JPH03292578A - 指紋読取装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は指紋読取装置に係り、詳しくはクレジットカ
ード等において登録者を識別するためにその指紋を指紋
画像として読み取る指紋読取装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の指紋読取装置としては実開昭６３−９９９６０号
公報に記載のものがある。第１３図に示すように、この
指紋読取装置は三角柱状の指紋検出プリズム２１の１平
面を指紋検出面２２とし、その指紋検出面２２の裏面に
図示しない光源から光を所定角度で入射させ、反射され
た光を、指紋検出面２２に対し傾けて配置したレンズ２
３を介してＣＣＤ受光面２４上に結像させるようになっ
ている。

そして、上記した指紋検出面２２に指先を接触させると
、指紋の凸部のみが指紋検出面２２に密着し、凹部と指
紋検出面２２との間には空気が介在する。その結果、指
紋検出面２２の裏面に入射した光は空気が介在している
箇所のみが全反射して、前記ＣＣＤ受光面２４上に指紋
画像として結像する。そして、このようにして得られた
指紋画像を予め記憶された指紋画像とパターンマツチン
グし、一致するか否か（本人か否か）を判定している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記した指紋読取装置においては、指紋
検出面２２に対してレンズ２３を傾けて配置しているこ
とから、指紋検出面の反射箇所に応じてレンズ２３まで
の光路長が変動し、それに伴って指紋画像の倍率が変動
してしまう。即ち、第１３図において指紋検出面２２の
Ａ点からレンズ２３の前側主点Ｋまでの距離をａ、レン
ズ２３の後側主点に′からＣＣＤ受光面２４までの距離
をｂとすると、このＡ点での倍率ｍは、ｍ　＝　ｂ　／
　ａ となる。

又、レンズ２３の焦点距離をｆとすると、レンズの一般
式より、 １／ｆ−（１／ａ）＋　（１／ｂ） 、’、ｍ＝　ｆ　／　（ａ　−ｆ　） と表される。

又、上記したＡ点よりレンズ２３と反対側（説明の便宜
上、負側とする）にΔＳずれた点をＢ点とし、Ｂ点から
レンズ２３の前側主点Ｋまでの距離をａｏ　　レンズ２
３の後側主点に′からＣＣＤ受光面２４までの距離をｂ
′　とすると、このＢ点での倍率ｍ°は、 ｍ’　＝ｂ’　／ａ’　＝ｆ／　（ａ’　−ｆ）となり
、ここで、 ａ’　＝ａ＋ΔＳ　ｃｏｓθであるので、ｍ’＝ｆ／（
ａ＋Δ５ｃｏｓθ−ｆ） となる。

よって、Ａ点での倍率ｍに対しＢ点での倍率ｍは小さく
なる。そして、このような倍率差が生じると、指紋登録
時と指紋照合時の検出位置が異なる場合、例えば、Ａ点
で指紋を登録しＢ点で指紋を照合した場合等には、パタ
ーンマツチングの際に一致する画素数が減少して照合率
が低下してしまう。その結果、同一指紋であるにも拘ら
ず異なる指紋であると判定される虞がある。

本発明の目的は、倍率差の発生を防止して実際の指紋に
忠実な指紋画像を得ることができる指紋読取装置を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、透明なる指紋検出部材に指紋検出面を形成し
、同指紋検出面上に指先を接触させた状態で指紋検出面
の裏面に光源から光を照射し、同指紋検出面から反射さ
れた光をレンズを介して撮像素子上に指紋画像として結
像させてなる指紋読取装置において、前記指紋検出部材
とレンズとの間に、前記指紋検出面からレンズの主点ま
での全ての光路長の光軸に平行な成分を同光軸上の光路
長とほぼ等しくなるように補正する光学補正部材を配設
した指紋読取装置を要旨とするものである。

〔作用〕

指紋検出面上に指先を接触させてその指紋検出面の裏面
に光源から光を照射すると、その光は指紋検出面に反射
され光学補正部材にて屈折された後に、レンズを介して
撮像素子上に結像する。このとき指紋検出面の指紋が密
着していない箇所のみが光を全反射することから、撮像
素子上には指紋の凹凸に応じた指紋画像が結像する。

上記したように指紋検出面で反射された光は光学補正部
材にて屈折され、レンズの主点に到達するまでの光路長
の光軸に平行な成分は同光軸上の光路長にほぼ等しくな
るように補正される。従って、指紋検出面上の実際の指
紋は、その部位に関係なく全て等しい倍率で撮像素子上
に指紋画像として結像し、指紋画像中の倍率差の発生が
防止される。

〔実施例〕

以下、この発明を具体化した一実施例を第１〜１２図に
従って説明する。

第１図は本実施例の指紋読取装置の概略的な構成を示す
図である。この図に示すように、本実施例の指紋読取装
置は三角柱状をなす指紋検出部材としての指紋検出プリ
ズム１の１平面を指紋検出面２としている。又、指紋検
出プリズム１の指紋検出面２以外の２平面を受光面３及
び投光面４とし、受光面３には半透明状の拡散板５が当
接するように配設されている。又、拡散板５には所定間
隔をおいて光源７が対向配置され、この光源７は縦方向
と横方向に整列した多数のＬＥＤ６によって構成されて
いる。本実施例の指紋読取装置においては、前記拡散板
５の厚みが指紋検出面２に近い側はど厚く設定されてい
る。

又、指紋検出プリズム１の投光面４側には三角柱状をな
す光学補正部材としての補正プリズム８の１頂点が当接
している。補正プリズム８は、その当接した頂点の片側
の平面を受光面９とするとともに、頂点と相対向する平
面を投光面１０としている。補正プリズム８の投光面Ｉ
Ｏには所定間隔をおいて相対向するようにレンズ１１が
配設され、レンズ１１の反対側には撮像素子としてのＣ
ＣＤ素子の受光面１２が配設されている。

そして、光源７のＬＥＤ６から照射される光は拡散板５
にて拡散された後に、指紋検出プリズム１内に採り入れ
られて指紋検出面２に入射する。

さらに、その光は指紋検出面２の裏面で反射されて指紋
検出プリズム１の外部に導かれ、補正プリズム８内に採
り入れられて屈折した後に、レンズ１１を介してＣＣＤ
受光面１２上に結像される。

上記した補正プリズム８は、指紋検出面２のいずれの箇
所で反射された光でも全て等しい距離（以下、光路長と
いう）を辿ってレンズ１１の前側の主点Ｋに到達させる
ためのものである。但し、ここで言う光路長はレンズ１
１の中心を通過する光軸Ｘに平行な成分の総和を指す。

即ち、光軸Ｘ上を通過する光については指紋検出面２か
らレンズ１１の前側主点Ｋまでの実際の光路長が適用さ
れ、光軸Ｘ以外を通過する光についてはその先軸Ｘに対
して平行な成分の総和が光路長として適用される。換言
すれば、指紋検出面２で反射された全ての光が等しい光
路長でレンズ１１の主点Ｋに到達するように、補正プリ
ズム８の形状や姿勢等が設定されている。

次に、このように構成した指紋読取装置の作用を説明す
る。

光源７のＬＥＤ６から光が照射されると、その光は拡散
板５にて拡散された後に指紋検出プリズムｌの指紋検出
面２の裏面側に入射して同指紋検出面２で反射される。

さらに、その光は補正プリズム８内を通過して屈折した
後に、レンズ１１を介してＣＣＤ受光面１２上に結像さ
れる。

従って、指紋検出面２に指先１３を当接させると指紋の
凸部のみが指紋検出面２に密着し、凹部と指紋検出面２
との間には空気が介在する。その結果、指紋検出面２の
裏面に入射した光は空気が介在している箇所のみが全反
射し、その光はレンズ１１を介してＣＣＤ受光面１２に
指紋画像として結像する。そして、このＣＣＤ受光面１
２と接続された処理装置１４により得られた指紋画像を
予め登録された指紋画像とパターンマツチングし、一致
するか否か（本人か否か）を判定することができる。

又、上記したように指紋検出面２で反射された全ての光
は、補正プリズム８を通過することで等しい光路長でレ
ンズ１１の主点Ｋに到達する。従って、指紋検出面２上
の実際の指紋は、その部位に関係な（全て等しい倍率で
ＣＣＤ受光面１２上に指紋画像として結像し、指紋画像
中の倍率差の発生が防止される。

一方、上記したようにＬＥＤ６からの光は指紋検出面２
の裏面側から斜めに入射することから、指紋検出面２の
光源７に近い箇所はど入射光量が多くなる。しかしなが
ら、本実施例の指紋検出装置においては拡散板５の厚み
が指紋検出面２に近い側はど厚く設定されているため、
指紋検出面２側はど拡散板５の透過率が低くなり指紋検
出面２に到達する光量が制限される。よって、指紋検出
面２に到達する光量は均一化され、その指紋検出面２に
反射されてＣＣＤ受光面１２に結像する指紋画像の明る
さも均一化される。

第１１図は本実施例の指紋読取装置によって得られた指
紋画像をパターンマツチングのためにＮＴＳＣ方式等の
映像信号に変換した状態を示す。

又、第１２図は平坦な拡散板を用いたり拡散板を用いな
かったりした場合の指紋読取装置による映像信号を示す
。尚、これらの図において横軸は指紋検出面上の位置変
位（例えば、第１図においては左右方向の位置変位）を
示す。

第１２図においては指紋画像の明るさにむらが生じてい
るため、その指紋画像を変換した映像信号に傾きが生じ
る。従って、映像信号を２値化閾値により２値化したと
きに、本来指紋の凹凸を表しているはずの映像信号の一
部（第１２図におけるＴ部分）が消失して忠実な信号を
得ることができない。これに対して本実施例の指紋読取
装置においては指紋画像の明るさが均一なため、その指
紋画像を変換した映像信号も平坦になり、映像信号を２
値化しても指紋の凹凸を表している映像信号の消失が防
止される。

次に、本実施例の指紋読取装置の具体的な仕様、例えば
、指紋検出プリズムｌと補正プリズム８の形状や相対的
な位置等を決定するための手順を記載する。

まず、指紋検出面２の部位に応じたＣＯＤ受光面１２上
の指紋画像の倍率を第２図に基づいて計算する。尚、第
２図において指紋検出プリズム１の頂点をＡ、Ｂ、Ｃと
し、補正プリズム８の頂点をり、Ｅ、Ｆとする。又、指
紋検出面２の中心をＧ点（０，Ｏ）として、このＧ点を
座標の原点位置（０，Ｏ）とする。さらに、Ｇ点で反射
される光を光軸Ｘとし、レンズ１１とＣＣＤ受光面１２
はこの光軸Ｘに対し垂直に配設されているものとする。

又、指紋検出面２上においてＧ点より光源側にΔＳずれ
た点をＱ点とし、Ｇ点よりレンズ１１側にΔＳずれた点
を８点とする。又、ＡＣ＝ＢＣ＝Ｌ、ＤＥ＝ＤＦ＝Ｒ，
ＣＤ＝Ｘ、ｍ＝中心倍率、ＮＵ＝ＣＣＤ受光面１２の検
出長／２、指紋検出プリズム１の屈折率＝ｎ１、補正プ
リズム８の屈折率＝ｎ２とする。さらに、Ｇ点での光線
の反射角度を６７、Ｑ点での光線の反射角度をθ１４＋
Ｓ点での光線の反射角度をθ１．′　とする。以上の条
件の時、第２図の各点は以下のように表わされる。

まず、指紋検出プリズム１のＧ点で反射された光が指紋
検出プリズム１外に出射される位置であるＨ点の座標を
求めると、 Ｈ（Ｈｘ、Ｈｙ） Ｈｘ＝Ｌｓｉｎξｏ／　［ｔａｎξ。

＋ｔａｎ（π／２−θ、）） ＨＶ　−−ｔａｎ　（π／　２−θ、）Ｈｘとなる。

又、補正プリズムの頂点り、Ｅ、Ｆの座標は次のように
なる。

Ｄ　（Ｄｘ、Ｄｙ） Ｄ　ｘ　＝Ｘｓｉｎ　（π／　２−ξ０）Ｄｙ＝Ｘｃｏ
ｓ（π／２−ξｏ）Ｄｘ −Ｌｃｏｓ（π／２−ξＯ） Ｅ　（Ｅｘ、Ｅｙ） ｙ軸に対するＤＥの傾き：α α＝ｊａｎ（ξ０−０１） ＤＥのｙ軸との交点：β β＝Ｄｙ−ｊａｎ（ξ。−θ、）Ｄｘ 求める点Ｅ　（Ｅｘ、Ｅｙ）は、 （Ｅｘ−Ｄｘ）”＋　（ＥＶ−Ｄｙ）　２＝Ｒ”より、
Ｅｘ＝　［−ν＋ｒ丁「−Ｔ７丁石 ／２　（ｌ＋α２） シフ２αβ−２Ｄｘ−２αＤｙ δ＝Ｄｘ２″＋β”−２Ｄ　Ｖβ＋Ｄｙ２−Ｒ２ＥＶ＝
αＥｘ＋β ここで、補正プリズム８での光線の入射位置である点Ｉ
及び出射位置である点Ｊは次のようになる。

Ｉ　　（Ｉｘ、Ｉｙ） θ１−θ、−ξ０ θ２＝ｓｉｎ−’　（ｎ　１　ｓｉｎθ１）１点はＤＥ
とＨＩの交点であるので、 Ｉｙ＝ｊａｎ（ξ０−θ、）Ｉｘ＋Ｄｙ−ｊａｎ（ξ、
−〇、）Ｄｘ 及び、 Ｉ　Ｖ　＝−ｊａｎ　（π／　２−θ、−θ２）ＩＸ＋
Ｈｙ＋ｔａｎ（π／２−θ、−θ２）ＨＸ の２つの式が成り立つ。よって、 Ｉ　ｘ　＝　（Ｈｙ　＋ｔａｎ　（π／　２−θ、−θ
２）ＨＸ＋Ｅｙ＋ｔａｎ（ξ０−θ、）　Ｅｘ）　／　
［ｔａｎ（ξ０−θ、）　＋ｔａｎ　（π／２−θ、−
６２））Ｉ　ｙ　＝−ｔａｎ　（π／　２−θ、−θ２
）ＩＸ＋ＨＶ＋ｔａｎ（π／２−θ、−θｔ）Ｈｘ Ｊ　（Ｊｘ、Ｊｙ） θ３＝０１＋θ２ θ、＝３ｉ１−’　（ｓｉｎθａ／ｎ２）μｍ＝π／２
−θ、−θ２＋θ３−θ４Ｊ点はＩＪとＥＪの交点であ
るので、 Ｊ　Ｖ＝−ｊａｎ　（μ＋）　Ｊ　ｘ＋　Ｉ　ｙ＋ｊａ
ｎ　（μｍ）　Ｉ　ｘ 及び１ 、Ｊｙ＝ｊａｎ（ψ１＋ξ。−θ、）Ｊｘ＋Ｅｙｔａｎ
　（ψ１＋ξ０−θ、）Ｅｘ の２式が成り立つ。よって、 Ｊ　ｘ＝　［１ｙ＋ｔａｎ　（μｔ）　Ｉ　ｘ−Ｅｙ＋
ｔａｎ（ξ。−θ、＋ψ＋）Ｅｘ） ／　（ｔａｎ　（ξ０−θ、＋ψｌ） ＋ｊａｎ（μｍ）） Ｊ　ｙ＝−ｔａｎ　（μ＋）　Ｊ　ｘ＋　Ｉ　ｙ＋　ｊ
ａｎ　（μ＋）　Ｉ　Ｘ 又、使用レンズ１１と中心倍率ｍから指紋検出面２とレ
ンズ１１の前側主点にとの距離（ｌｆ）は、１　ｔ＝　
ｆ　（１＋ｍ）　／　ｍである。又、両プリズム１，８
内での距離は、空気中の距離のＩ　／　ｎ（ｎはプリズ
ムの屈折率）となるので、ＪＫ＝Ｉｌで主点には、 Ｋ　（Ｋｘ、Ｋｙ） θ５＝π−ψ１−ψ２−θ４ θｅ＝ｓｉｎ　１　（ｎ　２　ｓｉｎθ５）μ２＝μｍ
＋θ６−θ。

ε＝−ｊａｎ（μ２） ζ＝ＪＶ＋ｊａｎ（μｚ）Ｊｘ η＝２εζ−２Ｊｘ−２Ｊｙε ｔ　＝Ｊ　ｘ２＋Ｊ　ｙ”−Ｊ　Ｋ”十ζ２−２　Ｊ　
ｙζＫｘ＝　［−η＋　η”−４（１＋ε２）ｔ）／　
（２／　（１＋ε２）） Ｋｙ＝−ｊａｎ　（μｔ）　Ｋｘ＋Ｊ　ｙ＋’ｊａｎ　
（μりＪＸ となる。以上のようにして指紋検出面２のＧ点からの光
線の軌跡（光軸Ｘ）をシュミレートすることができる。

次に、この条件で最も低倍率側（Ｑ点に到達する光線）
の軌跡をシュミレートする。

レンズ１１の後側主点に′からＣＣＤ受光面１２までの
距離をｌ、とし、光軸Ｘに対する低倍率側光線の相対角
度をθ７とすると、ＣＣＤ受光面１２の大きさと倍率ｍ
よりθ７は、 θ７＝　ｊａｎ　（Ｎ　Ｕ／　（！　ｂ）ｌ　ｂ＝　ｆ
　（１＋　ｍ） と表される。

この光線をＣＣＤ受光面１２上のＵから逆追跡して指紋
検出プリズム１の指紋検出面２のどの位置に到達するか
を求める。まず、補正プリズム８への入射位置である点
Ｍの座標を求めると、Ｍ　（Ｍｘ、Ｍｙ） μ３；μ２−θ７ Ｍ点はＭＥとＭＫの２直線の交点であるので、Ｍｙ＝ｊ
ａｎ（ξ。−θ、＋ψｌ）ＭＸ＋ＥＶ−ｊａｎ（ξ。−
θ、＋ψ＋）Ｅｘ 及び、 Ｍｙ＝−ｊａｎ　（μ３）　Ｍｘ＋Ｋｙ＋ｔａｎ（μ３
）ＫＸ の２式が成り立つ。よって、 Ｍｘ＝　ｆＫｙ十ｊａｎ　（μ３）　Ｋｘ−Ｅｙ＋ｔａ
ｎ（ξ０−θ、＋ψ＋）Ｅｘｌ／ ［ｔａｎ　（ξ。−θ１＋ψ、）　　＋ｔａｎ　（μ３
））Ｍｙ＝ｊａｎ（ξ０−θ、＋ψ＋）Ｍｘ＋Ｅｙｔａ
ｎ　（ξ０−θ、＋ψ、）Ｅｘ となる。

次に、補正プリズム８からの出射位置である点０を求め
ると、 ０　（Ｏｘ、Ｏｙ） θ８＝０６−θ７ θ５−ｓｉｎ　　’　（（ｓｉｎθｇ）／ｎ２］μ４＝
μ３−θ９＋θＢ ０点はＯＥとＯＭの交点であるので、 ０ｙ＝ｊａｎ（ξ。−θ、）Ｏｘ＋Ｅｙ−ｊａｎ（ξ０
−θ、）Ｅｘ Ｏｙ＝−ｊａｎ　（μ４）　Ｏｘ＋Ｍｙ＋ｔａｎ（μ４
）ＭＸ となり、よって、 Ｏｘ＝　（Ｍｙ＋ｊａｎ　（μ４）　Ｍｘ−Ｅｘ＋ｊａ
ｎ（ξ。−θ、）Ｅｘｌ／ （ｔａｎ　（ξ。−θ、）　＋ｔａｎ　（μ４））Ｏｙ
＝ｊａｎ（ξ０−θ、）Ｏｘ＋Ｅｙ−ｔａｎ（ξ。−θ
、）Ｅｘ のようになり、さらに指紋検出プリズムｌへの入射位置
である点Ｐは、 Ｐ　（Ｐｘ、Ｐｙ） θ１０”π−ψ１−ψ２−θ９ θ＋ｘ＝ｓｉｎ　−’　（ｎ　２　ｓｉｎθｔｏ）Ｐ点
はＢＰとＰＯとの交点であるので、ｐ　ｙ　”　ｔａｎ
ξｏＰｘ−Ｌｓｉｎξ。

及び、 ｐｙ＝−ｔａｎ（μ＜−θ１□＋θ１ｏ）Ｐｘ＋Ｑ　ｙ
　＋ｔａｎ　（μ４−θ１□＋θｔｏ）Ｐｘの２式が成
り立つ。よって、 Ｐｘ＝　（Ｏｙ＋ｊａｎ（μ＊−θ１１＋θｔｏ）Ｏｘ
＋Ｌｓｉｎ（ξｏ）　） ／（ｔａｎξ。＋ｔａｎ　（μ４−θ１１＋θ１゜））
Ｐ　ｙ　＝　ｔａｎξｏＰｘ−Ｌｓｉｎξ０となる。そ
して、指紋検出面ｌに到達する位置である点Ｑは、 Ｑ　（Ｑｘ、Ｏ） θ１２＝θ１、−θ。

θ＋３＝Ｓｊｎ−’　　［Ｓｊｎ　（θ１２）　／　ｎ
　１１μ５＝μ４−θ１１＋θｌＯ＋θ１２−θ１３Ｑ
ｘ＝　　（Ｐｙ＋ｊａｎ　（μｓ）　　Ｐｘ）　／ｊａ
ｎ　（μｓ）θ１４＝π／２−μ５ （このθ１４は臨界角条件を満たさねばならない）以上
よりＱ点からレンズの中心に到達する光線の距離は、 となる。

このとき、求める倍率はＱ点からに点までの光軸Ｘに平
行な光線の距離であるので、まず、線分ＱＰで光軸Ｘに
平行な成分はＱＰｃｏｓ（θ１．−θ、）／ｎｌとなる
。次に、線分ＰＯで光軸Ｘに平行な成分はＰＯｃｏｓ（
θ１□−θりとなる。又、線分ＯＭで光軸Ｘに平行な成
分はＯＭｃｏｓ（θ１０−θ＊）／ｎ２となり、線分Ｍ
Ｋで光軸Ｘに平行な成分はＪＫ＝ＭＪｓｉｎθ、となる
。倍率ｍ′はこれらすべてを加算した値でｌｂを割った
ものとなる。

、’、ｍ’　　＝　１　ｂ／　ＩＱ　Ｐｃｏｓ　（θ１
４−θ、）／ｎｌ＋ＰＯｃｏｓ（θ１□−θ２） →−ＯＭｃｏｓ（θ１ｏ−０４）　／　ｎ　２＋　（Ｊ
Ｋ−ＭＪｓｉｎθ６）） 一方、指紋検出面２上においてＧ点を中心としてＱ点と
反対側に位置するＳ点はμ３を、μ３：μ２＋６７ と代えることで同様の手順で求めることができる。

これにより求めたＳ点での倍率ｍ”は、ｍ　　＝ｆｂ／
　（ＱＰ’　　ｃｏｓ（θ目′　−θ、）／ｎｌ＋ＰＯ
’ｃｏｓ（θ１□−θ２） ＋ＯＭ’　ｃｏｓ　（θ１ｏ−θ４）／ｎ２＋　（ＪＫ
十ＭＪ’　　＋ｓｉｎθ６））となる。

以上のようにして求めたｍｒ　ｍ’　ｔ　ｍ”を等しく
なるようにすれば倍率差の発生を防ぐことができる。そ
して、このＱ点、Ｓ点での倍率ｍ’　、　ｍは以下に示
す要因で変化する。

■、指紋検出プリズム１の角ξ０ ２、指紋検出プリズム１と補正プリズム８とがなす角θ
。

３、補正プリズム８の角ψ１ ４、指紋検出プリズムｌ及び補正プリズム８の材質 ５、レンズ１１の焦点距離ｆ ６、反射光線の反射の角度θ、と反射光λの波長７、画
像の中心倍率ｍ ８、ＣＣＤ受光面１２の長さ 従って、これらの要因を適宜設定することで、各点Ｇ、
Ｑ、Ｓでの倍率ｍ、　ｍ’　、　ｍ“を等しくして倍率
差の発生を防止することができる。

次に、本実施例の指紋読取装置の具体的な仕様をシュミ
レーションプログラムに基づいて選定する。

上記した各項の変化要因を考慮してＧ、　Ｑ、　　Ｓ点
での倍率を求めるが、変化要因が１項から８項まで多数
あるため以下の条件を予め設定しておく。

まず、１項目の角ξ。については、指紋検出プリズムｌ
を直角をなす辺の長さが２５ｍｍの直角プリズムとする
ことがらξ。＝４５°とする。又、４項目の指紋検出プ
リズムｌと補正プリズム８の材質についてはＢＫ７とし
、６項目の反射光λの波長としては６６０ｎｍ、７項目
の中心倍率をｍ＝０゜５．８項目のＣＯＤ受光面１２の
長さを６．４ｍｍに選定する。

又、指紋検出プリズムｌと補正プリズム８とが当接する
Ｄ点は指紋検出プリズムｌのＱ点からの光を妨げない位
置に選定する必要があることからＣＤ＝５印とする。さ
らに、補正プリズム８は直角プリズムとし、その辺ＤＥ
は指紋検出プリズムｌＯ８点からの光を入射可能な長さ
が必要なことからＤＥ＝２５ｍｍとする。

以上の条件により２項目の両プリズムｌ、８がなす角θ
１．３項目の補正プリズム８の角ψ１．５項目のレンズ
１１の焦点距離ｆ、６項目の反射光線の反射角度θ、を
求める。

まず、補正プリズム８の角ψｌは反射光線の反射角度θ
、の臨界角条件より決定する。このときレンズ１１の焦
点距離ｆは２５ｍｍ、　　θ、は４０゜とする。第３図
は補正プリズム８の角ψ１、Ｇ点での反射角θｒ、Ｑ点
及び８点での反射角θ１４゜θ目°を変えた場合を示し
た図である。ψｌは一般的な角度である３０°　４５°
、６０°とした。

この第３図よりψ１が３０°の場合ではθ、を４６°以
上としなければ０１４′　が臨界角条件を満たさないこ
とがわかる。同様にψｌが４５°ではθ、は４５°以上
、ψ１が６０°ではθ、は４４゜以上でなければならな
いことがわかる。このようにψ１の角度によりθ７は制
約を受ける。

又、第４図はＧ点での反射角θ、と補正プリズム８の角
ψ１を変化させたときに画像全体の倍率差がどのように
変化するかを表した図であり、ψｌが３０°、４５°、
６００の内では４５°が最も倍率差が少なく、ψ１＝４
５°においてθ、が小さいほど倍率差が少ないことがわ
かる。又、ψｌが６０°の場合では過補正となり（倍率
差が負となり）レンズ１１に近い側での倍率がプリズム
中心での倍率より低くなっていることから４５゜から６
０°の間に最適値が存在することが予測できる。

従って、ψ１を４５°より１°ずつ増加させた場合にお
いてθ、を４５°、４６°、４７°とした時の倍率差を
計算し、倍率差の最も少ない設定値を求める。第５図は
その倍率差の変化を示す図であり、この図よりθ、が４
５°の時にはψ１を４７°とすれば倍率差を無くすこと
ができ、θ。

が４６°の時にはψｌを４９°、θ、が４７°ならばψ
ｌを５１°とすれば倍率差を無くすことができることが
わかる。一般的な４５°三角プリズムではθ、が臨界角
条件を満たすことができないため完全には倍率差を補正
することはできないが、倍率差を０．０１以下に抑える
ことが可能となる。

よって、補正プリズム８の角ψ１を４５°、レンズ１１
の焦点距離ｆは光学系の大きさを考慮して２５ｍｍとす
る。又、反射光線の反射角度θ、は第３，５図より４５
°以上であれば臨界角条件を満足するが、製作・組付誤
差を考慮してθ７＝４７°とする。

一方、第６図は角θ、を３０°に設定したときの倍率差
を示す図であり、第７図は角θ、を５００に設定したと
きの倍率差を示す図である。これらの図に示すように、
角θ１が倍率差を補正する上ではほとんど影響しないこ
とがわかる。

しかしながら、この角θ、は指紋検出範囲に影響を与え
る。第８図と第９図は角θ１を変化させたときの指紋検
出範囲の増減を示す図であるが、θ、が大きいほど検出
範囲が狭くなることがわかる。現在の光学系レイアウト
では指紋に対して斜めから画像を入力するため倍率差と
は別に指紋の縦方向と横方向で画像が歪んでいる。この
ため縦方向の検出範囲はできるだけ短いほうが歪みを無
くすることができる。但し、指紋検出長は１７ｍｍ程度
必要であるので今回のθ、は４０°とする。

尚、第１Ｏ図は補正プリズム８の辺ＤＥの長さ（プリズ
ム８の大きさ）を増減させたときの倍率差の変化を示す
図であり、この図に示すように、辺ＤＥの長さが変化し
ても倍率差はほとんど変わらないことがわかる。

以上の最適値をまとめると以下のようになる。

１、指紋検出プリズム１の角ξ０は、４５°直角プリズ
ム（直角をなす辺の長さ２５−）を使用し、ξ。＝４５
°とする。

２、指紋検出プリズム１と補正プリズム８とがなす角θ
、は、θ、＝４０°とする。

３、補正プリズム８の角ψ１は、ψ１＝４５°とする。

４、指紋検出プリズム１及び補正プリズム８の材質は、
光学部品として一般的なりＫ７を使用する。

５、反射光線の反射角度θ、は、θ、＝４７°とし、反
射光λの波長は赤色ＬＥＤの６６０ｎｍにする。

６、レンズ１１の焦点距離ｆは、ｆ＝２５ｎｍとする。

（この場合、全体の倍率差が０．００８となる） ７、画像の中心倍率ｍは、ｍ＝０．５とする。

８、ＣＣＤ受光面１２の長さは、２／３インチＣＣＤ素
子を使用するため６．４ｍｍとする。

その他ＡＣ＝ＢＤ＝ＤＥ＝ＤＦ＝２５ｍｍ、ＣＤ＝５闘
、ψ２＝９０°上記のような設定値を決定した。

本発明者は、以上のように設定した本実施例の指紋読取
装置と補正プリズム８を備えない従来の指紋読取装置と
を比較し、実際に得られた画像におけるＱ点と８点との
倍率差が従来の指紋読取装置では０．０６４倍であった
のに対し、本実施例の指紋読取装置では０．００７倍ま
で低減されたことを確認した。

このように本実施例の指紋読取装置においては、指紋検
出プリズムｌとレンズ１１との間に、指紋検出面２から
レンズ１１の前側主点Ｋまでの全ての光路長の光軸Ｘに
平行な成分を同光軸Ｘ上の光路長とほぼ等しくなるよう
に補正する補正プリズム８を配設した。

従って、指紋検出面２上の実際の指紋は、その部位に関
係なく全て等しい倍率でＣＯＤ受光面１２上に指紋画像
として結像し、指紋画像中の倍率差の発生が防止される
。その結果、指紋登録時と指紋照合時とで指先の位置が
ずれても所定数の画素を一致させて、照合率の低下を未
然に防止することができる。

又、本実施例の指紋読取装置においては、拡散板５の厚
みを指紋検出面２に近い側はど厚く設定したため、指紋
検出面２に到達する光量が均一化されるとともにＣＣＤ
受光面１２に結像する指紋画像の明るさも均一化される
。従って、パターンマツチングのために映像信号を２値
化しても指紋の凹凸を表している映像信号の消失が防止
され、実際の指紋に忠実な信号を得ることができる。

尚、本実施例の指紋読取装置は以上のようにして具体的
な仕様を決定したが、上記した１項から８項までの項目
を適宜変更することで異なる仕様、例えば、倍率差をさ
らに低減させたりレンズ１１の焦点距離ｆを短くして読
取装置の小型化を図ったりすること°もできる。

又、上記実施例では拡散板５の厚みを変更することで指
紋検出面２に到達する光量を均一化したが、上記したよ
うに縦方向と横方向に整列したしＥＤ６の配置密度を指
紋検出面２側はど疎となるように設定してもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明の指紋読取装置によれば、倍
率差の発生を防止して実際の指紋に忠実な指紋画像を得
ることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の指紋読取装置の概略的な構成を示す図
、第２図は指紋検出面上の各点を通過する光の経路を示
す図、第３図は反射角θ、と反射角θ１４，０１４′　
　との関係を示した図、第４図は反射角θ、と倍率差と
の関係を示す図、第５図は同じく反射角θ、と倍率差と
の関係を示す図、第６図は角θ１を３０°に設定したと
きの倍率差を示す図、第７図は角θ、を５０°に設定し
たときの倍率差を示す図、第８図と第９図は角θ、と指
紋検出範囲との関係を示す図、第１Ｏ図は補正プリズム
の辺ＤＥの長さを増減させたときの倍率差の変化を示す
図、第１１図は実施例の指紋読取装置によって得られた
指紋画像を映像信号に変換した状態を示す図、第１２図
は平坦な拡散板を用いたり拡散板を用いなかったりした
読取装置による映像信号を示す図、第１３図は従来の指
紋読取装置の概略的な構成を示す図である。 １は指紋検出部材としての指紋検出プリズム、２は指紋
検出面、７は光源、８は光学補正部材としての補正プリ
ズム、１１はレンズ、１２は撮像素子としてのＣＣＤ受
光面、１３は指先、Ｘは光軸、Ｋは主点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明なる指紋検出部材に指紋検出面を形成し、同指
   紋検出面上に指先を接触させた状態で指紋検出面の裏面
   に光源から光を照射し、同指紋検出面から反射された光
   をレンズを介して撮像素子上に指紋画像として結像させ
   てなる指紋読取装置において、 前記指紋検出部材とレンズとの間に、前記指紋検出面か
   らレンズの主点までの全ての光路長の光軸に平行な成分
   を同光軸上の光路長とほぼ等しくなるように補正する光
   学補正部材を配設したことを特徴とする指紋読取装置。