JPH09134419A - 指紋の照明方法および指紋撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一な照明強度で指紋を照明して良好な指紋
像を撮像できる指紋の照明方法および指紋撮像装置を提
供する。 【解決手段】 指先１０の指紋部を透明対接体プリズム
１１の対接面１２に接触させ、その指先１０の甲側を照
明用光源１３で照明する。指先１０の甲側から入射した
光は、優れた光散乱体である指先１０内部で散乱され、
内側から指紋を均一な光強度で照明する。指紋隆線部１
５および指紋谷線部１６から出射した光は、対接面１２
の界面において、異なる角度でプリズム１１内に入射す
るため、指紋隆線部１６から出射した光の方向、すなわ
ち対接面１２における空気と透明対接体プリズム１１界
面の全反射臨界角より大きな方向に撮像装置１４を配置
することで、コントラストの高い良好な指紋像を撮像す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋撮像装置に関
し、さらに詳しくは、良好な指紋像を撮像するための指
紋の照明方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種機器の使用者を限定するため
の個人識別の重要性が高まっており、中でも指紋照合は
簡便で識別性能の高い個人識別システムとして開発、普
及が期待されている。指紋撮像装置は、指紋照合システ
ムにおいて、指紋像を撮像し、良好な指紋画像を画像処
理・認識装置に供給するための装置である。

【０００３】指紋撮像には、これまでにも種々の方法が
提案されてきた。例えば、カラスプリズムなどの透明対
接体の平面表面（対接面）に指を押当てたときの指紋像
をＣＣＤカメラ等の２次元撮像装置で取り込む構成は、
最も簡便で比較的良好なコントラストをもつ指紋像を撮
像できる方法として広く利用されている。

【０００４】図４は、従来の指紋撮像装置の典型例であ
り、４１０は指先、４１１は可視光ＬＥＤ等からなる照
明用光源、４２０は照明光強度を均一化するための光拡
散板、４１２はプリズムからなる透明対接体、４１３は
指紋を接触させる対接面、４１４は指紋の隆線部分、４
１５は指紋の谷線部分、４１７は結像用レンズ４１８を
含むＣＣＤ等のカメラである。対接面４１３は直角プリ
ズムであれば直角を頂角とする底面に相当し、光源４１
１とカメラ４１７はその頂角を挟む２面の一方と他方に
対面している。

【０００５】上記の構成において、光源４１１の光は、
光拡散板４２０で光強度が均一化されて透明対接体４１
２に入射し、対接面４１３に達する。谷線部分４１５及
び背景部分では、入射光は対接面４１３で全反射し、隆
線部分４１４では皮膚内に光が入射し生体から散乱光と
して放射される。従って、ＣＣＤ撮像面４１９では隆線
部分４１４は暗く、谷線部分４１５は明るく結像し、濃
淡指紋画像を撮像することができる。

【０００６】また、図示した構成の他にも、光源をカメ
ラと同一側に、あるいはカメラと直角の方向に設置し、
照明光がカメラに入射しない様にして隆線部分の散乱光
のみを結像する構成も実現されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の指紋撮像装置の構成法では、指紋の照明方法に関し
て以下のような問題が発生していた。

【０００８】即ち、コントラストの高い画像を撮るため
高輝度のＬＥＤを用いると、指紋面全面に渡って均一な
照明輝度が得られないことが解った。この問題は、対接
面とＬＥＤの距離を５０ｍｍ以上離すか散乱板の散乱効
率を大幅に増せばある程度改善されるが、指紋撮像装置
全体の大きさが大きくなり、光の利用効率が低下し、散
乱迷光が増加するという欠点を生じさせる。

【０００９】また、ＬＥＤがプリズム下側あるいは横側
に設置されているため、プリズム界面での反射迷光が発
生し、各種のハレーションやＬＥＤ自体の反射像が指紋
像と共に撮像される。このため、指紋全体に渡って良好
な指紋画像が得られないという問題があった。

【００１０】また、波長の短い可視光を照明光に用いる
と、対接面の汚れによるレイリー散乱が増大し、谷線部
分の散乱光が増すため、やはり高いコストラストの指紋
画像が得られなくなるという問題が生じていた。

【００１１】本発明は、以上の問題を解決するためにな
されたもので、その目的は、均一な照明強度で指紋を照
明して良好な指紋画像を撮像できる指紋の照明方法およ
び指紋撮像装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、生体表面の指紋を撮像するために前記指
紋を照明する指紋の照明方法において、照明光を生体内
部に入射し、前記生体内部を透過した光、もしくは前記
生体内部で散乱した光で前記生体表面の指紋を照明する
ことを特徴とする。

【００１３】上記の指紋の照明方法では、照明光の主波
長が０．６〜１．４μｍの範囲にあるようにするのが、
生体内での透過率が高く、かつ自然光や蛍光灯等の外乱
光、あるいは汚れ等に対する耐性が高く、好適である。

【００１４】あるいは、本発明は、生体表面の指紋を照
明するための照明光光源と、前記照明された指紋を撮像
する撮像装置とを具備する指紋撮像装置において、光の
出射側を前記生体表面の少なくとも一部に接触可能な位
置に配置した導光体を具備し、前記照明光光源を前記導
光体の光の入射側に設置することを特徴とする。

【００１５】あるいは、また、生体表面の指紋を照明す
るための照明光光源と、前記照明された指紋を撮像する
撮像装置とを具備する指紋撮像装置において、前記指紋
を接触させる対接面を有する透明対接体を具備し、前記
照明光光源を前記透明対接体に接触していない生体表面
の近傍に位置するように設置することを特徴とする。

【００１６】上記の指紋撮像装置において、指紋を撮像
する撮像装置は、対接面における空気と透明対接体との
界面の全反射臨界角より大きな方向に設置されている構
成とするのが、指紋の隆線部と谷線部とで高いコントラ
ストを得ることができる点で、好適である。

【００１７】本発明では、生体が優れた光散乱体である
ことに着目し、照明光を生体内部に入射して、生体を透
過した光、もしくは生体内部で散乱した光で生体表面の
指紋を生体の内側から照明することによって、生体内部
の散乱効果により均一な照明強度で指紋を照明し、良好
な指紋像の撮像を可能とする。

【００１８】また、透明対接体を撮像側に設ける場合で
は、指紋から出射する光は、指紋の隆線部では透明対接
体に接触して入射するが、指紋の谷線部では空気を通し
て入射するため、異なる角度で透明対接体内に入射す
る。このことを利用して、指紋の隆線部からの光の方
向、すなわち対接面における空気と透明対接体界面の全
反射臨界角より大きな方向に撮像装置を配置することに
より、コントラストの高い良好な指紋像を撮像可能とす
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて、本発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１の実施の形態例を示
す構成図である。本実施の形態例により、本発明の原理
を説明する。

【００２１】図１中、１０は指先、１１は透明対接体プ
リズム、１２は指紋を接触させる対接面、１３はＬＥＤ
等からなる照明用光源、１４はＣＣＤカメラ等の撮像装
置、１５は指紋隆線部、１６は指紋谷線部である。

【００２２】上記の構成において、対接面１２の構成、
およびプリズム１１と撮像装置１４の位置関係は、例え
ば図４の従来構成と同様とする。本実施の形態例では、
光源１３を指先１０の爪側に設置し、照明光が指先１０
の甲側から生体内部に侵入し、散乱しながら進むように
する。光源１３の照明光の波長は、生体に対して透過率
の高い波長を使用すべきであることは言うまでもない。

【００２３】図２に、波長に対する生体の透過光量の相
対値の典型例を示す。波長０．６μｍ以下及び１．４μ
ｍ以上には、水分やヘモグロビン等による吸収が顕著で
あるが、０．６μｍ〜１．４μｍの範囲では比較的高い
透過率を示し、本発明の光源波長として有効であること
がわかる。さらに、０．８μｍ以上の波長は、太陽光や
蛍光灯に対する耐性が高いこと、対接面の汚れに対する
耐性は波長が長いほど高いことが知られており、また、
０．６〜０．７μｍ帯のＬＥＤは安価で高輝度であるこ
とから、０．６μｍ〜１．４μｍの波長がで照明光とし
て優れているといえる。

【００２４】指先１０から生体内に侵入した光源１３の
光は、細胞などの組織によって吸収、散乱されながら対
接面１２まで達し、指紋の隆線部１５及び谷線部１６よ
り散乱光として放射される。このとき散乱光は、生体が
優れた光散乱体であるため、ほぼ１８０度の全方位に放
射される。

【００２５】ここで、隆線部１５はガラスと接触してい
るため、出射した散乱光は次式の条件を満たす角度θｒ
でプリズム１１内に出射する。即ち、生体の屈折率をｎ
ｓ、プリズム１１の屈折率をｎｇ、ｎｓとｎｇで決まる
臨界角をθｓ０とすると、 θｒ＜θｓ０ 但し、 θｓ０＝ａｒｃｓｉｎ（ｎｓ／ｎｇ） 典型例として、ｎｓ＝１．４５、ｎｇ＝１．５とする
と、θｓ０＝７５度が得られる。図１の様にプリズム１
１として直角プリズムを用いれば、プリズム１１からの
出射角は対接面１２の法線に対して９０度以上となり、
隆線部１５から出射した散乱光は対接面１２より下側の
すべての領域に達することができる。

【００２６】一方、谷線部１６から出射した散乱光は、
空気層を介してプリズム１１に入射する。即ち、プリズ
ム１１内への出射角をθｔ、空気の屈折率をｎ０、プリ
ズム１１の屈折率をｎｇ、ｎ０とｎｇで決まる臨界角を
θｔ０とすると、 θｔ＜θｔ０ 但し、 θｔ０＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎｇ） 典型例として、ｎ０＝１．０、ｎｇ＝１．５とすると、
θｔ０＝４１度が得られる。従って、図１の様にプリズ
ム１１として直角プリズムを用いれば、谷線部１６から
出射した散乱光は、対接面１２の法線から５１度より下
側の領域にしか達することができない。図１ではこの領
域１８をハッチで示した。

【００２７】そこで、対接面１２より下側の領域でかつ
上記領域１８より上側の領域にＣＣＤカメラ等の撮像装
置１４を設置して対接面１２を撮像すると、生体を透過
してきた光のうち隆線部１５から出射した散乱光のみが
撮像装置に到達する。従って、隆線部の像のみを明るく
撮像でき、谷線部１６は暗くなってコントラストの高い
良好な指紋画像を得ることができる。

【００２８】次に、本発明の第２の実施の形態例を示
す。図３はその構成図である。本実施の形態例は、上記
第１の実施の形態例による基本構成をもとに生体内への
光の入射方法を工夫したものである。

【００２９】図３中、３０は指先、３１は透明対接体プ
リズム、３２は指紋を接触させる対接面、３３はＬＥＤ
等からなる照明用光源、３４は端面が指に接触するよう
に配置した透明導光板、３５はＣＣＤカメラ等の撮像装
置、３６は指紋隆線部、３７は指紋谷線部である。

【００３０】上記の構成において、透明対接体プリズム
３１は、図１中のものと同じ方向に向いているのに対
し、指先３０は図１中の指先を直交方向（紙面とは平行
方向）から見た図となっている。つまり、指先３０はプ
リズム３１の三角柱の軸方向に向けて対接面３２に接触
させる。透明導光板３４は、ガラスやプラスチック等を
用い、内側の端面が指先１０に両側から、例えば傾斜し
て接触するように、対接面３２上に配置される。ＬＥＤ
等からなる照明用光源３３は、その透明導光板３４の外
側の両端面に接触して設置する。対接面３２の位置、お
よびプリズム３１と撮像装置３５の位置関係は、図１の
構成と同様とする。

【００３１】図３の構成からわかるように、導光板３４
を伝達した照明光は導光板端面で生体内に侵入し散乱光
となって、生体内側から指紋を照明する。撮像の原理は
図１の説明と同様であり、詳細な説明は省略する。

【００３２】本実施の形態例の特徴は、甲側からの照明
が不要になるため、照明光源を側面に設置でき、指紋装
置が小形・薄形化できる。また、指紋部の近傍から光が
入射するため、光の吸収が少なくなると共に、導光板の
光出射面と生体が接触するため、生体内入射光の界面で
の反射損失が少なくてすみ、明るい指紋像を撮像するこ
とが可能である。さらに、指紋中央部では、図１のよう
な外部照明方法に比べて、照明強度の均一性が著しく向
上する。

【００３３】なお、以上の実施の形態例では、プリズム
に直角プリズムを用い、撮像装置の配置も限定して説明
したが、本発明の照明方法は、指紋の隆線部と谷線部の
光路を分離してどちらか一方のみを撮像する原理に基づ
く他の多くの光学的指紋撮像装置にも適用できる。例え
ば、これまでに指紋撮像装置としてプリズム内部で指紋
像を反射させ反射像を撮像する構成、ホログラムを用い
て光路を偏向する構成、光ファイバプレートを用いて指
紋像を抽出する構成等が提案されている。しかし、何れ
も指紋の照明は光源光を照射するのみであり、不均一に
よるむら、反射迷光等の問題を含んでいるが、本発明を
適用することによってその不均一性が解消できる。ま
た、ＣＣＤカメラによる撮像以外にも、１次元スキャナ
による走査形指紋入力装置も提案されているが、光学的
読み取りであれば本発明を適用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば光散
乱板の代りに生体そのものを光散乱体として用いるの
で、従来の構成法で問題であった光散乱板の性能限界に
よる指紋照明の不均一性を解消でき、良好な指紋像を撮
像できる利点がある。

【００３５】また、導光体方式の指紋照明を使用すれ
ば、光の利用効率が低下し散乱迷光が増加する欠点を改
善でき、良好な指紋像の撮像と共に指紋撮像装置の小形
化や薄形化を実現できる。

【００３６】また、従来は照明光源がプリズム下側ある
いは横側に配置されているために照明光が対接プリズム
内を通過し、反射迷光が発生したが、本発明では、照明
光が対接プリズム内を通らないので反射迷光が発生せ
ず、ゴーストのない良好な指紋像を撮像できる。

【００３７】さらに、本発明に使用する波長は生体に対
して透過率の高い０．６〜１．４μｍの内の特定波長を
用いるため、レプリカ等生体と異なる透過分光特性を持
つ材料に対しては指紋像撮像ができず、本発明は偽指紋
の排除機能をもつ特徴もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す基本的な構
成図である。

【図２】本発明の原理を説明する生体の透過スペクトル
の典型例を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態例を示す構成図であ
る。

【図４】従来の典型的な構成例を示す概念図である。

【符号の説明】

１０，３０…指先（生体） １１，３１…透明対接体プリズム １２，３２…対接面 １３，３３…照明用光源 １４，３５…カメラまたは撮像装置 ３４…透明導光板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体表面の指紋を撮像するために前記指
   紋を照明する指紋の照明方法において、 照明光を生体内部に入射し、前記生体内部を透過した
   光、もしくは前記生体内部で散乱した光で前記生体表面
   の指紋を照明することを特徴とする指紋の照明方法。
2. 【請求項２】 照明光の主波長が０．６〜１．４μｍの
   範囲にあることを特徴とする請求項１記載の指紋の照明
   方法。
3. 【請求項３】 生体表面の指紋を照明するための照明光
   光源と、前記照明された指紋を撮像する撮像装置とを具
   備する指紋撮像装置において、 光の出射側を前記生体表面の少なくとも一部に接触可能
   な位置に配置した導光体を具備し、 前記照明光光源を前記導光体の光の入射側に設置するこ
   とを特徴とする指紋撮像装置。
4. 【請求項４】 生体表面の指紋を照明するための照明光
   光源と、前記照明された指紋を撮像する撮像装置とを具
   備する指紋撮像装置において、 前記指紋を接触させる対接面を有する透明対接体を具備
   し、 前記照明光光源を前記透明対接体に接触していない生体
   表面の近傍に位置するように設置することを特徴とする
   指紋撮像装置。
5. 【請求項５】 指紋を撮像する撮像装置は、対接面にお
   ける空気と透明対接体との界面の全反射臨界角より大き
   な方向に設置されていることを特徴とする請求項４記載
   の指紋撮像装置。