JPH01145642A

JPH01145642A - 指紋撮像用光学システム

Info

Publication number: JPH01145642A
Application number: JP63227645A
Authority: JP
Inventors: Thomas F Sartor; トマス・エフ・サーター; Edward C Driscoll Jr; エドワード・シー・ドリスコール・ジュニア
Original assignee: Identix Inc
Current assignee: Idemia Identity and Security USA LLC
Priority date: 1987-09-15
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1989-06-07
Also published as: EP0308162A2; KR890005638A; EP0308162A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は指紋像を得る光学システムに関する。

従来技術及び発明が解決しようとする問題点指紋の像を
光学記録する目的の光学システムが開発されている。第
１の形の光学形は、指を受ける固定した透明アーチ形（
凸レンズ形）光学プラテンと、指紋を発生させるように
光学プラテンを走査する移動光源とを含む。「指紋撮像
装置」と称する米国特許用４，５３７，４８４号はかか
る機械走査装置を開示している。第２の形の光学形は普
通、プリズムの形をした光学プラテンを利用している。

撮像すべき指はプラテン・プリズムの１つの表面上に置
かれ、プリズムは内部証明されている。光は次に、指紋
のうねがプリズムの表面と直接接触するプリズム表面上
の位置で散乱される。プラテン・プリズムを利用してい
る代表的な光学システムは、「指紋観測記録装置」と称
する米国特許用３、５２７．５３５号に開示されている
。

第２の形の光学システムが第１の形に勝る１つの利点は
、移動する機械部品がないことである。

しかし、アーチ形表面ではなく平らな表面を有するプラ
テンから十分に大きな指紋像を得ることはさらに困難で
ある。指紋が十分確認可能であるように平坦面プラテン
を利用して指紋像を得るには、比較的複雑な光学システ
ムを利用する必要がある。

かかる光学システムは先天的に高価であり、かつ容易に
コンパクトな形に実現することができない。

本発明は指紋撮像用の在来の光学システムの上記欠点を
克服している。指紋は機械走査器を用いないでＶａ＠さ
れる。さらに、像は複雑かつ高価な光学素子を必要とせ
ずに指紋確認用として十分良質である。さらに、本光学
システムは容易にコンパクトな形に作ることができる。

本発明の上記および伯の利点は、付図と共に好適な実施
例の説明を読めば、当業者にとって明白になると思う。

問題点を解決する為の課題指紋１ｌｉｌ像用の光学システムが開示される。本光学
システムは照像すべき指を受けるプラテン区域を第１の
面上に持つプラテン・プリズムを含む。

プラテン・プリズムは発光ダイオードのような光源によ
って第２の面を通して内部証明され、光源からの光は光
を全面的に内部反射させるに足る大きな入射角でプラテ
ン区域に当る。

指がプラテン区域上に置かれると、内部反射は指のうね
がプリズムの長面と直接接触する区域内で阻止又は減衰
（ｆｒｕｓｔｒａｔｅ）される。かくて、プラテン表面
で反射された光は指紋像を形成する。

反射光は第３プリズム面を通ってプラテン・プリズムか
ら出る。反射された指紋像の軸方向の主光線は、プリズ
ム表面に対し傾斜しており像の縁付近で像がぼやける。

補正角を形成する１対の面を含む補正プリズムが具備さ
れている。プラテン・プリズムからの光は第１面を通っ
て補正プリズムに入り、第２面を通って出る。

本光学システムはさらに電荷結合素子（ＣＣＯ）アレイ
のような光検出器を含む。補正プリズムから光を受ける
とともに光検出器の上に指紋像を形成する対物レンズが
具備されている。対物レンズは光軸、入射瞳、および光
軸に垂直で対物レンズの入口に置かれる光面を定める。

修正プリズムはプラテン・プリズムと組み合わされて、
プラテン・プリズムのプラテン区域上の異なる点から出
て対物レンズの光面に至る主光線の有効光通路長さを等
化する働きをする。これは有効光通路長さの差を減少す
るように補正プリズム角および２個のプリズムの相対位
置を選択することによって達成される。なるべく、プラ
テン区域の対向縁から対物レンズの光面に至る有効光通
路長さの差が平均光通路長さの５％未満まで減少される
ことが望ましい。かくて、プラテン・プリズムを出る指
紋像の傾斜によって作られるぼやけが減少される。

１つの好適な実施例では、補正プリズム角および２個の
プリズムの相対位置は、所定の所望縦横比を持つ像を光
検出器の上に作るようにも選択される。補正プリズムは
、像線横比を変えるようにアナルモフィック倍率（単一
軸に沿って変化する倍率）を与える働きをする。感光セ
ルのアレイから成るアレイ検出器が用いられる場合は、
像の縦横比はセルの縦横比を整合するように調節するこ
とができ、したがって指紋像はアレイ検出器により一様
に仮数られる。

実施例いま図面の第１図ないし第３図から、指紋用の本光学シ
ステムの１つの好適な実施例が示されている。光学シス
テムを含むいろいろな構成部品を取りつける構造物に対
するような、技術的に周知の多くの在来特徴は、本発明
の真の性質を不必要に詳しく説明して、図を難解にしな
いように削除されている。

光学システムを構成する構成品はハウジング（１０）の
中にｎかれている。光学システムはｒｆｌ漫単色光源を
含む。発光ダイオード（ＬＥＤ）　（２２）は赤い単色
光を発生させるが、その光の軸方向の主光線は線（２４
）により表わされる。現在好適な実施例の光の波長は６
６０ｒｖ±１０ｒｖである。中実軸線に沿う３０００　
ｍｃｄの代表的な放射強度を持つＧａＡｆｉ＾Ｓ発光ダ
イオードが本応用例に適していることが判明している。

１つのかかる発光ダイオードＬＥＤはＴＬＲＡ１５０と
いう名称で東芝から市販されている。

光拡散器（２６）は［Ｅ口（２２）の前に置かれている
。

なるべくタンパク石（オパール）ガラスであることが望
ましい拡散器（２６）は、直径的３ＪｌｌＩの一様に照
射された光のスポットを受ける。

コリメート・レンズ（２８）は光軸に沿って置かれ、拡
散器（２６）によって供給された拡散光をコリメートす
る。本光学システムのこの好・適な実施例にある光構成
部品の相対間隔は第４図の接続図に示されている。低価
格プラスチック製フレネル・レンズは２２趨の焦点距離
を有し、かつ拡散器（２６）がレンズの焦点面に置かれ
るように位置ぎめされる。

したがって、拡散器（２６）の上の照射されたスポット
の中心を通る光線は、光線がレンズ（２８）を出るとき
にほぼ平行である。レンズ（２８）により作られたコリ
メートされた光のビームは直径２５ｍである。

数字（１４）により一般に表示されるプラテン・プリズ
ムはコリメートされた光の光軸に沿って置かれる。プラ
テン・プリズム（１４）は、ハウジング（１０）の矩形
開口（１２）に置かれる、なるべくアクリル・プラスチ
ック類であることが望ましい、台形プリズムである。プ
ラスチックがガラスの上にあることが望ましいのは、ガ
ラスが潜在する指紋を保持する傾向が強いと思われてい
るからである。

プリズム（１４）はプリズムを取付ける為の周辺フラン
ジ（２０）を含む。ゴムのグロメッ１−（１７）はプリ
ズム（１４）をハウジング内に固定するのに用いられる
。

第３図に最も良く見られる通り、グロメット（１７）は
ハウジング（１０）のリップと結合する外部周辺ノツチ
（番号なし）と、フランジ（２０）を受番ノる内部周辺
ノツチ（番号なし）を含む。グロメット（１７）は撮像
すべき指（１６）を受けるプラテン表面（１８）のプラ
テン区域を定める。グロメット（１７）は、ハウジング
（１０）から出て指の位置のガイドとして働く高くなっ
た部材（１７ａ）を含む。

第３図に示される通り、プラテン・プリズム（１４）は
主光線（２４）に垂直な入口面（１４ａ）を備えている
。入口面（１４ａ）はプリズム頂上部で水平プラテン表
面（１８）に対し３８．５度の角度を形成する。光線は
人ｍ角５１．５度でプラテン表面（１８）に当るが、こ
れは空気／アクリル境界領域の臨界角度４２，２度を十
分上回っている。したがって、光線の全内部反射が表面
（１８）で生じる。

指（１６）が表面（１８）のプラテン区域の上に置かれ
ると、指のうねはプラテン表面に直接接触する。

かかる接触により、うねに当る光線が減衰され、それに
よって内部反射が阻止される。指（１６）のうねとうね
の間の部分はプラテン表面と接触せず、したがってそれ
らの部分下のプラテン区域の光は依然として反射される
。その結果、プラテン区域の下のプリズム表面（１８）
で反射される光は指紋の像を形成する。点Ｂ（第３図）
は、主光線（２４）が反射されるプラテン区域上の位ｌ
を表わす。

表面（１８）で反射された光は、出口面（１４ｂ）を通
ってプリズム（１４）から出る。出口面（１４ｂ）はプ
リズムのプラテン表面（１８）に対して７３．３度の角
度をなす。本光学システムにより撮像が行われる表面（
１８）の上のプラテン区域は１９平方国である。

グロメット（１１）は、プラテン表面（１８）に指圧が
加えられるとき、プラテン・プリズム（１４）を少し下
方に変位させる。圧力作動スイッチ（図示されていない
）は指圧を感知して撮像工程を開始させる。グロメット
（１１）はプリズム（１４）の交換をも容易にする。

表面（１８）のプラテン区域で反射された光は、表面（
１８）の法線に関して３９．８度の角度でプリズム（１
４）から出る。かくて、表面（１８）に作られる指紋像
は傾斜して見える。引き続きより詳しく説明するが、参
照番号（３０）によって全体が表示される修正プリズム
（３０）は、指紋像の傾斜により作られる像のぼやけを
除去するために具備されている。また補正プリズム（３
０）は、１つの軸線に沿っ゛（指紋像を増倍させるので
、指は光検出器により一様に後爪られる。

参照番号（３８）によって全体が示される本光学システ
ムの対物レンズは、プラテン・プリズム（１４）に隣接
してハウジング（１０）の中に置かれる。対物レンズ（
３８）の光軸は、コリメートレンズ（２８）およびプリ
ズム（１４と３０）によって作られる光通路に平行であ
る。開示された光学システムのサイズを最小にするため
に、光学システムの対物レンズはプラテン・プリズム（
１４）に隣接して置かれる。対物レンズ（３８）の光軸
は、コリメートレンズ（２８）により形成される光通路
から分岐される。したがって、補正プリズム（３０）を
出る光線は屈折されて、図示のように配置される対物レ
ンズ（３８）に向うようにしなくてはならない。

光通路を１８０度曲げて光通路から分岐するように光線
を屈折させる１組３個の鎖（３２，３４，３６）が使用
されている。ｍ　（３２，３４，３６）は前面をアルミ
ニウムでおおった鏡であることが望ましい。第１の鏡（
３２）　（第３図）は、プラテン表面（１８）に関して
４５度の角度で修正プリズム（３０）を出る光線を反射
する。反射の面は入射光線の面と同じである。第２の鏡
（３４）は、光線が次にプリズム（３０）の出口面（３
０１１１からの光線の面と直角に反射されるようにｎか
れる。最後に、ｇｉＳ３の鏡（７６）はプラテン表面（
１８）に平行でかつ出口面（３０ｂ）からの光線の面に
平行に光線を反射する。好ましくは、第２の鏡（３４）
を調整可能とし光学システムの残りの光素子の配置にお
けるわずかな誤差の修正ができるように設計することが
できる。

対物レンズ（３８）は、ｉｆｆ　（３６）により反射さ
れた主光線（２４）と同軸の円筒形ハウジング（４０）
を含む。

レンズは１対のレンズ素子（４２）および（４４）と、
開口絞り（４６）とを含む。対物レンズ（３８）の倍率
は０．３３である。

電荷結合素子（ＣＣＤ）の面積アレイ（４８）は、対物
レンズ（３８）からの光を受けるように置かれている。

１７．０μ７７ＬＸ１０．０μｍの間隔に置かれている
。３８４Ｘ４９０個の感光セルを有する低価格ＣＣＤア
レイを本応用に使用することができる。これらの条件に
合うＣＣＤアレイはＬＣ９９２１という呼称で三洋から
市販されている。

前述の通り、補正プリズム（３０）は、像の軸方向の主
光線（２４）が表面（１８）の上のプラテン区域に対し
て傾斜されるために作られる像のぼやけを除去する働き
をする。したがって、表面（１８）の上の異なる位置で
対物レンズに反射される光の主光線の有効光通路長さは
同じではない。主光線とは、対物レンズ（３８）の入射
瞳孔（または開口絞り４６）の中心を通る、表面（１８
）のプラテン区域上の特定点から出る光線をいう。軸方
向の主光線（２４）は表面（１８）の上のプラテン区域
（点Ｂ）の中心から出る主光線である。軸方向の主光線
（２４）はレンズ（３８）の光軸と一致し、ＣＣＤアレ
イ（４８）に作られる指紋像の中心で終る。ここに使用
される有効光通路長さとは、空気に対して正規化された
光通路の全長をいう。例として、プリズム（１４）を通
る通路の部分は、空気に対してその部分を正規化するよ
うにプリズムの屈折率（１，４９）で割られる。

上記は第４図の本光学システムの概略図に関して詳しく
説明される。光源（ＬＥＤ　２２）および光折曲げｍ　
（３２，３４，３６）に示されていない。いろいろな直
線寸法は履で示され、特に明示される場合のほか指の水
平軸または垂直軸に関して示される。それぞれのプリズ
ム表面の角度は、プリズム表面の法線および水平軸に関
して示される。

コリメートレンズである拡散ｍ　（２８）からの光は、
説明の目的で３束の光線に分けて示されている。

光線束は両端の束（５２ａおよび５２Ｃ）ならびに軸方
向の束（５２ｂ）から成っている。束（５２ａおよび５
２Ｃ）は、それぞれ点ＡならびにＣとして示される表面
（１８）の上のプラテン区域の対向縁部に当る。軸方向
の束（５２ｂ）は点Ｂとして示されるプラテン区域の中
央に当る。

束（５２ａ、　５２ｂ、　５２Ｃ）の入射角は臨界角よ
り大きいので、光は指紋によって減衰される場合のほか
、全面的に内部反射される。指紋像を作る表面（１８）
における反射光は、面（１４ｂ）の点り、Ｅ、Ｆでプリ
ズムから出る。かくて、面（１４ｂ）で見られる指紋像
はプラン表面（１８）に対して傾斜している。

修正プリズム（３０）がないと、プリズム（１４）から
出る指紋像は傾斜しているので縁がぼやける。対物レン
ズに対する光束（５２ａ、　５２ｂ、　５２ｃ）の有効
光通路長さの合成差は、レンズがプリズムからかなりの
距離に置かれるならば無視することができる。

しかし、光学システムのサイズを減少するためには、対
物レンズをプリズム（１４）に比較的近づけて置く必要
がある。その場合、平均通路長さに比較して光通路良さ
の差は大きく、その結果かなりのぼやけが生じる。

補正プリズム（３０）の１つの機能は、指紋像を作る光
線の有効光通路の長さの差を減少させることである。問
題の光通路はプリズム（１４）の表面（１８）で始まり
、対物レンズ（３８）に置かれる光面（４１）で終る。

光面（４１）はレンズの光軸に対して直角であり、かつ
レンズの入口点に置かれる。

補正プリズム（３０）のそれぞれの面（３０ａおよび３
０ｂ）により定められるとともに、プラテン・プリズム
（１４）に関する補正プリズムの配置によって定められ
る補正プリズム角は、指紋像を作る光の有効光通路長さ
を減少させるように選択される。好ましくは表面（１８
）のプラテン区域の対向縁ＡおよびＣから出て対物レン
ズ（３８）の光面（４１）に至る光の有効光通路長さの
差は、平均有効光通路長さの５％未満である。

修正プリズム（３０）の第２の機能は、指紋像のアナモ
ルフィック倍率（単一軸に沿って変化する倍率）を供給
することである。倍率の軸線は、プリズム面（３０ａお
よび３０ｂ）の上にある面の交線に直角に位置する。か
かる倍率は、表面（１８）の指紋像がＣＣＤアレイ（４
８）によって−様にサンプリングされることを保証する
。

最低価格のＣＣＤアレイの感光セルは間隔（ｓｐａｃ−
ｉｎｇ）が均一でない。前述の通り、ＣＣＤ（４８）は
１０μＴｒＬ×１７μｍのセル間隔を有するが、かかる
間隔は０．５９（１０μＴｒＬ／　１７ｕ　ｍ　）のセ
ル縦横比を提供するー。指紋像が作られるプラテン区域
のシンブリングｌ′ｆｆｌ隔はなるべく縦横比１である
正方形であることが望ましい。現在の好適な実施例では
、指紋の抜取り間隔は縦横比１に相当する５０゜２μＢ
　ｘ　５０．２μｍが選択される。プラテン区域も正方
形であり、１９ｓ＋Ｘ１９ｍ＋の寸法である。か（て、
像の縦横比は１である。

この場合も前述の通り、プラテン区域に作られる指紋像
はＣＣＤアレイによって均一にサンプリングされること
が望ましい。さもないと、像の分解能はそれがプラテン
上に置かれるとき指の方位に左右される。修正プリズム
（３０）は指紋の縦横比を変えるように単一軸に沿う倍
率を提供する働きをするので、その比はＣＣＤアレイの
セル縦横比に合う。もし２つの比が合うならば、たとえ
アレイ・セルの縦横比が１でない（非均−なピッチ）と
しても、指紋像はアレイにより一様にサンプリングされ
る。

プラテン・プリズムに関する修正プリズムの方位と共に
補正プリズムの角度は、所望のアナモルフィック倍率を
与えるように選択することができる。現在好適な実施例
では、角度および位置は０．５９の倍率を与えるように
選択される。かくて、指を受けるプラテン区域の縁Ａと
Ｃとの間の像のサイズは０．５９の率で低減される。同
じ角度および方位は同時に、有効光通路長さを等しくす
ることによって所望のぼやけ修正を与える。３４．４度
の補正プリズム角は、プリズム（１４）の表面（１８）
に関して８゜５度の角度に置かれた入口面（３０ａ）と
共に、第４図の光学システムについて所望のぼやけ修正
およびアナモルフィック倍率を与える。

修正プリズム（３０）は、指紋像の縦横比をＣＣＤアレ
イ（４８）のセル縦横比と合うように選択づることがで
きる。対物レンズ（３８）の倍率は、対物レンズにより
アレイ上に作られる指紋像がアレイの感光セルの寸法に
合うように選択される。“第４図に示された光学システ
ムでの０．３３の対物レンズ倍率は、０゜５９のアナモ
ルフィック倍率と共に、１７．０μｍｘ１０．ｏμｍの
間隔のアレイに対応するように、５０．２μｍＸ５０．
２μｍの指プラテン区域のサンプリングサイズを減少さ
せる。

白熱電球からのような、広スペクトル光をプリズムに使
用すると、厳しい色収差を生じる。

ＬＥＤ（２２）によって与えられる光は単色光であるの
で、こうした収差は回避される。ＬＥＤ（２２）として
選択された前述のデバイスの出力ビームは極めて緊密で
ある。拡散器（２６）は、ビームをコンデンサ・レンズ
であるコリメートレンズ（２８）の上に−様な照明に広
げる。レンズ（２８）の使用は、指紋像を通る主光線に
平行な拡散器上の照射された点から光を屈折させること
によってＬＥＤ（２２）からの光を有効に利用させる。

これによってＬＥＤ（２２）からの光の大部分は、像が
すべての角度からの拡散光によって照射される場合より
も指紋像に寄与する。

表面（２８）での軸方向の主光線（２４）に関して表面
（１８）のプラテン区域の傾斜により検出器（４８）に
現われる指紋像のぼやけに加えて、もし縁の主光線が軸
方向の主光線に平行でないならば、像の縁にゆがみが生
じる。ゆがみは対物レンズをプリズムから遠くに置くこ
とによって除去されるので、レンズ（３８）を通る主光
線はすべてほぼ平行である。

かかる方法は光学システムのサイズを増大させる。

プリズムから遠く離れた入０ＡＩＩ孔を持つ一方で、プ
リズムの近くにレンズを保持する対物レンズを設計する
ことが望ましい。レンズ（３８）の入射瞳は、レンズの
物体側から見た開口絞り（４６）の像と定義される。か
かる入射瞳孔がここで遠隔入射瞳孔と呼ばれるのは、瞳
孔が対物レンズ（３８）の像側に置かれかつレンズの外
側にあるからである。入射瞳孔はレンズ（３８）につい
て、レンズの前面より後ろ１３０　ｔｍに定められる。

これは、適当にゆがみをなくす４度で軸方向の主光線（
５２ｂ）から縁の光線束（５２ａおよび５２Ｃ）の主光
線に関する角度差を制限する。大部分の応用では、角度
は１０度未満でなければならない。現在好適の対物レン
ズ（３８）は第１表に規定されている。

第　　１　　表対物レンズの仕様対物レンズ（３８）のレンズ素子（４２および４４）は
、プラスチック非球面素子であ・ることか望ましい。

レンズ素子（４２および４４）の４つの表面（４２ａ。

４２ｂ、　４４ａ、　４４ｂ）は第２表に示されている
。

第　　２　　表レンズ（３８）の高い効率Ｆナンバーは結像、収差およ
びゆがみに関する許容誤差を緩和する。開口絞り（４６
）はプリズム（１４および３０）を通る屈折の面におい
てより狭い。表面における光束の直径に関する収差は、
表面が光に直角である軸方向よりも屈折が生じる軸方向
において一層悪い。開口絞り（４６）の寸法は１．３５
＠Ｘ　２．Ｑ５１である。この結果、レンズ（３８）の
有効Ｆナンバーはｆ／２０ｘ　ｆ／３０となる。

光学システムの正確な寸法および設計は、指紋像のゆが
みとぼやけのサイズの間の最適な兼ね合いを得る一方で
、レンズ等構成要素のサイズと複雑性を最小にするよう
に、レンズ規定ならびにプリズムの角度と位置を最適に
する光設計プログラムの使用によって得たものである。

前述の理由による実施例が形成されたが、該構成要素の
規定の最終選択はゆがみおよびぼやけのサイズの模擬測
定に基づくすべての因子の最適化を基礎とした。

最適化すべきシミュレート測定の重みに差を持たせた実
施例は、レンズ等構成要素の規定が相違するにもかかわ
らず、全体としてのシステムの構成はここに開示される
システムと同様な構成を持つこととなる。

いま第５図から、本光学システムと共に使用する制御装
置のブロック図が示されている。制御装置を構成する構
成部品は、ハウジング（１０）の中に置かれる１個以上
の回路基板の上に取り付けられることが望ましい。適当
にプログラムされたマイクロプロセッサ（５８）は制御
回路（５４）と共に作動して、ｌｉ像動作を果たす。そ
の動作は、圧力感知スイッチ（８４）がプラテン・プリ
ズム（１４）の下降によって作動されるときに開始され
る。制御回路（５４）は、状態線（６２）によって表わ
される通り、プロセッサ（５８）に信号を送る。プロセ
ッサ（５８）は、制御回路に駆動回路（５６）を介して
ＬＥＤ　（２２）を付勢させることによって応答する。

また制御回路（５４）は、りＯツク駆動機（６８）を通
してＣＣＤアレイ用タイミング信号を供給するＣＯＤタ
イミング回路（６４）をもターン・オンさせる。

ＬＣ９９０２というパーツナンバーで三洋から市販され
ているタイミング回路が本応用に適している。

ＣＣＤアレイは、各フレームの積分時間を決定する標準
の３０フレ一ム／秒で走査される。

ＣＣＤアレイからのアナログ・ビデオ・データは、サン
プルおよび保持回路（７０）に転送される。サンプルお
よび保持回路は、個々のＣＣＯセルの光はに対応しかつ
ときにはビクセル（画素）と呼ばれるものを表わす電圧
を含んでいる。直流復元回路（７２）は、ＣＣＤアレイ
のマスクされた（暗い）セルが走査されるとき黒の基準
レベルをセットするオフセット電圧を供給する働きをす
る。

直流復元回路からのビデオ信号は、フラッジＡ／Ｄ変換
回路によりディジタル化される。各ピクセルのディジタ
ル化されたデータは次に駆動装置（８０）によって処理
装置（５８）に向けられる。次に処理装置（５８）はビ
デオ・データを記憶したり、指紋像データを識別、確認
などのために記憶されたデータと比較する目的で、デー
タをさらに処理する。

かくて、指紋撮像装置に用いる光学システムが開示され
た。本光学システムの好適な実施例を若干詳しく説明し
たが、言うまでもなく、上記特許請求の範囲により定め
られた本発明の主旨および範囲から逸脱せずに明らかな
変形が作られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内部光素子の配列を示すようにハウジングの一
部が切り取られた本光学システムの斜視図、第２図はハ
ウジングの頂部が切り取られた本光学システムの平面図
、第３図はハウジングの側部が切り取られた本光学シス
テムの側面図、第４図に像折曲げ鏡および光源が取り除
かれた本光学システムの接続図、第５図は本光学システ
ムと組み合わされる電子回路の簡潔化されたブロック図
である。１０・・・光学システムハウジング１４・・・プラテン・プリズム１６・・・指２２・・・光源（ＬＥＤ）２６・・・光拡散器３０・・・補正プリズム３８・・・対物レンズ４８・・・光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）指紋撮像用光学システムであって、光源を作る光装置と、第１、第２および第３平面を持つプラテン・プリズムで
あり、前記第２平面は撮像すべき指を受ける矩形プラテ
ン区域を有し、前記区域は前記第２および第３平面によ
り定められる面の交差線に全体として平行な第１および
第２対向線を有し、前記光装置および前記プラテン・プ
リズムは前記光装置からの光が前記第１平面を通って前
記プラテン・プリズムに入り、前記プリズムおよび前記
第２平面に隣接する媒体のそれぞれの屈折率により定め
られる臨界角より大きい入射角で前記第２平面に当るよ
うな相互関係に置かれるので、前記第３平面を通つて前
記プラテン・プリズムを出る光は前記第２平面で内部反
射され、さらに前記第２平面の前記プラテン区域から反
射される光は指が前記プラテン区域に置かれるとき指紋
像を形成する前記プラテン・プリズムと、光軸を持つ対物レンズであり、前記対物レンズの入口に
おける光面は前記光軸および入射瞳に対して直角である
前記対物レンズと、前記対物レンズによって供給される光を検出する光検出
装置と、前記プラテン・プリズムと前記対物レンズとの中間にあ
つて、その間に補正プリズム角を定める第４および第５
平面を持つ補正プリズムであり、前記補正プリズム角お
よび前記補正プリズムと前記プラテン・プリズムとの相
対位置は前記プラテン・プリズムの前記第３平面からの
光が前記第４平面を通って前記補正プリズムに入って前
記第５平面から出て対物レンズにより受光されるように
選択され、またさらに前記プラテン区域の前記第１縁お
よび前記プラテン区域の第２縁において前記対物レンズ
に対して反射される主光線の有効光通路長さの差が減少
されるように選択される前記補正プリズムと、を含んで
成ることを特徴とする光学システム。
（２）有効光通路長さの前記差は平均通路長さの５％未
満まで減少される、ことを特徴とする請求項１記載の光
学システム。
（３）前記補正プリズム角および前記補正プリズムと前
記プラテン・プリズムとの前記相対位置は前記プラテン
区域の前記第１および第２縁に直角な第１軸に沿って前
記指紋像のアナモルフィック倍率を作るようにも選択さ
れる、ことを特徴とする請求項２記載の光学システム。
（４）前記光検出装置は感光セルから成る面積アレイ検
出器を含み、前記セルは所定のセル縦横比を持つように
相互に関して配列されること、および前記アナモルフィ
ック倍率は前記指紋像が前記セル縦横比に合う像縦横比
を前記光面に有するように選択されること、を特徴とす
る請求項３記載の光学システム。
（５）前記セル縦横比が１以外であることを特徴とする
請求項４記載の光学システム。
（６）前記面積アレイ検出器は電荷結合素子であること
を特徴とする請求項４記載の光学システム。
（７）前記対物レンズと前記面積アレイ検出器との中間
に開口絞りをさらに含むことを特徴とする請求項４記載
の光学システム。
（８）前記開口絞りは非対称開口を含み、アナモルフィ
ック倍率の前記第１軸に沿う前記開口の高さは前記開口
の幅より小である、ことを特徴とする請求項４記載の光
学システム。
（９）前記光装置によって作られる前記光は事実上単色
光であることを特徴とする請求項２記載の光学システム
。
（１０）前記光装置は発光ダイオードを含むことを特徴
とする請求項９記載の光学システム。
（１１）前記光装置は前記発光ダイオードと前記プラテ
ン・プリズムとの中間に集光レンズを含むことを特徴と
する請求項１０記載の光学システム。
（１２）前記光装置は前記発光ダイオードと前記集光レ
ンズとの間に置かれた光拡散器を含む、ことを特徴とす
る請求項１１記載の光学システム。
（１３）前記集光レンズはフレネル・レンズでありかつ
前記フレネル・レンズを出る光はコリメートされた光で
ある、ことを特徴とする請求項１２記載の光学システム
。
（１４）前記フレネル・レンズ、前記プラテン・プリズ
ムおよび前記補正プリズムはプラスチックである、こと
を特徴とする請求項１３記載の光学システム。
（１５）前記対物レンズの入射瞳孔は遠隔入射瞳である
、ことを特徴とする請求項２記載の光学システム。
（１６）前記遠隔入射瞳孔と前記第５平面との間の距離
は前記第１および第２縁から等距離にある前記プラテン
区域上の点からの軸方向の主光線に関して前記第１およ
び第２縁からの前記主光線間の角度を１０度未満まで減
少させるに足る、ことを特徴とする請求項５記載の光学
システム。
（１７）指紋撮像用光学システムであつて、光源を作る
光装置と、撮像すべき指を受けるプラテン区域を含む１つの平面を
持つプラテン・プリズムであり、前記光装置および前記
プラテン・プリズムは相互関係に置かれるので光は前記
プラテン・プリズムに入りかつ指が前記プラテン区域の
上に置かれるとき指紋像を作るように前記１つの平面上
の前記プラテン区域で内部反射される前記プラテン・プ
リズムと、前記指紋像を前記プラテン・プリズムから直接受けるよ
うに置かれた補正プリズムと、面積アレイ光検出器と、前記補正プリズムから光を受けて前記面積アレイ光検出
器上に前記指紋像を形成するように置かれた対物レンズ
と、を含んで成ることを特徴とする光学システム。
（１８）前記光装置は事実上単色光を供給する発光ダイ
オードを含むことを特徴とする請求項１７記載の光学シ
ステム。
（１９）前記光装置はフレネル・レンズと、前記フレネ
ル・レンズと前記発光ダイオードとの中間の光拡散器と
を含む、ことを特徴とする請求項１８記載の光学システ
ム。
（２０）前記フレネル・レンズ、前記プラテン・プリズ
ムおよび前記補正プリズムはプラスチックである、こと
を特徴とする請求項１９記載の光学システム。
（２１）前記補正プリズムは補正プリズム角を形成する
１対の平面を含み、前記補正プリズム角および前記プラ
テン・プリズムと前記補正プリズムとの相対位置は前記
面積アレイ検出器の上に作られる前記指紋像のぼやけが
減少されるように選択される、ことを特徴とする請求項
１１記載の光学システム。
（２２）前記面積アレイ検出器は所定のセル縦横比を与
えるように相互に関して配列された感光セルのアレイを
含み、かつ前記補正プリズム角および前記プラテン・プ
リズムと前記補正プリズムとの前記相対位置は前記アレ
イ上に作られる前記指紋像が前記セルの縦横比に合う縦
横比を持つようにさらに選択される、ことを特徴とする
請求項２１記載の光学システム。