JP3941635B2 - Fingerprint image input device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋画像を入力する指紋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(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
特許文献1には、図10に示されるような画像入力装置300について記載されている。画像入力装置300は、軸心回りに回転自在となって筐体301に支持された円筒状の透明回転ローラ302と、透明回転ローラ302の軸心に対して垂直な光軸を有するとともに透明回転ローラ302内に配置された屈折率分布型レンズ303(例えば日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズ。セルフォックは日本板硝子株式会社の登録商標)、透明回転ローラ302内において屈折率分布型レンズ303の光軸上に配置された一次元撮像素子304と、屈折率分布型レンズ303の光軸と透明回転ローラ302とが交わる箇所に向けて光を発する光源305と、を備える。
【0004】
図11に示されるように、一次元撮像素子304はシリコン基板304aを有しており、シリコン基板304a上には受光部304b及びボンディングパッド304cが形成されている。一次元撮像素子304は、ワイヤボンディング方式で基板306の表面306aに実装されている。つまり、受光部304bが基板306に背を向けるようにしてシリコン基板304aが基板306の表面306aにマウントされており、表面306aに形成されたリード電極とボンディングパッド304cがリード線308によって接続されている。これにより、リード線308を介して受光部304bと電気信号のやり取りを行うことができる。
【0005】
また、基板306の表面306aは、屈折率分布型レンズ303の出射面303bに対向しており、一次元撮像素子304の受光部304bは出射面303bに指向している。
【0006】
以上の画像入力装置300で指310の指紋像を入力するためには、指310を屈折率分布型レンズ303の光軸と交わる箇所において透明回転ローラ302の外周面302aに押し当てて、指310を接線方向に移動させる。移動している指310は光源305によって照射され、外周面302aと接した部分における指310の反射光は、屈折率分布型レンズ303の入射面303aに入射し、屈折率分布型レンズ303内を伝播し、屈折率分布型レンズ303の出射面303bから出射し、一次元撮像素子304の受光部304bへ入射する。ここで、屈折率分布型レンズ303は透明回転ローラ302の外周面302aと接した部分における指310の像を受光部304bに結像し、一次元撮像素子304は受光部304bで外周面302aと接した部分における指310の像を撮像する。このようにして、指310を透明回転ローラ302の接線方向に移動させることによって、指310が一次元撮像素子304によって線走査され、一次元撮像素子304で得られた像を順次合成することによって指310の二次元像が得られる。以上の画像入力装置300では、透明回転ローラ302内に屈折率分布型レンズ303、一次元撮像素子304及び光源305が配置されているため、画像入力装置300をコンパクトにすることができるという利点がある。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−133402号公報(第7頁〜第8頁、第15図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、画像入力装置300を携帯型電子機器に備え付けるにあたって、画像入力装置300を更にコンパクトにしたいという要望がある。画像入力装置300をコンパクト化するためにも、透明回転ローラ302を小型化する必要がある。透明回転ローラ302を小型化して、透明回転ローラ302の径を短くすると、次のような問題点が生ずる。
【0009】
透明回転ローラ302の外周面302aに接した指310の像を一次元撮像素子304の受光部304bに結像するために、屈折率分布型レンズ303の主面から外周面302aまでの距離及び屈折率分布型レンズ303の主面から受光部304bまでの距離が結像公式を満たさなければならない。つまり、屈折率分布型レンズ303の主面から外周面302aまでは屈折率分布型レンズ303の焦点距離に依存した距離を保たなければならないとともに、屈折率分布型レンズ303の主面から受光部304bまでは屈折率分布型レンズ303の焦点距離に依存した距離を保たなければならない。しかしながら、結像公式を満たしても、透明回転ローラ302の径を短くすると、一次元撮像素子304を透明回転ローラ302内に収めることができず、更には屈折率分布型レンズ303も透明回転ローラ302内に収めることができない恐れもある。透明回転ローラ302の径を短くして、屈折率分布型レンズ303及び一次元撮像素子304を透明回転ローラ302内に収めるとともに結像公式を満たすためには、屈折率分布型レンズ303の焦点距離を短くする必要がある。しかしながら、屈折率分布型レンズ303の焦点距離を短くするにも限度がある。
【0010】
そこで、本発明の目的は、屈折率分布型レンズ303の焦点距離を短くせずとも透明回転ローラ302内に屈折率分布型レンズ303及び一次元撮像素子304を収めることができつつ、透明回転ローラ302の径を短くすることのできる画像入力装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る指紋画像入力装置は、軸心回りに回転自在に支持された透明な円筒であって、その外周面に当接した指を接線方向に移動させることで回転する円筒と、前記円筒内に配され、受光部を有するとともに該受光部で受光することで像を取得する一次元撮像素子と、前記円筒内に配され、前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板と、前記円筒内に配されるとともに、前記指が前記円筒の外周面に接した部分における指紋画像を前記一次元撮像素子の受光部に結像する屈折率分布型レンズアレイと、前記円筒内に固定的に配されるホルダであって、当該ホルダに設けられた貫通孔に前記屈折率分布型レンズアレイが取り付けられ、当該ホルダの貫通孔の下部に前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板が取り付けられるホルダと、を備える指紋画像入力装置であって、前記一次元撮像素子は、シリコン基板上に光電変換素子が一列に並べられた受光部を有する構造であり、当該シリコン基板は、受光部が存在する面に電気信号の入出力を行うためのボンディングパッドを有し、前記フィルム基板は、前記屈折率分布型レンズの光軸に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、裏面に配線の端子としてのバンプが設けられ、前記ボンディングパッドとバンプが接合されることで、前記一次元撮像素子の受光部が前記屈折率分布型レンズアレイの光軸に位置するように、前記一次元撮像素子がフィルム基板の裏面に固定されることを特徴とする。
【0027】
【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。
【0028】
〔第一の実施の形態〕
図1は、画像入力装置1を破断して示した側断面図である。
【0029】
画像入力装置1は透光性を有した回転ローラ2を具備しており、回転ローラ2はアクリル樹脂で形成されているが、ポリカーボネイト、その他の樹脂、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラスといった透明な材料で形成されても良い。回転ローラ2は円筒状を呈しており、回転ローラ2の内部は中空となっている。回転ローラ2は、その軸心回りに回転自在となって筐体3等に支持されている。図1においては、回転ローラ2の軸心が延在した方向は紙面の奥行き方向(図1の紙面に対して垂直な方向)であり、以下では回転ローラ2の軸心が延在した方向を左右方向として説明する。
【0030】
回転ローラ2が筐体3内に収められており、回転ローラ2の外周面2aの一部は、筐体3に形成された画像取込窓3aにおいて露出し、且つ、画像取込窓3aから筐体3外へ僅かに突出している。そして、指200を画像取込窓3aにおいて回転ローラ2の外周面2aに押し当てた状態で、指200を前方又は後方(つまり、回転ローラ2の外周面2aが指200に当接した部分における接線方向)に移動させると、回転ローラ2がその軸心回りに回転する。
【0031】
回転ローラ2内の中空には、画像取込窓3a内で回転ローラ2の外周面2aに当接した部分における指200の一次元像を撮像する一次元撮像素子(ラインイメージセンサ)4と、画像取込窓3aに向けて光を発することで回転ローラ2の外周面2aに当接した部分において指200に光を照射する光照射器5と、回転ローラ2の外周面2aに当接した部分における指200の一次元像を一次元撮像素子4に結像させる屈折率分布型レンズアレイ6(例えば日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズ。セルフォックは日本板硝子株式会社の登録商標)とが配設されている。そして、回転ローラ2内の中空にはホルダ7が配されており、このホルダ7に対して一次元撮像素子4、光照射器5及び屈折率分布型レンズアレイ6が取り付けられている。
【0032】
ホルダ7は、回転ローラ2の一方の端又は両端から中空外へ延出して筐体3等に固定されており、回転ローラ2が回転してもホルダ7は回転しない状態に支持されている。ホルダ7には、回転ローラ2の軸心に対してほぼ直交する方向に貫通した光路孔7aが形成されており、光路孔7aの貫通方向の延長上に画像取込窓3aが位置している。ホルダ7に形成された光路孔7aに屈折率分布型レンズアレイ6が嵌め込まれることで、屈折率分布型レンズアレイ6がホルダ7に固定されている。
【0033】
屈折率分布型レンズアレイ6は、回転ローラ2の軸心に対して直交する中心軸を有する複数の屈折率分布型レンズを回転ローラ2の軸心に平行な列を成すように配列し、複数の屈折率分布型レンズ全体で一つの連続した像を形成する光学系である。屈折率分布型レンズアレイ6においては、複数の屈折率分布型レンズからなる列であって回転ローラ2の軸心に平行な列が一列であっても良いし、複数列であっても良い。
【0034】
それぞれの屈折率分布型レンズは円柱状のロッドレンズであり、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、それぞれの屈折率分布型レンズは球面レンズと光学的にほぼ等価な作用を持っており、これら全ての屈折率分布型レンズは互いに光学的に等価な性質を有している。
【0035】
以上のような屈折率分布型レンズアレイ6の光軸は、回転ローラ2の軸心に対して直交している。そして、屈折率分布型レンズアレイ6の入射面6aは画像取込窓3aに指向しており、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸が回転ローラ2に交わる箇所は画像取込窓3a内となっている。
【0036】
光照射器5は、発光素子8と、導光プリズム9とを備える。発光素子8は、LED、有機EL、無機EL及び蛍光管等といった自発光素子であり、基板10上に設けられている。基板10及び発光素子8は屈折率分布型レンズアレイ6の後方においてホルダ7内に埋め込まれている。
【0037】
導光プリズム9は、ホルダ7に嵌め込まれて、発光素子8を被覆するようにして基板10上に設けられている。導光プリズム9の入射面9aは発光素子8に指向しており、導光プリズム9の出射面9bは回転ローラ2と屈折率分布型レンズアレイ6の光軸とが交わる箇所に指向している。導光プリズム9の出射面9bは、回転ローラ2に沿って左右に長尺となっている。導光プリズム9は、発光素子8で発した光を入射面9aで入射し、入射した光を出射面9bへ伝播させて、伝播させた光を出射面9bから画像取込窓3aに向かって出射する。出射面9bが左右に長尺となっているから、出射面9bから出射した光は、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸が回転ローラ2に交わる箇所において回転ローラ2の軸心に平行な帯状となって照射され、画像取込窓3a内において回転ローラ2の外周面2aに押し当てられた指200を照射する。
【0038】
図2に示すように、一次元撮像素子4はシリコン基板20を有しており、シリコン基板20上には、光を受光する受光部11が形成されているとともに、受光部11と電気信号の入出力を行うためのボンディングパッド12が形成されている。受光部11は、入射光の強度(又は入射光の光量)に応じた電気信号に変換する複数の光電変換素子が左右方向に(つまり、回転ローラ2の軸心に平行となって)配列された構造となっている。光電変換素子としては、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ、アモルファスシリコンで構成された半導体素子等である。
【0039】
一次元撮像素子4は、COF(Chip On Film)方式でフィルム基板13に実装されている。フィルム基板13は、ホルダ7の光路孔7aを塞ぐようにしてホルダ7の下面7bに貼り付けられている。フィルム基板13の表面13aは屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bに対向し、フィルム基板13は屈折率分布型レンズアレイ6の光軸に対して垂直になっている。フィルム基板13には、フィルム基板13の表面13aから裏面13bへ貫通する貫通孔13cが形成されている。フィルム基板13に対して垂直な方向にフィルム基板13を見た場合、貫通孔13cは回転ローラ2の軸心方向に長尺な矩形状を呈している。そして、貫通孔13cが光路孔7aに臨んでおり、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸が貫通孔13cを通るようにフィルム基板13が配置されている。
【0040】
フィルム基板13の裏面13bには配線が施されており、配線の端子にハンダ及び金等といった金属又は合金からなるバンプ14が設けられている。一次元撮像素子4は、フィルム基板13の裏面13bに実装されている。具体的には、一次元撮像素子4のボンディングパッド12がバンプ14を介して配線の端子に接合されることによって、一次元撮像素子4がフィルム基板13の裏面13bに固定されている。ここで、シリコン基板20においてボンディングパッド12及び受光部11の形成された面がフィルム基板13の裏面13bに対向している。また、一次元撮像素子4の受光部11が貫通孔13cに臨んでおり、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸方向にフィルム基板13を見た場合に貫通孔13c内に受光部11が配置されている。そして、屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bが受光部11に指向しており、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸はフィルム基板13を避けるようにして貫通孔13cを通って受光部11に至っている。
【0041】
ここで、屈折率分布型レンズアレイ6を構成する各々の屈折率分布型レンズは、正立等倍に結像する。つまり、各々の屈折率分布型レンズは、回転ローラ2の外周面2aに表れた像を受光部11に結像するが、受光部11に結像された像は回転ローラ2の外周面2aに表れた像と等倍であり、向きも同じで反転していない。従って、屈折率分布型レンズアレイ6は、複数の屈折率分布型レンズ全体で、回転ローラ2の外周面2aに表れた像を受光部11に正立等倍に結像する。
【0042】
そして、一次元撮像素子4がフィルム基板13の裏面13bに実装されているため、一次元撮像素子4の裏側には何も設けられていない。つまり、この画像入力装置1では、従来の画像入力装置300(図10に図示)の場合と比較しても、フィルム基板13の厚さ分だけ一次元撮像素子4を屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから遠くに配置することができる。そのため、屈折率分布型レンズアレイ6の焦点距離を短くしなくても、結像公式を満たすように屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子4を回転ローラ2内に配置することができる。
【0043】
言い換えれば、フィルム基板13の裏面13bに一次元撮像素子4を実装したため、一次元撮像素子4と回転ローラ2の内面2bとの間に基板が存在せず、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸と回転ローラ2の外周面2aの交差した箇所(つまり、指200が接する箇所)から一次元撮像素子4までの距離は、回転ローラ2の直径までをとり得ることができる。それに対して、従来の画像入力装置300では、指310が接する箇所から一次元撮像素子304までのとり得る距離の最大値は、透明回転ローラ302の直径より少なくとも基板306の厚み分だけ短くなる。従って、本実施形態の画像入力装置1では、回転ローラ2の直径を従来の透明回転ローラ302より基板306の厚み分だけ短くした場合、屈折率分布型レンズアレイ6の焦点距離を短くしなくとも回転ローラ2内に屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子4を収めることができる。
【0044】
次に、画像入力装置1の回路構成について図3を用いて説明する。
図3中において、同期信号発生器15は、ロータリーエンコーダ等であり、回転ローラ2が所定角度回転する毎に同期信号を発生させ、同期信号をドライバ回路16、信号処理回路17、A/D変換回路18及び合成バッファ19へ出力する。これら回路16〜19が同期信号に同期して動作する。
【0045】
ドライバ回路16は、同期信号発生器15から入力した同期信号に従って一次元撮像素子4を駆動する。一次元撮像素子4は、受光部11において受光した光強度(又は光量)を電気信号に変換することで一次元像を電気信号として取得し、電気信号を信号処理回路17へ出力する。信号処理回路17は、一次元撮像素子4から入力した電気信号を処理することで電気信号のレベルを検知する。A/D変換回路18は、電気信号のレベルをデジタル信号に変換し、一次元像データとして合成バッファ19に出力する。合成バッファ19には同期信号に従って一次元像データがA/D変換回路18から順次格納され、合成バッファ19が一次元像データを順次合成していくことで二次元画像データを生成する。合成バッファ19で生成された二次元光学像データはコンピュータに出力されて、二次元光学像データはコンピュータの処理の用に供される。
【0046】
以上のように構成される画像入力装置1の使用方法及び画像入力装置1の動作について説明する。
被験者が指200を画像取込窓3aにおいて回転ローラ2の外周面2aに押し当てると、発光素子8が発光し、発光素子8から発した光が導光プリズム9内を伝播し、出射面9bから光が画像取込窓3aに向けて出射する。これにより、画像取込窓3a内において回転ローラ2の外周面2aに当接した指200が照射される。
【0047】
そして、被験者が指200を回転ローラ2の外周面2aに押し付けた状態で指200を前方又は後方へ移動させると、回転ローラ2が回転する。回転ローラ2の回転に伴って、指200と回転ローラ2の当接部分が移り変わり、出射面9bから出射した光によって指200が線走査される。
【0048】
ここで、回転ローラ2と指200とが当接した部分においては、指紋の凸部が回転ローラ2の外周面2aに密接し、指紋の凹部が回転ローラ2の外周面2aから離れている。指紋の凸部が回転ローラ2の外周面2aに密接しているため、導光プリズム9の出射面9bから出射した光は回転ローラ2を介して指紋の凸部に高強度で入射し、指紋の凸部において反射した光が屈折率分布型レンズアレイ6を介して一次元撮像素子4の受光部11に高強度で入射する。一方、指紋の凹部が回転ローラ2の外周面2aから離れているため、導光プリズム9の出射面9bから出射した光は指紋の凹部と外周面2aとの間で反射を繰り返したり乱反射したりするため、指紋の凹部には光が低強度で入射するとともに、指紋の凹部における反射光も低強度である。従って、指紋の凹部の反射光は一次元撮像素子4の受光部11に低強度で入射する。
【0049】
以上のように指200の凹凸に応じた強度の反射光が屈折率分布型レンズアレイ6を介して一次元撮像素子4の受光部11に入射し、回転ローラ2の外周面2aと指200とが当接した部分における一次元像(ここでの一次元像は、指紋の凹凸で定義されたコントラスト像であり、回転ローラ2の軸心方向に長尺な像である。)が屈折率分布型レンズアレイ6によって受光部11に結像される。このように、被験者が指200を回転ローラ2に押し付けて回転ローラ2を回転させると、被験者の指200が一次元撮像素子4によって順次線走査される。一次元撮像素子4は、同期信号に同期して指200を線走査する毎に指紋の一次元像を電気信号として取得し、一次元像をA/D変換回路18に出力する。そして、A/D変換回路18から合成バッファ19へ指紋の一次元像データが順次出力され、合成バッファ19にて指紋の一次元像データが順次合成される。そして、指紋の一次元像データが合成されていくと、合成バッファ19で指紋の二次元像データが生成される。
【0050】
また、紙といった滑らかで平坦な被写体の表面に表れた模様(文字、数字、絵等を含む意味である。)も本画像入力装置1で二次元像として入力することができる。この場合、被写体が回転ローラ2の外周面2aに密接するため、導光プリズム9の出射面9bから被写体に入射して反射した反射光の強度は、被写体の表面に表れた模様に応じている。従って、被写体が一次元撮像素子4によって線走査されて、被写体の表面に表れた模様が一次元撮像素子4によって一次元像として取得される。そして、被写体の模様の一次元像データが順次合成されていくと、合成バッファ19で模様の二次元像データが生成される。
【0051】
以上の説明では、被写体を回転ローラ2の外周面2aに押し当てて被写体を回転ローラ2の接線方向に移動させたが、被写体を回転ローラ2の外周面2aに押し当てて被写体に対して筐体3を接線方向に移動させて回転ローラ2を接線方向に転動させても同様に被写体の二次元データを取得することができる。
【0052】
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で取得した二次元像データをコンピュータの処理に用いられるが、例えば、二次元像データが指紋のデータである場合には、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像データを比較する処理と、比較した結果二次元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、筐体3が電子機器の筐体であっても良い。
【0053】
勿論、画像入力装置1が、単体として存在しても良い。その場合には、画像入力装置1はインターフェースを有しており、合成バッファ19で生成された二次元像データをインターフェースを介して他の電子機器等に出力すれば良い。
【0054】
以上のように、本実施形態によれば、フィルム基板13の裏面13bに一次元撮像素子4が実装されているため、指200が外周面2aに接した箇所から一次元撮像素子4までの距離は、回転ローラ2の直径までとり得る。従って、回転ローラ2の径を短くした場合でも、屈折率分布型レンズアレイ6の焦点距離を短くせずとも、回転ローラ2内に屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子4を収めることができる。そのため、画像入力装置1を小型化することができる。
【0055】
また、フィルム基板13に貫通孔13cが形成されており、一次元撮像素子4の受光部11が貫通孔13cに臨んでいるため、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸はフィルム基板13によって干渉されない。屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから出射した光が受光部11に入射するため、一次元撮像素子4がフィルム基板13の裏面13bに実装されていても、指200といった被写体の一次元像を一次元撮像素子4で撮像することができる。
【0056】
〔第二の実施の形態〕
次に、図4に示されるように、上記画像入力装置1とは別の画像入力装置21について説明する。画像入力装置21については、第一実施形態における画像入力装置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する。
【0057】
図4に示された画像入力装置21は、図1に示されたフィルム基板13に代えて、フィルム基板23を具備する。フィルム基板23とフィルム基板13の異なる点としては、フィルム基板13には貫通孔13cが形成されているのに対してフィルム基板23には貫通孔が形成されていない。但し、フィルム基板23は、貫通孔13cに対応する部分が光を透過するように透明とされた透明部23cとなっている。
【0058】
つまり、フィルム基板23は、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸と直交する透明部23cにおいて透明となっており、他の部分では光を遮光する。第一実施形態のフィルム基板13と同様に、フィルム基板23の表面23aは屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bに対向し、フィルム基板23の裏面23bは配線が施されており、バンプ14によって配線の端子とボンディングパッド12が接合されることで、一次元撮像素子4がフィルム基板23の裏面23bに実装されている。フィルム基板23には、第一実施形態におけるフィルム基板13とは異なり、貫通孔が形成されていないため、一次元撮像素子4をフィルム基板23の裏面23bに実装している際に一次元撮像素子4全体がフィルム基板23の裏面23bに支えられているから、一次元撮像素子4をフィルム基板23の裏面23bに実装しやすい。
【0059】
屈折率分布型レンズアレイ6の光軸方向にフィルム基板23を見た場合に、透明部23cに受光部11が配されている。従って、指200といった被写体と回転ローラ2の外周面2aが接した部分で反射した反射光が屈折率分布型レンズアレイ6及び透明部23cを介して一次元撮像素子4の受光部11に入射し、回転ローラ2の外周面2aと指200とが当接した部分における一次元像が屈折率分布型レンズアレイ6によって受光部11に結像される。
なお、画像入力装置21も画像入力装置1と同様に図3に示されるような回路構成を有し、合成バッファ19で一次元像データが順次合成され、二次元像データが生成される。
【0060】
この画像入力装置21でも、第一実施形態の画像入力装置1と同様に、フィルム基板23の裏面23bに一次元撮像素子4が実装されているため、回転ローラ2の径を短く形成した場合でも、屈折率分布型レンズアレイ6の焦点距離を短くすることなく、回転ローラ2内に屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子4を収めることができる。勿論、フィルム基板23は、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸が交わる部分において透明部23cとなっているため、一次元撮像素子4がフィルム基板23の裏面23bに実装されていても、指200といった被写体の一次元像を一次元撮像素子4で撮像することができる。
【0061】
〔第三の実施の形態〕
次に、図5に示されるように、上記画像入力装置1とは別の画像入力装置31について説明する。画像入力装置31については、第一実施形態における画像入力装置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する。
【0062】
図5に示された画像入力装置31は、図1に示されたフィルム基板13に代えて、フィルム基板33を具備する。フィルム基板13とフィルム基板33の異なる点としては、フィルム基板13には貫通孔13cが形成されているのに対して、フィルム基板33には貫通孔が形成されていない。但し、フィルム基板33は、全体が光を透過するように透明となっている。フィルム基板33の裏面33bに一次元撮像素子4が実装されていても、受光部11がフィルム基板33の裏面33bに指向しており、受光部11が屈折率分布型レンズアレイ6の光軸上に位置している。従って、屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bからフィルム基板33の表面33aに光が入射したら、その光はフィルム基板33を透過して受光部11に入射し、回転ローラ2の外周面2aと指200とが当接した部分における一次元像が屈折率分布型レンズアレイ6によって一次元撮像素子4の受光部11に結像される。勿論、この画像入力装置31も図3に示されるような回路構成を有し、合成バッファ19で一次元像データが順次合成され、二次元像データが生成される。
【0063】
この画像入力装置31でも、第一実施形態の画像入力装置1と同様に、フィルム基板33の裏面33bに一次元撮像素子4が実装されているため、回転ローラ2の径を短くした場合でも、屈折率分布型レンズアレイ6の焦点距離を短くしなくても、回転ローラ2内に屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子4を収めることができる。また、フィルム基板33が透明となっているため、一次元撮像素子4がフィルム基板33の裏面33bに実装されていても、指200といった被写体の一次元像を一次元撮像素子4で撮像することができる。また、フィルム基板33には貫通孔が形成されていないため、実装中に一次元撮像素子4全体がフィルム基板33の裏面33bに支えられているから、一次元撮像素子4をフィルム基板33の裏面33bに実装しやすい。
【0064】
〔第四の実施の形態〕
次に、図6に示されるように、上記画像入力装置1とは別の画像入力装置41について説明する。画像入力装置41については、第一実施形態における画像入力装置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する。
【0065】
図6に示された画像入力装置41は、図1に示されたフィルム基板13に代えて、フィルム基板43を具備する。フィルム基板43とフィルム基板13の異なる点としては、フィルム基板13は貫通孔13cを除いてホルダ7の光路孔7aを塞いでいたのに対して、フィルム基板43は光路孔7aを部分的に塞いでいる。
【0066】
フィルム基板43はホルダ7の下面7bにおいてその後部側に貼り付けられている。そして、フィルム基板43は、前方に向かって光路孔7aに延出している。また、フィルム基板43は、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸を避けており、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸とフィルム基板43は互いに交差していない。第一実施形態のフィルム基板13と同様に、フィルム基板43の表面43aは屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bに対向し、フィルム基板43の裏面43bは配線が施されており、バンプ14によって配線の端子とボンディングパッド12が接合されることで、フィルム基板43の裏面43bにおける前縁部に一次元撮像素子4が実装されている。
【0067】
一次元撮像素子4の受光部11は、フィルム基板43の前縁43cから前方へ延出している。そして、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸方向にフィルム基板43を見た場合、一次元撮像素子4の受光部11はフィルム基板43の前縁43cより前に配置されている。受光部11は屈折率分布型レンズアレイ6の光軸上に配置されており、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸はフィルム基板43を通らずに受光部11へ至っている。従って、指200といった被写体と回転ローラ2の外周面2aが接した部分で反射した反射光が屈折率分布型レンズアレイ6を介して一次元撮像素子4の受光部11に入射し、回転ローラ2の外周面2aと指200とが当接した部分における一次元像が屈折率分布型レンズアレイ6によって受光部11に結像される。画像入力装置41も図3に示されるような回路構成を有し、合成バッファ19で二次元像データが生成される。
【0068】
この画像入力装置41でも、第一実施形態の画像入力装置1と同様に、フィルム基板43の裏面43bに一次元撮像素子4が実装されているため、回転ローラ2の径を短くした場合でも、屈折率分布型レンズアレイ6の焦点距離を短くせずとも、回転ローラ2内に屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子4を収めることができる。また、屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから受光部11までの光軸がフィルム基板43を避けているため、一次元撮像素子4がフィルム基板43の裏面43bに実装されていても、指200といった被写体の一次元像を一次元撮像素子4で撮像することができる。
【0069】
〔第五の実施の形態〕
次に、図7に示されるように、上記画像入力装置1とは別の画像入力装置51について説明する。画像入力装置51は、回転ローラ2と、筐体3と、レンズ光学系としての屈折率分布型レンズアレイ6と、光照射器5とを備える。回転ローラ2、屈折率分布型レンズアレイ6及び光照射器5は、図1に示された画像入力装置1と同様であるため、画像入力装置1の場合と同様の符号を付すことで詳細な説明を省略する。なお、図1に示された画像入力装置1ではホルダ7に光照射器5、屈折率分布型レンズアレイ6が取り付けられていたが、この画像入力装置51では図示しないホルダ(このホルダは、筐体3に固定されているとともに、回転ローラ2の回転した場合でも回転しない状態に支持されている。)に取り付けられることで、光照射器5及び屈折率分布型レンズアレイ6は回転ローラ2内において固定されている。
【0070】
この画像入力装置51は反射光学系として直角プリズム57を具備しており、この直角プリズム57は回転ローラ2内において固定されている。直角プリズム57は、三角柱状のプリズムであり、稜角57aが直角となっている。稜角57aに向き合う入射面57bが屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bに対向しているとともに出射面6bに対して平行となっている。稜角57aを挟む二つの面57c,57dは互いに直交しているとともに、入射面57bに対して45°を成している。そして、一方の面57cは、屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bに対して45°に傾いている。
【0071】
屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから入射面57bに入射した光は、直角プリズム57内を伝播して面57cに入射する。面57cに入射した光は、面57cにおいて前に向かって全反射し、面57dへ入射する。面57dに入射した光は、面57dにおいて屈折率分布型レンズアレイ6から出射した光とは反対となる向きに全反射し、入射面57bから出射する。つまり、直角プリズム57は、面57cで屈折率分布型レンズアレイ6の光軸を45°曲折し、更に面57dで45°曲折することで、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸とほぼ平行で且つ屈折率分布型レンズアレイ6の光軸と反対となる向きに光を入射面57bから出射する。
【0072】
また、この画像入力装置51は、一次元撮像素子54を具備している。一次元撮像素子54も、第一実施形態における一次元撮像素子4と同様にシリコン基板、ボンディングパッド及び受光部を有している。そして、一次元撮像素子54は、基板53の裏面53bに実装されているが、COF方式で実装された一次元撮像素子4とは異なり、ワイヤーボンディング方式で基板53に実装されている。つまり、基板53の裏面53bに配線が施されており、一次元撮像素子4は基板53の裏面53bにマウントされ、配線の端子が導電性のワイヤでボンディングパッドに接続している。一次元撮像素子54の受光部は、基板53の裏面53bとは向き合っておらず、基板53の裏面53bに背を向けている。
【0073】
基板53及び一次元撮像素子54は、回転ローラ2内に配されており、屈折率分布型レンズアレイ6の前方において固定されている。基板53の裏面53b及び一次元撮像素子54の受光部は、直角プリズム57の入射面57bに向き合っている。一次元撮像素子54の受光部も、上記一次元撮像素子4と同様に、光電変換素子が回転ローラ2の軸心に平行となって配列された構造となっている。また、一次元撮像素子54の受光部から入射面57bまでの距離は、屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから入射面57bまでの距離より長い。
【0074】
屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから出射した光は、面57c及び面57dで全反射して入射面57aから出射するが、入射面57aから出射した光の光軸は、一次元撮像素子54の受光部に交わっている。従って、一次元撮像素子54は、直角プリズム57の入射面57bから出射した光を受光部で受光する。ここで、屈折率分布型レンズアレイ6は、回転ローラ2の外周面2aに表れた像を面57c及び面57dを介して一次元撮像素子54の受光部に結像し、一次元撮像素子54は結像された像を受光部で撮像する。
【0075】
画像入力装置51も画像入力装置1と同様に図3に示されるような回路構成を有する。
そして、画像入力装置51も画像入力装置1と同様に、指200等の被写体を回転ローラ2の外周面2aに押し付けた状態で回転ローラ2を回転させると、被写体が導光プリズム9の出射面9bから出射した光によって線走査される。被写体と回転ローラ2の外周面2aで接した部分における反射光は、屈折率分布型レンズアレイ6の入射面6aに入射し、出射面6bから出射する。そして、出射面6bから出射した光は、直角プリズム57の入射面57bへ入射し、面57c及び面57dで全反射し、入射面57bから出射する。従い、被写体は一次元撮像素子54によって線走査され、被写体の一次元像が一次元撮像素子54によって撮像される。一次元撮像素子54で撮像された一次元像が合成バッファ19で順次合成され、二次元像データが生成される。
【0076】
以上の画像入力装置51では、回転ローラ2の径を短くすることで回転ローラ2内のスペースが狭くなったものとしても、直角プリズム57で光軸を曲折することによって回転ローラ2内のスペースを有効利用することができる。そのため、回転ローラ2の径が短くなった場合でも、屈折率分布型レンズアレイ6の焦点距離を短くせずとも、結像公式を満たすように屈折率分布型レンズアレイ6から一次元撮像素子54までの距離を保つことができる。従って、回転ローラ2の径が短くなった場合でも、屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子54を回転ローラ2内に収めることができ、画像入力装置51を小型化することができる。また、屈折率分布型レンズアレイ6から直角プリズム57の入射面57bまでの光軸が入射面57bから一次元撮像素子4までの光軸と平行となっているため、一次元撮像素子4によって撮像された一次元像は、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸が回転ローラ2の外周面2aと交差した部分における像を或る方向に縮小した像となっておらず、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸と回転ローラ2の外周面2aと接した部分における像と等倍である。
【0077】
〔第六の実施の形態〕
次に、図8に示されるように、上記画像入力装置51とは別の画像入力装置61について説明する。画像入力装置61は光照射器5を具備するが、図7に示された光照射器5は基板10上に設けられていたのに対し、図8に示される光照射器5は基板53の表面53a上に設けられている。つまり、基板53の表面53a上に発光素子8が実装されており、発光素子8を覆うようにして導光プリズム9が基板53の表面53aに設けられている。導光プリズム9の出射面9bは、回転ローラ2と屈折率分布型レンズアレイ6の光軸とが交わる箇所を指向しており、発光素子8から発した光が導光プリズム9を伝播し、出射面9bから指200等の被写体に向けて出射する。基板10上には発光素子8を駆動するための回路等が設けられていても良い。
【0078】
この画像入力装置61は、上記第五実施形態の画像入力装置51と同様に、直角プリズム57で光軸を曲折することによって、回転ローラ2内のスペースを屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから一次元撮像素子54までの光路に有効利用することができる。従って、回転ローラ2の径が短くなった場合でも、屈折率分布型レンズアレイ6及び一次元撮像素子54を回転ローラ2内に収めることができ、画像入力装置61を小型化することができる。更に、基板53には一次元撮像素子54及び発光素子8が実装されている。従って、画像入力装置61では上記画像入力装置51と比較しても、図7に示された基板10の分だけ回転ローラ2内の部品数が削減されている。そのため、回転ローラ2の径を短くすることができ、画像入力装置61は画像入力装置51と比較してもより小型化することができる。
【0079】
なお、画像入力装置61は、上記画像入力装置51と同様に、回転ローラ2、筐体3、屈折率分布型レンズアレイ6、同期信号発生器15、ドライバ回路16、信号処理回路17、A/D変換回路18、合成バッファ19、一次元撮像素子54及び直角プリズム57を有するものであり、画像入力装置61については画像入力装置51と同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【0080】
〔第七の実施の形態〕
次に、図9に示されるように、上記画像入力装置51とは別の画像入力装置71について説明する。
図7に示されるように画像入力装置51では光照射器5が回転ローラ2内に配置されていたのに対し、図9に示されるように画像入力装置71では光照射器75が回転ローラ2外に配置されている。詳細に説明すると、光照射器75は、発光素子78と導光プリズム79とを備えており、発光素子78及び導光プリズム79は、筐体3内であって回転ローラ2外に配置された基板77に取り付けられている。
【0081】
基板77の表面77aは、屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bに対向しており、基板77の表面77aと屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bとの間には、回転ローラ2と直角プリズム57が配置されている。
【0082】
発光素子78は、基板77の表面77a上に設けられており、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸上に配置されている。導光プリズム79は発光素子78を覆うようにして基板77の表面77aに設けられている。導光プリズム79の入射面79aは発光素子78に対向しており、導光プリズム79の出射面79bは屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bに対向している。この導光プリズム79の出射面79bは、回転ローラ2の軸心に沿って左右方向に長尺となっている。
【0083】
導光プリズム79は、発光素子78で発した光を入射面79aで入射し、入射した光を出射面79bへ伝播させて、伝播させた光を出射面79bから出射する。出射面79bから出射した光は、回転ローラ2を介して、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸と反対となる向き直角プリズム57の面57cに入射し、直角プリズム57内を伝播して、入射面57bから出射する。入射面57bから出射した光は、屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bへ入射し、屈折率分布型レンズアレイ6内を伝播し、屈折率分布型レンズアレイ6の入射面6aから出射する。屈折率分布型レンズアレイ6の入射面6aから出射した光は、屈折率分布型レンズアレイ6の光軸と回転ローラ2とが交わる箇所に収束するようにして回転ローラ2に入射する。これにより、画像取込窓3a内において回転ローラ2の外周面2aに押し当てられた指200が照射される。
【0084】
画像入力装置71は、上記画像入力装置51と同様に、回転ローラ2、筐体3、屈折率分布型レンズアレイ6、同期信号発生器15、ドライバ回路16、信号処理回路17、A/D変換回路18、合成バッファ19、一次元撮像素子54及び直角プリズム57を有するものであり、画像入力装置71については画像入力装置51と同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【0085】
この画像入力装置71は、上記第五実施形態の画像入力装置51と同様に、直角プリズム57で光軸を曲折することによって、回転ローラ2内のスペースを屈折率分布型レンズアレイ6の出射面6bから一次元撮像素子54までの光路に有効利用することができる。更に、発光素子8から発した光は、屈折率分布型レンズアレイ6を介して指200に入射するが、屈折率分布型レンズアレイ6の作用によって指200と回転ローラ2の外周面2aとが接した箇所に集束する。従って、指200を効率よく照射することができる。
【0086】
なお、本発明は、上記各実施の形態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、上記第一〜第四の実施の形態において、フィルム基板13,23,33,43に代えて、フィルム状でないプリント回路基板(例えばプラスチック基板、ガラス基板、セラミック基板等)であっても良い。
また、上記第五〜第六の実施の形態において、直角プリズム57に代えて、高反射率の鏡面を面57c及び面57dに対応する位置及び角度で設けても良い。
また、上記第一〜第七の実施の形態において、屈折率分布型レンズアレイ6に代えて、複数のロッドレンズがアレイ状に配列されてなるロッドレンズアレイ、球面レンズ、その他のレンズを設けても良い。これらレンズであっても、屈折率分布型レンズアレイ6と同様に結像作用を有している。
また、上記第二〜第七の実施の形態における画像入力装置31,41,51,61,71も画像入力装置1と同様に電子機器に設けられても良いし、単体として存在しても良い。
【0087】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、撮像素子が基板の裏面に実装されており、基板の表面が光学系を指向しているため、基板の厚さ分だけ撮像素子を光学系から遠くに配置することができ、円筒の内面と撮像素子との間に基板が存在しない。従って、円筒の径を短くした場合でも、光学系の焦点距離を短くせずとも円筒内に光学系及び撮像素子を収めることができる。
【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側断面図。
【図2】 図1に示された一次元撮像素子及びその周辺を拡大して示した側断面図。
【図3】 上記画像入力装置の回路構成を示したブロック図。
【図4】 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側断面図。
【図5】 図1,4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側断面図。
【図6】 図1,4,5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側断面図。
【図7】 図1,4,5,6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側断面図。
【図8】 図1,4,5,6,7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側断面図。
【図9】 図1,4,5,6,7,8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側断面図。
【図10】 従来の画像入力装置を示した側断面図。
【図11】 図10に示された一次元撮像素子及びその周囲を拡大して示した側断面図。
【符号の説明】
1,21,31,41,51,61,71 画像入力装置
2 回転ローラ(円筒)
2a 外周面
4,54 一次元撮像素子(撮像素子)
5,75 光照射器
屈折率分布型レンズアレイ(光学系、レンズ光学系)
11 受光部
13,23,33,43 フィルム基板(基板)
13a,23a,33a,43a 表面
13b,23b,33b,43b 裏面
13c 貫通孔
43c 前縁(外縁)
53 基板
57 直角プリズム(光学系、反射光学系)
57b 入射面
57c 面(第一全反射面)
57d 面(第二全反射面)
200 指(被写体)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fingerprint image input device for inputting a fingerprint image.
[0002]
[Prior art]
In recent years, networking of electronic devices has progressed, communication between electronic devices has become free, and various information can be accessed from anywhere. Accordingly, the importance of security is increasing in order to prevent unauthorized access from a malicious person. One security technique is a method for personal authentication using fingerprints, and a technique for applying personal authentication using fingerprints to portable electronic devices has been proposed. For fingerprint authentication, a portable electronic device must be equipped with an image input device for inputting a fingerprint image (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
Patent Document 1 describes an image input device 300 as shown in FIG. The image input apparatus 300 has a cylindrical transparent rotating roller 302 supported by a casing 301 so as to be rotatable around an axis, an optical axis perpendicular to the axis of the transparent rotating roller 302, and transparent rotation. Placed in roller 302 Refractive index distribution type Lens 303 (For example, SELFOC lens manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd. SELFOC is a registered trademark of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) In the transparent rotating roller 302 Refractive index distribution type A one-dimensional imaging device 304 disposed on the optical axis of the lens 303; Refractive index distribution type A light source 305 that emits light toward a location where the optical axis of the lens 303 and the transparent rotation roller 302 intersect.
[0004]
As shown in FIG. 11, the one-dimensional imaging device 304 includes a silicon substrate 304a, and a light receiving portion 304b and a bonding pad 304c are formed on the silicon substrate 304a. The one-dimensional image sensor 304 is mounted on the surface 306a of the substrate 306 by a wire bonding method. That is, the silicon substrate 304 a is mounted on the surface 306 a of the substrate 306 so that the light receiving portion 304 b faces the substrate 306, and the lead electrode formed on the surface 306 a and the bonding pad 304 c are connected by the lead wire 308. Yes. Thereby, an electrical signal can be exchanged with the light receiving unit 304b via the lead wire 308.
[0005]
The surface 306a of the substrate 306 is Refractive index distribution type Opposite to the exit surface 303b of the lens 303, the light receiving portion 304b of the one-dimensional image sensor 304 is directed to the exit surface 303b.
[0006]
In order to input a fingerprint image of the finger 310 with the image input device 300 described above, Refractive index distribution type The finger 310 is moved in the tangential direction by pressing against the outer peripheral surface 302a of the transparent rotating roller 302 at a location where the optical axis of the lens 303 intersects. The moving finger 310 is illuminated by the light source 305, and the reflected light of the finger 310 at the portion in contact with the outer peripheral surface 302a is Refractive index distribution type Incident on the incident surface 303a of the lens 303, Refractive index distribution type Propagates in the lens 303, Refractive index distribution type The light exits from the exit surface 303 b of the lens 303 and enters the light receiving portion 304 b of the one-dimensional image sensor 304. here, Refractive index distribution type The lens 303 forms an image of the finger 310 at a portion in contact with the outer peripheral surface 302a of the transparent rotating roller 302 on the light receiving unit 304b, and the one-dimensional imaging element 304 has a finger 310 at a portion in contact with the outer peripheral surface 302a at the light receiving unit 304b. Take an image. In this way, by moving the finger 310 in the tangential direction of the transparent rotating roller 302, the finger 310 is linearly scanned by the one-dimensional image sensor 304, and the images obtained by the one-dimensional image sensor 304 are sequentially synthesized. A two-dimensional image of the finger 310 is obtained. In the image input apparatus 300 described above, the transparent rotary roller 302 is provided with Refractive index distribution type Since the lens 303, the one-dimensional imaging device 304, and the light source 305 are arranged, there is an advantage that the image input device 300 can be made compact.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-133402 A (pages 7 to 8, FIG. 15)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the image input device 300 is provided in a portable electronic device, there is a demand for making the image input device 300 more compact. In order to make the image input device 300 compact, it is necessary to reduce the size of the transparent rotating roller 302. When the transparent rotating roller 302 is downsized and the diameter of the transparent rotating roller 302 is shortened, the following problems occur.
[0009]
In order to form an image of the finger 310 in contact with the outer peripheral surface 302a of the transparent rotating roller 302 on the light receiving unit 304b of the one-dimensional image sensor 304, Refractive index distribution type The distance from the main surface of the lens 303 to the outer peripheral surface 302a; Refractive index distribution type The distance from the main surface of the lens 303 to the light receiving unit 304b must satisfy the imaging formula. That means Refractive index distribution type From the main surface of the lens 303 to the outer peripheral surface 302a Refractive index distribution type A distance depending on the focal length of the lens 303 must be maintained, Refractive index distribution type From the main surface of the lens 303 to the light receiving unit 304b Refractive index distribution type A distance depending on the focal length of the lens 303 must be maintained. However, even if the imaging formula is satisfied, if the diameter of the transparent rotating roller 302 is shortened, the one-dimensional imaging device 304 cannot be accommodated in the transparent rotating roller 302. Refractive index distribution type There is also a possibility that the lens 303 cannot be accommodated in the transparent rotating roller 302. Reduce the diameter of the transparent rotating roller 302, Refractive index distribution type In order to fit the lens 303 and the one-dimensional imaging device 304 in the transparent rotating roller 302 and satisfy the imaging formula, Refractive index distribution type It is necessary to shorten the focal length of the lens 303. However, Refractive index distribution type There is a limit to shortening the focal length of the lens 303.
[0010]
Therefore, the object of the present invention is to Refractive index distribution type Even if the focal length of the lens 303 is not shortened, the transparent rotating roller 302 can be used. Refractive index distribution type An object of the present invention is to provide an image input device that can accommodate the lens 303 and the one-dimensional imaging device 304 and can reduce the diameter of the transparent rotating roller 302.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A fingerprint image input apparatus according to the present invention is a transparent cylinder that is rotatably supported around an axis, and rotates by moving a finger in contact with an outer peripheral surface thereof in a tangential direction, and the cylinder A one-dimensional image sensor that has a light-receiving unit and acquires an image by receiving light at the light-receiving unit, a film substrate that is arranged in the cylinder and on which the one-dimensional image sensor is mounted, and the cylinder And a fingerprint image at a portion where the finger is in contact with the outer peripheral surface of the cylinder is formed on the light receiving portion of the one-dimensional image sensor. Refractive index distribution type A lens array and a holder fixedly disposed in the cylinder, the through hole provided in the holder Refractive index distribution type A fingerprint image input device comprising: a lens array; and a holder to which a film substrate on which the one-dimensional imaging device is mounted is attached below a through-hole of the holder, wherein the one-dimensional imaging device is a silicon substrate The silicon substrate has a structure having a light receiving portion on which photoelectric conversion elements are arranged in a row, and the silicon substrate has a bonding pad for inputting and outputting an electric signal on a surface where the light receiving portion exists, and the film substrate has The above Refractive index distribution type A through-hole is formed at a position corresponding to the optical axis of the lens, a bump as a wiring terminal is provided on the back surface, and the bonding pad and the bump are bonded, so that the light receiving portion of the one-dimensional imaging element is Said Refractive index distribution type The one-dimensional image sensor is fixed to the back surface of the film substrate so as to be positioned on the optical axis of the lens array.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF 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 examples.
[0028]
[First embodiment]
FIG. 1 is a side cross-sectional view showing the image input apparatus 1 in a cutaway manner.
[0029]
The image input apparatus 1 includes a translucent rotating roller 2, and the rotating roller 2 is made of an acrylic resin, such as polycarbonate, other resins, borosilicate glass, quartz glass, and other glass. It may be formed of a transparent material. The rotating roller 2 has a cylindrical shape, and the inside of the rotating roller 2 is hollow. The rotating roller 2 is supported around the casing 3 and the like so as to be rotatable around its axis. In FIG. 1, the direction in which the axis of the rotating roller 2 extends is the depth direction of the sheet (the direction perpendicular to the sheet of FIG. 1), and in the following, the direction in which the axis of the rotating roller 2 extends. It demonstrates as a left-right direction.
[0030]
The rotating roller 2 is housed in the housing 3, and a part of the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2 is exposed in the image capturing window 3 a formed in the housing 3, and from the image capturing window 3 a. It protrudes slightly out of the housing 3. Then, with the finger 200 pressed against the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 in the image capturing window 3a, the finger 200 is moved forward or rearward (that is, at a portion where the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 is in contact with the finger 200). When it is moved in the tangential direction), the rotating roller 2 rotates about its axis.
[0031]
The hollow in the rotating roller 2 includes a one-dimensional image sensor (line image sensor) 4 that captures a one-dimensional image of the finger 200 at a portion in contact with the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 in the image capturing window 3a. The light irradiator 5 that emits light toward the image capturing window 3a to irradiate the finger 200 with light at the portion that is in contact with the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 and the outer surface 2a of the rotating roller 2 A one-dimensional image of the finger 200 in the portion is formed on the one-dimensional image sensor 4. Refractive index distribution type Lens array 6 (For example, SELFOC lens manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd. SELFOC is a registered trademark of Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) Are arranged. A holder 7 is disposed in the hollow inside the rotating roller 2, and the one-dimensional image sensor 4, the light irradiator 5, Refractive index distribution type A lens array 6 is attached.
[0032]
The holder 7 extends from one end or both ends of the rotating roller 2 to the outside of the hollow and is fixed to the housing 3 and the like, and the holder 7 is supported so as not to rotate even when the rotating roller 2 rotates. The holder 7 is formed with an optical path hole 7a penetrating in a direction substantially perpendicular to the axis of the rotating roller 2, and the image capturing window 3a is located on the extension of the optical path hole 7a in the penetrating direction. . In the optical path hole 7 a formed in the holder 7 Refractive index distribution type By fitting the lens array 6, Refractive index distribution type The lens array 6 is fixed to the holder 7.
[0033]
Refractive index distribution type The lens array 6 has a plurality of central axes orthogonal to the axis of the rotating roller 2. Refractive index distribution type The lenses are arranged in a row parallel to the axis of the rotating roller 2, and a plurality of lenses are arranged. Refractive index distribution type This is an optical system that forms one continuous image with the entire lens. Refractive index distribution type In the lens array 6, a plurality of Refractive index distribution type There may be one or more rows of lenses that are parallel to the axis of the rotating roller 2.
[0034]
each Refractive index distribution type The lens is a cylindrical rod lens, has a parabolic refractive index distribution from the central axis to the peripheral surface, and has the highest refractive index at the central axis and the lowest refractive index at the peripheral surface. Therefore, each Refractive index distribution type The lens has almost the same optical effect as a spherical lens. Refractive index distribution type The lenses have optically equivalent properties.
[0035]
Like the above Refractive index distribution type The optical axis of the lens array 6 is orthogonal to the axis of the rotating roller 2. And Refractive index distribution type The incident surface 6a of the lens array 6 is directed to the image capture window 3a. Refractive index distribution type A portion where the optical axis of the lens array 6 intersects the rotating roller 2 is in the image capturing window 3a.
[0036]
The light irradiator 5 includes a light emitting element 8 and a light guide prism 9. The light-emitting element 8 is a self-light-emitting element such as an LED, an organic EL, an inorganic EL, and a fluorescent tube, and is provided on the substrate 10. The substrate 10 and the light emitting element 8 are Refractive index distribution type It is embedded in the holder 7 behind the lens array 6.
[0037]
The light guide prism 9 is fitted on the holder 7 and provided on the substrate 10 so as to cover the light emitting element 8. An incident surface 9 a of the light guide prism 9 is directed to the light emitting element 8, and an output surface 9 b of the light guide prism 9 is connected to the rotating roller 2. Refractive index distribution type It is directed to a location where the optical axis of the lens array 6 intersects. The light exiting surface 9 b of the light guide prism 9 is elongated along the rotating roller 2 from side to side. The light guide prism 9 makes the light emitted from the light emitting element 8 incident on the incident surface 9a, propagates the incident light to the exit surface 9b, and propagates the propagated light from the exit surface 9b toward the image capturing window 3a. Exit. Since the exit surface 9b is elongated from side to side, the light emitted from the exit surface 9b is Refractive index distribution type A finger which is irradiated in a band shape parallel to the axis of the rotating roller 2 at a position where the optical axis of the lens array 6 intersects the rotating roller 2 and pressed against the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 in the image capturing window 3a. 200 is irradiated.
[0038]
As shown in FIG. 2, the one-dimensional imaging device 4 includes a silicon substrate 20. A light receiving unit 11 that receives light is formed on the silicon substrate 20, and the light receiving unit 11 and the electric signal are Bonding pads 12 for input / output are formed. In the light receiving unit 11, a plurality of photoelectric conversion elements that convert electrical signals according to the intensity of incident light (or the amount of incident light) are arranged in the left-right direction (that is, parallel to the axis of the rotating roller 2). It has a structure. Examples of the photoelectric conversion element include a CCD image sensor, a CMOS image sensor, and a semiconductor element made of amorphous silicon.
[0039]
The one-dimensional image sensor 4 is mounted on the film substrate 13 by a COF (Chip On Film) method. The film substrate 13 is attached to the lower surface 7 b of the holder 7 so as to close the optical path hole 7 a of the holder 7. The surface 13a of the film substrate 13 is Refractive index distribution type Opposite to the exit surface 6b of the lens array 6, the film substrate 13 is Refractive index distribution type It is perpendicular to the optical axis of the lens array 6. The film substrate 13 is formed with a through hole 13c penetrating from the front surface 13a of the film substrate 13 to the back surface 13b. When the film substrate 13 is viewed in a direction perpendicular to the film substrate 13, the through hole 13 c has a long rectangular shape in the axial direction of the rotating roller 2. And the through hole 13c faces the optical path hole 7a, Refractive index distribution type The film substrate 13 is arranged so that the optical axis of the lens array 6 passes through the through hole 13c.
[0040]
Wiring is applied to the back surface 13b of the film substrate 13, and bumps 14 made of metal or alloy such as solder and gold are provided on the terminals of the wiring. The one-dimensional image sensor 4 is mounted on the back surface 13 b of the film substrate 13. Specifically, the bonding pad 12 of the one-dimensional image sensor 4 is bonded to the wiring terminal via the bump 14, so that the one-dimensional image sensor 4 is fixed to the back surface 13 b of the film substrate 13. Here, the surface of the silicon substrate 20 where the bonding pad 12 and the light receiving portion 11 are formed faces the back surface 13 b of the film substrate 13. In addition, the light receiving portion 11 of the one-dimensional image sensor 4 faces the through hole 13c, Refractive index distribution type When the film substrate 13 is viewed in the optical axis direction of the lens array 6, the light receiving unit 11 is disposed in the through hole 13c. And Refractive index distribution type The exit surface 6b of the lens array 6 is directed to the light receiving unit 11, Refractive index distribution type The optical axis of the lens array 6 reaches the light receiving unit 11 through the through hole 13c so as to avoid the film substrate 13.
[0041]
here, Refractive index distribution type Each of the lens array 6 Refractive index distribution type The lens forms an erect image at an equal magnification. That is, each Refractive index distribution type The lens forms an image appearing on the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2 on the light receiving unit 11, but the image formed on the light receiving unit 11 is the same size as the image appearing on the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2. The direction is the same and is not reversed. Therefore, Refractive index distribution type The lens array 6 includes a plurality of Refractive index distribution type The entire lens forms an image appearing on the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 on the light receiving unit 11 at an erecting equal magnification.
[0042]
Since the one-dimensional image sensor 4 is mounted on the back surface 13 b of the film substrate 13, nothing is provided on the back side of the one-dimensional image sensor 4. That is, in this image input device 1, the one-dimensional imaging device 4 is provided by the thickness of the film substrate 13 as compared with the case of the conventional image input device 300 (shown in FIG. 10). Refractive index distribution type The lens array 6 can be arranged far from the exit surface 6b. for that reason, Refractive index distribution type To satisfy the imaging formula without shortening the focal length of the lens array 6 Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 4 can be disposed in the rotating roller 2.
[0043]
In other words, since the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 13b of the film substrate 13, there is no substrate between the one-dimensional imaging device 4 and the inner surface 2b of the rotating roller 2. Refractive index distribution type The distance from the intersection of the optical axis of the lens array 6 and the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 (that is, the position where the finger 200 is in contact) to the one-dimensional imaging device 4 can be up to the diameter of the rotating roller 2. . On the other hand, in the conventional image input device 300, the maximum distance that can be taken from the position where the finger 310 contacts to the one-dimensional imaging device 304 is shorter than the diameter of the transparent rotating roller 302 by at least the thickness of the substrate 306. Therefore, in the image input device 1 of the present embodiment, when the diameter of the rotating roller 2 is shorter than the conventional transparent rotating roller 302 by the thickness of the substrate 306, Refractive index distribution type Even if the focal length of the lens array 6 is not shortened, it is in the rotating roller 2. Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 4 can be accommodated.
[0044]
Next, the circuit configuration of the image input apparatus 1 will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, a synchronization signal generator 15 is a rotary encoder or the like, which generates a synchronization signal every time the rotating roller 2 rotates by a predetermined angle, and converts the synchronization signal into a driver circuit 16, a signal processing circuit 17, and A / D conversion. Output to the circuit 18 and the synthesis buffer 19. These circuits 16 to 19 operate in synchronization with the synchronization signal.
[0045]
The driver circuit 16 drives the one-dimensional image sensor 4 in accordance with the synchronization signal input from the synchronization signal generator 15. The one-dimensional imaging device 4 acquires a one-dimensional image as an electric signal by converting the light intensity (or light amount) received by the light receiving unit 11 into an electric signal, and outputs the electric signal to the signal processing circuit 17. The signal processing circuit 17 detects the level of the electric signal by processing the electric signal input from the one-dimensional image sensor 4. The A / D conversion circuit 18 converts the level of the electric signal into a digital signal, and outputs it to the synthesis buffer 19 as one-dimensional image data. One-dimensional image data is sequentially stored in the synthesis buffer 19 from the A / D conversion circuit 18 according to the synchronization signal, and the synthesis buffer 19 sequentially synthesizes the one-dimensional image data to generate two-dimensional image data. The two-dimensional optical image data generated by the synthesis buffer 19 is output to a computer, and the two-dimensional optical image data is used for computer processing.
[0046]
A method of using the image input apparatus 1 configured as described above and the operation of the image input apparatus 1 will be described.
When the subject presses the finger 200 against the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 in the image capturing window 3a, the light emitting element 8 emits light, and the light emitted from the light emitting element 8 propagates through the light guide prism 9, and the exit surface 9b. Light exits toward the image capture window 3a. As a result, the finger 200 in contact with the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 is irradiated in the image capturing window 3a.
[0047]
When the subject moves the finger 200 forward or backward while pressing the finger 200 against the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2, the rotating roller 2 rotates. As the rotating roller 2 rotates, the contact portion between the finger 200 and the rotating roller 2 changes, and the finger 200 is line-scanned by the light emitted from the emission surface 9b.
[0048]
Here, at the portion where the rotating roller 2 and the finger 200 are in contact with each other, the convex portion of the fingerprint is in close contact with the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2, and the concave portion of the fingerprint is separated from the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2. Since the convex portion of the fingerprint is in close contact with the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2, the light emitted from the exit surface 9 b of the light guide prism 9 enters the convex portion of the fingerprint through the rotating roller 2 with high intensity. The light reflected at the convex part of Refractive index distribution type The light is incident on the light receiving unit 11 of the one-dimensional image sensor 4 through the lens array 6 with high intensity. On the other hand, since the concave portion of the fingerprint is separated from the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2, the light emitted from the output surface 9b of the light guide prism 9 is repeatedly reflected or irregularly reflected between the fingerprint concave portion and the outer peripheral surface 2a. Therefore, light is incident on the concave portion of the fingerprint with low intensity, and reflected light in the concave portion of the fingerprint is also low in intensity. Therefore, the reflected light of the concave portion of the fingerprint enters the light receiving portion 11 of the one-dimensional image sensor 4 with low intensity.
[0049]
As described above, the intensity of reflected light according to the unevenness of the finger 200 is Refractive index distribution type A one-dimensional image that is incident on the light receiving unit 11 of the one-dimensional image sensor 4 through the lens array 6 and is in contact with the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 and the finger 200 (here, the one-dimensional image is a fingerprint image). This is a contrast image defined by irregularities and is an image that is long in the axial direction of the rotating roller 2). Refractive index distribution type An image is formed on the light receiving unit 11 by the lens array 6. As described above, when the subject presses the finger 200 against the rotating roller 2 to rotate the rotating roller 2, the subject's finger 200 is sequentially line-scanned by the one-dimensional imaging device 4. The one-dimensional imaging device 4 acquires a one-dimensional image of the fingerprint as an electric signal every time line scanning of the finger 200 is performed in synchronization with the synchronization signal, and outputs the one-dimensional image to the A / D conversion circuit 18. Then, the one-dimensional image data of the fingerprint is sequentially output from the A / D conversion circuit 18 to the synthesis buffer 19, and the one-dimensional image data of the fingerprint is sequentially synthesized by the synthesis buffer 19. When the one-dimensional image data of the fingerprint is synthesized, the two-dimensional image data of the fingerprint is generated by the synthesis buffer 19.
[0050]
Also, a pattern (meaning including letters, numbers, pictures, etc.) appearing on the surface of a smooth and flat subject such as paper can be input as a two-dimensional image by the image input apparatus 1. In this case, since the subject is in close contact with the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2, the intensity of the reflected light that is incident on and reflected from the exit surface 9b of the light guide prism 9 corresponds to the pattern appearing on the surface of the subject. . Accordingly, the subject is line-scanned by the one-dimensional image sensor 4, and the pattern appearing on the surface of the subject is acquired as a one-dimensional image by the one-dimensional image sensor 4. When the one-dimensional image data of the subject pattern is sequentially synthesized, the two-dimensional image data of the pattern is generated by the synthesis buffer 19.
[0051]
In the above description, the subject is pressed against the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 to move the subject in the tangential direction of the rotating roller 2. However, the subject is pressed against the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 to the subject. Even if the body 3 is moved in the tangential direction and the rotating roller 2 is rolled in the tangential direction, the two-dimensional data of the subject can be acquired in the same manner.
[0052]
The image input apparatus 1 as described above is suitable for being provided in a portable electronic device such as a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), or a notebook personal computer, but may be provided in another electronic device. In the electronic device, the two-dimensional image data acquired by the image input device 1 is used for processing of the computer. For example, when the two-dimensional image data is fingerprint data, the computer uses the registered registrant's data. A process of comparing the registered fingerprint image data with the two-dimensional image data acquired by the image input device 1, a process of determining whether or not the two-dimensional image data matches the registered fingerprint image data, and a two-dimensional image When the data matches the registered fingerprint image data, a process of recognizing the subject as a registrant is performed. When the image input device 1 is provided in an electronic device, the housing 3 may be a housing of the electronic device.
[0053]
Of course, the image input apparatus 1 may exist as a single unit. In that case, the image input apparatus 1 has an interface, and the two-dimensional image data generated by the synthesis buffer 19 may be output to another electronic device or the like via the interface.
[0054]
As described above, according to the present embodiment, since the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 13b of the film substrate 13, the distance from the location where the finger 200 is in contact with the outer peripheral surface 2a to the one-dimensional imaging device 4 Can take up to the diameter of the rotating roller 2. Therefore, even when the diameter of the rotating roller 2 is shortened, Refractive index distribution type Without shortening the focal length of the lens array 6, Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 4 can be accommodated. Therefore, the image input device 1 can be reduced in size.
[0055]
Moreover, since the through-hole 13c is formed in the film substrate 13, and the light receiving portion 11 of the one-dimensional imaging device 4 faces the through-hole 13c, Refractive index distribution type The optical axis of the lens array 6 is not interfered by the film substrate 13. Refractive index distribution type Since light emitted from the exit surface 6 b of the lens array 6 enters the light receiving unit 11, a one-dimensional image of a subject such as the finger 200 is one-dimensionally displayed even if the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 13 b of the film substrate 13. An image can be picked up by the image pickup device 4.
[0056]
[Second Embodiment]
Next, as shown in FIG. 4, an image input device 21 different from the image input device 1 will be described. About the image input device 21, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the image input device 1 in 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0057]
The image input device 21 shown in FIG. 4 includes a film substrate 23 instead of the film substrate 13 shown in FIG. The difference between the film substrate 23 and the film substrate 13 is that the film substrate 13 has a through hole 13c, whereas the film substrate 23 has no through hole. However, the film substrate 23 is a transparent portion 23c that is transparent so that a portion corresponding to the through hole 13c transmits light.
[0058]
That is, the film substrate 23 is Refractive index distribution type The transparent portion 23c orthogonal to the optical axis of the lens array 6 is transparent, and light is shielded in other portions. Similar to the film substrate 13 of the first embodiment, the surface 23a of the film substrate 23 is Refractive index distribution type Opposite to the exit surface 6b of the lens array 6, the back surface 23b of the film substrate 23 is wired, and the terminals of the wiring and the bonding pads 12 are joined by the bumps 14, so that the one-dimensional image pickup device 4 becomes a film substrate. It is mounted on the back surface 23b of the 23. Unlike the film substrate 13 in the first embodiment, the film substrate 23 is not formed with a through hole. Therefore, when the one-dimensional image sensor 4 is mounted on the back surface 23b of the film substrate 23, the one-dimensional image sensor. Since the whole 4 is supported by the back surface 23 b of the film substrate 23, the one-dimensional imaging device 4 can be easily mounted on the back surface 23 b of the film substrate 23.
[0059]
Refractive index distribution type When the film substrate 23 is viewed in the optical axis direction of the lens array 6, the light receiving unit 11 is disposed on the transparent unit 23c. Therefore, the reflected light reflected at the portion where the subject such as the finger 200 is in contact with the outer peripheral surface 2a of the rotary roller 2 is reflected. Refractive index distribution type A one-dimensional image is incident on the light receiving portion 11 of the one-dimensional image sensor 4 through the lens array 6 and the transparent portion 23c, and a portion where the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 is in contact with the finger 200 is formed. Refractive index distribution type An image is formed on the light receiving unit 11 by the lens array 6.
The image input device 21 also has a circuit configuration as shown in FIG. 3 like the image input device 1, and the one-dimensional image data is sequentially synthesized by the synthesis buffer 19 to generate two-dimensional image data.
[0060]
Even in this image input device 21, similarly to the image input device 1 of the first embodiment, since the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 23 b of the film substrate 23, even when the diameter of the rotating roller 2 is formed short. , Refractive index distribution type Without shortening the focal length of the lens array 6, Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 4 can be accommodated. Of course, the film substrate 23 is Refractive index distribution type Since the lens array 6 has a transparent portion 23c where the optical axes intersect, even if the one-dimensional image sensor 4 is mounted on the back surface 23b of the film substrate 23, a one-dimensional image of a subject such as the finger 200 is captured. Images can be taken with the element 4.
[0061]
[Third embodiment]
Next, as shown in FIG. 5, an image input device 31 different from the image input device 1 will be described. About the image input device 31, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the image input device 1 in 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0062]
An image input device 31 shown in FIG. 5 includes a film substrate 33 instead of the film substrate 13 shown in FIG. The difference between the film substrate 13 and the film substrate 33 is that the film substrate 13 has a through hole 13c, whereas the film substrate 33 has no through hole. However, the film substrate 33 is transparent so that the whole transmits light. Even if the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 33b of the film substrate 33, the light receiving unit 11 is directed to the back surface 33b of the film substrate 33, and the light receiving unit 11 is Refractive index distribution type It is located on the optical axis of the lens array 6. Therefore, Refractive index distribution type When light enters the surface 33 a of the film substrate 33 from the exit surface 6 b of the lens array 6, the light passes through the film substrate 33 and enters the light receiving unit 11, and the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2 and the finger 200 contact each other. The one-dimensional image at the contacted part Refractive index distribution type The lens array 6 forms an image on the light receiving unit 11 of the one-dimensional image sensor 4. Of course, this image input device 31 also has a circuit configuration as shown in FIG. 3, and the one-dimensional image data is sequentially synthesized by the synthesis buffer 19 to generate two-dimensional image data.
[0063]
Even in this image input device 31, since the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 33b of the film substrate 33 as in the case of the image input device 1 of the first embodiment, even when the diameter of the rotating roller 2 is shortened, Refractive index distribution type Even if the focal length of the lens array 6 is not shortened, Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 4 can be accommodated. In addition, since the film substrate 33 is transparent, even if the one-dimensional image sensor 4 is mounted on the back surface 33b of the film substrate 33, a one-dimensional image of a subject such as the finger 200 can be captured by the one-dimensional image sensor 4. Can do. Further, since no through hole is formed in the film substrate 33, the entire one-dimensional imaging device 4 is supported by the back surface 33 b of the film substrate 33 during mounting. Easy to mount to 33b.
[0064]
[Fourth embodiment]
Next, as shown in FIG. 6, an image input device 41 different from the image input device 1 will be described. About the image input device 41, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the image input device 1 in 1st embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
[0065]
An image input device 41 shown in FIG. 6 includes a film substrate 43 instead of the film substrate 13 shown in FIG. The difference between the film substrate 43 and the film substrate 13 is that the film substrate 13 blocks the optical path hole 7a of the holder 7 except for the through hole 13c, whereas the film substrate 43 partially blocks the optical path hole 7a. It is out.
[0066]
The film substrate 43 is attached to the rear side of the lower surface 7 b of the holder 7. And the film board | substrate 43 is extended to the optical path hole 7a toward the front. The film substrate 43 is Refractive index distribution type Avoiding the optical axis of the lens array 6, Refractive index distribution type The optical axis of the lens array 6 and the film substrate 43 do not intersect each other. Similar to the film substrate 13 of the first embodiment, the surface 43a of the film substrate 43 is Refractive index distribution type Opposite to the exit surface 6b of the lens array 6, the back surface 43b of the film substrate 43 is wired, and the terminals of the wiring and the bonding pads 12 are joined by the bumps 14, so that the front surface of the back surface 43b of the film substrate 43 is connected. A one-dimensional imaging device 4 is mounted on the edge.
[0067]
The light receiving unit 11 of the one-dimensional imaging device 4 extends forward from the front edge 43 c of the film substrate 43. And Refractive index distribution type When the film substrate 43 is viewed in the optical axis direction of the lens array 6, the light receiving unit 11 of the one-dimensional image sensor 4 is disposed in front of the front edge 43 c of the film substrate 43. The light receiving unit 11 Refractive index distribution type Arranged on the optical axis of the lens array 6; Refractive index distribution type The optical axis of the lens array 6 reaches the light receiving unit 11 without passing through the film substrate 43. Therefore, the reflected light reflected at the portion where the subject such as the finger 200 is in contact with the outer peripheral surface 2a of the rotary roller 2 is reflected. Refractive index distribution type A one-dimensional image is incident on the light receiving portion 11 of the one-dimensional image sensor 4 through the lens array 6 and a portion where the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 is in contact with the finger 200 is formed. Refractive index distribution type An image is formed on the light receiving unit 11 by the lens array 6. The image input device 41 also has a circuit configuration as shown in FIG.
[0068]
In this image input device 41 as well as the image input device 1 of the first embodiment, since the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 43b of the film substrate 43, even when the diameter of the rotating roller 2 is shortened, Refractive index distribution type Without shortening the focal length of the lens array 6, Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 4 can be accommodated. Also, Refractive index distribution type Since the optical axis from the exit surface 6 b of the lens array 6 to the light receiving unit 11 avoids the film substrate 43, even if the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 43 b of the film substrate 43, the primary object such as the finger 200 is used. The original image can be captured by the one-dimensional image sensor 4.
[0069]
[Fifth embodiment]
Next, as shown in FIG. 7, an image input device 51 different from the image input device 1 will be described. The image input device 51 includes a rotating roller 2, a housing 3, and a lens optical system. Refractive index distribution type A lens array 6 and a light irradiator 5 are provided. Rotating roller 2, Refractive index distribution type Since the lens array 6 and the light irradiator 5 are the same as those of the image input apparatus 1 shown in FIG. In the image input device 1 shown in FIG. 1, the holder 7 has a light irradiator 5, Refractive index distribution type Although the lens array 6 is attached, a holder (not shown) is supported by the image input device 51 (the holder is fixed to the housing 3 and is supported so as not to rotate even when the rotating roller 2 rotates. )), The light irradiator 5 and Refractive index distribution type The lens array 6 is fixed in the rotating roller 2.
[0070]
The image input device 51 includes a right-angle prism 57 as a reflection optical system, and the right-angle prism 57 is fixed in the rotating roller 2. The right-angle prism 57 is a triangular prism, and the ridge angle 57a is a right angle. The incident surface 57b facing the ridge angle 57a is Refractive index distribution type It faces the exit surface 6b of the lens array 6 and is parallel to the exit surface 6b. The two surfaces 57c and 57d sandwiching the ridge angle 57a are orthogonal to each other and form 45 ° with respect to the incident surface 57b. And one surface 57c is Refractive index distribution type The lens array 6 is inclined at 45 ° with respect to the exit surface 6b.
[0071]
Refractive index distribution type The light that has entered the entrance surface 57b from the exit surface 6b of the lens array 6 propagates through the right-angle prism 57 and enters the surface 57c. The light incident on the surface 57c is totally reflected forward on the surface 57c and incident on the surface 57d. The light incident on the surface 57d is incident on the surface 57d. Refractive index distribution type The light is totally reflected in a direction opposite to the light emitted from the lens array 6 and emitted from the incident surface 57b. In other words, the right-angle prism 57 is the surface 57c. Refractive index distribution type By bending the optical axis of the lens array 6 by 45 ° and further bending by 45 ° at the surface 57d, Refractive index distribution type Substantially parallel to the optical axis of the lens array 6 and Refractive index distribution type Light is emitted from the incident surface 57b in a direction opposite to the optical axis of the lens array 6.
[0072]
In addition, the image input device 51 includes a one-dimensional image sensor 54. The one-dimensional image sensor 54 also has a silicon substrate, a bonding pad, and a light receiving unit, like the one-dimensional image sensor 4 in the first embodiment. The one-dimensional image sensor 54 is mounted on the back surface 53b of the substrate 53. Unlike the one-dimensional image sensor 4 mounted by the COF method, the one-dimensional image sensor 54 is mounted on the substrate 53 by the wire bonding method. That is, the back surface 53b of the substrate 53 is wired, the one-dimensional imaging device 4 is mounted on the back surface 53b of the substrate 53, and the terminal of the wiring is connected to the bonding pad by the conductive wire. The light receiving portion of the one-dimensional image sensor 54 does not face the back surface 53 b of the substrate 53, and faces away from the back surface 53 b of the substrate 53.
[0073]
The substrate 53 and the one-dimensional image sensor 54 are arranged in the rotating roller 2, Refractive index distribution type It is fixed in front of the lens array 6. The back surface 53 b of the substrate 53 and the light receiving portion of the one-dimensional imaging element 54 face the incident surface 57 b of the right-angle prism 57. The light receiving portion of the one-dimensional image sensor 54 also has a structure in which photoelectric conversion elements are arranged in parallel to the axis of the rotating roller 2, similarly to the one-dimensional image sensor 4. In addition, the distance from the light receiving portion of the one-dimensional image sensor 54 to the incident surface 57b is Refractive index distribution type It is longer than the distance from the exit surface 6b of the lens array 6 to the entrance surface 57b.
[0074]
Refractive index distribution type The light emitted from the emission surface 6b of the lens array 6 is totally reflected by the surfaces 57c and 57d and emitted from the incident surface 57a. The optical axis of the light emitted from the incident surface 57a is received by the one-dimensional imaging element 54. I am in the club. Therefore, the one-dimensional image sensor 54 receives the light emitted from the incident surface 57b of the right-angle prism 57 by the light receiving unit. here, Refractive index distribution type The lens array 6 forms an image appearing on the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 on the light receiving portion of the one-dimensional image pickup device 54 through the surface 57c and the surface 57d, and the one-dimensional image pickup device 54 displays the formed image. An image is picked up by the light receiving unit.
[0075]
Similar to the image input apparatus 1, the image input apparatus 51 has a circuit configuration as shown in FIG.
Similarly to the image input apparatus 1, when the image input device 51 rotates the rotating roller 2 with the subject such as the finger 200 pressed against the outer peripheral surface 2 a of the rotating roller 2, the object is output from the light guide prism 9. Line scanning is performed by the light emitted from 9b. The reflected light at the portion where the subject is in contact with the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 is Refractive index distribution type The light enters the entrance surface 6a of the lens array 6 and exits from the exit surface 6b. And the light radiate | emitted from the output surface 6b injects into the incident surface 57b of the right-angle prism 57, is totally reflected by the surface 57c and the surface 57d, and radiate | emits from the incident surface 57b. Accordingly, the subject is line-scanned by the one-dimensional image sensor 54, and a one-dimensional image of the subject is captured by the one-dimensional image sensor 54. The one-dimensional images captured by the one-dimensional image sensor 54 are sequentially synthesized by the synthesis buffer 19 to generate two-dimensional image data.
[0076]
In the image input device 51 described above, even if the space in the rotating roller 2 is narrowed by reducing the diameter of the rotating roller 2, the space in the rotating roller 2 is reduced by bending the optical axis with the right-angle prism 57. It can be used effectively. Therefore, even when the diameter of the rotating roller 2 is shortened, Refractive index distribution type To satisfy the imaging formula without shortening the focal length of the lens array 6 Refractive index distribution type The distance from the lens array 6 to the one-dimensional image sensor 54 can be maintained. Therefore, even when the diameter of the rotating roller 2 is shortened, Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 54 can be accommodated in the rotating roller 2, and the image input device 51 can be reduced in size. Also, Refractive index distribution type Since the optical axis from the lens array 6 to the incident surface 57b of the right-angle prism 57 is parallel to the optical axis from the incident surface 57b to the one-dimensional imaging device 4, the one-dimensional image captured by the one-dimensional imaging device 4 is , Refractive index distribution type The image at the portion where the optical axis of the lens array 6 intersects the outer peripheral surface 2a of the rotary roller 2 is not reduced in a certain direction, Refractive index distribution type It is the same size as the image in the part which contacted the optical axis of the lens array 6 and the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2.
[0077]
[Sixth embodiment]
Next, as shown in FIG. 8, an image input device 61 different from the image input device 51 will be described. Although the image input device 61 includes the light irradiator 5, the light irradiator 5 illustrated in FIG. 7 is provided on the substrate 10, whereas the light irradiator 5 illustrated in FIG. It is provided on the surface 53a. That is, the light emitting element 8 is mounted on the surface 53 a of the substrate 53, and the light guide prism 9 is provided on the surface 53 a of the substrate 53 so as to cover the light emitting element 8. The exit surface 9b of the light guide prism 9 is Refractive index distribution type The lens array 6 is directed to a place where the optical axis of the lens array 6 intersects, and light emitted from the light emitting element 8 propagates through the light guide prism 9 and exits from the exit surface 9b toward the subject such as the finger 200. A circuit or the like for driving the light emitting element 8 may be provided on the substrate 10.
[0078]
Similar to the image input device 51 of the fifth embodiment, the image input device 61 bends the optical axis with a right-angle prism 57, thereby reducing the space in the rotating roller 2. Refractive index distribution type The optical path from the exit surface 6b of the lens array 6 to the one-dimensional image sensor 54 can be effectively used. Therefore, even when the diameter of the rotating roller 2 is shortened, Refractive index distribution type The lens array 6 and the one-dimensional image sensor 54 can be accommodated in the rotating roller 2, and the image input device 61 can be reduced in size. Furthermore, the one-dimensional image sensor 54 and the light emitting element 8 are mounted on the substrate 53. Therefore, the number of components in the rotating roller 2 is reduced by the amount of the substrate 10 shown in FIG. 7 in the image input device 61 as compared with the image input device 51. Therefore, the diameter of the rotating roller 2 can be shortened, and the image input device 61 can be further downsized as compared with the image input device 51.
[0079]
The image input device 61 is similar to the image input device 51 in that the rotating roller 2, the housing 3, Refractive index distribution type The image input device 61 includes a lens array 6, a synchronization signal generator 15, a driver circuit 16, a signal processing circuit 17, an A / D conversion circuit 18, a synthesis buffer 19, a one-dimensional imaging device 54, and a right-angle prism 57. The same reference numerals are given to the same components as those of the image input device 51 and the description thereof is omitted.
[0080]
[Seventh embodiment]
Next, as shown in FIG. 9, an image input device 71 different from the image input device 51 will be described.
As shown in FIG. 7, in the image input device 51, the light irradiator 5 is disposed in the rotating roller 2, whereas in the image input device 71, the light irradiator 75 is arranged in the rotating roller 2 as shown in FIG. Arranged outside. More specifically, the light irradiator 75 includes a light emitting element 78 and a light guide prism 79, and the light emitting element 78 and the light guide prism 79 are disposed outside the rotating roller 2 in the housing 3. Attached to the substrate 77.
[0081]
The surface 77a of the substrate 77 is Refractive index distribution type Opposite to the exit surface 6b of the lens array 6, the surface 77a of the substrate 77 and Refractive index distribution type Between the exit surface 6b of the lens array 6, the rotating roller 2 and the right-angle prism 57 are arranged.
[0082]
The light emitting element 78 is provided on the surface 77a of the substrate 77, and Refractive index distribution type It is arranged on the optical axis of the lens array 6. The light guide prism 79 is provided on the surface 77 a of the substrate 77 so as to cover the light emitting element 78. The incident surface 79 a of the light guide prism 79 faces the light emitting element 78, and the output surface 79 b of the light guide prism 79 is Refractive index distribution type It faces the exit surface 6b of the lens array 6. The light exit surface 79 b of the light guide prism 79 is elongated in the left-right direction along the axis of the rotating roller 2.
[0083]
The light guide prism 79 causes the light emitted from the light emitting element 78 to be incident on the incident surface 79a, propagates the incident light to the exit surface 79b, and emits the propagated light from the exit surface 79b. The light emitted from the emission surface 79b passes through the rotating roller 2, and Refractive index distribution type The light enters the surface 57c of the right-angle prism 57 in the direction opposite to the optical axis of the lens array 6, propagates through the right-angle prism 57, and exits from the incident surface 57b. The light emitted from the incident surface 57b is Refractive index distribution type Incident on the exit surface 6b of the lens array 6, Refractive index distribution type Propagating through the lens array 6, Refractive index distribution type The light exits from the incident surface 6 a of the lens array 6. Refractive index distribution type The light emitted from the incident surface 6a of the lens array 6 is Refractive index distribution type The light is incident on the rotating roller 2 so as to converge at the intersection of the optical axis of the lens array 6 and the rotating roller 2. Thereby, the finger 200 pressed against the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 is irradiated in the image capturing window 3a.
[0084]
Similar to the image input device 51, the image input device 71 includes a rotating roller 2, a housing 3, Refractive index distribution type The image input device 71 includes a lens array 6, a synchronization signal generator 15, a driver circuit 16, a signal processing circuit 17, an A / D conversion circuit 18, a synthesis buffer 19, a one-dimensional imaging device 54 and a right-angle prism 57. The same reference numerals are given to the same components as those of the image input device 51, and the description thereof will be omitted.
[0085]
Similar to the image input device 51 of the fifth embodiment, the image input device 71 bends the optical axis with a right-angle prism 57, thereby reducing the space in the rotating roller 2. Refractive index distribution type The optical path from the exit surface 6b of the lens array 6 to the one-dimensional image sensor 54 can be effectively used. Furthermore, the light emitted from the light emitting element 8 is Refractive index distribution type It enters the finger 200 through the lens array 6, Refractive index distribution type The lens array 6 converges on the place where the finger 200 and the outer peripheral surface 2a of the rotating roller 2 are in contact with each other. Therefore, the finger 200 can be irradiated efficiently.
[0086]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the first to fourth embodiments, instead of the film substrates 13, 23, 33, and 43, a non-film printed circuit board (for example, a plastic substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, etc.) may be used. .
In the fifth to sixth embodiments, instead of the right-angle prism 57, a highly reflective mirror surface may be provided at a position and an angle corresponding to the surface 57c and the surface 57d.
In the first to seventh embodiments, Refractive index distribution type Instead of the lens array 6, a rod lens array in which a plurality of rod lenses are arranged in an array, a spherical lens, or other lenses may be provided. Even with these lenses, Refractive index distribution type Similar to the lens array 6, it has an imaging function.
In addition, the image input devices 31, 41, 51, 61, 71 in the second to seventh embodiments may be provided in the electronic apparatus similarly to the image input device 1, or may exist as a single unit. .
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the imaging device is mounted on the back surface of the substrate, and the surface of the substrate is directed to the optical system, the imaging device is separated from the optical system by the thickness of the substrate. There is no substrate between the inner surface of the cylinder and the image sensor. Therefore, even when the diameter of the cylinder is shortened, the optical system and the image sensor can be accommodated in the cylinder without shortening the focal length of the optical system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing an image input apparatus to which the present invention is applied.
2 is an enlarged side cross-sectional view of the one-dimensional imaging device shown in FIG. 1 and its periphery.
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the image input apparatus.
4 is a side sectional view showing an image input apparatus different from the image input apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a side sectional view showing an image input apparatus different from the image input apparatus shown in FIGS.
FIG. 6 is a side sectional view showing an image input device different from the image input device shown in FIGS.
7 is a side sectional view showing an image input apparatus different from the image input apparatus shown in FIGS.
8 is a side sectional view showing an image input device different from the image input device shown in FIGS. 1, 4, 5, 6, and 7. FIG.
9 is a side sectional view showing an image input device different from the image input devices shown in FIGS. 1, 4, 5, 6, 7, and 8. FIG.
FIG. 10 is a side sectional view showing a conventional image input apparatus.
11 is a side cross-sectional view showing an enlarged view of the one-dimensional image sensor shown in FIG. 10 and its periphery.
[Explanation of symbols]
1, 21, 31, 41, 51, 61, 71 Image input device
2 Rotating roller (cylindrical)
2a Outer peripheral surface
4,54 One-dimensional imaging device (imaging device)
5,75 Light irradiator
6 Refractive index distribution type Lens array (optical system, lens optical system)
11 Light receiver
13, 23, 33, 43 Film substrate (substrate)
13a, 23a, 33a, 43a Surface
13b, 23b, 33b, 43b Back side
13c Through hole
43c Front edge (outer edge)
53 substrates
57 Right angle prism (optical system, reflective optical system)
57b Incident surface
57c surface (first total reflection surface)
57d surface (second total reflection surface)
200 fingers (subject)

Claims (1)

軸心回りに回転自在に支持された透明な円筒であって、その外周面に当接した指を接線方向に移動させることで回転する円筒と、
前記円筒内に配され、受光部を有するとともに該受光部で受光することで像を取得する一次元撮像素子と、
前記円筒内に配され、前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板と、
前記円筒内に配されるとともに、前記指が前記円筒の外周面に接した部分における指紋画像を前記一次元撮像素子の受光部に結像する屈折率分布型レンズアレイと、
前記円筒内に固定的に配されるホルダであって、当該ホルダに設けられた貫通孔に前記屈折率分布型レンズアレイが取り付けられ、当該ホルダの貫通孔の下部に前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板が取り付けられるホルダと、
を備える指紋画像入力装置であって、
前記一次元撮像素子は、シリコン基板上に光電変換素子が一列に並べられた受光部を有する構造であり、当該シリコン基板は、受光部が存在する面に電気信号の入出力を行うためのボンディングパッドを有し、
前記フィルム基板は、前記屈折率分布型レンズの光軸に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、裏面に配線の端子としてのバンプが設けられ、
前記ボンディングパッドとバンプが接合されることで、前記一次元撮像素子の受光部が前記屈折率分布型レンズアレイの光軸に位置するように、前記一次元撮像素子がフィルム基板の裏面に固定されることを特徴とする指紋画像入力装置。
A transparent cylinder rotatably supported around an axis, and a cylinder that rotates by moving a finger in contact with its outer peripheral surface in a tangential direction;
A one-dimensional imaging device that is arranged in the cylinder and has a light receiving portion and acquires an image by receiving light at the light receiving portion;
A film substrate disposed in the cylinder and mounted with the one-dimensional imaging device;
A refractive index distribution type lens array that is disposed in the cylinder and forms a fingerprint image on a light receiving portion of the one-dimensional imaging device in a portion where the finger is in contact with the outer peripheral surface of the cylinder,
A holder fixedly arranged in the cylinder, wherein the gradient index lens array is attached to a through hole provided in the holder, and the one-dimensional imaging device is mounted below the through hole of the holder A holder to which the film substrate is attached;
A fingerprint image input device comprising:
The one-dimensional imaging device has a structure having a light receiving portion in which photoelectric conversion elements are arranged in a line on a silicon substrate, and the silicon substrate is bonded to input and output an electric signal on a surface where the light receiving portion exists. Have a pad,
The film substrate has a through hole formed at a position corresponding to the optical axis of the gradient index lens, and a bump as a wiring terminal on the back surface.
By bonding the bonding pad and the bump, the one-dimensional image sensor is fixed to the back surface of the film substrate so that the light receiving portion of the one-dimensional image sensor is located on the optical axis of the gradient index lens array. A fingerprint image input device.
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