(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の表面に存する凹凸パタ−ンを検出するパタ−ン検出装置において、
前記被測定対象の表面を接触させる接触面と前記接触面と所定角度をなす出射面とを有するプリズムと、
複数の光ファイバを配列してなり、光軸に対してそれぞれ所定角度をなす入射面と出射面とを有する第１の光学部品と、
複数の光ファイバを配列してなり、光軸に対してそれぞれ所定角度をなす入射面と出射面とを有する第２の光学部品と、
撮像素子と、
前記接触面に対して前記プリズムの内側から平行光を入射させる光源と
を備え、
前記プリズムの出射面と前記第１の光学部品の入射面、前記第１の光学部品の出射面と前記第２の光学部品の入射面、前記第２の光学部品の出射面と前記撮像素子の受光面とはそれぞれ接しており、
前記光源は、前記接触面のうち前記被測定対象の表面の非接触部分に入射する前記平行光が前記接触面において全反射条件を満たし、かつ、前記平行光の前記接触面による反射光が前記プリズムの出射面に向かって進行するように、前記接触面に対して前記平行光を入射させ、
前記反射光の進行方向と前記第１の光学部品の光軸とのなす角、及び、前記第１の光学部品の光軸と前記第２の光学部品の光軸とのなす角は、前記反射光の進行方向と前記第２の光学部品の光軸とのなす角よりも小さい
ことを特徴とするパターン検出装置。
【請求項２】
前記第１の光学部品は、入射面と出射面とが互いに平行となっており、
前記プリズムの接触面と出射面との双方に垂直な第１の平面と、前記第２の光学部品の入射面と出射面との双方に垂直な第２の平面とは、互いに垂直となっている
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン検出装置。
【請求項３】
前記プリズムの接触面と前記反射光の進行方向とのなす角αは、前記プリズムの出射面と前記反射光の進行方向とのなす角βよりも小さく、前記第２の光学部品の入射面と光軸とのなす角γは、前記第２の光学部品の出射面と光軸とのなす角δよりも小さい
ことを特徴とする請求項２に記載のパターン検出装置。
【請求項４】
前記αと前記γとは互いに等しく、
前記βと前記δとは互いに等しい
ことを特徴とする請求項３に記載のパターン検出装置。
【請求項５】
前記βと前記δとは、それぞれ直角である
ことを特徴とする請求項４に記載のパターン検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば指紋などのように被測定対象の表面に存する凹凸パタ−ンを検出するパターン検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被測定対象の表面に存する凹凸パタ−ンを検出するパターン検出装置は、人間の指紋パターンを検出する指紋検出装置、牛の鼻紋を検出する鼻紋検出装置など、幅広い用途に使用されている。かかるパターン検出装置として、例えば特開平７−３３４６４９号公報に開示された指紋入力装置が知られている。この指紋入力装置は、被測定対象である指を接触させる接触面を有する三角柱形状のプリズムと、上記接触面に光を照射する光源と、光源から照射された光の上記接触面による反射光を撮像するカメラとを備えて構成される。ここで、接触面のうち指紋の凸部が接触した部分に入射した光は、当該凸部から指に入射して指に吸収される。一方、接触面のうち指紋の凸部が接触していない部分（指紋の凹部に対応する部分）に入射した光は、全反射してカメラに入射する。従って、上記接触面による反射光のパターンをカメラによって撮像することで、指紋の凹凸パターンを検出することが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術にかかるパターン検出装置には、以下に示すような問題点があった。すなわち、上記従来技術にかかるパターン検出装置においては、指紋の凹凸パターンを撮像するためにカメラを用いており、装置自体が極めて大型化してしまう。一方、カメラの代わりにＣＣＤ等の撮像素子を用いたとしても、プリズムによる反射光のパターンをレンズ等で集光させる必要があり、当該レンズ等を設けることにより装置が大型化してしまう。また、三角柱形状のプリズムを用いていることから、カメラによって撮像される指紋パターンは特定の一方向にのみ縮小された歪んだ指紋パターンとなってしまう。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題点を解決し、小型に構成でき、異なる２方向に拡大、縮小された拡大、縮小パターンの撮像が可能なパターン検出装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のパターン検出装置は、被測定対象の表面に存する凹凸パタ−ンを検出するパタ−ン検出装置であって、上記被測定対象の表面を接触させる接触面と上記接触面と所定角度をなす出射面とを有するプリズムと、複数の光ファイバを配列してなり、光軸に対してそれぞれ所定角度をなす入射面と出射面とを有する第１の光学部品と、複数の光ファイバを配列してなり、光軸に対してそれぞれ所定角度をなす入射面と出射面とを有する第２の光学部品と、撮像素子と、上記接触面に対して上記プリズムの内側から平行光を入射させる光源とを備え、上記プリズムの出射面と上記第１の光学部品の入射面、上記第１の光学部品の出射面と上記第２の光学部品の入射面、上記第２の光学部品の出射面と上記撮像素子の受光面とはそれぞれ接しており、上記光源は、上記接触面のうち上記被測定対象の表面の非接触部分に入射する上記平行光が上記接触面において全反射条件を満たし、かつ、上記平行光の上記接触面による反射光が上記プリズムの出射面に向かって進行するように、上記接触面に対して上記平行光を入射させ、上記反射光の進行方向と上記第１の光学部品の光軸とのなす角、及び、上記第１の光学部品の光軸と上記第２の光学部品の光軸とのなす角は、上記反射光の進行方向と上記第２の光学部品の光軸とのなす角よりも小さいことを特徴としている。
【０００６】
プリズムの接触面と出射面とのなす角、２つの光学部品の光軸と入射面、出射面とのなす角等を変化させることにより、異なる２方向における縮小率、拡大率を適宜設計することが可能となり、異なる２方向に拡大、縮小された上記反射光のパターンを得ることが可能となる。また、撮像素子を光学部品の出射面に接して設けることで、光学部品と撮像素子との間にレンズ等を配置することが不要となり、装置の小型化が実現する。さらに、上記反射光の進行方向と第１の光学部品の光軸とのなす角、及び、第１の光学部品の光軸と第２の光学部品の光軸とのなす角を、上記反射光の進行方向と第２の光学部品の光軸とのなす角よりも小さくすることで、伝送路の屈曲による光の伝送損失を減少させることが可能となる。
【０００７】
また、本発明のパターン検出装置においては、上記第１の光学部品は、入射面と出射面とが互いに平行となっており、上記プリズムの接触面と出射面との双方に垂直な第１の平面と、上記第２の光学部品の入射面と出射面との双方に垂直な第２の平面とは、互いに垂直となっていることを特徴としてもよい。
【０００８】
第１の光学部品の入射面と出射面とを互いに平行とし、プリズムの接触面と出射面との双方に垂直な第１の平面と第２の光学部品の入射面と出射面との双方に垂直な第２の平面とを互いに垂直とすることで、プリズムにおいて上記反射光のパターンを特定の一方向に縮小あるいは拡大し、第２の光学部品において上記反射光のパターンを上記特定の一方向と垂直な方向に縮小あるいは拡大することが可能となる。
【０００９】
また、本発明のパターン検出装置においては、上記プリズムの接触面と上記反射光の進行方向とのなす角αは、上記プリズムの出射面と上記反射光の進行方向とのなす角βよりも小さく、上記第２の光学部品の入射面と光軸とのなす角γは、上記第２の光学部品の出射面と光軸とのなす角δよりも小さいことを特徴としてもよい。
【００１０】
αをβよりも小さくし、γをδよりも小さくすることで、プリズムにおいて上記反射光のパターンを特定の一方向に縮小し、第２の光学部品において上記反射光のパターンを上記特定の一方向と垂直な方向に縮小することが可能となる。
【００１１】
また、本発明のパターン検出装置においては、上記αと上記γとは互いに等しく、上記βと上記δとは互いに等しいことを特徴としてもよい。
【００１２】
αとγ、βとδをそれぞれ等しくすることで、上記特定の一方向における縮小率と、これに垂直な方向における縮小率とを揃えることが可能となる。
【００１３】
また、本発明のパターン検出装置においては、上記βと上記δとは、それぞれ直角であることを特徴としてもよい。
【００１４】
βとδとを直角とすることで、効率のよい縮小が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態に係るパターン検出装置について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係るパターン検出装置の構成について説明する。図１は本実施形態に係るパターン検出装置の斜視図、図２は図１のＩ−Ｉ線に沿った模式断面図、図３は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。尚、便宜上、図２においては光源部を、図３においてはファイバ光学部品及びＣＣＤを省略している。
【００１６】
本実施形態にかかるパターン検出装置１０は、図１に示すように、台形柱形状を有するプリズム１２と、平板形状を有してプリズム１２に連結されるファイバ光学部品１３（第１の光学部品）と、台形柱形状を有してファイバ光学部品１３に連結されるファイバ光学部品１４（第２の光学部品）と、ファイバ光学部品１４に連結されるＣＣＤ１６（撮像素子）と、プリズム１２に平行光を入射させる光源部１８（光源）とを備えて構成される。尚、光源部１８は、照明光を出射するＬＥＤ２０と、ＬＥＤ２０から出射された照明光を平行化する凸レンズ２２とを有して構成される。以下、各構成要素について詳細に説明する。
【００１７】
プリズム１２は、プラスチック製若しくはガラス製のプリズムであって、被測定対象（例えば指）の表面を接触させる接触面１２ａと、接触面１２ａとそれぞれ５９°（＝９０°−３１°）の角度をもって非平行に対向する入射面１２ｂ、出射面１２ｃと、接触面１２ａに平行な対向面１２ｄとを有している。すなわち、接触面１２ａ、入射面１２ｂ、出射面１２ｃ、対向面１２ｄが４つの側面となって台形柱を構成する。ここで、プリズム１２の屈折率ｎ１は、１．５６となっている。ここでいうプリズムとは、互いに平行でない２つ以上研磨面を持つ透明体をいい、側面を研磨したガラス板なども含まれる。
【００１８】
ファイバ光学部品１３は、図２に示すように、複数の光ファイバ１３ａを平行に配列して一体成形され、光軸（光ファイバ１３ａの軸）に対して６６°の角度をなす互いに平行な入射面１３ｂと出射面１３ｃとを有している。ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコアの屈折率ｎ２１は１．８２、クラッドの屈折率ｎ２２は１．４９５となっており、各光ファイバ１３ａの間隙には、光吸収材１３ｄが充填してある。
【００１９】
ファイバ光学部品１４は、複数の光ファイバ１４ａを平行に配列して一体成形され、光軸（光ファイバ１４ａの軸）に対してそれぞれ３１°、９０°の角度なす入射面１４ｂ、出射面１４ｃを有している。ファイバ光学部品１４を構成する光ファイバ１４ａのコアの屈折率ｎ３１は１．８２、クラッドの屈折率ｎ３２は１．４９５となっており、各光ファイバ１４ａの間隙には、光吸収材１４ｄが充填してある。
【００２０】
プリズム１２の出射面１２ｃとファイバ光学部品１３の入射面１３ｂ、ファイバ光学部品１３の出射面１３ｃとファイバ光学部品１４の入射面１４ｂとはそれぞれ、透明な接着剤によって接着されている（接している）。ここで特に、プリズム１２とファイバ光学部品１４とは、プリズム１２の接触面１２ａと出射面１２ｃとの双方に垂直な第１の平面（図１のｘｚ平面）と、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂと出射面１４ｃとの双方に垂直な第２の平面（図１のｘｙ平面）とが、互いに垂直になるように配置されている。
【００２１】
ＣＣＤ１６は、その受光面１６ａがファイバ光学部品１４の出射面１４ｃに接するように設けられている。より詳細には、ＣＣＤ１６の受光面１６ａとファイバ光学部品１４の出射面１４ｃとは、透明な接着剤によって接着されている。
【００２２】
光源部１８を構成するＬＥＤ２０と凸レンズ２２とは、プリズム１２に対して図３に示すような位置関係をもって配置されている。すなわち、ＬＥＤ２０と凸レンズ２２とは、ＬＥＤ２０から出射されて凸レンズ２２によって平行化された平行光がプリズム１２の入射面１２ｂに垂直に入射して、当該プリズム１２の内側から接触面１２ａに入射するように配置される。より詳細には、接触面１２ａのうち被測定対象の表面の非接触部分に入射する上記平行光が、接触面１２ａにおいて全反射条件を満たし、かつ、この平行光の接触面１２ａによる反射光がプリズム１２の出射面１２ｃに向かって進行するように、ＬＥＤ２０と凸レンズ２２とが配置される。その結果、上記平行光の接触面１２ａによる反射光は図１〜図３のｘ軸負方向に進行することになり、プリズム１２の接触面１２ａと上記反射光の進行方向とのなす角は３１°、プリズム１２の出射面１２ｃと上記反射光の進行方向とのなす角は９０°となる。さらに、上記配置により、上記反射光の進行方向とファイバ光学部品１３の光軸とのなす角は２４°（＝９０°−６６°）、ファイバ光学部品１３の光軸とファイバ光学部品１４の光軸とのなす角は３５°（＝６６°−３１°）、上記反射光の進行方向とファイバ光学部品１４の光軸とのなす角は５９°（＝９０°−３１°）となり、上記反射光の進行方向とファイバ光学部品１３の光軸とのなす角、及び、ファイバ光学部品１３の光軸とファイバ光学部品１４の光軸とのなす角は、上記反射光の進行方向とファイバ光学部品１４の光軸とのなす角よりも小さくなる。
【００２３】
続いて、本実施形態にかかるパターン検出装置の作用及び効果について説明する。図４は、プリズム１２の接触面１２ａに被測定対象である指１００の表面を接触させ、当該接触面１２ａに上記平行光を入射させた場合の光の進行の様子を示す図である。
【００２４】
ＬＥＤ２０から出射されて凸レンズ２２によって平行化された平行光は、プリズム１２の入射面１２ｂに垂直に入射し、当該プリズム１２の内側から接触面１２ａに入射する。ここで、接触面１２ａのうち指紋の凸部が接触していない部分（指紋の凹部に対応する部分）に入射した光は、接触面１２ａにおいて全反射条件を満たすため、当該接触面１２ａで全反射して出射面１２ｃの方向に進行する（図４のＡ）。一方、接触面１２ａのうち指紋の凸部が接触した部分に入射した光は、指１００の屈折率が空気と比較して大きいことから、全反射条件を満たさず、当該凸部から指１００に入射して指１００に吸収される（図４のＢ）。したがって、プリズム１２の出射面１２ｃからは、指１００の表面の指紋の凹凸パターンに応じた光パターンが出力される。
【００２５】
また、プリズム１２の接触面１２ａと接触面１２ａによる反射光の進行方向とのなす角が３１°、プリズム１２の出射面１２ｃと上記反射光の進行方向とのなす角が９０°となっていることから、プリズム１２の出射面１２ｂから出力される光パターンは、接触面１２ａに接触した指紋の凹凸パターンを特定の一方向（図１のａ軸方向）に０．５２（＝ｓｉｎ３１°／ｓｉｎ９０°）倍に縮小した光パターンとなる。
【００２６】
図５は、プリズム１２の接触面１２ａで反射した反射光のファイバ光学部品１３，１４内での進行の様子を示す図である。上記反射光は、プリズム１２の出射面１２ｃに対して９０°の角度をなして進行し、すなわち、ファイバ光学部品１３の入射面１３ｂに対して垂直に入射する。
【００２７】
ファイバ光学部品１３の入射面１３ｂは光軸に対して６６°の角度をなしていることから、上記反射光は、ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのクラッドに６６°の入射角で入射する。ここで、ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコアの屈折率ｎ２１が１．８２、クラッドの屈折率ｎ２２が１．４９５であるため、コア−クラッド界面における臨界角は約５５°となる。従って、光ファイバ１３ａのクラッドに６６°の入射角で入射する上記反射光は、コア−クラッド界面で全反射して、ファイバ光学部品１３の出射面１３ｃまで伝搬する。
【００２８】
また、ファイバ光学部品１３の入射面１３ｂと出射面１３ｃとが互いに平行となっていることから、ファイバ光学部品１３の出射面１３ｃから出力される光パターンは、プリズム１２の出射面１２ｃから出力される光パターンと大きさが等しい光パターンとなる。
【００２９】
ファイバ光学部品１３の出射面１３ｃから出射されてファイバ光学部品１４の入射面１４ｂに入射した上記反射光は、ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコア−クラッド界面での反射回数に応じて、図５に示す、光路Ａあるいは光路Ｂの様にファイバ光学部品１４内を進行する。
【００３０】
ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコア−クラッド界面で偶数回（０回も含む）反射した上記反射光は、図５の光路Ａの様にファイバ光学部品１４内を進行する。すなわち、ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコア−クラッド界面で偶数回反射した上記反射光は、ファイバ光学部品１３の出射面１３ｃから垂直に出射し、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂに対して垂直に入射する。
【００３１】
ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂは光軸に対して３１°の角度をなしていることから、上記反射光は、ファイバ光学部品１４を構成する光ファイバ１４ａのクラッドに３１°の入射角で入射する。ここで、ファイバ光学部品１４を構成する光ファイバ１４ａのコアの屈折率ｎ３１が１．８２、クラッドの屈折率ｎ３２が１．４９５であるため、コア−クラッド界面における臨界角は約５５°となる。従って、光ファイバ１４ａのクラッドに３１°の入射角で入射する上記反射光は、コア−クラッド界面で全反射条件を満たさず、その一部はクラッドに入射し、光吸収材１４ｄに吸収される。
【００３２】
一方、ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコア−クラッド界面で奇数回反射した上記反射光は、図５の光路Ｂの様にファイバ光学部品１４内を進行する。すなわち、ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコア−クラッド界面で奇数回反射した上記反射光は、ファイバ光学部品１３の出射面１３ｃから４８°の出射角をもって出射し、ファイバ光学部品１３を構成する光ファイバ１３ａのコアの屈折率ｎ２１とファイバ光学部品１４を構成する光ファイバ１４ａのコアの屈折率ｎ３１とが等しいことから、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂに対して４８°の入射角をもって入射する。
【００３３】
ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂは光軸に対して３１°の角度をなしていることから、上記反射光は、ファイバ光学部品１４を構成する光ファイバ１４ａのクラッドに７９°の入射角で入射する。ここで、ファイバ光学部品１４を構成する光ファイバ１４ａのコア−クラッド界面における臨界角は約５５°であることから、光ファイバ１４ａのクラッドに７９°の入射角で入射する上記反射光は、コア−クラッド界面で全反射して、ファイバ光学部品１４の出射面１４ｃまで伝搬する。
【００３４】
また、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂ、出射面１４ｃとがそれぞれ光軸と３１°、９０°の角度を有しており、プリズム１２の接触面１２ａと出射面１２ｂとの双方に垂直な第１の平面（図１のｘｚ平面）と、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂと出射面１４ｃとの双方に垂直な第２の平面（図１のｘｙ平面）とが互いに垂直になっていることから、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂに入射した光パターンは上記特定の一方向（図１のａ軸方向）に垂直な方向（図１のｂ軸方向）に０．５２（＝ｓｉｎ３１°／ｓｉｎ９０°）倍に縮小されて出射面１４ｃから出力される。
【００３５】
従って、接触面１２ａに形成された指紋の凹凸パターンは、縦横（図１のａ軸方向とｂ軸方向）それぞれに０．５２倍に相似縮小され、かかる相似縮小された光パターンがＣＣＤ１６によって撮像される。
【００３６】
上述の如く、本実施形態にかかるパターン検出装置１０は、被測定対象の表面の凹凸パターンに応じて形成される接触面１２ａによる反射光のパターンを、プリズム１２と２つのファイバ光学部品１３，１４によって縮小させることで、プリズム１２の接触面１２ａに対する平行光の入射方向、プリズム１２の接触面１２ａと出射面１２ｂとのなす角、ファイバ光学部品１３，１４の光軸と入射面１３ｂ，１４ｂ、出射面１３ｃ，１４ｃとのなす角等を変化させることにより、異なる２方向における縮小率、拡大率を適宜設計することが可能となる。
【００３７】
ここで、ファイバ光学部品１３を設けずに、プリズム１２の出射面１２ｃとファイバ光学部品１４の入射面１４ｂとを接続してパターン検出装置を構成することも考えられるが、この場合、ファイバ光学部品１４に入射する光は、図５の光路Ａと同様の光路を進行することになり、ファイバ光学部品１４を構成する光ファイバ１４ａのコア−クラッド界面で全反射条件を満たさず、ファイバ光学部品１４の出射面１４ｃから出力される光パターンは極めて暗いものとなってしまう。これに対して、本実施形態にかかるパターン検出装置１０は、プリズム１２と２つのファイバ光学部品１３，１４とを用い、上記反射光の進行方向とファイバ光学部品１３の光軸とのなす角、及び、ファイバ光学部品１３の光軸とファイバ光学部品１４の光軸とのなす角を、上記反射光の進行方向とファイバ光学部品１４の光軸とのなす角よりも小さくすることで、伝送路の屈曲による光の伝送損失を減少させることができ、その結果、明瞭な出力イメージを得ることが可能となる。
【００３８】
また、本実施形態にかかるパターン検出装置１０は、ファイバ光学部品１３の入射面１３ｂと出射面１３ｃとを平行とし、プリズム１２の接触面１２ａと出射面１２ｂとの双方に垂直な第１の平面（図１のｘｚ平面）と、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂと出射面１４ｃとの双方に垂直な第２の平面（図１のｘｙ平面）とが互いに垂直になるようにプリズム１２とファイバ光学部品１４とを配置することで、上記反射光のパターンをプリズム１２とファイバ光学部品１４とによってそれぞれ垂直な２方向に縮小することができる。
【００３９】
また、本発明のパターン検出装置１０は、プリズム１２の接触面１２ａと上記反射光の進行方向とのなす角と、ファイバ光学部品１４の入射面１４ｂと光軸とのなす角とをともに３１°とし、プリズム１２の出射面１２ｂと上記反射光の進行方向とのなす角と、ファイバ光学部品１４の出射面１４ｃと光軸とのなす角とをともに９０°としていることから、上記反射光のパターンを効率よく相似縮小したパターンをＣＣＤ１６によって撮像することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態にかかるパターン検出装置１０は、ＣＣＤ１６をファイバ光学部品１４の出射面１４ｃに接して設けることで、ファイバ光学部品１４とＣＣＤ１６との間にレンズ等を配置することが不要となり、装置の小型化が実現する。
【００４１】
さらに、本実施形態にかかるパターン検出装置１０は、上記反射光のパターンの縮小を行う２つの光学部品のうち、被測定対象を接触させるほうの光学部品をプリズムによって構成することで、かかる光学部品をファイバ光学部品等で構成するよりも極めて安価に製造することが可能となる。尚、それ以外の光学部品については、プリズム１２の出射面１２ｂから出射された光をＣＣＤ１６に導く必要があるため、プリズムで構成することは困難である。
【００４２】
続いて、本発明の第２の実施形態に係るパターン検出装置について、図面を参照して説明する。図６は本実施形態に係るパターン検出装置の斜視図、図７は図６のＩ−Ｉ線に沿った模式断面図、図８は図６のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。尚、便宜上、図７においては光源部を、図８においてはファイバ光学部品及びＣＣＤを省略している。
【００４３】
本実施形態にかかるパターン検出装置３０が上記第１の実施形態にかかるパターン検出装置１０と構成上異なる点は、上記第１の実施形態にかかるパターン検出装置１０に用いたプリズム１２、ファイバ光学部品１４の代わりに、それぞれ、形状の異なるプリズム３２、ファイバ光学部品３４を用いた点である。
【００４４】
プリズム３２は、被測定対象の表面を接触させる接触面３２ａと、接触面３２ａと５９°（＝９０°−３１°）の角度をなす入射面３２ｂと、入射面３２ｂと対向するとともにして接触面３２ａと垂直な出射面３２ｃと、接触面３２ａに平行な対向面３２ｄとを有して構成される。また、ファイバ光学部品３４は、光軸に対してそれぞれ３７°、９０°の角度をなす入射面３４ｂ、出射面３４ｃを有して構成される。ここで、プリズム３２の接触面３２ａと上記反射光の進行方向とのなす角α（＝３１°）と、ファイバ光学部品３４の入射面３４ｂと光軸とのなす角γ（＝３７°）とが式（１）の関係を満たすことで、接触面３２ａに形成された指紋の凹凸パターンを相似縮小することが可能となる。
【００４５】
ｔａｎα  ＝  ｓｉｎγ      （１）
本実施形態にかかるパターン検出装置３０も上記第１の実施形態にかかるパターン検出装置１０と同様に、異なる２方向における縮小率、拡大率を適宜設計することでき、伝送路の屈曲による光の伝送損失を減少させることができ、また、小型に構成することが可能となる。さらに、本実施形態にかかるパターン検出装置３０に用いるプリズム３２は、出射面３２ｃが接触面３２ａと垂直であるため、第１の実施形態にかかるパターン検出装置１０に用いたプリズム１２と比較して、加工が容易であるとともに、角部が欠けにくく、取り扱いが容易である。また、パターン検出装置３０を組み立てた場合に、プリズム３２、ファイバ光学部品１３，３４が同一平面上にのることから、パターン検出装置３０自体の取り扱いも容易となる。
【００４６】
続いて、本発明の第３の実施形態に係るパターン検出装置について、図面を参照して説明する。図９は本実施形態に係るパターン検出装置の斜視図、図１０は図９のＩ−Ｉ線に沿った模式断面図、図１１は図９のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。尚、便宜上、図１０においては光源部を、図１１においてはファイバ光学部品及びＣＣＤを省略している。
【００４７】
本実施形態にかかるパターン検出装置４０が上記第２の実施形態にかかるパターン検出装置３０と構成上異なる点は、上記第２の実施形態にかかるパターン検出装置３０に用いたプリズム３２の代わりに、形状の異なるプリズム４２を用いた点である。
【００４８】
プリズム４２は、被測定対象の表面を接触させる接触面４２ａと、接触面４２ａとそれぞれ垂直で互いに平行な入射面４２ｂ、出射面４２ｃと、接触面４２ａに平行な対向面４２ｄとを有して構成される。すなわち、プリズム４２は直方体形状となっている。ここで、プリズム４２の接触面４２ａと上記反射光の進行方向とのなす角α（＝３１°）と、ファイバ光学部品３４の入射面３４ｂと光軸とのなす角γ（＝３７°）とが上記式（１）の関係を満たすように、光源部１８から平行光が出射される。その結果、接触面４２ａに形成された指紋の凹凸パターンを相似縮小してＣＣＤ１６により撮像することが可能となる。
【００４９】
本実施形態にかかるパターン検出装置４０も上記第２の実施形態にかかるパターン検出装置３０と同様に、異なる２方向における縮小率、拡大率を適宜設計することでき、伝送路の屈曲による光の伝送損失を減少させることができ、また、小型に構成することが可能となる。また、プリズム４０の入射面４２ｂ、出射面４２ｃがともに接触面４２ａと垂直であるため、当該プリズム４０の加工が極めて容易になるとともに、角部が一層欠けにくく、取り扱いが一層容易となる。また、パターン検出装置４０を組み立てた場合に、プリズム４２、ファイバ光学部品１３，３４が同一平面上にのることから、パターン検出装置４０自体の取り扱いも容易となる。
【００５０】
上記実施形態にかかるパターン検出装置１０，３０，４０において、光源部１８はＬＥＤ２０と凸レンズ２２とから構成されていたが、凸レンズ２２の代わりにフレネルレンズを用いてもよい。フレネルレンズを用いることで、装置のさらなる小型化が実現する。
【００５１】
また、上記実施形態にかかるパターン検出装置１０，３０，４０は、被測定対象の表面の凹凸パターンを縮小して撮像するものであったが、プリズム１２の接触面１２ａに対する平行光の入射方向、プリズム１２の接触面１２ａ等と出射面１２ｂ等とのなす角、ファイバ光学部品１３，１４の光軸と入射面１３ｂ，１４ｂ、出射面１４ｂ，１４ｃとのなす角等を適宜設計することで、被測定対象の表面の凹凸パターンを拡大して撮像する構成とすることも可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のパターン検出装置は、プリズムと２つの光学部品によって接触面による反射光のパターンを縮小あるいは拡大させることで、プリズムの接触面に対する平行光の入射方向、プリズムの接触面と出射面とのなす角、２つの光学部品の光軸と入射面、出射面とのなす角等を変化させることにより、異なる２方向における縮小率、拡大率を適宜設計することが可能となり、異なる２方向に拡大、縮小された上記反射光のパターンを得ることが可能となる。また、撮像素子を光学部品の出射面に接して設けることで、光学部品と撮像素子との間にレンズ等を配置することが不要となり、装置の小型化が実現する。さらに、上記反射光の進行方向と第１の光学部品の光軸とのなす角、及び、第１の光学部品の光軸と第２の光学部品の光軸とのなす角を、上記反射光の進行方向と第２の光学部品の光軸とのなす角よりも小さくすることで、伝送路の屈曲による光の伝送損失を減少させることができ、明瞭な出力イメージを得ることが可能となる。
【００５３】
また、本発明のパターン検出装置においては、プリズムの接触面と出射面との双方に垂直な第１の平面と、光学部品の入射面と出射面との双方に垂直な第２の平面とを互いに垂直とすることで、プリズムにおいて上記反射光のパターンを特定の一方向に縮小あるいは拡大し、光学部品において上記反射光のパターンを上記特定の一方向と垂直な方向に縮小あるいは拡大することが可能となる。
【００５４】
また、本発明のパターン検出装置においては、上記プリズムの上記接触面と上記反射光の進行方向とのなす角αを上記プリズムの上記出射面と上記反射光の進行方向とのなす角βよりも小さくし、上記光学部品の上記入射面と上記光軸とのなす角γを上記光学部品の上記出射面と上記光軸とのなす角δよりも小さくすることで、プリズムにおいて上記反射光のパターンを特定の一方向に縮小し、光学部品において上記反射光のパターンを上記特定の一方向と垂直な方向に縮小することが可能となる。
【００５５】
また、本発明のパターン検出装置においては、αとγ、βとδをそれぞれ等しくすることで、上記特定の一方向における縮小率と、これに垂直な方向における縮小率とを揃えることが可能となる。
【００５６】
また、本発明のパターン検出装置においては、βとδとを直角とすることで、効率のよい縮小が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パターン検出装置の斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線に沿った模式断面図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。
【図４】光の進行の様子を示す図である。
【図５】光の進行の様子を示す図である。
【図６】パターン検出装置の斜視図である。
【図７】図６のＩ−Ｉ線に沿った模式断面図である。
【図８】図６のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。
【図９】パターン検出装置の斜視図である。
【図１０】図９のＩ−Ｉ線に沿った模式断面図である。
【図１１】図９のＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０…パターン検出装置、１２，３２，４２…プリズム、１３，１４，３４…ファイバ光学部品、１６…ＣＣＤ、１８…光源部、２０…ＬＥＤ、２２…凸レンズ、１００…指
【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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