JP2004185276A - Image taking device, optical element, information device, and method for correcting image - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋等の凹凸を有する物体の画像撮影を行う画像撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話装置、PDA(Personal Digital Assistant)およびパーソナルコンピュータ等の情報装置の普及が急激に進んでいる。特に携帯電話装置においては、装置の小型化、薄型化、多機能化を背景として、Webブラウザやインターネット対応のメーラ等を搭載したネットワーク対応型の携帯電話装置の普及が急速に進んでおり、物品の売買等のeコマースや、金融機関への入出金等のセキュリティ保護が必要な重要処理もこのようなネットワーク対応型の携帯電話装置上で行われるようになっている。
【0003】
このようなセキュリティ性の高い携帯電話装置等の情報装置に搭載するため、バイオメトリクスを用いた認証方式の一つである指紋認証装置においても、その小型化、薄型化が図られてきた。
【0004】
例えば、指紋認証装置に搭載されるべき画像撮影装置において、指紋の画像を撮影するために、プリズム部の、指を当接させるべき当接面と対向する面に乱反射させる面を設けて、光源部をプリズム部と並べて配置して、プリズム部に光線を入射させることにより、画像撮影装置全体の薄型化を図る構成が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−259820号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような画像撮影装置においては、プリズム部から出射する光線を集光する集光部が、プリズム部に対して厚みを増すような方向に配置されていると共に、プリズム部と集光部とが離間した構成である。
【0007】
このため、画像撮影装置全体の厚みがどうしても厚くなってしまうと同時に、厚さ方向に強い力が印加された場合、例えば指紋を撮影するために強く指で当接面を押下した場合等に、画像撮影装置自体が折れ曲がったり破損したりする可能性が高くなってしまうという課題があった。
【0008】
本発明においては、上述したような課題に鑑み、数ミリ程度に薄型化を図ることができると共に、厚さ方向に強い力が印加されても、折れ曲がったり破損したりしない、高剛性の画像撮影装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像撮影装置は、第1の撮影対象が当接されるべき第1の面と第1の面と対向する第2の面とを備えたプリズム部と、プリズム部に入射させる光線を発生する光源部と、プリズム部から出射した光線を集光して所定の位置で結像させる集光部と、所定の位置に配置された撮像部とを備え、第2の面は、光源部からプリズム部に入射した光線を反射して、第1の面を内側から垂直方向に照射するように形成され、集光部を形成する部材の側面の少なくとも一部と当接するように配置されたことを特徴としている。
【0010】
このような構成にすることによって、プリズム部の第1の面と対向する第2の面が、光源部からプリズム部に入射した光線を反射して、第1の面を内側から垂直方向に照射するように形成されているので、プリズム部の側面に光源部を配置して、画像撮影装置全体の薄型化を図ることができる。また、このような構成により、第1の撮影対象として、指紋や点字等の凹凸を有する物体の画像の撮影を高いコントラストで行うことができる。
【0011】
さらに、このような構成によれば、プリズム部の第1の面と対向する第2の面と集光部を形成する部材の側面の少なくとも一部とが当接しているので、第1の面に指が比較的強い力で押圧されたような場合にも、押圧力を分散することができるので、装置が折れ曲がったり、破損したりする可能性を低くすることができる。
【0012】
また、本発明の画像撮影装置は、第1の撮影対象が当接されるべき第1の面と第1の面と対向する第2の面とを備えたプリズム部と、プリズム部に入射させる光線を発生する光源部と、プリズム部から出射した光線を集光して所定の位置で結像させる集光部と、所定の位置に配置された撮像部とを備え、第2の面は、光源部からプリズム部に入射した光線を反射して、第1の面を内側から垂直方向に照射するように形成され、第2の面と集光部を形成する部材の側面との間にプリズム部および集光部を支持する支持部材が配置されたことを特徴としている。
【0013】
このような構成にすることによっても、プリズム部の第1の面と対向する第2の面が、光源部からプリズム部に入射した光線を反射して、第1の面を内側から垂直方向に照射するように形成されているので、プリズム部の側面に光源部を配置して、画像撮影装置全体の薄型化を図ることができる。また、このような構成により、第1の撮影対象として、指紋や点字等の凹凸を有する物体の画像の撮影を高いコントラストで行うことができる。
【0014】
さらに、プリズム部の第1の面と対向する第2の面と集光部を形成する部材の側面との間に支持部材が配置されているので、第1の面に指が比較的強い力で押圧されたような場合にも、押圧力を分散することができるので、装置が折れ曲がったり、破損したりする可能性を低くすることができる。また、支持部材の厚みや材質を選択することにより、画像撮影装置の剛性の高さを調節することが可能である。
【0015】
また、支持部材が、プリズム部からの光線もれを防止する部材またはプリズム部から出射された光線をプリズム部に反射させる部材であるように構成すれば、光線の光利用効率を向上させることができ、高コントラストな撮影対象の画像を撮影することが可能となる。
【0016】
また、第1の面と、集光部の光軸中心とが平行になるように構成され、第1の面からの光線を集光部の光軸方向と一致する方向に反射させる反射面を、プリズム部に備えた構成とすることによって、装置の厚みを小さくして厚みが約3ミリ以下の画像撮影装置を得ることができる。
【0017】
さらに、プリズム部の反射面の形成されるべき面に、反射面の代わりにハーフミラー面が形成され、ハーフミラー面の集光部が配置された側と反対側に配置された第2の撮影対象の画像を、ハーフミラー面を透過した光線によって撮影する構成とすることにより、第1の撮影対象の画像のみならず、ハーフミラー面の集光部が配置された側と反対側に配置された第2の撮影対象の画像をも一台の画像撮影装置で撮影することができる。
【0018】
さらに、プリズム部の出射面と集光部の入射面とが密着している構成であることにより、界面での迷光の発生や光線の損失を防止することができる。さらに、このような構成によれば、画像撮影装置の剛性をさらに高くすることが可能である。
【0019】
また、集光部が屈折率分布型レンズである構成により、周辺部でも歪みの少ない画像を得ることができ、光学レンズを組み合わせて光学系を構成した場合と比較して小型化を図ることができる。また、被写界深度を確保できるので、撮影される画像のぼけ等の発生を防止することができる。
【0020】
また、光源部は発光ダイオードにより構成されることにより、光源部を小型化することができるため、実装スペースが小さくてすみ、画像撮影装置全体を小型化することが可能である。
【0021】
また、第2の撮影対象を照射する照射光源部を設け、第2の撮影対象から反射された光線の波長を選択的に透過するフィルタをハーフミラー面に設けた構成とすることにより、第1の撮影対象の画像を撮影する際に、迷光がハーフミラー面を透過して第2の撮影対象側から入り込むことを防止することができる。
【0022】
さらに、フィルタは照射光源部の発生する光線波長を含む、50nm以上150nm以下の幅以内の波長の光線を選択的に透過させる構成とすることにより、例えば光源部に単色のLED等を用いた場合に、他の色の光線の悪影響を小さくすることができる。
【0023】
さらに、撮像部がCMOSセンサである構成とすることにより、装置全体の低消費電力化を図ることが可能となる。
【0024】
さらに、CMOSセンサが全画素の露光を同時に開始し、同一期間露光を行う構成によって、第1の撮影対象および第2の撮影対象に対して画像撮影装置を移動させながら撮影するときの画像歪みを低減することが可能となる。
【0025】
また、プリズム部の照射光源部に対向する面で、照射光源部から照射される光線を反射させて、第2の撮影対象に照射する構成によれば、光線を高効率に利用して第2の撮影対象、例えば濃淡で表わされた文書等に照射することが可能となる。
【0026】
さらに、画像撮影装置の撮像部と画像撮影装置が組み込まれるべき装置とを接続する端子が、画像撮影装置の画像撮影装置が組み込まれるべき装置の筐体に接すべき面に配置され、画像撮影装置が筐体に組み込まれる際に、端子と筐体に形成された端子とが接することにより、端子と筐体に形成された端子とが導通される構成であることにより、コネクタ等の接点部品や接着部品等の削減が可能となり、画像撮影装置を実装する際の工程を簡略化して、その実装工程の信頼性を向上することが可能である。
【0027】
さらに、撮像部と画像撮影装置に構成された端子とがフレキシブル基板によって接続され、フレキシブル基板は画像撮影装置と画像撮影装置が組み込まれるべき装置の筐体との間に挟まれて固定される構成であることにより、ばね接点部品を用いて外部との電気的接続を行う構成と比較して、容易に信頼性の向上できる接続を行うことができる。
【0028】
また、フレキシブル基板上にスリットが構成されることにより、使用時の温度変化に対しての耐候性を向上することができる。
【0029】
さらに、プリズム部とプリズム部を保持する筐体とが接する部分において封止処理が施される構成であることにより、汗等の汚れやゴミ等が画像撮影装置内に混入することを防止できる。
【0030】
なお、封止処理に使用される材料は防水性を有する接着材料であることにより、より防水性を向上させることが可能となる。
【0031】
また、第1の撮影対象が指であり、第2の撮影対象が文書であることにより、指紋および文書の両方を撮影することができる画像撮影装置を提供することができる。
【0032】
さらに、前述のような画像撮影装置を備えた情報装置を構成することにより、薄型で、指紋等の凹凸で構成される第1の撮影対象の撮影や、文書等の濃淡で表わされる第2の撮影対象の撮影を行うことのできる情報装置が実現できる。例えば、指紋を撮影して本人認証を行うことができるセキュリティ性の高い、かつ、文書の読み取り、すなわちスキャナ機能を実現できる情報装置を構成することが可能である。
【0033】
次に、本発明の光学素子は、被写体が当接すべき当接面と、光線が入射すべき入射面と、光線が出射すべき出射面と、入射面から入射した光線を当接面方向へ反射させる反射部が形成された第1の反射面と、当接面からの光線を出射面方向へ反射させる第2の反射面とを備えたことを特徴としている。
【0034】
このような構成とすることにより、薄型で、かつ凹凸を有する撮影対象を撮影するのに適した光学素子を提供することが可能となる。
【0035】
また、第1の反射面を、その断面が鋸歯状になるように加工して反射部とする構成によれば、より効果的に当接面に光線を導くことができる。
【0036】
さらに、反射部に、高反射率部材からなる反射膜を被覆した構成によれば、反射部での光線反射率を向上させ、光線の利用効率を高めることができる。
【0037】
また、高反射率部材がアルミニウムである構成によれば、より簡易に高反射率の反射部を形成することができる。
【0038】
さらに、反射膜の反射率が、入射面から離れるに従って高くなるように反射膜が形成されたことによって、当接面をより均一な明るさで照射することができる。
【0039】
また、光学素子がプラスチック製であることにより、成形等の簡易な方法で製造でき、かつ割れにくい光学素子を実現することができる。
【0040】
また、光学素子がガラス製であることによっても、成形等の簡易な方法で作成できると共に、耐熱性が高く、傷つきにくい光学素子が実現できる。
【0041】
また、当接面の中心から第2の反射面の中心までの光路と、出射面から出射される光線の光軸とがなす角度が46度以下である構成であることにより、光学素子の厚み方向に薄い光学素子を実現することができる。
【0042】
さらに、入射面、出射面、当接面、第1の反射面および第2の反射面以外の面に光もれ防止膜を形成したことにより、光線の利用効率を高くすることができる。
【0043】
さらに、前述のような光学素子を備えた画像撮影装置およびこの画像撮影装置を搭載した情報装置を構成することにより、薄型で、かつ凹凸を有する撮影対象を撮影するのに適した画像撮影装置および情報装置を提供することができる。
【0044】
次に、本発明の画像補正方法は、撮影対象を当接面に当接させて画像を撮影する画像撮影装置における画像補正方法であって、撮影対象を当接面に当接させて撮影した画像を、当接面に撮影対象を当接させないで撮影した画像を用いて補正することを特徴としている。
【0045】
このような方法によれば、本発明の画像撮影装置のように、迷光が入る可能性がある光学系で撮影された画像を、有効にコントラストの高い画像に補正することができる。
【0046】
また、撮影対象を当接面に当接させて撮影した画像と、当接面に撮影対象を当接させないことによって撮影された画像との差分処理をすることにより補正を行う方法により、簡易で効果的な画像のコントラスト補正を行うことができる。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0048】
(第1の実施の形態)
まず、第1の実施の形態として、本発明の画像撮影装置の構成を説明する。
【0049】
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置の光路を示す模式図であり、図1(b)は本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置の構成を示す斜視図である。なお、図1(a)は図1(b)のA−A’面で切断したと仮定した際の断面形状を用いて示している。
【0050】
図1において、本発明の実施の形態の画像撮影装置101は、第1の撮影対象である凹凸を有する物体、例えば指を第1の面である指紋読取面107に当接させることにより、その指紋の画像を撮像素子105によって撮影することができると共に、第2の撮影対象である、濃淡で表わされた文書等のインクの濃淡で表わされた物体の画像を、文書等に対向する原稿読取面113を介して撮像素子105で撮影することができる。
【0051】
プリズム部102は光学素子であり、指を当接させる指紋読取面107を備え、ポリカーボネート等の光学部品に適した透明なプラスチック、またはBK7等の光学ガラスによって射出成形、切削等の公知の方法で形成される。
【0052】
光学ブロック103は原稿読取面113を有し、文書等の濃淡を有する物体の画像を撮影する際の光路となり、プリズム部102と同様の材料、製造方法で形成される。
【0053】
原稿読取用LED114は濃淡を有する物体の画像を撮影するために、撮影すべき原稿や文書等の濃淡を有する物体を照射するための発光ダイオードであり、プリズム部102とは独立して設けることができる。図1(a)および図1(b)において、原稿読取用LED114は、筐体106内に配置され、図1(b)における光学ブロック103と筐体106との間の空隙を介して、濃淡を有する物体を照射する。
【0054】
集光部である屈折率分布型レンズ104は、プリズム部102や光学ブロック103から出射された光線を集光して撮像素子105の表面に結像させる。屈折率分布型レンズ104は、レンズ部183およびレンズ部183を保持するモールド樹脂部182から構成される。
【0055】
撮像素子105は屈折率分布型レンズ104が集光、結像させた光線を電気信号に変換する撮像素子であり、公知のCCDやCMOSセンサ等を用いることができる。
【0056】
プリズム部102、光学ブロック103および屈折率分布型レンズ104は、筐体106の内部に納められている。筐体106は不要な光線が入り込むことを防ぐために、光を吸収する色、例えば黒色であることが、光学的な性能の点から望ましいが、透光性のものでない限りにおいては、どのような材料も用いることが可能である。
【0057】
本発明の画像撮影装置101においては、図1(a)におけるプリズム部102の底面、すなわち指紋読取面107と対向する第2の面である対向面161と、屈折率分布型レンズ104の側面181(本実施の形態においては、モールド樹脂部182の最外面)とが当接して配置されている。さらに、プリズム部102からの光の出射面162と、屈折率分布型レンズ104の入射側(図中左側)が光学的に密着するように、プリズム部102と屈折率分布型レンズ104とは公知の材料で接着されている。これにより、プリズム部102と屈折率分布型レンズ104とが互いに固定されているので、例えば指紋読取面107が指によって強い力で画像撮影装置101の厚み方向に押圧されたような場合にも、プリズム部102と屈折率分布型レンズ104との間に空間がある構成に比べ、変形や破損しにくい構成を実現することができる。
【0058】
なお、屈折率分布型レンズ104がモールド樹脂部182を有さない構成の場合、すなわちレンズ部183からなる構成の場合には、そのレンズ部183の側面と対向面161とが当接して互いに固定された構成であってもよい。さらに、屈折率分布型レンズ104の側面181とプリズム部102の対向面161との間に、屈折率分布型レンズ104およびプリズム部102を支持するような金属、プラスチック等の公知の材料で構成された支持部材が配置された構成であってもよいことはいうまでもない。
【0059】
また、本発明の画像撮影装置101においては、プリズム部102の指紋読取面107の面方向(図1(a)中X軸方向)と、屈折率分布型レンズ104の光軸方向とが、平行になるように構成されているので、厚さ方向(図1(a)中Y軸方向)に薄い画像撮影装置を実現できる。
【0060】
また、封止材115はプリズム部102と筐体106との間に隙間が生じないように封止する。これにより指の脂分が画像撮影装置101内部に入り込むことによるプリズム部102、屈折率分布型レンズ104または撮像素子105等に汚れが付着することを防止でき、読み取り性能の劣化や機能不全の発生を防止することができる。封止材115としては、例えば、公知の防水性のある接着材料、例えば、コーキングに使用されるシリコン系の材料等を用いることができる。
【0061】
次に本発明の画像撮影装置101が画像を撮影する際の光路について図1(a)を用いて説明する。
【0062】
まず、指紋読取面107に指を当接させない状態での光路について説明する。
【0063】
プリズム部102を構成する面のうちの1面には、指紋読取面107の全領域において全反射されるような大きさと角度で黒色の光もれ防止膜109が設けられている。光もれ防止膜109の面の光像は図1(a)の点線矢印で示すような光路により、指紋読取面107において全反射されて、光線を反射するミラー面110にて反射された後、屈折率分布型レンズ104に入射して、撮像素子105に画面全体が黒色の画像として結像する。なお、本実施の形態において、ミラー面110には、蒸着等の公知の方法によって、ハーフミラーが形成されている。
【0064】
指紋を撮影する場合には、指紋読取用LED108を点灯させる。次に被認証者が指を指紋読取面107に当接させて、指紋の凸の部分が指紋読取面107と密着すると、当該密着した部分において、プリズム部102と並んで配置される指紋読取用LED108からプリズム部102に入射した光線が、対向面161において指紋読取面107の方向(図中Y軸方向に向かう方向)に反射する。光線は指紋の凸面と指紋読取面107とが密着した部分で散乱し、散乱光の一部はミラー面110にて反射されて、屈折率分布型レンズ104に入射する。これにより、撮像素子105によって指紋の凸面が白く撮影される。一方、指紋の凹面の部分は指紋読取面107と離間しており、光線は、前述のように指紋読取面107で全反射するので、光もれ防止膜109の黒色が撮影される。なお、対向面161には光線が反射するように反射部が設けられているが、この構成については後述する。
【0065】
このように、本発明の画像撮影装置101によれば、撮像素子105からの出力において指紋の凸面は白く撮影される一方、指紋の凹面は黒く撮影されるので、指紋の凹凸画像を白黒画像として得ることができる。
【0066】
撮像素子105からの出力は、撮像素子105に取り付けられたフレキシブル基板111を経由してフレキシブル基板111上の外部接続用端子112から電気信号として取り出すことができる。このフレキシブル基板111の構成についても後述する。
【0067】
なお、プリズム部102を構成する面のうち、指紋読取面107、プリズム部102に光線が入射する指紋読取用LED108と対向する入射面、および、ミラー面110を除く面にも光もれ防止膜を構成することにより、指紋読取用LED108から入射した光線を、プリズム部102から漏出させることがない上に、不要な外乱光が光学系内に入り込むことを防止することができる。
【0068】
なお、屈折率分布型レンズ104の側面181とプリズム部102の対向面161との間に設けられた支持部材が、光もれを防止する部材や光を反射させる部材である場合には、対向面161には光もれ防止膜を構成しなくてもよい。
【0069】
また、このとき、指紋読取面107の中心とミラー面110の光軸中心とを結ぶ直線と、ミラー面110から屈折率分布型レンズ104までの光軸中心とのなす角度αを46度以下とすることによって、指紋読取面107の表面において外部からの光がプリズム部102に入り込むことがなく、その全領域を光線が全反射する面として、指紋画像を得ることが可能となる。
【0070】
また、本実施の形態の画像撮影装置101は、厚みが約1.6mm程度に構成されているので、携帯電話装置等の携帯型の情報装置への搭載が容易である。なお、前記角度αをさらに小さくすることにより、画像撮影装置101の厚みを減らすことができるので、より薄型の情報装置に実装しやすくなる。
【0071】
さらに、本発明の画像撮影装置101においては、前述のように指紋の画像を撮影できると共に、文書等のインクの濃淡で表わされた物体の画像を撮影することも可能である。
【0072】
次に、この濃淡で表わされた物体の画像を撮影する際の動作について説明する。
【0073】
原稿読取用LED114は原稿読取面113に対向して配置されている濃淡で表わされた物体、例えば文書等の原稿を照射する。すると、原稿の濃淡に対応して、原稿からの反射光が図1(a)における実線矢印で示すような光路で、光学ブロック103、ハーフミラーの形成されたミラー面110およびプリズム部102を透過し、屈折率分布型レンズ104に入射して、撮像素子105に濃淡画像として結像する。
【0074】
このとき、ミラー面110に形成されたハーフミラーを、光線の反射率と外部からの光線の透過率の合計を90%以上とし、例えば内部反射率を50%、外部からの透過率を50%に近づけることにより、光線を有効に利用すると共に、良好な指紋画像の撮影と濃淡画像の撮影とを両立することができる。
【0075】
なお、本実施の形態において、屈折率分布型レンズ104の光路長は、指紋読取面107および原稿が配置されるべき面の像が共に撮像素子105を結像面として結像するように調節されていることが望ましい。この屈折率分布型レンズ104の特性を変えて、光路長を調節することにより、原稿が配置されるべき面の位置を、画像撮影装置101の原稿読取面113と一致させたり、原稿読取面113から少し離間させたりと調節することが可能である。
【0076】
例えば、原稿が配置されるべき面の位置を、原稿読取面113から少し離間させておくことにより、光学ブロック103に傷がつくことを防止することができる。
【0077】
ここで、画像撮影装置101に使用されるプリズム部102の構成についてさらに詳細に説明する。
【0078】
まず、図2(a)は、プリズム部102の原稿読取面113側から見た構造および指紋読取面107と対向面161における光線の反射を説明する部分断面図である。
【0079】
図2(a)において、プリズム部102は、指202を密着することのできる指紋読取面107を有する透明部材201、指紋読取用LED108からの光を指紋読取面107の方向(Y軸方向)に導光するための、指紋読取面107の対向面161に設けられた反射部である指紋用光源反射面205から構成される。指紋読取用LED108は、プリズム部102を挟むように図中Z軸方向に2台配置されているが、本発明は指紋読取用LED108の台数を限定するものではない。
【0080】
対向面161には、断面が複数の鋸歯状の指紋用光源反射面205が形成されており、指紋読取用LED108が照射する方向(Z軸方向)が複数の鋸歯状の面からなる指紋用光源反射面205の稜線方向(X軸方向)に直交するように配置されている。
【0081】
指紋読取面107を照射する光線の減衰を抑制するため、指紋用光源反射面205には反射率を向上させるようにアルミニウム等の高反射率部材が蒸着されている。
【0082】
さらに、指紋読取面107の全面に均一な明るさの光線を照射するために、指紋用光源反射面205の指紋読取用LED108に近接した部分については蒸着するアルミニウムの密度を下げ、指紋読取用LED108からより離れた部分である指紋用光源反射面205の中央部については、アルミニウムを蒸着する際の密度を相対的に上げる構成とすることが望ましい。なお、高反射率部材を蒸着せずに、プリズム部102と対向面161との間に反射部材を配置する構成であってもよい。
【0083】
図2(b)は指紋用光源反射面205にアルミニウムを蒸着した場合に、指紋読取面107における光線の強度分布を示したものであり、Z軸方向の中央位置における光の強度低下が改善され、光の強度低下が最大値に対して30%以内の減衰に抑えられる例を示している。
【0084】
次に本発明の画像撮影装置101のプリズム部102に形成されるフィルタについて説明する。このフィルタは、図1のプリズム部102と光学ブロック103との間のミラー面110に形成されるものであり、ミラー面110に同じく形成されたハーフミラーとは別に形成されるものであり、機能も異なっている。
【0085】
図3(a)は原稿の画像を撮影するために発光させる、原稿読取用LED114の波長分布の一例を示したものである。ここで、原稿読取用LED114の発光ピーク波長をλとし、光強度が0となるときの波長の幅をΔλとする。
【0086】
図3(b)はフィルタの波長に対する光の伝達度(入射光に対する出射光の透過率)を示したものであり、伝達度がピークとなる波長をλ’、伝達度が0となるときの波長の幅をΔλ’とする。ここでλ’=λ、Δλ’<Δλとなるように構成すれば、原稿から反射する光線のうち、原稿読取用LED114の反射光を主成分とする光線しか屈折率分布型レンズ104に到達しなくなる。
【0087】
このような構成により、例えば指紋画像の撮影時に、光学ブロック103からプリズム部102を通じて屈折率分布型レンズ104に入射してしまう不要な外乱光を低減させることができ、指紋画像の撮影時の黒レベルが浮いてしまう現象を低減させることができる。
【0088】
特に伝達度(透過率)が0となるときの波長の幅Δλ’=50nm〜150nm以下に構成することにより、原稿読取用LED114を3原色のうちのいずれか1色にした場合(例えば、ピーク波長630nmのLEDを用いたとき)、いずれか1色を中心とした波長の色の光のみを通過させることができるので、より外乱光の影響を低減させることができる。
【0089】
なお、本実施の形態ではλ’=λ、Δλ’<Δλの構成について記述しているが、原稿読取用LED114の反射光の波長を主成分とする光線しか屈折率分布型レンズ104に到達しなくなるようにフィルタ特性を定めるのであればこれに限定されることはなく、λ’≒λ、Δλ’≦Δλでも実施可能である。
【0090】
次に、本発明の第1の実施の形態における撮像素子105の構成について、さらに詳しく説明する。図4は、本発明の第1の実施の形態における撮像素子105の構成を示す図である。
【0091】
図4(a)は、本実施の形態の撮像素子105の構成の一例を示す図であり、図4(a)に示したように、撮像素子105はフォトダイオード251がマトリックス状に配置されたCMOSセンサである。ここで、このフォトダイオード251のうち、任意の二つのフォトダイオードをそれぞれ画素A、画素Bとする。これらの画素Aおよび画素Bの露光期間について、図4(b)を用いて説明する。図4(b)に示したように、撮像素子105の画素Aおよび画素Bは、それぞれ同時に露光を開始し、同一期間露光を行う構成である。なお、各画素からの画像情報の読み出しは露光の後に順次行う。
【0092】
このような構成により、撮像素子105としてCMOSセンサを用いて低消費電力化を図ると共に、各画素の露光が同時期に行われるセンサを用いることによって、画像撮影装置101を相対的に指紋や濃淡原稿に対して滑らせながら移動させて画像を撮影する際に、図4(c)に示したように、画像の歪みを低減することができる。図4(c)は、本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置101で撮影した画像の一例である。図4(c)に示した画像は、複数の部分画像252を一枚の画像として合成したものである。このように、本発明の画像撮影装置101を用いれば、指紋や原稿の画像を歪みなく忠実に撮影することが可能となる。従って、画像の撮影後に行われる本人認証率や文字認証率の向上、およびOCR(Optical Character Recognition)動作の性能向上に寄与することができる。
【0093】
次に、画像撮影装置101におけるフレキシブル基板111の構成について説明する。図5(a)は、本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置101のうち、フレキシブル基板111の部分を抜き出して図示した側面図であり、図5(b)は、フレキシブル基板111の構造を示す概略斜視図である。
【0094】
図5(a)において、フレキシブル基板111には、撮像素子105からの電気信号を取り出す撮像素子実装用端子401と、フレキシブル基板111から外部に電気信号を送出する端子である外部接続用端子112とで構成されている。
【0095】
図5(b)に示すように、本発明の画像撮影装置101においては、フレキシブル基板111における撮像素子実装用端子401の端子間にスリットを構成している。
【0096】
図5(c)は、フレキシブル基板111に撮像素子105を実装したときの応力発生について説明する概略平面図である。
【0097】
図5(c)に示すように、高温等の悪条件下において、フレキシブル基板111と撮像素子105の熱膨張の度合いが異なるために、撮像素子105の中心部から端部に向かって応力Aおよび応力Bがそれぞれ発生する。
【0098】
このとき、フレキシブル基板111にスリットが構成されていることにより、撮像素子105とフレキシブル基板111との間で発生する応力を応力1〜応力4の四つの応力に分けることができる。
【0099】
このように、本実施の形態の構成によれば、フレキシブル基板111の撮像素子105との接触部分についての剥離や断線の可能性を、スリットが構成されていない場合と比べて低減することが可能となる。
【0100】
なお、本発明の画像撮影装置101においては、撮像素子105から外部接続用端子112までの配線はフレキシブル基板111に限定されることはなく、筐体106に配線パターンを蒸着等により直接形成してもよい。
【0101】
この際、外部接続用端子112を筐体106の図1(a)における画像撮影装置101の下側に配置して、画像撮影装置101を、搭載すべき情報装置等の装置の外部筐体にはめ込んで実装する構成としておけば、筐体106と情報装置の外部筐体との間で外部接続用端子112を挟み込むように構成することができるので、外部筐体側に端子を設けることにより、密着させて導通させることができる。
【0102】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態として、画像撮影装置のプリズム部の別の構成について説明する。
【0103】
図6(a)は本実施の形態のプリズム部602を用いた画像撮影装置601の概略断面図、図6(b)はそのプリズム部602の構造を示す概略平面図である。
【0104】
なお、図6(a)において、第1の実施の形態で説明した構成要素と同様の構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。また、図6(a)は図6(b)のB−B’面で切断したと仮定した際の概略断面図である。
【0105】
本実施の形態の画像撮影装置601におけるプリズム部602は、図6(b)に示すように、原稿読取用LED114によって照射される光線をその表面で反射させて原稿を照射する構成であることを特徴としている。
【0106】
このように、原稿を照射するための原稿読取用LED114を、画像撮影装置601の両側から挟み込むように複数台配置(図中Z軸方向に光軸中心が向くように配置する)して、プリズム部602の原稿読取用LED114と対向する面を原稿用光源反射面150として用いて原稿を照射する構成とすることにより、簡易な構成で、より強い光線を原稿に照射することが可能となる。
【0107】
原稿用光源反射面150には反射率を向上させるようにアルミニウム等の高反射率部材が蒸着されていることが望ましい。このように構成することにより、原稿読取用LED114の光線がプリズム部602の内部に入り込まないので、プリズム部602内部の光線が外部の光線によって悪影響を受けることがない。
【0108】
さらに、撮影すべき原稿の全面に均一な明るさの光線を照射するために、原稿用光源反射面150にはあらかじめ黒色塗装を施した上で、原稿用光源反射面150の原稿読取用LED114に近接した部分については蒸着するアルミニウムの密度を下げ、原稿読取用LED114からより離れた部分である原稿用光源反射面150の中央部については、アルミニウムを蒸着する際の密度を相対的に上げる構成であることが望ましい。
【0109】
このようにして、原稿読取面113における光の強度むらが、最大輝度に対して30%以内の減衰に抑えることが可能となる。
【0110】
なお、原稿用光源反射面150を構成するための手段は、高反射率部材の蒸着に限定されず、光線が反射するような構成であればよい。例えば、対向面161と同じように原稿読取用LED114の光線をより原稿読取面113に均一に照射させるために、原稿用光源反射面150を鋸歯状の面に加工してもよい。
【0111】
なお、本発明は、蒸着すべき高反射率部材をアルミニウムに限定するものではなく、光線をより強く反射するものであれば任意に選択することができる。
【0112】
なお、本発明の実施の形態においては指紋画像と原稿画像の撮影を一つの画像撮影装置で行う例を示したが、本発明はこれに限定されることはなく、指紋画像の撮影だけを行う画像撮影装置としても実施することが可能であることはいうまでもない。
【0113】
また、本発明の画像撮影装置101を用いれば、前述のような薄型化が可能であるので、携帯型の情報機器等への搭載も容易になる。このような画像撮影装置101を携帯電話装置等の情報装置に搭載した例を、図7に示す。
【0114】
図7は、画像撮影装置101を搭載した携帯電話装置50の外観図であり、(a)はその正面図、(b)は画像撮影装置101が搭載された携帯電話装置50の端部を示す要部斜視図である。
【0115】
携帯電話装置50は、アンテナ部51、スピーカ部52、LCD等の表示部53、キー部54およびマイク部55等を有する公知の携帯電話装置に、画像撮影装置101を内蔵した構成である。
【0116】
本発明の画像撮影装置101を搭載することにより、携帯電話装置50の下面に、画像撮影装置101の、文字や図形等の濃淡で表わされた情報を読み取る原稿読取面113を設けることにより、ユーザにとって使いやすい画像撮影装置101内蔵型の携帯電話装置50を提供することができる。また、携帯電話装置50のキー部54等が設けられた面に指紋等を当接させるべき指紋読取面107を配置することにより、ユーザによって、指を当接させやすい画像撮影装置101内蔵型の携帯電話装置50を提供することができる。
【0117】
このような画像撮影装置101を搭載した携帯電話装置50により、URLや2次元バーコード等の文書情報を読み取り、OCR等の処理に供したり、ユーザの指紋パターンを撮影して、本人認証を行うことができるので、従来にない多機能で、高セキュリティな携帯電話装置等の情報装置を提供することができる。
【0118】
なお、ここで情報装置とは、前述の携帯電話装置に限定されず、ノート型等の小型パーソナルコンピュータ、PDA等、公知の各種情報装置を含むことはいうまでもない。
【0119】
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態として、画像撮影装置によって取得される画像の補正方法について説明する。
【0120】
図8(a)は本発明の第1の実施の形態に示したプリズム部102のうち、指紋読取面107に光を照射する部分の構造を示す部分断面図である。各構成要素の説明は、第1の実施の形態での説明と同様なので省略する。
【0121】
図8(b)は、指紋読取面107に指202を当接させた場合に、プリズム部102の端面からの距離に対して、撮像素子105からの出力レベルを示したものである。プリズム部102の両端部では指紋読取用LED108による照射光が強く、また指紋読取用LED108は指紋用光源反射面205のみを照らすことはできないので、撮像素子105に光がもれ込むことがあり、図8(b)に示したように、黒レベルが浮き上がってしまう。
【0122】
図8(c)は指紋読取面107に指202を当接させないときの撮像素子105の出力レベルを示したものであり、黒レベルが浮き上がっている。
【0123】
そこで、本実施の形態においては、指紋読取面107に指を接触させたときに得られる撮像素子105の出力値から、接触させていないときの撮像素子105の出力値を減算する。
【0124】
これにより、例えば、図8(d)に示すような、黒浮きの補正ができ、認証に必要なコントラストのよい画像を得ることが可能となる。
【0125】
また、この画像補正方法は、具体的には、本発明の画像撮影装置の動作を制御する演算部(図示せず)によって実行される制御プログラムとして実施することができる。
【0126】
図9に、本発明の画像補正方法の処理ステップのフローチャートを示す。
【0127】
まず、指紋読取用LED108を点灯させる(ステップS901)。次に、あらかじめ指紋読取面107に指202等の物体を何も接触させない状態で、撮像素子105を駆動して、指紋読取面107からの光線の光電変換を行い、画像を撮影する(ステップS902)。
【0128】
次に、撮像素子105の第1の出力を画像撮影装置101に接続または搭載された、RAMやバッファ等の記憶部(図示せず)に記憶する(ステップS903)。
【0129】
次に、指紋読取用LED108を再度点灯させて(ステップS904)、当指紋読取面107に指202を接触させたことを検知したら(ステップS905)、撮像素子105を駆動(ステップS906)して、指紋読取面107からの光線を光電変換して、画像を撮影し、撮像素子105からの第2の出力を記憶部に記憶する(ステップS907)。
【0130】
なお、ステップS904は、指紋読取用LED108を継続的に点灯させる場合には不要である。
【0131】
さらになお、ステップS905における指202の検知は、接触を検知する静電センサ等のセンサで行ってもよいし、光学的に画像解析を行うことにより検知する構成であってもよい。
【0132】
そして、記憶部に記憶された、撮像素子105からの第1の出力と第2の出力の各画素値間で差分処理を行い(ステップS908)、差分処理された画像を記憶部に記憶する(ステップS909)。
【0133】
このようなステップを画像撮影装置101に対して実行することにより黒レベルの浮き上がりの補正をすることができ、認証に必要なコントラストの高い画像を得ることが可能となる。
【0134】
なお、これらの画像補正方法は、前述の各ステップをコンピュータに実行させるプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体によっても実施可能であることはいうまでもない。
【0135】
なお、本発明の実施の形態においては、凹凸で表わされた情報とは、指紋に限定されず、例えば点字情報等を含み、濃淡で表わされた情報とは、文書等に限定されないことはいうまでもない。
【0136】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の画像撮影装置によれば、指紋等の凹凸で表わされた画像情報を撮影できる、薄型で情報装置に実装しやすい、厚さ方向の剛性に優れた画像撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置の光路を示す模式図
(b)は本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置の構成を示す斜視図
【図2】(a)は本発明の第1の実施の形態におけるプリズム部の原稿読取面側から見た構造を示す部分断面図
(b)は本発明の第1の実施の形態における指紋読取面における光線の強度分布を示す図
【図3】(a)は本発明の第1の実施の形態における原稿読取用LEDの波長分布の一例を示す図
(b)は本発明の第1の実施の形態におけるフィルタの波長に対する光の伝達度を示す図
【図4】(a)は本発明の第1の実施の形態における撮像素子の構成の一例を示す図
(b)は本発明の第1の実施の形態における撮像素子の露光期間を説明する図
(c)は本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置によって撮影された画像の一例を示す図
【図5】(a)は本発明の第1の実施の形態におけるフレキシブル基板の部分側面図
(b)は本発明の第1の実施の形態におけるフレキシブル基板の構造を示す概略斜視図
(c)は本発明の第1の実施の形態におけるフレキシブル基板の応力発生について説明する概略平面図
【図6】(a)は本発明の第2の実施の形態における画像撮影装置の構成を示す概略断面図
(b)は本発明の第2の実施の形態におけるプリズム部の構造を示す概略平面図
【図7】(a)は本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置を搭載した携帯電話装置の正面図
(b)は本発明の第1の実施の形態における画像撮影装置を搭載した携帯電話装置の要部斜視図
【図8】(a)は本発明の第3の実施の形態におけるプリズム部の構造を示す部分断面図
(b)は本発明の第3の実施の形態における指を当接させたときの撮像素子からの出力レベルの一例を示す図
(c)は本発明の第3の実施の形態における指を当接させていないときの撮像素子からの出力レベルの一例を示す図
(d)は本発明の第3の実施の形態における撮像素子からの出力を補正した例を示す図
【図9】本発明の第3の実施の形態における画像補正方法の処理ステップを示すフローチャート
【符号の説明】
50 携帯電話装置
51 アンテナ部
52 スピーカ部
53 表示部
54 キー部
55 マイク部
101,601 画像撮影装置
102,602 プリズム部
103 光学ブロック
104 屈折率分布型レンズ
105 撮像素子
106 筐体
107 指紋読取面
108 指紋読取用LED
109 光もれ防止膜
110 ミラー面
111 フレキシブル基板
112 外部接続用端子
113 原稿読取面
114 原稿読取用LED
115 封止材
150 原稿用光源反射面
161 対向面
162 出射面
181 屈折率分布型レンズの側面
182 モールド樹脂
183 レンズ部
201 透明部材
202 指
205 指紋用光源反射面
251 フォトダイオード
252 部分画像
401 撮像素子実装用端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image capturing apparatus that captures an image of an object having irregularities such as a fingerprint.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, information devices such as mobile phone devices, PDAs (Personal Digital Assistants), and personal computers have been rapidly spreading. In particular, in the case of mobile telephone devices, network-compatible mobile telephone devices equipped with a Web browser, an Internet-compatible mailer, and the like are rapidly spreading due to the background of miniaturization, thinning, and multifunctionality of the devices. Important processes that require security protection, such as e-commerce such as buying and selling, and depositing and withdrawing from financial institutions, are also performed on such a network-compatible mobile phone device.
[0003]
A fingerprint authentication device, which is one of the authentication methods using biometrics, has been reduced in size and thickness in order to be mounted on an information device such as a mobile phone device with high security.
[0004]
For example, in an image photographing apparatus to be mounted on a fingerprint authentication apparatus, in order to photograph an image of a fingerprint, a surface of the prism portion, which is irregularly reflected on a surface opposite to a contact surface to which a finger is to contact, is provided. There has been proposed a configuration in which a unit is arranged side by side with a prism unit and a light beam is incident on the prism unit to reduce the thickness of the entire image photographing apparatus (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-259820 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an image photographing apparatus, the condensing section for condensing the light beam emitted from the prism section is arranged in a direction to increase the thickness with respect to the prism section, and the prism section and the condensing section are arranged. Are separated from each other.
[0007]
Therefore, at the same time the thickness of the entire image capturing apparatus is inevitably increased, and at the same time, when a strong force is applied in the thickness direction, for example, when the contact surface is strongly pressed with a finger to capture a fingerprint, There is a problem that the possibility that the image photographing apparatus itself is bent or damaged is increased.
[0008]
In the present invention, in view of the above-described problems, it is possible to reduce the thickness to about several millimeters, and even when a strong force is applied in the thickness direction, it does not bend or break and has high rigidity. It is intended to provide a device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An image photographing apparatus according to an aspect of the present invention includes a prism unit having a first surface to which a first object to be photographed is brought into contact and a second surface opposite to the first surface, and a light beam incident on the prism unit. A light source unit that generates the light, a light collecting unit that collects light rays emitted from the prism unit and forms an image at a predetermined position, and an imaging unit that is disposed at a predetermined position. It is formed so as to reflect the light beam incident on the prism portion from above, and irradiates the first surface in the vertical direction from the inside, and is disposed so as to abut at least a part of the side surface of the member forming the light collecting portion. It is characterized by:
[0010]
With such a configuration, the second surface opposite to the first surface of the prism portion reflects light rays incident on the prism portion from the light source portion and irradiates the first surface in the vertical direction from the inside. Since the light source unit is formed on the side surface of the prism unit, the overall thickness of the image photographing apparatus can be reduced. Further, with such a configuration, an image of an object having unevenness such as a fingerprint or Braille can be shot with high contrast as a first shooting target.
[0011]
Furthermore, according to such a configuration, the second surface facing the first surface of the prism portion and at least a part of the side surface of the member forming the light collecting portion are in contact with each other. Even when the finger is pressed with a relatively strong force, the pressing force can be dispersed, so that the possibility that the device is bent or damaged can be reduced.
[0012]
Further, the image photographing apparatus of the present invention is configured such that a prism having a first surface to which a first photographing object is to be brought into contact and a second surface opposite to the first surface is incident on the prism. A light source unit that generates light beams, a light-collecting unit that collects light beams emitted from the prism unit and forms an image at a predetermined position, and an imaging unit that is disposed at a predetermined position. The prism is formed so as to reflect a light beam incident on the prism portion from the light source portion and irradiate the first surface in the vertical direction from the inside, and the prism is provided between the second surface and the side surface of the member forming the light collecting portion. A support member for supporting the unit and the light collecting unit is arranged.
[0013]
Even with such a configuration, the second surface facing the first surface of the prism portion reflects light rays incident on the prism portion from the light source portion, and the first surface is vertically moved from the inside. Since it is formed so as to irradiate, the light source unit can be arranged on the side surface of the prism unit, and the overall thickness of the image photographing apparatus can be reduced. Further, with such a configuration, an image of an object having unevenness such as a fingerprint or Braille can be shot with high contrast as a first shooting target.
[0014]
Further, since the supporting member is disposed between the second surface of the prism portion facing the first surface and the side surface of the member forming the light collecting portion, the finger exerts a relatively strong force on the first surface. In the case where the device is pressed, the pressing force can be dispersed, so that the possibility that the device is bent or damaged can be reduced. Further, by selecting the thickness and material of the support member, it is possible to adjust the rigidity of the image photographing apparatus.
[0015]
Further, if the supporting member is configured to be a member that prevents light from leaking from the prism portion or a member that reflects a light beam emitted from the prism portion to the prism portion, the light use efficiency of the light beam can be improved. This makes it possible to shoot a high-contrast image of a shooting target.
[0016]
Further, a reflecting surface configured so that the first surface and the optical axis center of the condensing portion are parallel to each other, and reflecting light rays from the first surface in a direction coinciding with the optical axis direction of the condensing portion is provided. With the configuration provided in the prism section, the thickness of the apparatus can be reduced, and an image capturing apparatus having a thickness of about 3 mm or less can be obtained.
[0017]
Further, a second mirror in which a half mirror surface is formed instead of the reflecting surface on the surface of the prism portion where the reflecting surface is to be formed, and the half mirror surface is arranged on the side opposite to the side on which the condensing portion is arranged on the half mirror surface By taking a configuration in which the image of the target is captured by the light beam transmitted through the half mirror surface, the image is not only placed on the first imaging target image, but also disposed on the half mirror surface on the side opposite to the side on which the condensing portion is disposed. The image of the second object to be photographed can also be photographed by one image photographing apparatus.
[0018]
Furthermore, since the exit surface of the prism unit and the incident surface of the light-collecting unit are in close contact with each other, it is possible to prevent generation of stray light and loss of light rays at the interface. Further, according to such a configuration, it is possible to further increase the rigidity of the image capturing device.
[0019]
In addition, the configuration in which the light-collecting portion is a gradient-index lens makes it possible to obtain an image with little distortion even in the peripheral portion, and to reduce the size compared to a case where an optical system is configured by combining optical lenses. it can. Further, since the depth of field can be ensured, it is possible to prevent blurring or the like of a captured image.
[0020]
In addition, since the light source section is formed of a light emitting diode, the size of the light source section can be reduced. Therefore, the mounting space can be reduced, and the entire image capturing apparatus can be reduced in size.
[0021]
Further, by providing an irradiation light source unit for irradiating the second imaging target and providing a filter on the half mirror surface that selectively transmits the wavelength of the light beam reflected from the second imaging target, It is possible to prevent stray light from passing through the half mirror surface and entering from the second imaging target side when an image of the imaging target is captured.
[0022]
Further, the filter is configured to selectively transmit light having a wavelength within a range of 50 nm or more and 150 nm or less, including a light wavelength generated by the irradiation light source unit. For example, when a monochromatic LED or the like is used for the light source unit. In addition, the adverse effects of light rays of other colors can be reduced.
[0023]
Further, by configuring the imaging unit to be a CMOS sensor, it is possible to reduce the power consumption of the entire device.
[0024]
Furthermore, the configuration in which the CMOS sensor simultaneously starts exposure of all pixels and performs exposure for the same period of time can reduce image distortion when moving the image capturing apparatus with respect to the first capturing target and the second capturing target. It becomes possible to reduce.
[0025]
Further, according to the configuration in which the light beam emitted from the irradiation light source unit is reflected on the surface of the prism unit facing the irradiation light source unit to irradiate the second imaging target, the light beam is used with high efficiency. It is possible to irradiate an object to be photographed, for example, a document represented by shading.
[0026]
Further, a terminal for connecting the imaging unit of the image capturing device and the device into which the image capturing device is to be incorporated is disposed on a surface of the image capturing device that is to be in contact with the housing of the device into which the image capturing device is to be incorporated, and When the device is incorporated in the housing, the terminals are in contact with the terminals formed on the housing, so that the terminals are electrically connected to the terminals formed on the housing. This makes it possible to reduce the number of components and adhesive components, simplify the process of mounting the image capturing device, and improve the reliability of the mounting process.
[0027]
Further, the imaging unit and a terminal configured in the image capturing device are connected by a flexible substrate, and the flexible substrate is sandwiched and fixed between the image capturing device and a housing of the device in which the image capturing device is to be incorporated. Thus, connection that can easily improve the reliability can be performed as compared with the configuration in which the electrical connection to the outside is performed using the spring contact component.
[0028]
Further, by forming the slit on the flexible substrate, it is possible to improve the weather resistance against a temperature change during use.
[0029]
Furthermore, since the sealing process is performed at a portion where the prism portion and the housing holding the prism portion are in contact with each other, it is possible to prevent dirt such as sweat, dust, and the like from entering the image capturing apparatus.
[0030]
In addition, since the material used for the sealing treatment is a waterproof adhesive material, the waterproof property can be further improved.
[0031]
Further, since the first object to be photographed is a finger and the second object to be photographed is a document, an image photographing apparatus capable of photographing both a fingerprint and a document can be provided.
[0032]
Further, by configuring the information device including the image capturing device as described above, the thin image capturing of the first image capturing target constituted by unevenness such as a fingerprint or the second image represented by shading of a document or the like is performed. An information device capable of shooting a shooting target can be realized. For example, it is possible to configure an information device with high security that can perform personal authentication by photographing a fingerprint and that can realize document reading, that is, a scanner function.
[0033]
Next, the optical element according to the present invention includes an abutting surface to which the subject contacts, an incident surface to which the light beam enters, an outgoing surface to which the light beam emerges, and a light beam incident from the incident surface in the abutting surface direction. And a second reflecting surface for reflecting light rays from the abutting surface in the direction of the emitting surface.
[0034]
With such a configuration, it is possible to provide an optical element which is thin and suitable for photographing a photographing target having irregularities.
[0035]
Further, according to the configuration in which the first reflecting surface is processed so that the cross section thereof has a saw-tooth shape to form a reflecting portion, light rays can be more effectively guided to the contact surface.
[0036]
Further, according to the configuration in which the reflection portion is coated with the reflection film made of the high reflectance member, the light reflectance at the reflection portion can be improved, and the light use efficiency can be increased.
[0037]
Further, according to the configuration in which the high-reflectance member is made of aluminum, it is possible to more easily form a reflection portion having a high reflectance.
[0038]
Further, since the reflection film is formed such that the reflectance of the reflection film increases as the distance from the incident surface increases, the contact surface can be irradiated with more uniform brightness.
[0039]
In addition, since the optical element is made of plastic, an optical element that can be manufactured by a simple method such as molding and is hard to crack can be realized.
[0040]
Further, even when the optical element is made of glass, an optical element which can be formed by a simple method such as molding and has high heat resistance and is hardly damaged can be realized.
[0041]
Further, since the angle formed between the optical path from the center of the contact surface to the center of the second reflection surface and the optical axis of the light beam emitted from the emission surface is 46 degrees or less, the thickness of the optical element is reduced. An optical element that is thin in the direction can be realized.
[0042]
Furthermore, by forming a light leakage prevention film on a surface other than the incident surface, the outgoing surface, the contact surface, the first reflecting surface, and the second reflecting surface, it is possible to increase the use efficiency of light rays.
[0043]
Further, by configuring an image capturing apparatus having the above-described optical element and an information apparatus equipped with the image capturing apparatus, an image capturing apparatus that is thin and is suitable for capturing an image capturing target having irregularities and An information device can be provided.
[0044]
Next, the image correction method of the present invention is an image correction method in an image capturing apparatus that captures an image by contacting a photographing target with a contact surface, wherein the photographing target is photographed by contacting the contact surface. It is characterized in that the image is corrected using an image photographed without bringing the photographing target into contact with the contact surface.
[0045]
According to such a method, it is possible to effectively correct an image captured by an optical system in which stray light may enter into an image having a high contrast, as in the image capturing apparatus of the present invention.
[0046]
In addition, a method of performing correction by performing a difference process between an image photographed by bringing a photographing target into contact with the contact surface and an image photographed by not contacting the photographing target with the contact surface can be performed easily. An effective image contrast correction can be performed.
[0047]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0048]
(First Embodiment)
First, as a first embodiment, a configuration of an image capturing apparatus according to the present invention will be described.
[0049]
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an optical path of the image photographing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a configuration of the image photographing apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. Note that FIG. 1A shows a cross-sectional shape when it is assumed to be cut along the AA ′ plane in FIG. 1B.
[0050]
In FIG. 1, an
[0051]
The
[0052]
The
[0053]
The
[0054]
The
[0055]
The
[0056]
The
[0057]
In the
[0058]
In the case where the
[0059]
In the
[0060]
Further, the sealing
[0061]
Next, an optical path when the
[0062]
First, an optical path in a state where a finger does not contact the
[0063]
On one of the surfaces constituting the
[0064]
When photographing a fingerprint, the
[0065]
As described above, according to the
[0066]
The output from the
[0067]
Among the surfaces constituting the
[0068]
If the support member provided between the
[0069]
At this time, the angle α between the straight line connecting the center of the
[0070]
Further, since the
[0071]
Further, in the
[0072]
Next, an operation of capturing an image of the object represented by the shading will be described.
[0073]
The
[0074]
At this time, the half mirror formed on the
[0075]
In this embodiment, the optical path length of the
[0076]
For example, the
[0077]
Here, the configuration of the
[0078]
First, FIG. 2A is a partial cross-sectional view illustrating the structure of the
[0079]
In FIG. 2A, a
[0080]
A plurality of sawtooth-shaped fingerprint light
[0081]
In order to suppress the attenuation of the light beam irradiating the
[0082]
Further, in order to irradiate a light beam of uniform brightness to the entire surface of the
[0083]
FIG. 2B shows the light intensity distribution on the
[0084]
Next, a filter formed on the
[0085]
FIG. 3A shows an example of the wavelength distribution of the
[0086]
FIG. 3 (b) shows the transmission of light with respect to the wavelength of the filter (transmittance of outgoing light with respect to incident light). The width of the wavelength is Δλ ′. Here, if λ ′ = λ and Δλ ′ <Δλ, only of the light reflected from the original, the light mainly composed of the reflected light of the
[0087]
With such a configuration, for example, at the time of capturing a fingerprint image, unnecessary disturbance light that enters the
[0088]
In particular, by configuring the wavelength width Δλ ′ when the transmissivity (transmittance) becomes 0 to be equal to or less than 50 nm to 150 nm, the
[0089]
In the present embodiment, the configuration where λ ′ = λ, Δλ ′ <Δλ is described. However, only the light having the wavelength of the reflected light of the
[0090]
Next, the configuration of the
[0091]
FIG. 4A is a diagram illustrating an example of a configuration of the
[0092]
With such a configuration, low power consumption is achieved by using a CMOS sensor as the
[0093]
Next, the configuration of the
[0094]
In FIG. 5A, an image
[0095]
As shown in FIG. 5B, in the
[0096]
FIG. 5C is a schematic plan view illustrating stress generation when the
[0097]
As shown in FIG. 5C, the degree of thermal expansion of the
[0098]
At this time, since the slit is formed in the
[0099]
As described above, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to reduce the possibility of peeling or disconnection of the contact portion of the
[0100]
Note that, in the
[0101]
At this time, the
[0102]
(Second embodiment)
Next, as a second embodiment of the present invention, another configuration of the prism unit of the image capturing device will be described.
[0103]
FIG. 6A is a schematic sectional view of an
[0104]
In FIG. 6A, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 6A is a schematic cross-sectional view assuming that it is cut along the plane BB ′ in FIG. 6B.
[0105]
As shown in FIG. 6B, the
[0106]
In this manner, a plurality of
[0107]
It is preferable that a high reflectance member such as aluminum is deposited on the light
[0108]
Further, in order to irradiate a light beam of uniform brightness to the entire surface of the original to be photographed, the original light
[0109]
In this manner, the light intensity unevenness on the
[0110]
The means for forming the light
[0111]
In the present invention, the high reflectance member to be deposited is not limited to aluminum, but may be arbitrarily selected as long as it reflects light rays more strongly.
[0112]
In the embodiment of the present invention, an example in which a fingerprint image and a document image are photographed by one image photographing apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and only a fingerprint image is photographed. It goes without saying that the present invention can be implemented as an image photographing apparatus.
[0113]
Further, by using the
[0114]
FIGS. 7A and 7B are external views of a
[0115]
The
[0116]
By mounting the
[0117]
The
[0118]
Here, the information device is not limited to the above-mentioned portable telephone device, and it goes without saying that various known information devices such as a notebook-type small personal computer and a PDA are included.
[0119]
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment of the present invention, a method of correcting an image acquired by an image capturing device will be described.
[0120]
FIG. 8A is a partial cross-sectional view showing a structure of a part of the
[0121]
FIG. 8B shows the output level from the
[0122]
FIG. 8C shows the output level of the
[0123]
Therefore, in the present embodiment, the output value of the
[0124]
As a result, for example, as shown in FIG. 8D, the floating of black can be corrected, and an image with high contrast required for authentication can be obtained.
[0125]
Further, this image correction method can be specifically implemented as a control program executed by a calculation unit (not shown) that controls the operation of the image photographing apparatus of the present invention.
[0126]
FIG. 9 shows a flowchart of the processing steps of the image correction method of the present invention.
[0127]
First, the
[0128]
Next, the first output of the
[0129]
Next, the
[0130]
Step S904 is unnecessary when the
[0131]
Furthermore, the detection of the
[0132]
Then, a difference process is performed between each pixel value of the first output and the second output from the
[0133]
By executing such steps for the
[0134]
Needless to say, these image correction methods can be implemented by a program for causing a computer to execute the above-described steps and a storage medium storing the program.
[0135]
In the embodiment of the present invention, the information represented by the unevenness is not limited to a fingerprint, and includes, for example, Braille information, and the information represented by shading is not limited to a document. Needless to say.
[0136]
【The invention's effect】
As described above, according to the image capturing apparatus of the present invention, an image capturing apparatus capable of capturing image information represented by unevenness such as a fingerprint, thin, easy to mount on an information device, and having excellent rigidity in the thickness direction. Equipment can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating an optical path of an image capturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a perspective view illustrating a configuration of the image capturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a prism unit viewed from a document reading surface according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4B is a diagram illustrating an intensity distribution of light rays on the fingerprint reading surface according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3A illustrates an example of a wavelength distribution of a document reading LED according to the first embodiment of the present invention.
(B) is a diagram showing light transmission with respect to the wavelength of the filter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4A illustrates an example of a configuration of an image sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a diagram for explaining an exposure period of the image sensor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4C is a diagram illustrating an example of an image captured by the image capturing device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a partial side view of a flexible substrate according to the first embodiment of the present invention.
(B) is a schematic perspective view showing the structure of the flexible substrate according to the first embodiment of the present invention.
(C) is a schematic plan view illustrating the generation of stress of the flexible substrate according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of an image capturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
(B) is a schematic plan view showing the structure of the prism unit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a front view of a mobile phone equipped with the image capturing device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a perspective view of a main part of a mobile phone equipped with the image capturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a prism unit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14B is a diagram illustrating an example of an output level from the image sensor when a finger is brought into contact with the third embodiment of the present invention.
FIG. 9C is a diagram illustrating an example of an output level from the image sensor when the finger is not in contact with the third embodiment of the present invention.
(D) is a diagram showing an example in which the output from the image sensor according to the third embodiment of the present invention has been corrected.
FIG. 9 is a flowchart illustrating processing steps of an image correction method according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
50 Mobile phone device
51 Antenna part
52 Speaker section
53 Display
54 key part
55 Microphone
101,601 Image photographing device
102,602 Prism section
103 Optical block
104 graded index lens
105 Image sensor
106 case
107 Fingerprint reading surface
108 Fingerprint reading LED
109 Light leakage prevention film
110 mirror surface
111 Flexible board
112 External connection terminal
113 Document reading surface
114 Document reading LED
115 sealing material
150 Original light source reflective surface
161 Opposing surface
162 emission surface
181 Side view of gradient index lens
182 Mold resin
183 lens section
201 Transparent material
202 fingers
205 Light source reflective surface for fingerprint
251 Photodiode
252 partial image
401 Image sensor mounting terminal
Claims (33)
前記プリズム部に入射させる光線を発生する光源部と、
前記プリズム部から出射した光線を集光して所定の位置で結像させる集光部と、
前記所定の位置に配置された撮像部とを備え、
前記第2の面は、前記光源部から前記プリズム部に入射した光線を反射して、前記第1の面を内側から垂直方向に照射するように形成され、
前記集光部を形成する部材の側面の少なくとも一部と当接するように配置されたことを特徴とする画像撮影装置。A prism unit including a first surface to which a first imaging target is to be brought into contact and a second surface facing the first surface;
A light source unit that generates a light beam to be incident on the prism unit,
A light-collecting unit that collects light beams emitted from the prism unit and forms an image at a predetermined position;
An imaging unit disposed at the predetermined position,
The second surface is formed to reflect a light beam incident on the prism unit from the light source unit and irradiate the first surface in a vertical direction from the inside,
An image photographing device, wherein the image photographing device is arranged so as to contact at least a part of a side surface of a member forming the light collecting section.
前記プリズム部に入射させる光線を発生する光源部と、
前記プリズム部から出射した光線を集光して所定の位置で結像させる集光部と、
前記所定の位置に配置された撮像部とを備え、
前記第2の面は、前記光源部から前記プリズム部に入射した光線を反射して、前記第1の面を内側から垂直方向に照射するように形成され、
前記第2の面と前記集光部を形成する部材の側面との間に前記プリズム部および前記集光部を支持する支持部材が配置されたことを特徴とする画像撮影装置。A prism unit including a first surface to which a first imaging target is to be brought into contact and a second surface facing the first surface;
A light source unit that generates a light beam to be incident on the prism unit,
A light-collecting unit that collects light beams emitted from the prism unit and forms an image at a predetermined position;
An imaging unit disposed at the predetermined position,
The second surface is formed to reflect a light beam incident on the prism unit from the light source unit and irradiate the first surface in a vertical direction from the inside,
An image capturing apparatus, wherein a support member that supports the prism unit and the light collecting unit is disposed between the second surface and a side surface of a member that forms the light collecting unit.
前記ハーフミラー面の前記集光部が配置された側と反対側に配置された第2の撮影対象の画像を、前記ハーフミラー面を透過した光線によって撮影することを特徴とする請求項4に記載の画像撮影装置。A half mirror surface is formed instead of the reflection surface on the surface of the prism portion where the reflection surface is to be formed,
The image of a second photographing object arranged on the opposite side of the half mirror surface on which the light-collecting portion is arranged is photographed by a light beam transmitted through the half mirror surface. An image capturing apparatus according to the above.
光線が入射すべき入射面と、
前記光線が出射すべき出射面と、
前記入射面から入射した光線を前記当接面方向へ反射させる反射部が形成された第1の反射面と、
前記当接面からの光線を前記出射面方向へ反射させる第2の反射面とを備えたことを特徴とする光学素子。A contact surface that the subject should contact,
The entrance surface where the light rays should enter,
An emission surface from which the light beam is to be emitted,
A first reflecting surface formed with a reflecting portion for reflecting a light beam incident from the incident surface toward the contact surface,
An optical element, comprising: a second reflection surface that reflects a light beam from the contact surface toward the emission surface.
前記撮影対象を前記当接面に当接させて撮影した画像を、前記当接面に前記撮影対象を当接させないで撮影した画像を用いて補正することを特徴とする画像補正方法。An image correction method in an image capturing apparatus that captures an image by contacting a capturing target with a contact surface,
An image correction method, comprising: correcting an image captured by bringing the imaging target into contact with the contact surface using an image captured without bringing the imaging target into contact with the contact surface.
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- 2002-12-03 JP JP2002351075A patent/JP2004185276A/en active Pending
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