(57)【要約】【課題】指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減する。【解決手段】本発明に係る指紋読取装置１は、被験者の指Ｆの指紋を読み取る上面３ａで指Ｆが接触するプリズム３を有しており、指Ｆがプリズム３の上面３ａに接触しながら所定方向に移動したときに指Ｆの指紋を読み取るようになっている。このような指紋読取装置１においてプリズム３の側部には、プリズム３の上面３ａに微小な振動を発生させる超音波振動子７が配設されている。【選択図】              図１
2004272745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる振動手段を備えることを特徴とする指紋読取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の指紋読取装置において、
前記振動手段は、超音波により前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる超音波振動子であることを特徴とする指紋読取装置。
【請求項３】
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指を略一定の速度で移動させる移動機構を備えることを特徴とする指紋読取装置。
【請求項４】
請求項３に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、軸心回りに略一定の速度で回転する回転ローラを有し、
前記回転ローラは、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、外周面に接触した前記指を前記接触部材から離すように回転することを特徴とする指紋読取装置。
【請求項５】
請求項３に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、伸縮自在な複数の圧電素子を接着した弾性体を有し、
前記弾性体は、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、各圧電素子が伸縮することで前記指の移動方向の反対方向に略一定の速度で進行する波を発生することを特徴とする指紋読取装置。
【請求項６】
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側及び後側には、前記指の移動方向に沿って前記指を移動させるように軸心回りに回転する回転ローラがそれぞれ配設されており、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設された前記回転ローラの回転抵抗が、前記指の移動方向の前記接触部材より後側に配設された前記回転ローラの回転抵抗よりも大きいことを特徴とする指紋読取装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
固体撮像デバイスと、
前記接触部材の読取面と前記指とが接触した部分の像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、
を備えることを特徴とする指紋読取装置。
【請求項８】
請求項３〜６のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
前記接触部材は、複数のコンデンサを所定の規則性に基づいて配列した静電容量方式の半導体センサであることを特徴とする指紋読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被験者の指の指紋を読み取る指紋読取装置に係り、特に指紋読取時の指の指紋の歪みを低減できる指紋読取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、携帯電話，ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ），ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）といった電子機器間のネットワーク化が進展し、種々の情報源にアクセスして多くの情報を迅速かつ安易に取得できるようになってきているが、これに伴い、悪意ある者による不正アクセスが跡を絶たず、セキュリティの重要性がますます高まっている。セキュリティ技術においては、各個人でユーザ名，パスワードを設定して個人認証をおこなう技術が一般的となっているが、その他にも各個人の指紋により個人認証をおこなうといった技術が実用化されており、セキュリティ技術は進歩の一途をたどっている。
【０００３】
指紋認証のためには、被験者の指紋を読み取る指紋読取装置が必要とされる（例えば特許文献１参照）。特許文献１の装置では、ラインセンサ（１０）が携帯型電子機器（９０）の正面に実装されており、被験者が指を携帯型電子機器の正面に当てた状態でラインセンサに直角な方向に指を移動させることで、被験者の指の指紋を読み取れるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１６１１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の装置では、被験者自らが指をラインセンサの読取面に接触させながら移動させる際に、次のような不都合を生じる可能性がある。すなわち、指の中心部とその周辺部とでは読取面に対する接触圧が異なるため、指の中心部が周辺部に対しやや遅れて移動してしまい、指の指紋に歪みが生じる可能性がある。この場合、指紋に歪みが生じたまま指紋画像が合成されてしまい、この指紋画像のデータが予め登録された指紋データと照合された際には、照合率の低下を招くどころか、被験者が登録者本人であるにもかかわらず照合したデータ同士が不一致であるという結果が出力される可能性もある。
【０００６】
本発明の課題は、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる指紋読取装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる振動手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の指紋読取装置では振動手段を備えるため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに、接触部材の読取面に接触した指に微小な振動を加えることができる。これにより、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の指紋読取装置において、
前記振動手段は、超音波により前記接触部材の読取面に微小な振動を発生させる超音波振動子であることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、振動手段が超音波振動子であるため、接触部材の読取面に接触した指に非常に微小な振動を加えることができ、指紋読取時に生じる指紋の歪みを確実に低減することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指を略一定の速度で移動させる移動機構を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明では移動機構を備えるため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに、被験者の指を略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、
請求項３に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、軸心回りに略一定の速度で回転する回転ローラを有し、
前記回転ローラは、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、外周面に接触した前記指を前記接触部材から離すように回転することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、回転ローラが、接触部材の前側に配設されるとともに外周面に接触した指を接触部材から離すように略一定の速度で回転するため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに回転ローラの外周面に指が接触すると、当該指を接触部材から離すように略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、
請求項３に記載の指紋読取装置において、
前記移動機構は、伸縮自在な複数の圧電素子を接着した弾性体を有し、
前記弾性体は、前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設されており、各圧電素子が伸縮することで前記指の移動方向の反対方向に略一定の速度で進行する波を発生することを特徴とする指紋読取装置。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、弾性体が、接触部材の前側に配設されるとともに指の移動方向の反対方向に略一定の速度で進行する波を発生させるため、被験者の指が接触部材の読取面上を移動するときに弾性体に指が接触すると、当該指を略一定の速度で移動方向に移動させることができる。これにより、被験者の指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、
被験者の指の指紋を読み取る読取面で前記指が接触する接触部材を有し、前記指が前記接触部材の読取面に接触しながら所定方向に移動したときに前記指の指紋を読み取る指紋読取装置において、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側及び後側には、前記指の移動方向に沿って前記指を移動させるように軸心回りに回転する回転ローラがそれぞれ配設されており、
前記指の移動方向の前記接触部材より前側に配設された前記回転ローラの回転抵抗が、前記指の移動方向の前記接触部材より後側に配設された前記回転ローラの回転抵抗よりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、接触部材より前側に配設された回転ローラの回転抵抗が、接触部材より後側に配設された回転ローラの回転抵抗よりも大きいため、指の表皮を引き伸ばした状態で被験者の指を移動させることができる。これにより、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
固体撮像デバイスと、
前記接触部材の読取面と前記指とが接触した部分の像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、
を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、固体撮像デバイスと撮像光学系とを備えるため、光学的に被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、
請求項３〜６のいずれか一項に記載の指紋読取装置において、
前記接触部材は、複数のコンデンサを所定の規則性に基づいて配列した静電容量方式の半導体センサであることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、接触部材が静電容量方式の半導体センサであるため、各コンデンサの静電容量効果により被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る指紋読取装置の実施形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。
【００２４】
［第一の実施の形態］
始めに、図１及び図２を参照しながら指紋読取装置の第一の実施形態について説明する。
図１は指紋読取装置１の断面図である。
図１に示す通り、指紋読取装置１は筐体２を有しており、筐体２の上部には、接触部材としてのプリズム３が埋設されている。プリズム３は、左右方向に延在する三角柱状の直角プリズムであって、撮像光学系の一部を構成している。またプリズム３は、上面３ａが筐体２の外部に露出するように筐体２に埋設されており、上面３ａと筐体２の上面とが同じ面内に存している。そして本実施形態において、プリズム３の上面３ａは、被験者の指Ｆが接触する接触面であるとともに指Ｆの指紋の凹凸を読み取る読取面となっている。
【００２５】
なお、図１では、筐体２は、上部だけが図示されており、上部以外の部分が省略されている。また図１では、紙面の表側から裏側又は裏側から表側に向かう方向が左右方向となっており、後述の図３、図４及び図５でもこれと同様となっている。
【００２６】
図１においてプリズム３の前側の斜面３ｂに対向する位置には、プリズム３の上面３ａで全反射する光を出射する線状光源４が配設されている。線状光源４は、プリズム３に沿うように左右方向に延在しており、プリズム３の略全幅にわたって光を出射するようになっている。具体的に線状光源４は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ），有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ），無機ＥＬ，冷陰極管，蛍光管等の自発光素子等から構成されている。
【００２７】
一方、図１においてプリズム３の後側の斜面３ｃに対向する位置には、撮像光学系の一部を構成する複数のセルフォックレンズ５，５，…が配設されている。複数のセルフォックレンズ５，５，…は、一列に並んだ状態でプリズム３に沿うように左右方向に沿って延在している。ただし、複数のセルフォックレンズ５，５，…を、複数列に並べた状態で左右方向に沿って延在させてもよい。具体的に各セルフォックレンズ５は円柱状のロッドレンズであって、中心軸から周面にかけて放物線状の屈折率分布を有するものである。各セルフォックレンズ５の屈折率は、中心軸において最も高く、周面において最も低い。従って各セルフォックレンズ５は球面レンズと光学的に略等価な性質を備えており、全てのセルフォックレンズ５，５，…は互いに等価な性質を備えている。
【００２８】
上記各セルフォックレンズ５は、中心軸（光軸）がプリズム３の上面３ａに対して斜交いに交わる位置に配置されており、詳しくは、自己の光軸とプリズム３の上面３ａで全反射した光の光軸とが一致するような位置に配置されている。これにより、各セルフォックレンズ５は、プリズム３の上面３ａに接触した指Ｆに合焦するようになっており、指Ｆとプリズム３の上面３ａとが接触した部分の連続した像を、後述の固体撮像デバイス６に正立等倍に結像することができるようになっている。
【００２９】
上記セルフォックレンズ５，５，…に対向する下方の位置には、固体撮像デバイス６が配設されている。固体撮像デバイス６は、各セルフォックレンズ５の光軸上に配置されており、より詳しくは上面（受光面）が各セルフォックレンズ５の光軸に対して直交している。具体的に固体撮像デバイス６は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像デバイス，ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型固体撮像デバイス等であり、入射した光の強度（又は光量）を電気信号に変換する画素としての複数の光電変換素子（例えばフォトダイオード，フォトトランジスタ等）が左右方向に配列された構造となっている。固体撮像デバイス６においては、複数の光電変換素子が左右方向に沿って一列に並んでいてもよいし、複数列にわたり並んでいてもよい。
【００３０】
プリズム３の左右側部には、超音波によりプリズム３の上面３ａに微小な振動を発生させる振動手段としての超音波振動子７，７がそれぞれ配設されている。超音波振動子７としては、二万ヘルツ（Ｈｚ）以上の周波数で振動する超音波振動子を適用するのが好ましい。本実施形態では、各超音波振動子７によりプリズム３の上面３ａを、水平方向に振動させるようにしてもよいし、垂直方向に振動させるようにしてもよいし、又は水平方向及び垂直方向の両方向に振動させるようにしてもよい。
【００３１】
プリズム３の前側であって筐体２の上部には、被験者の指Ｆの有無を検知するスイッチ８が配設されている。スイッチ８は、押圧されることで被験者の指Ｆを検出するようになっており、スイッチ８の押圧に伴い上記線状光源４及び超音波振動子７，７が作動するようになっている。
【００３２】
プリズム３の後側には、軸心回りに回転自在な円柱状のローラ９が配設されている。ローラ９は、プリズム３に沿うように左右方向に延在しており、外周面の一部が筐体２の上面よりも僅かに突出した状態で筐体２の外部に露出している。またローラ９の内部には、ローラ９の回転角度（量）を検出するロータリーエンコーダ１０（図２参照）が配設されている。
【００３３】
次に、指紋読取装置１の回路構成について説明する。
図２は指紋読取装置１の回路構成を示すブロック図である。
図２に示す通り、ロータリーエンコーダ１０には、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４が接続されている。ロータリーエンコーダ１０は、ローラ４が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４へ出力するようになっている。ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４は、ロータリーエンコーダ１０からの同期信号に同期して動作するようになっている。
【００３４】
ドライバ回路１２には上記固体撮像デバイス６が接続されており、ドライバ回路１２は、ロータリーエンコーダ１０から入力された同期信号に従って固体撮像デバイス６を駆動するようになっている。固体撮像デバイス６には信号処理回路１２が接続されており、固体撮像デバイス６は、ドライバ回路１１により駆動されることで、受光した光量（又は光強度）を電気信号に変換して一次元画像を電気信号として取得し、その電気信号を信号処理回路１２に出力するようになっている。信号処理回路１２にはＡ／Ｄ変換回路１３が接続されており、信号処理回路１２は、固体撮像デバイス６から入力された電気信号に増幅等の処理をおこなってその電気信号をＡ／Ｄ変換回路１３に出力するようになっている。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換回路１３には合成バッファ１４が接続されており、Ａ／Ｄ変換回路１３は、信号処理回路１２から入力された電気信号をＡ／Ｄ変換し、その電気信号を一次元画像データとして合成バッファ１４に出力するようになっている。合成バッファ１４には、Ａ／Ｄ変換回路１３から入力された一次元画像データが順次格納され、合成バッファ１４では一次元画像データが順次合成されて二次元画像データが生成されるようになっている。また合成バッファ１４にはコンピュータ（図示略）が接続されており、合成バッファ１４は、生成された二次元画像データを上記コンピュータに出力するようになっている。コンピュータに入力された二次元画像データは、コンピュータの処理の用に供されるようになっている。
【００３６】
次に、指紋読取装置１の使用方法及び動作について説明する。
被験者は、指Ｆの第一関節がプリズム３の上面３ａに当接するように指Ｆを筐体２の上面に載置し、指Ｆの末節（指先と第一関節の間）でスイッチ８を押圧する。すると、線状光源４が作動して線状光源４が点灯し、さらに各超音波振動子７が作動してプリズム３が振動し始め、プリズム３の上面３ａが非常に微小な変位量で振動する。
【００３７】
そして、被験者が指Ｆを筐体２の上面に押し付けながら前方から後方に移動させると、指Ｆは、プリズム３の上面３ａに接触した状態でローラ９を回転させながら移動する。
【００３８】
この状態において、線状光源４から出射された光が、プリズム３の斜面３ｂに直角に入射して指Ｆに入射し、指Ｆは、プリズム３の上面３ａに接触した部分で光の照射を受ける。またこれと同時に、ローラ９が所定角度回転する毎に、ロータリーエンコーダ１０が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４のそれぞれに出力し、指Ｆは、固体撮像デバイス６により線走査される。
【００３９】
ここで、指Ｆとプリズム３の上面３ａとが接触した部分において光の照射を受けた部分では、指Ｆの凸部（指紋の稜線）がプリズム３の上面３ａに密着し、指Ｆの凹部（指紋の溝線）がプリズム３の上面３ａから僅かに離間する。従って指Ｆに入射した光のうち、凸部に入射した光は、全反射の条件を満たさないため、セルフォックレンズ５，５，…にはほとんど入射しない。一方、凹部に入射した光は、プリズム３の上面３ａで全反射してプリズム３の斜面３ｃから直角に出射し、その後、各セルフォックレンズ５に入射してセルフォックレンズ５，５，…から固体撮像デバイス６に入射する。
【００４０】
このように、指Ｆの凹凸で定義された像、つまり指Ｆの凸部が暗く凹部が明るい像が、各セルフォックレンズ５により固体撮像デバイス６に結像される。
【００４１】
そして固体撮像デバイス６は、ドライバ回路１１により駆動されて指Ｆの凹凸で定義された像をロータリーエンコーダ１０による同期信号のタイミングで撮像し、指紋の一次元画像を電気信号として取得し、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路１２に出力する。すると信号処理回路１２は、入力された電気信号を処理してその電気信号をＡ／Ｄ変換回路１３に出力し、Ａ／Ｄ変換回路１３は入力された電気信号をＡ／Ｄ変換してその電気信号を指紋の一次元画像データとして合成バッファ１４に出力する。そして最終的に、指紋の一次元画像データが合成バッファ１４に順次蓄積され合成されて、合成バッファ１４で指紋の二次元画像データが生成され、生成された二次元画像データは、合成バッファ１４からコンピュータに出力される。
【００４２】
なお、指紋読取装置１で取得した二次元画像データは、上記の通りコンピュータの処理の用に供されるが、例えば、コンピュータは、予め登録された登録者の登録指紋画像データと指紋読取装置１で取得された二次元画像データとを比較する処理と、比較した結果に基づき二次元画像データが登録指紋画像データと一致するか否かを判定する処理と、二次元画像データが登録指紋画像データと一致した場合に被験者を登録者として認識する処理と、をおこなうようになっている。
【００４３】
以上のような指紋読取装置１では、被験者の指Ｆがプリズム３の上面３ａに接触しながら移動する際に、各超音波振動子７がプリズム３に振動を発生させてプリズム３の上面３ａに接触した指Ｆに微小な振動を加えるようになっている。これにより、指Ｆの中心部とその周辺部とにおいてプリズム３の上面３ａに対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００４４】
［第二の実施の形態］
続いて、図３を参照しながら指紋読取装置の第二の実施形態について説明する。ただし、本第二の実施形態では、第一の実施形態で示した部材と同様の部材に上記と同様の符号を付してそれら部材の詳細な説明を省略している。
図３は指紋読取装置２０の断面図である。
【００４５】
図３に示す指紋読取装置２０が上記第一の実施形態における指紋読取装置１と主に異なる点は、超音波振動子７，７が省略されており、ローラ９の代わりに図３において指Ｆを前方から後方に移動させる移動機構２１が配設されていることである。
【００４６】
移動機構２１はプリズム３の後側に配設されており、モータ２２とモータ２２の回転に従動しながら回転する回転ローラとしての従動ローラ２３とを有している。モータ２２は被験者によるスイッチ８の押圧に伴い回転駆動されるようになっており、モータ２２の内部には、上記と同様のロータリーエンコーダ１０が配設されている。なお、ロータリーエンコーダ１０は従動ローラ２３の内部に配設されてもよい。
【００４７】
一方、従動ローラ２３は、プリズム３に沿うように左右方向に延在しており、外周面の一部が筐体２の上面より僅かに突出した状態で筐体２の外部に露出している。これらモータ２２及び従動ローラ２３の各軸心間には、ベルト２４が巻回されており、モータ２２が回転駆動されるとモータ２２の回転力がベルト２４を介して従動ローラ２３に伝達され、従動ローラ２３が図３において時計回りに回転するようになっている。なお、モータ２２の軸心を従動ローラ２３の軸心に直結させて、モータ２２の回転を従動ローラ２３に直接的に伝達するようにしてもよい。
【００４８】
次に、指紋読取装置２０の使用方法及び動作について説明する。
指紋読取装置２０の使用方法及び動作は、上記第一の実施形態で示した指紋読取装置１の使用方法及び動作と略同様である。すなわち、被験者は、指Ｆの第一関節をプリズム３の上面３ａに当接するように指Ｆを筐体２の上面に載置し、指Ｆの末節でスイッチ８を押圧する。すると、線状光源４が作動して点灯し、さらにモータ２２が回転駆動されて従動ローラ２３が回転し始める。
【００４９】
この状態において被験者の指Ｆが従動ローラ２３の外周面に接触し、指Ｆは従動ローラ２３の回転に伴い、プリズム３の上面３ａに接触しながらプリズム３から離れるように前方から後方へと移動する。
【００５０】
ここで本実施形態では、モータ２２は略一定の速度で回転し、これに伴い従動ローラ２３も略一定の速度で回転するようになっている。これにより、従動ローラ２３の外周面に接触した指Ｆを略一定の速度で移動させる。
【００５１】
そして指Ｆの移動中において、線状光源４から出射された光がプリズム３を介して指Ｆに入射するとともに、モータ２２が所定角度回転する毎にロータリーエンコーダ１０が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４のそれぞれに出力する。これにより、指Ｆが、プリズム３の上面３ａに接触した部分で光の照射を受けながら固体撮像デバイス６により線走査される。
【００５２】
そして上記第一の実施形態で示した原理と同様の原理に従い、指Ｆの凹凸で定義された像が各セルフォックレンズ５により固体撮像デバイス６に結像され、固体撮像デバイス６は指Ｆの指紋の一次元画像を取得する。その後も上記第一の実施形態と同様に、固体撮像デバイス６は、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路１２に出力し、出力された各電気信号は、信号処理回路１２により増幅等の処理がおこなわれ、Ａ／Ｄ変換回路１３によりＡ／Ｄ変換され、合成バッファ１４に順次蓄積される。そして合成バッファ１４が、蓄積した各一次元画像データから指紋の二次元画像データを生成し、その二次元画像データは合成バッファ１４からコンピュータに出力されて被験者の指紋認証の処理の用に供される。
【００５３】
以上のような指紋読取装置２０では、従動ローラ２３が略一定の速度で回転するため、被験者の指Ｆを、従動ローラ２３の回転に追従させるようにして略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指Ｆの中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００５４】
［第三の実施の形態］
続いて、図４を参照しながら指紋読取装置の第三の実施形態について説明する。ただし、本第三の実施形態では、第一の実施形態で示した部材と同様の部材に上記と同様の符号を付してそれら部材の詳細な説明を省略している。
図４は指紋読取装置３０の断面図である。
【００５５】
図４に示す指紋読取装置３０が上記第一の実施形態における指紋読取装置１と主に異なる点は、超音波振動子７，７が省略されており、ローラ９に代えて二つの回転ローラ３１，３２が配設されていることである。
【００５６】
第一の回転ローラ３１は、筐体２の上部であってスイッチ８とプリズム３との間に配設されている。一方、第二の回転ローラ３２は、筐体２の上部であってプリズム３の後側に配設されている。各回転ローラ３１，３２はともに、プリズム３に沿うように左右方向に延在しており、外周面の一部が筐体２の上面より僅かに突出した状態で筐体２の外部に露出している。また各回転ローラ３１，３２はともに、被験者によるスイッチ８の押圧に伴い、図４において時計回りに回転駆動されるようになっている。第二の回転ローラ３２の内部には、上記と同様のロータリーエンコーダ１０が配設されている。なお、ロータリーエンコーダ１０は第一の回転ローラ３１の内部に配設されてもよい。
【００５７】
ここで本実施形態では、第一の回転ローラ３１は第二の回転ローラ３２よりも回転抵抗が小さく、第二の回転ローラ３２は第一の回転ローラ３１よりも回転抵抗が大きくなっている。
【００５８】
次に、指紋読取装置３０の使用方法及び動作について説明する。
指紋読取装置３０の使用方法及び動作は、上記第一の実施形態で示した指紋読取装置１の使用方法及び動作と略同様である。すなわち、被験者は、指Ｆの第一関節をプリズム３の上面３ａに当接するように指Ｆを筐体２の上面に載置し、指Ｆの末節でスイッチ８を押圧する。すると、線状光源４が作動して点灯し、さらに二つの回転ローラ３１，３２が回転し始める。
【００５９】
この状態において被験者の指Ｆが各回転ローラ３１，３２の外周面に接触し、指Ｆは各回転ローラ３１，３２の回転に伴い、プリズム３の上面３ａに接触しながら前方から後方へと移動する。
【００６０】
ここで本実施形態では、第二の回転ローラ３２は上記の通り、第一の回転ローラ３１より回転抵抗が大きくなっているため、被験者の指Ｆは、第二の回転ローラ３２の回転力を強く受けて表皮を引き伸ばされた状態で後方から前方へと移動する。
【００６１】
そして指Ｆの移動中において、線状光源４から出射された光がプリズム３を介して指Ｆに入射するとともに、モータ２２が所定角度回転する毎にロータリーエンコーダ１０が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４のそれぞれに出力する。これにより、指Ｆが、プリズム３の上面３ａに接触した部分で光の照射を受けながら固体撮像デバイス６により線走査される。
【００６２】
そして上記第一の実施形態で示した原理と同様の原理に従い、指Ｆの凹凸で定義された像が各セルフォックレンズ５により固体撮像デバイス６に結像され、固体撮像デバイス６は指Ｆの指紋の一次元画像を取得する。その後も上記第一の実施形態と同様に、固体撮像デバイス６は、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路１２に出力し、出力された各電気信号は、信号処理回路１２により増幅等の処理がおこなわれ、Ａ／Ｄ変換回路１３によりＡ／Ｄ変換され、合成バッファ１４に順次蓄積される。そして合成バッファ１４が、蓄積した各一次元画像データから指紋の二次元画像データを生成し、その二次元画像データは合成バッファ１４からコンピュータに出力されて被験者の指紋認証の処理の用に供される。
【００６３】
以上のような指紋読取装置３０では、第二の回転ローラ３２の回転抵抗が、第一の回転ローラ３１の回転抵抗よりも大きいため、被験者の指Ｆの表皮を引き伸ばした状態で指Ｆを移動させることができる。これにより、指Ｆの中心部とその周辺部とにおいてプリズム３の上面３ａに対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００６４】
［第四の実施の形態］
続いて、図５及び図６を参照しながら指紋読取装置の第四の実施形態について説明する。ただし、本第四の実施形態では、第一〜第三の実施形態で示した部材と同様の部材に同様の符号を付してそれら部材の詳細な説明を省略している。
図５は指紋読取装置４０の断面図である。
【００６５】
図５に示す指紋読取装置４０では、上記プリズム３、線状光源４、セルフォックレンズ５，５，…及び固体撮像デバイス６から構成される指紋読取部材に代えて、接触部材としてのラインセンサ４１が配設されており、さらに指Ｆを移動させる機構として上記移動機構２１（第二の実施形態参照）がラインセンサ４１の後側に配設されている。ただし、指Ｆを移動させる機構として上記回転ローラ３１，３２（第三の実施形態参照）がラインセンサ４１の前側と後側とにそれぞれ配設されてもよい。
【００６６】
ラインセンサ４１は、上面４１ａが筐体２の外部に露出するように筐体２の上部に埋設されており、ラインセンサ４１の上面４１ａが筐体２の上面と略同じ面内に存している。本実施形態ではラインセンサ４１の上面４１ａは、被験者の指Ｆが接触する接触面であるとともに指Ｆの凹凸を読み取る読取面となっている。具体的にラインセンサ４１は、複数のコンデンサ（図示略）を所定の規則性に基づいて左右方向に配列した静電容量方式半導体センサであって、指Ｆの指紋の凹凸に応じて各コンデンサ容量値（電荷量）がコンデンサの静電容量効果により変化する性質を備えている。
【００６７】
次に、指紋読取装置４０の回路構成について説明する。
図６は指紋読取装置４０の回路構成を示すブロック図である。
図６に示す通り、ロータリーエンコーダ１０には、ドライバ回路４２、信号処理回路４３、Ａ／Ｄ変換回路４４及び合成バッファ４５が接続されている。ロータリーエンコーダ１０は、移動機構２１のモータ２２が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路４２、信号処理回路４３、Ａ／Ｄ変換回路４４及び合成バッファ４５へ出力するようになっている。ドライバ回路４２、信号処理回路４３、Ａ／Ｄ変換回路４４及び合成バッファ４５は、第一の実施形態で示したドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４と略同様の機能を有するものであって、ロータリーエンコーダ１０からの同期信号に同期して動作するようになっている。ただし、ドライバ回路４２には上記ラインセンサ４１が接続されており、ドライバ回路４２が、ロータリーエンコーダ１０から入力された同期信号に従ってラインセンサ４１を駆動するようになっている。そしてラインセンサ４１には信号処理回路４３が接続されており、ラインセンサ４１は、ドライバ回路４２により駆動されることで、各コンデンサで蓄積した電荷量を電気信号に変換して一次画像を取得し、その電気信号を信号処理回路４３に出力するようになっている。
【００６８】
次に、指紋読取装置４０の使用方法及び動作について説明する。
被験者は、指Ｆの第一関節をラインセンサ４１の上面４１ａに当接するように指Ｆを筐体２の上面に載置し、指Ｆの末節でスイッチ８を押圧する。すると、モータ２２が回転駆動されて従動ローラ２３が回転し始める。
【００６９】
この状態において被験者の指Ｆが従動ローラ２３の外周面に接触し、指Ｆは従動ローラ２３の回転に伴い、ラインセンサ４１の上面４１ａに接触しながら前方から後方へと移動する。本実施形態でも、上記第二の実施形態と同様に、モータ２２及び従動ローラ２３は略一定の速度で回転するようになっており、指Ｆは略一定の速度で移動する。
【００７０】
そして指Ｆの移動中において、モータ２２が所定角度回転する毎に、ロータリーエンコーダ１０が、同期信号を発生させてその同期信号をドライバ回路４２、信号処理回路４３、Ａ／Ｄ変換回路４４及び合成バッファ４５に出力し、指Ｆはラインセンサ４１により線走査される。
【００７１】
ここで、指Ｆとラインセンサ４１の上面４１ａとが接触する部分では、指Ｆの凸部はラインセンサ４１の上面に密着し、指Ｆの凸部の直下に存する各コンデンサは静電容量が大きくなる（電荷の蓄積量が多くなる）。一方、指Ｆの凹部はラインセンサ４１の上面から僅かに離間し、指Ｆの凹部の直下に存する各コンデンサは静電容量が小さくなる（電荷の蓄積量が少なくなる）。
【００７２】
そしてラインセンサ４１は、ロータリーエンコーダ１０による同期信号のタイミングで指Ｆの凹凸に応じた電荷量を電気信号に変換し、指Ｆの指紋の一次元画像を取得する。その後ラインセンサ４１は、一次元画像を取得する毎にその電気信号を信号処理回路４３に出力し、出力された各電気信号は、信号処理回路４３により増幅等の処理がおこなわれ、Ａ／Ｄ変換回路４４によりＡ／Ｄ変換され、合成バッファ４５に順次蓄積される。そして合成バッファ４５は、蓄積した各一次元画像データから指紋の二次元画像データを生成し、その二次元画像データは合成バッファ４５からコンピュータに出力されて被験者の指紋認証の処理の用に供されるようになっている。
【００７３】
以上のような指紋読取装置４０では、第二の実施形態の指紋読取装置２０と同様に、従動ローラ２３が略一定の速度で回転するため、被験者の指Ｆを、従動ローラ２３の回転に追従させるようにして略一定の速度で移動させることができる。これにより、被験者の指Ｆの中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００７４】
なお、本発明は上記第一〜第四の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなってもよい。
【００７５】
例えば、第二及び第四の実施形態では、指Ｆを移動させる機構として移動機構２１を開示したが、移動機構２１を構成するモータ２２、従動ローラ２３及びベルト２４の代わりに、交流電圧の印加により伸縮自在な複数の圧電素子を裏面に接着した弾性体を表面が筐体２の外部に露出するように筐体２の上部に配設してもよい。この場合には、弾性体をプリズム３の後側に配置するとともに、交流電圧を印加したときに、各圧電素子の伸縮により指Ｆの移動方向の反対方向（図２及び図５において後方から前方に向かう方向）に略一定の速度で進行する波が、弾性体の表面に発生するようにしなければならない。
【００７６】
第一〜第四の実施形態では、スイッチ８の押圧に伴い被験者の指Ｆの有無を検出して線状光源４、超音波振動子７，７、モータ２２及び回転ローラ３１，３２を作動させたが、スイッチ８に代えて光学センサを筐体２の上部等に配設し、上記光学センサにより被験者の指Ｆの有無を検出して線状光源４、超音波振動子７，７、モータ２２及び回転ローラ３１，３２を作動させるようにしてもよい。
【００７７】
さらに第一〜第三の実施形態では、撮像光学系としてプリズム３及びセルフォックレンズ５，５，…を配設し、プリズム３の上面３ａで全反射した光をセルフォックレンズ５，５，…により固体撮像デバイス６に結像したが、プリズム３に代えて光透過性の透明基板を筐体２の上部に配設するとともに、上記透明基板の下方にセルフォックレンズ５，５，…及び固体撮像デバイス６を配設し、指Ｆと透明基板の上面とが接触した部分で反射した光をセルフォックレンズ５，５，…により固体撮像デバイスに結像するようにしてもよい。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１又は２に記載の発明によれば、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００７９】
請求項３〜５のいずれか一項に記載の発明によれば、指の中心部とその周辺部とが互いに略一定の速度で移動するので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００８０】
請求項６に記載の発明によれば、指の中心部とその周辺部とにおいて読取面に対する接触圧の差が緩和されるので、指紋読取時に生じる指紋の歪みを低減することができる。
【００８１】
請求項７に記載の発明によれば、光学的に被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【００８２】
請求項８に記載の発明によれば、各コンデンサの静電容量効果により被験者の指の指紋を読み取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図２】第一の実施形態における指紋読取装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】第二の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図４】第三の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図５】第四の実施形態における指紋読取装置の断面図である。
【図６】第四の実施形態における指紋読取装置の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０…指紋読取装置
２…筐体
３…プリズム（接触部材，撮像光学系）
３ａ…上面（読取面）
３ｂ，３ｃ…斜面
４…線状光源
５…セルフォックレンズ（撮像光学系）
６…固体撮像デバイス
７…超音波振動子（振動手段）
８…スイッチ
９…ローラ
１０…ロータリーエンコーダ
１１，４２…ドライバ回路
１２，４３…信号処理回路
１３，４４…Ａ／Ｄ変換回路
１４，４５…合成バッファ
２１…移動機構
２２…モータ
２３…従動ローラ（回転ローラ）
２４…ベルト
３１…第一の回転ローラ
３２…第二の回転ローラ
４１…ラインセンサ（接触部材）
４１ａ…上面（読取面）
Ｆ…指
【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】
2004272745.tif 000007
【図６】
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