JPS63223875A - 凹凸面情報検出装置 - 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】 〔概要〕 指紋等の凹凸パターンを有する物体と接触している透明
平板の一表面に形成されたホログラムを用いて、凸部で
散乱された光のうち、臨界角以上で散乱された光を外部
に導出し、これを結像することによって指紋等の凹凸パ
ターンに関する情報を取得する凹凸面情報検出装置にお
いて、該ホログラムによって結像された像における非点
収差以外の収差を除去する目的で設けられている空間フ
ィルタの開口幅を可変とし、処理アルゴリズムの負担を
軽減するのに有利なパターン信号が取得されるように制
御する。これによって、凹凸パターンの照合効率化（照
合時間短縮、照合アルゴリズムの簡素化、ならびに、照
合の信顛性の向上が可能となる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は凹凸によって表現されるパターンを光学的に検
出する装置に係り、とくに、指紋を弁別するためのシス
テムにおける指紋情報入力用のセンサに関する。

〔従来の技術〕

コン′ピユータシステムのセキュリティを確保するため
に、１０カードやパスワードを用いる個人検証が行われ
ている。一方、この分野においても、指紋の有する「万
人不同」・「終生不変」の特性を利用して、さらに高度
のセキュリティを確立することが試みられている。指紋
を用いれば、携帯不備、盗用、故意等の不都合も回避で
きる。　上記目的に対しては、指紋を即時に弁別するこ
とが必要であり、このために、指紋情報を光学的に検出
する方法が提案されている。この場合に重要なことは、
指紋を高いコントラスト比で検出することである。その
一つの方法として、ガラス等の透明平板に指を押しつけ
た場合に、指紋の該ガラス　゛仮に接している凸部（隆
線）で散乱された光の一部は該ガラス板内を全反射して
伝播するが、該ガラス板に接していない凹部（谷線）で
散乱された光は、上記の全反射の条件を満たすことがで
きず、該ガラス板に入射したのち、これを透過して再び
外部へ出射してしまうことを利用したものがある。

すなわち、この全反射光を取り出して結像させれば、高
コントラストの指紋像を得ることができる。

このような原理を用い、種々の改良モデルが提案されて
いる。（特開昭５５−８１３２１、特開昭６１−２０１
３８０等参照） 本発明者らは、上記のような、ガラス等の内部を伝椰す
る全反射光を外部に取り出す手段としてホログラムを用
い、該ホログラムから出射される指紋像の非点収差を補
正し、結像するために設けられた一対のシリンドリカル
レンズと、該シリンドリカルレンズのそれぞれの焦点位
置に配置された一対の空間フィルタとを有する凹凸面情
報検出装置を提案している。（特願昭６ｌ−６７５０）
〔発明が解決しようとする問題点〕 第６図は本発明者等により提案された上記凹凸面情報検
出装置の一構成例を示す模式的斜視図である。第６図に
おいて、例えばガラスから成る透明平板１０の一表面に
は、指等が押しつけられる凹凸面情報入力部１１が設け
られており、一方、透明平板１０の他方の面にはホログ
ラム２０が形成されている。該ホログラム２０は、写真
フィルム等を用いて別個に作製されたホログラムを透明
平板ＩＯに貼り付けたものでもよい。透明平板１０の厚
さ方向の断面に対向して、例えば、半導体レーザのよ゛
うな光源３０が配置されている。該光ｔ１．３０は、ホ
ログラム２０の位置から凹凸面情報入力部１１を見たと
き、凹凸面情報入力部１１に重なって見えないように配
置される必要がある。なぜならば、凹凸面の凸部での全
反射光がホログラムに到達すると、残留指紋によりコン
トラストが劣化するからである。

第會図においては、透明平板１０は凹凸面情報人力部１
１とホログラム２０を結ぶ方向と凹凸面情報人刃部１１
と光源３０を結ぶ方向とが、はぼ直交するようなＬ字形
を成しているので、４明乎板１０の内部を全反射して伝
播する光源３０の光が、ホログラム２０に直接入射する
ことが避けられている。

いま、凹凸面情報入力部１１に、例えば指が押しつけら
れたとすると、凹凸面情報入力部１１を全反射照明する
。隆線で散乱された光のうち、臨界角以上で散乱された
光が、ホログラム２０に達する。

一方、指紋の谷線に面している透明平板１０の表面部分
では光の散乱は生じない。したがって、この表面で内部
反射された全反射光は、前述のように、ホログラム２０
に入射しない。このようにして、ホログラム２０には、
凹凸面情報入力部１１に接触している指紋の隆線および
谷線に対応した強弱の光が入射する。この入射光はホロ
グラム２０で回折され、例えばＣＣＤから成る撮像装置
４０の光電面上に結像される。該光電面の各画素からは
、結像された指紋像に対応するパターン信号が出力され
る。このパターン信号は、以後、２値化処理、細線化処
理、修復処理等の前処理を経たのち、指紋の特徴点のｈ
７折・抽出等の処理が行われ、凹凸面情報、すなわち、
個人別指紋情報として登録される。

第６図に示す従来の凹凸画情＋ａ検出装置では、ホログ
ラム２０から出射する指紋像の非点収差を補正するため
に、それぞれの中心軸が互いに直交するように配置され
た一対のシリンドリカルレンズＣＬ１およびＣｌ３と、
それぞれ所定の幅の開口を有し、かつ、該開口が該シリ
ンドリカルレンズＣＬＩおよびＣｌ３のそれぞれの焦点
に位置するように配置された空間フィルタＳＦＩおよび
ＳＦ２が設けられている。なお、符号５０は、ホログラ
ム２０からの出射光の方向を、透明平板１０の面とほぼ
平行な方向に反射するために設けられた反射鏡である。

空間フィルタＳＦＩおよびＳＦ２は、シリンドリカルレ
ンズＣＬＩおよびＣｌ３によって撮像装置４０の光電面
に結像された指紋像に生じている非点収差以外の収差に
基づ（“ぼけ”を除去する目的で設けられる。したがっ
て、該゛°ぼけ”を小さくするためには、それぞれに設
けられている開口の幅が狭い方が有利である。しかしな
がら、開口の幅が狭くなると、撮像装置４０によって検
出される入力光のレベルが低くなり、以後のパターン信
号処理において種々の誤りを生じやすくなる。この誤り
を防ぐために、通常の凹凸面情報検出装置では、前記前
処理において複雑なアルゴリズムを必要とし、処理能率
が低下し、あるいは、得られたパターン情慴の信頼性が
低下する。

一方、凹凸画情１１入力部１１に対する指の接触状態、
すなわち、指の押圧力や皮宥の滑らかさおよび発汗の程
度等によって゛、指紋による散乱光の強度が変化する。

とくに、荒れ性の皮膚の場合は、透明平板１０に対する
密着が悪く、散乱光が弱くなる。その結果、撮像装置４
０に投射される指紋像の明るさが低くなる。このような
指紋像から画素情報を得る場合には、前記のように、前
処理において種々の誤りを生じる。すなわち、２値化処
理におけるスライスレベルの不適切に基づく２値化の誤
り、また、細線化あるいは修復処理での指紋の端点ある
いは分岐点の判別誤り等である。

第６図に示す従来の装置においては、指紋による散乱光
の強度を調節する手段、もしくは、撮像装置４０への入
射光量を調節する手段等が設けられておらず、上記のよ
うな前処理における誤りに対する対策は、もっばら前処
理のアルゴリズムに負わされていた。このために、処理
能率の低下、パターン情報の信頼性低下等の問題があっ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、指紋検出のための従来の凹凸面情報検出装置
における上記のような問題点を解決するために、被検凹
凸面が接触される凹凸面情報入力部が設けられた一平面
と該平面に平行な他モ面とを有する透明平板、該凹凸面
の凸部で散乱されたのち該透明平板の内部を全反射条件
で伝吊する散乱光を該透明平板の外部に導出するために
該平面のいずれか一方に設けられたホログラム、それぞ
れの曲面の中心軸が互いに直交するようにして、該ホロ
グラムに対向して配置された、該ホログラムによる回折
像の非点収差を補正するための、一対のシリンドリカル
レンズ、および、それぞｆ（、開口を有し、該開口が該
シリンドリカルレンズのそれぞれの焦点に位置するよう
に配置された一対の空間フィルタとを備えた凹凸面情報
検出装置において、該空間フィルタの開口幅が可変であ
ることを特徴とする。

〔作用〕

指が押しつけられている透明平板内部を全反射して伝播
する光を用いて指紋を検出する凹凸面情報検出装置にお
いて、ホログラムから出射する指紋像の非点収差補正用
のシリンドリカルレンズと撮像装置との間に設置された
空間フィルタに設けられている開口の幅を制御すること
によって、該撮像装置に投射される指紋像の明るさを適
当なレベルに調節し、該指紋を判別するための処理にお
けるアルゴリズムの負担を軽減する。

〔実施例〕

第１図は本発明の原理を示す図であり、例えば、２枚の
遮蔽体１ａおよび１ｂから成る空間フィルタは、開口部
２を有する。該開口部２の幅Ｗは、遮蔽体１ａおよび１
ｂを、例えば、モータ３の駆動力により、図上で左右に
移動させることにより、変化可能とされている。

開口部２の幅Ｗの制御は、第２図（ａ）および（ｂ）の
フローチャートに概要を示したような手順で行われる。

すなわち、第２図（ａ）において、まず、空間フィルタ
が所定の開口幅（例えば基大皿旦彊）に設定され、この
状態で画像、すなわち、指紋像が取り込まれる。この時
の画像情報に基づいて、指と凹凸面情報入力部における
透明平板との接触状態が調べられる。例えば、指紋の隆
線と谷線のそれぞれの幅が求められる。

前述のように、例えば、荒れ性の皮膚は透明平板に対す
る接触状態が悪く、指紋による散乱光が弱いために、撮
像装置に投射される指紋像が暗く、以後の処理において
誤りを生じやすい。一般に、このような指紋像では、隆
線幅に比して谷線幅が大きい。したがって、隆線幅と谷
線幅の比が小さい場合には、空間フィルタの開口幅が大
きくなるような制御を行う。このようにして、所定のレ
ベル以上の明るさの指紋像が、撮像装置に投射される。

この状態で、改めて指紋像が取り込まれ、前記のような
前処理を経たのち、該指紋の特徴点の抽出が行われ、そ
の情報（例えば、該特徴点の種類と座標値）が、メモリ
装置へ格納（登録）される。

本発明の一実施例では、第２図（ａ）に示すように、該
特徴点情報を、ＩＣカードのメモリに記憶させるが、こ
のときに、前記の空間フィルタの開口幅の制御情報（例
えば、上記の隆線幅対谷線幅比あるいは設定すべき開口
幅値）も、該メモリに記憶させる。

指紋照合時には、第２図（ｂ）に示すように、ＩＣカー
ドに書き込まれている指紋の特徴点情報および空間フィ
ルタの開口幅制御情報が読み出され、まず、該開口幅制
御情報に基づいて、第５図と同様の凹凸面情報検出装置
の空間フィルタの開口幅が、最適値に制御される。、こ
の状態で、指紋像が取り込まれ、上記のような前処理が
行われたのち、特徴点が抽出される。この特徴点の情報
が、ＩＣカードに記憶されている特徴点情報と照合され
る。

上記において、指紋の隆線幅と谷線幅の測定は、２値化
された画像において、隆線と垂直方向にある一連の画素
について、ハイレベル画素数とローレベル画素数とを数
えることで容易に可能である。

また、隆線部分の接触面積と谷線部分の接触面積との面
積比に基づいて、開口幅制御を行ってもよい。こり場合
には、撮像装置の受光面上のハイレベル画素数とローレ
ベル画素数とを数えればよい。

第３図は、第２図（ａ）および（ｂ）に示す処理を行う
ためのシステムのブロック図である。まず、登録時には
、中央処理装置１０１は、開口幅制御装置１０３に対し
、空間フィルタＳＦＩ　　（ＳＦ２　’）の開口幅を、
例えば、最大幅にするよう命令する。

この状態で、ホログラム２０からの指紋像が、撮像装置
４０により検出さされる。中央処理装置１０１は、この
ときの画像信号から、隆線および谷線幅を測定し、設定
すべき開口幅情報を開口幅制御装置１０３に送る。この
状態で、ホログラム２０からの指紋像が再度検出され、
前処理装置１０２で処理されたのち、中央処理装置１０
１に送られ、特徴点の抽出等の処理が行われる。得られ
た特徴点情報は、前記開口幅情報とともに、ＩＣカード
書込／読出装置１０４に挿入されたＩＣカードに書き込
まれる。

照合時には、中央処理装置１０１は、ＩＣカード書込／
読出装置１０４で読み出された開口幅情報を開口幅制御
装置１０３に送り、空間フィルタＳＦＩ　　（ＳＦ２）
の開口幅を所定値に設定する。以後、ホログラム２０か
らの指紋像について、前処理および特徴点の抽出が行わ
れ、この特徴点情報がＩＣカードに登録されている特徴
点情報と照合される。

第４図は、第１図に示した２枚の遮蔽体１ａおよびｌｂ
を移動する機構の一実施例である。図において、板状の
遮蔽体１ａ　（あるいはｌｂ）は、その上下を支持する
レール４ａおよび４ｂに沿って、矢印方向に移動可能と
されている。遮蔽体１ａ　（ｌｂ）の下方には、滑車５
ａおよび５ｂが設けられている。滑車５ａおよび５ｂの
うち、すくなくとも一方、例えば５ａが、第１図におけ
るモータ３によって回転される。滑車５ａおよび５ｂの
間には、糸（あるいはベルト）６が張られており、糸６
の一部は遮蔽体１ａ　（ｌｂ）の一端に固定されている
。このようにして、例えば滑車５ａが回転されると、糸
６が左右に走行し、それにともなって、遮蔽体１ａ　（
ｌｂ）が矢印の方向に移動される。第４図に示す機構を
左右対象に配置すれば、第１図の構成が実現できる。そ
して、二つの遮蔽体間の距離、すなわち、空間フィルタ
の開口幅は、滑車５ａおよび５ｂを駆動するモータの回
転角度を制御することによって、所定値に調節される。

第５図は、可変幅開口を有する空間フィルタの別の実施
例を示す模式図であり、機械的駆動手段を用いないで開
口幅が変化可能な空間フィルタを提供する。図において
、７は所定ピッチ（例えば０．１　ｍｍ）で配列された
縦方向電極（図示省略）とそれらの対向電極を有する液
晶パネルである。液晶パネル７は、該縦方向電極と対向
電極間に印加された電圧の有無により、光に対する透過
率が変化する。例えば、電圧を印加した場合に透過率が
大きくなる場合には、空間フィルタの開口部に対応する
部分の縦方向電極と対向電極間に、電源８から選択的に
電圧を印加する。このようにして、所定開口幅Ｗに相当
する光透過路７１が形成され、その他の部分は光を遮蔽
するので、空間フィルタとして使用できる。

〔発明の効果〕

本発明の凹凸面情報検出装置によれば、撮像装置に投射
される画像の明るさが、以後の画像信号処理に適したレ
ベルに制御されるので、処理能率が向上可能となるとと
もに、指紋等の凹凸面情報検出における信転性が向上で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す図、 第２図（ａ）および（ｂ）は、空間フィルタの開口部の
幅を制御する手順の概要を示すフローチャート、 第３図は、第２図の処理手順を行うためのシステムのブ
ロック図、 第４図は、第１図の遮蔽体１ａおよび１ｂを移動する方
式の開口幅制御機構の一実施例を示す図、第５図は、可
変幅開口を有する空間フィルタの別の実施例を示す図、 第６図は本発明が適用される凹凸面情報検出装置の構成
概要を示す模式的斜視図である。 図において、１ａおよび１ｂは遮蔽体、２は開口部、３
はモータ、４ａおよび４ｂはレール、５ａおよび５ｂは
滑車、６は糸あるいはベルト、７は液晶パネル、８は電
源、１０は透明平板、１１は凹凸面情報人力部、２０は
ホログラム、３０は光源、４０は撮像装置、５０は反射
鏡、７１は光透過路、１０１は中央処理装置、１０２は
前処理装置、１０３は開口幅制御装置、１０４はＩＣカ
ード書込／読出装置、ＣＬＩおよびＣｌ３はシリンドリ
カルレンズ、ＳＦＩおよびＳＦ２は空間フィルタである
。 本を明つか狸図 第１図 空ｎト４ルタ ズｎ−１里Ｓ〆テムブＯ・・７７図 第３図 亀、 昏 求 容 へｒ） （〉 鍋 り 区 べ ■マ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検凹凸面が接触される凹凸面情報入力部が設け
   られた一平面と該平面に平行な他平面とを有する透明平
   板、該凹凸面の凸部で散乱されたのち該透明平板の内部
   を該二つの平面で全反射されながら伝播する散乱光を該
   透明平板の外部に導出するために、該平面のいずれか一
   方に設けられたホログラム、それぞれの曲面の中心軸が
   互いに直交するようにして該ホログラムに対向して配置
   された、該ホログラムによる回折像の非点収差を補正か
   つ結像するための、一対のシリンドリカルレンズとを備
   えた凹凸面情報検出装置において、幅が変化可能な開口
   を有し、該開口が対応する該シリンドリカルレンズの焦
   点に位置するように配置された一対の空間フィルタと、 該空間フィルタの開口の幅を変化させる機構とが設けら
   れたことを特徴とする凹凸面情報検出装置。
2. （２）該空間フィルタの開口幅が、指紋の隆線および谷
   線のそれぞれの幅の比に基づいて変化されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の凹凸面情報検出装置
   。
3. （３）該空間フィルタの開口幅が、指紋の隆線接触面積
   と谷線接触面積との比に基づいて変化されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の凹凸面情報検出装置
   。
4. （４）該空間フィルタが、少なくとも一方が機械的に移
   動可能な一対の遮蔽体から成り、その開口が該遮蔽体間
   に形成されるスリットであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の凹凸面情報検出装置。
5. （５）該空間フィルタが、電圧の印加によって光の透過
   性が変化する透過型液晶パネルから成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の凹凸面情報検出装置。
6. （６）該空間フィルタの開口幅を制御する情報をＩＣカ
   ードに書き込む手段およびＩＣカードに記録された該制
   御情報を読み出す手段を備えたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の凹凸面情報検出装置。