(57)【要約】【課題】  指紋画像撮像装置において、安定かつコントラストの向上した指紋画像を得る。【解決手段】  この発明の指紋画像撮像装置は、撮像対象となる指紋１１を有する指先部１を被検体とし、被検体にこれを透過し得る光３０を照射する光源３と、指紋１１の表面が非接触の状態で被検体を保持し得る被検体保持部２と、被検体を透過する光源３からの光３０を撮像して指紋１１の表面近傍の内部組織の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得る撮像手段５と、被検体を透過する光源３からの光３０を上記撮像手段５に結像させる光学系４と、少なくとも撮像手段５により指紋画像を得る前に、被検体の指紋１１の表面に少なくとも１つ以上の所定の形状の光７０を照射する第２の光源７１とを備え、指紋１１の表面に照射された所定の形状の光７０の反射光を撮像手段５で少なくとも１枚撮像し、所定の形状の光７０により被検体の位置計測情報を取得した後に上記指紋画像を撮像する。【選択図】  図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象となる指紋を有する指先部を被検体とし、上記被検体にこれを透過し得る光を照射する光源と、
上記指紋の表面が非接触の状態で上記被検体を保持し得る被検体保持部と、
上記被検体を透過する上記光源からの光を撮像して上記指紋の表面近傍の内部組織の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得る撮像手段と、
上記被検体を透過する上記光源からの光を上記撮像手段に結像させる光学系と、
少なくとも撮像手段により指紋画像を得る前に、被検体の指紋の表面に少なくとも１つ以上の所定の形状の光を照射する第２の光源と
を備え、
上記指紋の表面に照射された上記所定の形状の光の反射光を上記撮像手段で少なくとも１枚撮像し、上記所定の形状の光により上記被検体の位置計測情報を取得した後に上記指紋画像を撮像することを特徴とする指紋画像撮像装置。
【請求項２】
光の照射条件および撮像手段のゲインの少なくとも一方を調整することにより指紋画像の明度を調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の指紋画像撮像装置。
【請求項３】
同一の被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を得、上記複数の指紋画像を重畳または部分的に貼り合せる手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の指紋画像撮像装置。
【請求項４】
撮像手段から出力された指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の指紋画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋画像撮像装置に関するものであり、特に、指紋の皮膚表面の湿り気の状態に拘わらず、さらには指紋の凹凸が不明瞭な場合にも、安定した指紋画像を得ることができる指紋画像撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の指紋画像撮像装置においては、指先部の指紋部分が非接触状態で指を保持し、指先部の甲側（背側）から光を照射し、指内部を透過してきた光を検出する。指先部を透過する光の透過率は、指紋の凸部に比べて凹部において高いので、指紋の凸部に比べて凹部が明るい画像が得られる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３-８５５３８号公報（第３−４頁、第１−４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の指紋画像撮像装置は、以上のように構成されており、指紋の皮膚表面の湿り気の状態に拘わらず、さらには指紋の凹凸が不明瞭な場合にも、安定した指紋画像を得ることができるが、指紋画像のコントラストの更なる向上が望まれる。また、指先部の設置位置がずれると安定した指紋画像が得られないといった問題があった。
【０００５】
本発明は、コントラストの向上した指紋画像を、安定して得ることができる指紋画像撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る指紋画像撮像装置は、撮像対象となる指紋を有する指先部を被検体とし、上記被検体にこれを透過し得る光を照射する光源と、上記指紋の表面が非接触の状態で上記被検体を保持し得る被検体保持部と、上記被検体を透過する上記光源からの光を撮像して上記指紋の表面近傍の内部組織の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得る撮像手段と、上記被検体を透過する上記光源からの光を上記撮像手段に結像させる光学系と、少なくとも撮像手段により指紋画像を得る前に、被検体の指紋の表面に少なくとも１つ以上の所定の形状の光を照射する第２の光源とを備え、上記指紋の表面に照射された上記所定の形状の光の反射光を上記撮像手段で少なくとも１枚撮像し、上記所定の形状の光により上記被検体の位置計測情報を取得した後に上記指紋画像を撮像するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る指紋画像撮像装置によれば、撮像対象となる指紋を有する指先部を被検体とし、上記被検体にこれを透過し得る光を照射する光源と、上記指紋の表面が非接触の状態で上記被検体を保持し得る被検体保持部と、上記被検体を透過する上記光源からの光を撮像して上記指紋の表面近傍の内部組織の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得るので、指紋の皮膚表面の湿り気の状態に拘わらず、さらには指紋の凹凸が不明瞭な場合にも、安定した指紋画像を得ることができる。
しかも、上記被検体を透過する上記光源からの光を上記撮像手段に結像させる光学系と、少なくとも撮像手段により指紋画像を得る前に、被検体の指紋の表面に少なくとも１つ以上の所定の形状の光を照射する第２の光源とを備え、上記指紋の表面に照射された上記所定の形状の光の反射光を上記撮像手段で少なくとも１枚撮像し、上記所定の形状の光により上記被検体の位置計測情報を取得した後に上記指紋画像を撮像するので、コントラストの向上した指紋画像を、安定して得ることができる。
したがって、より正確な指紋情報を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
本発明の発明者らは、撮像対象となる指紋を有する指先部を被検体とし、上記被検体を透過し得る光源からの光を上記被検体に照射し、光学系で上記被検体を透過する上記光源からの光を撮像手段に結像させ、撮像手段で上記被検体を透過する上記光源からの光を撮像して上記指紋の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得るのに、上記光を照射する位置が、指紋画像のシェーディングに影響を及ぼすことを発見し、先の出願（特願２００４−２９０５７５号明細書）において、主に爪に照射すると爪先側は飽和し根元側は暗くなり、爪の生え際近くの略爪以外の部分に照射すると指紋画像の全体のシェーディングが緩やかになり、第１関節付近に照射すると根元側は明るくなり爪先側が暗くなることを開示した。
発明者らは、骨が第２の光源となり、骨に当たった光は広い角度に散乱して指先部分を比較的均一な強度で指紋部分まで透過できるが、指先の骨が爪の途中までしかないので、光源からの光を主に爪に当てると、骨に当たらなかった光がそのまま透過してシェーディングがきつくなるのではないかと推測している。
これにより、爪の生え際近くの略爪以外の部分に光を照射することで、シェーディングが緩和された指紋画像を撮像することができ、主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲での明度の適正化に貢献することができると考えた。
【０００９】
本実施の形態１は、上記特性に着目して構成された指紋画像撮像装置に対し、光源からの光が指先部の複数の領域を照射する構成としたものである。
【００１０】
なお、本発明で言う、個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲とは、例えば、指の第１関節から指先までの領域、あるいは第１関節部分も含めた領域や指の側面の指紋を含んだ領域などを指す。
【００１１】
図１〜図３は本発明の実施の形態１による指紋画像撮像装置を説明するための図であり、より具体的には、図１は指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図、図２は指先部近傍を撮像手段側（腹側）から見た様子を示す下面図である。図３は指先部近傍を背側（爪側）から見た様子を示す上面図である。
【００１２】
本実施の形態による指紋画像撮像装置は、撮像対象となる指紋１１を有する指先部１を被検体とし、被検体１を透過し得る光３０を、その照射中心が指先部１の爪１２の存在している面における幅方向の略中心線上でかつ爪１２の生え際に対して爪１２部とは反対側にあり、略爪１２以外の部分を、複数の照射スポットで照射する光源３と、
被検体１を透過する光源３からの光３０を撮像して指紋１１の凸部が暗く凹部が明るい、指紋１１に対応する指紋画像を得る撮像手段５と、
被検体１を透過する光源３からの光を撮像手段５に結像させる光学系４と、
撮像手段５から出力された指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部６とを備えている。
さらに、光の照射条件（輝度および照射領域１６）および撮像手段５（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を調整することで画像の明度を調整する手段（明度判定部６６、光源駆動回路３２、ゲイン調整回路５５）と、
同一の上記被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を重畳または部分的に貼りあわせる手段（画像処理部６２）とを備えている。
【００１３】
本実施の形態では、指先部１を保持し得る被検体保持部（図１では、指先部１を撮像対象となる指紋１１の表面が非接触の状態で保持し得る開口付き被検体保持部を示している。）２を備えている。開口付き被検体保持部２の開口部分は、撮像手段５で撮像する範囲である観察面１００を含むように設けられている。
【００１４】
被検体である指先部１は、その腹側に撮像対象となる指紋１１を有しており、指紋１は凸部（山部）と凹部（谷部）からなる凹凸パターンを有している。なお、本発明では、指先部１とは、指の先端部分のみを言うのではなく、指の先端部分から第１関節、あるいは第２関節の辺りまでを言う。
【００１５】
指先部１を透過し得る光３０を指先部１に照射する光源３は、指先部１の指紋１１と反対側である背側（爪側）から腹側（指紋側）へ光が進行するように設けられる。光源３としては、主波長が赤色光〜近赤外光領域である光、すなわち、赤色光〜近赤外光領域にある何れかの波長（単色）の投射光、赤色光〜近赤外光領域に亘る光が混合された投射光、あるいは赤色光〜近赤外光領域の光（単色の場合も混合されている場合もある。）を主波長として含む投射光を出射するものが用いられ、例えばレーザー、発光ダイオード、ランプ光源が用いられる。赤色光〜近赤外光領域の光は、被検体１である生体に対する光の透過率が高いので好ましく用いられるが、主波長が６００ｎｍ〜１４００ｎｍの範囲のものがより好ましい。さらに、血管中のヘモグロビンの光吸収特性は６６０ｎｍ前後で最小となるので、血管が指紋画像に及ぼす影響を低減するために、主波長が６３０ｎｍ〜７８０ｎｍの領域の光がさらに好ましい。
また、外部からの光の影響を受けないように、指先部１および光源３を遮光体によって覆ってもよい。
【００１６】
光源３は１つ以上の例えばレーザー、発光ダイオード、ランプ光源から構成されており、同時に任意の数だけ点灯させることができる。指先部１を開口付き被検体保持部２で保持し、観察面１００が開口付き被検体保持部２の開口内に納まる位置にある時に、例えば図３に示すように指先部の所定の領域１６を照射できるように配置する。また、光源駆動回路３２により、点灯させる素子を制御することで、被検体１へ照射する光３０の照射条件（輝度および照射領域１６）を制御することができる構成となっている。例えば、光源３が複数の発光素子で構成されている場合、それぞれの素子が、あるいは同一位置（領域）を照射できるように構成した素子の小グループが、指先１の異なる位置（領域）を照射するように設置する。さらに、照射したい位置（領域）に応じて点灯させる素子を制御する等、被検体１における照射領域１６が複数の領域となるように構成する。照射領域１６を制御するとは、位置の制御、領域の大きさ、領域の数を個別もしくは組み合わせて制御することをいう。領域の個数を制御する場合は、光源３を複数個数設けてもよい。
また、光源３が複数の発光素子で構成されている場合、領域の大きさを決定するために、レンズなどを用いて集光してもよい。
複数の照射スポットにより指先部を照射することにより、照度を上げることが出来ると共に、指先部の設置位置に対する尤度を上げることができる。
【００１７】
また、本実施の形態による指紋画像撮像装置は、光源３からの光が被検体１を照射する位置近傍にマーカー光３１を照射するマーカー光源３３を備えている。
マーカー光源３３は、被検体である指先部１が開口付き被検体保持部２に載置されて開口部を覆うと撮像素子５２へマーカー光３１が入射せず、開口付き被検体保持部２に指先部１が載置されない状態で撮像素子５２へマーカー光３１が入射するように設置されている。
さらに、被検体（指先部）１の照射領域１６にマーカー光３１が照射されるように被検体１を移動させると、光源３からの光が被検体１の照射領域１６に照射されるように被検体１を配置することができる。
なお、マーカー光源３３は光源３との共用でもよいが、マーカー光３１として、例えば、矢印や爪皮に沿うような曲線やその他、人間が判読でき指をかざす位置を理解するのを助けるような意味のあるパターンを１ないし数カ所に別光源から投影してもよい。
また、マーカー光３１の波長は赤色光〜近赤外光領域だけではなく、使用者が目視できる可視光であればよい。
また、マーカー光３１は指先部１が開口部を覆うと撮像素子５２へ入射しないため、被検体の位置決め用だけではなく、被検体が光の照射位置に存在するか否かを判定する指存在判定用としても使用することができる。
また、被検体の位置決めは別の手段を用い、マーカー光３１を指存在判定用のみとしても使用することができる。この場合は可視光である必要はない。
【００１８】
光学系４は、指先部１の指紋１１の凸部を透過する光源３からの光と指紋１１の凹部を透過する光源３からの光とを撮像素子５２に結像する。本実施の形態では、光学系４は指先部１からの透過光が始めに通過する位置にレンズ４１を、レンズ４１の次に透過光が通過し尚且つ物体側（被検体１側）にテレセントリックになるような位置に絞り４２を備えている。
なお、より明確な指紋画像を得るために、レンズ４１に主にテレセントリックの効果を持たせ、さらに光が絞り４２を通過した後に通る位置に主に結像に寄与するレンズを設置し、さらには像の歪みを取る効果を持つレンズを設置し、複数のレンズからなる光学系を構成してもよい。
【００１９】
指先部１の腹側、すなわち撮像対象となる指紋１１の表面は曲面で構成されており、指紋１１と撮像素子５２との距離が観察面１００内の場所により異なるので、場所によってピンボケや倍率の違いによる画像の歪みが生じる場合がある。そこで、観察面１００の全面に焦点があうように被写界深度を深くし、物体側にテレセントリックな光学系を採用することで、ピンボケや倍率変動による影響を受けることなく、よりコントラストが向上された指紋画像を得ることができる。
【００２０】
撮像手段５（以下撮像系５と言うこともある。）では指先部１の内部組織を透過した強度分布を持った光を光学系４で結像させた画像を撮像して指紋に対応する指紋画像を得る。撮像手段５は、波長選択手段としての波長選択素子５１と、撮像素子５２と、撮像素子５２からの電気信号を画像電気信号に変換する画像出力回路５３とを備えている。
【００２１】
波長選択素子５１(波長選択手段)は、光源３と同程度の波長を持った光（赤色光〜近赤外光領域の光）だけを選択的に透過させるものであり、波長選択素子５１としては、例えば干渉フィルター、フィルターガラス、プラスティックフィルターが用いられる。波長選択素子５１からの出力光信号は、撮像素子５２で結像される。
なお、図１は、絞り４２と撮像素子５２との間に波長選択手段５１を設けるものであるが、波長選択手段５１は、レンズ４１と指先部１との間、レンズ４１が複数枚で構成されている場合のレンズとレンズの間、レンズ４１と絞り４２との間などの何れの位置に設けてもよい。また、波長選択機能を有するレンズ４１や撮像素子５２を用いることもできる。
【００２２】
撮像素子５２は、例えば、ＣＣＤ（電荷結像素子）、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサなどの２次元固体撮像素子や撮像管などである。撮像素子５２は指先部１を通過して指先部１の内部組織を透過した光に感度を有するもの、即ち、赤色光〜近赤外光領域の光に感度を有するものが用いられる。撮像手段５は指先部１からの光以外を受光しないよう遮光される。また、撮像素子５２のゲインを調整するゲイン調整回路５５が設けられている。
【００２３】
信号処理部６は、画像出力回路５３からの信号を受け取る画像取り込み部６１と、画像取り込み部６１からの信号を処理し２値化や細線化などを行う画像処理部６２と、画像処理部６２からの信号を受け取り、登録画像として保存する指紋データ保存部６３と、画像処理部６２からの画像を指紋データ保存部６３からの画像と照合して個人識別を行う個人識別部６４とを備えており、画像出力回路５３から出力される指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する。
さらに、信号処理部６は、画像取り込み部６１からの信号を処理し、その信号が予め定められた閾値の範囲内か否かを判定して指が存在するかどうかを判定し、光源駆動回路３２に信号を送ることができる指存在判定部６５を備えている。
また、画像取り込み部６１は取り込まれた指紋画像を一時的に蓄積する機能を備えている。
【００２４】
またさらに、信号処理部６は、画像取り込み部６１で取り込まれた指紋画像の明度が予め定められた閾値の範囲内か否かを判定し、判定結果に基づいて光源駆動回路３２およびゲイン調整回路５５の少なくとも一方へ信号を送り、指先部１を照射する光源３からの光３０の照射条件（強度、照射領域１６）および撮像素子５２のゲインの少なくとも一方を調整する明度判定部６６とを備えている。すなわち、明度判定部６６では、指紋画像の画像全域、または、個人識別に必要な指紋情報を得ることができる範囲全体、または上記領域の一部を抽出した領域や、分割した領域の画像明度を判定することができる。
また、同一の被検体について照射条件および撮像手段のゲインの少なくとも一方を違えて複数枚撮像する場合は、一回撮像するごとに明度判定回路６６で画像の明度を判定しなおしてもよいが、例えば一度の判定で複数領域の明度を判定してその結果を保存し、２回目以降は判定したそれぞれの領域が適正になるように、明度判定を再度行わずに保存した結果から画像の明度を調整することもできる。
【００２５】
また、画像処理部６２は、上述の２値化や細線化などの処理に加えて、被検体１への光３０の照射条件および撮像手段（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を違えて撮像した複数の指紋画像を重畳または部分的に貼り合わせる機能も有している。
【００２６】
なお、信号処理部６に備えられている各部分は、それらの全てが信号処理部６に備えられている必要は無く、例えば、画像出力回路５３をパソコンに接続してその中に一部分を備えたり、また、例えば指紋データを保存するが個人識別は行わない場合などは、個人識別部６４を省略することも可能である。
【００２７】
次に、図４〜図８を基に、光源３からの光３０の照射領域（位置）と得られた指紋画像の明度との関係について説明する。ただし、ここでは、光源３からの光は１つのスポットで照射される場合について説明する。
図４〜６は、図８の各点Ａ〜Ｄに光（レーザー光）３０をスポット的に照射したときのＣＣＤにより撮像した指紋画像を示す図であり、図４は図８の点Ａに、図５は図８の点Ｂに、図６は図８の点Ｃに、図７は図８の点Ｄに、それぞれレーザー光３０を照射したときの指紋画像を示す。図４〜図７において、図に向かって右側が爪先側（指先部１の先端側）である。図８は指先部１の背側への光３０の照射点Ａ〜Ｄを示す図である。
図４は指紋画像全面で明るさがほぼ均等であるが、図５は照射領域１６（点Ｂ）に近い爪先側（指先部の先端側）が飽和しており、図６は照射領域１６（点Ｃ）から遠い爪先側が暗くなっている。また、指先部１の幅方向に関して言えば、図７により照射領域１６（点Ｄ）に近い部分が飽和しており反対側が暗くなっていることが分かる。
【００２８】
これらの結果より、個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲のほぼ全面にわたって明るさがほぼ均等な指紋画像を得るためには、図８のＡ点、すなわち照射中心が指先部１の爪１２の存在している面における幅方向の略中心線上でかつ爪１２の生え際に対して爪１２部とは反対側にあり、略爪１２以外の部分を照射するのが好ましいことがわかる。
【００２９】
より具体的な照射領域１６としては、例えば、図８のＡ点（スポット領域）、図９に示す第１の照射領域１６１、第２の照射領域１６２、第３の照射領域１６３などが挙げられる。
第１の照射領域１６１は、長手方向が爪際の点Ｐから根元方向へは第１関節までで、幅は指先部１の幅を超えないような領域であり、爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／２程度の位置に長手方向の中心がある。
第２の照射領域１６２は、長手方向は根元側端部が爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ３／４程度の位置に先端側端部が爪際の点Ｐよりも多少先端の位置にあり、幅が指幅のほぼ１／３の領域であり、爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／３程度の位置に長手方向の中心がある。
第３の照射領域１６２は、長手方向は根元側端部が爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／５程度の位置に先端側端部が爪際の点Ｐよりも多少先端の位置にあり、幅が指幅のほぼ１／５の領域であり、爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／１０程度の位置に長手方向の中心がある。
なお、長手方向の先端側端部は、爪際の点Ｐと一致するのが好ましいが、多少爪１２にかかってもよい。爪際の点Ｐから指先部１の先端部までの長さをＬとすると、長手方向の先端側端部は、爪際の点Ｐから長さＬのほぼ１/３程度までが好ましく、より好ましくはほぼ１/４程度まで、さらに好ましくは上爪皮（爪の甘皮に相当する部分）にかかる程度が良い。
【００３０】
さらに、照射領域１６の形状は、上記領域に内接する楕円形、矩形状などが挙げられる。
なお、各照射領域１６１〜１６３は、全域をカバーできるような複数の照射スポットから成り立っていても同様の結果が得られる。
【００３１】
また、生体の血液において近赤外光は透過率が低いので撮像手段５から出力される指紋画像には指先部１内部の血管のパターンが指紋１１の凹凸パターンと重畳されて明度が低下し、コントラスト低下の原因になっている場合がある。極端に他より暗くなる部分が見られた場合は、その部分を明るくするために、シェーディングをきつくさせて撮像することもできる。例えば、指先部１の爪先側の部分の画像明度が低い場合は、光源３からの光３０をわざと爪１２かかるように照射し、必要に応じて輝度や撮像素子のゲインも調整して、指先部１の爪先側の画像の明度が低い部分の明度が適正になるようにして撮像すると、上記明度の低い部分のコントラストを向上させることができる。このように、指先部１への光３０の照射領域（位置）を移動させることでシェーディングをコントロールし、部分的なコントラストの向上を図ることができる。
【００３２】
次に動作について説明する。
まず、マーカー光３１を目視し易い光量で点灯させておき、撮像素子５２で、予め定めた間隔で撮像する。
マーカー光３１が所定の位置に照射されるように指先部１を動かし、指先部１がマーカー光３１を遮ると、撮像素子５２で撮像できていたマーカー光３１が遮られるので、撮像素子５２で得られた画像はある範囲が一定の明度以下になる。撮像素子５２で得られた画像は、信号処理部６の画像取り込み部６１により、画像出力回路５３から信号処理部６へと取り込まれる。さらに、画像取り込み部６１より指存在判定部６５へ送られ、マーカー光３１が指先部１によって遮られてできた撮像素子５２（撮像素子５２で得られた画像）上のあらかじめ定められた範囲の明度が、予め定められた閾値の範囲であれば、指先部１が撮像素子５２の撮像範囲に存在すると判定する。
【００３３】
また、同時に、マーカー光３１が指先部１の最適な位置に当たるように使用者が目視で確認しながら指先部１を移動させるので、指先部１への光源３の光３０の照射位置最適化によるシェーディングの最適化、画像輝度に対する照射光量の高効率化も実現できる。
【００３４】
指存在判定部６５では、指先部１が撮像素子５２の撮像範囲に存在すると判定すると、指先部１を透過し得る光３０を投射するために、光源駆動回路３２へ信号を送り、光源３からの光３０が予め定められた明るさになるように、点灯させる素子の個数と１素子あたりの明るさを調整して光源３を点灯させる。なお、光源３点灯時にマーカー光源３３は消灯してもよいし、そのまま点灯していてもよい。
指先部１の背面（指紋１１と反対側の面）に照射された光３０は、指内部を透過し指紋１１に到達する。指先部１腹側の表面近くの内部組織は表面の指紋１１の凹凸に対応した透過率分布を持っており、指紋の凸部に対応する内部組織の光透過率は低く、凹部に対応する内部組織の光透過率は高いので、前者に比べ後者を透過してきた光の輝度が高くなる。
【００３５】
指先部１を透過した、指紋１１に応じた強度分布を持った光が、物体（被検体である指先部１）側にテレセントリックになるように光学設計された光学系４のレンズ４１と絞り４２により、撮像素子５２上で結像される。絞り４２と撮像素子５２の間には、波長選択素子５１が配置されており、光源３と同程度の波長の光（赤色光〜近赤外光領域の光）だけが選択される。画像出力回路５３では撮像素子５２からの電気信号が入力され、指紋の山部（凸部）に比べて谷部（凹部）が明るい指紋画像が、画像電気信号として出力される。
【００３６】
撮像手段５においてこのようにして得られた指紋画像は、信号処理部６に備えられた画像取り込み部６１により取り込まれ、画像処理部６２へ送られる。画像処理部６２では、指紋画像に、例えば特開平１０−３３４２３７号公報記載のように、二値化、細線化などの画像処理を施し、指紋の特徴情報（指紋情報）を抽出する。抽出されたデータは、必要に応じて指紋データ保存部６３で保存される。個人識別部６４では、画像処理部６２から出力されるデータを指紋データ保存部６３で保存されているデータと照合し、個人を識別する。
【００３７】
次に、指紋画像の明度の調整、および同一の被検体について撮像した明度の異なる複数の指紋画像を重畳または部分的に貼り合わせることについて説明する。
本実施の形態では、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲において適正な明度で明暗のコントラストが分かる指紋画像を得るために、光源３からの光３０を、前述したような、その照射中心が指先部１の爪１２の存在している面における幅方向の略中心線上でかつ爪１２の生え際に対して爪１２部とは反対側にあり、略爪１２以外の部分（上述した第１〜第３の照射領域１６１〜１６３などの照射領域１６）に照射する。
【００３８】
しかし、それでも、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲に、輝度が飽和することや、輝度が低すぎることで指紋の山と谷とが判別できない部分が存在し、個人識別に必要な情報が抽出できない指紋画像になることがある。
そこで、本実施の形態では、例えば画像処理部６２で上記の指紋の特徴情報を抽出する前に、明度判定部６６で指紋画像の明度の過不足を判定し、明度の過不足があった場合には、最適な明度の画像を採取するように照射条件（光源３の輝度や照射領域）および撮像素子５２のゲインの少なくとも一方を調整し、再び撮像を行い、適正な明度の画像を得るようにしている。
【００３９】
なお、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲で適正な明度にするために、一度のみの調整ではなく、複数回調整をおこない複数枚の画像を撮像することもある。また、一度の調整で上記指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲が適正な明度を満たしている場合でも、さらに画質を上げ、ひいてはコントラストの向上を図るために、調整および撮像を複数回くり返すこともある。
【００４０】
以下、複数枚の画像を採取する場合を例に挙げて説明する。予め定められた輝度と照射領域１６で光源３から光３０を照射し、予め定められた撮像素子５２のゲインで１度目の撮像を行う。その画像を画像取り込み部６１から明度判定部６６へ送り、そこで指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲の全体的な明度を判定し、適正でなければ適正となるように光源駆動回路３２による光源３の輝度、照射領域の調整、およびゲイン調整回路５５によるゲインの調整のうちの少なくとも１つの調整を行い、再び撮像を行う。
なお、ここで、全体的な明度とは、例えばヒストグラムなど画素ごとの位置情報を含まない全体的な明度、あるいは特定部位の明度や少数のプロファイルなど狭い範囲の明度から画像全体の明度を判断する場合を指しており、部分的に明るすぎる、あるいは暗すぎる個所が含まれている場合もある。
【００４１】
指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲を含む領域の全体的な明度が適正となった画像を明度判定部６６で複数の部分領域に区切って各部分領域の画像明度を判定する。複数の部分領域とは、例えば先端側と根元側など全領域を２つに分割したそれぞれの領域や、全領域から少なくとも指紋の山と谷とを１ペア以上含む領域を複数箇所抜き出す等、様々な領域が考えられる。
このようにして得られた複数の部分領域全てが予め定められた閾値の範囲内である適正な明度を満たしている場合はその画像の画像情報を画像処理部６２へ送り、個人識別もしくは指紋データ保存用として、指紋情報を抽出する。
【００４２】
また、各部分領域において、画像の明度が予め定められた閾値の範囲外である個所が少なくとも１箇所あった場合は、その部分領域の全体が適正な明度になるように、光源駆動回路３２により光源３の輝度、照射領域の調整、およびゲイン調整回路５５によるゲインの調整のうちの少なくとも１つの調整を行ってから再度撮像を行い、画像取り込み部６１から画像を取り込み、一時的に保存する。上記動作を、画像の明度が予め定められた閾値の範囲外である個所が少なくとも１箇所あった全ての部分領域にわたって行い、得られた画像を画像取り込み部６１へ一時的に保存する。
【００４３】
次に、一時的に保存された画像を画像取り込み部６１から画像処理部６４へ送り、複数枚の画像を重畳もしくは予め定められた閾値の範囲内である適正な明度を満たしている部分領域を切り出してこれらを張り合わせる等の処理を行い、個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲の全面にわたって適正な明度となった画像を得る。
【００４４】
なお、上述の例では、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲を含む領域の全体的な明度あるいは予め定めた特定部位の明度が適正となった画像について、複数の部分領域に区切って各部分領域の画像明度を判定し、複数枚画像を撮像するか否かを決定しているが、各部分領域の画像明度を判定することなく、最初から照射条件および撮像素子５２のゲインの少なくとも一方を違えた明度の異なる複数枚の画像を撮像するようにしてもよい。
【００４５】
この場合、例えば、１度目の撮像を行った後の１度目の明度判定時における明度の閾値を２種類以上決めておき、それぞれの閾値に対応した画像明度にするために光源３の輝度や照射位置、照射面積、撮像素子４２のゲインの値を決定して複数枚撮像する方法がある。すなわち、個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲のほぼ全面が適正な明度になるような閾値と、適正な明度よりも明るくなる代わりに暗すぎる部分が無くなるような閾値や、適正な明度よりも暗くなる代わりに飽和部分が無くなるような閾値などが考えられる。このようにして得られた複数枚の画像について、前述のように重畳や貼り合わせなどを行い、１枚の画像にする。
【００４６】
また、上述のいずれの例においても、１度目の撮像の場合は、個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲のほぼ全面にわたって明るさがほぼ均等な指紋画像を得ることを目的とし、光源３からの光３０を、前述したような、その照射中心が指先部１の爪１２の存在している面における幅方向の略中心線上でかつ爪１２の生え際に対して爪１２部とは反対側にあり、略爪１２以外の部分（上述した第１〜第３の照射領域１６１〜１６３などの照射領域１６）に照射することが好ましい。
【００４７】
なお、画像処理部６２で重畳もしくは張り合わせる画像は、２値化などの処理前の画像でも、処理後の画像でもどちらでもよい。
【００４８】
また、上記のように同一の被検体について撮像した明度の異なる複数枚の画像を重畳もしくは張り合わせる場合は、指先部１の位置ズレを防ぐために撮像間隔を出来るだけ短くすることが重要である。
【００４９】
なお、上記では同一の被検体について撮像した明度の異なる複数枚の画像を重畳もしくは張り合わせる場合について説明したが、光源３からの光３０を、上記のような第１〜第３の照射領域１６１〜１６３などの照射領域１６に照射して得られた、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲の全体的な明度が適正であると判断された場合、得られた指紋画像をそのまま用いて個人識別を行ってもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態１において、光の照射条件（輝度、照射領域１６）および撮像手段５（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を調整することで画像の明度を調整した結果、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲においてより適正な明度で明暗のコントラストが分かる指紋画像が得られた場合、同一の被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を重畳または部分的に貼りあわせる必要は無い。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、撮像対象となる指紋１１を有する指先部１を被検体とし、被検体にこれを透過し得る光３０を照射する光源３と、被検体を透過する光源３からの光を撮像して指紋１１の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得る撮像手段５と、被検体を透過する光源３からの光を撮像素子５２に結像させる光学系４とを備え、光源３からの光は指先部１の複数の領域を照射する構成とし、かつ上記複数の領域のうちの少なくとも１つは、光源３からの光３０の照射中心が指先部１の爪１２の存在している面における幅方向の略中心線上でかつ爪１２の生え際に対して爪１２部とは反対側にあり、略爪１２以外の部分を照射するので、指紋１１の皮膚表面の湿り気の状態に拘わらず、さらには指紋１１の凹凸が不明瞭な場合にも、安定した指紋画像を得ることができ、しかも、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲において適正な明度で明暗のコントラストが分かる指紋画像を得ることができ、明度が原因による指紋画像の劣化を防止して正確な指紋情報を得ることができる。また、光源からの光は指先部の複数の領域を照射するので、指先部の設置位置が多少ずれても、最適照射位置近傍に絶えず光源からの光が照射されるため、コントラストのよい指紋画像を安定して得ることができる。
【００５２】
また、光の照射条件および撮像手段５（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を調整することで画像の明度を調整する手段（明度判定部６６、光源駆動回路３２、ゲイン調整回路５５）と、同一の被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を重畳または部分的に貼りあわせる手段（画像処理部６２）とを備えたので、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲においてより適正な明度で明暗のコントラストが分かる指紋画像を得ることができ、明度が原因による指紋画像の劣化をより確実に防止してより正確な指紋情報を得ることができる。
【００５３】
また、撮像手段５から出力された指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部６を備えたので、正確な指紋情報をもとに、性能の向上した個人識別を行うことができる。
【００５４】
また、被検体の位置決め用のマーカー光３１を被検体に照射するマーカー光源３３を備えたので、被検体の装置本体への位置決めを容易に行うことができるという効果が得られる。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、マーカー光３１により指先部１が最適照射位置にくるようにしたが、本実施の形態の指紋画像撮像装置は、光源３からの光が指先部の複数の領域を照射するように構成されているので、指先部の設置位置が多少ずれても、最適照射位置近傍に絶えず光源からの光が照射されるため、マーカー光３１による位置決めが無くても、コントラストのよい指紋画像を安定して得ることができる。
【００５６】
また、上記実施の形態では、結像手段としてレンズ４１を用いた場合について説明したが、結像レンズ以外にも、結像機能を有するピンホールなどを用いてもよい。
また、結像手段としてレンズ４１を用いた場合でも、光学系４は必ずしもテレセントリックである必要はない。
【００５７】
また、上記実施の形態において、生体の血液において近赤外光は透過率が低いので撮像手段５から出力される指紋画像には指先部１内部の血管のパターンが指紋の凹凸パターンと重畳されている。そこで、以下のようにして、撮像手段５から出力される指紋画像から血管のパターンを取り除いてもよい。
すなわち、まず、撮像手段５から出力される指紋画像を原画像とし、原画像に対して平滑化処理を行なって平滑化画像を得る。指紋の凹凸パターンは血管パターンに比べて線幅が細いので、平滑化画像では指紋の凹凸パターンが除去され血管パターンが残る。そして、原画像と平滑化画像の差分演算を行なうと、指紋の凹凸パターンのみが残った指紋画像が得られ、この指紋画像から指紋の特徴情報の抽出を行なう。
【００５８】
また、上記説明では、撮像手段５で得られた指紋画像を信号処理部６で処理して個人を識別する場合について説明したが、個人識別をせずに単に指紋画像を得るのみであってもよいのは言うまでもない。
【００５９】
また、装置全体の小型化を図るために、図１０に示すように、反射手段として平面鏡８を、指先１を透過した光を偏向させるように設置し、光学系４、波長選択素子５１、撮像素子５２は偏向された光に対向するように設置してもよい。なお、図１０では、信号処理部６は省略している。
なお、反射手段は平面鏡８に限るものではなく、例えば曲面鏡を用いることで像の歪み及び収差を軽減させることができる。
また、反射手段を複数設けてさらに小型化を図ってもよい。
また、平面鏡８は必ずしもレンズ４２と指先部１の間にある必要はなく、例えばレンズ４１と絞り４２の間など、撮像素子４２と指先部１の間にあればよい。
以下の各実施の形態でも、特に明記はしないが図１０と同様に、指先部１を透過した光を偏向させるように反射手段を備えることにより、装置全体の小型化を図ることができる。
【００６０】
なお、撮像対象となる指紋の表面が非接触の状態で保持し得る被検体保持部２としては、図１および図２で示した額縁形状のものに限らず、例えば、図１１に示すように、指先部１の観察面１００より外側の第１関節付近で指先部１を支持するように配置された棒状のものや、図１２に示すように、観察面１００の外側に観察面１００を挟んで対向して配置された少なくとも一対の棒状のもの等をとして用いることができる。
【００６１】
実施の形態２．
図１３は本発明の実施の形態２による指紋画像撮像装置を説明するための図であり、より具体的には、指紋画像撮像装置の全体の構成を示す側面図である。以下では主に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００６２】
本実施の形態では、被検体保持部２として、実施の形態１で示した指先部１を撮像対象となる指紋１１の表面が非接触の状態で保持し得る開口付き被検体保持部２ではなく、指先部１を撮像対象となる指紋１１の表面が接触した状態で保持し得る開口の無い透明の被検体保持部（以下、透明状被検体保持部と言う。）２を用いている点が実施の形態１と異なり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
動作についても、実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同等の効果が得られる。
【００６３】
ただし、指紋１１の凸部を透過する光源３からの光と指紋１１の凹部を透過する光源３からの光とを撮像して指紋１１の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得るためには、被検体保持部２の指紋接触面において、指紋の凹部と透明状被検体保持部２間の気体の屈折率と、透明状被検体保持部２の屈折率とで決まる全反射の臨界角以下の方向に透明状被検体保持部２に入射する光を検出する必要がある。
【００６４】
実施の形態３．
上記各実施の形態では、指先部１を保持し得る被検体保持部２を備えた場合について説明したが、被検体保持部２は必ずしも備えなくてもよい。
本実施の形態では、被検体保持部２を備えておらず、被検体に相当する指先部は構造体に非接触の状態である点が実施の形態１と異なり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
このように構成されたものにおいても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６５】
実施の形態４．
図１４および図１５は本発明の実施の形態４による指紋画像撮像装置を説明するための図であり、より具体的には、図１４は指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図、図１５は指先部近傍を撮像系側（腹側）から見た様子を示す下面図である。
【００６６】
以下では主に、実施の形態１との相違点について説明する。
本実施の形態では実施の形態１と異なり、開口付き被検体保持部２が存在せず、代わりに指先部１（指先部１の腹側）の撮像素子５３からの距離を計測するために、スリット光７０を照射するスリット光用光源７１およびスリット光用光源駆動回路７２を設置し、信号処理部６内に指位置計測部６７を設けた。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００６７】
スリット光用光源駆動回路７２は、指先部１が撮像素子５２の撮像範囲に存在するという信号を指存在判定部６５から受け取ると、スリット光用光源７１を点灯させ、スリット光７０を指先部１の腹側（指紋１１の表面）に照射する。なお、スリット光用光源７１は、スリット光７０が光学系４と撮像系５の焦点が合う範囲を通るように設置される。
指先部１の腹側（指紋１１の表面）へ照射されたスリット光７０の反射光は撮像素子５２へ入射され、画像出力回路５３で画像電気信号へ変換され、信号処理部６の画像取り込み部６１へ送られる。
スリット光７０を投射するスリット光用光源７１は、例えば指向性の高い発光ダイオードとスリットや半導体レーザーとスリット等で構成されており、スリットの場合は１つ以上のスリット光を投射できる。なお、スリット光用光源７１の形状はスリット状の連続な直線に限定されなくてもよく、点、直線上にならぶ点列、格子形状やランダムパターンその他、三角測量の原理で物面との距離計測に使えるような様々なパターンを用いることができる。
【００６８】
指位置計測部６７は画像取り込み部６１からの信号を受け取り、指先部１の腹側（観察面１００）が光学系４の被写体深度内に存在していれば光源駆動回路３２へ信号を出力し、光源３を点灯させる。
【００６９】
次に動作について説明する。
実施の形態１では、指先部１を開口付き被検体保持部２に保持することで位置決めを行ったが、本実施の形態ではスリット光７０を照射し、位置計測を行うことにより、位置決めを行う。
【００７０】
指存在判定部６５で指先部１が光学系４、撮像系５の撮像範囲に入り、撮像ができる状態になったことを判定するまでは実施の形態１と同様である。次に、前述の状態になると、指存在判定部６５からスリット光用光源駆動回路７２へ信号が送られ、スリット光用光源７１からスリット光７０が照射される。
スリット光７０として、例えば図１５に示すようにスリット光を２本点灯させるとすると、それぞれのスリットに対して信号処理部６での画像処理により撮像素子５２上に反射光が入射した位置が求まり、指位置計測部６７で三角測量の手法で観察面１００上のスリット光７０が照射された位置と撮像素子５２との距離が求まる。
なお、距離値としては、各スリット光において例えば最も短い距離、平均距離、最小自乗距離、などを計算量と精度のトレードオフに応じて用いる。
なお、スリット光に準じる点列光等でも同様に観察面１００上のスリット光７０が照射された位置と撮像素子５２との距離が求まる。
【００７１】
指位置計測部６７により計測された結果が、光学系４と撮像系５の被写体深度内であれば、指位置計測部６７はスリット光用光源駆動回路７２へ信号を送り、スリット光用光源７１を消灯させ、指位置計測部６７から光源駆動回路３２へ信号を送り、指先部１を透過しうる所定の光量で光源３を点灯させ、透過光による指紋画像を撮像する。
なお、光源３点灯時にスリット光用光源７１は消灯してもよいし、そのまま点灯していてもよい。
【００７２】
このように、本実施の形態によれば、撮像対象となる指紋１１の表面が構造体に非接触の状態である被検体１の撮像対象となる指紋１１の表面に、位置計測用の光（スリット光７０）を照射するスリット光用光源７１を備え、指紋１１の表面に照射されたスリット光７０の反射光を撮像手段５で撮影し、指紋１１の表面の、光学系４に対する距離を検出するようにしたので、指先部１の指紋１１の表面に接触することなく指紋１１の表面の位置を検出して、最適の位置にある状態で画像を撮像することができる。
【００７３】
なお、図１４では、指先部１は構造物には全く接触していない完全非接触である場合について示したが、指先部１の指紋１１部分よりも根元側に、例えば棒状の被検体保持部を設置してもよく、上記効果に加えて、被検体の位置をある程度決定することができるなどの効果が得られる。
【００７４】
実施の形態５．
図１６は本実施の形態５による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。実施の形態４では被検体保持部２を設けない代わりに、スリット光７０を位置計測用として使用したが、本実施の形態では、さらにスリット光７０を指静止判定用としても使用する。この場合は、スリット光７０は１本以上あれば良い。指位置計測部６７により、指先１の位置を計測するところまでは同様だが、指位置計測部６７により計測された結果が、光学系４と撮像系５の被写体深度内であれば、指位置計測部６７から指静止判定部６８へ信号が送られる。指静止判定部６８では所定の時間間隔で取り込まれた所定枚数のスリット光７０の反射光の画像上で、スリット光７０の位置のズレを比較し、ズレが所定範囲内になるまで所定の時間間隔で画像取り込み部６１へ信号を送り、画像を取り込み判定を続ける。ズレが所定の範囲内であれば被検体１は静止していると判定する。被検体１が静止していると判定されると、指先部１を透過し得る光３０を投射するために、光源駆動回路３２へ信号を送り、光源３からの光３０が予め定められた明るさになるように、点灯させる素子の個数と１素子あたりの明るさを調整して光源３を点灯させる。これ以降の動作は実施の形態４と同様である。
本実施の形態では、指が静止していることを判定してから撮像するので、指のブレなどを抑える事ができる。
【００７５】
実施の形態６．
図１７は本実施の形態６による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。実施の形態４では被検体保持部２を設けない代わりに、スリット光７０により位置計測を行ったが、本実施の形態では被検体保持部２が存在する場合にもスリット光７０により、実施の形態４と同様に位置計測を行った。
これにより、被検体保持部２への指先１の置き方が安定しない場合でも、より精密に位置決めを行う事が出来る。
【００７６】
図１８は本実施の形態６による他の指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。図１８に示す指紋画像撮像装置では、被検体保持部２が存在する場合にも、スリット光７０により位置計測を行い、さらにスリット光７０を指静止判定用としても使用する。
これにより、被検体保持部２への指先１の置き方が安定しない場合でも、より精密に位置決めを行う事が出来るうえに、指が静止していることを判定してから、撮像するので指のブレなどを抑える事ができる。
【００７７】
図１９は本実施の形態６によるさらに他の指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。図１８に示す指紋画像撮像装置ではスリット光７０により、指位置判定と指静止判定を行っていたが、被検体保持部２が備えられているために、指先１の位置および角度が決定しやすい。そこで、図１９に示す指紋画像撮像装置ではスリット光により指静止判定のみを行っている。
これにより、指が静止していることを判定してから、撮像するので指のブレなどを抑える事ができる。
【００７８】
なお、図１７〜図１９では被検体保持部として、額縁形状を有している開口付き被検体保持部２を示したが、指先部１の位置を決められ、尚且つ指紋１１の表面が非接触の状態で指先部１を保持できるものであればよく、例えば、図１１に示すように、指先部１の腹側先端部と腹側根元部とを保持すべく、観察面１００の外側に観察面１００を挟んで対向して配置された少なくとも一対の棒状被検体保持部２等を用いることもできる。
【００７９】
実施の形態７．
次に、実施の形態１〜６とは異なる構成の指紋画像撮像装置に対し、本発明を適用した実施の形態を示す。
本発明の発明者らは、先の出願（特願２００４−２９０５７４号明細書）において、撮像対象となる指紋を有する指先部を被検体とし、上記被検体にこれを透過し得る光を照射する光源と、上記指紋の凸部を透過する上記光源からの光と上記指紋の凹部を透過する上記光源からの光とを撮像して上記指紋の凸部が暗く凹部が明るい、上記指紋に対応する指紋画像を得る撮像手段と、上記被検体を透過する上記光源からの光を上記撮像手段に結像させる光学系とを備えた指紋画像撮像装置において、上記光学系の光軸に直交する面に上記指先部の背側または腹側を当接させた位置を基準に、上記被検体の指先部先端側をその反対側に比して上記光学系から離れるように所定の角度（約１０°〜３０°）傾けることで、上記光学系の光軸に直交する面に指先部の背側または腹側を当接させた場合よりもさらに指紋画像のコントラストを向上させることができることを開示した。
これは、指紋表面および指紋表面近傍の内部組織の透過率特性に角度依存性があり、特定の角度に光が透過し易いためではないかと考えられる。
【００８０】
本実施の形態７は、上記特性に着目して構成された指紋画像撮像装置に対し、光源からの光が指先部の複数の領域を照射する構成としたものである。
【００８１】
図２０〜図２３は本発明の実施の形態７による指紋画像撮像装置を説明するための図であり、より具体的には、図２０は指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図、図２１は指先部近傍を撮像手段側（腹側）から見た様子を示す下面図、図２２、および図２３は指先部近傍を背側（爪側）から見た様子を示す上面図である。
【００８２】
本実施の形態による指紋画像撮像装置は、撮像対象となる指紋１１を有する指先部１を被検体とし、被検体１にこれを透過し得る光３０を、複数の照射スポットで照射する光源３と、
被検体１を透過する光源３からの光を撮像して指紋１１の凸部が暗く凹部が明るい、指紋１１に対応する指紋画像を得る撮像手段５と、
被検体１を透過する光源３からの光を撮像手段５に結像させる光学系４と、
撮像手段５から出力された指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部６とを備え、
かつ、光学系４の光軸４００に直交する面４０２に指先部の背側を当接させた位置を基準に、被検体１をその指先部先端側がその反対側に比して光学系４から離れるように所定の角度傾けた状態となるように、光学系４を配置した。
【００８３】
本実施の形態７では、被検体１の光学系４に対する位置および角度が、所定の位置および所定の角度となるように、光学系に対し傾いた状態で被検体保持部（以下、開口付き被検体保持部２１と言う。）２が設置されている。開口付き被検体保持部２１の開口部分は、撮像手段５で撮像する範囲である観察面１００を含むように設けられている。
また、光源３は１つ以上の例えばレーザー、発光ダイオード、ランプ光源から構成されており、同時に任意の数だけ点灯させることができる。指先部１を開口付き被検体保持部２１で保持し、観察面１００が開口付き被検体保持部２１の開口内に納まる位置にある時に、例えば図２３に示すように指先部の所定の領域１６を照射できるように配置する。また、光源駆動回路３２により、点灯させる素子を制御することで、被検体１へ照射する光３０の照射条件（輝度および照射領域１６）を制御することができる構成となっている。例えば、光源３が複数の発光素子で構成されている場合、それぞれの素子が、あるいは同一位置（領域）を照射できるように構成した素子の小グループが、指先１の異なる位置（領域）を照射するように設置する。さらに、照射したい位置（領域）に応じて点灯させる素子を制御する等、被検体１における照射領域１６が複数の領域となるように構成する。照射領域１６を制御するとは、位置の制御、領域の大きさ、領域の数を個別もしくは組み合わせて制御することをいう。領域の個数を制御する場合は、光源３を複数個数設けてもよい。
なお、本実施の形態７において、その他の各部の構成は実施の形態１と同様の構成であり、説明を省略する。
【００８４】
なお、実施の形態１で述べたように、個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲のほぼ全面にわたって明るさがほぼ均等な指紋画像を得るためには、図８のＡ点、すなわち照射中心が指先部１の爪１２の存在している面における幅方向の略中心線上でかつ爪１２の生え際に対して爪１２部とは反対側にあり、略爪１２以外の部分を照射するのが好ましい。本実施の形態７のように、指先部１１腹側の観察面が、光学系４の光軸４００に直交する面４０２に対して所定の角度で傾斜する場合にも、照射点と指紋画像の明暗との関係は上記結果と同様である。
より具体的な照射領域１６としては、実施の形態１と同様、例えば、図８のＡ点（スポット領域）、図９に示す第１の照射領域１６１、第２の照射領域１６２、第３の照射領域１６３などが挙げられる。
第１の照射領域１６１は、長手方向が爪際の点Ｐから根元方向へは第１関節までで、幅は指先部１の幅を超えないような領域であり、爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／２程度の位置に長手方向の中心がある。
第２の照射領域１６２は、長手方向は根元側端部が爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ３／４程度の位置に先端側端部が爪際の点Ｐよりも多少先端の位置にあり、幅が指幅のほぼ１／３の領域であり、爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／３程度の位置に長手方向の中心がある。
第３の照射領域１６２は、長手方向は根元側端部が爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／５程度の位置に先端側端部が爪際の点Ｐよりも多少先端の位置にあり、幅が指幅のほぼ１／５の領域であり、爪際の点Ｐから第１関節までの長さのほぼ１／１０程度の位置に長手方向の中心がある。
なお、長手方向の先端側端部は、爪際の点Ｐと一致するのが好ましいが、多少爪１２にかかってもよい。爪際の点Ｐから指先部１の先端部までの長さをＬとすると、長手方向の先端側端部は、爪際の点Ｐから長さＬのほぼ１/３程度までが好ましく、より好ましくはほぼ１/４程度まで、さらに好ましくは上爪皮（爪の甘皮に相当する部分）にかかる程度が良い。
【００８５】
さらに、照射領域１６の形状は、上記領域に内接する楕円形、矩形状などが挙げられる。
なお、各照射領域１６１〜１６３は、全域をカバーできるような複数の照射スポットから成り立っていても同様の結果が得られる。
【００８６】
次に、指紋画像のコントラスト向上のために指先部１を所定の角度傾ける構成について述べる。ただし、ここでは、光源３からの光は１つのスポットで照射される場合について説明する。
図２０および図２２に示すように、指先部１の爪側(背側)の指幅方向の中心付近を通って指先部１の背側に接する直線を、指先部の背側を代表する直線１５とする。開口付き被検体保持部２１は、指先部１を保持した時に、光学系４によって決定される光軸４００に直交する面４０２に指先部１の背側を当接させた位置を基準に、被検体１の指先部先端側がその反対側に比して光学系４（レンズ４１）から離れるように所定の角度（θ）傾いた状態となるように設置されている。すなわち、光学系４の光軸４００に直交する面４０２と指先部１の背側を代表する直線１５とのなす角度が所定の角度（θ）となるように、光学系４および開口付き被検体保持部２１が配置されている。
【００８７】
図２４に、指先部の背側を代表する直線１５と光軸３００を垂線に持つ平面４０２との成す角度（θ）と、指紋画像のコントラストとの関係を示す。
また、図２５に、同様の構成で図２４とは異なるサンプル（被検体１）を用いて指先部１先端側がその反対側に比して光学系４に近づくように（θが負になるように）傾けた場合の、θとコントラストとの関係を示す。
図２４および図２５より、傾け角度θが、１０°〜３０°、より好ましくは１５°〜２５°、さらに好ましくは２０°前後である場合に、指紋画像のコントラストが向上することがわかる。
【００８８】
なお、指先部１の腹側が曲面で構成されていることに加え、指先部１を光学系４の光軸４００に対して傾けているために、観察面１００は光軸４００に対して角度を持ち、観察面１００の全面に渉って焦点を合わせることが困難になる。そこで、観察面１００の全面に焦点を合わせるように、光学系４の被写体深度を深くし、図２０に示すように撮像素子５２を光軸４００に対して傾けた構成としている。
このように、光学系４の被写体深度を深くし、撮像素子５２を光軸４００に対して傾けた構成とすることにより、指先部１の観察面１００の全域を光学系４の被写体深度内に収め、コントラストの良い画像を得ることができる。
【００８９】
次に動作について説明する。
まず、マーカー光３１を目視し易い光量で点灯させておき、撮像素子５２で、予め定めた間隔で撮像する。
マーカー光３１を遮るように指先部１が配置されると、光源３１が遮られるので、撮像素子５２で得られた画像はある範囲が一定の輝度以下になる。撮像素子５２で得られた画像は、信号処理部６の画像取り込み部６１により、画像出力回路５３から信号処理部６へと取り込まれる。さらに、画像取り込み部６１より指存在判定部６５へ送られ、マーカー光３１が指先部１によって遮られてできた撮像素子５２（撮像素子５２で得られた画像）上のあらかじめ定められた範囲の輝度が、予め定められた閾値の範囲であれば、指先部１が撮像素子５２の撮像範囲に存在すると判定する。
【００９０】
また、同時に、マーカー光３１が指先部１の最適な位置に当たるように使用者が目視で確認しながら指先部１を移動させると、指紋画像全面で明るさがほぼ均等になる条件である、指先１の照射領域１６へ光源３からの光３０が投射される配置になるので、指先部１への光源３の照射位置最適化によるシェーディングの最適化、画像輝度に対する照射光量の高効率化も実現できる。
【００９１】
指存在判定部６５では、指先部１が撮像素子５２の撮像範囲に存在すると判定すると、指先部１を透過し得る光を投射するために、光源駆動回路３２へ信号を送り、光源３からの光３０が予め定められた明るさになるように、点灯させる素子の個数と１素子あたりの明るさを調整して光源３を点灯させる。なお、光源３点灯時にマーカー光源３３は消灯してもよいし、そのまま点灯していてもよい。
指先部１の背面（指紋１１と反対側の面）に照射された光３０は、指内部を透過し指紋１１に到達する。指先部１腹側の表面近くの内部組織は表面の指紋１１の凹凸に対応した透過率分布を持っており、指紋の凸部に対応する内部組織の光透過率は低く、凹部に対応する内部組織の光透過率は高いので、前者に比べ後者を透過してきた光の輝度が高くなる。
【００９２】
指先部１を透過した、指紋１１に応じた強度分布を持った光の中でも、指先部１の背側を代表する直線１５と平面４０２とのなす角（θ）が１０°〜３０°、より好ましく１５°〜２５°、さらに好ましくは２０°前後傾いた光のみが、物体（被検体である指先部１）側にテレセントリックになるように光学設計された光学系４のレンズ４１と絞り４２により、撮像素子５２上で結像される。絞り４２と撮像素子５２の間には、波長選択素子５１が配置されており、光源３と同程度の波長の光（赤色光〜近赤外光領域の光）だけが選択される。画像出力回路５３では撮像素子５２からの電気信号が入力され、指紋の山部（凸部）に比べて谷部（凹部）が明るい指紋画像が画像電気信号として出力される。
【００９３】
撮像手段５においてこのようにして得られた指紋画像は、信号処理部６に備えられた画像取り込み部６１により取り込まれ、画像処理部６２へ送られる。画像処理部６２では、指紋画像に、例えば特開平１０−３３４２３７号公報記載のように、二値化、細線化などの画像処理を施し、指紋の特徴情報（指紋情報）を抽出する。抽出されたデータは、必要に応じて指紋データ保存部６３で保存される。個人識別部６４では、画像処理部６２から出力されるデータを指紋データ保存部６３で保存されているデータと照合し、個人を識別する。
【００９４】
また、本実施の形態では、信号処理部６に明度判定部６６を備えており、例えば画像処理部６２で上記の指紋の特徴情報を抽出する前に、明度判定部６６で指紋画像の明度の過不足を判定し、最適な明度の画像を採取するように照射条件（光源３の輝度や照射領域１６）および撮像素子５２のゲインの少なくとも一方を調整し、再び撮像を行う。
そのためには、明度判定部６６で、画像取り込み部６１より出力された指紋画像の明度が予め定められた閾値の範囲内かどうかを判定し、予め定められた閾値の範囲内となるように光源駆動回路３２とゲイン調整回路５５のどちらか一方、もしくは両方を制御し、再び撮像素子５２での撮像を行う。すなわち、指紋画像の明度が予め定められた閾値の範囲より低い場合は、例えば光源駆動回路３２に電気信号を送り、明度が飽和しない範囲で可能な限り輝度の高い投射光３０を出射するように光源３を駆動させ、指紋画像の明度が予め定められた閾値の範囲より高い場合は、逆に輝度の低い投射光３０を出射するように光源３を駆動させる。
このように、指紋画像の明度の閾値を適正な値に設定することにより、明度が原因による指紋画像および識別性能の劣化を防止することができる。
【００９５】
以上のように、本実施の形態によれば、撮像対象となる指紋１１を有する指先部１を被検体とし、被検体にこれを透過し得る光３０を照射する光源３と、被検体を透過する光源３からの光を撮像して指紋１１の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得る撮像手段５と、被検体を透過する光源３からの光を撮像手段５に結像させる光学系４とを備え、光源３からの光は上記指先部１の複数の領域を照射する構成とし、かつ、光学系３の光軸４００に直交する面４０２に指先部１の背側を当接させた位置を基準に、被検体の指先部先端側がその反対側に比して光学系３から離れるように所定の角度傾いた状態となるように、光学系３を配置したので、指紋１１の皮膚表面の湿り気の状態に拘わらず、さらには指紋１１の凹凸が不明瞭な場合にも、コントラストのより向上した指紋画像を得ることができるという効果が得られる。また、光源からの光は指先部の複数の領域を照射するので、指先部の設置位置が多少ずれても、最適照射位置近傍に絶えず光源からの光が照射されるため、コントラストのよい指紋画像を安定して得ることができる。
【００９６】
さらに、上記構成に加えて、撮像手段５から出力された指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部６を備えたので、個人識別の精度が向上するという効果が得られる。
【００９７】
また、所定の角度が１０°〜３０°、好ましくは１５°〜２５°、より好ましくは２０°前後である場合に、コントラストのより向上した指紋画像を得ることができる。
【００９８】
また、光源３からの光３０を、その照射中心が指先部１の爪１２の存在している面における幅方向の略中心線上でかつ爪１２の生え際に対して爪１２部とは反対側にあり、略爪１２以外の部分に照射するので、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲において適正な明度の指紋画像を得ることができ、明度が原因による指紋画像の劣化を防止して正確な指紋情報を得ることができる。
【００９９】
また、被検体を、撮像対象となる指紋の表面が非接触の状態で保持し得る被検体保持部２１を備えたので、被検体の光学系３に対する位置および角度を容易に合わせることができるという効果が得られる。
【０１００】
また、被検体の位置決め用のマーカー光３１を被検体に照射するマーカー光源３３を備えたので、被検体の装置本体への位置決めを容易に行うことができるという効果が得られる。
【０１０１】
なお、上記実施の形態では、マーカー光３１により指先部１が最適照射位置にくるようにしたが、本実施の形態の指紋画像撮像装置は、光源３からの光が指先部の複数の領域を照射するように構成されているので、指先部の設置位置が多少ずれても、最適照射位置近傍に絶えず光源からの光が照射されるため、マーカー光３１による位置決めが無くても、コントラストのよい指紋画像を安定して得ることができる。
【０１０２】
なお、上記説明では、撮像手段５で得られた指紋画像を信号処理部６で処理して個人を識別する場合について説明したが、個人識別をせずに単に指紋画像を得る場合にも用いることができることは言うまでもない。
【０１０３】
また、図２０および図２１では、撮像対象となる指紋の表面が非接触の状態で保持し得る被検体保持部として、額縁形状を有している開口付き被検体保持部２１を示したが、指先部１の角度と位置を決められ、尚且つ指紋１１の表面が非接触の状態で指先部１を保持できるものであればよく、例えば、図２６に示すように、指先部１の腹側先端部と腹側根元部とを保持すべく、観察面１００の外側に観察面１００を挟んで対向して配置された少なくとも一対の棒状被検体保持部２２等を用いることもできる。
【０１０４】
また、装置全体の小型化を図るために、図２７に示すように、指先部１を透過した光を偏向させるように、反射手段として平面鏡８を設置し、光学系４、波長選択素子５１、撮像素子５２は偏向された光に対向するように設置してもよい。なお、図２７では、信号処理部６は省略している。
なお、反射手段は平面鏡８に限るものではなく、例えば曲面鏡を用いることで像の歪みおよび収差を軽減させることができる。
また、反射手段を複数設けてさらに小型化を図ってもよい。
また、平面鏡８は必ずしもレンズ４２と指先部１の間にある必要はなく、例えばレンズ４１と絞り４２の間など、撮像素子４２と指先部１の間にあればよい。
以下の各実施の形態でも、特に明記はしないが図２７と同様に、指先部１を透過した光を偏向させるように反射手段を備えることにより、装置全体の小型化を図ることができる。
【０１０５】
実施の形態８．
図２８および図２９は本発明の実施の形態８による指紋画像撮像装置を説明するための図であり、より具体的には、図２８は指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図、図２９は指先部近傍を撮像系側（腹側）から見た様子を示す下面図である。
【０１０６】
以下では主に、実施の形態７との相違点について説明する。
本実施の形態では実施の形態７と異なり、開口付き被検体保持部２１が存在せず、代わりに指先部１（指先部１の腹側）の撮像素子５３からの距離と、観察面１００（指先１の腹側）と平面４０２（光学系４の光軸４００に直交する面）のなす角度とを計測するために、スリット光７０を照射するスリット光用光源７１およびスリット光用光源駆動回路７２を設置し、信号処理部６内に指位置計測部６７を設けた。その他の構成は実施の形態７と同様である。
【０１０７】
スリット光用光源駆動回路７２は、指先部１が撮像素子５２の撮像範囲に存在するという信号を指存在判定部６５から受け取ると、スリット光用光源７１を点灯させ、スリット光７０を指先部１の腹側（指紋１１の表面）に照射する。なお、スリット光用光源７１は、スリット光７０が光学系４と撮像系５の焦点が合う範囲を通るように設置される。
指先部１の腹側（指紋１１の表面）へ照射されたスリット光７０の反射光は撮像素子５２へ入射され、画像出力回路５３で画像電気信号へ変換され、信号処理部６の画像取り込み部６１へ送られる。
スリット光７０を投射するスリット光用光源７１は、例えば指向性の高い発光ダイオードとスリットや半導体レーザーとスリット等で構成されており、スリットの場合は１つ以上のスリット光を投射できる。なお、スリット光用光源７１の形状はスリット状の連続な直線に限定されなくてもよく、点、直線上にならぶ点列、格子形状やランダムパターンその他、三角測量の原理で物面との距離計測に使えるような様々なパターンを用いることができる。
【０１０８】
指位置計測部６７は画像取り込み部６１からの信号を受け取り、指先部１の腹側（観察面１００）が光学系４の被写体深度内に存在し、かつ、観察面１００と平面４０２とのなす角度が１０°〜３０°、より好ましく１５°〜２５°、さらに好ましくは２０°前後傾いているかどうかを計測する。条件を満たしていれば光源駆動回路３２へ信号を出力し、光源３を点灯させる。
【０１０９】
次に動作について説明する。
実施の形態７では、指先部１を開口付き被検体保持部２１に保持することで位置決めを行ったが、本実施の形態ではスリット光７０を照射し、位置計測を行うことにより、位置決めを行う。
【０１１０】
指存在判定部６５で指先部１が光学系４、撮像系５の撮像範囲に入り、撮像ができる状態になったことを判定するまでは実施の形態７と同様である。次に、前述の状態になると、指存在判定部６５からスリット光用光源駆動回路７２へ信号が送られ、スリット光用光源７１からスリット光７０が照射される。
スリット光７０として、例えば図２９に示すようにスリット光を２本点灯させるとすると、それぞれのスリットに対して信号処理部６での画像処理により撮像素子５２上に反射光が入射した位置が求まり、指位置計測部６７で三角測量の手法で観察面１００上のスリット光７０が照射された位置と撮像素子５２との距離が求まる。さらに２本以上のスリット光があるので、スリット光同士の距離と、スリット光と撮像素子５２との距離の関係より、観察面１００（より正確には、各スリット光７０の指先部１腹側への照射部７０ａと７０ｂを通る平面１７であり、以下、この平面１７を指先部１の腹側（観察面）を代表する平面１７と言う。）と平面４０２とのなす角度が求まる。
なお、距離値としては、各スリット光において例えば最も短い距離、平均距離、最小自乗距離、などを計算量と精度のトレードオフに応じて用いる。
なお、スリット光に準じる点列光等でも同様に観察面１００上のスリット光７０が照射された位置と撮像素子５２との距離および観察面１００と平面４０２とのなす角度が求まる。
【０１１１】
指位置計測部６７により計測された結果が、光学系４と撮像系５の被写体深度内であり、尚且つ観察面１００と平面４０２との成す角度が１０°〜３０°、より好ましくは１５°〜２５°、さらに好ましくは２０°前後であれば、指位置計測部６７はスリット光用光源駆動回路７２へ信号を送り、スリット光用光源７１を消灯させ、指位置計測部６７から光源駆動回路３２へ信号を送り、指先部１を透過しうる所定の光量で光源３を点灯させ、透過光による指紋画像を撮像する。
なお、光源３点灯時にスリット光用光源７１は消灯してもよいし、そのまま点灯していてもよい。
【０１１２】
なお、実施の形態７では、光学系４の光軸４００に直交する面４０２に指先部１の背側を当接させた位置を基準に、被検体の指先部先端側がその反対側に比して光学系４から離れるように所定の角度傾いた状態とすることにより、すなわち指先部１の背側を代表する直線１５と平面４０２との成す角度（θ）を所定の角度とすることにより、指紋画像のコントラストが向上すると説明した。
これに対して、本実施の形態では、光学系４の光軸４００に直交する面４０２に指先部１の腹側を当接させた位置を基準に、被検体の指先部先端側がその反対側に比して光学系４から離れるように所定の角度傾いた状態とすることにより、すなわち指先部１の腹側（観察面）を代表する平面１７と平面４０２との成す角度（θ’）を所定の角度（１０°〜３０°、好ましくは１５°〜２５°、より好ましくは２５°前後）とすることにより、指紋画像のコントラストが向上すると説明している。
【０１１３】
指先部１の腹側（観察面）を代表する平面１７と指先部１の背側を代表する直線１５とは平行ではなく若干角度を持っており、またその角度には個人差もある。しかし、実施の形態７で述べた指先部１の背側を代表する直線１５と光学系４の光軸４００に直交する面４０２とのなす角度（θ）の範囲内（１０°〜３０°、好ましくは１５°〜２５°）には、指先部１の腹側（観察面）を代表する平面１７と指先部１の背側を代表する直線１５との成す角度およびその個人差を含んでおり、本実施の形態のように指先部１の腹側（観察面）を代表する平面１７と平面４０２との成す角度（θ’）を上記範囲内（１０°〜３０°、好ましくは１５°〜２５°）とすることで、開口付き被検体保持部２１あるいは棒状被検体保持部２２で指先部１を保持する実施の形態７と同様に、コントラストの向上した指紋画像を得ることができる。
【０１１４】
なお、上記と同様の理由により、実施の形態７においても、開口付き被検体保持部２１あるいは棒状被検体保持部２２の、指先部１が当接する側の面で囲まれた開口面（指先部１の腹側（観察面）を代表する平面）が、光学系４の光軸４００に直交する面４０２に対して、所定の角度（１０°〜３０°、好ましくは１５°〜２５°）傾いた状態で配置されていてもよい。
【０１１５】
このように、本実施の形態によれば、撮像対象となる指紋１１の表面が構造体に非接触の状態である被検体１の撮像対象となる指紋１１の表面に、位置計測用の光（スリット光７０）を照射するスリット光用光源７１を備え、指紋１１の表面に照射されたスリット光７０の反射光を撮像手段５で撮影し、指紋１１の表面の、光学系４に対する距離および光学系４の光軸４００に直交する面４０２からの傾斜角を検出するようにしたので、指先部１の指紋１１の表面に接触することなく指紋１１の表面の位置、形状（傾斜角）を検出して、指先部１が光学系４の光軸４００に対して最適の角度にある状態で画像を撮像することができ、コントラストの向上した指紋画像を得ることができる。
【０１１６】
なお、図２８では、指先部１は構造物には全く接触していない完全非接触である場合について示したが、指先部１の指紋１１部分よりも根元側に、例えば棒状の被検体保持部を設置してもよく、上記効果に加えて、被検体の位置をある程度決定することができるなどの効果が得られる。
【０１１７】
実施の形態９．
図３０および図３１は本発明の実施の形態９による指紋画像撮像装置を説明するための図であり、より具体的には、図３０は指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図、図３１は透明状被検体保持部と被検体との接触部を拡大して模式的に示す図である。
【０１１８】
以下では主に、実施の形態７との相違点について説明する。
実施の形態７では指先部１を撮像対象となる指紋１１の表面が非接触の状態で保持し得る被検体保持部（開口付き被検体保持部２１や棒状被検体保持部２２）を備えていたが、本実施の形態では、指紋を有する被検体を撮像対象となる指紋の表面が接触した状態で保持し得る透明な被検体保持部（以下、透明状被検体保持部という。）２３を備えている。その他の構成は実施の形態７と同様である。
【０１１９】
透明状被検体保持部２３は実施の形態７の開口付き被検体保持部２１と開口の有無を除き、設置位置および機能は同等である。すなわちθおよびθ’が１０°〜３０°、好ましくは１５°〜２５°、より好ましくは２０°前後となるように設置されている。
動作についても、実施の形態７と同様であり、実施の形態７と同等の効果が得られる。
【０１２０】
ただし、指紋１１の凸部を透過する光源３からの光と指紋１１の凹部を透過する光源３からの光とを撮像して指紋１１の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得るために、図３１に示すように、透明状被検体保持部２３の指紋接触面において、指紋の凹部１１ａと透明状被検体保持部２３間の気体の屈折率と、透明状被検体保持部２３の屈折率とで決まる全反射の臨界角θ以下の方向に透明状被検体保持部２３に入射する光を検出する必要がある。
【０１２１】
例えば、指紋の凹部１１ａと透明状被検体保持部２３間の気体が空気、透明状被検体保持部２３がガラスであり、空気の屈折率ｎ0を１．０、ガラスの屈折率ｎgを１．５とすると、臨界角φはφ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ0／ｎg）＝４１（度）となり、指紋の凹部１１ａを通過した光は４１度以内の角度で透明状被検体保持部２３に入射する。
一方、生体の屈折率を例えば１．４５とすると、ａｒｃｓｉｎ（１．４５／１．５）＝７５（度）となり、指紋の凸部１１ｂを通過した光は７５度以内の角度で透明状被検体保持部２３に入射する。
したがって、４１度以内の角度で透明状被検体保持部２３に入射する光を検出することにより、指紋の凸部１１ｂを透過した光と凹部１１ａを透過した光の両方を検出できることになる。
【０１２２】
実施の形態１０．
実施の形態７では、光源３からの光が指先部１の複数の領域を照射する構成とし、かつ、光学系３の光軸４００に直交する面４０２に指先部１の背側を当接させた位置を基準に、被検体の指先部先端側がその反対側に比して光学系３から離れるように所定の角度傾いた状態となるように、光学系３を配置することにより、コントラストのよい指紋画像を安定して得ることができる。
しかし、それでも、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲に、輝度が飽和することや、輝度が低すぎることで指紋の山と谷とが判別できない部分が存在し、個人識別に必要な情報が抽出できない指紋画像になることがある。
【０１２３】
そこで、本実施の形態では、実施の形態１で述べたと同様、光の照射条件（輝度、照射領域１６）および撮像手段５（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を調整することで画像の明度を調整し、同一の被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を撮像し、これら複数の指紋画像を重畳または部分的に貼り合せることにより、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲においてより適正な明度で明暗のコントラストが分かる指紋画像を得、明度が原因による指紋画像の劣化をより確実に防止してより正確な指紋情報を得るようにしている。画像の明度の調整、撮像された複数の指紋画像の重畳または部分的に貼り合せる動作は実施の形態１で述べた動作と同じである。
【０１２４】
実施の形態８や実施の形態９の指紋画像撮像装置においても、光の照射条件（輝度、照射領域１６）および撮像手段５（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を調整することで画像の明度を調整し、同一の被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を撮像し、これら複数の指紋画像を重畳または部分的に貼り合せてもよく、同様の効果が得られる。
【０１２５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光の照射条件および撮像手段５（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を調整することで画像の明度を調整する手段（明度判定部６６、光源駆動回路３２、ゲイン調整回路５５）と、同一の被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を重畳または部分的に貼りあわせる手段（画像処理部６２）とを備えたので、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲においてより適正な明度で明暗のコントラストが分かる指紋画像を得ることができ、明度が原因による指紋画像の劣化をより確実に防止してより正確な指紋情報を得ることができる。
【０１２６】
なお、実施の形態７〜９の指紋画像撮像装置において、光の照射条件（輝度、照射領域１６）および撮像手段５（撮像素子５２）のゲインの少なくとも一方を調整することで画像の明度を調整した結果、指紋画像の主要部である個人識別に必要な指紋情報が含まれる範囲においてより適正な明度で明暗のコントラストが分かる指紋画像が得られた場合、同一の被検体についての明度の異なる複数の指紋画像を重畳または部分的に貼りあわせる必要は無い。
【０１２７】
実施の形態１１．
図３２は本実施の形態１１による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。実施の形態８では被検体保持部２１を設けない代わりに、スリット光７０を位置計測用として使用したが、本実施の形態では、さらにスリット光７０を指静止判定用としても使用する。この場合は、スリット光７０は１本以上あれば良い。指位置計測部６７により、指先１の位置と角度を計測するところまでは同様だが、指位置計測部６７により計測された結果が、光学系４と撮像系５の被写体深度内であり、尚且つ観察面１００と平面４０２との成す角度が１０°〜３０°、より好ましくは１５°〜２５°、さらに好ましくは２０°前後であれば、指位置計測部６７から指静止判定部６８へ信号が送られる。指静止判定部６８では所定の時間間隔で取り込まれた所定枚数のスリット光７０の反射光の画像上で、スリット光７０の位置のズレを比較し、ズレが所定範囲内になるまで所定の時間間隔で画像取り込み部６１へ信号を送り、画像を取り込み判定を続ける。ズレが所定の範囲内であれば被検体１は静止していると判定する。被検体１が静止していると判定されると、指先部１を透過し得る光３０を投射するために、光源駆動回路３２へ信号を送り、光源３からの光３０が予め定められた明るさになるように、点灯させる素子の個数と１素子あたりの明るさを調整して光源３を点灯させる。これ以降の動作は実施の形態８と同様である。
本実施の形態では、指が静止していることを判定してから撮像するので、指のブレなどを抑える事ができる。
【０１２８】
実施の形態１２．
図３３は本実施の形態１２による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。実施の形態８では被検体保持部２１を設けない代わりに、スリット光７０により位置計測を行ったが、本実施の形態では被検体保持部２１が存在する場合にもスリット光７０により、実施の形態８と同様に位置計測を行った。
これにより、被検体保持部２１への指先１の置き方が安定しない場合でも、より精密に位置決めを行う事が出来る。
【０１２９】
図３４は本実施の形態１２による他の指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。図３４に示す指紋画像撮像装置では、被検体保持部２１が存在する場合にも、スリット光７０により位置計測を行い、さらにスリット光７０を指静止判定用としても使用する。
これにより、被検体保持部２１への指先１の置き方が安定しない場合でも、より精密に位置決めを行う事が出来るうえに、指が静止していることを判定してから、撮像するので指のブレなどを抑える事ができる。
【０１３０】
図３５は本実施の形態１２によるさらに他の指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。図３４に示す指紋画像撮像装置ではスリット光７０により、指位置判定と指静止判定を行っていたが、被検体保持部２１が備えられているために、指先１の位置および角度が決定しやすい。そこで、図３５に示す指紋画像撮像装置ではスリット光により指静止判定のみを行っている。
これにより、指が静止していることを判定してから、撮像するので指のブレなどを抑える事ができる。
【０１３１】
なお、図３３〜図３５では被検体保持部として、額縁形状を有している開口付き被検体保持部２１を示したが、指先部１の角度と位置を決められ、尚且つ指紋１１の表面が非接触の状態で指先部１を保持できるものであればよく、例えば、図２６に示すように、指先部１の腹側先端部と腹側根元部とを保持すべく、観察面１００の外側に観察面１００を挟んで対向して配置された少なくとも一対の棒状被検体保持部２２等を用いることもできる。
【０１３２】
上記各実施の形態１〜１２では、指先部の設置位置の尤度を上げるように、光源３からの光が指先部の複数の領域を照射できる構成のものに対し、マーカー光源やスリット光源を設けて、指の位置や状態を確認することが可能となるものを示したが、マーカー光源あるいはスリット光源（第２の光源）を有するものにおいては、上記マーカー光源あるいはスリット光源を用いて、指先部の設置位置を検出し、指先部の位置ズレが少なくできるようにすることができるため、必ずしも指先部に複数の照射スポットを当てなくてもよく、照射領域が１つであっても良い。
【０１３３】
また、上記各実施の形態１〜１２では、光源と、被検体を透過する上記光源からの光を撮像して指紋の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得る撮像手段と、上記被検体を透過する上記光源からの光を上記撮像手段に結像させる光学系とを備えた装置に対し、さらに指先部への光の照射位置を、爪の生え際に対して爪部とは反対側にあり、略爪以外の部分を照射するようにして撮像する装置や、あるいは指先部が光学系の光軸に対し所定の角度傾いた状態となるようにして撮像する装置に対して、マーカー光源あるいはスリット光源（第２の光源）を有するものを示したが、上記のような構成の指紋画像撮像装置に限らず、光源と、被検体を透過する上記光源からの光を撮像して指紋の凸部が暗く凹部が明るい指紋画像を得る撮像手段と、上記被検体を透過する上記光源からの光を上記撮像手段に結像させる光学系とを備えた装置に対し、マーカー光源、あるいは被検体の指紋の表面に少なくとも１つ以上の所定の形状の光を照射する第２の光源（スリット光源）を備えることにより、コントラストの良い指紋画像が安定して得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施の形態１による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係り、指先部近傍を腹側から見た様子を示す下面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係り、指先部近傍を背側から見た様子を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係り、ＣＣＤにより撮像した指紋画像を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係り、ＣＣＤにより撮像した指紋画像を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係り、ＣＣＤにより撮像した指紋画像を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係り、ＣＣＤにより撮像した指紋画像を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係り、指先部の背側への光の照射点Ａ〜Ｄを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係り、照射領域を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による指紋画像撮像装置の別の全体構成を示す側面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１による指紋画像撮像装置の要部の別の構成を示す側面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１による指紋画像撮像装置の要部のさらに別の構成を示す側面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係り、指先部近傍を腹側から見た様子を示す下面図である。
【図１６】本発明の実施の形態５による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図１７】本発明の実施の形態６による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図１８】本発明の実施の形態６による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図１９】本発明の実施の形態６による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図２０】本発明の実施の形態７による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図２１】本発明の実施の形態７に係り、指先部近傍を腹側から見た様子を示す下面図である。
【図２２】本発明の実施の形態７に係り、指先部近傍を背側から見た様子を示す上面図である。
【図２３】本発明の実施の形態７に係り、指先部近傍を背側から見た様子を示す上面図である。
【図２４】本発明の実施の形態７に係り、指先部の背側を代表する直線１５と光軸３００に直交する平面４０２との成す角度（θ）と、指紋画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【図２５】本発明の実施の形態７に係り、指先部の背側を代表する直線１５と光軸３００に直交する平面４０２との成す角度（θ）と、指紋画像のコントラストとの関係を示すグラフである。
【図２６】本発明の実施の形態７による指紋画像撮像装置の要部の別の構成を示す側面図である。
【図２７】本発明の実施の形態７による指紋画像撮像装置の別の全体構成を示す側面図である。
【図２８】本発明の実施の形態８による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図２９】本発明の実施の形態８に係り、指先部近傍を腹側から見た様子を示す下面図である。
【図３０】本発明の実施の形態９による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図３１】本発明の実施の形態９に係り、透明状被検体保持部と被検体との接触部を拡大して模式的に示す図である。
【図３２】本発明の実施の形態１１による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図３３】本発明の実施の形態１２による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図３４】本発明の実施の形態１２による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【図３５】本発明の実施の形態１２による指紋画像撮像装置の全体構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１  指先部、１１  指紋、１２  爪、１６  照射領域、２  被検体保持部、２１  開口付き被検体保持部、２２  棒状被検体保持部、２３  透明状被検体保持部、３  光源、３０  光、３１  マーカー光、３２  光源駆動回路、３３  マーカー光源、４  光学系、４１  レンズ、４２  絞り、４００  光軸、５  撮像手段、５１  波長選択素子、５２  撮像素子、５３  画像出力回路、５５  ゲイン調整回路、６  信号処理部、６１  画像取り込み部、６２  画像処理部、６３  指紋データ保存部、６４  個人識別部、６５  指存在判定部、６６  明度判定部、６７  指位置計測部、６８  指静止判定部、７０  スリット光、７１  スリット光用光源、７２スリット光用光源駆動回路、８  平面鏡。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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