(57)【要約】【課題】装置の小型化・薄型化を行うことが出来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は、被検体８を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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６を備える。光学プレート６の他方の面に光源１０と撮像素子１１が互いに離して設けられている。光学プレート６の他方の面と光源１０との間にファイバアレイ１３が挿入されている。ファイバアレイ１３の光軸は被検体測定部に向いている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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と、
前記光学プレートの他方の面に互いに離して設けられた光源と撮像素子と、
前記光学プレートの前記他方の面と前記光源との間に挿入されるように設けられ、かつその光軸が前記被検体測定部に向く、ファイバが束ねられてなるファイバアレイと、を備えた凹凸パターン検出装置。
【請求項２】
前記ファイバアレイは、前記光源から前記ファイバアレイを介して放射された光が前記被検体測定部で全反射するように、傾斜している、請求項１に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項３】
前記光源は、前記光源から前記ファイバアレイを介して放射された光が前記被検体測定部で全反射しないように、その位置が選ばれており、かつ
前記ファイバアレイは前記被検体測定部の真下に設けられているか、又はその傾斜角度が、前記光源から前記ファイバアレイを介して放射された光が前記被検体測定部で全反射しないように選ばれている、請求項１に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項４】
被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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と、
前記光学プレートの前記他方の面に、互いに離して設けられた光源と撮像素子と、
前記光学プレートの前記他方の面上であって、前記光源を挟んで前記撮像素子の向かい側に設けられた光路を変更させる光路変更手段と、
前記光学プレートの前記他方の面上であって、かつ前記光源と前記光路変更手段との間に、その光軸が前記被検体測定部に平行又はほぼ平行になるように設けられ、かつ、その一方端が前記光源に向き、その他方端が前記光路変更手段に向いている、ファイバが束ねられてなるファイバアレイと、を備えた、凹凸パターン検出装置。
【請求項５】
前記光路変更手段はミラーを含む、請求項４に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項６】
前記ミラーは、前記ファイバアレイとは独立して設けられている、請求項５に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項７】
前記ミラーは、前記ファイバアレイの前記他方端に一体的に設けられている、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、その一方端が前記被検体測定部に向かい、その他方端が前記撮像素子に向かうように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる出射側ファイバアレイをさらに備える、請求項１から７に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項９】
前記光学プレートの前記一方の面上であって、前記出射側ファイバアレイの前記一方端を被覆するように設けられた、光学的に透明な材料で形成された表面保護層をさらに備える、請求項８に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１０】
前記光源は、一個の発光ダイオードと導光板とからなる、請求項１から９のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１１】
前記光源は、前記ファイバアレイの前記一方端に沿って、並べられた複数個の発光ダイオードからなる、請求項１から９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】
被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面を有する光学プレートを準備し、
前記被検体測定部に被検体を当接し、
前記光学プレートの他方の面から、特定の方向に向かう光のみを選んで、前記被検体測定部に向けて照射し、
前記被検体測定部に当たって返された光を撮像素子に導き、結像させる凹凸パターンの検出方法。
【請求項１３】
前記特定の方向の光は、前記被検体測定部に向けて照射された光が、前記被検体測定部で全反射するような角度を有する光からなる、請求項１２に記載の凹凸パターンの検出方法。
【請求項１４】
前記特定の方向の光は、前記被検体測定部に向けて照射した光が、前記被検体測定部で全反射しないような角度を有する光からなる、請求項１２に記載の凹凸パターンの検出方法。
【請求項１５】
光源と被検体測定部と撮像素子を備える凹凸パターン検出装置を用いて、被検体の凹凸パターンを検出する方法であって、
前記被検体測定部に被検体を当接し、
前記光源から出た光のうち、前記被検体測定部に平行又はほぼ平行な光のみを選び、
選ばれた前記光を前記被検体測定部に向けるようにその光路を変更し、
前記光路が変更された光を前記被検体測定部に照射し、
前記被検体測定部に当たって返された光を前記撮像素子に導き、結像させる凹凸パターンの検出方法。
【請求項１６】
被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面を有し、かつこの他方の面に少なくとも前記光源と前記撮像素子が設けられた光学プレートを用いて行う、請求項１５に記載の凹凸パターンの検出方法。
【請求項１７】
前記光路の変更を、前記被検体測定部に照射されたとき、前記被検体測定部で全反射する角度を持った光が得られるように行う、請求項１５又は１６に記載の凹凸パターンの検出方法。
【請求項１８】
前記光の光路の変更を、前記被検体測定部に照射されたとき、前記被検体測定部で全反射しない角度を持った光が得られるように行う、請求項１５又は１６に記載の凹凸パターンの検出方法。
【請求項１９】
凹凸パターン検出装置が筐体に装着された携帯機器であって、
前記凹凸パターン検出装置は、
被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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と、
前記光学プレートの他方の面に互いに離して設けられた光源と撮像素子と、
前記光源と前記光学プレートの前記他方の面との間に挿入されるように設けられ、かつその光軸が前記被検体測定部に向く、ファイバが束ねられてなるファイバアレイと、を備える携帯機器。
【請求項２０】
凹凸パターン検出装置が筐体に装着された携帯機器であって、
前記凹凸パターン検出装置は、
被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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と、
前記光学プレートの前記他方の面に、互いに離して設けられた光源と撮像素子と、
前記光学プレートの前記他方の面上であって、前記光源を挟んで前記撮像素子の向かい側に設けられた光路を変更させる光路変更手段と、
前記光学プレートの前記他方の面上であって、かつ前記光源と前記光路変更手段との間に、その光軸が前記被検体測定部に平行又はほぼ平行になるように設けられ、かつ、その一方端が前記光源に向き、その他方端が前記光路変更手段に向いている、ファイバが束ねられてなるファイバアレイと、を備えた携帯機器。
【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、指紋やゴム印等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が実装された携帯機器に関する。この発明は、さらに、コストの低減およびＳ／Ｎ比を向上させることができるように改良された凹凸パターンの検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋等の微小な凹凸パターンを検出する代表的なものとして、光学式の検出装置がある。従来、図１６に示すような、光ファイバプレートを使用した凹凸パターン検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１６において、１は出射側ファイバアレイ、１ａはファイバアレイの入射面、１ｂはファイバアレイの出射面である。入射面１ａは、出射側ファイバアレイ１の各ファイバの中心軸に対して所定の角度で傾斜している。５０は、入射側ファイバアレイ５０である。入射面１ａに被検体４が置かれる。
【０００４】
光源２から投光された光３は、入射側ファイバアレイ５０を透過して入射面１ａに到達する。入射面１ａへの光３の入射角は、出射側ファイバアレイ１中の光ファイバのコアと空気との界面における、臨界角より大きくされている。従って、光源２から投光されて入射面１ａに到達し、入射面１ａで反射する反射光は、被検体４の凹凸パターンの凹部が面する入射面１ａで全反射となり、被検体４の凸部と接触している入射面１ａで媒質相互の屈折率によって非全反射となる。被検体４の凹部が面している入射面１ａでの反射光は、被検体４の凸部が接触している部分の反射光より強くなるので、反射光は凹凸パターンに応じたコントラストの高いパターンを形成する。出射面１ｂでの光パターンは撮像素子５の撮像面に入力される。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３０４５６２９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の凹凸パターン検出装置は以上のように構成されている。
【０００７】
しかしながら、図１６に示す凹凸パターン検出装置では、照明光源を個別に設置しているため、装置全体を小型化することが困難であった。また、撮像素子５がファイバアレイ１の光軸に垂直に設けられており、装置を平板化できないという問題点があった。したがって、この従来装置では、特に、薄型化が困難であった。
【０００８】
このような問題点を解決するために、出願人は、図１７に示すような凹凸パターン検出装置を提案した（特願２００１−３０６１１７号）。
【０００９】
図１７を参照して、凹凸パターン検出センサーは、光学プレート６を備える。光学プレート６内であって出射側に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ２１が、傾斜して設けられている。光学プレート６の一方の面に光源２と撮像素子５が実装されている。被検体である指８は、光源２と撮像素子５が実装された面と相対する面であって、ファイバアレイ２１の入射面に密着して置かれる。指８を、図のように指の長さ方向に動かすことにより、２次元の凹凸パターンを得ることができる。このように構成すると、照明光源を個別に設置しないので、平板化でき、小型化を図ることができる。また、図には示していないが、入射側にもファイバアレイを設けると、照射光の照射方向の制約を少なくすることができる。
【００１０】
しかしながら、ガラス内に入射側および出射側ファイバアレイを設けることは、製造工程が複雑になり、コスト高の要因となっていた。
【００１１】
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、簡単な製造工程で安価に製造す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。
【００１２】
この発明の他の目的は、小型化・薄型化を行う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。
【００１３】
この発明のさらに他の目的は、平板化でき、かつＳ／Ｎ比を向上させ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。
【００１４】
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を備えた携帯機器を提供することにある。
【００１５】
この発明の他の目的は、安価な方法で、かつＳ／Ｎ比を向上させることができるような改良された凹凸パターン検出方法を提供することにある。
【００１６】
【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、被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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、光源と撮像素子が互いに離して設けられている。上記光学プレートの上記他方の面と上記光源との間に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが挿入されるように設けられている。このファイバアレイの光軸は、上記被検体測定部に向いている。
【００１７】
この発明によれば、ファイバプレートを光学プレート内に設けないので、簡単な製造工程で製造でき、コストの安い凹凸パターン検出装置が得られる。
【００１８】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記ファイバアレイは、上記光源から上記ファイバアレイを介して放射された光が上記被検体測定部で全反射するように、傾斜している。
【００１９】
この発明によれば、後述する、全反射型で、凹凸パターンを検出することができる。
【００２０】
この発明の変形例として、上記光源は、上記光源から上記ファイバアレイを介して放射された光が上記被検体測定部で全反射しないように、その位置が選ばれる。上記ファイバアレイは上記被検体測定部の真下に設けられているか、又はその傾斜角度が、上記光源から上記ファイバアレイを介して放射された光が上記被検体測定部で全反射しないように選ばれる。
【００２１】
この発明によれば、後述する、散乱型で、凹凸パターンを検出することができる。
【００２２】
この発明の第２の局面に従う凹凸パターン検出装置は、被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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他方の面に、光源と撮像素子が互いに離して設けられている。上記光学プレートの上記他方の面上であって、上記光源を挟んで上記撮像素子の向かい側に、光路を変更させる光路変更手段が設けられている。上記光学プレートの上記他方の面上であって、かつ上記光源と上記光路変更手段との間に、その光軸が上記被検体測定部に平行又はほぼ平行になるように設けられ、かつ、その一方端が上記光源に向き、その他方端が上記光路変更手段に向いている、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが設けられている。
【００２３】
この発明によれば、光学プレートの他方の面側に、撮像素子と光源とファイバプレートと光路変更手段を設けるので、装置全体を薄型化することが可能となる。
【００２４】
上記光路変更手段はミラーを含む。
【００２５】
上記ミラーは、上記ファイバアレイと独立して設けられてもよい。また、上記ミラーは、上記ファイバアレイの上記他方端に一体的に設けられてもよい。
【００２６】
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、その一方端が上記被検体測定部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる出射側ファイバアレイをさらに備える。
【００２７】
出射光側ファイバアレイを設けることにより、被検体測定部で反射した光を効率よく撮像素子に導くことができると同時に、余分な光の入射を制限できるため、コントラストを向上させることができる。
【００２８】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの上記一方の面上であって、上記出射側ファイバアレイの上記一方端を被覆するように、光学的に透明な材料で形成された表面保護層をさらに備える。
【００２９】
表面保護層が、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、被検体測定部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。
【００３０】
上記光源は、一個の発光ダイオードと導光板とからなる。このような一個の発光ダイオードと導光板とからなる線状光源を用いることにより、輝度分布のムラを低減することができる。
【００３１】
また、変形例として、上記光源として、上記ファイバアレイの上記一方端に沿って、並べられた複数個の発光ダイオードを用いることができる。
【００３２】
この発明によれば、ファイバアレイを用いているので、点光源である発光ダイオードを用いても、輝度分布のムラを低減することができる。
【００３３】
この発明の第３の局面に従う凹凸パターンの検出方法においては、まず、被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面を有する光学プレートを準備する。上記被検体測定部に被検体を当接する。上記光学プレートの他方の面から、特定の方向に向かう光のみを選んで、上記被検体測定部に向けて照射する。上記被検体測定部に当たって返された光を撮像素子に導き、結像させる。
【００３４】
この発明によれば、光学プレートの他方の面から、特定の方向に向かう光のみを選んで、上記被検体測定部に向けて照射するようにしているので、照射方向の整った光を上記被検体測定部に照射することができる。
【００３５】
上記特定の方向の光は、上記被検体測定部に向けて照射された光が、上記被検体測定部で全反射するような角度を有する光からなる。
【００３６】
この発明によれば、全反射型で、凹凸パターンを検出することができる。
【００３７】
また、上記特定の方向の光が、上記被検体測定部に向けて照射した光が、上記被検体測定部で全反射しないような角度を有する光からなる場合には、散乱型で、凹凸パターンを検出することができる。
【００３８】
この発明の第４の局面に従う発明は、光源と被検体測定部と撮像素子を備える凹凸パターン検出装置を用いて、被検体の凹凸パターンを検出する方法にかかる。まず、被検体測定部に被検体を当接する。上記光源から出た光のうち、上記被検体測定部に平行又はほぼ平行な光のみを選ぶ。選ばれた光を上記被検体測定部に向けるようにその光路を変更する。上記光路が変更された光を上記被検体測定部に照射する。上記被検体測定部に当たって返された光を上記撮像素子に導き、結像させる。
【００３９】
この発明によれば、上記光源から出た光のうち、上記被検体測定部に平行又はほぼ平行な光のみを選び、その光路を変更させる方法であるので、照射方向の整った光を上記被検体測定部に照射することができ、高画質の画像を得ることができる。
【００４０】
この発明にかかる凹凸パターンの検出方法において、上記被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面を有し、かつこの他方の面に少なくとも上記光源と上記撮像素子が設けられた光学プレートを用いて行うのが好ましい。
【００４１】
このように構成することにより、薄型化した凹凸パターン検出装置を用いて、凹凸パターンを検出することができる。
【００４２】
上記光路の変更は、上記被検体測定部に照射されたとき、上記被検体測定部で全反射する角度を持った光が得られるように行う。
【００４３】
このように行うことにより、全反射型で、凹凸パターンを検出することができる。
【００４４】
また、上記光路の変更は、上記被検体測定部に照射されたとき、上記被検体測定部で全反射しない角度を持った光が得られるように行うこともできる。
【００４５】
このように行うことにより、散乱型で、凹凸パターンを検出することができる。
【００４６】
この発明の第５の局面に従う発明は、凹凸パターン検出装置が筐体に装着された携帯機器にかかる。上記凹凸パターン検出装置は、被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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他方の面に、互いに離して光源と撮像素子が設けられている。ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、上記光源と上記光学プレートの上記他方の面との間に挿入されるように設けられ、かつその光軸が上記被検体測定部を向いている。
【００４７】
上記のような構成を有する安価にできる凹凸パターン検出装置を用いているので、安価な携帯機器を供給することができる。
【００４８】
この発明の第６の局面に従う発明は、凹凸パターン検出装置が筐体に装着された携帯機器にかかる。上記凹凸パターン検出装置は、被検体を当接させる被検体測定部を含む一方の面と、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他方の面に、互いに離して光源と撮像素子が設けられている。さらに、上記光学プレートの上記他方の面上で、上記光源を挟んで上記撮像素子の向かい側に、光路を変更させる光路変更手段が設けられている。ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、上記光学プレートの上記他方の面上であって、かつ上記光源と上記光路変更手段との間に、その光軸が上記被検体測定部に平行又はほぼ平行になるように設けられている。そのファイバアレイの一方端は上記光源に向き、その他方端は上記光路変更手段に向いている。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。なお、以下の実施の形態を説明する図面において、同一又は相当する部分には同一の参照番号を付す。
【００５０】
（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。
【００５１】
これらの図を参照して、実施の形態１にかかる凹凸パターン検出装置は、被検体である指８を当接させる被検体測定部１２ａを含む一方の面１２と、この一方の面１２に対向する他方の面９とを有する光学プレート６を備える。光学プレート６の他方の面９に、光源１０と撮像素子１１が互いに離して実装されている。光学プレートの他方の面９と光源１０との間に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ１３が挿入されるように設けられている。このファイバアレイ１３の光軸は、被検体測定部１２ａに向いている。
【００５２】
ファイバアレイ１３の一方の面と光学プレート６とは例えば紫外線硬化樹脂を用いて張り合わされる。ファイバアレイ１３の他方の面と光源１０も紫外線硬化樹脂を用いて張り合わされる。
【００５３】
ファイバアレイ１３は、光源１０から出た光のうち特定の方向に向かう光のみを選ぶ。ファイバアレイ１３は、このファイバアレイ１３から出た光が、被検体測定部１２ａで全反射するように傾斜している。すなわち、ファイバアレイ１３の光軸の方向は、光源１０からの放射光がファイバアレイ１３を通って、光学プレート６の被検体測定部１２ａにおいて入射する際の入射角が、被検体測定部１２ａと空気との界面における臨界角より大きくなるように設定されている。これは、後述する全反射型の凹凸パターン検出装置である。
【００５４】
なお、図示しないが、ファイバアレイ１３中の各ファイバは、コアとクラッドからなる。クラッドの周囲には吸収体を設けてもよい。
【００５５】
撮像素子１１はシリコンチップからなる光センサであり、光学プレート６の他方の面９にバンプ法により実装される。
【００５６】
本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置によれば、ファイバアレイ１３を用いているため、光源１０から出た光のうち特定の方向に向かう光のみが選ばれ、照射方向の整った均一な照射光を被検体測定部１２ａに照射することが可能となるため、Ｓ／Ｎ比が向上し、センサーの解像度を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置によれば、ファイバアレイ１３を光学プレート６の外側に設けているので、内部に設ける場合に比べて、製造工程が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
【００５８】
図３は本実施の形態にかかる変形例で、後述する散乱型凹凸パターン検出装置を意図したものである。本変形例でのファイバアレイ１３は、光源１０から出た光のうち、特定方向の光のみを選ぶ。ファイバアレイ１３の傾斜角度は、このファイバアレイ１３から出た光が、被検体測定部１２ａで全反射しないように、すなわち、臨界角よりも小さい角度で被検体測定部１２ａに当たるように選ばれている。
【００５９】
図３では、光源１０は、被検体測定部１２ａの真下に設けられており、ファイバアレイ１３の光軸の方向は被検体測定部にほぼ垂直になるように設けられているが、本発明はこれに限られるものでない。
【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４は、全反射型凹凸パターン検出装置の概念を説明するための図である。６は上述の光学プレートである。
【００６２】
図２と図４を参照して、全反射型では、臨界角以上の角度で被検体測定部に入射する光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。
【００６３】
図５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。６は上述の光学プレートである。
【００６４】
図３と図５を参照して、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で散乱する。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、ある方向に散乱する散乱光の光量が異なる。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。
【００６５】
本発明は、このように全反射型または散乱型のいずれにも適応され得る。
【００６６】
次に撮像素子１１について説明しておく。
【００６７】
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。なお、撮像素子としてフォトダイオードを例示したが、光信号を電気信号に変換できるものであれば、いずれのものも使用できる。例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
（実施の形態２）
図６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。
【００７１】
図６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は、被検体である指を当接させる被検体測定部１２ａを含む一方の面１２と、この一方の面１２に対向する他方の面９とを有する光学プレート６を備える。光学プレート６の他方の面９に、光源１０と撮像素子１１が互いに離して実装されている。
【００７２】
光学プレート６の他方の面９上であって、光源１０を挟んで撮像素子１１の向かい側に光路を変更させる光路変更手段としてのミラー１５が設けられている。
【００７３】
ミラー１５として、例えば、その側壁にアルミニウム等の金属膜を蒸着し、ミラー部１６としたガラスの柱状体が用いられる。金属膜を蒸着させずに、側壁の傾斜角度を選択することにより、ガラスと空気層との界面での臨界角を利用して、光を全反射させるようにして、光路変更手段を形成してもよい。
【００７４】
光学プレート６の他方の面９上であって、かつ光源１０とミラー１５との間に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ１３が設けられている。ファイバアレイ１３の光軸は被検体測定部１２ａに平行にされている。ファイバアレイ１３の一方端は光源１０に向き、他方端はミラー１５に向いている。
【００７５】
ファイバアレイ１３により、光源１０から出射された光１７ｅのうち、特定の方向の光、すなわちファイバアレイ１３を通過する平行光のみが選択され、ミラー１５へ向けられる。
【００７６】
次に、ミラー１５は、光源１０からファイバアレイ１３を経て来た光１７ｆの光路を変更する。光路の変更の程度は、ミラー部１６の角度を選ぶことによって行われる。ミラー部１６の角度は、光路変更後の光１７ｇが、被検体測定部１２ａに入射されたときに被検体測定部１２ａで全反射するように選ばれる。すなわち、ミラー部１６の角度を、被検体測定部１２ａに向かう光１７ｇが、臨界角よりも大きい角度で被検体測定部１２ａに当たるように選ぶ。これにより、全反射型で指の凹凸パターンを検出することができる。
【００７７】
なお、図では、ファイバアレイ１３の光軸が被検体測定部１２ａに対して平行な場合を例示したが、ファイバアレイ１３の光軸は被検体測定部１２ａに対して、完全に平行である必要はなく、被検体測定部１２ａに対して若干傾いていてもよい。ファイバアレイ１３の光軸が被検体測定部１２ａに対して、若干傾いていても、ミラー部１６の傾き角度を調整することにより、被検体測定部１２ａに向かう光１７ｇを、臨界角よりも大きい角度で被検体測定部１２ａに当てるようにすることができる。すなわち、ファイバアレイ１３の光軸は被検体測定部１２ａに対して平行又はほぼ平行であればよい。
【００７８】
本実施の形態によれば、ミラー１５により光路を折り返す構造であるため、平板化を行うことができ、ひいては装置の小型化・薄型化を行うことができる。
【００７９】
次に、本実施の形態の変形例について説明する。図７はこの変形例にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【００８０】
図７に示す装置では、ミラー部１６は、ファイバアレイ１３の他方端に一体的に設けられている。ミラー部１６は、ファイバアレイ１３の他方端にアルミニウム等の金属膜を蒸着することによって形成される。また、ファイバアレイ１３の側壁を傾斜して形成し、ファイバのコアであるガラスと空気層との界面での臨界角を利用して、光を全反射させるようにしてもよい。このように、ミラー部１６とファイバアレイ１３を一体化することによって、部品点数を削減することができ、ひいては、製造コストを低減することができる。
【００８１】
光源１０とファイバアレイ１３の一方端は紫外線硬化樹脂で貼り合わされる。ファイバアレイ１３と光源１０を貼り合わせても、その光選択性に影響はなく、貼り合わせない場合と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（実施の形態３）
図８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。
【００８３】
図８に示す装置では、光学プレート６の厚み部分に、ファイバが束ねられてなる出射側ファイバアレイ２１が埋め込まれている。ファイバアレイ２１は、その一方端が被検体測定部１２ａに向かい、その他方端が撮像素子１１に向かうように埋め込まれている。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に近い屈折率を有する樹脂で埋められている。
【００８４】
ファイバアレイ２１の光軸の傾斜角度を全反射角度と略一致させることにより、全反射光がファイバアレイ２１中の光ファイバを伝搬するようになる。
【００８５】
図９は、本実施の形態の変形例にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。図９に示す装置は以下の点を除いて、図３に示す散乱型凹凸パターン検出装置装置と同一である。図９に示す装置が図３に示す装置と異なる点は、出射側にファイバアレイ２１が埋め込まれている点である。
【００８６】
ファイバアレイ２１の傾斜角度について説明する。
【００８７】
図９と図５を参照して、光源１０から投光された放射光１７は入射面２０（図９では、被検体測定部１２ａがこれに相当する）に到達する。この場合、光源１０から投光された放射光１７の放射方向は、入射面２０における放射光の正反射光が直接光ファイバに入射して伝搬しなように設定されている。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、法線方向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。
【００９１】
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。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。
【００９２】
また、これらの実施例では、ファイバアレイを光学プレートに埋め込む必要があるため、製造工程は複雑になる傾向にあるが、入射ファイバのみを用いる構成と比較して、センサ出力の高精度化を実現することが可能である。また、入射ファイバと出射ファイバの両ファイバを用いる構成であるにもかかわらず、出射ファイバのみを光学プレートに埋め込む構成としているため、両ファイバを光学プレートに埋め込む場合と比較して製造方法を単純にすることができ、センサの高精度化と低コスト化を同時に実現することができる。
【００９３】
（実施の形態４）
図１０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。
【００９４】
図１０を参照して、本実施の形態にかかる装置においては、ファイバアレイ２１の一方端を被覆するように、光学プレート６の一方の面に、光学的に透明な材料で形成された表面層１４が設けられている。表面層１４の厚みは、入射光１７が、ファイバアレイ２１を横切らないように選ばれる。
【００９５】
ファイバアレイ２１の入射面２１ａが表面層１４に覆われているので、指がファイバアレイの一方端に触れない。そのため、ファイバは傷つかない。また、指を置く面（以下指置き面という）を平坦にすることができるため、入射光１７は乱反射せず、高画質の画像が得られる。ひいては、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００９６】
また、入射光１７がファイバアレイ２１を横切ることなく、指置き面に到達するので、ファイバアレイ２１を横切ることにより生ずる問題点、すなわち、ファイバのコアとクラッドの界面による散乱や、ファイバの吸収体による光吸収がない。その結果、ノイズ成分の少ない指紋画像が得られ、ひいては高い認証率を有する指紋認証装置とすることができる。
【００９７】
図１１は、本実施の形態の変形例にかかる散乱型凹凸パターン検出装置の断面図である。表面層１４を設けている点で、図９に示す装置と異なる。表面層１４は、図のように凸部に形成し、出射側を斜面にするのが好ましい。このように斜面を設けると、指を置く面（以下指置き面という）全体からの光を撮像素子１１に導くことができる。携帯機器の実装を考えた場合、表面層１４を凸部に形成すると、携帯機器の筐体内に正確に実装することができる。本実施の形態では、表面層１４を凸部に形成する場合を例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、図１０のように表面層を平板状に形成してもよい。
【００９８】
本変形例によれば、ファイバアレイ２１の入射面２１ａが表面層１４に覆われているので、指がファイバアレイの一方端に触れない。そのため、ファイバは傷つかない。また、指を置く面（以下指置き面という）を平坦にすることができるため、光１７は乱反射せず、高画質の画像が得られる。ひいては、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００９９】
（実施の形態５）
本実施の形態は、図１０に示す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。
【０１００】
図１２（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１２（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。
【０１０１】
図１２（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とする。
【０１０２】
図１２（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る。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が形成される。研磨後の厚さは１．０ｍｍであり、平面形状は２０ｍｍ×１０ｍｍの長方形である。
【０１０３】
図１２（ｅ）を参照して、光学プレート６の一方の面に、光学的に透明な材料で形成された表面保護層１４を形成する。この表面保護層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。
【０１０４】
図１２（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。
【０１０５】
図１２（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。
【０１０６】
図１２（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、およびファイバアレイ１３、ミラー１５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。
【０１０７】
図１３は、図１２（ｈ）におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ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１２（ｈ）を再び参照して、この平行光は、ファイバアレイ１３へ向かう。
【０１０８】
なお、上記実施例では、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い。すなわち、図１４を参照して、導光板を用いる代わりに、ファイバアレイ１３の一方端に沿って、発光ダイオード２６を複数個配置させてもよい。なお、図中、１１は撮像素子であり、１５はミラーである。
【０１０９】
（実施の形態６）
本実施の形態では、携帯機器に実装する場合について説明する。
【０１１０】
図１５（Ａ）は、携帯機器の正面図である。図１５（Ｂ）（Ｃ）は、図１５（Ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。図１５（Ｂ）は図２に示す全反射型凹凸パターン検出装置を装着した場合であり、図１５（Ｃ）は図３に示す散乱型凹凸パターン検出装置を装着した場合である。
【０１１１】
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の一方の面１２のうち、被検体測定部以外の部分で、筐体３２の内面と貼り合わせる。凹凸パターン検出装置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と、携帯機器内に設けられている基板３４とを接続する。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明に従う凹凸パターン検出装置によれば、ファイバプレートを光学プレート内に設けないので、簡単な製造工程で製造でき、コストの安い凹凸パターン検出装置が得られる。
【０１１５】
また、この発明の他の局面に従う凹凸パターンの検出方法によれば、光学プレートの他方の面から、特定の方向に向かう光のみを選んで、上記被検体測定部に向けて照射するようにしているので、薄型化した凹凸パターン検出を用いることができる。
【０１１６】
この発明のさらに他の局面に従う携帯機器によれば、小型化された凹凸パターン検出装置を用いるので、機器の小型化を図ることができる。
【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１の変形例にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図４】全反射型凹凸パターン検出装置の概念を説明するための図
【図５】散乱型凹凸パターン検出装置の概念を説明するための概念図
【図６】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７】実施の形態２の変形例にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図８】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９】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１０】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１１】実施の形態４の変形例にかかる散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１２】実施の形態５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の製造方法を説明するための図
【図１３】図１２（ｈ）におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図
【図１４】光源の他の具体例を示す図
【図１５】（Ａ）本発明にかかる凹凸パターン検出装置を装着した携帯機器の正面図
（Ｂ）図１５（Ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図（全反射型）
（Ｃ）図１５（Ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図（散乱型）
【図１６】従来の凹凸パターン検出装置の断面図
【図１７】ファイバアレイが埋め込まれた凹凸パターン検出装置の断面図
【符号の説明】
６  光学プレート
８  指
１０  光源
１１  撮像素子
１３  ファイバアレイ
【図１】
2004310575.tif 000003
【図２】
2004310575.tif 000004
【図３】
2004310575.tif 000005
【図４】
2004310575.tif 000006
【図５】
2004310575.tif 000007
【図６】
2004310575.tif 000008
【図７】
2004310575.tif 000009
【図８】
2004310575.tif 000010
【図９】
2004310575.tif 000011
【図１０】
2004310575.tif 000012
【図１１】
2004310575.tif 000013
【図１２】
2004310575.tif 000014
【図１３】
2004310575.tif 000015
【図１４】
2004310575.tif 000016
【図１５】
2004310575.tif 000017
【図１６】
2004310575.tif 000018
【図１７】
2004310575.tif 000019