JP3590286B2 - 切り替え手段を備えた撮像モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可視光と不可視光との撮像を切り替えるための撮像モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
＜従来のコンピュータへの入力手段＞
コンピュータへの入力デバイスとしては、マウスが圧倒的に使われている。が、マウスでできることは、カーソルの移動と、メニューの選択など、あくまでも２次元のポインティングデバイスとしての役目である。マウスで扱えるのは、２次元情報なので、３次元空間のなかの物体など奥行きがあるものを選択することは難しい。また、アニメーションを作成するときに、キャラクタに動きをつけるのに、マウスでは、自然な動きをつけることが難しかった。
【０００３】
＜既存の３次元ポインティングデバイス＞
３次元空間でのポインティングの難点を補うために、３次元ポインティングデバイスが開発されている。
【０００４】
しかし、実際に操作すると、思うようにカーソルや視点の制御ができないという問題がある。例えば、左右に回そうとすると、前方あるいは後方を押してしまい、思わぬ方向にカーソルが動いたり、視点が動いたりしてしまう。
【０００５】
＜装着型の３次元入力デバイス＞
このような３次元ポインティングデバイスに対して、手振りや身ぶりを使って入力するデバイスも開発されている。データグローブやデータスーツ、サイバーグローブと呼ばれるものである。これらは、例えば、データグローブは手袋状のデバイスで、表面に光ファイバが走っている。
【０００６】
光ファイバは、指の関節まで通っており、指を曲げることにより、光の導通が変わる。この光の導通を計測することで、各指の関節がどの程度曲がっているかがわかる。手自体の３次元空間内の位置は、手の甲についている磁気センサによって計測するようになっている。人差し指を立てれば、前進するというように、身ぶりとそれに対応する指示を決めておけば、データグローブを使って、３次元空間内を種々に視点を変えて、ちょうど歩き回るようにする（ウオークスルーという）ことができる。
【０００７】
＜データグローブの問題点＞
しかし、問題がいくつかある。まず、価格が高価であり、家庭用などで手軽に使用することは難しい。指の関節の角度を計測しているので、例えば、人差し指だけのばし、他の指は、曲げた状態を前進指示と定義したとする。一口に指を伸ばすといっても、人差し指の第２関節の角度が１８０度に完全になっていることは少ないので、遊びの部分を作らないと、きっちりのばしたとき以外は、のばしていると認識するのが難しい。
【０００８】
また、データーグローブを装着するので、自然な操作が阻害される。また、装着するたびに、手の開いた状態と閉じた状態で、光の導通状態を校正せねばならないので、手軽に使えない。また、光ファイバを使っているため、継続的に使っていると、ファイバが断絶するなど消耗品に近いという問題がある。
【０００９】
また、このように、高価で、手間がかかるデバイスである割には、手袋の大きさが、ぴったり合っていないと、使っているうちにずれたりして校正した値からずれるために、細かな手振りを認識することは難しい。このように、いろいろな問題があるために、データグローブは、ＶＲ（バーチャルリアリティ、仮想現実感）技術のトリガーとなったデバイスであったにもかかわらず、当初の期待ほど、普及しておらず、また、低価格化もなされていず、使い勝手の点で問題が多い。
【００１０】
＜画像を用いた身振り手振りの認識技術の問題点＞
これに対し、データグローブのような特殊な装置を装着することなく、手振りや身ぶりを入力しようとする試みが、いくつかなされている。例えば、ビデオ映像などの動画像を解析して、手の形を認識するような研究がなされている。が、これらでは、背景画像から目的とする画像、手振りの認識の場合には、手のみを切り出すことが難しいという問題がある。
【００１１】
例えば、色を使って切り出す場合を考えてみる。手の色は肌色であるので、肌色の部分のみを切り出すような方式が考えられる。が、背景にベージュ色の洋服や、壁があったりすると、肌色を識別することが難しい。また、調整を行って、ベージュと肌色を区別できるようにしても、照明が変われば、色調が変化してしまうために、定常的に切り出すことは困難である。
【００１２】
このような問題から逃れるために、背景にブルーマットをおくというように、背景画像に制限を置き、切り出しを容易にする方策も採られている。
また、以上のような切り出しなどのビデオの画像認識処理は、非常に演算量が多い。このため、現状のパーソナルコンピュータでは、秒３０枚発生する画像を処理しきれないのが実状である。従って、ビデオ映像の処理によってモーションキャプチャなどを行うのは、リアルタイムは無理である。
【００１３】
＜マーカーによる身振りの認識＞
また、手や身体の一部に色マーカーや発光部を取り付け、画像によりそれらを検出し、手・身体の形、動きなどを捉える装置もあり、一部実用化されている。ＣＧアニメーションやＴＶゲームなどの制作現場で用い、入力した人間の動きにしたがってＣＧキャラクタを動かす。
【００１４】
しかし個人レベルのユーザーがこのような装置を使うことを考えると、操作の度に装置を装着しなくてはならないというのは大きなデメリットであり、応用範囲を非常に制約する。また、データグローブの例に見られるように、装置を手などの可動部に装着して使用する装置は耐久性が問題になりやすい。
【００１５】
＜レンジファインダ＞
レンジファインダと呼ばれる、距離画像を入力する装置がある。その代表的な原理として、スポット光あるいはスリット光を対象物体に照射し、その反射光の受光位置から三角測量の原理で求めるものである。２次元的な距離情報を求めるために、スポット光あるいはスリット光を機械的に走査している。
【００１６】
この装置は非常に高精度な距離画像を生成することができるが、その反面、装置の構成が大掛かりになり、高コストになる。また入力に時間がかかり、実時間で処理を行わせるのは困難である。
【００１７】
またカメラを２台使い、２つの方向からの画像を撮像し、両方の画像中の対応点から、三角法を用いて３次元情報を生成するという手法もある。しかし、２つの画像中から対応点を見つけることは難しく、とくに複雑な背景下でこれを行うのは非常に困難である。またその難しさから、実時間処理には非常に多く計算機パワーを要する。
【００１８】
＜画像中からのキャラクタの切り出し＞
次に、以上のような入力デバイスとは別に、カメラ技術について従来技術についての問題点を述べる。従来のカメラ技術では、背景に対して、キャラクタの合成（クロマキー）を行うには、あらかじめ、ブルーバックでキャラクタを撮影して、キャラクタの切り出しを容易にする必要があった。
【００１９】
このため、ブルーバックで撮影ができるスタジオなど、撮影場所に制限があった。あるいは、ブルーバックでない状態で撮影した映像から、キャラクタを切り出すには、コマごとに、キャラクタの切り出し範囲を人手で編集せねばならないので、非常な手間がかかっていた。
【００２０】
同様に、キャラクタを３次元空間の中に生成するには、あらかじめ３次元のモデルをつくっておき、そこにキャラクタの写真を貼り付ける（テクスチャマッピング）をおこなうような方式をとっている。が、３次元モデルの生成、および、クスチャマッピングには手間がかかり、映画制作など経費がかかってもよい用途以外では、ほとんど使えなかった。
【００２１】
＜問題提起＞
以上述べたように従来は、特殊な装置を装着することなく、簡易にジェスチャや動きを入力できる直接指示型の入力デバイスが存在しなかった。特に、３次元空間でのポインティングや視点の変更を容易に行える簡易なデバイスは存在しなかった。また、ユーザのジェスチャや動きをそのまま使って、アニメーションのキャラクタなどに自然な動きをつけたりすることができなかった。
【００２２】
さらに、従来のカメラでは、特定のキャラクタだけを切り出したり、キャラクタの奥行き情報を容易に入力できなかった。
＜その解決法としての発光手段を持つ撮像装置の発明＞
上記の問題点を解決するために、物体の形状、動き、距離情報などを非接触で入力することの可能な装置を発明した。この入力装置は、光を発光し、その対象物体による反射光を画像として捉える。物体表面がほぼ均一な拡散反射面である場合、反射光の強さは物体までの距離と密接な関係を持つ。
【００２３】
物体が存在している場所からの反射光はある程度の値を持ち、遠い背景からの反射光はほとんど無いため、反射光の画像をしきい値で分けることにより、物体の形状を抽出することが出来る。またその形状を画像処理することにより、重心位置や大きさ、水平方向、垂直方向への形状の広がり、また形状の時系列からその動きや変形などの様々な特徴量を抽出することができる。また物体の凹凸を反射光量の違いとして捉えられるため、対象物体の立体構造を得ることも出来る。
【００２４】
＜外光の影響の低減＞
光を発して、その反射光を単に受光しても、その中には、照明や太陽光などの外光が入り込んでしまい、正しい受光量が得られない。反射光の画像を入力するために、あるタイミングを発生するタイミング発生部の制御信号によって、発光部、および受光部を動作させる。発光部が発光しているときの受光画像から発光部が発光していないときの受光画像の差分を取ることによって、反射光画像を得ることができる。
【００２５】
具体的には例えば、一つの画素に相当するセルに２つのキャパシタを持った撮像センサを発光部と同期させて動作させることによって反射光画像を得ることができる。セルの光電変換部で受光し発生した電荷は２つのキャパシタのうちどちらかを選択して蓄積できるようにしておく。そして発光部が発光しているときに受光し発生した電荷を第１のキャパシタに蓄積し、次に発光していないときに受光し発生した電荷を第２のキャパシタに蓄積する。セルから電荷を読み出す際に２つの電荷量の差を出力するしくみを用意しておけば、２つのキャパシタの差、すなわち反射光のみの画像データが得られる。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで通常の撮像素子は不可視光だけでなく、可視光も撮像できる。このため、不可視光の反射光を撮像するときには、可視光を遮断する必要があるので、例えば、不可視光の領域のみを通過させるフィルタをレンズと撮像素子との間に設置せねばならない。
【００２７】
一方、不可視光を遮断し可視光のみを撮像すれば、通常の撮像を行える。この場合にも、例えば、可視光のみを通過させるフィルタをレンズと撮像素子との間に設置せねばならない。
【００２８】
この２つのフィルタを切り替えることで、可視光も不可視光も撮像は可能である。が、可視光と不可視光では、レンズのフランジバック（レンズ鏡筒終端から結像面までの距離）が異なっている。例えば不可視光として、近赤外光などの可視光より長波長の光を用いた場合、一般的に不可視光のフランジバックの方が、可視光のフランジバックより長い。が、機械的に移動するなどして、レンズと撮像素子の距離を不可視光撮影時と、可視光撮影時に変化させることは、コストが高くなり、また、壊れやすくなるという問題があった。仮想的にフランジバックを長くするには、間に挿入するフィルタの厚さを厚くすることが一方法である。
【００２９】
しかし、単純に可視光用のフィルタの厚みを厚くすると、不可視光用のフィルタと切り替えるためにはめ込むフィルタはめ込み部が厚くなり、レンズあるいは、撮像素子表面と触れてしまう問題が生じた。逆に、不可視光用のフィルタの厚みを薄くすると、フィルタが薄くなって壊れやすくなるという問題が生じていた。
【００３０】
使用者がこの撮像装置の前に手を出して動かすことにより機械をコントロールすることを考えた場合、使用者の体格や姿勢によって、手をだしやすい場所が異なる。撮像モジュールの向きが固定になっていると、その撮像範囲に合わせて使用者が自分の手の位置を調整しなくてはならず、これは自然な操作を阻害することになり疲労を助長してしまう、という問題がある。
【００３１】
このような問題を解決するために、撮影モジュールを回転するなど可動できるようにする方策がとられる。が、角度を変えるなど動かすと、モジュールに電源が入っているのかどうかなどの状況の表示を行う表示部が、見えなくなる可能性があった。
【００３２】
また、不可視光は実は、蛍光灯などの室内灯にも大量に含まれている。単に不可視光を撮像したのでは、室内灯からの不可視光がノイズとなり、正確に撮像できないという問題がある。
【００３３】
この問題を解決するために、蛍光灯からの不可視光を除く必要がある。実は蛍光灯の明滅は、完全に５０Ｈｚ（関西では６０Ｈｚ）でないため、この明滅を除去するためには、蛍光灯の明滅周期を検知せねばならない。が、蛍光灯の明滅には、個体差がある。このため、蛍光灯の周期を検知する検知部が、撮像素子と同一の方向にないと、撮像素子に影響を与えるのとは、異なる蛍光灯を検知し、ノイズが除去できないという問題が生じていた。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本願発明は、不可視光を撮像するための第１のフィルタと、この第１のフィルタと異なる厚さを有する可視光を撮像するための第２のフィルタと、これら２つのフィルタを切り替えるスイッチと、このスイッチと連動して可動し第１のフィルタと第２のフィルタとの切り替えを行えるように第１のフィルタと第２のフィルタとを配置したフィルタはめ込み部とから構成された切り替え手段と、不可視光あるいは可視光を集光するためのレンズと、このレンズにより集光され、前記切り替え手段によって切り替えられた第１のフィルタを通過した不可視光あるいは第２のフィルタを通過した可視光を撮像する撮像素子とを具備し、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの異なる厚さに応じて、少なくとも一方のフィルタに関し、フィルタはめ込み部へのはめ込み部とそれ以外の部位との厚みとを異ならせることを特徴とする。
【００３５】
また、アレイ状に配列された受光セルが受光した電荷の差分をとるエリアイメージセンサと、パルス信号もしくは変調信号を発生させるタイミング信号生成手段と、前記エリアイメージセンサの受光セルの受光を個別に制御するための制御信号を、前記タイミング信号生成手段からの信号に基づいて生成する制御信号生成手段と、前記タイミング信号生成手段からの信号に基づいて強度変化する光を発する発光手段と、この発光手段の発光する光の反射光を撮像するための第１のフィルタと、この第１のフィルタと異なる厚さの可視光を撮像するための第２のフィルタと、これら２つのフィルタを切り替えるスイッチと、このスイッチと連動して可動し第１のフィルタと第２のフィルタとの切り替えを行えるように第１のフィルタと第２のフィルタとを配置したフィルタはめ込み部とから構成された切り替え手段と、不可視光あるいは可視光を集光するためのレンズと、このレンズにより集光され、前記切り替え手段によって切り替えられた第１のフィルタを通過した不可視光あるいは第２のフィルタを通過した可視光を撮像する撮像素子とを具備し、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの異なる厚さに応じて、少なくとも一方のフィルタに関し、フィルタはめ込み部へのはめ込み部とそれ以外の部位との厚みとを異ならせることを特徴とする。
【００３６】
【発明の実施の形態】
＜基本原理の説明＞
まず始めに本発明を適用するところの撮像装置の基本原理および基本構成を説明する。この撮像装置は不可視光を発光する手段を持ち、その物体による反射光を撮像する。発光部と撮像部を同期的に動作させることによって室内照明や太陽光などの外部光から分離して、発光部による光の反射光だけを捉える。またこの反射光画像を入力情報としてコンピュータなどの機器に取り込んだり、またこの画像を様々な形に加工してあるいはこの画像から情報を抽出して、機器を操作するための情報として利用する。
【００３７】
本撮像装置の基本構成を図１に示す。発光部１より発光された光は、対象物体２に反射して、受光光学系（レンズ）３により、反射光画像検出部４の受光面上に結像する。反射光画像検出部４は、この反射光の強度分布、すなわち反射光画像を検出する。反射光画像検出部４において外光から分離して反射光のみを取り出すしくみについては後述する。
【００３８】
反射光画像検出部４は反射光画像の各画素の反射光量をシーケンシャルに出力する。反射光画像検出部からの出力はアンプ５によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器６によってデジタルデータに変換された後、メモリ７に蓄えられる。しかるべきタイミングでこのメモリ７より蓄積されたデータが読み出される。読み出されたデータは例えば、図示しない特徴情報生成部において処理される。 これら全体の制御はしかるべきタイミングで制御部９が行う。
【００３９】
反射光画像検出部４は、画像の１画素分に相当する単位受光部であるセルが２次元的に並べられている。この点ではＣＣＤイメージセンサなど他の撮像素子と似ている。異なるのは、セル構造の中に外光から分離して反射光のみを取り出すためのしくみがあることである。セルは光電変換部と蓄積方向制御部と第１および第２の電荷蓄積部と、選択出力部からなる。
【００４０】
光電変換部は入射した光を電荷に変換する。第１および第２の電荷蓄積部は光電変換部において発生した電荷を蓄積する手段である。蓄積方向制御部は光電変換部において発生した電荷を第１、第２の電荷蓄積部のいずれに蓄積するかを制御する手段である。選択出力部は第１、第２の電荷蓄積部のいずれか選択しその電荷をセル外部へ読み出すための手段である。
【００４１】
１枚の反射光画像を得るために以下のような動作を行う。まず発光部１がパルスを発光する。発光している間、光電変換部で発生した電荷を第１の電荷蓄積部に蓄積する。次に発光していない間に、光電変換部で発生した電荷を第２の電荷蓄積部に蓄積する。
【００４２】
以上のように、第１の電荷蓄積部には反射光と室内照明、太陽光などの外光を受光した電荷量が、第２の電荷蓄積部には外光のみを受光した電荷量が蓄積される。セルから電荷を読み出すときは、２つの電荷蓄積量を順番に読み出し外部の差分回路でその差分を取り出す。第１の電荷蓄積部の蓄積量から第２の電荷蓄積部の蓄積量を引くと、反射光成分のみが取り出される。
【００４３】
上の説明では、第１、第２の電荷蓄積部への電荷蓄積は１回ずつであったが、回数はこれに限らない。例えば２つの電荷蓄積部への蓄積を１０回繰り返してもよい。また、第１、第２の電荷蓄積部への電荷蓄積回数が異なってもよい。例えば、始めに第１の電荷蓄積部へ１ｍｓ蓄積し、ついで第２の電荷蓄積部へ２ｍｓ蓄積し、最後にもう一度第１の電荷蓄積部へ１ｍｓ蓄積してもよい。このようにすると、外光の変動の影響を受けにくい。
【００４４】
発光部１は人間の目に見えない、不可視光を発光する。より具体的には近赤外光を発光するＬＥＤはそのコスト、装置への組み込みやすさから言っても好適である。不可視光であるため、使用者は眩しさを感じずに済む。
【００４５】
また、より好適には受光光学系（レンズ）には、図示しない波長選択型光学フィルタが設けてある。近赤外光を用いる場合は、このフィルタは発光波長である近赤外光を通過し、可視光、遠赤外光を遮断する。従って、ノイズとなる外光の多くをカットしている。
【００４６】
上記で述べた撮像装置の構成はほんの一例である。実際にはさまざまな形で反射光画像を得る装置を構成できる。本特許では発光部と受光光学系（レンズ）の位置関係を主にした発明を述べているので、撮像素子自体の細かい構成は問わない。
【００４７】
上の説明では、単位セル内に２つの電荷蓄積部を持つ撮像素子を例に挙げたが、例えば、セル内には電荷蓄積部は１つしかなく、差分を得るしくみをセル外に用意してもよい。同じ考え方で、既存のＣＣＤイメージセンサなどを用いてもこの撮像装置を構成することはできる。
【００４８】
＜反射光画像の利用＞
物体からの反射光は、物体の距離が大きくなるにつれ大幅に減少する。物体の表面が一様に光を散乱する場合、反射光画像１画素あたりの受光量は物体までの距離の２乗に反比例して小さくなる。従って、本入力装置の前に物体を置いたとき、背景からの反射光はほぼ無視できるくらいに小さくなり、物体のみからの反射光画像を得ることが出来る。
【００４９】
例えば、入力装置の前に手を持ってきた場合、その手からの反射光画像が得られる。この時、反射光画像の各画素値は、その画素に対応する単位受光セルで受光した反射光の量を表す。
【００５０】
反射光量は、物体の性質（光を鏡面反射する、散乱する、吸収する、など）、物体面の向き、物体の距離、などに影響されるが、物体全体が一様に光を散乱する物体である場合、その反射光量は物体までの距離と密接な関係を持つ。手などはこのような性質を持つため、手を差し出した場合の反射光画像は、手の距離、手の傾き（部分的に距離が異なる）、などを反映する。従ってこれらの特徴情報を抽出することによって、様々な情報の入力・生成が可能になる。
【００５１】
反射光画像の加工の仕方の代表例は、距離情報の抽出と、領域抽出である。先にも述べたように、物体が一様で均質な散乱面を持つ物体であれば、反射光画像は距離画像と見なすことができる。従って、物体の立体形状を抽出することができる。物体が手であれば、手のひらの傾きなどが検出できる。手のひらの傾きは部分的な距離の違いとして現れる。
【００５２】
また、手を移動させたときに画素値が変われば、距離が移動したと見ることができる。また、背景のように遠い物体からの反射光はほとんどないため、反射光画像からあるしきい値以上の領域を切り出すという処理で、物体の形状を簡単に切り出すことができる。
【００５３】
例えば、物体が手であれば、そのシルエット像を切り出すのは極めて容易である。また画素値が距離と密接な関係を持つため物体の凹凸の情報を得ることができる。これは３次元形状の獲得が可能であることを示す。
【００５４】
また反射光画像よりさまざまな特徴情報を抽出することができる。この特徴情報あるいは特徴情報の抽出方法は様々考えられる。例えば形状の面積や重心の位置、水平方向、垂直方向の広がり、およびそれらの時間的変化などを抽出することができます。また手の形から指先の位置などを検出することもできる。また距離情報も併用した特徴量を求めることもできる。
【００５５】
これらの特徴情報からジェスチャーやポインティングなどの情報を生成し、これによりコンピュータなどの操作を行うことができる。また対象物体の立体情報を抽出し、利用することもできる。また、コンピュータに限らず、ＡＶ機器や家電製品などの機器や非接触で操作したい医療機器や汚れた手のままで操作したい工場などの装置などさまざまな製品に応用できる。
【００５６】
＜明るさを距離に変換することを説明＞
これまでにも述べたように、本装置では、発光部により光を発し、その光の対象物体による反射光を画像として獲得する。したがって、物体が近くに存在すれば反射光は大きくなり、物体が遠くになれば反射光は小さくなる。物体面が光軸と垂直であり、その表面が完全拡散面だと仮定すると、物体面上からの反射光を受光する、受光セル（反射光画像の１画素に相当する）が受ける光の量は、物体面までの距離の２乗に反比例する。
【００５７】
実際には、物体面が完全拡散面でないこともあるし、物体面は光軸に垂直でなければ反射光量は減衰する。また発光部が均一に対象空間を照らしていなければ対象物体の位置によっても反射光量が変わる。したがって、精度良く求めようとすればさまざまな補正を行う必要はある。しかし基本的には反射光量、つまり画素値は距離と関係を持つ。
【００５８】
このように反射光を用いることで、物体を背景から切り出すことができる。一方、反射光でなく、通常の画像（可視光による受動的な）撮像も可能である。本発明は、通常の撮像と反射光による距離画像の撮像と双方を可能にするものである。
【００５９】
図２は本発明の正面からみた概観と横からみた概観を示すものである。図３は本発明をほぼ真上から見たものである。筐体は周囲からの光がもれこまないように、密閉型になっている。電源など熱を発生する部分には、熱を発散するための放射板などが設置されたりする。レンズ３の周囲に発光部であるＬＥＤ１が複数並んでいる。レンズ３の後ろに反射光画像検出部４が配置されている。
【００６０】
ＬＥＤ１の下には、電源がはいっているかどうかを示す電源ＯＮ／ＯＦＦ表示器３１が設置され、例えば、ＯＮの時には、緑色に点灯し、ＯＦＦの時には、点灯が消えることにより、ユーザが簡単に電源ＯＮ／ＯＦＦを確認できるようになっている。電源ＯＮ／ＯＦＦのスイッチは、この筐体の後部につけることも可能である。あるいは、接続されているパソコンなどのコンピュータ側からソフトウェア的にＯＮ／ＯＦＦすることも可能である。
【００６１】
また、蛍光灯などの外光によるノイズを除くために、外光の周波数の検知などを行う必要がある。このための外光検出部３２が、レンズと同じ側で、この例では、電源ＯＮ／ＯＦＦ表示器３１とは反対側の上部に設置されている。
【００６２】
この筐体はコの字型の支え部で支えられており、その接触部は図２の側面図からわかるように、例えばこの字型のアクリルでできた支持部に円形にあいている穴の部分にちょうど筐体が収まるように溝が掘られていて、その部分で支持、回転ができるようになっている。
【００６３】
図３では、不可視光と可視光の撮像を切り替えるための切り替え部１０のうち、スイッチ部を示している。図４は、切り替え部１０の詳細を示している。切り替え部１０は２枚のフィルタがはめ込まれ、切り替えスイッチにより可動し、レンズに対し、２枚のフィルタを切り替えを行えるフィルタはめ込み部１０３と、不可視光撮像用フィルタ１０１と可視光撮像用フィルタ１０２とから構成されている。
【００６４】
不可視光撮像用フィルタ１０１は例えば、近赤外通過バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）から構成されており、発光部のＬＥＤ１が発光する近赤外光のみを通過し、他の波長の光は遮断するようになっている。
【００６５】
一方の可視光撮像用フィルタ１０２はアクリル板から構成されている。可視光撮像時にも、発光部のＬＥＤ１を点灯する場合には、近赤外光を遮断するために、可視光通過バンドパスフィルタを用いる必要がある。また、撮像素子の感度特性が視感度と大きく異なる場合は、視感度補正フィルタを用いることもできる。
【００６６】
ここで、可視光と不可視光のフィルタの厚さを同一にすると、図６のように、不可視光撮像時と可視光撮像時で結像面の位置が異なってしまう。不可視光撮像用フィルタ使用時のフランジバック（レンズの鏡筒終端から結像面までの距離、ＦＢと略称する）１０４が可視光撮像用フィルタ使用時のフランジバック１０５より短い。フィルタの厚さが同一の場合には、図６に示すように撮像面の位置を物理的に異ならせる必要がある。しかし、物理的に撮像部４の位置を移動するには、機構が大がかりになり、また精度を低下させるので望ましくない。
【００６７】
そこで、図５に示すようにフィルタの厚さを異ならせることで、フランジバック長の異なりを吸収する。例えば、不可視光撮像用フィルタを用いた際のフランジバックをＦｉ，フィルタの屈折率をｎｉ，フィルタの厚さをＷｉとし、可視光撮像時のフランジバックをＦｄ，フィルタの屈折率をｎｄ，フィルタの厚さをＷｄとすると、
Ｆｄ＋（１＋１／ｎｄ）・Ｗｄ＝Ｆｉ＋（１＋１／ｎｉ）・Ｗｉ
という関係式が成り立つ。そこで、この関係を満たすように、フィルタの厚さＷｉ，Ｗｄを決定するとよい。
【００６８】
また、単に、不可視光撮像用フィルタ１０１の厚さを薄くし、不可視光撮像時のフランジバック１０４と可視光撮像時のフランジバック１０５を仮想的に一致させる方法もある。不可視光撮像用フィルタ１０１の厚さはそのままで、可視光撮像用フィルタ１０２の厚さを厚くする方法では、レンズ３と撮像部４との距離が大きくなり、装置が小型化しにくくなる。装置を小型するためには、レンズ３と撮像部４との距離を大きくしたくないために、不可視光撮像用フィルタ１０１の厚さが薄くなり、製作過程で破損が発生し、歩留まりを大きく低減させる要因となる。また、フィルタの種類によっては、薄くするとその性能が劣化する。
【００６９】
このような不具合を解決するために、図５に示すように、不可視光撮像用フィルタ１０１の厚さはそのままで、可視光撮像用フィルタ１０２の厚さを厚くするために、フィルタはめ込み部１０３にはめ込まれている部分の厚さは、不可視光撮像用フィルタ１０１の厚さと同一にし、それ以外の部分を厚くしている。このため、レンズ３と撮像部４との距離を大きくすることなく、かつ不可視光撮像用フィルタ１０１の厚さを薄くすることなく、可視光撮像用フィルタ１０２の厚さを厚くすることができ、仮想的に不可視光撮像用フィルタフランジバック１０４と可視光撮像用フィルタフランジバック１０５を一致させることができる。
【００７０】
以上のように撮像して得られた画像を図７に示す。図７（ａ）が、可視光撮像の画像、図７（ｂ）が不可視光撮像の画像である。可視光撮像では通常の画像が得られ、これに対し、図７（ｂ）は、手の部分のみが背景から切り出された画像が撮像できていることがわかる。
【００７１】
さらに、製品工程においては、レンズのピント合わせをおこなう必要がある。不可視光のピント合わせを行うには、従来の方法では、ＬＥＤ１を発光させておこなう必要がある。が、本発明により、可視光でピント合わせを行えば、同一のピントで不可視光も撮像ができる。このため、検査冶具は、ＬＥＤ１と不可視光撮像用フィルタ１０１を除いた構成で行うことができる。
【００７２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、撮像モジュールを大型にすることなく、またフィルタの破損ない厚さで、異なるフィルタ厚を実現し、仮想的にフランジバックを可視光と不可視光とで同一にして、可視光と不可視光の切り替えを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用する、発光部と撮像部を持った入力装置の構成
【図２】本発明の概観を示す正面図と側面図
【図３】本発明の概観を示す真上からみた図
【図４】可視光と不可視光の切り替え部の正面図
【図５】可視光と不可視光のフィルタの厚さの違いを示す図
【図６】可視光と不可視光のフランジバックの長さの違いを示す図
【図７】可視光と不可視光での撮像結果を示す図
【符号の説明】
１…発光部
２…対象物体
３…受光光学系（レンズ）
４…反射光画像検出部
５…アンプ
６…Ａ／Ｄ変換器
７…メモリ
８…Ｉ／Ｆ回路
９…制御部
１０…切り替え部
１０１…不可視光撮像用フィルタ
１０２…可視光撮像用フィルタ
１０３…フィルタはめ込み部

Claims (4)

1. 不可視光を撮像するための第１のフィルタと、この第１のフィルタと異なる厚さを有する可視光を撮像するための第２のフィルタと、これら２つのフィルタを切り替えるスイッチと、このスイッチと連動して可動し第１のフィルタと第２のフィルタとの切り替えを行えるように第１のフィルタと第２のフィルタとを配置したフィルタはめ込み部とから構成された切り替え手段と、
   不可視光あるいは可視光を集光するためのレンズと、
   このレンズにより集光され、前記切り替え手段によって切り替えられた第１のフィルタを通過した不可視光あるいは第２のフィルタを通過した可視光を撮像する撮像素子とを具備し、
   前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの異なる厚さに応じて、少なくとも一方のフィルタに関し、フィルタはめ込み部へのはめ込み部とそれ以外の部位との厚みとを異ならせることを特徴とする撮像モジュール。
2. アレイ状に配列された受光セルが受光した電荷の差分をとるエリアイメージセンサと、
   パルス信号もしくは変調信号を発生させるタイミング信号生成手段と、
   前記エリアイメージセンサの受光セルの受光を個別に制御するための制御信号を、前記タイミング信号生成手段からの信号に基づいて生成する制御信号生成手段と、
   前記タイミング信号生成手段からの信号に基づいて強度変化する光を発する発光手段と、
   この発光手段の発光する光の反射光を撮像するための第１のフィルタと、この第１のフィルタと異なる厚さの可視光を撮像するための第２のフィルタと、これら２つのフィルタを切り替えるスイッチと、このスイッチと連動して可動し第１のフィルタと第２のフィルタとの切り替えを行えるように第１のフィルタと第２のフィルタとを配置したフィルタはめ込み部とから構成された切り替え手段と、
   不可視光あるいは可視光を集光するためのレンズと、
   このレンズにより集光され、前記切り替え手段によって切り替えられた第１のフィルタを通過した不可視光あるいは第２のフィルタを通過した可視光を撮像する撮像素子とを具備し、
   前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの異なる厚さに応じて、少なくとも一方のフィルタに関し、フィルタはめ込み部へのはめ込み部とそれ以外の部位との厚みとを異ならせることを特徴とする撮像モジュール。
3. 可視光域における前記レンズの鏡筒終端から結像面までの距離と不可視光域における前記レンズの鏡筒終端から結像面までの距離の差を吸収するよう、第１のフィルタと第２のフィルタの厚さを異ならせたことを特徴とする特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の撮像モジュール。
4. 第２のフィルタを用いて可視光を撮像するときには、発光手段が発光しないように前記タイミング信号生成手段で生成する信号を制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像モジュール。

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