JP3962827B2 - 画像読み取り装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋パターンなどの画像データを読み込むための画像読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、人物を識別するための装置として、人の指紋パターンを画像データとして読み取り、この指紋パターンに対して照合処理を実行することにより人物を特定するパターン照合装置（画像読み取り装置）が用いられるようになってきている。
【０００３】
従来の１次元撮像素子を用いて指紋パターンを読み取るための機構としては、指紋パターンの読み取り位置であるセンシング部に透明平板を設け、その下部に照明用の光源とロッドレンズ群（セルフォックレンズ）と１次元撮像素子を配置する構造が考えられていた。
【０００４】
これに対して、指紋パターンを読み取るための機構に透明回転ローラを用いた画像データ読み取り装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。透明回転ローラを用いた読み取り装置では、透明回転ローラに指先を圧接させて移動されることで、圧接された部分の指紋画像を撮像素子によって読み取る。
【０００５】
さらに、特許文献１の画像読み取り装置では、透明回転ローラの所定位置に回転検知用の印刷パターンを設け、この印刷パターンの画像パターンを指紋パターンの画像データと共に撮像素子により読み取って、この回転検知用パターンの変化に応じて、照合対象とする指紋パターンの画像パターンを生成する。これにより、画像データの読み取りタイミングを検出するための回転検知センサーを不要にしている。
【０００６】
【特許文献１】
特願２０００−３３０７８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の画像読み取り装置（特許文献１）では、透明回転ローラの一部に印刷パターンを付加しておき、この印刷パターンを撮像素子により読み込んでローラの回転を検出することで、回転検知センサを不要とすることができるが、次のような問題点がある。
【０００８】
正確な回転検出をするためには、正確な印刷パターンを透明回転ローラに付加する必要かあるが、指紋パターン検出用の透明回転ローラは形状が小さいなどの理由から、製造コストなどを抑えた場合には正確な印刷パターンを付加することが困難になってしまう。こうした場合、安定した画像の読み取りが困難となってしまうおそれがある。
【０００９】
また、撮像素子が１次元に配列された１次元撮像素子（イメージセンサ）では、各撮像素子の性能にばらつきがあり、予めそのばらつきを補正するためのデータが必要となる。また、補正データを用意したとしても、光学撮像素子を利用しているため、外光の変化や電池電圧の低下などによる光源の変化により、回転検知用パターンの部分とそれ以外の部分の明るさが変化する。このため、読み取った画像が回転検知用パターンの部分であるのか否かを、予め決められた固定の基準値により判断するのは動作の不安定さを増加させてしまうおそれがある。
【００１０】
また、特許文献１では、回転検知用パターンとして、ローラの回転軸と平行に付された等ピッチパターンが用いられているが、この等ピッチパターンでは回転検知用パターン間の空白区間においては位置を判断できず、回転検知用パターン間のデータを全て保持し、次の回転検知用パターン検出時にはじめて回転検知用パターン空白区間に取ったデータの読み取りタイミングを把握することができる。このため、実現にはローラの最低回転速度を保証しなければならず、また空白区間に取ったデータを保存する十分な記憶エリアを必要としていた。
【００１１】
また、回転検知用パターンとして、三角波パターンが用いられているが、この三角波パターンでは、ローラに印刷しなければならない都合上、頂点に当たる部分における精度が斜線部分よりも低下してしまう。また、角度の対称な斜線が混在するため、パターンを読み取った画像の変化からは、ローラの順回転と逆回転で同じ変化を表す場合があるので、ローラの回転方向を検出することが困難となっていた。 また、指紋パターンの読み取り時に、ローラに指先を圧接させて回転させた場合に、ローラの取り付け構造によっては左右方向に横ずれを起こす可能性がある。また、ローラを製造する際に、製造精度にばらつきがある場合も考えられる。こうした場合、ローラを利用して、指紋パターンを安定して読み取ることが困難となってしまう可能性がある。
【００１２】
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、製造コストを増大させることなく精度良くローラに付された回転検知用のパターンを利用して、安定した画像の読み取りを実現することが可能な画像読み取り装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また本発明は、ローラを用いた画像読み取り時におけるローラの左右方向のずれや、ローラの製造精度のばらつきに影響されることなく、安定した画像の読み取りを実現することが可能な画像読み取り装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像読み取り装置は、内部が中空の透明回転ローラと、この透明回転ローラの内部に設置された１次元撮像素子と、透明回転ローラに圧接された指の移動に伴い前記１次元撮像素子が撮像した指紋画像を読み取る画像読み取り手段とを有する画像読み取り装置であって、前記透明回転ローラは、段差によって形成される第１の境界と第２の境界を有するパターンであって、当該第１の境界と第２の境界が前記回転ローラの軸に対して所定の角度をもった第１の直線部と前記回転ローラの軸と平行な第２の直線部とが交互に連続するように形成されているとともに前記第１の境界と第２の境界のそれぞれの前記第２の直線部が前記回転ローラの軸上で一致しないように形成されているパターンが外周面に１周に渡って付され、前記画像読み取り手段は、指紋画像と共に読み取られた前記パターン部分の画像の変化に応じたタイミングで前記読み取った指紋画像を記録する画像記録手段を有することを特徴とする。
【００１５】
なお、前記透明回転ローラは、外周面に前記回転ローラの軸と垂直な外周線パターンが１周に渡って付され、前記画像読み取り手段は、読み取られた前記外周線パターン部分の画像に基づいて、前記１次元撮像素子によって読み取られた指紋画像の位置を補正する位置補正手段を有するようにしても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係わる画像読み取り装置を搭載した携帯電話の電子回路の構成を示すブロック図である。携帯電話は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されるコンピュータによって構成される。
【００２３】
図１に示す携帯電話は、ＣＰＵ１０が記憶装置１２、ＲＡＭ１４、通話ユニット１６、表示部１８、キー部１９、指紋読み取り部２０などの各種デバイスとバスを介して接続されることで構成されている。指紋読み取り部２０は、被検体を人の指先として、指先上の指紋パターンの画像を読み取る。
【００２４】
ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ１４のプログラムエリアに格納されたプログラムを実行することにより各種の機能を実現する。ＣＰＵ１０は、携帯電話としての機能を制御する他、指紋読み取り部２０による指紋パターンの画像データの読み取り制御と、この画像パターンに対する各種処理を実行する。
記憶装置１２は、プログラムやデータ等が記憶されるもので、必要に応じて読み出されてＲＡＭ１４に格納される。
【００２５】
ＲＡＭ１４は、プログラムや各種データが格納されてＣＰＵ１０によってアクセスされるもので、携帯電話を制御する各種プログラムの他、指紋読み取り部２０によって読み取られた指紋パターンの画像データに対する処理を実行する処理プログラムなどが格納される。指紋読み取り部２０よる指紋パターンの画像データの読み取り時には、読み取られた画像データが格納される。
【００２６】
通話ユニット１６は、携帯電話としての無線通信を行うためのユニットである。
表示部１８は、ＣＰＵ１０により実現される各種機能を実行する際に様々なデータ等を表示する。
キー部１９は、電話番号入力用の数字キーや各種の機能キーからなる複数のキーにより構成されている。
指紋読み取り部２０は、指紋パターンを表す画像データを読み取るもので、例えば図２の携帯電話の外観例に示すように前面上部など、指紋読み取り操作が容易となる位置に設けられる。第１実施形態における指紋読み取り部２０には、光源２１、レンズ光学系（セルフォックレンズ２２）、１次元撮像素子２４、撮像制御回路２６、Ａ／Ｄ変換回路２８、透明回転ローラ２９が含まれており、透明回転ローラ２９の外周面の一部が携帯電話の筐体に設けられたスリットから外部に露出されている。この露出された透明回転ローラ２９の部分が指紋パターンの読み取り部となる。指紋パターンの読み取りを行う場合には、読み取り部に被検体である指先が圧接されて、その状態で所定の方向（透明回転ローラ２９の回転軸と垂直な方向）で透明回転ローラ２９を回転させながら移動されることで行われる。筐体表面に設けられるスリットは、利用者が透明回転ローラ２９に対して指先を圧接させて、透明回転ローラ２９を回転させることができる程度の幅が確保されていれば良い。従って、指紋パターンの画像を読み取るために、指紋全体が収まる読み取り面を確保する必要がなく、筐体表面における指紋読み取り部２０（透明回転ローラ２９）の実装面積が少なくて良い。
【００２７】
指紋読み取り部２０では、光源２１から照射され読み取り部に圧接（接触）される被検体である指先において反射した光が、透明回転ローラ２９を透過してセルフォックレンズ２２により１次元撮像素子２４に集光される。撮像制御回路２６の制御により、セルフォックレンズ２２を介して集光された光が１次元撮像素子２４により光電変換され、さらにＡ／Ｄ変換回路２８により指紋パターンを表す画像データとして変換される。１次元撮像素子２４からは、例えば２００００回／秒のタイミングで定期的にデータが読み取られて、そのデータがＲＡＭ１４にバッファリングされる。ＣＰＵ１０は、１次元撮像素子２４により読み取られたデータに対して、透明回転ローラ２９に付された回転検知用パターン３０の部分を読み取って得られた回転検知用画像の変化（線の部分の所定のずれ）が生じた場合に、画像データとして取り込んで指紋パターンの画像としてＲＡＭ１４に記録する。
【００２８】
図３には、指紋読み取り部２０の機構部分の概略構成（側面断面図）を示している。
図３に示すように、携帯電話の筐体には透明回転ローラ２９の回転軸に沿って、透明回転ローラ２９の外周面の一部が指紋パターンの読み取り部として露出するようなスリットが設けられている。透明回転ローラ２９は、光が透過するように透明な材料、例えばアクリルやガラスなどにより構成され、筐体に設けられたスリットから外周面の一部を露出させて回転するように実装されている。また、透明回転ローラ２９は、ローラ内部が中空になっており、この中空内に光源２１（例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）など）、レンズ光学系（セルフォックレンズ２２）、１次元撮像素子２４を含む撮像機能部が実装されている。これら撮像機能部は、透明回転ローラ２９の回転と連動しないように実装されている。
【００２９】
セルフォックレンズ２２は、透明回転ローラ２９における被検体が圧接される部分（読み取り部）を１次元撮像素子２４に結像させる。なお、セルフォックレンズに限るものではなく、ロッドレンズ群によって構成される結像光学系を用いること可能である。
【００３０】
なお、図示していないが、透明回転ローラ２９とセルフォックレンズ２２との間に光学補正素子を実装することもできる。光学補正素子は、被検体である指先が圧接された部分の透明回転ローラ２９の曲率による光学影響、すなわち歪んだ像を補正するためのもので、例えば凸レンズ、具体的には片面が平面で反対面が凸曲面であるシリンドリカルレンズによって構成され、透明回転ローラ２９の内径と同等、あるいは近傍の曲率を持つものとする。
【００３１】
１次元撮像素子２４は、ＣＣＤラインセンサまたはＣＭＯＳラインセンサなどによって構成されるもので、各撮像素子の配列が透明回転ローラ２９の回転軸と平行となるように実装されている。１次元撮像素子２４は、例えば透明回転ローラ２９の長さ分を撮像範囲としており、後述する透明回転ローラ２９の端部（あるいは端部近傍）に付加された回転検知用パターン３０を含む画像を読み取ることができる。透明回転ローラ２９を中空にしてその内部に撮像機能部を実装することで、指紋読み取り部２０の筐体表面における実装面積及び筐体内の実装体積を小さくしている。
【００３２】
透明回転ローラ２９には、外周面の表面形状を不均一とすることで形成されたパターンが付されている。図４は、回転検知用パターン３０が付された透明回転ローラ２９の外観を示す斜視図を示している。図４に示す透明回転ローラ２９には、透明回転ローラ２９の軸における断面形状が段階的に外径が変化する階段状であり、各段の境界が軸に対して所定の角度（例えば予め決められた一定の角度）をもった第１の直線部と、軸に対して平行な第２の直線部とが交互に連続するように、つまりのこぎり歯状となるように形成されている回転検知用パターン３０と、透明回転ローラ２９の軸と垂直な連続する外周線パターンである位置補正用パターン３２が、それぞれ外周面に１周に渡って付されている。位置補正用パターン３２（外周線パターン）における透明回転ローラ２９の断面は、透明回転ローラ２９の軸と垂直である。図４に示す回転検知用パターン３０は、３段階の異なる外径をもち、各段の間に２つの境界が形成されている。回転検知用パターン３０の各段の境界により形成される形状は、相互に第２の直線部（軸と平行な線）が第１の直線部（斜線）とが一次元撮像素子２４によって同時に読み取られる位置、すなわち読み取り方向でいずれかの境界の斜線の部分が必ず読み取られる位置となるように配列されている（図１０参照）。回転検知用パターン３０は、例えば透明回転ローラ２９の外周面を滑らかな鏡面仕上げとしており、この外周面部分が１次元撮像素子２４によって暗い部分（すなわち黒）として検出され、境界部分、つまり段差部分が光源２１からの光が乱反射することにより明るい部分（すなわち白）として検出される。回転検知用パターン３０により検出される明るい部分（白）と暗い部分（黒）の画素値は、後述する補正用データ生成処理において回転検知用画像をもとにして補正用データを生成するために、黒の基準値、白の基準値として用いられる。また、位置補正用パターン３２は、回転検知用パターン３０と同様に透明回転ローラ２９の外径が異なる境界によって形成されており、１次元撮像素子２４によって明るい部分（白）として検出される。なお、図４に示す透明回転ローラ２９に付された回転検知用パターン３０は一例であって詳細については後述する（図１９〜図２２）。また、その他の形状をもった回転検知用パターン３０についても、図２４以降を参照しながら説明する。
【００３３】
なお、図３において、光源２１が透明回転ローラ２９の中空内に設けられているが、透明回転ローラ２９の例えば端面近傍の回転軸位置に配置された構成としても良い。光源２１を透明回転ローラ２９の端面近傍に配置することで、透明回転ローラ２９を導光体として光源２１からの光束を取り込んで、読み取り部に接触された指先（被検体）に照射し、その反射光が１次元撮像素子２４によって読み取られるようにすることもできる。光源２１は、例えばＬＥＤ、蛍光管、ハロゲンランプなどにより構成することができる。
【００３４】
図５には、透明回転ローラ２９に付された回転検知用パターン３０と１次元撮像素子２４の撮像素子との対応関係を示している。図５に示すように、１次元撮像素子２４は、透明回転ローラ２９の長さ全体を撮影範囲としており、回転検知用パターン３０及び位置補正用パターン３２に対応する撮像素子の個数（Ｎ個）が既知となっており、後述する各種処理において使用されるものとする。
【００３５】
次に、本実施形態における画像読み取り装置の動作について説明する。
第１実施形態における画像読み取り装置では、１次元撮像素子２４の回転検知用画像部分の各撮像素子（図５に示すＮ個分）によって読み取られた画素値をもとにして、各撮像素子についての基準値（補正用データ）、すなわち画素を黒あるいは白と判別するための閾値を決定することで、外光の変化や電池電圧の低下などによる光源２１の光量変化による回転検知の誤判断を低減させて、安定した画像の取り込みを実現する。
【００３６】
指紋読み取り部２０には、透明回転ローラ２９の回転を検出するためのセンサが設けられていないため、透明回転ローラ２９の回転の有無にかかわらず、例えば、２００００回／秒の周期で継続的に画像データを取り込む（）。
【００３７】
１次元撮像素子２４によって読み取られる画像データ中には、透明回転ローラ２９に付加された回転検知用パターン３０に該当する回転検知用画像が含まれている。
【００３８】
ＣＰＵ１０は、後述するタイミング判断処理によって、１次元撮像素子２４によって読み取られた画像データをもとに透明回転ローラ２９の回転を検出し、透明回転ローラ２９の回転に伴って必要となる被検体の画像データが入力されたと判断された時のみその画像データを被検体の指紋画像データとして記憶する。
【００３９】
図６には、第１実施形態におけるタイミング判断処理のフローチャートを示している。図７は、タイミング判断処理における補正データ生成処理を説明するためのフローチャート、図８は、タイミング判断処理における回転検知用画像抽出処理を説明するためのフローチャート、図９は、タイミング判断処理における画像取り込みタイミング判断処理を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
１次元撮像素子２４からＡ／Ｄ変換回路２８を通じて１ライン分の画像データが入力されると、ＣＰＵ１０は、この入力されたデータに対して補正用データ生成処理を実行して、撮像素子ごとの感度のばらつきや外光、光源の変化などの影響を補正するための補正用データを生成する（ステップＡ１）。
【００４１】
撮像素子が読み取ったデータの補正は、単純にはその撮像素子で基準となる白と黒のデータを読み込み、その値を補正用データとして利用して入力値を算出することで実現できる。例えば、ある撮像素子で白を読み込んだ時の値をＷ、黒を読み込んだ時の値をＢとし、入力値（画素値）を０〜２５５の範囲で補正する場合、入力値ｉは補正値ｉ’に以下の式（１）に従って補正することができる。
【００４２】
ｉ’＝（ｉ−Ｂ）／（Ｗ−Ｂ）＊２５５ …（１）
本実施形態の画像読み取り装置では、回転検知用パターン３０に対応する撮像素子によって読み取られた回転検知用画像を対象として補正用データを生成する。透明回転ローラ２９が回転することで、外周面の段差により形成された回転検知用パターン３０の形状によって、各撮像素子が白と黒の基準とするデータを取り込むことができる。
【００４３】
補正用データ生成処理では、各撮像素子がそれまでに読み込んだ各画素の画素値のうち、最大値を白、最小値を黒の基準値、すなわち補正用データとして記録する。透明回転ローラ２９が回転されることで、各撮像素子が白と黒の基準とすべきデータ（最大値、最小値）が取り込まれる。
【００４４】
図７には、補正用データ生成処理の詳細なフローチャートを示している。
ここで、回転検知用画像の読み取りに利用する撮像素子をＮ個、各撮像素子がある時点までに読み込んだ最大値と最小値をそれぞれ｛ｍａｘ_ｉ｜０≦ｉ≦ｎ−１｝，｛ｍｉｎ_ｉ｜０≦ｉ≦Ｎ−１｝とし、新しく読み込まれた各撮像素子毎のデータを｛ｄａｔａ_ｉ｜０≦ｉ≦Ｎ−１｝とした時の補正用データの生成を示している。
【００４５】
ＣＰＵ１０は、１次元撮像素子２４によって読み取られた回転検知用画像から各撮像素子によって読み取られたデータ（画素値）を読み出すためにｉ＝０に初期化する（ステップＢ１）。そして、ｉ番目の撮像素子がそれまでに読み取った最大の画素値ｍａｘ_ｉと、現在注目している画素値ｄａｔａ_ｉの値とを比較する（ステップＢ２）。この結果、ｍａｘ_ｉ＜ｄａｔａ_ｉであった場合には、現在注目している画素値ｄａｔａ_ｉを新たな最大値ｍａｘ_ｉとして更新する（ステップＢ３）。
【００４６】
また、ｉ番目の撮像素子がそれまでに読み取った最小の画素値ｍｉｎ_ｉと、現在注目している画素値ｄａｔａ_ｉの値とを比較する（ステップＢ４）。この結果、ｍｉｎ_ｉ＞ｄａｔａ_ｉであった場合には、現在注目している画素値ｄａｔａ_ｉを新たな最小値ｍｉｎ_ｉとして更新する（ステップＢ５）。
【００４７】
次に、ｉ＝ｉ＋１としてｉを更新し（ステップＢ６）、ｉ＜Ｎであり、回転検知用画像に対応する各撮像素子について処理が終了していなければ（ステップＢ８）、前述と同様にして、次のｉ番目の撮像素子により読み取られた画素値ｄａｔａ_ｉにより最大値ｍａｘ_ｉ、最小値ｍｉｎ_ｉを更新する必要があるか確認する。
【００４８】
以上の処理を、１次元撮像素子２４によって読み取られた０〜Ｎ−１までの各撮像素子によって読み取られた画素値について実行する。
【００４９】
補正用データ生成処理では、外光や光源の変化などの影響を受けた環境下で、１次元撮像素子２４により読み取られる回転検知用画像をもとに、補正用データを設定することができる。こうして、各撮像素子について設定された補正用データ（最大値、最小値）をもとに、前述した式（１）に従い補正値ｉ’を算出することで、撮像素子のばらつきだけでなく、外光や光源の変化などの影響を補正することができる。
【００５０】
次に、ＣＰＵ１０は、回転検知用画像抽出処理を実行する（ステップＡ２（図８））。
回転検知用画像抽出処理では、各撮像素子が読み取ったデータ（画素値）をもとに、撮像素子に対応する画素が白なのか黒なのかを判断する。これは、撮像素子がそれまでに読み取った画素値の最大値と最小値から白と黒を判断するための閾値を算出し、この閾値をもとに画素値が白あるいは黒の何れであるかを判別することで実現できる。ここでは、最大値と最小値の平均値を閾値として設定して、各画素の白、黒を決定する。
【００５１】
図８には、回転検知用画像抽出処理の詳細なフローチャートを示している。 まず、次元撮像素子２４によって読み取られた回転検知用画像から各撮像素子によって読み取られたデータ（画素値）を読み出すためにｉ＝０に初期化し（ステップＣ１）、ｉ番目の撮像素子がそれまでに読み取った画素値の最大値ｍａｘ_ｉと最小値ｍｉｎ_ｉの合計の１／２を閾値ｔｈとして算出し（ステップＣ２）、この閾値ｔｈとｉ番目の画素値ｄａｔａ_ｉとを比較する（ステップＣ３）。この結果、閾値ｔｈ＜ｄａｔａ_ｉであった場合には（ステップＣ３、Ｙｅｓ）、この画素を白と判断し（ステップＣ４）、閾値ｔｈ≧ｄａｔａ_ｉであった場合には（ステップＣ３、Ｎｏ）、この画素を黒と判断する（ステップＣ５）。
【００５２】
次に、ｉ＝ｉ＋１としてｉを更新し（ステップＣ６）、ｉ＜Ｎであり、回転検知用画像に対応する各撮像素子について処理が終了していなければ（ステップＣ７）、前述と同様にして、次のｉ番目の撮像素子により読み取られた画素値ｄａｔａ_ｉについて、白または黒を判断する。
【００５３】
以上の処理を、１次元撮像素子２４によって読み取られた０〜Ｎ−１までの各撮像素子によって読み取られた画素値について実行することで、各撮像素子のそれまでに読み取られた最大値と最小値の平均値をもとにして各画素について白あるいは黒を決定することで、補正された回転検知用画像を得ることができる。
【００５４】
次に、回転検知用画像から画像取り込みタイミングであるか否かを判断するための画像取り込みタイミング判断処理を実行する（ステップＡ３）。
【００５５】
図９には、画像取り込みタイミング判断処理の詳細なフローチャートを示している。
まず、ＣＰＵ１０は、回転検知用画像抽出処理により生成された回転検知用画像から回転検知用パターン３０を形成する線分に該当する部分を検出する（ステップＤ１）。
【００５６】
そして、前回の画像取り込みタイミング時に検出された部分の位置と今回検出された部分の位置とを比較し（ステップＤ２）、予め決められた値以上位置が離れていれば画像取り込みタイミングであると判断する（ステップＤ３）。
【００５７】
なお、線分（黒色部）は幅を有するため、１次元撮像素子２４では複数画素の黒色部を検出するが、その場合は黒画素列の中心、あるいは一方の端点を検出位置として比較するようにする。また、検出位置の比較は、前回の画像取り込みタイミングで検出された部分と、今回の検出された部分が複数箇所ある場合には、全ての組み合わせについて行なう。
【００５８】
図１０には、透明回転ローラ２９に付された回転検知用パターン３０をわかりやすくするために平面状に展開して示す図である。１次元撮像素子２４は、透明回転ローラ２９に対して回転軸方向と平行、すなわち図１０においては水平方向に画像の読み取りを行なう。従って、回転検知用パターン３０を形成する２つの境界のそれぞれの斜線部分が、図１０中ａ，ｂの破線の範囲に示すように、一部が重なるように配置されている。また、少なくとも何れか一方の境界により形成される斜線が読みとられるように配置されている。従って、１次元撮像素子２４による１回の読み込みで２または１箇所で回転検知用パターン３０の部分を検出することができる。また、位置補正用パターン３２については、透明回転ローラ２９の回転位置がどの状態であっても常に読み取られる。
【００５９】
図１１（ａ）には、前回の画像取り込みタイミング時に読み取られた回転検知用画像を示しており、回転検知用パターン３０に相当する２箇所の部分ａ１，ａ２と、位置補正用パターン３２に対応する部分ａ３が検出されている。ここで、今回、図１１（ｂ）に示すように、３箇所の部分ｂ１，ｂ２，ｂ３とが検出されているものとする。この場合には、最も右側で検出された部分ａ３，ｂ３は、位置補正用パターン３２に相当する箇所として比較対照として除外し、残りのａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２の組み合わせ、ａ１−ｂ１、ａ１−ｂ２、ａ２−ｂ１、ａ２−ｂ２のそれぞれについて位置の比較を行なう。
【００６０】
なお、１次元撮像素子２４による読み取りの際に、回転検知用パターン３０の一方の境界におけるローラの軸と平行な線分位置（線の端部に相当する）が読み取り対象となっていたとしても、他方の境界による斜線部分が同時に読み取り対象となっている。従って、軸と平行な線分位置における読み取り精度が低いとしても、全ての部分の組み合わせによって判断されるので、精度高く読み取られた他方の境界の斜線部分に対応する画像をもとに安定して透明回転ローラ２９の回転を検知することができる。
【００６１】
この結果、全ての位置の組み合わせの中で最小の差が予め決められた値以上であり、位置の移動が確認された場合には（ステップＤ３、Ｙｅｓ）、画像取り込みタイミングであると決定する。すなわち、透明回転ローラ２９が被検体が圧接された状態で回転され、１次元撮像素子２４による読み取り位置に被検体の新たな部分が移動したことを表すので、この時に読み取られた画像を指紋パターンの画像として取り込む。一方、最小の差が予め決められた値以上でなかった場合には（ステップＤ３、Ｎｏ）、画像取り込みタイミングではないと決定する。
【００６２】
こうして、画像取り込みタイミング判断処理によって、画像取り込みタイミングであると決定された場合（ステップＥ６）、１次元撮像素子２４によって読み取られた回転検知用画像を指紋パターンを表す画像として記録する。
【００６３】
これに対して、画像取り込みタイミングではないと決定された場合には、読み取られた画像を破棄する。
【００６４】
こうして、回転検知用画像の回転検知用パターン３０の線分に該当する部分の位置の移動をもとにして、画像取り込みのタイミングを判定し、指紋パターンの画像を生成することができる。回転検知用画像は、外光や光源の変化に応じて補正が施されているので、安定して画像取り込みタイミングを決定することができる。
【００６５】
なお、回転検知用パターン３０は、透明回転ローラ２９の回転軸に対して所定の角度をもった斜線部が形成されているために、透明回転ローラ２９の回転方向に応じて、パターン部分が前回読み取られた回転検知用画像におけるパターン部分に対して右あるいは左に移動する。すなわち、透明回転ローラ２９を回転させる方向によって、何れの方向に移動するかを判別することができる。
【００６６】
例えば、図１０に示す回転検知用パターン３０の場合では、図３中に示す指先がＡの方向に移動されることによって（手前に引く）、透明回転ローラ２９がＢの方向に回転される。これにより、パターン部分が先に読み込んだ回転検知用画像中のパターン部分の位置よりも左方向に移動する。逆に、指を手前から奥に移動させるようにして透明回転ローラ２９が回転された場合には、図１２（ａ）〜（ｄ）に示すように、先に読み取られた回転検知用画像中のパターン部分に対して右に移動することになる（ａ１→ｂ１→ｃ１→ｄ１）。
【００６７】
これにより、ＣＰＵ１０は、透明回転ローラ２９の回転方向を検出し、この回転方向から指紋パターンの下部から読み取られているか、あるいは上部（指先側）から読み取られているかを判断することができる。従って、読み込みタイミングで読み込まれた画像を記録する際に、指紋パターンの下部あるいは上部から順次記録し、予め決められた向き（例えば指先側を上）で指紋パターンの画像を生成することができる。なお、画像取り込みタイミングで読み込まれる画像を順次記録しておき、指紋パターンの下部から読み取られていると判別された場合に、全体の画像を読み込んだ後に画像を１８０°反転させるようにしても良い。
【００６８】
このようにして、第１実施形態では、１次元撮像素子２４の撮像素子ごとに、それまでに読み込んだ画素値の最大値と最小値を記録し、この最大値と最小値の平均値を基準値として設定して、この基準値をもとに撮像素子によって検出されるデータを補正することで、予め補正用データを用意しておくことなく、外光や光源の変化に対応して、安定した画像の取り込みが可能となる。回転検知用画像として、１次元撮像素子２４による画像取り込み時に、重なり部分ができるように線分を配置した配置した回転検知用パターン３０を透明回転ローラ２９に付しているので、１本の線分の端点位置（ローラの軸と平行な直線部分）が読み取り位置となっていても、他の斜線部分の途中が読み取り位置となるため、精度を落とすことなく安定して画像取り込みタイミングを判断することができる。また、読み込まれた回転検知用画像の白黒を判断するために、各撮像素子がそれまでに読み取った画素値の最大値と最小値の平均を基準値として利用することで、簡単に画素の白黒を判断できるようになる。
【００６９】
なお、前述した第１実施形態では、回転検知用画像の撮像素子によって読み取られた画素値の最大値と最小値の平均値を基準値として、白と黒を判断するように構成しているが、他の基準値の設定方法を用いることも可能である。例えば、中間値を排除するために、最大値と最小値のそれぞれから予め指定された比率内の色をそれぞれ白、黒と判別する方法がある。
【００７０】
例えば、白／黒と判断すべき画素値の範囲を、最大値（ｍａｘ）／最小値（ｍｉｎ）からそれぞれＮ％（２Ｎ＜１００）とすると、入力データｄが、
（ｄ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ−ｍｉｎ）＊１００＞（１００−Ｎ）…（２）
の場合には白と判断し、
（ｄ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ−ｍｉｎ）＊１００＜Ｎ …（３）
の場合には黒と判断する。
【００７１】
こうした基準値を用いることで、１次元撮像素子２４によって読み取られた中間値の画素を排除することができる。
【００７２】
また、第１実施形態では、１次元撮像素子２４による１回の読み込みにより、回転検知用パターン３０の線分に該当するパターン部分が１箇所あるいは２箇所含まれている回転検知用画像が読み取られているが、３箇所以上のパターン部分が読み取られるように、回転検知用パターン３０の線分を配置しても良い。この場合、前述と同様にして、前回の読み取ったパターン部分と今回読み取ったパターン部分の組み合わせのそれぞれについて検出位置の変化を判断し、読み取りタイミングを決定する。
【００７３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、第１実施形態と同様の処理によって作成される補正用データを利用して、透明回転ローラ２９の回転検出が不安定な状態にあるか否かを判断することができるようにする。
【００７４】
図１３は、第２実施形態におけるタイミング判断処理を説明するためのフローチャートである。なお、図１３に示すステップＥ１、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７は、それぞれ図６に示すステップＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５と同様の処理を実行するものとして詳細な説明を省略する。
【００７５】
ステップＥ１における補正データ生成処理によって、１次元撮像素子２４の各撮像素子のそれぞれに対する補正用データを生成した後、この補正用データに対して補正用データ適正判断処理を実行する（ステップＥ２）。この補正用データ適正判断処理によって、補正用データが適正であると判断された場合に、後続する処理を実行する。
【００７６】
ここで、補正用データが適正であるとは、各撮像素子がそれぞれ白と黒の両方のデータを読み込んで、それらのデータをもとに補正用データを生成していることを表す。
【００７７】
図１４には、補正用データ適正判断処理のフローチャートを示している。
ＣＰＵ１０は、ＲＡＭ１４に記録されている各撮像素子ごとのそれまでに読み取った画素値の最大値と最小値から、それぞれの中から最大値ｍａｘ_ａｌｌ、最小値ｍｉｎ_ａｌｌを検出する（ステップＦ１）。
【００７８】
【数１】

【００７９】
ここで、ＭＡＸ（）、ＭＩＮ（）はそれぞれ最大値、最小値を算出する関数である。
【００８０】
次に、ＣＰＵ１０は、最大値ｍａｘ_ａｌｌと最小値ｍｉｎ_ａｌｌをもとに、例えば以下の式（６）によって閾値ｔｈを算出する（ステップＦ２）。
【００８１】
ｔｈ＝（ｍａｘ_ａｌｌ＋ｍｉｎ_ａｌｌ）／２ …（６）
そして、ＣＰＵ１０は、各撮像素子について（ｉ＝０〜Ｎ）、最大値ｍａｘ_ｉが閾値ｔｈよりも大きく、また最小値ｍｉｎ_ｉが閾値ｔｈよりも小さいかを判別する（ステップＦ３〜Ｆ６）。この結果、全ての撮像素子の最大値ｍａｘ_ｉが閾値ｔｈよりも大きく、最小値ｍｉｎ_ｉが閾値ｔｈよりも小さいと判断された場合、補正用データ生成処理により生成された補正用データが適正であると判断する。各撮像素子のばらつきが一定の誤差内に入っているならば、これにより各撮像素子が既に白と黒の両方のデータを読み込んだか否かを判断することができる。
【００８２】
このようにして、補正用データ適正判断処理を実行して、適正ではないと判断された場合には画像の取り込みが実行されないので、安定した状態でのみ画像を取り込んで指紋パターンを生成することができる。
【００８３】
次に、図１５に示すフローチャートを参照しながら横ずれ補正処理ついて説明する。
透明回転ローラ２９は、ローラが回転する構造上、指紋パターンの読み取り時、すなわち被検体である指先が圧接された状態で移動され、回転することにより、左右方向に横ずれを起こす可能性がある。また、透明回転ローラ２９を製造する際に、製造精度にばらつきがある場合も考えられる。そこで透明回転ローラ２９に付した位置補正用パターン３２をもとにして、読み取られた画像に対して、透明回転ローラ２９の横ずれに応じた補正を施す。
【００８４】
ここで、１次元撮像素子２４によって読み取られる位置補正用パターン３２が理想的に読み出されるべき位置をｐ（横ずれが発生していない状態での読取位置）とし、今回読み出された位置補正用パターン３２の位置ｋとの差ｌａｇを読み取り画像の補正に利用する。
【００８５】
例えば、図１６（ａ）に示す１次元撮像素子２４により読み取られた画像例において、理想的に読み出されるべき位置（以下、基準位置と称する）がａ１であり、実際に読み出された位置補正用パターン３２の位置がａ２だった場合には、透明回転ローラ２９の横ずれが発生していないと判別することができる。これに対して、基準位置がｂ１だった場合に、実際にｂ２の位置で位置補正用パターン３２が読み出された場合には、透明回転ローラ２９が右方向にずれていると判断することができる。
【００８６】
図１７には、透明回転ローラ２９上で指紋パターンの読み取りが行われる指紋読み取り範囲と、１次元撮像素子２４との対応関係を示している。図１７に示すように、指紋読み取り範囲は１次元撮像素子２４のＭドットと対応しているものとする。横ずれ補正処理では、差ｌａｇに応じて、１次元撮像素子２４により読み取られたＭドット分の画像をデータを、図１８に示すように、右あるいは左にシフトすることで横ずれを補正する。
【００８７】
ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換回路２８を通じて入力された１次元撮像素子２４によって読み取られた画像データをもとに、位置Ｐと、今回、読み出された位置補正用パターン３２との位置との差を算出する（ステップＧ１）。ここで、差ｌａｇが「０」であった場合には、横ずれが発生していないので横ずれ補正処理を終了する（ステップＧ２、「０」）。
【００８８】
一方、差ｌａｇがマイナスだった場合（ステップＧ２、「−」）、すなわち透明回転ローラ２９が左側にずれていた場合には、補正後の画素の位置ｉをｉ＝Ｍ−１とし（ステップＧ３）、画素位置ｉの画素値ｄａｔａ_ｉを、ｉ−ｌａｇの画素位置の画素値ｄａｔａ_{ｉ−ｌａｇ}とする（ステップＧ４）。すなわち、ずれていた分の画素位置の画素値を、本来の画素位置の画素値にシフトする。
【００８９】
次に、ｉ＝ｉ−１としてｉを更新し（ステップＧ５）、ｉ≦−ｌａｇであった場合には（ステップＧ６、Ｙｅｓ）、さらに処理対象とする画素値が残っているものとして、以下同様にして各画素位置の画素値を差ｌａｇ分、それぞれ右方向にシフトする（ステップＧ４〜Ｇ５）。
【００９０】
こうして、シフトの対象とする各画素位置のシフトが終了すると（ステップＧ６、Ｎｏ）、ｄａｔａ_ｉ＝０とし（ステップＧ７）、０ドットまでの残りの画素位置に対して、ｉ＝ｉ−１としてｉの値を順次更新しながらそれぞれ画素値を０にする（ステップＧ７，Ｇ８，Ｇ９）。
【００９１】
また、差ｌａｇがプラスだった場合（ステップＧ２、「＋」）、すなわち透明回転ローラ２９が右側にずれていた場合には、補正後の画素の位置をｉ＝０とし（ステップＧ１０）、画素値ｉの画素値ｄａｔａ_ｉを、ｉ＋ｌａｇの画素位置の画素値ｄａｔａ_{ｉ＋ｌａｇ}とする（ステップＧ１１）。すなわち、ずれていた分の画素位置の画素値を、本来の画素位置の画素値にシフトする。
【００９２】
次に、ｉ＝ｉ＋１としてｉを更新し（ステップＧ１２）、ｉ＜Ｍ−ｌａｇであった場合には（ステップＧ１３、Ｙｅｓ）、さらに処理対象とする画素値が残っているものとして、以下同様にして各画素位置の画素値を差ｌａｇ分、それぞれ左方向にシフトする（ステップＧ１１，Ｇ１２）。
【００９３】
こうして、シフトの対象とする各画素位置のシフトが終了すると（ステップＧ１３，Ｎｏ）、ｄａｔａ_ｉ＝０とし、Ｎドットまでの残りの画素位置に対して、ｉ＝ｉ＋１としてｉの値を順次更新しながらそれぞれ画素値を０にする（ステップＧ１４，Ｇ１５，Ｇ１６）。
【００９４】
こうして、１次元撮像素子２４により読み取られた画像データを、透明回転ローラ２９の横ずれ分シフトさせる画像処理を施すことにより補正することができる。
【００９５】
なお、図１７のフローチャートに示す横ずれ補正処理だけでなく、補正の指標となる位置ｐを最初の１回または複数回による読み込みで決定することもできる。例えば、１次元撮像素子２４によりｎ回の読み込んだ縦線（位置補正用パターン３２）の位置を｛ｋｉ｜ｉ＝０，１，…，ｎ−１｝とした場合、補正位置ｐは次の式（７）で算出できる。
【００９６】
【数２】

【００９７】
なお、前述した説明では、指紋読み取り範囲（Ｍドット）において読み取られた画像データに対して横ずれ補正をする場合について説明しているが、１次元撮像素子２４のＮ個分の撮像素子に相当する回転検知用パターン（位置補正用パターン３２を含む）の画像データに対しても、同様に横ずれを補正することができる。これにより、透明回転ローラに対する回転検知の精度を向上させることができる。
【００９８】
次に、透明回転ローラ２９に付された回転検知用パターン３０の具体例について説明する。
図１９〜図２１は、透明回転ローラ２９の軸における断面形状が段階的に外径が変化する階段状であり、各段の境界が、軸に対して所定の角度をもった第１の直線部と、軸と平行な第２の直線部とが交互に連続するように（のこぎり歯状となるように）形成されている例を示している（図４において示した回転検知用パターン３０）。図１９は、透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図、図２０は回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図、図２１（ａ）〜（ｄ）は、透明回転ローラ２９の軸における断面図（一方の外表面側のみを示す）である。まず、図２１（ａ）に示す断面形状に形成されているとして説明する。
【００９９】
図２１（ａ）に示すように、透明回転ローラ２９の外周面の表面にそれぞれ外径が異なるＡ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面が形成されている。Ａ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面のそれぞれは、表面が滑らかないわゆる鏡面に加工される。図２１（ａ）に示す断面形状において、Ｂ面とＣ面、Ｃ面とＤ面のそれぞれの境界（第１の境界、第２の境界）において、のこぎり歯状の同じパターンが形成されている。このパターンには、第１の境界と第２の境界のパターンとが、それぞれの透明回転ローラ２９の軸と平行な部分が一致しないように形成されている。すなわち、パターンの頂点部分が透明回転ローラ２９の軸上で一致しないように、ずらして形成されている。また、Ａ面とＢ面との境界によって、位置補正用パターン３２が形成されている。
【０１００】
具体的な数値を示すと、例えば図２１（ａ）に示すように、透明回転ローラ２９のＡ面部分における外径が７．５ｍｍ、Ａ面部分における透明回転ローラ２９の厚さが０．５ｍｍである。また、図２０に示すように、各段の境界により形成されるパターンの各頂点間の距離は、ローラ径の中心角度で示すと１８°、２つのパターンの頂点間の距離が９°である。また、図２０中に示すα＝０．２１１ｍｍ（５ドット）、β＝１．１８０ｍｍ（２８ドット）、γ＝１．１８０ｍｍ（２８ドット）、δ＝０．４２２ｍｍ（１０ドット）である。なお、図１９〜図２１に示す透明回転ローラ２９の形状は、この数値に限定されるものではない。
【０１０１】
また、図２１（ａ）に示す断面形状では、各段の境界が垂直（ローラの軸に対して垂直）となっているが、図２１（Ｂ）に示すように、各面と境界面との角度が９０°を越えるように形成しても良い。この場合、回転検知用パターン３０及び位置補正用パターン３２の部分の画像を読み取った場合に、パターン部分（線）を境界が垂直に形成された場合よりも太くすることができる。また、境界の段差面を拡散面（１次元撮像素子２４により白と検知される）に形成しても良い。なお、拡散面とは、表面がザラザラしたいわゆるシボ面に形成されており、光が当たった際に拡散（乱反射）させる面である。
【０１０２】
また、図２１（ａ）（ｂ）では、透明回転ローラ２９の端部側の外径が細くなっているが、図２１（ｃ）（ｄ）に示すように、透明回転ローラ２９の端部側の外径が太くＡ面部分の外径が最も細くなるように形成することも可能である。
【０１０３】
ここで、図１９、図２０、図２１（ａ）に示す回転検知用パターン３０が付された透明回転ローラ２９の製造方法の概略について、図２２及び図２３を参照しながら説明する。図２２及び図２３の断面図に示すように、透明回転ローラ２９の製造には、キャビ４０、コア４２、押出ピン４４が用いられる。
【０１０４】
まず、透明回転ローラ２９を製造する際のキャビ４０、コア４２、押出ピン４４の初期状態は、図２２▲１▼に示すようになっている。すなわち、キャビ４０とコア４２とを組み合わせることで、透明回転ローラ２９の形状に合わせた空間が形成されており、この空間内に透明回転ローラ２９の材料（例えばアクリル樹脂）を注入するためのゲート４６とランナー４８が確保されている。
【０１０５】
ここで、図２２▲２▼に示すように、ゲート４６、ランナー４８を通じて、キャビ４０とコア４２により形成された空間内に例えばアクリル樹脂４９が充填される。その後、図２２▲３▼に示すように、樹脂４９が硬化するとキャビ４０が開かれる。この時、透明回転ローラ２９の断面形状が先端部ほど外径を小さい階段状となっているので、キャビ４０を容易に引き抜くことができ、回転検知用パターン３０を精度良く形成することができる。
【０１０６】
次に、図２３▲４▼に示すように、押出ピン４４によってコア４２内の成型品を押し出して、図２３▲５▼に示すように成型品を引き抜く。そして、ゲート、ライナーの部分をカットすることで、透明回転ローラ２９の成型を完了する。
【０１０７】
以上説明した製造方法は、透明回転ローラ２９を大量生産する場合であっても製造コストを大幅に増大させることなく、安定して精度良く回転検知用パターン３０が付すことができる。従って、この製造方法を用いて製造可能な透明回転ローラ２９を用いて画像読み取り装置を構成することで、安定した画像読み取りを実現することができる。
【０１０８】
なお、図２２及び図２３に示す製造方法の例では、透明回転ローラ２９の端部側の外径が細くなっている図２１（ａ）に示す構成を対象としているので、Ａ面とＢとの境界において、キャビ４０とコア４２とを分離させている。回転検知用パターン３０を他の形状とする場合には、その形状に合わせて、キャビ４０とコア４２との分離が容易となる位置に任意に決めることができる。例えば、図２１（ｃ）（ｄ）に示す断面を持つ構成では、Ｃ面とＤ面との境界においてキャビ４０とコア４２とを分離させれば良い。
【０１０９】
また、透明回転ローラ２９に対して拡散面を付加する場合には、その拡散面部分に対応するキャビ４０あるいはコア４２の表面形状を荒らしておく（拡散面としておく）ものとする（図２４、図２７に示す透明回転ローラ２９の例など）。
【０１１０】
以下、他の形状をもった回転検知用パターン３０が付された透明回転ローラ２９の例について説明する。
図２４〜図２６に示す回転検知用パターン３０は、透明回転ローラ２９に設けられたテーパ面上に拡散面（シボ面）を設けて形成された例を示している。
【０１１１】
図２４は、透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図、図２５は回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図、図２６は、透明回転ローラ２９の軸における断面図（一方の外表面側のみを示す）である。
【０１１２】
図２６に示すように、透明回転ローラ２９の外周面には、外径が一定なＡ面の他、先端部の外径を小さくしたテーパ面が形成されている。テーパ面には、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面が形成されている。Ｂ面及びＤ面は鏡面に加工され、Ｂ面とＤ面に挟まれたＣ面は拡散面に加工される。なお、拡散面は、前述した透明回転ローラ２９の製造方法において、キャビ４０あるいはコア４２に拡散面を形成しておくことで、透明回転ローラ２９に対して対応する箇所に付加されるとしているが、追加工によって付加するようにしても良い。図２６に示す断面形状において、Ｂ面とＣ面、Ｃ面とＤ面のそれぞれの境界（第１の境界、第２の境界）において、のこぎり歯状の同じパターンが形成されている。このパターンには、第１の境界と第２の境界のパターンとが、それぞれの透明回転ローラ２９の軸と平行な部分が一致しないように形成されている。すなわち、パターンの頂点部分が透明回転ローラ２９の軸上で一致しないように、ずらして形成されている。また、Ａ面とＢ面との境界によって、位置補正用パターン３２が形成されている。
【０１１３】
具体的な数値を示すと、例えば図２６に示すように、透明回転ローラ２９のＡ面部分における外径が７．５ｍｍ、Ａ面部分における透明回転ローラ２９の厚さが０．５ｍｍである。また、図２５に示すように、Ｃ面（拡散面）との境界により形成されるパターンの各頂点間の距離（ε）は１８°、２つのパターンの頂点間の距離（ζ）が９°である。また、図２５中に示すα＝０．２１１ｍｍ（５ドット）、β＝１．１８０ｍｍ（２８ドット）、γ＝１．１８０ｍｍ（２８ドット）、δ＝０．４２２ｍｍ（１０ドット）である。なお、図２４〜図２６に示す透明回転ローラ２９の形状は、この数値に限定されるものではない。
【０１１４】
図２７〜図２９に示す回転検知用パターン３０は、透明回転ローラ２９の外周面上に拡散面が設けられ、拡散面の境界が透明回転ローラ２９の軸に対して所定の角度をもった第１の直線部と軸と平行な第２の直線部とが交互に連続するように形成されている例を示している。
【０１１５】
図２７は、透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図、図２８は回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図、図２９は、透明回転ローラ２９の軸における断面図（一方の外表面側のみを示す）である。
【０１１６】
図２９に示すように、透明回転ローラ２９の外周面には、Ａ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面が形成されている。Ａ面、Ｂ面、及びＤ面は鏡面に加工され、Ｂ面とＤ面に挟まれたＣ面は拡散面に加工される。また、Ａ面とＢ面との境界には、断面形状がＶ字形となっているＶ溝により位置補正用パターン３２が形成がされている。図２６に示す断面形状において、Ｂ面とＣ面、Ｃ面とＤ面のそれぞれの境界（第１の境界、第２の境界）において、のこぎり歯状の同じパターンが形成されている。このパターンには、第１の境界と第２の境界のパターンとが、それぞれの透明回転ローラ２９の軸と平行な部分が一致しないように形成されている。すなわち、パターンの頂点部分が透明回転ローラ２９の軸上で一致しないように、ずらして形成されている。
【０１１７】
具体的な数値を示すと、例えば図２９に示すように、透明回転ローラ２９の各面の外径が７．５ｍｍ、各面部分における透明回転ローラ２９の厚さが０．５ｍｍである。また、図２８に示すように、Ｃ面（拡散面）との境界により形成されるパターンの各頂点間の距離（ε）は１８°、２つのパターンの頂点間の距離（ζ）が９°である。また、図２８中に示すα＝０．２１１ｍｍ（５ドット）、β＝１．１８０ｍｍ（２８ドット）、γ＝１．１８０ｍｍ（２８ドット）、δ＝０．４２２ｍｍ（１０ドット）である。なお、図２７〜図２９に示す透明回転ローラ２９の形状は、この数値に限定されるものではない。
【０１１８】
図３０〜図３２に示す回転検知用パターン３０は、透明回転ローラ２９の軸に平行な所定の長さ（例えば、予め決められた一定の長さ）をもった線部が等間隔で複数形成されている例を示している。
【０１１９】
図３０は、透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図、図３１は回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図、図３２（ａ１）〜（ｂ２）は、透明回転ローラ２９の軸における断面図（一方の外表面側のみを示す）である。
【０１２０】
図３０及び図３１に示すように、透明回転ローラ２９の外周面には、外径が異なるＡ面とＢ面が形成され、例えば表面は滑らかな鏡面に加工されている。Ｂ面には、透明回転ローラ２９の軸に平行な所定の長さをもったＶ溝が等間隔で複数形成されている。Ｖ溝は、透明回転ローラ２９の端部から形成されている。また、Ａ面とＢ面との段差により位置補正用パターン３２が形成されている。
【０１２１】
図３０中のＸで示す部分の透明回転ローラ２９の軸方向から見た断面図を図３２（ａ１）に示している。図３２（ａ１）に示すように、Ｖ溝の溝幅と、Ｖ溝に挟まれたＢ面の幅とが等間隔となるように各Ｖ溝が形成されている。Ｖ溝が形成される間隔（ピッチ）は、透明回転ローラ２９の回転に伴って画像の取り込みを行なうタイミング（解像度）に応じて形成される。例えば、Ｖ溝の部分が１次元撮像素子２４によって明るい部分（すなわち白）として検出され、Ｂ面の部分が暗い部分（すなわち黒）として検出される場合、読み取りタイミングに応じて、回転検知用パターン３０の部分を読み取って得られた回転検知用画像が白、黒、白…に切り替わるように形成される。
【０１２２】
また、図３２（ａ１）中のＸ１線上の断面を図３２（ａ２）に示している。図３２（ａ２）に示す例では、Ａ面の外径の方が大きく形成されている。
【０１２３】
具体的な数値を示すと、例えば図３２に示すように、透明回転ローラ２９のＡ面の外径が７．５ｍｍ、Ａ面部分における透明回転ローラ２９の厚さが０．５ｍｍである。また、図３１に示すように、線部に対する１次元撮像素子２４による読み取り基準位置として、α＝０．８４３ｍｍ（２０ドット）、β＝０．４２２ｍｍ（１０ドット）であり、γ＝０．６３４°（ローラ径の中心角度）である。なお、図３０〜図３２（ａ１）（ａ２）に示す透明回転ローラ２９の形状は、この数値に限定されるものではない。
【０１２４】
なお、図３０及び図３１に示す線部（Ｖ溝、Ｖ凸）は、白と黒とが等間隔のタイミングで検出されるように、透明回転ローラ２９に形成されているが、線部の間隔をより広く形成するようにしても良い（例えば、γ＝１．２８６°）。この場合、線部の間で１次元撮像素子２４による読み取りの際に、連続してＢ面の部分の読み取りが行われるが、位置補正用パターン３２の部分についても同時に読み取られる。すなわち、いかなるタイミングで画像が読み込まれても、その読み取られた画像データ中には白部分と黒部分が存在することになる。このため、前述した補正データ生成処理（図７）、補正用データ適正判断処理を支障無く実行することができる。
【０１２５】
また、図３２（ａ１）（ａ２）では、線部をＶ溝によって形成しているが。図３２（ｂ１）（ｂ２）に示すように、線部をＶ凸（Ｖ形の凸形状）によって形成することも可能である。図３０中のＸで示す部分の透明回転ローラ２９の軸方向から見た断面図を図３２（ｂ１）に示している。図３２（ｂ１）に示すように、Ｖ凸の幅と、Ｖ凸に挟まれたＢ面の幅とが等間隔となるように各Ｖ凸が形成されている。図３２（ｂ１）中のＸ２線上の断面を図３２（ｂ２）に示している。図３２（ｂ２）に示す例では、Ｂ面の外径の方が大きく形成されている。
【０１２６】
こうして、線部をＶ凸によって形成しても、Ｖ溝によって形成した場合と同様にして使用することができる。なお、図３２（ｂ１）（ｂ２）の構成の透明回転ローラ２９を製造する場合、キャビ４０とコア４２とを分離する位置は、例えばＡ面とＢ面との境界とすることで安定した精度の良い製造が可能である。
【０１２７】
図３３〜図３５に示す回転検知用パターン３０は、図３０〜図３２に示す回転検知用パターン３０と同様にして透明回転ローラ２９の軸に平行な所定の長さをもった線部が等間隔で複数形成されるもので、さらに所定数ごとの線部の一端により形成される包絡線が、透明回転ローラ２９の軸に対して所定の角度をもった直線を形成している例を示している。
【０１２８】
図３３は、透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図、図３４は回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図、図３５（ａ１）〜（ｂ２）は、透明回転ローラ２９の軸における断面図（一方の外表面側のみを示す）である。なお、図３３〜図３５に示す回転検知用パターン３０は、図３０〜図３２に示す構成と線部の長さが異なるだけで、他は同様にして構成されるものとして説明を省略する。
【０１２９】
図３３〜図３４に示すように回転検知用パターン３０を形成する線部は、所定本数ごとに線長が順に短くなっており、その包絡線（線部の先端に接する線）が直線を形成している。従って、透明回転ローラ２９に形成される回転検知用パターン３０全体の包絡線はのこぎり歯のように形成される（図３４参照）。
【０１３０】
具体的な数値を示すと、例えば図３５に示すように、透明回転ローラ２９のＡ面の外径が７．５ｍｍ、Ａ面部分における透明回転ローラ２９の厚さが０．５ｍｍである。また、図３４に示すように、線部に対する１次元撮像素子２４による読み取り基準位置としてα＝０．２１１ｍｍ（５ドット）、β＝０．８４３ｍｍ（２０ドット）であり、γ＝０．２１１ｍｍ（５ドット）、δ＝０．６４３°である。なお、図３３〜図３５に示す透明回転ローラ２９の形状は、この数値に限定されるものではない。
【０１３１】
このように、線部が形成される間隔（ピッチ）が読み取り解像度に合わせて決められているため、のこぎり歯の端点においても回転検知用画像をもとに安定して回転を検知することができる。また、線部の包絡線がのこぎり歯を形成しているので、１次元撮像素子２４によって読み取られた線部に該当する部分の長さの変化から、透明回転ローラ２９の回転方向を検知することもできる。
【０１３２】
なお、前述した説明では、本実施形態における画像データ読み取り装置を携帯電話に実装した場合を例にして説明しているが、他の情報機器に実装するようにしても良いし、画像データ読み取り装置として単独で構成されるものであっても良い。画像データ読み取り装置として単独で構成する場合、例えばパーソナルコンピュータや通信機器などの各種情報機器に接続して使用する。画像読み取り装置は、１次元撮像素子２４により読み取られた画像を回転検知用パターン３０の変化に応じたタイミングで記録しておき、情報機器からの要求に応じて出力しても良いし、１次元撮像素子２４により読み取られた画像を逐次情報機器に出力して、情報機器側で回転検知用パターン３０の変化に応じたタイミングで必要な画像（指紋パターンを表す）を記録するようにしても良い。
【０１３３】
また、前述した説明では、指先の画像データである指紋パターンを読み取る場合について説明しているが、掌紋パターンなど他の人体部分のパターンを検出部分に接触させて画像データを読み取る場合など、被検体が軟質物である場合に適用することで効果を得ることができる。
【０１３４】
また、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、前述した実施形態の内容は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られるので有れば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、製造コストを増大させることなく精度良くローラに付された回転検知用のパターンを利用して、安定した画像の読み取りを実現することが可能となるものである。
【０１３６】
また、ローラを用いた画像読み取り時におけるローラの左右方向のずれや、ローラの製造精度のばらつきに影響されることなく、安定した画像の読み取りを実現することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる画像読み取り装置を搭載した携帯電話の電子回路の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態における指紋読み取り部２０が実装された携帯電話の外観例に示す図。
【図３】第１実施形態における指紋読み取り部２０の機構部分の概略構成（側面断面図）を示す図。
【図４】回転検知用パターン３０が付された透明回転ローラ２９の外観を示す斜視図。
【図５】透明回転ローラ２９に付された回転検知用パターン３０と１次元撮像素子２４の撮像素子との対応関係を示す図。
【図６】第１実施形態におけるタイミング判断処理のフローチャートを示す図。
【図７】タイミング判断処理における補正データ生成処理を説明するためのフローチャート。
【図８】タイミング判断処理における回転検知用画像抽出処理を説明するためのフローチャート。
【図９】タイミング判断処理における画像取り込みタイミング判断処理を説明するためのフローチャート。
【図１０】透明回転ローラ２９に付された回転検知用パターン３０をわかりやすくするために平面状に展開して示す図。
【図１１】回転検知用画像中のパターン部分の位置の変化を説明するための図。
【図１２】回転検知用画像中のパターン部分の移動を説明するための図。
【図１３】第２実施形態におけるタイミング判断処理を説明するためのフローチャート。
【図１４】補正用データ適正判断処理のフローチャート。
【図１５】横ずれ補正処理を説明するためのフローチャート。
【図１６】透明回転ローラ２９の横ずれを説明するための図。
【図１７】透明回転ローラ２９上で指紋パターンの読み取りが行われる指紋読み取り範囲と１次元撮像素子２４との対応関係を示す図。
【図１８】横ずれ補正処理により画像データを右あるいは左にシフトする状況を示す図。
【図１９】透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図。
【図２０】回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図。
【図２１】透明回転ローラ２９の軸における断面図。
【図２２】回転検知用パターン３０が付された透明回転ローラ２９の製造方法を説明するための図。
【図２３】回転検知用パターン３０が付された透明回転ローラ２９の製造方法を説明するための図。
【図２４】透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図。
【図２５】回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図。
【図２６】透明回転ローラ２９の軸における断面図。
【図２７】透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図。
【図２８】回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図。
【図２９】透明回転ローラ２９の軸における断面図。
【図３０】透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図。
【図３１】回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図。
【図３２】透明回転ローラ２９の軸における断面図。
【図３３】透明回転ローラ２９の外観構成を示す斜視図。
【図３４】回転検知用パターン３０と位置補正用パターン３２に相当する部分を平面状に展開して示す図。
【図３５】透明回転ローラ２９の軸における断面図。
【符号の説明】
１０…ＣＰＵ
１２…記憶装置
１４…ＲＡＭ
１６…通話ユニット
１８…表示部
１９…キー部
２０…指紋読み取り部
２１…光源
２２…セルフォックレンズ（レンズ光学系）
２４…１次元撮像素子
２６…撮像制御回路
２７…Ａ／Ｄ変換回路
２８…回転検知センサー
２９…透明回転ローラ
３０…回転検知用パターン
３２…位置補正用パターン
４０…キャビ
４２…コア
４４…押出ピン

Claims (2)

1. 内部が中空の透明回転ローラと、この透明回転ローラの内部に設置された１次元撮像素子と、透明回転ローラに圧接された指の移動に伴い前記１次元撮像素子が撮像した指紋画像を読み取る画像読み取り手段とを有する画像読み取り装置であって、
   前記透明回転ローラは、段差によって形成される第１の境界と第２の境界を有するパターンであって、当該第１の境界と第２の境界が前記回転ローラの軸に対して所定の角度をもった第１の直線部と前記回転ローラの軸と平行な第２の直線部とが交互に連続するように形成されているとともに前記第１の境界と第２の境界のそれぞれの前記第２の直線部が前記回転ローラの軸上で一致しないように形成されているパターンが外周面に１周に渡って付され、
   前記画像読み取り手段は、指紋画像と共に読み取られた前記パターン部分の画像の変化に応じたタイミングで前記読み取った指紋画像を記録する画像記録手段を有することを特徴とする画像読み取り装置。
2. 前記透明回転ローラは、外周面に前記回転ローラの軸と垂直な外周線パターンが１周に渡って付され、
   前記画像読み取り手段は、読み取られた前記外周線パターン部分の画像に基づいて、前記１次元撮像素子によって読み取られた指紋画像の位置を補正する位置補正手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像読み取り装置。

Images