CN104662409B - 聚光单元、聚光方法以及光学检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚光单元，所述聚光单元包括：具有中空的圆顶形状的反射部件，其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面；以及多个光照射部件，其被布置在所述反射部件的外壁的周围，并使用穿过第一开口部的光来照射所述顶部的照射区域，所述第一开口部形成在所述外壁中。所述反射部件包括：第二开口部，其形成在所述顶部的所述照射区域中，以及第三开口部，其形成在所述底部中并面对光接收单元的光接收透镜，所述光接收单元用于对接收的光执行预定处理。

Description

聚光单元、聚光方法以及光学检测系统

技术领域

本发明涉及聚光单元、聚光方法以及光学检测系统。

背景技术

为了对测量对象物体的各种特性进行测量，通常使用如下方法：使用光照射测量对象物体，并通过摄像器件检测反射光。

例如，专利文献1披露了着色物质定量测定装置，该定量测定装置通过检测来自固相的反射光来定量测定在固相期间包含的着色物质。专利文献2披露了使用光来照射原物(original)并检测反射光以由此读取原物的彩色图像的读色器。专利文献3披露了拍摄多光谱图像(multi-spectral image)或超光谱图像(hyper-spectral image)并能够扫描具有超过三个带宽的二维图像(多光谱图像或超光谱图像)的系统。

另一方面，图像传感器通常输出取决于入射光量的电信号(像素信号)。为了得到期望的足以执行测量或图像拍摄的输出，需要相应量的光入射到图像传感器。如果来自于光源的光能够有效地入射到图像传感器上，那么，即使在来自光源的照射量相对地小的情况下，也能够以较高的灵敏度实施测量或图像拍摄。

例如，专利文献4披露了包括具有被设置在光路中的经镜面抛光的内表面的圆筒状聚光器的检验光照射装置以及使用了该装置的固态图像传感器，其中沿该光路，来自光源的照射光被引导到图像传感器。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP H10-073534A

专利文献2：JP S62-029506A

专利文献3：JP 2007-538856A

专利文献4：JP 2009-145180A

发明内容

技术问题

一般而言，对于传感器模块，通常使用图像传感器，在该传感器模块中，图像传感器与用于将入射光引导到图像传感器的光接收透镜组合。原因在于，光接收透镜的最优大小或曲率可随着诸如图像传感器的大小(光接收面积)或光接收透镜与图像传感器之间的距离之类的因素而变化。因此，为了使光更有效地入射到图像传感器上，还需考虑传感器模块中的光接收透镜的特性。

然而，专利文献1至3中所披露的技术并未提供有效地使光聚集在图像传感器上的具体措施。专利文献4中披露的聚光器的设计没有考虑光接收透镜的特性，因此，可能并未实现足够的聚光效率。

因此，在本发明中，提供新颖的并且改进的聚光单元、聚光方法以及光学检测系统，它们能够更有效地使光聚集在光接收透镜上。

问题的解决方案

根据本发明，提供一种聚光单元，所述聚光单元包括：具有中空的圆顶形状的反射部件，其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面；以及多个光照射部件，其被布置在所述反射部件的外壁的周围，并使用穿过第一开口部的光来照射所述顶部的照射区域，所述第一开口部形成在所述外壁中。所述反射部件包括：第二开口部，其形成在所述顶部的所述照射区域中，以及第三开口部，其形成在所述底部中并面对光接收单元的光接收透镜，所述光接收单元用于对接收的光执行预定处理。所述反射部件将来自所述照射区域并被所述内表面反射的光引导到所述光接收透镜。

根据本发明，提供一种聚光方法，所述聚光方法包括：使用由多个光照射部件发出并穿过第一开口部的光来照射照射区域，所述光照射部件被布置在反射部件的外壁的周围，所述反射部件具有中空的圆顶形状并且其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面，所述第一开口部形成在所述外壁中，所述照射区域位于所述顶部上；通过所述内表面反射来自所述照射区域的照射光，并且将所反射的光引导到形成在所述反射部件的所述底部中的第二开口部；以及使所引导的光入射在图像传感器模块的光接收透镜上，所述图像传感器模块用于输出取决于接收的光的量的像素信号，所述光接收透镜被设置成面对所述第二开口部。

根据本发明，提供一种光检测系统，所述光检测系统包括：图像传感器模块，其具有光接收透镜，并用于输出像素信号，所述像素信号取决于通过所述光接收透镜接收的光的量；以及聚光单元，其用于使光聚集在所述光接收透镜上。所述聚光单元包括：具有中空的圆顶形状的反射部件，其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面；以及多个光照射部件，其被布置在所述反射部件的外壁的周围，并使用穿过第一开口部的光来照射所述顶部的照射区域，所述第一开口部形成在所述外壁中。所述反射部件包括：第二开口部，其形成在所述顶部的所述照射区域中，以及第三开口部，其形成在所述底部中并面对光接收单元的光接收透镜，所述光接收单元用于对接收的光执行预定处理。所述反射部件将来自所述照射区域并被所述内表面反射的光引导到所述光接收透镜。

根据本发明，来自照射区域的光被反射部件的内表面反射并被引导到光接收单元的光接收透镜。因此，来自照射区域的光聚集在光接收透镜上。

发明的有益效果

根据如上所述的本发明，能够以更有效的方式使光聚集在光接收透镜上。

附图说明

图1是示出如何将根据本发明的第一实施例的聚光单元安装在图像传感器模块上的立体图。

图2是沿图1的截面A-A所截取的根据第一实施例的聚光单元的剖视图。

图3是用于说明根据第一实施例的聚光单元中的反射部件与光照射部件之间的位置关系的说明图。

图4是用于说明反射部件的形状的说明图。

图5是示出当根据第一实施例的聚光单元未配备反射部件时的光线追踪模拟的结果的示意图。

图6是示出当根据第一实施例的聚光单元具有反射部件时的光线追踪模拟的结果的示意图。

图7是示出由装备有根据本发明的第一实施例的聚光单元的图像传感器模块所检测的光谱的光谱图。

图8是沿图1的截面A-A所截取的根据本发明的第二实施例的聚光单元的剖视图。

图9是示出根据第二实施例的聚光单元中的光线追踪模拟的结果的示意图。

图10是沿图1的截面A-A所截取的根据本发明的第三实施例的聚光单元的剖视图。

图11是示出根据第三实施例的聚光单元40中的光线追踪模拟的结果的示意图。

图12是示出根据本发明的第一实施例的聚光单元的变形例的剖视图，其中，聚光单元与光接收单元被一体地形成。

图13是用于说明根据本发明的第一实施例的聚光单元的变形例的说明图，其中，光照部件的数量被改变。

图14是用于说明相对于具有较大的会聚角的光接收透镜的反射部件的通用性的说明图。

图15是用于说明相对于具有较小的会聚角的光接收透镜的反射部件的通用性的说明图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细说明优选的本发明的实施例。注意，在本说明书及附图中，用相同的附图标记来表示具有大致相同的功能与结构的结构性元件，并省略这些结构性元件的重复说明。

将按下面的顺序进行说明。

1.第一实施例

1.1.聚光单元的示例性外观

1.2.聚光单元的构造

1.3.反射部件的形状

1.4.聚光效果

1.5.应用示例

2.第二实施例

2.1.聚光单元的构造

2.2.聚光效果

2.3.应用示例

3.第三实施例

3.1.聚光单元的构造

3.2.聚光效果

4.变形例

4.1.集成有光接收透镜

4.2.光照射部件的数量的变化

4.3.其他的变形例

5.反射部件的通用性

6.结论

根据本发明的第一、第二以及第三实施例的聚光单元被安装在对接收的光执行预定处理的光接收单元中，该聚光单元具有使光聚集在光接收单元上的功能。这里，对于光接收单元的具体示例，在下文中，将通过例示图像传感器模块来给出说明。然而，根据本发明的第一、第二以及第三实施例的聚光单元可应用到其他任何种类的光接收单元，而并不限于被安装在图像传感器模块上的应用。

1.第一实施例

1.1.聚光单元的示例性外观

首先，将参照图1来说明根据本发明的第一实施例的聚光单元的示意性构造。图1是示出如何在图像传感器模块中安装根据本发明的第一实施例的聚光单元的立体图。

参照图1，聚光单元10包括具有大致圆筒形状的外壳110。外壳110由遮光材料制成，并且具有用于容纳稍后将说明的反射部件或光照射部件等的内部空间。此外，在图1所示的示例中，外壳110在圆筒一侧的圆形表面的大致中心处具有突起形状，该突起形状朝向外壳110的外部方向突起。

注意，在下面的说明中，将与用于构成外壳110的圆筒的圆形表面垂直的方向定义成z轴。此外，将外壳110的一个表面的突起方向称为向上的方向(图1中所示的z轴正方向)，并且将其相反方向称为向下的方向(图1中所示的z轴负方向)。此外，针对聚光单元10，将在平行于外壳110的上表面以及下表面的平面中彼此垂直的两条坐标轴定义为x轴以及y轴。

参照图1，在沿外壳110的z轴正方向突起的末端部中设置有用于将外壳110的内部空间与外部连通的上开口部111。此外，尽管图1中并未明确示出，在外壳110的下表面(位于z轴的负方向上的表面)的大致中心处还设置有用于将外壳110的内部空间与外部连通的下开口部。

换言之，在聚光单元10的外壳110上，在圆筒的上、下表面的彼此相对的位置处设置有开口部。从上开口部111向外壳110内部施加的光在聚光单元10内部沿z轴的负方向被引导的同时聚集到被设置在外壳110的下表面上的下开口部上，并从下开口部向外部出射。

另一方面，参照图1，图像传感器模块20与聚光单元10的下侧相连接。图像传感器模块20包括具有大致长方体形状的外壳210。外壳210由遮光材料制成，并且具有用于容纳图像传感器等的内部空间。在下面的说明中，将构成外壳210的上表面以及下表面(底表面)的四条边之中的彼此垂直的两条边分别称为x轴方向以及y轴方向。

在图1所示的示例中，图像传感器模块20在外壳210的上表面的大致中心处具有向上突起的突起形状。而且，尽管图1中并未明确示出，在外壳210的沿z轴正方向突起的末端部中设置有用于使光入射到外壳210内部的光接收开口部。在根据本实施例的图像传感器模块20中，可以不在外壳210的上表面上形成突起形状。在这种情况下，外壳210具有平坦的上表面，并且光接收开口部可被设置在该平面的大致中心处。

光接收透镜被设置在图像传感器模块20的光接收开口部中。光接收透镜将从光接收开口部入射到外壳210上的光引导到被布置在外壳210内部的图像传感器的光接收面上。换言之，图像传感器模块20经由图像传感器从被设置在外壳210的上表面上的光接收开口部的光接收透镜接收入射光。然后，图像传感器输出取决于所接收的光的量的电信号(像素信号)。

在本实施例中，聚光单元10与图像传感器模块20连接，使得被设置在外壳110的下表面上的下开口部面对被设置在外壳210的上表面上的光接收开口部。聚光单元10具有使被从上开口部111朝着外壳110的内部施加的光聚集在图像传感器模块20的光接收透镜上的功能。

作为使用聚光单元10的具体方式，首先将测量对象物体放置在上开口部111的上表面上。然后，将光从稍后将说明的被设置在外壳110中的光照射部件朝着上开口部111施加，即，朝着被放置在上开口部111上的测量对象物体照射。在聚光单元10内部，从测量对象物体的表面反射的光或在测量对象物体内部散射的光被朝着z轴负方向引导的同时聚集在被设置在外壳110的下表面上的下开口部上以及聚集在与下开口部相连接的图像传感器模块20的光接收透镜上。因此，从测量对象物体表面反射的光或在测量对象物体内部散射的光能够有效地入射到被设置在图像传感器模块20中的图像传感器上。注意，在下面的说明中，从测量对象物体表面反射的光或在测量对象物体内部散射的光称为散射光或反射光。

下面，将参照图2以及图3来更详细地说明聚光单元10的功能以及构造。注意，下文中，将通过定义用于表示聚光单元10以及图像传感器模块20的中心的中心轴来给出说明。具体地，如图2中的虚线所示，将沿聚光单元10的外壳110的上、下表面以及图像传感器模块20的外壳210的上、下表面的垂直方向穿过这些表面的中心的轴线定义成中心轴c。

聚光单元10以及图像传感器模块20具有关于中心轴c旋转对称的结构。例如，在如图1中所示的本实施例中，聚光单元10以及图像传感器模块20具有所谓的关于中心轴c四重对称(four-fold symmetry)的结构。因此，下面，鉴于上述对称性，将主要通过使用图1中所示的沿截面A-A(在包括y轴与z轴的平面中，穿过中心轴c的截面)所截取的剖视图来说明聚光单元10以及图像传感器模块20的构造。

1.2.聚光单元的构造

接着，将参照图2以及图3来详细说明根据第一实施例的聚光单元的构造。图2是沿图1的截面A-A所截取的根据第一实施例的聚光单元的剖视图。图3是用于说明根据第一实施例的聚光单元中的反射部件与光照射部件的位置关系的说明图。注意，在下面的说明中，可以省略上面参照图1所说明的聚光单元以及图像传感器模块的功能与构造。

参照图2，聚光单元10包括外壳110、圆顶形反射部件120以及多个光照射部件130。

例如如上面参照图1说明的外壳110大致具有圆筒形状，并且外壳110的大致中心部朝外部突起，即，朝图2中所示的上侧突起。而且，在突起部的末端处，即在上表面上的大致中心部的部分区域处，外壳110具有大致圆形的上开口部111。在外壳110的下表面上的大致中心部的部分区域中设置有大致圆形的下开口部112。上开口部111以及下开口部112被设置成使得这些开口部的大致中心部与聚光单元10的中心轴c重合。对于上开口部111以及下开口部112的具体尺寸，作为示例，上开口部111可以具有约5毫米的直径，并且下开口部112可以具有约10毫米的直径。

外壳110具有内部空间，在该内部空间中布置有反射部件120以及多个光照射部件130。

反射部件120具有中空的圆顶形状，该中空的圆顶形状以其侧壁从顶部朝向底部弯曲的方式延伸。反射部件120具有经镜面抛光的内表面，并且能够反射入射到内表面上的光。

反射部件120被布置在外壳110中，使得反射部件120的顶部与外壳110的上开口部111相一致。反射部件120被布置成使得反射部件120的顶部的大致中心部及其底部的大致中心部与中心轴c重合。

在反射部件120的外壁的周围布置有多个光照射部件130。在光照射部件130的部分区域中设置有光照射部131。光照射部件130使光照射部131沿预定的方向施加光。在本实施例中，作为示例，光照射部件130包括发出白光的光源以及诸如准直器(collimator)或孔径光阑(aperture stop)之类的用于调整照射方向的光学部件。作为示例，发出白光的光源可以是白光发光二极管(LED)。

将参照图3来详细说明反射部件120与光照射部件130的构造以及它们之间的位置关系。在聚光单元10的各个部件之中，图3仅示出了反射部件120以及光照射部件130，并且以这两个部件的位置是彼此相关联的方式示出反射部件120的侧视图以及光照射部件130的俯视图。

参照图3，多个光照射部件130布置在反射部件120的外壁的周围，并且被设置成使得光照射部件130的光照射方向(光轴)面对反射部件120的顶部。在反射部件120的外壁中的与光照射部件130的照射区域相对应的一部分处设置有第一开口部121。换言之，经由被设置在反射部件120的外壁上的第一开口部121，从光照射部件130发出的光被施加到反射部件120的顶部附近。在本实施例中，第一开口部121可以是形成在反射部件120的外壁中的缝隙。在下面的说明中，将被由光照射部件130发出的光照射的区域称为照射区域。

此外，具有大致圆形形状的第二开口部122被设置在反射部件120的顶部中，即，被设置在反射部件120的照射区域。反射部件120的底表面在整个区域上是开口的，并且构成具有大致圆形形状的第三开口部123。对于第二开口部122及第三开口部123的具体尺寸，作为示例，第二开口部122可以具有约5毫米的直径，并且第三开口部123可以具有约10毫米的直径。

作为使用如上所述的聚光单元10的具体方式，例如，将测量对象物体放置在上开口部111的上表面上。然后，使用来自多个光照射部件130并穿过第一开口部121、第二开口部122以及上开口部111的光照射被放置在上开口部111的上表面上的测量对象物体。因此，照射区域可以是如下概念，其表示测量对象物体、第二开口部122以及上开口部111中的被光照射的整个区域。

参照图3，多个光照射部件130被大致等间隔地布置在反射部件120的外壁的周围。在本实施例中，作为示例，聚光单元10包括四个光照射部件130。因此，在反射部件120的外壁的周围以90度间隔布置光照射部件130。

多个光照射部件130被布置成使得光照射部件130的光轴在照射区域的大致中心部处彼此相交。更具体地，多个光照射部件130可以被布置成使得光照射部件130的光轴在(被放置在上开口部111的上表面上的)测量对象物体的大致表面处彼此相交。光照射部件130的这种布置允许照射区域被从各个方向以一致的角度入射的光照射。

从光照射部件130发出的光可以以45度的入射角对照射区域(例如测量对象物体)进行照射。从光照射部件130发出的光可以以例如0.2的数值孔径(NA)对照射区域(例如测量对象物体)进行照射。作为示例，测量对象物体与光照射部件130的光照射部131的中心点(发射中心点)之间的距离可以是12.6毫米。

再次参照图2，将继续对聚光单元10以及图像传感器模块20的构造做出说明。图像传感器模块20包括外壳210、光接收透镜220，以及图像传感器230。

作为示例，外壳210具有大致长方体形状，并且其上表面的大致中心部向上突起。在突起部的末端中，即，在上表面上的大致中心部的部分区域中，外壳210具有光接收开口部211。光接收开口部211被设置成使得光接收开口部211的大致中心部与中心轴c重合。在根据本实施例的图像传感器模块20中，在外壳210的上表面上可以不形成突起形状。在这种情况下，外壳210具有平坦的上表面，并且光接收开口部211可被设置在该平面的大致中心处。

光接收透镜220被设置在光接收开口部211中。光接收透镜220具有将所接收的光引导到被布置在外壳210中的图像传感器230的光接收面的功能。光接收透镜220被布置成使得光接收透镜220的大致中心部与中心轴c重合。

光接收透镜220具有优化的曲率及折射率以有效地将入射到光接收透镜220上的光引导到图像传感器230的光接收面231。例如，光接收透镜220具有优化的曲率以及折射率，使得从中部入射到远端(例如，约20至30厘米)的光被有效地引导到图像传感器230的光接收面，于是，在光接收面上形成图像。例如，光接收透镜220为球面透镜，其直径(透镜直径)为10毫米、曲率为0.1，并且针对可见光的折射率是1.8至1.9。光接收透镜220可具有29度的会聚角。作为示例，当测量对象物体被放置在上开口部111的上表面时，测量对象物体与光接收透镜220之间的距离可以是11.5毫米。

在外壳210中，图像传感器230被放置在外壳210的底表面的大致中心处。图像传感器230具有形成在图像传感器230的一个表面上的光接收面231，并且输出取决于入射到光接收面231上的光的量的电信号(像素信号)。输出的像素信号经由电缆(未示出)或其它连接件被传送到图像传感器的外部信息处理装置。信息处理装置对像素信号执行适当的信号处理，从而获取诸如图像数据或光谱之类的各种数据。

图像传感器230被布置在外壳210的底表面上，使得光接收面231面朝上(z轴的正方向)。图像传感器230被布置成使得光接收面231的大致中心部与中心轴c重合。作为示例，图像传感器230可以是诸如CCD传感器或CMOS传感器之类的固态图像传感器。作为示例，光接收面231可以被配置成包括诸如光电二极管(PD)之类的光接收元件的二维阵列。作为示例，光接收面231可以具有8.8mm(x轴方向)×6.6(y轴方向)mm的大小。

如图2所示，聚光单元10连接到图像传感器模块20，使得聚光单元10的下开口部112以及反射部件120的第三开口部123面对图像传感器模块20的光接收开口部211(光接收透镜220)。外壳110的下开口部112的面积与外壳210的光接收开口部211的面积大致相同。当聚光单元10以及图像传感器模块20彼此连接时，下开口部112以及光接收开口部211被设计成使外壳110以及外壳210之间无缝配合以防止来自外部的光进入。当聚光单元10以及图像传感器模块20彼此相连时，上开口部111、第二开口部122、第三开口部123、光接收开口部211、光接收透镜220以及光接收面23的大致中心部均经过中心轴c。

反射部件120、光照射部件130以及光接收透镜220通过支撑部件等被固定到外壳110以及外壳210的内壁，并因此这三个组件之间的相对位置是固定的。然而，并不特别限制支撑部件的材料或者反射部件120、光照射部件130以及光接收透镜220的固定方式，只要能够固定反射部件120、光照射部件130以及光接收透镜220之间的相对位置，可以采用任何材料或方式。在图2、图3以及后面说明的图中，为了简化说明，省略了支撑部件的说明。

已参照图2及图3说明了根据第一实施例的聚光单元10的构造。另外，作为具有聚光单元10的光接收单元的示例，已说明了图像传感器模块20的构造。

在上述构造的情况下，从上开口部111被施加到聚光单元10内部的光被从反射部件120的内壁反射，并且聚集的反射光入射到被设置在光接收开口部211中的光接收透镜220上，于是，光被引导到图像传感器230上。因此，聚光单元10的使用能够使光以更有效的方式入射到图像传感器230上。

作为使用聚光单元10的具体方式的示例，如上面参照图1所说明，测量对象物体被放置到聚光单元10的上开口部111上，以从外壳110的外部(从z轴的正方向)关闭上开口部111。测量对象物体的与上开口部接触的一部分被从多个光照射部件130发出的光照射。被施加到测量对象物体的光被从测量对象物体的表面反射或在测量对象物体内部被散射，然后回到外壳110的内部。来自测量对象物体的散射光或反射光(即，被从照射区域施加到外壳110内部的光)被反射部件120的内壁反射，经过下开口部112，并聚集到被设置在光接收开口部211中的光接收透镜220上。然后，聚集到光接收透镜220上的光被图像传感器230检测。因此，能够聚集散射光或反射光，并使光以更有效的方式入射到图像传感器上。

在上面的说明中，虽然光接收透镜220的大致中心部与光接收面231的大致中心部在位置上与中心轴c重合，但是本实施例不限于本示例。光接收透镜220的大致中心部以及光接收面231的大致中心部并不一定位于一条直线上。换言之，在图像传感器模块20中，还可设置一个以上的诸如透镜或反光镜之类的光学元件，并且可以形成将从光接收透镜220入射的光引导到图像传感器230的光接收面231的光路。因此，在本实施例中，不特别限制由聚光单元10在光接收透镜220上聚集的光到达图像传感器模块20内的图像传感器230所沿的光路，可以以适当方式设计用于形成光路的图像传感器模块20内的各种光学元件的构造。

1.3.反射部件的形状

下面，将参照图4来详细说明根据第一实施例的聚光单元10中包含的反射部件120的形状。图4是用于说明反射部件120的形状的说明图。

图4仅示出在图2中所示的聚光单元10以及图像传感器模块20的剖视图中的组件之中的反射部件120、光照射部件130以及光接收透镜220。在图4中，为了简化说明，仅示出多个光照射部件130之中的一个。图中所示的箭头图示地表示从光照射部件130发出的光的光路。而且，为了说明反射部件120的形状，按照如上所述地使用聚光单元10的方式，将例如测量对象物体700(例如，手指，其是人身体的一部分)放置在第二开口部122的上部。

参照图4，光照射部件130通过反射部件20的第一开口部121向测量对象物体700照射光。被从测量对象物体700的表面反射的光被反射部件120的内壁反射，并入射在光接收透镜220上。当测量对象物体700是生命体的一部分时，除了被从测量对象物体700的表面反射的光之外，来自测量对象物体700的反射光事实上还包括在测量对象物体700内被多次散射之后向外部发出的光。在图4中，为了简化说明，省略了测量对象物体700内的散射光等的说明，仅说明来自测量对象物体700的表面的反射光。

在本示例性的实施例中，作为透镜的特性，光接收透镜220具有预定的焦距和会聚角θ。光接收透镜220能够将以低于会聚角θ的入射角入射的光聚集到以预定的距离分开布置的光学元件(例如图像传感器230的光接收面231)上。根据光接收透镜的透镜表面的曲率或透镜的材料的折射率等来确定焦距以及会聚角。作为透镜的特性，焦距越长，会聚角θ越窄，并且焦距越短，会聚角θ越宽。

在本实施例中，根据光接收透镜的会聚角θ来设计反射部件120的形状。具体地，反射部件120的形状被设计成使得被反射部件120的内壁反射的光在光接收透镜220上的入射角α以及β小于光接收透镜220的会聚角θ。因此，在本实施例中，被反射部件120的内表面反射的光以小于光接收透镜220的会聚角θ的入射角入射在光接收透镜220上，并被引导到图像传感器230的光接收面231。

换言之，在根据本实施例的聚光单元10中，根据具有聚光单元10的光接收单元20的光接收透镜220的透镜特性来设计反射部件120的形状。

作为期望的根据本实施例的聚光单元10的具体构造的示例，可考虑下面说明的构造。作为示例，期望如下构造：光接收透镜220具有相对长的焦距，且与焦距相比，测量对象物体700与光接收透镜220之间的距离较短。作为示例，在上述构造中，光接收透镜220具有使用来自中部直至远端(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格。另一方面，来自测量对象物体700的散射光或反射光被从相对于中部或远端的近端(例如，约一厘米)施加到光接收透镜220。

在根据本实施例的反射部件120的这种构造的情况下，来自测量对象物体700(来自近端)的散射光或反射光被允许与来自中部直至远端的成像光以相等的入射角入射在光接收透镜220上。换言之，反射部件120的形状被设计成使得来自位于近端的测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内壁反射，并且与来自中部直至远端的成像光以相等的入射角入射在光接收透镜220上。

因此，根据本实施例的聚光单元10的使用能够使包括具有相对长的焦距的光接收透镜220的图像传感器模块20有效地接收来自与所谓的特写镜头相对应的距离的光。换言之，在不改变既有的图像传感器模块20的构造的情况下，可以使图像传感器模块20实现有效的聚光。

已经参照图1至图4详细说明了根据第一实施例的聚光单元10的构造。如上所述，根据第一实施例的聚光单元10包括反射部件120以及多个光照射部件130。反射部件120具有圆顶形状，并且反射部件120的内表面是经镜面抛光的表面。在反射部件120周围布置有光照射部件130。从光照射部件130发出的光穿过被设置在反射部件120的侧壁上的第一开口部121而被施加到反射部件120的顶部的照射区域。测量对象物体被布置成与照射区域相接触，例如，与第二开口部122的上部接触，并且从光照射部件130发出的光被测量对象物体的表面反射，或在测量对象物体内被散射。来自测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，经过被设置在反射部件120的底表面上的第三开口部123，并入射在光接收单元(例如被设置成面对第三开口部123的图像传感器模块20)的光接收透镜220上。

在这种情况下，根据光接收透镜220的会聚角来设计反射部件120的形状。具体地，反射部件120的形状被设计成使得被反射部件120的内表面反射的光在光接收透镜220上的入射角小于光接收透镜220的会聚角。因此，通过允许散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，来自测量对象物体的散射光或反射光能够以小于光接收透镜220的会聚角的入射角入射在光接收透镜220上，从而获得改进的聚光效率。

通过这种方式，在根据第一实施例的聚光单元10中，根据光接收透镜220的会聚角来设计反射部件120的形状。因此，反射部件120可以使光以适合于光接收透镜220的光学特性的方式汇聚在光接收透镜220上，并因此能够改善聚光效率。

而且，在根据第一实施例的聚光单元10中，反射部件120的形状可以被设计成使得通过由反射部件120的内壁来反射散射光或反射光，来自位于近端的测量对象物体的散射光或反射光以与来自中部直至远端的成像光相等的入射角入射在光接收透镜220上。换言之，即便当光接收透镜220具有使用来自中部直至远端的相对远距离(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格，来自测量对象物体的散射光或反射光也从相对于中部或远端的近端(例如，约1厘米)被施加到光接收透镜220上，来自与所谓的特写镜头相对应的距离的照射光能够以更有效的方式聚集。

1.4.聚光效果

将参照图5及图6来说明根据第一实施例聚光单元10的聚光效果。将基于通过对根据第一实施例的聚光单元10以及具有聚光单元10的图像传感器单元20执行光线追踪模拟而获得的结果来说明聚光单元10的聚光效果。

图5是示出在根据第一实施例的聚光单元不具有反射部件时由光线追踪模拟得到的结果的示意图。图6是示出根据第一实施例的聚光单元具有反射部件时由光线追踪模拟得到的结果的示意图。

基于图2中所示的聚光单元10以及图像传感器模块20来准备图5及图6所示的光线追踪模拟中的计算模型。在图5及图6中，为了便于理解光线追踪结果，除了聚光单元10以及图像传感器模块20中包含的反射部件120、光照射部件130、光接收透镜220以及图像传感器230之外，省略了其他组件的说明。在计算模型中，测量对象物体700被放置在上开口部111的上部。假定测量对象物体700是人体的一部分，并且与上述人体的一部分相对应的物理量的值被指定给测量对象物体700以允许表示人体中的光的反射或散射等。在计算模型中，为了更准确地模拟在反射部件120的内表面上的光的反射，将反射部件120的侧壁划分成多个网格，并因此表示出侧壁的弯曲表面的形状。

在光线追踪模拟中的计算模型中，作为聚光单元10以及图像传感器模块20的具体构造的示例，设定各组件的形状或组件之间的距离以表示上述项[1.3.反射部件的形状]中说明的“在来自测量对象物体700的散射光或反射光从中部或远端的相对近端(例如约一厘米)被施加到光接收透镜220的同时光接收透镜220具有使用来自中部直至远端(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格的构造”。

图5示出根据第一实施例的聚光单元10中不具有反射部件120时通过执行光线追踪模拟得到的结果。参照图5，我们发现来自测量对象物体700的散射光或反射光几乎不入射在光接收透镜220上。即便是入射在光接收透镜220上的光，光的入射角也过大，因此，我们发现光的一部分入射在图像传感器230的光接收面231上。

图6示出根据第一实施例的聚光单元10中具有反射部件120时通过执行光线追踪模拟得到的结果。在图6中，反射部件120的形状可以被设计成使得被反射部件120的内表面反射的光在光接收透镜220上的入射角小于光接收透镜220的会聚角。

参照图6，我们发现来自测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，并且大部分的反射光聚集在光接收透镜220上。此外，我们发现入射在光接收透镜220上的光的大部分入射在图像传感器230的光接收面231上。原因在于，如上面的项[1.3.反射部件的形状]中所说明，反射部件120的形状是根据光接收透镜220的会聚角形成的。

在图5以及图6所示的光线追踪模拟中，我们发现，根据图像传感器230的光接收面231上的光的入射效率的计算结果，通过设置反射部件120，入射效率提高了将近3倍。从结果明显可以看出，能够实现根据第一实施例的聚光单元10的聚光效果。

如参照上面的图5以及图6说明，根据本实施例的聚光单元10的使用能够进一步提高与聚光单元10相连接的光接收单元上的聚光效率。因此，能够提高光接收单元(例如，图像传感器模块20)的光接收面231上的入射效率。因此，例如，改善了由图像传感器230获得的像素信号的S/N比，并且以更高的灵敏度实施了光的检测。

1.5.应用示例

将说明根据第一实施例的聚光单元10的具体应用示例。作为根据第一实施例的聚光单元10的应用示例，例如，考虑将人体的一部分(皮肤)用作测量对象物体700，并且图像传感器模块20测量散射光或反射光的光谱。

例如，将R(红色)、G(绿色)以及B(蓝色)滤色器设置在用于构成图像传感器230的光接收面231的光接收元件(像素)的每者中，并且图像传感器230能够在光谱上使入射光分光。换言之，图像传感器230能将来自测量对象物体700的散射光或反射光在光谱上分光成三个段R、G以及B。针对每个像素而被分光的R、G以及B的值以图像传感器230的垂直同步信号V_sync为单位被积分，并由此获得了针对测量对象物体700的一个帧画面的三个光谱值。

用于获得三个光谱值的积分是以V_sync的N倍(整数倍)为单位执行的，并且可获得测量对象物体700的N帧画面的总和或平均值的R、G以及B这三个光谱值。在来自测量对象物体700的散射光或反射光入射在图像传感器230上的同时，以每帧或每N帧为间歇地执行用于获得三个光谱值的积分，并因此可测量测量对象物体700的三个光谱值的随时间的变化。从像素信号计算三个光谱值R、G以及B的各种信号处理可以采用与图像传感器相关的信号处理领域中常用的任何已知的信号处理技术。

从通过这种方式获得的三个光谱值能够通过使用Lambert-Beer定律等来估计测量对象物体700包含的物质的浓度。例如，在本应用示例中，测量对象物体700是人体的一部分，并且已知人体皮肤的光谱曲线高度依赖于表皮中的黑色素的量以及红细胞中的血红素的浓度。因此，如果能够将凭借来自人体的一部分(测量对象物体700)的散射光或反射光而获得的三个光谱值与光谱曲线相关联，便能够从关联关系估计人体的该部分中的表皮中黑色素的量以及红细胞中血红素的浓度。

图7示出通过使用聚光单元10由图像传感器模块20获得的人体皮肤中的散射光或反射光的光谱。图7是示出由具有根据第一实施例的聚光单元10的图像传感器模块20检测的光谱图表。

在图7中，细实线代表人体皮肤的光谱反射曲线，点划线代表红色(R)滤色器的光谱特性，粗实线代表绿色(G)滤色器的光谱特性，并且虚线代表蓝色(B)滤色器的光谱特性。由图像传感器模块20使用聚光单元获得的人体中的散射光或反射光的三个光谱值R、G以及B分别用点R、G以及B标出。

参照图7，在点R、点G以及点B处示出的三个光谱值R、G以及B与人体皮肤的光谱反射曲线(细实线)良好符合。换言之，从由具有聚光单元10的图像传感器模块20获得的三个光谱值R、G以及B(人体皮肤的散射光或反射光的光谱)能够获得与人体皮肤的光谱反射曲线一致的数据。因此，从三个光谱值可以估计黑色素的量或血红素的浓度。

可由被设置在图像传感器模块20外部的任何信息处理装置来执行基于从图像传感器230输出的像素信号计算三个光谱值R、G以及B的处理以及基于三个光谱值R、G以及B估计血红素的浓度或黑色素的量的处理。换言之，凭借任何通信手段(例如，经由有线通信或无线通信)将从图像传感器230输出的像素信号传送到信息处理装置，并且信息处理装可以执行各种数据处理。

此外，从血红素的浓度或黑色素的估计值，能够估计对象的精神状况，比如处于兴奋状态或处于放松的情况。因此，例如，当观看者观看多种视频内容或当用户玩视频游戏时，通过测量人体皮肤的光谱，能够实时识别内容中的哪个场景使观看者或用户处于兴奋状态或放松状态。由此，例如，根据兴奋或放松状态的转变，游戏或视频内容的改变可以为观看者或用户提供具临场感的观看或操作体验。

近年来，作为标准规格，相机功能已被安装在诸如移动电话之类的各种便携式设备中。例如，移动电话的相机功能中所使用的图像传感器模块具有约20至30厘米的焦距。因此，这种图像传感器模块可以是包含具有用来自中部直至向远端的光来形成物体图像的规格的光接收透镜的图像传感器模块。

如上所述，根据第一实施例的聚光单元10能够较好地在将光聚集在具有光接收透镜的图像传感器模块上，这种光接收透镜具有使用来自从中部直至远端的较远距离的光来形成物体图像的规格。因此，作为更加优选的聚光单元10的应用示例，在使用移动电话观看视频内容时或玩游戏时可以想象例如使用聚光单元10。

例如，考虑用户使用移动电话玩各种游戏内容的情况。在这种情况下，计算上述三个光谱值R、G以及B(人体皮肤中的散射光或反射光的光谱)，并且在移动电话中预存用于估计黑色素或血红素的浓度的软件。用户将聚光单元10安装在设置有用于移动电话的拍摄的透镜的部分，并且，在手指与聚光单元10的上开口部111接触的同时，在移动电话上玩各种游戏内容。然后，实时观察观看者在玩游戏内容时是否处于兴奋状态，并因此，游戏内容的内容是受控的，例如，根据兴奋状态来改变故事的发展。因此，能够根据用户的精神状况为用户提供富有临场感的内容。

已详细说明了根据第一实施例的聚光单元10的应用示例。以上，作为聚光单元10的具体应用示例，已说明了从由具有聚光单元10的图像传感器单元20获得的人体皮肤的光谱估计黑色素的量或血红素的浓度的处理。然而，根据第一实施例的聚光单元10的应用示例并不限于此，并且可以获得与人有关的并且能够从人体皮肤的光谱估计的各种生物识别信息。

以上，虽然作为聚光单元10的具体应用示例说明了将聚光单元10安装在移动电话的相机部的情况，但根据本实施例的聚光单元10的应用示例不限于此。例如，可考虑将聚光单元10安装在具有视频电话功能并在其显示屏上显示各种内容的显示设备、PC等的相机部中。而且，例如，准备具有聚光单元10的单独相机模块，并且然后可将相机模块与任何显示设备相连。

2.第二实施例

将说明根据本发明的第二实施例的聚光单元的示意性构造。除了后面将说明的根据第二实施例的聚光单元包括准直透镜之外，根据本发明的第二实施例的聚光单元与上述的根据第一实施例的聚光单元具有大致相同的构造。因此，在根据第二实施例的聚光单元的下面的说明中，将省略与根据第一实施例的聚光单元的构造相同的构造的说明，并且将主要说明与根据第一实施例的聚光单元的构造不同的构造。

2.1.聚光单元的构造

首先，将参照图8来说明根据本发明的第二实施例的聚光单元的示意性构造。根据第二实施例的聚光单元与图1中所示的根据第一实施例的聚光单元的外观相同，并因此将省略其说明。

图8是沿图1中的截面A-A所截取的根据本发明的第二实施例的聚光单元的剖视图。参照图8，根据第二实施例的聚光单元30还包括被设置在反射部件120与下开口部112之间的准直透镜350。换言之，根据第二实施例的聚光单元30在面对图像传感器模块20的光接收透镜220的位置处还包括准直透镜350。

准直透镜350通过与光接收透镜220配对而构成准直器。准直透镜350具有对来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)的一部分进行校正以产生平行光的功能。

例如，准直透镜350是球面透镜并被布置成使得准直透镜350的中心位于中心轴c上。准直透镜350被布置在与光接收透镜220隔开预定距离的位置。作为示例，准直透镜350以及光接收透镜220之间的间隔距离可以是0.5毫米。

准直透镜350的直径(透镜直径)可以几乎是光接收透镜220的透镜直径的一半。作为示例，准直透镜350可以具有5毫米的透镜直径。

准直透镜350的面对光接收透镜220的表面具有与光接收透镜220的曲率大致相同的曲率。作为示例，准直透镜350的面对光接收透镜220的表面的曲率可以是0.1。

准直透镜350可具有与光接收透镜220的折射率大致相同折射率。作为示例，准直透镜350的针对可见光的折射率可以是1.8至1.9。

与根据第一实施例的聚光单元10相同，测量对象物体被放置在根据第二实施例的聚光单元30的上开口部111的上部。

在上述构造的情况下，在聚光单元30中，准直透镜350通过与光接收透镜220配对而构成准直器，校正来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)的一部分以产生平行光，并允许平行光入射在图像传感器230的光接收面231上。因此，包括准直透镜350的聚光单元30允许一部分散射光或反射光(来自照射区域的照射光)在图像传感器230的接收表面上形成图像。

因此，除了聚集来自测量对象物体的散射光或反射光的功能之外，还包括准直透镜350的聚光单元30还具有拍摄测量对象物体的部分表面的摄像功能。换言之，聚光单元30能够使来自测量对象物体的散射光或反射光聚集在光接收透镜220上，并且也能够获得测量对象物体的一部分表面的图像。

2.2.聚光效果

将参照图9来说明根据第二实施例的聚光单元30的聚光效果。将基于通过对根据第二实施例的聚光单元30以及具有聚光单元30的图像传感器单元20执行光线追踪模拟而获得的结果来给出聚光单元30的聚光效果的说明。图9是示出通过执行根据第二实施例的聚光单元30中的光线追踪模拟而获得的结果的示意图。在根据第二实施例的聚光单元中，在不设置反射部件以及准直透镜的情况下由光线追踪获得的结果与由图5中所示的光线追踪获得的结果相同，并因此将省略其说明。

基于图8中所示的聚光单元30以及图像传感器模块20来准备图9中的光线追踪模拟中的计算模型。在图9中，为了便于理解光线追踪的结果，除了聚光单元30以及图像传感器模块20中包含的反射部件120、光照射部件130、准直透镜350、光接收透镜220以及图像传感器230之外，省略了其他组件的说明。在计算模型中，测量对象物体700被放置在上开口部111的上部。假定测量对象物体700是人体的一部分，并且与该人体的一部分相对应的物理量的值被指定给测量对象物体700以允许表示人体中的光的反射或散射等。在计算模型中，为了更准确地模拟在反射部件120的内表面上的光的反射，将反射部件120的侧壁划分成多个网格，并因此表示出侧壁的弯曲的表面的形状。

在光线追踪模拟中的计算模型中，作为聚光单元30以及图像传感器模块20的具体构造的示例，设定各组件的形状或组件之间的距离以表示上述[1.3.反射部件的形状]中说明的“在来自测量对象物体700的散射光或反射光从中部或远端的相对近端(例如约一厘米)被施加到光接收透镜220的同时光接收透镜220具有使用来自中部直至远端(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格的构造”。而且，准直透镜350的形状以及布置构造基于在上述项[2.1.聚光单元的构造]中示出的作为具体示例的数值而被确定。在图9中，反射部件120的形状可被设计成使得被反射部件120的内表面反射的光在光接收透镜220上的入射角小于光接收透镜220的会聚角。

参照图9，我们发现来自测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，并且大部分的反射光聚集在光接收透镜220上，这与由根据第一实施例的聚光单元10中的光线追踪获得的结果相似。此外，我们发现入射到光接收透镜220上的光的大部分入射在图像传感器230的光接收面231上。

此外，在聚光单元30中，我们发现，经过准直透镜350的光在图像传感器230的光接收面231的部分区域上形成图像。参照图9，作为示例，来自测量对象物体700的散射光或反射光在光接收面231上形成图像的区域(图像形成区域)是大致位于区域光接收面231的中心附近的区域。因此，在光接收面231的成像区域中，可以通过拍摄测量对象物体700的表面来获得图像。

如上面参照图9说明，使用根据本实施例的聚光单元30能够进一步提高与聚光单元30相连接的光接收单元上的聚光效率。因此，能够提高光接收单元(例如，图像传感器模块20)的光接收面231上的入射效率。因此，例如，改善了由图像传感器230获得的像素信号的S/N比，并且以更高的灵敏度实施了光的检测。

此外，还具有准直透镜350的根据第二实施例的聚光单元30，这能够形成通过拍摄测量对象物体700的一部分表面而获得的图像。

2.3.应用示例

将说明根据第二实施例的聚光单元30的具体应用示例。作为应用示例，可以想象，由图像传感器模块20获得来自人体的一部分(皮肤)的散射光或反射光的光谱(三个光谱值)，并且从这三个光谱值估计黑色素的量或血红素的浓度，这与根据第一实施例的聚光单元10相类似。

而且，包括准直透镜350的聚光单元30能够形成通过拍摄测量对象物体700的表面的一部分而获得的图像。然而，当获得了所拍摄的图像时，来自周围区域的入射在成像区域上的光可能成为噪声。因此，通过执行处理以估计成像区域周围的区域中的像素信号电平的噪声成分并将噪声成分去除，由此获得具有更高质量的拍摄图像。

如上所述，在根据第二实施例的聚光单元30中，基于来自人体的一部分(皮肤)的散射光或反射光，能够估计人体的一部分的黑色素的量或血红素的浓度，并且能够形成通过拍摄人体的表面的一部分而获得的图像。因此，如根据第一实施例的聚光单元10的应用示例中所说明，作为用于确定用户是否处于兴奋状态的指标，除了与黑色素的量或血红素的浓度相关的信息之外，还能够使用从身体表面的图像获得的多种信息。例如，通过从身体表面的图像观察身体表面的颜色或身体表面的出汗的状态，能够进一步增加兴奋状态的判断准确性。

3.第三实施例

将说明根据本发明的第三实施例的聚光单元的示意性构造。除了根据第三实施例的聚光单元包括聚集透镜并且具有与根据第一实施例的聚光单元的反射部件的形状不同的反射部件之外，根据本发明的第三实施例的聚光单元与上述的根据第一实施例的聚光单元具有相同的构造。因此，在根据第三实施例的聚光单元的下面的说明中，将省略与根据第一实施例的聚光单元的构造相同的构造的说明，并且将主要说明它们之间的不同。

3.1.聚光单元的构造

首先，将参照图10来说明根据本发明的第三实施例的聚光单元的示意性构造。根据第三实施例的聚光单元与图1中所示的根据第一实施例的聚光单元的外观相同，并因此将省略其说明。

图10是沿图1中的截面A-A所截取的根据本发明的第三实施例的聚光单元的剖视图。图10示出在图像传感器模块50中如何安装根据本发明的第三实施例的聚光单元40。

图像传感器模块50包括外壳510、光接收透镜520以及图像传感器530。在图像传感器模块50中，图像传感器具有比图2以及图8中所示的图像传感器模块20的光接收面小的光接收面531。随着光接收透镜520的大小减小，相应地，外壳510以及光接收透镜520的构造也分别与外壳210以及图像传感器模块20的光接收透镜220的构造部分地不同。

如上所述，图像传感器530在面积上具有比图2以及图8中所示的图像传感器230的光接收面小的光接收面531。作为示例，光接收面531可具有3.6(x轴方向)mm×2.7(y轴方向)mm的大小。

随着光接收透镜520的大小的减小，光接收透镜520形成为在曲率和透镜直径方面不同于图2以及图8中所示的光接收透镜220。光接收透镜520具有优化的曲率以及折射率，以有效地将入射在光接收透镜520上的光引导到图像传感器530的光接收面531。

例如，光接收透镜520可以具有0.2的曲率。此外，例如，光接收透镜520可以具有5毫米的透镜直径。而且，光接收透镜520可以具有与光接收透镜220的折射率大致相同的折射率。例如，针对可见光，光接收透镜520可以具有1.8至1.9的折射率。此外，光接收透镜520可具有约18度的会聚角。

而且，随着光接收透镜520的大小的减小，外壳510在z轴方向上的高度小于图2以及图8中所示的外壳210在z轴方向上的高度，即，光接收透镜520与光接收面531之间的距离短于外壳210中的距离。

光接收面531的大致中心部、光接收透镜520的大致中心部及光接收开口部511的大致中心部被布置在中心轴c上。

聚光单元40包括外壳110、反射部件420、光照射部件130以及聚光透镜450。外壳110以及光照射部件130的功能以及构造与根据第一实施例的聚光单元10的外壳110以及光照射部件130的功能以及构造相似。换言之，聚光单元40与聚光单元10的不同在于，反射部件420具有不同的形状，并且还设置有聚光透镜450。将对该不同给出说明。

根据光接收透镜520的透镜特性来确定反射部件420的形状。具体地，反射部件420具有圆顶形状，并且与根据第一实施例的聚光单元10以及根据第二实施例的聚光单元30相比，其侧壁在范围上较窄。

基于与上述项[1.3.反射部件的形状]中说明的反射部件120的形状相似的理念来确定反射部件420的形状。换言之，根据光接收透镜520的会聚角来设计反射部件420的形状。具体地，反射部件420的形状被设计成使得由反射部件420的内表面反射的光在光接收透镜520上的入射角小于光接收透镜520的会聚角。

反射部件420的其他的构造与根据第一以及第二实施例的反射部件120相似。换言之，具有例如缝隙形状的第一开口部421被设置在反射部件420的外壁中的与光照射部件130的照射区域相对应的部分。从光照射部件130发出的光通过被设置在反射部件420的外壁中的第一开口部421而被施加到反射部件420的顶部附近。具有大致圆形形状的第二开口部422被设置在反射部件420的顶部，即，照射区域。反射部件420的底表面在整个区域上开口，并构成具有大致圆形形状的第三开口部423。

聚光单元40在反射部件420与光接收透镜520之间包括聚光透镜450。聚光透镜450具有进一步使由反射部件420的内表面反射的光聚集在光接收透镜520上的功能。换言之，可以根据光接收透镜520的透镜特性来确定聚光透镜450的透镜特性(曲率、折射率或透镜直径等)。

例如，聚光透镜450可以是球面透镜，并且被布置成使得聚光透镜450的中心位于中心轴c上。聚光透镜450被布置在与光接收透镜520隔开预定距离的位置。作为示例，聚光透镜450以及光接收透镜520之间的间隔距离可以是3.5毫米。作为示例，聚光透镜450的直径(透镜直径)大约以1.6倍大于光接收透镜520的直径。

聚光透镜450包括形成在一个表面上的凸透镜，并包括形成在另一表面上的凹透镜。聚光透镜450被布置成使得形成有凸透镜的表面面对反射部件420，并且形成有凹透镜的表面面对光接收透镜520。凹透镜可具有比凸透镜的曲率大的曲率。

具体地，作为示例，聚光透镜450的凸透镜可具有8毫米的直径(透镜直径)。作为示例，聚光透镜450的凸透镜的曲率可以是0.2。

具体地，作为示例，聚光透镜450的凹透镜可以具有5毫米的直径(透镜直径)。作为示例，聚光透镜450的凹透镜的曲率可以是0.4。

聚光透镜450可具有与光接收透镜520的折射率大致相似的折射率。作为示例，针对可见光，聚光透镜450的折射率可以是1.8至1.9。

测量对象物体可被放置在聚光单元40的外壳110的上开口部111的上部上，这与根据第一实施例的聚光单元10相似。

在上述构造的情况下，在聚光单元40中，来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)被反射部件420的内表面反射，穿过聚光透镜450，并聚集在光接收透镜520上。反射部件420的形状以及聚光透镜450的透镜特性(曲率、折射率或透镜直径)被设计成使得来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)聚集在光接收透镜520上。因此，根据第三实施例聚光单元40包括反射部件420以及聚光透镜450，并因此，能够将光有效地聚集到具有更小的大小的光接收透镜520以及光接收面531上。

3.2.聚光效果

将参照图11来说明根据第三实施例的聚光单元30的聚光效果。将基于通过对根据第三实施例的聚光单元40以及具有聚光单元40的图像传感器单元50执行光线追踪模拟而获得的结果来给出聚光单元40的聚光效果的说明。图11是示出通过执行根据第三实施例的聚光单元40中的光线追踪模拟而获得的结果的示意图。在聚光单元40中，虽然由光线追踪获得的结果在不设置反射部件以及准直透镜的情况下与由图5中所示的光线追踪获得的结果在光接收透镜520以及图像传感器530的光接收面531的大小上有所不同，但其与由图5中所示的光线追踪获得的结果大致相似，并因此将省略其说明。

基于图10中所示的聚光单元40以及图像传感器模块50来准备图11中所示的光线追踪模拟中的计算模型。在图11中，为了便于理解光线追踪的结果，除了聚光单元40以及图像传感器模块50中包含的反射部件120、光照射部件130、聚光透镜450、光接收透镜520以及图像传感器530之外，省略了其他组件的说明。在计算模型中，测量对象物体700被放置在上开口部111的上部。假定测量对象物体700是人体的一部分，并且与该人体的一部分相对应的物理量的值被指定给测量对象物体700以允许表示人体中的光的反射或散射等。在计算模型中，为了更准确地模拟在反射部件420的内表面上的光的反射，将反射部件420的侧壁划分成多个网格，并因此表示出侧壁的弯曲的表面形状。

在光线追踪模拟中的计算模型中，作为聚光单元40以及图像传感器模块50的具体构造的示例，设定各组件的形状或组件之间的距离以表示上述的[1.3.反射部件的形状]中说明的“在来自测量对象物体700的散射光或反射光从中部或远端的相对近端(例如约一厘米)被施加到光接收透镜520的同时光接收透镜520具有使用来自中部直至远端(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格的构造”。而且，聚光透镜450、光接收透镜520以及图像传感器530的形状以及布置构造是基于在上述项[3.1.聚光单元的构造]中示出的作为具体示例的数值而被确定的。在图11中，反射部件420的形状可以被设计成使得被反射部件420的内表面反射的光在光接收透镜520上的入射角小于光接收透镜520的会聚角。

参照图11，来自测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，并且大部分的反射光聚集在聚光透镜450上，并且因此，我们发现，入射在光接收透镜520上的光的大部分入射在图像传感器530的光接收面531。换言之，根据第三实施例的聚光单元40包括反射部件420以及聚光透镜450，并且因此，能够在具有更小的大小的光接收透镜520以及光接收面531上有效地聚集光。

在图11中所示的光线追踪模拟中，我们发现，根据图像传感器530的光接收面531上的光的入射效率的计算结果，与不设置反射部件420以及聚光透镜450的情况相比，入射效率增加了将近两倍。由该结果明显可以看出能够实现根据第三实施例的聚光单元40的聚光效果。

如上面参照图11所说明，根据第三实施例的聚光单元40的使用能够进一步提高与聚光单元40相连接的光接收单元上的聚光效率。因此，能够提高光接收单元(例如，图像传感器模块50)的光接收面531上的入射效率。因此，例如，改善了由图像传感器530获得的像素信号的S/N比，并且以更高的灵敏度实施了光的检测。

作为根据第三实施例的聚光单元40的应用示例，可考虑与根据第一实施例的聚光单元10的应用示例相似的用途。换言之，通过图像传感器模块50获得来自人体的一部分(皮肤)的散射光或反射光的光谱(三个光谱值)，并且可以从这三个光谱值估计黑色素的量或血红素的浓度。而且可以基于与估计的黑色素的量或血红素的浓度相关的信息判断对象的兴奋状态等。

4.变形例

将说明根据本发明的各个第一、二以及第三实施例的聚光单元10、30及40的变形例。在下面的变形例的说明中，作为示例，将通过选取根据本发明的第一实施例的聚光单元10来给出说明。然而，以下变形例也适用于根据第二及第三实施例的聚光单元30及40。

4.1.与光接收透镜集成

将参照图12来说明根据本发明的第一实施例的聚光单元10以及光接收单元被一体地形成的变形例。图12是示出根据本发明的第一实施例的聚光单元的变形例的剖视图，其中，聚光单元与光接收单元被一体地形成。图12示出由y轴以及z轴形成的穿过根据变形例的聚光单元的中心轴c的平面中的剖视图。

参照图12，根据本变形例的聚光单元60包括外壳610、反射部件120、光照射部件130、光接收透镜220以及图像传感器230。聚光单元60中所包含的反射部件120、光照射部件130、光接收透镜220以及图像传感器230的功能以及构造与上述根据第一实施例的聚光单元10的各个组件相似，并且因此，将省略具体的说明。

在图12所示的示例中，外壳610具有大致圆筒形形状，并且外壳610的上部的大致中心部具有朝上(z轴的正方向)突起的突起形状。在突起的远端部中设置有将外壳610的内部空间与外部连通的上开口部611。上开口部611被设计成使得上开口部611的大致中心部与中心轴c重合。

如图12所示，在外壳610内，反射部件120、光照射部件130、光接收透镜220以及图像传感器230被布置成它们的位置关系类似于聚光单元10中的组件之间的位置关系。换言之，在聚光单元60中，聚光单元与光接收单元被一体地形成。

如上所述，根据光接收透镜220的会聚角来确定反射部件120的形状。因此，例如，当根据第一实施例的聚光单元10被安装在既有的图像传感器模块20中时，提前识别诸如图像传感器模块20的光接收透镜220的会聚角之类的透镜特性，并接着需要将反射部件120的形状设计成与该特性相匹配。

另一方面，在根据本变形例的聚光单元60中，聚光单元与光接收单元被一体地形成。因此，能够对光接收透镜220的透镜特性以及反射部件120的形状这两者进行设计，这增加了设计的自由度。而且，可以适当地改变光接收透镜220与图像传感器230的光接收面231之间的距离或光接收透镜220与被放置在上开口部611的测量对象物体之间的距离。因此，进一步增加了设计的自由度。

通过支撑部件等将反射部件120、光照射部件130以及光接收透镜220固定到外壳610的内壁，并因此这三个组件之间的相对位置是固定的。然而，并不特别限制支撑部件的材料或反射部件120、光照射部件130以及光接收透镜220的固定方式，只要能够固定反射部件120、光照射部件130以及光接收透镜220之间的相对位置，可以采用任何材料或方式。

4.2.光照射部件的数量变化

将参照图13来说明改变了根据本发明的第一实施例的聚光单元10中的光照射部件130的数量的变形例。图13是用于说明根据本发明的第一实施例的聚光单元10的变形例的说明图，其中，改变了光照射部件130的数量。

图13仅示出根据本变形例的聚光单元70中的组件之中的反射部件120以及光照射部件130。图13以如下方式示出反射部件120的侧视图以及光照射部件130的顶视图：这两个部件的位置是彼此相关联的。除了光照射部件130的数量之外，根据本变形例的聚光单元70与根据第一实施例的聚光单元10具有相同的构造，并因此将省略相同构造的详细说明。

参照图13，在根据本变形例的聚光单元70中设置有三个光照射部件130，而在根据第一实施例的聚光单元10中设置有四个光照射部件130。这三个光照射部件以彼此大致相等的间隔被布置在反射部件120的外壁的周围，即，120度间隔。

如本变形例中所示，即使在设置三个光照射部件130时，也能够执行如上述项[1.5.应用示例]中所说明的通过将来自测量对象物体的散射光或反射光聚集在图像传感器模块的光接收透镜上来获得散射光或反射光的光谱的应用示例。通过这种方式，在根据第一实施例的聚光单元10中，可以布置有多个光照射部件130，并且不限制光照射部件的数量。然而，更可取的是，设置至少三个光照射部件130从而以更高的准确性测量测量对象物体的物理特性。

4.3.其他的变形例

根据本发明的第一实施例的聚光单元10还可以进一步具有下面的构造。

例如，根据第一实施例的聚光单元10可以具有外部光源。当设置有外部光源时，在外壳中布置的光照射部件130可被配置成不具有光源的功能，或可被配置成不具有预定方向上的光照射的功能。具体地，在根据本变形例的聚光单元中，被设置在外壳外部的光源与被布置在外壳内部的光照射部件通过任何导光媒介彼此连接，并且光照射部件可以使用来自被导光媒介引导的光源的光对照射区域进行照射。作为示例，导光媒介可以是光纤或导光板。作为示例，外部光源可以是包含有图像传感器模块的相机单元的闪光灯或者是外部照射器。

例如，具有根据第一实施例的聚光单元10的光接收单元可以不是图像传感器模块。例如，光接收单元可包括不具有摄像功能的任何光电探测器，即，光接收元件没有被布置成阵列。例如，在上述项[1.5.应用示例]中所说明的应用示例的情况下，足够获取来自测量对象物体的散射光或反射光的光谱，并且不必获得所拍摄的图像。因此，即使当光接收单元不具有图像传感器但具有任何光电探测器时，也能够实施应用示例。

5.反射部件的通用性

将说明根据各个第一、第二以及第三实施例的聚光单元10、30以及40中包含的反射部件120以及420的通用性。

如上述项[1.3.反射部件的形状]所说明，根据会聚角来设计根据第一、二以及第三实施例的具有聚光单元10、30及40的光接收单元的光接收透镜220以及520的反射部件120及420的形状。将说明通过检查反射部件相对于具有不同会聚角的光接收透镜的通用性而获得的结果。

将参照图14来说明反射部件相对于具有相对大的会聚角的光接收透镜的通用性。图14是示出以说明反射部件相对于具有较大会聚角的光接收透镜的通用性的说明图。

在图14中所示的图表中，水平轴代表被反射部件的内表面反射的光在光接收透镜的透镜表面的法线上入射。换言之，水平轴对应于被反射部件的内表面反射的光在光接收透镜上的入射角。在下面的说明中，在水平轴上所示的角度被简称为“入射角”。

在图14中所示的图表中，垂直轴代表图像传感器的光接收面上的入射效率。然而，通过将在包含具有29度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中没有设置反射部件时的入射效率规格化成1来确定入射效率。在下面的说明中，垂直轴上所示的入射效率被简称为“入射效率”。

在图14中所示的图表中，示出两种关系。在图表中，上侧的线条代表包含具有29度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块的入射角与入射效率之间的关系。在图表中，下侧的线条代表包含具有26度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块的入射角与入射效率之间的关系。具有29度的会聚角的光接收透镜对应于本发明的第一以及第二实施例中所述的图像传感器模块20的光接收透镜220的规格的示例。

参照图14，在包含具有29度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，如上所述，在没有设置反射部件时的入射效率被规格化成1。由于设置了反射部件，并且通过改变反射部件的形状而减小了光接收透镜上的入射角，所以入射效率逐渐升高。在入射角小于或等于会聚角时的点(在入射角是29度时的点)显示出：入射效率约是没有设置反射部件时的入射效率的约三倍。一旦入射角小于或等于会聚角，即使通过改变反射部件的形状使入射角进一步降低，入射效率也不再增加。

另一方面，在包含具有26度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，在没有设置反射部件时的入射效率稍小于在光接收透镜具有29度的会聚角的情况下的入射效率，这是因为会聚角变小。由于设置了反射部件，并且通过改变反射部件的形状而减小了光接收透镜上的入射角，所以入射效率逐渐增加。在入射角小于或等于会聚角时的点(在入射角是26度时的点)显示出：入射效率是在没有设置反射部件时的入射效率的约三倍。

例如，在设计反射部件的形状时，光接收透镜上的入射角被设计成29度。在这种情况下，如上所述，在包含具有29度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，能够使入射效率提高约3倍。另一方面，在包含具有26度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，虽然入射角比会聚角仅大3度，但也能够使入射效率提高2倍。换言之，即使被设计成具有29度的入射角的反射部件的情况下，即，在被设计成与具有29度的会聚角的光接收透镜相对应的反射部件被安装在包含具有26度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中的情况下，也能够获得使入射效率提高两倍的效果。

因此，相对于具有相对地大的约29度的会聚角的光接收透镜，反射部件针对光接收透镜上的入射角具有约3度的余裕，并因此反射部件可以是通用的。

将参照图15来说明反射部件相对于具有相对地小的会聚角的光接收透镜的通用性。图15是示出以说明反射部件相对于具有相对小的会聚角的光接收透镜的通用性的说明图。

图15中的水平轴以及垂直轴与图14中的水平以及垂直轴代表相同的物理量。然而，通过将在包含具有18度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中没有设置反射部件时的入射效率规格化成1来定义图15的垂直轴上所示的入射效率。

在图15所示的图表中，示出了两种关系。在图表中，上侧的线条代表包含具有18度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块的入射角与入射效率之间的关系。在图表中，下侧的线条代表包含具有16度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块的入射角与入射效率之间的关系。具有18度的会聚角的光接收透镜对应于本发明的第三实施例中所述的图像传感器模块50的光接收透镜520的规格的示例。

参照图15，在包含具有18度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，如上所述，在没有设置反射部件时的入射效率被规格化成1。由于设置了反射部件，并且通过改变反射部件的形状而减小了光接收透镜上的入射角，所以入射效率逐渐升高。在入射角小于或等于会聚角时的点(在入射角是18度时的点)显示出：入射效率是在没有设置反射部件时的约两倍。一旦入射角小于或等于会聚角，即使通过改变反射部件的形状使入射角进一步降低，入射效率也不再增加。

另一方面，在包括具有16度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，在没有设置反射部件时的入射效率略低于在具有18度的会聚角的光接收透镜的情况下的透射效率，这是因为会聚角变小。由于设置了反射部件，并且通过改变反射部件的形状而减小了光接收透镜上的入射角，所以入射效率逐渐增加。在入射角小于或等于会聚角时的点(在入射角是18度时的点)显示出：入射效率是在没有设置反射部件时的约两倍。

例如，在设计反射部件的形状时，光接收透镜上的入射角被设计成18度。在这种情况下，如上所述，在包含具有18度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，能够使入射效率提高约2倍。另一方面，在包含具有16度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中，虽然入射角比会聚角仅大2度，也能够使入射效率提高1.5倍。换言之，即使被设计成具有18度的入射角的反射部件的情况下，即，在被设计成与具有18度的会聚角的光接收透镜相对应的反射部件被安装在包含具有16度的会聚角的光接收透镜的图像传感器模块中的情况下，也能够获得超过1.5倍的入射效率的效果。

因此，相对于具有相对地大的约18度的会聚角的光接收透镜，反射部件针对光接收透镜上的入射角具有约2度的余裕，并因此反射部件可以是通用的。

已参照图14及图15说明了根据本发明的各个第一、二以及第三实施例的聚光单元10、30以及40中包含的反射部件120以及420的通用性。如上所述，虽然根据第一、二以及第三实施例的反射部件120以及420的形状是分别根据光接收透镜220及520的会聚角确定的，但获得了一定程度的通用性。因此，即使当聚光单元10、30或40被安装在既有的图像传感器模块中时，也能够在不以严格的方式改变反射部件120或420的形状的情况下增加聚光效率。

6.结论

如上所述，根据本发明的第一实施例的聚光单元10提供了下面的效果。

根据第一实施例的聚光单元10包括反射部件120以及多个光照射部件130。反射部件120具有圆顶形状，并且反射部件120的内表面是经镜面抛光的表面。光照射部件130被布置在反射部件120周围。从光照射部件130发出的光穿过被设置在反射部件120的侧壁上的第一开口部121而被施加到反射部件120的顶部的照射区域。测量对象物体被布置成与照射区域相接触，例如，与第二开口部122的上部相接触，并且从光照射部件130发出的光被测量对象物体的表面反射，或在测量对象物体内被散射。来自测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，经过被设置在反射部件120的底表面上的第三开口部123，并入射在光接收单元(例如被设置成面对第三开口部123的图像传感器模块20)的光接收透镜220上。

在这种情况下，根据光接收透镜220的会聚角来设计反射部件120的形状。具体地，反射部件120的形状被设计成使得被反射部件120的内表面反射的光在光接收透镜220上的入射角小于光接收透镜220的会聚角。因此，通过允许散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，来自测量对象物体的散射光或反射光能够以小于光接收透镜220的会聚角的入射角入射在光接收透镜220上，从而获得改进的聚光效率。

而且，在根据第一实施例的聚光单元10中，反射部件120的形状可以被设计成使得通过反射部件120的内壁来反射散射光或反射光，来自于位于近端处的测量对象物体的散射光或反射光以等于来自中部直至远端的成像光的入射角入射在光接收透镜220上。换言之，即便当光接收透镜220具有使用来自中部直至远端的相对远距离(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格，且来自测量对象物体的散射光或反射光从相对于中部或远端的近端(例如，约1厘米)被施加到光接收透镜220上时，来与所谓的特写镜头相对应的距离的照射光仍能够以更有效的方式聚集。

作为根据第一实施例的聚光透镜10的应用示例，考虑将聚光单元10安装在图像传感器模块20中，并且通过图像传感器模块20测量来自作为测量对象物体700的人体的一部分(皮肤)的散射光或反射光的光谱。基于光谱能够估计对象的表皮中的黑色素的量以及红细胞的血红素浓度。而且，对象的精神状况，例如，对象是否处于兴奋状态基于估计的黑色素的量以及红细胞中的血红素的浓度来确定。因此，例如，在观看视频内容或玩游戏内容的过程中，由上述方式估计观看者或用户的兴奋状态，并且取决于兴奋状态的游戏内容或视频内容的改变能够向观看者或用户提供带有临场感的观看以及操作体验。

除了根据第一实施例的聚光单元10的构造之外，根据本发明的第二实施例的聚光单元30在反射部件120以及光接收透镜220之间还包括准直透镜350。

准直透镜350通过与光接收透镜220配对而构成准直器，校正来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)的一部分以产生平行光，并使平行光入射在图像传感器模块20中包含的图像传感器230的光接收面231上。因此，包括准直透镜350的聚光单元30允许来自测量对象物体的一部分散射光或反射光(来自照射区域的照射光)在图像传感器230的光接收单元表面上形成图像。由此，除了聚集来自测量对象物体的散射光或反射光的功能之外，还包括准直透镜350的聚光单元30还具有拍摄测量对象物体的部分表面的摄像功能。

因此，如根据第一实施例的聚光单元10的应用示例中所说明，作为用于确定用户是否处于兴奋状态的指标，除了与黑色素的量或血红素的浓度有关的信息，还能够使用从身体表面的图像获得的各种信息。例如，通过从身体表面的图像观察身体表面的颜色或身体表面的出汗的状态，能够进一步增加兴奋状态的判断准确性。

根据本发明的第三实施例的聚光单元40包括代替反射部件120的反射部件420，并且还包括位于光接收透镜220与反射部件420之间的聚光透镜450，这与根据第一实施例的聚光单元10的构造不同。与反射部件120的侧壁相比，反射部件420的侧壁变窄。

具有上述构造的聚光单元40使光有效地聚集在包括小的图像传感器的图像传感器模块50上。换言之，在聚光单元40中，来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)被反射部件420的内表面反射，经过聚光透镜450，并且聚集在图像传感器模块50的光接收透镜520上。因此，根据第三实施例的聚光单元40包括反射部件420以及聚光透镜450，并因此能够使光有效地聚集在具有较小大小的光接收透镜520以及光接收面531上。

以上已参照附图说明了本发明的优选的实施例，同时本发明当然不限于上述示例。在所附权利要求的范围内，本领域技术人员可以发现各种变更以及变形例，并且应当理解，它们将自然地属于本发明的技术范围。

例如，在上述的实施例中，虽然已经说明了聚光单元中包含的光照射部件发出白光的情况，但是本发明并不限于此。例如，多个光照射部件可以发出不同波长的光。此外，当多个光照射部件发出不同波长的光时，聚光单元中包含的图像传感器模块的图像传感器可不具有滤色器。换言之，第一光照射部件发出第一波长的光，并因此图像传感器能够获得与第一波长的光相对应的来自测量对象物体的散射光或反射光的光谱。因此，多个光照射部件以顺序的方式发出具有不同波长的光，并且每当光被发出，图像传感器获得光谱，并因此能够获得来自测量对象物体的散射光或反射光的光谱。

例如，在上述的实施例中，虽然已说明了R、G以及B的三个滤色器被设置在图像传感器模块的图像传感器中，但本发明不限于此。例如，除了R、G以及B之外，图像传感器还可以具有黄色(Y)滤色器。如果图像传感器还包括黄色(Y)滤色器，那么图像传感器能够获得作为来自测量对象物体的散射光或反射光的光谱的四个光谱值。与黄色(Y)相对应的光谱值与人体的皮肤的光谱反射曲线良好符合。因此，当从与人体皮肤的反射曲线相对应的数据来估计对象的黑色素的量或血红素的浓度时，能够增加通过使用四个光谱值R、G、B以及Y来估计的准确性。

例如，在上述的实施例中，虽然已说明了在聚光单元中包含的光照射部件中形成的第一开口部具有缝隙形状的情况，但本发明不限于此。除了诸如圆形或多边形之外，只要不阻止来自光照射部件的光被施加到照射区域上，第一开口部可以具有其他的形状。

例如，在上述的实施例中，虽然已说明了将作为人体的一部分的测量对象物体放置在聚光单元的上开口部上的情况，但本发明不限于此。适用根据本示例性实施例的聚光单元的测量对象物体包括但不限于人以及生命体。在本示例性实施例中，可以例如通过使用作为光接收单元的图像传感器模块获得任何测量对象物体的光谱。

此外，也可如下构造本发明。

(1)一种聚光单元，其包括：

具有中空的圆顶形状的反射部件，其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面；以及

多个光照射部件，其被布置在所述反射部件的外壁的周围，并使用穿过第一开口部的光来照射所述顶部的照射区域，所述第一开口部形成在所述外壁中，

其中，所述反射部件包括：

第二开口部，其形成在所述顶部的所述照射区域中，以及

第三开口部，其形成在所述底部中并面对光接收单元的光接收透镜，所述光接收单元用于对接收的光执行预定处理，并且

其中，所述反射部件将来自所述照射区域并被所述内表面反射的光引导到所述光接收透镜。

(2)根据(1)的聚光单元，

其中，所述反射部件的内部形状形成为使得来自所述照射区域的光在所述光接收透镜上的入射角不大于比所述光接收透镜的会聚角大预定角度的角度。

(3)根据(1)或(2)的聚光单元，

其中，所述反射部件的内部形状形成为使得来自所述照射区域的光在所述光接收透镜上的入射角不大于所述光接收透镜的会聚角。

(4)根据(1)至(3)中任意一项的聚光单元，其还包括：

位于所述反射部件的所述第二开口部与所述光接收透镜之间的光路调整单元。

(5)根据(4)的聚光单元，

其中，所述光路调整单元是准直透镜，并且

其中，所述准直透镜与所述光接收透镜构成准直器，所述准直器用于对来自所述照射区域并被所述反射部件的所述内表面反射的光进行校正以产生平行光。

(6)根据(5)的聚光单元，

其中，所述准直透镜的面对所述光接收透镜的表面具有与所述光接收透镜的曲率大致相等的曲率。

(7)根据(4)的聚光单元，

其中，所述光路调整单元是聚光透镜，并且

其中，在所述聚光透镜的面对所述光接收透镜的表面上形成凹透镜，并且在所述聚光透镜的面对所述第二开口部的表面上形成凸透镜。

(8)根据(7)的聚光单元，

其中，所述凹透镜的曲率大于所述凸透镜的曲率。

(9)根据(1)至(8)中任意一项的聚光单元，

其中，所述多个光照射部件以大致彼此相等的间隔被布置在所述反射部件的所述外壁的周围，并且

其中，所述多个光照射部件具有在所述照射区域的大致中心处彼此相交的光轴。

(10)根据(1)至(9)中任意一项的聚光单元，其还包括：

由遮光部件形成的外壳，所述外壳具有用于容纳所述反射部件和所述光照射部件的内部空间，

其中，所述外壳具有形成在与所述第一开口部和所述第二开口部相对应的各个位置处的开口部。

(11)根据(1)至(10)中任意一项的聚光模块，

其中，测量对象物体被放置在所述照射区域上，所述测量对象物体是生命体的至少一部分，并且

其中，所述光照射部件使用光来照射所述测量对象物体。

(12)根据(1)至(11)中任意一项的聚光单元，

其中，所述光接收单元是图像传感器模块，其用于输出取决于接收的光的量的像素信号。

(13)根据(12)的聚光单元，

其中，来自所述照射区域的光的光谱是基于从所述图像传感器模块输出的所述像素信号来计算的。

(14)根据(10)的聚光单元，

其中，所述外壳与所述光接收单元一体地形成。

(15)根据(10)的聚光模块，其还包括：

光源，其被设置在所述外壳的外部；及

导光媒介，其用于将光从所述光源引导到所述光照射部件，

其中，所述光照射部件使用由所述导光媒介从所述光源引导的光来照射所述照射区域。

(16)根据(1)至(15)中任意一项的聚光单元，

其中，所述第一开口部是沿从所述反射部件的所述顶部朝向所述反射部件的所述底部的方向而形成的缝隙。

(17)根据(1)至(16)中任意一项的聚光单元，

其中，设置有三个以上的所述光照射部件。

(18)根据(1)至(17)中任意一项的聚光单元，

其中，所述光照射部件具有发出白光的LED。

(19)一种聚光方法，其包括：

使用由多个光照射部件发出并穿过第一开口部的光来照射照射区域，所述光照射部件被布置在反射部件的外壁的周围，所述反射部件具有中空的圆顶形状并且其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面，所述第一开口部形成在所述外壁中，所述照射区域位于所述顶部上；

通过所述内表面反射来自所述照射区域的照射光，并且将所反射的光引导到形成在所述反射部件的所述底部中的第二开口部；以及

使所引导的光入射在图像传感器模块的光接收透镜上，所述图像传感器模块用于输出取决于接收的光的量的像素信号，所述光接收透镜被设置成面对所述第二开口部。

(20)一种光检测系统，其包括：

图像传感器模块，其具有光接收透镜，并用于输出像素信号，所述像素信号取决于通过所述光接收透镜接收的光的量；以及

聚光单元，其用于使光聚集在所述光接收透镜上，

其中，所述聚光单元包括：

具有中空的圆顶形状的反射部件，其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面；以及

多个光照射部件，其被布置在所述反射部件的外壁的周围，并使用穿过第一开口部的光来照射所述顶部的照射区域，所述第一开口部形成在所述外壁中，

其中，所述反射部件包括：

第二开口部，其形成在所述顶部的所述照射区域中，以及

第三开口部，其形成在所述底部中并面对光接收单元的光接收透镜，所述光接收单元用于对接收的光执行预定处理，并且

其中，所述反射部件将来自所述照射区域并被所述内表面反射的光引导到所述光接收透镜。

附图标记列表

10、30、40、60、70 聚光单元

20、50 图像传感器模块

110、210、510、610 外壳

120、420 反射部件

130 光照射部件

220、520 光接收透镜

230、530 图像传感器

231、531 光接收面

350 准直透镜

450 聚光透镜

Claims (17)

1.一种聚光单元，其包括：

具有中空的圆顶形状的反射部件，其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面；以及

多个光照射部件，其被布置在所述反射部件的外壁的周围，并用于使用穿过第一开口部的光来照射所述顶部的照射区域，所述第一开口部形成在所述外壁中，

其中，所述反射部件包括：

第二开口部，其形成在所述顶部的所述照射区域中，以及

第三开口部，其形成在所述底部中并面对光接收单元的光接收透镜，所述光接收单元用于对接收的光执行预定处理，并且

其中，所述反射部件将来自所述照射区域并被所述内表面反射的光引导到所述光接收透镜，

其中，所述聚光单元还包括位于所述反射部件的所述第二开口部与所述光接收透镜之间的光路调整单元，

其中，所述光路调整单元是准直透镜，并且其中，所述准直透镜与所述光接收透镜构成准直器，所述准直器用于对来自所述照射区域并被所述反射部件的所述内表面反射的光进行校正以产生平行光；或者

其中，所述光路调整单元是聚光透镜，并且其中，在所述聚光透镜的面对所述光接收透镜的表面上形成凹透镜，并且在所述聚光透镜的面对所述第二开口部的表面上形成凸透镜。

2.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述反射部件的内部形状形成为使得来自所述照射区域的光在所述光接收透镜上的入射角不大于比所述光接收透镜的会聚角大预定角度的角度。

3.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述反射部件的内部形状形成为使得来自所述照射区域的光在所述光接收透镜上的入射角不大于所述光接收透镜的会聚角。

4.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述准直透镜的面对所述光接收透镜的表面具有与所述光接收透镜的曲率相等的曲率。

5.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述凹透镜的曲率大于所述凸透镜的曲率。

6.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述多个光照射部件以彼此相等的间隔被布置在所述反射部件的所述外壁的周围，并且

其中，所述多个光照射部件具有在所述照射区域的中心处彼此相交的光轴。

7.根据权利要求1所述的聚光单元，其还包括：

由遮光部件形成的外壳，所述外壳具有用于容纳所述反射部件和所述光照射部件的内部空间，

其中，所述外壳具有形成在与所述第二开口部和所述第三开口部相对应的各个位置处的开口部。

8.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，测量对象物体被放置在所述照射区域上，所述测量对象物体是生命体的至少一部分，并且

其中，所述光照射部件使用光来照射所述测量对象物体。

9.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述光接收单元是图像传感器模块，其用于输出取决于接收的光的量的像素信号。

10.根据权利要求9所述的聚光单元，

其中，来自所述照射区域的光的光谱是基于从所述图像传感器模块输出的所述像素信号来计算的。

11.根据权利要求7所述的聚光单元，

其中，所述外壳与所述光接收单元一体地形成。

12.根据权利要求7所述的聚光单元，其还包括：

光源，其被设置在所述外壳的外部；及

导光媒介，其用于将光从所述光源引导到所述光照射部件，

其中，所述光照射部件使用由所述导光媒介从所述光源引导的光来照射所述照射区域。

13.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述第一开口部是沿从所述反射部件的所述顶部朝向所述反射部件的所述底部的方向而形成的缝隙。

14.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，设置有三个以上的所述光照射部件。

15.根据权利要求1所述的聚光单元，

其中，所述光照射部件具有发出白光的LED。

16.一种聚光方法，其包括：

使用由多个光照射部件发出并穿过第一开口部的光来照射照射区域，所述光照射部件被布置在反射部件的外壁的周围，所述反射部件具有中空的圆顶形状并且其侧壁是弯曲的并从顶部向底部延伸，所述反射部件具有经镜面抛光的内表面，所述第一开口部形成在所述外壁中，所述照射区域位于所述顶部上，在所述顶部的所述照射区域中形成第二开口部；

通过所述内表面反射来自所述照射区域的照射光，并且将所反射的光引导到形成在所述反射部件的所述底部中的第三开口部；

使所引导的光入射在图像传感器模块的光接收透镜上，所述图像传感器模块用于输出取决于接收的光的量的像素信号，所述光接收透镜被设置成面对所述第三开口部；以及

在所述反射部件的所述第二开口部与所述光接收透镜之间形成光路调整单元，

其中，所述光路调整单元是准直透镜，并且其中，所述准直透镜与所述光接收透镜构成准直器，所述准直器用于对来自所述照射区域并被所述反射部件的所述内表面反射的光进行校正以产生平行光；或者

其中，所述光路调整单元是聚光透镜，并且其中，在所述聚光透镜的面对所述光接收透镜的表面上形成凹透镜，并且在所述聚光透镜的面对所述第二开口部的表面上形成凸透镜。

17.一种光检测系统，其包括：

图像传感器模块，其具有光接收透镜，并用于输出像素信号，所述像素信号取决于通过所述光接收透镜接收的光的量；以及

根据权利要求1-15中任一项所述的聚光单元，其用于使光聚集在所述光接收透镜上。