JPH0798764A

JPH0798764A - 指紋又は掌紋等の入力装置

Info

Publication number: JPH0798764A
Application number: JP6159517A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nishimoto; 茂西本; Takatoshi Hattori; 服部隆俊; Yutaka Ikeda; 豊池田; Masanori Sawamura; 澤村正則
Original assignee: Y M SYST KK; YANAGIMOTO KK; Yanagimoto Seisakusho Co Ltd
Current assignee: Y M SYST KK; YANAGIMOTO KK; Yanagimoto Seisakusho Co Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 1995-04-11

Abstract

(57)【要約】【目的】プリズムを用いた指紋又は掌紋等の画像入力
装置の検出精度及び機械的安定性を高めることである。【構成】プリズム５を構成する光学面のうち一面を指
又は掌等の被検体当接面６ａとし、第２の面を前記一面
に載置された被検体表面の反射光学像をプリズム外に導
出する導出面９とし、前記プリズム５にはプリズム体内
の一点と前記被検体当接面６ａにおける像検出可能範囲
内の任意の一点を結ぶ入射軸と、前記被検体当接面６ａ
における前記任意の一点から前記導出面９に対して垂直
に延びるパターン検出光軸１８が、少なくとも前記任意
の一点において前記被検体当接面６ａに立てた法線に関
して軸対称とならないように定められた前記プリズム体
内の一点を発光中心とする光源８を内装し、前記パター
ン検出光軸１８に沿って前記導出面９から出るパターン
反射像を、前記被検体当接面６ａの所定の像検出範囲内
にわたって受光走査する走査撮像装置１２を設けたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、指紋又は掌紋等の画像
を光学的に検出し、その画像を二次元量子化データに変
換し出力する、指紋又は掌紋等の入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】指紋及び掌紋は、個人を同定するための
手法として長年使用されてきた。従来、指紋及び掌紋の
照合の基礎となるデータは、インクを当該部分に塗布
し、カードに押捺することにより作成されてきた。しか
し、この方法によると、採取者に技術的熟練度が要求さ
れ、「インク過多」、「インク不足」、「ぼけ」、「に
じみ」などのため、品質の低いデータとなり、照合が困
難になることが少なくない。このため近年、インクを使
用せず、光学的に指紋又は掌紋のパターンを入力し、照
合のための基礎データとして使用する装置が、種々提案
されている。

【０００３】このような光学的指紋入力装置では、図１
及び図２にそれぞれ示すように、指紋又は掌紋を構成す
る皮膚隆線の間隙部分を、入射光に対する全反射光とし
て捕らえる全反射法と、入射角を小さくしてこの部分を
無反射とする光路分離法が知られている。すなわち、図
１の全反射法では同図（ａ）の通り、プリズム１の長辺
面１ａ上に当接された指又は掌等の被検体２に対し、二
等辺面の一方１ｂから入射した光が同図（ｂ）の通り、
その当接面１ａの隆線３対応部分において、吸収もしく
は散乱することを利用し、隆線３間のくぼみ４に対応す
る当接面１ａの部分から全反射する光との光量差ででき
たパターンをさらにもう一方の面１ｃから導出するもの
である。また、図２の光路分離法では、前記くぼみに対
応する当接面の部分で全反射しないように比較的入射角
が小さくなる方向から（好ましくは導出面１ｃ側から）
光を入射させ、当接面の隆線３対応部分において光が散
乱することを利用し、その所定方向の反射成分と、理論
上ゼロとなる隆線間のくぼみ対応部分との光量差ででき
たパーンを他の面から導出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、全反射
法においては、入射角が比較的大きくなるために隆線の
細やかなつながりが欠落する傾向があり、一方光路分離
法においては、光源をプリズムの導出面側に配置するた
め、その光源が導出光を検出するカメラなどの光学系と
干渉するなど、構造上複雑になる傾向があった。

【０００５】また、これらの方法では、指紋又は掌紋を
検出すべき指又は掌を当接したプリズムの面と、その当
接パターンを導出する面との間に一定の角度をもつた
め、パターンができる位置によって、カメラまでの光路
中におけるプリズム媒質内の光路長が異なり、ピントず
れや画像歪みの原因となる。

【０００６】一方、指又は掌を押し当てながら回転させ
て、指紋又は掌紋を採取する場合において、装置の指示
する速度で回転させることは困難であり、安定した品質
のパターンを入力することができないという問題があ
る。

【０００７】このようなプリズムを使用する指紋及び掌
紋画像入力装置において、隆線とプリズム面の密着性を
高めるため、プリズム面にシリコンゴムなどの弾性体を
被覆する例が報告されているが、弾性体が損傷しやすい
ため、保守面での問題があった。

【０００８】さらに、掌紋の検出に特有の問題として、
掌を当接するプリズム面が平面であると、人によっては
掌中央の凹み部分がその平面に確実に接触せず、実質的
な掌紋を採取できないという問題があった。

【０００９】上述の問題点に鑑み、本発明の一つの目的
は、採取する指紋又は掌紋の細やかな部分も忠実に再現
し、採取面の全領域において、ピントずれや歪みのない
画像を得ることができる指紋又は掌紋等の画像入力装置
を提供することである。

【００１０】本発明の別の目的は、指又は掌を押し当て
ながら回転させて、指紋又は掌紋を採取する場合におい
て、その回転に当該装置の光学系を自動的に追動させる
ことにより、常に品質の良い押捺画像を得ることがで
き、かつ保守性の優れた指紋及び掌紋画像入力装置を提
供することである。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、個人差のある
掌の凹み形状に影響されず、掌を広範囲に観察して実質
的な掌紋の印象が得られるようにした掌紋画像入力装置
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの様相によ
れば、プリズムを構成する光学面のうち一面を指又は掌
等の被検体当接面とし、第２の面を前記一面に載置され
た被検体表面の反射光学像をプリズム外に導出する導出
面とし、前記プリズムにはプリズム体内の少なくとも一
点と前記被検体当接面における像検出可能範囲内の任意
の一点を結ぶ少なくとも一本の入射軸と、前記被検体当
接面における前記任意の一点から前記導出面に向かって
垂直に延びるパターン検出光軸が、少なくとも前記任意
の一点において前記被検体当接面に立てた法線に関して
軸対称とならないように定められた前記プリズム体内の
少なくとも一点を発光中心とする光源を内装し、前記パ
ターン検出光軸に沿って前記導出面を突き抜けたパター
ン反射像を、前記被検体当接面の所定の像検出範囲内に
わたって受光走査する走査撮像装置を設けてなる指紋又
は掌紋等の入力装置を構成し、これによって光路分離法
における検出光学系と、光源との近接による干渉問題
を、プリズムの光源内装構造により解決したものであ
る。

【００１３】上記の構成においては、前記プリズムの導
出面と前記走査撮像装置との間にハーフミラーを配置
し、前記パターン検出光軸に対するそのハーフミラーの
反射光路中に被検面予備撮影用ＴＶカメラを配置し、こ
のＴＶカメラによる撮影画像を用いて前記走査撮像装置
の照準合わせを行うことができる。

【００１４】また、照準合わせ構造の別の態様として、
前記プリズムが二等辺直角三角形断面を有するものと
し、その第３の光学面に対向して被検面予備撮影用ＴＶ
カメラを配置し、このＴＶカメラによる撮影画像を用い
て前記走査撮像装置の照準合わせを行うことができる。

【００１５】本発明の第２の様相によれば、プリズムを
構成する光学面のうち一面を指又は掌等の被検体当接面
とし、第２の面を前記一面に載置された被検体表面の反
射光学像をプリズム外に導出する導出面とし、前記プリ
ズム体内を通って前記被検体当接面における像検出可能
範囲内の任意の一点に至る入射光路を設定するための光
源と、前記任意の一点から前記導出面に対して垂直に延
びるパターン検出光軸に沿って進行し前記導出面から出
るパターン反射像を、前記被検体当接面の所定の像検出
範囲内にわたって受光走査する走査撮像装置と、前記走
査撮像装置の受光部を、前記所定の像検出範囲内におけ
る前記パターン検出光軸の移動に対応して、前記導出面
を通るプリズムの三角形断面の一辺に沿って直線的に移
動するように駆動するとともに、前記像検出可能範囲内
の任意の一点からその受光面までの光路距離を空気中と
は屈折率が異なるプリズム経路の長さ変化に応じて補正
することにより、前記受光面までの光学的整合距離を維
持するための撮像装置駆動機構とを備えてなる指紋又は
掌紋等の入力装置を構成したものである。

【００１６】上記第２の様相において、前記被検体当接
面に指又は掌を押し当てその軸線の周りに回転させるこ
とにより、指又は掌の湾曲面を展開して指紋又は掌紋の
パターンを検出するようにした指紋及び掌紋入力装置に
おいては、前記被検体当接面における像検出可能範囲内
の任意の一点から延びるパターン検出光軸より分岐して
形成される参照光軸を用いてパターン反射像を検出する
ための被検面予備撮影用ＴＶカメラと、前記ＴＶカメラ
より出力されるビデオ信号を受け入れる画像入力部と、
前記画像入力部の入力データを解析し、前記被検体当接
面内におけるパターン反射像の座標を捕捉するための画
像解析部と、前記画像解析部の解析データに基づいて前
記走査撮像装置の移動及び補正を行うように前記撮像装
置駆動機構を制御する駆動制御部を備え、これによって
検出光学系を被検体の回転に追動させるものである。

【００１７】前記走査撮像装置の補正は、前記被検体当
接面における前記所定の像検出範囲内で、前記導出面ま
でのパターン検出光軸のプリズム通過距離が最小値Ｐ_o
なる基準点を設定し、この基準点から前記走査撮像装置
の受光面までの光学的に整合したパターン検出光軸距離
をＬ_oとした場合、前記パターン検出光軸が前記所定の
像検出範囲内で移動することにより、そのプリズム通過
距離が、増加分をＸとしてＰ_x＝Ｐ_o＋Ｘとなったと
き、パターン検出光軸距離Ｌ_xを、前記プリズムの屈折
率をｎとして、Ｌ_x＝Ｌ_o＋｛（ｎ−１）／ｎ｝Ｘとなるように前記走査撮像装置を移動することにより達
せられる。

【００１８】前記走査撮像装置の補正を効果的に行う構
造として、前記プリズムが前記当接面を長辺とする二等
辺直角三角形からなり、前記走査撮像装置が前記パター
ン検出光軸の移動に追従して前記導出面に沿って移動
し、前記パターン検出光軸をその導出面に平行して前記
被検体当接面から遠ざかる方向に転換する走査用プリズ
ム又はミラーを有し、前記走査用プリズム又はミラーが
基準位置から前記光軸転換方向に距離Ｘだけ走査移動し
たとき、前記走査撮像装置の前記受光面がその基準位置
から｛（ｎ−１）／ｎ｝Ｘだけ後方に移動するようにし
たものが構成される。

【００１９】本発明の指紋又は掌紋等の入力装置の一態
様においては、前記走査撮像装置が前記移動の方向に直
交したイメージビット配列を有するライン型イメージセ
ンサカメラからなり、このイメージセンサカメラによる
ビット走査線を前記走査撮像装置の移動増分毎に形成す
ることにより二次元パターンを撮像するものである。

【００２０】本発明の指紋又は掌紋等の入力装置の別の
態様においては、透明弾性体の薄層を被着し、それ自身
は前記プリズムと実質上同一の屈折率を有する透明板
を、前記プリズムを構成する光学面のうちの前記一面
に、実質上光学的境界面を形成することなく密着させ、
前記透明弾性体の薄層表面をもって前記被検体当接面と
することにより、指紋等の隆線とプリズム当接面との密
着性を高めるとともに、弾性体被着層が損傷したとき
は、この透明板のみを取り換えるようにしたものであ
る。

【００２１】本発明の上述した種々の態様において、前
記被検体当接面を成人男女の平均的な掌の凹みに適合し
た曲率半径における球面又は円筒面の一部となるように
形成することにより、掌の凹み形状に影響されず、掌を
広範囲に観察して実質的な掌紋の印象が得られるように
した掌紋画像入力装置が提供される。この場合、上面が
成人男女の平均的な掌の凹みに適合した曲率半径におけ
る球面又は円筒面の一部として形成された透明板であっ
て前記プリズムと実質上同一の屈折率を有するものを用
い、その透明板の平坦な下面を前記プリズムを構成する
光学面のうちの前記一面に密着させ、前記透明板の上面
を被検体当接面とすることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図に基づいて説明
する。図３において、５は二等辺三角形断面を有する例
えばガラス製のプリズム本体であり、図において天面を
なす長辺側面に透明板６を密着させたものである。透明
板６はプリズムと同一の材料からなり、上面に指紋又は
掌紋の隆線部との密着性を高めるための透明弾性体、例
えば厚さ１００μｍ程度のシリコンゴム薄シートを被着
して被検体当接面６ａとするものである。透明板６自体
は、これがガラス板であれば厚さを約１ｍｍとして、そ
の下面とプリズム上面との間にガラス材質と略等しい屈
折率をもつ液体、例えば、光学液として市販されている
“イマージョン”（登録商標）を充填し、密着させてい
る。すなわち、被検体当接面手段としての光学的特性
は、シリコンゴム表面シート６ａが十分薄く、しかも、
対向する透明板６下面と、プリズム本体の上面とが十分
な精密平滑面を有することにより可能な限り薄い液体層
を介して真空密着状態となることが望ましい。

【００２３】プリズムの、図３における正面側の側面に
は光源装填用の穴７を設け、この中には小型ランプ８又
は照明用光ファイバーの先端を装着している。光源挿着
位置はプリズム側面の中央部であるが、奥行はその側面
から小型ランプ８の管球部を挿入しうる程度であり、例
えば対称等角斜面の右側９を導出面としても、光源８か
らの入射軸と検出光軸の関係がプリズムの被検体当接面
から全反射をもたらすような軸対称性をもたないことが
明らかである。したがって、当接面６ａに指又は掌が当
接されると、図２の原理に基づき、指紋又は掌紋のパタ
ーンが導出面９から導出される。なお、実施例では穴
７、及びランプ８を１個所のみとしたが、この明細書で
述べる光源としての要件をみたす限り、２個所あるいは
それ以上の個所に光源を設けてもよい。

【００２４】当接面６ａの一端縁（図３の右端）からは
ハーフミラー１０が垂下して設けられ、指紋又は掌紋の
パターンのうち、このハーフミラー１０により検出光軸
から９０°折れ曲がった参照光軸に沿って反射分配され
たものを、テレビジョンカメラ１１（以下、「ＴＶカメ
ラ」と略称する。）により撮影するようになっている。
一方、このハーフミラー１０を透過した指紋又は掌紋の
パターンは、走査撮像装置１２の受光部をなす可動プリ
ズム１３により、その方向を９０度転換し、ラインセン
サカメラ１４で撮影するようになっている。ＴＶカメラ
１１は当接面６ａ上における指紋又は掌紋のパターンの
有無、及びその概略位置を検出することを目的とし、ラ
インセンサカメラ１４はそのＴＶカメラ１１の検出情報
により指紋又は掌紋のパターンに照準を合わせ、それら
パターンの画像入力を作成することを目的として設置さ
れているものである。

【００２５】なお、小型ランプ８等の光源がプリズム側
面に近接して内装されているこの例では、ＴＶカメラに
より当接面６ａと導出面９に挟まれた第３のプリズム面
から直接にプリズム本体５を介してパターン反射像を予
備撮影することができ、この場合はハーフミラー１０の
必要がなくなるため、ＴＶカメラ１１、ラインセンサカ
メラ１４ともに受光量が大きくなる。

【００２６】走査用の可動プリズム１３及びラインセン
サカメラ１４は、一軸移動テーブル１５の上に可動的に
支持されており、テーブル後端に設けられたステッピン
グモータ１６により後述する一定の移動比率をもって連
動する。可動プリズム１３の移動は、ラインセンサカメ
ラ１４で当接面６ａの実質入力エリアを走査撮影し、静
止平面採取においては指紋又は掌紋のパターンを平面画
像として捉え、回転採取においては回転させてできる指
紋又は掌紋のパターンを連続的に撮影し、展開平面画像
として捉えることを目的とする。また、ラインセンサカ
メラ１４の移動は、可動プリズム１３の移動に伴い、指
紋又は掌紋のパターンのうち、撮影する部分からライン
センサカメラ１４の受光面（対物レンズ）までの光路長
を光学的整合距離に保つことを目的とするものである。

【００２７】これは、図４に示す通り、直角二等辺三角
形断面を有するプリズム本体５上の被検体当接面６ａに
おける所定の像検出範囲１７内で、前記導出面９までの
パターン検出光軸１８のプリズム通過距離が最小値Ｐ₀
なる基準点１９を設定し、この基準点１９からラインセ
ンサカメラ１４の受光面までの光学的に整合したパター
ン検出光軸距離をＬ₀とした場合、前記パターン検出光
軸が前記所定の像検出範囲内Ｘだけ移動することによ
り、そのプリズム通過距離がＰ_x＝Ｐ_o＋Ｘとなったと
きの、パターン検出光軸距離Ｌ_xを、前記プリズムの屈
折率をｎとして、Ｌ_x＝Ｌ_o＋｛（ｎ−１）／ｎ｝Ｘとなるようにラインセンサカメラ１４を後方にＣ＝
｛（ｎ−１）／ｎ｝だけ移動させるものである。

【００２８】すなわち、直角二等辺三角形を断面とする
プリズム本体５の場合、可動プリズム１３をカメラ１４
側にＸだけ移動させると、プリズム本体５の媒質中を通
過する距離もＸだけ長くなる。カメラ１４を固定したと
仮定すると、可動プリズム１３の移動による幾何学的距
離の増減（プリズム体内で＋Ｘ、プリズム体外で−Ｘ）
は相殺され、検出光軸１８の幾何学的距離は一定とな
る。一方、プリズム本体５の媒質通過部分の増加Ｘによ
り、これを空気中に換算すれば実質光路長が短くなるた
め、その短くなる分、Ｃ＝｛（ｎ−１）／ｎ｝Ｘだけラ
インセンサカメラ１４を後ろに移動させ、これによって
実質光路長を一定に保ち、ピントずれや図形歪みなどを
防止する。但し、ｎはプリズム本体５の媒質の屈折率で
ある。

【００２９】図５（ａ）はガラス製のプリズム本体５ａ
の被検体当接面６ａ’を成人男女の平均的な掌の凹みに
適合した、例えば曲率半径４５０ｍｍの円筒面の一部と
なるように形成したものを示している。このプリズム本
体の被検体当接面６ａ’に対し、好ましくは手指の方向
が円周方向に沿う配置で被検者の掌をあてがうと、凹ん
だ掌の中央部も当接面６ａ’によく接触し、掌が広範囲
に観察されて実質的な掌紋の印象が得られるものであ
る。同図（ｂ）はこのような曲面型の被検体当接面６
ａ’を、プリズム本体の平坦な上面に密着させるべき同
一屈折率の透明ガラス板６’の上面に形成する態様を示
している。この透明ガラス板６’の下面とプリズム本体
の上面との密着にあたっては、前述した“イマージョ
ン”が好ましく用いられる。同図（ｃ）はこのような曲
面型の被検体当接面６ａ’を、全面にわたって同一厚さ
のガラス製曲面板６”上に形成する態様を示している。
この板６”の下面は前記（ａ）に示したようなプリズム
本体５ａの湾曲した上面に密着させられる。

【００３０】上述した図５（ａ）〜（ｃ）の被検体当接
面６ａ’における曲面は円筒面であったが、これは球面
又は楕円球面としてもよい。また、この面６ａ’は平面
型の被検体当接面６ａにおいて採用した透明弾性体であ
るシリコンゴム薄シートとして掌紋隆線部との密着性を
高めるようにしてもよい。

【００３１】図６は前述した走査撮像装置１２の駆動制
御回路における走査用可動プリズム１３と、ラインセン
サカメラ１４と、ＴＶカメラ１１、及びステッピングモ
ータ１６を含む指紋及び掌紋画像入力部２０を制御する
照準合わせ及び駆動制御系統Ａと、画像入力を記憶及び
再生処理するための記憶及び再生処理系統Ｂを示してい
る。

【００３２】ＴＶカメラ１１は、指又は掌の当接状況
を、常に撮影している。制御系統Ａにおいて、ＴＶカメ
ラ１１の出力信号は、Ａ／Ｄ変換部２１で二次元量子化
信号に変換され、画像メモリ２２に画像データとして蓄
えられる。画像の入力タイミングは入力制御部２３によ
り管理される。メモリ２２に蓄えられた画像データは、
位置検出用中央処理部２４に読み出され、この処理部２
４は位置検出プログラムを記憶したプログラムメモリ２
５、及びデータアイテム処理又は仮記憶用のワークメモ
リ２６を駆使し、指紋又は掌紋のパターンの有無、及び
その概略位置を検出し、その出力回路に接続されたモー
タ駆動インターフェイス２７を介してモータ駆動部２８
に必要な制御信号を伝達し、これによってステッピング
モータ１６を駆動し、テーブル１５上の可動プリズム１
３及びラインセンサカメラ１４を移動させる。

【００３３】可動プリズム１３が移動し、一ライン（一
次元画素配列：これは当接した指等の長さ方向となるよ
うに設定される。）の走査撮影を行うべき位置にきたと
き、ステッピングモータ１６に関連装備されたパルスジ
ェネレータ２９から、タイミングパルスを発生し、ライ
ンセンサカメラタイミング回路３０に与える。ラインセ
ンサカメラ１４は、一ライン分の光電変換信号を順次Ａ
／Ｄ変換部３１に供給する。タイミング回路３０及びＡ
／Ｄ変換部３１以降は画像入力及び再生処理系統Ｂを構
成し、Ａ／Ｄ変換部３１は受け取ったアナログ信号を二
次元量子化信号に変換する。変換された二次元量子化信
号は３２で示す画像メモリ＃１又は３３で示す画像メモ
リ＃２に入力され、これらのメモリ３２、３３に画像デ
ータとして蓄えられるようになっている。＃１画像メモ
リ３２にはひずみ補正回路４１が接続され、図５に示し
た曲面型の被検体当接面６ａ’を介して掌紋を採取した
場合に、曲面から反射したパターン像を平面から反射し
たごとくに展開補正するための補正制御信号が供給され
るようになっている。

【００３４】プリズム本体５に形成された被検体当接面
における指紋等、一つのパターンの採取が終了すると、
画像入力系統Ｂの中央処理部３４は、画像入力及び処理
プログラムを記憶したプログラムメモリ３５、及びデー
タアイテム処理又は仮記憶用のワークメモリ３６を駆使
し、画像データに補正、強調、又は圧縮等の処理を加
え、ＣＲＴインターフェイス３７を通じてパターン画像
をＣＲＴディスプレイ３８に表示し、一方、ワークステ
ーション又はパソナルコンピュータ４０は、ワークステ
ションインターフェイス３９を通じて、被採取者の一組
の指紋及び掌紋のパターンデータを受信完了した後、レ
ーザプリンタなどで所定のカードに印刷し、もしくは通
信回路を通じ遠隔地にデータを送信する。

【００３５】ところで、指紋又は掌紋の平面採取の場
合、それらのプリズム上面への完全な当接を確認し、一
定速度で可動プリズムを駆動してパターンの入力を行う
が、回転採取の場合には、その指又は掌は、被採取者の
意思により回転されるため、これに追随して可動プリズ
ムを駆動し、走査撮影する必要がある。そして、この場
合も逐次ＴＶカメラ１１の画像をもとに、できたパター
ンの概略位置を検出し、必要な部分の走査撮影を行うこ
とにより、回転押捺と同様の自然な展開平面画像を得る
ことができる。

【００３６】ここで、本発明における指紋及び掌紋の採
取方法を分類及び定義すると次のようになる。（１）一指回転印象指一本の回転押捺の入力（２）一指平面印象指一本の平面押捺の入力（３）四指回転印象親指を除く四本の指の平面押捺
の入力（４）掌平面印象掌を平面的に押し当てた状態の
入力（５）掌回転印象掌を平面的に押し当て、次に外
側に回転して押捺した入力

【００３７】上記の入力方法において、一指、四指及び
掌ではそれぞれプリズム上面に当接する場所をガイドな
どで規制し、これによって当接面上での入力エリアを特
定して掌に比し入力エリアの小さい一指、四指の順に入
力時間を節約する。それぞれの入力エリアの大きさは概
略で、一指：縦３５ｍｍ、横３５ｍｍ、四指：縦６
０ｍｍ、横８０ｍｍ、掌：縦１３０ｍｍ、横１２０ｍ
ｍ、となる。

【００３８】次に、回転印象の場合、プリズム５の被検
体当接面は平面であるのに対し、指は略円筒状であるた
め、一度にできるパターンは得ようとする展開画像のう
ちの一部であり、それは指を転動することによって接触
部が移動し、それに伴ってパターンが偏移していく。そ
して、指の転動速度は被採取者に応じて異なるため、走
査撮像装置は指の速度に追従して作動する必要がある。
この指の転動によって当接パターン輪郭の偏移は図７の
（ａ）〜（ｅ）に示す通りとなる。すなわち、図４に関
連して説明した像検出範囲１７（入力エリア）内におい
て指紋回転印象の開始直後、指紋パターン部Ｆ₁はエリ
ア１７内の左側に位置する細長楕円状であり、それが少
し回転してやや太幅中寄りのＦ₂、指が中央部まで回転
した状態の太幅楕円Ｆ₃、そして、Ｆ₂と対称的な終了
手前のＦ₄及び開始直後のＦ₁と対称的に、右端に片寄
ったＦ₅という具合に推移する。

【００３９】本発明の前述した回路構成においては、静
止平面印象の採取及び上記のような回転印象の採取のい
ずれにも適用するシーケンス動作を行うものである。こ
れは図８に示す通りであり、まず、装置の電源がオンに
され、システムがスタートし、ステップＳ１〜Ｓ１４を
経てシーケンス動作は終了する。シーケンスの各ステッ
プは次の通りである。Ｓ１：まず、採取許可待ちとなる。採取許可はフットス
イッチ、又はパソコン４０の操作などで出される。Ｓ２：次に、パターン検出待ちとなる。パターンはＴＶ
カメラ１１によって検出される。Ｓ３：一定面積以上のパターンを検出すると、次に進
む。Ｓ４：パターンが安定するのに要する時間を予測し、数
百ミリ秒のタイムディレイを行う。Ｓ５：ステッピングモータ１６の高速一定速駆動がスタ
ートし、可動プリズムが直線移動する。Ｓ６：ＰＧ２９からのパルスを待つ。ＰＧ２９はモータ
軸と連動するため、可動プリズム１３が走査撮影するべ
き距離だけ移動する毎に、１パルスの出力を行う。Ｓ７：ＰＧ２９からのパルスが来ると、１ライン分の画
像を撮影し、画像メモリに取り入れる。Ｓ８：規定の幅の走査撮影を終了すると、高速一定速駆
動で（Ｓ１３）、入力エリアの残り全部を走査撮影（Ｓ
１４）し、終了する。Ｓ９：テレビカメラ１１により、現在のパターン位置を
取り入れる。Ｓ１０：現在の走査撮影位置と、現在のパターン位置と
を比較し、走査撮影位置がパターンの略中央部より手前
にあれば、高速駆動を行う。Ｓ１１：同じく走査撮影位置がパターンの中央部を一定
寸法以上越えると、駆動を停止し（Ｓ１１‐１）、シー
ケンスはＳ９に戻る。この撮影位置が中央部を一定以上
越えるとは、指の回転が最終段階で止まる前に逆回転し
そうになる等の異常事態であり、被検者自身が直ちに矯
正し、その状態が撮像され、再びＳ１０の判断ステップ
に移り、撮影位置が中央部の手前であれば、システムフ
ローはＳ１３、Ｓ１４を経て終了する。また、中央部を
越えればステップＳ１１で“一定以上越え”の判断を行
い、順当には“否”として、ステップＳ１２に移る。Ｓ１２：このステップは、走査撮影位置がパターンの略
中央部に達しているものとして、モータ駆動速度を減速
し、Ｓ６に戻り、前記と同様の経過を経てシステムフロ
ーが終了する。

【００４０】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、光源のプリ
ズム内装構造により、光路分離法における光源‐検出光
学系の干渉問題を解決するとともに、ＴＶカメラによる
当接パターンの参照により走査撮像装置の照準合わせを
正確に行い、かつ光学的整合を維持しつつ移動させるこ
とができる制御構造を備えたことにより、多様な検出モ
ードにおける精密な指紋又は掌紋等のパターン採取を可
能にしたものである。

【００４１】また、プリズム本体に弾性表面層を有する
透明板を密着させることにより、表面層が損傷すれば、
この透明板のみを取り替えることにより、直ちに正確か
つ安定なパターン採取を引続き実施できる外、掌紋の採
取にあたっては掌の凹みに対応する曲面型当接面を用い
て確実な採取を期す等、種々の実用的効果を発揮するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】全反射法による指紋採取の原理を示す断面線図
（ａ）及び当接部分断面図（ｂ）を含む模式図である。

【図２】光路分離法による指紋採取の原理を示す断面線
図（ａ）及び当接部分断面図（ｂ）を含む模式図であ
る。

【図３】本発明の光路分離法による指紋又は掌紋等の採
取装置の空間配置を示すための斜視図である。

【図４】走査撮像装置の駆動及び補正の態様を示すため
の平面図（ａ）及び側断面図（ｂ）を含む説明図であ
る。

【図５】曲面型の被検体当接面を形成するための（ａ）
プリズム本体、（ｂ）上面湾曲型透明板、（ｃ）全体湾
曲型透明板をそれぞれ示す斜視図である。

【図６】本発明の画像信号入力及び処理システムの構成
を示すブロック線図である。

【図７】指紋回転印象を採取する場合の像検出可能範囲
内におけるパターン輪郭の偏移状態（ａ〜ｅ）を示す線
図である。

【図８】本発明のシステムフローを示すフローチャート
である。

【符号の説明】

５プリズム本体６透明板８内装光源９導出面１０ハーフミラー１１テレビジョンカメラ１２走査撮像装置１３走査用可動プリズム１４ライン型イメージセンサカメラ１５一軸移動テーブル１６ステッピングモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部隆俊京都府京都市伏見区山崎町366番地 (72)発明者池田豊京都府京都市西京区大原野東竹の里町２丁目１番地 16棟307 (72)発明者澤村正則京都府京都市伏見区向島二の丸町151−30 三街区Ｂ棟313号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プリズムを構成する光学面のうち一面を
指又は掌等の被検体当接面とし、第２の面を前記一面に
載置された被検体表面の反射光学像をプリズム外に導出
する導出面とし、前記プリズムにはプリズム体内の少な
くとも一点と前記被検体当接面における像検出可能範囲
内の任意の一点を結ぶ少なくとも一本の入射軸と、前記
被検体当接面における前記任意の一点から前記導出面に
向かって垂直に延びるパターン検出光軸が、少なくとも
前記任意の一点において前記被検体当接面に立てた法線
に関して軸対称とならないように定められた前記プリズ
ム体内の少なくとも一点を発光中心とする光源を内装
し、前記パターン検出光軸に沿って前記導出面を突き抜
けたパターン反射像を、前記被検体当接面の所定の像検
出範囲内にわたって受光走査する走査撮像装置を設けた
ことを特徴とする指紋又は掌紋等の入力装置。
【請求項２】前記被検体当接面を成人男女の平均的な
掌の凹みに適合した曲率半径における球面又は円筒面の
一部として形成したことを特徴とする請求項１に記載し
た掌紋等の入力装置。
【請求項３】前記プリズムと実質上同一の屈折率を有
する透明板であって、上面が成人男女の平均的な掌の凹
みに適合した曲率半径における球面又は円筒面の一部と
して形成されたものの、平坦な下面を前記プリズムを構
成する光学面のうちの前記一面に密着させ、前記透明板
の上面を被検体当接面として用いることを特徴とする請
求項１に記載した掌紋等の入力装置。
【請求項４】前記プリズムの導出面と前記走査撮像装
置との間にハーフミラーを配置し、前記パターン検出光
軸に対するそのハーフミラーの反射光路中に被検面予備
撮影用ＴＶカメラを配置し、このＴＶカメラによる撮影
画像を用いて前記走査撮像装置の照準合わせを行うこと
を特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】前記プリズムが二等辺直角三角形断面を
有するものであり、その第３の光学面に対向して被検面
予備撮影用ＴＶカメラを配置し、このＴＶカメラによる
撮影画像を用いて前記走査撮像装置の照準合わせを行う
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】プリズムを構成する光学面のうち一面を
指又は掌等の被検体当接面とし、第２の面を前記一面に
載置された被検体表面の反射光学像をプリズム外に導出
する導出面とし、前記プリズム体内を通って前記被検体当接面における像
検出可能範囲内の任意の一点に至る入射光路を設定する
ための光源と、前記任意の一点から前記導出面に向かって垂直に延びる
パターン検出光軸に沿って前記導出面を突き抜けたパタ
ーン反射像を、前記被検体当接面の所定の像検出範囲内
にわたって受光走査するための入口光路手段を有する走
査撮像装置と、前記走査撮像装置の入口光路手段を、前記所定の像検出
範囲内における前記パターン検出光軸の移動に対応さ
せ、前記導出面を通るプリズムの三角形断面の一辺に平
行して直線的に移動させるとともに、前記像検出可能範
囲内の任意の一点から前記入口光路手段の光路終端に位
置する撮像受光面までの光路距離を空気中とは屈折率が
異なるプリズム経路の長さ変化に応じて補正することに
より、前記撮像受光面までの光学的整合距離を維持する
ための撮像装置駆動機構とを備えたことを特徴とする指
紋又は掌紋等の入力装置。
【請求項７】前記被検体当接面に指又は掌を押し当て
その軸線の周りに回転させることにより、指又は掌の湾
曲面を展開して指紋又は掌紋のパターンを検出するよう
にした前記指紋及び掌紋入力装置において、前記被検体
当接面における像検出可能範囲内の任意の一点から延び
るパターン検出光軸より分岐して形成される参照光軸を
用いてパターン反射像を検出するための被検面予備撮影
用ＴＶカメラと、前記ＴＶカメラより出力されるビデオ
信号を受け入れる画像入力部と、前記画像入力部の入力
データを解析し、前記被検体当接面内におけるパターン
反射像の座標を捕捉するための画像解析部と、前記画像
解析部の解析データに基づいて前記走査撮像装置の移動
及び補正を行うように前記撮像装置駆動機構を制御する
駆動制御部を備えたことを特徴とする請求項６記載の装
置。
【請求項８】前記被検体当接面における前記所定の像
検出範囲内で、前記導出面までのパターン検出光軸のプ
リズム通過距離が最小値Ｐ_oなる基準点を設定し、この
基準点から前記走査撮像装置の受光面までの光学的に整
合したパターン検出光軸距離をＬ_oとした場合、前記パ
ターン検出光軸が前記所定の像検出範囲内で移動するこ
とにより、そのプリズム通過距離が増加分をＸとしてＰ
_x＝Ｐ_o＋Ｘとなったとき、パターン検出光軸距離Ｌ_x
を、前記プリズムの屈折率をｎとして、Ｌ_x＝Ｌ_o＋｛（ｎ−１）／ｎ｝Ｘとなるように前記走査撮像装置の移動及び補正を行うも
のであることを特徴とする請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】前記プリズムが前記当接面を長辺とする
二等辺直角三角形からなり、前記走査撮像装置の入口光
路手段が前記パターン検出光軸の移動に追従して前記導
出面に平行して移動し、前記パターン検出光軸をその導
出面に平行してその面と前記被検体当接面との交接稜か
ら遠ざかる方向に折曲げるための走査用プリズム又はミ
ラーからなり、前記走査用プリズム又はミラーが基準位
置から前記光軸転換方向に距離Ｘだけ走査移動したと
き、前記走査撮像装置の前記受光面がその基準位置から
｛（ｎ−１）／ｎ｝Ｘだけ後方に移動するように補正す
ることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】前記走査撮像装置が前記移動の方向に
直交したイメージビット配列を有するライン型イメージ
センサカメラからなり、このイメージセンサカメラによ
るビット走査線を前記走査撮像装置の移動増分毎に形成
することにより二次元パターンを撮像することを特徴と
する請求項６〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】透明弾性体の薄層を被着し、それ自身
は前記プリズムと実質上同一の屈折率を有する透明板
を、前記プリズムを構成する光学面のうちの前記一面
に、実質上光学的境界面を形成することなく密着させ、
前記透明弾性体の薄層表面をもって前記被検体当接面と
することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に
記載の装置。
【請求項１２】前記被検体当接面を成人男女の平均的
な掌の凹みに適合した曲率半径における球面又は円筒面
の一部となるように形成したことを特徴とする請求項６
〜１１に記載した掌紋等の入力装置。
【請求項１３】上面が成人男女の平均的な掌の凹みに
適合した曲率半径における球面又は円筒面の一部として
形成された透明板であって前記プリズムと実質上同一の
屈折率を有するものを用い、その透明板の平坦な下面を
前記プリズムを構成する光学面のうちの前記一面に密着
させ、前記透明板の上面を被検体当接面とすることを特
徴とする請求項６〜１０に記載した掌紋等の入力装置。