JPH077459B2 - 指紋読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は指紋読取装置に関し、さらに詳しくはプリズム
面に押された指紋の像を該プリズム面裏側の全反射光で
読み取る指紋読取装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の装置ではプリズムの一面を指紋押捺面と
なし、この面に押された指紋の像をその裏側の全反射光
で読み取っている。ところで、このような指紋押捺面は
通常外部にさらされているし、かつ不特定多数の人によ
って多数回使用されるので、この指紋押捺面には傷や汚
れがつき易く、また一旦傷がつくとこの部分の全反射光
は著しく低下するので傷と指紋の凸部の像との区別がつ
かなくなり、しばしば指紋の認識不能や誤認識を引き起
こしていた。

また、傷がつかないまでも、多数回の使用によって手あ
か、ごみ、水、油等が部分的又は全面に一様に付着し、
これらが裏側の全反射射光による指紋の読取像に影響を
与え、指紋の認識率を低下させていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の指紋の読み取りは以上のように行わ
れ、指紋押捺面上の傷や汚れを有効に検出できないので
指紋認識の信頼性が著しく低下していた。

この発明はかかる課題を解決するためになされたもの
で、事情に指紋押捺面上の傷や汚れを有効に検出できる
指紋読取装置の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明にかかる指紋読取装置は、指紋押捺面を有する
プリズムと、前記指紋押捺面周囲の全部又は一部の面に
設けられたマスク部材と、前記プリズムの指紋押捺面及
び前記マスク部材で覆われたマスク面の各裏側の全反射
光を読み取る読取手段と、前記指紋押捺面に指が置かれ
ていない間に前記読取手段で読み取った指紋押捺面信号
とマスク面信号とに基づき、複数のマスク面信号につい
て求めた平均値と複数の指紋押捺面信号とを比較すると
共に、各指紋押捺面信号が前記平均値を基準とする所定
範囲を超える場合が所定回数を超えた場合は前記指紋押
捺面上に傷又は汚れが有ると判別する判別手段とを備え
る。

［作用］ この発明における指紋読取装置は、プリズムの指紋押捺
面周囲の全部又は一部の面にマスク部材を設けることで
該プリズムのマスク部材で覆われたマスク面を傷や汚れ
から保護するとともに、このマスク面及び指紋押捺面の
裏側の全反射光を読み取り、これらを比較評価すること
で指紋押捺面上の傷や汚れの状態を事前に判別するもの
である。

本発明によれば、傷や汚れの判定基準を複数のマスク面
信号について求めた平均値としているので、例えば指紋
押捺面上に傷やしみ状の汚れが存在するような場合に
は、その指紋押捺面信号と平均値との間に有意な差が得
られ、傷やしみ状の汚れを確実に検出できる。また油脂
や細かい塵の堆積等によって指紋押捺面の全体が一様
（均一）に汚れたような場合でも、指紋押捺面信号と平
均値との間に有意な差が得られるので、このような一様
な汚れも有効に検出できる。一方、光源ランプが暗くな
ったような場合には、指紋押捺面信号と平均値との間に
有意な差が出ないので、このような場合を誤って指紋押
捺面の汚れと判断することはない。

［実施例の説明］ 以下、添付図面に従って本発明による実施例を詳細に説
明する。第１図は本発明による実施例の指紋読取装置の
ブロック図で、図において１はガラス又はプラスチック
よりなるプリズム、２はプリズム１の支持部材、３はプ
リズム１の指紋押捺面、３′はこの指紋押捺面３の裏面
（指紋押捺裏面）、４は指紋押捺面３の周囲の面に設け
られたマスク部材、４′はプリズム１のマスク部材４で
覆われたマスク面の裏面（マスク裏面）、５は光源、6,
7は光学レンズ、８は２次元の光電変換素子（CCD）、９
は発光素子、10は受光素子、11は制御手段、12は増幅器
（AMP）、13はA/D変換器（A/D）、14はメモリ（MEM）、
15は指紋押捺面３上の傷や汚れの状態を判別する判別手
段、16は各種のアドレス信号を切り換えるセレクタ、17
は表示又は音声による報知手段である。

第２図（Ａ）〜（Ｃ）は第１図のプリズム１を指紋押捺
面３の上側から見た正面図に係り、第２図（Ａ）は指紋
押捺面３とマスク部材４との境界を矩形とした場合の図
である。このようなマスク部材４の材質としては、例え
ばガラス、プラスチック、ナイロン、金属、紙、木材等
の何でも良い。好ましくは、加工が容易であって、指紋
押捺操作の邪魔にならない程度に薄くでき、耐熱性、耐
薬品性あるいは固い物等による傷からプリズム面を保護
するに十分な強度を有する材質の物が良い。

マスク部材４の構造としては、このマスク部材４と、該
マスク部材４によって覆われるプリズム面（マスク面）
との間の全部または一部に空間層が形成される構造が好
ましく、またこの空間層としては、外部からの汚れの侵
入や内部での汚れの発生を防止するために例えば真空、
あるいは空気や所定の希ガス、または所定の物質を封じ
込めた状態で密封されていることがさらに好ましい。

例えばこのマスク部材４として、または空間層に封じ込
められる物質として白い紙材を使用することが可能であ
り、この場合に紙の表面は粗いので、プリズム面に紙の
表面を直接押し当てる構造にしても該プリズム面と紙の
表面との間には一様に薄い空気層が存在し、これにより
簡易な方法でこの空間層にはかなりの密封性が保てるば
かりか、その空気層によって指紋押捺裏面３′と略同一
条件の全反射光が得られる効果がある。

勿論、マスク部材４としてプリズム１の屈折率よりも小
さい屈折率の材質を用いるような場合にはプリズム面と
の間に空間層を設ける構造にする必要はない。あるい
は、プリズム１のマスク面に金属を直接蒸着メッキして
その裏面を鏡面としても良い。

なお、第２図（Ａ）〜（Ｃ）の各１点鎖線で囲まれた部
分はCCD8による読取領域である。

第２図（Ｂ）は指紋押捺面３とマスク部材４との境界を
楕円とした場合の図で、このように境界を楕円（または
円）の形状にすると、指紋の押捺位置が分かり易いばか
りか、楕円や円の縁では耐摩耗強度が均一化されるので
マスク部材４が長持ちする利点が有る。

第２図（Ｃ）はプリズム面の４隅に夫々３角状のマスク
部材４を設けた場合の図で、こうすればマスク部材４を
節約できるとともに、指紋押捺面３を広く取れる利点が
有る。

次に動作について説明する。第１図において光源５から
の射出光は光学レンズ６で平行光線束にされ、プリズム
１の左側面に入射する。この側面への入射角は略０゜な
ので光線束はそのまま直進し、指紋押捺裏面３′及びマ
スク裏面４′の一部に達する。そして今、指紋押捺面３
を指で押している時は、水分を含む指紋の凸部の屈折率
がプリズム１の屈折率と略同一なのでこの指紋の凸部で
は全反射は起こらないが、空気を含む指紋の凹部では該
空気の屈折率とプリズム１の屈折率とが異なるために指
紋の凹部では全反射が起こる。かくして、指紋押捺裏面
３′からの全反射光は指紋凸部の暗い像を反映してお
り、この全反射光はプリズム１の右側面をそのまま通過
して光学レンズ７で集められ、CCD8上に結像する。また
指紋押捺面３を指で押していない場合でも、指紋押捺面
３上に傷や汚れ（水分、油等）があると、これらによっ
て影響を受けた全反射光の明るいまたは暗い像がCCD8上
に結像する。

一方、制御手段11は定期的に所定周波数の一連のクロッ
ク信号φを出力してCCD8からビデオ信号Ｖを読み出し、
AMP12はこのビデオ信号Ｖを増幅し、A/D変換器13は制御
手段11からのサンプリング信号Ｓに従ってこの増幅され
たビデオ信号を複数ビットのディジタルビデオ信号VDに
変換する。そしてメモリ14は制御手段11から送られるア
ドレス信号AD1に従ってこのディジタルビデオ信号VDを
順次記憶し、こうして、例えば第２図（Ａ）の１点鎖線
で囲まれた部分の１フレーム分のディジタルビデオ信号
VDを記憶する。

ところで、指紋押捺面３上に指が置かれていない時は、
発光素子９からの光が受光素子10に入力し、これを検出
した受光素子10は信号Ｐによって制御手段11に指が置か
れていない旨を知らせる。これにより、制御手段11はあ
る１フレーム分のディジタルビデオ信号VDの記憶後に制
御信号Ｃを変えてセレクタ16のアドレス選択をAD1側か
らAD2側に変更し、かつ制御信号C1で判別手段15を付勢
する。

第３図は第１図の判別手段15による指紋押捺面３の判別
処理のフローチャートで、ステツプS1ではメモリ14から
マスク裏面４′に対応する部分の記憶データMDを適当な
間隔で複数個抽出して読み出す。例えばこの抽出はマス
ク裏面４′の全範囲にわたって公平に行う。ステツプS2
では読み出したマスク裏面データを評価する。この評価
は、例えば抽出した全てのマスク裏面データの値が規定
の範囲内にあるか否かを評価する。ステツプS3ではこの
評価の結果を調べ、例えばマスク裏面データ中の１つで
も規定の範囲内にない場合は、マスク面４に傷や汚れが
生じてしまった特別の場合であるから、ステツプS13に
進み、報知手段17にその旨を知らせる。また、上記以外
の場合はステツプS4で例えばこれらのマスク裏面データ
の平均値を求め、得られた平均値を基準レジスタ（RE
F）にストアする。ステツプS5ではエラーカウンタ（E
C）の内容をクリアし、ステツプS6ではアドレスレジス
タ（AD2）にメモリ14から指紋押捺裏面データを読み出
すための初期アドレスを設定する。ステツプS7では最初
の指紋押捺裏面データを読み出し、ステツプS8では該読
み出した指紋押捺裏面データが所定の範囲内（REF−α
＜データ＜REF＋β）にあるか否かを判別する。所定の
範囲内になければ指紋押捺面３のこの部分には傷または
汚れがあるのでステツプS9でエラーカウンタに＋１す
る。また所定の範囲内にあればこの部分はクリーンなマ
スク面と同程度な状態にあるのでステツプS9の処理をス
キップする。ステツプS10ではアドレスレジスタ（AD2）
の内容を指紋押捺裏面データの次の画素位置に更新し、
ステツプS11ではアドレスレジスタ（AD2）の内容が最後
の指紋押捺裏面データのアドレスを越えたか否かを判別
する。越えていなければステツプS7に戻り、次の指紋押
捺裏面データを読み出して同様の評価を行う。また越え
ている時はステツプS12に進みエラーカウンタ（EC）の
内容が所定値Ｎを越えたか否かを判別する。越えていれ
ば指紋押捺面３上に無視し得ない量の傷や汚れがあるの
でステツプS13に進み、その旨を報知手段17に報知す
る。また越えていなければステツプS13の処理をスキッ
プする。こうして、あらかじめ指紋押捺面３上に指が置
かれていない間に、指紋押捺面３上の傷や汚れの状態が
検査され、評価される。

次に、指紋押捺面３上に指が置かれると、発光素子９か
らの光は指（不図示）に遮られて受光素子10には入力せ
ず、これを検出した受光素子10は信号Ｐによって制御手
段11に指が置かれている旨を知らせる。これにより、制
御手段11はある１フレーム分のディジタルビデオ信号の
記憶後に制御信号Ｃを変えてセレクタ16のアドレス選択
をAD1側からAD3側に変更するとともに制御信号C2で外部
の指紋認識手段（不図示）を付勢し、これにより指紋認
識手段はメモリ14の指紋押捺裏面データをアクセスし
て、指紋認識を行う。

なお、上記実施例では所謂光学系のシェーディング補正
がされていない場合を述べたが、本発明は光学系のシェ
ーディング補正がされる場合でも適用できる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、プリズムの指紋押捺面
周面の全部又は一部の面にマスク部材を設けることで該
プリズムのマスク部材で覆われたマスク面を傷や汚れか
ら保護するとともに、このマスク面及び指紋押捺面の側
面の全反射光を読み取り、これらを比較評価することで
指紋押捺面の傷や汚れの状態を事前に判別するので、指
紋押捺面の様々な状態の傷や汚れを事前に有効に検出で
きるとともに指紋認識の信頼性が格段に向上する効果が
有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の指紋読取装置のブロツク
図、第２図（Ａ）〜（Ｃ）は第１図のプリズム１を指紋
押捺面３の上側から見た正面図、第３図は第１図の判別
手段15による指紋押捺面３の判別処理のフローチャート
である。 図中、１……プリズム、２……支持部材、３……指紋押
捺面、３′……指紋押捺裏面、４……マスク部材、４′
……マスク裏面、５……光源、6,7……光学レンズ、８
……光電変換素子（CCD）、９……発光素子、10……受
光素子、11……制御手段、12……増幅器（AMP）、13…
…A/D変換器（A/D）、14……メモリ（MEM）、15……判
別手段、16……セレクタ、17……報知手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指紋押捺面を有するプリズムと、 前記指紋押捺面周囲の全部又は一部の面に設けられたマ
   スク部材と、 前記プリズムの指紋押捺面及び前記マスク部材で覆われ
   たマスク面の各裏側の全反射光を読み取る読取手段と、 前記指紋押捺面に指が置かれていない間に前記読取手段
   で読み取った指紋押捺面信号とマスク面信号とに基づ
   き、複数のマスク面信号について求めた平均値と複数の
   指紋押捺面信号とを比較すると共に、各指紋押捺面信号
   が前記平均値を基準とする所定範囲を超える場合が所定
   回数を超えた場合は前記指紋押捺面上に傷又は汚れが有
   ると判別する判別手段とを備えたことを特徴とする指紋
   読取装置。