JP2016507800A - カメラが装着された携帯端末機を利用した指紋入力装置及びその指紋入力用外装光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラが装着された携帯端末機を利用した指紋入力装置及びその指紋入力用外装光学機器を提供する。【解決手段】本発明によると既存の携帯端末機が光学式指紋入力のための構成を内蔵していなくとも、本発明の外装光学機器を利用し指紋イメージを光学式指紋入力方法で生成することができる。このために、外装光学機器は、カメラが装着された既存の携帯端末機に装着される外装型で用意されており光屈折器、光経路補正手段及びミラーを内蔵する。外装光学機器は既存の携帯端末機のカメラとＬＥＤの主な使用を妨害しないで必要に応じて使用者の指紋イメージを光学式指紋入力方法で生成することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、スマートフォンのようにカメラが装着された携帯端末機を利用し使用者指紋イメージを入力できる指紋入力装置と、その指紋入力装置のための外装光学機器に関する。

情報機器を利用した個人認証のために不変性と唯一性とに優れた使用者の生体情報を利用することは既に一般化され、その中でも指紋認識は簡単な構造と対比される優れた性能により他の手段に比べて最も注目され一般化された認証手段になっている。指紋情報を取得する方法で普遍化された方法がプリズムのような光屈折器を使用する光学的な方法である。

従来の光学式指紋入力装置は、図１にあるように指紋認識用の光を照射する光源（１）と、指で接触するプリズム（３）と、プリズム（３）から出射される指紋映像を結像するためのレンズ（４）と、レンズ（４）に結像された指紋映像を電気的な信号に変換するイメージセンサー（５）とで構成される。光学式指紋入力装置には、プリズム（３）と光源（１）との配置構造による散乱式装置と吸収式装置がある。

光源（１）で出射された光はプリズム（３）に入射し、プリズム（３）の指紋接触面（３ａ）に接触された指紋の窪みと隆線とで、反射、吸収又は散乱されて指紋映像を形成した後にプリズム（３）の出射面（３ｂ）を介して出射される。プリズム（３）で出射された指紋映像はレンズ（４）を介してイメージセンサー（５）に結像されることによってデジタル指紋映像が取得される。

プリズム（３）は、三角形状の断面を持ちながら光経路を一定な角度以上に変更させるため、どのような方式によってでもプリズム（３）を使用する指紋入力装置は半導体タイプ等に比べて体積が大きくならざるを得ない。よって、光学式指紋入力装置を比較的薄いパネル形状のモバイル機器に適用することは困難である。

このような代案で大韓民国公開特許第２００５−９０８８４号公報（特許文献１）には、三角形状ではない板状の光屈折器を使用することによって比較的に厚さ薄い指紋入力装置が開示されている。当該指紋入力装置では、光屈折器の側面に光源が配置され、光屈折器内で散乱された光を利用し指紋映像が取得される。この装置では、薄い光屈折器を使用することによって全体的に薄い指紋入力装置を実装した成果がある。

しかし、特許文献１の図１３とその説明等を参照すると、この発明が開示する指紋入力装置では、まだモバイル機器内に内蔵する方法で実装されている。指紋入力装置を端末機に内蔵すると、端末機の厚さはその指紋入力装置により一定の大きさ以上になってしまう。よって、このような従来の方法は、最近の端末機の厚さが薄くなる傾向と合っていないだけでなく、当然のように既存に生産され使用されている端末機には使用できないという問題もある。

一方、大韓民国公開特許第２０１０−１１９３９０号公報（特許文献２）（発明の名称：カメラ部が装着された携帯用端末機及びこれを利用した保安方法）において、その図面（特許文献２の図２及び図３）とそれに基づいた発明の詳細な説明等を参照した時、携帯用端末機に装着されたカメラの上側に透明な指紋認識部が開閉できるように置かれ、指紋認識部に接触した使用者の指紋がカメラに直接撮影される方法が開示されている。この発明の詳細な説明を検討してもその光学的動作構造が明確ではないが、カメラが直ぐ上側に位置した指紋を直接撮影するのは明らかである。特別に製作されたカメラと異なる一般携帯用端末機のカメラは、相当な最小焦点距離を持っているので表示したようにカメラと指紋入力部とが密着している接写撮影の場合には、撮影自体ができないか又は指紋認証に必要な水準の指紋イメージが取得できないという問題である。

一方、説明中に指紋入力部がプリズムの役割をし、フラッシュ等の光源により光学式指紋取得方法でもできるように記載されているが、正確な構造や動作状況は確認できない。但し、カメラの上側に通常のプリズムと違う図面と同じような平板の透明な指紋入力部が置かれた構造では、光学的に適切な指紋イメージを取得できない。このようなことを考慮すると、この発明は光学式指紋入力方式を開示しているのではなく、説明中にあるように直接、撮影方式又はホログラム方式を念頭に置いたと思われる。

このようにカメラが装着された携帯端末機を利用し指紋イメージを取得する場合には、光学式指紋入力方式を適用した従来技術は無いのが実情である。

大韓民国公開特許第２００５−９０８８４号公報 大韓民国公開特許第２０１０−１１９３９０号公報

本発明の目的は、スマートフォンのようにカメラが装着された携帯端末機をそのまま利用し、光学式指紋入力方法で使用者の指紋を携帯端末機内に入力し、その使用者の指紋イメージを生成できるようにする外装光学機器を提供することである。

また、本発明の他の目的は、そのような外装光学機器と携帯端末機による光学式指紋入力装置を提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明は外装光学機器とその外装光学機器を含む光学式指紋入力装置を提供する。

携帯端末機は、スマートフォンのように外面にＬＥＤとカメラ部とが露出している。外装光学機器は、携帯端末機に装着される外装機器であって、光屈折器、第１ミラー及びこれ等を収容するハウジングを備える。外装光学機器は、携帯端末機と光学的に連結されれば良いし、外装光学機器のハウジングが携帯端末機と直接的に結合されるか又は機構的に結合されてなくともよい。

光屈折器は、板状で上部に前記指紋が接触する指紋接触面と、前記指紋イメージを取得するために前記ＬＥＤから出射される光が入射される光入射面を備える。

第１ミラーは、前記カメラ部の上側に設けられ、前記出射面から出射される指紋映像を前記カメラ部に反射させることによって、前記カメラ部が指紋映像をデジタル指紋イメージに生成するようになる。

いわゆる透過式指紋イメージ取得方法において、前記光屈折器は、前記指紋接触面に平行な下面を有し、前記光入射面は前記下面である。この場合、前記光屈折器は、前記光入射面が前記ＬＥＤと対向するように前記ＬＥＤの上側に装着されることによって前記ＬＥＤから出射される光が直接前記光入射面に供給される。

透過式指紋イメージ取得方法において、前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面と、前記出射面とを連結する両側面を有し、前記光入射面は前記両側面のうちの１つの面である。この場合、外装光学機器は、前記ハウジング内に収容され、前記ＬＥＤの上側に装着され、前記ＬＥＤから出射された光を反射させ、前記光屈折器の光入射面に入射させる第２ミラーを含めてもよい。

いわゆる吸収式指紋イメージ取得方法において、前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面を有し、前記光入射面は前記背面である。この場合、外装光学機器は、前記ハウジング内に収容され、前記ＬＥＤの上側に装着され、前記ＬＥＤから出射された光を反射させ、前記光屈折器の光入射面に入射させる第２−１ミラーを含めてもよい。

一方、外装光学機器は、カメラ部の最小焦点距離等を確保するために前記ハウジング内に収容され、前記第１ミラーに至る光経路上に設けられる光経路補正手段をさらに含めてもよい。ここで、光経路補正手段は、レンズ、プリズム及びミラーの中から選択された少なくとも１つ又はその選択対象の組み合わせからなる。

例えば、前記光経路補正手段は、前記出射面から前記第１ミラーまでの光経路上に設けられ、前記光経路の長さと前記指紋映像の大きさとを調整する補正レンズの場合であってもよい。

他の例として、前記光経路補正手段は、前記出射面で前記第１ミラーに至る前記光経路上に設けられ、前記出射面から前記カメラ部までの前記光経路の長さが前記カメラ部の最小焦点距離以上になるように前記出射面から出射される指紋映像を反復的に反射させ、前記第１ミラーに入射させる複数のミラーを含めてもよい。

前記複数のミラーは、前記出射面から出射される指紋映像の進行方向を９０°変える第３ミラーと、前記第３ミラーで反射される前記指紋映像の進行方向を９０°変え、前記第１ミラーに入射させる第４ミラーであってもよい。

一方、前記ハウジングは、前記携帯端末機の外装保護ケースに結合され、前記携帯端末機の外面上にスライディングが可能に結合されるのが望ましい。

一方、外装光学機器が携帯端末機のＬＥＤを使用せず独自に指紋イメージ取得のために光を出射するＬＥＤをハウジング内に内蔵することができる。この場合、携帯端末機はＬＥＤを備えることは要しない。前記ＬＥＤは、前記指紋イメージを取得するための光を前記両側面のうち１つの面で直接入射させる等、又は前記背面に直接入射させる。

本発明によると、既存の携帯端末機に光学式指紋入力による構成が内蔵されていなくても、本発明の外装光学機器を利用し、指紋イメージを光学式指紋入力方法で生成できる。外装光学機器は、カメラが装着された既存の携帯端末機に装着される外装型で設けられ、既存の携帯端末機のカメラとＬＥＤの主な使用を妨げずに必要に応じて使用者の指紋イメージを光学式指紋入力方法で生成することができる。

よって、従来の指紋入力装置を内蔵していない多くの携帯端末機でも使用者の指紋を利用した認証方法を使用でき、装置の保安性を高めることができる。

本発明の指紋入力装置では、指紋イメージを取得するための光学系が携帯端末機から分離し外装する形式で実装され、携帯端末機に光学系が内蔵されていないので携帯端末機の厚さが少なくとも光学系により制限されなくて良い。

従来の光学式指紋入力装置を表示する図面 本発明の１つの実施例による透過式指紋入力装置のブロック図 本発明による透過式指紋入力装置のブロック図 本発明の他の異なる透過式指紋入力装置のブロック図 図４のＡ−Ａ'で切開した断面を概略的に表示した斜視図 図４の指紋入力装置を概略的に表示した斜視図 本発明の他の実施例に基づく吸収式指紋入力装置のブロック図 本発明の外装光学機器の装着方法を表示した図面 本発明の他の実施例に基づいた外装光学機器の装着方法を表示した図面

以下の図面を参照し本発明をより詳細に説明する。

図２を参照すると、本発明の指紋入力装置（２００）は、カメラ部（２１１）を有する携帯端末機（２１０）と、外装光学機器（２３０）と備え、携帯端末機（２１０）が外装光学機器（２３０）に接触した使用者の指紋に基づいて指紋イメージを取得する。

携帯端末機（２１０）は、外部の被写体を撮影しイメージを生成するカメラ部（２１１）を内蔵し、さらにカメラ部（２１１）が生成したイメージに基づいてイメージプロセッシングができる機能を有しておればよい。移動通信端末機、個人デジタル端末機のように、本発明の指紋入力と関係が無い他の主な機能を有する物であってもよい。

付加的に、携帯端末機（２１０）は、外部に光を照射するＬＥＤ（２１３）と一緒に内蔵することができる。例えば、最近のモバイルフォンは、その前面又は後面の少なくとも一方にカメラ部（２１１）が設けられており、また、ＬＥＤ（２１３）も前面又は後面の少なくとも一方に設けられ、外部に光を出射する。

本発明の指紋入力装置（２００）は、携帯端末機（２１０）のカメラ部（２１１）を光学式指紋入力による基本レンズとイメージセンサーとして利用し、ＬＥＤ（２１３）を光学式指紋入力による光源として利用する。まず、携帯端末機（２１０）が、カメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）の両方を有する場合を中心に説明する。

携帯端末機（２１０）は、カメラ部（２１１）、ＬＥＤ（２１３）及び制御部（２１５）を含む。上述したように、携帯端末機（２１０）は、当然に自身の主な機能と関連された構成を含むことができるが、このような構成又は機能は、本発明に必須ではなく、本発明の説明に寄与されることも無いので図示せず、その説明を省略する。

カメラ部（２１１）は、基本レンズ（２１１ａ）とイメージセンサー（２１１ｂ）とを備え、外部の被写体によるイメージを生成する本来の機能にかかわらず本発明では、外装光学機器（２３０）から入射される指紋映像に基づいて指紋イメージを生成し、制御部（２１５）に供給する。

カメラ部（２１１）は、一般的に自動焦点調節機能を備え、設定された最小焦点距離以上の被写体について自動で焦点を合わせてイメージを生成する。よって'最小焦点距離'以内の被写体を撮影（いわゆる直射撮影）する場合には、イメージの焦点に合わない等により撮影自体が行われない。

ＬＥＤ（２１３）は、携帯端末機（２１０）内でのその主な機能を補強し、本発明では、外装光学機器（２３０）に光学式指紋イメージを生成するための光を照射する役割を実行する。ＬＥＤ（２１３）は、図２のようにカメラ部（２１１）が露出された面（２１０ａ）に並んで配置され、一緒に露出されてもよく、図９のようにカメラ部（２１１）が露出された面と異なる面に配置されてもよい。

上述したように、携帯端末機（２１０）は、指紋入力用光源で使用されるＬＥＤ（２１３）を必ずしも備えてなくてもよい。ＬＥＤ（２１３）が、外装光学機器（２３０）内に設けられることもあるからである。

制御部（２１５）は、ＬＥＤ（２１３）とカメラ部（２１１）とを利用した光学式指紋入力過程の全体を制御する指紋取得制御部（２１７）を含む。制御部（２１５）は、本発明により特別に設けられた構成と解釈されることもできるが、先ほど説明した携帯端末機（２１０）の主な機能を実行するために設けられた構成でもある。

このように制御部（２１５）が携帯端末機（２１０）の主な機能を実行するために設けられた構成の場合、制御部（２１５）は、携帯端末機（２１０）が基本的に保有したハードウェアのプロセッサーチップとそのチップにより処理されるソフトウェアのアプリケーションで実装される構成を機能的に示したものでもある。ここで、アプリケーションはコンピューターにより解釈され、その指定された一連の命令を処理できるプログラム言語が記録されたソフトウェアである。

そして、指紋取得制御部（２１７）は、そのアプリケーションの１つとして本発明を実行するために設けられ、プロセッサーチップにより実行されるプログラム又は複数個のプログラム集合体である場合でもある。

具体的には、指紋取得制御部（２１７）は、指紋入力をするための光を照射するようにＬＥＤ（２１３）を制御した後、カメラ部（２１１）で生成され供給される指紋イメージから特徴点を抽出する。指紋取得制御部（２１７）は、必要な種々の指紋認証過程を直接実行でき、また、携帯端末機（２１０）と異なる外部装置（例えば、コンピューター）で指紋イメージ又は特徴点データを供給することもできる。

外装光学機器（２３０）は、基本的に、光屈折器（２３１）と、第１ミラー（２３５）と、これらを一緒に収容するハウジング（２３７）とを有し、携帯端末機（２１０）に対して決まった姿勢で所定の位置に設ける（以下、簡単に'装着'とする）ことができる外装型で設けられる。以下では'装着'と言う表現を使用しても、外装光学機器（２３０）が携帯端末機（２１０）と直接的で機構的な結合が必要であることを意味するものではない。

外装光学機器（２３０）は、その他にも光屈折器（２３１）から出射される光をカメラ部（２１１）に入射させるために少なくとも１つの光経路補正手段をさらに含むことができるが、本発明の必修の構成ではない。図２の外装光学機器（２３０）は、光屈折器（２３１）と第１ミラー（２３５）以外に補正レンズ（２３３）を光経路補正手段として備えた例である。

まず、ハウジング（２３７）は、光屈折器（２３１）、第１ミラー（２３５）及び光経路補正手段を収容するとともに、携帯端末機（２１０）の面（２１０ａ）の所定の位置に設けられるための構造を持たなければならない。但し、結合構造が、ハウジング（２３７）と携帯端末機（２１０）の直接的で機構的な結合だけを意味するものではない。例えば、図８のように、携帯端末機（２１０）の外観を保護するための外装保護ケース（４０１）を備えた場合に、そのケースに装着できる場合もある。

光屈折器（２３１）は、指（Ｆ）が接触する指紋接触面（２３１ａ）、指紋イメージを取得するための光が入射される光入射面、そして、指紋映像が最終的に出射される出射面（２３１ｂ）を含めば、どの種類の光屈折器、又はプリズムでも可能である。

光経路補正手段は、外装光学機器（２３０）の必修の構成ではない。光経路補正手段は、外装光学機器（２３０）が指紋入力のために携帯端末機（２１０）に対して決まった姿勢で装着された場合に、光屈折器（２３１）の出射面（２３１ｂ）と、第１ミラー（２３５）との間の光経路を形成し、光屈折器（２３１）から出射される光（即ち、指紋映像）を第１ミラー（２３５）に入射させる。第１ミラー（２３５）に入射された指紋映像は、カメラ部（２１１）に入射され、指紋イメージで生成される。光経路補正手段に対して、光屈折器（２３１）とカメラ部（２１１）との間の光経路の長さは、'最小焦点距離'以上でなければならない。

光経路補正手段として、ミラー、プリズム及びレンズ等の中から選択された少なくとも１つ又は、その選択対象の組み合わせを使用することができる。図２の補正レンズ（２３３）は、光経路の長さの調整又はイメージの大きさを調整するためのものである。また、カメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）との配置関係により、光屈折器（２３１）と第１ミラー（２３５）との間の補正レンズ（２３３）の代わりに複数のミラーを配置し、光屈折器（２３１）とカメラ部（２１１）との間の光経路の長さが'最小焦点距離'以上になるようにできる。例えば、図３の第３ミラー（６０１）及び第４ミラー（６０３）、図４の第３−１ミラー（７０３）及び第４−１ミラー（７０５）、図９の第１ミラー（５０１，５０３）がその例である。一方、ＬＥＤ（２１３）と光屈折器（２３１）との光入射面の間にも光経路が形成されるが、その光経路を形成するために異なるレンズやミラーが使用される場合もある。

結局、外装光学機器（２３０）内に設けられる光経路補正手段の形態と配置関係は、
（ａ）携帯端末機（２１０）のカメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）との配置関係、
（ｂ）光屈折器（２３１）の形態と配置方向、
（ｃ）指紋入力方式が透過式（散乱式）か、又は吸収式（反射式）かどうか、
（ｄ）カメラ部（２１１）の既存焦点距離、
（ｅ）ＬＥＤ（２１３）が、携帯端末機（２１０）又は外装光学機器（２３０）のいずれかに内蔵されているどうか等により異なる場合もある。

以下において、図２〜図７を参照して、透過式、又は吸収式の外装光学機器（２３０）を説明する。指紋入力方式が透過式（散乱式）か、又は吸収式（反射式）かどうかによって光屈折器（２３１）とＬＥＤ（２１３）との配置関係が異なる。

＜実施例１ 透過式の場合＞
図２に示した外装光学機器（２３０）は、透過式光学指紋入力方式による例を示しており、光屈折器（２３１）、補正レンズ（２３３）、第１ミラー（２３５）及びハウジング（２３７）を含む。

まず、外装光学機器（２３０）が、携帯端末機（２１０）に追加的に装着される方式であるのでその厚さ、その内部構成の配置関係等を考慮すると、光屈折器（２３１）の厚さは薄く、平らな板状であることが望ましい。この場合、指紋接触面（２３１ａ）は、携帯端末機（２１０）の面（２１０ａ）に対して平行にできる。

図２の光屈折器（２３１）は、上部に配置された'上面'の指紋接触面（２３１ａ）と、前端部に指紋接触面（２３１ａ）と所定の角度（α）で接し斜めに配置された出射面（２３１ｂ）とを備える。又、光屈折器（２３１）は、下部の下面（２３１ｃ）と、後部の背面（２３１ｄ）と、出射面（２３１ｂ）と背面（２３１ｄ）とを連結する両側面（２３１ｅ）とを有する板形状である。

透過式（即ち、散乱式）で光を処理するために、光屈折器（２３１）は、外装光学機器（２３０）が携帯端末機（２１０）に装着された場合に、ＬＥＤ（２１３）から出射される光が、光屈折器（２３１）の下面（２３１ｃ）に直接入射するように配置され、ミラーに反射して両側面のうちの１つの面（２３１ｅ）に入射するように配置される。

図２は、光屈折器（２３１）の下面（２３１ｃ）が光入射面であり、下面（２３１ｃ）が携帯端末機（２１０）に設けられたＬＥＤ（２１３）と対向するように配置された場合である。ＬＥＤ（２１３）から出射される光が、光入射面である下面（２３１ｃ）に垂直に入射される。

実施例に基づき、光屈折器（２３１）の光入射面とＬＥＤ（２１３）との間に拡散板（図示無し）が設けられる場合もある。拡散板は、ＬＥＤ（２１３）から出射される光が、光入射面全体に向かって均等に入射されるように補助する。

ＬＥＤ（２１３）から出射された光は、下面（２３１ｃ）を通過しながら光屈折器（２３１）の指紋接触面（２３１ａ）に臨界角よりも小さい角で入射されるため、指紋イメージは、指紋接触面（２３１ａ）に接触した指紋の隆線部分から散乱した光により主に形成され、窪みは暗く、隆線部分は明るく現れ、コントラストが良いイメージになる。指紋接触面（２３１ａ）から散乱され、出射面（２３１ｂ）を通じて出射される光は、補正レンズ（２３３）を通過した後に第１ミラー（２３５）で反射され、カメラ部（２１１）に入射される。

＜実施例２ 透過式の異なる実施例＞
図３には、透過式の異なる実施例が示されている。図３の実施例は、カメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）とが、携帯端末機（２１０）の同一の面（２１０ａ）に隣りあって配置された場合に、ＬＥＤ（２１３）とカメラ部（２１１）との間の直線距離が'最小焦点距離'に届かないが、光屈折器（２３１）をＬＥＤ（２１３）の上側に配置してもＬＥＤ（２１３）とカメラ部（２１１）とが相互離隔された場合に十分に有用である。

図３に示された指紋入力装置（６００）は、光屈折器（２３１）、第１ミラー（２３５）、第３ミラー（６０１）及び第４ミラー（６０３）を含む外装光屈折器を備える。この実施例では、補正レンズは、使用されていない。

光屈折器（２３１）と第１ミラー（２３５）とは、図２の光屈折器（２３１）と第１ミラー（２３５）と同一の構造である。図２の補正レンズ（２３３）は、図３の外装光学機器で選択的に適用することができる構成である図３に示された外装光学機器には適用されていない。

一方、光屈折器（２３１）の背面（２３１ｄ）には、指紋認識用の光が散乱又は反射できないように光を吸収する吸収膜（Ｌａｙｅｒ）が形成されることが望ましい。ここで、吸収膜は、黒色の塗料を塗布し、形成してもよく、また、光吸収性フィルムを付着してもよい。背面（２３１ｄ）で散乱され、反射された光は、出射面（２３１ｂ）を介して出射される指紋映像のコントラストに良くないためである。

第３ミラー（６０１）は、出射面（２３１ｂ）から出射される指紋映像の進行方向を９０°変え、第４ミラー（６０３）に入射させ、第４ミラー（６０３）は、第３ミラー（６０１）で反射された指紋映像の進行方向を再度９０°変え、第１ミラー（２３５）に入射させる。このような配置は、出射面（２３１ｂ）で出射される指紋映像の光軸がカメラ部（２１１）の中心を通過しなければ可能である。

ＬＥＤ（２１３）の光は、光屈折器（２３１）の下面（２３１ｃ）に入射され、出射面（２３１ｂ）から出射された指紋映像は、第３ミラー（６０１）と第４ミラー（６０３）でそれぞれ反射され、第１ミラー（２３５）に入射される。第１ミラー（２３５）は、第４ミラー（６０３）で反射され、入射された指紋映像をカメラ部（２１１）に反射させる。

第３ミラー（６０１）と第４ミラー（６０３）との配置は、光屈折器（２３１）の出射面（２３１ｂ）→第３ミラー（６０１）→第１ミラー（２３５）→カメラ部（２１１）に至る光経路が最小焦点距離以上になるように配置される。

＜実施例３ 透過式の他の異なる実施例＞
異なる他の実施例において、ＬＥＤ（２１３）は、透過式（散乱式）指紋映像を取得するために出射面（２３１ｂ）に接した両側面のうちの１つの面（２３１ｅ）を介して光屈折器（２３１）内部に可視光を照射することもできる。光屈折器（２３１）の両側面（２３１ｅ）は、光入射面となるので、光屈折器（２３１）の下面（２３１ｃ）がＬＥＤ（２１３）と対向する必要はない。ＬＥＤ（２１３）の光を光屈折器（２３１）の側面に入射させるためにＬＥＤ（２１３）と光屈折器（２３１）との間に異なるミラーが配置される。このような実施例においても、カメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）とが、携帯端末機（２１０）の同一の面（２１０ａ）に隣り合って配置された場合にも有用である。但し、特にＬＥＤ（２１３）とカメラ部（２１１）とが密着されることによって図３のように光屈折器（２３１）をＬＥＤ（２１３）の上側に配置することが難しい場合にも有用である。

図４〜図６を参照すると、ＬＥＤ（２１３）の光が、出射面（２３１ｂ）に接した両側面のうちの１つの面（２３１ｅ）を介して光屈折器（２３１）内部に入射する実施例が示されている。指紋入力装置（７００）は、光屈折器（２３１）、第１ミラー（２３５）、第２ミラー（７０１）、第３−１ミラー（７０３）及び第４−１ミラー（７０５）を含む外装光学機器を備える。光屈折器（２３１）、第１ミラー（２３５）は、図２の光屈折器（２３１）と第１ミラー（２３５）と同一の構成である。

光屈折器（２３１）は、上部に配置された指紋接触面（２３１ａ）と、前端部に指紋接触面（２３１ａ）と所定の角度（α）で接し斜めに配置された出射面（２３１ｂ）とを備える。また、光屈折器（２３１）は、下部の下面（２３１ｃ）と背面（２３１ｄ）と、出射面（２３１ｂ）と背面（２３１ｄ）とを連結する両側面（２３１ｅ）とを有する板形状である。背面（２３１ｄ）には、指紋認識用光が散乱又は反射しないように光を吸収する吸収膜（７０７）が形成されるのが望ましい。

第２ミラー（７０１）は、光屈折器（２３１）の両側面のうちの１つの面（２３１ｅ）に向かい４５°傾いた姿勢でＬＥＤ（２１３）の上側に配置され、ＬＥＤ（２１３）の光を光屈折器（２３１）の両側面のうちの１つの面（２３１ｅ）に入射させる。光屈折器（２３１）の両側面のうちの１つの面（２３１ｅ）が'光入斜面'になり、'装着'された状態の光屈折器（２３１）は、その下面（２３１ｃ）がＬＥＤ（２１３）と対向するように配置される必要がなく、ＬＥＤ（２１３）から離隔されて配置される。

示されたようにＬＥＤ（２１３）で出射される光の光軸が、光入斜面（２３１ｅ）に垂直であることが望ましい。つまり、光屈折器（２３１）の出射面（２３１ｂ）は、ＬＥＤ（２１３）と光入斜面（２３１ｅ）とを連結する光軸に垂直な方向に向くように装着されるのが望ましい。さらに、ＬＥＤ（２１３）とカメラ部（２１１）とを連結する仮想線が、ＬＥＤ（２１３）と光入斜面（２３１ｅ）とを連結する光軸と一致するか少なくとも平行であることが外装光学機器を小型化するためにも望ましい。

第３−１ミラー（７０３）と第４−１ミラー（７０５）は、光屈折器（２３１）の出射面（２３１ｂ）を介して出射された指紋映像の経路、即ち光経路をカメラ部（２１１）側に転換するために指紋映像の光経路上に配置される。ここで、第３−１ミラー（７０３）は、出射面（２３１ｂ）から出射される指紋映像の進行方向を９０°変え、第４−１ミラー（７０５）に入射させ、第４−１ミラー（７０５）は、第３−１ミラー（７０３）から反射された指紋映像の進行方向を再度９０°変え、第１ミラー（２３５）に入射させる。

第３−１ミラー（７０３）と第４−１ミラー（７０５）との配置は、光屈折器（２３１）の出射面（２３１ｂ）→第３−１ミラー（７０３）→第４−１ミラー（７０５）→第１ミラー（２３５）→カメラ部（２１１）に至る光経路が最小焦点距離以上になるように配置される。

実施例において、外装光学機器（２３０）は、出射面（２３１ｂ）に接した両側面のうちの１つの面（２３１ｅ）を介して光屈折器（２３１）内部に指紋入力用光を照射する別途のＬＥＤ（図示無し）をさらに備えてもよい。この場合、第２ミラー（７０１）は不要であり、携帯端末機（２１０）は、ＬＥＤ（２１３）を備える必要がない。当然に、外装光学機器（２３０）内にバッテリーを備えるか、又は携帯端末機（２１０）から直流電源を供給するためのケーブル、例えば、ＵＢＳケーブル等を備えてもよい。

＜実施例４ 吸収式の場合＞
図７は、吸収式（又は反射式）光学指紋入力方式を示している。この場合、外装光学機器（２３０）は、光屈折器（２３１）、補正レンズ（２３３）及び第１ミラー（２３５）以外に第２−１ミラー（３０１）をさらに含む。

光屈折器（２３１）、補正レンズ（２３３）及び第１ミラー（２３５）は、図２の光屈折器（２３１）、補正レンズ（２３３）及び第１ミラー（２３５）と同一の構成である。但し、吸収式の場合は、光屈折器（２３１）に入射された光が指紋接触面（２３１ａ）で反射されなければならない。この入射角を確保するために背面（２３１ｄ）を介して光が入射される。即ち、光屈折器（２３１）では、光入射面は、下面（２３１ｃ）ではなく背面（２３１ｄ）となり、外装光学機器（２３０）が装着された状態でも、光屈折器（２３１）は、その下面（２３１ｃ）がＬＥＤ（２１３）の上面からずれた位置に配置される。

第２−１ミラー（３０１）は、ＬＥＤ（２１３）と光屈折器（２３１）の背面（２３１ｄ）との間に設けられ、ＬＥＤ（２１３）から出射された光を光屈折器（２３１）の背面（２３１ｄ）に反射させる。第２−１ミラー（３０１）で反射された光は、背面（２３１ｄ）を介して光屈折器（２３１）の指紋接触面（２３１ａ）に臨界角より大きな角で入射されるので指紋の窪みで反射が行われる。よって、指紋イメージとして、指紋の窪み部分は明るく、隆線部分は暗いイメージになる。

また、入射角により隆線で吸収率が落ちるために、コントラストが相対的に低い映像になり易いので光が均一になる必要がある。例えば、第２−１ミラー（３０１）と光屈折器（２３１）との間に光を均等に拡散させるために拡散板（３０３）を備えてもよい。

ここでも、補正レンズ（２３３）は、光経路補正手段の一例である。よって、カメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）との配置関係により補正レンズ（２３３）の代わり、図３の第３ミラー（６０１）及び第４ミラー（６０３）の組み合わせや、図４の第３−１ミラー（７０３）及び第４−１ミラー（７０５）組み合わせを光屈折器（２３１）の出射面（２３１ｂ）と第１ミラー（２３５）との間に配置してもよい。

＜実施例５ 吸収式の異なる他の実施例＞
他の実施例において、外装光学機器（２３０）は、光屈折器（２３１）の背面（２３１ｄ）に指紋入力用光を照射する別途のＬＥＤ（図示無し）をさらに備えてもよい。この場合、第２−１ミラー（３０１）は不要であり、携帯端末機（２１０）は、ＬＥＤ（２１３）を備える必要がない。当然に、外装光学機器（２３０）内にバッテリーを備えるか、携帯端末機（２１０）から直流電源を供給するためのケーブル、ＵＳＢケーブル等を備えてもよい。

＜実施例６ 外装光光学機器のスライディング結合構造＞
以下、外装光学機器（２３０）と携帯端末機（２１０）との結合方式について説明する。何よりも重要なのは携帯端末機（２１０）のカメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）とが携帯端末機（２１０）が有する主な目的に寄与できるように平常時に開放されてなければならない。よって、外装光学機器（２３０）は、指紋イメージを入力するために携帯端末機（２１０）が装着された場合以外は携帯端末機（２１０）のカメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）とが外部に露出されるように開放されなければならない点である。

１つ目の方式は、外装光学機器（２３０）がスライディング方式で装着され、着脱できる方式である。図８は、その一例であり、図８（ａ）は、カメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）とが外部に開放された状態を示している。図８（ｂ）は、外装光学機器（２３０）がスライディングし携帯端末機（２１０）に装着されることによって、外装光学機器（２３０）が、カメラ部（２１１）とＬＥＤ（２１３）とを覆う状態で使用者が指紋を入力できる状態を示している。

具体的には、外装光学機器（２３０）は、携帯端末機（２１０）の外装保護ケース（４０１）に対するスライディング結合構造を備え、結合した形態である。スライディング構造は、従来から知られている多様なスライディング構造を採用することができ、装着時の外装光学機器（２３０）の位置が前記設定された位置に来るような構造とすればよい。

＜実施例７ 外装光学機器の着脱式結合構造＞
２つ目の方式は、指紋入力が必要なたびに外装光学機器（２３０）を携帯端末機（２１０）の一方にはめて装着する方式である。図９は、携帯端末機（２１０）のＬＥＤ（２１３）が前面に装着され、カメラ部（２１１）が後面に装着された特別な例である。

外装光学機器（２３０）は、光屈折器（２３１）から出射された光を後面に配置されたカメラ部（２１１）に入射させるために、第１ミラー（２３５）以外にも第１ミラー（５０１、５０３）をさらに含む。ハウジング（２３７）は、全部で３つの第１ミラー（２３５，５０１，５０３）を収容し、携帯端末機（２１０）に結合できる形態を有する。

前記では、本発明の望ましい実施例について示し、説明したが、本発明は、上述した特長の実施例に限定されるのではなく、請求する本発明の要旨を逸脱すること無く、当該発明に属する技術分野で通常の知識を持った者による種々の変形実施が可能であることは無論のこと、このような変形実施を本発明の技術的思想、展望から個人的に理解してはならない。

２００、６００、７００…指紋入力装置
２１０…携帯端末機
２１０ａ…面
２１１…カメラ部
２１１ａ…基本レンズ
２１１ｂ…イメージセンサー
２１３…ＬＥＤ
２１５…制御部
２１７…指紋取得制御部
２３０…外装光学機器
２３１…光屈折器
２３１ａ…指紋接触面
２３１ｂ…出射面
２３１ｃ…下面
２３１ｄ…背面
２３１ｅ…面
２３３…補正レンズ
２３５、５０１、５０３…第１ミラー
２３７…ハウジング
３０１…第２−１ミラー
３０３…拡散板
４０１…外装保護ケース
６０１…第３ミラー
６０３…第４ミラー
７０１…第２ミラー
７０３…第３−１ミラー
７０５…第４−１ミラー
７０７…吸収膜

Claims (19)

1. 使用者の指紋イメージを取得するために外面にＬＥＤとカメラ部とを有する携帯端末機の前記外面に装着される外装光学機器であって、
   上部に前記指紋が接触する指紋接触面と、前記指紋イメージを取得するために前記ＬＥＤから出射された光が入射される光入射面と、前記指紋接触面に繋がる前端部に前記指紋接触面と一定な角度で配置された出射面とを有する板状の光屈折器と、
   前記カメラ部の上側に設けられた前記出射面から出射される指紋映像を前記カメラ部に反射させる第１ミラーと、
   前記光屈折器と前記第１ミラーを収容し、前記携帯端末機に装着されるハウジングと、
   を備えたことを特徴とする外装光学機器。
2. 請求項１記載の外装光学機器において、
   前記光屈折器は、前記指紋接触面に平行な下面を有し、
   前記光入射面が、前記下面である場合に、
   前記光屈折器は、前記光入射面が前記ＬＥＤと対向するように前記ＬＥＤの上側に装着されることによって前記ＬＥＤから出射される光が前記光入射面に供給されることを特徴とする外装光学機器。
3. 請求項１記載の外装光学機器において、
   前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面と、前記出射面と前記背面とを連結する両側面とを有し、
   前記光入射面が、前記両側面のうちの１つの面である場合に、
   前記ハウジング内に収容され、前記ＬＥＤの上側に装着され、前記ＬＥＤから出射された光を反射させ、前記光屈折器の前記光入射面に入射させる第２ミラーをさらに含むことを特徴とする外装光学機器。
4. 請求項１記載の外装光学機器において、
   前記光屈折器が、前記出射面に対向する背面を有し、
   前記光入射面が、前記背面である場合に、
   前記ハウジング内に収容され、前記ＬＥＤの上側に装着され、前記ＬＥＤから出射された光を反射させ、前記光屈折器の前記光入射面に入射させる第２−１ミラーをさらに含むことを特徴とする外装光学機器。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の外装光学機器において、
   前記ハウジング内に収容され、前記出射面から前記第１ミラーまでの光経路上に設けられた光経路補正手段をさらに含むことを特徴とする外装光学機器。
6. 請求項５記載の外装光学機器において、
   前記光経路補正手段は、前記出射面から前記第１ミラーまでの光経路上に設けられた光経路の長さと、前記指紋映像の大きさとを調整する補正レンズを含むことを特徴とする外装光学機器。
7. 請求項６記載の外装光学機器において、
   前記光経路補正手段は、前記出射面から前記第１ミラーまでの光経路上に設けられ、前記出射面から前記カメラ部までの光経路の長さが前記カメラ部の最小焦点距離以上になるように前記出射面から出射される指紋映像を反復的に反射させ、前記第１ミラーに入射させる複数のミラーを含むことを特徴とする外装光学機器。
8. 請求項７記載の外装光学機器において、
   前記複数のミラーは、前記出射面から出射される指紋映像の進行方向を９０°変える第３ミラーと、前記第３ミラーで反射される指紋映像の進行方向を９０°変え、前記第１ミラーに入射させる第４ミラーであることを特徴とする外装光学機器。
9. 請求項１記載の外装光学機器において、
   前記ハウジングは、前記携帯端末機の外装保護ケースに結合され、前記携帯端末機の外面上よりスライディング可能に結合されることを特徴とする外装光学機器。
10. 使用者の指紋イメージを取得のために外面にカメラ部を有する携帯端末機の前記外面に装着される外装光学機器であって、
    前記指紋イメージを取得するための光を出射するＬＥＤと、
    上部に前記指紋が接触する指紋接触面と、前記指紋イメージを取得するために前記ＬＥＤから出射された光が入射される光入射面と、前記指紋接触面に繋がる前端部に前記指紋接触面と一定な角度で配置された出射面とを有する板状の光屈折器と、
    前記カメラ部の上側に設けられた前記出射面から出射される指紋映像を前記カメラ部に反射させる第１ミラーと、
    前記ＬＥＤと、前記光屈折器と、前記第１ミラーとを収容し、前記携帯端末機に装着されるハウジングと、
    を備えたことを特徴とする外装光学機器。
11. 請求項１０記載の外装光学機器において、
    前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面と、前記出射面と前記背面とを連結する両側面とを有し、
    前記ＬＥＤは、前記指紋イメージを取得するための光を前記両側面のうちの１つの面に入射させることを特徴とする外装光学機器。
12. 請求項１０記載の外装光学機器において、
    前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面を有し、
    前記ＬＥＤは、前記指紋イメージを取得するための光を前記背面に入射させることを特徴とする外装光学機器。
13. 使用者の指紋イメージを取得するために外面にカメラ部とＬＥＤと有する携帯端末機と、前記携帯端末機の前記外面に装着される外装光学機器とを備える光学式指紋入力装置であって、
    前記外装光学機器は、
    上部に前記指紋が接触する指紋接触面と、前記指紋イメージを取得するために前記ＬＥＤから出射された光が入射される光入射面と、前記指紋接触面に繋がる前端部に前記指紋接触面と一定な角度で配置された出射面とを有する板状の光屈折器と、
    前記カメラ部の上側に設けられた前記出射面から出射される指紋映像を前記カメラ部に反射させる第１ミラーと、
    前記光屈折器と、前記第１ミラーとを収容し、前記携帯端末機に装着されるハウジングと、
    を備えたことを特徴とする光学式指紋入力装置。
14. 請求項１３記載の光学式指紋入力装置において、
    前記光屈折器は、前記指紋接触面に平行な下面を有し、
    前記光入射面が、前記下面である場合に、
    前記光屈折器は、前記光入射面が前記ＬＥＤと対向するように前記ＬＥＤの上側に装着されることによって前記ＬＥＤより出射される光が前記光入射面に供給されることを特徴とする光学式指紋入力装置。
15. 請求項１３記載の光学式指紋入力装置において、
    前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面と、前記出射面と前記背面とを連結する両側面とを有し、
    前記光入射面が、前記両側面のうちの１つの面である場合に、
    前記外装光学機器は、前記ハウジング内に収容され、前記ＬＥＤの上側に装着され、前記ＬＥＤより出射された光を反射させ、前記光入射面に入射させる第２ミラーをさらに含むことを特徴とする光学式指紋入力装置。
16. 請求項１３記載の光学式指紋入力装置において、
    前記光屈折器が、前記出射面に対向する背面を有し、
    前記光入射面が、前記背面である場合に、
    前記外装光学機器は、前記ハウジング内に収容され、前記ＬＥＤの上側に装着され、前記ＬＥＤから出射された光を反射させ、前記光屈折器の光入射面に入射させる第２−１ミラーをさらに含むことを特徴とする光学式指紋入力装置。
17. 使用者の指紋イメージを取得するために外面にカメラ部を有する携帯端末機と、前記携帯端末機の前記外面に装着される外装光学機器と外装光学機器とを備える光学式指紋入力装置であって、
    前記外装光学機器は、
    前記指紋イメージを取得するための光を出射するＬＥＤと、
    上部に前記指紋が接触する指紋接触面と、前記指紋イメージを取得するために前記ＬＥＤから出射された光が入射する光入射面と、前記指紋接触面に繋がる前端部に前記指紋接触面と一定な角度で配置された出射面とを有する板状の光屈折器と、
    前記カメラ部の上側に設けられた前記出射面から出射される指紋映像を前記カメラ部に反射させる第１ミラーと、
    前記ＬＥＤと、前記光屈折器と、前記第１ミラーとを収容し、前記携帯端末機に装着されるハウジングと、
    を備えたことを特徴とする光学式指紋入力装置。
18. 請求項１７記載の光学式指紋入力装置において、
    前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面と、前記出射面と前記背面とを連結する両側面とを有し、
    前記ＬＥＤは、前記指紋イメージを取得するための光を前記両側面のうちの１つの面に入射させることを特徴とする光学式指紋入力装置。
19. 請求項１７記載の光学式指紋入力装置において、
    前記光屈折器は、前記出射面に対向する背面を有し、
    前記ＬＥＤは、前記指紋イメージを取得するための光を前記背面に入射させることを特徴とする光学式指紋入力装置。

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