JPH0721348A

JPH0721348A - 手相入力装置

Info

Publication number: JPH0721348A
Application number: JP5148775A
Authority: JP
Inventors: Takaomi Sekiya; 尊臣関谷
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】掌の皺部のパターンを全域に亙って精度よく
読み取ることができる手相入力装置を提供することを目
的とする。【構成】透明体ブロックとしてのプリズム２は、手１
が置かれる側に凸となる曲面である検出面３と、照明光
が入射する端面４と、反射光が射出する端面５とを備え
ており、光源６から発した照明光は、投光レンズ群７を
介して端面４からプリズム２に入射し、皺部からの全反
射光と***部における散乱光の一部は、端面５から射出
して結像レンズ群８を介して受像素子９上に結像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばセキュリティ
ーシステムの一部を構成する個人識別装置等に利用さ
れ、手相を生体識別情報として用いるために画像として
取り込むための手相入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】掌は、厚い皮膚で構成される***部と、
皮膚が薄くへこんだ皺部とで構成されている。そして、
掌には、一般に運命線、生命線、頭脳線と呼ばれる比較
的太く長い３本の皺があり、この皺のパターンである手
相は個人毎に異なるため、これを個人識別情報として利
用することができる。

【０００３】従来、手相を入力する装置としては、米国
特許第４０３２８８９号に開示されるように、複数のセ
ンサが一次元的に配列した走査部材により掌を機械的に
走査して凹凸の情報を得るもの、あるいは、複写機の原
稿読取面のような平面ガラス上に掌を置いて光学的に読
み取るものなどが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械的
な走査方式では、センサ自体が所定の大きさを持つこと
から所定のセンサ間隔を確保しなければならないため、
検出の分解能を高めることができず、高い精度での読み
取りは不可能である。

【０００５】また、掌は中央が窪んでいるため、平面ガ
ラスに置いた掌を光学的に読み取る方式では、掌全体が
ガラスに密着せずに検出できない領域が生じると共に、
複写機のように真下から像を捉えようとすると、凹凸の
パターンをコントラストよく取り出すことができない。

【０００６】

【発明の目的】この発明は、上述した従来技術の課題に
鑑みてなされたものであり、掌の皺部のパターンを全域
に亙って精度よく読み取ることができる手相入力装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる手相入
力装置は、上記の目的を達成させるため、屈折率の異な
る２つの媒体の境界面を屈折率の低い媒体側に凸となる
曲面状の検出面とし、この検出面に屈折率の低い媒体側
から掌を密着させ、屈折率の高い媒体側から検出面に密
着された掌の模様を画像として読み取ることを特徴とす
る。

【０００８】

【実施例】以下、この発明にかかる手相入力装置の実施
例を説明する。まず、図１から図８に基づき屈折率が異
なる２つの媒体の境界面における照明光、反射光、散乱
光の進み方について説明する。

【０００９】図１において、点ｐ，ｑは手相入力装置を
構成する透明体ブロックの検出面上の２点である。透明
体ブロックは、アクリル等の透明樹脂、あるいは、ガラ
スで構成されるプリズムであり、その屈折率をｎとす
る。検出面より図中上側は、プリズムより屈折率が低い
媒質であり、ここでは空気とし、その屈折率ｎ₀＝１と
する。検出面は、屈折率の低い媒体側に凸となる曲面で
ある。

【００１０】検出面上の任意の点ｔにおける臨界角β
は、検出面の点ｔでの接線に立てた法線に対する角度と
して、以下の式(１)で求められる。

【００１１】

【数１】β＝sin^-1(１／ｎ) …(１)

【００１２】プリズムの内部から検出面に向かう照明光
線のうち、臨界角βより大きな角度を持つ光線Ｓは、点
ｔにおいて全反射し、反射光Ｔとなってプリズム内を進
む。臨界角βより小さい角度を持つ光線Ｓ´は、検出面
３を透過する光線Ｔ´outと、検出面で反射される光線
Ｔ´inとに分離される。

【００１３】すなわち、検出面上の点ｔで全反射される
光線は、図２の領域(１)と(４)のみを通り、全反射しな
い光線は領域(２)(３)(５)のいずれかを通ることとな
る。

【００１４】点ｔでの考え方は、曲面上の他の点にも適
用できる。ただし、図３に示すように各点での法線(曲
面が球面である場合にはその半径)は、基準点ｔ₀におけ
る法線、あるいはｔ₀における接線に対して角φだけ傾
くため、臨界角の範囲２βは変化しないものの、相対的
な角度が曲面上で変化することとなる。したがって、図
２で示した全反射の範囲、全反射しない範囲も各点毎に
変化することとなり、検出面の全面において全反射する
ように、あるいは全反射しないように照明光を入射させ
るためには、光源の配置について配慮が必要となる。

【００１５】例えば、図３の点ｓの位置に点光源を配置
すれば、照明光は図中の一点鎖線のように進み、検出面
上の全ての点において臨界角βより小さい角度で入射す
るため、全ての点において全反射しない条件を満たすこ
とができる。

【００１６】また、図３の点ｓ´の位置に点光源を配置
すれば、照明光は図中の実線のように進み、検出面上の
全ての点において臨界角βより大きい角度で入射するた
め、全ての点において全反射の条件を満たすことができ
る。

【００１７】光源を配置できるのは、図４に示したよう
に、検出面の端点ｐ，ｑでの接線と臨界角の境界線で囲
まれる範囲となる。光源を図４の網点で囲まれる範囲Ｓ
内に配置すれば照明光の一部は検出面を一旦透過し、検
出面上に置かれた掌で反射されて再び検出面に入射し、
残部は検出面で反射され、いずれの反射光も網点で囲ま
れる範囲Ｓ内に戻る。一方、図４に斜線で囲まれる範囲
Ｓ´内に光源を配置すれば、照明光は検出面で全反射さ
れて範囲Ｓ´内に戻る。(図４上では、他方の網点で書
き込まれる範囲に進む。)

【００１８】なお、図４では、透明体ブロックとしての
プリズムを所定の平面で切断した断面内での光の進み方
のみを説明したが、立体的に考えると、斜線部及び網点
部は図中の線分ｏｙを軸とした回転体として捉えること
ができる。

【００１９】ここで、図５に示すようにプリズムから光
束が射出する面ｐｒを想定すると、点光源ｓから発して
検出面上の任意の点ｔに対して臨界角βより小さい角度
で入射し、検出面で反射された照明光(一点鎖線)は、端
面ｐｒから図中網点で示した範囲へ射出する。また、臨
界角βより大きい角度で入射した照明光(実線)は、図中
の斜線で示した範囲へ射出する。

【００２０】点ｔにおける法線と照明光とのなす角度を
γとし、基準点ｔ0における基準接線と端面ｐｒとのな
す角度をα、同じく基準接線と端面ｐｒから射出する光
線とのなす角度をθとすると、θは以下の式(２)で表さ
れる。ただし、γ、φは左回りを正とし、基準接線と点
ｑ，ｐにおける接線とのなす角度をそれぞれφa、φbと
して、φa＞０、φb＜０とする。

【００２１】

【数２】 θ＝(π／２)−α＋sin^-1{ｎsin(α−γ−φ)} …(２)

【００２２】端点ｑで全反射する照明光の角度γは、β
＜γ＜π／２となり、０＜γ＜βであれば全反射しな
い。上記の式(２)において、γ＝βとしたときには反射
光は端面ｐｒ上の点ｋから角度θkで射出する。射出光
の角度θは、全反射するときにはθkより小さくなり、
全反射しないときにはθkより大きくなる。

【００２３】同様にして、点ｐで反射した光は、点ｐに
おける接線方向から入射した場合の射出角をθpu、臨界
角で入射した場合の射出角をθpdとして、全反射の場合
にはθpu＜θ＜θpdとなり、全反射しない場合にはθ＞
θpdとなる。

【００２４】図６は、検出面に対してプリズムの外部か
ら入射する光の進み方を示している。点ｔ´に立てた法
線からの角度δで外部から入射する光線Ｐは、検出面３
で反射される反射光線Ｑoutと、検出面で屈折して角度
τでプリズム内に進む屈折光線Ｑinとに分かれる。入射
角度δが０からπ／２まで変化すると、屈折角度τは０
からβまで変化する。したがって、屈折光線Ｑinは、図
２に示した(２)(３)の領域のみを進み、(１)(４)で示し
た領域には進まないことが理解できる。ただし、この領
域は、検出面上の位置により各点の法線の傾きφに応じ
て変化する。検出面上の任意の点における外部からの入
射光は、全て図４に網点で示される範囲ｓにのみ進む。

【００２５】プリズムの検出面の基準点ｔ0における基
準接線と射出側の端面ｐｒとの角度をαとし、検出面に
掌を接触させると、***部及び皺部からの光は図７に示
したように進む。検出面から浮いている皺部の任意の点
ｕからの光線は、入射角度δで検出面上の点ｔ´からプ
リズム内に入射し、屈折角τでプリズム内を進む。この
屈折光線は、プリズムの端面ｐｒの点ｖ´から射出す
る。この光線と基準接線とのなす角度θ´は、以下の式
(３)で表される。

【００２６】

【数３】 θ´＝(π／２)−α＋sin^-1{ｎsin(α−τ−φ)} …(３)

【００２７】屈折角τのとり得る範囲は、０≦τ≦βで
あるため、τ＝β、φ＝φaの場合のθ´の最小値をθ
´kとすると、式(２)と式(３)とは同形であることから
θkとθ´kとは一致する。したがって、皺部からの光線
や指の周囲、背景からの光線は、図７中の斜線領域には
到達しないこととなる。

【００２８】一方、検出面に密着した***部の任意の点
ｕ´では、プリズム内部から進む照明光は散乱され、プ
リズム内のあらゆる方向に進むため、図７中の斜線領域
にも網点領域にも進むこととなる。したがって、皺部分
からの光束や外部から入射した光束が受像手段に入射し
ないようにするためには、受像手段は図７の斜線領域に
配置される必要がある。なお、図８の網点領域は、点ｔ
´が限りなく頂点ｐに近付いた場合、すなわち、面ｐｑ
の全面を検出面として用いる場合を想定しているため、
頂点ｐの近傍を検出面として用いない場合には、全反射
光が達しない網点領域はより狭くなり、***部からの散
乱光のみを受光する場合の受像手段の配置可能な範囲は
広くなる。

【００２９】図８は、プリズムの光入射側の端面ｑｒか
ら入射する光線の進み方を示す。端面ｑｒ上の点ｘに対
してプリズム外部から斜線領域を通って入射する光線
は、プリズム内でも斜線領域を進み、網点領域を通って
入射する光線は、プリズム内でも網点領域を進む。これ
らの領域は、点ｗに立てた法線からそれぞれ角度ξの範
囲となる。この角度ξは、次の式(４)で示される臨界角
である。

【００３０】

【数４】ξ＝sin^-1(１／ｎ) …(４)

【００３１】プリズムの屈折率ｎは共通であるため、臨
界角βとξとは等しい角度となる。

【００３２】なお、上記の説明では、照明光線及び受像
手段へ向かう光線を幅のない１本の主光線として捉えて
いるが、実際にはレンズ等の集光素子を用いるため、主
光線のみでなく、上光線、下光線をも条件を満たすよう
考慮する必要がある。

【００３３】以上の解析をふまえ、この発明の手相入力
装置における照明手段、受像手段の配置を、以下の３種
類のパターンに分類する。

【００３４】第１は、検出面での全反射光を直接利用す
る場合である。この場合には、照明光を臨界角βより大
きな角度で検出面へ入射させると共に、受像手段を臨界
角より大きな角度範囲に配置する。照明光は、皺部に対
応する部分では検出面で全反射して受像手段に到り、隆
起部に対応する部分では散乱してその一部が受像手段に
達する。したがって、得られる画像は、グレーの***部
の中に白で皺部の像が形成される。

【００３５】第２は、検出面での全反射光を間接的に利
用する場合である。この場合には、照明光を臨界角より
大きな角度で検出面へ入射させると共に、受像手段を全
反射光が到達しない範囲に配置する。全反射光が到達し
ないのは、全反射した光束が射出する側における臨界角
より小さな角度範囲と、照明手段と同一のサイドとであ
る。照明光は、皺部に対応する部分では検出面で全反射
して受像手段へ到達せず、***部に対応する部分での散
乱光の一部が受像手段に達する。したがって、得られる
画像は、グレーの***部の中に黒で皺部の像が形成され
る。但し、撮像手段を照明手段と同一のサイドに設ける
場合には、***部からの戻り光が比較的少なくなるた
め、画像のコントラストを高めることは難しい。

【００３６】第３は、検出面での全反射光を全く利用し
ない場合である。この場合には、照明光を臨界角より小
さな角度で検出面へ入射させると共に、受像手段を臨界
角より大きな角度範囲に配置する。照明光は、皺部に対
応する部分では一部が検出面を透過して皺部に達し、皺
部で反射されて検出面に入射すると共に、残りは検出面
で反射され、いずれも臨界角内で進むために受像手段に
は達しない。一方、***部に対応する部分での散乱光
は、その一部が受像手段に達する。したがって、得られ
る画像はグレーの隆線部の中に黒で皺部の像が形成され
る。

【００３７】なお、全反射光を間接的に利用する第２の
場合と全く利用しない第３の場合とでは、得られる画像
のパターンは同一であるが、***部からの散乱光は、照
明光の入射角度の違いから後者の方がより多く受像手段
に達するため、後者の方がよりコントラストのよい画像
を得ることができる。

【００３８】次に、図９から図１７に基づいて実施例に
おける装置の具体的な配置関係を説明する。それぞれの
実施例において、照明手段は、蛍光灯、白熱電球、発光
ダイオード、エレクトロニックルミネッセンス、レーザ
ー等の光源６と、投光レンズ群７とから構成され、受像
手段は、結像レンズ群８と写真フィルム、ＣＣＤセンサ
ー等から成る受像素子９とから構成されている。

【００３９】図９に示す実施例１では、上述した第１の
条件で各手段が配置されている。透明体ブロックとして
のプリズム２は、手１が置かれる側に凸となる曲面であ
る検出面３と、照明光が入射する端面４と、反射光が射
出する端面５とを備えており、端面４と端面５とは直角
となる。なお、この端面間の角度は、直角以外の任意の
角度としてもよい。

【００４０】光源６から発して投光レンズ群７を介して
端面４からプリズム２に入射した照明光は、検出面３に
対して臨界角より大きな角度で入射するため、皺部に対
応する部分では全反射されると共に、***部に対応する
部分では散乱する。皺部からの全反射光と***部におけ
る散乱光の一部は、端面５から射出して結像レンズ群８
を介して受像素子９上に結像する。

【００４１】図１０に示す実施例２では、上記の第２の
条件で各手段が配置されている。光源６を発して投光レ
ンズ群７を透過した照明光は、プリズムの端面５からプ
リズム２内に入射する。照明光は、検出面３に対して臨
界角より大きな角度で入射するため、皺部に対応する部
分では全反射されてプリズムの他方の端面４からプリズ
ム外に射出する。***部に対応する部分で散乱された照
明光の一部は、端面５からプリズム外に射出して結像レ
ンズ群８を介して受像素子９に達する。

【００４２】図１１に示す実施例３では、上記の第３の
条件で各手段が配置されてる。光源６から発して投光レ
ンズ群７を透過した照明光は、プリズム２の端面４から
入射して検出面３に対して臨界角より小さい角度で入射
する。照明光は、皺部に対応する部分では一部が検出面
で反射すると共に、残部はプリズム外へ射出し、***部
に対応する部分では散乱する。

【００４３】受像手段である結像レンズ群８と受像素子
９とは、臨界角より大きな角度範囲に配置されているた
め、受像手段には皺部からの反射光は入射せず、端面５
から射出した***部からの散乱光のみが入射する。

【００４４】第３の条件を満たすためには、図１１に破
線で示したように端面５側から照明光を入射させるよう
光源６と投光レンズ７とを配置してもよいし、実線で示
した光源と破線で示した光源とを同時に点灯させてもよ
い。また、図１２に示す実施例４のように、プリズム２
の真下から照明してもよい。ただし、図１１の破線位置
や図１２の位置に照明手段を設ける場合には、端面５で
直接反射された光束が受像手段に達しないよう配慮する
必要がある。

【００４５】図１３に示す実施例５では、上記の第３の
条件で各手段が配置されている。この例では、一方の端
面４から入射させた照明光を他方の端面５で内面反射さ
せ、検出面３に対して垂直に入射させている。検出面３
において***部で散乱された光束の一部は、端面５を透
過して結像レンズ群８を介して受像素子９に達する。受
像手段は臨界角よりも大きな角度範囲に設けられている
ため、皺部での反射光は受像素子９には達しない。

【００４６】図１４に示す実施例６、および図１５に示
す実施例７では、いずれも上記の条件３を満たす配置で
ある。底面４から入射した照明光は、検出面に３に対し
て垂直に入射し、***部からの散乱光が端面５から射出
して受像素子９に達する。透明体ブロックとしてのプリ
ズム２の形状は、三角プリズムに限られず、条件を満た
せば、台形や角錐、角錐台等の形状とすることもでき
る。

【００４７】なお、上記の条件を満たす限りにおいて
は、光束を図１６に示すように端面４，５ではなく、検
出面３と垂直な側面２０から入射させる構成としてもよ
い。

【００４８】図１７に示す実施例８では、図９の構成に
加えて検出面３にその周辺部を遮光する遮光部材１０を
設け、検出に利用する領域を中央部分に限定している。
このような遮光部材１０を設けることにより、受像手段
を配置する範囲を規定する角度θの基点を端面５の中間
部分に設定できるため、図９の例よりも受像手段をプリ
ズム２に近接させて配置することができる。この遮光部
材１０は、手１を置く向きを規定するガイドとして利用
することもできる。

【００４９】なお、ここでは図９の実施例に遮光部材を
設ける例についてのみのべたが、他の実施例についても
同様に遮光部材を設けることができる。

【００５０】上述した各実施例では、プリズム２を単一
部材とみなして説明したが、図１８(ａ)に示すように、
三角プリズム２ａと平凸レンズ状の曲面部材２ｂとを貼
合わせて構成してもよい。曲面の形状は、球面のみでな
く回転対称な非球面、楕円体面、あるいは、回転非対称
な非球面であってもよい。

【００５１】また、曲面の周辺部から頂点までの高さの
差ｈ(図１８参照)は、掌の窪みに合わせて設定すればよ
いが、個人差により、また、掌への力の入れ具合によ
り、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度のばらつきが認められた(サ
ンプル数３０名)。したがって、ｈは２ｍｍから８ｍｍ
の範囲に設定すれば、一般に掌にフィットする形状とな
る。

【００５２】また、検出面の曲面部の直径ｗ(図１８参
照)は、４５ｍｍから７５ｍｍの範囲にあればよい。た
だし、ここでの直径は、実際に検出面として機能する範
囲を規定するため、図１７の例では遮光部材１０の内側
の範囲に相当する。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、掌を載せる検出面を曲面としたため、掌全体を検出
面に密着させることができ、皺部、***部に関する像を
正確に捉えることができる。

【００５４】また、照明装置、受像装置の配置を検出面
における臨界角との関係で規定することにより、外光の
影響を排除することができ、高いコントラストで歪みの
小さい手相の像を検出することが可能であると共に、各
装置の配置の自由度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プリズム内から検出面に達する光の進み方を
示す説明図である。

【図２】検出面の臨界角と反射の条件を示す説明図で
ある。

【図３】光源の位置と検出面上の各点における臨界角
との関係を示す説明図である。

【図４】全反射条件を満たす場合、満たさない場合の
光源の配置範囲を示す説明図である。

【図５】検出面で反射された照明光がプリズムから射
出する際の範囲を示す説明図である。

【図６】プリズム外から検出面に達する光の進み方を
示す説明図である。

【図７】検出面に接する掌の***部と皺部とにおける
光線の進み方を示す説明図である。

【図８】プリズム外から入射する照明光の進む範囲を
示す説明図である。

【図９】この発明にかかる指紋入力装置の実施例１を
示す説明図である。

【図１０】この発明にかかる指紋入力装置の実施例２
を示す説明図である。

【図１１】この発明にかかる指紋入力装置の実施例３
を示す説明図である。

【図１２】この発明にかかる指紋入力装置の実施例４
を示す説明図である。

【図１３】この発明にかかる指紋入力装置の実施例５
を示す説明図である。

【図１４】この発明にかかる指紋入力装置の実施例６
を示す説明図である。

【図１５】この発明にかかる指紋入力装置の実施例７
を示す説明図である。

【図１６】照明光を側面から入射させた場合を立体的
に示した説明図である。

【図１７】この発明にかかる指紋入力装置の実施例８
を示す説明図である。

【図１８】プリズムを貼合わせで形成した例を示す説
明図である。

【符号の説明】

１…手２…プリズム３…検出面４…端面５…端面６…光源７…投光レンズ群８…結像レンズ群９…受像素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率の異なる２つの媒体の境界面を屈折
率の低い媒体側に凸となる曲面状の検出面とし、該検出
面に屈折率の低い媒体側から掌を密着させ、屈折率の高
い媒体側から前記検出面に密着された掌の模様を画像と
して読み取ることを特徴とする手相入力装置。
【請求項２】前記検出面の周辺部から頂点までの高さの
差が２ｍｍから８ｍｍの範囲にあることを特徴とする請
求項１に記載の手相入力装置。
【請求項３】前記検出面の曲面部の直径が４５ｍｍから
７５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載
の手相入力装置。
【請求項４】掌を密着させるよう外側に凸となる曲面で
ある検出面を備える透明体ブロックと、前記透明体ブロックの内側から前記検出面側を照明する
照明手段と、前記検出面から反射された照明光に基づき、前記検出面
に密着された前記掌の模様を画像として読み取る受像手
段とを有することを特徴とする手相入力装置。
【請求項５】前記照明手段は、前記検出面の各点に対し
て臨界角より大さい角度で光が入射するよう前記検出面
を照明する位置に設けられ、前記受像手段は、前記検出
面の各点において全反射して前記透明体ブロック内に戻
った光のみを受光する位置に設けられていることを特徴
とする請求項４に記載の手相入力装置。
【請求項６】前記照明手段は、前記検出面の各点に対し
て臨界角より大きい角度で光が入射するよう前記検出面
を照明する位置に設けられ、前記受像手段は、前記検出
面の各点において全反射して前記透明体ブロック内に戻
った光が到達しない位置に設けられていることを特徴と
する請求項４に記載の手相入力装置。
【請求項７】前記受像手段は、前記検出面において全反
射した光束が射出する側であって、前記検出面上の各点
における臨界角より小さな角度範囲に設けられているこ
とを特徴とする請求項６に記載の手相入力装置。
【請求項８】前記受像手段は、前記照明光が入射する側
に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の手
相入力装置。
【請求項９】前記照明手段は、前記検出面の各点に対し
て臨界角より小さい角度で光が入射するよう前記検出面
側を照明する位置に設けられ、前記受像手段は、前記検
出面の各点において臨界角より大きい角度で前記透明体
ブロック内に戻った光のみを受光する位置に設けられて
いることを特徴とする請求項４に記載の手相入力装置。