JP5563799B2 - 凹凸パターン検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、凹凸パターン検出装置に関する。

従来、対象物表面の凹凸パターンを検出する装置として、プリズムを利用したものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１に記載された指紋パターン入力装置では、指を接触させる指接触面を上面に有する三角柱形状のプリズムと、プリズムの斜め下に配置され、プリズムの指接触面に向かって光を照射する光源と、プリズムの指接触面で反射された反射光から指紋の画像を検出するカメラと、を備えている。

しかしながら、前述の指紋パターン入力装置では、プリズムの指接触面に対して光が斜めから照射されて、その反射光も指接触面の斜め方向に出射されるため、検出された指紋の画像は指紋を斜めから見たものとなり、正面から見た場合と比べて画像が歪んでしまうという問題があった。そこで、このような問題を解決するために、プリズムに代えてファイバ光学プレートを利用した装置が知られている（例えば、特許文献３〜７参照）。

特許文献３に記載された指紋検出装置は、指が置かれる入力端面と入力端面に平行な出力端面とを有するファイバ光学プレートと、入力端面側に設けられ、指に向かって光を照射する光源と、出力端面側に設けられ、指を透過した光から指紋を撮像するＣＣＤカメラと、を備えている。この指紋検出装置では、指を透過した光を利用して指紋を撮像することにより、指紋を正面から見た画像を得ることが可能になる。

特開昭６２−２１２８９２号公報 特開昭５５−１３４４６号公報 特許第３４６１５９１号公報 特開平７−１７１１３７号公報 米国特許第４，９３２，７７６号明細書 米国特許第４，７８５，１７１号明細書 特開平６−３００９３０号公報

ところで、前述した特許文献３の指紋検出装置においては、手の掌紋等の厚みのある対象物表面の凹凸パターン検出に用いる場合、光が対象物を透過する必要があるため、対象物の厚みに応じて画像のコントラストが低下する。このため、対象物の厚みの影響で検出結果にばらつきが生じてしまい、これによって凹凸パターン検出の信頼性が低下する虞があった。

そこで、本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、信頼性の高い凹凸パターン検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、対象物表面の凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置であって、複数の光ファイバの第１の端面により構成され、対象物表面が接触させられる第１の面、及び、複数の光ファイバの第２の端面により構成され、第１の面に略平行な第２の面を有するファイバ光学プレートと、ファイバ光学プレートの第２の面側に配置され、第２の面に対して光を照射する照射手段と、ファイバ光学プレートの第２の面側に配置され、第２の面から出射された光に基づいて凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出手段と、を備え、複数の光ファイバの光軸は、第２の面と略直交する所定の面内において第２の面から一方向回りに９０°未満の第１の角度をなすように傾斜し、照射手段は、所定の面内において第２の面から他方向回りに９０°未満の第２の角度をなす方向から第２の面に対して光を照射し、第１の角度と第２の角度とは、第２の面から光ファイバのコアに入射した光が光ファイバのクラッド内に入り込むように設定されていることを特徴とする。

本発明に係る凹凸パターン検出装置では、照射手段が第２の面に対して光を照射すると、第２の面から第１の面に向かって光が伝播され、第１の面と接触する対象物表面の凸部では光が散乱又は吸収され、第１の面と接触しない対象物表面の凹部では第１の面で光が反射される。これにより、対象物表面の凹凸パターンが反射光の明暗として現れるので、画像として凹凸パターンを検出することができる。従って、この凹凸パターン検出装置によれば、光が対象物を透過する必要がないので、対象物の厚みの影響で画像のコントラストが低下することを避けることができる。これによって、十分なコントラストの画像を検出することができるので、凹凸パターン検出の信頼性の向上を図ることができる。

本発明に係る凹凸パターン検出装置においては、第１の角度は、６３°〜７３°の範囲内の角度であり、且つ、第２の角度は、５°〜３０°の範囲内の角度であることが好ましい。

本発明に係る凹凸パターン検出装置においては、ファイバ光学プレートの第２の面には、照射手段の光を透過する補強部材が設けられていることが好ましい。この場合、補強部材によりファイバ光学プレートを補強することができるので、装置の長寿命化を図ることができる。しかも、照射手段の光及び反射光を透過する補強部材をファイバ光学プレートの第２の面側に配置することで、凹凸パターンの検出精度への影響を最小限に抑えることが可能となる。また、簡易な構造で耐久性の向上を実現できるので、装置の低コスト化に有利である。

本発明に係る凹凸パターン検出装置においては、ファイバ光学プレートの第１の面は、所定の面と略平行な方向から見た場合に、凸状となる第１の曲面を有していることが好ましい。第１の曲面を対象物表面、例えば掌に沿って形成することで、凹凸パターン検出時に、対象物表面を第１の面に密着させやすくなるので、検出精度の向上を図ることができる。

本発明に係る凹凸パターン検出装置においては、ファイバ光学プレートの第１の面は、所定の面と略平行な方向から見た場合に、凹状となる第２の曲面を有していることが好ましい。第１の曲面を対象物表面、例えば指の表面に沿って形成することで、凹凸パターン検出時に、対象物表面を第１の面に密着させやすくなるので、検出精度の向上を図ることができる。

本発明によれば、信頼性の高い凹凸パターン検出装置を提供することができる。

本発明による凹凸パターン検出装置の第１の実施形態を示す概略側面図である。 図１のスラントＦＯＰを示す拡大断面図である。 従来のプリズム式凹凸パターン検出装置により検出された指紋を示す図である。 図１の凹凸パターン検出装置により検出された指紋を示す図である。 （ａ）は、画像検出可能範囲の測定状況を示す側面図である。（ｂ）は、画像検出可能範囲の測定状況を示す正面図である。（ｃ）は、画像検出可能範囲の測定状況を示す下面図である。 照射角度が２０°の場合の画像検出可能範囲の角度とスラント角との関係を示すグラフである。 照射角度が２０°の場合の画像検出可能範囲の角度とスラント角との関係を示す図である。 照射角度が３０°の場合の画像検出可能範囲の角度とスラント角との関係を示すグラフである。 照明中心のコントラストと照明角度及びスラント角との関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係る凹凸パターン検出装置を示す概略側面図である。 第３の実施形態に係る凹凸パターン検出装置を示す概略側面図である。 図１１の凹凸パターン検出装置を示す概略下面図である。 図１１の凹凸パターン検出装置を示す概略正面図である。 図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。 図１１の凹凸パターン検出装置における画像検出可能範囲を説明するための概略側面図である。 図１１の凹凸パターン検出装置における画像検出可能範囲を説明するための断面図である。 図１１の凹凸パターン検出装置により検出された掌紋の写真である。 第４の実施形態に係る凹凸パターン検出装置を示す概略側面図である。 図１８の凹凸パターン検出装置を示す概略下面図である。 図１８の凹凸パターン検出装置を示す概略正面図である。 第５の実施形態に係る凹凸パターン検出装置を示す概略側面図である。 図２１の凹凸パターン検出装置を示す概略下面図である。 図２１の凹凸パターン検出装置を示す概略正面図である。 （ａ）は、第６の実施形態に係る凹凸パターン検出装置を示す概略側面図である。（ｂ）は、（ａ）の凹凸パターン検出装置を示す概略正面図である。 （ａ）は、図２４（ａ）のＸＸＩＶａ−ＸＸＩＶａ線に沿った断面図である。（ｂ）は、図２４（ｂ）のＸＸＩＶｂ−ＸＸＩＶｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は、画像検出可能範囲の角度幅を説明するための図２５（ａ）に対応する断面図である。（ｂ）は、画像検出可能範囲の角度幅を説明するための図２５（ｂ）に対応する断面図である。 図２４の凹凸パターン検出装置により検出された回転指紋を示す図である。 （ａ）は、第７の実施形態に係る凹凸パターン検出装置を示す図２５（ａ）に対応する断面図である。（ｂ）は、（ａ）の凹凸パターン検出装置を示す図２５（ｂ）に対応する断面図である。 （ａ）は、第８の実施形態に係る凹凸パターン検出装置を示す図２４（ａ）に対応する断面図である。（ｂ）は、（ａ）の凹凸パターン検出装置を示す図２４（ｂ）に対応する断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］

図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る凹凸パターン検出装置１は、指表面の凹凸パターンである指紋を検出するものであり、指２と接触する入力端面（第１の面）４を上面に有するスラントファイバ光学プレート（以下、スラントＦＯＰという）３を備えている。

スラントＦＯＰ３は、束ねて一体化させた複数の光ファイバ６をプレート状に形成したいわゆるファイバ光学プレート（ファイバオプティクプレート、ＦＯＰ）の一種である。ファイバ光学プレートは、数μｍ径のシングルファイバを例えば数先万本束ね融着（例えば、加熱、加圧により）した光学素子である。シングルファイバは一般的には光を伝達するコアガラスとそれを被覆するクラッドガラス及びコアガラスから漏れた光を吸収する吸収体（Ｅ．Ｍ．Ａ．）ガラスの３種類から構成されている。シングルファイバはコアガラスとクラッドガラスの屈折率の差によりその境界で全反射が起こり、光を伝達する。最大受光角以上の角度で入射した光は全反射を起こさず、ファイバ外に逃げてしまうがクラッドガラスの周囲に配置された吸収体ガラスで吸収される。そのため解像度を低下させることなく光学像の伝達が可能である。

スラントＦＯＰ３は、複数の光ファイバ６と、光ファイバ６の間に配置され、光ファイバ６から漏れた光を吸収する吸収体７と、から構成されている。また、光ファイバ６は、コア８と、コア８の周囲を覆うクラッド９と、から構成されている。

スラントＦＯＰ３は、複数の光ファイバ６の上端面（第１の端面）により構成された入力端面４と、複数の光ファイバ６の下端面（第２の端面）により構成された出力端面（第２の面）５と、を有している。スラントＦＯＰ３は、厚みが一定となるように形成されており、入力端面４と出力端面５とは、互いに平行となっている。

また、スラントＦＯＰ３は、光ファイバ６の光軸Ｒｆを含み且つ出力端面５と略直交する所定の法線面内で、光ファイバ６の光軸Ｒｆと出力端面５とのなす角度が所定のスラント角α（第１の角度）となるように形成されている。スラント角αは、９０°未満の角度である。また、法線面は、図１及び図２の紙面に相当する。

ここで、出力端面５に対して光ファイバ６の光軸Ｒｆが傾く方向を図２の矢印Ｓで示す。以下、この方向を光軸傾斜方向Ｓという。スラントＦＯＰ３の入力端面４上には、指先が光軸傾斜方向Ｓを向くように指２が置かれる。

スラントＦＯＰ３の出力端面５側には、出力端面５に対して光を照射する照射光源（照射手段）１０と、出力端面５から出射した光に基づいて指紋の画像を検出するＣＣＤ［Charge Coupled Device］カメラ（凹凸パターン検出手段）１１と、が配置されている。

照射光源１０としては、白熱電球、放電灯、ＬＥＤ［Light Emitting Diode］、有機ＥＬ［Electro Luminescence］、レーザー等が用いられる。この照射光源１０は、スラントＦＯＰ３の出力端面５側で、スラントＦＯＰ３から見て光軸傾斜方向Ｓに配置されている。照射光源１０は、法線面内で、光を照射する方向と出力端面５とのなす角度が所定の照射角度β（第２の角度）となるように配置されている。照射角度βは、９０°未満の角度である。

ＣＣＤカメラ１１は、スラントＦＯＰ３の真下に配置されており、入力端面４上に置かれた指２の指紋全体を正面から撮像する。また、ＣＣＤカメラ１１は、照射光源１０よりも下側に配置されている。

次に、凹凸パターン検出装置１におけるスラントＦＯＰ３のスラント角αと照射光源１０の照射角度βとの関係について説明する。

この凹凸パターン検出装置１では、出力端面５から光ファイバ６のコア８に入射した光がクラッド９内に入り込むクラッド入射条件を満たすように、スラントＦＯＰ３のスラント角α及び照射光源１０の照射角度βが設定されている（図２の矢印Ａ参照）。このように設定された凹凸パターン検出装置１では、照射光源１０が出力端面５に対して照射した光が光ファイバ６におけるファイバ伝送の主体とならない。すなわち、この凹凸パターン検出装置１では、出力端面５からコア８内に入射した光は、コア８とクラッド９との境界面で全反射されずにクラッド９内に入り込んで散乱する。散乱した光の一部は吸収体７に吸収され、吸収体７に吸収されなかった光の一部は、スラントＦＯＰ３内を進行して入力端面４へと到達する。

具体的には、厚さが１ｍｍ、ファイバサイズが６μｍ、開口数が１、コア８の屈折率が１．８２、クラッド９の屈折率が１．４９５のスラントＦＯＰ３において、スラント角αが６８°、且つ、照射角度βが法線Ｎから２４°〜９０°の範囲内の角度であればクラッド入射条件を満たし、光がクラッド９内に入り込んで散乱する。

一方、スラント角αと照射角度βとがクラッド入射条件を満たさない場合、照射光源１０が出力端面５に対して照射した光は、光ファイバ６におけるファイバ伝送の主体となる。すなわち、照射光源１０が出力端面５からコア８内に入射させた光は、光ファイバ６のコア８とクラッド９との境界面で全反射され、コア８内を進行して入力端面４へと伝送される（図２の矢印Ｂ参照）。

具体的には、厚さが１ｍｍ、ファイバサイズが６μｍ、開口数が１、コア８の屈折率が１．８２、クラッド９の屈折率が１．４９５のスラントＦＯＰ３において、スラント角αが６８°、且つ、照射角度βが法線Ｎから０°以上２４°以下の角度の場合、クラッド入射条件を満たさず、光がコア８内を進行する。なお、図２の矢印Ｃは、スラントＦＯＰ３の側方から照射された出力端面５に平行な方向の光がクラッド入射条件を満たさない場合があることを示している。

以上の構成を有する凹凸パターン検出装置１では、照射光源１０が照射した光が出力端面５から入射して入力端面４に到達すると、入力端面４と接触する指表面の凸部では光が散乱又は指２内に吸収され、入力端面４と接触しない凹部では入力端面４で光が反射される。これによって、指表面の凹凸パターンである指紋が反射光の明暗として現れるので、ＣＣＤカメラ１１により画像として指紋の検出を行うことができる。このように、凹凸パターン検出装置１によれば、指紋検出時に光が指２を透過する必要がないので、指２の厚みの影響で画像のコントラストが低下することを避けることができる。しかも、照射光源１０の照射した光はクラッド入射条件を満たすので、指紋の凹凸に応じた反射光の明暗が明確に現われ、これによって十分なコントラストの画像を検出することができる。従って、この凹凸パターン検出装置１によれば、凹凸パターン検出の信頼性の向上を図ることができる。

また、この凹凸パターン検出装置１によれば、プリズムに代えてスラントＦＯＰ３を採用しているので、入力端面４上に指の油等の汚れが付着しても、指紋検出の精度が低下することを防ぐことが可能となる。すなわち、図３に示されるように、プリズムに指を押し付けて指紋を採取する方法では、指の水分に起因する全反射条件の変化を利用して指紋を検出するため、入力端面４上に付着した指の油等の影響で検出対象の指紋Ｍの他、残留指紋Ｎが検出されてしまう。これに対して、図４に示されるように、凹凸パターン検出装置１では、スラントＦＯＰ３を採用しているので、入力端面４上に付着した汚れの影響を受けにくく、検出対象の指紋Ｍのみを精度良く検出することが可能となる。また、プリズムに代えてスラントＦＯＰ３を採用することは、装置の小型化及び軽量化に有利である。

ここで、クラッド入射条件を満たすスラント角αと照射角度βとの関係について測定結果に基づき説明する。まず、スラント角α及び照射角度βの変化に伴う画像検出可能範囲の変化の測定結果について説明する。画像検出可能範囲とは、出力端面から出射された光に基づいてＣＣＤカメラが十分なコントラストの画像を検出可能な範囲である。

まず、測定条件について説明する。この測定では、スラントＦＯＰとして、厚さが１ｍｍ、ファイバ径が６μｍ、開口度が１の浜松ホトニクス株式会社製ＦＯＰを使用した。また、照射光源として、林時計工業株式会社製ＬＡ−１５０ＴＸのファイバーライトを使用した。このファイバーライトは、定格電圧がＡＣ１００／１２０Ｖ、定格消費電力が１８０Ｗ、定格周波数が５０／６０Ｈｚ、ランプ消費電力が１５０Ｗ（１５Ｖ）である。ＣＣＤカメラとしては、光学サイズが１／２インチで画素数が２００万のものを使用した。また、ＣＣＤカメラのレンズとしては、ＣＣＴＶ［Closed Circuit Television］用のＣマウントで、Ｆ値が１．４、焦点距離が２５ｍｍのものを使用した。

図５（ａ）〜（ｃ）に示されるように、この測定では、コントラスト比較のため、スラント角が６８°の標準スラントＦＯＰ１２と任意のスラント角αを有する測定用スラントＦＯＰ１３とを横に並べて配置した。同様に、照射角度を２０°で固定した標準照射光源１４と照射角度βが調整可能な測定用照射光源１５とを、スラントＦＯＰ１２，１３の出力端面側で、且つスラントＦＯＰ１２，１３から見て光軸傾斜方向Ｓに配置した。この測定では、測定用スラントＦＯＰ１３のスラント角α及び測定用照射光源１５の照射角度βを変更し、標準スラントＦＯＰ１２に対する標準照射光源１４の光の反射光の画像を基準として、画像検出可能範囲内であるか否か、すなわち十分なコントラストの画像が検出可能か否かについて目視で判定した。

標準照射光源１４及び測定用照射光源１５については、照射する光が平行光に近づくように調整を行った。具体的には、照射光の直径が照射光源の直近で直径２０ｍｍ、照射光源から７０ｍｍ離れた位置で直径１５ｍｍ、１００ｍｍ離れた位置で直径２０ｍｍとなるように調整した。標準照射光源１４の光は、標準スラントＦＯＰ１２と測定用スラントＦＯＰ１３との境界線を跨ぐ範囲に照射され、その照射中心Ｔ１は該境界線上に位置している。また、標準照射光源１４と照射中心Ｔ１との距離を８０ｍｍとした。同様に、測定用照射光源１５の光は、標準スラントＦＯＰ１２と測定用スラントＦＯＰ１３との境界線を跨ぐ範囲に照射され、その照射中心Ｔ２は該境界線上に位置している。また、測定用照射光源１５と照射中心Ｔ２との距離を８０ｍｍとした。

続いて、測定用照射光源１５の照射角度βを２０°に固定した状態でレンジを変化させ、その照射光及び反射光の照明強度について照度計を用いて計測した。その計測結果を表１に示す。この計測結果より、測定時における測定用照射光源１５の照明強度に関してレンジを７に設定した。同様に、標準照射光源１４についてもレンジを７に設定した。

測定対象である画像検出可能範囲は、照射中心Ｔ２を頂点とした略楕円錐状に広がる範囲として概略的に表現される。ここでは、照射中心Ｔ２を頂点とし、出力端面を基準（０°）とした三つの角度θｆ，θｂ，θｗによって画像検出可能範囲を表す。

θｆは、出力端面の法線及び測定用照射光源１５の光軸を含む平面（以下、「法線面」という）内で照射中心Ｔ２を中心とした角度である。θｆは、測定用照射光源１５側の出力端面を０°として、観測点であるＣＣＤカメラ（図示せず）を円弧状に移動させた場合に、十分なコントラストの画像が検出可能となるまでの角度である。

θｂは、θｆと同じく、法線面内で照射中心Ｔ２を中心とした角度である。θｂは、θｆを超えて、測定用照射光源１５と反対側の出力端面に向かってＣＣＤカメラを移動させた場合に、十分なコントラストの画像が検出できなくなるまでの角度である。ここで、θｆとθｂとの平均の角度を中央角度θｃとして表し、出力端面と中央角度θｃをなす線分をＷで表す。

θｗは、線分Ｗを含み且つ法線面に対して垂直な平面である中央角度面内で、照射中心Ｔ２を中心とした角度である。θｗは、出力端面を０°として、中央角度面内でＣＣＤカメラを円弧状に移動させた場合に、十分なコントラストの画像が検出可能となるまでの角度である。このθｗは、測定用照射光源１５から見た場合、左右とも同じ値となる。

画像検出可能範囲は、以上説明したθｆ，θｂ，θｗを用いて表すことができる。具体的には、法線面内におけるθｆ〜θｂの範囲、中央角度面内におけるθｗ〜１８０−θｗの範囲が画像検出可能範囲となる。なお、γａは、画像検出可能範囲の法線面内における角度幅であり、θｆ及びθｂの差分として表される。

表２〜表４に測定用照射光源１５の照射角度β及び測定用スラントＦＯＰ１３のスラント角αとθｆ，θｂ，θｗとの関係を示す。表２は、照射角度βが１０°の場合におけるスラント角αとθｆ，θｂ，θｗと関係を示す表である。表３は、照射角度βが２０°の場合におけるスラント角αとθｆ，θｂ，θｗとの関係を示す表である。表４は、照射角度βが３０°の場合におけるスラント角αとθｆ，θｂ，θｗとの関係を示す表である。

図６は、表３に示す照射角度が２０°の場合におけるスラント角αとθｆ，θｂとの関係を示すグラフであり、図７は、照射角度が２０°の場合におけるスラント角αとθｆ，θｂとの関係を示す図である。また、図８は、表４に示す照射角度が３０°の場合におけるスラント角αとθｆ，θｂとの関係を示すグラフである。

表２，３及び図６，７に示されるように、スラント角αが大きくなるに伴って、θｆ，θｂで表される画像検出可能範囲は照明光源側へと傾き、スラント角αが小さくなるに伴って照明光源の反対側へと傾いた。照明角度が１０°又は２０°の場合には、スラント角αが小さいほど、角度幅γａすなわち画像検出可能範囲が大きくなった。

また、表４及び図８に示されるように、照明角度βが３０°の場合においては、スラント角αが６８°のときに実用的な画像検出可能範囲が得られた。なお、照明角度βが３０°の場合においても、スラント角αが６８°のときには、角度幅γａは存在した。

次に、スラント角α及び照明角度βの変化に伴う照射中心Ｔ２のコントラストの変化の測定結果について説明する。

図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す照射中心Ｔ２のコントラストについて、スラント角α及び照明角度βを変化させて目視で測定した。測定条件は前述の画像検出可能範囲の場合と比べて、観測点としてのＣＣＤカメラ（図示せず）の位置が固定されている点と、照射光源のレンジを変更して測定している点と、が主に異なる。ＣＣＤカメラは、標準スラントＦＯＰ１２と測定用スラントＦＯＰ１３との境界線の真下で照射中心Ｔ１，Ｔ２を撮像できる位置に固定されている。

表５は、目視によるコントラストの評価を示す表である。表５に示されるように、ＣＣＤカメラで撮像した照射中心Ｔ２の画像のコントラストを５段階で評価した。ここで、スラント角αが６８°、照射角度βが１０°の場合のコントラストを評点５として評価を行った。なお、前述の画像検出可能範囲は、表５における評点４以上のコントラストを有する範囲に相当する。

表６〜表８にスラント角α及び照明角度βと照射中心Ｔ２のコントラストとの関係を示す。表６は、測定用照射光源１５のレンジが７の場合におけるスラント角α及び照明角度βと照射中心Ｔ２のコントラストとの関係を示す表である。表７は、測定用照射光源１５のレンジが９の場合におけるスラント角α及び照明角度βと照射中心Ｔ２のコントラストとの関係を示す表である。表８は、測定用照射光源１５のレンジが６の場合におけるスラント角α及び照明角度βと照射中心Ｔ２のコントラストとの関係を示す表である。また、図９は、表６のスラント角α及び照明角度βと照射中心Ｔ２のコントラストとの関係を示すグラフである。

表６〜表８に示されるように、測定用スラントＦＯＰ１３のスラント角αが６３°〜７３°で、且つ測定用照射光源１５の照射角度βが５°〜３０°である場合に、評点４付近の良好なコントラストの画像が得られた。特に、スラント角αが６８°で照射角度βが５°〜２０°の場合に評点５の顕著なコントラストの画像が得られた。また、測定用照射光源１５のレンジを６，７，９に変更した場合でも、照射中心Ｔ２のコントラストの評価に変化はなかった。

なお、測定用スラントＦＯＰ１３として、吸収体７を備えないものを用いた場合、背景光有りの状態ではコントラストがやや甘い傾向があった。吸収体７を有さない測定用スラントＦＯＰであっても、背景光無しの状態では吸収体７を有する測定用スラントＦＯＰと略同じコントラストとなった。

以上の測定結果より、スラントＦＯＰのスラント角αが６３°〜７３°で、且つ照射光源の照射角度βが５°〜３０°の場合に良好なコントラストを得られた。実用的には、スラント角αが６８°で、且つ照射角度βが５°〜３０°である場合が特に好ましい。このときの画像検出可能範囲は、θｆが７０°、θｂが１０５°、γａが３５°となり、θｗは約４５°であるので側方からの観察に適している。このため、スラント角αが６８°で、且つ照射角度βが５°〜３０°である場合においては、観察方向と出力端面５とのなす角度が約４５°までであることが好ましいと考えられる。
［第２の実施形態］

第２の実施形態に係る凹凸パターン検出装置２１は、第１の実施形態に係る凹凸パターン検出装置１と比べて補強部材を備えている点が相違している。

図１０に示されるように、第２の実施形態に係る凹凸パターン検出装置２１は、スラントＦＯＰ３の出力端面５に配置された厚板状の補強部材２２を備えている。補強部材２２は、アクリル樹脂やガラス等から構成され、照射光源１０の光及び入力端面４で反射されて出力端面５から出射される反射光を透過する。

このように構成された第２の実施形態に係る凹凸パターン検出装置２１では、補強部材２２によりスラントＦＯＰ３を補強することで、装置の耐久性向上を図ることができる。しかも、照射光源１０の光及び反射光を透過する補強部材２２をスラントＦＯＰ３の出力端面５側に配置することで、指紋の検出精度への影響を最小限に抑えることが可能となる。また、簡易な構造で耐久性の向上を実現できるので、装置の低コスト化に有利である。
［第３の実施形態］

第３の実施形態に係る凹凸パターン検出装置３１は、第１の実施形態に係る凹凸パターン検出装置１と比べて、手の掌紋を検出する点と、スラントＦＯＰの形状と、が相違している。

図１１〜図１４に示されるように、第３の実施形態に係る凹凸パターン検出装置３１は、検出対象者の左の手３２の掌紋を検出するものであり、手３２と接触する入力端面（第１の面）３４を上面に有するスラントＦＯＰ３３を備えている。

スラントＦＯＰ３３は、凸状に湾曲した前部３３ａと凹状に湾曲した後部３３ｂとによって瓦状に形成されている。前部３３ａの上面（第１の曲面）３４ａは、図１１に示すように、光ファイバ６の光軸Ｒｆを含み且つ出力端面３５と略直交する所定の法線面（図１４の紙面に相当）に平行な方向から見た場合に、凸状の湾曲面を成している。この前部３３ａの上面３４ａは、掌に沿った緩やかな凸状の湾曲面を成している。

同様に、後部３３ｂの上面３４ｂは、法線面に平行な方向から見た場合に、凹状の湾曲面を成している。この後部３３ｂの上面３４ｂは、掌の手根部に沿った凹状の湾曲面を成している。このスラントＦＯＰ３３では、掌の手根部が後部３３ｂの上面３４ｂ、それ以外の部分が前部３３ａの上面３４ａと接触するように手３２が置かれる。このようにスラントＦＯＰ３３の前部３３ａの上面３４ａを形成することにより、掌を入力端面３４に密着させやすくすることができるので、掌紋の検出精度の向上が図られる。

また、スラントＦＯＰ３３は、スラントＦＯＰ３３を構成する光ファイバの光軸Ｒｆが手３２の幅方向で親指側に向かって傾斜するように形成されている。すなわち、スラントＦＯＰ３３の光軸傾斜方向Ｓは、手３２の幅方向のうち小指側から親指側に向かう方向に相当する。なお、図１１に示されるように、スラントＦＯＰ３３を光軸傾斜方向Ｓから見た場合には、光ファイバの光軸Ｒｆは出力端面３５の法線Ｎと重なる。

スラントＦＯＰ３３の下面には、出力端面（第２の面）３５が形成されている。スラントＦＯＰ３３の厚みは一定であり、スラントＦＯＰ３３の入力端面３４と出力端面３５とは、その間隔が一定となるように形成されている。

スラントＦＯＰ３３の出力端面３５側には、照射光源１０及びＣＣＤカメラ１１が設けられている。照射光源１０は、入力端面３４上の掌に向かって光を照射する。照射光源１０は、スラントＦＯＰ３３の前部３３ａの下側で、スラントＦＯＰ３３から見て光軸傾斜方向Ｓの位置に配置されている。また、照射光源１０は、照射する光がスラントＦＯＰ３３内でファイバ伝送の主体とならない方向から出力端面３５に入射する位置に配置されている。

ＣＣＤカメラ１１は、スラントＦＯＰ３３前部３３ａの真下で、且つ、手３２の掌紋を十分なコントラストの画像として検出可能な画像検出可能範囲内に配置されている。図１５，１６に画像検出可能範囲の角度幅γａ，γｂを示す。ここで、γｂは、中央角度面における画像検出可能範囲の角度幅であり、その値は１８０°からθｗの２倍の値を引いたものと等しい。ＣＣＤカメラ１１は、入力端面３４上に置かれた手３２の掌全体を正面から撮像する。

このように構成された凹凸パターン検出装置３１では、第１の実施形態に係る凹凸パターン検出装置１と同様の効果を得ることができる。特に、掌紋検出時に光が手３２を透過する必要がないので、指と比べて個人差の大きい手３２の厚みの影響で画像のコントラストが低下することを避けて略均一照明の画像を得ることができる。しかも、プリズムに代えてスラントＦＯＰ３３を採用することで、入力端面３４の大面積化が容易となる上、スラントＦＯＰ３３を瓦状に形成することで、入力端面３４の面積を十分に確保しつつも、装置の小型化を図ることが可能となる。

また、このような構成の凹凸パターン検出装置３１は、掌紋検出の他、四指の指紋一括検出に対しても好適に活用できる。
［第４の実施形態］

第４の実施形態に係る凹凸パターン検出装置４１は、第３の実施形態に係る凹凸パターン検出装置３１と比べて補強部材を備えている点が相違している。

図１８〜図２０に示されるように、第４の実施形態に係る凹凸パターン検出装置４１は、スラントＦＯＰ３３の出力端面３５に沿って波状に形成された厚板の補強部材４２を備えている。補強部材４２の上面は、スラントＦＯＰ３３の出力端面３５と接着している。補強部材４２は、アクリル樹脂やガラス等から構成され、照射光源１０の光及び入力端面３４で反射されて出力端面３５から出射される反射光を透過する。

このように構成された第４の実施形態に係る凹凸パターン検出装置４１では、補強部材４２によりスラントＦＯＰ３３を補強することができるので、装置の耐久性の向上を図ることができる。しかも、照射光源１０の光及び反射光を透過する補強部材４２をスラントＦＯＰ３３の出力端面３５側に配置することで、指紋の検出精度への影響を最小限に抑えることが可能となる。また、簡易な構造で耐久性の向上を実現できるので、装置の低コスト化に有利である。
［第５の実施形態］

第５の実施形態に係る凹凸パターン検出装置５１は、第４の実施形態に係る凹凸パターン検出装置４１と比べて補強部材の形状のみが相違している。

図２１〜図２３に示されるように、第５の実施形態に係る凹凸パターン検出装置５１は、瓦状のスラントＦＯＰ３３が戴置される台状の補強部材５２を備えている。補強部材５２の上面は、スラントＦＯＰ３３の出力端面３５に沿って波状に形成されており、スラントＦＯＰ３３の出力端面３５と隙間なく接着される。補強部材５２は、アクリル樹脂やガラス等から構成され、照射光源１０の光及び入力端面３４で反射されて出力端面３５から出射される反射光を透過する。

このように構成された第５の実施形態に係る凹凸パターン検出装置５１によれば、第４の実施形態に係る凹凸パターン検出装置４１と同様の効果を得ることができる。しかも、補強部材５２を台状に形成することで、他の部材に対する補強部材５２及びスラントＦＯＰ３３の組み付け性を向上させることが可能になる。
［第６の実施形態］

第６の実施形態に係る凹凸パターン検出装置６１は、第１の実施形態に係る凹凸パターン検出装置１と比べて、回転指紋が検出可能である点と、スラントＦＯＰの形状と、照射光源の配置及び個数と、ＣＣＤカメラの配置と、が相違している。

図２４，２５に示されるように、第６の実施形態に係る凹凸パターン検出装置６１は、検出対象者の指２の回転指紋を検出するものであり、指２が接触する入力端面（第１の面，第２の曲面）６４を上面に有するスラントＦＯＰ６３を備えている。

スラントＦＯＰ６３は、略ハーフパイプ形状を成している。スラントＦＯＰ６３は、指２の真下から左右に回り込むように形成されている。また、スラントＦＯＰ６３の先端部６３ａは、上方から見た場合に、Ｕ字状を成すように連続しており、その内面に指先が突き当てられる。

スラントＦＯＰ６３の入力端面６４は、図２５（ａ）に示すように、光ファイバ６の光軸Ｒｆを含み且つ出力端面３５と略直交する所定の法線面（図２５（ｂ）の紙面に相当）に平行な方向から見た場合に、凹状の湾曲面を成している。入力端面６４は、指２の下側表面に沿うように凹状の湾曲面を成している。このようにスラントＦＯＰ６３の入力端面６４を形成することにより、指２の下側表面を入力端面６４に密着させやすくすることができるので、掌紋の検出精度の向上が図られる。

スラントＦＯＰ６３の下面には、出力端面（第２の面）６５が形成されている。スラントＦＯＰ６３の厚みは一定であり、スラントＦＯＰ６３の入力端面６４と出力端面６５とは、その間隔が一定となるように形成されている。

図２５（ｂ）に示されるように、スラントＦＯＰ６３は、スラントＦＯＰ６３を構成する光ファイバの光軸が、先端部６３ａを除き指先の向く方向へ傾斜するように形成されている。すなわち、スラントＦＯＰ６３の光軸傾斜方向Ｓは、先端部６３ａを除き指２の指先の向く方向に相当する。なお、先端部６３ａにおいては、指先表面に沿って上向きに傾斜したスラントＦＯＰ６３に合わせて光軸傾斜方向Ｓも上に傾いた方向となる。一方、図２５（ａ）に示されるように、スラントＦＯＰ６３を指先側から見た場合には、光ファイバの光軸は出力端面６５の法線Ｎと重なる。

図２４，２６に示されるように、スラントＦＯＰ６３の斜め下には、指２の下側の表面に向かって左右から光を照射する二つの照射光源６６Ａ，６６Ｂが配置されている。照射光源６６Ａ，６６Ｂは、スラントＦＯＰ６３の出力端面６５側で、指先の向く方向に横並びで配置されている。また、照射光源６６Ａ，６６Ｂは、照射する光がスラントＦＯＰ６３内でファイバ伝送の主体とならない方向から出力端面６５に入射する位置に配置されている。

また、スラントＦＯＰ６３の斜め下には、スラントＦＯＰ６３の出力端面６５から出射した反射光を検出するＣＣＤカメラ６７が配置されている。ＣＣＤカメラ６７は、照射光源６６Ａ，６６Ｂよりも下方に配置されている。ＣＣＤカメラ６７は、指紋の画像を検出可能な位置、すなわち画像検出可能範囲内に配置されている。図２６に画像検出可能範囲の角度幅γａ，γｂの例を示す。

このように構成された凹凸パターン検出装置６１では、第１の実施形態に係る凹凸パターン検出装置１と同様の効果を得ることができる。

また、指２の下側の表面が左右の部位まで入力端面６４と密着しているので、指２を回転させることなく、回転指紋を検出することが可能となる（図２７参照）。更に、簡易な構成で回転指紋の検出が実現されるため、装置の小型化が容易である。

また、複数の照射光源６６Ａ，６６Ｂを備えることで、画像の明るさを均一化することができる。なお、照射光源の数は二台に限られず、三台以上備えていても良い。
［第７の実施形態］

第７の実施形態に係る凹凸パターン検出装置７１は、第６の実施形態に係る凹凸パターン検出装置６１と比べて、補強部材を備えている点と、照射光源及びＣＣＤカメラの個数と、が相違している。

図２８に示されるように、第７の実施形態に係る凹凸パターン検出装置７１は、略ハーフパイプ形状のスラントＦＯＰ６３が戴置されるブロック形状の補強部材７２を備えている。補強部材７２の上面の一部は、スラントＦＯＰ６３の出力端面６５の形に窪んでおり、この窪みにスラントＦＯＰ６３が嵌め込まれた状態でスラントＦＯＰ６３の出力端面６５と補強部材７２の上面とが隙間なく接着される。補強部材７２は、アクリル樹脂やガラス等から構成され、照射光源７６Ａ〜７６Ｄの光及び入力端面６４で反射されて出力端面６５から出射される反射光を透過する。

照射光源７６Ａ〜７６Ｄは、スラントＦＯＰ６３の出力端面６５側（補強部材７２の外側）で、指２の指先の向く方向に配置されている。照射光源７６Ａ，７６Ｂは、スラントＦＯＰ６３の斜め上に配置されており、上向きに傾斜するスラントＦＯＰ６３の先端部６３ａを通して指２の指先下側に向けて左右から光を照射する。照射光源７６Ｃ，７６Ｄは、スラントＦＯＰ６３の斜め下に配置されており、スラントＦＯＰ６３を通して指２の腹の下側に向けて左右から光を照射する。

スラントＦＯＰ６３の下側には、指２の腹の画像を左右から検出する二台のＣＣＤカメラ７７Ａ，７７Ｂが配置されている。また、スラントＦＯＰ６３から見て指先の向く方向の下側には、指２の指先の画像を検出するＣＣＤカメラ７７Ｃが配置されている。このＣＣＤカメラ７７Ｃの横には、ＣＣＤカメラ７７Ｃの対となるＣＣＤカメラ（図示せず）が配置されている。これらのＣＣＤカメラは、左右から指２の指先の画像を検出する。

このように構成された凹凸パターン検出装置７１では、補強部材７２によりスラントＦＯＰ６３を補強することができるので、装置の耐久性の向上を図ることができる。しかも、照射光源７６Ａ，７６Ｂの光及び反射光を透過する補強部材７２をスラントＦＯＰ６３の出力端面６５側に配置することで、指紋の検出精度への影響を最小限に抑えることが可能となる。また、簡易な構造で耐久性の向上を実現できるので、装置の低コスト化に有利である。

また、ＣＣＤカメラを複数台備え、それぞれの検出した画像を合成することにより死角のない回転指紋の画像検出が実現される。
［第８の実施形態］

第８の実施形態に係る凹凸パターン検出装置８１は、第７の実施形態に係る凹凸パターン検出装置７１と比べて補強部材の形状のみが相違している。

図２９に示されるように、第８の実施形態に係る凹凸パターン検出装置８１は、スラントＦＯＰ６３の出力端面６５に沿った凹部を上面に有する厚板の補強部材８２を備えている。補強部材８２上面の凹部とスラントＦＯＰ６３の出力端面６５とは、隙間なく接着されている。補強部材８２は、アクリル樹脂やガラス等から構成され、照射光源７６Ａ〜７６Ｄの光及び入力端面６４で反射されて出力端面６５から出射される反射光を透過する。

このように構成された第８の実施形態に係る凹凸パターン検出装置８１によれば、第７の実施形態に係る凹凸パターン検出装置７１と同様の効果を得ることができる。しかも、厚板状に補強部材８２を形成しているので、装置の薄型化に有利である。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、本発明に係る凹凸パターン検出装置は、指紋や掌紋の検出の他、ゴム印等の柔らかい対象物表面の凹凸パターン検出に対しても好適に利用できる。

また、スラントＦＯＰ３の形状は、上述した形状に限られず、掌紋検出用のものであっても平板状に形成されていても良い。また、照射光源及びＣＣＤカメラの配置は、スラントＦＯＰ３の形状等に応じて適切に設定される。なお、ＣＣＤカメラの他、適切な撮像素子等を用いて凹凸パターンの画像を検出する態様であっても良い。

また、補強部材は、厚板状や台状、ブロック状のものに限られず、様々な形状のものを採用することができる。例えば、補強部材を他の部品との連結部材として利用可能な形状としても良い。

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１…凹凸パターン検出装置、２…指（対象物）、３，３３，６３…スラントＦＯＰ、４，３４…入力端面（第１の面）、５，３５，６５…出力端面（第２の面）、６…光ファイバ、１０，６６Ａ，６６Ｂ，７７Ａ〜７７Ｄ…照射光源（照射手段）、１１，６７，７７Ａ〜７７Ｃ…ＣＣＤカメラ（凹凸パターン検出手段）、２２，４２，５２，７２，８２…補強部材、３２…手（対象物）、３４…前部の上面（第１の曲面）、６４…入力端面（第１の面，第２の曲面）。

Claims (11)

1. 対象物表面の凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置であって、
   複数の光ファイバの第１の端面により構成され、前記対象物表面が接触させられる第１の面、及び、複数の前記光ファイバの第２の端面により構成され、前記第１の面に略平行な第２の面を有するファイバ光学プレートと、
   前記ファイバ光学プレートの前記第２の面側に配置され、前記第２の面に対して光を照射する照射手段と、
   前記ファイバ光学プレートの前記第２の面側に配置され、前記第２の面から出射された光に基づいて前記凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出手段と、
   を備え、
   前記ファイバ光学プレートは、複数の前記光ファイバと、複数の前記光ファイバの間に配置され、光を吸収する吸収体と、を含み、
   複数の前記光ファイバの光軸は、前記第２の面と略直交する所定の面内において第２の面から一方向回りに９０°未満の第１の角度をなすように傾斜し、
   前記照射手段は、前記所定の面内において前記第２の面から他方向回りに９０°未満の第２の角度をなす方向から前記第２の面に対して光を照射し、
   前記第１の角度と前記第２の角度とは、前記第２の面から前記光ファイバのコアに入射した光が前記光ファイバのクラッド内に入り込むように設定されており、
   前記第１の角度は、６３°〜７３°の範囲内の角度であり、且つ、前記第２の角度は、５°〜３０°の範囲内の角度であることを特徴とする凹凸パターン検出装置。
2. 前記ファイバ光学プレートの前記第２の面には、前記光を透過する補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の凹凸パターン検出装置。
3. 前記ファイバ光学プレートの前記第１の面は、前記所定の面と略平行な方向から見た場合に、凸状となる第１の曲面を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の凹凸パターン検出装置。
4. 前記ファイバ光学プレートの前記第１の面は、前記所定の面と略平行な方向から見た場合に、凹状となる第２の曲面を有していることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の凹凸パターン検出装置。
5. 対象物表面の凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置であって、
   複数の光ファイバの第１の端面により構成され、前記対象物表面が接触させられる第１の面、及び、複数の前記光ファイバの第２の端面により構成され、前記第１の面に略平行な第２の面を有するファイバ光学プレートと、
   前記ファイバ光学プレートの前記第２の面側に配置され、前記第２の面に対して光を照射する照射手段と、
   前記ファイバ光学プレートの前記第２の面側に配置され、前記第２の面から出射された光に基づいて前記凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出手段と、
   を備え、
   複数の前記光ファイバの光軸は、前記第２の面と略直交する所定の面内において第２の面から一方向回りに９０°未満の第１の角度をなすように傾斜し、
   前記照射手段は、前記所定の面内において前記第２の面から他方向回りに９０°未満の第２の角度をなす方向から前記第２の面に対して光を照射し、
   前記第１の角度と前記第２の角度とは、前記第２の面から前記光ファイバのコアに入射した光が前記光ファイバのクラッド内に入り込むように設定され、
   前記ファイバ光学プレートの前記第１の面は、前記所定の面と略平行な方向から見た場合に、凸状となる第１の曲面を有していることを特徴とする凹凸パターン検出装置。
6. 前記第１の角度は、６３°〜７３°の範囲内の角度であり、且つ、前記第２の角度は、５°〜３０°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項５に記載の凹凸パターン検出装置。
7. 前記ファイバ光学プレートの前記第２の面には、前記光を透過する補強部材が設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の凹凸パターン検出装置。
8. 前記ファイバ光学プレートの前記第１の面は、前記所定の面と略平行な方向から見た場合に、凹状となる第２の曲面を有していることを特徴とする請求項５〜７のうちいずれか一項に記載の凹凸パターン検出装置。
9. 対象物表面の凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出装置であって、
   複数の光ファイバの第１の端面により構成され、前記対象物表面が接触させられる第１の面、及び、複数の前記光ファイバの第２の端面により構成され、前記第１の面に略平行な第２の面を有するファイバ光学プレートと、
   前記ファイバ光学プレートの前記第２の面側に配置され、前記第２の面に対して光を照射する照射手段と、
   前記ファイバ光学プレートの前記第２の面側に配置され、前記第２の面から出射された光に基づいて前記凹凸パターンを検出する凹凸パターン検出手段と、
   を備え、
   複数の前記光ファイバの光軸は、前記第２の面と略直交する所定の面内において第２の面から一方向回りに９０°未満の第１の角度をなすように傾斜し、
   前記照射手段は、前記所定の面内において前記第２の面から他方向回りに９０°未満の第２の角度をなす方向から前記第２の面に対して光を照射し、
   前記第１の角度と前記第２の角度とは、前記第２の面から前記光ファイバのコアに入射した光が前記光ファイバのクラッド内に入り込むように設定され、
   前記ファイバ光学プレートの前記第１の面は、前記所定の面と略平行な方向から見た場合に、凹状となる第２の曲面を有していることを特徴とする凹凸パターン検出装置。
10. 前記第１の角度は、６３°〜７３°の範囲内の角度であり、且つ、前記第２の角度は、５°〜３０°の範囲内の角度であることを特徴とする請求項９に記載の凹凸パターン検出装置。
11. 前記ファイバ光学プレートの前記第２の面には、前記光を透過する補強部材が設けられていることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の凹凸パターン検出装置。