JP3176825U - 光学指紋認識装置 - Google Patents

Abstract

【課題】認識率を高めると共に組立工程を簡素化した光学指紋認識装置の提供。
【解決手段】指Ｃが押圧接触する指板１０を有し、指板１０の反対面１２は円弧面を組み合わせた円弧錐状の光散乱構造１３を有する。撮像素子２０及び少なくとも１つの発光素子３０が指板１０に対して間隔を設けて配置され、光素子からの光線は光散乱構造１３によって指板１０内に均一に分布し、指板１０に押し当てられた指の指紋からの反射光が撮像素子２０に高いコントラストで取込まれることにより、指紋認識率が向上する。
【選択図】図１

Description

本考案は、指紋認識装置に関し、特に、光源からの光線の指に対する照射を均一にする光散乱構造を有する指板を備える光学指紋認識装置に関する。

特許文献１の指紋入力装置は、撮像素子と、撮像素子の上方に配置される導光板と、導光板の両側に配置される２つの発光素子と、から構成される。複数の発光素子が発光すると、導光板は、入射光を全反射して指に投射する。指に投射された入射光は、反射して撮像素子に至る。これにより、指紋認識が行われる。

しかし、導光板が入射光を全反射する構造であるため、組立工程において、複数の発光素子と導光板との間の入射角度を正確に調整しなければ、入射光を指の各部位に有効に投射することができない。このため、組立が困難であり、組立コストが高く、経済的効果が低い。

米国特許第５１７７８０２号 特開２００６−５３７６８号公報

本考案の目的は、指紋認識率を高めることができる上、組立工程を簡素化することができる光学指紋認識装置を提供することにある。

本考案の光学指紋認識装置は、指紋パターンを認識するために用いられる。光学指紋認識装置は、指板、撮像素子及び少なくとも１つの発光素子からなる。
指板は、表裏関係にある第１の板面及び第２の板面を有する。第１の板面上には、指が接触する。第２の板面上には、光散乱構造が設けられる。撮像素子は、指板との間に所定の距離を有すると共に第２の板面に対向する。また、撮像素子は、指板上に接触した指紋パターンを取り込む。発光素子は、指板との間に所定の距離を有して第２の板面に対向する。発光素子は、指板の方向に少なくとも１つの光線を放出する。発光素子が指板に光線を放出した際、光線は、光散乱構造を経て指板に進入する。これにより、光線を指板中に集中させ、均一に分布させることができ、指板の指に対向する領域は、十分な輝度を有することができる。このため、光線が指から反射して撮像素子に至った際、撮像素子は、明暗コントラストの明確な指紋パターンを取得することができる。

本考案の光学指紋認識装置は、光散乱構造により、入射光線を指板に均一に分布させることができ、指に照射される光線を均一に密集させることができる。これにより、指紋認識率を有効に高めることができる。

本考案の第１実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。 本考案の光学指紋認識装置の入射光線がマイクロ構造から指板に進入する際の光線経路を示す断面図である。 本考案の光学指紋認識装置の光線が指板から指紋の山部に照射された際の光線経路を示す断面図である。 本考案の光学指紋認識装置の光線が指板から指紋の谷部に照射された際の光線経路を示す断面図である。 本考案の第２実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。 本考案の第３実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。 本考案の第４実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。 本考案の第５実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。

本考案の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１を参照する。図１は本考案の第１実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。図１に示すように、本考案の第１実施形態による光学指紋認識装置は、指板１０（Ｆｉｎｇｅｒ Ｂｏａｒｄ）、撮像素子２０及び少なくとも１つの発光素子３０を含む。

指板１０は、高光透過性材料から構成される。高光透過性材料は、例えば、熱可塑性ポリウレタン（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ：ＴＰＵ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ＰＣ）、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、ポリメタクリル酸メチル（Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）：ＰＭＭＡ）又はポリエチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）などのプラスチックであるが、これらのみに限定されない。即ち、指板１０の材料は、光透過性材料であればよい。指板１０の表裏関係である両側には、第１の板面１１及び第２の板面１２が設けられる。第１の板面１１には、指Ｃが接触押圧される。第２の板面１２には、光散乱構造１３（Ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が形成される。

図２は、本考案の光学指紋認識装置の入射光線がマイクロ構造から指板に進入する際の光線経路を示す断面図である。本考案の光散乱構造１３は、第２の板面１２の表面に形成される。光散乱構造１３は、例えば、第２の板面１２から外部に突出する複数の突起状の構造である。ここで、光散乱構造１３の横断面形状は、第１の円弧凸面１３１及び第２の円弧凸面１３２から構成される円弧錐状の構造である。

図１に示すように、撮像素子２０は、指板１０との間に所定の距離を有する。撮像素子２０は、指板１０からの光線を取り込み、取り込んだ光線を電気信号に変換するために用いられる。撮像素子２０は、電荷結合デバイス（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＣＭＯＳ）又は密着イメージセンサ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＩＳ）である。本考案の第１実施形態中、撮像素子２０は、ＣＭＯＳを例示するが、これのみに限定されない。

発光素子３０は、撮像素子２０の両隣に配置される。発光素子３０は、指板１０の光散乱構造１３に光線を照射するために用いられる。本考案の第１実施形態中、発光素子３０は、ＬＥＤを例とするが、これのみに限定されない。

指Ｃを指板１０の第１の板面１１上に置いた状態で、発光素子３０を駆動して指板１０に光線を放出する。光線は、光散乱構造１３から指板１０の第２の板面１２に進入する。光散乱構造１３は、指板１０の第２の板面１２に分布しており、第２の板面１２全体が複数の円弧錐状の構造の表面となっている。これにより、発光素子３０から放出された入射光線は、光散乱構造１３により、透過経路が変更され、散乱する。即ち、入射光線は、光散乱構造１３に進入した後、指板１０中に均一に分布する。

さらに詳細に述べると、図２に示すように、入射光線Ａ１が空気中から光散構造１３に入射すると、法線Ｍに近い透過光線Ｂ１及び複数の散乱光線Ｂ２が生成され、透過光線Ｂ１及び散乱光線Ｂ２は、指板１０中にそれぞれ進入する。また、入射光線Ａ１の一部光線は、光散乱構造１３の表面部分に、反射光線Ａ２を形成する。

これにより、複数の入射光線Ａ１が光散乱構造１３にそれぞれ進入すると、光散乱構造１３により、複数の入射光線Ａ１は、数量が多い上、密集性の高い透過光線Ｂ１及び散乱光線Ｂ２に分割され、光線が指板１０全体に均一に分布する。これにより、指板１０の指Ｃに対向する領域は、十分な輝度を有することができる。

ここで、光散乱構造１３の深さ、屈折面挟角及び疎密度を変更することにより、光線の屈折率が変更されるため、必要に応じ、光散乱構造１３を適宜設けることにより、最適な照度及び輝度を実現することができる。

図３に示すように、光線Ｃ１が指板１０から指紋の山部に照射されると、光線Ｃ１の一部は、指紋の山部を透過して法線Ｍに近い透過光線Ｄ１が生成される。また、指紋の山部の表面には、凹凸があるため、他の一部の光線Ｃ１は、指紋の山部から反射して反射光線Ｅ１及び複数の散乱光線Ｅ２が生成される。即ち、光線Ｃ１は、指板１０から指に進入するため、全反射されない。これにより、光線Ｃ１が照射された指紋の山部には、輝度が微弱な暗部が形成される。

図４に示すように、光線Ｆ１が指板１０から指紋の谷部に照射されると、指紋の谷部が指板１０上において凹陥部を形成しているため、光線Ｆ１は、指板１０から空気中に進入する。また、指板１０の表面が平らであるため、光線Ｆ１の入射角度が臨界角度θより大きい場合、全反射光線Ｇ１が生成される。これにより、光線Ｃ１が照射された指の凹陥部には、輝度が高い明部が形成される。これにより、明暗コントラストが明確な指紋パターンが形成されるため、指紋識別効果が高められる。

（第２実施形態）
図５を参照する。図５は、本考案の第２実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。本考案の第２実施形態による光学指紋認識装置は、光学部材をさらに備える。該光学部材は、透光性の光拡散板４１である。光拡散板４１は、指板１０と撮像素子２０との間に配置される。光拡散板４１は、開口４１１を有する。開口４１１は、撮像素子２０に対向して位置する。

発光素子３０が光拡散板４１の方向に光線を放出すると、光拡散板４１が光線を面光源に変換する。また、面光源から放出される光線は、指板１０の表面全体に均一に重複して照射される。また、マイクロ構造１３により、面光源から放出された光線の透過経路が変更されて光線が散乱する。これにより、光線がさらに均一に分布し、指板１０の全領域から光線が指Ｃに向けて均一に照射される。次に、指Ｃによって光線が反射され、反射光線は、光拡散板４１の開口４１１から撮像素子２０に進入する。これにより、指紋認識効果が大幅に高められる。

（第３実施形態）
図６を参照する。図６は、本考案の第３実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。本考案の第３実施形態による光学指紋認識装置は、前述の第２実施形態と略同一であるため、相違部分のみを以下に説明する。図６に示すように、光学部材は、ビームスプリッタ４２である。ビームスプリッタ４２は、所定の波長の光線を通過させる。例えば、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長の光線（これのみに限定されない）がビームスプリッタ４２を通過する。本実施形態中、ビームスプリッタ４２の透過率と反射率との比率は、８０％：２０％である。

発光素子３０からビームスプリッタ４２に光線が放出されると、８０％の光線がビームスプリッタ４２を透過して透過光線が形成される。また、２０％の光線がビームスプリッタ４２によって反射されるため、利用されない。ビームスプリッタ４２は、複数層の薄膜が塗布されたものであり、これにより、分光が行われる。ビームスプリッタ４２が設けられることにより、発光素子３０によって指板１０上に明確な光点が生成される問題を解決することができる。

光散乱構造１３は、光線の透過経路を変更し、散乱光線を生成する機能を有する。従って、透過光線が指板１０に進入すると、光散乱構造１３が透過光線をガイドして指板１０上に均一に分布させる。これにより、指板１０の全領域の輝度が一致する。

また、光線は、指Ｃから反射し、ビームスプリッタ４２を再び透過する。即ち、光線は、ビームスプリッタ４２を２度透過する。これにより、撮像素子２０は、明暗コントラストが明確な指紋パターンを取り込むことができ、指紋認識効果が大幅に高められる。

（第４実施形態）
図７を参照する。図７は、本考案の第４実施形態による光学指紋認識装置を示す断面図である。本考案の第４実施形態による光学指紋認識装置は、少なくとも２つの導光部材５０をさらに備える。２つの導光部材５０は、光学部材の両側にそれぞれ配置される。本実施形態中、光学部材は、光拡散板４１を例とするが、これのみに限定されない。また、指板１０は、導光部材５０の上端に配置される。これにより、指板１０、光拡散板４１及び導光部材５０によってチャンバ５１が画定される。指Ｃが指板１０に置かれると、発光素子３０から光拡散板４１に光線が放出される。また、光拡散板４１及び導光部材５０により、光線がチャンバ５１内に均一な光場を形成する。これにより、指板１０及び光散乱構造１３には、光線がさらに均一に照射されるため、指紋パターンのコントラストが高められる。これにより、指紋パターンが明確になり、認識率が高められる。

（第５実施形態）
ここで、図８に示すように、光学部材（光拡散板４１など）及び導光部材５０は、一体成型によって製造することができる。これにより、光線の反射率が一致するため、光線の透過経路を均一に変更し、光線をガイドして指板１０に均一に分布することができる。また、導光部材５０が発光素子３０の外周を被覆することにより、発光素子３０は、導光部材５０に光線を直接放出することができる。これにより、光線は、導光部材５０に進入した後、導光部材５０から散乱して放出される。例えば、光線は、導光部材５０に沿って光学部材に放出されて、導光部材５０の側壁面に沿って放出される。これにより、チャンバ５１内には、均一な光場が形成される。

また、導光部材５０は、ガイド斜面５２を有する。ガイド斜面５２は、上部から下部の方向に徐々に縮小する形状である。ガイド斜面５２が光学部材の側辺に接続されるため、光線は、光学部材に容易に進入する。

上述したことから分かるように、本考案の光学指紋認識装置は、以下（１）及び（２）に示す効果を有する。

（１）光散乱構造が設けられることにより、指板に光線が均一に分布され、指に照射される光線が均一になり、密集する。これにより、指紋認識率が高められ、実用性が高められる。
（２）実際の必要に応じ、光散乱構造の深さ、屈折面挟角及び疎密度を変更することできることにより、指紋認識率を高めることができる。これにより、他の部材（発光素子など）の装着位置及び角度を限定する必要がないため、組立工程を簡素化し、コストを低減し、装着時の利便性を高めることができる。

以上の説明は、本考案の実施形態を示すものであり、本考案の実施範囲を限定するものではない。即ち、本考案の実用新案登録請求の範囲及び明細書の記述内容の同等効果である変更及び修飾は、すべて本考案の範囲に含まれる。

１０ 指板
１１ 第１の板面
１２ 第２の板面
１３ マイクロ構造
１３１ 第１の円弧凸面
１３２ 第２の円弧凸面
２０ 撮像素子
３０ 発光素子
４１ 光拡散板
４１１ 開口
４２ ビームスプリッタ
５０ 導光部材
５１ チャンバ
５２ ガイド斜面

Claims (10)

1. 指板、撮像素子及び少なくとも１つの発光素子を備え、手の指紋パターンを認識するために用いられる光学指紋認識装置であって、
   前記指板は、光透過材料からなると共に指が接触する第１の板面及び表裏関係にある第２の板面を有し、前記第２の板面には、光散乱構造が設けられ、
   前記撮像素子は、前記指板との間に間隔を設けて前記第２の板面に対向して配置されて、前記指紋パターンを取り込み、
   前記発光素子は、前記指板との間に間隔を設けて前記第２の板面に対向して配置されて、前記指板の方向に少なくとも１つの光線を放出し、
   前記光散乱構造は、前記発光素子からの光線を散乱して前記指板に均一に分布させ、
   前記発光素子からの光線は、指板の光散乱構造を経て前記指から反射して前記撮像素子に至ることにより、前記撮像素子は該指から反射した光線を取り込んで前記指の指紋パターンを認識することを特徴とする光学指紋認識装置。
2. 前記光散乱構造は、前記指板から突出した突起構造からなることを特徴とする請求項１に記載の光学指紋認識装置。
3. 前記光散乱構造は、第１の円弧凸面及び第２の円弧凸面から構成される円弧錐状の構造であることを特徴とする請求項１に記載の光学指紋認識装置。
4. 前記指板と前記撮像素子との間に配置される光学部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光学指紋認識装置。
5. 前記光学部材は、光拡散板であり、前記光拡散板は、開口を有し、前記開口は、前記撮像素子に対向し、前記指から反射した光線は、前記開口を通過して前記撮像素子に進入することを特徴とする請求項４に記載の光学指紋認識装置。
6. 前記光学部材は、ビームスプリッタであり、前記ビームスプリッタは、前記発光素子から放出された所定波長の前記光線を選択的に通過させるか、或いは、前記指から反射した所定波長の前記光線を通過させることを特徴とする請求項４に記載の光学指紋認識装置。
7. 少なくとも２つの導光部材をさらに有し、前記２つの導光部材は、前記光学部材の両側に配置され、前記指板は、前記２つの導光部材の側辺に配置され、前記指板、前記光学部材及び前記導光部材により、チャンバが画定され、前記光線は、前記光学部材及び前記導光部材によって画定される前記チャンバにより、均一な光場を形成することを特徴とする請求項４に記載の光学指紋認識装置。
8. 前記光学部材と前記２つの導光部材とは、一体成型されることを特徴とする請求項７に記載の光学指紋認識装置。
9. 前記２つの導光部材は、ガイド斜面をそれぞれ有し、前記２つのガイド斜面は、前記光学部材にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項７に記載の光学指紋認識装置。
10. 前記２つの導光部材は、前記発光部材の外周を被覆してその発光光線を取り込むことを特徴とする請求項７に記載の光学指紋認識装置。

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