JP6214721B1 - カメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】結像品質が高められるカメラモジュールを提供する。【解決手段】カメラモジュール１０はカメラレンズ１と発光部材２を有する。カメラレンズ１は光軸Ｏ１を有する。発光部材２は中心軸Ｃ１を有し、しかもその光照射野はコウモリ型を呈する。コウモリ型の配光曲線上には２個の最大光強度値ピークを有し、発光部材２の中心軸Ｃ１から２５°〜３５°の間にそれぞれ位置する。カメラレンズ１の光軸Ｏ１は発光部材２の配光曲線上の２個のピーク位置の間に位置する。この設計により比較的均一な同心円光を提供でき、結像品質を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明はカメラモジュールに関し、特に顔認識システムに応用し、しかも比較的均一な同心円光を提供するカメラモジュールに関する。

インターネットと人に優しい設計の利便性、発展に従い、多くの伝統的な商業行為がモバイルビジネスに取って代わられるようになっている。これに伴い、ユーザーの個人データの安全性保護は、文字パスワードを使用する方法だけでは、不十分になっている。
こうして、一人一人特有の生理的特徴を用いる方法が研究され、さまざまなタイプの生物認識技術が生み出され、個人情報の安全性の強化に用いられている。中でも、顔認識技術は利便性と正確性が高いため、注目を集めている。

従来の顔認識システムは、２Ｄ平面により、顔と目鼻口の相対位置を読み取り識別を行う。しかし、この種の方式では、写真やビデオを用いてごまかすことができ、また環境における光線の影響も受けやすいため、安全性において一定のリスクがある。
そのため、特徴深度を表現できる３Ｄ顔認識システムが開発されている。これにより、写真を用いてごまかすという状況の発生を効果的に回避し、環境要因のシステムに対する影響を低下させることができる。

現在の３Ｄ顔認識技術は、赤外線検知の方式を使用する。通常は、２個の赤外線発光ダイオード（Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌｉｇｈｔ-ｅｍｉｔｔｅｄ-ｄｉｏｄｅ，ＩＲ ＬＥＤ）を補充光源として設置し、２個のＩＲ ＬＥＤの中間位置に、１個の赤外線カメラレンズ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｃａｍｅｒａ）を設置する。
ＩＲ ＬＥＤは、赤外線をターゲット上に絶えず発射し、その反射を赤外線カメラレンズにより感知して読み取り、赤外線反射点の情報を分析し、ターゲット特徴の相対距離と深度を得る。
しかし、一般のＩＲ ＬＥＤが発射する光線強度は、ＩＲ ＬＥＤに垂直な方向にのみ集中され、光の強さの分布は均一でなく、四周では減衰の状況が容易に現れる。
赤外線カメラレンズが読み取った後の画像は、しばしば中心エリアが辺縁部分より光強度が強くなり、読み取った画像と実際のターゲットとの間には差が出現する。これにより、読み取った画像の四周で処理を行う必要が生じ、最後の結像は実際のターゲットと違いが生じる可能性があり、こうしてシステムの正確性も低下してしまう。

よって、結像の質を高めることで、後続の画像処理のステップを減らし、実際ターゲットと結像との一致性を向上させられるカメラモジュールの提供が求められている。

本発明の主要目的は、補充光源が、カメラレンズが読み取った画像四周の光強度を減衰させるという問題を改善するため、コウモリ光形分布の発光源を補充光源として採用することで、被測定平面に均一な同心円光を提供し、後続の画像処理を減らし、認識システムの正確性を高めるカメラモジュールに関する。

本発明の別の目的は、コウモリ型態の発光源を採用することで、従来の補充光源の数を減らし製品のコンパクト化を達成し、同時にシステムの電力消費を減らし、過熱の問題を解消できるカメラモジュールに関する。

上述の目的を達成するため、本発明によるカメラモジュールは、赤外線カメラレンズ、回路基板を有する。
該赤外線カメラレンズの中心には、光軸、赤外線発光ダイオードを設置する。
該赤外線発光ダイオードが射出する赤外線光照射野は、コウモリ状を呈し、しかも該赤外線カメラレンズの光軸は、コウモリ状の２個のピーク位置の間にちょうど位置する。
該回路基板は、該赤外線カメラレンズと該赤外線発光ダイオードに電気的に連接する。

本発明のカメラモジュールは、射出する光の光照射野がコウモリ状分布を呈する赤外線発光ダイオードを、赤外線カメラレンズ横に設置し、コウモリ状分布の光照射野分布図は、エネルギーが比較的高い２個のピークを備える。
該赤外線カメラレンズの光軸は、２個のピーク位置の間に位置し、該ピーク位置は中心軸Ｃ１から２５°〜３５°離れた位置である。
この設計により、比較的均一な同心円光を提供し、従来の顔認識デバイスの読み取った画像の四周に光強度減衰の問題が生じることを改善し、後続の画像処理の作動を減らせ、実際ターゲットに比較的近い画像となり、結像品質を高めることができる。

本発明カメラモジュールは、コウモリ光形分布の発光源を補充光源として採用することで、被測定平面に均一な同心円光を提供し、後続の画像処理を減らし、認識システムの正確性を高めることができ、さらにコウモリ型態の発光源を採用することで、従来の補充光源の数を減らし製品のコンパクト化を達成し、同時にシステムの電力消費を減らし、過熱の問題を解消できる。

本発明カメラモジュールの構成部材俯瞰図である。 本発明カメラモジュールの別の角度からの構成部材側視図である。 従来の赤外線発光ダイオードの断面模式図である。 本発明発光部材の構成の断面模式図である。 従来の赤外線発光ダイオードの配光曲線分布図である。 本発明発光部材の配光曲線分布図である。 従来の赤外線発光ダイオードを発光源とする画像を分析ソフトにより分析した結果図である。 本発明カメラモジュールが生じる画像を分析ソフトにより分析した結果図である。

以下に本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的及び作用効果について、以下に例を挙げ並びに図面を組み合わせて詳細に説明する。

図１、図２は、本発明カメラモジュールの構成部材俯瞰図である。
図に示す通り、本発明のカメラモジュール１０は、カメラレンズ１、発光部材２、可視光発光ダイオード３、外カバー体４、連接ポート５、回路基板６、収音部材７を有する。

本実施形態において、カメラレンズ１は、赤外線カメラレンズで、発光部材２は、赤外線発光ダイオードである。赤外線カメラレンズ１は、回路基板６上に設置する。
本実施形態において、回路基板６は細長い形で、赤外線カメラレンズ１両側には、赤外線発光ダイオード２と可視光発光ダイオード３をそれぞれ設置する。
赤外線発光ダイオード２と可視光発光ダイオード３は、それぞれ外カバー体４内に収容して設置される。
赤外線発光ダイオード２の反対側には、連接ポート５を設置し、回路基板６の両端には、収音部材７を設置する。

赤外線カメラレンズ１中心には、光軸Ｏ１を備える。
本実施形態において、赤外線カメラレンズ１は、赤外線波長の８５０ｎｍの光源の身を受け取り、被測定ターゲット（図示なし）から反射された赤外線光は、赤外線カメラレンズ１により受け取られ、さらに画像感知チップ（図示なし）は読み取った画像を、電荷シグナルに転換し、回路基板６に伝送して、次の動作を行う。

赤外線発光ダイオード２の中心が発射する光線の垂直方向は、中心軸Ｃ１と定義される。
本実施形態において、赤外線発光ダイオード２が発射する赤外線波長は８５０ｎｍである。
採用する発光ダイオードの光源特性は、光照射野形が“コウモリの翼”（コウモリ型と略称）形状を形成する。コウモリ型の配光曲線分布には、光強度が最大値に位置する２個のピークを備える。
本発明中では、赤外線カメラレンズ１の光軸Ｏ１は、コウモリ型配光曲線分布の２個のピーク位置の間にある。

本発明では、赤外線発光ダイオード２の光照射野強度ピークは、中心軸Ｃ１から２５°〜３５°離れた位置にあり、この設計により、均一な光の強さの目的を達成する。
赤外線発光ダイオード２は、回路基板６上に設置される。
回路基板６はシグナルを発し、これにより赤外線発光ダイオード２は作動を開始し、赤外線を被測定ターゲット上に発し、反射された、赤外線カメラレンズ１がこれを受け取る動作を行う。

可視光発光ダイオード３は、本実施形態においては、白色光ダイオードを採用する。
可視光発光ダイオード３は回路基板６上に設置し電気的に連接され、回路基板６によりシグナルを発して作動させ、白色光を発して、表示カメラモジュール１０を作動させる。
よって、可視光発光ダイオード３の起動タイミングは、赤外線カメラレンズ１の作動タイミングに対応する必要がある。

外カバー体４は、中空の金属ハウジングで、赤外線発光ダイオード２と可視光発光ダイオード３、及び回路基板６上に設置される配線層（図示なし）を保護する。
それは、赤外線カメラレンズ１の両側に設置され、上表面には、出光孔４１を開設する。
出光孔４１位置は、赤外線発光ダイオード２と可視光発光ダイオード３の位置にそれぞれ対応し、光線を発射することができる。

連接ポート５は、カメラモジュール１０を他のデバイスに連接し、本実施形態においては、コンピューター処理エンドに連接する。
収音部材７もまた、回路基板６上に電気的に連接し、コンピューター本体システム上の運用に対応する。

図３と図４は、従来の発光ダイオードと本発明カメラモジュール１０の赤外線発光ダイオードの断面模式図である。
従来の発光ダイオードの光源は、一次光学設計において投射される光線がレンズ２１から射出された後、さらなる設計を経なければ使用上の必要を達成することはできない。
よって、通常は光学レンズ（図示なし）を加え、二次光学設計を行い、その発光ダイオードが発する光の投射角度と光の強さの分布等を改変する。しかも、別に光学レンズを加えるため、より大きな組み立て空間が必要であり、製品をコンパクト化するためには、大きな制限となっている。

本発明カメラモジュール１０が使用する赤外線発光ダイオードは、一次光学設計を使用し、発光投射角度の改変とコウモリ型態の光照射野分布を達成することができる。
本発明が使用する赤外線発光ダイオードは、レンズ２１の中心軸位置に、拡散部２２を設置する。
光源が発射する光線は、拡散部２２を通過し、一部の光の反射と一部の光の屈折を生じる。これにより、その光源中心の光強度は減弱する。光源の中心両側は、中心より、より強い光強度を形成し、コウモリ型態の光強分布を呈する。
よって、拡散部２２の設計を採用することで、二次光学の組み立て空間を減らせるばかりか、均一なコウモリ形態光強分布を達成し、使用において比較的大きな弾力性を実現できる。

図５、図６は、従来の赤外線発光ダイオード（図示なし）と本発明カメラモジュール１０の赤外線発光ダイオード２の配光曲線図である。
配光曲線図とは、空間におけるＬＥＤ光源の各方向の光強分布状況を示し、縦軸は相対的な発光強度を示し、横軸はビームの角度を示す。
図に示す通り、従来の赤外線発光ダイオードが示す配光曲線は、ピークがビーム０°の位置にあり、発射された光強度が従来の赤外線発光ダイオードが発する光源の中心軸方向に集中しており、中心軸から遠くなればなるほど、投射角度が大きくなり、光強度もそれに従い減衰する。
よって、従来の赤外線発光ダイオードが発する光源は、非常に不均一である。
この種の配光を用いて補光するなら、読み取った画像と実際ターゲットとに差異が生じるため、画像の四周の光強減衰の問題に対して処理を行わなければならない。

本発明の赤外線発光ダイオード２が表す配光曲線はコウモリ型である。
コウモリ型の特徴は、光強度が極めて大きい値の第一配光ピーク値Ｐ１と光強度が極めて大きい値の第二配光ピーク値Ｐ２の配光型態を有することである。
しかも、第一配光ピーク値Ｐ１と第二配光ピーク値Ｐ２との間には、配光ピーク値が相対的に低い配光波谷値Ｖ１がある。
配光波谷値Ｖ１位置は、ちょうどＬＥＤ射出光源の中心軸Ｃ１方向にある。

図６に示す通り、-９０°付近より、相対強度は１０％から上昇し、-３０°付近で、極めて大きい値（第一配光ピーク値Ｐ１）に達し、さらに下降して徐々に減り、０°で波谷位置（配光波谷値Ｖ１）に達する。
次に再び上昇し、＋３０°付近で極めて大きい値（第二配光ピーク値Ｐ２）に達し、最後に下降して＋９０°付近まで徐々に減り、相対強度は１０％まで下降する。
よって、この配光型態の赤外線発光ダイオード２を使用すれば、その中心光強度は従来の配光型態に比べ集中しない。
しかも、この種の配光型態の光強度減衰の角度範囲はより大きく、相対光強度５０％が対応する角度範囲では、従来の配光型態は±４５°の間であるが、本発明の配光型態は±６０°の間である。
つまり、四周光強減衰の状況を効果的に緩和可能で、比較的均一な光源を表現することができる。
また、本実施形態において、コウモリ型配光曲線が生じる最大光強度の角度範囲は、赤外線発光ダイオード２が発する光線の中心軸Ｃ１から２５°〜３５°の間に分布する。

図７、図８は、従来の赤外線発光ダイオード（図示なし）を光源とする画像と本発明カメラモジュール１０の赤外線発光ダイオード２を光源とする画像を、分析ソフトにより分析した結果図である。
このテストは、暗室で行われ、テスト画像はカメラレンズから７５ｃｍの位置にあり、テスト画像は１８％のグレースケールである。
異なる赤外線発光ダイオードが投射する赤外線は、赤外線カメラレンズにより受け取られ、反射された赤外線で、最後に画像分析ソフトＩｍａｔｅｓｔにより、受け取った画像に対して分析を行う。

Ｉｍａｔｅｓｔソフトは、照射面に反射された赤外線に対して、その光通量の強度を分析し、光強度に戻す。
最強の光強は１．０と定義される。図上の９個の定位フレームは、基準点とし、違った対照組の比較に便利である。
図７と図８では、中心が光強度最強の位置で、しかも共に中心から外へと広がり、徐々に光強度が低減して同心円光を形成している。
しかし、両者の異なる点は、図中からはっきりと判断できる。
図示の左辺中央と右辺中央の定位フレームを比較すると、図８が形成する同心円は図７の同心円光が届く範囲より明らかに広く、しかも図８の最も中央の定位フレームの範囲は、図７の範囲より広い。
これは、光通量が中心位置に特別に集中していないことを示し、図８の光通量強度の分布が比較的均一であることを示している。

上記のように、本発明のカメラモジュール１０は、配光型態がコウモリ型の赤外線発光ダイオード２を採用し、赤外線カメラレンズ１の光軸Ｏ１を、コウモリ型配光曲線の２個のピーク位置の間に設置し、しかもそのピークは、赤外線発光ダイオード２の中心軸Ｃ１から約２５°〜３５°離れた位置にあるため、最良の効果を達成できる。
上述の効果とは、赤外線カメラレンズ１により受け取った画像が、画像分析ソフトにより分析された後、この区間の角度を画像処理に最も適していると考えられる。
光強分布が比較的均一な特性を備え、実際ターゲットと比較的一致した画像を受け取ることができ、こうして結像品質を改善し、システムの正確性を向上させられる。

総合すると、本発明は特許の要件を満たしており、ここに特許出願をいたす次第です。なお、以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。

１０ カメラモジュール
１ カメラレンズ
２ 発光部材
２１ レンズ
２２ 拡散部
３ 可視光発光ダイオード
４ 外カバー体
４１ 出光孔
５ 連接ポート
６ 回路基板
７ 収音部材
Ｏ１ カメラレンズ光軸
Ｃ１ 発光部材中心軸
Ｐ１ 第一配光ピーク値
Ｐ２ 第二配光ピーク値
Ｖ１ 配光波谷値

Claims (8)

1. カメラモジュールであって、カメラレンズ、少なくとも１個の発光部材、回路基板、可視光発光ダイオードを有し、
   前記カメラレンズは、光軸を備え、
   前記少なくとも１個の発光部材は、中心軸を備え、射出する光照射野はコウモリ型に分布し、しかもコウモリ型の配光曲線上には、２個の最大光強度値ピークを備え、前記カメラレンズの光軸は、前記発光部材の配光曲線上の２個のピーク位置の間に位置し、
   前記回路基板には、前記カメラレンズ、前記発光部材を装着し、
   前記可視光発光ダイオードは、前記回路基板上に設置し、
   前記可視光発光ダイオードと前記発光部材は、前記カメラレンズの両側にそれぞれ設置されることを特徴とするカメラモジュール。
2. 前記発光部材の配光曲線の２個の最大光強度値ピークは、発光部材の中心軸から２５°〜３５°の間にそれぞれ位置することを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
3. 前記発光部材は、一次光学設計で、
   前記発光部材は、レンズを有し、
   前記レンズの対応発光部材中心軸位置には、拡散部を設置することを特徴とする請求項２に記載のカメラモジュール。
4. 前記カメラレンズは、赤外線を感知するカメラレンズで、
   前記発光部材は、赤外線発光ダイオードで、
   その発光波長は、８５０ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載のカメラモジュール。
5. 前記発光部材と前記可視光発光ダイオードは、前記外カバー体内にそれぞれ収容して設置し、
   前記外カバー体上には、出光孔を設置し、
   しかも前記出光孔は、前記発光部材と前記可視光発光ダイオードの位置にそれぞれ対応することを特徴とする請求項１に記載のカメラモジュール。
6. 前記回路基板は、細長い形に形成することを特徴とする請求項５に記載のカメラモジュール。
7. 前記カメラモジュールは、連接ポートをさらに有し、
   前記連接ポートは、前記回路基板上に設置され、
   前記発光部材の反対側に位置することを特徴とする請求項６に記載のカメラモジュール。
8. 前記カメラモジュールは、収音部材をさらに有し、
   前記収音部材は、前記回路基板の両端に設置されることを特徴とする請求項７に記載のカメラモジュール。

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