JP2004310576A - Irregular pattern detector and portable device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an irregular pattern detector that is improved to increase the S/N ratio and increase image quality while reducing the overall size of the device. <P>SOLUTION: A light guiding fiber array 15 is embedded in a thick portion of an optical plate 6 so that an optical axis is oriented to a subject measurement part 12a and a light source 10 and that a light emission end face is exposed to the subject measurement part 12a. A detecting fiber array 21 is embedded in the thick portion of the optical plate 6 so that an optical axis is oriented to the subject measurement part 12a and an imaging element 11. The light source is mounted on the surface of the optical plate 6 so as to be connected to a light incidence end face of the light guiding fiber array 15. The imaging element 11 is mounted on the surface of the optical plate 6 so as to be connected to a light emission end face of the detecting fiber array 21. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に凹凸パターン検出装置に関するものであり、より特定的には、指紋やゴム印等の軟らかい物体の表面に形成されている微小な凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置に関する。この発明は、また、そのような凹凸パターン検出装置が実装された携帯機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋等の微小な凹凸パターンを検出する代表的なものとして、光学式の検出装置がある。従来、図１３に示すような、光ファイバを使用した凹凸パターン検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３において、１は検出用のファイバアレイ、１ａはファイバアレイの入射面で、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部である。１ｂはファイバアレイの出射面である。被検体測定部１ａは、ファイバアレイ１の各ファイバの中心軸に対して所定の角度で傾斜している。光のクロストークを防止するため、ファイバアレイ１の各ファイバの間に光を吸収する物質（以下、光吸収体と略する）が設けられる。光源２から投光された光３は、ファイバアレイ１を透過して被検体測定部１ａに到達する。光３の入射角は、光ファイバのコアと空気との界面における臨界角より大きい。従って、反射光は、被検体４の凹凸パターンの凹部が面する被検体測定部１ａで全反射となり、被検体４の凸部と接触している被検体測定部１ａで媒質相互の屈折率によって非全反射となる。被検体４の凹部が面している被検体測定部１ａでの反射光は、被検体４の凸部が接触している部分の反射光より強くなるので、反射光は凹凸パターンに応じたコントラストの高いパターンを形成する。出射面１ｂでの光パターンは撮像素子５の撮像面に入力される。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０４５６２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の凹凸パターン検出装置は以上のように構成されている。
【０００６】
しかしながら、図１３に示す従来装置では、光源２と撮像素子５が異なった平面上に形成された構造であるため、平板化できず、装置が大型化するという問題点があった。
【０００７】
また、光源２からの光は、各ファイバの間に光吸収体が設けられたファイバアレイ１を横切って光を照射するため、被検体測定部１ａにおける光の入射位置によって光の強度が異なり、補正が必要となっていた。
【０００８】
さらに、外光が検出用のファイバアレイ１内を伝播しないようにするには、ファイバアレイ１を大きく傾斜させなければならず、装置の小型化の妨げとなるという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、装置の小型化ができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
この発明の他の目的は、平板化でき、小型化・薄型化と高精度化を両立させることができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することにある。
【００１１】
この発明の他の目的は、光源からの光を効率良く、均一に被検体測定部に照射することができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することにある。
【００１２】
この発明の他の目的は、外光の影響を抑えることができるように改良された凹凸パターン検出装置を提供することにある。
【００１３】
この発明のさらに他の目的は、そのような凹凸パターン検出装置を備えた携帯機器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の局面に従う発明は、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面とを有する光学プレートを有する凹凸パターン検出装置に係る。上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記光源に向き、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が上記被検体測定部に露出するように、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が前記他方の面に露出するように、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光導入用ファイバアレイの上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装されている。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装されている。
【００１５】
この発明によれば、光導入用ファイバアレイの光出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光路は検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱することなく、被検体測定部に到達する。
【００１６】
また、検出用ファイバアレイに光吸収体が含まれている場合であっても、上記光路は光吸収体を横切らないので、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって減衰することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光源からの光の利用効率は向上する。
【００１７】
また、平板状である光学プレートの他方の面上に光源と撮像素子とを実装する構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００１８】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記光導入用ファイバアレイを構成するファイバの第１コアの屈折率は、上記検出用ファイバアレイを構成するファイバの第２コアの屈折率よりも大きくされている。より具体的には、上記第１コアの屈折率と、上記第２コアの屈折率との差は、上記被検体測定部において上記第１コアに入射する全ての外光が、上記第２コア内に伝播しないように選ばれている。
【００１９】
上記第１コアの屈折率と、上記第２コアの屈折率との差をこのように選ぶことにより、上記一方の面から光学プレート内に入る外光が検出用ファイバアレイを伝播しなくなる。したがって、外光が検出用ファイバアレイを伝播することが防止され、ひいては、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【００２０】
この発明の一具体例によれば、上記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光源から出て上記光導入用ファイバアレイを通って上記被検体測定部へ向かう光が、該光導入用ファイバアレイの上記光出射端面で全反射するように選ばれている。さらに、上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光出射端面で全反射した光が上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００２１】
このように構成することにより、後述する全反射型凹凸パターン検出装置となる。
【００２２】
この発明の変形例として、上記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光源から出て該光導入用ファイバアレイを通って上記被検体測定部へ向かう光が上記光導入用ファイバアレイの上記光出射端面で全反射しないように、上記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。さらに、上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記光導入用ファイバアレイの上記光出射端面で上記全反射臨界角より大きな角度散乱された光が、上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００２３】
このように構成することにより、後述する散乱型凹凸パターン検出装置となる。
【００２４】
この発明の第２の局面に従う発明は、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面とを有する光学プレートを備える凹凸パターン検出装置に係る。この光学プレートの厚み部分に、上記被検体測定部と上記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が上記被検体測定部に露出するように、上記光源からの光を前記被検体測定部に送り込むための、上記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材が埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出するように、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記透明部材の上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装される。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装される。
【００２５】
この発明によれば、透明部材の光出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光路は、検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱すことなく、被検体測定部に到達する。
【００２６】
また、検出用ファイバアレイに光吸収体が含まれている場合であっても、上記光路は、検出用ファイバアレイを横切らないので、光源からの光は、何ら減衰することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光源からの光の利用効率が向上する。
【００２７】
また、光源から被検体測定部までの光路をファイバアレイではなく、透明部材で構成しているため、被検体測定部に照射され、該被検体測定部より返された光が、透明部材を通って検出用ファイバアレイの光入射端面に向かう。すなわち、被検体測定部から検出用ファイバアレイの入射端面までの光路には、光路を横切るファイバが存在しない。その結果、被検体測定部から返された光は乱れることなく検出用ファイバアレイの入射端面に入射する。
【００２８】
また、平板状である光学プレートの他方の面上に光源と撮像素子とが実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００２９】
この発明の好ましい実施形態によれば、上記透明部材の屈折率は、上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率よりも大きくされている。より具体的には、上記透明部材の屈折率と上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率との差は、上記被検体測定部において上記透明部材に入射する全ての外光が、上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアを伝播しないように選ばれている。
【００３０】
上記透明部材の屈折率と上記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率との差をこのように選ぶことにより、上記被検体測定部から光学プレート内に入る外光が検出用ファイバアレイを伝播しなくなる。したがって、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【００３１】
この発明の一具体例によれば、上記透明部材の傾斜角度は、上記光源から出て上記透明部材を通って上記被検体測定部へ向かう光が上記透明部材の上記光出射端面で、全反射するように選ばれている。上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記被検体測定部で全反射した光が上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００３２】
透明部材および検出用ファイバアレイの傾斜角度をこのように選ぶことにより、後述する全反射型凹凸パターン検出装置となる。
【００３３】
この発明の変形例として、上記透明部材の傾斜角度は、上記光源から出て上記透明部材を通って上記被検体測定部へ向かう光が上記透明部材の上記光出射端面で全反射しないように、上記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。上記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、上記透明部材の上記光出射端面で上記全反射臨界角より大きな角度で散乱された光が上記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている。
【００３４】
透明部材および検出用ファイバアレイの傾斜角度をこのように選ぶことにより、後述する散乱型凹凸パターン検出装置となる。
【００３５】
これらの発明の好ましい実施形態によれば、上記検出用ファイバアレイを構成する各ファイバの周囲に光吸収体が設けられる。
【００３６】
光吸収体を設けることによって、検出用ファイバアレイ内を伝播する光以外の光が、上記光吸収体に吸収されるので、光のクロストークが防止される。ひいては、解像度の高い画像を得ることができる。
【００３７】
この発明の第３の局面に従う発明は、凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器に係る。この凹凸パターン検出装置は、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面とを有する光学プレートを備える。この光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記光源に向き、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が上記被検体測定部に露出するように、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出するように、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記光導入用ファイバアレイの上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装される。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装される。
【００３８】
この発明の第４の局面に従う発明は、凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器に係る。この凹凸パターン検出装置は、凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される他方の面を有する光学プレートを備える。この光学プレートの厚み部分に、前記被検体測定部と前記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように、前記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材が埋め込まれている。さらに、上記光学プレートの厚み部分に、その光軸が上記被検体測定部および上記撮像素子に向き、かつその光入射端面が上記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が上記光学プレートの上記他方の面に露出するように、上記光源からの光を上記被検体測定部に送り込むための、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイが埋め込まれている。さらに、上記透明部材の上記光入射端面に接続されるように上記光学プレートの上記他方の面に光源が実装される。さらに、上記検出用ファイバアレイの上記光出射端面に接続されるように上記光学プレートの他方の面に撮像素子が実装される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図を用いて説明する。なお、以下の実施の形態を説明する図面において、同一または相当する部分には、同一の参照番号を付す。
【００４０】
（実施の形態１）
図１（Ａ）は、実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の被検体測定部側から見た斜視図であり、図１（Ｂ）は、実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の光源および撮像素子側から見た斜視図である。図２は、図１（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００４１】
これらの図を参照して、凹凸パターン検出装置は光学プレート６を備える。光学プレート６は例えばガラス基板であり、ガラス基板としては、平坦かつ表面粗さが小さいのが好ましい。光学プレート６は、指８の指紋の凹凸パターンを測定するための被検体測定部１２ａを含む一方の面６ａと、この一方の面６ａに対向する他方の面６ｂを有する。光学プレート６の他方の面６ｂに、光源１０と撮像素子１１が互いに離して設けられている。光源１０は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）２６と導光板２７とからなる。
【００４２】
光学プレート６の厚み部分に、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイ１５と、検出用ファイバアレイ２１が埋め込まれている。
【００４３】
光導入用ファイバアレイ１５は、その光軸が被検体測定部１２ａおよび光源１０に向いている。光導入用ファイバアレイ１５の光入射端面１５ｂは、光学プレート６の他方の面６ｂに露出し、その光出射端面１５ａは被検体測定部１２ａに露出している。
【００４４】
検出用ファイバアレイ２１は、その光軸が被検体測定部１２ａおよび撮像素子１１を向いている。検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａは光導入用ファイバアレイ１５の側面に密接し、その光出射端面２１ｂは光学プレート６の他方の面６ｂに露出している。
【００４５】
ＬＥＤ２６および導光板２７からなる光源１０は、光導入用ファイバアレイ１５の光入射端面１５ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。撮像素子１１は、検出用ファイバアレイ２１の光出射端面２１ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。
【００４６】
本実施の形態によれば、光導入用ファイバアレイ１５の出射端面１５ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、検出用ファイバアレイ２１によって散乱されることなく、被検体測定部１２ａに到達する。
【００４７】
また、検出用ファイバアレイ２１に光吸収体が含まれている場合であっても、光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らないので、光源１０からの光は、光吸収体によって減衰することなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができ、ひいては光源１０からの光１７の利用効率を向上させることができる。
【００４８】
また、光学プレート６は平板であり、その他方の面６ｂ上であって同一平面上に光源１０と撮像素子１１が実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００４９】
なお、検出用ファイバアレイ２１の入射面２１ａに光導入用ファイバアレイ１５を設けると、測定対象である被検体が、直接、検出用ファイバアレイ２１の入射面２１ａに触れないため、被検体の画像の解像度が低下するが、検出用ファイバアレイ２１の径や開口率と光導入用ファイバアレイ１５の厚みの関係を考慮することにより、必要とする解像度を得ることができる。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る全反射型凹凸パターン検出装置における光導入用ファイバアレイ１５および検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度について説明する。図３は、全反射型凹凸パターン検出装置の概念を説明する図であり、図２に示す装置の、被検体測定部１２ａの近傍の拡大図である。図面を簡単にするために、ファイバアレイの図示は省略されている。
【００５１】
図２と図３を参照して、光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度は、光源１０から出て、光導入用ファイバアレイ１５を通って、被検体測定部１２ａに向かう光１７が光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射するように選ばれている。より具体的には、光１７が臨界角以上の角度θで被検体測定部１２ａに照射するように光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度が選ばれている。
【００５２】
光源１０から出た光１７は光導入用ファイバアレイ１５を通って臨界角以上の角度θで被検体測定部１２ａに照射される。照射された光１７は、指紋の凹凸パターンの凹部１８で全反射となり、指紋の凹凸パターンの凸部１９と接触している面で、媒質相互の屈折率によって非全反射となる。
【００５３】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、光源１０から照射されて被検体測定部１２ａで全反射し、再び光学プレート６中を通ってファイバアレイ２１に向かう光１７ａが、この検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれる。このように選ぶと、被検体測定部１２ａに指紋の凹凸パターンの凸部１９が接触している部分では非全反射するため、全反射光が検出用ファイバアレイ２１内の光ファイバを伝播しない。このため、凹部１８と凸部１９で検出用ファイバアレイ２１内を伝播する光強度に大きな差が生じる。その結果、指紋の凹凸パターンに対応した光パターンが撮像素子１１に結像する。
【００５４】
撮像素子１１は、フォトダイオードが矩型の領域に配列されたものである。２５６×１６素子が約５０μｍピッチで配置され、解像度は５００ｄｐｉである。外部からの制御信号等の指示に基づき、各素子の出力を順次読み出す事が出来る。撮像素子の各素子の出力は、Ａ／Ｄコンバータにより８ビットのデジタル値に変換される。
【００５５】
さて、図１を再び参照して、撮像素子１１においては、上述のように、指８の幅方向に当たるチャネル方向に、約５０μｍピッチで、２５６素子のフォトダイオードが並べられ、これが縦方向に１６ライン配列されている（２５６チャネル×１６ライン）。光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａの矩形は、上述のように配列された２５６チャネル×１６ラインに対応するように選ばれている。したがって、光導入用ファイバアレイ１５の、光出射端面１５ａのチャネル方向の寸法は、２５６チャネルで、指８の幅をすべてカバーしているが、指８の長さ方向の寸法は短く、１６ラインしかない。
【００５６】
そこで、被験者は図１（Ａ）に示すように、被検体測定部１２ａに指８を置き、指の長さ方向Ｐに指８をスライドさせる。撮像素子１１からの出力は一定時間間隔で繰り返し読み出されており、指８をスライドさせた時に読み出された出力値は、ＣＰＵなどの演算装置で２次元画像に再構成される。こうして再構成された画像は、指紋画像の場合、メモリ等に以前に記憶された画像と比較され、本人認証に用いられる。携帯機器に本発明にかかる凹凸パターン検出装置に用いる場合には、凹凸パターン検出装置の被検体測定部１２ａは携帯機器の表面に露出し、内部のＣＰＵにデータが転送される。
【００５７】
なお、上記実施の形態では、撮像素子としてフォトダイオードを例示したが、光信号を電気信号に変換できるものであれば、いずれのものも使用できる。例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
次に、本実施の形態に係る全反射型凹凸パターン検出装置における光導入用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率と検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコアの屈折率との関係について説明する。
【００５９】
図４および図５は、図２における被検体測定部近傍の拡大図である。図中参照番号１５で示す部分は光導入用ファイバアレイを表しており、参照番号２１ｃで示す部分は検出用ファイバアレイ２１のコアを表している。
【００６０】
以下の説明では、計算を簡単にするために、光導入用ファイバアレイ１５の屈折率をこの光導入用ファイバアレイ１５のコアに代表させている。
【００６１】
図４は、光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ_１と検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅが同じである場合（ｎ_１＝ｎ_ｃｏｒｅ）の外光が進む光路を図示したものである。
【００６２】
図４を参照して、光導入用ファイバアレイ１５は被検体測定部１２ａに対してθの角度で傾斜している。検出用ファイバアレイ２１は被検体測定部１２ａに対して同じくθの角度で光導入用ファイバアレイ１５とは逆の向きに傾斜している。
【００６３】
空気（屈折率ｎ_０＝１）中から被検体測定部１２ａへ入射角κで入射した外光２０ｅは、空気と光導入用ファイバアレイ１５のコアの表面との界面で、法線に近づくように、屈折角εで屈折し、光２０ｆとなる。光２０ｆは、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。光入射端面２１ａにおいて入射角γで入射した光２０ｆは、屈折角βでコア２１ｃ内に入る。ここでは、光導入用ファイバ１５のコアの屈折率ｎ_１とコア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅは等しいので（ｎ_１＝ｎ_ｃｏｒｅ）、入射角γは屈折角βと等しくなる。コア２１ｃ内に入った光２０ｇがコア２１ｃとクラッド２１ｄの界面に入射する際の入射角αがこの界面における臨界角より大きな角度である場合には、コア２１ｃとクラッド２１ｄの界面で全反射し、その光２０ｈがコア２１ｃ内を伝播することになる。
【００６４】
次に、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を伝播する場合の入射角κの範囲を求める。
【００６５】
図４に示す場合において、α、β、γ、ε、κは次の関係を満たす。
【００６６】
ε＝ｓｉｎ^−１｛（１／ｎ_１）ｓｉｎκ｝
γ＝θ−ε
β＝ｓｉｎ^−１｛（ｎ_１／ｎ_ｃｏｒｅ）ｓｉｎγ｝
α＝２θ−β
ここでは特に、ｎ_１＝ｎ_ｃｏｒｅなのでβ＝γとなる。
【００６７】
ここで、コア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅ、クラッド２１ｄの屈折率ｎ_ｃｌａｄ、検出用ファイバアレイ２１の傾斜θおよび光導入用ファイバアレイ１５の傾斜θを次のように選ぶ。
【００６８】
ｎ_ｃｏｒｅ＝１．６２
ｎ_ｃｌａｄ＝１．５９３
θ＝４５°
この場合、コア２１ａとクラッド２１ｄの全反射臨界角は７９．５°で、αがこの値以上であれば、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を伝播する。αが７９．５°となるβ、γ、ε、κの各値を求めると、以下のようになる。
【００６９】
β＝γ＝１０．５°
ε＝３４．５°
κ＝６６．５°
すなわち、外光２０ｅが入射角κ＝６６．５°で被検体測定部１２ａに入射した場合は、この外光はコア２１ｃ内を臨界角αで反射しながら伝播することになる。このことから、被検体測定部１２ａにおける入射角κが６６．５°より大きく９０°未満（６６．５°＜κ＜９０°）で入射した外光は、検出用ファイバアレイ２１を伝播することになる。外光が検出用ファイバアレイ２１を伝播すると、画像品質が劣化する。
【００７０】
次に、光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ_１を、検出用ファイバアレイのコア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅよりも大きくした場合について説明する。
【００７１】
図５は光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ_１が検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅよりも大きい（ｎ_１＞ｎ_ｃｏｒｅ）場合の外光の光路を図示したものである。
【００７２】
図５に示す外光の進む光路が、図４に示す外光の光路と異なる点は、ｎ_１＞ｎ_ｃｏｒｅであることから、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに入射した光２０ｆの屈折角βが入射角γより大きくなる点である。
【００７３】
さて、この場合において、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を図５のように伝播すると仮定し、入射角κの範囲を求める。
【００７４】
図５に示す場合においても、α、β、γ、ε、κは次の関係を満たす。
【００７５】
ε＝ｓｉｎ^−１｛（１／ｎ_１）ｓｉｎκ｝
γ＝θ−ε
β＝ｓｉｎ^−１｛（ｎ_１／ｎ_ｃｏｒｅ）ｓｉｎγ｝
α＝２θ−β
ここで、コア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅ、クラッド２１ｄの屈折率ｎ_ｃｌａｄ、検出用ファイバアレイ２１、光導入用ファイバアレイ１５の傾斜θおよび第１コアの屈折率ｎ_１を次のように選ぶ。
【００７６】
ｎ_ｃｏｒｅ＝１．６２
ｎ_ｃｌａｄ＝１．５９３
θ＝４５°
ｎ_１＝１．７３５ ＞ｎ_ｃｏｒｅ
この場合、検出用ファイバアレイ２１内を伝播する全反射臨界角は、図４の場合と同じく７９．５°である。αが全反射臨界角７９．５°と同じとすると、β、γ、ε、κの各値は以下のようになる。
【００７７】
β＝１０．５°
γ＝９．７９
ε＝３５．２°
κ＞９０°
このように、κ＞９０°と計算される。外光は真上の空気層から被検体測定部１２ａに向かって降りてくるため、κが９０°以上の入射角を有する外光は全く存在しない。そのため、全ての外光は、検出用ファイバアレイ２１を伝播しない。その結果、光導入用ファイバアレイ１５のコアの屈折率ｎ_１を検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅより大きくし（ｎ_１＞ｎ_ｃｏｒｅ）、その差を適切に選ぶことによって、外光２０ｅが検出用ファイバアレイ２１内を伝播しないようにすることができる。ひいては、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【００７８】
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る凹凸パターン検出装置の製造方法について説明する。図６は、本実施の形態に係る凹凸パターン検出装置の製造方法を示す図である。
【００７９】
図６（Ａ）を参照して、まず、一方端２１１と他方端２１２を有し、その光軸が一方端２１１および他方端２１２の両端面に対して垂直になるようにファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイ２１の平板を準備する。次に、一方端１５１と他方端１５２を有し、その光軸が一方端１５１および他方端１５２の両端面に対して垂直になるようにファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイ１５の平板を準備する。さらに、断面三角形形状のガラス柱状体６ｐを準備する。
【００８０】
図６（Ｂ）を参照して、検出用ファイバアレイ２１の一方端２１１が光導入用ファイバアレイ１５の側面に密接するように、これらを、接着または熱融着により張り合わせる。
【００８１】
図６（Ｃ）を参照して、これら張り合わせたものを、樹脂５１の中へ埋め込む。
【００８２】
図６（Ｃ）と（Ｄ）を参照して、樹脂５１の表面５１ａと裏面５１ｂを研磨する。樹脂５１の表面５１ａを研磨していくと、光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１の稜１５１ａが現れてくる。研磨をここで止めず、樹脂５１の表面５１ａと光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１の端面が面一になるまで、樹脂５１の表面５１ａおよび光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１を研磨する。
【００８３】
同様に、樹脂５１の裏面５１ｂを研磨していくと、光導入用ファイバアレイ１５の他方端１５２の稜１５２ａと検出用ファイバアレイ２１の他方端２１２の稜２１２ａが現れてくる。研磨をここで止めず、樹脂５１の裏面５１ｂ、光導入用ファイバアレイ１５の他方端１５２の端面および検出用ファイバアレイ２１の他方端２１２の端面が面一になるまで、樹脂５１の裏面５１ｂ、光導入用ファイバアレイ１５の他方端１５２および検出用ファイバアレイ２１の他方端２１２を研磨する。この研磨によって、光導入用ファイバアレイ１５の光軸は、光導入用ファイバアレイ１５の一方端１５１の端面および他方端１５２の端面の両端面に対して斜めになる。
【００８４】
図６（Ｅ）を参照して、このようにして得られた研磨体を、指の幅Ｗに合わせてダイシングソーなどの切断装置５５で切断し、個々の光学プレートとする。その後、それぞれの光学プレートに光源および撮像素子を実装すると、図１に示す凹凸パターン検出装置が得られる。
【００８５】
なお、図６（Ｅ）では、図面を簡単にするために、ダイシングソーなどの切断装置５５で研磨体を２分割する場合を例示したが、これに限られるものでない。また、この製造方法は、一具体例であって、これに限られるものではない。
【００８６】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図である。
【００８７】
本実施の形態に係る凹凸パターン検出装置が図２に示す全反射型凹凸パターン検出装置と異なる点は、光源１０の位置、光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度および検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度である。
【００８８】
光導入用ファイバアレイ１５の傾斜角度は、光源１０から出て光導入用ファイバアレイ１５を通って被検体測定部１２ａへ向かう光１７が、光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射しないように、被検体測定部１２ａでの全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。
【００８９】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面で上記全反射臨界角より大きな角度で指８により散乱された光が、検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれている。
【００９０】
ここで、検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度を上述のように選んだ根拠について説明しておく。図８は、散乱型凹凸パターン検出装置の概念を説明する図であり、図７に示す装置の、被検体測定部１２ａの近傍の拡大図である。図面を簡単にするために、図中ファイバアレイは省略されて描かれている。
【００９１】
図７と図８を参照して、指紋の凹凸パターンの凹部１８（ここには空気が存在する）に対向する光導入用ファイバアレイ１５の光出射端面１５ａである被検体測定部１２ａに到達した光１７は、空気中に入り、凹部１８で散乱し、この散乱光１７ｃは再び被検体測定部１２ａより入射する。また、指紋の凹凸パターンの凸部１９が接触している被検体測定部１２ａに到達した光１７は、凸部１９から空気を通過せずに、直接被検体測定部１２ａに入射して散乱する。指紋の凹凸パターンの凸部１９が接触する部分と、指紋の凹凸パターンの凹部１８が対向する部分とでは、散乱光量および散乱する角度範囲が異なる。
【００９２】
ファイバアレイ２１の傾斜角度は、まず、指紋の凹凸パターンの凹部１８が対向している被検体測定部１２ａからの正反射光が検出用ファイバアレイ２１を伝播しないように、かつ、指紋の凹凸パターンの凸部１９における散乱光１７ｂのみが検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれる。これにより、指紋の凹凸パターンの凸部１９に対応した光パターンを得ることができる。
【００９３】
そして、指紋の凹凸パターンの凹部１８が対向する被検体測定部１２ａを透過し、空気中に入った光１７であって、凹部１８の表面に当たって散乱した光１７ｃは、いったん空気中を通過して被検体測定部１２ａに再び入る。このとき、光１７ｃは空気と光学プレートの屈折率の関係から、空気と被検体測定部１２ａとの界面で、法線１００方向に近づくように屈折し、ファイバアレイ２１に向かう光１７ｄとなる。この光１７ｄの法線１００に対する角度は全反射臨界角より大きくなることはない。したがって、より高いコントラストの光パターンを得るには、この光１７ｄが光ファイバ内を伝播できないようにすることが重要である。
【００９４】
すなわち、ファイバアレイ２１の傾斜角度を、さらに、光１７ｄがファイバアレイ２１を伝播しないように上記全反射臨界角より大きくし、かつ、上記のように、散乱光１７ｂがファイバアレイ２１を伝播できるように選ぶ。このように選ぶことにより、指紋の凹凸パターンの凸部１９が接触している被検体測定部１２ａにおける散乱光１７ｂのみを光ファイバを通して撮像素子１１に伝播させることができ、ひいては、凹凸に応じたコントラストの高い光パターンが得られる。
【００９５】
本実施の形態によれば、光導入用ファイバアレイ１５の出射端面１５ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、何ら散乱することなく、被検体測定部１２ａに到達する。
【００９６】
また、検出用ファイバアレイ２１に光吸収体が含まれている場合であっても、光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らないので、光源１０からの光は、光吸収体によって何ら減衰されることなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができ、ひいては光源１０からの光１７の利用効率を向上させることができる。
【００９７】
また、光学プレート６は平板であり、その他方の面６ｂ上であって同一平面上に光源１０と撮像素子１１が実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【００９８】
（実施の形態４）
図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、実施の形態４に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。図９（Ａ）、図９（Ｂ）において、それぞれ図２、図７に示す装置と同一または相当する部分については、同一の参照番号を付し、その説明を繰り返さない。以下の図面では、図面を簡単にするため、指の図示が省略されている。
【００９９】
図９（Ａ）に示す装置は全反射型凹凸パターン検出装置であり、図９（Ｂ）に示す装置は散乱型凹凸パターン検出装置である。
【０１００】
図９（Ａ）に示す装置が図２に示す装置と異なる点は、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体５２が設けられており、さらに検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバの周囲に光吸収体５３が設けられている点である。
【０１０１】
ここで、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体５２を設ける利点について説明する。
【０１０２】
光導入用ファイバアレイ１５の光入射端面１５ｂに設置された光源１０から放射される光は、放射角度が揃ったものではなく、様々な方向に放射される。光導入用ファイバアレイ１５は、所定の角度の光のみが被検体測定部１２ａに到達できるようにするものであり、光吸収体５２は、上記所定の角度以外の角度を有する光を吸収する。ここでは、被検体測定部１２ａに臨界角以上の角度で入射する光以外の光成分が光吸収体５２に吸収される。これにより、検出部でのＳ／Ｎ比が向上する。
【０１０３】
次に、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバに光吸収体５３を設ける利点について説明する。
【０１０４】
光吸収体５３を設けないと、検出用ファイバアレイ２１中のコア−クラッド界面に臨界角より小さい角度で入射する光（コア−クラッド界面で全反射しないために、検出用ファイバアレイ２１中を伝播しない光）が、コア−クラッド界面などで散乱し、隣接するファイバに入り、この隣接するファイバ内を伝播するようになる。これをクロストークという。
【０１０５】
光吸収体５３を設けると、このクロストークが防止される。すなわち、光吸収体５３は、検出用ファイバアレイ２１の入射口から入射してファイバ内を全反射して伝播する光以外の光（被検体測定部１２ａで散乱した光）を可能な限り吸収する。その結果、検出用ファイバアレイ２１の解像度が低下しないという効果が得られる。
【０１０６】
なお、光導入用ファイバアレイ１５中の光吸収体５２の量は、検出用ファイバアレイ２１中の光吸収体５３の量より少なくするのが好ましい。
【０１０７】
光導入用ファイバアレイ１５中の光吸収体５２の量を少なくすると、被検体測定部１２ａで反射して検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａの減衰量が少なくなる。
【０１０８】
また、このような光吸収体５２および光吸収体５３を、図９（Ｂ）に示すような散乱型凹凸パターン検出装置に設けても、同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
（実施の形態５）
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、本実施の形態５に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。
【０１１０】
図１０（Ａ）に示す装置は全反射型凹凸パターン検出装置であり、図１０（Ｂ）に示す装置は散乱型凹凸パターン検出装置である。
【０１１１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す装置が図９（Ａ）、（Ｂ）に示す装置と異なる点は、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体が設けられていない点である。
【０１１２】
図９（Ａ）に示す装置では、光導入用ファイバアレイ１５中に光吸収体５２が設けられているため、光源１０から出た光１７のうち、被検体測定部１２ａで反射して検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａの一部が、光吸収体５２に吸収される。したがって、光の利用効率が低下する。
【０１１３】
一方、本実施の形態では、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体が設けられていないので、光源１０から出た光１７のうち、被検体測定部１２ａで反射して検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａは何ら減衰することなく、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。ひいては、光の利用効率が低下せず、光源１０の光量を少なくして低消費電力化を図ることができる。
【０１１４】
また、光導入用ファイバアレイ１５を構成するファイバの周囲に光吸収体を設けないという技術的思想は、図１０（Ｂ）に示す散乱型凹凸パターン検出装置にも適用できる。
【０１１５】
（実施の形態６）
図１１は、本実施の形態６に係る凹凸パターン検出装置の断面図である。ここでは、図面を簡単にするため、指の図示が省略されている。図１１（Ａ）に示す装置は全反射型凹凸パターン検出装置であり、図１１（Ｂ）に示す装置は散乱型凹凸パターン検出装置である。
【０１１６】
図１１（Ａ）を参照して、凹凸パターン検出装置は光学プレート６を備える。光学プレート６は例えばガラス基板であり、ガラス基板としては、平坦かつ表面粗さが小さいものが好ましい。光学プレート６は、指紋の凹凸パターンを測定するための被検体測定部１２ａを含む一方の面６ａと、この一方の面６ａに対向する他方の面６ｂを有する。光学プレート６の他方の面６ｂに、光源１０と撮像素子１１が互いに離して設けられている。
【０１１７】
光学プレート６の厚み部分に、透明部材２２と、検出用ファイバアレイ２１が埋め込まれている。
【０１１８】
透明部材２２は、被検体測定部１２ａと光源１０を結ぶように延びている。その光入射端面２２ｂは光学プレート６の他方の面６ｂに露出し、光出射端面２２ａは被検体測定部１２ａに露出している。また、透明部材２２の屈折率は光学プレート６の屈折率よりも大きくされている。
【０１１９】
検出用ファイバアレイ２１は、その光軸が被検体測定部１２ａおよび撮像素子１１を向いている。検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａは透明部材２２の側面に密接し、その光出射端面２１ｂは光学プレート６の他方の面６ｂに露出している。検出用ファイバアレイ２１を構成する各ファイバの周囲には光吸収体５３が設けられている。
【０１２０】
光源１０は、透明部材２２の光入射端面２２ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。撮像素子１１は、検出用ファイバアレイ２１の光出射端面２１ｂに接続されるように、光学プレート６の他方の面６ｂ上に実装されている。
【０１２１】
本実施の形態によれば、透明部材２２の屈折率が光学プレート６の屈折率よりも大きくされているので、光源１０から被検体測定部１２ａに向けて直進する光以外にも、光源１０から放射されて透明部材２２の側壁に向かう光であって、かつ、透明部材２２と光学プレート６の界面に全反射臨界角よりも大きな角度で入射する光もまた、被検体測定部１２ａに到達する。このため、被検体測定部１２ａに、光が効率良く照射される。
【０１２２】
また、透明部材２２と光学プレート６の屈折率の差を小さくすると、全反射臨界角が大きくなり、被検体測定部１２ａに入射する光の角度のばらつきが小さくなる。すなわち、角度の揃った光が被検体測定部１２ａに照射されることになる。
【０１２３】
また、透明部材２２の出射端面２２ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、検出用ファイバアレイ２１によって散乱されることなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができる。
【０１２４】
さらに、透明部材２２は、その中にファイバアレイを含まないので、光源１０から出て被検体測定部１２ａで反射し、かつ検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａは何ら散乱することなく、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。その結果、Ｓ／Ｎ比が低下せず、解像度の高い画像が得られる。
【０１２５】
また、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバの周囲に光吸収体５３が設けられているので、光のクロストークが防止される。その結果、検出用ファイバアレイ２１の解像度が低下しないという効果が得られる。
【０１２６】
また、光学プレート６は平板であり、その他方の面６ｂ上であって同一平面上に光源１０と撮像素子１１が実装される構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【０１２７】
なお、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに透明部材２２を設けると、測定対象である被検体が、直接、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに触れないため、被検体の画像の解像度が低下するが、検出用ファイバアレイ２１の径や開口率と透明部材２２の厚みの関係を考慮することにより、必要とする解像度を得ることができる。
【０１２８】
次に、図１１（Ａ）に示す全反射方凹凸パターン検出装置における透明部材２２の傾斜角度および検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度について説明する。
【０１２９】
透明部材２２の傾斜角度は、光源１０から出て、透明部材２２を通って被検体測定部１２ａへ向かう光１７が、透明部材２２の光出射端面２２ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射するように選ばれている。より具体的には、光１７が臨界角以上の角度で被検体測定部１２ａに照射されるように透明部材２２の傾斜角度が選ばれている。
【０１３０】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、被検体測定部１２ａで全反射した光が検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれている。
【０１３１】
透明部材２２の傾斜角度と検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度をこのように選ぶことにより、被検体測定部１２ａに照射された光１７は、指紋の凹凸パターンの凹部が面する部分で全反射して検出用ファイバアレイ２１を伝播する。一方指紋の凹凸パターンの凸部が接している面に照射された光１７は、媒質相互の屈折率によって非全反射となり、全反射光として検出用ファイバアレイ２１を伝播することはない。その結果、指紋の凹凸パターンに対応した光パターンが撮像素子１１に結像する。
【０１３２】
次に、透明部材２２の屈折率と、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコアの屈折率との関係について説明する。これについて、図５を再び用いて説明する。
【０１３３】
図５を参照して、参照番号１５で示される部材は透明部材を表し、ｎ_１は透明部材の屈折率を表す。透明部材１５の屈折率ｎ_１は検出用ファイバアレイ２１のコア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅより大きくされている（ｎ_１＞ｎ_ｃｏｒｅ）。透明部材１５の屈折率ｎ_１と検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコア２１ｃの屈折率ｎ_ｃｏｒｅとの差は、被検体測定部１２ａでの入射角κが０°以上９０°以下の外光２０ｅが、検出用ファイバアレイ２１を構成するファイバのコア２１ｃを伝播しないように選ばれている。このように構成することにより、外光が画像品質に与える影響が低減される。
【０１３４】
また、このような透明部材２２を、図１１（Ｂ）に示すような散乱型凹凸パターン検出装置に設けてもよい。
【０１３５】
図１１（Ｂ）を参照して、透明部材２２の傾斜角度は、光源１０から出て透明部材２２を通って被検体測定部１２ａへ向かう光１７が、透明部材２２の光出射端面２２ａ、すなわち被検体測定部１２ａで全反射しないように、被検体測定部１２ａでの全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれている。
【０１３６】
検出用ファイバアレイ２１の傾斜角度は、透明部材２２から放射され、上記全反射臨界角より大きな角度で指により散乱した光が、検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれている。具体的には、被検体測定部１２ａからの正反射光が検出用ファイバアレイ２１を伝播しないように、かつ、指紋の凹凸パターンの凸部における散乱光のみが検出用ファイバアレイ２１を伝播するように選ばれる。
【０１３７】
図１１（Ｂ）に示す装置においては、透明部材２２の屈折率が光学プレート６の屈折率よりも大きくされているので、光源１０から被検体測定部１２ａに向けて直進する光以外にも、光源１０から放射されて透明部材２２の側壁へ向かう光であって、かつ、透明部材２２と光学プレート６の界面に全反射臨界角よりも大きな角度で入射する光もまた、被検体測定部１２ａに到達する。このため、被検体測定部１２ａに、光が効率良く照射される。
【０１３８】
また、透明部材２２と光学プレート６の屈折率の差を小さくすると、全反射臨界角が大きくなり、被検体測定部１２ａに入射する光の角度のばらつきが小さくなる。すなわち、角度の揃った光が被検体測定部１２ａに照射されることになる。
【０１３９】
また、透明部材２２の出射端面２２ａが、被検体測定部１２ａに露出している構造であるため、光源１０から被検体測定部１２ａまでの光１７が通過する光路は検出用ファイバアレイ２１を横切らない。したがって、光源１０からの光１７は、検出用ファイバアレイ２１によって何ら散乱することなく、被検体測定部１２ａに到達する。その結果、光１７を効率良く均一に被検体測定部１２ａに照射することができる。
【０１４０】
さらに、透明部材２２は、その中にファイバアレイを含まないので、光源から１０から出て被検体測定部１２ａで反射し、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに向かう光１７ａは何ら散乱することなく、検出用ファイバアレイ２１の光入射端面２１ａに到達する。その結果、Ｓ／Ｎ比が低下せず、解像度の高い画像が得られる。
【０１４１】
（実施の形態７）
本実施の形態は、上述した凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器に係る。
【０１４２】
図１２（Ａ）は、本実施の形態に係る携帯機器の正面図である。図１２（Ｂ）（Ｃ）は、図１２（Ａ）におけるＸ―Ｘ線に沿う断面図である。図１２（Ｂ）は、例えば図２に示す光導入用ファイバアレイを用いた全反射型凹凸パターン検出装置を実装した場合であり、図１２（Ｃ）は、例えば図１１（Ａ）に示す透明部材を用いた全反射型凹凸パターン検出装置を実装した場合である。
【０１４３】
これらの図を参照して、光学プレート６の一方の面のうち、被検体測定部１２ａ以外の部分を、筐体３２の内面と貼り合わせる。凹凸パターン検出装置５０からの電極引出しには、フレキシブルなケーブル３３が用いられる。ケーブル３３で凹凸パターン検出装置５０と、携帯機器内に設けられている基板３４とを接続する。
【０１４４】
携帯機器に指紋認証センサを搭載することにより、今まで数字などの暗証番号を入力することによって行っていた、キーロックの解除や、シークレットなアドレス帳の呼び出しなどを容易に行うことができるようになる。また、金銭の決済（小額決済）などは、携帯機器という個人の持つ所有物に、指紋認証を行わせる機能を持たせることにより、より正確・確実に行うことができ、プリペードカードや、定期券（回数券）などに代わる仕組みを容易に構築することができるようになる。
【０１４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１４６】
【発明の効果】
以上説明した通り、この発明の第１の局面に従う凹凸パターン検出装置によれば、光導入用ファイバアレイの光出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光路は検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光源からの光は効率良く均一に被検体測定部に照射される。ひいては、画像品質が向上する。
【０１４７】
また、平板の光学プレートの他方の面上であって同一平面上に光源と撮像素子を実装する構造であるため、装置を平板化でき、ひいては容易に薄型化を行うことができる。
【０１４８】
この発明の第２の局面に従う発明によれば、透明部材の出射端面が、被検体測定部に露出している構造であるため、光源から被検体測定部までの光が通過する光路は検出用ファイバアレイを横切らない。したがって、光源からの光は、検出用ファイバアレイによって散乱することなく、被検体測定部に到達する。その結果、光を効率良く均一に被検体測定部に照射することができる。
【０１４９】
この発明の第３および第４の局面に従う携帯機器によれば、実装される凹凸パターン検出装置が、平板化され、小型化・薄型化されているので、携帯機器の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の被検体測定部側から見た斜視図
（Ｂ）実施の形態１に係る全反射型凹凸パターン検出装置の光源側から見た斜視図
【図２】図１（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図
【図３】図２に示す装置の、被検体測定部の近傍の拡大図
【図４】ｎ_１＝ｎ_ｃｏｒｅの場合の外光が進む光路を表す図
【図５】ｎ_１＞ｎ_ｃｏｒｅの場合の外光が進む光路を表す図
【図６】実施の形態２に係る凹凸パターン検出装置の製造方法の工程を示す斜視図
【図７】実施の形態３に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図８】図７に示す装置の、被検体測定部の近傍の拡大図
【図９】（Ａ）実施の形態４に係る全反射型凹凸パターン検出装置の断面図
（Ｂ）実施の形態４に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１０】（Ａ）実施の形態５に係る全反射凹凸パターン検出装置の断面図
（Ｂ）実施の形態５に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１１】（Ａ）実施の形態６に係る全反射凹凸パターン検出装置の断面図
（Ｂ）実施の形態６に係る散乱型凹凸パターン検出装置の断面図
【図１２】（Ａ）実施の形態７に係る携帯機器の正面図
（Ｂ）図２に示す凹凸パターン検出装置を装着した場合の、図１２（Ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図
（Ｃ）図１１（Ａ）に示す凹凸パターン検出装置を装着した場合の、図１２（Ａ）におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図
【図１３】従来の光ファイバを使用した凹凸パターン検出装置の断面図
【符号の説明】
６ 光学プレート
８ 指
１０ 光源
１１ 撮像素子
１２ａ 被検体測定部
１５ 光導入用ファイバアレイ
１５ａ 光導入用ファイバアレイの光出射端面
１５ｂ 光導入用ファイバアレイの光入射端面
２１ 検出用ファイバアレイ
２１ａ 検出用ファイバアレイの光入射端面
２１ｂ 検出用ファイバアレイの光出射端面
２６ ＬＥＤ
２７ 導光板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention generally relates to an uneven pattern detecting device, and more particularly, to an uneven pattern detecting device that detects a minute uneven pattern formed on the surface of a soft object such as a fingerprint or a rubber stamp. The present invention also relates to a portable device on which such an uneven pattern detection device is mounted.
[0002]
[Prior art]
As a typical device for detecting a fine uneven pattern such as a fingerprint, there is an optical detection device. Conventionally, a concavo-convex pattern detecting device using an optical fiber as shown in FIG. 13 has been proposed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In FIG. 13, reference numeral 1 denotes a fiber array for detection, and 1a denotes an incident surface of the fiber array, which is an object measuring unit for measuring an object having an uneven pattern. Reference numeral 1b denotes an emission surface of the fiber array. The subject measuring section 1a is inclined at a predetermined angle with respect to the central axis of each fiber of the fiber array 1. In order to prevent crosstalk of light, a substance that absorbs light (hereinafter abbreviated as a light absorber) is provided between each fiber of the fiber array 1. The light 3 emitted from the light source 2 passes through the fiber array 1 and reaches the subject measurement unit 1a. The incident angle of the light 3 is larger than the critical angle at the interface between the core of the optical fiber and air. Therefore, the reflected light is totally reflected by the object measurement unit 1a facing the concave portion of the concave and convex pattern of the object 4, and is reflected by the medium measurement unit 1a in contact with the convex portion of the object 4 due to the refractive index of the medium. Non-total reflection occurs. The reflected light at the object measuring section 1a where the concave portion of the object 4 faces is stronger than the reflected light at the portion where the convex portion of the object 4 is in contact, so that the reflected light has a contrast corresponding to the uneven pattern. To form a high pattern. The light pattern on the emission surface 1b is input to the imaging surface of the imaging device 5.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3045629
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional concavo-convex pattern detection device is configured as described above.
[0006]
However, the conventional device shown in FIG. 13 has a problem in that the light source 2 and the imaging device 5 are formed on different planes, so that the device cannot be flattened and the device becomes large.
[0007]
In addition, since the light from the light source 2 irradiates the light across the fiber array 1 in which the light absorber is provided between the fibers, the light intensity varies depending on the incident position of the light in the subject measurement unit 1a, Correction was needed.
[0008]
Furthermore, in order to prevent outside light from propagating through the inside of the detection fiber array 1, the fiber array 1 must be largely inclined, which hinders miniaturization of the apparatus.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to provide an improved concavo-convex pattern detection device that can be downsized.
[0010]
It is another object of the present invention to provide an improved concavo-convex pattern detecting device which can be made flat, and which can achieve both miniaturization, thinning, and high precision.
[0011]
It is another object of the present invention to provide an improved concavo-convex pattern detection device that can efficiently and uniformly irradiate light from a light source to a subject measurement unit.
[0012]
Another object of the present invention is to provide an improved concavo-convex pattern detection device capable of suppressing the influence of external light.
[0013]
Still another object of the present invention is to provide a portable device provided with such an uneven pattern detecting device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to a first aspect of the present invention is directed to a surface including an object measurement unit for measuring an object having a concavo-convex pattern, and the other surface facing the one surface, on which a light source and an imaging element are mounted. The present invention relates to an uneven pattern detection device having an optical plate having a surface having In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measuring section and the light source, and the light incident end surface is exposed on the other surface of the optical plate, and the light emitting end surface is the object. A light-introducing fiber array in which fibers are bundled is embedded so as to be exposed to the measurement section. Further, in the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the imaging device, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the light introducing fiber array, and the light emitting end face is further. A detection fiber array in which fibers are bundled is embedded so as to be exposed on the other surface. Further, a light source is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end face of the light introducing fiber array. Further, an image sensor is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array.
[0015]
According to the present invention, since the light emitting end face of the light introducing fiber array has a structure that is exposed to the subject measuring section, the optical path from the light source to the subject measuring section does not cross the detecting fiber array. Therefore, the light from the light source reaches the subject measurement unit without being scattered by the detection fiber array.
[0016]
Further, even when the light-absorbing material is included in the detecting fiber array, the light from the light source is not attenuated by the detecting fiber array because the light path does not cross the light-absorbing material. Reach the measuring section. As a result, the efficiency of using light from the light source is improved.
[0017]
In addition, since the light source and the image sensor are mounted on the other surface of the flat optical plate, the device can be flattened, and the thickness can be easily reduced.
[0018]
According to a preferred embodiment of the present invention, the refractive index of the first core of the fiber constituting the light introducing fiber array is made larger than the refractive index of the second core of the fiber constituting the detecting fiber array. ing. More specifically, the difference between the refractive index of the first core and the refractive index of the second core is such that all external light incident on the first core in the subject measurement section is It is chosen not to propagate within.
[0019]
By selecting the difference between the refractive index of the first core and the refractive index of the second core in this manner, external light that enters the optical plate from the one surface does not propagate through the detection fiber array. Therefore, the outside light is prevented from propagating through the detection fiber array, and the influence of the outside light on the image quality is reduced.
[0020]
According to one embodiment of the present invention, the inclination angle of the light-introducing fiber array is such that light that exits from the light source, passes through the light-introducing fiber array, and travels toward the subject measurement unit, The light is selected to be totally reflected at the light emitting end face of the array. Further, the inclination angle of the detection fiber array is selected such that the light totally reflected at the light emitting end face propagates through the detection fiber array.
[0021]
With this configuration, a total reflection type concavo-convex pattern detection device described later is provided.
[0022]
As a modification of the present invention, the inclination angle of the light-introducing fiber array is such that light emitted from the light source and passing through the light-introducing fiber array toward the object measurement section is the light of the light-introducing fiber array. The angle is selected to be smaller than the critical angle for total reflection at the light emitting end face so as not to cause total reflection at the emitting end face. Furthermore, the inclination angle of the detection fiber array is selected such that light scattered at an angle larger than the total reflection critical angle at the light exit end face of the light introduction fiber array propagates through the detection fiber array. ing.
[0023]
With such a configuration, a scattering type uneven pattern detection device described later is obtained.
[0024]
The invention according to a second aspect of the present invention is directed to a surface including an object measurement unit for measuring an object having a concavo-convex pattern, and a surface opposite to the one surface, on which a light source and an imaging element are mounted. The present invention relates to an uneven pattern detection device provided with an optical plate having a surface having a surface. The thickness of the optical plate extends so as to connect the object measurement section and the light source, and the light incident end face is exposed on the other surface of the optical plate, and the light emission end face is further connected to the object measurement section. A transparent member having a higher refractive index than the optical plate for sending light from the light source to the subject measurement unit is embedded so as to be exposed to the unit. Further, in the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the imaging device, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the transparent member, and the light output end face is the optical plate. A detection fiber array formed by bundling fibers is embedded so as to be exposed on the other surface. Further, a light source is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end surface of the transparent member. Further, an image sensor is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array.
[0025]
According to the present invention, since the light-emitting end face of the transparent member is exposed to the subject measuring section, the optical path from the light source to the subject measuring section does not cross the detection fiber array. Therefore, the light from the light source reaches the subject measurement unit without being scattered by the detection fiber array.
[0026]
Further, even when the detection fiber array includes a light absorber, the light path does not cross the detection fiber array, so that the light from the light source is not attenuated at all, and the object measurement unit is not affected. To reach. As a result, the efficiency of using light from the light source is improved.
[0027]
In addition, since the optical path from the light source to the subject measurement unit is formed of a transparent member instead of a fiber array, light irradiated to the subject measurement unit and returned from the subject measurement unit passes through the transparent member. To the light incident end face of the detection fiber array. That is, there is no fiber crossing the optical path in the optical path from the subject measurement unit to the incident end face of the detection fiber array. As a result, the light returned from the subject measurement unit enters the incident end face of the detection fiber array without being disturbed.
[0028]
In addition, since the light source and the image sensor are mounted on the other surface of the flat optical plate, the device can be flattened, and the thickness can be easily reduced.
[0029]
According to a preferred embodiment of the present invention, the refractive index of the transparent member is made larger than the refractive index of the core of the fiber constituting the detection fiber array. More specifically, the difference between the refractive index of the transparent member and the refractive index of the core of the fiber constituting the detection fiber array, all external light incident on the transparent member in the subject measurement unit, The fiber is selected so as not to propagate through the core of the fiber constituting the detection fiber array.
[0030]
By selecting the difference between the refractive index of the transparent member and the refractive index of the core of the fiber constituting the detection fiber array in this way, external light entering the optical plate from the object measurement unit is detected. Will not propagate. Therefore, the influence of external light on image quality is reduced.
[0031]
According to one embodiment of the present invention, the inclination angle of the transparent member is such that light emitted from the light source and traveling toward the subject measurement section through the transparent member is totally reflected at the light emitting end face of the transparent member. You have been chosen to. The inclination angle of the detection fiber array is selected such that the light totally reflected by the object measurement unit propagates through the detection fiber array.
[0032]
By selecting the inclination angle of the transparent member and the detection fiber array in this way, a total reflection type uneven pattern detection device described later is obtained.
[0033]
As a modification of the present invention, the inclination angle of the transparent member is such that light emitted from the light source and passing through the transparent member toward the subject measurement unit is not totally reflected at the light emitting end face of the transparent member. The angle is selected to be smaller than the critical angle for total reflection at the light emitting end face. The inclination angle of the detection fiber array is selected such that light scattered at an angle larger than the total reflection critical angle at the light emitting end face of the transparent member propagates through the detection fiber array.
[0034]
By selecting the inclination angles of the transparent member and the detection fiber array in this manner, a scattering type uneven pattern detection device described later is obtained.
[0035]
According to a preferred embodiment of these inventions, a light absorber is provided around each fiber constituting the detection fiber array.
[0036]
By providing the light absorber, light other than light propagating in the detection fiber array is absorbed by the light absorber, so that light crosstalk is prevented. As a result, a high-resolution image can be obtained.
[0037]
The invention according to a third aspect of the present invention relates to a portable device equipped with an uneven pattern detection device. This uneven pattern detection device includes one surface including an object measurement unit for measuring an object having an uneven pattern, and the other surface on which the light source and the image sensor are mounted, facing the one surface. And an optical plate having the same. In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measuring section and the light source, and the light incident end surface is exposed on the other surface of the optical plate, and the light emitting end surface is the object. A light-introducing fiber array in which fibers are bundled is embedded so as to be exposed to the measurement section. Further, in the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the imaging device, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the light introducing fiber array, and the light emitting end face is further. A detection fiber array in which fibers are bundled is embedded so as to be exposed on the other surface of the optical plate. Further, a light source is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end surface of the light introducing fiber array. Further, an image sensor is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array.
[0038]
The invention according to a fourth aspect of the present invention relates to a portable device equipped with an uneven pattern detection device. This uneven pattern detection device has one surface including an object measuring unit for measuring an object having an uneven pattern, and another surface opposed to the one surface and on which a light source and an imaging element are mounted. An optical plate is provided. The optical plate extends in the thickness portion of the optical plate so as to connect the object measurement unit and the light source, and the light incident end surface is exposed on the other surface of the optical plate, and the light emission end surface is further connected to the object measurement surface. A transparent member having a higher refractive index than that of the optical plate is embedded so as to be exposed to the portion. Further, in the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the imaging device, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the transparent member, and the light output end face is the optical plate. A detection fiber array formed by bundling fibers for sending the light from the light source to the subject measurement unit is embedded so as to be exposed on the other surface of the detection device. Further, a light source is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end surface of the transparent member. Further, an image sensor is mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings describing the following embodiments, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.
[0040]
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a perspective view of the total reflection type concavo-convex pattern detection device according to the first embodiment as viewed from the subject measurement unit side, and FIG. 1B is a total reflection type uneven pattern detection device according to the first embodiment. It is the perspective view seen from the light source and the image sensor side of the uneven | corrugated pattern detection apparatus. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
[0041]
Referring to these figures, the uneven pattern detecting device includes an optical plate 6. The optical plate 6 is, for example, a glass substrate, and it is preferable that the optical plate 6 is flat and has a small surface roughness. The optical plate 6 has one surface 6a including an object measurement unit 12a for measuring the concave and convex pattern of the fingerprint of the finger 8, and the other surface 6b opposed to the one surface 6a. On the other surface 6b of the optical plate 6, a light source 10 and an image sensor 11 are provided separately from each other. The light source 10 includes, for example, a light emitting diode (LED) 26 and a light guide plate 27.
[0042]
In the thickness portion of the optical plate 6, a light introducing fiber array 15 in which fibers are bundled and a detecting fiber array 21 are embedded.
[0043]
The optical axis of the light introducing fiber array 15 is directed to the subject measuring section 12a and the light source 10. The light incident end face 15b of the light introducing fiber array 15 is exposed on the other surface 6b of the optical plate 6, and the light emitting end face 15a is exposed on the subject measuring section 12a.
[0044]
The optical axis of the detection fiber array 21 faces the subject measurement unit 12a and the imaging device 11. The light incident end surface 21a of the detection fiber array 21 is in close contact with the side surface of the light introduction fiber array 15, and the light emission end surface 21b is exposed on the other surface 6b of the optical plate 6.
[0045]
The light source 10 including the LED 26 and the light guide plate 27 is mounted on the other surface 6 b of the optical plate 6 so as to be connected to the light incident end surface 15 b of the light introducing fiber array 15. The imaging device 11 is mounted on the other surface 6b of the optical plate 6 so as to be connected to the light emitting end surface 21b of the detection fiber array 21.
[0046]
According to the present embodiment, since the emission end face 15a of the light introducing fiber array 15 is exposed to the subject measuring section 12a, the light 17 from the light source 10 to the subject measuring section 12a passes. The optical path does not cross the detection fiber array 21. Therefore, the light 17 from the light source 10 reaches the subject measurement unit 12a without being scattered by the detection fiber array 21.
[0047]
Further, even when the detection fiber array 21 includes a light absorber, the light path through which the light 17 passes does not cross the detection fiber array 21, so that the light from the light source 10 is not reflected by the light absorber. The light reaches the subject measurement unit 12a without attenuation. As a result, it is possible to efficiently and uniformly irradiate the subject measurement unit 12a with the light 17, and thus to improve the use efficiency of the light 17 from the light source 10.
[0048]
Further, since the optical plate 6 is a flat plate, and has a structure in which the light source 10 and the imaging element 11 are mounted on the other surface 6b and on the same plane, the device can be flattened, and thus the thickness can be easily reduced. It can be carried out.
[0049]
When the light introducing fiber array 15 is provided on the incident surface 21a of the detection fiber array 21, the object to be measured does not directly touch the incident surface 21a of the detection fiber array 21. However, the required resolution can be obtained by considering the relationship between the diameter and aperture ratio of the detection fiber array 21 and the thickness of the light introduction fiber array 15.
[0050]
Next, the inclination angles of the light introducing fiber array 15 and the detecting fiber array 21 in the total reflection type uneven pattern detection device according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining the concept of the total reflection type uneven pattern detection device, and is an enlarged view of the device shown in FIG. 2 in the vicinity of the subject measurement unit 12a. For simplicity of the drawing, illustration of the fiber array is omitted.
[0051]
Referring to FIGS. 2 and 3, the inclination angle of the light introducing fiber array 15 is such that light 17 emitted from the light source 10, passing through the light introducing fiber array 15, and traveling toward the subject measurement unit 12 a is used for light introduction. The light emitting end face 15 a of the fiber array 15, that is, is selected so as to be totally reflected by the subject measuring section 12 a. More specifically, the inclination angle of the light introducing fiber array 15 is selected so that the light 17 irradiates the subject measurement unit 12a at an angle θ equal to or larger than the critical angle.
[0052]
Light 17 emitted from the light source 10 passes through the light introducing fiber array 15 and is applied to the subject measurement unit 12a at an angle θ equal to or greater than the critical angle. The irradiated light 17 is totally reflected by the concave portion 18 of the fingerprint uneven pattern, and is non-total reflected by the refractive index of the medium on the surface in contact with the convex portion 19 of the fingerprint uneven pattern.
[0053]
The inclination angle of the detection fiber array 21 is such that light 17a radiated from the light source 10 and totally reflected by the object measurement unit 12a and traveling again to the fiber array 21 through the optical plate 6 passes through the detection fiber array 21. Chosen to propagate. When selected in this manner, non-total reflection occurs at the portion where the convex portion 19 of the fingerprint uneven pattern is in contact with the subject measurement unit 12a, so that the totally reflected light does not propagate through the optical fibers in the detection fiber array 21. For this reason, there is a large difference in light intensity propagating in the detection fiber array 21 between the concave portion 18 and the convex portion 19. As a result, a light pattern corresponding to the concave and convex pattern of the fingerprint forms an image on the image sensor 11.
[0054]
The imaging element 11 has photodiodes arranged in a rectangular area. 256 × 16 elements are arranged at a pitch of about 50 μm, and the resolution is 500 dpi. The output of each element can be sequentially read out based on an instruction such as a control signal from the outside. The output of each element of the image sensor is converted into an 8-bit digital value by an A / D converter.
[0055]
Referring again to FIG. 1, in the image sensor 11, as described above, 256 photodiodes are arranged at a pitch of about 50 μm in the channel direction corresponding to the width direction of the finger 8. The lines are arranged (256 channels × 16 lines). The rectangle of the light emitting end face 15a of the light introducing fiber array 15 is selected so as to correspond to 256 channels × 16 lines arranged as described above. Therefore, the light emitting end face 15a of the light introducing fiber array 15 has 256 channels in the channel direction and covers the entire width of the finger 8, but has a short length in the length direction of the finger 8 and 16 lines. There is only.
[0056]
Therefore, as shown in FIG. 1A, the subject places the finger 8 on the subject measurement unit 12a and slides the finger 8 in the length direction P of the finger. The output from the image sensor 11 is repeatedly read at regular time intervals, and the output value read when the finger 8 is slid is reconstructed into a two-dimensional image by an arithmetic device such as a CPU. In the case of a fingerprint image, the reconstructed image is compared with an image previously stored in a memory or the like, and is used for personal authentication. When used in a mobile device for the uneven pattern detection device according to the present invention, the subject measurement unit 12a of the uneven pattern detection device is exposed on the surface of the mobile device, and data is transferred to an internal CPU.
[0057]
Note that, in the above-described embodiment, a photodiode is exemplified as the imaging element, but any element can be used as long as it can convert an optical signal into an electric signal. For example, a similar effect can be obtained by using a CCD (Charge Coupled Device) or the like.
[0058]
Next, the relationship between the refractive index of the core of the fiber constituting the light introducing fiber array and the refractive index of the core of the fiber constituting the detecting fiber array 21 in the total reflection type uneven pattern detecting apparatus according to the present embodiment. explain.
[0059]
4 and 5 are enlarged views of the vicinity of the subject measurement unit in FIG. In the figure, a portion indicated by reference numeral 15 represents a fiber array for light introduction, and a portion indicated by reference numeral 21c represents a core of the fiber array 21 for detection.
[0060]
In the following description, in order to simplify the calculation, the refractive index of the light introducing fiber array 15 is represented by the core of the light introducing fiber array 15.
[0061]
FIG. 4 shows the refractive index n of the core of the light introducing fiber array 15.₁And the refractive index n of the core 21c of the detection fiber array 21_coreAre the same (n₁= N_core3) illustrates an optical path through which external light travels.
[0062]
Referring to FIG. 4, the light introducing fiber array 15 is inclined at an angle of θ with respect to the subject measurement unit 12a. The detection fiber array 21 is inclined in the opposite direction to the light introduction fiber array 15 at the same angle of θ with respect to the subject measurement section 12a.
[0063]
Air (refractive index n₀= 1) Outside light 20e incident on the subject measurement unit 12a from the inside at an incidence angle κ is an interface between the air and the surface of the core of the light introduction fiber array 15 at an angle of refraction ε so as to approach the normal. It is refracted and becomes light 20f. The light 20f reaches the light incident end face 21a of the detection fiber array 21. The light 20f incident on the light incident end face 21a at an incident angle γ enters the core 21c at a refraction angle β. Here, the refractive index n of the core of the light introducing fiber 15 is₁And the refractive index n of the core 21c_coreAre equal, so (n₁= N_core), The incident angle γ is equal to the refraction angle β. If the incident angle α when the light 20g entering the core 21c enters the interface between the core 21c and the cladding 21d is larger than the critical angle at this interface, the light is totally reflected at the interface between the core 21c and the cladding 21d. The light 20h propagates in the core 21c.
[0064]
Next, the range of the incident angle κ when the external light 20e propagates in the detection fiber array 21 is determined.
[0065]
In the case shown in FIG. 4, α, β, γ, ε, and κ satisfy the following relationship.
[0066]
ε = sin^-1｛(1 / n₁) Sinκ｝
γ = θ-ε
β = sin^-1｛(N₁/ N_core) Sinγ｝
α = 2θ-β
Here, in particular, n₁= N_coreTherefore, β = γ.
[0067]
Here, the refractive index n of the core 21c_core, The refractive index n of the cladding 21d_clad, The inclination θ of the detection fiber array 21 and the inclination θ of the light introduction fiber array 15 are selected as follows.
[0068]
n_core= 1.62
n_clad= 1.593
θ = 45 °
In this case, the critical angle of total reflection between the core 21a and the cladding 21d is 79.5 °, and if α is equal to or more than this value, the external light 20e propagates in the detection fiber array 21. When each value of β, γ, ε, and κ at which α is 79.5 ° is obtained, the following is obtained.
[0069]
β = γ = 10.5 °
ε = 34.5 °
κ = 66.5 °
That is, when the external light 20e is incident on the subject measurement section 12a at an incident angle κ = 66.5 °, the external light propagates inside the core 21c while being reflected at the critical angle α. From this, external light incident on the subject measurement unit 12a at an incident angle κ of more than 66.5 ° and less than 90 ° (66.5 ° <κ <90 °) propagates through the detection fiber array 21. become. When external light propagates through the detection fiber array 21, the image quality deteriorates.
[0070]
Next, the refractive index n of the core of the light introducing fiber array 15₁Is the refractive index n of the core 21c of the detection fiber array._coreA case where the distance is larger than that will be described.
[0071]
FIG. 5 shows the refractive index n of the core of the light introducing fiber array 15.₁Is the refractive index n of the core 21c of the detection fiber array 21._coreGreater than (n₁> N_core3) illustrates an optical path of external light in the case (1).
[0072]
The difference between the optical path of the external light shown in FIG. 5 and the optical path of the external light shown in FIG.₁> N_coreTherefore, the point that the refraction angle β of the light 20f incident on the light incident end face 21a of the detection fiber array 21 becomes larger than the incident angle γ.
[0073]
In this case, assuming that the external light 20e propagates in the detection fiber array 21 as shown in FIG. 5, the range of the incident angle κ is obtained.
[0074]
Also in the case shown in FIG. 5, α, β, γ, ε, and κ satisfy the following relationship.
[0075]
ε = sin^-1｛(1 / n₁) Sinκ｝
γ = θ-ε
β = sin^-1｛(N₁/ N_core) Sinγ｝
α = 2θ-β
Here, the refractive index n of the core 21c_core, The refractive index n of the cladding 21d_clad, The inclination θ of the detecting fiber array 21 and the light introducing fiber array 15 and the refractive index n of the first core₁Is selected as follows.
[0076]
n_core= 1.62
n_clad= 1.593
θ = 45 °
n₁= 1.735> n_core
In this case, the critical angle of total reflection propagating in the detection fiber array 21 is 79.5 ° as in the case of FIG. If α is equal to the critical angle of total reflection 79.5 °, the values of β, γ, ε, and κ are as follows.
[0077]
β = 10.5 °
γ = 9.79
ε = 35.2 °
κ> 90 °
Thus, it is calculated that κ> 90 °. Since external light falls from the air layer directly above toward the subject measurement unit 12a, there is no external light having an incident angle of κ of 90 ° or more. Therefore, all external light does not propagate through the detection fiber array 21. As a result, the refractive index n of the core of the light introducing fiber array 15₁Is the refractive index n of the core 21c of the detection fiber array 21._coreLarger (n₁> N_core), By appropriately selecting the difference, the external light 20e can be prevented from propagating in the detection fiber array 21. As a result, the influence of external light on image quality is reduced.
[0078]
(Embodiment 2)
A method for manufacturing the uneven pattern detecting device according to the second embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing the uneven pattern detection device according to the present embodiment.
[0079]
Referring to FIG. 6 (A), first, fibers are bundled such that they have one end 211 and the other end 212, and their optical axes are perpendicular to both end surfaces of the one end 211 and the other end 212. A flat plate of the detection fiber array 21 is prepared. Next, a flat plate of the light-introducing fiber array 15 having one end 151 and the other end 152 and having fibers bundled so that the optical axis thereof is perpendicular to both end surfaces of the one end 151 and the other end 152. Prepare Further, a glass columnar body 6p having a triangular cross section is prepared.
[0080]
Referring to FIG. 6 (B), the detection fiber array 21 is bonded to the side surface of the light introducing fiber array 15 by bonding or heat fusion so that one end 211 of the fiber array 21 is in close contact with the side surface.
[0081]
Referring to FIG. 6 (C), these bonded components are embedded in resin 51.
[0082]
Referring to FIGS. 6C and 6D, front surface 51a and back surface 51b of resin 51 are polished. As the surface 51a of the resin 51 is polished, a ridge 151a at one end 151 of the light introducing fiber array 15 appears. The polishing is not stopped here, and the surface 51a of the resin 51 and the one end 151 of the light introducing fiber array 15 are polished until the surface 51a of the resin 51 and the one end 151 of the light introducing fiber array 15 are flush with each other. I do.
[0083]
Similarly, as the back surface 51b of the resin 51 is polished, a ridge 152a of the other end 152 of the light introducing fiber array 15 and a ridge 212a of the other end 212 of the detection fiber array 21 appear. The polishing is not stopped here, and the back surface 51b of the resin 51, the back surface 51b of the resin 51, the end surface of the other end 152 of the light introducing fiber array 15, and the end surface of the other end 212 of the detection fiber array 21 are flush with each other. The other end 152 of the light introduction fiber array 15 and the other end 212 of the detection fiber array 21 are polished. By this polishing, the optical axis of the light introducing fiber array 15 becomes oblique with respect to both end surfaces of the one end 151 and the other end 152 of the light introducing fiber array 15.
[0084]
Referring to FIG. 6E, the polished body thus obtained is cut by a cutting device 55 such as a dicing saw in accordance with the width W of the finger to obtain individual optical plates. Thereafter, when the light source and the image sensor are mounted on each optical plate, the uneven pattern detecting device shown in FIG. 1 is obtained.
[0085]
In FIG. 6E, a case where the polishing body is divided into two by a cutting device 55 such as a dicing saw is illustrated for simplification of the drawing, but the invention is not limited to this. Further, this manufacturing method is a specific example, and the present invention is not limited to this.
[0086]
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a sectional view of the scattering-type uneven pattern detection device according to the third embodiment.
[0087]
The unevenness pattern detecting device according to the present embodiment is different from the total reflection type unevenness pattern detecting device shown in FIG. 2 in the position of the light source 10, the inclination angle of the light introduction fiber array 15, and the inclination angle of the detection fiber array 21. It is.
[0088]
The inclination angle of the light introducing fiber array 15 is such that the light 17 that is emitted from the light source 10 and passes through the light introducing fiber array 15 toward the subject measurement unit 12a is the light emitting end face 15a of the light introducing fiber array 15, The angle is selected to be smaller than the critical angle for total reflection at the object measurement unit 12a so that the sample measurement unit 12a does not cause total reflection.
[0089]
The inclination angle of the detection fiber array 21 is selected such that light scattered by the finger 8 at an angle greater than the critical angle for total reflection at the light emitting end face of the light introduction fiber array 15 propagates through the detection fiber array 21. Have been.
[0090]
Here, the grounds for selecting the inclination angle of the detection fiber array 21 as described above will be described. FIG. 8 is a diagram for explaining the concept of the scattering-type uneven pattern detection device, and is an enlarged view of the device shown in FIG. 7 in the vicinity of the subject measurement unit 12a. In order to simplify the drawing, the fiber array is omitted from the drawing.
[0091]
With reference to FIGS. 7 and 8, the light reaches the subject measurement unit 12a which is the light emitting end face 15a of the light introducing fiber array 15 facing the concave portion 18 of the concave and convex pattern of the fingerprint (where air is present). The light 17 enters the air and is scattered by the concave portion 18, and the scattered light 17c is incident again from the subject measuring section 12a. Further, the light 17 that has reached the subject measurement unit 12a in contact with the projection 19 of the fingerprint uneven pattern does not pass through the projection 19 but directly enters the subject measurement unit 12a and is scattered. . The scattered light amount and the scattered angle range are different between a portion where the convex portion 19 of the fingerprint uneven pattern is in contact and a portion where the concave portion 18 of the fingerprint uneven pattern is opposed.
[0092]
First, the inclination angle of the fiber array 21 is set so that the specularly reflected light from the subject measurement unit 12a, which faces the concave portion 18 of the fingerprint uneven pattern, does not propagate through the detection fiber array 21 and the fingerprint uneven pattern is formed. Is selected so that only the scattered light 17b at the convex portion 19 of the. Thus, an optical pattern corresponding to the convex portion 19 of the concave / convex pattern of the fingerprint can be obtained.
[0093]
Then, the light 17 that has passed through the subject measurement unit 12a facing the concave portion 18 of the concave / convex pattern of the fingerprint and entered the air, and the light 17c scattered on the surface of the concave portion 18 once passes through the air. Re-enter the subject measuring section 12a. At this time, the light 17c is refracted toward the direction of the normal 100 at the interface between the air and the subject measurement unit 12a due to the relationship between the air and the refractive index of the optical plate, and becomes light 17d traveling toward the fiber array 21. The angle of the light 17d with respect to the normal 100 does not become larger than the critical angle for total reflection. Therefore, in order to obtain a light pattern with a higher contrast, it is important to prevent the light 17d from propagating in the optical fiber.
[0094]
That is, the inclination angle of the fiber array 21 is set larger than the critical angle for total reflection so that the light 17d does not propagate through the fiber array 21, and the scattered light 17b can propagate through the fiber array 21 as described above. Choose With this selection, only the scattered light 17b in the subject measurement section 12a in contact with the projection 19 of the fingerprint uneven pattern can be propagated to the imaging device 11 through the optical fiber, and, consequently, according to the unevenness. A light pattern with high contrast is obtained.
[0095]
According to the present embodiment, since the emission end face 15a of the light introducing fiber array 15 is exposed to the subject measuring section 12a, the light 17 from the light source 10 to the subject measuring section 12a passes. The optical path does not cross the detection fiber array 21. Therefore, the light 17 from the light source 10 reaches the subject measurement unit 12a without any scattering.
[0096]
Further, even when the detection fiber array 21 includes a light absorber, the light path through which the light 17 passes does not cross the detection fiber array 21, so that the light from the light source 10 is not reflected by the light absorber. The light reaches the subject measurement unit 12a without any attenuation. As a result, it is possible to efficiently and uniformly irradiate the subject measurement unit 12a with the light 17, and thus to improve the use efficiency of the light 17 from the light source 10.
[0097]
Further, since the optical plate 6 is a flat plate, and has a structure in which the light source 10 and the imaging element 11 are mounted on the other surface 6b and on the same plane, the device can be flattened, and thus the thickness can be easily reduced. It can be carried out.
[0098]
(Embodiment 4)
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views of the uneven pattern detection device according to the fourth embodiment. 9 (A) and 9 (B), the same or corresponding parts as those of the apparatus shown in FIGS. 2 and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the following drawings, fingers are omitted for simplicity.
[0099]
The device shown in FIG. 9A is a total reflection type uneven pattern detecting device, and the device shown in FIG. 9B is a scattering type uneven pattern detecting device.
[0100]
The device shown in FIG. 9A is different from the device shown in FIG. 2 in that a light absorber 52 is provided around the fibers constituting the light introducing fiber array 15 and the detecting fiber array 21 is further constituted. The point is that the light absorber 53 is provided around the fiber to be formed.
[0101]
Here, the advantage of providing the light absorber 52 around the fibers constituting the light introducing fiber array 15 will be described.
[0102]
Light emitted from the light source 10 installed on the light incident end face 15b of the light introducing fiber array 15 is not uniform in emission angle but is emitted in various directions. The light introducing fiber array 15 allows only light having a predetermined angle to reach the subject measurement section 12a, and the light absorber 52 absorbs light having an angle other than the predetermined angle. Here, light components other than light incident on the subject measurement unit 12a at an angle equal to or greater than the critical angle are absorbed by the light absorber 52. As a result, the S / N ratio at the detection unit is improved.
[0103]
Next, the advantage of providing the light absorber 53 on the fibers constituting the detection fiber array 21 will be described.
[0104]
If the light absorber 53 is not provided, light that enters the core-cladding interface in the detection fiber array 21 at an angle smaller than the critical angle (propagates through the detection fiber array 21 because it is not totally reflected at the core-cladding interface). Is scattered at the core-cladding interface or the like, enters an adjacent fiber, and propagates in the adjacent fiber. This is called crosstalk.
[0105]
The provision of the light absorber 53 prevents this crosstalk. That is, the light absorber 53 absorbs as much as possible light other than light that is incident from the entrance of the detection fiber array 21 and propagates by totally reflecting inside the fiber and propagating (light scattered by the subject measurement unit 12a). . As a result, an effect is obtained that the resolution of the detection fiber array 21 does not decrease.
[0106]
Note that the amount of the light absorber 52 in the light introducing fiber array 15 is preferably smaller than the amount of the light absorber 53 in the detection fiber array 21.
[0107]
When the amount of the light absorber 52 in the light introducing fiber array 15 is reduced, the amount of attenuation of the light 17a that is reflected by the subject measurement unit 12a and travels toward the light incident end face 21a of the detecting fiber array 21 decreases.
[0108]
The same effect can be obtained by providing such a light absorber 52 and a light absorber 53 in a scattering type uneven pattern detection device as shown in FIG. 9B.
[0109]
(Embodiment 5)
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views of the uneven pattern detection device according to the fifth embodiment.
[0110]
The device shown in FIG. 10A is a total reflection type uneven pattern detecting device, and the device shown in FIG. 10B is a scattering type uneven pattern detecting device.
[0111]
The device shown in FIGS. 10A and 10B is different from the device shown in FIGS. 9A and 9B in that a light absorber is provided around the fibers constituting the light introducing fiber array 15. There is no point.
[0112]
In the device shown in FIG. 9A, since the light absorber 52 is provided in the light introducing fiber array 15, the light 17 emitted from the light source 10 is reflected by the object measuring unit 12a and used for detection. A part of the light 17 a traveling toward the light incident end face 21 a of the fiber array 21 is absorbed by the light absorber 52. Therefore, light use efficiency is reduced.
[0113]
On the other hand, in the present embodiment, since no light absorber is provided around the fibers constituting the light introducing fiber array 15, of the light 17 emitted from the light source 10, the light 17 is reflected by the subject measurement unit 12 a. The light 17a traveling toward the light incident end face 21a of the detection fiber array 21 reaches the light incidence end face 21a of the detection fiber array 21 without any attenuation. As a result, the light use efficiency does not decrease, and the light amount of the light source 10 can be reduced to reduce power consumption.
[0114]
The technical idea of not providing a light absorber around the fibers constituting the light introducing fiber array 15 can also be applied to the scattering type uneven pattern detecting device shown in FIG.
[0115]
(Embodiment 6)
FIG. 11 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the sixth embodiment. Here, for simplicity of the drawing, illustration of fingers is omitted. The device shown in FIG. 11A is a total reflection type uneven pattern detecting device, and the device shown in FIG. 11B is a scattering type uneven pattern detecting device.
[0116]
Referring to FIG. 11A, the uneven pattern detection device includes an optical plate 6. The optical plate 6 is, for example, a glass substrate, and the glass substrate is preferably flat and has a small surface roughness. The optical plate 6 has one surface 6a including an object measurement unit 12a for measuring a concave and convex pattern of a fingerprint, and the other surface 6b opposed to the one surface 6a. On the other surface 6b of the optical plate 6, a light source 10 and an image sensor 11 are provided separately from each other.
[0117]
A transparent member 22 and a detection fiber array 21 are embedded in a thickness portion of the optical plate 6.
[0118]
The transparent member 22 extends so as to connect the subject measurement unit 12a and the light source 10. The light incident end face 22b is exposed on the other face 6b of the optical plate 6, and the light output end face 22a is exposed on the subject measuring section 12a. Further, the refractive index of the transparent member 22 is set larger than the refractive index of the optical plate 6.
[0119]
The optical axis of the detection fiber array 21 faces the subject measurement unit 12a and the imaging device 11. The light incident end face 21a of the detection fiber array 21 is in close contact with the side face of the transparent member 22, and the light output end face 21b is exposed on the other face 6b of the optical plate 6. A light absorber 53 is provided around each fiber constituting the detection fiber array 21.
[0120]
The light source 10 is mounted on the other surface 6b of the optical plate 6 so as to be connected to the light incident end face 22b of the transparent member 22. The imaging device 11 is mounted on the other surface 6b of the optical plate 6 so as to be connected to the light emitting end surface 21b of the detection fiber array 21.
[0121]
According to the present embodiment, since the refractive index of the transparent member 22 is set to be larger than the refractive index of the optical plate 6, in addition to the light traveling straight from the light source 10 toward the subject measurement unit 12a, the light source 10 Light radiated toward the side wall of the transparent member 22 and incident on the interface between the transparent member 22 and the optical plate 6 at an angle larger than the critical angle for total reflection also reaches the subject measurement unit 12a. . For this reason, light is efficiently irradiated to the subject measurement unit 12a.
[0122]
When the difference in the refractive index between the transparent member 22 and the optical plate 6 is reduced, the critical angle for total reflection increases, and the variation in the angle of light incident on the subject measurement unit 12a decreases. That is, the subject measuring unit 12a is irradiated with light having an equal angle.
[0123]
In addition, since the emission end surface 22a of the transparent member 22 is exposed to the subject measurement unit 12a, the optical path through which the light 17 passes from the light source 10 to the subject measurement unit 12a crosses the detection fiber array 21. Absent. Therefore, the light 17 from the light source 10 reaches the subject measurement unit 12a without being scattered by the detection fiber array 21. As a result, it is possible to efficiently and uniformly irradiate the subject 17 with the light 17.
[0124]
Further, since the transparent member 22 does not include the fiber array therein, the light 17a emitted from the light source 10 and reflected by the subject measurement unit 12a and scattered toward the light incident end face 21a of the detection fiber array 21 is scattered at all. Instead, the light reaches the light incident end face 21a of the detection fiber array 21. As a result, a high-resolution image can be obtained without lowering the S / N ratio.
[0125]
Further, since the light absorber 53 is provided around the fibers constituting the detection fiber array 21, crosstalk of light is prevented. As a result, an effect is obtained that the resolution of the detection fiber array 21 does not decrease.
[0126]
Further, since the optical plate 6 is a flat plate, and has a structure in which the light source 10 and the imaging element 11 are mounted on the other surface 6b and on the same plane, the device can be flattened, and thus the thickness can be easily reduced. It can be carried out.
[0127]
When the transparent member 22 is provided on the light incident end face 21a of the detection fiber array 21, the subject to be measured does not directly touch the light incidence end face 21a of the detection fiber array 21. Although the resolution is reduced, the required resolution can be obtained by considering the relationship between the diameter and the aperture ratio of the detection fiber array 21 and the thickness of the transparent member 22.
[0128]
Next, the angle of inclination of the transparent member 22 and the angle of inclination of the detection fiber array 21 in the total-reflection concavo-convex pattern detection device shown in FIG.
[0129]
The inclination angle of the transparent member 22 is such that the light 17 emitted from the light source 10 and passing through the transparent member 22 toward the subject measuring section 12a is totally reflected by the light emitting end face 22a of the transparent member 22, that is, the subject measuring section 12a. Is chosen as More specifically, the inclination angle of the transparent member 22 is selected so that the light 17 is irradiated on the subject measurement unit 12a at an angle equal to or larger than the critical angle.
[0130]
The inclination angle of the detection fiber array 21 is selected such that the light totally reflected by the subject measurement unit 12a propagates through the detection fiber array 21.
[0131]
By selecting the inclination angle of the transparent member 22 and the inclination angle of the detection fiber array 21 in this manner, the light 17 radiated to the subject measurement unit 12a is totally reflected at a portion where the concave portion of the concave and convex pattern of the fingerprint faces. To propagate through the detection fiber array 21. On the other hand, the light 17 applied to the surface of the fingerprint in contact with the convex portion of the concavo-convex pattern becomes non-total reflection due to the refractive index of the medium, and does not propagate through the detection fiber array 21 as total reflection light. As a result, a light pattern corresponding to the concave and convex pattern of the fingerprint forms an image on the image sensor 11.
[0132]
Next, the relationship between the refractive index of the transparent member 22 and the refractive index of the core of the fiber constituting the detection fiber array 21 will be described. This will be described with reference to FIG.
[0133]
Referring to FIG. 5, a member indicated by reference numeral 15 represents a transparent member, and n₁Represents the refractive index of the transparent member. Refractive index n of transparent member 15₁Is the refractive index n of the core 21c of the detection fiber array 21._core(N₁> N_core). Refractive index n of transparent member 15₁And the refractive index n of the core 21c of the fiber constituting the detection fiber array 21_coreThis difference is selected so that the external light 20e having an incident angle κ of 0 ° or more and 90 ° or less at the object measurement unit 12a does not propagate through the cores 21c of the fibers constituting the detection fiber array 21. With this configuration, the influence of external light on image quality is reduced.
[0134]
Further, such a transparent member 22 may be provided in a scattering type uneven pattern detecting device as shown in FIG.
[0135]
Referring to FIG. 11B, the inclination angle of the transparent member 22 is such that the light 17 emitted from the light source 10 and traveling through the transparent member 22 to the subject measurement unit 12 a is the light emission end face 22 a of the transparent member 22, that is, The angle is selected to be smaller than the critical angle for total reflection at the object measurement unit 12a so that the object measurement unit 12a does not cause total reflection.
[0136]
The inclination angle of the detection fiber array 21 is selected such that light emitted from the transparent member 22 and scattered by a finger at an angle larger than the critical angle for total reflection propagates through the detection fiber array 21. Specifically, the specular reflection light from the subject measurement unit 12a is prevented from propagating through the detection fiber array 21, and only the scattered light at the projections of the concave and convex pattern of the fingerprint is transmitted through the detection fiber array 21. Is chosen.
[0137]
In the device shown in FIG. 11B, the refractive index of the transparent member 22 is set to be larger than the refractive index of the optical plate 6, and therefore, in addition to the light that travels straight from the light source 10 toward the subject measurement unit 12a, Light radiated from the light source 10 toward the side wall of the transparent member 22 and incident on the interface between the transparent member 22 and the optical plate 6 at an angle larger than the critical angle for total reflection is also the object measurement unit 12a. To reach. For this reason, light is efficiently irradiated to the subject measurement unit 12a.
[0138]
When the difference in the refractive index between the transparent member 22 and the optical plate 6 is reduced, the critical angle for total reflection increases, and the variation in the angle of light incident on the subject measurement unit 12a decreases. That is, the subject measuring unit 12a is irradiated with light having an equal angle.
[0139]
In addition, since the emission end surface 22a of the transparent member 22 is exposed to the subject measurement unit 12a, the optical path through which the light 17 passes from the light source 10 to the subject measurement unit 12a crosses the detection fiber array 21. Absent. Therefore, the light 17 from the light source 10 reaches the subject measurement unit 12a without being scattered by the detection fiber array 21 at all. As a result, it is possible to efficiently and uniformly irradiate the subject 17 with the light 17.
[0140]
Further, since the transparent member 22 does not include the fiber array therein, the light 17a that exits from the light source 10 and is reflected by the subject measurement unit 12a and scatters at all toward the light incident end face 21a of the detection fiber array 21 is scattered. Instead, the light reaches the light incident end face 21a of the detection fiber array 21. As a result, a high-resolution image can be obtained without lowering the S / N ratio.
[0141]
(Embodiment 7)
The present embodiment relates to a mobile device equipped with the above-described uneven pattern detection device.
[0142]
FIG. 12A is a front view of the portable device according to the present embodiment. FIGS. 12B and 12C are cross-sectional views taken along line XX in FIG. FIG. 12B shows a case where the total reflection type concave / convex pattern detecting device using the light introducing fiber array shown in FIG. 2 is mounted, for example, and FIG. 12C shows the transparent case shown in FIG. 11A, for example. This is a case where a total reflection type uneven pattern detecting device using members is mounted.
[0143]
With reference to these figures, a portion of one surface of the optical plate 6 other than the subject measurement unit 12a is bonded to the inner surface of the housing 32. A flexible cable 33 is used for extracting an electrode from the uneven pattern detection device 50. The uneven pattern detection device 50 is connected to the substrate 34 provided in the portable device by the cable 33.
[0144]
By mounting a fingerprint authentication sensor on a mobile device, it is now possible to easily unlock keys or call up a secret address book, which has been done by entering a password such as numbers. Become. In addition, payment of money (small payment) can be performed more accurately and reliably by providing a function to perform fingerprint authentication to personal belongings such as mobile devices, and it can be performed more accurately and reliably. It is possible to easily construct a mechanism that can replace (coupon) and the like.
[0145]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0146]
【The invention's effect】
As described above, according to the concavo-convex pattern detecting device according to the first aspect of the present invention, the light-emitting end surface of the light-introducing fiber array has a structure that is exposed to the subject measurement unit, and therefore, the The optical path to the measurement section does not cross the detection fiber array. Therefore, the light from the light source reaches the subject measurement unit without being scattered by the detection fiber array. As a result, the light from the light source is efficiently and uniformly applied to the subject measurement unit. As a result, the image quality is improved.
[0147]
Further, since the light source and the image pickup device are mounted on the same plane on the other surface of the flat optical plate, the device can be flattened, and the thickness can be easily reduced.
[0148]
According to the invention according to the second aspect of the present invention, since the emission end face of the transparent member has a structure that is exposed to the subject measurement section, the optical path through which light from the light source to the subject measurement section passes is for detection. Do not cross the fiber array. Therefore, the light from the light source reaches the subject measurement unit without being scattered by the detection fiber array. As a result, it is possible to efficiently and uniformly irradiate the object measurement unit with light.
[0149]
According to the portable device according to the third and fourth aspects of the present invention, the unevenness pattern detecting device to be mounted is flattened, small, and thin, so that the portable device can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of a total reflection type concavo-convex pattern detecting apparatus according to a first embodiment, as viewed from an object measuring unit side;
(B) A perspective view from the light source side of the total reflection type uneven pattern detection device according to the first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is an enlarged view of the device shown in FIG. 2 in the vicinity of a subject measurement unit;
FIG. 4₁= N_coreFigure showing the optical path that external light travels in case of
FIG. 5₁> N_coreFigure showing the optical path that external light travels in case of
FIG. 6 is a perspective view showing steps of a method for manufacturing the uneven pattern detection device according to the second embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a scattering-type uneven pattern detection device according to a third embodiment.
8 is an enlarged view of the device shown in FIG. 7 in the vicinity of a subject measurement unit.
FIG. 9A is a cross-sectional view of a total reflection type concavo-convex pattern detection device according to a fourth embodiment.
(B) Cross-sectional view of a scattering-type uneven pattern detection device according to Embodiment 4.
FIG. 10A is a cross-sectional view of a total reflection concave / convex pattern detection device according to a fifth embodiment.
(B) Cross-sectional view of scattering type uneven pattern detecting apparatus according to Embodiment 5.
FIG. 11A is a cross-sectional view of a total reflection concave / convex pattern detection device according to a sixth embodiment.
(B) Cross-sectional view of scattering type uneven pattern detection device according to Embodiment 6.
12A is a front view of a portable device according to Embodiment 7. FIG.
FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 12A when the uneven pattern detection device illustrated in FIG. 2 is mounted.
FIG. 12C is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 12A when the uneven pattern detection device illustrated in FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a concavo-convex pattern detecting device using a conventional optical fiber.
[Explanation of symbols]
6 Optical plate
8 fingers
10 Light source
11 Image sensor
12a Subject measurement unit
15 Fiber array for light introduction
15a Light-emitting end face of light-introducing fiber array
15b Light incident end face of fiber array for light introduction
21 Detection Fiber Array
21a Light incidence end face of detection fiber array
21b Light-emitting end face of detection fiber array
26 LED
27 Light guide plate

Claims (13)

凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、前記一方の面に対向し、光源と撮像素子が実装される側の他方の面とを有する光学プレートと、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記光源に向き、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイと、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記光導入用ファイバアレイの前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、を備えた凹凸パターン検出装置。One surface including an object measurement unit for measuring an object having a concavo-convex pattern, and an optical plate having the other surface on the side on which the light source and the image sensor are mounted, facing the one surface,
In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the light source, and the light incident end surface is exposed on the other surface of the optical plate, and the light exit end surface is the object. A fiber array for light introduction, in which fibers are bundled, embedded so as to be exposed to the measurement unit,
In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the imaging device, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the light introducing fiber array, and the light emitting end face is the optical A detection fiber array in which fibers are bundled and embedded so as to be exposed on the other surface of the plate;
A light source mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end surface of the light introducing fiber array;
An image sensor mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array. 前記光導入用ファイバアレイを構成するファイバの第１コアの屈折率は、前記検出用ファイバアレイを構成するファイバの第２コアの屈折率よりも大きくされている、請求項１に記載の凹凸パターン検出装置。2. The uneven pattern according to claim 1, wherein a refractive index of a first core of the fiber constituting the light introducing fiber array is larger than a refractive index of a second core of the fiber constituting the detecting fiber array. 3. Detection device. 前記第１コアの屈折率と、前記第２コアの屈折率との差は、前記被検体測定部において前記第１コアに入射する全ての外光が、前記第２コア内に伝播しないように選ばれている、請求項２に記載の凹凸パターン検出装置。The difference between the refractive index of the first core and the refractive index of the second core is set so that all external light incident on the first core in the subject measurement unit does not propagate into the second core. The uneven pattern detection device according to claim 2, which is selected. 前記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から出て該光導入用ファイバアレイを通って前記被検体測定部へ向かう光が、前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で全反射するように選ばれており、
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で全反射した光が前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項１から３のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。The inclination angle of the light-introducing fiber array is such that light emitted from the light source, passing through the light-introducing fiber array, and traveling toward the subject measurement section is totally reflected at the light-emitting end face of the light-introducing fiber array. Has been chosen as
The inclination angle of the detection fiber array is selected such that light totally reflected at the light exit end face of the light introduction fiber array propagates through the detection fiber array. Item 2. The uneven pattern detection device according to item 1. 前記光導入用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から出て前記光導入用ファイバアレイを通って前記被検体測定部へ向かう光が前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で全反射しないように、前記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれており、
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記光導入用ファイバアレイの前記光出射端面で前記全反射臨界角より大きな角度で散乱された光が、前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項１から３のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。The inclination angle of the light-introducing fiber array is such that light emitted from the light source and passing through the light-introducing fiber array toward the subject measurement unit is not totally reflected by the light-emitting end face of the light-introducing fiber array. The angle is selected to be smaller than the critical angle of total reflection at the light emitting end face,
The tilt angle of the detection fiber array is selected such that light scattered at an angle larger than the total reflection critical angle at the light exit end face of the light introduction fiber array propagates through the detection fiber array. The uneven pattern detection device according to any one of claims 1 to 3. 凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し光源と撮像素子が実装される側の他方の面とを有する光学プレートと、
前記光学プレートの厚み部分に、前記被検体測定部と前記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、前記光源からの光を前記被検体測定部に送り込むための、前記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材と、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記透明部材の前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、を備えた凹凸パターン検出装置。One surface including an object measurement unit for measuring an object having a concavo-convex pattern, and an optical plate having the other surface on the side on which the light source and the image sensor are mounted facing the one surface,
The thickness of the optical plate extends so as to connect the object measurement unit and the light source, and the light incident end face is exposed on the other surface of the optical plate, and the light emission end face is the object measurement face. A transparent member having a higher refractive index than the optical plate, for sending light from the light source to the subject measurement unit, embedded to be exposed in the part,
In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement unit and the imaging element, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the transparent member, and the light output end face is the optical plate. A detection fiber array in which fibers are bundled and embedded so as to be exposed on the other surface,
A light source mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end surface of the transparent member;
An image sensor mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array. 前記透明部材の屈折率は、前記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率よりも大きくされている、請求項６に記載の凹凸パターン検出装置。The uneven pattern detection device according to claim 6, wherein a refractive index of the transparent member is set to be larger than a refractive index of a core of a fiber constituting the detection fiber array. 前記透明部材の屈折率と前記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアの屈折率との差は、前記被検体測定部において前記透明部材に入射する全ての外光が、前記検出用ファイバアレイを構成するファイバのコアを伝播しないように選ばれている、請求項７に記載の凹凸パターン検出装置。The difference between the refractive index of the transparent member and the refractive index of the core of the fiber that constitutes the detection fiber array is such that all external light incident on the transparent member in the subject measurement unit passes the detection fiber array. The uneven pattern detecting device according to claim 7, wherein the uneven pattern detecting device is selected so as not to propagate through a core of a constituent fiber. 前記透明部材の傾斜角度は、前記光源から出て前記透明部材を通って前記被検体測定部へ向かう光が前記透明部材の前記光出射端面で、全反射するように選ばれており
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記被検体測定部で全反射した光が前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項６から８のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。The angle of inclination of the transparent member is selected such that light emitted from the light source and passing through the transparent member toward the subject measurement unit is totally reflected at the light emitting end face of the transparent member, and The uneven pattern detection device according to any one of claims 6 to 8, wherein the inclination angle of the fiber array is selected such that light totally reflected by the subject measurement unit propagates through the detection fiber array. . 前記透明部材の傾斜角度は、前記光源から出て該透明部材を通って前記被検体測定部へ向かう光が該透明部材の前記光出射端面で全反射しないように、前記光出射端面での全反射臨界角よりも小さい角度に選ばれており、
前記検出用ファイバアレイの傾斜角度は、前記透明部材の前記光出射端面で前記全反射臨界角より大きな角度で散乱された光が前記検出用ファイバアレイを伝播するように選ばれている、請求項６から８のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。The angle of inclination of the transparent member is such that the light emitted from the light source and traveling through the transparent member toward the subject measurement unit is not totally reflected by the light emitting end face of the transparent member, and the light is emitted from the light emitting end face. The angle is selected to be smaller than the critical reflection angle,
The inclination angle of the detection fiber array is selected such that light scattered at an angle larger than the total reflection critical angle at the light emitting end face of the transparent member propagates through the detection fiber array. The uneven pattern detection device according to any one of claims 6 to 8. 前記検出用ファイバアレイを構成する各ファイバの周囲に光を吸収する物質が設けられた請求項１から１０のいずれか１項に記載の凹凸パターン検出装置。The uneven pattern detection device according to any one of claims 1 to 10, wherein a substance that absorbs light is provided around each fiber constituting the detection fiber array. 凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器であって、
前記凹凸パターン検出装置は、
凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し光源と撮像素子が実装される側の他方の面とを有する光学プレートと、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記光源に向き、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる光導入用ファイバアレイと、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記光導入用ファイバアレイの側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記光導入用ファイバアレイの前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、を備えた携帯機器。A portable device equipped with an uneven pattern detection device,
The uneven pattern detection device,
One surface including an object measurement unit for measuring an object having a concavo-convex pattern, and an optical plate having the other surface on the side on which the light source and the image sensor are mounted facing the one surface,
In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the light source, and the light incident end surface is exposed on the other surface of the optical plate, and the light exit end surface is the object. A fiber array for light introduction, in which fibers are bundled, embedded so as to be exposed to the measurement unit,
In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement section and the imaging device, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the light introducing fiber array, and the light emitting end face is the optical A detection fiber array in which fibers are bundled and embedded so as to be exposed on the other surface of the plate;
A light source mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end surface of the light introducing fiber array;
A portable device comprising: an image sensor mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array. 凹凸パターン検出装置が装着された携帯機器であって、
前記凹凸パターン検出装置は、
凹凸パターンを有する被検体を測定するための被検体測定部を含む一方の面と、この一方の面に対向し光源と撮像素子が実装される側の他方の面とを有する光学プレートと、
前記光学プレートの厚み部分に、前記被検体測定部と前記光源を結ぶように延び、かつその光入射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出し、さらにその光出射端面が前記被検体測定部に露出するように埋め込まれた、前記光源からの光を前記被検体測定部に送り込むための、前記光学プレートよりも屈折率の大きい透明部材と、
前記光学プレートの厚み部分に、その光軸が前記被検体測定部および前記撮像素子に向き、かつその光入射端面が前記透明部材の側面に密接し、さらにその光出射端面が前記光学プレートの前記他方の面に露出するように埋め込まれた、ファイバが束ねられてなる検出用ファイバアレイと、
前記透明部材の前記光入射端面に接続されるように前記光学プレートの前記他方の面に実装された光源と、
前記検出用ファイバアレイの前記光出射端面に接続されるように前記光学プレートの他方の面に実装された撮像素子と、を備えた携帯機器。A portable device equipped with an uneven pattern detection device,
The uneven pattern detection device,
One surface including an object measurement unit for measuring an object having a concavo-convex pattern, and an optical plate having the other surface on the side on which the light source and the image sensor are mounted facing the one surface,
The thickness of the optical plate extends so as to connect the object measurement unit and the light source, and the light incident end face is exposed on the other surface of the optical plate, and the light emission end face is the object measurement face. A transparent member having a higher refractive index than the optical plate, for sending light from the light source to the subject measurement unit, embedded to be exposed in the part,
In the thickness portion of the optical plate, the optical axis faces the object measurement unit and the imaging element, and the light incident end face is in close contact with the side surface of the transparent member, and the light output end face is the optical plate. A detection fiber array in which fibers are bundled and embedded so as to be exposed on the other surface,
A light source mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light incident end surface of the transparent member;
A portable device comprising: an image sensor mounted on the other surface of the optical plate so as to be connected to the light emitting end surface of the detection fiber array.

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