JPH06176137A

JPH06176137A - 指紋像入力装置

Info

Publication number: JPH06176137A
Application number: JP4330167A
Authority: JP
Inventors: Taku Niizaki; 卓新崎; Seigo Igaki; 誠吾井垣
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】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。【構成】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、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、指を置く位置に
貫通穴９を有する指置き手段３で構成する。撮像手段２
はレンズ６、絞り７、撮像素子８の結像部で構成され
る。照明手段１は、指置き手段３の貫通部９の下方から
複数の光源、あるいはリング状に配置したファイバ・ア
レイ、あるいはリング状に配置したＬＥＤアレイで光を
照射したり、また、点光源の光をさらに下方にある凹面
鏡で反射させて照射する。薄型に構成するためには、半
透鏡を貫通穴９と照明手段１の間に配置し、撮像手段２
を指置き台下に横向きに配置し、照明手段１から半透鏡
を介して指に照射され、指紋パターンで反射された光を
半透鏡で反射したうえ撮像手段２で受け取るようにす
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１０は、従来の指紋像入力装置の構成図
である。入力装置は、指を置かない一面に無反射コート
101 を施したプリズム100 と、光源102 、絞り103 、レ
ンズ104 、ミラー105 、ＣＣＤ106 等の撮像素子で構成
される。指107 をプリズム100 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102 からの光をプリズム100 の一面
（指を置く面および無反射コート面101 以外の一面）か
ら垂直に入射すると、光はプリズム100 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100 に入射するので、プリズム100 中を臨界角以上の
角度で入射し伝搬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100に球面波として入射
し、その一部はプリズム100 中へ臨界角以上の角度で入
射する。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101aより出射する際の角度が異な
る。臨界角以下で入射した光は斜面101aより出射した後
は領域Ａに達することが出来ない。したがって領域Ａに
達したこの反射光を適当な光学系、例えば、絞り103 と
レンズ104 、ミラー105 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、ＣＣＤ106 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１１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111 に浅い角度で光源110 か
ら光を入射し、導光板111 を全反射して伝搬された該光
を、導光板111 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112 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111 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１０の方法
は、反射光の一部しか光学系（絞り103 −レンズ104 −
ミラー105 ）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100 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１１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１０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、照明光源4 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、レンズ6 、絞り7 、
撮像素子8 を有し、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。

【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9 を開けた板状
のものであり、該貫通穴9 の位置に指5 を置く。

【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、蒲鉾型の山を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。

【００２０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。図３
は、第１の実施例の構成図である。同図（ａ）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35を載置する
貫通穴39を有する指置き台30と、複数の照明光源34、レ
ンズ36、絞り37、撮像素子38で構成する。同図（ｂ）
は、照明光源34および指置き台30を上から見た図であ
る。同図のように、複数の照明光源34（例えば４個）
を、指の表面の包絡面に対してほぼ垂直に光を照射でき
るように、指置き台30の下側に設置する。これによっ
て、指置き台30の貫通穴39に置かれた指に光が照射され
る。

【００２２】レンズ36および絞り37、撮像素子38は指に
対向する位置、すなわち、貫通穴39の下部に設置する。
複数の照明光源34が照射し、指の表面の指紋パターンで
反射された光のうち、レンズ36に到達する光を集め、絞
り37を通して撮像素子38上に結像させる。

【００２３】図２で説明したように、指表面にほぼ垂直
に照射した光は、指紋隆線部21においては法線面に対し
て逆側にほぼ垂直に反射するので、貫通穴39の下方に置
かれたレンズ36に到達する。一方、指紋谷線部22に照射
された光は谷部で反射を繰り返してレンズ36には到達し
ない。

【００２４】このように、レンズ36に到達した指紋隆線
部21からの反射光が撮像素子38上に結像し、指紋パター
ン像が得られる。絞り37は、レンズ36の焦点の位置に置
けばよく、撮像素子38は、２次元のＣＣＤ等で構成する
ことができる。

【００２５】図４は第２の実施例の構成図である。同図
（ａ）は指先方向から見た図、同図（ｂ）は指置き台と
照明を上方向から見た図である。本実施例は、第１の実
施例（図３）の照明を光ファイバ43によって指45に照射
する方法である。

【００２６】照明光源44に複数の光ファイバ43の一端を
接続し、他の一端を同図（ｂ）のように指置き台40の貫
通穴49下でリング状に配置する。反射光を撮像するレン
ズ46、絞り47、撮像素子48は第１の実施例と同様に構成
すればよい。

【００２７】照明光源44の光は光ファイバ・アレイ43内
を伝搬してリング状の端の部分から指に対して照射され
る。このとき、照射角度は、指紋表面の包絡線の法線に
対して垂直になることが望ましいが、少なくとも３０度
以下にとることが望ましい。垂直に近い角度で指に照射
された光は、指紋の隆線部21では該法線の逆側にほぼ垂
直に近い角度で反射され、指紋の谷線部22では指紋の谷
部に進んでいく。よって、指紋の隆線部21で反射された
光のみがレンズ46の方向に戻り、絞り47を介して撮像素
子48上に結合する。

【００２８】このとき、撮像素子48の位置を最良のコン
トラストが検出できる位置から僅かにずらした位置に設
置することにより、指紋画像に対する指紋隆線上の微細
な凹凸の影響を除去した安定した指紋パターンを得るこ
とが可能になる。

【００２９】図５は、第３の実施例の構成図である。同
図（ａ）は指先方向から見た図、同図（ｂ）は指置き台
と照明を上方向から見た図である。本実施例は、第１の
実施例（図３）の照明光源34、および、第２の実施例
（図４）の照明光源44と光ファイバ・アレイ43の組合せ
をＬＥＤアレイ54に置き換えたものである。他の部分
（レンズ56、絞り57、撮像素子58）の構成は第１、第２
の実施例と同様である。

【００３０】ＬＥＤアレイ43は同図（ｂ）に示すように
リング状に配置する。これによって、指の指紋パターン
に対して、ほぼ垂直に光を照射することが可能になる。
図６は、第４の実施例の構成図である。同図（ａ）は指
先方向から見た図、同図（ｂ）は指置き台と照明を上方
向から見た図である。

【００３１】本実施例は、第２の実施例の結像部（レン
ズ66、絞り67、撮像素子68）に倍率変換レンズ62を加え
た構成を採る。第２の実施例の結像部を用いた場合に
は、反射光を広角にレンズ66に収集することになるの
で、指紋パターンの先端部から戻ってくる反射光の像よ
りも、周辺部から戻ってくる反射光の像の方が拡大され
る。そこで、この違いを補正するために倍率変換レンズ
62をレンズ66と絞り67の間に置く。そして、この倍率変
換レンズ62で周辺部の像を拡大して撮像素子68上に結像
させる。

【００３２】これによって、指紋パターンの中心部と周
辺部で均一な指紋像が得られることになる。第１、第
３、第４の実施例においても倍率変換レンズ62を入れた
構成を採ることが可能である。

【００３３】図７は、第５の実施例の構成図である。同
図（ａ）は指先方向から見た図、同図（ｂ）は指置き台
の上方向から見た図である。本実施例は、薄型の指紋像
入力装置を構成する方法の例である。

【００３４】結像系（レンズ76、倍率変換レンズ72、絞
り77、撮像素子78）を指置き台70の下方に横向きに配置
し、半透鏡71を指置き台70の貫通穴79下に斜めに配置す
る。そして、照明光源74は、貫通穴79および半透鏡71の
下方に置き、指の方向を照射する。この半透鏡71は、下
から当たる照明光源74の光は透過し、上から当たる指か
らの反射光は結像系（レンズ76、倍率変換レンズ72、絞
り77、撮像素子78）に向かって反射する。

【００３５】照明光源74からの光は半透鏡71を通して、
指表面の包絡面に対してほぼ垂直に照射される。指紋パ
ターンの隆線部21に当たった光は反射され、半透鏡71に
当たって反射され、レンズ76に収光する。倍率変換レン
ズ72が指紋パターン中心部と周辺部の倍率の補正を行な
い、絞り77を通して撮像素子78上に結像する。

【００３６】このような構成にすることにより、より薄
い指紋像入力装置を構成することが可能になる。図８
は、第６の実施例の構成図である。同図（ａ）は指先方
向から見た図、同図（ｂ）は指置き台の上方向から見た
図である。

【００３７】本実施例は、第５の実施例の薄型の構成に
おいて、照明手段として点光源84と凹面鏡83を使用する
方法である。結像系（レンズ86、倍率変換レンズ82、絞
り87、撮像素子88）は第５の実施例と同様に指置き第80
の下部に横向きに設置する。半透鏡81を指置き台80の貫
通穴89下に斜めに配置する。そして、点光源84は貫通穴
89および半透鏡81の下方に置き、その下方に凹面鏡83を
置く。この半透鏡81は、下から当たる照明光源84の光は
透過し、上から当たる指からの反射光は結像系（レンズ
86、倍率変換レンズ82、絞り87、撮像素子88）に向かっ
て反射する。

【００３８】点光源84は凹面鏡83の方向に光を照射す
る。凹面鏡83はこの光を反射し、該光は半透鏡81を透過
して指の包絡面に対してほぼ垂直に照射される。指紋パ
ターンの隆線部21に当たった光は反射され、半透鏡81に
当たって反射され、レンズ86に収光する。倍率変換レン
ズ82が指紋パターン中心部と周辺部の倍率の補正を行な
い、絞り87を通して撮像素子88上に結像する。鏡71に当
たって反射され、レンズ76に収光する。倍率変換レンズ
72が指紋パターン中心部と周辺部の倍率の補正を行な
い、絞り77を通して撮像素子78上に結像する。

【００３９】図９は、第７の実施例の構成図である。同
図（ａ）は指先方向から見た図、同図（ｂ）は指置き台
の上方向から見た図である。本実施例は、第５の実施例
の照明光源74と結像系（レンズ76、倍率変換レンズ72、
絞り77、撮像素子78）の位置を逆転した構成を採る。

【００４０】半透鏡91を指置き台90の貫通穴99下に斜め
に配置し、その下方に結像系（レンズ96、倍率変換レン
ズ92、絞り97、撮像素子98）を置く。一方、照明光源84
は指置き台90の下方に縦に置く。

【００４１】照明光源84からの照明光は半透鏡91で反射
され指置き台90に置かれた指に到達する。指紋の凸部で
反射された反射光の一部は半透鏡91を透過して結像系に
達し撮像素子78上に結像する。

【００４２】最後に、すべての実施例において、指表面
に対する法線となす角である入射角θは垂直に限りなく
近くすることが望ましいが、30度以下に採ることにより
明確な指紋パターンを得ることが可能である。

【００４３】

【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の実施例の構成図である。

【図４】第２の実施例の構成図である。

【図５】第３の実施例の構成図である。

【図６】第４の実施例の構成図である。

【図７】第５の実施例の構成図である。

【図８】第６の実施例の構成図である。

【図９】第７の実施例の構成図である。

【図１０】従来の指紋像入力装置の構成図である。

【図１１】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照明光源５指６レンズ７絞り８撮像素子９貫通穴

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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リング
状に照明光を照射する照明手段（1)と、前記照明手段（1)のリング状の照明の中心部で、かつ指
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。
【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光を照射す
る照明手段（1)と、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)とを有し、前記照明手段（1)と指の間に配置した半透鏡を通して指
に光を照射し、指紋パターンによって反射・散乱された
前記照明光を前記半透鏡で反射させ、該反射光を前記撮
像手段（2)によって受け取る、ことを特徴とする指紋像入力装置。
【請求項４】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光を照射す
る照明手段（1)と、指と対向する位置に置かれ、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)とを有し、前記撮像手段（2)と指の間に配置した半透鏡で前記照明
手段（1)が照射した光を一度反射したのち指に該光を照
射し、指紋パターンによって反射・散乱された前記照明
光のうち半透鏡を透過して前記撮像手段（2)に達した光
を受け取る、ことを特徴とする指紋像入力装置。
【請求項５】請求項１、２、３、４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。
【請求項６】請求項１、２、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、前記撮像手段（2)の撮像素子を最良の画像コントラスト
を得る位置から僅かにずらして配置する、ことを特徴とする指紋像入力装置。
【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、指紋中心部よりも周辺部の結像倍率を大きくし、指紋パ
ターン全体の像を補正する、ことを特徴とする指紋像入力装置。
【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。