JP2005217529A

JP2005217529A - 画像検出装置

Info

Publication number: JP2005217529A
Application number: JP2004018766A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Iseri; 陽一井芹; Yoshinori Tawara; 良則田原; Shigeo Nishihara; 茂生西原
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】本発明は発光素子から検出対象に向け光を照射し、この検出対象からの光を受光手段で受光することにより受光した光に応じた検出信号を出力する画像検出装置に関し、消費電力及びコストの低減を図りつつ、光導光部材から出射される光量の均一を図ることを課題とする。
【解決手段】検出対象となる指先１に向け光を照射する発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3と、指先１からの光を受光しこの光に応じた検出信号を出力する受光素子４２とを有する画像検出装置において、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3と指先１との間に、光透過性を有する材料に光拡散剤が混入された構成を有すると共に発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3からの光を指先１に導く光導光部材８０を設けた構成とする。
【選択図】図４

Description

本発明は画像検出装置に係り、特に発光素子から検出対象に向け光を照射し、この検出対象からの光を受光手段で受光することにより、受光した光に応じた検出信号を出力する画像検出装置に関する。

例えば、画像検出装置の一つとして光学式の指紋センサが知られている。この光学式指紋センサは、大略すると図１１（Ａ），（Ｂ）に示す二つの方式に大別される。図１１（Ａ）に示す方式は、照射光源３から投射光１０をガラス板２に押し当てられた指先１に照射し、指先１の表面で反射した反射光１１を光センサ４で検出して指紋検出を行なう法式（以下、指表面反射方式という）である。

これに対して図１１（Ｂ）に示す方式は、照射光源３から出射した光を指先１内に入射させ、指先１の内部で散乱した指内散乱光１２の内、指先１の表面から出射される散乱光１３を光センサ４で検出することにより指紋検出を行なう法式（以下、指内光散乱方式という）である（特許文献１参照）。この図１１（Ｂ）は、指内光散乱方式を採用した指紋センサの横断面図である。同図に示す指紋センサは、照射光源３から出射した光を指先１に導くのに光導光部材５を用いており、また指先１から出射した散乱光１３を光センサ４に導くのに導光イメージガイド部材６を用いてる。

上記した二つの方式の内、指表面反射方式は、指先１が湿った状態か乾燥した状態かによって、取得する指紋の画像のばらつきが大きく、指紋認証が可能となる質の画像を得るために、複雑な画像処理が必要となり、特殊なプロセッサが必要となり、製造コストを低く抑えることが困難であった。

これに対して指内光散乱方式は、指先１が湿った状態でも乾燥した状態でも、これによる影響を受けないで良質の指紋の画像を取得することが可能であり、よって、画像処理が簡単であり、通常のプロセッサで足り、製造コストを低く抑えることが可能である。
米国特許４，９３２，７７６号公報

図１２は、図１１（Ｂ）に示した指内光散乱方式の指紋センサの縦断面図である。同図に示すように、光導光部材５は所定の長さ（図中、矢印Ｌ３で示す）を有している。この光導光部材５の所定長さＬ３は、指先１を当てた場合に確実に指先１の横幅方向全面と対向しうる長さに設定されている。

この光導光部材５の下部には、同図に示す例では３個の発光ダイオードチップ３-１〜３-3が設けられている。尚、図中Ｐ１〜Ｐ３で示す位置は、発光ダイオードチップ３-１〜３-3の実際の発光位置（発光点）である。また、各発光ダイオードチップ３-１〜３-3と光導光部材５の下面は、光透過性を有した接着剤７-1〜７-3により接合されている。

更に、光導光部材５の外周部分、及び光導光部材５の下面（接着剤７-1〜７-3の配設位置を除く）には、合成樹脂モールド部８が形成されている。この合成樹脂モールド部８は、光の漏れを防止するため、遮光機能を有した構成とされている。

ここで、発光ダイオードチップ３-１〜３-3から出射される光の方向について考察する。前記したように、発光ダイオードチップ３-１〜３-3の発光位置はＰ１〜Ｐ３であり、また発光ダイオードチップ３-１〜３-3及び光透過性接着剤７-1〜７-3の外周には遮光機能を有した合成樹脂モールド部８が形成されているため、位置Ｐ１から発射した光の照射範囲は図中θ１で示す範囲であり、同様に位置Ｐ２，Ｐ３から発射した光の照射範囲は図中θ２，θ３となる。

このため、光導光部材５の長さは指先１の幅に対応してＬ３の長さがあっても、図１２に矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３で示す領域には発光ダイオードチップ３-１〜３-3から出射した光が導光されず、光導光部材５から指先１に向け照射される光にむらが発生してしまう。図１３は、光導光部材５から出射される光量を測定したものである。横軸は光導光部材５の長さＬ１方向の位置を示し、縦軸は出射される光量を示している。

同図より、従来の構成では光導光部材５から指先１に向け出射される光の光量に大きなむらが発生してしまうことが判る。このように、光導光部材５から指先１に向け出射される光の光量が不均一となると、指先１内で散乱される光にもむらが発生し、このむらは指先１から出射する散乱光１３にも影響を与えるため、正確な指紋測定を行なうことができなくなるという問題点があった。

この問題点を解決するためには、配設される発光ダイオードチップの数を増やすか、或はラインタイプの光源を用いることが考えられる。しかしながら、いずれの場合においても消費電力が増大すると共に、コストが上昇してしまうという新たな問題点が発生してしまう。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、消費電力及びコストの低減を図りつつ、光導光部材から出射される光量の均一を図った画像検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
検出対象に向け光を照射する発光素子と、
前記検出対象からの光を受光し、該受光した光に応じた検出信号を出力する受光手段とを有する画像検出装置において、
前記発光素子と前記検出対象との間に、光透過性を有する材料に光拡散剤が混入された構成を有し、前記発光素子からの光を前記検出対象に導く光導光部材を設けたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、光透過性を有する材料に光拡散剤が混入された光導光部材が発光素子と検出対象との間に設けられるため、光拡散剤が混入するだけの簡単な構成で、光導光部材から均一な光を検出対象に向け照射することが可能となる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の画像検出装置において、
前記光拡散剤は酸化チタンであることを特徴とするものである。

上記発明によれば、酸化チタンは安全性が高くかつ高い光拡散効果を実現できるため、光拡散剤として酸化チタンを用いることにより光導光部材の安全性及び光拡散性の向上を図ることができる。

また、請求項３記載の発明は、
検出対象に向け光を照射する発光素子と、
前記検出対象からの光を受光し、該受光した光に応じた検出信号を出力する受光手段とを有する画像検出装置において、
前記発光素子と前記検出対象との間に、光透過性を有する部材と光拡散機能を有した光拡散シートとを有した構成とされており、前記発光素子からの光を前記検出対象に導く光導光部材を設けたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、光拡散機能を有した光拡散シートが発光素子と検出対象との間に設けられるため、光拡散シートを挿入するだけの簡単な構成で、光導光部材から均一な光を検出対象に向け照射することが可能となる。

また、請求項４記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像検出装置において、
前記発光素子は点状光源であることを特徴とするものである。

上記発明によれば、発光点がスポット的な点状光源を用いても、光導光部材から照射される光にむらが発生することを防止できる。また、点状光源は線状光源に比べて比較的安価であるため、画像検出装置の低コスト化を図ることもできる。

また、請求項５記載の発明は、
請求項４記載の画像検出装置において、
前記発光素子は発光ダイオードであることを特徴とするものである。

上記発明によれば、発光素子として安価な発光ダイオードを用いたことにより、画像検出装置の低コスト化を図ることができる。

本発明によれば、消費電力及びコストの低減を図りつつ、光導光部材から出射される光量の均一を図ることができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。

図１乃至図４は本発明の一実施例である画像検出装置を説明するための図である。本実施例では、画像検出装置として指紋センサ２０を例に挙げて説明するものとする。但し、本発明の適用は指紋を検出対象とする指紋センサ２０に限定されものではなく、他のものを検出対象とする各種画像検出装置に適用可能なものである。

尚、図１乃至図４において、図１（Ａ）は指紋センサ２０の斜視図、図２（Ａ）は指紋センサ２０の平面図、図３は図２（Ａ）におけるIII−III線に沿う断面図、図４は図２（Ａ）におけるIＶ−IＶ線に沿う断面図である。また、図１（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。更に、図中矢印Ｘ１−Ｘ２で示す方向は指紋センサ２０の長手方向であり、図中矢印Ｙ１−Ｙ２は指紋センサ２０の幅方向、図中矢印Ｚ１−Ｚ２は指紋センサ２０の厚さ方向である。

本実施例に係る指紋センサ２０は、指内散乱光を利用する方式（指内光散乱方式）を採用しており、指を指紋センサ２０上でスライドさせることにより指紋を採取する構成とされている。この指紋センサ２０は、大略するとインターポーザ２１、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3、光センサチップ４０、電子素子（コンデンサチップ５０のみ図示）、導光イメージガイド部材６０、光導光部材８０、及び合成樹脂モールド部９０等を有した構成とされている。この指紋センサ２０は、例えば長さＬ１が約１７ｍｍ、幅Ｗ１が約５ｍｍ、高さＨ１が約３ｍｍの寸法を有した小型のセンサである。

ここで説明の便宜上、指紋センサ２０の各構成要素の詳細説明に先立ち、この指紋センサ２０により指紋のパターン認識が行なわれる原理について簡単に説明しておく。図８は、この指紋センサ２０により指紋のパターン認識が行なわれる原理を説明するたの図である。同図に示すように、指先１を導光イメージガイド部材６０の上面に接触させたとき、指の指紋を形成する表面の凹凸のうち、凸部１ａは導光イメージガイド部材６０の上面に密着し、凹部１ｂについては導光イメージガイド部材６０の上面に密着しないで離間した状態となる。

この離間位置においては、導光イメージガイド部材６０の上面と指先１の表面との間には空気層１５が形成されるため、指内散乱光１２のうち凹部１ｂから出た光１３ｂは空気層１５を介して導光イメージガイド部材６０に入射する。このため、光１３ｂは導光イメージガイド部材６０内で全反射されずに吸収され、光センサチップ４０の受光素子４２には届かない。これに対して凸部１ａから出た光１３ａは、導光イメージガイド部材６０内で全反射されつつ進行し、光センサチップ４０の受光素子４２に到達する。

従って、指紋検出時における導光イメージガイド部材６０を出射面側から見た場合を想定すると、指の表面のうち凸部１ａに対応する部分は明るく見え、凹部１ｂと対応する部分は暗く見えるようになる。従って、指先１を指紋センサ２０上において図中矢印Ｙ２方向にスライドさせることにより、指先１の指紋（凸部１ａ，凹部１ｂの状態）は光センサチップ４０により電気信号（指紋検出信号）に変換され、この指紋検出信号に対し既定の画像処理を実施することにより指紋のパターン認識が行なわれる。

続いて、指紋センサ２０の各構成要素について詳述する。インターポーザ２１は、図中矢印Ｘ１−Ｘ２方向に長く延在する長方形のプリント基板である。このインターポーザ２１の上部には、光センサチップ４０が配設されている。

光センサチップ４０は、細長い例えばシリコン材料からなる基板４１上に、多数（例えば２５６個）の受光素子４２が形成されている。この受光素子４２は、基板４１の長手方向に沿って一列に並んで形成されている。受光素子４２は例えば約□４０μｍのサイズであり、４３μｍのピッチで並んでいる。またその配設密度は、例えば600dot/inchである。この受光素子４２が形成された基板４１とインターポーザ２１は、ワイヤ４３により電気的に接続されている。

尚、以後の説明の便宜上、受光素子４２の並び方向を基準にして、互いに直交する三つの面を規定する。その一つ目の面は「受光素子並び方向垂直面２００」であり、図１（Ｂ）におけるＸ―Ｚ面である。二つ目の面は、「水平面２０１」であり、図１（Ｂ）におけるＸ―Ｙ面である。更に、三つ目の面は「受光素子並び直角方向垂直面２０２」であり、受光素子４２の並び方向に対して直角の方向の面である。

発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3は、検出対象である指先１に向け光を照射する発光素子として機能するものである。本実施例では、発光素子として点光源である発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3を用いている。

点光源である発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3は、発光点Ｐ１〜Ｐ３（図４参照）を中心として放射状に光を照射する構成とされている。よって、点光源である発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3では、発光点Ｐ１〜Ｐ３（図４参照）の位置が最も光量が大きく、これより離間すると光量が低減する。よって、従来のように単に複数個の発光ダイオードチップを指紋センサに配設しただけの構成では、指先に照射される光にむらが発生することは前述した通りである。

また、このむらを無くするために、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3に代えてライン状の光源を用いることも考えられる。このライン状光源としては、多数の発光ダイオードチップを近接して一列にしたものや、蛍光ランプが考えられる。しかしながら、いずれの光源を用いた場合でも、消費電力が増大すると共にコストアッブが発生してしまうことも前述した通りである。

この発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3は、前記した受光素子４２と略平行に図中矢印Ｙ１−Ｙ２方向に列設された構成となっている。尚、本実施例で用いている発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3は、波長が例えば900〜1000ｎｍの例えば近赤外光の領域の光を発生するものが選定されている。しかしながら、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3として600ｎｍ以上の赤色光を発生するものを選定してもよい。更に、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3に代えて、モールド部品の発光ダイオードを用いることも可能である。

次に、導光イメージガイド部材６０について説明する。導光イメージガイド部材６０は、指先１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、即ち図８に示した凸部１ａから直接導光イメージガイド部材６０に進入した光１３ａのみを受光素子４２にまで導く機能を奏するのものである。従って、導光イメージガイド部材６０は、指内散乱光以外の光、及び指内散乱光ではあるけれども空気層１５を経て入射した指内散乱光１３ｂ（以下、この双方の光をまとめて不要光という）が受光素子４２に至ることを阻止している。この不要光が受光素子４２に至ることを阻止するのは、この不要光は指紋のパターン認識処理において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、図１（Ｂ）に示すように、無数の光ファイバ片７０が高密度に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、図中矢印Ｘ１−Ｘ２方向に長い直方体形状を有している。具体的な寸法の一例を示すと、長さＬ２が約１５ｍｍ）、幅Ｗ２が約１ｍｍ、高さＨ２が約２ｍｍである。

各光ファイバ片７０は、受光素子４２並び方向垂直面２００を含む領域内に位置するよう設けられている。また、各光ファイバ片７０は、Ｚ軸に対して所定方向（Ｘ１又はＸ２方向）に所定角度θ１だけ傾斜させた構成とされている。この各光ファイバ片７０は、図５（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を有した構造とされている。そして、光ファイバ片７０の上面は指先１が接触し光が入射する入射面７５となり、下面が受光素子４２に向け光を出射する出射面７６となる。

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の傾斜角度、具体的には入射面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５（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に入射しここで屈折してコア７１内に入射した光９１についても、境界面７４で全反射せず屈折してクラッド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。

また第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５（Ｃ）に示すように、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内、一部の光９５は境界面７４に後述する臨界角θ２より大きい角度θ６で入射して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。

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５（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５（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。

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。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。

しかしながら本実施例では、角度θ１は約40度としている。これは、上記角度θ１が32度より大きい角度（例えば本実施例のように約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。

尚、本発明者は、角度θ１は本実施例の40度に限定されるものではなく、48度程度でも実用上問題がないことを実験で確かめた。上記角度θ１は、例えば38〜48度の範囲であればよい。

上記した光ファイバ片７０の角度θ１は導光イメージガイド部材６０の実装性と関係しており、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の実装性が悪くなる。しかし、本実施例では光ファイバ片７０の角度θ１は約40度と比較的鈍角である。このため、本実施例に係る指紋センサ２０では、導光イメージガイド部材６０の実装性を高めることができる。

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る。よって、本実施例のように角度θ１を32度より大きい40度に定めることにより、導光イメージガイド部材６０の長さＬ２を短くすることができ、延いては指紋センサ２０の長さＬ１を短くすることができる（これは、指紋センサ２０の小型化を図れることと等価である）。

また、前記したように各光ファイバ片７０はＺ軸に対して傾斜しているため、導光イメージガイド部材６０は幅Ｗ２が約１ｍｍと短くなっており、これによって最終的には指紋センサ２０の幅Ｗ１が短くなっている。尚、本実施例における光ファイバ片７０と受光素子４２との大きさの関係は、図２（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。

上記構成とされた導光イメージガイド部材６０は、光学用接着剤の接着層１００によって、光センサーチップ４０上に接着される。接着層１００は通常よりも厚くしてあり、具体的には約５０μｍの厚さｔ（図３に矢印で示す）を有している。ここで、光学用接着剤として、硬化した状態である程度の弾性を有する例えばシリコン接着剤が使用してある。また、例えばエポキシ系接着剤であっても、硬化した後もある程度の弾性を有するものであれば使用可能である。

この接着層１００は、後述するように、導光イメージガイド部材６０の上面が上金型１１１に当ったときに圧縮されて衝撃を吸収し、光センサチップ４０への衝撃を緩和する。また、接着層１００は、指紋センサ２０が機器に組み込まれて使用される間に受ける熱応力を吸収する働きもある。

続いて、光導光部材８０について説明する。この光導光部材８０は発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3と検出対象となる指先１との間に設けられるものであり、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3が発した近赤外光又は赤色光を指先１まで導く機能を奏する。この光導光部材８０は、例えばアクリル、ポリカーボネイト、或いはメタクリル樹脂製等の透光性を有する樹脂を基材とするものであり、図中矢印Ｘ１−Ｘ２方向に長く延在すると共に、その両端には脚部８１、８２が形成された構成とされている。

本実施例では、この光導光部材８０を構成する透光性を有する樹脂に光拡散剤を混入した構成としている。本実施例では、光拡散剤として酸化チタン（TiO₂）を用いてる。この酸化チタンは白色をした粉体であり、高い安全性を有すると共に高い光拡散効果を発揮するため、顔料等に広く使用されている。

このように、透光性樹脂に光拡散剤（酸化チタン）を混入することにより、光導光部材８０に光拡散効果を付与することができる。尚、光拡散剤は酸化チタンに限定されるものではなく、例えば炭酸カルシウム等の他の光拡散性を発揮しうる材料を用いることも可能である。

上記構成とされた光導光部材８０は、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3の上側を跨ぐように配置される。この際、光導光部材８０はその両端部に脚部８１，８２が形成されており、この脚部８１，８２がインターポーザ２１上に当接することにより高さ方向の位置を決めが行なわれる。また、光導光部材８０と発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3は、透明な接着層１０１によって接着固定される。

上記した導光イメージガイド部材６０及び光導光部材８０等は、インターポーザ２１上に形成される合成樹脂モールド部９０により封止される。合成樹脂モールド部９０はエポキシ樹脂製であり、後述するようモールド成形される。この指紋センサ２０の上面２１には、導光イメージガイド部材６０の上面６１及び光導光部材８０の上面８３が露出した構成となっている。また、合成樹脂モールド部９０の上面の周囲部は、スライドされる指先１に対する当りをやさしくするため、テーパ状の傾斜面９１が形成されている。尚、指紋センサ２０の下面側の周囲には、フランジ部２２が形成されている。

上記した本実施例に係る指紋センサ２０では、光導光部材８０を構成する透光性を有する樹脂に光拡散剤を混入した構成としているため、図４に示されるように、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3から接着層１０１を介して光導光部材８０に進行した光は、光導光部材８０内で拡散されてその上面８３からは均一な光が出射される。

即ち、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3の発光点Ｐ１〜Ｐ３より所定の角度（図４に矢印θ１〜θ３で示す）で光が発射されても、この所定角度θ１〜θ３で入射した光は光拡散効果を有する光導光部材８０で拡散され、その上面８３からは均一な光が出射される。

特に、上記したように本実施例に係る指紋センサ２０は、低コスト化のために点光源である発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3を３個のみ離間させて配設した構成としているが、このような光源の配置であっても光導光部材８０から出射される光の均一化を図ることができる。

よって、蛍光管等の線状光源に比べて消費電力が少なく比較的安価な点状光源（発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3）を用いても、光導光部材８０の図中矢印Ｘ１，Ｘ２方向に対し均一な光量を有した光を指先１に向け照射することが可能となる。これにより、本実施例に係る指紋センサ２０によれば、消費電力及びコストの低減を図りつつ、光導光部材８０から出射される光量の均一を図ることが可能となる。

図９は、光導光部材８０から出射される光量を測定したものである。横軸は光導光部材８０の長さＬ１方向の位置を示し、縦軸は出射される光量を示している。同図より、本実施例に係る光導光部材８０では、光導光部材８０の長手方向の全体にわたり（Ｌ３の長さ全体にわたり）、略均一な光量の光が照射されることが判る。

このように、光導光部材８０から指先１に向け出射される光の光量が均一化することにより、指先１内で散乱される光も均一化し、指先１から受光素子４２に向け出射する散乱光１３は指紋のパターンのみの情報を含む光となる。このため、正確な指紋測定を行なうことが可能となる。

続いて、指紋センサ２０の製造方法について説明する。図６（Ａ）乃至（Ｈ）は上記した指紋センサ２０の製造工程を示している。

指紋センサ２０を製造するには、先ず図６（Ａ）に示すようにインターポーザ２１上に発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3、コンデンサチップ５０等の電子素子を搭載し、次いで、同図（Ｂ）に示すようにリフローを行なってこれらをインターポーザ２１上に実装する。

次いで、同図（Ｃ）に示すように光センサチップ４０をインターポーザ２１上に実装し、続いて、同図（Ｄ）に示すようにワイヤーボンディングを行って光センサチップ４０とインターポーザ２１との間にワイヤー４３を張る。

次いで、同図（Ｅ）に示すように導光イメージガイド部材６０を光センサチップ４０上に該照明光波長に対して良好な光透過性を有する接着剤で接着し、続いて、同図（Ｆ）に示すように光導光部材８０を発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3上に該照明光波長に対して光透過性のよい接着剤で接着すると共に、光導光部材８０の両側形成された脚部８１，８２をインターポーザ２１上に接着する。

光導光部材８０は、予め別工程で形成しておく。この別工程では、光透過性を有する光導光部材８０の基材となるメタクリル樹脂，アクリル樹脂，エポキシ樹脂，ポリカーボネイト樹脂等に光拡散剤として酸化チタン及び炭酸カルシウムを混入する。具体的には、粉体状の酸化チタン及び炭酸カルシウムを溶媒に混ぜてスラリー状態とし、これを上記した樹脂に混入する。

尚、酸化チタンと炭酸カルシウムは、単独でも使用することが可能である。しかしながら本実施例では、高価な酸化チタンの使用量を低減するため、炭酸カルシウムをフィラーとして炭酸カルシウムを添加している。

次いで、これを図７に示すように下金型１１０内にセットし、下金型１１０を上金型１１１に突き合せ、金型内に樹脂を注入して、合成樹脂モールド部９０を形成する。このときに、ある程度の弾性を有している接着層１００が圧縮されることによって、導光イメージガイド部材６０の上面６１が上金型１１１の内面に当ったときの衝撃を吸収し、光センサチップ４０への衝撃が緩和される。また、下金型１１０と上金型１１１とによって、導光イメージガイド部材６０の上面６１の高さ位置が決定される。

尚、実際には、インターポーザ２１はインターポーザとなる部分が複数並んで集合している集合基板の状態にあり、合成樹脂モールド部９０は図６（Ｇ）に示すように集合基板に対して形成される。最後に、図６（Ｈ）に示すようにダイシングし個片化して、指紋センサ２０が得られる。

続いて、上記した実施例に係る指紋センサ２０の変形例である指紋センサ２０Ａについて説明する。図１０は、指紋センサ２０の変形例である指紋センサ２０Ａの縦断面図である。

先に図１乃至図４を用いて説明した指紋センサ２０は、光導光部材８０に酸化チタン等の光拡散剤を混入することにより光拡散機能を持たせ、これにより少数の点光源である発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3であっても均一な光量分布を有した光を指先１に向け照射しうる構成とした。

これに対して本変形例に係る指紋センサ２０Ａは、発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3と検出対象となる指先１との間に、光透過性を有する照明ガイド部材８０Ａと光拡散機能を有した光拡散シート１５０-１〜１５０-３とを設けたことを特徴とするものである。この光拡散シート１５０-１〜１５０-３は、透光性を有する樹脂に光拡散剤を混入したシートであり、入射された光を拡散する光拡散機能を有している。

また、照明ガイド部材８０Ａは、図１乃至図４に示した指紋センサ２０に設けられた光導光部材８０と略同形状とされている。この照明ガイド部材８０Ａは、光透過性を有する樹脂材料により形成されているが、光拡散剤は混入されていない。

発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3と光拡散シート１５０-１〜１５０-３との間、及び光拡散シート１５０-１〜１５０-３と照明ガイド部材８０Ａとの間には透明接着剤が配設され、これにより発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3、光拡散シート１５０-１〜１５０-３、及び照明ガイド部材８０Ａは接着されて一体化した構成となっている。

上記した本変形例に係る指紋センサ２０Ａによれば、光拡散機能を有した光拡散シート１５０-１〜１５０-３が発光ダイオードチップ３０-1〜３０-3と検出対象となるプローブ針１との間に設けられるため、従来構成の指紋センサ（図１２参照）に対して光拡散シート１５０-１〜１５０-３を挿入するだけの簡単な構成で、光導光部材（照明ガイド部材８０Ａと光拡散シート１５０-１〜１５０-３からなる）から均一な光を指先１に向け照射することが可能となる。

本発明の一実施例である指紋センサの斜視図である。図１の指紋センサの平面図である。図２（Ａ）中、III−IIIに沿う断面図（横断面図）である。図２（Ａ）中、IＶ−IＶに沿う断面図（縦断面図）である。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内の光の反射、屈折を示す図である。図１の指紋センサの製造工程を示す図である。図５中、樹脂成形の工程を示す図である。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。本発明の一実施例である指紋センサに設けられた照明ガイド部材から照射される光の光量分布を示す図である。本発明の変形例である指紋センサの縦断面図である。指紋センサの方式を説明する図である。従来の一例である指紋センサの縦断面図である。従来の一例である指紋センサに設けられる照明ガイド部材から照射される光の光量分布を示す図である。

符号の説明

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導光イメージガイド部材
７０光ファイバ片
８０，８０Ａ照明ガイド部材
９０合成樹脂モールド部
１５０-１〜１５０-3光拡散シート

Claims

検出対象に向け光を照射する発光素子と、
前記検出対象からの光を受光し、該受光した光に応じた検出信号を出力する受光手段とを有する画像検出装置において、
前記発光素子と前記検出対象との間に、光透過性を有する材料に光拡散剤が混入された構成を有し、前記発光素子からの光を前記検出対象に導く光導光部材を設けたことを特徴とする画像検出装置。
請求項１記載の画像検出装置において、
前記光拡散剤は酸化チタンであることを特徴とする画像検出装置。
検出対象に向け光を照射する発光素子と、
前記検出対象からの光を受光し、該受光した光に応じた検出信号を出力する受光手段とを有する画像検出装置において、
前記発光素子と前記検出対象との間に、光透過性を有する部材と光拡散機能を有した光拡散シートとを有した構成とされており、前記発光素子からの光を前記検出対象に導く光導光部材を設けたことを特徴とする画像検出装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像検出装置において、
前記発光素子は点状光源であることを特徴とする画像検出装置。
請求項４記載の画像検出装置において、
前記発光素子は発光ダイオードであることを特徴とする画像検出装置。