JP3011126B2

JP3011126B2 - 指紋検知装置

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Publication number: JP3011126B2
Application number: JP9075388A
Authority: JP
Inventors: 通久菅
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2000-02-21
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: EP0867829A2; US6150665A; EP0867829A3; JPH10269342A

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
を検出する方式の１つとして、透明基体表面における光
の全反射を利用した全反射光方式が提案されている（例
えば、特開平１−１４５７８５号公報など）。図３は全
反射光方式による従来の指紋検知装置を示す説明図であ
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、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。

【０００３】この場合、透明基体１、指紋３Ａ、および
空気の屈折率の関係と、透明基体表面１Ｓへの光の入射
角とを適当に選択する。通常、指紋３Ａの稜線部（凸
部）は、その表面に付着する汗や脂分を介して透明基体
１に接し、かつ、この汗や脂分の屈折率は、空気の屈折
率ｎａより大きく、光学ガラスなどの透明基体１の屈折
率ｎｂに近い。

【０００４】これにより、指紋３Ａ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１Ｓでのみ全反
射が発生し、透明基体１の屈折率ｎｂに近い屈折率を有
する汗や脂分を介して直接に接触する指紋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。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。

【０００５】また、指紋パターンを検出する場合の他の
方式として、透明基体表面における光の散乱を利用した
散乱光方式が提案されている（例えば、特開平３−２４
４０９２号公報など）。図４は散乱光方式による従来の
指紋検知装置を示す説明図であり、１は光学ガラスなど
の平行平板からなる透明基体、１Ｓは透明基体１の表
面、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３
Ａに照射され、その散乱光が画像検出部５により検出さ
れる。

【０００６】この場合も、前述の全反射光方式（図３参
照）と同様に、透明基体１、指紋３Ａ、および空気の屈
折率の関係と、透明基体表面１Ｓへの光の入射角とを適
当に選択する。これにより、指紋３Ａのうち空気８が存
在する谷間部（凹部）に接する透明基体表面１Ｓで全反
射が発生し、画像検出部５には光が届かない。

【０００７】一方、透明基体１の屈折率ｎｂに近い屈折
率を有する汗や脂分を介して接触する指紋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るが
その一部が乱反射して、画像検出部５に到達する。した
がって、前述した全反射光方式とは反対に、画像検出部
５では、指紋３Ａの谷間部が暗く、稜線部が明るい指紋
パターンが得られる。

【０００８】

【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、図３に示す全反射光方式
によれば、指の稜線部に存在する微細な凹凸と透明基体
表面１Ｓとの隙間や、汗などの水分の影響により、指の
状態、特に乾燥状態または湿潤状態によって、得られる
指紋パターンが大幅に変化し、常に良好な指紋パターン
を得ることができないという問題点があった。図５は透
明基体表面での指の接触状態を示す説明図であり、
（ａ）は指が乾燥状態にある場合、（ｂ）は指が湿潤状
態にある場合を示している。

【０００９】例えば、図５（ａ）に示すように、指が乾
燥状態にある場合は、指紋の稜線部３１の微細な凹凸に
より、稜線部３１と透明基体１との間に僅かな隙間３５
が生じ、この隙間３５内の空気により、稜線部３１でも
光が全反射される。また、図５（ｂ）に示すように、指
が汗などにより湿潤状態にある場合は、指紋の稜線部３
１と透明基体表面１Ｓとの間に汗または脂３６が付着
し、当初の稜線部３１より大きな幅で光が吸収され、谷
間部３２で全反射する光が減少する。

【００１０】したがって、指の状態、特に乾燥状態にお
いては、指紋の稜線部３１が一本の線とならず、いくつ
かに切断されたものとなり、また湿潤状態においては、
稜線部３１と谷間部３２との区別が付きにくく、全体に
つぶれたものとなり、常に良好な指紋パターンを得るこ
とができないという問題点があった。また、図３に示す
全反射光方式では、画像検出部５で得られる指紋パター
ンは、指紋３Ａを斜め方向から撮影した画像データであ
ることから、この斜め画像の歪みを正面方向から見た画
像に補正処理する必要がある。

【００１１】さらに、指紋を斜め方向から撮影すること
から、適正なピントを得るためには光学レンズの焦点深
度を深くとる必要があり、結果として光学距離を小さく
できず小型化が難しいという問題点があった。一方、図
４に示す散乱光方式によれば、指紋３Ａを正面から見た
場合の指紋パターンが得られるものの、指紋３Ａの稜線
部で乱反射した光で、画像検出部５側に到達する光の量
が僅かであることから、指紋３Ａの谷間部とのコントラ
ストが小さい指紋パターンしか得られないという問題点
があった。

【００１２】また、全反射光方式とは反対に、指を透明
基体１に当てていないときに全体が黒くなることから、
例えばＣＣＤセンサなどを用いた画像検出部５で指紋パ
ターンを読み取る場合、白レベル調整のために別の光源
が必要と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、指の状態に依存せ
ず、常に良好に、指紋の正面から見た指紋パターンを得
ることができる指紋検知装置を提供することを目的とし
ている。

【００１３】

【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、指紋が押圧される側の表面に細かな凹凸からなる散
乱面が形成された透明な平行平板からなり、第１の屈折
率を有する透明基体と、この透明基体表面上に形成され
た第２の屈折率を有する薄膜からなり、指の押圧に応じ
て指紋の凹凸が転写される表面フィルム層と、この表面
フィルム層により透明基体表面との間に薄く密封された
第１および第２の屈折率より小さい第３の屈折率を有す
る気体または流動体からなり、指の押圧に応じて表面フ
ィルム層を介して指紋の凹凸が転写される中間層と、透
明基体の指紋が押圧される側とは反対側に設けられ、中
間層に転写された指紋の凹凸に応じて透明基体表面に表
面フィルム層が接触するか否かと、透明基体および表面
フィルム層と中間層の屈折率の相違に起因して、透明基
体表面で生じる入射光の振る舞いの違いによる反射光の
変化を、指紋パターンとして検出する画像検出部とを備
えるものである。したがって、指の押圧に応じて、この
指紋の凹凸が表面フィルム層および中間層にそれぞれ転
写され、これにより透明基体表面に対し表面フィルム層
または中間層が接した場合に、透明基体表面で生じる入
射光の振る舞いの違い、すなわち吸収または散乱の違い
による反射光の変化が、指紋パターンとして検出され
る。

【００１４】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、透明基体の散乱面は、深さ１〜３
０μｍであって、好ましくは深さ５〜２０μｍの凹凸か
ら形成したものである。したがって、この散乱面により
入射光が適度に散乱される。また、請求項３として、請
求項１記載の指紋検知装置において、透明基体の散乱面
は、角に丸みを有する細かな凹凸から形成したものであ
る。したがって、指の押圧時に、指紋の稜線部において
表面フィルム層と散乱面の細かな凹凸とが良好に密着す
る。

【００１５】また、請求項４は、請求項１記載の指紋検
知装置において、表面フィルム層として、５〜５０μｍ
であって、好ましくは１０〜３０μｍの膜厚を有するプ
ラスチックフィルムを用いるものである。したがって、
表面フィルム層を指紋の凹凸に良好になじませることが
できるとともに、指紋検知時に必要な機械的な強度が確
保される。また、請求項５は、請求項４記載の指紋検知
装置において、表面フィルム層の透明基体と対向する表
面に、指の押圧により透明基体表面の散乱面の細かな凹
凸と密着する粘弾性膜を設けたものである。したがっ
て、粘弾性膜により、指の押圧時に、指紋の稜線部にお
いて表面フィルム層と散乱面の細かな凹凸とが良好に密
着する。

【００１６】また、請求項６として、請求項１記載の指
紋検知装置において、表面フィルム層として、５０μｍ
以下の膜厚を有するゴム材料を用いたものである。した
がって、指の押圧時に、指紋の稜線部において透明基体
の散乱面の細かな凹凸と密着する。また、請求項７とし
て、請求項６記載の指紋検知装置において、表面フィル
ム層の指紋が押圧される側の表面に、離型性を有する薄
膜からなる潤滑膜を設けたものである。したがって、表
面フィルム層に汚れが付着しにくく、また付着した汚れ
は容易に除去でき、さらに、指を押し当てる場合に容易
に脱着される。また、請求項８は、請求項１記載の指紋
検知装置において、中間層として、室温で５０００ｍｍ
²/ｓ以下であって、好ましくは１０００ｍｍ²/ｓ以下の
動粘度を有する流動体を用いたものである。したがっ
て、指の押圧時に、迅速に流動体内圧を平衡させること
ができる。

【００１７】

【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３，図４参照）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平行平板からな
る透明基体、３Ａは指３の指紋、５は光源４から透明基
体１を介して照射された入射光の透明基体表面１Ｓにお
ける振る舞い、すなわち散乱または吸収を、指紋３Ａの
正面から見た指紋パターンとして画像にて検出する画像
検出部である。

【００１８】特に、本発明では、前述の説明（図３，４
参照）と比較して、指３が押し当てられる側の透明基体
１の表面１Ｓに細かな凹凸を設けることにより散乱面を
形成したことを特徴としている。さらに、本発明では、
この透明基体表面１Ｓの近傍に対向して、指３が押し当
てられる側すなわち表側に潤滑膜を有し、あるいは透明
基体表面１Ｓ側すなわち裏側に粘弾性膜を有する薄膜か
らなる表面フィルム層１２を形成し、この表面フィルム
層１２と透明基体表面１Ｓとの僅かな隙間に気体または
流動体からなる中間層１１を形成したことを特徴として
いる。

【００１９】この場合、指紋３Ａの押圧により、この表
面フィルム層１２を介して、指紋３Ａの稜線部（凸部）
および谷間部（凹部）からなる凹凸形状が中間層１１に
転写され、透明基体表面１Ｓと表面フィルム層１２とが
接するか否かによる光の振る舞いの違い、すなわち光の
散乱または吸収が、指紋３Ａの正面から見た指紋パター
ンとして検出される。

【００２０】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。表面フィルム層１２に指を押し当てた
場合、指紋の稜線部３１の部分では、表面フィルム層１
２と透明基体表面（散乱面）１Ｓとが密着するが、指紋
の谷間部３２の部分では、そのくぼみに中間層１１内の
気体または流動体が残り、表面フィルム層１２と透明基
体表面１Ｓとは密着しない。

【００２１】すなわち、表面フィルム層１２は指紋の凹
凸に沿って撓み変形し、稜線部３１部分のみで表面フィ
ルム層１２と透明基体表面１Ｓとが密着するものとな
る。一方、光源４から透明基体１に入射された光は、透
明基体１の表面（散乱面）１Ｓに照射される。ここで、
中間層１１内の気体または流動体は、表面フィルム層１
２および透明基体１を形成する各材料の屈折率ｎｆ，ｎ
ｂより小さい屈折率ｎｅを有するものを用いる。

【００２２】これにより、谷間部３２の部分では、中間
層１１が透明基体表面１Ｓに接していることから光が透
過しにくく、透明基体表面１Ｓにおいて散乱が発生し、
この散乱光の一部が画像検出部５に到達する。一方、稜
線部３１では、表面フィルム層１２が透明基体表面１Ｓ
と密着していることから、ほとんどの光が表面フィルム
層１２に吸収される。したがって、指紋３Ａ（図１参
照）の正面に位置する画像検出部５では、稜線部３１が
暗く谷間部３２が明るい、全反射光方式と同様の指紋パ
ターンが得られる。

【００２３】なお、透明基体１としては、透明な平行平
板の片側を曇りガラスのように散乱面としたものを使用
し、材料としては光学ガラス材料や透明なプラスチック
材料を用いる。特に、散乱面は、砥粒を用いた研磨加工
やサンドブラスト加工などの周知加工技術を用いて形成
する。また、散乱面の凹凸形状は、使用する砥粒の粘度
に依存し、荒すぎると指紋パターンの精細度やコントラ
ストが低下し、細かすぎるとコントラストが低下する傾
向にある。

【００２４】したがって、砥粒の荒さは、約６００〜３
０００番の範囲のものが使用に適しており、好ましくは
約９００〜２０００番の範囲のものがよい。このとき、
散乱面の凹凸は深さ約１〜３０μｍ程度、好ましくは深
さ約５〜２０μｍとなる。また、この散乱面の凹凸に僅
かな丸みを持たせることにより、透明基体表面（散乱
面）１Ｓと表面フィルム層１２との密着性が向上し、よ
り良好な指紋パターンが得られる。

【００２５】この場合の僅かな丸みを持たせる方法とし
ては、透明基体１がガラスのときには薄めたフッ化水素
を用いて軽く研磨表面を飾刻する方法、また、透明基体
１がプラスチックのときは適当な溶解性を与えるように
選択された有機溶媒を用いて研磨表面を僅かに溶解させ
るなどの周知な方法がある。一例として、屈折率１．５
２の硼珪酸クラウンガラスの平行平面基板を用い、その
片面を１２００番の砥粒で研磨することにより平均で深
さ８μｍの凹凸を持つ散乱面を形成できる。次に、研磨
しない面および周辺部をワックスで保護した後、約１％
のフッ化水素に３０秒間浸漬することにより、拡散面の
凹凸の角に丸みを持たせることができる。

【００２６】また、中間層１１については、透明基体表
面１Ｓと表面フィルム層１２との間に、気体または流動
体を封入することにより形成する。指紋の凹凸の深さは
５０μｍ程度なので、中間層１１の厚みは５０μｍもあ
れば十分である。しかし、指を押し当てたとき、余分な
気体または流動体は周辺部に押し寄せられるので、中間
層１１の厚みを５０μｍ以上にしても問題はない。

【００２７】一方、中間層１１の厚みが５０μｍ以下で
あっても、表面フィルム層１２は、少なくとも指紋の凹
凸に良くなじんだ状態になるので何ら問題はない。封入
する気体としては、空気で十分機能する。また流動体と
しては、水をはじめ、ほとんどすべてのものが使用可能
であるが、粘度の高すぎるものは指を押し当てたとき、
中間層１１の内部応力の状態が平衡状態になるまでに比
較的長い時間を要するので、使用に適さない。

【００２８】室温における動粘度の値で、約５０００ｍ
ｍ²/ｓ以下の流動体であれば使用できるが、より好まし
くは約１０００ｍｍ²/ｓ以下であれば良好である。一例
として、動粘度が約５００ｍｍ²/ｓで屈折率１．３８の
無色透明なシリコーンオイルが上げられる。

【００２９】また、表面フィルム層１２については、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチ
レンテレフタレートなどのプラスチックフィルムが使用
できる。フィルムの膜厚は、約５〜５０μｍの範囲で選
択され、より好ましくは約１０〜３０μｍの範囲で選択
される。一例として、ポリエチレンテレフタレートは種
々の膜厚のものがあり、入手が容易な１０μｍ厚のもの
は、機械的強度も十分であり、屈折率は１．６５であ
る。

【００３０】表面フィルム層１２としては、上記のプラ
スチックフィルム以外にも、天然ゴム、シリコーンゴ
ム、ウレタンゴムなどのゴム材料で形成した膜が使用で
きる。ゴム材料は、光透過性が良好ではなく屈折率など
の光学的性質も明確ではないが、透明基体１との接触部
では、透明基体１内を伝搬する光を吸収する効果が大き
く、良好な指紋パターンを得ることができる。ゴム材料
の場合は、プラスチックフィルムよりも柔軟性が高いの
で、膜厚は約５０μｍ程度まで厚いものでも、より良好
な指紋パターンを得ることができる。

【００３１】プラスチックフィルムを使用する場合には
特に問題とはならないが、ゴム材料を使用する場合は、
押し当てた指との密着性が強いため、指の着脱の際に不
要な力を加えることになり、不用意な使い方をすると薄
いゴム膜ではすぐに破損する場合がある。これを防止す
るためには、表面フィルム層１２の指を押し当てる側の
面に、離型性を有する潤滑膜１２Ａを形成することによ
り、十分な実用性が得られる。

【００３２】潤滑膜１２Ａで用いる潤滑剤としては、フ
ッ素系樹脂やシリコーン系の離型剤などが適している。
できるだけ薄い膜を形成するのに適したフッ素系樹脂と
しては、パーフルオロ溶媒に溶解させたものが知られて
いる。特に、非晶質特性を持つフッ素系樹脂は溶解しや
すく、回転塗布、浸漬引き上げ、スプレーなどの方法に
より、膜厚約１μｍの薄膜を形成できる。

【００３３】この場合、ゴム膜表面に予めシラン系のカ
ップリング剤を塗布しておけば、塗膜とゴム膜との密着
性を高めることができる。塗布後、約１８０゜Ｃまでの
温度範囲で加熱し、溶媒を乾燥させると潤滑膜１２Ａが
形成される。シリコーン系の離系剤としては、溶解型や
エマルジョン型が知られており、前記塗布後方法により
薄い塗膜が形成でき、約１５０〜２００゜Ｃの加熱乾燥
により潤滑膜が形成される。この場合も、ゴム膜との密
着性を高めるためにシラン系のカップリング剤の使用が
効果的である。

【００３４】一方、指を当てたときの表面フィルム層１
２と透明基体表面１Ｓとの密着性については、ゴム材料
を用いた場合、その弾力性のため散乱面の凹凸形状に容
易になじむことができるが、プラスチックフィルムを用
いた場合には十分な密着性が得られず、その結果として
指紋パターンのコントラストが低下することが考えられ
る。これを防止するため、プラスチックフィルムの透明
基体１と接触する面に、粘弾性膜１２Ｂを薄くコーティ
ングする。

【００３５】一例としては、加熱硬化型でかつ２液混合
型のシリコーンゴムの中から選択したものは、混合後の
外観は、粘度が約１．１Ｐａ・ｓで水の約千倍の値を持
つ無色透明液状である。これに希釈用のシンナーを重量
比２０％添加して粘度を約１／２に低減し、予めシラン
系カップリング剤を塗布した厚さ約１０μｍのポリエチ
レンテレフタレートフィルムの一面に約１０μｍの厚み
で均一にコーティングする。この多層構造のフィルムを
表面フィルム層１２として使用することにより、プラス
チックフィルムのみを使用した場合と比較して、さらに
良好な指紋パターンが得られる。

【００３６】発明者の実験によれば、図３に示したよう
な、透明基体表面１Ｓに、直接、指を押し当てる従来の
全反射光方式の指紋検知装置では、冬季などで空気が乾
燥している中では、指紋パターンの稜線部が線として繋
がらず、ぶつぶつに切れた指紋パターンしか得られない
場合が多く発生した。この理由として、汗腺が指紋３Ａ
の稜線部（凸部）に存在し、この汗腺により、稜線部自
体に凹凸が存在するためと考えられる。

【００３７】このように、指紋３Ａの稜線部が途切れた
ような指紋パターンでは、画像処理による特徴抽出が困
難であり、指紋パターンから個人を識別する個人識別で
は、通常時約９５％以上の認識率がえられるものが、８
０％以下に大幅に低下した。また、このような従来の指
紋検知装置では、夏季の高温多湿の条件下において、汗
腺から汗や脂が絶えず分泌されて谷間部を埋める傾向に
ある。したがって、隣接する稜線部が繋がって、指紋パ
ターンがつぶれてしまうものとなり、このような指紋パ
ターンを用いた個人識別では、認識率が７０％以下に大
幅に低下した。

【００３８】また、図４に示したような、平行平板から
なる透明基体１の表面１Ｓに、直接、指を押し当てる従
来の散乱光方式の指紋検知装置では、透明基体１内部を
伝搬する光が、透明基体１に直接接触する指紋３Ａの稜
線部（凸部）において散乱することを利用するものであ
るが、本来、この稜線部において散乱する光は僅かであ
り、多くの光は吸収される。したがって、このような従
来の散乱光方式では、稜線部が明るく谷間部（凹部）が
暗い指紋パターンが得られるが、稜線部の明るさが小さ
く、一方、谷間部は稜線部で吸収された光で照射される
ため暗さが少なくなり、全体としてコントラストが小さ
い指紋パターンしか得られなかった。

【００３９】一方、図１に示す、本発明による散乱光方
式の指紋検知装置では、透明基体表面１Ｓ上に、中間層
１１および表面フィルム層１２を設けたので、指の乾燥
や湿潤状態の如何にかかわらず、指紋３Ａの凹凸形状を
表面フィルム層１２および中間層１１に良好に転写する
ことができ、さらに、この転写パターンにより指紋パタ
ーンの検知を行うことにより、汗や脂あるいは浮遊ゴミ
の付着といった外的要因による光学的検知条件の変動を
抑止できる。

【００４０】これにより、冬季の乾燥状態や夏季の高温
多湿条件下においても、認識率の低下が見られないばか
りでなく、むしろ平均的には９７％以上と認識率の向上
を図ることができた。したがって、この種の指紋検知装
置を用いた指紋検知個人識別システムは、従来、少人数
グループ内での使用など、用途が限定されていたが、本
発明による指紋検知装置を用いることにより、様々な局
面で広く応用展開することが可能となる。

【００４１】また、本発明による指紋検知装置では、透
明基体表面１Ｓに細かな凹凸からなる散乱面を設けたの
で、散乱光方式であるにもかかわらず、従来の散乱光方
式とは明暗が逆転した指紋パターン、すなわち指紋３Ａ
の稜線部が暗く、谷間部が明るい指紋パターンが得られ
る。これは、前述した全反射光方式と同様の指紋パター
ンであり、指３を透明基体表面１Ｓに当てていない場合
には全体が白くなるため、例えばＣＣＤセンサのように
イメージセンサでパターンを読み取るときに、センサの
白レベル調整が容易となり、従来の散乱光方式のよう
に、白レベル調整用の光源を設ける必要がなく、実用的
に好ましい。

【００４２】さらに、本発明では、指紋３Ａの稜線部に
おいて散乱よりも吸収が支配的であることを利用したこ
とから、非常に高いコントラストの指紋パターンを得る
ことができる。一例として、従来の全反射光方式（図３
参照）における白レベルを１００とした場合、従来の散
乱光方式（図４参照）における白レベルは２０以下であ
るが、本発明の散乱光方式によれば、白レベルは８０以
上であり、従来の全反射光方式と同等レベルにまで高め
ることができる。

【００４３】なお、白レベルにおいて入射光のほぼ全量
が出射される全反射光方式に対して、散乱光方式では散
逸する光成分を無くすことは困難であるため、全反射光
方式と同一レベルまで向上させることは原理的に不可能
であるが、本発明によれば、実用的には全く問題のない
レベルが達成される。また、本発明によれば、散乱光方
式が有する利点、すなわち指紋正面から見た指紋パター
ンが得られるという利点を十分活用できることから、全
反射光方式のように、指紋の斜めから見た指紋パターン
の歪み補正する必要がなく、光学レンズの焦点深度が浅
くて済み、装置の小型化を実現できる。

【００４４】

【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、指紋が押圧される側の表面に細かな凹凸から
なる散乱面が形成された透明な平行平板からなり、第１
の屈折率を有する透明基体と、この透明基体表面上に形
成された第２の屈折率を有する薄膜からなり、指の押圧
に応じて指紋の凹凸が転写される表面フィルム層と、こ
の表面フィルム層により透明基体表面との間に薄く密封
された第１および第２の屈折率より小さい第３の屈折率
を有する気体または流動体からなり、指の押圧に応じて
表面フィルム層を介して指紋の凹凸が転写される中間層
とを設けて、透明基体の指紋が押圧される側とは反対側
から、指の押圧に応じて透明基体表面に対し表面フィル
ム層または中間層が接した場合に、透明基体表面で生じ
る入射光の振る舞いの違い、すなわち吸収または散乱の
違いによる反射光の変化を、指紋パターンとして検出す
るようにしたものである。

【００４５】したがって、従来のように、透明基体に直
接指を押し当てるものと比較して、指紋の凹凸が表面フ
ィルム層および中間層にそれぞれ転写されて、間接的に
透明基体表面に対して伝達されるものとなり、汗や脂あ
るいは埃などが指紋に付着している場合、あるいは指が
乾燥して指紋の稜線部の微細な凹凸が顕著となる場合で
あっても、常に良好な指紋パターンを得ることができ
る。また、指紋正面からの指紋パターンを得ることがで
き、従来の全反射光方式における指紋パターンに対する
斜め歪み補正が不要となるとともに、光学レンズの焦点
深度が浅くて済み、装置の小型化が実現できる。

【００４６】さらに、指紋の稜線部において散乱よりも
吸収が支配的であることを利用したことから、従来の散
乱光方式と比較して、非常に高いコントラストの指紋パ
ターンを得ることができる。また、全反射光方式と同様
に、指を当てていない場合に全体が白くなるため、例え
ばＣＣＤセンサのようにイメージセンサでパターンを読
み取るときに、センサの白レベル調整が容易となり、従
来の散乱光方式のように、白レベル調整用の光源を設け
る必要がなく、実用的に好ましい。

【００４７】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、透明基体の散乱面は、深さ１〜３
０μｍであって、好ましくは深さ５〜２０μｍの凹凸か
ら形成したので、この散乱面により入射光が適度に散乱
され、良好な精細度とコントラストを有する指紋パター
ンが得られる。また、請求項３として、請求項１記載の
指紋検知装置において、透明基体の散乱面は、角に丸み
を有する細かな凹凸から形成したので、指の押圧時に、
指紋の稜線部において表面フィルム層と散乱面の細かな
凹凸とを良好に密着でき、明瞭な指紋パターンが得られ
る。

【００４８】また、請求項４は、請求項１記載の指紋検
知装置において、表面フィルム層に、５〜５０μｍであ
って、好ましくは１０〜３０μｍの膜厚を有するプラス
チックフィルムを用いたので、表面フィルム層を指紋の
凹凸に良好になじませることができるとともに、指紋検
知時に必要な機械的な強度を確保できる。また、請求項
５は、請求項４記載の指紋検知装置において、表面フィ
ルム層の透明基体と対向する表面に、指の押圧により透
明基体表面の散乱面の細かな凹凸と密着する粘弾性膜を
設けたので、表面フィルム層として、比較的弾性力の小
さいプラスチックフィルムを用いた場合でも、この粘弾
性膜により、指の押圧時に、指紋の稜線部において表面
フィルム層と散乱面の細かな凹凸とを良好に密着でき、
明瞭な指紋パターンが得られる。

【００４９】また、請求項６として、請求項１記載の指
紋検知装置において、表面フィルム層に、５０μｍ以下
の膜厚を有するゴム材料を用いたので、指の押圧時に、
指紋の稜線部において表面フィルム層と透明基体の散乱
面の細かな凹凸とを良好に密着できるとともに、効果的
に光を吸収できる。また、請求項７として、請求項６記
載の指紋検知装置において、表面フィルム層の指紋が押
圧される側の表面に、離型性を有する薄膜からなる潤滑
膜を設けたので、比較的密着性の高いゴム材料を用いた
場合でも、表面フィルム層に指を押し当てる場合に容易
に脱着でき、指の脱着などによる表面フィルム層の破損
を抑止できる。また、請求項８として、請求項１記載の
指紋検知装置において、中間層に、室温で５０００ｍｍ
²/ｓ以下であって、好ましくは１０００ｍｍ²/ｓ以下の
動粘度を有する流動体を用いたので、指の押圧時に、迅
速に流動体内圧を平衡（バランス）させることができ
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】透明基体表面における光の振る舞いを示す説
明図である。

【図３】従来の指紋検知装置（全反射光方式）を示す
説明図である。

【図４】従来の他の指紋検知装置（散乱光方式）を示
す説明図である。

【図５】透明基体表面での指の接触状態を示す説明図
である。

【符号の説明】

１…透明基体、１Ｓ…透明基体表面、３…指、３Ａ…指
紋、３１…稜線部（凸部）、３２…谷間部（凹部）、３
５…隙間、３６…汗または脂、４…光源、５…画像検出
部、８…空気、１１…中間層、１２…表面フィルム層、
１２Ａ…潤滑膜、１２Ｂ…粘弾性膜。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基体表面に押し当てられた指の指紋
に対して透明基体内側から入射光を照射し、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、指紋が押圧される側の表面に細かな凹凸からなる散乱面
が形成された透明な平行平板からなり、第１の屈折率を
有する透明基体と、この透明基体表面上に形成された第２の屈折率を有する
薄膜からなり、指の押圧に応じて指紋の凹凸が転写され
る表面フィルム層と、この表面フィルム層により透明基体表面との間に薄く密
封された第１および第２の屈折率より小さい第３の屈折
率を有する気体または流動体からなり、指の押圧に応じ
て表面フィルム層を介して指紋の凹凸が転写される中間
層と、透明基体の指紋が押圧される側とは反対側に設けられ、
中間層に転写された指紋の凹凸に応じて透明基体表面に
表面フィルム層が接触するか否かと、透明基体および表
面フィルム層と中間層の屈折率の相違に起因して、透明
基体表面で生じる入射光の振る舞いの違いによる反射光
の変化を、指紋パターンとして検出する画像検出部とを
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、透明基体の散乱面は、深さ１〜３０μｍであって、好ま
しくは深さ５〜２０μｍの凹凸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１記載の指紋検知装置において、透明基体の散乱面は、角に丸みを有する細かな凹凸から
な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、表面フィルム層は、５〜５０μｍであって、好ましくは
１０〜３０μｍの膜厚を有するプラスチックフィルムか
ら形成することを特徴とする指紋検知装置。
【請求項５】請求項４記載の指紋検知装置において、表面フィルム層は、透明基体と対向する表面に、指の押
圧により透明基体表面の散乱面の細かな凹凸と密着する
粘弾性膜を有することを特徴とする指紋検知装置。
【請求項６】請求項１記載の指紋検知装置において、表面フィルム層は、５０μｍ以下の膜厚を有するゴム材
料から形成することを特徴とする指紋検知装置。
【請求項７】請求項６記載の指紋検知装置において、表面フィルム層は、指紋が押圧される側の表面に、離型
性を有する薄膜からなる潤滑膜を有することを特徴とす
る指紋検知装置。
【請求項８】請求項１記載の指紋検知装置において、中間層は、室温で５０００ｍｍ²/ｓ以下であって、好ま
しくは１０００ｍｍ²/ｓ以下の動粘度を有する流動体か
ら形成することを特徴とする指紋検知装置。