JPH10269340A

JPH10269340A - 指紋検知装置

Info

Publication number: JPH10269340A
Application number: JP9075356A
Authority: JP
Inventors: Michihisa Suga; 通久菅
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JP3132411B2

Abstract

(57)【要約】【課題】明瞭な指紋パターンを長期的に得ることがで
きるとともに、汚れを容易にクリーニング可能とする。【解決手段】弾性層２の表面に撥水性を有する潤滑層
１１を設ける。潤滑層１１としては、フッ素系樹脂やシ
リコーン系の離型剤が適しており、特に、弾性層表面に
予めシラン系のカップリング剤を塗布した後に形成して
もよい。また、潤滑層１を５μｍであって、好ましくは
０．５〜３μｍの膜厚で形成し、弾性層２を５０μｍ以
下であって、好ましくは１０〜２０μｍの膜厚で形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋検知装置に関
し、特に透明基体を介して指の指紋に光を照射し、その
反射光から指紋パターンを検出する指紋検知装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、透明基体に押し当てられた指の
指紋に対して光を照射し、その反射光から指紋パターン
を検出する場合、図５に示すような、光学的性質が利用
されている。図５は、境界面における光の振る舞いを示
す説明図であり、１は光学ガラスなどの透明基体、１Ｓ
は透明基体１の表面、８は空気である。例えば、透明基
体１の下部ｇから、透明基体表面１Ｓの垂直軸ｊｋと入
射角θｂを持って、透明基体表面１Ｓの点ｂに入射され
た光は、透明基体表面１Ｓの垂直軸ｊｋと屈折角θａを
なして空気８中のｃに向けて出射される。

【０００３】このとき、透明基体１および空気８の屈折
率をそれぞれｎｂ，ｎａとすると、入射角θｂと屈折角
θａとの関係は、スネルの法則により、ｎａ sinθａ＝ｎｂ sinθｂとなる。なお、通常、空気８の屈折率ｎａは例えば光学
ガラスなどの透明基体１の屈折率ｎｂより小さい（ｎａ
＜ｎｂ）ことから、屈折角θａは入射角θｂより大きく
（θａ＞θｂ）なる。

【０００４】ここで、 sinθｂ＞ｎａ／ｎｂとなるよう
なもっと大きな入射角θｂを選択した場合、スネルの法
則を満たす屈折角θａが存在しなくなり、入射された光
は透明基体表面１Ｓにて全反射するものとなる。この全
反射が起こる入射角すなわち臨界角θｃは、 θｃ＝sin^-1（ｎａ／ｎｂ）で求められる。

【０００５】図５において、∠ｇｂｋ＝θｃ（＝∠ｈｂ
ｋ）とすると、ｇｂｆ（ｈｂｉ）で示される角度領域か
ら入射された光は、光路ｄｂｅ（ｅｂｄ）により透明基
体１側へ全反射される。また、角度領域ｇｂｈから入射
された光は、 sinθａ＞ｎａ／ｎｂが成立しないことか
ら、光路ａｂｃにより空気８に出射される。なお、空気
８側から入射される光も同様であり、透明基体１側に出
射される光は、角度領域ｇｂｈにしか出射されない。

【０００６】このような、光学的特性において、透明基
体１側から全反射が発生するような所定入射角にて光を
指紋に照射するようにしたものが、図６に示す従来の指
紋検知装置である。図６において、１は透明基体、３は
指紋３Ａを有する指、４は光源、５は画像検出部であ
り、光源４からの光が透明基体１を介して指紋３Ａに照
射され、その反射光が画像検出部５により検出される。

【０００７】通常、指紋の稜線部（凸部）の屈折率は、
空気の屈折率ｎａより大きく、光学ガラスなどの透明基
体の屈折率ｎｂに近いことから、指紋のうち空気が存在
する谷間部（凹部）に接する透明基体表面でのみ全反射
が発生し、透明基体の屈折率ｎｂに近い屈折率を有する
指紋３Ａの稜線部では全反射が発生せず、通過した光は
指に吸収され、あるいは乱反射する。

【０００８】したがって、画像検出部５では、指紋３Ａ
の谷間部が明るく、稜線部が暗い指紋パターンが得られ
る。ここで、従来の指紋検知装置では、図６に示すよう
に、透明基体１の表面に弾性層２を設けて、指紋３Ａの
稜線部の密着性を改善している（例えば、特開平１−１
４５７８５号公報など）。

【０００９】稜線部には、図７に示すように、微細な凹
凸３５が存在しており、この凹凸３５に空気が存在する
と稜線部３１において谷間部３２と同様に全反射が発生
し、稜線部と谷間部との区別が付きにくくなる。したが
って、弾性層２を設けて稜線部の密着性を改善すること
により、稜線部３１では全反射が発生せず、通過した光
は指に吸収され、あるいは乱反射するものとなり、鮮明
な画像が得られるものとなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の指紋検知装置では、透明基体１の表面に設け
た弾性層２をシリコーンゴムなどの弾性材などから形成
していたことから、埃や指の汚れなどが付着しやすく、
弾性層２の表面を常にクリーニングする必要があり、実
用性に欠けるという問題点があった。これは、弾性層２
としては、細かな指紋の稜線部との密着性を高めるた
め、弾性係数の大きな膜を透明基体１の表面に形成する
必要があり、弾性層２として適切と思われる弾性係数の
大きな膜は、埃や指の汚れなどが付着しやすいという性
質を合わせ持っているからである。

【００１１】したがって、乾燥した指については皮膚な
どのカスや埃が、指紋パターンに沿って弾性層２の表面
に付着し、また湿った指については、脂分や汗が弾性層
２の表面に付着し、その表面をこすっても容易に除去す
ることができなくなる。特に、シリコーンゴムやシリコ
ーンゲルは、表面に物を密着させる性質が顕著であり、
当初においては明瞭な指紋パターンが得られるものの、
短時間でその表面に視認可能な汚れが付着し、不明瞭な
指紋パターンしか得られなくなるという問題点があっ
た。本発明はこのような課題を解決するためのものであ
り、明瞭な指紋パターンを長期的に得ることができると
ともに、汚れを容易にクリーニングできる指紋検知装置
を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による指紋検知装置は、請求項１とし
て、透明基体上に形成された光透過性を有する薄膜から
なり指紋稜線部の押圧によりわずかに弾性変形する弾性
層と、この弾性層上に形成された光透過性を有する薄膜
からなり撥水性を有し指紋稜線部の押圧により変形する
潤滑層とを備えるものである。したがって、指紋稜線部
が押圧された場合には、その稜線部の微細な凹凸が潤滑
層を介して弾性層で吸収されるとともに、弾性層に対す
る汚れの付着が潤滑層により抑止される。

【００１３】また、請求項２として、請求項１記載の指
紋検知装置において、潤滑層を、フッ素系樹脂またはシ
リコーン系離型剤から形成したものである。したがっ
て、光透過性と撥水性とが得られる。また、請求項３と
して、請求項２記載の指紋検知装置において、潤滑層
を、弾性層表面に予めシラン系のカップリング剤を塗布
した後に形成するようにしたものである。したがって、
シラン系のカップリング剤により、弾性層と潤滑層とが
密着される。

【００１４】また、請求項４として、請求項１記載の指
紋検知装置において、潤滑層を、５μｍ以下であって、
好ましくは０．５〜３μｍの膜厚で形成したものであ
る。したがって、指紋稜線部の微細な凹凸が潤滑層を介
して弾性層に伝達される。また、請求項５として、請求
項１記載の指紋検知装置において、弾性層を、５０μｍ
以下であって、好ましくは１０〜２０μｍの膜厚で形成
したものである。したがって、潤滑層を介して伝達され
た指紋稜線部の微細な凹凸が吸収される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施の形態である指紋
検知装置を示す説明図であり、同図において、前述の説
明（図６参照）と同じまたは同等部分には同一符号を付
してあり、１は光学ガラスなどの三角プリズムからなる
透明基体、２は指３の指紋３Ａを密着させるための弾性
層、５は光源４から透明基体１を介して得られた指紋パ
ターンを画像として検出する画像検出部である。

【００１６】特に、本発明では、前述の説明（図６参
照）と比較して、弾性層２の表面に撥水性を有する潤滑
層１１を設けたものである。まず、弾性層２には、透明
性のある弾性材としてシリコーンゴムやシリコーンゲル
が適している。これらシリコーンゴムやシリコーンゲル
の原料形態としては、一液型や二液型で加熱効果型のも
のが良く知られており、硬化前は液状で粘度が小さいも
のが適している。

【００１７】弾性層２を形成する場合、まず液状の原料
を透明基体表面に適量垂らし、ローラーコートや回転塗
布などにより、透明基体１の表面に薄く塗布した後、常
温から１５０゜Ｃくらいまでの温度範囲にある所定温度
により加熱硬化させる。弾性層２の膜厚は５０μｍ以下
とすることにより良好な密着性が得られ、特に１０〜２
０μｍが最適である。なお、指紋３Ａの稜線部３１の高
さ（谷間部３２の深さ）は約５０〜１００μｍ、また稜
線部３１のピッチは約１００μｍであり、弾性層２の膜
厚が薄過ぎると弾性変形が小さくなって指紋との密着性
が得られなくなるとともに、膜厚が厚過ぎると弾性変形
が大きくなって指紋に歪みが生じる。

【００１８】一方、潤滑層１１には、フッ素系樹脂やシ
リコーン系の離型剤が適しており、特に、薄膜成形に適
したフッ素系の樹脂として、ハーフルオロ溶媒に溶解さ
せたものが知られている。潤滑層１１の膜厚は５μｍ以
下とすることにより、指紋稜線部の微細な凹凸が潤滑層
を介して弾性層に伝達され、指紋稜線部と弾性層とが確
実に密着される。特に、非晶質特性を有するフッ素樹脂
は、溶解しやすく、また透明性も優れており、回転塗
布、浸漬引き上げ、またはスプレーなどの方法により、
膜厚が約５μｍ以下の薄膜を形成することができるが、
膜厚０．５μｍ未満ではピンホールなどが発生しやす
く、膜厚５μｍを越えるとその表面の凹凸により潤滑層
１１として不適当となる。

【００１９】なお、潤滑層１１を形成する場合、弾性層
２表面に、予めシラン系のカップリング剤を塗布してお
くことにより、潤滑層１１と弾性層２との密着性を高め
ることができ、塗布後、１８０゜Ｃくらいまでの温度範
囲で加熱し、溶媒を乾燥させることにより、潤滑層１１
が形成される。シリコーン系の離型剤としては、溶液型
やエマルジョン型が知られており、前述した塗布方法に
より薄膜を形成でき、１５０〜２００゜Ｃの加熱により
潤滑層１１が形成される。この場合にも、シラン系のカ
ップリング剤を利用することにより、弾性層２との密着
性を高めることができる。

【００２０】このように、弾性層２上に撥水性のある潤
滑層１１を設けたので、従来のように数回の指紋検知と
いう短時間に汚れが発生するものと比較して、数１０回
の指紋検知を行った場合でも表面の汚れは目立つほどで
はなく、明瞭な指紋パターンが得られた。また、さらに
指紋検知を実施して視認可能な汚れが付着した場合で
も、柔らかい綿布やティッシュペーパーなどで潤滑層表
面１１Ｓの汚れをふき取ることができ、容易にクリーニ
ングできる。

【００２１】次に、図２を参照して、本発明の動作とし
て、光源４から透明基体１に入射された光の振る舞いに
ついて説明する。光源４から透明基体１に入射された光
は、弾性層２を通過して潤滑層１１の表面１１Ｓに所定
入射角θｄで照射される。この場合、この入射角θｄ
は、潤滑層表面１１Ｓに空気８が接している場合に全反
射が発生する臨界角θｃより大きな角度を有している。

【００２２】潤滑層表面１１Ｓ上には指３の指紋が押し
当てられており、前述と同様に、指紋３Ａの稜線部（凸
部）３１と谷間部（凹部）３２とでは、その光の振る舞
いが異なる。まず、谷間部３２の部分では、空気８が潤
滑層表面１１Ｓに接していることから、全反射が発生す
る。一方、稜線部３１では、微細な凹凸３５が潤滑層１
１を介して弾性層２に吸収されており、潤滑層表面１１
Ｓと密着している。

【００２３】これにより、稜線部３１では、指紋の稜線
部（凸部）の屈折率ｎｒが、空気８の屈折率ｎａより大
きく、光学ガラスなどの透明基体の屈折率ｎｂに近いこ
とから、全反射が発生せず、その部分に照射された光
は、指３に吸収され、あるいは乱反射する。したがっ
て、画像検出部５では、稜線部３１が暗く谷間部３２が
明るい指紋パターンが得られる。

【００２４】弾性層２および潤滑層１１の屈折率ｎａ，
ｎｊは、透明基体１の屈折率ｎｂとほぼ等しいものが用
いられる。なお、潤滑層１１の膜厚は、弾性層２と比較
して５μｍ以下と薄く、その中を通過する光の光路長も
極端に短いことから、潤滑層１１における屈折は無視で
きる程度となるため、その屈折率についてはあまり限定
されるものではない。

【００２５】また、弾性層２の屈折率ｎｄについては、
透明基体１の屈折率ｎａとの差により、図３に示すよう
に、透明基体１に入射された光は、透明基体１と弾性層
２との間の境界面１Ｓにて屈折する。この場合、潤滑層
表面１１Ｓへの入射角θｄが得られれば良いことから、
ｎｂ sinθｂ＝ｎｄ sinθｄを満足する入射角θｂに
て、光源４から光を入射すれば良いことがわかる。

【００２６】この場合、上述した式が満足されることが
前提であり、光源４から入射された光が境界面１Ｓにて
全反射しないような入射角θｂ、屈折率ｎｂ，ｎｄを選
択する必要がある。なお、以上の説明において、透明基
体１として光学ガラスなどからなる三角プリズムを用い
た場合を例に説明したが、これに限定されるものではな
く、例えば、図５に示すように、マイクロプリズムプレ
ートを用いても良い。

【００２７】図５において、１Ａはマイクロプリズムプ
レートからなる透明基体である。この透明基体１Ａは、
弾性層２が形成される面とは反対側の面に、多数のマイ
クロプリズムが、射出成形などのプラスチック成形技術
により形成されたものであり、厚さが薄いにもかかわら
ず三角プリズムと同等の光学特性を有している。したが
って、前述と同様の作用効果が得られるとともに、装置
の小型化を実現できる。

【００２８】なお、以上の説明において、図２に示すよ
うに、例えば指紋３Ａの谷間部３２に存在する空気８と
接する部分でのみ全反射が生じるように光を照射する方
式を例に説明したが、これに限定されるものではなく、
他の方式の指紋検知装置にも本発明を適用することがで
きる。例えば、前述した図５に示すように、全反射を発
生させない入射角、すなわち角度領域ｇｂｈ内から光を
照射し、角度領域ｈｂｉに反射した光を映像として検出
しても良い。

【００２９】この場合、谷間部３２と接する部分では、
光が潤滑層表面１１Ｓを透過して谷間部３２に吸収さ
れ、あるいは角度領域ｇｂｈに反射され、稜線部３１と
接する部分において乱反射した光のみが角度領域ｈｂｉ
で検出される。また、角度領域ｈｂｉ内から光を照射
し、同じく角度領域ｈｂｉに反射した光を映像として検
出しても良く、この場合、谷間部３２と接する部分で
は、角度領域ｄｂｆへ全反射し、稜線部３１と接する部
分において乱反射した光のみが角度領域ｈｂｉで検出さ
れる。このように、いずれの方式であっても、弾性層２
上に潤滑層１１を設けることができ、前述と同様の作用
効果を奏することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、請求項
１として、透明基体上に弾性を有する薄膜からなる弾性
層を形成するとともに、この弾性層上に撥水性を有する
薄膜からなる潤滑層を設けて、指紋稜線部の押圧時に
は、その稜線部の微細な凹凸を潤滑層を介して弾性層で
吸収するとともに、弾性層に対する汚れの付着を潤滑層
により抑止するようにしたので、従来のように数回の指
紋検知という短時間に汚れが発生するものと比較して、
数１０回の指紋検知を行った場合でも表面の汚れは目立
つほどではなく、明瞭な指紋パターンを得ることができ
るまた、さらに指紋検知を実施して視認可能な汚れが付
着した場合でも、柔らかい綿布やティッシュペーパーな
どで潤滑層表面の汚れをふき取ることができ、容易にク
リーニングできる。

【００３１】また、請求項２として、請求項１記載の指
紋検知装置において、潤滑層を、フッ素系樹脂またはシ
リコーン系離型剤から形成したので、良好な光透過性と
撥水性とが得られるものとなり、さらに低い反応性とあ
る程度高い沸点を有していることから、長期間にわたり
安定した効果が得られる。また、請求項３として、請求
項２記載の指紋検知装置において、潤滑層を、弾性層表
面に予めシラン系のカップリング剤を塗布した後に形成
するようにしたので、潤滑層として比較的反応性の低い
材料を用いた場合でも、弾性層と潤滑層との間で良好な
密着が得られる。

【００３２】また、請求項４として、請求項１記載の指
紋検知装置において、潤滑層を、５μｍ以下であって、
好ましくは０．５〜３μｍの膜厚で形成したので、指紋
稜線部の微細な凹凸が潤滑層を介して弾性層に伝達さ
れ、指紋稜線部と弾性層とが確実に密着される。また、
請求項５として、請求項１記載の指紋検知装置におい
て、弾性層を、５０μｍ以下であって、好ましくは１０
〜２０μｍの膜厚で形成したので、指紋パターンに歪み
を生じることなく、潤滑層を介して伝達された指紋稜線
部の微細な凹凸を弾性層により確実に吸収できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による指紋検知装置を
示す説明図である。

【図２】潤滑層表面における光の振る舞いを示す説明
図である。

【図３】透明基体と弾性層との境界面における光の振
る舞いを示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施の形態による指紋検知装置
を示す説明図である。

【図５】透明基体と空気との境界面における光の振る
舞いを示す説明図である。

【図６】従来の指紋検知装置を示す説明図である。

【図７】従来の弾性層表面を示す説明図である。

【符号の説明】

１，１Ａ…透明基体、１Ｓ…透明基体表面、２…弾性
層、３…指、３Ａ…指紋、３１…稜線部（凸部）、３２
…谷間部（凹部）、３５…稜線部の微細な凹凸、４…光
源、５…画像検出部、８…空気、１１…潤滑層、１１Ｓ
…潤滑層表面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基体を介して指の指紋に光を照射
し、その反射光から指紋パターンを検出する指紋検知装
置において、透明基体上に形成された光透過性を有する薄膜からなり
指紋稜線部の押圧によりわずかに弾性変形する弾性層
と、この弾性層上に形成された光透過性を有する薄膜からな
り撥水性を有し指紋稜線部の押圧により変形する潤滑層
とを備えることを特徴とする指紋検知装置。
【請求項２】請求項１記載の指紋検知装置において、潤滑層は、フッ素系樹脂またはシリコーン系離型剤から
なることを特徴とする指紋検知装置。
【請求項３】請求項２記載の指紋検知装置において、潤滑層は、弾性層表面に予めシラン系のカップリング剤
を塗布した後に形成されることを特徴とする指紋検知装
置。
【請求項４】請求項１記載の指紋検知装置において、潤滑層は、５μｍ以下であって、好ましくは０．５〜３
μｍの膜厚を有することを特徴とする指紋検知装置。
【請求項５】請求項１記載の指紋検知装置において、
弾性層は、５０μｍ以下であって、好ましくは１０〜２
０μｍの膜厚を有することを特徴とする指紋検知装置。