JPH0478979A - 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〕 本発明は凹凸形状検出装置に関し、 包絡形状が曲面を成す凹凸形状のパターン像を画像セン
サ上に結像させることを目的とし、透明導光体の接触面
に凹凸物体を接触させ、該接触面を照明した結果発生す
る散乱光を前記透明導光体に形成された全反射面で少な
くとも１回全反射させ、この全反射した散乱光を結像手
段により該透明導光体の外部に結像させて画像センサに
より画像データに変換する凹凸形状検出装置であって、
前記接触面が該凹凸物体の包絡形状に応じた曲面状を成
し、且つ前記全反射面が該接触面に対応した曲面状を成
すように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、包絡形状が曲面を成す凹凸形状のパターン像
を得る凹凸形状検出装置の改良に関する。

指紋像入力装置では、指を平らな接触面に強く押し当て
、この接触面を照射して発生する散乱光を画像センサ上
に結像して、指紋の凸部（隆線）の画像データを得てい
る。

この指を強く押し当てなければならないという課題を解
決するためには、接触面を指面に応じて楕円状にすれば
よいが、結像面が非線形に歪むため、平面な２次元画像
センサ上に指紋全体を均一に結像させることができない
。

このことは、凹凸形状が弾性を持たない場合も同様で、
接触面を曲面にし、且つそれによって生しる非線形歪み
を補正する凹凸形状検出装置が求められている。

［従来の技術〕 第３図は従来例の指紋像入力装置断面図である。

第３図は、指紋の凸部（隆線）を検出して画像データに
変換する指紋像入力装置の従来例を示している。

図中、透明導光体２は、例えばガラス板を加工したもの
で、図示左側端面にはアルミ蒸着等により平面ミラー６
が形成され、平面ミラー６に対応する右側端面にはレン
ズ３が接着されている。そしてレンズ３による結像位置
に画像センサ４が、透明導光体２の下方に光源５がそれ
ぞれ配置されている。

このような指紋像入力装置において、透明導光体２の上
面（接触面Ｓ）に指１を押し当てると、指ｌの凸部Ｐは
接触するが凹部Ｑは接触しない。

このため、指の凹部Ｑからの反射・散乱光は、度空気中
を通って透明導光体２に入射するため、図示破線のごと
く透明導光体２の下方に透過し、透明導光体２中を全反
射しながら伝播する成分は存在しない。

一方、凸部Ｐからの反射・散乱光は、指１から直接透明
導光体２中に球面波として入射し、その一部は透明導光
体２の下面（全反射面Ｒ）で全反射条件を満足して、透
明導光体２中全反射を繰り返して伝播してゆく。

そして、この全反射成分は平面ミラー６で反射して右側
端面より出射し、レンズ３により画像センサ４上に結像
する。

指の各凸部Ｐからの散乱光の点像の集合は、指の各凸部
からレンズ３までの光路長差が原因で、厳密には曲面（
像面湾曲）を形成するが、これを平面で近イ以し、この
近似平面に２次元の画像センサ４を置くことにより、凸
部パターン像（指紋隆線パターン像）の画像データに変
換している。

なお、開口絞り７は、単一の球面レンズを用いて収差の
少ない結像をさせるために、レンズ３０曲率中心に配置
されたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記説明した指紋像入力装置では、接触面Ｓが平面であ
るため、指１を強く押し付ける必要がある。

このため、接触面Ｓに、例えば楕円状の窪みを設けるこ
とが考えられるが、物体面（指面）が平面でなくなるた
め、指面からレンズ３までの光路に非線型な光路長差が
生じ、この光学系が本来持つ像面湾曲に非線形歪みが加
わって、指紋像全体を画像センサ４上に均一に結像させ
ることが難しくなる。

このことは、弾性を持たない凹凸形状のパターン像を検
出する場合も同様である。

本発明は、上記課題に鑑み、包絡形状が曲面状をなす凹
凸形状を均一に結像させる凹凸形状検出装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図−実施例の構成図から原理構成部分を抽出して説
明する。

８は透明導光体２０の一面に設けられた接触面で、凹凸
物体１０の包絡形状と同様の曲面を成す。

９は透明導光体２０内の全反射面で、接触面８と相似の
曲面を成す。

４は２次元の画像センサで、レンズ３の結像面に配置さ
れる。

３はレンズで、結像手段に対応する。

〔作用〕

曲面状の接触面８に沿う各凸部から発する散乱光は曲面
状の全反射面９により全反射し、レンズ３等の結像手段
によって結像される。

この全反射面９により、接触面８による非線形な光路長
の差が路線形に補正され、接触面、全反射面が平面の場
合と略同程度の平面な結像面を得ることができる。

これにより、凹凸形状のパターン像を２次元画像センサ
上に均一に結像させることができ、また指紋像入力装置
の場合では、指を接触面８に強く押し付ける必要がなく
なる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

〔第１の実施例〕 第１図は第１の実施例の構成図で、第３図に示す指紋像
入力装置に適用した例を示している。

図中、透明導光体２０は、例えばガラス材を成形したも
ので、上面には、指面に沿うよう、楕円状の窪みを形成
して接触面８とし、下面には楕円状に膨らみを形成して
全反射面９としている。

この全反射面９の位置は、接触面８の中心から発した散
乱光のうち、平面ミラー６の中心から発する散乱光を光
軸１２とすれば、この光軸１２の光が全反射面９の中心
を通るようにする。またその形状は、接触面８と相似に
近い形状とする。

その他、第３図と同一符号は同一対象物を表す。

このように形成した透明導光体２０の接触面８に指（凹
凸物体１０）を押し当てて光源５により光を照射すると
、光は指表面・内部で反射散乱される。

このうち指の凹部Ｑからの散乱光は、−度空気中を通り
透明導光体２０に入射するため、透明導光体２０中を全
反射し伝播する成分は存在しない。

ところが、凸部Ｐからの反射・散乱光の一部は全反射面
９で全反射して、図示のごとく各散乱光が交叉した後、
平面ミラー６で反射し、一方の端面に設けられたレンズ
３により空気中で結像する。

ここで、曲面状の接触面８から発する散乱光のレンズ３
までの光路長は、同様な曲面状の全反射面９により路線
形に補正され、その結像面は接触面および全反射面が平
面である従来例と同程度の像面湾曲となる。

このため、この近似平面に画像センサ４を置くことによ
り、接触面８全体にほぼ均一な凸部パターン像（指紋隆
線パターン像）の画像データが得られる。

〔第２の実施例〕 第２図は第２の実施例の構成図である。

第２の実施例は、平面ミラー６の代わりに、結像機能を
備えた曲面ミラー１１を使用した例を示す。

この実施例では、接触面８から曲面ミラー１１までの光
路長の差が補正の対象となるから、全反射面９には、そ
の光路長差に応じた楕円状の膨らみを持たせることにな
る。

以上のごとく、凹凸物体１０の包絡形状に応じた曲面の
接触面８を透明導光体２０に形成することにより、指を
接触面８に強く押し付ける必要がなくなり、また、接触
面８を曲面にすることによって生じる非線形な結像面の
歪みを全反射面９を曲面状にすることで補正できる。

状の窪みを設けたことによる結像手段までの光路長差を
補正して本光学系が本来持っている線型に近い光路長差
とすることができるから、凹凸形状全体に均一な結像性
能を与える効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例の構成図、第２図は第２の実施例
の構成図、第３図は従来例の指紋像入力装置断面図であ
る。 図中、１は指、２，２０は透明導光体、３はレンズ、４
は画像センサ、５は光源、６は平面ミラー７は開口絞り
、８は接触面、９は全反射曲面、１０は凹凸物体、１１
は曲面ミラー、Ｐは凸部、Ｑは凹部、Ｓは接触面、Ｒは
全反射面である。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、透明導光体の全反射面
を曲面にすることにより、物体面に楕円頒桐９） 牛 第１の実施例の構成図 第 第２の天施例の構成図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 透明導光体（２０）の接触面（８）に凹凸物体（１０）
   を接触させ、該接触面を照明した結果発生する散乱光を
   前記透明導光体に形成された全反射面（９）で少なくと
   も１回全反射させ、この全反射した散乱光を結像手段に
   より該透明導光体の外部に結像させて画像センサ（４）
   により画像データに変換する凹凸形状検出装置であって
   、 前記接触面（８）が該凹凸物体（１０）の包絡形状に応
   じた曲面状を成し、且つ前記全反射面（９）が該接触面
   （８）に対応した曲面状を成すことを特徴とする凹凸形
   状検出装置。