JPS63228271A - 指紋画像検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １産業上の利用分野」 本発明は、指紋画像の検出を、インク等を用いないで簡
易な光学系により実現する指紋画像検出装置の改良に関
する。

「従来の技術」 従来技術では、特開昭５４−８５６００号公報に開示さ
れたごとく、指紋画像をインクなどを用いないで検出す
る方法として、プリズムの反射面に指を押し当てること
により、光源から入射した光が、汗や脂が滲んだ指紋の
凸部では透過し、反射面との間に空気の層が存在する指
紋の凹部では反射することを利用して汗や脂と空気との
屈折率の差により指紋画像を検出していた。しかし、従
来方式では、車両の解錠装置に信号を入力するために使
用されたとき反射面と指紋の間に多量の水があった場合
には、指紋の凸部および凹部の双方共において光が反射
面を透過するので、指紋画像を検出することができなく
なるという間圧点があった。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、上記の問題点を解決するためにな′されたも
のであり、指紋画像を検出する際に、反射面と凹凸面の
間に多量の水があっても鮮明な指紋画像を検出すること
ができる検出装置を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 しかして、本発明によれば、略平行光または散乱光を照
射する光源手段と、前記光源手段からの光を入射する入
射面、および指を圧着され前記入射面を経た光を反射可
能な反射面、並びにこの反射面で反射した光が出射する
出射面の３面を持つプリズムと、前記出射面より出射し
た光を感知する角度に傾斜して配設されたｊ層像手段と
を備え、前記入射面から入射する光は、反射面で全反射
して水の層へ透過しなくなる角度以上に大きく設定され
たことを特徴とする指紋画像検出装置が提供される。

「作用」 上記構成によれば、光がプリズムに入射する角度が反射
面で全反射して水の屑へ透過しなくなる角度（水の臨界
角）より大きく設定しであるため、指紋の凹部と凸部に
応じて反射が異なり、指紋画像を鮮明に検出することが
できる。

「実施例」 次に、本発明の実施例を第１図から第８図について説明
する。

第１図は、本発明の第１の実施例を表わす構成図であり
、平行光光源１、直角プリズム２、固体撮像素子カメラ
３、およびＷｉ像像処理気気４構成しである。また、プ
リズム２の面ａは反射面であり、この面に指を密接させ
、指紋の隆線の凹凸を検出する。コリメータ等の平行光
光源１により形成された平行光線３０は、プリズム２の
入射面すより入射し反射面ａで反射してカメラ３に受光
され撮像処理袋Ｗ４に転送される。また、反射面ａには
指が密接しているとき、平行光光源１により形成された
平行光線３０が入射面すより入射し、反射面ａに到達し
た時、指紋の凹部５と反射面ａとの間には、水の層１０
があり、指紋の凸部６と反射面ａとの間には、指の表面
の汗や脂の層９がある。よって、指紋の凸部６と指紋の
凹部５とでは屈折率が違う、つまり、平行光線３０の入
射角θ、を光が反射面ａで全反射して水のＭｌｌｏへ透
過しなくなる角度（以後、水の臨界角という）以上に大
きくすれば指紋の凹部５では全反射し、指紋の凸部６で
は一部は反射し、残りは透過する。第２図は散乱光光源
による場合の第２の実施例を示し、１は散乱光光源をな
すハロゲンランプ、２は光学ガラス（材質ＢＫ７）によ
る直角プリズム、３は固体撮像素子カメラ、１２は散乱
板であり材質はメタクリル酸メチルエステルよりなる合
成樹脂板である。直角プリズム２の反射面ａに指２０を
押し当てる。

第３図は、実際に光源に散乱光を用い、材質ＢＫ７の直
角プリズムを使用し、固体撮像素子（ＣＣＤ）カメラ３
で受光したときの指紋の凹部５と凸部６の明るさを２５
６１！！を調で表わしたときの入射角θ、と凹部５と凸
部６の明るさの差（濃淡の差）の関係を示す、また、固
体撮像素子カメラ３は傾斜させていない、第４図は、本
発明の第１の実施例を表わす説明図であり、第４図に示
す第１の実施例では、従来方式に較べ入射角が大きなた
め出射光４０の幅α、が小さくなることより、倍率差に
よる画像歪みが大きくなる。第５図は、本第１の実施例
の問題点である歪みを補正する手段を示す説明図であり
、３は固体撮像索子カメラである。

カメラ３を、光軸に対して傾斜させることにより歪みを
補正することができる。第６図は、光源１′がハロゲン
ランプやタングステンランプ、または高輝度ＬＥＤをア
レイ状に並べたものなどの散乱光光源１°での画像の結
像状態を表わす説明図である。この中で１３はレンズ、
３は固体撮像素子カメラである。第７図は、散乱光光源
１′による場合の、ピントのぼけを解消する手段を示す
説明図であり、固体撮像素子カメラ３を光軸と垂直方向
の軸から６７度傾斜させることでピントのぼけをなくす
ことができる。第８図は、第７図の傾斜角θ、の具体的
角度を産出するための説明図であり、ａはプリズム２の
反射面ａのことであり、ｄは反射面ａ上の０点からレン
ズ１３までの距離、ｄ′は反射面ａ上のＡ点からレンズ
までの距離、ｅはレンズからカメラ３上のＦ点までの距
離、ｅ′はレンズ１３の中心から光軸上のＥ点までの圧
電である。θ、は光軸に対する反射面ａの傾斜角度であ
る。

「実施例の作用Ｊ ところで、反射面ａや指に水が付着した場合、第１図の
指紋の凸部６とプリズム２の反射面ａの間の汗や脂の層
９と、指紋の凹部５とプリズム２の反射面ａの間の水の
層１０とでは、指紋の凸部６には汀線孔があることによ
り、凸部６の汗や脂の層９の方が、凹部５の水の層１０
よりも不純物の濃度が濃く、屈折率が高い、よって、反
射面ａへの光の入射角θ２を光が反射面ａで全反射して
水の層１０へ透過しなくなる角度（水の臨界角）以上に
設定すれば、平行光光＆１３０は、指紋の凹部５では全
反射し、指紋の凸部６では反射面ａを透通して指紋表面
で乱反射する。これにより、指紋の凸部６が暗く、凹部
５が明るい指紋画像を得ることができる。

第１の実施例では、水の屈折率ｎ＋＝１．３３、プリズ
ムの屈折率ｎ２＝１−５２、空気の屈折率ｎ−＝　１．
００であるのでスネルの法則を用いれば、第１図の入射
角θ２は、 ｎ２゛ｓｉｎθ２：ｉｌ＋　Ｈａｉｎ９０”θｚ＝ｓｉ
ｎ−’　ｎ＋／ｎｔ　　＋　ＨＨ）　Ｈ（１）θ２ζ６
１．０４’ となりこの場合のプリズム２の入射面すと光源１の角度
θ４は、 ｎ５ｓｉ口θ４＝　ｎ　２３！　ｎ　（θ、−θ、）θ
４＝＝Ｆ４ｉｎす［−５ｉｎ（θ２−θＳ）コ（１）式
より、θｚ＝８！ｎ−’−なので、ｎ３　　　　　　　
　　　　　ｎ２ ・・・（２） となる、第１の実施例の様に直角プリズム２を使用した
場合、プリズム２の入射面すと光源１の角度θ４は、 θ４＃　２４．８４°以上 となる。

また、本実施例の角度に光源・プリズム・カメラを設定
した場合、第４図に見られるように反射面ａへの入射角
θ２が大きくなればなるほど線分α２は短かくなる。そ
の結果、歪みの大きな画像となる。これを補正する手段
として、第５図のように固体撮像素子カメラ３を傾斜さ
せることで対策できる。この場合のカメラ３の傾斜角θ
、は、線分α。、α２を用いて表わすと、次の（３）式
になる。

ｅｏＩ］θ１＝α２／α０　−・・・・（３）第５図に
おいて、線分α。の左端より平行光線３０に直角に下し
た線分りの長さは次の（４）式により表わすことができ
る。

Ｌ　＝　ａ　ｏｃｏｓθ２　−−−−−（４）また、平
行光＆１３０がプリズム２の入射面すを横切る線分１の
長さは、出射光！ｔ４０と平行光線３０の幅かともに等
しくα２であることにより次の（５）式で表わすことが
できる。

さらに、線分りと線分１のなす角度は（θ２−θ、）で
あるから、両線分の間には次の（６）式の関係がある。

Ｌ＝ｌｃｏｓ（θ２−θＳ）・・・・・（６）従って、
（４）、（５）、（６）式により（３）式の右辺α２／
α。を求めると、次の（７）式になる。

（７）式と（３）式とから、ｃｏｓθ６はθ２．θ１．
θ。

で表わすことができる。

マタ、ｅ　ｚ＝　ｅ　ｓ＋５ｉｎ−’（−５ｉｎθ４）
であるため、次の（９）式が求まる。

・・・・・（９） 第１の実施例の説明はすべて平行光光源又は、それに近
い光源で作成された平行光光線で説明したが、第２図に
示した第２の実施例のように光源１′としてハロゲンラ
ンプやタングステンランプ、高輝度ＬＥＤをアレイ状に
並べたものなどの散乱光光源１′でも光源１゛とプリズ
ム２の入射面すの間に光学的拡散部１２を設置すること
で十分に本発明を実施可能である。第３図は、実際にハ
ロゲンランプを用い材ＷＢＫ７の直角プリズムを使用し
た場合に、入射角θ、を一５°から＋３４°まで変化さ
せたものであり、反射面ａにぬれた指を密接させた状態
での濃淡の差を示す、散乱光光源の場合、結像する点へ
の光線が多数あるため、平行光光源のように、ある角度
を境に凹凸面画像が見えたり、見えなかったりするので
はなく、入射角θ、に応じて濃淡の差がある程度のカー
ブを描く。

しかし、光源が散乱光であるため第６図に示すように光
線４２が焦点を結ぶ点と光線４３が焦点を結ぶ点では、
ずれができ、このためピントのぼけが生じる。これを解
消する手段として固体撮像素子カメラ３を傾斜させるこ
とが考えられる。

第７図中の固体撮像素子カメラ３の傾斜角θアを、第８
図を用いて説明する。プリズム２の出射面Ｃでの光線の
屈折を無視するものとし、レンズ１３の倍率を翰倍とす
る。また、レンズ１３の焦点距離をｆとする。プリズム
２の反射面ａ上の任意の点をＡ、反射面ａ上で光軸上の
点をＣとし、Ｋで＝ｙとする。また、それらが固体撮像
素子カメラ３上で結像する点をそれぞれり、Ｆとする。

まず、第８図の関係から次の式が求まる。

ＡＢ−＋−ｙ　・ｓｉｎθ＠　　　　−−−・−（１０
）ＤＥ！、＝　　ｅ’　／ｄ’　　・　ｙ　−ｓｉｎθ
ａ　　　−・　・　（１１）ｄ’＝　ｄ　＋　ｙ−ｃｏ
ｓθ、　　　−−−−−（１２＞次に、レンズの基本式
より下式が成立する。

従って、（１２）式と（１３）式から次の（１４）式が
求まる。

また、（１１）式に（１２）式と（１４）式を代入する
ことにより、次式が求まる。

ｅ’　　　　　　　　ｆ 、・　　ｄ＋２．。。５ｆ９ｓ−ｆ　　“（１５）（１
１）式、（１４）式および（１５）式からｔａｎθ。

は次式により求まる。

・・・・・（１６） また、 であるので、 ｔａｎθフ＝醜／ｌａｎθ８　　　　　　・　・　・　
・　・　（１８）θテ＝ｊａｎ−’　　蒙／　ｔａｎθ
６　　　・　・　・　・　・　（１９）となる、また、
θ、は第１図のθ４．θ、で表わすと、 θ、＝θ、−０４ であるので、 θテ＝ｊａｎ−’□　・　・　・　・　（２０）ｊａｎ
（θ、−θ４） となる、よって、固体撮像素子カメラ３を光軸に対して
θ、に傾ければ、ピントのぼけがない画像を得ることが
できる。

「他の実施例」 本発明は、上記の実施例の構成に限定されるものではな
く、例えば、使用プリズム２は、６０゜分散プリズムな
どでもよく、６０°分散プリズムの場合は、光源とプリ
ズムの入射面すとの角度θ、は、（２）式にθ５＝６０
”を代入して、θ４＃１．５９’″以上 となる。

「効果」 以上述べたように、本発明の凹凸面画像検出装置は上記
の構成を有するものであり、プリズムの入射面から入射
する光の角度を、プリズムの反射面で全反射して水の層
へ透過しなくなる角度（水の臨界角）以上に大きく設定
したものであるから、指が水でぬれていても、水によっ
て光を反射させ、指紋の凸部と凹部に応じて反射が異な
り、指紋画像を検出することができるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図は
第２の実施例を示す構成図、第３図は第２の実施例にお
ける入射角と画像の濃淡の差の関係を示す特性図、第４
図は第１の実施例を表わす説明図、第５図は第１の実施
例において画像の歪みを補正する手段を示す説明図、第
６図は第２の実施例における結像状態を表わす説明図、
第７図はピントのぼけを解消する手段を示す説明図、第
８図はレンズの傾斜角を算出するための説明図である。 １１０．平行光光源、　ｌ’、、、散乱光光源、２１１
．直角プリズム、　３１９．固体撮像素子カメラ、５１
１．指紋の凹部、　６６９．指紋の凸部、　１０．、。 水の層、 ａ３１１反射面、　ｂｌｌ、入射面、　Ｃ１０，出射面
。 第４図 莞　６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 略平行光または散乱光を照射する光源手段と、前記光源
   手段からの光を入射する入射面、および指を圧着され前
   記入射面を経た光を反射可能な反射面、並びにこの反射
   面で反射した光が出射する出射面の３面を持つプリズム
   と、前記出射面より出射した光を感知する角度に傾斜し
   て配設された撮像手段とを備え、前記入射面から入射す
   る光は反射面で全反射して水の層へ透過しなくなる角度
   以上に大きく設定されたことを特徴とする指紋再像検出
   装置。