JP2972468B2 - 指紋読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入退室管理システム等
に用いられ、指紋によって本人を判定するシステムにお
いて、指紋をデータとして取り込む指紋読取装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置に用いられて指紋の
画像を取り込む方式として、プリズム等の透明体に指を
押し付けて指紋をカメラで撮影する方式が広く使われて
きた。これは透明体の表面に指先を押し付ける一方、透
明体の裏面から光を入射させ、透明体の表面で反射され
た光をカメラで撮影するものである。指紋の凸部が透明
体の表面と密着した部分では光が透過し、指紋の凹部は
表面に接触しないので光は透過しないで反射する。この
ため、指紋の凸部が暗く凹部が明るく見えるような指紋
画像がカメラの画像出力として得られることになる。こ
の画像出力を予め登録してある指紋画像と比較してその
一致をみることで、本人であることを判定することがで
きる。

【０００３】しかしながら、この方式は、透明体の表面
に付着した指紋が採取されて悪用されるという問題があ
る。また、透明体表面の汚れによって指紋が読み取れな
くなるという問題もある。特に、汗腺が閉塞して指が乾
燥している場合には、透明体表面での前記した反射，透
過が顕著に行われず、指紋が読みとれない場合がある。
更に、透明体の表面には不特定多数の人の指が接触され
るため、非衛生的であるという問題がある。

【０００４】そこで、これらの問題を解消するために、
指先に直接光ビームを走査させ、その反射光によって指
紋の凹凸を読み取るものが提案されている。例えば、米
国特許第４３２２１６３号や特開昭６３−２６１４８５
号公報に記載されたものがある。この方式では、所謂非
接触で指紋を読み取ることができるため、前記した透明
体を利用する際の問題が解消できる。しかしながら、光
ビームの走査に時間がかかると共に、光ビームを走査し
ている間中は指が移動しないように指を固定しなければ
ならない。しかしながら、現在では指を走査時間だけ固
定するための有効な構造が提案されてはおらず、また指
を固定させている間、利用者に動きを禁じる等の制約を
与えることになり、好ましいものではない。

【０００５】このようなことから、指紋の凹凸の立体的
な形状、即ち三次元形状を計測する方式が提案されてき
ている。例えば、「三次元画像計測」（井口征士、佐藤
宏介挿、昭晃堂、１９９０年１１月）や「光応用計測の
基礎」（光工業計測研究専門委員会編、計測自動制御学
会、昭和５８年７月）等に詳細な説明がなされている。
このような指紋の凹凸の三次元形状を計測する一例とし
て、複数の位置から指紋を撮影し、得られた複数のステ
レオ画像のそれぞれの同一点を観測することで、指紋の
各点の位置情報、換言すればカメラからの距離情報を計
測するステレオ法が知られている。なお、ステレオ画像
とは、狭義には同一の被写体を異なる位置にある２台の
カメラから撮影して得られる２枚の画像のことである
が、広義には３台以上のカメラから撮影して得られる複
数の画像についてもステレオ画像と称している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような、ステレオ
法を指紋の凹凸の三次元形状の計測に適用する場合に
は、被写体としての凹凸が微細であるため、計測に有効
なステレオ画像を得るためにはカメラを指先に接近させ
て撮影を行う必要がある。また、高精度な計測を行うた
めには、ステレオ画像はできるだけ数が多い方が好まし
い。しかしながら、従来では、複数台の独立したカメラ
を近接配置して指の撮影を行っているため、各カメラの
外形寸法以下には両者を近接させることができず、微細
な指紋の凹凸に有効なステレオ画像を得ることが困難で
ある。また、多数のステレオ画像を得るためには、多数
台のカメラが必要となり、これらのカメラを近接配置す
ることも困難であるととともに、カメラの台数の増加に
伴って装置全体が高価なものになるという問題もある。
このため、１台のカメラを移動させながら複数の画像を
撮影することも提案されているが、移動機構が大型化す
るとともに、移動を行うのに時間がかかり、その間前記
した光走査方式の場合と同様に指を固定しなければなら
ないという問題が生じる。本発明の目的は、ステレオ方
式の問題点を解消し、ステレオ方式による有効な指紋の
読み取りを可能にした指紋読取装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、読み取られる
指紋の指が載置される窓を有する壁板と、この壁板に沿
って配設されて前記指が窓に位置された状態を検知する
センサと、このセンサの検知出力により前記窓を通して
指紋を照明する照明手段と、前記センサの検出出力によ
り回転駆動される回転駆動部と、窓を通して照明された
指紋を撮像するための結像光学系と撮像素子とで構成さ
れる複数の撮像部を所要寸法で離間配置し、かつ前記各
撮像部の中心位置を回転軸として前記回転駆動部によっ
て回転駆動されるカメラと、前記カメラの少なくとも一
以上の回転位置において各撮像部でそれぞれ撮像した指
紋の映像信号を処理する画像処理回路とを備え、前記画
像処理回路は、複数の撮像部から得られる映像信号をス
テレオ法により距離情報を抽出し、この距離情報に基づ
いて指紋パターンデータを算出することを特徴とする。

【０００８】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の要部の概略構成を示す斜視図であ
り、同図において、Ｆは指紋が読み取られる指であり、
本人を判定する際に、壁板１に設けられた窓１ａに指Ｆ
を臨ませ、或いは指し入れるようになっている。また、
この壁板１の表面側、即ち人が対面する側には液晶等で
構成した表示器２が設けられ、指の位置が適切であるか
否か、或いはその他の情報を表示させるようになってい
る。一方、壁板１の裏面側には指紋読取装置１０が設け
られる。この指紋読取装置１０には、指Ｆが臨ませられ
る前記壁板１の窓１ａに対して対向配置された１台のカ
メラ１１が設けられる。このカメラ１１は円筒状をした
カメラ筐体１２を有しており、このカメラ筐体１２は、
その中心位置に回転軸１３が突出され、この回転軸１３
に連結された回転駆動部としてのモータ１４によって一
方向に回転駆動されるようになっている。このモータ１
４には回転軸１３の回転量を検出する回転検出器（図示
せず）が設けられており、カメラ筐体１２の回転量を検
出信号として出力することができる。

【０００９】前記カメラ筐体１２内には、図２に図１の
断面構造を示すように、複数（ここでは２個）の撮像部
２０，３０がカメラ筐体１２の中心線に対して線対称と
なるように所要の間隔をおいてそれぞれ内装される。一
方の撮像部２０は、指Ｆの指紋を光学的に結像するため
の結像光学系２１と、結像された光学像を電気信号に変
換するためのＣＣＤ等の撮像素子２２とで構成される。
同様に、他方の撮像部３も結像光学系３１と、撮像素子
３２とで構成される。そして、前記各結像光学系２１，
３１はその光軸を、カメラ筐体１２の中心方向に向けて
傾斜し、各光学系２１，３１の光軸が前記窓１ａの位
置、又はその近傍の位置で交差されるようになってい
る。また、前記各撮像素子２２，３２は、それぞれの結
像光学系２１，３１に対応させて、その受光面が光軸と
直角となるように支持部材１５を介してカメラ筐体１２
内に固定支持されている。なお、支持部材１５を用いて
いるのは、カメラ筐体１２の加工と、撮像素子２２，３
２の位置調整を容易に行うためであり、カメラ筐体１２
を高精度に加工できる場合には支持部材１５は不要であ
り、撮像素子２２，３２をカメラ筐体１２に直接固定支
持させてもよい。

【００１０】また、前記カメラ筐体１２の周面には、円
環状をした複数本の摺接リング１６が円環状に配設さ
れ、各摺接リング１６は前記各撮像素子２２，３２に電
気接続されており、それぞれには、カメラ筐体の円周一
部に対向配置した複数の摺接片１７がそれぞれ接触され
ている。これにより、この摺接リング１６と摺接片１７
を通して撮像素子２２，３２で撮像した映像信号がカメ
ラ筐体外部に取り出されるようになっている。なお、前
記窓１ａに臨む壁板１の内側には、指Ｆを照明するため
の照明器３が配置される。また、前記窓１ａとカメラ筐
体１２の前面との間には透明板、ここではガラス板４が
配置され、指Ｆがカメラ筐体１２や各結像光学系２１，
３１を構成するレンズ等に触れないようになっている。
更に、前記壁板１の近傍位置にはセンサ５が配置され、
人が近づいたことを検出し、所定の信号を出力するよう
に構成されている。

【００１１】図３は本発明の指紋読取装置のブロック構
成図であり、前記２個の撮像素子２２，３２はそれぞれ
画像処理回路４０に接続される。この画像処理回路４０
には、前記各撮像素子２２，３２から得られた映像信号
に基づいて、ステレオ法によって距離情報を抽出する抽
出部４１と、更にこの距離情報を２値化することによっ
て指紋パターンデータを算出する演算部４２と、この指
紋パターンデータを出力端子から出力する出力部４３と
を備えている。また、前記画像処理回路４０は制御回路
５０により制御されるが、この制御回路５０には前記モ
ータ１４が接続され、モータの回転が制御されるととも
に、モータの回転に伴うカメラの回転情報が制御回路５
０に入力されるようになっている。更に、前記センサ５
の検出信号が制御回路５０に入力されるようになってい
る。一方、制御回路５０からは前記表示器２に所定の表
示信号を出力するようになっている。

【００１２】この構成の指紋読取装置によれば、壁板１
に人が近づくとセンサ５がこれを検出し、検出信号を制
御回路５０に出力する。制御回路５０はこれを受けて照
明器３を点灯し、続いて窓１ａに臨まされた指Ｆを照明
する。これと同時に、カメラ１１は２個の撮像部２０，
３０の撮像素子２２，３２を駆動させ、結像光学系２
１，３１により結像された指紋の画像信号を電気信号と
して取り込む。この画像信号は摺接リング１６と摺接片
１７を介して画像処理回路４０に入力される。続いて、
所定のタイミングで制御回路５０はモータ１４に駆動信
号を出力し、モータを回転させる。このモータの回転に
よりカメラ筐体１２が回転され、所定角度だけ回転され
ると、一旦停止し、前述と同様に２個の撮像部２０，３
０により指紋の撮像を行う。この撮像により得られた映
像信号は先の映像信号に続いて画像処理回路４０に入力
される。また、モータ１４に付設した回転検出器からは
カメラ筐体１２の回転量が検出され、制御回路５０に入
力される。これにより、制御回路５０はカメ筐体１２の
回転位置を認識し、かつその回転位置における映像信号
を判別して画像処理回路４０での処理を行わせる。

【００１３】以下、必要とされる角度単位でカメラ筐体
１２を回転させ、その都度指紋の撮像を実行する。これ
により、多数の映像信号が画像処理回路４０に入力さ
れ、抽出部４１ではこれらの映像信号に基づいて、ステ
レオ法によって距離情報を抽出し、更に演算部４２でこ
の距離情報を２値化することによって指紋パターンデー
タを算出し、この指紋パターンデータを出力部４３から
出力することができる。このようにして得られた指紋パ
ターンデータは、図外の指紋照合装置において、既に登
録されている本人の指紋パターンデータと照合すること
で、本人の判定が行われることは言うまでもない。な
お、この場合、１回の撮像で本人を判定するのに充分な
指紋パターンデータが得られるのであれば、モータ１４
によりカメラ１１を回転させて複数回の撮像を行う必要
はない。但し、通常では判定の信頼性を高めるために複
数回の撮像を行うことになる。

【００１４】このように、この指紋読取装置では、複数
の撮像部２０，３０を一体に有する１台のカメラ１１を
用いて指紋の撮像を行うため、複数台のカメラを用いて
撮像を行う装置に比較してスペースの低減を図ることが
できる。特に、この構成ではカメラ筐体１２を回転させ
ることにより複数の撮像部２０，３０をそれぞれ異なる
位置で撮像を行うことができるので、カメラを設備した
スペースからはみ出すことなく、撮像が実現できる。ま
た、１台のカメラを移動させながら複数回の撮像を行う
装置に比較して、複数倍の早さでの撮像が可能となり、
迅速な指紋読み取りが可能となる。更に、各撮像部２
０，３０の結像光学系２１，３１はそれぞれの光軸が指
Ｆに向けられているので、指の近接撮像が容易であり、
指紋の微細凹凸を高精度に読み取ることが可能となる。
なお、センサ５を設けて人が接近した場合にのみ装置を
始動させるので、無駄な電力の消費が防止できる。ま
た、カメラの前側に透明板４を配置することで、指がカ
メラに触れて指が怪我する等の不具合が生じることもな
い。

【００１５】ここで、カメラ筐体には３個以上の撮像部
を設け、各撮像部から得られる映像信号を用いてステレ
オ法により画像処理するようにしてもよく、２個の撮像
部を用いた場合よりも詳細な指紋パターンデータを得る
ことができる。また、各撮像部の結像光学系は、指を近
接撮像した場合でも充分撮影画角内に入れることができ
るのであれば、それぞれの光軸をカメラ筐体の回転軸と
平行に向けた構成としてもよい。更に、回転駆動部はカ
メラの回転軸に回転力を伝えてカメラを回転させている
が、カメラの横に配置してベルト機構や歯車機構を介し
て回転力を伝達し、カメラを回転させるようにしてもよ
い。また、照明装置を工夫して指紋の凹凸に陰影をつけ
たり、或いは指紋にランダムなドット模様を投影するよ
うにすれば、ステレオ画像から三次元情報を抽出するの
が容易になる。また、表示装置において指の位置や移動
方向を支持するようにすれば、指を正しい位置にセット
することができ、正確な読み取りが可能となる。更に、
出力される指紋パターンデータを用いた指紋照合装置が
２値画像ではなく、多値画像を必要する場合には、抽出
された距離情報をそのまま出力したり、距離情報を所定
のビット数に打ち切って出力するようにすればよい。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、読み取ら
れる指紋の指が窓上に載置されると、センサがこれを検
知して指紋の照明を開始し、かつ同時に回転駆動部がカ
メラの回転を始動させる。そして、カメラでは複数の撮
像部を所要寸法で離間配置し、かつ各撮像部の中心位置
を回転軸として回転駆動されながら指紋の撮像を行い、
少なくとも一以上の回転位置において各撮像部でそれぞ
れ撮像した指紋の映像信号を画像処理回路においてステ
レオ法により距離情報を抽出し、この距離情報に基づい
て指紋パターンデータを算出しているので、装置の小型
化を図るとともに、全自動的に指紋の読み取りを行うこ
とができ、本人判定装置等の適用が実現できるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の指紋読取装置の一実施例の要部の概略
斜視図である。

【図２】図１の断面構成図である。

【図３】図１の指紋読取装置のブロック構成図である。

【符号の説明】

１ａ 窓 １０ カメラ １１ カメラ筐体 １４ モータ ２０，３０ 撮像部 ２１，３１ 結像光学系 ２２，３２ 撮像素子 ４０ 画像処理回路 ５０ 制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】壁面に取り付けられ読み取られる指紋の指
   が載置される窓を有する壁板と、前記壁板に取り付けられて前記指の位置が適切であるか
   否かを表示する表示器と、 前記 壁板に沿って配設されて前記指が窓に位置された状
   態を検知するセンサと、前記 センサの検知出力により前記窓を通して前記指紋を
   照明する照明手段と、 前記センサの検出出力により回転駆動される回転駆動部
   と、 前記窓を通して照明された前記指紋を撮像するための結
   像光学系と撮像素子とで構成される複数の撮像部を所要
   寸法で離間配置し、かつ前記各撮像部の中心位置を回転
   軸として前記回転駆動部によって回転駆動されるカメラ
   と、 前記カメラの少なくとも一以上の回転位置において各撮
   像部でそれぞれ撮像した指紋の映像信号からステレオ法
   により距離情報を抽出し、この距離情報に基づいて指紋
   パターンデータを算出する画像処理回路と、前記センサの出力に基づき前記回転駆動部を駆動制御
   し、さらに前記画像処理回路と前記表示器とを制御する
   制御回路 とを有することを特徴とする指紋読取装置。