(57)【要約】【課題】装置全体の小型化を図りながら、Ｓ／Ｎ比が向上し、画像品質が向上す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】光学プレート６の厚み部分に、その光軸が被検体測定部１２ａおよび光源１０に向くように、かつその光出射端面が被検体測定部１２ａに露出するように、光導入用ファイバアレイ１５が埋め込まれている。光学プレート６の厚み部分に、その光軸が被検体測定部１２ａおよび撮像素子１１に向くように、検出用ファイバアレイ２１が埋め込まれている。光導入用ファイバアレイ１５の光入射端面に接続されるように光学プレート６の他方の面に光源が実装されている。検出用ファイバアレイ２１の光出射端面に接続されるように光学プレート６の他方の面に撮像素子１１が実装されている。【選択図】  図１
2004310576.tif 000002
【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測定するための被検体測定部を含む一方の面と、前記一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される側の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厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記光源に向き、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイと、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記光導入用ファイバアレイの前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、を備えた凹凸パターン検出装置。
【請求項２】
前記光導入用ファイバアレイを構成するファイバの第１コアの屈折率は、前記検出用ファイバアレイを構成するファイバの第２コアの屈折率よりも大きくされている、請求項１に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項３】
前記第１コアの屈折率と、前記第２コアの屈折率との差は、前記被検体測定部において前記第１コアに入射する全ての外光が、前記第２コア内に伝播しないように選ばれている、請求項２に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項４】
前記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から出て該光導入用ファイバアレイを通って前記被検体測定部へ向かう光が、前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で全反射するように選ばれており、
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で全反射した光が前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項１から３のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項５】
前記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から出て前記光導入用ファイバアレイを通って前記被検体測定部へ向かう光が前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で全反射しないように、前記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれており、
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で前記全反射臨界角より大きな角度で散乱された光が、前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項１から３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】
凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し光源と撮像素子が実装される側の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厚み部分に、前記被検体測定部と前記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、前記光源からの光を前記被検体測定部に送り込むための、前記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材と、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記透明部材の前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、を備えた凹凸パターン検出装置。
【請求項７】
前記透明部材の屈折率は、前記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率よりも大きくされている、請求項６に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項８】
前記透明部材の屈折率と前記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率との差は、前記被検体測定部において前記透明部材に入射する全ての外光が、前記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアを伝播しないように選ばれている、請求項７に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項９】
前記透明部材の傾斜角度は、前記光源から出て前記透明部材を通って前記被検体測定部へ向かう光が前記透明部材の前記光出射端面で、全反射するように選ばれており
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記被検体測定部で全反射した光が前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項６から８のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項１０】
前記透明部材の傾斜角度は、前記光源から出て該透明部材を通って前記被検体測定部へ向かう光が該透明部材の前記光出射端面で全反射しないように、前記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれており、
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記透明部材の前記光出射端面で前記全反射臨界角より大きな角度で散乱された光が前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項６から８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】
前記検出用ファイバアレイを構成する各ファイバの周囲に光を吸収する物質が設けられた請求項１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】
凹凸パターン検出装置が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、
凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し光源と撮像素子が実装される側の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厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記光源に向き、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイと、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記光導入用ファイバアレイの前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、を備えた携帯機器。
【請求項１３】
凹凸パターン検出装置が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、
凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し光源と撮像素子が実装される側の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厚み部分に、前記被検体測定部と前記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、前記光源からの光を前記被検体測定部に送り込むための、前記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材と、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記透明部材の前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、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。
【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１３に示すような、光ファイバ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１３において、１は検出用のファイバアレイ、１ａはファイバアレイの入射面で、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部である。１ｂはファイバアレイの出射面である。被検体測定部１ａは、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。光のクロストークを防止するため、ファイバアレイ１の各ファイバの間に光を吸収する物質（以下、光吸収体と略する）が設けられる。光源２から投光された光３は、ファイバアレイ１を透過して被検体測定部１ａに到達する。光３の入射角は、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い。従って、反射光は、被検体４の凹凸パターンの凹部が面する被検体測定部１ａで全反射となり、被検体４の凸部と接触している被検体測定部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被検体測定部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。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０４５６２９号公報
【０００５】
【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。
【０００６】
しかしながら、図１３に示す従来装置では、光源２と撮像素子５が異なった平面上に形成された構造であるため、平板化できず、装置が大型化するという問題点があった。
【０００７】
また、光源２からの光は、各ファイバの間に光吸収体が設けられたファイバアレイ１を横切って光を照射するため、被検体測定部１ａにおける光の入射位置によって光の強度が異なり、補正が必要となっていた。
【０００８】
さらに、外光が検出用のファイバアレイ１内を伝播しないようにするには、ファイバアレイ１を大きく傾斜させなければならず、装置の小型化の妨げとなるという問題点があった。
【０００９】
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、装置の小型化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。
【００１０】
この発明の他の目的は、平板化でき、小型化・薄型化と高精度化を両立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。
【００１１】
この発明の他の目的は、光源からの光を効率良く、均一に被検体測定部に照射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、外光の影響を抑え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。
【００１３】
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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面に従う発明は、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面とを有する光学プレートを有する凹凸パターン検出装置に係る。上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記光源に向き、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が上記被検体測定部に露出するように、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が前記他方の面に露出するように、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光導入用ファイバアレイの上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装されている。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装されている。
【００１５】
この発明によれば、光導入用ファイバアレイの光出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光路は検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱することなく、被検体測定部に到達する。
【００１６】
また、検出用ファイバアレイに光吸収体が含まれている場合であっても、上記光路は光吸収体を横切らないので、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって減衰することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光源からの光の利用効率は向上する。
【００１７】
また、平板状である光学プレートの他方の面上に光源と撮像素子とを実装する構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００１８】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記光導入用ファイバアレイを構成するファイバの第１コアの屈折率は、上記検出用ファイバアレイを構成するファイバの第２コアの屈折率よりも大きくされている。より具体的には、上記第１コアの屈折率と、上記第２コアの屈折率との差は、上記被検体測定部において上記第１コアに入射する全ての外光が、上記第２コア内に伝播しないように選ばれている。
【００１９】
上記第１コアの屈折率と、上記第２コアの屈折率との差をこのように選ぶことにより、上記一方の面から光学プレート内に入る外光が検出用ファイバアレイを伝播しなくなる。したがって、外光が検出用ファイバアレイを伝播することが防止され、ひいては、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【００２０】
この発明の一具体例によれば、上記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光源から出て上記光導入用ファイバアレイを通って上記被検体測定部へ向かう光が、該光導入用ファイバアレイの上記光出射端面で全反射するように選ばれている。さらに、上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光出射端面で全反射した光が上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００２１】
このように構成することにより、後述する全反射型凹凸パターン検出装置となる。
【００２２】
この発明の変形例として、上記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光源から出て該光導入用ファイバアレイを通って上記被検体測定部へ向かう光が上記光導入用ファイバアレイの上記光出射端面で全反射しないように、上記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。さらに、上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光導入用ファイバアレイの上記光出射端面で上記全反射臨界角より大きな角度散乱された光が、上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００２３】
このように構成することにより、後述する散乱型凹凸パターン検出装置となる。
【００２４】
この発明の第２の局面に従う発明は、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面とを有する光学プレートを備える凹凸パターン検出装置に係る。この光学プレートの厚み部分に、上記被検体測定部と上記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が上記被検体測定部に露出するように、上記光源からの光を前記被検体測定部に送り込むための、上記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材が埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出するように、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記透明部材の上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装される。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装される。
【００２５】
この発明によれば、透明部材の光出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光路は、検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱すことなく、被検体測定部に到達する。
【００２６】
また、検出用ファイバアレイに光吸収体が含まれている場合であっても、上記光路は、検出用ファイバアレイを横切らないので、光源からの光は、何ら減衰することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光源からの光の利用効率が向上する。
【００２７】
また、光源から被検体測定部までの光路をファイバアレイではなく、透明部材で構成しているため、被検体測定部に照射され、該被検体測定部より返された光が、透明部材を通って検出用ファイバアレイの光入射端面に向かう。すなわち、被検体測定部から検出用ファイバアレイの入射端面までの光路には、光路を横切るファイバが存在しない。その結果、被検体測定部から返された光は乱れることなく検出用ファイバアレイの入射端面に入射する。
【００２８】
また、平板状である光学プレートの他方の面上に光源と撮像素子とが実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００２９】
この発明の好ましい実施形態によれば、上記透明部材の屈折率は、上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率よりも大きくされている。より具体的には、上記透明部材の屈折率と上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率との差は、上記被検体測定部において上記透明部材に入射する全ての外光が、上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアを伝播しないように選ばれている。
【００３０】
上記透明部材の屈折率と上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率との差をこのように選ぶことにより、上記被検体測定部から光学プレート内に入る外光が検出用ファイバアレイを伝播しなくなる。したがって、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【００３１】
この発明の一具体例によれば、上記透明部材の傾斜角度は、上記光源から出て上記透明部材を通って上記被検体測定部へ向かう光が上記透明部材の上記光出射端面で、全反射するように選ばれている。上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記被検体測定部で全反射した光が上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００３２】
透明部材および検出用ファイバアレイの傾斜角度をこのように選ぶことにより、後述する全反射型凹凸パターン検出装置となる。
【００３３】
この発明の変形例として、上記透明部材の傾斜角度は、上記光源から出て上記透明部材を通って上記被検体測定部へ向かう光が上記透明部材の上記光出射端面で全反射しないように、上記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記透明部材の上記光出射端面で上記全反射臨界角より大きな角度で散乱された光が上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００３４】
透明部材および検出用ファイバアレイの傾斜角度をこのように選ぶことにより、後述する散乱型凹凸パターン検出装置となる。
【００３５】
これらの発明の好ましい実施形態によれば、上記検出用ファイバアレイを構成する各ファイバの周囲に光吸収体が設けられる。
【００３６】
光吸収体を設けることによって、検出用ファイバアレイ内を伝播する光以外の光が、上記光吸収体に吸収されるので、光のクロストークが防止される。ひいては、解像度の高い画像を得ることができる。
【００３７】
この発明の第３の局面に従う発明は、凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器に係る。この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測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面とを有する光学プレートを備える。この光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記光源に向き、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が上記被検体測定部に露出するように、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出するように、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光導入用ファイバアレイの上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装される。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装される。
【００３８】
この発明の第４の局面に従う発明は、凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器に係る。この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測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面を有する光学プレートを備える。この光学プレートの厚み部分に、前記被検体測定部と前記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように、前記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材が埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出するように、上記光源からの光を上記被検体測定部に送り込むための、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記透明部材の上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装される。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装される。
【００３９】
【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。なお、以下の実施の形態を説明する図面において、同一または相当する部分には、同一の参照番号を付す。
【００４０】
（実施の形態１）
図１（Ａ）は、実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の被検体測定部側から見た斜視図であり、図１（Ｂ）は、実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の光源および撮像素子側から見た斜視図である。図２は、図１（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００４１】
これらの図を参照して、凹凸パターン検出装置は光学プレート６を備える。光学プレート６は例えばガラス基板であり、ガラス基板としては、平坦かつ表面粗さが小さいのが好ましい。光学プレート６は、指８の指紋の凹凸パターンを測定するための被検体測定部１２ａを含む一方の面６ａと、この一方の面６ａに対向する他方の面６ｂを有する。光学プレート６の他方の面６ｂに、光源１０と撮像素子１１が互いに離して設けられている。光源１０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）２６と導光板２７とからなる。
【００４２】
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光導入用ファイバアレイ１５と、検出用ファイバアレイ２１が埋め込まれている。
【００４３】
光導入用ファイバアレイ１５は、その光軸が被検体測定部１２ａおよび光源１０に向いている。光導入用ファイバアレイ１５の光入射端面１５ｂは、光学プレート６の他方の面６ｂに露出し、その光出射端面１５ａは被検体測定部１２ａに露出している。
【００４４】
検出用ファイバアレイ２１は、その光軸が被検体測定部１２ａおよび撮像素子１１を向いている。検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａは光導入用ファイバアレイ１５の側面に密接し、その光出射端面２１ｂは光学プレート６の他方の面６ｂに露出している。
【００４５】
ＬＥＤ２６および導光板２７からなる光源１０は、光導入用ファイバアレイ１５の光入射端面１５ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。撮像素子１１は、検出用ファイバアレイ２１の光出射端面２１ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。
【００４６】
本実施の形態によれば、光導入用ファイバアレイ１５の出射端面１５ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、検出用ファイバアレイ２１によって散乱されることなく、被検体測定部１２ａに到達する。
【００４７】
また、検出用ファイバアレイ２１に光吸収体が含まれている場合であっても、光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らないので、光源１０からの光は、光吸収体によって減衰することなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができ、ひいては光源１０からの光１７の利用効率を向上させることができる。
【００４８】
また、光学プレート６は平板であり、その他方の面６ｂ上であって同一平面上に光源１０と撮像素子１１が実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００４９】
なお、検出用ファイバアレイ２１の入射面２１ａに光導入用ファイバアレイ１５を設けると、測定対象である被検体が、直接、検出用ファイバアレイ２１の入射面２１ａに触れないため、被検体の画像の解像度が低下するが、検出用ファイバアレイ２１の径や開口率と光導入用ファイバアレイ１５の厚みの関係を考慮することにより、必要とする解像度を得ることができる。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る全反射型凹凸パターン検出装置における光導入用ファイバアレイ１５および検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度について説明する。図３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り、図２に示す装置の、被検体測定部１２ａの近傍の拡大図である。図面を簡単にするために、ファイバアレイの図示は省略されている。
【００５１】
図２と図３を参照して、光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度は、光源１０から出て、光導入用ファイバアレイ１５を通って、被検体測定部１２ａに向かう光１７が光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射するように選ばれている。より具体的には、光１７が臨界角以上の角度θで被検体測定部１２ａに照射するように光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度が選ばれている。
【００５２】
光源１０から出た光１７は光導入用ファイバアレイ１５を通って臨界角以上の角度θで被検体測定部１２ａに照射される。照射された光１７は、指紋の凹凸パターンの凹部１８で全反射となり、指紋の凹凸パターンの凸部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。
【００５３】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、光源１０から照射されて被検体測定部１２ａで全反射し、再び光学プレート６中を通ってファイバアレイ２１に向かう光１７ａが、この検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれる。このように選ぶと、被検体測定部１２ａに指紋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、全反射光が検出用ファイバアレイ２１内の光ファイバを伝播しない。このため、凹部１８と凸部１９で検出用ファイバアレイ２１内を伝播する光強度に大きな差が生じる。その結果、指紋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。
【００５４】
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。
【００５５】
さて、図１を再び参照して、撮像素子１１においては、上述のように、指８の幅方向に当たるチャネル方向に、約５０μｍピッチで、２５６素子のフォトダイオードが並べられ、これが縦方向に１６ライン配列されている（２５６チャネル×１６ライン）。光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａの矩形は、上述のように配列された２５６チャネル×１６ラインに対応するように選ばれている。したがって、光導入用ファイバアレイ１５の、光出射端面１５ａのチャネル方向の寸法は、２５６チャネルで、指８の幅をすべてカバーしているが、指８の長さ方向の寸法は短く、１６ラインしかない。
【００５６】
そこで、被験者は図１（Ａ）に示すように、被検体測定部１２ａに指８を置き、指の長さ方向Ｐに指８をスライドさせる。撮像素子１１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８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。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被検体測定部１２ａ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。
【００５７】
なお、上記実施の形態では、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。
【００５８】
次に、本実施の形態に係る全反射型凹凸パターン検出装置における光導入用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率と検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコアの屈折率との関係について説明する。
【００５９】
図４および図５は、図２における被検体測定部近傍の拡大図である。図中参照番号１５で示す部分は光導入用ファイバアレイを表しており、参照番号２１ｃで示す部分は検出用ファイバアレイ２１のコアを表している。
【００６０】
以下の説明では、計算を簡単にするために、光導入用ファイバアレイ１５の屈折率をこの光導入用ファイバアレイ１５のコアに代表させている。
【００６１】
図４は、光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ１と検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅが同じである場合（ｎ１＝ｎｃｏｒｅ）の外光が進む光路を図示したものである。
【００６２】
図４を参照して、光導入用ファイバアレイ１５は被検体測定部１２ａに対してθの角度で傾斜している。検出用ファイバアレイ２１は被検体測定部１２ａに対して同じくθの角度で光導入用ファイバアレイ１５とは逆の向きに傾斜している。
【００６３】
空気（屈折率ｎ０＝１）中から被検体測定部１２ａへ入射角κで入射した外光２０ｅは、空気と光導入用ファイバアレイ１５のコアの表面との界面で、法線に近づくように、屈折角εで屈折し、光２０ｆとなる。光２０ｆは、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。光入射端面２１ａにおいて入射角γで入射した光２０ｆは、屈折角βでコア２１ｃ内に入る。ここでは、光導入用ファイバ１５のコアの屈折率ｎ１とコア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅは等しいので（ｎ１＝ｎｃｏｒｅ）、入射角γは屈折角βと等しくなる。コア２１ｃ内に入った光２０ｇがコア２１ｃとクラッド２１ｄの界面に入射する際の入射角αがこの界面における臨界角より大きな角度である場合には、コア２１ｃとクラッド２１ｄの界面で全反射し、その光２０ｈがコア２１ｃ内を伝播することになる。
【００６４】
次に、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を伝播する場合の入射角κの範囲を求める。
【００６５】
図４に示す場合において、α、β、γ、ε、κは次の関係を満たす。
【００６６】
ε＝ｓｉｎ−１｛（１／ｎ１）ｓｉｎκ｝
γ＝θ−ε
β＝ｓｉｎ−１｛（ｎ１／ｎｃｏｒｅ）ｓｉｎγ｝
α＝２θ−β
ここでは特に、ｎ１＝ｎｃｏｒｅなのでβ＝γとなる。
【００６７】
ここで、コア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅ、クラッド２１ｄの屈折率ｎｃｌａｄ、検出用ファイバアレイ２１の傾斜θおよび光導入用ファイバアレイ１５の傾斜θを次のように選ぶ。
【００６８】
ｎｃｏｒｅ＝１．６２
ｎｃｌａｄ＝１．５９３
θ＝４５°
この場合、コア２１ａとクラッド２１ｄの全反射臨界角は７９．５°で、αがこの値以上であれば、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を伝播する。αが７９．５°となるβ、γ、ε、κの各値を求めると、以下のようになる。
【００６９】
β＝γ＝１０．５°
ε＝３４．５°
κ＝６６．５°
すなわち、外光２０ｅが入射角κ＝６６．５°で被検体測定部１２ａに入射した場合は、この外光はコア２１ｃ内を臨界角αで反射しながら伝播することになる。このことから、被検体測定部１２ａにおける入射角κが６６．５°より大きく９０°未満（６６．５°＜κ＜９０°）で入射した外光は、検出用ファイバアレイ２１を伝播することになる。外光が検出用ファイバアレイ２１を伝播すると、画像品質が劣化する。
【００７０】
次に、光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ１を、検出用ファイバアレイのコア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅよりも大きくした場合について説明する。
【００７１】
図５は光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ１が検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅよりも大きい（ｎ１＞ｎｃｏｒｅ）場合の外光の光路を図示したものである。
【００７２】
図５に示す外光の進む光路が、図４に示す外光の光路と異なる点は、ｎ１＞ｎｃｏｒｅであることから、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに入射した光２０ｆの屈折角βが入射角γより大きくなる点である。
【００７３】
さて、この場合において、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を図５のように伝播すると仮定し、入射角κの範囲を求める。
【００７４】
図５に示す場合においても、α、β、γ、ε、κは次の関係を満たす。
【００７５】
ε＝ｓｉｎ−１｛（１／ｎ１）ｓｉｎκ｝
γ＝θ−ε
β＝ｓｉｎ−１｛（ｎ１／ｎｃｏｒｅ）ｓｉｎγ｝
α＝２θ−β
ここで、コア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅ、クラッド２１ｄの屈折率ｎｃｌａｄ、検出用ファイバアレイ２１、光導入用ファイバアレイ１５の傾斜θおよび第１コアの屈折率ｎ１を次のように選ぶ。
【００７６】
ｎｃｏｒｅ＝１．６２
ｎｃｌａｄ＝１．５９３
θ＝４５°
ｎ１＝１．７３５  ＞ｎｃｏｒｅ
この場合、検出用ファイバアレイ２１内を伝播する全反射臨界角は、図４の場合と同じく７９．５°である。αが全反射臨界角７９．５°と同じとすると、β、γ、ε、κの各値は以下のようになる。
【００７７】
β＝１０．５°
γ＝９．７９
ε＝３５．２°
κ＞９０°
このように、κ＞９０°と計算される。外光は真上の空気層から被検体測定部１２ａに向かって降りてくるため、κが９０°以上の入射角を有する外光は全く存在しない。そのため、全ての外光は、検出用ファイバアレイ２１を伝播しない。その結果、光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ１を検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅより大きくし（ｎ１＞ｎｃｏｒｅ）、その差を適切に選ぶことによって、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を伝播しないようにすることができる。ひいては、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【００７８】
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る凹凸パターン検出装置の製造方法について説明する。図６は、本実施の形態に係る凹凸パターン検出装置の製造方法を示す図である。
【００７９】
図６（Ａ）を参照して、まず、一方端２１１と他方端２１２を有し、その光軸が一方端２１１および他方端２１２の両端面に対して垂直になるようにファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイ２１の平板を準備する。次に、一方端１５１と他方端１５２を有し、その光軸が一方端１５１および他方端１５２の両端面に対して垂直になるようにファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイ１５の平板を準備する。さらに、断面三角形形状のガラス柱状体６ｐを準備する。
【００８０】
図６（Ｂ）を参照して、検出用ファイバアレイ２１の一方端２１１が光導入用ファイバアレイ１５の側面に密接するように、これらを、接着または熱融着により張り合わせる。
【００８１】
図６（Ｃ）を参照して、これら張り合わせたものを、樹脂５１の中へ埋め込む。
【００８２】
図６（Ｃ）と（Ｄ）を参照して、樹脂５１の表面５１ａと裏面５１ｂを研磨する。樹脂５１の表面５１ａを研磨していくと、光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１の稜１５１ａが現れてくる。研磨をここで止めず、樹脂５１の表面５１ａと光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１の端面が面一になるまで、樹脂５１の表面５１ａおよび光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１を研磨する。
【００８３】
同様に、樹脂５１の裏面５１ｂを研磨していくと、光導入用ファイバアレイ１５の他方端１５２の稜１５２ａと検出用ファイバアレイ２１の他方端２１２の稜２１２ａが現れてくる。研磨をここで止めず、樹脂５１の裏面５１ｂ、光導入用ファイバアレイ１５の他方端１５２の端面および検出用ファイバアレイ２１の他方端２１２の端面が面一になるまで、樹脂５１の裏面５１ｂ、光導入用ファイバアレイ１５の他方端１５２および検出用ファイバアレイ２１の他方端２１２を研磨する。この研磨によって、光導入用ファイバアレイ１５の光軸は、光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１の端面および他方端１５２の端面の両端面に対して斜めになる。
【００８４】
図６（Ｅ）を参照して、このようにして得られた研磨体を、指の幅Ｗに合わせてダイシングソーなどの切断装置５５で切断し、個々の光学プレートとする。その後、それぞれの光学プレートに光源および撮像素子を実装すると、図１に示す凹凸パターン検出装置が得られる。
【００８５】
なお、図６（Ｅ）では、図面を簡単にするために、ダイシングソーなどの切断装置５５で研磨体を２分割する場合を例示したが、これに限られるものでない。また、この製造方法は、一具体例であって、これに限られるものではない。
【００８６】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図である。
【００８７】
本実施の形態に係る凹凸パターン検出装置が図２に示す全反射型凹凸パターン検出装置と異なる点は、光源１０の位置、光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度および検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度である。
【００８８】
光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度は、光源１０から出て光導入用ファイバアレイ１５を通って被検体測定部１２ａへ向かう光１７が、光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射しないように、被検体測定部１２ａでの全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。
【００８９】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面で上記全反射臨界角より大きな角度で指８により散乱された光が、検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれている。
【００９０】
ここで、検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度を上述のように選んだ根拠について説明しておく。図８は、散乱型凹凸パターン検出装置の概念を説明する図であり、図７に示す装置の、被検体測定部１２ａの近傍の拡大図である。図面を簡単にするために、図中ファイバアレイは省略されて描かれている。
【００９１】
図７と図８を参照して、指紋の凹凸パターンの凹部１８（ここには空気が存在する）に対向する光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａである被検体測定部１２ａ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は再び被検体測定部１２ａより入射する。また、指紋の凹凸パターンの凸部１９が接触している被検体測定部１２ａに到達した光１７は、凸部１９から空気を通過せずに、直接被検体測定部１２ａに入射して散乱する。指紋の凹凸パターンの凸部１９が接触する部分と、指紋の凹凸パターンの凹部１８が対向する部分とでは、散乱光量および散乱する角度範囲が異なる。
【００９２】
ファイバアレイ２１の傾斜角度は、まず、指紋の凹凸パターンの凹部１８が対向している被検体測定部１２ａからの正反射光が検出用ファイバアレイ２１を伝播しないように、かつ、指紋の凹凸パターンの凸部１９における散乱光１７ｂのみが検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれる。これにより、指紋の凹凸パターンの凸部１９に対応した光パターンを得ることができる。
【００９３】
そして、指紋の凹凸パターンの凹部１８が対向する被検体測定部１２ａを透過し、空気中に入った光１７であって、凹部１８の表面に当たって散乱した光１７ｃは、いったん空気中を通過して被検体測定部１２ａ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、空気と被検体測定部１２ａとの界面で、法線１００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。この光１７ｄの法線１００に対する角度は全反射臨界角より大きくなることはない。したがって、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播できないようにすることが重要である。
【００９４】
すなわち、ファイバアレイ２１の傾斜角度を、さらに、光１７ｄがファイバアレイ２１を伝播しないように上記全反射臨界角より大きくし、かつ、上記のように、散乱光１７ｂがファイバアレイ２１を伝播できるように選ぶ。このように選ぶことにより、指紋の凹凸パターンの凸部１９が接触している被検体測定部１２ａ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に伝播させることができ、ひいては、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。
【００９５】
本実施の形態によれば、光導入用ファイバアレイ１５の出射端面１５ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、何ら散乱することなく、被検体測定部１２ａに到達する。
【００９６】
また、検出用ファイバアレイ２１に光吸収体が含まれている場合であっても、光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らないので、光源１０からの光は、光吸収体によって何ら減衰されることなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができ、ひいては光源１０からの光１７の利用効率を向上させることができる。
【００９７】
また、光学プレート６は平板であり、その他方の面６ｂ上であって同一平面上に光源１０と撮像素子１１が実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００９８】
（実施の形態４）
図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、実施の形態４に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）において、それぞれ図２、図７に示す装置と同一または相当する部分については、同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。以下の図面では、図面を簡単にするため、指の図示が省略されている。
【００９９】
図９（Ａ）に示す装置は全反射型凹凸パターン検出装置であり、図９（Ｂ）に示す装置は散乱型凹凸パターン検出装置である。
【０１００】
図９（Ａ）に示す装置が図２に示す装置と異なる点は、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体５２が設けられており、さらに検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバの周囲に光吸収体５３が設けられている点である。
【０１０１】
ここで、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体５２を設ける利点について説明する。
【０１０２】
光導入用ファイバアレイ１５の光入射端面１５ｂに設置された光源１０から放射される光は、放射角度が揃ったものではなく、様々な方向に放射される。光導入用ファイバアレイ１５は、所定の角度の光のみが被検体測定部１２ａに到達できるようにするものであり、光吸収体５２は、上記所定の角度以外の角度を有する光を吸収する。ここでは、被検体測定部１２ａに臨界角以上の角度で入射する光以外の光成分が光吸収体５２に吸収される。これにより、検出部でのＳ／Ｎ比が向上する。
【０１０３】
次に、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバに光吸収体５３を設ける利点について説明する。
【０１０４】
光吸収体５３を設けないと、検出用ファイバアレイ２１中のコア−クラッド界面に臨界角より小さい角度で入射する光（コア−クラッド界面で全反射しないために、検出用ファイバアレイ２１中を伝播しない光）が、コア−クラッド界面などで散乱し、隣接するファイバに入り、この隣接するファイバ内を伝播するようになる。これをクロストークという。
【０１０５】
光吸収体５３を設けると、このクロストークが防止される。すなわち、光吸収体５３は、検出用ファイバアレイ２１の入射口から入射してファイバ内を全反射して伝播する光以外の光（被検体測定部１２ａで散乱した光）を可能な限り吸収する。その結果、検出用ファイバアレイ２１の解像度が低下しないという効果が得られる。
【０１０６】
なお、光導入用ファイバアレイ１５中の光吸収体５２の量は、検出用ファイバアレイ２１中の光吸収体５３の量より少なくするのが好ましい。
【０１０７】
光導入用ファイバアレイ１５中の光吸収体５２の量を少なくすると、被検体測定部１２ａで反射して検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａの減衰量が少なくなる。
【０１０８】
また、このような光吸収体５２および光吸収体５３を、図９（Ｂ）に示すような散乱型凹凸パターン検出装置に設けても、同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
（実施の形態５）
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、本実施の形態５に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。
【０１１０】
図１０（Ａ）に示す装置は全反射型凹凸パターン検出装置であり、図１０（Ｂ）に示す装置は散乱型凹凸パターン検出装置である。
【０１１１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す装置が図９（Ａ）、（Ｂ）に示す装置と異なる点は、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体が設けられていない点である。
【０１１２】
図９（Ａ）に示す装置では、光導入用ファイバアレイ１５中に光吸収体５２が設けられているため、光源１０から出た光１７のうち、被検体測定部１２ａで反射して検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａの一部が、光吸収体５２に吸収される。したがって、光の利用効率が低下する。
【０１１３】
一方、本実施の形態では、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体が設けられていないので、光源１０から出た光１７のうち、被検体測定部１２ａで反射して検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａは何ら減衰することなく、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。ひいては、光の利用効率が低下せず、光源１０の光量を少なくして低消費電力化を図ることができる。
【０１１４】
また、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体を設けないという技術的思想は、図１０（Ｂ）に示す散乱型凹凸パターン検出装置にも適用できる。
【０１１５】
（実施の形態６）
図１１は、本実施の形態６に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。ここでは、図面を簡単にするため、指の図示が省略されている。図１１（Ａ）に示す装置は全反射型凹凸パターン検出装置であり、図１１（Ｂ）に示す装置は散乱型凹凸パターン検出装置である。
【０１１６】
図１１（Ａ）を参照して、凹凸パターン検出装置は光学プレート６を備える。光学プレート６は例えばガラス基板であり、ガラス基板としては、平坦かつ表面粗さが小さいものが好ましい。光学プレート６は、指紋の凹凸パターンを測定するための被検体測定部１２ａを含む一方の面６ａと、この一方の面６ａに対向する他方の面６ｂを有する。光学プレート６の他方の面６ｂに、光源１０と撮像素子１１が互いに離して設けられている。
【０１１７】
光学プレート６の厚み部分に、透明部材２２と、検出用ファイバアレイ２１が埋め込まれている。
【０１１８】
透明部材２２は、被検体測定部１２ａと光源１０を結ぶように延びている。その光入射端面２２ｂは光学プレート６の他方の面６ｂに露出し、光出射端面２２ａは被検体測定部１２ａに露出している。また、透明部材２２の屈折率は光学プレート６の屈折率よりも大きくされている。
【０１１９】
検出用ファイバアレイ２１は、その光軸が被検体測定部１２ａおよび撮像素子１１を向いている。検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａは透明部材２２の側面に密接し、その光出射端面２１ｂは光学プレート６の他方の面６ｂに露出している。検出用ファイバアレイ２１を構成する各ファイバの周囲には光吸収体５３が設けられている。
【０１２０】
光源１０は、透明部材２２の光入射端面２２ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。撮像素子１１は、検出用ファイバアレイ２１の光出射端面２１ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。
【０１２１】
本実施の形態によれば、透明部材２２の屈折率が光学プレート６の屈折率よりも大きくされているので、光源１０から被検体測定部１２ａに向けて直進する光以外にも、光源１０から放射されて透明部材２２の側壁に向かう光であって、かつ、透明部材２２と光学プレート６の界面に全反射臨界角よりも大きな角度で入射する光もまた、被検体測定部１２ａに到達する。このため、被検体測定部１２ａに、光が効率良く照射される。
【０１２２】
また、透明部材２２と光学プレート６の屈折率の差を小さくすると、全反射臨界角が大きくなり、被検体測定部１２ａに入射する光の角度のばらつきが小さくなる。すなわち、角度の揃った光が被検体測定部１２ａに照射されることになる。
【０１２３】
また、透明部材２２の出射端面２２ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、検出用ファイバアレイ２１によって散乱されることなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができる。
【０１２４】
さらに、透明部材２２は、その中にファイバアレイを含まないので、光源１０から出て被検体測定部１２ａで反射し、かつ検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａは何ら散乱することなく、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。その結果、Ｓ／Ｎ比が低下せず、解像度の高い画像が得られる。
【０１２５】
また、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバの周囲に光吸収体５３が設けられているので、光のクロストークが防止される。その結果、検出用ファイバアレイ２１の解像度が低下しないという効果が得られる。
【０１２６】
また、光学プレート６は平板であり、その他方の面６ｂ上であって同一平面上に光源１０と撮像素子１１が実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【０１２７】
なお、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに透明部材２２を設けると、測定対象である被検体が、直接、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに触れないため、被検体の画像の解像度が低下するが、検出用ファイバアレイ２１の径や開口率と透明部材２２の厚みの関係を考慮することにより、必要とする解像度を得ることができる。
【０１２８】
次に、図１１（Ａ）に示す全反射方凹凸パターン検出装置における透明部材２２の傾斜角度および検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度について説明する。
【０１２９】
透明部材２２の傾斜角度は、光源１０から出て、透明部材２２を通って被検体測定部１２ａへ向かう光１７が、透明部材２２の光出射端面２２ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射するように選ばれている。より具体的には、光１７が臨界角以上の角度で被検体測定部１２ａに照射されるように透明部材２２の傾斜角度が選ばれている。
【０１３０】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、被検体測定部１２ａで全反射した光が検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれている。
【０１３１】
透明部材２２の傾斜角度と検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度をこのように選ぶことにより、被検体測定部１２ａに照射された光１７は、指紋の凹凸パターンの凹部が面する部分で全反射して検出用ファイバアレイ２１を伝播する。一方指紋の凹凸パターンの凸部が接している面に照射された光１７は、媒質相互の屈折率によって非全反射となり、全反射光として検出用ファイバアレイ２１を伝播することはない。その結果、指紋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。
【０１３２】
次に、透明部材２２の屈折率と、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコアの屈折率との関係について説明する。これについて、図５を再び用いて説明する。
【０１３３】
図５を参照して、参照番号１５で示される部材は透明部材を表し、ｎ１は透明部材の屈折率を表す。透明部材１５の屈折率ｎ１は検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅより大きくされている（ｎ１＞ｎｃｏｒｅ）。透明部材１５の屈折率ｎ１と検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコア２１ｃの屈折率ｎｃｏｒｅとの差は、被検体測定部１２ａでの入射角κが０°以上９０°以下の外光２０ｅが、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコア２１ｃを伝播し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、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【０１３４】
また、このような透明部材２２を、図１１（Ｂ）に示すような散乱型凹凸パターン検出装置に設けてもよい。
【０１３５】
図１１（Ｂ）を参照して、透明部材２２の傾斜角度は、光源１０から出て透明部材２２を通って被検体測定部１２ａへ向かう光１７が、透明部材２２の光出射端面２２ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射しないように、被検体測定部１２ａでの全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。
【０１３６】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、透明部材２２から放射され、上記全反射臨界角より大きな角度で指により散乱した光が、検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれている。具体的には、被検体測定部１２ａからの正反射光が検出用ファイバアレイ２１を伝播しないように、かつ、指紋の凹凸パターンの凸部における散乱光のみが検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれる。
【０１３７】
図１１（Ｂ）に示す装置においては、透明部材２２の屈折率が光学プレート６の屈折率よりも大きくされているので、光源１０から被検体測定部１２ａに向けて直進する光以外にも、光源１０から放射されて透明部材２２の側壁へ向かう光であって、かつ、透明部材２２と光学プレート６の界面に全反射臨界角よりも大きな角度で入射する光もまた、被検体測定部１２ａに到達する。このため、被検体測定部１２ａに、光が効率良く照射される。
【０１３８】
また、透明部材２２と光学プレート６の屈折率の差を小さくすると、全反射臨界角が大きくなり、被検体測定部１２ａに入射する光の角度のばらつきが小さくなる。すなわち、角度の揃った光が被検体測定部１２ａに照射されることになる。
【０１３９】
また、透明部材２２の出射端面２２ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、検出用ファイバアレイ２１によって何ら散乱することなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができる。
【０１４０】
さらに、透明部材２２は、その中にファイバアレイを含まないので、光源から１０から出て被検体測定部１２ａで反射し、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａは何ら散乱することなく、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。その結果、Ｓ／Ｎ比が低下せず、解像度の高い画像が得られる。
【０１４１】
（実施の形態７）
本実施の形態は、上述した凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器に係る。
【０１４２】
図１２（Ａ）は、本実施の形態に係る携帯機器の正面図である。図１２（Ｂ）（Ｃ）は、図１２（Ａ）におけるＸ―Ｘ線に沿う断面図である。図１２（Ｂ）は、例えば図２に示す光導入用ファイバアレイを用いた全反射型凹凸パターン検出装置を実装した場合であり、図１２（Ｃ）は、例えば図１１（Ａ）に示す透明部材を用いた全反射型凹凸パターン検出装置を実装した場合である。
【０１４３】
これらの図を参照して、光学プレート６の一方の面のうち、被検体測定部１２ａ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５０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５０と、携帯機器内に設けられている基板３４とを接続する。
【０１４４】
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、プリペードカードや、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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
【発明の効果】
以上説明した通り、この発明の第１の局面に従う凹凸パターン検出装置によれば、光導入用ファイバアレイの光出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光路は検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光源からの光は効率良く均一に被検体測定部に照射される。ひいては、画像品質が向上する。
【０１４７】
また、平板の光学プレートの他方の面上であって同一平面上に光源と撮像素子を実装する構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【０１４８】
この発明の第２の局面に従う発明によれば、透明部材の出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光が通過する光路は検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光を効率良く均一に被検体測定部に照射することができる。
【０１４９】
この発明の第３および第４の局面に従う携帯機器によれば、実装される凹凸パターン検出装置が、平板化され、小型化・薄型化されているので、携帯機器の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の被検体測定部側から見た斜視図
（Ｂ）実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の光源側から見た斜視図
【図２】図１（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】図２に示す装置の、被検体測定部の近傍の拡大図
【図４】ｎ１＝ｎｃｏｒｅの場合の外光が進む光路を表す図
【図５】ｎ１＞ｎｃｏｒｅの場合の外光が進む光路を表す図
【図６】実施の形態２に係る凹凸パターン検出装置の製造方法の工程を示す斜視図
【図７】実施の形態３に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図８】図７に示す装置の、被検体測定部の近傍の拡大図
【図９】（Ａ）実施の形態４に係る全反射型凹凸パターン検出装置の断面図
（Ｂ）実施の形態４に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１０】（Ａ）実施の形態５に係る全反射凹凸パターン検出装置の断面図
（Ｂ）実施の形態５に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１１】（Ａ）実施の形態６に係る全反射凹凸パターン検出装置の断面図
（Ｂ）実施の形態６に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１２】（Ａ）実施の形態７に係る携帯機器の正面図
（Ｂ）図２に示す凹凸パターン検出装置を装着した場合の、図１２（Ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図
（Ｃ）図１１（Ａ）に示す凹凸パターン検出装置を装着した場合の、図１２（Ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図
【図１３】従来の光ファイバを使用し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
１２ａ  被検体測定部
１５  光導入用ファイバアレイ
１５ａ  光導入用ファイバアレイの光出射端面
１５ｂ  光導入用ファイバアレイの光入射端面
２１  検出用ファイバアレイ
２１ａ  検出用ファイバアレイの光入射端面
２１ｂ  検出用ファイバアレイの光出射端面
２６  ＬＥＤ
２７  導光板
【図１】
2004310576.tif 000003
【図２】
2004310576.tif 000004
【図３】
2004310576.tif 000005
【図４】
2004310576.tif 000006
【図５】
2004310576.tif 000007
【図６】
2004310576.tif 000008
【図７】
2004310576.tif 000009
【図８】
2004310576.tif 000010
【図９】
2004310576.tif 000011
【図１０】
2004310576.tif 000012
【図１１】
2004310576.tif 000013
【図１２】
2004310576.tif 000014
【図１３】
2004310576.tif 000015