(57)【要約】【課題】本発明は指紋画像入力装置に関し、光学方式における反射光方式と全反射光方式との問題点を解消させることが課題である。【解決手段】指紋認証用の指紋画像入力装置３であって、認証対象の指の指紋を載置する指紋検出面を有するとともに光源からの入射光を前記指紋検出面で反射させマイクロレンズを介して受光素子に受光させる透明材料の導光体３ｃにおいて、前記光源３ｄの光が入射する光入射面３ｆが当該光源３ｄの光軸ｄに対してほぼ直交状態にされ、当該導光体中の入射光ａにおける前記指紋検出面３ｅに対する入射角度が、反射光及び乱反射光が生じる角度に設定されていることである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋認証用の指紋画像入力装置であって、認証対象の指の指紋を載置する指紋検出面を有するとともに光源からの入射光を前記指紋検出面で反射させマイクロレンズを介して受光素子に受光させる透明材料の導光体において、
前記光源の光が入射する光入射面が当該光源の光軸に対してほぼ直交状態にされ、当該導光体中の入射光における前記指紋検出面に対する入射角度が、反射光及び乱反射光が生じる角度に設定されていること、を特徴とする指紋画像入力装置。
【請求項２】
導光体が透明材料でかつその屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２、前記導光体における光の臨界角をθ＝Ｓｉｎ-1  （ｎ２／ｎ１）°とした場合に、指紋検出面に対する光源からの光の入射角度αが、
０°≦α≦θ  °であること、
を特徴とする請求項１に記載の指紋画像入力装置。
【請求項３】
導光体が透明材料でかつその屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２、前記導光体における光の臨界角をθ＝Ｓｉｎ-1  （ｎ２／ｎ１）°としたとした場合に、指紋検出面に対する指紋検出面からの光の受光角度βが、
θ  °≦β≦９０°であること、
を特徴とする請求項１または２に記載の指紋画像入力装置。
【請求項４】
指紋検出面の直交軸に対して受光側の受光素子と反対側に、受光可能領域幅以上の幅で指紋画像のコントラストを高める背景面が設けられ、かつ、該背景面の色彩が黒単色であること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の指紋画像入力装置。
【請求項５】
導光体の表面に、架橋性樹脂の硬化皮膜が設けられていること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の指紋画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人認証において、指紋判別に用いられる指紋画像入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、出入り口のセキュリティ対策のため、指紋認証による照合が行われている。そのようなセキュリティ対策は、今後、高度機密社会において広がりを見せ、パーソナルユースにも対応が必要となる。そのためには、指紋画像入力装置において、軽薄短小化，低価格，原画への忠実度，静電気対策，操作性が求められる。
【０００３】
かかる指紋画像入力装置は、縮小光学方式が主流であったが、光路長が約５０ｍｍ必要であったため、小型．薄型化が困難であった。また、薄型化するため、プリズムやミラーを使用した結果、指紋画像の歪み、拡大縮小が発生し、異なる指紋入力装置からの指紋画像を同じ指紋と認識できないため、ネットワークによる遠隔地からの指紋認証が困難であった。
【０００４】
そこで、指紋画像を直接半導体の表面で検知する静電容量方式、電界方式等の、非光学式方式の開発が主流となっている。しかし、前記静電容量方式、電界方式等の非光学式はセンサー部の半導体表面に直接人体が接触するため、静電気によってセンサー素子が破壊されるという課題を抱えている。
【０００５】
一方、指紋認証アルゴニズムのフィールドテストでは、指紋認証の失敗によるリトライが生じた場合、人間の視覚に近い光学的な情報を読みとる光学方式の方が被験者のリトライの抵抗が少ないといわれる。
【０００６】
かかる光学方式の指紋入力装置には、図５に示すように、入力された光を指紋表面で反射させ跳ね返った光を受光素子で受け取る反射光方式と、図６に示すように、導光体内に光を閉じこめて指紋と導光体とが密着することにより発生する乱反射光を受光素子で受け取る全反射方式とがある。
【０００７】
前記反射光方式は、図５に示すように、光源１ｄより導光体１ｃ中の光入射面１ｆに光が照射されると、光は導光体１ｃを通過し、導光体１ｃ中の指紋検出面１ｅへと向かう。導光体１ｃ中の指紋検出面１ｅへと到達した光は、指紋面と衝突することで反射光を発生させる。導光体１ｃ中の指紋検出面１ｅで発生した反射光は、屈折率分布型マイクロレンズ１ｂにより集光され、受光素子１ａに正立等倍画像として結像する。前記受光素子１ａにて受光された反射光は、電気信号に変換されアナログ信号として、外部機器へ出力される。
【０００８】
乾燥指などで、その指の指紋面が前記指紋検出面１ｅに完全に密着しない状況でも、導光体１ｃを通過した光は、指紋面で反射光を発生させるので、受光素子１ａは、指紋の凹凸を検知することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、光源１ｄからの光は導光体１ｃ中の光入射面１ｆをすべて通過するのではなく、反射する光もあるので、その反射光がコントラスト比を劣化させている。ここで、コントラスト比とはコントラスト伝達関数（ＭＴＦ値）によって求められ、指紋面凹凸の像を受光素子で受光し、その光量レベルから次式で算出する値である。
ｉｍａｘ  −  ｉｍｉｎ
ＭＴＦ値＝―――――――――  ×  １００（％）
ｉｍａｘ  ＋  ｉｍｉｎ
（ここで、ｉｍａｘ  および  ｉｍｉｎは、前記光量レベルの極大値および極小値を示す。）
また、ＭＴＦ値とはＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎで、被写体のある部分の光を、画像の対応する位置にどれだけ集められるかを表す値である。レンズの結像性能を数値によって検査するものである。画面中心から周辺に至るまで、各絞り毎に検査され、このＭＴＦ値が高いほどコントラスト比が良く、凹凸面の差がはっきりと現れる。
【００１０】
前記全反射方式は、図６に示すように、光源２ｄより導光体２ｃ中の光入射面２ｆに光が照射されると、光は導光体２ｃを通過（封じ込め）し、導光体２ｃ中の指紋検出面２ｅへと向かう。導光体２ｃ中の指紋検出面２ｅへと到達した光の全反射臨界角度が、導光体２ｃと密着している指紋面で崩れるため、乱反射光を発生させる。前記導光体２ｃ中の指紋検出面２ｅで発生した乱反射光は、屈折率分布型マイクロレンズ２ｂにより集光され、受光素子２ａに正立等倍画像として結像する。受光素子２ａにて受光された反射光は、電気信号に変換されアナログ信号として、外部機器へ出力される。
【００１１】
乾燥指等で、その指の指紋面が前記指紋検出面２ｅに完全に密着しない状況だと、導光体２ｃを通過した光は、指紋面で乱反射光を発生させることができないので、受光素子２ａは、図７に示すように、指紋の凹凸を検知することが不可能となる。
【特許文献１】特開2003-323605号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、光学方式の指紋画像入力装置において、反射光方式では導光体内外面で発生する反射光が指紋凹凸のコントラスト比を劣化させ、指紋画像の品質を下げる点であり、全反射光方式では、導光体と指紋とが密着しづらい乾燥指の場合、指紋検出面で乱反射光が発生しづらく、指紋の凹凸の検知ができないとった点である。
このように、コントラスト比が高く、かつ、乾燥指に強い光学方式による指紋入力装置の開発が要請されているものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る指紋画像入力装置は、指紋認証用の指紋画像入力装置であって、認証対象の指の指紋を載置する指紋検出面を有するとともに光源からの入射光を前記指紋検出面で反射させマイクロレンズを介して受光素子に受光させる透明材料の導光体において、前記光源の光が入射する光入射面が当該光源の光軸に対してほぼ直交状態にされ、当該導光体中の入射光における前記指紋検出面に対する入射角度が、反射光及び乱反射光が生じる角度に設定されていることである。
【００１４】
また、導光体が透明材料でかつその屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２とした場合に、公式θ＝Ｓｉｎ-1  （ｎ２／ｎ１）°にて求められた導光体内での光の臨界角をθとして、
前記指紋検出面に対する光源からの光の入射角度が、０°≦α≦θ  °であること、；
更に、指紋検出面に対する指紋検出面からの光の受光角度が、θ  °≦β≦９０°であること、；
前記指紋検出面の直交軸に対して受光側の受光素子と反対側に、受光可能領域幅以上の幅で指紋画像のコントラストを高める背景面が設けられ、かつ、背景色の色彩が黒単色であること、；
前記導光体の表面に、架橋性樹脂の硬化皮膜が設けられていることを含むものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の指紋画像入力装置は、光源を導光体の光入射面にほぼ直交状態にされているので、光源に対しては全反射光方式が採用され、導光体中の入射光における前記指紋検出面に対する入射角度が、反射光及び乱反射光が生じる角度に設定されているので、反射光方式が採用されている。これにより、乾燥指に強く、指紋凹凸のコントラスト比を高くすることができる。前記両光方式の良い点が採用できるものである。更に、背景面が設けられることで、指紋画像がより鮮明になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の目的を、反射光方式と全反射光方式とを組み合わせることで実現した。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明に係る指紋画像入力装置３の概略構成を示す図であり、透明な導光体３ｃの下に、光源３ｄが配設され、斜め下には、屈折率分布型マイクロレンズ３ｂと、受光素子３ａとが配設されている。
【００１８】
前記導光体３ｃは、透明なアクリル樹脂などの透明樹脂やガラスなどの光を透過する物質であり、前記光源３ｄの光軸ｄに対して略直交するように、光入射面３ｆが設けられている。これは、全反射光方式のように導光体３ｃの外面からの反射光の影響を防止するためである。また、前記導光体３ｃの表面には、架橋性樹脂の硬化皮膜が設けられている。これは、硬度の向上、対候性の向上、耐熱性の向上、耐摩耗性の向上などのためである。
【００１９】
更に、認証対象の指５の指紋５ａが載置される指紋検出面３ｅと入射光ａの入射角度αが、０°となっている。入射角度αとは、前記指紋検出面３ｅの直交軸に対する入射光ａの傾斜角度である。なお、許容範囲としては、導光体の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２とし、公式  θ ＝Ｓｉｎ-1  （ｎ２／ｎ１）°にて求められた導光体内での光の臨界角をθとして、光源からの光の入射角度αを、０°≦α≦θ  °にしている。これは、指５の指紋５ａに到達した光により、反射光方式のように乾燥指でも反射光が生じる角度に設定されているものである。
【００２０】
また、前記指紋検出面３ｅの反射光ｂの反射角度βを、導光体の屈折率をｎ１、空気の屈折率をｎ２とし、公式  θ ＝Ｓｉｎ-1  （ｎ２／ｎ１）°  にて求められた導光体内での光の臨界角をθとし、θ  °≦β≦９０°として、その反射光ｂに直交するように光出射面３ｈが設けられている。なお、背景面３ｇは、下記の屈折率分布型マイクロレンズ３ｂの受光可能領域幅以上の長さにして、指紋検出面３ｅの直交軸を中心にして前記光出射面３ｈと対称側に設けられている。該背景面３ｇの色彩は黒単色である。
【００２１】
前記反射光ｂの先に、屈折率分布型マイクロレンズ３ｂと、受光素子３ａとが配設されている。
【００２２】
前記光源３ｄは、例えば、レーザー光や、ＬＥＤ光等の単色光源、そのほか、蛍光ランプ，白熱ランプ，ＨＩＤランプ，紫外線，赤外線等の光源である。
【００２３】
このような指紋画像入力装置３により、前記指紋検出面３ｅ上に指５を矢印方向にスイープさせることで、指５の指紋５ａで若しくは導光体３ｃ中の指紋検出面３ｅで発生した反射光及び乱反射光は、屈折率分布型マイクロレンズ３ｂにより集光され、受光素子３ａに正立等倍画像として結像する。
【００２４】
前記受光素子３ａにて受光された反射光及び乱反射光は、電気信号に変換されアナログ信号として、外部機器へ出力される。その結果、図２乃至図３に示すように、通常の指５でも、乾燥した指５でも、コントラスト比が、７０％以上を持続する良好な指紋画像が得られる。
【実施例２】
【００２５】
この実施例では、図４に示すように、導光体３ｃの形態が変更され、指紋検出面３ｅの直交軸ｃに対して、光源３ｄと受光素子３ａとが同じ側にある。入射光ａは、光軸ｄに略直交する光入射面３ｆから入光した後に入射光屈折面３ｉで屈折して、前記直交軸ｃに対して入射角度αが、ほぼ０°となって、指紋検出面３ｅに至る。
【００２６】
背景面３ｇは、屈折率分布型マイクロレンズ３ｂの受光可能領域幅以上の幅（長さ）にして、指紋検出面３ｅの直交軸ｃを中心にして、マイクロレンズ３ｂ，受光素子３ａ，前記光出射面３ｈと対称側に設けられている。また、背景面３ｇの色彩を黒単色にすることで、取得する指紋画像の凹凸部分に光量レベル差を生じさせる。これらにより、指紋画像のコントラスト比が向上して、より鮮明な画像を得ることができる。
また、光出射面３ｈも、反射光ｂに直交するようにして設けられている。このような指紋画像入力装置６によっても、前記実施例１と同様の作用・効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
光学的に表面の凹凸を画像処理する分野にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る指紋画像入力装置３の概略構成を示す正断面図である。
【図２】同本発明の指紋画像入力装置３により取得した指紋画像の図である。
【図３】同本発明の指紋画像入力装置３により取得した、乾燥指の場合における指紋画像の説明図である。
【図４】同本発明の実施例２で、指紋画像入力装置６の概略構成を示す正断面図である。
【図５】従来例に係る反射光方式の指紋画像入力装置１の概略構成を示す正断面図である。
【図６】同従来例に係る全反射光方式の指紋画像入力装置２の概略構成を示す正断面図である。
【図７】同従来例に係る全反射光方式による指紋画像の説明図（Ａ），（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００２９】
１、２，３，６      指紋画像入力装置、
１ａ，２ａ，３ａ    受光素子、
１ｂ，２ｂ，３ｂ    屈折率分布型マイクロレンズ、
１ｃ，２ｃ，３ｃ    導光体、
１ｄ，２ｄ，３ｄ    光源、
１ｅ，２ｅ，３ｅ    指紋検出面、
１ｆ，２ｆ，３ｆ    光入射面、
３ｇ                背景面、
３ｈ                光出射面。
【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】
2005228191.tif 000007
【図６】
2005228191.tif 000008
【図７】
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