(57)【要約】【課題】被写体の画像を入力する際に、被写体と画像入力部の画像入力面への力の加え方に依存せず、「つぶれ」や「かすれ」、あるいは「ぼけ」のない良好な画像を入力でき、加えて２次元以上の動きを検出できるポインティングデバイス機能をもつ画像入力装置を提供する。【解決手段】画像入力面に被写体を密着あるいはスライドさせて画像を入力する画像入力部１２０と、画像入力部１２０を保持する筐体１３０と、筐体１３０と画像入力部１２０との間に筐体１３０に対して画像入力部１２０を少なくとも２つ以上の自由度で動かすための可動手段とを備え、可動手段は加えられる圧力に応じて抵抗値が変化する加圧導電性ゴム１４０である。【選択図】図１
2005071216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像入力面に被写体を密着あるいはスライドさせて画像を入力する画像入力部と、
筐体と前記画像入力部との間に、前記筐体に対して前記画像入力部をＸ軸方向の変位とＹ軸方向の変位とＺ軸方向の変位とＸ軸のまわりの角変位とＹ軸のまわりの角変位とＺ軸のまわりの角変位とのうち、少なくとも２つ以上の自由度で動かすための可動手段とを備えたことを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
前記可動手段は前記画像入力部の動き量を検出するための動き検出部を有することを特徴とする請求項１記載の画像入力装置。
【請求項３】
前記動き検出部は、Ｘ軸方向の変位とＹ軸方向の変位とＺ軸方向の変位とＸ軸のまわりの角変位とＹ軸のまわりの角変位とＺ軸のまわりの角変位とのうち、少なくとも２つ以上を検出することを特徴とする請求項２記載の画像入力装置。
【請求項４】
前記可動手段は、加えられる圧力に応じて抵抗値が変化する加圧導電性弾性体であり、前記動き検出部は少なくとも前記加圧導電性弾性体の一部を内部に有する電極対であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋を用いて個人を認証する指紋認証装置やイメージスキャナ等の画像認識装置に用いられる画像入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指紋画像入力の方法としては光学式、感熱式、圧力検知式または静電容量式等の各種画像入力部を用いた方法が従来から考案されている。指紋認証はこうして取得した指紋画像を特徴量化し、あらかじめ登録されている認証対象者の特徴量と比較、照合することにより認証を行っている。
【０００３】
従来、大型であった画像入力装置の画像入力部を小さくする方法として、画像入力部である２次元イメージセンサの表面に光ファイバー等を密着させて画像入力部の厚みを薄くする構造が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、細長いイメージセンサ上で指をスライドさせながら画像を取得し、得られた部分画像を合成することによって全体の指紋画像を得る方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
同様に、印刷物等の画像を取り込む装置においても、部分画像を合成し全体画像を得ることにより、画像入力部の大きさを認識対象画像より小さくする方法も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００６】
このように、指紋画像または印刷物等の画像を入力する画像入力装置の大きさは公知の技術を用いて携帯端末等への搭載可能な寸法まで小型化できるようになった。しかし、これら従来の画像入力装置では、たとえば指紋画像を取得する場合、画像入力面への指の載せ方によっては画像の「つぶれ」や「かすれ」が発生しやすいという課題があった。また、印刷物等の画像を入力する画像入力装置においても同様の課題があった。
【０００７】
これらの課題点に対し、金属バネを介してイメージセンサを筐体内部に保持することで、指がイメージセンサを押す圧力を一定にし、画像の「つぶれ」や「かすれ」を抑える方法が考案されている。この場合、イメージセンサ裏面に相対する筐体内部にスイッチを設け、イメージセンサを押し下げることによるスイッチ機能を追加することができる（たとえば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平６−３２５１５８号公報
【特許文献２】特開平１０−９１７６９号公報
【特許文献３】特開平８−１０７４７９号公報
【特許文献４】特開２０００−５７３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながらこのような従来の画像入力装置では、イメージセンサは筐体に対し上下方向には動けるがそれ以外の自由度は有しない。したがって、指がイメージセンサの隅部を押し下げた場合、あるいは斜め方向の圧力をかけた場合には、指紋画像入力時に指とセンサとの密着性が均一ではなくなり、画像の「つぶれ」や「かすれ」が発生するという課題があった。また、印刷物の画像入力時においても紙面に対してイメージセンサが平行でない、あるいは紙面に対して斜め方向にイメージセンサを押し下げると、画像入力面が印刷物に対して浮き上がり、画像がぼける等の課題があった。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、被写体の画像を入力する際に、被写体と画像入力部の画像入力面への力の加え方に依存せず、「つぶれ」や「かすれ」、あるいは「ぼけ」のない良好な画像を入力できる画像入力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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の画像入力装置は、画像入力面に被写体を密着あるいはスライドさせて画像を入力する画像入力部と、筐体と画像入力部との間に筐体に対して画像入力部をＸ軸方向の変位とＹ軸方向の変位とＺ軸方向の変位とＸ軸のまわりの角変位とＹ軸のまわりの角変位とＺ軸のまわりの角変位とのうち少なくとも２つ以上の自由度で動かすための可動手段とを備えたことを特徴とする。ただし、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は筐体上の直交座標系の座標軸である。
【００１１】
このような構成により、指紋画像を入力する際に画像入力面への指の載せ方に依存せず「つぶれ」や「かすれ」のない良好な画像を入力できる画像入力装置を提供することができる。また、印刷物の画像入力時においても画像がぼけることのない良好な画像を入力できる画像入力装置を提供することができる。
【００１２】
また、可動手段は画像入力部の動き量を検出するための動き検出部を有する構成であってもよい。このような構成によれば、画像入力装置にスイッチ機能、あるいは画像入力部の動き量に応じた制御機能をあわせもたせることができる。
【００１３】
また、動き検出部は、Ｘ軸方向の変位とＹ軸方向の変位とＺ軸方向の変位とＸ軸のまわりの角変位とＹ軸のまわりの角変位とＺ軸のまわりの角変位とのうち、少なくとも２つ以上を検出する構成であってもよい。
【００１４】
このような構成によれば、２次元以上の動きを検出できる、いわゆるポインティングデバイスとしての機能をもたせることができる。
【００１５】
さらに、可動手段は、加えられる圧力に応じて抵抗値が変化する加圧導電性弾性体であり、動き検出部は少なくとも加圧導電性弾性体の一部を内部に有する電極対で構成してもよい。
【００１６】
このような構成によれば、電極を形成した加圧導電性ゴム等の加圧導電性弾性体を必要な位置に固定するだけで上述の機能を実現できるため、組立工程が簡単になり製造コストを削減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の画像入力装置によれば、被写体の画像を入力する際に、被写体と画像入力部の画像入力面への力の加え方に依存せず、「つぶれ」や「かすれ」、あるいは「ぼけ」のない良好な画像を入力できる画像入力装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態における画像入力装置は、被写体の画像を取り込む画像入力ユニットと、各種の信号処理を行う回路ユニットとを備えている。図１は本発明の第１の実施の形態における画像入力装置の画像入力ユニット１１０の断面図である。これは被写体が指紋である場合、すなわち指紋画像入力装置として適切な実施の形態である。第１の実施の形態における画像入力ユニット１１０は、ＣＣＤを用いた画像入力部１２０、画像入力部１２０を保持する筐体１３０、画像入力部１２０を変位可能に筐体１３０とつなぐ可動手段としての加圧導電性弾性体、ここでは加圧導電性ゴム１４０（以下、導電ゴムと略記する）を有する。なお、画像入力部１２０としては２次元ＣＣＤ以外に、圧力検知方式、静電容量方式等、公知の薄型イメージセンサを用いてもよい。また、導電ゴム１４０は加えられた圧力に応じて抵抗値が変化する導電ゴムである。導電ゴム１４０には動き検出部として働く電極が形成されている。
【００２０】
図２は第１の実施の形態における画像入力装置の画像入力部１２０の画像入力面を指で押した図である。Ｘ、Ｙ、Ｚは筐体上に固定した局所直交座標系であり、Ｙ軸は紙面に垂直で表面側から裏面側に向かう方向である。使用者が指紋画像を入力するために画像入力部１２０を押す場合、使用者の癖や気分によって片寄った押され方をすることがある。図２には、画像入力部１２０がＺ軸方向に垂直に変位するのではなく、Ｙ軸のまわりの角変位をともなって押し下げられる例を示した。このとき導電ゴム１４０がもつ弾性の働きによって、画像入力面が指に沿うように画像入力部１２０は自由な角度に傾きつつ押し下げられるので、指の一部だけに強い圧力がかかりその部分の指紋画像がつぶれる、あるいは逆に指の一部と画像入力面との間に隙間が生じてその部分の指紋画像がかすれるといったことがなく、きれいな指紋画像を取得することができる。
【００２１】
図３は第１の実施の形態における画像入力ユニット１１０の導電ゴム１４０の斜視図である。導電ゴム１４０は一方の面（図３の表面）の上部、下部、右部、左部にそれぞれ動き検出部としての電極１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄが形成され、もう一方の面（図３の裏面）に共通電極１４０ｅが形成されている。このとき導電ゴム１４０の働きにより、電極１４０ａと共通電極１４０ｅとの間に等価的に可変抵抗器が形成され、この抵抗値Ｒ１４０ａは電極１４０ａが形成されている位置に加わる圧力によって変化する。したがって、抵抗値Ｒ１４０ａを知ることにより電極１４０ａの位置に加わる圧力値がわかり、導電ゴム１４０が弾性体であることから導電ゴム１４０の変形量、すなわち電極１４０ａの位置における画像入力部１２０の動き量δ１４０ａがわかることになる。他の電極１４０ｂ〜１４０ｄについても同様である。
【００２２】
これら４つの電極１４０ａ〜１４０ｄと共通電極１４０ｅとを用いて、画像入力部１２０の動きのうち、Ｚ軸方向の変位成分δＺと、Ｙ軸のまわりの角変位成分θＹと、Ｘ軸のまわりの角変位成分θＸとを求めることができる。まず、電極１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄの位置におけるそれぞれの動き量δ１４０ａ、δ１４０ｂ、δ１４０ｃ、δ１４０ｄを求める。つぎにＺ軸方向の変位成分δＺについては４つの動き量の平均値として定義できるから、（δ１４０ａ＋δ１４０ｂ＋δ１４０ｃ＋δ１４０ｄ）／４となる。Ｙ軸のまわりの角変位成分θＹは、たとえば電極１４０ａが押し下げられ、電極１４０ｂは逆にもち上げられるという動きであるから、（δ１４０ｂ−δ１４０ａ）となり、Ｘ軸のまわりの角変位成分θＸは同様に（δ１４０ｄ−δ１４０ｃ）となる。
【００２３】
図４は本発明の第１の実施の形態における画像入力装置の回路ユニット１９０を含むブロック図である。画像信号処理回路１９２は画像入力部１２０を制御し画像入力部１２０から画像信号を取り出す。動き分離回路１９４は導電ゴム１４０に動き検出部として形成された電極１４０ａ〜１４０ｄに接続され、各抵抗値Ｒ１４０ａ〜Ｒ１４０ｄにもとづいて動き量δ１４０ａ〜δ１４０ｄを求め、さらに、Ｚ軸方向の変位成分δＺ、Ｙ軸のまわりの角変位成分θＹ、Ｘ軸のまわりの角変位成分θＸに変換する。
【００２４】
このように動き分離回路１９４は、導電ゴム１４０の４つの位置に対する抵抗値の変化にもとづき、画像入力部１２０のＺ軸方向の変位と、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれに対する回転との、合計３方向の動きを独立に検出している。したがって、使用者が意識的に不均一な力をかけて片寄った押し方をした場合、これら３方向の独立な動きを用いてポインティングデバイスとしての機能をあわせもたせることができる。
【００２５】
図５は、本実施の形態の画像入力装置における導電ゴムの他の構成を示す図である。ただし、図５には画像入力部１２０とその裏面に設けられた導電ゴムのみを示し筐体１３０は図示していない。図５（ａ）は、両面に１つずつ電極を設けた４つの導電ゴム１４１〜１４４を用いた構成を示している。図５（ｂ）は同じく両面に１つずつ電極を設けた４つの導電ゴム１４６〜１４９を用いた構成であるが導電ゴムの設置位置が異なっている。図５（ｂ）示した導電ゴム設置位置の場合、Ｙ軸のまわりの角変位成分θＹは（δ１４８＋δ１４９−δ１４６−δ１４７）／２となり、Ｘ軸のまわりの角変位成分θＸは（δ１４７＋δ１４９−δ１４６−δ１４８）／２となる。ここで、δ１４６〜δ１４９は導電ゴム１４６〜１４９の位置での動き量である。また、Ｙ軸のまわりの角変位成分θＹを検出する必要がない場合は図５（ｃ）に示したように、両面に１つずつ電極を設けた２つの導電ゴム１５１、１５２を用いた構成にしてもよい。
【００２６】
このように画像入力部１２０を画像入力装置の筐体１３０に対して可動とすることによって、画像入力面に片寄った力が加わっても導電ゴムがもつ弾性の働きによって画像入力面が指に沿うように画像入力部１２０が自由な角度に傾きつつ押し下げられるので、指の一部が強く押されてその部分の指紋画像がつぶれる、あるいは逆に指の一部と画像入力面との間に隙間が生じてその部分の指紋画像がかすれるといったことがなく、きれいな指紋画像を取得することができる。あわせて、使用者が意識的に不均一な力をかけて片寄った押し方をした場合、これを検出してポインティングデバイスとしての機能をあわせもたせることができる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態における画像入力装置は、第１の実施の形態と同様に、被写体の画像を取り込む画像入力ユニットと、各種の信号処理を行う回路ユニットとを備えている。図６（ａ）は本発明の第２の実施の形態における画像入力装置の画像入力ユニット２１０の断面図であり、図６（ｂ）は同画像入力装置の画像入力部２２０および導電ゴム２６０〜２６４の斜視図である。これは画像入力部２２０として１次元のラインセンサあるいは１方向が画像入力対象より小さいセンサを用いた場合の画像入力装置として適切な実施の形態である。
【００２８】
第２の実施の形態における画像入力装置は第１の実施の形態と同様に、画像入力部２２０、筐体２３０、導電ゴム２６０〜２６４を有する。第１の実施の形態と異なるところは、画像入力部２２０の底面側に導電ゴム２６０を設けているだけでなく、画像入力部２２０の側面側にも両面に電極をもつ導電ゴム２６１、２６２、２６３、２６４を設けている点である。
【００２９】
図７は第２の実施の形態における画像入力装置の画像入力部２２０の画像入力面上で指をスライドさせたときの画像入力ユニット２１０の断面図である。Ｘ、Ｙ、Ｚは筐体上に固定された局所直交座標系である。図７では指を画像入力部２２０の右側から左側へ滑らせている。使用者が指紋画像を入力するために指をスライドさせた場合、このように画像入力部２２０を軽く垂直に押し下げるだけでなく指の動きにともなって画像入力面にせん断応力が加えられるとともに角変位をともなって押し下げられることが多い。しかしこのときも第１の実施の形態と同様、導電ゴム２６０〜２６４がもつ弾性の働きにより、画像入力面が指に沿うように画像入力部２２０は自由な角度に傾きつつ押し下げられるので、指の一部だけに強い圧力がかかりその部分の指紋画像がつぶれる、あるいは逆に指の一部と画像入力面との間に隙間が生じてその部分の指紋画像がかすれるといったことがなく、きれいな画像を取得することができる。
【００３０】
ここで、導電ゴム２６０には、第１の実施の形態における導電ゴム１４０と同様に、一方の面の上部、下部、右部、左部にそれぞれ動き検出部としての電極２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃ、２６０ｄが形成され、もう一方の面に共通電極２６０ｅが形成されている。そしてそれぞれの電極位置におけるそれぞれの動き量から、Ｚ軸方向の変位成分δＺと、Ｙ軸のまわりの角変位成分θＹと、Ｘ軸のまわりの角変位成分θＸとを求めることができる。さらに第２の実施の形態においては、両面に１つずつ電極を有する４つの導電ゴム２６１〜２６４を備えているので、これらを用いて以下のように、Ｘ軸方向の変位成分δＸと、Ｙ軸方向の変位成分δＹとを求めることができる。
【００３１】
これらの導電ゴム２６１〜２６４それぞれも第１の実施の形態と同様に等価的に可変抵抗器を構成し、その抵抗値Ｒ２６１〜Ｒ２６４も各々の導電ゴム２６１〜２６４が受ける圧力により変化する。そして、それぞれの抵抗値の変化からそれぞれの位置での動き量δ２６１〜δ２６４を求めることができる。たとえば図７は画像入力面上で指をＸ軸方向にスライドさせた場合の各導電ゴム２６０〜２６４の変形の様子を示している。このとき、導電ゴム２６１が強く押され、逆に導電ゴム２６２は引っ張られるので、対応する導電ゴムの抵抗値Ｒ２６１が小さくなりＲ２６２が大きくなる。しかしＲ２６１の減少とＲ２６２の増加はともにＸ軸方向の変位を示しており、（δ２６１＋δ２６２）／２がＸ軸方向の変位成分δＸとなる。Ｙ軸方向の変位成分δＹは同様に（δ２６３＋δ２６４）／２である。
【００３２】
図８は本発明の第２の実施の形態における画像入力装置の回路ユニットを含むブロック図である。画像信号処理回路２９２は第１の実施の形態と同様、画像入力部２２０を制御し画像入力部２２０から画像信号を取り出す。動き分離回路２９４は導電ゴム２６０に動き検出部として形成された電極２６０ａ〜２６０ｄに接続され、さらに導電ゴム２６１〜２６４に動き検出部として形成された電極２６１ａ〜２６４ａに接続され、各抵抗値Ｒ２６０ａ〜Ｒ２６０ｄ、Ｒ２６１ａ〜Ｒ２６４ａにもとづいて動き量δ２６０ａ〜δ２６０ｄ、δ２６１ａ〜δ２６４ａを求め、さらに、Ｘ軸方向の変位成分δＸ、Ｙ軸方向の変位成分δＹ、Ｚ軸方向の変位成分δＺ、Ｙ軸のまわりの角変位成分θＹ、Ｘ軸のまわりの角変位成分θＸに変換する。
【００３３】
このように動き分離回路２９４は、５つの独立な動きを検出している。したがって、使用者が意識的に不均一な力をかけて片寄った押し方をした場合、これら５方向の独立な動きを用いてポインティングデバイスとしての機能をあわせもたせることができる。
【００３４】
一般に、画像入力部１２０の画像入力面の面積が入力すべき画像の面積より小さい場合、被写体を移動させながら入力した複数の画像をつなぎ合わせて１つの画像を合成するが、第２の実施の形態の画像入力装置を用いれば、入力画像に付随して被写体の移動方向の情報を得ることができることになる。したがって、画像をつなぎ合わせる方向をあらかじめ知ることができるので、被写体がどちらに移動しても速やかに画像合成することが可能となる。
【００３５】
また、本実施の形態における画像入力装置の圧力検出機能をポインタ機能として使用する場合においては、上述したように、Ｚ軸方向の変位、Ｘ軸まわりの回転、Ｙ軸まわりの回転に加えて、Ｘ軸方向の変位、Ｙ軸方向の変位の合計５次元のポインタとして用いることができる。
【００３６】
図９は、第２の実施の形態の画像入力装置における導電ゴムの他の構成を示す図である。ただし、図９には画像入力部２２０と導電ゴム２６５〜２６８のみを示し筐体２３０は図示していない。図９（ａ）は、画像入力部２２０の底面と側面を取囲むように、あるいは画像入力部２２０を埋め込むように形成された導電ゴム２６５を用いた構成を示している。また、Ｙ軸方向の変位成分を検出する必要がない場合は図９（ｂ）に示した構成にしてもよい。
【００３７】
図１０は第２の実施の形態の画像入力装置の画像入力ユニットの他の構成を示す断面図であり、画像入力部３２０、筐体３３０を有する。そして画像入力ユニット３１０の画像入力面に、たとえば印刷物の画像を入力する画像入力装置として適切となるよう、硬質の突起物３２５を設けたものである。これら突起物３２５は、印刷物等が接触して傷つけたりするおそれを少なくして画像入力面を保護するとともに、画像入力面から印刷物あるいは他の被写体までの距離を一定に保つ働きをもつ。
【００３８】
この場合、使用者は画像入力装置を、たとえば紙面に押し付けながら画像入力を行うことになるが、一定の押圧力を保ちながら画像入力装置をスライドさせることは難しい。しかし、本実施の形態の画像入力装置によれば、導電ゴム３６５がもつ弾性の働きにより弾性的に変形し得る範囲内で押圧力の変化を吸収することができるため、画像入力面が紙面から離れることなくきれいな画像を取得することができる。
【００３９】
画像入力装置を移動させながら入力した複数の画像をつなぎ合わせて１つの画像を合成するとき、入力画像に付随して被写体の移動方向の情報を得ることができることになる。したがって、画像をつなぎ合わせる方向をあらかじめ知ることができるので、被写体がどちらに移動しても速やかに画像合成することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の画像入力装置は、「つぶれ」や「かすれ」、あるいは「ぼけ」のない良好な画像を入力できるので、指紋を用いて個人を認証する指紋認証装置やイメージスキャナ等の画像認識装置に用いられる画像入力装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態における画像入力装置の画像入力ユニットの断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態における画像入力装置の画像入力部の画像入力面を指で押した図
【図３】本発明の第１の実施の形態における画像入力装置の画像入力ユニットの導電ゴムの斜視図
【図４】本発明の第１の実施の形態における画像入力装置の回路ユニットを含むブロック図
【図５】本発明の第１の実施の形態における画像入力装置の導電ゴムの他の構成を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態における画像入力装置の画像入力ユニットの断面図および導電ゴムの斜視図
【図７】本発明の第２の実施の形態における画像入力装置の画像入力部の画像入力面上で指をスライドさせたときの画像入力ユニットの断面図
【図８】本発明の第２の実施の形態における画像入力装置の回路ユニットを含むブロック図
【図９】本発明の第２の実施の形態における画像入力装置の導電ゴムの他の構成を示す図
【図１０】本発明の第２の実施の形態における画像入力装置の画像入力ユニットの他の構成を示す断面図
【符号の説明】
【００４２】
１１０，２１０，３１０    画像入力ユニット
１２０，２２０，３２０    画像入力部
１３０，２３０，３３０    筐体
１４０〜１４４，１４６〜１４９，１５１，１５２，２６０〜２６８，３６５    加圧導電性ゴム（導電ゴム）
１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ    電極
１４０ｅ    共通電極
１９０    回路ユニット
１９２，２９２    画像信号処理回路
１９４，２９４    動き分離回路
３２５    突起部
【図１】
2005071216.tif 000003
【図２】
2005071216.tif 000004
【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】
2005071216.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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