JP2004064499A - 画像入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体内における撮像素子の配置位置について制限をなくすこと。
【解決手段】携帯電話機１の筐体２の底面２ｂに画像取込窓９が形成されており、画像取込窓９に透明板１０が嵌め込まれている。筐体２内に光ファイバ束１１が配置されており、光ファイバ束１１の一方の端面１１ａが透明板１０に密着している。一方、光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂは、ハーフミラー８に向いている。また、筐体２内に固体撮像素子７が固定されており、固体撮像素子７はハーフミラー８に向いている。指先を透明板１０に押し当てると、指紋像が、画像取込窓９を通じて、光ファイバ束１１の一方の端面１１ａに取り込まれる。取り込まれた指紋像は、一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂへ伝送される。光ファイバ束１１の他端面１１ｂに伝送された指紋像が、固体撮像素子７によって撮像される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筐体に窓が形成されているとともに、前記筐体内に撮像素子が配置された画像入力装置であって、前記窓を通じて前記撮像素子で被写体の像を撮像する画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器のネットワーク化が進み、電子機器間の通信が自由になり、どこからでも様々な情報にアクセスできるようになってきている。それに伴い悪意のある者からの不正アクセスを防止するためにセキュリティの重要性が高まっている。セキュリティ技術の一つに指紋による個人認証する方法があり、指紋による個人認証を携帯型電子機器に応用する技術が提案されている。指紋認証のためには、指紋像を入力する機能を携帯型電子機器に備え付けなければならない。
【０００３】
従来の携帯型電子機器においては、携帯型電子機器の筐体に窓を形成し、筐体内に撮像素子を配置し、窓と撮像素子との間にレンズを配置する。ユーザが指先を窓に押し当てると、指先の指紋像がレンズによって撮像素子に結像されて、結像された指紋像を撮像素子が撮像することで、携帯型電子機器に指紋像が入力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、窓からレンズまでの光路を確保するために、窓とレンズとの間にスペースを確保する必要があり、更に、レンズから撮像素子までの光路を確保するために、レンズと撮像素子との間にスペースを確保する必要がある。しかしながら、携帯型電子機器の小型を保つために、レンズ、撮像素子及び光路のためのスペースが筐体内には殆どない。筐体内に余裕がないため、撮像素子を窓の近くに配置しなければならいという制限がある。
そこで、本発明の課題は、筐体内における撮像素子の配置位置について制限をなくすことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１に示すように、
内部に障害物が収容され、窓（例えば、画像取込窓９）が形成された筐体（例えば、筐体２）と、
前記筐体の内部に配置され、被写体の像を前記窓を通じて一方の端から取り込んで、取り込んだ前記被写体の像を他方の端へ伝送する光ファイバ束（例えば、光ファイバ束１１）と、
前記筐体の内部に配置され、前記光ファイバ束の他方の端に伝送された前記被写体の像を撮像する撮像素子（例えば、固体撮像素子７）と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、被写体の像が、筐体内に配置された光ファイバ束の一方の端から他方の端へ伝送されるため、撮像素子が窓の近くに配置されていなかったり、窓と撮像素子との間に障害物があったりしても、撮像素子で被写体の像を撮像することができる。そのため、筐体内に光ファイバ束を配置するスペースさえあれば、窓の位置に関係なく撮像素子を筐体内のどこにでも配置することができる。また、窓から撮像素子までの間に光路のためのスペースがなくても、被写体の像を撮像素子で撮像することができるため、筐体内のスペースを狭くすることができ、画像入力装置の小型化を図ることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、例えば図５に示すように、請求項１に記載の画像入力装置において、
前記撮像素子がラインセンサ（例えば、ラインセンサ６３）であり、
前記光ファイバ束は、前記複数の光ファイバが帯状に束となっており、
前記複数の光ファイバの他端が前記ラインセンサと平行になって配列されており、
前記複数の光ファイバの他端が前記ラインセンサに向き合っていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、光ファイバ束が帯状であるため、光ファイバ束が薄い。そのため、筐体内のスペースが狭くても、光ファイバ束を筐体内に配置することができる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、例えば図６に示すように、請求項１に記載の画像入力装置において、
前記光ファイバ束が前記一方の端と前記他方の端との間において複数の束に分岐し、前記一方の端及び前記他方の端において前記複数の束が束ねられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、光ファイバ束が複数の束に分岐しているため、それぞれの束を任意の箇所に配置することができる。そのため、筐体内スペースを有効活用して、光ファイバ束を筐体内に配置することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００１２】
図１は、本発明の画像入力装置が適用された携帯電話機１を示した断面図である。携帯電話機１の筐体２内には回路基板及び電子部品（図示略）等が収容されている。筐体２の前面２ａの上部には、所定の表示を行うための液晶表示パネル３が設けられている。筐体２の前面２ａの下部には、所望の情報を入力するための複数の押下ボタン４，４，…が設けられている。
【００１３】
また、筐体２の前面２ａには、対物窓５が液晶表示パネル３の上方において形成されている。対物窓５は筐体２の前面２ａを外から内へと貫通しており、対物窓５に対物レンズ６が嵌め込まれている。筐体２の内部背面側であって対物レンズ６の光軸上に対応する位置には、固体撮像素子７が筐体２に固定されている。この固体撮像素子７は、対物窓５に向いている。固体撮像素子７は、受光素子等がマトリクス状に配列されたものであり、例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサである。
【００１４】
対物レンズ６と固体撮像素子７との間には、ハーフミラー８が対物レンズ６の光軸に対して４５°傾斜して配置されている。筐体２の外部から対物レンズ６に入射した光は、対物レンズ６及びハーフミラー８を透過し、固体撮像素子７に至るようになっている。従って、対物窓５を通じて、被写体を固体撮像素子７で撮像できる。
【００１５】
また、筐体２の底面２ｂには画像取込窓９が形成されており、画像取込窓９は筐体２の底面２ｂを外から内へと貫通している。画像取込窓９には、透光性を有する透明板１０が嵌め込まれている。なお、透明板１０が筐体２と一体成形されていて、筐体２が画像取込窓９の部分で透明になっていても良い。
【００１６】
また、筐体２内には光ファイバ束１１が配されている。光ファイバ束１１は複数の光ファイバが束になったものであり、これら光ファイバの両端部は平面となるように形成されている。光ファイバ束１１の一方の端面１１ａにおける複数の光ファイバの配列順は、他方の端面１１ｂにおける複数の光ファイバの配列順と同様となっている。また、それぞれの光ファイバの太さは一様である。
【００１７】
光ファイバ束１１は、可撓性を有しており、筐体２内の回路基板及び電子部品等を避けて配置されている。光ファイバ束１１の一方の端面１１ａは、画像取込窓９に臨んでおり、透明板１０に当接している。光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂは、筐体２内に配置された光源１２に指向されている。光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂと光源１２との間に前記ハーフミラー８が配置されている。光源１２から発した光は、ハーフミラー８を透過して、光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂへ入射するようになっている。また、光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂからハーフミラー８へ発した光は、ハーフミラー８にて反射されて固体撮像素子７に至るようになっている。なお、図１では光ファイバ束１１が透明板１０からハーフミラー８へと直線状に延在しているが、透明板１０からハーフミラー８までの線上に回路基板及び電子部品等といった障害物があれば、光ファイバ束１１は曲成して配置するようにしても良い。
【００１８】
次に、携帯電話機１の作用及び使用方法について説明する。
携帯電話機１から離れた被写体を携帯電話機１で撮像する場合には、対物レンズ６を被写体に向ける。押下ボタン４等のシャッタボタンを押下すると、被写体の像が対物レンズ６によって固体撮像素子７に結像され、結像された被写体の像が固体撮像素子７によって撮像される。
【００１９】
指先の指紋を携帯電話機１で撮像する場合には、筐体２外において指先を窓９において透明板１０に押し当て、押下ボタン４等の指紋用シャッタボタンを押下すると、光源１２が発光する。光源１２で発した光は、光ファイバ束１１中を伝播し、指先に入射する。そして、指先にて光が反射して、画像取込窓９を通じて光ファイバ束１１の一方の端面１１ａに入射する。そして、指先の反射光は、光ファイバ束１１中を伝播して、光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂでハーフミラー８に向かって出射し、ハーフミラー８にて反射して固体撮像素子７へ照射される。従って、指先の指紋像は、一方の端面１１ａから光ファイバ束１１中に取り込まれて、一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂへ伝送され、他方の端面１１ｂに映り出る。光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂに映り出た指紋像を、固体撮像素子７が撮像する。
【００２０】
以上の携帯電話機１では、光ファイバ束１１が筐体２内に配されており、光ファイバ束１１中を指先の指紋像が伝送されているため、固体撮像素子７が画像取込窓９の近くに配置されていなかったり、固体撮像素子７が画像取込窓９に向いていなかったりしても、固体撮像素子７にて指紋像を撮像することができる。従って、画像取込窓９の位置に関係なく固体撮像素子７を筐体２内において自由に配置することができる。また、光ファイバ束１１が可撓性を有しているため、回路基板及び電子部品といった障害物を避けて光ファイバ束１１を配置することができる。つまり、筐体２内のスペースを利用して、光ファイバ束１１を配置することができる。
【００２１】
なお、図２〜図６に示した携帯電話機３０，４０，５０，６０のような実施形態としても良い。以下では携帯電話機３０，４０，５０，６０について説明するが、携帯電話機３０，４０，５０，６０については、携帯電話機１と同様の構成要素に同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２２】
図２に示された携帯電話機３０のように、図１に示された光ファイバ束１１に代えて、両端において太さの異なる光ファイバ束３１を筐体２内に配置しても良い。光ファイバ束３１は、光ファイバ束１１とは異なり光ファイバの太さが一様ではなく、透明板１０に当接した一方の端面３１ａで最も太くなっており、ハーフミラー８に向いた他方の端面３１ｂにむかうに連れて徐々に細くなっている。この携帯電話機３０は、画像取込窓９を通じて光ファイバ束３１の一方の端面３１ａで指先の指紋像を取り込んで、取り込んだ指紋像を光ファイバ束３１で他方の端面３１ｂに伝送して、他方の端面３１ｂに映り出た指紋像を固体撮像素子７で撮像する。
【００２３】
また、図３に示された携帯電話機４０のように、図１に示されたハーフミラー８に代えて、光を透過しないミラー４１を筐体２内に配置しても良い。このミラー４１は、光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂの法線に対して垂直な軸心４２回りに回転自在となっている。指先の指紋像を撮像する場合には、ミラー４１は光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂに対して傾いており、光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂから放出された光はミラー４１で反射されて固体撮像素子７へ照射され、対物窓５から入射した光はミラー４１によって遮断される。従って、光ファイバ束１１の他方の端面１１ｂに映り出た指紋像は固体撮像素子７にて撮像される。一方、対物窓５から被写体を撮像する場合には、ミラー４１が軸心４２回りに回転することによって、対物窓５から固体撮像素子７までの光路を塞いでいたミラー４１が光路から外れる。従って、対物窓５に向き合った被写体が固体撮像素子７にて撮像される。
【００２４】
また、図４に示された携帯電話機５０のように、図１に示された光ファイバ束１１に代えて、光ファイバ束５１、レンズ５２及びレンズ５３を筐体２内に配置しても良い。光ファイバ束５１は、光ファイバ束１１とは異なり、一方の端面５１ａが透明板１０から離れている。光ファイバ束５１の一方の端面５１ａと透明板１０との間にレンズ５２が配置されており、一方の端面５１ａとレンズ５２が互いに向き合っている。また、光ファイバ束５１の他方の端面５１ｂとハーフミラー８との間にレンズ５３が配置されており、他方の端面５１ｂとレンズ５３が互いに向き合っている。
【００２５】
この携帯電話機５０で指先の指紋を撮像する場合には、透明板１０に指先を押し当てる。すると、画像取込窓９を通じて指先の指紋像がレンズ５２によって光ファイバ束５１の一方の端面５１ａに結像される。結像された指紋像は、一方の端面５１ａから光ファイバ束５１中に取り込まれて、取り込まれた指紋像は、光ファイバ束５１中を一方の端面５１ａから他方の端面５１ｂに伝送され、他方の端面３１ｂに映り出る。他方の端面３１ｂに映り出た指紋像がレンズ５３によって固体撮像素子７に結像され、固体撮像素子７が指紋像を撮像する。
【００２６】
また、図５に示された携帯電話機６０のように、図１に示された光ファイバ束１１に代えてフラット光ファイバ束６１，６２を筐体２内に配置するとともに、図１に示された固体撮像素子７に代えてラインセンサ６３，６４を筐体２内に配置しても良い。なお、図５（ａ）は、携帯電話機６０の断面図であり、図５（ｂ）は、筐体２の底面２ｂに対して垂直な矢印Ａの向きに底面２ｂを見た場合の図面である。
【００２７】
筐体２の底面２ｂには、画像取込窓９に代えて画像取込窓６５，６６が形成されている。画像取込窓６５，６６は、共に矢印Ｂ方向（矢印Ｂは、図５（ａ）の紙面奥行き方向であり、矢印Ａに対して垂直である。）に長尺となっており、互いに平行となっている。
【００２８】
ラインセンサ６３は、矢印Ｂ方向に受光素子等が列を成して配列されているものである。ラインセンサ６４もラインセンサ６３に平行になって受光素子等が列を成して配列されているものである。
【００２９】
フラット光ファイバ束６１，６２は共に、複数の光ファイバが帯状に束となって構成されている。フラット光ファイバ束６１の複数の光ファイバは、一方の端で互いに揃っているとともに、他方の端で互いに揃っている。フラット光ファイバ束６１の他方の端面６１ｂは、ラインセンサ６３に向き合いつつラインセンサ６３に当接している。フラット光ファイバ束６２の複数の光ファイバも、一方の端で互いに揃っているとともに、他方の端で互いに揃っている。そして、フラット光ファイバ束６２の他方の端面６１ｂは、ラインセンサ６４に向き合いつつラインセンサ６３に当接している。
【００３０】
画像取込窓６５にフラット光ファイバ束６１の一方の端部が嵌め込まれており、画像取込窓６５において複数の光ファイバの一端が矢印Ｂ方向に一列となって配列されている。フラット光ファイバ束６１の一方の端面６１ａが、筐体２の底面２ｂに揃っている。同様に、画像取込窓６６にフラット光ファイバ束６２の一方の端部が嵌め込まれており、画像取込窓６６において複数の光ファイバの一端が矢印Ｂ方向に一列となって配列されている。フラット光ファイバ束６２の一方の端面６２ａが、筐体２の底面２ｂに揃っている。
【００３１】
この携帯電話機６０で指先の指紋を撮像する場合には、指先を筐体２の底面２ｂに押し当てて、指先が画像取込窓６５，６６を通過するようにして、指先を矢印Ｃ方向（矢印Ａ及び矢印Ｂに垂直である。）に移動させる。すると、指先の一次元指紋像が、画像取込窓６５を通じて一方の端面６１ａからフラット光ファイバ束６１に取り込まれて、フラット光ファイバ束６１中を一方の端面６１ａから他方の端面６１ｂに伝送されて、他方の端面６１ｂに映り出る。他方の端面６１ｂに映り出た一次元指紋像をラインセンサ６３が撮像する。同様に、指先の一次元指紋像が、フラット光ファイバ束６２中を一方の端面６２ａから他方の端面６２ｂに伝送されて、他方の端面６２ｂに映り出る。他方の端面６２ｂに映り出た一次元指紋像をラインセンサ６４が撮像する。ラインセンサ６３及びラインセンサ６４が一次元指紋像を撮像することが所与のタイミングで順次行われるが、撮像された一次元指紋像を順次合成すると、指先の二次元指紋像が生成される。
【００３２】
この携帯電話機６０によれば、フラット光ファイバ束６１が帯状であるため、フラット光ファイバ束６１は図１の光ファイバ束１１に比較しても薄型である。従って、図１の携帯電話機１と比較しても筐体２内のスペースが狭くても、フラット光ファイバ束６１を筐体２内に配置することができる。そのため、携帯電話機６０は、図１の携帯電話機１より小型である。
【００３３】
また、図６に示された携帯電話機７０のように、図１に示した光ファイバ束１１に代えて、光ファイバ束７１を筐体２内に配置しても良い。なお、図６（ａ）は、携帯電話機７０の断面図であり、図６（ｂ）は、筐体２の前面２ａに対して垂直な矢印Ｄの向きに筐体２内を見た場合の図面であり、図６（ｃ）は、筐体２の底面２ｂに対して垂直な矢印Ｅの向きに底面２ｂを見た場合の図面である。
【００３４】
光ファイバ束７１は、基端束７２、中間束７３，７４と、先端束７５とから構成されている。基端束７２、中間束７３，７４及び先端束７５は、複数の光ファイバが束状になったものであり、基端束７２と先端束７５の光ファイバの本数は同じであり、中間束７３，７４の光ファイバの本数は、基端束７２及び先端束７５の半分である。
【００３５】
基端束７２の一方の端面７１ａは透明板１０に当接している。基端束７２の他方は、端面７１ａに対して傾斜する二つの面７２ａ，７２ｂからなる山状に形成されている。先端束７５も、端面７１ｂに対して傾斜する二つの面７５ａ，７５ｂからなる山状に形成されている。中間束７３の一方の端は、基端束７２の面７２ａに対応するように斜めに切断されており、他方の端は、先端束７５の面７５ａに対応するように斜めに切断されている。中間束７４の一方の端は、基端束７２の面７２ｂに対応するように斜めに切断されており、他方の端は、先端束７５の面７５ａに対応するように斜めに切断されている。
【００３６】
中間束７３の一方の端が基端束７２の面７２ａに密着しているが、基端束７２の光ファイバの端はそれぞれ、面７２ａに面した光ファイバの端に密着している。同様に、中間束７３の光ファイバの他端はそれぞれ、先端束７５の面７５ａに面した光ファイバの端に接合している。中間束７４についても、光ファイバの一方の端はそれぞれ、基端束７２の面７２ｂに面した光ファイバの端に接合し、光ファイバの他方の端はそれぞれ、先端束７５の面７５ｂに面した光ファイバの端に接合している。
【００３７】
以上のように、光ファイバ束７１は、基端束７２から中間束７３，７４へと二手に分岐しており、中間束７３，７４から先端束７４へと一つに束ねられている。光ファイバ束７１の他方の端面７１ｂは、ハーフミラー８に指向している。
【００３８】
この携帯電話機７０で指先の指紋を撮像する場合には、透明板１０に指先を押し当てる。すると、指先の指紋像は、画像取込窓９を通じて一方の端面７１ａから光ファイバ束７１中に取り込まれて、一方の端面７１ａから他方の端面７１ｂへ伝送されて、他方の端面７１ｂに映り出る。光ファイバ束７１の他方の端面７１ｂに映り出た指紋像を、固体撮像素子７が撮像する。
【００３９】
この携帯電話機７０では、光ファイバ束７１が二手に分岐しているため、中間束７３，７４を筐体２内の任意の箇所に配置することができる。そのため、筐体２内のスペースを有効活用して、光ファイバ束７１を筐体２内に配置することができる。
【００４０】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
上記各実施形態では、本発明の画像入力装置を携帯電話機に適用したが、筐体を具備したＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ノート型パソコン、電子手帳、その他の電子機器に適用することができる。
また、上記各実施形態では、透明板１０に指先を押し当てていたが、指先に限らずその他様々な被写体を透明板１０に押し当てても良い。被写体を透明板１０に押し当てれば、被写体の表面に描写された模様（文字、数字、絵等を含む意である。）を固体撮像素子７又はラインセンサ６３，６４で撮像できたり、被写体の表面の凹凸により定義されたパターンを固体撮像素子７又はラインセンサ６３，６４で撮像できたりする。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、被写体の像が光ファイバ束によって伝送されるため、撮像素子が窓の近くに配置されていなかったり、窓と撮像素子との間に障害物があったりしても、撮像素子で被写体の像を撮像することができる。従って、窓の位置に関係なく撮像素子を筐体内にどこにでも配置することができる。また、窓から撮像素子までの間に光路のためのスペースがなくても、被写体の像を撮像素子で撮像することができるため、筐体内のスペースが狭くすることができ、画像入力装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像入力装置が適用された携帯電話機の断面図。
【図２】図１の携帯電話機とは別の携帯電話機の断面図。
【図３】図１及び図２の携帯電話機とは別の携帯電話機の断面図。
【図４】図１、図２及び図３の携帯電話機とは別の携帯電話機の断面図。
【図５】図１、図２、図３及び図４の携帯電話機とは別の携帯電話機の図面。
【図６】図１、図２、図３、図４及び図５の携帯電話機とは別の携帯電話機の図面。
【符号の説明】
１，３０，４０，５０，６０，７０　　　携帯電話機（画像入力装置）
２　　　筐体
７　　　固体撮像素子（撮像素子）
１１，３１，５１，７１　　　光ファイバ束
６３，６４　　　ラインセンサ
６１，６２　　　フラット光ファイバ束

Claims (3)

1. 内部に障害物が収容され、窓が形成された筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、前記筐体外にある被写体の像を前記窓を通じて一方の端から取り込んで、取り込んだ前記被写体の像を他方の端へ伝送する光ファイバ束と、
   前記筐体の内部に配置され、前記光ファイバ束の他方の端に伝送された前記被写体の像を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする画像入力装置。
2. 前記撮像素子がラインセンサであり、
   前記光ファイバ束は、複数の光ファイバが帯状に束となっており、
   前記複数の光ファイバの他端が前記ラインセンサと平行になって配列されており、
   前記複数の光ファイバの他端が前記ラインセンサに向き合っていることを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
3. 前記光ファイバ束が前記一方の端と前記他方の端との間において複数の束に分岐し、前記一方の端及び前記他方の端において前記複数の束が束ねられていることを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。

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