JPH0226540A - 指紋像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〔用語の定義〕

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。

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。

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。

ＭＡＲ，頭字語ＭＡＲは最大屈折角を表わす。

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。

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。

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。

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。

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。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

湾曲したプラテンの幾何学的構成は第３図に示される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。