(57)【要約】【課題】台形歪みの生じない小型な画像入力装置を提供することにある。【解決手段】画像入力装置１の筐体には窓が形成され、この窓にはプリズム列ローラ２が軸心回りに回転自在となって設けられている。プリズム列ローラ２の外周面には、断面三角形状の多数のプリズム２ａが形成されている。プリズム列ローラ２は、プリズム列ローラ２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射した場合に、プリズム列ローラ２の内周面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列ローラ２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。プリズム列ローラ２内には、プリズム列ローラ２の軸心方向に長尺な固体撮像デバイス８及びプリズム列ローラ２の半径方向に光軸を有したセルフォックレンズアレイ７が配置されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心回りに回転自在に支持され、凹凸を有した被写体が外周面に接して接線方向に移動することによって回転する円筒と、
前記円筒の軸心と平行となって前記円筒内に配置された固体撮像デバイスと、前記円筒内に配置されるとともに、前記被写体と前記円筒の外周面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記被写体が前記円筒の接線方向に移動することによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記円筒の外周面には、前記円筒の外周面から離れた位置から発した拡散光が前記円筒の外周面に入射した場合に前記円筒の内周面に対して０°からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記円筒の内周面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
前記撮像光学系の光軸は前記円筒の内周面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
【請求項３】
前記光学系は、前記円筒の外周面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする１又は２に記載の画像入力装置。
【請求項４】
前記プリズムは三角形状の断面に直角な方向に長尺となっており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする請求項３に記載の画像入力装置。
【請求項５】
前記プリズムは前記円筒の軸心方向に平行となって延在していることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像入力装置。
【請求項６】
前記プリズムが前記円筒の周方向に延在していることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像入力装置。
【請求項７】
前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする請求項３に記載の画像入力装置。
【請求項８】
前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の外周面と前記撮像光学系の光軸とが交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の画像入力装置。
【請求項９】
前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の軸心方向の端面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項５に記載の画像入力装置。
【請求項１０】
前記円筒内に配置されるとともに、前記撮像光学系の光軸と前記円筒の外周面の交差する箇所に向けて光を照射する光源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。
【請求項１１】
凹凸を有した被写体が当接する表面及びこの表面と反対側の裏面を有する平板と、
前記平板の裏面に向き合った固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスと前記平板との間に配置されるとともに、前記被写体と前記平板の表面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記撮像光学系の光軸に交わる方向に前記固体撮像デバイス及び前記被写体のうちの一方を他方に対して相対的に移動させることによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記平板の表面には、前記平板の表面から離れた位置から発した拡散光が前記平板の表面に入射した場合に前記平板の裏面からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記平板の裏面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする画像入力装置。
【請求項１２】
前記撮像光学系の光軸は前記平板の裏面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする請求項１１に記載の画像入力装置。
【請求項１３】
前記光学系は、前記平板の表面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の画像入力装置。
【請求項１４】
前記プリズムが三角形状の断面に直角な方向に長尺となって延在しており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする請求項１３に記載の画像入力装置。
【請求項１５】
前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする請求項１３に記載の画像入力装置。
【請求項１６】
前記平板の裏面側に配置され、前記平板の表面と前記撮像光学系の光軸とが交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項１１から１５の何れか一項に記載の画像入力装置。
【請求項１７】
前記プリズムの長手方向に直交する前記平板の側面に対向配置され、その側面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする請求項１４に記載の画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被写体の像を入力する画像入力装置に関する。
【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る個人認証する方法があり、指紋による個人認証を携帯型電子機器に応用する技術が提案されている。指紋認証のためには、指紋像を入力する画像入力装置を携帯型電子機器に備え付けなければならない。
【０００３】
特許文献１には、指紋像を入力する画像入力装置について記載されている。特許文献１に記載された画像入力装置は、断面直角三角形状の直角プリズムと、直角プリズムの直角な稜角を挟んだ二つの面のうちの一方に対向する光源と、直角となる稜角を挟んだ二つの面のうちの他方に対向しその面に直角な光軸を有するテレビカメラと、を備え、光源から発する光は直角な稜角を挟んだ二つの面のうちの一方に入射し、斜面にて全反射して、直角な稜角を挟んだ二つの面のうちの他方に出射するようになっている。この画像入力装置においては直角となる稜角に対面する斜面に指を載置することによって、指の指紋像がテレビカメラによって撮像される。ここで、直角プリズムの斜面に指を載置すると、指の指紋を構成する凹凸パターンのうち、指紋の凸部は斜面に密接して、指紋の凹部は斜面から離れている。斜面において指紋の凹部に対応する部分に入射した光は全反射するが、指紋の凸部に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指紋の像がテレビカメラによって撮像される。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５５−１３４４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の画像入力装置では、直角プリズムの斜面の法線に対するテレビカメラの光軸の角度が臨界角以上となっているため、つまり、テレビカメラが直角プリズムの斜面に対してチルト光学系となっているため、テレビカメラによって取得された画像には台形歪みが生じてしまったり、テレビカメラの配置位置が制限されてしまって画像入力装置全体が大きくなってしまったりする。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、台形歪みの生じない小型な画像入力装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
軸心回りに回転自在に支持され、凹凸を有した被写体が外周面に接して接線方向に移動することによって回転する円筒と、
前記円筒の軸心と平行となって前記円筒内に配置された固体撮像デバイスと、
前記円筒内に配置されるとともに、前記被写体と前記円筒の外周面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記被写体が前記円筒の接線方向に移動することによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記円筒の外周面には、前記円筒の外周面から離れた位置から発した拡散光が前記円筒の外周面に入射した場合に前記円筒の内周面に対して０°からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記円筒の内周面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、被写体が接線方向に移動すると、撮像光学系の光軸と円筒の外周面とが交差する部分、つまり、被写体と円筒の外周面が接した部分が移り変わり、被写体が撮像光学系を介して固体撮像デバイスで線走査される。
ここで、被写体が円筒の外周面に接すると、被写体の凹部が円筒の外周面から離れている。そのため、円筒の外周面に設けられた光学系によって、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち凹部から発した光は、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から出射し、円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲では円筒の内周面から出射しない。一方、被写体の凸部が円筒の外周面に密接するから、円筒の外周面に設けられた光学系の条件が変わる。そのため、凸部から発した光は円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲でも円筒の内周面から出射する。このような状態で固体撮像デバイスによって被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。このように、固体撮像デバイスによって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
また、撮像光学系及び固体撮像デバイスが円筒内に配置されているため、画像入力装置をコンパクトにすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像入力装置において、
前記撮像光学系の光軸は前記円筒の内周面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、撮像光学系の光軸が円筒の内周面に直交しているため、撮像光学系はチルト光学系ではない。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって得られた被写体の像には、台形歪みが生じていない。また、撮像光学系の光軸が円筒の内周面に直交しているため、撮像光学系の配置位置は、画像入力装置がコンパクトになるような位置となる。
また、撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいため、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から出射した光は固体撮像デバイスに入射しない。つまり、被写体の凹部から発した光は、固体撮像デバイスに入射しない。一方、被写体の凸部から発した光は、固体撮像デバイスに入射する。そのため、固体撮像デバイスで撮像される像は明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、被写体の凹凸が明瞭となって固体撮像デバイスに写し込まれる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像入力装置において、
前記光学系は、前記円筒の外周面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記プリズムは三角形状の断面に直角な方向に長尺となっており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の画像入力装置において、
前記プリズムは前記円筒の軸心方向に平行となって延在していることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項３又は４に記載の画像入力装置において、
前記プリズムが前記円筒の周方向に延在していることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の画像入力装置において、
前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする。
【００１６】
請求項４から７の何れに記載の発明においても、円筒の外周面に多数のプリズムが光学系として設けられることによって、円筒の光学的特性は、円筒の外周面から離れた位置から発した拡散光が円筒の外周面に入射した場合に、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から光が出射する特性となる。
そのため、請求項４から７の何れに記載の発明も、請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか一項に記載の画像入力装置において、
前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の外周面と前記撮像光学系の光軸とが交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明では、光源が、円筒の外周面と前記撮像光学系の光軸が交わる箇所の近傍に向けて光を照射すると、被写体に光が入射し、被写体の内部において光が拡散し、被写体は円筒の外周面に接した部分から拡散光が発して明るくなる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項５に記載の画像入力装置において、
前記円筒外に配置されるとともに、前記円筒の軸心方向の端面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明では、円筒の軸心方向の端面に光が入射すると、円筒は導光体として作用し、円筒の内周面において光が全反射する。一方、円筒の外周面にはプリズムが設けられているため、光が円筒の外周面では全反射せずに、円筒の外周面から出射する。従って、被写体は、円筒と接した部分において光に照射されて明るくなる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の画像入力装置において、
前記円筒内に配置されるとともに、前記撮像光学系の光軸と前記円筒の外周面の交差する箇所に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明では、光源が撮像光学系の光軸と円筒の外周面に交差する箇所に向けて光を照射するため、被写体は、円筒の外周面と接した部分において照射されて明るくなる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は、
凹凸を有した被写体が当接する表面及びこの表面と反対側の裏面を有する平板と、
前記平板の裏面に向き合った固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスと前記平板との間に配置されるとともに、前記被写体と前記平板の表面とが接した部分における像を前記固体撮像デバイスに結像する撮像光学系と、を備え、
前記撮像光学系の光軸に交わる方向に前記固体撮像デバイス及び前記被写体のうちの一方を他方に対して相対的に移動させることによって前記固体撮像デバイスで前記被写体を線走査する画像入力装置であって、
前記平板の表面には、前記平板の表面から離れた位置から発した拡散光が前記平板の表面に入射した場合に前記平板の裏面からα°（但し、０＜α＜９０）までの範囲で前記平板の裏面から光を出射させるための光学系が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明では、撮像光学系の光軸に交わる方向に被写体又は固体撮像デバイスが移動することによって、被写体が撮像光学系を介して固体撮像デバイスで線走査される。
ここで、被写体が平板の表面に接すると、被写体の凹部が平板の表面から離れる。そのため、平板の表面に設けられた光学系によって、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち凹部から発した光は、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で凹部の裏面から出射し、平板の裏面に対してα°から直角までの範囲では平板の裏面から出射しない。一方、被写体の凸部は平板の表面に密接するから、平板の表面に設けられた光学系の条件が変わる。そのため、被写体の凸部から発した光は平板の裏面に対してα°から直角までの範囲でも平板の裏面から出射する。このような状態で固体撮像デバイスによって被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。このように、固体撮像デバイスによって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の画像入力装置において、
前記撮像光学系の光軸は前記平板の裏面に対して直交し、
前記撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいことを特徴とする。
【００２６】
請求項１２に記載の発明では、撮像光学系の光軸が平板の裏面に直交しているため、撮像光学系はチルト光学系ではない。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって得られた被写体の像には、台形歪みが生じていない。また、撮像光学系の光軸が平板の裏面に直交しているため、撮像光学系の配置位置は、画像入力装置がコンパクトになるような位置となる。
また、撮像光学系の開口角が（９０−α）°より小さいため、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で平板の裏面から出射した光は固体撮像デバイスに入射しない。つまり、被写体の凹部から発した光は、固体撮像デバイスに入射しない。一方、被写体の凸部から発した光は、固体撮像デバイスに入射する。そのため、固体撮像デバイスで撮像される像は明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、被写体の凹凸が明瞭となって固体撮像デバイスに写し込まれる。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載の画像入力装置において、
前記光学系は、前記平板の表面に設けられた断面三角形状の多数のプリズムであることを特徴とする。
【００２８】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の画像入力装置において、
前記プリズムが三角形状の断面に直角な方向に長尺となって延在しており、前記多数のプリズムは長手方向が互いに平行となるように配列されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の画像入力装置において、
前記プリズムは、四角錐状を呈していることを特徴とする。
【００３０】
請求項１３から１５の何れに記載の発明においても、平板の表面に多数のプリズムが光学系として設けられることによって、平板の光学的特性は、平板の表面から離れた位置から発した拡散光が平板の表面に入射した場合に、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で平板の裏面から光が出射する特性となる。
そのため、請求項１３から１５の何れに記載の発明も、請求項１１に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【００３１】
請求項１６に記載の発明は、請求項１１から１５の何れか一項に記載の画像入力装置において、
前記平板の裏面側に配置され、前記平板の表面と前記撮像光学系の光軸が交差する箇所の近傍に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に記載の発明では、平板の表面と接した被写体と撮像光学系の光軸が交差する箇所に向けて光を照射すると、被写体の内部において光が拡散し、被写体は撮像光学系の光軸と交わった部分から拡散光が発して明るくなる。
【００３３】
請求項１７に記載の発明は、請求項１４に記載の画像入力装置において、
前記プリズムの長手方向に直交する前記平板の側面に対向配置され、その側面に向けて光を照射する光源を備えることを特徴とする。
【００３４】
請求項１７に記載の発明では、平板の側面に光が入射すると、平板は導光体として作用し、平板の裏面において光が全反射する。一方、平板の表面にはプリズムが設けられているため、光が平板の表面では全反射せずに、平板の表面から出射する。従って、被写体に光が照射されて、被写体が明るくなる。
【００３５】
【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について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。
【００３６】
〔第一の実施の形態〕
図１は、本発明が適用された画像入力装置１の断面図であり、図２は、画像入力装置１の斜視図である。
この画像入力装置１の筐体（図示せず）内には、空気より屈折率の高い材料で形成されたプリズム列ローラ２が収められている。このプリズム列ローラ２は略円筒状を呈しており、プリズム列ローラ２の内側は中空となっている。また、プリズム列ローラ２はその軸心回りに回転自在となって筐体に支持されており、プリズム列ローラ２の外周面の一部は、画像入力装置１の筐体に形成された窓で露出し、その窓から筐体の外へ僅かに突出している。なお、図１は、プリズム列ローラ２の軸心に対して直交する面で破断した断面図であり、以下ではプリズム列ローラ２の軸心が延在した方向を左右方向として説明する。
【００３７】
プリズム列ローラ２の外周面には、プリズム列ローラ２の光学的特性を規定する光学系が設けられている。この光学系は、プリズム列ローラ２の外周面に一体形成された多数のプリズム２ａである。
【００３８】
どのプリズム２ａも、左右方向に長尺であり、その長手方向に直角な面で破断した断面形状、つまりプリズム列ローラ２の軸心に直角な面で破断した断面形状が三角形状、より好ましくは二等辺三角形状となるように形成されている。そして、これら複数のプリズム２ａは、長手方向が互いに平行となってプリズム列ローラ２の外周面に沿ってほぼ等間隔に配列されている。
【００３９】
図３は図１に示されたプリズム列ローラ２の断面を拡大した図面であるが、どのプリズム２ａの稜角θも互いに等しく、その稜角θは８０°〜１００°に形成されており、より望ましくは９０°に形成されている。また、隣り合う二つのプリズム２ａの稜線の間隔ｄは指紋の線の間隔より小さく、５０μｍとされている。また、隣り合う二つのプリズム２ａの面の交線からプリズム列ローラ２の内周面までの厚さｓは、プリズム２ａの高さｈより十分に大きく、０．５ｍｍとされている。更に望ましくは、プリズム２ａの稜線を通ってその稜角θを等分する線は、プリズム列ローラ２の内面に直交するとともにプリズム列ローラ２の軸心に交わる。以上のように、微視的に見て、複数のプリズム２ａがプリズム列ローラ２の外周面に形成されているが、巨視的に見て、プリズム列ローラ２の外周面は内面とほぼ同心となっている。
【００４０】
本実施形態ではプリズム２ａがプリズム列ローラ２に一体形成されているが、この場合には外周面が滑らかな透明な円筒の外周面を微細加工することによって、プリズム列ローラ２が得られる。なお、プリズム２ａが一体に形成されていなくても良く、この場合には外周面が滑らかな透明な円筒の外周面にプリズムシートを張り付けることで、プリズム列ローラ２と同様な形状のプリズムローラとしても良い。
【００４１】
プリズム列ローラ２の外周面にプリズム２ａが形成されていることによって、プリズム列ローラ２は次のような光学的特性を有する。即ち、プリズム列ローラ２は、プリズム列ローラ２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射した場合に、プリズム列ローラ２の内周面に対して０°からα°までの範囲でプリズム列ローラ２の内周面から光が出射するようになっている（但し、０＜α＜９０）。つまり、プリズム列ローラ２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射しても、プリズム列ローラ２の内周面の法線に対して０°からβ°（但し、α＋β＝９０）までの範囲では光が出射しないようになっている。α°、β°は、プリズム２ａの稜角θ、プリズム列ローラ２の屈折率等に依存するが、プリズム２ａの稜角θが９０°であり、厚さｓが０．５ｍｍであり更に間隔ｄが５０μｍである場合に、プリズム列ローラ２の屈折率が１．５のときにはα＝４．８であり、プリズム列ローラ２の屈折率が１．７のときにはα＝１５．４であり、プリズム列ローラ２の屈折率が１．９のときにはα＝２５．８である。なお、α°、β°は、プリズム列ローラ２の軸心に対して直角な面に沿った開き角で表している。
【００４２】
図２に示すように、プリズム列ローラ２の長手方向の一方の端部には、プリズム列ローラ２と同軸となる平歯車３が固定されている。この平歯車３には、ピニオン４が噛み合っており、このピニオン４には、ロータリーエンコーダ５が設けられている。このロータリーエンコーダ５は、ピニオン４及び平歯車３を通じて、プリズム列ローラ２が所定角度回転する毎に同期信号を発生させて出力するものである。
【００４３】
図１に示すように、プリズム列ローラ２内の中空には支持部材６、セルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８が配置されており、支持部材６は画像入力装置１の筐体に固定されており、プリズム列ローラ２が回転しても支持部材６が回転しないように支持されている。支持部材６には、光路孔６ａがプリズム列ローラ２の半径方向に貫通して形成されており、この光路孔６ａは左右方向に長尺となって形成されている。光路孔６ａには、プリズム列ローラ２の半径方向に光軸を有したセルフォックレンズアレイ７が嵌め込まれており、これによりセルフォックレンズアレイ７が支持部材６に固定されている。
【００４４】
セルフォックレンズアレイ７は複数のセルフォックレンズ７ａを有する。セルフォックレンズ７ａは円柱状のロッドレンズであり、これらセルフォックレンズ７ａの中心軸はプリズム列ローラ２の半径方向に延在しており、一方の端面は上方に向いており、他方の端面は下方に向いている。セルフォックレンズ７ａは、その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。従ってセルフォックレンズ７ａは球面レンズと光学的にほぼ等価な性質を持っており、全てのセルフォックレンズ７ａは互いに光学的に等価な性質を有している。このような複数のセルフォックレンズ７ａが互いに平行となって左右方向に列を成すように配列されているが、複数のセルフォックレンズ７ａからなる左右方向の列が一列であっても良いし、複数列であっても良い。そして、これら複数のセルフォックレンズ７ａは、二つのプレート７ｂによって挟持されている。
【００４５】
以上のように構成されたセルフォックレンズアレイ７は、複数のセルフォックレンズ７ａ全体で一つの連続した正立等倍像を後述する固体撮像デバイス８に結ぶ撮像光学系である。また、セルフォックレンズアレイ７の光軸はプリズム列ローラ２の内周面に対して直交し、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列ローラ２に交わる部分は筐体の窓に露出している。また、セルフォックレンズ７ａの開口角、つまりセルフォックレンズ７ａが張る最大入射角は、プリズム列ローラ２の内周面から光が出射しない範囲の角度β°より小さい。
【００４６】
セルフォックレンズアレイ７の光軸上であってセルフォックレンズアレイ７の下方には、固体撮像デバイス８が配置されている。この固体撮像デバイス８は基板９上に実装されており、固体撮像デバイス８が光路孔６ａ内に位置するように基板９が支持部材６の下端に固定されている。固体撮像デバイス８の受光面は、セルフォックレンズアレイ７の下端面に対向している。
【００４７】
固体撮像デバイス８は、ＣＣＤ型固体撮像デバイス、ＣＭＯＳ型固体撮像デバイス等であり、入射した光の強度（又は光量）を電気信号に変換する画素としての光電変換素子（例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ等）が左右方向に複数配列された構造となっている。この固体撮像デバイス８において、複数の光電変換素子が左右方向に並んだ列は、一列であっても良いし、二列、三列又はそれ以上であっても良いが、列の数は、一つの列に含まれる光電変換素子の数より少ない。つまり、この固体撮像デバイス８は左右方向に長尺な一次元固体撮像デバイスであって、セルフォックレンズアレイ７によって結像された一次元像を取得するものである。なお、前記プリズム列ローラ２のプリズム２ａの間隔は、固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【００４８】
図１、図２に示すように、プリズム列ローラ２の外側であって画像入力装置１の筐体の内部には、光を発する照明光源１０がプリズム列ローラ２に沿って配設されている。この照明光源１０はプリズム列ローラ２の前方に配置され、プリズム列ローラ２の外周面とセルフォックレンズアレイ７の光軸の交差する部分のやや上方に向けて光を発するものである。プリズム列ローラ２の外周面に接した指２０は、この照明光源１０によって、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所の近傍において照射されるようになっている。
【００４９】
次に、画像入力装置１の回路構成について図４を用いて説明する。
図４に示すように、ロータリーエンコーダ５は、プリズム列ローラ２が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４へ出力するようになっている。ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４が同期信号に同期して動作するようになっている。
【００５０】
ドライバ回路１１は、ロータリーエンコーダ５から入力した同期信号に従って固体撮像デバイス８を駆動するようになっている。固体撮像デバイス８は、ドライバ回路１１によって駆動されることによって、受光した光強度（又は光量）を電気信号に変換することで一次元画像を電気信号として取得し、電気信号を信号処理回路１２へ出力するようになっている。信号処理回路１２は、固体撮像デバイス８から入力した電気信号に増幅等の処理を行ってＡ／Ｄ変換回路１３に出力するようになっている。Ａ／Ｄ変換回路１３は、ロータリーエンコーダ５からの同期信号に従って電気信号をＡ／Ｄ変換し、一次元画像データを合成バッファ１４に出力するようになっている。合成バッファ１４には一次元画像データが同期信号に従ってＡ／Ｄ変換回路１３から順次格納され、合成バッファ１４にて一次元画像データが順次合成されていくことによって、二次元画像データが生成されるようになっている。合成バッファ１４で生成された二次元画像データはコンピュータ（図示せず）に出力されるようになっている。コンピュータに入力された二次元画像データは、コンピュータの処理の用に供されるようになっている。
【００５１】
以上のように構成される画像入力装置１の使用方法及び及び画像入力装置１の動作について説明する。
被験者が、画像入力装置１の筐体に形成された窓においてプリズム列ローラ２の外周面に指２０を押し当てる。特に、指２０の先をプリズム列ローラ２の外周面の接線方向に指向した状態で、指２０をプリズム列ローラ２の外周面に当接させるのが望ましい。
【００５２】
照明光源１０が発光し、照明光源１０から発した光が指２０に入射する。ここで、照明光源１０から発した光が、プリズム列ローラ２の外周面に当接した部分に直接入射するのではなく、プリズム列ローラ２の外周面に当接した部分より照明光源１０側の部分に入射し、指２０に入射した光が指２０の内部で拡散することによってプリズム列ローラ２の外周面に当接した部分が明るくなる。
【００５３】
そして、被験者が指２０をプリズム列ローラ２の外周面に押し付けた状態で指２０をプリズム列ローラ２の接線方向、つまり前方又は後方に移動させると、プリズム列ローラ２が回転する。指２０の移動に伴って、指２０が固体撮像デバイス８の上方を前方又は後方に向かって通過し、指２０とプリズム列ローラ２の当接部分が移り変わる。この時、ロータリーエンコーダ５が、プリズム列ローラ２が所定角度回転する毎に同期信号を発生させて、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力する。これによって、指２０は、固体撮像デバイス８によって線走査される。
【００５４】
ここで、指２０とプリズム列ローラ２の外周面に当接した部分における光の作用について図５を用いて説明する。図５は、光の作用を説明するために指２０とプリズム列ローラ２の外周面との当接部分を拡大して示した図面である。
図５（ａ）に示すように、指２０の凸部（指紋の隆線）２０ａはプリズム２ａに密接しており、図５（ｂ）に示すように、指２０の凹部（指紋の隆線溝）２０ｂはプリズム２ａから離れている。
【００５５】
指２０の凸部２０ａがプリズム２ａに密接することによって、プリズム２ａの二つの面における全反射、屈折の条件が、空気の場合と異なるため、指２０から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射すると、プリズム列ローラ２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲でも光がプリズム列ローラ２の内周面から出射する（図５（ａ））。これにより、指２０の凸部２０ａで発した光であってプリズム列ローラ２の内周面から出射した光は、セルフォックレンズアレイ７を介して固体撮像デバイス８に入射する。勿論、プリズム列ローラ２の内周面に対して０°からα°までの範囲でもプリズム列ローラ２の内周面から光が出射する。
【００５６】
一方、指２０の凹部２０ｂがプリズム２ａから離れており、指２０の凹部２０ｂとプリズム２ａの間に空気が存するから、指２０から発した拡散光がプリズム列ローラ２の外周面に入射しても、プリズム列ローラ２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲ではプリズム列ローラ２の内周面から光が出射しない（図５（ｂ））。ここでセルフォックレンズ７ａの開口角がβ°より小さいため、指２０の凹部２０ｂで発した光は、固体撮像デバイス８に入射しない。
【００５７】
以上のように、指２０の凹凸で定義された像、つまり、指２０の凸部２０ａが明るく指２０の凹部２０ｂが暗い像が、セルフォックレンズアレイ７によって固体撮像デバイス８に結像される。なお、被写体は、指２０に限定されず、表面に凹凸を有すれば良い。
【００５８】
そして、固体撮像デバイス８がドライバ回路１１によって駆動されることによって、固体撮像デバイス８が、同期信号のタイミングで指２０の凹凸で定義された像を撮像して指紋の一次元画像を取得する。指２０の凹部２０ｂで発した光が固体撮像デバイス８に入射しないため、固体撮像デバイス８で取得される指紋の一次元画像は、明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、高コントラストな画像となる。
【００５９】
そして、固体撮像デバイス８が、一次元画像を電気信号として取得するごとに信号処理回路１２に出力し、信号処理回路１２で処理された電気信号がＡ／Ｄ変換回路１３に出力される。そして、Ａ／Ｄ変換回路１３は、一次元画像を電気信号として入力し、電気信号をＡ／Ｄ変換して指紋の一次元画像データとして合成バッファ１４に出力する。そして、指紋の一次元画像データが合成バッファ１４に順次蓄積されて合成されていくと、合成バッファ１４で指紋の二次元画像データが生成される。指紋の二次元画像データは、合成バッファ１４からコンピュータに出力される。
【００６０】
以上のような画像入力装置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。電子機器においては画像入力装置１で取得した二次元画像データがコンピュータの処理に用いられるが、例えば、コンピュータは、予め登録された登録者の登録指紋画像データと画像入力装置１で取得された二次元画像データを比較する処理と、比較した結果二次元画像データが登録指紋画像データと一致するか否かを判定する処理と、二次元画像データが登録指紋画像データと一致する場合には被験者を登録者として認識する処理と、を行う。画像入力装置１が電子機器に設けられる場合には、画像入力装置１の筐体が電子機器の筐体と一体であっても良い。
【００６１】
本実施の形態では、固体撮像デバイス８で指２０を線走査することによって指２０の二次元画像を取得するため、合成バッファ１４で合成された画像には台形歪みが生じない。特に、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列ローラ２の内周面に直交しているからセルフォックレンズアレイ７はチルト光学系でないので、固体撮像デバイス８で取得された指２０の像には歪みが生じていない。また、セルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８がプリズム列ローラ２内に配設されているため、画像入力装置１全体がコンパクトになる。特に、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列ローラ２の内周面に直交しているため、セルフォックレンズアレイ７の配置位置は、画像入力装置１がコンパクトになるような位置となる。
【００６２】
以下では、画像入力装置１の変形例について説明する。
【００６３】
〔変形例１〕
図６は、画像入力装置３１の断面図であり、図７は、画像入力装置３１の斜視図である。
この画像入力装置３１も、図１に示された画像入力装置１と同様に、プリズム列ローラ２、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置１の場合と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００６４】
画像入力装置１と画像入力装置３１との間で異なる点は、画像入力装置１では、照明光源１０がプリズム列ローラ２の長手方向に沿って配設されているのに対して、画像入力装置３１では、照明光源３２がプリズム列ローラ２の長手方向の端面に対向配置されていることである。この照明光源３２は、プリズム列ローラ２の端面に向けて光を照射するようになっている。
【００６５】
詳細に説明すると、照明光源３２は、プリズム列ローラ２の長手方向の端面のうち筐体の窓から露出した箇所、つまり、指２０とプリズム列ローラ２が接する部分に対応した箇所に指向している。なお、図６は断面図であるが、照明光源３２は破断せずに示している。
【００６６】
プリズム列ローラ２は導光体として機能し、端面に入射した光はプリズム列ローラ２の内周面で全反射する。一方、プリズム列ローラ２の外周面にプリズム２ａが形成されているから、プリズム列ローラ２の内周面で全反射した光は、臨界角未満でプリズム列ローラ２の外周面に入射し、プリズム列ローラ２の外周面から出射する。これにより、プリズム列ローラ２の外周面のうちセルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる箇所から、プリズム列ローラ２の長手方向に沿った線状の光が出射するようになっている。従って、プリズム列ローラ２の外周面に接した指２０には、プリズム列ローラ２の外周面に接した箇所において線状の光が照射される。
【００６７】
そして、図５に示したように、指２０に照射された光のうち指２０の凸部２０ａで反射した光は、セルフォックレンズアレイ７を介して固体撮像デバイス８に入射し、指２０の凹部２０ｂで反射した光は、固体撮像デバイス８に入射しない。以上のように指２０の凹凸で定義された像、つまり、指２０の凸部２０ａが明るく指２０の凹部２０ｂが暗い像が、固体撮像デバイス８によって撮像される。
【００６８】
この画像入力装置３１においても、画像入力装置１の場合と同様に、プリズム列ローラ２内にセルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８が配置されているため、画像入力装置３１がコンパクトとなり、プリズム列ローラ２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりする。その上、照明光源３２をプリズム列ローラ２の端面に指向させ、プリズム列ローラ２を導光体として機能させたため、指２０は、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所に直接照射される。従って、図１に示す画像入力装置１の場合と比較しても、指２０が明るくなり、固体撮像デバイス８によって取得される像がはっきりする。
【００６９】
〔変形例２〕
図８は、画像入力装置４１の断面図であり、図９は、画像入力装置４１の斜視図である。
この画像入力装置４１も、画像入力装置１と同様に、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、照明光源１０、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置１の場合と同じである。
【００７０】
画像入力装置１と画像入力装置４１との間で異なる点は、画像入力装置１では、プリズム２ａの長手方向がプリズム列ローラ２の軸心に平行であるのに対して、画像入力装置３１では、プリズム列ローラ４２の外周面に形成されたプリズム４２ａがプリズム列ローラ４２の周方向に延在していることである。
【００７１】
詳細に説明すると、どのプリズム４２ａも、プリズム列ローラ２の周方向に直角な面で破断した断面形状が三角形状、より好ましくは二等辺三角形状となるように形成されている。そして、これら複数のプリズム２ａは、互いに平行となってほぼ等間隔に配列されている。また、どのプリズム４２ａの稜角も互いに等しく、その稜角は８０°〜１００°に形成されており、より望ましくは９０°に形成されている。また、隣り合う二つのプリズム４２ａの稜線の間隔は指紋の線の間隔より短く、５０μｍとされている。また、隣り合う二つのプリズム４２ａの面の交線からプリズム列ローラ２の内周面までの厚さは、プリズム４２ａの高さより十分に大きく、０．５ｍｍとされている。更に望ましくは、プリズム４２ａの稜線を通ってその稜角を等分する線は、プリズム列ローラ４２の内面に直交する。
【００７２】
外周面が滑らかな透明な円筒の外周面を微細加工することによって、多数のプリズム４２ａが一体形成されたプリズム列ローラ４２を得ても良いし、外周面が滑らかな透明な円筒の外周面にプリズムシートを張り付けることで、多数のプリズム４２ａが張り付けられたプリズム列ローラ４２を得ても良い。
【００７３】
このプリズム列ローラ４２の光学的特性も、プリズム列ローラ４２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ４２の外周面に入射した場合に、プリズム列ローラ４２の内周面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列ローラ４２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。なお、ここでのα°、β°は、プリズム列ローラ２の軸心及びプリズム列ローラ２の半径で定められた面に沿った開き角で表している。
【００７４】
この画像入力装置４１においても、画像入力装置１の場合と同様に、プリズム列ローラ４２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりし、画像入力装置４１がコンパクトである。
【００７５】
〔変形例３〕
図１０は、画像入力装置５１の断面図であり、図１１は、画像入力装置５１の斜視図である。
この画像入力装置５１も、図８に示された画像入力装置４１と同様に、プリズム列ローラ４２、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置４１の場合と同じである。
【００７６】
画像入力装置４１と画像入力装置５１との間で異なる点は、画像入力装置４１では、照明光源１０がプリズム列ローラ４２の外に配設されているのに対して、画像入力装置５１では、照明光源５２がプリズム列ローラ４２の内の中空に配設されていることである。
【００７７】
詳細に説明すると、照明光源５２は、支持部材６の前部に固定されており、プリズム列ローラ４２の軸心に沿った線状の光源とされている。この照明光源１０は、セルフォックレンズアレイ７の光軸とプリズム列ローラ４２の外周面の交差する部分に向けてプリズム列ローラ４２の内周面に対して斜めに光を照射するものである。この照明光源１０の指向した方向は、指２０とプリズム列ローラ４２の外周面が接した部分においてプリズム４２ａの周方向に直交せずに、斜交いに交わる。プリズム列ローラ４２の内周面に入射した光は、プリズム列ローラ４２の外周面のうちセルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる箇所から出射するようになっている。従って、プリズム列ローラ２の外周面に接した指２０には、プリズム列ローラ２の外周面に接した部分において線状の光が照射される。
【００７８】
なお、図１に示された画像入力装置１において、照明光源１０の代わりに、図１０に示された照明光源５２のように配置したものとしても、プリズム２ａがプリズム列ローラ２の軸心方向に延在しているため、指２０とプリズム列ローラ２の外周面に接している部分においてプリズム２ａの長手方向と照明光源５２の指向方向が直交するから、プリズム列ローラ２の内周面に入射した光がプリズム列ローラ２の外周面で全反射してしまい、指２０には光が照射されない。
【００７９】
この画像入力装置５１においても、画像入力装置４１の場合と同様に、プリズム列ローラ４２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりし、画像入力装置４１がコンパクトである。
【００８０】
〔変形例４〕
図１２は、画像入力装置６１の断面図であり、図１３は、画像入力装置６１の斜視図である。
この画像入力装置６１も、画像入力装置１と同様に、平歯車３、ピニオン４、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、照明光源１０、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置１の場合と同じである。
【００８１】
画像入力装置１と画像入力装置６１との間で異なる点は、画像入力装置１では、プリズム列ローラ２の軸心に直角な面で破断したプリズム２ａの断面形状が三角形状であるのに対して、画像入力装置６１のプリズム列ローラ６２の外周面に形成されたプリズム６２ａは四角錐を呈し、その頂点を通ってプリズム列ローラ６２の軸心に直角な面で破断した断面形状が三角形状であるとともに、その頂点を通ってプリズム列ローラ６２の周方向に直角な面で破断した断面形状も三角形状である。
【００８２】
詳細に説明すると、プリズム列ローラ６２の外周面に形成されたプリズム６２ａは、その四角錐の底面が正方形であるのが望ましく、プリズム６２ａの高さが、底面となる正方形の対角線の長さの半分であるのがより望ましい。そして、多数のプリズム６２ａが、プリズム列ローラ６２の外周面に沿って規則正しく配列されており、隣り合うプリズム６２ａの面は互いに交差するように隣り合うプリズム６２ａが近接している。また、プリズム６２ａの間隔は、指紋の線の間隔より小さく、更には固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【００８３】
外周面が滑らかな透明な円筒の外周面を微細加工することによって、多数のプリズム６２ａが一体形成されたプリズム列ローラ６２を得ても良いし、外周面が滑らかな透明な円筒の外周面にプリズムシートを張り付けることで、多数のプリズム６２ａが張り付けられたプリズム列ローラ６２を得ても良い。
【００８４】
このようなプリズム列ローラ６２の光学的特性は、プリズム列ローラ６２の外周面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列ローラ６２の外周面に入射した場合に、プリズム列ローラ６２の内周面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列ローラ６２の内周面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
【００８５】
この画像入力装置６１においても、画像入力装置１の場合と同様に、プリズム列ローラ６２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりし、画像入力装置６１がコンパクトである。
【００８６】
なお、本発明は、第一実施形態、変形例１〜変形例４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。
上記画像入力装置１，３１，４１，５１，６１ではロータリーエンコーダ５によって指２０の移動に伴って同期信号を発生させているが、その他の検知器を用いても良い。例えば、プリズム列ローラ２，４２，６２の外周面又は内周面に多数の印を周方向に沿って等間隔に形成し、フォトセンサ等の非接触型検知器又はリミットスイッチ等の接触型検知器でプリズム列ローラ２の外周面の印を検知する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力するようにしても良い。プリズム列ローラ２，４２，６２の外周面又は内周面に形成された印は、印刷等によって形成しても良いし、刻印等の形状加工することによって形成しても良い。また、印は、磁気等のように検知器によって検知できるのであれば、不可視であっても良い。
【００８７】
また、上記画像入力装置１，３１，４１，５１，６１ではそれぞれのプリズム列ローラ２，４２，６２の回転によって指２０の移動に伴って同期信号を発生させているが、指２０の移動に関係せずに所定周期の同期信号を発振器等によって発生させても良い。この場合、固体撮像デバイス８は、左右に沿った画素の列が一列ではなく複数列であり、Ａ／Ｄ変換回路１３から合成バッファ１４に画像データが出力されるのではなく、発振器によって同期信号が出力される毎にＡ／Ｄ変換回路１３から画像処理部に画像データが出力されるようになっている。
【００８８】
ここで、固体撮像デバイス８の画素の列を複数とすることで、図１４（ａ）に示すように、或る同期信号の時に取得した画像１００と、その次の同期信号の時に取得した画像１０１との間では、画素の列に沿ったラインで同じデータとなるラインがある。図１４（ａ）では、画像１００のライン１００ａが、画像１０１のライン１０１ａと同じデータとなる。そして、画像処理部は、画像１００と画像１０１を比較することで、同じデータとなるライン１００ａ、１０１ａを検知し、図１４（ｂ）に示すようにライン１００ａとライン１０１ａが重なるようにして、画像１００と画像１０１を合成する。画像処理部がこの様な処理を同期信号が出力される毎に行うことによって、二次元画像データが生成される。
【００８９】
また、プリズム列ローラ２，４２，６２の外周面に設けられた光学系が多数のプリズム２ａ，４２ａ，６２ａであるが、外周面が滑らかである透明な円筒の外周面にプリズム２ａ，４２ａ，６２ａの代わりに他の光学系を設けて、プリズム列ローラ２，４２，６２と同様な光学的特性を有するようにしても良い。
【００９０】
〔第二の実施の形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図１５は、図１に示された画像入力装置１とは別の画像入力装置７１の断面図であり、図１６は、画像入力装置７１の斜視図である。以下では、図１５、１６を用いて画像入力装置７１について説明するが、図１５の紙面奥行き方向を左右方向として説明する。なお、画像入力装置７１については、第一実施形態の画像入力装置１と同様の構成要素に同様の符号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
【００９１】
この画像入力装置７１の筐体（図示略）の内部には、画像入力装置１と同様に、支持部材６、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８及び基板９が配置されている。また、画像入力装置７１の筐体に形成された窓には、プリズム列板７２が嵌め込まれている。
【００９２】
プリズム列板７２は、空気より屈折率の高い透明な材料で形成されており、平板状を呈している。プリズム列板７２の裏面は平坦に形成されているとともに、セルフォックレンズアレイ７の上端面に対向している。プリズム列板７２の表面の一部であってセルフォックレンズアレイ７の上方には、多数のプリズム７２ａが設けられている。
【００９３】
どのプリズム７２ａも、セルフォックレンズアレイ７の光軸に直交する方向であって支持部材６の長手方向に直交する方向、つまり、前後方向に長尺である。プリズム７２ａは、その長手方向に直角な面で破断した断面形状が三角形状、より好ましくは二等辺三角形状となるように形成されている。どのプリズム７２ａの稜角も互いに等しく、その稜角は８０°〜１００°に形成されており、より望ましくは９０°に形成されている。そして、これら複数のプリズム７２ａは、長手方向が互いに平行となってプリズム列板７２の表面に沿って配列されており、隣り合う二つのプリズム７２ａの間隔は何れも同じである。また、プリズム７２ａの稜角を挟んでいる二つの面のうちの一方の面は、全てのプリズム７２ａの間で互いに平行となっており、他方の面も全てのプリズム７２ａの間で互いに平行となっている。また、プリズム７２ａの稜角が９０°である場合には、プリズム７２ａの稜角を挟んでいる二つの面は、プリズム列板７２の裏面に対して４５°に傾斜しているのが更に望ましい。
【００９４】
表面が平坦且つ滑らかな透明基板のその表面を微細加工することによって、プリズム列板７２を得ても良いし、表面が平坦且つ滑らかな透明基板の表面にプリズムシートを張り付けることで、プリズム列板７２を得ても良い。このプリズム列板７２においては、微視的に見て、複数のプリズム７２ａが表面に形成されているが、巨視的に見て、プリズム列板７２の表面と裏面は平行となっている。
【００９５】
以上のプリズム列板７２の光学的特性について説明すると、プリズム列板７２の表面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列板７２の表面に入射した場合に、プリズム列板７２の裏面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列板７２の裏面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
また、第一実施形態の場合と同様に、セルフォックレンズ７ａの開口角は、プリズム列板７２の裏面から光が出射しない範囲のβ°より小さい。
【００９６】
プリズム列板７２の裏面側であって支持部材６の前方には、光を発する照明光源７３が配設されている。この照明光源７３は、ＬＥＤ、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、冷陰極管及び蛍光管等といった自発光素子であり、セルフォックレンズアレイ７に沿った線状の光源とされている。この照明光源７３はプリズム７２ａの前方であってプリズム列板７２の一部、つまりプリズム７２ａが形成されていない部分に向けて光を照射し、プリズム列板７２を透過した光はプリズム７２ａの上方においてセルフォックレンズアレイ７の光軸に交わるようになっている。プリズム列板７２の表面に接した指２０は、この照明光源７３によって、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所の近傍において照射されるようになっている。
【００９７】
また、プリズム列板７２の後方であって画像入力装置７１の筐体の窓には、ローラ７４が配置されている。このローラ７４は、左右に延在した軸心回りに回転自在となって筐体に支持されている。ローラ７４の外周面は、プリズム列板７２の表面とほぼ同じ上下位置になっているか、又は、プリズム列板７２の表面よりやや上方に位置している。従って、被験者が指２０をプリズム列板７２の表面に載置した場合に、ローラ７４の外周面にも指２０が接する。
【００９８】
この画像入力装置７１も、画像入力装置１と同様に、図４に示したロータリーエンコーダ５、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換器１３、合成バッファ１４を有している。但し、画像入力装置１ではロータリーエンコーダ５にピニオン４が設けられているが、画像入力装置７１ではロータリーエンコーダ５にローラ７４が設けられている。画像入力装置７１では、ロータリーエンコーダ５が、ローラ７４が所定角度回転する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４へ出力するようになっている。
【００９９】
以上のように構成される画像入力装置７１の使用方法及び及び画像入力装置７１の動作について説明する。
被験者が、画像入力装置７１の筐体に形成された窓においてプリズム列板７２の表面及びローラ７４の外周面に指２０を押し当てると、照明光源７３が発光し、照明光源７３から発した光が指２０に照射される。ここで、照明光源７３から発した光は、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる部分において指２０に入射するのではなく、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交わる部分より照明光源７３寄りにおいて指２０に入射する。指２０に入射した光が指２０の内部で拡散することによって、指２０はセルフォックレンズアレイ７の光軸に交わる部分でも明るくなる。
【０１００】
そして、被験者が指２０をプリズム列板７２の表面に押し付けた状態で指２０をプリズム列板７２に対して前方又は後方に摺動させる。セルフォックレンズアレイ７及び固体撮像デバイス８に対する指２０の相対的移動に伴って、指２０がセルフォックレンズアレイ７の光軸に直交する方向つまり前方又は後方に向かって固体撮像デバイス８の上方を通過するとともに、ローラ７４も回転する。この時、ロータリーエンコーダ５が、ローラ７４が所定角度回転する毎に同期信号を発生させて、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力する。これによって、指２０は、固体撮像デバイス８によって線走査される。
【０１０１】
第一実施形態で図５を用いて説明したのと同様に、指２０の凸部２０ａから発した拡散光がプリズム列板７２の表面に入射すると、プリズム列板７２の裏面の法線の法線に対して０°からβ°までの範囲でも光がプリズム列板７２の裏面から出射し、セルフォックレンズアレイ７を介して固体撮像デバイス８に入射する。一方、指２０の凹部２０ｂから発した拡散光がプリズム列板７２の表面に入射しても、プリズム列板７２の裏面の法線の法線に対して０°からβ°までの範囲では光がプリズム列板７２の裏面から出射せず、指２０の凹部２０ｂで発した光は、固体撮像デバイス８に入射しない。従って、指２０の凸部２０ａが明るく指２０の凹部２０ｂが暗い像が、セルフォックレンズアレイ７によって固体撮像デバイス８に結像され、固体撮像デバイス８が、同期信号のタイミングで結像された像を撮像して指紋の一次元画像を取得する。指２０の凹部２０ｂで発した光が固体撮像デバイス８に入射しないため、固体撮像デバイス８で取得される指紋の一次元画像は、明るい部分と暗い部分の差がはっきりし、高コントラストな画像となる。
【０１０２】
そして、一次元画像が、電気信号として固体撮像デバイス８から信号処理回路１２に出力され、信号処理回路１２からＡ／Ｄ変換回路１３に出力される。そして、Ａ／Ｄ変換回路１３によってＡ／Ｄ変換された一次元画像データが合成バッファ１４に出力される。そして、指紋の一次元画像データが合成バッファ１４に順次蓄積されて合成されていくと、合成バッファ１４で指紋の二次元画像データが生成される。指紋の二次元画像データは、合成バッファ１４からコンピュータに出力される。
【０１０３】
以上のように第二実施形態では、固体撮像デバイス８で指２０を線走査することによって指２０の二次元画像を取得するため、合成バッファ１４で合成された画像には台形歪みが生じない。特に、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列板７２の裏面に直交しているからセルフォックレンズアレイ７はチルト光学系でないので、固体撮像デバイス８で取得された指２０の像には歪みが生じていない。
また、セルフォックレンズアレイ７の光軸がプリズム列板７２の裏面に直交しているため、セルフォックレンズアレイ７の配置位置は、画像入力装置７１がコンパクトになるような位置となる。
【０１０４】
以下では、画像入力装置７１の変形例について説明する。
【０１０５】
〔変形例５〕
図１７は、画像入力装置８１の断面図であり、図１８は、画像入力装置８１の斜視図である。
この画像入力装置８１も、図１５に示された画像入力装置７１と同様に、照明光源７３、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置７１の場合と同じである。
【０１０６】
画像入力装置７１と画像入力装置８１との間で異なる点は、画像入力装置７１では、プリズム列板７２の表面に形成された多数のプリズム７２ａが前後に延在しているのに対して、画像入力装置８１では、プリズム列板８２の表面に形成された多数のプリズム８２ａが左右に延在していることである。
【０１０７】
つまり、プリズム８２ａの長手方向は、固体撮像デバイス８の長手方向に平行であり、プリズム８２ａを長手方向に直角な面で破断した断面形状は、図１５に示されたプリズム７２ａを長手方向に直角な面で破断した断面形状と同じである。また、プリズム８２ａの間隔は、指紋の線の間隔より小さく、更には固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【０１０８】
このようなプリズム列板８２の光学的特性も、プリズム列板８２の表面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列板８２の表面に入射した場合に、プリズム列板８２の裏面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列板８２の裏面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
【０１０９】
この画像入力装置８１においても、画像入力装置７１の場合と同様に、プリズム列板８２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりする。
【０１１０】
〔変形例６〕
図１９は、画像入力装置９１の断面図であり、図２０は、画像入力装置９１の斜視図である。
この画像入力装置９１も、図１５に示された画像入力装置７１と同様に、照明光源７３、ロータリーエンコーダ５、セルフォックレンズアレイ７、固体撮像デバイス８、基板９、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４を有する。これらは、画像入力装置７１の場合と同じである。
【０１１１】
画像入力装置７１と画像入力装置９１との間で異なる点は、画像入力装置７１では、プリズム列板７２の表面に形成された多数のプリズム７２ａが前後に延在しているのに対して、画像入力装置９１では、プリズム列板９２の表面に形成された多数のプリズム９２ａが四角錐状を呈している。
【０１１２】
詳細に説明すると、プリズム列板９２の表面に形成されたプリズム９２ａは、その頂点を通って左右方向に直交する面で破断した断面形状が三角形状であるととともに、その頂点を通って前後方向に直交する面で破断した断面形状が三角形状である。また、どのプリズム９２ａも、その四角錐の底面は正方形であるのが望ましく、プリズム９２ａの高さは、底面となる正方形の対角線の長さの半分であるのがより望ましい。そして、多数のプリズム９２ａがプリズム列板９２の表面に沿って規則正しく配列されており、四角錐の底面が二つの対角線の一方が前後に延在しているとともに、他方が左右に延在している。また、隣り合うプリズム９２ａの面は互いに交差するように隣り合うプリズム９２ａが近接している。また、プリズム９２ａの間隔は、指紋の線の間隔より小さく、更には固体撮像デバイス８の画素の間隔より小さいのが望ましい。
【０１１３】
このようなプリズム列板９２の光学的特性も、プリズム列板９２の表面から離れた位置から発した拡散光がプリズム列板９２の表面に入射した場合に、プリズム列板９２の裏面に対して０°からα°までの範囲では光が出射し、プリズム列板９２の裏面の法線に対して０°からβ°までの範囲では光が出射しないようになっている。
【０１１４】
この画像入力装置９１においても、画像入力装置７１の場合と同様に、プリズム列板９２の光学的特性によって固体撮像デバイス８で取得される像の明暗の差がはっきりする。
【０１１５】
なお、本発明は、上記第二実施形態、変形例５、変形例６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、図１５に示された画像入力装置７１の照明光源７３がプリズム列板７２の裏面側に配置されていたのに対して、プリズム７２ａの長手方向に略直交するプリズム列板７２の側面に照明光源を対向配置しても良い。詳細に説明すると、プリズム列板７２の右方又は左方であってプリズム列板７２の右側面又は左側面の対向位置に照明光源を配置し、照明光源から発した光をプリズム列板７２の右側面又は左側面に指向させる。照明光源から発した光は、プリズム列板７２の右側面又は左側面に入射する。ここで、プリズム列板７２は導光体として機能し、右側面又は左側面に入射した光はプリズム列板７２の裏面で全反射する。一方、プリズム列板７２の表面にプリズム７２ａが形成されているから、プリズム列板７２の裏面で全反射した光は、臨界角未満でプリズム列板７２の表面に入射し、プリズム列板７２の表面から出射する。従って、プリズム列板７２の表面に接した指２０には、光が面状に照射される。
このような画像入力装置では、照明光源をプリズム列板７２の右端面又は左側面に指向させ、プリズム列板７２を導光体として機能させたため、指２０は、セルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所に直接照射される。従って、画像入力装置７１の場合と比較しても、指２０が明るくなり、固体撮像デバイス８によって取得される像がはっきりする。
【０１１６】
また、図１７に示された画像入力装置８１では照明光源７３がプリズム列板８２の裏面側に配置されていたのに対して、プリズム８２ａの長手方向に直交するプリズム列板８２の側面に照明光源を対向配置しても良い。詳細に説明すると、プリズム列板８２の前方又は後ろ方であってプリズム列板８２の前側面又は後ろ側面に近接した位置に照明光源を配置し、照明光源から発した光をプリズム列板８２の前側面又は後ろ側面に指向させる。照明光源から発した光は、プリズム列板８２の前側面又は後ろ側面に入射する。ここで、プリズム列板８２は導光体として機能し、前側面又は後ろ側面に入射した光はプリズム列板８２の裏面で全反射する。一方、プリズム列板８２の表面にプリズム８２ａが形成されているから、プリズム列板８２の裏面で全反射した光は、臨界角未満でプリズム列板８２の表面に入射し、プリズム列板８２の表面から出射する。従って、プリズム列板８２の表面に接した指２０には、光が面状に照射される。
このような画像入力装置においても、照明光源をプリズム列板８２の前端面又は後ろ側面に指向させ、プリズム列板８２を導光体として機能させたため、指２０はセルフォックレンズアレイ７の光軸と交差する箇所に直接照射されて明るくなり、固体撮像デバイス８によって取得される像がはっきりする。
【０１１７】
また、図１５に示された画像入力装置７１ではプリズム列板７２が固定されているのに対して、プリズム列板７２を前後に移動自在としても良い。つまり、セルフォックレンズアレイ７の上方で前後に延在したガイドを設け、そのガイドにプリズム列板７２を設けて、ガイドでプリズム列板７２を案内することによってプリズム列板７２を前後に移動自在とする。この場合、ローラ７４、ロータリーエンコーダ５を設けず、その代わりにプリズム列板７２の前後の移動量を検知する検知器を設ける。この検知器は、プリズム列板７２が所定距離前方又は後方に移動する毎に同期信号をドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力するものである。
【０１１８】
この画像入力装置の使用方法としては、被験者が指２０をプリズム列板７２の表面に押し付けた状態で指２０を前方又は後方に移動させると、指２０とともにプリズム列板７２が前方又は後方に向かって移動する。プリズム列板７２の移動に伴って、検知器が、プリズム列板７２が所定距離移動する毎に同期信号を発生させて、ドライバ回路１１、信号処理回路１２、Ａ／Ｄ変換回路１３及び合成バッファ１４に出力する。これによって、指２０は、固体撮像デバイス８によって線走査される。
【０１１９】
また、図１７に示された画像入力装置８１、図１９に示された画像入力装置９１においても同様に、プリズム列板８２，９２を前後に移動自在とし、プリズム列板８２，９２の移動に伴って同期信号を出力する検知器を設けても良い。
【０１２０】
また、上記画像入力装置７１，８１，９１では、ローラ７４の回転によって指２０の移動に伴って同期信号を発生させているが、図１４を用いて説明した場合と同様に、指２０の移動に関係せずに所定周期の同期信号を発振器等によって発生させても良い。即ち、画像処理部が、図１４に示すように、画像１００と画像１０１を比較することで同じデータとなるライン１００ａ、１０１ａを検知し、ライン１００ａとライン１０１ａが重なるようにして、画像１００と画像１０１を合成する。画像処理部がこの様な処理を同期信号が出力される毎に行うことによって、二次元画像データが生成される。
【０１２１】
また、上記画像入力装置７１，８１，９１では被験者が指２０を前後に動かすことでによって指２０が固体撮像デバイス８によって線走査されているが、固定されたプリズム列板７２，８２，９２に対して固体撮像デバイス８及びセルフォックレンズアレイ７ごと支持部材６を前方又は後方に移動させることによって指２０を固体撮像デバイス９によって線走査しても良い。この場合には、ロータリーエンコーダ５はローラ７４の回転を検知するのではなく、固体撮像デバイス８、支持部材６又はセルフォックレンズアレイ７の移動を検知し、固体撮像デバイス８、支持部材６又はセルフォックレンズアレイ７が前方又は後方に所定距離移動する毎に同期信号を出力するようにすれば良い。
【０１２２】
また、プリズム列板７２，８２，９２の表面に設けられた光学系が多数のプリズム７２ａ，８２ａ，９２ａであるが、表面が滑らかである透明な平板の表面にプリズム７２ａ，８２ａ，９２ａの代わりに他の光学系を設けて、プリズム列板７２，８２，９２と同様な光学的特性を有するようにしても良い。
【０１２３】
【発明の効果】
請求項１から１０に記載の発明によれば、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち被写体の凹部から発した光は、円筒の外周面に設けられた光学系によって、円筒の内周面に対して０°からα°までの範囲で円筒の内周面から出射し、円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲では円筒の内周面から出射しない。一方、被写体の凸部から発した光は円筒の内周面に対してα°から直角までの範囲でも円筒の内周面から出射する。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。従って、被写体の像によって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
また、撮像光学系及び固体撮像デバイスが円筒内に配置されているため、画像入力装置をコンパクトにすることができる。
【０１２４】
請求項１１から１７に記載の発明によれば、被写体から発した光又は被写体で反射した光のうち被写体の凹部から発した光は、平板の表面に設けられた光学系によって、平板の裏面に対して０°からα°までの範囲で凹部の裏面から出射し、凹部の裏面に対してα°から直角までの範囲では凹部の裏面から出射しない。一方、被写体の凸部から発した光は平板の裏面に対してα°から直角までの範囲でも平板の裏面から出射する。そのため、固体撮像デバイスで被写体を線走査すると、被写体の凹部が暗く被写体の凸部が明るくなった像が固体撮像デバイスによって取得される。従って、被写体の像によって取得される像は、被写体の凹凸で明暗を表した像であり、明暗の差がはっきりする。
また、固体撮像デバイスで被写体を線走査することによって被写体の二次元的な像を取得するため、台形歪みが生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された画像入力装置を示した断面図である。
【図２】図１の画像入力装置を示した斜視図である。
【図３】図１の画像入力装置に備わったプリズム列ローラの断面を拡大して示した図面であって、そのプリズム列ローラの寸法及び光学的特性を示した図面である。
【図４】図１の画像入力装置の回路構成を示したブロック図である。
【図５】図１の画像入力装置において光の作用を説明するための図面。
【図６】図１に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図７】図６に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図８】図１、図６に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図９】図８に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１０】図１、図６、図８に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１１】図１０に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１２】図１、図６、図８、図１０に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１３】図１２に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１４】固体撮像デバイスによって取得された画像を合成する方法について説明するための図面である。
【図１５】図１、図６、図８、図１０、図１２に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１６】図１５に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１７】図１、図６、図８、図１０、図１２、図１５に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図１８】図１７に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【図１９】図１、図６、図８、図１０、図１２、図１５、図１７に示された画像入力装置とは別の画像入力装置を示した断面図である。
【図２０】図１９に示された画像入力装置を示した斜視図である。
【符号の説明】
１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１      画像入力装置
２、４２、６２      プリズム列ローラ（円筒）
２ａ、４２ａ、６２ａ、７２ａ、８２ａ、９２ａ      プリズム（光学系）
７      セルフォックレンズアレイ（撮像光学系）
７ａ      セルフォックレンズ
８      固体撮像デバイス
１０、３２、５２、７３      照明光源（光源）
２０      指（被写体）
７２、８２、９２      プリズム列板（平板）
【図１】
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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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