JP2006113879A - 画像検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は指内散乱光を利用して指紋を検出する方式の指紋センサにおいて、検出精度の向上を図ることを目的とする。
【解決手段】 インターポーザ５１上に、光センサチップ５２及び赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５等が実装してあり、更に、光センサチップ５２上に導光イメージガイド部材６０が実装してあり、赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５を跨ぐように導光部材７０が実装してあり、更に、全体が、合成樹脂モールド部５７によって覆われている。導光部材７０は、導光イメージガイド部材６０側に斜めに傾斜している。光センサチップ５２と赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５との間の距離は従来に比較して離れており、導光部材７０の上面７２は従来に比較して導光イメージガイド部材６０に接近している。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像検出装置に係り、特に、指先の内部で散乱して指先の表面から出る指内散乱光を利用する方式であり、且つ、受光素子が一列に並んでいるライン型光センサを備え、指先をスライドさせて指紋を採取する構成である画像検出装置に関する。

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画像検出装置としての指紋センサを備えることが要求されている。ここで、指紋センサとしては、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小さいことの他に、検出精度が高いことが要求される。

図１０及び図１１は従来の指紋センサ２０を示す。各図は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。図１１は図１０中、垂直面ＳＸＩで切断した断面である。Ｘ１−Ｘ２は長手方向、Ｙ１−Ｙ２は幅方向、Ｚ１−Ｚ２は厚さ方向である。

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、受光素子が並んで形成してある光センサチップ２２及び赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−３が実装してあり、更に、光センサチップ２２上に導光イメージガイド部材２４が実装してあり、発光ダイオードチップ２３−１〜２３−３を跨ぐように導光部材２５が接着剤部２６によって実装してあり、更に、全体が、合成樹脂モールド部２７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。導光部材２５は、図１２に示す形状であり、下面に発光ダイオードチップ収容凹部２５ａ，２５ｂ、２５ｃがＹ１−Ｙ２に示す幅方向上貫通して形成してある。また、実装してある導光部材２５の姿勢は垂直である。

Ａは光センサチップ２２と赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−３との間の距離であり、Ｂは指紋センサ２０の上面２０ａにおける導光イメージガイド部材２４と導光部材２５との間の距離である。

指紋センサ２０は図１１に示すように携帯電話機の筐体に取り付けてある。指紋を採取する場合には、同じく図１１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。赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−３が発光し、赤外照明光１０は接着剤部２６、導光部材２５を透過して、指紋センサ１０の上面より出て、指先１内に入り、指先１内の組織によって符号１２で示すように散乱される。指先１のうち導光イメージガイド部材２４の上面に接触している部分の表面から出た指内散乱光が導光イメージガイド部材２４内を通って光センサチップ２２の受光素子に届き、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２４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、その時々で得られた線状指紋情報が合わさって指先１の面状の指紋情報が得られる。
米国特許 ４，９３２，７７６号公報 特開２００３−２１７３２号公報

導光部材２５を接着するための接着剤が多めに塗布された場合には、場合によっては、接着剤がＹ１方向にはみ出して、図１１中、符号２６ａで示すようになり、接着剤部２６ａが光路を形成し、符号１１で示すように、発光ダイオードチップ２３−２から出た光の一部が光センサチップ２２に到り、光センサチップ２２にとっては不要な光の入力となって、上記の線状指紋情報にとってはノイズとなり、線状指紋情報の精度が低下してしまうことになる。

そこで、接着剤部２６ａが光センサチップ２２にまで届かないように、光センサチップ２２と赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−３とを離して配置して、距離Ａを広げることが考えられる。しかし、距離Ａを広げると距離Ｂも長くなって、導光部材２５の上面が導光イメージガイド部材２４の上面に対して遠くなって、導光イメージガイド部材２４に入る光の強度が弱まってしまい、同じく、線状指紋情報の精度が低下してしまうことになる。

そこで、本発明は、上記課題を解決した画像検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、照明光を発する照明用の発光素子と、
光センサと、
該発光素子からの照明光を指先内に入射するように導く導光部と、
指先から出た指内散乱光を選択的に上記光センサに導く導光イメージガイド部材とを
有する画像検出装置において、
該導光部は、該発光素子からの照明光を上記導光イメージガイド部材の上面に近づくように斜めに導く構成であることを特徴とする。

本発明によれば、発光素子からの照明光が導光イメージガイド部材の上面に近づくように斜めに伝播されるため、従来に比較して光センサと発光素子との間の距離を離すことが出来、これによって、接着剤がはみ出したとしも光センサにまでは届かないようにすることが出来る。また、導光部の上面と導光イメージガイド部材の上面との間の距離を従来に比較して短くすることが出来、これによって、導光イメージガイド部材の上面に、従来に比較して強い光が入射するようにすることが出来る。

次に本発明の実施の形態について説明する。

図１及び図２（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の実施例１になる指紋センサ５０を示す。各図は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。Ｘ１−Ｘ２は長手方向、Ｙ１−Ｙ２は幅方向、Ｚ１−Ｚ２は厚さ方向である。

指紋センサ５０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５１上に、受光素子が並んで形成してある光センサチップ５２及び赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５等が実装してあり、更に、光センサチップ５２上に導光イメージガイド部材６０が実装してあり、赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５を跨ぐように導光部品としての導光部材７０が接着剤部８５によって実装してあり、更に、全体が、合成樹脂モールド部５７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。

赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５は、二つ、一つ、二つと並んでいる。

Ｘ１−Ｘ２方向上の光センサチップ５２と赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５との間の距離はＡ１である。距離Ａ１は、図１１中の対応する距離Ａよりも長い。

導光イメージガイド部材６０は、図３に示すように、無数の光ファイバ片６１がＸ１方向に４０度傾斜した斜めの姿勢で密集して整列している構成であり、Ｘ１−Ｘ２方向に長い直方体形状を有している。導光イメージガイド部材６０は、後述するように、指先から出た指内散乱光を選択的に光センサチップ５２にまで導く。

導光部材７０は、図４及び図５に示すように、直方体の上面を底面に対してＹ１方向に寄せて斜めに傾斜させた形状であり、Ｘ２側から見た形状が平行四辺形であり、底面７１と、上面７２と、底面７１から見てＹ１方向に角度α（約１３度）傾斜している側面７３，７４とを有する。Ｙ２側の側面７３と底面７１とに跨った部分に、発光ダイオードチップ５３−１等が収まる凹部７５，７６，７７が形成してある。凹部７５，７６，７７はＹ１側までは貫通していず、各凹部７５，７６，７７のＹ１側には、壁部７８、７９、８０が形成してある。また、各凹部７５，７６，７７のＹ２側は開口である。８１、８２は端面である。また、側面７３上に反射膜８３が、側面７４上に反射膜８４が形成してある。反射膜８３、８４は、アルミニウム粉を含有したインクを印刷して、或いは、アルミニウム板を接着して形成される。

この導光部材７０は、赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５の上面に接着剤が塗布された状態で、各凹部７５，７６，７７を赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５と嵌合するようにして実装してある。各凹部７５，７６，７７の内面と発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５の表面との隙間に接着剤部８５が形成され、この接着剤部８５によって導光部材７０がインターポーザ５１上に固定してある。導光部材７０の底面７１には接着剤は塗布しない。

よって、赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５の上面への接着剤の塗布量が多い場合であっても、接着剤は専らＹ２方向にはみ出す。Ｙ１方向には、壁部７８、７９、８０によって遮蔽されてはみ出さない。よって、光センサチップ５２に向かう光路は形成されない。

導光部材７０は、導光イメージガイド部材６０側に傾斜しており、指紋センサ５０の上面５０ａ上における導光イメージガイド部材６０と導光部材７０との間の距離Ｂ１、即ち、導光イメージガイド部材６０の上面６２と導光部材７０の上面７２との間の距離Ｂ１は、図１１中の対応する距離Ｂよりも短い。

合成樹脂モールド部５７は遮光性を有している。合成樹脂モールド部５７のうち、導光部材７０と導光イメージガイド部材６０との間を埋めている部分は、遮光壁部５７ａを形成している。

指紋センサ２０は図６に示すように携帯電話機の筐体に取り付けてある。指紋を採取する場合には、同じく図６に示すように、指先１を指紋センサ５０の上面５０ａに押し当てて、Ｙ２方向にスライドさせる操作をする。

赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−５が発光し、赤外照明光１０は接着剤部８５を透過し、導光部材７０内に入りこれを透過し、上面７２より一様に光って、指紋センサ５０の上面５０ａより出て、指先１内に入射し、指先１内の組織によって符号１２で示すように散乱される。

図７に拡大して示すように、指先１のうち指紋センサ５０に接触している部分の表面から出た指内散乱光が上面６２より導光イメージガイド部材６０内に入射する。この入射した光のうち、凹の部分１ｂから出て一旦空間１５を経て導光イメージガイド部材６０に入射した光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５２には届かず、凸の部分１ａから出て直接に導光イメージガイド部材６０に入射した光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５２の受光素子５２ａに届き、光センサチップ５２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従来に比較して精度良く得られる。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わさって指先１の面状の指紋情報が従来に比較して精度良く得られる。

ここで、線状指紋情報及び指紋情報が従来に比較して精度良く得られる理由について説明する。
（１）導光部材７０が導光イメージガイド部材６０側に傾斜している。

距離Ａ１は距離Ａよりも長い。よって、赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−５の光センサチップ５２への影響が従来に比較して及び難い。

距離Ｂ１は距離Ｂよりも短い。よって、導光部材７０から光が出射する位置と導光イメージガイド部材６０に光が入射する位置とが接近しており、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から出て、導光イメージガイド部材６０内に入る光の強度は従来に比較して強くなる。
（２）光センサチップ５２に向かう光路が形成されない。

導光部材７０には、各凹部７５，７６，７７毎に壁部７８、７９、８０が存在しており、接着剤の塗布量が多少多い場合であっても、接着剤が光センサチップ５２の方向にはみ出すことは制限される。よって、接着剤がはみ出した場合であっても、はみ出した接着剤が光センサチップ５２に向かう光路を形成することは起きない。よって、その分、ノイズが抑えられる。
（３）側面７３、側面７４上に反射膜８３、８４が形成してある。

赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−５より出て導光部材７０内に入った光の一部は符号１０ａで示すよう反射膜８３、８４で反射されて、導光部材７０の上面７２に向かう。導光部材７０内を伝播中の光の損失が抑えられる。
（４）導光部材７０と導光イメージガイド部材６０との間に遮光壁部５７ａが存在している。

赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−５から光センサチップ５２に向かう光が遮光される。よって、その分、ノイズが抑えられる。

次に変形例について説明する。導光部材７０の凹部７５，７６，７７を底面７１に全周が壁で囲まれるように形成してもよい。

図８及び図９は本発明の実施例２になる指紋センサ５０Ａを示す。各図中、図１乃至図７に示す構成部分と同じ構成部分には同じ符号を付しその説明は省略する。この指紋センサ５０Ａは、前記の導光部材７０に代えて、導光用の合成樹脂モールド部１１０を有する構成である。

この指紋センサ５０Ａは、インターポーザ５１上のうち、Ｙ１側の部分に、光センサチップ５２及び導光イメージガイド部材６０を実装してあり、Ｙ２側の部分に、赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５が実装してあり、Ｙ１側の部分に、導光イメージガイド部材６０を覆う遮光性の合成樹脂モールド部１００を有し、Ｙ２側の部分に、赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５を覆う導光用の合成樹脂モールド部１１０を有する構成である。導光用の合成樹脂モールド部１１０は、導光イメージガイド部材６０側に傾斜しており、且つ、この傾斜している側面上に反射板部材１２０，１２１が設けてある。

この指紋センサ５０Ａは、インターポーザ５１上のうち、Ｙ１側の部分に、光センサチップ５２及び導光イメージガイド部材６０を実装し、Ｙ２側の部分に、赤外発光ダイオードチップ５３−１〜５３−５が実装した後に、二色成形を行うことによって製造される。最初に、Ｙ１側の部分に、導光イメージガイド部材６０を覆う遮光性の合成樹脂モールド部１００を反射板部材１２１と一体的に成形し、次いで、透光性の合成樹脂でもって導光用の合成樹脂モールド部１１０を反射板部材１２０と一体的に成形することによって製造されて完成する。

この指紋センサ５０Ａは、上記の指紋センサ５０の場合と略同様に動作する。即ち、赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−５からの光１０が、導光用の合成樹脂モールド部１１０内を斜めに進み、一部の光１０は反射板部材１２０，１２１で反射されて導光用の合成樹脂モールド部１１０内を斜めに進み、指紋センサ５０Ａの上面５０Ａａより出る。よって、線状指紋情報及び指紋情報が従来に比較して精度良く得られる。

なお、本発明の赤外発光ダイオードチップ２３−１〜２３−５からの赤外光を斜めに導く技術的思想は、光センサチップが受光素子がマトリクス状に並んでいるエリア型光センサチップであり、導光イメージガイド部材がその断面が指先に対応する大きさのものである場合にも適用可能である。

本発明の実施例１になる指紋センサの斜視図である。 （Ａ）は図１の指紋センサの平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図１中の導光イメージガイド部材を示す斜視図である。 図１中の導光部材を下方から見上げて示す斜視図である。 図４中、面ＳＶで切断した導光部材の断面図である。 指紋情報を得ているときの状態を示す図である。 指先から出た光が導光イメージガイド部材内を伝播する状態を示す図である。 本発明の実施例２になる指紋センサの斜視図である。 図８中、面ＳＩＸで切断した指紋センサの断面図である。 従来の１例の指紋センサの斜視図である。 図１０中、面ＳＸＩで切断した指紋センサの断面であり、指紋情報を得ているときの状態を示す図である。 図１０中の導光部材を下方から見上げて示す斜視図である。

符号の説明

５０，５０Ａ 指紋センサ
５１ インターポーザ
５２ 光センサチップ
５３−１〜５３−５ 赤外発光ダイオードチップ
５７ 合成樹脂モールド部
６０ 導光イメージガイド部材
７０ 導光部材
７３，７４ 傾斜している側面
７５，７６，７７ 凹部
８３、８４ 反射膜
８５ 接着剤部
１００ 遮光性の合成樹脂モールド部
１１０ 導光用の合成樹脂モールド部
１２０，１２１ 反射板部材

Claims (7)

1. 照明光を発する照明用の発光素子と、
   光センサと、
   該発光素子からの照明光を指先内に入射するように導く導光部と、
   指先から出た指内散乱光を選択的に上記光センサに導く導光イメージガイド部材とを
   有する画像検出装置において、
   該導光部は、該発光素子からの照明光を上記導光イメージガイド部材の上面に近づくように斜めに導く構成であることを特徴とする画像検出装置。
2. 請求項１記載の画像検出装置において、
   該導光部は、独立した導光部品よりなり、
   該導光部品は、斜めの形状であり、該発光素子に対向する部分に、該発光素子が収まる凹部を有して、且つ該凹部より上記光センサ側に、壁部を有することを特徴とする画像検出装置。
3. 請求項２記載の画像検出装置において、
   該導光部品は、両側の側面に、反射部を有する構成としたことを特徴とする画像検出装置。
4. 請求項２又は３記載の画像検出装置において、
   該導光部品と該導光イメージガイド部材との間に、遮光壁部を有する構成としたことを特徴とする画像検出装置。
5. 請求項１記載の画像検出装置において、
   該導光部は、上記発光素子を覆って成形されている成形合成樹脂部よりなることを特徴とする画像検出装置。
6. 請求項５記載の画像検出装置において、
   該成形合成樹脂部は、両側の側面に、反射部を有する構成としたことを特徴とする画像検出装置。
7. 請求項５又は６記載の画像検出装置において、
   該成形合成樹脂部と該導光イメージガイド部材との間に、遮光壁部を有する構成としたことを特徴とする画像検出装置。

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