TWI511054B - Bump detection device - Google Patents

Description

凹凸圖形檢出裝置

本發明係關於凹凸圖形檢出裝置。

以往，做為檢出對象物表面的凹凸圖形之裝置，眾所週知有利用稜鏡者(例如參照專利文獻1、2)。專利文獻1所記載的指紋圖形輸入裝置係具備：上面具有讓手指接觸的手指接觸面之三角柱形狀之稜鏡；配置在稜鏡斜下方、朝向稜鏡的手指接觸面照射光之光源；以及由利用稜鏡的手指接觸面反射的反射光來檢出指紋圖像之攝影機。

但是，前述指紋圖形輸入裝置中，光係從斜向照射到稜鏡的手指接觸面，其反射光亦朝手指接觸面的斜方向射出，因此經檢出之指紋圖像係從斜向看到的指紋，會有圖像比從正看面時較為扭曲之問題。所以為了解決這種問題，眾所週知有利用纖維光學板取代稜鏡之裝置(例如參照專利文獻3~7)。

專利文獻3所記載之指紋檢出裝置係具備：具有放置手指的輸入端面和與輸入端面平行的輸出端面之纖維光學板；設置在輸入端面側、朝向手指照射光之光源；及設置在輸出端面側、由透過手指的光來拍攝指紋之CCD攝影機。該指紋檢出裝置係藉由利用透過手指的光來拍攝指紋，而能獲得從正面看指紋之圖像。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開昭62-212892號公報

[專利文獻2]日本特開昭55-13446號公報

[專利文獻3]日本特許第3461591號公報

[專利文獻4]日本特開平7-171137號公報

[專利文獻5]美國專利第4,932,776號說明書

[專利文獻6]美國專利第4,785,171號說明書

[專利文獻7]日本特開平6-300930號公報

而且，針對前述專利文獻3之指紋檢出裝置，在用於手掌紋等有厚度的對象物表面之凹凸圖形檢出時，由於光必須透過對象物，因此圖像之對比會對應於對象物之厚度而降低。因而，由於對象物之厚度的影響而使檢出結果產生偏差，因此有凹凸圖形檢出之可靠性降低之虞。

因此，本發明係鑑於上述問題而研發者，其目的在於提供可靠性高的凹凸圖形檢出裝置。

本發明係用於檢出對象物表面之凹凸圖形的凹凸圖形檢出裝置，其特徵為，具備：纖維光學板，具有第1面及第2面，該第1面係藉由複數之光纖的第1端面構成，讓對象物表面接觸，該第2面係藉由複數之光纖的第2端面構成，與第1面大致平行；照射手段，係配置在纖維光學板的第2面側，對第2面照射光；及凹凸圖形檢出手段，係配置在纖維光學板的第2面側，根據從第2面射出之光而檢出凹凸圖形；複數之光纖的光軸係於與第2面大致正交的預定面內，從第2面朝一方向旋轉，傾斜形成未達90°之第1角度，照射手段係於預定面內，從第2面朝另一方向旋轉，從形成未達90°之第2角度的方向對第2面照射光，第1角度和第2角度被設定為從第2面射入光纖的核芯之光進入光纖的包覆層內。

在關於本發明之凹凸圖形檢出裝置中，當照射手段對第2面照射光時，光被從第2面朝向第1面傳播，且光在與第1面接觸的對象物表面之凸部散射或被吸收，而在不與第1面接觸的對象物表面之凹部，光被第1面反射。藉此，對象物表面之凹凸圖形係以反射光之明暗而被呈現，因此可檢出凹凸圖形當作圖像。因而，由於根據此凹凸圖形檢出裝置則光不須透過對象物，所以能夠避免因為對象物之厚度的影響而使圖像之對比降低。藉此，由於可檢出充分的對比圖像，而可謀求提高凹凸圖形檢出之可靠性。

在關於本發明之凹凸圖形檢出裝置中，較佳係第1角度為63°~73°範圍內之角度，且第2角度為5°~30°範圍內之角度。

在關於本發明之凹凸圖形檢出裝置中，較佳為在纖維光學板的第2面設有使照射手段的光透過之補強構件。於此情形，由於可藉由補強構件補強纖維光學板，而可謀求裝置之長壽命化。而且，藉由將照射手段的光及透過反射光的補強構件配置在纖維光學板的第2面側，而能將對於凹凸圖形的檢出精確度之影響抑制於最小限度。又，由於能以簡易的構造實現耐久性之提高，因而有利於裝置低成本化。

在關於本發明之凹凸圖形檢出裝置中，較佳為從與預定之面大致平行的方向觀看時，纖維光學板的第1面具有形成凸狀之第1曲面。藉由使第1曲面沿著對象物表面例如手掌而形成的方式，於凹凸圖形檢出時，由於容易使對象物表面密合於第1面，而可謀求提高檢出精確度。

在關於本發明之凹凸圖形檢出裝置中，較佳為從與預定之面大致平行的方向觀看時，纖維光學板的第1面具有形成凹狀之第2曲面。藉由使第1曲面沿著例如手指表面而形成的方式，於凹凸圖形檢出時，由於容易使對象物表面密合於第1面，而可謀求提高檢出精確度。

藉由本發明，可提供可靠性高的凹凸圖形檢出裝置。

以下，參照圖面詳細地說明本發明之較佳實施形態。此外，對各圖中之相同或相當部分附加相同符號而省略重複說明。

[第1實施形態]

如第1圖及第2圖所示，關於本實施形態之凹凸圖形檢出裝置1係用於檢出手指表面之凹凸圖形亦即指紋者，且其具備上面具有用於與手指2接觸的輸入端面(第1面)4之斜面纖維光學板(以下稱為斜面FOP)3。

斜面FOP3係將成束且一體化的複數之光纖6形成板狀，即所謂的纖維光學板(光纖板、FOP)之一種。纖維光學板係將數μm徑的單光纖例如數千萬條熔接成束(例如藉由加熱、加壓)之光學元件。單光纖一般係由用於傳達光的核芯玻璃、被覆該核芯玻璃的包覆層玻璃以及用於吸收從核芯玻璃漏出的光之吸收體(E.M.A.)玻璃這三種所構成。單光纖係藉由核芯玻璃和包覆層玻璃的折射率之差，於其境界引起全反射而傳達光。以最大受光角以上之角度射入的光不會引起全反射，雖然逃逸到光纖外，但被配置在包覆層玻璃周圍的吸收體玻璃吸收。因此不會使解像度降低且能傳達光學圖像。

斜面FOP3係由複數之光纖6以及配置在光纖6之間用於吸收從光纖6漏出的光之吸收體7所構成。又，光纖6係由核芯8以及覆蓋核芯8周圍的包覆層9所構成。

斜面FOP3具有藉由複數之光纖6的上端面(第1端面)所構成之輸入端面4、以及藉由複數之光纖6的下端面(第2端面)所構成之輸出端面(第2面)5。斜面FOP3係以一定的厚度形成，輸入端面4和輸出端面5係互相形成平行。

又，斜面FOP3係於包含光纖6的光軸Rf且與輸出端面5大致正交的預定法線面內，以光纖6的光軸Rf和輸出端面5所構成的角度成為預定之傾斜角α(第1角度)的方式形成。傾斜角α為未達90°之角度。又，法線面相當於第1圖及第2圖之紙面。

此處，以第2圖的箭號S顯示光纖6的光軸Rf對輸出端面5的傾斜方向。以下，將該方向稱為光軸傾斜方向S。在斜面FOP3的輸入端面4上設置有手指2，其指尖朝向光軸傾斜方向S。

在斜面FOP3的輸出端面5側配置有對輸出端面5照射光之照射光源(照射手段)10、以及根據從輸出端面5射出的光來檢出指紋圖像之CCD[Charge Coupled Device]攝影機(凹凸圖形檢出手段)11。

做為照射光源10，係使用白熾燈泡、放電燈(Discharge lamp)、LED[Light Emitting Diode]、有機EL[Electro Luminescence]、雷射等。該照射光源10係於斜面FOP3的輸出端面5側，從斜面FOP3看為朝向光軸傾斜方向S配置。照射光源10係於法線面內，配置成照射光的方向和輸出端面5所構成的角度形成預定之照射角度β(第2角度)。照射角度β為未達90°之角度。

CCD攝影機11係配置在斜面FOP3的正下方，從正面拍攝放置在輸入端面4上的手指2之指紋全體。又，CCD攝影機11係配置在比照射光源10還下側。

接著，說明凹凸圖形檢出裝置1中的斜面FOP3的傾斜角α和照射光源10的照射角度β之關係。

該凹凸圖形檢出裝置1係以從輸出端面5射入光纖6的核芯8之光為滿足進入包覆層9內之包覆層射入條件的方式，設定斜面FOP3的傾斜角α及照射光源10的照射角度β(參照第2圖之箭號A)。如此地設定之凹凸圖形檢出裝置1係照射光源10對輸出端面5所照射之光不成為光纖6的光纖傳送主體。亦即，該凹凸圖形檢出裝置1係從輸出端面5射入核芯8內的光為在核芯8和包覆層9的境界面未被全反射而進入包覆層9內並散射。經散射之光的一部分被吸收體7吸收，未被吸收體7吸收的光的一部分係於斜面FOP3內行進而到達輸入端面4。

具體而言，針對厚度為1mm、光纖尺寸為6μm、開口數為1、核芯8的折射率為1.82、包覆層9的折射率為1.495之斜面FOP3，若傾斜角α為68°且照射角度β為從法線N起在24°~90°之範圍內的角度，則滿足包覆層射入條件，光會進入包覆層9內並散射。

另一方面，傾斜角α和照射角度β未滿足包覆層射入條件時，照射光源10對輸出端面5照射的光係成為光纖6的光纖傳送主體。亦即，照射光源10從輸出端面5射入核芯8內的光係於光纖6的核芯8和包覆層9之境界面被全反射，在核芯8內行進且被傳送到輸入端面4(參照第2圖之箭號B)。

具體而言，針對厚度為1mm、光纖尺寸為6μm、開口數為1，核芯8的折射率為1.82、包覆層9的折射率為1.495之斜面FOP3，若傾斜角α為68°且照射角度β為從法線N起0°以上且24°以下之角度時，則未滿足包覆層射入條件，光會在核芯8內行進。此外，第2圖之箭號C係表示從斜面FOP3的側方所照射之與輸出端面5平行的方向之光為未滿足包覆層射入條件之情形。

具有以上構成之凹凸圖形檢出裝置1係當照射光源10照射的光為從輸出端面5射入且到達輸入端面4時，光會在與輸入端面4接觸的手指表面之凸部散射或被吸收到手指2內，而在不與輸入端面4接觸之凹部，光會被輸入端面4反射。藉此，手指表面之凹凸圖形亦即指紋係以反射光之明暗被呈現，因此可藉由CCD攝影機11以圖像進行指紋檢出。如此地，藉由凹凸圖形檢出裝置1，在指紋檢出時光不須透過手指2，因此可避免因手指2的厚度之影響而降低圖像對比。且，由於照射光源10所照射的光係滿足包覆層射入條件，因此對應於指紋凹凸的反射光之明暗被明確地呈現，藉此可檢出充分對比的圖像。因而，藉由該凹凸圖形檢出裝置1，可謀求提高凹凸圖形檢出之可靠性。

又，藉由該凹凸圖形檢出裝置1，由於採用斜面FOP3代替稜鏡，即使輸入端面4上附著手指的油等污物，仍可防止指紋檢出精確度降低。亦即，如第3圖所示，將手指按壓於稜鏡以採取指紋之方法，由於係利用起因於手指水分的全反射條件變化來檢出指紋，而因附著在輸入端面4上的手指的油等之影響，除了檢出對象之指紋M以外，還會檢出殘留指紋N。相對於此，如第4圖所示，由於凹凸圖形檢出裝置1係採用斜面FOP3，因此不易受到附著在輸入端面4上的污物之影響，而能以良好的精確度僅將檢出對象的指紋M予以檢出。又，採用斜面FOP3代替稜鏡係有利於裝置小型化及輕量化。

此處，根據測定結果說明滿足包覆層射入條件的傾斜角α和照射角度β之關係。首先，說明隨著傾斜角α及照射角度β的變化之圖像可檢出範圍的變化之測定結果。所謂圖像可檢出範圍，係CCD攝影機根據從輸出端面射出的光而能檢出充分對比的圖像之範圍。

首先，說明測定條件。該測定中，做為斜面FOP，係使用厚度為1mm、光纖徑為6μm、開口度為1的濱松Photonics公司製FOP。又，做為照射光源，係使用林時計公司製LA-150TX之光纖光(Fibre light)。該光纖光係額定電壓為AC100/120V、額定消耗電力為180W、額定頻率為50/60Hz、燈消耗電力為150W(15V)。做為CCD攝影機，係使用光學尺寸為1/2英吋、畫素數為200萬者。又，做為CCD攝影機之鏡頭，係使用CCTV[Closed Circuit Television]用的C安裝座(C mount)，F值為1.4、焦距為25mm者。

如第5圖(a)~(c)所示，該測定中，為了對比比較而橫向並列配置有傾斜角為68°之標準斜面FOP12、和具有任意的傾斜角α之測定用斜面FOP13。同樣地，將照射角度固定於20°的標準照射光源14和照射角度β為可調整的測定用照射光源15配置在斜面FOP12、13的輸出端面側，且從斜面FOP12、13看為朝向光軸傾斜方向S。該測定中，變更測定用斜面FOP13的傾斜角α及測定用照射光源15的照射角度β，以標準照射光源14的光對標準斜面FOP12的反射光之圖像為基準，藉由目視判定是否在圖像可檢出範圍內，亦即是否能檢出充分對比的圖像。

針對標準照射光源14及測定用照射光源15，進行將照射的光調整成接近於平行光。具體而言，調整成照射光的直徑在最接近照射光源時為直徑20mm、在距離照射光源70mm之位置為直徑15mm、在距離100mm之位置為直徑20mm。標準照射光源14的光係照射在跨於標準斜面FOP12和測定用斜面FOP13的境界線之範圍，其照射中心T1係位於該境界線上。又，將標準照射光源14和照射中心T1的距離設定為80mm。同樣地，測定用照射光源15的光係照射在跨於標準斜面FOP12和測定用斜面FOP13的境界線之範圍，其照射中心T2係位於該境界線上。又，將測定用照射光源15和照射中心T2的距離設定為80mm。

接著，於將測定用照射光源15的照射角度β固定於20°之狀態，使範圍變化，利用照度計計測其照射光及反射光的照明強度。將其計測結果顯示於表1。根據該計測結果，將有關測定時的測定用照射光源15的照明強度，範圍設定為7。同樣地，針對標準照射光源14亦將範圍設定為7。

測定對象之圖像可檢出範圍係以擴展到以照射中心T2為頂點的大致橢圓錐狀之範圍而概略地表現。此處係藉由以照射中心T2做為頂點、以輸出端面做為基準(0°)的三個角度θf、θb、θw，顯示圖像可檢出範圍。

θf係於包含輸出端面的法線及測定用照射光源15的光軸之平面(以下稱為「法線面」)內，以照射中心T2為中心之角度。θf係於將測定用照射光源15側的輸出端面當作0°而使觀測點之CCD攝影機(無圖示)以圓弧狀移動時，直到可檢出充分對比的圖像為止之角度。

θb與θf相同，θb係於法線面內以照射中心T2為中心之角度。θb超越θf，θb係於使CCD攝影機朝向與測定用照射光源15為相反側的輸出端面移動時，直到無法檢出充分對比的圖像為止之角度。此處，將θf和θb的平均角度當作中央角度θc顯示，以W顯示構成輸出端面和中央角度θc之線分。

θw係於包含線分W且對法線面呈垂直之平面亦即中央角度面內，以照射中心T2為中心之角度。θw係於將輸出端面當作0°而在中央角度面內使CCD攝影機以圓弧狀移動時，直到可檢出充分對比的圖像為止之之角度。該θw係從測定用照射光源15看時，左右皆為相同之值。

圖像可檢出範圍係可利用以上說明之θf、θb、θw顯示。具體而言，法線面內的θf~θb之範圍、中央角度面內的θw~180-θw之範圍即為圖像可檢出範圍。此外，γa係圖像可檢出範圍的法線面內之角度寬，當作θf及θb的差分顯示。

在表2~表4顯示測定用照射光源15的照射角度β及測定用斜面FOP13的傾斜角α和θf、θb、θw之關係。表2係顯示照射角度β為10°的情形之傾斜角α和θf、θb、θw之關係的表。表3係顯示照射角度β為20°的情形之傾斜角α和θf、θb、θw之關係的表。表4係顯示照射角度β為30°的情形之傾斜角α和θf、θb、θw之關係的表。

第6圖係顯示表3所示之照射角度為20°的情形之傾斜角α和θf、θb之關係的圖表、第7圖係顯示照射角度為20°的情形之傾斜角α和θf、θb之關係的圖。又，第8圖係顯示表4所示之照射角度為30°的情形之傾斜角α和θf、θb之關係的圖表。

如表2、3及第6、7圖所示，隨著傾斜角α變大，以θf、θb顯示之圖像可檢出範圍係朝向照明光源側傾斜，而隨著傾斜角α變小，朝向照明光源的相反側傾斜。於照明角度為10°或20°的情形，傾斜角α愈小則角度寬γa亦即圖像可檢出範圍愈大。

又，如表4及第8圖所示，於照明角度β為30°的情形，當傾斜角α為68°時可獲得實用的圖像可檢出範圍。此外，於照明角度β為30°的情形，亦於傾斜角α為68°時存在有角度寬γa。

接著，說明隨著傾斜角α及照明角度β的變化之照射中心T2之對比的變化之測定結果。

針對第5圖(a)~第5圖(c)所示之照射中心T2的對比，使傾斜角α及照明角度β變化並以目視測定。測定條件相較於前述圖像可檢出範圍的情形，主要差異在於做為觀測點的CCD攝影機(無圖示)之位置被固定住之處、及變更照射光源之範圍進行測定之處。CCD攝影機係固定在標準斜面FOP12和測定用斜面FOP13之境界線的正下方、可拍攝照射中心T1、T2的圖像之位置。

表5係顯示藉由目視之對比評價的表。如表5所示，以CCD攝影機拍攝的照射中心T2之圖像對比係以5階段評價。此處，將傾斜角α為68°、照射角度β為10°的情形之對比，以評分5來進行評價。此外，前述圖像可檢出範圍係相當於具有表5中的評分4以上之對比的範圍。

表6~表8係顯示傾斜角α及照明角度β和照射中心T2的對比關係。表6係顯示測定用照射光源15之範圍為7的情形之傾斜角α及照明角度β和照射中心T2之對比關係的表。表7係顯示測定用照射光源15之範圍為9的情形之傾斜角α及照明角度β和照射中心T2之對比關係的表。表8係顯示測定用照射光源15之範圍為6的情形之傾斜角α及照明角度β和照射中心T2之對比關係的表。又，第9圖係顯示表6的傾斜角α及照明角度β和照射中心T2之對比關係的圖表。

如表6~表8所示，於測定用斜面FOP13的傾斜角α為63°~73°且測定用照射光源15的照射角度β為5°~30°之情形，可獲得評分4附近的良好對比圖像。特別是於傾斜角α為68°且照射角度β為5°~20°的情形，可獲得評分5的顯著對比圖像。又，於將測定用照射光源15之範圍變更為6、7、9之情形，照射中心T2的對比評價仍無變化。

此外，做為測定用斜面FOP13，於使用不具備吸收體7者的情形，於有背景光之狀態下，對比有稍微美化之傾向。即使是不具有吸收體7之測定用斜面FOP，於無背景光之狀態下，亦與具有吸收體7的測定用斜面FOP為大致相同的對比。

根據以上測定結果，於斜面FOP的傾斜角α為63°~73°且照射光源的照射角度β為5°~30°的情形，可獲得良好的對比。實用上係以傾斜角α為68°且照射角度β為5°~30°的情形特佳。此時的圖像可檢出範圍係θf為70°、θb為105°、γa為35°，由於θw為大約45°，因此適於從側方之觀察。因此，於傾斜角α為68°且照射角度β為5°~30°的情形下，認為觀察方向和輸出端面5所構成的角度較佳為大約45°為止。

[第2實施形態]

關於第2實施形態之凹凸圖形檢出裝置21，相較於關於第1實施形態之凹凸圖形檢出裝置1，係於具備補強構件之處相異。

如第10圖所示，關於第2實施形態之凹凸圖形檢出裝置21，係具備配置在斜面FOP3的輸出端面5的厚板狀之補強構件22。補強構件22係由丙烯酸樹脂和玻璃等所構成，讓照射光源10的光及在輸入端面4被反射而從輸出端面5射出的反射透過。

如此地構成之第2實施形態的凹凸圖形檢出裝置21，係以藉由補強構件22補強斜面FOP3的方式，而可謀求提高裝置之耐久性。而且，藉由將透過照射光源10的光及反射光之補強構件22配置在斜面FOP3的輸出端面5側之方式，可將對於指紋檢出精確度之影響抑制於最小限度。又，由於能以簡易的構造實現耐久性之提高而有利於裝置之低成本化。

[第3實施形態]

關於第3實施形態之凹凸圖形檢出裝置31，相較於關於第1實施形態之凹凸圖形檢出裝置1，係於檢出手掌紋之處及斜面FOP的形狀為相異。

如第11圖~第14圖所示，關於第3實施形態之凹凸圖形檢出裝置31，係用於檢出檢出對象者的左手32之掌紋者，且其具備上面具有與手32接觸的輸入端面(第1面)34之斜面FOP33。

斜面FOP33係藉由彎曲成凸狀之前部33a和彎曲成凹狀之後部33b而形成為瓦片狀。前部33a的上面(第1曲面)34a係如第11圖所示，從包含光纖6的光軸Rf且與輸出端面35大致正交的預定法線面(相當於第14圖的紙面)之平行方向看時，形成凸狀的彎曲面。該前部33a的上面34a係形成沿著手掌的緩和之凸狀彎曲面。

同樣地，後部33b的上面34b係於從與法線面之平行方向看時，形成凹狀彎曲面。該後部33b的上面34b係形成沿著手掌的手根部之凹狀彎曲面。在該斜面FOP33放置手32，且手掌的手根部係與後部33b的上面34b接觸，除此以外的部分係與前部33a的上面34a接觸。如此地藉由形成斜面FOP33的前部33a的上面34a，而能使手掌易於密合在輸入端面34，因此可謀求掌紋檢出精確度之提高。

又，斜面FOP33係形成為構成形斜面FOP33的光纖之光軸Rf在手32的寬度方向朝向大拇指側而呈傾斜。亦即，斜面FOP33的光軸傾斜方向S相當於手32的寬度方向之中從小指側朝向大拇指側的方向。此外，如第11圖所示，於從光軸傾斜方向S看斜面FOP33時，光纖的光軸Rf係與輸出端面35的法線N重疊。

斜面FOP33的下面形成有輸出端面(第2面)35。斜面FOP33有一定的厚度，斜面FOP33的輸入端面34和輸出端面35係形成一定的間隔。

斜面FOP33的輸出端面35側設置有照射光源10及CCD攝影機11。照射光源10係朝向輸入端面34上的手掌照射光。照射光源10係於斜面FOP33的前部33a的下側，從斜面FOP33看為配置在光軸傾斜方向S之位置。又，照射光源10係配置在照射的光在斜面FOP33內，從不成為光纖傳送主體的方向射入輸出端面35之位置。

CCD攝影機11係配置在斜面FOP33的前部33a的正下方且可將手32的掌紋以充分對比的圖像檢出之圖像可檢出範圍內。第15、16圖係顯示圖像可檢出範圍之角度寬γa，γb。此處，γb係中央角度面中的圖像可檢出範圍之角度寬，其值等於從180°減去θw的2倍值者。CCD攝影機11係從正面拍攝放置在輸入端面34上的手32之手掌全體。

如此地構成之凹凸圖形檢出裝置31係能獲得與關於第1實施形態之凹凸圖形檢出裝置1同樣之效果。特別是在掌紋檢出時，由於光不須透過手32，因此能避免與手指相較之下，因個人而有較大差異的手32之厚度的影響而使圖像的對比降低，而能獲得大致均勻照明之圖像。而且，藉由採用斜面FOP33代替稜鏡，除了易於使輸入端面34大面積化以外，藉由將斜面FOP33形成瓦片狀，可充分地確保輸入端面34的面積並且謀求裝置小型化。

又，這種構成之凹凸圖形檢出裝置31係除了掌紋檢出以外，亦可適合活用於四指的指紋整批檢出。

[第4實施形態]

關於第4實施形態之凹凸圖形檢出裝置41，相較於關於第3實施形態之凹凸圖形檢出裝置31，係於具備補強構件之處為相異。

如第18圖~第20圖所示，關於第4實施形態之凹凸圖形檢出裝置41，係具備沿著斜面FOP33的輸出端面35而形成波浪狀的厚板之補強構件42。補強構件42的上面係與斜面FOP33的輸出端面35接合。補強構件42係由丙烯酸樹脂或玻璃等構成，讓照射光源10的光及在輸入端面34被反射而從輸出端面35射出的反射光透過。

關於如此地構成之第4實施形態之凹凸圖形檢出裝置41，由於可藉由補強構件42補強斜面FOP33，因此可謀求提高裝置之耐久性。而且，藉由將讓照射光源10的光及反射光透過的補強構件42配置在斜面FOP33的輸出端面35側，可將對於指紋檢出精確度之影響抑制於最小限度。又，由於能以簡易的構造實現耐久性之提高，而有利於裝置低成本化。

[第5實施形態]

關於第5實施形態之凹凸圖形檢出裝置51，相較於關於第4實施形態之凹凸圖形檢出裝置41，係僅於補強構件的形狀為相異。

如第21圖~第23圖所示，關於第5實施形態之凹凸圖形檢出裝置51，係具備載置有瓦片狀的斜面FOP33之梯形的補強構件52。補強構件52的上面係沿著斜面FOP33的輸出端面35而形成波浪狀，與斜面FOP33的輸出端面35無間隙地接合。補強構件52係由丙烯酸樹脂或玻璃等構成，讓照射光源10的光及在輸入端面34被反射而從輸出端面35射出的反射光透過。

藉由關於如此地構成之第5實施形態之凹凸圖形檢出裝置51，可獲得與關於第4實施形態之凹凸圖形檢出裝置41同樣之效果。而且，藉由將補強構件52形成梯形，可提高補強構件52及斜面FOP33對其他構件之組裝性。

[第6實施形態]

關於第6實施形態之凹凸圖形檢出裝置61，相較於關於第1實施形態之凹凸圖形檢出裝置1，係於可檢出旋轉指紋之處、斜面FOP的形狀、照射光源的配置及個數、CCD攝影機的配置為相異。

如第24、25圖所示，關於第6實施形態之凹凸圖形檢出裝置61，係檢出檢出對象者的手指2之旋轉指紋者，且其具備上面具有手指2接觸的輸入端面(第1面、第2曲面)64之斜面FOP63。

斜面FOP63係形成大致半管(Halfpipe)形狀。斜面FOP63係形成從手指2的正下方朝左右繞進去。又，斜面FOP63的前端部63a係於從上方看時，連續而形成U字狀，其內面抵接著指尖。

斜面FOP63的輸入端面64係如第25圖(a)所示，從包含光纖6的光軸Rf且與輸出端面35大致正交的預定法線面(相當於第25圖(b)的紙面)平行的方向看時，形成凹狀的彎曲面。輸入端面64係沿著手指2的下側表面而形成凹狀的彎曲面。如此地藉由形成斜面FOP63的輸入端面64，可使手指2的下側表面與輸入端面64密合，因此可謀求提高掌紋檢出精確度。

斜面FOP63的下面形成有輸出端面(第2面)65。斜面FOP63具有一定的厚度，斜面FOP63的輸入端面64和輸出端面65係形成一定的間隔。

如第25圖(b)所示，斜面FOP63係形成為構成斜面FOP63的光纖之光軸為朝向除了前端部63a以外的指尖所指的方向而呈傾斜。亦即，斜面FOP63的光軸傾斜方向S相當於除了前端部63a以外的手指2的指尖所指的方向。此外，在前端部63a，配合沿著指尖表面朝上傾斜的斜面FOP63，光軸傾斜方向S亦成為朝上傾斜之方向。另一方面，如第25圖(a)所示，於從指尖側看斜面FOP63時，光纖的光軸係與輸出端面65的法線N重疊。

如第24、26圖所示，斜面FOP63的斜下方配置有兩個照射光源66A、66B，該兩個照射光源66A、66B係朝向手指2的下側表面而從左右照射光。照射光源66A、66B係配置成在斜面FOP63的輸出端面65側，朝指尖所指的方向橫向並排。又，照射光源66A、66B係配置在照射的光在斜面FOP63內從不成為光纖傳送主體的方向射入輸出端面65之位置。

又，斜面FOP63的斜下方配置有用於檢出從斜面FOP63的輸出端面65射出的反射光之CCD攝影機67。CCD攝影機67係配置在比照射光源66A、66B還下方。CCD攝影機67係配置在可檢出指紋圖像之位置，亦即圖像可檢出範圍內。第26圖係顯示圖像可檢出範圍之角度寬γa、γb之例。

如此地構成之凹凸圖形檢出裝置61，係可獲得與關於第1實施形態之凹凸圖形檢出裝置1同樣的效果。

又，由於手指2下側的表面係與輸入端面64密合到左右部位，因此可不旋轉手指2而檢出旋轉指紋(參照第27圖)。進而由於實現以簡易的構成檢出旋轉指紋，而使裝置易於小型化。

又，藉由具備複數之照射光源66A、66B，可使圖像的亮度均勻化。此外，照射光源之數量不限於二台，具備三台以上亦可。

[第7實施形態]

關於第7實施形態之凹凸圖形檢出裝置71，相較於關於第6實施形態之凹凸圖形檢出裝置61，係於具備補強構件之處和照射光源及CCD攝影機之個數為相異。

如第28圖所示，關於第7實施形態之凹凸圖形檢出裝置71，係具備載置大致半管形狀的斜面FOP63的塊狀之補強構件72。補強構件72的上面的一部分係凹陷成斜面FOP63的輸出端面65之形狀，於該凹陷嵌入有斜面FOP63之狀態，將斜面FOP63的輸出端面65和補強構件72的上面無間隙地接合。補強構件72係由丙烯酸樹脂或玻璃等構成，讓照射光源76A~76D的光及在輸入端面64被反射而從輸出端面65射出之反射光透過。

照射光源76A~76D係配置在斜面FOP63的輸出端面65側(補強構件72的外側)且手指2的指尖所指的方向。照射光源76A、76B係配置在斜面FOP63的斜上方，通過朝上傾斜的斜面FOP63的前端的63a，且朝向手指2的指尖下側而從左右照射光。照射光源76C、76D係配置在斜面FOP63的斜下方，通過斜面FOP63而朝向手指2的指腹下側且從左右照射光。

斜面FOP63的下側配置有從左右檢出手指2的指腹圖像之兩台CCD攝影機77A、77B。又，從斜面FOP63看為在指尖所指的方向之下側配置有用於檢出手指2的指尖圖像之CCD攝影機77C。該CCD攝影機77C旁邊配置有與CCD攝影機77C成對的CCD攝影機(無圖示)。該等CCD攝影機係從左右檢出手指2的指尖圖像。

如此地構成之凹凸圖形檢出裝置71，由於可藉由補強構件72補強斜面FOP63，因此可謀求提高裝置之耐久性。而且，藉由將讓照射光源76A、76B的光及反射光透過的補強構件72配置於斜面FOP63的輸出端面65側，可將對於指紋檢出精確度之影響抑制於最小限度。又，由於能以簡易的構造實現耐久性之提高而有利於裝置低成本化。

又，具備複數台CCD攝影機，藉由合成各檢出的圖像而實現更不具死角的旋轉指紋圖像檢出。

[第8實施形態]

關於第8實施形態之凹凸圖形檢出裝置81，相較於關於第7實施形態之凹凸圖形檢出裝置71，係僅於補強構件的形狀為相異。

如第29圖所示，關於第8實施形態之凹凸圖形檢出裝置81，係具備上面具有沿著斜面FOP63的輸出端面65之凹部的厚板之補強構件82。補強構件82上面的凹部和斜面FOP63的輸出端面65係無間隙地接合。補強構件82係由丙烯酸樹脂或玻璃等構成，讓照射光源76A~76D的光及在輸入端面64被反射而從輸出端面65射出的反射光透過。

根據有關如此地構成之第8實施形態之凹凸圖形檢出裝置81，可獲得與有關第7實施形態之凹凸圖形檢出裝置71同樣的效果。而且，由於將補強構件82形成厚板狀而有利於裝置薄型化。

本發明並不受上述實施形態限定。

例如，關於本發明之凹凸圖形檢出裝置，除了檢出指紋和掌紋以外，亦可適合利用於橡皮圖章等柔軟的對象物表面之凹凸圖形檢出。

又，斜面FOP3的形狀並不限於上述形狀，掌紋檢出用者亦可形成為平板狀。又，照射光源及CCD攝影機之配置係對應斜面FOP3的形狀等而適當地設定。此外，除了CCD攝影機以外，使用適當的攝像元件等來檢出凹凸圖形的圖像之態樣亦可。

又，補強構件不限於厚板狀或梯形、塊狀者，可採用各種形狀者。例如，亦可將補強構件做成可利用於當作與其他構件之連結構件的形狀。

[產業上可利用性]

藉由本發明，可於檢出對象物表面之凹凸圖形時，充分檢出對比圖像，因此能謀求提高凹凸圖形檢出之可靠性。

1、21、31、41、51、61、71、81．．．凹凸圖形檢出裝置

2、32．．．手指(對象物)

3、33、63．．．斜面FOP

4、34．．．輸入端面(第1面)

5、35、65．．．輸出端面(第2面)

6．．．光纖

10、66A、66B、77A~77D．．．照射光源(照射手段)

11、67、77A~77C．．．CCD攝影機(凹凸圖形檢出手段)

22、42、52、72、82．．．補強構件

34．．．前部的上面(第1曲面)

64．．．輸入端面(第1面、第2曲面)

第1圖係顯示本發明之凹凸圖形檢出裝置的第1實施形態之概略側視圖。

第2圖係顯示第1圖的斜面FOP之放大剖視圖。

第3圖係顯示藉由習知之稜鏡式凹凸圖形檢出裝置所檢出的指紋之圖。

第4圖係顯示藉由第1圖的凹凸圖形檢出裝置所檢出的指紋之圖。

第5圖(a)係顯示可檢出圖像之範圍的測定狀況之側視圖。(b)係顯示可檢出圖像之範圍的測定狀況之前視圖。(c)係顯示可檢出圖像之範圍的測定狀況之仰視圖。

第6圖係顯示照射角度為20°之情形下的可檢出圖像之範圍的角度和傾斜角的關係之圖表。

第7圖係顯示照射角度為20°之情形下的可檢出圖像之範圍的角度和傾斜角的關係之圖表。

第8圖係顯示照射角度為30°之情形下的可檢出圖像之範圍的角度和傾斜角的關係之圖表。

第9圖係顯示照明中心的對比和照明角度及傾斜角的關係之圖表。

第10圖係顯示關於第2實施形態的凹凸圖形檢出裝置之概略側視圖。

第11圖係顯示關於第3實施形態的凹凸圖形檢出裝置之概略側視圖。

第12圖係顯示第11圖的凹凸圖形檢出裝置之概略仰視圖。

第13圖係顯示第11圖的凹凸圖形檢出裝置之概略前視圖。

第14圖係沿著第11圖的XIV-XIV線之剖視圖。

第15圖係用於說明第11圖的凹凸圖形檢出裝置中的可檢出圖像的範圍之概略側視圖。

第16圖係用於說明第11圖的凹凸圖形檢出裝置中的可檢出圖像的範圍之剖視圖。

第17圖係藉由第11圖的凹凸圖形檢出裝置所檢出的掌紋之照片。

第18圖係顯示關於第4實施形態的凹凸圖形檢出裝置之概略側視圖。

第19圖係顯示第18圖的凹凸圖形檢出裝置之概略仰視圖。

第20圖係顯示第18圖的凹凸圖形檢出裝置之概略前視圖。

第21圖係顯示關於第5實施形態的凹凸圖形檢出裝置之概略側視圖。

第22圖係顯示第21圖的凹凸圖形檢出裝置之概略仰視圖。

第23圖係顯示第21圖的凹凸圖形檢出裝置之概略前視圖。

第24圖(a)係顯示關於第6實施形態的凹凸圖形檢出裝置之概略側視圖。(b)係顯示(a)的凹凸圖形檢出裝置之概略前視圖。

第25圖(a)係沿著第24圖(a)之XXIVa-XXIVa線之剖視圖。(b)係第24圖(b)之沿著XXIVb-XXIVb線之剖視圖。

第26圖(a)係用於說明可檢出圖像之範圍的角度寬之對應第25圖(a)之剖視圖。(b)係用於說明可檢出圖像之範圍的角度寬之對應第25圖(b)之剖視圖。

第27圖係顯示藉由第24圖的凹凸圖形檢出裝置所檢出的旋轉指紋之圖。

第28圖(a)係顯示關於第7實施形態的凹凸圖形檢出裝置之對應第25圖(a)之剖視圖。(b)係顯示(a)的凹凸圖形檢出裝置之對應第25圖(b)之剖視圖。

第29圖(a)係顯示關於第8實施形態的凹凸圖形檢出裝置之對應第24圖(a)之剖視圖。(b)係顯示(a)的凹凸圖形檢出裝置之對應第24圖(b)之剖視圖。

2．．．手指

3．．．斜面FOP

4．．．輸入端面

5．．．輸出端面

6．．．光纖

7．．．吸收體

8．．．核芯

9．．．包覆層

S．．．光軸傾斜方向

N．．．法線

A、B、C．．．箭頭

α．．．傾斜角

β．．．照明角度

Rf．．．光軸

Claims (11)

1. 一種凹凸圖形檢出裝置，其係用於檢出對象物表面之凹凸圖形的凹凸圖形檢出裝置，其特徵為：具備：纖維光學板，具有第1面及第2面，該第1面係藉由複數之光纖的第1端面構成，讓前述對象物表面接觸，該第2面係藉由複數之前述光纖的第2端面構成，與前述第1面大致平行；照射手段，係配置在前述纖維光學板的前述第2面側，對前述第2面照射光；及凹凸圖形檢出手段，係配置在前述纖維光學板的前述第2面側，根據自前述第2面射出之光而檢出前述凹凸圖形；前述纖維光學板，包含有：複數的前述光纖、及配置於複數的前述光纖之間用來吸收光的吸收體；複數之前述光纖的光軸係於與前述第2面大致正交的預定面，從第2面朝一方向旋轉，傾斜形成未達90°之第1角度，前述照射手段係於前述預定面，自前述第2面朝另一方向旋轉，從形成未達90°之第2角度的方向對前述第2面照射光，前述第1角度和前述第2角度被設定為自前述第2面射入前述光纖的核芯之光進入前述光纖的包覆層內；前述第1角度為63°~73°的範圍內的角度，前述第2角 度為5°~30°的範圍內的角度。
2. 如申請專利範圍第1項之凹凸圖形檢出裝置，其中，在前述纖維光學板的前述第2面，設有使前述光透過之補強構件。
3. 如申請專利範圍第1或2項之凹凸圖形檢出裝置，其中，從與前述預定之面大致平行的方向觀看之情形下，前述纖維光學板的前述第1面係具有形成凸狀之第1曲面。
4. 如申請專利範圍第1或2項之凹凸圖形檢出裝置，其中，從與前述預定之面大致平行的方向觀看之情形下，前述纖維光學板的前述第1面係具有形成凹狀之第2曲面。
5. 一種凹凸圖形檢出裝置，其係用於檢出對象物表面之凹凸圖形的凹凸圖形檢出裝置，其特徵為：具備：纖維光學板，具有第1面及第2面，該第1面係藉由複數之光纖的第1端面構成，讓前述對象物表面接觸，該第2面係藉由複數之前述光纖的第2端面構成，與前述第1面大致平行；照射手段，係配置在前述纖維光學板的前述第2面側，對前述第2面照射光；及凹凸圖形檢出手段，係配置在前述纖維光學板的前述第2面側，根據自前述第2面射出之光而檢出前述凹凸圖形；複數之前述光纖的光軸係於與前述第2面大致正交的預定面，從第2面朝一方向旋轉，傾斜形成未達90°之第1 角度，前述照射手段係於前述預定面，自前述第2面朝另一方向旋轉，從形成未達90°之第2角度的方向對前述第2面照射光，前述第1角度和前述第2角度被設定為自前述第2面射入前述光纖的核芯之光進入前述光纖的包覆層內；從與前述預定之面大致平行的方向觀看之情形下，前述纖維光學板的前述第1面係具有形成凸狀之第1曲面。
6. 如申請專利範圍第5項之凹凸圖形檢出裝置，其中，前述第1角度為63°~73°範圍內之角度，且前述第2角度為5°~30°範圍內之角度。
7. 如申請專利範圍第5或6項之凹凸圖形檢出裝置，其中，在前述纖維光學板的前述第2面，設有使前述光透過之補強構件。
8. 如申請專利範圍第5或6項之凹凸圖形檢出裝置，其中，從與前述預定之面大致平行的方向觀看之情形下，前述纖維光學板的前述第1面係具有形成凹狀之第2曲面。
9. 一種凹凸圖形檢出裝置，其係用於檢出對象物表面之凹凸圖形的凹凸圖形檢出裝置，其特徵為：具備：纖維光學板，具有第1面及第2面，該第1面係藉由複數之光纖的第1端面構成，讓前述對象物表面接觸，該第2面係藉由複數之前述光纖的第2端面構成，與前述第1面大致平行； 照射手段，係配置在前述纖維光學板的前述第2面側，對前述第2面照射光；及凹凸圖形檢出手段，係配置在前述纖維光學板的前述第2面側，根據自前述第2面射出之光而檢出前述凹凸圖形；複數之前述光纖的光軸係於與前述第2面大致正交的預定面，從第2面朝一方向旋轉，傾斜形成未達90°之第1角度，前述照射手段係於前述預定面，自前述第2面朝另一方向旋轉，從形成未達90°之第2角度的方向對前述第2面照射光，前述第1角度和前述第2角度被設定為自前述第2面射入前述光纖的核芯之光進入前述光纖的包覆層內；從與前述預定之面大致平行的方向觀看之情形下，前述纖維光學板的前述第1面係具有形成凹狀之第2曲面。
10. 如申請專利範圍第9項之凹凸圖形檢出裝置，其中，前述第1角度為63°~73°範圍內之角度，且前述第2角度為5°~30°範圍內之角度。
11. 如申請專利範圍第9或10項之凹凸圖形檢出裝置，其中，在前述纖維光學板的前述第2面，設有使前述光透過之補強構件。