JPH04117761A - 画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、複数の発光素子が配置された照明光源から照
射される照明光が読み取るべき物体面（以下、原像面と
称する）を照明し、この原像面で反射した前記照明光が
、結像光学系を経て結像面に結像して読取画像を得る画
像読取装置に係わり、特に、読取画像の照度を均一化し
た装置に関する。

（従来の技術） 照明光源から照射される照明光が原像面を照射し、この
原像面で反射した前記照明光の光路を曲折すべく設けた
ミラーに反射した前記照明光を、結像光学系により、光
電変換素子等で構成されて結像面となる撮像面に結像し
て読取画像を得る画像読取装置においては、下記のよう
な照度むらの問題を解消して、撮像面に結像される読取
画像の照度を均一化すべく、拡散板の使用や照明光源の
輝度調節等、従来より種々の手段が講じられている。

周知のように、撮像面に結像する読取画像の照度むらは
、射影変換を行なう一般的な結像光学系のＣＯ３４乗則
に起因した照度むらと、照明光の照度分布がその中心程
照度が高くなるいわゆるガウス関数型に似た照度分布で
あることに起因する照明光自身の照度むらとが原因とな
っている。

一般に、画像読取装置の照明光源としては、安価なこと
から、複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）
をマトリクス状に配置した照明光源が使用される。この
ような照明光源を備えた画像読取装置において、従来よ
り講しられている読取画像の照度を均一化する手段を以
下に説明する。

第４図（ａ）は、１８個のＬＥＤを同図ｆｂ）のように
３×６のマトリクス状に配置した照明光源１１を備えた
画像読取装置を示すもので、照明光源１１が照射した照
明光は、原像面Ｐを照明し、この原像面Ｐで反射し、さ
らに、前記照明光の光路を曲折すべく設けたミラーＭで
反射され、結像光学系１２を経て撮像面１３に読取画像
として結像される。

第５図（１）は、第４図に示した画像読取装置の撮像面
１３における読取画像の照度分布を概略的に示したもの
で、第５　Ｍ　（ｂ）　ｌｃ）も同様であるが、本来は
、平面上に照度が三次元的に示されるべきものであるが
、簡単のため、線上に照度を二次元的に示したものであ
る。第５図（ｃ）は、照明光源１１を構成するＬＥＤの
照射する各々の照明光の原像面Ｐにおける照度分布を概
略的に示したもので、この照度分布は、その中心程照度
が高くなるいわゆるガウス関数型の照度分布となってい
る。また、第５図（ｂ）は、照明光源１１から照射され
る照明光の原像面Ｐにおける照度分布を概略的に示した
もので、この照明光は、照明光源１１を構成する各々の
ＬＥＤが照射する照度が均一でないガウス関数型の照度
分布の照明光が合成されたものであって、合成された照
明光、すなわち照明光源１１から照射された照明光はこ
の照明光自身に照度むらを有している。

そして、第５図（８）に示されるように、読取画像は、
前述のような照明光自身の照度むらと、結像光学系１２
のＣＯ３４乗則に起因して読取画像の周辺部程照度が低
下した低照度部分による照度むらとを有する。特に、原
像面Ｐの周辺部における照明光自身の照度むらの低照度
部分は、読取画像において照度が著しく低い低照度部分
となってしまう。

そこで、従来は、第４図（り中の鎖線で示されるように
、照明光源１１と原像面Ｐとの間に拡散板１４を設け、
ＬＥＤの照射する照明光を拡散させることにより、照明
光自身の照度むらを低減させるとともに、撮像面ｊ３に
おけるＣ０８４乗則に起因する低照度部分に対応した照
明光源１）の部分、すなわち第４図（ｂｌのＬＥＤｌ、
２，５，６，１３゜１４、　１７．　１８の輝度を上げ
る手段が講じられていた。

しかし、この手段においては、ＣＯ３４乗則に起因する
読取画像周辺部の低照度部分の照度を上げることはでき
るものの、拡散板１４によっては照明光自身の照度むら
を良好に低減することはできず、依然として、原像面Ｐ
の周辺部の照明光自身の照度むらの低照度部分は、読取
画像において照度が著しく低い低照度部分になってしま
い、照度むらは１０％程度までにしか低減することがで
きなかった。

また、前述の画像読取装置において、照明光自身の照度
むらを良好に低減する手段として、ＬＥＤの個数を増す
ことが考えられるが、これはたくさんのＬＥＤが必要で
あり、好ましくない。

また、反射板を用いて、照明光自身の照度むらを低減す
る手段も考えられるが、この手段においては、照度むら
を良好に低減することはできず、装置も大型化する。

（発明が解決しようとする課題） 前述のように、画像読取装置においては、読取画像の照
度むらの問題の解決が課題となるが、照明光源と原像面
との間に拡散板を設けるとともに、照明光源の周辺部の
ＬＥＤの輝度を上げるという従来の手段では、照度むら
を十分に低減できなかった。また、照度むらの低減のた
めに、ＬＥＤの個数を増したり、反射板を用いたりする
ことも考えられるが、これらは有利な手段ではない。

ところで、画像読取装置における読取画像の照度むらを
低減するには、高照度部と低照度部の照度の絶対的な差
を小さくすること、または、高照度部と低照度部の照度
の相対的な比を小さくすることが考えられる。

本発明は、後者の高照度部と低照度部の照度の相対的な
比を小さくすることにより、照度むらを良好に低減し、
読取画像の照度の均一化を図った画像読取装置を提供す
ることを目的とする。

（発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成するために、照明光源が照射
する照明光により原像面を照明し、この原像面で反射し
た前記照明光の光路を曲折すべく設けたミラーで反射し
た前記照明光を結像光学系により撮像面などの結像面に
結像して読取画像を得る画像読取装置において、 複数のＬＥＤなどの発光素子を配置し、前記原像面を照
明する主照明光源と、 この主照明光源の前面に設けられる第１の拡散板と、 前記ミラーで反射した前記主照明光源より照射された主
照明光の光路の近傍に位置されて、前記結像面における
主照明光の結像の著しく照度が低い低照度部分に対応し
た原像面の部分に照度のピークが一致するように、かつ
、前記ミラーで反射されて前記原像面を照明するように
配置された補助照明光源と、 この補助照明光源の前面に設けられる第２の拡散板と、 を備えたものである。

（作用） 本発明の画像読取装置において、主照明光源が照射する
主照明光は、主照明光源の前面に設けられる第１の拡散
板を介して原像面を照明し、この原像面で反射され、ミ
ラーに至り、このミラーで結像光学系へ向けて反射され
、この結像光学系により結像面に結像する。

このような主照明光による結像は、その周縁部に前記結
像光学系のＣ０８４乗則に起因した低照度部分と、第１
の拡散板を介して原像面を照明するも解消し得ずに残存
する主照明光自身の照度むらと、原像面の周辺部におけ
る主照明光自身の照度むらの低照度部分が結像面におい
て照度を著しく低下した低照度部分とを有する。

一方、補助照明光源が照射する補助照明光は、第２の拡
散板を介すことにより拡散され、しかも、ミラーに至る
までの距離に加えて、ミラーで反射されてから原像面を
照明するため、照明距離が長く設定されることにより、
発散が増大されて、照明範囲は広くなり、原像面のほぼ
全範囲を照明できるものとなり、原像面の照度を全体的
に上げるとともに、 結像面における主照明光源による結像の著しく照度が低
い低照度部分に対応する原像面の部分に照度のピークが
一致するようにして原像面を照明することにより、ＣＯ
３４乗則に起因する低照度部分の照度を補い、照度むら
を良好に低減して、照度を均一化した読取画像を得るこ
とを可能とする。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例を示すもので、この実施例
は、画像読取装置の中でも特に読取画像の照度の均一さ
が厳しく要求される指紋検出照合装置に本発明を適用し
たものである。

まず、この種の指紋検出照合装置の原理を簡単に説明す
る。

透明平板に指紋を圧着すると、指紋の凹部により形成さ
れる空気層との境界面と、指紋の凸部が前記透明平板に
密着した密着面とが形成される。

そして、指紋が圧着された面を照明すると、空気層と接
する前記境界面と指が密着した前記密着面とでは、その
反射率の違いから、反射する光量に差を生じる。そして
、前記境界面で臨界角を越えるような照明を行なうと、
前記境界面を照明した照明光はほぼ全反射の状態となり
、前記密着面を照明した照明光は前記密着面でほぼ拡散
の状態となり、前記境界面と前記密着面の反射量の違い
が大きくなる。このように前記境界面と前記密着面とで
反射する光量に差を生じて、前記圧着面で反射した照明
光を結像光学系により結像面に結像して指紋の凹凸パタ
ーンを読取するものである。

以下、第１図、第２図および第３図を参照しながら、本
発明の一実施例の構成とその作用とについて説明をする
。

第１図（１）において、１は、細長い形状である指紋の
原画像に合わせて底面部分を長方形状とした三角プリズ
ムで、この底面部分を原像面Ｐとし、他の２面のいずれ
か一面は反射膜を施してミラー面Ｍとし、残る一面は透
光面Ｔとする。

２は、複数の発光素子としてのＬＥＤをマトリクス状に
配設した主照明光源で、第１図＋ｂ）　に示されるよう
に、３×６のマトリクス状の配置とされ、原像面Ｐの形
状に対応して長方形状となっている。

３は、第１の拡散板で、前記主照明光源２の前面、すな
わち主照明光源２と透光面Ｔとの間に設けられる。

４は、結像光学系。

５は、光電変換素子等で構成され、結像面となる撮像面
であって、原像面Ｐの形状に対応して長方形状とされる
。

６は、補助照明光源で、４つのＬＥＤから構成される。

各ＬＥＤの前面、すなわち補助照明光源６と透光面Ｔと
の間に第２の拡散板７をそれぞれ設ける。

Ｆは、指紋面を原像面Ｐに圧着する指である。

なお、Ｐ、は、原像面Ｐにおいて指紋の凹部により形成
される空気層との境界面、Ｐ２は、指紋の凸部が原像面
Ｐに密着した密着面である。

主照明光源２から照射された主照明光は、第１の拡散板
３を介して、指Ｆを圧着した原像面Ｐを、指紋の凹部に
より形成される空気層との境界面Ｐ、で全反射する光量
か最大になるように照明し、この原像面Ｐで反射され、
ミラーであるミラー面Ｍに至り、このミラー面Ｍで透光
面Ｔへ向けて反射され、この透光面Ｔから射出し、結像
光学系４を経て、この結像光学系４によって撮像面５に
結像される。

主照明光源２から照射される主照明光は、主照明光源２
を構成する各ＬＥＤが照射する照明光が合成されたもの
である。各ＬＥＤの照射する照明光はそれぞれ照度が均
一でないガウス関数型の照度分布を呈するものであるか
ら、主照明光は、この主照明光自身に照度むらを有して
いる。そして、主照明光源２から照射された主照明光を
、第１の拡散板３を介すことにより、各ＬＥＤが照射す
る照明光を拡散して、主照明光自身の照度むらを低減す
る。

第２図（ｃ）は、主照明光の撮像面５における結像の照
度分布を概略的に示したものである。すなわち、主照明
光の照度分布は、本来は、平面上に照度が三次元的に示
されるべきものであるが、簡単のため、線上に照度を二
次元的に示したものである。第２図ｆｘ）　（ｂ）も同
様である。そして、主照明光の撮像面５における結像の
照度分布は、第１の拡散板３により低減されるも依然と
して残存する主照明光自身の照度むら（例えば、低照度
部と高照度部ｈ）と、結像光学系４のＣ０８４乗則に起
因して結像の周辺部程照度が低下する照度むらとを有す
る。特に、原像面Ｐの周辺部の照明光自身の照度むらの
低照度部分は、撮像面５において照度が著しく低下した
低照度部分りとなる。

第３図は、主照明光の撮像面５における照度の明暗を模
式的に示したもので、四隅に平行斜線で示される結像光
学系４のＣ０８４乗則に起因する低照度部分と、黒塗部
で示される照度が著しく低下した低照度部分りとがある
。

補助照明光源６は、結像光学系４と透光面Ｔとの間に主
照明光の光路の近傍に位置して設けられ、補助照明光源
６の各ＬＥＤから照射された補助照明光は、第２の拡散
板７を介して、透光面Ｔからプリズム１内に入射し、ミ
ラー面Ｍで原像面Ｐへ向けて反射されて、この原像面Ｐ
を照明し、この原像面Ｐで反射されて、再びミラー面Ｍ
に至り、このミラー面Ｍで透光面Ｔへ向けて反射され、
この透光面Ｔから射出し、結像光学系４を経て、この結
像光学系４によって撮像面５に結像される。

このとき、補助照明光源６を構成する４つのＬＥＤ各々
から照射された各々の補助照明光は、第２の拡散板７を
介すことにより拡散させられる。

しかも、補助照明光は、ミラー面Ｍに至るまでの距離に
加えて、ミラー面Ｍで反射して原像面Ｐを照明するため
、照明距離が長くなり、各々の補助照明光は、発散させ
られることにより、照明範囲が広くなる。これとともに
、各々の補助照明光は、その照度のピークを第３図図示
の黒塗部で示される照度が著しく低下した低照度部分り
に対応した原像面Ｐの部分のいずれか１つに重複するこ
となく一致させて照明している。

なお、ここで当然理解されることであるが、補助照明光
源６は、透光面Ｔから射出する照明光すなわち主照明光
と補助照明光の光路をいずれをも妨げないように、結像
光学系４と透光面Ｔとの間に設けられる。

第２図（ｂ）は、補助照明光の撮像面５における結像の
照度分布を概略的に示したものである。

前述の如くに補助照明光が原像面Ｐを照明することによ
り、第２図ｆｃ）で示される主照明光の結像の照度分布
の著しく照度の低下した低照度部分りに、補助照明光の
結像の照度のピークＨが一致している。また、各々の補
助照明光は、照度の高い部分が、原像面Ｐの周辺部に位
置するＣ０８４乗則に起因する低照度部分と対応した原
像面Ｐの部分にも一致しているため、各々の補助照明光
はその照明範囲のほぼ半分で原像面Ｐを照明するもので
あるが、第２の拡散板７を介し、しかも、照明距離を長
くすることによって、補助照明光の照明範囲を広範囲の
ものとし、原像面Ｐのほぼ全範囲を照明するようにする
。

撮像面５で得られる読取画像は、主照明光と補助照明光
のそれぞれの結像の合成であって、読取画像の照度分布
を示したものが、第２図（ａ）である。

すなわち、補助照明光源６を構成するそれぞれのＬＥＤ
が照射する補助照明光は、主照明光源２が原像面Ｐを照
明して得られた結像の著しく照度の低い低照度部分りに
対応する原像面Ｐの部分に、照度のピークＨが一致する
ようにして照明することにより、Ｃ０８４乗則に起因す
る低照度部分の照度を補い、しかも、それぞれのＬＥＤ
が原像面Ｐのほぼ全範囲を照明することにより、原像面
Ｐの照度を全体的に上げて、照度むらの相対的な比を小
さくする。これにより、照度むらが良好に低減されて、
照度が均一化された読取画像が得られる。

本実施例の場合、実験によれば、照度むらを３％程度ま
で低減することができ、指紋の凹凸パターンの読み取り
精度が向上した。

また、補助照明光源６を構成するＬＥＤは４つのみ設け
ればよく、しかも、補助照明光源６は結像光学系４と透
光面Ｔとの間に設けられるから、補助照明光源６を設け
たにもかかわらず、画像読取装置の大型化を招くことは
なく、しかも、安価にできる。

なお、本実施例は、指紋検出照合装置に隈って記載した
が、その他の画像読取装置、例えば、複写機、ファクシ
ミリ、スキャナー等にも本発明を適用できることは記載
するまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、主照明光源に加えて補助照明光源を備
え、この補助照明光源が照射する補助照明光の照明距離
を長くすることにより、補助照明光を発散させ、しかも
、補助照明光を拡散板を介することにより拡散させて、
原像面を全体的に照明し、さらに、補助照明光の照度の
ピークを主照明光源からの主照明光によって得られる結
像の著しく照度の低下した部分に一致させることにより
、照度むらを良好に低減し、読取画像の照度を均一化す
ることができる。また、補助照明光源は、主照明光によ
る結像の著しく照度が低下した部分の個数だけ備えれば
よく、さらに、備える位置も主照明光の光路の近傍なの
で、安価にしかも装置を大型化することなく、照度むら
が低減され照度が均一化された読取画像を得ることがで
きる画像読取装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（１＋は本発明の画像読取装置の一実施例を示す
全体図、第１図（ｂ）はその主照明光源を示す正面図、
第２図（Ｊ）　（ｂ）　ｆｃ）は前記実施例における照
度分布を示すグラフ、第３図は主照明光の結像面におけ
る照度の明暗を模式的に示したもの、第４図（１）は従
来の画像読取装置の一例を示す全体図、第４図（ｂ）は
その主照明光源を示す正面図、第５図（ｉ）　（ｂ）　
（ｃ）は従来例における照度分布を示すグラフである。 Ｐ・・原像面、Ｍ・・ミラーであるミラー面、２・・主
照明光源、ＬＥＤ・・発光素子としての発光ダイオード
、３・・第１の拡散板、４・・結像光学系、５・・結像
面となる撮像面、６・・補助照明光源、Ｌ・・低照度部
分、７・・第２の拡散板。 （α） Ｓス亘 那ｊ」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）照明光源が照射する照明光により原像面を照明し
   、この原像面で反射した前記照明光の光路を曲折すべく
   設けたミラーで反射した前記照明光を結像光学系により
   結像面に結像して読取画像を得る画像読取装置において
   、 複数の発光素子を配置し、前記原像面を照明する主照明
   光源と、 この主照明光源の前面に設けられる第１の拡散板と、 前記ミラーで反射した前記主照明光源より照射された主
   照明光の光路の近傍に位置されて、前記結像面における
   主照明光の結像の著しく照度が低い低照度部分に対応し
   た原像面の部分に照度のピークが一致するように、かつ
   、前記ミラーで反射されて前記原像面を照明するように
   配置された補助照明光源と、 この補助照明光源の前面に設けられる第２の拡散板と、 を備えたことを特徴とする画像読取装置。