(57)【要約】【課題】  光源をライン状に並べて照明する光源ユニットにおいて、照射領域における照明光の均一性を保てるようにする。【解決手段】  三つ以上の光源１−６がライン状に配列された光源ユニットにおいて、光源１−６は、光源１−６が発光する光が重畳するように配置され、光源１−６が発光する光の発光強度は、中央にある光源２、３、４及び５が発光する光よりも端にある光源１及び６が発光する光のほうが大きい。また、光源１−６が発光する光の発光強度は、光源１−６に流される電流の電流値によって制御され、発光強度は、電流値を制御することで調節される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三つ以上の光源がライン状に配列された光源ユニットにおいて、
前記各光源は、当該各光源が発光する光が、照明領域において重畳するように配置され、
前記各光源が発光する光の単位時間当たりの発光強度は、中央にある光源が発光する光よりも端にある光源が発光する光のほうが大きいことを特徴とする光源ユニット。
【請求項２】
前記各光源が発光する光の発光強度は、前記光源に流される電流の電流によって制御され、
前記発光強度は、当該電流の電流値を制御することで調節されることを特徴とする請求項１記載の光源ユニット。
【請求項３】
前記各光源が発光する光の発光総量は、前記各光源が発光する時間によって調節されることを特徴とする請求項１記載の光源ユニット。
【請求項４】
四つ以上の光源がライン状に配列された光源ユニットにおいて、
前記各光源は、当該各光源が発光する光が、照明領域において重畳するように配置され、前記各光源は、中央に近づくに従って疎になるように配置されることを特徴とする光源ユニット。
【請求項５】
三つ以上の光源がライン状に配列された光源ユニットにおいて、
前記各光源は、当該各光源が発光する光が、照明領域において重畳するように配置され、前記各光源の照射領域に対する距離は、中央に近づくに従って長くなることを特徴とする光源ユニット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の光源ユニットを備えることを特徴とする光学式指紋センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三つ以上の光源からなる光源ユニット及び光学式指紋センサに関し、特に、比較的短い距離を均一に照明する光源ユニット及び光学式指紋センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機やスキャナなどの、光学ラインセンサを走査して被検出物の表面の情報を取得する装置では、比較的長い距離を均一に照明する方法が種々に考案されている。その一つは導光体を使用するタイプである。
【０００３】
図１１は、従来の光学ラインセンサの一例を示す斜視図である。
【０００４】
図１１において、１０１は光源、１０２は導光体、１０３は非全反射面、１０４は全反射面、１０５は光学ラインセンサである。
【０００５】
図１１に示す例では、光源１０１より出射した光は導光体１０２の端面から内部に入射し、一部は空気と導光体１０２の界面の間で全反射を起こしながら反対の端面に向けて進んでいき、一部は意図的に全反射条件が崩れるように形成された非全反射面１０３から出射するようになっている。
【０００６】
このとき、非全反射面１０３からの光の取り出し方を、光入射端面に近い方がすくなく、反対の端面になるほど多くなるように工夫することで、光源からの距離変化による出射光のムラを打ち消して、均一なライン状の照明光が得られるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−１９６８２０号公報
【特許文献２】特開平１０−９３７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、ライン状ではあるがそれほど長い距離を均一に照明する必要がない製品、たとえば近年製品化が多くなされているラインタイプの光学式指紋センサなどでは、上記のような導光体を用いた方法ではなく、ＬＥＤなどの小型の光源を数個−十数個使用し、それらを一列に等間隔で並べてライン状の光源とする方法がとられている。
【０００８】
これは、（１）導光体を載せるための実装スペースが余計に掛かり小型化が難しい、（２）導光体の金型費がかかるためコストが増大する、（３）比較的短い距離をライン状に照明するのであれば、導光体を用いて照明方向を制御するよりも単純に光源を並べたほうが照明光量の面でも有利となる、などの理由による。
【０００９】
しかしながら、上記の方法で単純に光源を並べただけでは、図１２に示すように、両隣の光源と自身の光の重畳がある中央付近と、片側の光源と自身の光のみ重畳する端部とで、輝度に差が生じる。
【００１０】
そのため、中央付近を頂点とした山形の輝度をもつ照明光となってしまい、照明光の均一性を保つことが難しかった。
【００１１】
そこで、本発明は、光源をライン状に並べて照明する光源ユニットにおいて、照射領域における照明光の均一性を保てるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、三つ以上の光源がライン状に配列された光源ユニットにおいて、前記各光源は、当該各光源が発光する光が照射領域において重畳するように配置され、前記各光源が発光する光の単位時間当たりの発光強度は、中央にある光源が発光する光よりも端にある光源が発光する光のほうが大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、三つ以上光源をライン状に並べて照明する光源ユニットにおいて、照射領域における照明光の均一性を保てるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
【００１５】
[概略構成及び動作]
本発明の実施の形態を、ラインタイプの光学式指紋センサ(以下、指紋センサ１とする)を例に説明する。
【００１６】
なお、指紋センサ１は、ライン状光源ユニットの構成方法以外の部分が第１−４の実施の形態のいずれにおいても共通であるため、図１を用いて、まず指紋センサ１全体の構成と基本的な動作について説明し、その後ライン状光源ユニットの差異を第１−４の実施の形態として説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態のとしてのラインタイプの光学式指紋センサの全体を示す平面図及び断面図である。
【００１８】
図１に示すように、指紋センサ１は、指３０１を照明するライン状光源ユニット３０２と、ライン状光源ユニット３０２の表層を覆い、光センサ３０４の側部に形成される透光性の樹脂層３０３と、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサのような受光素子を線状又は面状に複数並べた光センサ３０４と、を備えている。
【００１９】
ライン状光源ユニット３０２は、図示しない定電流回路によって電気的に駆動されている。
【００２０】
定電流回路の回路構成は、消費電流を低く抑えるために、２個の光源を直列に接続しそれを３系統備える構成となっている。
【００２１】
光源１及び６、光源２及び３、光源４及び５の各々がシリーズに接続され、それぞれ一つの系統として接続されている。
【００２２】
以後、光源１と６を駆動する定電流回路を定電流回路１、光源２と３を駆動する定電流回路を定電流回路２、光源４と５を駆動する定電流回路を定電流回路３とする。各定電流回路ごとに電流値や点灯タイミングが制御できる。
【００２３】
樹脂層１０３の表面と光センサ３０４の表面の高さはほぼ等しく、５０μｍ以下になるように形成されている。
【００２４】
そのため、この指紋センサ１を使用するユーザが、指紋撮影のため指３０１を指紋センサ１上に載せた際に、段差や引っ掛かりといった違和感を抱くことがない。
【００２５】
ユーザは、システムの要求に応じて指紋を入力する必要が生じた場合に、まず、指の第１関節と第２関節の間を、光センサ３０４及びライン状光源ユニット３０２直上の樹脂層３０３に接触させ、その後、指の先端が光センサ３０４に接触する位置まで指を滑らせる。
【００２６】
このとき、指は常に光センサ３０４及びライン状光源ユニット３０２直上の樹脂層３０３に接するようにする。
【００２７】
ライン状光源ユニット３０２からは指表面に対して垂直に光が出射されている。
【００２８】
光はいったん指内部に入射した後、指内部で拡散を繰り返し、一部が光センサ３０４と接している指表面から出射し、その光を光センサ３０４が検出するようになっている。
【００２９】
一方、光センサ３０４は、指が光センサ上を移動している間、指の移動に対して十分速いフレーム周期で次々に部分指紋撮影を行い、部分指紋画像データを図示しない後段の画像処理部に送っている。
【００３０】
画像処理部で適当な画像処理を施された指紋情報は、図示しない指紋照合部に送られ、指紋照合が行われるようになっている。
【００３１】
［第１の実施の形態］
以上は、指紋センサ１の概略構成と基本的な動作の説明であった。以下、第１から第４の実施の形態において、ライン状光源ユニット３０２の差異を説明する。
【００３２】
図２は、ライン状光源ユニット３０２の斜視図である。
【００３３】
なお、簡単のため、以後、ライン状ユニット３０２をユニット１とする。また、簡便のため樹脂３０３は図示していない。
【００３４】
ユニット１は、発光輝度、波長及び配光特性が、同じ光源１−６によって構成されている。
【００３５】
各々の光源のＸ軸方向間隔はすべて等しく３ｍｍ間隔で並んでおり、また光センサ３０４のチップ端から、各々の光源発光中心までのＹ軸方向距離もすべて２.６ｍｍで等しい。
【００３６】
さらに、光源の発光面のＺ軸方向の高さも皆等しく、樹脂層３０３の指との接触界面から０.４ｍｍ下がったところに光源のパッケージ上面が来るように成型されている。
【００３７】
ユニット１においては、光源２及び３を駆動する定電流回路２と、光源４及び５を駆動する定電流回路３とは、光源１及び６を駆動する定電流回路１に比べて、電流値が３０％低く設定されている。
【００３８】
そのため、光源２−５から出射する光は光源１及び６から出射する光の発光強度に比べて、図３中で破線で示す個々の輝度分布からわかるようにピークが３０％低くなる。
【００３９】
ところが、図３中の実線で示す光センサ３０４において観測されるすべての光源の合算輝度分布を見ると、光の重なりが多い中央部の光の輝度が適度に低くなっているため、全体では均一性が増して、優れたライン状光源ユニットを形成することができる。
【００４０】
また、定電流回路１−３の電流値を３０％低く設定する以外に、以下の方法によっても同様の効果を得ることができる。
【００４１】
すなわち、光センサ３０４が光蓄積動作をしている間の光源点灯時間を、定電流回路２及び定電流回路３は定電流回路１に比べて３０％短くする方法である。このとき、光源に流れるピーク電流値はすべて等しい。
【００４２】
これは各々の定電流回路を駆動するパルスの幅を調整することで容易に実現可能である。
【００４３】
このパルスの一つの例を図４に示す。図４において、光蓄積タイミング６０１がハイの期間中に光センサ３０４は光蓄積動作を行っている。
【００４４】
その期間で、定電流回路２点灯タイミング６０３及び定電流回路３点灯タイミング６０４がハイ(光源点灯)の期間は、定電流回路１点灯タイミング６０２に比べて３０％短くなっている。
【００４５】
又は、上記の二つの方法、すなわち電流値制御と点灯時間制御、を組み合わせて、同様の効果を得ることも可能で、その際の電流値及び点灯時間の設定は任意である。
【００４６】
［第２の実施の形態］
図５は、ライン状光源ユニット３０２を構成する際の、実施形態の一つである。なお、簡単のため、以後、ユニット２とする。
【００４７】
ユニット２は、発光輝度、波長及び配光特性がほぼ等しい光源１−６によって構成されている。
【００４８】
光センサ３０４のチップ端から各々の光源発光中心までのＹ軸方向距離と光源の発光面のＺ軸方向高さについては第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
しかし、光源のＸ軸方向間隔については、光源１と光源２の間隔が２.９ｍｍ、光源２と光源３の間隔が３.０ｍｍ、光源３と光源４の間隔が３.２ｍｍ、光源４と光源５の間隔が３.０ｍｍ、光源５と光源６の間隔が２.９ｍｍ、というように中央部分は疎で、周辺部分が密になるように配置されている。
【００５０】
これによって、ユニット１の輝度分布と比べると、ユニット２ではライン光源両端部で光の重なり密度が高く照明輝度が高くなり、中央では光の重なりが少ないため照明光量が低くなる。
【００５１】
そのため、ユニット１では周辺の輝度分布にあわせるために定電流回路２及び定電流回路３による照明光量を定電流回路１に比べて３０％低く設定する必要があったのに対して、ユニット２の方法では照明光量は２０％低く設定するだけで、十分な均一性が得られる。
【００５２】
つまり、照明光の均一性はそのままで、照明光量を１０％増すことができ、より性能のよいライン状光源ユニットとなる。この様子を図６に示す。
【００５３】
図６において、破線は各々の光源の輝度分布、実線は合算輝度分布を示している。
【００５４】
なお、照明光量の調節は第１の実施の形態と同様に、電流値制御、点灯時間制御、又はこれらのうちの二つを組み合わせる、いずれの方法で行っても構わない。
【００５５】
［第３の実施の形態］
図７は、ライン状光源ユニット３０２を構成する際の実施形態の一つである。
【００５６】
なお、簡単のため、以後、ユニット３とする。
【００５７】
ユニット３は、発光輝度、波長及び配光特性がほぼ等しい光源１−６によって構成されている。
【００５８】
各々の光源のＸ軸方向間隔と光源の発光面のＺ軸方向高さについては、第１の実施の形態のユニット１と同様である。
【００５９】
しかし、光センサ３０４のチップ端から各々の光源発光中心までのＹ軸方向距離が、光源１と光源６の間隔が２.６ｍｍ、光源２−光源５までの各光源の間隔が３.３ｍｍというように、中央の４個のＹ軸方向距離が遠く、両端の２個が近くなるように配置されている。
【００６０】
光センサ３０４付近での中央４個の光源の照明分布を見ると、これらについては光伝播距離が長いため、適度に減衰しかつ指内部での光拡散によって輝度分布の山形状が緩やかになっている。
【００６１】
そのため、すべての光源光の照明分布は、中央部分で光の重なりが少なくなり均一化が図られ、周辺部においては中央部の光源の輝度分布形状が広がりを持つことからより均一領域が広がる方向に作用する。
【００６２】
この様子を図８に示す。図８において、破線は各々の光源の輝度分布、実線は合算輝度分布を示している。
【００６３】
これによって、照明光量を高く保ったまま、均一な照明領域を増すことができ、従来の方法に対しては当然のこと、ユニット１に対しても、より性能のよいライン状光源ユニットを作成することができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
図９は、ライン状光源ユニット３０２を構成する際の実施形態の一つである。なお、簡単のため、以後、ユニット４とする。
【００６５】
ユニット４は、発光輝度、波長及び配光特性がほぼ等しい光源１−６によって構成されている。
【００６６】
各々の光源のＸ軸方向間隔と光センサ３０４のチップ端から各々の光源発光中心までのＹ軸方向距離については、第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
しかし、光源の発光面のＺ軸方向高さが、光源１と光源６の間隔が０.４ｍｍ、光源２−光源５が０.８ｍｍというように、中央の４個のＺ軸方向距離が遠く、両端の２個が近くなるように配置されている。
【００６８】
図１０に示すように、光センサ３０４付近での中央４個の光源の照明分布は、これらについては光伝播距離が長いため、適度に減衰しかつ指に入射する時点ですでに光が拡散しているため輝度分布の山形状が緩やかになっている。
【００６９】
そのため、すべての光源光の照明分布は、中央部分で光の重なりが少なくなり均一化が図られ、周辺部においては中央部の光源の輝度分布形状が広がりを持つことからより均一領域が広がる方向に作用する。
【００７０】
これによって、照明光量を高く保ったまま、均一な照明領域を増すことができ、従来の方法に対しては当然のこと、第１の実施の形態に対しても、より性能のよいライン状光源ユニットを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態のとしてのラインタイプの光学式指紋センサを示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるライン状光源ユニット３０２の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるライン状光源ユニットの輝度分布を示すグラフである。
【図４】定電流回路の駆動タイミングを示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態におけるライン状光源ユニット３０２の斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における光源ユニットの輝度分布を示すグラフである。
【図７】本発明の第３の実施の形態におけるライン状光源ユニット３０２の斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における光源ユニットの輝度分布を示すグラフである。
【図９】本発明の第４の実施の形態におけるライン状光源ユニット３０２の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における光源ユニットの輝度分布を示すグラフである。
【図１１】従来の光学ラインセンサの一例を示す斜視図である。
【図１２】従来の光学ラインセンサにおける輝度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１  指紋センサ
３０２  ライン状光源ユニット
３０３  樹脂
３０４  光センサ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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