JP2005202877A - Photoconducting image guide member - Google Patents

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JP2005202877A JP2004010963A JP2004010963A JP2005202877A JP 2005202877 A JP2005202877 A JP 2005202877A JP 2004010963 A JP2004010963 A JP 2004010963A JP 2004010963 A JP2004010963 A JP 2004010963A JP 2005202877 A JP2005202877 A JP 2005202877A
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light
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image guide
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Yoichi Iseri
陽一 井芹
Yoshinori Tawara
良則 田原
Shigeo Nishihara
茂生 西原
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoconducting image guide member which is suitable for a fingerprint sensor capable of acquiring fingerprint information having a high resolution of a width direction of a finger with good contrast, and the size of which can be reduced. <P>SOLUTION: The photoconducting image guide member 60 is a bundle of optical fiber pieces in which countless optical fiber pieces 70 are crowded together and aligned, and has a long shape in an X1-X2 direction as a whole. The optical fiber pieces 70 are inclined in a Y2 direction. The emitting surface of the elliptical shape of the optical fiber piece 70 coincides in its minor axis with the aligning direction of the photodetecting elements of an optical sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は導光イメージガイド部材に係り、特に、ライン型指紋センサに適用可能である導光イメージガイド部材に関する。   The present invention relates to a light guide image guide member, and more particularly to a light guide image guide member applicable to a line type fingerprint sensor.

近年、セキュリティの観点から、コンピュータ等の電子機器、携帯電話等の携帯通信機器において個人認証のために手の指の指紋を識別する指紋センサを備えることが要求されている。   In recent years, from the viewpoint of security, electronic devices such as computers and portable communication devices such as mobile phones have been required to have a fingerprint sensor for identifying the fingerprint of a hand for personal authentication.

指紋画像を得るための光の観点で見ると、指紋センサは、指の表面で反射した光を利用する方式と、指の内部で散乱して指の表面から出る指内散乱光を利用する方式とに大別される。   From the viewpoint of light to obtain a fingerprint image, the fingerprint sensor uses light reflected from the finger surface and light scattered inside the finger and emitted from the finger surface. It is roughly divided into

また、面画像である指紋画像の取得の方式の観点でみると、指紋センサには、受光素子がマトリクス状に並んでおり、指先を押し付ければ面画像が得られるエリア型指紋センサと、受光素子が直線状に並んでおり、指先を押し付けつつスライドさせることによって、各時点で線画像を得て、この線画像から面画像を得るライン型指紋センサとがある。   Also, from the viewpoint of the method of acquiring a fingerprint image that is a surface image, the fingerprint sensor has light receiving elements arranged in a matrix, and an area type fingerprint sensor that can obtain a surface image by pressing the fingertip, and a light receiving device. There is a line-type fingerprint sensor in which elements are arranged in a straight line, and a line image is obtained at each time point by sliding while pressing a fingertip, and a plane image is obtained from the line image.

ここで、指紋センサとしては、信頼性が十分で製造コストが低いことの他に、携帯通信機器のように小型の機器にも組み込めるように、サイズが出来るだけ小さいことが要求される。   Here, the fingerprint sensor is required to be as small as possible so that it can be incorporated into a small device such as a portable communication device, in addition to sufficient reliability and low manufacturing cost.

指内散乱光方式の指紋センサは、通常、光を指先に当てる光源と、光センサと、指先からの光を光センサに導く導光イメージガイド部材を有する構成である。導光イメージガイド部材は、指先が当る面が指先の全体に対応する大きさである形状であり、導光イメージガイド部材を構成する多数の光ファイバが傾斜している方向は指先を当てた場合のその指の長手方向である。
米国特許 4,932,776号公報
An intra-finger scattered light type fingerprint sensor is generally configured to include a light source that applies light to the fingertip, an optical sensor, and a light guide image guide member that guides light from the fingertip to the optical sensor. The light guide image guide member has a shape in which the surface on which the fingertip comes into contact has a size corresponding to the entire fingertip, and the direction in which a number of optical fibers constituting the light guide image guide member are inclined is applied to the fingertip Is the longitudinal direction of that finger.
U.S. Pat. No. 4,932,776

導光イメージガイド部材は、指先が当る面が指先の全体に対応する大きさである形状であり、サイズが大きくなってしまう。このため、指紋センサもサイズが大きくなってしまい、携帯通信機器のように小型の機器に組み込むことは困難であった。   The light guide image guide member has a shape in which the surface on which the fingertip comes into contact has a size corresponding to the entire fingertip, resulting in an increase in size. For this reason, the fingerprint sensor is also increased in size, and it has been difficult to incorporate it into a small device such as a portable communication device.

また、従来は、多数の光ファイバ片が平行とされて集合している構造であって、ライン型指紋センサに適した小さいサイズの導光イメージガイド部材は存在しなかった。   Conventionally, there is no light guide image guide member having a small size suitable for a line-type fingerprint sensor, which has a structure in which a large number of optical fiber pieces are gathered in parallel.

そこで、本発明は、上記課題を解決した導光イメージガイド部材を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the light guide image guide member which solved the said subject.

そこで、上記課題を解決するため、本発明は、 多数の光ファイバ片が平行とされて集合している構造である導光イメージガイド部材であって、
細長形状であり、
上記光ファイバ片が該導光イメージガイド部材の短い辺に沿う方向に傾斜している構成であり、
長手方向に垂直の断面が平行四辺形であり、該平行四辺形は、導光イメージガイド部材の上面及び下面が一つの対向する平行の辺を形成し、別の対向する平行の辺が上記光ファイバ片の傾斜している方向と実質上一致している構成としたことを特徴とする導光イメージガイド部材。
In order to solve the above problems, the present invention is a light guide image guide member having a structure in which a large number of optical fiber pieces are assembled in parallel.
It has an elongated shape,
The optical fiber piece is configured to be inclined in a direction along a short side of the light guide image guide member,
The cross section perpendicular to the longitudinal direction is a parallelogram, and the parallelogram is such that the upper and lower surfaces of the light guide image guide member form one opposing parallel side, and the other opposing parallel side is the light beam. A light guide image guide member characterized by having a configuration that substantially coincides with an inclined direction of a fiber piece.

本発明によれば、導光イメージガイド部材が細長形状であるためライン型の指紋センサを小型化することが可能となり、指紋センサを携帯電話機等の小型の機器へ実装することも可能となる。導光イメージガイド部材の長手方向に垂直の断面が平行四辺形であるため、ライン型指紋センサを構成した場合に、導光イメージガイド部材のうち傾斜している側の側面の下側に空間を形成することが可能となり、この空間に必要に応じて電子部品を実装することが可能となる。光ファイバ片が該導光イメージガイド部材の短い辺に沿う方向に傾斜しているため、ライン型指紋センサを構成した場合に、光ファイバ片の出射面の楕円形状は受光素子の並んでいる方向に直交する方向が長軸となり、指先をスライドさせて得られた指紋の画像は縦方向に比べて横方向の解像度の良いものとなる。   According to the present invention, since the light guide image guide member has an elongated shape, the line-type fingerprint sensor can be miniaturized, and the fingerprint sensor can be mounted on a small device such as a mobile phone. Since the cross-section perpendicular to the longitudinal direction of the light guide image guide member is a parallelogram, when a line fingerprint sensor is configured, a space is formed below the inclined side surface of the light guide image guide member. It becomes possible to form, and it is possible to mount electronic components in this space as required. Since the optical fiber piece is inclined in the direction along the short side of the light guide image guide member, when the line type fingerprint sensor is configured, the elliptical shape of the emission surface of the optical fiber piece is the direction in which the light receiving elements are arranged. The direction perpendicular to the long axis is the major axis, and the fingerprint image obtained by sliding the fingertip has a better resolution in the horizontal direction than in the vertical direction.

次に本発明の実施の形態について説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described.

図1は本発明の実施例1になる導光イメージガイド部材60を示す。X1−X2は長手方向、Y1−Y2は幅方向、Z1−Z2は高さ方向である。図2は導光イメージガイド部材60を拡大して示す断面図である。図2は図示の便宜上高さ方向を大幅に縮小してある。導光イメージガイド部材60は、空気中から入射した光は吸収し、及び指内散乱光ではあるけれども空気層を経て入射した指内散乱光は吸収し、指先の表面から空気層を経ないで直接に入射した指内散乱光を、後述する受光素子42にまで導く役割を有するものである。空気中から入射した光及び指内散乱光ではあるけれども空気層を経て入射した指内散乱光を受光素子まで届かないようにするのは、これらの光はノイズとなるからである。この導光イメージガイド部材60は、無数の光ファイバ片70がY2方向に傾斜して密集して整列している光ファイバ片の束であり、全体としては、X1−X2方向に長い細長形状であり、光ファイバ片70が導光イメージガイド部材60の短い辺に沿う方向であるY1−Y2方向に傾斜している構成であり、共に水平面ある上面61及び下面62と、共に傾斜面である傾斜側面63,64とを有し、長手方向に垂直の断面が平行四辺形である。Y1端側の光ファイバ片70−1がX1−X2方向に並んでいる部分が傾斜側面63を形成し、Y2端側の光ファイバ片70−nがX1−X2方向に並んでいる部分が傾斜側面64を形成する。平行四辺形は、上面61及び下面62の縁が一つの対向する平行の辺61a,62aを形成し、傾斜側面63,64の縁が一対の対向する辺63a,64aを形成することによって形成されている。光ファイバ片70は、例えば長さL2が約15mm、幅W2が約2mm、高さH2が約2mmの寸法を有する。   FIG. 1 shows a light guide image guide member 60 according to Embodiment 1 of the present invention. X1-X2 is the longitudinal direction, Y1-Y2 is the width direction, and Z1-Z2 is the height direction. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the light guide image guide member 60. In FIG. 2, the height direction is greatly reduced for convenience of illustration. The light guide image guide member 60 absorbs light incident from the air and absorbs light scattered in the finger through the air layer although it is scattered light in the finger, and does not pass through the air layer from the surface of the fingertip. It has the role of guiding the directly scattered light within the finger to the light receiving element 42 described later. The reason why light scattered from within the finger and scattered light within the finger that has entered through the air layer is prevented from reaching the light receiving element is that it is noise. The light guide image guide member 60 is a bundle of optical fiber pieces in which an infinite number of optical fiber pieces 70 are inclined and densely aligned in the Y2 direction, and has a long and narrow shape as a whole in the X1-X2 direction. The optical fiber piece 70 is inclined in the Y1-Y2 direction, which is a direction along the short side of the light guide image guide member 60, and both the upper surface 61 and the lower surface 62 that are horizontal surfaces, and the inclined surface that is an inclined surface. It has side surfaces 63 and 64, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction is a parallelogram. The portion where the optical fiber pieces 70-1 on the Y1 end side are arranged in the X1-X2 direction forms the inclined side surface 63, and the portion where the optical fiber pieces 70-n on the Y2 end side are arranged in the X1-X2 direction is inclined. Side surfaces 64 are formed. The parallelogram is formed by the edges of the upper surface 61 and the lower surface 62 forming one opposing parallel side 61a, 62a, and the edges of the inclined side surfaces 63, 64 forming a pair of opposing sides 63a, 64a. ing. The optical fiber piece 70 has dimensions of, for example, a length L2 of about 15 mm, a width W2 of about 2 mm, and a height H2 of about 2 mm.

なお、傾斜側面63,64(辺63a,64a)の傾斜の方向は光ファイバ片70−1、70−nの傾斜方向に対して少しずれていてもよく、傾斜側面63,64(辺63a,64a)の傾斜の方向は光ファイバ片70−1、70−nの傾斜方向と実質上一致していればよい。   In addition, the inclination direction of the inclined side surfaces 63 and 64 (sides 63a and 64a) may be slightly deviated from the inclination direction of the optical fiber pieces 70-1 and 70-n. The inclination direction of 64a) only needs to substantially coincide with the inclination direction of the optical fiber pieces 70-1 and 70-n.

また、導光イメージガイド部材60は、図7に示すように、上面61のY1側の点Aが、下面62のY2側の点Bよりも、Y2側に位置している。このようにした理由については後述する。   In the light guide image guide member 60, the point A on the Y1 side of the upper surface 61 is located on the Y2 side from the point B on the Y2 side of the lower surface 62, as shown in FIG. The reason for this will be described later.

上記の導光イメージガイド部材60は、図5に示すように、指紋センサ20に組み込んであり、図1中、X1−X2方向は指先の幅に対応する方向であり、Y2方向は指先をスライドさせる方向である。   As shown in FIG. 5, the light guide image guide member 60 is incorporated in the fingerprint sensor 20. In FIG. 1, the X1-X2 direction corresponds to the width of the fingertip, and the Y2 direction slides the fingertip. Direction.

ここで、説明の便宜上、指先をスライドさせる方向、即ち、導光イメージガイド部材60の短い辺の方向を基準にして、互いに直交する三つの面を規定する。200はX―Z面であり、指先をスライドさせる方向に直交する垂直面であり、「指先スライド方向直交垂直面」という。201はX―Y面であり、水平面である。202はY―Z面であり、指先をスライドさせる方向の垂直面であり、「指先スライド方向垂直面」という。   Here, for convenience of explanation, three surfaces orthogonal to each other are defined with reference to the direction in which the fingertip is slid, that is, the direction of the short side of the light guide image guide member 60. Reference numeral 200 denotes an XZ plane, which is a vertical plane orthogonal to the direction in which the fingertip is slid, and is referred to as “fingertip slide direction orthogonal vertical plane”. Reference numeral 201 denotes an XY plane, which is a horizontal plane. Reference numeral 202 denotes a YZ plane, which is a vertical plane in the direction in which the fingertip is slid, and is referred to as a “fingertip slide direction vertical plane”.

各光ファイバ片70は、指先スライド方向直交垂直面200内に位置しており、Z軸に対してY2方向に角度θ1傾斜しており、X1−X2方向及びY1−Y2方向に密に並んでいる。各光ファイバ片61は、直径が10〜40μmであり、図3(A)に併せて示すように、中心にコア71を有し、コア71の周囲にクラッド72を有し、更にクラッド72の周囲に光を吸収する光吸収層73を有する構造であり、光が入射する入射面75と、光が出射する出射面76とを有する。光吸収層73はガラスを主成分とする材料であり、厚さが1〜5μmである。コア71の屈折率n1は例えば1.62であり、クラッド72の屈折率n2は例えば1.52である。また、入射面75及び出射面76は、X1−X2方向が長軸である楕円形状である。74はコア71とクラッド72との間の境界面である。入射面75及び出射面76は共に水平面である。各光ファイバ片70の入射面75が集まって導光イメージガイド部材60の上面61を形成しており、各光ファイバ片70の出射面76が集まって導光イメージガイド部材60の下面62を形成している。光ファイバ片70の入射面75の光ファイバ片70の光軸77に対する角度(上記の角度θ1と等しい)は、以下のように定めてある。即ち、第1には、図3(B)に示すように、空気中から入射面75を通ってコア71内に入射した光は、境界面74で全反射されないように定めてある。即ち、入射面75に対して垂直に近い方向から入射面75で屈折してコア71内に入射した光90は勿論、入射面75と略平行の方向から入射面75で屈折してコア71内に入射した光91についても、境界面74で屈折してクラッド72内に入って、光吸収層73に到ってここで吸収されるように定めてある。第2には指の光学的屈折率nが1.5〜1.7程度であるので、図3(C)に示すように、指の指先1の内部から出て空気層は経ないで入射面75を通ってコア71内に入射した指内散乱光のうちの一部の光95は、後述する臨界角θ2より大きい角度θ6で入射して境界面74で全反射されるように定めてある。境界面74で全反射された光は、出射面76に到ってここから出射する。   Each optical fiber piece 70 is located in the fingertip slide direction orthogonal vertical plane 200, is inclined at an angle θ1 in the Y2 direction with respect to the Z axis, and is closely arranged in the X1-X2 direction and the Y1-Y2 direction. Yes. Each optical fiber piece 61 has a diameter of 10 to 40 μm, and has a core 71 at the center, a clad 72 around the core 71, as shown in FIG. The structure has a light absorption layer 73 that absorbs light in the periphery, and has an incident surface 75 on which light is incident and an output surface 76 on which light is emitted. The light absorption layer 73 is a material mainly composed of glass and has a thickness of 1 to 5 μm. The refractive index n1 of the core 71 is 1.62, for example, and the refractive index n2 of the clad 72 is 1.52, for example. In addition, the incident surface 75 and the emission surface 76 have an elliptical shape having a major axis in the X1-X2 direction. Reference numeral 74 denotes an interface between the core 71 and the clad 72. Both the entrance surface 75 and the exit surface 76 are horizontal surfaces. The incident surfaces 75 of the optical fiber pieces 70 gather to form the upper surface 61 of the light guide image guide member 60, and the emission surfaces 76 of the optical fiber pieces 70 gather to form the lower surface 62 of the light guide image guide member 60. doing. The angle of the incident surface 75 of the optical fiber piece 70 with respect to the optical axis 77 of the optical fiber piece 70 (equal to the angle θ1 described above) is determined as follows. That is, first, as shown in FIG. 3B, the light that has entered the core 71 from the air through the incident surface 75 is determined not to be totally reflected by the boundary surface 74. That is, the light 90 refracted at the incident surface 75 from a direction perpendicular to the incident surface 75 and incident on the core 71 is of course refracted at the incident surface 75 from the direction substantially parallel to the incident surface 75 to be within the core 71. Is also refracted at the boundary surface 74, enters the cladding 72, reaches the light absorption layer 73, and is absorbed here. Second, since the optical refractive index n of the finger is about 1.5 to 1.7, as shown in FIG. 3 (C), the light exits from the inside of the fingertip 1 and enters without passing through the air layer. It is determined that a part of the finger scattered light 95 incident on the core 71 through the surface 75 is incident at an angle θ6 larger than a critical angle θ2, which will be described later, and totally reflected by the boundary surface 74. is there. The light totally reflected by the boundary surface 74 reaches the emission surface 76 and is emitted from here.

ここで、コア71の屈折率n1が1.62であり、クラッド72の屈折率n2が1.52である場合に、上記の角度θ1を光学的に計算する。図3(A)において、θ2はコア71とクラッド72との境界面における臨界角である。
角度θ4は、図3(A)中、右側から空気中を入射面75に略水平に進んできた光が入射面75で屈折してコア71内に入射した光の屈折角度である。
また、角度θ3、θ4、θ5、θ1は、θ3=90−θ2、θ5=θ3+θ4、θ1=90−θ5の関係にある。
Here, when the refractive index n1 of the core 71 is 1.62 and the refractive index n2 of the clad 72 is 1.52, the angle θ1 is optically calculated. In FIG. 3A, θ2 is a critical angle at the boundary surface between the core 71 and the clad 72.
The angle θ4 is a refraction angle of light that has been refracted by the incident surface 75 and entered into the core 71 from the right side in the air to the incident surface 75 in FIG.
The angles θ3, θ4, θ5, and θ1 are in a relationship of θ3 = 90−θ2, θ5 = θ3 + θ4, and θ1 = 90−θ5.

臨界角θ2は、θ2=sin−1(1.52/1.62)≒70であり、角度θ4はθ4=sin−1(1/1.62)≒38となる。θ3は20度、θ5は58度となり、θ1は約32度となる。   The critical angle θ2 is θ2 = sin−1 (1.52 / 1.62) ≈70, and the angle θ4 is θ4 = sin−1 (1 / 1.62) ≈38. θ3 is 20 degrees, θ5 is 58 degrees, and θ1 is about 32 degrees.

よって、理論上は、角度θ1は32度よりも小さいことが必要である。しかし、本実施例では、角度θ1は、約40度である。上記角度θ1が32度より大きい角度、例えば約40度であっても、コントラストの良い指の指紋の画像が表示されたことが実験によって確かめられたためである。この理由は、コア71とクラッド72との境界がグラデーションの状態となっており、この部分で乱反射が起きているためと考えられる。なお、本発明者は、角度θ1は、40度に限らず、48度程度でも実用上問題がないことを実験で確かめた。よって、上記角度θ1は、例えば48度以下であればよい。   Therefore, theoretically, the angle θ1 needs to be smaller than 32 degrees. However, in this embodiment, the angle θ1 is about 40 degrees. This is because, even when the angle θ1 is greater than 32 degrees, for example, about 40 degrees, it has been confirmed by experiments that a fingerprint image of a finger with good contrast is displayed. The reason is considered that the boundary between the core 71 and the clad 72 is in a gradation state, and irregular reflection occurs in this portion. The inventor has confirmed through experiments that the angle θ1 is not limited to 40 degrees and that there is no practical problem even when the angle θ1 is about 48 degrees. Therefore, the angle θ1 may be 48 degrees or less, for example.

なお、光ファイバ片70の角度θ1が鋭角になればなるほど導光イメージガイド部材60の実装が困難となる。しかし、上記角度θ1は約40度であり、導光イメージガイド部材60の実装は困難ではない。また、光ファイバ片70の角度θ1と導光イメージガイド部材60の長さL2とは、角度θ1が大きくなると長さL2が短くなる関係にあり、角度θ1を32度より大きい40度に定めることは、導光イメージガイド部材60の幅W2を短くして、最終的には指紋センサ20の長さW1を短くする。   In addition, mounting of the light guide image guide member 60 becomes more difficult as the angle θ1 of the optical fiber piece 70 becomes an acute angle. However, the angle θ1 is about 40 degrees, and it is not difficult to mount the light guide image guide member 60. Further, the angle θ1 of the optical fiber piece 70 and the length L2 of the light guide image guide member 60 are in a relation that the length L2 becomes shorter as the angle θ1 becomes larger, and the angle θ1 is set to 40 degrees that is larger than 32 degrees. Reduces the width W2 of the light guide image guide member 60 and finally shortens the length W1 of the fingerprint sensor 20.

なお、導光イメージガイド部材60は、図4に示すように太い素材を線引きし(一次線引)、線引きして細くなった光ファイバを束ねて再度線引きし(二次線引)、細くなった光ファイバ束を束ねて再度線引きし(三次線引)、無数の極く細い光ファイバよりなる束110を得、この光ファイバ束110を斜めに切断してスライスして、傾斜した無数の光ファイバ片の束であるプレート111を得、このプレート111を適宜ダイシングすることによって得られる。   As shown in FIG. 4, the light guide image guide member 60 draws a thick material (primary drawing), bundles the drawn optical fibers and bundles them again (secondary drawing), and becomes thin. The optical fiber bundles are bundled and drawn again (tertiary drawing) to obtain a bundle 110 made of an infinite number of extremely thin optical fibers. The optical fiber bundle 110 is cut obliquely and sliced to produce an infinite number of inclined light beams. A plate 111 that is a bundle of fiber pieces is obtained, and the plate 111 is obtained by appropriately dicing.

図5乃至図7は本発明の実施例1になる導光イメージガイド部材60が適用してある指紋センサ20を示す。図5(A)は斜視図、図6(A)は平面図、図7は図6(A)中、VII−VIIに沿う断面図である。図5(A)は、指紋センサ20の内部の構造が分かり易いように内部を透視して示してある。   5 to 7 show the fingerprint sensor 20 to which the light guide image guide member 60 according to the first embodiment of the present invention is applied. 5A is a perspective view, FIG. 6A is a plan view, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6A. FIG. 5A is a perspective view showing the inside of the fingerprint sensor 20 so that the inside structure can be easily understood.

指紋センサ20は、指内散乱光を利用する方式であって且つ指をスライドさせて指紋を採取する構成であり、インターポーザ21上に発光ダイオードチップ30−1〜30−3、CCD或いはCMOS撮像素子である光センサチップ40、コンデンサチップ50、抵抗素子、トランジスタ等が実装してあり、光センサチップ40上に導光イメージガイド部材60が接着層100で接着されて実装してあり、発光ダイオードチップ30−1〜30−3上に照明ガイド部材80が接着層101で接着されて実装してあり、発光ダイオード30−1〜30−3、光センサチップ40、コンデンサチップ50、抵抗素子、トランジスタ、導光イメージガイド部材60、照明ガイド部材80が遮光性を有する合成樹脂モールド部90によって覆われて且つ囲まれて一体化されている構造を有する。指紋センサ20は、長さL1が約17mm、幅W1が約5mm、高さH1が約3mmの寸法を有し、小型である。   The fingerprint sensor 20 is a system that uses scattered light within a finger and is configured to collect a fingerprint by sliding the finger, and a light emitting diode chip 30-1 to 30-3, CCD, or CMOS image sensor on the interposer 21. The light sensor chip 40, the capacitor chip 50, the resistance element, the transistor, and the like are mounted, and the light guide image guide member 60 is mounted on the light sensor chip 40 with the adhesive layer 100, and the light emitting diode chip. The illumination guide member 80 is adhered and mounted on the adhesive layer 101 on 30-1 to 30-3, and the light emitting diodes 30-1 to 30-3, the optical sensor chip 40, the capacitor chip 50, the resistance element, the transistor, The light guide image guide member 60 and the illumination guide member 80 are covered with a synthetic resin mold part 90 having a light shielding property and Having are integrated surrounded by structure. The fingerprint sensor 20 has a length L1 of about 17 mm, a width W1 of about 5 mm, and a height H1 of about 3 mm, and is small.

導光イメージガイド部材60の断面が平行四辺形であって導光イメージガイド部材60がY2方向に傾斜している姿勢であるため、図7中、符号135で示す導光イメージガイド部材60の下方の部分に空間が形成され、この空間135が電子部品の実装に利用可能である。   Since the cross section of the light guide image guide member 60 is a parallelogram and the light guide image guide member 60 is inclined in the Y2 direction, the lower side of the light guide image guide member 60 indicated by reference numeral 135 in FIG. A space is formed in this portion, and this space 135 can be used for mounting electronic components.

なお、光センサチップ40は、細長いシリコン基板41上に、多数の256個の受光素子42がシリコン基板41の長手方向に沿って一列に並んで形成してある直線状受光素子群42aを有する構成である。受光素子42は例えば約40μm角のサイズであり、例えば43μmのピッチで並んでおり、例えば600dot/inchであり、個数は例えば256個である。光センサチップ40は、インターポーザ21のうちY1側に実装してあり、受光素子42はX1−X2方向に一列に並んでいる。導光イメージガイド部材60は、その長手方向を光センサチップ40の長手方向と一致させて直線状受光素子群42aに合わせて実装してある。光ファイバ片70と受光素子42との大きさの関係は、図6(B)に示すように、Y1−Y2方向上隣りあう2本の光ファイバ片70の出射面76が一つの受光素子42に対向する関係である。また、Y1−Y2方向上、導光イメージガイド部材60と発光ダイオード30−1〜30−3とは近接している。   The optical sensor chip 40 includes a linear light receiving element group 42a in which a large number of 256 light receiving elements 42 are formed in a line along the longitudinal direction of the silicon substrate 41 on an elongated silicon substrate 41. It is. The light receiving elements 42 have a size of about 40 μm square, for example, are arranged at a pitch of 43 μm, for example, 600 dots / inch, and the number is, for example, 256. The optical sensor chip 40 is mounted on the Y1 side of the interposer 21, and the light receiving elements 42 are arranged in a line in the X1-X2 direction. The light guide image guide member 60 is mounted in accordance with the linear light receiving element group 42a so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the optical sensor chip 40. As shown in FIG. 6B, the size relationship between the optical fiber piece 70 and the light receiving element 42 is such that the light exiting surfaces 76 of the two optical fiber pieces 70 adjacent in the Y1-Y2 direction have one light receiving element 42. It is the relationship which opposes. Moreover, the light guide image guide member 60 and the light emitting diodes 30-1 to 30-3 are close to each other in the Y1-Y2 direction.

上記の指紋センサ20は図8に示すように携帯電話機の筐体120のスリット121の部分に、フランジ部20bを利用して位置を決められて、上面20aが筐体120の表面に露出した状態で、且つ、シール部材130によって防水性を保証されて組み込まれる。   As shown in FIG. 8, the fingerprint sensor 20 is positioned at the slit 121 portion of the casing 120 of the cellular phone using the flange portion 20b, and the upper surface 20a is exposed on the surface of the casing 120. In addition, the seal member 130 is incorporated so as to be waterproof.

指紋を採取する場合には、同じく図8に示すように、指先1を指紋センサ20の上面20aに押し当てて、Y2方向にスライドさせる操作をする。発光ダイオードチップ30−1〜30−3が発光し、光10は接着層101、照明ガイド部材80を透過して、指紋センサ20の上面より出て、指先1内に入り、指先1内の組織によって散乱され、指先1が明るくなる。   When collecting a fingerprint, as shown in FIG. 8, the fingertip 1 is pressed against the upper surface 20a of the fingerprint sensor 20 and is slid in the Y2 direction. The light emitting diode chips 30-1 to 30-3 emit light, and the light 10 passes through the adhesive layer 101 and the illumination guide member 80, exits from the upper surface of the fingerprint sensor 20, enters the fingertip 1, and enters the tissue in the fingertip 1. The fingertip 1 becomes brighter.

図9に拡大して示すように、指先1のうち指紋センサ20に接触している部分の表面から出た指内散乱光のうち、凹の部分1bから出た光13bは導光イメージガイド部材60内で吸収されて光センサチップ40には届かず、凸の部分1aから出た光13aは導光イメージガイド部材60内で全反射されて光センサチップ40の受光素子42に届き、光センサチップ40からの情報を処理して、指先1のうち導光イメージガイド部材60に接触している部分の線状指紋情報が得られる。指先1をスライドさせることによって、指先1のうち導光イメージガイド部材60に接触している部分が指の先側に移ってゆき、その時々で得られた線状指紋情報が合さって指先1の面状の指紋情報が得られる。   As shown in an enlarged view in FIG. 9, among the scattered light within the finger emitted from the surface of the portion of the fingertip 1 that is in contact with the fingerprint sensor 20, the light 13 b emitted from the concave portion 1 b is a light guide image guide member. The light 13a that is absorbed in the light 60 and does not reach the optical sensor chip 40, and is emitted from the convex portion 1a is totally reflected in the light guide image guide member 60 and reaches the light receiving element 42 of the light sensor chip 40, and the optical sensor. By processing information from the chip 40, linear fingerprint information of a portion of the fingertip 1 that is in contact with the light guide image guide member 60 is obtained. By sliding the fingertip 1, the portion of the fingertip 1 that is in contact with the light guide image guide member 60 moves to the fingertip side, and the linear fingerprint information obtained at that time is combined with the fingertip 1. Can be obtained.

なお、光ファイバ片70と受光素子42との関係は、図6(B)に示すように、光ファイバ片70の楕円の入射面75及び出射面76の短軸がX1−X2方向、長軸がY1−Y2方向である関係であり、出射面76はY1−Y2方向に比べてX1−X2方向の方がより密に並び、よって、指紋情報の解像度は、指の長さ方向に比べて、指の幅方向の方が良い。これは、指紋を特徴づける線の方向が主に指の長さ方向であり、指紋を特徴づける線が指の幅方向に並んでいることを考慮すると、指紋を特徴づける線がより明確となることになり、好都合である。   Note that the relationship between the optical fiber piece 70 and the light receiving element 42 is such that, as shown in FIG. 6B, the minor axis of the elliptical entrance surface 75 and exit surface 76 of the optical fiber piece 70 is the X1-X2 direction and the major axis. Are in the Y1-Y2 direction, and the exit surface 76 is arranged more densely in the X1-X2 direction than in the Y1-Y2 direction, and thus the resolution of the fingerprint information is higher than that in the finger length direction. The finger width direction is better. This is because the line that characterizes the fingerprint is mainly in the length direction of the finger, and the lines that characterize the fingerprint are aligned in the width direction of the finger. This is convenient.

また、導光イメージガイド部材60は、図7に示すように、上面61のY1側の点Aが、下面62のY2側の点Bよりも、Y2側に位置している。よって、受光素子42は上面61の真下には位置していずに上面61の真下の位置よりもY1方向にずれた位置に位置している。よって、符号150で示す真上からの光が導光イメージガイド部材60の吸収層73を透過して、符号151で示すように進入した場合であっても、この進入した光151は受光素子42には到達しない。よって、受光素子42は進入した光151の影響を受けず、良好なコントラストの指紋情報が得られる。   In the light guide image guide member 60, the point A on the Y1 side of the upper surface 61 is located on the Y2 side from the point B on the Y2 side of the lower surface 62, as shown in FIG. Therefore, the light receiving element 42 is not located directly below the upper surface 61 but is located at a position shifted in the Y1 direction from a position directly below the upper surface 61. Therefore, even if light from directly above indicated by reference numeral 150 passes through the absorption layer 73 of the light guide image guide member 60 and enters as indicated by reference numeral 151, the entered light 151 is received by the light receiving element 42. Will not reach. Therefore, the light receiving element 42 is not affected by the incident light 151, and fingerprint information with good contrast can be obtained.

また、図10に示すように、上記導光イメージガイド部材60を遮光樹脂140で囲むように成形したものを独立した導光イメージガイド部材とすることも可能である。   Further, as shown in FIG. 10, the light guide image guide member 60 formed by surrounding the light guide image guide member 60 with a light shielding resin 140 may be used as an independent light guide image guide member.

図11は本発明の実施例2になる導光イメージガイド部材60Aを示す。図12、図13は導光イメージガイド部材60Aを備えた指紋センサ20Aを示す。導光イメージガイド部材60Aは、図13に示すように、導光イメージガイド部材60に破線で囲んだ部分150が追加されている構成であり、長手方向に対して垂直の断面が、台形である点が、前記の導光イメージガイド部材60と相違している。その他の部分は前記の導光イメージガイド部材60と同じであり、対応する部分には同じ符号を付す。指紋センサ20Aは、導光イメージガイド部材60A以外の部分は前記の指紋センサ20と同じであり、対応する部分には同じ符号を付す。   FIG. 11 shows a light guide image guide member 60A according to the second embodiment of the present invention. 12 and 13 show a fingerprint sensor 20A provided with a light guide image guide member 60A. As shown in FIG. 13, the light guide image guide member 60 </ b> A has a configuration in which a portion 150 surrounded by a broken line is added to the light guide image guide member 60, and a cross section perpendicular to the longitudinal direction is a trapezoid. This is different from the light guide image guide member 60 described above. Other portions are the same as those of the light guide image guide member 60 described above, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals. The fingerprint sensor 20A is the same as the fingerprint sensor 20 except for the light guide image guide member 60A, and the corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

導光イメージガイド部材60Aは、図4中の傾斜した無数の光ファイバ片の束であるプレート111を適宜ダイシングすることによって得られる。導光イメージガイド部材60Aは、共に水平面ある上面61A及び下面62Aと、傾斜面である傾斜側面63Aと垂直面である垂直側面65とを有し、長手方向に垂直の断面が台形である。平行四辺形である。台形は、上面61A及び下面62Aの縁が一つの対向する平行の辺61Aa,62Aaを形成し、傾斜側面63Aの縁が傾斜した辺63Aを形成し、垂直側面65の縁が垂直の辺65Aを形成することによって形成されている。   The light guide image guide member 60A is obtained by appropriately dicing the plate 111, which is a bundle of an infinite number of inclined optical fiber pieces in FIG. The light guide image guide member 60A has an upper surface 61A and a lower surface 62A that are horizontal surfaces, an inclined side surface 63A that is an inclined surface, and a vertical side surface 65 that is a vertical surface, and has a trapezoidal cross section perpendicular to the longitudinal direction. It is a parallelogram. In the trapezoid, the edges of the upper surface 61A and the lower surface 62A form one opposing parallel side 61Aa, 62Aa, the edge of the inclined side surface 63A forms the inclined side 63A, and the edge of the vertical side surface 65 forms the vertical side 65A. It is formed by forming.

導光イメージガイド部材60Aは指紋情報の解像度は、指の長さ方向に比べて、指の幅方向の方が良い。   In the light guide image guide member 60A, the resolution of fingerprint information is better in the finger width direction than in the finger length direction.

導光イメージガイド部材60Aは下面62Aが広いため、実装の際に安定して、実装がし易い。   Since the light guide image guide member 60A has a wide lower surface 62A, it is stable during mounting and easy to mount.

導光イメージガイド部材60Aを備えた指紋センサ20Aは、前記の導光イメージガイド部材60を備えた前記の指紋センサ20と同様に、指の幅方向の解像度が高く、且つ、コントラストの良い指紋情報が得ることが可能である。   Similar to the fingerprint sensor 20 provided with the light guide image guide member 60, the fingerprint sensor 20A provided with the light guide image guide member 60A has high resolution in the width direction of the finger and has high contrast fingerprint information. Can be obtained.

また、図14に示すように、上記導光イメージガイド部材60Aを遮光樹脂160で囲むように成形したものを独立した導光イメージガイド部材とすることも可能である。   Further, as shown in FIG. 14, the light guide image guide member 60A formed by surrounding the light guide image guide member 60A with a light shielding resin 160 may be used as an independent light guide image guide member.

図8に示すように例えば携帯電話機内にハウジングのスリットから露出するようにして組み込むことが可能となる。   As shown in FIG. 8, for example, it can be incorporated in a mobile phone so as to be exposed from the slit of the housing.

本発明の実施例1になる導光イメージガイド部材の斜視図である。It is a perspective view of the light guide image guide member which becomes Example 1 of the present invention. 図1の導光イメージガイド部材の一部をX−Z面で断面して示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the light guide image guide member of FIG. 導光イメージガイド部材を構成する光ファイバ片を拡大して示すと共に光ファイバ片の内部の光の反射、屈折を示す図である。It is a figure which shows reflection and refraction of the light inside an optical fiber piece while expanding and showing the optical fiber piece which comprises a light guide image guide member. 導光イメージガイド部材の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a light guide image guide member. 図1の導光イメージガイド部材を備えた指紋センサの斜視図である。It is a perspective view of a fingerprint sensor provided with the light guide image guide member of FIG. 図1の指紋センサの平面図である。It is a top view of the fingerprint sensor of FIG. 図6(A)中、VII−VIIに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows VII-VII in FIG. 6 (A). 図5の指紋センサの機器への取り付け状態及び指紋採取状態を示す図である。It is a figure which shows the attachment state and fingerprint collection state to the apparatus of the fingerprint sensor of FIG. 指紋採取状態における指先から導光イメージガイド部材に入射した光の全反射及び屈折の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of total reflection and refraction of the light which injected into the light guide image guide member from the fingertip in the fingerprint collection state. 図1の導光イメージガイド部材の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the light guide image guide member of FIG. 本発明の実施例2になる導光イメージガイド部材の斜視図である。It is a perspective view of the light guide image guide member which becomes Example 2 of this invention. 図1の導光イメージガイド部材を備えた指紋センサの斜視図である。It is a perspective view of a fingerprint sensor provided with the light guide image guide member of FIG. 図12の指紋センサの断面図である。It is sectional drawing of the fingerprint sensor of FIG. 図1の導光イメージガイド部材の変形例を示す図である。 20、20A 指紋センサ 21 インターポーザ 30−1〜30−3 発光ダイオードチップ 40 光センサチップ 42 受光素子 60、60A 導光イメージガイド部材 70 光ファイバ片 80 照明ガイド部材 90 合成樹脂モールド部It is a figure which shows the modification of the light guide image guide member of FIG. 20, 20A Fingerprint sensor 21 Interposer 30-1 to 30-3 Light emitting diode chip 40 Optical sensor chip 42 Light receiving element 60, 60A Light guide image guide member 70 Optical fiber piece 80 Illumination guide member 90 Synthetic resin mold part

Claims (5)

多数の光ファイバ片が平行とされて集合している構造である導光イメージガイド部材であって、
細長形状であり、
上記光ファイバ片が該導光イメージガイド部材の短い辺に沿う方向に傾斜している構成であり、
長手方向に垂直の断面の形状が平行四辺形であり、
共に水平である上面及び下面と、共に上記光ファイバ片の傾斜している方向と実質上一致している一対の傾斜面とを有する構成としたことを特徴とする導光イメージガイド部材。
A light guide image guide member having a structure in which a large number of optical fiber pieces are gathered in parallel,
It is an elongated shape,
The optical fiber piece is configured to be inclined in a direction along a short side of the light guide image guide member,
The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is a parallelogram,
A light guide image guide member characterized by having an upper surface and a lower surface that are both horizontal, and a pair of inclined surfaces that substantially coincide with the inclined direction of the optical fiber piece.
請求項1に記載の導光イメージガイド部材において、
上記上面のうち傾斜している方向とは反対側の端の位置が、上記下面のうち傾斜して方向の端の位置よりも、傾斜している方向にずれている構成としたことを特徴とする導光イメージガイド部材。
In the light guide image guide member according to claim 1,
The position of the end of the upper surface opposite to the inclined direction is configured to be shifted in the inclined direction from the position of the inclined lower end of the lower surface. A light guide image guide member.
多数の光ファイバ片が平行とされて集合している構造である導光イメージガイド部材であって、
細長形状であり、
上記光ファイバ片が該導光イメージガイド部材の短い辺に沿う方向に傾斜している構成であり、
長手方向に垂直の断面の形状が台形であり、
共に水平である上面及び下面と、上記光ファイバ片の傾斜している方向と実質上一致している一つの傾斜面と、該傾斜面とは反対側の垂直面とを有する構成としたことを特徴とする導光イメージガイド部材。
A light guide image guide member having a structure in which a large number of optical fiber pieces are gathered in parallel,
It has an elongated shape,
The optical fiber piece is configured to be inclined in a direction along a short side of the light guide image guide member,
The shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction is a trapezoid,
Both the upper and lower surfaces are horizontal, one inclined surface substantially coincides with the inclined direction of the optical fiber piece, and a vertical surface opposite to the inclined surface. A light guide image guide member.
請求項1又は請求項3に記載の導光イメージガイド部材において、
光ファイバ片の水平面に対する傾斜角が、論理的に求まる角度よりも大きいことを特徴とする導光イメージガイド部材。
In the light guide image guide member according to claim 1 or 3,
A light guide image guide member, wherein an inclination angle of an optical fiber piece with respect to a horizontal plane is larger than a logically obtained angle.
インターポーザ上に、受光素子が直線状に並んでなる直線状受光素子群を有する光ラインセンサチップと光源部材とが接近して実装してあり、
該光ラインセンサチップ上に、請求項1又は請求項3に記載の導光イメージガイド部材が、上記直線状受光素子群に合わせて、且つ、光ファイバ片の傾斜の方向が光ファイバ片の入射面が上記光源部材に近接する方向とされて、実装してある構成としたことを特徴とする指紋センサ。
On the interposer, an optical line sensor chip having a linear light receiving element group in which light receiving elements are arranged in a straight line and a light source member are mounted close to each other,
The light guide image guide member according to claim 1 or 3 is arranged on the optical line sensor chip in accordance with the linear light receiving element group, and the direction of inclination of the optical fiber piece is incident on the optical fiber piece. A fingerprint sensor characterized in that a surface is set in a direction close to the light source member and mounted.
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