JPH0226540A - Finger print image former - Google Patents

Finger print image former

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JPH0226540A
JPH0226540A JP63143809A JP14380988A JPH0226540A JP H0226540 A JPH0226540 A JP H0226540A JP 63143809 A JP63143809 A JP 63143809A JP 14380988 A JP14380988 A JP 14380988A JP H0226540 A JPH0226540 A JP H0226540A
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JP
Japan
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contact surface
light beam
platen
finger
axis
Prior art date
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Pending
Application number
JP63143809A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Schiller Michel
マイケル シラー
H Marks Daniel
ダニエル エイチ.マルクス
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Fingermatrix Inc
Original Assignee
Fingermatrix Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a fingerprint image in which contrast between a protuberance zone and a dent zone is high, by providing the equipment with a contact plane of a dent cylinder type supporting a finger in a platen and a cylinder plane of a convex type and irradiating a finger with a questioning light beam from a decided direction. CONSTITUTION: A spherical lens assembly 12 and a plane and convex cylinder light convergence lens 14 form a light from a light source 10 into the questioning light beam irradiated to a finger F as a slit type light beam. The platen 18 has a contact surface 18b of a dent cylinder type and cylinder plane 18a of a convex type and the finger F is placed on a contact body 18b. An illuminated part of the finger F is converged on a linear photodiode line 22 by a convergence lens 20. All optical system excluding the platen 18 rotates by a motor 40 and surroundings of the finger F is scanned by the slit type questioning beam.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、概して指紋像を光学的に形成する装置に関し
、特に、プラテン上に支持される指被検体の光学的走査
から画像を形成する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to an apparatus for optically forming a fingerprint image, and more particularly to an apparatus for forming an image from optical scanning of a finger object supported on a platen. Regarding equipment.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来の
光学指紋像処理技術においては、装置の価格を比較的低
(抑え、装置をできる限り小型にすると共に、装置の信
頼性を確実に維持することが望ましい。有用な指紋画像
を得るためには、隆起部信号と凹部信号とのコントラス
トができる限り高くなければならず、また、背景信号を
できる限り低く且つ安定した状態に保つことが必要であ
る。さらに、装置は被検体指紋の高分解能画像を提供し
なければならない。
[Prior art and problems to be solved by the invention] In conventional optical fingerprint image processing technology, the cost of the device is kept relatively low, the device is made as small as possible, and the reliability of the device is reliably maintained. In order to obtain a useful fingerprint image, the contrast between the ridge and depression signals should be as high as possible, and the background signal should be kept as low and stable as possible. Furthermore, the device must provide a high resolution image of the subject's fingerprint.

米国特許第4.322.163号には、機械可読信号に
コード化されるべき指紋画像を形成する指紋装置の一例
が記載されている。はぼ平行な光から成るスリット状の
質問光ビームは平坦なプラテンに圧接された指に入射す
る。質問光ビームは垂線に対し角度を成し、プラテンに
沿って変位される。プラテン上に保持された指は質問光
ビームを変調して、指紋情報を伴なう反射光ビームを発
生させる。
U.S. Pat. No. 4,322,163 describes an example of a fingerprint device that forms a fingerprint image to be encoded into a machine-readable signal. A slit-shaped interrogation light beam consisting of nearly parallel light is incident on a finger pressed against a flat platen. The interrogation light beam is at an angle to the normal and is displaced along the platen. A finger held on the platen modulates the interrogation light beam to produce a reflected light beam carrying fingerprint information.

反射光ビームの軸と質問光ビームの軸とは垂線に関して
対称関係にある。
The axis of the reflected light beam and the axis of the interrogation light beam are symmetrical with respect to the perpendicular.

変調情報に対応する一連の出力信号を発生するために、
変調光ビームは光電変換器の列に結像される。変換器列
の出力は連続する走査位置で連続的に質問されて、指紋
情報を含む一連の信号を形成する。
To generate a series of output signals corresponding to the modulation information,
The modulated light beam is imaged onto an array of photoelectric converters. The output of the transducer array is interrogated successively at successive scan positions to form a series of signals containing fingerprint information.

ロール状指紋画像を形成することができる指紋装置は従
来から知られている。湾曲した指支えプラテンを有する
そのような装置の一例は、1985年11月19日発行
の米国特許第4.533.837号に記載されている。
Fingerprint devices capable of forming rolled fingerprint images are known in the art. An example of such a device having a curved finger rest platen is described in US Pat. No. 4,533,837, issued Nov. 19, 1985.

この装置も、光軸が垂線に対し角度を成す平行光のスリ
ット状質問光ビームと、垂線に対し角度を成す対称関係
の光軸を有する変調反射光ビームとを使用して情報信号
を発生し、この情報信号が光電変換器列において電気信
号に変換される。
This device also generates information signals using a collimated slit-shaped interrogation light beam whose optical axis is at an angle to the perpendicular, and a modulated reflected light beam whose optical axis is symmetrical and whose optical axis is at an angle to the perpendicular. , this information signal is converted into an electrical signal in a photoelectric converter array.

公知の平坦プラテン形構成及び湾曲プラテン形構成に加
えて、検査すべき指を支えるプラテンとして三角プリズ
ムを使用する装置がある。米国特許第4.210.89
9号はそのような装置の一例である。
In addition to the known flat platen configurations and curved platen configurations, there are devices that use triangular prisms as platens to support the finger to be examined. U.S. Patent No. 4.210.89
No. 9 is an example of such a device.

プリズムプラテンを採用した場合、質問光ビームは垂線
に対し45度の角度を成し、反射される読取り光ビーム
の軸は垂線に関して質問光ビームの軸と対称関係にある
ので、同様に垂線に対し45度の角度を成す。
When a prism platen is employed, the interrogation light beam is at a 45 degree angle to the normal, and the axis of the reflected readout light beam is symmetrical to the axis of the interrogation light beam with respect to the normal; It forms a 45 degree angle.

これら3種類の構成の全てにおいて、反射の法則に従え
ば、凹部の下方とガラスとの境界面から入射光の5パー
セント(5%)が対称の軸に沿って反射される。光の約
95パーセント(95%)は接触面を透過して、凹部か
ら反射散乱される。
In all three configurations, according to the law of reflection, five percent (5%) of the incident light is reflected from the interface between the lower part of the recess and the glass along the axis of symmetry. Approximately ninety-five percent (95%) of the light is transmitted through the interface and reflected and scattered from the recesses.

プラテンに当接された指の隆起部は、隆起部の皮脂とガ
ラスの屈折率が整合しているために、幾何学的反射を有
効に抑圧する。すなわち、指の隆起部に向かって進む光
線のほぼ全ては隆起部と実際に接触し、ガラス中へ反射
散乱されて戻る。隆起部は接触面とほぼ接触しているが
、凹部は接触しないということによって、隆起部からの
角散乱と凹部からの角散乱とに著しく大きな相違が生じ
る。
The raised part of the finger that is in contact with the platen effectively suppresses geometric reflections because the refractive index of the sebum of the raised part and the glass match. That is, nearly all of the light rays traveling towards the ridges of the finger actually make contact with the ridges and are reflected and scattered back into the glass. The fact that the ridges are substantially in contact with the contact surface, while the recesses are not, results in a significantly larger difference between the angular scattering from the ridges and the recesses.

大きな相違点の1つは、凹部散乱の角度が空間的に限定
されるのに対し、隆起部散乱は無制限であることである
。これは詳細に後述される。
One major difference is that the angle of recess scattering is spatially limited, whereas the angle of ridge scattering is unlimited. This will be discussed in detail below.

第2の相違点は、凹部とガラスの境界面の反射の5パー
セント(5%)が対称の軸に沿っているのに対し、隆起
部反射は散乱されるために同じ対称の軸と全く一致しな
いことである。すなわち、対称の軸に沿っている光は凹
部光のみであり、ゼロ直径に近い有効口径を有する光学
系は凹部信号のみを受信すると考えられる。そのような
構成では、光学系のFナンバーは必然的に無限大に近く
なり、従って実質的に分解能をもたないものとなるであ
ろう。そこで、適正な寸法の口径を有するレンズは幾何
学的に反射される5パーセント(5%)光と、十分に等
しい隆起部散乱及び凹部散乱とを受取ることになるので
、信号の基底線は対称の軸に沿った5パ一セント凹部ゾ
ーン光より相当に大きく、変動する。
The second difference is that five percent (5%) of the recess-glass interface reflections are along the axis of symmetry, whereas the ridge reflections are scattered and are therefore exactly aligned with the same axis of symmetry. Don't do it. That is, the only light along the axis of symmetry is the recess light, and an optical system with an effective aperture close to zero diameter would receive only the recess signal. In such a configuration, the F-number of the optical system will necessarily be close to infinity and thus have virtually no resolution. A lens with an appropriately sized aperture will then receive five percent (5%) of the geometrically reflected light and sufficiently equal ridge scatter and depression scatter that the baseline of the signal will be symmetrical. The 5 percent concave zone light along the axis varies considerably more.

従って、上述の光学指紋読取り装置においては、結像セ
グメントの軸は質問セグメントの軸と鏡像関係にあるこ
とがわかる。すなわち、質問光ビームの軸が垂線から2
0度外れているならば、結像セグメントの光学開口が反
射光ビームの中心に位置合せされ、対称の線に沿って反
射される光の5%のできる限り多くを取出すために、結
像系、すなわち読取り系の軸も垂線に対し20度の角度
を成す。それにもかかわらず、入射光のほぼ95%が凹
部ゾーンと隆起部ゾーンにより散乱状態で(対称の線に
沿ってではな()反射されるために、望ましくない背景
はかなり大きくなってしまい、その背景に反して凹部信
号を取出すのは困難である。
It can therefore be seen that in the optical fingerprint reader described above, the axis of the imaging segment is a mirror image of the axis of the interrogation segment. That is, the axis of the interrogation light beam is 2 from the perpendicular.
If off by 0 degrees, the optical aperture of the imaging segment is aligned with the center of the reflected light beam and the imaging system is aligned to extract as much as 5% of the light reflected along the line of symmetry. , that is, the axis of the reading system also forms an angle of 20 degrees with the perpendicular. Nevertheless, since almost 95% of the incident light is reflected by the recessed and raised zones in a scattered manner (and not along the line of symmetry), the undesired background becomes quite large and its It is difficult to extract the recess signal against the background.

さらに、潜像が所望の像を妨害する。先に指をプラテン
に当接した際に残った皮脂によって、像は凹部境界面か
ら反射される5%の光の一部を散乱させようとし、凹部
信号の識別は一層困難になる。
Furthermore, the latent image interferes with the desired image. Due to the sebum left from the previous finger contact with the platen, the image will tend to scatter some of the 5% light reflected from the recess interface, making identification of the recess signal more difficult.

この潜像の問題及びそれに関連する他の問題は、198
4年7月12日出願の米国特許出願、出願番号630、
012、名称rDirect Finger Read
ing Jに記載される方法により解決されている。こ
の米国特許出願に記載される光学指紋画像形成装置はプ
ラテンを使用しない。被検体である指を所定位置に保持
し、その表面を干渉性の平行光ビームにより質問する。
This latent image problem and other problems related to it are discussed in 198
U.S. Patent Application No. 630, filed July 12, 2016;
012, Name rDirect Finger Read
This problem has been solved by the method described in ing J. The optical fingerprint imaging device described in this US patent application does not use a platen. The subject finger is held in place and its surface is interrogated with a coherent collimated beam of light.

光ビームは、検査すべき指表面の長さに沿って延びるス
リットの形態に整形されるのが好ましい。スリットビー
ムは回転運動により指の周囲で走査される。反射変調光
ビームは直線状の光応答変換器列に集束されて、列に集
束された光学像の電気信号像を発生する。このようにし
て形成される像に見られる限界は、走査の一部期間中に
合焦状態を失ないがちであり、それにより像の解像度及
び情報を失なってしまうことである。この焦点外れの問
題は2つの理由によって起こる。
Preferably, the light beam is shaped in the form of a slit extending along the length of the finger surface to be examined. The slit beam is scanned around the finger by a rotational movement. The reflected modulated light beam is focused onto a linear array of photoresponsive transducers to generate an electrical signal image of the optical image focused on the array. A limitation of images formed in this manner is that they tend to lose focus during part of the scan, thereby losing image resolution and information. This defocus problem occurs for two reasons.

第1に、走査すべき指が完全な円筒でないために、光軸
に沿って被検体の位置が変動する。第2に、個々の指の
太さには大きな差があるため、人によって焦点外れ状態
の程度が異なる。
First, because the finger to be scanned is not a perfect cylinder, the position of the subject varies along the optical axis. Second, because there are large differences in the thickness of individual fingers, different people experience different degrees of defocus.

従って、本発明の目的は、隆起部ゾーンと凹部ゾーンと
のコントラストが高い指紋画像を提供することである。
It is therefore an object of the present invention to provide a fingerprint image with high contrast between raised and recessed zones.

本発明の別の目的は、基底線信号、すなわち背景信号に
よって指紋信号が阻害されることのない装置を提供する
ことである。
Another object of the invention is to provide a device in which the fingerprint signal is not interfered with by baseline or background signals.

本発明の別の目的は、形成される像が検査すべき指の長
さ及び幅に沿って合焦状態にあるように基底線を最小に
したこの高コントラスト信号を提供することである。
Another object of the invention is to provide this high contrast signal with minimal baseline so that the image formed is in focus along the length and width of the finger being examined.

本発明のさらに別の目的は、比較的安価であり、信頼性
が高く、再現性のある画像を形成し且つ比較的小型であ
る装置を提供することである。
Yet another object of the invention is to provide an apparatus that is relatively inexpensive, provides reliable, reproducible images, and is relatively compact.

本発明の目的は、個体群の中に存在する広範囲にわたる
指形状に対して有効である装置において上述の様々な目
的を達成することである。
It is an object of the present invention to achieve the various objectives mentioned above in a device that is effective for a wide range of finger shapes present in a population.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の一実施例においては、適度な厚さ(たとえば5
mm)の湾曲したプラテンが設けられる。
In one embodiment of the invention, a moderate thickness (e.g., 5
A curved platen of mm) is provided.

プラテンは指を支える凹面円筒形の「接触」面と、凸形
の円筒面とを有する。これら2つの面はプラテンの厚さ
により互いに離間している。
The platen has a concave cylindrical "contact" surface that supports the fingers and a convex cylindrical surface. These two surfaces are spaced apart from each other by the thickness of the platen.

スリットの形態をとる質問光ビームは接触面に当接され
る指の1つのスリットゾーンを照明する。
The interrogation light beam in the form of a slit illuminates one slit zone of the finger that rests on the contact surface.

接触面上の指は、照明されている指表面の像によって変
調された反射光を供給する。
The finger on the contact surface provides reflected light that is modulated by the image of the finger surface being illuminated.

光学的に下流側に位置する結像レンズは照明された指ゾ
ーンを直線状の光電変換器列上に集束する。結像レンズ
の光軸は対称の軸から相当に外れた点でプラテンと交差
する。この結像光軸は比較的狭いゾーンの中でプラテン
と交差する。この狭いゾーンの一方の側に標準読取り領
域があり、この領域の射出光は、対称の軸に沿った5パ
ーセント(5%)の凹部光に凹部からの反射散乱光と、
隆起部からの付加反射散乱光とが混じったものである。
An optically downstream imaging lens focuses the illuminated finger zone onto a linear array of photoelectric transducers. The optical axis of the imaging lens intersects the platen at a point well off the axis of symmetry. The imaging optical axis intersects the platen within a relatively narrow zone. On one side of this narrow zone is a standard reading area, in which the emitted light is divided into five percent (5%) recess light along the axis of symmetry, plus reflected and scattered light from the recess;
This light is mixed with additional reflected and scattered light from the ridge.

この狭いゾーンの他方の側では、隆起部から反射散乱さ
れる光は全て内面反射されるので、射出光は存在しない
。結像光軸は隆起部を光電変換器列上に明るい像として
結像し、凹部を全く光のない領域として結像する。
On the other side of this narrow zone, all light reflected and scattered from the ridges is internally reflected, so there is no exit light. The imaging optical axis images the raised portions as bright images on the photoelectric converter array and the recessed portions as completely light-free areas.

プラテンの接触面に対する垂線を中心として、凹部内の
空気とガラスとの境界面から幾何学的に反射される5パ
ーセント(5%)の光と、隆起部から反射散乱される光
及び凹部からの反射散乱光の全てとを含む射出光が包含
されるような円錐が存在する。質問光ビームの軸はこの
円錐の中に位置するので、対称の軸に沿って反射される
光は円錐の内側にある。
Centered on a perpendicular to the platen contact surface, five percent (5%) of the light is geometrically reflected from the air-glass interface within the recesses, plus light reflected and scattered from the ridges and from the recesses. There is a cone in which the outgoing light, including all of the reflected and scattered light, is contained. The axis of the interrogation light beam is located within this cone, so that the light reflected along the axis of symmetry is inside the cone.

この円錐からの射出光は、本発明の結像系の軸を円錐の
外側に配置することにより、結像系の光学開口から明確
に排除される。全て内面反射される反射散乱隆起部光を
含む領域は射出光を供給しないので、光電変換器列の像
に寄与することはありえない。これら2つの領域の間に
、射出光が隆起部から反射された光のみである限定され
た領域がある。それらの領域の間は、読取り系の軸が延
びる箇所である。
The light emerging from this cone is specifically excluded from the optical aperture of the imaging system by locating the axis of the imaging system of the invention outside the cone. Areas containing reflected scattered ridge light that are all internally reflected provide no exit light and therefore cannot contribute to the image of the photoelectric converter array. Between these two regions there is a limited region where the only emitted light is light reflected from the ridges. Between these regions is where the axis of the reading system extends.

これは、結像系の軸が円錐の内側に位置し、詳細にいえ
ば、垂線に関して質問光ビームの軸と鏡像関係にあるよ
うな位置にある従来の平坦なプラテンや、湾曲プラテン
を使用する装置とは大きく異なっている。
This uses a conventional flat platen, or a curved platen, positioned such that the axis of the imaging system is located inside the cone and, in particular, is a mirror image of the axis of the interrogating light beam with respect to the normal. The equipment is very different.

指紋画像を光電変換器列に沿って走査するために、質問
光ビームと、結像レンズ及び光電変換器列とは全て、プ
ラテンの軸に関して回転するブラケットに取付けられる
。この回転走査中、質問光ビームの光軸は検査すべきゾ
ーンに対して垂直に維持される。
To scan the fingerprint image along the photoelectric transducer array, the interrogation light beam, imaging lens, and photoelectric transducer array are all mounted on a bracket that rotates about the axis of the platen. During this rotational scanning, the optical axis of the interrogation light beam is kept perpendicular to the zone to be examined.

〔用語の定義〕〔Definition of terms〕

詰。光が一方の媒体く空気又はガラス)から他方の媒体
(ガラス又は空気)に向かって進むときに屈折すると、
その光がガラスから空気に進む場合は光は垂線から離間
するように屈曲し、光が空気からガラスに進む場合には
垂線に接近するように屈曲する。ここで、光ビームの光
軸というときは、屈曲を含む線を指すものとする。すな
わち、光ビームが通過する媒体の屈折率には差があるた
め、光軸は直線とはならない。さらに重要な点として、
集束レンズの光学的口径及び光ダイオード列により規定
される変調光ビーム、すなわち読取り光ビームは、プラ
テンの非接触面で屈曲する軸に沿って延びるということ
がある。従って、ここで読取り光ビームの光軸というと
きは、プラテンの非接触面で屈曲するくの字状の線を指
すものとする。
Tsume. When light is refracted as it travels from one medium (air or glass) towards another medium (glass or air),
When the light goes from the glass to the air, it bends away from the normal, and when the light goes from the air to the glass, it bends towards the normal. Here, the optical axis of a light beam refers to a line that includes a bend. That is, since there is a difference in the refractive index of the medium through which the light beam passes, the optical axis is not a straight line. More importantly,
The modulated light beam, defined by the optical aperture of the focusing lens and the array of photodiodes, or the readout light beam, may extend along an axis that bends at the non-contacting surface of the platen. Therefore, here, the optical axis of the reading light beam refers to a dogleg-shaped line bent at the non-contact surface of the platen.

読取り光ビーム。読取り光ビームは、光ダイオード列上
に集束される光のビームである。この光ビームは、検査
すべき指から反射される光の全てではなく、また、プラ
テンから射出する光の全てでもない。これは、光のうち
、集束レンズの開口により集光され、光ダイオード列上
に投射される部分であるにすぎない。さらに特定してい
えば、読取り光ビームは全て内面反射される光を含まな
い。また、対称の軸に沿って、すなわち、垂線に対して
検査光ビームと等しい角度を有する軸に沿って反射され
る光を含まない。さらに、読取り光ビームは、集束レン
ズの開口の内側で受光されないその他の反射光を含まな
い。
reading light beam. The read light beam is a beam of light that is focused onto an array of photodiodes. This light beam is not all of the light that is reflected from the finger being examined, nor is it all of the light that exits the platen. This is simply the portion of the light that is focused by the aperture of the focusing lens and projected onto the array of photodiodes. More specifically, the reading light beam does not include any internally reflected light. It also does not include light that is reflected along the axis of symmetry, ie along an axis that has an equal angle with the inspection light beam with respect to the normal. Furthermore, the reading light beam does not include any other reflected light that is not received inside the aperture of the focusing lens.

TIR,頭字語TIRは明細書本文及び特許請求の範囲
の中の様々な箇所で「全内面反射」という語句の代わり
に用いられる。rTIR角」という用語は、内部光線が
プラテンから射出しない角度を指す。角度がTIR角以
上であるとき、プラテンの表面に入射するプラテン内部
の光線は内面反射される。角度は表面に関する垂線と、
表面に入射する内部光線の光路との間で測定される。こ
れに対し、垂線に対しTIR角より小さい角度を成すプ
ラテン内部の光線は一部反射され、一部透過する。周囲
環境が空気である場合のガラスのTIR角は約41度で
ある。
TIR, the acronym TIR, is used in various places in the specification and claims in place of the phrase "total internal reflection." The term "rTIR angle" refers to the angle at which no internal rays exit the platen. When the angle is greater than or equal to the TIR angle, light rays inside the platen that are incident on the surface of the platen are internally reflected. The angle is between the perpendicular to the surface and
It is measured between the optical path of the internal ray incident on the surface. In contrast, light rays within the platen that form an angle with the normal that is less than the TIR angle are partially reflected and partially transmitted. The TIR angle of glass when the surrounding environment is air is approximately 41 degrees.

MAR,頭字語MARは最大屈折角を表わす。MAR, the acronym MAR stands for maximum angle of refraction.

ガラスプラテンに入射した光は、ガラスプラテンを透過
するにつれて、空気と、プラテンのガラスとの屈折率の
違いによって偏向される。入射光線は屈折により垂線に
接近するように屈曲する。光線が屈曲する看はスネルの
法則によって決定される。プラテンの表面に垂直である
入射光線は屈曲されない。入射光線が垂線から離間する
ほど、屈曲は大きくなる。限界に至った場合、プラテン
の表面と平行である入射光線は他のどの光線よりも大き
く屈曲する。そのような限界光線がガラスの内部で垂線
と成す角度を、ここでは「最大屈折角」、すなわちMA
Rという。周囲環境が空気であるときのガラスのMAR
は約41度である。プラテンに入射する光線はプラテン
内部で垂線に対して41度のMARを越える角度を成さ
ない。
As the light incident on the glass platen passes through the glass platen, it is deflected due to the difference in refractive index between the air and the glass of the platen. The incident ray is bent toward the perpendicular line by refraction. The angle at which a light ray bends is determined by Snell's law. Incident light rays that are normal to the platen surface are not bent. The farther the incident ray is from the normal, the greater the bending. At the limit, the incident rays that are parallel to the platen surface will bend more than any other rays. The angle that such a limiting ray makes with the normal inside the glass is here called the "maximum refraction angle", or MA
It's called R. MAR of glass when the surrounding environment is air
is approximately 41 degrees. Light rays incident on the platen do not make an angle within the platen with respect to the normal that exceeds a MAR of 41 degrees.

臨界角。MAR角とTIR角とは等しい角度である。こ
れらの角度はスネルの法則により表わされる同じ基本関
係から得られる。その角度をここでは臨界角という。第
5図に示されるように、この臨界角のために、接触面に
入射し、凹部から反射散乱される光は全て垂線を中心と
する円錐の中に入る。この円錐は臨界角に等しい半角を
有する。
critical angle. The MAR angle and TIR angle are equal angles. These angles are derived from the same basic relationship expressed by Snell's law. This angle is called the critical angle here. As shown in FIG. 5, because of this critical angle, all light incident on the contact surface and reflected and scattered from the recess falls within a cone centered on the normal. This cone has a half angle equal to the critical angle.

空間的に境界を限定される凹部散乱を発生させる光源は
、ガラスと凹部の下方の空気との境界面で反射される5
パーセント (5%)でない光である。
The light source producing spatially bounded recess scattering is reflected at the interface between the glass and the air below the recess.
It is not a percent (5%) light.

むしろ、これは、境界面を透過して凹部表面に当たり、
凹部表面から反射される光である。この臨界角によって
、凹部表面から散乱し、再び接触面18b(第3図を参
照)に入射する全ての光線は、接触面18bに対する半
径でもある垂線とMAR/TIRを越える角度を成すこ
とができない。従って、全ての凹部散乱の境界は、半角
最大光線が点Cにおいて非接触面18aと交差するよう
な円錐の内側に限定されることになる。
Rather, it penetrates the interface and hits the recessed surface,
This is light reflected from the surface of the recess. Due to this critical angle, all rays scattered from the recessed surface and incident again on the contact surface 18b (see Figure 3) cannot make an angle exceeding MAR/TIR with the normal, which is also the radius to the contact surface 18b. . Therefore, all concavity scattering boundaries will be confined to the inside of the cone where the half-angle maximum ray intersects the non-contact surface 18a at point C.

このように、18bにおける臨界角は、内部で射出光が
(a)幾何学的に凹部の下方の境界面から反射される5
パーセント(5%)の光と、(b)凹部により反射され
る散乱光と、(C)隆起部により反射される散乱光の一
部とを含むような凸形非接触面18a上の領域を決定す
る。非接触面18aにおける臨界角は、隆起部からの散
乱線がプラテンから射出する領域として限定される領域
をさらに決定する。空気中で機能するフリントガラスプ
ラテンの場合、この臨界角は41.2度である。
Thus, the critical angle at 18b is such that the exiting light is (a) geometrically reflected from the lower boundary surface of the recess 5
% (5%) of the light, (b) the scattered light reflected by the recesses, and (C) a portion of the scattered light reflected by the ridges. decide. The critical angle at the non-contact surface 18a further determines the area within which scattered radiation from the ridges is confined to exit the platen. For flint glass platens operating in air, this critical angle is 41.2 degrees.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図面に示されるように、本発明の一実施例は白熱白色光
源10を使用する。球面レンズアセンブリ12と、平凸
円柱集光レンズ14は光を指Fにスリット状光ビームと
して入射する質問光ビーム16に形成する。第2図は、
湾曲した透明なガラスプラテン18を端面から見た図で
ある。第2図において、スリット状の質問光ビーム16
は紙の平面に対して垂直な方向に走っている。
As shown in the drawings, one embodiment of the invention uses an incandescent white light source 10. The spherical lens assembly 12 and the plano-convex cylindrical condenser lens 14 form the light into an interrogating light beam 16 that is incident on the finger F as a slit-like light beam. Figure 2 shows
FIG. 2 is a view of a curved transparent glass platen 18 viewed from an end face. In FIG. 2, a slit-shaped interrogation light beam 16
runs perpendicular to the plane of the paper.

凹面18bは接触面である。すなわち、この面18bは
指Fが載置される面である。指Fの照明される部分は結
像レンズ20により直線状フォトダイオード列22上に
集束される。
Concave surface 18b is a contact surface. That is, this surface 18b is a surface on which the finger F is placed. The illuminated portion of the finger F is focused onto a linear photodiode array 22 by an imaging lens 20 .

実際に試験した一実施例においては、光源10は7,5
ワツトの小型白熱電球であり、フォトダイオード列22
は、第2図の平面に対し垂直である線に沿って配列され
る2048個のフォトダイオードセルから成る電荷結合
ダイオード(CCD)列である。
In one example actually tested, the light source 10 was 7.5
It is a small incandescent light bulb made by Watsuto, and has 22 photodiode rows.
is a charge-coupled diode (CCD) array of 2048 photodiode cells arranged along a line perpendicular to the plane of FIG.

この実施例の場合、レンズアセンブリ12は、光源の前
方約40mmの位置に配置される焦点距離が40mmの
非球面集光レンズであり、集光レンズ14はレンズアセ
ンブリ12から下流側に約6 +++m離間し且つ点A
から上流側に約25mm離間する位置に配置される円柱
集光レンズである。接触面18bにおけるスリット光ビ
ームの幅は約2+nmである。この実施例において、結
像レンズ20は50mの焦点距離を有し、接触面18b
から下流側に約135mm離間すると共に、フォトダイ
オード列22から上流側に約80ml11離間している
In this example, lens assembly 12 is an aspherical condenser lens with a focal length of 40 mm located approximately 40 mm in front of the light source, and condenser lens 14 is approximately 6 +++ m downstream from lens assembly 12. apart and point A
This is a cylindrical condensing lens placed at a position approximately 25 mm away from the upstream side. The width of the slit light beam at the contact surface 18b is approximately 2+nm. In this example, the imaging lens 20 has a focal length of 50 m and the contact surface 18b
It is spaced about 135 mm downstream from the photodiode array 22 and about 80 ml 11 away from the photodiode row 22 on the upstream side.

試験した別の実施例でも、軸x−xとほぼ平行な線に沿
ってアライメントされる4個の赤外線発光ダイオード(
IRED)の直線状の列から成る光源10を使用して、
実施可能な結果を得た。この実施例においては、集光レ
ンズアセンブリ12として焦点距離が8 mmのレンズ
を4個使用するが、そのうちの1つのレンズは4つの光
源のそれぞれの下流側に位置する。これにより得られる
4つの互いに重なり合う円から成る光パターンは集光レ
ンズ14により集光されて、スリット状の質問光ビーム
として接触面18bに入射する。単一の白熱電球光源1
0を使用すると、rRIEDの場合より光の強さが増す
ので有利である。
Another example tested also included four infrared light emitting diodes (
Using a light source 10 consisting of a linear array of IREDs,
Implementable results were obtained. In this embodiment, four lenses with a focal length of 8 mm are used as the condenser lens assembly 12, one lens being located downstream of each of the four light sources. The resulting light pattern consisting of four mutually overlapping circles is condensed by the condenser lens 14 and is incident on the contact surface 18b as a slit-shaped interrogation light beam. Single incandescent light source 1
Using 0 is advantageous as it increases the light intensity compared to rRIED.

質問光ビーム16がたとえばフィラメントの像などの像
を搬送することのないように、光源10の下流側には、
1986年2月4日発行の米国特許第4、569.08
0号に記載されるような拡散素子24が配置される。図
面を簡明にするため、第1図には拡散素子24は示され
ていない。
Downstream of the light source 10, to ensure that the interrogation light beam 16 does not carry an image, such as an image of a filament,
U.S. Patent No. 4,569.08, issued February 4, 1986.
A diffusing element 24 as described in No. 0 is arranged. Diffusing element 24 is not shown in FIG. 1 to simplify the drawing.

プラテン18を除く光学系全体は光学質問・検出ユニッ
トを構成する。このユニットは、質問光ビーム16が指
の周囲で軸X−Xを中心として回転することができるよ
うに、回転自在の支持体26に取付けられる。スリット
状質問光ビーム16が指Fの周囲を回転するにつれて、
非接触面18a上の像が走査される。これにより、完全
なロール状の指紋画像がフォトダイオード列22全体に
わたり走査されることになる。
The entire optical system except platen 18 constitutes an optical interrogation and detection unit. This unit is mounted on a rotatable support 26 such that the interrogation light beam 16 can rotate about the axis X--X around the finger. As the slit-shaped interrogation light beam 16 rotates around the finger F,
The image on the non-contact surface 18a is scanned. This results in a complete rolled fingerprint image being scanned across the photodiode array 22.

モータ40が支持体26を回転させるにつれ、第4図に
示されるように、位置工、ンコーダ25は光学質問・検
出ユニットが所定の増分角度だけ進むごとに信号を発生
する。この信号は走査回路37に印加され、走査回路3
7はそれぞれの信号に応答してフォトダイオード列22
に質問する。
As motor 40 rotates support 26, position encoder 25 generates a signal each time the optical interrogation and detection unit advances by a predetermined incremental angle, as shown in FIG. This signal is applied to the scanning circuit 37, and the scanning circuit 3
7 is a photodiode array 22 in response to each signal.
ask a question.

走査回路37は、フォトダイオード列22が質問される
たびに1つの出力信号を発生する。この出力信号は、フ
ォトダイオード列22が質問されるそれぞれの位置にお
ける指紋情報を表わす。走査装置を構成する要素は従来
の通りであり、発行されている米国特許第4.322.
163号に記載されるものと同様である。
Scanning circuit 37 generates one output signal each time photodiode array 22 is interrogated. This output signal represents the fingerprint information at each location where photodiode array 22 is interrogated. The elements comprising the scanning device are conventional and described in issued U.S. Pat. No. 4,322.
It is similar to that described in No. 163.

プラテン18の凹形の接触面18bは円筒の一部であり
、その円筒の中心は軸x−X上にある。同様に、外側の
凸面である非接触面18aも円筒の一部である。一実施
例においては、接触面18bの半径は約11.8mm(
464mils)であり、凸形の非接触面18aの半径
は、プラテンの厚さを4.3 mmとしたとき、約16
.1 mm (635m i Is)である。その実施
例テハ、プラテン18の長さは約57 mm (2,2
5インチ)となっている。
The concave contact surface 18b of the platen 18 is part of a cylinder whose center lies on the axis x-X. Similarly, the non-contact surface 18a, which is an outer convex surface, is also a part of the cylinder. In one embodiment, the radius of the contact surface 18b is approximately 11.8 mm (
464 mils), and the radius of the convex non-contact surface 18a is approximately 16 mm when the thickness of the platen is 4.3 mm.
.. 1 mm (635 m i Is). In this embodiment, the length of the platen 18 is approximately 57 mm (2,2 mm).
5 inches).

第3図は、第2図に示されるプラテン18の拡大横断面
図であり、質問光ビーム16と読取り光ビーム30との
関係の性質を示す。図示されるように、読取り光ビーム
30の軸28は質問光ビーム16の軸27と対称関係に
はない。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the platen 18 shown in FIG. 2, illustrating the nature of the relationship between the interrogation light beam 16 and the read light beam 30. As shown, the axis 28 of the read light beam 30 is not symmetrical with the axis 27 of the interrogation light beam 16.

湾曲したプラテンの幾何学的構成は第3図に示される。The curved platen geometry is shown in FIG.

図示されるように、質問光ビームは、円筒形の非接触面
18a及び接触面18bの半径を成す釉27に沿ってお
り、従って、軸27は照明ゾーンAにおいて面に対し垂
直である。読取り光ビームは垂線から外れた軸28を有
する。軸28は、光学的に密である枦プラテン18のガ
ラス媒体から密度の低い媒体の空気の中へ射出している
ため、プラテン18から離れるにつれて垂線から遠ざか
る。プラテン内部にある軸28の一部分を28aとして
示す。
As shown, the interrogation light beam is along the glaze 27 forming the radius of the cylindrical non-contact surface 18a and the contact surface 18b, so that the axis 27 is perpendicular to the surface in the illumination zone A. The reading light beam has an off-normal axis 28. Axis 28 moves away from normal as it moves away from platen 18 because it exits the optically dense glass medium of platen 18 into the less dense medium of air. The portion of shaft 28 that is inside the platen is shown as 28a.

第3図に示すように、読取り光ビームの軸28が点Cと
点Bとの間で非接触面18aと交差することは重要であ
る。これらの点C及びBの間では、射出光線は隆起部情
報のみを搬送し、凹部情報を全く含まない。これら2つ
の点C及びBの間で射出する光線は、隆起部表面からの
み散乱される光線である。従って、結像レンズ20によ
りフォトダイオード列22上に集束される像は、凹部ゾ
ーンが全く光のない領域として現われる像であるので、
凹部ゾーンと隆起部ゾーンとの間に最大のコントラスト
が得られる。簡単にいえば、点Bは、隆起部からの反射
散乱光線がプラテン18の内部で全て内面反射される点
により決定される。また、点Cは、非接触面18a上で
、凹部から反射される全ての光を含むゾーンの限界によ
り決定される。
It is important that the axis 28 of the reading light beam intersects the non-contact surface 18a between points C and B, as shown in FIG. Between these points C and B, the exit ray carries only ridge information and no depression information. The light rays exiting between these two points C and B are those that are scattered only from the ridge surface. Therefore, the image focused by the imaging lens 20 onto the photodiode array 22 is an image in which the concave zone appears as an area completely devoid of light;
Maximum contrast is obtained between the recessed and raised zones. Briefly, point B is determined by the point at which all reflected and scattered light from the ridges is internally reflected inside the platen 18. Also, point C is determined by the limit of the zone on the non-contact surface 18a that includes all the light reflected from the recess.

従って、第3図からは、(i)非接触面18aから点B
の右側へ射出する反射光がないことと、(ii)凹部と
隆起部の双方から反射された光は非接触面18aから点
Cの左側へ射出することがわかる。
Therefore, from FIG. 3, (i) from the non-contact surface 18a to the point B
It can be seen that (ii) there is no reflected light emitted to the right side of point C, and (ii) the light reflected from both the recessed portion and the raised portion is emitted to the left side of point C from the non-contact surface 18a.

プラテン18が屈折率1.517のクラウンガラスであ
ると仮定する。空気の屈折率は1.0であると想定され
るので、指の凹部から反射された光は接触面18bに入
射し、垂線に向かうように屈曲されることによりプラテ
ン18の内部で反射される。
Assume that platen 18 is crown glass with a refractive index of 1.517. Since the refractive index of air is assumed to be 1.0, the light reflected from the concave part of the finger enters the contact surface 18b, is bent toward the perpendicular line, and is reflected inside the platen 18. .

凹部から反射される入射光線が垂線に向かって屈曲する
量はスネルの法則により決定される。限界の場合で、入
射光線が接触面18bと平行であるとすると、クラウン
ガラスのプラテンでは、その光線は、プラテン18の内
部で垂線と成す角度が約41.2度となるように垂線に
向かって屈曲される。
The amount by which an incident light beam reflected from a recess bends toward the normal is determined by Snell's law. In the limit case, if the incident ray is parallel to the contact surface 18b, then for a crown glass platen the ray will be directed towards the normal at an angle of about 41.2 degrees with the normal inside the platen 18. It is bent by bending.

垂線に対して90度未満の角度を成す入射光線は、いず
れも、プラテン18の内部で垂線と成す角度が41.2
度より小さくなるように屈折する。従って、41.2度
という角度は最大屈折角であり、第3図には角度MAR
として示されている。
Any incident light beam that makes an angle of less than 90 degrees with the normal will have an angle of 41.2 degrees with the normal inside the platen 18.
Refract so that it is smaller than the degree. Therefore, the angle of 41.2 degrees is the maximum refraction angle, and the angle MAR
It is shown as.

第5図は、関連する基本光学系についてこの重大な一面
を示す。第5図は、指Fの凹部Vと隆起部Rとがガラス
プラテン58の平坦な面58bに押付けられている状態
を概略的に示す。質問光ビームの軸57は面58bに対
して垂直である。対称の軸に沿って反射されない質問光
ビームの部分はそのまま透過して、指Fの凹部領域に入
射する。光は、凹部Vの不規則な表面に当たると、プラ
テンの面58bに向かってあらゆる角度で散乱される。
FIG. 5 illustrates this critical aspect of the basic optical system involved. FIG. 5 schematically shows a state in which the concave portion V and the raised portion R of the finger F are pressed against the flat surface 58b of the glass platen 58. The interrogation light beam axis 57 is perpendicular to the plane 58b. The part of the interrogation light beam that is not reflected along the axis of symmetry is transmitted intact and impinges on the recessed area of the finger F. When the light hits the irregular surface of the recesses V, it is scattered at all angles toward the platen face 58b.

第5図には、3本の光線が示されている。第1の光線X
は面58bとほぼ平行である。すなわち、第1の光線は
、面58bに入射すると、ガラスプラテン18の内部で
この光線Xが垂線である軸57に対して41.2度の角
度を成すように屈折される。第2の光線Y及び第3の光
線Zは凹部領域Vの空気中で垂線に対して限界光線Xよ
り小さい角度を成し、従って、ガラスプラテン58の内
部で垂線に対してより小さい角度を成す。限界光線Xは
第3図の線42に相当する。このように、凹部の下方か
ら反射される全ての光は、垂線57を中心として41.
2度の半角を存する円錐の内側に包含されることがわか
る。
In FIG. 5, three rays are shown. first ray X
is substantially parallel to plane 58b. That is, when the first light beam is incident on the surface 58b, it is refracted inside the glass platen 18 so that the light beam X forms an angle of 41.2 degrees with respect to the axis 57, which is a perpendicular line. The second ray Y and the third ray Z make a smaller angle with the normal in the air of the recessed region V than the limiting ray X, and therefore make a smaller angle with the normal inside the glass platen 58. . The limiting ray X corresponds to line 42 in FIG. In this way, all light reflected from below the recess is centered at 41.
It can be seen that it is contained inside a cone that has a half angle of 2 degrees.

従って、全ての凹部ゾーン情報はこのMARゾーン内に
ある反射光線に含まれる。
Therefore, all recess zone information is included in the reflected rays that are within this MAR zone.

凹部ゾーンVの場合とは異なり、隆起部Rは接触面18
bと光学的に密に接触している。指の皮脂はガラスとほ
ぼ等しい屈折率を有するので、隆起部表面とプラテンの
接触面18bとの間で強さは充填されることになり、隆
起部の下方で不整合はなく、従って、境界面の下方の鏡
像反射は起こらない。隆起部ゾーンRで起こるのは、不
規則な指の表面が反射光をあらゆる角度で散乱させて、
軸28に沿ってフォトダイオード列22上に集束される
隆起部像を形成するという状況である。
Unlike in the case of the recessed zone V, the ridge R is located at the contact surface 18
in close optical contact with b. Since finger sebum has approximately the same refractive index as glass, there will be a strength filling between the ridge surface and the platen contact surface 18b, and there will be no misalignment below the ridge, so the boundary Mirror reflections below the surface do not occur. What happens in the ridge zone R is that the irregular finger surface scatters the reflected light at all angles.
The situation is to form a focused ridge image onto the photodiode array 22 along the axis 28.

第2図の実施例における読取り光ビーム30の軸28は
質問線Aにおいて垂線に対し最大屈折角より大きい角度
を成しているので、読取り光ビーム30の中に包含され
る情報は凹部情報ではない。
Because the axis 28 of the read light beam 30 in the embodiment of FIG. 2 is at an angle greater than the maximum angle of refraction with respect to the normal at the interrogation line A, the information contained in the read light beam 30 is not recess information. do not have.

その結果、フォトダイオード列22の像はきわめて暗く
、光レベルがゼロである凹部ゾーン画像を形成する。従
って、凹部ゾーンの画像と隆起部ゾーンの画像とのコン
トラストはかなり高くなるので、フォトダイオード列2
2の下流側でははるかに有用な画像を得ることができる
As a result, the image of photodiode array 22 is very dark, forming a recessed zone image with zero light level. Therefore, the contrast between the image of the recessed zone and the image of the raised zone is quite high, so that the photodiode row 2
A much more useful image can be obtained downstream of 2.

第3図の線44は、読取り光ビームの軸28の別の限界
を示す。隆起部情報を表わす質問線Aからの光は隆起部
によりかなり大きな散乱角にわたり散乱される。質問線
Aに沿った光線は、44aで示すように、非接触面18
aに対する接線の方向に射出する。質問線44はTIR
角により規定される。プラテン18の内部で、非接触面
18Hにおいて垂線に対しTIR角より大きい角度で反
射される光は、いずれも、非接触面18aから射出しな
い。
Line 44 in FIG. 3 shows another limit of the axis 28 of the reading light beam. Light from interrogation line A representing ridge information is scattered by the ridge over a fairly large scattering angle. The light ray along the interrogation line A is directed to the non-contact surface 18, as shown at 44a.
It is emitted in the direction tangent to a. Question line 44 is TIR
defined by the angle. Any light that is reflected within platen 18 at non-contact surface 18H at an angle greater than the TIR angle relative to the normal does not exit from non-contact surface 18a.

このような光は全て内面反射される。光線46はTIR
光線を表わす。従って、読取り光ビーム軸の部分28a
は、垂線に対してTIR角より小さい角度を成して、非
接触面18aと交差しなければならない。プラテン18
が屈折率1.517のフリントガラスであって、プラテ
ン18が機能する環境が空気である場合、このTIR臨
界角は41.2度である。従って、プラテンの内部にあ
る読取り光ビーム軸の部分28aは、垂線に対し41.
2度より大きい角度を成して接触面18bと交差しなけ
ればならないと共に、垂線に対し41.2度より小さい
角度を成して非接触面18aと交差しなければならない
。結像レンズ20及びフォトダイオード列22により処
理される信号は隆起部に関し、隆起部情報のみを搬送す
る。すなわち、読取り光ビーム30に含まれる全ての光
は隆起部ゾーンからの光であり、最も重要なことである
が、読取り光ビーム30の光には凹部ゾーンからの光は
全く含まれない。
All such light is internally reflected. Ray 46 is TIR
Represents a ray of light. Therefore, the portion 28a of the reading light beam axis
must intersect the non-contact surface 18a at an angle with the normal that is less than the TIR angle. Platen 18
If is a flint glass with a refractive index of 1.517 and the environment in which platen 18 functions is air, then this TIR critical angle is 41.2 degrees. Therefore, the portion 28a of the read light beam axis that is inside the platen is 41.
It must intersect the contact surface 18b at an angle greater than 2 degrees and must intersect the non-contact surface 18a at an angle less than 41.2 degrees with respect to the normal. The signals processed by imaging lens 20 and photodiode array 22 relate to the ridges and convey only ridge information. That is, all the light included in the read light beam 30 is from the raised zone and, most importantly, no light is included in the read light beam 30 from the depressed zone.

質問光ビームの軸の向きは接触面18bに対して垂直に
なるように定められるのが好都合であり、また、好まし
いことに留意すべきであるが、垂線から外れていても、
関連する関係が大きく変化することはない。最大屈折角
MARは垂線に対して41.2度のままである。さらに
、質問光ビームの角度は、全内面反射が起こる最小の角
度を規定する線44に影響を与えない。本来、質問光ビ
ームの軸27は、第3線の2本の線42及び44が円錐
面を表わすことを考えると、これらの線の間のゾーンに
入らないように保たれなければならない。
It should be noted that the orientation of the axis of the interrogation light beam is conveniently and preferably oriented perpendicular to the contact surface 18b, but even if it deviates from the perpendicular.
The relevant relationships will not change significantly. The maximum refraction angle MAR remains 41.2 degrees with respect to the normal. Furthermore, the angle of the interrogation light beam does not affect the line 44 that defines the minimum angle at which total internal reflection occurs. Naturally, the axis 27 of the interrogation light beam must be kept out of the zone between the two lines 42 and 44 of the third line, considering that these lines represent a conical surface.

第3図に表わされる関係は、軸x−xに対して垂直な横
断面に沿った光線に関するものである。
The relationships depicted in FIG. 3 concern rays along a cross-section perpendicular to the axis x--x.

これは、ゾーンAに沿った1点から反射又は散乱される
光線が第3図と平行な平面に関して同じ規則に従うとい
う点で限界の場合であるので、適正な解析を可能にする
。さらに、線42は第3図に示される質問線へに沿った
点について軸27を中心とする円錐形の回転ゾーンを規
定する。質問線Aに沿ったそれぞれの点からの線42の
集合体は、質問線Aと、第3図の平面に対して垂直であ
る非接触面18Hに沿って延びるCにおける線との間に
延在する平面を規定する。
This is the marginal case in that the rays reflected or scattered from a point along zone A follow the same rules with respect to a plane parallel to FIG. 3, thus allowing for proper analysis. Additionally, line 42 defines a conical rotation zone about axis 27 for points along the interrogation line shown in FIG. A collection of lines 42 from each point along interrogation line A extends between interrogation line A and a line at C extending along non-contact surface 18H that is perpendicular to the plane of FIG. defines the plane in which the

非接触面18aの点Bと点Cとの間に、隆起部から反射
された光のみを含む射出光のゾーンが存在することは、
忘れてはならない重要な点である。
The fact that there is a zone of emitted light containing only light reflected from the ridge between points B and C on the non-contact surface 18a means that
This is an important point that must not be forgotten.

第3図に示されるように、Cの左側へ射出する光は凹部
ゾーンから反射された光と、隆起部ゾーンから反射され
た光の双方を含み、Bの右側の領域は射出光を含まない
。当然のことながら、軸27中の質問光ビームが円筒の
軸x−Xを中心とじて回転するにつれて、点A、C及び
Bも対応して回転するので、回転走査中、上述の幾何学
的関係は不変のままである。
As shown in Figure 3, the light exiting to the left of C includes both the light reflected from the concave zone and the light reflected from the ridge zone, and the area to the right of B contains no exit light. . Naturally, as the interrogation light beam in axis 27 rotates about the cylinder axis x-X, points A, C and B also rotate correspondingly, so that during rotational scanning The relationship remains unchanged.

使用中は、様々に異なる大きさの指に対応するために、
いくつかのサイズの異なるプラテン18が利用される。
During use, to accommodate fingers of various sizes,
Several different size platens 18 are utilized.

第6図は、本発明を平坦なプラテンの場合に適用できな
い理由を示す。第6図は、プラテンの非接触面58aが
含まれるという点を除いて、第5図と同様の光学的関係
の略図である。非接触面58aは接触面58bと平行で
あるので、プラテン内部の限界光線Xは非接触面58H
において垂線に対し、接触面58bにおいて垂線に対し
て成すのと等しい角度を成す。この角度は臨界角の41
.2度であるので、限界光線Xは内面反射されることに
なる。限界の場合として、光線Xは非接触面58aと平
行な角度で非接触面58aから射出すると考えることが
できるであろう。いずれにしても、41.2度を越える
角度を有する全ての光線が全て内面反射されることは明
白である。その結果、平坦なプラテンの非接触面58a
から射出することができる唯一の像は、垂線57を中心
としてMAR角により限定される円錐に包含される像で
ある。その円錐の内側の光は凹部ゾーンから反射された
光と、隆起部ゾーンから反射された光とを含み、従って
、隆起部情報と凹部情報とが入り交じったものである。
FIG. 6 shows why the invention cannot be applied in the case of flat platens. FIG. 6 is a schematic diagram of the optical relationship similar to FIG. 5, except that a non-contacting surface 58a of the platen is included. Since the non-contact surface 58a is parallel to the contact surface 58b, the limiting ray X inside the platen is directed to the non-contact surface 58H.
makes an angle with the normal at contact surface 58b equal to that made with the normal at contact surface 58b. This angle is the critical angle of 41
.. 2 degrees, the limiting ray X will be internally reflected. As a limit case, one could consider that the ray X emerges from the non-contacting surface 58a at an angle parallel to the non-contacting surface 58a. In any case, it is clear that all rays with angles greater than 41.2 degrees are all internally reflected. As a result, the flat platen non-contact surface 58a
The only images that can emerge from the plane are those contained in a cone centered on normal 57 and bounded by the MAR angle. The light inside the cone includes light reflected from the recess zone and light reflected from the ridge zone, and is thus a mixture of ridge and recess information.

凹部ゾーンVの下方にある接触面58bから反射される
5パーセント光を取出すのを困難にするのは、背影基線
を成すこの混合情報である。
It is this mixed information forming the back shadow baseline that makes it difficult to extract the 5 percent light reflected from the contact surface 58b below the recessed zone V.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、指を所定の読取り位置に置いた状態の本発哄
の装置の湾曲したプラテン形実施例の斜視図、 第2図は、第1図の装置の光学的及び機械的関係を示す
略図、 第3図は、第1図の装置の円筒形プラテンの拡大横断面
図に第1図の実施例に関連する幾何学的関係を重ねて示
した図、 第4図は、指紋画像を表わす二次元画素値セットを提供
するために光学像を電子的に走査する構成を示すブロッ
ク線図、 第57は、凹部表面から反射散乱される全ての光を含む
プラテン内の円錐を含む光学的略図、及び 第6図は、平坦なガラスプラテンにおいて隆起部と凹部
の反射が混合するゾーンと、全内面反射のゾーンとの間
にゾーンが存在しない理由を示す第5図と同様の光学的
略図である。 10・・・白熱白色光源、 12・・・球面レンズアセンブリ、 14・・・平凸円柱集光レンズ、 16・・・質問光ビーム、  18・・・ガラスプラテ
ン、18a・・・非接触面、   18b・・・接触面
、20・・・結像レンズ、 22・・・フォトダイオード列、 26・・・支持体、 27・・・質問光ビームの軸、 28・・・読取り光ビームの軸、 30・・・読取り光ビーム、40・・・モータ、F・・
・指、       R・・・隆起部、■・・・凹部。
1 is a perspective view of the curved platen-shaped embodiment of the present device with a finger in the predetermined reading position; FIG. 2 shows the optical and mechanical relationships of the device of FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the cylindrical platen of the apparatus of FIG. 1 overlaid with the geometrical relationships associated with the embodiment of FIG. 1; and FIG. 4 is a diagram showing a fingerprint image. 57 is a block diagram illustrating an arrangement for electronically scanning an optical image to provide a two-dimensional set of pixel values representing a recessed surface; Figure 6 is an optical diagram similar to Figure 5 showing why there is no zone between the zone of mixed ridge and recess reflections and the zone of total internal reflection in a flat glass platen. This is a schematic diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Incandescent white light source, 12... Spherical lens assembly, 14... Plano-convex cylindrical condensing lens, 16... Interrogating light beam, 18... Glass platen, 18a... Non-contact surface, 18b... Contact surface, 20... Imaging lens, 22... Photodiode array, 26... Support body, 27... Axis of interrogating light beam, 28... Axis of reading light beam, 30...Reading light beam, 40...Motor, F...
・Finger, R...Protuberance, ■...Concavity.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、凹形の指接触面を有する湾曲プラテンを使用し、質
問光ビームによって指接触面に当接された指を照明して
、変調反射光ビームを発生し、この反射光ビームを光電
変換器上に結像する結像セグメントを有し、プラテンは
反射光ビームが射出する凸形の非接触面を有する光学的
指紋像形成装置において、結像セグメントは、指接触面
において垂線に対し臨界角に等しい角度を成す第1の線
と、非接触面において垂線に対し臨界角に等しい角度を
成す第2の線とにより境界を限定されるプラテン中のゾ
ーンの内部に軸を有し、質問光ビームは対称の軸が前記
ゾーンの外側に位置するような軸をプラテンの内部に有
し、前記質問光ビームの軸は前記非接触面と交差するこ
とから成る指紋像形成装置。 2、前記湾曲プラテンは、凹形の円筒面としての前記指
接触面と、凸形の円筒面としての前記非接触面とを有す
る円筒形プラテンである特許請求の範囲第1項記載の指
紋像形成装置。 3、前記指接触面に、前記円筒形の指接触面の軸と平行
な長軸を有するスリットの形態をとる質問ゾーンを形成
するために、前記質問光ビームを整形する光学手段と、 前記指接触面に載置された指の光学的走査を実行するた
めに質問光ビームと、結像セグメントと、光電変換器と
を前記指接触面の前記軸を中心として回転させる手段と
をさらに具備する特許請求の範囲第2項記載の指紋像形
成装置。 4、前記質問光ビームの光軸は前記指接触面に対してほ
ぼ垂直である特許請求の範囲第3項記載の指紋像形成装
置。 5、隆起部ゾーン及び凹部ゾーンを有して指に対して反
射読取り光ビームを形成する質問光ビームを有し、前記
読取り光ビームに結合される複数の光電変換器を含み、
光電変換器に指紋を表わす電気信号を発生する画像形成
手段を有する指紋処理装置において、質問光ビーム中に
配置され、接触面としての第1の湾曲面と、前記接触面
から離間する非接触面としての第2の湾曲面とを有する
湾曲プラテンを具備し、前記接触面上に載置された指は
前記質問光ビームにより照明され、前記質問光ビームの
光軸は前記接触面において垂線に対し、前記プラテンの
最大屈折角より小さい内部角を有し、 前記画像形成手段の光軸は前記接触面において垂線に対
して成す第1の内部角と、前記非接触面において垂線に
対して成す第2の内部角とを有し、前記第1の内部角は
前記プラテンの最大屈折角より大きく、前記第2の内部
角は前記プラテンの全内面反射角より小さく、 前記質問光ビームの軸は前記非接触面と交差することか
ら成る指紋処理装置。 6、前記プラテンは円筒形プラテンであり、前記接触面
は凹形の円筒面であり、前記非接触面は凸形の円筒面で
ある特許請求の範囲第5項記載の指紋処理装置。 7、前記接触面に、前記円筒形の接触面の軸と平行な長
軸を有するスリットの形態をとる質問ゾーンを形成する
ために、前記質問光ビームを整形する光学手段と、 前記接触面に載置された指の光学的走査を実行するため
に質問光ビームと、結像セグメントと、光電変換器とを
前記接触面の前記軸を中心として回転させる手段とをさ
らに具備する特許請求の範囲第6項記載の指紋処理装置
。 8、前記質問光ビームの光軸は前記接触面に対してほぼ
垂直である特許請求の範囲第7項記載の指紋処理装置。 9、プラテンの表面に当接される指を光電変換器上に光
学的に結像する方法において、 湾曲プラテンの凹形に湾曲した接触面に当接された指の
全体にわたり、前記プラテンの内部で前記湾曲した接触
面において垂線に対し臨界角より小さい角度を成す質問
光ビームを走査して、プラテンの凸形に湾曲した非接触
面から射出する変調反射光ビームを形成する過程と、 前記プラテンの内部で前記接触面において垂線に対し臨
界角より大きい角度を成すと共に、前記プラテンの内部
で前記非接触面において垂線に対し臨界角より大きい角
度を成す軸に沿って変調反射光ビームを光電変換器上に
結像する過程とから成る方法。
[Claims] 1. A curved platen having a concave finger contact surface is used to illuminate a finger in contact with the finger contact surface with an interrogating light beam to generate a modulated reflected light beam, and the reflected light beam is In an optical fingerprint imaging device having an imaging segment for imaging a light beam onto a photoelectric transducer and a platen having a convex, non-contact surface from which a reflected light beam exits, the imaging segment has a finger contact surface. an axis within a zone in the platen bounded by a first line making an angle equal to the critical angle with the normal at the axis and a second line making an angle equal to the critical angle with the normal at the non-contact surface; fingerprint imaging comprising: an interrogation light beam having an axis inside the platen such that the axis of symmetry is located outside of the zone; and the axis of the interrogation light beam intersects the non-contact surface. Device. 2. The fingerprint image according to claim 1, wherein the curved platen is a cylindrical platen having the finger contact surface as a concave cylindrical surface and the non-contact surface as a convex cylindrical surface. Forming device. 3. optical means for shaping the interrogation light beam to form an interrogation zone in the finger contact surface in the form of a slit with a long axis parallel to the axis of the cylindrical finger contact surface; further comprising means for rotating the interrogating light beam, the imaging segment, and the photoelectric transducer about the axis of the finger contact surface to perform optical scanning of a finger placed on the contact surface. A fingerprint image forming device according to claim 2. 4. The fingerprint image forming device according to claim 3, wherein the optical axis of the interrogation light beam is substantially perpendicular to the finger contact surface. 5. having an interrogation light beam having a raised zone and a recessed zone to form a reflected readout light beam toward the finger, and including a plurality of photoelectric transducers coupled to the readout light beam;
A fingerprint processing device having an image forming means for generating an electrical signal representative of a fingerprint on a photoelectric transducer, comprising: a first curved surface disposed in the interrogation light beam and serving as a contact surface; and a non-contact surface spaced apart from the contact surface. a curved platen having a second curved surface, a finger resting on the contact surface being illuminated by the interrogation light beam, and an optical axis of the interrogation light beam relative to a normal at the contact surface. , has an internal angle smaller than the maximum refraction angle of the platen, and the optical axis of the image forming means has a first internal angle formed with the normal at the contact surface and a first internal angle formed with the normal at the non-contact surface. 2, the first internal angle is greater than the maximum refraction angle of the platen, the second internal angle is less than the total internal reflection angle of the platen, and the axis of the interrogation light beam is Fingerprint processing device consisting of crossing a non-contact surface. 6. The fingerprint processing device according to claim 5, wherein the platen is a cylindrical platen, the contact surface is a concave cylindrical surface, and the non-contact surface is a convex cylindrical surface. 7. optical means for shaping the interrogation light beam to form an interrogation zone in the contact surface in the form of a slit with a long axis parallel to the axis of the cylindrical contact surface; 10. The method of claim 1, further comprising means for rotating an interrogating light beam, an imaging segment, and a photoelectric transducer about the axis of the contact surface to perform an optical scanning of a placed finger. 6. Fingerprint processing device according to item 6. 8. The fingerprint processing device according to claim 7, wherein the optical axis of the interrogation light beam is substantially perpendicular to the contact surface. 9. A method of optically imaging a finger in contact with a surface of a platen on a photoelectric converter, wherein the entire finger in contact with a concavely curved contact surface of a curved platen is imaged inside the platen. scanning the interrogating light beam at an angle less than a critical angle with respect to the normal at the curved contact surface to form a modulated reflected light beam exiting from the convexly curved non-contact surface of the platen; photoelectrically converting a modulated reflected light beam along an axis that is at an angle greater than a critical angle with the normal at the contact surface within the platen and greater than a critical angle with the normal at the non-contact surface within the platen; A method consisting of the process of forming an image on a device.
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