JP3941635B2 - 指紋画像入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋画像を入力する指紋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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１には、図１０に示されるような画像入力装置３００について記載されている。画像入力装置３００は、軸心回りに回転自在となって筐体３０１に支持された円筒状の透明回転ローラ３０２と、透明回転ローラ３０２の軸心に対して垂直な光軸を有するとともに透明回転ローラ３０２内に配置された屈折率分布型レンズ３０３（例えば日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズ。セルフォックは日本板硝子株式会社の登録商標）、透明回転ローラ３０２内において屈折率分布型レンズ３０３の光軸上に配置された一次元撮像素子３０４と、屈折率分布型レンズ３０３の光軸と透明回転ローラ３０２とが交わる箇所に向けて光を発する光源３０５と、を備える。
【０００４】
図１１に示されるように、一次元撮像素子３０４はシリコン基板３０４ａを有しており、シリコン基板３０４ａ上には受光部３０４ｂ及びボンディングパッド３０４ｃが形成されている。一次元撮像素子３０４は、ワイヤボンディング方式で基板３０６の表面３０６ａに実装されている。つまり、受光部３０４ｂが基板３０６に背を向けるようにしてシリコン基板３０４ａが基板３０６の表面３０６ａにマウントされており、表面３０６ａに形成されたリード電極とボンディングパッド３０４ｃがリード線３０８によって接続されている。これにより、リード線３０８を介して受光部３０４ｂと電気信号のやり取りを行うことができる。
【０００５】
また、基板３０６の表面３０６ａは、屈折率分布型レンズ３０３の出射面３０３ｂに対向しており、一次元撮像素子３０４の受光部３０４ｂは出射面３０３ｂに指向している。
【０００６】
以上の画像入力装置３００で指３１０の指紋像を入力するためには、指３１０を屈折率分布型レンズ３０３の光軸と交わる箇所において透明回転ローラ３０２の外周面３０２ａに押し当てて、指３１０を接線方向に移動させる。移動している指３１０は光源３０５によって照射され、外周面３０２ａと接した部分における指３１０の反射光は、屈折率分布型レンズ３０３の入射面３０３ａに入射し、屈折率分布型レンズ３０３内を伝播し、屈折率分布型レンズ３０３の出射面３０３ｂから出射し、一次元撮像素子３０４の受光部３０４ｂへ入射する。ここで、屈折率分布型レンズ３０３は透明回転ローラ３０２の外周面３０２ａと接した部分における指３１０の像を受光部３０４ｂに結像し、一次元撮像素子３０４は受光部３０４ｂで外周面３０２ａと接した部分における指３１０の像を撮像する。このようにして、指３１０を透明回転ローラ３０２の接線方向に移動させることによって、指３１０が一次元撮像素子３０４によって線走査され、一次元撮像素子３０４で得られた像を順次合成することによって指３１０の二次元像が得られる。以上の画像入力装置３００では、透明回転ローラ３０２内に屈折率分布型レンズ３０３、一次元撮像素子３０４及び光源３０５が配置されているため、画像入力装置３００をコンパクトにすることができるという利点がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１３３４０２号公報（第７頁〜第８頁、第１５図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、画像入力装置３００を携帯型電子機器に備え付けるにあたって、画像入力装置３００を更にコンパクトにしたいという要望がある。画像入力装置３００をコンパクト化するためにも、透明回転ローラ３０２を小型化する必要がある。透明回転ローラ３０２を小型化して、透明回転ローラ３０２の径を短くすると、次のような問題点が生ずる。
【０００９】
透明回転ローラ３０２の外周面３０２ａに接した指３１０の像を一次元撮像素子３０４の受光部３０４ｂに結像するために、屈折率分布型レンズ３０３の主面から外周面３０２ａまでの距離及び屈折率分布型レンズ３０３の主面から受光部３０４ｂまでの距離が結像公式を満たさなければならない。つまり、屈折率分布型レンズ３０３の主面から外周面３０２ａまでは屈折率分布型レンズ３０３の焦点距離に依存した距離を保たなければならないとともに、屈折率分布型レンズ３０３の主面から受光部３０４ｂまでは屈折率分布型レンズ３０３の焦点距離に依存した距離を保たなければならない。しかしながら、結像公式を満たしても、透明回転ローラ３０２の径を短くすると、一次元撮像素子３０４を透明回転ローラ３０２内に収めることができず、更には屈折率分布型レンズ３０３も透明回転ローラ３０２内に収めることができない恐れもある。透明回転ローラ３０２の径を短くして、屈折率分布型レンズ３０３及び一次元撮像素子３０４を透明回転ローラ３０２内に収めるとともに結像公式を満たすためには、屈折率分布型レンズ３０３の焦点距離を短くする必要がある。しかしながら、屈折率分布型レンズ３０３の焦点距離を短くするにも限度がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、屈折率分布型レンズ３０３の焦点距離を短くせずとも透明回転ローラ３０２内に屈折率分布型レンズ３０３及び一次元撮像素子３０４を収めることができつつ、透明回転ローラ３０２の径を短くすることのできる画像入力装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る指紋画像入力装置は、軸心回りに回転自在に支持された透明な円筒であって、その外周面に当接した指を接線方向に移動させることで回転する円筒と、前記円筒内に配され、受光部を有するとともに該受光部で受光することで像を取得する一次元撮像素子と、前記円筒内に配され、前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板と、前記円筒内に配されるとともに、前記指が前記円筒の外周面に接した部分における指紋画像を前記一次元撮像素子の受光部に結像する屈折率分布型レンズアレイと、前記円筒内に固定的に配されるホルダであって、当該ホルダに設けられた貫通孔に前記屈折率分布型レンズアレイが取り付けられ、当該ホルダの貫通孔の下部に前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板が取り付けられるホルダと、を備える指紋画像入力装置であって、前記一次元撮像素子は、シリコン基板上に光電変換素子が一列に並べられた受光部を有する構造であり、当該シリコン基板は、受光部が存在する面に電気信号の入出力を行うためのボンディングパッドを有し、前記フィルム基板は、前記屈折率分布型レンズの光軸に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、裏面に配線の端子としてのバンプが設けられ、前記ボンディングパッドとバンプが接合されることで、前記一次元撮像素子の受光部が前記屈折率分布型レンズアレイの光軸に位置するように、前記一次元撮像素子がフィルム基板の裏面に固定されることを特徴とする。
【００２７】
【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。
【００２８】
〔第一の実施の形態〕
図１は、画像入力装置１を破断して示した側断面図である。
【００２９】
画像入力装置１は透光性を有した回転ローラ２を具備しており、回転ローラ２はアクリル樹脂で形成されているが、ポリカーボネイト、その他の樹脂、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、その他のガラスといった透明な材料で形成されても良い。回転ローラ２は円筒状を呈しており、回転ローラ２の内部は中空となっている。回転ローラ２は、その軸心回りに回転自在となって筐体３等に支持されている。図１においては、回転ローラ２の軸心が延在した方向は紙面の奥行き方向（図１の紙面に対して垂直な方向）であり、以下では回転ローラ２の軸心が延在した方向を左右方向として説明する。
【００３０】
回転ローラ２が筐体３内に収められており、回転ローラ２の外周面２ａの一部は、筐体３に形成された画像取込窓３ａにおいて露出し、且つ、画像取込窓３ａから筐体３外へ僅かに突出している。そして、指２００を画像取込窓３ａにおいて回転ローラ２の外周面２ａに押し当てた状態で、指２００を前方又は後方（つまり、回転ローラ２の外周面２ａが指２００に当接した部分における接線方向）に移動させると、回転ローラ２がその軸心回りに回転する。
【００３１】
回転ローラ２内の中空には、画像取込窓３ａ内で回転ローラ２の外周面２ａに当接した部分における指２００の一次元像を撮像する一次元撮像素子（ラインイメージセンサ）４と、画像取込窓３ａに向けて光を発することで回転ローラ２の外周面２ａに当接した部分において指２００に光を照射する光照射器５と、回転ローラ２の外周面２ａに当接した部分における指２００の一次元像を一次元撮像素子４に結像させる屈折率分布型レンズアレイ６（例えば日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズ。セルフォックは日本板硝子株式会社の登録商標）とが配設されている。そして、回転ローラ２内の中空にはホルダ７が配されており、このホルダ７に対して一次元撮像素子４、光照射器５及び屈折率分布型レンズアレイ６が取り付けられている。
【００３２】
ホルダ７は、回転ローラ２の一方の端又は両端から中空外へ延出して筐体３等に固定されており、回転ローラ２が回転してもホルダ７は回転しない状態に支持されている。ホルダ７には、回転ローラ２の軸心に対してほぼ直交する方向に貫通した光路孔７ａが形成されており、光路孔７ａの貫通方向の延長上に画像取込窓３ａが位置している。ホルダ７に形成された光路孔７ａに屈折率分布型レンズアレイ６が嵌め込まれることで、屈折率分布型レンズアレイ６がホルダ７に固定されている。
【００３３】
屈折率分布型レンズアレイ６は、回転ローラ２の軸心に対して直交する中心軸を有する複数の屈折率分布型レンズを回転ローラ２の軸心に平行な列を成すように配列し、複数の屈折率分布型レンズ全体で一つの連続した像を形成する光学系である。屈折率分布型レンズアレイ６においては、複数の屈折率分布型レンズからなる列であって回転ローラ２の軸心に平行な列が一列であっても良いし、複数列であっても良い。
【００３４】
それぞれの屈折率分布型レンズは円柱状のロッドレンズであり、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、それぞれの屈折率分布型レンズは球面レンズと光学的にほぼ等価な作用を持っており、これら全ての屈折率分布型レンズは互いに光学的に等価な性質を有している。
【００３５】
以上のような屈折率分布型レンズアレイ６の光軸は、回転ローラ２の軸心に対して直交している。そして、屈折率分布型レンズアレイ６の入射面６ａは画像取込窓３ａに指向しており、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸が回転ローラ２に交わる箇所は画像取込窓３ａ内となっている。
【００３６】
光照射器５は、発光素子８と、導光プリズム９とを備える。発光素子８は、ＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬ及び蛍光管等といった自発光素子であり、基板１０上に設けられている。基板１０及び発光素子８は屈折率分布型レンズアレイ６の後方においてホルダ７内に埋め込まれている。
【００３７】
導光プリズム９は、ホルダ７に嵌め込まれて、発光素子８を被覆するようにして基板１０上に設けられている。導光プリズム９の入射面９ａは発光素子８に指向しており、導光プリズム９の出射面９ｂは回転ローラ２と屈折率分布型レンズアレイ６の光軸とが交わる箇所に指向している。導光プリズム９の出射面９ｂは、回転ローラ２に沿って左右に長尺となっている。導光プリズム９は、発光素子８で発した光を入射面９ａで入射し、入射した光を出射面９ｂへ伝播させて、伝播させた光を出射面９ｂから画像取込窓３ａに向かって出射する。出射面９ｂが左右に長尺となっているから、出射面９ｂから出射した光は、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸が回転ローラ２に交わる箇所において回転ローラ２の軸心に平行な帯状となって照射され、画像取込窓３ａ内において回転ローラ２の外周面２ａに押し当てられた指２００を照射する。
【００３８】
図２に示すように、一次元撮像素子４はシリコン基板２０を有しており、シリコン基板２０上には、光を受光する受光部１１が形成されているとともに、受光部１１と電気信号の入出力を行うためのボンディングパッド１２が形成されている。受光部１１は、入射光の強度（又は入射光の光量）に応じた電気信号に変換する複数の光電変換素子が左右方向に（つまり、回転ローラ２の軸心に平行となって）配列された構造となっている。光電変換素子としては、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ、アモルファスシリコンで構成された半導体素子等である。
【００３９】
一次元撮像素子４は、ＣＯＦ（Chip On Film）方式でフィルム基板１３に実装されている。フィルム基板１３は、ホルダ７の光路孔７ａを塞ぐようにしてホルダ７の下面７ｂに貼り付けられている。フィルム基板１３の表面１３ａは屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂに対向し、フィルム基板１３は屈折率分布型レンズアレイ６の光軸に対して垂直になっている。フィルム基板１３には、フィルム基板１３の表面１３ａから裏面１３ｂへ貫通する貫通孔１３ｃが形成されている。フィルム基板１３に対して垂直な方向にフィルム基板１３を見た場合、貫通孔１３ｃは回転ローラ２の軸心方向に長尺な矩形状を呈している。そして、貫通孔１３ｃが光路孔７ａに臨んでおり、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸が貫通孔１３ｃを通るようにフィルム基板１３が配置されている。
【００４０】
フィルム基板１３の裏面１３ｂには配線が施されており、配線の端子にハンダ及び金等といった金属又は合金からなるバンプ１４が設けられている。一次元撮像素子４は、フィルム基板１３の裏面１３ｂに実装されている。具体的には、一次元撮像素子４のボンディングパッド１２がバンプ１４を介して配線の端子に接合されることによって、一次元撮像素子４がフィルム基板１３の裏面１３ｂに固定されている。ここで、シリコン基板２０においてボンディングパッド１２及び受光部１１の形成された面がフィルム基板１３の裏面１３ｂに対向している。また、一次元撮像素子４の受光部１１が貫通孔１３ｃに臨んでおり、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸方向にフィルム基板１３を見た場合に貫通孔１３ｃ内に受光部１１が配置されている。そして、屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂが受光部１１に指向しており、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸はフィルム基板１３を避けるようにして貫通孔１３ｃを通って受光部１１に至っている。
【００４１】
ここで、屈折率分布型レンズアレイ６を構成する各々の屈折率分布型レンズは、正立等倍に結像する。つまり、各々の屈折率分布型レンズは、回転ローラ２の外周面２ａに表れた像を受光部１１に結像するが、受光部１１に結像された像は回転ローラ２の外周面２ａに表れた像と等倍であり、向きも同じで反転していない。従って、屈折率分布型レンズアレイ６は、複数の屈折率分布型レンズ全体で、回転ローラ２の外周面２ａに表れた像を受光部１１に正立等倍に結像する。
【００４２】
そして、一次元撮像素子４がフィルム基板１３の裏面１３ｂに実装されているため、一次元撮像素子４の裏側には何も設けられていない。つまり、この画像入力装置１では、従来の画像入力装置３００（図１０に図示）の場合と比較しても、フィルム基板１３の厚さ分だけ一次元撮像素子４を屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから遠くに配置することができる。そのため、屈折率分布型レンズアレイ６の焦点距離を短くしなくても、結像公式を満たすように屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子４を回転ローラ２内に配置することができる。
【００４３】
言い換えれば、フィルム基板１３の裏面１３ｂに一次元撮像素子４を実装したため、一次元撮像素子４と回転ローラ２の内面２ｂとの間に基板が存在せず、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸と回転ローラ２の外周面２ａの交差した箇所（つまり、指２００が接する箇所）から一次元撮像素子４までの距離は、回転ローラ２の直径までをとり得ることができる。それに対して、従来の画像入力装置３００では、指３１０が接する箇所から一次元撮像素子３０４までのとり得る距離の最大値は、透明回転ローラ３０２の直径より少なくとも基板３０６の厚み分だけ短くなる。従って、本実施形態の画像入力装置１では、回転ローラ２の直径を従来の透明回転ローラ３０２より基板３０６の厚み分だけ短くした場合、屈折率分布型レンズアレイ６の焦点距離を短くしなくとも回転ローラ２内に屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子４を収めることができる。
【００４４】
次に、画像入力装置１の回路構成について図３を用いて説明する。
図３中において、同期信号発生器１５は、ロータリーエンコーダ等であり、回転ローラ２が所定角度回転する毎に同期信号を発生させ、同期信号をドライバ回路１６、信号処理回路１７、Ａ／Ｄ変換回路１８及び合成バッファ１９へ出力する。これら回路１６〜１９が同期信号に同期して動作する。
【００４５】
ドライバ回路１６は、同期信号発生器１５から入力した同期信号に従って一次元撮像素子４を駆動する。一次元撮像素子４は、受光部１１において受光した光強度（又は光量）を電気信号に変換することで一次元像を電気信号として取得し、電気信号を信号処理回路１７へ出力する。信号処理回路１７は、一次元撮像素子４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１８は、電気信号のレベルをデジタル信号に変換し、一次元像データとして合成バッファ１９に出力する。合成バッファ１９には同期信号に従って一次元像データがＡ／Ｄ変換回路１８から順次格納され、合成バッファ１９が一次元像データを順次合成していくことで二次元画像データを生成する。合成バッファ１９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の用に供される。
【００４６】
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２００を画像取込窓３ａにおいて回転ローラ２の外周面２ａに押し当てると、発光素子８が発光し、発光素子８から発した光が導光プリズム９内を伝播し、出射面９ｂから光が画像取込窓３ａに向けて出射する。これにより、画像取込窓３ａ内において回転ローラ２の外周面２ａに当接した指２００が照射される。
【００４７】
そして、被験者が指２００を回転ローラ２の外周面２ａに押し付けた状態で指２００を前方又は後方へ移動させると、回転ローラ２が回転する。回転ローラ２の回転に伴って、指２００と回転ローラ２の当接部分が移り変わり、出射面９ｂから出射した光によって指２００が線走査される。
【００４８】
ここで、回転ローラ２と指２００とが当接した部分においては、指紋の凸部が回転ローラ２の外周面２ａに密接し、指紋の凹部が回転ローラ２の外周面２ａから離れている。指紋の凸部が回転ローラ２の外周面２ａに密接しているため、導光プリズム９の出射面９ｂから出射した光は回転ローラ２を介して指紋の凸部に高強度で入射し、指紋の凸部において反射した光が屈折率分布型レンズアレイ６を介して一次元撮像素子４の受光部１１に高強度で入射する。一方、指紋の凹部が回転ローラ２の外周面２ａから離れているため、導光プリズム９の出射面９ｂから出射した光は指紋の凹部と外周面２ａとの間で反射を繰り返したり乱反射したりするため、指紋の凹部には光が低強度で入射するとともに、指紋の凹部における反射光も低強度である。従って、指紋の凹部の反射光は一次元撮像素子４の受光部１１に低強度で入射する。
【００４９】
以上のように指２００の凹凸に応じた強度の反射光が屈折率分布型レンズアレイ６を介して一次元撮像素子４の受光部１１に入射し、回転ローラ２の外周面２ａと指２００とが当接した部分における一次元像（ここでの一次元像は、指紋の凹凸で定義されたコントラスト像であり、回転ローラ２の軸心方向に長尺な像である。）が屈折率分布型レンズアレイ６によって受光部１１に結像される。このように、被験者が指２００を回転ローラ２に押し付けて回転ローラ２を回転させると、被験者の指２００が一次元撮像素子４によって順次線走査される。一次元撮像素子４は、同期信号に同期して指２００を線走査する毎に指紋の一次元像を電気信号として取得し、一次元像をＡ／Ｄ変換回路１８に出力する。そして、Ａ／Ｄ変換回路１８から合成バッファ１９へ指紋の一次元像データが順次出力され、合成バッファ１９にて指紋の一次元像データが順次合成される。そして、指紋の一次元像データが合成されていくと、合成バッファ１９で指紋の二次元像データが生成される。
【００５０】
また、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で二次元像として入力することができる。この場合、被写体が回転ローラ２の外周面２ａに密接するため、導光プリズム９の出射面９ｂから被写体に入射して反射した反射光の強度は、被写体の表面に表れた模様に応じている。従って、被写体が一次元撮像素子４によって線走査されて、被写体の表面に表れた模様が一次元撮像素子４によって一次元像として取得される。そして、被写体の模様の一次元像データが順次合成されていくと、合成バッファ１９で模様の二次元像データが生成される。
【００５１】
以上の説明では、被写体を回転ローラ２の外周面２ａに押し当てて被写体を回転ローラ２の接線方向に移動させたが、被写体を回転ローラ２の外周面２ａに押し当てて被写体に対して筐体３を接線方向に移動させて回転ローラ２を接線方向に転動させても同様に被写体の二次元データを取得することができる。
【００５２】
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で取得した二次元像データをコンピュータの処理に用いられるが、例えば、二次元像データが指紋のデータである場合には、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像データを比較する処理と、比較した結果二次元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、筐体３が電子機器の筐体であっても良い。
【００５３】
勿論、画像入力装置１が、単体として存在しても良い。その場合には、画像入力装置１はインターフェースを有しており、合成バッファ１９で生成された二次元像データをインターフェースを介して他の電子機器等に出力すれば良い。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、フィルム基板１３の裏面１３ｂに一次元撮像素子４が実装されているため、指２００が外周面２ａに接した箇所から一次元撮像素子４までの距離は、回転ローラ２の直径までとり得る。従って、回転ローラ２の径を短くした場合でも、屈折率分布型レンズアレイ６の焦点距離を短くせずとも、回転ローラ２内に屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子４を収めることができる。そのため、画像入力装置１を小型化することができる。
【００５５】
また、フィルム基板１３に貫通孔１３ｃが形成されており、一次元撮像素子４の受光部１１が貫通孔１３ｃに臨んでいるため、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸はフィルム基板１３によって干渉されない。屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから出射した光が受光部１１に入射するため、一次元撮像素子４がフィルム基板１３の裏面１３ｂに実装されていても、指２００といった被写体の一次元像を一次元撮像素子４で撮像することができる。
【００５６】
〔第二の実施の形態〕
次に、図４に示されるように、上記画像入力装置１とは別の画像入力装置２１について説明する。画像入力装置２１については、第一実施形態における画像入力装置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する。
【００５７】
図４に示された画像入力装置２１は、図１に示されたフィルム基板１３に代えて、フィルム基板２３を具備する。フィルム基板２３とフィルム基板１３の異なる点としては、フィルム基板１３には貫通孔１３ｃが形成されているのに対してフィルム基板２３には貫通孔が形成されていない。但し、フィルム基板２３は、貫通孔１３ｃに対応する部分が光を透過するように透明とされた透明部２３ｃとなっている。
【００５８】
つまり、フィルム基板２３は、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸と直交する透明部２３ｃにおいて透明となっており、他の部分では光を遮光する。第一実施形態のフィルム基板１３と同様に、フィルム基板２３の表面２３ａは屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂに対向し、フィルム基板２３の裏面２３ｂは配線が施されており、バンプ１４によって配線の端子とボンディングパッド１２が接合されることで、一次元撮像素子４がフィルム基板２３の裏面２３ｂに実装されている。フィルム基板２３には、第一実施形態におけるフィルム基板１３とは異なり、貫通孔が形成されていないため、一次元撮像素子４をフィルム基板２３の裏面２３ｂに実装している際に一次元撮像素子４全体がフィルム基板２３の裏面２３ｂに支えられているから、一次元撮像素子４をフィルム基板２３の裏面２３ｂに実装しやすい。
【００５９】
屈折率分布型レンズアレイ６の光軸方向にフィルム基板２３を見た場合に、透明部２３ｃに受光部１１が配されている。従って、指２００といった被写体と回転ローラ２の外周面２ａが接した部分で反射した反射光が屈折率分布型レンズアレイ６及び透明部２３ｃを介して一次元撮像素子４の受光部１１に入射し、回転ローラ２の外周面２ａと指２００とが当接した部分における一次元像が屈折率分布型レンズアレイ６によって受光部１１に結像される。
なお、画像入力装置２１も画像入力装置１と同様に図３に示されるような回路構成を有し、合成バッファ１９で一次元像データが順次合成され、二次元像データが生成される。
【００６０】
この画像入力装置２１でも、第一実施形態の画像入力装置１と同様に、フィルム基板２３の裏面２３ｂに一次元撮像素子４が実装されているため、回転ローラ２の径を短く形成した場合でも、屈折率分布型レンズアレイ６の焦点距離を短くすることなく、回転ローラ２内に屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子４を収めることができる。勿論、フィルム基板２３は、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸が交わる部分において透明部２３ｃとなっているため、一次元撮像素子４がフィルム基板２３の裏面２３ｂに実装されていても、指２００といった被写体の一次元像を一次元撮像素子４で撮像することができる。
【００６１】
〔第三の実施の形態〕
次に、図５に示されるように、上記画像入力装置１とは別の画像入力装置３１について説明する。画像入力装置３１については、第一実施形態における画像入力装置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する。
【００６２】
図５に示された画像入力装置３１は、図１に示されたフィルム基板１３に代えて、フィルム基板３３を具備する。フィルム基板１３とフィルム基板３３の異なる点としては、フィルム基板１３には貫通孔１３ｃが形成されているのに対して、フィルム基板３３には貫通孔が形成されていない。但し、フィルム基板３３は、全体が光を透過するように透明となっている。フィルム基板３３の裏面３３ｂに一次元撮像素子４が実装されていても、受光部１１がフィルム基板３３の裏面３３ｂに指向しており、受光部１１が屈折率分布型レンズアレイ６の光軸上に位置している。従って、屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂからフィルム基板３３の表面３３ａに光が入射したら、その光はフィルム基板３３を透過して受光部１１に入射し、回転ローラ２の外周面２ａと指２００とが当接した部分における一次元像が屈折率分布型レンズアレイ６によって一次元撮像素子４の受光部１１に結像される。勿論、この画像入力装置３１も図３に示されるような回路構成を有し、合成バッファ１９で一次元像データが順次合成され、二次元像データが生成される。
【００６３】
この画像入力装置３１でも、第一実施形態の画像入力装置１と同様に、フィルム基板３３の裏面３３ｂに一次元撮像素子４が実装されているため、回転ローラ２の径を短くした場合でも、屈折率分布型レンズアレイ６の焦点距離を短くしなくても、回転ローラ２内に屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子４を収めることができる。また、フィルム基板３３が透明となっているため、一次元撮像素子４がフィルム基板３３の裏面３３ｂに実装されていても、指２００といった被写体の一次元像を一次元撮像素子４で撮像することができる。また、フィルム基板３３には貫通孔が形成されていないため、実装中に一次元撮像素子４全体がフィルム基板３３の裏面３３ｂに支えられているから、一次元撮像素子４をフィルム基板３３の裏面３３ｂに実装しやすい。
【００６４】
〔第四の実施の形態〕
次に、図６に示されるように、上記画像入力装置１とは別の画像入力装置４１について説明する。画像入力装置４１については、第一実施形態における画像入力装置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する。
【００６５】
図６に示された画像入力装置４１は、図１に示されたフィルム基板１３に代えて、フィルム基板４３を具備する。フィルム基板４３とフィルム基板１３の異なる点としては、フィルム基板１３は貫通孔１３ｃを除いてホルダ７の光路孔７ａを塞いでいたのに対して、フィルム基板４３は光路孔７ａを部分的に塞いでいる。
【００６６】
フィルム基板４３はホルダ７の下面７ｂにおいてその後部側に貼り付けられている。そして、フィルム基板４３は、前方に向かって光路孔７ａに延出している。また、フィルム基板４３は、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸を避けており、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸とフィルム基板４３は互いに交差していない。第一実施形態のフィルム基板１３と同様に、フィルム基板４３の表面４３ａは屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂに対向し、フィルム基板４３の裏面４３ｂは配線が施されており、バンプ１４によって配線の端子とボンディングパッド１２が接合されることで、フィルム基板４３の裏面４３ｂにおける前縁部に一次元撮像素子４が実装されている。
【００６７】
一次元撮像素子４の受光部１１は、フィルム基板４３の前縁４３ｃから前方へ延出している。そして、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸方向にフィルム基板４３を見た場合、一次元撮像素子４の受光部１１はフィルム基板４３の前縁４３ｃより前に配置されている。受光部１１は屈折率分布型レンズアレイ６の光軸上に配置されており、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸はフィルム基板４３を通らずに受光部１１へ至っている。従って、指２００といった被写体と回転ローラ２の外周面２ａが接した部分で反射した反射光が屈折率分布型レンズアレイ６を介して一次元撮像素子４の受光部１１に入射し、回転ローラ２の外周面２ａと指２００とが当接した部分における一次元像が屈折率分布型レンズアレイ６によって受光部１１に結像される。画像入力装置４１も図３に示されるような回路構成を有し、合成バッファ１９で二次元像データが生成される。
【００６８】
この画像入力装置４１でも、第一実施形態の画像入力装置１と同様に、フィルム基板４３の裏面４３ｂに一次元撮像素子４が実装されているため、回転ローラ２の径を短くした場合でも、屈折率分布型レンズアレイ６の焦点距離を短くせずとも、回転ローラ２内に屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子４を収めることができる。また、屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから受光部１１までの光軸がフィルム基板４３を避けているため、一次元撮像素子４がフィルム基板４３の裏面４３ｂに実装されていても、指２００といった被写体の一次元像を一次元撮像素子４で撮像することができる。
【００６９】
〔第五の実施の形態〕
次に、図７に示されるように、上記画像入力装置１とは別の画像入力装置５１について説明する。画像入力装置５１は、回転ローラ２と、筐体３と、レンズ光学系としての屈折率分布型レンズアレイ６と、光照射器５とを備える。回転ローラ２、屈折率分布型レンズアレイ６及び光照射器５は、図１に示された画像入力装置１と同様であるため、画像入力装置１の場合と同様の符号を付すことで詳細な説明を省略する。なお、図１に示された画像入力装置１ではホルダ７に光照射器５、屈折率分布型レンズアレイ６が取り付けられていたが、この画像入力装置５１では図示しないホルダ（このホルダは、筐体３に固定されているとともに、回転ローラ２の回転した場合でも回転しない状態に支持されている。）に取り付けられることで、光照射器５及び屈折率分布型レンズアレイ６は回転ローラ２内において固定されている。
【００７０】
この画像入力装置５１は反射光学系として直角プリズム５７を具備しており、この直角プリズム５７は回転ローラ２内において固定されている。直角プリズム５７は、三角柱状のプリズムであり、稜角５７ａが直角となっている。稜角５７ａに向き合う入射面５７ｂが屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂに対向しているとともに出射面６ｂに対して平行となっている。稜角５７ａを挟む二つの面５７ｃ，５７ｄは互いに直交しているとともに、入射面５７ｂに対して４５°を成している。そして、一方の面５７ｃは、屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂに対して４５°に傾いている。
【００７１】
屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから入射面５７ｂに入射した光は、直角プリズム５７内を伝播して面５７ｃに入射する。面５７ｃに入射した光は、面５７ｃにおいて前に向かって全反射し、面５７ｄへ入射する。面５７ｄに入射した光は、面５７ｄにおいて屈折率分布型レンズアレイ６から出射した光とは反対となる向きに全反射し、入射面５７ｂから出射する。つまり、直角プリズム５７は、面５７ｃで屈折率分布型レンズアレイ６の光軸を４５°曲折し、更に面５７ｄで４５°曲折することで、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸とほぼ平行で且つ屈折率分布型レンズアレイ６の光軸と反対となる向きに光を入射面５７ｂから出射する。
【００７２】
また、この画像入力装置５１は、一次元撮像素子５４を具備している。一次元撮像素子５４も、第一実施形態における一次元撮像素子４と同様にシリコン基板、ボンディングパッド及び受光部を有している。そして、一次元撮像素子５４は、基板５３の裏面５３ｂに実装されているが、ＣＯＦ方式で実装された一次元撮像素子４とは異なり、ワイヤーボンディング方式で基板５３に実装されている。つまり、基板５３の裏面５３ｂに配線が施されており、一次元撮像素子４は基板５３の裏面５３ｂにマウントされ、配線の端子が導電性のワイヤでボンディングパッドに接続している。一次元撮像素子５４の受光部は、基板５３の裏面５３ｂとは向き合っておらず、基板５３の裏面５３ｂに背を向けている。
【００７３】
基板５３及び一次元撮像素子５４は、回転ローラ２内に配されており、屈折率分布型レンズアレイ６の前方において固定されている。基板５３の裏面５３ｂ及び一次元撮像素子５４の受光部は、直角プリズム５７の入射面５７ｂに向き合っている。一次元撮像素子５４の受光部も、上記一次元撮像素子４と同様に、光電変換素子が回転ローラ２の軸心に平行となって配列された構造となっている。また、一次元撮像素子５４の受光部から入射面５７ｂまでの距離は、屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから入射面５７ｂまでの距離より長い。
【００７４】
屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから出射した光は、面５７ｃ及び面５７ｄで全反射して入射面５７ａから出射するが、入射面５７ａから出射した光の光軸は、一次元撮像素子５４の受光部に交わっている。従って、一次元撮像素子５４は、直角プリズム５７の入射面５７ｂから出射した光を受光部で受光する。ここで、屈折率分布型レンズアレイ６は、回転ローラ２の外周面２ａに表れた像を面５７ｃ及び面５７ｄを介して一次元撮像素子５４の受光部に結像し、一次元撮像素子５４は結像された像を受光部で撮像する。
【００７５】
画像入力装置５１も画像入力装置１と同様に図３に示されるような回路構成を有する。
そして、画像入力装置５１も画像入力装置１と同様に、指２００等の被写体を回転ローラ２の外周面２ａに押し付けた状態で回転ローラ２を回転させると、被写体が導光プリズム９の出射面９ｂから出射した光によって線走査される。被写体と回転ローラ２の外周面２ａで接した部分における反射光は、屈折率分布型レンズアレイ６の入射面６ａに入射し、出射面６ｂから出射する。そして、出射面６ｂから出射した光は、直角プリズム５７の入射面５７ｂへ入射し、面５７ｃ及び面５７ｄで全反射し、入射面５７ｂから出射する。従い、被写体は一次元撮像素子５４によって線走査され、被写体の一次元像が一次元撮像素子５４によって撮像される。一次元撮像素子５４で撮像された一次元像が合成バッファ１９で順次合成され、二次元像データが生成される。
【００７６】
以上の画像入力装置５１では、回転ローラ２の径を短くすることで回転ローラ２内のスペースが狭くなったものとしても、直角プリズム５７で光軸を曲折することによって回転ローラ２内のスペースを有効利用することができる。そのため、回転ローラ２の径が短くなった場合でも、屈折率分布型レンズアレイ６の焦点距離を短くせずとも、結像公式を満たすように屈折率分布型レンズアレイ６から一次元撮像素子５４までの距離を保つことができる。従って、回転ローラ２の径が短くなった場合でも、屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子５４を回転ローラ２内に収めることができ、画像入力装置５１を小型化することができる。また、屈折率分布型レンズアレイ６から直角プリズム５７の入射面５７ｂまでの光軸が入射面５７ｂから一次元撮像素子４までの光軸と平行となっているため、一次元撮像素子４によって撮像された一次元像は、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸が回転ローラ２の外周面２ａと交差した部分における像を或る方向に縮小した像となっておらず、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸と回転ローラ２の外周面２ａと接した部分における像と等倍である。
【００７７】
〔第六の実施の形態〕
次に、図８に示されるように、上記画像入力装置５１とは別の画像入力装置６１について説明する。画像入力装置６１は光照射器５を具備するが、図７に示された光照射器５は基板１０上に設けられていたのに対し、図８に示される光照射器５は基板５３の表面５３ａ上に設けられている。つまり、基板５３の表面５３ａ上に発光素子８が実装されており、発光素子８を覆うようにして導光プリズム９が基板５３の表面５３ａに設けられている。導光プリズム９の出射面９ｂは、回転ローラ２と屈折率分布型レンズアレイ６の光軸とが交わる箇所を指向しており、発光素子８から発した光が導光プリズム９を伝播し、出射面９ｂから指２００等の被写体に向けて出射する。基板１０上には発光素子８を駆動するための回路等が設けられていても良い。
【００７８】
この画像入力装置６１は、上記第五実施形態の画像入力装置５１と同様に、直角プリズム５７で光軸を曲折することによって、回転ローラ２内のスペースを屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから一次元撮像素子５４までの光路に有効利用することができる。従って、回転ローラ２の径が短くなった場合でも、屈折率分布型レンズアレイ６及び一次元撮像素子５４を回転ローラ２内に収めることができ、画像入力装置６１を小型化することができる。更に、基板５３には一次元撮像素子５４及び発光素子８が実装されている。従って、画像入力装置６１では上記画像入力装置５１と比較しても、図７に示された基板１０の分だけ回転ローラ２内の部品数が削減されている。そのため、回転ローラ２の径を短くすることができ、画像入力装置６１は画像入力装置５１と比較してもより小型化することができる。
【００７９】
なお、画像入力装置６１は、上記画像入力装置５１と同様に、回転ローラ２、筐体３、屈折率分布型レンズアレイ６、同期信号発生器１５、ドライバ回路１６、信号処理回路１７、Ａ／Ｄ変換回路１８、合成バッファ１９、一次元撮像素子５４及び直角プリズム５７を有するものであり、画像入力装置６１については画像入力装置５１と同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【００８０】
〔第七の実施の形態〕
次に、図９に示されるように、上記画像入力装置５１とは別の画像入力装置７１について説明する。
図７に示されるように画像入力装置５１では光照射器５が回転ローラ２内に配置されていたのに対し、図９に示されるように画像入力装置７１では光照射器７５が回転ローラ２外に配置されている。詳細に説明すると、光照射器７５は、発光素子７８と導光プリズム７９とを備えており、発光素子７８及び導光プリズム７９は、筐体３内であって回転ローラ２外に配置された基板７７に取り付けられている。
【００８１】
基板７７の表面７７ａは、屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂに対向しており、基板７７の表面７７ａと屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂとの間には、回転ローラ２と直角プリズム５７が配置されている。
【００８２】
発光素子７８は、基板７７の表面７７ａ上に設けられており、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸上に配置されている。導光プリズム７９は発光素子７８を覆うようにして基板７７の表面７７ａに設けられている。導光プリズム７９の入射面７９ａは発光素子７８に対向しており、導光プリズム７９の出射面７９ｂは屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂに対向している。この導光プリズム７９の出射面７９ｂは、回転ローラ２の軸心に沿って左右方向に長尺となっている。
【００８３】
導光プリズム７９は、発光素子７８で発した光を入射面７９ａで入射し、入射した光を出射面７９ｂへ伝播させて、伝播させた光を出射面７９ｂから出射する。出射面７９ｂから出射した光は、回転ローラ２を介して、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸と反対となる向き直角プリズム５７の面５７ｃに入射し、直角プリズム５７内を伝播して、入射面５７ｂから出射する。入射面５７ｂから出射した光は、屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂへ入射し、屈折率分布型レンズアレイ６内を伝播し、屈折率分布型レンズアレイ６の入射面６ａから出射する。屈折率分布型レンズアレイ６の入射面６ａから出射した光は、屈折率分布型レンズアレイ６の光軸と回転ローラ２とが交わる箇所に収束するようにして回転ローラ２に入射する。これにより、画像取込窓３ａ内において回転ローラ２の外周面２ａに押し当てられた指２００が照射される。
【００８４】
画像入力装置７１は、上記画像入力装置５１と同様に、回転ローラ２、筐体３、屈折率分布型レンズアレイ６、同期信号発生器１５、ドライバ回路１６、信号処理回路１７、Ａ／Ｄ変換回路１８、合成バッファ１９、一次元撮像素子５４及び直角プリズム５７を有するものであり、画像入力装置７１については画像入力装置５１と同様の構成要素に同様の符号を付してその説明を省略する。
【００８５】
この画像入力装置７１は、上記第五実施形態の画像入力装置５１と同様に、直角プリズム５７で光軸を曲折することによって、回転ローラ２内のスペースを屈折率分布型レンズアレイ６の出射面６ｂから一次元撮像素子５４までの光路に有効利用することができる。更に、発光素子８から発した光は、屈折率分布型レンズアレイ６を介して指２００に入射するが、屈折率分布型レンズアレイ６の作用によって指２００と回転ローラ２の外周面２ａとが接した箇所に集束する。従って、指２００を効率よく照射することができる。
【００８６】
なお、本発明は、上記各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、上記第一〜第四の実施の形態において、フィルム基板１３，２３，３３，４３に代えて、フィルム状でないプリント回路基板（例えばプラスチック基板、ガラス基板、セラミック基板等）であっても良い。
また、上記第五〜第六の実施の形態において、直角プリズム５７に代えて、高反射率の鏡面を面５７ｃ及び面５７ｄに対応する位置及び角度で設けても良い。
また、上記第一〜第七の実施の形態において、屈折率分布型レンズアレイ６に代えて、複数のロッドレンズがアレイ状に配列されてなるロッドレンズアレイ、球面レンズ、その他のレンズを設けても良い。これらレンズであっても、屈折率分布型レンズアレイ６と同様に結像作用を有している。
また、上記第二〜第七の実施の形態における画像入力装置３１，４１，５１，６１，７１も画像入力装置１と同様に電子機器に設けられても良いし、単体として存在しても良い。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、撮像素子が基板の裏面に実装されており、基板の表面が光学系を指向しているため、基板の厚さ分だけ撮像素子を光学系から遠くに配置することができ、円筒の内面と撮像素子との間に基板が存在しない。従って、円筒の径を短くした場合でも、光学系の焦点距離を短くせずとも円筒内に光学系及び撮像素子を収めることができる。
【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側断面図。
【図２】 図１に示された一次元撮像素子及びその周辺を拡大して示した側断面図。
【図３】 上記画像入力装置の回路構成を示したブロック図。
【図４】 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側断面図。
【図５】 図１，４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側断面図。
【図６】 図１，４，５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側断面図。
【図７】 図１，４，５，６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側断面図。
【図８】 図１，４，５，６，７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側断面図。
【図９】 図１，４，５，６，７，８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側断面図。
【図１０】 従来の画像入力装置を示した側断面図。
【図１１】 図１０に示された一次元撮像素子及びその周囲を拡大して示した側断面図。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１ 画像入力装置
２ 回転ローラ（円筒）
２ａ 外周面
４，５４ 一次元撮像素子（撮像素子）
５，７５ 光照射器
６ 屈折率分布型レンズアレイ（光学系、レンズ光学系）
１１ 受光部
１３，２３，３３，４３ フィルム基板（基板）
１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ 表面
１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ 裏面
１３ｃ 貫通孔
４３ｃ 前縁（外縁）
５３ 基板
５７ 直角プリズム（光学系、反射光学系）
５７ｂ 入射面
５７ｃ 面（第一全反射面）
５７ｄ 面（第二全反射面）
２００ 指（被写体）

Claims (1)

1. 軸心回りに回転自在に支持された透明な円筒であって、その外周面に当接した指を接線方向に移動させることで回転する円筒と、
   前記円筒内に配され、受光部を有するとともに該受光部で受光することで像を取得する一次元撮像素子と、
   前記円筒内に配され、前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板と、
   前記円筒内に配されるとともに、前記指が前記円筒の外周面に接した部分における指紋画像を前記一次元撮像素子の受光部に結像する屈折率分布型レンズアレイと、
   前記円筒内に固定的に配されるホルダであって、当該ホルダに設けられた貫通孔に前記屈折率分布型レンズアレイが取り付けられ、当該ホルダの貫通孔の下部に前記一次元撮像素子が実装されたフィルム基板が取り付けられるホルダと、
   を備える指紋画像入力装置であって、
   前記一次元撮像素子は、シリコン基板上に光電変換素子が一列に並べられた受光部を有する構造であり、当該シリコン基板は、受光部が存在する面に電気信号の入出力を行うためのボンディングパッドを有し、
   前記フィルム基板は、前記屈折率分布型レンズの光軸に対応する位置に貫通孔が形成されると共に、裏面に配線の端子としてのバンプが設けられ、
   前記ボンディングパッドとバンプが接合されることで、前記一次元撮像素子の受光部が前記屈折率分布型レンズアレイの光軸に位置するように、前記一次元撮像素子がフィルム基板の裏面に固定されることを特徴とする指紋画像入力装置。

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