JPWO2018216662A1 - 光学部材、凹凸検出装置及び指紋認証装置 - Google Patents

Abstract

高コントラストかつ鮮明な凹凸像を検出することが可能な光学部材を提供する。光学部材（２Ａ）は、対象物である指の表面と接触し、指の表面からの光が入射する入射面（２ａ）と、入射面（２ａ）に入射した光が出射される出射面（２ｂ）と、を有し、出射面（２ｂ）と撮像素子との間には、屈折層（３）が構成されており、入射面（２ａ）に入射する光のうち、入射面（２ａ）の法線（Ｌ１）方向に対して傾斜する角度で光学部材（２Ａ）内に出射する光を出射面（２ｂ）まで伝搬し、光を出射面２ｂと撮像素子４Ａとの間に設けられた屈折層３を介して撮像素子（４Ａ）へ出射することによって、光を撮像素子（４Ａ）の法線方向に近づくように屈折させる。

Description

本発明は、光学部材、凹凸検出装置及び指紋認証装置に関する。

光学式の指紋認証装置等といった凹凸検出装置として、特許文献１には、レンズに代えてファイバーオプティクスプレート（ＦＯＰ：Fiber Optics Plate）を用いる技術が開示されている。かかる技術では、ＦＯＰにおける光ファイバーの束が光の入射面の法線方向に対して傾斜していることによって、指紋の凹部からの光を極力排除し、高コントラストな凹凸像を撮像している。

特開平７−１７４９４７号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、撮像素子に対しても傾斜した光が入射するため、撮像素子の保護基板の法線方向に入射する光と比較すると、撮像素子の保護基板における光路長が長くなる。撮像素子の保護基板からセンサー部までの光路長が長いと、そこで光が広がってしまい、凹凸像が不鮮明になってしまう。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、高コントラストかつ鮮明な凹凸像を検出することが可能な光学部材、凹凸検出装置及び指紋認証装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、以下の構成を備える。
１．対象物と撮像素子との間に設けられ、前記対象物の表面の凹凸パターンを検出するために前記対象物の表面からの光を前記撮像素子へ導く光学部材であって、前記対象物の表面と接触し、前記対象物の表面からの前記光が入射する入射面と、前記入射面に入射した前記光が出射される出射面と、を有し、前記出射面と前記撮像素子との間には、屈折層が構成されており、前記入射面に入射する前記光のうち、前記入射面の法線方向に対して傾斜する角度で前記光学部材内に出射する前記光を前記出射面まで伝搬し、前記光を前記出射面と前記撮像素子との間に設けられた屈折層を介して前記撮像素子へ出射することによって、前記光を前記撮像素子の法線方向に近づくように屈折させる光学部材。
２．前記光学部材は、前記対象物の表面と接触し、前記対象物の表面からの前記光が入射する前記入射面としての第一の入射面と、前記第一の入射面に入射した前記光が出射される第一の出射面と、を有する第一の光学部材と、前記第一の出射面から出射された前記光が入射する第二の入射面と、前記第二の入射面に入射した前記光が出射される前記出射面としての第二の出射面と、を有する第二の光学部材と、を備え、前記第一の光学部材は、前記第一の入射面に入射する前記光のうち、前記第一の入射面の法線方向に対して傾斜する角度で前記第一の光学部材内に出射する前記光を前記第一の出射面まで伝搬し、前記第二の光学部材は、前記光を前記第二の出射面から前記屈折層へ出射する前記１に記載の光学部材。
３．前記第一の光学部材は、当該第一の光学部材の面方向に配列された複数の光ファイバーを有するファイバーオプティクスプレートであり、前記複数の光ファイバーの軸線方向は、前記第一の入射面の法線方向に対して傾斜している前記２に記載の光学部材。
４．前記第一の光学部材は、当該第一の光学部材の面内の一方向に配列された複数のルーバーを有するルーバーフィルムであり、前記複数のルーバーは、前記第一の入射面の法線方向に対して傾斜している光吸収部であり、一対の前記ルーバー間には、前記光を透過可能な光透過部が形成されている前記２に記載の光学部材。
５．前記第一の光学部材は、前記対象物側の前記ルーバーフィルムとしての第一のルーバーフィルムと、前記第二の光学部材側の前記ルーバーフィルムとしての第二のルーバーフィルムと、を備え、前記第一のルーバーフィルムにおける前記複数のルーバーと前記第二のルーバーフィルムにおける前記複数のルーバーとは、交差するように設けられている前記４に記載の光学部材。
６．前記対象物の表面の凹部と前記第一の光学部材との間の領域の屈折率をｎ１、前記光学部材の屈折率をｎ２としたとき、前記第一の光学部材は、前記第一の入射面の法線方向に対して角度θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）よりも大きい角度で前記第一の光学部材内に出射した光を前記第一の出射面まで伝搬する前記２から５のいずれかに記載の光学部材。
７．前記第二の光学部材は、プリズムアレイシート又はレンズアレイシートである前記２に記載の光学部材。
８．前記１から７のいずれかに記載の光学部材と、前記光学部材の前記出射面側に設けられる前記屈折層及び前記撮像素子と、を備え、前記撮像素子は、保護基板と、センサ部と、を備え、前記保護基板の屈折率は、前記屈折層の屈折率よりも大きく、前記センサ部は、前記光学部材、前記屈折層及び前記保護基板を介した光を光イメージとして撮像する凹凸検出装置。
９．前記屈折層は、前記光学部材と前記撮像素子との間の隙間に存在する空気である前記８に記載の凹凸検出装置。
１０．前記対象物の表面に前記光を照射する面光源を備える前記８又は９に記載の凹凸検出装置。
１１．前記８から１０のいずれかに記載の凹凸検出装置と、前記凹凸検出装置によって検出された、前記対象物の表面の凹凸パターンである指紋を認証する制御部と、を備える指紋認証装置。

本発明によると、高コントラストかつ鮮明な凹凸像を検出することができる。

（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る指紋認証装置を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の第一の実施形態に係る指紋認証装置を模式的に示すブロック図である。 本発明の第一の実施形態に係る第一の光学部材を模式的に示す斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る第一の光学部材における配光の例を示すグラフである。 本発明の第一の実施形態に係る第二の光学部材を模式的に示す斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る指紋認証装置における光の伝搬を説明するための図である。 本発明の第二の実施形態に係る第一の光学部材を模式的に示す斜視図である。 本発明の第二の実施形態に係る指紋認証装置における光の伝搬を説明するための図である。 本発明の第三の実施形態に係る第一の光学部材を模式的に示す斜視図である。 本発明の第四の実施形態に係る第二の光学部材を模式的に示す斜視図である。 本発明の第五の実施形態に係る第二の光学部材を模式的に示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の第六の実施形態に係る指紋認証装置を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の第六の実施形態に係る指紋認証装置を模式的に示す平面図である。 （ａ）は、本発明の第七の実施形態に係る指紋認証装置を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の第七の実施形態に係る指紋認証装置を模式的に示す平面図である。 本発明の第八の実施形態に係る指紋認証装置を模式的に示す断面図である。

本発明の実施形態について、本発明の凹凸パターン検出装置を指紋認証装置に適用した場合を例にとり、図面を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る指紋認証装置１Ａは、対象物の表面の凹凸パターンとして指紋を検出する光学式の認証装置であって、光学部材２Ａと、屈折層３と、撮像素子４Ａと、制御部５と、通知部６と、を備える。

＜光学部材＞
光学部材２Ａは、対象物である指Ｆ（手指、例えば、人差し指）からの光を撮像素子４Ａへ導く部材であって、入射面２ａと、出射面２ｂと、を備える。入射面２ａは、指Ｆの表面と接触し、指Ｆの表面からの光が入射される平面である。出射面２ｂは、入射面２ａに入射した光が出射される凹凸面である。

ここで、対象物である指Ｆの屈折率は、約１．４３である。指Ｆは、拡散度の大きい散乱体であるため、指に入射した光は、全方位から略均一な強度で指紋の凸部Ｆ１と凹部Ｆ２とから出射される。凸部Ｆ１からの光は、指Ｆ（屈折率：約１．４３）から第一の光学部材１０Ａ（屈折率：１．５５〜１．８）内に屈折して出射するため、入射面２ａの法線Ｌ１（図５参照）方向に対して大きい角度の成分を含んでいる（図３参照）。一方、凹部Ｆ２からの光は、指Ｆ（屈折率：約１．４３）から空気（屈折率：１）を介して第一の光学部材（屈折率：１．５５〜１．８）内に屈折して出射するため、入射面２ａの法線Ｌ１（図５参照）方向に対して大きい角度の成分を含まない（図３参照）。

光学部材２Ａは、入射面２ａに入射する光のうち、入射面２ａの法線Ｌ１（図５参照）方向に対して傾斜する角度で当該光学部材２Ａ内に出射する光を出射面２ｂまで伝搬し、かかる光を屈折層３を介して撮像素子４Ａへ出射することによって、かかる光を撮像素子４Ａの入射面の法線Ｌ２（図５参照）方向に屈折させる。光学部材２Ａは、第一の光学部材１０Ａと、第二の光学部材２０Ａと、を備える。

≪第一の光学部材≫
図２に示すように、第一の光学部材１０Ａは、入射面２ａとしての第一の入射面１０ａと、第一の出射面１０ｂと、を備える。第一の出射面１０ｂは、第一の入射面１０ａに入射した光が出射される平面である。本実施形態において、第一の入射面１０ａと第一の出射面１０ｂとは、互いに平行である。第一の光学部材１０Ａは、第一の入射面１０ａに入射した光のうち、第一の入射面１０ａの法線Ｌ１（図５参照）方向に対して傾斜する角度で当該第一の光学部材１０Ａ内に出射する光を第一の出射面１０ｂまで伝搬する。

図３に示すように、指Ｆの指紋の凸部Ｆ１からの光は、第一の入射面１０ａへの入射角度（法線Ｌ１（図５参照）に対する角度）が大きい成分の光を含んでおり、かかる成分の光が第一の光学部材１０Ａ内を好適に伝搬する。ここで、凸部Ｆ１からの光のうち、第一の入射面１０ａからの出射角度が小さい成分の光は、第一の光学部材１０Ａ内を伝搬しない。一方、指Ｆの指紋の凹部Ｆ２からの光の殆どは、第一の入射面１０ａからの出射角度（法線Ｌ１（図５参照）に対する角度）が小さい成分の光であるため、第一の光学部材１０Ａ内を殆ど伝搬しない。これにより、第一の光学部材１０Ａは、指Ｆの指紋の凸部Ｆ１からの光を積極的に伝搬するとともに指Ｆの指紋の凹部Ｆ２からの光を極力排除することによって、高コントラストの指紋像を第一の出射面１０ｂまで伝搬することができる。ここで、凹部Ｆ２からの光の第一の入射面１０ａから第一の光学部材１０Ａ内への出射角度θ（第一の入射面１０ａの法線Ｌ１に対する角度）の最大値をθ_{Ｆ２ＭＡＸ}とすると、このθ_{Ｆ２ＭＡＸ}は、指Ｆの指紋の凹部Ｆ２と第一の光学部材１０Ａとの間の屈折率ｎ１（すなわち、空気の屈折率）と、第一の光学部材１０Ａの屈折率ｎ２とによって、以下のように決定される。
θ_{Ｆ２ＭＡＸ}＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）

図２に示すように、本実施形態において、第一の光学部材１０Ａは、ファイバーオプティクスプレート（ＦＯＰ：Fiber Optics Plate）であって、第一の光学部材１０Ａの面方向に配列された複数の光ファイバー１１を有する。複数の光ファイバー１１は、第一の入射面１０ａから第一の出射面１０ｂにわたって延設されており、複数の光ファイバー１１の軸線方向は、第一の入射面１０ａの法線Ｌ１（図５参照）方向に対して角度α（図５参照）だけ傾斜している。第一の光学部材１０Ａは、光ファイバー１１を構成するコア１２及びクラッド１３と、光吸収体１４と、を備える。

コア１２は、傾斜した円柱形状を呈しており、光を伝搬可能な材料によって形成されている。クラッド１３は、コア１２の外周面を被覆する、傾斜した円筒形状を呈しており、コア１２よりも屈折率の小さい光透過性の材料によって形成されている。光吸収体１４は、複数の光ファイバー１１の間を充填するように設けられており、光を吸収可能な材料によって形成されている。

第一の光学部材１０Ａは、第一の入射面１０ａにおいて複数の光ファイバー１１のコア１２に入射した光のうち、コア１２とクラッド１３との間で全反射する光のみを伝搬して第一の出射面１０ｂから出射する。換言すると、第一の入射面１０ａにおいてクラッド１３及び光吸収体１４に入射した光、並びに、コア１２に入射したけれどコア１２とクラッド１３との間で全反射しない光は、光吸収体１４に吸収され、第一の出射面１０ｂから出射しない。

このような全反射は、第一の入射面１０ａの法線方向に対する光ファイバー１１の軸線方向の角度と、コア１２及びクラッド１３の屈折率の差と、を適宜設定することによって実現可能である。

一般的に、コア１２の屈折率は、約１．５５〜１．８０であり、クラッド１３の屈折率は、１．５５以下である。また、第一の入射面１０ａの法線方向に対する光ファイバー１１の軸線方向は、光ファイバー１１の束のカット角度により任意に設定可能である。例えば、コア１２の屈折率は、約１．５５〜１．７０、クラッド１３の屈折率は、１．５５以下、第一の入射面１０ａの法線Ｌ１（図５参照）方向に対する光ファイバー１１の軸線方向の角度α（図５参照）は、３０度以上６０度以下に設定されることが望ましい。

≪第二の光学部材≫
図４に示すように、第二の光学部材２０Ａは、第一の光学部材１０Ａと屈折層３との間に設けられており、第二の入射面２０ａと、出射面２ｂとしての第二の出射面２０ｂと、を備える。第二の入射面２０ａは、第一の光学部材１０Ａの第一の出射面１０ｂから出射された光が入射する平面である。第二の入射面２０ａは、第一の光学部材１０Ａの第一の出射面１０ｂと当接（面接触）しており、第一の出射面１０ｂにおける全反射の発生を防止している。第二の出射面２０ｂは、第二の入射面に入射した光が屈折層３へ出射される凹凸面である。第二の光学部材２０Ａの屈折率は、第一の光学部材１０Ａ（より詳細には、コア１２の屈折率）と近い値であればよく、１．５５〜１．８０であることが望ましい。

もし、第二の光学部材２０Ａが無い場合には、第一の光学部材１０Ａの出射面１０ｂと屈折層３との間で一部の光に全反射が発生する。ここで、一部の全反射する光は、主にθ _{Ｆ２ＭＡＸ}よりも大きい角度の光である。すなわち、指紋の凸部Ｆ１のみが有しているθ _{Ｆ２ＭＡＸ}よりも大きい角度の光は、全反射によって屈折層３には取り出されないことになり、光吸収体１４に吸収される。その結果、対象物である指Ｆの指紋の凸部Ｆ１と凹部Ｆ２との明暗差が小さくなってしまう。換言すると、第二の光学部材２０Ａは、第一の光学部材１０Ａの出射面において全反射が発生することを防止し、θ_{Ｆ２ＭＡＸ}よりも大きい角度の光を屈折層３に取り出すことによって、高コントラストの指紋像を屈折層３へ伝搬することができる。

本実施形態において、第二の光学部材２０Ａは、プリズムアレイシートであり、シート部２１と、シート部２１の撮像素子４Ａ側に配列された複数のプリズム部２２と、を備える。複数のプリズム部２２は、三角柱形状を呈しており、一のプリズム部２２は、光ファイバー１１の傾斜方向と交差する方向に延設されている。すなわち、かかるプリズム部２２によって、第一の光学部材１０Ａからの光が出射面２ｂすなわち第二の出射面２０ｂにおいて全反射することなく屈折層３へ出射するようになっている。第二の光学部材２０Ａの厚さは、２００［μｍ］以下であることが望ましい。かかる第二の光学部材２０Ａとしては、例えば３Ｍ社のＢＥＦ（Brightness Enhancement Film）等が好適に利用可能である。

＜屈折層＞
図１に示すように、屈折層３は、第二の光学部材２０Ａと撮像素子４Ａとの間に設けられており、出射面２ｂすなわち第二の出射面２０ｂから出射された光を、撮像素子４Ａの入射面の法線方向に屈折させる。屈折層３の屈折率は、撮像素子４Ａの保護基板８０の屈折率よりも小さく設定されており、保護基板８０の屈折率との差が大きい方が望ましい。屈折層３としては、屈折率が約１．４のシリコンゴム、屈折率が約１．４〜１．８の接触液（マッチングオイル）、屈折率が約１の空気が挙げられ、これらの中では、屈折率が小さい空気が最も望ましい。

＜撮像素子＞
撮像素子４Ａは、対象物である指Ｆからの光を光学部材２Ａ及び屈折層３を介して受光することによって、指Ｆの表面の凹凸すなわち指紋を検出するためのものである。撮像素子４Ａは、支持基板３０と、支持基板３０上に順に形成されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）４０、画素電極５０、光電変換層（例えば、有機光電変換層）６０、対向電極７０及び保護基板８０と、を備える。ＴＦＴ４０、画素電極５０、光電変換層（例えば、有機光電変換層）６０及び対向電極７０は、指Ｆからの光を光イメージとして撮像するセンサ部を構成する。

図５に示すように、本発明の第一の実施形態に係る指紋認証装置１Ａにおいて、対象物である指Ｆの表面からの光は、入射面２ａ（第一の入射面１０ａ）、第一の光学部材１０Ａのコア１２、第一の出射面１０ｂ、第二の入射面２０ａ、第二の光学部材２０Ａのシート部２１及びプリズム部２２、出射面２ｂ（第二の出射面２０ｂ）及び屈折層３を介して、撮像素子４Ａの保護基板８０に入射する。保護基板８０は、樹脂、ガラス等によって形成された透明な基板である。保護基板８０の入射面及び出射面は、それぞれ、第一の光学部材１０Ａの第一の入射面１０ａ及び第一の出射面１０ｂ並びに第二の光学部材２０Ａの第二の入射面と平行である。

＜制御部＞
図１に示すように、制御部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力回路等によって構成されており、予め記憶された指紋像を用いて、撮像素子４Ａによって検出された指Ｆの凹凸すなわち指紋像を認証し、認証結果を通知部６へ出力する。

通知部６は、制御部５による認証結果を画像表示する表示部（例えば、モニタ）、及び／又は、制御部５による認証結果を音声出力する音声出力部（スピーカ）である。

＜光の伝搬＞
図５に示すように、対象物である指Ｆからの光は、法線Ｌ１に対して傾斜した角度で第一の入射面１０ａから第一の光学部材１０Ａ内に出射して第一の光学部材１０Ａのコア１２を伝搬し、第一の出射面１０ｂから出射する。第一の出射面１０ｂから出射した光は、第二の入射面２０ａから第二の光学部材２０Ａ内に出射して第二の光学部材２０Ａを伝搬し、第二の出射面から２０ｂから屈折層３へ屈折しながら出射する。第二の出射面２０ｂから屈折層３へ出射した光は、屈折層３を伝搬し、撮像素子４Ａの保護基板８０へ屈折しながら出射する。ここで、保護基板８０の屈折率は屈折層３の屈折率よりも大きいため、第一の光学部材１０Ａの第一の入射面１０ａの法線Ｌ１に対して傾斜して第一の光学部材１０Ａ内に出射した光は、その進行方向が保護基板８０の入射面の法線Ｌ２方向に近づくように屈折する。

本発明の第一の実施形態に係る光学部材２Ａ及び指紋認証装置１Ａは、対象物Ｆからの光のうち入射面２ａに対して傾斜した角度の光を伝搬して屈折層３に取り出し、当該光を屈折層３を用いて撮像素子４Ａの法線Ｌ２方向に屈折させるので、対象物である指Ｆの高コントラストな凹凸像を得るとともに、当該光の保護基板８０からセンサ部までの光路長を短くして鮮明な凹凸像を得ることができる。

また、光学部材２Ａ及び指紋認証装置１Ａは、第一の光学部材１０Ａ及び第二の光学部材２０Ａを備えるので、設計の自由度が向上し、出射面２ｂを形成しやすくなる。

また、光学部材２Ａ及び指紋認証装置１Ａは、第一の光学部材１０ＡがＦＯＰであるので、第一の光学部材１０Ａとしての機能を容易に実現することができる。

また、光学部材２Ａ及び指紋認証装置１Ａは、第一の光学部材１０Ａが第一の入射面１０ａに入射した光のうちθ_{Ｆ２ＭＡＸ}＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）よりも大きい角度で第一の入射面１０ａから第一の光学部材１０Ａ内に出射した光のみを伝搬するようにすることで対象物である指Ｆの指紋の凹部Ｆ２からの光の殆どを伝搬することができなくなるので、指紋の凸部Ｆ１と凹部Ｆ２との明暗差を大きくすることができ、対象物である指Ｆの高コントラストな凹凸像を得ることができる。

また、光学部材２Ａ及び指紋認証装置１Ａは、第二の光学部材２０Ａがプリズムアレイシートであるので、第二の光学部材２０Ａとしての機能を容易に実現することができる。

また、指紋認証装置１Ａは、屈折層３が空気であるので、光を屈折層３を用いてその進行方向が撮像素子４Ａの法線Ｌ２方向により近づくように屈折させ、当該光の光路長を抑えて鮮明な凹凸像を得ることができる。

＜第二の実施形態＞
続いて、本発明の第二の実施形態に係る指紋認証装置について、第一の実施形態に係る指紋認証装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図６及び図７に示すように、本発明の第二の実施形態に係る指紋認証装置１Ｂの光学部材２Ｂは、第一の光学部材１０Ａに代えて、第一の光学部材１０Ｂを備える。

≪第一の光学部材（第一のルーバーフィルム）≫
第一の光学部材１０Ｂは、ルーバーフィルムであって、第一の光学部材１０Ｂの面内の一方向に配列された複数のルーバー（光吸収体）１５と、一対のルーバー１５間を充填するように設けられた光透過部１６と、を備える。ルーバー１５は、傾斜した長板形状を呈しており、光を吸収可能な材料によって形成されている。光透過部１６は、光を透過可能な材料によって形成されている。

第一の光学部材１０Ｂは、第一の入射面１０ａにおいて光透過部１６に入射した光のうち、光吸収体であるルーバー１５に当たらない角度で入射した光のみを伝搬して第一の出射面１０ｂから出射する。換言すると、第一の入射面１０ａにおいてルーバー１５に入射した光、及び、光透過部１６に入射したけれどルーバー１５に当たった光は、光吸収体であるルーバー１５に吸収され、第一の出射面１０ｂからは出射しない。

第一の入射面１０ａの法線方向に対するルーバー１５の傾斜角度は、対象物（指）Ｆの凹部からの光を極力排除し、対象物（指）Ｆの凸部からの光を積極的に伝搬する角度、例えば、３０度以上６０度以下に設定されることが望ましい。

第一の光学部材１０Ｂは、シリコン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等によって形成可能である。すなわち、第一の光学部材１０Ｂは、第一の光学部材１０Ａ（図２参照）よりも低コストかつ薄型化が可能である。

本発明の第二の実施形態に係る指紋認証装置１Ｂ及び光学部材２Ｂは、第一の光学部材１０Ｂがルーバーフィルムであるので、ＦＯＰよりも低コストかつ薄型化を実現することができる。

＜第三の実施形態＞
続いて、本発明の第三の実施形態に係る指紋認証装置について、第二の実施形態に係る指紋認証装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図８に示すように、本発明の第三の実施形態に係る指紋認証装置１Ｃの光学部材２Ｃは、第一の光学部材１０Ｂに加えて、第一の光学部材１０Ｃを備える。

≪第一の光学部材（第二のルーバーフィルム）≫
第一の光学部材１０Ｃは、ルーバーフィルムであって、第一の光学部材１０Ｃの面内の一方向に配列された複数のルーバー（光吸収体）１５と、一対のルーバー１５間を充填するように設けられた光透過部１６と、を備える。第一の光学部材１０Ｃは、第一の光学部材１０Ｂと第二の光学部材２０Ａ（図１参照）との間に設けられている。第一の光学部材１０Ｂにおける複数のルーバー１５の延伸方向Ｘ１と第一の光学部材１０Ｃにおける複数のルーバー１５の延伸方向Ｘ２とは、互いに交差するように（本実施形態では、平面視で直交するように）設けられている。第一の光学部材１０Ｂの入射面１０ａ及び出射面１０ｃ並びに第一の光学部材１０Ｃの入射面１０ｄ及び出射面１０ｂは、互いに平行であり、出射面１０ｃと入射面１０ｄとは面接触している。

すなわち、前記した第二の実施形態に係る指紋認証装置１Ｂでは、第一の光学部材１０Ｂの延伸方向Ｘ１に傾斜して当該第一の光学部材１０Ｂに入射する光は、入射面１０ａの法線Ｌ１（図５参照）方向に対して大きい角度で第一の光学部材１０Ｂ内に出射する光も小さい角度で第一の光学部材１０Ｂ内に出射する光もルーバー１５に吸収されることなく第一の光学部材１０Ｂの出射面１０ｂから出射する。そのため、第二の実施形態に係る指紋認証装置１Ｂによって得られる指Ｆの凹凸像（指紋像）は、延伸方向Ｘ１においては指紋の凹部Ｆ２からの光も出射面から取り出されてしまうため、延伸方向Ｘ１では指紋の凸部Ｆ１と凹部Ｆ２との明暗差が小さくなり、低コントラストとなってしまう。

これに対し、本発明の第三の実施形態に係る指紋認証装置１Ｃでは、第一の光学部材１０Ｃのルーバー１５が、延伸方向Ｘ１において入射面１０ｄの法線方向（図５の法線Ｌ１と同一方向）に対して小さい角度で第一の光学部材１０Ｃ内に出射する光を吸収することができる。すなわち、指紋認証装置１Ｃは、指紋の凹部Ｆ２からの光の殆どを吸収することができるため（ここで、指紋の凸部Ｆ１からの光のうち、入射面１０ａ，１０ｄの法線方向（図５の法線Ｌ１と同一方向）に対して小さい角度の出射光も吸収されるが、入射面１０ａ，１０ｄの法線方向（図５の法線Ｌ１と同一方向）に対して大きい角度の出射光は出射面から出射する）、延伸方向Ｘ１においても指紋の凸部Ｆ１と凹部Ｆ２との明暗差を大きくすることができ、高コントラストの指Ｆの凹凸像を得ることができる。

本発明の第三の実施形態に係る指紋認証装置１Ｃ及び光学部材２Ｃは、比較的安価かつ薄型の２枚の光学部材１０Ｂ，１０Ｃを用いることによって、延伸方向Ｘ１，Ｘ２の双方において高コントラストの指Ｆの凹凸像（指紋像）を得ることができる。

＜第四の実施形態＞
続いて、本発明の第四の実施形態に係る指紋認証装置について、第一の実施形態に係る指紋認証装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図９に示すように、本発明の第四の実施形態に係る指紋認証装置１の光学部材２Ｄは、第二の光学部材２０Ａに代えて、第二の光学部材２０Ｄを備える。

第二の光学部材２０Ｄは、レンズアレイシートであり、シート部２１と、シート部２１の撮像素子４Ａ（図１参照）側に二次元的に配列された複数の半球部（レンズ部）２３と、を備える。かかる第二の光学部材２０Ｄにおいて、半球部２３は、プリズム部２２と同様の機能を実現する。

本発明の第四の実施形態に係る指紋認証装置１Ｄ及び光学部材２Ｄは、第二の光学部材２０Ｄがレンズアレイシートであるので、第二の光学部材２０Ｄとしての機能を容易に実現することができる。

＜第五の実施形態＞
続いて、本発明の第五の実施形態に係る指紋認証装置について、第一の実施形態に係る指紋認証装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図１０に示すように、本発明の第五の実施形態に係る指紋認証装置１Ｅの光学部材２Ｅは、第二の光学部材２０Ａに代えて、第二の光学部材２０Ｅを備える。

第二の光学部材２０Ｅは、プリズムアレイシートであり、シート部２１と、シート部２１の撮像素子４Ａ（図１参照）側に二次元的に配列された複数の四角錐部２４と、を備える。かかる第二の光学部材２０Ｅにおいて、四角錐部２４は、プリズム部２２と同様の機能を実現する。

本発明の第五の実施形態に係る指紋認証装置１Ｅ及び光学部材２Ｅは、第二の光学部材２０Ｅがプリズムアレイシートであるので、第二の光学部材２０Ｅとしての機能を容易に実現することができる。

＜第六の実施形態＞
続いて、本発明の第六の実施形態に係る指紋認証装置について、第一の実施形態に係る指紋認証装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図１１に示すように、本発明の第六の実施形態に係る指紋認証装置１Ｆは、複数の面光源９０を備える。複数の面光源９０は、例えば有機ＥＬパネルであり、対象物である指Ｆを平面視で三方から囲むように設けられており、対象物である指Ｆに対して光を照射する。なお、図１１において、撮像素子４Ａの構成の一部は図示を省略されている。

本発明の第六の実施形態に係る指紋認証装置１Ｆは、面光源９０を備えるので、光量ムラを抑えた指Ｆへの光照射が可能であり、ムラの無い凹凸像の検出を実現することができる。また、指紋認証装置１Ｆは、ムラの無い凹凸像を検出することができるので、電力消費を抑えた速やかな指紋認証を実現することができる。

＜第七の実施形態＞
続いて、本発明の第七の実施形態に係る指紋認証装置について、第六の実施形態に係る指紋認証装置１Ａとの相違点を中心に説明する。図１２に示すように、本発明の第七の実施形態に係る指紋認証装置１Ｇにおいて、複数の面光源９０は、対象物である指Ｆと第一の光学部材１０Ａとの間に介設されている。換言すると、複数の面光源９０は、対象物である指Ｆが当接する部位に設けられている。なお、図１２において、撮像素子４Ａの構成の一部は図示を省略されている。

本発明の第七の実施形態に係る指紋認証装置１Ｇは、面光源９０が指Ｆと第一の光学部材１０Ａとの間に介設されているので、面光源９０が指Ｆと空気を介さずに直接接触した状態で発光することとなり、面光源９０と空気との間での反射及び吸収を無くすことができ、電力効率の低下を防止することができる。

＜第八の実施形態＞
続いて、本発明の第八の実施形態に係る指紋認証装置について、第六の実施形態に係る指紋認証装置１Ｆとの相違点を中心に説明する。図１３に示すように、本発明の第八の実施形態に係る指紋認証装置１Ｈは、複数の面光源９０が一体化された撮像素子４Ｈを備える。すなわち、面光源９０は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）４０、画素電極５０、光電変換層６０及び対向電極７０の周囲において支持基板３０と保護基板８０との間に形成されており、支持基板３０側から順に、反対電極９１と、有機発光層９２と、透明電極９３と、を備える。有機発光層９２は、反対電極９１及び透明電極９３による電圧印加によって発光する。

本発明の第八の実施形態に係る指紋認証装置１Ｈは、複数の面光源９０が撮像素子４Ｈに一体化されているので、薄型化を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、第一の光学部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの出射面の形状を、プリズムアレイ形状又はレンズアレイ形状とすることによって、第二の光学部材２０Ａ，２０Ｄ，２０Ｅを省略する構成であってもよい。

１Ａ〜１Ｈ 指紋認証装置（凹凸検出装置）
２Ａ〜２Ｅ 光学部材
３ 屈折層
４Ａ，４Ｈ 撮像素子
１０Ａ 第一の光学部材
１０Ｂ 第一の光学部材（第一のルーバーフィルム）
１０Ｃ 第二のルーバーフィルム
２０Ａ，２０Ｄ，２０Ｅ 第二の光学部材
８０ 保護基板
９０ 面光源
Ｆ 指（対象物）

Claims (11)

1. 対象物と撮像素子との間に設けられ、前記対象物の表面の凹凸パターンを検出するために前記対象物の表面からの光を前記撮像素子へ導く光学部材であって、
   前記対象物の表面と接触し、前記対象物の表面からの前記光が入射する入射面と、
   前記入射面に入射した前記光が出射される出射面と、
   を有し、
   前記出射面と前記撮像素子との間には、屈折層が構成されており、
   前記入射面に入射する前記光のうち、前記入射面の法線方向に対して傾斜する角度で前記光学部材内に出射する前記光を前記出射面まで伝搬し、前記光を前記出射面と前記撮像素子との間に設けられた屈折層を介して前記撮像素子へ出射することによって、前記光を前記撮像素子の法線方向に近づくように屈折させる光学部材。
2. 前記光学部材は、
   前記対象物の表面と接触し、前記対象物の表面からの前記光が入射する前記入射面としての第一の入射面と、前記第一の入射面に入射した前記光が出射される第一の出射面と、を有する第一の光学部材と、
   前記第一の出射面から出射された前記光が入射する第二の入射面と、前記第二の入射面に入射した前記光が出射される前記出射面としての第二の出射面と、を有する第二の光学部材と、
   を備え、
   前記第一の光学部材は、前記第一の入射面に入射する前記光のうち、前記第一の入射面の法線方向に対して傾斜する角度で前記第一の光学部材内に出射する前記光を前記第一の出射面まで伝搬し、
   前記第二の光学部材は、前記光を前記第二の出射面から前記屈折層へ出射する請求項１に記載の光学部材。
3. 前記第一の光学部材は、当該第一の光学部材の面方向に配列された複数の光ファイバーを有するファイバーオプティクスプレートであり、
   前記複数の光ファイバーの軸線方向は、前記第一の入射面の法線方向に対して傾斜している請求項２に記載の光学部材。
4. 前記第一の光学部材は、当該第一の光学部材の面内の一方向に配列された複数のルーバーを有するルーバーフィルムであり、
   前記複数のルーバーは、前記第一の入射面の法線方向に対して傾斜している光吸収部であり、
   一対の前記ルーバー間には、前記光を透過可能な光透過部が形成されている請求項２に記載の光学部材。
5. 前記第一の光学部材は、前記対象物側の前記ルーバーフィルムとしての第一のルーバーフィルムと、前記第二の光学部材側の前記ルーバーフィルムとしての第二のルーバーフィルムと、を備え、
   前記第一のルーバーフィルムにおける前記複数のルーバーと前記第二のルーバーフィルムにおける前記複数のルーバーとは、交差するように設けられている請求項４に記載の光学部材。
6. 前記対象物の表面の凹部と前記第一の光学部材との間の領域の屈折率をｎ１、前記光学部材の屈折率をｎ２としたとき、前記第一の光学部材は、前記第一の入射面の法線方向に対して角度θ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ１／ｎ２）よりも大きい角度で前記第一の光学部材内に出射した光を前記第一の出射面まで伝搬する請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の光学部材。
7. 前記第二の光学部材は、プリズムアレイシート又はレンズアレイシートである請求項２に記載の光学部材。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の光学部材と、
   前記光学部材の前記出射面側に設けられる前記屈折層及び前記撮像素子と、
   を備え、
   前記撮像素子は、保護基板と、センサ部と、を備え、
   前記保護基板の屈折率は、前記屈折層の屈折率よりも大きく、
   前記センサ部は、前記光学部材、前記屈折層及び前記保護基板を介した光を光イメージとして撮像する凹凸検出装置。
9. 前記屈折層は、前記光学部材と前記撮像素子との間の隙間に存在する空気である請求項８に記載の凹凸検出装置。
10. 前記入射面に設けられており、前記対象物の表面に前記光を照射する面光源を備える請求項８又は請求項９に記載の凹凸検出装置。
11. 請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の凹凸検出装置と、
    前記凹凸検出装置によって検出された、前記対象物の表面の凹凸パターンである指紋を認証する制御部と、
    を備える指紋認証装置。

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