JP2008276570A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】読取面に接触した読取対象の画像を読み取る画像読取装置に関し、簡単な構成で、かつ、外乱光の影響を受けることなく指の接触を検知することができる画像読取装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、読取面に接触した読取対象の画像を検出するイメージ検出手段と、イメージ検出手段の周囲に設けられ、読取対象に光を照射する複数の光源と、読取対象に照射される光が不均一となるように複数の光源を点灯させ、イメージ検出手段からイメージを読み取り、イメージ検出手段により検出した画像信号のレベル差に基づいて読取対象の読取面への接触を検知する処理部とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は画像読取装置に係り、特に、読取面に接触した読取対象の画像を読み取る画像読取装置に関する。

近年、コンピュータなどのセキュリティーの向上が求められる中、指紋などの生体認証が行われるようになっている。生体認証を実現するためのデバイスとして、指紋読取装置がある。

また、指紋読取装置として、記録面に対して指をスイープさせ、指紋画像をライン毎に読み取り、読み取ったライン毎の指紋画像を組み立てることによって、指紋画像を取得するスイープ式指紋読取装置がある。

このような指紋読取装置において指紋を読み取る方法として、イメージガイドと呼ばれる光ファイバ束を利用した光学装置を用いて指紋を読み取る装置がある（例えば、特許文献１、２参照）。

なお、イメージガイドは、指紋の凹部と指紋の凸部、すなわち、空気層と皮膚との屈折率の違いにより光を反射又は透過させるものであり、指紋の凹部からの光を反射させ、指紋の凸部からの光を透過させ、イメージセンサに入射させる光学素子である。
特開２００３−２４８８１６号公報 特開２００３−３４６１３５号公報

指が読取面に接触したことを検知するために、別のセンサ等を取り付けると、装置が大型化するとともに、コストアップする。また、指の接触を、指に光を照射する光源の点灯、消灯時のイメージセンサ出力値により判別する構成も考えられるが、このような構成では、外乱光、例えば、蛍光灯等のように周期をもつ光の影響を直接受けて、指接触を誤検出するなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、かつ、外乱光の影響を受けることなく指の接触を検知することができる画像読取装置を提供することを目的とする。

本発明は、読取面に接触した読取対象の画像を検出するイメージ検出手段と、イメージ検出手段の周囲に設けられ、読取対象に光を照射する複数の光源と、読取対象に照射される光が不均一となるように複数の光源を点灯させ、イメージ検出手段からイメージを読み取り、イメージ検出手段により検出した画像信号のレベル差に基づいて読取対象の読取面への接触を検知する処理部とを有することを特徴とする。

また、本発明は、イメージ検出手段は、ラインイメージセンサを含み、複数の光源は、ラインイメージセンサの一端側に配置された第１の光源と、ラインイメージセンサの他端側に配置された第２の光源とを有し、処理部は第１の光源を点灯、第２の光源を消灯させ、ラインイメージセンサから画像を読み取り、ラインイメージセンサにより読み取られた第１の光源側の画像信号と第２の光源側の画像信号とのレベル差に基づいて読取対象の読取面への接触を判定することを特徴とする。

さらに、処理部は、第１の光源を点灯、第２の光源を消灯させることにより読取対象が読取面に接触したと判定された後に、更に、第１の光源を消灯させ、第２の光源を点灯させ、イメージセンサの画像を読み取り、第１の光源側の画像信号と第２の光源側の画像信号とのレベル差に基づいて読取対象が読取面に接触したと判定された場合に、読取対象が読取面に接触したと検知することを特徴とする。

処理部は、読取対象の読取面への接触を検知すると、読取対象に照射される光が略均一となるように複数の光源を点灯させ、イメージ検出手段からイメージを読み取り、読取対象の画像を検出することを特徴とする。

イメージ検出部は、一面が読取面とされ、読取対象に接し、読取対象の屈折率に応じてラインイメージセンサに光を導入又は反射する導波路を有することを特徴とする。

本発明によれば、画像の読み取りを行うための光源、及び、画像を読み取るラインイメージセンサを用いて読取面への読取対象の接触を検知することができ、読取面への読取対象の接触を検知するために新たにセンサなどを付加する必要がなく、簡単な構成で、指接触検知を行える。また、外乱光の影響を排除することができる。

図１は本発明の一実施例のブロック構成図、図２は本発明の一実施例の斜視図を示す。

本実施例では、画像読取装置としてスイープ型指紋読取装置を例に説明を行う。

本実施例のスイープ型指紋読取装置１００は、プリント配線板１１１上にＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂ、導光ブロック１１３、イメージガイド１１４、ラインイメージセンサ１１５、アナログ−ディジタル変換回路１１６、処理装置１１７、メモリ１１８、コネクタ１１９を搭載し、モールド樹脂１２０によりモールドした構成とされている。

ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂは、指紋を検出するための光源である。ＬＥＤ１１２ａは、ラインイメージセンサ１１５の長手方向の一方の端部である矢印Ｙ２方向の端部付近に配置されており、処理装置１１７から供給される駆動信号により駆動されて、発光する。ＬＥＤ１１２ｂは、ラインイメージセンサ１１５の長手方向の他方の端部である矢印Ｙ１方向の端部付近に配置されており、処理装置１１７から供給される駆動信号により駆動されて、発光する。

ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂから出射した光は、導光ブロック１１３に入射する。導光ブロック１１３は、例えば、透明、半透明樹脂材から構成されており、ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂから出射した光を読取面Ｓまでガイドして、読取面Ｓから矢印Ｚ１方向に出射する。

読取面Ｓには、読取対象となる指が接触し、例えば、矢印Ｘ１方向にスイープされる。なお、指スイープ時に指先がイメージガイド１１４を通過し終わるまで照射するために、逆方向にスイープするようにしてもよい。導光ブロック１１３から出射した光は、指に入射し、指内部で乱反射し、イメージガイド１１４に入射する、イメージガイド１１４は、例えば、光ファイバを束にして、固着し、その両端面が互いに平行となり、かつ、光ファイバの延在方向に対して所定の角度に傾斜して切断したものであり、長手方向が矢印Ｙ１、Ｙ２方向に延在するように配置されている。イメージガイド１１４は、指と密着した部分、すなわち、指紋の凸部からの光は入射し、他端面にガイドされ、指と離間した部分、すなわち、指紋の凹部からの光は反射し、他端面には到達しない。これによって、イメージガイド１１４の他端には、指紋に応じた明暗が発生する。イメージガイド１１４の他端面には、ラインイメージセンサ１１５が配置されている。

ラインイメージセンサ１１５は、イメージガイド１１４の他端に現れるイメージを読み取る。ラインイメージセンサ１１５は、フォトダイオードあるいはフォトトランジスタを矢印Ｙ１、Ｙ２方向に１又は複数列にわたって配列したものであり、ライン毎にイメージを読み取る。

ラインイメージセンサ１１５で読み取られた画像信号は、アナログ−ディジタル変換回路１１６に供給される。アナログ−ディジタル変換回路１１６は、ラインイメージセンサ１１５の各画素の画像信号をディジタルデータに変換する。アナログ−ディジタル変換回路１１６で変換されたディジタルデータは、処理装置１１７に供給される。

処理装置１１７は、ＡＳＩＣ、マイコンなどから構成されており、指接触検知処理、指紋読取処理などを実行する。

指接触検知処理は、ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂのいずれか一方を発光させ、ラインイメージセンサ１１５から画像信号を読み取り、読み取った画像信号のＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂが発光している側の領域と消灯している側の領域とのレベル差に基づいて指の接触を検知する処理を実行する。指接触検知処理により指の接触が検知されると、例えば、指紋読取処理が実行される。これによって、指が検知されたときだけ、指紋読取処理を実行すればよいので、電力消費を低減できる。

指紋読取処理は、アナログ−ディジタル変換回路１１６から供給されたディジタルデータから指紋画像を組み立てる処理を行い、ポインティング動作時には指紋画像の移動に基づいてポインタなどを移動させるためのデータを作成する処理を行う。指紋読取動作は、読取面Ｓを操作される指の指紋をライン毎に読み取り、指紋の画像を組み立てる処理である。

メモリ１１８は、ＳＲＡＭなどから構成されており、処理装置１１７の作業用記憶領域として用いられる。

次に、処理装置１１７での指接触検知処理について説明する。

図３は処理装置１１７の指接触検知処理の処理フローチャートを示す。

処理装置１１７は、ステップＳ１−１で所定時間経過すると、ステップＳ１−２でＬＥＤ１１２ａを発光させる。なお、このとき、ＬＥＤ１１２ｂは消灯させる。次に、処理装置１１７は、ステップＳ１−３で、ラインイメージセンサ１１５で検出された画像信号をアナログ−ディジタル変換回路１１６を通して読み取る。

処理装置１１７は、ステップＳ１−４で、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ａ側の領域Ａの画像信号の平均レベルＬａを算出する。また、処理装置１１７は、ステップＳ１−５で、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ｂ側の領域Ｂの画像信号の平均レベルＬｂを算出する。

次に、処理装置１１７は、ステップＳ１−６で領域Ａの画像信号の平均レベルＬａから領域Ｂの画像信号の平均レベルＬｂを減算したレベル差ΔＬ１を算出する。次に、処理装置１１７は、ステップＳ１−７でレベル差ΔＬ１が基準となるレベル差ΔＬ０より大きいか否かを判定する。

処理装置１１７は、ステップＳ１−７でレベル差ΔＬ１が基準となるレベル差ΔＬ０より大きければ、ステップＳ１−８で指が読取面Ｓに接触したと判断する。

図４は指接触時の指接触検知処理の動作を説明するための図、図５は指接触時の画像信号波形図、図６は指非接触時の指接触検知処理の動作を説明するための図を示す。図４（Ａ）、図６（Ａ）は横断面の模式図、図４（Ｂ）、図６（Ｂ）はラインイメージセンサ１１５の画像信号波形を示す。

図４（Ａ）に示すように読取面Ｓに指が接触した状態で、ＬＥＤ１１２ａが点灯し、ＬＥＤ１１２ｂが消灯すると、指に入射する光の分布が矢印Ｙ１、Ｙ２方向で不均一となる。

ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ａ側の領域ＡにはＬＥＤ１１２ａで発光された光により指紋の凹凸に応じた光が入射し、図４（Ｂ）に示すような指紋の凹凸に応じた画像信号が現れる。

一方、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ｂ側の領域Ｂは、ＬＥＤ１１２ｂが消灯しているため、光量が少なく、ラインイメージセンサ１１５に光入射しないので、図４（Ｂ）に示すように画像信号のレベルは極端に小さくなる。

このため、例えば、ラインイメージセンサ１１５の領域Ａ側の画像信号の平均レベルＬａとラインイメージセンサ１１５の領域Ｂ側の画像信号の平均レベルＬｂとのレベル差ΔＬ１が基準となるレベル差ΔＬ０より大きい場合に読取面Ｓに指が接触していると判断できる。

また、図６（Ａ）に示すように読取面Ｓに指が接触していない状態で、ＬＥＤ１１２ａが点灯し、ＬＥＤ１１２ｂが消灯しても、ＬＥＤ１１２ａから出射した光は、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ａ側の領域Ａには入射せず、図６（Ｂ）に示すように画像信号のレベルは極端に小さくなる。

また、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ｂ側の領域Ｂは、ＬＥＤ１１２ｂが消灯しているため、光量が少なく、ラインイメージセンサ１１５に光入射しないので、図６（Ｂ）に示すように画像信号のレベルは極端に小さくなる。

このように、読取面Ｓに指が接触していない状態では、領域Ａ、Ｂの画像信号の平均レベルが共に極端に小さくなるので、レベル差ΔＬ１は基準となるレベル差ΔＬ０より小さくなる。よって、ラインイメージセンサ１１５の領域Ａ側の画像信号の平均レベルＬａとラインイメージセンサ１１５の領域Ｂ側の画像信号の平均レベルＬｂとのレベル差ΔＬ１が基準となるレベル差ΔＬ０より小さくなる場合には読取面Ｓには指が接触していないと判断できる。

なお、このとき、基準となるレベル差ΔＬ０は、読取面Ｓに指を接触させたときと、読取面Ｓから指を離したときの領域Ａ側の画像信号の平均レベルと領域Ｂ側の画像信号の平均レベルとのレベル差から予め求め、設定される。

このように、本実施例によれば、ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂ及びラインイメージセンサ１１５により読み取られる画像信号を用いて指の読取面Ｓへの接触を検知することができるため、指の接触を検知するためのセンサなどを追加することなく、簡単な構成で指の読取面Ｓへの接触を検知する機能を追加することができる。

なお、指紋画像読取時には、図７（Ａ）に示すようにＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂの両方を点灯させることにより、指全体に光を略均一になるよう入射する。これによって、図７（Ｂ）、図８に示すようにラインイメージセンサ１１５の長手方向全体で指の指紋の凹凸に応じた画像信号を取得することができる。なお、ＬＥＤを２つ以上設けた場合には、指全体で入射する光が略均一になるようＬＥＤの発光量が制御される。

また、本実施例によれば、ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂから指への光の入射量によりイメージセンサ１１５の出力画像信号が異なることを利用するため、外乱光の影響を受けにくい。これにより、外乱光による指の接触の誤検出を低減できる。

なお、本実施例では、ＬＥＤ１１２ａを点灯させ、ＬＥＤ１１２ｂを消灯させ、指の読取面Ｓへの接触の判断を行ったが、更に、ＬＥＤ１１２ａを消灯させ、ＬＥＤ１１２ｂを点灯させ、判断を行うことにより、より確実に、指の読取面Ｓへの接触を検知することが可能となる。

図９は処理装置１１７の指接触検知処理の変形例の処理フローチャートを示す。

処理装置１１７は、ステップＳ２−１で所定時間経過すると、ステップＳ２−２でＬＥＤ１１２ａを発光させる。なお、このとき、ＬＥＤ１１２ｂは消灯させる。次に、処理装置１１７は、ステップＳ２−３で、ラインイメージセンサ１１５で検出された画像信号をアナログ−ディジタル変換回路１１６を通して読み取る。

処理装置１１７は、ステップＳ２−４で、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ａ側の領域Ａの画像信号の平均レベルＬａを算出する。また、処理装置１１７は、ステップＳ２−５で、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ｂ側の領域Ｂの画像信号の平均レベルＬｂを算出する。

次に、処理装置１１７は、ステップＳ２−６で領域Ａの画像信号の平均レベルＬａから領域Ｂの画像信号の平均レベルＬｂを減算したレベル差ΔＬ１を算出する。次に、処理装置１１７は、ステップＳ２−７でレベル差ΔＬ１が基準となるレベル差ΔＬ０より大きいか否かを判定する。

処理装置１１７は、ステップＳ２−７でレベル差ΔＬ１が基準となるレベル差ΔＬ０より大きければ、ステップＳ２−８でＬＥＤ１１２ａを消灯し、ＬＥＤ１１２ｂを発光させる。

次に、処理装置１１７は、ステップＳ２−９で、ラインイメージセンサ１１５で検出された画像信号をアナログ−ディジタル変換回路１１６を通して読み取る。

処理装置１１７は、ステップＳ２−１０で、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ａ側の領域Ａの画像信号の平均レベルＬａを算出する。また、処理装置１１７は、ステップＳ２−１１で、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ｂ側の領域Ｂの画像信号の平均レベルＬｂを算出する。

次に、処理装置１１７は、ステップＳ２−１２で領域Ｂの画像信号の平均レベルＬｂから領域Ａの画像信号の平均レベルＬａを減算したレベル差ΔＬ２を算出する。次に、処理装置１１７は、ステップＳ２−１３でレベル差ΔＬ２が基準となるレベル差ΔＬ０より大きいか否かを判定する。

処理装置１１７は、ステップＳ２−１３でレベル差ΔＬ２が基準となるレベル差ΔＬ０より大きいときに、ステップＳ２−１４で指が接触したと判定する。

本実施例では、図４、図７に示すようなＬＥＤ１１２ａを点灯、ＬＥＤ１１２ｂを消灯する場合に加えて、ＬＥＤ１１２ａを消灯、ＬＥＤ１１２ｂを点灯する動作を行っている。

次に、ＬＥＤ１１２ａを消灯、ＬＥＤ１１２ｂを点灯したときの動作を説明する。

図１０は指接触時の指接触検知処理の動作を説明するための図、図１１は指接触時の画像信号波形図を示す。図１０（Ａ）は横断面の模式図、図１０（Ｂ）はラインイメージセンサ１１５の画像信号波形を示す。

図１０（Ａ）に示すように読取面Ｓに指が接触した状態で、ＬＥＤ１１２ａを消灯し、ＬＥＤ１１２ｂを点灯すると、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ｂ側の領域ＢにはＬＥＤ１１２ｂで発光された光により指紋の凹凸に応じた光が入射し、図１０（Ｂ）に示すような指紋の凹凸に応じた画像信号が現れる。

一方、ラインイメージセンサ１１５のＬＥＤ１１２ａ側の領域Ａは、ＬＥＤ１１２ａが消灯しているため、光量が少なく、ラインイメージセンサ１１５に光入射しないので、図１０（Ｂ）に示すように画像信号のレベルは極端に小さくなる。

このため、例えば、ラインイメージセンサ１１５の領域Ｂ側の画像信号の平均レベルＬｂとラインイメージセンサ１１５の領域Ａ側の画像信号の平均レベルＬａとのレベル差ΔＬ２が基準となるレベル差ΔＬ０より大きい場合に読取面Ｓに指が接触していると判断できる。

また、本実施例では、ＬＥＤ１１２ａを点灯し、かつ、ＬＥＤ１１２ｂを消灯した場合、及び、ＬＥＤ１１２ａを消灯し、かつ、ＬＥＤ１１２ｂを点灯した場合の両方で領域Ａと領域Ｂのレベル差が基準のレベル差ΔＬ０より大きい場合に、読取面Ｓに指が接触したと判定したが、いずれか一方で領域Ａと領域Ｂのレベル差が基準のレベル差ΔＬ０より大きい場合に、読取面Ｓに指が接触したと判定するようにしてもよい。

なお、本実施例では、ステップＳ１−４、Ｓ１−５、Ｓ２−４、Ｓ２−５、Ｓ２−１０、Ｓ２−１１で領域Ａ、Ｂの画像信号の平均レベルを算出しているが、各領域Ａ、Ｂのピーク値を取得し、領域Ａと領域Ｂのピーク値の差により指接触を検知するようにしてもよい。

また、上記実施例では、ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂの点灯、消灯させたが、ＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂの発光、例えば、輝度を制御することにより指に入射する光の分布を不均一にするようにしてもよい。さらに、画像読取時に２つのＬＥＤ１１２ａ、１１２ｂにより指に入射する光の分布を略均一とする装置について説明したが、３つ以上のＬＥＤの発光を制御するにより指に入射する光の分布を略均一とする装置に適用することも可能である。さらに、光源から指に入射する光の分布を不均一にできる構造の装置であればこれらに限定されるものではない。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。

本発明の一実施例のブロック構成図である。 本発明の一実施例の斜視図である。 処理装置１１７の指接触検知処理の処理フローチャートである。 指接触検知処理の動作を説明するための図である。 指接触時の画像信号波形図である。 指非接触時の指接触検知処理の動作を説明するための図である。 画像読取時の動作を説明するための図である。 画像読取時の画像信号波形図である。 処理装置１１７の指接触検知処理の変形例の処理フローチャートである。 指接触時の指接触検知処理の動作を説明するための図である。 指接触時の画像信号波形図である。

符号の説明

１００ スイープ型指紋読取装置
１１１ プリント配線板、１１２ ＬＥＤ、１１３ 導光ブロック
１１４ イメージガイド、１１５ ラインイメージセンサ
１１６ アナログ−ディジタル変換回路、１１７ 処理装置、１１８ メモリ
１１９ コネクタ、１２０ モールド樹脂

Claims (5)

1. 読取面に接触した読取対象の画像を検出するイメージ検出手段と、
   前記イメージ検出手段の周囲に設けられ、前記読取対象に光を照射する複数の光源と、
   前記読取対象に照射される光が不均一となるように前記複数の光源の発光を制御し、前記イメージ検出手段からイメージを読み取り、前記イメージ検出手段により検出した画像信号のレベル差に基づいて前記読取対象の前記読取面への接触を検知する処理部とを有する画像読取装置。
2. 前記イメージ検出手段は、ラインイメージセンサを含み、
   前記複数の光源は、前記ラインイメージセンサの一端側に配置された第１の光源と、
   前記ラインイメージセンサの他端側に配置された第２の光源とを有し、
   前記処理部は、前記第１の光源を点灯、前記第２の光源を消灯させ、前記ラインイメージセンサから画像を読み取り、前記ラインイメージセンサにより読み取られた前記第１の光源側の画像信号と前記第２の光源側の画像信号とのレベル差に基づいて前記読取対象の前記読取面への接触を判定する請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記処理部は、前記第１の光源を点灯、前記第２の光源を消灯させることにより前記読取対象が前記読取面に接触したと判定された後に、更に、前記第１の光源を消灯させ、前記第２の光源を点灯させ、前記イメージセンサの画像を読み取り、前記第１の光源側の画像信号と前記第２の光源側の画像信号とのレベル差に基づいて前記読取対象が前記読取面に接触したと判定された場合に、前記読取対象が前記読取面に接触したと検知する請求項２記載の画像読取装置。
4. 前記処理部は、前記読取対象の前記読取面への接触を検知すると、前記読取対象に照射される光が略均一となるように前記複数の光源を点灯させ、前記イメージ検出手段からイメージを読み取り、前記読取対象の画像を検出する請求項１乃至３のいずれか一項記載の画像読取装置。
5. 前記イメージ検出部は、一面が前記読取面とされ、前記読取対象に接し、前記読取対象の屈折率に応じて前記ラインイメージセンサに光を導入又は反射する導波路を有する請求項１乃至４のいずれか一項記載の画像読取装置。

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