JP2004227068A - Image input device - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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
[0017]
The invention according to
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
[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
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
[0037]
An optical system that defines the optical characteristics of the
[0038]
Each
[0039]
FIG. 3 is an enlarged view of the cross section of the
[0040]
In this embodiment, the
[0041]
Since the
[0042]
As shown in FIG. 2, a
[0043]
As shown in FIG. 1, a
[0044]
The
[0045]
The
[0046]
A solid-
[0047]
The solid-
[0048]
As shown in FIGS. 1 and 2, an
[0049]
Next, a circuit configuration of the image input device 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the
[0050]
The
[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
[0052]
The
[0053]
Then, when the subject moves the
[0054]
Here, the action of light at the portion where the
As shown in FIG. 5A, the convex portion (fingerprint ridge) 20a of the
[0055]
Since the
[0056]
On the other hand, since the
[0057]
As described above, an image defined by the unevenness of the
[0058]
When the solid-
[0059]
Each time the solid-
[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
[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
This
[0064]
The difference between the image input device 1 and the
[0065]
More specifically, the
[0066]
The
[0067]
Then, as shown in FIG. 5, of the light applied to the
[0068]
Also in this
[0069]
[Modification 2]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the
This
[0070]
The difference between the image input device 1 and the
[0071]
More specifically, each of the
[0072]
By finely processing the outer peripheral surface of a transparent cylinder having a smooth outer peripheral surface, a
[0073]
The optical characteristics of the
[0074]
Also in this
[0075]
[Modification 3]
FIG. 10 is a sectional view of the
This
[0076]
The difference between the
[0077]
More specifically, the illumination light source 52 is fixed to the front part of the
[0078]
In the image input device 1 shown in FIG. 1, even if the
[0079]
In the
[0080]
[Modification 4]
FIG. 12 is a sectional view of the
Like the image input device 1, the
[0081]
The difference between the image input device 1 and the
[0082]
More specifically, the
[0083]
By finely processing the outer peripheral surface of a transparent cylinder having a smooth outer peripheral surface, a
[0084]
The optical characteristics of the
[0085]
Also in this
[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
[0087]
In the
[0088]
Here, by using a plurality of columns of pixels of the solid-
[0089]
The optical system provided on the outer peripheral surface of the
[0090]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a sectional view of an
[0091]
A
[0092]
The
[0093]
Each
[0094]
The
[0095]
The optical characteristics of the
Further, similarly to the first embodiment, the opening angle of the
[0096]
An
[0097]
Further, a
[0098]
Like the image input device 1, the
[0099]
A method of using the
When the subject presses the
[0100]
Then, the subject slides the
[0101]
As described with reference to FIG. 5 in the first embodiment, when diffused light emitted from the
[0102]
Then, the one-dimensional image is output from the solid-
[0103]
As described above, in the second embodiment, since the two-dimensional image of the
In addition, since the optical axis of the
[0104]
Hereinafter, a modified example of the
[0105]
[Modification 5]
FIG. 17 is a cross-sectional view of the
This
[0106]
The difference between the
[0107]
That is, the longitudinal direction of the
[0108]
Such optical characteristics of the
[0109]
In the
[0110]
[Modification 6]
FIG. 19 is a sectional view of the
This
[0111]
The difference between the
[0112]
More specifically, the
[0113]
The optical characteristics of the
[0114]
In the
[0115]
It should be noted that the present invention is not limited to the second embodiment,
For example, while the
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
[0116]
Further, in the
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
[0117]
Further, in the
[0118]
As a method of using the image input device, when the subject moves the
[0119]
Similarly, in the
[0120]
Further, in the
[0121]
In the
[0122]
The optical system provided on the surfaces of the
[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
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)
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) °.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003011052A JP2004227068A (en) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | Image input device |
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Publications (1)
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ID=32900071
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JP2003011052A Pending JP2004227068A (en) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | Image input device |
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- 2003-01-20 JP JP2003011052A patent/JP2004227068A/en active Pending
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