DE60210300T2 - Fingerabdruck-Detektor - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildaufnahmevorrichtung und insbesondere eine solche Bildaufnahmevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, konkave und konvexe Muster zu erkennen, die sich auf der Oberfläche eines zu messenden Objekts befinden, wie etwa eines Fingerabdrucks.
  • Technischer Hintergrund
  • Als eine Bildaufnahmevorrichtung offenbart die japanisch ungeprüfte Patentschrift Nr. 07-174947 eine Fingerabdruckerkennungsvorrichtung, die gebildet ist durch Verbinden einer Faseroptikplatte, die durch integrales Bündeln einer Vielzahl optischer Fasern aufgebaut ist, mit einer Festzustandbildaufnahmevorrichtung, wie etwa einem CCD-(ladungsgekoppelte Vorrichtung)Bildsensor.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Als Ergebnis der Überprüfung der oben erwähnten herkömmlichen Technik hat der Erfinder die folgenden zu lösenden Probleme entdeckt. In einer Bildaufnahmevorrichtung, die in der japanischen ungeprüften Patentschrift Nr. 07-174947 offenbart ist, ist die Lichtaustrittsoberfläche einer Faseroptikplatte in Bezug auf die optische Achse einer Vielzahl optischer Fasern geneigt. Die Lichtaustrittsoberfläche und eine Festzustandbildaufnahmevorrichtung sind optisch direkt miteinander gekoppelt. Selbst wenn man daher durch den die Lichteinfallsoberfläche berührenden Finger ein Bild eines Fingerabdrucks auf die Platte fallen lässt, wird Licht in einer großen Menge auf die Lichtaustrittsoberfläche reflektiert, was zu einer signifikanten Abnahme der Lichtmenge führt, die von der Festzustandbildaufnahmevorrichtung empfangen wird. In Folge dessen ergibt sich ein Problem darin, dass eine Bildaufnahmecharakteristik aufgrund des dunkleren Bilds des zu erkennenden Fingerabdrucks verschlechtert wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Bildaufnahmevorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, die Bildaufnahmecharakteristik zu verbessern, in dem die Lichtmenge vergrößert wird, die von der Faseroptikplatte abgegeben und von der Festzustandbildaufnahmevorrichtung empfangen wird.
  • Die Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst (1) die Faseroptikplatte, die durch Bündeln einer Vielzahl von Optikfasern, die einen Kern und eine einen Außenumfang des Kerns abdeckende Hülle enthalten, aufgebaut ist und die eine Lichteinfallsoberfläche und eine Lichtaustrittsoberfläche aufweist, die in Bezug auf die optische Achse der Vielzahl optischer Fasern geneigt ist; (2) eine Vielzahl lichtdurchlässiger säulenförmiger Kristalle, die auf der Lichtaustrittsoberfläche der Faseroptikplatte gebildet sind; und (3) die Festzustandbildaufnahmevorrichtung, die photoelektrische Wandler aufweist, die in zweidimensionaler Weise auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats aufgereiht und ausgebildet sind und die mit einer Vielzahl säulenförmiger Kristalle optisch gekoppelt sind.
  • In der obigen Bildaufnahmevorrichtung sind eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle auf der Lichtaustrittsoberfläche der Faseroptikplatte ausgebildet. Daher wird verhindert, dass das Licht, das sich in der Innenseite jeder Optikfaser fortgepflanzt hat, an der Lichtaustrittsoberfläche reflektiert wird, und es wird eine große Lichtmenge auf die säulenförmigen Kristalle fallen gelassen. Dann fungiert jeder einer Vielzahl säulenförmiger Kristalle wie eine optische Faser, und das einfallende Licht wird zur Innenseite der säulenförmigen Kristalle geleitet und am Endteil der Lichtaustrittsseite gestreut. Somit wird eine große Lichtmenge von dem säulenförmigen Kristallen abgegeben und von der Festzustandbildaufnahmevorrichtung empfangen. Auf diese Weise ist die oben beschriebene Bildaufnahmevorrichtung in der Lage, die Bildaufnahmecharakteristik zu verbessern, in dem sie die von der Festzustandbildaufnahmevorrichtung empfangene Lichtmenge vergrößert.
  • Auch sind in der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle bevorzugt aus zumindest einem von CsI, NaI, LiI, KI, KBr, KCl und NaCl aufgebaut. Diese Substanzen sind in der Lage, die säulenförmigen Kristalle zu bilden, und zeigen eine Lichtdurchlässigkeit für Licht, das durch die Faseroptikplatte hindurch getreten ist, und sind daher bevorzugt.
  • In der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Querschnittsfläche am Lichteinfall-seitigen Endteil jedes der säulenförmigen Kristalle kleiner gemacht sein als die Querschnittsfläche am Lichtaustritt-seitigen Endteil jeder der Optikfasern. Daher kann eine Auflösungsverschlechterung vermieden werden.
  • In der Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle durch die Verwendung schräger Dampfabscheidung auf der Lichtaustrittsoberfläche der Faseroptikplatte durch Kristallwachstum gebildet sein. Daher können mit Leichtigkeit eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle gebildet werden, die in Bezug auf die Lichtaustrittsoberfläche an der Lichtaustrittsoberfläche der Faseroptikplatte geneigt sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständig verständlich. Sie sind nur zur Veranschaulichung angegeben und sollen daher die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Fingerabdruckerkennungsvorrichtung als Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt.
  • 2 ist eine Erläuterungsansicht zur Darstellung eines Neigungswinkels einer Faseroptikplatte.
  • 3 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis zeigt, das durch Beobachtung einer Vielzahl säulenförmiger Kristalle im Mikroskop erhalten ist.
  • Beste Arten zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend werden bevorzugten Ausführungen einer Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die Komponenten und Abschnitte gleicher Bezeichnungen wie jene in den Zeichnungen, die insofern für die Erläuterung verwendet werden, sind mit den gleichen Zahlen und Zeichen bezeichnet, wobei die überlappende Erläuterung weggelassen ist.
  • 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Fingerabdruckerkennungsvorrichtung als Bildaufnahmevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, enthält eine Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 eine Faserabdeckplatte 20, eine Festzustand-Bildaufnahmevorrichtung 30 sowie eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40, die lichtdurchlässig sind.
  • Die Faseroptikplatte 20 ist durch Bündeln einer Vielzahl optischer Fasern 21 aufgebaut. Die Faseroptikplatte 20 hat eine Lichteinfallsoberfläche 25 und eine Lichtaustrittsoberfläche 26, die in Bezug auf die optische Achse einer Vielzahl optischer Fasern mit einem vorbestimmten Neigungswinkel θ1 geneigt ist, so dass sie nicht parallel oder vertikal zur Achse der optischen Fasern 21 sind. Die Lichteinfallsoberfläche 25 und die Lichtaustrittsoberfläche 26 sind parallel zueinander entgegengesetzt. Die optischen Fasern 21, die die Faseroptikplatte 20 darstellen, haben einen Kern 22 und eine Hülle 23, die einen Außenumfang des Kerns 22 abdeckt. Der Brechungsindex des Kerns 22 ist größer eingestellt als jener der Hülle 23, so dass sich das Licht entlang dem Kern 22 fortpflanzen kann. Ferner ist ein Lichtabsorber 24 zwischen jeder der Optikfasern 21 vorgesehen, so dass das Licht von dem Lichtabsorber 24 absorbiert wird und verschwindet, wenn das auf die Optikfasern 21 fallende Licht sich zur Außenseite der Hülle 23 fortpflanzt, um hierdurch zu verhindern, dass das Licht auf benachbarte Optikfasern 21 übertragen wird.
  • Hier ist der Neigungswinkel θ1 bevorzugt auf einen solchen Wert gelegt, das Licht, das aus der Luft auf den Kern 22 der Optikfaser 21 fällt, keine totale Reflektion an der Grenzfläche zur Hülle 23 hervorruft. Zum Beispiel erhält man den einzustellenden Neigungswinkel θ, in dem man α und β, welche den folgenden Gleichungen (1) und (2) genügen, in die Gleichung (3) einsetzt: n1sinβ = n0sin90° (für den Neigungswinkel von 90°) (1) n1sinα = n2sin90° (für totale Reflektion) (2) θ + (90° + β) + (90° – α) = 180° (3)wobei β der Brechungswinkel der Optikfasern 21 ist, wenn das Licht auf die optischen Fasern 21 aus einer Richtung im wesentlichen parallel zur Lichteinfallsoberfläche 25 fallen gelassen wird, α der kritische Einfallswinkel ist, wenn dieses Licht auf die Grenzfläche zwischen dem Kern 22 und der Hülle 23 fallen gelassen wird, wenn es sich fortpflanzt, während es eine totale Reflektion an der Grenzoberfläche wiederholt, n0 der Brechungsindex von Luft ist, n1 der Brechungsindex des Kerns 22 ist und n2 der Brechungsindex der Hülle 23 ist, wie in 2 gezeigt.
  • Wenn n0 = 1, n1 = 1,56 und n2 = 1,52, errechnet sich aus diesen Gleichungen (1), (2) und (3) der Neigungswinkel θ = 37°. Wenn daher der Neigungswinkel θ1 auf einen kleineren Wert als den Winkel 37° gelegt wird, dann pflanzt sich das Licht nicht in den Optikfasern fort, selbst wenn das Licht aus der Luft auf die Optikfasern 21 der Faseroptikplatte 20 fallen gelassen wird. In anderen Worten, wenn der Neigungswinkel θ1 so wie oben eingestellt wird, wird das Licht, das von der Luft auf die Faseroptikplatte 20 fällt, nicht aus der Faseroptikplatte austreten, sondern es tritt nur das Licht aus, das durch ein Objekt, das mit der Lichteinfallsoberfläche 25 in Kontakt steht, auf die Faseroptikplatte 20 fällt, um hierdurch die Bildaufnahmecharakteristik zu verbessern.
  • Die Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 weist photoelektrische Wandler auf, die in zwei-dimensionaler Weise auf der Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats aufgereiht und gebildet sind. Ein typisches Beispiel einer solchen Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 enthält einen CCD-Bildsensor und einen CMOS-Bildsensor oder dergleichen. In dieser Ausführung erfolgt die Erläuterung anhand des Interline-Transfer-System-Bildsensor vom CCD-Typ (ITCCD) als der Festzustand-Bildaufnahmevorrichtung 30.
  • In dem ITCCD als der Festzustand-Bildaufnahmevorrichtung 30 sind photoelektrische Wandler 32 in einer Senke vom P-Typ 31 ausgebildet, die in zwei-dimensionaler Weise auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats aufgereiht und ausgebildet sind. Zwischen jedem der photoelektrischen Wandler 32 sind eine vertikale CCD und eine horizontale CCD (nicht gezeigt) ausgebildet, um Signalladungen, die sich in dem photoelektrischen Wandler 32 akkumuliert haben, in der vertikalen Richtung bzw. in der horizontalen Richtung zu übertragen, und Lichtabschirmschichten 33 sind in Bereichen vorgesehen, die den oberen Oberteilen der vertikalen CCD und der horizontalen CCD entsprechen.
  • Somit wird das Licht, das zwischen jeder der Abschirmschichten 33 durchgelassen und von dem photoelektrischen Wandler 32 empfangen wurde, photoelektrisch in Signalladungen umgewandelt und als die Signalladungen akkumuliert. Die Signalladungen werden durch die vertikale CCD und die horizontale CCD durchgelassen und dann von einem nicht gezeigten Ausgabeteil zu einem Bildbearbeitungssystem ausgebildet.
  • Eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 sind auf der Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte 20 vorgesehen. Eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 hat eine Lichtdurchlässigkeit in einem zu nutzenden Band (z. B. dem Wellenlängenband von sichtbarem Licht), und die optische Achse einer Vielzahl von Optikfasern (Kristallwachstumsrichtung) ist schräg zur Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte 20 vorgesehen. Insbesondere ist jeder der säulenförmigen Kristalle 40 so vorgesehen, dass er mit einem vorgeschriebenen Neigungswinkel θ2 (θ2 ≤ 90°) in Bezug auf die Lichtaustrittsoberfläche 26 geneigt ist, in der gleichen Richtung wie die Richtung, in der jede Optikfaser 21 zur Lichteinfallsoberfläche 25 der Faseroptikplatte 20 geneigt ist. In der Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, den Neigungswinkel θ2 auf einen Winkel zu legen, so dass das Licht, das sich durch die säulenförmigen Kristalle 40 fortgepflanzt hat und von dem Endteil der Lichtabgabeseite abgegeben wurde, vertikal auf die Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 fallen gelassen wird. Somit kann eine große Lichtmenge von den säulenförmigen Kristallen 40 abgegeben und von der Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 empfangen werden, um hierdurch die Bildaufnahmecharakteristik zu verbessern.
  • Eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 ist bevorzugt aus zumindest einem von CsI, NaI, LiI, KI, KBr, KCl und NaCl ausgebildet. Diese Substanzen sind in der Lage, säulenförmige Kristalle zu bilden und sind für solches Licht lichtdurchlässig, das durch die Faseroptikplatte 20 hindurch getreten ist, und haben sich daher als bevorzugt herausgestellt.
  • Hier ist es bevorzugt, dass die Dicke jedes der säulenförmigen Kristalle 40 kleiner gemacht wird als die Dicke jeder der Optikfasern 21, und die Querschnittsfläche am Endteil der Lichteinfallsseite jedes säulenförmigen Kristalls 40 kleiner gemacht wird als die Querschnittsfläche des Endteils der Lichtaustrittsseite jeder Optikfaser 21. Somit wird eine Auflösungsverschlechterung der zu messenden Objekte vermieden.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass jeder der säulenförmigen Kristalle 40 einen Brechungsindex hat, der größer ist als der Brechungsindex des Kerns 22 der Optikfaser 21. Somit wird die Lichtreflektion der Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte 20 vermieden, und daher kann eine größere Lichtmenge zu den säulenförmigen Kristallen 40 geleitet. Merke, dass der Brechungsindex der Substanz, wie etwa des oben beschriebenen CsI, etwa 1,5 bis 2,0 beträgt. Daher ist es bevorzugt, die Optikfaser 21 derart auszuwählen und anzuwenden, dass der Brechungsindex des Kerns 22 der Optikfaser 21 kleiner gemacht wird als die obigen Brechungsindexwerte.
  • Die oben beschriebene Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 kann leicht durch eine schräge Dampfabscheidung auf der Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte 20 hergestellt werden. Hierbei wird die Länge jedes der säulenförmigen Kristalle bevorzugt auf etwa 50 μm bis 500 μm gelegt. 3 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis zeigt, das durch Beobachtung einer Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 im Mikroskop erhalten ist, die durch schräge Dampfabscheidung des CsI auf die Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte aufgebaut sind. Wie in der Figur gezeigt, sind eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 aus CsI mit hoher Dichte auf der Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte 20 ausgebildet. In dieser Ausführung betrug die Länge jedes der säulenförmigen Kristalle 40 etwa 100 μm, und deren Dicke (Querschnittsfläche) betrug etwa 50 μm2.
  • Merke, dass die Faseroptikplatte 20, auf die eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 schräg dampfabgeschieden sind, durch Verbindung mittels eines Klebstoffs auf der Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 fixiert werden kann.
  • Somit werden, mit einer Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 und der Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30, die optisch miteinander gekoppelt sind, die Faseroptikplatte 20, eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 und die Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 zusammengebaut, um hierdurch die Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 aufzubauen.
  • Als nächstes werden die Funktion und die Wirksamkeit der Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführung erläutert.
  • In der Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 auf der Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte 20 ausgebildet. Daher wird verhindert, dass das Licht, das sich in der Innenseite jeder Optikfaser 21 fortgepflanzt hat, an der Lichtaustrittsoberfläche 26 reflektiert wird. Dementsprechend wird eine große Lichtmenge auf die Vielzahl säulenförmiger Kristalle fallen gelassen. Jedes einer Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 fungiert wie die Optikfasern, so dass einfallendes Licht zur Innenseite der säulenförmigen Kristalle 40 geleitet, sozusagen durch eine Siebfunktion am Endteil der Lichtaustrittsseite gestreut wird, und dann eine große Lichtmenge von den säulenförmigen Kristallen 40 abgegeben und von der Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 empfangen wird. Somit wird in der Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 die Lichtmenge, die von der Festzustandbildaufnahmevorrichtung 30 empfangen wird, erhöht, um hierdurch die Bildaufnahmecharakteristik zu verbessern.
  • Auch sind in der Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführung Substanzen, wie etwa CsI, als Dampf schräg auf die Lichtaustrittsoberfläche 26 der Faseroptikplatte 20 als eine Vielzahl säulenförmiger Kristalle 40 abgeschieden, um hierdurch zu einer Miniaturisierung der Vorrichtung beizutragen.
  • Die japanische ungeprüfte Patentschrift Nr. 09-288223 offenbart eine Fingerabdruckerkennungsvorrichtung, aufgebaut durch Verbinden der ersten Faseroptikplatte mit der zweiten Faseroptikplatte, die einen größeren Neigungswinkel hat als jener der ersten Faseroptikplatte, und die verbundenen optischen Platten sind ferner mit der Festzustandbildaufnahmevorrichtung wie etwa einem CCD Bildsensor gekoppelt. Auch in einer solchen Fingerabdruckerkennungsvorrichtung wird der Austrittswinkel des Lichts, das von der Lichtaustrittsoberfläche der zweiten Faseroptikplatte abgegeben wird, weit. Daher wird die abgegebene Lichtmenge groß, und ein zu erkennendes Fingerabdruckbild kann hell betrachtet werden, um hierdurch die Bildaufnahmecharakteristik zu verbessern. Jedoch liegt das Problem darin, in der obigen Fingerabdruckerkennungsvorrichtung eine hohe Ausrichtgenauigkeit erforderlich ist, wenn die zwei Faseroptikplatten verbunden werden. In diesem Fall kann die Fingerabdruckerkennungsvorrichtung nicht leicht hergestellt werden, und sind auch zwei teure Faseroptikplatten erforderlich, was die Kosten erhöht. Hingegen kann die Fingerabdruckerkennungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführung leicht hergestellt werden, ohne eine hohe Ausrichtgenauigkeit zu benötigen, wenn die zwei Faseroptikplatten verbunden werden. Ferner genügt nur eine Faseroptikplatte 20, was im Hinblick auf die Kosten vorteilhaft ist, und durch dünnes Ausbilden der säulenförmigen Kristalle 40 kann eine Miniaturisierung der Vorrichtung erzielt werden.
  • Aus den vorstehenden Erläuterungen der Erfindung wird verständlich, dass dies auf zahlreichen Wegen verändert werden kann. Diese Varianten und alle solchen Modifikationen, wie sie für den Fachmann naheliegend währen, sollen im Umfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen sein.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Bildaufnahmevorrichtung vor, die in der Lage ist, eine Bildaufnahmecharakteristik zu verbessern, in dem die Lichtmenge, die von einer Faseroptikplatte abgegeben und von einer Festzustandbildaufnahmevorrichtung empfangen wird, erhöht wird.

Claims (4)

  1. Bildaufnahmevorrichtung (10) umfassend: eine Faseroptikplatte (20), die durch Bündeln einer Vielzahl von Optikfasern (21), die einen Kern (22) und eine einen Außenumfang des Kerns abdeckende Hülle (23) enthalten, aufgebaut ist und die eine Lichteinfallsoberfläche (25) und eine Lichtaustrittsoberfläche (26) aufweist, die in Bezug auf die optische Achse der Vielzahl von Optikfasern geneigt ist; eine Vielzahl lichtdurchlässiger säulenförmiger Kristalle (40), die auf der Lichtaustrittsoberfläche der Faseroptikplatte gebildet sind; und eine Festzustandbildaufnahmevorrichtung (30), die photoelektrische Wandler aufweist, die in zweidimensionaler Weise auf einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats aufgereiht und ausgebildet sind und die mit der Vielzahl säulenförmiger Kristalle optisch gekoppelt sind.
  2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, worin die Vielzahl säulenförmiger Kristalle durch zumindest eines von CsI, NaI, LiI, KI, KBr, KCl und NaCl aufgebaut ist.
  3. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Querschnittsfläche am Lichteinfall-seitigen Endteil jedes der säulenförmigen Kristalle kleiner gemacht ist als die Querschnittsfläche am Lichtaustritt-seitigen Endteil jeder der Optikfasern.
  4. Bildaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Vielzahl säulenförmiger Kristalle durch die Verwendung schräger Dampfabscheidung auf der Lichtaustrittsoberfläche der Faseroptikplatte durch Kristallwachstum gebildet sind.
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