(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】臨界角以上の角度で指紋測定部１２ａに光１７を入射し、この指紋測定部１２ａで全反射した光を撮像素子１１に出射し、指１６の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる凹凸パターン検出装置である。この装置は、指紋測定部１２ａを含む一方の面１２と、この一方の面１２に対向し、かつ光源１０が設けられる光入射部７と撮像素子１１が設けられる光出射部８とを含む他方の面９を有する光学プレート６を備える。光入射部７と指紋測定部１２ａは、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨界角以上の角度で被検体測定部に光を入射し、この被検体測定部で全反射した光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる凹凸パターン検出装置であって、
前記被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、かつ光源が設けられる光入射部と前記撮像素子が設けられる光出射部とを含む他方の面とを有する光学プレートを備え、
前記光入射部と前記被検体測定部は、前記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている、凹凸パターン検出装置。
【請求項２】
前記被検体測定部と前記光出射部は、前記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている、請求項１に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項３】
臨界角よりも小さな角度で被検体測定部に光を入射し、この被検体測定部より返された光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる凹凸パターン検出装置であって、
前記被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、かつ光源が設けられる光入射部と前記撮像素子が設けられる光出射部とを含む他方の面とを有する光学プレートを備え、
前記被検体測定部と前記光出射部とは、前記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている、凹凸パターン検出装置。
【請求項４】
前記光学プレートの厚み部分に斜めに埋め込まれ、その一方端が前記光学プレートの前記被検体測定部に向き、その他方端が前記光学プレートの前記光出射部に向く、ファイバが束ねられてなるファイバアレイをさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項５】
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記被検体測定部から返された光がこのファイバアレイ内を伝播するように選ばれている、請求項４に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項６】
前記光学プレートの厚み部分に斜めに埋め込まれ、その一方端が前記光学プレートの前記被検体測定部に向き、その他方端が前記光入射部に向く、ファイバが束ねられてなるファイバアレイを備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項７】
前記被検体測定部以外の部分に遮光膜が設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。
【請求項８】
前記光入射部に前記光源を近接または密着させて配置する、請求項１から７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】
前記光出射部に前記撮像素子を近接または密着させて配置する請求項１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】
臨界角以上の角度で被検体測定部に光を入射し、この被検体測定部で全反射した光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる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、
前記被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、かつ光源が設けられる光入射部と前記撮像素子が設けられる光出射部とを含む他方の面とを有する光学プレートを備え、
前記光入射部と前記被検体測定部は、前記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている、携帯機器。
【請求項１１】
臨界角よりも小さな角度で被検体測定部に光を入射し、被検体測定部より返された光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる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、
前記被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、かつ光源が設けられる光入射部と前記撮像素子が設けられる光出射部とを含む他方の面とを有する光学プレートを備え、
前記被検体測定部と前記光出射部とは、前記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている、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１４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１４において、１はファイバアレイ、１ａはファイバアレイの入射面である被検体測定部、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。被検体測定部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、被検体測定部１ａに到達する。被検体測定部１ａへの光３の入射角は、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から投光されて被検体測定部１ａに到達し、被検体測定部１ａで反射する反射光は、被検体４である指紋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、指紋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。指紋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。
【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】
従来の装置は以上のように構成されているが、光源２と撮像素子５が異なった平面に設けられる構造であるため、平板化できず、装置は大型にならざるを得なかった。そこで、出願人は、小型化を目的として、平板化できる、光源と撮像素子が光学プレートに一体化された凹凸パターン検出装置を提案した（特願２００２−３０６１１７）。
【０００７】
しかしながら、この装置において、薄型化するために、光学プレートの厚みを薄くしていくと、光入射部と被検体測定部と光出射部の位置が近づくようになり、それぞれの位置関係が凹凸パターン検出装置の検出精度に大きな影響を及ぼすようになってきた。
【０００８】
すなわち、全反射型凹凸パターン検出装置においては、光学プレートの厚みを薄くし、薄型化していくと、光学プレートの厚み方向への投影において、光入射部と被検体測定部が重なってくる。そのため、光源からの散乱光成分が、被検体測定部に入射し、画像劣化を引き起こすという課題があった。
【０００９】
また、全反射型および散乱型のいずれの場合においても、光学プレートの厚みを薄くし、薄型化していくと、光学プレートの厚み方向への投影において、被検体測定部と光出射部が重なってくる。そのため、被検体測定部から入ってくる外光が撮像素子に入射し、画像劣化を引き起こすという課題があった。
【００１０】
それゆえに、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、装置全体の小型化・薄型化を図りながら、光源からの散乱光成分を被検体測定部に確実に入射させないように改良された全反射型凹凸パターン検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
この発明の他の目的は、装置全体の小型化・薄型化を図りながら、外光を撮像素子に確実に入射させないように改良された全反射型凹凸パターン検出装置を提供することにある。
【００１２】
この発明のさらに他の目的は、装置全体の小型化・薄型化を図りながら、外光を撮像素子に確実に入射させないように改良された散乱型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、臨界角以上の角度で被検体測定部に光を入射し、この被検体測定部で全反射した光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる全反射型凹凸パターン検出装置に係る。当該装置は、上記被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、かつ光源が設けられる光入射部と上記撮像素子が設けられる光出射部とを含む他方の面とを有する光学プレートを備える。上記光入射部と上記被検体測定部は、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている。
【００１５】
この発明に係る全反射型凹凸パターン検出装置によれば、光源と撮像素子が光学プレートに一体化されるので、装置の小型化・薄型化を図ることができる。また、光学プレートの厚みを薄くしても、上記光入射部と上記被検体測定部が、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、光学プレートの厚みを薄くしても、光入射部からの光のうち、臨界角よりも小さい角度で被検体測定部に入射する光成分の量が抑制される。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比が低下せず、画像品質が低下しない。
【００１６】
この発明の好ましい実施形態によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、上記被検体測定部と上記光出射部は、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている。
【００１７】
このように構成されることで、光学プレートの厚みを薄くしても、被検体測定部の真上から入射する外光は光出射部に到達しないので、Ｓ／Ｎ比が低下せず、画像品質が低下しない。
【００１８】
この発明の第２の局面に従う発明は、臨界角よりも小さな角度で被検体測定部に光を入射し、この被検体測定部より返された光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる散乱型凹凸パターン検出装置に係る。当該装置は、上記被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、かつ光源が設けられる光入射部と上記撮像素子が設けられる光出射部とを含む他方の面とを有する光学プレートを備える。上記被検体測定部と上記光出射部とは、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている。
【００１９】
この発明に係る散乱型凹凸パターン検出装置によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、上記光出射部と上記被検体測定部が、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、光学プレートの厚みを薄くしても、被検体測定部の真上から入射する外光は光出射部に到達しない。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比が低下せず、画像品質が低下しない。
【００２０】
この発明の好ましい実施形態によれば、上記光学プレートの厚み部分に、その一方端が上記光学プレートの上記被検体測定部に向き、その他方端が上記光学プレートの上記光出射部に向く、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが斜めに埋め込まれている。上記ファイバアレイの傾斜角度は、上記被検体当接面から返された光が上記ファイバアレイ内を伝播するように選ばれている。このように、出射側にファイバアレイを設けることにより、被検体当接面で反射した光を効率よく撮像素子に導くことができる。
【００２１】
この発明のさらに好ましい実施形態によれば、上記光学プレートの厚み部分に、その一方端が上記光学プレートの上記被検体測定部に向き、その他方端が上記光入射部に向く、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが斜めに埋め込まれている。
【００２２】
光入射部にこのようなファイバアレイを設けることにより、被検体当接面に対する角度が揃えられた均一な入射光を、被検体当接面に入射することが可能となり、ひいては、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２３】
この発明のさらに好ましい実施形態によれば、上記被検体測定部以外の部分に遮光膜が設けられている。
【００２４】
上記被検体測定部以外の部分に遮光膜を設けることにより、光源から漏れた光および外光が光学プレート内に入ることを防ぐことができるため、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２５】
この発明のさらに好ましい実施形態によれば、上記光入射部に上記光源を近接又は密着させて配置する。
【００２６】
上記光入射部に上記光源を近接させるか又は密着させて配置するかの選択は、光源の種類に応じて、行うのが好ましい。
【００２７】
この発明のさらに好ましい実施形態によれば、上記光出射部に上記撮像素子を近接又は密着させて配置する。
【００２８】
上記光出射部に上記撮像素子を密着させて配置してもよいが、これに限られず、上記光出射部に上記撮像素子を近接させて配置し、上記光出射部と上記撮像素子との間にプリズム等の光学素子を設けてもよい。
【００２９】
この発明の第３の局面に従う携帯機器は、臨界角以上の角度で被検体測定部に光を入射し、この被検体測定部で全反射した光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる全反射型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、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。この光学プレートの一方の面は、上記被検体測定部が含まれる。上記光学プレートの他方の面は、光源が設けられる光入射部と、上記撮像素子が設けられる光出射部とが含まれる。上記光入射部と上記被検体測定部は、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている。
【００３０】
この発明によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、上記光入射部と上記被検体測定部が、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、光学プレートの厚みを薄くしても、上記光入射部からの光のうち、臨界角より小さい角度で被検体測定部に入射する光成分の量が抑制される。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比を低下させず、画像品質が低下しない全反射型凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器が得られる。
【００３１】
この発明の第４の局面に従う携帯機器は、臨界角よりも小さな角度で被検体測定部に光を入射し、被検体測定部より返された光を撮像素子に出射し、被検体の凹凸パターンに応じた光パターンを結像させる散乱型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、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一方の面は、上記被検体測定部が含まれる。上記光学プレートの他方の面は、光源が設けられる光入射部と、上記撮像素子が設けられる光出射部とが含まれる。上記光出射部と上記被検体測定部は、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、又はほとんど重ならないようにされている。
【００３２】
この発明によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、上記光出射部と上記被検体測定部が、上記光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、光学プレートの厚みを薄くしても、上記被検体測定部の真上から入射する外光は上記出射部に到達しない。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比を低下させず、画像品質が低下しない散乱型凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器が得られる。
【００３３】
【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、同一又は相当する部分には同一の参照番号を付す。
【００３４】
（実施の形態１）
図１（Ａ）は、実施の形態１に係る凹凸パターン検出装置の斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図２は、図１に示した凹凸パターン検出装置の、被検体測定部である指紋測定部と光入射部と光出射部との位置関係を概念的に示した図である。
【００３５】
これらの図を参照して、実施の形態１に係る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、被検体測定部である指紋測定部１２ａを含む一方の面１２と、この一方の面１２に対向し、光入射部７と光出射部８とを含む他方の面９を有する。光学プレート６の他方の面９には、光源１０が密着するように設けられている。また、光学プレート６の他方の面９には、撮像素子１１が密着するように設けられている。光入射部７から指紋測定部１２ａへ入射する入射光１７の入射角度θ、指紋測定部１２ａの幅Ｗ、および光学プレート６の厚みは、光入射部７と指紋測定部１２ａとが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないように、かつ光出射部８と指紋測定部１２ａとが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないように選ばれている。
【００３６】
また、光源１０の位置は、光源１０からの入射光１７が、臨界角以上の角度で、指紋測定部１２ａに入射するように選ばれている。
【００３７】
本実施の形態に係る全反射型凹凸パターン検出装置によれば、光源１０と撮像素子１１が光学プレート６に一体化されているので、装置の小型化・薄型化を図ることができる。また、光学プレート６の厚みを薄くしても、光入射部７と指紋測定部１２ａが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないようにされている。従って、光学プレート６の厚みを薄くしても、光入射部７からの光のうち、臨界角よりも小さい角度で指紋測定部１２ａに入射する光成分（散乱光成分）の量が減少する。その結果、薄型化を図りながらも、散乱光成分により生じるノイズ成分を抑制することができる。ひいては、装置の薄型化を図っても、Ｓ／Ｎ比を低下させず、画像画質を低下させない。その結果、高品質の画像を得ることができる。
【００３８】
また、光学プレート６の厚みを薄くしても、光出射部８と指紋測定部１２ａが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないようにされているので、指紋測定部１２ａの真上から入射する外光は撮像素子１１に到達しない。ひいては、装置の薄型化を図っても、Ｓ／Ｎ比を低下させず、画像画質を低下させない。その結果、高品質の画像を得ることができる。
【００３９】
指紋測定部１２ａの幅Ｗは、指１６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、本装置は、指１６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。
【００４０】
なお、上記実施の形態において、光源１０を光学プレートの他方の面９に密着させるのは、例えば、複数個の発光ダイオードを撮像素子１１に対向させて設けた光源を用いる場合に有効である。光源１０として、例えば後述する一個の発光ダイオードと導光板を用いる場合には、光源１０を光学プレートの他方の面９に近接させて設けるのが好ましい。すなわち、光源１０と光学プレートの他方の面９の間に空気層を設けるのが好ましい。但し、薄型化を図るためには、空気層の厚みは薄い方がよい。
【００４１】
光源として、ＥＬなどの自発光素子を用いてもよい。このように構成すると部品が１個でよい。
【００４２】
図３は、本実施の形態の変形例にかかる全反射型凹凸パターン検出装置の断面図である。本変形例は以下の点を除いて、図１に示す装置と同一であるので、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。
【００４３】
図３に示す装置が図１に示す装置と異なる点は、撮像素子１１を光学プレート６の他方の面９に密着させて設けるのではなく、撮像素子１１を光学プレート６の他方の面９に近接させて設ける点である。この場合、撮像素子１１と光学プレート６の他方の面９との間に、空気層を介在させてプリズム１３およびレンズ１４が設けられる。プリズム１３、レンズ１４、撮像素子１１は、指紋測定部１２ａから返された光１７ａがプリズム１３を透過して、さらにレンズ１４を透過して撮像素子１１に入射されるように配置されている。プリズム１３を用いることにより、指紋測定部１２ａから返された光１７ａを、光学プレート６の他方の面９で全反射させることなく、撮像素子１１に導くことができる。
【００４４】
次に、図１に示す全反射型凹凸パターン検出装置の動作を説明する。
【００４５】
図４は、全反射型凹凸パターン検出装置の動作を説明するための図であり、図１に示す装置の指紋測定部１２ａ付近の拡大図である。
【００４６】
図４を参照して、全反射型では、臨界角以上の角度で指紋測定部１２ａに入射する光１７は、指１６の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。
【００４７】
なお、本実施の形態では、光入射部７と指紋測定部１２ａが全く重ならない場合を例示したが、この発明は、これに限られるものでなく、ほとんど重ならない程度、すなわち、許容範囲で若干重なってもよい。また、光出射部８と指紋測定部１２ａが全く重ならない場合を例示したが、この発明は、これに限られるものでなく、ほとんど重ならない程度、すなわち、許容範囲で若干重なってもよい。
【００４８】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図である。
【００４９】
図５を参照して、実施の形態２に係る散乱型凹凸パターン検出装置は、指紋測定部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を有する光学プレート６を備える。他方の面９は、光源１０が設けられる光入射部７と撮像素子１１が設けられる光出射部８とを含む。光出射部８の位置、指紋測定部１２ａの幅、光学プレート６の厚みは、指紋測定部１２ａと光出射部８とが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないように選ばれている。
【００５０】
光源１０の位置は、光源１０からの入射光１７が、臨界角よりも小さな角度、すなわち、全反射しないような角度で指紋測定部１２ａに入射するように選ばれている。図では、光源１０は、指紋測定部１２ａの真下に設けられている。
【００５１】
本実施の形態に係る散乱型凹凸パターン検出装置によれば、光学プレート６の厚みを薄くしても、光出射部８と指紋測定部１２ａが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないようにされているので、光学プレート６の厚みを薄くしても、指紋測定部１２ａの真上から入射する外光は撮像素子１１に到達しない。ひいては、装置の薄型化を図っても、Ｓ／Ｎ比を低下させず、画像画質を低下させない。その結果、高品質の画像を得ることができる。
【００５２】
次に、図５に示す散乱型凹凸パターン検出装置の動作を説明する。図６は、散乱型凹凸パターン検出装置の動作を説明するための図であり、図５に示す装置の指紋測定部１２ａ付近の拡大図である。
【００５３】
図６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）に面する指紋測定部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は再び指紋測定部１２ａに入射する。一方、指紋パターンの凸部１９が接触している指紋測定部１２ａに到達した光１７は、凸部１９から空気を通過せずに、直接指紋測定部１２ａで散乱する。指紋パターンの凸部１９が接触した指紋測定部１２ａと、指紋パターンの凹部１８が面する指紋測定部１２ａ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。
【００５４】
なお、本実施の形態では、光出射部８と指紋測定部１２ａが全く重ならない場合を例示したが、この発明は、これに限られるものでなく、ほとんど重ならない程度、すなわち、許容範囲で若干重なってもよい。
【００５５】
（実施の形態３）
図７は、本実施の形態に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。図７に示す装置において、図１および図５に示す装置と同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。
【００５６】
図７に示す装置は、図１に示す全反射型凹凸パターン検出装置と同様に、光学プレート６の厚みを薄くしても、光入射部７と指紋測定部１２ａと光出射部８とが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないようにされている。
【００５７】
図７に示す装置においては、光学プレート６の厚み部分に、その一方端が指紋測定部１２ａに向き、その他方端が光出射部８に向く、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のが特徴である。
【００５８】
ここで、ファイバアレイ２１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。一方、図４を参照して、指紋測定部１２ａに指１６の凹凸パターンの凸部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１６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。
【００５９】
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。
【００６０】
被験者は、図１（Ａ）に示すように指置き面に指１６を置き、指１６の長さ方向に指１６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。
【００６１】
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係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。
【００６２】
（実施の形態４）
本実施の形態は、図７に示す全反射型凹凸パターン検出装置の製造方法に係る。
【００６３】
図８（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８（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、ファイバの光軸が接合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。
【００６４】
図８（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。
【００６５】
図８（ｃ）と図８（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。
【００６６】
図８（ｅ）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。
【００６７】
図８（ｅ）と図８（ｆ）と図７を参照して、金属膜２４をパターンニングし、電極２５ａ、２５ｂを形成する。電極２５ａは、光源１０を接続するためのものであり、電極２５ｂは、撮像素子１１を接続するためのものである。電極２５ａおよび電極２５ｂを形成する位置は、光学プレート６の厚み部分への投影において、実装する光源１０と指紋測定部１２ａが全く重ならないように、かつ、実装する撮像素子１１と指紋測定部１２ａとが全く重ならないように選ばれる。
【００６８】
図８（ｇ）を参照して、光学プレート６の他方の面に、光源１０である発光ダイオード（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２５ａに接続される。また、電極２５ｂ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。
【００６９】
図９は、図８（ｇ）におけるＩＸ−ＩＸ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から出た放射光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８（ｇ）を再び参照して、この平行光は、被検体接触面に向かう。
【００７０】
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２６を配置させてもよい。
【００７１】
この製造方法によれば、光学プレート６の厚みを薄くしても、光源１０が、上記光学プレート６の厚み方向への投影において、指紋測定部１２ａと全く重ならない部分を選んで実装されるので、光学プレート６の厚みを薄くしても、光源１０からの光のうち、臨界角よりも小さい角度で指紋測定部１２ａに入射する光成分の量が抑制された全反射型凹凸パターン検出装置が得られる。
【００７２】
また、光学プレート６の厚みを薄くしても、撮像素子１１が、上記光学プレート６の厚み方向への投影において、指紋測定部１２ａと全く重ならない部分を選んで実装されるので、光学プレート６の厚みを薄くしても、指紋測定部１２ａの真上から入射する外光が撮像素子１１に到達しない全反射型凹凸パターン検出装置が得られる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、光入射部７と指紋測定部１２ａが全く重ならない場合を例示したが、この発明は、これに限られるものでなく、ほとんど重ならない程度、すなわち、許容範囲で若干重なってもよい。また、光出射部８と指紋測定部１２ａが全く重ならない場合を例示したが、この発明は、これに限られるものでなく、ほとんど重ならない程度、すなわち、許容範囲で若干重なってもよい。
【００７４】
（実施の形態５）
図１０は、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である。図１０に示す装置においては、図５に示す散乱型凹凸パターン検出装置と同様に、光学プレート６の厚みを薄くしても、指紋測定部１２ａと撮像素子８とが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないようにされている。
【００７５】
また、光学プレート６の厚み部分に、その一方端は指紋測定部１２ａに向き、その他方端は光出射部８に向く、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。
【００７６】
散乱型凹凸パターン検出装置の場合の、ファイバアレイ２１の傾斜角度について説明する。
【００７７】
図１０と図６を参照して、光源１０から投光された光１７は指紋測定部１２ａに到達する。この場合、光源１０から投光された光１７の入射方向は、指紋測定部１２ａにおける入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ように設定されている。
【００７８】
指紋測定部１２ａにおいて、指の凹凸パターンの凹部１８に面する指紋測定部１２ａ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と接触している指紋測定部１２ａで散乱光１７ｂが生じる。
【００７９】
ここでは、指の凹凸パターンの凹部１８が面している指紋測定部１２ａ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１６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。
【００８０】
そして、指の凹凸パターンの凹部１８が面する指紋測定部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指紋測定部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、空気と指紋測定部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。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。
【００８１】
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の傾斜角度をこのように選ぶと、指の凹凸パターンの凸部１９が接触している指紋測定部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に伝搬させることができる。
【００８２】
本実施の形態によれば、指紋測定部１２ａで反射した光を効率よく撮像素子１１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、コントラストの向上が可能となって画像品質を向上させることができる。
【００８３】
（実施の形態６）
図１１は、本実施の形態に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。（Ａ）は全反射型凹凸パターン検出装置の断面図、（Ｂ）は散乱型凹凸パターン検出装置の断面図である。図１１に示す装置において、図７に示す装置と同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。
【００８４】
図１１（Ａ）に示す装置は、図７に示す全反射型凹凸パターン検出装置と同様に、光学プレート６の厚みを薄くしても、光入射部７と指紋測定部１２ａと光出射部８とが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないようにされている。
【００８５】
図１１（Ａ）に示す装置が図７に示す装置と異なる点は、光学プレート６の厚み部分であって、入射側に、その一方端が指紋測定部１２ａに向き、その他方端が光入射部７に向くように、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ１５が斜めに埋め込まれている点である。
【００８６】
入射側にこのようなファイバアレイ１５を設けることにより、光源１０から指当接面１２ａに向かう光の角度を揃えることができ、ひいては、均一な入射光を指紋測定部１２ａに入射することが可能となる。その結果、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８７】
また、図１１（Ｂ）に示すように、散乱型凹凸パターン検出装置に、入射側ファイバアレイ１５を設けても、光源１０から指当接面１２ａに向かう光の角度を揃えることができる。ひいては、均一な入射光を指紋測定部１２ａに入射することが可能となり、その結果、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８８】
（実施の形態７）
図１２は、本実施の形態に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。（Ａ）は全反射型凹凸パターン検出装置の断面図、（Ｂ）は散乱型凹凸パターン検出装置の断面図である。図１２に示す装置において、図１（Ｂ）および図５に示す装置と同一または相当する部分には、同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。
【００８９】
図１２（Ａ）に示す装置は、図１（Ｂ）に示す全反射型凹凸パターン検出装置と同様に、光学プレート６の厚みを薄くしても、光入射部７と指紋測定部１２ａと光出射部８とが、光学プレート６の厚み方向への投影において、全く重ならないようにされている。
【００９０】
また、指紋測定部１２ａ以外の部分に遮光膜２９が設けられている。さらに、光源１０の側面および底面には、光を反射させるリフレクター２２が設けられている。
【００９１】
指紋測定部１２ａ以外の部分に遮光膜２９を設けることにより、光源１０から漏れた光および外光が光学プレート６内および撮像素子１１に入ることを防ぐことができるため、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、光源１０にリフレクター２２を設けることにより、光源１０からの光を効率良く指紋測定部１２ａに入射することができる。
【００９２】
また、このような遮光膜２９およびリフレクター２２を、図１２（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。
【００９３】
（実施の形態８）
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。
【００９４】
図１３（Ａ）は、本実施の形態に係る携帯機器の正面図である。図１３（Ｂ）（Ｃ）は、図１３（Ａ）におけるＸ―Ｘ線に沿う断面図である。図１３（Ｂ）は、例えば図１（Ｂ）に示す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１３（Ｃ）は、例えば図５に示す散乱型凹凸パターン検出装置を実装した場合である。
【００９５】
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、指紋測定部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４０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４０と、携帯機器内に設けられている基板３４とを接続する。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明の第１の局面に従う全反射型凹凸パターン検出装置によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、光入射部と被検体測定部が、光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、光入射部からの光のうち、臨界角よりも小さい角度で被検体測定部に入射する光成分の量が抑制される。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比は低下せず、画像品質は低下しない。その結果、高品質の画像を得ることができるという効果を奏する。
【００９９】
また、この発明の第２の局面に従う散乱型凹凸パターン検出装置によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、光出射部と被検体測定部が、光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、被検体測定部の真上から入射する外光は光出射部に到達しない。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比は低下せず、画像品質は低下しないという効果を奏する。その結果、高品質の画像を得ることができるという効果を奏する。
【０１００】
この発明の第３の局面に従う全反射型凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、光入射部と被検体測定部が、光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、光学プレートの厚みを薄くしても、光入射部からの光のうち、臨界角より小さい角度で被検体測定部に入射する光成分の量が抑制される。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比が低下せず、ひいては、画像品質が低下しない。その結果、高品質の画像を得ることができる凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器が得られるという効果を奏する。
【０１０１】
この発明の第４の局面に従う散乱型凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器によれば、光学プレートの厚みを薄くしても、光出射部と被検体測定部が、光学プレートの厚み方向への投影において、全く重ならないか、またはほとんど重ならないようにされているので、光学プレートの厚みを薄くしても、被検体測定部の真上から入射する外光は出射部に到達しない。ひいては、光学プレートの厚みを薄くしても、Ｓ／Ｎ比が低下せず、画像品質が低下しない。その結果、高品質の画像を得ることができる凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）実施の形態１に係る凹凸パターン検出装置の斜視図
（Ｂ）図１（Ａ）におけるＢ―Ｂ線に沿う断面図
【図２】図１に示した凹凸パターン検出装置の指紋測定部と光入射部と光出射部との位置関係を概念的に示した図
【図３】実施の形態１の変形例にかかる全反射型凹凸パターン検出装置の断面図
【図４】図１に示す全反射型凹凸パターン検出装置の指紋測定部付近の拡大図
【図５】実施の形態２に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図６】図５に示す散乱型凹凸パターン検出装置の指当接面付近の拡大図
【図７】実施の形態３に係る凹凸パターン検出装置の断面図
【図８】実施の形態４に係る凹凸パターン検出装置の製造方法を示す図
【図９】図８（ｇ）における光源のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図
【図１０】実施の形態５に係る凹凸パターン検出装置の断面図
【図１１】（Ａ）実施の形態６に係る全反射型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に係る全反射型凹凸パターン検出装置の断面図
（Ｂ）実施の形態７に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１３】（Ａ）実施の形態８に係る凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器の正面図
（Ｂ）全反射型凹凸パターン検出装置を用いた場合のＸ―Ｘ線に沿う断面図
（Ｃ）散乱型凹凸パターン検出装置を用いた場合のＸ―Ｘ線に沿う断面図
【図１４】従来の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
７  光入射部
８  光出射部
９  光学プレートの他方の面
１０  光源
１１  撮像素子
１２  光学プレートの一方の面
１２ａ  指紋測定部
１６  指
１７  光
【図１】
2004310577.tif 000003
【図２】
2004310577.tif 000004
【図３】
2004310577.tif 000005
【図４】
2004310577.tif 000006
【図５】
2004310577.tif 000007
【図６】
2004310577.tif 000008
【図７】
2004310577.tif 000009
【図８】
2004310577.tif 000010
【図９】
2004310577.tif 000011
【図１０】
2004310577.tif 000012
【図１１】
2004310577.tif 000013
【図１２】
2004310577.tif 000014
【図１３】
2004310577.tif 000015
【図１４】
2004310577.tif 000016