JP2005293002A - 光源装置及び画像検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は指紋検出に用いて好適な光源装置及び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】 １個の発光ダイオードチップ３１と、これを挟んで対向配置された一対の側壁３４，３５（側壁反射板部３５Ａ，３５Ｂ）と、側壁３５の発光ダイオードチップ３１と対向する位置に設けられると共に側壁３４との間に間隙部３９を形成してなる天板部３６（天板反射板部３６Ａ）と、発光ダイオードチップ３１を中心として両側部に投光幅まで延出するよう設けられた側部反射板３７Ａ（平板状反射部３８Ａ）とを有する光源装置であって、発光ダイオードチップ３１から出射された光の一部が間隙部３９を介して指先１（被照射体）に直接照射されるよう構成すると共に、発光ダイオードチップ３１から出射され側壁反射板部３５Ａ，３５Ｂ及び天板反射板部３６Ａで反射された光が、平板状反射部３８Ａで反射されることにより被照射体に向け照射されるよう構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は光源装置及び画像検出装置に係り、特に指紋検出に用いて好適な光源装置及び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を用いている。

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、光源が設けられている。同図に示す例では、光源として
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。

ところで、消費電力削減の面からは、発光ダイオードチップの数は少ない方がよく１個であることが望ましい。一方、指先１に照射される光は、全照射幅に亘り均一となっていることが望ましい。このため本例では、３個の発光ダイオードチップ３-１〜３-3を用い、消費電力低減と照射光の均一化とを図っている。

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特性について考察する。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。更に、各発光ダイオードチップ３-１〜３-3から出射した光の方向を制御する反射板等の光の進行方向を制御する手段も設けられていない。このため、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、前記したように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、出射される光量の均一を図った光源装置及びこれを用い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、
単一の光源と、
前記光源を挟んで対向配置された一対の第１の反射板と、
前記一対の第１の反射板の内、一方の前記第１の反射板の前記光源と対向する位置に設けられると共に、他方の前記第１の反射板との間に間隙部を形成してなる第２の反射板と、
前記光源を中心として両側部に投光幅まで延出するよう設けられた第３の反射板とを有する光源装置であって、
前記光源から出射された光の一部が、前記第１の反射板と前記第２の反射板との間に形成された前記間隙部を介して被照射体に直接照射されるよう構成すると共に、
前記光源から出射され前記第１の反射板及び第２の反射板で反射された光が、前記第３の反射板で反射されることにより前記被照射体に向け照射されるよう構成したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、光源から出射された光の内、第１の反射板や第２の反射板で第３の反射板に向け反射された光は、第３の反射板で反射されて被照射体に向け照射される。この被照射体に向け照射される光は、第１の反射板，第２の反射板，及び第３の反射板で１回或は複数回反射された錯乱孔である。よって、単一の光源から照射される光であっても、第３の反射板で被照射体に向け照射される光は、投光幅の全体に亘りむらの無い均一な輝度の光とすることができる。

また、第２の反射板の配設位置では、光源から被照射体に向け照射される光は第２の反射板により遮られるが、全ての光が遮られるのではなく、第１の反射板と第２の反射板との間に間隙部が形成されているため、光源から出射された光の一部はこの間隙部を介して被照射体に直接照射される。よって、第２の反射板の配設位置において被照射体に向け照射される光の輝度が低下することはなく、これによっても投光幅の全体に亘りむらの無い均一な輝度の光を被照射体に向け照射することができる。よって、消費電力及びコストの低減を図りつつ、光源装置から出射される光の光量を照射幅全体に亘り均一化することができる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の光源装置において、
前記第３の反射板は、平板形状であることを特徴とするものである。

上記発明によれば、第３の反射板を容易に形成することができる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項２記載の光源装置において、
前記第３の反射板は、
前記光源の取付け面に対して第１の角度で延出する第１の反射部と、
該第１の反射部の外側に形成されており、前記光源の取付け面に対する角度が前記第１の角度よりも大きい第２の角度を有した第２の反射部とにより構成されることを特徴とするものである。

上記発明によれば、第１の反射部の外側に光源の取付け面に対する角度が第１の角度よりも大きい第２の角度を有した第２の反射部を設けたことにより、第３の反射板の外側において外部に漏洩し易い光を第２の反射部により内側に向け反射させることができ、被照射体に対する光の照射効率を高めることができる。

また、請求項４記載の発明は、
請求項１記載の光源装置において、
前記第３の反射板は、湾曲形状であることを特徴とするものである。

上記発明によれば、湾曲形状の曲率を調整することによりにより反射される光の反射方向を調整できるため、より均一な光を被照射体に向け照射することが可能となる。

また、請求項５記載の発明は、
請求項４記載の光源装置において、
前記第３の反射板は、
第１の曲率半径を有する第１の湾曲部と、
該第１の湾曲部の外側に形成されており、前記第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径を有した第２の湾曲部とにより構成されることを特徴とするものである。

上記発明によれば、第１の湾曲部の外側に第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径を有した第２の湾曲部を設けたことにより、第３の反射板の外側において外部に漏洩し易い光を第２の湾曲部により内側に向け反射させることができ、被照射体に対する光の照射効率を高めることができる。

また、請求項６記載の発明は、
検出対象に向け光を照射する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置と、
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ことを特徴とするものである。

上記発明によれば、均一でむらのない光を検出対象に照射されるため、検出精度を高めることができる。

上述の如く本発明によれば、消費電力及びコストの低減を図りつつ、光源装置から出射される光の光量を照射幅全体に亘り均一化することができる。

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３は本発明の第１実施例である画像検出装置を示しており、図４は本発明の第１実施例である光源装置３０Ａを示している。この図１乃至図３に示す画像検出装置は、図４に示す光源装置３０Ａを用いたものである。以下説明する各実施例では、画像検出装置として指紋センサを例に挙げて説明するものとするものとする。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３において、図１（Ａ）は指紋センサ２０の斜視図、図１（Ｂ）は光センサチップ４０と導光イメージガイド部材６０との接合位置を拡大して示す拡大図、図２（Ａ）は指紋センサ２０の平面図、図２（Ｂ）は受光素子４２と出射面７６との関係を示す図、図３は図２（Ａ）におけるIII−III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で示す方向は指紋センサ２０の幅方向、図中矢印Ｚ１−Ｚ２で示す方向は指紋センサ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、光源装置３０Ａ、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６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及び光源装置３０Ａ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。

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る。この導光イメージガイド部材６０は、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る。

また、導光イメージガイド部材６０は、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。この平行四辺形は、上面６１及び下面６２の縁が一つの対向する平行の辺を形成し、傾斜側面６３，６４の縁が一対の対向する辺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。

尚、傾斜側面６３，６４の傾斜の方向は光ファイバ片７０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の傾斜の方向は光ファイバ片７０の傾斜方向と実質上一致していればよい。また、導光イメージガイド部材６０は、図３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。

上記の導光イメージガイド部材６０は、図１に示すように、指紋センサ２０に組み込んであり、図中、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。

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。

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７０は、直径が１０〜４０μｍであり、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。

境界面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５（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光の内、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、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。

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、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。また、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。

導光イメージガイド部材６０及び光源装置３０Ａ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。

続いて、光源装置３０Ａについて、図１乃至図３に加えて図４を用いて説明する。

光源装置３０Ａは、上部に配設された合成樹脂モールド部９０を介して指先１に光を照射する機能を奏するものであり、大略すると単一（１個）の発光ダイオードチップ３１と底板部３３とにより構成されている。

発光ダイオードチップ３１は、ハウジング３２を構成する底板部３３の略中央位置に配設されている。この発光ダイオードチップ３１は点光源であり、放射状に光を照射する。本実施例では、１個の発光ダイオードチップ３１しか使用していないため、光源装置３０Ａで消費される電力は、従来に比べて少なくなっている。

尚、本実施例で用いている発光ダイオードチップ３１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３１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３１に代えて、モールド部品の発光ダイオード素子を用いることも可能である。

ハウジング３２は、金属板をプレス加工により筐体上に形成したものであり、底板部３３、側壁３４，３５及び天板部３６等を有した構成とされている。側壁３４，３５は、底板部３３の両側部を折り曲げ形成することにより立設させた構成とされている。この立設された状態において、側壁３４と側壁３５は発光ダイオードチップ３１を挟んで互いに対向した構成となっている。

また、一方の側壁３５には天板部３６が形成されている。この天板部３６は、底板部３３の略中央位置に配設された発光ダイオードチップ３１と対向するよう形成されている。更に、この天板部３６は、図示されるように下に尖った三角形状とされている。更に、天板部３６は、他方の側壁３４とは離間した構成とされている。これにより、図４（Ｂ）に示すように、天板部３６と他方の側壁３４との間は間隙部３９が形成された構成となっている。この間隙部３９の幅は、後述するように光源装置３０Ａから照射される光がその全幅Ｌ３（図１及び図４（Ｂ）参照）に亘り均一となるよう調整される。

上記構成とされたハウジング３２において、その内側面は鏡面とされている。この鏡面の形成方法としては、上記したプレス加工を実施する前にハウジング３２となる板材を研磨して鏡面としてもよく、またハウジング３２となる板材の表面にめっき処理を実施することにより鏡面を形成してもよい。このようにハウジング３２の内側面を鏡面とすることにより、側壁３４，３５の内側面には側壁反射板部３４Ａ，３５Ａ（第１の反射板）が形成され、天板部３６の内側面には天板反射板部３６Ａ（第２の反射板）が形成される。

また、互いに対向した側壁３４と側壁３５との間には、側部反射板３７Ａ（第３の反射板）が配設されている。この側部反射板３７Ａは、平板形状であり表面側が鏡面とされている。側部反射板３７Ａは平板形状であるため形成が容易であり、よって安価に形成することができる。

また、側部反射板３７Ａは、発光ダイオードチップ３１を挟んで配設された一対の平板状反射部３８Ａを有しており、この平板状反射部３８Ａは底板部３３に対して所定の角度（図４（Ｃ）に矢印θ１で示す）を有した構成、即ち傾斜を有した面とされている。よって、一対の平板状反射部３８Ａは、側面からみて発光ダイオードチップ３１を中心としてＶ字をなす形状とされている。

次に、上記構成とされた光源装置３０Ａにおいて、発光ダイオードチップ３１が点燈した場合の光の進路について考察する。

前記したように、点光源である発光ダイオードチップ３１は、点燈すると放射状に光を照射する。この発光ダイオードチップ３１から放射状に出射した光は、下記のように種々の経路を通り光源装置３０Ａから外部に照射される。
（ａ） 発光ダイオードチップ３１から放射状に出射した光の内、前記した間隙部３９に向け出射した光は、天板反射板部３６Ａに反射されることなく、間隙部３９を通過してそのまま光源装置３０Ａから外部に照射される。
（ｂ） 発光ダイオードチップ３１から放射状に出射した光の内、側壁反射板部３４Ａ，３５Ａ、天板反射板部３６Ａ、及び平板状反射部３８Ａのいずれにも反射されなかった光は、そのまま光源装置３０Ａから外部に照射される。
（ｃ） 発光ダイオードチップ３１から放射状に出射した光の内、平板状反射部３８Ａに入射した光は、平板状反射部３８Ａで反射されて光源装置３０Ａから外部に照射される。
（ｄ） 発光ダイオードチップ３１から放射状に出射した光の内、天板反射板部３６Ａに入射した光は、天板反射板部３６Ａで反射されて平板状反射部３８Ａに入射し、更に平板状反射部３８Ａで反射されることにより光源装置３０Ａから外部に照射される。
（ｅ） 発光ダイオードチップ３１から放射状に出射した光の内、側壁反射板部３４Ａ，３５Ａに入射した光の一部は、側壁反射板部３４Ａ，３５Ａで反射されることにより直接光源装置３０Ａの外部に照射される。
（ｆ） 発光ダイオードチップ３１から放射状に出射した光の内、側壁反射板部３４Ａ，３５Ａに入射した光の一部は、側壁反射板部３４Ａ，３５Ａで反射されることにより平板状反射部３８Ａに入射し、更に平板状反射部３８Ａで反射されることにより光源装置３０Ａの外部に照射される。

尚、上記の（ａ）に示す経路により光源装置３０Ａから照射される光を図４（Ｃ）に符号Ａで示し、上記の（ｂ）〜（ｆ）に示す経路により光源装置３０Ａから照射される光を図４（Ｃ）に符号Ｂで示す。

上記のように本実施例に係る光源装置３０Ａでは、発光ダイオードチップ３１から発射された光は、種々の経路（ａ）〜（ｆ）を介して光源装置３０Ａから照射されるため、光源装置３０Ａ内において発光ダイオードチップ３１から発射された光は散乱処理され、よって光源装置３０Ａから外部には均一な光を出射させることができる。

特に、本実施例に係る指紋センサ２０は、省電力化及び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３１を１個のみ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源装置３０Ａから出射される光の均一化を図ることができる。よって、指先１に対して均一な光が入射され、指紋検出の精度を高めることが可能となる。

また、光源装置３０Ａ内における光の散乱機能を高めるためには、天板部３６を設けることが有効である。しかしながら、光源装置３０Ａを平面視した場合、天板部３６は発光ダイオードチップ３１から発射された光が外部に照射されるのを妨げる機能も奏してしまう。しかしながら、本実施例では、天板部３６は側壁３４と側壁３５の間を完全に覆っているのではなく、間隙部３９を形成した構成している。

このため、図４（Ｃ）において発光ダイオードチップ３１から上方に（天板部３６に）向けて照射された光は、その全部が天板反射板部３６Ａで反射されるのではなく、一部は間隙部３９を介して直接外部に照射される（上記した（ａ）の光経路）。これにより、光源装置３０Ａの光の照射幅Ｌ３の特に中央部分（天板部３６の配設部分）において、光量が低下することを防止することができる。よって、これによっても光源装置３０Ａから外部に照射される光にむらが発生することを抑制でき、光量の均一化を図ることができる。

図１０は、光源装置３０Ａを用いて指紋（実際には擬似的なもので均一間隔の溝で構成）の信号を取得したものである。横軸は長さＬ３間に配設された複数の受光素子４２の位置を示し、縦軸は受光素子４２にて受けた光量を示している。同図より、中央部、両端部において、信号レベル（信号の振幅の山部）が略均一な光を受けていることが判る。

このように、光源装置３０Ａから出射される光の光量が均一化することにより、指先１に光が照射された場合、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。

図７乃至図９は、本発明の第２乃至第４実施例である光源装置３０Ｂ〜３０Ｄを示している。尚、図７乃至図９において、第１実施例に係る光源装置３０Ａの説明に用いた各図に示した構成と同一構成については同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

図７は、本発明の第２実施例である光源装置３０Ｂを示している。第１実施例に係る光源装置３０Ａでは、側部反射板３７Ａを平板状の平板状反射部３８Ａにより構成した。これに対して本実施例に係る光源装置３０Ｂは、側部反射板３７Ｂを第１の反射部３８Ａ-１（第１の反射部）と、第２の反射部３８Ａ-２（第２の反射部）とにより構成したことを特徴としている。第２の反射部３８Ａ-２は、第１の反射部３８Ａ-１の外側に設けられている。

この第１の反射部３８Ａ-１は、発光ダイオードチップ３１の取付け面である底板部３３に対して第１の角度θ２で延出するよう構成されており、第２の反射部３８Ａ-２は、底板部３３に対して前記第１の角度θ２よりも大きい第２の角度θ３（θ３＞θ２）で延出するよう構成されている。

第１実施例に係る光源装置３０Ａのように、側部反射板３７Ａが一様な平板形状であると、側部反射板３７Ａの外側両側位置では光が外側に向けて照射される（いわゆる、漏洩光となる）ため、照射効率が低下することが考えられる。しかしながら、本実施例のように第２の反射部３８Ａ-２の底板部３３に対する角度θ３を第１の角度θ２よりも大きくすることにより、側部反射板３７Ｂの外側において外部に漏洩し易い光を第２の反射部３８Ａ-２により内側に向け反射させることができ、指先１（被照射体）に対する光の照射効率を高めることができる。

図８は、本発明の第３実施例である光源装置３０Ｃを示している。第１実施例に係る光源装置３０Ａでは、側部反射板３７Ａを平板状の平板状反射部３８Ａにより構成した。これに対して本実施例に係る光源装置３０Ｃは、側部反射板３７Ｃの形状を一定の曲率半径Ｒ１を有する湾曲形状を有した湾曲状反射部３８Ｂにより構成したことを特徴としている。

本実施例に係る光源装置３０Ｃのように、側部反射板３７Ｃを湾曲形状とし、これにより光の反射部分を湾曲状反射部３８Ｂとすることにより、湾曲形状の曲率半径Ｒ１を調整することによりにより反射される光の反射方向を調整することが可能となる。

これにより、光源装置３０Ｃから指先１に向けて、より均一な光を被照射体に向け照射することが可能となる。また、光源装置３０Ｃ内で散乱される光の散乱効率を高めることも可能になると共に、出射される光の指向性を指先１に向う方向に揃えることができるため、指先１（被照射体）に対する光の照射効率を高めることができる。

図９は、本発明の第４実施例である光源装置３０Ｄを示している。
第３実施例に係る光源装置３０Ｃでは、側部反射板３７Ｃに一定の曲率半径Ｒ１を有する湾曲状反射部３８Ｂを形成した構成とした。これに対して本実施例に係る光源装置３０Ｄは、側部反射板３７Ｄを第１の湾曲状反射部３８Ｂ-１（第１の湾曲部）と、第２の湾曲状反射部３８Ｂ-２（第２の湾曲部）とにより構成したことを特徴としている。第２の湾曲状反射部３８Ｂ-２は、第１の湾曲状反射部３８Ｂ-１の外側に設けられている。

第１の湾曲状反射部３８Ｂ-１は、第１の曲率半径Ｒ２を有しており、また第２の湾曲状反射部３８Ｂ-２は第１の曲率半径Ｒ２よりも小さい第２の曲率半径Ｒ３（Ｒ３＜Ｒ２）を有した構成とされている。この構成することにより、前記した第３実施例の効果に加え、外側において外部に漏洩し易い光を第２の湾曲状反射部３８Ｂ-２により内側に向け反射させることができ、指先１（被照射体）に対する光の照射効率を高めることができる。

尚、本実施例では天板部３６を下に尖った三角形状としているが、単に平板形状としても上記したと同等の効果を得ることができる。

図１は、本発明の第１実施例である光源装置を用いた指紋センサの斜視図である。 図２は、図１の指紋センサの平面図である。 図３は、図２（Ａ）中、III−IIIに沿う断面図（横断面図）である。 図４は、本発明の第１実施例である光源装置を拡大して示す図である。 図５は、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６は、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。 図７は、本発明の第２実施例である光源装置を拡大して示す図である。 図８は、本発明の第３実施例である光源装置を拡大して示す図である。 図９は、本発明の第４実施例である光源装置を拡大して示す図である。 本発明の第１実施例である光源装置から出射される光の光量分布を示す図である。 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。 従来の一例である光源装置から出射される光の光量分布を示す図である。

符号の説明

２０ 指紋センサ
２１ インターポーザ
３０Ａ〜３０Ｄ 光源装置
３１ 発光ダイオードチップ
３３ 底板部
３４，３５ 側壁
３４Ａ，３５Ａ 側壁反射板部
３６ 天板部
３６Ａ 天板反射板部
３７Ａ〜３７Ｄ 側部反射板
３８Ａ 平板状反射部
３８Ａ-1 第１の反射部
３８Ａ-2 第２の反射部
３８Ｂ 湾曲状反射部
３８Ｂ-1第１の湾曲状反射部
３８Ｂ-２第２の湾曲状反射部
３９ 間隙部
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

Claims (6)

1. 単一の光源と、
   前記光源を挟んで対向配置された一対の第１の反射板と、
   前記一対の第１の反射板の内、一方の前記第１の反射板の前記光源と対向する位置に設けられると共に、他方の前記第１の反射板との間に間隙部を形成してなる第２の反射板と、
   前記光源を中心として両側部に投光幅まで延出するよう設けられた第３の反射板とを有する光源装置であって、
   前記光源から出射された光の一部が、前記第１の反射板と前記第２の反射板との間に形成された前記間隙部を介して被照射体に直接照射されるよう構成すると共に、
   前記光源から出射され前記第１の反射板及び第２の反射板で反射された光が、前記第３の反射板で反射されることにより前記被照射体に向け照射されるよう構成したことを特徴とする光源装置。
2. 請求項１記載の光源装置において、
   前記第３の反射板は、平板形状であることを特徴とする光源装置。
3. 請求項２記載の光源装置において、
   前記第３の反射板は、
   前記光源の取付け面に対して第１の角度で延出する第１の反射部と、
   該第１の反射部の外側に形成されており、前記光源の取付け面に対する角度が前記第１の角度よりも大きい第２の角度を有した第２の反射部とにより構成されることを特徴とする光源装置。
4. 請求項１記載の光源装置において、
   前記第３の反射板は、湾曲形状であることを特徴とする光源装置。
5. 請求項４記載の光源装置において、
   前記第３の反射板は、
   第１の曲率半径を有する第１の湾曲部と、
   該第１の湾曲部の外側に形成されており、前記第１の曲率半径よりも小さい第２の曲率半径を有した第２の湾曲部とにより構成されることを特徴とする光源装置。
6. 検出対象に向け光を照射する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置と、
   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ことを特徴とする画像検出装置。

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