JP4294872B2 - ハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム - Google Patents
ハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像のキャプチャー及び認識システムに使用される光学システムに関し、更に詳しくは、本発明は、映像キャプチャーしようとする模様が形成されている物体(patterned object、以下、POと称する)よりハイ・コントラスト(high contrast)、ロー・歪み(low distortion)の映像をキャプチャーするための光学システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
PO認識システムは、産業的、商業的に一般化されており、様々な使い道を持っている。例えば、PO認識システムは、絵、写真、テキストをスキャニングするためのスキャナー内で使用され得る。最近に入って、生産者らは、より一層実用的にユーザが製品を使用することができるようにするためのパターン認識システムと関連し、費用節減の方案を試みてきている。そのような試みのうちの1つとして、指紋キャプチャー及び認識を含むパターン認識システムがある。このようなシステムは、例えばコンピュータの特定機能、またはファイルのアクセスまたはコンピュータを使用するにおいて、承認された使用者の指紋と比べるために潜在的使用者の指紋を読み取ることにより、コンピュータの保安性を高めるのに使用される。かかるシステムは、例えば使用者ログイン名前及びパスワードを使用する保安システムに代わり得る。
【0003】
指紋認識システム、またはその他パターン認識システムは、分析のために必ず正確な指紋等のパターンをキャプチャーできなければならない。このように、パターンデータのキャプチャーのための方法として様々なメカニズムが開発されている。例えば、米国特許第3,975,711号、第4,681,435号、第5,051,576号、第5,177,435号、第5,233,404号には、全てPO映像キャプチャーのための装置について開示されている。
【0004】
図1は、光学的指紋キャプチャー及び認識システムの先行技術のいずれかの構成図である。図1において、光学認識システム108は、光源112、光学三角プリズム110、レンズ体114、イメージセンサ116、格納及び処理ユニット125を含む。プリズム110は、映像面(imaging surface)118、受光面(light receiving surface)120、出射面(viewing surface)122を含む。映像面118は、指紋等のパターン映像(PO)が接触する面である。光源112は、例えばLED等のようなものであるが、受光面120に隣接しており、入射光124を形成し、入射光124は、光学プリズム110に送られる。光学プリズム110は、直角二等辺三角形であり、映像面118と向かい合う角の角度が90°に近く、他の2つのベース角(即ち、二等辺プリズムの両方の角)は、それぞれ45°に近い。
【0005】
一般に、入射光124は、映像面の法線115に対して所定の角度126で映像面118に入射される。入射角126は、臨界角128より大きい。一般に、臨界角は、入射光線と表面の法線との間にある。入射角が臨界角より大きい時、入射光は、表面の内部で全反射され、臨界角より小さい時、入射光は、表面を通り過ぎてしまう。従って、臨界角128とは、映像面118より全反射された反射光130が出射面122を通じて出射される時の映像面118の法線に対する角度である。反射光130は、出射面122に隣接しているレンズ体114を通る。レンズ体114は、1つ以上の光学レンズを含むことができる。レンズ体114よりの光は、イメージセンサ116によりキャプチャーされる。イメージセンサ116としては、例えばCCDまたはCMOS素子が使用可能であり、光学的に映像をキャプチャーし、キャプチャーした映像を電気信号に変換する。このようなイメージセンサは、当業者に広く知られている。また、電気信号は、格納及び処理ユニット125に送られる。
【0006】
格納及び処理ユニット125は、メモリユニット、プロセッサ、A/Dコンバータを含むことができる(図示せず)。A/Dコンバータは、イメージセンサ116より出たアナログ電気信号をデジタルデータに変換する。メモリは、格納された指紋映像とキャプチャーされた指紋映像との比較のためのアルゴリズムとデジタルデータを格納するために使用される。プロセッサは、キャプチャーされたデジタルデータをデータ比較アルゴリズムに基づいて事前に格納されたデータと比較する。プロセッサは、また、格納されたデータの比較でない他の目的のためにキャプチャーデータを分析することもできる。かかる格納及び処理ユニットは、当業者に広く知られており、適合なソフトウェアを備えた標準化されたパソコンを含むことができる。映像データの比較及び処理のためのアルゴリズムとして発表されたものとしては、米国特許第4,135,147号と第4,688,995号が例として挙げられる。
【0007】
指紋が光学プリズムの映像面118上に置かれた時、指紋の隆線(ridge)111)は、映像面118に触れ、指紋の谷(valley)109は、映像面118に触れない状態を保持する。従って、光源112より光学プリズム110に入射する入射光124の入射角がプリズム110の臨界角を超えると、指紋の谷109が接している映像面118で内部全反射される。ところが、指紋の隆線111で僅かの入射光124は、吸収され散乱される。ここで用いられたように、“散乱”とは、光が不規則な面に当たってから、多方向に放射されるか、不規則に反射されることを指す。
【0008】
散乱及び吸収の結果として、指紋隆線111で入射光124の内部全反射は、極めて少なく起こる。従って、指紋の谷109よりプリズム110を離れた反射光130の光量は、指紋の隆線111よりプリズム110を離れた反射光130より多い。隆線111より散乱されて光量の少ない反射光130は暗く現れ、光線と指紋表面との間の光入射地点に物体があることを示す。逆に、内部全反射されて光量の多い反射光130は明るく現れ、入射光124と映像面118との間の光入射地点に物体がないことを示す。これは、相対的に明るい指紋谷109の領域と相対的に暗い指紋隆線111の領域を区分できるようにする。なぜならば、指紋隆線111の部分での入射光の吸収は、主に指紋映像の形成に影響を及ぼすためである。かかるシステム108を吸収方式映像システムという。
【0009】
前述したシステムは、光学的に指紋映像をキャプチャーし、指紋映像の電気的なデータの処理を可能にする。しかし、指紋隆線111部分で、入射光124は、相変わらず反射光130に平行な方向に若干の内部全反射と散乱を引き起こす。ゆえに、指紋隆線111と指紋谷109よりの反射光130の光量の差は、相対的に少なくなり得る。即ち、指紋映像において、指紋隆線111と指紋谷109との間のコントラストが低くなり得る。これは、映像のキャプチャー、処理及び比較を難しくする。
【0010】
また、前記光学認識システム108は、光学プリズム110とレンズ体114との間が遠いため、システム全体の大きさが相対的に大きくなる傾向がある。光学プリズム110とレンズ体114との間の距離が遠いのは、映像面118の指紋がレンズ体114の一番目のレンズより大きいからである。従って、仮に、レンズ体114が出射面122に相対的に近く置かれると、レンズ体114は、指紋の縁付近では指紋映像をキャプチャーできなくなるはずである。ゆえに、システム108で光学プリズム110とレンズ体114との間の距離は、相対的に遠いことが好ましいが、これは指紋縁付近でより良い映像を提供することができるからである。従って、映像キャプチャーシステム108を比較的に小さく作製することができなくなるという問題が生じる。また、出射面122とレンズ体114との間の距離が遠くなるほど、光の干渉により指紋映像においてコントラストのロスを招き得る。
【0011】
更に、映像キャプチャー装置108では、台形歪み現象が発生し得る。映像システムにおいて台形歪みとは、システムがキャプチャーした矩形の映像が台形に見えることをいう。図2は、映像キャプチャーシステム108において、どのようにして台形歪みが発生されるのかを示す模式図である。光源112よりの入射光124はプリズム110に入り、映像面118で反射されて映像ABを形成する。また、反射光130は、出射面122とレンズ体114を通りA’とB’地点で像A’B’を形成する。出射面122を通じて見られる像ABは、“見かけ像(apparent image)”として像abに位置しているように見える。具体的に説明すると、A地点は、出射面122よりaa’距離のa地点にあるように見え、B地点は、出射面122よりbb’距離のb地点にあるように現れる。出射面122より物体の見かけ像が現れる距離は、出射面122より物体までの距離をプリズム110の屈折率nで割った値で与えられる。具体的に説明すると、距離aa’は、次の通りである。ここで、nは、プリズム110の屈折率である。
【0012】
aa’=Aa’/n
同じく、bb’=Bb’/nである。
【0013】
台形歪みは、物体の見かけ像よりレンズ体114のレンズ面までの光路の長さが、映像キャプチャーされた物体の他の部分と異なる時起こる。具体的に、台形歪みは、システム108において距離aA’がbB’より長いため起こる。前記の式から分かるように、台形歪みは、事物の屈折率が1でないところを光が通る時にのみ起こり得る(空気中で事物はn=1の屈折率を有すると仮定)。
【0014】
かかる歪みを補償するために、先行技術では、レンズ体114のレンズ面107とイメージセンサ116を傾けて2つの地点の距離が近接する点までbB’の距離を延ばし、aA’の距離を減らす方法を取っている。しかし、直角二等辺プリズム(即ち、頂点の角度が90°に近く、ベース角が45°に近い三角形)の特性上、反射光130は出射面122に垂直にプリズム110を出る。従って、反射光130が出射面122を通り抜ける時に屈折は生じない。更に、一般に透明な物体表面への入射角が大きい程、入射光は表面より多量反射される。従って、レンズ体114を傾けることにより、台形歪みを減らすことはできるが、これは、反射光130がより大きい入射角でレンズ体114に当たるため、レンズ体114の表面とイメージセンサ116の表面で反射光130の反射を多く起こす。イメージセンサ116に入る光の光量の減少により、イメージ処理及び比較をより難しくする。
【0015】
また、光源112とレンズ体114との相対的な配置は、光源112より漏れ出した光113がレンズ体114に入ることを可能にする。これにより、キャプチャーされた映像の質が低下し、映像処理をより難しくする付加的な背景である“ノイズ光”が発生する。
【0016】
かかる吸収式映像キャプチャーシステムの問題点を克服するために、映像キャプチャーシステムは、吸収式よりは散乱式を基盤にして設計されている。かかる映像キャプチャーシステムは、1993年8月3日に登録された米国特許第5,233,404号に開示されている。図3は、上記米国特許の映像キャプチャー装置の一部分を説明する構成図である。図3に示したように、先行技術の映像キャプチャーシステム208は、台形プリズム210、光源212、レンズ体214、イメージセンサ216を含む。台形プリズム210は、少なくとも映像面218、受光面220、出射面222を含む。
【0017】
映像面218は、指紋等の物体映像が接触する面である。光源212は、映像面218に平行な受光面220に隣接している。ゆえに、光源212よりの入射光224は、プリズム210を通り映像面218に臨界角228より小さい角で入射される。従って、指紋の谷209が映像面に触れた部分では、内部全反射が起こらず映像面218を通り抜ける。映像面218に触れている指紋の隆線211部分に当たった入射光224は、散乱(または、不規則反射)される。散乱された光230は、出射面222に隣接して設けられたレンズ体214への方向を含む、全ての方向へプリズム210に伝播される。散乱された光は、前記のCCD、CMOSまたは他のタイプの検出器のイメージセンサ216により検出されるために、出射面222を通りレンズ体214に入る。指紋の谷209部分で入射光224は、映像面218を通り過ぎる。また、指紋隆線211が接している映像面218で散乱された入射光224は、レンズ体214とイメージセンサ216により捕捉される。従って、指紋の映像は、指紋隆線211で相対的に明るく、指紋谷209で相対的に暗い。散乱された光230がイメージセンサ216により捕捉されるため、かかる方式のシステムを散乱式システムという。
【0018】
散乱方式により形成された指紋映像の隆線と谷との間の光の光量差は、図1に示した吸収方式により形成された指紋映像の隆線と谷との間の光の光量差より大きい。その結果、指紋映像の指紋隆線と谷との間のコントラストは、散乱方式により形成された指紋の場合が吸収方式により形成されたそれより高い。従って、散乱式における映像は、イメージセンサ216により更に的確にキャプチャーされ得る。これにより、システムにより遂行される後続ステップである指紋比較ステップにおけるエラーを減らすことができる。しかし、プリズム210のような台形プリズムが図1に示したプリズム110のような三角プリズムより製造コストが多く掛かる。色々な理由があるが、台形プリズムが三角プリズムより研磨しなければならない面が多いためである。これは、映像システムの価格の上昇と繋がりかねなく、ユーザをして使用を躊躇させる。さらには、使用される台形プリズムは、三角プリズムより大きい。従って、台形プリズムにより、映像システムを小型化することが困難である。
【0019】
また、散乱式映像キャプチャーシステム208においても、吸収式映像キャプチャーシステム108でと同様に指紋映像の台形歪みが起こり得る。これは、特に映像面218と出射面222との角度が45°に近い時起こるが、このような場合は、映像キャプチャーシステム208においても前述した映像キャプチャーシステム108でと同様な理由にて台形歪みが起こり得る。このように、映像面と出射面との間の角度が45°の台形プリズムを使用する映像キャプチャーシステムの例として米国特許第5,210,588号が挙げられる。
【0020】
前述のように、PO認識システムの使用のためには、改良された映像キャプチャー装置を必要とする。即ち、ハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像をキャプチャーする映像キャプチャー装置が好ましい。また、装置は、小型且つ低価格の生産費用で使用者に適合するように提供されるべきである。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものとして、ハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像を比較的に低価で形成することのできる、小型の映像キャプチャー光学システム、及びその映像キャプチャー方法を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための本発明によるハイ・コントラスト、ロー・歪み映像キャプチャー光学システムの第1の特徴は、出射面と受光面及びPOが接触される映像面を有する光屈折手段を含むことである。受光面は、映像面に隣接しており、光源よりの光を光屈折手段内部に入射させる面である。出射面も同じく映像面に隣接しており、PO映像が出射面を通じて出射される。本発明による光学システムは、また、PO映像を受けて焦点を合わせるために、出射面に隣接している集光レンズを含む。受光面に隣接して光源が設けられているが、光源は、出射面にPO映像を形成するために光屈折手段に入射光を送る。そうすると、集光レンズが映像を集光する。光源は、光が映像面に当たる前に少なくとも1つの他の面に当たることができる位置に設けられる。こうして、映像面と出射面を通じて出射される映像は、ほぼ全て散乱光により形成されたものである。かかる散乱により形成された映像は、比較的に高いコントラストと均一な照度とを有するという長所がある。
【0023】
本発明の第2の特徴によると、光屈折手段は、45°より大きいベース角度を有する二等辺三角形プリズムである。また、集光レンズのレンズ面は、出射面に対して傾いており、POの映像で発生する台形歪みが大きく減少するという長所がある。
【0024】
本発明の第3の特徴によるPO映像キャプチャー装置は、第1のレンズ、レンズ体、光源を含む。第1のレンズは、POが接触される映像面と、入射面の反対側に位置する面であって物体の映像が出射される出射面とを含む。第1のレンズは、また、映像面に隣接している受光面を含む。光源は、映像面と出射面との間に入射光を送るために、入射面に隣接して位置する。入射光は、映像面と出射面との間で出射面を通過して出射されず、レンズ内部で全反射される。かかる方法で、出射面を通じて出射されるPO映像は、ほぼ全て散乱光により形成される。また、本発明による装置は、出射面に隣接したレンズ体を含むが、レンズ体は、出射面を通じて出射されるPO映像の焦点をイメージセンサに合わせる。
【0025】
第1のレンズの映像面は、この映像面に接触される指紋の形状に合うように凹状に形成され得る。また、第1のレンズとレンズ体は、一体形に形成され得る。これにより、組立が容易になり、製造費用が節減、且つ映像キャプチャーシステムの小型化が可能である。
【0026】
本発明の第4の特徴による映像キャプチャー装置は、三角プリズム、集光レンズ、光源を含む。三角プリズムは、映像面、映像面に隣接した受光面、受光面に隣接した出射面を含む。レンズは出射面に隣接しており、出射面よりPO映像を受けて焦点を合わせる役割を果たす。光源は、三角プリズムの内部に光を入射するためのものであって、映像面と出射面との間に光を入射するために、受光面に隣接して位置する。入射光の大部分は、出射面を通り過ぎず、映像面と出射面との間で内部全反射を起こす。これにより、出射面を通じて集光レンズに集光されるPO映像は、ほぼ全て映像面より散乱された光により形成される。
【0027】
前記第4の特徴によると、第1の光源は、プリズムの一端の第1の三角形面に位置し、第2の光源は、プリズムの第1の三角形面の反対端の第2の三角形面に設けられる。かかる構成により、映像面に均一に照射をすることができ、比較的に均一なPO映像が得られる。
【0028】
一方、本発明によるPO映像キャプチャー方法は、映像面、受光面、出射面を有する光屈折手段を設けるステップを含む。POは、映像面に接触される。光源よりの入射光は、受光面を通して光屈折手段に入射され、入射光は、映像面に当たる前に光屈折手段の映像面でない少なくとも一面で反射される。入射光は、映像面及びPOで散乱され、出射面を通じて出射される。レンズは、出射面に隣接して設けられるが、出射面で出射される散乱光は、レンズにより集光されてPO映像が形成される。
【0029】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【0030】
【発明の実施の形態】
図4及び5は、本発明によるPO映像キャプチャーシステム308を示している。映像キャプチャーシステム308は、三角プリズム310、光源312、レンズ体314、イメージセンサ316からなる。プリズム310は、図4図示の紙平面から奥方向に延びる長さを有する5面体の二等辺三角形プリズムである。プリズム310は、指紋335等の映像キャプチャーしようとする物体POが置かれる矩形の映像面318を含む。また、プリズム310は、映像面318に接触した指紋335の映像をプリズム310の外に出射させる矩形の出射面320を含む。図4及び5の実施の形態において、出射面320は、プリズム310の内に光が入るようにするための受光面として作用する。プリズムの光散乱面322は、プリズム310の第3の矩形面を形成する。次にその理由を詳しく説明するが、光散乱面322は、なるべく拡散板処理されたものが好ましい。
【0031】
光源312は、なるべくプリズム310の長さ(図4図示の紙平面から奥方向に延びた)程度に長く延びて一列に配列されたLEDアレーであれば良い。かかるLEDアレーが光源として使われるとすれば、拡散蓋体が、映像面318のより一層の均一な照明のために、LEDと出射面320との間に設けられ得る。なお、光源312としては、如何なるタイプの光源でもプリズム310の内に入射光を入射することができればよく、また、これは本発明の範囲に属する。光源312は、なるべく映像面318と向かい合っているエッジ338に沿って設けられることが好ましい。
【0032】
レンズ体314は、指紋335より散乱された光330を受けて、イメージセンサ316上にこの散乱された光330の焦点を形成するためのものである。レンズ体314は、1つのレンズ、もしくは多数のレンズからなり得る。最も好ましくは、レンズ体314は、13.48mmに近い焦点距離を有し、出射面320より約13.5mmの位置にあるのが良い。また、レンズ体314の一実施例の構成図である図6Bで示したように、レンズ体は、3つのレンズ904、906、908からなるものが最も好ましいが、それぞれの光軸は、共通の光軸902上に一列におかれる。レンズ904は、約17.8mmの直径を有し、2つのレンズ906、908は、約6mmの直径を有することが最も好ましい。しかし、レンズ体314では幾つものレンズが含まれても構わない。
【0033】
イメージセンサ316は、レンズ体314より光学的光映像をキャプチャーし、キャプチャーした映像を電気信号に変換する。イメージセンサ316としては、光信号をアナログまたはデジタル信号に変換することができるCCDまたは他の変換手段を使用することができる。なお、イメージセンサ316としてCMOS素子を使用することが好ましい。CCDとCMOSイメージセンサは、当業者に広く知られている。イメージセンサ316により形成された電気信号は、周知の手段により処理されて、指紋等の入力パターンを比較するのに使用される。従来の技術で説明したように、かかる信号処理方法は、米国特許第4,135,147号と、第4,688,995号に開示されている通りである。
【0034】
イメージセンサ316上に指紋335の光学的映像を形成するために、指紋335が映像面318に置かれる。光源312よりの入射光324は、出射面320を通ってプリズム310に入る。光源312がエッジ338に隣接しているため、入射光324は散乱面322に当たる。前述のように、散乱面322は、拡散性があるものが良い。そうすれば、比較的多量の入射光324が散乱面322から散乱されてプリズム310の内に入る。仮に、光散乱面322が拡散性でないとしても、ほぼ全ての入射光324は、散乱面322の臨界角より大きい角度323で散乱面322に当たる。ゆえに、入射光は、散乱面322で反射され、映像面318に当たる。散乱面322で入射光の反射を増大させるために、散乱面322側に鏡面が向かうように反射面381を設けることもできる。
【0035】
入射光324が散乱面322で散乱されるか、直接反射されるため、相対的に多量の入射光324が映像面318の臨界角328より小さい角度327で映像面318に当たるはずである。従って、指紋の谷309で映像面318に当たる入射光324は、内部全反射を起こすことができず、大概映像面318を抜け出すようになる。それで、指紋の谷309が接触された映像面318領域では、光が殆ど検出されないのに対し、指紋の隆線311が接触されている映像面318領域に当たった入射光324は、大部分散乱されて散乱光330を形成する。散乱光の一部分は、出射面320を通じてプリズム310を抜け出す。散乱光330は、プリズム310を抜け出してレンズ体314に回折して入り、イメージセンサ316に焦点を合わせる。
【0036】
入射光324は、散乱面322により散乱されるため、入射光324は、比較的均一な照度で映像面318に提供されなければ、均一な画質の映像を形成することができない。格納された指紋データとの比較及び処理が容易になるために、このように均一な照度の映像を得なければならないのである。映像面318に対する照度の均一性を増加させるために、図5に示したように、光源312と当接した出射面320の一部にエッチングライン370を引くことができる。エッチングライン370は、エッジ先端338に平行してプリズム310の長さ方向に引かれる。エッチングライン370により、光源312より入射された光が出射面320を通りながら拡散され、照度が均一になる。上述のように、かかる拡散効果により映像面318に対して照度の均一性が向上する。
【0037】
上述した構成要素らの以外に、映像キャプチャーシステム308は、光源312に隣接した受光面の一部に遮光幕350を含むことが好ましい。遮光幕350は、プリズム310の全長に亙って(図4図示の紙平面から奥方向に)設けられていることが好ましい。遮光幕350は、光源312より漏れ出した光がレンズ体314に入り、指紋映像と干渉を起こすか、映像をぼやけて見えるようにする問題を排除するためのものである。更に、プリズム310の内側と当接する遮光幕350の表面は、鏡面になった方が良い。かかる鏡面により映像面318上に散乱された入射光の光量を高めることができる。遮光幕350に加えて(または、遮光幕の代わりに)、第2の遮光幕352が光源312とレンズ体314との間に設けられ得る。第2の遮光幕352は、レンズ体314に入る光源312より漏れ出す光を防ぐのに適合した角度を有して出射面320に設けられることが好ましい。
【0038】
光源312は、比較的狭く、映像面318と向かい合う側のエッジ338に隣接して位置するために、映像面318に到達するほぼ全ての入射光324は、散乱面322で反射または散乱される。即ち、光源312より直接的に映像面318に当たる入射光324は殆どない。入射光324が直接的に映像面318に当たることを減らすために、図5に示したように、光源312がライン360を越えないようにすることが望ましいが、このライン360は、出射面320に垂直し、映像面318に連接しているエッジ365と交差する平面により決まり、プリズム310の長さ方向に引かれる。光源312がエッジ先端338に対してこのラインの側に位置すれば、光源312より垂直に入射され、直接的に映像面318に当たる入射光324は、殆どないはずである。
【0039】
光源312より映像面に直接的に入射される入射光324を最小化することにより、指紋の谷309が接触されている映像面318領域で入射光324の内部全反射は殆ど起こらない。これは、指紋の谷部分より出射面320を通じてレンズ体314に入る光は、殆どないことを意味する。それに対し、映像面318よりレンズ体314に入るほぼ全ての光は、映像面318上の指紋隆線311より散乱されたものである。これにより、指紋映像において、指紋の隆線311と谷309との間でハイ・コントラストを有するようになる。このようにハイ・コントラストを有する指紋映像は、他の指紋映像との比較及び処理を容易にし、処理の正確性を増大させる利点がある。
【0040】
更に、映像キャプチャーのために使用される散乱方式の技術が、従来の技術で述べた米国特許第5,233,404号に開示された台形プリズムでない三角プリズムで具現される。三角プリズムが台形プリズムより製造の面において遥かに効率的であるため、本発明による映像キャプチャーシステム308の製造費用が相対的に低廉であるという利点がある。
【0041】
それに、本発明では、散乱された光が物体より一方向でない多方向に散乱される。従って、物体より散乱された光は、レンズにより映像のエッジ付近でも画質が低下することなく、広い範囲の距離でも捕捉されて焦点が合わせられる。従って、レンズ体314が、画質の低下なしに出射面320に比較的に近く設けられ得る。このような利点で映像キャプチャーシステム308を小型化することが可能である。
【0042】
また、本発明の映像キャプチャーシステムでは、台形歪みを減らすことができる。従来の技術で述べたように、実物の映像より所定に歪まれる映像において明らかとなる。台形歪みは、物体の見かけ像における物体映像の一部分からレンズ体314への光路長が他の部分からのそれと異なる時に発生する。図6Aに示したように、映像キャプチャーシステム308において、指紋335の見かけ像335’の相互異なる地点よりレンズ体314への散乱された光330の経路長がほぼ同一である。具体的に説明すると、AA’とBB’とCC’の経路長がほぼ同一である。従って、本発明では、台形歪みを減らすことができるという利点がある。図6Aで示したように、経路長AA’、BB’、CC’の同一化は、出射面320に対してレンズ体314を傾けることにより容易になる。しかし、図1に示した映像キャプチャーシステム108とは異なり、レンズ体314を傾けてもイメージセンサ316に到達する映像の光量が減ることはない。従来の技術で説明した映像キャプチャーシステム108では、レンズ体114を傾けると、反射光130がレンズ体314の第1のレンズにその法線と所定の角をもって当たるようになる。これは、レンズ体114の表面より反射光130が大きく反射されるようにし、イメージセンサ116に到達する光量が減るという好ましくない結果をもたらす。
【0043】
しかし、前述のように、プリズム310は、二等辺プリズムであってベース角度340、341が45°以上であることが好ましい。ベース角度340は、映像面318と散乱面322との間のエッジ365の角度であり、ベース角度341は、映像面318と向かい合う側のエッジ338の角度である。また、プリズム310の屈折率は、1でないことが好ましい。従って、出射面320に当たる散乱光330は、プリズム310を抜け出しながら出射面320の法線から屈折される。それで、レンズ体314のレンズ面307を傾けることにより、散乱光330は、ほぼ90°でレンズ体314に当たるようになる。従って、レンズ体314の表面で散乱光の追加の反射により映像光量のロスはなくなり、イメージセンサ316における映像光量のロスなく、台形歪みが減り得る。エッジ365、338におけるプリズム310のベース角度は、50〜65°が好ましく、更に好ましくは、62°または63°である。プリズム310が62°に近いベース角度を有するとすれば、プリズム310の屈折率は、1.71〜1.72であることが好ましく、更に好ましくは、1.713に近いことである。また、プリズム310が63°に近いベース角度を有するとすれば、プリズム310の屈折率は、1.68〜1.70であることが好ましく、更に好ましくは、1.6935または1.6968に近いことである。しかし、プリズム310は、1より大きい何れの屈折率をも有し得る。
【0044】
プリズム310は、空気の屈折率の1とは異なる屈折率を持つガラス、アクリル、またはその他透明な金属から作製することができる。プリズムは、韓国のShinkwang Ltd.により望む屈折率と角度を各々有するものを入手することができ、品番LaK−7またはLaK−8のガラスで作製することができる。
【0045】
レンズ体314は、韓国のオプティカルシステム社により入手することができ、品番BK7のガラスで作製した。仮に、図6Aに示したレンズ体314に1つ以上の構成要素が使用されるとすれば、各構成要素は、当業者に知られているプラスチックモールド方法等により作製されたフレームにより整列され、間隔が調節され得る
光源312は、回路基板上に一直線に配列された4つの既製品のLEDアレーからなる。LEDの電力供給方式は、当業者に広く知られている。イメージセンサ316は、CMOSタイプのセンサが好ましく、韓国の現代電子、米国カリフォルニアサンホセのVLSIビジョン、またはカリフォルニアサニーべイルのオムニビジョンテクノロジーより購入できる。
【0046】
図4に示した映像キャプチャーの構成要素を定位置に位置させるために、各構成要素のためのホールディングスロット(holding slot)を有するフレームをプラスチックモールドまたは他の方法で作製することができる。光源312は、出射面320に隣接したホールディングスロットに差し込まれるか、公知の透明接着剤により出射面320に直接取り付けられ得る。
【0047】
図4ないし6に示した本発明の実施の形態において、光源312は、受光面でもある出射面320に位置する。しかし、光源312を三角プリズムの他の表面に移動させても本発明の技術的範囲を外れるわけではない。このように、光源を出射面でない他の面に隣接して設ける一実施の形態が、図7に示されている。図7で示したように、本実施の形態による映像キャプチャーシステム408は、二等辺三角形プリズム410、光源412、レンズ体414、イメージセンサ416を含む。前述した映像キャプチャーシステム308のプリズム310のように、本実施の形態のプリズム410は、指紋435が接触する面の映像面418とレンズ体414上に投影される指紋435映像が通る出射面420を含む。
【0048】
ところが、光源412は、出射面420でない受光面422に隣接しているという点が異なる。光源412は、比較的に狭い光源であり、1ラインのLEDで可能である。光源412は、映像面418と向かい合う側のエッジ438にプリズム410の長さ方向(図7図示の紙平面から奥方向)に隣接していることが好ましい。映像キャプチャーシステム308の光源312でのように、本実施の形態の光源412も、受光面422に垂直し受光面422と向かい合う側のエッジ465と交差する平面により決まる受光面422上のラインを越えないことが好ましい。
【0049】
光源412よりの入射光424は、受光面422を通って出射面420に当たる。出射面420上で入射光424の大部分は入射角度が出射面420の臨界角より大きいため、入射光424は、出射面420で反射または散乱されて映像面418に当たるはずである。ここで、本映像キャプチャーシステム408の作用の大部分は、映像キャプチャーシステム308と類似している。映像面418の臨界角より小さい角で映像面に当る入射光424は、出射面420を通って指紋映像をレンズ体414に投影させる。また、レンズ体414は、イメージセンサ416に指紋映像の焦点を合わせるようにする。
【0050】
上述のように、入射光424は、映像面418に当たる前に出射面420で散乱もしくは反射する。これは、映像面418に比較的に均一な照度を提供するという利点がある。また、ほぼ全ての入射光424は、映像面418の臨界角より小さい角度で映像面418に当たる。従って、映像キャプチャーシステム308と関連し前述のように、出射面420を通じて出射された指紋435映像は、ほぼ全ての散乱光430により形成される。これにより、映像の歪みなしにレンズ体414を相対的に出射面420に近く位置させることができ、ハイ・コントラストの指紋映像を提供することができる。
【0051】
前述した映像キャプチャーシステム308でのように、本映像キャプチャーシステム408は、長さ方向(図7図示の紙平面から奥方向)にエッジ先端438に隣接して出射面420上に形成される遮光幕450を含むことができる。遮光幕424の表面は、不透明体または拡散体、もしくは鏡面でも良く、出射面420と向かい合う。また(または)、本映像キャプチャーシステム408は、出射面420の全長に亙って一定の角度で突設される第2の遮光幕452を含むことができる。2つの遮光幕450、452は、レンズ体414に入る光源412より漏れ出す光を減らし、指紋435映像の歪みを防ぐ役割を果たす。
【0052】
また、映像キャプチャーシステム308でのように、光源412の受光面422と対向する部分の受光面422の表面には、エッジ先端438に平行し、受光面422の長さ方向に沿って線を引くことができる。これらの線は、入射光424が更に拡散できるようにする。上述のように、これは、映像面418により一層均一な照度を提供する。
【0053】
更に、二等辺三角形プリズム410は、45°より大きい角度のベース角度440、441を有することが好ましい。更に好ましくは、ベース角度440、441が50〜65°であることが良く、最も好ましくは、62〜63°であることが良い。また、プリズム410の屈折率は、1.5より大きいことが好ましい。そこで、散乱光430が出射面420を通るとき、出射面420の法線上から屈折され得る。従って、図7に示したように、レンズ体414のレンズ面は、台形歪みを減らすために、出射面420に対して傾けることができ、このようにして散乱光430は、引き続きレンズ面にほぼ垂直にレンズ体414に入ることができる。従って、映像キャプチャーシステム308でのように、指紋435映像の光量が比較的に高く保持され得る。
【0054】
プリズム410、光源412、レンズ体414と、イメージセンサ416とからなる映像キャプチャーシステム408の構成要素は、映像キャプチャーシステム308の構成要素と全て同一である。また、本映像キャプチャーシステム408は、殆ど映像キャプチャーシステム308と同様な方法にて作製され得る。具体的に説明すると、図7に示したように、映像キャプチャーシステムの構成要素を保護するために、各構成要素に対してホールディングスロットを有するフレームをプラスチックモールド、または他の方法にて作製することができる。光源412は、受光面422に隣接したホールディングスロットに差し込まれるか、公知の透明接着剤を使用して受光面422に直接取り付けられ得る。
【0055】
上述のようなフレームとホールディングスロットとは、キーボード、トラックボールまたはマウスのようなコンピュータ入力装置の一部として、本発明による光学キャプチャーシステムをこのような入力装置に内蔵することを可能にする。図19ないし22で示した本発明による実施の形態のように、システム308、408のような光学キャプチャーシステムは、従来のコンピュータマウスに内蔵される。
【0056】
図19は、映像キャプチャーシステム408が内蔵されたコンピュータマウス910を上方からみた図である。マウス910に並列ポートコネクタ920と通常のマウスコネクタ930が取り付けられる。また、マウス910に並列ポートコネクタの代わりに、直列ポートコネクタを取り付けることもできる。図20及び21は、それぞれマウスの斜視図及び側面図を示しているが、プリズム410の映像面418は、マウス910の1つのエッジ上で露出される。これは、指紋認識機能をするコンピュータでマウス910を使用する時、使用者の親指または他の指を映像面418に接触することができるようにする。図22は、部分断面図であって、マウス910を上方からみる時、映像キャプチャーシステム408がマウスに内蔵されていることを示す。図面でのように、映像キャプチャーシステム408は、プリズム410、レンズ体414、イメージセンサ416を収容しているフレーム917によりマウス910に内蔵されている。また、信号線406が、イメージセンサ416と電子回路基板(図示せず)とを連結している。
【0057】
上述のように、映像キャプチャーシステム308は、比較的に小型で作製され得るという利点がある。マウス910内における映像キャプチャーシステム308の位置は、容易に選定することができる。言及した実施の形態において、コンピュータマウス910には、指紋入力をすべき指の位置をガイドするために、映像面318に対して水平、垂直方向に水平ガイド911と垂直ガイド912とが形成されている。マウスによっては、単純に水平または垂直ガイドのいずれかを使用しても指の整列には十分なはずである。図21において、垂直ガイド912がコンピュータマウス910の底部付近にあることをみることができる。他の実施の形態として、図21に示したものと異なり、垂直ガイド912がコンピュータマウス910(または、映像面418)の上部に形成され得る。
【0058】
上述のように、マウス910には、並列コネクタ920と通常のマウスコネクタ930が取り付けられる。並列コネクタ920は、光学系よりポインティング装置が接続されているコンピュータに指紋データを伝送する。通常のマウスコネクタは、通常のマウス機能のために、コンピュータマウス910とコンピュータ(図示せず)との間で電力と信号を伝送する。マウスポートコネクタ930としては、PS/2ポートコネクタが使用され得る。また、マウスポートコネクタ930が使用されず、並列コネクタ920に代わるUSBコネクタのみが使用され得る。
【0059】
上述は、コンピュータマウスに関することであったが、本発明による光学構造は、様々な他の装置においても使用可能である。具体的には、本発明の光学系は、電話機、TV、自動車、ドア、その他の装置に結合することが可能である。指紋映像は、コンピュータの起動またはスクリーンシェーバーの状態からコンピュータのシステムを再起動させる時、または前述の製品への接近の時、保安キーまたはパスワードによる保安キーとして使用され得る。
【0060】
本発明の他の実施の形態は、図8ないし10に示したように、相互異なる位置に光源を有している。図8は、映像キャプチャーシステム508の側面図であって、前述した映像キャプチャーシステム308、408と同様に、二等辺三角形プリズム510、レンズ部514、イメージセンサ516を含む。映像キャプチャーシステム308のプリズム310でのように、プリズム510は、指紋535が接触される映像面518と、指紋535の映像がレンズ体514に投影されるために通る出射面520とを含む。しかし、図9及び10Aでそれぞれ示すプリズム510の斜視図及び正面図でのように、映像キャプチャーシステム508は、プリズム510の両端の三角形面519、521にそれぞれ位置した(図9に示したように)少なくとも2つの分離された光源512a、512bを含んでいる。光源512a、512bは、それぞれLED配列となることが好ましいが、如何なる種類の光源であってもプリズム510の内部を照射することができれば使用可能である。また、本実施の形態の映像キャプチャーシステム508の光源は、1つまたは2つ以上であり得る。
【0061】
本映像キャプチャーシステム508の作用は、図10A及び10Bに示した通りである。図面でのように、映像面518に近接した光源512a部分より入射される入射光524は、映像面518の臨界角より大きい角で映像面518上に入射される。従って、指紋の谷509が位置する映像面518部分で入射光524は内部全反射をし、反射光530aは、プリズム510の三角形面521に当たるようになる。反射された光は、三角形面521を通るか、三角形面521で散乱される。それに対し、指紋隆線511に当たる入射光524は、比較的に少ない量は吸収されるが、大部分散乱される。散乱された光530bは、出射面520方向に放射され、出射面を通ってレンズ体514に入る。プリズム510と光源512a、512bの部分斜視図の図10Bに示すように、入射光524は、映像面518と出射面520との間のプリズムエッジ557付近で光源512a、512bにより入射されるが、これは、初めて映像面518で起こる内部全反射となる。また、エッジ557付近で映像面518と出射面520が近接しているため、出射面520で内部全反射が起こり、レンズ体514へは入らなくなる。従って、エッジ557付近でプリズム510は光ガイドとして作用し、エッジ557に近接している出射面520を抜け出す光は、ほぼ全て映像面518より散乱された光である。
【0062】
また、図10Aで言及したように、映像面518から離れている光源512a部分よりの入射光524’は、映像面518にこの映像面518の臨界角より小さい角度で当たる。従って、入射光524’は、前述した映像キャプチャーシステム308、408のそれぞれの入射光324、424で行われた方法にて指紋535の映像を形成するはずである。入射光524’は、2つの光源512a、512bより等距離の映像面518領域に光を照射し、他の入射光524は、両端の三角形面519、521に隣接した映像面518のエッジ付近に光を照射する傾向がある。かかる傾向で、光源512a、512bは、映像面518の全般に亙って均一な光を照射する。従って、本映像キャプチャーシステム508では、指紋535の均一な映像を形成することができるという利点がある。
【0063】
上述のように、映像キャプチャーシステムは、ほぼ全ての指紋535の映像を散乱光で形成する。従って、映像キャプチャーシステム308、408と同様に、本映像キャプチャーシステム508によろキャプチャーされる映像は、比較的にハイ・コントラストの映像となる。併せて、図10Aに示すように、レンズ体514は、三角形面519から三角形面521までカバーするように十分に広いことが好ましい。従って、レンズ体514は、比較的に出射面520に近接して位置することができる。このため、本映像キャプチャーシステム508をより小型化することができる。
【0064】
また、プリズム510は、ベース角度540、541を有するが、これは50°以上であることが好ましく、更に好ましくは、50〜65°であり、最も好ましくは、62〜63°である。従って、映像キャプチャーシステム308、408でのように、散乱光530a、530bは、出射面520を抜け出しながら屈折される。このため、レンズ体を出射面520に対して傾けることができ、映像光量のロスなく台形歪みを減らすことができる。
【0065】
図8ないし10に示しているが、光源512a、512bは、それぞれ両端の三角形面519、521とほぼ同じ広さを有することができる。しかし、2つの光源がそれぞれ三角形面519、521の一部のみをカバーするように位置することもできる。例えば、図11及び12で示すように、光源は、狭幅の帯状の光源であり得る。図11及び12では、帯状の光源572a、572bがそれぞれ三角形面519、521に取り付けられているプリズム510を示している。帯状の光源572a、572bは、映像面518と合う両端の三角形面519、521の各エッジ518a、518bに沿って取り付けられる。光源572a、572bは、それぞれ1つのラインとして配列されたLEDであることが好ましい。しかし、プリズム510の内部を照射することができる狭幅の帯状の光源であれば何でも使える。
【0066】
各光源572a、572bは、映像面518を照射するための光源512a、512bと同様な方式で動作する。しかし、映像面518より相対的に遠い両端の三角形面には、光源572a、572bがないため、光源572a、572bによる光の照射は、光源512a、512bによる光の照射のように均一ではないはずである。しかし、その以外には、光源572a、572bは、光源512a、512bとほぼ類似した方式にて映像面518を照射するため、映像キャプチャーシステム508が有している全ての利点を保有している。さらには、光源572a、572bは、光源512a、512bよりサイズが小さいため、光源572a、572bの製造費用が相対的に少なく、電力消耗も少ないという利点がある。本映像キャプチャーシステム508は、映像キャプチャーシステム308、408の製造方法と実質的に同一の方法にて作製可能であり、構成要素も実質的に同一である。
【0067】
散乱された指紋映像の内部全反射を用いる本発明の更なる実施の形態を図13及び図14に示した。本実施の形態による映像キャプチャーシステム608(図13は、その側面図である)は、二等辺三角形プリズム610、光源612、レンズ体614、イメージセンサ616を含んでいる。前述したプリズム310、410、510のように、プリズム610は、指紋635が接触される映像面618、キャプチャーされた指紋映像が出射される出射面620、プリズム608の内部で光源の照射を受ける受光面622を含む。光源612を含むプリズム610の斜視図の図14で示すように、光源612は、受光面622に隣接して位置しており、受光面とほぼ同じ広さを有する。レンズ体614は、イメージセンサ616上に指紋映像の焦点を合わせる。
【0068】
前述の映像キャプチャーシステム508と類似し、光源612よりの入射光624は、指紋の隆線611や谷609が接触されている映像面618に当たる。好ましくは、受光面622と向かい合う頂点角642を十分に小さくして、映像面618が出射面620に十分に近くなってプリズム610内で光ガイド効果を出すことができる。即ち、映像面618が出射面620と十分に近いと、指紋の谷609が接触されている映像面618の領域に当たる入射光624が、臨界角より大きい角度で映像面618に当たるようになり、内部全反射を遂行することができる。従って、内部で全反射された光630aは、出射面620を通ってレンズ体614に入らず、もう一度内部で全反射される。かかる作用は、内部全反射された光630aが完全に減衰するか、受光面622に向かい合う頂点665を通じてプリズム610を抜け出すまで続けられるはずである。しかし、指紋隆線611が接している映像面618の領域に当たる入射光624は、大部分指紋隆線611で散乱される。この散乱光630bの一部は、出射面620を通じてプリズム610を抜け出し、レンズ体614によりイメージセンサ616上に散乱光630bの焦点が合わせられる。従って、指紋635の映像は、指紋の隆線611では相対的に明るく、指紋の谷609では相対的に暗くなる。
【0069】
上述のような作用により、プリズム610は、指紋の隆線611により散乱されない入射光624を含挟んでいる光ガイドとして動作し、散乱される大部分の光を用いて指紋映像を形成する。従って、映像キャプチャーシステム608により形成された映像は、比較的にハイ・コントラストを有するようになり、レンズ体614の位置を出射面620に近く位置させることができ、小型で作製することができる。
【0070】
また、二等辺三角形プリズム610は、ベース角度640、641を含むが、各ベース角度は、50°より大きいことが好ましい。また、プリズム410の屈折率は、1より大きいことが好ましい。それで、散乱光630が出射面620を通る時、この散乱光630は、出射面620の法線上から屈折され得る。従って、図13に示したように、レンズ体614のレンズ面を出射面620に対して傾けて台形歪みを減らし、散乱された光630がレンズ面に垂直にレンズ体614に入るようにすることができる。従って、映像キャプチャーシステム308、408、508のように指紋635の映像光量を比較的に高く保持することができる。
【0071】
本映像キャプチャーシステムにおいては、光ガイド形態の屈折手段として必ずプリズム510、610のような三角プリズムを使用する必要はない。他の光屈折手段も光ガイドとして動作する限り、本映像キャプチャーシステムとして使用され得る。例として、図15(側面図)及び図16(平面図)でのような円形の凹レンズ710、光源712a、712b、712c、レンズ体714、イメージセンサ716を含む映像キャプチャーシステム708が挙げられる。凹レンズ710は、凹んだ映像面718、平らな出射面720、円形の受光面722からなる。光源712a、712b、712cは、受光面722の円周上で同じ間隔で配置されることが好ましい。また、本映像キャプチャーシステム装置は、1つまたは2つ以上の光源を含むこともできる。
【0072】
プリズム610と類似し、凹レンズ710が光ガイドとして作用する。具体的には、光源712a、712b、712cよりの入射光724は、映像面718の臨界角より大きい角度で映像面718に当たる。従って、指紋の谷709が接触している映像面718の領域で、入射光724は内部全反射する。また、反射された光730は、出射面722を通ってレンズ体714に入らず、凹レンズ710内で伝播される。それに対し、入射光724が、指紋隆線711が接している映像面718の領域に当たる時は、入射光724は散乱され、散乱光730のうちの一部は、出射面718を通じて出てレンズ体714によりイメージセンサ716に焦点が合わせられる。このような方式にて、本映像キャプチャーシステム708は、相対的に明るい指紋隆線711と、相対的に暗い指紋谷709を有する指紋映像を形成する。
【0073】
平面の映像面を有する映像キャプチャーシステムを利用する時は、実指紋の代わりに指紋の2次元映像を映像面に接触することができる。このようにし、指紋の2次元映像写し本と実指紋との間に誤認識が起こるように、処理及び比較装置を“欺く(trick)”ことができる。しかし、本実施の形態でレンズ710の映像面718は凹んでいる。従って、本実施の形態によると、指紋の2次元映像写し本を映像面718上に位置させて映像キャプチャーの際、システム708に接続された処理及び比較装置を“欺く”ことが難しくなるという利点がある。また、凹んでいる映像面718は、指紋入力をしようとする指の輪郭曲線に更に整合され得るはずである。これは、指紋表面の多い部分が映像面718と接触し、それにより指紋の多い部分の映像化が可能であることを意味する。つまり、指紋の処理及び比較プロセスにおけるエラーを減らすことができるという利点がある。
【0074】
たとい、本映像キャプチャーシステム708のレンズ体714は、凹レンズ710より分離されているが、レンズ体714の第1の対物レンズと凹レンズ710とを1つの単一ユニットで形成することも本発明の技術的範囲に含まれる。かかる映像キャプチャーシステムは、図17に示した通りである。図17の映像キャプチャーシステム808は、凹んでいる映像面818と凸状の出射面822とを有するレンズ810を含む。また、本映像キャプチャーシステム808は、光源712a、712bと実質的に同一の光源812a、812bを含み、光源712cと実質的に同一の第3の光源を含むことができる。また、本映像キャプチャーシステム808は、イメージセンサ816と、対物レンズを含むかまたは含まないレンズ体814を含む。ここで、映像キャプチャーシステム808は、レンズ810と分離されたレンズ体を含まないこともできる。つまり、レンズ体814をレンズ810に結合し、単一ユニットにすることは、本発明の技術的範囲に含まれる。
【0075】
本映像キャプチャーシステム808は、映像キャプチャーシステム708と同じ方式にて作用し、その利点を全て有する。また、図18で示すように、レンズ810の映像面818を凹面でない平面に形成することもできる。
【0076】
本発明の思想と技術的範囲を逸脱しない範囲で、様々な実施の形態を具現することができる。即ち、本発明の思想は、明細書に開示されている具体的な実施の形態に限定されない。例えば、前述した実施の形態は、指紋映像のキャプチャーに対して説明しているが、本発明は、全ての形態のPO(patterned object)の映像キャプチャーにも適用され得る。
【0077】
【発明の効果】
本発明の映像キャプチャー光学システムによると、比較的に高いコントラストと均一な照度を得ることができ、また、POの映像で発生する台形歪みが大きく減少し、それに、組立が容易になり、製造費用が節減、且つ映像キャプチャーシステムの小型化が可能である。また、映像面に均一に照射をすることができ、比較的に均一なPO映像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の吸収式映像キャプチャー装置の構成図である。
【図2】 図1の映像キャプチャー装置において、台形歪みを説明する模式図である。
【図3】 従来の散乱式映像キャプチャー装置の構成図である。
【図4】 本発明による映像キャプチャーシステムの構成図である。
【図5】 図4のプリズムと光源の斜視図である。
【図6】 Aは、本発明による映像キャプチャーシステムにおいて、台形歪みの減少を説明するための模式図であり、Bは、図4の映像キャプチャーシステムに使用されるレンズ体の構成図である。
【図7】 本発明の第2の実施の形態の構成図である。
【図8】 本発明の第3の実施の形態の構成図である。
【図9】 図8に示したプリズム及び光源の斜視図である。
【図10】 Aは、図8に示したプリズム及び光源の正面図であり、Bは、図8に示したプリズム及び光源の部分斜視図である。
【図11】 本発明の第4の実施の形態の構成図である。
【図12】 図11に示したプリズム及び光源の断面図である。
【図13】 本発明の第5の実施の形態の構成図である。
【図14】 図13に示したプリズム及び光源の斜視図である。
【図15】 本発明の第6の実施の形態の構成図である。
【図16】 図15に示した第1のレンズ及び光源を上方からみた図である。
【図17】 本発明の第7の実施の形態の構成図である。
【図18】 図17に示したレンズの他の実施の形態の構成図である。
【図19】 本発明の映像キャプチャーシステムを内蔵したマウス及び接続ケーブルを上方からみた図である。
【図20】 図19に示したコンピュータマウスの斜視図である。
【図21】 図19に示したコンピュータマウスの側面図である。
【図22】 図19に示したコンピュータマウスの部分断面平面図である。
【符号の説明】
308:映像キャプチャーシステム
310:三角プリズム
312:光源
318:映像面
320:出射面
322:光散乱面
335:指紋
Claims (20)
- 映像キャプチャーしようとする模様が形成されている物体(PO)が接触される映像面、前記映像面に隣接する面であって光源よりの光が入射される少なくとも1つの受光面、前記映像面に隣接する面であってPOの映像が出射される、前記受光面と同一の面である出射面、および映像面と受光面との間にあり映像面および受光面とは異なる、拡散性光散乱面を含むもう1つの面を含む光屈折手段と、前記光屈折手段の出射面に隣接し、前記出射面を通じて出射されるPOの映像を受けて焦点を合わせる少なくとも1つの集光レンズと、前記出射面に物体の映像を形成するために前記光屈折手段に光を入射させる少なくとも1つの光源と、を含み、
前記光源が、前記出射面上に、その放射する光が受光面を介して前記映像面に当たる前に光屈折手段の前記光散乱面に当たるように映像面と向かい合うエッジに隣接して取り付けられており、前記出射面を通じて出射された映像面よりのPO映像が映像面で散乱された光によって形成されることを特徴とする、ハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。 - 前記光屈折手段が、5面の三角プリズムであり、前記映像面が、前記出射面及び受光面とは異なる第1の矩形面を含むことを特徴とする、請求項1記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記もう1つの面で反射された光が、前記映像面の臨界角より小さい角で映像面に当たることを特徴とする、請求項2記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記三角プリズムが、二等辺三角形プリズムであることを特徴とする、請求項3記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記三角プリズムが、前記映像面と向かい合い受光面に隣接した第1のエッジと、前記映像面に隣接した第2のエッジとを含み、前記光源が、前記受光面に向かって受光面に平行して設けられ、前記第1のエッジに隣接する帯状のLED光源であって、前記受光面に垂直し前記第2のエッジと交差する平面を越えないことを特徴とする、請求項4記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記受光面の一部は、前記三角プリズムの内部に向かう面が、鏡面処理されていることを特徴とする、請求項5記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記受光面の一部が、光吸収面を含むことを特徴とする、請求項6記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記第1のエッジに隣接した前記もう1つの面一部は、前記三角プリズムの内部に向かう面が、鏡面処理されていることを特徴とする、請求項7記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記集光レンズのレンズ面が、POの各部分の間の光路長の差を減らすために、前記出射面の平面に対して傾いており、前記二等辺三角形プリズムのベース角度が、45°より大きくて映像の台形歪みが減少することを特徴とする、請求項8記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記二等辺三角形プリズムのベース角度が、50〜65°の間であることを特徴とする、請求項9記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記第1のエッジに隣接した出射面の一部は、前記三角プリズムの内部に向かう面が、鏡面処理されていることを特徴とする、請求項5または10記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記光源とイメージセンサとの間に遮光幕が設けられていることを特徴とする、請求項5または11記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 前記受光面の、前記第1のエッジに隣接し光源と向かい合う領域に線が引かれ、前記受光面を通る光を拡散させることを特徴とする、請求項5または12記載のハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像キャプチャー光学システム。
- 映像面、受光面、前記受光面と同一の面である出射面、および映像面と受光面との間にあり映像面および受光面とは異なる、拡散性
光散乱面を含むもう1つの面を有する光屈折手段を設けるステップと、前記光屈折手段の映像面に映像キャプチャーしようとする模様が形成されている物体(PO)を接触するステップと、前記光屈折手段の出射面上に映像面と向かい合うエッジに隣接して取り付けられた光源から入射光を照射するステップと、前記入射光が映像面に当たる前に、前記光屈折手段の前記光散乱面で入射光を散乱させるステップ、前記映像面とPOで入射光を散乱させ、前記出射面に出射させるステップと、を含むことを特徴とする、模様が形成されている物体の映像キャプチャー方法。 - 前記出射面に隣接した位置にレンズを設けるステップと、前記出射面より前記レンズに散乱光を入射させ、POの映像を形成するステップと、がさらに含まれることを特徴とする、請求項14記載の模様が形成されている物体の映像キャプチャー方法。
- 前記光屈折手段を設けるステップが、ベース角度が45°より大きい二等辺三角形プリズムを設けるステップを含むことを特徴とする、請求項15記載の模様が形成されている物体の映像キャプチャー方法。
- 前記レンズを設けるステップが、PO映像で発生する台形歪みを減らすために、前記出射面に対してレンズを傾けるステップを含むことを特徴とする、請求項14記載の模様が形成されている物体の映像キャプチャー方法。
- ハイ・コントラスト、ロー・歪みの映像をキャプチャーする光学システムが内蔵されているコンピュータ入力装置であって、
前記光学システムは、映像キャプチャーしようとする模様が形成されている物体(PO)が接触される映像面、前記映像面に隣接する面であって光源よりの光が入射される少なくとも1つの受光面、前記映像面に隣接する面であってPOの映像が出射される、前記受光面と同一の面である出射面、および映像面と受光面との間にあり映像面および受光面とは異なる、拡散性光散乱面を含むもう1つの面を含む光屈折手段と、前記光屈折手段の出射面に隣接し、前記出射面を通じて出射されるPOの映像を受けて焦点を合わせる少なくとも1つの集光レンズと、前記出射面に物体の映像を形成するために前記光屈折手段に光を入射させる少なくとも1つの光源と、を含み、映像が、前記少なくとも1つの集光レンズにより集光され、前記光源が、前記出射面上に、その放射する光が受光面を介して前記映像面に当たる前に光屈折手段の前記光散乱面に当たるように映像面と向かい合うエッジに隣接して取り付けられており、前記出射面を通じて出射された映像面よりのPO映像が映像面で散乱された光によって形成されることを特徴とする、コンピュータ入力装置。 - 前記コンピュータ入力装置がマウスであり、マウスの内部に映像キャプチャーシステムが設けられることを特徴とする、請求項18記載のコンピュータ入力装置。
- 前記光屈折手段が、二等辺三角形プリズムであることを特徴とする、請求項19記載のコンピュータ入力装置。
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