JPH03244092A - 指紋画像入力装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、指表面の指紋画像をコンピュータ等に入力す
るための指紋画像入力装置に関する。

（従来の技術） 近年、情報化社会の発達に伴い、重要エリアへの入退室
管理やコンピュータ端末へのアクセス管理を目的とした
個人認証方式のセキュリティ技術に対する関心が高まり
つつある。特定の個人をその人自身であるか否かを判定
する個人認証方式としては、ＩＤカードやパスワードを
用いる方式が現在最も広く普及しているが、この方式で
は安全性の限界も問題視され、現在これよりも安全で且
つ使い易い方式の開発が期待されている。

指紋は「終生不変」、「万人不同」という２大特徴のた
めに個人認証の対象として利用され、高い照合精度が得
られる。従来は、指紋の照合には写真像が用いられ、写
真上のパターンを人が判定・区別していた。しかしなが
ら最近では、電子技術の発達によってコンピュータによ
る指紋の判定・区別が行われるようになりつつある。

このためには、指紋情報を素早く、正確にコンピュータ
に入力するための画像入力装置が必要であり、数多くの
提案がなされてきている。

光学的に指紋を読み取る画像入力装置は、その原理から
大別して次の３つの方式に分類される。

第１の方式は、第３図に示す如き全反射方式である（特
願昭４２−９３４７号：指紋照合装置）。

この方式では、光源３３から出射した光がその表面に指
３２を押圧された、例えばプリズム等の透明体３１に入
射し、透明体３１の表面で全反射した光が結像レンズ３
６で集光・結像されてイメージ入力装置３７に到達する
ように光学系を構成する。このような構成では、透明体
３（の全反射面上に指３２が押圧されていない場合、光
源３３から出射した光は透明体３１で全反射され、例え
ばテレビカメラ等のイメージ入力装置３７に入射する。

ところが、透明体３１の全反射面に指３２が押圧されて
いると、光は透明体３］と指３２との接点、即ち指紋の
凸部で指上の油脂のために全反Ｉ（されず散乱される。

このため、イメージ入力装置３７には明るい背景の中に
暗い指紋像が見える。

第２の方式は、第４図に示す光路分離（散乱）方式であ
る（特願昭５７−２ｆｌｉ１５３号：凹凸面情報検出方
法）。この方式では、光源４３から出射した光のうち透
明体４１の表面に押圧された指表面の指紋の凸部で散乱
された光のみを結像レンズ４６で集光・結像してイメー
ジ入力装置４７に到達するように光学系を構成する。こ
のような構成では、指４２が透明体４１の表面に押圧さ
れていない場合には光源４１から出射した光は透明体４
１で全反射されて進行し、イメージ入力装置４７には入
射しない。ところが、透明体４１の全反射面に指４２が
押圧されていると光は透明体４１と指４２との接点、即
ち指紋の凸部で全反射されず散乱される。そして、その
散乱光の一部のみがイメージ入力装置４７に入射する。

このため、イメージ入力装置４７には暗い背景の中に明
るい指紋像が浮かび上がる。

第３の方式は、第５図に示すスキャニングｈ゛式である
（特願昭５８−１８３１８９号二指紋処理装置および方
法）。この方式では、光源５３から出射した光をコンデ
ンサレンズ５４で集光し、ミラー５５ａによってその光
路を曲げて指上の透明体５１との接触面に微小な光スポ
ットとして照射する。指５２からの反射・散乱光はミラ
５５ｂを通して結像レンズ５６で集光・結像されて光検
出器５７で光電変換される。光源５３゜コンデンサレン
ズ５４．ミラー５５ａ、５５ｂ。

結像レンズ５６．光検出器５７は移動台５８上に固定さ
れており、移動台５８を透明体５１と平行の面内で移動
させれば指上の光スポットを移動させることができる。

この方法では、光源５３を含む光学系を動かして指表面
を走査、その反射・散乱光を光検出器で検出する。原理
的には、移動させる部分は透明体５１を含む指５２でも
よ＜　、ＩｇＪ様に走査、その反射・散乱光を光検出器
５７で検出することもできる。

しかしながら、これらの方式にあっては次のような問題
があった。即ち、第１の方式（全反射方式）では、結像
レンズを介してイメージ入力装置に入射する光源からの
光が透明体表面で全反射された光であり、殆ど光源を覗
き込んでいるに等しく、画面は非常に明るい。そして、
透明体の表面に押圧された指の指紋像は、指紋の凸部表
面が透明体と密着することによる散乱によるものである
。このため、指紋の部分の反射光量が減少することによ
って生じる、明るい視野の中に見える暗い像はコントラ
ストが低く、指紋の細かい部分は読み取げ難い。

また、指が押圧される面は全反射の特性を向上させるた
め、光学的にその平面度が極めて良好な研磨面でなけれ
ばならない。一方、透明体表面には使用の度毎に指表面
の油脂や水分か付着する。入射光に対して全反射の面に
その屈折率が透明体の屈折率と似通った油脂や水分が付
着していれば、その部分では光は透明体表面と油脂との
境界で全反射せず、油脂の中に透過する。油脂と空気と
の境界は油脂の表面張力によって平面とはなっていない
ため、光は油脂と空気との境界で反射又は散乱されるこ
とになる。

そのため、使用の度毎に残留・付着した指表面の油脂や
水分は、全反射の明るい視野の中に散乱光の暗い像を浮
かび上がらせる。この散乱像は、指を押圧したときに見
える本来の像と重なり、その像のコントラストをさらに
低下させる。

第２の方式（光路分離方式）では、暗い視野の中に散乱
光による明るい像が形成される。原理的に散乱光によっ
て形成される像であるため、像の部分の光量は少ないが
周囲か暗い視野であるので、第１の方式のようなコント
ラストの低さはない。しかしながら、イメージ入力装置
に入る光は指紋凸部で散乱された光のみであるので、光
量が少なく、周囲が明るい場合にはその影響を受は易く
、そのような場合にはＳＮ比が小さくなってしまう。

また、透明体表面の光源からの光を全反射している面上
に残留油脂がある場合、第１の方式で述べたのと同様な
理由によって、その像が見えてしまう。即ち、面上に残
留油脂がないところに到達した光源からの光は殆ど全反
射されてイメージ入力装置には到達しないが、残留油脂
の部分では光は透明体と油脂の境界では全反射せず油脂
の中に透過する。そして、油脂と空気の境界面に光は到
達するが、油脂と空気の境界面は油脂の表面張力のため
に平面ではなく、そのために全反射の条件が崩れて光は
空気と油脂との屈折率差で決まる量だけ反射され、透明
体の中に種々の方向に再入射する。この光の一部はイメ
ージ入力装置に到達する。この現象による像は、第１の
方式の場合と同様に、真の指紋画像と重なり、真の指紋
画像にとっては雑音となってしまう。

第３の方式（スキャニング方式）は、機械的にスキャン
する方式であるので、光を微小スポットに絞り込むため
の光学系部分とメカ部分が必要である。これらは、光学
的にも機械的にも複雑である。また、光を微小スポット
に絞り込むためレーザ等の特殊な光源と収差の少ない高
価なレンズが必要となる。さらに、信号の取り込みに時
間がかかるという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、光学的に指紋画像を入力する装置（第
１及び第２の方式）にあっては、残留油脂による影響で
コントラストが低くなったり、ＳＮ比が低下するという
問題があった。また、第３の方式にあっては、光を微小
スポットに絞り込むためレーザ等の特殊な光源と収差の
少ない高価なレンズが必要となり、構成の複雑化及びコ
スト高を招く問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、残留油脂に起因するコントラストや
ＳＮ比の低下を抑制することができ、且つ構成の簡略化
及び製逍コストの低減をはかり得る指紋画像入力装置を
提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、透明体と、こ
の透明体の裏面側から表面側に光を照射する手段と、透
明体の表面からの反射光を検出する手段とを備え、透明
体表面に押圧された指表面の指紋画像を透明体を通して
画像信号として入力する指紋画像入力装置において、前
記透明体表面の少なくとも指が押圧される面を、前記光
の波長に対して散乱面として作用する面で形成したこと
を特徴としている。

（作用） 光がその表面に門口を自゛する透明体に入射するとき、
表面の幾何学的＋１１１１”Ｉは散乱の原因となり、光
の反射率は表面粗さの関数として表現される。透明体の
表面粗さの自乗平均根をσ、波長をλ、完全に滑らかな
平面の反射率をＲ８とすれば、σくλの範囲において反
対率Ｒｓは次式でり、えられることが知られている。

Ｒｓ　＝Ｒｏ　ｃｘｐ　［−（４πａ）２／λ２］即ち
、透明体の表面が光の波長よりも十分大きい表面粗さを
有していれば、透明体表面への入射光は散乱され、その
面は入射光に対して散乱面として作用する。

散乱光の一部は、レンズ等で結像されてイメジ入力装置
に到達する。透明体表面に指が押圧されているときにつ
いて考えると、透明体表０ 面と指表面とは指表面指紋凸部と透明体表面とが密着し
ている。指紋部分では、その部分のみ指表面の脂のため
に透明体の表面に形成された同曲が埋められる。通常、
良く使用されるガラスや光学材料としてのプラスチック
の屈折率は１．５〜１．８程度（先に述べた光学ガラス
ＢＫ−７の場合には１．５）、また−殻内な水や油脂の
屈折率は１．３〜１．５程度である。このように、指表
面の油脂の屈折率と透明体材料の屈折率か似通っている
ため、透明体の裏面から入射して表面に達した光に対し
て、透明体と指表面の油脂との境界での光の反射は小さ
くなる。等価的にその部分のみ散乱面は透明となり、指
紋凸部が見える。その他の透明体の表面部分は先に述べ
たように散乱面であり光源からの光は散乱されるので、
裏面から見た透明体表面には散乱光の中に指紋像が浮か
び上かって見える。

また、−度奇着した指が散乱面から離れた場合について
考えると、−度透明体表面の開門を埋めた油脂の一部は
透明体表面に残留する。し１ かしながら、その量は極僅かであり、透明体表面に存在
する凹凸を埋める量には至らず、■門の表面に僅かに存
在するに過ぎない。従って、透明体裏面から入射して透
明体表面に到達した光は一度残留油脂の中に透過するが
、残留油脂と空気との境界面も凹凸であるので周囲と同
じように散乱され、その周囲との区別がつかなくなる。

即ち、指紋像の残留は極めて少なくなる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる指紋画像入力装置を
示す概略構成図である。図中１１は指紋検出すべき指１
２が表面に押圧される透明体であり、この透明体１１の
表面は凹凸加工されている。１３は光源であり、この光
源１３から出射した光はコンデンサレンズ１４で集光さ
れ、平行光となってビームスプリッタ１５を通る。そし
て、表面に指１２を押圧された透明体１１の表面に形成
された凹凸面を透明体内部か　２ ら照明する。透明体１１の表面が光の波長よりも十分大
きい凹凸を有する面であれば、その面への入射光は散乱
される。散乱光の一部はビームスプリッタ１５で反射さ
れ、レンズ１６で結像されてイメージ入力装置１７に到
達する。このとき、指表面指紋凸部と透明体表面とが密
着している部分では、その部分のみ指表面の油脂のため
に透明体１１の表面に形成された凹凸は埋められる。指
表面の油脂の屈折率と透明体材料の屈折率が似通ってい
れば指表面指紋凸部と透明体表面とが密着している部分
の境界での光の反射は小さくなり、等価的にその部分の
み散乱面は透明と−なったように見える。

透明体１１の材料としては、ＢＫ７等の光学ガラスが一
般的である。ガラス表面に凹凸を付けて散乱面に加工す
るには、粒径の揃った砂の微粒子を吹き付けて機械的に
削り取るサンドブラスト、砂をガラス表面に擦り付ける
砂なすり、弗酸等の化学薬品で削り取るケミカルエツチ
ング、加速したイオン粒子をガラス表面に衝突さ３ せて削り取るイオンエツチング等の方法がある。

いずれの方法でも、可視光の数倍から数十倍の凹凸を容
易に付けることができる。

イメージ入力装置１７としてはビジコン等の撮像管、Ｃ
ＣＤ等の固体撮像素子等が利用できる。装置の小型化、
高信頼化という観点からすればＣＣＤ等の固体撮像素子
が構成上有利と考えられる。なお、図には示していない
が、イメージ入力装置１７の出力信号はコンピュータ等
に入力されるものとなっている。また、光源１２として
は、白熱電球、発光ダイオード、レーザ等の利用が考え
られる。白熱電球、発光ダイオードはコンデンサレンズ
を使わずに面を一様に照明する場合に、レーザは他の光
源で十分な光量が得られない場合にコンデンサレンズと
組み合わせて使用することが考えられる。

このように本実施例によれば、表面が凹凸加工により散
乱面として作用する透明体１１の表面に指を押圧した状
態で、透明体１１の表面側を裏面側から照明し、透明体
１１の表面からの４ 散乱光を検出することにより、散乱光の中に指紋像が浮
かび上がった画像、即ち指紋画像を得ることができる。

そしてこの場合、従来のスキャニング方式とは異なり、
レーザや高価なレンズ等を要することなく、極めて簡易
な構造で実現することができる。また、従来の全反射方
式や光路分離方式に比べて、透明体表面に一旦付着した
残留油脂による影響を少なくすることができ、コントラ
ストやＳＮ比の低下を抑制することができる。

第２図は本発明の他の実施例を示す概略構成図である。

なお、第２図における２１〜２７は第１図の１１〜１７
に対応している。

この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、光源２
３として発光ダイオードの集合体を用いたことにある。

複数の光源の集合体を用いることは、照明される面内て
の光量分布を均一にし、信号の振幅を一定にするような
補正を不要とすることができる。先の実施例では光源と
透明体の間にコンデンサレンズやビームスプリ５ ツタを配置した例を示したが、本実施例てはコンデンサ
レンズやビームスプリッタ等の素子は不要となる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。実施例では、イメージ入力装置として撮像管やＣ
ＣＤ等の２次元のセンサを用いたが、この代わりにライ
ンセンサを用い、それをスキャンすることによっても指
紋画像が得られる。また、透明体の材料としてはガラス
の他に、例えばＰＭＭＡ等のプラスチックを用いること
もできる。この場合には、凹凸の形成方法として先に述
べたサンドブラストの他に、射出成形やキャスティング
による成形も適用できる。これらの方法は一つの金型か
ら短時間に多くの透明体が生産できるので価格の低減に
有効であるし、金型の凹凸を正確に写し捕ることができ
ることから、性能のばらつきも小さくなることが予想さ
れる。プラスチックを透明体の材料として使用する場合
には、その表面の硬度を向上させるために硬い薄膜をコ
ーティングす６ ることか有効である。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、透明体表面を散乱
面とし、指の押圧による検出器側への反射散乱光量の差
から指紋画像を得るようにしているので、残留油脂に起
因するコントラストやＳＮ比の低下を抑制することかで
き、且つ構成の簡略化及び製造コストの低減をはかり得
る指紋画像入力装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる指紋画像入力装置を
示す概略構成図、第２図は本発明の他の実施例を示す概
略構成図、第３図乃至第５図はそれぞれ従来技術による
指紋画像入力装置の構成例を示す図である。 １１．２１・・・透明体、 １２．２２・・・指、 ］３２３・・・光源、 １４・・・コンデンサレンズ、 １５・・・ビームスプリッタ、 １６２６・・・集光レンズ、 １７．２７・・・イメージ入力装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透明体と、この透明体の裏面側から表面側に光を照射す
   る手段と、透明体の表面からの反射光を検出する手段と
   を備え、透明体表面に押圧された指表面の指紋画像を透
   明体を通して画像信号として入力する指紋画像入力装置
   において、前記透明体表面の少なくとも指が押圧される
   面が、前記光の波長に対して散乱面として作用する面で
   形成されてなることを特徴とする指紋画像入力装置。