JP5674790B2 - 光学的に基礎付けられた平面状スキャナー - Google Patents

Description

[他の出願との関係]
本出願は、２００９年９月１１日に提出された”ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＢＡＳＥＤ ＰＬＡＮＡＲ ＳＣＡＮＮＥＲ”と題する特許暫定出願６１／２４１，５４６号、及び２０１０年９月９日に提出された”ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＢＡＳＥＤ ＰＬＡＮＡＲ ＳＣＡＮＮＥＲ”と題する実用新案出願１２／８７８，５３５号に基づいて優先権を主張するものであり、上記出願の内容はすべて本願に参照して合同されるものとする。

現行の法医学的品質(forensic quality)生物測定用スキャナーはレンズ、鏡、プリズム、及び光学センサから成る従来の光学技術を使用するものである。これらのシステムを使用して走査される対象物の画像は優秀な像質を有するものであるが、かような法医学的品質生物測定用スキャナーにおける光学的経路の三次元的性質の結果として、システムは重いものとなる。更に、光路が三次元である結果として照明度が可成り高くなり、多量の電力が必要となることが有る。

此処に開示されるのは画像生成用の光学的に基礎付けられた平面状スキャナーを提供する装置及び方法である。此処に開示される光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの装置及び方法とはスイッチ可能ブラッグ格子である。

本発明の一実施形態における画像を走査するように構成された装置には光線を供給するように構成された光源と、この光線を検出する光検出器と、プラテンと、 導波管と、反射型格子と、スイッチ可能ブラッグ格子とが含まれる。このスイッチ可能ブラッグ格子の一領域はこの光線をこの反射型格子とこの該導波管を通じてこのプラテンへと導くように活性化されるように構成され、このプラテンはこの光線をこの導波管を通じて内部全反射によってこの反射型格子へと反射又は屈折させるように構成されている。この反射型格子はこのプラテンから反射された光線をこの導波管へと反射させるように構成されている。この導波管はこの光線をこの光検出器へと導くように構成されたものである。

別の実施形態による装置は画像を走査して入力を受信するように構成されたものであり、光線を供給するように構成された光源と、この光線を検出する光検出器と、プラテンと、このプラテンの下に位置する導波管と、この導波管の下に位置する反射型格子と、この反射型格子の下に位置するスイッチ可能ブラッグ格子が含まれる。このプラテン、導波管、反射型格子、及びスイッチ可能ブラッグ格子は透明である。この装置には装置の使用者に可視であり、入力選択を表示するように構成された表示器が更に含まれる。この表示器はスイッチ可能ブラッグ格子の下に位置するものである。スイッチ可能ブラッグ格子の一領域はこの光線を反射型格子と導波管を通じてプラテンへと導くように活性化されるように構成されている。プラテンはこの光線を 導波管を通じて内部全反射によって反射型格子へと反射又は屈折させるように構成されている。反射型格子は プラテンから反射された光線を導波管へと反射させるように構成されている。導波管はこの光線を光検出器へと導くように構成されたものである。

本発明の更に別の実施形態の場合、画像を走査する方法にはスイッチ可能ブラッグ格子を供する工程が含まれる。このスイッチ可能ブラッグ格子の一領域は光線を反射型格子及び導波管を通してプラテンに導くように活性化される。この光線は内部全反射によりプラテンの一表面から反射され、又は屈折されて、該プラテンの表面に接触している対象物に入れられる。この反射光線はこの導波管を通して反射型格子に導かれるものである。反射型格子から反射された光線は導波管へと反射される。反射された光線は導波管で検出装置へ導かれる。

本発明の更なる実施形態の場合、画像を走査するように構成された装置は光線を供給するように構成された光源、この光線を検出するように構成された光検出器、対象物受領表面、第一層を形成するように配列された第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品、及び第二層を形成するように配列された第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品を含む。第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の領域は該光線を該対象物受領表面へ導くように構成される。対象物受領表面は光線を第一スイッチ可能ブラッグ格子部品を通じて内部全反射によって第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の活性化された領域へと反射又は屈折させるように構成される。第二スイッチ可能ブラッグ格子部品の活性化された領域は光線を光検出器へと導くように構成される。

本発明の更に別の実施形態の場合、画像を走査するように構成された装置は光線を供給するように構成された光源、この光線を検出するように構成された光検出器、プラテン、スイッチ可能ブラッグ格子、ガラス層、導波管、及び反射型格子を含むものである。スイッチ可能ブラッグ格子の一領域は光線を内部全反射によりスイッチ可能ブラッグ格子で出されるように活性化されるように構成されている。プラテンは内部全反射によりスイッチ可能ブラッグ格子で出された光線を導波管を通して全反射により反射型格子へ反射するように構成されている。反射型格子は該プラテンから反射された光線を該導波管へ反射するように構成されている。導波管は光線を光検出器へ導くように構成されたものである。

一個以上の実施形態の詳細が図示及び以下記述されるが、その他の特徴、目的、利点などは図及び請求項の記述により明白であろう。

スイッチ可能ブラッグ格子の作用を略示するものである。 本発明の一実施形態による光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面を略示するものである。 図２Ａの平面状スキャナーのスイッチ可能ブラッグ格子スタックの拡大略示図である。 スイッチ可能ブラッグ格子の一領域が活性化されていない場合における図２Ａの平面状スキャナーにおける光路を略示するものである。 スイッチ可能ブラッグ格子の一領域が活性化されている場合における図２Ａの平面状スキャナーにおける光路を略示するものである。 図２Ａの平面状スキャナーの一部の上面略図である。 本発明の一実施形態の場合の光学的に基礎付けられた平面状映像走査方法のフロー図である。 本発明の別の実施形態による光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面略図である。 図４Ａの平面状スキャナーの第一複数のスイッチ可能ブラッグ格子部品の拡大略図である。 作動時における図４Ａの平面状スキャナーの中の光路を略示するものである。 図４Ａの平面状スキャナーの一部の上面略図である。 本発明の更に別の実施形態の光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面略図である。 作動時における図５Ａの平面状スキャナーの中の光路を略示するものである。 本発明の更なる実施形態の場合の光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面略図である。 作動時における図５Ｃの平面状スキャナーの中の光路を略示するものである。 本発明の更なる実施形態の光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面図と平面状スキャナーの中の光路を略示するものである。

本発明は光学的に基礎付けられた平面状スキャナー及び方法に関し、殊に指紋、掌紋及び手紋の捕捉にスイッチ可能ブラッグ格子を使用する光学的に基礎付けられた平面状スキャナー及び方法に関する。

指紋、掌紋及び手紋を捕捉するための可動スキャナーはより大きく，高質の画像、法医学的の高質スキャナーのそれを達成する機能性を要求し始めている。可動スキャナーに要求されているその他の項目には、例えば小型化、重量の減少、バッテリで供給可能な低度の電力消費がある。現行の走査システムのサイズ縮小の為の技術的アプローチとしてシステムを二次元的構成に押しつぶすことがある。

此処に開示される光学的に基礎付けられた平面状スキャナー及び方法ではスイッチ可能ブラッグ格子が使用される。スイッチ可能ブラッグ格子の商業用製造者にはＳＢＧ Ｌａｂｓ（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，ＣＡ）がある。

スイッチ可能ブラッグ格子（ＳＢＧ）は電界の存在有無によってスイッチ可能ブラッグ格子（ＳＢＧ）の透過又は分散特性を変化させ得る機能性を有する物質である。ＳＢＧは通常表示及び通信工業において使用される。或るＳＢＧは単量体内の液晶物質の微小滴を混合して製造される。混合物は単量体を重合する構成されたレーザに露出され、液晶小滴が所定のパタンに配列される。かようなＳＢＧが形成された後、ＳＢＧに電圧を与えると液晶小滴が方向付けされ、電圧の印加された領域においてＳＢＧの光学的特性が変更される。

図１はＳＢＧの作用を略示するものである。図１０２及び図１５２において、ＳＢＧ１０６は一方の側面に複数の電極１０８を有し、反対側の面に複数の電極１１０を有している。複数の電極１０８の各々は複数の電極１１０の一つの電極に対応している。代行的な場合、ＳＢＧ１０６は一方の面に複数の電極１０８を有し、反対側の面には単一の照合電極（図示せず）を有する。ＳＢＧ１０６の両面には上面ガラス１１６及び底面ガラス１１７とがある。図１０２及び図１５２の両方において、光線１１２（直線で表示）は上面ガラス１１６と底面ガラス１１７の間を内部全反射によって通過している。

図１０２では電界（鉛直の矢印で表示）が複数の電極１０８の各々と複数の電極１１０の中のそれに対応する電極との間に生成されている。代行的な場合には、電界が複数の電極１０８の各々と単一の照合電極の間に生成される。この単一の照合電極は複数の電極１１０と同じ領域に亘るものであるがこれは複数の各自の電極の代わりの唯一の電極なのである。或るＳＢＧの場合、ＳＢＧに亘って生成される電界はＡＣ電界である。ＳＢＧ１０６の電極１０８の各々と電極１１０の中のそれに対応する電極との間に生成された電界の結果、光線１１２はＳＢＧ１０６を通過して行く；即ち、ＳＢＧは活性化されて居らず、透過状態にある。印加電圧を除いて一対の電極の間の電界を除去すると、ＳＢＧはこのＳＢＧの製造に使用されたプロセス条件によって決定される角度で光線を回折する；即ちＳＢＧは活性化されて回折状態にある。図１５２の場合、電極１１８とそれに対応する電極１２０とはその間にＡＣ電界を生成して居らず、光線１１２はＳＢＧの電極間の領域１２２で回折される。

ナノ分散液晶物質を使用して製造されたＳＢＧは透過状態と回折状態の間のスイッチ時間が極めて高速（例えば約１００マイクロ秒）である。ＳＢＧは所定の波長又は波長範囲で光線と反応する。

図２Ａは本発明の一実施形態による光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面を略示するものである。スキャナー２０２にはプラテン又は対象物受領表面２０４、導波管２０６、反射型格子２１１、ＳＢＧスタック２０９、光学的物質２３０、透過物質２２８、偏光器２２６、ビーム拡張視準光学器２２４、表示器２３６、光検出器２３８、及び光源２２２が含まれる。ＳＢＧスタック２０９には上面ガラス２１４、ＳＢＧ２１２、及び底面ガラス２１６が含まれる。導波管２０６には導波管核部２０８及び導波管核部２０８の両側にある導波管クラディング２０７及び２１０が含まれる。

或る実施形態の場合、光源２２２は電磁波スペクトラムの可視部分の光線（即ち約３８０から７６０ナノメートルの間）又は電磁波スペクトラムの不可視部分の光線を発生するレーザである。電磁波スペクトラムの不可視部分の光線を発生するレーザを使用することは、検出を避けることが重要な状態でスキャナーが走査される場合に重要である。例えば不可視光線を使用することは戦場で重要である。或る実施形態の場合、照射システムでのレーザは（例えば波長が約７８５ナノメートルの光線を発射するように構成された）赤外線レーザである。レーザからの光線は先ずビーム拡張視準光学器２２４を通過する。或る実施形態の場合、ビーム拡張視準光学器２２４の厚さは約１ミリメートルである。ビーム拡張光学器は狭くて低発散度の光線をレーザ光線の平面（即ち図２Ａの頁へと伸びる平面 ）へと形成する。視準光学器はレーザ光線の面の視準の役を果たす。視準された光線は略平行な光線であり、伝播するに従って緩やかに拡散する。光線の視準の重要性については後述する。

ビーム拡張視準光学器２２４を通過した後、レーザ光線の視準された面はビーム拡張視準光学器２２４の表面２３２で反射される。この表面はこの光線の波長域で反射性のものでもよく、光線が全反射によってこの表面２３２で反射されるものであってもよい。この表面２３２で反射された後、光線は偏光器２２６を通過してこれによって偏光される。発明の或る実施形態の場合、偏光器の厚さは約５０から１００マイクロメートルである。光線を偏光させることの重要性については後述する。光線は次いで透過物質２２８へと通過し、 透過物質２２８の表面２３４で反射される。この表面２３４は表面２３２と同様であってよい。光線は表面２３４から反射された後、透過物質２２８を通過してＳＢＧスタック２０９へと通過する。或る実施形態の場合、この透過物質２２８の厚さは約１．３ミリメートルである。透過物質２２８の屈折率は光線がＳＢＧスタック２０９の底部ガラス２１６からＳＢＧ２１２へと通過する時の反射がないか殆どないように構成されている。

図２Ｂは図２Ａのスキャナー２０２のＳＢＧスタック２０９を拡大して略示する図である。ＳＢＧスタックには上部ガラス、ＳＢＧ２１２の上面上の複数の電極２１３、ＳＢＧ２１２の底面上の複数の電極２１５、及び底面ガラス（図示せず）が含まれる。或る実施形態の場合、ＳＢＧ２１２の底面上の複数の電極２１５は上記のように単一の照合電極（図示せず）で置き換えられる。或る実施形態の場合、電極は透明な導電性酸化物である。特別な実施形態の場合、この透明な導電性酸化物はインジウム錫酸化物である。或る実施形態の場合、電極の厚さは約２００から３００ナノメートルである。或る実施形態の場合、電極の幅は２ミル（２／１０００インチ）である。電極の幅は下記のようにスキャナー２０２によって生成される画像の解像度を決定するものである。ＳＢＧ２１２の厚さは或る実施形態の場合約３から１２マイクロメートルである。特殊な実施形態のＳＢＧ２１２の厚さは約４マイクロメートルである。上面ガラス２１４及び底面ガラス２１６の厚さは或る実施形態の場合夫々約５０から５００マイクロメートルである。特殊な実施形態の場合、上面ガラス２１４及び底面ガラス２１６の厚さは夫々約３００マイクロメートルである。図２Ｂから見ると、透過物質２２８からの光線（図２Ａ）はＳＢＧ２１２を図２Ｂの頁の面へと通過する。図２Ａから見ると、電極２１３及び電極２１５は図２Ａの頁の面へと延びている。

図１に関連して説明されたように、複数の電極２１３の各々は複数の電極２１５の中の一つに対応している。運行中において、電極２１３と２１５のすべての対の間に強度が十分なＡＣ電界が生成されると、ＳＢＧ２１２のすべての領域が透明状態となる。約５０ボルトで振動数が約１キロヘルツ又はそれ以上の電圧で生成されるＡＣ電界が本発明の或る実施形態の場合或るＳＢＧに好適である。ＳＢＧ２１２のすべての領域が透明状態の場合、透過物質２２８からの光線はＳＢＧスタックの上面ガラス２１４と底面ガラス２１６の間の内部全反射で反射されるような角度でＳＢＧスタック２０９に入射する。

本発明の更なる実施形態の場合、ＳＢＧスタック２０９にはＳＢＧの上面上の第二複数の電極（図示せず）及びＳＢＧの底面上の第二複数の電極（図示せず）とが含まれる。或る実施形態の場合、これらの第二複数の電極は電極２１３及び２１５と直交している。ＳＢＧの上面上の第二複数の電極の各々はＳＢＧの底面上の第二複数の電極の一つと対応している。これらの第二複数の電極があると、電極２１３及び２１５に直交するＳＢＧ物質片は回折状態となることが出来、これらの片に沿って光線は通過しないことになる。このことは、下記のように指紋の製造に使用可能な偽造モデルの検出のような画素ごとのプラテン照射の制御が望まれるような応用面において有用である。

図２Ｃは図２ＡのスキャナーのＳＢＧ２１２が活性化されて居らず、すべての領域が透明状態にある場合における光源２２２からの光線２４２の経路を略示するものである。光線２４２はＳＢＧスタック２０９の内部に留まっており、光検出器２３８によって検出されない。光学的物質２３０はＳＢＧスタック２０９の内部で光線２４２の内部全反射が起こるような屈折率である。光線はＳＢＧスタック２０９の左端部から出て内部全反射で捕捉され、右端部にある光線を実質上全部吸収してしまう光吸収体から成る光ダンプ２０３に遇う。

しかし、電極２１３と電極２１５との間の電極の対で、その間にＡＣ電界が生成されていないものがあると、ＳＢＧのこの電極対の間の領域は活性化され、回折状態にある。ＳＢＧの一領域が回折状態にあると、このＳＢＧは光線をＳＢＧスタック２０９の上面ガラス２１４と底面ガラス２１６の間の内部全反射から取り出す角度に導く。

図２ＤはＳＢＧ２１２の一領域が活性化されて回折状態にある場合の図２Ａのスキャナーにおける光源２２２からの光線の経路２４４を略示するものである。図２Ｄにおいて、ＳＢＧ２１２は領域２５０の部分で活性化されて居り、光線は上面ガラス２１４と底面ガラス２１６の間で内部全反射から取り出される。

光線が領域２５０において内部全反射から取り出されると、この光線はプラテン２０４の表面へと反射型格子２１１及び導波管２０６とを通過する。光線とプラテンの表面とが反応する領域２５２において対象物がプラテン２０４の表面と接触していない場合には、プラテンの表面において内部全反射が起こり、光線は導波管２０６の中へと反射される。もし対象物が光線とプラテンと反応する領域２５２でプラテン２０４の表面に接触しているならば、光線の一部分は対象物の内部に屈折し、一部は内部全反射で反射されることになるかもしれない。光線の全体が対象物の内部へと屈折する場合があってもよい。

プラテン２０４の表面から反射される光線、又はその一部は導波管２０６を通して反射型格子２１１へと反射される。反射型格子２１１の領域２５４で光線は導波管２０６へと反射される。この反射型格子はレーザで供給される光線の波長を反射させるように選択される。本発明の或る実施形態の場合、反射型格子の厚さは約５０マイクロメートルである。偏光度の異なる光線が反射型格子と反応してもよく、偏光度の異なる光線は異なる効率で反射する。偏光器２２６は光線を偏光し（即ち光線は一様式に偏光されている）、従って光線は偏光器によって異なる様式の偏光による強度のバラツキがない。従って、光検出器によって検出される光強度のバラツキ（下記において更に詳述される）はプラテンの表面での光線の反応の相違によるものであり、スキャナー２０２のその他の部品によるものではない。

導波管２０６は反射型格子２１１からの光線を内部全反射によって光検出器へと導く。導波管は通常広範囲の波長の光線に亘って機能するものである。記載されたように、導波管２０６には通常厚さが約４０マイクロメートルの導波管核部２０８及び導波管核部２０８の両側にある導波管クラディング２０７及び２１０が含まれ、導波管クラディングの厚さは約６０マイクロメートルである。光検出器２３８に到達する前に、光線は導波管２０６の表面２４０で反射される。この表面２４０は表面２３２及び２３４と同様である。

図２Ｅは図２Ａのスキャナー２０２の一部の上面略図である。ＳＢＧ物質の１４インチｘ１４インチのパネルが製造可能なので、大型のプラテンを有するスキャナーが意図されている。更に、スキャナー２０２用のプラテンは掌紋又は手紋を生成する大きさであり得るが、より小さいプラテンのスキャナーも製造可能である。例えば、約３．２ｘ３．０インチのプラテンは指四本の画像を生成するように構成されたスキャナーに十分の大きさである。

図２Ｅにおいて、光線は図２Ｃ及び 図２Ｄと同様に図の右側２６８から図の左側２６９に進行する。光線はビーム拡張視準光学器２２４で視準された面である。図２Ｅにはプラテン２０４に接触することになる対象物が示されている。この場合、プラテン２０４に接触するのは指紋隆起線２６５をもつ指先である。図２Ｅには更に三個の異なる領域２７０、２７２、及び２７４が示されている。図２Ｅの領域２７２での光面の経路は図２Ｄでの領域２５０，２５２、及び２５４に相当する。

図２Ｅにおいて、電極２１３と電極２１５とは光線の進行方向と略直交している。即ち、電極２１３と電極２１５の複数個の電極対は図２Ｅで鉛直方向の行として表示されている。図２Ｅの視野からしては電極２１３のみ可視であり、ＳＢＧ２１２及び電極２１５は電極２１３の下である。領域２７０において、視準された光面は間にＡＣ電界が生成されている電極２１３と電極２１５のこの領域のすべての電極対によって（即ちＳＢＧ２１２は活性化されて居らず、透明状態にあるので）ＳＢＧスタック２０９を内部全反射によって通過する。光線は視準されているので領域２７０の中を拡散することなく、略直線に進行する。領域２７２ではＡＣ電界がその間に生成されていない電極２１３と電極２１５の一電極対によってＳＢＧには活性化された場所がある。上記のごとく、ＳＢＧ２１２内に活性化された回折状態の領域があると、光面は内部全反射から取り出されてしまう。光面はプラテン２０４の表面へと反射型格子２１１及び導波管２０６を通過する。

領域２９１、２９２、２９３、及び２９４にはプラテン２０４の表面に接触する対象物がなく、光線はすべて内部全反射によってプラテン２０４の表面から反射される。反射光線は反射型格子２１１へと導波管２０６を通過して進行し、ここで導波管２０６の中へ反射される。領域２７４では導波管２０６が光線を光検出器２３８へ導く。領域２９１、２９２、２９３、及び２９４の各々で光検出器２３８はプラテンの表面との反応の後実質上同じ光線の強度が測定される。領域２９１、２９２、２９３、及び２９４での光線はスキャナー内で同じ行路を有し、プラテン２０４の表面の上の対象物への屈折のため光線のロスがない。

しかし、領域２７６−２７９では対象物（即ち指紋隆起線２６５）がプラテン２０４の表面と接触している。これらの領域での光線の一部は指紋隆起線２６５の中へ屈折して行き、一部はＳＢＧ２１２の活性化された領域に対応して指紋隆起線２６５に接触するプラテンの割合に依存して内部全反射によりプラテン２０４の表面から反射される。例えば、領域２７７は完全に指紋隆起線２６５で覆われており、この領域での光線の大部分又は全部が指紋隆起線の中へと屈折されて行く。領域２７９は指紋隆起線２６５の小部分で覆われて居り、この領域の光線の大部分はプラテン２０４の表面から反射されるであろう。領域２７６−２７９について、プラテン２０４の表面から反射された光線は反射型格子２１１へと導波管２０６を通過し、此処で光線は導波管の中へ反射される。領域２７４では導波管２０６が光線を光検出器２３８へ導く。例えば領域２７７では光検出器２３８の測定する光線の強度は非常に低いであろう。例えば領域２７９においては、光検出器２３８の測定する光線強度は領域２７７で測定されるのより高いであろうが、領域２７５での測定より低いであろう。

本発明の或る実施形態の場合、光面がプラテン２０４の表面との反応の後に視準されなくなり拡張することがないことを保証するために、導波管２０６は光面を複数の個別の経路２８０に分けるものを使用する。図２Ｅにおいて、これらの個別の経路２８０は水平方向の列として表示されている。これらの個別の経路２８０の幅及びスペーシングはスキャナー２０２の解像度を決定するものである。個別の経路の各々の幅は或る実施形態の場合約２ミル（２／１０００インチ）である。光面を個別の経路とすることにより、光線は視準されて拡張してスキャナー２０２の解像度を悪化することがなくなる。例えば、もし光面が視準されて拡張すると、領域２７６からの光線が領域２９３及び２７７に拡張するかもしれず、かような拡張はすべての領域（即ち領域２７６、２７７、２７８，２７９，２９１，２９２，２９３、及び２９４）で起こってスキャナー２０２の解像度を悪化することであろう。導波管２０６は個別化された光路を検出器２３８に導く。

光検出器２３８は或る実施形態の場合線状光学センサアレイである。この光検出器２３８には相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、電荷結合装置（ＣＣＤ）センサ、又はその他の半導体センサが含まれてよい。導波管２０６内の各個別経路は本発明の或る実施形態の場合光検出器２３８の特定の領域に組み合わされている。例えば本発明の或る実施形態の場合、各個別の経路は光検出器の一画素に組み合わされている。即ち、導波管内の各個別の経路２８０ごとに光検出器２３８には一つの画素位置があるということである。本発明の別の実施形態の場合 導波管内の各個別の経路２８０ごとに複数の検出器画素が対応している。本発明の更なる実施形態の場合、光検出器２３８には複数の光学センサアレイ又は一個の二次元的光学センサアレイが含まれてよい。二次元的光学センサアレイは、線状光学センサアレイの画素を導波管内の個別経路に配列するのと比較して、導波管内の個別の経路２８０に配列するのが容易かも知れない。かような二次元的光学センサアレイを使用する場合、導波管内の個別の経路が二次元的光学センサアレイのどちらの領域に光線を照射しているのか決定するのにソフトウエア及びコンピュータシステムが使用されてもよい。

スキャナー２０２の電極２１３及び２１５の活性化された対の各々について、光検出器２３８は光線の各個別の経路の光線の強度を測定するように構成されている。ＳＢＧ２１２の各領域を活性化し、活性化された領域の各々に対応する光線の強度を測定し保存して、プラテン２０４の表面に接触している対象物の画像が生成可能である。即ち、スキャナー２０２は対象物の一次元的画像を捕捉し、それが対象物の二次元的画像の生成に使用可能となる。例えば光線の強度はコンピュータのメモリに保存されてよい。光線の一次元的強度は次いでコンピュータで画像の生成のために集められてよい。アナロジーとして、例えば光検出器２３８はディジタルカメラに見られる二次元的光検出器の一行とみなすことが出来る。ディジタルカメラと対照的に、スキャナー２０２はディジタルカメラで可能なように画像全体を一時に捕捉する代わり、プラテン２０４の表面に接触する対象物の画像の個別の一行を捕捉するものである。

レーザセンサアレイは通常二次元的アレイが二次元的画像を捕捉するより高速に一次元的画像を捕捉するものである。運行にあたり、ＳＢＧの領域は光線が十分に光検出器に向けられて光検出器が積分された強度を測定することが出来るように十分に長い時間活性化される必要がある。本発明の或る実施形態の場合、ＳＢＧ２１２の各活性化領域のための滞在時間は約１０から１００マイクロ秒であり、これは即ちＳＢＧ２１２の各活性化領域が約１０から１００マイクロ秒間活性化されると言うことである。これにより、光面は約５０から１００マイクロ秒間プラテン２０４の表面と反応することが出来、光検出器はこの時間に亘り積分された光線の強度を集めることが出来る。
更に、上記された如く、スキャナー２０２の解像度は電極２１３と２１５の対の幅とスペーシング及び導波管内における個別の経路２８０の幅とスペーシングによって決定されるものである。幅が約２ミルの電極対と幅が約２ミルの導波管の個別経路の場合、プラテン２０４の表面と接触する対象物の画像の解像度はインチ毎に約５００画像（ｐｐｉ）である。画像の解像度は本発明の更なる実施形態の場合電極の幅やスペーシング又は個別の導波管経路の幅やスペーシングを縮小することで改良可能である。

光検出器に要求される短い滞在時間、ＳＢＧの高速スイッチング時間、及び生成可能な画像の高解像度により、法医学的に上質の画像が短時間に生成可能となる。例えば此処に開示される本願の実施形態によるスキャナー２０２の３．２インチｘ３．０インチのプラテン２０４を使用して、転がした指紋画像が生成可能である。転がした指紋の画像を生成するため、スキャナー２０２は毎秒走査される対象物の画像を少なくとも約１２個生成する必要がある。毎秒１２個の画像を生成し、画像を得るに十分な領域をＳＢＧがカバーする、これが上記のようにスキャナー２０２の部品に要求される短いアクチュエイション及びセンシング時間によって可能となる。スキャナーはこれより高速又は低速の画像収集によって運行されてよい。

上記のように、或る実施形態の場合、スキャナー２０２にはプラテン２０４の表面から可視であるように構成された表示器２３６が含まれる。表示器２３６がスキャナー２０２に含まれるのは、プラテン２０４、導波管２０６、反射型格子２１１、ＳＢＧスタック２０９及びその他のプタテンと表示器２３６との間に位置される部品が実質上透明である実施形態である。この表示器２３６はＬＣＤ表示器，ＬＥＤ表示器。又はその他の電子表示器であってよい。或る実施形態の場合、この表示器２３６はプラテン２０４の表面で可視のように構成された情報を表示するのに使用される。例えば表示器２３６はスキャナーの使用者用に運転教示を表示することが出来る。表示器は更にフィードバック機構としてプラテン２０４の表面に接触して居た対象物の画像の表示に使用されてもよい。例えばスキャナー２０２が指紋の画像の収集に使用された後その指紋の画像が表示されてもよい。これによりスキャナーの使用者は容易にスキャナーで収集された画像の質をチェックすることが出来る。表示器２３６は更に画像捕捉の間にフィードバックを行って画像捕捉プロセスの向上に使用可能である。

本発明の更なる実施形態の場合、スキャナーは叉入力装置として構成される。スキャナーが毎秒数個の画像を生成する場合、プラテンが対象物（例えば指先）で接触されている領域は例えばコンピュータの使用によって決定される。コンピュータはプラテンの画像を生成するのであり、このコンピュータは何時対象物がプラテン２０４の表面に接触するか及び／又は対象物によって接触されているプラテン２０４の表面の領域を決定するように構成されている。従って、スキャナーは余分なセンサ部品（例えば容量性タッチスクリーン）を追加せずにタッチスクリーンセンサとして機能することになる。例えば毎秒１０画像を集めるスキャナー２０２はタッチセンサとして作用するには十分高速であるが、毎秒一個の画像しか集めないスキャナーは恐らく高速とは認められないであろう。毎秒一画像しか得られない場合、スキャナーがその表面が接触されたと認めるまで、使用者はプラテンの表面を物体で１秒間又はそれ以上接触する必要があろう。本発明のかような実施形態の場合、表示器２３６は入力選択を表示するように構成される。入力選択はスキャナー２０２の運転用の選択（例えば「画像走査」及び「画像消去」）又はＱＷＥＲＴＹキーパッドであってもよい。接触されたプラテンの領域を感知する機能と組み合わされた表示器２３６はスキャナー用の入力機構として機能し、別個のキーパッド又はその他の入力装置を不要にする。

本発明の或る実施形態においてスキャナーが入力装置として構成されている場合、生成されるプラテンの画像の解像度は重要でない。例えばＳＢＧ２０８の選択された領域を活性化してプラテン２０４の表面の低解像度の画像を集めることが可能となる。例えば電極２１３と２１５の電極対を五番ごとに活性化すると低解像度が生成されるが、これによってスキャナーは各電極対を活性化するより短時間でプラテンの画像を生成することが出来る。

更に、入力装置として構成された場合、スキャナー２０２は指紋の画像を被験者に自分の指紋画像が採られていると意識させずに収集することが出来る。例えばスキャナー２０２はコンピュータスクリーンの入力装置として（例えばその他のタッチスクリーン技術を使用する代わりに）構成することが出来る。対象者が選択しようとこのスクリーンに接触する度に指紋画像は採られてしまう。

更に、入力装置として構成された場合、スキャナー２０２は入力情報を収集すると同時に指紋画像をも収集するものである。入力選択に基づいて実行されるべき行為は例えば捕捉された指紋がこの入力選択を使用する権限を有する人に属するかによって決定される。

図３は本発明の一実施形態の場合の光学的に基礎付けられた平面状映像走査方法３００のフロー図である。光線は３０２においてＳＢＧに与えられる。本発明の或る実施形態で光線がレーザから与えられる場合、光線はＳＢＧに与えられる前に視準されて拡張され、レーザ光線の面が生成される。更なる実施形態の場合、光線はＳＢＧに供される前に偏光器を通過させられる。光線が偏光器を通過させられることは光線のＳＢＧや反射型格子との反応に光線の偏光の相違によるバラツキのないことを保障するのに役立つ。

ＳＢＧの一領域が３０４で活性化され、光線がプラテンに導かれる。上記のように、ＳＢＧの一領域はＳＢＧの側面の二電極で生成されるＡＣ電界を除去することで活性化され得る。光線はプラテンの表面に到達する前に反射型格子及び導波管を通過する。

光線は３０６でプラテンの表面から内部全反射で反射されるか、又はプラテンの表面に接触している物体の中へ屈折する。反射された光線は導波管を通じて反射型格子へ導かれる。反射される光線の量対屈折される光線の量はＳＢＧの活性化された面積の対応する領域でプラテンを覆う物体の量の関数である。もし物体が領域を覆う割合が高ければ高パーセンテイジの光線が物体内に屈折される。それに反してもし物体が領域を覆う割合が低ければ低パーセンテイジの光線が物体内に屈折される。

反射された光線は３０８で反射型格子から導波管へと反射される。反射された光線は３１０で導波管により光検出器に導かれる。

ＳＢＧには複数個の活性化されるように構成された領域が含まれている。プラテンに接触する物体の画像を生成するには３０４から３１０が活性化されるように構成されたＳＢＧの各領域について繰り返される。３０４から３１０までの各繰り返しの後、光線の強度が光検出器で測定される。測定された光線の強度は次いで保存される。測定された強度は例えばコンピュータのメモリに保存される。保存された光線の強度を使用することによってプラテンに接触する物体の画像が生成される。

本発明の或る実施形態の場合、入力選択は標示器で与えられる。入力選択はプラテンの表面から可視である。上記の走査テクニクを使用して、入力選択が検出される。一実施形態の場合、入力選択は活性化されるように構成されたＳＢＧの各領域について３０４から３１０を繰り返すことによって検出される。３０４から３１０までの各繰り返しの後、光線の強度が光検出器によって測定される。プラテンに接触する物体が存在すれば、その画像はこの測定された強度を使用して生成可能である。一つの画像から、表示器で表示された入力選択を選択するのに物体で接触されたプラテンの領域が決定可能である。更なる実施形態の場合、画像操作の教示又は走査された物体の画像を含むその他の情報もプラテンの表面の上に表示されてよい。

此処に開示されたスキャナーの製造又は運行に要求される種々のプロセサ、回路盤、相互接続子、動力源（例えばバッテリ）及び結合材も本発明の実施形態に含まれてよい。

此処に開示された光学的に基礎付けられた平面状スキャナーは現行の法医学的品質生物測定用具に比して有意義的な利点を有する。これらの利点には現行の法医学的品質生物測定用具に比して縮小されたサイズ、減少された重量、及び減少されたコストが含まれる。スキャナー２０２の或る実施形態の場合、スキャナーの厚さ（即ちプラテン２０４から表示器までの全体の部品の厚さ）は約０．６インチである。

更に、此処に開示された光学的に基礎付けられた平面状スキャナーは現行の法医学的品質生物測定用具より有意義的に使用する電力が少ない。開示されたスキャナーの或る実施形態の場合、レーザが光線の生成に使用される。電気エネルギーから光エネルギーへの変換は通常非常に能率的である。レーザ光線は方向性が高く、開示されたスキャナー内の光線の経路及び方法は緻密に制御されたものである。対照的に、現行の法医学的品質生物測定用具ではそれに使用されている光学装置ゆえに用具内部の光線の経路がそれ程緻密には制御が可能でない。このような用具の場合、画像の走査に要求される動力の約半分乃至三分の一は照明システムに使用されている。此処に開示されたスキャナーではより少量の電力が必要であり、例えばバッテリを動力源とする携帯用スキャナーの使用が可能となる。必要とされる電力の低下により、より小型のバッテリが使用可能となり、より多量の画像が与えられたバッテリサイズで生成可能となる。

更に、此処に開示された光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの運行に外部光源（例えばプラテンを照射する太陽光線）は有意義的には干渉しない。これには多くの要因が存在する。第一に、レーザは他の光源に比して明るいものであり、外部光源の影響が少ない。第二に、ＳＢＧ及び反射型格子は通常格子の構成に従った特定の波長の光線と反応するものである。第三に、光線は導波管と特定の角度で組み合わされて居り、外部の光源からの光線は特定の角度でスキャナーに入射しないと導波管には導入されない。

図４Ａは本発明の別の実施形態による光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面略図である。スキャナー４０２にはプラテン又は物体受領面４０４、上面ガラス４０７、第一複数のＳＢＧ部品４０８、内部ガラス４１２、第二複数のＳＢＧ部品４２０、底面ガラス４１６、表示器４３６、光源４２２、及び光検出器４２２が含まれる。第一及び第二複数のＳＢＧ部品については下記において更に詳細に説明される。スキャナー４０２の表示器４３６は上記の表示器２３６と同様に機能するものでよい。或る実施形態の場合、スキャナー４０２は上記のように更に入力装置としても構成される。

本発明の或る実施形態の場合、光源４２２は電磁波スペクトラムの可視部分の光線又は電磁波スペクトラムの不可視部分の光線を生成するレーザである。もしレーザが光源４２２に使用される場合、関連するビーム拡張光学部品もスキャナー４０２に含まれる。或る実施形態の場合、光源は白熱光源又はその他の従来例の光源である。広スペクトラムの光源からの光線がＳＢＧ部品４０８及び４２０と適合性の波長となるようにバンドフィルターを通過させられてもよい。図４Ｂは図４Ａのスキャナー４０２の第一複数のＳＢＧ部品４０８の拡大略図である。図４Ｂに示されるのは、上面ガラス４０７、第一複数のＳＢＧ部品の上面上の複数の電極４１３、第一複数のＳＢＧ部品４０８、第一複数のＳＢＧ部品の底面上の複数の電極４１５、及び複数の導波管壁４２４である。或る実施形態の場合、第一複数のＳＢＧ部品４０８の底面上の複数の電極４１５は上記のように単一の照合電極（図示せず）で置き換えられる。第一複数のＳＢＧ部品４０８の中の各々のＳＢＧ部品はＳＢＧ物質の片を含む。従って、図４Ａにおける第一複数のＳＢＧ部品４０８とは個別のＳＢＧ部品と導波管壁４２４のスタック（図４Ａの頁へ延びている）である。示されていないのは内部ガラス４１２である。図４Ａに示されているスキャナー４０２の種々の部品の厚さ、寸法、及び材料はスキャナー２０２の種々の部品のものと同じでよい。第二複数のＳＢＧ部品４２０及び導波管壁（図示せず）は第一複数のＳＢＧ部品４０８及び導波管壁４２４と同様に構成されてよい。

各ＳＢＧ部品４０８の各側面上には複数の導波管壁４２４の中の一つの壁がある。導波管壁の物質は光線が導波管壁によってＳＢＧ部品の中に保持されるような屈折率であることが必要である。本発明の或る実施形態の場合、導波管壁４２４はＳＢＧ部品４０８より低い屈折率である。或る実施形態の場合、導波管壁はエンボスされた重合体であってよい。導波管壁４２４、上面ガラス、及び内部ガラス４１２のすべてが光線を第一複数のＳＢＧ部品４０８の中の各自のＳＢＧ部品に閉じ込める役を果たす。図４Ｂで見た場合、光源４２２からの光線は図４Ｂの頁の面へと進行する。図４Ａで見た場合、電極４１３及び電極４１５は実質上図４Ａの頁の面へと延び、導波管壁４２４は図４Ａに示すようにＳＢＧ部品４０８の長手方向に沿って位置している。

上記のように、スキャナー４０２の或る実施形態の場合、光源４２２はレーザである。このような実施形態の場合、スキャナー４０２にはビーム拡張及び視準光学器（図示せず）が含まれてよい。スキャナー４０２がそのように構成されている場合、第一複数のＳＢＧ部品に導波管壁は不必要である。即ち、この層のＳＢＧは上記のスキャナー２０２のＳＢＧ２１２と同様である。光線は視準によって拡張することなく略直線に進行するので導波管壁の必要性が除去される。しかし、このような実施形態の場合、導波管壁はスキャナー４０２の解像度を保持するために第二複数のブラッグ格子部品４２０には依然として必要である。

図１に関して説明されたように、複数の電極４１３の各々は複数の電極４１５の一つに対応している。電極４１３と電極４１５との一対の電極と一対の導波管壁の共通部分がＳＢＧ部品の領域を囲い、ＳＢＧ物質のセルを定義する。このセル４２６はＳＢＧのセルである。従ってスキャナー４０２の中においては第一及び第二複数のＳＢＧ部品の中に複数のセルが存在する。電極及び導波管壁のこれらの対で定義されるセルのサイズでスキャナーの解像度が決定される。

運行の際、ＡＣ電界が電極４１３と４１５のすべての電極対の間に生成されていると、ＳＢＧ部品４０８のすべての領域は透明状態にある。ＳＢＧ部品４０８のすべての領域が透明状態にある場合、光源４２２からの光線は、上面ガラス４０７と内部ガラス４１２の間で内部全反射するような角度で第一複数のＳＢＧ部品４０８の中の各ＳＢＧ部品に入射する。

図４Ｃは作動時における図４Ａのスキャナー４０２の中の光線４４４の経路を略示するものである。ＳＢＧ部品が透明状態にある場合、光線４４４は第一複数のＳＢＧ部品４０８を進行する。電極の対の中に、間にＡＣ電界を生成していない対（図４Ｃでの電極４１８と４１９）があると、その電極と関連するＳＢＧ部品の領域は活性化されて回折状態にある。ＳＢＧ部品の領域が回折状態にあると、そのＳＢＧ部品は領域４５０での光線を上面ガラス４０７と内部ガラス４１２の間の内部全反射から取り出す角度に導く。

ＳＢＧ部品の中で光線が内部全反射から取り出されると、この光線は物体受領面４０４へ導かれる。領域４５２において、光線は物体受領面４０４と上記のように反応する（即ち内部全反射４４５又は物体受領面と接触している物体へと屈折）。

物体受領面４０４から反射された光線、又はその一部、は第一複数のＳＢＧ部品４０８を通過して第二複数のＳＢＧ部品４２０へと反射される。第二複数のＳＢＧ部品４２０の中の一つのＳＢＧ部品で、その一領域が活性化されて居り、回折状態にある。図４Ｃでの領域４５４において電極４２８と４２９はＳＢＧ部品を活性化するようにその間にＡＣ電界を生成して居らず、光線は検出器４３８に導かれる。

図４Ｄは図４Ａの平面状スキャナーの一部の上面略図である。図４Ｄは図２Ｅと同様である。図４Ｄで光線は図４Ｃと同様に図の左側４６８から図の右側４６９へと進行している。物体受領面４０４と接触することになろう物体も示されている。この場合、物体受領面４０４と接触する物体は指紋隆起線２６５を有する指先である。図４Ｄには叉三個の異なる領域４７０、４７２、及び４７４も示されている。図４Ｄの領域４７２での光線の経路は図４Ｃでの領域４５０、４５２、及び４５４に相当する。

図４Ｄで第一及び第二複数のＳＢＧ部品と関連する複数の電極対は光線の進行方向に略直交している。即ち、図４Ｄで複数の電極対は鉛直の行で表現されているのであるが、電極４１３のみ可視である。第一と第二の複数のＳＢＧ部品の個別のＳＢＧ４０８は図４Ｄで水平の列として表現されている。セル（例えばセル４２６）は電極対と導波管壁の対との共通部分として定義される。

領域４７０の中で光線はＳＢＧ部品の領域に活性化された部分がないので、第一複数のＳＢＧ部品の各個別のＳＢＧ部品を内部全反射で通過して進行する。第一複数のＳＢＧ部品４０８の中で光線は上面ガラス４０７、内部グラス４１２及び複数の導波管壁４２４によって各個別のＳＢＧ部品に閉じ込められている。光線は次いで間にＡＣ電界が生成されていない電極対（例えば図４Ｃの電極４１８と４１９）によって活性化されたＳＢＧ部品の領域に到達する。上記のように、ＳＢＧの領域が活性化されると個別のＳＢＧ部品の各々の中の光線は内部全反射から取り出される。この光線は物体受領面４０４に導かれ、そこで物体受領面と反応する。この反応は図２Ｅを参照して説明された通りである。

物体受領面４０４から反射された光線は第一複数のＳＢＧ部品４０８を通過して第二複数のＳＢＧ部品４２０の活性化された領域へ進行する。光線はそこで光検出器４３８の方向に回折される 第二複数のＳＢＧ部品４２０の中で、光線は内部ガラス４１２、底面ガラス４１６、及び複数の導波管壁によって個別のＳＢＧ部品の各々に閉じ込められている。光検出器４３８は或る実施形態の場合線状光学センサアレイである。第二複数のＳＢＧ部品４２０の個別のＳＢＧ部品の各々は光検出器４３８の所定の領域と組み合っている。例えば本発明の或る実施形態の場合、各個別のＳＢＧ部品は光検出器の一画素に対応して居り、これは即ち各ＳＢＧ部品に対応して光検出器には一つの画素位置があると言うことである。第一と第二複数のＳＢＧ部品の両方のＳＢＧ部品の領域を活性化し、活性化された領域に関連する光線の強度を測定して保存することにより、物体受領面に接触する物体の画像が上記のように生成される。

スキャナー４０２の中では、使用される光線の波長とスキャナーの構成に従って、第一複数のＳＢＧ部品の領域が活性化され、第二複数のＳＢＧ部品の関連する領域が活性化される。スキャナー４０２ではこれら二つの領域は三個の電極によって互いにオフセットされるが、このオフセットは他の実施形態の場合より小さく、又はより大きいかも知れない。例えば、もし光線が第一複数のＳＢＧ部品により領域４５０において図４Ｃでの角度と異なる角度で回折すると、この光線は異なる角度で物体受領面４０４から反射することであろう。これら異なる角度の故に、光線は図４Ｃの領域４５４より右又は左の領域で第二複数のＳＢＧ部品と反応することとなろう。

図５Ａは本発明の更に別の実施形態の、指紋、掌紋，又は手紋の画面を走査するように構成された光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面略図である。これらの実施形態のスキャナーは上記の内部全反射の手法（光学手法）で機能するものではなく、その代わり、指又は掌の存在に関連する電界に基づいて機能するもの（電界手法）である。このスキャナー５０２にはプラテン又は対象物受領表面５０４、複数のＳＢＧ部品５０８、底部ガラス５０２、光源５２２、光検出器５３８、及び表示器５３６が含まれる。これらの部品はスキャナー４０２に関連して上記において説明された部品と同様でよい。或る実施形態の場合、この対象物受領表面５０４の厚さは約５０マイクロメートルである。叉、対象物受領表面は電気的に絶縁体である。このスキャナー５０２の表示器５３６は上記の表示器２３６と同様に機能するものでよい。或る実施形態の場合、このスキャナー５０２は上記のように入力装置として構成されてよい。

光源５２２がレーザであるスキャナー５０２の実施形態の場合、このスキャナー５０２にはビーム拡張及び視準光学装置（図示せず）が含まれてよい。スキャナーがこのように構成されている場合、複数のＳＢＧ部品５０８の中の導波管壁は不必要である。即ち、この層でのＳＢＧは上記のスキャナー２０２の中のＳＢＧ２１２と同様である。光源５２２が従来例の光源であって視準されていないスキャナー５０２の実施形態の場合には、スキャナーの解像度を維持するために複数のＳＢＧ部品５０８に導波管壁が必要である。

図５Ｂは作動時における図５Ａのスキャナー５０２の中の光線５４４の経路を略示するものである。 図５Ｂでは複数の電極５１０が複数のＳＢＧ部品５０８の底側にあるが、上側にはない。領域５７０の中では二つの隣接する電極が、位相はずれに駆動されることによって、その間にＡＣ電界が生成される。このＡＣ電界がＳＢＧ部品と反応すると、これらのＳＢＧ部品は透明状態になる。例えば電極５１８と５１９の領域５７０の中のＳＢＧ部品はこれら二つの電極に亘って生成されたＡＣ電界（矢印５２０）によって透明状態にある。

運行の場合、スキャナー５０２の電極は一つの領域の中で電極が同相で駆動されるように配列されている。図５Ｂの領域５７２では三個の電極５１９，５２９，及び５２７が同相で駆動される。これら三個の電極が同相で駆動されるため、電極５２９は電極５２９の領域５７２の中のＳＢＧ５０８部品にＡＣ電界を生成しない。ＡＣ電界が存在しないために、ＳＢＧのこれらの領域は活性化されて回折状態にある。ＳＢＧのこれらの領域に遭遇する光線は回折される。

しかし、もし例えば指又は掌のような接地された照合物体、又は電極５２９に対して反対の相で駆動される物体が電極５２９に近くの対象物受領表面５０４に接触していると、この物体はそれと電極５２９の間のＡＣ電界を支持することになる。このＡＣ電界はＳＢＧ部品を完全に又は部分的に非活性化する。即ち、電極５２９に関連するＳＢＧ部品は完全に透明状態又は透明／回折状態となり、後者の場合には光線の一部はＳＢＧ部品（領域５７４）を通して通過し、他の一部は回折５６２される。電極５２９に関連するＡＣ電界の強度は接地照合物体と電極５２９との距離に比例する。従って、例えば電極５２９によってＳＢＧ部品５０８の領域が活性化された時に回折される光線の量は接地照合物体と電極５２９との距離に反比例する。或るＳＢＧ部品５０８の領域が活性化されても接地照合物体が存在しない場合、光線は光検出器５３８に導かれず、或るＳＢＧ部品５０８の領域が活性化された時に接地照合物体が存在する場合には、光線は領域５７４の中の透明状態にあるＳＢＧ部品を通じて光検出器５３８に到達する。ＳＢＧ部５０８品の各領域を活性化し、各活性化された領域に関連する光線の強度を測定して保存することにより、接地照合物体の画像が生成可能である。

或る実施形態の場合、このスキャナーを使用して生成される画像の解像度は光学手法で機能されるスキャナーで生成される画像の解像度と同等である。即ち、或る実施形態の場合、画像の解像度は約５００ｐｐｉである。スキャナー５０２で生成される画像の解像度は複数の電極の各々の幅及びスペーシング及びＳＢＧ部品５０８の幅に依存する。

或るタイプの偽造指モデルが対象物受領表面５０４に接触して置かれた場合、指紋又は掌紋の画像を生成するのに電界手法を使用するスキャナー５０２は画像が生成されないこともある。かような偽造指モデルは例えば指紋を使用してアクセスを許可／拒絶する警備システムの迂回又は回避を試みるのに使用されるかもしれない。ヒトの指紋の緻密な三次元モデルはシリコーン、ラテクス又はその他の多くの物質から製造が可能であろう。かような偽造指モデルはスキャナー２０２及び４０２のような光学手法を使用するスキャナーを使用した場合、ヒトの指紋の正確な画像を生成するかもしれない。スキャナー５０２であると、モデルに導電性がないために、ヒトの指紋の正確な画像は生成されない。更に、電界手法を使用するスキャナー５０２は光学手法を使用するスキャナーに干渉的である湿気に対して主として不感性である。

図５Ｃは本発明の更なる実施形態の場合の、指紋、掌紋、又は手紋の画像を走査するように構成された、光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面略図である。このスキャナー５００２はスキャナー５０２と同様に電界手法に基づいて機能するものである。このスキャナー５００２にはプラテン又は対象物受領表面５００４、ＳＢＧ５００８、ガラス層５０１２、導波管５０１２、反射型格子５０２０、ビーム拡張及び視準光学装置５０２４、光源５０２２、及び光検出器５０３８が含まれる。導波管５０１８には導波管核部５０１６及び導波管核部５０１６の各側部にある導波管クラディング５０１５及び５０１７が含まれる。これらの部品はスキャナー２０２に関連して上記のように説明された部品と同様であってよい。或る実施形態の場合、対象物受領表面５００４の厚さは約５０マイクロメートルであり、実質上透明又は透光性であってよい。叉、この対象物受領表面５００４は電気的絶縁体である。光源５０２２がレーザであるスキャナー５００２の実施形態の場合、このスキャナー５００２にはビーム拡張及び視準光学装置５０２４も含まれてよい。対象物受領表面５００４が実質上透明である場合、スキャナー５００２には上記の表示器２３６と同様に機能する表示器（図示せず）も含まれて居てよい。或る実施形態の場合、このスキャナー５００２は上記のように入力装置として構成される。

図５Ｄは作動時における図５Ｃの平面状スキャナーの中の光路を略示するものである。図５Ｄでは複数の電極５０１０が複数のＳＢＧ５００８の底側に関連してあるが、上側にはない。領域５０７０の中では二つの隣接する電極が、位相はずれに駆動されることによって、その間にＡＣ電界が生成される。このＡＣ電界がＳＢＧと作用すると、このＳＢＧは光線を全部内部全反射でガラス層５０１２の中に閉じ込める役を果たす。例えば電極５０４１と５０４２の領域５０７０の中のＳＢＧはこれら二つの電極に亘って生成されたＡＣ電界（矢印５０４３）によって総ての光線を内部全反射でガラス層５０１２の中に閉じ込める役を果たす。

運行の場合、スキャナー５００２の電極は一つの領域の中で電極が同相で駆動されるように配列されている。図５Ｄの領域５０７２では三個の電極５０４２，５０４４，及び５０４５が同相で駆動される。これら三個の電極が同相で駆動されるため、電極５０４４は電極５０４４の領域５０７２の中のＳＢＧ５００８にＡＣ電界を生成しない。ＡＣ電界が存在しないために、ＳＢＧのこの領域は活性化されない。ＳＢＧ５００８の或る領域が活性化されると、ガラス層５０１２を通して進行中の光線は内部全反射から取り出される。

光線は領域５０５０で内部全反射から取り出されると対象物受領表面５００４の下面から内部全反射で反射型格子５０２０へＳＢＧ５００８、ガラス層５０２０及び導波管５０１８を通過して反射される。反射型格子５０２０で光線は導波管５０１８の中へ領域５０５２から反射される。導波管５０１８は反射型格子５０２０からの光線を内部全反射によって光検出器に導く。

しかし、もし接地照合物体（例えば指、又は掌）が電極５０４４に近くの対象物受領表面５００４に接触していると、この接地照合物体はそれと電極５０４４の間のＡＣ電界を支持することになる。このＡＣ電界はＳＢＧを完全に又は部分的に非活性化する。即ち、ガラス層５０１２を進行する光線は全部内部全反射でＳＢＧ５００８内に留まるか、一部の光線が内部全反射でＳＢＧ５００８内に留まり、一部の光線が内部全反射で対象物受領表面５００４の下面で反射される。電極５０４４に関連するＡＣ電界の強度は接地照合物体と電極５０４４との距離に比例する。従って、例えば電極５０４４によってＳＢＧ５００８の領域が活性化された時に回折される光線の量は接地照合物体と電極５０４４との距離に反比例する。或るＳＢＧ５００８の領域が活性化されても接地照合物体が存在しない場合、光線は光検出器５０３８に導かれず、或るＳＢＧ５００８の領域が活性化された時に接地照合物体が存在する場合には、光線は導波管５０１８を通じて光検出器５０３８に到達する。ＳＢＧ５００８の各領域を活性化し、各活性化された領域に関連する光線の強度を測定して保存することにより、接地照合物体の画像が生成可能である。

図６は本発明の更なる実施形態の光学的に基礎付けられた平面状スキャナーの側面図と平面状スキャナーの中の光路を略示するものである。スキャナー６０２にはスキャナー４０２及びスキャナー５０２の部品が含まれている。このスキャナー６０２にはプラテン又は対象物受領表面６０４、第一複数のＳＢＧ部品６０６、 第一複数のＳＢＧ部品６０６に関連する複数の電極６０８、及び第一ガラス６１０が含まれる。スキャナー６０２の此の部分はスキャナー５０２と同様であり、スキャナーのこの部分のＳＢＧ部品及び電極はスキャナー５０２を参照して上記のように説明されたと同様に構成されてよい。光検出器６３８が更にスキャナー６０２のこの部分に関連している。スキャナー６０２には更に第二複数のＳＢＧ部品６１４，第二ＳＢＧ部品の上面上にある複数の電極６１２、第二ＳＢＧ部品の底面上にある複数の電極６１６、第二ガラス６１８、第三複数のＳＢＧ部品６２２，第三ＳＢＧ部品の上面上にある複数の電極６２０、第三ＳＢＧ部品の底面上にある複数の電極６２４、及び第三ガラス６２６が含まれる。スキャナー６０２のこの部分はスキャナー４０２と同様であり、スキャナーのこの部分のＳＢＧ部品及び電極はスキャナー４０２を参照して上記のように説明された構成と同様に構成されてよい。電源６０２及び光検出器６３９が更にスキャナー６０２のこの部分に関連している。スキャナー６０２の表示器６３６は上記の表示器２３６と同様に機能するものでよい。

運行に際し、ＳＢＧ部品が透明状態にある場合、光源６７２からの光線６５０は内部全反射により第二複数のＳＢＧ部品６１４を通過して進行する。領域６７５において、光線６５０は活性化されて回折状態にあるＳＢＧ部品の領域と反応する。ここで光線６５０は内部全反射から取り出されて、第一複数ＳＢＧ部品６０６の活性化された領域へ導かれる。領域６５４において、接地照合物体（例えば指）が存在しない場合、光線の一部は第一複数ＳＢＧ部品の活性化された領域で光検出器６３８に向けて反射される。第一複数のＳＢＧ部品は接地照合物体が存在しない場合既知のパーセンテイジの光線のみ光検出器に向けて回折されるように構成されている。或る実施形態の場合、接地照合物体が存在しない場合には５０％の光線のみ光検出器に向けて回折されるように構成されている 接地照合物体が存在し、領域６５４でのＳＢＧ部品が活性化されて居ない場合、光線は対象物受領表面６０４へと進行する。

対象物受領表面６０４において，光線は上記のように領域６５６で表面と反応する。即ち、対象物受領表面と接触している物体が存在すればそのような物体の内部に光線は屈折する。対象物受領表面６０４から内部全反射で反射される光線は第一複数ＳＢＧ部品６０６及び第二複数ＳＢＧ部品６１４を通過して第三複数のＳＢＧ部品６２２の領域を活性化する。領域６５８において光線は光検出器６３９に向けて回折される。

或る実施形態の場合、第一及び第三の複数のＳＢＧ部品の中で光線は導波管壁によって個別のＳＢＧ部品に閉じ込められている。或る実施形態の場合、光検出器６３８及び６３９は線状光学センサアレイである。第一及び第三の複数のＳＢＧ部品の各々の個別ＳＢＧは夫々の光検出器６３８及び６３９の所定の領域と組み合わされている。第一、第二及び第三の複数のＳＢＧ部品のＳＢＧ部品の領域を活性化し、活性化された領域に関連する光線の強度を測定し、測定された強度を保存することにより、上記のように対象物受領表面に接触している物体の画像が生成可能である。光検出器６３８は電界手法に基づく画像を生成し、光検出器６３９は光学手法に基づく画像を生成する。

或る実施形態の場合、スキャナー６０２は上記のように入力装置としても構成される。どちらの光検出器（即ち光検出器６３８又は光検出器６３９）でも物体に接触されている対象物受領表面６０４の領域を決定するのに使用されてよい。

両方の測定方法を共に実施出来るスキャナー６０２の利点は、両方の方法の利点を組み合わせていることである。例えば電界手法は導電性でない偽造指モデルの画像が生成できなかろうが、このようなモデルでも光学手法では正確な指紋が生成される。別の例の場合、単純な導電性の偽造指モデルは電界手法で正確なプリントを生成出来ようが、かようなモデルは光学的方法で正確な指紋を生成する為には光学的迫真性が十分でない。電界手法と光学手法の両方で正確な指紋を生成できる指のモデルを製作するのは難しい。

多くの応用面においてスキャナー６０２は有用である。例えばスキャナー６０２は公衆のアクセスが管理されて居らず、対象物受領表面６０４に当てられた指又は掌の真偽の決定方法が必要なシステムに使用可能である。

上記の装置及び方法は光線の流量を減衰又は増加する手法を実施する。これらの装置及び方法は所定の装置又は方法がいずれの手法をも実施出来るように再構成されてよい。

本発明の数々の実施形態が記述されたが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、種々の変形が可能であることは理解可能であろう。

Claims (35)

1. 画像を走査するように構成された装置であって、
   光線を供給するように構成された光源、
   この光線を検出する光検出器、
   プラテン、
   導波管、
   反射型格子、及び
   スイッチ可能ブラッグ格子を備え、
   該スイッチ可能ブラッグ格子の一領域はこの光線を該反射型格子と該導波管を通じて該プラテンへと導くように活性化されるように構成され、該プラテンはこの光線を該導波管を通じて内部全反射によって該反射型格子へと反射又は屈折させるように構成され、該反射型格子は該プラテンから反射された光線を該導波管へと反射させるように構成され、該導波管はこの光線を該光検出器へと導くように構成されたものである、装置。
2. 指紋画像、掌紋の印刷画像、又は手紋の印刷画像を走査するように構成されたものである、請求項１に記載の装置。
3. 該光源がレーザを含む、請求項１に記載の装置。
4. 該レーザが赤外光線を出力するレーザを含む、請求項３に記載の装置。
5. 更に該スイッチ可能ブラッグ格子の第一表面と第二表面の上の透明な導電性酸化物電極から成り、第一表面上の各電極は第二表面上の電極と対応して電極の対を構成するものである、請求項１に記載の装置。
6. 該電極の透明な導電性酸化物がインジウム錫酸化物を含む、請求項５に記載の装置。
7. 該電極対の一対はＡＣ電界を生成するように構成されたものである、請求項５に記載の装置。
8. 該電極対の間にＡＣ電界が生成されて居ない時、該スイッチ可能ブラッグ格子の電極対の間の領域は活性化されるものである、請求項７に記載の装置。
9. 該スイッチ可能ブラッグ格子の第一表面上の複数の透明な導電性酸化物電極、及び
   該スイッチ可能ブラッグ格子の第二表面上の透明な導電性酸化物の層を更に備える、請求項１に記載の装置。
10. 該光源からの光線を、該光線が該スイッチ可能ブラッグ格子に入る前に偏光させるように構成された偏光器を更に備える、請求項１に記載の装置。
11. 該スイッチ可能ブラッグ格子の第一側面上の第一ガラス層、及び
    該スイッチ可能ブラッグ格子の第二表面上の第二ガラス層を更に備える、請求項１に記載の装置。
12. 該光検出器が複数の光学センサアレイ、二次元的光学センサアレイ、及び線状光学センサアレイから成るグループから選ばれるものである、請求項１に記載の装置。
13. 該プラテン、該導波管，該反射型格子、及び該スイッチ可能ブラッグ格子が透明であり、該装置が更に該プラテンの一表面から可視であるように構成された表示器を更に備える、請求項１に記載の装置。
14. 該表示器が更に該画像及び入力選択を表示するように構成されたものである、請求項１３に記載の装置。
15. 画像を走査し、入力を受信するように構成された装置であって、
    光線を供給するように構成された光源、
    この光線を検出する光検出器、
    プラテン、
    該プラテンの下に位置する導波管、
    該導波管の下に位置する反射型格子、
    該反射型格子の下に位置するスイッチ可能ブラッグ格子、及び
    該装置の使用者に可視であり、入力選択を表示するように構成され、該スイッチ可能ブラッグ格子の下に位置する表示器を備え、
    該プラテン、該導波管、該反射型格子、及び該スイッチ可能ブラッグ格子は透明であり、該スイッチ可能ブラッグ格子の一領域はこの光線を該反射型格子と該導波管を通じて該プラテンへと導くように活性化されるように構成され、該プラテンはこの光線を該導波管を通じて内部全反射によって該反射型格子へと反射又は屈折させるように構成され、該反射型格子は該プラテンから反射された光線を該導波管へと反射させるように構成され、該導波管はこの光線を該光検出器へと導くように構成されたものである、装置。
16. 画像を走査する方法であって、
    （ａ）スイッチ可能ブラッグ格子に光線を当てる工程、
    （ｂ）該スイッチ可能ブラッグ格子の一領域を活性化して該光線を反射型格子及び導波管を通してプラテンに導く工程、
    （ｃ）該光線を内部全反射により該プラテンの一表面から反射又は該光線を屈折させて該プラテンの表面に接触している対象物に導く工程であって、該反射光線は該導波管を通して該反射型格子に導かれるものである工程、
    （ｄ）該反射型格子から反射された光線を該導波管へと反射させる工程、及び
    （ｅ）反射された光線を該導波管で検出装置へ導く工程
    を備える方法。
17. 光線を該スイッチ可能ブラッグ格子に供する前に該光線をして偏光器を通過させる工程を更に備える、請求項１６に記載の方法。
18. 該光線がレーザによって供されるものであり、該光線を該スイッチ可能ブラッグ格子に供する前に該レーザからの該光線を視準及び拡張する工程を更に備える、請求項１６に記載の方法。
19. 該スイッチ可能ブラッグ格子には活性化されるように構成された複数の区域があり、工程（ｂ）−（ｅ）を該スイッチ可能ブラッグ格子の各領域について繰り返す工程を更に備える、請求項１６に記載の方法。
20. 工程（ｂ）−（ｅ）の各繰返しの後に光線の強度を該検出装置で測定する工程を更に備える、請求項１９に記載の方法。
21. 工程（ｂ）−（ｅ）の各繰返しの後に該光線の測定された強度を保存する工程、及び
    光線の測定された強度を使用して該プラテンに接触する対象物の画像を生成する工程を更に備える、請求項２０に記載の方法。
22. 該プラテン、該導波管、該反射型格子、及び該スイッチ可能ブラッグ格子の下に位置する表示器で、プラテンの表面より可視の入力選択を表示する工程、及び
    該入力選択の選択を検出する工程を更に備える、請求項１６に記載の方法。
23. 該スイッチ可能ブラッグ格子には活性化されるように構成された複数の領域があり、該入力選択の選択を検出する工程には
    活性化されるように構成された該スイッチ可能ブラッグ格子の各領域で工程（ｂ）−（ｅ）を繰り返す工程、
    工程（ｂ）−（ｅ）の各繰返しの後に該検出装置で光線の強度を測定する工程、及び
    第二対象物が接触する該プラテンの領域を決定して該入選択を選択する工程を含むものである、請求項２２に記載の方法。
24. 画像を走査するように構成された装置であって、
    光線を供給するように構成された光源、
    該光線を検出するように構成された光検出器、
    対象物受領表面、
    第一層を形成するように配列された第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品、及び
    第二層を形成するように配列された第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品を備え、
    第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の領域は該光線を該対象物受領表面へ導くように構成され、該対象物受領表面は該光線を該第一スイッチ可能ブラッグ格子部品を通じて内部全反射によって該第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の活性化された領域へと反射又は屈折させるように構成され、該第二スイッチ可能ブラッグ格子部品の該活性化された領域は該光線を該光検出器へと導くように構成されたものである、装置。
25. 該第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の各スイッチ可能ブラッグ格子部品及び該第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品がスイッチ可能ブラッグ格子物質のいずれかの側面上に導波管壁を含み、該導波管壁が該光線を該スイッチ可能ブラッグ格子物質の内部に含むように構成されたものである、請求項２４に記載の装置。
26. 該第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の第一表面上及び第二表面上にある第一複数透明導電性酸化物電極であって、該第一表面上の各電極は該第二表面上の一電極に対応して第一複数電極対を形成するものである第一複数透明導電性酸化物電極、及び
    該第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の第一表面上及び第二表面上にある第二複数透明導電性酸化物電極であって、該第一表面上の各電極は該第二表面上の一電極に対応して第二複数電極対を形成するものである第二複数透明導電性酸化物電極を更に備える、請求項２４に記載の装置。
27. 該第一複数の電極対の一対がＡＣ電界を生成するように構成されたものであり、該第二複数の電極対の一対がＡＣ電界を生成するように構成されたものである、請求項２４に記載の装置。
28. 該第一複数電極対の電極対の間の第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の領域はＡＣ電界が電極の間に生成されていない時活性化されるものであり、該第二複数電極対の電極対の間の第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の領域はＡＣ電界が電極の間に生成されていない時活性化されるものである、請求項２７に記載の装置。
29. 該対象物受領表面、該第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品、及び該第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品は透明であり、該装置は更に表示装置から成り、該表示装置は該対象物受領表面から可視であり、 該対象物受領表面、該第一複数スイッチ可能ブラッグ格子部品、及び該第二複数スイッチ可能ブラッグ格子部品の下に位置するものである、請求項２４に記載の装置。
30. 画像を走査するように構成された装置であって、
    光線を供給するように構成された光源、
    該光線を検出するように構成された光検出器、
    プラテン、
    スイッチ可能ブラッグ格子、
    ガラス層、
    導波管、及び
    反射型格子を備え、
    該スイッチ可能ブラッグ格子の一領域は光線を内部全反射によりスイッチ可能ブラッグ格子で出されるように活性化されるように構成されて居り、該プラテンは内部全反射によりスイッチ可能ブラッグ格子で出された光線を該導波管を通して全反射により該反射型格子へ反射するように構成されて居り、該反射型格子は該プラテンから反射された光線を該導波管へ反射するように構成されて居り、該導波管は該光線を該光検出器へ導くように構成されたものである、装置。
31. 該スイッチ可能ブラッグ格子に関連する複数の電極から更に成り、スイッチ可能ブラッグ格子の該地区は該複数電極の一電極がスイッチ可能ブラッグ格子の該地区にＡＣ電界を生成していない時に活性化されるものである、請求項３０に記載の装置。
32. 該複数電極の隣接した電極は該スイッチ可能ブラッグ格子の地区にＡＣ電界を生成するように構成されたものである、請求項３１に記載の装置。
33. 該光源はレーザを含む、請求項３０に記載の装置。
34. 該光検出器が複数の光学センサアレイ、二次元的光学センサアレイ、及び線状光学センサアレイから成るグループから選ばれるものである、請求項３０に記載の装置。
35. スイッチ可能ブラッグ格子の該地区が活性化されて居り、接地対象物がプラテンに接触して居る場合に光はスイッチ可能ブラッグ格子で内部全反射により出されないものである、請求項３０に記載の装置。

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