JP2004078887A - 指紋画像取り込み装置の光学システム - Google Patents

Abstract

【課題】より寸法の小さい指紋画像取り込み装置の光学システムを提供する。
【解決手段】指紋画像取り込み装置の光学システムは実質的に平板形状の光学プラテン１００と、光源と、画像センサ１５０とを備える。光学プラテン１００は指２００を置く無光沢で粗い表面を有する一様に平面の接触面１０００と、側面に画像センサ１５０と光源とが配置された一様に平面の観察面とを有する。光源からの入射光は指紋のうねの触れた接触面１００ａの領域に当たると散乱し、観察面を通過して画像センサ１５０により実質上取り込まれる。指紋の谷に対応する接触面１００ａの領域に当たる入射光は散乱し、さらに屈折により光学プリズムを通過して出て行く。これにより、指紋のうねはより明るい領域として、指紋の谷はより暗い領域として現れる。
【選択図】　　　　図２Ｂ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は一般に画像取り込み装置に関し、より特別には指紋画像取り込み装置の光学システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋識別システムは通常指紋の画像を得るためにビデオカメラなどの画像取り込み装置の使用を必要とする。しかしながら、同じ指紋の単純な写真を使用して画像取り込み装置の出力において同じ画像を得ることができ、これは結果的に指紋識別システムをだますこととなる。そのため、従来技術で周知の指紋画像取り込み装置のいくつかには画像取り込み装置の前に実物の指が実際に置かれていることを確認するために三角形の光学プリズムが備えられている。
【０００３】
図１及び図２は従来の指紋画像取り込み装置において使用される従来の光学システム及びそのメカニズムを示す概略図である。図示されているように、従来の光学システムは三角形の透明な光学プリズム１０と、光源１３と、画像センサ１５とを有する。光学プリズム１０は指２０を置く接触面１０ａと、光源１３からの光を受理する受光面１０ｂと、指紋から反射した画像光が通過してプリズム１０から出て行く観察面１０ｃとを有する。観察面から出て行った画像光は画像センサ１５により取り込まれる。全ての面１０ａ、１０ｂ、１０ｃは平面で滑らかであり、以下で説明するように十分な光の通り道が提供される。
【０００４】
図１Ｂの拡大図に示されるように、入射光Ｌ１はプリズム１０内に入り接触面１０ａの領域に当たり、そこで指紋のうね２２で散乱および／または吸収され、散乱光ＳＬ１が生じる。対照的に、指紋の谷２０４に対応する接触面１０ａの領域に当たる入射光Ｌ２は、入射角が反射の臨界角より大きい条件で全反射され反射光ＲＬ２となる。反射光ＲＬ２は観察面１０ｃを通ってプリズム１０から出て行き画像センサ１５により取り込まれる。
【０００５】
指紋の谷２４に対応する領域に当たる入射光Ｌ２は全反射され、一方指紋のうね２２に対応する領域に当たる入射光Ｌ１は散乱および／または吸収されるので、画像センサ１５内で形成された画像上で指紋の谷２４はより明るく指紋のうね２２はより暗く現れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の上記光学システムの欠点は、画像センサ上で画像を完全に形成することができず、このため形成された画像が悪く変形されるかもしれないことである。さらに、三角形状の光学プリズムを使用すると画像取り込み装置内での光学システムの載置配列の可能性が制限される。これは特に、画像取り込み装置の寸法を低減しなければならない時に不都合であるかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため、本発明の目的は、画像取り込み装置の寸法を減少させるために、寸法が減少した指紋画像取り込み装置の光学システムを提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、より大きな指紋画像の形成が可能となる指紋画像取り込み装置の光学システムを提供することである。
【０００９】
さらに、本発明の他の目的は、典型的なビデオカメラとして指紋画像または環境画像を取り込むための画像取り込み装置の柔軟な構成が可能な指紋画像取り込み装置の光学システムを提供することである。
【００１０】
上記および他の目的を達成するために、本発明は実質的に平板形状の光学プラテンと、光源と、画像センサとを備える指紋画像取り込み装置の光学システムを提供する。光学プラテンは指を置く粗い面を有する接触面と、側面に画像センサが配置された観察面とを有する。光源は光学プラテン内に入り接触面に当たる光を発する。指紋のうねが触れる接触面の領域に当たる入射光は接触面と指紋のうねの両方の不規則面により散乱する。指紋の谷に対応する接触面の領域に当たる入射光は散乱し、さらに屈折により光学プリズムから出て行き、指紋の谷と接触面との間で光の複数の屈折と散乱を受ける。指紋のうねに対応する接触面の領域からの散乱光は観察面を介して光学プラテンから出て行き、実質的には画像センサにより取り込まれる。指紋の谷に対応する接触面の領域を介して散乱、屈折した光は実質的には画像センサに到達しない。指紋の谷からの画像光の強度は実質的には指紋のうねからの画像光の強度より低く、そのため画像センサ内で形成される画像上で指紋の谷はより暗い領域として現れ、指紋のうねはより明るい領域として現れる。このように形成された、指紋画像のサイズはより大きいものとなる。
【００１１】
指紋画像取り込み装置の上記光学システムは、光学プラテンが電子装置の画像取り込みウインドウに対し可動載置されるように電子装置内に設置される。その可動載置により、光学プラテンは画像取り込みウインドウを覆ったり露出させたりすることができる。光学プラテンが画像取り込みウインドウを覆うと、光学システムは指紋画像を取り込むことができる指紋取り込み構成で配置される。光学プラテンが画像取り込みウインドウを露出させると、光学システムはより遠い環境画像を取り込むことができるビデオカメラ構成で配置される。
【００１２】
前述した全体的な説明も以下の詳細な説明も例示にすぎず、請求の範囲に記載された本発明についてさらに説明するものであることを理解すべきである。
【発明の実施の形態】
【００１３】
添付の図面を参照した本発明の実施の形態及び実施例についての以下の詳細な説明は例示にすぎず、限定するものではない。図面は各々が一般形状を有する要素を単純に図示したものであり、一定尺度に応じて表したものではなく、本発明の理解に不可欠な要素のみを表し、従来技術において周知の他の要素及び部品は省略されている。可能な限り、以下の説明及び添付の図面において、同様の引用数字及び記号は特に記載が無ければ同様の要素及び部品を表すものとする。
【００１４】
図２Ａ及び２Ｂには、本発明にかかる指紋画像取り込み装置が示されている。図２Ａは本発明にかかる指紋画像取り込み装置の光学システムを示す概略全体図である。図２Ｂは図２Ａの領域２Ｂの拡大図である。図２Ａに概略が示されているように、光学システムは光学プラテン１００と、光源１２０と、画像センサ１５０とを備える。従来技術において典型的に実現されるように、画像センサ１５０とプラテン１００との間にレンズアセンブリ（図示せず）をさらに設置してもよい。
【００１５】
光源１２０は好ましくは、例えば一列に配置された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）から構成される。しかしながら、プラテン１００上に入射光を提供する他の型の光源もまた適していることは容易に認識されるであろう。
【００１６】
画像センサ１５０はプラテン１００から画像光を取り込み、電気信号に変換する。画像センサ１５０としては例えば、当分野において周知のように、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）装置、または接触画像センサ（ＣＩＳ）などが挙げられる。
【００１７】
光学プラテン１００は透明ガラス、プラスチックまたは他の適当な透明材料から作製される。光学プラテン１００は好ましくは実質的に平板形状で形成される。図示されているように、そのような形状は例えば、全体形状が実質的に平行な２つの対向する大きな面１００ａ、１００ｂを有する平行六面体プリズムの全体形状に近い固体とすることができる。面１００ａ、１００ｂは図２Ａでは平行に描かれているが、異なる入射光及び放出光に対し最適な向きが得られるように互いに対しわずかに傾斜させてもよい。面１００ａは一様に平らな面から形成され、さらに、図２Ｂの拡大図で示されるように無光沢で粗い外観を示すように処理される。十分な表面不規則性は、例えば適当なグラインディング（ｇｒｉｎｄｅｉｎｇ）などの様々な方法により達成される。面１００ａは指紋画像取り込みのために指２００を置く接触面を構成する。面１００ｂは実質的に滑らかな一様に平らな面から形成され、その側方に画像センサ１５０が対向して配置される観察面１００ｂを構成する。図示した実施の形態では、光源１２０もまた画像センサ１５０と同じ側に適当に配置される。
【００１８】
画像センサ１５０上で指紋画像を形成するために、指２００を光学プラテン１００の接触面１００ａに、その不規則表面に指紋が接触するように置く。図２Ｂに示されるように、光源１２０から発せられた入射光（Ｌ１′、Ｌ２′）はプラテン１００内に入り接触面１００ａに当たる。様々な型の入射光が適しているが、この実施の形態では非干渉性入射光が好ましい。
【００１９】
指紋のうね２０２が接触面１００ａの粗い面に触れる接触面１００ａの領域では、入射光Ｌ１′が接触面１００ａ及び指紋のうね２０２の両方の不規則面により複数の方向で実質的に散乱して散乱光ＳＬ１′となる。散乱光ＳＬ１′の一部は観察面１００ｂを介してプラテン１００から出て行き、画像センサ１５０により取り込まれる。指紋の谷２０４に対応する接触面１００ａの領域では、入射光Ｌ２′の一部が接触面１００ａの不規則面により散乱されるが、入射光Ｌ２′の他の部分は屈折によりプラテン１００を通過して出て行く。この屈折光の部分は指紋の谷２０４の表面で散乱および／または吸収され、散乱した部分は接触面１００ａの不規則面に向かって再誘導され、接触面１００ａを介して再び散乱及び屈折を受ける。
【００２０】
指紋の谷２０４の領域での上記複数の光の散乱及び屈折により、指紋の谷２０４からの光の強度は指紋のうね２０２からの光の強度よりも実質的に低くなる。その結果、指紋画像において指紋の谷２０４はより暗い領域として、一方指紋のうね２０２はより明るい領域として現れる。
【００２１】
上記光学システムを用いると、従来技術よりも大きな画像を得ることができるという利点がある。うね２０２と谷２０４との間のコントラストをより良いものとするために、さらに特定の画像処理により指紋の画像を後処理することができる。
【００２２】
図３は、上記本発明の光学システムの実装例の概略を示す斜視図である。図示されているように、上述した光学システムを有する指紋画像取り込み装置は例えば携帯電話３００内に取り付けてもよい。携帯電話３００は、接触面１００ａを外に向け、観察面１００ｂを画像センサ１５０が載置された携帯電話の内部に向けた光学プラテン１００が、回転可能に取付られた画像取り込みウインドウ３２０を有する。指紋の画像を取り込むために、ウインドウ３２０を覆うようにプラテン１００を回転させ、指を接触面１００ａに接触させて置く。
【００２３】
上述したように携帯電話内に指紋画像取り込み装置を組み込むと、例えば携帯電話を指紋識別によりロック解除する内部ロッキングシステムを達成することができる。
【００２４】
ウインドウ３２０を露出させるようにプラテン１００を回転させることにより、指紋画像取り込み装置はさらに、より遠い環境画像を取り込む典型的なビデオカメラとして構成することができる。このビデオカメラは例えば使用者の画像を取り込み、音声／映像通信を達成することができる。
【００２５】
指紋との接触面は十分な大きさの指紋画像を保証する最小サイズを常に具備しなければならないので、従来の光学プリズムに比べ、本発明の実質的に平板な光学プラテンは光学システムのサイズを減少させる。その結果、指紋画像取り込み装置のサイズも減少させることができる。さらに、平板光学プラテンの適当な可動載置により、本発明の光学システムは指紋取り込み構成またはビデオカメラ構成を好適に可能とする。
【００２６】
本発明の上記構造の様々な部品の様々な改良及び変更により得られる他の構造もまた、この中で説明した本発明の範囲及び精神の範囲内であれば可能であることは、当業者には明白であるはずである。例えば、上記説明は指紋画像取り込み装置を携帯電話に実装することを示している。上述したように都合良く指紋画像取り込み装置を他の型の装置内に実装することができることは容易に理解されるだろう。そのため、実施の形態及び実施例の上記説明は本発明を実行する特別の様式を例示したにすぎず、そのため、様々な変更及び改良は添付の請求の範囲で規定される本発明の概念の範囲内にあれば本発明に含まれるはずである。
【００２７】
本発明についてさらに理解を深めるために添付の図面を包含させ、この明細書に組み込むと共にその一部を構成させる。図面は本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来技術において周知の指紋画像取り込み装置の従来の光学システムを示す概略図である。
【図１Ｂ】指紋画像取り込み装置の従来の光学システムのメカニズムを示す概略図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態にかかる指紋画像取り込み装置の光学システムを示す概略図である。
【図２Ｂ】本発明の実施の形態にかかる指紋画像取り込み装置の光学システムのメカニズムを示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる光学システムを備えた画像取り込み装置の適用を示す概略図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　　　　光学プリズム
１０ａ　　　　　　　　接触面
１０ｂ　　　　　　　　受光面
１０ｃ　　　　　　　　観察面
１３　　　　　　　　　　光源
１５　　　　　　　　　　画像センサ
２０　　　　　　　　　　指
２２　　　　　　　　　　うね
２４　　　　　　　　　　谷
１００　　　　　　　　光学プラテン
１００ａ　　　　　　接触面
１００ｂ　　　　　　観察面
１２０　　　　　　　　光源
１５０　　　　　　　　画像センサ
２００　　　　　　　　指
２０２　　　　　　　　うね
２０４　　　　　　　　谷
３００　　　　　　　　携帯電話
３２０　　　　　　　　画像取り込みウインドウ
Ｌ１　　　　　　　　　　入射光
Ｌ２　　　　　　　　　　入射光
ＲＬ２　　　　　　　　反射光
ＳＬ１　　　　　　　　散乱光

Claims (4)

1. 指紋画像取り込み装置の光学システム内で使用される光学プラテンであって、その光学プラテンは指紋画像を取り込むために指を置く無光沢で粗い表面を備えた接触面と、滑らかな表面を示す対向する観察面とを備え、前記接触面に当たった入射光の散乱により生じた指紋画像光が前記光学プラテンから出て行き画像センサにより取り込まれる光学プラテン。
2. 前記接触面は十分な粗さを有し、指紋のうねが触れる前記接触面の領域では光の散乱が、指紋の谷に対応する前記接触面の領域では光の散乱及び屈折がそれぞれ可能となり、これにより形成された指紋画像上で前記指紋のうねはより明るい領域として前記指紋の谷はより暗い領域として現れる請求項１記載の光学プラテン。
3. 画像取り込みウインドウを有する電子装置内に取り付けられた指紋画像取り込みのための光学システムであって、その光学システムは、
   指紋画像を取り込むために指を置く無光沢で粗い表面を備えた接触面と、滑らかな表面を示す対向する観察面とを備える光学プラテンであって、その光学プラテンは前記接触面を外に向け前記観察面を内に向けて画像取り込みウインドウに載置される光学プラテンと、
   前記観察面に近接して配置され、前記光学プラテン内に入り前記接触面に当たる入射光を発する光源と、
   前記光学プラテンの前記観察面に近接して配置され、指を置いた前記接触面上での前記入射光の散乱により生じる画像光を受け取る画像センサと、
   を備える光学システム。
4. 前記光学プラテンはさらに画像取り込みウインドウを覆ったり露出させたりすることができるようにその画像取り込み装置に対し可動載置され、これにより前記光学システムは前記光学プラテンが前記画像取り込みウインドウを覆うときに指紋画像を取り込む構成をとり、前記光学プラテンが前記画像取り込みウインドウを露出させるときにビデオカメラ光学システムとしてより遠くの環境画像を取り込む構成をとることができる請求項３記載の光学システム。

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