JPH11250231A - 凹凸面接触パッドおよび凹凸パターン採取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、指紋や鼻紋のように微細なパター
ンの採取に供される凹凸面接触パッドと、その凹凸面接
触パッドを介して採取されたパターンを画像情報として
得る凹凸パターン採取装置とに関し、多様な分野の凹凸
パターンが柔軟に精度よく採取され、かつ小型化が可能
であることを目的とする。 【解決手段】 透明体からなる基盤１１と、凹凸のパタ
ーンが表面に形成された物体１０が接し得る面を基盤１
１の一方の面との境界に対向して有し、その基盤１１の
一方の面に光学的に密に結合すると共に、所望の波長域
における反射率がその所望の波長域以外の付帯波長域に
おける反射率より小さい半透明層１２とを備えて凹凸面
接触パッドが構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋や掌紋か牛の
鼻紋のように微細な凹凸として形成されたパターンの採
取に供される凹凸面接触パッドと、その凹凸面接触パッ
ドを介して採取されたパターンを画像情報として得る凹
凸パターン採取装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、信号処理に適用可能なマイクロプ
ロセッサやＤＳＰ（以下、「プロセッサ」と総称す
る。）の処理量が著しく高められ、さらに、その処理量
の向上が低廉化に併せてはかられつつある。したがっ
て、セキュリティシステムや犯罪捜査等の分野では、上
述したプロセッサが適用されることによって指紋等の採
取および照合を高速にあるいは実時間で行うシステムが
開発され、かつ実用に供されている。

【０００３】また、このようなシステムについては、適
用されるプロセッサの処理量の向上とパターン認識技術
の進展とに応じて、従来、コストや応答性の制約に阻ま
れて実現されなかった高い精度の照合が可能となると共
に、微細な表面加工が施された物品の検査その他の多く
の分野への適用が可能となりつつある。図１０は、従来
の指紋照合システムの構成例を示す図(1) である。

【０００４】図において、一対の側面の一方が傾斜面で
ある四角錐台状の透明体からなる光導板１１０には、そ
の一方の側面に製膜された反射鏡１１１が備えられ、こ
の側面に対向する他方の側面には絞り１１２とレンズ１
１３とがそれぞれ設けられる。レンズ１１３の光軸の延
長線上には鏡面がその光軸に垂直に設定された鏡１１４
が配置され、その鏡面の近傍にはレンズ１１３の光軸に
平行に撮像面が設定された撮像素子（ＣＣＤ）１１５が
配置される。導光板１１０の底面の近傍にはその底面に
出射口が対向する発光ダイオード１１６-1〜１１６-Nが
配置され、かつ撮像素子１１５の駆動端子には縦属接続
された駆動回路１１７、画像信号読み取り回路１１８、
画像情報記憶部１１９、画像処理部１２０およびパター
ン認識部１２１が接続される。

【０００５】なお、以下では、図１０に一点鎖線で示す
ように、指紋照合システムを構成する要素の内、パター
ン認識部１２１以外の全ての要素からなる部分を「凹凸
パターン採取装置」という。このような構成の従来例
（以下、「第一の従来例」という。）では、導光板１１
０の上面に指紋の照合の対象となるべき指が接触してい
る状態において発光ダイオード１１６-1〜１１６-Nから
出射された光は、その導光板１１０の底面および上面を
介してこの指の表面に照射される。

【０００６】ところで、導光板１１０の上面の内、上述
した指の凹部に対向する部分に照射された光（以下、
「凹部照射光」という。）は、その部分が指とは何ら接
触していないために、両者の間に形成された空間を往復
する過程で散乱し、かつ指の色等に応じた波長領域の濾
波処理が施されると共に、減衰して導光板１１０に鋭角
の入射角で再び入射する。したがって、凹部照射光の成
分は導光板１１０の内部を全反射して伝搬することなく
その導光板１１０の底面から外部に放射される。

【０００７】しかし、導光板１１０の上面の内、上述し
た指の凸部が接触している部分に照射された光は、その
凸部で反射しあるいは散乱することによって、球面波と
してこの導光板１１０の内部に再び入射する。さらに、
このようにして入射した光の成分の内、一部は、図１０
に点線で示すように、導光板１１０の内部を全反射しつ
つ反射鏡１１１に到達してその反射鏡１１１の鏡面で全
反射し、かつ絞り１１２の開口部、レンズ１１３および
鏡１１４の鏡面を介して撮像素子１１５の撮像面に至
る。

【０００８】一方、駆動回路１１７は撮像素子１１５に
所定の駆動信号（撮像面の走査とその走査に同期した画
像信号の取得に要する。）を与え、かつ画像信号取り込
み回路１１８は、この撮像素子１１５が出力する画像信
号を駆動回路１１７を介して取り込むと共に、その画像
信号で示される画像情報（ここでは、簡単のため、フレ
ーム単位に含まれる画素値の列からなると仮定する。）
を画像情報記憶部１１９の記憶領域にフレーム毎にリサ
イクリックに格納する。

【０００９】また、画像処理部１２０は、画像情報記憶
部１１９に画素値の列として格納された画像情報に、画
素値の値が予め設定された閾値を超える部分を隆線部と
し、かつ他の部分を谷線部とする２値化処理を施すこと
によって、指から採取された指紋（凹凸パターン）を２
値の画素値の列として示すパターン画像情報を生成す
る。

【００１０】さらに、パターン認識部１２１は、このよ
うにして生成されたパターン画像情報を観測空間上の観
測パターンとして前処理を施すことによって特徴抽出を
行い、その特徴抽出の結果として得られた特徴情報と、
予めデータベースとして登録された特徴情報との相関を
とることによって、上述した指の指紋の照合を行う。図
１１は、従来の指紋照合システムの構成例を示す図(2)
である。

【００１１】図において、図１０に示すものと機能およ
び構成が同じものについては、同じ符号を付与して示
し、ここではその説明を省略する。本図に示す指紋照合
システムと図１０に示す指紋照合システムとの構成の相
違点は、直方体状の導光板１１０ａが導光板１１０に代
えて備えられ、反射鏡１１１、絞り１１２および鏡１１
４は備えられず、導光板１１０ａの側面に出射口が対向
する光源１３１が発光ダイオード１１６-1〜１１６-Nに
代えて備えられ、導光板１１０ａの底面に対向し、かつ
光軸がその底面に垂直に設定されたレンズプレート１３
２がレンズ１１３に代えて備えられ、撮像面がそのレン
ズプレート１３２を介して導光板１１０ａの底面に平行
に対向する撮像素子１１５ａが撮像素子１１５に代えて
備えられた点にある。

【００１２】このような構成の従来例（以下、「第二の
従来例」という。）では、光源１３１から出射された光
は、導光板１１０ａの内部を全反射しつつこの導光板１
１０ａの上面と、その上面に接触している指の凹部およ
び凸部の双方とに照射される。また、撮像素子１１５ａ
の撮像面には、指の凹部に照射された光の内、導光板１
１０ａおよびレンズプレート１３２を透過した成分が到
達するが、反対に凸部に照射された光の成分の大半はこ
の導光板１１０ａの内部を全反射しつつ伝搬する過程で
減衰し、あるいはその導光板１１０ａの側面から外部に
放射される。

【００１３】したがって、撮像素子１１５ａの撮像面に
は、指の指紋の隆線部と谷線部とを示す画素値の大小関
係が第一の従来例とは反対である像が光学的に形成され
る。撮像素子１１５ａは、その像を示す画像信号を出力
し、かつ駆動回路１１７を介してこのような画像信号を
取り込む画像信号取り込み回路１１８に併せて、その後
段に配置された画像情報記憶手段１１９、画像処理部１
２０およびパターン認識部１２１は、何れも第一の従来
例と同様に連係して作動する。

【００１４】また、導光板１１０ａ、光源１３１、レン
ズプレート１３２および撮像素子１１５ａからなる光学
系については、指の凹部に照射された光の光路とその光
に応じて生じた反射光の光路とがほぼレンズプレート１
３２の光軸に平行であり、かつ撮像素子１１５ａの撮像
面に垂直であるので、第一の従来例で生じていた光学的
な歪みが回避されると共に、小型化が可能である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した第
一の従来例では、指の凸部で反射（散乱）し、かつ導光
板１１０を介して反射鏡１１１に入射する光の入射角
は、レンズ１１３の光軸の方向に異なる点に位置する凸
部についてはその位置に応じて異なった値となるが、反
対にこの光軸に垂直な仮想直線上に位置する凸部につい
ては何れも同じ値となる。

【００１６】すなわち、撮像素子１１５によって画像信
号として得られる指紋の像には、上述した光軸とその光
軸に垂直な方向に対する光学的な倍率が異なるために、
台形状の歪みが生じた。したがって、第一の従来例で
は、例えば、画像処理部１２０がこのような歪みを補償
し、あるいはパターン認識部１２１に登録されるべき標
準パターンに同様の歪みに相当する重み付けが予め施さ
れることが要求されていた。

【００１７】なお、このような第一の従来例の課題を解
決する技術としては、例えば、特開昭６２−１８７８１
９号公報に掲載されるように、ホログラムが適用される
ことによって「導光板の内部から外部に対する光の導
出」を実現する先行技術がある。しかし、このような先
行技術については、狭小な波長域に分布するレーザ光を
出射する光源が必須であり、そのレーザ光の波長に対す
る回折角の変化率が極めて大きいことに併せて、ホログ
ラムに固有の非点収差に起因して画像の解像度が低下す
るために、実際には適用できない場合が多かった。

【００１８】また、第二の従来例では、指の凹部に対向
する導光板１１０ａの面に先行して行われた指紋の採取
や照合の際に付着した脂肪等が付着している場合には、
その脂肪等が光学的に疑似的な指の凸部として作用す
る。したがって、画像信号取り込み回路１１８が駆動回
路１１７を介して撮像素子１１５ａから取り込む画像信
号のＳＮ比が低下し、さらに、画像処理部１２０によっ
て生成されるパターン画像情報には、パターン認識部１
２１が行うべき正常な指紋の照合が妨げられる程度に大
きなレベルの雑音が重畳する可能性があった。

【００１９】本発明は、多様な分野の凹凸パターンが柔
軟に精度よく採取され、かつ小型化が可能である凹凸面
接触パッドおよび凹凸パターン採取装置を提供すること
を目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に記載
の発明の原理構成図である。

【００２１】請求項１に記載の発明は、透明体からなる
基板１１と、凹凸のパターンが表面に形成された物体１
０が接し得る面を基板１１の一方の面との境界に対向し
て有し、その基板１１の一方の面に光学的に密に結合す
ると共に、この物体１０の色の主成分が分布する固有波
長域の透過率がその固有波長域以外の波長域における透
過率より大きい半透明層１２とを備えたことを特徴とす
る。

【００２２】図２は、請求項２〜５に記載の発明の原理
ブロック図である。請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の凹凸面接触パッド２１と、凹凸面接触パッド２
１を構成する半透明層１２の透過率が大きい固有波長域
を含む照明波長域で、その半透明層１２とこの凹凸面接
触パッド２１を構成する基板１１とを介して撮像を行う
ことによって、画像情報を得る撮像手段２２と、撮像手
段２２によって得られた画像情報に、半透明層１２と物
体１０とが接し得る面で反射した光と、その物体１０で
反射した光とを画素毎に輝度の差に基づいて峻別する処
理を施し、この物体１０の表面に形成された凹凸パター
ンを示すパターン画像情報を生成する画像強調手段２３
とを備えたことを特徴とする。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の凹凸面接触パッド２１と、凹凸面接触パッド２１を構
成する半透明層１２の透過率が小さい波長域に光学的な
阻止域を有するカラーフィルタ３１と、半透明層１２、
凹凸面接触パッド２１を構成する基板１１およびカラー
フィルタ３１を介して波長域を含む照明波長域で撮像を
行うことによって、画像情報を得る撮像手段３２と、撮
像手段３２によって得られた画像情報に、半透明層１２
と物体１０とが接し得る面で反射した光と、その物体１
０で反射した光とを画素毎に輝度と波長との双方あるい
は一方の相違に基づいて峻別する処理を施し、この物体
１０の表面に形成された凹凸パターンを示すパターン画
像情報を生成する画像強調手段３３とを備えたことを特
徴とする。

【００２４】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の凹凸面接触パッド２１と、凹凸面接触パッド２１を構
成する半透明層１２の透過率が大きい固有波長域に光学
的な阻止域を有するカラーフィルタ４１と、半透明層１
２、凹凸面接触パッド２１を構成する基板１１およびカ
ラーフィルタ４１とを介して固有波長域を含む照明波長
域で撮像を行うことによって、画像情報を得る撮像手段
４２と、撮像手段４２によって得られた画像情報に、半
透明層１２と物体１０とが接し得る面で反射した光と、
その物体１０で反射した光とを画素毎に輝度と波長との
双方あるいは一方の相違に基づいて峻別する処理を施
し、この物体１０の表面に形成された凹凸パターンを示
すパターン画像情報を生成する画像強調手段４３とを備
えたことを特徴とする。

【００２５】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の凹凸面接触パッド２１と、凹凸面接触パッド２１を構
成する半透明層１２の透過率が大きい固有波長域を含む
照明波長域で、その半透明層１２とこの凹凸面接触パッ
ド２１を構成する基板１１とを介して撮像を行うことに
よって、画像情報を得る撮像手段２２と、撮像手段２２
によって得られた画像情報に、照明波長域の内、固有波
長域とその固有波長域以外の波長域との何れか一方の成
分を強調し、かつ半透明層１２と物体１０とが接し得る
面で反射した光と、その物体１０で反射した光とを画素
毎に輝度と波長との双方あるいは一方の相違に基づいて
峻別する処理を施すことによって、この物体１０の表面
に形成された凹凸パターンを示すパターン画像情報を生
成する画像強調手段５１とを備えたことを特徴とする。

【００２６】請求項１に記載の発明にかかわる凹凸面接
触パッドでは、透明体からなる基板１１の面に垂直に照
射された光の一部はその基板１１の表面と、この表面と
半透明層１２との境界と、その境界に対向してこの半透
明層１２が有する面とでそれぞれ反射し、その光が照射
された経路を遡る。このようにして反射した光の成分に
ついては、そのエネルギーの大半が上述したように基板
１１の表面と、この表面と半透明層１２との境界で反射
した光の成分となるが、前者の波長領域における分布は
基板１１が透明体からなるためにほぼ一定に保たれる。
しかし、後者の成分は、半透明層１２の色に相当し、か
つその半透明層１２の透過率が小さい波長域に多く分布
する。

【００２７】また、上述したように基板１１の面に垂直
に照射された光の内、半透明層１２に接触した物体１０
の凸部にこの半透明層１２を介して照射されたために、
その凸部で反射した光の成分については、半透明層１２
と基板１１とが光学的に密に結合するので、この物体１
０の色の主成分が分布し、かつ半透明層１２の透過率が
大きい固有波長域に分布する。

【００２８】さらに、基板１１の面に垂直に照射された
光の内、上述した物体１０の凹部と対向してその物体１
０の凸部と何ら接していない半透明層１２の面にこの半
透明層１２の内側から照射された光については、これら
の凹部と半透明層１２の面との間で反復して反射する過
程で減衰し、基板１１を介して既述の経路を遡る成分の
エネルギーは著しく小さな値となる。

【００２９】すなわち、半透明層１２に接触した物体１
０の表面に形成された凹凸パターンの凹部と凸部とは、
その物体１０の表面に基板１１および半透明層１２を介
して照射された光のスペクトラムの分布と、上述した固
有波長域とその固有波長域以外の波長域とにおけるこの
半透明層１２の透過率の相違とに基づいて、輝度と波長
との双方あるいは一方が異なる光の像として光学的に確
度高く分離される。

【００３０】請求項２に記載の発明にかかわる凹凸パタ
ーン採取装置では、撮像手段２２は、請求項１に記載の
凹凸面接触パッド２１を構成する半透明層１２の透過率
が大きい固有波長域を含む照明波長域で、その半透明層
１２に接触している物体１０をこの半透明層１２と凹凸
面接触パッド２１を構成する基板１１とを介して撮像す
ることによって画像情報を得る。

【００３１】この画像情報には、上述した物体１０の表
面に形成された凹凸パターンの凹部と凸部とが凹凸面接
触パッド２１によって輝度が異なる光の像として示され
るので、画像強調手段２３は、その画像情報に、半透明
層１２と物体１０とが接し得る面で反射した光とその物
体１０で反射した光とを画素毎に輝度の差に基づいて峻
別する処理を施し、この物体１０の表面に形成された凹
凸パターンを示すパターン画像情報を生成する。

【００３２】すなわち、上述した凹部と凸部とをそれぞ
れ示す画素の画素値の差が凹凸面接触パッド２１が既述
の通りに行う光学的な処理の下で確保され、さらに、こ
の画素値の差に基づいてこれらの凹部と凸部とに対応す
る画素の何れか一方が他方に対して強調されるので、こ
のような光学的が処理が施されることなく得られた画像
情報に単に画素値の２値化処理等の処理が施されていた
従来例に比べて、鮮明に凹凸パターンがとらえられる。

【００３３】請求項３に記載の発明にかかわる凹凸パタ
ーン採取装置では、撮像手段３２は、請求項１に記載の
凹凸面接触パッド２１を構成する半透明層１２の透過率
が小さい波長域を含む照明波長域で、その半透明層１２
に接している物体１０をこの半透明層１２、凹凸面接触
パッド２１を構成する基板１１およびカラーフィルタ３
１とを介して撮像することによって画像情報を得る。

【００３４】この画像情報には、カラーフィルタ３１が
上述した波長域に光学的な阻止域を有するので、既述の
物体１０の表面に形成された凹凸パターンの凹部と凸部
とを示す画素の内、前者の画素値が小さな値に制限さ
れ、反対に後者の画素値が抽出されることによってなる
像としてこの凹凸パターンが含まれる。画像強調手段３
３は、その画像情報に、半透明層１２と物体１０とが接
し得る面で反射した光とその物体１０で反射した光とを
画素毎に輝度と波長との双方あるいは一方の相違に基づ
いて峻別する処理を施し、この物体１０の表面に形成さ
れた凹凸パターンを示すパターン画像情報を生成する。

【００３５】すなわち、上述した凹部と凸部とをそれぞ
れ示す画素の相違が凹凸面接触パッド２１が既述の通り
に行う光学的な処理の下で確保され、さらに、この相違
に基づいてこれらの凹部と凸部とに対応する画素の一方
が他方に対して強調されるので、このような光学的な処
理が施されることなく得られた画像情報に単に画素値の
２値化処理等の処理が施されていた従来例に比べて、鮮
明に凹凸パターンがとらえられる。

【００３６】請求項４に記載の発明にかかわる凹凸パタ
ーン採取装置では、撮像手段４２は、請求項１に記載の
凹凸面接触パッド２１を構成する半透明層１２の透過率
が大きい固有波長域を含む照明波長域で、その半透明層
１２に接している物体１０をこの半透明層１２、凹凸面
接触パッド２１を構成する基板１１およびカラーフィル
タ４１とを介して撮像することによって画像情報を得
る。

【００３７】この画像情報には、カラーフィルタ４１が
上述した固有波長域に光学的な阻止域を有するので、既
述の物体１０の表面に形成された凹凸パターンの凹部と
凸部とを示す画素の内、前者の画素値が抽出され、かつ
反対に後者の画素値が小さな値に制限されることによっ
てなる像としてこの凹凸パターンが含まれる。画像強調
手段４３は、その画像情報に、半透明層１２と物体１０
とが接し得る面で反射した光とその物体１０で反射した
光とを画素毎に輝度と波長との双方あるいは一方の相違
に基づいて峻別する処理を施し、この物体１０の表面に
形成された凹凸パターンを示すパターン画像情報を生成
する。

【００３８】すなわち、上述した凹部と凸部とをそれぞ
れ示す画素の相違が凹凸面接触パッド２１が既述の通り
に行う光学的な処理の下で確保され、さらに、この相違
に基づいてこれらの凹部と凸部とに対応する画素の何れ
か一方が他方に対して強調されるので、このような光学
的な処理が施されることなく得られた画像情報に単に画
素値の２値化処理等の処理が施されていた従来例に比べ
て、鮮明に凹凸パターンがとらえられる。

【００３９】請求項５に記載の発明にかかわる凹凸パタ
ーン採取装置では、撮像手段２２は、請求項１に記載の
凹凸面接触パッド２１を構成する半透明層１２の透過率
が大きい固有波長域を含む照明波長域で、その半透明層
１２に接している物体１０をこの半透明層１２および凹
凸面接触パッド２１を構成する基板１１を介して撮像す
ることによって画像情報を得る。

【００４０】この画像情報には、上述した物体１０の表
面に形成された凹凸パターンの凹部と凸部とが凹凸面接
触パッド２１によって輝度と波長との双方あるいは何れ
か一方が異なる光の像として示される。画像強調手段５
１は、その画像情報に、上述した照明波長域の内、既述
の固有波長域とその固有波長域以外の波長域との何れか
一方の成分を抽出することによって、半透明層１２と物
体１０とが接し得る面で反射した光と、その物体１０で
反射した光とを画素毎に輝度と波長との双方あるいは一
方の相違に基づいて峻別する処理を施し、この物体１０
の表面に形成された凹凸パターンを示すパターン画像情
報を生成する。

【００４１】すなわち、上述した凹部と凸部とをそれぞ
れ示す画素の相違が凹凸面接触パッド２１が既述の通り
に行う光学的な処理の下で確保され、さらに、この相違
に基づいてこれらの凹部と凸部とに対応する画素の何れ
か一方に対して他方を強調する処理が光学的な処理では
なく、画像処理の過程で施されるので、請求項３、４に
記載の凹凸パターン採取装置に比べて、光学系の構成の
簡略化と物理的なサイズの低減とがはかられる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態について詳細に説明する。図３は、請求項１、２
に記載の発明に対応した実施形態を示す図である。図に
おいて、図１１に示すものと機能および構成が同じもの
については、同じ符号を付与して示し、ここでは、その
説明を省略する。

【００４３】本実施形態と図１１に示す従来例との構成
の相違点は、導光板１１０ａに代えて凹凸面接触パッド
７１が備えられ、レンズプレート１３２に代えてレンズ
７２が備えられ、出射口の方向がこのレンズ７２の光軸
に傾斜して凹凸面接触パッド７１の方向に設定され、そ
のレンズ７２の外周の近傍に配置された光源７３-1〜７
３-Nが光源１３１に代えて備えられた点にある。

【００４４】また、凹凸面接触パッド７１は、透明体か
らなる透明平板７４と、その透明平板７４の一方の面に
融着され、かつ白色の半透明体であるポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）からなるフィルム７５（厚みにつ
いては、ここでは、簡単のため、３８ミクロンであると
仮定する。）とから構成される。また、本実施形態と図
１および図２に示すブロック図との対応関係について
は、透明平板７４は基板１１に対応し、フィルム７５は
半透明層１２に対応し、凹凸面接触パッド７１は凹凸面
接触パッド２１に対応し、レンズ７２、撮像素子１１
５、駆動回路１１７、画像信号取り込み回路１１８およ
び画像情報記憶部１１９は撮像手段２２に対応し、画像
処理部１２０は画像強調手段２３に対応し、光源７３-1
〜７３-Nは光源６１に対応する。

【００４５】以下、本実施形態の動作を説明する。光源
７３-1〜７３-Nは、図４に太線で示すように、フィルム
７５を透過し易く、かつ指紋が採取されるべき指に吸収
されやすい波長域に主要な成分が分布する光を定常的に
出射する。したがって、フィルム７５の表面に指が何ら
接触していない状態では、光源７３-1〜７３-Nによって
出射され、かつ透明平板７４の面にほぼ垂直に入射した
光の成分の一部は、図５(a) に細い実線で示すように、
これらの透明平板７４とフィルム７５との境界面で反射
し、そのフィルム７５の内部に入射した成分の一部はこ
の境界面に対向する面の内側でほぼ全反射する。

【００４６】すなわち、レンズ７２を介して撮像素子１
１５の撮像面に結像する像は、フィルム７５に固有の白
色の平面（モノクロ画像としては明るい平面）となる。
また、指紋が採取されるべき指がフィルム７５の表面に
接触している状態では、この表面の内、その指紋の凹部
に対向する領域に同様にして入射した光の成分は既述の
通りに反射する（図５(b)(1)) 。

【００４７】さらに、フィルム７５の表面の内、指紋の
凸部に接触する領域に透明平板７４を介して内側から入
射した光の成分の大半は指に吸収される（図５(b)(2))
。一方、この領域で反射した光の成分の内、指の色と
異なる波長域の成分は、図４に網掛けを付して示すよう
にフィルム７５の反射率が大きいので、大幅に減衰す
る。

【００４８】しかし、同様の領域で反射した光の成分の
内、波長域で指の色の近傍に分布する成分は、フィルム
７５の反射率が小さいので、透明平板７５を介して撮像
素子１１５の撮像面に達する。また、本実施形態では、
指紋の凹部で反射した光の成分の内、撮像素子１１５の
撮像素子に到達する成分のエネルギーは、既述の通りに
透明平板７４の入射面とその透明平板７４とフィルム７
５との境界とで生じる反射に応じて著しく小さな値とな
るので、そのフィルム７５の表面の内、先行して行われ
た指紋の照合の際に指が接触した領域にその指から付着
し、かつ残留している脂肪や汗に起因して第二の従来例
で生じていたＳＮ比の低下は確実に抑圧される。

【００４９】このように本実施形態によれば、フィルム
７５の領域の内、指紋の凹部に対向している領域と凸部
に接している領域とで反射した光に既述の処理がそのフ
ィルム７５と透明平板７４との連係の下で施されるの
で、撮像素子１１５の出力には、図１０および図１１に
示す従来例に比べて、指紋の凹部と凸部とを高いコント
ラストで示す画像信号が得られる。

【００５０】さらに、本実施形態では、撮像素子１１５
の撮像面に像を結ぶ光の内、指紋の凸部に接触し得るフ
ィルム７５の面に透明平板７４を介して入射する光と、
その面で反射した光との光路がレンズ７２の光軸に対し
て線形であり、これらのフィルム７５、透明平板７４お
よびレンズ７２からなる光学系において非線形に屈折す
ることがないので、図１０に示す従来例で生じていた歪
みは発生しない。

【００５１】したがって、画像処理部１２０がその画像
信号を従来例と同様にして２値化することによって得ら
れるパターン画像情報の確度は高められ、かつパターン
認識部１２１によって行われる指紋の照合の確度も同様
に高められる。図６は、請求項３に記載の発明に対応し
た実施形態を示す図である。図において、図３に示す実
施形態との構成の相違点は、撮像素子１１５に代えて撮
像素子８０が備えられ、その撮像素子８０の撮像面とレ
ンズ７２とで挟まれた空間に、このレンズ７２の光軸に
垂直にカラーフィルタ８１が配置された点にある。

【００５２】なお、本実施形態と図２に示すブロック図
との対応関係については、レンズ７２、撮像素子８０、
駆動回路１１７、画像信号取り込み回路１１８および画
像情報記憶部１１９が撮像手段３２に対応し、かつカラ
ーフィルタ８１がカラーフィルタ３１に対応する点を除
いて、図３に示す実施形態における対応関係と同様であ
る。

【００５３】以下、図４および図６を参照して本実施形
態の動作を説明する。カラーフィルタ８１は、フィルム
７５の面の内、指紋の凹部に対向する領域と凸部に接触
している領域で反射し、かつ透明平板７４およびレンズ
７２を介して到達する光の成分の内、そのフィルム７５
の反射率が高い波長域（図４(1))の成分について、減衰
を与え、あるいは遮断を行うと共に、その波長域以外の
成分が透過する光学的な特性を有する。

【００５４】したがって、撮像素子８０の撮像面に結像
する像については、指紋の凹部に対応する部分と、フィ
ルム７５の面の内、何ら指が接触していない領域に相当
する部分との輝度が小さな値に制限される。また、撮像
素子８０の撮像面に配置された個々の画素は指の反射率
が小さい波長域に比べてその反射率が大きい波長域（図
４(2))の光に対して強く感応する特性を有するので、そ
の撮像素子８０は、指紋の凸部を示す画素値をカラーフ
ィルム８１との連係の下で波長領域で強調する。

【００５５】このように本実施形態によれば、画像処理
部１２０は指の色とフィルム７５の色との相違に適応し
た２値化処理を行うことができるので、請求項１、２に
記載の発明に対応する実施形態のように、このような２
値化処理が単に輝度の大小関係に基づいて行われる構成
に比べて、指紋の凸部と凹部との峻別がさらに確度高く
行われる。

【００５６】図７は、請求項４に記載の発明に対応した
実施形態を示す図である。図において、図６に示す実施
形態との構成の相違点は、撮像素子８０に代えて撮像素
子８０ａが備えられ、かつカラーフィルタ８１に代えて
カラーフィルタ８１ａが備えられた点にある。なお、本
実施形態と図２に示すブロック図との対応関係について
は、レンズ７２、撮像素子８０ａ、駆動回路１１７、画
像信号取り込み回路１１８および画像情報記憶部１１９
が撮像手段３２に対応し、かつカラーフィルタ８１ａが
カラーフィルタ４１に対応する点を除いて、図３に示す
実施形態における対応関係と同様である。

【００５７】以下、図４および図７を参照して本実施形
態の動作を説明する。カラーフィルタ８１ａは、フィル
ム７５の面の内、指紋の凹部に対向する領域と凸部に接
触している領域で反射し、かつ透明平板７４およびレン
ズ７２を介して到達する光の成分の内、指の反射率が大
きい波長域（図４(2))の成分について、減衰を与え、あ
るいは遮断を行うと共に、その波長域以外の成分が透過
する光学的な特性を有する。

【００５８】したがって、撮像素子８０ａの撮像面に結
像する像については、指紋の凸部に対応する部分の輝度
が小さな値に制限される。また、撮像素子８０ａの撮像
面に配置された個々の画素は指の反射率が大きい波長域
に比べてその反射率が小さい波長域（図４(1))の光に対
して強く感応する特性を有するので、その撮像素子８０
ａは、指紋の凹部を示す画素値をカラーフィルム８１と
の連係の下で波長領域で強調する。

【００５９】このように本実施形態によれば、画像処理
部１２０は指の色とフィルム７５の色との相違に適応し
た２値化処理を行うことができるので、請求項１、２に
記載の発明に対応する実施形態のように、このような２
値化処理が単に輝度の大小関係に基づいて行われる構成
に比べて、指紋の凸部と凹部との峻別がさらに確度高く
行われる。

【００６０】なお、本実施形態では、撮像素子８０ａが
指の反射率が小さい波長域の光に強く感応する特性を有
するが、カラーフィルム８１が有する既述の特性の下で
は、指紋の凸部を示す画素値の値が輝度の領域において
も強調されるので、この撮像素子８０ａに代えて図１０
に示す撮像素子１１５のようなモノクロの撮像素子が適
用されてもよい。

【００６１】また、図６および図７に示す実施形態で
は、撮像素子８０、８０ａが単一の波長域の光に強く感
応する特性を有するが、例えば、指やフィルム７５が複
数の波長域に対して反射率が高い特性を有する場合に
は、その特性に適応したカラーフィルタ８１、８１ａが
適用され、あるいは光学的な分波手段と合波手段の間に
配置され、かつ個々の波長域に対応したカラーフィルタ
によって並行して既述の光学的処理が施されてもよい。

【００６２】さらに、これらの光学的処理の全てまたは
一部については、後述する実施形態と同様にして画像処
理の過程で行われてもよい。図８は、請求項５に記載の
発明に対応した実施形態を示す図である。図において、
図３に示す実施形態との構成の相違点は、撮像素子１１
５に代えて撮像素子９１が備えられ、駆動回路１１７に
代えて駆動回路９２が備えられ、画像信号取り込み回路
１１８に代えて画像信号取り込み回路９３が備えられ、
画像情報記憶部１１９に代えて画像情報記憶部９４が備
えられ、画像処理部１２０に代えて画像処理部９５が備
えられた点にある。

【００６３】なお、本実施形態と図２に示すブロック図
との対応関係については、レンズ７２、撮像素子９１、
駆動回路９２、画像信号取り込み回路９３および画像情
報記憶部９４が撮像手段２２に対応し、画像処理部９５
が画像強調手段５１に対応する点を除いて、図３に示す
実施形態における対応関係と同様である。以下、図４お
よび図８を参照して本実施形態の動作を説明する。

【００６４】光源７３-1〜７３-Nが定常的に出射する光
の輝度およびスペクトラムと、透明平板７４、フィルム
７５およびレンズ７２からなる光学系の連係とについて
は、請求項１〜４に記載の発明に対応した実施形態と同
様である。したがって、撮像素子９１の撮像面には、指
紋の凹部に対応する部分がフィルム７５に固有の色（白
色）であり、かつその指紋の凸部に対応する部分が指の
色にほぼ等しい色である像が結像する。

【００６５】撮像素子９１はその像をカラー画像として
示すカラー画像信号を出力し、かつ画像信号取り込み回
路９３は駆動回路９２を介してそのカラー画像信号で示
されるカラー画像情報（ここでは、簡単のため、ＲＧＢ
の３原色による加法混色系で示されると仮定する。）を
画像情報記憶部９４の記憶領域にフレーム毎にリサイク
リックに格納する。

【００６６】画像処理部９５は、画像情報記憶部９４に
各原色に個別に対応する画素値の列として格納された画
像情報に、図６に示す実施形態においてカラーフィルタ
８１と撮像素子８０との連係の下で行われ、あるいは図
７に示す実施形態においてカラーフィルタ８１ａと撮像
素子８１ａとの連係の下で行われる処理と等価な処理
（以下、「画像強調処理」という。）を施した後に、従
来例と同様の２値化処理を施すことによって、指から採
取された指紋を２値の画素値の列として示すパターン画
像情報を生成する。

【００６７】なお、パターン認識部１２１が行う特徴抽
出と、その特徴抽出の結果として得られた特徴情報と登
録済み情報との相関に基づく指紋の照合とにかかわる処
理については、従来例と同様であるから、ここではその
説明を省略する。このように本実施形態によれば、カラ
ー画像情報に対して行われる画像処理の過程で指紋の凹
部と凸部とのコントラストが向上する処理が行われるの
で、上述したカラーフィルタ８１、８１ａが備えられる
ことに起因する光学系の複雑化が回避されつつ指紋を鮮
明に示すパターン画像情報が得られる。

【００６８】したがって、請求項１〜４に記載の発明に
対応した実施形態に比べて、光学系の構造の簡略化と小
型化とがはかられ、かつ上述したパターン画像情報の確
度が高められると共に、指紋の照合についても同様に確
度が高められる。なお、上述した各実施形態では、透明
平板７４とその透明平板７４の片面に融着されたフィル
ム７５とからなる凹凸面接触パッド７１が適用されてい
るが、このような凹凸面接触パッド７１の構成について
は、例えば、(1) 図９(a) に示すように、透明平板７４
とフィルム７５との間に板状の透明体からなる透明弾性
体１００が備えられることによって、指の形状、湿潤
度、硬度に柔軟に適応しつつそのフィルム７５と指紋の
凸部との間における光学的な結合度が高められる構成、
(2) 図９(b) に示すように、フィルム７５に代わる塗装
膜１０１や蒸着膜１０１ａが透明平板７４の片面に形成
されることによって、製造に要する工数の削減あるいは
光学的特性の均一化と安定化とがはかられる構成、(3)
図９(c) に示すように、透明平板７４の片面に透明弾性
体１００が積層され、 かつフィルム７５に代えてその
フィルム７５より柔らかな有色の塗装膜１０２ がこの
透明弾性体１００の表面に形成されることによって、指
の形状、湿潤度、 硬度に対して、さらに、柔軟に適応
しつつ既述の光学的な結合度が高く維持さ れる構成、
(4) 図９(d) に示すように、透明平板７４の片面に既述
の透明弾性体１００ａが積層され、かつその透明弾性体
１００ａの表面にフィルム７５に代わる色素がドープさ
れることによって、指に接触する面の物理的な耐久性と
化学的な耐久性とが高められる構成、(5) 図９(e) に示
すように、有色の弾性体からなる弾性被膜１０３がフィ
ルム７５に代えて透明平板７４に直接貼着されることに
よって、構成の簡略化がはかられた構成、の何れの構成
が適用されてもよい。

【００６９】また、上述した各実施形態では、光源７３
-1〜７３-Nから出射される光のスペクトラムが具体的に
示されていないが、その光については、指紋が採取され
るべき指、フィルム７５および透明平板７４の光学的な
特性に適応したスペクトラムを有し、かつ撮像素子１１
５、８０、８０ａ、９１が確実に感応するならば、可視
光や赤外線に限らず、如何なるものであってもよい。

【００７０】さらに、上述した各実施形態では、光源７
３-1〜７３-Nが備えられているが、上述した光が透明平
板７４を介してフィルム７５に確実に照射される環境が
確保されるならば、これらの光源７３-1〜７３-Nは備え
られなくてもよい。また、上述した各実施形態では、光
源７３-1〜７３-Nが定常的に既述の光を出射している
が、指紋の照合が所望の精度および速度で達成されるな
らば、例えば、これらの光源７３-1〜７３-Nあるいは付
加された何らかの光学系によってビーム状の光線が走査
されてもよい。

【００７１】さらに、上述した各実施形態では、白色の
半透明のＰＥＴフィルムがフィルム７５として適用され
ているが、そのフィルム７５については、既述の通り指
の光学的特性と光源７３-1〜７３-Nによって出射される
光のスペクトラムとに対して図４に示す光学的関係が成
立するならば、厚みを含む機械的寸法、素材および光学
的特性は如何なるものであってもよい。

【００７２】また、上述した各実施形態では、照合の対
象となるべき指紋の採取に供される凹凸パターン採取装
置に本願発明が適用されているが、これらの発明は、こ
のような指紋の採取に限定されず、既述の指に相当する
物体および凹凸面接触パッド７１が設置される空間の媒
質に固有の光学的特定に適応した材質、寸法、表面精度
でその凹凸面接触パッドが確実に形成されるならば、微
細な表面加工が施された物品の検査その他の多様な分野
にも同様にして適用可能である。

【００７３】さらに、上述した各実施形態では、凹凸面
接触パッド７１と撮像素子１１５、８０、８０ａ、９１
の撮像面とで挟まれた空間に配置された光学系が、単一
のレンズ７２によって形成されているが、そのレンズ７
２に代えて、例えば、マイクロレンズアレイ、レンズプ
レート、ファイバーオプティックスプレート、セルフォ
ックレンズアレイ等が適用されてもよい。

【００７４】また、上述した各実施形態では、凹凸面接
触パッド７１の核として透明平板７４が適用されている
が、その凹凸面接触パッド７１については、凹凸パター
ンが表面に形成された物体に確実に接触し、かつその凹
凸パターンを示す光学像が既述の光学的処理の下で確実
に得られるならば、平らな板状体に限定されず、如何な
る表面形状の板状体がその透明平板７４に代えて適用さ
れてもよい。

【００７５】さらに、上述した各実施形態では、画像信
号読み取り回路１１８、画像情報記憶部１１９、画像処
理部１２０およびパターン認識部１２１が個別のハード
ウエアとして構成されているが、例えば、これらの全て
あるいは一部が所望の信号処理を行うプログラムを実行
する単一または複数のマイクロプロセッサやＤＳＰによ
って構成されてもよい。

【００７６】

【発明の効果】上述したように請求項１に記載の発明で
は、半透明層に接触した物体の表面に形成された凹凸パ
ターンの凹部と凸部とが光学的に確度高く分離される。
また、請求項２〜４に記載の発明では、凹凸パターンが
従来例に比べて鮮明にパターン画像情報として採取され
る。

【００７７】さらに、請求項５に記載の発明では、請求
項３、４に記載の凹凸パターン採取装置に比べて、光学
系の構成の簡略化と小型化とがはかられる。したがっ
て、これらの発明が適用された凹凸パターン採取装置で
は、凹凸パターンが形成された物体の光学的な特性や照
明光のスペクトラムに柔軟に適応し、かつその凹凸パタ
ーンが忠実に採取される。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の原理構成図である。

【図２】請求項２〜５に記載の発明の原理ブロックであ
る。

【図３】請求項１、２に記載の発明に対応した実施形態
を示す図である。

【図４】指の反射特性に対して好適な光源およびフィル
ムの光学的特性を示す図である。

【図５】凹凸面接触パッドにおいて光学的に生じる現象
を示す図である。

【図６】請求項３に記載の発明に対応した実施形態を示
す図である。

【図７】請求項４に記載の発明に対応した実施形態を示
す図である。

【図８】請求項５に記載の発明に対応した実施形態を示
す図である。

【図９】凹凸面接触パッドの構成の種々の態様を示す図
である。

【図１０】従来の指紋照合システムの構成例を示す図
(1) である。

【図１１】従来の指紋照合システムの構成例を示す図
(2) である。

【符号の説明】

１０ 物体 １１ 基板 １２ 半透明層 ２１，７１ 凹凸面接触パッド ２２，３２，４２ 撮像手段 ２３，３３，４３，５１ 画像強調手段 ３１，４１ カラーフィルタ ６１ 光源 ７２，１１３ レンズ ７３，１３１ 光源 ７４ 透明平板 ７５ フィルム ８０，８０ａ，９１，１１５，１１５ａ 撮像素子 ８１，８１ａ カラーフィルタ ９２，１１７ 駆動回路 ９３，１１８ 画像信号読み取り回路 ９４，１１９ 画像情報記憶部 ９５，１２０ 画像処理部 ９６，１２１ パターン認識部 １００，１００ａ 透明弾性体 １０１，１０２ 塗装膜 １０１ａ 蒸着膜 １０３ 弾性薄膜 １１０，１１０ａ 導光板 １１１ 反射鏡 １１２ 絞り １１４ 鏡 １１６ 発光ダイオード １３２ レンズプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根間 新太郎 神奈川県川崎市高津区坂戸１丁目17番３号 富士通電装株式会社内 (72)発明者 藤井 勇作 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明体からなる基板と、 凹凸のパターンが表面に形成された物体が接し得る面を
   前記基板の一方の面との境界に対向して有し、その基板
   の一方の面に光学的に密に結合すると共に、この物体の
   色の主成分が分布する固有波長域の透過率がその固有波
   長域以外の波長域における透過率より大きい半透明層と
   を備えたことを特徴とする凹凸面接触パッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の凹凸面接触パッドと、 前記凹凸面接触パッドを構成する半透明層の透過率が大
   きい固有波長域を含む照明波長域で、その半透明層とこ
   の凹凸面接触パッドを構成する基板とを介して撮像を行
   うことによって、画像情報を得る撮像手段と、 前記撮像手段によって得られた画像情報に、前記半透明
   層と物体とが接し得る面で反射した光と、その物体で反
   射した光とを画素毎に輝度の差に基づいて峻別する処理
   を施し、この物体の表面に形成された凹凸パターンを示
   すパターン画像情報を生成する画像強調手段とを備えた
   ことを特徴とする凹凸パターン採取装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の凹凸面接触パッドと、 前記凹凸面接触パッドを構成する半透明層の透過率が小
   さい波長域に光学的な阻止域を有するカラーフィルタ
   と、 前記半透明層、前記凹凸面接触パッドを構成する基板お
   よび前記カラーフィルタを介して前記波長域を含む照明
   波長域で撮像を行うことによって、画像情報を得る撮像
   手段と、 前記撮像手段によって得られた画像情報に、前記半透明
   層と物体とが接し得る面で反射した光と、その物体で反
   射した光とを画素毎に輝度と波長との双方あるいは一方
   の相違に基づいて峻別する処理を施し、この物体の表面
   に形成された凹凸パターンを示すパターン画像情報を生
   成する画像強調手段とを備えたことを特徴とする凹凸パ
   ターン採取装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の凹凸面接触パッドと、 前記凹凸面接触パッドを構成する半透明層の透過率が大
   きい固有波長域に光学的な阻止域を有するカラーフィル
   タと、 前記半透明層、前記凹凸面接触パッドを構成する基板お
   よび前記カラーフィルタとを介して前記固有波長域を含
   む照明波長域で撮像を行うことによって、画像情報を得
   る撮像手段と、 前記撮像手段によって得られた画像情報に、前記半透明
   層と物体とが接し得る面で反射した光と、その物体で反
   射した光とを画素毎に輝度と波長との双方あるいは一方
   の相違に基づいて峻別する処理を施し、この物体の表面
   に形成された凹凸パターンを示すパターン画像情報を生
   成する画像強調手段とを備えたことを特徴とする凹凸パ
   ターン採取装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の凹凸面接触パッドと、 前記凹凸面接触パッドを構成する半透明層の透過率が大
   きい固有波長域を含む照明波長域で、その半透明層とこ
   の凹凸面接触パッドを構成する基板とを介して撮像を行
   うことによって、画像情報を得る撮像手段と、 前記撮像手段によって得られた画像情報に、前記照明波
   長域の内、前記固有波長域とその固有波長域以外の波長
   域との何れか一方の成分を強調し、かつ前記半透明層と
   物体とが接し得る面で反射した光と、その物体で反射し
   た光とを画素毎に輝度と波長との双方あるいは一方の相
   違に基づいて峻別する処理を施すことによって、この物
   体の表面に形成された凹凸パターンを示すパターン画像
   情報を生成する画像強調手段とを備えたことを特徴とす
   る凹凸パターン採取装置。