JP2001351098A

JP2001351098A - 指紋入力装置

Info

Publication number: JP2001351098A
Application number: JP2000167674A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Miyano; 壮一郎宮野; Nobuo Mikami; 信夫三上
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化及び薄型化を図るとともに外来光の影
響を低減する。【解決手段】光が透過可能な透明基板１と、透明基板
１の裏面から光を照射する光源２とを設け、さらに、透
明基板１の裏面に、複数のプリズム列からなるマイクロ
プリズム３を貼付し、さらに、透明基板１の表面に、入
射された光を検出する複数のフォトダイオード５と、複
数のフォトダイオード５を覆うように形成された透明の
絶縁性保護膜６とを設け、絶縁性保護膜６の表面を指７
との接触面とし、フォトダイオード５にて、光源２から
照射され、マイクロプリズム３、透明基板１及び絶縁性
保護膜６を透過し、接触面にて反射した反射光の光量の
違いに基づいて指紋を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋入力装置に関
し、特に、光学式の指紋入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、社会の情報化が進展し、カード社
会が急速に発展してきた結果、セキュリティの確保が強
く求められるようになった。このような要請に応えるも
のとして、身体的な特徴を使って個人を識別する種々の
技術の開発が進められているが、指紋を使った個人識別
技術は、将来手軽に携帯できる各種端末装置への適用性
が高いと考えられ、その実用化に最も期待が持たれてい
る。

【０００３】指紋を使った個人識別技術を実現する指紋
入力装置においては、光源から光を照射し、その反射光
を用いて指紋パターンを検出する光学式の指紋入力装置
や、指を１つの導体とみなし、検出電極と指紋稜部との
間隔と、検出電極と指紋溝部との間隔との相違による静
電容量変化を検出することで指紋パターンを検出する静
電容量式指紋入力装置がある。

【０００４】図１６は、従来の光学式の指紋入力装置の
概略の一構成例を示す構成図である。

【０００５】本構成例は図１６に示すように、指１０３
が接触する接触面１０２を有する三角プリズム１０１
と、三角プリズム１０１の接触面１０２以外の１つの面
に光を照射する光源１０４と、光源１０４から出射さ
れ、三角プリズム１０１の接触面１０２にて反射した光
のパターンを撮像することにより指紋パターンを画像と
して検出する画像検出部１０５とから構成されている。

【０００６】以下に、上記のように構成された光学式の
指紋入力装置における指紋検出動作について説明する。

【０００７】光源１０４から出射された光は、三角プリ
ズム１０１の面のうち接触面１０２以外の面のいずれか
一方の面に対して９０度の角度で入射し、接触面１０２
に４５度の角度で裏側から照射される。

【０００８】ここで、一般的なガラスにおいては、空気
に対する屈折率（ｎ＝１．５）により、ガラス内を透過
した光が空気との界面において、ガラス面に垂直方向に
対して４１度よりも大きな角度で入射した場合、空気中
に出射されずに全反射することになる。

【０００９】そのため、本構成例のように接触面１０２
に４５度の角度で照射された光は接触面１０２で全反射
することになる。

【００１０】ところが、接触面１０２に指１０３を押し
当てた場合、指紋の溝部１０３ｂにおいては、三角プリ
ズム１０１と指１０３との間にて空気が存在するため、
光源１０４から照射された光が全反射するが、指紋の稜
部１０３ａにおいては、指１０３が接触面１０３に密着
するため、空気が存在しないことになる。ここで、指１
０３の屈折率は、空気の屈折率よりも大きく、ガラスの
屈折率に近いため、指１０３の稜部１０３ａにおいて
は、三角プリズム１０１内を伝搬されてきた光は接触面
１０２において全反射せず、指１０３に吸収され、ある
いは乱反射する。

【００１１】この原理を用いて、画像検出部１０５にお
いて、三角プリズム１０１の接触面１０２にて反射した
光のパターンを撮像し、指紋パターンを画像として検出
する。

【００１２】図１７は、従来の静電容量式の指紋入力装
置の概略の一構成例を示す構成図である。

【００１３】図１７に示す静電容量式の指紋入力装置
は、指２０３を接触ないし近接させるべき検出面２０２
に対し、指紋パターンの稜部２０３ａと溝部２０３ｂに
よる凹凸に応じて静電容量が異なることを利用して、そ
の凹凸に応じた静電容量を、検出面２０２上に指紋の線
幅よりも細かいピッチで配列された検出電極２０４を用
いて検出回路２０５にて電気的に検出するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の指紋入力装置においては、以下に記載す
るような問題点がある。

【００１５】図１６に示したような光学式の指紋入力装
置については、三角プリズムを用いているため、装置が
大型化してしまうという問題点がある。

【００１６】また、三角プリズムの指との接触面にて反
射した光のパターンを画像検出部にて撮像することによ
り指紋パターンを検出しているが、画像検出部は、三角
プリズムの指との接触面にて反射した光が垂直に入射す
るように設けられているため、指紋パターンを斜め４５
度から撮像することになる。このため、被写体深度すな
わち三角プリズムの指との接触面と画像検出部との距離
を長くとならければならなくなり、装置の小型化及び薄
型化を図ることが困難であるという問題点がある。

【００１７】また、図１７に示したような静電容量式の
指紋入力装置においては、検出面上に保護膜が設けられ
ているが、この保護膜の厚さが１μｍ以下であるため、
指と検出電極との間の静電耐圧が２ｋＶと極めて低く、
静電気等が発生した場合、素子破壊が生じてしまう虞れ
がある。

【００１８】ここで、静電耐圧を高くするために保護膜
の厚さを厚くすることが考えられるが、保護膜の厚さを
厚くすると、検出電極と指との距離が長くなるため、検
出感度が低下してしまう。

【００１９】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、小型化及び
薄型化を図ることができる指紋入力装置を提供すること
を目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、指を接触させる接触面を有し、前記接触面
に対して光を照射して該接触面における反射光を検出す
ることにより指紋を検出する指紋入力装置であって、光
が透過可能な透明基板と、前記透明基板の裏面に貼付さ
れた複数のプリズム列からなるマイクロプリズムと、前
記マイクロプリズムの表面から光を照射する光源と、前
記透明基板の表面に設けられ、入射された光を検出する
複数の受光素子と、前記透明基板の表面に前記複数の受
光素子を覆うように形成された絶縁性の透明保護膜と、
前記透明基板の表面に、前記光源から照射され前記マイ
クロプリズム及び透明基板を透過した光が通過可能な複
数の照明窓を具備して設けられ、前記照明窓以外の部分
にて前記透明基板を透過した光を遮光する遮光膜とを有
し、前記マイクロプリズムは、前記光源から照射された
光のうち主たる照射角度成分の光であって前記複数のプ
リズム列間を透過した光が前記照明窓に照射されないよ
うな位置に前記透明基板に貼付され、前記透明保護膜の
表面が前記接触面となり、前記光源から照射され、前記
マイクロプリズム、透明基板及び透明保護膜を透過し前
記接触面にて反射した反射光を前記受光素子にて検出す
ることを特徴とする。

【００２１】また、前記複数の受光素子及び照明窓は、
マトリックス状に設けられ、前記マイクロプリズムは、
そのプリズム列が前記受光素子及び照明窓の列に平行と
なるように前記透明基板に貼付されていることを特徴と
する。

【００２２】また、前記マイクロプリズムは、そのプリ
ズム列の間隔が、前記複数の受光素子の前記プリズム列
に対して垂直方向の間隔の整数倍であることを特徴とす
る。

【００２３】また、前記マイクロプリズムは、そのプリ
ズム列の間隔が、前記複数の受光素子の前記プリズム列
に対して垂直方向の間隔と等しいことを特徴とする。

【００２４】また、前記照明窓は、前記光源から照射さ
れた光のうち主たる照射角度成分の光が前記複数のプリ
ズム列間を透過した後、当該照明窓を通過しない大きさ
であることを特徴とする。

【００２５】また、前記受光素子は、前記接触面に接触
する媒体との反射率に基づく光量の違いによって指紋を
検出することを特徴とする。

【００２６】また、指を接触させる接触面を有し、前記
接触面に対して光を照射して該接触面における反射光を
検出することにより指紋を検出する指紋入力装置であっ
て、光が透過可能な透明基板と、発光スペクトルのう
ち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以下の光を前記透明基
板の裏面から照射する光源と、前記透明基板の表面に設
けられ、入射された光のうち波長が５８０ｎｍ以下の光
のみを選択的に受光する複数の受光素子と、前記透明基
板の表面に前記複数の受光素子と覆うように形成された
絶縁性の透明保護膜と、前記透明基板の表面に、前記光
源から照射され前記透明基板を透過した光が通過可能な
複数の照明窓を具備して設けられ、前記照明窓以外の部
分にて前記透明基板を透過した光を遮光する遮光膜とを
有し、前記透明保護膜の表面が前記接触面となり、前記
光源から照射され前記透明基板及び透明保護膜を透過し
前記接触面にて反射した反射光を前記受光素子にて受光
することを特徴とする。

【００２７】また、前記光源は、当該光源の発光スペク
トルのうち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以下の光を出
射し、前記受光素子は、波長が５８０ｎｍ以下の光のみ
を選択的に受光することを特徴とする。

【００２８】また、指を接触させる接触面を有し、前記
接触面に対して光を照射して該接触面における反射光を
検出することにより指紋を検出する指紋入力装置であっ
て、光が透過可能な透明基板と、発光スペクトルのう
ち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以下の光を前記透明基
板の裏面から照射する光源と、前記透明基板の表面に設
けられ、入射された光のうち波長が５８０ｎｍ以下の光
のみを選択的に受光する複数の受光素子と、前記透明基
板の表面に前記複数の受光素子と覆うように形成された
絶縁性の透明保護膜と、前記透明基板の表面に、前記光
源から照射され前記透明基板を透過した光を所定の角度
で屈折させる複数の回折格子を具備して設けられ、前記
回折格子以外の部分にて前記透明基板を透過した光を遮
光する遮光膜とを有し、前記透明保護膜の表面が前記接
触面となり、前記光源から照射され前記透明基板及び透
明保護膜を透過し前記接触面にて反射した反射光を前記
受光素子にて受光することを特徴とする。

【００２９】また、前記回折格子は、前記光源から照射
され前記透明基板を透過した光を、前記接触面が空気と
の界面となる場合に当該光が該接触面にて全反射するよ
うな角度に屈折させることを特徴とする。

【００３０】また、前記光源は、青色ＬＥＤであること
を特徴とする。

【００３１】また、前記光源は、当該光源の発光スペク
トルのうち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以下の光を出
射し、前記受光素子は、膜厚が０．１μｍ以下のアモル
ファスシリコンから構成されるフォトダイオードである
ことを特徴とする。

【００３２】また、前記フォトダイオード上に設けられ
た青色のカラーフィルタを有することを特徴とする。

【００３３】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、光源から出射された光は複数のプリズム列か
らなるマイクロプリズム、透明基板及び絶縁性の透明保
護膜を透過し、指が接触する接触面にて反射し、受光素
子にてこの反射光を受光する。この接触面における光の
入射角度は、マイクロプリズムによって、接触面に何も
接触していない状態、すなわち接触面が空気との界面に
なる場合に光が全反射するような角度に設定されるの
で、接触面に指を押し付けた場合においても、指紋の溝
部においては指と接触面との間に空気が存在するため光
が全反射することになる。ここで、指紋の稜部において
は、指が接触面に密着するため、光が指に吸収され、あ
るいは乱反射する。そのため、受光素子にて受光される
光量は光が接触面にて全反射した場合と比べて少ないも
のとなる。この受光素子にて受光される光量の違いに基
づいて指紋パターンが検出される。

【００３４】このように、絶縁性の透明保護膜の表面を
接触面とし、該接触面にて反射した光の光量を受光素子
にて検出することにより指紋を検出するので、装置の小
型化及び薄膜化が図られる。

【００３５】また、光源を、該光源の発光スペクトルの
うち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以下となるものと
し、かつ、受光素子にて波長が５８０ｎｍ以下の光のみ
を選択的に受光するようにした場合は、外来光の影響が
低減される。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００３７】（第１の実施の形態）図１は、本発明の指
紋入力装置の第１の実施の形態を示す断面図である。

【００３８】本形態は図１に示すように、ＴＦＴ基板等
の透明基板１と、透明基板１に対してその裏面から４５
度の角度で光を照射する光源２と、複数のプリズム列か
らなり、透明基板１の裏面に貼付されたマイクロプリズ
ム３と、透明基板１の表面に、光源２から照射された光
が通過する複数の照明窓４ａを有して設けられ、該照明
窓４ａ以外の部分にて光源２から照射された光を遮光す
る遮光膜４と、遮光膜４上に複数の照明窓４ａにそれぞ
れ対応して設けられ、入射された光を検出する受光素子
である複数のフォトダイオード５と、５〜１０μｍの厚
みを有し、透明基板１の表面全面に遮光膜４及びフォト
ダイオード５を覆うように形成された透明の絶縁性保護
膜６とから構成されており、絶縁性保護膜６の表面、す
なわち透明基板１とは反対側の面が指７が接触する接触
面となっている。なお、本形態においては、透明基板
１、マイクロプリズム３及び絶縁性保護膜６は互いに屈
折率が等しいものとする。また、照明窓４ａ及びフォト
ダイオード５は、予め決められた規則で遮光膜４あるい
は遮光膜４上に設けられており、本形態においてはマト
リックス状に設けられているものとする。

【００３９】ここで、本形態における指紋検出動作を説
明する前にマイクロプリズム３の必要性について説明す
る。

【００４０】図２は、図１に示した指紋入力装置におけ
るマイクロプリズム３の必要性を説明するための図であ
り、（ａ）はガラスと空気との界面における光の反射条
件を説明するための図、（ｂ）はガラスに対して光を照
射した場合の光の光路を示す図、（ｃ）はマイクロプリ
ズムを用いた場合の光の光路を示す図である。

【００４１】図２（ａ）に示すように、一般的に、異な
る媒体を透過する光においては、その界面でそれぞれの
媒体における屈折率によって以下の式に基づいて全反射
条件が求められる。ここで、ｎ１，ｎ２は媒体における
それぞれの屈折率、θは、界面における界面に対して垂
直方向に対する光の照射角度である。

【００４２】ｓｉｎθ＞ｎ２／ｎ１ガラスから空気への光の全反射条件を考えた場合、ｎ１
＝１．５，ｎ２＝１であるため、界面での光の入射角度
θが、θ＞４１°のときに全反射することになる。

【００４３】この条件を満たすように光源２から透明基
板１への光の入射角度を調節すればよいが、図２（ｂ）
に示すように、光の入射面と出射面とが互いに平行なガ
ラス板においては、光がガラスに入射した際に空気とガ
ラスとの界面において光が屈折するため、上述したよう
な条件を満たすような角度でガラスと空気との界面に光
が照射されることがなくなってしまう。

【００４４】そこで、図２（ｃ）に示すように、ガラス
板の光が入射される側の面にプリズムを設け、空気から
ガラス（プリズム）への光の入射角度を９０度として空
気とガラスとの界面にて光が屈折してしまうことを避
け、それにより、ガラス板の出射側にて上述したような
全反射条件を設定することができる。

【００４５】なお、本形態においては、透明基板１の屈
折率として一般的なガラスの屈折率を用いて説明した
が、この屈折率が大きければ、空気との界面における全
反射条件を満たす光の入射角度を小さくすることができ
るため、屈折率は一般的なガラスの１．５以上であっ
て、大きい方が好ましい。

【００４６】以下に、上記のように構成された指紋入力
装置における指紋検出動作について説明する。

【００４７】光源２から出射された光は、マイクロプリ
ズム３の照射面に対して９０度の角度で入射し、出射面
に対して４５度の角度で出射される。マイクロプリズム
３を透過した光は透明基板１に４５度の角度で入射する
が、マイクロプリズム３と透明基板１との屈折率は互い
に等しいため、マイクロプリズム３と透明基板１との界
面にて光は屈折せず、透明基板１の入射面に対して４５
度の角度を保ったまま透明基板１内を伝搬される。

【００４８】透明基板１に入射した光は、遮光膜４の照
明窓４ａを通過して絶縁性保護膜６の指７との接触面に
４５度の角度で裏側から照射される。

【００４９】ここで、上述したように、一般的なガラス
においては、空気に対する屈折率（１．５）により、ガ
ラス内を通過した光が空気との界面において、ガラス面
に垂直方向に対して４１度よりも大きな角度で入射した
場合、空気中に出射されずに全反射することになるた
め、本形態のように透明基板１内を指７との接触面に対
して４５度の角度で伝搬されてきた光は指７との接触面
で全反射することになる。

【００５０】ところが、接触面に指７を押し当てた場
合、指紋の溝部７ｂにおいては、絶縁性保護膜６と指７
との間にて空気が存在するため、透明基板１内を伝搬さ
れてきた光が全反射するが、指紋の稜部７ａにおいて
は、指７が絶縁性保護膜６に密着するため、空気が存在
しないことになる。ここで、指７の屈折率は、空気の屈
折率よりも大きく、ガラスの屈折率に近いため、指紋の
稜部７ａにおいては、透明基板１内を伝搬されてきた光
は絶縁性保護膜６の指７との接触面において全反射せ
ず、指７に吸収され、あるいは乱反射する。

【００５１】絶縁性保護膜６の指７との接触面にて全反
射した光はフォトダイオード５にて検出される。

【００５２】これにより、指紋の稜部７ａと溝部７ｂに
おける光の反射量の違いによって複数のフォトダイオー
ド５にて検出される光量が異なるようになり、それぞれ
のフォトダイオード５における検出光量の違いに基づい
て指紋パターンが検出される。

【００５３】以下に、照明窓４ａ及びフォトダイオード
５の列とマイクロプリズム３のプリズム列との位置関係
について説明する。

【００５４】図３は、図１に示した指紋入力装置におけ
る照明窓４ａ及びフォトダイオード５の列とマイクロプ
リズム３のプリズム列との配置関係を説明するための図
であり、（ａ）は照明窓４ａ及びフォトダイオード５の
列とマイクロプリズム３のプリズム列とが互いに平行に
設けられた状態を示す図、（ｂ）は照明窓４ａ及びフォ
トダイオード５の列とマイクロプリズム３のプリズム列
とが互いに平行とならないように設けられた状態を示す
図である。なお、図３においては、簡単のため、照明窓
４ａ、フォトダイオード５及びマイクロプリズム３の列
をそれぞれ１列ずつのみ示している。

【００５５】図３（ａ）に示すように照明窓４ａ及びフ
ォトダイオード５の列とマイクロプリズム３のプリズム
列とが互いに平行に設けられている場合、照明窓４ａを
通過する光がマイクロプリズム３の入射面から入射され
た光のみとなるように１組の照明窓４ａ及びフォトダイ
オード５の位置とマイクロプリズム３の位置とを調節す
れば、マイクロプリズム３の入射面から入射された光の
みが照明窓４ａを通過することになり、フォトダイオー
ド５において、指紋パターンによらない光の光量にばら
つきが生じず、指紋パターンが正確に検出される。

【００５６】一方、図３（ｂ）に示すようにマイクロプ
リズム３の列が照明窓４ａ及びフォトダイオード５の列
と平行になっていない場合は、１組の照明窓４ａ及びフ
ォトダイオード５の位置とマイクロプリズム３の位置と
を照明窓４ａを通過する光がマイクロプリズム３の入射
面から入射された光のみとなるように調節したとして
も、他の組の照明窓４ａ及びフォトダイオード５とマイ
クロプリズム３においてマイクロプリズム３のプリズム
列間を透過した光が照明窓４ａを通過する場合が生じ
る。この場合、マイクロプリズム３のプリズム列間にお
いては、光源２から照射された光が透明基板１の入射面
にて散乱してしまい、照明窓４ａを通過する光量が少な
くなる。そのため、照明窓４ａを通過した光が絶縁性保
護膜６の指７との接触面にて全反射したとしても、フォ
トダイオード５にて受光される光量が少なくなり、光が
全反射された他の部分に対して異なる光量が検出されて
しまい、その部分における指紋パターンを検出できな
い、あるいは指紋パターンを誤って検出してしまう虞れ
がある。

【００５７】このように、照明窓４ａ及びフォトダイオ
ード５の列とマイクロプリズム３のプリズム列とは互い
に平行に設けられている必要がある。

【００５８】次に、フォトダイオード５の列の間隔とマ
イクロプリズム３のプリズム列の間隔との関係について
説明する。

【００５９】図４は、図１に示した指紋入力装置におけ
るフォトダイオード５の間隔とマイクロプリズム３の間
隔との関係を説明するための図である。なお、図４に示
したフォトダイオード５は、マトリックス状に設けられ
ており、縦方向の間隔いと横方向の間隔とが互いに等し
いものである。

【００６０】図３（ｂ）に示したように、マイクロプリ
ズム３のプリズム列間を透過した光が照明窓４ａを通過
してしまうと、絶縁性保護膜６の指７との接触面におけ
る反射光の光量が低下してしまい、指紋パターンを正確
に検出することができなくなる虞れがあるため、マイク
ロプリズム３のプリズム列間を透過した光は遮光膜４の
照明窓４ａ以外の部分で遮光される必要がある。

【００６１】そこで、図４に示すように、マイクロプリ
ズム３の入射面のみから入射した光が照明窓４ａを通過
するようにマイクロプリズム３を照明窓４ａ及びフォト
ダイオード５に対して位置合わせをして設け、かつ、フ
ォトダイオード５の列の間隔とマイクロプリズム３のプ
リズム列の間隔とを一致させれば、マイクロプリズム３
のプリズム列間を透過した光は、遮光膜４の照明窓４ａ
以外の部分にて遮光され、照明窓４ａを通過して絶縁性
保護膜６に伝搬されることはなくなる。

【００６２】これにより、フォトダイオード５にて指紋
パターンを正確に検出することができる。

【００６３】図５は、図１に示した指紋入力装置におけ
るフォトダイオード５の間隔とマイクロプリズム３の間
隔との関係を説明するための図である。なお、図５に示
したフォトダイオード５は、マトリックス状に設けられ
ており、縦方向の間隔いと横方向の間隔とが互いに等し
いものである。

【００６４】図５に示したように、マイクロプリズム３
のプリズム列の間隔をフォトダイオード５の列の間隔と
一致させなくても、マイクロプリズム３のプリズム列の
間隔をフォトダイオード５の列の間隔の整数倍とすれ
ば、上述したものと同様の効果を得ることができる。

【００６５】次に、マイクロプリズム３のプリズム列の
位置と照明窓４ａの大きさとの関係について説明する。

【００６６】図６は、図１に示した指紋入力装置におけ
るマイクロプリズム３のプリズム列の位置と照明窓４ａ
の大きさとの関係を説明するための図であり、（ａ）は
マイクロプリズム３のプリズム列の位置と照明窓４ａの
大きさとの関係が理想的である場合を示す図、（ｂ）は
照明窓４ａの大きさが不適当である場合を示す図であ
る。

【００６７】図６（ａ）に示すように照明窓４ａを通過
する光がマイクロプリズム３の入射面から入射された光
のみとなるように、マイクロプリズム３のプリズム列の
位置及び照明窓４ａの大きさが設定されている場合、フ
ォトダイオード５において、指紋パターンによらない光
量にばらつきが生じず、指紋パターンが正確に検出され
る。

【００６８】一方、図６（ｂ）に示すように照明窓４ａ
の大きさが大きすぎる場合は、マイクロプリズム３のプ
リズム列間を透過した光が照明窓４ａを通過する場合が
生じる。この場合、図３（ｂ）に示したものと同様に、
マイクロプリズム３のプリズム列間においては、光源２
から照射された光が透明基板１の入射面にて散乱してし
まい、照明窓４ａを通過する光量が少なくなる。そのた
め、照明窓４ａを通過した光が絶縁性保護膜６の指７と
の接触面にて全反射したとしても、フォトダイオード５
にて受光される光量が少なくなり、光が全反射された他
の部分に対して異なる光量が検出されてしまい、その部
分における指紋パターンを検出できない、あるいは指紋
パターンを誤って検出してしまう虞れがある。

【００６９】このように、照明窓４ａを通過する光がマ
イクロプリズム３の入射面から入射された光のみとなる
ように、マイクロプリズム３のプリズム列の位置及び照
明窓４ａの大きさを設定する必要がある。

【００７０】以下に、上述した指紋入力装置に用いられ
る光の波長について説明する。

【００７１】図７は、様々な環境下において指を透過す
る光量を示すグラフである。

【００７２】図７に示すように、図１に示した指紋入力
装置等においてＬＥＤを光源とした場合の受光素子面の
面照度に対して、屋外において指を透過する外光の光量
ははるかに多い。

【００７３】そのため、図１に示したような指紋入力装
置を屋外で使用した場合、光源２とは逆方向から照射さ
れた外来光が指７を透過し、フォトダイオード５に照射
されることになり、指紋パターンに無関係の光のパター
ンがフォトダイオード５にて受光され、指紋パターンを
正確に検出されなくなってしまう。

【００７４】そこで、光源２から出射された光のみをフ
ォトダイオード５にて検出することが必要とされる。

【００７５】図８は、蛍光灯を光源とした光の波長と指
透過光量との関係を示すグラフであり、図９は、様々な
波長を有する光の指内における相対減衰率を示すグラフ
である。

【００７６】図８及び図９に示すように、指を透過した
光の相対検出出力は、その光の波長によって異なり、５
８０ｎｍ以下の波長を有する光においては、指内で大き
く減衰し、相対検出出力は非常に小さなものとなる。

【００７７】そこで、光源２を、光源２の発光スペクト
ルのうち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以下、好ましく
は５００ｎｍ以下となるものとし、かつ、フォトダイオ
ード５においては５８０ｎｍ以下、好ましくは５００ｎ
ｍ以下の波長を有する光のみを選択的に受光する構成と
すれば、それ以外の波長を有する外来光はフォトダイオ
ード５にて受光されず、かつ、５８０ｎｍ以下または５
００ｎｍ以下の波長を有する外来光は指内にて大きく減
衰し、フォトダイオード５にて検出されなくなる。

【００７８】その手段として、光源２として青色ＬＥＤ
を使用し、かつ、フォトダイオード５の膜厚を制御する
とともにフォトダイオード５上にカラーフィルタを設け
ること等が考えられる。

【００７９】以下に、フォトダイオード５の膜厚につい
て説明する。

【００８０】図１０は、図１に示したフォトダイオード
５の膜厚について説明するための図であり、アモルファ
スシリコンの光学特性からシミュレーションにより求め
た、アモルファスシリコンで構成されたフォトダイオー
ドの膜厚に対する４６０ｎｍの波長の光の吸収率を１と
した場合の６００ｎｍの波長の光吸収率の比率を示して
いる。

【００８１】図１０に示すように、フォトダイオード５
の膜厚が厚い場合は４６０ｎｍの波長の光と６００ｎｍ
の波長の光との吸収率に差がないが、膜厚が０．５μｍ
以下になると４６０ｎｍの波長の光に対して６００ｎｍ
の波長の光の吸収率が低下していく。

【００８２】ここで、光の吸収率が低下すると、その光
はフォトダイオード５を透過してしまい、フォトダイオ
ード５にてその光量が検出されなくなってくる。そのた
め、本形態においては、４６０ｎｍの波長の光に対して
６００ｎｍの波長の光の吸収率が低い方が外来光の影響
を受け難いことになる。

【００８３】フォトダイオード５における６００ｎｍの
波長の光の吸収を十分に低減するためには、フォトダイ
オード５をアモルファスシリコンから構成し、その膜厚
を０．２μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下とすれば
よい。

【００８４】しかしながら、フォトダイオード５の膜厚
を０．１μｍ以下とするだけでは、外来光の影響を排除
することはできず、フォトダイオード５の膜厚を制御す
るとともにフォトダイオード５上にカラーフィルタを設
ける必要がある。

【００８５】図１１は、青色のカラーフィルタのスペク
トル特性を示すグラフであり、５種類の厚さの青色のカ
ラーフィルタのスペクトル特性を示している。

【００８６】図１１に示すように青色のカラーフィルタ
においては、５００ｎｍ以下の波長の光の透過率に対し
て６００ｎｍ近辺の波長の光の透過率が１／１０以下と
なっている。

【００８７】図１２は、図１に示したフォトダイオード
５上に青色カラーフィルタを設けた場合のフォトダイオ
ード５の膜厚に対する４６０ｎｍの波長の光の感度を１
とした場合の６００ｎｍの波長の感度の比率を示すグラ
フである。

【００８８】図１２に示すように、フォトダイオード５
上に青色カラーフィルタを設け、かつ、フォトダイオー
ド５の膜厚を０．１μｍ以下とすれば、４６０ｎｍの波
長の光の感度に対して６００ｎｍの波長の光の感度を１
／３００〜１／５００とすることができ、外来光の影響
を排除することができる。なお、透明の絶縁性保護膜６
自体に青色のカラーフィルタの機能を有することも可能
であることは言うまでもない。

【００８９】このようにすることで、図１に示したよう
な指紋入力装置を屋外で使用した場合等、光量が多い外
来光が入射した場合においても、光源２から出射された
光のみに基づいて指紋を検出することができる。

【００９０】（第２の実施の形態）図１３は、本発明の
指紋入力装置の第２の実施の形態を示す断面図である。

【００９１】本形態は図１３に示すように、ＴＦＴ基板
等の透明基板１と、透明基板１に対してその裏面から垂
直に光を照射する光源２と、透明基板１の表面に光源２
から照射された光を所定の角度で屈折させる複数の回折
格子１４ａを有して設けられ、該回折格子１４ａ以外の
部分にて光源２から照射された光を遮光する遮光膜１４
と、遮光膜１４上に複数の回折格子１４ａにそれぞれ対
応して設けられ、入射された光を検出する受光素子であ
る複数のフォトダイオード５と、５〜１０μｍの厚みを
有し、透明基板１の表面全面に遮光膜４及びフォトダイ
オード５を覆うように形成された絶縁性保護膜６とから
構成されており、絶縁性保護膜６の表面、すなわち透明
基板１とは反対側の面が指７が接触する接触面となって
いる。なお、本形態においては、透明基板１及び絶縁性
保護膜６は互いに屈折率が等しいものとする。また、回
折格子１４ａ及びフォトダイオード５は、予め決められ
た規則で遮光膜１４あるいは遮光膜１４上に設けられて
おり、本形態においてはマトリックス状に設けられてい
るものとする。

【００９２】図１４は、図１３に示した指紋入力装置に
おける回折格子１４ａとフォトダイオード５との位置関
係の一例を説明するための図である。

【００９３】図１３の指紋入力装置の一設計例として、
図１４に示すように、回折格子１４ａのスリット幅を
０．２μｍ、スリット周期を０．５μｍとし、さらに、
フォトダイオード５と回折格子１４ａとの間隔を２０μ
ｍ、フォトダイオード５の間隔を５０μｍとする。ま
た、回折格子１４ａのスリットの長手方向はフォトダイ
オード５の列と平行とする。なお、本例においてはフォ
トダイオード５を１次元にしか図示していないが、２次
元に配列する場合は、フォトダイオード５と回折格子１
４ａを１組とした間隔を５０μｍとして配列する。

【００９４】以下に、上記のように構成された指紋入力
装置における指紋検出動作について説明する。

【００９５】光源２から出射された光は、透明基板１に
対してその裏面から９０度の角度で入射し、回折格子１
４ａにて所定の角度で屈折する。なお、回折格子１４ａ
における光の屈折角度においては、透明基板１及び絶縁
性保護膜６の屈折率に基づいて、絶縁性保護膜６の指７
との接触面にて照射された光が全反射するようなもので
ある必要がある。本形態においては、４５度とする。

【００９６】回折格子１４ａにて屈折した光は、絶縁性
保護膜６内を伝搬し、絶縁性保護膜６の指７との接触面
に４５度の角度で裏側から照射される。

【００９７】その後の光の反射及び検出動作は図１に示
したものと同様である。

【００９８】また、本形態の指紋入力装置に用いられる
光の波長や透明基板１及び絶縁性保護膜６の屈折率の条
件についても第１の実施の形態にて説明したものと同様
とする。

【００９９】本形態においては、第１の実施の形態に示
したものに対して、マイクロプリズムを使用しないた
め、フォトダイオード５に対するマイクロプリズムの位
置合わせを行う必要がなく、かつ、回折格子１４ａが遮
光膜１４と同時に作り込まれるため、製造方法が簡単に
なる。

【０１００】また、透明基板１に対して９０度の角度で
光を照射するため、面光源等を使用することができ、光
源の位置合わせや構造の簡素化を図ることができる。

【０１０１】（第３の実施の形態）図１５は、本発明の
指紋入力装置の第３の実施の形態を示す断面図である。

【０１０２】本形態は図１５に示すように、ＴＦＴ基板
等の透明基板１と、透明基板１に対してその裏面から垂
直に光を照射する光源２と、透明基板１の表面に窓を有
して設けられ、入射された光を検出する受光素子である
複数のフォトダイオード１５と、５〜１０μｍの厚みを
有し、透明基板１の表面全面にフォトダイオード１５を
覆うように形成された絶縁性保護膜６とから構成されて
おり、絶縁性保護膜６の表面、すなわち透明基板１とは
反対側の面が指７が接触する接触面となっている。な
お、本形態においては、透明基板１及び絶縁性保護膜６
は互いに屈折率が等しいものとする。また、フォトダイ
オード１５は、予め決められた規則で透明基板１上に設
けられており、本形態においてはマトリックス状に設け
られているものとする。また、フォトダイオード１５の
窓においては、１つのフォトダイオード１５に複数のア
レイ状の窓が設けられているものや、１つのフォトダイ
オード１５の中心に１つの窓が設けられているもの等が
考えられる。

【０１０３】以下に、上記のように構成された指紋入力
装置における指紋検出動作について説明する。

【０１０４】光源２から出射された光は、透明基板１に
対してその裏面から９０度の角度で入射し、フォトダイ
オード１５の窓を通過して絶縁性保護膜６に達する。

【０１０５】絶縁性保護膜６に達した光は絶縁性保護膜
６内を伝搬し、指７との接触面にて所定の反射率にて反
射する。

【０１０６】ここで、絶縁性保護膜６の指７との接触面
における垂直入射光に対する反射率は、絶縁性保護膜６
の屈折率をｎ１、空気の屈折率１をｎ２とすると、η＝
（ｎ１−ｎ２）²／（ｎ１＋ｎ２）²で表される。

【０１０７】ここで、上述したように、指紋の溝部７ｂ
においては、絶縁性保護膜６と指７との間に空気が存在
するため、上述した式から算出される反射率によって決
まる光量がフォトダイオード１５にて検出されることに
なる。

【０１０８】一方、指紋の稜部７ａにおいては、指７が
絶縁性保護膜６に密着するため、空気が存在せず、それ
により、絶縁性保護膜６内を伝搬されてきた光は絶縁性
保護膜６の指７との接触面において指７に吸収され、あ
るいは乱反射し、上述した式から算出される反射率によ
って決まる光量とは異なる光量がフォトダイオード１５
にて検出されることになる。

【０１０９】この絶縁性保護膜６にて反射する光量の違
いにより、フォトダイオード１５にて指紋パターンを検
出する。

【０１１０】なお、本形態の指紋入力装置に用いられる
光の波長や透明基板１及び絶縁性保護膜６の屈折率の条
件については第１の実施の形態にて説明したものと同様
とする。

【０１１１】本形態においては、第１の実施の形態にて
示したものに対してマイクロプリズムを使用しないた
め、フォトダイオード５に対するマイクロプリズムの位
置合わせを行う必要がないため、製造方法が簡単にな
る。

【０１１２】また、透明基板１に対して９０度の角度で
光を照射するため、面光源等を使用することができ、光
源の位置合わせや構造の簡素化を図ることができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
光が透過可能な透明基板と、透明基板の裏面から光を照
射する光源とを設け、さらに、透明基板の裏面に、複数
のプリズム列からなるマイクロプリズムを貼付し、さら
に、透明基板の表面に、入射された光を検出する複数の
受光素子と、複数の受光素子を覆うように形成された絶
縁性の透明保護膜と、光源から照射されマイクロプリズ
ム及び透明基板を透過した光が通過可能な複数の照明窓
を具備し、照明窓以外の部分にて透明基板を透過した光
を遮光する遮光膜とを設け、透明保護膜の表面を指との
接触面とし、受光素子にて、光源から照射され、マイク
ロプリズム、透明基板及び透明保護膜を透過し、接触面
にて反射した反射光の光量の違いに基づいて指紋を検出
する構成としたため、装置の小型化及び薄膜化を図るこ
とができる。

【０１１４】また、光源を、該光源の発光スペクトルの
うち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以下となるものと
し、かつ、受光素子にて波長が５８０ｎｍ以下の光のみ
を選択的に受光するようにした場合は、外来光の影響を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の指紋入力装置の第１の実施の形態を示
す断面図である。

【図２】図１に示した指紋入力装置におけるマイクロプ
リズムの必要性を説明するための図であり、（ａ）はガ
ラスと空気との界面における光の反射条件を説明するた
めの図、（ｂ）はガラスに対して光を照射した場合の光
の光路を示す図、（ｃ）はマイクロプリズムを用いた場
合の光の光路を示す図である。

【図３】図１に示した指紋入力装置における照明窓及び
フォトダイオードの列とマイクロプリズムのプリズム列
との配置関係を説明するための図であり、（ａ）は照明
窓及びフォトダイオードの列とマイクロプリズムのプリ
ズム列とが互いに平行に設けられた状態を示す図、
（ｂ）は照明窓及びフォトダイオードの列とマイクロプ
リズムのプリズム列とが互いに平行とならないように設
けられた状態を示す図である。

【図４】図１に示した指紋入力装置におけるフォトダイ
オードの間隔とマイクロプリズムの間隔との関係を説明
するための図である。

【図５】図１に示した指紋入力装置におけるフォトダイ
オードの間隔とマイクロプリズムの間隔との関係を説明
するための図である。

【図６】図１に示した指紋入力装置におけるマイクロプ
リズムのプリズム列の位置と照明窓の大きさとの関係を
説明するための図であり、（ａ）はマイクロプリズムの
プリズム列の位置と照明窓の大きさとの関係が理想的で
ある場合を示す図、（ｂ）は照明窓の大きさが不適当で
ある場合を示す図である。

【図７】様々な環境下において指を透過する光量を示す
グラフである。

【図８】蛍光灯を光源とした光の波長と指透過光量との
関係を示すグラフである。

【図９】様々な波長を有する光の指内における相対減衰
率を示すグラフである。

【図１０】図１に示したフォトダイオードの膜厚につい
て説明するための図である。

【図１１】青色のカラーフィルタのスペクトル特性を示
すグラフである。

【図１２】図１に示したフォトダイオード上に青色カラ
ーフィルタを設けた場合のフォトダイオードの膜厚に対
する４６０ｎｍの波長の光の感度を１とした場合の６０
０ｎｍの波長の感度の比率を示すグラフである。

【図１３】本発明の指紋入力装置の第２の実施の形態を
示す断面図である。

【図１４】図１３に示した指紋入力装置における回折格
子とフォトダイオードとの位置関係の一例を説明するた
めの図である。

【図１５】本発明の指紋入力装置の第３の実施の形態を
示す断面図である。

【図１６】従来の光学式の指紋入力装置の概略の一構成
例を示す構成図である。

【図１７】従来の静電容量式の指紋入力装置の概略の一
構成例を示す構成図である。

【符号の説明】

１透明基板２光源３マイクロプリズム４，１４遮光膜４ａ照明窓５，１５フォトダイオード６絶縁性保護膜７指７ａ稜部７ｂ溝部１４ａ回折格子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指を接触させる接触面を有し、前記接触
面に対して光を照射して該接触面における反射光を検出
することにより指紋を検出する指紋入力装置であって、光が透過可能な透明基板と、前記透明基板の裏面に貼付された複数のプリズム列から
なるマイクロプリズムと、前記マイクロプリズムの表面から光を照射する光源と、前記透明基板の表面に設けられ、入射された光を検出す
る複数の受光素子と、前記透明基板の表面に前記複数の受光素子を覆うように
形成された絶縁性の透明保護膜と、前記透明基板の表面に、前記光源から照射され前記マイ
クロプリズム及び透明基板を透過した光が通過可能な複
数の照明窓を具備して設けられ、前記照明窓以外の部分
にて前記透明基板を透過した光を遮光する遮光膜とを有
し、前記マイクロプリズムは、前記光源から照射された光の
うち主たる照射角度成分の光であって前記複数のプリズ
ム列間を透過した光が前記照明窓に照射されないような
位置に前記透明基板に貼付され、前記透明保護膜の表面
が前記接触面となり、前記光源から照射され、前記マイ
クロプリズム、透明基板及び透明保護膜を透過し前記接
触面にて反射した反射光を前記受光素子にて検出するこ
とを特徴とする指紋入力装置。
【請求項２】請求項１に記載の指紋入力装置におい
て、前記複数の受光素子及び照明窓は、マトリックス状に設
けられ、前記マイクロプリズムは、そのプリズム列が前記受光素
子及び照明窓の列に平行となるように前記透明基板に貼
付されていることを特徴とする指紋入力装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の指紋入
力装置において、前記マイクロプリズムは、そのプリズム列の間隔が、前
記複数の受光素子の前記プリズム列に対して垂直方向の
間隔の整数倍であることを特徴とする指紋入力装置。
【請求項４】請求項３に記載の指紋入力装置におい
て、前記マイクロプリズムは、そのプリズム列の間隔が、前
記複数の受光素子の前記プリズム列に対して垂直方向の
間隔と等しいことを特徴とする指紋入力装置。
【請求項５】請求項１に記載の指紋入力装置におい
て、前記照明窓は、前記光源から照射された光のうち主たる
照射角度成分の光が前記複数のプリズム列間を透過した
後、当該照明窓を通過しない大きさであることを特徴と
する指紋入力装置。
【請求項６】請求項１に記載の指紋入力装置におい
て、前記受光素子は、前記接触面に接触する媒体との反射率
に基づく光量の違いによって指紋を検出することを特徴
とする指紋入力装置。
【請求項７】指を接触させる接触面を有し、前記接触
面に対して光を照射して該接触面における反射光を検出
することにより指紋を検出する指紋入力装置であって、光が透過可能な透明基板と、発光スペクトルのうち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以
下の光を前記透明基板の裏面から照射する光源と、前記透明基板の表面に設けられ、入射された光のうち波
長が５８０ｎｍ以下の光のみを選択的に受光する複数の
受光素子と、前記透明基板の表面に前記複数の受光素子と覆うように
形成された絶縁性の透明保護膜と、前記透明基板の表面に、前記光源から照射され前記透明
基板を透過した光が通過可能な複数の照明窓を具備して
設けられ、前記照明窓以外の部分にて前記透明基板を透
過した光を遮光する遮光膜とを有し、前記透明保護膜の表面が前記接触面となり、前記光源か
ら照射され前記透明基板及び透明保護膜を透過し前記接
触面にて反射した反射光を前記受光素子にて受光するこ
とを特徴とする指紋入力装置。
【請求項８】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
指紋入力装置において、前記光源は、当該光源の発光スペクトルのうち、最大強
度の波長が５８０ｎｍ以下の光を出射し、前記受光素子は、波長が５８０ｎｍ以下の光のみを選択
的に受光することを特徴とする指紋入力装置。
【請求項９】指を接触させる接触面を有し、前記接触
面に対して光を照射して該接触面における反射光を検出
することにより指紋を検出する指紋入力装置であって、光が透過可能な透明基板と、発光スペクトルのうち、最大強度の波長が５８０ｎｍ以
下の光を前記透明基板の裏面から照射する光源と、前記透明基板の表面に設けられ、入射された光のうち波
長が５８０ｎｍ以下の光のみを選択的に受光する複数の
受光素子と、前記透明基板の表面に前記複数の受光素子と覆うように
形成された絶縁性の透明保護膜と、前記透明基板の表面に、前記光源から照射され前記透明
基板を透過した光を所定の角度で屈折させる複数の回折
格子を具備して設けられ、前記回折格子以外の部分にて
前記透明基板を透過した光を遮光する遮光膜とを有し、前記透明保護膜の表面が前記接触面となり、前記光源か
ら照射され前記透明基板及び透明保護膜を透過し前記接
触面にて反射した反射光を前記受光素子にて受光するこ
とを特徴とする指紋入力装置。
【請求項１０】請求項９に記載の指紋入力装置におい
て、前記回折格子は、前記光源から照射され前記透明基板を
透過した光を、前記接触面が空気との界面となる場合に
当該光が該接触面にて全反射するような角度に屈折させ
ることを特徴とする指紋入力装置。
【請求項１１】請求項７に記載の指紋入力装置におい
て、前記受光素子は、前記接触面に接触する媒体との反射率
に基づく光量の違いによって指紋を検出することを特徴
とする指紋入力装置。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれか１項に記
載の指紋入力装置において、前記光源は、青色ＬＥＤであることを特徴とする指紋入
力装置。
【請求項１３】請求項１乃至６及び請求項９乃至１１
のいずれか１項に記載の指紋入力装置において、前記光源は、当該光源の発光スペクトルのうち、最大強
度の波長が５８０ｎｍ以下の光を出射し、前記受光素子は、膜厚が０．１μｍ以下のアモルファス
シリコンから構成されるフォトダイオードであることを
特徴とする指紋入力装置。
【請求項１４】請求項１３に記載の指紋入力装置にお
いて、前記フォトダイオード上に設けられた青色のカラーフィ
ルタを有することを特徴とする指紋入力装置。