JP2010537482A5 - - Google Patents

Description

撮像装置

この発明は撮像装置に関し、より詳細には照明手段を備えた２次元撮像装置に関する。

２次元撮像装置は一般に、照明手段と相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）や電荷結合素子（ＣＣＤ）のような撮像アレイとを必要とする。このような撮像装置は、撮像する被写体を照明するために発光ダイオード（ＬＥＤ）又は他の手段を用い、その被写体からの反射光が撮像マトリクスに入射する。このような撮像装置に関する１つの問題は、被写体の照明を一定に保つことができる被写界深度が比較的狭いことである。例えば、図１は光源からの距離に応じて照度が急激に低下することを示している。

従来技術では、この問題に対する解決策として、一般的に撮像装置に近い領域に向けて１つ以上のＬＥＤ又は他の照明手段を追加して取付けていた。このような配置が米国特許出願公開第２００６／０２１９７９２号公報に開示されている。この出願においては、２つの操作モードが使用されて、その各操作モードが固別に使用するＬＥＤのセットを有している。近距離又は遠距離のいずれの撮像を希望するかによって、異なる操作モードが選択され、その結果、異なるＬＥＤのセットが照明することになる。しかしながら、個々のＬＥＤの位置をこのように配置することは最適とはいえない。

撮像アレイに近い領域を照明するために独立したＬＥＤのセットを配置した他の従来技術が米国特許出願公開第２００６／０１１８６２７号公報に開示されている。その出願においては、独立したＬＥＤのセットは、撮像装置内にある回路基板に垂直に配置され、それらのＬＥＤからの光は近くの視野を照明する。これは、多分上記公開公報の図９に最もよく示されている。

これら及び他の従来技術の配置は全て、それらに要求される配置に対して最適とはいえず、サイズが大きくなり過ぎたり、製造コストが高くなり過ぎたり、使用しにくかったりする。多くの場合、第２の照明光源を備えると、撮像装置の製造コストが増加する。

このようないくつかの従来技術における配置は、照明手段がユーザの目に光が差し込むような位置に配置されている点でも最適とはいえない。その結果、この技術分野において撮像アレイからの距離の広い範囲に亘って均一な照明できるように撮像装置を改良する技術が必要である。

従来技術がもつ上記及び他の問題を解決するため、この発明による撮像装置は、第１の照明手段及び第２の照明手段と被写体からの反射光を受光する撮像アレイとを備え、その第１の照明手段は、撮像装置から第１の距離の視野を照明するように配置され、第２の照明手段は、撮像装置から上記第１の距離より遠い第２の距離の視野を照明するように配置され、上記第２の照明手段は、光源と、中心を持つレンズとを有し、その光源はその照射方向がレンズの中心に対して偏って配置されている。
すなわち、第２の照明手段は、ＬＥＤのような複数の照明源が、それぞれレンズの背後にずれた状態で配置されて使用される。何故なら、ＬＥＤがその前にあるレンズに対してずれていると、その照明が遠くの視野を直射し得るからである。

従来の装置を使用した場合の、撮像アレイからの距離による視野の照度変化を示す図である。 この発明の撮像装置の実施例の概略側面図である。 この発明のその実施例の概略正面図である。

図２はこの発明の照明技術を用いた撮像装置の概略側面図である。この撮像装置は、図示のように、光源として発光ダイオードであるＬＥＤ３０２を有する第１の照明手段と、光源としての発光ダイオードであるＬＥＤ３０１及び３０４と、中心を持つレンズ３１０及び３０５とを有する第２の照明手段を備えている。
第２の照明手段のＬＥＤ３０１及び３０４による照射光を部分的に遮蔽するマスク部であるマスキング装置３０６を含み、それによって、その照明がユーザの目を直射するのを避けている。マスキング装置３０６の内側部分は３０７で示される。図３４に示すように、このマスク部であるマスキング装置３０６は好ましくは連続しており、光の射出路を確保するためにＬＥＤ３０１、３０４をそれぞれ囲む開口４０７〜４１０を有する。

図２に示すように、第２の照明手段のＬＥＤ３０４はその照射方向がレンズ３０５の中心に対してずれた（偏った）状態で配置され、それによって、そのレンズ３０５が遠い視野を直接照明するよう作用する。これと同様な配置が第２の照明手段のＬＥＤ３０１とレンズ３１０にも採用され図示されている。第２の照明手段のＬＥＤ３０１及び３０４は、図２にＡ，Ｃで示すように、共に遠い視野を照明する。一方、第１の照明手段のＬＥＤ３０２がＢで示すように近い視野を照明する。
図２におけるＦＯＶは視野を、ＤＯＦは被写界深度を示す（図３における右上の枠内の記載を参照）。

この配置によれば、近い視野から遠い視野まで略均一な照明を行うことができるが、それでもなお、ユーザが近くの視野又は遠くの視野を選択して適切な照明手段の光源（例えばＬＥＤ）を動作させるようにしてもよい。あるいは、撮像装置が撮像するために起動したときに、単純に両方の照明手段の光源を動作させるようにすることもできる。

例えば、図３を参照して、ユーザは遠い視野を照明したい場合には、ＬＥＤ３０１及び３０４による第２の照明手段を選択し、被写体が近い視野内にあるときにはＬＥＤ３０２による第１の照明手段を選択することができる。また、例えば周知技術であるレーザを用いた測距装置によって、このような選択を自動的に行なって、適切なＬＥＤに照明させるようにすることも可能である。

第２の照明手段のＬＥＤ３０１及び３０４は回路基板３４０に搭載され、他の電子部品機器は同様に回路基板３５０に搭載される。
複数の第１、第２の照明手段の各光源であるＬＥＤ３０１，３０２，３０４は、図２から明らかなように、複数の回路基板３４０上に設けられ、全てが共通の平面上に配設されている。

ここで、ＬＥＤ３０４はレンズ３０５の側部に沿って整列しており、そのレンズ３０５はマスキング装置３０６の外側部分に沿って整列している。ＬＥＤ３０４をマスキング装置３０６の外側寄りに配置することによって、ＬＥＤ３０４からの光線が図示のように射出し、マスキング装置３０６の外側部分が第２の照明手段のＬＥＤ３０１及び３０４によって発光された光（照明）を、図２に示すユーザの目に見えないように遮光する。

図３において、マスキング装置３０６に開口４０７〜４１０があるが、これによって、第２の照明手段のＬＥＤ３０１及び３０４からの光が被写体を適切に照明するようにすることができる。ここで、留意するべきことは、複数の開口４０７〜４１０があるが、それらの開口内のＬＥＤ３０１及び３０４は、２個ずつ４組の開口の各組（対）によってそれぞれ異なる隅に最も接近している。具体的には、仮にその開口４０７〜４１０をデカルト平面で表すと、開口４０９内のＬＥＤ３０４は、その開口４０９内の水平に対して３１５度の角度の部分に最も接近している。開口４１０内のＬＥＤ３０４は、２１５度の角度の部分に最も接近している。開口４０７内のＬＥＤ３０１は１３５度の角度の部分に最も接近している。開口４０８内のＬＥＤ３０１は４５度の角度の部分に最も接近している。

そして、図２に明示されるように、第２の照明手段のＬＥＤ３０１及び３０４は、その照射方向をそれぞれマスキング装置３０６の開口の中心に対して偏った位置に配置した結果、撮像装置から比較的遠くにある被写体のための適切な視野を照明することができる。近い視野の被写体に対しては、図２及び図３でに示したように、第１の照明手段のＬＥＤ３０２が用いられる。これらのＬＥＤ３０２はマスキング装置３０６の内側部分３０７によって取り囲まなくても、それからの光はマスキング装置３０６の内側部分３０７によってユーザの視界から遮られる。もちろん、説明のため概念的に示したように、この装置全体３８０を適当な筐体内に設けてもよい。図３において、４はウインドウ（窓）であり、７はＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサで、被写体からの反射光を受光する撮像アレイである。

上述のようにこの発明の好ましい実施例を説明してきたが、他の変形も勿論可能である。撮像アレイはＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサ以外の任意の適切な素子でも構成し得る。レンズ３０３，３０５はＬＥＤマスク用レンズを示したが、他の種類のレンズでもよいし、照明はＬＥＤ以外の光源から行ってもよい。これら及び他の実施例は特許請求の範囲内である。

Claims (13)

1. 第１の照明手段及び第２の照明手段と被写体からの反射光を受光する撮像アレイとを備えた撮像装置であって、
   前記第１の照明手段は、前記撮像装置から第１の距離の視野を照明するように配置され、
   前記第２の照明手段は、前記撮像装置から前記第１の距離より遠い第２の距離の視野を照明するように配置され、
   前記第２の照明手段は、光源と、中心を持つレンズとを有し、前記光源はその照射方向が前記レンズの前記中心に対して偏って配置されていることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１記載の撮像装置において、
   前記第２の照明手段の前記光源が発光ダイオードから成ることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１又は２記載の撮像装置において、
   前記第１の照明手段は片側にマスク部を伴う発光ダイオードから成ることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第２の照明手段は、マスク部の開口を通して前記第２の距離の視野を照明することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記第１及び第２の照明手段の一方又は他方を動作させるように選択可能にしたことを特徴とする撮像装置。
6. 筐体内に配置された撮像アレイと、撮像する被写体を照明するための複数の第１の照明手段と複数の第２の照明手段とを備え、
   前記複数の第２の照明手段は、それぞれ光の放射を可能にする開口を有するマスク部によって囲まれ、その各第２の照明手段の各光源はその照射方向がそれぞれ前記開口の中心に対して偏って配置されており、
   前記第１の照明手段は前記マスク部によって囲まれておらず、
   前記第２の照明手段は、前記第１の照明手段よりも前記撮像アレイからの距離が遠い被写体を照明するように配置されていることを特徴とする撮像装置。
7. 請求項６記載の撮像装置において、
   前記複数の第２の照明手段の前記各光源はそれぞれ発光ダイオードであることを特徴とする撮像装置。
8. 請求項７記載の撮像装置において、
   前記複数の第２の照明手段の各発光ダイオードはそれぞれ前記マスク部の各開口内に配置され、そのうちの少なくとも１個の開口内の前記発光ダイオードは、他の開口内の前記発光ダイオードとは各開口の中心に対して異なる偏った位置に配置されていることを特徴とする撮像装置。
9. 請求項６記載の撮像装置において、
   前記第２の照明手段は複数対あり、その各対内の前記各光源は、それぞれその照射方向が前記マスク部の開口の中心に対して同様な偏った位置に配置されているが、異なる対間の前記各光源は、その照射方向が前記マスク部の開口の中心に対して異なる偏った位置に配置されていることを特徴とする撮像装置。
10. 請求項９記載の撮像装置において、
    前記複数の第２の照明手段はそれぞれレンズを有し、前記各光源はその照射方向がそれぞれ前記レンズの中心に対して偏って配置されていることを特徴とする撮像装置。
11. 請求項６から１０のいずれか一項に記載の撮像装置において、
    前記撮像装置と前記被写体との間の距離によって、前記第１の照明源又は第２の照明源に自動的に照明させる測距手段を設けたことを特徴とする撮像装置。
12. 請求項６から１１のいずれか一項に記載の撮像装置において、
    前記複数の第１、第２の照明手段の各光源が、全てが共通の平面上に配設されていることを特徴とする撮像装置。
13. 請求項６から１２のいずれか一項に記載の撮像装置において、
    前記複数第１、第２の照明手段の前記各光源は、複数の回路基板上に設けられていることを特徴とする撮像装置。

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