JPH06325158A

JPH06325158A - 指紋画像入力装置

Info

Publication number: JPH06325158A
Application number: JP11082793A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Fujieda; 一郎藤枝; Yuzo Ono; 雄三小野; Shigeto Sugama; 成人須釜
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1993-05-13
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: US5446290A; JPH0762865B2

Abstract

(57)【要約】【目的】薄型のコンパクトな指紋画像入力装置を実現
する。【構成】本発明の構成を図１に示す。光が透過できる
開口部２８を備えた２次元イメージセンサ１２を透明基
板２１上に形成し、平面状光源１１、及び、光路を規定
する光学部品１３と組み合わせる。光路を規定する光学
部品１３は、回折格子、マイクロレンズ、V 字型溝の鏡
面のいずれかを、側面を遮光した光学ファイバーを束ね
て画像転送を可能にしたファイバー収集部材に組み合わ
せて実現される。いずれの場合も、２次元イメージセン
サの各画素の開口部２８と光電変換素子２４との中心線
上の指接触部に光が集まるように、各構成要素の形状を
決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、指紋画像入力装置に関
し、特に薄型のコンパクトな指紋画像入力装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の指紋画像入力装置では、
たとえば、「奥村伸一、山崎正之、"シリコンゴムを用
いた光路分離法による指紋センサ",秋季応物学会、１８
Ｐ−Ｎー１４、１９９２」に示されるように、高い信号
／雑音比を得るために、指紋画像の明暗を光学的に強調
した後にイメージセンサに入力している。図８は、従来
の指紋画像入力装置の一例を示すブロック図である。プ
リズム２、ＣＣＤカメラ４、光源３を組み合わせて構成
される。動作は次の通りである。光源３から発せられた
光は指１を斜めから照射する。この光が指紋の降線に当
たった場合は、プリズム２と指１の間で全反射の条件が
乱れて四方に散乱される。従って、プリズム２を通して
ＣＣＤカメラ４に到達する光量が小さくなる。光源３か
らの光が指紋の降線に当たらない場合は、全反射により
ほとんどの光がプリズム２を通してＣＣＤカメラ４に到
達する。このようにして、光学的に明暗が強調された指
１の画像をＣＣＤカメラ４で検出することができる。こ
こで注意すべき点は、指１への光の入射角度には最適範
囲が存在し、これを正確に設計できるような装置構成で
なければならない点である。仮に、光が指に対して垂直
に近い角度で入射する構成では、このような光学的に明
暗を強調する効果は得られない。

【０００３】また、従来、コンパクトな画像入力装置と
して、例えば、特開平２ー２６０５６８号公報に示され
るような完全密着型イメージセンサが考案され、ファク
シミリやイメージスキャナに利用されている。図９は、
完全密着型イメージセンサの構成を示す説明図である。
センサ素子１０２をガラス基板１０１上に多数１次元配
置し、パッシベーション膜１０３と接着剤１０４を介し
て、ファイバー収集部材１０５に組み合わせ、原稿１０
６に対向するように構成されている。動作は次の通りで
ある。図示されていない光源から発した光は、ガラス基
板１０１やファイバー収集部材１０５を透過して原稿１
０６に到達する。原稿１０６での反射光の内、ファイバ
ー収集部材１０５に入射した光がファイバー内で全反射
を繰り返してセンサ素子１０２に到達すると、センサ素
子１０２から信号出力が得られる。原稿１０６を走査し
て信号読み出しを続けることにより、２次元画像の入力
ができる。更に、特開平３ー１５４５６４号公報に示
される完全密着型イメージセンサが考案されている。図
１０は、この完全密着型イメージセンサの構成を示す説
明図である。発光ダイオード（ＬＥＤ）１０７と、透明
な基板１０８上に多数１次元配置されたセンサ素子１０
２と、これに対して斜めに配置した光ファイバー１１０
を組み込んだ透明なガラスケース１０９とを組み合わ
せ、原稿１０６に対向するように構成されている。動作
は次の通りである。発光ダイオード（ＬＥＤ）１０７か
ら発した光は、ガラスケース１０９を透過して原稿１０
６に到達する。原稿１０６での反射光の内、光ファイバ
ー１１０に入射した光がファイバー内で全反射を繰り返
してセンサ素子１０２に到達すると、センサ素子１０２
から信号出力が得られる。原稿１０６を走査して信号読
み出しを続けることにより、２次元画像の入力ができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の指紋画像入力装置では、プリズム２とＣＣＤカメラ４
がかさばるので、光路長が数ｃｍ以上になる。従って、
装置のコンパクト化は困難である。

【０００５】また、上述した従来の完全密着型イメージ
センサを用いて指紋画像入力装置を構成するには、次の
ような問題がある。第１に、従来の完全密着型イメージ
センサを指紋に対して走査するための機械的な手段が必
要になる。従って、装置のコンパクト化は困難である。
仮に、センサ素子を２次元配置して２次元イメージセン
サを構成することができれば、この問題は回避できる。
しかし、第２の問題が残る。この問題は、出力画像のコ
ントラストに関る。図９に示した完全密着型イメージセ
ンサで、原稿１０６を指１で置換した構成を考えると、
指１に垂直に近い方向から光が入射する。これでは、光
の全反射を利用して指紋画像の明暗を強調することがで
きない。従って、高いコントラストを持った画像は得ら
れない。

【０００６】一方、図１０に示した完全密着型イメージ
センサの構成において、発光ダイオード１０７の位置を
移動して、入射光が指１を斜めから照射するようにでき
る（たとえば特開昭６１−２７７２５２号公報）。この
場合は、全反射を利用した従来の手法と同等であるが、
センサ素子１０２と光ファイバ１１０の２次元配置が不
可能である。従って、装置のコンパクト化が困難であ
る。

【０００７】本発明はこの問題を解決し、薄型のコンパ
クトな指紋画像入力装置を実現するのを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の指紋画像入力装
置は、平面状光源の上に透明基板上に形成した２次元イ
メージセンサと光路を規定する光学手段とを配置した構
成において、平面状光源から発せられた光が透明基板を
透過して指を斜め方向から照射し、指で反射された光が
入射光路とは異なる経路を経て２次元イメージセンサの
光電変換部に到達することを特徴とする。

【０００９】前記光学手段は、回折格子とこの回折格子
を指から保護する保護膜とからなる。

【００１０】前記回折格子、保護膜に代わって、マイク
ロレンズアレイとから構成されてもよいし、Ｖ字型溝を
刻んだ保護膜から構成されても良い。

【００１１】あるいは、前記光学手段は、回折格子、マ
イクロレンズアレイ、Ｖ字型溝を刻んだ保護膜と２次元
イメージセンサとの間に側面を遮光した光学ファイバー
を多数束ねたファイバー収集部材を挿入したものであっ
ても良い。

【００１２】またこのような指紋画像入力装置は、液晶
ライトバルブと組み合わせることによってディスプレイ
付きの薄型指紋画像入力装置が実現できる。

【００１３】液晶ライトバルブと、指紋画像入力装置と
は、重ねて配置しても良いし並列に配置しても良い。

【００１４】さらに、指紋画像装置にカバーをかぶせ、
カバーの上に載せた物体の像を指紋画像入力装置の２次
元イメージセンサに結像するように配置した第２の光学
手段を設け、このカバーに指を挿入するための穴を設け
て、遠近両方の物体の像を読み取ることができるように
構成できる。

【００１５】

【作用】本発明の指紋画像入力装置は、平面状光源と、
開口部を有する２次元イメージセンサとを用いているた
め、センサを指紋に対して走査する必要がなく、装置を
コンパクト化することができる。また、開口部を透過し
た光を指を斜めに照射するように導く光学手段を有する
ため、指紋画像の明暗を強調することができ高いコント
ラストを持った画像が得られる。

【００１６】さらに、この指紋画像入力装置にカバーを
かぶせるだけで遠隔物体、近接物体両方の読みとりがで
きる。

【００１７】

【実施例】本発明について図面を参照して説明する。図
１は本発明の一実施例の構成を示す斜視図である。平面
状光源１１の上に、２次元イメージセンサ１２と光路を
規定する光学部品１３とが配置されている。光学部品１
３の上面が指の接触部になる。各部品の面積は２〜３ｃ
ｍ四方で、指を十分カバーできる。厚さはそれぞれ、平
面状光源２〜５ｍｍ、２次元イメージセンサ約１ｍｍ、
光学部品約１ｍｍである。平面状光源１１は、ＥＬ発光
素子や冷陰極管サイドランプを使用した液晶表示装置用
のバックライトモジュール等を利用できる。２次元イメ
ージセンサ１２は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）
フォトダイオード等のような光電変換素子２４と、ａ−
Ｓｉあるいは多結晶シリコン（ｐｏｌｙＳｉ）薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）やブロッキングダイオード等の信号
読み出し用のスイッチ２２と、遮光板２３とから成る画
素を、ガラス等の透明基板２１上に約５０μｍのピッチ
で多数２次元配置して構成されている。光電変換素子２
４は遮光板２３の上に形成され、スイッチ２２の一端と
接続されている。更に、スイッチ２２は、信号読み出し
用配線２６とスイッチ用配線２５に接続され、光電変換
素子２４の一端はバイアス印加用配線２７に接続され
る。これらの配線２５、２６、２７と遮光板２３で占領
されない領域には開口部２８が存在する。光路を規定す
る光学部品１３は、開口部２８と光電変換部２４との中
心線上の指接触部に光が集まるように構成されている。
具体的には図４にて説明する。

【００１８】図４は、図１をＡ−Ａ’線で切断したとき
の断面図である。次に、図４を用いて本発明の動作につ
いて説明する。平面状光源１１から発せられた光は、透
明基板２１と光路を規定する光学部品１３とを経由し
て、光学部品１３の上に接した指を斜め方向から照射す
る。指と光学部品１３との界面で反射された光は、図に
示すように入射光路とは異なる経路を経て光電変換部２
４に到達する。遮光板２３は、平面状光源１１からの光
が直接光電変換素子２４に入射するのを阻止する。

【００１９】更に、光路を規定する光学部品１３のいく
つかの実施例について説明する。図５に示す構成では、
例えばファイバー・オプティック・ウィンドウ（ＦＯ
Ｗ）のような、側面を遮光した光学ファイバーを多数束
ねて作製したファイバー収集部材３１の上面に回折格子
３２を配置し、その上面を指接触部のための保護膜３３
で覆う。回折格子３２はファイバー収集部材３１の上面
にフォトリソグラフィのような手法で溝を刻み、保護膜
３３により平坦化するか、保護膜３３に溝を刻んで光学
部品３１に張り合わせるかして作製できる。ファイバー
収集部材３１と保護膜３３の厚みはそれぞれ約１ｍｍ、
１０〜５０μｍ程度、ファイバー収集部材３１のファイ
バー径は５〜２５μｍ程度である。次に動作を説明す
る。２次元イメージセンサの開口部２８を透過した光
は、ファイバー収集部材３１のファイバー内で全反射を
繰り返し回折格子３２に到達する。ファイバーの壁面で
全反射条件を満たさない光は、ファイバー間に配置され
た吸収体で吸収される。回折格子３２に到達した光は、
回折により進路を変えられて、保護膜３３の上面に対し
て斜めに入射する。保護膜３３は、回折格子を指から保
護すると共に、光が伝わる空間を供給する。指と保護膜
３３の界面で全反射が起こる場合、反射光は、入射光と
線対称の経路をたどって光電変換素子２４に到達する。
指と保護膜３３の界面で全反射が起こらない場合は、反
射光のうち光電変換素子２４に到達する割合が小さくな
る。

【００２０】光路を規定する光学部品１３の第二の実施
例について説明する。図６に示す構成では、ファイバー
収集部材３１の上面にマイクロレンズアレイ３４を配置
する。マイクロレンズアレイ３４は、ガラス中にイオン
拡散により屈折率の異なる領域を作るなどして作製でき
る。この層３４が保護膜を兼ねる。マイクロレンズアレ
イ３４に到達した光は、マイクロレンズアレイ３４中の
屈折率分布により、図に示すように進路を変えられる。
反射光の光路は回折格子の場合と同じである。

【００２１】光路を規定する光学部品１３の第三の実施
例について説明する。図７に示す構成では、ファイバー
収集部材３１の上面にＶ字型溝を刻んだ保護膜３５を配
置する。Ｖ字型溝は、シリコンウェハを異方性エッチし
て金型を作り、プラスチックにプレスした後、アルミ等
を蒸着して鏡面とすることにより作製できる。Ｖ字型溝
を刻んだ保護膜３５に到達した光はＶ字型溝の鏡面で反
射され、図に示すように進路を変えられる。反射光の光
路は回折格子の場合と同じである。

【００２２】光路を規定する光学部品１３の第四の実施
例について説明する。図５、６、７に示す構成で、ファ
イバー収集部材３１を取り除いた構成においても、同様
の効果が得られる。この場合は、ファイバー収集部材３
１が存在する場合と比べて、構造が簡便という利点があ
る。しかし、指からの反射光以外の散乱光が光電変換素
子２４に入射するので、画質が劣る可能性がある。

【００２３】図２は、本発明の薄型指紋画像入力装置の
第２の実施例を説明するための斜視図である。平面状光
源１１の上に、液晶ライトバルブ１４、２次元イメージ
センサ１２と光路を規定する光学部品１３とを配置す
る。図２（ａ）では、液晶ライトバルブ１４の一部ある
いは全部の面積が、２次元イメージセンサ１２と光路を
規定する光学部品１３とにより覆われる。これは、液晶
ディスプレイの一部を平面状光源として使用するのと等
価であるが、光量や色を制御できるという利点がある。
また、２次元イメージセンサ１２と光路を規定する光学
部品１３で覆われていない面積は、通常の表示装置とし
て動作する。図２（ｂ）では、２次元イメージセンサ１
２と光路を規定する光学部品１３とを液晶ライトバルブ
１４に並列に平面状光源１１の上に配置する。この構成
では、液晶ディスプレイの平面状光源を指紋入力のため
にも使用するので、指紋入力のための独立の光源が不要
になるという利点がある。

【００２４】図２に示した構成で表示装置一体型の指紋
画像入力装置が実現される。この装置をパーソナル・コ
ンピュータの表示装置の代わりに搭載すると、現在、情
報の秘密管理に使われているパスワードの代わりに指紋
照合を用いる事ができ、より厳重な秘密管理が可能にな
る。この装置の表示部は通常のパーソナル・コンピュー
タの表示装置として機能する。また、この装置を出入室
管理時の指紋照合に用いる場合、この装置の表示部は出
入室者に対する指示を表示することができる。いずれの
用途の場合でも、表示装置と指紋画像入力装置を一体化
することをにより、装置のコンパクト化、低コスト化が
実現される。

【００２５】図３は、本発明の薄型指紋画像入力装置の
第３の実施例を説明するための斜視図である。平面状光
源１１の上に、２次元イメージセンサ１２と光路を規定
する光学部品１３とを配置し、レンズ及びシャッターか
らなる光学部品１６と指を挿入できる穴１７を備えたカ
バー１５を被せた構成である。カバー１５の内壁には光
の吸収物質を塗布するとよい。光学部品１６のシャッタ
ーと平面状光源１１は電気的に結合され、シャッターが
閉状態のときは平面状光源１１はＯＮになる構成とす
る。この構成において、指を穴１７から挿入して光学部
品１３に密着させれば、高コントラストの指紋画像が得
られ、また、指を挿入しないでシャッターを開状態にす
ると、遠隔物体が第２の光学部品１６により光学部品１
３の表面に結像されて、２次元イメージセンサ１２によ
る遠隔物体の画像入力が可能になる。

【００２６】図３に示した構成で、遠隔物体の画像入力
も可能な指紋画像入力装置が実現される。この装置を出
入室管理時の指紋照合に用いる場合、第二の光学部品１
６のシャッターを開状態にして、ドア近辺の状態をモニ
ターするカメラとして機能する。出入室者が指紋照合を
行うときは、第二の光学部品１６のシャッターを閉状態
にして、指紋画像を入力する。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明で実現され
る光路は図８の従来例の光路と等価であるので、明暗の
強調された画像を得ることができる。そして、図４の光
路長は約２ｍｍ余りなので、図８に比べてはるかに薄型
の指紋画像入力装置が可能になるという効果がある。ま
た、液晶ディスプレイの一部をシャッター付きの平面状
光源として使用した場合、ディスプレイ付きの薄型指紋
画像入力装置が実現できる。更に、レンズ系を備えたカ
バーで覆うことにより、遠隔物体の画像入力も可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による指紋画像入力装置の実施例の構成
を示す斜視図である。

【図２】本発明の指紋画像入力装置の第２の実施例を示
す斜視図である。

【図３】本発明の指紋画像入力装置の第３の実施例を示
す斜視図である。

【図４】図１をＡ−Ａ’線で切断したときの断面図であ
る。

【図５】図４の構成要素１３の詳細の第一の実施例を示
す断面図である。

【図６】図４の構成要素１３の詳細の第二の実施例を示
す断面図である。

【図７】図４の構成要素１３の詳細の第三の実施例を示
す断面図である。

【図８】指紋画像入力装置の従来例を示すブロック図で
ある。

【図９】完全密着型イメージセンサの従来例を示すブロ
ック図である。

【図１０】完全密着型イメージセンサの従来例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１指２プリズム３光源４ＣＣＤカメラ１１平面状光源１２２次元イメージセンサ１３光路を規定する光学部品１４液晶ライトバルブ１５カバー１６レンズ及びシャッターからなる光学部品１７指が挿入できる穴２１透明基板２２スイッチ素子２３遮光板２４光電変換素子２５スイッチ用配線２６信号読み出し用配線２７バイアス印加用配線２８開口部３１ファイバー収集部材３２回折格子３３透明保護膜３４マイクロレンズアレイ３５Ｖ字型鏡面１０１ガラス基板１０２センサ素子１０３パッシベーション膜１０４接着材１０５ファイバ収集部材１０６原稿１０７発光ダイオード（ＬＥＤ）１０８透明な基板１０９透明なガラスケース１１０光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面状光源と、この平面状光源の上に配
置され前記平面状光源が発する光を透過させる開口部を
有する２次元イメージセンサと、前記開口部を透過した
光を指を斜めに照射するように導き、前記指から反射光
を２次元イメージセンサの光電変換素子に導く光学手段
とからなることを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項２】前記光学手段は、回折格子とこの回折格
子を指から保護する保護膜とからなることを特徴とする
請求項１記載の指紋画像入力装置。
【請求項３】前記光学手段は、マイクロレンズアレイ
からなることを特徴とする請求項１記載の指紋画像入力
装置。
【請求項４】前記光学手段は、Ｖ字溝を刻んだ保護膜
からなることを特徴とする請求項１記載の指紋画像入力
装置。
【請求項５】前記光学手段と、前記２次元イメージセ
ンサとの間に、側面を遮光した光学ファイバーを多数束
ねたファイバー収集部材を挿入したことを特徴とする請
求項２乃至４記載の指紋画像入力装置。
【請求項６】平面状光源と、この平面状光源の上に配
置された透明基板と、前記平面状光源が発する光を透過
させる開口部を２次元状に残して前記透明基板上に形成
された遮光板と、この遮光板上に２次元状に形成された
光電変換素子と、この光電変換素子から信号を読みだす
スイッチと、このスイッチに接続されたスイッチ用配線
および信号読みだし用配線と、前記光電変換素子に接続
されたバイアス印加用配線と、前記開口部を透過した光
および指から反射光を導くものであって側面を遮光した
光学ファイバーを多数束ねて作製したファイバー収集部
材と、このファイバー収集部材の指接触側に設けられ、
前記ファイバー収集部材を透過した光を指を斜めに照射
するように導き、前記指からの反射光を前記ファイバー
収集部材をとおって前記光電変換素子に導く回折格子
と、この回折格子を指から保護するための透明な保護膜
とからなることを特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項７】前記平面状光源と、前記平面状光源上に配置され前記平面状光源からの光に
対してシャッターとして機能する液晶ライトバルブと、
前記２次元イメージセンサと、前記光学手段とから構成
され、前記２次元イメージセンサと前記光学手段とを、
前記液晶ライトバルブの一部または全部を覆うように配
置する、あるいは、並列に配置することを特徴とする請
求項１乃至６記載の指紋画像入力措置。
【請求項８】請求項１乃至６記載の指紋画像入力装置
と、この指紋画像入力装置を覆うカバーであって、この
カバーの外側に存在する物体の画像を前記２次元イメー
ジセンサに結像する第２の光学手段をカバー上面に配
し、前記指紋画像入力装置上に指をのせるための指挿入
穴を備えたカバーとからなることを特徴とする指紋画像
入力装置。