JP2001283206A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型かつ簡易な構成で、指紋画像の読取が可
能な画像読取装置の提供。 【解決手段】 筐体１と、入力面を有する入力部材２
と、透明基材からなる回転体３と、光源４と、光電変換
素子を複数個有する光検出手段５と、信号処理手段８を
備え、光源から入力面に対して入射され、入力面に接触
する指６の谷線の反射光から得られる部分画像と、同時
に指と接触して回転する回転体の一端の表面に設けた濃
淡パターンとを光検出手段で連続的に検出することによ
り、部分画像から指紋の全体画像を信号処理手段８で合
成する。更に、入力面から得られる反射光に加え、散乱
光も検出するように光源及び光検出手段を配置すること
により、原稿のような平面状で濃淡のある画像も読取可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、読取対象と画像読
取装置との相対的な移動量を検出し、部分画像から全体
画像を合成することにより、指紋のような凸凹のある読
取対象及び原稿のような濃淡をもつ平面状の読取対象を
読み取ることが可能な、画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の画像読取装置として、光検出手段
をもち読取対象と画像読取装置の相対移動により部分画
像から２次元の全体画像を合成することにより指紋と、
原稿読取を行う画像読取装置としては特開平１０−２４
０９０６に入力面へ照明光を垂直入射させ垂直反射光を
検出する例が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示されるロー
ラ１０１及びロータリーエンコーダ（図示しない）を使
用し、指紋の部分画像から全体画像を合成する画像読取
装置では、指１０７の相対移動距離を検出して指紋画像
を再構成するため、画像処理が比較的容易で、かつＣＣ
Ｄ等のリニアイメージセンサ１０２が比較的小面積で済
むメリットはあるが、ロータリエンコーダを使用するた
め、コストが上昇するという課題であった。加えて、図
１１に示されるような垂直入射・反射光を利用する方法
による画像読取装置では、指の山線部分と谷線部分の反
射光差は斜め入射の反射光差に比べて少ないため、光指
紋読取時には光検出手段の蓄積時間を原稿読取時以上に
確保する等の課題があった。したがって、原稿読取は簡
単であるが、指紋読取能力は低くなるという課題があっ
た。

【０００４】そこで本発明は光検出手段を使用し、指紋
のような凸凹のある読取対象が得られる画像読取装置
と、前記読取対象に加えて原稿のような平面状で濃淡を
もつ読取対象の両方を精度よく読取可能で簡易な画像読
取装置とを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する手段
として、請求項１記載の発明は、光源と、読取対象の入
力面を有し、透明基材からなり、三角状のプリズム構造
からなる入力部材と、前記読取対象と前記入力面との境
界で散乱する散乱光、若しくは前記入力面で反射される
反射される反射光を検出する複数の光電変換素子から構
成される光検出手段と、該光検出手段から出力される前
記読取対象の部分画像を全体画像に合成する信号処理手
段とを有する画像読取装置において、前記光源と前記光
検出手段との光路間に位置し、前記読取対象と前記画像
読取装置との相対的な移動量に応じて回転する回転体を
有し、前記読取対象と前記画像読取装置との相対的な移
動量を検出するために該回転体の回転量を前記光検出手
段で検出し、前記光検出手段で得られた部分画像と前記
移動量に基づき、前記読取対象の全体画像を合成するこ
とを特徴とする。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の画
像読取装置において、前記回転体の一端の表面に濃淡パ
ターンが形成され、前記光源から前記濃淡パターンを透
過する透過光を前記光検出手段で検出することを特徴と
する。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１乃至２記
載の画像読取装置において、前記光検出手段が、前記入
力面から発生するスネルの法則で規定される反射光を受
光する位置にあることを特徴とする。

【０００８】請求項４記載の発明は、請求項１乃至２記
載の画像読取装置において、前記光源から前記入力面へ
の入射光が複数の異なる入射角成分を有し、前記光検出
手段が前記入力面とから発生するスネルの法則で規定さ
れる反射光と、前記読取対象から発生する散乱光とを受
光する位置に配置されたことを特徴とする。

【０００９】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４記
載の画像読取装置において、前記入力部材及び前記回転
体と、前記検出手段との光路間に結像光学系を有するこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の
いずれかに記載の画像読取装置において、前記入力部材
及び前記回転体と、前記光検出手段との光路間に光ファ
イバ束を有することを特徴とする。

【００１１】請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の
いずれかに記載の画像読取装置において、前記入力部材
が台形状のプリズム構造を有することを特徴とする。

【００１２】請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の
いずれかに記載の画像読取装置において、前記読取対象
が指紋のような凸凹のある読取対象と、原稿のような濃
淡を持つ読取対象であることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態である画
像読取装置の一例を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明の画像読取装置の第１の実施
形態を示す断面図である。この画像読取装置は、筐体１
と、三角状のプリズム構造からなり、読取対象の入力面
を有する入力部材２と、指等の読取対象と接触して回転
する回転体３と、冷陰極管やＬＥＤ、若しくはＥＬ等に
代表される光源４と、ＣＣＤ等のイメージセンサーに代
表される光電変換素子を複数個有する光検出手段５を備
える。なお、光検出手段５には信号処理手段８が接続さ
れており、光源から光検出手段に直接光が入らないよう
に遮蔽されている。また、図２に示すように、回転体３
の一端の表面には透過率が異なる濃淡パターン１５が形
成されている。

【００１５】まず、指紋読取時の動作について図１から
図５に基づき説明する。図２は回転体に形成されている
濃淡パターンを示す斜視図である。図３は回転体の回転
量を検出する信号処理回路の動作を示すフローチャー
ト、図４は指紋読取時の入射光、反射光及び散乱光の様
子を示す図であり、図５は、指の接触状態及び屈折率と
入射角度−反射率特性の関係を示すグラフである。

【００１６】指が最初に接触して、回転体が回転する
と、光検出手段で部分画像の入力を開始する。図３のフ
ローチャートが示すように、指の移動に対応して回転体
が回転すると、図２に示す回転体の一端の表面に形成さ
れた濃淡パターンを透過する光を光検出手段で検出し、
回転量検出手段で所定の回転量に到達したと判定する
と、部分画像バッファに転送する。

【００１７】次に入力部材２に指が接触する。指が入力
部材に直接接触していない指の谷線部分の反射率はスネ
ルの法則に従って入力部材の屈折率に大きく影響し、屈
折率：ｎ＝１．５の場合は臨界角が４１．８度で反射率
曲線１２ａ、屈折率：ｎ＝２の場合は臨界角が３０度で
反射率曲線１２ｂのような特性を示す。一方、指の山線
部分に照射される入射光は皮膚が入力面に直接接触して
いるため、屈折率の大小にかかわらず反射率は低く、反
射率曲線１２ｃのような特性を示す。したがって、入射
角が２０度以上であるように光源の位置を設定すれば、
光検出手段で指の山−谷線部分の明暗差が大きな指紋画
像を検出することが可能となる。

【００１８】更に、矢印方向に指を連続して移動させる
と、光検出手段で検出した部分的な指紋画像を検出し、
回転体が所定の回転量に到達すると部分画像バッファに
順次転送し、この部分画像バッファに蓄積された複数の
部分画像から、指紋の全体画像を合成することが可能と
なる。

【００１９】次に原稿に代表される平面状で濃淡のある
画像を読取る第２の実施形態について、図６に基づき説
明する。

【００２０】図６は指紋のみならず、原稿も読取ること
が可能な画像読取装置の主要構成要素を示す断面図であ
る。この画像読取装置は図１に示した指紋を読取ること
が可能な画像読取装置を基本として、入射光成分が異な
る光源４ａと光源４ｂを配置する。

【００２１】次に、第２の実施形態の動作について説明
する。

【００２２】最初に原稿が回転体３に接触して回転を始
めると、光検出手段で部分画像の入力を開始する。回転
量検出手段で回転量を検出し、所定の回転量に到達する
と部分画像バッファに順次転送する。次に入力部材２に
原稿７が到達すると、原稿に照射される入射光は入力面
を透過し、原稿の表面で散乱光が発生し、光検出手段で
検出する。図６（ｂ）のように、入力面に対する入射角
が２０度以上となるように光源の位置を設定した場合、
入力面で反射する反射光の強度が散乱光を上回るため、
原稿の画像を検出し難くなる。逆に、図６（ｃ）のよう
に入射角が２０度以下となるように光源の位置を設定し
た場合、入力面で反射する反射光と原稿で散乱した散乱
光を比較して後者の方が強いため、原稿の部分画像を検
出し易くなる。

【００２３】更に、指紋の画像を得る場合と同様に、矢
印方向に原稿を相対移動させると、回転体の回転量に応
じて部分画像バッファに原稿の部分画像を順次転送し、
部分画像バッファに蓄積された複数の部分画像に基づ
き、原稿の全体画像を合成することが可能となる。

【００２４】このような指紋若しくは原稿を読取ること
が可能な画像読取装置の他の実施形態について、図７〜
９に基づき説明する。

【００２５】図７は、図６に示した第２の実施形態にお
いて入力部材として三角状のプリズムに代わり、台形状
のプリズムを使用した、第３の実施形態の主要構成要素
を示している。台形状のプリズムを使用し、光源に対向
する表面の形状を最適化することにより、光源４ａ及び
４ｂから入力部材に対する入射光の効率が向上し、指紋
及び原稿の画像が得易くなる。

【００２６】図８は、図７に示した第３の実施形態にお
いて、光源としてＥＬ等発光面積の切り替え可能な面光
源を使用した第４の実施形態の主要構成要素を示してい
る。

【００２７】図９は、図１に示した画像読取装置におい
て、回転体２と光検出手段５との光路間に光学レンズ１
５を含む結像光学系を設けた、第５の実施形態の主要構
成要素を示している。これにより、画像の歪みの修正
と、光検出手段及び装置全体の小型化が可能となる。

【００２８】図１０は、図１に示した画像読取装置にお
いて、入力部材２及び回転体３と光検出手段５との光路
間に光ファイバ束１６を設けた第６の実施形態の主要構
成要素を示している。この場合、光ファイバ束へ大きな
入射角で入射する散乱光の影響を除去でき、かつ設計の
自由度が大きくなり装置全体の小型化が可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、光源と入力面を有する入力部材と回転体と光検出手
段を有し、入力面からの光を検出する画像読取装置にお
いて、入力面からの反射光を部分画像として光検出手段
で検出し、更に読取対象と前記画像読取装置の相対移動
量を算出するために読取対象と接触して回転する回転体
の回転量を検出して、得られた部分画像と回転量に基づ
き、２次元の全体画像を合成する。したがって、従来の
指紋などを認識するために必要だった指の相対移動量を
検出するロータリーエンコーダや指紋パターンから指の
相対的な移動速度の算出するプロセッサ等を省略し、か
つ光検出手段のサイズを小型化できるため、画像読取装
置のトータルコストを大幅に低減することが可能とな
る。更に、入力面からの反射光のみならず、散乱光も検
出するように光源及び光検出手段を構成することによ
り、指紋のような凹凸がある読取対象と原稿のような平
面状かつ濃淡をもつ読取対象の両方の読取が可能となる
簡易かつ小型な画像読取装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図である。

【図２】本発明の第１の実施形態において、濃淡パター
ンを説明する斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施形態において、信号処理手
段の動作を示すフローチャートである。

【図４】本発明の第１の実施形態において、入射光、反
射光、散乱光の様子を示す説明図である。

【図５】指の接触状態及び屈折率と入射角度−反射率特
性の関係を示すグラフである。

【図６】本発明の第２の実施形態における主要構成要素
を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施形態における主要構成要素
を示す断面図である。

【図８】本発明の第４の実施形態における主要構成要素
を示す断面図である。

【図９】本発明の第５の実施形態における主要構成要素
を示す断面図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態における主要構成要
素を示す断面図である。

【図１１】従来の画像読取装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１ａ・・・筐体 ２・・・入力部材 ３・・・回転体 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・光源 ５・・・光検出手段 ６・・・指 ７・・・原稿 ８・・・信号処理手段 ９・・・入射光 １０・・・反射光 １１・・・散乱光 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・反射率曲線 １３・・・濃淡パターン １４・・・台形プリズム １５・・・光学レンズ １６・・・光ファイバ束 １０１・・・ロータリエンコーダ １０２・・・リニアイメージセンサ １０３・・・ハンディスキャナ部 １０４・・・ペン形筐体 １０５・・・線状光源 １０６・・・光ファイバ収束部材 １０７・・・指

フロントページの続き (72)発明者 町田 聡 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 CA04 CA17 5B047 AA25 BA01 BB02 BC04 BC08 BC11 BC14 CA08 CB07 5C051 AA01 BA03 DA03 DB01 DB21 DB25 DB29 DC04 DE02 EA02 FA01 FA02 5C072 AA01 BA04 CA05 DA07 DA10 EA05 PA02 VA10 XA01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、読取対象の入力面を有し、透明
   基材からなり、三角状のプリズム構造からなる入力部材
   と、前記読取対象で散乱する散乱光、若しくは前記入力
   面で反射される反射光を検出する複数の光電変換素子か
   ら構成される光検出手段と、該光検出手段から出力され
   る前記読取対象の部分画像を全体画像として合成する信
   号処理手段とを有する画像読取装置において、 前記光源と前記光検出手段との光路間に位置し、前記読
   取対象と前記画像読取装置との相対的な移動量に応じて
   回転する回転体を有し、 前記読取対象と前記画像読取装置との相対的な移動量を
   検出するために該回転体の回転量を前記光検出手段で検
   出し、前記光検出手段で得られた部分画像と前記回転量
   に基づき、前記読取対象の全体画像を合成することを特
   徴とする画像読取装置。
2. 【請求項２】前記回転体の一端の表面に濃淡パターンが
   形成され、前記光源から前記濃淡パターンを透過する透
   過光を前記光検出手段で検出することにより、前記回転
   体の回転量を検出する請求項１記載の画像読取装置。
3. 【請求項３】前記光検出手段が、前記入力面から発生す
   るスネルの法則で規定される反射光を受光する位置に設
   定されることを特徴とする、請求項１乃至２記載の画像
   読取装置。
4. 【請求項４】前記光源から前記入力面への入射光が複数
   の異なる入射角成分を有し、前記光検出手段が、前記入
   力面から発生するスネルの法則で規定される反射光と前
   記読取対象から発生する散乱光とを受光する位置に設定
   されることを特徴とする、請求項１乃至２記載の画像読
   取装置。
5. 【請求項５】前記入力部材及び前記回転体と、前記検出
   手段との光路間に結像光学系を有することを特徴とする
   請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置。
6. 【請求項６】前記入力部材及び前記回転体と、前記光検
   出手段との光路間に光ファイバ束を有することを特徴と
   する請求項１乃至５のいずれかに記載の画像読取装置。
7. 【請求項７】前記入力部材が台形状のプリズム構造から
   なる請求項１乃至６のいずれかに記載の画像読取装置。
8. 【請求項８】前記読取対象が指紋のような凸凹のある読
   取対象と、原稿のような濃淡をもつ読取対象であること
   を特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像読
   取装置。