JPH056423A

JPH056423A - 画像読取装置

Info

Publication number: JPH056423A
Application number: JP3009282A
Authority: JP
Inventors: Shinji Miyahara; 信治宮原; Toshio Matsui; 俊雄松井
Original assignee: Kodak Digital Product Center Japan Ltd
Current assignee: Kodak Digital Product Center Japan Ltd
Priority date: 1991-01-29
Filing date: 1991-01-29
Publication date: 1993-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】読取画像に台形歪が生じず、また、読取画像
に生じる低照度部分を少なくして、この低照度部分の照
度を補う補助光源を減少させる。【構成】ガラス等による透明な平板である原像面11上
に、読み取られるべき指紋を有する指12が押圧される。
原像面11を照明する、照明光源13を設けている。結像光
学系14は、反射光15を結像すべく、結像光学系14の光軸
14a が、原像面11を含む平面に対して垂直に設けられて
いる。撮像面16は、光電変換素子等により構成されてお
り、上記結像光学系14を経た反射光15を上面に結像すべ
く、その撮像面16を含む平面が前記結像光学系14の光軸
14a と垂直に、結像光学系14を経た反射光15の光軸15a
上に設けられ、この撮像面16に結像された指紋を読み取
る。補助光源17は、読取画像に生じる低照度部分の照度
を補うべく設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、照明光源により原像面
を照明し、この原像面からの反射光を結像光学系を介し
て撮像面上に結像させ、上記原像面上の画像を読み取ら
せる、例えば指紋検出照合装置等に用いられる画像読取
装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】画像読取装置の一つとして、透明板上に
押圧された指紋を読み取る、いわゆる指紋検出照合装置
がある。この装置の構成例を図９により説明する。

【０００４】11はガラス等による透明な平板で、この平
板11の上面に読み取られるべき指紋を有する指12が押圧
される。したがって、この透明な平板11が読み取るべき
物体面、すなわち、原像面となる。13は照明光源で、こ
の照明光源13は上記原像面11を照明すべく、図示左下方
に設けられている。また、14は結像光学系で、この結像
光学系14は上記照明光源13からの照明により原像面11か
ら反射する反射光15を結像すべく、この反射光15の光軸
15a 上に設けられている。16は光電変換素子等により構
成される撮像面で、この撮像面16は上記結像光学系14を
経た反射光15を上面に結像すべく、結像光学系14を経た
反射光15の光軸15a 上に設けられており、この撮像面16
に結像された画像、すなわち、指紋を読み取る。17は補
助光源で、この補助光源17は結像光学系14によるＣＯＳ
４乗則に起因して、読取り画像に生じる低照度部分の照
度を補うべく設けられている。

【０００５】ここで、上記結像光学系14の光軸14a およ
び撮像面16の光軸16a は、それぞれ反射光15の光軸15a
と一致するように取り付け角度が設定されている。すな
わち、これらの光軸14a,16a は、前記原像面11を含む平
面に対して垂直ではない。このため、撮像面に結像する
読取画像Ｍには、図１０で示すように、台形歪みが発生
し、読み取り画像Ｍの読み取り精度低下の原因となる。

【０００６】また、前述のように、結像光学系14の光軸
14a および撮像面16の光軸16a は、それぞれ反射光15の
光軸15a と一致するので、読取画像Ｍは図１０で示すよ
うに、イメージサークルＣの中央部に結像する。ここ
で、原像面11は通常四角形状であり、前記低照度部分は
読取画像Ｍの４隅部となる。すなわち、ＣＯＳ４乗則で
は、光軸14a から遠くになるほど影響が顕著になるの
で、光軸14a から最も離れた原像面11a の４隅部分に対
応した読取画像Ｍの部分が、特に照度の低下が激しくな
る。したがって、この低照度部分の照度を補う前記補助
光源17は、４隅部分に対応して設けなければならず、少
なくとも４つは必要となる。

【０００７】また、指紋検出照合装置としては、この他
に図１１で示すような、三角プリズム19を用いた構成例
がある。以下これについて説明する。

【０００８】三角プリズム19は、底角α、屈折率ｎであ
り、その底面部分19a が原像面となる。すなわち、指紋
検出に当たっては底面部分19a に指12を押し当てる。ま
た、他の２面のいずれが１面19b は鏡面加工された鏡面
であり、残りの１面は19c は透光面である。照明光源13
は透光面19c を通して原像面19a を照射するべく図示右
下方に配置されている。また、結像光学系14は、照明光
源13からの照明により原像面19a で反射し、鏡面19b を
経て透光面19c が射出する反射光15を結像すべく、この
反射光15の光軸15a 上に設けられている。また、光電変
換素子等により構成された撮像面16も、上記結像光学系
14を経た反射光15を結像すべく、その光軸15a 上に設け
られており、この撮像面16に結像される画像を読み取
る。補助光源17も図９の場合と同様に、結像光学系14に
よるＣＯＳ４乗則に起因して、読取り画像に生じる低照
度部分の照度を補うべく設けられる。

【０００９】この場合も、結像光学系14の光軸14a およ
び撮像面16の光軸16a は、それぞれ反射光15の光軸15a
と一致するように取り付け角度が設定されているので、
やはり撮像面16に結像する読取画像Ｍには、図１２で示
すように、台形歪みが発生する。さらに、読取画像Ｍは
図１２で示すように、イメージサークルＣの中央部に結
像するので、四角形状である原像面19a の４隅部分に対
応した読取画像Ｍの部分が、特に照度の低下が激しくな
る。したがって、この低照度部分の照度を補う前記補助
光源17は、やはり４隅部分に対応して少なくとも４つは
必要となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来装置
では、撮像面に結合する読取画像Ｍに台形歪みが生じた
り、読取画像Ｍの低照度部分を補う補助光源が多数（最
低４つ）必要であるという問題点があった。

【００１１】本発明の目的は、読取画像Ｍに台形歪みが
生じず、また低照度部分を補う補助光源の数を少なくす
ることができる画像読取装置を提供することにある。

【００１２】〔発明の構成〕

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の画像読取装置は、照明光源により原像面を照明し、こ
の原像面からの反射光を結像光学系を介して撮像面上に
結像させ、上記原像面上の画像を読み取らせるもので、
前記結像光学系を前記原像面からの反射光の光軸上に配
置し、かつ前記撮像面を上記結像光学系を経た反射光の
光軸上に配置すると共に、結像光学系の光軸を前記原像
面を含む平面に対して垂直に構成し、また撮像面はその
撮像面を含む平面が前記結像光学系の光軸と垂直となる
ように構成したものである。

【００１４】また、請求項２に記載の画像読取装置は、
底面部分を原像面とし、かつ他の２面のいずれか一方を
鏡面、他方を透光面とした三角プリズムを有し、前記原
像面からの反射光を前記鏡面にて反射させて前記透光面
から射出させ、この透光面から射出された反射光の光軸
上に前記結像光学系を配置し、かつこの結像光学系を経
た反射光の光軸上に前記撮像面を配置すると共に、結像
光学系の光軸を前記原像面を含む平面に対して、前記透
光面から射出された反射光の光軸と重ならない所定角度
に設定し、また撮像面はその撮像面を含む平面が前記結
像光学系の光軸と垂直となるように構成したものであ
る。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の画像読取装置では、結像光学
系の光軸を前記原像面を含む平面に対して垂直に構成
し、また、撮像面はその撮像面を含む平面が前記結像光
学系の光軸と垂直となるように構成したので、読取画像
に台形歪みが生じることはなく、また、読取画像がイメ
ージサークルの一方に偏って結像されるため、低照度部
分は、四角形状の原像面の４隅ではなく、２隅に対応す
る部分のみとなる。したがって、この低照度部分を補う
補助光源の数は２隅分でよく、従来の半数となる。

【００１６】請求項２に記載の画像読取装置も、結像光
学系の光軸を前記原像面を含む平面に対して、前記透光
面から射出された反射光の光軸と重ならない所定角度に
設定し、また、撮像面はその撮像面を含む平面が前記結
像光学系の光軸と垂直となるように構成したので、読取
画像に台形歪みが生じることはなく、また、読取画像が
イメージサークルの一方に偏って結像されるため、低照
度部分を補う補助光源の数は２隅分でよく、従来の半数
となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１８】図１において、各部品は図９で示した従来
装置と基本的に同じものであり、対応するものに同一符
号を付して説明する。すなわち、図１の装置も、ガラス
等による透明な平板である原像面11上に、読み取られる
べき指紋を有する指12が押圧される。また、上記原像面
11を照明すべく、図示左下方に照明光源13を設けてい
る。結像光学系14は、上記照明光源13からの照明により
原像面11から反射する反射光15を結像すべく、この反射
光15の光軸15a 上に設けられている。撮像面16は、光電
変換素子等により構成されており、上記結像光学系14を
経た反射光15を上面に結像すべく、結像光学系14を経た
反射光15の光軸15a 上に設けられており、この撮像面16
に結像された画像、すなわち、指紋を読み取る。補助光
源17は、結像光学系14によるＣＯＳ４乗則に起因して、
読取画像に生じる低照度部分の照度を補うべく設けられ
る。

【００１９】ここで、前記結像光学系14の光軸14a は、
図９で示した従来例のように反射光15の光軸15a と一致
するようには構成せず、図示の如く、前記原像面11を含
む平面に対して垂直となるように設置角度を設定してい
る。また、撮像面16は、その撮像面16を含む平面が前記
結像光学系14の光軸14a と垂直となるように構成されて
いる。

【００２０】上記構成において、指紋を検出する場合
は、図１および図２に示すように、原像面11となるガラ
ス板等の透光板上に指12を押し当てて指紋を圧着させ
る。このようにすると、指紋の凹部により形成される空
気層との境界面12a と、指紋の凸部が原像面11上に密着
した密着面12b とが形成される。そして、この原像面11
を照明光源13で照明すると、上記空気層との境界面12a
と、指12が密着した密着面12b とでは、光の反射率の違
いにより、反射する光量に差を生じる。そして、この境
界面12a で臨界角を越えるような照明を行うと、境界面
12a を照明した照明光はほぼ全反射の状態となる。これ
に対し、密着面12b を照明した照明光は密着面12b でほ
ぼ拡散の状態となり、前記境界面12a との反射量の違い
が大きくなる。このように、境界面12a と密着面12b と
で反射光量に差が生じるので、これら反射光15を結像光
学系14で撮像面16上に結像することにより、この撮像面
16で指紋を読み取ることができる。

【００２１】ここで、前述のように、結像光学系14の光
軸14a は、原像面11を含む平面に対して垂直となるよう
に設置角度を設定し、また撮像面16は、その撮像面16を
含む平面が前記結像光学系14の光軸14a と垂直となるよ
うに構成しているので、写真撮影法の一種であるアオリ
撮影の原理により、撮像面16上に結像される読取画像Ｍ
には、図３で示すように台形歪は生じない。

【００２２】また、結像光学系14の光軸14a を、前記原
像面11を含む平面に対して垂直としたことにより、反射
光15の光軸15aは、結合光学系14の光軸14a と一致せ
ず、ずれて入射するので、撮像面16に結像された読取画
像Ｍは、図３で示すように、イメージサークルＣの外周
方向（図の例では右方）に偏る。

【００２３】ここで、原像面11は図２で示すように四角
形状であるので、結像光学系14のＣＯＳ４乗則に起因す
る読取画像Ｍの低照度部分は、通常、光軸14a から遠く
なる４隅部に発生するが、本発明では、図３で示すよう
に、読取画像Ｍの偏りにより２つの隅部がイメージサー
クルＣの中央部近くに位置するため、これら２つの隅部
はＣＯＳ４乗則に起因する照度の低下の影響が少なく、
低照度部分にはならない。これに対し、残りの外周近く
に位置する２つの隅部は、ＣＯＳ４乗則に起因する照度
の低下の影響が大きく、低照度部分となる。したがっ
て、この低照度部分となる２つの隅部を補助光源17によ
り照明すれば、読取画像Ｍの低照度部分の照度を補うこ
とができる。すなわち、従来は、４つの補助光源17によ
り低照度部分の照度を補っていたが、本発明では２つの
補助光源17で２つの隅部を照明すれば低照度部分の照度
を補うことができ、補助光源17の数を半減することがで
きる。

【００２４】次に、図４で示す三角プリズム19を用いた
構成例を説明する。この場合も、各部品は、図１１で示
した従来装置と基本的に同じである。すなわち、三角プ
リズム19は、底角α、屈折率ｎであり、その底面部分19
a が原像面となり、指紋検出に当たっては底面部分19a
に指12が押し当てられる。また、他の２面のいずれか一
面19b は鏡面加工されたミラーであり、残りの１面は19
c は透光面である。照明光源13は透光面19c を通して原
像面19a を照射するべく図示右下方に配置されている。
また、結像光学系14は、照明光源13からの照明により原
像面19a で反射し、鏡面19b を経て透光面19c が射出す
る反射光15を結像すべく、この反射光15の光軸15a上に
設けられている。さらに、光電変換素子等により構成さ
れた撮像面16は、上記結像光学系14を経た反射光15を結
像すべく、その光軸15a 上に設けられており、この撮像
面16に結像される画像を読み取る。補助光源17は、結像
光学系14によるＣＯＳ４乗則に起因して、読取画像に生
じる低照度部分の照度を補うべく設けられる。

【００２５】ここで、結像光学系14の光軸14a は、前記
原像面19a を含む平面に対して、前記透光面19c から射
出された反射光15の光軸15a と重ならない所定角度θを
成すように設定する。また撮像面16は、その撮像面16を
含む平面が前記結像光学系14の光軸14a と垂直となるよ
うに構成する。

【００２６】上記構成において、照明光源13から照射さ
れた照明光は、指12を圧着した原像面19a を照明する。
この場合、指紋の凹部12a による空気層との境界面12a
で全反射する光量が最大となるように設定する。上記照
明光は、原像面19a で反射され、鏡面10に至り、この鏡
面19b で透光面19c に向けて反射され、この透光面19c
から射出される。この射出された反射光15は、その光軸
15a 上に配置された結合光学系14により、撮像面16上に
結像される。

【００２７】ここで、結像光学系14の光軸14a が、原像
面19a を含む平面に対して成す前記角度θは次の式
（１）により決定される。

【００２８】

【００２９】以下、上記式（１）の根拠を図７により説
明する。

【００３０】図７における 19aa は、原像面19a から鏡
面19b および透光面19c を経て結像光学系14に至る反射
光15の光路長、すなわち、結像光学系14の主点Ｈから原
像面19a 上の任意の位置までの光路長を、空気中の直線
分に換算した場合の原像面位置であって、その中心Ｃが
図５における反射光15の主光線Ｌの延長線上に位置する
ように原像面19a を考えたものである。

【００３１】このことを図８（ａ）（ｂ）（ｃ）により
さらに説明する。図８（ａ）はプリズム19内における実
際の反射光15の状態を示している。また、この原像面19
a を含むプリズム底面を鏡面19b により展開したものが
図８（ｂ）において破線で示されている。さらに図８
（ｃ）では、この展開された原像面上の任意の点と、前
記主点Ｈとを結ぶプリズム内の光路長を空気中の光路長
に換算して、中心Ｃが反射光15の主光線Ｌの延長線上に
位置するように原像面19a を考えたものが実線で示され
ており、これが図７における原像面 19aa に対応する。

【００３２】なお、図８（ｂ）で示したプリズム19内を
通る光線ａ，ｂ，ｃ，の光路長を、空気中の光路長に換
算すると、図８（ｃ）で示すようにａ／ｎ，ｂ／ｎ，ｃ
／ｎとなる。

【００３３】原像面19aa上の任意の点と前記主点Ｈとの
光路長と、この原像面19aa上の任意の点に対応する原像
面19a 上の点と前記主点Ｈとの光路長を空気中の直線分
に換算した光路長とは、等しいものである。

【００３４】したがって、原像面19a と原像面19aaと
は、光学的に等価なものであり、結像光学系14の光軸14
a を、上記原像面19aaを含む平面に対して垂直に構成す
ることにより、結合画像の台形歪を補正することができ
る。

【００３５】このように、結像光学系14の光軸14a を、
上記原像面19aaを含む平面に対して垂直に構成するた
め、前記原像面19a を含む平面に対する角度θを求め
る。

【００３６】以下、図７を参照しながら、θを導く。

【００３７】θは次の式（２）を満たす値である。

【００３８】

【００３９】上記（３）式において、γは次の（４）式
により求められる値である。

【００４０】

【００４１】上述のようにして求めた所定角度θを、結
像光学系14の光軸14a と原像面19aを含む平面とが成す
角度として設定し、かつ、撮像面16を、この撮像面16を
含む平面が上記結像光学系14の光軸14a に対して垂直と
なるように構成することにより、撮像面上に結像される
画像に台形歪は生じない。

【００４２】また、結像光学系14の光軸14a と原像面19
a を含む平面とが角度θを成すことにより、透光面19c
射出される反射光15は、その主光線が結像光学系14の光
軸14a からずれて結像光学系14に入射されるので、撮像
面16上の読取画像Ｍは、図６で示すように、イメージサ
ークルＣの外周方向に偏って結像される。

【００４３】したがって、イメージサークルＣの外周方
向に偏った、低照度部分となる２つの隅部を補助光源17
により照明すれば、読取画像Ｍの低照度部分の照度を補
うことができる。すなわち、２つの補助光源17で２つの
隅部を照明すれば低照度部分の照度を補うことができる
ので、従来装置に比べ、補助光源17の数を半減すること
ができる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、撮像面に
結像される読取画像に台形歪が生じないので、画像読取
精度が向上する。また、読取画像に生じる低照度部分が
少なくなるので、この低照度部分の照度を補う補助光源
を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載された画像読取装置の一実施例
を示す構成図である。

【図２】図１における原像面部分の平面図である。

【図３】図１の装置による読取画像の結像状態を示す図
である。

【図４】請求項２に記載された画像読取装置の一実施例
を示す構成図である。

【図５】図４における原像面部分の平面図である。

【図６】図３の装置による読取画像の結像状態を示す図
である。

【図７】図３の装置における角度θを求める手法の説明
図である。

【図８】（ａ）（ｂ）（ｃ）は図７の手法を順次説明す
るための図である。

【図９】従来装置を示す構成図である。

【図１０】図７の装置による読取画像の結像状態を示す
図である。

【図１１】三角プリズムを用いた従来装置を示す構成図
である。

【図１２】図９の装置による読取画像の結像状態を示す
図である。

【符号の説明】 11 原像面 13 照明光源 14 結像光学系 14a 光軸 15 反射光 15a 光軸 16 撮像面 19 三角プリズム 19a 原像面 19b 鏡面 19c 透光面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光源により原像面を照明し、この原
像面からの反射光を結像光学系を介して撮像面上に結像
させ、上記原像面上の画像を読み取らせる画像読取装置
において、前記結像光学系を前記原像面からの反射光の
光軸上に配置し、かつ前記撮像面を上記結像光学系を経
た反射光の光軸上に配置すると共に、結像光学系の光軸
を前記原像面を含む平面に対して垂直に構成し、また撮
像面はその撮像面を含む平面が前記結像光学系の光軸と
垂直となるように構成したことを特徴とする画像読取装
置。
【請求項２】照明光源により原像面を照明し、この原
像面からの反射光を結像光学系を介して撮像面上に結像
させ、上記原像面上の画像を読み取らせる画像読取装置
において、底面部分を前記原像面とし、かつ他の２面の
いずれか一方を鏡面、他方を透光面とした三角プリズム
を有し、前記原像面からの反射光を前記鏡面にて反射さ
せて前記透光面から射出させ、この透光面から射出され
た反射光の光軸上に前記結像光学系を配置し、かつこの
結像光学系を経た反射光の光軸上に前記撮像面を配置す
ると共に、結像光学系の光軸を前記原像面を含む平面に
対して、前記透光面から射出された反射光の光軸と重な
らない所定角度に設定し、また撮像面はその撮像面を含
む平面が前記結像光学系の光軸と垂直となるように構成
したことを特徴とする画像読取装置。