JPH11250229A - 指紋読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外乱光に影響されずに、指紋の読取精度を向
上させることができる指紋読取装置を提供すること。 【解決手段】 指紋が置かれた指紋読取面４４に光を照
射して、指紋読取面４４において全反射させて指紋の画
像情報を含む戻り光を受光することで指紋を光学的に読
み取るための指紋読取装置１０であり、単色発光する光
源３０と、指紋読取面４４を有する光学部材３４と、指
紋読取面４４で全反射された指紋の画像情報を含む戻り
光を受光して光−電気信号変換する撮像素子３８と、指
紋読取面４４と撮像素子３８の間に、光源３０が射出す
る光束の波長帯域だけを透過させる光学通過フィルタ８
０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指の指紋が置かれ
た指紋読取面に光を照射して、指紋読取面において全反
射させて指紋の画像情報を含む戻り光を受光することで
指紋を光学的に読み取るための指紋読取装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報処理技術の普及に伴って、シ
ステムの管理や安全性の確保が問題となっている。現
在、たとえば情報処理の分野では、使用者が直接暗証番
号の入力をしたり、暗証番号等を記録した磁気カード等
を用いて各個人の識別を行うことが一般的に採用されて
いる。また個人の生活環境下においては、住宅、車、ロ
ッカー等の鍵等の使用安全性が注目されている。しか
し、従来の安全対策では、使用者が暗証番号を忘れた
り、鍵やカードの紛失及び盗難や偽造される等の恐れが
ある。そこでその改善策として、個人の人間固有で生涯
変わらない指紋に着目して、その手指の指紋パターンを
あらかじめ記録されている参照用の指紋パターンと照合
することにより、システムの管理や安全性の確保を図る
ことが提唱されている。

【０００３】一例として自動車の運転席側のドアに、こ
のような指紋を読み取る指紋照合装置を設けた場合につ
いて考えてみる。この場合には、指紋パターンを登録し
た使用者本人が、この手指の指紋を指紋読取装置に密着
することで、指紋読取装置がその指紋を読み取る。読み
取った結果、手指の指紋が参照用の指紋と一致した場合
には、使用者は運転席側のドアのロックが解除されてそ
のドアを開けることができる。このように、本人である
かどうかの識別のために、手指の指紋を読み取って判別
することが重要になっている。

【０００４】従来人の指紋を光学的に検出する方式とし
ては、プリズムのガラス面に指を密着して、光源からの
光が密着面で反射する光の変化（正反射と乱反射）で生
じる明暗を、撮像レンズ系を介して電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）に取り込むようになっている。

【０００５】図６は図７は、従来の指紋読取装置を示し
ている。図６の指紋読取装置は、白熱ランプ１０００、
プリズム１００１、光学レンズ１００２、ＣＣＤカメラ
（電荷結合素子カメラ）１００３及び処理部１００４を
有している。この指紋読取面１００５には指Ｆを載せ
る。白熱ランプ１０００は点光源であり、この白熱ラン
プ１０００の光はプリズム１００１の指紋読取面１００
５に照射して、その指紋読取面１００５で全反射した光
は、光学レンズ１００２を介してＣＣＤカメラ１００３
に取り込むようになっている。そしてＣＣＤカメラ１０
０３に取り込んだ光は、光−電気信号に変換をして、処
理部１００４で所定の処理を行い、外部出力信号１００
６をたとえばドアのロック装置のような作動対象１００
７に対して供給する。これにより作動対象１００７のロ
ック状態を解除するようになっている。

【０００６】ここで、指紋読取面１００５に形成するプ
リズム１００１の光源波長での屈折率と、指紋読取面１
００５への光束入射角により、指紋読取面１００５の界
面では次のような全反射条件が成立する。 ＩＴ＝ｓｉｎ^-1（ｎ’／ｎ） ＩＴは光束の入射角、ｎは入射する側の媒質の屈折率、
ｎ’は通過する側の媒質の屈折率である。

【０００７】たとえば図６に示す従来例のプリズム１０
０１の光源波長での屈折率を１．５とし、通過側の媒質
である空気の屈折率を１とすると、ＩＴは約４１．８度
となる。すなわち、このような直角型のプリズム１００
１を用いた場合には、指紋読取面１００５への入射光軸
の入射角度はほぼ４５度となり、指紋読取面１００５に
何も接していない場合は、全反射条件を満たすため全て
反射し、読取面に１．０６より高い屈折率の物質が接す
ると全反射条件が成り立たないため光束は界面を通過す
ることになる。この通過した光束が皮膚等で吸収あるい
は散乱されることにより、指紋読取面１００５での接触
部と非接触部に対応して反射光の強度が変わり、その結
果指紋の凹凸に対応する濃淡像の画像情報を含む光が得
られるのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６のよう
な指紋読取装置においては、指紋読取面１００５の上に
指Ｆを載せて指紋を読み込ませようとする時に、指紋読
取面１００５よりも指Ｆが小さい場合、あるいは指Ｆを
置く位置が適正位置からずれた場合には、図７に示すよ
うに指紋読取面１００５には空隙１０３０が生じる。こ
のように空隙１０３０が指紋読取面１００５に生じてし
まうと、指紋読取時にこの空隙１０３０を通して外部の
光が外乱光として指紋読取装置の内部に入り、図６の光
学レンズ１００２を通してその外部の光がＣＣＤカメラ
１００３に到達してしまう。特に晴天時の屋外あるいは
照明が直接当たるような場所でこのような指紋読取装置
を用いる場合には、この空隙から入る外乱光によって、
指紋読取性能が阻害されてしまうことになる。そこで本
発明は上記課題を解消し、外乱光に影響されずに、指紋
の読取精度を向上させることができる指紋読取装置を提
供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、指紋が置かれた指紋読取面に光を照射して、指
紋読取面において全反射させて指紋の画像情報を含む戻
り光を受光することで指紋を光学的に読み取るための指
紋読取装置において、単色発光する光源と、指紋読取面
を有する光学部材と、指紋読取面で全反射された指紋の
画像情報を含む戻り光を受光して光−電気信号変換する
撮像素子と、指紋読取面と撮像素子の間に、光源が射出
する光束の波長帯域だけを透過させる光学通過フィルタ
と、を備えることを特徴とする指紋読取装置により、達
成される。

【００１０】本発明では、指紋が置かれた指紋読取面に
光を照射して、指紋読取面において全反射させて指紋の
画像情報を含む戻り光を受光することで指紋を光学的に
読み取るための指紋読取装置であり、光源は単色発光す
る。光学部材は指紋読取面を有している。撮像素子は、
指紋読取面で全反射された指紋の画像情報を含む戻り光
を受光して光−電気信号に変換する。光学通過フィルタ
は、指紋読取面と撮像素子の間に、光源が射出する光束
の波長帯域だけを通過させるようになっている。これに
より、指紋読取面から進入した外乱光があったとして
も、光学通過フィルタは、光源が射出する光束の波長帯
域だけを通過させることができる。これにより、光源が
射出する光束の波長帯域以外のものは撮像素子には達し
ないので、光学読取性能は外乱光に影響されにくく高め
ることができる。

【００１１】本発明において、好ましくは指紋読取面に
は、外光の内の光源が射出する光束の波長帯域を遮断す
る光学遮断フィルタを備えている。これにより、外乱光
に含まれる光源が射出する光束の波長帯域の外乱光を指
紋読取装置内に入れなくて済むので、光源からの戻り光
のみを撮像素子に取り入れて指紋読取性能を向上させる
ことができる。本発明において、好ましくは光学通過フ
ィルタが、光学部材の指紋読取面以外の面に配置するよ
うにしても、光源が射出する光束の波長帯域だけを通過
させて、外乱光に影響されずに指紋読取性能を向上でき
る。本発明において、好ましくは光学通過フィルタは、
光学部材の内部に形成することによっても、光源が射出
する光束の波長帯域だけを通過させて、外乱光に影響さ
れずに指紋読取性能を向上できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００１３】図１は、本発明の指紋読取装置の好ましい
実施の形態を示しており、この指紋読取装置１０は、接
続ケーブル１２を有している。指紋読取装置１０は、ケ
ース１４を有しており、このケース１４は、好ましくは
指Ｆを光学的に適正な位置にガイドして位置決めするた
めのガイド部１６を有している。このガイド部１６は、
たとえば指Ｆの指紋２０の部分をはめ込むような指Ｆの
形状に合せた凹部形状になっている。このガイド部１６
は、ケース１４の傾斜部分２２に形成されている。

【００１４】図２は、図１の指紋読取装置１０の内部構
造例を示している。図２の指紋読取装置１０のケース１
４の中には、光源としての半導体レーザ３０、プリズム
（光学部材）３４、光学レンズ３６、ＣＣＤカメラ３
８、信号処理部４０等を有している。半導体レーザ３０
は、点光源であり、しかも単色で光変換効率の高いもの
であるのでこのような半導体レーザを採用するのが望ま
しい。この半導体レーザ３０の出射する光束４２の波長
は、たとえば７８０ｎｍである。

【００１５】プリズム３４は、断面が好ましくは三角形
状のプリズムであり、たとえばガラスあるいはプラスチ
ックにより作られている。プリズム３４の指紋読取面４
４は、ケース１４の外部に表出しており、図１と図２に
示すようにガイド部１６の底面を構成している。この指
紋読取面４４の上には、指Ｆの指紋２０の接触部２０Ａ
と非接触部２０Ｂを密着して載せるようになっている。

【００１６】図２の半導体レーザ３０の光束４２は、指
紋読取面４４において全反射してほぼ９０°折り曲げら
れて、光学レンズ３６に導かれる。光学レンズ３６は、
この平行光４６の結像光学系であり、ＣＣＤカメラ３８
に導くようになっている。このＣＣＤカメラ３８は、平
行光４６を光−電気信号に変換する撮像素子である。

【００１７】ＣＣＤカメラ３８から出力される画像信号
Ｓ１は、信号処理部４０の画像処理部５０に供給され
る。画像処理部５０は、この画像信号Ｓ１を、たとえば
ある所定のしきい値を基準として２値化して、指紋２０
の接触部２０Ａと非接触部２０Ｂが明確に信号で分ける
ことができるように処理する。このように画像処理部５
０で処理された画像信号Ｓ２は、メモリ５２において記
憶される。メモリ５２で記憶された画像信号Ｓ２と、あ
らかじめ記憶されている参照用の指紋とを、照合部５４
において照合して、その指紋２０が、参照用の指紋と合
致するかどうかを判断する。照合部５４は、たとえばＣ
ＰＵ（中央演算処理部）等を用いることができ、照合結
果が合格である場合には入出力部５６を介して、外部出
力信号Ｓ３を接続ケーブル１２を介して作動対象６０に
送る。この作動対象６０としては、たとえば建物のドア
のロック装置や、自動車の運転席側のドアのロック装置
等である。このような作動対象６０に対して外部出力信
号Ｓ３が送られると、作動対象６０におけるロック装置
のロック状態を解除することができる。

【００１８】図２の実施の形態で特徴的なのは、プリズ
ム３４とＣＣＤカメラ３８の間には、帯域通過光学フィ
ルタ８０が配置されていることである。この帯域通過光
学フィルタ８０は、光源である半導体レーザ３０が射出
する光束４２の波長を含む帯域だけを通過させる帯域通
過特性を有するフィルタである。半導体レーザ３０は、
単色であり点光源で光変換効率の高い光源であるので採
用することが好ましい。この帯域通過光学フィルタ８０
は、上述のように半導体レーザ３０の光束４２の波長を
含む帯域のみを通過させるので、仮に、指紋読取面４４
から外乱光がプリズム３４、光学レンズ３６を介して進
入してきたとしても、その外乱光のほとんどを遮断する
ことができる。つまり、外部から入ってくる使用帯域外
の不要な帯域の光束が撮像素子であるＣＣＤカメラ３８
に到達するのを、この帯域通過光学フィルタ８０が防止
している。帯域通過光学フィルタ８０の種類は、使用光
源の波長を通過するものであれば特に限定されるもので
はない。

【００１９】次に、図３を参照して本発明の指紋読取装
置の別の実施の形態を説明する。図３の指紋読取装置１
０は、半導体レーザ３０、プリズム３４、光学レンズ３
６、ＣＣＤカメラ３８と信号処理部４０等を有してい
る。しかも、図３の実施の形態では図２の実施の形態と
同様に帯域通過光学フィルタ８０が、プリズム３４とＣ
ＣＤカメラ３８の間に配置されている。

【００２０】更に、指紋読取面４４の全域もしくは指Ｆ
を囲むような周辺領域には、帯域遮断光学フィルタ１９
０が形成されている。この帯域遮断光学フィルタ１９０
は、外乱光の光束の内の、半導体レーザ３０が射出して
いる光束４２の波長を含む帯域のみを遮断することがで
きるフィルタである。このようにして、帯域遮断光学フ
ィルタ１９０が、外乱光の内の光束４２の波長を含む帯
域を遮断し、更にケース１４の内部において帯域通過光
学フィルタ８０が光束４２の波長を含む帯域のみを通過
させるようにするので、ＣＣＤカメラ３８には光束４２
だけが入射し、使用帯域以外の不要な外乱光がＣＣＤカ
メラ３８に到達するのを防止することができる。図３の
指紋読取装置１０のその他の要素については、図２の対
応する構成要素と同じもしくはほぼ同じであるので、そ
の説明は図２の実施の形態の説明を援用する。

【００２１】次に図４を参照して本発明の指紋読取装置
の更に別の実施の形態を説明する。図４の実施の形態で
は、帯域遮断光学フィルタ１９０は、図３の実施の形態
と同様のものを採用している。しかし、帯域通過光学フ
ィルタ８０は、プリズム３４とＣＣＤカメラ３８の間、
すなわち光学レンズ３６とＣＣＤカメラ３８の間に配置
するのではなく、プリズム３４の面３４Ａに直接形成さ
れている。このプリズム３４の面３４Ａは、指紋読取面
４４とは別の面であり、光学レンズ３６とＣＣＤカメラ
３８に対面する位置の面である。このようにしても、図
３の実施の形態と同様の機能を図４の実施の形態で実現
することができる。図４の実施の形態におけるその他の
要素に関しては、図３あるいは図２の実施の形態と同様
であるかまたはほぼ同じであるので、その説明は図２の
実施の形態の説明を援用する。

【００２２】次に図５を参照して本発明の指紋読取装置
の更に別の実施の形態を説明する。図５の実施の形態に
おいては、帯域遮断光学フィルタ１９０がプリズム３４
の指紋読取面４４に対応して設けられているのは図３の
実施の形態と同様であるが、帯域通過光学フィルタ１８
０が、光学レンズ３６の途中に設けられている。この帯
域通過光学フィルタ１８０は、いわゆる空間フィルタと
呼ばれているものであり、たとえば穴１８０Ａを有して
いる。これによりこの帯域通過光学フィルタ１８０は、
半導体レーザ３０の光束４２の波長を含む帯域のみを通
過させてＣＣＤカメラ３８に到達させることができる。
図５の実施の形態におけるその他の要素については、図
２あるいは図４の実施の形態と同様であるので、その説
明は図２の実施の形態における説明を援用する。

【００２３】図４と図５において、プリズム３４の指紋
読取面に対応して帯域遮断光学フィルタ１９０を設けて
いるが、このような帯域遮断光学フィルタ１９０を設け
ないようにすることもできる。図５の帯域通過光学フィ
ルタ１８０は、光学レンズ３６内に設けるのに限らず、
他の位置に置いても勿論構わない。図４に示すように、
帯域通過光学フィルタ８０をプリズム３４に対して一体
に形成することにより、材料費の低減及び組立費の低減
が図れる。この場合に、指紋読取面４４とは異なる面３
４Ａに対して、たとえば蒸着等により光学薄膜を形成す
ることで帯域通過光学フィルタ８０を得ることができ
る。

【００２４】また図２〜図５の実施の形態において、帯
域通過光学フィルタ１８０を設けるのではなくその代わ
りにプリズム３４に所定の着色を行うことで、プリズム
３４自体が帯域通過光学フィルタ８０の役割をも果たす
ようにしてもよい。つまりプリズム３４が半導体レーザ
３０の光束４２の波長を含む帯域のみを通過させて、Ｃ
ＣＤカメラ３８に到達するようにするものである。

【００２５】本発明の実施の形態においては、指紋読取
面４４で光束４２を全反射させる方式の光学式の指紋読
取装置において、指紋読取面４４のすき間等を通じて外
部から進入する外乱光が指紋読取にとっては不要な外乱
光であるので、その外乱光の進入をできる限り除いて、
指紋読取精度を向上させることができるとともに、指紋
読取装置の誤動作をも避けることができる。

【００２６】本発明の実施の形態においては、点光源と
して半導体レーザに限らず、たとえばＬＥＤ（発光ダイ
オード）やあるいは単色のその他の種類の点光源を用い
ることも勿論可能である。またこのような指紋読取装置
１０は、建物や自動車のドアのロック装置に対して適用
するのに限らず、金庫のロック装置やあるいはパーソナ
ルコンピュータ等の情報機器における本人認証装置もし
くはその他のセキュリティ用のロック装置に適用するこ
とも勿論可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
不要な帯域の光束を取り除いて指紋の読取精度を向上さ
せることができる指紋読取装置を提供すること。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の指紋読取装置の好ましい実施の形態を
示す外観斜視図。

【図２】図１の指紋照合装置の内部構造を示す図。

【図３】本発明の指紋読取装置の更に別の実施の形態を
示す図。

【図４】本発明の指紋読取装置の更に別の実施の形態を
示す図。

【図５】本発明の指紋読取装置の更に別の実施の形態を
示す図。

【図６】従来の指紋読取装置を示す図。

【図７】従来の指紋読取装置の指紋読取面に指を置いた
状態を示す図。

【符号の説明】

１０・・・指紋読取装置、３０・・・半導体レーザ（光
源）、３４・・・プリズム（光学部材）、３６・・・光
学レンズ、３８・・・ＣＣＤカメラ（撮像素子）、４０
・・・信号処理部、４４・・・指紋読取面、８０・・・
帯域通過光学フィルタ（光学通過フィルタ）、１９０・
・・帯域遮断光学フィルタ（光学遮断フィルタ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指紋が置かれた指紋読取面に光を照射し
   て、指紋読取面において全反射させて指紋の画像情報を
   含む戻り光を受光することで指紋を光学的に読み取るた
   めの指紋読取装置において、 単色発光する光源と、 指紋読取面を有する光学部材と、 指紋読取面で全反射された指紋の画像情報を含む戻り光
   を受光して光−電気信号変換する撮像素子と、 指紋読取面と撮像素子の間に、光源が射出する光束の波
   長帯域だけを透過させる光学通過フィルタと、を備える
   ことを特徴とする指紋読取装置。
2. 【請求項２】 指紋読取面には、外光の内の光源が射出
   する光束の波長帯域を遮断する光学遮断フィルタを備え
   る請求項１に記載の指紋読取装置。
3. 【請求項３】 光学通過フィルタは、光学部材の指紋読
   取面以外の面に配置されている請求項１に記載の指紋読
   取装置。
4. 【請求項４】 光学通過フィルタは、光学部材の内部に
   形成されている請求項１に記載の指紋読取装置。
5. 【請求項５】 光源はレーザ光源である請求項１に記載
   の指紋読取装置。