JP5877910B2 - アフォーカル光学系を有する非接触フィンガープリンティングシステム - Google Patents

Description

指紋は、個人の一意の識別子として広く受け入れられている。フィンガープリンティング（指紋法ともいう）を、立入禁止区域への立ち入りや電子装置へのアクセスなどを規制するために本人確認をするための生体認証手段として用いることができる。たとえば、従来の指紋検出器では、典型的には、ユーザーは、指または手を該検出器の上に置く必要がある。指紋は、該検出器によって検出されて、該ユーザーの登録された指紋と比較される。

１実施形態によるフィンガープリンティングシステムを示す。 別の実施形態によるフィンガープリンティングシステムを示すブロック図である。 別の実施形態による、フィンガープリンティングシステムのアフォーカル光学系の１例を示す。 別の実施形態によるフィンガープリンティングシステムを示す。 別の実施形態による、フィンガープリンティングシステムのフレームの正面図を示す。

以下の詳細な説明では、特定の実施形態を例示している添付の図面が参照されている。それらの図面間において、同じ数字は実質的に同様の構成要素を表している。他の実施形態を利用することもでき、また、本開示の範囲から逸脱することなく、プロセスに関する変更、構造的な変更、ロジック（または論理）の変更、及び電気的な変更を行うことができる。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。

図１は、指紋を取得（または撮像。以下同じ）するように構成された、バイオメトリックフィンガープリンティングシステムなどのフィンガープリンティングシステム１００を示す。本明細書で使用されている「指紋」という用語は、人間の手指や足指などの、身体の一部における隆起のパターン（たとえば、皮膚紋理または皮膚小稜と呼ばれる場合もある）を意味している。フィンガープリンティングシステム１００を、指紋を用いてユーザーの同一性を確認するように構成することができる。フィンガープリンティングシステム１００を、たとえば、電子装置やビルなどのセキュリティシステムの一部とすることができる。

フィンガープリンティングシステム１００は、指を受けるように構成されたレシーバー（受け器またはレシーバともいう）１１０、及び、レシーバー１１０に光学的に結合された画像取得装置（画像取込装置ともいう）１２０を備えることができる。指のターゲット領域（対象領域）１２２が固体の表面（または固い面。以下同じ）に物理的に直接接触していない状態で、画像取得装置１２０が、該ターゲット領域１２２から指紋を取得するように、フィンガープリンティングシステム１００を構成することができる。たとえば、レシーバー１１０、したがって、該レシーバー内に受け入れられている指を、画像取得装置１２０から、（たとえば空気の）ギャップ１２４によって（またはギャップ１２４だけ）分離することができる。いくつかの実施形態では、指が空中にあるときに、ターゲット領域１２２から指紋を取得することができる。

ターゲット領域１２２は、たとえば皮膚紋理または皮膚小稜などの指紋を含みうる。ターゲット領域１２２は、指紋の他に、追跡することができる過渡的な欠陥（たとえば、切り傷、炎症、腫れた毛穴、または他の外傷）などの他の特徴（たとえば微小な（または微視的な）特徴：micro-feature）を含みうる。たとえば、ユーザーの該微小な特徴の変化を追跡することができる。たとえば、そのような追跡を一時的な恒等写像（temporal identity mapping）と呼ぶ場合がある。指紋に加えて微小な特徴の変化を追跡することによって、フィンガープリンティングプロセスの統計的ロバスト性を高めることが可能な複製が難しい生体認証技術ないし情報（バイオメトリック）を生み出すことができる。

指紋をとるときに（または指紋法の実行中）に、指を固体の表面に接触させることを要求する（これは、従来の指紋検出器では一般的であるが）ことは、セキュリティ、健康、及び器具を危険にさらすことになりうる。ターゲット領域１２２を固体の表面に触れさせないで済むことの１つの利点は、セキュリティレベルをより高くできることである。なぜなら、画像取得装置１２０からターゲット領域１２２までの光路に指紋「残渣」が残らないからである。たとえば、従来の指紋検出器では、前のユーザーの（たとえば、指紋「残渣」として知られている）指紋の一部が、指と指紋センサーの間の光路中の固体の表面に残る場合がある。

そのような固体の表面に触れると、次のユーザーの指に移る可能性がある病原菌が取り残され、これによって、健康上のリスクが生じる可能性もある。そのような固体の表面にターゲット領域１２２を触れさせないで済むことの１つの利点は、病原菌に感染するリスクが減ることである。

いくつかの実施形態では、画像取得装置１２０は、（たとえば、アフォーカルレンズ系またはアフォーカルレンズ（無限焦点レンズ）と呼ばれる場合がある）アフォーカル光学系１２６などの光学系（たとえば、１以上のレンズ、及び（いくつかの実施形態では）１以上のミラー）を備えることができる。アフォーカル光学系１２６を、センサー１２７に光学的に結合することができる。アフォーカル光学系１２６は、ターゲット領域１２２から反射された電磁放射の形態で指紋の画像を受け取ることができ、及び、該画像をセンサー１２７に送ることができる。

アフォーカル光学系１２６は、ターゲット領域１２２がアフォーカル光学系１２６から離れたところにあるときに、ターゲット領域１２２から指紋を取得するのを容易にし、したがって、ターゲット領域１２２をアフォーカル光学系１２６の固い表面などの固体の表面に接触させることなく指紋を取得できるようにする。アフォーカル光学系１２６の１例については、図３を参照して後述する。

一般に、アフォーカル光学系を、実際上、無限遠で焦点が合うようにすることができ（たとえば、アフォーカル光学系は事実上無限大の焦点距離を有することができ）、実質上光路に正味の収束または発散を生じないものとすることができ（たとえば、いくつかの実施形態では、光路に正味の収束または発散を生じないものとすることができ）、及び、アフォーカル光学系は、非接触の物体距離（物体が該光学系に接触しない物体距離）で動作することができる。いくつかのアフォーカル光学系は、ほぼ（または実質的に）倍率１で、平行化された光などの電磁放射を生じることができる。焦点が無限遠にあることの利点は、平行化されたデファインドFOV(defined field of view。または、画定された視野)が大きな相対距離にあることができ、これによって、ターゲット領域１２２と固体の表面との間の非接触が容易になることである。

いくつかの実施形態では、フィンガープリンティングシステム１００は、レシーバー１１０、したがって、レシーバー１１０内に受け入れられている指に向けられたカメラ１２９（たとえばビデオカメラ）などの別の画像取得装置を備えることができる。ユーザーの（１以上の）指がレシーバー１１０内に受け入れられているときに、該（１以上の）指のさまざまなジェスチャー（しぐさないし動作など）を取得する（たとえば記録する）ために、カメラ１２９を使用することができる。カメラ１２９によって、フィンガープリンティングシステム１００に追加のセキュリティレベルを与えるジェスチャー認識が可能になる。

いくつかの実施形態では、フィンガープリンティングシステム１００は、レシーバー１１０、したがって、レシーバー１１０内に受け入れられている指を、赤外線放射、可視光または紫外線放射などの電磁放射のビーム（光線）１３５で照らすように構成された１以上の電磁放射（たとえば光）の放射源１３０を備えることができる。その場合、画像取得装置１２０を、赤外線放射、可視（たとえば可視光）放射、及び／または紫外線放射を検出するように構成することができる。以下、「光」という用語は、赤外線放射、可視放射（可視光放射）、及び紫外線放射を含むあらゆる種類の電磁放射をカバーしている。

いくつかの実施形態では、光源１３０を、ビーム１３５とは無関係に可視光の位置合わせビーム１４０を放射するように構成することができる。たとえば、位置合わせビーム１４０、したがって、ビーム１４０の放射源は、レシーバー１１０の（したがってフィンガープリンティングシステム１００の）位置合わせシステムの少なくとも一部を構成することができる。代替的には、ビーム１３５とビーム１４０を別々の光源から放射することができる。いくつかの実施形態では、ビーム１４０の色を赤色とすることができる。

ビーム１４０は、画像取得装置１２０内のアフォーカル光学系１２６に位置合わせされた交差ポイント１４２で互いに交差することができる。たとえば、交差ポイント１４２が、ターゲット領域１２２の所定の位置（たとえば、ターゲット領域１２２の中心）にくるように指を置くと、ターゲット領域１２２をアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせすることができる。動作中、ターゲット領域１２２は、ビーム１３５からの光をアフォーカル光学系１２６に向けて反射する。

図２は、レシーバー１１０、画像取得装置１２０、及びカメラ１２９を表しているブロックを含むフィンガープリンティングシステム１００のブロック図である。フィンガープリンティングシステム１００は、レシーバー１１０、画像取得装置１２０、カメラ１２９、及び（聴覚ディスプレイ及び／または視覚ディスプレイなどの）表示装置（ディスプレイ）１５５に結合することができるコントローラ１５０を備えることができる。

本明細書に開示されている方法をフィンガープリンティングシステム１００に実行させるように、コントローラ１５０を構成することができる。たとえば、コントローラ１５０を、画像取得装置１２０からの取得された指紋を表す取得された画像データ（たとえばビットマップ）を受け取って、該取得された画像データを格納されている画像データと比較するように構成することができる。この格納されている画像データは、コントローラ１５０内のデータベース（たとえば指紋データベース）に、または、（たとえば、ローカルエリアネットワーク（LAN）や広域ネットワーク（WAN）やインターネット内などの）ネットワークサーバー１５６などのコントローラ１５０の外部に格納されている指紋（すなわち保存されている指紋）を表している。取得された指紋を表す取得された画像データを、取得された指紋データ（たとえば、取得された指紋）と呼ぶ場合があり、格納されている指紋を表す格納されている画像データを、格納されている指紋データ（たとえば、格納されている指紋）と呼ぶ場合がある。

コントローラ１５０を、ユーザーの取得された指紋と該ユーザーの格納されている指紋とが合致したことに応じて、すなわち、該ユーザーの取得された指紋を表す取得された画像データが、格納されている指紋を表す格納されている画像データと合致したことに応じて（たとえば、ユーザーの同一性を確認することによって）、該ユーザーを認証するように構成することができる。

コントローラ１５０を、ユーザーの複数の指から取得された指紋と複数の格納されている指紋とが合致したことに応じて該ユーザーの同一性を確認するように構成することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１５０を、ユーザーの同一性を確認するために、該ユーザーに所定の順番で異なる指のそれぞれを差し出すことを要求するように構成することができる。すなわち、コントローラ１５０を、ある順番で差し出されたユーザーの異なるそれぞれの指紋が、格納されているある所定の順番の（それぞれの）指紋に合致したことに応じてユーザーの同一性を確認するように構成することができる。

所定の順番での異なるそれぞれの指紋の合致を要求することによって、全体的なセキュリティを強化することができ、及び、誤判定（たとえば、正当なユーザーを正当でないとする判定）の可能性を小さくすることができる。それで、フィンガープリンティングシステム１００を、所定の順番で差し出された異なるそれぞれの指のターゲット領域１２２から取得された指紋に基づいて、ユーザーを認証する（たとえば確認する）ように構成することができる。

たとえば、誤判定率が、１つの指に対して２×１０^−４のエラー確率である場合には、２つの異なる指に対しては４×１０^−８のエラー確率となる。２つの異なる指が所定の順番をなすことを要求するとこのエラー確率は小さくなる。というのは、親指以外の８つの指のうちから最初に１つの指を選択し、続いて、それらの指のうちの他の１つの指を選択する組み合わせは５６通りあるからである。これによって、誤判定の全体的な確率が（４０／５６）×１０^−９まで小さくなるが、これは、法鑑定に必要とされる１０億に１つの可能性よりも小さい。そのため、フィンガープリンティングシステム１００を、法鑑定レベルのセキュリティを提供するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ１５０を、誤判定の全体的な確率があるレベルに達したことに応答して、所定の順番で差し出される異なるそれぞれの指のターゲット領域から指紋を取得するプロセスを停止して、ユーザーを認証するように構成することができる。たとえば、コントローラ１５０は、該所定の順番で差し出された所定の数の指のそれぞれのターゲット領域から取得された指紋が（格納されている指紋と）合致したこと（たとえば、該所定の順で差し出された異なる２つの指の指紋について合致したこと）に応答して（たとえば、誤判定の全体的な確率が１０億分の１より小さくなったときに）、該プロセスを停止してユーザーを認証することができる。

コントローラ１５０は、コントローラ１５０がユーザーの同一性を確認したことに応答して、同一性が確認されたこと（または識別情報）を該コントローラに結合されている表示装置１５５を介してユーザーに知らせることができる。コントローラ１５０を、ユーザーの同一性を確認したことに応答して信号１５７を送信するように構成することができる。たとえば、信号１５７を電子装置に送ることができ、該電子装置は、信号１５７を受信したことに応答して、ユーザーが該電子装置にアクセスするのを許可する。信号１５７は、ドアの鍵を開けるためにソレノイドを作動させたりすることができる。いくつかの実施形態では、該ユーザーの同一性が確認されたことを警備員に知らせるために、信号１５７を、該警備員に（たとえば、ネットワークを介してコンピュータに）送ることができる。

他の実施形態では、コントローラ１５０がユーザーの同一性を確認したことに応答して、信号１５７を第１の論理レベル（たとえば、論理高レベル）に設定することができ、この場合、該第１の論理レベルによって、電子装置は該電子装置へのユーザーのアクセスを許可し、ドアの鍵が開けられ、また、ユーザーの同一性が確認されたことが警備員に通知されたりする。

ユーザーの同一性が確認されない場合、たとえば、該ユーザーの（１以上の）指紋が、指紋データベース内のどの指紋とも合致しない、及び／または、該ユーザーの指が間違った順番で差し出された場合には、コントローラ１５０は、表示装置１５５を介して該ユーザーにそのことを知らせることができる。コントローラ１５０を、ユーザーの同一性が確認されなかったことに応答して信号１５７を送信しないように構成することができる。他の実施形態では、コントローラ１５０がユーザーの同一性を確認できなかったことに応答して、信号１５７を第２の論理レベル（たとえば論理低レベル）に設定することができる。この場合、該第２の論理レベルによって、該電子装置が該電子装置へのユーザーのアクセスを許可するのが阻止され、ドアの鍵が開けられるのが阻止され、また、ユーザーの同一性が確認されなかったことが警備員に通知されたりする。そのため、信号１５７は、ユーザーの同一性の指標となることができ、たとえば、ユーザーの同一性が確認されたか否かを示すことができる。

コントローラ１５０を、画像取得装置１２０から指紋データを受け取ることに加えて、カメラ１２９からビデオデータ（映像データ）を受け取るように構成することができる。該ビデオデータは、ユーザーの（１以上の）指がレシーバー１１０内に受け入れられているときの該（１以上の）指の動きを表す。コントローラ１５０を、カメラ１２９からのビデオデータと、コントローラ１５０内のデータベース（たとえばビデオデータベース）またはコントローラ１５０の外部（たとえばネットワークサーバー１５６）に格納することができる予め記録ないし録画されて格納されているビデオデータとを比較するように構成することができる。

たとえば、コントローラ１５０を、カメラ１２９によって取得された指のジェスチャー（しぐさないし動作など）と該データベースに格納されている指のジェスチャーとを比較するように構成することができる。カメラ１２９によって取得されたジェスチャーがデータベースに格納されているジェスチャーと合致した場合には、該ユーザーの同一性がフィンガープリンティングによって確認されたときに、該ユーザーの同一性がさらに確認される。コントローラ１５０は、ユーザーに該ユーザーの（１以上）の指紋を再入力するように要求するエラーメッセージを表示装置１５５に表示させることができ、及び／または、カメラ１２９によって取得された指のジェスチャーが該データベースに格納されている指のジェスチャーと合致しないことに応答して、可能性のあるセキュリティ警告を示すメッセージを警備員に送ることができる。いくつかの実施形態では、誤判定の全体的な確率がある（所定の）レベルに達したことに応答して（たとえば、誤判定の全体的な確率が１０億分の１より小さくなったときに）、ジェスチャーを取得ないし撮像して比較する処理を停止し、及び、ジェスチャーが合致したことを示すように、コントローラ１５０を構成することができる。たとえば、コントローラ１５０を、所定の数のジェスチャーが所定の順番で合致したことに応答して、ジェスチャーが合致したことを示すように構成することができる。

コントローラ１５０を、指がレシーバー１１０によって受け入れられているか否かを示す表示をレシーバー１１０から受け取るように構成することができる。コントローラ１５０は、指がレシーバー１１０によって受け入れられていることを示す表示を受け取ったことに応答して、画像取得装置１２０に、該指のターゲット領域１２２から指紋の画像を取得させることができる。

画像取得装置に指紋を取得させる前に、ターゲット領域１２２に焦点が合っているか否か、及び／または、ターゲット領域１２２がアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせされているか否かを判定するように、コントローラ１５０を構成することができる。指がレシーバー１１０によって受け入れられていることを示す表示を受け取ったことに応答して、ターゲット領域１２２に焦点が合っているか否か、及び／または、ターゲット領域１２２がアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせされているか否かを判定するように、コントローラ１５０を構成することができる。たとえば、コントローラ１５０は、指がレシーバー１１０によって受け入れられていることに応答して、第１の論理レベル（たとえば論理高レベル）を有する信号をレシーバー１１０から受け取ることができる。指がレシーバー１１０内に存在しないときには、コントローラ１５０は、第２の論理レベル（たとえば論理低レベル）を有する信号をレシーバー１１０から受け取ることができる。いくつかの実施形態において、１以上の処理ないし動作が、信号を受け取るなどのイベントに応答して（ユーザーの操作などの）ユーザーの介入なしに実行されるときには、該１以上の処理ないし動作は、自動的に実施されるとみなせることに留意されたい。

レシーバー１１０内に指が存在しないときは、図１において破線で示されているように、ビーム１３５のうちの１つのビームを、コントローラ１５０に結合されたセンサー１６０によって受けることができ、センサー１６０は、該第２の論理レベルを有する信号をコントローラ１５０に送信することができる。しかしながら、指がレシーバー１１０内にあるときは、該指によって、ビーム１３５がセンサー１６０によって受けられるのが阻止されて、センサー１６０は、該第１の論理レベルを有する信号をコントローラ１５０に送信することができる。いくつかの実施形態では、ビーム１３５の各々のビームを、コントローラ１５０に結合されたそれぞれのセンサー１６０で受けることができる。

代替的には、レシーバー１１０内に指が存在しないときは、図１において破線で示されているように、ビーム１４０のうちの１つのビームを、コントローラ１５０に結合されたセンサー１６２によって受けることができ、センサー１６２は、該第２の論理レベルを有する信号をコントローラ１５０に送信することができる。しかしながら、指がレシーバー１１０内にあるときは、該指によって、ビーム１４０がセンサー１６２によって受けられるのが阻止されて、センサー１６２は、該第１の論理レベルを有する信号をコントローラ１５０に送信することができる。いくつかの実施形態では、ビーム１４０の各々のビームを、コントローラ１５０に結合されたそれぞれのセンサー１６２で受けることができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ１５０を、たとえば、ターゲット領域１２２がアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせされていないと判断したことに応答して、ターゲット領域１２２をアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせする（図１）フィードバックアライメント法（feedback alignment method。フィードバック位置合わせ法ともいう）を実施するように構成することができる。アフォーカル光学系１２６に対してターゲット領域１２２が正確に位置合わせされている状態は、ターゲット領域１２２の所定の部分（たとえば指紋の所定の領域）を、画像取得装置１２０によって取得することが可能な位置合わせ状態でありうる。

たとえば、該所定の部分は、格納されている指紋の対応する（たとえば同じ）部分との比較を容易にすることができ、これによって、コントローラ１５０は、ユーザーの指紋が指紋データベース内の指紋と合致するか否かを判定可能であり、それゆえ、コントローラ１５０は該ユーザーの同一性を確認することが可能になる。したがって、コントローラ１５０は、取得されたターゲット領域１２２の画像が該所定の部分を含んでいないと判定したことに応答して、ターゲット領域１２２が正確に位置合わせされていないと判定することができる。

コントローラ１５０が、ターゲット領域１２２は正確に位置合わせされていないと判定した場合は、コントローラ１５０は、たとえば表示装置１５５を介して、ユーザーに該ユーザーの指が正確に位置合わせされていないことを知らせることができ、及び、該ユーザーに該ユーザーの指の位置を変えるように指示することができる。コントローラ１５０は、該ユーザーが該ユーザーの指の位置を変えたことに応答して、画像取得装置１２０にターゲット領域１２２の別の画像を取得させて、ターゲット領域１２２が今度は正確に位置合わせされているか否かを判定することができる。ターゲット領域１２２が正確に位置合わせされている場合には、コントローラ１５０は、表示装置１５５によってそのことを該ユーザーに知らせる（すなわち該表示装置にその旨を表示させる）。コントローラ１５０が、ターゲット領域１２２は依然として正確に位置合わせされていないと判定した場合には、コントローラ１５０は、該ユーザーに該ユーザーの指が正確に位置合わせされていないことを知らせることができ、及び、該ユーザーに該ユーザーの指の位置を再度変えるように指示することができる。このフィードバックアライメント法を、コントローラ１５０が、ターゲット領域１２２がアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせされていると判定するまで繰り返すことができる。たとえば、いくつかの実施形態では、このフィードバックアライメント法を、反復プロセスとすることができる。

いくつかの実施形態では、該フィードバックアライメント法を、交差ポイント１４２がターゲット領域１２２の所定のポイントにくる（位置する）ように指を位置決めする処理と共に用いることができる。他の実施形態では、該フィードバックアライメント法を、ターゲット領域１２２をアフォーカル光学系１２６に位置合わせするように構成された（たとえば、図４Ａ及び図４Ｂを参照して後述する）フレームと共に用いることができる。

図１を参照して上述したように、交差ポイント１４２がターゲット領域１２２の所定の位置にくる（位置する）ように指を位置決めする処理は、該処理だけで、ターゲット領域１２２をアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせするのに十分でありうることに留意されたい。いくつかの実施形態では、ターゲット領域１２２に対応する指上の位置を示すために、及び、交差ポイント１４２に正確に位置合わせするためのターゲット領域１２２内の所定の位置を示すために、フィンガープリンティングシステム１００に標識（またはしるし）を配置することができる。代替的には、コントローラ１５０は、表示装置１５５に、ターゲット領域１２２に対応する指上の位置を表示させ、及び、交差ポイント１４２に正確に位置合わせするためのターゲット領域１２２内の所定の位置を表示させることができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ１５０を、たとえばターゲット領域１２２に焦点が合っていないと判定したことに応答して、ターゲット領域１２２に焦点を合わせるために合焦方法（focusing method）実行するように構成することができる。たとえばアフォーカル光学系１２６及び／またはターゲット領域１２２を動かすことによって、アフォーカル光学系１２６からターゲット領域１２２までの距離ｄ（図１）を調整することにより、これを達成することができる。

たとえば、コントローラ１５０は、該コントローラ１５０がターゲット領域１２２に焦点が合っていると判定するまで、アフォーカル光学系１２６を動かすことができる。代替的には、コントローラ１５０は、ターゲット領域１２２に焦点が合っているとコントローラ１５０が判断するまで、ユーザーの指をアフォーカル光学系１２６に対して近付けるかまたは遠ざけるように動かすように、たとえば表示装置１５５を介して、該ユーザーに指示することができる。たとえば、コントローラ１５０は、アフォーカル光学系１２６及び／またはユーザーの指のそれぞれの位置において、画像取得装置１２０に、ターゲット領域１２２の少なくとも一部分の画像を取得させて、該それぞれの位置において、ターゲット領域１２２の該少なくとも一部分に焦点が合っているか否かを判定させることができる。

コントローラ１５０は、プロセッサ可読命令（たとえば、コンピュータ可読命令）などの機械可読命令を処理するためのプロセッサ１６５を備えることができる。これらの機械可読命令を、非一時的なコンピュータ使用可能媒体（コンピュータ使用可能媒体はコンピュータが情報の書き込み／読み出し等のために使用可能な媒体である）などのメモリ（記憶装置）１６７に格納することができ、及び、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、または、それらの組み合わせの形態とすることができる。該機械可読命令は、プロセッサ１６５を構成ないし設定して、コントローラ１５０が、フィンガープリンティングシステム１００に、本明細書に開示されている方法及び機能を実行させるようにすることができる。換言すれば、該機械可読命令は、フィンガープリンティングシステム１００に本明細書に開示されている方法及び機能を実行させるようにコントローラ１５０を設定ないし構成する。

ハードウェアソリューションでは、該機械可読命令を、プロセッサ１６５の一部としてハードコードされた（hard-coded）もの（たとえば、特定用途向け集積回路（ASIC）チップ）とすることができる。ソフトウェアまたはファームウェアソリューションでは、該機械可読命令を、プロセッサ１６５によって取り出すために格納することができる。非一時的なコンピュータ使用可能媒体の他の例には、固定式か脱着可能なものかに関わらず、スタティックランダムアクセスメモリ（SRAM）またはダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）、読出し専用メモリ（ROM）、電気的消去可能プログラマブルROM（EEPROMまたはフラッシュメモリ）、磁気媒体、及び光学媒体を含めることができる。消費者志向のコンピュータアプリケーションは、（たとえばインターネットから）ダウンロードの形態で、または、CD-ROM（compact disc read-only memory）やDVD（digital video disk）などの着脱可能な非一時的なコンピュータ使用可能媒体の形態で、ユーザーに提供されるソフトウェアソリューションである。

コントローラ１５０は、ハードディスク装置や着脱可能なフラッシュメモリなどの記憶装置１６９を備えることができる。記憶装置１６９を、取得された指紋との比較がされる指紋を含んでいる指紋データベースを格納するように構成することができる。記憶装置１６９をさらに、カメラ１２９によって撮影されたビデオデータ（映像データ）との比較がされるビデオデータ（映像データ）を含んでいる映像データベースを格納するように構成することができる。プロセッサ１６５を、バス１７０を介してメモリ１６７及び記憶装置１６９に接続することができる。

ヒューマンマシンインターフェース１７５をコントローラ１５０に接続することができる。インターフェース１７５を、キーバード及び／または（たとえばマウスなどの）ポインティングデバイスなどの複数の入力装置とインターフェースするように構成することができる。インターフェース１７５を、入力装置として機能することができるタッチスクリーンを備えることができる表示装置（ディスプレイ）１５５とインターフェースするように構成することができる。

いくつかの実施形態では、ユーザーは、インターフェース１７５を介して（または該インターフェースを用いて）フィンガープリンティングシステム１００の動作を開始することができる。すなわち、フィンガープリンティングシステム１００は、インターフェース１７５へのユーザー入力に応答して、本明細書に開示されている方法及び機能のうちの少なくともいくつか（たとえば指紋の取得）を実行することができる。

フィンガープリンティングシステム１００は、ユーザーに、表示装置１５５を介して、レシーバー１１０内に指を置くように指示することができ、該指から指紋を取得することができ、及び、該指紋を指紋データベース内の指紋と比較することができる。フィンガープリンティングシステム１００はまた、カメラ１２９を用いてユーザーのジェスチャーを取得ないし撮影して、それらのジェスチャーを映像データベース内の予め記録されているジェスチャーと比較することができる。

フィンガープリンティングシステム１００が異なるそれぞれの指から指紋を所定の順番で検出するように構成されている実施形態では、フィンガープリンティングシステム１００はまた、異なるそれぞれの指を所定の順番でレシーバー１１０に差し入れるようにユーザーに指示することができ、それらの指から指紋を取得することができ、及び、それらの指紋を指紋データベース内の指紋と比較することができる。たとえば、指紋データベースは、複数の人の各人について、異なる複数の指紋を所定の順番で格納することができる。

コントローラ１５０は、ユーザーの第１の指（たとえば人さし指）から取得した第１の指紋（すなわち第１の取得指紋）を、該データベースに格納されている各人の第１の指紋（すなわち第１の保存指紋）と比較することができる。次に、コントローラ１５０は、（該比較の結果）それらの第１の指紋が合致したことに応答して、該ユーザーに、該第１の指とは異なる第２の指（たとえば中指）をレシーバー１１０に挿入するように指示することができ、及び、画像取得装置１２０に、該第２の指から第２の指紋を取得させることができる。次に、コントローラ１５０は、該ユーザーの該第２の指紋（すなわち第２の取得指紋）を、該データベースに格納されている第２の指紋（すなわち第２の保存指紋）であって、該ユーザーの該第１の取得指紋に合致した第１の指紋（第１の保存指紋）を有する人の第２の指紋と比較することができる。コントローラ１５０は次に、該ユーザーが、該ユーザーの第１と第２の取得指紋にそれぞれ合致する第１と第２の保存指紋を有するデータベース内の人（すなわち、データベースに格納されている所定の情報によって特定される人）と同一であるか否かを確かめることができる。これを、任意の数の異なる指について（たとえば、いくつかの実施形態では８本の指まで、他の実施形態では、親指を含む１０本の指まで）繰り返すことができる。

いくつかの実施形態では、アフォーカルシステム１２６（図１及び図２）を、過渡的な欠陥などの微小な特徴を取得するように構成することができる。たとえば、他の特徴の画像を取得するために、アフォーカルシステム１２６をズーム（して画像ないし映像を拡大）することができる。コントローラ１５０を、微小な特徴を検出して追跡するように構成することができる。他の実施形態では、図３を参照して後述するように、取得されたターゲット領域１２２の画像は、異なる複数の解像度を有することができる。たとえば、指紋の隆起部は比較的低い解像度で観察できる（たとえば、コントローラ１５０によって検出できる）が、該隆起部の微小な特徴及びより鮮明な該隆起部は、比較的高い解像度で観察することができる。

コントローラ１５０は、取得されたターゲット領域１２２の画像からの指紋に加えて、ターゲット領域１２２内の微小な特徴を検出することができ、及び、それらの取得したターゲット領域１２２の画像を、たとえば、記憶装置１６９またはネットワークサーバー１５６に格納することができる。後続の画像から検出された微小な特徴を、それらの格納されている画像中の微小な特徴と比較するように、コントローラ１５０を構成することができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ１５０を、ターゲット領域１２２の（たとえば指紋及び任意の微小な特徴を含む）基準画像（baseline image）を取得するように構成することができる。この場合、コントローラ１５０は、該基準画像の変化（たとえば、基準画像の微小な特徴の変化）のローリングログを（たとえば記憶装置１６９に）保持することができる。たとえば、コントローラ１５０は、ターゲット領域１２２の画像が取得されるたびに、格納されているターゲット領域１２２の画像データを更新することができる。

図３は、たとえば、アフォーカルリレー光学系として構成された、画像取得装置１２０のアフォーカル光学系１２６の１例を示している。図１と図３とで同じ参照番号は類似の（たとえば同じ）構成要素（該構成要素については図１を参照して上述した）を示している。

アフォーカル光学系１２６は、ミラー３２０（たとえば、凹面鏡）に光学的に結合したレンズ３１０（たとえば、屈折レンズ）を備えることができる。ターニングミラー３２５を、ミラー３２０から見てレンズ３１０の反対の側に配置することができる。図３に示されているレンズ３１０の断面において、対称軸３２７の両側（のそれぞれの側）にある部分３３５と３３７が対称になるように、レンズ３１０を、レンズ３１０の中心を通る対称軸３２７に関して対称にすることができる。

いくつかの実施形態では、レンズ３１０の部分３３５は、指のターゲット領域１２２から反射した光３３０を受けることができる。光３３０を、部分３３５の曲面を通過するときに屈折させて、部分３３５から出すことができる。屈折した光３３０は、その後、ミラー３２０で受けられる。ミラー３２０は、レンズ３１０の部分３３７の曲面に向けて（該曲面に光３３０が入射するように）、光３３０を反射することができる。

部分３３７を通過する光３３０が、部分３３５を反対方向に通過する光３３０と対称になるように、光３３０が部分３３７の曲面を通過するときに光３３０を屈折させることができる。光を、レンズ３１０の部分３３５を通過させ、そして、レンズ３１０の部分３３７を（逆方向に）通過させることによって、ターゲット領域１２２の正味の拡大率（または倍率）をほぼ１すなわちほぼ等倍（いくつかの実施形態では正味の拡大率を１すなわち等倍）とすることができる（これは、たとえば、いくつかのアフォーカル系の特性である）。いくつかの実施形態では、部分３３５の曲面と部分３３７の曲面を隣接（またはそれらの境界を互いに接触）させることによって、レンズ３１０の連続した曲面を形成できることに留意されたい。

レンズ３１０の延伸部３３８をターゲット領域１２２に位置合わせすることができる。たとえば、延伸部３３８を、図１及び図２を参照して説明したように、ターゲット領域１２２に位置合わせすることができる。延伸部３３８を、光の１以上の波長のうちの少なくとも一部を通過させることができる光学的開口部（たとえば、光ポート）と呼ぶ場合がある。延伸部３３８は、ターゲット領域１２２から反射された光３３０を受けることができ、及び、光３３０をレンズ３１０の部分３３５に向けて送ることができる。

光３３０が、レンズ３１０の部分３３５（したがって、アフォーカル系１２６）を出た後、光３３０を、レンズ３１０とは別個のもの（または分離したもの）とすることができるか、または、（図３に示されているように）レンズ３１０に一体化することができるターニングミラー３２５において受けることができる。換言すれば、アフォーカル系１２６は、光３３０をターニングミラー３２５へと送ることができる。ターニングミラー３２５は、たとえばほぼ９０°だけ光３３０の向きを変えて、光３３０を画像取得装置１２０のセンサー１２７へと反射する。いくつかの実施形態では、レンズ３６５を、ターニングミラー３２５とセンサー１２７の間に配置することができる。

たとえば、センサー１２７を、ターゲット領域１２２の画像よりも小さいものとすることができ、レンズ３６５を、ターゲット領域１２２の画像の大きさをセンサー１２７の大きさまで小さくするように構成することができる。代替的には、センサー１２７を、ターゲット領域１２２の画像よりも大きいものとすることができ、レンズ３６５を、ターゲット領域１２２の画像の大きさをセンサー１２７の大きさまで大きくするように構成することができる。

センサー１２７は、電荷結合素子（CCD）の検出素子やCMOSなどの、光を検出するように構成された検出素子の２次元配列（複数または多数の検出素子が２次元に配列したもの）を備えることができる。たとえば、検出素子の各々を、取得されたターゲット領域１２２の画像のピクセルに対応付けることができる。いくつかの実施形態では、センサー１２７は、２次元の各次元の１ｃｍ当たり８０００以上の検出素子を備え、これによって、８０００ピクセル／ｃｍ以上の解像度（たとえば、８０００ライン以上の解像度）を提供することができる。

いくつかの実施形態では、画像取得装置に複数の解像度（の画像）、たとえば異なるいくつかの解像度（の画像）、を取得させるように、コントローラ１５０を構成することができる。たとえば、４０００ラインや２０００ラインなどのより低い解像度（の画像）に加えて、８０００ラインなどの高解像度（の画像）を取得することができる。

かかるより低い解像度を、センサーに対するピクセルビニング（pixel binning）によって得ることができ、または、意図的により低い解像度でダウンサンプリング（down-sampling)もしくはリサンプリング（resampling）することによって得ることができる。たとえば、より高い解像度の画像を得て、該画像のいくつかのピクセル間で平均をとることによって、該画像からより低い解像度（の画像）を得ることができる。いくつかの実施形態では、より高い解像度は、ターゲット領域１２２内の微小な特徴を取得することを可能にする。かかるより高い解像度は、隆起部のより鮮明な（またはより高精細の）画像を提供することもできる。

他の実施形態では、画像取得装置１２０は、アフォーカル写真で使用されているシステムと同様もしくはそれに類似のアフォーカルシステムを備えることができる。たとえば、画像取得装置１２０は、デジタルカメラなどのカメラに光学的に結合された（たとえば、該カメラの前に配置された）アフォーカルシステム（たとえば、望遠鏡／ファインダースコープ）を備えることができ、及び、画像取得装置１２０をターゲット領域１２２に向けることができる。かかる実施形態では、望遠鏡／ファインダースコープの倍率／拡大率は、作動距離（operating distance）／物体距離（object distance）を大きくするために使用される。

図４Ａは、レシーバー１１０を備えるフィンガープリンティングシステム１００の１実施形態を示しており、レシーバー１１０は、指のターゲット領域１２２をアフォーカル光学系１２６に位置合わせするように構成されたフレーム（たとえば枠）４００を有している。フレーム４００は、レシーバー１１０の位置合わせ（アライメント）システムの少なくとも一部を形成することができる。図４Ａはフレーム４００の側面図であり、図４Ｂはフレーム４００の正面図である。図１と図４Ａとで同じ番号は類似の（たとえば同じ）構成要素を示しており、それらの構成要素については、図１を参照して上述されている。

ターゲット領域１２２がフレーム４００の開口部４１０と位置合わせされるように、指がフレーム４００に当てられる（または置かれる）。開口部４１０を、画像取得装置１２０のアフォーカル光学系１２６、たとえば延伸部３３８、に予め位置合わせしておくことができる。指がフレーム４００に当てられると、ターゲット領域１２２は、開口部４１０によって露出させられるが、固体の表面には物理的に直接接触しないことに留意されたい。フレーム４００は円形の形状を有するものとして図示されているが、フレーム４００は、正方形や長方形、または、他の任意の多角形の形状を有することができる。

いくつかの実施形態では、ターゲット領域１２２を露出させてアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせできるように、フレーム４００に対して指をどのように置くべきかまたはどのように当てるべきかを示すための標識（またはしるし）を、フィンガープリンティングシステム１００に配置することができる。代替的には、コントローラ１５０は、ターゲット領域１２２を露出させてアフォーカル光学系１２６に正確に位置合わせできるように、表示装置１５５に、プラットホーム（フレーム）４００に対して指をどのように置くべきかまたはどのように当てるべきかを表示させることができる。

動作中、光線１３５は、開口部４１０を通過してターゲット領域１２２を照らす。ターゲット領域１２２は、光線１３５（のうちの少なくとも一部の光）を反射して、反射した光を、開口部４１０を通し、そして、アフォーカル光学系１２６を介して画像取得装置１２０内へと送ることができる。

いくつかの実施形態では、ターゲット領域１２２に焦点を合わせるためにフレーム４００を動かすことができるように、該フレーム４００を構成することができる。たとえば、図１を参照して説明したように、コントローラ１５０は、ターゲット領域１２２に焦点が合っているか否かを判定することができる。ターゲット領域１２２に焦点が合っていない場合には、コントローラ１５０は、該コントローラ１５０が、ターゲット領域１２２に焦点が合っていると判定するまで、フレーム４００及び／またはアフォーカルレンズ１２６を動かすことができる。

特定の実施形態を図示し説明したが、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれの等価物によってのみ限定されることが明白に意図されている。

Claims (15)

1. フィンガープリンティングシステムであって、
   指を受け入れるように構成されたレシーバーと、
   前記レシーバーに光学的に結合されて、前記指のターゲット領域から指紋の画像を取得するように構成された画像取得装置と、
   取得された前記画像のデータをデータベースに格納されている指紋の画像データと比較するように構成されたコントローラ
   を備え、
   前記画像取得装置はアフォーカル光学系を備え、
   前記アフォーカル光学系は、
   レンズと、
   前記レンズに光学的に結合されたミラーであって、前記レンズの第１の曲面からの光を受けて、受けた該光を、前記第１の曲面から、前記レンズの第２の曲面に向けて反射するように構成されたミラー
   とを備え、
   前記画像取得装置が、前記指のターゲット領域が固体の表面に物理的に直接接触していない状態で、該ターゲット領域から前記指紋の画像を取得するように、前記フィンガープリンティングシステムが構成されてなる、フィンガープリンティングシステム。
2. 前記アフォーカル光学系が、前記レンズの前記第２の曲面において屈折した光を検出するように構成されたセンサーをさらに備える、請求項１のフィンガープリンティングシステム。
3. 前記画像取得装置に、所定の順番で提示される異なるそれぞれの指のターゲット領域から指紋を取得させ、及び、前記コントローラに、前記所定の順番で提示された前記異なるそれぞれの指のターゲット領域から取得された指紋と、データベース内のある所定の順番の異なるそれぞれの指紋とを比較させるように、前記フィンガープリンティングシステムが構成されてなる、請求項１または２のフィンガープリンティングシステム。
4. 前記第１の曲面と前記第２の曲面は隣接している、請求項１〜３のいずれかのフィンガープリンティングシステム。
5. 前記レシーバーに指が受け入れられているときに、該指のジェスチャーを取得するように構成された別の画像取得装置をさらに備え、前記コントローラは、該別の画像取得装置によって取得されたジェスチャーと、データベースに格納されているジェスチャーとを比較するように構成される、請求項１〜４のいずれかのフィンガープリンティングシステム。
6. 前記画像取得装置は、前記ターゲット領域内の他の特徴を取得するように構成され、前記コントローラは、該他の特徴の変化を追跡するように構成される、請求項１〜５のいずれかのフィンガープリンティングシステム。
7. フィンガープリンティングシステムを動作させる方法であって、
   画像取得装置を用いて、指のターゲット領域が固体の表面に物理的に直接接触していない状態で、該ターゲット領域から指紋の画像を取得するステップ
   を含み、
   前記画像取得装置はアフォーカル光学系を備え、
   前記画像取得装置を用いて指のターゲット領域から指紋の画像を取得する前記ステップが、
   前記ターゲット領域から反射された光を、前記アフォーカル光学系のレンズで受けるステップと、
   前記レンズの第１の曲面において前記光を屈折させて、該光を前記アフォーカル光学系のミラーに送るステップと、
   前記ミラーに送られた前記光を、該ミラーから前記レンズの第２の曲面へと反射するステップ
   を含むことからなる、方法。
8. 前記画像取得装置を用いて指のターゲット領域から指紋の画像を取得する前記ステップが、
   前記反射した光を前記第２の曲面において屈折させるステップと、
   前記第２の曲面において屈折した前記光をセンサーに向けて送るステップ
   をさらに含むことからなる、請求項７の方法。
9. 前記画像取得装置を用いて、所定の順番で提示された異なるそれぞれの指のターゲット領域から指紋を取得するステップと、
   前記所定の順番で提示された前記異なるそれぞれの指のターゲット領域から取得された指紋と、データベース内のある所定の順番の異なるそれぞれの指紋をコントローラによって比較するステップ
   をさらに含む、請求項７または８の方法。
10. 別の画像取得装置を用いて指のジェスチャーを取得するステップと、
    取得した前記ジェスチャーとデータベースに格納されているジェスチャーをコントローラによって比較するステップ
    をさらに含む、請求項７〜９のいずれかの方法。
11. 前記画像取得装置を用いて、前記指の前記ターゲット領域内の他の特徴を取得するステップと、
    コントローラによって、他の特徴の変化を追跡するステップ
    をさらに含む、請求項７〜１０のいずれかの方法。
12. 機械可読命令を含む非一時的なコンピュータ使用可能媒体であって、該機械可読命令は、フィンガープリンティングシステムに、
    画像取得装置を用いて、指のターゲット領域が固体の表面に物理的に直接接触していない状態で、該ターゲット領域から指紋を取得するステップ
    を含む方法を実行させるようにプロセッサを構成するものであり、
    前記画像取得装置はアフォーカル光学系を備え、
    前記画像取得装置を用いて指のターゲット領域から指紋を取得する前記ステップが、
    前記ターゲット領域から反射された光を、前記アフォーカル光学系のレンズで受けるステップと、
    前記レンズの第１の曲面において前記光を屈折させて、該光を前記アフォーカル光学系のミラーに送るステップと、
    前記ミラーに送られた前記光を、該ミラーから前記レンズの第２の曲面へと反射するステップ
    を含むことからなる、コンピュータ使用可能媒体。
13. 前記画像取得装置を用いて指のターゲット領域から指紋を取得する前記ステップが、
    前記反射した光を前記第２の曲面において屈折させるステップと、
    前記第２の曲面において屈折した前記光をセンサーに向けて送るステップ
    をさらに含むことからなる、請求項１２のコンピュータ使用可能媒体。
14. 前記方法が、
    前記画像取得装置を用いて、所定の順番で提示された異なるそれぞれの指のターゲット領域から指紋を取得するステップと、
    前記所定の順番で提示された前記異なるそれぞれの指のターゲット領域から取得された指紋と、データベース内のある所定の順番の異なるそれぞれの指紋をコントローラによって比較するステップ
    をさらに含むことからなる、請求項１２または１３のコンピュータ使用可能媒体。
15. 前記方法が、
    別の画像取得装置を用いて指のジェスチャーを取得するステップと、
    取得した前記ジェスチャーとデータベースに格納されているジェスチャーとをコントローラによって比較するステップ
    をさらに含むことからなる、請求項１２〜１４のいずれかのコンピュータ使用可能媒体。

Images