JP2579375B2

JP2579375B2 - 指紋入力装置

Info

Publication number: JP2579375B2
Application number: JP2055666A
Authority: JP
Inventors: 好司藤本; 眞行片桐
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1997-02-05
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: JPH03256185A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、指紋照合又は指紋識別等に使用する指紋入
力装置に関する。

［従来の技術］指紋入力を行う従来の装置として、第13図に示す如き
プリズムを用いて指紋の画像を直接的に取り込むものが
ある。

同図において、10は直角２等辺三角形を断面を有する
プリズムであり、その直角の頂辺と対向する底面10aに
指紋パターンを入力すべき指11が押し付けられる。この
底面10aに対して45度の入射角で光源12から光が照射さ
れ、指11の指紋の凹凸による反射画像を底面10aに対し
て45度の角度で設けた撮像デバイス13で取り込み、電気
信号に変換するように構成している。

第14図は、プリズムを用いて指紋の画像を直接的に取
り込む他の従来の指紋入力装置を示している。

同図において、20は直角２等辺三角形の断面を有する
プリズムであり、その直角の頂辺と対向する底面20aに
指紋パターンを入力すべき指21が押し付けられる。この
底面20aに対して全反射の臨界角以上の大きな入射角と
なるように光源22から光が照射される。これにより、指
紋の凹凸とプリズム20とが接触している部分で乱反射が
生じ、その光が光源22と同じ側の底面20aにより近い位
置に設けられた撮像デバイス23で取り込み、電気信号に
変換する。また、指紋の凹凸とプリズム20とが接触して
ない部分では光は乱反射せず全反射して面20bから外部
に出射する。

第15図は、従来のさらに他の指紋入力装置を示してい
る。

同図において、30は例えばガラス板からなる導光板で
あり、その一方の面30aの一部に指紋パターンを入力す
べき指31が押し付けられる。指31が押し付けられた部分
にレーザ光源32からコヒーレントなレーザ光を照射す
る。これにより、指紋の凹凸と導光板30とが接触してい
る部分で乱反射が生じ、この乱反射による光が導光板30
内を伝搬して導光板30の離れた位置に取着されたホログ
ラム33に印加される。その結果、このホログラム33の作
用により導光板30から乱反射による光が取り出され、撮
像デバイス34に入射せしめられて電気信号に変換され
る。指紋の凹凸と導光板30とが接触していない部分では
レーザ光が導光板30の外部に出射され指紋の凹部で反射
されて再び導光板30に入射される。しかしながら、この
光35は導光板30の反対側の面30bから再度外部に出射さ
れてしまい、ホログラム33の部分に到達することはな
い。

［発明が解決しようとする課題］第13図の従来の指紋入力装置は、構成は簡単である
が、照射光の底面10aに対する入射角が45度と小さいた
め、指紋の凹凸に対する反射画像信号のS/Nが非常に低
いという問題点を有している。

また、第14図の従来の指紋入力装置によると、指紋の
凹凸とプリズム20とが接触していない部分では光が乱反
射せず全反射して面20bから外部に出射する。このた
め、撮像デバイス23にはこの部分から光が全く入射され
ない。従って、第13図の装置よりその分S/Nが改善され
るが、乱反射した光の極く一部しか撮像デバイス23に入
射しないため、S/Nを大幅に向上させることは難しい。

さらにまた、第15図の従来の指紋入力装置によると、
指紋の凹凸と導光板30とが接触してない部分に入射した
光は、導光板30から外部に出射されてしまい、ホログラ
ム33の部分に到達することはないので、かなり優れたS/
Nを得ることができるが、特殊なレーザ光源及びホログ
ラム等の光学デバイスが必要となり製造コストがかなり
高くなるという問題点を有している。

従って本願の発明の目的は、優れたS/Nを有しかつ安
価な指紋入力装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上述の目的を達成する本願の発明の特徴は、指紋パタ
ーンを入力すべき指を載置する貫通穴を有する導光板
と、光源と、光源からの光を前記導光板の少なくとも１
つの面から導光板内において光が全反射する入射角度で
入射せしめる手段と、導光板の貫通穴を介して指と対向
する位置に設けた撮像手段とを備えており、導光板は入
射された光を貫通穴の端面から入射して指に照射するよ
うに構成されており、撮像手段は指の指紋パターンによ
って反射された光を受け取るように構成されていること
にある。

好ましくは、導光板は、光源からの光が入射する面と
貫通穴の端面と貫通穴の軸に直交する２つの面とを除く
全ての面に反射膜を有している。

［作用］本願の発明においては、導光板内において光が全反射
する入射角度で光源からの光が導光板に入射せしめられ
る。これにより、この入射光は全反射を繰り返しながら
導光板内を伝搬する。指紋パターンを入力すべき指を載
置する位置の導光板に貫通穴が設けられており、導光板
内を伝搬してきた光はこの貫通穴の端面から出射して指
に照射せしめられる。これにより、指紋パターンの凹凸
に応じて光が反射され、その反射光を貫通穴を介して指
と対向する位置に設けられた撮像手段で受け取ることに
よって指紋パターンが電気的信号として入力せしめられ
る。

導光板が、光源からの光が入射する面と貫通穴の端面
と貫通穴の軸に直交する２つの面とを除く全ての面に反
射膜を有している場合には、反射膜により光が外部に出
ることなく反射されて再び指紋採取部分まで到達するの
で、撮像手段に印加される光の量が大幅に増大し、指紋
パターン画像のシェーディングを少なくともすることが
でき、S/Nを大幅に向上させることができる。

［実施例］以下、図面を用いて本願の参考例及び本発明の実施例
の構成を詳細に説明する。

第１図は本願の一参考例の構成を概略的に示す側面図
である。

同図において、40は水平に設置された透明な導光板で
あり、例えば帯板状のガラス板等で形成される。この導
光板40の一端側（図にて右端側）の上面には指紋パター
ンを入力すべき指41が接触せしめられる指紋採取部分は
40aが設けられている。

導光板40の寸法は、光伝搬方向（図にて左右方向）の
長さが約100mmであり、幅が30〜40mm程度である。この
光伝搬方向の長さは、指紋採取部分40aの長さ（10〜20m
m）より十分長く設定されている。

導光板40の指紋採取部分40aに対して反対端側（図に
て左端側）の下面（上面であってもよい）には、直角三
角形の断面を有するプリズム42の直角の頂辺と対向する
底面42aが接着されている。この接着には、導光板40と
同じ屈折率を有する接着剤が用いられる。

導光板40の指紋採取部分40aの真下には、撮像デバイ
ス43が設けられている。

プリズム42の面42bに対向する位置に光源44が設けら
れており、この光源44からの光L1がプリズム42を介して
導光板40に入射せしめられる。この場合、導光板40に対
する入射角が、導光板40の全反射の臨界角（一般的なガ
ラスの場合は約41.2度）より少し大きい角度となるよう
に設定されている。これは、プリズム42の形状、光源44
の位置及び照射方向等によって設定できる。

光源44からの光L1は平行光線であることが望ましい
が、完全に平行光線でなくともよい。その理由は、導光
板40の全反射の臨界角より小さい入射角の光は導光板40
の上面又は下面を透過して外部に放射されてしまう導光
板40内を伝搬しないからである。

導光板40の全反射の臨界角より大きい角度で導光板40
に入射された光L2は、導光板40の上面及び下面で全反射
されながらこの導光板40内を伝搬し、指紋採取部分40a
に到達する。

指41が導光板40の上面の指紋採取部分40aに押し付け
られてない場合は、この光L2は全反射されて導光板40の
図にて右側の端面40bから外部に出射される。従って、
この場合撮像デバイス43には、光が印加されない。

指41が導光板40の上面の指紋採取部分40aに押し付け
られている場合は、指紋パターンの凹凸により導光板40
の上面と接触している部分で乱反射が生じる。このた
め、全反射の臨界角より小さい角度の光L3が導光板40の
下面から外部に出射され、撮像デバイス43に印加され
る。撮像デバイス43は、この光L3を集光し、結像して電
気的信号に変換する。その結果、指紋パターンを表す電
気的信号を得ることができる。

第２図は本願の他の参考例の構成を概略的に表す側面
図である。

この参考例は、基本的には第１図の参考例と同じであ
るが、光源144からの光をプリズムを使用せずに導光板1
40の端面140cから直接的に入射するように構成されてい
る点のみが第１図の参考例と異なっている。

この参考例は、光源144と導光板140と撮像デバイス14
3との３つの部材から構成できるため、非常に構造が簡
単となる利点を有する。

なお、導光板140の端面140cをその上面及び下面に対
して直角となるように構成してもよいが、第２図に示す
ように角度を持たせ、光源144からの光が垂直に入射す
るようにすれば入射効率が最大となる。

第３図は本願のさらに他の参考例の構成を概略的に表
す側面図である。

この参考例は、指241を接触させる指紋採取部分240a
を中心として導光板240の左右から光を入射するように
構成している点を除いて基本的に第２図の参考例と同じ
構成である。

導光板240の左右両側に光源244及び245がそれぞれ設
けられており、これらの光源244及び245からの光が端面
240c及び240bをそれぞれ介して導光板240に入射する。
これにより、指紋採取部分240aには両方向からの光が印
加される。

この参考例によれば、指紋パターンの凹凸により乱反
射されて撮像デバイス243に印加される光の量が２倍と
なり、しかも指紋パターン画像のシェーディングを少な
くすることができる。その結果、S/Nを大幅に向上させ
ることができる。

第４図は本願のまたさらに他の参考例の構成を概略的
に表す側面図である。

この参考例では、導光板340の光源344側の端面340cと
上面と下面とを除く３つの面、即ち、２つの側面と端面
340bとが全てアルミニウム等の金属を蒸着した鏡面とな
っている。その他の構成は、第２図の参考例の構成と全
く同じである。

この参考例によれば、光が２つの側面においても確実
に反射されながら導光板340内を進み、端面340bで外部
に出ることなく反射されて再び指紋採取部分340aに印加
される。その結果、第３図の参考例と同様に、指紋パタ
ーンの凹凸により乱反射されて撮像デバイス343に印加
される光の量が大幅に増大し、しかも指紋パターン画像
のシェーディングを少なくすることができ、S/Nを大幅
に向上させることができる。しかもこの参考例によれ
ば、光源を２つ設けることなく１つの光源だけで同等の
効果をあげることができるので、より簡単な安価な構成
とすることができる。

このように上述の参考例によれば、光源と導光板と撮
像デバイスとから基本的に構成することができるので、
非常に小型かつ安価な指紋入力装置を提供することがで
きる。しかも、指紋の凹凸と接触している部分での乱反
射による光のうち、全反射の臨界角より小さい反射角を
有する光が全て撮像デバイスに印加され映像として結像
されるので、S/Nを大幅に向上させることができる。

第５図は本願の発明の一実施例の構成を概略的に表す
側面図であり、第６図はその平面図である。

これらの図において、440は水平に設置された透明な
導光板であり、例えば長方形板状のガラス板等で形成さ
れる。この導光板440の中心位置に、指紋パターンを入
力すべき指441がその上側の開口部に載置せしめられる
指紋採取用の貫通穴447が設けられている。この貫通穴4
47は、指441の大きさより多少小さい径の楕円形状とな
っており、指紋採取時は、指441がこの貫通穴447の開口
部をふさぐように指紋面を下にして押し付けられる。

導光板440の寸法は、光伝搬方向（図にて左右方向）
の長さが約100mmであり、幅が50mm程度である。この光
伝搬方向の長さは、指紋採取用の貫通穴447の長さ（10
〜20mm）より十分長く設定されている。

導光板440の指紋採取用の貫通穴447の真下には、撮像
デバイス443が設けられている。

導光板440の左右両側に光源444及び445がそれぞれ設
けられており、これらの光源444及び445からの光が垂直
に端面440c及び440bにそれぞれ印加されて導光板440内
に入射する。

この場合、導光板440に対する入射角が、導光板440の
全反射の臨界角（一般的なガラスの場合は約41.2度）よ
り少し大きい角度となるように設定されている。

光源444及び445からの光L4及びL5は平行光線であるこ
とが望ましいが、完全に平行光線でなくともよい。その
理由は、導光板440の全反射の臨界角より小さい入射角
の光は導光板440の上面又は下面を透過して外部に放射
されてしまい導光板440内を伝搬しないからである。

導光板440の全反射の臨界角より大きい角度で導光板4
40に入射された光L6及びL7は、導光板440の上面及び下
面で全反射されながらこの導光板440内を伝搬し、指紋
採取用の貫通穴447に到達する。そして、その貫通穴447
の端面447aから導光板440の外部に、即ち貫通穴447の内
部に出射される。

指441がこの貫通穴447をふさぐように指紋面を下にし
て押し付けられているため、この出射された光L8及びL9
が低い角度から指441の指紋面に照射される。この光L8
及びL9が指紋パターンの凹凸で反射され、その発射光L1
0が撮像デバイス443に印加される。撮像デバイス443
は、この光L10を集光し、結像して電気的信号に変換す
る。その結果、指紋パターンを表す電気的信号を得るこ
とができる。

この実施例によれば、導光板440の両方向から光が印
加されるので、指紋面は両側から照明されることとな
る。このため、撮像デバイス443に印加される光の量が
大幅に増大するのでS/Nを大幅に向上させることができ
ると共に指紋パターン画像のシェーディング少なくする
ことができる。

しかもこの実施例は、光源444及び445と導光板440と
撮像デバイス443との４つの部材から構成できるため、
非常に構造が簡単となる利点を有する。

第７図は本願の発明の他の実施例の構成を概略的に表
す側面図であり、第８図はその平面図である。

この実施例は、基本的には第５図及び第６図の実施例
と同じであるが、導光板540の光源544側の端面540cと光
源545側の端面540bと上面と下面とを除く２つの側面540
d及び540eの側面が全てアルミニウム等の金属を蒸着し
た鏡面となっている。

この実施例によれば、左右の光源544及び545から入射
された光が２つの側面においても外部に出ることなく確
実に反射されながら導光板540内を進み、指紋採取用の
貫通穴547に到達する。その結果、指541の指紋パターン
の凹凸により反射されて撮像デバイス543に印加される
光の量が増大し、S/Nを向上させることができる。

第９図は本願の発明のさらに他の実施例の構成を概略
的に表す側面図であり、第10図はその平面図である。

この実施例は、基本的には第５図及び第６図の実施例
と同じであるが、導光板640の指紋採取用の貫通穴647の
端面647aの角度が第５図及び第６図の実施例と異なって
いる。即ち、第５図及び第６図の実施例では、端面447a
は導光板440の上面及び下面に対して直角となっている
が、この実施例では、貫通穴647が下方向に向かって広
がるように傾斜されたテーパ状の端面647aとなってい
る。このため、光源644及び645から導光板640内を平行
に進み貫通穴647に到達した光がその端面647aで大きく
屈折し、指641の指紋面により多くの光が印加される。
その結果、指641の指紋パターンの凹凸により反射され
て撮像デバイス643に印加される光の量が大幅に増大
し、S/Nを大幅に向上させることができる。

第11図は本願の発明のまたさらに他の実施例の構成を
概略的に表す側面図であり、第12図はその平面図であ
る。

第９図及び第10図の実施例では、導光板640の指紋採
取用の貫通穴647の端面647aが直線的に傾斜されている
のに対して、この実施例では、貫通穴747の端面747aが
放物線状に下方向に向かって広がるように傾斜されてい
る。このため、光源744及び745から導光板740内を平行
に進み貫通穴747に到達した光がその端面747aで指741の
指紋面に集光するように屈折する。その結果、指741の
指紋パターンの凹凸により反射されて撮像デバイス743
に印加される光の量がより大幅に増大し、S/Nをより大
幅に向上させることができる。

このように本願の発明によれば、光源と穴をあけた導
光板と撮像デバイスとから基本的に構成することができ
るので、非常に小型かつ安価な指紋入力装置を提供する
ことができる。しかも、指紋の凹凸と導光板とが非接触
であるため、接触による導光板表面の汚れ発生を防止す
ることができ、汚れによる経時変化を回避することがで
きる。即ち、指を導光板やプリズムに接触させる方式の
指紋入力装置によると、導光板やプリズムの表面が汚れ
てしまい、この汚れのために、S/Nが徐々に悪化して最
終的には指紋の認識、照合が不可能となることもあり、
また、時には前の指の指紋パターンが残っている場合が
あり、指紋の認識、照合を間違える可能性もあったので
ある。

さらに本願の発明によれば、、貫通穴によって指の位
置を確実に固定することができると共に指に対して光を
低い角度で照射することによって指紋の凹凸を明瞭に浮
かび上がらせることができるため、S/Nを大幅に向上さ
せることができる。

［発明の効果］本願の発明によれば、指紋パターンを入力すべき指を
載置する貫通穴を有する導光板と、光源と、光源からの
光を前記導光板の少なくとも１つの面から導光板内にお
いて光が全反射する入射角度で入射せしめる手段と、導
光板の貫通穴を介して指と対向する位置に設けた撮像手
段とを備えており、導光板は入射された光を貫通穴の端
面から出射して指に照射するように構成されており、撮
像手段は指の指紋パターンによって反射された光を受け
取るように構成されているため、非常に小型かつ安価な
指紋入力装置を提供することができる。しかも、指紋の
凹凸と導光板とが非接触であるため、接触による導光板
表面の汚れ発生を防止するすることができ、汚れによる
経時変化を回避することができる。また、指に対して光
を低い角度で照射することによって、指紋の凹凸を明瞭
に浮かび上がらせることができるため、S/Nを大幅に向
上させることができる。

導光板が、光源からの光が入射する面と貫通穴の端面
と貫通穴の軸に直交する２つの面とを除く全ての面に反
射膜を有している場合には、反射膜により光が外部に出
ることなく反射されて再び指紋採取部分まで到達するの
で、撮像手段に印加される光の量が大幅に増大し、指紋
パターン画像のシェーディングを少なくすることがで
き、S/Nを大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の一参考例の構成を概略的に示す側面図で
ある。第２図は本願の第１の発明の他の実施例の構成を
概略的に表す側面図、第３図は本願のさらに他の参考例
の構成を概略的に表す側面図、第４図は本願のまたさら
に他の参考例の構成を概略的に表す側面図、第５図は本
願の発明の一実施例の構成を概略的に表す側面図、第６
図はその平面図、第７図は本願の発明の他の実施例の構
成を概略的に表す側面図、第８図はその平面図、第９図
は本願の発明のさらに他の実施例の構成を概略的に表す
側面図、第10図はその平面図、第11図は本願の発明のま
たさらに他の実施例の構成を概略的に表す側面図、第12
図はその平面図、第13図、第14図及び第15図は従来の指
紋入力装置の側面図である。 40、140、240、340、440、540、640、740……導光板、4
0a、240a、340a……指紋採取部分、41、241、341、44
1、541、641、741……指、42……プリズム、43、143、2
43、343、443、543、643、743……撮像デバイス、44、1
44、244、245、344、444、445、544、545、644、645、7
44、745……光源、447、547、647、747……貫通穴。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】指紋パターンを入力すべき指を載置する貫
通穴を有する導光板と、光源と、該光源からの光を前記
導光板の少なくとも１つの面から該導光板内において該
光が全反射する入射角度で入射せしめる手段と、前記導
光板の前記貫通穴を介して前記指と対向する位置に設け
た撮像手段とを備えており、前記導光板は入射された前
記光を前記貫通穴の端面から出射して前記指に照射する
ように構成されており、前記撮像手段は前記指の指紋パ
ターンによって反射された前記光を受け取るように構成
されていることを特徴とする指紋入力装置。
【請求項２】前記導光板は、前記光源からの光が入射す
る面と前記貫通穴の端面と前記貫通穴の軸に直交する２
つの面とを除く全ての面に反射膜を有することを特徴と
する請求項１に記載の指紋入力装置。