JP4341670B2

JP4341670B2 - 画像入力装置

Info

Publication number: JP4341670B2
Application number: JP2006311936A
Authority: JP
Inventors: 征二中山
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: US20080116360A1; CN101183426A; JP2008129719A; TW200825945A

Description

本発明はスイープ型指紋検出装置に係り、特に、指先を所定のスイープ方向に沿ってスイープさせることにより指紋を検出するスイープ型指紋検出装置に関する。

近年、情報通信の分野においてはセキュリティの向上が求められている。これに伴い、コンピュータなどの電子機器、携帯電話などの携帯通信機器に生体認証のためのセンサを搭載する要求がある。生体認証用センサとしては、小型化が可能なスイープ型の指紋センサが注目されている。

スイープ型の指紋センサとしてライン型撮像素子上に光ファイバ束から構成されたイメージガイドを配置し、発光素子から指先に光を照射し、空気層と皮膚との屈折率違いを利用し、イメージガイドにより指先の指紋凹凸により空気層からの光を反射し、皮膚から光と透過させ、撮像素子で検出する構成の指紋センサが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

図７は従来の指紋検出装置の一例の断面図を示す。

従来のイメージガイドを用いたスイープ型指紋検出装置１０は、メイン基板１１に、発光素子１２、導光ブロック１３、イメージガイド１４、撮像素子１５を搭載し、遮光樹脂１６にモールドした構成とされている。

発光素子１２は、発光ダイオードなどから構成されており、光を発生する。発光素子１２で発光した光は、導光ブロック１３に供給される。導光ブロック１３は、発光素子１２の上部に光透過接着剤１７により固着されており、発光素子１２からの光を指先２０に導く。

指先２０に導入された光は、指先２０内部で反射してイメージガイド１４に導入される。イメージガイド１４は、例えば、指紋の溝、空気層からの光を反射し、皮膚からの光を透過する。イメージガイド１４は、透過した光を撮像素子１５に供給する。撮像素子１５は、イメージガイド１４を通して供給された光をライン毎に電気信号に変換する。

以上によりライン毎に指紋の画像を取得できる。
米国特許４，９３２，７７６号特開２００５−１１８２８９号公報

しかるに、従来の指紋検出装置１０は、発光素子１２をメイン基板１１に搭載し、発光した光を導光ブロック１３によって指まで導いていたため、導光ブロック１３によって光が減衰し、発光素子１２の輝度を上げる必要があった。したがって、消費電力が大きくなるなどの問題点があった。

さらに、発光素子１２上に導光ブロック１３を光透過接着剤１７によって固着する構造とされていたため、光透過接着剤１７の塗布量が不十分で空隙などが発生すると、遮光樹脂１６のモールド時に空隙に遮光樹脂１６が侵入し、光を遮ってしまい、指先２０に十分な光量を供給できなくなる。また、熱などが印加されたときに、空隙が膨張し、発光素子１２が破壊される恐れがあった。

また、導光ブロック１３に熱可塑性の透明モールド樹脂を用いた場合、耐熱性が低いため、半田リフローなどの加熱処理を行った場合、導光ブロック１３が変形するため、半田リフローなどの加熱処理を実施することができない。このため、加熱を要さない、あるいは、低温加熱で済む、特殊な処理を適用しなければならず、高価になるなどの課題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、照明効率を向上させ、消費電力を低減できるとともに、組み立て性を向上させることができるスイープ型指紋検出装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、指先を所定のスイープ方向に沿ってスイープさせることにより指紋を検出するスイープ型指紋検出装置であって、システムコントローラ（１１５）が一方の面の側に搭載されたメイン基板（１１１）と、複数の受光素子が、前記メイン基板（１１１）の一方の面の側に、前記スイープ方向に直交する方向に配列するように搭載されるライン型受光装置（１１３）と、前記メイン基板（１１１）の一方の面の側に搭載される照明モジュール（１１２）と、多数の光ファイバを束ね、固着したものであり、端面が該光ファイバの延長方向に対して傾斜した構成とされ、前記ライン型受光装置の上に配置されたイメージガイド（１１４）と、前記メイン基板（１１１）の一方の面の側をモールドする遮光モールド樹脂（１１６）とを含み、前記照明モジュール（１１２）は、複数の発光素子（１２２、１２３）と、前記複数の発光素子（１２２、１２３）が一方の側に搭載され、前記複数の発光素子（１２２、１２３）を、導電パターンを介して他方の面に形成された接続パッド（１３６、１３７）に接続し、前記接続パッド（１３６、１３７）が前記メイン基板（１１１）の導電パターンに接続され、前記システムコントローラ（１１５）から前記メイン基板（１１１）の導電パターンを介して供給される駆動電流によって、前記複数の発光素子（１２２、１２３）を駆動するサブ基板（１２１）と、前記サブ基板（１２１）の一方面の側をモールドする半透明モールド樹脂（１２６）とを含む。

また、本発明は、指先を所定のスイープ方向に沿ってスイープさせることにより指紋を検出するスイープ型指紋検出装置の製造方法であって、システムコントローラが一方の面の側に搭載されたメイン基板（１１１）の一方の面の側に、複数の受光素子が配列されたライン型受光装置（１１３）を、前記複数の受光素子が、前記スイープ方向に直交する方向に配列するように実装するとともに、多数の光ファイバを束ね、固着したものであり、端面が該光ファイバの延長方向に対して傾斜した構成とされたイメージガイド（１１４）を、前記ライン型受光装置（１１３）の上に実装する工程と、前記メイン基板（１１１）の一方の面の側に、複数の発光素子（１２２，１２３）と、前記複数の発光素子（１２２，１２３）が一方の側に搭載され、前記複数の発光素子（１２２、１２３）を、導電パターンを介して他方の面に形成された接続パッド（１３６、１３７）に接続し、前記接続パッド（１３６、１３７）が前記メイン基板（１１１）の導電パターンに接続され、前記システムコントローラ（１１５）から前記メイン基板（１１１）の導電パターンを介して供給される駆動電流によって、前記複数の発光素子（１２２、１２３）を駆動するサブ基板（１２１）と、前記サブ基板（１２１）の一方面の側をモールドする半透明モールド樹脂（１２６）とを含む照明モジュール（１１２）を実装する工程と、前記メイン基板（１１１）の前記ライン型受光装置（１１３）、前記イメージガイド（１１４）、前記照明モジュール（１１２）が実装された面を遮光樹脂により樹脂モールド（１１６）する工程とを有する。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、サブ基板に発光素子を実装し、発光素子を樹脂モールドした構成とされた照明モジュールをイメージガイドが積層された撮像素子とともにメイン基板に実装する構造とすることにより、サブ基板の厚さだけ発光素子の位置をスイープ面側に近づけることができるため、指先の画像読み取りに、発光素子で発光した光を効率よく用いることができる。

また、発光素子は樹脂モールドされているため、発光素子へのストレスを小さくでき、発光素子の破損などを防止できる。

図１は本発明の一実施例の斜視図、図２は本発明の一実施例の要部の斜視図、図３は本発明の一実施例の構成図を示す。

本実施例の指紋検出装置１００は、指先を検出ラインに沿って移動させることにより指先の指紋を検出する、いわゆる、スイープ型指紋検出装置であり、メイン基板１１１、照明モジュール１１２、撮像素子１１３、イメージガイド１１４、システムコントローラ１１５、遮光モールド樹脂１１６から構成されている。

メイン基板１１１は、プリント配線板から構成されており、照明モジュール１１２、及び、撮像素子１１３、並びに、システムコントローラ１１５が実装され、配線パターンにより照明モジュール１１２、及び、撮像素子１１３、並びに、システムコントローラ１１５を電気的に接続している。

図４は照明モジュール１１２の構成図を示す。

照明モジュール１１２は、サブ基板１２１、発光素子１２２、１２３、ワイヤ１２４、１２５、半透明モールド樹脂１２６から構成されており、メイン基板１１１から電源の供給を受けて、指先に照射するための光を発光する。

サブ基板１２１は、例えば、ガラスエポキシ基板、いわゆる、ガラエポ基板から構成されており、表面、矢印Ｚ１方向側の面に接続パッド１３１〜１３５及び接続パターン１３９が形成されている。

発光素子１２２は、例えば、発光ダイオードから構成されており、アノードが接続パッド１３１に接続され、カソードがワイヤ１２４により接続パッド１３３に接続されている。発光素子１２３は、例えば、発光素子１２２と同様に発光ダイオードから構成されており、アノードが接続パッド１３２に接続され、カソードがワイヤ１２５により接続パッド１３４に接続されている。

接続パッド１３１は、スルーホール１４０を介してサブ基板１２１の裏面、矢印Ｚ２方向側の面に形成された接続パッド１３６に接続されている。接続パッド１３２は、スルーホール１４１を介してサブ基板１２１の裏面、矢印Ｚ２方向側の面に形成された接続パッド１３７に接続されている。

また、接続パッド１３３、１３４は、サブ基板１２１の表面、矢印Ｚ１方向側の面で配線パターン１３９を介して接続パッド１３５に接続されている。接続パッド１３５は、スルーホール１４２を介してサブ基板１２１の裏面、矢印Ｚ２方向側の面に形成された接続パッド１３８に接続されている。

サブ基板１２１の発光素子１２２、１２３が搭載される面である表面、矢印Ｚ１方向側の面が半透明モールド樹脂１２６によってモールドされている。半透明モールド樹脂１２６は、例えば、熱硬化性樹脂、乳白色のエポキシ樹脂から構成されている。半透明モールド樹脂１２６は、発光素子１２２、１２３で発光した光を拡散させる作用を有する。

サブ基板１２１により発光素子１２２、１２３をスイープ面Ｓの近くに配置できる。これによって発光素子１２２、１２３で発光された光を効率よく指先に供給できる。このとき、半透明モールド樹脂１２６によって発光素子１２２、１２３、ワイヤ１２４、１２５を保護できる。また、サブ基板１２１の厚さＤ１及び半透明モールド樹脂１２６の厚さＤ２は、照明モジュール１１２をメイン基板１１１に実装したときにスイープ面Ｓからワイヤ１２４、１２５までの距離が所定の距離、例えば、０．３〜０．６ｍｍ程度となるように設定されている。スイープ面Ｓからワイヤ１２４、１２５までの距離が所定の距離は、スイープ面Ｓに発生した静電気からワイヤ１２４、１２５を保護できる程度の距離に設定されている。例えば、スイープ面Ｓとワイヤ１２４、１２５との距離を０．４ｍｍ程度とすると、２０ｋＶ程度の静電耐量を確保できる。

さらに、照明モジュール１１２は、発光素子１２２、１２３、ワイヤ１２４、１２５を半透明モールド樹脂１２６によって予めモールドした構造とされているので、空隙などが発生し難く、よって、遮光樹脂１１６などの侵入を防止できる。また、熱などによって空隙が膨張し、発光素子１２２、１２３、ワイヤ１２４、１２５などにストレスを与えることを防止でき、発光素子１２２、１２３の破損やワイヤ１２４、１２５の切断を防止できる。

このように照明部分をモジュール化して照明モジュール１１２としてメイン基板１１１に搭載することにより、メイン基板に発光素子を搭載し、導光ブロックを接着剤などによって接着する構造に比べて信頼性を向上させることができる。

なお、ここでは、１つの照明モジュール１１２に注目して説明を行っているが、照明モジュール１１２は、複数の接続パッド１３１〜１３５及び接続パターン１３９、スルーホール１４０〜１４２が形成されたプリント配線板に複数の発光素子１２２，１２３を搭載し、発光素子１２２、１２３にワイヤボンディングによりワイヤ１２４、１２５を張り、半透明モールド樹脂１２６をモールドした後、プリント配線板を切断することによって形成される。照明モジュール１１２は、指紋検出装置１００の製造時に一つの電子部品として提供される。

照明モジュール１１２は、接続パッド１３６、１３７、１３８又はメイン基板１１１の接続パッド１３６、１３７、１３８に対向するパターンに導電性接合材、例えば、Ａｇペーストなどを塗布して、加熱することによりメイン基板１１１に実装される。

撮像素子１１３は、例えば、１ラインあるいは複数ラインにわたってフォトダイオード、あるいは、フォトトランジスタなどの受光素子を配列したライン型受光装置から構成されており、受光素子の延在方向が矢印Ｘ１、Ｘ２方向となるようにメイン基板１１１に実装される。

撮像素子１１３は、メイン基板１１１に形成された所定のパターンに半田付けされて、システムコントローラ１１５に接続される。撮像素子１１３は、システムコントローラ１１５からのクロック、コントロール信号などによって動作して、イメージガイド１１４の他端面から出射された光を受光し、ラインに電気信号に変換する。撮像素子１１３で変換された電気信号は、システムコントローラ１１５に供給される。

イメージガイド１１４は、多数の光ファイバを束ね、固着したものであり、端面が光ファイバの延長方向に対して傾斜した構成とされている。一方の端面が撮像素子１１３の受光部に対向するように撮像素子１１３に取り付けられ、他方の端面が指先のスイープ面として用いられる。なお、端面の傾斜角度は、空気層からの光を反射させ、皮膚からの光を入射し、他方の端面に伝送されるように設定されている。

照明モジュール１１２から出射した光は、指先に入射する。指先で反射した光は、イメージガイド１１４のスイープ面Ｓ側の端面に入射する。このとき、イメージガイド１１４のスイープ面Ｓ側の端面には光が指紋の凹凸に応じて空気層又は皮膚から直接入射することになる。

システムコントローラ１１５は、照明モジュール１１２を構成する発光素子１１２の発光を制御するとともに、撮像素子１１３による画像読み取りを制御する。さらに、システムコントローラ１１５は、ホスト装置と接続され、ホスト装置との通信を制御する。

メイン基板１１１の表面、矢印Ｚ１方向側の面に実装される撮像素子１１３、照明モジュール１１２、イメージガイド１１４、システムコントローラ１１５は、遮光モールド樹脂１１６によりモールドされる。遮光モールド樹脂１１６は、黒色の樹脂などから構成されており、照明モジュール１１２で発光された光及び周囲の光が撮像素子１１３に直接入射するのを防止する。

本実施例によれば、サブ基板１２１の厚さを調整することにより、発光素子１２２、１２３をスイープ面Ｓに近づけることができ、発光素子１２２、１２３で発光した光を効率よく用いることができる。このとき、サブ基板１２１及び半透明モールド樹脂１２６の厚さを調整することにより発光素子１２２、１２３へのスイープ面Ｓからの静電気の影響を低減できる。

次に指紋検出装置１００の製造方法を説明する。

図５、図６は指紋検出装置１００の製造方法を説明するための図を示す。

まず、図５（Ａ）に示すようにメイン基板１１１に撮像素子１１３及びシステムコントローラ１１５を実装する。

次に、図５（Ｂ）に示すように撮像素子１１３の受光素子の上にイメージガイド１１４を積層し、固着する。また、図６（Ａ）に示すようにメイン基板１１１に照明モジュール１１２を実装する。照明モジュール１１２は、メイン基板１１１の接続パターンに導電性接合材、例えば、Ａｇペーストなどを塗布して、熱処理することによって実装される。

次に図６（Ｂ）に示すようにメイン基板１１１の照明モジュール１１２、撮像素子１１３、イメージガイド１１４、システムコントローラ１１５が実装された面、矢印Ｚ１方向側の面を、遮光性を有する樹脂によってモールドする。

なお、図５、図６では一つの指紋検出装置に注目して製造方法を説明したが、指紋検出装置１００は、メイン基板１１１を構成するプリント配線板上に照明モジュール１１２、撮像素子１１３、イメージガイド１１４、システムコントローラ１１５を複数組、搭載し、遮光モールド樹脂１１６によりモールドした後、プリント配線板を切断し、図５、図６に示すような１つの指紋検出装置１００を切り出す。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

本発明の一実施例の斜視図である。本発明の一実施例の分解斜視図である。本発明の一実施例の構成図である。照明モジュール１１２の構成図である。指紋検出装置１００の製造方法を説明するための図である。指紋検出装置１００の製造方法を説明するための図である。従来の指紋検出装置の一例の断面図である。

符号の説明

１００指紋検出装置
１１１メイン基板、１１２照明モジュール、１１３撮像素子
１１４イメージガイド、１１５システムコントローラ、１１６遮光モールド樹脂
１２１サブ基板、１２２、１２３発光素子、１２４、１２５ワイヤ
１２６半透明モールド樹脂
１３１〜１３８接続パッド、１３９接続パターン
１４０〜１４２スルーホール

Claims

指先を所定のスイープ方向に沿ってスイープさせることにより指紋を検出するスイープ型指紋検出装置であって、
システムコントローラが一方の面の側に搭載されたメイン基板と、
複数の受光素子が、前記メイン基板の一方の面の側に、前記スイープ方向に直交する方向に配列するように搭載されるライン型受光装置と、
前記メイン基板の一方の面の側に搭載される照明モジュールと、
多数の光ファイバを束ね、固着したものであり、端面が該光ファイバの延長方向に対して傾斜した構成とされ、前記ライン型受光装置の上に配置されたイメージガイドと、
前記メイン基板の一方の面の側をモールドする遮光モールド樹脂とを含み、
前記照明モジュールは、複数の発光素子と、
前記複数の発光素子が一方の側に搭載され、前記複数の発光素子を、導電パターンを介して他方の面に形成された接続パッドに接続し、前記接続パッドが前記メイン基板の導電パターンに接続され、前記システムコントローラから前記メイン基板の導電パターンを介して供給される駆動電流によって、前記複数の発光素子を駆動するサブ基板と、
前記サブ基板の一方面の側をモールドする半透明モールド樹脂とを含むスイープ型指紋検出装置。
指先を所定のスイープ方向に沿ってスイープさせることにより指紋を検出するスイープ型指紋検出装置の製造方法であって、
システムコントローラが一方の面の側に搭載されたメイン基板の一方の面の側に、複数の受光素子が配列されたライン型受光装置を、前記複数の受光素子が、前記スイープ方向に直交する方向に配列するように実装するとともに、多数の光ファイバを束ね、固着したものであり、端面が該光ファイバの延長方向に対して傾斜した構成とされたイメージガイドを、前記ライン型受光装置の上に実装する工程と、
前記メイン基板の一方の面の側に、複数の発光素子と、前記複数の発光素子が一方の側に搭載され、前記複数の発光素子を、導電パターンを介して他方の面に形成された接続パッドに接続し、前記接続パッドが前記メイン基板の導電パターンに接続され、前記システムコントローラから前記メイン基板の導電パターンを介して供給される駆動電流によって、前記複数の発光素子を駆動するサブ基板と、前記サブ基板の一方面の側をモールドする半透明モールド樹脂とを含む照明モジュールを実装する工程と、
前記メイン基板の前記ライン型受光装置、前記イメージガイド、前記照明モジュールが実装された面を遮光樹脂により樹脂モールドする工程とを有するスイープ型指紋検出装置の製造方法。