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JP2004310574A - Concavo-convex pattern detecting device, manufacturing method thereof and portable device - Google Patents

Concavo-convex pattern detecting device, manufacturing method thereof and portable device Download PDF

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JP2004310574A
JP2004310574A JP2003105060A JP2003105060A JP2004310574A JP 2004310574 A JP2004310574 A JP 2004310574A JP 2003105060 A JP2003105060 A JP 2003105060A JP 2003105060 A JP2003105060 A JP 2003105060A JP 2004310574 A JP2004310574 A JP 2004310574A
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JP
Japan
Prior art keywords
light
uneven pattern
optical plate
light source
convex portion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003105060A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Komatsu
敦 小松
Tetsuo Ootsuchi
哲郎 大土
Mitsuhiro Yamashita
光洋 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2003105060A priority Critical patent/JP2004310574A/en
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Abstract

【課題】高画質の画像を安定して得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を主要な目的とする。
【解決手段】凹凸パターン検出装置5は、光学プレート6を備える。光学プレート6の一方の面7に、凹凸パターンである指紋を有する指8を当接させる。光学プレート6の他方の面9には、光源10と撮像素子11が設けられている。光学プレート6の一方の面7の内、指8が当接する指当接部分12は、この指当接部分12が凸部になるように、指が当接しない部分13よりも高くされている。
【選択図】 図1
A main object of the present invention is to provide an improved concavo-convex pattern detection device capable of stably obtaining a high-quality image.
An uneven pattern detecting device includes an optical plate. A finger 8 having a fingerprint as an uneven pattern is brought into contact with one surface 7 of the optical plate 6. On the other surface 9 of the optical plate 6, a light source 10 and an image sensor 11 are provided. Of the one surface 7 of the optical plate 6, the finger contact portion 12 to which the finger 8 contacts is higher than the portion 13 to which the finger does not contact so that the finger contact portion 12 becomes a convex portion. .
[Selection diagram] Fig. 1

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、指紋やゴム印など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の製造方法に関する。この発明は、さらに、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】
指紋などの微小な凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置を携帯機器等に実装する場合、凹凸パターン検出装置の表面を平面にすると、指の当接面が携帯機器の筐体表面よりも低くなっていた。そのため、指を当接させにくく、また、携帯機器と指当接面の間に発生する段差により、指の当接形状及び圧力が変化し、検出画像が劣化するという問題点があった。
【0003】
この問題を解決する従来方法として、図20および図21を参照して、装置本体1の上面部に、被検体である指2を載せる手指載置部3を設ける技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。手指載置部3の上に載せられた例えば人指し指2は、その両側に位置する親指と中指よりも高くなるようにされる。このようにすると、自然な手の姿勢で、指2を手指載置部3の指接触部に載せることができる。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−89229号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図20及び図21に示すような装置では、凹凸パターン検出装置の指当接面を他の部分に比べて著しく高くする必要が生じ、装置全体の小型化には不利であるという問題点があった。
【0006】
さらには、指が当接する全面を高くする必要があり、この点においても、装置全体の小型化に不利であるという問題点があった。
【0007】
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、装置全体の小型化を図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を目的とする。
【0008】
この発明の他の目的は、高画質の画像を安定して得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。
【0009】
この発明の他の目的は、特にスワイプ型において、高画質の画像を安定して得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。
【0010】
この発明の他の目的は、そのような凹凸パターン検出装置の製造方法を提供することにある。
【0011】
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。
【0012】
【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当接させる一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートとを備える。上記光学プレートの他方の面に光源と撮像素子とが設けられている。上記光学プレートの上記一方の面の内、上記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、上記被検体が当接しない部分よりも高くされている。
【0013】
この発明によれば、上記光学プレートの上記一方の面の内、上記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、上記被検体が当接しない部分よりも高くされている。そのため、携帯機器に実装した場合に、被検体当接部分が著しく凹形状になることを防止することができる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【0014】
凸部の幅は、被検体である指の第1関節から先端までの長さよりも小さくされている。したがって、被検体をスライドさせて測定するスワイプ型において、その効果が顕著である。
【0015】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記凸部の長手方向に延びる両側壁の内、少なくとも一方の側壁の上部にはRが設けられている。
【0016】
側壁の上部にRを設けることにより、基本的な性能を劣化させることなく、指を接触させた場合の、タッチ感を向上させることができる。また、エッジを丸くすることにより、怪我などをなくすことができる。
【0017】
また、両側壁の内、一方のみにRを設ける場合には、感覚的に指をスライドさせる方向がわかり易いという効果を生じる。
【0018】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記凸部の長手方向に延びる両側壁は、外方向に傾斜する斜面にされている。
【0019】
上記凸部の壁面を傾斜させることより、入射光、出射光として全反射光を用いる場合、指当接面全体を均一に照射できるようになる。また、入射光として散乱光を用いる場合には、入射側には必ずしも斜面を設ける必要はない。出射光として散乱光を用いる場合には、出射側に斜面を設けると、指当接面全体からの光を撮像素子に導くことができる。
【0020】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記斜面の外方向に傾斜する傾斜角度は、上記光源から上記凸部の指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度と同じか、または、それ以上にされている。
【0021】
この発明によると、光源から、凸部の指を当接させる面に向けて照射される光は、凸部の側壁面により遮られる事がないので、指当接面全体を均一に照射することができる。
【0022】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記凸部は、上記ファイバアレイの上記一方端を被覆している。
【0023】
出射光側にファイバアレイを設けることにより、指当接面で反射した光を効率よく撮像素子に導くことが出来ると同時に、余分な光の入射を制限できるため、コントラストの向上が可能となり、特性を向上させることができる。
【0024】
また、上記凸部が、上記ファイバアレイの一方端を被覆しているので、ファイバの表面が傷つくことが防止される。また、指当接面である入射面が平坦になるため、表面での乱反射を防止でき、画像の品質劣化を防止することができる。
【0025】
上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射するように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面で全反射し、再びこの凸部中を通って上記ファイバアレイに向かう光が、前記ファイバアレイを伝搬するように選ぶと、後述する全反射型の凹凸パターン検出装置にできる。
【0026】
また、上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射しないように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面から上記被検体側へ透過した光であって、空気層を介して上記凸部の表面から再入射し、かつその再入射面で法線に近づくように曲げられた光が上記ファイバアレイを伝搬しないように選ぶと、後述する散乱型の凹凸パターン検出装置にできる。
【0027】
この発明の変形例においては、上記光学プレートの厚み部分に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記ファイバアレイの上記一方端は、上記凸部の、指を当接させる面にまで達している。
【0028】
このように構成することにより、被検体である指に当たった光を有効にファイバアレイに導くことができる。
【0029】
この発明において、上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射するように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面で全反射した光が上記ファイバアレイを伝搬するように選ぶと、全反射型の凹凸パターン検出装置にできる。
【0030】
また、上記光源の位置を、この光源から照射された光が上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する部分で全反射しないように選び、上記ファイバアレイの傾斜角度を、上記光源から照射されて上記光学プレートの上記凸部の表面から上記被検体側へ透過し、かつ空気層を介して上記光学プレートの上記凸部の表面から再入射した光が上記ファイバアレイを伝搬しないように選ぶと、散乱型の凹凸パターン検出装置にできる。
【0031】
この発明のさらなる好ましい実施の形態によれば、上記凸部を構成する材料の屈折率は、上記ファイバのコアの屈折率と同じにされている。
【0032】
このように構成することによって、余分な屈折等を考慮する必要がなくなる。
【0033】
上記凸部を構成する材料の屈折率を、上記ファイバのコアの屈折率より小さくしてもよい。
【0034】
このように構成することにより、光源と撮像素子の間隔を広くすることにより、光源から出る光が、直接撮像素子に入ることにより起こる、撮像特性の劣化を防止することができる。
【0035】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記凸部の高さは、上記光源から出た光が上記ファイバアレイを横切らないように選ばれている。
【0036】
光をファイバアレイに通過させないので、輝度の低下を防止することができ、ひいては指当接面上での輝度分布の劣化を防止することができる。
【0037】
この発明のさらなる変形例においては、上記光学プレートの厚み部分に、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記光源に向かうように斜めに埋め込まれ、その他方端から導入された上記光源からの放射光を、上記一方端から上記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイを備える。
【0038】
このように構成することにより、照射光の照射方向の制約を少なくすることができる。
【0039】
この発明のさらに好ましい実施の形態として、上記放射光が通過する光路を除いて、光学プレートの全てが光を吸収する材料で構成されている。
【0040】
吸収体は、外部から入ってくる光を吸収するので、光路を進行する光のみが出射面まで伝播される。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【0041】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの一方の面であって、上記被検体が当接する面以外の部分には遮光膜が設けられており、上記光学プレートの他方の面であって、上記線状光源および上記撮像素子が実装されていない部分にも遮光膜が設けられている。
【0042】
この発明によれば、遮光膜を設けることにより、外部光を完全に遮断することができる。
【0043】
この発明の第2の局面に従う凹凸パターン検出装置の製造方法においては、まず凹凸パタ−ンを有する被検体を配置させる一方の面および上記一方の面に対向し、かつ光源が実装される他方の面を有する光学プレートを準備する。上記光学プレートの一方の面であって、かつ上記被検体を当接する部分に、この被検体を当接する部分が被検体を当接しない部分よりも高くなるように、光学的に透明な材料で形成された凸部を形成する。上記光学プレートの他方の面に撮像素子と光源を互いに離して実装する。
【0044】
上記光学プレートとして、その厚み部分に、ファイバが束ねられてなる入射面と出射面を有するファイバアレイが傾斜して埋め込まれ、かつファイバアレイの上記入射面が前記一方の面に露出し、ファイバアレイの上記出射面が上記他方の面に露出している基板を用い、上記凸部の形成を上記ファイバアレイの上記入射面を被覆するように行ってもよい。
【0045】
また、上記光学プレートとして、その厚み部分に、上記ファイバアレイとは逆の傾斜角度で埋め込まれ、その入射面から導入された上記光源からの放射光を、その出射面から上記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイをさらに備えた基板を用い、上記凸部の形成を、上記放射光導入用ファイバアレイの上記出射面をも被覆するように行ってもよい。
【0046】
この発明の第3の局面に従う発明は、凹凸パターン検出センサを有する携帯機器にかかる。当該携帯機器は、上記凹凸パターン検出センサの指当接面を露出させるための開口部を有する筐体と、上記筐体内に実装された凹凸パターン検出センサとを備える。上記凹凸パターン検出センサは、上記指当接面を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートを備える。上記光学プレートの上記一方の面の内、上記指当接面は、この指当接面が凸部になるように、上記指が当接しない部分よりも高くされている。上記凸部は、上記筐体の上記開口部分に嵌まり込んでいる。
【0047】
携帯機器に、凹凸パターン検出センサを実装した場合、携帯機器の筐体の厚み分だけ、指当接面の高さが低くなるが、凹凸検出センサの指当接面の部分を高くしておくことにより、指当接面を、筐体の表面よりも高くする、或いは、若干だけ低くすることが可能となる。どちらの場合でも、凹凸検出センサの表面に触ったことが感覚的にわかるようになり、読取り精度の向上につなげることが可能となる。
【0048】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記凸部の上記開口部分からのはみ出し量は、他の部品の中で一番突出しているものと同等のはみ出し量か、またはそれ以下にされる。
【0049】
このように構成することにより、折り畳み式の形態機器の場合、凸部の表面の破損が防止される。
【0050】
【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。
【0051】
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる凹凸パターン検出装置を説明するための斜視図である。図2は、図1におけるII−II線に沿う断面図である。
【0052】
これらの図を参照して、凹凸パターン検出装置5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、樹脂等で形成される。光学プレート6の一方の面7に、凹凸パターンである指紋を有する指8を当接させる。光学プレート6の他方の面9には、光源10と撮像素子11が設けられている。光学プレート6の一方の面7の内、指8が当接する指当接部分12は、この指当接部分12が凸部になるように、指が当接しない部分13よりも高くされている。指当接部分12である凸部の長さ(指の長さ方向と直交する方向の長さ)は、指8の幅よりも大きくされている。指当接部分12である凸部の幅は、指8の第1関節から先端までの長さよりも小さくされている。なお、図面では、凸部の長さが指8の幅よりも長い場合を例示しているが、凸部の長さは指8の幅と同等か、それよりも少し小さくてもよい。
【0053】
光源としては、発光ダイオードあるいは有機ELが好ましく用いられる。
【0054】
指当接部分12に接触させて矢印Pの方向にスライドさせ、指紋を検出させる。上記凸部は、例えば平ガラスの上に、同種のガラス基板を、紫外線硬化樹脂を用いて貼り合わせることにより形成される。
【0055】
本実施の形態によれば、携帯機器に実装した場合に、指当接部分12が著しく凹形状になることを防止することができる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。凸部の幅は、被検体である指8の第1関節から先端までの長さよりも小さくされている。したがって、指8をスライドさせて測定するスワイプ型において、その効果が顕著となる。
【0056】
(実施の形態2)
図3は、実施の形態2にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【0057】
図3を参照して、凸部14の長手方向に延びる両側壁15の上部にRが設けられている。凸部14の両側壁15にRを設けることにより、基本的な性能を劣化させることなく、指を接触させた場合の、タッチ感を向上させることができる。また、エッジを丸くすることにより、怪我等をなくすことができる。
【0058】
また、図4に示すように、一方の側壁のみにRを設ける場合には、指をスライドさせる方向16a、16bがわかり易いという効果を生ずる。すなわち、図のように片側のみにRを設けると、順方向16aのときには指にかかる抵抗が小さくなり、逆方向16bのときには抵抗が大きくなる。この抵抗の違いにより、指をスライドさせる方向16a、16bがわかり易くなる。
【0059】
(実施の形態3)
図5は、実施の形態3にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。凸部14の長手方向に延びる両側壁15は、外方向に傾斜する斜面にされている。凸部14の両側壁15を傾斜させることにより、入射光、出射光として全反射光を用いる場合、指当接面全体を均一に照射できるようになる。また、入射光として散乱光を用いる場合には、入射側には必ずしも斜面を設ける必要はない。出射光として散乱光を用いる場合には、出射側に斜面を設けると、指当接面全体からの光を撮像素子に導くことができる。
【0060】
ここで、本明細書でいう全反射型凹凸パターン検出装置と散乱型凹凸パターン検出装置について説明しておく。
【0061】
図6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る。全反射型では、臨界角以上の角度で指当接面に入射する光17は、指紋パターンの凹部18で全反射となり、指紋パターンの凸部19と接触している面で、媒質相互の屈折率によって非全反射となる。これにより、凹部18の反射光は凸部19が接触している部分の反射光より強くなるので、凹凸パターンに応じたコントラストの高い光パターンが形成される。
【0062】
図7は、散乱型凹凸パターン検出装置を説明するための概念図である。指紋パターンの凹部18(ここには空気が存在する)に面する入射面20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は再び入射面20に入射する。また、指紋パターンの凸部19が接触している入射面20に到達した光17は、凸部19から空気を通過せずに、直接入射面20に入射して散乱する。指紋パターンの凸部19が接触した入射面と、指紋パターンの凹部18が面する入射面とで、散乱光量および、散乱する角度範囲が異なる。このため、凹凸に応じたコントラストの高い光パターンが得られる。
【0063】
本発明は、この全反射型または散乱型のいずれにも適用され得る。
【0064】
図8を参照して、本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置を全反射型に用いる場合には、斜面の外方向に傾斜する傾斜角度θとしたとき、傾斜角度θは、光源10から凸部14の、指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度θの照射角度と同じか、又は、それ以上にされるのが好ましい。このように構成することによって、凸部14に向かって照射された光は、斜面に当たることがなく、全て凸部14の指当接面に照射される。
【0065】
(実施の形態4)
図9は、実施の形態4にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【0066】
図9を参照して、光学プレート6の厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ21が、斜めに埋め込まれている。ファイバアレイ21を構成するファイバは、コアおよびクラッドで形成される。なお、ファイバアレイとして、クラッドの周囲に吸収体を設けたものを使用してもよい。ファイバアレイ21の一方端は凸部14に向かい、その他方端は撮像素子11に向かっている。凸部14は、ファイバアレイ21の一方端を被覆している。撮像素子11とファイバアレイ21の他方端との間は、ファイバのコアの屈折率以上の屈折率を有する樹脂で埋められている。光源10は、光学プレート6の凸部14の指当接面における光の入射角が、光学プレートの凸部14の指当接面と空気との界面における臨界角より大きくなるような位置に設けられている。これは、いわゆる全反射型の凹凸パターン検出装置である。
【0067】
本実施の形態によれば、光パターンの伝播に光ファイバが使用されているので、凸部14の指当接面から撮像素子11に向かう照射光の照射方向の制約を少なくすることができる。
【0068】
また、ファイバアレイ21の一方端を凸部14が被覆しているので、ファイバアレイ21の一方端の、表面が傷つくことを防止することができる。
【0069】
さらに、出射光側の表面(凸部14の表面)が、平坦になるため、表面での乱反射が防止でき、画像品質の劣化を防ぐことができる。
【0070】
この場合、凸部14を構成する材料として、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同様の材質を用いることにより、余分な屈折などを考慮する必要がなくなる。
【0071】
一方、凸部14を構成する材料の屈折率を、ファイバのコアの屈折率より小さくした場合には、凸部14とファイバアレイ21の入射面との界面で、光を法線に近づくように曲げることができる。
【0072】
図10は、いわゆる散乱型凹凸パターン検出装置を意図したものであり、光源10を設ける位置は、光源10から投光された照射光の照射方向が、指当接面における正反射光が直接光ファイバに入射して伝搬しないように選ばれている。図面では、光源10は凸部14の真下に設けられている。本発明は、このような散乱型にも適用できる。なお、入射光として散乱光を用いる場合には、図のように、凸部14の入射側の側壁には必ずしも斜面を設ける必要はない。出射光として散乱光を用いる場合には、図のように凸部14の出射側の側壁に斜面を設けると、指当接面全体からの光を撮像素子11に導くことができる。
【0073】
次に、光源10を設ける位置とファイバアレイ21の傾斜角度についてさらに詳細に説明する。ここでは、説明を簡単にするために、光学プレートの凸部14の屈折率と光ファイバのコアの屈折率は、等しいものとする。
【0074】
まず、全反射型で用いる場合を説明する。
【0075】
再度、図6と図9を参照して、光源10から光17を投光する。光学プレート6の凸部14の指当接面における光の入射角θを、光学プレートの凸部14の指当接面と空気との界面における臨界角より大きくする。この場合、反射光17aは、指8の凹部18に面する面20で全反射となり、指8の凸部19と接触している入射面20では、媒質相互の屈折率によって非全反射となる。これにより、指8の凹部18が面している部分の反射光は、指8の凸部19が接触している部分の反射光より強くなるので、反射光17aは、指8の凹凸パターンに応じたコントラストの強い光パターンを形成する。
【0076】
ここで、ファイバアレイ21の傾斜角度を全反射角度θと略一致させることにより、全反射光である反射光17aがファイバアレイ21中の光ファイバを伝搬するようになる。このとき、入射面20に指8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、全反射光がファイバアレイ内の光ファイバを伝搬しない。このため、凹部と凸部でファイバアレイ内を伝搬する光強度に大きな差が生じる。その結果、指8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。
【0077】
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。
【0078】
被験者は図1に示すように、指置き面に指を置き、指の長さ方向Pに指をスライドさせる。撮像素子からの出力は一定時間間隔で繰り返し読み出されており、指をスライドさせた時に読み出された出力値は、CPUなどの演算装置で2次元画像に再構成される。こうして再構成された画像は、指紋画像の場合、メモリ等に以前に記憶された画像と比較され、本人認証に用いられる。
【0079】
なお、撮像素子にはA/D変換機能を設けてもよい。また、携帯機器に本発明に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指置き面は携帯機器の表面に露出し、内部のCPUにデータが転送される。
【0080】
次に散乱型で用いる場合について説明する。
【0081】
再度、図7と図10を参照して、光源10から投光された照射光17は入射面20(光学プレートの凸部14の表面)に到達する。この場合、光源10から投光された照射光17の照射方向は、入射面20における照射光の正反射光が直接光ファイバに入射して伝搬しない範囲で任意に設定される。図では、光源10は、指8の真下に形成されている。
【0082】
入射面20において、指の凹凸パターンの凹部18に面する入射面20で正反射光および空気中への透過光が生じ、指の凹凸パターンの凸部19と接触している入射面20で散乱光17bが生じる。
【0083】
ここでは、指の凹凸パターンの凹部18が面している入射面20からの正反射光は光ファイバを伝搬しないように設定されているので、指の凹凸パターンの凸部19における散乱光17bのみがファイバアレイ21で伝搬される。従って、指8の凹凸パターンの凸部に対応した光パターンを得ることができる。
【0084】
一方、指の凹凸パターンの凹部18が面する入射面20を透過し、空気中に入った光17であって、凹部18の内壁面に当たって散乱した光17cは、一旦空気中を通過して入射面20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、空気と入射面20との界面で、法線100に近づくように屈折し、ファイバアレイ21に向かう光17dとなる。従って、より高いコントラストの光パターンを得るには、この光17dが光ファイバ内を伝搬できないようにすることが重要である。
【0085】
すなわち、ファイバアレイ21の傾斜角度を、光17dがファイバアレイ21を伝搬しないように、かつ、散乱光17bがファイバアレイ21を伝搬できるように選ぶと、指の凹凸パターンの凸部19が接触している入射面20における散乱光17bのみを光ファイバを通して、撮像素子11に伝搬させることができる。
【0086】
(実施の形態5)
本実施の形態は、本発明にかかるファイバアレイが埋め込まれた凹凸パターン検出装置を製造する方法にかかる。
【0087】
図11(a)を参照して、ファイバが束ねられてなるファイバアレイ21とガラス22を準備する。図11(b)を参照して、ファイバアレイ21をガラス22で挟んで接合する。このとき、ファイバの光軸がガラス22の表面と平行になるようにする。接合方法としては、熱融着、接着、直接接合などがある。
【0088】
図11(c)を参照して、ファイバアレイ21とガラス22の接合体を、接合面に対して角度を付けて、平板状に切り出す。切断間隔は1.1mmとした。
【0089】
図11(c)と(d)を参照して、切り出した平板は、端部を落として矩型に揃えた。この平板の主たる面を光学研磨することにより、ファイバ入り光学プレート6が形成された。研磨後の厚さは1.0mmであり、平面形状は20mm×10mmの長方形であった。
【0090】
図11(e)を参照して、光学プレート6の一方の面7であって、指を当接する部分に、この指を当接する部分が指を当接しない部分よりも高くなるように、光学的に透明な材料で形成された凸部14を形成する。この凸部14は、例えば、光学プレート6を構成するガラスと同種のガラスを、紫外線硬化樹脂を用いて貼り合わせることにより形成される。
【0091】
図11(f)を参照して、光学プレート6の他方の面に、クロム、金を蒸着させることにより金属膜24を形成する。
【0092】
図11(f)と(g)を参照して、金属膜24をパターンニングし、電極25を形成する。
【0093】
図11(h)を参照して、光学プレート6の他方の面に、発光ダイオード(LED)26と導光板27とからなる線状光源を形成する。発光ダイオード(LED)26は、電極25に接続される。また、電極25に接続されるように撮像素子11を形成する。これにより、凹凸パターン検出装置が完成する。
【0094】
図12は、図11(h)におけるXII−XII線に沿う断面図であり、導光板27の機能を説明するための図である。LED26から出た照射光17は、導光板27に設けられた凹凸パターンで反射し、平行な光となる。図11(h)を再び参照して、この平行光は、被検体接触面である凸部14に向かう。
【0095】
なお、上記実施の形態では、光源として、1つの発光ダイオード(LED)26と導光板27とからなる線状光源を例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、導光板27を用いる代わりに、撮像素子11に対向させて、複数の発光ダイオードを配置させてもよい。
【0096】
(実施の形態6)
図13は、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。
【0097】
図13を参照して、実施の形態4に係る凹凸パターン検出装置と異なる点は、ファイバアレイ21の一方端を、凸部14の、指を当接させる面にまで延長させている点である。このように構成することによって、指の凹凸パターンを、入射面に密着して接触させることができる。
【0098】
全反射型で使用する場合には、光源10の位置は、この光源10から照射された光が凸部14の表面であって、被検体が当接する部分で全反射するように選ばれる。ファイバアレイ21の傾斜角度は、光源10から照射されて凸部14の表面で全反射した光がファイバアレイ21を伝搬するように選ばれる。
【0099】
散乱型で使用する場合には、光源10の位置は、この光源10から照射された光が凸部14の表面であって、被検体が当接する部分で全反射しないように選ばれる。ファイバアレイ21の傾斜角度は、光源10から照射されて凸部14の表面から被検体側へ透過した光であって、空気層を介して凸部14の表面から再入射し、かつその再入射面で法線に近づくように曲げられた光がファイバアレイ21を伝搬しないように選ばれる。
【0100】
(実施の形態7)
図14は、実施の形態7にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【0101】
図14を参照して、凸部14の高さは、光源10から出た光がファイバアレイ21を横切ら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、指当接面への入射光が、ファイバアレイ21を通過することなく、凸部14の指当接面に到達する。光源10からの入射光がファイバアレイ21を通過すると、輝度の低下、すなわち指当接面上での輝度分布の劣化を生じるが、本実施の形態では、入射光がファイバアレイ21を通過しないので、このような問題は生じない。
【0102】
(実施の形態8)
図15は、実施の形態8にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【0103】
図15を参照して、光学プレート6の厚み部分に、出射用のファイバアレイ21に加えて、光源10からの照射光を、その一方端から凸部14に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイ28が埋め込まれている。
【0104】
本実施の形態によれば、投光用の光の伝播に光ファイバが使用されているので、照射光の照射方向の制約を少なくすることができる。
【0105】
また、光学プレート6の一方の面であって、被検体が接触する部分以外の部分に遮光膜29が設けられている。図面では、凸部14の斜面に遮光膜29が設けられていない場合を例示しているが、斜面にまで遮光膜29を延ばせて形成してもよい。光学プレート6の他方の面であって、光源及び撮像素子11が実装されていない部分にも遮光膜29が設けられている。遮光膜29を設けることにより、外部光がセンサ内に入射しないという効果を奏する。
【0106】
(実施の形態9)
図16は、実施の形態9にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。
【0107】
図16を参照して、本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置においては、凸部14を形成する材料の屈折率を、光学プレート6を形成する材料の屈折率よりも小さくしている。光源から照射された照射光を、凸部14と光学プレート6との界面で、図のように、法線から遠ざかるように屈折させることができる。このように構成することにより、光源と撮像素子の間隔を広くでき、光源から出る光が、直接撮像素子に入ることにより起こる、撮像特性の劣化を防止することができる。また、遮光膜29を形成することによって、外部からの光が遮断される。
【0108】
(実施の形態10)
図17は、実施の形態10にかかる凹凸パターン検出装置の断面図である。本実施の形態にかかる凹凸パターン検出装置においては、放射光17が通過する光路を除いて、光学プレート6の全てが光を吸収する材料で構成されている。吸収体は、外部から入ってくる光を吸収するので、光路を進行する光のみが出射面まで伝播される。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【0109】
なお、これらは、図に示すような断面形状を有する柱状体の吸収体を挟み込んで、ファイバとガラスを接合することにより形成される。吸収体としては、ガラス材料だけでなく、アルマイト処理したアルミなどの金属、セラミック、カーボンなどを用いることができる。
【0110】
(実施の形態11)
本実施の形態は、凹凸パターン検出センサを有する携帯機器にかかる。
【0111】
図18を参照して、携帯機器は、凹凸パターン検出装置5の指当接面30を露出させるための開口部31を有する。凹凸パターン検出装置5は、指当接面30を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面9を有する光学プレート6を備える。光学プレート6の一方の面7の内、指当接面30は、この指当接面30が凸部14になるように、指が当接しない部分よりも高くされている。凸部14は、筐体32の開口部31に嵌まり込んでいる。
【0112】
携帯機器に凹凸パターン検出装置を実装した場合、携帯機器の筐体32の厚み分だけ、指当接面30の高さが低くなる。しかし、凸部14を設けることにより、指当接面30を筐体32の表面より高くできる。この場合、凸部14の高さの値を選ぶことにより、指当接面30を、筐体32の表面より若干だけ低くすることもできる。どちらの場合でも、凹凸パターン検出装置の表面に触れたことを感覚的にわかるようになるため、読取り精度の向上につながる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。
【0113】
また、携帯機器の実装を考えた場合、凸部14を設けているために、携帯機器の筐体内に正確に実装できる。
【0114】
携帯機器に実装する場合についてさらに詳細に説明する。
【0115】
図19(A)は、携帯機器の正面図である。図19(B)は、図19(A)におけるB−B線に沿う断面図である。
【0116】
これらの図を参照して、凹凸パターン検出装置5の凸部14を筐体32の開口部31に嵌め込む。光学プレート6の一方の面7であって、凸部14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5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5と、携帯機器内に設けられている基板34とを接続する。凸部14の筐体32の表面からの突出量は、折りたたみ携帯機器の場合、一番突出している部品と同等のはみ出し量か、それ以下にするのが好ましい。例えば、テンキーのはみ出し量と同等か、または、それ以下にするのが好ましい。例えば、凸部14のはみ出し量は、1mm以下にするとよい。
【0117】
携帯機器に指紋認証センサを搭載することにより、今まで数字などの暗証番号を入力することによって行っていた、キーロックの解除や、シークレットなアドレス帳の呼び出しなどを容易に行うことができるようになる。また、金銭の決済(小額決済)などは、携帯機器という個人の持つ所有物に、指紋認証を行わせる機能を持たせることにより、より正確・確実に行うことができ、プリペイドカードや、定期券(回数券)などに代わる仕組みを容易に構築することができるようになる。
【0118】
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。
【0119】
【発明の効果】
この発明に従う凹凸パターン検出装置によれば、上記光学プレートの上記一方の面の内、上記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、上記被検体が当接しない部分よりも高くされているので、携帯機器に実装した場合に、被検体当接部分が著しく凹形状になることを防止することができる。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができる。特に、被検体をスライドさせて測定するスワイプ型において、その効果が顕著となる。
【0120】
この発明の好ましい実施の形態によれば、上記凸部の長手方向に延びる両側壁の内、少なくとも一方の側壁の上部にはRが設けられているので、基本的な性能を劣化させることなく、指を接触させた場合の、タッチ感を向上させることができる。また、エッジを丸くすることにより、怪我などをなくすことができるという効果を奏する。また、両側壁の内、一方のみにRを設ける場合には、感覚的に指をスライドさせる方向がわかり易いという効果を生じる。
【0121】
また、上記凸部の壁面を傾斜させることより、入射光、出射光として全反射光を用いる場合には、指当接面全体を均一に照射できるようになる。
【0122】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記斜面の外方向に傾斜する傾斜角度は、上記光源から上記凸部の指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度と同じか、または、それ以上にされているので、光源から、凸部の指を当接させる面に向けて照射される光は、凸部の側壁面により遮られる事がないので、指当接面全体を均一に照射することができる。
【0123】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記凸部は、上記ファイバアレイの上記一方端を被覆している。この実施の形態によれば、出射光側にファイバアレイを設けているので、照射光の照射方向の制約を少なくすることができ、ひいては、特性が向上するという効果を奏する。
【0124】
また、上記凸部が、上記ファイバアレイの一方端を被覆しているので、ファイバの表面が傷つくことが防止されるという効果を奏する。また、指当接面である入射面が平坦になるため、表面での乱反射を防止でき、画像の品質劣化を防止することができるという効果を奏する。
【0125】
この発明の他の実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分に、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれている。上記ファイバアレイの上記一方端は、上記凸部の、指を当接させる面にまで達している。このように構成することにより、被検体である指に当たった光を有効にファイバアレイに導くことができるという効果を奏する。
【0126】
この発明のさらなる好ましい実施の形態によれば、上記凸部を構成する材料の屈折率は、上記ファイバのコアの屈折率と同じにされているので、余分な屈折等を考慮する必要がなくなるという効果を奏する。
【0127】
上記凸部を構成する材料の屈折率を、上記ファイバのコアの屈折率より小さくすると、光源と撮像素子の間隔を広くでき、光源から出る光が、直接撮像素子に入ることにより起こる、撮像特性の劣化を防止することができる。
【0128】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記凸部の高さは、上記光源から出た光が上記ファイバアレイを横切らないように選ばれており、光をファイバアレイに通過させないので、輝度の低下を防止することができ、ひいては指当接面上での輝度分布の劣化を防止することができるという効果を奏する。
【0129】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの厚み部分に、その一方端が上記凸部に向かい、その他方端が上記光源に向かうように斜めに埋め込まれ、その他方端から導入された上記光源からの放射光を、上記一方端から上記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイを備えるので、照射光の照射方向の制約を少なくすることができるという効果を奏する。
【0130】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記放射光が通過する光路を除いて、光学プレートの全てが光を吸収する材料で構成されており、この吸収体は、外部から入ってくる光を吸収するので、光路を進行する光のみが出射面まで伝播される。ひいては、高画質の画像を安定して得ることができるという効果を奏する。
【0131】
この発明のさらに好ましい実施の形態によれば、上記光学プレートの一方の面であって、上記凸部以外の部分には遮光膜が設けられており、上記光学プレートの他方の面であって、上記線状光源および上記撮像素子が実装されていない部分にも遮光膜が設けられているので、外部光を完全に遮断することができる。
【0132】
この発明の他の局面に従う発明携帯機器によれば、指当接面が凸部になるように構成され、この凸部が、筐体の開口部分に嵌まり込んでおり、指当接面を、筐体の表面よりも高くする、或いは、若干だけ低くすることが可能となる。どちらの場合でも、凹凸検出センサの表面に触ったことが感覚的にわかるようになり、読取り精度の向上につなげることが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1にかかる凹凸パターン検出装置の斜視図
【図2】図1におけるII−II線に沿う断面図
【図3】実施の形態2にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図4】実施の形態2にかかる凹凸パターン検出装置の変形例の断面図
【図5】実施の形態3にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図6】全反射型凹凸パターン検出センサの動作を説明するための概念図
【図7】散乱型凹凸パターン検出センサの動作を説明するための概念図
【図8】実施の形態3の変形例にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図9】実施の形態4にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図10】実施の形態4の他の具体例にかかる凹凸パターン検出装置を示す図
【図11】実施の形態5にかかるファイバ入り凹凸パターン検出装置の製造方法の順序の各工程における斜視図
【図12】図11(h)におけるXII−XII線に沿う断面図
【図13】実施の形態6にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図14】実施の形態7にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図15】実施の形態8にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図16】実施の形態9にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図17】実施の形態10にかかる凹凸パターン検出装置の断面図
【図18】実施の形態11にかかる携帯機器の概念図
【図19】(A)実施の形態11にかかる携帯機器の正面図(B)図19(A)におけるB−B線に沿う断面図
【図20】従来の指画像入力装置の使用状態を右方向から見た図
【図21】従来の指画像入力装置の使用状態を左方向から見た図
【符号の説明】
5 凹凸パターン検出装置
6 光学プレート
7 一方の面
8 指
9 他方の面
10 光源
11 撮像素子
12 指当接部
[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 method for manufacturing such an uneven pattern detecting device. The present invention further relates to a portable device on which such an uneven pattern detecting device is mounted.
[0002]
[Prior art]
When mounting an uneven pattern detection device that detects minute uneven patterns such as fingerprints on mobile devices, if the surface of the uneven pattern detection device is flat, the contact surface of the finger will be lower than the housing surface of the mobile device. I was For this reason, there is a problem that it is difficult for the finger to make contact with the finger, and a step formed between the portable device and the finger contact surface changes the contact shape and pressure of the finger, thereby deteriorating the detection image.
[0003]
As a conventional method for solving this problem, with reference to FIGS. 20 and 21, there is disclosed a technique of providing a finger rest portion 3 on which a finger 2 as a subject is placed on an upper surface portion of an apparatus main body 1 (for example, FIG. 20). And Patent Document 1). For example, the index finger 2 placed on the finger placing portion 3 is higher than the thumb and the middle finger located on both sides thereof. By doing so, the finger 2 can be placed on the finger contact portion of the finger placing portion 3 in a natural hand posture.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-89229
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the devices as shown in FIGS. 20 and 21, the finger contact surface of the uneven pattern detection device needs to be significantly higher than other portions, which is disadvantageous for downsizing the entire device. was there.
[0006]
Further, it is necessary to increase the entire surface to which the finger comes in contact, and this is disadvantageous in downsizing the entire device.
[0007]
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 capable of reducing the size of the entire device.
[0008]
It is another object of the present invention to provide an improved concavo-convex pattern detection device that can stably obtain a high-quality image.
[0009]
Another object of the present invention is to provide an improved concavo-convex pattern detection device that can stably obtain a high-quality image, particularly in a swipe type.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing such an uneven pattern detecting device.
[0011]
Still another object of the present invention is to provide a portable device provided with such an uneven pattern detecting device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
An uneven pattern detection device according to a first aspect of the present invention includes an optical plate having one surface on which a subject having an uneven pattern is brought into contact, and another surface opposed to the one surface. A light source and an image sensor are provided on the other surface of the optical plate. Of the one surface of the optical plate, an object contact portion where the object comes into contact is higher than a portion where the object does not come into contact so that the object abutment portion becomes a convex portion. ing.
[0013]
According to the present invention, of the one surface of the optical plate, the object contact portion where the object comes into contact with the object comes into contact with the object such that the object contact portion becomes a convex portion. Not higher than the part. Therefore, it is possible to prevent the subject abutting portion from becoming extremely concave when mounted on a portable device. As a result, a high-quality image can be stably obtained.
[0014]
The width of the projection is smaller than the length from the first joint to the tip of the finger as the subject. Therefore, the effect is remarkable in the swipe type in which the measurement is performed by sliding the subject.
[0015]
According to a preferred embodiment of the present invention, R is provided on an upper portion of at least one of the side walls extending in the longitudinal direction of the projection.
[0016]
By providing the R on the upper part of the side wall, it is possible to improve the touch feeling when a finger is brought into contact without deteriorating basic performance. In addition, injury can be eliminated by rounding the edge.
[0017]
Further, when the R is provided on only one of the side walls, an effect that the direction in which the finger slides intuitively can be easily recognized is produced.
[0018]
According to a further preferred embodiment of the present invention, both side walls of the convex portion extending in the longitudinal direction are slopes inclined outward.
[0019]
By inclining the wall surface of the convex portion, when the total reflection light is used as the incident light and the outgoing light, the entire finger contact surface can be uniformly irradiated. When scattered light is used as incident light, it is not always necessary to provide a slope on the incident side. In the case where scattered light is used as the output light, if a slope is provided on the output side, light from the entire finger contact surface can be guided to the image sensor.
[0020]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the angle of inclination of the inclined surface in the outward direction is the same as the irradiation angle of light emitted from the light source toward the surface of the convex portion where the finger contacts. , Or more.
[0021]
According to the present invention, since the light emitted from the light source toward the surface on which the finger of the convex portion comes into contact is not blocked by the side wall surface of the convex portion, it is possible to uniformly irradiate the entire finger contact surface. Can be.
[0022]
According to a further preferred embodiment of the present invention, a fiber array in which fibers are bundled is provided at a thickness portion of the optical plate, one end of which is directed to the convex portion, and the other end is directed to the image sensor. As shown, it is embedded diagonally. The protrusion covers the one end of the fiber array.
[0023]
By providing a fiber array on the outgoing light side, the light reflected on the finger contact surface can be efficiently guided to the image sensor, and at the same time, the incidence of extra light can be restricted, so that the contrast can be improved and the characteristics can be improved. Can be improved.
[0024]
Further, since the protrusion covers one end of the fiber array, the surface of the fiber is prevented from being damaged. Further, since the incident surface, which is the finger contact surface, becomes flat, irregular reflection on the surface can be prevented, and image quality degradation can be prevented.
[0025]
The position of the light source is selected such that the light emitted from the light source is totally reflected on one surface of the optical plate and where the subject abuts, and the inclination angle of the fiber array is set to the light source. When the light is emitted from the optical plate and totally reflected on the surface of the convex portion of the optical plate, and again passes through the convex portion and travels toward the fiber array, the light is selected to propagate through the fiber array. Of the uneven pattern detecting device.
[0026]
Further, the position of the light source is selected such that light emitted from the light source is one surface of the optical plate and is not totally reflected at a portion where the subject abuts, and the inclination angle of the fiber array is selected. The light emitted from the light source and transmitted from the surface of the convex portion of the optical plate to the subject side, re-incident from the surface of the convex portion via an air layer, and the light is re-incident at the re-incident surface. If the light bent so as to approach the line is selected so as not to propagate through the fiber array, a scattering-type uneven pattern detection device described later can be provided.
[0027]
In a modified example of the present invention, a fiber array in which fibers are bundled in a thickness portion of the optical plate is slanted such that one end thereof faces the convex portion and the other end faces the image pickup device. Embedded. The one end of the fiber array reaches a surface of the convex portion where a finger contacts.
[0028]
With this configuration, light hitting a finger as a subject can be effectively guided to the fiber array.
[0029]
In the present invention, the position of the light source is selected such that light emitted from the light source is totally reflected at a portion of the optical plate on one surface where the subject abuts, and the inclination angle of the fiber array is selected. Is selected so that the light radiated from the light source and totally reflected on the surface of the convex portion of the optical plate propagates through the fiber array, a total reflection type uneven pattern detecting device can be obtained.
[0030]
Further, the position of the light source is selected such that light emitted from the light source is one surface of the optical plate and is not totally reflected at a portion where the subject abuts, and the inclination angle of the fiber array is selected. Light emitted from the light source and transmitted from the surface of the convex portion of the optical plate to the subject side, and re-entered from the surface of the convex portion of the optical plate via an air layer propagates through the fiber array. If not selected, a scattering type uneven pattern detection device can be obtained.
[0031]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the refractive index of the material forming the convex portion is the same as the refractive index of the core of the fiber.
[0032]
With this configuration, it is not necessary to consider extra refraction and the like.
[0033]
The refractive index of the material forming the convex portion may be smaller than the refractive index of the core of the fiber.
[0034]
With this configuration, by increasing the distance between the light source and the image sensor, it is possible to prevent the deterioration of the imaging characteristics caused by the light emitted from the light source directly entering the image sensor.
[0035]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the height of the convex portion is selected so that light emitted from the light source does not cross the fiber array.
[0036]
Since light does not pass through the fiber array, a decrease in luminance can be prevented, and thus a deterioration in luminance distribution on the finger contact surface can be prevented.
[0037]
In a further modification of the present invention, the thickness of the optical plate is obliquely embedded such that one end thereof faces the projection and the other end faces the light source, and is introduced from the other end. A radiated light introducing fiber array for projecting radiated light from the light source from the one end toward the subject is provided.
[0038]
With this configuration, it is possible to reduce restrictions on the irradiation direction of the irradiation light.
[0039]
In a further preferred embodiment of the present invention, except for the optical path through which the radiated light passes, all of the optical plates are made of a light absorbing material.
[0040]
Since the absorber absorbs light that enters from the outside, only light that travels along the optical path propagates to the emission surface. As a result, a high-quality image can be stably obtained.
[0041]
According to a further preferred embodiment of the present invention, a light-shielding film is provided on one surface of the optical plate other than the surface on which the subject abuts, and the other surface of the optical plate is provided. In addition, a light-shielding film is also provided on a portion where the linear light source and the image sensor are not mounted.
[0042]
According to the present invention, by providing the light-shielding film, external light can be completely blocked.
[0043]
In the method of manufacturing the uneven pattern detecting device according to the second aspect of the present invention, first, one surface on which the subject having the uneven pattern is arranged and the other surface facing the one surface and on which the light source is mounted. An optical plate having a surface is prepared. On one surface of the optical plate, and a portion that abuts the subject, an optically transparent material so that a portion that abuts the subject is higher than a portion that does not abut the subject. The formed convex part is formed. An image sensor and a light source are mounted on the other surface of the optical plate while being separated from each other.
[0044]
As the optical plate, a fiber array having an incident surface and an exit surface in which fibers are bundled is inclined and embedded in a thickness portion thereof, and the incident surface of the fiber array is exposed to the one surface, and a fiber array is formed. The projection may be formed so as to cover the incidence surface of the fiber array using a substrate having the emission surface exposed to the other surface.
[0045]
Further, as the optical plate, the thickness thereof is embedded at an inclination angle opposite to that of the fiber array, and the emitted light from the light source introduced from the incident surface is directed from the emission surface toward the subject. The projection may be formed using a substrate further provided with a radiation light introducing fiber array for projecting light so as to cover the emission surface of the radiation light introducing fiber array.
[0046]
The invention according to a third aspect of the present invention relates to a portable device having an uneven pattern detection sensor. The portable device includes a housing having an opening for exposing a finger contact surface of the uneven pattern detection sensor, and an uneven pattern detection sensor mounted in the housing. The uneven pattern detection sensor includes an optical plate having one surface including the finger contact surface and the other surface facing the one surface. The finger contact surface of the one surface of the optical plate is higher than a portion where the finger does not contact so that the finger contact surface becomes a convex portion. The projection is fitted into the opening of the housing.
[0047]
When the uneven pattern detection sensor is mounted on the mobile device, the height of the finger contact surface is reduced by the thickness of the housing of the mobile device, but the height of the finger contact surface of the uneven detection sensor is increased. This allows the finger contact surface to be higher or slightly lower than the surface of the housing. In either case, it is possible to intuitively recognize that the user has touched the surface of the unevenness detection sensor, and it is possible to improve reading accuracy.
[0048]
According to a preferred embodiment of the present invention, the amount of protrusion of the convex portion from the opening portion is equal to or less than the amount of protrusion of other parts most protruding.
[0049]
With this configuration, in the case of a folding type device, damage to the surface of the projection is prevented.
[0050]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0051]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view for explaining the uneven pattern detection device according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
[0052]
With reference to these figures, the uneven pattern detecting device 5 includes an optical plate 6. The optical plate 6 is formed of, for example, glass, resin, or the like. A finger 8 having a fingerprint as an uneven pattern is brought into contact with one surface 7 of the optical plate 6. On the other surface 9 of the optical plate 6, a light source 10 and an image sensor 11 are provided. Of the one surface 7 of the optical plate 6, the finger contact portion 12 to which the finger 8 contacts is higher than the portion 13 to which the finger does not contact so that the finger contact portion 12 becomes a convex portion. . The length of the protrusion (the length in the direction orthogonal to the length direction of the finger) that is the finger contact portion 12 is larger than the width of the finger 8. The width of the protrusion, which is the finger contact portion 12, is smaller than the length of the finger 8 from the first joint to the tip. In the drawings, the case where the length of the protrusion is longer than the width of the finger 8 is illustrated, but the length of the protrusion may be equal to or slightly smaller than the width of the finger 8.
[0053]
As the light source, a light emitting diode or an organic EL is preferably used.
[0054]
The finger is brought into contact with the finger contact portion 12 and slid in the direction of arrow P to detect a fingerprint. The convex portion is formed, for example, by bonding a glass substrate of the same type on a flat glass using an ultraviolet curable resin.
[0055]
According to the present embodiment, it is possible to prevent the finger contact portion 12 from becoming extremely concave when mounted on a portable device. As a result, a high-quality image can be stably obtained. The width of the projection is smaller than the length from the first joint to the tip of the finger 8 as the subject. Therefore, the effect is remarkable in the swipe type in which the finger 8 is slid to measure.
[0056]
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the second embodiment.
[0057]
Referring to FIG. 3, R is provided on upper portions of both side walls 15 extending in the longitudinal direction of protrusion 14. By providing R on both side walls 15 of the convex portion 14, it is possible to improve a touch feeling when a finger is brought into contact without deteriorating basic performance. In addition, by rounding the edge, injuries and the like can be eliminated.
[0058]
In addition, as shown in FIG. 4, when R is provided only on one side wall, an effect is obtained that the directions 16a and 16b in which the finger slides can be easily recognized. That is, when R is provided on only one side as shown in the figure, the resistance applied to the finger decreases in the forward direction 16a, and increases in the reverse direction 16b. Due to this difference in resistance, the directions 16a and 16b in which the finger slides can be easily understood.
[0059]
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a sectional view of the uneven pattern detection device according to the third embodiment. Both side walls 15 extending in the longitudinal direction of the convex portion 14 are formed as slopes inclined outward. By inclining both side walls 15 of the convex portion 14, when the total reflection light is used as the incident light and the output light, the entire finger contact surface can be uniformly irradiated. When scattered light is used as incident light, it is not always necessary to provide a slope on the incident side. In the case where scattered light is used as the output light, if a slope is provided on the output side, light from the entire finger contact surface can be guided to the image sensor.
[0060]
Here, the total reflection type uneven pattern detecting device and the scattering type uneven pattern detecting device referred to in this specification will be described.
[0061]
FIG. 6 is a diagram for explaining the concept of the total reflection type uneven pattern detection device. In the total reflection type, light 17 incident on the finger contact surface at an angle equal to or larger than the critical angle is totally reflected at the concave portion 18 of the fingerprint pattern, and refracted by the medium at the surface in contact with the convex portion 19 of the fingerprint pattern. Non-total reflection depends on the rate. Thereby, the reflected light of the concave portion 18 becomes stronger than the reflected light of the portion where the convex portion 19 is in contact, so that a light pattern having a high contrast according to the concave and convex pattern is formed.
[0062]
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a scattering type uneven pattern detection device. The light 17 arriving at the incident surface 20 facing the concave portion 18 (where air exists) of the fingerprint pattern enters the air and is scattered by the concave portion 18, and the scattered light 17 c enters the incident surface 20 again. . The light 17 arriving at the incident surface 20 with which the convex portion 19 of the fingerprint pattern is in contact does not pass through the convex portion 19 but directly enters the incident surface 20 and is scattered. The scattered light amount and the scattered angle range are different between the incident surface where the convex portion 19 of the fingerprint pattern contacts and the incident surface where the concave portion 18 of the fingerprint pattern faces. Therefore, a light pattern having a high contrast according to the unevenness can be obtained.
[0063]
The present invention can be applied to either the total reflection type or the scattering type.
[0064]
Referring to FIG. 8, when the uneven pattern detection device according to the present embodiment is used for a total reflection type, inclination angle θ that inclines outward of the inclined surface 2 And the inclination angle θ 2 Is the irradiation angle θ of the light emitted from the light source 10 toward the surface of the projection 14 on which the finger contacts. 1 It is preferable that the irradiation angle is equal to or larger than the irradiation angle. With such a configuration, the light emitted toward the convex portion 14 does not hit the slope, and is entirely applied to the finger contact surface of the convex portion 14.
[0065]
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the fourth embodiment.
[0066]
Referring to FIG. 9, a fiber array 21 formed by bundling fibers is obliquely embedded in a thickness portion of optical plate 6. The fibers constituting the fiber array 21 are formed of a core and a clad. Note that a fiber array provided with an absorber around the cladding may be used. One end of the fiber array 21 faces the projection 14, and the other end faces the image sensor 11. The protrusion 14 covers one end of the fiber array 21. The space between the imaging element 11 and the other end of the fiber array 21 is filled with a resin having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the core of the fiber. The light source 10 is provided at a position where the incident angle of light on the finger contact surface of the projection 14 of the optical plate 6 is larger than the critical angle at the interface between the finger contact surface of the projection 14 of the optical plate and air. Have been. This is a so-called total reflection type uneven pattern detecting device.
[0067]
According to the present embodiment, since the optical fiber is used for the propagation of the light pattern, it is possible to reduce the restriction on the irradiation direction of the irradiation light from the finger contact surface of the projection 14 toward the image sensor 11.
[0068]
In addition, since the one end of the fiber array 21 is covered with the protrusion 14, the surface of the one end of the fiber array 21 can be prevented from being damaged.
[0069]
Furthermore, since the surface on the emission light side (the surface of the convex portion 14) becomes flat, irregular reflection on the surface can be prevented, and deterioration of image quality can be prevented.
[0070]
In this case, by using a material similar to the refractive index of the core of the fiber constituting the fiber array 21 as the material constituting the convex portion 14, it is not necessary to consider extra refraction or the like.
[0071]
On the other hand, when the refractive index of the material forming the convex portion 14 is smaller than the refractive index of the core of the fiber, the light is made to approach the normal at the interface between the convex portion 14 and the incident surface of the fiber array 21. Can be bent.
[0072]
FIG. 10 is intended for a so-called scattering type uneven pattern detection device, and the position where the light source 10 is provided is such that the irradiation direction of the irradiation light emitted from the light source 10 is directly reflected by the regular reflection light on the finger contact surface. It is chosen so that it does not enter the fiber and propagate. In the drawing, the light source 10 is provided immediately below the protrusion 14. The present invention can be applied to such a scattering type. In the case where scattered light is used as incident light, it is not always necessary to provide a slope on the side wall on the incident side of the projection 14 as shown in the figure. In the case where scattered light is used as the emitted light, if an inclined surface is provided on the emission side wall of the protrusion 14 as shown in the figure, light from the entire finger contact surface can be guided to the image sensor 11.
[0073]
Next, the position where the light source 10 is provided and the inclination angle of the fiber array 21 will be described in more detail. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the refractive index of the projection 14 of the optical plate is equal to the refractive index of the core of the optical fiber.
[0074]
First, a case of using a total reflection type will be described.
[0075]
Referring again to FIGS. 6 and 9, light 17 is emitted from light source 10. The incident angle θ of light on the finger contact surface of the projection 14 of the optical plate 6 is made larger than the critical angle at the interface between the finger contact surface of the projection 14 of the optical plate and air. In this case, the reflected light 17a is totally reflected on the surface 20 facing the concave portion 18 of the finger 8, and is not totally reflected on the incident surface 20 in contact with the convex portion 19 of the finger 8 due to the refractive index of the medium. . As a result, the reflected light of the portion of the finger 8 facing the concave portion 18 becomes stronger than the reflected light of the portion of the finger 8 where the convex portion 19 is in contact. A light pattern having a correspondingly strong contrast is formed.
[0076]
Here, by making the inclination angle of the fiber array 21 substantially coincide with the total reflection angle θ, the reflected light 17a, which is the totally reflected light, propagates through the optical fibers in the fiber array 21. At this time, non-total reflection occurs at a portion where the projection 19 of the concavo-convex pattern of the finger 8 is in contact with the incident surface 20, so that the totally reflected light does not propagate through the optical fibers in the fiber array. For this reason, there is a large difference in light intensity propagating in the fiber array between the concave portion and the convex portion. As a result, a light pattern corresponding to the uneven pattern of the finger 8 forms an image on the image sensor 11.
[0077]
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.
[0078]
As shown in FIG. 1, the subject places the finger on the finger rest surface and slides the finger in the finger length direction P. The output from the image sensor is repeatedly read at regular time intervals, and the output value read when the finger 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.
[0079]
Note that the image sensor may have an A / D conversion function. Further, when the unevenness pattern detection device according to the present invention is used in a mobile device, the finger placement surface of the unevenness pattern detection device is exposed on the surface of the mobile device, and data is transferred to an internal CPU.
[0080]
Next, a case of using a scattering type will be described.
[0081]
Referring to FIGS. 7 and 10 again, irradiation light 17 emitted from light source 10 reaches incident surface 20 (the surface of convex portion 14 of the optical plate). In this case, the irradiation direction of the irradiation light 17 emitted from the light source 10 is arbitrarily set within a range in which the regular reflection light of the irradiation light on the incident surface 20 does not directly enter the optical fiber and propagate. In the figure, the light source 10 is formed directly below the finger 8.
[0082]
In the incident surface 20, specular reflection light and transmitted light into the air are generated on the incident surface 20 facing the concave portion 18 of the finger uneven pattern, and scattered on the incident surface 20 in contact with the convex portion 19 of the finger uneven pattern. Light 17b is generated.
[0083]
Here, the regular reflection light from the incident surface 20 facing the concave portion 18 of the finger uneven pattern is set so as not to propagate through the optical fiber. Is propagated in the fiber array 21. Therefore, it is possible to obtain a light pattern corresponding to the convex portion of the concave / convex pattern of the finger 8.
[0084]
On the other hand, the light 17c that has passed through the incident surface 20 facing the concave portion 18 of the finger concave and convex pattern and entered the air, and the light 17c scattered on the inner wall surface of the concave portion 18 once passes through the air and enters Re-enter surface 20. At this time, the light 17c is refracted at the interface between the air and the incident surface 20 so as to approach the normal 100 and becomes the light 17d traveling toward the fiber array 21 due to the relationship between the refractive index of the air and the optical plate. 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.
[0085]
That is, when the inclination angle of the fiber array 21 is selected 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, the convex portions 19 of the concave and convex pattern of the finger come into contact with each other. Only the scattered light 17b on the incident surface 20 can be propagated to the image sensor 11 through the optical fiber.
[0086]
(Embodiment 5)
The present embodiment relates to a method of manufacturing the uneven pattern detecting device in which the fiber array according to the present invention is embedded.
[0087]
Referring to FIG. 11A, a fiber array 21 in which fibers are bundled and a glass 22 are prepared. Referring to FIG. 11B, the fiber array 21 is bonded by sandwiching it between glasses 22. At this time, the optical axis of the fiber is set to be parallel to the surface of the glass 22. Examples of the joining method include heat fusion, adhesion, and direct joining.
[0088]
Referring to FIG. 11C, the joined body of the fiber array 21 and the glass 22 is cut into a flat plate at an angle with respect to the joining surface. The cutting interval was 1.1 mm.
[0089]
11 (c) and 11 (d), the cut-out flat plate was cut into a rectangular shape with its ends dropped. The main surface of the flat plate was optically polished to form an optical plate 6 containing fibers. The thickness after polishing was 1.0 mm, and the planar shape was a rectangle of 20 mm × 10 mm.
[0090]
Referring to FIG. 11 (e), the optical surface of one surface 7 of optical plate 6, which is in contact with a finger, is positioned higher than the portion not in contact with the finger. The protrusions 14 formed of a transparent material are formed. The projections 14 are formed, for example, by bonding glass of the same type as the glass constituting the optical plate 6 using an ultraviolet curable resin.
[0091]
Referring to FIG. 11F, a metal film 24 is formed on the other surface of the optical plate 6 by depositing chromium and gold.
[0092]
Referring to FIGS. 11F and 11G, the metal film 24 is patterned to form an electrode 25.
[0093]
Referring to FIG. 11H, a linear light source including a light emitting diode (LED) 26 and a light guide plate 27 is formed on the other surface of the optical plate 6. The light emitting diode (LED) 26 is connected to the electrode 25. Further, the image sensor 11 is formed so as to be connected to the electrode 25. Thereby, the uneven pattern detection device is completed.
[0094]
FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII in FIG. 11H and is a view for explaining the function of the light guide plate 27. The irradiation light 17 emitted from the LED 26 is reflected by an uneven pattern provided on the light guide plate 27, and becomes parallel light. Referring to FIG. 11H again, the parallel light travels to the convex portion 14 that is the subject contact surface.
[0095]
In the above-described embodiment, a linear light source including one light emitting diode (LED) 26 and a light guide plate 27 is exemplified as the light source. However, the present invention is not limited to this, and the light guide plate 27 is used. Alternatively, a plurality of light emitting diodes may be arranged to face the image sensor 11.
[0096]
(Embodiment 6)
FIG. 13 is a cross-sectional view of the uneven pattern detecting device according to the sixth embodiment.
[0097]
Referring to FIG. 13, a different point from the uneven pattern detection device according to the fourth embodiment is that one end of fiber array 21 is extended to a surface of projection 14 on which a finger abuts. . With this configuration, the uneven pattern of the finger can be brought into close contact with the incident surface.
[0098]
When the light source 10 is used in the total reflection type, the position of the light source 10 is selected such that the light emitted from the light source 10 is totally reflected on the surface of the convex portion 14 where the subject comes into contact. The inclination angle of the fiber array 21 is selected such that the light emitted from the light source 10 and totally reflected on the surface of the projection 14 propagates through the fiber array 21.
[0099]
When the light source 10 is used in a scattering type, the position of the light source 10 is selected so that the light emitted from the light source 10 is not totally reflected on the surface of the convex portion 14 where the subject comes into contact. The inclination angle of the fiber array 21 is the light emitted from the light source 10 and transmitted from the surface of the convex portion 14 to the subject side, re-incident from the surface of the convex portion 14 through the air layer, and re-incident. Light that is bent so as to approach the normal on the surface is selected so as not to propagate through the fiber array 21.
[0100]
(Embodiment 7)
FIG. 14 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the seventh embodiment.
[0101]
Referring to FIG. 14, the height of protrusion 14 is selected so that light emitted from light source 10 does not cross fiber array 21. With this configuration, the light incident on the finger contact surface reaches the finger contact surface of the convex portion 14 without passing through the fiber array 21. When the incident light from the light source 10 passes through the fiber array 21, the luminance decreases, that is, the luminance distribution on the finger contact surface deteriorates. However, in the present embodiment, since the incident light does not pass through the fiber array 21, Such a problem does not occur.
[0102]
(Embodiment 8)
FIG. 15 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the eighth embodiment.
[0103]
Referring to FIG. 15, radiation light for projecting irradiation light from light source 10 toward projection 14 from one end thereof in addition to fiber array 21 for emission on the thickness portion of optical plate 6. An introduction fiber array 28 is embedded.
[0104]
According to the present embodiment, since the optical fiber is used for propagating the light for projection, the restriction on the irradiation direction of the irradiation light can be reduced.
[0105]
In addition, a light-shielding film 29 is provided on one surface of the optical plate 6 other than the portion where the subject contacts. In the drawings, the case where the light shielding film 29 is not provided on the slope of the convex portion 14 is illustrated, but the light shielding film 29 may be formed to extend to the slope. The light-shielding film 29 is also provided on the other surface of the optical plate 6 where the light source and the imaging element 11 are not mounted. By providing the light shielding film 29, there is an effect that external light does not enter the sensor.
[0106]
(Embodiment 9)
FIG. 16 is a sectional view of the uneven pattern detection device according to the ninth embodiment.
[0107]
Referring to FIG. 16, in the uneven pattern detection device according to the present embodiment, the refractive index of the material forming convex portion 14 is smaller than the refractive index of the material forming optical plate 6. Irradiation light emitted from the light source can be refracted away from the normal line at the interface between the convex portion 14 and the optical plate 6 as shown in the figure. With this configuration, the distance between the light source and the image sensor can be widened, and deterioration of the imaging characteristics caused by the light emitted from the light source directly entering the image sensor can be prevented. Further, by forming the light shielding film 29, light from the outside is blocked.
[0108]
(Embodiment 10)
FIG. 17 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the tenth embodiment. In the uneven pattern detection device according to the present embodiment, all of the optical plate 6 is made of a material that absorbs light, except for the optical path through which the radiated light 17 passes. Since the absorber absorbs light that enters from the outside, only light that travels along the optical path propagates to the emission surface. As a result, a high-quality image can be stably obtained.
[0109]
These are formed by sandwiching a columnar absorber having a cross-sectional shape as shown in the figure and joining the fiber and the glass. As the absorber, not only a glass material but also a metal such as alumite-treated aluminum, ceramic, carbon, or the like can be used.
[0110]
(Embodiment 11)
The present embodiment relates to a mobile device having an uneven pattern detection sensor.
[0111]
With reference to FIG. 18, the mobile device has an opening 31 for exposing the finger contact surface 30 of the uneven pattern detection device 5. The uneven pattern detection device 5 includes an optical plate 6 having one surface including a finger contact surface 30 and the other surface 9 opposed to the one surface. The finger contact surface 30 of the one surface 7 of the optical plate 6 is higher than the portion where the finger does not contact so that the finger contact surface 30 becomes the convex portion 14. The protrusion 14 is fitted into the opening 31 of the housing 32.
[0112]
When the uneven pattern detection device is mounted on the mobile device, the height of the finger contact surface 30 is reduced by the thickness of the housing 32 of the mobile device. However, the provision of the protrusion 14 allows the finger contact surface 30 to be higher than the surface of the housing 32. In this case, the finger contact surface 30 can be slightly lower than the surface of the housing 32 by selecting a value of the height of the convex portion 14. In either case, the user can intuitively recognize that the user has touched the surface of the uneven pattern detection device, which leads to improvement in reading accuracy. As a result, a high-quality image can be stably obtained.
[0113]
In addition, when the mounting of the mobile device is considered, since the convex portion 14 is provided, the mounting can be accurately performed in the housing of the mobile device.
[0114]
The case of mounting on a portable device will be described in more detail.
[0115]
FIG. 19A is a front view of a portable device. FIG. 19B is a cross-sectional view along the line BB in FIG.
[0116]
With reference to these figures, the protrusion 14 of the uneven pattern detection device 5 is fitted into the opening 31 of the housing 32. One surface 7 of the optical plate 6, other than the protrusion 14, 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 5. The uneven pattern detection device 5 is connected to the substrate 34 provided in the portable device by the cable 33. In the case of a folding portable device, the amount of protrusion of the protrusion 14 from the surface of the housing 32 is preferably equal to or less than the amount of protrusion of the most protruding component. For example, it is preferable that the protrusion amount is equal to or less than the protruding amount of the numeric keypad. For example, the amount of protrusion of the convex portion 14 may be set to 1 mm or less.
[0117]
By mounting a fingerprint authentication sensor on a mobile device, it is now possible to easily release key locks and call up a secret address book, which were previously performed by entering a password such as numbers. Become. In addition, payment of money (small payment) can be performed more accurately and reliably by giving a personal device, such as a portable device, a function to perform fingerprint authentication. It is possible to easily construct a mechanism that can replace (coupon) and the like.
[0118]
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.
[0119]
【The invention's effect】
According to the concavo-convex pattern detecting device according to the present invention, of the one surface of the optical plate, an object contact portion where the object comes into contact is such that the object contact portion becomes a convex portion. Since the height is set higher than the portion where the subject does not abut, it is possible to prevent the subject abutting portion from being extremely concave when mounted on a portable device. As a result, a high-quality image can be stably obtained. In particular, the effect is remarkable in the swipe type in which the measurement is performed by sliding the subject.
[0120]
According to a preferred embodiment of the present invention, since R is provided on an upper portion of at least one of the side walls extending in the longitudinal direction of the projection, without deteriorating basic performance, Touch feeling when a finger is brought into contact can be improved. In addition, by rounding the edge, there is an effect that injuries and the like can be eliminated. Further, when the R is provided on only one of the side walls, an effect that the direction in which the finger slides intuitively can be easily recognized is produced.
[0121]
In addition, by inclining the wall surface of the convex portion, when the totally reflected light is used as the incident light and the outgoing light, the entire finger contact surface can be uniformly irradiated.
[0122]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the angle of inclination of the inclined surface in the outward direction is the same as the irradiation angle of light emitted from the light source toward the surface of the convex portion where the finger contacts. , Or more, so that the light emitted from the light source toward the surface on which the finger of the projection abuts is not blocked by the side wall surface of the projection, so that the entire finger contact surface Can be uniformly irradiated.
[0123]
According to a further preferred embodiment of the present invention, a fiber array in which fibers are bundled is provided at a thickness portion of the optical plate, one end of which is directed to the convex portion, and the other end is directed to the image sensor. As shown, it is embedded diagonally. The protrusion covers the one end of the fiber array. According to this embodiment, since the fiber array is provided on the outgoing light side, the restriction on the irradiation direction of the irradiation light can be reduced, and the effect of improving the characteristics can be obtained.
[0124]
Further, since the convex portion covers one end of the fiber array, it is possible to prevent the fiber surface from being damaged. Further, since the incident surface, which is the finger contact surface, becomes flat, it is possible to prevent irregular reflection on the surface and prevent image quality deterioration.
[0125]
According to another embodiment of the present invention, a fiber array in which fibers are bundled in the thickness portion of the optical plate is arranged such that one end thereof faces the projection and the other end faces the image pickup device. Embedded diagonally. The one end of the fiber array reaches a surface of the convex portion where a finger contacts. With such a configuration, it is possible to effectively guide light hitting a finger as a subject to the fiber array.
[0126]
According to a further preferred embodiment of the present invention, since the refractive index of the material forming the convex portion is made the same as the refractive index of the core of the fiber, it is not necessary to consider extra refraction and the like. It works.
[0127]
When the refractive index of the material constituting the convex portion is smaller than the refractive index of the core of the fiber, the distance between the light source and the image sensor can be increased, and the light emitted from the light source directly enters the image sensor. Degradation can be prevented.
[0128]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the height of the convex portion is selected so that light emitted from the light source does not cross the fiber array, and does not allow light to pass through the fiber array. Of the brightness distribution on the finger contact surface can be prevented.
[0129]
According to a further preferred embodiment of the present invention, one end of the optical plate is obliquely embedded in the thickness portion so as to face the projection and the other end is directed toward the light source, and is introduced from the other end. A radiation light introducing fiber array for projecting the emitted light from the light source toward the subject from the one end, so that the restriction on the irradiation direction of the irradiation light can be reduced. To play.
[0130]
According to a further preferred embodiment of the present invention, except for the optical path through which the radiated light passes, all of the optical plates are made of a material that absorbs light. , Only light traveling in the optical path is propagated to the exit surface. As a result, there is an effect that a high quality image can be stably obtained.
[0131]
According to a further preferred embodiment of the present invention, on one surface of the optical plate, a light-shielding film is provided on a portion other than the convex portion, and on the other surface of the optical plate, Since a light-shielding film is also provided on a portion where the linear light source and the image sensor are not mounted, external light can be completely blocked.
[0132]
According to the invention portable device according to another aspect of the present invention, the finger contact surface is configured to be a convex portion, and the convex portion is fitted into the opening of the housing, and the finger contact surface is , Or slightly lower than the surface of the housing. In either case, it is possible to intuitively recognize that the user has touched the surface of the unevenness detection sensor, and it is possible to improve the reading accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an uneven pattern detection device according to a first embodiment;
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the second embodiment;
FIG. 4 is a sectional view of a modified example of the uneven pattern detection device according to the second embodiment;
FIG. 5 is a cross-sectional view of the uneven pattern detecting device according to the third embodiment;
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the operation of the total reflection type uneven pattern detection sensor;
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the operation of the scattering type uneven pattern detection sensor.
FIG. 8 is a sectional view of an uneven pattern detecting device according to a modification of the third embodiment;
FIG. 9 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the fourth embodiment;
FIG. 10 is a diagram showing an uneven pattern detection device according to another specific example of the fourth embodiment;
FIG. 11 is a perspective view of each step in the order of the method for manufacturing the fiber-containing uneven pattern detection device according to the fifth embodiment.
FIG. 12 is a sectional view taken along the line XII-XII in FIG.
FIG. 13 is a sectional view of an uneven pattern detection device according to a sixth embodiment;
FIG. 14 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the seventh embodiment.
FIG. 15 is a sectional view of an uneven pattern detection device according to an eighth embodiment;
FIG. 16 is a sectional view of an uneven pattern detection device according to a ninth embodiment;
FIG. 17 is a cross-sectional view of the uneven pattern detection device according to the tenth embodiment.
FIG. 18 is a conceptual diagram of a portable device according to an eleventh embodiment.
19A is a front view of the portable device according to the eleventh embodiment, FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 20 is a diagram of the usage state of the conventional finger image input device viewed from the right.
FIG. 21 is a diagram of the usage state of the conventional finger image input device viewed from the left.
[Explanation of symbols]
5 Uneven pattern detector
6 Optical plate
7 One side
8 fingers
9 The other side
10 Light source
11 Image sensor
12 finger contact part

Claims (22)

凹凸パターンを有する被検体を当接させる一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートと、
前記光学プレートの他方の面に設けられた光源と撮像素子と、を備え、
前記光学プレートの前記一方の面の内、前記被検体が当接する被検体当接部分は、この被検体当接部分が凸部になるように、前記被検体が当接しない部分よりも高くされている、凹凸パターン検出装置。
One surface to which the subject having the concavo-convex pattern is brought into contact, and an optical plate having the other surface opposing the one surface,
A light source and an image sensor provided on the other surface of the optical plate,
Of the one surface of the optical plate, a subject contact portion where the subject contacts is higher than a portion where the subject does not contact so that the subject contact portion becomes a convex portion. , An uneven pattern detection device.
前記凸部の長手方向に延びる両側壁の内、少なくとも一方の側壁の上部にはRが設けられている、請求項1に記載の凹凸パターン検出装置。The uneven pattern detection device according to claim 1, wherein R is provided on an upper portion of at least one of the side walls extending in the longitudinal direction of the protrusion. 前記凸部の長手方向に延びる両側壁は、外方向に傾斜する斜面にされている、請求項1または2に記載の凹凸パターン検出装置。The uneven pattern detection device according to claim 1, wherein both side walls extending in a longitudinal direction of the convex portion are formed as slopes inclined outward. 前記斜面の外方向に傾斜する傾斜角度は、前記光源から前記凸部の指を当接させる面に向けて照射される光の照射角度と同じか、または、それ以上にされている、請求項3に記載の凹凸パターン検出装置。The angle of inclination of the slope that is inclined outwardly is equal to or greater than the angle of illumination of light emitted from the light source toward a surface of the projection that contacts a finger of the projection. 3. The uneven pattern detection device according to 3. 前記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が前記凸部に向かい、その他方端が前記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれており、
前記凸部は、前記ファイバアレイの前記一方端を被覆している、請求項1から4のいずれか1項に記載の凹凸パターン検出装置。
In the thickness portion of the optical plate, a fiber array formed by bundling fibers is obliquely embedded such that one end thereof faces the projection and the other end thereof faces the image sensor,
The uneven pattern detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the convex portion covers the one end of the fiber array.
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射するように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面で全反射し、再びこの凸部中を通って前記ファイバアレイに向かう光が、前記ファイバアレイを伝搬するように選ばれている、請求項5に記載の凹凸パターン検出装置。
The position of the light source is selected such that light emitted from the light source is one surface of the optical plate and is totally reflected at a portion where the subject contacts,
The tilt angle of the fiber array is radiated from the light source and totally reflected on the surface of the convex portion of the optical plate, and light traveling toward the fiber array again through the convex portion propagates through the fiber array. The uneven pattern detecting device according to claim 5, wherein the uneven pattern detecting device is selected as follows.
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射しないように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面から前記被検体側へ透過した光であって、空気層を介して前記凸部の表面から再入射し、かつその再入射面で法線に近づくように曲げられた光が前記ファイバアレイを伝搬しないように選ばれている、請求項5に記載の凹凸パターン検出装置。
The position of the light source is selected so that light emitted from the light source is on one surface of the optical plate and is not totally reflected at a portion where the subject contacts,
The inclination angle of the fiber array is light that is emitted from the light source and transmitted from the surface of the convex portion of the optical plate to the subject side, and is incident again from the surface of the convex portion through the air layer. 6. The uneven pattern detecting apparatus according to claim 5, wherein the light which is bent so as to approach the normal line at the re-incident surface is selected so as not to propagate through the fiber array.
前記光学プレートの厚み部分には、ファイバが束ねられてなるファイバアレイが、その一方端が前記凸部に向かい、その他方端が前記撮像素子に向かうように、斜めに埋め込まれており、
前記ファイバアレイの前記一方端は、前記凸部の指を当接させる面にまで達している、請求項1から4のいずれか1項に記載の凹凸パターン検出装置。
In the thickness portion of the optical plate, a fiber array formed by bundling fibers is obliquely embedded such that one end thereof faces the projection and the other end thereof faces the image sensor,
The uneven pattern detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the one end of the fiber array reaches a surface of the convex portion with which a finger contacts.
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射するように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面で全反射した光が前記ファイバアレイを伝搬するように選ばれている、請求項8に記載の凹凸パターン検出装置。
The position of the light source is selected such that light emitted from the light source is one surface of the optical plate and is totally reflected at a portion where the subject contacts,
The uneven pattern according to claim 8, wherein the inclination angle of the fiber array is selected such that light emitted from the light source and totally reflected on the surface of the projection of the optical plate propagates through the fiber array. Detection device.
前記光源の位置は、この光源から照射された光が前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する部分で全反射しないように選ばれており、
前記ファイバアレイの傾斜角度は、前記光源から照射されて前記光学プレートの前記凸部の表面から前記被検体側へ透過し、かつ空気層を介して前記光学プレートの前記凸部の表面から再入射した光が前記ファイバアレイを伝搬しないように選ばれている、請求項8に記載の凹凸パターン検出装置。
The position of the light source is selected so that light emitted from the light source is on one surface of the optical plate and is not totally reflected at a portion where the subject contacts,
The inclination angle of the fiber array is radiated from the light source and transmitted from the surface of the convex portion of the optical plate to the subject side, and re-incident from the surface of the convex portion of the optical plate via an air layer. The uneven pattern detection device according to claim 8, wherein the light is selected so as not to propagate through the fiber array.
前記凸部を構成する材料の屈折率は、前記ファイバのコアの屈折率と同じにされている、請求項5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 5 to 10, wherein a refractive index of a material forming the convex portion is the same as a refractive index of a core of the fiber. 前記凸部を構成する材料の屈折率は、前記ファイバのコアの屈折率より小さくされている、請求項5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 5 to 10, wherein a refractive index of a material forming the convex portion is smaller than a refractive index of a core of the fiber. 前記凸部の高さは、前記光源から出た光が前記ファイバアレイを横切らないように選ばれている、請求項5から12のいずれか1項に記載の凹凸パターン検出装置。The uneven pattern detecting device according to any one of claims 5 to 12, wherein the height of the convex portion is selected so that light emitted from the light source does not cross the fiber array. 前記光学プレートの厚み部分に、その一方端が前記凸部に向かい、その他方端が前記光源に向かうように斜めに埋め込まれ、その他方端から導入された前記光源からの放射光を、前記一方端から前記被検体に向けて投光するための放射光導入用ファイバアレイを備える、請求項1から13のいずれか1項に記載の凹凸パターン検出装置。In the thickness portion of the optical plate, one end faces the convex portion, and the other end is obliquely embedded so as to face the light source, and radiates the light from the light source introduced from the other end to the one side. The uneven pattern detection device according to any one of claims 1 to 13, further comprising a radiation light introducing fiber array for projecting light from an end toward the subject. 前記放射光が通過する光路を除いて、光学プレートの全てが光を吸収する材料で構成されている、請求項1から14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 14, wherein all of the optical plates are made of a material that absorbs light, except for an optical path through which the emitted light passes. 前記光学プレートの一方の面であって、前記被検体が当接する面以外の部分には遮光膜が設けられており、
前記光学プレートの他方の面であって、前記線状光源および前記撮像素子が実装されていない部分にも遮光膜が設けられている、請求項1から15のいずれか1項に記載の凹凸パターン検出装置。
A light-shielding film is provided on one surface of the optical plate other than the surface with which the subject contacts,
The uneven pattern according to any one of claims 1 to 15, wherein a light-shielding film is provided on a portion of the other surface of the optical plate where the linear light source and the image sensor are not mounted. Detection device.
前記凸部の幅は、前記被検体である指の第1関節から先端までの長さよりも小さくされている、請求項1から16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 16, wherein a width of the convex portion is smaller than a length from a first joint to a tip of the finger as the subject. 凹凸パターンを有する被検体を配置させる一方の面および前記一方の面に対向し、かつ光源が実装される他方の面を有する光学プレートを準備する工程と、
前記光学プレートの一方の面であって、かつ前記被検体を当接する部分に、この被検体を当接する部分が被検体を当接しない部分よりも高くなるように、光学的に透明な材料で形成された凸部を形成する工程と、
前記光学プレートの他方の面に撮像素子と光源を互いに離して実装する工程と、を備えた、凹凸パターン検出装置の製造方法。
A step of preparing an optical plate having one surface and the other surface on which the subject having the concavo-convex pattern is arranged and the other surface on which the light source is mounted,
On one surface of the optical plate, and a portion that abuts the subject, an optically transparent material so that a portion that abuts the subject is higher than a portion that does not abut the subject. Forming a formed convex portion;
Mounting an image sensor and a light source on the other surface of the optical plate separately from each other.
凹凸パターン検出センサを有する携帯機器であって、
前記凹凸パターン検出センサの指当接面を露出させるための開口部を有する筐体と、
前記筐体内に実装された凹凸パターン検出センサとを備え、
前記凹凸パターン検出センサは、前記指当接面を含む一方の面と、この一方の面に対向する他方の面とを有する光学プレートを備え、
前記光学プレートの前記一方の面の内、前記指当接面は、この指当接面が凸部になるように、前記指が当接しない部分よりも高くされており、
前記凸部は前記筐体の前記開口部分に嵌まり込んでいる、携帯機器。
A portable device having an uneven pattern detection sensor,
A housing having an opening for exposing a finger contact surface of the uneven pattern detection sensor,
An uneven pattern detection sensor mounted in the housing,
The uneven pattern detection sensor includes an optical plate having one surface including the finger contact surface and another surface facing the one surface,
Of the one surface of the optical plate, the finger contact surface is higher than a portion where the finger does not contact, so that the finger contact surface becomes a convex portion,
The portable device, wherein the protrusion is fitted into the opening of the housing.
前記凸部は前記筐体の前記開口部分から外方に突出している、請求項19に記載の携帯機器。20. The portable device according to claim 19, wherein the protrusion protrudes outward from the opening of the housing. 前記凸部の前記開口部分からのはみ出し量は、他の部品の中で一番突出しているものと同等のはみ出し量か、またはそれ以下である、請求項20に記載の携帯機器。21. The mobile device according to claim 20, wherein an amount of the protrusion protruding from the opening is equal to or less than a protruding amount of other parts. 前記凸部は、前記筐体の外表面からはみ出さないように、内方に後退している、請求項19に記載の携帯機器。20. The mobile device according to claim 19, wherein the protrusion is recessed inward so as not to protrude from an outer surface of the housing.
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