JP2016143292A - 薄型生体認証装置の光学結像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置1は、第1ガラス基板11、第1光学プリズムシート12、第2光学プリズムシート13及びイメージセンサ14を含む。第1ガラス基板11は、指紋画像領域111、静脈画像領域112、接触面113、反射インターフェース114及び貼合面115を含む。第1光学プリズムシート12は、貼合面115に貼設される上、指紋画像領域111の下方に位置する。第2光学プリズムシート13は、第1光学プリズムシート12の下方に貼設される。イメージセンサ14は、第1ガラス基板11に対向する上、貼合面115の下方に位置する。
【選択図】図2
Description
従来の方法では、各検出対象に対して異なるセンサが配置される。指紋認証機能に静脈認証機能が加えられた二重の機能を有する認証装置の場合、静脈結像には、静脈結像用のイメージセンサを設置し、指紋結像には、光学プリズムにイメージセンサを組み合わせたものを設置して結像する必要がある(或いは、静電容量式指紋センサを使用する)。
この理由としては、両者の画像結像の光学原理が異なることにある。即ち、静脈画像は、赤外線を指に透過させれば観察することができるが、指紋画像は、光学プリズムの全反射現象を使用しなければ、指紋の隆線及び谷線の識別度を高めることができない。
静電容量式指紋センサを使用することによって体積を縮小することができるが、エンドユーザが使用する際、以下(1)及び(2)の問題が発生する。(1)素子の信頼性に問題があり、1人(個人)に対して使用する場合は、静電容量式センサの使用も問題ないが、複数人が使用する場合(例えば、ビルのエントランスなど)、耐久性に問題が発生する虞がある。(2)静電容量式指紋センサを使用することによって装置全体の価格が高くなる。
しかし、特許文献1では、従来のプリズムを使用することによって二重の機能を有する生体認証装置が必要とする2つの異なる光経路を実現している。従来のプリズム(即ち、導光装置)は、厚さが厚いために空間を占有し、全体の寸法を縮小するのが難しい。
また、1回多く反射するため、取得される画像が非直線に変形する問題を有する。この問題に鑑み、本発明の出願人は、研究開発を行い、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置を案出した。
即ち、異なるイメージセンサ及び焦点距離によって指紋画像及び静脈画像を別々に取得し、指紋静脈認証を実現するものである。この方式によって画像取得及び画像処理にかかる時間を減少させることができるが、装置にかかるコストが増加する。
本発明の第2の目的は、光学プリズムシート及びガラス基板が光学結像装置中に統合されることにより、光路体積全体をさらに縮小することができる上、システムの認証処理速度を高めることができる薄型生体認証装置の光学結像装置を提供することにある。
第1ガラス基板は、指紋画像領域、静脈画像領域、接触面、反射インターフェース及び貼合面を含む。第1光学プリズムシートは、貼合面に貼設される上、指紋画像領域の下方に位置する。第2光学プリズムシートは、第1光学プリズムシートの下方に貼設される。イメージセンサは、第1ガラス基板に対向する上、貼合面の下方に位置する。
ここでの生体特徴とは、指紋及び静脈の2つの特徴を指す。生体認証装置9は、搭載台91、位置決め構造92、少なくとも1つの光源ユニット93及び制御装置94を含む。本発明中、被認証部位は、指8であり、特に、人差し指の第1関節及び第2関節の部分が好ましく、第1関節が指紋認証の部位とされ、第2関節が静脈認証の部位とされる。指8が搭載台91の位置決め構造92上に圧迫されると、生体認証装置9中の光学結像装置1は、光源ユニット93からの光源照射よって指8の指紋及び静脈の特徴を認証し、制御装置94によって認証を行う。
図2は、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第1実施形態を示す側面図である。
図3は、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第1実施形態の平面図及びイメージセンサとの相対関係を示す側面図である。
図4は、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第1実施形態の光学プリズムシートを示す断面図である。
図2及び図3に示すように、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置1は、第1ガラス基板11、第1光学プリズムシート12、第2光学プリズムシート13及びイメージセンサ14を含む。第1ガラス基板11は、指紋画像領域111、静脈画像領域112、接触面113、反射インターフェース114及び貼合面115を含む。第1光学プリズムシート12は、貼合面115に貼設される上、指紋画像領域111の下方に位置する。第2光学プリズムシート13は、第1光学プリズムシート12の下方に貼設される。
イメージセンサ14は、第1ガラス基板11に対向する上、貼合面115の下方に位置する。接触面113は、第1ガラス基板11の上表面であり、ユーザの指8(指先及び第1関節又は第2関節までの部分を含む)が接触する表面である。指8が接触する接触面113の領域に基づき、接触面113は、指紋画像領域111と静脈画像領域112との2つの領域に区分される。反射インターフェース114は、指紋画像領域111の接触面113の他方の側面である。貼合面115は、接触面113と反対側の表面であり、第1ガラス基板11の下表面である。
第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13は、マイクロプリズム構造を有するプリズムシート(Prism sheet)であり、このプリズムシートによって光線の偏向方向を変更することができる。第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13は、第1ガラス基板11の上層又は下層に設置され、何れの場合でも認証過程において指紋画像を結像することができる。
しかし、第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13は、軟性材料からなるため、第1ガラス基板11の上層に設置された場合、指8が直接接触するため、使用されるにつれて磨損してしまう。このため、第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13は、第1ガラス基板11の下方に設置されることによって保護される。
第1ガラス基板11と第1光学プリズムシート12と第2光学プリズムシート13との間は、光学用接着剤7によって接着される。光学用接着剤7の厚さは、約25μmである。
しかし、イメージセンサ14の最小解像度に応じて設計される。Dの幅がイメージセンサ14の最小解像度より余りに大きい場合、画像上に明確なプリズム模様が発生しやすくなる。高さHと幅Dとは、比例関係であり、約1:2(H:D)である。また、高さH及びθ1は、幅Dの距離に影響を与える。
θ1は、光線が特定のプリズム面に到達して屈折し、反射インターフェース114に全反射現象が発生しやすいか否かを決定する。θ1が大きいほど全反射現象が発生しやすくなるが、発生する全反射光線の幅が減少する。θ1が小さいほど全反射現象が発生しにくくなる。第2光学プリズムシート13とイメージセンサ14とが特定の視角範囲内においてのみ、反射インターフェース114に識別性を有する完全な指紋画像を発生させることができ、他の設置位置においても全反射の画像を発生させることができるが、画像が完全ではない。
また、第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13の屈折率(index of refracton)の大きさは、指紋画像結像位置全体に影響を与え、屈折率が大きいほど画像がイメージセンサ14の中心に近くなる。
本発明の第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13の厚さLの範囲は、200μm〜300μmの間である。第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13の各プリズムマイクロ構造121,131のピッチ幅Dの範囲は、60μm〜200μmであり、使用されるイメージセンサ14の最小解像度に基づいて決定される。各プリズムマイクロ構造121,131の高さHの範囲は、30μm〜100μmであり、幅Dと比例関係である。各プリズムマイクロ構造121,131の水平夾角θ1=45度である。
図5Aは、第1ガラス基板11に第1光学プリズムシート12が貼設された構造の光学経路を示す模式図である。図5Bは、第1ガラス基板11に第1光学プリズムシート12が貼設された後、第2ガラス基板15がさらに貼設された構造の光学経路を示す模式図である。図5Cは、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第1実施形態の光学経路を示す模式図である。
光学経路の模式図は、イメージセンサ14の視角を参考としており、実際の状態は、反対である。各線は、程度の異なる光線エネルギーを示し、主要な光線(点線)は、強度が1〜0.66の光線を示し、次に強い光線(実線)は、強度が0.66〜0.33の光線を示し、次に強い光線(二重実線)は、強度が0.33〜0の光線を示す。主要な光線(点線)が第1ガラス基板11の反射インターフェース114に全反射を形成することが求められ、これによって指紋を明確に認証することができる。
図5Bに示すように、第1ガラス基板11上に第1光学プリズムシート12が貼設された後、第2ガラス基板15が貼設された構造では、主要な光線(点線)が屈折した後、反射インターフェース114から離れ、主要な光線が全反射現象を有効に発生できないことが示された。
図5Cに示すように、第1光学プリズムシート12と第2光学プリズムシート13とが積層された2層構造が第1ガラス基板11に貼設された構造においてのみ、主要な光線(点線)が完全な全反射現象を発生させられることが示された。
即ち、図3に示すように、第2光学プリズムシート13とイメージセンサ14との視角θの結像可能範囲が11度<θ<26度となる。これによって指紋画像領域111及び静脈画像領域112の光学経路を完全に統合し、同一画面中に指紋及び静脈を結像することができる。
また、イメージセンサ14が第1ガラス基板11中間の下方に設置され、指紋画像及び静脈画像が同時に取得される。即ち、本発明の配置方式によって指紋画像及び静脈画像を同時に取得することができる。
図6及び図7を参照する。
図6は、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第2実施形態を示す側面図である。図7は、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第2実施形態の光学経路を示す模式図である。図6及び図7に示す本発明の第2実施形態による光学結像装置1aが図2及び図3に示す第1実施形態と異なる点を以下に示す。
本発明の第2実施形態による光学結像装置1aの第1光学プリズムシート12と第2光学プリズムシート13との間の中央部分に第2ガラス基板15が挟設される。即ち、光学用接着剤7によって第1光学プリズムシート12と第2光学プリズムシート13との間の中央部分に第2ガラス基板15が貼設され、第1ガラス基板11の下方に貼設される。本構造によっても光学経路シミュレーションの主要な光線(点線)は、完全な全反射現象を発生させることができる。
図8及び図9を参照する。
図8は、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第3実施形態を示す側面図である。図9は、本発明の薄型生体認証装置の光学結像装置の第3実施形態を示す平面図である。図8及び図9に示す本発明の第3実施形態による光学結像装置1bが図2及び図3に示す第1実施形態と異なる点を以下に示す。本発明の第2実施形態による光学結像装置1bは、2つの対向する第2光学プリズムシート13が2つの対向する光学用接着剤7bによって第1光学プリズムシート12の下方の両側に貼設されることにより、光線が各インターフェース上を透過する際の損失が減少される。
第1光学プリズムシート12は、貼合面115に貼設される上、指紋画像領域111の下方に位置する。第2光学プリズムシート13は、第1光学プリズムシート12の下方に貼設される。イメージセンサ14は、第1ガラス基板11に対向する上、貼合面115の下方に位置する。
これにより、第1ガラス基板11、第1光学プリズムシート12及び第2光学プリズムシート13が光学結像装置1中に統合されるため、イメージセンサ14による1回の画像取得によって指紋画像及び静脈画像を同時に取得することができ、光路体積全体をさらに縮小すると同時に、システムの認証処理速度を高めることができる。
1a 光学結像装置
1b 光学結像装置
11 第1ガラス基板
111 指紋画像領域
112 静脈画像領域
113 接触面
114 反射インターフェース
115 貼合面
12 第1光学プリズムシート
121 プリズムマイクロ構造
13 第2光学プリズムシート
131 プリズムマイクロ構造
14 イメージセンサ
15 第2ガラス基板
7 光学用接着剤
7b 光学用接着剤
8 指
9 生体認証装置
91 搭載台
92 位置決め構造
93 光源ユニット
94 制御装置
Claims (16)
- 第1ガラス基板、第1光学プリズムシート及び第2光学プリズムシートを備える薄型生体認証装置の光学結像装置であって、
前記第1ガラス基板は、指紋画像領域、静脈画像領域、接触面、反射インターフェース及び貼合面を有し、
前記第1光学プリズムシートは、前記貼合面に貼設される上、前記指紋画像領域の下方に位置し、
前記第2光学プリズムシートは、前記第1光学プリズムシートの下方に位置することを特徴とする薄型生体認証装置の光学結像装置。 - 前記第1光学プリズムシートと前記第2光学プリズムシートとの間には、第2ガラス基板が挟設されることを特徴とする請求項1記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1ガラス基板と前記第2ガラス基板と前記第1光学プリズムシートと前記第2光学プリズムシートとの間は、何れも光学用接着剤によって接着されることを特徴とする請求項2記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1ガラス基板に対向する上、前記貼合面の下方に位置するイメージセンサをさらに備えることを特徴とする請求項1記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1光学プリズムシート及び前記第2光学プリズムシートの厚さ範囲Lは、200μm〜300μmの間であることを特徴とする請求項1記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記光学用接着剤の厚さは、約25μmであることを特徴とする請求項3記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第2光学プリズムシートと前記イメージセンサとの視角θの結像可能範囲は、11度<θ<26度であることを特徴とする請求項4記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1ガラス基板及び前記第2ガラス基板は、IR透過フィルター(IR pass filter)又は有色ガラスであることを特徴とする請求項2記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1光学プリズムシート及び前記第2光学プリズムシートは、複数のアレイ配列するプリズムマイクロ構造から構成され、前記各プリズムマイクロ構造のピッチ(pitch)幅Dの範囲は、60μm〜200μmであり、前記各プリズムマイクロ構造の高さHの範囲は、30μm〜100μmであり、前記高さHと前記幅Dとは、比例関係であり、前記比例関係は、H:D=1:2であり、前記各プリズムマイクロ構造の水平夾角θ1=45度であることを特徴とする請求項1記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 第1ガラス基板、第1光学プリズムシート及び2つの第2光学プリズムシートを備える薄型生体認証装置の光学結像装置であって、
前記第1ガラス基板は、指紋画像領域、静脈画像領域、接触面、反射インターフェース及び貼合面を有し、
前記第1光学プリズムシートは、前記貼合面に貼設される上、前記指紋画像領域の下方に位置し、
前記2つの第2光学プリズムシートは、互いに対向する上、前記第1光学プリズムシートの下方両側に貼設されることを特徴とする薄型生体認証装置の光学結像装置。 - 前記第1ガラス基板に対向する上、前記貼合面の下方に位置するイメージセンサをさらに備えることを特徴とする請求項10記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1ガラス基板と前記第1光学プリズムシートと前記第2光学プリズムシートとの間は、何れも光学用接着剤によって接着されることを特徴とする請求項10記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1光学プリズムシート及び前記第2光学プリズムシートの厚さ範囲Lは、200μm〜300μmの間であることを特徴とする請求項10記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記光学用接着剤の厚さは、約25μmであることを特徴とする請求項12記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1ガラス基板は、IR透過フィルター(IR pass filter)又は有色ガラスであることを特徴とする請求項10記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
- 前記第1光学プリズムシート及び前記第2光学プリズムシートは、複数のアレイ配列するプリズムマイクロ構造から構成され、前記各プリズムマイクロ構造のピッチ(pitch)幅Dの範囲は、60μm〜200μmであり、前記各プリズムマイクロ構造の高さHの範囲は、30μm〜100μmであり、前記高さHと前記幅Dとは、比例関係であり、前記比例関係は、H:D=1:2であり、前記各プリズムマイクロ構造の水平夾角θ1=45度であることを特徴とする請求項10記載の薄型生体認証装置の光学結像装置。
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