輝く。この結果、その第1側面21aに指紋
の陰影を強調させた像が形成される。その指紋像は、プ
リズム21の第3側面21cを介して放射され、レンズ
24を通してCCD23に結像される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の指紋撮像装置で
は、構成の小型化を図るべく光路長を短くするために、
焦点距離が短い高屈折率のレンズを使用することが多
い。光路長を短くした場合、対象物の中心からの視差に
よる長さの誤差(中心部と周縁部とでの長さの誤差)、
つまり、対象物の中心点を通る垂線と視線との角度の差
(正面に見た場合と斜めに見た場合との差)による長さ
の誤差が発生する。また、焦点距離が短い高屈折率のレ
ンズを使用した場合、レンズの収差による長さの誤差も
発生する虞がある。指紋情報は、指紋の特徴点(端点,
分岐点等)のデータであるので、視差に伴って長さの誤
差が生じると、正確な指紋情報が得られないこともあ
る。そこで、このような視差の影響を解消するために、
2枚のシリンドリカルレンズの設置、偏光処理の活用等
の工夫がなされているが、これらの工夫では特別な光学
部材が必要となって、装置が大嵩になるという欠点があ
る。
【0010】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、特別な光学部材を設けることなく、視差の影響
を解消できる指紋撮像装置を提供することを目的とす
る。
【0011】
【0012】本発明の更に他の目的は、視差の影響をな
くすために安価な低屈折率のレンズを使用して光路長を
長くする場合においても、全体構成を小型化できる指紋
撮像装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る指紋撮像
装置は、ガラス面に当接された指腹に光を照射し、その
照射光の反射光をレンズを介してCCDで受光して指紋
像を得る指紋撮像装置において、指腹の中心からの視差
による長さの誤差が前記CCDの画素ピッチに応じた所
定範囲内になるように前記レンズの焦点距離を設定して
いることを特徴とする。
【0014】請求項2に係る指紋撮像装置は、請求項1
において、前記視差による長さの誤差が、前記CCDの
画素ピッチより小さくなるような焦点距離を前記レンズ
が有することを特徴とする。
【0015】請求項3に係る指紋撮像装置は、請求項1
において、前記視差による長さの誤差が、前記CCDの
画素ピッチの半分より小さくなるような焦点距離を前記
レンズが有することを特徴とする。
【0016】請求項4に係る指紋撮像装置は、請求項1
〜3の何れかにおいて、前記照射光は単色光であること
を特徴とする。
【0017】
【0018】請求項に係る指紋撮像装置は、請求項1
の何れかにおいて、指腹を当接させる1つの側面を
含む三角柱状の第1プリズムと、該第1プリズムの他の
1つの側面に当接させた1つの側面を含む五角柱状の第
2プリズムとを有し、前記反射光を、前記第1プリズム
の残りの1つの側面、及び、前記第2プリズムの残りの
4つの側面それぞれで反射させた後に、前記CCDに入
射させるようにしたことを特徴とする。
【0019】請求項に係る指紋撮像装置は、指紋撮像
対象の指腹を当接させる1つの側面を含む三角柱状の第
1プリズムと、該第1プリズムの他の1つの側面に当接
させた1つの側面を含む五角柱状の第2プリズムと、前
記第1プリズムを通って指腹に単色光を照射する光源
と、単色光照射によって得られる指紋像を結像させるレ
ンズと、その結像した指紋像を電気的信号に変換する2
次元のCCDとを備え、指腹の中心からの視差による長
さの誤差が前記CCDの画素ピッチに応じた所定範囲内
になるように前記レンズの焦点距離を設定しており、前
記単色光照射による前記第1プリズムの1つの側面での
反射光を、前記第1プリズムの残りの1つの側面、及
び、前記第2プリズムの残りの4つの側面それぞれで反
射させた後に、前記レンズを介して前記CCDに入射さ
せるようにしたことを特徴とする。
【0020】指紋撮像装置では、指腹の中心からの視差
による長さの誤差と、レンズの収差による長さの誤差と
が考えられる。しかしながら、ある程度の焦点距離があ
るレンズの場合にはその収差はほとんど無視できる。よ
って、本発明の指紋撮像装置では、指腹の中心からの視
差による長さの誤差がCCDの隣合う画素間の距離また
はその距離の半分より小さくなるように、レンズの焦点
距離を設定する。このようにしておくと、視差の影響が
発生しても、所定の画素に入るべき指紋像は必ずその画
素内に入り、長さの歪みはなく常に正しい指紋像を得る
ことができる。
【0021】
【0022】視差の影響をなくすために低屈折率のレン
ズを使用する場合には、必然的に光路長が長くなって、
装置が大型化する懸念がある。本発明の指紋撮像装置で
は、このような懸念をなくすために、2種のプリズムを
組み合わせてそれらのプリズムで複数回反射させること
によって光路長をかせいでいる。従って、光路長が長く
なっても、全体構成の小型化を図ることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明
の指紋撮像装置の構成図である。
【0024】本発明の指紋撮像装置は、赤色の単色光を
出射するLED等の光源1と、2種の第1,第2プリズ
ム2,3と、指紋像を結像して電気的信号に変換する2
次元のCCD4と、CCD4に指紋像を結像させるため
の低屈折率のレンズ5とを備える。
【0025】第1プリズム2は、底面が略直角二等辺三
角形である三角柱状をなしており、3つの側面(図面上
で左回りに第1面2a,第2面2b及び第3面2c)を
有する。第2面2bの幅が最も広く、第1面2a及び第
3面2cの幅は略等しい。第1面2aと第3面2cとは
直交している。なお、第1面2aは、表面に反射コーテ
ィングが施されていて鏡面となっている。
【0026】第2プリズム3は、隣合う2つの内角が直
角である五角形の底面を有する五角柱状をなしており、
5つの側面(図面上で左回りに第1面3a,第2面3
b,第3面3c,第4面3d及び第5面3e)を有す
る。第1面3aと第2面3b、第2面3bと第3面3c
とがそれぞれ直交しており、第1面3aと第3面3cと
は平行である。第3面3cは第1面3aより幅が広い。
第2面3bに対向する位置に、第1面3aと鈍角(13
5度)をなす第5面3e、及び、第3面3cと鈍角をな
す第4面3dがある。なお、第1面3a,第3面3c及
び第4面3dは、表面に反射コーティングが施されてい
てその全面が鏡面となっている。第2面3bでは、第1
面3a側の部分は反射コーティングが施されて鏡面とな
っており、第3面3c側の他の部分は反射コーティング
が施されておらず窓面となっている。また、第2プリズ
ム3の屈折率は、第1プリズム2の屈折率より小さい。
【0027】このような構成の第1プリズム2及び第2
プリズム3は、以下に述べるような態様で一体化されて
いる。第1プリズム2の第2面2bの一部と第2プリズ
ム3の第5面3eの全部とが接している。第1プリズム
2の第3面2cと第2プリズム3の第2面3bとは平行
であり、第1プリズム2の第1面2aと第2プリズム3
の第1面3aとは面一になっている。
【0028】光源1は、第1プリズム2の第2面2bに
直交する方向性をもって赤色の単色光を出射するように
配置されている。また、レンズ5及びCCD4は、第2
プリズム3の第2面3bの窓面から放射された光を入射
するように配置されている。
【0029】次に、このような光学系を有する指紋撮像
装置の動作について説明する。図2は、この指紋撮像装
置における光路と第1,第2プリズム2,3による鏡像
とを示す図である。
【0030】指紋撮像認識対象の指Aは、その腹部(指
紋部)を第1プリズム2の第3面2cに当接させてセッ
トされる。光源1からの赤色の単色光が、第1プリズム
2の第2面2bに直交する態様で第1プリズム2内に入
射され、指が置かれた第1プリズム2の第3面2cで全
反射される。この際、指紋の凹凸面中の凸部分は第3面
2cに当接しているので、入射光は全反射を起こさず暗
くなり、一方、凹部分は第3面2cに当接していないの
で、入射光は全反射し明るく輝く。この結果、指紋の陰
影を強調させた像が形成される。
【0031】第3面2cでの反射光は、第1プリズム2
の第1面2aで反射された後、第1プリズム2の第2面
2bと第2プリズム3の第5面3eとの当接面で屈折し
て第2プリズム3内に入る。第2プリズム3内では、ま
ず、第3面3cで反射され、その後、第2面3b,第1
面3a,第4面3dにおいて順次反射され、第2面3b
の窓面から外部に放射される。指紋像を示す単色光はレ
ンズ5によってCCD4に集束されて、指紋像がCCD
4に結像される。そして、CCD4にて、指紋像が電気
的信号に変換される。
【0032】本発明では、視差の影響をなくすために低
屈折率のレンズ5を使用しており、そのため指Aの位置
からCCD4までの距離(光路長)を長くする必要があ
る。そして、視差による長さの誤差がCCD4の画素間
距離またはその半分以内になるようにレンズ5の焦点距
離を設定する。
【0033】ここで、視差による長さの誤差とCCD4
から対象物(指)までの距離(光路長)との関係につい
て考察する。図3は、そのCCD及び対象物の位置関係
を示す模式図である。図3において、aは実際の長さ、
bは観測長、LはCCDから対象物までの水平距離、X
はCCDから対象物までの鉛直距離である。ここで、実
際の長さaと観測長bとの比a/bは、下記(1)式で
示される。 a/b =(a2 −〔{L2 +(X+a)2 1/2 −{L2 +X2 1/2 2 1/2 …(1)
【0034】撮像範囲を2.7mmとし、解像度512
画素のCCDを使用する場合に、長さの誤差範囲を隣合
う画素間の距離(2.7mm/512)の5.4μmと
すると、長さの歪みの許容誤差の範囲は、5.4μm/
2.7mmの0.2%以内となる。また、長さの誤差範
囲を隣合う画素間の距離(2.7mm/512)の半分
の2.7μmとすると、長さの歪みの許容誤差の範囲
は、2.7μm/2.7mmの0.1%以内となる。
【0035】ここで、上記Xを15mm以内、Lを24
0mm以内として、誤差を算出すると、下記表1,表2
のようになる。
【0036】
【表1】
【0037】
【表2】
【0038】誤差の許容範囲が0.2%以内であること
を考慮すると、距離Lが180mm以上ないと、原点か
ら10mmの範囲内で正確な指紋像を確保できないこと
がわかる。また、誤差の許容範囲が0.1%以内である
ことを考慮すると、距離Lが210mm以上ないと、原
点から10mmの範囲内で正確な指紋像を確保できない
ことがわかる。
【0039】このように、視差による長さの歪みを解消
するためには、長い光路長が必要である。この光路長を
直線的に設けると、装置全体が長尺になって大型化して
極めて不便である。そこで、本発明では、上述したよう
な2個のプリズム2,3を組み合わせ、それらの側面で
複数回にわたって光を反射させることにより、小型の構
成であっても長い光路長を実現できるようにしている。
【0040】図4は、本発明の指紋撮像装置の他の例の
構成図である。図4において、図1と同一部分には同一
番号を付している。図4に示す構成例では、上述の例と
比較して、第2プリズムの第3面3cと第4面3dとの
なす角がより大きくなっており、第1面3aでの反射光
が第4面3dで第1プリズム2側に反射するようになっ
ている。第1プリズム2の第1面2aの一部(第2面2
b側)が鏡面、残りの部分(第3面2c側)が窓面とな
っており、また、第2プリズム3の第2面2bは全面が
鏡面となっている。なお、光源1の位置は上述の例と同
じであるが、レンズ5及びCCD4は、第1プリズム2
の第1面2aの窓面から放射された光を入射するように
配置されている。
【0041】単色光の光路は、光源1からの単色光出射
から第2プリズム3の第1面3aでの反射まで、上述の
例と同じである。第1面3aでの反射光は、第4面dで
反射された後、第2プリズム3の第5面3eと第1プリ
ズム2の第2面2bとの当接面で屈折して第1プリズム
2内に入り、第1面2aの窓面から外部に放射される。
そして、指紋像を示す単色光はレンズ5によってCCD
4に集束されて、指紋像がCCD4に結像される。
【0042】この例では、CCD4及びレンズ5の設置
位置が上述の例と異なっており、上述の例と比較して、
第3面2c(第2面3b)に垂直な方向の装置の短寸化
を図ることができる。
【0043】この例では、光源として単一色の赤色光を
用いている。よって、混合色光を光源とした場合には問
題となっていた色収差の影響を解消することができる。
なお、赤色光に代えて、他の単一色光を用いても良いこ
とは勿論である。
【0044】なお、上述した2個のプリズム2,3の形
状は一例であり、その側面で複数回の光反射を行って光
路長をかせぐような構成であれば、任意の形状であって
良いことは言うまでもない。また、側面で複数回の光反
射を行える構成であれば、単一構造体のプリズムであっ
ても良い。
【0045】
【発明の効果】以上のように本発明の指紋撮像装置で
は、CCDの画素ピッチに応じて視差による長さの歪み
誤差が所定範囲内になるようにレンズの焦点距離を設定
するようにしたので、特別な光学部材を設けることな
く、視差の影響を解消することができる。
【0046】また、照射光として単一色光を用いる場合
、色収差の影響をなくすことができる。
【0047】更に、2種のプリズムを組み合わせてそれ
らのプリズムで複数回反射させて光路長をかせぐように
したので、低屈折率のレンズを用いて光路長が長くなる
場合でも、全体構成の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の指紋撮像装置の一例を示す構成図であ
る。
【図2】本発明の指紋撮像装置における光路と鏡像とを
示す図である。
【図3】CCDと撮像対象物との距離関係を示す模式図
である。
【図4】本発明の指紋撮像装置の他の例を示す構成図で
ある。
【図5】従来の指紋撮像装置の構成図である。
【符号の説明】
1 光源 2 第1プリズム 3 第2プリズム 4 CCD 5 レンズ A 指
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 1/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス面に当接された指腹に光を照射
    し、その照射光の反射光をレンズを介してCCDで受光
    して指紋像を得る指紋撮像装置において、指腹の中心か
    らの視差による長さの誤差が前記CCDの画素ピッチに
    応じた所定範囲内になるように前記レンズの焦点距離を
    設定していることを特徴とする指紋撮像装置。
  2. 【請求項2】 前記視差による長さの誤差が、前記CC
    Dの画素ピッチより小さくなるような焦点距離を前記レ
    ンズが有する請求項1記載の指紋撮像装置。
  3. 【請求項3】 前記視差による長さの誤差が、前記CC
    Dの画素ピッチの半分より小さくなるような焦点距離を
    前記レンズが有する請求項1記載の指紋撮像装置。
  4. 【請求項4】 前記照射光は単色光である請求項1〜3
    の何れかに記載の指紋撮像装置。
  5. 【請求項5】 指腹を当接させる1つの側面を含む三角
    柱状の第1プリズムと、該第1プリズムの他の1つの側
    面に当接させた1つの側面を含む五角柱状の第2プリズ
    ムとを有し、前記反射光を、前記第1プリズムの残りの
    1つの側面、及び、前記第2プリズムの残りの4つの側
    面それぞれで反射させた後に、前記CCDに入射させる
    ようにした請求項1〜4の何れかに記載の指紋撮像装
    置。
  6. 【請求項6】 指紋撮像対象の指腹を当接させる1つの
    側面を含む三角柱状の第1プリズムと、該第1プリズム
    の他の1つの側面に当接させた1つの側面を含む五角柱
    状の第2プリズムと、前記第1プリズムを通って指腹に
    単色光を照射する光源と、単色光照射によって得られる
    指紋像を結像させるレンズと、その結像した指紋像を電
    気的信号に変換する2次元のCCDとを備え、指腹の中
    心からの視差による長さの誤差が前記CCDの画素ピッ
    チに応じた所定範囲内になるように前記レンズの焦点距
    離を設定しており、前記単色光照射による前記第1プリ
    ズムの1つの側面での反射光を、前記第1プリズムの残
    りの1つの側面、及び、前記第2プリズムの残りの4つ
    の側面それぞれで反射させた後に、前記レンズを介して
    前記CCDに入射させるようにしたことを特徴とする
    紋撮像装置。
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