(57)【要約】【課題】高画質の画像を安定して得ることができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することを主要な目的とする。【解決手段】凹凸パターン検出装置５は、光学プレート６を備える。光学プレート６の一方の面７に、凹凸パターンである指紋を有する指８を当接させる。光学プレート６の他方の面９には、光源１０と撮像素子１１が設けられている。光学プレート６の一方の面７の内、指８が当接する指当接部分１２は、この指当接部分１２が凸部になるように、指が当接しない部分１３よりも高くされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸パターンを有する被検体を当接させる一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートと、
前記光学プレートの他方の面に設けられた光源と撮像素子と、を備え、
前記光学プレートの前記一方の面の内、前記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、前記被検体が当接しない部分よりも高くされている、凹凸パターン検出装置。
【請求項２】
前記凸部の長手方向に延びる両側壁の内、少なくとも一方の側壁の上部にはＲが設けられている、請求項１に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項３】
前記凸部の長手方向に延びる両側壁は、外方向に傾斜する斜面にされている、請求項１または２に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項４】
前記斜面の外方向に傾斜する傾斜角度は、前記光源から前記凸部の指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度と同じか、または、それ以上にされている、請求項３に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項５】
前記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が前記凸部に向かい、その他方端が前記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれており、
前記凸部は、前記ファイバアレイの前記一方端を被覆している、請求項１から４のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項６】
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射するように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面で全反射し、再びこの凸部中を通って前記ファイバアレイに向かう光が、前記ファイバアレイを伝搬するように選ばれている、請求項５に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項７】
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射しないように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面から前記被検体側へ透過した光であって、空気層を介して前記凸部の表面から再入射し、かつその再入射面で法線に近づくように曲げられた光が前記ファイバアレイを伝搬しないように選ばれている、請求項５に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項８】
前記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が前記凸部に向かい、その他方端が前記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれており、
前記ファイバアレイの前記一方端は、前記凸部の指を当接させる面にまで達している、請求項１から４のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項９】
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射するように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面で全反射した光が前記ファイバアレイを伝搬するように選ばれている、請求項８に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１０】
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射しないように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面から前記被検体側へ透過し、かつ空気層を介して前記光学プレートの前記凸部の表面から再入射した光が前記ファイバアレイを伝搬しないように選ばれている、請求項８に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１１】
前記凸部を構成する材料の屈折率は、前記ファイバのコアの屈折率と同じにされている、請求項５から１０のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１２】
前記凸部を構成する材料の屈折率は、前記ファイバのコアの屈折率より小さくされている、請求項５から１０のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１３】
前記凸部の高さは、前記光源から出た光が前記ファイバアレイを横切らないように選ばれている、請求項５から１２のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１４】
前記光学プレートの厚み部分に、その一方端が前記凸部に向かい、その他方端が前記光源に向かうように斜めに埋め込まれ、その他方端から導入された前記光源からの放射光を、前記一方端から前記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイを備える、請求項１から１３のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１５】
前記放射光が通過する光路を除いて、光学プレートの全てが光を吸収する材料で構成されている、請求項１から１４のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１６】
前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する面以外の部分には遮光膜が設けられており、
前記光学プレートの他方の面であって、前記線状光源および前記撮像素子が実装されていない部分にも遮光膜が設けられている、請求項１から１５のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１７】
前記凸部の幅は、前記被検体である指の第１関節から先端までの長さよりも小さくされている、請求項１から１６のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１８】
凹凸パターンを有する被検体を配置させる一方の面および前記一方の面に対向し、かつ光源が実装される他方の面を有する光学プレートを準備する工程と、
前記光学プレートの一方の面であって、かつ前記被検体を当接する部分に、この被検体を当接する部分が被検体を当接しない部分よりも高くなるように、光学的に透明な材料で形成された凸部を形成する工程と、
前記光学プレートの他方の面に撮像素子と光源を互いに離して実装する工程と、を備えた、凹凸パターン検出装置の製造方法。
【請求項１９】
凹凸パターン検出センサを有する携帯機器であって、
前記凹凸パターン検出センサの指当接面を露出させるための開口部を有する筐体と、
前記筐体内に実装された凹凸パターン検出センサとを備え、
前記凹凸パターン検出センサは、前記指当接面を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートを備え、
前記光学プレートの前記一方の面の内、前記指当接面は、この指当接面が凸部になるように、前記指が当接しない部分よりも高くされており、
前記凸部は前記筐体の前記開口部分に嵌まり込んでいる、携帯機器。
【請求項２０】
前記凸部は前記筐体の前記開口部分から外方に突出している、請求項１９に記載の携帯機器。
【請求項２１】
前記凸部の前記開口部分からのはみ出し量は、他の部品の中で一番突出しているものと同等のはみ出し量か、またはそれ以下である、請求項２０に記載の携帯機器。
【請求項２２】
前記凸部は、前記筐体の外表面からはみ出さないように、内方に後退している、請求項１９に記載の携帯機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は一般に凹凸パターン検出装置に関するものであり、より特定的には、指紋やゴム印などの軟らかい物体の表面に形成されている微小な凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置に関する。この発明は、また、そのような凹凸パターン検出装置の製造方法に関する。この発明は、さらに、そのような凹凸パターン検出装置が実装された携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋などの微小な凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置を携帯機器等に実装する場合、凹凸パターン検出装置の表面を平面にすると、指の当接面が携帯機器の筐体表面よりも低くなっていた。そのため、指を当接させにくく、また、携帯機器と指当接面の間に発生する段差により、指の当接形状及び圧力が変化し、検出画像が劣化するという問題点があった。
【０００３】
この問題を解決する従来方法として、図２０および図２１を参照して、装置本体１の上面部に、被検体である指２を載せる手指載置部３を設ける技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。手指載置部３の上に載せられた例えば人指し指２は、その両側に位置する親指と中指よりも高くなるようにされる。このようにすると、自然な手の姿勢で、指２を手指載置部３の指接触部に載せることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−８９２２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２０及び図２１に示すような装置では、凹凸パターン検出装置の指当接面を他の部分に比べて著しく高くする必要が生じ、装置全体の小型化には不利であるという問題点があった。
【０００６】
さらには、指が当接する全面を高くする必要があり、この点においても、装置全体の小型化に不利であるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、装置全体の小型化を図ることができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
この発明の他の目的は、高画質の画像を安定して得ることができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することにある。
【０００９】
この発明の他の目的は、特にスワイプ型において、高画質の画像を安定して得ることができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することにある。
【００１０】
この発明の他の目的は、そのような凹凸パターン検出装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
この発明のさらに他の目的は、そのような凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面に従う凹凸パターン検出装置は、凹凸パターンを有する被検体を当接させる一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートとを備える。上記光学プレートの他方の面に光源と撮像素子とが設けられている。上記光学プレートの上記一方の面の内、上記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、上記被検体が当接しない部分よりも高くされている。
【００１３】
この発明によれば、上記光学プレートの上記一方の面の内、上記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、上記被検体が当接しない部分よりも高くされている。そのため、携帯機器に実装した場合に、被検体当接部分が著しく凹形状になることを防止することができる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【００１４】
凸部の幅は、被検体である指の第１関節から先端までの長さよりも小さくされている。したがって、被検体をスライドさせて測定するスワイプ型において、その効果が顕著である。
【００１５】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記凸部の長手方向に延びる両側壁の内、少なくとも一方の側壁の上部にはＲが設けられている。
【００１６】
側壁の上部にＲを設けることにより、基本的な性能を劣化させることなく、指を接触させた場合の、タッチ感を向上させることができる。また、エッジを丸くすることにより、怪我などをなくすことができる。
【００１７】
また、両側壁の内、一方のみにＲを設ける場合には、感覚的に指をスライドさせる方向がわかり易いという効果を生じる。
【００１８】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記凸部の長手方向に延びる両側壁は、外方向に傾斜する斜面にされている。
【００１９】
上記凸部の壁面を傾斜させることより、入射光、出射光として全反射光を用いる場合、指当接面全体を均一に照射できるようになる。また、入射光として散乱光を用いる場合には、入射側には必ずしも斜面を設ける必要はない。出射光として散乱光を用いる場合には、出射側に斜面を設けると、指当接面全体からの光を撮像素子に導くことができる。
【００２０】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記斜面の外方向に傾斜する傾斜角度は、上記光源から上記凸部の指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度と同じか、または、それ以上にされている。
【００２１】
この発明によると、光源から、凸部の指を当接させる面に向けて照射される光は、凸部の側壁面により遮られる事がないので、指当接面全体を均一に照射することができる。
【００２２】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記凸部は、上記ファイバアレイの上記一方端を被覆している。
【００２３】
出射光側にファイバアレイを設けることにより、指当接面で反射した光を効率よく撮像素子に導くことが出来ると同時に、余分な光の入射を制限できるため、コントラストの向上が可能となり、特性を向上させることができる。
【００２４】
また、上記凸部が、上記ファイバアレイの一方端を被覆しているので、ファイバの表面が傷つくことが防止される。また、指当接面である入射面が平坦になるため、表面での乱反射を防止でき、画像の品質劣化を防止することができる。
【００２５】
上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射するように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面で全反射し、再びこの凸部中を通って上記ファイバアレイに向かう光が、前記ファイバアレイを伝搬するように選ぶと、後述する全反射型の凹凸パターン検出装置にできる。
【００２６】
また、上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射しないように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面から上記被検体側へ透過した光であって、空気層を介して上記凸部の表面から再入射し、かつその再入射面で法線に近づくように曲げられた光が上記ファイバアレイを伝搬しないように選ぶと、後述する散乱型の凹凸パターン検出装置にできる。
【００２７】
この発明の変形例においては、上記光学プレートの厚み部分に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記ファイバアレイの上記一方端は、上記凸部の、指を当接させる面にまで達している。
【００２８】
このように構成することにより、被検体である指に当たった光を有効にファイバアレイに導くことができる。
【００２９】
この発明において、上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射するように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面で全反射した光が上記ファイバアレイを伝搬するように選ぶと、全反射型の凹凸パターン検出装置にできる。
【００３０】
また、上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射しないように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面から上記被検体側へ透過し、かつ空気層を介して上記光学プレートの上記凸部の表面から再入射した光が上記ファイバアレイを伝搬しないように選ぶと、散乱型の凹凸パターン検出装置にできる。
【００３１】
この発明のさらなる好ましい実施の形態によれば、上記凸部を構成する材料の屈折率は、上記ファイバのコアの屈折率と同じにされている。
【００３２】
このように構成することによって、余分な屈折等を考慮する必要がなくなる。
【００３３】
上記凸部を構成する材料の屈折率を、上記ファイバのコアの屈折率より小さくしてもよい。
【００３４】
このように構成することにより、光源と撮像素子の間隔を広くすることにより、光源から出る光が、直接撮像素子に入ることにより起こる、撮像特性の劣化を防止することができる。
【００３５】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記凸部の高さは、上記光源から出た光が上記ファイバアレイを横切らないように選ばれている。
【００３６】
光をファイバアレイに通過させないので、輝度の低下を防止することができ、ひいては指当接面上での輝度分布の劣化を防止することができる。
【００３７】
この発明のさらなる変形例においては、上記光学プレートの厚み部分に、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記光源に向かうように斜めに埋め込まれ、その他方端から導入された上記光源からの放射光を、上記一方端から上記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイを備える。
【００３８】
このように構成することにより、照射光の照射方向の制約を少なくすることができる。
【００３９】
この発明のさらに好ましい実施の形態として、上記放射光が通過する光路を除いて、光学プレートの全てが光を吸収する材料で構成されている。
【００４０】
吸収体は、外部から入ってくる光を吸収するので、光路を進行する光のみが出射面まで伝播される。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【００４１】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する面以外の部分には遮光膜が設けられており、上記光学プレートの他方の面であって、上記線状光源および上記撮像素子が実装されていない部分にも遮光膜が設けられている。
【００４２】
この発明によれば、遮光膜を設けることにより、外部光を完全に遮断することができる。
【００４３】
この発明の第２の局面に従う凹凸パターン検出装置の製造方法においては、まず凹凸パタ−ンを有する被検体を配置させる一方の面および上記一方の面に対向し、かつ光源が実装される他方の面を有する光学プレートを準備する。上記光学プレートの一方の面であって、かつ上記被検体を当接する部分に、この被検体を当接する部分が被検体を当接しない部分よりも高くなるように、光学的に透明な材料で形成された凸部を形成する。上記光学プレートの他方の面に撮像素子と光源を互いに離して実装する。
【００４４】
上記光学プレートとして、その厚み部分に、ファイバが束ねられてなる入射面と出射面を有するファイバアレイが傾斜して埋め込まれ、かつファイバアレイの上記入射面が前記一方の面に露出し、ファイバアレイの上記出射面が上記他方の面に露出している基板を用い、上記凸部の形成を上記ファイバアレイの上記入射面を被覆するように行ってもよい。
【００４５】
また、上記光学プレートとして、その厚み部分に、上記ファイバアレイとは逆の傾斜角度で埋め込まれ、その入射面から導入された上記光源からの放射光を、その出射面から上記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイをさらに備えた基板を用い、上記凸部の形成を、上記放射光導入用ファイバアレイの上記出射面をも被覆するように行ってもよい。
【００４６】
この発明の第３の局面に従う発明は、凹凸パターン検出センサを有する携帯機器にかかる。当該携帯機器は、上記凹凸パターン検出センサの指当接面を露出させるための開口部を有する筐体と、上記筐体内に実装された凹凸パターン検出センサとを備える。上記凹凸パターン検出センサは、上記指当接面を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートを備える。上記光学プレートの上記一方の面の内、上記指当接面は、この指当接面が凸部になるように、上記指が当接しない部分よりも高くされている。上記凸部は、上記筐体の上記開口部分に嵌まり込んでいる。
【００４７】
携帯機器に、凹凸パターン検出センサを実装した場合、携帯機器の筐体の厚み分だけ、指当接面の高さが低くなるが、凹凸検出センサの指当接面の部分を高くしておくことにより、指当接面を、筐体の表面よりも高くする、或いは、若干だけ低くすることが可能となる。どちらの場合でも、凹凸検出センサの表面に触ったことが感覚的にわかるようになり、読取り精度の向上につなげることが可能となる。
【００４８】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記凸部の上記開口部分からのはみ出し量は、他の部品の中で一番突出しているものと同等のはみ出し量か、またはそれ以下にされる。
【００４９】
このように構成することにより、折り畳み式の形態機器の場合、凸部の表面の破損が防止される。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる凹凸パターン検出装置を説明するための斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００５２】
これらの図を参照して、凹凸パターン検出装置５は、光学プレート６を備える。光学プレート６は、例えば、ガラス、樹脂等で形成される。光学プレート６の一方の面７に、凹凸パターンである指紋を有する指８を当接させる。光学プレート６の他方の面９には、光源１０と撮像素子１１が設けられている。光学プレート６の一方の面７の内、指８が当接する指当接部分１２は、この指当接部分１２が凸部になるように、指が当接しない部分１３よりも高くされている。指当接部分１２である凸部の長さ（指の長さ方向と直交する方向の長さ）は、指８の幅よりも大きくされている。指当接部分１２である凸部の幅は、指８の第１関節から先端までの長さよりも小さくされている。なお、図面では、凸部の長さが指８の幅よりも長い場合を例示しているが、凸部の長さは指８の幅と同等か、それよりも少し小さくてもよい。
【００５３】
光源としては、発光ダイオードあるいは有機ＥＬが好ましく用いられる。
【００５４】
指当接部分１２に接触させて矢印Ｐの方向にスライドさせ、指紋を検出させる。上記凸部は、例えば平ガラスの上に、同種のガラス基板を、紫外線硬化樹脂を用いて貼り合わせることにより形成される。
【００５５】
本実施の形態によれば、携帯機器に実装した場合に、指当接部分１２が著しく凹形状になることを防止することができる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。凸部の幅は、被検体である指８の第１関節から先端までの長さよりも小さくされている。したがって、指８をスライドさせて測定するスワイプ型において、その効果が顕著となる。
【００５６】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【００５７】
図３を参照して、凸部１４の長手方向に延びる両側壁１５の上部にＲが設けられている。凸部１４の両側壁１５にＲを設けることにより、基本的な性能を劣化させることなく、指を接触させた場合の、タッチ感を向上させることができる。また、エッジを丸くすることにより、怪我等をなくすことができる。
【００５８】
また、図４に示すように、一方の側壁のみにＲを設ける場合には、指をスライドさせる方向１６ａ、１６ｂがわかり易いという効果を生ずる。すなわち、図のように片側のみにＲを設けると、順方向１６ａのときには指にかかる抵抗が小さくなり、逆方向１６ｂのときには抵抗が大きくなる。この抵抗の違いにより、指をスライドさせる方向１６ａ、１６ｂがわかり易くなる。
【００５９】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。凸部１４の長手方向に延びる両側壁１５は、外方向に傾斜する斜面にされている。凸部１４の両側壁１５を傾斜させることにより、入射光、出射光として全反射光を用いる場合、指当接面全体を均一に照射できるようになる。また、入射光として散乱光を用いる場合には、入射側には必ずしも斜面を設ける必要はない。出射光として散乱光を用いる場合には、出射側に斜面を設けると、指当接面全体からの光を撮像素子に導くことができる。
【００６０】
ここで、本明細書でいう全反射型凹凸パターン検出装置と散乱型凹凸パターン検出装置について説明しておく。
【００６１】
図６は、全反射型凹凸パターン検出装置の概念を説明する図である。全反射型では、臨界角以上の角度で指当接面に入射する光１７は、指紋パターンの凹部１８で全反射となり、指紋パターンの凸部１９と接触している面で、媒質相互の屈折率によって非全反射となる。これにより、凹部１８の反射光は凸部１９が接触している部分の反射光より強くなるので、凹凸パターンに応じたコントラストの高い光パターンが形成される。
【００６２】
図７は、散乱型凹凸パターン検出装置を説明するための概念図である。指紋パターンの凹部１８（ここには空気が存在する）に面する入射面２０に到達した光１７は、空気中に入り、凹部１８で散乱し、この散乱光１７ｃは再び入射面２０に入射する。また、指紋パターンの凸部１９が接触している入射面２０に到達した光１７は、凸部１９から空気を通過せずに、直接入射面２０に入射して散乱する。指紋パターンの凸部１９が接触した入射面と、指紋パターンの凹部１８が面する入射面とで、散乱光量および、散乱する角度範囲が異なる。このため、凹凸に応じたコントラストの高い光パターンが得られる。
【００６３】
本発明は、この全反射型または散乱型のいずれにも適用され得る。
【００６４】
図８を参照して、本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置を全反射型に用いる場合には、斜面の外方向に傾斜する傾斜角度θ２としたとき、傾斜角度θ２は、光源１０から凸部１４の、指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度θ１の照射角度と同じか、又は、それ以上にされるのが好ましい。このように構成することによって、凸部１４に向かって照射された光は、斜面に当たることがなく、全て凸部１４の指当接面に照射される。
【００６５】
（実施の形態４）
図９は、実施の形態４にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【００６６】
図９を参照して、光学プレート６の厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ２１が、斜めに埋め込まれている。ファイバアレイ２１を構成するファイバは、コアおよびクラッドで形成される。なお、ファイバアレイとして、クラッドの周囲に吸収体を設けたものを使用してもよい。ファイバアレイ２１の一方端は凸部１４に向かい、その他方端は撮像素子１１に向かっている。凸部１４は、ファイバアレイ２１の一方端を被覆している。撮像素子１１とファイバアレイ２１の他方端との間は、ファイバのコアの屈折率以上の屈折率を有する樹脂で埋められている。光源１０は、光学プレート６の凸部１４の指当接面における光の入射角が、光学プレートの凸部１４の指当接面と空気との界面における臨界角より大きくなるような位置に設けられている。これは、いわゆる全反射型の凹凸パターン検出装置である。
【００６７】
本実施の形態によれば、光パターンの伝播に光ファイバが使用されているので、凸部１４の指当接面から撮像素子１１に向かう照射光の照射方向の制約を少なくすることができる。
【００６８】
また、ファイバアレイ２１の一方端を凸部１４が被覆しているので、ファイバアレイ２１の一方端の、表面が傷つくことを防止することができる。
【００６９】
さらに、出射光側の表面（凸部１４の表面）が、平坦になるため、表面での乱反射が防止でき、画像品質の劣化を防ぐことができる。
【００７０】
この場合、凸部１４を構成する材料として、ファイバアレイ２１を構成するファイバのコアの屈折率と同様の材質を用いることにより、余分な屈折などを考慮する必要がなくなる。
【００７１】
一方、凸部１４を構成する材料の屈折率を、ファイバのコアの屈折率より小さくした場合には、凸部１４とファイバアレイ２１の入射面との界面で、光を法線に近づくように曲げることができる。
【００７２】
図１０は、いわゆる散乱型凹凸パターン検出装置を意図したものであり、光源１０を設ける位置は、光源１０から投光された照射光の照射方向が、指当接面における正反射光が直接光ファイバに入射して伝搬しないように選ばれている。図面では、光源１０は凸部１４の真下に設けられている。本発明は、このような散乱型にも適用できる。なお、入射光として散乱光を用いる場合には、図のように、凸部１４の入射側の側壁には必ずしも斜面を設ける必要はない。出射光として散乱光を用いる場合には、図のように凸部１４の出射側の側壁に斜面を設けると、指当接面全体からの光を撮像素子１１に導くことができる。
【００７３】
次に、光源１０を設ける位置とファイバアレイ２１の傾斜角度についてさらに詳細に説明する。ここでは、説明を簡単にするために、光学プレートの凸部１４の屈折率と光ファイバのコアの屈折率は、等しいものとする。
【００７４】
まず、全反射型で用いる場合を説明する。
【００７５】
再度、図６と図９を参照して、光源１０から光１７を投光する。光学プレート６の凸部１４の指当接面における光の入射角θを、光学プレートの凸部１４の指当接面と空気との界面における臨界角より大きくする。この場合、反射光１７ａは、指８の凹部１８に面する面２０で全反射となり、指８の凸部１９と接触している入射面２０では、媒質相互の屈折率によって非全反射となる。これにより、指８の凹部１８が面している部分の反射光は、指８の凸部１９が接触している部分の反射光より強くなるので、反射光１７ａは、指８の凹凸パターンに応じたコントラストの強い光パターンを形成する。
【００７６】
ここで、ファイバアレイ２１の傾斜角度を全反射角度θと略一致させることにより、全反射光である反射光１７ａがファイバアレイ２１中の光ファイバを伝搬するようになる。このとき、入射面２０に指８の凹凸パターンの凸部１９が接触している部分では非全反射するため、全反射光がファイバアレイ内の光ファイバを伝搬しない。このため、凹部と凸部でファイバアレイ内を伝搬する光強度に大きな差が生じる。その結果、指８の凹凸パターンに対応した光パターンが撮像素子１１に結像する。
【００７７】
撮像素子１１は、フォトダイオードが矩型の領域に配列されたものである。２５６×１６素子が約５０μｍピッチで配置され、解像度は５００ｄｐｉである。外部からの制御信号等の指示に基づき、各素子の出力を順次読み出す事が出来る。撮像素子の各素子の出力は、Ａ／Ｄコンバータにより８ビットのデジタル値に変換される。
【００７８】
被験者は図１に示すように、指置き面に指を置き、指の長さ方向Ｐに指をスライドさせる。撮像素子からの出力は一定時間間隔で繰り返し読み出されており、指をスライドさせた時に読み出された出力値は、ＣＰＵなどの演算装置で２次元画像に再構成される。こうして再構成された画像は、指紋画像の場合、メモリ等に以前に記憶された画像と比較され、本人認証に用いられる。
【００７９】
なお、撮像素子にはＡ／Ｄ変換機能を設けてもよい。また、携帯機器に本発明にかかる凹凸パターン検出装置に用いる場合には、凹凸パターン検出装置の指置き面は携帯機器の表面に露出し、内部のＣＰＵにデータが転送される。
【００８０】
次に散乱型で用いる場合について説明する。
【００８１】
再度、図７と図１０を参照して、光源１０から投光された照射光１７は入射面２０（光学プレートの凸部１４の表面）に到達する。この場合、光源１０から投光された照射光１７の照射方向は、入射面２０における照射光の正反射光が直接光ファイバに入射して伝搬しない範囲で任意に設定される。図では、光源１０は、指８の真下に形成されている。
【００８２】
入射面２０において、指の凹凸パターンの凹部１８に面する入射面２０で正反射光および空気中への透過光が生じ、指の凹凸パターンの凸部１９と接触している入射面２０で散乱光１７ｂが生じる。
【００８３】
ここでは、指の凹凸パターンの凹部１８が面している入射面２０からの正反射光は光ファイバを伝搬しないように設定されているので、指の凹凸パターンの凸部１９における散乱光１７ｂのみがファイバアレイ２１で伝搬される。従って、指８の凹凸パターンの凸部に対応した光パターンを得ることができる。
【００８４】
一方、指の凹凸パターンの凹部１８が面する入射面２０を透過し、空気中に入った光１７であって、凹部１８の内壁面に当たって散乱した光１７ｃは、一旦空気中を通過して入射面２０に再び入る。このとき、光１７ｃは、空気と光学プレートの屈折率の関係から、空気と入射面２０との界面で、法線１００に近づくように屈折し、ファイバアレイ２１に向かう光１７ｄとなる。従って、より高いコントラストの光パターンを得るには、この光１７ｄが光ファイバ内を伝搬できないようにすることが重要である。
【００８５】
すなわち、ファイバアレイ２１の傾斜角度を、光１７ｄがファイバアレイ２１を伝搬しないように、かつ、散乱光１７ｂがファイバアレイ２１を伝搬できるように選ぶと、指の凹凸パターンの凸部１９が接触している入射面２０における散乱光１７ｂのみを光ファイバを通して、撮像素子１１に伝搬させることができる。
【００８６】
（実施の形態５）
本実施の形態は、本発明にかかるファイバアレイが埋め込まれた凹凸パターン検出装置を製造する方法にかかる。
【００８７】
図１１（ａ）を参照して、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ２１とガラス２２を準備する。図１１（ｂ）を参照して、ファイバアレイ２１をガラス２２で挟んで接合する。このとき、ファイバの光軸がガラス２２の表面と平行になるようにする。接合方法としては、熱融着、接着、直接接合などがある。
【００８８】
図１１（ｃ）を参照して、ファイバアレイ２１とガラス２２の接合体を、接合面に対して角度を付けて、平板状に切り出す。切断間隔は１．１ｍｍとした。
【００８９】
図１１（ｃ）と（ｄ）を参照して、切り出した平板は、端部を落として矩型に揃えた。この平板の主たる面を光学研磨することにより、ファイバ入り光学プレート６が形成された。研磨後の厚さは１．０ｍｍであり、平面形状は２０ｍｍ×１０ｍｍの長方形であった。
【００９０】
図１１（ｅ）を参照して、光学プレート６の一方の面７であって、指を当接する部分に、この指を当接する部分が指を当接しない部分よりも高くなるように、光学的に透明な材料で形成された凸部１４を形成する。この凸部１４は、例えば、光学プレート６を構成するガラスと同種のガラスを、紫外線硬化樹脂を用いて貼り合わせることにより形成される。
【００９１】
図１１（ｆ）を参照して、光学プレート６の他方の面に、クロム、金を蒸着させることにより金属膜２４を形成する。
【００９２】
図１１（ｆ）と（ｇ）を参照して、金属膜２４をパターンニングし、電極２５を形成する。
【００９３】
図１１（ｈ）を参照して、光学プレート６の他方の面に、発光ダイオード（ＬＥＤ）２６と導光板２７とからなる線状光源を形成する。発光ダイオード（ＬＥＤ）２６は、電極２５に接続される。また、電極２５に接続されるように撮像素子１１を形成する。これにより、凹凸パターン検出装置が完成する。
【００９４】
図１２は、図１１（ｈ）におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図であり、導光板２７の機能を説明するための図である。ＬＥＤ２６から出た照射光１７は、導光板２７に設けられた凹凸パターンで反射し、平行な光となる。図１１（ｈ）を再び参照して、この平行光は、被検体接触面である凸部１４に向かう。
【００９５】
なお、上記実施の形態では、光源として、１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）２６と導光板２７とからなる線状光源を例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、導光板２７を用いる代わりに、撮像素子１１に対向させて、複数の発光ダイオードを配置させてもよい。
【００９６】
（実施の形態６）
図１３は、実施の形態６に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。
【００９７】
図１３を参照して、実施の形態４に係る凹凸パターン検出装置と異なる点は、ファイバアレイ２１の一方端を、凸部１４の、指を当接させる面にまで延長させている点である。このように構成することによって、指の凹凸パターンを、入射面に密着して接触させることができる。
【００９８】
全反射型で使用する場合には、光源１０の位置は、この光源１０から照射された光が凸部１４の表面であって、被検体が当接する部分で全反射するように選ばれる。ファイバアレイ２１の傾斜角度は、光源１０から照射されて凸部１４の表面で全反射した光がファイバアレイ２１を伝搬するように選ばれる。
【００９９】
散乱型で使用する場合には、光源１０の位置は、この光源１０から照射された光が凸部１４の表面であって、被検体が当接する部分で全反射しないように選ばれる。ファイバアレイ２１の傾斜角度は、光源１０から照射されて凸部１４の表面から被検体側へ透過した光であって、空気層を介して凸部１４の表面から再入射し、かつその再入射面で法線に近づくように曲げられた光がファイバアレイ２１を伝搬しないように選ばれる。
【０１００】
（実施の形態７）
図１４は、実施の形態７にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【０１０１】
図１４を参照して、凸部１４の高さは、光源１０から出た光がファイバアレイ２１を横切らないように選ばれている。このように構成することにより、指当接面への入射光が、ファイバアレイ２１を通過することなく、凸部１４の指当接面に到達する。光源１０からの入射光がファイバアレイ２１を通過すると、輝度の低下、すなわち指当接面上での輝度分布の劣化を生じるが、本実施の形態では、入射光がファイバアレイ２１を通過しないので、このような問題は生じない。
【０１０２】
（実施の形態８）
図１５は、実施の形態８にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【０１０３】
図１５を参照して、光学プレート６の厚み部分に、出射用のファイバアレイ２１に加えて、光源１０からの照射光を、その一方端から凸部１４に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイ２８が埋め込まれている。
【０１０４】
本実施の形態によれば、投光用の光の伝播に光ファイバが使用されているので、照射光の照射方向の制約を少なくすることができる。
【０１０５】
また、光学プレート６の一方の面であって、被検体が接触する部分以外の部分に遮光膜２９が設けられている。図面では、凸部１４の斜面に遮光膜２９が設けられていない場合を例示しているが、斜面にまで遮光膜２９を延ばせて形成してもよい。光学プレート６の他方の面であって、光源及び撮像素子１１が実装されていない部分にも遮光膜２９が設けられている。遮光膜２９を設けることにより、外部光がセンサ内に入射しないという効果を奏する。
【０１０６】
（実施の形態９）
図１６は、実施の形態９にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【０１０７】
図１６を参照して、本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置においては、凸部１４を形成する材料の屈折率を、光学プレート６を形成する材料の屈折率よりも小さくしている。光源から照射された照射光を、凸部１４と光学プレート６との界面で、図のように、法線から遠ざかるように屈折させることができる。このように構成することにより、光源と撮像素子の間隔を広くでき、光源から出る光が、直接撮像素子に入ることにより起こる、撮像特性の劣化を防止することができる。また、遮光膜２９を形成することによって、外部からの光が遮断される。
【０１０８】
（実施の形態１０）
図１７は、実施の形態１０にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置においては、放射光１７が通過する光路を除いて、光学プレート６の全てが光を吸収する材料で構成されている。吸収体は、外部から入ってくる光を吸収するので、光路を進行する光のみが出射面まで伝播される。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【０１０９】
なお、これらは、図に示すような断面形状を有する柱状体の吸収体を挟み込んで、ファイバとガラスを接合することにより形成される。吸収体としては、ガラス材料だけでなく、アルマイト処理したアルミなどの金属、セラミック、カーボンなどを用いることができる。
【０１１０】
（実施の形態１１）
本実施の形態は、凹凸パターン検出センサを有する携帯機器にかかる。
【０１１１】
図１８を参照して、携帯機器は、凹凸パターン検出装置５の指当接面３０を露出させるための開口部３１を有する。凹凸パターン検出装置５は、指当接面３０を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面９を有する光学プレート６を備える。光学プレート６の一方の面７の内、指当接面３０は、この指当接面３０が凸部１４になるように、指が当接しない部分よりも高くされている。凸部１４は、筐体３２の開口部３１に嵌まり込んでいる。
【０１１２】
携帯機器に凹凸パターン検出装置を実装した場合、携帯機器の筐体３２の厚み分だけ、指当接面３０の高さが低くなる。しかし、凸部１４を設けることにより、指当接面３０を筐体３２の表面より高くできる。この場合、凸部１４の高さの値を選ぶことにより、指当接面３０を、筐体３２の表面より若干だけ低くすることもできる。どちらの場合でも、凹凸パターン検出装置の表面に触れたことを感覚的にわかるようになるため、読取り精度の向上につながる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【０１１３】
また、携帯機器の実装を考えた場合、凸部１４を設けているために、携帯機器の筐体内に正確に実装できる。
【０１１４】
携帯機器に実装する場合についてさらに詳細に説明する。
【０１１５】
図１９（Ａ）は、携帯機器の正面図である。図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【０１１６】
これらの図を参照して、凹凸パターン検出装置５の凸部１４を筐体３２の開口部３１に嵌め込む。光学プレート６の一方の面７であって、凸部１４以外の部分を、筐体３２の内面と貼り合わせる。凹凸パターン検出装置５からの電極引出しには、フレキシブルなケーブル３３が用いられる。ケーブル３３で凹凸パターン検出装置５と、携帯機器内に設けられている基板３４とを接続する。凸部１４の筐体３２の表面からの突出量は、折りたたみ携帯機器の場合、一番突出している部品と同等のはみ出し量か、それ以下にするのが好ましい。例えば、テンキーのはみ出し量と同等か、または、それ以下にするのが好ましい。例えば、凸部１４のはみ出し量は、１ｍｍ以下にするとよい。
【０１１７】
携帯機器に指紋認証センサを搭載することにより、今まで数字などの暗証番号を入力することによって行っていた、キーロックの解除や、シークレットなアドレス帳の呼び出しなどを容易に行うことができるようになる。また、金銭の決済（小額決済）などは、携帯機器という個人の持つ所有物に、指紋認証を行わせる機能を持たせることにより、より正確・確実に行うことができ、プリペイドカードや、定期券（回数券）などに代わる仕組みを容易に構築することができるようになる。
【０１１８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１１９】
【発明の効果】
この発明に従う凹凸パターン検出装置によれば、上記光学プレートの上記一方の面の内、上記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、上記被検体が当接しない部分よりも高くされているので、携帯機器に実装した場合に、被検体当接部分が著しく凹形状になることを防止することができる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。特に、被検体をスライドさせて測定するスワイプ型において、その効果が顕著となる。
【０１２０】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記凸部の長手方向に延びる両側壁の内、少なくとも一方の側壁の上部にはＲが設けられているので、基本的な性能を劣化させることなく、指を接触させた場合の、タッチ感を向上させることができる。また、エッジを丸くすることにより、怪我などをなくすことができるという効果を奏する。また、両側壁の内、一方のみにＲを設ける場合には、感覚的に指をスライドさせる方向がわかり易いという効果を生じる。
【０１２１】
また、上記凸部の壁面を傾斜させることより、入射光、出射光として全反射光を用いる場合には、指当接面全体を均一に照射できるようになる。
【０１２２】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記斜面の外方向に傾斜する傾斜角度は、上記光源から上記凸部の指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度と同じか、または、それ以上にされているので、光源から、凸部の指を当接させる面に向けて照射される光は、凸部の側壁面により遮られる事がないので、指当接面全体を均一に照射することができる。
【０１２３】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記凸部は、上記ファイバアレイの上記一方端を被覆している。この実施の形態によれば、出射光側にファイバアレイを設けているので、照射光の照射方向の制約を少なくすることができ、ひいては、特性が向上するという効果を奏する。
【０１２４】
また、上記凸部が、上記ファイバアレイの一方端を被覆しているので、ファイバの表面が傷つくことが防止されるという効果を奏する。また、指当接面である入射面が平坦になるため、表面での乱反射を防止でき、画像の品質劣化を防止することができるという効果を奏する。
【０１２５】
この発明の他の実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記ファイバアレイの上記一方端は、上記凸部の、指を当接させる面にまで達している。このように構成することにより、被検体である指に当たった光を有効にファイバアレイに導くことができるという効果を奏する。
【０１２６】
この発明のさらなる好ましい実施の形態によれば、上記凸部を構成する材料の屈折率は、上記ファイバのコアの屈折率と同じにされているので、余分な屈折等を考慮する必要がなくなるという効果を奏する。
【０１２７】
上記凸部を構成する材料の屈折率を、上記ファイバのコアの屈折率より小さくすると、光源と撮像素子の間隔を広くでき、光源から出る光が、直接撮像素子に入ることにより起こる、撮像特性の劣化を防止することができる。
【０１２８】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記凸部の高さは、上記光源から出た光が上記ファイバアレイを横切らないように選ばれており、光をファイバアレイに通過させないので、輝度の低下を防止することができ、ひいては指当接面上での輝度分布の劣化を防止することができるという効果を奏する。
【０１２９】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分に、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記光源に向かうように斜めに埋め込まれ、その他方端から導入された上記光源からの放射光を、上記一方端から上記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイを備えるので、照射光の照射方向の制約を少なくすることができるという効果を奏する。
【０１３０】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記放射光が通過する光路を除いて、光学プレートの全てが光を吸収する材料で構成されており、この吸収体は、外部から入ってくる光を吸収するので、光路を進行する光のみが出射面まで伝播される。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができるという効果を奏する。
【０１３１】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの一方の面であって、上記凸部以外の部分には遮光膜が設けられており、上記光学プレートの他方の面であって、上記線状光源および上記撮像素子が実装されていない部分にも遮光膜が設けられているので、外部光を完全に遮断することができる。
【０１３２】
この発明の他の局面に従う発明携帯機器によれば、指当接面が凸部になるように構成され、この凸部が、筐体の開口部分に嵌まり込んでおり、指当接面を、筐体の表面よりも高くする、或いは、若干だけ低くすることが可能となる。どちらの場合でも、凹凸検出センサの表面に触ったことが感覚的にわかるようになり、読取り精度の向上につなげることが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる凹凸パターン検出装置の斜視図
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】実施の形態２にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図４】実施の形態２にかかる凹凸パターン検出装置の変形例の断面図
【図５】実施の形態３にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図６】全反射型凹凸パターン検出センサの動作を説明するための概念図
【図７】散乱型凹凸パターン検出センサの動作を説明するための概念図
【図８】実施の形態３の変形例にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図９】実施の形態４にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図１０】実施の形態４の他の具体例にかかる凹凸パターン検出装置を示す図
【図１１】実施の形態５にかかるファイバ入り凹凸パターン検出装置の製造方法の順序の各工程における斜視図
【図１２】図１１（ｈ）におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図
【図１３】実施の形態６にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図１４】実施の形態７にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図１５】実施の形態８にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図１６】実施の形態９にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図１７】実施の形態１０にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図１８】実施の形態１１にかかる携帯機器の概念図
【図１９】（Ａ）実施の形態１１にかかる携帯機器の正面図（Ｂ）図１９（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図
【図２０】従来の指画像入力装置の使用状態を右方向から見た図
【図２１】従来の指画像入力装置の使用状態を左方向から見た図
【符号の説明】
５  凹凸パターン検出装置
６  光学プレート
７  一方の面
８  指
９  他方の面
１０  光源
１１  撮像素子
１２  指当接部
【図１】
2004310574.tif 000003
【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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【図１３】
2004310574.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2004310574.tif 000017
【図１６】
2004310574.tif 000018
【図１７】
2004310574.tif 000019
【図１８】
2004310574.tif 000020
【図１９】
2004310574.tif 000021
【図２０】
2004310574.tif 000022
【図２１】
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