JP2005141409A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の凹凸を均一に明瞭化した画像データを読み取ることが可能にする。
【解決手段】回転可能に実装された透明の中空回転ローラ１７ａと、中空回転ローラ１７ａ内にローラの回転と連動しないように１次元撮像素子２１、被検体（指）が接触される中空回転ローラ１７ａの外面部を１次元撮像素子２１に結像させるセルフォックレンズ２２、及び光を照射するＬＥＤ２０ａとを設け、セルフォックレンズ２２により結像されるローラの外面部とは異なる部分にＬＥＤ２０ａによって光を照射する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、指紋パターンなどの画像データを読み込むための画像読取装置に関する。

近年では、人物を識別するための装置として、人の指紋パターンを画像データとして読み取り、この指紋パターンに対して照合処理を実行することにより人物を特定するパターン照合装置（画像読取装置）が用いられるようになってきている。

従来の１次元撮像素子を用いて指紋パターンを読み取るための機構として、透明回転ローラを用いた画像データ読取装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。画像データ読取装置では、透明回転ローラに指先を圧接させて移動させることで、ローラの回転に伴って圧接された部分の指紋画像が撮像素子によって読み取られる。

特許文献１の画像データ読取装置では、透明回転ローラ内部に１次元撮像素子、セルフォックレンズ、光源などを配置する構成とすることで装置の小型化を実現している。セルフォックレンズと１次元撮像素子による撮像光学系の光軸は、ローラの中心軸を通過するように配置されており、透明回転ローラの外面部と撮像光学系光軸との交点が読み取り面となる。読み取り面を照明するための光源は、撮像光学系光軸に対して斜め方向から光りを照射するように配置されている。従って、読み取り面に圧接された指先の指紋は、斜め方向からの光源の直接光により現れる、指紋の凸部の陰影が画像データとして読み取られる。
特開２００２−１３３４０２

このように従来の画像読取装置では、撮像光学系の光軸がローラの中心軸を通過するように配置され（ローラの外面に対して垂直）、光源からの光が読み取り面に対して斜め方向となっているために、被検体の凸部に現れる陰影が画像データとして読み取られる。従って、光源から光が照射される方向と直交する凸部は陰影が明瞭となるが、平行する凸部の陰影が不明瞭となり易く、被検体の凹凸が不明瞭な画像データが読み取られることがあった。

本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、被検体の凹凸を均一に明瞭化した画像データを読み取ることが可能な画像読取装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、被検体表面の画像を読み取る画像読取装置において、回転可能に実装された透明の中空ローラと、前記中空ローラ内にローラの回転と連動しないように撮像素子、被検体が接触される前記中空ローラの外面部を前記撮像素子に結像させる結像光学系、及び光を照射する光源とを設け、前記結像光学系により結像されるローラの外面部とは異なる部分に前記光源によって光を照射することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記光源による光の照射方向と前記結像光学系の光軸方向とが平行となるように、前記光源が設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、被検体表面の画像を読み取る画像読取装置において、回転可能に実装された透明の中空ローラと、前記中空ローラ内にローラの回転と連動しないように撮像素子、被検体が接触される前記中空ローラの外面部を前記撮像素子に結像させる結像光学系、及び光を照射する光源とを設け、前記光源により前記中空ローラの外面部に対して垂直方向に光を照射することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、被検体表面の画像を読み取る画像読取装置において、回転可能に実装された透明の中空ローラと、前記中空ローラ内にローラの回転と連動しないように設けられた撮像素子、被検体が接触される前記中空ローラの外面部を前記撮像素子に結像させる結像光学系、及び前記中空ローラの外面部にそれぞれ異なる方向から光を照射する複数の光源と、前記複数の光源を個々に点灯させると共に、各光源の点灯と同期させて前記撮像素子によって検出される画像データを読み取る読取手段とを具備したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記読取手段によって読み取られた画像データを合成する合成手段をさらに具備したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、結像光学系により結像されるローラの外面部とは異なる部分、すなわちローラに接触された被検体の画像読取対象とする部分の周辺部に光源によって光を照射することで、その光を指の内部で拡散させることができるため、被検体の読取対象とする部分において不均一な陰影を発生させず、被検体の凹凸を均一に明瞭化した画像を読み取ることができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、光源による光の照射方向と結像光学系の光軸方向とが平行となるようにすることで、ローラに接触された被検体の画像読取対象とする部分の周辺部に光を照射することができる。

請求項３記載の発明によれば、光源により中空ローラの外面部に対して垂直方向に光を照射することにより、被検体の凸部において一方向側に陰影が生じないようにすることができるので、結像光学系が中空ローラの外面部、すなわちローラに接触された被検体の画像読取対象とする部分を撮像素子に結像するために、被検体の凹凸を均一に明瞭化した画像を読み取ることができる。

請求項４記載の発明によれば、複数の光源を個々に点灯させると共に、各光源の点灯と同期させて撮像素子によって検出される画像データを読み取ることにより、複数の異なる照明方向で発生する陰影による画像データを読み取ることができるので、被検体全体の凸部による陰影が取得し易くなり、被検体の凹凸を均一に明瞭化した画像データを読み取ることができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項４の発明の効果に加えて、複数の光源の点灯と同期させて、それぞれ撮像素子によって検出された画像データを合成することで、それ以降の処理については１回の読み取りで画像データを取得する場合と同様に実行することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる画像読取装置を搭載した携帯電話の電子回路の構成を示すブロック図である。携帯電話は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されるコンピュータによって構成される。

図１に示す携帯電話は、ＣＰＵ１０がＲＡＭ１１、記憶装置１２、表示装置１３、通話ユニット１４、入力装置１５、操作子１７、撮像制御回路１８、Ａ／Ｄ変換回路１９などとバスを介して接続されることで構成されている。本実施形態における画像読取装置では、操作子１７によって被検体である人の指先から指紋パターンの画像データを読み取る。

ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ１１のプログラムエリアに格納されたプログラムを実行することにより各種の機能を実現する。ＣＰＵ１０は、携帯電話としての機能を制御する他、操作子１７による指紋パターンの画像データの読み取り制御と、この画像パターンに対する各種処理を実行する。
ＲＡＭ１１は、プログラムや各種データが格納されてＣＰＵ１０によってアクセスされるもので、携帯電話を制御する各種プログラムの他、操作子１７によって読み取られた指紋パターンの画像データに対する処理を実行する処理プログラムなどが格納される。操作子１７よる指紋パターンの画像データの読み取り時には、読み取られた画像データが格納される。

記憶装置１２は、プログラムやデータ等が記憶されるもので、必要に応じて読み出されてＲＡＭ１１に格納される。

表示装置１３は、ＣＰＵ１０により実現される各種機能を実行する際に様々なデータ等を表示する。
通話ユニット１４は、携帯電話としての無線通信を行うためのユニットである。
入力装置１５は、電話番号入力用の数字キーや各種の機能キーからなる複数のキーにより構成されている。
撮像制御装置１８は、操作子１７に含まれる１次元撮像素子（ラインセンサ）２１による画像信号の読み取りタイミングなどの制御を実行する。

Ａ／Ｄ変換回路１９は、撮像制御回路１８の制御によって読み取られた画像信号に対してＡ／Ｄ変換して、アナログ信号をデジタル化して画像データを生成する。

操作子１７は、被検体である指先から光学的に指紋パターンを表す画像データを読み取るためのもので、例えば図２の携帯電話の外観例に示すように、前面上部など、指紋読み取り操作が容易となる位置に設けられる。操作子１７は、ローラ状に形成されており、携帯電話の筐体に設けられたスリットから、ローラの外周面の一部が外部に露出されている。露出されたローラの部分が指紋パターンの読み取り部となる。指紋パターンの読み取りを行う場合には、読み取り部に被検体である指先を接触（圧接）させて、その状態で所定の方向（ローラの回転軸と垂直な方向）でローラを回転させながら移動させることで行う。

筐体表面に設けられるスリットは、利用者が操作子１７（ローラ）に対して指先を圧接させて、透明ローラを回転させることができる程度の幅が確保されていれば良い。従って、指紋パターンの画像を読み取るために、指紋全体が収まる読み取り面を確保する必要がなく、筐体表面における操作子１７（ローラ）の実装面積が少なくて良い。

図３には、操作子（透明ローラ）１７の機構部分の概略構成（側面断面図）を示している。
第１実施形態における操作子１７は、中空回転ローラ１７ａ内に光源２０であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）２０ａ、１次元撮像素子（ラインセンサ）２１、セルフォックレンズ２２、及びフィルム基板２５を、中空回転ローラ１７ａの回転と連動しないように支持部材２４によって保持させることで実装されている。

中空回転ローラ１７ａは、光が透過するように透明な材料、例えばアクリルやガラスなどにより構成され、筐体に設けられたスリットから外周面の一部を露出させて回転するように実装される。

セルフォックレンズ２２は、中空回転ローラ１７ａにおける被検体が圧接される外面部分（読み取り部）を１次元撮像素子（ラインセンサ）２１に結像させる。なお、セルフォックレンズに限るものではなく、ロッドレンズ群などライン配置された小型レンズアレイによって構成される結像光学系を用いること可能である。

１次元撮像素子２１は、例えば１列または数列の短冊形のＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳラインセンサまたはフォトダイオードアレイなどによって構成されるもので、各撮像素子の配列が中空回転ローラ１７ａの回転軸と平行となるように実装されている。中空回転ローラ１７ａの内部に撮像機能部（１次元撮像素子２１、セルフォックレンズ２２、光源２０等）を実装することで、操作子１７の筐体表面における実装面積及び筐体内の実装体積を小さくしている。

セルフォックレンズ２２と１次元撮像素子２１は、その光軸が中空回転ローラ１７ａの中心軸を通過するように配置されており、撮像光学系の光軸が中空回転ローラ１７ａの外面部分（読み取り部）に対して垂直となるように配置されている。

ＬＥＤ２０ａは、被検体である指先に対して光を照射するためのもので、撮像光学系の光軸と平行に光を照射するように、例えば中空回転ローラ１７ａの長手方向に延びるようにアレイ配置されている。図３に示す例では、セルフォックレンズ２２を挟んで相対する位置にそれぞれＬＥＤ２０ａが設けられている。第１実施形態では、ＬＥＤ２０ａにより光を照射する方向を撮像光学系の光軸と平行とすることで、外面部分（読み取り部）に対して直接光が当たらないようにしている。すなわち、ＬＥＤ２０ａから照射された光を被検体の指の中で拡散させることにより、間接的に読み取り部を照明することで指紋パターンの読み取りを行う。

被検体である指は、部分透過性を持ち、かつ光散乱性を有している。従って、指に対して外部から照明することで、指内部を伝播した光の一部を指紋（凹凸）がある部分から出射させることができる。中空回転ローラ１７ａの外面部に指紋がある部分を接触させることで、指紋表面の凹部、凸部からの散乱光がセルフォックレンズ２２により１次元撮像素子２１に結像される。この指紋表面の凹凸により明るさに差が生じ、凸部が凹部よりも明るくなる。

セルフォックレンズ２２を介して結像された光は、撮像制御回路１８の制御により１次元撮像素子２１により光電変換され、さらにＡ／Ｄ変換回路１９により指紋パターンを表す画像データとして変換される。１次元撮像素子２１からは、例えば２００００回／秒のタイミングで定期的にデータが読み取られて、そのデータがＲＡＭ１１にバッファリングされる。ＲＡＭ１１にバッファリングされたデータをもとに、指紋パターンを表す画像データが生成され、指紋認証などの処理に供される。

このようにして、第１実施形態では、セルフォックレンズ２２により結像される中空回転ローラ１７ａの外面部とは異なる部分、すなわち中空回転ローラ１７ａに接触された指の読取対象とする部分の周辺部に光源によって光を照射することで、その光を指の内部で拡散させて読み取り部を照明するため、指の指紋部分において不均一な陰影を発生させず、指紋パターンを表す凹凸を均一に明瞭化した画像データを読み取ることができる。

なお、図３に示す構成では、撮像光学系の光軸とＬＥＤ２０ａによって光が照射される光の方向が平行となるようにして、読み取り部に対して直接光が当たらないようにしているが、ＬＥＤ２０ａの配置はこれに限るものではない。すなわち、被検体に対して照射した光が、被検体内で部分透過されかつ光散乱されて、指紋のある部分まで伝播させることができれば、ＬＥＤ２０ａによる被検体に対する光の照射方向は必ずしも撮像光学系の光軸と平行である必要はない。

また、第１実施形態では、前述のようにして、被写体（指）の内部で光を伝播させるため、ＬＥＤ２０ａの使用波長は、指内部での吸収が少ない帯域、例えば赤または近赤外の波長（赤色光源）を使用するのが好ましい。また、図３では、ＬＥＤ２０ａは、セルフォックレンズ２２を挟んで相対する位置にそれぞれ設けられているいるが、何れか一方の側に設けるようにしても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の画像読取装置は、第１実施形態における操作子１７の構成が異なっている。

図４には、第２実施形態における操作子（中空回転ローラ１７ａ）１７の機構部分の概略構成（側面断面図）を示している。

第２実施形態における操作子１７は、第１実施形態と同様に、中空回転ローラ１７ａ内に光源２０であるＬＥＤ２０ａ、１次元撮像素子（ラインセンサ）２１、セルフォックレンズ２２、及びフィルム基板２５を、中空回転ローラ１７ａの回転と連動しないように支持部材２４によって保持させることで実装されている。第２実施形態の操作子１７は、セルフォックレンズ２２と１次元撮像素子２１による撮像光学系と、ＬＥＤ２０ａの配置が第１実施形態と異なっているもので、その他の個々の説明については省略する。

ＬＥＤ２０ａは、被検体である指先に対して光を照射するためのもので、光の照射方向が中空回転ローラ１７ａの中心軸を通過するように配置されている。すなわち、中空回転ローラ１７ａの外面部分（読み取り部）に対して垂直に光を照射するように配置されている。

セルフォックレンズ２２と１次元撮像素子２１による撮像光学系は、その光軸が中空回転ローラ１７ａの外面部分（読み取り部）、すなわちＬＥＤ２０ａによって光が照射される部分に対して交差するように配置されている。

ＬＥＤ２０ａからは、中空回転ローラ１７ａの外表面に接触される指に対して垂直に光を照射するため、指紋による凹凸の陰影が発生しない。１次元撮像素子（ラインセンサ）２１では、指紋上の中空回転ローラ１７ａに接触している凸部と非接触となる凹部の反射率差によって発生する明暗に応じた画像信号を出力することになる。

このようにして、第２実施形態では、ＬＥＤ２０ａにより中空回転ローラ１７ａの外面部（読み取り部）に対して垂直方向に光を照射することにより、指（指紋）の凸部において一方向側に陰影が生じないようにすることができる。このため、セルフォックレンズ２２が中空回転ローラ１７ａの外面部、すなわち中空回転ローラ１７ａに接触された指の指紋部分を１次元撮像素子２１に結像するので、指の凹凸を均一に明瞭化した指紋パターンを表す画像データを読み取ることができる。

なお、前述した説明では、ＬＥＤ２０ａによる光の照射方向は、中空回転ローラ１７ａの外面部に対して垂直にすると説明しているが、ＬＥＤ２０ａからの光によって指紋の凹凸による陰影が一方側に発生しない範囲であれば、垂直近傍の方向とすることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の画像読取装置は、第１実施形態における操作子１７の構成が異なっている。

図５には、第３実施形態における操作子（中空回転ローラ１７ａ）１７の機構部分の概略構成（側面断面図）を示している。

第３実施形態における操作子１７は、第１実施形態と同様に、中空回転ローラ１７ａ内に光源２０であるＬＥＤ２０ａ、１次元撮像素子（ラインセンサ）２１、セルフォックレンズ２２、及びフィルム基板２５を、中空回転ローラ１７ａの回転と連動しないように支持部材２４によって保持させることで実装されている。第３実施形態の操作子１７は、ＬＥＤ２０ａの配置が第１実施形態と異なっているもので、その他の個々の説明については省略する。

セルフォックレンズ２２と１次元撮像素子２１による撮像光学系は、その光軸が中空回転ローラ１７ａの外面部分（読み取り部）と交差するように配置されている。

ＬＥＤ２０ａは、被検体である指先に対して光を照射するためのもので、撮像光学系により読み取り対象とする中空回転ローラ１７ａの外面部分（読み取り部）に対して、複数の異なる方向から光を照射する。

第３実施形態では、例えば中空回転ローラ１７ａの長手方向に沿って複数のＬＥＤ２０ａが、セルフォックレンズ２２を挟んで相対する位置にそれぞれ設けられている。例えば、図６に示すように、セルフォックレンズ２２の一方の側にＬＥＤ１、ＬＥＤ２が配置され、他方の側にＬＥＤ３、ＬＥＤ４が配置されているものとする。複数のＬＥＤ１〜４は、それぞれ中空回転ローラ１７ａの外面部分（読み取り部）に対して、４方向から光を照射する。

第３実施形態では、複数のＬＥＤ１〜４を、それぞれ異なるタイミングによって順次点灯させる。そして、撮像制御回路１８の制御により、複数のＬＥＤ１〜４の個々の点灯と同期させて、１次元撮像素子（ラインセンサ）２１から出力される画像信号を４回読み取り、Ａ／Ｄ変換回路１９により変換された画像データをバッファリングしていく。すなわち、ＬＥＤ１〜４によりそれぞれ異なる方向から光を照射し、それぞれの点灯で発生する指紋の凹凸による陰影を撮像する。

ＣＰＵ１０は、ＬＥＤ１〜４のそれぞれに対応して撮像された４つの画像データを、陰影が強調されるように合成する。これにより、指紋の凹凸を均一に明瞭化した指紋パターンを表す画像データを読み取ることができる。

指紋認証などの処理には、合成された画像データを供することで、良好な指紋認証の結果を得ることができる。

このようにして、第３の実施形態によれば、複数のＬＥＤ１〜４を個々に点灯させると共に、各ＬＥＤ１〜４の点灯と同期させて１次元撮像素子２１によって検出される画像データを読み取ることにより、複数の異なる照明方向で発生する陰影による画像データを読み取ることができるので、被検体全体の凸部による陰影が取得し易くなり、被検体の凹凸を均一に明瞭化した画像データを読み取ることができる。

なお、前述した説明では、複数のＬＥＤ１〜４に対して１灯毎に順次点灯させているが、複数のＬＥＤの組み合わせを順次変更しながら点灯するようにしても良い。例えば、図６に示すように、４つのＬＥＤ１〜４が設けられている場合には、ＬＥＤ１，２、ＬＥＤ２，３、ＬＥＤ３，４、ＬＥＤ４，１…のように、隣接するＬＥＤを２灯毎に順次点灯させることができる。これにより、それぞれ異なる方向から読み取り部に対して光を照射することができ、前述と同様にして均一な指紋パターンを表す画像データを生成することができる。

さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明の第１実施形態に係わる画像読取装置を搭載した携帯電話の電子回路の構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係わる携帯電話の外観例に示す図。 本発明の第１実施形態における操作子（透明ローラ）１７の機構部分の概略構成（側面断面図）を示す図。 本発明の第２実施形態における操作子（透明ローラ）１７の機構部分の概略構成（側面断面図）を示す図。 本発明の第３実施形態における操作子（透明ローラ）１７の機構部分の概略構成（側面断面図）を示す図。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ１〜４の配置を説明するための図。

符号の説明

１０…ＣＰＵ、１１…ＲＡＭ、１２…記憶装置、１３…表示装置、１４…通話ユニット、１５…入力装置、１７…操作子、１７ａ…中空回転ローラ、１８…撮像制御回路、１９…Ａ／Ｄ変換回路、２０…光源、２０ａ…ＬＥＤ、２１…１次元撮像素子（ラインセンサ）、２２…セルフォックレンズ、２４…支持部材、２５…フィルム基板。

Claims (5)

1. 被検体表面の画像を読み取る画像読取装置において、
   回転可能に実装された透明の中空ローラと、
   前記中空ローラ内にローラの回転と連動しないように撮像素子、被検体が接触される前記中空ローラの外面部を前記撮像素子に結像させる結像光学系、及び光を照射する光源とを設け、
   前記結像光学系により結像されるローラの外面部とは異なる部分に前記光源によって光を照射することを特徴とする画像読取装置。
2. 前記光源による光の照射方向と前記結像光学系の光軸方向とが平行となるように、前記光源が設けられていることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 被検体表面の画像を読み取る画像読取装置において、
   回転可能に実装された透明の中空ローラと、
   前記中空ローラ内にローラの回転と連動しないように撮像素子、被検体が接触される前記中空ローラの外面部を前記撮像素子に結像させる結像光学系、及び光を照射する光源とを設け、
   前記光源により前記中空ローラの外面部に対して垂直方向に光を照射することを特徴とする画像読取装置。
4. 被検体表面の画像を読み取る画像読取装置において、
   回転可能に実装された透明の中空ローラと、
   前記中空ローラ内にローラの回転と連動しないように設けられた、撮像素子、被検体が接触される前記中空ローラの外面部を前記撮像素子に結像させる結像光学系、及び前記中空ローラの外面部にそれぞれ異なる方向から光を照射する複数の光源と、
   前記複数の光源を個々に点灯させると共に、各光源の点灯と同期させて前記撮像素子によって検出される画像データを読み取る読取手段と
   を具備したことを特徴とする画像読取装置。
5. 前記読取手段によって読み取られた画像データを合成する合成手段をさらに具備したことを特徴とする請求項４記載の画像読取装置。

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