JP2002290684A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的な駆動機構（副走査手段）を省略でき
ると共に、物体からの反射光に基づく２次元画像を読み
取ることができ、かつ、薄型で簡素な構成の画像読取装
置を提供する。 【解決手段】 板状の透光性部材３１と、透光性部材の
厚さ方向(ｚ)に対向する２つの面のうち一方１０ａに配
置された反射散乱部材３２と、２次元に配列された複数
の受光部２２を有すると共に、これらの受光部が配列さ
れた面を透光性部材３１の前記一方の面１０ａに向けて
配置された２次元撮像素子１１とを備える。反射散乱部
材３２は、透光性部材の内部を伝搬する光を撮影対象物
に反射または散乱させる部材である。さらに、反射散乱
部材３２は、２次元撮像素子１１に対して、複数の受光
部２２以外の領域で、かつ、少なくとも受光部どうしの
間を含む所定領域と、対向する位置関係を有して配置さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の２次元画像
を読み取る画像読取装置に関し、特に、物体（撮影対象
物）からの反射光に基づいて物体の２次元画像を読み取
る反射型の画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、反射型の画像読取装置には、
物体を照明する照明部と、物体からの反射光を撮像する
撮像部とが設けられている。また、反射型の画像読取装
置における撮像部は１次元撮像素子で構成され、照明部
は線光源で構成される。これらの１次元撮像素子と線光
源とは平行に隣接して配置される。

【０００３】さらに、従来の反射型の画像読取装置に
は、読み取り対象となる物体に対して１次元撮像素子お
よび線光源を移動させる駆動機構、または、１次元撮像
素子および線光源に対して物体を移動させる駆動機構の
何れか一方が組み込まれている。この駆動機構による移
動（副走査）の方向は、１次元撮像素子による走査（主
走査）の方向と直交する。

【０００４】したがって、従来の反射型の画像読取装置
では、１次元撮像素子による主走査と、上記した駆動機
構による副走査とを実行することにより、物体の２次元
画像を読み取ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
反射型の画像読取装置では、副走査手段としての機械的
な駆動機構を組み込むため、装置内部に所定のスペース
を確保しなければならず、装置の薄型化に限界があっ
た。また、部品点数が多く、装置構成が複雑で、組立調
整に時間を要する問題もあった。

【０００６】機械的な駆動機構を無くすために、１次元
撮像素子を２次元撮像素子に置き換え、線光源を面光源
に置き換えることが考えられるが、単なる置き換えだけ
では、物体からの反射光に基づく２次元画像を読み取れ
なかったり、装置が却って大型化したり複雑化したりす
る。

【０００７】本発明の目的は、機械的な駆動機構（副走
査手段）を省略できると共に、物体からの反射光に基づ
く２次元画像を読み取ることができ、かつ、薄型で簡素
な構成の画像読取装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の画像読取装置
は、板状の透光性部材と、透光性部材の厚さ方向に対向
する２つの面のうち一方に配置された反射散乱部材と、
２次元に配列された複数の受光部を有すると共に、これ
らの受光部が配列された面を透光性部材の前記一方の面
に向けて配置された２次元撮像素子とを備えている。上
記した反射散乱部材は、透光性部材の内部を伝搬する光
を撮影対象物に反射または散乱させる部材であり、２次
元撮像素子に対して、複数の受光部以外の領域で、か
つ、少なくとも受光部どうしの間を含む所定領域と、対
向する位置関係を有して配置されている。

【０００９】この画像読取装置では、透光性部材の厚さ
方向に対向する２つの面のうち他方（反射散乱部材に対
向する面）が読み取り面となる。画像読取装置におい
て、透光性部材の内部を伝搬する光は、反射散乱部材に
おける反射または散乱と、読み取り面における全反射と
を繰り返しながら伝搬し、読み取り面に到達する度に一
部が読み取り面を透過する。したがって、読み取り面の
各箇所から透過光が得られるので、読み取り面を透過し
た光は、面状の照明光となる。また、面状の照明光によ
って照明された物体からの反射光は、読み取り面から透
光性部材の内部に入射し、透光性部材を介して２次元撮
像素子の複数の受光部に入射する。そして、２次元撮像
素子において垂直走査および水平走査が行われ、撮影対
象物である物体の画像が得られる。

【００１０】また、本発明の画像読取装置は、２次元に
配列された複数の受光部を有する２次元撮像素子と、照
明光が撮影対象物に照射されるように複数の受光部が配
列された面に対して斜めに形成された反射面を有すると
共に反射面が前記２次元撮像素子の設けられた側とは反
対側に向けて配置された反射部材とを備えている。上記
した反射部材は、２次元撮像素子に対して、複数の受光
部以外の領域で、かつ、少なくとも受光部どうしの間を
含む所定領域と対向する位置関係を有して配置されてい
るこの画像読取装置では、反射部材の反射面側が読み取
り面となる。画像読取装置において、反射部材は照明光
が撮影対象物である物体に照射されるように形成された
反射面を有し、かつ、２次元撮像素子に対して受光部以
外の領域と対向する位置に反射面が形成されているの
で、反射面から射出される光は、面状の照明光となる。
また、面状の照明光によって照明された物体からの反射
光は、反射部材が配置されない領域を通って２次元撮像
素子の複数の受光部に入射する。そして、２次元撮像素
子において垂直走査および水平走査が行われ、撮影対象
物である物体の画像が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。 (第１実施形態)本発明の第１実施形態は、請求項１,請
求項２,請求項４に対応する。第１実施形態の画像読取
装置１０は、図１(ａ)の外観斜視図に示すように、２次
元撮像素子１１と、導光板１２と、線状の光源部１３と
で構成されている。以下の説明では、２次元撮像素子１
１および導光板１２の厚さ方向をｚ方向、光源部１３の
長手方向をｘ方向とし、これらｚ方向およびｘ方向に垂
直な方向をｙ方向とする。

【００１２】第１実施形態の画像読取装置１０におい
て、２次元撮像素子１１と導光板１２とは透明な接着剤
(不図示)によって張り合わされている。２次元撮像素子
１１と導光板１２との間の接着面１０ａはｘｙ方向に平
行である。また、接着面１０ａに対向する導光板１２の
表面は、画像読取装置１０の読み取り面１４となってい
る。撮影対象物(不図示)は、読み取り面１４に近接また
は密着して配置される。読み取り面１４もｘｙ方向に平
行である。画像読取装置１０によって読み取られた２次
元画像信号は、出力端子１５から外部に出力される。

【００１３】次に、第１実施形態の画像読取装置１０を
構成する２次元撮像素子１１,導光板１２,光源部１３に
ついて詳細に説明する。なお、図１(ｂ)については後述
する。２次元撮像素子１１は、ＣＣＤ(電荷結合素子)を
用いたインタライン転送方式の撮像素子である。本実施
形態では、受光素子３６個を有し、６列の垂直電荷転送
路を有する２次元撮像素子１１を例示して説明する。２
次元撮像素子１１の詳細な構成は、図２の分解斜視図に
示されている。図２は、２次元撮像素子１１と導光板１
２との接着を剥がした状態を示す図である。

【００１４】２次元撮像素子１１は、シリコン基板２１
に、複数の受光部２２と、それぞれの受光部２２に設け
られた転送ゲート２３と、垂直電荷転送路２４と、水平
電荷転送路２５と、信号増幅部２６とを備える。各々の
受光部２２は、入射光に応じた電荷を蓄積するフォトダ
イオードである。以下、ｙ方向に沿って配列された受光
部２２を総じて受光部列２２ａという。

【００１５】また、垂直電荷転送路２４は、各々の受光
部列２２ａに隣接して１つずつ設けられる。各受光部２
２で蓄積された電荷は転送ゲート２３を介して垂直電荷
転送路２４に転送される。各々の垂直電荷転送路２４
は、取り込んだ電荷を垂直方向（ｙ方向）に転送する。
水平電荷転送路２５は、各々の垂直電荷転送路２４の出
力端２４ａに配置されている。水平電荷転送路２５は、
各々の垂直電荷転送路２４から電荷を取り込み、水平方
向（ｘ方向）に転送するＣＣＤである。信号増幅部２６
は、水平電荷転送路２５からの電荷を増幅すると共に電
気信号に変換する回路である。

【００１６】なお、上記した２次元撮像素子１１の各部
（２２〜２６）は、２次元撮像素子１１をｘ方向に沿っ
て切断した断面図（図１(ｂ)）に示すように、絶縁膜２
７によって覆われている。そして、この絶縁膜２７の表
面が上記した接着面１０ａ（図１(ａ)も参照）となる。

【００１７】なお、本実施形態では、受光部列２２ａの
幅は約１０μｍ、垂直電荷転送路２４の幅は５μｍ程度
としている。転送ゲート２３は、垂直電荷転送路２４の
電極と共通の電極を用いており、その転送ゲート２３の
幅は１μｍに満たない２次元撮像素子１１を用いてい
る。しかしながら、本発明はこれに限られない。一方、
導光板１２は、図２に示すように、板状の透光性部材３
１と、複数(６個)の反射散乱膜３２（反射散乱部材）と
で構成されている。

【００１８】板状の透光性部材３１は、アクリル樹脂や
光学ガラスなどの透光性材料からなる。透光性部材３１
のｘｙ方向の大きさは、図２に示す太線枠１１ａの大き
さよりも同等か若しくは大きい。また、透光性部材３１
には、厚さ方向（ｚ方向）で対向する２つの面のうち一
方（２次元撮像素子１１との接着面１０ａ（図１
(ｂ)））に、凹部３１ｃが受光部列２２ａの間隔と同じ
幅で形成されている。そして、凹部３１ｃは、図２に示
すｘ方向に平行に受光部列２２ａの幅と同じ間隔を持っ
て形成されている。

【００１９】これらの凹部３１ｃは、ｙ方向に細長く、
透光性部材３１の一方の端面３１ａから他方の端面３１
ｂまで連続的に一定幅で形成されている。そして、透光
性部材３１を２次元撮像素子１１に接着する際には、凹
部３１ｃの位置が２次元撮像素子１１の垂直電荷転送路
２４と対向するように接着する。なお、各々の凹部３１
ｃの深さは、反射散乱膜３２の厚さ程度である。

【００２０】また、各々の凹部３１ｃには反射散乱膜３
２が設けられる。反射散乱膜３２は、透光性部材３１の
凹部３１ｃに合致する大きさおよび形状の短冊シートで
あり、一方の面が光を反射または散乱する面（反射散乱
面３２ａ）となっている。各々の反射散乱膜３２は、反
射散乱面３２ａを透光性部材３１に密着させた状態で、
透光性部材３１の凹部３１ｃに貼付される。そして、透
光性部材３１を２次元撮像素子１１に接着する際には、
受光部列２２ａの間の間隔に反射散乱膜３２が位置する
ように接着される。

【００２１】反射散乱膜３２が貼付された透光性部材３
１で構成された導光板１２を２次元撮像素子１１に接着
したときの上面図は、図３のようになり、Ａ−Ａ断面図
は、図１(ｂ)に示すようになる。なお、導光板１２の２
次元撮像素子１１との接着面１０ａ（図１(ｂ)）のう
ち、反射散乱膜３２が形成されていない領域３１ｄは、
透光性部材３１を構成する透光性材料のままである。導
光板１２と２次元撮像素子１１とが貼り付けられたとき
には、これらの領域３１ｄは、図１(ｂ),図２に示すよ
うに、２次元撮像素子１１の受光部列２２ａに対向する
位置関係を有する。

【００２２】このように、導光板１２の２次元撮像素子
１１との接着面１０ａでは、反射散乱膜３２と透光性材
料の領域３１ｄとが交互に隣接して配置される。導光板
１２の接着面１０ａに対向する表面は、全体が透光性材
料のままであり、上記の読み取り面１４となる（図
１）。さらに、導光板１２の端面３１ｂには、反射膜３
３が設けられ、端面３１ａには遮光膜３４が設けられて
いる。

【００２３】反射膜３３は、図２に示すように、透光性
部材３１の端面３１ｂのうち、上記した複数(６個)の反
射散乱膜３２から延在する領域に形成されている。反射
膜３３は、端面３１ｂに対する蒸着やスパッタなどによ
り形成される。なお、端面３１ｂ全てを反射膜３３で覆
っても良い。遮光膜３４は、透光性部材３１の端面３１
ａのうち、上記した複数(６個)の領域３１ｄから延在す
る領域に形成されている。遮光膜３４は、端面３１ａに
対する蒸着やスパッタなどにより形成される。

【００２４】なお、透光性部材３１の端面３１ａのう
ち、上記した反射散乱膜３２から延在する領域（遮光膜
３４が形成されない領域）は、透光性部材３１を構成す
る透光性材料のままである。これらの領域は、図４に示
すように、光源部１３から射出された光Ｌｏの入射面で
あり、以下「光透過部３５」という。

【００２５】さて、光源部１３は、図４に示すように、
非常に小型の冷陰極管１３ａにて構成され、透光性部材
３１の端面３１ａに向けて線状の光Ｌｏを照射する。光
源部１３の実際の配置は、透光性部材３１の端面３１ａ
の近傍である（図１(ａ)参照）。光源部１３から射出さ
れて透光性部材３１の端面３１ａに達した光Ｌｏは、一
部は端面３１ａの複数(６個)の遮光膜３４で遮光され、
直接受光部２２に入射しないようになっている。また、
その他は、端面３１ａの複数(６個)の光透過部３５を通
過する。そして、光透過部３５を通過した光Ｌ１は、透
光性部材３１に入射して、その一部が反射散乱膜３２に
入射し、一部は、直接撮影対象物に到達する。

【００２６】次に、上記のように構成された画像読取装
置１０において、光源部１３から射出されて光透過部３
５を通過した光Ｌ１が透光性部材３１の内部を伝搬する
様子について説明する。ここでの説明は、導光板１２を
ｙ方向に沿って切断した断面図（図５(ａ),(ｂ)）を用
いて行う。図５(ａ),(ｂ)の断面図において、透光性部
材３１に対するハッチングを図示省略した。

【００２７】透光性部材３１に入射した光のうちその一
部の光Ｌ１は、図５(ａ)に示すように、反射散乱膜３２
の反射散乱面３２ａに入射すると、そこで反射または散
乱する。反射散乱面３２ａで反射または散乱した光は、
様々な進行方向を有する光Ｌ２,Ｌ３,…となり、反射散
乱面３２ａに対向する読み取り面１４に向けて進行す
る。読み取り面１４は、透光性部材３１と周囲(空気)と
の境界面である。

【００２８】ところで、透光性部材３１の方が周囲(空
気)より屈折率が高いため、上記の光Ｌ２,Ｌ３,…は、
読み取り面１４に到達すると、そのときの入射角θが臨
界角φより大きければ、読み取り面１４で全反射する
(光Ｌ４)。また、上記の光Ｌ２,Ｌ３,…は、入射角θが
臨界角φ以下のとき、読み取り面１４を透過し、撮影対
象物を照明する(光Ｌ５)。ここで、臨界角φは、透光性
部材３１の屈折率ｎ１と空気の屈折率ｎ２とを用いて、
「ｎ１×sinφ＝ｎ２」と表される。

【００２９】さらに、透光性部材３１の読み取り面１４
で全反射した光Ｌ４は、再び反射散乱面３２ａに向けて
進行し、反射散乱面３２ａに入射して反射または散乱す
る。これらの光も、再び読み取り面１４に向けて進行
し、読み取り面１４への入射角θに応じて全反射光また
は透過光となる。ところで、透光性部材３１の内部に入
射した光(Ｌ１,…)の一部は、透光性部材３１の内部を
ｙ方向に伝搬したのち、透光性部材３１の反対側の端面
３１ｂに形成された反射膜３３に到達する（光Ｌ６）。
そして、反射膜３３に達した光Ｌ６は、端面３１ｂから
外部に漏れ出すことなく、反射膜３３で反射して（光Ｌ
７,…）、再び、透光性部材３１の内部をｙ方向に伝搬
する。

【００３０】つまり、反射膜３３での反射された光(Ｌ
７,…)は、図５(ｂ)に示すように、反射散乱面３２ａで
の反射または散乱(Ｌ８,Ｌ９,…)と、読み取り面１４で
の全反射(Ｌ１０,…)とを繰り返しながら透光性部材３
１の内部をｙ方向に伝搬し、読み取り面１４に到達する
たびに一部(Ｌ１１,…)が読み取り面１４を透過して撮
影対象物を照明していく。

【００３１】したがって、導光板１２の読み取り面１４
を透過した光(Ｌ５,Ｌ１１,…)は、図５,図６に示すよ
うに、読み取り面１４内で全体的にほぼ均一な面状の照
明光Ｌｓとなる。読み取り面１４に近接または密着して
配置された撮影対象物である物体１７は、図６に示すよ
うに、透光性部材３１内部を伝搬し透過した光Ｌｓによ
って均一に照明される。そして、物体１７からの反射光
Ｌｈは、読み取り面１４から透光性部材３１に入射し、
２次元撮像素子１１に向けて進行する。そして、その一
部が、２次元撮像素子１１の受光部２２に入射する。

【００３２】２次元撮像素子１１（図２）では、各々の
受光部２２に蓄積された電荷が所定の垂直電荷転送路２
４を垂直転送され、その後、水平電荷転送路２５を水平
転送され、信号増幅部２６と出力端子１５とを介して外
部に出力される。出力端子１５から外部に出力される信
号は、画像読取装置１０によって読み取られた物体１７
（図６）の２次元画像信号（アナログ信号）である。

【００３３】以上説明したように、第１実施形態の画像
読取装置１０には、読み取り面１４から物体１７を均一
に照明する照明光Ｌｓを射出する導光板１２と、照明さ
れた物体１７を撮像する２次元撮像素子１１とが設けら
れるため、機械的な駆動機構（副走査手段）を省略する
ことができる。さらに、第１実施形態の画像読取装置１
０では、導光板１２が、物体１７からの反射光Ｌｈを２
次元撮像素子１１に導く部材を兼用するため、導光板１
２と２次元撮像素子１１とを平行に重ねて配置すること
ができる。

【００３４】このように、機械的な駆動機構（副走査手
段）を省略できると共に、導光板１２と２次元撮像素子
１１とを平行に重ねて配置できるため、第１実施形態の
画像読取装置１０の薄型化が図られる。また、部品点数
を削減できるため、装置構成が簡素化し、組立調整に要
する時間も短縮できる。さらに、第１実施形態の画像読
取装置１０では、透光性部材３１によって撮影対象の物
体１７を照明すると共に、導光板１２の透光性部材３１
を介して物体１７からの反射光Ｌｈを２次元撮像素子１
１に導くため、物体１７の２次元画像を確実に読み取る
ことができる。

【００３５】また、第１実施形態の画像読取装置１０で
は、導光板１２の透光性部材３１に設けた複数の反射散
乱膜３２を２次元撮像素子１１の受光部が配列された程
度の密な間隔で設けているので、ほぼ均一に物体１７を
照明することができる。さらに、導光板１２の透光性部
材３１に複数の反射膜３３を設けたので、透光性部材３
１の端面３１ａから端面３１ｂに向けて伝搬する光（図
５(ａ)のＬ１,Ｌ２,…）による照明光Ｌｓと、端面３１
ｂから端面３１ａに向けて伝搬する光（図５(ｂ)のＬ
７,Ｌ８,…）による照明光Ｌｓとが加算され、光利用率
を高めることができる。

【００３６】また、導光板１２の透光性部材３１に複数
の遮光膜３４を設けたので、光源部１３から射出された
線状の光Ｌｏ（図４）が２次元撮像素子１１の受光部２
２（受光部列２２ａ）に直接入射することを回避でき、
コントラストの良い２次元画像信号が得られる。さら
に、光源部１３に代えて、ＬＥＤ素子アレイを用いた
り、ファイバアレイを用いたりすることもできる。何れ
にしても上記と同様の線状の光Ｌｏが得られる。

【００３７】また、上記した第１実施形態では、光源部
１３を透光性部材３１の端面３１ａ（反射散乱膜３２の
長手方向に垂直な面）に配置する例を説明したが、これ
に限らない。例えば、図８に示すように、透光性部材３
１の端面３６（反射散乱膜３２の長手方向に平行な面）
に光源部１３を配置しても良い。この場合、端面３６は
全く遮光されない。

【００３８】図８に示す光源部１３からの線状の光Ｌｏ
は、透光性部材３１の内部をｘ方向（反射散乱膜３２の
長手方向に垂直な方向）に伝搬する。光利用率を高める
ための反射膜３７は、端面３６に対向する面に形成され
る。さらに、上記した第１実施形態では、反射散乱膜３
２と読み取り面１４との間隔がほぼ一定である平行平板
状の導光板１２を例に説明したが、これに限らない。例
えば、図９に示す導光板１７のように、光源部１３から
離れるにしたがって反射散乱膜３２と読み取り面１４と
の間隔が徐々に狭くなる楔形状にしても良い。この場
合、導光板１７を構成する透光性部材３１も楔形状とな
る。

【００３９】この楔形状の導光板１７によれば、透光性
部材３１の内部を伝搬する光Ｌ３０が読み取り面１４に
到達する位置Ｐ１,Ｐ２,…の間隔を、光源部１３から離
れるにつれて狭くできる。つまり、伝搬する光Ｌ３０が
読み取り面１４に到達する機会を増加させることができ
る。これにより、光源部１３から離れるほど読み取り面
１４を透過する光（図５の照明光Ｌｓ）が弱くなる光量
分を補足することができる。したがって、さらに均一に
物体１７を照明することができる。

【００４０】また、上記した第１実施形態では、透光性
部材３１の凹部３１ｃに反射散乱膜３２を貼り付ける例
を説明したが、凹部３１の底面（ｘｙ方向に平行な面）
自体に粗面加工（プリズム加工など）を施したのち、そ
こに反射材料を蒸着させても良い。上記した第１実施形
態では、図４に示すように、冷陰極管１３ａによって構
成された光源部１３を例に説明したが、これに限らな
い。光源部１３に代えて、図７(ａ),(ｂ)に示す光源部
１６を用いても良い。光源部１６は、ＬＥＤ１６ａ（請
求項９の光源）と、コリメートレンズ１６ｂと、反射ミ
ラー１６ｃ（請求項９の反射部材）とで構成されてい
る。

【００４１】光源部１６において、ＬＥＤ１６ａからの
拡散光Ｌ２１はコリメートレンズ１６ｂによってコリメ
ートされ、コリメートレンズ１６ｂからの平行光Ｌ２２
は反射ミラー１６ｃによって透光性部材３１の端面３１
ａと略同形状の光Ｌｏ（図４参照）に変換され、この線
状の光Ｌｏが透光性部材３１の端面３１ａに向けて照射
される。このように、コリメートレンズ１６ｂからの平
行光Ｌ２２を用いるため、照明のロスやムラを少なくす
ることができ、さらなる均一照明が可能となる。

【００４２】なお、光源部１６の反射ミラー１６ｃに代
えて、プリズムを用いることもできる。この場合、コリ
メートレンズ１６ｂからの平行光Ｌ２２は、プリズムの
全反射によって光Ｌｏに変換される。このように、光源
部１６では、反射ミラー１６ｃやプリズムなどの反射光
学素子を用いて、導光板１２の幅（ｘ方向の長さ）に合
わせた線状の光Ｌｏを得るため、コリメートレンズ１６
ｂからの平行光Ｌ２２自体を導光板１２の幅（ｘ方向の
長さ）に合わせて拡大する必要が無い。つまり、コリメ
ートレンズ１６ｂを小さく構成できる。また、プリズム
を用いた光源部１６には、導光板１２と一体化できる利
点もある。

【００４３】また、２次元撮像素子１１も転送ゲート２
３を特別備えず、垂直電荷転送路２４にその機能を持た
せたものでも良い。さらに、上記した第１実施形態で
は、２次元撮像素子１１と導光板１２とを別体で構成し
たのち接着させる画像読取装置１０の例を説明したが、
これに限らない。他の例について、次の第２実施形態お
よび第３実施形態で説明する。

【００４４】(第２実施形態)本発明の第２実施形態は、
請求項１〜請求項４に対応する。第２実施形態の画像読
取装置４０は、図１０の斜視図に示すように、２次元撮
像素子４１と、２次元撮像素子４１の上に積層された反
射散乱膜４２と、２次元撮像素子４１および反射散乱膜
４２の上に積層された透明絶縁膜４３と、光源部４４と
で構成されている。

【００４５】このうち２次元撮像素子４１は、上記した
第１実施形態の２次元撮像素子１１（図２）と構成が同
じである。このため、２次元撮像素子４１の構成につい
て説明を省略する。また、光源部４４には、上記した第
１実施形態の光源部１３,１６と同じ構成のものを用い
ることができる。このため、光源部４４の構成について
の説明も省略する。

【００４６】ここでは、第２実施形態の画像読取装置４
０に関し、反射散乱膜４２と透明絶縁膜４３とを積層す
る工程について説明する。図１１の断面図に示すよう
に、２次元撮像素子４１の形成が終了すると、まず、２
次元撮像素子４１の上に反射散乱膜４２が積層される。
反射散乱膜４２の積層は、半導体プロセス技術を用いて
行われる。

【００４７】具体的に説明すると、絶縁膜２７が受光面
に形成された２次元撮像素子４１を用意し（図１１(ａ)
参照）、２次元撮像素子４１の絶縁膜２７の上に全体的
に金属薄膜を積層し、その表面をプラズマなどで粗くし
た後、フォトエッチング技術でパターン形成することに
より、反射散乱膜４２が形成される。

【００４８】なお、反射散乱膜４２は、フォトエッチン
グ技術でパターン形成した後に、金属薄膜の表面を粗く
することにより形成しても良い。この場合、金属薄膜の
表面を粗くする工程の前後に、２次元撮像素子４１の受
光部２２などをレジスト膜で覆う工程や、レジスト膜を
除去する工程が必要となる。このようにして形成された
反射散乱膜４２は、第１実施形態の反射散乱膜３２（図
２,図３）と同様の短冊形状を有し、２次元撮像素子４
１の受光部列２２ａの間の間隔に重なり合って一体化形
成される。

【００４９】２次元撮像素子４１の垂直電荷転送路２４
の領域に反射散乱膜４２が積層されると、次いで、透明
絶縁膜４３（例えばＳｉＯ₂）が２次元撮像素子４１の
入射面に積層される（図１１(ｃ)参照）。その結果、透
明絶縁膜４３の形状は、上記した透光性部材３１（図
２）と同様の板状となる。透明絶縁膜４３の表面（反射
散乱膜４２に対向する側の面）は、画像読取装置４０の
読み取り面４５となる。

【００５０】このように構成された第２実施形態の画像
読取装置４０において、反射散乱膜４２と透明絶縁膜４
３とは、上記した導光板１２（図２）と同様の導光板と
して機能する。したがって、光源４４から射出されて透
明絶縁膜４３の内部に入射した光は、反射散乱膜４２で
の反射または散乱と、読み取り面４５での全反射とを繰
り返しながら、透明絶縁膜４３の内部をｙ方向に伝搬
し、読み取り面４５に到達するたびに一部が読み取り面
４５を透過していく（図５参照）。そして、透明絶縁膜
４３の読み取り面４５を透過した光は、読み取り面４５
内で全体的にほぼ均一な照明光（図５,図６のＬｓ）と
なる。

【００５１】読み取り面４５に近接または密着して配置
された読み取り対象の物体は、照明光によって均一に照
明され、物体からの反射光（図６のＬｈ）は、読み取り
面４５から透明絶縁膜４３の内部に入射し、透明絶縁膜
４３の内部を進行して２次元撮像素子４１の受光部２２
に到達する。

【００５２】そして、２次元撮像素子４１（図２）で
は、受光部２２に蓄積された電荷が垂直電荷転送路２４
を垂直転送され（主走査）、その後、水平電荷転送路２
５を水平転送され（副走査）、信号増幅部２６と出力端
子１５とを介して外部に出力される。出力端子１５から
外部に出力される信号は、画像読取装置４０によって読
み取られた物体の２次元画像信号（アナログ信号）であ
る。

【００５３】以上説明したように、第２実施形態の画像
読取装置４０では、第１実施形態の画像読取装置と比較
してさらに以下の利点がある。読み取り面４５から面状
の照明光を射出する反射散乱膜４２,透明絶縁膜４３
と、照明された物体からの反射光を撮像する２次元撮像
素子４１とが一体に積層されるため、薄型化が図られ
る。また、第２実施形態の画像読取装置４０によれば、
部品点数をさらに削減できるため、装置構成が簡素化
し、組立調整に要する時間もさらに短縮できる。特に、
第２実施形態の画像読取装置４０では、反射散乱膜４２
を積層する半導体プロセス技術の工程で、２次元撮像素
子４１の垂直電荷転送路２４に対する反射散乱膜４２の
アライメントを行ってしまうので、上記した第１実施形
態のように２次元撮像素子１１と導光板１２とを接着す
る際のアライメント工程を省略できるという利点を有す
る。

【００５４】(第３実施形態)本発明の第３実施形態は、
請求項１〜請求項４に対応する。第３実施形態の画像読
取装置５０は、図１２の斜視図に示すように、２次元撮
像素子５１と、反射散乱膜５２と、透光性部材５３と、
光源部５４とで構成されている。

【００５５】このうち２次元撮像素子５１は、上記した
第１実施形態の２次元撮像素子１１（図２）と構成が同
じである。また、光源部５４には、上記した第１実施形
態の光源部１３,１６と同じ構成のものを用いることが
できる。このため、２次元撮像素子５１および光源部５
４の構成について説明を省略する。

【００５６】また、画像読取装置５０の反射散乱膜５２
は、上記した第２実施形態の反射散乱膜４２と同様の工
程で、半導体プロセス技術を用いて、２次元撮像素子５
１の受光部列２２ａの間の間隔上に積層される。反射散
乱膜５２の形状は、上記した反射散乱膜３２（図２,図
３）や反射散乱膜４２（図１０）と同様の短冊状であ
り、図１３(ａ)の断面図に示すように、２次元撮像素子
５１の受光部列２２ａの間の間隔上に重なり合って一体
化形成される。

【００５７】２次元撮像素子５１の垂直電荷転送路２４
の領域に反射散乱膜５２が積層されると、次いで、２次
元撮像素子５１および反射散乱膜５２の上に、透明な接
着剤(不図示)を用いて透光性部材５３が貼り付けられ
る。この透光性部材５３は、上記した透光性部材３１
（図２）と同様の板状であり、アクリル樹脂や光学ガラ
スなどの透光性材料からなる。

【００５８】また、透光性部材５３には、２次元撮像素
子５１,反射散乱膜５２との接着面５０ａに、複数(６
個)の凹部５３ｃが形成されている。これらの凹部５３
ｃのｘｙ方向の大きさおよび形状は、上記した反射散乱
膜５２（凸部）の大きさおよび形状とほぼ等しい。この
ため、２次元撮像素子５１および反射散乱膜５２の上に
透光性部材５３を貼り付けると、反射散乱膜５２（凸
部）が透光性部材５３の凹部５３ｃに噛み合った状態と
なる（図１３(ｂ)参照）。

【００５９】第３実施形態の画像読取装置５０におい
て、透光性部材５３の表面（反射散乱膜５２に対向する
側の面）は、画像読取装置５０の読み取り面５５とな
る。また、反射散乱膜５２と透光性部材５３とは、上記
した導光板１２（図２）と同様の導光板として機能す
る。以上説明したように、第３実施形態の画像読取装置
５０では、第２実施形態の画像読取装置と同様な効果を
有する他、第２実施形態のものに比べ、透明絶縁膜４３
を成膜するのに要していた時間を短縮できる。

【００６０】なお、上記した第３実施形態では、反射散
乱膜５２を積層した直上に透光性部材５３を接着する例
を説明したが、これに限らない。例えば、反射散乱膜５
２を積層した上に、周知の平坦化技術（例えばＳＯＧや
ＣＭＰ）を用いて絶縁膜を積層し、その後で、透光性部
材５３を接着しても良い。この場合、透光性部材５３の
接着面５０ａに凹部５３ｃを設ける必要は無くなる。

【００６１】なお、上記した第１実施形態から第３実施
形態では、２次元撮像素子１１,４１,５１の絶縁膜２７
上に反射散乱膜３２,４２,５２を設ける例を説明した
が、通常、２次元撮像素子１１,４１,５１の垂直電荷転
送路２４の上には、絶縁膜２７の中に遮光膜（アルミ
膜）が設けられているため、この遮光膜に対して上記と
同様のプラズマ処理を施し、反射散乱膜として用いるこ
ともできる。

【００６２】また、上記した第１実施形態から第３実施
形態では、短冊状の反射散乱膜３２,４２,５２（図２,
図３,図１０,図１２）を例に説明したが、これに限らな
い。他の例について、次の第４実施形態で説明する。 (第４実施形態)本発明の第４実施形態は、請求項１〜請
求項４に対応する。

【００６３】第４実施形態の画像読取装置６０は、図１
４の斜視図および図１５の断面図に示すように、２次元
撮像素子６１と、反射散乱膜６２と、透明絶縁膜６３
と、光源部６４とで構成されている。このうち２次元撮
像素子６１は、上記した第１実施形態の２次元撮像素子
１１（図２）と構成が同じである。また、反射散乱膜６
２および透明絶縁膜６３は、上記した第２実施形態の反
射散乱膜４２および透明絶縁膜４３（図１０,図１１）
と積層方法が同じである。さらに、光源部６４には、上
記した第１実施形態の光源部１３,１６と同じ構成のも
のを用いることができる。なお、光源部６４から射出さ
れる光Ｌｏ（図４参照）を部分的に遮光する膜（図４の
遮光膜３４）は省略される。

【００６４】ここでは、画像読取装置６０の反射散乱膜
６２の形状について詳しく説明し、その後、透明絶縁膜
６３について説明する。図１６は、２次元撮像素子６１
の受光部２２,転送ゲート２３,垂直電荷転送路２４と、
反射散乱膜６２との位置関係を示す平面図である。図１
６に示すように、画像読取装置６０の反射散乱膜６２
は、２次元撮像素子６１の受光部２２以外の領域で、受
光部２２どうしの間を含み導光板１２が設けられる面の
全面に形成されている。

【００６５】図１６に図示するように反射散乱膜６２が
積層されると、次いで、透明絶縁膜６３（例えばＳｉＯ
₂）が積層される。透明絶縁膜６３の形状は板状であ
り、透明絶縁膜６３の表面（反射散乱膜６２に対向する
側の面）は、画像読取装置６０の読み取り面６５とな
る。このように構成された第４実施形態の画像読取装置
６０において、反射散乱膜６２と透明絶縁膜６３とは、
上記した導光板１２（図２）と同様の導光板として機能
する。

【００６６】以上説明したように、第４実施形態の画像
読取装置６０では、上記した第１実施形態から第３実施
形態に比べて広範囲に反射散乱膜６２が形成されるた
め、光利用率がさらに向上すると共に、より均一な面状
の照明光が得られる。さらに、上記した第１実施形態か
ら第４実施形態では、透光性部材や透明絶縁膜(３１,４
３,５３,６３)を有する画像読取装置(１０,４０,５０,
６０)の例を説明したが、透光性部材や透明絶縁膜を設
けない構成も考えられる。この例について、次の第５実
施形態で説明する。

【００６７】(第５実施形態)本発明の第５実施形態は、
請求項５〜請求項８に対応する。第５実施形態の画像読
取装置７０は、図１７の斜視図に示すように、２次元撮
像素子７１と、反射膜７２と、光源部７３とで構成され
ている。

【００６８】このうち２次元撮像素子７１は、上記した
第１実施形態の２次元撮像素子１１（図２）と構成が同
じである。また、光源部７３には、上記した第１実施形
態の光源部１３,１６と同じ構成のものを用いることが
できる。ここでは、画像読取装置７０の反射膜７２の形
状について詳しく説明する。画像読取装置７０の反射膜
７２は、ｘｙ方向の形状および大きさが、上記した反射
散乱膜３２,４２,５２（図２,図３,図１０,図１２）と
同様である。しかし、反射膜７２の反射面（図１７の斜
めハッチング部分）は、２次元撮像素子７１の複数の受
光部２２が配列された面（ｘｙ面）に対して斜めに形成
されている。つまり、反射膜７２の反射面は、ｘｙ面を
ｘ方向のまわりに微小角度だけ回転させた方向性で傾け
られている。

【００６９】このような斜めの反射膜７２は、半導体プ
ロセス技術を用い、特開平４−４３６３６０２号公報に
記載された周知の方法によって、２次元撮像素子７１の
垂直電荷転送路２４の上に積層される。このように構成
された第５実施形態の画像読取装置７０において、光源
７３から射出された線状の光Ｌｏは、２次元撮像素子７
１の受光部２２が配列された面（ｘｙ面）にほぼ平行に
進行して反射膜７２の反射面に照射される。そして、反
射膜７２の反射面で反射した光によって、ほぼ均一な面
状の照明光が得られる。

【００７０】以上説明したように、第５実施形態の画像
読取装置７０では、反射膜７２と２次元撮像素子７１と
が一体に積層されるため、薄型化が図られる。また、第
５実施形態の画像読取装置７０によれば、部品点数をさ
らに削減できるため、装置構成が簡素化し、組立調整に
要する時間もさらに短縮できる。反射膜７２を積層する
半導体プロセス技術の工程で、２次元撮像素子７１の垂
直電荷転送路２４に対する反射膜７２のアライメントを
行ってしまうので、上記した第１実施形態のように２次
元撮像素子１１と導光板１２とを接着する際のアライメ
ント工程を省略することもできる。

【００７１】さらに、第５実施形態の画像読取装置７０
では、面状の照明光によって読み取り対象の物体を照明
すると共に、物体からの反射光を２次元撮像素子７１に
直接導くため、物体の２次元画像を確実に読み取ること
ができる。上記した画像読取装置７０の斜めの反射膜７
２は、その反射面をプラズマなどで粗くすることにより
得られる斜めの反射散乱膜に代えることができる。な
お、斜めの反射膜７２または反射散乱膜の上に、上記し
た透光性部材や透明絶縁膜(３１,４３,５３,６３)と同
様の透光性部材や透明絶縁膜を設けても良い。これによ
って光利用効率をさらに向上させることができる。

【００７２】(第６実施形態)第６実施形態では、上記し
た画像読取装置(１０〜７０)の何れかを用いた装置の一
例として指紋照合装置８０を説明する。第６実施形態の
指紋照合装置８０は、図１８のブロック図に示すよう
に、ＣＰＵ８１と、画像読取装置８２と、駆動回路８３
と、信号処理回路８４と、ＲＯＭ８５と、ＲＡＭ８６
と、結果出力部８７とで構成されている。

【００７３】ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８５に格納されたプ
ログラム（指紋照合プログラムを含む）や各種データ
（指紋データを含む）を参照しながら、指紋照合装置８
０における各種制御を実行する。画像読取装置８２は、
例えば、上記した第１実施形態の画像読取装置１０（図
１）と構成が同じである。図１８には、２次元撮像素子
１１と光源部１３と出力端子１５とが図示されている。

【００７４】駆動回路８３は、ＣＰＵ８１の指示にした
がって、画像読取装置８２の光源部１３および２次元撮
像素子１１に駆動信号を出力する。光源部１３に対する
駆動信号は、光源部１３を点灯または消灯するための信
号である。２次元撮像素子１１に対する駆動信号は、２
次元撮像素子１１の各受光部(２２)に蓄積された電荷の
転送のタイミングを示す（電荷の蓄積時間を定める）信
号である。

【００７５】信号処理回路８４は、画像読取装置８２の
出力端子１５から出力された２次元画像信号（アナログ
信号）を増幅すると共に、所定ビット数（例えば、８ビ
ット）のディジタル信号に変換し、デジタル２次元画像
データとしてＣＰＵ８１に出力する。ＲＡＭ８６は、信
号処理回路８４からＣＰＵ８１に出力されたデジタル２
次元画像データや、ＲＯＭ８５に予め格納された指紋デ
ータを一時格納するためのメモリである。結果出力部８
７は、ＣＰＵ８１による照合結果を出力する回路であ
る。

【００７６】上記のように構成された指紋照合装置８０
において、ＣＰＵ８１は、信号処理回路８４から出力さ
れたデジタル２次元画像データを取り込み、特徴を抽出
する。得られる特徴データはＲＡＭ８６に格納される。
次いで、ＣＰＵ８１は、ＲＯＭ８５に格納されている指
紋データをＲＡＭ８６に読み出し、特徴データとの照合
を行う。そして、照合結果を結果出力部８７に出力す
る。

【００７７】第６実施形態の指紋照合装置８０では、薄
型で簡素な画像読取装置８２を用いるため、携帯性が格
段に向上する。なお、上記した第６実施形態では、第１
実施形態の画像読取装置１０（図１）を用いた指紋照合
装置８０を説明したが、画像読取装置１０に代えて、第
２実施形態から第５実施形態の画像読取装置４０,５０,
６０,７０（図１０,図１２,図１４,図１７）を組み込ん
でも良い。

【００７８】また、用途としては、指紋照合装置に限ら
れず、眼の瞳孔を囲む表面模様である虹彩(アイリス)の
照合装置でも良く、個人認証装置に広く適用可能であ
る。また、上記した実施形態では、インタライン転送方
式の２次元撮像素子を例に説明したが、フレーム転送方
式やフレームインタライン転送方式の２次元撮像素子に
も本発明は適用できる。さらに、ＣＣＤ型の２次元撮像
素子に限らず、ＣＭＯＳ型の２次元撮像素子や、シリコ
ンのアモルファス膜を用いた２次元撮像素子にも本発明
は適用できる。

【００７９】さらに、上記した実施形態では、光源部１
３,１６を組み込んだ画像読取装置の例を説明をした
が、光源部を画像読取装置に組み込まなくてもよい。光
源部を組み込まない場合、外部の光源部から射出された
光を用いることで、同様に、物体の２次元画像を読み取
ることができる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像読取
装置によれば、面状の照明光によって物体を照明すると
共に２次元撮像素子によって２次元走査するため、機械
的な駆動機構（副走査手段）を省略でき、反射散乱部材
または反射部材の隙間を通過させることにより物体から
の反射光を２次元撮像素子の受光部に導くため、物体か
らの反射光に基づく２次元画像を読み取ることができ、
かつ、薄型で簡素に構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の画像読取装置１０の外観斜視図
(ａ)および断面図(ｂ)である。

【図２】導光板１２と２次元撮像素子１１との接着を剥
がした状態を示す斜視図である。

【図３】画像読取装置１０の上面図である。

【図４】光源部１３を説明する斜視図である。

【図５】透光性部材３１の内部を光が伝搬する様子を示
す断面図である。

【図６】物体１７に対する面状の照明光Ｌｓと物体１７
からの反射光Ｌｈとを説明する断面図である。

【図７】別の光源部１６の構成を示す斜視図である。

【図８】光源部１３の別の配置を示す斜視図である。

【図９】別の導光板１７を説明する断面図である。

【図１０】第２実施形態の画像読取装置４０の外観斜視
図である。

【図１１】画像読取装置４０の断面図である。

【図１２】第３実施形態の画像読取装置５０の外観斜視
図である。

【図１３】画像読取装置５０の断面図である。

【図１４】第４実施形態の画像読取装置６０の外観斜視
図である。

【図１５】画像読取装置６０の断面図である。

【図１６】画像読取装置６０の上面図である。

【図１７】第５実施形態の画像読取装置７０の外観斜視
図である。

【図１８】第６実施形態の指紋照合装置８０の構成を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１０，４０，５０，６０，７０ 画像読取装置 １１，４１，５１，６１，７１ ２次元撮像素子 １２，１７ 導光板 １３，１６，４４，５４，６４，７３ 光源部 １４，４５，５５，６５ 読み取り面 ２２ 受光部 ２４ 垂直電荷転送路 ３１，５３ 透光性部材 ３２，４２，５２，６２ 反射散乱膜 ４３，６３ 透明絶縁膜 ７２ 反射膜 ８０ 指紋照合装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 1/10 Ｈ０４Ｎ 1/10 1/107 (72)発明者 正田 昌宏 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 5B047 AA25 AB02 BA02 BB04 BC01 BC05 BC09 BC12 BC14 5C072 AA01 BA01 BA02 CA05 DA02 DA04 DA16 DA21 DA25 EA05 EA07 EA08 FA01 VA10

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の透光性部材と、 前記透光性部材の厚さ方向に対向する２つの面のうち一
   方に配置され、前記透光性部材の内部を伝搬する光を撮
   影対象物に反射または散乱させる反射散乱部材と、 ２次元に配列された複数の受光部を有すると共に、前記
   複数の受光部が配列された面を前記透光性部材の前記一
   方の面に向けて配置された２次元撮像素子とを備え、 前記反射散乱部材は、前記２次元撮像素子に対して、前
   記複数の受光部以外の領域で、かつ、少なくとも前記受
   光部どうしの間を含む所定領域と、対向する位置関係を
   有して配置されていることを特徴とする画像読取装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の画像読取装置におい
   て、 前記２次元撮像素子の前記所定領域の一部には、前記複
   数の受光部で発生した電荷を取り込んで垂直方向に転送
   する垂直電荷転送部が設けられ、 前記反射散乱部材は、前記２次元撮像素子に対して少な
   くとも前記垂直電荷転送部と対向する位置関係を有して
   配置されていることを特徴とする画像読取装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の画像読
   取装置において、 前記反射散乱部材は、半導体プロセス技術を用いて前記
   ２次元撮像素子の上に形成された反射散乱膜であること
   を特徴とする画像読取装置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３の何れか１項に記
   載の画像読取装置において、 前記透光性部材の前記一方の面に交差する端面に対して
   光を照射する光源部をさらに備えたことを特徴とする画
   像読取装置。
5. 【請求項５】 ２次元に配列された複数の受光部を有す
   る２次元撮像素子と、 照明光が撮像対象物に照射されるように前記複数の受光
   部が配列された面に対して斜めに形成された反射面を有
   すると共に、前記反射面が前記２次元撮像素子の設けら
   れた側とは反対側に向けて配置された反射部材とを備
   え、 前記反射部材は、前記２次元撮像素子に対して、前記複
   数の受光部以外の領域で、かつ、少なくとも前記受光部
   どうしの間を含む所定領域と対向する位置関係を有して
   配置されていることを特徴とする画像読取装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の画像読取装置におい
   て、 前記２次元撮像素子の前記所定領域の一部には、前記複
   数の受光部で発生した電荷を取り込んで垂直方向に転送
   する垂直電荷転送部が設けられ、 前記反射部材は、前記２次元撮像素子に対して少なくと
   も前記垂直電荷転送部と対向する位置関係を有して配置
   されていることを特徴とする画像読取装置。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載の画像読
   取装置において、 前記反射部材は、半導体プロセス技術を用いて前記２次
   元撮像素子の上に形成された反射膜であることを特徴と
   する画像読取装置。
8. 【請求項８】 請求項５から請求項７の何れか１項に記
   載の画像読取装置において、 前記反射部材の前記反射面に対して光を照射する光源部
   をさらに備えたことを特徴とする画像読取装置。
9. 【請求項９】 請求項４または請求項８に記載の画像読
   取装置において、 前記光源部は、光源と、該光源からの光をコリメートす
   るコリメートレンズと、該コリメートレンズからの平行
   光を反射することにより線状の光を射出する反射部材と
   で構成されることを特徴とする画像読取装置。