JP3557364B2

JP3557364B2 - Fingerprint input device and personal identification system using the same

Info

Publication number: JP3557364B2
Application number: JP06504599A
Authority: JP
Inventors: 敏男福田; 史人新井; 次郎鶴野; 貢一糸魚川
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Ricoh Elemex Corp; Mitsubishi Electric Corp; Buffalo Inc; Denso Corp; Tokai Rika Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Ricoh Elemex Corp; Mitsubishi Electric Corp; Buffalo Inc; Denso Corp; Tokai Rika Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: JP2000259821A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、個人の指紋を入力するための指紋入力装置、及び同装置を用いた個人識別システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種の指紋入力装置としては、例えば米国特許５，７９６，８５８号に示されているように、透明体によって形成されてなり指先が密着される検出面と同検出面に対し所定角度だけ傾けて配設され同検出面からの反射光を通過させる傾斜面とを有するプリズムと、プリズム内に検出面にて反射する参照光を照射する照射手段と、プリズムの傾斜面を通過した検出面からの反射光が形成する像を読み取る受像手段とを備え、検出面に指先を密着させた状態で照射手段によりプリズム内に参照光を照射して、同検出面からの反射光に現れる指先の指紋の像を受像手段により読み取るようにしたものがあった。
【０００３】
上記指紋入力装置は、例えば個人識別システムなどに用いられていた。この場合、個人識別システムは、個人情報としての指紋を表すデータを予め記憶しておき、同記憶されている指紋を表すデータと前記受像手段により読み取られた像を表すデータとを照合することにより個人を識別するようにしていた。特に、前記指紋を表すデータを例えばＩＤ番号などの予め決めた個人毎の固有のデータと対応づけて記憶しておくとともに、指紋入力装置により前記像を表すデータが入力されるとき前記固有のデータも別途入力されるようにしておき、前記像を表すデータを、前記記憶しているデータのうちの前記別途入力された固有のデータに対応したデータのみと照合するようにして、同照合に要する時間を短縮化するようにしたものもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の指紋入力装置においては、受像手段により読み取られる像が、検出面に密着された指先の指紋のみを表していた。したがって、例えば上記固有のデータによって照合する指紋データを予め特定する個人識別システムのように、個人の指紋を表す像以外に個人毎の固有のデータを入力するシステムに対し同装置を適用した場合には、同固有のデータを別途入力する必要が生じて使い勝手が悪くなるという問題があった。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、個人の指紋、及び個人毎の予め定めた固有のデータを同時に入力できるようにした使い勝手のよい指紋入力装置、及び同装置を用いた照合時間が短くかつ使い勝手のよい個人識別システムを提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、透明体によって形成されてなり指先が密着される検出面と同検出面に対し所定角度だけ傾けて配設され同検出面からの反射光を通過させる傾斜面とを有するプリズムと、プリズム内に検出面にて反射する参照光を照射する照射手段と、プリズムの傾斜面を通過した検出面からの反射光が形成する像を読み取る受像手段と、プリズムの傾斜面と受像手段との間に介装されてプリズムの傾斜面を通過した検出面からの反射光の一部を予め決めた固有のパターンで遮断する遮断手段とを備えた指紋入力装置において、遮断手段を、プリズムの傾斜面を通過した検出面からの反射光を受像手段側にそれぞれ通過させる複数の光路を設けた板状部材により構成し、かつ板状部材の複数の光路をそれぞれ同板状部材の厚み方向に対し傾斜させて形成したことにある。
【０００７】
これによれば、プリズムの検出面からの反射光の一部が、遮断手段によって予め決めた固有のパターンで遮断された上で受像手段に到達するようになる。したがって、受像手段が読み取る像に、検出面に密着された指先の指紋と固有のパターンとが共に現れるようになるため、個人の指紋及び個人毎の固有のデータが同時に入力されることになり、この指紋入力装置の使い勝手が向上する。
【０００８】
また、本発明の前記特徴によれば、遮断手段を、プリズムの傾斜面を通過した検出面からの反射光を受像手段側にそれぞれ通過させる複数の光路を設けた板状部材により構成したので、遮断手段が立体的な構成となって光路を精度よく再現することが困難となるため、同遮断手段の不正な複製が困難となり、この指紋入力装置のセキュリティ性が向上する。
【０００９】
さらに、本発明の前記特徴によれば、板状部材の複数の光路をそれぞれ同板状部材の厚み方向に対し傾斜させて形成したので、板状部材の厚みや光路の傾斜の角度を調整することにより受像手段に到達する光をプリズムの検出面からの反射光のみに制限することが可能となるため、プリズムから受像手段への光路を短く設定した上で受像手段の読み取り精度を確保できるようになる。したがって、この指紋入力装置の構成を小型化することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、透明体によって形成されてなり指先が密着される検出面と同検出面に対し所定角度だけ傾けて配設され同検出面からの反射光を通過させる傾斜面とを有するプリズムと、プリズム内に検出面にて反射する参照光を照射する照射手段と、プリズムの傾斜面を通過した検出面からの反射光が形成する像を読み取る受像手段と、プリズムの傾斜面と受像手段との間に介装されてプリズムの傾斜面を通過した検出面からの反射光の一部を予め決めた固有のパターンで遮断する遮断手段とを備えた指紋入力装置を用いた個人識別システムにおいて、個人情報としての指紋を表すデータを指紋入力装置の遮断手段が遮断するパターンと対応づけて記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶されているデータのうちから指紋入力装置の受像手段により読み取られた像に含まれていて遮断手段により遮断されたパターンに対応したデータを読み出す読出手段と、読出手段により読み出されたデータと受像手段により読み取られた像を表すデータとを照合する照合手段とを設けたことにある。
【００１１】
これによれば、読み出し手段が、記憶手段に記憶されているデータのうちから指紋入力装置の受像手段により読み取られた像に含まれていて遮断手段により遮断されたパターンに対応したデータを読み出し、照合手段が、同読出手段により読み出されたデータと受像手段により読み取られた像を表すデータとを照合する。したがって、記憶手段に記憶されているデータのうちから照合手段により照合されるデータが遮断手段が遮断したパターンに基づき予め特定されることになるため、同照合に要する時間が短縮化される。さらに、この場合にも、指紋入力装置においては個人の指紋と前記パターンとが同時に入力されるため、この個人識別システムの使い勝手が高く保たれる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
ａ．第１の実施形態
以下、本発明の第１の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、同実施形態に係る指紋入力装置を概略的に示したものである。この指紋入力装置は、個人毎に携帯される板状（厚さ５０μｍ〜２ｍｍ程度）の指紋入力カード１０と、同カード１０が装着される指紋検出器２０とにより構成されている。
【００１４】
指紋入力カード１０は、透明体によって板状に形成された多段プリズム１１と、遮断手段として同プリズム１１の下方に配設された板状のシャドウマスク１２とを備えている。多段プリズム１１は、図２にて詳細に示すように、上側にて指先Ｆが密着される検出面１１ａを形成しているとともに、下側にて複数の傾斜面１１ｂを形成している。各傾斜面１１ｂは、検出面１１ａに対しそれぞれ同一方向に所定角度だけ傾けて並設されており、検出面１１ａからの反射光を通過させるようになっている。
【００１５】
シャドウマスク１２は、複数の貫通孔１２ａを有している。各貫通孔１２ａは、それぞれ多段プリズム１１の各傾斜面１１ｂと平行な線状に形成された光路であり、同傾斜面１１ｂと垂直な方向にシャドウマスク１２を貫通して同傾斜面１１ｂを通過してきた検出面１１ａからの反射光を下側に通過させる。シャドウマスク１２は、上記検出面１１ａからの反射光を各貫通孔１２ａのみにて通過させて、同反射光の残りの部分を遮断する。この場合、シャドウマスク１２は、貫通孔１２ａの配列によって、上記反射光を指紋入力カード１０毎に予め決めたＩＤ番号を表す固有のパターンで遮断するようになっている。また、各貫通孔１２ａは、シャドウマスク１２をその厚み方向に対して傾斜させた方向に貫通しているが、シャドウマスク１２は、同各貫通孔１２ａの上端と下端とが同厚み方向に重ならない程度の厚みに設定されており、同貫通孔１２ａを通過する光が多段プリズム１１の検出面１１ａからの反射光のみに制限されるようになっている。
【００１６】
ここで、多段プリズム１１及びシャドウマスク１２の製造方法について説明しておく。多段プリズム１１を製造する場合、まず、シリコンウェハによって鋳型を製造する。この場合、まず、オリエンテーションフラットが（１００）方向であるシリコンウェハの表面を（１１０）方向に対し傾けて形成し、同表面上に、オリエンテーションフラットに対し垂直なスリット状のマスクパターンを形成する。このマスクパターンは、例えばフォトレジストや、予めパターニングした窒化シリコン又はスパッタした銅などの金属マスクなどにより形成するとよい。そして、このマスクパターンを形成したシリコンウェハを、例えば水酸化カリウムや水酸化テトラメチルアンモニウムなどのシリコンを結晶方位毎に異なる速度で溶解する水溶液中におくことにより、同シリコンウェハの表面上に互いに平行な複数の溝が形成されて、多段プリズム１１の鋳型が生成される。この鋳型に液状の透明体原料（例えばアクリル、ガラスなど）を流し込んで冷却し凝固させることにより、多段プリズム１１が生成される。
【００１７】
シャドウマスク１２を製造する場合、まず、オリエンテーションフラットが（１１２）であるシリコンウェハの表面を（１１０）方向に対し傾けて形成し、上記多段プリズム１１の鋳型における場合と同様に、同表面上にオリエンテーションフラットに対し垂直なスリット状のマスクパターンを形成した上で、このシリコンウェハを水酸化カリウムや水酸化テトラメチルアンモニウムなどの水溶液中において、同シリコンウェハの表面上に互いに平行な複数の溝を形成する。このシリコンウェハをダイサなどで切り出すことにより、シャドウマスク１２が製造される。なお、多段プリズム１１及びシャドウマスク１２は、例えば放電加工、ドライエッチング、ウェットエッチングなどの他の微細加工技術により作成してもよい。また、上記微細加工技術により作成した鋳型を用いて例えばモールディングなどにより作成してもよい。
【００１８】
指紋入力カード１０は、スイッチ１３も備えている（図３参照）。スイッチ１３は、多段プリズム１１の検出面１１ａに対する指先Ｆの接触を静電容量の変化によって検出する。なお、このスイッチ１３は、上記指先Ｆの接触を光電的に検出するスイッチや、指先Ｆが検出面１１ａに密着される際に同指先Ｆによって押されるようにした押し釦式のスイッチや、例えばフォトカプラなどの光量により上記接触を検出するスイッチなどにより代用してもよい。
【００１９】
指紋検出器２０は、照射手段としての照明装置２１、レンズ２２、及び受像手段としての受像装置２３を備えている。照明装置２１は、例えば発光ダイオードなどにより構成されて、指紋入力カード１０が指紋検出器２０に装着された状態で、スイッチ１３による指先Ｆの接触の検出に応じ多段プリズム１１内に参照光を照射する。レンズ２２は、多段プリズム１１の傾斜面１１ｂ及びシャドウマスク１２を通過した検出面１１ａからの反射光を受像装置２３に結像するものである。受像装置２３は、例えば電荷結合素子や相補型ＭＯＳなどの２次元の明暗情報を採取可能なデバイスにより構成されて、上記レンズ２２により結像された像を読み取るものである。
【００２０】
指紋検出器２０は、ＣＰＵ２４及び出力部２５も備えている。ＣＰＵ２４は、上記受像装置２３により読み取られた像をデータに変換するものである。この場合、同変換されるデータは、像自体を表す画像データであってもよいし、像に含まれる指紋の特徴点（例えば、端点、分岐点など）間の相関関係のみを表すものであってもよい。また、ＣＰＵ２４は、上記像から、多段プリズム１１の検出面１１ａ上における指先Ｆの位置を表す情報を取得する。この場合、同取得する位置情報は、例えば像に含まれている指先Ｆの第１関節部分や外縁部分などの位置及び角度としておくとよい。出力部２５は、この指紋入力装置と共に個人識別システムを構成するサーバコンピュータ３０に接続されており、上記像及び位置情報を表す各データをそれぞれ同コンピュータ３０に対して出力するものである。
【００２１】
サーバコンピュータ３０は、図３に示すように、受信画像記憶部３１、相対位置算出部３２、ＩＤ抽出部３３、参照用データ記憶部３４、画像生成部３５、照合部３６、及び判定部３７を備えている。受信画像記憶部３１は、上記指紋検出器２０の出力部２５から出力された像を表すデータを一時的に記憶するものである。相対位置算出部３２は、指紋検出器２０の出力部２５から出力された位置情報に基づいて、上記受信画像記憶部３１に記憶された像における指先Ｆの指紋を表す部分とシャドウマスク１２により遮断された部分との相対位置関係を算出するものである。ＩＤ抽出部３３は、上記受信画像記憶部３１に記憶された像から、シャドウマスク１２により遮断された部分のパターンを認識することによって、用いられた指紋入力カード１０に付与されたＩＤ番号を抽出するものである。参照用データ記憶部３４は、複数の個人情報としての指紋を表すデータを、それぞれ同各個人毎に予め決めたＩＤ番号と対応づけて記憶したものである。
【００２２】
画像生成部３５は、上記受信画像記憶部３１に記憶された像と照合するためのデータを生成するものである。このデータの生成は、上記参照用データ記憶部３４に記憶されているデータのうちから上記ＩＤ抽出部３３により抽出されたＩＤ番号に対応したデータを読み出して、同データの表す指紋の像に上記ＩＤ抽出部３３により認識されたパターンの平行線を上記相対位置算出部３２により算出された相対位置で重ねた像を表すデータを生成する。照合部３６は、上記受信画像記憶部３１に記憶された像と画像生成部３５により生成された像とを照合する。判定部３７は、上記照合部３６による照合結果に基づいて上記照合した両像の一致及び不一致を判定することにより、指紋入力カード１０を用いた個人を認証するか否かを判定するものである。
【００２３】
次に、上記のように構成した個人識別システムの動作を説明する。この個人識別システムを使用するに当たっては、予め、識別する各個人に対しそれぞれ固有のＩＤ番号を割り当てておき、同各個人に同割り当てた各固有のＩＤ番号に対応した指紋入力カード１０をそれぞれ携帯させておく。また、各個人の指紋を、上記各ＩＤ番号とそれぞれ対応づけてサーバコンピュータ３０の参照用データ記憶部３４に記憶させておく。
【００２４】
この個人識別システムが使用される場合、まず、上記各個人に携帯させた指紋入力カード１０が指紋検出器２０に装着される。この状態で多段プリズム１１の検出面１１ａ上に指先Ｆが密着されると、スイッチ１３がこれを検出し、同検出に応答して照明装置２１が多段プリズム１１内に参照光を照射する。参照光は、多段プリズム１１内にて乱反射し、全ての方向の成分を持つ光となる。このとき、ある方向の光は、検出面１１ａの指先Ｆと接触している位置、すなわち指先Ｆの指紋の隆線位置にて指先Ｆ側に吸収され、指先Ｆと離間している位置、すなわち指先Ｆの指紋の溝線位置にて全反射する。したがって、この検出面１１ａからの反射光によって指先Ｆの指紋を表す像が形成される。
【００２５】
上記検出面１１ａからの反射光は、多段プリズム１１の各傾斜面１１ｂを通過して、シャドウマスク１２によりその指紋入力カード１０に付与されたＩＤ番号を表すパターンで遮断された上で、レンズ２２により受像装置２３に結像される。これにより、受像装置２３は、図４に示すように、指先Ｆの指紋の像に上記パターンの平行線を重ねた像を読み取る。そして、この受像装置２３により読み取られた指紋及び平行線を含む像が、ＣＰＵ２４によってデータに変換されて、出力部２５によってサーバコンピュータ３０に対し出力される。また、このとき、多段プリズム１１の検出面１１ａ上における指先Ｆの位置を表す情報がＣＰＵ２４により上記像から取得されて、同位置情報を表すデータも出力部２５によってサーバコンピュータ３０に対し出力される。
【００２６】
サーバコンピュータ３０は、上記出力部２５による各データの出力時、まず、同出力された像を表すデータを受信画像記憶部３１に記憶する。このとき、相対位置算出部３２が、上記出力部２５から出力された位置情報に基づいて、上記受信画像記憶部３１に記憶された像における指先Ｆの指紋を表す部分とシャドウマスク１２により遮断された部分との相対位置関係を算出する。一方、ＩＤ抽出部３３は、上記受信画像記憶部３１に記憶された像から、シャドウマスク１２により遮断された部分のパターンを認識することによって、用いられた指紋入力カード１０に付与されたＩＤ番号を抽出する。そして、同抽出後、画像生成部３５が、参照用データ記憶部３４に記憶されているデータのうちから上記抽出されたＩＤ番号に対応したデータを読み出して、同データの表す指紋の像に上記ＩＤ抽出部３３により認識されたパターンの平行線を上記相対位置算出部３２により算出された相対位置で重ねた像を表すデータを生成する。
【００２７】
上記画像生成部３５によるデータの生成後、照合部３６が、上記受信画像記憶部３１に記憶された像と画像生成部３５により生成された像とを照合する。そして、判定部３７が、同照合部３６による照合結果に基づき上記照合した両像の一致及び不一致を判定して、指紋入力カード１０を用いた個人を認証するか否かを判定する。この判定結果は図示しないシステムに対して出力されて、例えば扉の開閉や端末の使用などの許可及び禁止制御などに用いられる。
【００２８】
上述のように、上記実施形態における指紋入力装置においては、多段プリズム１１の検出面１１ａからの反射光の一部がシャドウマスク１２により予め決めた固有のパターンで遮断された上で受像装置２３に到達するようになっていて、受像装置２３が読み取る像に指先Ｆの指紋と上記固有のパターンとが共に現れるようになっているため、個人の指紋及び個人毎の固有のデータとしてのＩＤ番号が同時に入力されるようになっており、使い勝手が良好である。また、板状の多段プリズム１１が採用されているため、構成を小型化することが可能である。
【００２９】
また、シャドウマスク１２が複数の貫通孔１２ａを設けた立体的な板状に形成されていて精度よく再現することが困難となっているため、同シャドウマスク１２の不正な複製が困難であり、セキュリティ性が高く保たれている。また、シャドウマスク１２の貫通孔１２ａが同シャドウマスク１２の厚み方向に対してそれぞれ傾斜して形成されており、同シャドウマスク１２の厚みの設定により受像装置２３に到達する光が多段プリズム１１の検出面１１ａからの反射光のみに制限されているため、多段プリズム１１から受像装置２３への光路を短く設定した上で受像装置２３の読み取り精度を確保することが可能であり、構成を小型化することが可能である。
【００３０】
また、多段プリズム１１及びシャドウマスク１２が一体的に指紋入力カード１０としてカード状に形成されているため、各個人がそれぞれ割り当てられたＩＤ番号に対応したシャドウマスク１２を携帯できるようになっており、指紋入力装置の使い勝手が良好となっている。
【００３１】
また、上記指紋入力装置を用いた個人識別システムにおいては、サーバコンピュータ３０の画像生成部３５が、参照用データ記憶部３４に記憶されているデータのうちから指紋入力装置の受像装置２３により読み取られた像に含まれていてシャドウマスク１２により遮断されたパターンに対応したデータを読み出して像を生成し、照合部３６が、上記受像装置２３により読み取られた像と画像生成部３５により生成された像とを照合する。したがって、参照用データ記憶部３４に記憶されているデータのうちから照合部３６により照合されるデータがシャドウマスク１２が遮断したパターンに基づき予め特定されることになるため、同照合に要する時間が短縮化される。さらに、この場合にも、指紋入力装置においては個人の指紋と前記パターンとが同時に入力されるため、この個人識別システムの使い勝手が高く保たれている。
【００３２】
ｂ．第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態を図面を用いて説明する。同実施形態は、図５に示すように、前記第１の実施形態における指紋入力装置の指紋入力カード１０部分及び指紋検出器２０部分を共に一体的に携帯されるように構成したものである。
【００３３】
この指紋入力装置は、前記同様の多段プリズム１１、シャドウマスク１２、スイッチ１３、照明装置２１、ＣＰＵ２４、及び出力部２５を収容した直方体状（厚さ１ｍｍ〜２ｃｍ程度）のケーシング４０を備えている。前記第１の実施形態にて採用したレンズ２２は装置の小型化のために省略してあり、その分前記第１の実施形態にて採用した受像装置２３よりも受像面積の広い受像装置４１を採用するようにしている。
【００３４】
上記のように構成したこの第２の実施形態に係る指紋入力装置においても、各個人がそれぞれ割り当てられたＩＤ番号に対応したシャドウマスク１２を携帯できるため、指紋入力装置の使い勝手が良好となっている。
【００３５】
なお、上記各実施形態においては、指紋入力装置のＣＰＵ２４及びサーバコンピュータ３０の相対位置算出部３２が、受像装置２３により読み取られた像における指紋を表す部分とシャドウマスク１２により遮断された部分との相対位置関係を算出し、画像生成部３５が像を生成するとき同算出された相対位置関係を加味するようにして、指紋の像の上記平行線によって隠された部分が照合部３６による照合に影響することを回避するようにした。しかし、シャドウマスク１２の各貫通孔１２ａ間の間隔を一般的に指紋の隆線と溝線とを隠さない程度の間隔（例えば、５０μｍ）に設定しておき、指紋の像の同シャドウマスク１２により遮断される部分が照合に影響しないようにしておいた上で、上記ＣＰＵ２４及び相対位置算出部３２による相対位置の算出を省略するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記各実施形態においては、受像装置２３により読み取られた像からの指先Ｆの位置情報の取得を指紋入力装置のＣＰＵ２４により実行するようにしたが、同位置情報の取得はサーバコンピュータ３０にて実行するようにしてもよい。この場合、指紋入力装置のＣＰＵ２４は、単に上記像をデータに変換する処理を実行するだけでよい。また、このデータの変換についても、ＣＰＵ２４においては単に像自体を表す画像データに変換するだけにしておいて、同画像データを、サーバコンピュータ３０にて指紋の特徴点を表すデータにさらに変換するようにしてもよい。
【００３７】
また、逆に、上記実施形態においては、受像装置２３により読み取られた像における指紋を表す部分とシャドウマスク１２により遮断された部分との相対位置関係の算出、及び上記像からのＩＤ番号の抽出をそれぞれサーバコンピュータ３０の相対位置算出部３２及びＩＤ抽出部３３にて実行するようにしたが、同相対位置関係の算出及びＩＤ番号の抽出も指紋入力装置のＣＰＵ２４にて実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る指紋入力装置の概略図である。
【図２】図１の多段プリズム及びシャドウマスクの拡大縦断面図である。
【図３】前記指紋入力装置を用いた個人識別システムの全体ブロック図である。
【図４】図１，３の受像装置により読み取られる像の例を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る指紋入力装置の概略図である。
【符号の説明】
１０…指紋入力カード、１１…多段プリズム、１１ａ…検出面、１１ｂ…傾斜面、１２…シャドウマスク、１２ａ…貫通孔、２０…指紋検出器、２１…照明装置、２３…受像装置、３０…サーバコンピュータ、３３…ＩＤ抽出部、３４…参照用データ記憶部、３５…画像生成部、３６…照合部、Ｆ…指先。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fingerprint input device for inputting a fingerprint of an individual, and a personal identification system using the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this kind of fingerprint input device, as shown in, for example, US Pat. No. 5,796,858, a predetermined surface is formed on a detection surface formed of a transparent body and to which a fingertip is in close contact. A prism having an inclined surface disposed at an angle and passing reflected light from the detection surface, irradiation means for irradiating reference light reflected on the detection surface into the prism, and passing through the inclined surface of the prism Image receiving means for reading an image formed by the reflected light from the detection surface, and irradiating the reference light into the prism by the irradiating means with the fingertip in close contact with the detection surface, and appears in the reflected light from the same detection surface In some cases, a fingerprint image of a fingertip is read by image receiving means.
[0003]
The fingerprint input device has been used in, for example, a personal identification system. In this case, the personal identification system stores data representing a fingerprint as personal information in advance, and compares the stored data representing the fingerprint with data representing the image read by the image receiving means. I was trying to identify individuals. In particular, the data representing the fingerprint is stored in association with predetermined data unique to each individual such as an ID number, and the data representing the image is input by a fingerprint input device. Is also input separately, and the data representing the image is compared with only the data corresponding to the separately input unique data among the stored data, which is required for the matching. Others tried to save time.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional fingerprint input device, the image read by the image receiving means represents only the fingerprint of the fingertip closely attached to the detection surface. Therefore, for example, when the same device is applied to a system for inputting unique data for each individual in addition to an image representing an individual's fingerprint, such as a personal identification system for specifying fingerprint data to be collated by the unique data in advance. However, there is a problem in that it is necessary to input the unique data separately, and the usability is deteriorated.
[0005]
Summary of the Invention
The present invention has been made to address the above problems, and has as its object to provide an easy-to-use fingerprint input device capable of simultaneously inputting an individual's fingerprint and predetermined unique data for each individual. An object of the present invention is to provide an easy-to-use personal identification system in which a collation time using an apparatus is short.
[0006]
To achieve the above object, features of the present invention, the reflected light from the detection surface is arranged inclined by a predetermined angle relative to the detection surface and the detection surface fingertip becomes formed is in close contact with the transparent member A prism having an inclined surface through which light passes , irradiating means for irradiating the prism with reference light reflected on the detection surface, and image receiving means for reading an image formed by reflected light from the detection surface having passed through the inclined surface of the prism If, fingerprints and a blocking means for blocking a unique pattern was predetermined part of the light reflected from the detection surface that has passed through the inclined surface of the interposed has been prism between the inclined surface and the image receiving means of the prism In the input device, the blocking unit is constituted by a plate-shaped member provided with a plurality of optical paths for passing reflected light from the detection surface passing through the inclined surface of the prism to the image receiving unit side, and a plurality of optical paths of the plate-shaped member. The same board It is inclined with respect to the thickness direction of the member lies in the form.
[0007]
According to this, a part of the reflected light from the detection surface of the prism reaches the image receiving unit after being blocked by the blocking unit in a predetermined unique pattern. Therefore, in the image read by the image receiving means, both the fingerprint of the fingertip closely attached to the detection surface and the unique pattern appear, so that the fingerprint of the individual and the unique data of each individual are simultaneously input, Usability of the fingerprint input device is improved.
[0008]
Further, according to the feature of the present invention, since the blocking unit is constituted by a plate-shaped member provided with a plurality of optical paths for passing the reflected light from the detection surface that has passed through the inclined surface of the prism to the image receiving unit side , Since the blocking means has a three-dimensional configuration and it is difficult to accurately reproduce the optical path, unauthorized duplication of the blocking means becomes difficult, and the security of the fingerprint input device is improved.
[0009]
Further, according to the feature of the present invention, since the plurality of optical paths of the plate-shaped member are formed to be inclined with respect to the thickness direction of the same plate-shaped member, the thickness of the plate-shaped member and the angle of inclination of the optical path are adjusted. This makes it possible to limit the light reaching the image receiving means to only the reflected light from the detection surface of the prism, so that the optical path from the prism to the image receiving means can be set short and the reading accuracy of the image receiving means can be secured. become. Therefore, the configuration of the fingerprint input device can be reduced in size.
[0010]
Further, another feature of the present invention is that a detection surface formed of a transparent body and to which a fingertip is in close contact is disposed at a predetermined angle with respect to the detection surface, and an inclined surface through which reflected light from the detection surface passes. A irradiating means for irradiating the prism with reference light reflected on the detection surface, an image receiving means for reading an image formed by reflected light from the detection surface having passed through the inclined surface of the prism, and an inclination of the prism. A fingerprint input device including a blocking unit interposed between the surface and the image receiving unit and blocking a part of the reflected light from the detection surface that has passed through the inclined surface of the prism in a predetermined unique pattern. In a personal identification system, storage means for storing data representing a fingerprint as personal information in association with a pattern to be cut off by a blocking means of the fingerprint input device; and a fingerprint input device from data stored in the storage means. Reading means for reading data corresponding to the pattern included in the image read by the image receiving means and blocked by the blocking means; data read by the reading means and data representing the image read by the image receiving means; A collation means for collation is provided.
[0011]
According to is this, the reading means reads the data corresponding to the pattern that has been blocked by the blocking means have been included in the image read by the image receiving means of the fingerprint input apparatus from among the data stored in the storage means And collating means collating the data read by the reading means with the data representing the image read by the image receiving means. Therefore, the data to be collated by the collating unit out of the data stored in the storage unit is specified in advance based on the pattern blocked by the blocking unit, so that the time required for the collation is reduced. Further, also in this case, since the fingerprint of the individual and the pattern are input simultaneously in the fingerprint input device, the usability of the personal identification system is kept high.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
a. First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows a fingerprint input device according to the embodiment. This fingerprint input device is composed of a plate-shaped (thickness of about 50 μm to 2 mm) fingerprint input card 10 carried by each individual, and a fingerprint detector 20 to which the card 10 is attached.
[0014]
The fingerprint input card 10 includes a multi-stage prism 11 formed of a transparent body in a plate shape, and a plate-shaped shadow mask 12 disposed below the prism 11 as blocking means. As shown in detail in FIG. 2, the multi-stage prism 11 forms a detection surface 11a to which the fingertip F is in close contact on the upper side, and forms a plurality of inclined surfaces 11b on the lower side. The inclined surfaces 11b are juxtaposed with each other at a predetermined angle in the same direction with respect to the detection surface 11a, and allow the reflected light from the detection surface 11a to pass therethrough.
[0015]
The shadow mask 12 has a plurality of through holes 12a. Each through hole 12a is an optical path formed in a linear shape parallel to each inclined surface 11b of the multi-stage prism 11, and passes through the shadow mask 12 in a direction perpendicular to the inclined surface 11b and passes through the inclined surface 11b. The reflected light from the detection surface 11a is passed downward. The shadow mask 12 allows the reflected light from the detection surface 11a to pass through only the through holes 12a and blocks the remaining portion of the reflected light. In this case, the shadow mask 12 blocks the reflected light in a unique pattern representing an ID number predetermined for each fingerprint input card 10 by the arrangement of the through holes 12a. Each through hole 12a penetrates the shadow mask 12 in a direction inclined with respect to the thickness direction of the shadow mask 12, but the upper end and the lower end of each through hole 12a overlap in the same thickness direction. The thickness is set so as not to be so small that light passing through the through-hole 12a is limited to only reflected light from the detection surface 11a of the multi-stage prism 11.
[0016]
Here, a method of manufacturing the multi-stage prism 11 and the shadow mask 12 will be described. When manufacturing the multi-stage prism 11, first, a mold is manufactured using a silicon wafer. In this case, first, the surface of the silicon wafer whose orientation flat is the (100) direction is formed to be inclined with respect to the (110) direction, and a slit-shaped mask pattern perpendicular to the orientation flat is formed on the surface. This mask pattern may be formed using, for example, a photoresist, or a metal mask of silicon nitride or sputtered copper that has been patterned in advance. Then, the silicon wafer on which the mask pattern is formed is placed in an aqueous solution in which silicon such as potassium hydroxide or tetramethylammonium hydroxide is dissolved at a different rate for each crystal orientation, so that the silicon wafers are placed on the surface of the silicon wafer. A plurality of parallel grooves are formed to create a mold for the multi-stage prism 11. A multi-stage prism 11 is generated by pouring a liquid transparent material (for example, acrylic, glass, or the like) into the mold, cooling and solidifying the raw material.
[0017]
When the shadow mask 12 is manufactured, first, the surface of a silicon wafer having an orientation flat (112) is formed to be inclined with respect to the (110) direction, and is formed on the same surface as in the case of the mold of the multi-stage prism 11 described above. After forming a slit-shaped mask pattern perpendicular to the orientation flat, the silicon wafer is placed in an aqueous solution such as potassium hydroxide or tetramethylammonium hydroxide by forming a plurality of grooves parallel to each other on the surface of the silicon wafer. Form. By cutting out this silicon wafer with a dicer or the like, the shadow mask 12 is manufactured. The multi-stage prism 11 and the shadow mask 12 may be formed by other fine processing techniques such as electric discharge machining, dry etching, and wet etching. Further, the mold may be formed by, for example, molding using a mold formed by the above-mentioned fine processing technology.
[0018]
The fingerprint input card 10 also includes a switch 13 (see FIG. 3). The switch 13 detects the contact of the fingertip F with the detection surface 11a of the multi-stage prism 11 by a change in capacitance. The switch 13 is a switch that photoelectrically detects the contact of the fingertip F, a push-button switch that is pressed by the fingertip F when the fingertip F is brought into close contact with the detection surface 11a, A switch that detects the contact based on the light amount of a photocoupler or the like may be used instead.
[0019]
The fingerprint detector 20 includes an illumination device 21 as an irradiation unit, a lens 22, and an image receiving device 23 as an image receiving unit. The illuminating device 21 is configured by, for example, a light emitting diode, and irradiates the reference light into the multi-stage prism 11 in response to the detection of the contact of the fingertip F by the switch 13 in a state where the fingerprint input card 10 is mounted on the fingerprint detector 20. I do. The lens 22 forms an image of the reflected light from the detection surface 11 a passing through the inclined surface 11 b of the multi-stage prism 11 and the shadow mask 12 on the image receiving device 23. The image receiving device 23 is constituted by a device capable of collecting two-dimensional light / dark information such as a charge-coupled device or a complementary MOS, and reads an image formed by the lens 22.
[0020]
The fingerprint detector 20 also includes a CPU 24 and an output unit 25. The CPU 24 converts the image read by the image receiving device 23 into data. In this case, the data to be converted may be image data representing the image itself, or may represent only a correlation between characteristic points (for example, end points and branch points) of a fingerprint included in the image. You may. Further, the CPU 24 obtains information indicating the position of the fingertip F on the detection surface 11a of the multi-stage prism 11 from the image. In this case, the acquired position information may be, for example, the position and angle of the first joint portion or the outer edge portion of the fingertip F included in the image. The output unit 25 is connected to the server computer 30 that constitutes the personal identification system together with the fingerprint input device, and outputs each data representing the image and the position information to the computer 30.
[0021]
As shown in FIG. 3, the server computer 30 includes a received image storage unit 31, a relative position calculation unit 32, an ID extraction unit 33, a reference data storage unit 34, an image generation unit 35, a collation unit 36, and a determination unit 37. Have. The received image storage unit 31 temporarily stores data representing an image output from the output unit 25 of the fingerprint detector 20. The relative position calculation unit 32 blocks the portion representing the fingerprint of the fingertip F in the image stored in the received image storage unit 31 and the shadow mask 12 based on the position information output from the output unit 25 of the fingerprint detector 20. This is to calculate the relative positional relationship with the portion that has been set. The ID extraction unit 33 extracts the ID number given to the used fingerprint input card 10 by recognizing the pattern of the part blocked by the shadow mask 12 from the image stored in the received image storage unit 31. Is what you do. The reference data storage unit 34 stores data representing a plurality of fingerprints as personal information in association with an ID number predetermined for each individual.
[0022]
The image generation unit 35 generates data for collating with the image stored in the received image storage unit 31. This data is generated by reading out the data corresponding to the ID number extracted by the ID extracting unit 33 from the data stored in the reference data storing unit 34, and converting the data into a fingerprint image represented by the data. Data representing an image in which parallel lines of the pattern recognized by the ID extraction unit 33 are superimposed at the relative position calculated by the relative position calculation unit 32 is generated. The collation unit 36 collates the image stored in the received image storage unit 31 with the image generated by the image generation unit 35. The determination unit 37 determines whether or not to authenticate an individual using the fingerprint input card 10 by determining whether the two images matched match or not based on the result of matching by the matching unit 36. .
[0023]
Next, the operation of the personal identification system configured as described above will be described. In using this personal identification system, a unique ID number is assigned to each person to be identified in advance, and the fingerprint input card 10 corresponding to each of the unique ID numbers assigned to each person is carried on the mobile phone. Let it be. In addition, the fingerprint of each individual is stored in the reference data storage unit 34 of the server computer 30 in association with each ID number.
[0024]
When this personal identification system is used, first, the fingerprint input card 10 carried by each individual is mounted on the fingerprint detector 20. When the fingertip F is brought into close contact with the detection surface 11a of the multi-stage prism 11 in this state, the switch 13 detects this and the illumination device 21 irradiates the reference light into the multi-stage prism 11 in response to the detection. The reference light is irregularly reflected in the multi-stage prism 11 and becomes light having components in all directions. At this time, the light in a certain direction is absorbed by the fingertip F at the position of the detection surface 11a in contact with the fingertip F, that is, the position separated from the fingertip F at the ridge position of the fingerprint of the fingertip F, that is, The light is totally reflected at the fingerprint groove position of the fingertip F. Therefore, an image representing the fingerprint of the fingertip F is formed by the reflected light from the detection surface 11a.
[0025]
The reflected light from the detection surface 11 a passes through each inclined surface 11 b of the multi-stage prism 11, is blocked by the shadow mask 12 in a pattern representing the ID number given to the fingerprint input card 10, and To form an image on the image receiving device 23. As a result, the image receiving device 23 reads an image in which the parallel lines of the pattern are superimposed on the fingerprint image of the fingertip F, as shown in FIG. Then, the image including the fingerprint and the parallel lines read by the image receiving device 23 is converted into data by the CPU 24 and output to the server computer 30 by the output unit 25. At this time, information indicating the position of the fingertip F on the detection surface 11a of the multi-stage prism 11 is obtained from the image by the CPU 24, and data indicating the position information is also output to the server computer 30 by the output unit 25. .
[0026]
When each data is output by the output unit 25, the server computer 30 first stores data representing the output image in the received image storage unit 31. At this time, based on the position information output from the output unit 25, the relative position calculation unit 32 is blocked by the shadow mask 12 from the portion representing the fingerprint of the fingertip F in the image stored in the received image storage unit 31. Calculate the relative positional relationship with the part. On the other hand, the ID extraction unit 33 recognizes the pattern of the part blocked by the shadow mask 12 from the image stored in the received image storage unit 31, so that the ID number assigned to the fingerprint input card 10 used is Is extracted. After the extraction, the image generation unit 35 reads out the data corresponding to the extracted ID number from the data stored in the reference data storage unit 34 and stores the data in the fingerprint image represented by the data. Data representing an image in which parallel lines of the pattern recognized by the ID extraction unit 33 are superimposed at the relative position calculated by the relative position calculation unit 32 is generated.
[0027]
After the data generation by the image generation unit 35, the collation unit 36 collates the image stored in the received image storage unit 31 with the image generated by the image generation unit 35. Then, the determining unit 37 determines whether or not the two images matched with each other match or not based on the matching result by the matching unit 36, and determines whether or not to authenticate the individual using the fingerprint input card 10. This determination result is output to a system (not shown), and is used for, for example, permission and prohibition control such as opening and closing of a door and use of a terminal.
[0028]
As described above, in the fingerprint input device according to the above embodiment, a part of the reflected light from the detection surface 11a of the multi-stage prism 11 is blocked by the shadow mask 12 in a predetermined unique pattern, and then transmitted to the image receiving device 23. Since the image is read by the image receiving device 23, both the fingerprint of the fingertip F and the above-mentioned unique pattern appear in the image read by the image receiving device 23. It is designed to be input at the same time, which is convenient. Further, since the plate-like multi-stage prism 11 is employed, the configuration can be reduced in size.
[0029]
Further, since the shadow mask 12 is formed in a three-dimensional plate shape provided with a plurality of through holes 12a and it is difficult to accurately reproduce the shadow mask 12, it is difficult to illegally duplicate the shadow mask 12. Security is kept high. Further, the through holes 12 a of the shadow mask 12 are formed to be inclined with respect to the thickness direction of the shadow mask 12, and light reaching the image receiving device 23 by setting the thickness of the shadow mask 12 allows the light to reach the multi-stage prism 11. Since the light is limited only to the reflected light from the detection surface 11a, the optical path from the multi-stage prism 11 to the image receiving device 23 can be set short, and the reading accuracy of the image receiving device 23 can be ensured. It is possible to do.
[0030]
Further, since the multi-stage prism 11 and the shadow mask 12 are integrally formed in a card shape as the fingerprint input card 10, each individual can carry the shadow mask 12 corresponding to the assigned ID number. Thus, the usability of the fingerprint input device is good.
[0031]
In the personal identification system using the fingerprint input device, the image generation unit 35 of the server computer 30 reads out the data stored in the reference data storage unit 34 by the image receiving device 23 of the fingerprint input device. The data corresponding to the pattern included in the image and blocked by the shadow mask 12 is read to generate an image, and the collating unit 36 is generated by the image receiving unit 23 and the image read by the image generating unit 35. Check with the image. Therefore, the data to be collated by the collation unit 36 from the data stored in the reference data storage unit 34 is specified in advance based on the pattern blocked by the shadow mask 12, so that the time required for the collation is reduced. It is shortened. Further, also in this case, since the fingerprint of the individual and the pattern are input simultaneously in the fingerprint input device, the usability of the personal identification system is kept high.
[0032]
b. Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, as shown in FIG. 5, the fingerprint input card 10 and the fingerprint detector 20 of the fingerprint input device according to the first embodiment are integrally carried together.
[0033]
This fingerprint input device is provided with a rectangular parallelepiped (about 1 mm to 2 cm thick) casing 40 containing the same multi-stage prism 11, shadow mask 12, switch 13, illumination device 21, CPU 24, and output unit 25 as described above. . The lens 22 employed in the first embodiment is omitted for the sake of size reduction of the apparatus, and the image receiving apparatus 41 having a larger image receiving area than the image receiving apparatus 23 employed in the first embodiment is used. I am trying to adopt it.
[0034]
In the fingerprint input device according to the second embodiment configured as described above, since each individual can carry the shadow mask 12 corresponding to the assigned ID number, the usability of the fingerprint input device is improved. I have.
[0035]
In each of the above embodiments, the CPU 24 of the fingerprint input device and the relative position calculation unit 32 of the server computer 30 determine whether the portion representing the fingerprint in the image read by the image receiving device 23 and the portion blocked by the shadow mask 12 are different. The relative position relationship is calculated, and when the image generation unit 35 generates the image, the part hidden by the parallel line in the fingerprint image is compared with the comparison unit 36 so as to take into account the calculated relative position relationship. Avoided affecting. However, the interval between the through holes 12a of the shadow mask 12 is generally set to an interval (for example, 50 μm) that does not hide the ridges and groove lines of the fingerprint, and the shadow mask 12 of the fingerprint image is set. In this case, the calculation of the relative position by the CPU 24 and the relative position calculation unit 32 may be omitted after the portion blocked by the above does not affect the collation.
[0036]
Further, in each of the above embodiments, the position information of the fingertip F from the image read by the image receiving device 23 is obtained by the CPU 24 of the fingerprint input device. May be executed. In this case, the CPU 24 of the fingerprint input device only needs to execute the process of converting the image into data. As for the data conversion, the CPU 24 simply converts the data into image data representing the image itself, and the server computer 30 further converts the image data into data representing the characteristic points of the fingerprint. It may be.
[0037]
Conversely, in the above embodiment, calculation of the relative positional relationship between the portion representing the fingerprint and the portion blocked by the shadow mask 12 in the image read by the image receiving device 23 and the extraction of the ID number from the image Is executed by the relative position calculation unit 32 and the ID extraction unit 33 of the server computer 30. However, the calculation of the relative position relationship and the extraction of the ID number may be executed by the CPU 24 of the fingerprint input device. Good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a fingerprint input device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of the multi-stage prism and the shadow mask of FIG.
FIG. 3 is an overall block diagram of a personal identification system using the fingerprint input device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of an image read by the image receiving device of FIGS.
FIG. 5 is a schematic diagram of a fingerprint input device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: fingerprint input card, 11: multi-stage prism, 11a: detection surface, 11b: inclined surface, 12: shadow mask, 12a: through hole, 20: fingerprint detector, 21: lighting device, 23: image receiving device, 30: server Computer, 33: ID extraction unit, 34: Reference data storage unit, 35: Image generation unit, 36: Collation unit, F: Fingertip.

Claims

A prism having a detection surface formed by a transparent body and having a fingertip in close contact therewith and having an inclined surface disposed at a predetermined angle to the detection surface and passing reflected light from the detection surface,
Irradiation means for irradiating the prism with reference light reflected on the detection surface,
Image receiving means for reading an image formed by reflected light from the detection surface that has passed through the inclined surface of the prism ,
And a blocking means for blocking a unique pattern a part of the reflected light was predetermined from the detection surface is interposed through the inclined surface of the prism between the image receiving means and the inclined surface before Symbol prism Fingerprint input device,
The blocking means is constituted by a plate-shaped member provided with a plurality of optical paths for passing reflected light from the detection surface passing through the inclined surface of the prism to the image receiving means side, and
A fingerprint input device, wherein a plurality of optical paths of the plate-shaped member are formed to be inclined with respect to a thickness direction of the plate-shaped member.

A prism having a detection surface formed by a transparent body and having a fingertip in close contact therewith and having an inclined surface disposed at a predetermined angle to the detection surface and passing reflected light from the detection surface,
Irradiation means for irradiating the prism with reference light reflected on the detection surface,
Image receiving means for reading an image formed by reflected light from the detection surface that has passed through the inclined surface of the prism,
Blocking means interposed between the inclined surface of the prism and the image receiving means for blocking a part of the reflected light from the detection surface passing through the inclined surface of the prism in a predetermined unique pattern. In a personal identification system using a fingerprint input device,
Storage means for storing data representing a fingerprint as personal information in association with a pattern to be blocked by the blocking means of the fingerprint input device,
Reading means for reading data corresponding to the pattern included in the image read by the image receiving means of the fingerprint input device and blocked by the blocking means from the data stored in the storage means;
A personal identification system, comprising: a collation unit for collating data read by the reading unit with data representing an image read by the image receiving unit.