JP3903859B2 - Image input device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の光学像を入力する画像入力装置と、この画像入力装置が具備する円筒の製造方法に関する。
【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って個人認証する方法があり、指紋による個人認証を携帯型の電子機器に応用する技術が提案されてきている。そこで、被験者の指紋を読み取る指紋読取装置を携帯型の電子機器に設ける必要がある。
【０００３】
図１０には、従来の指紋読取装置の概略を示す図面である。同図に示すように、指紋読取装置５００は、光源５０２と、直角プリズム５０３と、撮像装置５０４とを具備する。直角プリズム５０３は、その断面が二等辺三角形の形状を成しており、直角プリズム５０３の稜角５３５に対向している斜面５３１に指５０６が接触されるようになっている。稜角５３５を挟む一方の面５３６側に光源５０２が配設されており、他方の面５３７側には撮像装置５０４が配設されている。光源５０２からの光が面５３６を透過して、斜面５３１で全反射したときに、全反射光が面５３７を透過して、撮像装置５０４に取り込まれるように、光源５０２、直角プリズム５０３及び撮像装置５０４が配置されている。この指紋読取装置５００では、被験者が斜面５３１に指５０６を載置すると、指５０６の指紋を構成する凹凸パターンのうち、指紋の凸部は斜面５３１に密接して、指紋の凹部は斜面５３１から離れている。斜面５３１において指紋の凹部の部分に入射した光は全反射するが、指紋の凸部と接した部分は全反射の条件を満たさないため、指紋の凸部の接した部分に入射した光は拡散する。従って、指紋の凸部が暗く且つ指紋の凹部が明るいコントラスト像が撮像装置５０４によって撮像される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
指紋読取装置５００を携帯型電子機器に設けるためには、指紋読取装置５００を小さくすることが望まれる。しかしながら、指紋読取装置５００を携帯型電子機器に設けた場合、指先の腹全体が接触できる程度の大きさの斜面５３１を携帯型電子機器に露出しなければならない。従って、指紋読取装置５００を設けた携帯型電子機器をコンパクト化するにも限度がある。
そこで、本発明は、指紋といった像を入力する指紋読取装置のような画像入力装置を小型化することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像入力装置は、回転自在に支持された透明な円筒と、前記円筒の軸心と平行になって前記円筒内に配された一次元イメージセンサと、前記円筒内に配されるとともに、前記円筒の外周面に接した指の指紋画像を前記一次元イメージセンサに結像する光学系と、前記円筒の端から前記円筒内に向けて光を発する発光素子と、透明な材料で形成され、前記円筒内において固定されている導光体であって、前記光学系を固定するための貫通孔が形成されると共に、前記発光素子が発した光を前記円筒の外周面に接した指に照射するように上方に指向させるための複数の窪みが前記貫通孔の上部に沿って一列に形成されている導光体と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の画像入力装置は、請求項１に記載の画像入力装置であって、前記導光体が前記円筒内において前記円筒を回転自在に支持することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の画像入力装置は、請求項１記載の画像入力装置であって、前記光学系は前記一次元像を正立等倍で前記一次元イメージセンサに結像するロッドレンズアレイであることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の画像入力装置は、請求項１から３の何れか一項に記載の画像入力装置であって、前記円筒を回転自在に嵌め込んだ軸受と、前記円筒と前記軸受との間に挟まれた弾性部材と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の画像入力装置は、請求項４に記載の画像入力装置であって、前記弾性部材に潤滑剤が塗布されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の画像入力装置は、請求項１から５の何れか一項に記載の画像入力装置であって、前記円筒と同軸となって前記円筒に設けられた歯車と、前記歯車の歯に係合するとともに、前記円筒とともに前記歯車が回転すると前記歯車の歯を乗り越えられる係合部と、前記係合部が前記歯車の歯を乗り越える毎に同期信号を発生する同期信号発生手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の画像入力装置は、請求項６に記載の画像入力装置であって、前記同期信号発生手段から同期信号が発生する毎に前記一次元イメージセンサから一次元像を取得して、これら一次元像を順次合成することによって前記被写体の二次元像を生成する生成手段、を備えることを特徴とする。
【００２５】
【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を説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００２６】
図１には、被写体の光学像を入力する画像入力装置１の分解斜視図が示されており、図２には、画像入力装置１の縦断面図が示されており、図３には、画像入力装置１の横断面図が示されている。なお、図２は、図３の切断線Ａ−Ａで切断した場合の断面図であり、図３は、図２の切断線Ｂ−Ｂで切断した場合の断面図である。
【００２７】
この画像入力装置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。また、画像入力装置１は、単体として存在しても良い。なお、この画像入力装置１は、被写体として指先２００の凹凸によって表現されるコントラスト像を取得する指紋読取装置であるが、滑らかな被写体の表面の模様によって表現されるコントラスト像も取得することができる。
【００２８】
画像入力装置１は、筐体２（図１及び図２では図示略）と、一次元光学像を取得するラインイメージセンサ３と、指先２００（図１及び図２では図示略）や紙といった被写体が押し当てられる回転部材４と、指先２００に光を照射する光照射器５と、指先２００といった被写体の光学像をラインイメージセンサ３に結像する光学系としてのセルフォックレンズアレイ６と、弾性部材としての円環状のオーリング７，８と、回転部材４を回転自在に支持する軸受としての第一の土台９及び第二の土台１０と、回転部材４が所定角度回転する毎にパルス（同期信号）を発生することによって、ラインイメージセンサ３が走査するタイミングのためのタイミングクロックを発生するタイミングクロック発生器１１（図５等に図示）等とを備える。
【００２９】
この画像入力装置１は、被験者が指先２００で回転部材４を回転することで指先２００の凹凸で定義された指紋の像を取得するものである。なお、以下では、回転部材４の軸方向を左右方向として説明し、ラインイメージセンサ３の光軸方向（ラインイメージセンサ３の向いた方向）を上下方向として説明する。
【００３０】
まず、ラインイメージセンサ３について説明する。
図１〜図３に示すように、ラインイメージセンサ３は、左右方向が長手方向となる平板状の基板３１と、基板３１上に設けられた感光部３２とを備える。感光部３２は、入射光量に応じた電気的特性（例えば、電圧レベル、電流レベル、電荷の大きさ、電気抵抗のレベル等）を持つ複数の光電変換素子が左右方向に一列、二列又は三列となって配列された構造となっている。光電変換素子は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサといったものや、アモルファスシリコンで構成された半導体素子である。このラインイメージセンサ３は、回転部材４の内側に配置されており、上方に向いている。
【００３１】
次に、回転部材４について説明する。図４には、回転部材４の断面図が示されている。
図１〜図４に示すように、回転部材４は、略円筒状の部材である。回転部材４は、透明なアクリル樹脂で形成されているが、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラス又はポリカーボネート、その他の樹脂といった透明な材料で形成されても良い。回転部材４は右から順に右円筒部４３、中央円筒部４１、左円筒部４２、歯車部４４から構成され、これらの部分４１〜４４が一体になっている。
【００３２】
中央円筒部４１を前後に沿って切断した場合の断面形状は円環状となっている。中央円筒部４１は回転部材４の主体となっており、回転部材４は中央円筒部４１において最も径が大きくなっている。中央円筒部４１の外周面は粗くなっており、中央円筒部４１の外周面には非常に微小の凹凸が形成されており、中央円筒部４１の外周面は所謂シボ面となっている。中央円筒部４１の外周面が粗くなっていることで、中央円筒部４１の外周面において光が拡散するようになっている。なお、中央円筒部４１の外径（直径）は約７ｍｍとなっている。
【００３３】
中央円筒部４１の右端に右円筒部４３が設けられているが、右円筒部４３を前後に沿って切断した場合の断面形状は円環状となっている。右円筒部４３は、中央円筒部４１と同軸となっており、右円筒部４３の径は中央円筒部４１の径より小さくなっている。右円筒部４３の外周面には、右円筒部４３を一周するように溝４３ａが形成されている。図２に示すように、溝４３ａにオーリング８が嵌め込まれている。オーリング８の内径は、負荷のかかっていない自然状態において溝４３ａの径より少し小さくなっている。オーリング８は、フッ素ゴム等といった弾性を有する材料で形成されており、オーリング８が伸びた状態で溝４３ａに嵌め込まれている。また、オーリング８にはシリコンオイル等の潤滑剤が塗布されている。
【００３４】
中央円筒部４１の左端に左円筒部４２が設けられているが、左円筒部４２を前後に沿って切断した場合の断面形状は円環状となっている。左円筒部４２は、中央円筒部４１と同軸となっており、左円筒部４２の径は中央円筒部４１の径より小さくなっている。左円筒部４２の外周面には、左円筒部４２を一周するように溝４２ａが形成されている。この溝４２ａに、弾性を有するオーリング７が伸びて嵌め込まれている。オーリング８と同様に、オーリング７にも潤滑剤が塗布されている。
【００３５】
左円筒部４２の左端に歯車部４４が設けられている。歯車部４４は、中央円筒部４１と同軸となっている。歯車部４４においては、所定ピッチで複数の歯が設けられている。なお、歯車部４４の歯数をｎとすると、ピッチ角は（ｎ／３６０）°となる。
【００３６】
回転部材４の左側に第一の土台９が配されており、回転部材４の右側に第二の土台１０が配されている。第一の土台９は筐体２に固定されているとともに、第二の土台１０も筐体２に固定されている。
【００３７】
第一の土台９には円孔９ａが形成されている。円孔９ａは、左右方向を軸としている。この円孔９ａの径は、左円筒部４２の径とほぼ同じであるか、又は、左円筒部４２の径よりすこし大きくなっている。この円孔９ａに左円筒部４２が回転自在となって挿入されており、円孔９ａ内にオーリング７が配されている。円孔９ａの内面と左円筒部４２との間には遊びがあるが、円孔９ａの内面とオーリング７との間には遊びがない。従って、オーリング７は、円孔９ａの内面と溝４２ａの外面との間に挟み込まれた状態となっており、オーリング７は円孔９ａの内面又は溝４３ａの外面に対して摺動自在となっている。
【００３８】
第二の土台１０には円孔１０ａが形成されている。円孔１０ａは、左右方向を軸としている。この円孔１０ａの径は、右円筒部４３の径とほぼ同じであるか、又は、右円筒部４３の径よりすこし大きくなっている。この円孔１０ａに右円筒部４３が回転自在となって挿入されており、円孔１０ａ内にオーリング８が配されている。円孔１０ａの内面と右円筒部４３との間には遊びがあるが、円孔１０ａの内面とオーリング８との間には遊びがない。従って、オーリング８は、円孔１０ａの内面と溝４３ａの外面との間に挟み込まれた状態となっており、オーリング８は円孔１０ａの内面又は溝４３ａの外面に対して摺動自在となっている。なお、円孔９ａの縁及び円孔１０ａの縁には面取が施されており、オーリング７，８をそれぞれ円孔９ａ，１０ａに挿入しやすくなっている。
【００３９】
回転部材４が第一の土台９及び第二の土台１０に支持されていることで、図３に示すように回転部材４が筐体２内に配されるが、中央円筒部４１の外周面の一部が筐体２から露出して、筐体２から突出している。なお、筐体２から露出した部分は、中央円筒部４１の上の外周面である。
【００４０】
指紋読取時においては、被験者が中央円筒部４１の外周面に指先２００を軽く押し当てて指先２００を前方又は後方に移動することによって、回転部材４を回転させるが、回転部材４と土台９，１０との間にオーリング７，８が挟まれているため、回転部材４に回転抵抗が発する。従って、被験者は指先２００である程度のトルクを回転部材４に与えなければ、回転部材４が回転しない。また、指先２００の移動より速く回転部材４が回転せず、つまり回転部材４が指先２００に対して空転しない。
【００４１】
一方、オーリング７，８に潤滑剤が塗布されているため、オーリング７，８が土台９，１０又は回転部材４に対して滑るようになる。従って、指先２００を押し当てて回転部材４を回転させているとき、指先２００が中央円筒部４１に対してすべることもない。
【００４２】
以上のように、潤滑剤の塗布されたオーリング７，８が設けられているため、回転部材４に与えるトルクが安定し、１０〜２０〔ｇ・ｃｍ〕のトルクで回転部材４が回転するようになっている。この程度のトルクで回転部材４を回転させるのに必要な荷重で被験者が指先２００を回転部材４の中央円筒部４１に押し付けた場合、指先２００の皮膚が大きく歪まず、更に指先２００と回転部材４に滑りが殆ど発生しないことが実験で検証された。
【００４３】
以上の回転部材４の製造手順としては、中央円筒部４１を製造し、中央円筒部４１の左端に左円筒部４２を接合し、中央円筒部４１の右端に右円筒部４３を接合し、更に、左円筒部４２の左端に歯車部４４を接合する。中央円筒部４１の製造手順としては、シボ面の形成され中央円筒部４１を射出成型機で直接形成するとも考えられるが、成型機の型によっては中央円筒部４１のシボ面の粗さが不均一になったり、シボ面が疎らになったりすることがある。そこで、ここでは、先に透明円筒４１ａ（図９に図示）を形成した後にその円筒にシボ面を形成することによって、綺麗なシボ面を有する中央円筒部４１を製造することができる。
【００４４】
即ち、透明樹脂を押出成形又は射出成形することで外周面の非常に滑らかな透明円筒４１ａを形成する。そして、図９に示すように、次に外周面にシボ加工の施された転写ローラ１５０の外周面に、透明円筒４１ａの外周面を押し付ける。この際、転写ローラ１５０に対して透明円筒４１ａを平行にする。そして、転写ローラ１５０を１５０℃程度に加熱し、透明円筒４１ａを押し付けた状態で転写ローラ１５０を回転させると、透明円筒４１ａも回転する。これにより、転写ローラ１５０のシボ面が透明円筒４１ａの外周面に転写され、透明円筒４１ａの外周面がシボ面状に加工される。シボ面状に加工された透明円筒４１ａが中央円筒部４１となる。
【００４５】
次に、タイミングクロック発生器１１について説明する。図５は、回転部材４を軸方向に見て示した図面である。
図５に示すように、タイミングクロック発生器１１は、歯車部４４と、係合ピン１１１と、係合ピン１１１の動きによってパルス（同期信号）を発生する同期信号発生回路等とから構成される。円孔９ａ内において、係合ピン１１１は、歯車部４４の歯と歯の間に係合している。この係合ピン１１１は、揺動自在となっていたり、可撓性を有していたりして、更に、位置が固定されている。従い、歯車部４４の歯は、回転部材４の回転によって係合ピン１１１を乗り越えられる。ここで、係合ピン１１１が歯車部４４の歯を乗り越えることによって同期信号発生回路でパルスが発生するようになっている。従って、回転部材４が回転していると、タイミングクロック信号が発生するようになっている。
【００４６】
歯車部４４の歯数ｎであるため、回転部材４の一回転当たりｎ回のパルスのからなるタイミングクロック信号が発生する。例えば中央円筒部４１の外径をφとすると、被験者が指先２００で回転部材４を回転させている際には、指先２００が（φ×ｎ／３６０）だけ押し進む毎にパルスが発生する。パルスが発生したタイミングが、ラインイメージセンサ３が線走査して一次元光学像を取得するタイミングとなる。なお、このように構成されるタイミングクロック発生器１１でなくても良く、例えば回転部材４が所定角度回転する毎にパルスを発生するエンコーダであっても良い。
【００４７】
次に、光照射器５について説明する。図６は、光照射器５の斜視図である。
光照射器５は、回転部材４の内側に配された導光体５１と、光を発する発光素子５２とを備える。
【００４８】
導光体５１は、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラス又はアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、その他の樹脂といった透明な材料で形成されている。導光体５１の形状は、回転部材４の内側に挿入できるような形状となっており、導光体５１は部分的に回転部材４の内面に接している。また、導光体５１は回転部材４を回転自在に支持しており、回転部材４が導光体５１の周りを回転できるようになっている。つまり、回転部材４の内面は左右方向に見ると円状となっており、回転部材４と接した導光体５１の面は左右方向に見ると円弧状となっている。回転部材４が導光体５１に回転自在となって支持されているため、回転部材４は軸ブレをせずに安定して回転するようになる。
【００４９】
導光体５１の左端及び右端には直方体状の突起５１ａがそれぞれ形成されている。第一の土台９の円孔９ａの底に矩形孔９ｂが形成されており、左端の突起５１ａが矩形孔９ｂに嵌め込まれている。同様に、第二の土台１０の円孔１０ａの底に矩形孔（図示略）が形成されており、この矩形孔９ｂに右端の突起５１ａが嵌め込まれており、これにより、導光体５１が土台９，１０に対して固定されている。
【００５０】
導光体５１の下部は、ラインイメージセンサ３をフィットして固定するような形状となっている。ラインイメージセンサ３は感光部３２が上に向いた状態で導光体５１の下部に嵌め込まれて、ラインイメージセンサ３が導光体５１に対して固定されている。ラインイメージセンサ３の光軸は、回転部材４の軸心に対して垂直であり、回転部材４の軸心と交わっている。従って、指先２００と中央円筒部４１とが接した部分における外周面の法線と、ラインイメージセンサ３の光軸はほぼ重なっている。
【００５１】
導光体５１を上から平面視した場合に、左右方向に長尺な貫通孔５１ｃが導光体５１に形成されている。貫通孔５１ｃは導光体５１を上下に貫通しており、感光部３２が貫通孔５１ｃに臨んでいる。つまり、導光体５１を上から平面視した場合に、貫通孔５１ｃに感光部３２が重なっている。
【００５２】
導光体５１の左端面には光反射膜５１ｂが形成されている。なお、導光体５１の右端面及び上面以外にも光反射膜が形成されていても良い。
【００５３】
導光体５１の上面において、複数の窪み５１ｄが形成されている。これら窪み５１ｄは、貫通孔５１ｃのすぐ前方及びすぐ後方のそれぞれにおいて貫通孔５１ｃに沿って左右に一列に配列されている。各窪み５１ｄは、開口部分の形状が四角形となっており、底が窄んでいる。つまり、各窪み５１ｄは、四角錐の形状となっている。なお、図７は導光体５１の上面を拡大して示した図面であるが、図７に示すように、これらの窪み５１ｄは導光体５１内を伝播する光に上方への指向性を持たせるものである。
【００５４】
発光素子５２は、ＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬといった自発光素子であり、基本的には基板に設けられている。発光素子５２は、基板ごと第二の土台１０の円孔１０ａの底に取り付けられている。発光素子５２は、導光体５１の右方に配されており、左に向けて発光する。
【００５５】
発光素子５２から発した光は導光体５１の右端面に入射し、導光体５１内を伝播する。導光体５１内を伝播している光は複数の窪み５１ｄから放射し、光が導光体５１の上面において上方に向けて放射状に拡がる。導光体５１から放射した光は、中央円筒部４１において筐体２から露出した部分（つまり、指先２００に接した部分）へ入射する。複数の窪み５１ｄが回転部材４の軸心に平行な線に沿って配列されているため、導光体５１内を伝播した光は窪み５１ｄの列に沿って放射される。
【００５６】
次に、セルフォックレンズアレイ６について説明する。
セルフォックレンズアレイ６は、セルフォックレンズ６１を多数配列し、複数のセルフォックレンズ６１全体で一つの連続した像を形成する光学系である。
【００５７】
各セルフォックレンズ６１は円柱状のロッドレンズである。各セルフォックレンズ６１は、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、これらセルフォックレンズ６１は、球面レンズと光学的にほぼ等価な作用を持っている。そして、これら全てのセルフォックレンズ６１は、光学的に等価な性質を有している。これらのセルフォックレンズ６１が二枚のプレート６２の間において規則正しく精密に配列されており、レンズ間隙にはフレアー光を除去するために遮光材（例えば、黒色のシリコン樹脂）で充たされている。
【００５８】
以上のように構成されるセルフォックレンズアレイ６が導光体５１の貫通孔５１ｃに嵌め込まれて、セルフォックレンズアレイ６が導光体５１に固定されている。各セルフォックレンズ６１の中心軸は上下に延在しており、下端面が感光部３２に向いており、上端面が中央円筒部４１において筐体２から露出した部分に向いている。各セルフォックレンズ６１は、正立等倍に結像する。つまり、各セルフォックレンズ６１は、中央円筒部４１において筐体２から露出した外周面に表れた像を感光部３２に結像するが、中央円筒部４１の外周面の像と感光部に結像された像は、等倍であり、向きも同じで反転していない。従って、セルフォックレンズアレイ６は、複数のセルフォックレンズ６１全体で、中央円筒部４１において筐体２から露出した外周面に表れた像を感光部３２に正立等倍に結像する。セルフォックレンズアレイ６が正立等倍に結像するため、反転ミラーを回転部材４内に設ける必要がないから、回転部材４の径を約７ｍｍと小さくすることができる。
【００５９】
また、導光体５１が回転部材４内において固定されており、導光体５１の貫通孔５１ｃ内にセルフォックレンズアレイ６が収まっているため、回転部材４の径を約７ｍｍと小さくすることができる。更に、ラインイメージセンサ３及びセルフォックレンズアレイ６が導光体５１に固定されているから、ラインイメージセンサ３及びセルフォックレンズアレイ６を固定するための構造を回転部材４内に別途準備する必要がない。従って、回転部材４の径を小さく構成することができ、画像入力装置１全体としても小さいものを提供することができる。また、発光素子５２が回転部材４内ではなく回転部材４の右方に配されているため、回転部材４の径を小さくすることが可能となっている。
【００６０】
次に、画像入力装置１の回路系について図８を用いて説明する。
上述のタイミングクロック発生器１１（実際にはタイミングクロック発生器１１の同期信号発生器）がタイミングクロック信号をドライバ回路１２、信号処理回路１３、Ａ／Ｄ変換回路１４及び合成バッファ１５に出力し、これらの回路１２〜１５がタイミングクロック信号によって同期して作動する。
【００６１】
ドライバ回路１２はタイミングクロック信号に基づいてラインイメージセンサ３を駆動する。これにより、ラインイメージセンサ３の各光電変換素子が入射した光量に従った電気的特性を持ち、ラインイメージセンサ３が一次元光学像を電気信号として取得し、電気信号がラインイメージセンサ３から信号処理回路１３へ出力される。信号処理回路１３はラインイメージセンサ３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１４は電気信号のレベルをデジタル信号に変換し、一次元光学像データとして合成バッファ１５に出力する。合成バッファ１５では順次一次元光学像データが合成され、二次元光学像データが生成される。合成バッファ１５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（例えば、個人認証処理）の用に供される。なお、コンピュータにもタイミングクロック信号がタイミングクロック発生器１１から入力され、コンピュータはある一次元光学像のパルスが入力されてからと次の一次元光学像のパルスが入力されるまでの距離を（φ×ｎ／３６０）と認識する。
【００６２】
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。
被験者が指先２００を中央円筒部４１に押し当てて、指先２００を前方へ又は後方へ移動させると、回転部材４が回転する。回転部材４が回転する際には、指先２００と中央円筒部４１の接触部分が移り変わっていく。
【００６３】
この際には、発光素子５２から発した光が導光体５１内を伝播して、各窪み５１ｄから上方に向けて放射される。指先２００が移動しているから、指先２００はこれら窪み５１ｄから放射した光によって導光体５１の直上において線走査される。
【００６４】
ここで、指先２００と中央円筒部４１と接触した部分においては、指紋の凸部が中央円筒部４１の外周面に密接し、指紋の凹部が中央円筒部４１の外周面から離れている。指紋の凸部が中央円筒部４１の外周面に密接しているため、窪み５１ｄから放射した光が中央円筒部４１を介して指紋の凸部に高強度で入射することができ、指紋の凸部において反射した光が中央円筒部４１の外周面において殆ど減少せず、凸部の反射光がセルフォックレンズアレイ６を介してラインイメージセンサ３に入射する。一方、指紋の凹部が中央円筒部４１の外周面から離れているため、窪み５１ｄから放射した光が中央円筒部４１の外周面において拡散し、指紋の凹部には光が殆ど入射しない。その上、指紋の凹部で反射した反射光も中央円筒部４１の外周面に入射するが、中央円筒部４１の外周面において拡散してしまう。従って、指紋の凹部の反射光はラインイメージセンサ３には入射しない。特に、中央円筒部４１の外周面がシボ面となっているため、指紋の凸部と凹部の反射光の強度の差が顕著に表れる。
【００６５】
従って、指先２００の凹凸による指紋パターンに応じた強度の反射光がセルフォックレンズアレイ６を介してラインイメージセンサ３に入射し、指先２００の指紋パターンがセルフォックレンズアレイ６によってラインイメージセンサ３に結像される。このように、被験者が指先２００を中央円筒部４１に押し付けて回転部材４を回転させると、被験者の指先２００がラインイメージセンサ３が指先２００を順次線走査する。ラインイメージセンサ３は、タイミングクロック信号に同期して指先２００を線走査する毎に指紋の凹凸像を一次元光学像として電気信号で取得し、合成バッファ１５にて指紋の一次元光学像データが順次合成される。そして、指紋の一次元光学像データが順次合成されていくと、合成バッファ１５で指紋の二次元光学像データが生成される。
【００６６】
一方、指紋のような凹凸がない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で二次元光学像として取得することができる。この場合被写体が中央円筒部４１に密接するため、導光体５１から被写体に入射して反射した反射光の強度は中央円筒部４１の外周面で殆ど減少しない。従って、被写体がラインイメージセンサ３によって走査されて、被写体の表面の模様がラインイメージセンサ３によって一次元光学像データとして取得される。そして、被写体の模様の一次元光学像データが順次合成されていくと、合成バッファ１５で模様の二次元光学像データが生成される。
【００６７】
合成バッファ１５で生成された二次元光学像も等倍画像となる。これは、セルフォックレンズアレイ６が感光部３２に等倍結像するためである。つまり、合成バッファ１５で二次元光学像が生成される過程において、一次元光学像と垂直な方向に補正せずとも、等倍な二次元光学像が生成される。
【００６８】
なお、本発明は、上記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、上記実施形態では中央円筒部４１の外周面をシボ面とすることで、中央円筒部４１の外周面において光を拡散するようにしていたが、別の手段で中央円筒部４１の外周面で光が拡散するようにしても良い。例えば、粉末ガラスビーズを外周面の平滑な中央円筒部４１の外周面に均一に噴射することによって、中央円筒部４１の外周面を粗くしても良いし、外周面の平滑な中央円筒部４１の外周面を研磨剤や濾紙等で研磨することによって、中央円筒部４１の外周面を粗くしても良いし、外周面の平滑な中央円筒部４１の外周面に光拡散シート材を貼り付けても良い。
【００６９】
また、上記実施形態ではセルフォックレンズアレイ６が貫通孔５１ｃに固定されていたが、中央円筒部４１の外周面を物体面とするとともに感光部３２を結像面とする光学レンズ又は光学レンズ群（例えば、球面レンズ、非球面レンズ等）を貫通孔５１ｃに固定しても良い。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、円筒内に配された導光体が、発光素子から円筒の外周面へ光を導くことと、一次元イメージセンサ及び光学系を固定することとを兼ねているため、円筒内の構造が簡略化されて、円筒内に配された部品が削減される。従って、円筒を小さく構成することができ、画像入力装置全体としても小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、画像入力装置を分解して示した分解斜視図である。
【図２】図２は、前記画像入力装置の縦断面図である。
【図３】図３は、前記画像入力装置の横断面図である。
【図４】図４は、前記画像入力装置が具備する回転部材の縦断面図である。
【図５】図５は、上記回転部材の側面図である。
【図６】図６は、前記画像入力装置が具備する光照射器を示す斜視図である。
【図７】図７は、前記光照射器の導光体を拡大して示した斜視図である。
【図８】図８は、前記画像入力装置の回路構成を示したブロック図である。
【図９】図９は、前記回転部材の製造過程における一工程を示した図面である。
【図１０】図１０は、従来の指紋読取装置を概略的に示した構成図である。
【符号の説明】
１ 画像入力装置
３ ラインイメージセンサ（一次元イメージセンサ）
４ 回転部材（円筒）
５ 光照射器
６ セルフォックレンズアレイ（光学系）
７，８ オーリング（弾性部材）
９，１０ 土台（軸受）
１１ タイミングクロック発生器
１２ ドライバ回路（生成手段）
１３ 信号処理回路（生成手段）
１４ Ａ／Ｄ変換回路（生成手段）
１５ 合成バッファ（生成手段）
４１ 中央円筒部
４１ａ 透明円筒
４４ 歯車部（歯車）
５１ 導光体
５１ｃ 貫通孔
５２ 発光素子
１１１ 係合ピン（係合部）
１５０ 転写ローラ（ローラ）
２００ 指先（被写体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image input device that inputs an optical image of a subject, and a method of manufacturing a cylinder included in the image input device.
[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 of the security technologies is a method for personal authentication using fingerprints, and a technology for applying personal authentication using fingerprints to portable electronic devices has been proposed. Therefore, it is necessary to provide a fingerprint reading device for reading a subject's fingerprint in a portable electronic device.
[0003]
FIG. 10 is a schematic view of a conventional fingerprint reader. As shown in the figure, the fingerprint reading device 500 includes a light source 502, a right-angle prism 503, and an imaging device 504. The right-angle prism 503 has an isosceles triangle cross section, and the finger 506 is brought into contact with the inclined surface 531 facing the ridge angle 535 of the right-angle prism 503. A light source 502 is disposed on one surface 536 side with the ridge angle 535 interposed therebetween, and an imaging device 504 is disposed on the other surface 537 side. When the light from the light source 502 passes through the surface 536 and is totally reflected by the inclined surface 531, the light source 502, the right-angle prism 503, and the image pickup device so that the totally reflected light passes through the surface 537 and is taken into the imaging device 504. A device 504 is arranged. In this fingerprint reading device 500, when the subject places the finger 506 on the slope 531, among the uneven patterns constituting the fingerprint of the finger 506, the fingerprint convex portion is in close contact with the slope 531, and the fingerprint concave portion is from the slope 531. is seperated. The light incident on the concave portion of the fingerprint on the slope 531 is totally reflected, but the portion in contact with the convex portion of the fingerprint does not satisfy the total reflection condition, so the light incident on the portion in contact with the convex portion of the fingerprint is diffused. To do. Accordingly, a contrast image in which the convex portion of the fingerprint is dark and the concave portion of the fingerprint is bright is captured by the imaging device 504.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to provide the fingerprint reader 500 in a portable electronic device, it is desirable to make the fingerprint reader 500 smaller. However, when the fingerprint reading device 500 is provided in a portable electronic device, the inclined surface 531 large enough to allow contact with the entire belly of the fingertip must be exposed to the portable electronic device. Accordingly, there is a limit to downsizing the portable electronic device provided with the fingerprint reading device 500.
Accordingly, an object of the present invention is to reduce the size of an image input device such as a fingerprint reading device that inputs an image such as a fingerprint.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The image input device according to claim 1 is a transparent cylinder rotatably supported, a one-dimensional image sensor arranged in the cylinder parallel to the axis of the cylinder, and arranged in the cylinder. An optical system that forms a fingerprint image of a finger in contact with the outer peripheral surface of the cylinder on the one-dimensional image sensor, a light emitting element that emits light from the end of the cylinder into the cylinder, and a transparent A light guide formed of a material and fixed in the cylinder, wherein a through hole for fixing the optical system is formed, and light emitted from the light emitting element is transmitted to the outer peripheral surface of the cylinder And a light guide body in which a plurality of depressions for directing upward so as to irradiate the finger that is in contact are formed in a line along the upper portion of the through hole.
[0006]
The image input device according to claim 2 is the image input device according to claim 1, wherein the light guide body rotatably supports the cylinder in the cylinder.
[0007]
The image input device according to claim 3 is the image input device according to claim 1, wherein the optical system is a rod lens array that forms the one-dimensional image on the one-dimensional image sensor at an erecting equal magnification. It is characterized by being.
[0008]
An image input device according to a fourth aspect is the image input device according to any one of the first to third aspects, comprising: a bearing in which the cylinder is rotatably fitted; and the cylinder and the bearing. And an elastic member sandwiched therebetween.
[0009]
An image input apparatus according to a fifth aspect is the image input apparatus according to the fourth aspect, wherein a lubricant is applied to the elastic member.
[0010]
An image input device according to a sixth aspect is the image input device according to any one of the first to fifth aspects, wherein a gear provided coaxially with the cylinder and provided in the cylinder; An engaging portion that engages with a tooth and can get over the tooth of the gear when the gear rotates together with the cylinder; and a synchronizing signal generating means that generates a synchronizing signal each time the engaging portion gets over the tooth of the gear It is characterized by providing.
[0011]
The image input device according to claim 7 is the image input device according to claim 6, wherein a one-dimensional image is acquired from the one-dimensional image sensor each time a synchronization signal is generated from the synchronization signal generating means. And generating means for generating a two-dimensional image of the subject by sequentially synthesizing these one-dimensional images.
[0025]
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.
[0026]
FIG. 1 shows an exploded perspective view of an image input device 1 for inputting an optical image of a subject, FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the image input device 1, and FIG. A cross-sectional view of the image input apparatus 1 is shown. 2 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA in FIG. 3, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB in FIG.
[0027]
The image input apparatus 1 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. Further, the image input apparatus 1 may exist as a single unit. The image input apparatus 1 is a fingerprint reading apparatus that acquires a contrast image expressed by the unevenness of the fingertip 200 as a subject, but can also acquire a contrast image expressed by a smooth pattern on the surface of the subject. .
[0028]
The image input apparatus 1 includes a housing 2 (not shown in FIGS. 1 and 2), a line image sensor 3 that acquires a one-dimensional optical image, a fingertip 200 (not shown in FIGS. 1 and 2), and a subject such as paper. , A rotating member 4 that is pressed against, a light irradiator 5 that irradiates light on the fingertip 200, a selfoc lens array 6 as an optical system that forms an optical image of a subject such as the fingertip 200 on the line image sensor 3, and elasticity. The annular O-rings 7 and 8 as members, the first base 9 and the second base 10 as bearings for rotatably supporting the rotating member 4, and a pulse ( And a timing clock generator 11 (illustrated in FIG. 5 and the like) that generates a timing clock for the scanning timing of the line image sensor 3.
[0029]
In this image input device 1, the subject rotates the rotating member 4 with the fingertip 200 to acquire a fingerprint image defined by the unevenness of the fingertip 200. In the following description, the axial direction of the rotating member 4 is described as the left-right direction, and the optical axis direction of the line image sensor 3 (the direction in which the line image sensor 3 faces) is described as the up-down direction.
[0030]
First, the line image sensor 3 will be described.
As shown in FIGS. 1 to 3, the line image sensor 3 includes a flat substrate 31 whose longitudinal direction is the left-right direction and a photosensitive portion 32 provided on the substrate 31. In the photosensitive unit 32, a plurality of photoelectric conversion elements having electrical characteristics (for example, voltage level, current level, charge magnitude, electrical resistance level, etc.) corresponding to the amount of incident light are arranged in one, two, or three rows in the left-right direction. The structure is arranged in rows. The photoelectric conversion element is a CCD or CMOS image sensor, or a semiconductor element made of amorphous silicon. The line image sensor 3 is disposed inside the rotating member 4 and faces upward.
[0031]
Next, the rotating member 4 will be described. FIG. 4 shows a cross-sectional view of the rotating member 4.
As shown in FIGS. 1 to 4, the rotating member 4 is a substantially cylindrical member. The rotating member 4 is formed of a transparent acrylic resin, but may be formed of a transparent material such as borosilicate glass, quartz glass, other glass, polycarbonate, or other resin. The rotating member 4 includes a right cylindrical portion 43, a central cylindrical portion 41, a left cylindrical portion 42, and a gear portion 44 in order from the right, and these portions 41 to 44 are integrated.
[0032]
The cross-sectional shape when the central cylindrical portion 41 is cut back and forth is an annular shape. The central cylindrical portion 41 is the main body of the rotating member 4, and the rotating member 4 has the largest diameter in the central cylindrical portion 41. The outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 is rough, and very minute irregularities are formed on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41, and the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 is a so-called textured surface. Since the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 is rough, light is diffused on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41. The outer diameter (diameter) of the central cylindrical portion 41 is about 7 mm.
[0033]
The right cylindrical portion 43 is provided at the right end of the central cylindrical portion 41, but the cross-sectional shape when the right cylindrical portion 43 is cut back and forth is an annular shape. The right cylindrical portion 43 is coaxial with the central cylindrical portion 41, and the diameter of the right cylindrical portion 43 is smaller than the diameter of the central cylindrical portion 41. A groove 43 a is formed on the outer peripheral surface of the right cylindrical portion 43 so as to go around the right cylindrical portion 43. As shown in FIG. 2, the O-ring 8 is fitted in the groove 43a. The inner diameter of the O-ring 8 is slightly smaller than the diameter of the groove 43a in a natural state where no load is applied. The O-ring 8 is made of an elastic material such as fluoro rubber, and is fitted in the groove 43a in a state where the O-ring 8 is extended. The O-ring 8 is coated with a lubricant such as silicon oil.
[0034]
A left cylindrical portion 42 is provided at the left end of the central cylindrical portion 41, but the cross-sectional shape when the left cylindrical portion 42 is cut along the front and rear is an annular shape. The left cylindrical portion 42 is coaxial with the central cylindrical portion 41, and the diameter of the left cylindrical portion 42 is smaller than the diameter of the central cylindrical portion 41. A groove 42 a is formed on the outer peripheral surface of the left cylindrical portion 42 so as to go around the left cylindrical portion 42. An elastic O-ring 7 is fitted into the groove 42a. Like the O-ring 8, a lubricant is applied to the O-ring 7.
[0035]
A gear portion 44 is provided at the left end of the left cylindrical portion 42. The gear portion 44 is coaxial with the central cylindrical portion 41. In the gear portion 44, a plurality of teeth are provided at a predetermined pitch. If the number of teeth of the gear portion 44 is n, the pitch angle is (n / 360) °.
[0036]
A first base 9 is disposed on the left side of the rotating member 4, and a second base 10 is disposed on the right side of the rotating member 4. The first base 9 is fixed to the housing 2, and the second base 10 is also fixed to the housing 2.
[0037]
A circular hole 9 a is formed in the first base 9. The circular hole 9a has the left-right direction as an axis. The diameter of the circular hole 9 a is substantially the same as the diameter of the left cylindrical portion 42 or slightly larger than the diameter of the left cylindrical portion 42. The left cylindrical portion 42 is rotatably inserted into the circular hole 9a, and the O-ring 7 is disposed in the circular hole 9a. There is play between the inner surface of the circular hole 9 a and the left cylindrical portion 42, but there is no play between the inner surface of the circular hole 9 a and the O-ring 7. Accordingly, the O-ring 7 is sandwiched between the inner surface of the circular hole 9a and the outer surface of the groove 42a, and the O-ring 7 is slidable with respect to the inner surface of the circular hole 9a or the outer surface of the groove 43a. It has become.
[0038]
A circular hole 10 a is formed in the second base 10. The circular hole 10a has the left-right direction as an axis. The diameter of the circular hole 10 a is substantially the same as the diameter of the right cylindrical portion 43 or slightly larger than the diameter of the right cylindrical portion 43. The right cylindrical portion 43 is rotatably inserted in the circular hole 10a, and the O-ring 8 is disposed in the circular hole 10a. There is play between the inner surface of the circular hole 10 a and the right cylindrical portion 43, but there is no play between the inner surface of the circular hole 10 a and the O-ring 8. Accordingly, the O-ring 8 is sandwiched between the inner surface of the circular hole 10a and the outer surface of the groove 43a, and the O-ring 8 is slidable with respect to the inner surface of the circular hole 10a or the outer surface of the groove 43a. It has become. The edge of the circular hole 9a and the edge of the circular hole 10a are chamfered so that the O-rings 7 and 8 can be easily inserted into the circular holes 9a and 10a, respectively.
[0039]
Since the rotating member 4 is supported by the first base 9 and the second base 10, the rotating member 4 is arranged in the housing 2 as shown in FIG. Is exposed from the housing 2 and protrudes from the housing 2. The portion exposed from the housing 2 is the outer peripheral surface on the central cylindrical portion 41.
[0040]
At the time of fingerprint reading, the test subject rotates the rotating member 4 by lightly pressing the fingertip 200 against the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 and moving the fingertip 200 forward or backward. Since the O-rings 7 and 8 are sandwiched between the rotating member 4 and the rotating member 4, rotational resistance is generated. Therefore, unless the subject gives a certain amount of torque to the rotating member 4 with the fingertip 200, the rotating member 4 does not rotate. Further, the rotating member 4 does not rotate faster than the fingertip 200 moves, that is, the rotating member 4 does not idle with respect to the fingertip 200.
[0041]
On the other hand, since the lubricant is applied to the O-rings 7 and 8, the O-rings 7 and 8 slide on the bases 9 and 10 or the rotating member 4. Therefore, the fingertip 200 does not slide with respect to the central cylindrical portion 41 when the rotary member 4 is rotated by pressing the fingertip 200.
[0042]
As described above, since the O-rings 7 and 8 coated with the lubricant are provided, the torque applied to the rotating member 4 is stabilized, and the rotating member 4 rotates with a torque of 10 to 20 [g · cm]. It is like that. When the subject presses the fingertip 200 against the central cylindrical portion 41 of the rotating member 4 with a load necessary to rotate the rotating member 4 with such a torque, the skin of the fingertip 200 is not greatly distorted, and the fingertip 200 and the rotating member are further distorted. It was verified by experiments that almost no slip occurred in No. 4.
[0043]
As the manufacturing procedure of the rotating member 4 described above, the central cylindrical portion 41 is manufactured, the left cylindrical portion 42 is joined to the left end of the central cylindrical portion 41, the right cylindrical portion 43 is joined to the right end of the central cylindrical portion 41, and The gear portion 44 is joined to the left end of the left cylindrical portion 42. As a manufacturing procedure of the central cylindrical portion 41, it is considered that a textured surface is formed and the central cylindrical portion 41 is directly formed by an injection molding machine. However, depending on the mold of the molding machine, the roughness of the textured surface of the central cylindrical portion 41 is not good. It may become uniform or the textured surface may become sparse. Therefore, here, by forming the transparent cylinder 41a (illustrated in FIG. 9) first and then forming the textured surface on the cylinder, the central cylindrical portion 41 having a beautiful textured surface can be manufactured.
[0044]
That is, a transparent cylinder 41a having a very smooth outer peripheral surface is formed by extrusion molding or injection molding of a transparent resin. Then, as shown in FIG. 9, the outer peripheral surface of the transparent cylinder 41 a is then pressed against the outer peripheral surface of the transfer roller 150 whose outer peripheral surface has been subjected to embossing. At this time, the transparent cylinder 41 a is made parallel to the transfer roller 150. When the transfer roller 150 is heated to about 150 ° C. and the transfer roller 150 is rotated with the transparent cylinder 41a being pressed, the transparent cylinder 41a is also rotated. As a result, the embossed surface of the transfer roller 150 is transferred to the outer circumferential surface of the transparent cylinder 41a, and the outer circumferential surface of the transparent cylinder 41a is processed into an embossed surface. The transparent cylinder 41a processed into a textured surface is the central cylinder 41.
[0045]
Next, the timing clock generator 11 will be described. FIG. 5 is a drawing showing the rotating member 4 as viewed in the axial direction.
As shown in FIG. 5, the timing clock generator 11 includes a gear unit 44, an engagement pin 111, a synchronization signal generation circuit that generates a pulse (synchronization signal) by the movement of the engagement pin 111, and the like. . In the circular hole 9a, the engagement pin 111 is engaged between the teeth of the gear portion 44. The engaging pin 111 is swingable or has flexibility, and the position thereof is further fixed. Accordingly, the teeth of the gear portion 44 can get over the engaging pin 111 by the rotation of the rotating member 4. Here, when the engaging pin 111 gets over the teeth of the gear portion 44, a pulse is generated in the synchronization signal generating circuit. Therefore, when the rotating member 4 is rotated, a timing clock signal is generated.
[0046]
Since the number of teeth of the gear portion 44 is n, a timing clock signal composed of n pulses per rotation of the rotating member 4 is generated. For example, if the outer diameter of the central cylindrical portion 41 is φ, when the subject rotates the rotating member 4 with the fingertip 200, a pulse is generated each time the fingertip 200 is pushed forward by (φ × n / 360). The timing at which the pulse is generated is the timing at which the line image sensor 3 performs line scanning to acquire a one-dimensional optical image. Note that the timing clock generator 11 configured as described above may not be used, and for example, an encoder that generates a pulse each time the rotating member 4 rotates a predetermined angle may be used.
[0047]
Next, the light irradiator 5 will be described. FIG. 6 is a perspective view of the light irradiator 5.
The light irradiator 5 includes a light guide 51 disposed inside the rotating member 4 and a light emitting element 52 that emits light.
[0048]
The light guide 51 is formed of a transparent material such as borosilicate glass, quartz glass, other glass, acrylic (PMMA), polycarbonate, or other resin. The shape of the light guide 51 is such that it can be inserted inside the rotating member 4, and the light guide 51 is in partial contact with the inner surface of the rotating member 4. The light guide 51 supports the rotating member 4 so as to be rotatable, and the rotating member 4 can rotate around the light guide 51. That is, the inner surface of the rotating member 4 is circular when viewed in the left-right direction, and the surface of the light guide 51 in contact with the rotating member 4 is arc-shaped when viewed in the left-right direction. Since the rotating member 4 is supported by the light guide 51 so as to be rotatable, the rotating member 4 is stably rotated without causing shaft shake.
[0049]
A rectangular parallelepiped protrusion 51 a is formed on each of the left end and the right end of the light guide 51. A rectangular hole 9b is formed at the bottom of the circular hole 9a of the first base 9, and a left end protrusion 51a is fitted into the rectangular hole 9b. Similarly, a rectangular hole (not shown) is formed at the bottom of the circular hole 10a of the second base 10, and a right end protrusion 51a is fitted into the rectangular hole 9b. The bases 9 and 10 are fixed.
[0050]
The lower part of the light guide 51 is shaped to fit and fix the line image sensor 3. The line image sensor 3 is fitted into the lower portion of the light guide 51 with the photosensitive portion 32 facing upward, and the line image sensor 3 is fixed to the light guide 51. The optical axis of the line image sensor 3 is perpendicular to the axis of the rotating member 4 and intersects the axis of the rotating member 4. Therefore, the normal line of the outer peripheral surface at the portion where the fingertip 200 and the central cylindrical portion 41 are in contact with the optical axis of the line image sensor 3 substantially overlaps.
[0051]
When the light guide 51 is viewed from above, a through hole 51 c that is long in the left-right direction is formed in the light guide 51. The through hole 51c vertically penetrates the light guide 51, and the photosensitive portion 32 faces the through hole 51c. That is, when the light guide 51 is viewed from above, the photosensitive portion 32 overlaps the through hole 51c.
[0052]
A light reflection film 51 b is formed on the left end surface of the light guide 51. Note that a light reflecting film may be formed in addition to the right end surface and the upper surface of the light guide 51.
[0053]
On the upper surface of the light guide 51, a plurality of depressions 51d are formed. These recesses 51d are arranged in a line on the left and right along the through-hole 51c in each of the front and back of the through-hole 51c. Each of the recesses 51d has a quadrangular shape at the opening and has a narrow bottom. That is, each recess 51d has a quadrangular pyramid shape. 7 is an enlarged view of the upper surface of the light guide 51. However, as shown in FIG. 7, these depressions 51d provide upward directivity to light propagating in the light guide 51. It is something to have.
[0054]
The light emitting element 52 is a self light emitting element such as an LED, an organic EL, and an inorganic EL, and is basically provided on a substrate. The light emitting element 52 is attached to the bottom of the circular hole 10a of the second base 10 together with the substrate. The light emitting element 52 is disposed on the right side of the light guide 51 and emits light toward the left.
[0055]
Light emitted from the light emitting element 52 enters the right end surface of the light guide 51 and propagates through the light guide 51. The light propagating in the light guide 51 is radiated from the plurality of recesses 51 d, and the light spreads radially upward on the upper surface of the light guide 51. The light emitted from the light guide 51 is incident on the portion exposed from the housing 2 in the central cylindrical portion 41 (that is, the portion in contact with the fingertip 200). Since the plurality of depressions 51d are arranged along a line parallel to the axis of the rotating member 4, the light propagated in the light guide 51 is radiated along the rows of the depressions 51d.
[0056]
Next, the SELFOC lens array 6 will be described.
The Selfoc lens array 6 is an optical system in which a number of Selfoc lenses 61 are arranged to form one continuous image with the plurality of Selfoc lenses 61 as a whole.
[0057]
Each Selfoc lens 61 is a cylindrical rod lens. Each Selfoc lens 61 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. Accordingly, these SELFOC lenses 61 have an optically substantially equivalent action as a spherical lens. All of these SELFOC lenses 61 have optically equivalent properties. These Selfoc lenses 61 are regularly and precisely arranged between the two plates 62, and the lens gap is filled with a light shielding material (for example, black silicon resin) to remove flare light. .
[0058]
The Selfoc lens array 6 configured as described above is fitted into the through hole 51 c of the light guide 51, and the Selfoc lens array 6 is fixed to the light guide 51. The center axis of each Selfoc lens 61 extends vertically, the lower end surface faces the photosensitive portion 32, and the upper end surface faces the portion exposed from the housing 2 in the central cylindrical portion 41. Each Selfoc lens 61 forms an image at an erecting equal magnification. That is, each Selfoc lens 61 forms an image appearing on the outer peripheral surface exposed from the housing 2 in the central cylindrical portion 41 on the photosensitive portion 32, but is connected to the image on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 and the photosensitive portion. The image formed is the same size, the direction is the same, and it is not reversed. Accordingly, the SELFOC lens array 6 forms the image appearing on the outer peripheral surface exposed from the housing 2 in the central cylindrical portion 41 with the entire SELFOC lens 61 on the photosensitive portion 32 at an erecting equal magnification. Since the Selfoc lens array 6 forms an image at an erecting equal magnification, there is no need to provide a reversing mirror in the rotating member 4, so that the diameter of the rotating member 4 can be reduced to about 7 mm.
[0059]
Further, since the light guide 51 is fixed in the rotating member 4 and the selfoc lens array 6 is accommodated in the through hole 51c of the light guide 51, the diameter of the rotating member 4 is reduced to about 7 mm. Can do. Furthermore, since the line image sensor 3 and the Selfoc lens array 6 are fixed to the light guide 51, a structure for fixing the line image sensor 3 and the Selfoc lens array 6 needs to be separately prepared in the rotating member 4. There is no. Therefore, the diameter of the rotating member 4 can be made small, and the image input device 1 as a whole can be provided with a small size. Further, since the light emitting element 52 is arranged not on the rotating member 4 but on the right side of the rotating member 4, the diameter of the rotating member 4 can be reduced.
[0060]
Next, the circuit system of the image input apparatus 1 will be described with reference to FIG.
The above-described timing clock generator 11 (actually the synchronization signal generator of the timing clock generator 11) outputs the timing clock signal to the driver circuit 12, the signal processing circuit 13, the A / D conversion circuit 14, and the synthesis buffer 15, These circuits 12 to 15 operate in synchronization with the timing clock signal.
[0061]
The driver circuit 12 drives the line image sensor 3 based on the timing clock signal. As a result, the line image sensor 3 has electrical characteristics according to the amount of light incident on each photoelectric conversion element, the line image sensor 3 acquires a one-dimensional optical image as an electrical signal, and the electrical signal is transmitted from the line image sensor 3. It is output to the processing circuit 13. The signal processing circuit 13 detects the level of the electric signal by processing the electric signal input from the line image sensor 3. The A / D conversion circuit 14 converts the level of the electric signal into a digital signal and outputs it to the synthesis buffer 15 as one-dimensional optical image data. In the combining buffer 15, the one-dimensional optical image data is sequentially combined to generate two-dimensional optical image data. The two-dimensional optical image data generated by the synthesis buffer 15 is output to a computer, and the two-dimensional optical image data is provided for computer processing (for example, personal authentication processing). The timing clock signal is also input to the computer from the timing clock generator 11, and the computer determines the distance from the input of a pulse of a certain one-dimensional optical image to the input of the next pulse of the one-dimensional optical image ( φ × n / 360).
[0062]
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 fingertip 200 against the central cylindrical portion 41 and moves the fingertip 200 forward or backward, the rotating member 4 rotates. When the rotating member 4 rotates, the contact portion between the fingertip 200 and the central cylindrical portion 41 changes.
[0063]
At this time, the light emitted from the light emitting element 52 propagates through the light guide 51 and is emitted upward from each recess 51d. Since the fingertip 200 is moving, the fingertip 200 is line-scanned immediately above the light guide 51 by the light emitted from the recesses 51d.
[0064]
Here, in the portion where the fingertip 200 and the central cylindrical portion 41 are in contact, the convex portion of the fingerprint is in close contact with the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41, and the concave portion of the fingerprint is separated from the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41. Since the convex portion of the fingerprint is in close contact with the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41, the light emitted from the recess 51d can be incident on the convex portion of the fingerprint through the central cylindrical portion 41 with high intensity. The light reflected by the portion hardly decreases on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41, and the reflected light of the convex portion enters the line image sensor 3 via the SELFOC lens array 6. On the other hand, since the concave portion of the fingerprint is separated from the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41, the light emitted from the recess 51d diffuses on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41, and light hardly enters the concave portion of the fingerprint. In addition, the reflected light reflected by the concave portion of the fingerprint also enters the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41, but diffuses on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41. Therefore, the reflected light of the fingerprint recess does not enter the line image sensor 3. In particular, since the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 is a textured surface, the difference in the intensity of reflected light between the convex portion and the concave portion of the fingerprint appears significantly.
[0065]
Accordingly, reflected light having an intensity corresponding to the fingerprint pattern due to the unevenness of the fingertip 200 is incident on the line image sensor 3 via the Selfoc lens array 6, and the fingerprint pattern on the fingertip 200 is applied to the line image sensor 3 by the Selfoc lens array 6. Imaged. As described above, when the subject presses the fingertip 200 against the central cylindrical portion 41 and rotates the rotating member 4, the subject's fingertip 200 causes the line image sensor 3 to sequentially scan the fingertip 200. The line image sensor 3 acquires an uneven image of the fingerprint as an electric signal as a one-dimensional optical image every time the fingertip 200 is line-scanned in synchronization with the timing clock signal, and the synthesizing buffer 15 receives the one-dimensional optical image data of the fingerprint. Synthesized sequentially. When the one-dimensional optical image data of the fingerprint is sequentially synthesized, the two-dimensional optical image data of the fingerprint is generated by the synthesis buffer 15.
[0066]
On the other hand, a pattern (meaning that includes letters, numbers, pictures, etc.) appearing on the surface of a smooth and flat subject such as paper having no irregularities such as fingerprints is also acquired as a two-dimensional optical image by the image input apparatus 1. be able to. In this case, since the subject is in close contact with the central cylindrical portion 41, the intensity of the reflected light that has entered the subject from the light guide 51 and reflected is hardly reduced on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41. Accordingly, the subject is scanned by the line image sensor 3, and the pattern on the surface of the subject is acquired by the line image sensor 3 as one-dimensional optical image data. Then, when the one-dimensional optical image data of the pattern of the subject is sequentially synthesized, the two-dimensional optical image data of the pattern is generated by the synthesis buffer 15.
[0067]
The two-dimensional optical image generated by the synthesis buffer 15 is also an equal magnification image. This is because the SELFOC lens array 6 forms an image with the same magnification on the photosensitive portion 32. That is, in the process of generating the two-dimensional optical image by the synthesis buffer 15, a two-dimensional optical image having the same magnification is generated without correcting in the direction perpendicular to the one-dimensional optical image.
[0068]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 is made to be a textured surface so that light is diffused on the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41. The light may diffuse. For example, the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 may be roughened by uniformly injecting powder glass beads onto the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 having a smooth outer peripheral surface, or the central cylindrical portion 41 having a smooth outer peripheral surface. The outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 may be roughened by polishing the outer peripheral surface with an abrasive or filter paper, or a light diffusion sheet material is pasted on the outer peripheral surface of the smooth central cylindrical portion 41 May be.
[0069]
In the above embodiment, the Selfoc lens array 6 is fixed to the through hole 51c. However, an optical lens or an optical lens group having the outer peripheral surface of the central cylindrical portion 41 as an object surface and the photosensitive portion 32 as an imaging surface. (For example, a spherical lens, an aspherical lens, etc.) may be fixed to the through hole 51c.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the light guide disposed in the cylinder serves to guide light from the light emitting element to the outer peripheral surface of the cylinder and to fix the one-dimensional image sensor and the optical system. Therefore, the structure in the cylinder is simplified, and the parts arranged in the cylinder are reduced. Accordingly, the cylinder can be made small, and the entire image input apparatus can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an image input device in an exploded manner.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the image input device.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the image input device.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a rotating member included in the image input device.
FIG. 5 is a side view of the rotating member.
FIG. 6 is a perspective view showing a light irradiator included in the image input device.
FIG. 7 is an enlarged perspective view showing a light guide body of the light irradiator.
FIG. 8 is a block diagram showing a circuit configuration of the image input device.
FIG. 9 is a drawing showing a step in the manufacturing process of the rotating member.
FIG. 10 is a block diagram schematically showing a conventional fingerprint reader.
[Explanation of symbols]
1 Image input device
3 Line image sensor (one-dimensional image sensor)
4 Rotating member (cylindrical)
5 Light irradiator
6 Selfoc lens array (optical system)
7,8 O-ring (elastic member)
9,10 Foundation (bearing)
11 Timing clock generator
12 Driver circuit (generation means)
13 Signal processing circuit (generation means)
14 A / D conversion circuit (generation means)
15 Synthesis buffer (generation means)
41 Central cylindrical part
41a Transparent cylinder
44 Gear part (gear)
51 Light guide
51c through hole
52 Light Emitting Element
111 engagement pin (engagement part)
150 Transfer roller (roller)
200 Fingertip (Subject)

Claims (7)

回転自在に支持された透明な円筒と、
前記円筒の軸心と平行になって前記円筒内に配された一次元イメージセンサと、
前記円筒内に配されるとともに、前記円筒の外周面に接した指の指紋画像を前記一次元イメージセンサに結像する光学系と、
前記円筒の端から前記円筒内に向けて光を発する発光素子と、
透明な材料で形成され、前記円筒内において固定されている導光体であって、前記光学系を固定するための貫通孔が形成されると共に、前記発光素子が発した光を前記円筒の外周面に接した指に照射するように上方に指向させるための複数の窪みが前記貫通孔の上部に沿って一列に形成されている導光体と、
を備えたことを特徴とする画像入力装置。A transparent cylinder rotatably supported, and
A one-dimensional image sensor arranged in the cylinder parallel to the axis of the cylinder;
An optical system that is arranged in the cylinder and forms a fingerprint image of a finger in contact with the outer peripheral surface of the cylinder on the one-dimensional image sensor;
A light emitting element that emits light from the end of the cylinder into the cylinder;
A light guide formed of a transparent material and fixed in the cylinder, wherein a through hole for fixing the optical system is formed, and light emitted from the light emitting element is transmitted to the outer periphery of the cylinder A light guide body in which a plurality of depressions for directing upward to irradiate a finger in contact with the surface is formed in a line along the upper portion of the through hole;
An image input apparatus characterized by comprising a. 前記導光体が前記円筒内において前記円筒を回転自在に支持することを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 1 , wherein the light guide body rotatably supports the cylinder in the cylinder. 前記光学系は前記一次元像を正立等倍で前記一次元イメージセンサに結像するロッドレンズアレイであることを特徴とする請求項１記載の画像入力装置。Wherein the optical system an image input apparatus according to claim 1, characterized in that the rod lens array for focusing said one-dimensional image sensor erect the one-dimensional image. 前記円筒を回転自在に嵌め込んだ軸受と、
前記円筒と前記軸受との間に挟まれた弾性部材と、
を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の画像入力装置。A bearing in which the cylinder is rotatably fitted;
An elastic member sandwiched between the cylinder and the bearing;
The image input device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a. 前記弾性部材に潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項４に記載の画像入力装置。The image input device according to claim 4 , wherein a lubricant is applied to the elastic member. 前記円筒と同軸となって前記円筒に設けられた歯車と、
前記歯車の歯に係合するとともに、前記円筒とともに前記歯車が回転すると前記歯車の歯を乗り越えられる係合部と、
前記係合部が前記歯車の歯を乗り越える毎に同期信号を発生する同期信号発生手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の画像入力装置。A gear provided coaxially with the cylinder and provided in the cylinder;
An engaging portion that engages with the teeth of the gear and can overcome the teeth of the gear when the gear rotates together with the cylinder;
Synchronization signal generating means for generating a synchronization signal each time the engaging portion gets over the gear teeth;
The image input device according to claim 1 to any one of the 5, characterized in that it comprises a. 前記同期信号発生手段から同期信号が発生する毎に前記一次元イメージセンサから一次元像を取得して、これら一次元像を順次合成することによって前記被写体の二次元像を生成する生成手段、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の画像入力装置。Generating means for acquiring a one-dimensional image from the one-dimensional image sensor each time a synchronizing signal is generated from the synchronizing signal generating means, and generating a two-dimensional image of the subject by sequentially combining the one-dimensional images;
The image input apparatus according to claim 6 , further comprising:

Images