(57)【要約】【課題】    薄型でありながら高解像度で接触体の光学検出をする。【解決手段】  光軸が厚み方向を向くように密に配置された複数の光ファイバー１１１からなるファイバープレート１１と、光注入部ａを備え、ファイバープレート１１の一方の面に配置された全反射導光膜１２と、ファイバープレート１１の他方の面に配置された固体撮像デバイス１３と、光注入部に光を供給する光源１４とを備え、光源から光注入部を介して注入された光を全反射導光膜内で全反射伝播させ、各光ファイバーは、全反射導光膜１３のファイバーと反対側の面に接触した撮像対象の当該接触した領域の乱反射光ＳＣを入射して固体撮像デバイス１３に出力し、固体撮像デバイス１３は入射光を検出する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸が厚み方向を向くように密に配置された複数の光ファイバーからなるファイバープレートと、
光注入部を備え、前記ファイバープレートの一方の面に配置された全反射導光膜と、
前記ファイバープレートの他方の面に配置された固体撮像デバイスまたは前記ファイバープレートの他方の面に形成された感光素子アレイと、
前記光注入部に光を供給する光源とを備え、
前記全反射導光膜は、前記光源から前記光注入部を介して注入された光を全反射伝播させ、
前記各光ファイバーは、前記全反射導光膜の当該光ファイバーと反対側の面に接触した撮像対象の当該接触した領域の乱反射光を入射して前記固体撮像デバイスまたは前記感光素子アレイに出力し、
前記固体撮像デバイスまたは前記感光素子アレイは前記入射光を検出する、
ことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
前記各光ファイバーの側面には遮光部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記全反射導光膜の厚みが５〜５００μｍの範囲で設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記光ファイバーは、径が５〜２００μｍの範囲で設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のイメージセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載のイメージセンサが搭載された有価カード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄型でありながら高解像度で接触体の光学検出ができる、イメージセンサおよび有価カードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、イメージセンサは、一般的には光学式のものが用いられている。たとえば、指紋センサとして使用される光学式イメージセンサは、ピエゾ素子への押圧を利用した感圧式センサや、検出対象との間の静電容量を検出する静電式センサに比べて耐水性に優れ、劣化しにくく、故障率も低い。
【０００３】
図９に、光ファイバーを用いた従来の光学式指紋センサ（特許文献１）の概要を示す。図９において、光学式指紋センサ（指紋センサモジュール）９は、光源９１と、光源９１から出た光を入射するガラス９３と、ガラス９３面上に置かれた指の反射光を先端から入射する光ファイバー９４の群と、光ファイバー９４を通った光が入射する位置に置かれたイメージセンサ９５とからなる。光源９１は、支持板９２１に固定され、イメージセンサ９５は支持板９２２に固定され、光ファイバー９４はイメージセンサ９５に取り付けられている。
【特許文献１】特開２００３−３１７０８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、図９の光学式指紋センサ９では、傾斜した支持板９２１，９２２に光源９１，イメージセンサ９５を実装しなくてはならないため、製造が容易ではない。また、ガラス９３面上に置かれた指の反射点（Ｐ）と、光ファイバー９４の先端Ｐ′までの距離を小さくしないと実用的な解像度を得ることはできないが、図９の構成では限界があり、この実用的な解像度を得ることができない。
【０００５】
一般に光学式指紋センサには、指紋からの反射光を画像として認識する方式と、指紋押圧部分が全反射することを利用した方式とがあり、検出精度は後者の方式の方が各段に優れている。図９の光学式指紋センサ９は、前者の方式（ガラス９３を透過した光の指における反射光を通常の画像として認識する）を採用しているため、画像認識精度が低い。
【０００６】
本発明は、薄型でありながら高解像度で指紋等の接触体の光学検出ができるイメージセンサおよびこのイメージセンサを搭載した有価カードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のイメージセンサは、光軸が厚み方向を向くように密に配置された複数の光ファイバーからなるファイバープレートと、光注入部を備え、前記ファイバープレートの一方の面に配置された全反射導光膜と、前記ファイバープレートの他方の面に配置された固体撮像デバイスまたは前記ファイバープレートの他方の面に形成された感光素子アレイと、前記光注入部に光を供給する光源と、を備え、前記光源から前記光注入部を介して注入された光を前記全反射導光膜内で全反射伝播させ、前記各光ファイバーは、前記全反射導光膜の当該光ファイバーと反対側の面に接触した撮像対象の当該接触した領域の乱反射光を入射して前記固体撮像デバイスまたは前記感光素子アレイに出力し、前記固体撮像デバイスまたは前記感光素子アレイは前記入射光を検出することを特徴とする。
【０００８】
本発明のイメージセンサでは、上述したように、固体撮像デバイスにより光検出することもできるし、前記ファイバープレートの他方の面（下面）に直接、半導体プロセスにより形成された感光素子アレイにより光検出することができる。固体撮像デバイスは、ファイバープレートと別体に製造されたＣＣＤ等である。また、感光素子アレイはファイバープレートの下面に半導体プロセスにより形成された半導体素子群である。
【０００９】
本発明のイメージセンサでは、前記各光ファイバーの側面に遮光部を形成することができる。この場合、各光ファイバー間の空隙が遮光材により充填されていてもよい。
【００１０】
本発明のイメージセンサでは、前記全反射導光膜の厚みを５〜５００μｍ（場合によっては、最大１ｍｍ程度）の範囲で設定することができる。また、前記光ファイバーは、径を５〜２００μｍの範囲で設定することができる。
【００１１】
本発明の有価カードは、上記のイメージセンサが搭載されてなるものであり、たとえば指紋照合が成功したときにカード機能が有効となる（たとえば、送受信が可能となる、パスワードやＩＤの発信が可能となる、あるいはカード内メモリへの書き込みが可能となる等）の機能を備えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、全反射方式により指紋等を検出するようにしたので、薄型でありながら高解像度で接触体の光学検出ができ、しかも各光源等の実装が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明のイメージセンサの一実施形態を示す説明図である。図１において、イメージセンサ１はファイバープレート１１と、全反射導光膜１２と、固体撮像デバイス１３と、光源１４とを備えている。
【００１４】
ファイバープレート１１は、平板矩形状をなし、光軸が厚み方向を向くように密に（通常は、稠密に）配置された複数の光ファイバー１１１からなる。光ファイバー１１１の径ｒ（図２（Ａ）参照）に限定はなく、本実施形態では５０μｍであるが、適宜、２０〜２００μｍとすることができる。光ファイバー１１１として、石英系、ガラス系、プラスチック系等、種々のものが使用できる。
【００１５】
ファイバープレート１１の厚み（光ファイバー１１１の長さ）に限定はなく、本実施形態では２ｍｍとしてあるが、適宜１００μm〜５ｍｍの範囲内に設定することができる。
各光ファイバー１１１は、接着材Ｃにより一体のプレート状に形成される。光ファイバー１１１は、クラッドがコアを覆う２層構造とすることができ、各光ファイバー１１１を通過する光を、外部（たとえば他の光ファイバー１１１）に漏れ難く構成することができる。
【００１６】
各光ファイバー１１１の側面には図２（Ａ）に示すように遮光部１１２を形成することができる。また、図２（Ｂ）に示すように、接着材Ｃに着色顔料を含有させて、当該接着材Ｃを遮光部１１２として機能させることができる。また、各光ファイバー１１１として、単層構造のものを使用することができ、この場合にも、各光ファイバー１１１の側面に遮光部１１２を形成することができる。
【００１７】
全反射導光膜１２は、光注入部１２１を備えた透明合成樹脂（たとえば、屈折率１．３〜１．７）からなるもので、ファイバープレート１１の一方の面に配置される。本実施形態では、光注入部１２１を、全反射導光膜１２の一ヵ所に備えたが、複数ヵ所に備えることもできる。
【００１８】
光注入部１２１は、平面視が図３（Ａ）にも示すように、光注入部ａを頂点としこの対辺が全反射導光膜１２の辺に連続する概略三角形状をなしている。また、側面視が図３（Ｂ）に示すように、光注入部ａを側辺としこの対角が全反射導光膜１２に連続する概略三角形状をなしている。
【００１９】
固体撮像デバイス１３は、ファイバープレート１１の全反射導光膜１２と反対側の面に配置されている。本実施形態では固体撮像デバイス１３としてＣＣＤを用いているがＣＭＯＳ等の他の撮像素子を使用することもできる。
【００２０】
また、固体撮像デバイス１３とファイバープレート１１とは、図４（Ａ）に示すように、接着材Ｙにより接合してもよいし、図４（Ｂ）に示すように、固体撮像デバイス１３保護のための柔軟材１６を介して接合してもよい。
【００２１】
光源１４は、本実施形態ではＬＥＤであり、光注入部ａに光を供給することができる。
図５は、光源１４から出射された光の振る舞いを示す説明図である。以下に、イメージセンサ１の作用を説明する。
【００２２】
光源１４（図５では図示せず）からの光Ｂは、光注入部を１２１を介して全反射導光膜１２に注入される。全反射導光膜１２内部を全反射伝播する光Ｂは、表面に指が接触している部分（指紋の凸部の押接部位Ｐ）では乱反射する。この乱反射光ＳＣは押接部真下の光ファイバー１１１に入射する。全反射導光膜１２の厚みＬが薄ければ、乱反射光ＳＣの多くは乱反射部Ｐ直下の光ファイバー１１１に入射する。本実施形態では、上述したように全反射導光膜１２の厚みＬは、検出対象（たとえば指紋）の分解能を低下させない程度に小さくする必要がある。指紋検出の本実施形態では、上述したように全反射導光膜１２の厚みＬは５０μｍ以下としてある。なお、光ファイバー１１１の径ｒは１０μｍとしてある。
【００２３】
乱反射光ＳＣは、光ファイバー１１１を介して固体撮像デバイス１３に送られる。固体撮像デバイス１３はこの光を検出して、図示しない検出回路に送出する。
図６は、上述したイメージセンサ１を応用した指紋センサ付き有価カード１００の側面部分説明図である。指紋センサ付き有価カード１００は、上述したイメージセンサ１と、回路部２と、これらが実装された基板部３と、カバー部４と、押圧センサ５とを含んで構成さえれている。
【００２４】
図７（Ａ）の有価カード１００の構造を示し、図７（Ｂ）に表面図を示す。図７（Ａ）に示すように、有価カード１００には、イメージセンサ１および回路部２のほか、アンテナ６１，電池６２，スイッチ６３，インタフェース６４，図示しない指紋センサ５が搭載されている。
【００２５】
図８に示すように、回路部２は、ＣＰＵ２１、ＥＥＰＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＤＳＰ２４、通信回路２５を備えており、この回路部２には、押圧センサ５、アンテナ６１、電池６２、スイッチ６３およびインタフェース６４が接続されている。
【００２６】
ＣＰＵ２１は、回路部２全体を制御する。ＥＥＰＲＯＭ２２には、システムプログラム、各種設定値、登録指紋データ等が記憶されている。ＲＡＭ２３には、ＣＰＵ２１の作業エリアが確保される。ＤＳＰ２４は、固体撮像デバイス１３により取得したデータを処理して（具体的には、コントラスト処理、分離ドット接続処理等をして）、検出イメージを生成する。有価カード１００はＤＳＰ２４を備えないようにもでき、この場合には、ＣＰＵ２１がＥＥＰＲＯＭ２２に格納された検出イメージ生成プログラムにより画像生成処理を行う。
【００２７】
スイッチ５３は、操作されると電池６２からの電力がイメージセンサ１、回路部２に供給され、一定時間経過後にオフするように制御される。押圧センサ５が、指の押圧を検出したときは、光源１４が駆動され、指紋の検出が行われる。
【００２８】
本実施形態では、指紋照合処理はＤＳＰ２４が行うようにできるし、ＣＰＵ２１がＥＥＰＲＯＭ２２内の指紋照合プログラムにより指紋照合処理を行うようにできる。有価カード１００がＤＳＰ２４を備えない場合は、ＣＰＵ２１がＥＥＰＲＯＭ２２内の指紋照合プログラムにより指紋照合処理を行うことが言うまでもない。
【００２９】
通信回路２５はアンテナ６１を介して、たとえばＥＥＰＲＯＭ２２に格納された情報を外部機器に出力することができるし、通信回路２５は、外部機器から受信した情報をＥＥＰＲＯＭ２２に書き込むことができる。
【００３０】
イメージセンサ１が、携帯型電話機の一部として構成される場合には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、電池等として携帯型電話機に付属のものを使用することができる。
【００３１】
本発明実施形態では、２５０〜５００ｄｐｉ、あるいは５００ｄｐｉより高い解像度の指紋検出が可能となる。
【００３２】
なお、ファイバープレート１１の下面に、光ファイバーの密度とは独立して感光素子を形成することもできるし、ファイバープレート１１の下面に、光ファイバー１本あたり１つの感光素子を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のイメージセンサの一実施形態を示す説明図である。
【図２】（Ａ）は遮光部が形成された光ファイバーを示す図、（Ｂ）は接着材Ｃに着色顔料が含有させて、当該接着材Ｃを遮光部１１２として機能させることができる。
【図３】（Ａ）は光注入部の平面視説明図、（Ｂ）は光注入部の側面視説明図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）は、ファイバープレートと固体撮像デバイスの側面拡大説明図である。
【図５】指紋イメージを読み取る際の光源から出射された光の振る舞いを示す説明図である。
【図６】イメージセンサを応用した指紋センサ付き有価カードの側面部分説明図である。
【図７】（Ａ）は有価カードの構造を示す図、（Ｂ）は表面図である。
【図８】有価カードの回路部構成を示す図である。
【図９】光ファイバーを。用いた従来の光学式指紋センサの概要を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  イメージセンサ
２  回路部
３  基板部
４  カバー部
５  押圧センサ
１１  ファイバープレート
１２  全反射導光膜
１３  固体撮像デバイス
１４  光源
２１  ＣＰＵ
２２  ＥＥＰＲＯＭ
２３  ＲＡＭ
２４  ＤＳＰ
２５  通信回路
６１  アンテナ
６２  電池
６３  スイッチ
６４  インタフェース
１００  有価カード
１１１  光ファイバー
１１２  遮光部
１２１  光注入部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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