(57)【要約】  指紋撮像装置は、光源端部（１３０）と反射端部（１３５）との間に延びている光軸をそれぞれが有する光導波管のアレイを有する。反射端部が、光軸に沿って伝搬する光（１００、１０１）が光導波管に対して内部に、導波管の屈折率よりも小さい屈折率を有する目標媒体（例えば、空気）が反射端部に存在している場合に反射されるように、かつ、導波管の屈折率よりも大きい屈折率を目標媒体（例えば、指の皮膚）が有する場合に、光が反射表面を通って透過させられるように光軸に対して傾斜した検出表面を備えている。光源が、それぞれの光導波管に光学的に結合される。少なくとも１つの検出器（１２３）が、目標媒体からの散乱後の透過光を受けるために検出表面の近傍に備えられる。透過光を用いて、例えば、プレチスモグラフィ解析、パルス・オキシメトリ解析又はドップラ血液潅流解析によって、目標媒体が生物に属しているか否かを判定することが可能である。
2008519633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋撮像装置であって、
光源端部と反射端部との間を延びている光軸をそれぞれが有する光導波管のアレイであって、前記反射端部は、前記光軸に沿って伝搬する光が前記光導波管に対して内部に、前記導波管の屈折率よりも小さい屈折率を有する目標媒体が前記反射端部に存在している場合に反射されるように、かつ、前記導波管の屈折率よりも大きい屈折率を前記目標媒体が有する場合に、光が検出表面を通って透過させられるように前記光軸に対して傾斜した検出表面を備えている光導波管のアレイと、
前記光導波管のうちの個別の光導波管にそれぞれの光源が光学的に結合された光源アレイと、
前記光導波管の前記反射端部の前記検出表面に近接しており、前記媒体からの散乱後の前記透過光を受ける少なくとも１つの検出器とを備えている装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記光導波管のアレイが光ファイバ束である装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、前記光源アレイが半導体レーザ・アレイである装置。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の装置であって、前記光源がそれぞれ実質的に単色である装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置であって、前記光源が別個にスイッチ可能である装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置であって、第１の複数の光源が、重ならないオンタイムの間、連続してオン及びオフにされ、少なくとも１つの光源が、前記第１の複数の光源の前記オンタイムよりも実質的に長い連続した期間、オンにされる装置。
【請求項７】
請求項４記載の装置であって、前記アレイ内の光源が、別々の波長の光出力を有する装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置であって、前記光導波管の１つ又は複数にそれぞれが対応する検出器のアレイを前記少なくとも１つの検出器が備える装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置であって、前記アレイ内の検出器が、別々の光波長に対する応答性を有する装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置であって、前記光導波管のアレイ、及び前記光源アレイが１次元アレイである装置。
【請求項１１】
請求項１記載の装置であって、前記散乱光を示す電気出力信号を各検出器から受信するよう結合されており、前記出力信号に対してプレチスモグラフィ解析を行うよう適合させたマイクロプロセッサを更に有する装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置であって、前記プレチスモグラフィ解析に基づいて、目標媒体が生物の一部を構成しているか否かを示すよう更に適合させた装置。
【請求項１３】
請求項１記載の装置であって、前記散乱光を示す電気出力信号を各検出器から受信するよう結合されており、前記出力信号に対してパルス・オキシメトリ解析を行うよう適合させたマイクロプロセッサを更に有する装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の装置であって、前記パルス・オキシメトリ解析に基づいて、目標媒体が生物の一部を構成しているか否かを示すよう更に適合させた装置。
【請求項１５】
請求項４又は７に記載の装置であって、前記散乱光を示す電気出力信号を各検出器から受信するよう結合されており、前記出力信号に対してドップラ血液潅流解析を行うよう適合させたマイクロプロセッサを更に有する装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の装置であって、前記ドップラ血液潅流解析に基づいて、目標媒体が生物の一部を構成しているか否かを示すよう更に適合させた装置。
【請求項１７】
請求項１記載の装置であって、前記光源アレイが、前記光導波管の光源端部全体に出力を走査させた単一の光源を備えている仮想アレイである装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の装置であって、前記導波管の第１の複数の照射期間が、重ならない照射期間の連続したやり方で備えられ、少なくとも１つの光導波管が、前記第１の複数の導波管の前記照射期間よりも実質的に長い連続した期間、照射されるように前記光導波管の前記光源端部全体に光源出力が走査される装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の装置であって、前記仮想アレイが、回転可能ミラーに光学的に向けられた前記単一の光源を備えており、前記ミラーが、実質的に平面状の第１の反射表面、及び凸状の第２の反射表面を有している装置。
【請求項２０】
指紋撮像装置であって、  
光源端部と反射端部との間を延びている光軸をそれぞれが有する光導波管のアレイであって、前記反射端部は、皮膚が検出表面と何ら接触していない場合に、前記光軸に沿って伝搬する光が前記光導波管に対して内部に反射されるように、かつ、皮膚が前記検出表面と接触している場合に、光が反射表面を通って透過させられるように前記光軸に対して傾斜した検出表面を備えている光導波管のアレイと、
前記光導波管のうちの個別の光導波管にそれぞれの光源が光学的に結合された光源アレイと、
前記光導波管の前記反射端部の前記検出表面に近接しており、前記皮膚からの散乱後の前記透過光を受ける少なくとも１つの検出器とを備えている装置。
【請求項２１】
請求項２０の装置であって、前記光源アレイが半導体レーザ・アレイである装置。
【請求項２２】
請求項２０又は２１の装置であって、前記光源がそれぞれ実質的に単色である装置。
【請求項２３】
請求項２０記載の装置であって、前記光源が別個にスイッチ可能である装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の装置であって、第１の複数の光源が、重ならないオンタイムの間、連続してオン及びオフにされ、少なくとも１つの光源が、前記第１の複数の光源の前記オンタイムよりも実質的に長い連続した期間、オンにされる装置。
【請求項２５】
請求項２２記載の装置であって、前記アレイ内の光源が、別々の波長の光出力を有する装置。
【請求項２６】
請求項２０記載の装置であって、前記光導波管の１つ又は複数にそれぞれが対応する検出器のアレイを前記少なくとも１つの検出器が備える装置。
【請求項２７】
請求項２６記載の装置であって、前記アレイ内の検出器が、別々の光波長に対する応答性を有する装置。
【請求項２８】
請求項２０記載の装置であって、前記光導波管のアレイ、及び前記光源アレイが１次元アレイである装置。
【請求項２９】
請求項２０記載の装置であって、前記散乱光を示す電気出力信号を各検出器から受信するよう結合されており、前記出力信号に対してプレチスモグラフィ解析を行うよう適合させたマイクロプロセッサを更に有する装置。
【請求項３０】
請求項２９記載の装置であって、前記プレチスモグラフィ解析に基づいて、目標媒体が生物の一部を構成しているか否かを示すよう更に適合させた装置。
【請求項３１】
請求項２０記載の装置であって、前記散乱光を示す電気出力信号を各検出器から受信するよう結合されており、前記出力信号に対してパルス・オキシメトリ解析を行うよう適合させたマイクロプロセッサを更に有する装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の装置であって、前記パルス・オキシメトリ解析に基づいて、目標媒体が生物の一部を構成しているか否かを示すよう更に適合させた装置。
【請求項３３】
請求項２２又は２５に記載の装置であって、前記散乱光を示す電気出力信号を各検出器から受信するよう結合されており、前記出力信号に対してドップラ血液潅流解析を行うよう適合させたマイクロプロセッサを更に有する装置。
【請求項３４】
請求項３３記載の装置であって、前記ドップラ血液潅流解析に基づいて、目標媒体が生物の一部を構成しているか否かを示すよう更に適合させた装置。
【請求項３５】
請求項２０記載の装置であって、前記光源アレイが、前記光導波管の前記光源端部全体を出力に走査させた単一の光源を備えている仮想アレイである装置。
【請求項３６】
請求項３５記載の装置であって、前記導波管の第１の複数の照射期間が、重ならない照射期間の連続したやり方で備えられ、少なくとも１つの光導波管が、前記第１の複数の導波管の前記照射期間よりも実質的に長い連続した期間、照射されるように前記光導波管の前記光源端部全体に光源出力が走査される装置。
【請求項３７】
請求項３５又は３６に記載の装置であって、前記仮想アレイが、回転可能ミラーに光学的に向けられた前記単一の光源を備えており、前記ミラーが、実質的に平面状の第１の反射表面、及び凸状の第２の反射表面を有している装置。
【請求項３８】
請求項２０記載の装置であって、前記光軸に対する前記検出表面の角度が１＜ｎｗ  ｓｉｎ（ａ）＜ｎｆの範囲にあり、ｎｗは前記導波管の屈折率であり、ｎｆは前記皮膚の屈折率であり、ａは前記検出表面に対する垂直線に対する前記光軸の角度である装置。
【請求項３９】
請求項３８記載の装置であって、ｎｗが１．３乃至１．４の範囲にある装置。
【請求項４０】
請求項３９記載の装置であって、ｎｗが１．５乃至１．７の範囲にある装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は指紋の検出に関し、特に、撮像される指のインテグリティを確認する、指の生物学的特性の検出に関する、指紋を撮像する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この意味合いにおける「インテグリティの確認」の表現は、指が、にせの指（すなわち、プラスチック又はラテックスのレプリカ）でないこと、及び／又は指が生物に（すなわち、死体や、切断された指にではなく）属していることの確認を有することが意図されている。「指」という表現は便宜上、本明細書及び特許請求の範囲を通して用いているが、非平面状表面パターンに基づいて非常に特徴的な「プリント」を供給し、前述のそのインテグリティを確認する測定可能な生物学的特性をもたらすことができる、体の何れかの部分を有することが意図されている。例には、掌紋、手紋、足紋及び同様なものがあり得る。
【０００３】
個人の識別情報の認証は、多くの場合に（例えば、旅行中、建物や他のセキュアな領域にアクセスする場合、コンピュータやデータ記憶装置などの電子システムをアクセス又は使用する場合）、頻度が一層高い要件になってきている。
【０００４】
いくつかの従来技術文献が、指紋画像の電子獲得に対処している。この例には米国特許第４７８５１７１号明細書がある。図１ａ乃至１ｃを参照すれば、当該文献には、光源４０への合成インタフェースを備える、第１の端部３８を有する光ファイバ１４の束１０を、ファイバ１４に光を通すために用い、撮像装置４２を、ファイバに沿って戻された光を受けるために用いることが提案されている。ファイバ束の反対側の（第２の）端部３６では、束１４はそれぞれ、ファイバの長手方向の軸と斜角をなす端面１６で終端している。束内のファイバの端面１６は、斜めの面が併せて、指１２をおくことができる検出器表面３６を備えるように配置される。光ファイバ１４はｎ１の屈折率を有する。検出器表面に存在している媒体はｎ２の屈折率を有する。
【０００５】
使用上、検出器表面３６に存在している媒体は、空気（ｎ２＜ｎ１）、又は指の皮膚（ｎ２＞ｎ１）であり得る。ファイバ１４の端部の先の媒体が空気の場合、全内部反射３２が生じ、光が内部散乱させられ、光ファイバの第１の端部まで戻されるような斜角が選択される。ファイバ１４の端部の先の媒体が皮膚の場合、ファイバからの光は、指１２の中に透過させられる。指１２の中ではその光は散乱させられ、概して、それが出てきたファイバ１４に戻されない。
【０００６】
指１２によって、指紋パターンに対応するリッジ及びバレーを有する非平面状表面が備えられる。個々のファイバ１４は直径が十分に小さいので、一部のファイバが、リッジ間に収まる検出器表面１６を備え、よって、界面において空気を有する（ｎ２＜ｎ１）一方、他のファイバはリッジが収まる検出器表面１６を備える（ｎ２＞ｎ１）。よって、ファイバ束を逆方向に透過させられる光は、検出器表面上に配置された指紋パターンの関数となる。米国１７１特許の装置は、指の中に透過させられ、指内で散乱させられる光を利用することが可能でない。この光に特有の光検出器が存在していないからである。
【０００７】
指の生物学的特性に関する情報を収集するために、散乱光をキャプチャすることが必要である。米国特許出願第２００３／００９０６５０号明細書には、その中の図８を特に参照して、指Ｆの中に透過させられ、指Ｆによって散乱させられた光を集光する第１の光検出器１２０、並びに、マイクロプリズム・エレメントの平面状表面による内部反射によって戻される光を集光する第２の検出器２０ｆが備えられるシステムが開示されている。第１の光検出器１２０は、指によって散乱させられ、マイクロプリズム・エレメント５０を介して戻された光全てを集光して、プレチスモグラフィ測定を容易にする一方、第２の検出器は、指紋パターンを撮像するために空間情報を保持する２次元検出器である。
【０００８】
他の指紋撮像システムは、米国特許第６１７５６４１号明細書、米国特許出願第２００３／０１１８２１９号明細書、米国特許出願第２００３／００４４０５１号明細書及び国際公開０３／０６３０６５号パンフレットにさまざまに開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、指紋を撮像し、撮像される指紋のインテグリティを確認する、指の少なくとも１つの生物学的特性を検出する方法及び装置を提供することである。本発明の更なる目的は、指のいくつかの考えられる生きた生物学的特性の検出を容易に組み入れることが可能な、指紋撮像の方法及び装置を提供することである。本発明の更なる目的は、ドップラ血液潅流測定を用いて、生物に属するものとしての指の検証を容易にすることである。本発明の更なる目的は、他の電子装置内に好都合に組み入れることが可能な、指紋を撮像する非常にコンパクトな装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一局面によれば、本発明は、指紋撮像装置を提供し、指紋撮像装置は、
光源端部と反射端部との間を延びている光軸をそれぞれが有する光導波管のアレイであって、光軸に沿って伝搬する光が光導波管に対して内部に、導波管の屈折率よりも小さい屈折率を有する目標媒体が反射端部に存在している場合に反射されるように、かつ、導波管の屈折率よりも大きい屈折率を目標媒体が有する場合に、光が検出表面を通って透過させられるように光軸に対して傾斜した検出表面を反射端部が備えている光導波管のアレイと、
光導波管のうちの個別の光導波管にそれぞれの光源が光学的に結合された光源アレイと、
光導波管の反射端部の検出表面に近接しており、媒体からの散乱後の透過光を受ける少なくとも１つの検出器とを備えている。
【００１１】
別の局面によれば、本発明は、指紋撮像装置を提供し、指紋撮像装置は、
光源端部と反射端部との間を延びている光軸をそれぞれが有する光導波管のアレイであって、皮膚が検出表面と何ら接触していない場合に、光軸に沿って伝搬する光が光導波管に対して内部に反射されるように、かつ、皮膚が検出表面と接触している場合に、光が反射表面を通って透過させられるように光軸に対して傾斜した検出表面を反射端部が備えている光導波管のアレイと、
光導波管のうちの個別の光導波管にそれぞれの光源が光学的に結合された光源アレイと、
光導波管の反射端部の検出表面に近接しており、皮膚からの散乱後の透過光を受ける少なくとも１つの検出器とを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施例を、例として、かつ添付図面を参照して次に説明する。
【実施例】
【００１３】
ファイバの光軸に対して傾斜した検出表面をそれぞれが有する複数の光ファイバを用いるという従来技術の原理は、図１ａ乃至１ｃに関して説明した。
【００１４】
図２ａ乃至２ｂ及び図３を参照すれば、本発明は一般に、既知の光学的半導体装置製造プロセスを用いて形成することが可能なものなどの集積光学素子１１０内の光ファイバ又は光導波管であり得る複数の光導波管１１３を提供する。光導波管アレイ１１０は、導波管１１３に光を通すために、光源１２２の入力ファセットとしてふるまう第１の（光源）端部１３０をそれぞれが有する複数の導波管１１３を備えている。各導波管１１３の反対側の（反射）端部１３３では、導波管は、導波管１１３の長手方向軸と斜角をなす反射端面１３５で終端する。導波管１１３の反射端面１３５は、指１１１をおくことができる検出表面１３６を斜めの面が併せて備えるように配置される。指１１１の非平面状表面１０５は、図２ａ及び図２ｂにおいて見てとれる。
【００１５】
光ファイバ１１３はｎ１の屈折率を有する。検出表面１３６に存在している目標媒体はｎ２の屈折率を有する。図２ａの例では、検出表面１３６において存在している目標媒体は指１１１の皮膚である（ｎ２＞ｎ１）である一方、図２ｂの例では、検出表面１３６において存在している目標媒体は空気１０６（ｎ２＜ｎ１）である。検出表面１３６における目標媒体が空気１０６である場合（図２ｂ）に、入力光１００が全反射され、それによって図示した反射ビームがもたらされ、内部散乱させられ、光導波管を第１の端部まで戻されるか、又は導波管の壁内に放散されるように、導波管１１３の光軸に対する検出表面１３６の斜角が選択される。逆に、検出表面における目標媒体が皮膚の場合（図２ａ）、入力光１０１は、指１１１の中に透過させられ、指の中では、パス１１２によって示されるように検出器素子１２３に向けて散乱させられ、概して、導波管を戻されない。
【００１６】
図３に示すように、好ましくは、検出器素子１２３は、各導波管が少なくとも１つの検出器素子１２３を有するように導波管１１３のアレイに次元数で対応するアレイ１４０内に備えられる。検出器素子１２３は、検出表面１３６の隣接部分上の、導波管１１３のそれぞれの反射端面１３５の近傍に配置される。よって、検出器素子１２３は、散乱光が導波管アレイを通って戻ることを必要とすることなく直接、指１１１によって散乱させられた光を受けることが可能である。好ましくは、それぞれの反射端面との検出器素子１２３の近接性は、アレイ１１０内の導波管１１３の間隔と同様な程度の間隔であるが、通常、１００ミクロン以上数ミリメートル程度以下であり得る。
【００１７】
各導波管１１３には、半導体レーザ１２２などの光源を設ける。好ましくは、光源は、図示したような前述の半導体レーザのアレイ内に設けられる。以下に説明する理由で、好ましくは、アレイ内の個々の光源は別個にスイッチ可能である。
【００１８】
撮像される物体のインテグリティ、例えば、撮像される物体が、生きている人間などの生きたエンティティに属していること、を確認する、目標媒体（例えば、指）の生物学的特性を検出する種々の手法が考えられる。
【００１９】
フォトプレチスモグラフィは、選択された皮膚領域、例えば指の、変動する光学的特性に基づいている。光を体内に透過させると、照射された領域において体内に存在している血液体積に応じて多かれ少なかれ光が吸収される。その結果、照射された皮膚領域からの後方散乱光の監視は、血液体積の如何なる変動にも対応する。血液体積変動はよって、反射光の量における変動を測定し、組織及び血液の光学的特性を用いることによって判定することが可能である。
【００２０】
図４に示す本発明の一実施例では、検出器素子１２３は、検出器素子１２３によって受信された信号のプレチスモグラフィ解析に基づいた生きた物体に目標媒体が対応しているか否かを判定するよう適合させた適切な処理装置１５０に結合される。
【００２１】
パルス・オキシメトリは、血液の酸素化のレベルを監視する手法である。パルス・オキシメトリは、赤血球内のヘモグロビンが酸素化されているか脱酸素化されているかに応じて血液が変色するという現象を利用する。脱酸素化された血液は、酸素化された血液よりも濃い赤色である。したがって、血液の酸素飽和度をその色から推定することが可能である。その結果、皮膚の照射領域からの透過光又は散乱光における色スペクトルの特定部分の吸収を測定することによって、血液の酸素化を判定することが可能になる。通常、光の種々の周波数の相対的吸収度を監視して人体の他の光吸収特性を補償する。更に、パルス・オキシメトリ手法は、パルス変動の高点と低点（収縮期と拡張期）との間の光吸収特性における差を測定して、定常的な静脈血流の作用を相殺し、拍動する動脈血液の色のみを測定することによって、酸素化された動脈血液と、脱酸素化された静脈血液とを区別する。
【００２２】
図４においても表す本発明の別の実施例では、検出器素子１２３は、検出器素子１２３によって受信された信号のパルス・オキシメトリ解析に基づいて、生きた物体に目標媒体が対応するか否かを判定するよう適合させた適切な処理装置１５０に結合される。この例では、種々の波長における吸収係数を判定することが可能であるように少なくとも２つの別々の光波長における光出力を供給するよう光源１２２を適合させることが好ましい。
【００２３】
一構成では、光源１２２は、吸収度をそれぞれについて測定することが可能であるように少なくとも２つの別々の波長を有する広いスペクトルの光源である。この場合には好ましくは、別々の波長のうちの１つにそれぞれが応答する一対の検出器素子１２３を導波管毎に備える。
【００２４】
別の構成では、光源１２２は、それぞれ実質的に単色であるが、少なくとも２つの別々の波長にそれぞれの群が及ぶ少なくとも２つに群を備えている。この場合、検出器素子１２３は好ましくは、そのそれぞれの光源及び光導波管に対する感度が最適にされる。
【００２５】
ドップラ血液潅流測定は、人体内の血液の循環を測定する手法である。皮膚上や他の潅流させられた組織上に光が当たると、光の一部は、移動している赤血球によって散乱させられ、一部は静的な組織によって散乱させられる。移動している赤血球によって散乱させられた光は、ドップラ効果によって、周波数がわずかに変動する。高感度の光検出器を用いて散乱光における前述のわずかな周波数変動を検出することによって、血液潅流の表示を得ることが可能である。前述の測定を容易にするためには高単色度の光源（半導体レーザ光源など）が必要である。
【００２６】
やはり図４として表す本願の最も好ましい構成では、検出器素子１２３は、検出器素子１２３によって受信された信号のドップラ血液潅流解析に基づいて、生きた物体に目標媒体が対応するか否かを判定するよう適合させた適切な処理装置１５０に結合される。この例では、移動している赤血球によって散乱させられた光におけるドップラ・シフトが容易に識別可能であるように一光波長において実質的に単色の光出力を供給するよう光源１２２を全面的に適合させることが好ましい。
【００２７】
前述の本発明は、必要な、２次元の指紋画像、並びに生物学的特性の表示を得るために、２次元の光源１２２、導波管１１３及び検出器素子１２３のアレイによって実現することが可能である。導波管１２３及び光源１２２のアレイに次元で対応する検出器素子１２３のアレイを備えることの利点は特に、生物学的特性の表示、及び指紋画像情報を同じ検出器素子１２３によって収集することが可能であることである。これによって、２組の検出器に対する必要性が避けられ、散乱光を導波管に戻す必要性も避けられる。更に、導波管内の反射光をキャプチャし、検出する必要性も避けられる。
【００２８】
このことを達成するために、次に説明するように、検出光の空間的局所性を保つ機構が必要である。更に、対応する１次元の光源、導波管及び検出器のアレイとしてシステムを実現することが可能になる。
【００２９】
図３及び図４の好ましい実施例では、光源１２２の１次元アレイ１２０が、導波管１１３の対応する１次元アレイ１１０に光学的に結合される。半導体レーザ・アレイ１２０及び対応する光導波管アレイ１１０を、装置をコンパクトにするために共通基板上に集積することが可能である。検出器素子１２３は好ましくは、対応する寸法の対応する１次元アレイも備える。２つの検出器素子１２３は図３において導波管１１３毎に表すが、この構成は、各線形アレイが、特定の波長に対して高感度の検出器を備えている（例えばパルス・オキシメトリ測定又はドップラ血液潅流測定を行う場合に有用である）２つの線形検出器素子アレイを表す。
【００３０】
図３の線形アレイ構成では、アレイの次元は「ｘ」方向に延びており、ユーザの指は、検出表面全体に、「ｙ」方向を表す矢印１２５の方向に引かれる。同様に、反対（−ｙ）方向に指を引くことが可能である。検出光は、ｙ空間内の位置にそれぞれが対応する短期間にわたってサンプリングされる。各導波管１１３は、ｘ空間内の位置に対応する。指内に散乱させられた光は、その指向性の喪失のために複数の検出器素子１２３によって検出される。このことを補償するために、光源１２２は好ましくは、何れの他の光源の発光期間と重ならない短い期間、それぞれ交替で発光される。好ましい構成では、各光源の発光期間、又は「オンタイム」は約０．０２５ｍｓである。光源の発光時間中、１つ又は複数の検出器素子１２３が、光が指１１１に入り、散乱させられたか否かを確認する。肯定の場合、検出表面１３６と接触している媒体の場所が設定される（例えば、指紋のリッジ）。光が検出器素子１２３によって検出されない場合、その場所の検出表面において空気が存在しており（例えば、指紋のバレーが検出表面上に覆い被さっており）、光源からの光全てが導波管内で内部反射されていることが判定される。
【００３１】
上記プロセスが、ｘスキャン全体が完了するまでアレイ内の連続した光源１２２及び導波管１１３それぞれについて繰り返される。２次元の指紋画像を設定することが可能であるために、指が検出表面全体を引かれるにつれて、後のｘスキャンが所定の時間間隔で行われる。
【００３２】
生きた生物学的特性の測定は通常、前述の画像スキャンよりも長い照射期間を必要とする。例えば、ドップラ血液潅流解析は通常、約１ｍｓのデータ獲得時間を必要とする。したがって、選択される１つ又は複数のｘスキャン間で、潅流解析に十分なデータをキャプチャするために、少なくとも１つの光源を、連続した期間（例えば、２．５ｍｓ）、オンにすることが考えられる。信号対雑音比の向上のために、かつ、潅流解析に空間情報が必ずしも必要でないので、潅流解析記録のために光源１２２全てを併せてオンにすることが望ましいことがあり得る。
【００３３】
あるいは、アレイ１２０内の１つの光源１２２、及びそのそれぞれの検出器は、指紋の撮像又はマッピングに選択される他の光源とは別の波長を有するよう選択することができる。この場合、別々の波長で動作するそれぞれの光源及び検出器が互いに干渉しないものとすれば、選択された光源及び検出器をもっぱら生物学的特性の測定に充てることが可能である。
【００３４】
図４を更に参照すれば、指紋撮像装置の例示的な制御システムは、光源１２２のアレイ１２０に対して、かつ、検出器１２３のアレイ１４０に対して信号タイミングを供給する制御モジュール１６０を有する。図示した一構成では、制御モジュールは、各光源が、適切なオンタイムの間、確実に発光するよう、適切な光源１２２それぞれを多重化装置１６１を介してアドレス指定する。検出器１２３それぞれからの信号が、サンプリングされ、逆多重化装置１６２によって信号プロセサ１５０に転送される。
【００３５】
信号プロセッサ１５０は検出信号を受信する。制御モジュール１６０からの光源の発光タイミングの知識によって、信号プロセッサ１５０は、リアル・タイム表示画像、ハードコピー、及び／又は更なる処理のためのデータ・ファイルとして出力され得る空間指紋画像１５１を判定するよう動作可能である。
【００３６】
信号プロセッサは更に、例えば、プレチスモグラフィ解析、パルス・オキシメトリ解析やドップラ血液潅流解析によって適切な信号処理を行って、受信されたデータが生物から得られたか否かを判定するよう動作可能である。
【００３７】
前述のようなドップラ潅流解析を用いて検出信号を処理するために、他の光ファイバのスキャン周波数よりもずっと長い時間、単一の特定の光ファイバに光が入ることが望ましい。好ましい構成では、ドップラ潅流サンプリング信号は約２．５ｍｓの持続時間のものである一方、指紋撮像用にサンプリングされた他の信号は、１次元のアレイに沿って走査されるにつれてそれぞれ約０．０２５ｍｓの持続時間を有する。これによって、指がアレイ全体を移動するにつれてライン・スキャンを可能にするよう指紋の合計測定時間が妥当な限度内におさえられることが確実になる。１００のライン・スキャンの場合、合計測定時間を０．５秒未満（動いている指を十分な空間分解能でキャプチャするのに十分である）に制限することが可能である。前述の図３及び図４の好ましい手法は、アレイ内の別個にスイッチ可能なレーザ・ダイオードによる電子制御走査を用いる。
【００３８】
図５ａ乃至図５ｃは、光源の効果的な「仮想アレイ」を導波管毎に備えるために単一の光源２３１のみを必要とする別の走査構成を示す。特別に構成されたミラー２３４、２３５は例えば、２００Ｈｚの周波数で連続して回転しており、光源２３１からの入力ビーム２３２によって照射される。ミラーは、平面の第１の表面２３４と、凸面の第２の表面２３５とを有する。時間（例えば、５ｍｓ）の半分の間、光源２３１からの光が、図５ｂに示すように平面側２３４から反射される。光源２３１は、ミラーの回転の軸２３７と直交して配置されているので、反射ビーム２３６は矢印２３３によって示す方向に走査される。それによって、導波管１１０のアレイ全体を走査する走査ビームがもたらされる。時間の他方の半分の間、入力ビーム２３２は図５ｃに示すように、凸側２３５によって反射される。この場合、反射ビーム２３６は、静止状態に留まり、生物学的特性の測定に用いる導波管に向けることが可能である。このようにして、十分な時間を、例えば、ドップラ測定に与える。この走査光源は、別個にスイッチ可能な光源アレイの機械的な代替策を提供する。
【００３９】
導波管特性に対する修正が可能である。前述の通り、図１ａ乃至１ｃの導波管の構成に基づけば、導波管１１３はｎ１の屈折率を有する。検出表面１３６において存在している目標媒体はｎ２の屈折率を有する。図２ａの例では、検出表面１３６において存在している目標媒体は指１１１の皮膚である（ｎ２＞ｎ１）である一方、図２ｂの例では、検出表面１３６において存在している目標媒体は空気１０６（ｎ２＜ｎ１）である。実用的な適用例では、このことは、導波管材料の屈折率が皮膚の屈折率（約１．３乃至１．４）と空気の屈折率（１．０）との間に位置するような導波管材料の選択に依拠する。
【００４０】
このことによって、導波管材料の選択に対して多少の制約が課される。これは避けることが可能である。別の構成では、１．５乃至１．７の範囲の屈折率を有するガラス材料を導波管に用いる。検出表面１３６における目標媒体が、約１．０の屈折率の空気１０６である場合（図２ｂ）に、入力光１００が全反射され、それによって図示した反射ビームがもたらされ、内部散乱させられ、光導波管を第１の端部まで戻されるか、又は導波管の壁内に放散されるように導波管１１３の光軸に対する検出表面１３６の斜角が選択される。検出表面における目標媒体が、屈折率が１．３乃至１．４の範囲の皮膚の場合（図２ａ）、入力光１０１が、指１１１の中に透過させられ、指の中では、パス１１２によって示されるように検出器素子１２３に向けて散乱させられ、概して、導波管を戻されないようにも斜角が選択される。
【００４１】
一般的な局面では、導波管材料、皮膚及び空気の相対的な屈折率によって斜角が選択される。検出表面と皮膚が何ら接触していない場合に、光軸に沿って伝搬する光が光導波管に対して内部に反射されるように、かつ、検出表面と皮膚が接触している場合に、その光が検出表面を通して透過させられるように、光軸に対する検出表面の斜角が選択される。
【００４２】
検出表面１３６の適切な斜角を求めるために、スネルの法則を施して、全内部反射が生じる臨界角を求める。これによって、導波管の屈折率がｎ１であり、目標媒体の屈折率がｎ２である場合、全内部反射が生じる臨界角が
θｃｒｉｔ＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ２）
であることが規定される。
【００４３】
満たすべき条件は２つある。まず、目標媒体が空気の場合、光が全内部反射を有するものとする。よって、ｎ２＝１．０であり、全内部反射の要件はｓｉｎ（ａ）＞１／ｎｗである。ここで、ａは検出表面に対する垂直線に対する入射角であり、ｎｗは導波管の屈折率である。
【００４４】
第２に、目標媒体が皮膚である場合、光が検出表面を通るものとする。この条件は、ｓｉｎ（ａ）＜ｎｆ／ｎｗである。ここで、ａは検出表面に対する垂直線に対する入射角であり、ｎｆは指又は皮膚の屈折率であり、ｎｗは導波管の屈折率である。
【００４５】
２つの関係を合成することによって、導波管の屈折率及び皮膚の屈折率の関数として、所望の入射角ａの範囲、及び、よって、検出表面の考えられる角度の範囲を得る。
【００４６】
１／ｎｗ＜ｓｉｎ（ａ）＜ｎｆ／ｎｗであり、
又は同等には
１＜ｎｗ  ｓｉｎ（ａ）＜ｎｆである。
【００４７】
よって、好ましくは、１＜ｎｗ  ｓｉｎ（ａ）＜ｎｆ（ここで、ａは、検出表面に対する垂直線に対する光軸である）の範囲にあるように、光軸に対する検出表面の角度が選択される。
【００４８】
好ましい実施例では、ｎｆ＝１．３であり、ｎｗ＝１．５であり、ａは、
４１．８１°＜ａ＜６０．０７°の範囲に位置する。
【００４９】
ｎｆの値を１．４とした場合、ａの上限は約７０°になる。
【００５０】
他の実施例は、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。  
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１ａ】従来技術の指紋獲得システムの、光ファイバ束を有する光学的構成部分を略示する側面図である。
【図１ｂ】従来技術の指紋獲得システムの、図１ａの束内の光ファイバ束の断面側面図である。
【図１ｃ】従来技術の指紋獲得システムの光ファイバ束の斜視図である。
【図２ａ】目標媒体によって散乱させられた光の光路を示す、本発明による検出原理の概略図である。
【図２ｂ】光導波管内に反射された光の光路を示す、本発明による検出原理の概略図である。
【図３】本願の好ましい構成による、指紋及び生物学的特性の獲得システムの光学素子の斜視図である。
【図４】本願の好ましい構成による、指紋及び生物学的特性の獲得システムの概略図である。
【図５ａ】光源のスイッチド・アレイを置き換えることが可能な別の光学式走査システムの概略図である。
【図５ｂ】光源のスイッチド・アレイを置き換えることが可能な別の光学式走査システムの概略図である。
【図５ｃ】光源のスイッチド・アレイを置き換えることが可能な別の光学式走査システムの概略図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【国際調査報告】
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