(57)【要約】【課題】可動部分が無く小型化を達成し、被写体の移動を効率的に検知し容易に良好な画像の取得を可能とする。【解決手段】複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い全体の画像を取得する画像取得装置である。撮像素子部は、高解像度である第１の領域５１と、低解像度である第２の領域５２を有し、第２の領域５２で取得した部分画像から求めた被写体の移動情報をもとに第１の領域５１で取得した部分画像から全体の画像を合成する。また、第２の領域５２における画像取得は、第１の領域５１における画像取得の間で間欠的に行われる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い全体の画像を取得する画像取得装置において、前記撮像素子部は、高解像度である第１の領域と、低解像度である第２の領域を有し、前記第２の領域で取得した部分画像から求めた被写体の移動情報をもとに前記第１の領域で取得した部分画像から全体の画像を合成することを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記第２の領域は、被写体を相対的に移動する方向において前記第１の領域に併設したことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記第２の領域より低い解像度の第３の領域が有り、前記第２及び第３の領域は、被写体を相対的に移動する方向において前記第１の領域に順次併設され、前記第２の領域及び第３の領域で取得した部分画像から被写体の移動情報を求め、前記移動情報をもとに前記第１の領域及び第２の領域で取得した部分画像から全体の画像を合成することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記撮像素子部は、１行内の画素を走査する方向を主走査方向とし、被写体を相対的に移動する副走査方向に複数行の画素からなることを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記第２の領域は、画素の感度が前記第１の領域に合わせてあることを特徴とする請求項４に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記第２の領域は、主走査方向の画素間隔が前記第１の領域の画素間隔よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記第２の領域は、副走査方向の画素間隔が前記第１の領域の画素間隔よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記第１の領域は、前記第２の領域の主走査方向の出力タイミングに合わせて分割して出力することを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記第１の領域は、副走査方向の画素間隔が前記第２の領域に合わせてあることを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記第２の領域は、主走査方向及び副走査方向の画素間隔が前記第１の領域と同じであり、前記第２の領域において、画素の一部を読み出すことにより解像度を低くしたことを特徴とする請求項４に記載の画像取得装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の画像取得装置が用いられることを特徴とするスキャナ装置。
【請求項１２】
撮像対象が指紋又は静脈である請求項１から１０のいずれかに記載の画像取得装置が用いられることを特徴とする生体認証装置。
【請求項１３】
複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い全体の画像を取得する画像取得装置において、前記撮像素子部は、高解像度である第１の領域と、低解像度である第２の領域を有し、前記第２の領域における画像取得は、前記第１の領域における画像取得の間で間欠的に行われ、前記第２の領域で取得した部分画像から求めた被写体の移動情報をもとに前記第１の領域で取得した部分画像から全体の画像を合成することを特徴とする画像取得装置。
【請求項１４】
前記第２の領域における画像取得が、前記第１の領域における画像取得の間で間欠的に行われる頻度は、被写体の移動情報をもとに増減されることを特徴とする請求項１３に記載の画像取得装置。
【請求項１５】
前記第２の領域は、少なくとも一部は前記第１の領域と領域を共有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の画像取得装置。
【請求項１６】
前記被写体は生体であり、生体認証用の画像が取得されることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項１７】
被写体に対して相対的に移動しながら複数回の撮像を行い全体の画像を取得する画像取得方法において、高解像度で画像取得する工程、低解像度で画像取得する工程、前記低解像度で取得した部分画像から被写体の移動情報を求める工程、及び前記移動情報をもとに前記高解像度で画像取得する工程で取得した部分画像から全体の画像を合成する工程を有し、前記低解像度で画像取得する工程は、前記高解像度で画像取得する工程の間で間欠的に行うことを特徴とする画像取得方法。
【請求項１８】
前記低解像度で画像取得する工程を、前記高解像度で画像取得する工程の間に間欠的に行う頻度を、被写体の移動情報をもとに増減する制御工程を更に有することを特徴とする請求項１７に記載の画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の撮像領域を走査して、画像を取得する画像取得装置及び画像取得方法、特に、複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い全体の画像を取得する画像取得装置に関する。画像取得装置は、スキャナ装置、生体認証装置として応用される。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータを利用して情報のデジタル処理が広く行われている。画像処理の分野においても、被写体を画像化する際、画像を光電変換素子である撮像素子により撮像し、以後デジタル化されたデータにより、記録、又は表示等が行われている。画像情報のデジタル処理は、迅速性、加工性、装置の小型化に優れ、ＣＣＤカメラ他撮像装置として普及している。
【０００３】
近年、個人情報や機密情報に対するセキュリティを確保するため、指紋認証装置などの生体認証システムが注目され、事務機器や携帯機器への需要も高まっている。こうした指紋や顔、虹彩、掌紋などを用いた生体認証システムは、画像取得装置において生体の画像を取得して、この取得した画像から特徴抽出を行い、その情報を基に登録済みのデータと照合を行い、本人であることを認証する。
【０００４】
ここで、生体認証システムに用いられる画像取得装置の検出方式としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を用いた光学方式や、静電容量方式、圧力検知方式、感熱方式、電界検出方式などがある。また、別の分類としては、２次元のエリアセンサを用いて被写体画像を一括して取得するエリアタイプと、スウィープタイプと呼ばれる撮像方式がある。スウィープタイプでは、１次元ラインセンサあるいは被写体の副走査方向（移動方向）の画素数が２〜２０程度の帯状の２次元センサを用いて、被写体を副走査方向に順次撮像した画像から全体画像を合成して取得する。
【０００５】
スウィープタイプの方式は、２次元のエリアセンサを用いるエリアタイプよりも被写体を移動させるという被検者にとって煩瑣なことを要求されるが、装置として小型にすることができ、製造コストが低減される。なお、被写体を固定し、撮像素子部を移動させる方式もスウィープタイプであるが、被写体を移動する方式に比べて機構が複雑になるという不都合があった。
【０００６】
被写体を撮像素子部に対して移動したスウィープタイプの方式の装置において、画像の読み取りに関して次のような事態が生ずる。
【０００７】
図２０ａ、図２０ｂは、１本のラインセンサ（固体撮像素子）を用いた撮像素子部による像取得を説明するための図、図２１ａ、図２１ｂは、複数本のラインセンサを用いた撮像素子部による像取得を説明するための図である。
【０００８】
図２０ａ、図２０ｂは、１次元センサを用いたスキャナの例である。１本のラインセンサの図２０ａは、ラインセンサ１１１の長手方向を主走査方向、被写体の移動方向を副走査方向として両者の相対移動速度が十分遅い場合を示した図であり、図２０ｂは、相対移動速度が早い場合を示した図である。
【０００９】
図２０ａでは、ラインセンサ１１１で取得した複数の部分画像は、重なり部分を有し、全体の画像を再構成することができる。ところが、図２０ｂに示すように、相対移動速度が早くなると、移動速度が分からず、取得した部分画像から全体の画像を合成すると画像が伸縮してしまう。
【００１０】
図２１ａ、図２１ｂは、２次元センサを用いた指紋センサの例である。図２１ａは、複数本のラインセンサ１１２を用いる場合、ラインセンサ１１２の長手方向を主走査方向、被写体の移動方向を副走査方向として両者の相対移動速度が十分遅い場合を示した図である。図２１ｂは、相対移動速度が早い場合を示した図である。図２０ｂの場合と同様に、移動速度に撮像が追いつかず、取得した部分画像から全体の画像を合成すると画像が伸縮してしまう。特に高解像度化すると、フレームレートが落ちるためより追いつかなくなる。これを避けるためフレームレートを早くすると、クロック速度を上げなくてはならず、消費電流の増大やコスト上昇をもたらすことになり好ましくない。また、高解像度化は、ＩＦ回路増大コスト、ＩＣ面積大に繋がる。
【００１１】
そこで、被写体を指としてその移動を検知し、その情報を画像の合成に用いることが行われており、以下、被写体の移動を検知するスウィープタイプ方式の例について説明する。
【００１２】
特許文献１は、従来の被写体を移動させるスウィープタイプ方式の画像取得装置の一例が開示されている。
【００１３】
図２２は、特許文献１に開示された従来のスウィープタイプ方式の画像取得装置（指紋データ読み取り装置）を示す図である。
【００１４】
台１４１上の指１４２の表面１４２ａは、光源１４５からプリズム１４１ａを通して光が照射される。光源１４５は、１ライン分照射するライン光源で構成される。表面１４２ａからの反射光は、１ライン分の反射光を電気信号に変換するライン光センサで構成された光センサ１４６で受光する。光センサ１４６により変換された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１４７を経て、画像メモリ１４８に入力される。一方、指押さえ台１４３に取り付けられた移動距離検出センサ１４４は、光センサ１４６に対してほぼ直角に移動させる指の移動距離を検出する。
【００１５】
処理部１４９において、移動距離検出センサ１４４の出力と光センサ１４６の出力に基づき２次元の指紋画像データを画像メモリ１４８に格納する。
【００１６】
特許文献２は、従来の被写体を移動させるスウィープタイプ方式の画像取得装置の他の例が開示されている。
【００１７】
図２３は、特許文献２に開示された従来のスウィープタイプ方式の画像取得装置（指紋検出装置）を示す図である。
【００１８】
指紋検出装置１５１は、指１５２の表面の指紋１５３を光学的に検出する。指紋１５３の検出は、指１５２を読取りローラ１５４の外周面に接触させ、矢符１５２ａの方向に移動させながら読取りローラ１５４を角変位させることによって行う。
【００１９】
指紋検出装置１５１の内部には、光学系１５５と、読取りローラ１５４の角変位によって指１５２の移動を検出する移動検出手段１５６とが設けられる。光学系１５５には、読取りローラ１５４に接触している指１５２の表面に光を照射するための光源１５７と、指紋１５３からの反射光を撮像するラインセンサ１５８とが含まれる。ラインセンサ１５８は、複数の受光素子が１次元的に配列されて構成されるＣＣＤなどである。受光素子の配列方向を主走査方向として、指１５２が主走査方向に交差する副走査、例えば主走査方向に直交する方向に移動することによって、２次元的な画像の撮像を行うことができる。移動検出手段１５６は、読取りローラ１５４の角変位に基づいて、指表面部分の移動の方向及び距離を検出する。一定の方向に予め定める距離だけ移動していることが検出されるごとにラインセンサ１５８によって撮像される画像データを蓄積する。  
【００２０】
ラインセンサ１５８によって撮像される１次元的な画像は、画像合成手段１５９によって蓄積されて、２次元的な指紋等の画像に合成され、出力される。
【００２１】
また、上記課題に対して、被写体の部分画像自体を用いて、移動前後の部分画像間の関係から、被写体の移動情報を検出して、その移動情報に基づいて部分画像から全体の画像の合成を行う方法が知られている。移動情報は画像取得に用いる部分画像自身から得られる。特許文献３には、こうしたスイープ型指紋センサが示されている。
【００２２】
図２４は、特許文献３に開示された従来のスウィープタイプ方式の画像取得装置（指紋読み取りシステム）を示す図である。
【００２３】
指１６１がスライドし、各瞬間ｔ０〜ｔｎにおける指紋１６２の部分画像Ｉ０〜Ｉｎが生ずる。部分画像Ｉ０〜Ｉｎは、一部が重複し、相関をとることにより移動情報を得て再構成して指紋の全体画像を得る。
【００２４】
この方法においては、１つのセンサで画像取得と移動検出が行われるため、小型化と低コスト化が可能な利点がある。
【特許文献１】特開昭６３−２７３９７６号公報
【特許文献２】特開２００１−１８４４９０号公報
【特許文献３】特開平１０−０９１７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上記従来の被写体の移動を検知し、その情報を画像の合成に用いるスウィープタイプ方式の画像取得装置においては、ある程度の小型化を達成し、容易に良好な画像を取得できる。しかし、機構的に可動部分を有するため、小型化には限界があり、また、部品点数の増加や製造コストの増加を招いていた。
【００２６】
また、スウィープタイプ方式の装置において、被写体の部分画像間の関係から、被写体の移動情報を求め、その移動情報に基づいて全体の画像の合成を行うことは、次のような制約が懸念される。
【００２７】
図２１（ａ）、図２１（ｂ）により、スウィープタイプ方式の２次元センサとして、複数本のラインセンサ１１２を用いた場合の例について再度説明する。ラインセンサ１１２の長手方向を主走査方向、被写体の移動方向を副走査方向としている。図２１（ａ）は、画像取得間隔に対して被写体とセンサ（画像取得装置）の相対移動速度が遅い場合、図２１（ｂ）は、画像取得間隔に対して相対移動速度が速い場合を示した図である。
【００２８】
被写体とセンサの相対移動速度が画像取得間隔に対して遅い場合、取得した部分画像間には、同じ被写体の部位が移った重なり領域が存在する。このため、前後の部分画像を用いて、重なり領域の大きさを求めることにより、部分画像から相対移動情報を算出することができる。
【００２９】
一方、被写体とセンサの相対移動速度が画像取得間隔に対して速い場合は、取得した部分画像間には、同じ被写体の部位が移った重なり領域が存在しない。このため、前後の部分画像を用いて、重なり領域の大きさを求めて、部分画像から相対移動情報を算出することができない。このため、正確な移動情報が得られないため、ある程度推測して取得した画像から合成せざるを得なくなり、画像が伸縮してしまう。
【００３０】
特に高解像度化すると、データ量が増大するため、１枚の画像を取得する時間が長くなり、画像取得間隔が長くなる。また、相対移動速度が速くても移動速度を求めることを可能にするため、副走査方向の行数を増加した場合であっても、データ量が増大してしまうため結果的に撮像間隔が長くなってしまう。このように、高解像度化と速い被写体の移動速度に対する撮像能力はトレードオフの関係にある。
【００３１】
このように、可動部分がない２次元センサにより移動速度を検出する装置においては、高解像度化は、データ通信時間が長くなり、指の移動速度が速い場合に必要な画像取得間隔が得られず、画像を合成できなくなる制約があった。
【００３２】
そこで、本発明は、可動部分が無く小型化を達成しつつ、被写体の移動速度が速い場合にも移動速度を効率よく検知可能にして、高解像度な画像の取得を可能とした画像取得装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記課題を解決するため、本発明の画像取得装置は、複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い全体の画像を取得する画像取得装置において、前記撮像素子部は、高解像度である第１の領域と、低解像度である第２の領域を有し、前記第２の領域で取得した部分画像から求めた被写体の移動情報をもとに前記第１の領域で取得した部分画像から全体の画像を合成することを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の他の画像取得装置は、複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い全体の画像を取得する画像取得装置において、前記撮像素子部は、高解像度である第１の領域と、低解像度である第２の領域を有し、前記第２の領域における画像取得は、前記第１の領域における画像取得の間で間欠的に行われ、前記第２の領域で取得した部分画像から求めた被写体の移動情報をもとに前記第１の領域で取得した部分画像から全体の画像を合成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明により、被写体の移動情報を求めるための可動部分が無く小型化を達成する。撮像素子部の高解像度である領域と低解像度である領域から、被写体の移動速度が速い場合にも被写体の画像と移動情報を効率よく検知し、容易に良好な画像の取得を可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
［実施形態の概要］
本発明では、取得画像の高解像度化と移動情報を得るための副走査方向の行数の増加の両者が撮像間隔の短縮化とトレードオフ関係にあることに着目した。また、このトレードオフ関係が、全体の画像を合成するための部分画像自身を用いて、移動情報を得ることに起因していることに気づいた。そこで、全体の画像を合成するための部分画像と移動情報を得るための部分画像を分けて、それぞれを最適な解像度とタイミングで取得することで取得画像の高解像度化と対応可能な相対移動速度の高速化が両立できることを見出した。
【００３７】
取得画像を得るための高解像度な部分画像からは、移動速度は求めないので行数は少なくてよいが、画像を合成するために撮像間隔は短い必要がある。一方、移動速度を算出する低解像度な部分画像は、速い移動でも画像の重なりを確保するために、副走査方向の行数は必要であるが、画像は合成しないので撮像毎に速度を常に観測する必要はない。このことを利用して、以下の構成とした。
【００３８】
実施形態１における画像取得装置は、複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い、被写体の１次元もしくは２次元の部分画像から全体画像を合成する画像取得装置を前提としている。撮像素子部は、高解像度である第１の領域と、低解像度である第２の領域を有し、第２の領域で取得した部分画像から求めた被写体の移動情報をもとに第１の領域で取得した部分画像から全体の画像を合成する。
【００３９】
これにより、被写体の移動速度が速い場合にも移動速度を効率よく検知可能にして、高解像度な画像の取得を可能となる。
【００４０】
実施形態２における画像取得装置は、複数の画素からなる撮像素子部を有し、被写体を相対的に移動しながら複数回の撮像を行い、被写体の１次元もしくは２次元の部分画像から全体画像を合成する画像取得装置を前提としている。撮像素子部は、高解像度である第１の領域と、低解像度である第２の領域を有し、第２の領域で取得した部分画像から求めた被写体の移動情報をもとに第１の領域で取得した部分画像から全体の画像を合成する点は、実施形態１と同様である。その際、第２の領域における画像取得は、第１の領域における画像取得の間で間欠的に行われることとしている。
【００４１】
高解像度で部分画像を取得する撮像間隔と、低解像度で部分画像を取得する撮像間隔を異なる値としている。
【００４２】
これにより、画像認識を行うために必要な高解像度画像データは十分取得しながら、移動情報を測定するために必要な低解像度画像のデータ量を削減可能となり、画像取得速度の高速化と高解像度化を両立する。
【００４３】
また、第２の領域における画像取得が、第１の領域における画像取得の間で間欠的に行われる頻度は、第２の領域の画像取得から得られた被写体の移動情報をもとに増減される。すなわち、低解像度で部分画像を取得する撮像頻度を、被写体の相対移動速度に応じて増減することで、低解像度画像のデータの必要量を被写体の相対移動速度に応じて最適値にすることが可能になり、画像取得速度の高速化と高解像度化を両立する。
【００４４】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図１〜４は、実施形態１に共通の事項を説明するための図である。
【００４５】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１における光学式スイープセンサのセンサ部の概略図である。
【００４６】
図１において、１は、被写体としての指紋認証の対象となる指であり、副走査方向である矢印７の方向へ移動する。２は、指部を照射する光源としてのＬＥＤである。３は、指紋の凹凸パターンの光学的な差を撮像素子４へ導く光学部材である。撮像素子部である撮像素子４は、副走査方向に複数行（ライン）の画素を有する帯状のセンサであり、具体的にはＣＭＯＳ型の撮像素子である。１行内の複数の画素は、主走査方向として電子的に走査される。５は、ＬＥＤ２から指１への光の入射方向である。６は、ＬＥＤ２が発した光が指１内で散乱した後に、指１から光学部材３及び撮像素子４へ向かう光の出射方向である。なお、撮像対象は、指紋の外に静脈としてもよい。
【００４７】
図２は、光学式スイープセンサの全体構成を表したブロック図である。
【００４８】
指のスイープが開始されると、撮像素子部である画素部１２で指紋部分画像１０の撮影が開始される。その指紋部分画像１０は、センサ部１１内のフレームメモリ部１３で一旦保持されたあと、Ａ／Ｄ変換器１４を通してマイコン部１５内のメモリ部１６に蓄積される。この動作が指のスイープが終了するまでｎ回行われ、ｎフレーム分の指紋部分画像１０が撮影される。これら指紋部分画像１０はメモリ部１６内の任意のメモリに順次蓄積される。例えば１フレーム目はメモリ（１）に、２フレーム目はメモリ（２）に、ｎフレーム目はメモリ（ｎ）に蓄積される。
【００４９】
センサ部１１内のフレームメモリ部１３は、１フレームの撮影開始から終了までの時間を短縮するためにある。スイープセンサでは移動する指を撮影するため、この時間を短縮することが重要となる。
【００５０】
ｎ枚の指紋部分画像１０は画像処理部１７に送られ、画像処理部１７では画像の再構成や画像強調等が行われる。ここで再構成されて得られた指紋合成画像１０は指紋データベース１８に保存されるか、照合部１９において指紋データベース１８内の指紋との照合が行われる。
【００５１】
図３は、光学式スイープセンサの画素部の単位画素とフレームメモリ部内と単位メモリの回路構成を簡単に表した図である。
【００５２】
単位画素は、高解像度の単位画素４１、低解像度の単位画素４２共、フォトダイオードＰＤ、スイッチＭＴＸ、リセットスイッチＭＲＥＳ、アンプＭＳＦ、及びスイッチＭＳＥＬからなる。スイッチＭＴＸ、リセットスイッチＭＲＥＳ、アンプＭＳＦ、及びスイッチＭＳＥＬはＦＥＴである。
【００５３】
スイッチＭＴＸは、フォトダイオードＰＤの信号電荷を後段のアンプに転送する素子であり、リセットスイッチＭＲＥＳは、アンプのゲート部の残留電荷を除去するための素子である。アンプＭＳＦは、ゲート部の信号電圧をバッファするアンプであり、スイッチＭＳＥＬは、アンプＭＳＦからの出力の信号線への読み出しを制御する素子である。画素からのフォトダイオード信号と画素アンプのリセットノイズは、フレームメモリ内の単位メモリ４３の容量ＣＳ，ＣＮに一時蓄積された後に読み出される。Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、ＣＳ，ＣＮに対する書き込み、読み出しを制御するためのスイッチである。スイッチＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、ＦＥＴである。
【００５４】
図４は、指紋部分画像１０の第ｍフレーム４６と第ｍ+１フレーム４７の画像を模式的に表した図である。
【００５５】
図４を用いて、画像処理部１７にて行われる再構成について説明する。
【００５６】
図４中の４８とは、第ｍフレーム４６と第ｍ+１フレーム４７で、指の同じ場所を撮影した画像の重複部である。画像処理部１７では、フレームごとの連続する２枚の部分画像間でこの重複部を検出する。前後の部分画像を繋げる際には、再構成後の画像にこの重複部が２回現れないよう、第ｍフレーム４６もしくは第ｍ+１フレーム４７のどちらかの部分画像からはこの重複部を省略してから繋げる。前後の部分画像は、特徴的形状を抽出し、両者の相対位置関係に基づき連結する。
【００５７】
図５は、以下に述べる第１の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部を示した図であるが、実施形態１の代表として説明する。
【００５８】
図５に示すものは、指紋センサである。撮像素子部の第１の領域５１は、高解像度部であり、１行の短冊状の固体撮像素子からなる、部分画像を取得するための領域である。１行の短冊状の固体撮像素子は、電子的走査の方向である主走査方向に並べられている。上記したように一連の部分画像から指の全体画像を合成する。
【００５９】
第２の領域５２は、低解像度部であり、複数本の固体撮像素子からなる、指の相対的な移動情報を取得するための領域である。移動情報は、指の速度や移動距離、方向などの情報である。指は、主走査方向とは異なる他の方向、例えば直角方向に移動して副走査方向としている。第２の領域５２は、指の移動方向、すなわち副走査方向において第１の領域５１に併設されている。第２の領域５２は、１行内の主走査方向の画素間隔が第１の領域５１の１行内の画素間隔よりも大きい。
次に、本発明の実施形態１における撮像素子部の具体的態様について、第１の実施例から第４の実施例について説明する。
【００６０】
（第１の実施例）
本実施例は、撮像素子部が解像度の異なる２つの領域からなる指紋センサである。
【００６１】
図６は、第１の実施例におけるタイミングチャートである。
【００６２】
図５において、第１の領域５１は、間隔が２５μｍの２５６の画素が１行であり、解像度は、２５６画素×１行、１０１６ＤＰＩである。第２の領域は、間隔が５０μｍの１２８の画素が４行であり、解像度は、１２８画素×４行、５０８ＤＰＩである。第１の領域５１の１行と第１の領域５１に接する第２の領域５２の最上段の１行との間隔、及び第２の領域の行間は、５０μｍである。
【００６３】
図６において、信号Ｖ１，Ｖ２の区間で第１の領域５１の１行目の偶数画素１２８、奇数画素１２８が出力される。信号Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の区間で第２の領域５２の１行目の画素１２８、２行目の画素１２８、３行目の画素１２８、４行目の画素１２８が出力される。第２の領域５２の主走査方向の出力タイミングに合わせて、第１の領域５１の出力を分割して出力する。
【００６４】
１行だけ、画像合成用に高解像度化され、他の行は、移動速度検出用に低解像度化されている。高解像度化領域は、１行のみなので、フレームレートがそれほど大きくなく、全体の消費電流やコストが抑えられる。また、ＩＦ回路を低解像度に合わせることでコスト、面積増加も抑えられる。
【００６５】
第１の領域５１と第２の領域５２の出力を一致させるために、それぞれの画素の開口率をα１，α２、アンプゲインをＧ１，Ｇ２として、α１×Ｇ１＝α２×Ｇ２とし、感度が同じとなる。
【００６６】
（第２の実施例）
本実施例は、撮像素子部が解像度の異なる２つの領域からなるスキャナ用センサである。
【００６７】
図７は、第２の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部を示した図である。
【００６８】
図８は、第２の実施例におけるタイミングチャートである。
図７に示すものは、スキャナ用センサである。図７において、第１の領域６１は、間隔が２５μｍの２５６の画素を１行として３行あり、解像度は、２５６画素×３行、１０１６ＤＰＩである。各行の間隔は、２５μｍである。第２の領域６２は、間隔が５０μｍの６４画素を１行として６行あり、解像度は、６４画素×６行、５０８ＤＰＩである。第１の領域６１の最下段の１行と第１の領域６１に接する第２の領域６２の最上段の１行との間隔、及び第２の領域の各行の間隔は、５０μｍである。
【００６９】
図８において、信号Ｖ１，Ｖ２の区間で第１の領域６１の１行目の１〜６４画素、６５〜１２８画素が出力される。以下順次、信号Ｖ１２の区間で第１の領域６１の３行目の１９３〜２５６画素が出力される。信号Ｖ１３，Ｖ１４，Ｖ１５の区間で第２の領域６２の１行目の１〜６４画素、２行目の１〜６４画素、３行目の１〜６４画素が出力される。第２の領域６２の主走査方向の出力タイミングに合わせて、第１の領域６１の出力を分割して出力する。
【００７０】
３行において、画像合成用に高解像度化され、他の行は、移動速度検出用に低解像度化されている。高解像度化領域は、３行のみなので、フレームレートがそれほど大きくなく、全体の消費電流やコストが抑えられる。また、ＩＦ回路を低解像度に合わせることでコスト、面積増加も抑えられる。
【００７１】
第１の領域６１と第２の領域６２の出力を一致させるために、それぞれの画素の開口率をα１，α２、アンプゲインをＧ１，Ｇ２として、α１×Ｇ１＝α２×Ｇ２とし、感度が同じとなる。
【００７２】
（第３の実施例）
本実施例は、撮像素子部が解像度の異なる３つの領域からなるスキャナ用センサである。  
【００７３】
図９は、第３の実施例における第１の領域、第２の領域、及び第３の領域からなる画    素部を示した図である。第２及び第３の領域は、被写体を相対的に移動する方向において第１の領域に順次併設されている。
【００７４】
図９に示すものは、スキャナ用センサである。第１の領域７１は、第２の実施例と同様な構成であり、間隔が２５μｍの２５６の画素を１行として３行あり、解像度は、２５６画素×３行、１０１６ＤＰＩである。各行の間隔は、２５μｍである。
【００７５】
第２の領域７２も、第２の実施例と同様な構成であり、間隔が５０μｍの６４画素を１行として６行あり、解像度は、６４画素×６行、５０８ＤＰＩである。第１の領域７１の最下段の１行と第１の領域７１に接する第２の領域７２の最上段の１行との間隔、及び第２の領域の各行の間隔は、５０μｍである。
【００７６】
第２の領域７２と副走査方向に併設して第３の領域７３があり、間隔が５０μｍの３２画素を１行として４行あり、解像度は、２画素×４行、２５４ＤＰＩである。第２の領域７２の最下段の１行と第２の領域７２に接する第３の領域７３の最上段の１行との間隔、及び第３の領域の各行の間隔は、１００μｍである。
【００７７】
第１の領域７１は、画像合成用に高解像度化され、第２の領域７２は、中解像度化され、移動速度検出及び画像取得兼用であり、第３の領域７３は、低解像度化され、移動速度検出用である。
【００７８】
高解像度化領域は、３行のみなので、フレームレートがそれほど大きくなく、全体の消費電流やコストが抑えられる。また、ＩＦ回路を低解像度に合わせることでコスト、面積増加も抑えられる。
【００７９】
第１の領域７１と第２の領域７２の出力を一致させるために、それぞれの画素の開口率をα１，α２、アンプゲインをＧ１，Ｇ２として、α１×Ｇ１＝α２×Ｇ２とし、感度が同じとなる。
【００８０】
第２の領域７２の解像度とピッチに第１の領域７１を合わせることで、第２の領域７２も、第１の領域７１とともに、画像取得を行うことができる。また、ＩＦを中解像度の第２の領域に合わせることで、ＩＣの回路規模を抑えることができる。
【００８１】
更に、第３の領域７３にも低解像度の領域を、幅を狭く設定することで、より相対速度が高速な場合でも追従可能にできる。
【００８２】
第２、第３の領域７２，７３は、幅を第１の領域７１よりも狭くしているが、この場合、空いている領域をＡＭＰ部、ＴＧ部、Ａ／Ｄ変換部などの回路部に使用することでＩＣの面積を有効利用できる。
【００８３】
なお、上記第１〜３の実施例においては、いずれも副走査方向においても低解像度の第２の領域の画素間隔を高解像度の第１の領域よりも大きく（粗く）していたが、副走査方向における第１の領域の画素間隔を第２の領域の画素間隔に合わせてもよい。
【００８４】
（第４の実施例）
図１０は、第４の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部を示した図である。
【００８５】
第１の領域８１と副走査方向に併設して第２の領域８２があるが、主走査方向及び副走査方向における両者の画素間隔は同じである。
【００８６】
ここでは、第２の領域８２を低解像度部とするために、画素の一部を間引き駆動する。例えば、間引き間隔を８画素とする。すなわち、両領域では、信号を読み出す画素の空間的配置が異なっている。これにより、画像合成用の第１の領域８１は、高解像度化され、第２の領域８２は、移動速度検出用に低解像度化されている。画素配置が全体で同じであり、容易に製作することができる。
【００８７】
［実施形態２］
（第５の実施例）
次に、本発明を適用した、第５の実施例について説明する。
【００８８】
本実施例は、撮像素子部が解像度の異なる２つの領域からなる指紋センサである。
【００８９】
本実施例における光学式スイープセンサのセンサ部、及び画素部の単位画素とフレームメモリ部内と単位メモリの回路構成は、実施形態１と同様でありそれぞれ図１、図３で示される。
【００９０】
図１１は、本実施例における光学式スイープセンサの全体構成を表したブロック図である。
【００９１】
指のスイープが開始されると、撮像素子部である画素部２２で指紋部分画像１０（１０ａ，１０ｂ）の撮影が開始される。その指紋部分画像１０は、センサ部２１内のフレームメモリ部２３で一旦保持されたあと、Ａ／Ｄ変換器２４を通してマイコン部２５内のメモリ部２６に蓄積される。この動作が指のスイープが終了するまでｎ回行われ、ｎフレーム分の指紋部分画像１０が撮影される。これら指紋部分画像１０はメモリ部２６内の任意のメモリに順次蓄積される。例えば１フレーム目はメモリ（１）に、２フレーム目はメモリ（２）に、ｎフレーム目はメモリ（ｎ）に蓄積される。
【００９２】
センサ部２１内のフレームメモリ部２３は、１フレームの撮影開始から終了までの時間を短縮するためにある。スイープセンサでは移動する指を撮影するため、この時間を短縮することが重要となる。
【００９３】
ここで、本実施例における指紋部分画像は、高解像度な部分画像と低解像度な部分画像を切り替えて出力可能となっている。ｎ枚の指紋部分画像１０のうち、低解像度な部分画像を１０ａ、高解像度な部分画像を１０ｂとして表記する。低解像度な部分画像１０ａは、速度検出部２７に送られ、２枚の部分画像間の相関を求めて、被写体の移動情報である移動速度を求める。移動情報としては、ほかに移動距離や加速度などでも良い。        
【００９４】
一方、高解像度な部分画像を１０ｂは画像処理部２８に送られ、速度検出部の速度情報である移動情報３４を用いて高解像度な部分画像から再構成（合成）して全体画像を取得する。ここで再構成されて得られた被写体全体の指紋合成画像は、更に、この画像処理部２８において画像強調などの画像処理を行った後、特徴抽出が行われ、指紋特徴情報３２に変換される。指紋特徴情報３５は、例えば指紋の隆線の端点や分岐点などの特徴点分布情報である。指紋特徴情報３５は、照合・登録部２９に送られ、指紋データベース３０に登録されたり、あるいは指紋データベース３０内の登録済み指紋特徴情報との照合が行われる。一方、速度検出部２７で得られた移動情報３１は、センサ部２１内のタイミング発生部（ＴＧ部）３１内の画像取得ルーチン制御部３４にも送られる。ここで、移動情報３４に基づいて、解像度を切り替える切替制御信号３６を解像度モード切替部３３に送ることにより、解像度モード切替部３３は、切り替えられた解像度モードに従ったセンサ駆動パルス３７を画素部に選択出力する。
【００９５】
図４を再び用いて、低い解像度の指紋部分画像１０ａの第ｍフレーム３２と第ｍ+１フレーム３３の画像を模式的に表せる。
【００９６】
図４を用いて、速度検出部１７にて行われる再構成移動情報の取得について説明する。
【００９７】
図４中の４８とは、第ｍフレーム４６と第ｍ+１フレーム４７で、指の同じ場所を撮影した画像の重複部である。速度検出部２７では、フレームごとの連続する２枚の部分画像間でこの重複部を検出する。相関を求めることにより、この重複部がどのくらい離れているかの移動情報（距離や速度）を検出する。これにより得られた移動情報を用いて、画像処理部１８において、高解像度な領域の部分画像１０ｂを並べて配置することにより全体の指紋画像を形成する。
【００９８】
前後の部分画像を繋げる際には、再構成後の画像にこの重複部が２回現れないよう、第ｍフレーム４６もしくは第ｍ+１フレーム４７のどちらかの部分画像からはこの重複部を省略してから繋げる。前後の部分画像は、特徴的形状を抽出し、両者の相対位置関係に基づき連結する。
【００９９】
本実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部は、前述の実施形態１における図５で示される。
【０１００】
図５に示すものは、指紋センサである。撮像素子部の第１の領域５１は、高解像度部であり、１行の短冊状の固体撮像素子からなる、部分画像を取得するための領域である。１行の短冊状の固体撮像素子は、電子的走査の方向である主走査方向に並べられている。上記したように一連の部分画像から指の全体画像を合成する。
【０１０１】
第２の領域５２は、低解像度部であり、複数本の固体撮像素子からなる、指の相対的な移動情報を取得するための領域である。移動情報は、指の速度や移動距離、方向などの情報である。指は、主走査方向とは異なる他の方向、例えば直角方向に移動して副走査方向としている。第２の領域５２は、指の移動方向、すなわち、副走査方向において第１の領域５１に併設されている。第２の領域５２は、１行内の主走査方向の画素間隔が第１の領域５１の１行内の画素間隔よりも大きい。
【０１０２】
図１２ａ、図１２ｂ及び図１３ａ、図１３ｂは、本実施例の動作を説明するタイミングチャートである。
【０１０３】
図１２ａは、第１の読出しモード、図１２ｂは、第２の読出しモード、図１３ａは、被写体との相対移動速度が遅い場合、図１３ｂは、被写体との相対移動速度が早い場合におけるそれぞれタイミングチャートである。
【０１０４】
また、図１４は、本実施例の動作を説明するフローチャートである。
【０１０５】
図５において、第１の領域５１は、間隔が２５μｍの２５６の画素が１行であり、解像度は、２５６画素×１行、１０１６ＤＰＩである。第２の領域は、間隔が５０μｍの１２８の画素が４行であり、解像度は、１２８画素×４行、５０８ＤＰＩである。第１の領域５１の１行と第１の領域５１に接する第２の領域５２の最上段の１行との間隔、及び第２の領域の行間は、５０μｍである。１行だけ、画像合成用に高解像度化され、他の行は、移動速度検出用に低解像度化されている。
【０１０６】
図１２ａ、図１２ｂにおいて、信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６は、読み出す画素行を選択するための副走査方向のシフトレジスタの出力信号を示している。また、ＤＡＴＡが、読み出した画素行の信号を示す。
【０１０７】
信号Ｖ１，Ｖ２の区間で第１の領域５１の１行目の偶数画素のみ１２８画素数分、奇数画素のみ１２８画素数分がそれぞれ出力される。信号Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の区間で第２の領域５２の１行目の画素１２８画素数分、２行目の画素１２８画素数分、３行目の画素１２８画素数分、４行目の画素１２８画素数分が出力される。第２の領域５２の主走査方向の出力タイミングに合わせて、第１の領域５１の出力は２分割して出力される。
【０１０８】
図１２ａは、高解像度部である第１の領域と低解像度部である第２の領域を部分画像として連続して読み出した第１の読出しモードの場合を示している。部分画像１フレームは７６８画素分の出力となる。図１２ｂは、高解像度部である第１の領域のみを部分画像として連続して読み出した第２の読出しモードの場合を示している。部分画像１フレームは２５６画素分の出力となる。第２の読出しモードでデータ転送する時間は、第１の領域と第２の領域のデータを合わせて転送する第１の読出しモードのデータ転送時間の１／３ですむ計算となる。
【０１０９】
なお、第１の領域５１と第２の領域５２の出力を一致させるために、それぞれの画素の開口率をα１，α２、アンプゲインをＧ１，Ｇ２として、α１×Ｇ１＝α２×Ｇ２とし、感度が同じとなるようにしている。
【０１１０】
図１３ａ、図１３ｂと図１４を用いて、連続して部分画像を取得する際の動作を説明する。
【０１１１】
図１３ａ、図１３ｂにおいて、ＤＡＴＡＯＵＴは、画素部から読み出した指紋部分画像信号を示す。また、指紋部分画像信号のうち、５００ＤＰＩと記載した部分が低解像度の部分画像であり、１０００ＤＰＩと記載した部分が高解像度の部分画像である。
【０１１２】
図１３ａは、被写体としての指の移動速度が遅い場合のタイミングチャートであり、高解像度と低解像度を組み合わせた第１の読出しモードで連続して読み出している。読出し速度は、１０００ｆｐｓ（フレーム／秒）である。
【０１１３】
図１３ｂは、被写体としての指の移動速度が速い場合のタイミングチャートであり、高解像度と低解像度を組み合わせた第１の読出しモードで２フレーム出力後、高解像度のみの第２の読出しモードで４フレーム出力する計６フレームを繰り返し出力する。高解像度での撮像間隔は、１０００ｆｐｓで２フレームと３０００ｆｐｓで４フレームあり、平均して１８００ｆｐｓ相当となる。
【０１１４】
このように、指の移動速度が速いときは、高解像度での撮像間隔を１０００ｆｐｓから１８００ｆｐｓに増加することにより、被写体の移動に追従した撮像を可能としている。一方、移動速度を求めるための低解像度撮像間隔は２フレーム間隔から６フレーム間隔に伸びてしまうが、移動速度については、６フレーム間隔で求めた前後の移動速度からその間の移動速度を補間して求めることができる。したがって、低解像度撮像を間引いたことで減少したデータ量を、高解像度化と高速度撮像に振り分けることを実現している。また、被写体の相対的な移動速度が遅いときは、撮像間隔は遅くてよいので、その分を移動速度の測定間隔を短くして精度の高い移動速度算出に振り分けている。このように、移動速度に応じて撮像間隔の組み合わせを変えることで、最適化を行うことができる。
【０１１５】
図１４に示すフローチャートは、図１１の画像取得ルーチン制御部２３が行う、画像取得ルーチンを示している。
【０１１６】
図１４において、Ｓ（ステップ）１１０において画像取得ルーチンが図１１のマイコン部２５からの不図示の制御信号で開始されると、Ｓ１１１において、まず高解像度と低解像度を組み合わせた第１の読出しモードで２枚の部分画像が取得する。Ｓ１１２において、この２枚の部分画像のうち、低解像度部の画像から得られた移動情報３４を取得して、Ｓ１１３において閾値Ｖｔと、被写体の移動速度の比較を行う。速度が閾値よりも低い場合は、Ｓ１１８に進み、画像取得がマイコン部２５からの不図示の制御信号で終了されない場合は、ひきつづきＳ１１１に進み、高解像度と低解像度を組み合わせた第１の読出しモードで画像を取得し続ける。
【０１１７】
一方、Ｓ１１３において閾値Ｖｔと、被写体の移動速度の比較を行い、速度が閾値よりも高い場合は、Ｓ１１４に進みフレームカウント数ｎを初期化して、Ｓ１１５で第２の読出しモードで高解像度のみの画像を取得する。Ｓ１１６でフレームカウント数ｎをカウントアップして、Ｓ１１７でフレームカウント数が４以上になったかを比較する。Ｓ１１７でフレームカウント数が４より少ない場合はＳ１１４に進み、４以上の場合はＳ１１８に進む。画像取得がマイコン部２５からの不図示の制御信号で終了されない場合は、ひきつづきＳ１１１に進み、高解像度と低解像度を組み合わせた第１の読出しモードで再び画像を取得する。終了する場合は、Ｓ１１９に進み終了する。
【０１１８】
Ｓ１１１で低解像度での画像を取得する工程を行い、Ｓ１１１とＳ１１４〜１１７で高解像度での画像を取得する工程を行い、移動速度が速い場合は、Ｓ１１４〜１１７の期間が入ることで低解像度での画像を取得する工程を間欠的に行っている。また、Ｓ１１３によって移動速度に応じて動作を切り替えることで、撮像間隔を最適化している。
【０１１９】
このようにして、高解像度での画像を取得する工程と、低解像度での画像を取得する工程とを分けたうえで、低解像度での画像を取得する工程を間欠的に行うようにした。ここで、高解像度での画像は画像認識を行うために必要な画像であり、低解像度での画像は、高解像度での画像取得を行うための補助情報（ここでは移動情報）を取得するための画像である。
【０１２０】
これにより、画像認識を行うために必要な高解像度画像データは十分取得しながら、移動情報を測定するために必要な低解像度画像のデータ量を必要量まで削減可能となり、画像取得速度の高速化と高解像度化を両立する。
【０１２１】
また、高解像度で画像取得する工程の間に低解像度で画像取得する工程を間欠的に行う頻度を被写体の移動情報をもとに増減する制御工程とを更に有するようにした。
【０１２２】
これにより、移動情報を測定するために必要な低解像度画像のデータ量を被写体の相対移動速度に応じて最適値にすることが可能になり、画像取得速度のさらなる高速化と高解像度化を両立する。
【０１２３】
（第６の実施例）
本実施例は、撮像素子部が解像度の異なる２つの領域からなるスキャナ用センサである。
【０１２４】
図１５は、第６の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部を示した図である。
【０１２５】
図１６ａは、全画面出力モード、図１６ｂは、第１の読出しモード、図１６ｃは、第２の読出しモードにおけるそれぞれのタイミングチャートである。
【０１２６】
図１７ａは、被写体との相対移動速度が遅い場合、図１７ｂは、被写体との相対移動速度が早い場合におけるそれぞれのタイミングチャートである。
【０１２７】
また、図１８は、第６の実施例の動作を説明するフローチャートである。
【０１２８】
図１５に示すものは、スキャナ用センサである。
【０１２９】
図１５において、第１の領域９１は、間隔が２５μｍの２５６の画素を１行として３行あり、解像度は、２５６画素×３行、１０１６ＤＰＩである。各行の間隔は、２５μｍである。第２の領域９２は、間隔が５０μｍの６４画素を１行として２４行あり、解像度は、６４画素×２４行、５０８ＤＰＩである。第１の領域９１の最下段の１行と第１の領域９１に接する第２の領域９２の最上段の１行との間隔、及び第２の領域の各行の間隔は、５０μｍである。３行は、画像合成用に高解像度化され、別の２４行は、移動速度検出用に低解像度化されている。
【０１３０】
図１６ａにおいて、信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３・・・Ｖ３６は、読み出す画素行を選択するための副走査方向のシフトレジスタの出力信号を示している。また、ＤＡＴＡが、読み出した画素行の信号を示す。
【０１３１】
信号Ｖ１，Ｖ２の区間で第１の領域９１の１行目の１〜６４画素、６５〜１２８画素が出力される。以下順次６４画素ずつ、信号Ｖ１２の区間で第１の領域６１の３行目の１９３〜２５６画素が出力される。信号Ｖ１３，Ｖ１４〜Ｖ３６の区間で第２の領域９２の１行目の１〜６４画素、２行目の１〜６４画素・・・と続いて、２４行目の１〜６４画素が出力される。第２の領域９２の主走査方向の出力タイミングに合わせて、第１の領域９１の出力を８分割して出力する。
【０１３２】
３行が画像合成用に高解像度化され、他の行は、移動速度検出用に低解像度化されている。高解像度化領域は、３行のみなので、フレームレートがそれほど大きくなく、全体の消費電流やコストが抑えられる。また、ＩＦ回路を低解像度に合わせることでコスト、面積増加も抑えられる。
【０１３３】
第１の領域９１と第２の領域９２の出力を一致させるために、それぞれの画素の開口率をα１，α２、アンプゲインをＧ１，Ｇ２として、α１×Ｇ１＝α２×Ｇ２とし、感度が同じとなる。
【０１３４】
図１６ｂは、低解像度部である第２の領域のみを部分画像として連続して読み出した第１の読出しモードの場合を示している。部分画像１フレームは１５３６画素分の出力となる。図１６ｃは、高解像度部である第１の領域のみを部分画像として連続して読み出した第２の読出しモードの場合を示している。部分画像１フレームは１５３６画素分の出力となる。第２の読出しモードでデータ転送する時間は、第１の読出しモードと等しい計算となる。
【０１３５】
図１７ａ、図１７ｂと図１８を用いて、連続して部分画像を取得する際の動作を説明する。
【０１３６】
図１７ａ、図１７ｂにおいて、ＤＡＴＡＯＵＴは、画素部から読み出した部分画像信号を示す。また、部分画像信号のうち、５００ＤＰＩと記載した部分が低解像度の部分画像であり、１０００ＤＰＩと記載した部分が高解像度の部分画像である。
【０１３７】
図１７ａは、被写体としての紙に対してのスキャナの相対移動速度が遅い場合のタイミングチャートである。
【０１３８】
第１の読出しモードである低解像度で２フレームを読出し後、第２読出しモードである高解像度を２フレーム読出しを１セットとして、周期的に繰り返して読み出している。実効的な読出し速度は、各モードを１０００ｆｐｓ（フレーム／秒）とすると、約半分の５００ｆｐｓとなる。
【０１３９】
図１７ｂは、被写体に対してのスキャナの相対移動速度が速い場合のタイミングチャートである。
【０１４０】
第１の読出しモードである低解像度で２フレームを読出し後、第２の読出しモードである高解像度を６フレーム読出しを１セットとして、周期的に繰り返して読み出している。高解像度での実効的な撮像間は７５０ｆｐｓとなる。
【０１４１】
このように、被写体の相対的な移動速度が速いときは、高解像度での撮像間隔を５００ｆｐｓから７５０ｆｐｓに増加することにより、被写体の相対移動に追従した撮像を可能としている。一方、移動速度を求めるための低解像度撮像間隔は４フレーム間隔から８フレーム間隔に伸びてしまうが、移動速度は８フレーム間隔で求めた前後の移動速度からその間の移動速度を補間して求めることができる。したがって、低解像度撮像を間引いたことで減少したデータ量を、高解像度化と高速度撮像に振り分けている。また、被写体の相対的な移動速度が遅いときは、撮像間隔は遅くてよいので、その分を移動速度の測定間隔を短くして精度の高い移動速度算出に振り分けている。このように、移動速度に応じて撮像間隔の組み合わせを変えることで、最適化を行うことができる。
【０１４２】
図１８は、本実施例におけるフローチャートである。
【０１４３】
このフローチャートは、図１１の画像取得ルーチン制御部２３が行う、画像取得ルーチンを示している。
【０１４４】
図１８において、Ｓ１２０において画像取得ルーチンがマイコン部からの不図示の制御信号で開始されると、Ｓ１２１において、まず低解像度である読み取りモードで２枚の部分画像を取得する。Ｓ１２２において、この２枚の部分画像から得られた移動情報を取得して、Ｓ１２３において閾値Ｖｔと、被写体の相対移動速度の比較を行う。速度が閾値よりも高い場合は、Ｓ１２４に進みフレーム制限数ｍを６に設定する。速度が閾値よりも低い場合は、Ｓ１２５に進みフレーム制限数ｍを２に設定する。Ｓ１２６においてフレームカウント数ｎを初期化して、Ｓ１２７で高解像度のみの画像を取得して、Ｓ１２８でフレームカウント数ｎをカウントアップして、Ｓ１２９でフレームカウント数がｍ以上になったかを比較する。Ｓ１２９でフレームカウント数がｍより少ない場合はＳ１２６に進み、ｍ以上の場合はＳ１３０に進む。画像取得がマイコン部からの不図示の制御信号で終了されない場合は、ひきつづきＳ１２０に進み、低解像度のモードで再び画像を取得する。終了する場合は、Ｓ１３１に進み終了する。
【０１４５】
Ｓ１２１で低解像度での画像を取得する工程を行い、Ｓ１２６〜１２９で高解像度での画像を取得する工程を行う。Ｓ１２３によって移動速度に応じて、Ｓ１２６〜１２９の間の画像取得枚数を切り替えることで間欠的に行う低解像度での画像を取得する工程の間隔を最適化している。
【０１４６】
このようにして、画像認識を行うために必要な高解像度領域の画像取得工程と、高解像度領域の画像取得を行うための補助情報（ここでは移動情報）を取得するための低解像度領域の画像取得工程とを分ける。そのうえで、低解像度領域の画像取得工程を間欠的に行うようにした。これにより、画像認識を行うために必要な高解像度画像データは十分取得しながら、移動情報を測定するために必要な低解像度画像のデータ量を必要量まで削減可能となり、画像取得速度の高速化と高解像度化を両立する。
【０１４７】
また、高解像度で画像取得する工程の間に低解像度で画像取得する工程を間欠的に行う頻度を被写体の相対的な移動情報をもとに増減する制御工程とを更に有するようにした。
【０１４８】
これにより、移動情報を測定するために必要な低解像度画像のデータ量を被写体の相対移動速度に応じて最適値にすることが可能になり、画像取得速度のさらなる高速化と高解像度化を両立する。
【０１４９】
（第７の実施例）
次に、本発明を適用した、第７の実施例について説明する。
【０１５０】
本実施例は、第３の実施例と同様の生体認証用センサの例を示すが、ここでは静電容量型の指紋センサとして例示する。先に述べたように、指紋センサとしては光学式のほかに、静電容量方式、圧力検知方式、感熱方式、電界検出方式などが知られている。しかし、本発明の本質は、全体画像合成用の取得画像と速度検出用の画像の解像度と取得タイミングを分けて最適化したことにあり、検出方式によらないことはいうまでもない。
【０１５１】
図１９ａ〜図１９ｃは、本発明を適用した静電容量方式の指紋センサの画素部を示した図である。図１９ａは、画素構成を示し、図１９ｂは、高解像度読み出し時、図１９ｃは、同じく低解像度読み出し時を示す。
【０１５２】
図１５に示した高解像度な第１の領域と低解像度な第２の領域は、ここでは、１０１，１０２に示すように部分的に重なっている。すなわち、第２の領域は、少なくとも一部は第１の領域と領域を共有する。高解像度で読み出すときは図１９ｂのように高解像度部のみの全画素が読み出される。一方、低解像度で読み出すときは図１９ｃのように低解像度部とともに高解像度部の一部が間引かれて出力される。動作としては、実施例６の図１７ａ、図１７ｂ、図１８のように高解像度での画像取得工程と、移動情報を取得するための低解像度での画像取得工程とを分けたうえで、低解像度での画像取得工程を間欠的に行う。これにより、画像認識を行うために必要な高解像度画像データは十分取得しながら、移動情報を測定するために必要な低解像度画像のデータ量を必要量まで削減可能となり、画像取得速度の高速化と高解像度化を両立する。
【０１５３】
以上、実施形態１，２について指紋センサやスキャナ用センサについて説明したが、指紋画像の代わりに静脈画像を取得するセンサ等他の生体認証用の画像取得装置に適用してもよい。また、物体を認識するために撮像をするという意味ではスキャナ以外の産業用カメラやロボットの眼などの物体認識用のカメラに適用してもよい。また、撮像方式は、光学式以外に、静電容量式、電界を利用した方式など他の方式でもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明における光学式スイープセンサのセンサ部の概略図
【図２】本発明の実施形態２における光学式スイープセンサの全体構成を表したブロック図
【図３】光学式スイープセンサの画素部の単位画素とフレームメモリ部内と単位メモ    リの回路構成を簡単に表した図
【図４】指紋部分画像１０の第ｍフレーム１２と第ｍ+１フレーム１３の画像を模式    的に表した図
【図５】実施形態１の第１の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部    を示した図
【図６】第１の実施例におけるタイミングチャート
【図７】第２の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部を示した図
【図８】第２の実施例におけるタイミングチャート
【図９】第３の実施例における第１の領域、第２の領域、及び第３の領域からなる    画素部を示した図
【図１０】第４の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部を示した図
【図１１】本発明の実施形態２における光学式スイープセンサの全体構成を表したブロック図
【図１２ａ】第５の実施例における第１の読出しモードのタイミングチャート
【図１２ｂ】第５の実施例におけ第２の読出しモードのタイミングチャート
【図１３ａ】第５の実施例における被写体との相対移動速度が遅い場合のタイミングチャート
【図１３ｂ】第５の実施例における被写体との相対移動速度が早い場合のタイミングチャート
【図１４】第５の実施例におけるフローチャート
【図１５】第６の実施例における第１の領域と第２の領域からなる画素部を示した図
【図１６ａ】第６の実施例にける全画面出力モードのタイミングチャート
【図１６ｂ】第６の実施例における第１の読出しモードのタイミングチャート
【図１６ｃ】第６の実施例における第２の読出しモードのタイミングチャート
【図１７ａ】第６の実施例における被写体との相対移動速度が遅い場合のタイミングチャート
【図１７ｂ】第６の実施例における被写体との相対移動速度が早い場合のタイミングチャート
【図１８】第６の実施例におけるフローチャート
【図１９ａ】第７の実施例における指紋センサの画像取得を説明するための図、画素構成
【図１９ｂ】同じく高解像度読み出し時
【図１９ｃ】同じく低解像度読み出し時
【図２０ａ】１本のラインセンサ（固体撮像素子）を用いた撮像素子部による像取得を説明するための図、被写体との相対移動速度が十分遅い場合
【図２０ｂ】同じく被写体との相対移動速度が早い場合
【図２１ａ】複数本のラインセンサを用いた撮像素子部による像取得を説明するための図、被写体との相対移動速度が十分遅い場合
【図２１ｂ】同じく被写体との相対移動速度が早い場合
【図２２】特許文献１に開示された従来のスウィープタイプ方式の画像取得装置を示    す図
【図２３】特許文献２に開示された従来のスウィープタイプ方式の画像取得装置を示    す図
【図２４】特許文献３に開示された従来のスウィープタイプ方式の画像取得装置を示す図
【符号の説明】
【０１５５】
１…指
２…ＬＥＤ（光源）
３…光学部材
４…撮像素子
５…光の入射方向
６…光の出射方向
７…指の移動方向
１１，２１…センサ部
１５，２５…マイコン部
５１，６１，７１，８１，９１，１０１…第１の領域
５２，６２，７２，８２，９２，１０２…第２の領域
７３…第３の領域
【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１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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