JP2004191246A

JP2004191246A - Ruggidness detecting sensor

Info

Publication number: JP2004191246A
Application number: JP2002361100A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Komatsu; 敦小松; Tetsuo Ootsuchi; 哲郎大土
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously attain the detection accuracy for ruggidness and miniaturization of a ruggidness detecting sensor, by realizing uniformity of an irradiation light radiated from a light source. <P>SOLUTION: The irradiation light from the light source 40 arranged on one end side of a light conversion means 20 is reflected fully and is refracted with the light-converting means 20 to be converted into a linear irradiation light so as to irradiate the ruggidness detecting region 70 of a light guide plate 10 with the upper surface of which a specimen is to be brought into contact. The light from the ruggidness detection region 70 is received with a photoelectric conversion device 30 via the light guide plate 10 for detecting the ruggidness. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋や印影などの微少な凹凸パターンの検出を行うのに好適な光学式の凹凸検出センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
指紋などの微少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。光学式の凹凸パターン検出装置としては、プリズムを用いたものがよく知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来例では、直角プリズムを用い、入射面から平行光を入射し、その入射光が直角プリズムの傾斜面で全反射して出射面から出射し、その出射光をカメラで撮像する構成となっている。指などの凹凸のある被検体が直角プリズムの傾斜面に密着接触した場合には、凹部では入射光は全反射されるが、凸部では屈折率の関係により全反射が生じない。この作用により凹凸により明暗が明瞭につき、凹凸パターンを検出できる。
【０００４】
このような構成の光学式凹凸パターン検出装置では、光源から照射される入射光と、カメラに撮像される出射光が、ほぼ直角になるように光源やカメラを配置しなければならず、凹凸検出装置の小型化が困難であった。
【０００５】
この凹凸検出装置の小型化の課題に対して、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開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
図１４は、前記特許文献２の図２を転記したものである。図１４において、３０１は光ファイバ束、３０１ａは光ファイバ束３０１の入射面、３０１ｂは光ファイバ束３０１の出射面であり、入射面３０１ａは光ファイバ束３０１の各光ファイバの中心軸に対して所定角度で傾斜している。３０２は照明装置、３０３は照明装置から投光される平行光束（照射光）である。
【０００７】
次に動作について説明する。まず、照明装置３０２から平行光束３０３を投光する。この平行光束３０３は、光ファイバ束３０１を透過して入射面３０１ａに到達する。この場合、入射面３０１ａに対する平行光束３０３の入射角θは、光ファイバのコア部と空気との界面における臨界角より大きいものとする。従って、反射角θの反射光は、被検体１０３の凹部と非接触の入射面３０１ａで全反射となり、被検体１０３の凸部と接触している入射面３０１ａで媒質相互の屈折率によって非全反射となる。
【０００８】
これにより、凹部が非接触の部分の反射光は、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光パターンを形成する。撮像素子１０５は、出射面３０１ｂに直接付着されているので、撮像素子１０５の撮像面は、出射面３０１ｂに直接接触、または出射面３０１ｂの近傍に配置されている。従って出射面３０１ｂ上の光パターンは、撮像素子１０５の撮像面に直接入力される。
【０００９】
以上のように、光学ファイバ束３０１を用いると、光ファイバ束３０１を曲げたりすることができ、プリズムを用いる場合に比べて光路設計に自由度があり小型化には適する。
【００１０】
また、小型化の課題に対しての別の解決方法として、光源からの検知光線を導光板を用いて面状光源に変換する指紋照合機が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
図１５は、前記特許文献３の図１の基本要素のみを記した概略構成図である。
図１５において、３４０は発光素子（光源）、３３０は導光板、３１０は窓部材、３１４，３１５は第１，第２の二つの反射ミラー、３５０はレンズ、３２０は撮像素子であり、発光素子３４０からの光線を導光板３３０を用いて広く面状に拡散して、窓部材３１０を面状に照射する。窓部材３１０からの反射光３００が、第１ミラー３１４より第２ミラー３１５を経てレンズ３５０に入力され、このレンズ３５０を通過した反射光線が撮像素子３２０に入力される。この撮像素子３２０では、入力された反射光の強弱を電気信号に変換する。
【００１２】
以上のように、導光板３３０の拡散を用いることにより光源の数も少なくてすみ、コスト的に有利となる他、消費電力も小さくすることができる。また、導光板３３０と指紋読み取り用窓部材３１０との間隔も近接させることができ、指紋照合機の小型化、特に薄型化を図ることができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭５５−１３４４６号公報
【特許文献２】
特許第３０４５６２９号（第２図）
【特許文献３】
特開２００１―２５６４８７号公報（第１図）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２の光学ファイバ束を用いた上記凹凸パターン検出装置には、以下のような課題がある。
【００１５】
図１４に示すように、照明装置３０２から平行光束３０３を入射面３０１ａに入射させるために、照明装置３０２を入射面３０１ａから離して配置する必要があり、このため、小型化が困難である。また、装置を設置しやすいように、撮像素子１０５を図１４のように垂直にするためには、光学ファイバ束３０１を、入射面３０１ａと出射面３０１ｂとの間で曲げなければならない。光学ファイバ束３０１は、曲げることはできるが、手間がかかりコストアップの要因となるだけでなく、伝送ロスにより画像が暗くなったり、画像に歪みが出るなどの課題がある。
【００１６】
一方、特許文献３の導光板３３０の拡散による面状光源を用いた指紋照合機には、以下のような課題がある。
【００１７】
図１５に示すように、導光板３３０の拡散を用いることにより窓部材３１０と近接させることは可能となるが、窓部材３１０全体を均一に照射する必要があるため、光路の関係上、導光板３３０と窓部材３６０とを密接させることが困難である。このため装置の薄型化にも限界を生じてしまう。また、窓部材３１０全体を均一に照射することは可能であるが、所望の一部分のみを選択的に照射することは不可能であるため、スワイプ型を用いた指紋照合機に用いるには課題がある。
【００１８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型でかつ薄型であって、所望の領域を照射して凹凸を検出できる高精度の凹凸検出センサを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、以下のように構成している。
【００２０】
すなわち、本発明の凹凸検出センサは、照射光を投光する光源と、被検体が接触される接触面を有するとともに、照射光を前記接触面に導光する導光部材と、前記導光部材の出射面を介して入射される光を電気信号に変換する光電変換手段とを具備した凹凸検出センサにおいて、前記導光部材に密着または近接して配置される光変換手段を備え、該光変換手段は、その一端側に配置された前記光源からの照射光を、線状の照射光に変換して前記導光部材に照射するものである。
【００２１】
ここで、線状とは、細長い形状をいい、多少の幅、広がりを有するものであり、好ましくは、凹凸を検出する領域に対応する幅を有するものであり、例えば、２ｍｍ幅以下、好ましくは、１．５ｍｍ幅以下の細長い形状をいう。
【００２２】
また、線状の照射光とは、照射光が線状であることをいい、細長い形状の線光源から照射光が照射される状態をいう。
【００２３】
ここで、密着とは、導光部材と光変換手段とが直接ぴつたりと着けられる場合のみではなく、接着用の樹脂等を介してぴつたりとつけられる場合を含むものである。さらに、樹脂等は、接着面の全面ではなく、一部のみ用い、その他の部分は、微小な空気層を介しても差し支えない。
【００２４】
また、近接とは、近くにあることをいい、光変換手段の照射光を照射する面が、前記導光部材の、例えば、数ｍｍ以内の距離、好ましくは、例えば、１ｍｍ以内の距離にあることをいう。
【００２５】
本発明によると、光源からの照射光は、光変換手段を通過することにより十分に反射、屈折されて、光変換手段の照射面から線状の照射光として出射される。
このように光変換手段を用いて線光源からの照射光と同様な均一な線状の照射光とすることにより、被検体が接触される接触面に均一な光照射が可能となり、被検体の凹凸の読み取り精度を向上させることが可能となる。
【００２６】
また、光変換手段による照射光の反射、屈折を用いるため、光源の数も少なくてすみ、コスト的に有利になる他、消費電力も小さくすることができる。さらに、導光部材と光変換手段とを近接あるいは密着させることができ、小型化、特に薄型化を図ることができる。
【００２７】
本発明の好ましい実施態様においては、前記接触面は、所定方向に延びる凹凸検出領域を有し、前記光変換手段からの前記線状の照射光が、前記接触面の内の前記凹凸検出領域に選択的に照射されるものである。
【００２８】
本発明によると、所定方向に延びる凹凸検出領域のみに線状の照射光を照射することが可能となり、スワイプ型の凹凸検出センサとして実施することが可能となり、更なる小型化を実現することができる。
【００２９】
また、本発明の凹凸検出センサは、照射光を投光する光源と、被検体が接触される接触面を有するとともに、照射光を前記接触面に導光する導光部材と、前記導光部材の出射面を介して入射される光を電気信号に変換する光電変換手段とを具備した凹凸検出センサにおいて、前記接触面は、所定方向に延びる凹凸検出領域を有し、前記光源は、前記所定方向に延びる凹凸検出領域の一端側に配置され、前記光源からの照射光を、前記所定方向に沿う線状の照射光に変換して前記導光部材に照射する光変換手段を備え、前記光変換手段は、前記導光部材に密着または近接して配置されている。
【００３０】
本発明によると、所定方向に延びる凹凸検出領域の一端側に配置された光源からの照射光は、光変換手段を通過することにより十分に反射、屈折されて、光変換手段の照射面から前記所定方向に沿う線状の照射光として出射され、線光源からの照射光と同様な均一な線状の照射光となるので、被検体が接触される凹凸検出領域に均一な光照射が可能となり、被検体の凹凸の読み取り精度を向上させることが可能となる。
【００３１】
また、光変換手段による照射光の反射、屈折を用いるため、光源の数も少なくてすみ、コスト的に有利になる他、消費電力も小さくすることができる。さらに、導光部材と光変換手段とを近接あるいは密着させることができ、小型化、特に薄型化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明の凹凸検出センサは、照射光を投光する光源と、被検体が接触される接触面を有するとともに、入射面からの照射光を前記接触面に導光する導光部材と、前記導光部材の前記接触面とは反対側の出射面を介して入射される光を電気信号に変換する光電変換手段とを具備した凹凸検出センサにおいて、前記接触面は、所定方向に延びる凹凸検出領域を有し、前記光源は、前記所定方向に延びる凹凸検出領域の一端側に配置され、前記光源からの照射光を、前記所定方向に延びる前記凹凸検出領域を照射する照射光に変換して前記導光部材の前記入射面に入射させる光変換手段を備え、前記光変換手段は、前記導光部材の前記入射面に密着または近接して配置され、前記光電変換手段は、前記導光部材の前記出射面に密着または近接して配置されるものである。
【００３３】
本発明によると、所定方向に延びる凹凸検出領域の一端側に配置された光源からの照射光は、光変換手段を通過することにより十分に反射、屈折されて、光変換手段の照射面から出射され、被検体が接触される凹凸検出領域に均一な光照射が可能となり、被検体の凹凸の読み取り精度を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、光変換手段による照射光の反射、屈折を用いるため、光源の数も少なくてすみ、コスト的に有利になる他、消費電力も小さくすることができる。さらに、導光部材と光変換手段とを近接あるいは密着させることができるとともに、導光部材と光電変換手段とを近接あるいは密着させることができるので、小型化、特に薄型化を図ることができる。
【００３５】
本発明の一実施態様においては、前記導光部材は、板状であり、板状の導光部材の一方の面側の接触面に被検体を接触させ、他方の面側から照射光を照射するとともに、光電変換手段で受光することができ、小型化、特に薄型化を図ることができる。
【００３６】
本発明の好ましい実施態様においては、前記光変換手段から照射される照射光が、プリズムを介して前記導光部材に入射されるものである。
【００３７】
本発明によると、導光部材への照射光の入射角を容易に制御することが可能となる。
【００３８】
本発明の一実施態様においては、前記導光部材の一端面を、前記接触面に対して斜面状に形成し、該斜面状の部分に、前記光変換手段からの照射光を入射させるものである。
【００３９】
本発明によると、導光部材に形成された斜面状の部分の角度を変更することにより、導光部材への照射光の入射角を容易に制御することが可能となる。
【００４０】
本発明の他の実施態様においては、前記光変換手段から照射される照射光が、ミラーを介して前記導光部材に入射されるものである。
【００４１】
本発明によると、ミラーの角度を変更することにより、導光部材への照射光の入射角を容易に制御することが可能となる。
【００４２】
本発明の更に他の実施態様においては、前記光変換手段から照射される照射光が、空気層を介して前記導光部材に入射されるものである。
【００４３】
本発明によると、光変換手段内で反射、屈折される照射光を容易に制御することが可能となり、より輝度分布が均一な線状の照射光を得ることが可能となる。
【００４４】
本発明の一実施態様においては、照射光を照射する前記光変換手段の光照射面に溝加工を施し、溝加工された凸部で前記導光部材、前記プリズムまたは前記ミラーと接触させるものである。
【００４５】
本発明によると、光変換手段から照射される照射光の方向を制御することが可能となり、また、溝加工を施した面の凸部分で導光部材などに接触させることにより、光変換手段と導光部材などの間に容易に部分的な空気層を介在させることが可能となり、輝度分布が均一な線状の照射光を得ることができる。
【００４６】
なお、本発明の他の実施態様として、前記光源を前記光変換手段と離して配置してもよい。
【００４７】
本発明の好ましい実施態様においては、前記光源と前記導光部材との間に光吸収体を設けるとともに、前記光源近傍の前記光変換手段の光照射面と前記導光部材との間に光吸収体を設けるものである。
【００４８】
本発明によると、光源近傍に発生する輝度の不均一な照射光を、凹凸検出領域に照射することがなくなるため、より高精度な凹凸検出センサを実現できる。
【００４９】
本発明の他の実施態様においては、前記導光部材の一部に光学ファイバを有し、前記光学ファイバの光軸が前記導光部材の前記接触面に対して非垂直、すなわち、垂直でないものである。
【００５０】
本発明によると、凹凸検出領域での全反射光を、選択的に光学ファイバで伝搬することが可能となるため、より高精度な凹凸検出センサを実現できる。
【００５１】
本発明の更に他の実施態様においては、前記導光部材の前記光学ファイバ以外の部分がガラスにより形成されている。
【００５２】
本発明によると、ガラスは、光学ファイバと光学特性が近いため、入射光の変化が少なく、かつ光学ファイバと接合しやく、比較的製造しやすい安価な凹凸検出センサを実現することができる。
本発明の好ましい実施態様においては、前記導光部材の一部に、前記光学ファイバの光軸と平行でない光軸を有する他の光学ファイバを備えている。
【００５３】
本発明によると、光変換手段からの照射光を、他の光学ファイバに入射することにより、入射光における散乱光の影響を除去することができ、より高精度な凹凸検出センサを実現することができる。
【００５４】
本発明の一実施態様においては、前記他の光学ファイバが、前記光変換手段から照射される照射光が前記凹凸検出領域において全反射される角度になるように配置されている。
【００５５】
本発明によると、入射光における散乱光の影響を除去することができ、より高精度な（検出分解能の高い）凹凸検出センサを実現することができる。
本発明の他の実施態様においては、前記光学ファイバ以外の部分と前記光学ファイバとが直接接合されている。
【００５６】
本発明によると、融着する場合よりも成形性がよく接着層の影響がない導光部材を実現でき、より高精度な凹凸検出センサが実現できる。
【００５７】
なお、本発明の他の実施態様として、前記導光部材の前記所定方向には、その全長に亘って前記光学ファイバを有し、前記所定方向に直交する方向には、一部にのみ光学ファイバを有するようにしてもよい。
【００５８】
本発明の更に他の実施態様においては、前記導光部材が、その一部に光吸収体を有している。
【００５９】
本発明によると、光学ファイバ以外の部分からの散乱光の影響を除去することのできる導光部材を実現でき、より高精度な凹凸検出センサが実現できる。
【００６０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記導光板部材が、その一部に光反射体を有している。
【００６１】
本発明によると、光学ファイバ以外の部分からの散乱光の影響を除去することのできる導光部材を実現でき、より高精度な凹凸検出センサが実現できる。
【００６２】
本発明の一実施態様においては、前記光吸収体が、前記光変換手段から照射される照射光のうち、前記凹凸検出領域において全反射する光以外を吸収するように設けられている。
【００６３】
本発明によると、光学ファイバ以外の部分からの散乱光の影響を除去することのできる導光部材を実現でき、より高精度な凹凸検出センサが実現できる。
【００６４】
本発明の好ましい実施態様においては、前記光変換手段からの照射光が、前記導光部材の前記凹凸検出領域で全反射する全反射臨界角と、前記光学ファイバ内を伝搬する入射光が前記凹凸検出領域の法線となす角とが略一致するように、前記光学ファイバの光軸が設定されている。
【００６５】
本発明によると、光変換手段からの照射光の利用効率が高く、明暗差が大きくコントラストの高い凹凸パターンの検出画像が得られる。
【００６６】
本発明の他の実施態様においては、前記導光部材に、前記光電変換手段を、前記光学ファイバのコアの屈折率に近い屈折率を有する樹脂を介して接合している。
【００６７】
本発明によると、導光部材上に光電変換手段を実装しても光学ファイバ出射面で全反射することなく、光学ファイバ内から光が出射して光電変換手段に導入することができる。
【００６８】
本発明の更に他の実施態様においては、前記光源および前記光変換手段の周囲に光反射体が設けられている。
【００６９】
本発明によると、光源から照射される照射光を、光変換手段から高効率に照射することが可能となる。
【００７０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記光変換手段の光照射面の対面に、光拡散手段を備えている。
【００７１】
本発明によると、光変換手段からより均一な輝度分布の照射光を照射することが可能となる。
【００７２】
本発明の一実施態様においては、前記光拡散手段が溝である。
【００７３】
本発明によると、金型による成型などを用いることが可能となり、照射光の輝度分布が均一な光変換手段を安価に製造することが可能となる。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態の凹凸検出センサの模式的な斜視図である。
【００７５】
この実施の形態の凹凸検出センサ１００は、基本的には、凹凸を検出すべき被検体が接触される導光板１０と、照射光を照射する光源４０と、この光源４０からの照射光を、導光板１０の所定方向、この実施の形態では、長手方向に沿って延びる凹凸検出領域７０に沿う線状の照射光に変換する光変換手段２０と、導光板１０から出射される光を電気信号に変換する光電変換装置３０とを備えている。
【００７６】
光源４０は、例えば、赤色ＬＥＤの１個で構成されており、長手方向に沿って延びる凹凸検出領域７０の一端側である光変換手段４０の一方の端面に配置されている。
【００７７】
導光板１０は、ガラス基板１１により構成されており、上面が、被検体が接触される接触面とされるとともに、この接触面の一部には、上述のように長手方向に延びる凹凸検出領域７０が設けられている。この導光板１０の接触面と反対側である下面の一部が、光変換手段２０から線状の照射光が入射される入射面とされるとともに、凹凸検出領域７０からの光が光電変換装置３０に出射される出射面とされる。
【００７８】
この実施の形態の光変換手段２０は、ガラスで構成されており、導光板１０の長手方向に沿って延びる直方体状に形成されており、長手方向の一方の端面に、上述のように光源４０が配置されるとともに、この光源４０から照射光を、図２に模式的に示されるように、前記長手方向に沿う線状の照射光に変換して導光板１０の前記入射面に入射させる。
【００７９】
この実施の形態では、光変換手段２０の照射面と導光板１０の入射面とは、後述の接合用の樹脂を介して密着されている。なお、本発明の他の実施の形態として、樹脂を介することなく直接密着させてもよい。
【００８０】
光電変換装置３０は、その受光面が、導光板１０の上述の出射面に密着されており、この光電変換装置３０は、フォトダイオードアレイを備えている。このフォトダイオードアレイは、Ｓｉチップからなり、受光素子はフォトダイオードで構成され、フォトダイオードで受光した信号を図示しない制御回路などで読み出すことができる。この制御回路は、Ａ／Ｄ変換器を有し、デジタル信号を出力できる。この実施の形態では、受光領域は２つの領域からなり、受光素子は、例えば、５００ｄｐｉの密度で配列されている。また、表面上には信号入出力のための電極パッドが設けられている。
【００８１】
この実施の形態では、光源４０と光変換手段２０との接合、および、光変換手段２０と導光板１０との接合には、ガラスと屈折率の近い紫外線硬化樹脂を用いている。また、光電変換装置３０と導光板１０との接合では、電極の引出しも必要となるため、光電変換装置３０の電極パッド上にバンプを形成し、図示していない導光板１０上に形成した接続用電極上にフェースダウン実装し、受光面と導光板１０との間は接着剤を充填した。この接着剤としては、ガラスとほぼ同じ屈折率を有するものを用いた。
【００８２】
かかる構成を有する凹凸検出センサ１００では、光源４０から照射された照射光は、光変換手段２０の一端面から入射され、光変換手段２０内で反射、屈折され、光変換手段２０の照射面から均一な細長い線状の照射光として放射される。
この光変換手段２０の照射面から放射された線状の照射光は、導光板１０に入射され、導光板１０の長手方向（所定方向）に延びる凹凸検出領域７０を照射する。この凹凸検出領域７０を照射した照射光は、界面で全反射して光電変換装置３０に入射され、電気信号に変換される。
【００８３】
次に、光変換手段２０から放射される照射光の理想的な軌跡（光路）について図３を用いて説明する。
【００８４】
図３は、図１におけるI−I’の模式的断面図である。図３において、光変換手段２０から放射される照射光は、理想的には光路３００に示すように凹凸検出領域７０のみを選択的に照射し、凹凸検出領域７０で全反射して光電変換装置３０に入射される。
【００８５】
しかしながら、実際には、光変換手段２０から放射される照射光線は、図３のように均一ではなく、照射光線の放射方向にもある程度のバラツキがあるため、凹凸検出領域７０以外の部分を照射する光線や、凹凸検出領域７０で全反射せず散乱した光線の一部が光電変換装置３０に入射して、ノイズ成分として、検出感度の低下を生じさせることもあるが、凹凸検出センサとして動作するためには問題にならない程度である。
【００８６】
次に、凹凸検出センサ１００の動作原理を図４を用いて説明する。
【００８７】
図４は、凹凸を検出すべき指などの被検体２００の凹凸を凹凸検出領域７０に接触させた場合の、光変換手段２０からの照射光線の軌跡３００を示した光路図である。凹凸検出領域７０に被検体２００の凸状の部分の接触がなく、空気層が存在する場合には、図４に示すようにそのまま全反射して光電変換装置３０に入射され、電気信号に変換される。また、凹凸検出領域７０に被検体２００の凸状の部分が接触（密着）した場合には、導光板１０の内側と外側の屈折率の関係が崩れるため、導光板１０の凹凸検出領域７０で全反射を起こさず、図４に示すように光線が散乱してしまう。したがって、凹凸の密着の有無により、光電変換装置３０に入射する光の強度に差ができるため、凹凸パターン画像として検出することができる。
【００８８】
以上に示すように本実施の形態によれば、光源４０からの照射光線は、光変換手段２０を通過することにより十分に反射、屈折されて、光変換手段２０の照射面から長手方向に沿って線状に発光される。このように光変換手段２０を用いて均一な線状の照射光とすることにより、凹凸検出領域７０に輝度分布の均一な光照射が可能となり、照射光のバラツキによる光電変換装置３０の検出感度のバラツキが低減され、凹凸検出センサ１００の検出精度を向上させることが可能となる。
【００８９】
また、光変換手段２０による光源４０の反射、屈折を用いるため、光源４０の個数（この実施の形態では、１個）も少なくてすみ、コスト低減を実現きると同時に、消費電力も小さくすることができる。
【００９０】
さらに、導光板１０と光変換手段２０と密着させることができるため、凹凸検出センサ１００の小型化、特に薄型化を図ることができる。
【００９１】
しかも、導光板１０と光電変換装置３０とを密着させることができるため、凹凸検出センサ１００の小型化、特に薄型化を一層図ることができる。
【００９２】
また、光変換手段２０を用いて線状の照射光としているため、導光板１０の一部である凹凸検出領域７０を選択的に照射することが可能となるため、スキャン型の光学式凹凸検出センサ等を容易に実現することが可能となり、更なる素子の小型化を実現できる。
【００９３】
なお、この実施の形態では、図１に示される導光板１０の長さＬ１は、例えば、３０ｍｍ以下であり、幅Ｗ１は、例えば、７ｍｍ以下であり、厚さＴ１は、例えば、２ｍｍ以下である。また、凹凸検出領域７０の幅Ｗ２は、例えば、１．５ｍｍである。
【００９４】
本実施の形態では、光電変換装置３０としてフォトダイオードアレイを用いたが、これに限らず、光信号を電気信号に変換できる物であれば、例えばＣＣＤなどを用いても同様の効果を得ることができる。
【００９５】
また、本実施の形態では、導光板１０としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【００９６】
さらに、本実施の形態では光変換手段２０としてガラスを用いたが、これに限らず、光変換手段２０の一端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、アクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【００９７】
（実施の形態２）
以下、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００９８】
図５は、本発明の第２の実施の形態の凹凸検出センサ１００−１の模式的な断面図である。ここで、図３と同様の機能を有する部材には、同一符号を付している。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、光変換手段２０と導光板１０の間にギャップ８０を設けてある点である。
【００９９】
その他の構成は、基本的に上述の実施の形態１と同様である。本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。つまり、光変換手段２０により線状の照射光を容易に得ることができるため、凹凸検出センサ１００−１の検出精度を向上することができると同時に、コストの削減と低消費電力化および装置の小型化を行うことができる。
【０１００】
さらに、この実施の形態では、光変換手段２０と導光板１０の間にギャップ８０を設け、ガラス基板からなる光変換手段２０と、同じくガラス基板からなる導光板１０との間に、ガラスと屈折率の異なる空気層を介在させることにより、光変換手段２０と導光板１０との光線の軌跡の設計を個別に行えるようになる。これによって、線状の照射光の輝度分布特性などを容易に改善することができる。
【０１０１】
すなわち、光源４０から光変換手段２０に入射した照射光を、光変換手段２０であるガラス基板とギャップ８０にある空気の屈折率の違いにより、輝度分布特性などの諸特性を容易に制御することが可能となり、より均一な線状の照射光線を導光板１０に入射することが可能となる。これにより、凹凸検出センサ１００−１の更なる精度向上を実現することが可能となる。
【０１０２】
なお、本実施の形態ではギャップ８０内に空気が存在するが、これに限らず、光変換手段２０との屈折率の違いにより光線の軌跡を容易に制御でき、かつ光線の透過率の高い物であれば、樹脂などを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
また、本実施の形態では、光電変換装置３０としてフォトダイオードアレイを用いたが、これに限らず、光信号を電気信号に変換できる物であれば、例えばＣＣＤなどを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
さらに、本実施の形態では、導光板１０としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
また、本実施の形態では光変換手段２０としてガラスを用いたが、これに限らず、光変換手段２０の一端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、アクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
（実施の形態３）
以下、本発明の第３の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１０７】
図６（ａ）は、本発明の第３の実施の形態の凹凸検出センサ１００−２の模式的な断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に用いられている光変換手段２０−１の斜視図である。ここで、図３と同様の機能を有する部材には同一の符号を付している。
【０１０８】
本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、光変換手段２０−１の放射面（照射面）と、その対面のそれぞれに溝９０を形成し、放射面に形成した溝９０の凸部のみで導光板１０に接合してある点と、凹凸検出領域７０と同一面内の、凹凸検出領域７０以外の部分に光吸収体５０を形成してある点である。
【０１０９】
さらに詳しく説明すると、光変換手段２０−１はアクリル樹脂製であり、照射面に形成した溝９０は、光変換手段２０−１の長手方向に沿って平行に設けられており、照射面の対面に形成した光拡散手段としての溝９０は、光変換手段２０−１の長手方向に直交するように設けられている。また、照射面の対面に設けられた溝９０の間隔は、光源４０に近い部分は狭く、遠くなるほど広くなっている。
【０１１０】
また、凹凸検出領域７０と同一の接触面内に設けられた光吸収体５０は、酸化クロム―クロム―酸化クロムという３層をスパッタ法を用いて形成した薄膜により構成されている。
【０１１１】
以上に示すように本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
また、光変換手段２０−１の光照射面に形成した溝９０により、ギャップ８０と同等の効果を得ることができるため、実施の形態２と同様に、光変換手段２０−１のみで光線の軌跡の設計を行うことが可能となるため、より均一な線状の照射光を得ることができる。さらに、この照射面に形成した溝９０により、光変換手段２０−１から照射させる光線の指向性の制御なども行うことが可能となるため、より高精度な照射光線の軌跡（光路）制御を行うことができ、凹凸検出センサ１００−２の検出精度向上を図ることができる。
【０１１３】
また、光変換手段２０−１の光照射面の対面に形成した溝９０により、光変換手段２０−１から照射される光線の輝度分布を、さらに均一にすることができる。
【０１１４】
さらに、凹凸検出領域７０と同一面に設けられた光吸収体５０により、光変換手段２０−１から放出された光線のうち、センサとしての動作に悪影響を及ぼす散乱光の低減および、外光の入射によるセンサ感度の低下などを防止することができる。
【０１１５】
なお、本実施の形態では、光変換手段２０−１としてアクリル樹脂を用いたが、これに限らず、光変換手段２０−１の一端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、ガラスなどの透明基板を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
また、本実施の形態では、光変換手段２０−１の光照射面とその対面に溝９０を形成し、光変換手段２０−１から照射される光線の指向性および輝度分布特性の制御を行っているが、これに限らず、同様の効果が得られるものであれば、例えば、溝を形成する方向などを変化させたり、コーンカットなどの微細な凹形状を設けても同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
さらに、本実施の形態では、光吸収体５０としてクロム系の薄膜を用いたが、これに限らず、遮光特性を有する物であれば、例えばカーボン系の塗料を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
また、本実施の形態では、光電変換装置３０としてフォトダイオードアレイを用いたが、これに限らず、光信号を電気信号に変換できる物であれば、例えばＣＣＤなどを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１１９】
さらに、本実施の形態では、導光板１０としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
（実施の形態４）
以下、本発明の第４の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１２１】
図７は、本発明の第４の実施の形態の凹凸検出センサ１００−３の模式的な斜視図である。ここで、図１と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付している。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、光源４０近傍で発生する、照射光の輝度分布のバラツキによる、凹凸検出センサ１００−３の検出感度のバラツキを抑制するために、光源４０と光電変換装置３０−１との位置関係を変更した点である。
【０１２２】
次に、図８を用いてさらに詳しく説明する。
【０１２３】
図８は、図７のII方向から見た側面図である。図８からも明らかなように、光変換手段２０の長手方向の長さよりも光電変換装置３０−１の長さを短くすることにより、光源４０近傍と、光源４０の対面の端面近傍の輝度分布の不均一になる部分の影響を受けないようにしている。
【０１２４】
以上に示すように本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１２５】
また、光源２０と光電変換装置３０−１の位置関係を調整（本実施の形態では、光変換手段２０よりも光電変換装置３０−１を短くする）して、輝度分布が不均一になる可能性の高い、光源４０近傍と、その対面の端面近傍の影響を受けないようにすることにより、より安定した検出精度を得ることとが可能となり、凹凸検出センサ１００−３の信頼性および安全性の向上を行うことができる。
【０１２６】
なお、本実施の形態では、光電変換装置３０−１としてフォトダイオードアレイを用いたが、これに限らず、光信号を電気信号に変換できる物であれば、例えばＣＣＤなどを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態では、導光板１０としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１２８】
さらに、本実施の形態では光変換手段２０としてガラスを用いたが、これに限らず、光変換手段２０の一端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、アクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１２９】
（実施の形態５）
以下、本発明の第５の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１３０】
図９（ａ）は、本発明の第５の実施の形態による凹凸検出センサ１００−４の模式的な平面図である。また、図９（ｂ）は光源４０近傍の拡大図である。ここで、図８と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付している。本実施の形態が実施の形態４と異なる点は、光源４０から直接放射される散乱光の影響を低減するために、光源４０の周囲に固定材９５として遮光性能を有するエポキシ樹脂部を設けた点と、光変換手段２０と導光板１０の間に光反射体６０として、クロム膜を設けた点である。
【０１３１】
以上に示すように本実施の形態によれば、光源４０と光電変換装置３０の位置関係を調整した実施の形態４と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
また、光源４０の周囲に遮光性の固定材９５を設けることにより、光電変換装置３０が光源４０からの直接的な影響を受けない、すなわち、光源４０から直接散乱される光線の影響が低減されるため、さらに検出精度を向上させることが可能となる。
【０１３３】
なお、本実施の形態では、光変換手段２０と導光板１０の間に光反射体６０としてクロム膜を設けているが、これに限らず、光を反射できる材質であれば、例えばアルミニウム膜などを設けて同様の効果を得ることができる。また、光反射体ではなく、光吸収体を設けても同様の効果を得ることができる。
【０１３４】
また、本実施の形態では、光電変換装置３０としてフォトダイオードアレイを用いたが、これに限らず、光信号を電気信号に変換できる物であれば、例えばＣＣＤなどを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１３５】
さらに、本実施の形態では、導光板１０としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１３６】
また、本実施の形態では光変換手段２０としてガラスを用いたが、これに限らず、光変換手段の一端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、アクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１３７】
（実施の形態６）
以下、本発明の第６の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１３８】
図１０は、本発明の第６の実施の形態の凹凸検出センサ１００−５の模式的な断面図である。ここで、図３と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付している。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、光変換手段２０と導光板１０−１の間に、導光板１０−１への光線の入射角を制御するガラス製の光学プリズム１３を設け、導光板１０−１の一部にガラス製の光学ファイバ１２を設けた点である。
【０１３９】
導光板１０−１の構成についてさらに詳しく説明すると、本実施の形態に用いられている光学ファイバ１２は、複数の光学ファイバが密に束ねられたものであり、光学ファイバ１２の光軸は導光板１０−１の凹凸検出領域７０を含む接触面に対して垂直ではなく、傾斜している。光学ファイバ１２は、図１０には図示されていないが、紙面の奥行き（垂直）方向、すなわち、導光板１０−１の長手方向には、全長に亘るように設けられており、紙面の左右方向、すなわち幅方向は光変換手段２０の幅よりもやや広く設けられている。各光学ファイバ１２は、コア、クラッドおよびクラッドの周囲の吸収体で構成されている。また、光学ファイバ１２以外の部分には、ガラス基板を用いた。
【０１４０】
また、導光板１０−１を構成している光学ファイバ１２とガラス１１は直接接合法を用いて接合されている。
【０１４１】
次に、この直接接合法についてさらに詳しく説明する。直接接合法とは、接合面を表面処理した後、接触させることにより接合する方法で接着剤などの中間層が介在せず、かつ低温の熱処理で接合できるため、接合面での反射、散乱などがなく、形状も保たれるという利点がある。具体的には、鏡面研磨された無機基板に親水化処理をして表面にＯＨ基などの親水基を生成させ、両面を直接的に面接して加熱処理することにより無機基板を接合させるという方法である。その直接接合によって、上述した親水化処理により生じる接合表面のＯＨ基による水素結合や、それぞれの基板表面を構成する元素間ないしＯＨ基に起因する酸素を介した共有結合やイオン結合などにより得られる、原子レベルの強固な接合をいう。
【０１４２】
次に、図１１を用いて光学ファイバ１２の光軸についてさらに詳しく説明する。
【０１４３】
光学ファイバ１２の入射面で導光板１０−１内を伝搬した光が全反射する全反射臨界角θｃは、光学ファイバ１２のコアの屈折率をｎｃｏｒｅすると、θｃ＝ｓｉｎ^-1(1／ｎｃｏｒｅ)となる。したがって、光学ファイバ１２の入射面の法線Ｎと、光変換手段２０から放射される光線のなす角がθｃ以上になるようにすると、ファイバ面で全反射が起きる。より好適には、光学ファイバ１２の光変換手段２０側の端部と光変換手段２０の放射面のファイバ側の端部を結ぶ線が光学ファイバ１２1の入射面の法線Ｎのなす角度がθｓ以上であればよい。
【０１４４】
光学ファイバ１２の光軸がファイバ入射面の法線Ｎに対してなす角度φは、ファイバ入射面での全反射光がより多くファイバ内のコアとクラッド間で全反射してファイバ内を伝達するように決定した。
【０１４５】
図１１に反射角とファイバの傾斜角の関係を示す。上述のように、ファイバ入射面での全反射臨界角はθｃであり、これ以上の角度をもつ光は、ファイバ入射面で全反射する。一方、ファイバの光軸が入射面に対して角度φ傾斜しているとき、入射面での反射光がファイバ内のコア−クラッド間で全反射してファイバ内を伝達する範囲は、入射面の法線Ｎに対して角度θaと角度θｂの間に入ってくる光である。θaとφは、下記の数１で、θｂとφは数２でそれぞれ表される。
【０１４６】
【数１】

【０１４７】
【数２】

【０１４８】
よって、下記の数３の範囲にある全反射光が光学ファイバ内に伝達することになる。
【０１４９】
【数３】

【０１５０】
図１１より、全反射光がより多くファイバ内で伝達するには、θａよりθｃが等しいか大きければよいことになる。したがって、ファイバ光軸の入射面の法線Ｎに対する傾斜角φは下記の数４を満たすように決めればよい。
【０１５１】
【数４】

【０１５２】
この角度に光学ファイバ１２を傾斜させることにより、最も入射光の利用効率が高く、凹凸でのコントラストが大きい凹凸パターンの画像を得ることができた。
【０１５３】
光学ファイバ１２の光軸に対して光学ファイバ１２から光電変換装置３０に出射される出射面も傾斜している。光学ファイバ１２内を伝達してきた光は全反射する角度で出射面に到達することになる。出射面に空気層などファイバのコアより屈折率が小さく、その差が大きい物質が接している場合には、ファイバを伝達してきた光は出射面から出射せず全反射してしまい、光電変換装置３０に入射されないことになる。このため、光電変換装置３０のフォトダイオードアレイの表面と導光板１０−１のファイバ出射面の間にファイバのコアの屈折率以上の樹脂を埋めた。また本実施の形態では、バンプ法で光電変換装置を実装するときの接着剤でこの機能を発揮することができた。なお、最適にはコアの屈折率より高い屈折率の樹脂を用いるのがよいが、コアの屈折率より小さくてもこれに近ければ全反射する割合が小さくなり、ファイバから出力することができる。
【０１５４】
以上に示すように本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１５５】
また、光変換手段２０と導光板１０−１の間にプリズム１３を設けることにより、導光板１０−１の凹凸検出領域７０で全反射する光線を容易に入射させることが可能となる。また、本実施の形態では、光変換手段２０とプリズム１３の間にギャップ８０を設けていないが、これを設けることにより、容易に実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
さらに、光学ファイバ１２を用いることにより、凹凸検出領域７０での全反射光を選択的に光学ファイバ１２で伝搬することが可能となるため、凹凸検出センサ１００−５の検出精度を向上させることができる。
【０１５７】
また、導光板１０−１と光電変換装置３０の間にファイバのコアの屈折率以上の樹脂を埋めることにより、出力光線はファイバ出力面で全反射することなく、光電変換装置のフォトダイオードアレイに入射させることができる。
【０１５８】
なお、本実施の形態では、光電変換装置３０としてフォトダイオードアレイを用いたが、これに限らず、光信号を電気信号に変換できる物であれば、例えばＣＣＤなどを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１５９】
また、本実施の形態では、導光板１０−１としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
さらに、本実施の形態では、ガラス製の光学ファイバを用いたが、これに限らずファイバとしての特性を有する物であれば、例えばプラスティック製のファイバを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１６１】
また、本実施の形態では光変換手段２０としてガラスを用いたが、これに限らず、光変換手段２０の一端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、アクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
さらに、本実施の形態では、導光板１０−１に使用されているガラス基板と光学ファイバを直接接合法を用いて接合しているが、これに限らず、熱融着法による接合や、屈折率の比較的近い樹脂を用いた接合でも同様の効果を得ることができる。
【０１６３】
（実施の形態７）
以下、本発明の第７の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１６４】
図１２は、本発明の第７の実施の形態による凹凸検出センサ１００−６の模式的な断面図である。ここで、図１０と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付している。本実施の形態が実施の形態６と異なる点は、プリズム１３ではなく、導光板１０−２の一端面を斜め形状に加工することにより、光変換手段２０からの照射光線の導光板１０−２への入射角度を調整している点と、光源４０と光変換手段２０の周囲にステンレス製の光反射体６０を設けた点と、導光板１０−２の凹凸検出７０と光変換手段２０からの照射光の入射部と、光電変換装置３０への光線の入射部以外に光吸収体５０として黒色顔料系の塗料を塗布した点である。
【０１６５】
以上に示すように本実施の形態によれば、プリズム１３と光学ファイバ１２を用いた実施の形態６と同様の効果を得ることができる。
【０１６６】
また、導光板１０−２の一端面を斜め形状に加工することにより、プリズム１３を用いる場合と比較して部品点数を削減することが可能となる。
【０１６７】
さらに、ステンレス製の光反射体６０を光源４０および光変換手段２０の周囲に設けることにより、光源４０から照射される光線の利用効率を向上させることが可能となり、輝度分布が均一で、より高輝度な照射光を得ることができる。
【０１６８】
また、光吸収体５０を設けることにより、光変換手段２０から放出された光線のうち、センサとしての動作に悪影響を及ぼす散乱光の低減および外光の入射によるセンサ感度の低下などを防止することができる。
【０１６９】
なお、本実施の形態では光反射体６０としてステンレス板を用いたが、これに限らず、反射特性を有する物であれば、例えば他の金属薄板などを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１７０】
また、本実施の形態では、光吸収体として顔料系の塗料を用いたが、これに限らず、遮光特性を有する物であれば、例えばクロム系の薄膜を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１７１】
さらに、本実施の形態では、導光板としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１７２】
また、本実施の形態では、ガラス製の光学ファイバを用いたが、これに限らずファイバとしての特性を有する物であれば、例えばプラスティック製のファイバを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１７３】
さらに、本実施の形態では光変換手段としてガラスを用いたが、これに限らず、光変換手段の一端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、アクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１７４】
また、本実施の形態では、導光板の周囲に光吸収体を設けているが、光反射体を用いても同様の効果を得ることができる。さらに、光吸収体と光反射体を組み合わせて用い、必要な場所にそれぞれを設けることにより、散乱光や外光の影響を阻害しつつ、光の利用効率を高めることができる。
【０１７５】
（実施の形態８）
以下、本発明の第８の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０１７６】
図１３は、本発明の第８の実施の形態による凹凸検出センサ１００−７の模式的な断面図である。ここで、図１０と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付している。本実施の形態が実施の形態６と異なる点は、プリズム１３ではなく、ガラス基板の一面にアルミニウム膜の蒸着することによりミラー１４を形成した基板を用いることにより、光変換手段２０からの一点鎖線で示される照射光線の導光板１０−３への入射角度を調整している点と、導光板１０−３内に入射された光線を凹凸検出領域７０まで導く（入射光用の）他の光学ファイバ１２を設けた点と、導光板１０−３を構成しているガラス基板１１と光学ファイバ１２を熱融着法を用いて接合している点である。
【０１７７】
入射光用の光学ファイバ１２についてさらに詳しく説明する。入射光用の光学ファイバ１２は、光変換手段２０から放射され、ミラー１４を介して導光板１０に入射された光線が、前記凹凸検出領域７０で全反射する角度になるように配置されている。
【０１７８】
以上に示すように本実施の形態によれば、実施の形態６と同様の効果を得ることができる。
【０１７９】
また、入射角度の調整手段としてミラー１４を設けることにより、プリズム１３を用いる場合と比較して凹凸検出センサの厚みを薄くすることが可能となる。
【０１８０】
さらに、導光板１０に入射された光を、他の光学ファイバ１２を用いて凹凸検出領域７０に導くことにより、凹凸検出領域で全反射する光線のみを選択的に導くことが可能となり、導光板１０に入射する散乱光の影響を小さくすることができる。
【０１８１】
なお、本実施の形態では、ガラス基板の一面に蒸着によりミラーを形成して光線の軌跡を調整したが、これに限らず、光変換手段から照射された光線の軌跡を変更できるものであれば、同様の効果を得ることができる。
【０１８２】
また、本実施の形態では、導光板としてガラス基板を用いたが、これに限らず、導光板として光線を透過する物であれば、例えばアクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１８３】
さらに、本実施の形態では、ガラス製の光学ファイバを用いたが、これに限らずファイバとしての特性を有する物であれば、例えばプラスティック製のファイバを用いても同様の効果を得ることができる。
【０１８４】
また、本実施の形態では光変換手段としてガラスを用いたが、これに限らず、光変換手段の１端面から入射した光が内部で反射、屈折して、光照射面から均一な照射光が得られる物であれば、例えば、アクリルなどの透明樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光源から照射光を、光変換手段によって、線状の照射光に変換して導光部材に入射するので、被検体が接触される接触面に均一な光照射が可能となり、高精度な凹凸の検出が可能になるとともに、光源の数も少なくてすみ、消費電力を少なくしてコストの低減を図ることができる。
【０１８６】
しかも、導光部材と光変換手段とを近接あるいは密着させることができ、小型化、特に薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的斜視図である。
【図２】図１の光変換手段の光変換を説明するための斜視図である。
【図３】図１の凹凸検出センサの模式的断面図である。
【図４】図１の凹凸検出センサの動作を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的斜視図である。
【図８】図７の凹凸検出センサの模式的側面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的側面図およびその一部拡大図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的断面図である。
【図１１】光学ファイバの設置における設計原理を説明するための図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的断面図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態に係る凹凸検出センサの模式的断面図である。
【図１４】従来例の凹凸検出センサの断面図である。
【図１５】他の従来例の凹凸検出センサの要部概略図である。
【符号の説明】
１０，１０−１〜３導光板
１１ガラス基板
１２光学ファイバ
１３プリズム
１４ミラー
２０，２０−１光変換手段
３０，３０−１光電変換装置
４０光源
５０光吸収体
６０光反射体
７０凹凸検出領域
８０ギャップ
９０溝
１００，１００−１〜７凹凸検出センサ
２００被検体
３００光線の軌跡（光路）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical unevenness detection sensor suitable for detecting minute unevenness patterns such as fingerprints and imprints.
[0002]
[Prior art]
As a typical device for detecting a minute uneven pattern such as a fingerprint, there is an optical detection device. As an optical type uneven pattern detecting device, a device using a prism is well known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In this conventional example, a right-angle prism is used, parallel light is incident from an incident surface, the incident light is totally reflected by an inclined surface of the right-angle prism, exits from an exit surface, and the exit light is imaged by a camera. ing. When an object having irregularities such as a finger comes into close contact with the inclined surface of the right-angle prism, incident light is totally reflected in the concave portion, but is not totally reflected in the convex portion due to a refractive index relationship. By this effect, the light and darkness becomes clear due to the unevenness, and the unevenness pattern can be detected.
[0004]
In the optical concavo-convex pattern detecting device having such a configuration, the light source and the camera must be arranged so that the incident light emitted from the light source and the outgoing light captured by the camera are substantially perpendicular to each other. It was difficult to reduce the size of the device.
[0005]
To deal with the problem of miniaturization of the unevenness detecting device, an unevenness pattern detecting device using an optical fiber plate has been disclosed (for example, see Patent Document 2).
[0006]
FIG. 14 is a transcript of FIG. 2 of Patent Document 2. In FIG. 14, reference numeral 301 denotes an optical fiber bundle, 301 a denotes an incident surface of the

optical fiber bundle

301, 301 b denotes an emission surface of the optical fiber bundle 301, and the incident surface 301 a corresponds to a central axis of each optical fiber of the optical fiber bundle 301. It is inclined at a predetermined angle. 302 is a lighting device, and 303 is a parallel light beam (irradiation light) projected from the lighting device.
[0007]
Next, the operation will be described. First, a parallel light beam 303 is emitted from the illumination device 302. The parallel light beam 303 passes through the optical fiber bundle 301 and reaches the incident surface 301a. In this case, the incident angle θ of the parallel light beam 303 with respect to the incident surface 301a is larger than the critical angle at the interface between the core of the optical fiber and air. Therefore, the reflected light having the reflection angle θ is totally reflected on the incident surface 301a that is not in contact with the concave portion of the subject 103, and is non-total due to the refractive index of the medium on the incident surface 301a that is in contact with the convex portion of the subject 103. It is a reflection.
[0008]
As a result, the reflected light at the portion where the concave portion is not in contact is stronger than the reflected light at the portion where the convex portion is in contact, so that the reflected light forms a high-contrast light pattern corresponding to the uneven pattern. Since the imaging device 105 is directly attached to the emission surface 301b, the imaging surface of the imaging device 105 is in direct contact with the emission surface 301b or is arranged near the emission surface 301b. Therefore, the light pattern on the emission surface 301b is directly input to the imaging surface of the imaging device 105.
[0009]
As described above, when the optical fiber bundle 301 is used, the optical fiber bundle 301 can be bent, and the optical path design is more flexible than the case where a prism is used, which is suitable for miniaturization.
[0010]
As another solution to the problem of miniaturization, there is disclosed a fingerprint collation device that converts a detection light beam from a light source into a planar light source using a light guide plate (for example, see Patent Document 3).
[0011]
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing only the basic elements of FIG. 1 of Patent Document 3.
In FIG. 15, 340 is a light emitting element (light source), 330 is a light guide plate, 310 is a window member, 314 and 315 are first and second two reflecting mirrors, 350 is a lens, and 320 is an image pickup element. The light from 340 is diffused widely in a plane using the light guide plate 330, and the window member 310 is irradiated in a plane. The reflected light 300 from the window member 310 is input from the first mirror 314 to the lens 350 via the second mirror 315, and the reflected light passing through the lens 350 is input to the image sensor 320. The image sensor 320 converts the intensity of the input reflected light into an electric signal.
[0012]
As described above, by using the diffusion of the light guide plate 330, the number of light sources can be reduced, which is advantageous in cost and power consumption can be reduced. In addition, the distance between the light guide plate 330 and the fingerprint reading window member 310 can be made close to each other, so that the fingerprint matching device can be reduced in size, particularly, reduced in thickness.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-55-13446
[Patent Document 2]
Patent No. 3045629 (FIG. 2)
[Patent Document 3]
JP 2001-256487 A (FIG. 1)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned uneven pattern detecting device using the optical fiber bundle of Patent Document 2 has the following problems.
[0015]
As shown in FIG. 14, in order to make the parallel light beam 303 from the illumination device 302 incident on the incident surface 301a, the illumination device 302 needs to be arranged away from the incident surface 301a, which makes it difficult to reduce the size. Further, in order to make the image pickup device 105 vertical as shown in FIG. 14 so that the device can be easily installed, the optical fiber bundle 301 must be bent between the entrance surface 301a and the exit surface 301b. Although the optical fiber bundle 301 can be bent, it is troublesome and not only causes an increase in cost, but also has problems such as darkening of an image due to transmission loss and distortion of the image.
[0016]
On the other hand, the fingerprint collation device using a planar light source due to diffusion of the light guide plate 330 of Patent Document 3 has the following problems.
[0017]
As shown in FIG. 15, the diffusion of the light guide plate 330 can be used to make the light guide plate 330 approach the window member 310. However, since it is necessary to uniformly irradiate the entire window member 310, the light guide plate is limited due to the optical path. It is difficult to bring 330 and window member 360 into close contact. For this reason, there is a limit in reducing the thickness of the device. In addition, although it is possible to uniformly irradiate the entire window member 310, it is impossible to selectively irradiate only a desired portion, and therefore, there is a problem in using the fingerprint matching device using a swipe type. is there.
[0018]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a small and thin high-accuracy unevenness detection sensor that can irradiate a desired area and detect unevenness.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0020]
That is, the unevenness detection sensor of the present invention includes a light source that emits irradiation light, a contact surface with which a subject is contacted, a light guide member that guides the irradiation light to the contact surface, and the light guide member. A photoelectric conversion means for converting light incident through the light exit surface into an electric signal, comprising: a light conversion means disposed in close contact with or close to the light guide member; The means converts the irradiation light from the light source disposed at one end thereof into linear irradiation light and irradiates the light guide member with the light.
[0021]
Here, the linear shape refers to an elongated shape and has a certain width and spread, and preferably has a width corresponding to a region where unevenness is detected, for example, 2 mm width or less, preferably , 1.5 mm width or less.
[0022]
Further, the linear irradiation light means that the irradiation light is linear, and refers to a state in which the irradiation light is emitted from an elongated line light source.
[0023]
Here, the close contact includes not only the case where the light guide member and the light conversion unit are directly attached together but also the case where the light guide member and the light conversion unit are attached via an adhesive resin or the like. Further, the resin or the like is not used on the entire surface of the bonding surface, but is used only on a part thereof, and the other portions may be provided with a fine air layer.
[0024]
In addition, close means that it is near, and the surface of the light conversion unit that emits the irradiation light is, for example, within a distance of several mm, preferably, for example, within 1 mm of the light guide member. That means.
[0025]
According to the present invention, the irradiation light from the light source is sufficiently reflected and refracted by passing through the light conversion means, and is emitted from the irradiation surface of the light conversion means as linear irradiation light.
By using the light conversion means to make uniform linear irradiation light similar to the irradiation light from the line light source, it becomes possible to uniformly irradiate the contact surface where the subject comes into contact, It is possible to improve the accuracy of reading unevenness.
[0026]
Further, since the reflection and refraction of the irradiation light by the light converting means are used, the number of light sources can be reduced, which is advantageous in terms of cost and power consumption can be reduced. Further, the light guide member and the light converting means can be brought close to or in close contact with each other, and the size can be reduced, particularly, the thickness can be reduced.
[0027]
In a preferred embodiment of the present invention, the contact surface has an unevenness detection region extending in a predetermined direction, and the linear irradiation light from the light conversion unit is applied to the unevenness detection region in the contact surface. It is selectively irradiated.
[0028]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to irradiate linear irradiation light only to the uneven | corrugated detection area extended in a predetermined direction, it becomes possible to implement as a swipe type uneven | corrugated detection sensor, and implement | achieve further miniaturization. it can.
[0029]
Further, the unevenness detection sensor of the present invention has a light source that emits irradiation light, a contact surface with which a subject is brought into contact, and a light guide member that guides the irradiation light to the contact surface, and the light guide member. And a photoelectric conversion unit that converts light incident through the light exit surface into an electrical signal, wherein the contact surface has an unevenness detection region extending in a predetermined direction, and the light source includes the predetermined light source. A light conversion unit that is disposed on one end side of the unevenness detection region extending in the direction, converts irradiation light from the light source into linear irradiation light along the predetermined direction, and irradiates the light guide member with the light. The conversion means is disposed in close contact with or close to the light guide member.
[0030]
According to the present invention, the irradiation light from the light source disposed on one end side of the unevenness detection area extending in the predetermined direction is sufficiently reflected and refracted by passing through the light conversion means, and the light is irradiated from the irradiation surface of the light conversion means. It is emitted as linear irradiation light along a predetermined direction, and becomes uniform linear irradiation light similar to the irradiation light from the line light source. In addition, it is possible to improve the reading accuracy of the unevenness of the subject.
[0031]
Further, since the reflection and refraction of the irradiation light by the light converting means are used, the number of light sources can be reduced, which is advantageous in terms of cost and power consumption can be reduced. Further, the light guide member and the light converting means can be brought close to or in close contact with each other, and the size can be reduced, particularly, the thickness can be reduced.
[0032]
In addition, the unevenness detection sensor of the present invention has a light source that emits irradiation light, a light guide member that has a contact surface with which the subject is in contact, and guides irradiation light from an incident surface to the contact surface, A photoelectric conversion unit that converts light incident through an emission surface of the light guide member opposite to the contact surface into an electric signal, wherein the contact surface has irregularities extending in a predetermined direction. Having a detection area, the light source is arranged on one end side of the unevenness detection area extending in the predetermined direction, and converts irradiation light from the light source into irradiation light for irradiating the unevenness detection area extending in the predetermined direction. Light conversion means for causing the light guide member to enter the light guide member, wherein the light conversion means is disposed in close contact with or near the incident surface of the light guide member, and wherein the photoelectric conversion means Close or close to the emission surface of the member It is intended to be disposed Te.
[0033]
According to the present invention, the irradiation light from the light source disposed on one end side of the unevenness detection area extending in the predetermined direction is sufficiently reflected and refracted by passing through the light conversion means, and is emitted from the irradiation surface of the light conversion means. As a result, it is possible to uniformly irradiate the unevenness detection area with which the subject comes into contact, and it is possible to improve the reading accuracy of the unevenness of the subject.
[0034]
Further, since the reflection and refraction of the irradiation light by the light converting means are used, the number of light sources can be reduced, which is advantageous in terms of cost and power consumption can be reduced. Further, the light guide member and the light conversion means can be brought close to or close to each other, and the light guide member and the photoelectric conversion means can be made close to or close to each other.
[0035]
In one embodiment of the present invention, the light guide member is plate-shaped, and the subject is brought into contact with a contact surface on one surface side of the plate-shaped light guide member, and irradiation light is emitted from the other surface side. At the same time, light can be received by the photoelectric conversion means, and the size can be reduced, particularly, the thickness can be reduced.
[0036]
In a preferred embodiment of the present invention, the irradiation light emitted from the light conversion means is incident on the light guide member via a prism.
[0037]
According to the present invention, it is possible to easily control the incident angle of the irradiation light on the light guide member.
[0038]
In one embodiment of the present invention, one end surface of the light guide member is formed in a slope with respect to the contact surface, and the irradiation light from the light conversion unit is incident on the slope. is there.
[0039]
According to the present invention, the angle of incidence of the irradiation light on the light guide member can be easily controlled by changing the angle of the sloped portion formed in the light guide member.
[0040]
In another embodiment of the present invention, irradiation light emitted from the light conversion means is incident on the light guide member via a mirror.
[0041]
According to the present invention, by changing the angle of the mirror, it is possible to easily control the incident angle of the irradiation light on the light guide member.
[0042]
In still another embodiment of the present invention, the irradiation light emitted from the light converting means is incident on the light guide member via an air layer.
[0043]
According to the present invention, it is possible to easily control the irradiation light reflected and refracted in the light conversion means, and to obtain linear irradiation light having a more uniform luminance distribution.
[0044]
In one embodiment of the present invention, a groove is formed on a light irradiation surface of the light conversion unit that irradiates the irradiation light, and the light guide member, the prism, or the mirror is brought into contact with the grooved projection. is there.
[0045]
According to the present invention, it is possible to control the direction of irradiation light emitted from the light conversion means, and by contacting a light guide member or the like with a convex portion of the grooved surface, the light conversion means and A partial air layer can be easily interposed between the light guide members and the like, and linear irradiation light with a uniform luminance distribution can be obtained.
[0046]
As another embodiment of the present invention, the light source may be arranged separately from the light converting means.
[0047]
In a preferred embodiment of the present invention, a light absorber is provided between the light source and the light guide member, and light is absorbed between a light irradiation surface of the light conversion means near the light source and the light guide member. The body is provided.
[0048]
According to the present invention, it is not necessary to irradiate the unevenness detection area with irradiation light having uneven brightness generated near the light source, and thus a more accurate unevenness detection sensor can be realized.
[0049]
In another embodiment of the present invention, an optical fiber is provided in a part of the light guide member, and the optical axis of the optical fiber is not perpendicular to the contact surface of the light guide member, that is, the optical axis is not perpendicular. It is.
[0050]
According to the present invention, it is possible to selectively propagate the total reflection light in the unevenness detection area through the optical fiber, and thus a more accurate unevenness detection sensor can be realized.
[0051]
In still another embodiment of the present invention, a portion other than the optical fiber of the light guide member is formed of glass.
[0052]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since glass has optical characteristics similar to an optical fiber, the change of incident light is small, it is easy to join with an optical fiber, and an inexpensive unevenness detection sensor that is relatively easy to manufacture can be realized.
In a preferred embodiment of the present invention, a part of the light guide member includes another optical fiber having an optical axis that is not parallel to the optical axis of the optical fiber.
[0053]
According to the present invention, the irradiation light from the light conversion unit is made incident on another optical fiber, whereby the influence of scattered light on the incident light can be removed, and a more accurate unevenness detection sensor can be realized. it can.
[0054]
In one embodiment of the present invention, the other optical fiber is arranged such that the irradiation light emitted from the light conversion means has an angle at which the irradiation light is totally reflected in the unevenness detection area.
[0055]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the influence of the scattered light in incident light can be removed, and a more accurate (high detection resolution) unevenness detection sensor can be realized.
In another embodiment of the present invention, a portion other than the optical fiber and the optical fiber are directly joined.
[0056]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light guide member which has good moldability and the influence of an adhesive layer compared with the case of fusion can be implement | achieved, and a more highly accurate unevenness detection sensor can be implement | achieved.
[0057]
As another embodiment of the present invention, in the predetermined direction of the light guide member, the optical fiber is provided over the entire length thereof, and in a direction orthogonal to the predetermined direction, only a part of the optical fiber is provided. May be provided.
[0058]
In still another embodiment of the present invention, the light guide member has a light absorber in a part thereof.
[0059]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light guide member which can remove the influence of the scattered light from parts other than an optical fiber can be implement | achieved, and a more highly accurate unevenness detection sensor can be implement | achieved.
[0060]
In a preferred embodiment of the present invention, the light guide plate member has a light reflector at a part thereof.
[0061]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light guide member which can remove the influence of the scattered light from parts other than an optical fiber can be implement | achieved, and a more highly accurate unevenness detection sensor can be implement | achieved.
[0062]
In one embodiment of the present invention, the light absorber is provided so as to absorb light other than light totally reflected in the unevenness detection region, of the irradiation light irradiated from the light conversion means.
[0063]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light guide member which can remove the influence of the scattered light from parts other than an optical fiber can be implement | achieved, and a more highly accurate unevenness detection sensor can be implement | achieved.
[0064]
In a preferred embodiment of the present invention, the irradiating light from the light conversion unit is totally reflected at the unevenness detection region of the light guide member, The optical axis of the optical fiber is set so that the angle formed by the normal to the detection area substantially coincides with the angle.
[0065]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization efficiency of the irradiation light from a light conversion means is high, and the detected image of the concavo-convex pattern with a large contrast and a high contrast is obtained.
[0066]
In another embodiment of the present invention, the photoelectric conversion unit is bonded to the light guide member via a resin having a refractive index close to a refractive index of a core of the optical fiber.
[0067]
According to the present invention, even when the photoelectric conversion unit is mounted on the light guide member, light can be emitted from the optical fiber and introduced into the photoelectric conversion unit without being totally reflected by the optical fiber emission surface.
[0068]
In still another embodiment of the present invention, a light reflector is provided around the light source and the light conversion means.
[0069]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to irradiate the irradiation light irradiated from a light source with high efficiency from a light conversion means.
[0070]
In a preferred embodiment of the present invention, a light diffusing unit is provided on a surface of the light converting unit opposite to a light irradiation surface.
[0071]
According to the present invention, it is possible to irradiate irradiation light having a more uniform luminance distribution from the light conversion unit.
[0072]
In one embodiment of the present invention, the light diffusing means is a groove.
[0073]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to use shaping | molding by a metal mold | die etc., and it becomes possible to manufacture the light conversion means with uniform brightness distribution of irradiation light at low cost.
[0074]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic perspective view of the unevenness detection sensor according to the first embodiment of the present invention.
[0075]
The unevenness detection sensor 100 according to the present embodiment basically includes a light guide plate 10 to which an object to be detected for unevenness is contacted, a light source 40 that emits irradiation light, and irradiation light from the light source 40. A light converting means 20 for converting the light emitted from the light guide plate 10 into an electric signal along a predetermined direction of the light guide plate 10, in this embodiment, a linear irradiation light extending along the unevenness detection region 70 extending along the longitudinal direction; And a photoelectric conversion device 30 that converts the light into a light.
[0076]
The light source 40 is composed of, for example, one red LED, and is arranged on one end surface of the light conversion means 40, which is one end side of the unevenness detection region 70 extending in the longitudinal direction.
[0077]
The light guide plate 10 is formed of a glass substrate 11, the upper surface of the light guide plate 10 is a contact surface with which the subject comes into contact, and a part of the contact surface has an unevenness detection region extending in the longitudinal direction as described above. 70 are provided. A part of the lower surface opposite to the contact surface of the light guide plate 10 is an incident surface on which linear irradiation light is incident from the light conversion unit 20 and light from the unevenness detection area 70 is converted into a photoelectric conversion device. The light exit surface 30 is emitted.
[0078]
The light conversion means 20 of this embodiment is made of glass, is formed in a rectangular parallelepiped shape extending along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and has a light source 40 as described above on one end face in the longitudinal direction. Are arranged, and the irradiation light from the light source 40 is converted into linear irradiation light along the longitudinal direction and is incident on the incident surface of the light guide plate 10 as schematically shown in FIG.
[0079]
In this embodiment, the irradiation surface of the light conversion means 20 and the incident surface of the light guide plate 10 are in close contact with each other via a bonding resin described later. Note that as another embodiment of the present invention, direct contact may be made without using a resin.
[0080]
The light receiving surface of the photoelectric conversion device 30 is in close contact with the above-described emission surface of the light guide plate 10, and the photoelectric conversion device 30 includes a photodiode array. This photodiode array is formed of a Si chip, and the light receiving element is formed of a photodiode, and a signal received by the photodiode can be read out by a control circuit (not shown) or the like. This control circuit has an A / D converter and can output a digital signal. In this embodiment, the light receiving region includes two regions, and the light receiving elements are arranged at a density of, for example, 500 dpi. Further, electrode pads for inputting and outputting signals are provided on the surface.
[0081]
In this embodiment, an ultraviolet curable resin having a refractive index close to that of glass is used for joining the light source 40 to the light converting means 20 and joining the light converting means 20 to the light guide plate 10. Further, in joining the photoelectric conversion device 30 and the light guide plate 10, it is necessary to draw out electrodes. Therefore, a bump is formed on an electrode pad of the photoelectric conversion device 30, and the connection formed on the light guide plate 10 (not shown) is formed. The light-receiving surface and the light guide plate 10 were filled with an adhesive between the light-receiving surface and the light guide plate 10. As this adhesive, an adhesive having substantially the same refractive index as glass was used.
[0082]
In the unevenness detection sensor 100 having such a configuration, the irradiation light emitted from the light source 40 is incident from one end surface of the light conversion unit 20, is reflected and refracted in the light conversion unit 20, and is reflected from the irradiation surface of the light conversion unit 20. It is emitted as uniform, elongated, linear illumination light.
The linear irradiation light emitted from the irradiation surface of the light conversion means 20 is incident on the light guide plate 10 and irradiates the unevenness detection region 70 extending in the longitudinal direction (predetermined direction) of the light guide plate 10. Irradiation light irradiating the unevenness detection region 70 is totally reflected at the interface, enters the photoelectric conversion device 30, and is converted into an electric signal.
[0083]
Next, an ideal trajectory (optical path) of the irradiation light emitted from the light conversion means 20 will be described with reference to FIG.
[0084]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line II ′ in FIG. In FIG. 3, the irradiation light radiated from the light converting means 20 ideally selectively irradiates only the unevenness detection area 70 as shown by an optical path 300, and is totally reflected by the unevenness detection area 70 to perform photoelectric conversion. 30.
[0085]
However, in practice, the irradiation light emitted from the light conversion means 20 is not uniform as shown in FIG. 3 and the radiation direction of the irradiation light has a certain degree of variation. In some cases, a light beam that scatters and a part of the light beam that is scattered without being totally reflected by the unevenness detection region 70 enters the photoelectric conversion device 30 and causes a decrease in detection sensitivity as a noise component. It is not a problem to do so.
[0086]
Next, the operation principle of the unevenness detection sensor 100 will be described with reference to FIG.
[0087]
FIG. 4 is an optical path diagram showing a trajectory 300 of an irradiation light beam from the light conversion unit 20 when the unevenness of the subject 200 such as a finger whose unevenness is to be detected is brought into contact with the unevenness detection region 70. When there is no contact of the convex portion of the subject 200 in the unevenness detection area 70 and an air layer exists, as shown in FIG. 4, the light is totally reflected and incident on the photoelectric conversion device 30 to be converted into an electric signal. Is done. Further, when the convex portion of the subject 200 comes into contact (close contact) with the unevenness detection region 70, the relationship between the refractive indexes inside and outside the light guide plate 10 is broken. Light rays are scattered as shown in FIG. 4 without causing total reflection. Therefore, the intensity of the light incident on the photoelectric conversion device 30 varies depending on whether or not the irregularities are in close contact with each other.
[0088]
As described above, according to the present embodiment, the irradiation light from the light source 40 is sufficiently reflected and refracted by passing through the light conversion means 20, and extends along the longitudinal direction from the irradiation surface of the light conversion means 20. The light is emitted linearly. As described above, by using the light converting means 20 to make uniform linear irradiation light, it is possible to irradiate the unevenness detection area 70 with light having a uniform luminance distribution, and the detection sensitivity of the photoelectric conversion device 30 due to the variation of the irradiation light. Is reduced, and the detection accuracy of the unevenness detection sensor 100 can be improved.
[0089]
In addition, since the reflection and refraction of the light source 40 by the light conversion means 20 are used, the number of light sources 40 (one in this embodiment) can be reduced, and the cost can be reduced and the power consumption can be reduced. it can.
[0090]
Further, since the light guide plate 10 and the light conversion means 20 can be brought into close contact with each other, the size of the unevenness detection sensor 100 can be reduced, particularly, the thickness can be reduced.
[0091]
In addition, since the light guide plate 10 and the photoelectric conversion device 30 can be brought into close contact with each other, it is possible to further reduce the size, particularly the thickness of the unevenness detection sensor 100.
[0092]
Further, since the linear irradiation light is formed by using the light conversion means 20, it is possible to selectively irradiate the unevenness detection region 70 which is a part of the light guide plate 10, and thus the scan type optical unevenness detection is performed. Sensors and the like can be easily realized, and further downsizing of elements can be realized.
[0093]
In this embodiment, the length L1 of the light guide plate 10 shown in FIG. 1 is, for example, 30 mm or less, the width W1 is, for example, 7 mm or less, and the thickness T1 is, for example, 2 mm or less. is there. The width W2 of the unevenness detection area 70 is, for example, 1.5 mm.
[0094]
In the present embodiment, a photodiode array is used as the photoelectric conversion device 30. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a CCD or the like as long as it can convert an optical signal into an electric signal. Can be.
[0095]
In the present embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate 10. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic as long as the light guide plate transmits light. Obtainable.
[0096]
Further, in the present embodiment, glass is used as the light converting means 20. However, the present invention is not limited to this. Light incident from one end face of the light converting means 20 is internally reflected and refracted, and uniform light is irradiated from the light irradiation surface. As long as light can be obtained, a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic.
[0097]
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0098]
FIG. 5 is a schematic sectional view of the unevenness detection sensor 100-1 according to the second embodiment of the present invention. Here, members having the same functions as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. The present embodiment is different from the first embodiment in that a gap 80 is provided between the light conversion means 20 and the light guide plate 10.
[0099]
Other configurations are basically the same as those in the first embodiment. According to the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. That is, since linear irradiation light can be easily obtained by the light conversion means 20, the detection accuracy of the unevenness detection sensor 100-1 can be improved, and at the same time, the cost can be reduced and the power consumption can be reduced. The size can be reduced.
[0100]
Further, in this embodiment, a gap 80 is provided between the light conversion means 20 and the light guide plate 10, and the glass and the light guide plate 10 are formed between the light conversion means 20 and the light guide plate 10. By interposing air layers having different rates, it is possible to individually design the trajectories of the light rays between the light conversion means 20 and the light guide plate 10. This makes it possible to easily improve the luminance distribution characteristics and the like of the linear irradiation light.
[0101]
That is, it is possible to easily control various characteristics such as luminance distribution characteristics by irradiating the light incident on the light converting means 20 from the light source 40 with the difference in the refractive index between the glass substrate as the light converting means 20 and the air in the gap 80. It becomes possible to make a more uniform linear irradiation light beam incident on the light guide plate 10. Thereby, it is possible to further improve the accuracy of the unevenness detection sensor 100-1.
[0102]
Although air is present in the gap 80 in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and it is possible to easily control the trajectory of the light beam by the difference in the refractive index from the light converting means 20 and to have a high light transmittance. In this case, the same effect can be obtained by using a resin or the like.
[0103]
Further, in the present embodiment, a photodiode array is used as the photoelectric conversion device 30. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a CCD or the like as long as it can convert an optical signal into an electric signal. Obtainable.
[0104]
Further, in the present embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate 10. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic as long as the light guide plate transmits light. Obtainable.
[0105]
Further, in the present embodiment, glass is used as the light converting means 20. However, the light is not limited to this, and light incident from one end face of the light converting means 20 is internally reflected and refracted, and uniform light is irradiated from the light irradiation surface. As long as light can be obtained, a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic.
[0106]
(Embodiment 3)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0107]
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of an unevenness detection sensor 100-2 according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a diagram showing light used in FIG. It is a perspective view of conversion means 20-1. Here, members having the same functions as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
[0108]
The present embodiment is different from the first embodiment in that a radiation surface (irradiation surface) of the light conversion means 20-1 and a groove 90 are formed on each of the opposing surfaces, and a convex portion of the groove 90 formed on the radiation surface is formed. Only in that it is bonded to the light guide plate 10 only, and that the light absorber 50 is formed in a portion other than the unevenness detection region 70 in the same plane as the unevenness detection region 70.
[0109]
More specifically, the light conversion means 20-1 is made of an acrylic resin, and the grooves 90 formed on the irradiation surface are provided in parallel along the longitudinal direction of the light conversion means 20-1, and are opposed to the irradiation surface. The groove 90 formed as a light diffusing means is provided to be orthogonal to the longitudinal direction of the light converting means 20-1. In addition, the interval between the grooves 90 provided on the opposite side of the irradiation surface is small at a portion near the light source 40 and widened as the distance increases.
[0110]
Further, the light absorber 50 provided in the same contact surface as the unevenness detection region 70 is formed of a thin film in which three layers of chromium oxide-chromium-chromium oxide are formed by a sputtering method.
[0111]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0112]
Further, since the same effect as the gap 80 can be obtained by the groove 90 formed on the light irradiation surface of the light converting means 20-1, light rays can be emitted only by the light converting means 20-1 as in the second embodiment. Since the trajectory can be designed, more uniform linear irradiation light can be obtained. Further, the groove 90 formed on the irradiation surface enables the directivity of the light beam irradiated from the light converting means 20-1 to be controlled, and so the more accurate control of the trajectory (optical path) of the irradiated light beam. The detection accuracy of the unevenness detection sensor 100-2 can be improved.
[0113]
In addition, the luminance distribution of the light beam emitted from the light conversion unit 20-1 can be made more uniform by the groove 90 formed on the opposite side of the light irradiation surface of the light conversion unit 20-1.
[0114]
Further, the light absorber 50 provided on the same surface as the unevenness detection area 70 reduces scattered light, which has a bad influence on the operation as a sensor, of light emitted from the light converting means 20-1, and reduces external light. A decrease in sensor sensitivity due to incidence can be prevented.
[0115]
In the present embodiment, an acrylic resin is used as the light conversion means 20-1. However, the light conversion means is not limited to this, and light incident from one end surface of the light conversion means 20-1 is internally reflected and refracted, and light As long as uniform irradiation light can be obtained from the irradiation surface, a similar effect can be obtained by using a transparent substrate such as glass.
[0116]
Further, in the present embodiment, a groove 90 is formed on the light irradiation surface of the light conversion means 20-1 and on the opposite surface thereof to control the directivity and luminance distribution characteristics of the light beam irradiated from the light conversion means 20-1. However, the present invention is not limited to this. If the same effect can be obtained, for example, the same effect can be obtained by changing the direction of forming the groove or providing a fine concave shape such as a cone cut. be able to.
[0117]
Further, in the present embodiment, a chromium-based thin film is used as the light absorber 50. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a carbon-based paint as long as it has a light-shielding property. be able to.
[0118]
Further, in the present embodiment, a photodiode array is used as the photoelectric conversion device 30. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a CCD or the like as long as it can convert an optical signal into an electric signal. Obtainable.
[0119]
Further, in the present embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate 10. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic as long as the light guide plate transmits light. Obtainable.
[0120]
(Embodiment 4)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0121]
FIG. 7 is a schematic perspective view of an unevenness detection sensor 100-3 according to the fourth embodiment of the present invention. Here, members having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The present embodiment is different from the first embodiment in that the light source 40 and the light source 40 are used in order to suppress the variation in the detection sensitivity of the unevenness detection sensor 100-3 due to the variation in the luminance distribution of the irradiation light generated near the light source 40. The point is that the positional relationship with the photoelectric conversion device 30-1 has been changed.
[0122]
Next, a more detailed description will be given with reference to FIG.
[0123]
FIG. 8 is a side view seen from the II direction in FIG. As is clear from FIG. 8, by making the length of the photoelectric conversion device 30-1 shorter than the length of the light conversion means 20 in the longitudinal direction, the luminance distribution in the vicinity of the light source 40 and in the vicinity of the end face facing the light source 40 is reduced. So that it is not affected by the uneven part.
[0124]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0125]
In addition, by adjusting the positional relationship between the light source 20 and the photoelectric conversion device 30-1 (in the present embodiment, the photoelectric conversion device 30-1 is shorter than the light conversion device 20), the luminance distribution may be non-uniform. By not being affected by the vicinity of the light source 40 and the vicinity of the end face facing the light source 40, more stable detection accuracy can be obtained, and the reliability and safety of the unevenness detection sensor 100-3 can be obtained. Can be improved.
[0126]
In the present embodiment, a photodiode array is used as the photoelectric conversion device 30-1. However, the present invention is not limited to this, and any device that can convert an optical signal into an electric signal, such as a CCD, may be used. The effect can be obtained.
[0127]
In the present embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate 10. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic as long as the light guide plate transmits light. Obtainable.
[0128]
Further, in the present embodiment, glass is used as the light converting means 20. However, the present invention is not limited to this. Light incident from one end face of the light converting means 20 is internally reflected and refracted, and uniform light is irradiated from the light irradiation surface. As long as light can be obtained, a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic.
[0129]
(Embodiment 5)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0130]
FIG. 9A is a schematic plan view of an unevenness detection sensor 100-4 according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 9B is an enlarged view near the light source 40. Here, members having the same functions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals. This embodiment is different from the fourth embodiment in that an epoxy resin portion having a light-shielding property is provided as a fixing member 95 around the light source 40 in order to reduce the influence of scattered light radiated directly from the light source 40. The point is that a chromium film is provided as the light reflector 60 between the light conversion means 20 and the light guide plate 10.
[0131]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the fourth embodiment in which the positional relationship between the light source 40 and the photoelectric conversion device 30 is adjusted.
[0132]
Further, by providing the light-blocking fixing member 95 around the light source 40, the photoelectric conversion device 30 is not directly affected by the light source 40, that is, the effect of light rays directly scattered from the light source 40 is reduced. Therefore, the detection accuracy can be further improved.
[0133]
In the present embodiment, a chromium film is provided as the light reflector 60 between the light conversion means 20 and the light guide plate 10, but the present invention is not limited to this. And a similar effect can be obtained. The same effect can be obtained by providing a light absorber instead of a light reflector.
[0134]
Further, in the present embodiment, a photodiode array is used as the photoelectric conversion device 30. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a CCD or the like as long as it can convert an optical signal into an electric signal. Obtainable.
[0135]
Further, in the present embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate 10. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic as long as the light guide plate transmits light. Obtainable.
[0136]
Further, in the present embodiment, glass is used as the light converting means 20. However, the light is not limited to this, and the light incident from one end face of the light converting means is internally reflected and refracted, and the uniform irradiation light is irradiated from the light irradiation surface. The same effect can be obtained by using a transparent resin such as acryl, for example, as long as it is a material that can obtain the following.
[0137]
(Embodiment 6)
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0138]
FIG. 10 is a schematic sectional view of an unevenness detection sensor 100-5 according to the sixth embodiment of the present invention. Here, members having the same functions as in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. This embodiment is different from the first embodiment in that a glass optical prism 13 for controlling the incident angle of a light beam on the light guide plate 10-1 is provided between the light conversion means 20 and the light guide plate 10-1. The point is that an optical fiber 12 made of glass is provided in a part of the light guide plate 10-1.
[0139]
The configuration of the light guide plate 10-1 will be described in more detail. The optical fiber 12 used in the present embodiment is one in which a plurality of optical fibers are tightly bundled, and the optical axis of the optical fiber 12 is the light guide plate. The contact surface including the unevenness detection region 70 of 10-1 is not perpendicular but inclined. Although not shown in FIG. 10, the optical fiber 12 is provided so as to extend over the entire length in the depth (vertical) direction of the paper surface, that is, in the longitudinal direction of the light guide plate 10-1, and extends in the left-right direction of the paper surface. That is, the width direction is provided slightly wider than the width of the light conversion means 20. Each optical fiber 12 includes a core, a clad, and an absorber around the clad. A glass substrate was used for portions other than the optical fiber 12.
[0140]
Further, the optical fiber 12 and the glass 11 constituting the light guide plate 10-1 are joined using a direct joining method.
[0141]
Next, the direct joining method will be described in more detail. The direct bonding method is a method of bonding by contacting after surface treatment of the bonding surface without intermediate layer such as adhesive and bonding by low temperature heat treatment, so reflection and scattering at the bonding surface etc. There is an advantage that the shape is maintained without any. Specifically, a method in which a mirror-polished inorganic substrate is subjected to a hydrophilic treatment to generate a hydrophilic group such as an OH group on the surface, and the inorganic substrate is bonded by directly contacting both surfaces and heating. It is. By the direct bonding, it can be obtained by hydrogen bonding due to OH groups on the bonding surface generated by the above-described hydrophilization treatment, covalent bonds or ionic bonds between elements constituting each substrate surface or via oxygen resulting from the OH groups. , Means a strong bond at the atomic level.
[0142]
Next, the optical axis of the optical fiber 12 will be described in more detail with reference to FIG.
[0143]
The total reflection critical angle θc at which the light propagating in the light guide plate 10-1 at the incident surface of the optical fiber 12 is totally reflected is θc = sin, where ncore is the refractive index of the core of the optical fiber 12. ^-1 (1 / ncore). Therefore, if the angle between the normal line N of the incident surface of the optical fiber 12 and the light beam emitted from the light converting means 20 is equal to or larger than θc, total reflection occurs on the fiber surface. More preferably, the angle between the line connecting the end of the optical fiber 12 on the light conversion means 20 side and the end of the light conversion means 20 on the fiber side of the radiation surface is θs All that is required is the above.
[0144]
The angle φ formed by the optical axis of the optical fiber 12 with respect to the normal line N of the fiber entrance surface is such that the more the total reflection light at the fiber entrance surface is, the more the total reflection is made between the core and the cladding in the fiber and the fiber is transmitted through the fiber. Decided.
[0145]
FIG. 11 shows the relationship between the reflection angle and the inclination angle of the fiber. As described above, the critical angle for total reflection at the fiber incident surface is θc, and light having an angle larger than this is totally reflected at the fiber incident surface. On the other hand, when the optical axis of the fiber is inclined at an angle φ with respect to the incident surface, the range in which the reflected light on the incident surface is totally reflected between the core and the clad in the fiber and transmitted in the fiber is the range of the incident surface. This is light that enters between the angle θa and the angle θb with respect to the normal line N. θa and φ are expressed by the following equation 1, and θb and φ are expressed by the following equation 2.
[0146]
(Equation 1)

[0147]
(Equation 2)

[0148]
Therefore, the totally reflected light in the range of the following Expression 3 is transmitted into the optical fiber.
[0149]
[Equation 3]

[0150]
From FIG. 11, it is sufficient that θc is equal to or larger than θa in order to transmit more total reflected light in the fiber. Therefore, the inclination angle φ of the incident surface of the fiber optical axis with respect to the normal line N may be determined so as to satisfy Equation 4 below.
[0151]
(Equation 4)

[0152]
By inclining the optical fiber 12 at this angle, an image of a concavo-convex pattern having the highest utilization efficiency of incident light and a large contrast in concavo-convex could be obtained.
[0153]
The exit surface from the optical fiber 12 to the photoelectric conversion device 30 is also inclined with respect to the optical axis of the optical fiber 12. The light transmitted through the optical fiber 12 reaches the exit surface at an angle at which the light is totally reflected. When a substance having a smaller refractive index than the core of the fiber, such as an air layer, is in contact with the exit surface, light transmitted through the fiber is totally reflected instead of exiting from the exit surface. 30 will not be incident. Therefore, a resin having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the core of the fiber was buried between the surface of the photodiode array of the photoelectric conversion device 30 and the fiber exit surface of the light guide plate 10-1. Further, in this embodiment, this function was able to be exerted by the adhesive used when mounting the photoelectric conversion device by the bump method. It is best to use a resin having a refractive index higher than the refractive index of the core. However, if the refractive index is smaller than the refractive index of the core, the ratio of total reflection is reduced if the refractive index is close to the refractive index.
[0154]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0155]
Further, by providing the prism 13 between the light conversion means 20 and the light guide plate 10-1, light rays totally reflected by the unevenness detection area 70 of the light guide plate 10-1 can be easily incident. Further, in the present embodiment, the gap 80 is not provided between the light converting means 20 and the prism 13, but by providing this, the same effect as in the second embodiment can be easily obtained.
[0156]
Further, by using the optical fiber 12, the total reflection light in the unevenness detection area 70 can be selectively transmitted through the optical fiber 12, so that the detection accuracy of the unevenness detection sensor 100-5 can be improved. it can.
[0157]
In addition, by burying a resin having a refractive index equal to or higher than the core of the fiber between the light guide plate 10-1 and the photoelectric conversion device 30, the output light beam is not totally reflected at the fiber output surface, and is applied to the photodiode array of the photoelectric conversion device. Can be incident.
[0158]
In the present embodiment, a photodiode array is used as the photoelectric conversion device 30. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a CCD or the like as long as it can convert an optical signal into an electric signal. Obtainable.
[0159]
In the present embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate 10-1. However, the present invention is not limited to this, and a transparent resin such as acrylic may be used as long as the light guide plate transmits light. The effect can be obtained.
[0160]
Further, in the present embodiment, a glass optical fiber is used. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a plastic fiber, for example, as long as the fiber has characteristics as a fiber. .
[0161]
Further, in the present embodiment, glass is used as the light converting means 20. However, the light is not limited to this, and light incident from one end face of the light converting means 20 is internally reflected and refracted, and uniform light is irradiated from the light irradiation surface. As long as light can be obtained, a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acrylic.
[0162]
Further, in the present embodiment, the glass substrate used for the light guide plate 10-1 and the optical fiber are bonded by using the direct bonding method. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained by bonding using a resin having a relatively close ratio.
[0163]
(Embodiment 7)
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0164]
FIG. 12 is a schematic sectional view of an unevenness detection sensor 100-6 according to the seventh embodiment of the present invention. Here, members having the same functions as in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. The present embodiment is different from the sixth embodiment in that one end face of the light guide plate 10-2, instead of the prism 13, is processed into an oblique shape, so that the light guide plate 10-2 of the light beam emitted from the light converting means 20 is formed. The light incident angle to the light source 40 and the light reflector 40 made of stainless steel are provided around the light source 40 and the light conversion means 20, and the unevenness detection 70 of the light guide plate 10-2 and the light conversion means 20 This is the point where a black pigment-based paint is applied as the light absorber 50 to the portions other than the incident portion of the irradiation light and the incident portion of the light beam to the photoelectric conversion device 30.
[0165]
As described above, according to the present embodiment, the same effect as in the sixth embodiment using the prism 13 and the optical fiber 12 can be obtained.
[0166]
Further, by processing one end surface of the light guide plate 10-2 into an oblique shape, the number of components can be reduced as compared with the case where the prism 13 is used.
[0167]
Further, by providing the light reflector 60 made of stainless steel around the light source 40 and the light converting means 20, it is possible to improve the utilization efficiency of the light beam emitted from the light source 40, and to achieve a uniform luminance distribution and a higher luminance. Bright illumination light can be obtained.
[0168]
Further, by providing the light absorber 50, of the light beams emitted from the light converting means 20, it is possible to prevent a reduction in scattered light which adversely affects the operation as a sensor and a decrease in sensor sensitivity due to the incidence of external light. Can be.
[0169]
In this embodiment, a stainless steel plate is used as the light reflector 60. However, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained by using another metal thin plate as long as it has a reflection characteristic. it can.
[0170]
In this embodiment, a pigment-based paint is used as the light absorber. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using, for example, a chromium-based thin film as long as it has a light-shielding property. Can be.
[0171]
Further, in the present embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate, but the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acryl as long as the light guide plate transmits light. be able to.
[0172]
Further, in the present embodiment, a glass optical fiber is used, but the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using, for example, a plastic fiber as long as the fiber has characteristics as a fiber. .
[0173]
Further, in the present embodiment, glass is used as the light conversion means. However, the light is not limited to this, and light incident from one end face of the light conversion means is internally reflected and refracted, and uniform irradiation light is emitted from the light irradiation surface. The same effect can be obtained by using a transparent resin such as acryl as long as it is obtained.
[0174]
Further, in the present embodiment, the light absorber is provided around the light guide plate, but the same effect can be obtained by using a light reflector. Further, by using a combination of the light absorber and the light reflector and providing them at necessary places, it is possible to increase the light use efficiency while inhibiting the influence of scattered light and external light.
[0175]
(Embodiment 8)
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0176]
FIG. 13 is a schematic sectional view of an unevenness detection sensor 100-7 according to the eighth embodiment of the present invention. Here, members having the same functions as in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. The present embodiment is different from the sixth embodiment in that, instead of using the prism 13, a substrate on which a mirror 14 is formed by depositing an aluminum film on one surface of a glass substrate is used. And the other optics (for incident light) that guides the light incident on the light guide plate 10-3 to the unevenness detection area 70. The point that the fiber 12 is provided is that the glass substrate 11 constituting the light guide plate 10-3 and the optical fiber 12 are joined by using a heat fusion method.
[0177]
The optical fiber 12 for incident light will be described in more detail. The optical fiber 12 for incident light is arranged such that the light beam emitted from the light conversion means 20 and incident on the light guide plate 10 via the mirror 14 is totally reflected by the unevenness detection area 70. .
[0178]
As described above, according to the present embodiment, the same effects as in the sixth embodiment can be obtained.
[0179]
Further, by providing the mirror 14 as the means for adjusting the incident angle, the thickness of the unevenness detection sensor can be reduced as compared with the case where the prism 13 is used.
[0180]
Furthermore, by guiding the light incident on the light guide plate 10 to the unevenness detection region 70 using another optical fiber 12, it is possible to selectively guide only the light rays totally reflected in the unevenness detection region, The influence of the scattered light incident on the light source 10 can be reduced.
[0181]
In the present embodiment, a mirror is formed by vapor deposition on one surface of the glass substrate to adjust the trajectory of light rays. However, the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained.
[0182]
In this embodiment, a glass substrate is used as the light guide plate. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a transparent resin such as acryl as long as the light guide plate transmits light. be able to.
[0183]
Further, in the present embodiment, a glass optical fiber is used. However, the present invention is not limited to this, and a similar effect can be obtained by using a plastic fiber, for example, as long as the fiber has characteristics as a fiber. .
[0184]
In this embodiment, glass is used as the light conversion means. However, the present invention is not limited to this. Light incident from one end face of the light conversion means is internally reflected and refracted, and uniform irradiation light is emitted from the light irradiation surface. The same effect can be obtained by using a transparent resin such as acryl as long as it can be obtained.
[0185]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, irradiation light from a light source is converted into linear irradiation light by a light conversion unit and incident on the light guide member, so that uniform light is applied to the contact surface where the subject comes into contact. Irradiation becomes possible, and highly accurate detection of irregularities becomes possible. In addition, the number of light sources can be reduced, power consumption can be reduced, and cost can be reduced.
[0186]
In addition, the light guide member and the light conversion means can be brought close to or in close contact with each other, and the size can be reduced, particularly, the thickness can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of an unevenness detection sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view for explaining light conversion of the light conversion means of FIG. 1;
FIG. 3 is a schematic sectional view of the unevenness detection sensor of FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the unevenness detection sensor of FIG. 1;
FIG. 5 is a schematic sectional view of an unevenness detection sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an unevenness detection sensor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic perspective view of an unevenness detection sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic side view of the unevenness detection sensor of FIG. 7;
9A and 9B are a schematic side view and a partially enlarged view of an unevenness detection sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view of an unevenness detection sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for explaining a design principle in setting an optical fiber.
FIG. 12 is a schematic sectional view of an unevenness detection sensor according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic sectional view of an unevenness detection sensor according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a conventional unevenness detection sensor.
FIG. 15 is a schematic diagram of a main portion of another conventional unevenness detection sensor.
[Explanation of symbols]
10,10-1-3 Light guide plate
11 Glass substrate
12 Optical fiber
13 Prism
14 Mirror
20, 20-1 Light conversion means
30,30-1 photoelectric conversion device
40 light source
50 light absorber
60 light reflector
70 Unevenness detection area
80 gap
90 grooves
100,100-1-7 Unevenness detection sensor
200 subjects
300 ray trajectory (optical path)

Claims

照射光を投光する光源と、被検体が接触される接触面を有するとともに、照射光を前記接触面に導光する導光部材と、前記導光部材の出射面を介して入射される光を電気信号に変換する光電変換手段とを具備した凹凸検出センサにおいて、
前記導光部材に密着または近接して配置される光変換手段を備え、該光変換手段は、その一端側に配置された前記光源からの照射光を、線状の照射光に変換して前記導光部材に照射することを特徴とする凹凸検出センサ。A light source that emits irradiation light, a light guide member that has a contact surface with which the subject comes into contact, and guides the irradiation light to the contact surface; and light that enters through an emission surface of the light guide member. And a photoelectric conversion means for converting the electrical signal into an electrical signal,
The light guide member further includes a light conversion unit disposed in close contact with or close to the light guide member, and the light conversion unit converts irradiation light from the light source disposed on one end thereof into linear irradiation light. An unevenness detection sensor for irradiating a light guide member.

前記接触面は、所定方向に延びる凹凸検出領域を有し、
前記光変換手段からの前記線状の照射光が、前記接触面の内の前記凹凸検出領域に選択的に照射される請求項１記載の凹凸検出センサ。The contact surface has an unevenness detection area extending in a predetermined direction,
The unevenness detection sensor according to claim 1, wherein the linear irradiation light from the light conversion unit selectively irradiates the unevenness detection area in the contact surface.

照射光を投光する光源と、被検体が接触される接触面を有するとともに、照射光を前記接触面に導光する導光部材と、前記導光部材の出射面を介して入射される光を電気信号に変換する光電変換手段とを具備した凹凸検出センサにおいて、
前記接触面は、所定方向に延びる凹凸検出領域を有し、
前記光源は、前記所定方向に延びる凹凸検出領域の一端側に配置され、
前記光源からの照射光を、前記所定方向に沿う線状の照射光に変換して前記導光部材に照射する光変換手段を備え、
前記光変換手段は、前記導光部材に密着または近接して配置されることを特徴とする凹凸検出センサ。A light source that emits irradiation light, a light guide member that has a contact surface with which the subject comes into contact, and guides the irradiation light to the contact surface; and light that enters through an emission surface of the light guide member. And a photoelectric conversion means for converting the electrical signal into an electrical signal,
The contact surface has an unevenness detection area extending in a predetermined direction,
The light source is disposed on one end side of the unevenness detection region extending in the predetermined direction,
Light conversion means for converting irradiation light from the light source into linear irradiation light along the predetermined direction and irradiating the light guide member with light,
The unevenness detection sensor, wherein the light conversion unit is disposed in close contact with or close to the light guide member.

照射光を投光する光源と、被検体が接触される接触面を有するとともに、入射面からの照射光を前記接触面に導光する導光部材と、前記導光部材の前記接触面とは反対側の出射面を介して入射される光を電気信号に変換する光電変換手段とを具備した凹凸検出センサにおいて、
前記接触面は、所定方向に延びる凹凸検出領域を有し、
前記光源は、前記所定方向に延びる凹凸検出領域の一端側に配置され、
前記光源からの照射光を、前記所定方向に延びる前記凹凸検出領域を照射する照射光に変換して前記導光部材の前記入射面に入射させる光変換手段を備え、
前記光変換手段は、前記導光部材の前記入射面に密着または近接して配置され、
前記光電変換手段は、前記導光部材の前記出射面に密着または近接して配置されることを特徴とする凹凸検出センサ。A light source that emits irradiation light, and a light guide member that has a contact surface with which the subject comes into contact, and guides the irradiation light from the incident surface to the contact surface, and the contact surface of the light guide member A concavo-convex detection sensor comprising: a photoelectric conversion unit that converts light incident through the opposite emission surface into an electric signal;
The contact surface has an unevenness detection area extending in a predetermined direction,
The light source is disposed on one end side of the unevenness detection region extending in the predetermined direction,
Light conversion means for converting irradiation light from the light source to irradiation light for irradiating the unevenness detection region extending in the predetermined direction and causing the irradiation light to enter the incident surface of the light guide member,
The light conversion means is disposed in close contact or close to the incident surface of the light guide member,
The unevenness detection sensor, wherein the photoelectric conversion unit is disposed in close contact with or close to the emission surface of the light guide member.

前記導光部材は、板状である請求項１〜４のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 1, wherein the light guide member has a plate shape.

前記光変換手段から照射される照射光が、プリズムを介して前記導光部材に入射される請求項1〜５のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein irradiation light emitted from the light conversion unit is incident on the light guide member via a prism.

前記導光部材の一端面を、前記接触面に対して斜面状に形成し、該斜面状の部分に、前記光変換手段からの照射光を入射させる請求項１〜５のいずれかに記載の凹凸検出センサ。6. The light guide member according to claim 1, wherein one end surface of the light guide member is formed in a slope with respect to the contact surface, and irradiation light from the light conversion unit is incident on the slope. Unevenness detection sensor.

前記光変換手段から照射される照射光が、ミラーを介して前記導光部材に入射される請求項１〜５のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 1, wherein irradiation light emitted from the light conversion unit is incident on the light guide member via a mirror.

前記光変換手段から照射される照射光が、空気層を介して前記導光部材に入射される請求項１〜８のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein irradiation light emitted from the light conversion unit is incident on the light guide member via an air layer.

照射光を照射する前記光変換手段の光照射面に溝加工を施し、溝加工された凸部で前記導光部材、前記プリズムまたは前記ミラーと接触させる請求項１〜８のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The light irradiation surface of the light conversion means for irradiating irradiation light is subjected to groove processing, and the grooved projection is brought into contact with the light guide member, the prism or the mirror. Unevenness detection sensor.

前記光源と前記導光部材との間に光吸収体を設けるとともに、前記光源近傍の前記光変換手段の光照射面と前記導光部材との間に光吸収体を設ける請求項１〜１０のいずれかに記載の凹凸検出センサ。A light absorber is provided between the light source and the light guide member, and a light absorber is provided between the light irradiation surface of the light conversion means near the light source and the light guide member. An unevenness detection sensor according to any one of the above.

前記導光部材の一部に光学ファイバを有し、前記光学ファイバの光軸が前記導光部材の前記接触面に対して非垂直である請求項１〜９のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 1, further comprising an optical fiber in a part of the light guide member, wherein an optical axis of the optical fiber is not perpendicular to the contact surface of the light guide member. .

前記導光部材の前記光学ファイバ以外の部分がガラスにより形成されている請求項１２に記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 12, wherein a portion other than the optical fiber of the light guide member is formed of glass.

前記導光部材の一部に、前記光学ファイバの光軸と平行でない光軸を有する他の光学ファイバを備える請求項１２または請求項１３に記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 12, wherein another optical fiber having an optical axis that is not parallel to the optical axis of the optical fiber is provided in a part of the light guide member.

前記他の光学ファイバが、前記光変換手段から照射される照射光が前記凹凸検出領域において全反射される角度になるように配置されている請求項１４に記載の凹凸検出センサ。15. The unevenness detection sensor according to claim 14, wherein the another optical fiber is arranged so that the irradiation light emitted from the light conversion unit has an angle at which the irradiation light is totally reflected in the unevenness detection region.

前記光学ファイバ以外の部分と前記光学ファイバとが直接接合されている請求項１２〜１５のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 12, wherein a portion other than the optical fiber and the optical fiber are directly bonded.

前記導光部材が、その一部に光吸収体を有する請求項１〜１６のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 1, wherein the light guide member has a light absorber in a part thereof.

前記導光板部材が、その一部に光反射体を有する請求項１〜１６のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to claim 1, wherein the light guide plate member has a light reflector in a part thereof.

前記光吸収体が、前記光変換手段から照射される照射光のうち、前記凹凸検出領域において全反射する光以外を吸収するように設けられている請求項１７に記載の凹凸検出センサ。18. The unevenness detection sensor according to claim 17, wherein the light absorber is provided so as to absorb light other than light totally reflected in the unevenness detection area, of the irradiation light emitted from the light conversion unit.

前記光変換手段からの照射光が、前記導光部材の前記凹凸検出領域で全反射する全反射臨界角と、前記光学ファイバ内を伝搬する入射光が前記凹凸検出領域の法線となす角とが略一致するように、前記光学ファイバの光軸が設定されている請求項１２〜１９のいずれかに記載の凹凸検出センサ。Irradiation light from the light conversion means, the total reflection critical angle of total reflection in the unevenness detection region of the light guide member, and the angle between the incident light propagating in the optical fiber and the normal of the unevenness detection region. 20. The unevenness detection sensor according to claim 12, wherein an optical axis of the optical fiber is set such that the values substantially coincide with each other.

前記導光部材に、前記光電変換手段を、前記光学ファイバのコアの屈折率に近い屈折率を有する樹脂を介して接合している請求項１２〜２０のいずれかに記載の凹凸検出センサ。21. The unevenness detection sensor according to claim 12, wherein the photoelectric conversion unit is bonded to the light guide member via a resin having a refractive index close to a refractive index of a core of the optical fiber.

前記光源および前記光変換手段の周囲に光反射体が設けられている請求項１〜２１のいずれかに記載の凹凸検出センサ。22. The unevenness detection sensor according to claim 1, wherein a light reflector is provided around the light source and the light conversion unit.

前記光変換手段の光照射面の対面に、光拡散手段を備える請求項１〜２２のいずれかに記載の凹凸検出センサ。The unevenness detection sensor according to any one of claims 1 to 22, further comprising a light diffusing unit provided on a surface facing the light irradiation surface of the light converting unit.

前記光拡散手段が溝である請求項２３記載の凹凸検出センサ。24. The unevenness detecting sensor according to claim 23, wherein the light diffusing means is a groove.