JPH02170291A - 凹凸形状検出装置 - Google Patents

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】 ［概要］ 本発明は指紋のような凹凸物の凹凸形状を検出する装置
に関し、 凹凸形状検出のため凹凸物を！！置する所に、弾性体を
被覆し、ゴミや指の脂が付いても影響を少なくした装置
を提供することを目的とし、直角プリズムの斜辺に置か
れた凹凸物に対し、プリズムの一つの辺から光線を入射
し、該凹凸物との接触面にて反射した全反射光を他方の
辺において検出し凹凸物の凹凸形状を検出する装置にお
いて、該凹凸物と直角プリズムの斜辺との間に、該プリ
ズムよりも屈折率が低く、エバネンセント波の染み出し
距離よりも厚く被覆した弾性体を具備することで構成す
る。

［産業上の利用分野］ 本発明は指紋のような凹凸物の凹凸形状を検出する装置
に関する。

従来、指紋センサと通称する本人確認用指紋検出装置は
、使用開始時には問題な（動作していても、指紋を採る
ことが何回も繰り返されたとき、残留指紋の像が現れ、
検出指紋像に対する雑音となった。そのため残留指紋像
による悪影響を除く手段を開発することが要望されてい
る。

［従来の技術］ 近年、情報システムが社会の中に導入されるに伴い、シ
ステムのセキュリティを如何に保つかが問題となってい
る。情報システム利用の際の本人確認手段として、これ
まで用いられて来た１０カードは、紛失・盗難の恐れが
あり、また暗証番号では本人周辺の各種情報から容易に
推察されるなどの問題点が指摘されている。そこでＩＤ
カードに代わる本人確認の手段として「万人不同」で且
つ「終生不変」という特徴を有する指紋を使用すること
が考えられ、各所で指紋を用いた簡便な個人識別装置の
開発が進められている。同装置は予め登録されたデータ
と、人力された指紋データとを照合することにより、本
人確認を行っている。

そのため同装置には指紋像を実時間で検出する装置、即
ち指紋センサが必要となる。現在実用化が始まった指紋
センサの一例は第５図に示すものがある。第５図におい
て、■は光源、２はコリメートレンズ、３は直角プリズ
ム、４は指、５は指紋の隆線、６は指紋の谷線、７はＩ
最像素子を示す。

光源１からの光をコリメートレンズ２により平行光線と
してプリズム３のＡ面３−１から入射し、プリズム３の
斜辺８面３−２において全反射させ、プリズム３の他方
の０面３−３から出射させる。このとき、８面３−２に
指を載置すると、指が接触している部分のうち指紋の隆
線５の部分では指の屈折率のため全反射条件を満足せず
、谷ｖＡ６の部分では空気があって全反射条件を満足す
るから、０面３−３から出射する光線は、指紋釜ｖＡ６
の部分のパターンを持つようになる。即ち、谷線６の部
分の像が指紋隆線５部の像より明るくなり、隆線５の部
分から反射した光線は拡散しているから暗い像となって
いる。この光を撮像素子７で捉えることにより、実時間
で指紋像が検出できる。この装置では、指紋像の情報を
有する光線が撮像素子７の前で平行光線とすることがで
きるから、必要に応じて像の拡大・縮小を簡単に行うこ
とが出来る。

第６図は指紋センサの他の例を示す図である。

第６図において、ｌは光源、２はコリメートレンズ、４
は指、５は指紋の隆線、６は指紋の谷線、７は撮像素子
、８は平行透明基板、９は結像系を示す。光ａｌからの
光をコリメートレンズ２により平行光線として、平行透
明基板８の側方の面８−３から入射する。隆線５が基板
８の上面８−１と接している部分においては、入射光線
に対して全反射せず散乱光を生じる。基板８の右方に示
す光線は上面８−１において全反射し、基板８の側方の
面８−４から外方へ出て行く。そのため前記の散乱光に
つき基板８の下面８−２において結像系１）により結像
させ撮像素子７で撮像する。この状態は指紋の隆線５が
恰も新たな光源となり、それを撮像素子７で撮像したこ
とと同様になり、隆線５は明るく、谷線６は暗い像が得
られる。そのため基板８の側方の面８−４より他の光源
からの光線を入射させ、側方の面８−３より入射した光
線による全反射を隆線５において同時に起こさせ、より
明るい像を得ることができる。勿論、２つより多数の付
加光源を使用することも出来る。

［発明が解決しようとする課題］ 第５図・第６図に示す指紋センサは使用開始時には、何
等問題がないが、時間が経過すると指から落らた脂がプ
リズム８の斜辺上に第７図に示すように付着することが
ある。次回に指紋をとるため指を置いたとき、この脂１
０が丁度谷線６の下方に存在すると、斜辺８面３−２に
よる全反射が殆ど全部妨げられるので、本来の指紋像と
重なって照合することが不可能となる。

本発明の目的は凹凸形状のため凹凸物を載置する所に、
弾性体を被覆し、ゴミな指の脂が付いても影響を少なく
した装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理構成を示す図である。第１図にお
いて、■は光源、３は直角プリズム、３−１は一方の辺
、３−２は斜辺、３−３は他方の辺、１１は凹凸物、１
２は弾性体を示す。

直角プリズム（３）の斜辺（３−２）に置かれた凹凸物
（１１）に対し、該プリズム（３）の一つの辺（３−１
）から光線を入射し、該凹凸物（１１）との接触面にて
反射した全反射光を他方の辺（３−３）において検出し
凹凸物（１１）の凹凸形状を検出する装置において、本
発明は下記の構成とする。即ら、　該凹凸物（１１）と
直角プリズム（３）の斜辺（３−２）　　との間に、該
プリズム（３）よりも屈折率が低く、エパネッセント波
の染み出し距離よりも厚く被覆した弾性体（１２）を具
備することである。

また第２図は他の発明の原理構成を示す。第２図におい
て、８は平行透明基板、８−１は基板８の上面、８−２
は基板８の下面、８−３．８−４は基板８の側方の面を
示し、他の第１図と同一符号は同様のものを示す。この
発明は下記のように構成する。

平行透明基板の上面に置かれた凹凸物に対し、該平行透
明基板を介して凹凸物に対し斜め方向から光線を入射し
、該凹凸物との接触面における散乱反射光を、前記基板
の下面側において検出し凹凸物の凹凸形状を検出する装
置において、該凹凸物と前記平行透明基板との間に、該
基板よりも屈折率が低く、エバネッセント波の染み出し
距離よりも厚く被覆した弾性体を具備することである。

［作用］ 第１図において、弾性体１２の屈折率は直角プリズム３
の屈折率より小さいから、一方の辺３−１から入射した
光は弾性体１２の内部に染み出してから、全反射する。

凹凸物１１が弾性体１２の上部に置かれると、凸部１２
−１では全反射が起こらず、凹部１２−２では全反射が
起こる。そのためプリズム３の他方の辺３−３より出た
光線について撮像素子により撮像すると、凹部を明るく
した凹凸物１１の像が得られる。弾性体上の隣接する凹
部の間に異物があったとしても、弾性体１２のため全反
射する条件に変化が起こらず、異常像は発生しない。

第２図においては、凹凸物に対し斜め下方から入射させ
、凹凸物１１の凸部における乱反射光を基板８−２がよ
り外部に取り出して撮像する。そのため凸部を明るくし
た凹凸物１１の像が得られる。

この場合も弾性体１２が存在するため凹部の間に異物が
あっても異常像は発生しない。

［実施例］ 第３図は本発明の実施例を示し、凹凸物として指を置い
た指紋センサの一部拡大図である。第３図において、４
は指、５は指紋の隆線、６は指紋の谷線を示し、その他
第１図と同一符号は同様のものを示す。弾性体１２の全
体の厚さｄ、は１０μｍ程度で、ｄ２は２μｍ程度であ
る。このｄ２はエバ不ソセント波の染み出し距離とする
。エバネッセント波とは表面消滅波ともいって、波動の
性質を有する光が屈折率の違いにより全反射を起こす点
まで、屈折率のより小さい方の透明体に（この場合プリ
ズムから弾性体に）染み出し、境界面からの距離に比例
して指数関数的に急激に減衰する彼を指す。弾性体１２
の弾性率は、指を指紋センサ上に置いて、格別の力を加
えることなく、指がｄ、の深さまで凹むような弾性率を
有するものとする。即ち、シリコン系ゴム、高分子弾性
体であって、屈折率ｎ、が１，４〜１．５の材質とする
。直角プリズムの屈折率ｎ２は通常１．５〜１．７であ
る。

隣接する隆線５の間隔は約０．２１ｍであって、前記ｄ
、と比べて極めて大きいから、谷線６の所では空気の空
所１３が出来ている。このセンサは使用する弾性体の材
質により屈折率が定まり、次に光源１とその光線波長が
定まることで弾性体への入射角度が定まり全体形状が定
まる。指紋センサのとき、指を置く所特に空所１３に脂
が残り易いが、第３図の構成によると入射光線の全反射
は、弾性体のプリズム側で起こっているから、付着した
脂１０があっても、撮像素子における指紋像に影響を与
えない。なお、弾性体の厚さが薄過ぎると、弾性体表面
に付着した脂の影響が指紋像に現れてしまう。

次に第４図は指紋センサの他の構成例を示す図である。

平行基板８の下面８−２の一方端にグレーティング・カ
ブラ（回折格子）１４を設け、コリメートレンズ２で得
られた平行光線を垂直に入射させてから、大きく屈折さ
せ、指紋の隆線で散乱させる。この場合は隆線が恰も二
次光源のように動作して、隆線が明るい指紋像を撮像素
子で得ることができ、脂による異常像は発生しない。

以上の各実施例において、光源１としてレーザ光の光源
を使用することができる。

［発明の効果コ このようにして本発明によると、光源からの光線が通過
する透明物体と凹凸物との接触面で直ちに全反射させる
ことなく、被覆した弾性体により全反射させているから
、弾性体上に異物が残存していても、異物に基づく像を
描像することが出来ず、凹凸物のみの奇麗な像を容易に
得ることか出来る。また光源にレーザを用いたとき、従
来は反射光線が局部的にぎらつき輝点を発生する「スペ
ックル」現象が起こったが、本発明の構成によりスペッ
クルは極度に少なくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示す図、 第２図は他の発明の原理構成を示す図、第３図は本発明
の実施例の構成を示す図、第４図は他の実施例の構成を
示す口、 第５図・第６図は従来の指紋センサの構成を示す図、 第７図は従来の指紋センサに脂が残存したときを説明す
るための図である。 ｌ−・−光源 ２−　コリメートレンズ ３−直角プリズム ４・・・指 ５−指紋の隆線 ６−指紋の谷線 ７・・撮像素子 ８−平行透明基板 １１−一凹凸物 １２・−弾性体 本范叩１１理構Ａ刃 第１図 第７図 ロト７壜ｉ”１１３ １亡の！ｌ！明１凛八圓 第２図 ロシ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 I 、直角プリズム（３）の斜辺（３−２）に置かれた
   凹凸物（１１）に対し、該プリズム（３）の一つの辺（
   ３−１）から光線を入射し、該凹凸物（１１）との接触
   面にて反射した全反射光を他方の辺（３−３）において
   検出し凹凸物（１１）の凹凸形状を検出する装置におい
   て、該凹凸物（１１）と直角プリズム（３）の斜辺（３
   −２）との間に、該プリズム（３）よりも屈折率が低く
   、エバネッセント波の染み出し距離よりも厚く被覆した
   弾性体（１２）を具備すること を特徴とする凹凸形状検出装置。 II、平行透明基板の上面に置かれた凹凸物に対し、該平
   行透明基板を介して凹凸物に対し斜め方向か光線を入射
   し該凹凸物との接触面における散乱反射光を、前記基板
   の下面側において検出し凹凸物の凹凸形状を検出する装
   置において、 該凹凸物と前記平行透明基板との間に、該基板よりも屈
   折率が低く、エバネッセント波の染み出し距離よりも厚
   く被覆した弾性体を具備することを特徴とする凹凸形状
   検出装置。