JP2000051182A - 指紋画像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的広い範囲の指紋などの凹凸パターンの画
像を高い分解能とコントラストを有する経済的な薄型の
指紋画像入力装置を提供する。 【解決手段】平面状の光源１と、光源１から出射される
光を屈折率n1の透明板31の一方の面30に受け, この母材
の他方の面40側に複数本平行して屈折率n2の三角柱４の
２面がこの母材に埋め込まれ，この２面の内一方の界面
41b,42b,・を入射・屈折面，他方の界面41a,42a,・を屈
折・出射面とし，残りの一面41c,42c,・が外側に平面状
に形成されて検査面となる透明平行板３と、出射面41a,
42a,・からの光を選択的に通過する遮光板23と、この通
過した光を受光する受光素子５と、を備え、透明平行板
３の検査面41c,42c,・に指を接触して指紋画像情報を読
み取る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は指紋画像入力装置
に関わり、特に、薄型で鮮明な指紋画像を得ることがで
きる指紋画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】出入り管理やキャッシュサービスなどに
利用する個人識別技術として、セキュリティが最も高い
生体情報を用いたものが注目されている。これまで指紋
などの凹凸表面の情報の入力方法としては、インクを塗
布して用紙に一度押印した後、イメージセンサを用いて
入力する方法、および、プリズムなどの光学素子を用い
てガラスと空気との界面に臨界角以上の角度で光線を入
射することにより、凹凸パターンを即時に得る方法があ
った。本発明は、後者の光学素子を用いて凹凸表面の情
報を即時に検出する装置に関する。

【０００３】図６は、従来技術によるプリズムを用いた
入力手段の一例であり、全反射法と呼ばれている方式の
原理図である。図６において、プリズム81の斜辺部に指
９の表面の指紋（凹凸パターン）を接触し、この斜辺部
に光源１からの照射光を臨界角以上で入射すると、指紋
の凸部92では入射光が散乱され、凹部91では空気との界
面で全反射して撮像素子などの検出器55に入射すること
で、指紋などの凹凸パターンを検出することができる。

【０００４】この様な全反射法の原理を応用した従来技
術として、特開平9-116128「指紋画像入力装置及びその
製造方法」が開示されている。図７に指紋画像入力装置
の分解斜視図を、図８に回折格子の動作説明図を、図９
に回折格子の特性図を示す。図７において、指紋画像入
力装置は、透明基板71上に形成した回折格子72、光電変
換素子（受光素子）５、図示省略されたスイッチ素子、
スイッチ用配線、光電変換素子５の下部に配置される不
透明な電極で構成される遮光板73、を備えた２次元イメ
ージセンサ７と、平面状光源１と、透明保護膜８と、か
ら構成されている。

【０００５】かかる構成において、平面状光源１からの
平行光線で２次元イメージセンサ７を背面から照光し、
回折格子72を通過した光は次数m(m=1,2,3,・・) で回折
され、透明保護膜８に斜めから入射する。開示例では、
臨界角θ_c が約34°以上でないと全反射しないので、次
数m=4 以上の回折光が利用される。即ち、透明保護膜８
に指９の指紋（凹凸パターン）を接触し、この透明保護
膜８に上記回折光を臨界角以上で照射することにより、
指紋の凸部92では入射光が散乱され、凹部91では空気と
の界面で全反射して受光素子５に入射することで、指紋
などの凹凸パターンを検出することができる。

【０００６】図８において、２次元イメージセンサ７
は、透明基板71上に不透明な電極で構成される遮光板73
の上部に配置される光電変換素子５と、層間絶縁膜76を
挟んで２つの不透明材料（下部電極および配線材料を構
成する）によりスリット75を構成する回折格子72と、が
一体に構成されている。この２次元イメージセンサ７の
下部より照射される平行光線の一部は、回折格子72を通
過して回折格子の次数ｍに応じた角度θ_m で偏向され
る。この偏向された光のうち、透明保護膜８の臨界角θ
_c 以上の光が指紋などの凹凸パターンの検出に利用され
る。図９は横軸に回折格子で偏向される角度θ_m を、縦
軸に光度を示す。回折格子の次数ｍの増加と共にこの回
折格子72で偏向される光線の光度は小さくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この様に、２次元イメ
ージセンサとして回折格子と光電変換素子とを一体に構
成し、２次元イメージセンサの背面より平行光線で照射
し、回折格子でこの平行光線を回折し、指紋などの凹凸
面が押し付けられる透明保護膜を照射する。この偏向さ
れた光は、当該凹凸面の凸部では散乱され、凹部で臨界
角θ_c 以上に回折された偏向光は全反射して光電変換素
子で受光され、凹凸パターン情報として信号処理が行わ
れる。光偏向手段としての回折格子と指紋などの凹凸パ
ターン情報を有する光を受光する光電変換素子とが一体
に構成されるので、薄型の指紋画像入力装置を構成する
ことができる。

【０００８】しかし、凸部で散乱されて光電変換素子で
受光される光成分は、凹部で臨界角θ_c 以上で全反射し
て光電変換素子で受光される光成分に対して解像度を劣
化させるノイズ成分となる。特に、回折の次数の低い偏
向光は、臨界角θ_c で全反射する光成分に対して光度が
高いので信号ノイズ比(S/N比) を劣化させる。また、臨
界角θ_c 以上の偏向光のうち、高次の次数の偏向光が他
の凹部で全反射して光電変換素子で受光されるときも解
像度を劣化させる一因となる。即ち、比較的広い範囲の
指紋などの凹凸パターンを検出するとき、離れた他の位
置からの凹部情報が混入して凹凸パターンのコントラス
トを劣化させる。

【０００９】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、光の偏
向手段として回折格子を用いることなく、光源からの平
行光線を効果的に偏向することにより、比較的広い範囲
の指紋などの凹凸パターンの画像を高い分解能と高いコ
ントラストを有し、かつ、経済的な薄型の指紋画像入力
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、平面状または線状の光源と、こ
の光源から出射される光を屈折率n1の透明板の一方の面
に受け, この母材の他方の面側に複数本平行して屈折率
n2（＜n1）の三角柱の２面がこの母材に埋め込まれて界
面をなし，この２つの界面の内，一方の界面を入射・屈
折面，他方の界面を屈折・出射面とし，残りの一面が外
側に向き平滑に平面状に形成されて検査面となる屈折率
配分型の透明平行板と、この透明平行板の出射面から出
射する光を選択的に通過させる遮光板と、この遮光板を
通過した光を受光する受光素子と、を備えるものとす
る。

【００１１】また、透明板の母材と三角柱とがなす２つ
の界面（入射・屈折面と屈折・出射面）および三角柱の
他の界面と空気（屈折率n3）との界面（以下、検査面と
呼ぶ）において透明平行板に入射した光は、最初の界面
（入射面）で全反射し、この入射面と隣接する次の界面
（屈折面）で屈折して三角柱内に入射し、平滑に研磨さ
れた透明平行板の検査面に到達した点が空気層と界面を
構成するとき全反射するものとする。

【００１２】かかる構成により、平滑に研磨された透明
平行板の検査面に接触した指からの指紋画像情報は、以
下の様に読み取ることができる。即ち、透明平行板に入
射した光は、最初の界面（入射面）で全反射し、この界
面と隣接する次の界面（屈折面）で三角柱内に入射し、
この三角柱内の平滑に研磨された透明平行板の検査面に
到達した所が、指紋などの凹凸パターンの凹部のとき全
反射して、この三角柱内を進行して次の界面（屈折面）
で屈折し、その次の隣接する三角柱の界面（出射面）で
再び全反射して、受光素子５の各素子で信号成分として
検出される。

【００１３】一方、三角柱内の透明平行板の検査面に到
達した所が、凹凸パターンの凸部のときこの光は散乱さ
れる。この散乱光の内、上記凹部で全反射して信号成分
として検出される同一角度・方向で散乱される光成分
は、対応する受光素子で検出されてノイズとなるが、散
乱光全体に較べるとその占める割合は小さい。その他の
角度で散乱された光成分は、遮光板23あるいは指の表面
などで遮光・吸収される。即ち、凸部では散乱された弱
い光信号のみが検出されるので、指紋などの凹凸パター
ンをコントラスト良く識別することができる。

【００１４】また、透明平行板は、屈折率n1の透明板の
母材の他方の面側に複数本平行に並ぶ三角形状のＶ溝を
構成し、このＶ溝に屈折率n1より小さい屈折率n2を有す
る透明樹脂を充填し、この充填した透明樹脂側を平滑に
研磨して透明平行板を構成することができる。また、屈
折率n2の三角柱は、透明平行板の検査面を底辺とする二
等辺三角形（底辺となす角をα）とすることができる。

【００１５】また、二等辺三角形は正三角形とすること
ができる。かかる構成により、光源より透明平行板に入
射した平行光線は、三角柱の最初の界面（入射面）に入
射し全反射して、隣接する次の三角柱の界面（屈折面）
に入射し、この三角柱の平滑に研磨された検査面に到達
し、この面における指紋の凹凸パターン情報によって光
強度変調を受け、さらに三角柱の界面（屈折面）で屈折
し、隣接する三角柱の界面（出射面）で全反射して、受
光素子で受光することができる。

【００１６】また、光源は、レンズを備え平行光線を透
明平行板に出射する、あるいは、面発光レーザとするこ
とができる。かかる構成により、光源として平行光線を
利用することができるので、透明平行板の三角柱の入射
面界面での全反射と、透明平行板の検査面に接触した指
紋の凹部での全反射と、受光素子で受光する出射面での
全反射により、受光素子の受光面での光の拡散を防ぐこ
とができる。

【００１７】また、透明平行板は、透明板に埋め込まれ
た三角柱に代わって、屈折率n1の透明板の他方の面側に
複数個の屈折率n2（＜n1）の四角錐の４面（左右および
奥行き方向の各一方の界面を入射・屈折面、残りの界面
を屈折・出射面と呼ぶ）が規則的に母材に埋め込まれ、
残りの四角形の面が外側に出て平滑に平面状に形成され
て検査面となる屈折率配分型の透明平行板とすることが
できる。

【００１８】かかる構成により、横方向のみならず、奥
行き方向に対しても分解能を高く保持することができ
る。即ち、透明平行板を三角柱で構成したとき、三角柱
の奥行き方向に光源の光の発散性があるとき、検出され
る凹部情報に奥行き方向の他の位置の情報が混入して解
像度を下げる恐れがある。この様な課題は、奥行き方向
に対しても横方向と同様に三角形を構成することにより
解決することができる。即ち、横方向と奥行き方向に三
角形を構成することは、四角錐を複数規則的に配置する
ことによって実行することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例としての
指紋画像入力装置の要部構成図、図２は他の実施例とし
ての指紋画像入力装置の要部構成図、図３は本発明の動
作原理を説明する説明図、図４は発散性の光源を用いた
ときの光の拡散を説明する説明図、図５は本発明の他の
実施例としての指紋画像入力装置の要部構成図であり、
図６〜図９に対応する同一部材には同じ符号が付してあ
る。

【００２０】図１において、指紋画像入力装置は、平面
状または線状の光源１(11,12・・1n) と、この光源(11,
12・・1n) から出射される光(11a,12b・・1na)を屈折率
n1の透明板31の一方の面30に受け, この母材の検査面40
側に複数本平行して屈折率n2（＜n1）の三角柱(41,42・
・4n+2) の２面((41a,42a ・・4n+2a),(41b,42b ・・4n
+2b)) がこの母材に埋め込まれて界面をなし，この２つ
の界面の内，一方の界面(41b,42b・・4n+2b)を入射・屈
折面，他方の界面(41a,42a・・4n+2a)を屈折・出射面と
し，残りの一面(41c,42c・・4n+2c)が外側に向き平滑に
平面状に形成されて検査面40となる屈折率配分型の透明
平行板３と、この透明平行板３の出射面(41a,42a・・4n
+2a)から出射する光(11g,12g・・1ng)を選択的に通過す
る遮光板23と、この遮光板23を通過した光を受光する受
光素子５(51,52・・5n) と、を備えて構成される。

【００２１】かかる構成により、透明平行板３の検査面
40に接触した指９からの指紋画像情報は、次の様に読み
取ることができる。尚、説明の簡便化のため光線の追跡
は光源11の出射光11a を中心に、他の光は括弧で示す。
尚、図１の光線追跡の図示は出射光11a を中心として、
他の光は省略した。透明板31の母材と三角柱４(41,42・
・4n+2) との２つの界面((41a,42a,・・4n+2a),(41b,42
b,・・4n+2b)) および三角柱４(41,42・・4n+2) と空気
（屈折率n3）との界面(41c,42c, ・・4n+2c)において透
明平行板３に入射した光 11a(12a・・1na)は、最初の界
面（入射面）41b(42b,・・4nb)では全反射し光 11b(12b
・・1nb)となり、この入射面41b(42b,・・4nb)と隣接す
る次の界面（屈折面） 42a(43a・・4n+1a)で屈折して三
角柱 42(43・・4n+1) 内に入射し光 11c(12c・・1nc)と
なる。そして、平滑に研磨された透明平行板３の検査面
40に到達した点（三角柱 42(43・・4n+1) の検査面42c
(43c ・・4n+1c)が空気層と界面を構成するとき全反射
して、光 11d(12d・・1nd)となる。

【００２２】ここで、平滑に研磨された透明平行板３の
検査面40に接触した指９からの指紋などの凹凸パターン
情報によって、以下の様に検出される。即ち、三角柱 4
2(43・・4n+1) 内の平滑に研磨された透明平行板３の検
査面40に到達した点（検査面42c(43c・・4n+1c)）が指
紋などの凹凸パターンの凹部のとき、上述の様に、全反
射して光 11d(12d・・1nd)となり、この三角柱 42(43・
・4n+1) 内を進行し、界面（屈折面） 42b(43b・・4n+1
b)で屈折して光 11f(12f・・1nf)となり、次の隣接する
三角柱 43(44・・4n+2) の出射面 43a(44a・・4n+2a)で
再び全反射して光 11g(12g・・1ng)となり、受光素子５
の対応する各素子51(52,・・5n) で凹部信号成分として
検出される。

【００２３】一方、三角柱 42(43・・4n+1) 内の透明平
行板３の検査面40に到達した点（検査面 42c(43c・・4n
+1c)）が、凹凸パターンの凸部のときこの光11c(12c,・
・1nc)は散乱され、光11e(12e,・・1ne)となる。この散
乱光11e(12e,・・1ne)の内、上記凹部で全反射して信号
成分として検出される同一角度・方向で散乱される光成
分11d'(12d',・・1nd') は、対応する受光素子51(52,・
・5n) で検出されてノイズとなるが、散乱光全体に較べ
るとその占める割合は小さい。その他の角度で散乱され
た光成分は、遮光板23あるいは指の表面などで遮光・吸
収される。即ち、凸部では散乱された弱い光信号のみが
検出されるので、指紋などの凹凸パターンをコントラス
ト良く識別することができる。

【００２４】

【実施例１】図２は本発明の他の実施例を示し、図１で
図示する実施例との差異は発光素子（光源１） (11,12,
・・1n) と受光素子５(51,52・・5n) とが一体の構成さ
れ、遮光板22が削除されている点である。発光素子 (1
1,12,・・1n) から出射する光線の軌跡は上述の図１の
実施例で説明したのと同じであるので省略する。

【００２５】本発明では、三角柱４の奥行き方向（以
下、この方向を奥行きと呼ぶ）に発光素子 (11,12,・・
1n) は線状に構成される、あるいは点状の発光素子が複
数個配列される。また、受光素子５(51,52・・5n) は奥
行き方向にも受光素子が複数個規則的に配列されて構成
される。この様に、線状に配列された発光素子 (11,12,
・・1n) および受光素子５(51,52・・5n) が交互に横方
向に配列されて、２次元の発光・受光素子が構成され
る。

【００２６】一実施例では、横方向では、発光・受光素
子が１組分で50μm 、また三角柱３の横方向の幅を50μ
m 、奥行き方向では、受光素子あるいは点状の発光素子
のときは50μm 間隔で受光素子あるいは点状の発光素子
を構成するので、指などの指紋は50μm の分解能あるい
は解像度 500DPI (500ドット／インチ）で読み取ること
ができ、精密に個人情報を識別することができる。

【００２７】また、上述の様に三角柱３の横方向の幅を
50μm とするのでなく、三角柱３をもう少し大きくし
て、１つの三角柱３に対して複数個の受光素子あるいは
CCD などの２次元撮像素子を用いて、複数画素を取り込
むこともできる。この場合、１つの三角柱３に対して取
り込まれた複数画素の配列は反転するので、複数の三角
柱３から得られたデータを基にして元の画像（指紋のパ
ターン）を再現するときは、個々の三角柱３から取り込
まれたデータの方向を反転して、全体を結合して、元の
画像を合成することができる。

【００２８】

【実施例２】本発明による指紋画像入力装置の光学系手
段を構成する透明平行板３を説明する。図１または図２
において、透明平行板３は、屈折率n1の透明板31の母材
の検査面40側に複数本平行に並ぶ三角形状のＶ溝（界面
(41a,41b),(42a,42b),・・(4n+2a,4n+2b))を構成し、こ
のＶ溝に屈折率n1より小さい屈折率n2を有する透明樹脂
を充填し、この充填した透明樹脂側を平滑に研磨して検
査面（41c,42c,・・4n+2c)とし、母材と密着配置した三
角柱41,42 ・・4n+2を有する屈折率配分型の透明平行板
３および指９を接触し指紋の凹凸パターン情報を検査す
る光学面表面40を構成することができる。

【００２９】また、屈折率n2の三角柱41,42 ・・4n+2
は、平滑に研磨された透明平行板３の検査面(41c,42c・
・4n+2c)を底辺とする二等辺三角形に構成する。この様
に構成することにより、透明平行板３の一方の面30に垂
直に入射した光(11a,12a・・1na)は、透明平行板３の光
学系手段を経由して、透明平行板３の一方の面30から垂
直に出射し受光素子５(51,52・・5n) に入射する。即
ち、光学系の設計が簡明になる。

【００３０】次に、屈折率n2の三角柱４が透明平行板３
の検査面(41c,42c・・4n+2c)を底辺とし、底辺となす角
をαの二等辺三角形の場合について検討する。図３にお
いて、屈折率n2の三角柱４はΔABC,ΔCDE,ΔEFG,で図示
され、指紋などの凹凸面が接触されて検査される透明平
行板３の検査面40は点A,C,E,G を連ねた直線上に存在す
る。

【００３１】光源11から透明平行板３に垂直に出射する
光11a は、ΔABC の辺BCの交点Ｐで全反射する。即ち、
入射面11b で全反射する条件は交点Ｐでの入射角(90-β
＝α）が臨界角以上である。透明平行板３の母材の屈折
率をn1とすると、

【００３２】

【数１】 α≧ sin^-1(n2/n1) ・・・・・(1) 角αの値は (1)式を満足する値が必要条件となる。次
に、交点Ｐで全反射した光11b はΔCDE の辺CDの交点Ｑ
に入射する。この入射角θは角∠CQP が (2)式で示され
るので、

【００３３】

【数２】 ∠CQP ＝180-β-(180-２α）＝３α−90 ・・(2)

【００３４】

【数３】 θ＝90−(3α−90) ＝ 180-3α ・・・・(3) この角θ＝ 180-3αが臨界角以内であるとき、屈折の法
則に従ってΔCDE 内に入射し、屈折角ｘで検査面40との
交点Ｒに到達する。

【００３５】

【数４】 θ＝180-３α＜ sin^-1(n2/n1) ・・・・(4) 屈折角ｘの関係は (5)式で示される。

【００３６】

【数５】 n2 sinｘ＝n1 sin(180-3α) ・・・(5) 即ち、屈折角ｘは (6)式で示される。

【００３７】

【数６】 ｘ＝ sin^-1｛(n1/n2) sin(180-3α) ｝・・・(6) 検査面40との交点Ｒで検査面40上の指紋の凹凸情報が凹
部であるとき、この凹部（空気）の屈折率n3とすると、
この交点Ｒでの入射角は、

【００３８】

【数７】 90−∠CRQ ＝90−(180−α−90−ｘ) ＝α＋ｘ ・・・(7) 従って、この交点Ｒで全反射するためには、

【００３９】

【数８】 α＋ｘ≧ sin^-1(n3/n2) ・・・・・(8) 即ち、角ｘは (9)式で示される条件を満たす必要があ
る。

【００４０】

【数９】 ｘ≧ sin^-1(n3/n2) −α ・・・・・(9) 透明平行板３の母材の屈折率n1と、三角柱４の屈折率n2
と、空気の屈折率n3との値と、底辺となす角αを適切に
選択することにより、上記(1),(4),(6),(9) 式を満たす
ことができる。即ち、指紋画像入力装置の光学系手段を
構成する透明平行板の基本条件を満たすことができる。

【００４１】交点Ｒ以降の光線の軌跡は、三角柱４が二
等辺三角形となっているので、交点Ｓの入射角・反射角
は交点Ｑにおける光の進行を逆にしたのと同じ角度であ
り、また、交点Ｔの入射角・反射角も同様に交点Ｐの光
の進行を逆にしたのと同じ角度で進行する。即ち、交点
Ｒで全反射した光11d はΔCDE 内を進行し、(6) 式で求
まる屈折角ｘと同じ角度（入射角ｘ）で辺DEの交点Ｓで
交差し、屈折角θで光11f として透明平行板３の母材に
入射する。この光11f はΔEFG の界面（辺EF)の交点Ｔ
で入射角αで全反射して、透明平行板３を垂直に抜けて
受光素子５に到達する。

【００４２】以上、三角柱４が二等辺三角形で説明した
が、例えば、角∠CAB,∠ECD,∠GEF・・が角αと異なる
値をとるときも、 (2)式以降の式を多少変形して用いる
ことができる。

【００４３】

【実施例３】次に、上記三角柱４が二等辺三角形で特に
角α＝60°、即ち正三角形の場合を説明する。図３にお
いて、例えば、一実施例として、母材の屈折率n1＝1.5,
三角柱４の屈折率n2＝1.2,空気の屈折率n3＝1.0 とし
て、角α＝60°のとき、光源11から透明平行板３に垂直
に出射する光11a の中心部分（光軸）が、ΔABC の辺BC
の中点Ｐで交差するとする。このとき、中点Ｐで全反射
した光11b は交点Ｑで屈折し、透明平行板３の検査面40
の交点Ｒで交差する。このときの交点Ｒの位置は辺CEの
中点となる。即ち、光源11から出射し中点Ｐで全反射し
た光11b は、辺CEの中点Ｒで全反射し、さらに交点Ｓで
屈折し、辺EFの中点Ｔで全反射し、受光素子51の中央部
で受光することができる。光源11から出射する光11a の
平行光線の幅を考えると、辺BCに入射した光11a は全て
辺CEに入射し、この辺CEに入射した光11c は、この辺CE
部分が凹凸パターンの凹部であるとき、全ての辺CEで全
反射して光11f として全ての光が辺EFに入射する。そし
てこの光11f は辺EFで全て全反射して受光素子51で受光
することができる。即ち、光源11から出射する光11aは
最も効率よく受光素子51で受光することができる。

【００４４】次に、図４で光源１が発散性の光の場合を
考察する。光源１から出射する光が辺BCの交点P,P',P"
で全反射するものとする。各点P,P',P" で全反射した光
は辺CDの交点Q,Q',Q" で屈折し、辺CEの交点R,R',R" で
指紋の凹凸パターンが凹部のとき全反射し、辺DEの交点
S,S',S" で屈折し、さらに辺EFの交点T,T',T" で全反射
して受光素子５に進行する。光源１が発散性の光の場
合、反射および屈折が進むほど、即ち、交点P,P',P" か
ら交点T,T',T" さらには受光素子５での受光点での光の
間隔は、光の光路長と共に広がり、最悪の場合は受光素
子５で受光できないことがありうる。

【００４５】従って、例えば、発光ダイオードなど、光
源１の出射光の発散性が予め予測されるときは、光源１
に集光レンズ21を備え、このレンズ21で出射光を平行光
線化して透明平行板に出射することが望ましい。また、
光源１が、面発光レーザなどの光発散性の小さいもので
は、上記集光レンズ21は不要である。

【００４６】以上説明した様に、指紋画像入力装置の光
学系手段を構成する透明平行板３および光線(11a〜11
g),(12a 〜12g)・・(1na〜1ng)の軌跡は、指紋などの凹
凸パターン情報の凹部のとき、光源１を出射する光が極
力受光素子５で効率よく受光するため、透明平行板３に
入射する平行光線は、透明平行板３の検査面40と直角方
向とし、透明平行板３に入射する光が三角柱41(42,・・
4n) の最初の界面 11b(12b・・1nb)の中央部分(P) で全
反射した光線は、隣接する次の三角柱42(43,・・4n+1)
の界面 12a(13a・・1n+1a)で入射し、この三角柱42(43,
・・4n+1) の平滑に研磨された検査面40の中央部分(R)
に到達することが望ましい。

【００４７】

【実施例４】図５において、透明平行板3Aは、図１、図
２に図示される様な透明板31に埋め込まれた三角柱４で
構成する代わりに、屈折率n1の透明板30の他方の面40側
に複数個の屈折率n2（＜n1）の四角錐4A(4ijA,i=1,2,・
n,j=1,2,・m)) の４面（左右方向および奥行き方向の各
一方の界面を入射・屈折面、残りの界面を屈折・出射面
と呼ぶ）が規則的に母材に埋め込まれ、残りの四角形の
面が外側に出て平滑に平面状に形成されて検査面40とな
る屈折率配分型の透明平行板として構成することができ
る。

【００４８】かかる構成により、横方向のみならず、奥
行き方向に対しても分解能を高く保持することができ
る。即ち、透明平行板を三角柱で構成したとき、三角柱
の奥行き方向に光源の光の発散性があるとき、検出され
る凹部情報に奥行き方向の他の位置の情報が混入して解
像度を下げる恐れがある。この様な課題は、奥行き方向
に対しても横方向と同様に三角形を構成することにより
解決することができる。例えば、実施例１で述べた様
に、横方向のみならず、奥行き方向も四角錐を構成する
三角形の幅を50μm とし、対応する受光素子あるいは点
状の発光素子の間隔が50μm で構成されたとき、指など
の指紋は50μm の分解能あるいは解像度 500DPI (500ド
ット／インチ）で読み取ることができ、精密に個人情報
を識別することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、平面
状の光源から出射する光線を偏向して、指紋の凹凸を検
査する検査面に臨界角以上で入射する光学系手段を、屈
折率n1の透明板の母材の検査面（検査面）側に複数本平
行するＶ溝を構成し、このＶ溝に複数本の屈折率n2（＜
n1）の三角柱の２面を密着し、残りの一辺の面（検査面
側）を平滑に平面状にして構成される屈折率配分型の透
明平行板を構成し、この三角柱の２面で光の全反射を利
用することによって光線を偏向することにより、比較的
広い範囲の指紋などの凹凸パターンの画像も高い分解能
500DPIと高いコントラストを有し、かつ、経済的な薄型
の指紋画像入力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての指紋画像入力装置の
要部構成図

【図２】他の実施例としての指紋画像入力装置の要部構
成図

【図３】本発明の動作原理を説明する説明図

【図４】発散性の光源を用いたときの光の拡散を説明す
る説明図

【図５】本発明の他の実施例としての指紋画像入力装置
の要部構成図

【図６】従来技術による全反射法の原理図

【図７】従来技術による指紋画像入力装置の分解斜視図

【図８】回折格子の動作説明図

【図９】回折格子の特性図

【符号の説明】

１,11,12・・1n 光源 11a,11b,11c,・・11g, 光 21 レンズ 22,23 遮光板 ３,3A 透明平行板 30 表面 31,31A 透明板 ４,41,42・・4n 三角柱 4A,411A,・・4ijA・・4nmA 四角錐 41a,42a,43a,・・4na,4n+1a,4n+2a 屈折・出射面 41b,42b,43b,・・4nb,4n+1b,4n+2b 入射・屈折面 41c,42c,43c,・・4nc,4n+1c,4n+2c,40 検査面 ５,51,52・・5n 受光素子 ΔABC,ΔCDE,・・ 三角形 α、β、θ、ｘ 角 P,P',P",Q,Q',Q",・・T,T',T" 交点 ７ ２次元イメージセンサ 71 透明基板 72 回折格子 73 遮光板 75 不透明材料 76 層間絶縁膜 θ_c 臨界角 θ_m 回折格子偏向角 ８ 透明保護膜 81 プリズム ９ 指 91 凹部 92 凸部 ｎ,n1,n2,n3 屈折率

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面状または線状の光源と、この光源から
   出射される光を屈折率n1の透明板の一方の面に受け, こ
   の母材の他方の面側に複数本平行して屈折率n2（＜n1）
   の三角柱の２面がこの母材に埋め込まれて界面をなし，
   この２つの界面の内，一方の界面を入射・屈折面，他方
   の界面を屈折・出射面とし，残りの一面が外側に向き平
   滑に平面状に形成されて検査面となる屈折率配分型の透
   明平行板と、この透明平行板の出射面から出射する光を
   選択的に通過させる遮光板と、この遮光板を通過した光
   を受光する受光素子と、を備え、 透明平行板の検査面に接触して、指紋画像情報を読み取
   る、 ことを特徴とする指紋画像入力装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の指紋画像入力装置におい
   て、透明平行板は、屈折率n1の透明板の母材の他方の面
   側に複数本平行に並ぶ三角形状のＶ溝を構成し、このＶ
   溝に屈折率n1より小さい屈折率n2を有する透明樹脂を充
   填し、この充填した透明樹脂側を平滑に研磨して透明平
   行板を構成する、 ことを特徴とする指紋画像入力装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の指紋画像
   入力装置において、透明板の母材と三角柱とがなす２つ
   の界面（入射・屈折面と屈折・出射面）および三角柱の
   他の界面と空気（屈折率n3）との界面（以下、検査面と
   呼ぶ）において透明平行板に入射した光は、最初の界面
   （入射面）で全反射し、この入射面と隣接する次の界面
   （屈折面）で屈折して三角柱内に入射し、平滑に研磨さ
   れた透明平行板の検査面に到達した点が空気層と界面を
   構成するとき全反射する、 ことを特徴とする指紋画像入力装置。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかの項に
   記載の指紋画像入力装置において、屈折率n2の三角柱
   は、透明平行板の検査面を底辺とする二等辺三角形（底
   辺となす角をα）とする、 ことを特徴とする指紋画像入力装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかの項に
   記載の指紋画像入力装置において、二等辺三角形は正三
   角形とする、 ことを特徴とする指紋画像入力装置。
6. 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかの項に
   記載の指紋画像入力装置において、光源は、レンズを備
   え、平行光線を透明平行板に出射する、ことを特徴とす
   る指紋画像入力装置。
7. 【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれかの項に
   記載の指紋画像入力装置において、光源は、面発光レー
   ザとする、 ことを特徴とする指紋画像入力装置。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれかの項に
   記載の指紋画像入力装置において、透明平行板は、透明
   板に埋め込まれた三角柱に代わって、屈折率n1の透明板
   の他方の面側に複数個の屈折率n2（＜n1）の四角錐の４
   面（左右および奥行き方向の各一方の界面を入射・屈折
   面、残りの界面を屈折・出射面と呼ぶ）が規則的に母材
   に埋め込まれ、残りの四角形の面が外側に出て平滑に平
   面状に形成されて検査面となる屈折率配分型の透明平行
   板とする、 ことを特徴とする指紋画像入力装置。