WO2004021278A1

WO2004021278A1 - 光学素子および読取装置

Info

Publication number: WO2004021278A1
Application number: PCT/JP2003/010834
Authority: WO
Inventors: Chihiro Ueki; Masato Nishizawa; Tomoyuki Tsurube
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2004-03-11
Also published as: AU2003261752A1; TW200403596A

Abstract

　第１の光線を全反射させる第１の傾斜面と、第２の光線を全反射させる第２の傾斜面と、第１の傾斜面と第２の傾斜面とに隣接し、第１の光線の第１の傾斜面における全反射光を一部反射させ、第２の光線の第２の傾斜面における全反射光を全反射させ、被写体の光学的な情報を読み取る読取面とを備えた。

Description

明細書光学素子および読取装置技術分野

本発明は、文字や図形等の濃淡で表わされた情報と、指紋等の凹凸で表わされた情報との読み取りを行う光学素子および読取装置に関する。背景技術

近年、携帯電話装置や、 PDA (P e r s o n a l D i g i t a l A s s i s t a n t) 等の携帯情報装置の高機能化に伴って、様々な本人認証装置を備えた携帯情報装置が提案されている。

例えば、携帯情報機器に光学的な読取装置を搭載し、ユーザの指紋パターンの画像を撮影し、この画像を用いて本人認証を行うことができると共に、読取装置によって文字や図形等のドキュメント情報をも撮影することが可能な技術が提案されている（例：特開 200 1— 28 3 20 7号公報)。

このような従来の技術について、さらに説明する。図 2 1は、従来の読取装置の動作原理について説明するための図である。

図 2 1に示したように、従来の読取装置においては、ユーザの指ゃドキュメント等の被写体 20 1と接するように、光学素子 202が設けられている。光学素子 202を挟んで、被写体 20 1と反対側に光源部 20 3が設けられている。光源部 20 3は、光学素子 202の被写体 20 1と接すべき面 202 aに対して入射角 0 aで入射するように配置されている。

また、撮像素子 204は、光源部 20 3から光学素子 20 2に入射した光が、光学素子 202の被写体 20 1に接すべき面 202 aにおける反射光成分を受光できるような位置に配置されている。なお、このときの受光角 Θ bは入射角 Θ a と等しい。

従来の読取装置は、このような構成において、入射角 0 a (d e g) 、光学素子 202の被写体 20 1に接すべき面 20 2 aにおいて、全反射を生じる角度を臨界角（d e g ) とした場合に、

2 0 ° < 0 aく臨界角

の関係を満たすような構成であった。

このような従来の読取装置においては、文字や図形等の濃淡で表わされたドキュメント情報については、光学素子 2 0 2の被写体 2 0 1に接すべき面 2 0 2 a における散乱光のうち、撮像素子 2 0 4方向の成分を読み取ることにより、画像を撮影することができた。また、指紋等の凹凸で表わされた情報については、光学素子 2 0 2の被写体 2 0 1に接すべき面 2 0 2 aにおける反射光成分（凹部に相当する）を読み取ることにより、その画像を撮影することができた。

し力しながら、前述の構成においては、指と当接すべき面に対して、臨界角未満の入射角 0 aで光線を入射させるので、指紋の凸の部分が光学素子と接した部分において光線が散乱すると共に、指紋の凹の部分についても、一部の光線は読取面で透過し、指紋の凹の部分で散乱してしまい、この散乱光が再度光学素子に入射し、撮影される画像のコントラストを低下させてしまうという課題があった。これにより、撮影された指紋画像を解析して、本人認証に必要な情報を得ることは困難であった。発明の開示 . 本発明は、このような課題に鑑み、指紋等の凹凸で表わされた情報と、文字や図形等の濃淡で表わされた情報のどちらについてもコントラストの良好な画像を得ることができる光学素子および読取装置を提供することを目的とする。

本発明の光学素子は、第 1の光線を全反射させる第 1の傾斜面と、第 2の光線を全反射させる第 2の傾斜面と、第 1の傾斜面と第 2の傾斜面とに隣接し、第 1 の光 I の第 1の傾斜面における全反射光を一部反射させ、第 2の光線の第 2の傾斜面における全反射光を全反射させ、被写体の光学的な情報を読み取る読取面とを備えたことを特 ¾としている。

このような構成により、第 1の光線を用いて文字や図形等の濃淡で表わされた情報を撮影することができると共に、第 2の光線を用いて指紋等の凹凸で表わされた情報を撮影することができる。また、第 2の光線の第 2の傾斜面における反射光が全反射することにより、指紋等の凹凸で表わされた情報が撮影できるので、凹の部分の輝度の低い、コントラストのよい画像を撮影することができる。

次に、本発明の読取装置は、第 1の光源部と、第 2の光源部と、第 1の光源部からの光線を全反射させる第 1の傾斜面と、第 2の光源部からの光線を全反射させる第 2の傾斜面と、第 1の傾斜面と第 2の傾斜面とに隣接し、第 1の傾斜面において全反射した第 1の光源部からの光線および第 2の傾斜面において全反射した第 2の光源部からの光線が入射するように設けられた、被写体の光学的な情報を読み取る読取面と、読取面における散乱光を撮影する撮影部とを備えたことを特徴としている。

このような構成により、第 1の光源部からの光線を用いて文字や図形等の濃淡で表わされた情報を撮影することができると共に、第 2の光源部からの光線を用いて指紋等の凹凸で表わされた情報を撮影することができる。

さらに、第 1の傾斜面において全反射光した第 1の光源部からの光線が、読取面にお!/、て一部反射し、第 2の傾斜面にお、て全反射した第 2の光源部からの光線が、読取面で全反射する構成であってもよい。

このような構成により、指紋等の凹凸で表わされた情報を撮影する際に、回の部分の輝度の低い、コントラストのよい画像を撮影することができる。

さらに、第 1の光源部からの光線の光軸方向と、第 2の光源部からの光線の光軸方向とが互いに平行である構成であつてもよい。

このような構成により、薄形化の可能な読取装置を提供できる。

また、読取面と、撮影部との間に導光手段を備えた構成であってもよい。

このような構成によれば、効率的に読取面の散乱光を撮影することが可能となる。

さらに、第 1の光源部、第 2の光源部および撮影部が同じ基板上に設けられた構成であってもよい。

このような構成により、'製造時に簡易に部材の正確な位置決めが可能となる。また、導光手段が、第 1の光源部からの光線の光軸方向および第 2の光源部からの光線の光軸方向と平行に設けられた構成であつてもよレ、。

このような構成により、さらに薄形ィ匕の可能な読取装置を提供できる。さらに、導光手段が、 GR I Nレンズアレイである構成であってもよい。

このような構成によれば、簡易な構成で本発明の読取装置の構成を実現することができる。，

また、 GR I Nレンズアレイの共役長が、撮像素子から読取面までの距離に実質的に一致する構成であってもよい。

このような構成により、より鮮明な画像を撮影することができる。

さらに、読取面に突起部が設けられた構成であってもよい。

このような構成によれば、読取面の摩擦等による傷付きを防止することが可能となる。

また、 GR I Nレンズアレイの共役長が、撮像素子から突起部の先端までの距離に実質的に一致することにより、原稿をより鮮明に撮影することが可能となる。さらに、読取面が曲面で構成されたことによっても、読取面の摩擦等による傷付きを防止することができる。

さらに、曲面が、凹面である構成であってもよい。

このような構成によれば、より簡易に傷等を防止することができる。

また、第 1の光源部からの光線の光軸方向と第 1の傾斜面とのなす角度 o; (d e g) 力 S、読取面における光線の臨界角を R (d e g) としたとき、

0 < αく (R/2)

で表わされる構成であつてもよレ、。

このような構成により、文字や図形の原稿等の濃淡で表わされた画像の撮影がより良好に行える。

さらに、第 2の光源部からの光線の光軸方向と第 2の傾斜面とのなす角度 β ( d e g) 、読取面における光線の臨界角を R (d e g) としたとき、

(R/2) ≤β≤ 90-R

で表わされる構成であってもよい。

このような構成により、指紋等の凹凸で表わされた情報を良好に撮影することが可能となる。

次に、本発明の光学素子は、第 1の光線によって照射される第 1の読取面と、第 2の光線によって照射される第 2の読取面と、第 1の読取面における散乱光を反射させると共に、第 2の読取面へ入射する光線を透過させ、第 1の読取面における散乱光と第 2の読取面へ入射する光線とを同方向に配光させるハーフミラーと、第 1の読取面における散乱光および第 2の読取面へ入射する光線を所定の面上に集光させる集光手段とを備えたことを特徴としている。

このような構成により、 2つの異なる属性を有する情報を 1つの光学素子で撮影することが可能となる。さらに、 2つの異なる光路を 1つの集光手段で集光させることができるので、小型化、特に厚みの薄い光学素子を実現できる。

また、第 1の読取面が、凹凸によって表わされた情報の読み取りを行う面であり、第 1の光源の光線が、第 1の読取面を略垂直方向に照射するように構成された構成であってもよい。

このような構成により、指紋等の凹凸によって表わされた情報について、コントラストの高い、良好な画像を取得することができる。

また、第 2の読取面が、濃淡で表わされた情報の読み取りを行う面であり、第 2の光源の光線が第 2の読取面を照射する角度が臨界角未満である構成であってもよい。

このような構成により、文字や図形等の濃淡で表わされた情報の読み取りを良好に行うことができる。

また、第 1の読取面と第 2の読取面とが互いに直角をなす構成であつてもよい。このような構成によれば、光学素子を情報装置等に実装する際に、異なる面で 2つの属性を有する画像を撮影することができるので、ユーザにとって使い勝手のよレ、光学素子を提供することが可能となる。

さらに、集光手段が G R I Nレンズである構成であってもよい。

このような構成により、組み立て、調節等がより簡易に行える構成を実現できる。

次に、本発明の読取装置は、第 1の光源部と、第 2の光源部と、第 1の光源部によって照射される第 1の読取面と、第 2の光源部によって照射される第 2の読取面と、第 1の読取面における散乱光を反射させると共に、第 2の読取面へ入射する光線を透過させ、第 1の読取面における散乱光と第 2の読取面へ入射する光線とを同方向に配光させるハーフミラーと、第 1の読取面における散乱光およぴ第 2の読取面へ入射する光線を所定の面上に集光させる集光手段と、所定の面上に配設された撮影部とを備えたことを特徴としている。

このような構成により、指紋等の凹凸で表わされた情報と、文字や図形等の濃淡で表わされた情報との 2つの異なる属性を有する情報を撮影することのできる読取装置を提供することができる。

また、撮像素子の撮影面から第 1の読取面までの光路長と、撮影部の撮影面から被写体の配置されるべき面までの光路長とが等しい構成であってもよい。

このような構成により、 2つの異なる属性を有する情報の撮影をそれぞれ良好に行うことができる。

さらに、撮影部の撮影面から第 1の読取面までの光路長および撮影部の撮影面力ら被写体の配置されるべき面までの光路長が、集光手段の共役長に等しい構成であってもよい。

このような構成により、より焦点の合った、良好な画像を撮影することができる。

また、第 1の読取面で読み取られるべき情報が指紋情報であり、第 2の読取面で読み取られるべき被写体の情報がドキュメント情報である構成であってもよい。このような構成により、情報装置に搭載するのに適した読取装置を提供することができる。

次に、本発明の情報装置は、前述の読取装置と、読取装置を収納する筐体とを備えた情報装置であって、被写体の配置されるべき面が、筐体と被写体とが当接する面と一致することを特徴としている。

このような構成により、指紋の読み取りによる本人認証および U R Lや 2次元バーコ一ド等のドキュメント情報の読み取りが可能な情報装置を提供できる。また、ドキュメント情報の読み取りの際は、筐体を被写体に当接させることにより、焦点の合った、良好な画像を撮影できる。また、本発明の読取装置を搭載するので、薄形化の可能な情報装置を提供することができる。さらに、読取装置の第 2 の読取面を、情報装置の筐体の最表面より内側に構成することができるので、第 2の読取面の傷つき等を防止し、保護することができる。

以上述べたように、本発明の光学素子および読取装置を用いれば、指紋等の凹凸で表わされた情報と、文字や図形等の濃淡で表わされた情報のどちらについてもコントラス卜の良好な画像を得ることができ、かつ薄形化が可能となる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。

図 2 Aは、本発明の第 1の実施の形態における読取装置の構成を示す斜視図である。

図 2 Bは、本発明の第 1の実施の形態における読取装置の構成を示す平面図である。

図 3は、本発明の第 1の実施の形態における読取装置が、凹凸で表わされた情報を撮影する際の動作を説明するための図である。

図 4は、本発明の第 1の実施の形態における読取装置が、濃淡で表わされた情報を撮影する際の動作を説明するための図である。

図 5 Aは、本発明の第 1の実施の形態における読取装置が搭載された携帯電話装置の構成を示す正面図である。

図 5 Bは、本発明の第 1の実施の形態における携帯電話装置の、読取装置が搭載された部分の要部斜視図である。

図 6は、本発明の第 1の実施の形態における携帯電話装置の、読取装置が搭載された部分の要部断面図である。

図 7は、本発明の第 2の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。

図 8は、本発明の第 3の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。

図 9は、本発明の第 3の実施の形態における読取装置の構成を示す概略斜視図である。

図 1 0は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図でめる。

図 1 1は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置の構成を示す斜視図である。

図 1 2は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置が、濃淡で表わされた情報を読み取る際の動作を説明するための図である。

図 1 3は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置が、四凸で表わされた情報を読み取る際の動作を説明するための図である。

図 1 4は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置の他の構成を示す断面図である。

図 1 5は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置の他の構成を示す断面図である。

図 1 6は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置の他の構成を示す断面図である。

図 1 7は、本発明の第 5の実施の形態における読取装置の構成を示す斜視図である。

図 1 8は、本発明の第 5の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。

図 1 9は、本発明の第 6の実施の形態における読取装置の構成を示す斜視図である。

図 2 0は、本発明の第 6の実施の形態における読取装置の構成を示す平面図でめる。

図 2 1は、従来の読取装置の構成を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

(第 1の実施の形態）

図 1は、本発明の第 1の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。また、図 2 ( a ) は、その外観を示す斜視図であり、図 2 ( b ) は平面図である。各図面においては、説明を簡単にするために、 X Y Zの 3軸方向を記載している。

図 1において、本実施の形態の読取装置 1は、第 1の L E D 1 3が設けられた第 1の基板 1 1と、撮像素子 3 2および第 2の L E D 1 4が設けられ、第 1の基板 1 1と貼り合わせられた第 2の基板 1 2と、後述する光学素子と、さらに、光の漏出を防ぐために、光学素子からの光線の漏出を防ぐカバー部材 2 8〜3 1とを備えた構成である。撮像素子 3 2としては、 CMO Sセンサや C C Dセンサ等の公知のセンサを用いることができる。本実施の形態においては、 2 5 6 X 1 6 画素の CMO Sセンサを用いた。

読取装置 1は、光学素子として、透明性の高いアクリル、ポリカーボネート、ガラス等の公知の光学材料からなる、第 1の L E D 1 3からの光線をプリズム部 1 8へ誘導する導光手段 1 7 (以下、第 1の導光手段と記す）、プリズム部 1 8からの光線をハーフミラー 2 5へ誘導する導光手段 1 9 (以下、第 2の導光手段と記す）、第 2の L E D 1 4からの光線を原稿読取部 2 1へ誘導する導光手段 2 2 (以下、第 3の導光手段と記す）およびハーフミラー 2 5の形成された導光手段 2 0 (以下、第 4の導光手段と記す）を有する。

第 1の導光手段 1 7は、出射側（図 1において左側）に全反射面 4 0が設けられている。本実施の形態の読取装置 1においては、その全反射面 4 0が光線の進行方向（図 1における X軸方向）に対してなす角度 αが、 4 5 ° になるように形成されている。

なお、第 1の導光手段 1 7の全反射面 4 0の代わりに、リニアフレネル等の導光板、拡散板、または回折格子等の、光線の方向を図 1中 X軸方向から Υ軸方向へと配光させる手段を用いてもよい。

また、光学素子として、さらに、指紋や点字等の凹凸を有する情報を撮影するために被写体、例えば指を当接させるべき凹凸読取面 3 3を有するプリズム部 1 8と、文字や図形等の濃淡で表わされた情報を撮影する際に被写体、例えば原稿に対向すべき、透明性の高いプラスティック等の公知の光学材料からなる原稿読取部 2 1とを備える。さらに、読取装置 1は、撮像素子 3 2に光線を集光させるための集光作用を有する、透明性の高いプラスティック等の公知の光学材料からなる屈折率分布型レンズ（以下、 G R I Nレンズと記す） 2 3と、光路を折り曲げさせるように、全反射コーティングされた全反射面を有する全反射手段 2 4とを備える。全反射手段 2 4は、第 1の基板 1 1上に接着等の公知の方法で形成さ JP2003/010834

10 れている。

プリズム部 18と第 2の導光手段 19との間は光学的に密着が保たれるように構成されていることが、透過率の向上の見地から望ましい。また、第 2の導光手段 19と第 4の導光手段 20との間には、図 1中 X軸方向に対して 67. 5° の角度（J3) になるようにハーフミラー 25が形成されている。

また、第 2の導光手段 1 9と GR I Nレンズ 23との間も光学的に密着が保たれるように接着されていることが望ましい。さらに、原稿読取部 21と、第 4の導光手段 20とは透過率を高めるために光学的に密着が保たれるように接着されていることが望ましレ、。

さらに、第 1の導光手段 1 7と GR I Nレンズ 23とが接する界面、ならびに、 GR I Nレンズ 23、第 2の導光手段 19および第 4の導光手段 20と第 3の導光手段 22とが接する界面は、光の漏出を防ぐように黒色塗装されていることが望ましい。

さらに、カバー部材 28〜31は、プラスチックやゴム等の公知の部材で構成されている。力パー部材 28〜31は、光を吸収する作用を有する材料、または黒色の材料で構成することが望ましい。

なお、第 1の LED 13および第 2の LED 14の出射側には、光線を集光させるためのフレネルレンズ等のコンデンサ作用を有する集光部 1 5、 1 6が設けられた構成であってもよい。これにより、第 1の LED 1 3、第 2の LED 14 からの光線を有効に集光することが可能となる。

なお、本実施の形態の読取装置 1の大きさは、図 1において、 L==10. 2m m、 HI =3. 85 mm, H 2 = 3. 0 Omm, 図 2 (b) において、 W= 16 mmであり、携帯電話装置等の携帯型の情報装置に搭載する際に十分許容される小型化を実現している。

なお、本実施の形態の読取装置 1においては、図 2に示したように、凹凸読取面 33の X軸方向の幅および原稿読取部 21の Y軸方向の幅が原稿や指の大きさに対して狭く、指紋等の凹凸を有する情報おょぴ文字や図形等の濃淡を有する情報ともに、その部分画像を連続的に撮影し、これらを合成することによって、全体の画像を撮影する。次に、本実施の形態の読取装置 1の動作について説明する。なお、以後、説明を簡単にするために、光線については、光軸中心の光線を用いて説明を行う。図 3は、指紋等の凹凸で表わされた情報の画像を撮影する際の読取装置 1の動作を示すための図である。なお、図 1に示した構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。

まず、読取装置 1において指紋等の凹凸で表わされた情報の画像を取得する場合を例として説明する。

まず、第 1の L E D 1 3が点灯する。第 1の L E D 1 3からの光線は、集光部 1 5によって集光されて、第 1の導光手段 1 7に入射する。

第 1の導光手段 1 7に入射した光線は第 1の導光手段 1 7の中を図 3中 X軸方向に直進して、第 1の導光手段 1 7の図 3中における左側に設けられた全反射面 4 0で全反射されて、プリズム部 1 8に略垂直（図 3中 Y軸方向）に入射する。プリズム部 1 8に入射した光線は、プリズム部 1 8の出射面である回凸読取面 3 3から出射する。

このような構成により、図 3に示したように、例えば、指 6 3がプリズム部 1 8の凹凸読取面 3 3に当接された場合、指 6 3が凹凸読取面 3 3と密着した部分、すなわち指紋の隆線を形成する凸の部分においては、光が散乱する。

一方、凹凸読取面 3 3と離間した指紋の谷線を形成する凹の部分においては、光の散乱が少ない。

指 6 3が凹凸読取面 3 3と密着した部分、すなわち指紋の凸の部分で散乱した光線のうち、凹凸読取面 3 3の鉛直方向に対して、図 3中 γ方向の成分は、プリズム部 1 8から第 2の導光手段 1 9を透過して、ハーフミラー 2 5によって反射される。ハーフミラー 2 5によって反射された光線は G R I Nレンズ 2 3によつて集光されて、全反射手段 2 4によって全反射された後、撮像素子 3 2に入射する。なお、本実施の形態において γは 4 5 ° であるが、 γはプリズム部 1 8を構成する部材の臨界角以上であることが望ましい。

このような作用により、指紋の凸面からなる隆線部分は、白く（輝度が高く）撮影され、凹面からなる谷線部分は、黒く（輝度が低く）撮影される。

また、プリズム部 1 8の図 3において図中右下の Αで示した面を、光を吸収するように、例えば黒色塗装することにより、凹凸読取面 3 3上に指 6 3が当接されていない部分には、 A面の黒色が撮影されるので、コントラストに優れた、指紋等の凹凸からなる画像を得ることができる。

さらに、プリズム部 1 8の図 3において Bおよび Cで示した面を光を、吸収するように、例えば黒色塗装することにより、迷光や外光等の悪影響を低減することができるので、さらに指紋等の凹凸からなる画像のコントラストを向上させることができる。

次に、読取装置 1を用いて、文字や図形等の濃淡からなる情報を撮影する場合の動作について、図 4を用いて説明する。

図 4は本発明の第 1の実施の形態における読取装置によって、文字や図形等の濃淡で表わされる情報を撮影する際の動作を説明するための図である。

図 4において、濃淡で表わされる情報を撮影する場合には、第 2の L E D 1 4 を点灯させる。第 2の L E D 1 4から照射された光線は、集光部 1 6によって集光されて、第 3の導光手段 2 2に入射する。第 3の導光手段 2 2に入射した光線は、第 3の導光手段 2 2の出射側（図 4中左側）に設けられた屈折面 2 7の作用によって、図 4中上方向に屈折されて、出射する。第 3の導光手段 2 2から出射した光線は、原稿読取部 2 1を透過して読取装置 1から出射する。なお、屈折面

2 7の角度は、原稿との距離によって変えることが必要であり、原稿上の読み取りを行うべき位置に光線が照射されるように適宜設計することができる。

図 4に示したように、読み取りが行われるべき原稿 3 4が読取装置 1の原稿読取部 2 1に対向して配置された場合には、読取装置 1から出射した光線は、原稿

3 4に照射される。

原稿 3 4上においては、黒く印刷された部分、すなわち濃淡の濃い部分においては、光線が吸収される。一方、白い部分、すなわち濃淡の淡い部分においては、光線が拡散反射する。原稿 3 4において拡散反射した光線のうち、一部の光線は、再び原稿読取部 2 1から読取装置 1に入射して、第 4の導光手段 2 0および第 2 の導光手段 1 9を透過して、 G R I Nレンズ 2 3によって集光された後、全反射手段 2 4によって全反射されて撮像素子 3 2に入射する。

これによつて、前述した指紋等の凹凸で表わされた情報に加えて、文字や図形等の濃淡によって表わされた原稿 34上の情報を撮像素子 32によって撮影することが可能となる。

このように、本実施の形態の読取装置 1によれば、ハーフミラー 25を用いたことにより、 2つの異なる方向からの光線を同一方向に配光させる構成が実現できるので、 2つの異なる光源からの反射光を、 1つの光学系（GR I Nレンズ）に入射するように制御して撮影することができる。これにより、 2つの反射光をそれぞれの光学系を用いて集光させる構成よりも、読取装置 1を Y軸方向に薄形化することが可能である。さらに、 2つの光路、すなわち第 1の導光手段 1 7と第 3の導光手段 22、さらには GR I Nレンズ 23の光軸を平行に配置することにより、より読取装置 1の Y軸方向の薄形化を行うことができる。

なお、本実施の形態の読取装置 1においては、 2つの異なる面からの反射光を撮影するために、 GR I Nレンズ 23の共役長と 2つの光路の光路長とを揃えている。以下、詳細に説明する。

本実施の形態の読取装置 1は、図 3または図 4において、 GR I Nレンズ 23 の共役長 TC = P l P4 P 3の光路長 =P 2 P4 P 3の光路長という関係を満たしている。ここで、 P 1は凹凸読取面 33を照射する光線の光軸中心点、 P 2は読み取るべき被写体（原稿 34) 上に照射される光線の光軸中心点、 P 3 は撮像素子 32に入射する光線の光軸中心点、 P 4はハーフミラー 25に入射する光線の光軸中心点である。

P 3-P 4 (撮像素子 32からハーフミラー 25まで）の光路長は、 2つの光路において等しいので、 P 4 P 1の光路長 P 2 P 4の光路長の関係を満たせばよい。

よって、図 3または図 4において、各媒質中の実際の光路の長さと、各媒質の屈折率との関係が、

(L 1ZN1) + (L 2/N2) = (L 3/N 3) + (L 4/N4) + (L 5

/1. 0)

となるように設計を行えばよい（ただし、プリズム部 18中の光路の長さ： L 1, 屈折率： Nl、第 2の導光手段 1 9中の光路の長さ： L2, 屈折率： N2、第 4 の導光手段 20中の光路の長さ： L 3, 屈折率： N3、原稿読取部 21中の光路の長さ： L4, 屈折率： N4、原稿読取部 2 1と原稿 34との間の光路の長さ： L 5, 屈折率： N5 (- 1. 0) とする）。

なお、本実施の形態における読取装置 1における GR I Nレンズ 2 3の共役長 TCは、 1 0. 2 mm ( 5 70 n mの光源、に対して）のものを用いた。

本実施の形態においては、プリズム部 1 8、第 2の導光手段 1 9、第 4の導光手段 20および原稿読取部 2 1の材料として、それぞれ一般的な光学ガラス材料である BK7 (屈折率： N 1 =N 2 =N 3 N4 = 1. 5 1 7 1) を用いたので、本実施の形態においては、見かけの光路の長さは、

L 1 + L 2 = 3. 33 mm

L 3 + L4 = 0. 70mm

L 5 = 1. 7 3 mmとなる。

このように、凹凸で表わされた情報を撮影するための光路と、濃淡で表わされた情報を撮影するための光路との、 2つの光路についての光路長が、 GR I Nレンズ 2 3の共役長と等しくなるように構成されていることにより、本実施の形態の撮影装置 1は、原稿読取部 2 1力ら離間して配置された原稿 34の濃淡による情報および凹凸読取面 33に当接された指紋等の 00凸による情報について、どちらも焦点の合った、コントラストの良好な、鮮明な画像を撮影することができる。なお、 GR I Nレンズ 2 3の共役長と 2つの光路長とのずれが、 GR I Nレンズ 2 3の共役長の被写界深度以内、すなわち一例をあげると、約 ± 0. 5 mm程度のずれであれば、実用上問題ない。

なお、本実施の形態の撮影装置 1において、第 1の LED 1 3と第 2の LED 1 4との波長を異ならせておいて、プリズム部 1 8と第 2の導光手段 1 9との間に第 1の LED 1 3と対応する波長のバンドパスフィルタを配置し、さらに、原稿読取部 2 1と第 4の導光手段 20との間、または、第 4の導光手段 20とハーフミラー 2 5との間に、第 2の LED 1 4と対応する波長のバンドパスフィルタを配置する構成とすれば、さらに外光や迷光等の影響の少ない、コントラストの良好な濃淡によつて表わされた情報の画像および凹凸によつて表わされた情報の画像を得ることが可能である。

なお、読み取るべき情報の切り替えは、点灯させる光源、すなわち第 1の LE JP2003/010834

15

D 1 3および第 2の L E D 1 4を切り替えることによって簡単に行うことができる。

本実施の形態の読取装置 1においては、図 1〜図 4に示したように、凹凸読取面 3 3と原稿読取部 2 1の表面と力互いに直角をなすように構成されている。この構成により、読取装置 1を携帯電話装置等の情報装置に搭載する際に、ユーザに使い勝手のょレ、情報装置を提供することができる。

このような読取装置 1を携帯電話装置等の情報装置に搭載した例を、図 5に示す。

図 5は、読取装置 1を搭載した携帯電話装置 5 0の外観図であり、図 5 ( a ) はその正面図、図 5 ( b ) は読取装置 1が搭載された端部を示す要部斜視図である。

携帯電話装置 5 0は、アンテナ部 5 1、スピーカ部 5 2 、 L C D等の表示部 5 3、キー部 5 4およびマイク部 5 5等の公知の携帯電話装置に、読取装置 1を内蔵した構成である。

図 5 ( b ) に示すように、携帯電話装置 5 0の外部には、プリズム部 1 8の凹凸読取面 3 3を含む一部分と原稿読取部 2 1とが露出している。原稿読取部 2 1 は、携帯電話装置 5 0の筐体の内側に位置するよう構成されている。

この構成について、さらに詳細に説明する。図 6は、携帯電話装置 5 0の読取装置 1が搭載された部分の要部断面図である。図 6において、読取装置 1は携帯電話装置 5 0の筐体 4 3内に納められており、前述のように、プリズム部 1 8の凹凸読取面 3 3を含む一部分と原稿読取部 2 1とが露出している。さらに、読取装置 1の G R I Nレンズ 2 3の一方の共役点 P 2と一致する位置に、筐体 4 3の外側面が配置されるように構成することにより、原稿 3 4を筐体 4 3の外側面に当接させて、原稿 3 4の画像を撮影することが可能となる。このような構成により、原稿 3 4の焦点が固定されるので、安定した、焦点の合った、コントラストの高い画像を撮影することができると共に、原稿読取部 2 1の傷つき等を防止することが可能となる。

また、プリズム部 1 8は携帯電話装置 5 0の筐体 4 3外側面よりわずかに突出するように構成されている。図 6において H I = 3 . 8 5 mmであるが、このような構造をとることにより、筐体 4 3内部に納められるべき実質的な読取装置 1 の厚みを H 2 = 3 . 0 O mmと非常に薄くすることができ、近年薄形化の著しい携帯電話装置への搭載を容易とすることができる。

また、本発明の読取装置を搭載することにより、指紋等の凹凸を読み取る面と、文字や図形等の濃淡で表わされた情報を読み取る面とを別に設けることができるので、ユーザにとって、大変使い勝手のよい情報装置を提供することができる。なお、図 5に示したように、携帯電話装置 5 0の操作を行う面に指紋等の凹凸で表わされた情報を読み取る面を形成し、携帯電話装置 5 0の下面に文字や図形等の濃淡で表わされた情報を読み取る面を設けることにより、非常にユーザにとつて使いやすい読取装置 1内蔵型の携帯電話装置 5 0を提供することができる。さらにまた、このような読取装置を搭載した情報装置を構成すれば、ユーザの指紋情報にもとづいた本人認証を行うことができると共に、 U R Lや 2次元バーコード等のドキュメント情報を読み取ることができるので、従来にない多機能、かつ高いセキュリティ性を有する情報装置を提供することができる。

(第 2の実施の形態）

次に、本発明の第 2の実施の形態について説明する。図 7は、本発明の第 2の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。

なお、本実施の形態における読取装置 6 1の構成要素において、第 1の実施の形態に示したものと同様の作用を有する構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態の読取装置 6 1における、文字や図形等の濃淡で表わされた情報の読み取り方式は、第 1の実施の形態に示した通りであるので、説明は省略する。読取装置 6 1は、その指紋等の凹凸で表わされた情報の読み取り方式が、第 1 の実施の形態で説明した読取装置 1とは異なる。

第 1の実施の形態で説明した読取装置 1においては、そのプリズム部 1 8の凹凸読取面 3 3に当接された指紋等の凹凸で表わされた情報を読み取る際には、凹凸読取面 3 3に対して垂直方向に光を照射して、指紋等の凸面と凹凸読取面 3 3 とが接した部分での散乱光を検出する構成であった。

一方、本実施の形態の読取装置 6 1においては、そのプリズム部 1 8の凹凸読 4

17 取面 3 3に当接された指紋等の凹凸で表わされた情報を読み取る際には、凹凸読取面 3 3に、入射角度が臨界角以上で入射する全反射すべき光線を照射して、指紋等の凸面と凹凸読取面 3 3とが当接した部分での散乱光のうち、凹凸読取面 3 3に対して垂直方向に散乱される成分を検出する構成である。

さらに詳細に説明する。第 1の L E D 1 3から照射された光泉は、集光部 1 5 を介して集光されて、支持部材 6 9によって支持された第 1の導光手段 6 7に入射する。第 1の導光手段 6 7においては、光線は、図⁷中 X軸方向に直進し、全反射面 9 0で全反射された後に、プリズム部 1 8へ入射する。

なお、本実施の形態の読取装置 6 1においては、全反射面 9 0は、図⁷中 X軸方向に対して 2 2 . 5 ° の角度をなすように形成されているので、凹凸読取面 3 3には 4 5 ° の角度で入射する。

プリズム部 1 8では、凹凸読取面 3 3に臨界角（B K 7においては、約 4 1 ° ) 以上の入射角度で入射するので、凹凸読取面 3 3に当接されるものがない場合には、全ての光線が全反射され、図 7において左下の Dで示された面に入射する。

Dで示された面を光を吸収するように構成する、例えば黒色塗装しておくことにより、光線は D面において吸収される。

凹凸読取面 3 3に凹凸を有する物、例えば指 6 3を当接させた場合には、その凸部と囬凸読取面 3 3とが光学的に密着した部分においては、光線が全反射されずに拡散反射する。拡散反射した光線のうちで、図 7におけるマイナス Y軸方向の成分が、支持部材 7 0によって支持された第 4の導光手段 8 1の表面に形成されたハーフミラー 8 5において反射され、 G R I Nレンズ 2 3で集光されて、全反射手段 2 4で全反射された後、撮像素子 3 2に入射することにより、凸部分が白く（輝度が高く）撮影されて、凹部分が黒く（輝度が低く）撮影される。

なお、本実施の形態の読取装置 6 1においては、ハーフミラー 8 5は、図 7中 X軸方向に対して 4 5 ° の角度をなすように形成されている。なお、支持部材 7 0としては、プラスティックゃゴム等の公知の材料を用いることができる。

本実施の形態の読取装置 6 1においても、第 1の実施の形態の読取装置 1と同じょうに、 G R I Nレンズ 2 3の共役長と、凹凸で表わされた情報を撮影する場合の光路長および濃淡で表わされた情報を撮影する場合の光路長とが等しくなる 10834

18 ように構成されていることはいうまでもない。すなわち、図 7において、凹凸読取面 3 3上の点 P 1からハーフミラー 8 5面上の点 P 4を介して撮像素子 3 2上の点 P 3に至る光路長と、原稿 3 4上の点 P 2からハーフミラー 8 5面上の点 P 4を介して撮像素子 3 2上の点 P 3に至る光路長と、さらに、 G R I Nレンズ 2 3の共役長とが等しい関係となっている。

なお、 2つの光路長と G R I Nレンズ 2 3の共役長とのずれが、被写界深度以内、一例を挙げると約 ± 0 . 5 mm程度であることが、実用性に鑑みて望ましい。このような読取装置 6 1を用いる構成においても、文字や図形等の濃淡で表わされた情報およぴ指紋等の凹凸で表わされた情報の 2つの異なる属性の情報を、コントラストの良好な画像情報として取得することができる。

なお、読み取るべき情報の切り替えは、点灯させる光源、すなわち第 1の L E D 1 3および第 2の L E D 1 4を切り替えることによって簡単に行うことができる。

(第 3の実施の形態）

次に、本発明の第 3の実施の形態について説明する。図 8は、本発明の第 3の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。図 9は、その概略斜視図である。

本実施の形態の読取装置 7 1は、 L E Dの配置される位置、ならびに、第 1の導光手段 1 7および第 3の導光手段 2 2の代わりにライトガイドを用いた構成である点が、第 1の実施の形態の読取装置 1および第 2の実施の形態の読取装置 6 1と異なる。図 9に示したように、第 1の L E D 9 6および第 2の L E D 9 7は、読取装置 7 1の側面に取り付けられており、図中 Z軸方向に光線を照射する構成である。

読取装置 7 1によって、指紋等の凹凸で表わされた情報を撮影する場合には、第 1の L E D 9 6を照射させる。図 8または図 9において、 Z軸方向に照射された光線は、ライトガイド 9 3によって、方向を Y軸方向に変化させられる。なお、ライトガイド 9 3としては、 L C Dディスプレイ等に用いられる、公知の拡散板や、導光板、または回折格子等を用いることができる。

ライトガイド 9 3によって Y軸方向にその方向を変化させられた光線は、プリ P T/JP2003/010834

19 ズム部 1 8に垂直方向（Y軸方向）に入射する。以降は、第 1の実施の形態に述ベたものと同様に指紋等の凹凸で表わされた情報を撮影することが可能である。プリズム部 1 8は支持部材 9 2によって支持されている。支持部材 9 2はプラスティックゃゴム等の公知の材料を用いることができる。

次に、読取装置 7 1において、文字や図形等の濃淡で表わされた情報を撮影（読み取り）する場合には、第 2の L E D 9 7を照射させる。図 8および図 9において、 Z軸方向に照射された光線は、ライトガイド 9 4によって、方向を X軸方向に変化させられ、リニアフレネル等の配光手段 9 5によって図 8中下向きに屈折されて、原稿 3 4を照射する。原稿 3 4における散乱光は、 G R I Nレンズ 2 3 によって集光されて撮像素子 3 2によって撮影される。これは、第 1の実施の形態の読取装置 1および第 2の実施の形態の読取装置 6 1の作用と同様である。このライトガイド 9 4としては、 L C Dディスプレイ等に用いられる、公知の拡散板、導光板または回折格子等を用いることができる。

このように、本実施の形態の読取装置 7 1によれば、第 1の実施の形態の読取装置 1および第 2の実施の形態の読取装置 6 1と同様に、文字や図形等の濃淡で表わされた情報と、指紋等の凹凸で表わされた情報との両方を撮影することが可能となる。

さらに、本実施の形態の読取装置 7 1は、第 1の導光手段および第 3の導光手段を用いずに、 L E Dを装置の側面に配置してライトガイドを用いた構成により、さらなる情報装置の薄形化を実現することができる。

本実施の形態の読取装置 7 1においては、 L = 9 . 9 5 mm、 H I = 3 . 8 5 mm、 H 2 = 2 . 7 mm, さらに、図 8中 Hで示した部分の厚みを、 H= 2 . 0 O mmとすることができた。このように、図 8中 Hで示した部分を薄く、くびれた構成にすることにより、読取装置 7 1を携帯電話装置等の情報装置に実装する際の位置決め等も容易に行うことが可能な構成が実現できる。

(第 4の実施の形態）

図 1 0は、本発明の第 4の実施の形態における読取装置の構成を示す断面図である。図 1 1は、その斜視図である。以下の図面では、説明を簡単にするために、 X Y Zの 3軸方向を記載している。図 1 0において、本実施の形態の読取装置 1 0 1は、同一の基板 1 1 2に L E D等の第 1の光源部 1 0 2およぴ第 2の光源部 1 0 3、ならぴに、 CMO Sや C C D等の撮像素子 1 1 1が配置されている。また、基板 1 1 2上に、光学素子 1 1 3が接着等の方法により取り付けられている。なお、本実施の形態の撮像素子 1 1 1は、横 X縦 = 2 5 6 X 1 6画素の CMO Sセンサを用いた。

光学素子 1 1 3は、透明な光学材料からなる第 1の導光手段 1 0 4および第 2 の導光手段 1 0 9、さらにプリズム部 1 0 5からなる。本実施の形態においては、光学素子 1 1 3は、すべてアクリルによって形成されている例を示す。

なお、第 1の光源、部 1 0 2および第 1の導光手段 1 0 4との間ならびに第 2の光源部 1 0 3および第 2の導光手段 1 0 9との間には、光源部からの光を集光させるための、コンデンサレンズゃフレネルレンズ等の集光光学系が設けられた構成であってもよレヽ。

プリズム部 1 0 5は、第 1の光源部 1 0 2から出射された光線を全反射させる第 1の傾斜面 1 0 6と、第 2の光源部 1 0 3力ゝら出射された光線を全反射させる第 2の傾斜面 1 0 7とを有している。さらに、プリズム部 1 0 5は、第 1の傾、斜面 1 0 6および第 2の傾斜面 1 0 7の間に、原稿や指紋を読み取る際に用いる読取面 1 0 8を備えた構成である。

本実施の形態においては、図示したように、第 1の傾斜面 1 0 6力 S、第 1の光源部 1 0 2からの光線の光軸方向（図 1 0中 X軸方向）に対して、なす角度 αが 1 5。になるように構成されている。また、第 2の傾斜面 1 0 7は、第 2の光源部 1 0 3からの光線の光軸方向（図 1 0中 X軸方向）に対して、なす角度が 2 2 . 5 ° になるように構成されている。

さらに、 '本実施の形態の読取装置 1 0 1においては、読取面 1 0 8において散乱した散乱光を撮像素子 1 1 1で受光するために、第 3の導光手段 1 1 0が設けられている。

本実施の形態においては、第 3の導光手段 1 1 0の一例として、円筒形の屈折率分布型レンズ、すなわち G R I N (G R a d i e n t I N d e x ) レンズァレイを複数用いた構成を示し、その物点と焦点、すなわち、共役点間の距離である共役長は、撮像素子 1 1 1の撮影面から、読取面 1 0 8までの長さとほぼ同一になるように構成されている。本実施の形態の読取装置 1 0 1における、共役長は約 1 0 . 2 mmである。なお、読取装置 1 0 1の Y軸方向の幅は 1 6 mmである。

また、第 1の導光手段 1 0 4および第 2の導光手段 1 0 9と、第 3の導光手段 1 1 0および空間部 1 1 4との境界面については、光の漏出を防ぐために、黒色に塗装することが望ましい。

このような読取装置 1 0 1を用いた画像読み取りの際の動作について、次に説明する。

まず、読み取り対象が、文字や図形等の濃淡で表わされた情報である場合の画像読み取りについて説明する。

図 1 2は、本実施の形態の読取装置における、濃淡で表わされた情報を撮影する際の動作を説明するための概略図である。

まず、第 1の光源部 1 0 2を発光させる。第 1の光源部 1 0 2からの光線は、第 1の導光手段 1 0 4を透過して、プリズム部 1 0 5に入射する。第 1の導光手段 1 0 4とプリズム部 1 0 5とは、光学的に隙間が生じないように接着等で密着しているので、第 1の導光手段 1 0 4とプリズム部 1 0 5との境界面では屈折が生じない。

次に、光線は、第 1の傾斜面 1 0 6に入射する。第 1の傾斜面 1 0 6力 S、光線の光軸に対して角度ひ = 1 5 ° になるように設けられているので、光線は、第 1 の傾斜面 1 0 6において全反射し（入射角は 9 0 ° — 1 5 ° = 7 5 ° となる。臨界角はアクリルの場合約 4 2 ° )、読取面 1 0 8に角度 α X 2 = 3 0 ° の入射角で入射する。

読取面 1 0 8では、入射角が 3 0。であるので、全反射は起こらず、光線は読取面 1 0 8から外側に出射する。

読取面 1 0 8から出射した光は、読取面 1 0 8の近傍に配置された文字や図形等の原稿 1 2 1の表面に入射し、文字や図形の着色が淡い部分、すなわち白い部分においては散乱され、着色が濃い部分、すなわち黒い部分では吸収される。原稿 1 2 1の白い部分で散乱された散乱光の一部は、再び読取面 1 0 8から読取装置 1 0 1に入射する。そして、散乱光の撮像素子 1 1 1に向かう成分が、第 3の導光手段 1 1 0によって集光されて、撮像素子 1 1 1によって明るく撮影される。

一方、原稿 1 2 1の黒い部分で吸収された光は、読取装置 1 0 1に入射しないので、原稿 1 2 1の黒い部分は撮像素子 1 1 1によって暗く撮影される。

これにより、読取装置 1 0 1によって、文字や図形等の濃淡で表わされた情報を撮影することが可能となる。

次に、読み取り対象が、指紋等の凹凸で表わされた情報である場合の画像読み取りについて説明する。

図 1 3は、本実施の形態の読取装置における、凹凸で表わされた情報を撮影する際の動作を説明するための概略図である。

この場合には、まず第 2の光源部 1 0 3を発光させる。第 2の光源部 1 0 3からの光線は第 2の導光手段 1 0 9を透過して、プリズム部 1 0 5に入射する。第 2の導光手段 1 0 9とプリズム部 1 0 5とは、光学的に隙間が生じないように接着等で密着しているので、第 2の導光手段 1 0 9とプリズム部 1 0 5との境界面では屈折や反射等が生じない。

次に、光線は、第 2の傾斜面 1 0 7に入射する。第 2の傾斜面 1 0 7力光線の光軸に対して角度 jS = 2 2 . 5 ° になるように設けられているので、光線は、第 2の傾斜面 1 0 7において全反射して（入射角は、 9 0 ° — 2 2 . 5 ° = 6 7 . 5 ° )、読取面 1 0 8に角度 j3 X 2 = 4 5 ° の入射角で入射する。

読取面 1 0 8においては、入射角が 4 5 ° と臨界角を超えているので、光は全反射して、読取装置 1 0 1から外に出ることはない（アクリルから空気中へ出射する場合の臨界角は、約 4 2 ° である）。

しかしながら、読取面 1 0 8に指 1 2 2を密着させた場合、指紋の凹凸のうちの凸の部分と読取面 1 0 8が密着した部分においては、図 1 3に示したように、読取面 1 0 8において光が散乱される。指紋の凹の部分においては、読取面 1 0 8との間に空間があるので、光は散乱せず、読取面 1 0 8において全反射する。指紋の凸の部分と読取面 1 0 8との間で散乱された散乱光は、再び読取面 1 0 8から読取装置 1 0 1に入射する。そして、散乱光の撮像素子 1 1 1に向かう成分が、第 3の導光手段 1 1 0によって集光されて、撮像素子 1 1 1によって明るく撮影される。

一方、指紋の凹の部分と読取面 1 0 8との間に空間部がある部分から全反射された光は、撮像素子 1 1 1によって撮影されないので、暗く撮影される。

これにより、読取装置 1 0 1によって、文字や図形等の濃淡で表わされた情報に加えて、指紋等の凹凸で表わされた情報をも撮影することが可能となる。本発明の読取装置によれば、指紋パターンを撮影する際の凹の部分については、光線力読取面において撮像素子以外の方向に全反射するので、従来と比較して黒レベルの低い、コントラストの良好な画像を得ることができる。

なお、図 1 0において、第 1の傾斜面 1 0 6と、第 1の光源部 1 0 2からの光線の光軸（X軸）方向がなす角度 αが、 1 5 ° である場合を示した。検討によれば、角度 αは、第 1の傾斜面 1 0 6への入射角が、全反射を起こす角度、すなわち臨界角以上の角度であり、かつ、読取面 1 0 8への入射角は全反射を起こさない角度、すなわち臨界角未満の角度であることが望ましい。すなわち、臨界角を Rとすると、

R≤ 9 0 - α

2 X α < R

の 2式を満たす必要がある。

実用的には、

0 < α < (RZ 2 )

を満たせばよい。材料がアクリルの場合には、 R == 4 2 ° となるので、

0 ° < α < 2 1 °

が望ましい。

さらに望ましくは、

1 0 ° < α < 2 1 °

が望ましい。これは、あまり αが小さすぎると、光線が読取面 1 0 8に垂直に近い角度で入射してしまい、原稿 1 2 1の黒い部分からの反射光を拾ってしまうので、コントラストを悪化させる場合があるからである。

次に角度 iSは、第 2の傾斜面 1 0 7への入射角が、全反射を起こす角度、すなわち臨界角 R以上の角度であり、かつ、読取面 1 0 8への入射角も全反射を起こす角度、すなわち臨界角以上の角度であることが望ましい。すなわち、

R≤ 90 - j3

の 2式を同時に満たす必要がある。

実用的には、

(R/2) ≤ ^≤ 90-R

を満たせばよい。材料がアクリルの場合には、 R==42° となるので、

21° ≤ /3≤ 48°

が望ましい。

さらに望ましくは、

21° < β< 30°

が望ましい。これは、あまり /3が大きすぎると、読取面 108に大きな入射角で入射してしまい、指紋画像を取得する場合、指紋の凸の部分と読取面 108との接する部分からの散乱光のうち、撮像素子 1 1 1方向の成分が小さくなり、コントラストを悪化させる場合があるからである。

本実施の形態の読取装置 101によれば、読み取り対象が濃淡で表わされた情報である場合には第 1の光源部 102を点灯させて画像を撮影すればよく、読み取り対象が凹凸で表わされた情報である場合には第 2の光源部 103を点灯させて画像を撮影すればよい。すなわち、点灯させる光源部を選択するという単純な構成で、文字や図形等の濃淡で表わされた情報と指紋等の凹凸で表わされた情報とをコントラストよく同一の読取面 108から撮影することができる。

また、本実施の形態の読取装置においては、第 1の光源部 102からの光線の光軸、第 2の光源部 103からの光線の光軸、さらに、読取面 108から撮像素子 1 1 1への光線の光軸が、略平行になるように構成されている。このような構成により、読取装置 101の厚みを薄く構成することができる。図 10に示した構成では、図中 Ζ軸方向の厚みを 3 mmにすることができた。円筒型の GR I N レンズの径を小さくする等の改良を行えば、さらなる薄形化も可能である。 'このように、携帯情報装置への搭載を容易に行うことができる読取装置を提供することができる。 2003/010834

25 なお、本実施の形態においては、光学素子 1 1 3の材料として、アクリルを用いた場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ポリ力一ボーネートゃガラス等の、公知の光学材料をすベて含むことはいうまでもない。また、本実施の形態においては、撮像素子が、第 1の光源部および第 2の光源部と同一基板上に形成された例を示した。この場合、読取装置の組み立てが簡単に行えるという利点がある力本発明は撮像素子の位置を限定するものではない。例えば、図 1 4に示したように、撮像素子 1 1 1力第 1の光源部 1 0 2および第 2の光源部 1 0 3と同一基板上にない構成であってもよいことはいうまでもなレ、。

さらに、本実施の形態においては、第 3の導光手段 1 1 0の例として、 G R I Nレンズアレイを用いた構成を示したが、本発明はこれに限定されず、集光作用を有する光学系であれば、本発明に含まれることはいうまでもない。

また、本実施の形態においては、第 3の導光手段 1 1 0である G R I Nレンズアレイの共役長が、撮像素子 1 1 1から読取面 1 0 8までの距離と一致する例を示したが、例えば、第 3の導光手段 1 1 0の共役長が、撮像素子 1 1 1力ゝら、読取面 1 0 8までを超える長さであってもよい。

このような構成によれば、図 1 5に示したように、読取装置 1 0 1を携帯情報装置等に搭載する場合に、読取面 1 0 8が携帯情報装置の筐体 1 3 0よりも内側になるように読取装置 1 0 1を配置することが可能となる。この場合には、第 3 の導光手段 1 1 0の共役長を、撮像素子 1 1 1から筐体 1 3 0の外側までの距離 Cと一致するように配置することが望ましい。このような構成により、読取面 1 0 8を外部からの機械的な損傷等から防御することができる。

また、本発明の読取装置は、本実施の形態に示したような、光学素子 1 1 3が第 1の導光手段 1 0 4、第 2の導光手段 1 0 9およびプリズム部 1 0 5からなる構成に限定されない。例えば図 1 6に示したような、光学素子 1 5 1力 S、第 1の導光手段、第 2の導光手段おょぴプリズム部をプレス成形等の公知の方法で一体に形成した構成であってもよいことはいうまでもない。

(第 5の実施の形態）

次に、第 5の実施の形態として、本発明の読取装置の別の構成を示す。 0834

26 図 1 7は、本発明の第 5の実施の形態における読取装置の斜視図である。図 1 8はその断面図である。

なお、説明を簡単にするために、第 1の実施の形態で説明した構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態の読取装置 1 6 1は、第 4の実施の形態で説明した読取装置 1 0 1と比較して、その読取面 1 0 8の両側（図 1 7中 Y軸方向の両側）に、突起部 1 4 2を設けた点が異なる。

このような突起部 1 4 2を設けたことにより、読取面 1 0 8を、読み取り対象となる原稿等に直接当接させることがないので、摩擦やゴミ等による表面の傷から保護することができる。

さらに、このような構成において指紋パターンを取得する場合には、突起部 1 4 2のない読取面 1 0 8の中央部分で指紋画像を取得することができる。

なお、この構成においては、第 3の導光手段 1 1 0の共役長は、撮像素子 1 1 1から突起部 1 4 2の先端部分までの距離 Eとほぼ同一であることが、文字や図形等の濃淡で表わされた情報の、より鮮明な画像の撮影のために望ましい。さらに、指紋等の凹凸で表わされた情報をも鮮明に撮影するために、その被写界深度、撮像素子 1 1 1から読取面 1 0 8までの距離 Dと、撮像素子 1 1 1から突起部 1 4 2の先端部分までの距離 Eとをカバーすることが望ましい。

(第 6の実施の形態）

さらに、第 6の実施の形態として、本発明の読取装置の別の構成を示す。図 1 9は、本発明の第 6の実施の形態における読取装置の斜視図である。図 2 0はその平面図である。

なお、説明を簡単にするために、第 4の実施の形態で説明した構成要素と同じ構成要素については、同一の符号を付し、説明は省略する。

本実施の形態の読取装置 1 6 2は、第 1の実施の形態で説明した読取装置 1 0 1と比較して、その読取面 1 4 8のうちの Y軸方向の両端部分が、曲面で構成されているのが異なる。

読取面 1 4 8の両端部分を曲面にしたことにより、第 1の実施の形態で述べた読取装置 1 0 1の効果に加えて、読取面 1 4 8の中央部分を、読み取り対象とな PC霞謹蘭 4

27 る原稿等に直接当接させることがないので、摩擦やゴミ等による表面の傷つき等を防止することができる。

さらに、このような構成において指紋パターンを取得する場合には、第 5の実施の形態の読取装置 1 6 1のように、突起部 1 4 2が存在しないので、読取面 1 4 8の Y軸方向の全域を読取面として用いることが可能となる。

なお、この構成においても、図 2 0に示したように、第 3の導光手段 1 1 0の共役長は、撮像素子 1 1 1から読取面 1 4 8の最大距離 Gとほぼ同一であること力 S、文字や図形等の濃淡で表わされた情報の、より鮮明な画像の撮影のために望ましい。さらに、指紋等の凹凸で表わされた情報をも鮮明に撮影するために、 G R I Nレンズの被写界深度が、撮像素子 1 1 1から読取面 1 4 8の最大距離 Gと、撮像素子 1 1 1から読取面 1 4 8の最短距離 Fとをカバーすることが望ましい。なお、本実施の形態の読取装置 1 6 2においては、読取面 1 4 8が Y軸方向に凹面である場合を示したが、本発明の読取装置 1 6 2はこれに限定されない。例えば、 Z軸方向に凹面であっても、傷つき防止効果を有することはいうまでもない。産業上の利用可能性

以上述べたように、本発明にかかる光学素子および読取装置は、指紋等の凹凸で表わされた情報と、文字や図形等の濃淡で表わされた情報のどちらについてもコントラストの良好な画像を得ることができ、かつ、その薄形化が可能となるという効果を有するので、文字や図形等の濃淡で表わされた情報と、指紋等の凹凸で表わされた情報との読み取りを行う光学素子およぴ読取装置等として有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1の光線を全反射させる第 1の傾斜面と、

第 2の光線を全反射させる第 2の傾斜面と、

前記第 1の傾斜面と前記第 2の傾斜面とに隣接し、前記第 1の光線の前記第 1 の傾斜面における全反射光を一部反射させ、前記第 2の光線の前記第 2の傾斜面における全反射光を全反射させ、被写体の光学的な情報を読み取る読取面とを備えたことを特徴とする光学素子。

2 . 第 1の光源部と、

第 2の光源部と、

前記第 1の光源部からの光線を全反射させる第 1の傾斜面と、

前記第 2の光源部からの光線を全反射させる第 2の傾斜面と、

前記第 1の傾斜面と前記第 2の傾斜面とに隣接し、前記第 1の傾斜面において全反射した前記第 1の光源部からの光線およぴ前記第 2の傾斜面において全反射した前記第 2の光源部からの光線が入射するように設けられた、被写体の光学的な情報を読み取る読取面と、

前記読取面における散乱光を撮影する撮影部とを備えたことを特徴とする読取

3 . 前記第 1の傾斜面において全反射光した前記第 1の光源部からの光線が、前記読取面において一部反射し、前記第 2の傾斜面において全反射した前記第 2の光源部からの光線が、前記読取面で全反射することを特徴とする請求項 2に記載

4 . 前記第 1の光源部からの光線の光軸方向と前記第 2の光源部からの光線の光軸方向とが互いに平行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

5 . 前記読取面と、前記撮影部との間に導光手段を備えたことを特徴とする請求項 2から請求項 4までのいずれか 1項に記載の読取装置。

6 . 前記第 1の光源部、前記第 2の光源部および前記撮影部が同じ基板上に設けられたことを特徴とする請求項 2から請求項 5までのいずれか 1項に記載の読取

7 . 前記導光手段が、前記第 1の光源部からの光線の光軸方向および前記第 2の光源部からの光線の光軸方向と平行に設けられたことを特徴とする請求項 5または請求項 6に記載の読取装置。

8 . 前記導光手段が、 G R I Nレンズアレイであることを特徴とする請求項 5から請求項 7までのいずれか 1項に記載の読取装置。

9 . 前記 G R I Nレンズァレイの共役長が、前記撮影部から前記読取面までの距離に実質的に一致することを特徴とする請求項 8に記載の読取装置。

1 0 . 前記読取面に突起部が設けられたことを特徴とする請求項 2から請求項 9 までのいずれか 1項に記載の読取装置。

1 1 . 前記 G R I Nレンズアレイの共役長が、前記撮像素子から前記突起部の先端までの距離に実質的に一致することを特徴とする請求項 1 0に記載の読取装置。

1 2 . 前記読取面が曲面で構成されたことを特徴とする請求項 2から請求項 1 1 までのいずれか 1項に記載の読取装置。

1 3 . 前記曲面が、凹面であることを特徴とする請求項 1 2に記載の読取装置。

1 4 . 前記第 1の光源部からの光線の光軸方向と前記第 1の傾斜面とのなす角度 a (d e g) I 前記読取面における光線の臨界角を R (d e g) としたとき、 0 < ひ < (R/2)

で表わされることを特徴とする請求項 2から請求項 13までのいずれか 1項に記載の読取装置。

1 5. 前記第 2の光源、部からの光線の光軸方向と前記第 2の傾斜面とのなす角度 β (d e g) ヽ前記読取面における光線の臨界角を R (d e g) としたとき、

(R/2) ≤ /3≤ 90 -R

で表わされることを特徴とする請求項 2から請求項 14までのいずれか 1項に記

16. 第 1の光線によって照射される第 1の読取面と、

第 2の光線によって照射される第 2の読取面と、

前記第 1の読取面における散乱光を反射させると共に、前記第 2の読取面へ入射する光線を透過させ、前記第 1の読取面における散乱光と前記第 2の読取面へ入射する光線とを同方向に配光させるハーフミラーと、

前記第 1の読取面における散乱光および前記第 2の読取面へ入射する光線を所定の面上に集光させる集光手段とを備えたことを特徴とする光学素子。

17. 前記第 1の読取面が、凹凸によつて表わされた情報の読み取りを行う面であり、

前記第 1の光線が、前記第 1の読取面を略垂直方向に照射するように構成されたことを特徴とする請求項 16に記載の光学素子。

18. 前記第 2の読取面が、濃淡で表わされた情報の読み取りを行う面であり、前記第 2の光線が前記第 2の読取面を照射する角度が臨界角未満であることを特徴とする請求項 16または請求項 1 7に記載の光学素子。

1 9. 前記第 1の読取面と前記第 2の読取面とが互いに直角をなすことを特徴とする請求項 1 6から請求項 1 8までのいずれか 1項に記載の光学素子。

2 0 . 前記集光手段が G R I Nレンズであることを特徴とする請求項 1 6から請求項 1 9までのいずれか 1項に記載の光学素子。

2 1 . 第 1の光源部と、

第 2の光源部と、

前記第 1の光源部によって照射される第 1の読取面と、

前記第 2の光源部によつて照射される第 2の読取面と、

前記第 1の読取面における散乱光および前記第 2の読取面へ入射する光線を所定の面上に集光させる集光手段と、

前記所定の面上に配設された撮影部とを備えたことを特徴とする読取装置。

2 2 . 前記撮影部の撮影面から前記第 1の読取面までの光路長と、前記撮影部の撮影面から被写体の配置されるべき面までの光路長とが等しいことを特徴とする請求項 2 1に記載の読取装置。

2 3 . 前記撮影部の撮影面から前記第 1の読取面までの光路長およぴ前記撮影部の撮影面から前記被写体の配置されるべき面までの光路長が、前記集光手段の共役長に等しいことを特徴とする請求項 2 2に記載の読取装置。

2 4 . 前記第 1の読取面で読み取られるべき情報が指紋情報であり、前記第 2の読取面で読み取られるべき被写体の情報がドキュメント情報であることを特徴とする請求項 2 3に記載の読取装置。

2 5 . 請求項 2 3または請求項 2 4に記載の読取装置と、前記読取装置を収納する筐体とを備えた情報装置であって、前記被写体の配置されるべき面が、前記筐体と前記被写体とが当接する面と' 致することを特徴とする情報装置。