JP3849849B2

JP3849849B2 - 指紋照合装置およびそのプリズム

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Publication number: JP3849849B2
Application number: JP2001198677A
Authority: JP
Inventors: 恵一永山
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003016432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は指紋照合装置およびそのプリズムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
指紋照合装置は、種々の分野で本人確認のための一手法として広く利用されており、あらかじめ本人の指紋が電子情報として記憶されている。指紋照合に際しては、プリズム等の透明部材に形成された指紋照合面に押しつけられた指先の指紋を光学的に読み取って、読み取った指紋を電気信号に変換し、この変換された電気信号を上記記憶されている電子情報と比較することによりにより、本人であるか否かの判別が行われる。照合面にタッチされた指先の指紋読取のために、光源からの検知光が照合面に照射されて、この照合面からの反射光が撮像手段に入射されることになる。
【０００３】
照合面には、他人の指紋を金属、紙、プラスチック等の適宜の部材に転写して、転写した指紋を利用して本人でないにもかかわらず本人であるかのように偽装することが考えられる。このような偽装防止のために、照合面に生体であることを検知する電極膜を形成することも提案されている（例えば特開２０００−９８０４８号公報、特開平１０−１６５３８２号公報、特開平９−４６２０５号公報）。
【０００４】
指先がタッチされる照合面を構成するため、マイクロプリズムアレイと呼ばれる全体的に薄板状のものがある。このものは、薄い透明板材の裏面側に、小さい透明な２等辺３角形状を多数並べて構成したもの、つまり極めて薄いプリズムを多数並べた構造のもので、肉眼では単なる一枚の平板状の板材として把握される。
【０００５】
マイクロプリズムアレイは、照合面を含むプリズムを平板状に薄く形成するという利点を有する反面、薄いために、マイクロプリズムアレイを通過する光の減衰度合いが弱く、また、入射／屈折して出射まで進む距離も短いため、基本的に外乱光に弱くなってしまうという問題がある。すなわち、照合面にタッチした指先の周囲から差し込む光量が大きい外乱光が、マイクロプリズムアレイをほとんど直進して通過し、縮小光学系第１レンズに入射し結果的にＣＣＤを飽和させてしまい、良好な指紋画像が取得できない。太陽光等の外乱光は、指紋照合装置光源に比べてかなり光量が大きいため、マイクロプリズムアレイのような、外乱光エネルギーのレンズ入射効率が良いものにおいては、シャッター速度ＵＰと寿命実用限度内光源輝度アップにより「指紋パターンを構成する反射光＞＞外乱光」とすることはできない。指紋照合装置を、例えば自動車における乗車許可用として使用する等屋外で使用する場合は、太陽光の影響を大きく受け照合できない場合が多発する。
【０００６】
一方、照合面を、例えば三角プリズムの所定面に形成したものもある（例えばＰＣＴ／ＵＳ９９／１７８４４の国際公開公報参照）。すなわち、断面三角形とされたプリズムのうち、所定の頂角と対向する対向面を照合面とし、この照合面を交差する２つの側面の一方を、光源からの検知光が入射される入射面とし、他方の側面を照合面からの反射光が出射される出射面とするものがある。
【０００７】
断面三角形のプリズムに照合面を構成するものにあっては、照合面から入射される外乱光は、プリズム照合面に入射／屈折して長い距離を移動しなければならないので、プリズムから出射した外乱光は、縮小用光学系第１レンズから大きくそれる。その結果、プリズムから出射され縮小用光学系第１レンズに入射する外乱光光量は、マイクロプリズムアレイの場合よりもかなり小さくなる。その結果、シャッター速度ＵＰと寿命実用限度内の装置光源輝度アップにより「外乱光＜＜指紋パターンを構成する反射光」の関係を実現でき、外乱光によるＣＣＤの電荷飽和は抑えられる。このようなプリズムは、通常、光学ガラスを加工することにより形成されて、全体的な外観形状は三角柱構造となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、外乱光の悪影響を低減させてシャッター速度を速くするという観点から、断面略三角形のプリズムを利用するのが好ましいものとなる。しかしながら、従来のこのようなプリズムを利用した指紋照合装置にあっては、プリズムの形状設定等を指紋照合装置に最適な構造として設定したものとはなっておらず、この点において改善の予知がある。
【０００９】
この改善が望まれる点について詳述すると、まず、プリズムをケース等に対して精度良く位置決めすることが、光学系全体としての精度を高めて、指紋照合判定を精度よく行う上で重要となる。しかしながら、従来のプリズムは、ケース等に対する位置決めのために特別の形状等を採択する等の工夫をしておらず、この点において対策が望まれることになる。
【００１０】
次に、プリズムは通常ケース内に収納されて、プリズムの照合面はケースに形成された開口部に位置されることになる。この場合、少なくともケースの肉厚の分だけ、照合面がケース表面から低い位置となる。つまり、照合面の周囲には、少なくともケースの肉厚に相当する段差面が位置することになる。このような段差面が存在すると、爪が長い者が照合面にタッチしようとすると、爪先が開口部の周縁部に当接して、指先が照合面に対してしっかりと密着させることが難しくなる。照合面に対する指先の密着性が悪くなると、指紋照合判定を精度よく行うことが困難になる。このような事態を解消するために、照合面の面積を大きく、特にタッチされる指の長手方向に長くなるように照合面を形成することが考えられるが、この場合は、照合面からの外乱光の入射量が多くなり、照合面を大きくするには限界がある。
【００１１】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、プリズムのケース等に対する組付性を良好なものとすることができ、しかも照合面に対する指先の密着性も良好に確保できるようにした指紋照合装置およびそのプリズムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明における指紋照合装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
光源（例えば図２の光源１１）からの検知光を指先（例えば図２の指先Ｙ）がタッチされる照合面（例えば図２の照合面１３ａ）で反射させて撮像手段（例えば図２のＣＣＤ１８）に入射させるようにした指紋照合装置において、
開口部（例えば図２の開口部３）が形成された所定面（例えば図２のケースＫの前面部２ｂ）と、
前記所定面の裏面側に配設され、光学プラスチックによって断面略３角形に形成されたプリズム（例えば図２のプリズム１３）と、
を有し、
前記プリズムのうち所定の頂角と対向する対向面が、前記開口部に位置される前記照合面（例えば図２の照合面１３ａ）とされており、
前記プリズムのうち前記所定の頂角を挟む２つの側面のうち一方の側面が、前記光源からの検知光が入射される入射面（例えば図２の入射面１３ｃ）とされると共に、他方の側面が前記照合面で反射された検知光が出射される出射面（例えば図２の出射面１３ｄ）とされ、
前記照合面の周囲には、フランジ面（例えば図２のフランジ面１３ｆ）が形成されており、
前記照合面は、前記フランジ面を前記所定面の裏面側に位置させた組付状態で、前記所定面の表面とほぼ面一となるように、前記フランジ面よりも若干高くなるように突出形成され、
前記開口部の内周面形状と前記照合面の外周面形状とが、ほぼ楕円形とされ、かつ、ほぼ合同形状の関係となるように形成されている、
ようにしてある。
【００１３】
上記解決手法によれば、フランジ面そのものは指紋照合のための光学系に必要な機能部ではないので、フランジ面を利用して、所定面に対する位置決めや取付けを容易かつ精度よく行うことができる。また、照合面の周囲には、照合面側へ突出する段差部分が存在しないので、爪の長い者が照合面にタッチしても、長い爪にぶつかる障害物がなく、照合面への指先の密着性を常に良好に確保されることになる。勿論、開口部に対して突起物となる照合面をがたつきなく嵌合させる構造とすることにより、照合面の周囲方向の位置決めを精度よく行うことが可能となる。勿論、プラスチックにより形成するので、形状設定の自由度は光学ガラスで形成する場合よりもはるかに高いものとなり、かつコスト的にも有利となる。
さらに、開口部の内周面形状と照合面の外周面形状とをほぼ合同形状の関係とすることにより、照合面の周囲からの外乱光の入射という事態を防止あるいは抑制する上で好ましいものとなる。
また、照合面に指先をタッチしとき、タッチ部分の形状は通常ほぼ楕円形状となるので、照合面をほぼ楕円形とすることにより、照合面の面積を極力小さいものとして照合面からの外乱光の入射を極力抑制する上で好ましいものとなる。
【００１４】
頂角が９０度の２等辺３角形を想定したときに、前記照合面が前記９０度の頂角に対向する辺に沿う面となるように設定され、前記入射面と出射面とが互いに９０度の角度をなす辺に沿う面となるように設定されている、ようにすることができる。
【００１５】
前記所定面が、ケース（例えば図２のケースＫ）の一部の面（例えば図２の前面部２ｂ）によって構成され、
前記プリズムと撮像手段との間に、プリズムからの検知光を縮小させて前記撮像手段に入射させると共にその光軸が１直線となるように設定された縮小用の光学系（例えば図２のレンズ１４〜１６）が配設され、
前記ケース内に、前記プリズムと光源と撮像手段と縮小用の光学系とが配設され、
前記ケースが前記光軸線に対して傾斜された傾斜面（例えば図２のケースＫの前面部２ｂ）を有して、前記傾斜面に前記開口部が形成されており、
前記プリズムが、その入射面が前記光軸に対して平行な状態でかつその出射面が前記光軸と直交する状態で、前記照合面が前記開口部に位置されており、
前記光源が、プリズムの近傍でかつ前記入射面に対向させて位置されている、
ようにすることができる。この場合、光源から撮像手段に到るまでの一連の光学系をケース内に１セット化して収納することができる。特に、プリズムから撮像手段を結ぶ方向に細長い構造とする場合に好適となる。
【００１６】
前記開口部の内周縁部には、前記照合面との間をシールする環状のシール部材（例えば図１１のシール部材３０）が配設されている、ようにすることができる。この場合、ケース内への塵埃等の侵入が防止される他、屋外に露出して使用される場合には、雨水の浸入をも防止することができる。また、照合面の周囲より外乱光が不用意に撮像手段に入力されてしまう事態を防止する上でも好ましいものとなる。
【００１９】
前記照合面とフランジ面との段差部分の側面形状が、前記フランジ面に向かうにつれて徐々に広がるようにテーパ面（例えば図２のテーパ面１３ｇ）とされている、ようにすることができる。この場合、フランジ面から直角に照合面を立ち上げる場合に比して、プリズムを成形し易いものとなる。
【００２０】
前記照合面に、生体検知用の電極膜（例えば図５の電極４１、４２）が形成され、
前記電極膜が、前記テーパ面に沿った後前記フランジ面に伸びるように形成されている、ようにすることができる。これにより、電極膜を部分的にきつく折曲させることなく、配設することが可能となる。
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明における指紋照合装置用のプリズムにあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項７に記載のように、
光学プラスチックによって断面略三角形に形成されて、所定の頂角に対向する対向面と前記所定の頂角を挟む２つの側面とを有し、
前記対向面が指先（例えば図２の指先Ｙ）がタッチされる照合面（例えば図２の照合面１３ａ）とされ、
前記２つの側面のうち一方の側面が、光源からの検知光が入射される入射面（例えば図２の入射面１３ｃ）とされると共に、他方の側面が前記照合面で反射された検知光が出射される出射面（例えば図２の出射面１３ｄ））とされ、
前記照合面の周囲には、フランジ面（例えば図２の１３ｆ）が形成されており、
前記照合面が前記フランジ面よりも若干高くなるように突出形成され、
前記照合面の形状がほぼ楕円形とされている、
ようにしてある。
【００２２】
前記照合面とフランジ面との段差部分の外周面形状が、照合面に向かうにつれて徐々に細幅となるようにテーパ面（例えば図２のテーパ面１３ｇ）とされている、ようにすることができる。
【００２３】
なお、以下の実施形態においては、指紋照合面に生体検知用の電極膜を形成するようにしてあるが、この電極膜は存在しないものであってもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１、図２において、指紋照合装置のケースＫは、底板１と上蓋２とを有する。上蓋２は、ケースＫの上面部２ａ、前面部２ｂ、後面部２ｃ、左右の側面部２ｄを有し、底板１に対して着脱自在として一体化されている。
【００２５】
ケースＫ内には、基板１０、ＬＥＤを利用して構成された光源１１、拡散板１２、プリズム１３、第１レンズ１４、第２、第３のレンズ１５、１６、ＣＣＤカバーガラス１７、ＣＣＤ１８、アイリス１９等が装備されている。ＣＣＤ１８は、ＣＭＯＳイメージャとすることもできる。
【００２６】
上記基板１０は、底板１に沿って当該底板１０に固定されている。上記光源１１と拡散板１２とプリズム１３とは、第１保持体２１を利用して一体的に組み付けられた状態で、底板１の所定位置に固定されている。上蓋２の前面部２ｂには、プリズム１３に対応した位置において開口部３が形成されている。プリズム１３の所定面が開口部３を施蓋するようにケースＫの外部に臨んでおり、この所定面が指先Ｙがタッチされる指紋照合面１３ａとされている。なお、指紋照合面１３ａつまり上蓋２の前面部２ｂは、指先Ｙがタッチし易くなるように底板１に対して傾斜されている。上記第１保持体２１は、プリズム１３への入射光量が極力多くなるように、リフレクタ（反射板）の機能を有するようにその内面が白色とされている。
【００２７】
プリズム１３からの反射光は、第１レンズ１４、アイリス１９、第２レンズ１５、第３レンズ１６を経ることによりほぼ平行光線とされて、最終的にＣＣＤ１８に入力される。ＣＣＤ１８に入力された反射光は電気信号に変換され、この電気信号は、基板１０を介して、ケーブル２３、コネクタ２４を介して、パーソナルコンピュータ等の処理装置に供給される。
【００２８】
前記各レンズ１４〜１６、カバーガラス１７およびＣＣＤ１８は、第２保持体２２に保持されている。ただし、第２レンズ１５、第３レンズ１６は、第３保持体２０を介して第２保持体２２に保持されている。図２に示される光源１１から撮像手段としてのＣＣＤ１８に到る光学経路が、わかりやすく図３に示される。この図３において、光源１１で発光された検知光は、拡散板１２によって均一に拡散されてプリズム１３に入力される。プリズム１３に入力された検知光は、指紋照合面１３ａにタッチされた指先Ｙで反射された反射光となるが、この反射光は指紋形状に応じたものとなる。
【００２９】
第１レンズ１４は、入射面１４ａ、出射面１４ｂがそれぞれ凸となった両面凸レンズとされている。また、第２レンズ１４と第３レンズ１５とは共働して１つのレンズ群を構成すべく互いに近接配置されて、第１レンズ１４とは離れた位置でかつカバーガラス１７に近い位置に配設されている。
【００３０】
第２レンズ１５は、入射面１５ａが平坦面とされ、出射面１５ｂのみが凸となった片面凸レンズとされている。第３レンズ１６は、入射面１６ａのみが凸とされて、出射面１６ｂは平坦面とされた片面凸レンズとされている。そして、片面凸レンズとされた第２レンズ１５と第３レンズ１６とは、その凸面同士が向き合う状態で近接配置されている。
【００３１】
照合面１３ａの延長線Ｅ１と、レンズ１５、１６からなる１つのレンズ群の主面（第３レンズ１６の主面）の延長線Ｅ２と、ＣＣＤ１８における撮像面の延長線Ｅ３とは、１つの点Ｐで交差するように設定されている（シャインプループの条件の完全な成立）。なお、シャインプループの条件を完全に満足させるまでには到らないがほぼ満足できるように、延長線Ｅ１とＥ２とＥ３とがほぼ１点で交差するように設定してもよい。
【００３２】
第１レンズ１４の各凸面１４ａ、１４ｂの曲率半径は互いに等しく設定されている。第２レンズ１５は、第１レンズ１４に対して、凸面１４ｂの焦点位置よりも遠い位置に設定されている。第２レンズ１５の凸面１５ｂの曲率半径と、第３レンズ１６の凸面１６ａの曲率半径とは、互いに等しくなるように設定されている。そして、第３レンズ１６を通過した反射光は、光軸に対してほぼ平行となるように設定されている（実施形態では完全平行に設定）。
【００３３】
図２、図３および前述の説明から明らかなように、照合面１３ａからの反射光が各レンズ１４、１５、１６を経てＣＣＤ１８に到るまでの光学経路は、一直線とされている。また、照合面１３ａの面積よりもＣＣＤ１８の撮像面積の方が小さくされて、レンズ１４〜１６は画像縮小用とされている。
【００３４】
ここで、照合面１３ａとＣＣＤ１８における撮像面との光軸方向長さとなる共役長さは、同じ画質を得るのに、４ｆレンズ系の場合に１１２ｍｍであったものが、図３の実施形態のものでは５５ｍｍにすることができた。
【００３５】
次に、プリズム１３に着目してその詳細について、図４〜図８をも参照しつつ説明する。まず、プリズム１３は、光学プラスチックを例えば射出成形することにより、例えば図４に示すような形状に形成されている。プリズム１３は、その指紋照合１３ａに後述のように膜形成が行われているが、この膜は薄いので、実質的に図４に示されるプリズム形状は、光学プラスチックからなるプリズム本体３１の形状そのものと考えることができる。
【００３６】
プリズムつまりプリズム本体３１は、光学経路を考えたときに、断面略３角形とされて、２等辺頂角を有するブロック状とされている。実施形態では、２等辺直角３角形を想定したとき、所定の頂角としての９０度の角度部分に対向する対向面が、照合面１３ａとされる、また、９０度の頂角を挟む２つの側面１３ｃ、１３ｄのうち、一方の側面１３ｃが、光源１１からの検知光が入射される入射面とされ、他方の面１３ｄが出射面とされる。入射面１３ｃと出射面１３ｄとは、互いに９０度の角度をなすことになり、照合面１３ａに対してはそれぞれ４５度の角度をなしている。
【００３７】
レンズ１４〜１６等の光軸に対して、照合面１３ａは４５度の角度をなし、入射面１３ｃは平行であり、出射面１３ｄは直交している。そして、所定の頂角としての９０度の角度部分は、先端が鋭利とされることなく、照合面１３ａと平行な平坦な特定面１３ｅとして形成されている。
【００３８】
照合面１３ａは、ほぼ楕円形とされているが、これは、指先Ｙがタッチされたときに、タッチされる部分の軌跡がほぼ楕円形になることを考慮したものである。照合面１３ａの形状は、楕円形以外の任意の形状とすることもできるが、タッチされる指の方向に細長くなるようにし、しかも少なくとも指の先端側となる端部形状は、指の先端形状に合わせて丸く湾曲された形状に設定するのが好ましい。勿論、このような好ましい形状設定は、照合面１３ａに指先Ｙがタッチされた状態で、外乱光が指先Ｙの周囲から照合面１３ａに極力入射されないようにするためである。
【００３９】
前記フランジ部１３ｂの上面（表面）つまり照合面１３ａ側となる面が、フランジ面１３ｆとされる。このフランジ面１３ｆは、照合面１３ａの全周囲に存在されている。照合面１３ａは、フランジ面１３ｆから若干高くなるように突出形成されているが、この突出高さは、開口部３の周縁部におけるケースＫの肉厚とほぼ同じとなるように形成されている。そして、照合面１３ａの形状がほぼ楕円形とされている関係上、フランジ面１３ｆからは、照合面１３ａを構成するためにほぼ楕円柱状の突起部つまり段差部分が形成されることになる。このほぼ楕円柱状の突起部つまり段差部分の側面の形状が、フランジ面１３ｆに向かうにつれて徐々に広がるようにテーパ面１３ｇとされている。
【００４０】
照合面１３ａの外周面形状がほぼ楕円形に形成されているのに伴って、開口部３の内周面形状も、ほぼ楕円形に形成されている。開口部３の内周面形状は、照合面１３ａの外周面形状に対応して適宜設定されるが、この両者の形状は互いにがたつきなく嵌合できるようにほぼ合同形状としておくのが好ましい。
【００４１】
プリズム１３でケースＫの開口部３を塞いだとき、フランジ部１３ｂが開口部３の内方周縁部の内面に当接されると共に、指紋照合面１３ａが開口部３の周縁部にあるケースＫの外面とほぼ面一となるようにされる。必要に応じて、別途ねじ等の固定具をフランジ部１３ｂに対して作用させて、プリズム１３をより一層しっかりとケースＫに対して固定することも可能である。
【００４２】
プリズム本体３１を光学プラスチックによって射出成形するとき、図６に示すように、金型のパーティングラインが符号αで示され、このラインαはフランジ部１３ｂの上面高さ位置となるように設定されている。そして、プラスチックの金型内への流入方向（ゲートの位置）が、フランジ部１３ｂに沿って設けられている。イジェクタピン２９（図８破線で示し、図６矢印βでイジェクト方向を示す）は、プリズムの頂角部分とフランジ部１３ｂの位置に対応して設けられている。
【００４３】
プリズム本体３１のうち指紋照合面１３ａを有する面には、膜が成形されている。この膜は、生体検知膜としての電極膜３２と、その保護膜としてハードコート３３との２種類とされている。図５の平面図では、電極膜３２の存在を明確に示すために電極膜３２部分に右上がりのハッチングを施してあり、同様にハードコート３３の存在を明確に示すためにハードコート３３部分に右下がりのハッチングを施してある。
【００４４】
まず、電極膜３２は、互いに近接配置された第１電極４１と第２電極４２とからなり、例えばＩＴＯ膜等によって透明膜として形成されている。各電極膜４１と４２とは、ほぼ楕円形状とされた指紋照合面１３ａの長円方向の中心部分が境界となるようにほぼ左右対称形状に形成されて、それぞれフランジ部１３ｂまで延設されている。そして各電極４１、４２には、リード線（平衡線）４３あるいは４４がハンダ付けされている。このハンダ付けに際しては、ハンダ材として、通常のハンダ材にＺｎ、Ｓｂ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｕなどを添加した低融点金属酸化物用ハンダ材を用い、超音波ハンダ装置によるハンダ付けを行うことによって、プラスチックからなるプリズム本体３１へのダメージを防止することができる。電極膜３２がＩＴＯ膜のようにハンダ材の構成物質であるＳｎ等を含むものであれば、中間層にＮｉ／Ｎｉ−Ｃｕ合金／Ｃｒ等のバリア膜を設けて移行現象による変質を防止するのが好ましい。
【００４５】
プリズム本体３１のうち、指紋照合面１３ａが形成されている側の面は、その全面積に渡ってハードコート３３が施されている。ハードコート３３は、無孔質で透明とされている。このようなハードコート３３は、例えばシリコン系塗料、アクリル系塗料またはウレタン系塗料を、ＵＶ硬化または加熱硬化させることによって形成することができる。あるいは、この他、透明保護膜材要求性質として適当なものを用いることができる。このようなハードコート３３は、電極膜３２を全体的に被覆しているのみならず、電極膜３２の全周囲にも位置されている。このハードコート３３は、リード線４３、４４のハンダ付け部分をも被覆している。
【００４６】
ハードコート３３そのものは、金属やプラスチックへの密着性が極めて良好なので、電極膜３２のプリズム本体３１からの剥離が確実に防止される。また、プリズム本体３１と電極膜３２とハードコート３３との間には大きな線膨張の相違がないので、温度変化に伴うクラック発生ということも防止される。ハードコート３３は無孔質であるので、溶剤等がハードコート３３を通して電極膜３２やプリズム本体３１と電極膜３２との境界面に到達することもなく、電極膜３２の保護がより一層確実に行われる。勿論、ハードコート３３は、繰り返しの指先タッチ等によっても摩耗や損傷を受けることもなく、長期に渡って電極膜３２の保護機能を持続することができる。
【００４７】
ハードコート３３に要求される特性として、前述のように無孔質で透明であること（光透過率が７０％以上であることが好ましい）に加えて、次のような条件を満足することが好ましいものである。すなわち、電極膜３２との関係上、比誘電率が６以下であることが好ましく、厚みは７０μｍ以下であることが好ましい。また、幅広い温度環境下で使用する場合（例えば自動車に使用の場合）、耐熱性（８５度Ｃ以上）や耐寒性（−４５度Ｃ以下）も考慮することが好ましい。
【００４８】
実施形態では、光学プラスチックからなるプリズム本体３１をＪＳＲ製ＡＲＴＯＮ（１２０度Ｃの耐熱性、吸水率１％以下、比誘電率４以下）で製作してある。また、電極膜３２をＩＴＯ膜として、膜厚１．５μｍ以下に形成してある。ハードコート３３としては、三菱レーヨン製のＵＶ硬化型アクＬリル系ハードコート塗料（製品番号ＵＲ−１１０４）を用い、スプレー塗装で厚さ１５μｍにコントロールした。なお、厚さコントロールには、スプレー塗装以外にスピンコートを用いることもできる。このようにして形成したプリズム１３を、−４５度Ｃと８０度Ｃとの間での温度変化を２５０サイクル与えた後、８５度Ｃの高温で５００時間放置した後の状態において、プリズム本体３１、電極膜３２およびハードコート３３には、クラック発生や剥離等の異常はなんら発生しなかった。
【００４９】
前述した電極膜３２は、どのように呼称しようが、指先Ｙ等の生体がタッチされたときにその電磁気的特性が変化するものであれば、適宜の構成とすることができる。すなわち、生体がタッチされたときに電気抵抗値や電気容量値の一方または両方が変化して、この変化が、生体以外の物質（例えば紙、金属、プラスチック等）をタッチしたときとは大きく相違するものであればよい。このための電極膜３２は、前述した公報記載の各種の構造のものをも利用することができるが、一例として、図９に電極膜３２を含む生体検知のための等価回路例を示してある。
【００５０】
図９において、判別回路４５とセンサヘッド回路４６とが平衡線４７により接続される。センサヘッド回路４７のうち少なくとも電極４１、４２部分が指紋照合面３２に電極膜３２として構成されるものである。
【００５１】
基本的に、発振部５１からの高周波が、マッチングトランス５２の一次側に与えられる。電極４１と４２に生体がタッチされない状態では、マッチングトランス５２の２次側はオープン状態であるが、電極４１と４２とに指先Ｙが触れることにより、図８のような等価回路がマッチングトランス５２の２次側に接続された状態となる。指が電極４１と４２とにタッチされたときのトランス５２の２次側をみたインピーダンスがマッチングのとれるものとなるように設定されている。電極４１と４２とが生体によって結合されたとき、発振部５１からの高周波がマッチングトランス５２で反射されて、この反射波が検知部５３によって検知され、検知された反射波が生体に相当するものであるが否かが判定部５４で判定されて、この判定結果が判別回路４５から出力される。
【００５２】
勿論、生体であることが検出され、かつ指紋照合面１３ａにタッチされた指先Ｙの指紋があらかじめ記憶されている正当なものであるときの両方の条件を満足したときに、最終的に本人であると確認されることになる。なお、図８の例では、電気抵抗値Ｒの変化と電気容量値Ｃ２、Ｃ４の両方の変化でもって生体であるか否かの検知を行うので、生体でないものを誤って生体であると波判別してしまう事態を防止して検知精度を向上させる上で好ましい例となっている。
【００５３】
電極膜３２およびハードコート３３は、照合面１３ａは勿論のこと、フランジ面１３ｆに跨がっても形成されている。このため、段差のある照合面１３ａとフランジ面１３ｆとの間を、前述のように滑らかにテーパ面１３ｇとして形成しておくことにより、電極膜３２はハードコート３３が部分的に大きく折曲されることがなくなる。
【００５４】
図９と図１０は、電極４１，４２の他の構成例を表している。図５の例においては、電極４１，４２が指紋照合面１３ａの内部の面の一部を占有する大きさとされているが、図９の例においては、ほぼ全体を占有する大きさとされている。また、図１０の例においては、指紋照合面１３ａの内側だけでなく、外側にも電極４１，４２が配置されている。
【００５５】
図１０、図１１は、本発明の別の実施形態を示すものであり、開口部３部分のシール性を高めるようにした例を示す。すなわち、弾性部材からなるリング状のシール部材３０が別途用いられ、このシール部材３０が、突起状の照合面１３ａの周囲に嵌合された状態とされる。ケースＫへの組付状態において、シール部材３０は、開口部３の内周縁部とフランジ面１３ｆとで挟持された状態とされて、この部分のシールを行う。シール部材３０を構成する材質としては適宜のものを用いることが可能であるが、実施形態では独立気泡を有するスポンジによって形成してある。
【００５６】
図１２、図１３は、電極４１、４２の他の構成例を示している。図１２の例では、図５の例に比して、照合面１３ａのほぼ全体を占有する大きさとされている。また、図１３の例においては、照合面１３ａの内側だけでなく、外側にも電極４１、４２が形成されている。いずれにしても図１４に原理的に示されているように、電極４１と電極４２の間には、クリアランスＧが形成されている。このクリアランスＧの値が０でない限り、指紋の識別が可能である。
【００５７】
図１５は、アイリス１９の第２レンズ１５と第３レンズ１６に対する具体的な配置の例を表している。また、図１３は、そのアイリス１９だけの構成を表している。これらの図に示されるように、アイリス１９には孔１９ａが形成されており、入射された光を絞り込むようになされている。
【００５８】
もちろん、アイリス１９は、図１７と図１８に示されるように、原理的には、光を遮断する部分（孔１９ａでない部分）と光を透過させる部分（孔１９ａ）とを有していればよく、その形状は、図１７に示されるように、４角形状であっても、図１８に示されるように、円盤状であってもよい。アイリス１９は、第１レンズ１４の焦点近傍に配置される。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、基本的に外乱光に強い構造としつつ、ケース等への組付を容易かつ精度よく行うことが可能となる。また、照合面への指先の密着性を高める上で好ましいものとなる。勿論、プリズムそのものの製造が容易でありかつ形状設定の自由度が極めて高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された指紋照合装置の一例を示す全体斜視図。
【図２】図１に示す装置の拡大側面断面図。
【図３】図２に装備された指紋照合用の光学系を示す図。
【図４】指紋照合面を有するプリズムの一例を示す斜視図。
【図５】指紋照合面に形成された電極膜とハードコートとを示す平面図。
【図６】図５のＸ６−Ｘ６線相当断面図。
【図７】図５のＸ７−Ｘ７線相当断面図。
【図８】図図６の下面図。
【図９】電極膜を利用して生体検知を行うための等価回路例を示す図。
【図１０】シール部材の一例を示す斜視図。
【図１１】図１０のシール部材によってシールされている様子を示す要部側面断面図。
【図１２】電極の他の構成を示す平面図。
【図１３】電極のさらに他の構成を示す平面図。
【図１４】電極の電気的な構成の原理を示す図。
【図１５】アイリスの具体的な配置の位置を示す断面図。
【図１６】アイリスの構成を示す断面図。
【図１７】アイリスの原理的構成を示す斜視図。
【図１８】アイリスの他の原理的構成を示す斜視図。
【符号の説明】
Ｋ：ケース
Ｙ：指先
３：開口部
１１：光源
１３：プリズム
１３ａ：照合面
１３ｂ：フランジ部
１３ｃ：入射面
１３ｄ：出射面
１３ｅ：特定面（平坦面）
１３ｆ：フランジ面
１３ｇ：テーパ面
１４：第１レンズ
１５：第２レンズ
１６：第３レンズ
１８：ＣＣＤ（撮像手段）
３０：シール部材

Claims

光源からの検知光を指先がタッチされる照合面で反射させて撮像手段に入射させるようにした指紋照合装置において、
開口部が形成された所定面と、
前記所定面の裏面側に配設され、光学プラスチックによって断面略３角形に形成されたプリズムと、
を有し、
前記プリズムのうち所定の頂角と対向する対向面が、前記開口部に位置される前記照合面とされており、
前記プリズムのうち前記所定の頂角を挟む２つの側面のうち一方の側面が、前記光源からの検知光が入射される入射面とされると共に、他方の側面が前記照合面で反射された検知光が出射される出射面とされ、
前記照合面の周囲には、フランジ面が形成されており、
前記照合面は、前記フランジ面を前記所定面の裏面側に位置させた組付状態で、前記所定面の表面とほぼ面一となるように、前記フランジ面よりも若干高くなるように突出形成され、
前記開口部の内周面形状と前記照合面の外周面形状とが、ほぼ楕円形とされ、かつ、ほぼ合同形状の関係となるように形成されている、
ことを特徴とする指紋照合装置。
頂角が９０度の２等辺３角形を想定したときに、前記照合面が前記９０度の頂角に対向する辺に沿う面となるように設定され、前記入射面と出射面とが互いに９０度の角度をなす辺に沿う面となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の指紋照合装置。
前記所定面が、ケースの一部の面によって構成され、
前記プリズムと撮像手段との間に、プリズムからの検知光を縮小させて前記撮像手段に入射させると共にその光軸が１直線となるように設定された縮小用の光学系が配設され、
前記ケース内に、前記プリズムと光源と撮像手段と縮小用の光学系とが配設され、
前記ケースが前記光軸線に対して傾斜された傾斜面を有して、前記傾斜面に前記開口部が形成されており、
前記プリズムが、その入射面が前記光軸に対して平行な状態でかつその出射面が前記光軸と直交する状態で、前記照合面が前記開口部に位置されており、
前記光源が、プリズムの近傍でかつ前記入射面に対向させて位置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の指紋照合装置。
前記開口部の内周縁部には、前記照合面との間をシールする環状のシール部材が配設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の指紋照合装置。
前記照合面とフランジ面との段差部分の側面形状が、前記フランジ面に向かうにつれて徐々に広がるようにテーパ面とされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の指紋照合装置。
前記照合面に、生体検知用の電極膜が形成され、
前記電極膜が、前記テーパ面に沿った後前記フランジ面に伸びるように形成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の指紋照合装置。
光学プラスチックによって断面略三角形に形成されて、所定の頂角に対向する対向面と前記所定の頂角を挟む２つの側面とを有し、
前記対向面が指先がタッチされる照合面とされ、
前記２つの側面のうち一方の側面が、光源からの検知光が入射される入射面とされると共に、他方の側面が前記照合面で反射された検知光が出射される出射面とされ、
前記照合面の周囲には、フランジ面が形成されており、
前記照合面が前記フランジ面よりも若干高くなるように突出形成され、
前記照合面の形状がほぼ楕円形とされている、
ことを特徴とする指紋照合装置用のプリズム。
前記照合面とフランジ面との段差部分の外周面形状が、照合面に向かうにつれて徐々に細幅となるようにテーパ面とされている、
ことを特徴とする請求項７に記載の指紋照合装置用のプリズム。