JP2004227068A - Image input device - Google Patents

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JP2004227068A JP2003011052A JP2003011052A JP2004227068A JP 2004227068 A JP2004227068 A JP 2004227068A JP 2003011052 A JP2003011052 A JP 2003011052A JP 2003011052 A JP2003011052 A JP 2003011052A JP 2004227068 A JP2004227068 A JP 2004227068A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small image input device that prevents a trapezoidal distortion. <P>SOLUTION: The image input device 1 has in a casing a window, in which a prism array roller 2 is disposed for axial rotation. An outer circumference of the prism array roller 2 has many prisms 2a of a triangular section. When diffused light produced from a position separate from the outer circumference of the prism array roller 2 is incident on the outer circumference of the prism array roller 2, the prism array roller 2 emits light in ranges of 0° to α° to an inner circumference of the prism array roller 2 and does not emit light in ranges of 0° to β° to a normal to the inner circumference of the prism array roller 2. The prism array roller 2 houses a solid-state imaging device 8 long in an axial direction of the prism array roller 2, and a SELFOC(R) lens array 7 having an optical axis in a radial direction of the prism array roller 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の像を入力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、指紋像を入力する画像入力装置を携帯型電子機器に備え付けなければならない。
【０００３】
特許文献１には、指紋像を入力する画像入力装置について記載されている。特許文献１に記載された画像入力装置は、断面直角三角形状の直角プリズムと、直角プリズムの直角な稜角を挟んだ二つの面のうちの一方に対向する光源と、直角となる稜角を挟んだ二つの面のうちの他方に対向しその面に直角な光軸を有するテレビカメラと、を備え、光源から発する光は直角な稜角を挟んだ二つの面のうちの一方に入射し、斜面にて全反射して、直角な稜角を挟んだ二つの面のうちの他方に出射するようになっている。この画像入力装置においては直角となる稜角に対面する斜面に指を載置することによって、指の指紋像がテレビカメラによって撮像される。ここで、直角プリズムの斜面に指を載置すると、指の指紋を構成する凹凸パターンのうち、指紋の凸部は斜面に密接して、指紋の凹部は斜面から離れている。斜面において指紋の凹部に対応する部分に入射した光は全反射するが、指紋の凸部に接した部分は全反射の条件を満たさないため、指紋の凸部の接した部分に入射した光は拡散する。従って、指紋の凸部が暗く且つ指紋の凹部が明るい指紋の像がテレビカメラによって撮像される。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５５−１３４４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の画像入力装置では、直角プリズムの斜面の法線に対するテレビカメラの光軸の角度が臨界角以上となっているため、つまり、テレビカメラが直角プリズムの斜面に対してチルト光学系となっているため、テレビカメラによって取得された画像には台形歪みが生じてしまったり、テレビカメラの配置位置が制限されてしまって画像入力装置全体が大きくなってしまったりする。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、台形歪みの生じない小型な画像入力装置を提供することにある。
【０００７】
【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、
軸心回りに回転自在に支持され、凹凸を有した被写体が外周面に接して接線方向に移動することによって回転する円筒と、
前記円筒の軸心と平行となって前記円筒内に配置された固体撮像デバイスと、
前記円筒内に配置されるとともに、前記被写体と前記円筒の外周面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記被写体が前記円筒の接線方向に移動することによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記円筒の外周面には、前記円筒の外周面から離れた位置から発した拡散光が前記円筒の外周面に入射した場合に前記円筒の内周面に対して０°からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記円筒の内周面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、被写体が接線方向に移動すると、撮像光学系の光軸と円筒の外周面とが交差する部分、つまり、被写体と円筒の外周面が接した部分が移り変わり、被写体が撮像光学系を介して固体撮像デバイスで線走査される。
ここで、被写体が円筒の外周面に接すると、被写体の凹部が円筒の外周面から離れている。そのため、円筒の外周面に設けられた光学系によって、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち凹部から発した光は、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から出射し、円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲では円筒の内周面から出射しない。一方、被写体の凸部が円筒の外周面に密接するから、円筒の外周面に設けられた光学系の条件が変わる。そのため、凸部から発した光は円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲でも円筒の内周面から出射する。このような状態で固体撮像デバイスによって被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。このように、固体撮像デバイスによって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
また、撮像光学系及び固体撮像デバイスが円筒内に配置されているため、画像入力装置をコンパクトにすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像入力装置において、
前記撮像光学系の光軸は前記円筒の内周面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、撮像光学系の光軸が円筒の内周面に直交しているため、撮像光学系はチルト光学系ではない。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって得られた被写体の像には、台形歪みが生じていない。また、撮像光学系の光軸が円筒の内周面に直交しているため、撮像光学系の配置位置は、画像入力装置がコンパクトになるような位置となる。
また、撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいため、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から出射した光は固体撮像デバイスに入射しない。つまり、被写体の凹部から発した光は、固体撮像デバイスに入射しない。一方、被写体の凸部から発した光は、固体撮像デバイスに入射する。そのため、固体撮像デバイスで撮像される像は明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、被写体の凹凸が明瞭となって固体撮像デバイスに写し込まれる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像入力装置において、
前記光学系は、前記円筒の外周面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記プリズムは三角形状の断面に直角な方向に長尺となっており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の画像入力装置において、
前記プリズムは前記円筒の軸心方向に平行となって延在していることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項３又は４に記載の画像入力装置において、
前記プリズムが前記円筒の周方向に延在していることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の画像入力装置において、
前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする。
【００１６】
請求項４から７の何れに記載の発明においても、円筒の外周面に多数のプリズムが光学系として設けられることによって、円筒の光学的特性は、円筒の外周面から離れた位置から発した拡散光が円筒の外周面に入射した場合に、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から光が出射する特性となる。
そのため、請求項４から７の何れに記載の発明も、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか一項に記載の画像入力装置において、
前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の外周面と前記撮像光学系の光軸とが交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、光源が、円筒の外周面と前記撮像光学系の光軸が交わる箇所の近傍に向けて光を照射すると、被写体に光が入射し、被写体の内部において光が拡散し、被写体は円筒の外周面に接した部分から拡散光が発して明るくなる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項５に記載の画像入力装置において、
前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の軸心方向の端面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明では、円筒の軸心方向の端面に光が入射すると、円筒は導光体として作用し、円筒の内周面において光が全反射する。一方、円筒の外周面にはプリズムが設けられているため、光が円筒の外周面では全反射せずに、円筒の外周面から出射する。従って、被写体は、円筒と接した部分において光に照射されて明るくなる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の画像入力装置において、
前記円筒内に配置されるとともに、前記撮像光学系の光軸と前記円筒の外周面の交差する箇所に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明では、光源が撮像光学系の光軸と円筒の外周面に交差する箇所に向けて光を照射するため、被写体は、円筒の外周面と接した部分において照射されて明るくなる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、
凹凸を有した被写体が当接する表面及びこの表面と反対側の裏面を有する平板と、
前記平板の裏面に向き合った固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスと前記平板との間に配置されるとともに、前記被写体と前記平板の表面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記撮像光学系の光軸に交わる方向に前記固体撮像デバイス及び前記被写体のうちの一方を他方に対して相対的に移動させることによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記平板の表面には、前記平板の表面から離れた位置から発した拡散光が前記平板の表面に入射した場合に前記平板の裏面からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記平板の裏面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明では、撮像光学系の光軸に交わる方向に被写体又は固体撮像デバイスが移動することによって、被写体が撮像光学系を介して固体撮像デバイスで線走査される。
ここで、被写体が平板の表面に接すると、被写体の凹部が平板の表面から離れる。そのため、平板の表面に設けられた光学系によって、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち凹部から発した光は、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で凹部の裏面から出射し、平板の裏面に対してα°から直角までの範囲では平板の裏面から出射しない。一方、被写体の凸部は平板の表面に密接するから、平板の表面に設けられた光学系の条件が変わる。そのため、被写体の凸部から発した光は平板の裏面に対してα°から直角までの範囲でも平板の裏面から出射する。このような状態で固体撮像デバイスによって被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。このように、固体撮像デバイスによって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の画像入力装置において、
前記撮像光学系の光軸は前記平板の裏面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の発明では、撮像光学系の光軸が平板の裏面に直交しているため、撮像光学系はチルト光学系ではない。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって得られた被写体の像には、台形歪みが生じていない。また、撮像光学系の光軸が平板の裏面に直交しているため、撮像光学系の配置位置は、画像入力装置がコンパクトになるような位置となる。
また、撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいため、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で平板の裏面から出射した光は固体撮像デバイスに入射しない。つまり、被写体の凹部から発した光は、固体撮像デバイスに入射しない。一方、被写体の凸部から発した光は、固体撮像デバイスに入射する。そのため、固体撮像デバイスで撮像される像は明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、被写体の凹凸が明瞭となって固体撮像デバイスに写し込まれる。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載の画像入力装置において、
前記光学系は、前記平板の表面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の画像入力装置において、
前記プリズムが三角形状の断面に直角な方向に長尺となって延在しており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の画像入力装置において、
前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする。
【００３０】
請求項１３から１５の何れに記載の発明においても、平板の表面に多数のプリズムが光学系として設けられることによって、平板の光学的特性は、平板の表面から離れた位置から発した拡散光が平板の表面に入射した場合に、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で平板の裏面から光が出射する特性となる。
そのため、請求項１３から１５の何れに記載の発明も、請求項１１に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【００３１】
請求項１６に記載の発明は、請求項１１から１５の何れか一項に記載の画像入力装置において、
前記平板の裏面側に配置され、前記平板の表面と前記撮像光学系の光軸が交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に記載の発明では、平板の表面と接した被写体と撮像光学系の光軸が交差する箇所に向けて光を照射すると、被写体の内部において光が拡散し、被写体は撮像光学系の光軸と交わった部分から拡散光が発して明るくなる。
【００３３】
請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の画像入力装置において、
前記プリズムの長手方向に直交する前記平板の側面に対向配置され、その側面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００３４】
請求項１７に記載の発明では、平板の側面に光が入射すると、平板は導光体として作用し、平板の裏面において光が全反射する。一方、平板の表面にはプリズムが設けられているため、光が平板の表面では全反射せずに、平板の表面から出射する。従って、被写体に光が照射されて、被写体が明るくなる。
【００３５】
【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について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００３６】
〔第一の実施の形態〕
図１は、本発明が適用された画像入力装置１の断面図であり、図２は、画像入力装置１の斜視図である。
この画像入力装置１の筐体（図示せず）内には、空気より屈折率の高い材料で形成されたプリズム列ローラ２が収められている。このプリズム列ローラ２は略円筒状を呈しており、プリズム列ローラ２の内側は中空となっている。また、プリズム列ローラ２はその軸心回りに回転自在となって筐体に支持されており、プリズム列ローラ２の外周面の一部は、画像入力装置１の筐体に形成された窓で露出し、その窓から筐体の外へ僅かに突出している。なお、図１は、プリズム列ローラ２の軸心に対して直交する面で破断した断面図であり、以下ではプリズム列ローラ２の軸心が延在した方向を左右方向として説明する。
【００３７】
プリズム列ローラ２の外周面には、プリズム列ローラ２の光学的特性を規定する光学系が設けられている。この光学系は、プリズム列ローラ２の外周面に一体形成された多数のプリズム２ａである。
【００３８】
どのプリズム２ａも、左右方向に長尺であり、その長手方向に直角な面で破断した断面形状、つまりプリズム列ローラ２の軸心に直角な面で破断した断面形状が三角形状、より好ましくは二等辺三角形状となるように形成されている。そして、これら複数のプリズム２ａは、長手方向が互いに平行となってプリズム列ローラ２の外周面に沿ってほぼ等間隔に配列されている。
【００３９】
図３は図１に示されたプリズム列ローラ２の断面を拡大した図面であるが、どのプリズム２ａの稜角θも互いに等しく、その稜角θは８０°〜１００°に形成されており、より望ましくは９０°に形成されている。また、隣り合う二つのプリズム２ａの稜線の間隔ｄは指紋の線の間隔より小さく、５０μｍとされている。また、隣り合う二つのプリズム２ａの面の交線からプリズム列ローラ２の内周面までの厚さｓは、プリズム２ａの高さｈより十分に大きく、０．５ｍｍとされている。更に望ましくは、プリズム２ａの稜線を通ってその稜角θを等分する線は、プリズム列ローラ２の内面に直交するとともにプリズム列ローラ２の軸心に交わる。以上のように、微視的に見て、複数のプリズム２ａがプリズム列ローラ２の外周面に形成されているが、巨視的に見て、プリズム列ローラ２の外周面は内面とほぼ同心となっている。
【００４０】
本実施形態ではプリズム２ａがプリズム列ローラ２に一体形成されているが、この場合には外周面が滑らかな透明な円筒の外周面を微細加工することによって、プリズム列ローラ２が得られる。なお、プリズム２ａが一体に形成されていなくても良く、この場合には外周面が滑らかな透明な円筒の外周面にプリズムシートを張り付けることで、プリズム列ローラ２と同様な形状のプリズムローラとしても良い。
【００４１】
プリズム列ローラ２の外周面にプリズム２ａが形成されていることによって、プリズム列ローラ２は次のような光学的特性を有する。即ち、プリズム列ローラ２は、プリズム列ローラ２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射した場合に、プリズム列ローラ２の内周面に対して０°からα°までの範囲でプリズム列ローラ２の内周面から光が出射するようになっている（但し、０＜α＜９０）。つまり、プリズム列ローラ２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射しても、プリズム列ローラ２の内周面の法線に対して０°からβ°（但し、α＋β＝９０）までの範囲では光が出射しないようになっている。α°、β°は、プリズム２ａの稜角θ、プリズム列ローラ２の屈折率等に依存するが、プリズム２ａの稜角θが９０°であり、厚さｓが０．５ｍｍであり更に間隔ｄが５０μｍである場合に、プリズム列ローラ２の屈折率が１．５のときにはα＝４．８であり、プリズム列ローラ２の屈折率が１．７のときにはα＝１５．４であり、プリズム列ローラ２の屈折率が１．９のときにはα＝２５．８である。なお、α°、β°は、プリズム列ローラ２の軸心に対して直角な面に沿った開き角で表している。
【００４２】
図２に示すように、プリズム列ローラ２の長手方向の一方の端部には、プリズム列ローラ２と同軸となる平歯車３が固定されている。この平歯車３には、ピニオン４が噛み合っており、このピニオン４には、ロータリーエンコーダ５が設けられている。このロータリーエンコーダ５は、ピニオン４及び平歯車３を通じて、プリズム列ローラ２が所定角度回転する毎に同期信号を発生させて出力するものである。
【００４３】
図１に示すように、プリズム列ローラ２内の中空には支持部材６、セルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８が配置されており、支持部材６は画像入力装置１の筐体に固定されており、プリズム列ローラ２が回転しても支持部材６が回転しないように支持されている。支持部材６には、光路孔６ａがプリズム列ローラ２の半径方向に貫通して形成されており、この光路孔６ａは左右方向に長尺となって形成されている。光路孔６ａには、プリズム列ローラ２の半径方向に光軸を有したセルフォックレンズアレイ７が嵌め込まれており、これによりセルフォックレンズアレイ７が支持部材６に固定されている。
【００４４】
セルフォックレンズアレイ７は複数のセルフォックレンズ７ａを有する。セルフォックレンズ７ａは円柱状のロッドレンズであり、これらセルフォックレンズ７ａの中心軸はプリズム列ローラ２の半径方向に延在しており、一方の端面は上方に向いており、他方の端面は下方に向いている。セルフォックレンズ７ａは、その中心軸から周面にかけて放物線状の屈折率分布を有し、中心軸において屈折率が最も高く、周面において屈折率が最も低い。従ってセルフォックレンズ７ａは球面レンズと光学的にほぼ等価な性質を持っており、全てのセルフォックレンズ７ａは互いに光学的に等価な性質を有している。このような複数のセルフォックレンズ７ａが互いに平行となって左右方向に列を成すように配列されているが、複数のセルフォックレンズ７ａからなる左右方向の列が一列であっても良いし、複数列であっても良い。そして、これら複数のセルフォックレンズ７ａは、二つのプレート７ｂによって挟持されている。
【００４５】
以上のように構成されたセルフォックレンズアレイ７は、複数のセルフォックレンズ７ａ全体で一つの連続した正立等倍像を後述する固体撮像デバイス８に結ぶ撮像光学系である。また、セルフォックレンズアレイ７の光軸はプリズム列ローラ２の内周面に対して直交し、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列ローラ２に交わる部分は筐体の窓に露出している。また、セルフォックレンズ７ａの開口角、つまりセルフォックレンズ７ａが張る最大入射角は、プリズム列ローラ２の内周面から光が出射しない範囲の角度β°より小さい。
【００４６】
セルフォックレンズアレイ７の光軸上であってセルフォックレンズアレイ７の下方には、固体撮像デバイス８が配置されている。この固体撮像デバイス８は基板９上に実装されており、固体撮像デバイス８が光路孔６ａ内に位置するように基板９が支持部材６の下端に固定されている。固体撮像デバイス８の受光面は、セルフォックレンズアレイ７の下端面に対向している。
【００４７】
固体撮像デバイス８は、ＣＣＤ型固体撮像デバイス、ＣＭＯＳ型固体撮像デバイス等であり、入射した光の強度（又は光量）を電気信号に変換する画素としての光電変換素子（例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等）が左右方向に複数配列された構造となっている。この固体撮像デバイス８において、複数の光電変換素子が左右方向に並んだ列は、一列であっても良いし、二列、三列又はそれ以上であっても良いが、列の数は、一つの列に含まれる光電変換素子の数より少ない。つまり、この固体撮像デバイス８は左右方向に長尺な一次元固体撮像デバイスであって、セルフォックレンズアレイ７によって結像された一次元像を取得するものである。なお、前記プリズム列ローラ２のプリズム２ａの間隔は、固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【００４８】
図１、図２に示すように、プリズム列ローラ２の外側であって画像入力装置１の筐体の内部には、光を発する照明光源１０がプリズム列ローラ２に沿って配設されている。この照明光源１０はプリズム列ローラ２の前方に配置され、プリズム列ローラ２の外周面とセルフォックレンズアレイ７の光軸の交差する部分のやや上方に向けて光を発するものである。プリズム列ローラ２の外周面に接した指２０は、この照明光源１０によって、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所の近傍において照射されるようになっている。
【００４９】
次に、画像入力装置１の回路構成について図４を用いて説明する。
図４に示すように、ロータリーエンコーダ５は、プリズム列ローラ２が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４へ出力するようになっている。ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４が同期信号に同期して動作するようになっている。
【００５０】
ドライバ回路１１は、ロータリーエンコーダ５から入力した同期信号に従って固体撮像デバイス８を駆動するようになっている。固体撮像デバイス８は、ドライバ回路１１によって駆動されることによって、受光した光強度（又は光量）を電気信号に変換することで一次元画像を電気信号として取得し、電気信号を信号処理回路１２へ出力するようになっている。信号処理回路１２は、固体撮像デバイス８から入力した電気信号に増幅等の処理を行ってＡ／Ｄ変換回路１３に出力するようになっている。Ａ／Ｄ変換回路１３は、ロータリーエンコーダ５からの同期信号に従って電気信号をＡ／Ｄ変換し、一次元画像データを合成バッファ１４に出力するようになっている。合成バッファ１４には一次元画像データが同期信号に従ってＡ／Ｄ変換回路１３から順次格納され、合成バッファ１４にて一次元画像データが順次合成されていくことによって、二次元画像データが生成されるようになっている。合成バッファ１４で生成された二次元画像データはコンピュータ（図示せず）に出力されるようになっている。コンピュータに入力された二次元画像データは、コンピュータの処理の用に供されるようになっている。
【００５１】
以上のように構成される画像入力装置１の使用方法及び及び画像入力装置１の動作について説明する。
被験者が、画像入力装置１の筐体に形成された窓においてプリズム列ローラ２の外周面に指２０を押し当てる。特に、指２０の先をプリズム列ローラ２の外周面の接線方向に指向した状態で、指２０をプリズム列ローラ２の外周面に当接させるのが望ましい。
【００５２】
照明光源１０が発光し、照明光源１０から発した光が指２０に入射する。ここで、照明光源１０から発した光が、プリズム列ローラ２の外周面に当接した部分に直接入射するのではなく、プリズム列ローラ２の外周面に当接した部分より照明光源１０側の部分に入射し、指２０に入射した光が指２０の内部で拡散することによってプリズム列ローラ２の外周面に当接した部分が明るくなる。
【００５３】
そして、被験者が指２０をプリズム列ローラ２の外周面に押し付けた状態で指２０をプリズム列ローラ２の接線方向、つまり前方又は後方に移動させると、プリズム列ローラ２が回転する。指２０の移動に伴って、指２０が固体撮像デバイス８の上方を前方又は後方に向かって通過し、指２０とプリズム列ローラ２の当接部分が移り変わる。この時、ロータリーエンコーダ５が、プリズム列ローラ２が所定角度回転する毎に同期信号を発生させて、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力する。これによって、指２０は、固体撮像デバイス８によって線走査される。
【００５４】
ここで、指２０とプリズム列ローラ２の外周面に当接した部分における光の作用について図５を用いて説明する。図５は、光の作用を説明するために指２０とプリズム列ローラ２の外周面との当接部分を拡大して示した図面である。
図５（ａ）に示すように、指２０の凸部（指紋の隆線）２０ａはプリズム２ａに密接しており、図５（ｂ）に示すように、指２０の凹部（指紋の隆線溝）２０ｂはプリズム２ａから離れている。
【００５５】
指２０の凸部２０ａがプリズム２ａに密接することによって、プリズム２ａの二つの面における全反射、屈折の条件が、空気の場合と異なるため、指２０から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射すると、プリズム列ローラ２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲でも光がプリズム列ローラ２の内周面から出射する（図５（ａ））。これにより、指２０の凸部２０ａで発した光であってプリズム列ローラ２の内周面から出射した光は、セルフォックレンズアレイ７を介して固体撮像デバイス８に入射する。勿論、プリズム列ローラ２の内周面に対して０°からα°までの範囲でもプリズム列ローラ２の内周面から光が出射する。
【００５６】
一方、指２０の凹部２０ｂがプリズム２ａから離れており、指２０の凹部２０ｂとプリズム２ａの間に空気が存するから、指２０から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射しても、プリズム列ローラ２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲ではプリズム列ローラ２の内周面から光が出射しない（図５（ｂ））。ここでセルフォックレンズ７ａの開口角がβ°より小さいため、指２０の凹部２０ｂで発した光は、固体撮像デバイス８に入射しない。
【００５７】
以上のように、指２０の凹凸で定義された像、つまり、指２０の凸部２０ａが明るく指２０の凹部２０ｂが暗い像が、セルフォックレンズアレイ７によって固体撮像デバイス８に結像される。なお、被写体は、指２０に限定されず、表面に凹凸を有すれば良い。
【００５８】
そして、固体撮像デバイス８がドライバ回路１１によって駆動されることによって、固体撮像デバイス８が、同期信号のタイミングで指２０の凹凸で定義された像を撮像して指紋の一次元画像を取得する。指２０の凹部２０ｂで発した光が固体撮像デバイス８に入射しないため、固体撮像デバイス８で取得される指紋の一次元画像は、明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、高コントラストな画像となる。
【００５９】
そして、固体撮像デバイス８が、一次元画像を電気信号として取得するごとに信号処理回路１２に出力し、信号処理回路１２で処理された電気信号がＡ／Ｄ変換回路１３に出力される。そして、Ａ／Ｄ変換回路１３は、一次元画像を電気信号として入力し、電気信号をＡ／Ｄ変換して指紋の一次元画像データとして合成バッファ１４に出力する。そして、指紋の一次元画像データが合成バッファ１４に順次蓄積されて合成されていくと、合成バッファ１４で指紋の二次元画像データが生成される。指紋の二次元画像データは、合成バッファ１４からコンピュータに出力される。
【００６０】
以上のような画像入力装置１は、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ノート型パーソナルコンピュータといった携帯型電子機器に設けるのに適しているが、その他の電子機器に設けられていても良い。電子機器においては画像入力装置１で取得した二次元画像データがコンピュータの処理に用いられるが、例えば、コンピュータは、予め登録された登録者の登録指紋画像データと画像入力装置１で取得された二次元画像データを比較する処理と、比較した結果二次元画像データが登録指紋画像データと一致するか否かを判定する処理と、二次元画像データが登録指紋画像データと一致する場合には被験者を登録者として認識する処理と、を行う。画像入力装置１が電子機器に設けられる場合には、画像入力装置１の筐体が電子機器の筐体と一体であっても良い。
【００６１】
本実施の形態では、固体撮像デバイス８で指２０を線走査することによって指２０の二次元画像を取得するため、合成バッファ１４で合成された画像には台形歪みが生じない。特に、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列ローラ２の内周面に直交しているからセルフォックレンズアレイ７はチルト光学系でないので、固体撮像デバイス８で取得された指２０の像には歪みが生じていない。また、セルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８がプリズム列ローラ２内に配設されているため、画像入力装置１全体がコンパクトになる。特に、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列ローラ２の内周面に直交しているため、セルフォックレンズアレイ７の配置位置は、画像入力装置１がコンパクトになるような位置となる。
【００６２】
以下では、画像入力装置１の変形例について説明する。
【００６３】
〔変形例１〕
図６は、画像入力装置３１の断面図であり、図７は、画像入力装置３１の斜視図である。
この画像入力装置３１も、図１に示された画像入力装置１と同様に、プリズム列ローラ２、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置１の場合と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００６４】
画像入力装置１と画像入力装置３１との間で異なる点は、画像入力装置１では、照明光源１０がプリズム列ローラ２の長手方向に沿って配設されているのに対して、画像入力装置３１では、照明光源３２がプリズム列ローラ２の長手方向の端面に対向配置されていることである。この照明光源３２は、プリズム列ローラ２の端面に向けて光を照射するようになっている。
【００６５】
詳細に説明すると、照明光源３２は、プリズム列ローラ２の長手方向の端面のうち筐体の窓から露出した箇所、つまり、指２０とプリズム列ローラ２が接する部分に対応した箇所に指向している。なお、図６は断面図であるが、照明光源３２は破断せずに示している。
【００６６】
プリズム列ローラ２は導光体として機能し、端面に入射した光はプリズム列ローラ２の内周面で全反射する。一方、プリズム列ローラ２の外周面にプリズム２ａが形成されているから、プリズム列ローラ２の内周面で全反射した光は、臨界角未満でプリズム列ローラ２の外周面に入射し、プリズム列ローラ２の外周面から出射する。これにより、プリズム列ローラ２の外周面のうちセルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる箇所から、プリズム列ローラ２の長手方向に沿った線状の光が出射するようになっている。従って、プリズム列ローラ２の外周面に接した指２０には、プリズム列ローラ２の外周面に接した箇所において線状の光が照射される。
【００６７】
そして、図５に示したように、指２０に照射された光のうち指２０の凸部２０ａで反射した光は、セルフォックレンズアレイ７を介して固体撮像デバイス８に入射し、指２０の凹部２０ｂで反射した光は、固体撮像デバイス８に入射しない。以上のように指２０の凹凸で定義された像、つまり、指２０の凸部２０ａが明るく指２０の凹部２０ｂが暗い像が、固体撮像デバイス８によって撮像される。
【００６８】
この画像入力装置３１においても、画像入力装置１の場合と同様に、プリズム列ローラ２内にセルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８が配置されているため、画像入力装置３１がコンパクトとなり、プリズム列ローラ２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりする。その上、照明光源３２をプリズム列ローラ２の端面に指向させ、プリズム列ローラ２を導光体として機能させたため、指２０は、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所に直接照射される。従って、図１に示す画像入力装置１の場合と比較しても、指２０が明るくなり、固体撮像デバイス８によって取得される像がはっきりする。
【００６９】
〔変形例２〕
図８は、画像入力装置４１の断面図であり、図９は、画像入力装置４１の斜視図である。
この画像入力装置４１も、画像入力装置１と同様に、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、照明光源１０、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置１の場合と同じである。
【００７０】
画像入力装置１と画像入力装置４１との間で異なる点は、画像入力装置１では、プリズム２ａの長手方向がプリズム列ローラ２の軸心に平行であるのに対して、画像入力装置３１では、プリズム列ローラ４２の外周面に形成されたプリズム４２ａがプリズム列ローラ４２の周方向に延在していることである。
【００７１】
詳細に説明すると、どのプリズム４２ａも、プリズム列ローラ２の周方向に直角な面で破断した断面形状が三角形状、より好ましくは二等辺三角形状となるように形成されている。そして、これら複数のプリズム２ａは、互いに平行となってほぼ等間隔に配列されている。また、どのプリズム４２ａの稜角も互いに等しく、その稜角は８０°〜１００°に形成されており、より望ましくは９０°に形成されている。また、隣り合う二つのプリズム４２ａの稜線の間隔は指紋の線の間隔より短く、５０μｍとされている。また、隣り合う二つのプリズム４２ａの面の交線からプリズム列ローラ２の内周面までの厚さは、プリズム４２ａの高さより十分に大きく、０．５ｍｍとされている。更に望ましくは、プリズム４２ａの稜線を通ってその稜角を等分する線は、プリズム列ローラ４２の内面に直交する。
【００７２】
外周面が滑らかな透明な円筒の外周面を微細加工することによって、多数のプリズム４２ａが一体形成されたプリズム列ローラ４２を得ても良いし、外周面が滑らかな透明な円筒の外周面にプリズムシートを張り付けることで、多数のプリズム４２ａが張り付けられたプリズム列ローラ４２を得ても良い。
【００７３】
このプリズム列ローラ４２の光学的特性も、プリズム列ローラ４２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ４２の外周面に入射した場合に、プリズム列ローラ４２の内周面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列ローラ４２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。なお、ここでのα°、β°は、プリズム列ローラ２の軸心及びプリズム列ローラ２の半径で定められた面に沿った開き角で表している。
【００７４】
この画像入力装置４１においても、画像入力装置１の場合と同様に、プリズム列ローラ４２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりし、画像入力装置４１がコンパクトである。
【００７５】
〔変形例３〕
図１０は、画像入力装置５１の断面図であり、図１１は、画像入力装置５１の斜視図である。
この画像入力装置５１も、図８に示された画像入力装置４１と同様に、プリズム列ローラ４２、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置４１の場合と同じである。
【００７６】
画像入力装置４１と画像入力装置５１との間で異なる点は、画像入力装置４１では、照明光源１０がプリズム列ローラ４２の外に配設されているのに対して、画像入力装置５１では、照明光源５２がプリズム列ローラ４２の内の中空に配設されていることである。
【００７７】
詳細に説明すると、照明光源５２は、支持部材６の前部に固定されており、プリズム列ローラ４２の軸心に沿った線状の光源とされている。この照明光源１０は、セルフォックレンズアレイ７の光軸とプリズム列ローラ４２の外周面の交差する部分に向けてプリズム列ローラ４２の内周面に対して斜めに光を照射するものである。この照明光源１０の指向した方向は、指２０とプリズム列ローラ４２の外周面が接した部分においてプリズム４２ａの周方向に直交せずに、斜交いに交わる。プリズム列ローラ４２の内周面に入射した光は、プリズム列ローラ４２の外周面のうちセルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる箇所から出射するようになっている。従って、プリズム列ローラ２の外周面に接した指２０には、プリズム列ローラ２の外周面に接した部分において線状の光が照射される。
【００７８】
なお、図１に示された画像入力装置１において、照明光源１０の代わりに、図１０に示された照明光源５２のように配置したものとしても、プリズム２ａがプリズム列ローラ２の軸心方向に延在しているため、指２０とプリズム列ローラ２の外周面に接している部分においてプリズム２ａの長手方向と照明光源５２の指向方向が直交するから、プリズム列ローラ２の内周面に入射した光がプリズム列ローラ２の外周面で全反射してしまい、指２０には光が照射されない。
【００７９】
この画像入力装置５１においても、画像入力装置４１の場合と同様に、プリズム列ローラ４２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりし、画像入力装置４１がコンパクトである。
【００８０】
〔変形例４〕
図１２は、画像入力装置６１の断面図であり、図１３は、画像入力装置６１の斜視図である。
この画像入力装置６１も、画像入力装置１と同様に、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、照明光源１０、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置１の場合と同じである。
【００８１】
画像入力装置１と画像入力装置６１との間で異なる点は、画像入力装置１では、プリズム列ローラ２の軸心に直角な面で破断したプリズム２ａの断面形状が三角形状であるのに対して、画像入力装置６１のプリズム列ローラ６２の外周面に形成されたプリズム６２ａは四角錐を呈し、その頂点を通ってプリズム列ローラ６２の軸心に直角な面で破断した断面形状が三角形状であるとともに、その頂点を通ってプリズム列ローラ６２の周方向に直角な面で破断した断面形状も三角形状である。
【００８２】
詳細に説明すると、プリズム列ローラ６２の外周面に形成されたプリズム６２ａは、その四角錐の底面が正方形であるのが望ましく、プリズム６２ａの高さが、底面となる正方形の対角線の長さの半分であるのがより望ましい。そして、多数のプリズム６２ａが、プリズム列ローラ６２の外周面に沿って規則正しく配列されており、隣り合うプリズム６２ａの面は互いに交差するように隣り合うプリズム６２ａが近接している。また、プリズム６２ａの間隔は、指紋の線の間隔より小さく、更には固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【００８３】
外周面が滑らかな透明な円筒の外周面を微細加工することによって、多数のプリズム６２ａが一体形成されたプリズム列ローラ６２を得ても良いし、外周面が滑らかな透明な円筒の外周面にプリズムシートを張り付けることで、多数のプリズム６２ａが張り付けられたプリズム列ローラ６２を得ても良い。
【００８４】
このようなプリズム列ローラ６２の光学的特性は、プリズム列ローラ６２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ６２の外周面に入射した場合に、プリズム列ローラ６２の内周面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列ローラ６２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
【００８５】
この画像入力装置６１においても、画像入力装置１の場合と同様に、プリズム列ローラ６２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりし、画像入力装置６１がコンパクトである。
【００８６】
なお、本発明は、第一実施形態、変形例１〜変形例４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。
上記画像入力装置１，３１，４１，５１，６１ではロータリーエンコーダ５によって指２０の移動に伴って同期信号を発生させているが、その他の検知器を用いても良い。例えば、プリズム列ローラ２，４２，６２の外周面又は内周面に多数の印を周方向に沿って等間隔に形成し、フォトセンサ等の非接触型検知器又はリミットスイッチ等の接触型検知器でプリズム列ローラ２の外周面の印を検知する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力するようにしても良い。プリズム列ローラ２，４２，６２の外周面又は内周面に形成された印は、印刷等によって形成しても良いし、刻印等の形状加工することによって形成しても良い。また、印は、磁気等のように検知器によって検知できるのであれば、不可視であっても良い。
【００８７】
また、上記画像入力装置１，３１，４１，５１，６１ではそれぞれのプリズム列ローラ２，４２，６２の回転によって指２０の移動に伴って同期信号を発生させているが、指２０の移動に関係せずに所定周期の同期信号を発振器等によって発生させても良い。この場合、固体撮像デバイス８は、左右に沿った画素の列が一列ではなく複数列であり、Ａ／Ｄ変換回路１３から合成バッファ１４に画像データが出力されるのではなく、発振器によって同期信号が出力される毎にＡ／Ｄ変換回路１３から画像処理部に画像データが出力されるようになっている。
【００８８】
ここで、固体撮像デバイス８の画素の列を複数とすることで、図１４（ａ）に示すように、或る同期信号の時に取得した画像１００と、その次の同期信号の時に取得した画像１０１との間では、画素の列に沿ったラインで同じデータとなるラインがある。図１４（ａ）では、画像１００のライン１００ａが、画像１０１のライン１０１ａと同じデータとなる。そして、画像処理部は、画像１００と画像１０１を比較することで、同じデータとなるライン１００ａ、１０１ａを検知し、図１４（ｂ）に示すようにライン１００ａとライン１０１ａが重なるようにして、画像１００と画像１０１を合成する。画像処理部がこの様な処理を同期信号が出力される毎に行うことによって、二次元画像データが生成される。
【００８９】
また、プリズム列ローラ２，４２，６２の外周面に設けられた光学系が多数のプリズム２ａ，４２ａ，６２ａであるが、外周面が滑らかである透明な円筒の外周面にプリズム２ａ，４２ａ，６２ａの代わりに他の光学系を設けて、プリズム列ローラ２，４２，６２と同様な光学的特性を有するようにしても良い。
【００９０】
〔第二の実施の形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図１５は、図１に示された画像入力装置１とは別の画像入力装置７１の断面図であり、図１６は、画像入力装置７１の斜視図である。以下では、図１５、１６を用いて画像入力装置７１について説明するが、図１５の紙面奥行き方向を左右方向として説明する。なお、画像入力装置７１については、第一実施形態の画像入力装置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し、異なる部分について主に説明する。
【００９１】
この画像入力装置７１の筐体（図示略）の内部には、画像入力装置１と同様に、支持部材６、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８及び基板９が配置されている。また、画像入力装置７１の筐体に形成された窓には、プリズム列板７２が嵌め込まれている。
【００９２】
プリズム列板７２は、空気より屈折率の高い透明な材料で形成されており、平板状を呈している。プリズム列板７２の裏面は平坦に形成されているとともに、セルフォックレンズアレイ７の上端面に対向している。プリズム列板７２の表面の一部であってセルフォックレンズアレイ７の上方には、多数のプリズム７２ａが設けられている。
【００９３】
どのプリズム７２ａも、セルフォックレンズアレイ７の光軸に直交する方向であって支持部材６の長手方向に直交する方向、つまり、前後方向に長尺である。プリズム７２ａは、その長手方向に直角な面で破断した断面形状が三角形状、より好ましくは二等辺三角形状となるように形成されている。どのプリズム７２ａの稜角も互いに等しく、その稜角は８０°〜１００°に形成されており、より望ましくは９０°に形成されている。そして、これら複数のプリズム７２ａは、長手方向が互いに平行となってプリズム列板７２の表面に沿って配列されており、隣り合う二つのプリズム７２ａの間隔は何れも同じである。また、プリズム７２ａの稜角を挟んでいる二つの面のうちの一方の面は、全てのプリズム７２ａの間で互いに平行となっており、他方の面も全てのプリズム７２ａの間で互いに平行となっている。また、プリズム７２ａの稜角が９０°である場合には、プリズム７２ａの稜角を挟んでいる二つの面は、プリズム列板７２の裏面に対して４５°に傾斜しているのが更に望ましい。
【００９４】
表面が平坦且つ滑らかな透明基板のその表面を微細加工することによって、プリズム列板７２を得ても良いし、表面が平坦且つ滑らかな透明基板の表面にプリズムシートを張り付けることで、プリズム列板７２を得ても良い。このプリズム列板７２においては、微視的に見て、複数のプリズム７２ａが表面に形成されているが、巨視的に見て、プリズム列板７２の表面と裏面は平行となっている。
【００９５】
以上のプリズム列板７２の光学的特性について説明すると、プリズム列板７２の表面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列板７２の表面に入射した場合に、プリズム列板７２の裏面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列板７２の裏面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
また、第一実施形態の場合と同様に、セルフォックレンズ７ａの開口角は、プリズム列板７２の裏面から光が出射しない範囲のβ°より小さい。
【００９６】
プリズム列板７２の裏面側であって支持部材６の前方には、光を発する照明光源７３が配設されている。この照明光源７３は、ＬＥＤ、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、冷陰極管及び蛍光管等といった自発光素子であり、セルフォックレンズアレイ７に沿った線状の光源とされている。この照明光源７３はプリズム７２ａの前方であってプリズム列板７２の一部、つまりプリズム７２ａが形成されていない部分に向けて光を照射し、プリズム列板７２を透過した光はプリズム７２ａの上方においてセルフォックレンズアレイ７の光軸に交わるようになっている。プリズム列板７２の表面に接した指２０は、この照明光源７３によって、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所の近傍において照射されるようになっている。
【００９７】
また、プリズム列板７２の後方であって画像入力装置７１の筐体の窓には、ローラ７４が配置されている。このローラ７４は、左右に延在した軸心回りに回転自在となって筐体に支持されている。ローラ７４の外周面は、プリズム列板７２の表面とほぼ同じ上下位置になっているか、又は、プリズム列板７２の表面よりやや上方に位置している。従って、被験者が指２０をプリズム列板７２の表面に載置した場合に、ローラ７４の外周面にも指２０が接する。
【００９８】
この画像入力装置７１も、画像入力装置１と同様に、図４に示したロータリーエンコーダ５、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換器１３、合成バッファ１４を有している。但し、画像入力装置１ではロータリーエンコーダ５にピニオン４が設けられているが、画像入力装置７１ではロータリーエンコーダ５にローラ７４が設けられている。画像入力装置７１では、ロータリーエンコーダ５が、ローラ７４が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４へ出力するようになっている。
【００９９】
以上のように構成される画像入力装置７１の使用方法及び及び画像入力装置７１の動作について説明する。
被験者が、画像入力装置７１の筐体に形成された窓においてプリズム列板７２の表面及びローラ７４の外周面に指２０を押し当てると、照明光源７３が発光し、照明光源７３から発した光が指２０に照射される。ここで、照明光源７３から発した光は、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる部分において指２０に入射するのではなく、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる部分より照明光源７３寄りにおいて指２０に入射する。指２０に入射した光が指２０の内部で拡散することによって、指２０はセルフォックレンズアレイ７の光軸に交わる部分でも明るくなる。
【０１００】
そして、被験者が指２０をプリズム列板７２の表面に押し付けた状態で指２０をプリズム列板７２に対して前方又は後方に摺動させる。セルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８に対する指２０の相対的移動に伴って、指２０がセルフォックレンズアレイ７の光軸に直交する方向つまり前方又は後方に向かって固体撮像デバイス８の上方を通過するとともに、ローラ７４も回転する。この時、ロータリーエンコーダ５が、ローラ７４が所定角度回転する毎に同期信号を発生させて、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力する。これによって、指２０は、固体撮像デバイス８によって線走査される。
【０１０１】
第一実施形態で図５を用いて説明したのと同様に、指２０の凸部２０ａから発した拡散光がプリズム列板７２の表面に入射すると、プリズム列板７２の裏面の法線の法線に対して０°からβ°までの範囲でも光がプリズム列板７２の裏面から出射し、セルフォックレンズアレイ７を介して固体撮像デバイス８に入射する。一方、指２０の凹部２０ｂから発した拡散光がプリズム列板７２の表面に入射しても、プリズム列板７２の裏面の法線の法線に対して０°からβ°までの範囲では光がプリズム列板７２の裏面から出射せず、指２０の凹部２０ｂで発した光は、固体撮像デバイス８に入射しない。従って、指２０の凸部２０ａが明るく指２０の凹部２０ｂが暗い像が、セルフォックレンズアレイ７によって固体撮像デバイス８に結像され、固体撮像デバイス８が、同期信号のタイミングで結像された像を撮像して指紋の一次元画像を取得する。指２０の凹部２０ｂで発した光が固体撮像デバイス８に入射しないため、固体撮像デバイス８で取得される指紋の一次元画像は、明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、高コントラストな画像となる。
【０１０２】
そして、一次元画像が、電気信号として固体撮像デバイス８から信号処理回路１２に出力され、信号処理回路１２からＡ／Ｄ変換回路１３に出力される。そして、Ａ／Ｄ変換回路１３によってＡ／Ｄ変換された一次元画像データが合成バッファ１４に出力される。そして、指紋の一次元画像データが合成バッファ１４に順次蓄積されて合成されていくと、合成バッファ１４で指紋の二次元画像データが生成される。指紋の二次元画像データは、合成バッファ１４からコンピュータに出力される。
【０１０３】
以上のように第二実施形態では、固体撮像デバイス８で指２０を線走査することによって指２０の二次元画像を取得するため、合成バッファ１４で合成された画像には台形歪みが生じない。特に、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列板７２の裏面に直交しているからセルフォックレンズアレイ７はチルト光学系でないので、固体撮像デバイス８で取得された指２０の像には歪みが生じていない。
また、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列板７２の裏面に直交しているため、セルフォックレンズアレイ７の配置位置は、画像入力装置７１がコンパクトになるような位置となる。
【０１０４】
以下では、画像入力装置７１の変形例について説明する。
【０１０５】
〔変形例５〕
図１７は、画像入力装置８１の断面図であり、図１８は、画像入力装置８１の斜視図である。
この画像入力装置８１も、図１５に示された画像入力装置７１と同様に、照明光源７３、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置７１の場合と同じである。
【０１０６】
画像入力装置７１と画像入力装置８１との間で異なる点は、画像入力装置７１では、プリズム列板７２の表面に形成された多数のプリズム７２ａが前後に延在しているのに対して、画像入力装置８１では、プリズム列板８２の表面に形成された多数のプリズム８２ａが左右に延在していることである。
【０１０７】
つまり、プリズム８２ａの長手方向は、固体撮像デバイス８の長手方向に平行であり、プリズム８２ａを長手方向に直角な面で破断した断面形状は、図１５に示されたプリズム７２ａを長手方向に直角な面で破断した断面形状と同じである。また、プリズム８２ａの間隔は、指紋の線の間隔より小さく、更には固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【０１０８】
このようなプリズム列板８２の光学的特性も、プリズム列板８２の表面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列板８２の表面に入射した場合に、プリズム列板８２の裏面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列板８２の裏面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
【０１０９】
この画像入力装置８１においても、画像入力装置７１の場合と同様に、プリズム列板８２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりする。
【０１１０】
〔変形例６〕
図１９は、画像入力装置９１の断面図であり、図２０は、画像入力装置９１の斜視図である。
この画像入力装置９１も、図１５に示された画像入力装置７１と同様に、照明光源７３、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置７１の場合と同じである。
【０１１１】
画像入力装置７１と画像入力装置９１との間で異なる点は、画像入力装置７１では、プリズム列板７２の表面に形成された多数のプリズム７２ａが前後に延在しているのに対して、画像入力装置９１では、プリズム列板９２の表面に形成された多数のプリズム９２ａが四角錐状を呈している。
【０１１２】
詳細に説明すると、プリズム列板９２の表面に形成されたプリズム９２ａは、その頂点を通って左右方向に直交する面で破断した断面形状が三角形状であるととともに、その頂点を通って前後方向に直交する面で破断した断面形状が三角形状である。また、どのプリズム９２ａも、その四角錐の底面は正方形であるのが望ましく、プリズム９２ａの高さは、底面となる正方形の対角線の長さの半分であるのがより望ましい。そして、多数のプリズム９２ａがプリズム列板９２の表面に沿って規則正しく配列されており、四角錐の底面が二つの対角線の一方が前後に延在しているとともに、他方が左右に延在している。また、隣り合うプリズム９２ａの面は互いに交差するように隣り合うプリズム９２ａが近接している。また、プリズム９２ａの間隔は、指紋の線の間隔より小さく、更には固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【０１１３】
このようなプリズム列板９２の光学的特性も、プリズム列板９２の表面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列板９２の表面に入射した場合に、プリズム列板９２の裏面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列板９２の裏面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
【０１１４】
この画像入力装置９１においても、画像入力装置７１の場合と同様に、プリズム列板９２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりする。
【０１１５】
なお、本発明は、上記第二実施形態、変形例５、変形例６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。
例えば、図１５に示された画像入力装置７１の照明光源７３がプリズム列板７２の裏面側に配置されていたのに対して、プリズム７２ａの長手方向に略直交するプリズム列板７２の側面に照明光源を対向配置しても良い。詳細に説明すると、プリズム列板７２の右方又は左方であってプリズム列板７２の右側面又は左側面の対向位置に照明光源を配置し、照明光源から発した光をプリズム列板７２の右側面又は左側面に指向させる。照明光源から発した光は、プリズム列板７２の右側面又は左側面に入射する。ここで、プリズム列板７２は導光体として機能し、右側面又は左側面に入射した光はプリズム列板７２の裏面で全反射する。一方、プリズム列板７２の表面にプリズム７２ａが形成されているから、プリズム列板７２の裏面で全反射した光は、臨界角未満でプリズム列板７２の表面に入射し、プリズム列板７２の表面から出射する。従って、プリズム列板７２の表面に接した指２０には、光が面状に照射される。
このような画像入力装置では、照明光源をプリズム列板７２の右端面又は左側面に指向させ、プリズム列板７２を導光体として機能させたため、指２０は、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所に直接照射される。従って、画像入力装置７１の場合と比較しても、指２０が明るくなり、固体撮像デバイス８によって取得される像がはっきりする。
【０１１６】
また、図１７に示された画像入力装置８１では照明光源７３がプリズム列板８２の裏面側に配置されていたのに対して、プリズム８２ａの長手方向に直交するプリズム列板８２の側面に照明光源を対向配置しても良い。詳細に説明すると、プリズム列板８２の前方又は後ろ方であってプリズム列板８２の前側面又は後ろ側面に近接した位置に照明光源を配置し、照明光源から発した光をプリズム列板８２の前側面又は後ろ側面に指向させる。照明光源から発した光は、プリズム列板８２の前側面又は後ろ側面に入射する。ここで、プリズム列板８２は導光体として機能し、前側面又は後ろ側面に入射した光はプリズム列板８２の裏面で全反射する。一方、プリズム列板８２の表面にプリズム８２ａが形成されているから、プリズム列板８２の裏面で全反射した光は、臨界角未満でプリズム列板８２の表面に入射し、プリズム列板８２の表面から出射する。従って、プリズム列板８２の表面に接した指２０には、光が面状に照射される。
このような画像入力装置においても、照明光源をプリズム列板８２の前端面又は後ろ側面に指向させ、プリズム列板８２を導光体として機能させたため、指２０はセルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所に直接照射されて明るくなり、固体撮像デバイス８によって取得される像がはっきりする。
【０１１７】
また、図１５に示された画像入力装置７１ではプリズム列板７２が固定されているのに対して、プリズム列板７２を前後に移動自在としても良い。つまり、セルフォックレンズアレイ７の上方で前後に延在したガイドを設け、そのガイドにプリズム列板７２を設けて、ガイドでプリズム列板７２を案内することによってプリズム列板７２を前後に移動自在とする。この場合、ローラ７４、ロータリーエンコーダ５を設けず、その代わりにプリズム列板７２の前後の移動量を検知する検知器を設ける。この検知器は、プリズム列板７２が所定距離前方又は後方に移動する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力するものである。
【０１１８】
この画像入力装置の使用方法としては、被験者が指２０をプリズム列板７２の表面に押し付けた状態で指２０を前方又は後方に移動させると、指２０とともにプリズム列板７２が前方又は後方に向かって移動する。プリズム列板７２の移動に伴って、検知器が、プリズム列板７２が所定距離移動する毎に同期信号を発生させて、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力する。これによって、指２０は、固体撮像デバイス８によって線走査される。
【０１１９】
また、図１７に示された画像入力装置８１、図１９に示された画像入力装置９１においても同様に、プリズム列板８２，９２を前後に移動自在とし、プリズム列板８２，９２の移動に伴って同期信号を出力する検知器を設けても良い。
【０１２０】
また、上記画像入力装置７１，８１，９１では、ローラ７４の回転によって指２０の移動に伴って同期信号を発生させているが、図１４を用いて説明した場合と同様に、指２０の移動に関係せずに所定周期の同期信号を発振器等によって発生させても良い。即ち、画像処理部が、図１４に示すように、画像１００と画像１０１を比較することで同じデータとなるライン１００ａ、１０１ａを検知し、ライン１００ａとライン１０１ａが重なるようにして、画像１００と画像１０１を合成する。画像処理部がこの様な処理を同期信号が出力される毎に行うことによって、二次元画像データが生成される。
【０１２１】
また、上記画像入力装置７１，８１，９１では被験者が指２０を前後に動かすことでによって指２０が固体撮像デバイス８によって線走査されているが、固定されたプリズム列板７２，８２，９２に対して固体撮像デバイス８及びセルフォックレンズアレイ７ごと支持部材６を前方又は後方に移動させることによって指２０を固体撮像デバイス９によって線走査しても良い。この場合には、ロータリーエンコーダ５はローラ７４の回転を検知するのではなく、固体撮像デバイス８、支持部材６又はセルフォックレンズアレイ７の移動を検知し、固体撮像デバイス８、支持部材６又はセルフォックレンズアレイ７が前方又は後方に所定距離移動する毎に同期信号を出力するようにすれば良い。
【０１２２】
また、プリズム列板７２，８２，９２の表面に設けられた光学系が多数のプリズム７２ａ，８２ａ，９２ａであるが、表面が滑らかである透明な平板の表面にプリズム７２ａ，８２ａ，９２ａの代わりに他の光学系を設けて、プリズム列板７２，８２，９２と同様な光学的特性を有するようにしても良い。
【０１２３】
【発明の効果】
請求項１から１０に記載の発明によれば、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち被写体の凹部から発した光は、円筒の外周面に設けられた光学系によって、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から出射し、円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲では円筒の内周面から出射しない。一方、被写体の凸部から発した光は円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲でも円筒の内周面から出射する。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。従って、被写体の像によって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
また、撮像光学系及び固体撮像デバイスが円筒内に配置されているため、画像入力装置をコンパクトにすることができる。
【０１２４】
請求項１１から１７に記載の発明によれば、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち被写体の凹部から発した光は、平板の表面に設けられた光学系によって、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で凹部の裏面から出射し、凹部の裏面に対してα°から直角までの範囲では凹部の裏面から出射しない。一方、被写体の凸部から発した光は平板の裏面に対してα°から直角までの範囲でも平板の裏面から出射する。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。従って、被写体の像によって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された画像入力装置を示した断面図である。
【図２】図１の画像入力装置を示した斜視図である。
【図３】図１の画像入力装置に備わったプリズム列ローラの断面を拡大して示した図面であって、そのプリズム列ローラの寸法及び光学的特性を示した図面である。
【図４】図１の画像入力装置の回路構成を示したブロック図である。
【図５】図１の画像入力装置において光の作用を説明するための図面。
【図６】図１に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図７】図６に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図８】図１、図６に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図９】図８に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１０】図１、図６、図８に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１１】図１０に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１２】図１、図６、図８、図１０に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１３】図１２に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１４】固体撮像デバイスによって取得された画像を合成する方法について説明するための図面である。
【図１５】図１、図６、図８、図１０、図１２に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１６】図１５に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１７】図１、図６、図８、図１０、図１２、図１５に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１８】図１７に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１９】図１、図６、図８、図１０、図１２、図１５、図１７に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図２０】図１９に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【符号の説明】
１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１ 画像入力装置
２、４２、６２ プリズム列ローラ（円筒）
２ａ、４２ａ、６２ａ、７２ａ、８２ａ、９２ａ プリズム（光学系）
７ セルフォックレンズアレイ（撮像光学系）
７ａ セルフォックレンズ
８ 固体撮像デバイス
１０、３２、５２、７３ 照明光源（光源）
２０ 指（被写体）
７２、８２、９２ プリズム列板（平板）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image input device that inputs an image of a subject.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, networking of electronic devices has been advanced, communication between electronic devices has become free, and various types of information can be accessed from anywhere. As a result, the importance of security has been increasing in order to prevent unauthorized access by malicious parties. One of the security techniques is a method of performing personal authentication using a fingerprint, and a technique for applying personal authentication using a fingerprint to a portable electronic device has been proposed. For fingerprint authentication, an image input device for inputting a fingerprint image must be provided in a portable electronic device.
[0003]
Patent Literature 1 describes an image input device that inputs a fingerprint image. The image input device described in Patent Document 1 has a right-angled prism having a right-angled triangular cross section, a light source facing one of two surfaces sandwiching the right-angled edge of the right-angled prism, and a right-angled edge. A television camera having an optical axis opposite to the other of the two surfaces and having a perpendicular optical axis to the surface, light emitted from the light source is incident on one of the two surfaces sandwiching the perpendicular ridge angle, and on a slope The light is totally reflected and emitted to the other of the two surfaces sandwiching the right-angled ridge angle. In this image input device, a finger image is picked up by a television camera by placing the finger on a slope facing a right ridge angle. Here, when the finger is placed on the slope of the right-angle prism, the convex part of the fingerprint is in close contact with the slope and the concave part of the fingerprint is apart from the slope in the concave and convex pattern forming the fingerprint of the finger. The light incident on the portion corresponding to the concave portion of the fingerprint on the slope is totally reflected, but the portion in contact with the convex portion of the fingerprint does not satisfy the condition of total reflection. Spread. Therefore, a fingerprint image in which the convex portion of the fingerprint is dark and the concave portion of the fingerprint is bright is captured by the television camera.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-55-13446
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the image input device of Patent Document 1, the angle of the optical axis of the television camera with respect to the normal to the slope of the right-angle prism is equal to or greater than the critical angle, that is, the television camera is tilted with respect to the slope of the right-angle prism. Therefore, the image acquired by the television camera may have a trapezoidal distortion, or the position of the television camera may be restricted, so that the entire image input device may become large.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a small-sized image input device that does not cause trapezoidal distortion.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is
A cylinder that is rotatably supported about an axis, and that rotates by moving a subject having irregularities in contact with an outer peripheral surface in a tangential direction;
A solid-state imaging device arranged in the cylinder in parallel with the axis of the cylinder,
An imaging optical system that is arranged in the cylinder and forms an image on a portion where the subject and the outer peripheral surface of the cylinder are in contact with each other on the solid-state imaging device,
An image input apparatus that linearly scans the subject with the solid-state imaging device by moving the subject in a tangential direction of the cylinder,
On the outer peripheral surface of the cylinder, when diffused light emitted from a position distant from the outer peripheral surface of the cylinder is incident on the outer peripheral surface of the cylinder, 0 ° to α ° with respect to the inner peripheral surface of the cylinder (however, An optical system for emitting light from the inner peripheral surface of the cylinder in the range of 0 <α <90) is provided.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, when the subject moves in the tangential direction, the portion where the optical axis of the imaging optical system intersects the outer peripheral surface of the cylinder, that is, the portion where the outer peripheral surface of the cylinder contacts the subject changes. Is line-scanned by a solid-state imaging device via an imaging optical system.
Here, when the subject contacts the outer peripheral surface of the cylinder, the concave portion of the subject is separated from the outer peripheral surface of the cylinder. Therefore, by the optical system provided on the outer peripheral surface of the cylinder, the light emitted from the concave portion among the light emitted from the subject or the light reflected by the subject has a range of 0 ° to α ° with respect to the inner peripheral surface of the cylinder. In the range from α ° to a right angle with respect to the inner peripheral surface of the cylinder, it does not exit from the inner peripheral surface of the cylinder. On the other hand, since the convex portion of the subject comes into close contact with the outer peripheral surface of the cylinder, the condition of the optical system provided on the outer peripheral surface of the cylinder changes. Therefore, the light emitted from the convex portion is emitted from the inner peripheral surface of the cylinder even in a range from α ° to a right angle with respect to the inner peripheral surface of the cylinder. When the object is linearly scanned by the solid-state imaging device in such a state, an image in which the concave portion of the object is dark and the convex portion of the object is bright is obtained by the solid-state imaging device. As described above, the image acquired by the solid-state imaging device is an image in which light and darkness is represented by unevenness of a subject, and the difference between light and dark is clear.
Further, since a two-dimensional image of the subject is obtained by linearly scanning the subject with the solid-state imaging device, trapezoidal distortion does not occur.
Further, since the imaging optical system and the solid-state imaging device are arranged in the cylinder, the image input device can be made compact.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the image input device according to the first aspect,
The optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the inner peripheral surface of the cylinder,
An aperture angle of the imaging optical system is smaller than (90-α) °.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, since the optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the inner peripheral surface of the cylinder, the imaging optical system is not a tilt optical system. Therefore, trapezoidal distortion does not occur in the image of the subject obtained by linearly scanning the subject with the solid-state imaging device. Further, since the optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the inner peripheral surface of the cylinder, the arrangement position of the imaging optical system is such that the image input device is compact.
Further, since the aperture angle of the imaging optical system is smaller than (90-α) °, light emitted from the inner peripheral surface of the cylinder in the range of 0 ° to α ° with respect to the inner peripheral surface of the cylinder is transmitted to the solid-state imaging device. Does not enter. That is, light emitted from the concave portion of the subject does not enter the solid-state imaging device. On the other hand, light emitted from the convex portion of the subject enters the solid-state imaging device. Therefore, an image captured by the solid-state imaging device has a clear difference between a bright portion and a dark portion, and the unevenness of the subject becomes clear, and the image is transferred to the solid-state imaging device.
[0011]
The invention according to claim 3 is the image input device according to claim 1 or 2,
The optical system is characterized by a number of prisms having a triangular cross section provided on an outer peripheral surface of the cylinder.
[0012]
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3,
The prism is elongated in a direction perpendicular to a triangular cross section, and the plurality of prisms are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the image input device according to the third or fourth aspect,
The prism extends parallel to the axial direction of the cylinder.
[0014]
The invention according to claim 6 is the image input device according to claim 3 or 4,
The prism may extend in a circumferential direction of the cylinder.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in the image input device according to the third aspect,
The prism has a quadrangular pyramid shape.
[0016]
In any one of the fourth to seventh aspects of the present invention, by providing a large number of prisms on the outer peripheral surface of the cylinder as an optical system, the optical characteristics of the cylinder can be reduced by the diffusion emitted from a position distant from the outer peripheral surface of the cylinder. When light is incident on the outer peripheral surface of the cylinder, the light is emitted from the inner peripheral surface of the cylinder in a range of 0 ° to α ° with respect to the inner peripheral surface of the cylinder.
Therefore, any of the inventions according to claims 4 to 7 has the same operation and effect as the invention according to claim 1.
[0017]
The invention according to claim 8 is the image input device according to any one of claims 1 to 7,
A light source is provided outside the cylinder and irradiates light near a location where an outer peripheral surface of the cylinder intersects with an optical axis of the imaging optical system.
[0018]
According to the invention described in claim 8, when the light source irradiates light near a place where the outer peripheral surface of the cylinder and the optical axis of the imaging optical system intersect, light enters the subject, and the light is emitted inside the subject. The subject is diffused, and diffused light is emitted from a portion in contact with the outer peripheral surface of the cylinder and becomes bright.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, in the image input device according to the fifth aspect,
A light source is provided outside the cylinder and irradiates light toward an end face of the cylinder in the axial direction.
[0020]
According to the ninth aspect of the present invention, when light enters the end face in the axial direction of the cylinder, the cylinder acts as a light guide, and the light is totally reflected on the inner peripheral surface of the cylinder. On the other hand, since the prism is provided on the outer peripheral surface of the cylinder, light is emitted from the outer peripheral surface of the cylinder without being totally reflected on the outer peripheral surface of the cylinder. Therefore, the subject is illuminated with light in a portion in contact with the cylinder and becomes bright.
[0021]
According to a tenth aspect of the present invention, in the image input device according to the sixth aspect,
A light source is provided in the cylinder and irradiates light to a location where an optical axis of the imaging optical system and an outer peripheral surface of the cylinder intersect.
[0022]
According to the tenth aspect of the present invention, since the light source irradiates the light to a position where the light axis intersects the optical axis of the imaging optical system and the outer peripheral surface of the cylinder, the subject is irradiated at a portion in contact with the outer peripheral surface of the cylinder. It becomes bright.
[0023]
The invention according to claim 11 is
A flat plate having a front surface against which a subject having irregularities abuts and a back surface opposite to this surface,
A solid-state imaging device facing the back surface of the flat plate,
An imaging optical system that is arranged between the solid-state imaging device and the flat plate, and forms an image on a portion where the subject and the surface of the flat plate are in contact with the solid-state imaging device,
An image input device that linearly scans the subject with the solid-state imaging device by moving one of the solid-state imaging device and the subject relatively to the other in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system. hand,
On the front surface of the flat plate, when diffused light emitted from a position distant from the front surface of the flat plate is incident on the front surface of the flat plate, a range of α ° (0 <α <90) from the back surface of the flat plate is obtained. An optical system for emitting light from the back surface of the flat plate is provided.
[0024]
According to the eleventh aspect, the subject or the solid-state imaging device moves in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system, whereby the subject is linearly scanned by the solid-state imaging device via the imaging optical system.
Here, when the subject contacts the surface of the flat plate, the concave portion of the subject moves away from the surface of the flat plate. Therefore, by the optical system provided on the front surface of the flat plate, the light emitted from the concave portion out of the light emitted from the subject or the light reflected by the subject has the concave portion in the range of 0 ° to α ° with respect to the rear surface of the flat plate. Light is emitted from the back surface, and is not emitted from the back surface of the flat plate in a range from α ° to a right angle with respect to the back surface of the flat plate. On the other hand, since the convex portion of the subject is in close contact with the surface of the flat plate, the condition of the optical system provided on the surface of the flat plate changes. Therefore, the light emitted from the convex portion of the subject exits from the back surface of the flat plate even in a range from α ° to a right angle with respect to the back surface of the flat plate. When the object is linearly scanned by the solid-state imaging device in such a state, an image in which the concave portion of the object is dark and the convex portion of the object is bright is obtained by the solid-state imaging device. As described above, the image acquired by the solid-state imaging device is an image in which light and darkness is represented by unevenness of a subject, and the difference between light and dark is clear.
Further, since a two-dimensional image of the subject is obtained by linearly scanning the subject with the solid-state imaging device, trapezoidal distortion does not occur.
[0025]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the image input device according to the eleventh aspect,
The optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the back surface of the flat plate,
An aperture angle of the imaging optical system is smaller than (90-α) °.
[0026]
In the twelfth aspect, the optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the rear surface of the flat plate, so that the imaging optical system is not a tilt optical system. Therefore, trapezoidal distortion does not occur in the image of the subject obtained by linearly scanning the subject with the solid-state imaging device. Further, since the optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the back surface of the flat plate, the arrangement position of the imaging optical system is a position at which the image input device becomes compact.
Further, since the aperture angle of the imaging optical system is smaller than (90-α) °, light emitted from the back surface of the flat plate in the range of 0 ° to α ° with respect to the back surface of the flat plate does not enter the solid-state imaging device. That is, light emitted from the concave portion of the subject does not enter the solid-state imaging device. On the other hand, light emitted from the convex portion of the subject enters the solid-state imaging device. Therefore, an image captured by the solid-state imaging device has a clear difference between a bright portion and a dark portion, and the unevenness of the subject becomes clear, and the image is transferred to the solid-state imaging device.
[0027]
According to a thirteenth aspect, in the image input device according to the eleventh or twelfth aspect,
The optical system includes a plurality of prisms having a triangular cross section provided on the surface of the flat plate.
[0028]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the image input device according to the thirteenth aspect,
The prisms are elongated and extend in a direction perpendicular to a triangular cross section, and the plurality of prisms are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other.
[0029]
According to a fifteenth aspect, in the image input device according to the thirteenth aspect,
The prism has a quadrangular pyramid shape.
[0030]
In any of the inventions according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects, by providing a large number of prisms as optical systems on the surface of the flat plate, the optical characteristics of the flat plate are such that diffused light emitted from a position distant from the surface of the flat plate is generated. When the light is incident on the front surface of the flat plate, light is emitted from the back surface of the flat plate in a range of 0 ° to α ° with respect to the back surface of the flat plate.
Therefore, any of the inventions according to the thirteenth to fifteenth aspects has the same operation and effect as the invention according to the eleventh aspect.
[0031]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the image input device according to any one of the eleventh to fifteenth aspects,
A light source is provided on a rear surface side of the flat plate and irradiates light near a position where a front surface of the flat plate and an optical axis of the imaging optical system intersect.
[0032]
In the invention according to claim 16, when light is emitted toward a portion where the optical axis of the imaging optical system intersects with the subject in contact with the surface of the flat plate, light is diffused inside the subject, and Diffusion light is emitted from the portion that intersects the optical axis and becomes brighter.
[0033]
According to a seventeenth aspect, in the image input device according to the fourteenth aspect,
A light source is provided opposite to the side surface of the flat plate orthogonal to the longitudinal direction of the prism and irradiates light to the side surface.
[0034]
According to the seventeenth aspect, when light enters the side surface of the flat plate, the flat plate acts as a light guide, and the light is totally reflected on the back surface of the flat plate. On the other hand, since the prism is provided on the surface of the flat plate, light is emitted from the flat surface without being totally reflected on the flat surface. Therefore, the subject is irradiated with light, and the subject becomes bright.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated example.
[0036]
[First embodiment]
FIG. 1 is a sectional view of an image input device 1 to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a perspective view of the image input device 1.
A housing (not shown) of the image input apparatus 1 houses a prism row roller 2 formed of a material having a higher refractive index than air. The prism row roller 2 has a substantially cylindrical shape, and the inside of the prism row roller 2 is hollow. The prism row roller 2 is rotatable about its axis and supported by the housing. A part of the outer peripheral surface of the prism row roller 2 is a window formed in the housing of the image input apparatus 1. It is exposed and slightly protrudes out of the housing through the window. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axis of the prism row roller 2. Hereinafter, the direction in which the axis of the prism row roller 2 extends will be described as the left-right direction.
[0037]
An optical system that defines the optical characteristics of the prism row roller 2 is provided on the outer peripheral surface of the prism row roller 2. This optical system is a large number of prisms 2a integrally formed on the outer peripheral surface of the prism row roller 2.
[0038]
Each prism 2a is long in the left-right direction, and the cross-sectional shape broken at a plane perpendicular to the longitudinal direction, that is, the cross-sectional shape broken at a plane perpendicular to the axis of the prism row roller 2, is more preferably triangular. It is formed so as to have an isosceles triangle shape. The plurality of prisms 2a are arranged at substantially equal intervals along the outer peripheral surface of the prism row roller 2 with their longitudinal directions being parallel to each other.
[0039]
FIG. 3 is an enlarged view of the cross section of the prism row roller 2 shown in FIG. 1. The ridge angles θ of all the prisms 2a are equal to each other, and the ridge angles θ are formed at 80 ° to 100 °, which is more preferable. Is formed at 90 °. The distance d between the ridge lines of the two adjacent prisms 2a is smaller than the distance between the fingerprint lines, and is 50 μm. The thickness s from the intersection of the surfaces of the two adjacent prisms 2a to the inner peripheral surface of the prism row roller 2 is sufficiently larger than the height h of the prisms 2a and 0.5 mm. More preferably, a line passing through the ridge line of the prism 2 a and equally dividing the ridge angle θ is orthogonal to the inner surface of the prism row roller 2 and crosses the axis of the prism row roller 2. As described above, the plurality of prisms 2a are formed on the outer peripheral surface of the prism row roller 2 when viewed microscopically, but the outer peripheral surface of the prism row roller 2 is substantially concentric with the inner surface when viewed macroscopically. Has become.
[0040]
In this embodiment, the prism 2a is formed integrally with the prism row roller 2. In this case, the prism row roller 2 can be obtained by finely processing the outer peripheral surface of a transparent cylinder having a smooth outer peripheral surface. The prism 2a may not be formed integrally. In this case, a prism sheet having the same shape as the prism row roller 2 is formed by attaching a prism sheet to the outer peripheral surface of a transparent cylinder having a smooth outer peripheral surface. It is good.
[0041]
Since the prism 2a is formed on the outer peripheral surface of the prism row roller 2, the prism row roller 2 has the following optical characteristics. That is, when diffused light emitted from a position distant from the outer peripheral surface of the prism array roller 2 is incident on the outer peripheral surface of the prism array roller 2, the prism array roller 2 Light is emitted from the inner peripheral surface of the prism row roller 2 in the range from ° to α ° (where 0 <α <90). That is, even if diffused light emitted from a position distant from the outer peripheral surface of the prism array roller 2 is incident on the outer peripheral surface of the prism array roller 2, the diffused light is 0 ° to β Light is not emitted in the range up to ° (however, α + β = 90). α ° and β ° depend on the ridge angle θ of the prism 2a, the refractive index of the prism row roller 2, etc., but the ridge angle θ of the prism 2a is 90 °, the thickness s is 0.5 mm, and the interval d is When the refractive index of the prism row roller 2 is 1.5, α = 4.8 when the refractive index of the prism row roller 2 is 1.7, and when the refractive index of the prism row roller 2 is 1.7, α = 15.4. When the refractive index of the roller 2 is 1.9, α = 25.8. Note that α ° and β ° are represented by opening angles along a plane perpendicular to the axis of the prism row roller 2.
[0042]
As shown in FIG. 2, a spur gear 3 coaxial with the prism row roller 2 is fixed to one end of the prism row roller 2 in the longitudinal direction. A pinion 4 meshes with the spur gear 3, and a rotary encoder 5 is provided on the pinion 4. The rotary encoder 5 generates and outputs a synchronization signal through the pinion 4 and the spur gear 3 every time the prism row roller 2 rotates by a predetermined angle.
[0043]
As shown in FIG. 1, a support member 6, a selfoc lens array 7, and a solid-state imaging device 8 are disposed in the hollow inside the prism row roller 2, and the support member 6 is fixed to a housing of the image input device 1. The support member 6 is supported so as not to rotate even when the prism row roller 2 rotates. An optical path hole 6a is formed in the support member 6 so as to penetrate in the radial direction of the prism row roller 2, and the optical path hole 6a is formed to be long in the left-right direction. A selfoc lens array 7 having an optical axis in the radial direction of the prism row roller 2 is fitted into the optical path hole 6 a, thereby fixing the selfoc lens array 7 to the support member 6.
[0044]
The SELFOC lens array 7 has a plurality of SELFOC lenses 7a. The SELFOC lens 7a is a cylindrical rod lens, and the central axis of the SELFOC lens 7a extends in the radial direction of the prism row roller 2, one end face is directed upward, and the other end face is oriented. It faces downward. The SELFOC lens 7a has a parabolic refractive index distribution from the central axis to the peripheral surface, and has the highest refractive index on the central axis and the lowest refractive index on the peripheral surface. Therefore, the SELFOC lens 7a has optically substantially equivalent properties to a spherical lens, and all SELFOC lenses 7a have optically equivalent properties to each other. The plurality of Selfoc lenses 7a are arranged so as to be parallel to each other and form a row in the left-right direction. However, the left-right row composed of the plurality of Selfoc lenses 7a may be one row, Multiple rows may be used. These plural SELFOC lenses 7a are sandwiched between two plates 7b.
[0045]
The SELFOC lens array 7 configured as described above is an imaging optical system that connects one continuous erect equal-magnification image to a solid-state imaging device 8 described later throughout the plurality of SELFOC lenses 7a. The optical axis of the SELFOC lens array 7 is orthogonal to the inner peripheral surface of the prism array roller 2, and the portion where the optical axis of the SELFOC lens array 7 intersects the prism array roller 2 is exposed to the window of the housing. I have. In addition, the opening angle of the SELFOC lens 7a, that is, the maximum incident angle formed by the SELFOC lens 7a, is smaller than the angle β ° in a range where light is not emitted from the inner peripheral surface of the prism row roller 2.
[0046]
A solid-state imaging device 8 is disposed on the optical axis of the SELFOC lens array 7 and below the SELFOC lens array 7. The solid-state imaging device 8 is mounted on a substrate 9, and the substrate 9 is fixed to the lower end of the support member 6 so that the solid-state imaging device 8 is located in the optical path hole 6a. The light receiving surface of the solid-state imaging device 8 faces the lower end surface of the SELFOC lens array 7.
[0047]
The solid-state imaging device 8 is a CCD solid-state imaging device, a CMOS solid-state imaging device, or the like, and is a photoelectric conversion element (for example, a photodiode or a phototransistor) as a pixel that converts the intensity (or light amount) of incident light into an electric signal. ) Are arranged in the left-right direction. In this solid-state imaging device 8, the row in which the plurality of photoelectric conversion elements are arranged in the left-right direction may be one row, or may be two rows, three rows, or more rows. Less than the number of photoelectric conversion elements included in one row. That is, the solid-state imaging device 8 is a one-dimensional solid-state imaging device that is long in the left-right direction, and obtains a one-dimensional image formed by the Selfoc lens array 7. The interval between the prisms 2a of the prism row roller 2 is preferably smaller than the interval between the pixels of the solid-state imaging device 8.
[0048]
As shown in FIGS. 1 and 2, an illumination light source 10 that emits light is arranged along the prism row roller 2 outside the prism row roller 2 and inside the housing of the image input device 1. . The illumination light source 10 is disposed in front of the prism row roller 2 and emits light slightly upward from the intersection of the outer peripheral surface of the prism row roller 2 and the optical axis of the SELFOC lens array 7. The finger 20 in contact with the outer peripheral surface of the prism row roller 2 is illuminated by the illumination light source 10 in the vicinity of a place where the finger 20 intersects the optical axis of the SELFOC lens array 7.
[0049]
Next, a circuit configuration of the image input device 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the rotary encoder 5 outputs a synchronization signal to the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesis buffer 14 every time the prism row roller 2 rotates by a predetermined angle. Has become. The driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesis buffer 14 operate in synchronization with the synchronization signal.
[0050]
The driver circuit 11 drives the solid-state imaging device 8 according to a synchronization signal input from the rotary encoder 5. The solid-state imaging device 8 is driven by the driver circuit 11 to convert a received light intensity (or light amount) into an electric signal, thereby obtaining a one-dimensional image as an electric signal, and transmitting the electric signal to the signal processing circuit 12. Output. The signal processing circuit 12 performs processing such as amplification on the electric signal input from the solid-state imaging device 8 and outputs the electric signal to the A / D conversion circuit 13. The A / D conversion circuit 13 A / D converts an electric signal according to a synchronization signal from the rotary encoder 5 and outputs one-dimensional image data to the synthesis buffer 14. One-dimensional image data is sequentially stored in the synthesizing buffer 14 from the A / D conversion circuit 13 in accordance with a synchronization signal, and two-dimensional image data is generated by sequentially synthesizing the one-dimensional image data in the synthesizing buffer 14. It has become. The two-dimensional image data generated by the synthesis buffer 14 is output to a computer (not shown). The two-dimensional image data input to the computer is provided for processing by the computer.
[0051]
A method of using the image input device 1 configured as described above and an operation of the image input device 1 will be described.
A subject presses a finger 20 against an outer peripheral surface of the prism row roller 2 at a window formed in a housing of the image input apparatus 1. In particular, it is desirable that the finger 20 be brought into contact with the outer peripheral surface of the prism row roller 2 with the tip of the finger 20 directed in the tangential direction of the outer peripheral surface of the prism row roller 2.
[0052]
The illumination light source 10 emits light, and light emitted from the illumination light source 10 enters the finger 20. Here, the light emitted from the illumination light source 10 is not directly incident on the portion abutting on the outer peripheral surface of the prism array roller 2, but on the illumination light source 10 side from the portion abutting on the outer peripheral surface of the prism array roller 2. The light incident on the part and the light incident on the finger 20 are diffused inside the finger 20, so that the part in contact with the outer peripheral surface of the prism row roller 2 becomes bright.
[0053]
Then, when the subject moves the finger 20 in the tangential direction of the prism row roller 2, that is, forward or backward while the finger 20 is pressed against the outer peripheral surface of the prism row roller 2, the prism row roller 2 rotates. As the finger 20 moves, the finger 20 passes above or below the solid-state imaging device 8 toward the front or rear, and the contact portion between the finger 20 and the prism row roller 2 changes. At this time, the rotary encoder 5 generates a synchronization signal every time the prism row roller 2 rotates by a predetermined angle, and outputs the synchronization signal to the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesis buffer 14. Thus, the finger 20 is line-scanned by the solid-state imaging device 8.
[0054]
Here, the action of light at the portion where the finger 20 abuts on the outer peripheral surface of the prism row roller 2 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an enlarged view showing a contact portion between the finger 20 and the outer peripheral surface of the prism row roller 2 for explaining the action of light.
As shown in FIG. 5A, the convex portion (fingerprint ridge) 20a of the finger 20 is in close contact with the prism 2a, and as shown in FIG. 5B, the concave portion of the finger 20 (fingerprint ridge). The groove 20b is apart from the prism 2a.
[0055]
Since the convex portion 20a of the finger 20 is in close contact with the prism 2a, the conditions of total reflection and refraction on the two surfaces of the prism 2a are different from those in the case of air. When the light enters the outer peripheral surface, light is emitted from the inner peripheral surface of the prism array roller 2 even in a range of 0 ° to β ° with respect to the normal of the inner peripheral surface of the prism array roller 2 (FIG. 5A). As a result, light emitted from the convex portion 20 a of the finger 20 and emitted from the inner peripheral surface of the prism row roller 2 enters the solid-state imaging device 8 via the Selfoc lens array 7. Of course, light is emitted from the inner peripheral surface of the prism array roller 2 even in the range of 0 ° to α ° with respect to the inner peripheral surface of the prism array roller 2.
[0056]
On the other hand, since the concave portion 20b of the finger 20 is separated from the prism 2a and air exists between the concave portion 20b of the finger 20 and the prism 2a, the diffused light emitted from the finger 20 is incident on the outer peripheral surface of the prism row roller 2. Also, no light is emitted from the inner peripheral surface of the prism array roller 2 in the range of 0 ° to β ° with respect to the normal of the inner peripheral surface of the prism array roller 2 (FIG. 5B). Here, since the opening angle of the selfoc lens 7a is smaller than β °, light emitted from the concave portion 20b of the finger 20 does not enter the solid-state imaging device 8.
[0057]
As described above, an image defined by the unevenness of the finger 20, that is, an image in which the convex portion 20 a of the finger 20 is bright and the concave portion 20 b of the finger 20 is dark is formed on the solid-state imaging device 8 by the selfoc lens array 7. . Note that the subject is not limited to the finger 20 and may have irregularities on the surface.
[0058]
When the solid-state imaging device 8 is driven by the driver circuit 11, the solid-state imaging device 8 captures an image defined by the unevenness of the finger 20 at the timing of the synchronization signal to acquire a one-dimensional image of the fingerprint. Since the light emitted from the concave portion 20b of the finger 20 does not enter the solid-state imaging device 8, the one-dimensional image of the fingerprint acquired by the solid-state imaging device 8 has a clear difference between a bright portion and a dark portion, and a high-contrast image. Become.
[0059]
Each time the solid-state imaging device 8 acquires a one-dimensional image as an electric signal, the solid-state imaging device 8 outputs the electric signal to the signal processing circuit 12, and the electric signal processed by the signal processing circuit 12 is output to the A / D conversion circuit 13. Then, the A / D conversion circuit 13 inputs the one-dimensional image as an electric signal, A / D converts the electric signal, and outputs the one-dimensional image data of the fingerprint to the synthesizing buffer 14. Then, as the one-dimensional image data of the fingerprint is sequentially accumulated in the synthesizing buffer 14 and synthesized, two-dimensional image data of the fingerprint is generated in the synthesizing buffer 14. The two-dimensional image data of the fingerprint is output from the synthesis buffer 14 to the computer.
[0060]
The image input device 1 as described above is suitable for being provided in a portable electronic device such as a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), and a notebook personal computer, but may be provided in other electronic devices. In the electronic device, the two-dimensional image data acquired by the image input device 1 is used for processing by a computer. For example, the computer uses the registered fingerprint image data of a registrant registered in advance and the two-dimensional image data acquired by the image input device 1. A process of comparing two-dimensional image data, a process of determining whether or not the compared two-dimensional image data matches the registered fingerprint image data; And processing for recognizing the registrant. When the image input device 1 is provided in an electronic device, the housing of the image input device 1 may be integrated with the housing of the electronic device.
[0061]
In the present embodiment, since a two-dimensional image of the finger 20 is obtained by linearly scanning the finger 20 with the solid-state imaging device 8, trapezoidal distortion does not occur in the image synthesized by the synthesis buffer 14. In particular, since the optical axis of the SELFOC lens array 7 is orthogonal to the inner peripheral surface of the prism row roller 2, the SELFOC lens array 7 is not a tilt optical system. Has no distortion. In addition, since the selfoc lens array 7 and the solid-state imaging device 8 are provided in the prism row roller 2, the entire image input device 1 becomes compact. In particular, since the optical axis of the SELFOC lens array 7 is orthogonal to the inner peripheral surface of the prism row roller 2, the position of the SELFOC lens array 7 is such that the image input device 1 is compact.
[0062]
Hereinafter, a modified example of the image input apparatus 1 will be described.
[0063]
[Modification 1]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the image input device 31, and FIG. 7 is a perspective view of the image input device 31.
This image input device 31 also has a prism row roller 2, a spur gear 3, a pinion 4, a rotary encoder 5, a selfoc lens array 7, a solid-state imaging device 8, and a substrate 9 similarly to the image input device 1 shown in FIG. , A driver circuit 11, a signal processing circuit 12, an A / D conversion circuit 13, and a synthesis buffer 14. These are the same as those in the case of the image input apparatus 1, and therefore detailed description is omitted.
[0064]
The difference between the image input device 1 and the image input device 31 is that, in the image input device 1, the illumination light source 10 is arranged along the longitudinal direction of the prism row roller 2, whereas 31, the illumination light source 32 is disposed to face the end face of the prism row roller 2 in the longitudinal direction. The illumination light source 32 emits light toward the end face of the prism row roller 2.
[0065]
More specifically, the illumination light source 32 is directed to a portion of the longitudinal end surface of the prism row roller 2 which is exposed from the window of the housing, that is, a location corresponding to a portion where the finger 20 contacts the prism row roller 2. I have. Although FIG. 6 is a cross-sectional view, the illumination light source 32 is shown without being broken.
[0066]
The prism row roller 2 functions as a light guide, and the light incident on the end face is totally reflected on the inner peripheral surface of the prism row roller 2. On the other hand, since the prism 2a is formed on the outer peripheral surface of the prism array roller 2, the light totally reflected on the inner peripheral surface of the prism array roller 2 is incident on the outer peripheral surface of the prism array roller 2 at less than the critical angle, and The light exits from the outer peripheral surface of the row roller 2. Thus, linear light along the longitudinal direction of the prism row roller 2 is emitted from a portion of the outer peripheral surface of the prism row roller 2 that intersects with the optical axis of the selfoc lens array 7. Accordingly, the finger 20 that is in contact with the outer peripheral surface of the prism row roller 2 is irradiated with linear light at a location that is in contact with the outer peripheral surface of the prism row roller 2.
[0067]
Then, as shown in FIG. 5, of the light applied to the finger 20, the light reflected by the convex portion 20 a of the finger 20 is incident on the solid-state imaging device 8 via the Selfoc lens array 7, and The light reflected by the concave portion 20b does not enter the solid-state imaging device 8. As described above, an image defined by the unevenness of the finger 20, that is, an image in which the convex portion 20 a of the finger 20 is bright and the concave portion 20 b of the finger 20 is dark is captured by the solid-state imaging device 8.
[0068]
Also in this image input device 31, the selfoc lens array 7 and the solid-state imaging device 8 are arranged in the prism row roller 2 as in the case of the image input device 1, so that the image input device 31 becomes compact and the prism The optical characteristics of the row rollers 2 make the difference in brightness of an image acquired by the solid-state imaging device 8 distinct. In addition, since the illumination light source 32 is directed to the end face of the prism row roller 2 and the prism row roller 2 is made to function as a light guide, the finger 20 is directly radiated to a portion that intersects the optical axis of the SELFOC lens array 7. You. Therefore, the finger 20 becomes brighter and the image acquired by the solid-state imaging device 8 becomes clearer than in the case of the image input apparatus 1 shown in FIG.
[0069]
[Modification 2]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the image input device 41, and FIG. 9 is a perspective view of the image input device 41.
This image input device 41 also has a spur gear 3, a pinion 4, a rotary encoder 5, a selfoc lens array 7, a solid-state imaging device 8, a substrate 9, an illumination light source 10, a driver circuit 11, a signal processing device, similarly to the image input device 1. It has a circuit 12, an A / D conversion circuit 13, and a synthesis buffer 14. These are the same as in the case of the image input device 1.
[0070]
The difference between the image input device 1 and the image input device 41 is that, in the image input device 1, the longitudinal direction of the prism 2a is parallel to the axis of the prism row roller 2, whereas in the image input device 31, The prism 42a formed on the outer peripheral surface of the prism row roller 42 extends in the circumferential direction of the prism row roller 42.
[0071]
More specifically, each of the prisms 42a is formed such that the cross-sectional shape of the prism row roller 2 broken at a plane perpendicular to the circumferential direction of the prism row roller 2 becomes a triangular shape, more preferably an isosceles triangular shape. The plurality of prisms 2a are arranged at substantially equal intervals in parallel with each other. Further, the ridge angles of all the prisms 42a are equal to each other, and the ridge angles are formed at 80 ° to 100 °, more preferably at 90 °. The distance between the ridge lines of the two adjacent prisms 42a is shorter than the distance between the fingerprint lines, and is 50 μm. The thickness from the intersection of the surfaces of the two adjacent prisms 42a to the inner peripheral surface of the prism row roller 2 is sufficiently larger than the height of the prism 42a, and is 0.5 mm. More desirably, a line passing through the ridge line of the prism 42 a and equally dividing the ridge angle is orthogonal to the inner surface of the prism row roller 42.
[0072]
By finely processing the outer peripheral surface of a transparent cylinder having a smooth outer peripheral surface, a prism row roller 42 in which a large number of prisms 42a are integrally formed may be obtained, or the outer peripheral surface of a transparent cylindrical cylinder having a smooth outer peripheral surface may be obtained. By attaching a prism sheet, a prism row roller 42 to which a large number of prisms 42a are attached may be obtained.
[0073]
The optical characteristics of the prism array roller 42 are such that when diffused light emitted from a position distant from the outer peripheral surface of the prism array roller 42 enters the outer peripheral surface of the prism array roller 42, On the other hand, light is emitted in the range of 0 ° to α °, and is not emitted in the range of 0 ° to β ° with respect to the normal of the inner peripheral surface of the prism row roller 42. Here, α ° and β ° are represented by opening angles along a plane defined by the axis of the prism row roller 2 and the radius of the prism row roller 2.
[0074]
Also in this image input device 41, similarly to the case of the image input device 1, the difference in brightness of the image acquired by the solid-state imaging device 8 is clear due to the optical characteristics of the prism row roller 42, and the image input device 41 is compact. It is.
[0075]
[Modification 3]
FIG. 10 is a sectional view of the image input device 51, and FIG. 11 is a perspective view of the image input device 51.
This image input device 51 also has a prism row roller 42, a spur gear 3, a pinion 4, a rotary encoder 5, a selfoc lens array 7, a solid-state imaging device 8, a substrate 9 similarly to the image input device 41 shown in FIG. , A driver circuit 11, a signal processing circuit 12, an A / D conversion circuit 13, and a synthesis buffer 14. These are the same as in the case of the image input device 41.
[0076]
The difference between the image input device 41 and the image input device 51 is that, in the image input device 41, the illumination light source 10 is disposed outside the prism row roller 42, whereas in the image input device 51, The illumination light source 52 is disposed in the hollow inside the prism row roller 42.
[0077]
More specifically, the illumination light source 52 is fixed to the front part of the support member 6 and is a linear light source along the axis of the prism row roller 42. The illumination light source 10 irradiates light obliquely to the inner peripheral surface of the prism row roller 42 toward a portion where the optical axis of the SELFOC lens array 7 and the outer peripheral surface of the prism row roller 42 intersect. The direction in which the illumination light source 10 is directed crosses obliquely at a portion where the finger 20 and the outer peripheral surface of the prism row roller 42 are in contact with each other, without being orthogonal to the circumferential direction of the prism 42a. The light that has entered the inner peripheral surface of the prism array roller 42 is emitted from a portion of the outer peripheral surface of the prism array roller 42 that intersects the optical axis of the SELFOC lens array 7. Therefore, the finger 20 that is in contact with the outer peripheral surface of the prism array roller 2 is irradiated with linear light in a portion that is in contact with the outer peripheral surface of the prism array roller 2.
[0078]
In the image input device 1 shown in FIG. 1, even if the illumination light source 10 is arranged in place of the illumination light source 10 as shown in FIG. Since the longitudinal direction of the prism 2a and the directing direction of the illumination light source 52 are orthogonal to each other at a portion where the finger 20 and the outer peripheral surface of the prism row roller 2 are in contact with each other, the inner peripheral surface of the prism row roller 2 The incident light is totally reflected on the outer peripheral surface of the prism row roller 2 and the light is not applied to the finger 20.
[0079]
In the image input device 51, similarly to the case of the image input device 41, the difference in brightness of the image acquired by the solid-state imaging device 8 is clear due to the optical characteristics of the prism row roller 42, and the image input device 41 is compact. It is.
[0080]
[Modification 4]
FIG. 12 is a sectional view of the image input device 61, and FIG. 13 is a perspective view of the image input device 61.
Like the image input device 1, the image input device 61 also has a spur gear 3, a pinion 4, a rotary encoder 5, a selfoc lens array 7, a solid-state imaging device 8, a substrate 9, an illumination light source 10, a driver circuit 11, signal processing, It has a circuit 12, an A / D conversion circuit 13, and a synthesis buffer 14. These are the same as in the case of the image input device 1.
[0081]
The difference between the image input device 1 and the image input device 61 is that, in the image input device 1, the cross-sectional shape of the prism 2a broken at a plane perpendicular to the axis of the prism row roller 2 is triangular. The prism 62a formed on the outer peripheral surface of the prism row roller 62 of the image input device 61 has a quadrangular pyramid shape, and the cross-sectional shape of the prism 62a cut at a plane perpendicular to the axis of the prism row roller 62 through its vertex is triangular. In addition, the cross-sectional shape of the prism row roller 62 cut through a plane perpendicular to the circumferential direction of the prism row roller 62 through the vertex is also a triangular shape.
[0082]
More specifically, the prism 62a formed on the outer peripheral surface of the prism row roller 62 desirably has a square pyramid with a square bottom surface, and the height of the prism 62a is equal to the length of the diagonal of the square serving as the bottom surface. More preferably, it is half. A large number of prisms 62a are regularly arranged along the outer peripheral surface of the prism row roller 62, and the adjacent prisms 62a are close to each other so that the surfaces of the adjacent prisms 62a cross each other. The interval between the prisms 62a is preferably smaller than the interval between the lines of the fingerprint, and more preferably smaller than the interval between the pixels of the solid-state imaging device 8.
[0083]
By finely processing the outer peripheral surface of a transparent cylinder having a smooth outer peripheral surface, a prism array roller 62 in which a large number of prisms 62a are integrally formed may be obtained, or the outer peripheral surface of a transparent cylindrical cylinder having a smooth outer peripheral surface may be obtained. By attaching a prism sheet, a prism row roller 62 on which many prisms 62a are attached may be obtained.
[0084]
The optical characteristics of the prism row roller 62 are such that when diffused light emitted from a position distant from the outer peripheral surface of the prism row roller 62 enters the outer peripheral surface of the prism row roller 62, Light is emitted in the range of 0 ° to α ° with respect to the surface, and is not emitted in the range of 0 ° to β ° with respect to the normal of the inner peripheral surface of the prism row roller 62. .
[0085]
Also in this image input device 61, similarly to the case of the image input device 1, the difference in brightness of the image obtained by the solid-state imaging device 8 is clear due to the optical characteristics of the prism row roller 62, and the image input device 61 is compact. It is.
[0086]
The present invention is not limited to the first embodiment and the first to fourth modifications, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
In the image input devices 1, 31, 41, 51, and 61, the rotary encoder 5 generates the synchronization signal in accordance with the movement of the finger 20, but other detectors may be used. For example, a number of marks are formed at equal intervals along the circumferential direction on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the prism row rollers 2, 42, and 62, and a non-contact type detector such as a photo sensor or a contact type detector such as a limit switch is used. The synchronization signal may be output to the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesizing buffer 14 each time the detector detects a mark on the outer peripheral surface of the prism row roller 2. The marks formed on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface of the prism row rollers 2, 42, 62 may be formed by printing or the like, or may be formed by performing shape processing such as engraving. The mark may be invisible as long as it can be detected by a detector such as a magnet.
[0087]
In the image input devices 1, 31, 41, 51, and 61, the synchronizing signal is generated along with the movement of the finger 20 by the rotation of the respective prism row rollers 2, 42, and 62. Irrespective of this, a synchronization signal of a predetermined period may be generated by an oscillator or the like. In this case, the solid-state imaging device 8 has a plurality of rows of pixels along the left and right instead of a single row. The image data is not output from the A / D conversion circuit 13 to the synthesizing buffer 14, but a synchronization signal is generated by an oscillator. Each time is output, image data is output from the A / D conversion circuit 13 to the image processing unit.
[0088]
Here, by using a plurality of columns of pixels of the solid-state imaging device 8, as shown in FIG. 14A, an image 100 acquired at a certain synchronization signal and an image acquired at the next synchronization signal are obtained. There is a line between 101 and 101 that has the same data along a line of pixels. In FIG. 14A, the line 100a of the image 100 has the same data as the line 101a of the image 101. Then, by comparing the image 100 and the image 101, the image processing unit detects the lines 100a and 101a having the same data, and makes the lines 100a and 101a overlap as shown in FIG. The image 100 and the image 101 are combined. The image processing unit performs such processing each time a synchronization signal is output, thereby generating two-dimensional image data.
[0089]
The optical system provided on the outer peripheral surface of the prism row rollers 2, 42, and 62 is a large number of prisms 2a, 42a, and 62a. The prisms 2a, 42a, and 42a are provided on the outer peripheral surface of a transparent cylinder having a smooth outer peripheral surface. Another optical system may be provided instead of 62a to have the same optical characteristics as the prism row rollers 2, 42, and 62.
[0090]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a sectional view of an image input device 71 different from the image input device 1 shown in FIG. 1, and FIG. 16 is a perspective view of the image input device 71. Hereinafter, the image input device 71 will be described with reference to FIGS. 15 and 16, but the description will be made with the depth direction in FIG. Regarding the image input device 71, the same components as those of the image input device 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and different portions will be mainly described.
[0091]
A support member 6, a selfoc lens array 7, a solid-state imaging device 8, and a substrate 9 are arranged inside a housing (not shown) of the image input device 71, similarly to the image input device 1. Further, a prism row plate 72 is fitted into a window formed in the housing of the image input device 71.
[0092]
The prism row plate 72 is formed of a transparent material having a higher refractive index than air, and has a flat plate shape. The rear surface of the prism row plate 72 is formed flat, and faces the upper end surface of the SELFOC lens array 7. A large number of prisms 72 a are provided on a part of the surface of the prism row plate 72 and above the selfoc lens array 7.
[0093]
Each prism 72a is elongated in a direction perpendicular to the optical axis of the SELFOC lens array 7 and perpendicular to the longitudinal direction of the support member 6, that is, in the front-back direction. The prism 72a is formed so that the cross-sectional shape of the prism 72a broken at a plane perpendicular to the longitudinal direction becomes a triangular shape, more preferably an isosceles triangular shape. The ridge angles of all the prisms 72a are equal to each other, and the ridge angles are formed at 80 ° to 100 °, more preferably at 90 °. The plurality of prisms 72a are arranged along the surface of the prism row plate 72 such that their longitudinal directions are parallel to each other, and the interval between two adjacent prisms 72a is the same. One of the two surfaces sandwiching the ridge angle of the prism 72a is parallel to each other between all the prisms 72a, and the other surface is also parallel to each other between all the prisms 72a. ing. When the ridge angle of the prism 72a is 90 °, it is more preferable that the two surfaces sandwiching the ridge angle of the prism 72a be inclined at 45 ° with respect to the back surface of the prism row plate 72.
[0094]
The prism array plate 72 may be obtained by finely processing the surface of a transparent substrate having a flat and smooth surface, or by attaching a prism sheet to the surface of a transparent substrate having a flat and smooth surface. The plate 72 may be obtained. In the prism array plate 72, a plurality of prisms 72a are formed on the front surface when viewed microscopically, but the surface and the back surface of the prism array plate 72 are parallel when viewed macroscopically.
[0095]
The optical characteristics of the prism array plate 72 will be described. When diffused light emitted from a position distant from the surface of the prism array plate 72 is incident on the surface of the prism array plate 72, Light is emitted in the range of 0 ° to α °, and is not emitted in the range of 0 ° to β ° with respect to the normal to the back surface of the prism row plate 72.
Further, similarly to the first embodiment, the opening angle of the selfoc lens 7a is smaller than β ° in a range where light does not emit from the back surface of the prism row plate 72.
[0096]
An illumination light source 73 that emits light is disposed on the back side of the prism row plate 72 and in front of the support member 6. The illumination light source 73 is a self-luminous element such as an LED, an organic EL element, an inorganic EL element, a cold cathode tube, a fluorescent tube, or the like, and is a linear light source along the selfoc lens array 7. The illumination light source 73 irradiates light toward a part of the prism array plate 72 in front of the prism 72a, that is, a portion where the prism 72a is not formed, and the light transmitted through the prism array plate 72 is above the prism 72a. At a right angle with the optical axis of the SELFOC lens array 7. The finger 20 in contact with the surface of the prism row plate 72 is illuminated by the illumination light source 73 in the vicinity of a place where the finger 20 intersects the optical axis of the SELFOC lens array 7.
[0097]
Further, a roller 74 is disposed behind the prism row plate 72 and in a window of the housing of the image input device 71. The roller 74 is supported by the housing so as to be rotatable around an axis extending in the left and right directions. The outer peripheral surface of the roller 74 is located at the same vertical position as the surface of the prism row plate 72, or is located slightly above the surface of the prism row plate 72. Therefore, when the subject places the finger 20 on the surface of the prism row plate 72, the finger 20 also comes into contact with the outer peripheral surface of the roller 74.
[0098]
Like the image input device 1, the image input device 71 includes the rotary encoder 5, the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D converter 13, and the combining buffer 14 illustrated in FIG. However, in the image input device 1, the pinion 4 is provided in the rotary encoder 5, whereas in the image input device 71, the roller 74 is provided in the rotary encoder 5. In the image input device 71, the rotary encoder 5 outputs a synchronization signal to the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesizing buffer 14 every time the roller 74 rotates by a predetermined angle. .
[0099]
A method of using the image input device 71 configured as described above and an operation of the image input device 71 will be described.
When the subject presses the finger 20 against the surface of the prism row plate 72 and the outer peripheral surface of the roller 74 at the window formed in the housing of the image input device 71, the illumination light source 73 emits light and the light emitted from the illumination light source 73. Is irradiated on the finger 20. Here, the light emitted from the illumination light source 73 does not enter the finger 20 at a portion intersecting with the optical axis of the selfoc lens array 7, but is closer to the illumination light source 73 than a portion intersecting the optical axis of the selfoc lens array 7. The light enters the finger 20. The light incident on the finger 20 is diffused inside the finger 20, so that the finger 20 is also brightened at a portion intersecting the optical axis of the selfoc lens array 7.
[0100]
Then, the subject slides the finger 20 forward or backward with respect to the prism row plate 72 while the subject presses the finger 20 against the surface of the prism row plate 72. With the relative movement of the finger 20 with respect to the Selfoc lens array 7 and the solid-state imaging device 8, the finger 20 moves above the solid-state imaging device 8 in a direction orthogonal to the optical axis of the Selfoc lens array 7, that is, forward or backward. As it passes, the roller 74 also rotates. At this time, the rotary encoder 5 generates a synchronization signal every time the roller 74 rotates by a predetermined angle, and outputs the synchronization signal to the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesis buffer 14. Thus, the finger 20 is line-scanned by the solid-state imaging device 8.
[0101]
As described with reference to FIG. 5 in the first embodiment, when diffused light emitted from the convex portion 20 a of the finger 20 is incident on the surface of the prism row plate 72, the normal of the back surface of the prism row plate 72 is Even in the range of 0 ° to β ° with respect to the line, light exits from the back surface of the prism row plate 72 and enters the solid-state imaging device 8 via the Selfoc lens array 7. On the other hand, even if the diffused light emitted from the concave portion 20b of the finger 20 is incident on the surface of the prism row plate 72, the light is within a range of 0 ° to β ° with respect to the normal of the back surface of the prism row plate 72. Does not exit from the back surface of the prism row plate 72, and the light emitted from the concave portion 20 b of the finger 20 does not enter the solid-state imaging device 8. Accordingly, an image in which the convex portion 20a of the finger 20 is bright and the concave portion 20b of the finger 20 is dark is formed on the solid-state imaging device 8 by the SELFOC lens array 7, and the solid-state imaging device 8 is formed at the timing of the synchronization signal. An image is taken to obtain a one-dimensional image of the fingerprint. Since the light emitted from the concave portion 20b of the finger 20 does not enter the solid-state imaging device 8, the one-dimensional image of the fingerprint acquired by the solid-state imaging device 8 has a clear difference between a bright portion and a dark portion, and a high-contrast image. Become.
[0102]
Then, the one-dimensional image is output from the solid-state imaging device 8 to the signal processing circuit 12 as an electric signal, and is output from the signal processing circuit 12 to the A / D conversion circuit 13. Then, the one-dimensional image data A / D converted by the A / D conversion circuit 13 is output to the synthesizing buffer 14. Then, as the one-dimensional image data of the fingerprint is sequentially accumulated in the synthesizing buffer 14 and synthesized, two-dimensional image data of the fingerprint is generated in the synthesizing buffer 14. The two-dimensional image data of the fingerprint is output from the synthesis buffer 14 to the computer.
[0103]
As described above, in the second embodiment, since the two-dimensional image of the finger 20 is obtained by linearly scanning the finger 20 with the solid-state imaging device 8, no trapezoidal distortion occurs in the image synthesized by the synthesis buffer 14. Particularly, since the optical axis of the SELFOC lens array 7 is orthogonal to the back surface of the prism row plate 72, the SELFOC lens array 7 is not a tilt optical system. Has not occurred.
In addition, since the optical axis of the SELFOC lens array 7 is orthogonal to the back surface of the prism row plate 72, the arrangement position of the SELFOC lens array 7 is such that the image input device 71 is compact.
[0104]
Hereinafter, a modified example of the image input device 71 will be described.
[0105]
[Modification 5]
FIG. 17 is a cross-sectional view of the image input device 81, and FIG. 18 is a perspective view of the image input device 81.
This image input device 81 also has an illumination light source 73, a rotary encoder 5, a selfoc lens array 7, a solid-state imaging device 8, a substrate 9, a driver circuit 11, a signal processing circuit, similarly to the image input device 71 shown in FIG. 12, an A / D conversion circuit 13 and a synthesis buffer 14. These are the same as in the case of the image input device 71.
[0106]
The difference between the image input device 71 and the image input device 81 is that, in the image input device 71, a large number of prisms 72a formed on the surface of the prism row plate 72 extend forward and backward. In the image input device 81, a large number of prisms 82a formed on the surface of the prism row plate 82 extend left and right.
[0107]
That is, the longitudinal direction of the prism 82a is parallel to the longitudinal direction of the solid-state imaging device 8, and the cross-sectional shape obtained by breaking the prism 82a at a plane perpendicular to the longitudinal direction corresponds to the prism 72a shown in FIG. It is the same as the cross-sectional shape of a broken surface. The interval between the prisms 82a is preferably smaller than the interval between the lines of the fingerprint, and more preferably smaller than the interval between the pixels of the solid-state imaging device 8.
[0108]
Such optical characteristics of the prism row plate 82 also indicate that when diffused light emitted from a position distant from the surface of the prism row plate 82 enters the surface of the prism row plate 82, Light is emitted in the range of 0 ° to α °, and is not emitted in the range of 0 ° to β ° with respect to the normal to the back surface of the prism row plate 82.
[0109]
In the image input device 81 as well, the difference in brightness of the image acquired by the solid-state imaging device 8 becomes clear due to the optical characteristics of the prism row plate 82, as in the case of the image input device 71.
[0110]
[Modification 6]
FIG. 19 is a sectional view of the image input device 91, and FIG. 20 is a perspective view of the image input device 91.
This image input device 91 also has an illumination light source 73, a rotary encoder 5, a selfoc lens array 7, a solid-state imaging device 8, a substrate 9, a driver circuit 11, a signal processing circuit, similarly to the image input device 71 shown in FIG. 12, an A / D conversion circuit 13 and a synthesis buffer 14. These are the same as in the case of the image input device 71.
[0111]
The difference between the image input device 71 and the image input device 91 is that in the image input device 71, a large number of prisms 72a formed on the surface of the prism row plate 72 extend forward and backward. In the image input device 91, a large number of prisms 92a formed on the surface of the prism row plate 92 have a quadrangular pyramid shape.
[0112]
More specifically, the prism 92a formed on the surface of the prism row plate 92 has a triangular cross-sectional shape that is broken at a plane orthogonal to the left-right direction through the vertex, and passes through the vertex in the front-rear direction. The cross-sectional shape of the cross section taken along a plane perpendicular to is triangular. In any prism 92a, the bottom surface of the quadrangular pyramid is preferably a square, and the height of the prism 92a is more preferably half the length of the diagonal of the square serving as the bottom surface. A large number of prisms 92a are regularly arranged along the surface of the prism row plate 92, and the bottom surface of the quadrangular pyramid has one of two diagonal lines extending back and forth and the other extending left and right. I have. The adjacent prisms 92a are close to each other so that the surfaces of the adjacent prisms 92a cross each other. Further, the interval between the prisms 92a is preferably smaller than the interval between the lines of the fingerprint, and more preferably smaller than the interval between the pixels of the solid-state imaging device 8.
[0113]
The optical characteristics of the prism array plate 92 are also such that when diffused light emitted from a position distant from the surface of the prism array plate 92 enters the surface of the prism array plate 92, Light is emitted in the range of 0 ° to α °, and is not emitted in the range of 0 ° to β ° with respect to the normal to the back surface of the prism row plate 92.
[0114]
In the image input device 91 as well, the difference in brightness between the images acquired by the solid-state imaging device 8 becomes clear due to the optical characteristics of the prism row plate 92, as in the case of the image input device 71.
[0115]
It should be noted that the present invention is not limited to the second embodiment, Modifications 5 and 6, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the invention.
For example, while the illumination light source 73 of the image input device 71 shown in FIG. 15 is disposed on the back side of the prism row plate 72, the side face of the prism row plate 72 substantially orthogonal to the longitudinal direction of the prism 72a is provided. The illumination light sources may be arranged to face each other. More specifically, an illumination light source is disposed on the right or left side of the prism row plate 72 and at a position facing the right side or the left side of the prism row plate 72, and light emitted from the illumination light source is emitted from the prism row plate 72. Point to the right or left side. Light emitted from the illumination light source is incident on the right side surface or the left side surface of the prism row plate 72. Here, the prism row plate 72 functions as a light guide, and the light incident on the right side surface or the left side surface is totally reflected on the back surface of the prism row plate 72. On the other hand, since the prism 72a is formed on the surface of the prism array plate 72, the light totally reflected on the back surface of the prism array plate 72 is incident on the surface of the prism array plate 72 at less than the critical angle, and Emitted from the surface. Therefore, light is radiated to the finger 20 in contact with the surface of the prism row plate 72 in a planar manner.
In such an image input device, since the illumination light source is directed to the right end face or the left side face of the prism row plate 72 and the prism row plate 72 functions as a light guide, the finger 20 is moved along the optical axis of the selfoc lens array 7. It is directly irradiated to the intersection with. Therefore, the finger 20 becomes brighter and the image acquired by the solid-state imaging device 8 becomes clearer than in the case of the image input device 71.
[0116]
Further, in the image input device 81 shown in FIG. 17, the illumination light source 73 is arranged on the back side of the prism row plate 82, while the side face of the prism row plate 82 orthogonal to the longitudinal direction of the prism 82a is illuminated. The light sources may be arranged facing each other. More specifically, an illumination light source is disposed at a position in front of or behind the prism row plate 82 and close to the front side or the rear side surface of the prism row plate 82, and light emitted from the illumination light source is emitted from the prism row plate 82. Point to the front or back side. Light emitted from the illumination light source is incident on the front side or the rear side of the prism row plate 82. Here, the prism row plate 82 functions as a light guide, and the light incident on the front side or the rear side is totally reflected on the back surface of the prism row plate 82. On the other hand, since the prism 82a is formed on the surface of the prism array plate 82, the light totally reflected on the back surface of the prism array plate 82 is incident on the surface of the prism array plate 82 at less than the critical angle, and Emitted from the surface. Therefore, light is radiated to the finger 20 in contact with the surface of the prism row plate 82 in a planar manner.
Also in such an image input device, since the illumination light source is directed to the front end face or the rear side face of the prism row plate 82 and the prism row plate 82 functions as a light guide, the finger 20 is moved along the optical axis of the selfoc lens array 7. Is directly illuminated and brightened, and the image acquired by the solid-state imaging device 8 becomes clear.
[0117]
Further, in the image input device 71 shown in FIG. 15, the prism row plate 72 is fixed, but the prism row plate 72 may be movable back and forth. That is, a guide that extends back and forth above the SELFOC lens array 7 is provided, and the prism row plate 72 is provided on the guide, and the prism row plate 72 is guided by the guide so that the prism row plate 72 can be moved back and forth. And In this case, the roller 74 and the rotary encoder 5 are not provided, and a detector for detecting the amount of movement of the prism row plate 72 before and after is provided instead. This detector outputs a synchronization signal to the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesizing buffer 14 every time the prism row plate 72 moves forward or backward by a predetermined distance.
[0118]
As a method of using the image input device, when the subject moves the finger 20 forward or backward while pressing the finger 20 against the surface of the prism row plate 72, the prism row plate 72 together with the finger 20 faces forward or rearward. Move. As the prism row plate 72 moves, the detector generates a synchronization signal every time the prism row plate 72 moves a predetermined distance, and the driver circuit 11, the signal processing circuit 12, the A / D conversion circuit 13, and the synthesis buffer 14 is output. Thus, the finger 20 is line-scanned by the solid-state imaging device 8.
[0119]
Similarly, in the image input device 81 shown in FIG. 17 and the image input device 91 shown in FIG. 19, the prism row plates 82 and 92 can be freely moved back and forth so that the prism row plates 82 and 92 can be moved. In addition, a detector that outputs a synchronization signal may be provided.
[0120]
Further, in the image input devices 71, 81, and 91, the synchronization signal is generated in accordance with the movement of the finger 20 by the rotation of the roller 74, but the movement of the finger 20 is similar to the case described with reference to FIG. Irrespective of the above, a synchronization signal of a predetermined period may be generated by an oscillator or the like. That is, as shown in FIG. 14, the image processing unit compares the image 100 and the image 101 to detect the lines 100a and 101a having the same data, and makes the line 100a and the line 101a overlap with each other. The image 101 is synthesized. The image processing unit performs such processing each time a synchronization signal is output, thereby generating two-dimensional image data.
[0121]
In the image input devices 71, 81, and 91, the subject 20 linearly scans the finger 20 with the solid-state imaging device 8 by moving the finger 20 back and forth. On the other hand, the finger 20 may be linearly scanned by the solid-state imaging device 9 by moving the support member 6 together with the solid-state imaging device 8 and the SELFOC lens array 7 forward or backward. In this case, the rotary encoder 5 does not detect the rotation of the roller 74 but detects the movement of the solid-state imaging device 8, the support member 6, or the SELFOC lens array 7, and detects the solid-state imaging device 8, the support member 6, or the cell. The synchronization signal may be output each time the Fock lens array 7 moves forward or backward by a predetermined distance.
[0122]
The optical system provided on the surfaces of the prism rows 72, 82 and 92 is a large number of prisms 72a, 82a and 92a. Instead of the prisms 72a, 82a and 92a, the surface of a transparent flat plate having a smooth surface is used. May be provided with another optical system so as to have the same optical characteristics as those of the prism row plates 72, 82 and 92.
[0123]
【The invention's effect】
According to the first to tenth aspects of the present invention, of the light emitted from the subject or the light reflected by the subject, the light emitted from the concave portion of the subject is generated by the optical system provided on the outer peripheral surface of the cylinder. The light is emitted from the inner peripheral surface of the cylinder in the range of 0 ° to α ° with respect to the peripheral surface, and is not emitted from the inner peripheral surface of the cylinder in the range of α ° to a right angle with respect to the inner peripheral surface of the cylinder. On the other hand, the light emitted from the convex portion of the subject exits from the inner peripheral surface of the cylinder even in a range from α ° to a right angle with respect to the inner peripheral surface of the cylinder. Therefore, when the subject is linearly scanned by the solid-state imaging device, an image in which the concave portions of the subject are dark and the convex portions of the subject are bright is obtained by the solid-state imaging device. Therefore, the image obtained from the image of the subject is an image in which the unevenness of the subject expresses light and dark, and the difference between the light and dark is clear.
Further, since a two-dimensional image of the subject is obtained by linearly scanning the subject with the solid-state imaging device, trapezoidal distortion does not occur.
Further, since the imaging optical system and the solid-state imaging device are arranged in the cylinder, the image input device can be made compact.
[0124]
According to the invention as set forth in claims 11 to 17, of the light emitted from the subject or the light reflected by the subject, the light emitted from the concave portion of the subject is reflected on the rear surface of the flat plate by the optical system provided on the front surface of the flat plate. On the other hand, the light is emitted from the back surface of the recess in the range of 0 ° to α °, and is not emitted from the back surface of the recess in the range of α ° to a right angle with respect to the back surface of the recess. On the other hand, the light emitted from the convex portion of the subject exits from the back surface of the flat plate even in a range from α ° to a right angle with respect to the back surface of the flat plate. Therefore, when the subject is linearly scanned by the solid-state imaging device, an image in which the concave portions of the subject are dark and the convex portions of the subject are bright is obtained by the solid-state imaging device. Therefore, the image obtained from the image of the subject is an image in which the unevenness of the subject expresses light and dark, and the difference between the light and dark is clear.
Further, since a two-dimensional image of the subject is obtained by linearly scanning the subject with the solid-state imaging device, trapezoidal distortion does not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an image input device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view showing the image input device of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a prism row roller provided in the image input apparatus of FIG. 1, showing dimensions and optical characteristics of the prism row roller.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the image input device of FIG. 1;
FIG. 5 is a drawing for explaining the function of light in the image input device of FIG. 1;
FIG. 6 is a sectional view showing an image input device different from the image input device shown in FIG. 1;
FIG. 7 is a perspective view showing the image input device shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a sectional view showing an image input device different from the image input devices shown in FIGS. 1 and 6;
9 is a perspective view showing the image input device shown in FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an image input device different from the image input devices shown in FIGS. 1, 6, and 8;
FIG. 11 is a perspective view showing the image input device shown in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an image input device different from the image input devices shown in FIGS. 1, 6, 8, and 10;
FIG. 13 is a perspective view showing the image input device shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram for explaining a method of synthesizing an image acquired by a solid-state imaging device.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing an image input device different from the image input devices shown in FIGS. 1, 6, 8, 10, and 12;
16 is a perspective view showing the image input device shown in FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an image input device different from the image input devices shown in FIGS. 1, 6, 8, 10, 12, and 15.
18 is a perspective view showing the image input device shown in FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing an image input device different from the image input devices shown in FIGS. 1, 6, 8, 10, 12, 15, and 17.
20 is a perspective view showing the image input device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91 Image input device
2, 42, 62 Prism row roller (cylindrical)
2a, 42a, 62a, 72a, 82a, 92a Prism (optical system)
7 Selfoc lens array (imaging optical system)
7a Selfoc lens
8 Solid-state imaging device
10, 32, 52, 73 Illumination light source (light source)
20 fingers (subject)
72, 82, 92 Prism row plate (flat plate)

Claims (17)

軸心回りに回転自在に支持され、凹凸を有した被写体が外周面に接して接線方向に移動することによって回転する円筒と、
前記円筒の軸心と平行となって前記円筒内に配置された固体撮像デバイスと、前記円筒内に配置されるとともに、前記被写体と前記円筒の外周面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記被写体が前記円筒の接線方向に移動することによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記円筒の外周面には、前記円筒の外周面から離れた位置から発した拡散光が前記円筒の外周面に入射した場合に前記円筒の内周面に対して０°からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記円筒の内周面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする画像入力装置。A cylinder that is rotatably supported about an axis, and that rotates by moving a subject having irregularities in contact with an outer peripheral surface in a tangential direction;
A solid-state imaging device disposed in the cylinder in parallel with the axis of the cylinder; and the solid-state imaging device disposed in the cylinder and forming an image of a portion where the subject and the outer peripheral surface of the cylinder are in contact with each other. An imaging optical system that forms an image on a device,
An image input apparatus that linearly scans the subject with the solid-state imaging device by moving the subject in a tangential direction of the cylinder,
On the outer peripheral surface of the cylinder, when diffused light emitted from a position distant from the outer peripheral surface of the cylinder is incident on the outer peripheral surface of the cylinder, 0 ° to α ° with respect to the inner peripheral surface of the cylinder (however, An image input device, comprising: an optical system for emitting light from the inner peripheral surface of the cylinder in a range of 0 <α <90). 前記撮像光学系の光軸は前記円筒の内周面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。The optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the inner peripheral surface of the cylinder,
The image input device according to claim 1, wherein an aperture angle of the imaging optical system is smaller than (90-α) °. 前記光学系は、前記円筒の外周面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする１又は２に記載の画像入力装置。3. The image input device according to claim 1, wherein the optical system includes a large number of prisms having a triangular cross section provided on an outer peripheral surface of the cylinder. 前記プリズムは三角形状の断面に直角な方向に長尺となっており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする請求項３に記載の画像入力装置。4. The image input device according to claim 3, wherein the prisms are elongated in a direction perpendicular to a triangular cross section, and the plurality of prisms are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other. 5. apparatus. 前記プリズムは前記円筒の軸心方向に平行となって延在していることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 3, wherein the prism extends parallel to an axial direction of the cylinder. 前記プリズムが前記円筒の周方向に延在していることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 3, wherein the prism extends in a circumferential direction of the cylinder. 前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする請求項３に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 3, wherein the prism has a quadrangular pyramid shape. 前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の外周面と前記撮像光学系の光軸とが交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の画像入力装置。8. A light source arranged outside the cylinder and irradiating light to a vicinity of a location where an outer peripheral surface of the cylinder and an optical axis of the imaging optical system intersect with each other. The image input device according to claim 1. 前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の軸心方向の端面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項５に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 5, further comprising a light source that is arranged outside the cylinder and that irradiates light toward an end surface of the cylinder in an axial direction. 前記円筒内に配置されるとともに、前記撮像光学系の光軸と前記円筒の外周面の交差する箇所に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項６に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 6, further comprising a light source disposed in the cylinder and irradiating light to a point where an optical axis of the imaging optical system and an outer peripheral surface of the cylinder intersect. . 凹凸を有した被写体が当接する表面及びこの表面と反対側の裏面を有する平板と、
前記平板の裏面に向き合った固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスと前記平板との間に配置されるとともに、前記被写体と前記平板の表面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記撮像光学系の光軸に交わる方向に前記固体撮像デバイス及び前記被写体のうちの一方を他方に対して相対的に移動させることによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記平板の表面には、前記平板の表面から離れた位置から発した拡散光が前記平板の表面に入射した場合に前記平板の裏面からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記平板の裏面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする画像入力装置。A flat plate having a front surface against which a subject having irregularities abuts and a back surface opposite to this surface,
A solid-state imaging device facing the back surface of the flat plate,
An imaging optical system that is arranged between the solid-state imaging device and the flat plate, and forms an image on a portion where the subject and the surface of the flat plate are in contact with the solid-state imaging device,
An image input device that linearly scans the subject with the solid-state imaging device by moving one of the solid-state imaging device and the subject relatively to the other in a direction intersecting the optical axis of the imaging optical system. hand,
On the front surface of the flat plate, when diffused light emitted from a position distant from the front surface of the flat plate is incident on the front surface of the flat plate, a range of α ° (0 <α <90) from the back surface of the flat plate. An image input device comprising an optical system for emitting light from the back surface of the flat plate. 前記撮像光学系の光軸は前記平板の裏面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする請求項１１に記載の画像入力装置。The optical axis of the imaging optical system is orthogonal to the back surface of the flat plate,
The image input device according to claim 11, wherein an aperture angle of the imaging optical system is smaller than (90-α) °. 前記光学系は、前記平板の表面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像入力装置。13. The image input device according to claim 11, wherein the optical system is a plurality of prisms having a triangular cross section provided on a surface of the flat plate. 前記プリズムが三角形状の断面に直角な方向に長尺となって延在しており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする請求項１３に記載の画像入力装置。14. The method according to claim 13, wherein the prisms are elongated and extend in a direction perpendicular to a triangular cross section, and the plurality of prisms are arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other. The image input device according to the above. 前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする請求項１３に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 13, wherein the prism has a quadrangular pyramid shape. 前記平板の裏面側に配置され、前記平板の表面と前記撮像光学系の光軸とが交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項１１から１５の何れか一項に記載の画像入力装置。The light source according to any one of claims 11 to 15, further comprising: a light source disposed on a rear surface side of the flat plate, and configured to irradiate light near a position where a front surface of the flat plate and an optical axis of the imaging optical system intersect. The image input device according to claim 1. 前記プリズムの長手方向に直交する前記平板の側面に対向配置され、その側面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項１４に記載の画像入力装置。15. The image input device according to claim 14, further comprising a light source arranged to face a side surface of the flat plate orthogonal to a longitudinal direction of the prism and irradiating light to the side surface.
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