JP2007233231A - 距離測定機能を有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】距離測定機能を有する撮像装置に関し、撮像装置の小型化、コストダウンを図る。
【解決手段】反射光を受光して、撮像するイメージセンサ（３０）と、対象物にスポット光を照射する距離測定用発光素子（５２）と、距離測定時に、距離測定用発光素子を駆動し、イメージセンサ（３０）の撮像画像から前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物との距離を求める制御回路（９０）とを設ける。対象物の撮像のためのイメージセンサ（３０）を距離測定用の受光素子に利用することができる。このため、距離測定用の受光素子を別に設ける必要がなく、撮像装置を小型化でき、且つコストダウンも可能となる。
【選択図】図１６

Description

本発明は、対象物の距離を測定し、対象物を撮像するための距離測定機能を有する撮像装置に関し、特に、対象物が撮像範囲にあるかを検出するため、対象物との距離を測定する撮像装置に関する。

対象物に均一な光を照射し、対象物の所定範囲を撮像する撮像装置は、広く利用されている。このような撮像装置の撮像画像を利用して、画像処理する画像処理システムでは、特に、鮮明な撮像画像が要求される。

例えば、近年のバイオメトリックス技術の発展に伴い、人間の体の個人を区別できる部分である生体の特徴を、例えば、手足の指紋、目の網膜、顔面、血管など、撮像し、生体の特徴を認識して、個人認証する装置が種々提供されている。

特に、手のひらや指の血管、掌紋は、比較的大量の個人特徴データを得られるため、個人認証の信頼性に適している。又、血管（静脈）の模様は、胎児の時から生涯変わらず、万人不同と言われおり、個人認証に適している。図１９乃至図２２は、従来の血管像認証技術の説明図である。図１９に示すように、登録又は認証時に、利用者は、撮像装置１００に手１１０のひらを近づける。撮像装置１００は、近赤外線を発光し、手１１０のひらに当てる。撮像装置１００は、手１１０のひらから跳ね返った近赤外線を、センサーで受信する。

図２０に示すように、静脈１１２に流れる赤血球の中のヘモグロビンは、酸素を失っている。このヘモグロビン（還元ヘモグロビン）は、７６０ナノメートル付近の近赤外線を吸収する。このため、手のひらに近赤外線を当てると、静脈がある部分だけ反射が少なく、反射した近赤外線の強弱で、静脈の位置を認識できる。

図１９に示すように、利用者は、先ず、自身の手のひらの静脈画像データを、図１９の撮像装置１００を利用して、サーバーやカードに登録する。次に、個人認証するには、利用者は、自身の手のひらの静脈画像データを、図１９の撮像装置１００を利用して、読み取らせる。

利用者のＩＤで引き出された静脈登録画像と、読み取られた静脈照合画像との静脈の模様を照合し、個人認証する。例えば、図２１のような登録画像と照合画像との静脈模様の照合では、本人と認証する。一方、図２２のような登録画像と照合画像との静脈模様の照合では、本人と認証しない（例えば、特許文献１参照）。

このような生体認証等には、対象物（生体認証では、人間の体の一部）を非接触で撮像する必要がある。このため、撮像装置１００は、ある撮像範囲（距離及び面積）において、光強度が均一となる光を発射し、その撮像範囲の反射光をセンサーで受光し、電気信号として、撮像画像信号を出力する。

図２３及び図２４は、従来の撮像装置の説明図である。図２３及び図２４に示すように、撮像装置１００は、中央に撮像ユニット１２０を、その周囲に、複数の発光素子１３０−１〜１３０−８を設けている。図２２の点線は、この複数の発光素子１３０−１〜１３０−８の個々の発光素子の均一強度の光の範囲を、示している。

このように、撮像ユニット１２０の周囲に、複数（ここでは、８つ）の点光源を配置することにより、撮像ユニット１２０の撮像範囲に、均一強度の光を照射できる。一方、撮像ユニット１２０は、ＣＭＯＳセンサー等の光電変換ユニット１２２と、レンズ等の光学系１２４を有する。面受光素子である光電変換素子は、所定の受光面積を有するため、この受光面に、撮像範囲の反射光を導くには、所定の光学距離が必要となる。このため、魚眼レンズ等のレンズ１２４を、光電変換ユニット１２２と対象物との間に設け、所定の撮像範囲の像を光電変換素子１２２の受光面に投影している。

このように、各点光源素子１３０−１〜１３０−８で、所定の撮像範囲を分担して、照射するには、図２３のように、点光源素子１３０−１〜１３０−８を離して、配置し、且つ所定の光強度の均一光を、撮像範囲に与えるため、図２４のように、光電変換素子１２２より、対象物に近接して、配置することが行われていた（例えば、特許文献２参照）。

又、このような撮像装置では、対象物が焦点距離に位置しているかを検出する必要がある。従来は、発光部と受光部を有する光学式距離センサーを、撮像装置内に設け、対象物との距離を測定していた（例えば、特許文献３参照）。例えば、図２４の点光源素子１３０−４と撮像ユニット１２０との間に、光学式距離センサーを設けていた。
特開２００４−０６２８２６号公報（図２乃至図９） ＷＯ２００４／０８８５８８号公報（図１及び図６） ＷＯ２００４／０８８９７９号公報（図１及び図５）

この従来の撮像装置では、距離センサーは、発光部と受光部とを有し、反射光の位置から距離を測定するため、発光部と受光部を離す必要がある。このため、センサー自体のサイズが大きく、撮像装置の小型化が困難であり、装置への組み込みに制限があった。

又、対象物の傾きも検出するには、複数の距離センサーを搭載する必要があり、より、撮像装置の小型化が困難であり、装置への組み込みに制限がある。しかも、コストダウンの阻害となっていた。

従って、本発明の目的は、距離測定機能を付与しても、小型に構成するための距離測定機能を有する撮像装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、距離測定機能を付与しても、コストダウンを可能とするための距離測定機能を有する撮像装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、小型化するとともに、対象物の距離を容易に検出するための距離測定機能を有する撮像装置を提供することにある。

この目的の達成のため、本発明は、対象物に照明を当て、前記対象物からの反射光を受光して、撮像する撮像装置において、前記反射光を受光して、撮像するイメージセンサと、前記対象物にスポット光を照射する距離測定用発光素子と、距離測定時に、前記距離測定用発光素子を駆動し、且つ前記イメージセンサの撮像画像から前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物との距離を求める制御回路とを有する。

又、本発明は、好ましくは、前記距離測定用発光素子は、前記イメージセンサに対し、前記イメージセンサの撮像範囲内に、前記スポット光を照射する位置に設けられた。

更に、本発明は、好ましくは、前記距離測定用発光素子は、前記イメージセンサを中心に、異なる位置に設けられた少なくとも３つの距離測定用発光素子からなる。

更に、本発明は、好ましくは、前記少なくとも３つの距離測定用発光素子は、前記イメージセンサを中心に、対向する位置に設けられた。

更に、本発明は、好ましくは、前記制御回路は、前記イメージセンサの撮像画像から各前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物の傾きを求める。

更に、本発明は、好ましくは、前記距離測定用発光素子が、前記イメージセンサを搭載する回路基板に搭載された。

更に、本発明は、好ましくは、撮像時に前記対象物に照明を与える照明機構を、前記イメージセンサの周囲に設け、前記照明機構の外側に、前記距離測定用発光素子を設けた。

更に、本発明は、好ましくは、前記照明機構は、前記イメージセンサの周囲の位置に搭載された複数の発光素子と、前記複数の発光素子の光を、撮像範囲に導き、前記撮像範囲を照明するリング状の導光体とからなり、前記リング状の導光体のリング内に収容され、前記照明された撮像範囲の対象物の反射光を前記イメージセンサに導くための光学ユニットを更に有する。

更に、本発明は、好ましくは、前記イメージセンサと、前記距離測定用発光素子と、前記複数の発光素子とを搭載する回路基板を更に設けた。

更に、本発明は、好ましくは、前記複数の発光素子は、前記イメージセンサの周囲の円に沿って、所定の間隔で、前記回路基板に搭載され、前記導光体は、前記円に対応したリング形状で構成された。

更に、本発明は、好ましくは、前記リング状導光体と、前記複数の発光素子間に、前記発光素子の光を拡散する拡散板を設けた。

更に、本発明は、好ましくは、前記複数の発光素子は、赤外光を発光する発光素子で構成され、少なくとも前記光学ユニットの入射面に、可視光をフィルターする光学フィルターを設けた。

更に、本発明は、好ましくは、前記導光体は、前記発光素子の光を導入するための下端部と、前記撮像範囲に光を出射するための上端部と、前記下端部から前記上端部へ、前記発光素子の光を導く導光部とを有する。

更に、本発明は、好ましくは、前記イメージセンサは、生体の一部を撮像する。

本発明では、反射光を受光して、撮像するイメージセンサと、対象物にスポット光を照射する距離測定用発光素子と、距離測定時に、距離測定用発光素子を駆動し、イメージセンサの撮像画像から前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物との距離を求める制御回路とを設けたので、対象物の撮像のためのイメージセンサを距離測定用の受光素子に利用することができる。このため、距離測定用の受光素子を別に設ける必要がなく、撮像装置を小型化でき、且つコストダウンも可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、撮像装置の構成、照明機構、画像処理構成、他の実施の形態の順で説明する。

＊＊撮像装置＊＊
図１は、本発明の一実施の形態の撮像装置の断面図、図２は、図１の撮像装置の分解構成図、図３は、図１、図２の基板の上面図、図４は、図３の発光素子と受光素子の動作説明図、図５は、図２の構成を組み立てた場合の構成図、図６は、図１の外部ケースの構成図、図７は、図２の組み立て体を外部ケースに収容した場合の構成図、図８は、図１の撮像装置の外観図である。

図１の構成を説明する前に、図２乃至図７により、図１の各部の構成を説明する。図２に示すように、カメラ基板２０の中央には、ＣＭＯＳイメージセンサ等のイメージセンサ３０と、偏光板３２が設けられる。カメラ基板２０のイメージセンサ３０の周囲に、複数の発光素子２２，２４と受光素子２６が搭載される。

図３で詳細に説明すると、カメラ基板２０の中央に、イメージセンサ３０が搭載され、その上に、偏光板３２が、貼り付けられる。カメラ基板２０のイメージセンサ３０の周囲の円に沿って、複数の発光素子２２，２４と受光素子２６とが搭載される。

この第１の発光素子２２と第２の発光素子２４との間に、受光素子（フォトダイオード）２６が設けられる。図４に示すように、この受光素子２６は、第１の発光素子２２と第２の発光素子２４の光（後述する偏光板４４からの反射光）を受光し、第１の発光素子２２と第２の発光素子２４のＡＰＣ（自動パワー制御）を行うため、設けられる。

この第１の発光素子２２と第２の発光素子２４は、個別のタイミングで、発光駆動される。この例では、個別のタイミングで発光される第１、第２の発光素子２２，２４の各々の自動パワー制御を行うため、１つの受光素子２６で、第１、第２の発光素子２２，２４の光を受光するように、第１、第２の発光素子２２，２４の間に配置されている。このため、ＡＰＣ制御のための受光素子の数を減少できる。

更に、カメラ基板２０の四隅には、対象物との距離を計測するための４つの距離計測用発光素子５２が設けられる。図３に示すように、この４つの距離計測用発光素子５２は、カメラ基板２０の対角線上に配置され、且つ各々発光素子５２の間隔は、最も距離の遠い対角線上に配置される。この４つの距離計測用発光素子５２による測定距離から、対象物（ここでは、手のひら）の傾きを検出する。

即ち、１枚のカメラ基板２０には、対象物の撮像のための照明系２２，２４，２６と、撮像系３０，３２とが設けられ、更に、距離計測系５２も設けられる。

図２に戻り、カメラ基板２０の発光素子２２，２４の上方には、４枚の拡散板４４と４枚の偏光板４２とが設けられる。この拡散板４４と偏光板４２は、カメラ基板２０の四辺に、取り付けられる偏光・拡散台４６に貼り付けられる。拡散板４４は、第１、第２の発光素子２２，２４の指向性のある発光分布をある程度拡散する。偏光板４２は、第１、第２の発光素子２２，２４の自然光を直線偏光に変換する。

この４枚の偏光板４２の上方には、リング状の導光体１０が設けられる。導光体１０は、例えば、樹脂で構成され、且つカメラ基板２０の第１、第２の発光素子２２，２４の光を上方に導き、対象物に均一光を照射する。このため、導光体１０は、カメラ基板２０の発光素子２２，２４の配置に合わせ、リング形状である。この導光体１０は、図８以下で説明するように、第１、第２の発光素子２２，２４の光を上方に導きながら、対象物に均一光を照射する。

更に、カメラ基板２０のほぼ中央のイメージセンサ３０の上で、且つリング状の導光体１０内に、光学ユニット３４が、カメラ基板２０に取り付けられる。光学ユニット３４は、集光レンズ等のレンズ光学系からなる。

このカメラ基板２０の距離測定用発光素子５２には、アパチャー５０が取り付けられる。アパチャー５０は、距離測定用発光素子５２の光が、対象物方向に向かうように、他の方向への光の拡散を遮蔽する。

カメラ基板２０とは、別に、制御基板６０が設けられる。制御基板６０は、外部と接続するためのものであり、外部コネクタ６２と、カメラ基板２０とのカメラコネクタ６４とを有する。この制御基板６０は、カメラ基板２０の下部に設けられ、カメラコネクタ６４で、カメラ基板２０と電気的に接続する。更に、外部コネクタ６２のため、ホルダーカバー６８が設けられる。

このようにして、カメラ基板２０に、イメージセンサ３０、発光素子２２，２４、受光素子２６、距離測定用発光素子５２を搭載し、このカメラ基板２０上に、拡散・偏光台４６、拡散板４４、偏光板４２、アパチャー５０、光学ユニット３４、導光体１０を取り付け、カメラ部分を組み立てる。このカメラ部分に、制御基板６０を取り付ける。図５は、そのカメラ部分と制御基板の取り付け後のユニット状態を示す。

更に、図６に示すように、可視光カットフィルタ板７６、フード７８、ホルダーアッセンブリー７０、外装ケース７４を用意する。そして、図５の取り付けユニットを、図６のホルダーアッセンブリー７０に取り付け、且つ図２のホルダー６８を、ホルダーアッセンブリー７０に取り付けることにより、図７の構成に組み立てる。

この図７の構成を、図６の外装ケース７４に収容し、且つフード７８を取り付けた可視光カットフィルタ板７６を、外装ケース７４の上部に取り付け、図８の撮像装置を組み立てる。この可視光カットフィルタ板７６は、外部からイメージセンサ３０に入り込む可視光成分をカットする。又、フード７８は、図１でも説明するように、所定の撮像範囲外の光が、光学ユニット３４に入り込むのをカットするとともに、導光板１０から漏れる光が、光学ユニット３４に侵入することを防止する。

図１は、図８の完成体１の断面図である。前述のように、カメラ基板２０に、イメージセンサ３０、発光素子２２，２４、受光素子２６、距離測定用発光素子５２を搭載している。即ち、１つの基板に、照明系と撮像系の基本構成を搭載している。このため、搭載基板が１枚で済み、コストダウンに寄与する。

又、発光素子２２，２４の上部に、リング状の導光板１０を設け、発光素子２２，２４の光を可視光フィルタ７６に導いており、この導光体１０は、発光素子２２，２４の光を分光して、可視光フィルタ７６に出射する。このため、発光素子２２，２４をイメージセンサ３０に近接して設けても、且つ同一基板２０に設け、小型化できるとともに、対象物に均一な光を照明できる。即ち、図１に示す逆三角形の斜線部分をカメラの撮像範囲とすると、この撮像範囲に、均一な光を照明できる。

更に、導光板１０は、リング状であるため、リング１０内に、光学ユニット３４を収容でき、一層小型化が可能となる。又、フード７８は、所定の撮像範囲（図１の斜線部分）外の光が、光学ユニット３４に入り込むのをカットするとともに、導光板１０から漏れる光が、光学ユニット３４に侵入することを防止するため、導光板１０や、発光素子２２，２４を、イメージセンサ３０、光学ユニット３４に近接して設けても、撮像精度の低下を防止できる。

しかも、カメラ基板２０に、距離測定用発光素子５２を設けたので、距離測定するカメラユニットをより小型化できる。尚、図１では、制御基板６０が、カメラ基板２０の下部に接続され、且つ制御基板６０の外部コネクタ６２に、外部ケーブル２が接続される。

＊＊照明機構＊＊
次に、導光体を含む照明機構を説明する。図９は、本発明の一実施の形態の導光体の動作説明図、図１０は、図９の照明機構の詳細構成図、図１１は、図１０の導光体の台形切り欠き部の説明図、図１２乃至図１４は、図１０の導光体の導光及び拡散動作の説明図、図１５は、照明による輝度分布図である。

図９において、図１及び図２で示したものと同一のものは、同一の記号で示してある。図９に示すように、導光体１０は、点光源である発光素子２２，２４の光を、３分割するように、可視光フィルタ７６に導く。

即ち、導光体１０からは、基本的に、光学ユニット３４方向の光Ａ３、導光体１０の長手方向の光Ａ２，光学ユニット３４と反対方向の光Ａ１とが、出射される。この導光体１０を設けることにより、１つの点光源２２，２４で、可視光フィルタ７６近傍では、あたかも３つの点光源として、振る舞うことができる。

図１０に示すように、導光体１０は、上部斜面１４と、２つの側面１０−１，１０−２と、下部台形溝部１２とからなる。下部台形部１２は、偏光板４２、拡散板４４を介し発光素子２２，２４に対向し、発光素子２２，２４からの光を受ける。又、上部斜面１４は、光学ユニット３４側が高い斜面である。

図１１に示すように、発光素子２２，２４から発光強度分布Ｂは、上部に向かって長い（強い）円弧状をなしている。即ち、発光素子２２，２４の光発射方向（素子の垂直方向）の光成分Ｂ１の強度が、その両側方向の光成分Ｂ２，Ｂ３より強い。導光体１０の台形状溝１２は、出射側で、図９のように、基本的に３つの点光源とみなせるように、この強度分布Ｂに対応して形成されている。

即ち、導光体１０内での反射により、３つの点光源となるように、台形状溝１２は、光成分Ｂ１を、屈折せず、導入する平坦部分１２ｂと、その両側の光成分Ｂ２，Ｂ３を屈折して、導入するため、この光成分Ｂ２，Ｂ３の方向に応じた傾きを持つ一対の斜面部分１２ａ，１２ｃとで構成されている。この台形状溝１２の形状により、あたかも、点光源２２，２４の光を、３つの光に分割する作用を果たす。

又、この平坦部分１２ｂと斜面部分１２ａ，１２ｃの長さは、後述するように、導光体１０の出射光により、所定の領域の光強度が、ほぼ均一となるように、設定されている。ここでは、最大の光強度の光成分Ｂ１を受ける平坦部分１２ｂの長さが、それより弱い光強度の光成分Ｂ２，Ｂ３を受ける斜面部分１２ａ，１２ｃの長さより、短い。これにより、光強度分布に応じて、分割される光量を調整している。

この動作を、図１２乃至図１４で説明する。図１２に示すように、発光素子２２，２４の発光強度分布Ｂの左側の成分Ｂ２は、導光体１０の左側斜面部分１２ａで屈折され、導光体１０の左側面１０−２に入射し、左側面１０−２で反射して、導光体１０の右側面１０−１に向かう。そして、右側面１０−１に向かった光は、右側面１０−１で反射し、再び、左側面１０−２に向かい、左側面１０−２で反射され、上部斜面１４にほぼ垂直に入射し、撮像範囲の最外部へ出射する。

又、図１３に示すように、発光素子２２，２４の発光強度分布Ｂの中央の成分Ｂ１は、導光体１０の中央平坦部分１２ｂから導光体１０に入射し、上部斜面１４に斜めに入射し、撮像範囲の最内部へ出射する。

更に、図１４に示すように、発光素子２２，２４の発光強度分布Ｂの右側の成分Ｂ３は、導光体１０の右側斜面部分１２Ｃで屈折され、導光体１０の右側面１０−１に入射し、右側面１０−１で反射して、導光体１０の左側面１０−２に向かう。そして、左側面１０−２に向かった光は、左側面１０−２で反射し、上部斜面１４にほぼ垂直に入射し、撮像範囲の最内部と最外部の間へ出射する。

図１２乃至図１４を合成すると、図１０のような光路図となる。即ち、導光体１０は、点光源２２，２４の点発光を、台形状溝部１２で、３つの光に分割し、各々の光を、導光体１０内の側面の反射を利用して、導光体１０の出射側で、３つの点光源が存在するかの如く振舞うように、出射する。

この場合に、図１の撮像範囲（斜線）を考慮して、導光体１０の上部斜面１４で、出射方向を調整する。又、撮像範囲で、ほぼ均一の光強度を得るには、図１１で説明した発光素子２２，２４の発光強度分布Ｂを考慮して、導光体１０の台形状溝部１２の平坦部分１２ｂ、斜面部分１２ａ，１２ｃの長さ、即ち、入射幅又は入射量を調整する。

ここでは、ほぼ均一の光強度を得るため、図１１で説明した発光素子２２，２４の発光強度分布Ｂが、中央の光強度が強く、その周囲がそれより弱いため、導光体１０の台形状溝部１２の平坦部分１２ｂの長さを、斜面部分１２ａ，１２ｃの長さより短くし、光強度の強い部分が、平坦部分１２ｂにのみならず、斜面部分１２ａ，１２ｃにも入射するようにしている。

そして、導光体１０の台形形状の溝１２と上部斜面１４と、導光体１０の反射を利用して、反射光や直進光を、撮像範囲に、ほぼ均一の光強度を得るように、拡散して、出射できる。

図１５は、図１の撮像装置の撮像範囲と光強度の実験結果を示す図である。図１５の横軸は、位置であり、縦軸は、光強度である。具体的には、位置は、イメージセンサ３０のドット位置であり、ここでは、幅６４０ドットのイメージセンサ３０を使用している。そして、図１の撮像範囲（斜線部）の上部の平らな部分に、実験用の白紙を置き、イメージセンサ３０の各ドットの出力レベル値を測定した。出力レベル値は、白紙であるから光強度に対応する。

この実験例では、イメージセンサ３０の中央の約３１０ドットの幅で、ほぼ均一な光強度が得られている。例えば、３１０ドット幅の最大レベルは、「１９０」であり、最小レベルは、「１６０」であり、中間の「１７５」に対し、±１５の範囲であり、誤差は、±１０％以下である。

図１で言うと、イメージセンサ３０の撮像範囲Ｖに対し、光強度均一範囲は、Ｖ１で示される。撮像範囲は、Ｖであるが、この範囲Ｖ１の画像から、撮像対象物の特に重要な特徴を抽出することにより、精度の高い特徴抽出が可能となる。

又、Ｖ１以外の範囲の画像は、レベル補正により、レベルを合わせ、重要度の低い特徴抽出に使用できる。

＊＊画像処理構成＊＊
図１６は、本発明の一実施の形態の撮像画像処理装置のブロック図、図１７は、その撮像画像処理フロー図、図１８は、距離測定動作の説明図である。

図１６に示すように、撮像装置の駆動・処理系は、第１の発光素子２２を駆動する第１の照明ＬＥＤ駆動部９４と、第２の発光素子２４を駆動する第２の照明ＬＥＤ駆動部９６と、距離計測用発光素子５２を駆動する測距ＬＥＤ駆動部９８と、イメージセンサ３０の各画素のアナログ出力を、デジタル値に変換するアナログ／デジタル変換器９２と、マイクロコントローラ９０を有する。

第２の照明ＬＥＤ駆動部９４，９６は、各々発光期間に、図４で説明したように、受光素子２６からの受光した光強度に応じて、ＡＰＣ（自動パワー制御）する。マイクロコントローラ（ＭＣＵ）９０は、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）と，ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）とからなり、距離算出９０Ａ，姿勢判別９０Ｂ，シャッタ制御９０Ｃ，画像処理９０Ｄの各処理を行う。

図１７により、ＭＣＵ９０の撮像処理を説明する。

（Ｓ１０）ＭＣＵ９０は、距離測定用発光素子（ＬＥＤ）５２を、測距ＬＥＤ駆動部５２を介し駆動する。これにより、図２、図３で説明した４つの距離測定用発光素子５２が発光する。イメージセンサ３０は、図１に示したように、撮像範囲の画像を撮像する。ここで、照明用発光素子２２，２４を駆動していないので、イメージセンサ３０には、距離測定用発光素子５２の発光光に対する撮像範囲内の対象物からの反射光のみが受光される。図１８に、イメージセンサ３０の画像３０Ａ内での各距離測定用発光素子５２の発光光に対する撮像範囲内の対象物からの反射光５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの位置を示す。この位置は、対象物（例えば、手のひら）の傾きにより、ずれる。

（Ｓ１２）次に、イメージセンサ３０の画像３０Ａは、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器９２により、各画素のアナログ受光量が、デジタル値に変換され、ＭＣＵ９０のメモリに格納される。ＭＣＵ９０は、メモリの画像データをサーチし、この反射光５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの位置を検出する。

この際に、図３及び図１８に示したように、４つの距離測定用発光素子５２が、画像（撮像範囲）の中心から対角に配置されているので、メモリの画像データを、図１８の点線のように、直線上にサーチしていくことにより、直線上の画素輝度から、４点の位置（イメージセンサの中心からの位置）が検出できる。例えば、図１のような逆三角形の撮像範囲では、対象物との距離が遠いと、点線で示すように、画像上のスポット光位置５２Ａ１〜５２Ｄ１のように、イメージセンサ３０の中心に近づき、対象物との距離が近いと、実線で示すように、画像上のスポット光位置５２Ａ〜５２Ｄのように、イメージセンサ３０の中心から遠ざかる。

更に、発光素子５２の間隔は、最も距離の遠い対角線上に配置されるので、画像内で、中心から最も遠い位置を検出できる。ＭＣＵ９０は、この４点の位置から、三角測量の方法により、対象物との距離（平均）と傾きを検出する。即ち、イメージセンサ３０の中心からの位置により、各４点での距離を計算し、４点の距離の差で、傾き（４方向）を検出できる。

（Ｓ１４）ＭＣＵ９０は、撮像対象物の距離が適切（撮像範囲内の所定の焦点距離にある）かを判定する。ＭＣＵ９０は、撮像対象物の距離が適切でないと、図示しない表示部に誘導ガイダンスを表示する。例えば、「対象物（手のひら）を近づけて下さい」、「対象物（手のひら）を遠ざけて下さい」という誘導メッセージを表示する。

（Ｓ１６）ＭＣＵ９０は、距離が適切であると、撮像対象物の傾きが適切かを判定する。例えば、対象物の平面部分（手のひら等）を撮像する場合には、傾きが、許容された傾き範囲内かを判定する。ＭＣＵ９０は、撮像対象物の傾きが適切でないと、図示しない表示部に誘導ガイダンスを表示する。例えば、対象物が手のひらでは、「手を開いて下さい」等の誘導メッセージを表示する。

（Ｓ１８）ＭＣＵ９０は、傾きが適切であると、照明ＬＥＤ駆動部９４、９６に発光指示を与え、第１、第２の発光素子２２、２４を発光して、光を対象物に照射する。そして、ＭＣＵ９０は、図示しないシャッタ（光学ユニット内）を駆動し、イメージセンサ３０で撮像範囲の画像を撮像し、Ａ／Ｄ変換器９２を介し画像をメモリに格納する。そして、この画像から特徴を抽出する。例えば、前述の血管像の抽出では、画像から血管像データを抽出する。

このように、撮像対象が焦点距離にあるかや、傾きを検出するため、イメージセンサ３０を距離測定用受光部にも利用したので、距離測定機構は、距離測定用発光素子５２を設ければ良いため、即ち、距離測定用受光素子を特別に設けなくても良いため、コストダウンに寄与するとともに、実装部品数も低減でき、小型化に寄与する。

又、４つの距離測定用発光素子５２が、画像（撮像範囲）の中心から対角に配置しているので、メモリの画像データを、図１８の点線のように、サーチしていくことにより、４点の位置が検出でき、検出処理が容易である。更に、発光素子５２の間隔は、最も距離の遠い対角線上に配置されるので、小型化しても、画像内で、中心から最も遠い位置を検出でき、傾き検出を正確にできる。

＊他の実施の形態＊＊
前述の実施の形態では、４つの距離測定用発光素子で説明したが、傾きを検出するには、最低３つで良い。同様に、傾きを検出しない場合には、距離測定用発光素子は、１つで良い。

又、導光体の下部溝１２を台形形状のもので説明したが、他の多面体形状のものでも良い。例えば、溝部の台形を３面体とすると、４面体等の多面体を、要求される性能に応じて、使用できる。コストを重視する場合には、多面体の面数が少ない方が良く、ここでは、台形がより良い。

更に、撮像対象物を、手のひらで説明し、撮像対象の画像処理を、手のひらの静脈パターン認証で説明したが、手の掌紋、手の甲の血管像や、指の血管像、顔、虹彩等の他の生体の特徴を利用した生体認証にも、適用でき、又、生体認証の用途に限らず、他の用途にも適用できる。

以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、本発明は、種々の変形が可能であり、本発明の範囲からこれらを排除するものではない。

（付記１）対象物に照明を当て、前記対象物からの反射光を受光して、撮像する撮像装置において、前記反射光を受光して、撮像するイメージセンサと、前記対象物にスポット光を照射する距離測定用発光素子と、距離測定時に、前記距離測定用発光素子を駆動し、且つ前記イメージセンサの撮像画像から前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物との距離を求める制御回路とを有することを特徴とする距離測定機能を有する撮像装置。

（付記２）前記距離測定用発光素子は、前記イメージセンサに対し、前記イメージセンサの撮像範囲内に、前記スポット光を照射する位置に設けられたことを特徴とする付記１の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記３）前記距離測定用発光素子は、前記イメージセンサを中心に、異なる位置に設けられた少なくとも３つの距離測定用発光素子からなることを特徴とする付記１の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記４）前記少なくとも３つの距離測定用発光素子は、前記イメージセンサを中心に、対向する位置に設けられたことを特徴とする付記３の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記５）前記制御回路は、前記イメージセンサの撮像画像から各前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物の傾きを求めることを特徴とする付記４の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記６）前記距離測定用発光素子が、前記イメージセンサを搭載する回路基板に搭載されたことを特徴とする付記１の撮像装置。

（付記７）撮像時に前記対象物に照明を与える照明機構を、前記イメージセンサの周囲に設け、前記照明機構の外側に、前記距離測定用発光素子を設けたことを特徴とする付記１の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記８）前記照明機構は、前記イメージセンサの周囲の位置に搭載された複数の発光素子と、前記複数の発光素子の光を、撮像範囲に導き、前記撮像範囲を照明するリング状の導光体とからなり、前記リング状の導光体のリング内に収容され、前記照明された撮像範囲の対象物の反射光を前記イメージセンサに導くための光学ユニットを更に有することを特徴とする付記７の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記９）前記イメージセンサと、前記距離測定用発光素子と、前記複数の発光素子とを搭載する回路基板を更に設けたことを特徴とする付記８の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記１０）前記複数の発光素子は、前記イメージセンサの周囲の円に沿って、所定の間隔で、前記回路基板に搭載され、前記導光体は、前記円に対応したリング形状で構成されたことを特徴とする付記９の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記１１）前記リング状導光体と、前記複数の発光素子間に、前記発光素子の光を拡散する拡散板を設けたことを特徴とする付記８の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記１２）前記複数の発光素子は、赤外光を発光する発光素子で構成され、少なくとも前記光学ユニットの入射面に、可視光をフィルターする光学フィルターを設けたことを特徴とする付記８の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記１３）前記導光体は、前記発光素子の光を導入するための下端部と、前記撮像範囲に光を出射するための上端部と、前記下端部から前記上端部へ、前記発光素子の光を導く導光部とを有することを特徴とする付記８の距離測定機能を有する撮像装置。

（付記１４）前記イメージセンサは、生体の一部を撮像することを特徴とする付記１の距離測定機能を有する撮像装置。

反射光を受光して、撮像するイメージセンサと、対象物にスポット光を照射する距離測定用発光素子と、距離測定時に、距離測定用発光素子を駆動し、イメージセンサの撮像画像から前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物との距離を求める制御回路とを設けたので、対象物の撮像のためのイメージセンサを距離測定用の受光素子に利用することができる。このため、距離測定用の受光素子を別に設ける必要がなく、撮像装置を小型化でき、且つコストダウンも可能となり、撮像装置の普及に寄与する。

本発明の一実施の形態の撮像装置の断面図である。 図１の撮像装置の分解構成図である。 図２の回路基板の部品配置図である。 図２の回路基板の発光素子と受光素子との関係説明図である。 図２の分解部品の組み立て図である。 図１の外装部品の構成図である。 図２の組み立て体のアッセンブリーの構成図である。 図１の撮像装置の外観図である。 図１の照明系の説明図である。 図９の導光体と発光素子の構成図である。 図１０の発光素子の発光強度分布と導光体の下端部の関係図である。 図１０の導光体の第１の動作説明図である。 図１０の導光体の第２の動作説明図である。 図１０の導光体の第３の動作説明図である。 図１０の導光体による光強度分布図である。 図１の撮像装置のための制御回路のブロック図である。 図１６の制御回路の撮像処理フロー図である。 図１６の構成による距離測定動作の説明図である。 従来の手のひら撮像装置の説明図である。 従来の手のひら撮像装置の原理説明図である。 従来の手のひら認証技術の説明図である。 従来の手のひら認証技術の他の説明図である。 従来の撮像装置の照明構成の説明図である。 従来の撮像装置の構成図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ ケーブル
１０ 導光体
１０−１，１０−２ 側面
１２ 下端溝部
１４ 上端部
２０ 回路基板
２２，２４ 発光素子
２６ 受光素子
３０ イメージセンサ
３２ 偏光板
３４ 光学ユニット
４２ 偏光板
４４ 拡散板
４６ 偏光・拡散台
５２ 距離測定用発光素子
７６ 可視光フィルタ
７８ フード

Claims (5)

1. 対象物に照明を当て、前記対象物からの反射光を受光して、撮像する撮像装置において、
   前記反射光を受光して、撮像するイメージセンサと、
   前記対象物にスポット光を照射する距離測定用発光素子と、
   距離測定時に、前記距離測定用発光素子を駆動し、且つ前記イメージセンサの撮像画像から前記距離測定用発光素子のスポット光の位置を検出し、前記対象物との距離を求める制御回路とを有する
   ことを特徴とする距離測定機能を有する撮像装置。
2. 前記距離測定用発光素子は、前記イメージセンサに対し、前記イメージセンサの撮像範囲内に、前記スポット光を照射する位置に設けられた
   ことを特徴とする請求項１の距離測定機能を有する撮像装置。
3. 前記距離測定用発光素子は、前記イメージセンサを中心に、異なる位置に設けられた少なくとも３つの距離測定用発光素子からなる
   ことを特徴とする請求項１の距離測定機能を有する撮像装置。
4. 前記少なくとも３つの距離測定用発光素子は、前記イメージセンサを中心に、対向する位置に設けられた
   ことを特徴とする請求項３の距離測定機能を有する撮像装置。
5. 撮像時に前記対象物に照明を与える照明機構を、前記イメージセンサの周囲に設け、
   前記照明機構の外側に、前記距離測定用発光素子を設けた
   ことを特徴とする請求項１の距離測定機能を有する撮像装置。