(57)【要約】【課題】ライン状に配列され、検出対象に光を照射する所定数の発光素子と、ライン状に複数の受光素子が配列され、検出対象からの光を検出する受光装置とを有する画像検出装置及びその制御方法に関し、画像を正確に検出できる画像検出装置及び制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、検出対象に光を照射する発光手段（１２−１〜１２−３）と、複数の受光素子（１５−１〜１５−ｎ）が配列され、検出対象からの光に応じた検出信号を出力する受光手段（１５）とを有する画像検出装置（１）において、受光手段（１５）から出力された検出信号を検出し、検出信号に応じて発光手段（１２−１〜１２−３）の発光量を制御する制御手段（２１）を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象に光を照射する発光手段と、複数の受光素子が配列され、該検出対象からの光に応じた検出信号を出力する受光手段とを有する画像検出装置において、
前記受光手段から出力された検出信号を検出し、該検出信号に応じて前記発光手段の発光量を制御する制御手段を有することを特徴とする画像検出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記受光手段を構成する複数の受光素子のうち所定の受光素子又は該所定の受光素子の近傍の複数の受光素子からの検出信号を検出し、前記検出信号と基準値との大小関係に応じて前記発光手段の発光量を制御することを特徴とする請求項１記載の画像検出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記発光手段の発光時間を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の画像検出装置。
【請求項４】
前記発光手段は、ライン状に配列された複数の発光手段から構成され、
前記制御手段は、前記複数の発光素子毎に、予め設定された受光素子又は該所定の受光素子の近傍の複数の受光素子からの検出信号に応じて発光量を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の画像検出装置。
【請求項５】
前記受光手段は、複数の受像素子毎に、一定周期毎に電荷を蓄積し、蓄積した電荷に基づいて検出信号を生成し、出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の画像検出装置。
【請求項６】
検出対象に光を照射する発光手段と、複数の受光素子が配列され、該検出対象からの光に応じた検出信号を出力する受光手段とを有する画像検出装置の制御方法において、
前記受光手段から出力された検出信号を検出する検出手順と、
前記検出手順で検出された前記検出信号に応じて前記発光手段の発光量を制御する制御手順とを有することを特徴とする画像検出装置の制御方法。
【請求項７】
前記制御手順は、前記受光手段の複数の受光素子のうち所定の受光素子からの検出信号を検出し、前記検出信号と基準値との大小関係に応じて前記発光手段の発光量を制御することを特徴とする請求項６記載の画像検出装置の制御方法。
【請求項８】
前記制御手順は、前記発光手段の発光時間を制御することを特徴とする請求項６又は７記載の画像検出装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像検出装置及びその制御方法に係り、特に、ライン状に配列され、検出対象に光を照射する所定数の発光素子と、ライン状に複数の受光素子が配列され、検出対象からの光を検出する受光装置とを有する画像検出装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラインセンサの光源などで使用される横長光源としては、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ；light
emitting diode）アレイが使用されている。しかし、ＬＥＤアレイを構成する各発光ダイオードは、その特性のばらつきなどにより発光強度が均一でなかった。このため、照度が不均一となる。照度が不均一となると、ラインセンサへの入射光が不均一となるため、取得される画像も不均一となる。そこで、ＬＥＤアレイの各発光ダイオードに供給される電流を外部抵抗により制限することにより、照度を均一化していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかるに、従来の画像検出装置では、製造時に複数の発光ダイオードからの光の分布を測定し、光が均一になるように発光ダイオードに電流を抵抗などにより調整することにより、均一な光を得ていたため、組み立て後の調整が行えなかった。このため、受光素子の特性にばらつきがある場合には、正確な画像が得られないなどの課題があった。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、画像を正確に検出できる画像検出装置及び制御方法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】
【０００５】
本発明は、検出対象に光を照射する発光手段（１２−１〜１２−３）と、複数の受光素子（１５−１〜１５−ｎ）が配列され、検出対象からの光に応じた検出信号を出力する受光手段（１５）とを有する画像検出装置（１）において、受光手段（１５）から出力された検出信号を検出し、検出信号に応じて発光手段（１２−１〜１２−３）の発光量を制御する制御手段（２１）を有することを特徴とする。
【０００６】
また、制御手段（２１）は、受光手段（１５）の複数の受光素子（１５−１〜１５−ｎ）のうち所定の受光素子（１５ｂ−１〜１５ｂ−３）又は該所定の受光素子の近傍の複数の受光素子からの検出信号を検出し、検出信号と基準値との大小関係に応じて発光手段（１２−１〜１２−３）の発光量を制御することを特徴とする。
【０００７】
制御手段（２１）は、発光手段（１２−１〜１２−３）の発光時間を制御することを特徴とする。
【０００８】
発光手段（１２−１〜１２−３）は、ライン状に配列された複数の発光手段（１２−１〜１２−３）から構成され、制御手段（２１）は、複数の発光素子（１２−１〜１２−３）毎に、予め設定された受光素子（１５ｂ−１〜１５ｂ−３）又は該所定の受光素子の近傍の複数の受光素子からの検出信号に応じて発光量を制御することを特徴とする。
【０００９】
受光手段（１５）は、複数の受像素子（１５−１〜１５−ｎ）毎に、一定周期毎に電荷を蓄積し、蓄積した電荷に基づいて検出信号を生成し、出力することを特徴とする。
【００１０】
なお、上記括弧内の参照符号は理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これによって請求の範囲が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受光装置のうち所定数の発光素子に対応した受光素子又は所定の受光素子の近傍の複数の受光素子からの検出信号を検出し、検出信号に応じて所定数の発光素子のうち対応する発光素子の発光量を制御することにより、発光素子の照度だけでなく、画像検出装置の利得を含めて制御を行うことができるため、画像を正確に検出できる等の特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例のブロック構成図、図２は本発明の第１実施例の斜視図を示す。
【００１３】
本実施例の画像検出装置１は、ラインセンサを用いた指紋検出装置であり、ラインセンサに対して指を直交する方向に移動させることにより、指紋を検出する装置であり、回路基板１１上に発光素子１２−１、１２−２、１２−３、導光ガイド１３、イメージガイド１４、受光装置１５、電子部品１６を搭載し、モールド樹脂１７により封止した構成とされている。なお、モールド樹脂１７は、カーボンなどが混入されており、光を通さない構成とされている。これによって、イメージガイド１４を伝搬しない不要な光が受光装置１５に入射することを防止している。
【００１４】
発光素子１２−１、１２−２、１２−３は、例えば、近赤外光又は赤色光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ；light emitting diode）から構成されており、その発光部分が回路基板１１上に、矢印Ｘ方向に略等間隔となるように搭載されている。発光素子１２−１、１２−２、１２−３には、回路基板１１上に搭載された電子部品１６から構成される制御装置２１から駆動パルス信号が供給される。駆動パルス信号は、受光装置１５で検出された検出信号に応じてＰＷＭ（pulse
width modulation）制御される。
【００１５】
発光素子１２−１、１２−２、１２−３から出射された光は、導光ガイド１３に供給される。導光ガイド１３は、発光素子１２−１、１２−２、１２−３から出射された光の中心波長成分を透過させる。導光ガイド１３により導かれた光は、掌側から指先側に向かって指の内部に入射する。指に入射した光は、指内部の内部組織により乱反射される。これによって、光が入射された近傍の指の指紋が発光しているように見える。指紋側からの光は、イメージガイド１４の一端面に供給される。
【００１６】
イメージガイド１４は、導光ガイド１３に隣接して、導光ガイド１３に平行に、矢印Ｘ方向に光ファイバが配列され、固着された構成とされている。光ファイバは、コアの周囲にクラッドが形成され、さらに、クラッドの周囲に光吸収体が形成された構成とされており、指紋の溝部分と山部分とを識別するためのイメージガイドとして作用する。
【００１７】
イメージガイド１４は、光ファイバが矢印Ｘ方向に配列され、固着された構成とされており、その一方の端面が、その中心軸に対して、角度を持って形成されている。イメージガイド１４の一方の端面の角度は、空気層（屈折率１．０）からの光が光ファイバを通して他端面に伝搬できず、かつ、指（屈折率１．５〜１．７）からの光が光ファイバを通して他端面に伝搬できる角度に設定されている。その角度は、例えば、ファイバのコアの屈折率１．６２、クラッドの屈折率を１，５２としたとき、９．９７°〜３１．６４°程度に設定されるのが理想的である。
【００１８】
このとき、端面の傾斜角は、光ファイバのコアとクラッドとの界面の不均一性などにより、これより大きい角度であっても指紋の溝部分と山部分との識別は可能である。例えば、イメージガイド１４の一端面の角度は、３０°〜６０°で検出が可能となる。なお、イメージガイド１４の一端面の傾斜角が大きい程、装置の小型化が可能となる。
【００１９】
上記構造のイメージガイド１４によれば、指紋の溝の部分では、イメージガイド１４の端面との間に間隙が生じ、光が空気からイメージガイド１４の端面に入射するため、光はイメージガイド１４の他方の端面には伝搬されない。また、指紋の山の部分では、イメージガイド２３の端面に密着しており、指の内部を通る光はイメージガイド１４を通りイメージガイド１４の他端面に伝搬されることになる。
【００２０】
したがって、イメージガイド１４の他方の端面から出射される光を検出することにより、指紋の溝の部分か、山の部分かを識別できる。イメージガイド１４の他端面には、イメージガイド１４を光が伝搬されたか否かを検出するための受光装置１５が配置されている。
【００２１】
受光装置１５は、複数の受光素子１５−１〜１５−ｎを矢印Ｘ方向にライン状に配列した構成とされている。受光素子１５−１〜１５−ｎは、例えば、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型光電センサやＣＣＤ（charge coupled
device）センサなどの一定周期毎に電荷を蓄積するタイプの受光素子から構成されている。また、受光素子１１−１〜１１−ｎは、イメージガイド１４を構成する光ファイバのピッチに比べて略同等又は大きく設定されている。
【００２２】
受光装置１５は、受光素子１５−１〜１５−ｎでイメージガイド１４の他端から出射された光を受光し、受光した光の光量に応じて電荷を蓄積する。受光素子１５−１〜１５−ｎに蓄積された電荷は、一定期間毎に検出信号として出力される。受光装置１５から出力された検出信号は、制御装置２１に供給される。
【００２３】
制御装置２１は、検出部３１及び制御部３２から構成される。
【００２４】
図３は検出部３１のブロック構成図を示す。
【００２５】
検出部３１は、アンプ４１、５１、スライスレベル生成回路４２、コンパレータ４３、５２、基準電圧源５３から構成される。
【００２６】
検出部３１には、受光装置１５の受光素子１５−１〜１５−ｎで検出された検出信号が順次に供給される。受光装置１５からの検出信号は、アンプ４１、５１及びスライスレベル生成回路４２に供給される。アンプ４１、５１は、受光装置１５からの検出信号を増幅して出力する。スライスレベル生成回路４２は、例えば、受光素子１５−１〜１５−ｎからの検出信号の平均値の信号を生成する。
【００２７】
アンプ４１で増幅された信号は、コンパレータ４３の非反転入力端子に供給される。また、スライスレベル生成回路４２で生成された信号は、スライスレベルとしてコンパレータ４３の反転入力端子に供給される。
【００２８】
コンパレータ４３は、アンプ４１の出力信号とスライスレベル生成回路４２からスライスレベルとを比較して、アンプ４１の出力信号がスライスレベル生成回路４２からのスライスレベルより大きいときには、出力をハイレベルとし、小さいときには、出力をローレベルとする。これによって、指紋の溝部分に対応する受光素子の検出信号はローレベル、指紋の山部分に対応する受光素子の検出信号はハイレベルとされ、指紋の画像が二値化される。コンパレータ４３の出力は、制御部３２に供給される。
【００２９】
一方、アンプ５１で増幅された信号は、コンパレータ５２の非反転入力端子に供給される。基準電圧源５３は、基準電圧を生成する。基準電圧源５３で生成された基準電圧は、コンパレータ５２の反転入力端子に供給される。
【００３０】
コンパレータ５２は、アンプ５１の出力信号と基準電源５３からの基準電圧とを比較して、アンプ５１の出力信号が基準電圧より大きいときには、出力をハイレベルとし、小さいときには、出力をローレベルとする。
【００３１】
コンパレータ５２の出力は、制御部３２に供給される。
【００３２】
制御部３２は、例えば、ＡＳＩＣ（application specific
integrated circuit）などを用いて構成されており、受光装置１５にその読み出しタイミングを制御するためのクロックなどを供給する。また、制御部３２は、検出装置３１のコンパレータ４３の出力に基づいて指紋の画像を再生する。再生された画像は、インタフェースを介してホスト装置に供給される。また、制御部３２は、コンパレータ５２の出力に基づいて発光素子１２−１〜１２−３の発光量を制御する。
【００３３】
図４は制御部３２の発光素子制御動作のフローチャートを示す。
【００３４】
制御部３２は、ステップＳ１−１で発光素子１２−１〜１２−３に対応した予め設定された受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−３又はその受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−３の近傍の複数の受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−ｎからの検出信号のタイミングか否かを判定する。受光素子１５ｂ−１は、受光装置１５のうち発光素子１２−１からの光が最も強く入射すると思われる位置に配置された受光素子である。受光素子１５ｂ−２は、受光装置１５のうち発光素子１２−２からの光が最も強く入射すると思われる位置に配置された受光素子である。受光素子１５ｂ−３は、受光装置１５のうち発光素子１２−３からの光が最も強く入射すると思われる位置に配置された受光素子である。受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−３又はその受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−３の近傍の複数の受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−ｎからの検出信号のタイミングは、例えば、受光装置１５に供給するクロックをカウントすることにより検出する。
【００３５】
制御部３２は、ステップＳ１−１で受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−３のタイミングを検出すると、次にステップＳ１−２でピーク値検出結果である、コンパレータ５２の出力を取得する。
【００３６】
制御部３２は、ステップＳ１−２でピーク値検出結果を取得すると、ステップＳ１−３でピーク値検出結果がハイレベルか、ローレベルかを判定する。制御部３２は、ステップＳ１−３でピーク値検出結果がハイレベルのときには、対応する発光素子、すなわち、受光素子１５ｂ−１のタイミングであれば発光素子１２−１、受光素子１５ｂ−２のタイミングであれば発光素子１２−２、受光素子１５ｂ−１のタイミングであれば発光素子１２−３の発光量が基準レベルより大きいと判断して、ステップＳ１−４で対応する発光素子に駆動電流を供給する時間を決定するための駆動パルスのパルス幅を短縮する。
【００３７】
また、制御部３２は、ステップＳ１−３でピーク値検出結果がローレベルのときには、対応する発光素子の発光量が基準レベルより小さいと判断して、ステップＳ１−５で対応する発光素子に駆動電流を供給する時間を決定するための駆動パルスのパルス幅を拡幅する。
【００３８】
図５は発光素子１２−１〜１２−３の発光動作を説明するための図を示す。図５（Ａ）は発光素子１２−１の点灯タイミング、図５（Ｂ）は発光素子１２−２の点灯タイミング、図５（Ｃ）は発光素子１２−１の点灯タイミングを示す。
【００３９】
発光素子１２−１は、第ｎ番目のサイクルである時刻ｔ10〜ｔ20の一定期間Ｔ0のうち、時間Ｔ11の間点灯する。また、発光素子１２−２は、第ｎ番目のサイクルである時刻ｔ10〜ｔ20の一定期間Ｔ0のうち、時間Ｔ12の間点灯する。発光素子１２−３は、第ｎ番目のサイクルである時刻ｔ10〜ｔ20の一定期間Ｔ0のうち、時間Ｔ13の間点灯する。
【００４０】
ここで、受光素子１５ｂ−１の検出信号が基準電圧より大きい場合には、次の第ｎ＋１番目のサイクルで発光素子１２−１の点灯時間が第ｎ番目のサイクルでの点灯時間Ｔ11から時間Δｔ0だけ短い時間Ｔ21とされる。また、受光素子１５ｂ−２の検出信号が基準電圧より大きい場合には、次の第ｎ＋１番目のサイクルで発光素子１２−２の点灯時間が第ｎ番目のサイクルの点灯時間Ｔ12から時間Δｔ0だけ短い時間Ｔ22とされる。さらに、受光素子１５ｂ−３の検出信号が基準電圧より小さい場合には、次の第ｎ＋１番目のサイクルで発光素子１２−３の点灯時間が第ｎ番目のサイクルの点灯時間Ｔ13から時間Δｔ0だけ長い時間Ｔ23とされる。
【００４１】
以上により発光素子１２−１〜１２−３の点灯時間が制御され、発光素子１２−１〜１２−３、受光装置１５、制御装置２１により構成されるループのゲインを一定に制御できるため、指紋を正確に検出することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施例では、受光装置１５のうち発光素子１２−１〜１２−３からの光が最も強く入射すると思われる位置に配置された受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−３の検出信号を基準電圧と比較して、発光素子１２−１〜１２−３の発光量を制御したが、受光素子１５−１〜１５−ｎを発光素子１２−１〜１２−３に対応して分割して、各範囲内のピーク値を基準レベルと比較して、発光素子１２−１〜２１−３の駆動パルスをＰＷＭ制御するようにしてもよい。また、基準レベルと比較するピーク値は発光素子１２−１〜１２−３に対応する受光素子１５ｂ−１〜１５ｂ−３の近傍の画素の平均値を代用してもよい。
【００４３】
〔第２実施例〕
図６は本発明の第２実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００４４】
本実施例の画像検出装置１００は、制御装置１１１の構成及び動作が第１実施例とは相違する。
【００４５】
本実施例の制御装置１１１は、ＡＤＣ（analog digital converter）１２１、制御部１２２から構成される。
【００４６】
ＡＤＣ１２１は、受信装置１５からのアナログ検出信号をディジタルデータに変換する。ＡＤＣ１２１で変換されたディジタルデータは、制御部１２２に供給される。制御部１２２は、ＡＤＣ１２１からのディジタルデータに基づいて発光素子１２−１〜１２−３の発光を制御する。
【００４７】
図７は制御部１２２の発光素子制御動作のフローチャートを示す。
【００４８】
制御部１２２は、ステップＳ２−１で発光素子１２−１〜１２−３に対応して予め設定された範囲のデータを取得すると、ステップＳ２−２で取得した範囲のうちのピーク値を検出する。
【００４９】
次に制御部１２２は、ステップＳ２−３で検出したピーク値と基準レベルとを比較する。制御部１２２は、ステップＳ２−４でピーク値が基準レベルより大きいと判断したときには、ステップＳ２−５で対応する発光素子に駆動電流を供給する時間を決定するための駆動パルスのパルス幅を短縮する。
【００５０】
また、制御部１２２は、ステップＳ２−４でピーク値が基準レベルより小さいと判断したときには、ステップＳ２−６で対応する発光素子に駆動電流を供給する時間を決定するための駆動パルスのパルス幅を拡幅する。
【００５１】
以上により、第１実施例と同様に、発光素子１２−１〜１２−３の発光制御を行える。
【００５２】
なお、本実施例では、ピーク値と基準レベルとの大小関係に応じて１ステップづつ駆動パルスのパルス幅を制御したが、複数のステップ若しくはピーク値と基準レベルとの差分に応じた幅だけパルス幅を制御するようにしてもよい。複数のステップ若しくはピーク値と基準レベルとの差分に応じた幅だけパルス幅を制御することにより、発光素子１２−１〜１２−３の発光量を高速に所望の発光量に制御できる。
【００５３】
〔その他〕
なお、上記実施例では、３つの発光素子１２１−１〜１２１−３の発光量を制御する例について説明したが、２又は４以上の発光素子を制御する場合についても同様に制御可能であることは言うまでもない。
【００５４】
また、本発明を指紋検出装置に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、ライン型受光装置と発光素子を有する画像検出装置、一般に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施例のブロック構成図である。
【図２】本発明の第１実施例の斜視図である。
【図３】検出部３１のブロック構成図である。
【図４】制御部３２の発光素子制御動作のフローチャートである。
【図５】発光素子１２−１〜１２−３の発光動作を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施例のブロック構成図である。
【図７】制御部１２２の発光素子制御動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１、１００  画像検出装置
１１  回路基板、１２−１〜１２−３  発光素子、１３  導光ガイド、１４  イメージガイド
１５  受光装置、１５−１〜１５−ｎ  受光素子、１６  モールド樹脂
２１、１１１  制御装置
３１  検出部、３２  制御部
１２１  ＡＣＤ、１２２  制御部
【図１】
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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２】
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