(57)【要約】  【課題】  低コストで、薄型化、小型化が可能な、指紋や原稿の読取画像の品質を向上させることができる画像読取装置を提供すること。  【解決手段】  第１の光学素子部１４および第２の光学素子部１５は、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの発散する光線を反射して二次元に発散する略円筒波状の光線に収束させる第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄと、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄで反射された光を一定方向の略平面波状の反射光とする第２の反射面１４ｅ、１５ｅとが形成され、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの光が三次元に大きく拡散する前に小面積の第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄで照射光の一次元方向の拡散を収束させ、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの単位面積当たりの照度が略均等になるように照射し、第２の反射面１４ｅ、１５ｅで略平行に反射させ、この光を全反射させて読取対象に照射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元に発散する略球面波状の入射光の光束を二次元に発散する略円筒波状の反射光とする第１の反射面と、前記第１の反射面の反射光を一定方向の略平面波状の反射光とする第２の反射面とを備え、前記第１の反射面の反射光による前記第２の反射面の照度が略均等となるように前記第１の反射面を形成し、前記第２の反射面の反射光の進行方向から見た輝度が略均等となるように前記第２の反射面を形成したことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１の反射面は、複数の面からなることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第２の反射面の反射光を照射される読取面を備え、前記第２の反射面の反射光を前記読取面で全反射させないようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第２の反射面の反射光を反射する第３の反射面と、前記第３の反射面の反射光を照射される読取面とを備え、前記第２の反射面の反射光を前記第３の反射面で全反射させ、前記第３の反射面の反射光を前記読取面で全反射させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第２の反射面の反射光を反射する第３の反射面と、前記第３の反射面の反射光を照射される読取面とを備え、前記第２の反射面の反射光を前記第３の反射面で全反射させ、前記第３の反射面の反射光を前記読取面で全反射させないようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２の反射面を底面に接するか底面近傍に配し、前記読取面を天井面に配し、前記入射光の入射面を前記第２の反射面と前記読取面との間に前記第２の反射面および読取面と略平行に配し、前記入射光の中心ベクトルが前記天井面と直交するようにし、前記第１の反射面で反射された反射光の射出ベクトルの方向と前記中心ベクトルの方向との角度が９０°より大きくかつ１８０°未満としたことを特徴とする請求項３から請求項５までのいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
基板部の中央部分に撮像素子部を実装し、前記撮像素子部の上に前記撮像素子部とは反対面の読取面で散乱した光を前記撮像素子部に導く導光部を配し、前記導光部を挟んで請求項４に記載の光学素子による第１の光学素子部と請求項３または請求項５に記載の光学素子による第２の光学素子部を前記導光部の読取面と前記第１の光学素子部および第２の光学素子部の読取面とが同一面となるように配し、前記第１の光学素子部および第２の光学素子部のそれぞれの第１の反射面に三次元に発散する略球面波状の光を入射するように光源を配したことを特徴とする画像読取装置。
【請求項８】
前記第２の光学素子部に、前記読取面を全反射した光を吸収する吸収面を設けたことを特徴とする請求項７に記載の画像読取装置。
【請求項９】
前記光源の周囲に、前記第１の反射面への意図した入射光以外の光が前記第１の光学素子部または第２の光学素子部に入射するのを防ぐ遮光体を設けたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の画像読取装置。
【請求項１０】
前記読取面から前記撮像素子部の表面までのいずれかの場所に、前記光源の発光波長以外の光を遮断するバンドパスフィルターまたは前記光源の発光波長より波長の短い光を遮断するローパスフィルターを組み込んだことを特徴とする請求項７から請求項９までのいずれかに記載の画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋等の凹凸で表された情報や、文字や図形等の濃淡で表された情報の読取が可能な画像読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、指紋のような凹凸のある読取対象と、原稿のような濃淡を持つ読取対象両方を読取可能な画像読取装置として、透明基板の上にフォトダイオードと薄膜トランジスタからなる画素を複数線状配列し、フォトダイオードの表面に画素サイズより細い多数の光ファイバからなる光ファイバ収束部材を接着し、フォトダイオードの透明基板側の面を遮光して光ファイバ収束部材側から入射する光に対してのみ感度を有するようにし、透明基板のの画素が配列された反対側から線状光源により照明光を発光し、隣り合うフォトダイオードの間に設けられた開口部を通して光ファイバ収束部材に照明光を伝達し、光ファイバ収束部材先端に接触する読取対象からの反射光を再度光ファイバ収束部材を通してフォトダイオードで受光するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、入力部材裏面より照明光を斜めに照射し、入力部材の入力面での照明光の入射角を全反射を起こす臨界角より小さくかつ２０°以上にし、光源から入力面へ入射した光がスネルの法則に従って反射する位置に受光素子として線状の光電変換素子を置いて読取対象表面の散乱光を受光するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、２つの光源部と、第１の光源部からの光線が全反射するような角度に設けられた第１の傾斜面と、第２の光源部からの光線が全反射するような角度に設けられた第２の傾斜面と、第１の傾斜面と第２の傾斜面との間にこれらの傾斜面における反射光が入射するように設けた読取面とを有し、第１の傾斜面の反射光が読取面で全反射しないように入射し、第２の傾斜面の反射光が読取面で全反射するように入射して、読取面におけるこれらの散乱光を読み取るようにしたものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、指紋のような凹凸のある読取対象向けと、原稿のような濃淡を持つ読取対象向けに別々の読取面２面を有し、指紋読取面には側面に設置した指紋読取光源からの入射光を指紋読取面と対向した断面形状が鋸歯状の反射面で反射して、指紋読取面内側より指紋読取面に照射し、原稿読取面には指紋読取用光源とは別に、やはり側面に設置した原稿読取用光源からの入射光を原稿読取用光源及び原稿読取面に対し斜めに設置したプリズム表面で反射させて原稿に照射し、用途により指紋読取用光源と原稿読取用光源を切り換え、指紋または原稿の読取面の散乱光をプリズム内に設置したハーフミラーを通じて屈折率分布型レンズの光軸と合わせ、屈折率分布型レンズの共役点の位置に設置した撮像素子に結像させて読み取るようにしたものもある（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２４０９０６号公報
【特許文献２】特開２００１−２８３２０７号公報
【特許文献３】特開２００４−８６５５３号公報
【特許文献４】特開２００４−１８５２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の第１の従来例の構成では、フォトダイオードの間に開口部を設けなければならず、線状光源は発光ダイオード等の発光素子を直線状に配列して構成するか、有機薄膜のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を使用するので製造コストが高くなり、また、指紋に対し垂直に照明光を照射し、同一方向に反射した光を読み取るので、隆線と谷線のコントラストが低いという課題があった。
【０００８】
また、上述の第２の従来例の構成では、入力面の線状の光電変換素子の線方向に対する照明光の照度ムラについて考慮されておらず、撮像した指紋および原稿のどちらの画像も光源付近で明るく、光源から遠ざかるに従って暗くなるという課題があった。
【０００９】
また、指紋の場合と原稿の場合で反射によりできる画像の位置が異なるので、広い面積を有する矩形状の光電変換素子を用いるか、複数の線状の光電変換素子を用いる必要があるため、製造コストが高くなったり、組立が煩雑になるという課題があった。
【００１０】
さらに、入力部材の斜め下より照明光を照射しているので、画像読取装置を薄くすることができないという課題があった。
【００１１】
また、上述の第３の従来例の構成では、コンデンサレンズやフレネルレンズ等の集光光学系を用いたとしても、照射光を導光手段およびプリズム部傾斜面を通し読取面に達するまでに均等に拡散させる必要があり、光源から読取面に達するまでの長さを余り短くできないという課題があった。
【００１２】
また、上述の第４の従来例の構成では、原稿読取用光源のＬＥＤ（Light Emitting Diode）の照射光をプリズム表面で反射し、原稿に照射するので、略点光源状のＬＥＤの三次元に発散する略球面波状の照射光が原稿の読取範囲外へ照射する量が多く、光源の照射光の利用効率が良くないという課題があった。
【００１３】
また、指紋読取用光源のＬＥＤの照射光も同様に拡散し、迷光となってプリズム内に散乱し、得られる指紋画像のコントラストを落とすという課題があった。
【００１４】
本発明は、従来の課題を解決するためになされたもので、低コストで、薄型化、小型化が可能な、指紋や原稿の読取画像の品質を向上させることができる画像読取装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の光学素子は、三次元に発散する略球面波状の入射光の光束を二次元に発散する略円筒波状の反射光とする第１の反射面と、前記第１の反射面の反射光を一定方向の略平面波状の反射光とする第２の反射面とを備え、前記第１の反射面の反射光による前記第２の反射面の照度が略均等となるように前記第１の反射面を形成し、前記第２の反射面の反射光の進行方向から見た輝度が略均等となるように前記第２の反射面を形成した構成を有している。
【００１６】
この構成により、三次元に発散する略球面波状の入射光が同一方向から見た輝度が略均等な略平面波状の光に変えられることとなる。したがって、入射光を効率良く利用できるとともに、短い距離で同一方向の照度の均等な照射光を読取対象に与えることができる。
【００１７】
ここで、前記第１の反射面は、複数の面からなる構成とした。
【００１８】
この構成により、金型の製作を容易にすることができる。
【００１９】
また、前記第２の反射面の反射光を照射される読取面を備え、前記第２の反射面の反射光を前記読取面で全反射させないようにした構成とした。
【００２０】
この構成により、第２の反射面から読取面までの距離を低減しつつ、読取面に均等に光を照射することができる。
【００２１】
また、前記第２の反射面の反射光を反射する第３の反射面と、前記第３の反射面の反射光を照射される読取面とを備え、前記第２の反射面の反射光を前記第３の反射面で全反射させ、前記第３の反射面の反射光を前記読取面で全反射させるようにした構成とした。
【００２２】
この構成により、第２の反射面から読取面までの距離を低減しつつ、読取面に斜めに光を照射することができる。
【００２３】
また、前記第２の反射面の反射光を反射する第３の反射面と、前記第３の反射面の反射光を照射される読取面とを備え、前記第２の反射面の反射光を前記第３の反射面で全反射させ、前記第３の反射面の反射光を前記読取面で全反射させないようにした構成とした。
【００２４】
この構成により、第２の反射面から読取面までの距離を低減しつつ、読取面に均等に光を照射することができる。
【００２５】
また、前記第２の反射面を底面に接するか底面近傍に配し、前記読取面を天井面に配し、前記入射光の入射面を前記第２の反射面と前記読取面との間に前記第２の反射面および読取面と略平行に配し、前記入射光の中心ベクトルが前記天井面と直交するようにし、前記第１の反射面で反射された反射光の射出ベクトルの方向と前記中心ベクトルの方向との角度が９０°より大きくかつ１８０°未満とした構成とした。
【００２６】
この構成により、光学素子を小型化することができる。
【００２７】
本発明の画像読取装置は、基板部の中央部分に撮像素子部を実装し、前記撮像素子部の上に前記撮像素子部とは反対面の読取面で散乱した光を前記撮像素子部に導く導光部を配し、前記導光部を挟んで請求項４に記載の光学素子による第１の光学素子部と請求項３または請求項５に記載の光学素子による第２の光学素子部を前記導光部の読取面と前記第１の光学素子部および第２の光学素子部の読取面とが同一面となるように配し、前記第１の光学素子部および第２の光学素子部のそれぞれの第１の反射面に三次元に発散する略球面波状の光を入射するように光源を配した構成を有している。
【００２８】
この構成により、光源の照射光が三次元に大きく拡散する前に第１の反射面で反射光の一次元方向の拡散を収束させ、かつ第２の反射面の目的とする範囲に照射光を均等に拡散させ、光源の照射光を効率良く利用でき、短い距離で同一方向の照度の均等な照射光を読取対象に与えることができる。
【００２９】
ここで、前記第２の光学素子部に、前記読取面を全反射した光を吸収する吸収面を設けた構成とした。
【００３０】
この構成により、読取面を全反射した光が散乱することを防ぐことができ、読取画像の品質を向上させることができる。
【００３１】
また、前記光源の周囲に、前記第１の反射面への意図した入射光以外の光が前記第１の光学素子部または第２の光学素子部に入射するのを防ぐ遮光体を設けた構成とした。
【００３２】
この構成により、光源から漏れる光が迷光となって光学素子部に入ることを防ぐことができ、読取画像の品質を向上させることができる。
【００３３】
また、前記読取面から前記撮像素子部の表面までのいずれかの場所に、前記光源の発光波長以外の光を遮断するバンドパスフィルターまたは前記光源の発光波長より波長の短い光を遮断するローパスフィルターを組み込んだ構成とした。
【００３４】
この構成により、可視光による外乱光を低減させることができ、読取画像の品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、第１の反射面で三次元に発散する略球面波状の入射光を二次元に発散する略円筒波状の反射光とし、かつ反射光を第２の反射面の照度が略均等となるように照射し、第２の反射面で反射光の進行方向から見た輝度が略均等となるような一定方向の略平面波状の反射光としているので、入射光を効率良く利用できるとともに、短い距離で同一方向の照度の均等な照射光を読取対象に与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の画像読取装置を示す図である。本実施の形態の画像読取装置は、指紋および原稿の部分画像を取得し、周知の画像合成方法によって指紋および原稿の全体画像を構築するものである。
【００３８】
図１において、本実施の形態の画像読取装置は、長方形の基板１６の中心部に基板１６の長辺方向に長く設けられた撮像素子部１１と、撮像素子部１１の両側の基板１６の四隅付近に設けられた４個のＬＥＤ１２ａ〜１２ｄと、撮像素子部１１上に設けられ、撮像素子部１１と接する面と反対面の読取面１７付近の読取対象から反射した光を撮像素子部１１に導く導光部１３と、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの発散する光線を反射させ読取面１７に照射する第１の光学素子部１４および第２の光学素子部１５とを備えている。
【００３９】
第１の光学素子部１４には、ＬＥＤ１２ａ、１２ｂに面する入射面１４ａ、１４ｂと、ＬＥＤ１２ａ、１２ｂの発散する光線を反射して二次元に発散する略円筒波状の光線に収束させる第１の反射面１４ｃ、１４ｄと、第１の反射面１４ｃ、１４ｄで反射された光を一定方向の略平面波状の反射光とする第２の反射面１４ｅと、第２の反射面１４ｅで反射された光を反射させ読取面１７に照射する第３の反射面１４ｆと、が形成されている。
【００４０】
第２の光学素子部１５には、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄに面する入射面１５ａ、１５ｂと、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄの発散する光線を反射して二次元に発散する略円筒波状の光線に収束させる第１の反射面１５ｃ、１５ｄと、第１の反射面１５ｃ、１５ｄで反射された光を一定方向の略平面波状の反射光とする第２の反射面１５ｅと、第２の反射面１５ｅで反射された光を反射させ読取面１７に照射する第４の反射面１５ｆと、読取面１７から全反射した光を吸収する吸収面１５ｇとが形成されている。
【００４１】
ここで、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄおよび第２の反射面１４ｅ、１５ｅは、第１の光学素子部１４および第２の光学素子部１５に空洞を設け、その面により形成する。
【００４２】
また、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの周辺に、入射面１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂに接するように遮光体１８を配置し、例えば透明樹脂でモールドされたＬＥＤ１２ａ〜１２ｄから漏れる光が迷光となって光学素子部１４、１５に直接入らないようにする。
【００４３】
また、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄの内側（ＬＥＤ側）および第２の反射面１４ｅ、１５ｅの裏側（基板側）には、反射効率の良いアルミ、銀等の金属を蒸着することが望ましい。また、吸収面１５ｇには黒色塗装を行う。
【００４４】
また、入射面１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂのＬＥＤ１２ａ〜１２ｄからの照射光が透過する円形部分以外の部分に金属メッキ等を施してもよい。
【００４５】
ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄは、例えば、図２に示す指向特性のように、略球面波状に光線を発散する。この光線を第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄで反射し、二次元に発散する略円筒波状の光線に収束させる。
【００４６】
第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄの図１のＹ軸方向の断面形状は、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの点光源を含む平面で切った場合、図３に示すように、点光源から最短距離の断面の点までの長さの２倍を半径とする円弧とする。すなわち、点光源が球面鏡の物空間焦点上となるように断面形状を構成する。理想的には断面形状は曲線となるが、金型の製作を容易にするため、複数の短い直線で近似してもよい。
【００４７】
また、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄの図１のＸ軸方向の断面形状は、第２の反射面１４ｅ、１５ｅのＸ軸方向の単位長当たりの照度が略均等になるように、第２の反射面１４ｅ、１５ｅをＸ軸方向に等分し、例えば、図２の指向特性を元に、光学シミュレーション等を用いて、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄを、それぞれの分割面の光度が略均等となるように第２の反射面１４ｅ、１５ｅの分割数と同じ数に分割し、各分割した第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄの分割面からの反射光が第２の反射面１４ｅ、１５ｅの単位面にそれぞれ照射するように角度を決定する。
【００４８】
なお、ここでは第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄを分割面としたが、分割数を極大化した場合に相当する曲面であってもよい。
【００４９】
ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄから第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄで反射し、第２の反射面１４ｅ、１５ｅに単位面積当たりの照度が略均等となるように照射される光を、第２の反射面１４ｅ、１５ｅでは図１のＺ軸方向に略平行に反射するように、第２の反射面１４ｅ、１５ｅを等分した単位毎に角度を設定する。このため、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの表面の図１のＹ軸方向から見た断面形状は、分割面の傾斜により鋸歯状となる。
【００５０】
第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄの反射光は、図１のＹ軸を軸として円筒状に拡散しているため、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの分割面の図１のＹ軸方向から見た断面形状は理想的には第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄの対応する分割面の断面を中心とした円弧となるが、これを平面にして構造を簡易にしてもよい。
【００５１】
また、第２の反射面１４ｅ、１５ｅは、反射光が、第２の反射面１４ｅは第３の反射面１４ｆの、第２の反射面１５ｅは第４の反射面１５ｆの所定の範囲に全反射する角度で入射するように、図１のＸ軸方向から見た基底面を傾ける。もちろん、第３の反射面１４ｆ、第４の反射面１５ｆと第２の反射面１４ｅ、１５ｅとの位置関係により、基底面が水平となってもよい。
【００５２】
また、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの基底面を傾けた場合、組立時の安定度を増すために、第１の光学素子部１４および第２の光学素子部１５の第２の反射面１４ｅ、１５ｅを形成するための空洞の外周縁部の一部を、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの高さまで削り落としてもよい。
【００５３】
図４は、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄから照射された光が、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄで反射され、第２の反射面１４ｅ、１５ｅで反射されるまでの経路を示す図である。
【００５４】
第３の反射面１４ｆは、図５（ａ）に示すように、全反射した光が、読取面１７に全反射する角度で入射するように構成し、読取面１７での反射光が迷光とならないように、吸収面１５ｇで光線を吸収する。
【００５５】
第４の反射面１５ｆは、図５（ｂ）に示すように、全反射した光が、読取面１７に全反射しない角度で入射するように構成し、入射した光が読取面１７を透過するようにする。
【００５６】
読取面１７で指紋または原稿で反射された光は、ＧＲＩＮ（GRadient INdex）レンズ等の結像光学系、または光ファイバプレート等の正立等倍画像を得る導光部１３を通して、撮像素子部１１で撮像され、指紋画像または原稿画像となる。
【００５７】
導光部１３に光ファイバプレートを用いた場合、原稿読取時は、読取面１７に紙面を密着させなければ紙面上の原稿画像を読み取ることができないが、ＧＲＩＮレンズ等の結像光学系を用いる場合は、共役長および焦点深度の調整で、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を落とさずに紙面を読取面１７から若干浮かしても原稿画像を読み取ることが可能なことは、従来の技術により明らかである。この場合、指紋は密着させて撮像されるが、焦点深度の調整により、十分なＭＴＦを持って指紋画像および原稿画像の両方に合焦させることができる。
【００５８】
指紋画像の読取時は、ＬＥＤ１２ａ、１２ｂが点灯され、上述のように、ＬＥＤ１２ａ、１２ｂから照射された光は、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、第２の反射面１４ｅおよび第３の反射面１４ｆでそれぞれ反射され、読取面１７に全反射する角度で照射される。
【００５９】
読取面１７に照射された光は、指紋が接触していない場合、読取面１７で全反射し、吸収面１５ｇで吸収され、導光部１３には入ってこない。指紋が接触した場合、空気より大きな屈折率の皮膚が読取面１７に接触するので、照射光の全反射条件が崩れ、指紋隆線部を照射光が照射して光が散乱するので、撮像素子部１１方向の散乱光を撮像素子部１１で撮像することにより指紋画像を得ることができる。
【００６０】
指紋が接触する前には、読取面１７より外部光が撮像素子部１１に入るが、これは得られた画像のエッジ検出等の処理で容易に指紋画像かどうかの判定が可能であり、容易に除去できる。
【００６１】
原稿画像の読取時は、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄが点灯され、上述のように、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄから照射された光は、第１の反射面１５ｃ、１５ｄ、第２の反射面１５ｅおよび第４の反射面１５ｆでそれぞれ反射され、読取面１７を透過するように照射される。
【００６２】
読取面１７を透過した光は、読取面１７付近の原稿に照射され、原稿面の黒い部分では吸収され、白い部分では散乱する。この散乱光の撮像素子部１１方向の光を撮像素子部１１で撮像することにより原稿画像を得ることができる。
【００６３】
このように本実施の形態においては、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの近傍に第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄを配置し、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの光が三次元に大きく拡散する前に小面積の第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄで照射光の一次元方向の拡散を収束させ、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄで反射した光を、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの単位面積当たりの照度が略均等になるように照射し、第２の反射面１４ｅ、１５ｅで略平行に反射させ、この光を全反射させて読取対象に照射しているので、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの照射光の利用効率を向上させることができ、短い距離で照射光を読取対象に与えることができるとともに、読取対象への照射光の照度ムラを無くすことができ、小型で画質の良い画像読取装置を提供することができる。
【００６４】
また、第２の反射面１４ｅ、１５ｅで反射した光を、第３の反射面１４ｆおよび第４の反射面１５ｆで反射して、読取面１７に斜めに照射しているので、薄型化することができるとともに、読取画像の品質を向上させることができる。
【００６５】
また、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの周辺に遮光体１８を配置しているので、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄから漏れる光が迷光となって光学素子部１４、１５に直接入らないようにすることができ、読取画像の品質を向上させることができる。
【００６６】
また、光源はＬＥＤ４個のみなので、低消費電力であり、コストを削減することができる。
【００６７】
また、基板１６の上にＬＥＤ１２ａ〜１２ｄと撮像素子部１１を実装し、その上から導光部１３と第１の光学素子部１４および第２の光学素子部１５を積み上げる簡易な構成なので、組立が容易で製造コストを削減することができる。
【００６８】
本実施の形態の構成により、高さ略３ｍｍ、幅略３ｍｍの断面を持つ画像処理装置を実現できる。
【００６９】
なお、本実施の形態においては、第１の光学素子部１４および第２の光学素子部１５を、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄを含む部分と、第２の反射面１４ｅ、１５ｅ、第３の反射面１４ｆ、第４の反射面１５ｆ、吸収面１５ｇおよび読取面１７を含む部分を一体に構成したが、別々の光学部品で構成してもよい。
【００７０】
また、読取面１７からの反射光が吸収面１５ｇで全反射する角度で入射する場合は、吸収面１５ｇに黒色塗装をするのみでなく、表面を荒らした上で黒色塗装を行うか、入射光と直交する微細な面を持つように断面を鋸歯状に加工した上で黒色塗装を行うとよい。
【００７１】
また、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの裏面下に若干の空隙を持って白色の散乱面状の反射シートを置いてもよい。この場合、第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄからの反射光の中で、第２の反射面で反射されずに第２の反射面１４ｅ、１５ｅを透過し、白色の散乱面状の反射シートで散乱されて再度第２の反射面１４ｅ、１５ｅを透過する散乱光の割合が増えるので、光学シュミレーションで第２の反射面１４ｅ、１５ｅの反射光の光路軌跡を十分に検証することが必要となる。
【００７２】
また、撮像素子部１１と導光部１３との間に、ＬＥＤ１２ａ〜１２ｄの発光波長以外の光を遮断するバンドパスフィルターか、光源に輝度の高い赤色ＬＥＤを使用した場合は、この赤色ＬＥＤの発光波長より波長の短い光を遮断するローパスフィルターを組み込んで、可視光による外乱光を低減させてもよい。
【００７３】
また、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの両側にＬＥＤ１２ａ〜１２ｄおよび第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄを配したが、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの単位長当たりの照度が均等となるように第１の反射面１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄの形状を決めているので、第２の反射面１４ｅ、１５ｅの表面の断面形状を変えて、ＬＥＤおよび第１の反射面を第２の反射面１４ｅ、１５ｅの片側のみにしてもよい。また、ＬＥＤ１２ａ、１２ｂで第２の反射面１４ｅの、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄで第２の反射面１５ｅの照射範囲を分割してもよい。
【００７４】
図６は、指紋読取のみを行う場合の画像読取装置の例を示す図である。
【００７５】
図６に示すように、原稿読取用のＬＥＤ１２ｃ、１２ｄは無く、第２の光学素子部１９には、第５の反射面１９ａと、底面に吸収面１９ｂが設けられている。
【００７６】
この例では、図７に示すように、読取面１７で全反射された光は、第５の反射面１９ａで反射され、第２の光学素子部１９の底面に設けられた吸収面１９ｂにより吸収される。
【００７７】
原稿読取が必要ない場合、指紋読取側のみで構造の最適化を図ることができる。また、吸収面１９ｂの表面を荒らす必要がなく、また断面を鋸歯状に加工しなくても、単に黒色塗装を行えばよいので、金型製作を簡易にすることができる。
【００７８】
（第２の実施の形態）
次に、図８は本発明の第２の実施の形態の画像読取装置を示す図である。なお、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。
【００７９】
図８に示すように、本実施の形態の画像読取装置は、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄに面する入射面２１ａ、２１ｂと、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄの発散する光線を反射して二次元に発散する略円筒波状の光線に収束させる第１の反射面２１ｃ、２１ｄと、第１の反射面２１ｃ、２１ｄで反射された光を一定方向の略平面波状の反射光とする第２の反射面２１ｅと、読取面１７から全反射した光を吸収する吸収面２１ｆとが形成された第２の光学素子部２１を備えており、第２の反射面２１ｅで反射した光を、読取面１７に全反射しないように入射させ、読取面１７を透過させ、読取面１７近傍に置かれた原稿を照射するようになっている。
【００８０】
また、撮像素子部１１および導光部１３の周囲を遮光体１８で取り囲むようにしており、これにより迷光を大幅に低減することができる。遮光体１８の高さは、第３の反射面１４ｆや第２の反射面２１ｅからの反射光の光路を妨げない高さに設定する。
【００８１】
このような画像読取装置において、原稿画像の読取時は、図９に示すように、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄを点灯し、ＬＥＤ１２ｃ、１２ｄから照射された光は、第１の反射面２１ｃ、２１ｄおよび第２の反射面２１ｅでそれぞれ反射され、第２の反射面２１ｅで反射された光は、そのまま読取面１７を透過するように照射される。
【００８２】
読取面１７を透過した光は、読取面１７付近の原稿に照射され、原稿面の黒い部分では吸収され、白い部分では散乱する。この散乱光の撮像素子部１１方向の光を撮像素子部１１で撮像することにより原稿画像を得ることができる。
【００８３】
このように本実施の形態においては、原稿画像読取時の光を、第２の反射面２１ｅから直接読取面１７に照射するようにしたので、画像読取装置の高さを低減することができ、高さ略２ｍｍ、幅略３ｍｍの断面を持つ画像処理装置を実現できる。
【００８４】
図１０は、原稿読取のみを行う場合の画像読取装置の例を示す図である。
【００８５】
図１０に示すように、指紋読取用のＬＥＤ１２ａ、１２ｂは無く、第１の光学素子部２２には、反射面等は設けられていない。
【００８６】
この例では、図１１（ａ）に示すように、第２の反射面２１ｅで反射された光は、そのまま読取面１７を透過するように照射され，図１１（ｂ）に示すように、読取面１７を透過した光は、読取面１７付近の原稿に照射され、原稿面の白い部分で散乱された散乱光の撮像素子部１１方向の光を撮像素子部１１で撮像することにより原稿画像を得ることができる。
【００８７】
指紋読取が必要ない場合、原稿読取側のみで構造の最適化を図ることができる。また、吸収面が必要ないので、光学素子部の表面を荒らしたり鋸歯状に加工する必要がなく、金型製作を簡易にすることができる。
【００８８】
（第３の実施の形態）
次に、図１２は本発明の第３の実施の形態の画像読取装置を示す図である。なお、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみ説明する。
【００８９】
本実施の形態の画像読取装置は、第１の反射面を、光学素子部に設けた空洞内部の面ではなく、第１の光学素子部３１および第２の光学素子部３２の表面を第１の反射面３１ｃ、３１ｄ、３２ｃ、３２ｄとしている。
【００９０】
第１の反射面３１ｃ、３１ｄ、３２ｃ、３２ｄの表面には反射効率の良いアルミ、銀等の金属を蒸着することが望ましい。
【００９１】
なお、本実施の形態においては、第１の光学素子部３１および第２の光学素子部３２を、第１の反射面３１ｃ、３１ｄ、３２ｃ、３２ｄを含む部分と、第２の反射面３１ｅ、３２ｅ、第３の反射面３１ｆ、第４の反射面３２ｆ、吸収面３２ｇおよび読取面１７を含む部分を一体に構成したが、別々の光学部品で構成してもよい。
【００９２】
（第４の実施の形態）
次に、図１３は本発明の第４の実施の形態の携帯端末装置を示す図である。なお、本実施の形態は、上述の各実施の形態の画像読取装置を組み込んだ携帯端末装置である。
【００９３】
図１３に示すように、本実施の形態の携帯端末装置は、操作用のメニューや電話番号を表示する表示部４１と、操作指示や電話番号などを入力する複数の操作釦４２と、音声を入力するマイク４３と、電波を受信するアンテナ４４と、上述の各実施の形態のいずれかの画像読取装置４５とを備えている。
【００９４】
図１３に示すように、画像読取装置４５を携帯端末装置の角に斜めに組み込むことにより、指紋画像および原稿画像の両方を効率良く取り込むことができる。
【００９５】
指紋または原稿のみの画像取得でよい場合は、取り付けは装置の角ではなく、装置の平板状の面に若干読取面を突き出して実装することにより、使用感の良い画像読取装置を組み込むことができる。
【００９６】
また、携帯端末装置の他に、情報端末装置や入退出管理装置などにも同様に組み込むことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
以上のように、本発明にかかる光学素子は、入射光を効率良く利用できるとともに、短い距離で同一方向の照度の均等な照射光を読取対象に与えることができるという効果を有し、小型の画像読取装置に用いて有用であり、画像読取装置を組み込む応用装置向けとしても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の斜視図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の平面図  （ｃ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の側面図  （ｄ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の正面図
【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の光源部の指向特性の第１例を示す特性図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の光源部の指向特性の第２例を示す特性図
【図３】本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の第１の反射面の光線の反射を説明するための図
【図４】（ａ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の光源部からの光を説明するための図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の第１の反射面で反射された光を説明するための図  （ｃ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の第２の反射面で反射された光を説明するための図
【図５】（ａ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の第３の反射面で反射された光の経路を説明するための図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態における画像読取装置の第４の反射面で反射された光の経路を説明するための図
【図６】（ａ）本発明の第１の実施の形態の参考例における画像読取装置の斜視図  （ｂ）本発明の第１の実施の形態の参考例における画像読取装置の平面図  （ｃ）本発明の第１の実施の形態の参考例における画像読取装置の側面図  （ｄ）本発明の第１の実施の形態の参考例における画像読取装置の正面図
【図７】本発明の第１の実施の形態の参考例における画像読取装置の第３の反射面で反射された光の経路を説明するための図
【図８】（ａ）本発明の第２の実施の形態における画像読取装置の斜視図  （ｂ）本発明の第２の実施の形態における画像読取装置の平面図  （ｃ）本発明の第２の実施の形態における画像読取装置の側面図  （ｄ）本発明の第２の実施の形態における画像読取装置の正面図
【図９】本発明の第２の実施の形態における画像読取装置の第２の反射面で反射された光の経路を説明するための図
【図１０】（ａ）本発明の第２の実施の形態の参考例における画像読取装置の斜視図  （ｂ）本発明の第２の実施の形態の参考例における画像読取装置の平面図  （ｃ）本発明の第２の実施の形態の参考例における画像読取装置の側面図  （ｄ）本発明の第２の実施の形態の参考例における画像読取装置の正面図
【図１１】（ａ）本発明の第２の実施の形態の参考例における画像読取装置の第２の反射面で反射された光の経路を説明するための図  （ｂ）本発明の第２の実施の形態の参考例における画像読取装置の使用説明図
【図１２】（ａ）本発明の第３の実施の形態における画像読取装置の斜視図  （ｂ）本発明の第３の実施の形態における画像読取装置の平面図  （ｃ）本発明の第３の実施の形態における画像読取装置の側面図  （ｄ）本発明の第３の実施の形態における画像読取装置の正面図
【図１３】（ａ）本発明の第４の実施の形態における携帯端末装置の斜視図  （ｂ）本発明の第４の実施の形態における携帯端末装置の正面図  （ｃ）本発明の第４の実施の形態における携帯端末装置の右側面図  （ｄ）本発明の第４の実施の形態における携帯端末装置の裏面図  （ｅ）本発明の第４の実施の形態における携帯端末装置の下面図
【符号の説明】
【００９９】
１１  撮像素子部
１２ａ〜１２ｄ  ＬＥＤ
１３  導光部
１４  第１の光学素子部
１４ａ、１４ｂ  入射面
１４ｃ、１４ｄ  第１の反射面
１４ｅ  第２の反射面
１４ｆ  第３の反射面
１５  第２の光学素子部
１５ａ、１５ｂ  入射面
１５ｃ、１５ｄ  第１の反射面
１５ｅ  第２の反射面
１５ｆ  第４の反射面
１５ｇ  吸収面
１６  基板
１７  読取面
１８  遮光体
１９  第２の光学素子部
１９ａ  第５の反射面
１９ｂ  吸収面
２１  第２の光学素子部
２１ａ、２１ｂ  入射面
２１ｃ、２１ｄ  第１の反射面
２１ｅ  第２の反射面
２１ｆ  吸収面
２２  第１の光学素子部
３１  第１の光学素子部
３１ａ、３１ｂ  入射面
３１ｃ、３１ｄ  第１の反射面
３１ｅ  第２の反射面
３１ｆ  第３の反射面
３２  第２の光学素子部
３２ａ、３２ｂ  入射面
３２ｃ、３２ｄ  第１の反射面
３２ｅ  第２の反射面
３２ｆ  第４の反射面
３２ｇ  吸収面
４１  表示部
４２  操作釦
４３  マイク
４４  アンテナ
４５  画像読取装置
【図１】
2006268526.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006268526.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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