(57)【要約】【課題】画像入力装置を小型化すること。【解決手段】透明な円筒状の回転部材４がオーリング７，８を介して土台９，１０に支持されており、回転部材４が土台９，１０に対して回転自在となっている。回転部材４内にはラインイメージセンサ４、導光体５１及びセルフォックレンズアレイ６が配されている。導光体５１は土台９，１０に固定されており、ラインセンサ４及びセルフォックレンズ６は導光体５１に固定されている。この導光体５１は、発光素子５２で発した光を回転部材４の外周面に押し当てられた指先２００に導く。そして、セルフォックレンズ６が、指先２００と回転部材４の外周面において接した部分の一次元光学像をラインイメージセンサ４に結像し、ラインイメージセンサ４が一次元光学像を取得する。このような一次元光学像が合成バッファ１５にて順次合成されて、指先２００の二次元光学像が生成される。【選択図】　　　　図１
2004021934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された透明な円筒と、
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、
前記円筒内において固定されているとともに、前記円筒内から前記円筒の外周面に向けて、前記発光素子から発した光を前記円筒の軸心と平行な線に沿って放射するように前記発光素子から発した光を導く導光体と、
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、前記導光体によって照射された部分において前記外周面に接した被写体の一次元像を前記一次元イメージセンサに結像する光学系と、を備え、
前記一次元イメージセンサ及び前記光学系が前記導光体に固定されていることを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
前記一次元イメージセンサの向いた方向に貫通する貫通孔が前記導光体に形成されており、
前記貫通孔に前記一次元イメージセンサが臨んでおり、
前記貫通孔内において前記光学系が前記導光体に固定されている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又は２に記載の画像入力装置。
【請求項４】
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セルフォックレンズアレイであ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。
【請求項５】
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４の何れか一項に記載の画像入力装置。
【請求項６】
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５に記載の画像入力装置。
【請求項７】
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６の何れか一項に記載の画像入力装置。
【請求項８】
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７に記載の画像入力装置。
【請求項９】
前記円筒の外周面がシボ面に加工されていることを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の画像入力装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像入力装置が具備する円筒の製造方法において、
予めシボ面に加工されたローラの外周面に透明円筒の外周面を押し付けた状態で前記ローラを回転させることによって、当該透明円筒の外周面にシボ面を転写することを特徴とする円筒の製造方法。
【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】
以上の課題を解決するために、例えば図１〜図６に示すように、請求項１に記載の発明に係る画像入力装置（例えば、画像入力装置１）は、
回転自在に支持された透明な円筒（例えば、回転部材４）と、
前記円筒外に配されているとともに、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（例えば、発光素子５２）と、
前記円筒内において固定されているとともに、前記円筒内から前記円筒の外周面に向けて、前記発光素子から発した光を前記円筒の軸心と平行な線に沿って放射するように前記発光素子から発した光を導く導光体（例えば、導光体５１）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（例えば、ラインイメージセンサ３）と、
前記円筒内に配されるとともに、前記導光体によって照射された部分において前記外周面に接した被写体の一次元像を前記一次元イメージセンサに結像する光学系（例えば、セルフォックレンズアレイ６）と、を備え、
前記一次元イメージセンサ及び前記光学系が前記導光体に固定されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、円筒内において固定された導光体に一次元イメージセンサ及び光学系が固定されているため、一次元イメージセンサ及び光学系を円筒内において固定するための構造を別途設ける必要がない。つまり、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。
【０００７】
また、発光素子が円筒外に配されているため、発光素子の発光強度を強めるために発光素子を大きくしても、円筒を大きくする必要がない。つまり、円筒の大きさが発光素子の大きさに関わらないため、発光素子の発光強度に自由度があり、画像入力装置全体としても小型化を図ることができる。
なお、被写体が導光体によって光の照射された部分において円筒に接した状態で、被写体で円筒を回転すると、光の照射された部分において被写体と円筒の接した部分が移りかわる。ここで、一次元イメージセンサが被写体と円筒の接した部分における一次元像を取得し、被写体と円筒の接した部分が移りかわることで一次元像も変化し、変化していく一次元像を順次合成することで二次元像が生成され、この二次元像は被写体の像である。
【０００８】
例えば図１に示すように、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、
前記一次元イメージセンサの向いた方向に貫通する貫通孔（例えば、貫通孔５１ｃ）が前記導光体に形成されており、
前記貫通孔に前記一次元イメージセンサが臨んでおり、
前記貫通孔内において前記光学系が前記導光体に固定されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、導光体に貫通孔が形成されているため、円筒内においては貫通孔がスペースとなる。そして、光学系が貫通孔に固定されているため、円筒内のスペースが有効活用されて、円筒を小さくすることができる。従って、画像入力装置全体としても小型化を図ることができる。
【００１０】
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。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、導光体が円筒内において円筒を回転自在に支持するため、円筒が安定する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の画像入力装置において、
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セルフォックレンズアレイであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、光学系がセルフォックレンズアレイであるため、光学路長が短くすることができ、更に、セルフォックレンズアレイが一次元イメージセンサに正立等倍に結像するため、反転ミラーを必要としない。そのため、光学系が簡略化されて、円筒内の構成が簡略化されるから、円筒を小さくすることができる。また、セルフォックレンズアレイが一次元イメージセンサに正立等倍に結像するため、一次元像を順次合成して二次元像を生成する際して一次元像に垂直な方向の距離を補正せずとも、等倍な二次元像が生成される。
【００１４】
例えば図１に示すように、請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか一項に記載の画像入力装置において、
前記円筒を回転自在に嵌め込んだ軸受（例えば、土台９，１０）と、
前記円筒と前記軸受との間に挟まれた弾性部材（例えば、オーリング７，８）と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、被写体を円筒に押し当てて被写体を円筒の接線方向に移動することで円筒が回転するが、弾性部材が軸受と円筒との間に挟まれているため、円筒の回転に対して抵抗が生じる。従って、円筒が被写体に対して空転することがない。
【００１６】
請求項６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、
前記弾性部材に潤滑剤が塗布されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、弾性部材に潤滑剤が塗布されているため、円筒或いは軸受に対して弾性部材がなめらかに滑るようになる。従って、被写体が円筒に対して滑ることがない。
【００１８】
例えば図５に示すように、請求項７に記載の発明は、請求項１から６の何れか一項に記載の画像入力装置において、
前記円筒と同軸となって前記円筒に設けられた歯車（例えば、歯車部４４）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（例えば、ピン１１１）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。
【００１９】
例えば図８に示すように、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の画像入力装置において、
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（例えば、信号処理回路１３、Ａ／Ｄ変換回路１４、合成バッファ１５）、
を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項７又は８に記載の発明では、被写体が円筒の外周面に接触した状態で被写体によって円筒が回転すると、円筒と被写体の接触部分が移り変わる。そして、円筒が回転すると同期信号発生手段によって同期信号が発生し、一次元イメージセンサで取得された一次元像が同期信号の発生毎に生成手段によって取得されて、これら一次元像が生成手段によって結像されると被写体の二次元光学像が生成される。このように、円筒と被写体の接触部分が移り変わり、更に、円筒と被写体の接触部分のみを一次元イメージセンサで取得すれば良いから、被写体全体が円筒に接触せずとも被写体の二次元像を取得することができる。そのため、円筒全体を露出せずに、被写体の一部と接触できるように円筒の一部を露出するだけでも良い。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８の何れか一項に記載の画像入力装置において、
前記円筒の外周面がシボ面に加工されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、透明な円筒の外周面がシボ面に加工されているため、外周面に入射した光は拡散するようになる。
ここで、凹凸を有する被写体が円筒の外周面に接触されると、被写体の凸部が外周面に密接し、被写体の凹部が外周面から離れている。従って、被写体の凸部での反射光の強度が外周面で殆ど減少せず、被写体の凹部での反射光の強度が外周面で減少する。そのため、被写体の凹凸によってコントラストの表れた一次元像が一次元イメージセンサによって取得される。
一方、被写体が凹凸を有しておらず滑らかな場合でも、被写体が円筒の外周面に密接するため、被写体での反射光の強度が外周面で減少せず、接触した被写体の表面の模様によってコントラストの表れた一次元像も一次元イメージセンサによって取得される。
従って、この画像入力装置は、凹凸による像も取得できる上、模様による像も取得できる。
【００２３】
例えば図９に示すように、請求項１０記載の発明は、請求項９に記載の画像入力装置が具備する円筒の製造方法において、
予めシボ面に加工されたローラ（例えば、転写ローラ１５０）の外周面に透明円筒（例えば、透明円筒４１ａ）の外周面を押し付けた状態で前記ローラを回転させることによって、当該透明円筒の外周面にシボ面を転写することを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に記載の発明では、予めシボ面に加工されたローラを透明円筒に押し付けた状態で、シボ面をローラから透明円筒に転写しているため、シボ面が綺麗に透明円筒の外周面に形成される。なお、シボ面の形成された円筒を射出成型機で直接形成すると、成型機の型によっては円筒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が、請求項１０に記載の発明ではそのようなことが生じない。
【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）
【図１】
2004021934.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004021934.tif 000006
【図５】
2004021934.tif 000007
【図６】
2004021934.tif 000008
【図７】
2004021934.tif 000009
【図８】
2004021934.tif 000010
【図９】
2004021934.tif 000011
【図１０】
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