JPH06176136A - 指紋像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は指紋入力システムにおける指紋像入力
装置に関し、光学的接触なしに指紋パターンを検出する
ことにより、指の乾燥や汗の影響を避け、明瞭な指紋パ
ターンを得ることを目的とする。 【構成】光源を有し、指の表面の包絡面に対してほぼ垂
直に照明光を照射する照明手段１と、照明手段１によっ
て照射し、指の指紋パターンによって反射・散乱された
光を受け取る撮像手段２、照明手段１と撮像手段２を同
時に指表面の包絡線に対して走査する回転走査手段４
と、指を置く位置に貫通穴６を有する指置き手段３で構
成する。前記照明手段１はライン状の光源とライン状の
ファイバ・アレイ、あるいはライン状の光源と２次元状
のファイバ・アレイ、あるいは、２次元状の光源と２次
元状のファイバ・アレイで、前記撮像手段２は、ライン
状の撮像素子とライン状のファイバ・アレイ、あるいは
ライン状の撮像素子と２次元状のファイバ・アレイ、あ
るいは２次元状の撮像素子と２次元状のファイバ・アレ
イで構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は指紋照合システムにおけ
る指紋像入力装置に係り、更に詳しくは、指の乾燥や汗
の影響を防ぎ、安定した指紋パターンを得ることを可能
とする指紋像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】部屋への入出管理等における個人の識別
法として、指紋の照合を行なうシステムがある。指紋照
合システムでは、通常、指紋を画像として取り扱うの
で、指紋を画像データに変換する入力装置が必要とな
る。指紋は凹凸パターンであるため、入力装置はこの凹
凸パターンを検出する装置となる。

【０００３】図１４は、従来の指紋像入力装置の構成図
である。入力装置は、指を置かない１面に無反射コート
81を施したプリズム80と、光源82、絞り83、レンズ84、
ミラー85、ＣＣＤ86等の撮像素子で構成される。指87を
プリズム80の透明平板上に押し当てると、指の凸部が平
板に接触し、凹部は接触しない。

【０００４】光源82からの光をプリズム80の一面（指を
置く面および無反射コート面81以外の一面）から入射す
ると、光はプリズム80を通して指を押し当てた平面に照
射され、指の凹凸面で反射散乱する。指の凹部からの散
乱光は一度空気中を通ってからプリズム80に入射するの
で、プリズム80中に臨界角以上で入射する成分は存在し
ない。

【０００５】一方、凸部からの反射・散乱光は、指に照
射された光がそのままプリズム80に球面波として入射
し、その一部はプリズム80中に臨界角以上で入射する。
プリズム中に臨界角以上で入射した光と臨界角以下で入
射した光はプリズム斜面８０ａからの角度が異なる。臨
界角以下で入射した光は出射後領域Ａ（点線ではさまれ
た領域）に達することができない。したがって領域Ａに
達した反射光を適当な光学系、例えば、絞り83とレンズ
84、ミラー85で結像させると指紋の凸部の隆線パターン
の像を得ることができ、ＣＣＤ86等の撮像素子により該
隆線パターンを画像データとして得ることが可能にな
る。

【０００６】図１５は、従来の他の指紋入力方式の説明
図である（指紋入力装置、特開平−３−２５６１８
５）。ガラス板等の導光板91に浅い角度で光源90から光
を入射し、導光板91を全反射して伝搬された該光を、導
光板91上の一定の指置き位置に置かれた指の表面に浅い
角度で照射する。すると、指紋パターンの凹凸に応じ
て、指が実際に接触している部分（凸部）では乱反射が
生じ、この乱反射光を撮像素子92で撮像して画像パター
ンを得る。一方、接触していない部分（凹部）では乱反
射せず全反射するので、該光は導光板91内をさらに伝搬
して外部に出る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法にはいくつかの問題があった。まず、図１４の方法
は、反射光の一部しか光学系（絞り83−レンズ84−ミラ
ー85）に戻ってこないために反射画像信号のＳ／Ｎが低
いという問題点を有している。その結果、良好な指紋画
像パターンが得られないことになる。

【０００８】また、指と入力面の光学的接触を利用して
いるため、指の乾燥や汗等の影響を受けやすいという問
題点も有している。すなわち、指が乾燥していると、プ
リズム80との接触が良くなくなり、十分な反射光を得ら
れず、かすれた指紋パターンしか得られなくなる。一
方、指が汗ばんでいると、逆に、汗で指紋パターンの凹
部が埋まってしまい、凸部と凸部がくっついた像にな
り、明確な指紋パターンが得られなくなる。

【０００９】図１５の方法は、光の入射角度を浅くとる
ことにより、指の接触部分（凸部）で乱反射する光のう
ち全反射の臨界角より小さい反射角を有する光を全て撮
像素子に集めることができるので、図１４の方法におけ
るＳ／Ｎが低いという問題点を改善している。

【００１０】しかし、本方法は指紋隆線のエッジのみが
強調されやすく、細線像の形で指紋画像が検出される傾
向がある。このため、指紋隆線上の微細な凹凸の影響を
受けやすく、指紋画像パターンとして安定したパターン
を検出することが難しいという問題点を有している。

【００１１】本発明は、反射画像信号のＳ／Ｎが高く、
指紋画像パターンとして安定したパターンが得られ、し
かも、指の乾燥や汗にの影響を受けにくい指紋像入力装
置を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明のブロッ
ク図である。まず、照明手段1 は、光源を有し、指5 の
表面に対してほぼ垂直に該光源の照明光を照射する。

【００１３】次に、撮像手段2 は、前記照明手段1 によ
って照射され指5 の指紋パターンによって反射・散乱さ
れた光を受け取り画像データに変換する。撮像手段2
は、指5 の表面と対向する位置に設置する。

【００１４】さらに、指置き手段3 は、指紋パターンを
入力すべき指5 を載置する位置に貫通穴6 を開けた板状
のものであり、該貫通穴6 の位置に指5 を置く。最後
に、回転走査手段4 は、前記照明手段1 と前記撮像手段
2 を同時に指表面の包絡線に沿って走査する。

【００１５】

【作用】図２は、本発明の作用を説明するための基本原
理図である。同図の指紋20は指紋の隆線を模式的に示し
たものであり、蒲鉾型の山が何本も寄せ集めたような形
状をしている。山の頂上の部分が指紋稜線部21であり、
谷の部分が指紋谷線部22である。

【００１６】この指紋稜線が存在している指の曲面23に
対して垂直に近い角度θで光を照射した場合、指紋隆線
部21に照射された光24は反射して法線面と逆方向に伝搬
していく。一方、指紋谷線部22に照射された光25は指紋
谷線部22の曲面で反射を繰り返して谷線の深い方向に伝
搬していくため、指紋隆線部21の場合のように法線面の
逆方向には伝搬しにくい。

【００１７】この原理を利用し、法線の逆方向に反射し
た光を結像し撮像素子により検出すると、指紋隆線部21
が明るく、指紋谷線部22が暗い指紋像を検出することが
できる。

【００１８】このとき、θの値を出来るだけ小さくする
と反射光のＳ／Ｎを高くすることができる。そのために
は照明光を出来るだけ垂直に近い角度で入射することが
望ましい（θ＜30度）。

【００１９】図１において、指5 を指置き手段３の貫通
穴の上に載せる。照明手段１は、指の包絡線に対してほ
ぼ垂直に照明光を照射する。図２で説明したように、こ
のようにして垂直に照射された光は指紋隆線部21では反
射される。この反射光を撮像手段2 が検出し、画像パタ
ーンを生成する。照明手段1 と撮像手段2 は、回転走査
手段4 によって貫通穴に置かれた指表面の包絡線に沿っ
て走査され、指紋パターンの全領域をカバーする。以上
の作用により、指紋像が検出される。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。図３〜
図５は、第１の実施例の構成図である。図３は、指先方
向から本実施例の指紋像入力装置を見た図である。

【００２１】指紋パターンを入力すべき指38を載置する
貫通穴39を有する指置き台30と、照明光源31、指38の表
面に対してほぼ垂直に光源31からの光を照射するたのラ
イン状の照明用のファイバ・アレイ32、ラインセンサ3
3、指から垂直に近い角度で反射した反射光をラインセ
ンサ33に導くライン状の撮像用のファイバ・アレイ34、
ファイバ・アレイ（32、34）および照明光源31、ライン
・センサ33を備え、回転走査手段4 によって指の表面を
沿うように走査する支持台35よりなる。

【００２２】図４は、照明部分および撮像部分を斜め横
から見た図、図５は、本入力装置を横から見た図であ
る。図４に示すように、照明部分は、細長い照明光源31
上にライン状の短いファイバ・アレイ32が接着されてい
た構造であり、撮像部分は、ラインセンサ33上に同様の
ライン状の短いファイバ・アレイ34が接着してある。そ
して、この照明部分と撮像部分を並べて支持台35上に取
り付けてある。

【００２３】照明用ファイバ・アレイ32は、照明光源31
の照明光を各ファイバに集めて、指に照射するが、この
とき、照射方向が回転走査手段4 の回転軸方向に向くよ
うにファイバ・アレイ32が設置される。そうすることに
より、照射光が指の表面に対してほぼ垂直に照射される
ことになる。

【００２４】一方、撮像用ファイバ・アレイ34は、前記
照明用ファイバ・アレイ32によって照射され、指に当た
って反射された反射光を集めてラインセンサ33に導く。
このとき、指紋隆線部21に入射角θで照射された照射光
は、理論的には法線面の反対側の反射角θで反射される
ので、反射角θに近い反射光を撮像用ファイバ・アレイ
34で集めるようにする。

【００２５】照明部分および撮像部分を取り付けた支持
台35は、図５に示すような回転軸を有する回転手段37で
支持されている。そして回転軸を軸に指の表面を走査す
る。そして、走査しながら、照明部分による照射と撮像
部分による反射光の検出処理を繰り返し、指置き台30上
の貫通穴39に置かれた指の指紋パターンを得る。

【００２６】図６〜図７は第２の実施例の構成図であ
る。図６は指先方向から見た図、図７は横方向から見た
図である。本実施例は、第１の実施例（図３〜図５）の
ファイバ・アレイ（32、34）の各ファイバ長を伸ばすこ
とにより、照明光源31およびラインセンサ33を支持台35
上に取り付けるのではなく、動かない位置に固定し、指
の長さ方向の曲面に沿った形に支持台45を成形してファ
イバ・アレイ（32、34）を配置することを可能にする構
成である。

【００２７】照明光源41およびラインセンサ43は固定し
てある。そしてそれぞれに複数のファイバをライン状に
並べたファイバ・アレイ（42および44）が取り付けてあ
る。各ファイバ・アレイ（42および44）のもう一方の端
は支持台45に取り付けられ、照明用ファイバ・アレイ42
は指に対してほぼ垂直に照明光を入射できるように、ま
た、撮像用ファイバ・アレイ44は指紋隆線部21で反射さ
れた反射光を集められるように設置される。すなわち、
図７に示すように、支持台45には撮像用ファイバ・アレ
イ44およびル照明用ファイバ・アレイ42を指の長さ方向
の曲面に沿うように円弧状に取り付ける。

【００２８】支持台35は、回転軸を有する回転手段47で
支持されている。そして回転軸を軸に指の表面を指の長
さ方向と垂直に走査する。よって、各ファイバ・アレイ
（42、44）のファイバ長は、走査時にファイバがつれな
い長さにとればよい。そして、走査しながら、照明部分
による照射と撮像部分による反射光の検出処理を繰り返
し、指置き台40上の貫通穴49に置かれた指の指紋パター
ンを得る。

【００２９】以上のように、第２の実施例では、照明光
源41およびラインセンサ43を固定することにより、指の
長さ方向の表面の包絡線に沿ったかたちにファイバ・ア
レイを置くことが可能となり、指表面への光の入射をど
の場所でも垂直に近くすることが可能になる。

【００３０】図８〜図９は、第３の実施例の構成図であ
る。本実施例は、ファイバ・アレイを２次元で構成し固
定し、支持台に取り付けた照明光源とラインセンサを回
転手段57で動かして走査し、指紋パターンを検出する方
法である。

【００３１】図９に示すように複数の短いファイバを２
次元に配列し、図８に示すように指の表面に沿うような
形状に接着して、固定する。このファイバ・アレイ52の
下面を、ライン状の照明51とラインセンサ53を一組の系
として取り付けた支持台55を走査させることにより、指
紋像を検出し、画像メモリ56に指紋パターンとして格納
する。

【００３２】この場合、ファイバ・アレイ52の各ファイ
バが指の表面に対して垂直に近い角度になるようにファ
イバ・アレイ52を接着する。ライン状の照明51とライン
センサ53を走査すると、ある時点ではファイバ・アレイ
52のある１列が撮像用のファイバ・アレイとなり、次の
時点では照射用のファイバ・アレイとなる。

【００３３】図１０〜図１１は、第４の実施例の構成図
である。本実施例は、照明用ファイバと撮像用ファイバ
を２次元に配列することにより、回転走査手段の駆動部
を不要にする方法である。

【００３４】撮像素子は２次元ＣＣＤのような２次元の
撮像素子63を、照明光源61も２次元のものを用い、固定
する。照明光源61に照明用ファイバ・アレイ62の一端を
接続する。そして、該照明用ファイバ・アレイ62で照射
された入射光が指紋隆線部21で反射した反射光を集める
撮像用ファイバ64を撮像素子63上で位置を保存するよう
に接続する。

【００３５】照明用ファイバ・アレイ62および撮像用フ
ァイバ・アレイ64の照明光源61あるいは撮像素子63に接
続しない側の一端は２次元状に配置して接着される。す
なわち、例えば、図１１の（１）あるいは（２）に示す
ような配列に接着する。接着表面は図１０に示すよう
に、指の表面に沿うような形状にする。図１１（１）は
横一列ごとに照明用ファイバ62と撮像用ファイバ64を接
着したものであり、図１１（２）は市松模様状に照明用
ファイバ62と撮像用ファイバ64を接着している。同図
（２）の方が同図（１）よりも幾分か分解能を高くする
ことが可能であるが、作りやすさでは同図（１）が優
る。

【００３６】ここで、指置き台60の貫通穴69の大きさは
１５×１５mm² 程度であり、通常の２次元ＣＣＤは４．
８×６．２mm² 程度の大きさである。そこで、ファイバ
の形状は撮像素子の方向に向けてテーパ状に絞った形状
にする。各ファイバの直径は、ファイバ・アレイ部65の
位置で０．１〜０．１５mmとし、撮像素子側は０．０３
〜０．０５mmに絞るようにする。

【００３７】図１２〜図１３は、第５の実施例の構成図
である。図１２は指先方向から見た図、図１３は横方向
から見た図である。本実施例は、図６〜図７に示した第
２の実施例において、走査方向を指の長さ方向に変えた
方法である。

【００３８】照明光源71および撮像用ラインセンサ73を
固定し、それぞれにライン状の照明用ファイバ・アレイ
72および撮像用ファイバ・アレイ74を接続する。ファイ
バ・アレイ（72、74）のもう一端は、図１２に示すよう
に指の腹の表面方向に沿うような形状に接着し、ファイ
バ・アレイ75とする。そして、該ファイバ・アレイを指
の長さ方向に走査し、逐次、指紋の隆線部の像を検出し
ていく。

【００３９】最後に、第１〜第５の実施例において、図
２で示した指表面に対する法線となす角である入射角θ
は、実施上１５度程度にすることが可能で、これによっ
て、明確な指紋パターンを得ることが可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明によって、指と指紋入力面の光学
的接触の必要がないので、指の乾燥や汗による影響を受
けることなく指紋像を得ることが可能になる。また、指
の表面に対してほぼ垂直に照射光を入射すると、指紋の
隆線部からは法線の反対側に反射光を得ることができ、
また、指紋の谷線部では反射光を得ることができない。
これにより、指紋の隆線部谷線部の明暗による指紋パタ
ーンを明瞭に検出することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック図である。

【図２】本発明の基本原理図である。

【図３】第１の実施例の構成図（その１）である。

【図４】第１の実施例の構成図（その２）である。

【図５】第１の実施例の構成図（その３）である。

【図６】第２の実施例の構成図（その１）である。

【図７】第２の実施例の構成図（その２）である。

【図８】第３の実施例の構成図（その１）である。

【図９】第３の実施例の構成図（その２）である。

【図１０】第４の実施例の構成図（その１）である。

【図１１】第４の実施例の構成図（その２）である。

【図１２】第５の実施例の構成図（その１）である。

【図１３】第５の実施例の構成図（その２）である。

【図１４】従来の指紋像入力装置の構成図である。

【図１５】従来のその他の指紋像入力装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 照明手段 ２ 撮像手段 ３ 指置き手段 ４ 回転走査手段 ５ 指 ６ 貫通穴 ７ 支持板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指紋入力システムの指紋像入力装置にお
   いて、 光源を有し、指の表面の包絡面に対しほぼ垂直に照明光
   を照射する照明手段（1)と、 指の表面と対向する位置に置かれ、前記照明手段により
   照射され、指紋パターンによって反射・散乱された光を
   受け取る撮像手段（2)と、 を有することを特徴とする指紋像入力装置。
2. 【請求項２】 指紋入力システムの指紋像入力装置にお
   いて、 光源を有し、指の表面の包絡面に対しほぼ垂直にライン
   状に照明光を照射する照明手段（1)と、 指の表面と対向する位置に置かれ、前記照明手段により
   照射され、指紋パターンによって反射・散乱された光を
   受け取るライン状の撮像手段（2)と、 前記照明手段（1)および前記撮像手段（2)を同時に指表
   面の包絡線に沿って走査させる回転走査手段（4)と、 を有することを特徴とする指紋像入力装置。
3. 【請求項３】 指紋入力システムの指紋像入力装置にお
   いて、 光源と、指の表面の包絡面に対しほぼ垂直にライン状に
   照明光を照射するためのライン状ファイバ・アレイから
   なる照明手段（1)と、 ライン状の撮像素子、および、前記照明手段により照射
   され、指紋パターンによって反射・散乱された光を該撮
   像素子に導くライン状ファイバ・アレイからなる撮像手
   段（2)と、 前記照明手段（1)のライン状ファイバ・アレイおよび前
   記撮像手段（2)のライン状ファイバ・アレイを同時に指
   表面の包絡線に沿って走査させる回転走査手段（4)と、 を有することを特徴とする指紋像入力装置。
4. 【請求項４】 指紋入力システムの指紋像入力装置にお
   いて、 指の表面の包絡面に対してほぼ垂直に照明光を照射する
   ためのファイバと、指から反射された光をライン状の撮
   像素子に導くためのファイバを二次元のアレイ状に配置
   し、 該二次元状ファイバアレイの下面に指の表面と対向する
   位置に設け、ライン状の光源を有する照明手段（1)と、 該二次元状ファイバアレイの下面に指の表面と対向する
   位置に設け、指から反射されファイバ内を導かれた光を
   受け取るライン状の撮像手段（2)と、 前記照明手段（1)と前記撮像手段（2)を同時に該二次元
   状ファイバアレイに沿って走査する回転走査手段（4)
   と、 を有することを特徴とする指紋像入力装置。
5. 【請求項５】 指紋入力システムの指紋像入力装置にお
   いて、 指の表面の包絡面に対してほぼ垂直に照明光を照射する
   ための照明用ファイバと、指から反射された光を二次元
   撮像素子に導くための撮像用ファイバを交互に配置して
   二次元状のファイバアレイを形成し、 該二次元状ファイバアレイの照明用ファイバの一端を接
   続し、ライン状の光源を有する照明手段（1)と、 該二次元状ファイバアレイの撮像用ファイバの一端を反
   射光入力側と反射光出力側で同じになるように配列して
   接続し、撮像用ファイバで導かれた反射光を受け取る２
   次元状の撮像手段（2)と、 を有することを特徴とする指紋像入力装置。
6. 【請求項６】 請求項３、４、５に記載の指紋入力シス
   テムの指紋像入力装置であって、 前記ファイバアレイを指の長さ方向の曲面に対して包絡
   面を描くように配置する、 ことを特徴とする指紋像入力装置。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５、６に記載の
   指紋入力システムの指紋像入力装置であって、 指紋パターンを入力すべき指を載置するための貫通穴の
   ある指置き手段（3)を有する、 ことを特徴とする指紋像入力装置。
8. 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６、７に記
   載の指紋入力システムの指紋像入力装置であって、 照明光の指への入射角が指紋表面の包絡線の法線に対し
   て３０度以下の値をとる、 ことを特徴とする指紋像入力装置。