JP6346294B2 - 測距光生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置の測距に用いられる測距光生成装置に関する。

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、認証装置等に広く利用される。認証装置として、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。生体認証等では、撮像装置によって、対象物（生体認証では、人間の体の一部）のある撮像範囲（距離及び面積）に光強度が均一となる光が発射され、その撮像範囲の反射光がセンサにより電気信号に変換され、撮像画像信号が出力される。

認証用の撮像装置では、鮮明な撮像画像が要求され、対象物が合焦距離に位置しているかを検出する必要がある。そこで、この対象物との距離を測定するセンサ距離測定機能を小型化した撮像装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００７−２３３２３１号公報

対象物が傾いていると対象物の一部でピントの合わない部分が出て解像度が低下したり、あるいは、対象物の拡大率が一定でなくなったりして、認証精度の悪化につながるため、対象物の傾き等をより高精度に測定することが求められる。逆に対象物の傾きを正確に把握できれば、登録されたデータとの照合の際に、精度の高い姿勢補正が行えるため、認証精度が向上することになる。そのためには、対象物へ照射する測距光（ビーム）の数を増やすことが必要になる。しかし、測距光の数を増やすために、測距光用の発光素子（ＬＥＤ）の数を増加させると、撮像装置の大型化を招いたり、あるいは消費電力の増加にも繋がってしまう。

本願発明は、上記課題に鑑み、発光素子から複数の測距光を生成する測距光生成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、対象物を撮影する撮像装置に設けられ、前記撮影される対象物に対して距離測定用の測距光を生成する測距光生成装置において、前記測距光を発光する発光素子と、前記発光素子の発光光からＮ個（Ｎ≧２）の測距光を分割生成する光学素子を備え、前記光学素子は、前記発光光が出射する出射側に、前記対象物に前記測距光を照射するＮ個の凸レンズを設け、前記発光光が入射する入射側であって、前記各凸レンズの裏面に対応する位置にそれぞれシリンドリカルレンズを設けてあり、前記Ｎ個の凸レンズは、前記各凸レンズの光軸が該光学素子の中心から所定距離ずれた位置になるよう前記出射側に設けられ、前記各シリンドリカルレンズは、当該シリンドリカルレンズの円筒部が前記発光素子に対向する向きに設けられ、かつ当該シリンドリカルレンズの円筒部の軸線が、前記光学素子の径方向に沿った向きで、前記入射側に設けられる。

本発明によれば、発光素子から複数の測距光を生成する測距光生成装置を提供することができる。

本発明の測距光生成装置が搭載される撮像装置のブロック図である。 撮像装置が手のひら静脈センサとして使用される例を示す図である。 撮像装置の構造例を説明するための図である。 撮像基板を上部（対象物）から見た平面図である。 各測距用ＬＥＤから発光される測距光を対象物側から見た図である。 測距光の照射された対象物が撮影された測距画像を示す図である。 撮像装置に対して対象物が傾いてかざされた例を示す図である。 図７のような傾いた状態での測距スポットの測距画像を示す図である。 姿勢判別部により判別された姿勢をモデル化した図である。 従来の光学素子の形状を示す図である。 従来の光学素子による測距光の光線図である。 本実施形態の光学素子の形状を示す図である。 図１２（Ａ）の第２象限の凸レンズを抽出した図である。 光学素子に対するアパーチャー開口等の関係を示す図である。 光学素子による測距光の複数生成を示す側面図である。 光学素子の入射側が平面の場合の結像特性を示す図である。 光学素子の入射側がシリンドリカルレンズの場合の結像特性を示す図である。 各測距用ＬＥＤの発光光と、光学素子により生成される測距光を対比して示す図である。 対象物上の１６点の測距スポット分布とその測距画像を示す図である。 １６点の測距光による対象物体面の傾きを示す図である。

以下、図面に従って本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の測距光生成装置が搭載される撮像装置１のブロック図である。撮像装置１は、例えば、生体認証装置に備えられる。生体認証装置は、手足の指紋、目の網膜、顔面、血管などを、撮像し、生体の特徴を認識して、個人認証する装置である。撮像装置１は、生体認証装置に備えられ、撮影した対象物の画像データを生体認証装置の認証部に出力する。

撮像装置１は、人間の体の一部、例えば指や掌に、光強度が均一となる光を発射し、その反射光を撮像素子で受光し、画像データを出力する。また、撮像装置１は、適切な画像が撮影されるように、対象物までの距離や姿勢を算出して、その情報を出力する。

撮像装置１は、撮影レンズ部１０、撮像素子１２、照明用ＬＥＤ１６、測距用ＬＥＤ３０、制御部１００、ＬＥＤ駆動部１１２、ＬＥＤ駆動部１１４、撮像処理部１１６、画像処理部１１８等を有する。

撮影レンズ部１０は、対象物の光学像を撮像素子１２に結像するためのものである。撮像素子１２は、結像された対象物を光電変換して画像信号を出力するもので、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳで構成される。撮像処理部１１６は、撮像素子１２から出力された画像信号を増幅してＡＤ変換して画像データを出力する。画像処理部１１８は、画像データに対して、補間処理やエッジ強調処理等を行い、例えば、２値化データに変換する。

照明用ＬＥＤ１６は、撮影時に掌等の対象物を照明する。照明用ＬＥＤ１６は、例えば、赤外光を発光するＬＥＤで、複数個設けられる。ＬＥＤ駆動部１１２は、照明用ＬＥＤ１６を駆動するＬＥＤドライバーである。

測距用ＬＥＤ３０は、対象物の撮影に先立って、対象物が適正な距離でかつ正しい姿勢になっているかを検出するための測距光を発光する発光素子である。ＬＥＤ駆動部１１４は、測距用ＬＥＤ３０を駆動するＬＥＤドライバーである。

制御部１００は、撮像装置１全体を統括的に制御する制御部である。制御部１００は、ＣＰＵと制御プログラムを有し、制御プログラムを読込んだＣＰＵによるソフトウェアにより各処理を実行する。制御部１００は、ＣＰＵにより実行される処理として、距離算出部１０２及び姿勢判別部１０４を機能部として有する。前述のように、認証用画像の撮影のためには、対象物の距離や対象物の姿勢が一定の範囲内に設定されることが必要だからである。

距離算出部１０２は、対象物に測距用ＬＥＤ３０からの測距光が写った画像データに基づき、撮像装置１から対象物までの距離を算出する。姿勢判別部１０４は、測距光が写った画像データに基づき、撮影された複数の測距光の位置から、対象物の姿勢を判別する。距離算出や姿勢判別の説明は、後述する。

図２は、撮像装置１が手のひら静脈センサとして使用される例を示す図である。撮像装置１の上にかざされた対象物３００（手のひら）に、撮像装置１の照明用ＬＥＤ１６から照明光Ｋとして、例えば赤外光が照射され、撮像素子１２により手のひらの画像データが撮影される。撮影された手のひらの画像データは、認証装置によって、手のひらの特徴が検出され、登録データ等と比較され、個人認証が行われる。

図３は、撮像装置１の構造例を説明するための図で、撮像装置１を側面から見た透視図ある。撮像装置１内部に撮像基板１４が水平に配置される。撮像基板１４には、撮像素子１２、照明用ＬＥＤ１６、測距用ＬＥＤ３０等が実装される。撮像素子１２の上に撮影レンズ部１０が配置される。

照明用ＬＥＤ１６は撮像素子１２の回りを取り囲むように複数周状に配置される。照明用ＬＥＤ１６の上部に、各照明用ＬＥＤ１６から発光される照明光Ｋを対象部までガイドするリング導光体２０が配置される。リング導光体２０は、例えば、樹脂で構成され、各照明用ＬＥＤ１６の光を上方に導き、対象物３００に照明光Ｋを均一に照射するものである。

また、測距用ＬＥＤ３０の上部に、測距用ＬＥＤ３０の発光光から複数の測距光Ｌを生成する光学素子５０が配置される。光学素子５０の詳細は、後述する。測距用ＬＥＤ３０と光学素子５０の間にはアパーチャー８０が取り付けられる。アパーチャー８０は、測距用ＬＥＤ３０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ものである。

撮像基板１４の下部に、処理基板１５が設けられる。処理基板１５には、ＬＥＤ駆動部１１２、ＬＥＤ駆動部１１４、撮像処理部１１６及び制御部１００と接続されるためのコネクタ等が設けられる。

図４は、撮像基板１４を上部（対象物３００）から見た平面図である。撮像基板１４の中央には、撮像素子１２が設けられる。撮像素子１２の周囲には、複数の照明用ＬＥＤ１６、受光素子１８及び測距用ＬＥＤ３０が搭載される。撮像素子１２の撮像面の中心Ｓを基準として、図示のようにＸＹ軸を規定する。中心Ｓを通り、紙面に直交する方向をＺ軸とする。照明用ＬＥＤ１６は、中心Ｓを中心に配置される。

また、照明用ＬＥＤ１６の上方には、拡散板(不図示)や偏光板(不図示)を設けてもよい。拡散板は、照明用ＬＥＤ１６の指向性のある発光分布をある程度拡散するものである。偏光板は、照明用ＬＥＤ１６の自然光を直線偏光に変換するものである。その場合、偏光板の上方に、リング導光体２０が設けられる。

受光素子１８は、照明用ＬＥＤ１６の発光による対象物からの反射光を受光し、照明用ＬＥＤ１６の発光量を適正になるよう制御するためのものである。

測距用ＬＥＤ３０は、撮像基板１４の四隅に配置される。この４つの測距用ＬＥＤ３０は、中心Ｓから等距離の位置に９０°間隔で、撮像基板１４の対角線上に配置され、且つ各々測距用ＬＥＤ３０の間隔は、最も距離の遠い対角線上に配置される。つまり、各測距用ＬＥＤ３０は、その測距用ＬＥＤ３０の中心が撮像面の中心Ｓから等距離になるように配置される。

＜距離算出及び姿勢判別の原理＞
このような撮像装置１における、距離算出部１０２及び姿勢判別部１０４により行なわれる処理を、図５〜図９を参照して説明する。なお、本実施形態では測距光Ｌを１６本に分割する例を説明するが、ここでは、説明を簡単にするため、測距光Ｌの数を４本として説明する。

図５は、各測距用ＬＥＤ３０から発光される測距光Ｌを対象物３００側から見た図ある。ＬＥＤ駆動部１１４の駆動により、各測距用ＬＥＤ３０から測距光が対象物に発せられる。ここでは、測距用ＬＥＤ３０を正方形チップＬＥＤの場合とし、発光される測距光Ｌは、略正方形となる。Ｃ１は、１つの測距用ＬＥＤ３０から発光される測距光Ｌを示す図で、Ｃ２は、４つの測距用ＬＥＤ３０から発光される測距光Ｌを示す図である。

対象物３００に４つの測距光Ｌが照射され、測距光Ｌが照射された対象物３００の画像が、撮像素子１２で撮影される。図６は、測距光Ｌが照射された対象物３００が撮影された測距画像を示す図である。図６は、対象物３００の遠近により、画面上での測距光Ｌの位置が変化することを示すための図である。

測距画像Ｄ１は、対象物３００が撮像装置１から近い距離にある場合の画像である。測距画像Ｄ２は、対象物３００が撮像装置１から遠い距離にある場合の画像である。測距画像Ｄ１、Ｄ２には、それぞれ測距光に対応する測距スポットＬｓが４点撮影される。

画面の中心Ｓから測距スポットＬｓの中心までの長さをＭとし、対象物３００が近い測距画像Ｄ１のＭ１は、対象物３００が遠い測距画像Ｄ２のＭ２よりも、長くなる。近い距離にある被写体は大きく撮影され、遠い距離にある被写体は、小さく撮影されるからである。測距光Ｌが光軸に平行であるとして、撮像素子１２から対象物３００の測距スポットＬｓまでの距離を距離Ｈとすると、距離Ｈは、Ｍに反比例する。

距離算出部１０２は、測距画像で画面の中心Ｓから測距スポットＬｓまでの長さＭを算出する。距離算出部１０２は、距離Ｈと長さＭの関係を示した換算テーブルを参照し、あるいは換算式を用いて、算出した画面上の長さＭから、距離Ｈを算出する。距離算出部１０２は、各測距スポットＬｓの距離Ｈを算出する。

図７は、撮像装置１に対して対象物３００が傾いてかざされた例を示す図である。図８は、図７のような傾いた状態での測距スポットＬｓの測距画像を示す図である。対象物３００が傾くことで、撮像素子１２から対象物３００の各測距スポットＬｓまでの距離Ｈが、場所によって変化する。つまり、図６のように傾いていない状態では、撮像素子１２からから対象物３００までが等距離にあるので、画面上で中心Ｓから各測距スポットＬｓまでの長さＭは、等しくなる。

これに対して、対象物３００が傾いた状態（図７）になると、撮像素子１２から対象物３００の各測距スポットＬｓまでの距離Ｈが異なるので、画面上で中心Ｓから各測距スポットＬｓまでの長さＭも異なる。

例えば、測距画像Ｄ３では、画面の左側の２点の測距スポットＬｓが、右側の２点の測距スポットＬｓよりも、中心Ｓからの長さＭが長い場合である。この測距画像Ｄ３により、対象物３００の向かって左側が撮像装置１に接近し、右側が撮像装置１から遠ざかるような向きで、対象物３００が傾いていることが分かる。

また、測距画像Ｄ４は、画面の上側の２点の測距スポットＬｓが、下側の２点の測距スポットＬｓよりも、中心Ｓからの長さＭが長い場合である。測距画像Ｄ４により、対象物３００の向かって上側が撮像装置１に接近し、下側が撮像装置１から遠ざかるような向きで、対象物３００が傾いていることが分かる。

姿勢判別部１０４は、距離算出部１０２により算出された各測距スポットＬｓの距離Ｈから、対象物３００の傾きを判別する。そして、認証画像撮影に先立ち、対象物３００に対して測距用ＬＥＤ３０から測距光が照射される。距離算出部１０２及び姿勢判別部１０４により、距離算出と姿勢判別がなされる。算出された距離と姿勢により、距離及び姿勢が許容範囲内であるかが判断され、範囲外である場合には、ユーザに対して警告や指示が発せられる。対象物３００が許容範囲内の状態であることが確認されてから、認証画像の撮影が行われる。

図９は、姿勢判別部１０４により判別された対象面をモデル化した図である。図９（Ａ）は、対象物３００（手のひら）に４点の測距スポットＬｓ（Ｌｓ１〜Ｌｓ４）が照射された状態を示す図である。

図９（Ｂ）は、４点の測距スポットＬｓの各距離Ｈから算出された対象物３００の面（対象物体面）の例を示す図である。破線で示す正方形は、撮像基板１４に配置された４か所の照明用ＬＥＤ１６を各頂点とする仮想の平面３２０である。対象物３００の物体面である対象物体面は、各測距スポットＬｓ４点（Ｌｓ１〜Ｌｓ４）の距離Ｈの偏差により、算出される。

対象物体面３１０ａは、対象物３００（手のひら）の傾きが無い場合である。各測距スポットＬｓ４点（Ｌｓ１〜Ｌｓ４）の距離Ｈは、Ｈａで等しい。

対象物３００（手のひら）が傾いて、Ｌｓ３がＬｓ３ｂの位置に変化したとすると、測距画像Ｄ上で、Ｌｓ３は、中心Ｓに近づく。距離算出部１０２は、測距画像ＤでのＬｓ３の位置変化により、Ｌｓ３の距離Ｈａが距離ΔＨだけ伸びたことを算出する。姿勢判別部１０４は、各測距スポットＬｓ４点（Ｌｓ１〜Ｌｓ４）から、傾いた対象物３００の形状として、対象物体面３１０ｂを生成する。

＜光学素子５０の説明＞
図９で示したように4点の情報では、対象物３００の対象物体面の再現精度は粗く、認証画像の認識率を向上させるためには、不十分である。対象物３００の物体面形状を精度よく検出するためには、測距光を増やす必要がある。そこで、測距用ＬＥＤ３０の発光光から複数の測距スポットＬｓを生成することにより、測距用ＬＥＤ３０の数を増やさずに、測距スポットＬｓ数を増加させることができる光学素子についてを、以下に説明する。

まず、対比例として、従来の測距用ＬＥＤ３０の光学系を説明する。図１０は、従来の光学素子１５０の形状を示す図である。従来の光学素子１５０は、入射面が平坦で出射面が凸レンズ状に形成され、測距用ＬＥＤ３０からの発光光を集光して測距光Ｌとして、対象物３００に出射するものである。測距用ＬＥＤ３０から対象物３００へ向かう方向をＺ軸とする。

測距用ＬＥＤ３０の発光光は、アパーチャー１８０で絞られる。アパーチャー１８０で一定範囲に絞られた測距光Ｌは、凸レンズ状の光学素子１５０により、略平行な光束に集光され、対象物３００に照射される。図１１は、従来の光学素子１５０による測距光Ｌの光線図である。

次に、本実施形態の光学素子５０の形状を図１２〜図１４を用いて説明する。なお、以下では、測距用ＬＥＤ３０の発光光を４分割する場合の光学素子５０の形状を説明するが、分割数は４に限るものではなく、２、３あるいは、５以上でも可能である。

図１２は本実施形態の光学素子５０の形状を示す図である。図１２（Ａ）は、光学素子５０を、対象物３００側から見た上面図である。図１２（Ｂ）は、光学素子５０を斜め上から見た斜視図である。図１２（Ｃ）は、光学素子５０を斜め下から見た斜視図である。

光学素子５０は、例えば、透明プラスチックの一体成型で構成される。測距用ＬＥＤ３０からの発光光が入射する光学素子５０の面を、入射側（あるいは入射面）、発光光が出射する光学素子５０の面を、出射側（あるいは出射面）と呼ぶ。

図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光学素子５０の出射側には、４つの凸レンズ５２が集合した形状で設けられる。４つの凸レンズ５２は、同一形状で、光学素子５０の中心である光学素子中心５０ｓを中心として、配置される。

凸レンズ５２は、凸レンズ全体からその一部を切り出した（抽出した）ような部分凸レンズである。凸レンズ５２は、その光軸５２ｓが、光学素子中心５０ｓから、ＸＹ方向にそれぞれｔだけずれた状態になっていて、光軸５２ｓからｔだけずれた面が各凸レンズ５２の端面となる。

図１３は、元の凸レンズ全体から抽出した凸レンズ５２形状を説明するための図である。図１３（Ａ）は、図１２（Ａ）の第２象限の凸レンズ５２と、元の凸レンズ５２ｄの関係を示す図である。凸レンズ５２の元の凸レンズ５２ｄを破線で示す。凸レンズ５２は、元の凸レンズ５２ｄを、光軸５２ｓを含むように、光軸５２ｓから縦横に所定距離ｔだけＸＹ方向にずらした位置で、９０°の角度で切り出したような形状である。図１３（Ｂ）は、元の凸レンズ５２ｄに対する凸レンズ５２の関係を示す斜視図である。

また、図１２（Ｃ）に示すように、光学素子５０の入射側には、４つのシリンドリカルレンズ５４が設けられる。４つの各シリンドリカルレンズ５４は、４つの凸レンズ５２と対応して設けられる。凸レンズ５２とシリンドリカルレンズ５４が１つのペアとなる。光学素子５０は４つのペアから構成されるとも言える。

各凸レンズ５２の裏面側（入射側）に、シリンドリカルレンズ５４が形成される。図１２（Ａ）では、シリンドリカルレンズ５４を破線で示す。図１２（Ｃ）に示すように、シリンドリカルレンズ５４は、円筒部５４ａが、測距用ＬＥＤ３０に対向するような向きで、入射側に設けられる。

また、シリンドリカルレンズ５４は、シリンドリカルレンズ５４の軸線５４ｂが、対応する凸レンズ５２に対して、ＸＹ平面上で４５°の方向に配置される。つまり、４つのシリンドリカルレンズ５４は、各軸線５４ｂが光学素子中心５０ｓを通り、光学素子中心５０ｓから放射状になるよう配置される。また、後述する図１５で示すように、各シリンドリカルレンズ５４は、光学素子中心５０ｓ側で測距用ＬＥＤ３０に接近し、周辺側で測距用ＬＥＤ３０から遠ざかるように、軸線５４ｂが傾くように設けられる。

図１４は、光学素子５０に対するアパーチャー８０等の関係を示す図で、図１２（Ａ）と同様な方向から見た図である。アパーチャー８０の外形は省略する。アパーチャー８０には、９０°等間隔で、円形の開口８０ａ（破線）が４つ形成される。図１４に示すように、各凸レンズ５２の裏面（入射側）に、それぞれの開口８０ａが配置される。また、光学素子５０は、光学素子中心５０ｓが、測距用ＬＥＤ３０の中心Ｔに一致するように配置される。なお、以下で説明する円周方向Ｑ及び半径方向Ｒは、中心Ｔを基準にした図１４に示す方向とする。

図１５は、光学素子５０による測距光Ｌの複数生成を示す側面図である。図１４のＥＥ断面図である。測距用ＬＥＤ３０の上部に光学素子５０が設けられ、測距用ＬＥＤ３０と光学素子５０の間にアパーチャー８０が設けられる。

測距用ＬＥＤ３０から出射された光は、アパーチャー８０の４つの開口８０ａにより４つの光束に分離される。分離された各光束が、光学素子５０の各シリンドリカルレンズ５４に入射する。シリンドリカルレンズ５４に入射した光束は、シリンドリカルレンズ５４の円筒部５４ａのパワーにより円周方向Ｑに収束される。なお、シリンドリカルレンズ５４は半径方向Ｒへのパワーは持たないので、シリンドリカルレンズ５４に入射した光束は、半径方向Ｒへは収束されない。

そして、シリンドリカルレンズ５４から出射された光束は、凸レンズ５２で、円周方向Ｑ及ぶ半径方向Ｒにそれぞれ収束されて、対象物３００に出射される。光学素子５０の４つの凸レンズ５２からそれぞれ出射される４つの測距光Ｌが、対象物３００に照射される。

以上のように、測距用ＬＥＤ３０の１つの発光光から、アパーチャー８０及び光学素子５０により４つの測距光が生成される。

図１６及び図１７により、シリンドリカルレンズ５４により円周方向Ｑの結像特性が改善されることを説明する。図１６は、光学素子５０の入射側にシリンドリカルレンズ５４を設けない場合、つまり入射側を平面で構成した場合の結像特性を示す図である。図１６（Ａ）は、ＸＺ面における光線図である。図１６（Ｂ）は、距離Ｈ＝８０ｍｍの位置における、第２象限の測距光Ｌの分散を示す図である。図１２（Ａ）と同様な方向から見た図である。距離Ｈは、撮像素子１２からＺ軸方向の距離である。測距光Ｌの分散範囲を、Ｇ１で示す。半径方向Ｒに比べて、円周方向Ｑへの分散が大きいことが分かる。

図１７は、図１２〜図１４で説明したように光学素子５０の入射側にシリンドリカルレンズ５４を設けた場合の結像特性を示す図である。図１７（Ａ）は、ＸＺ面における光線図である。また、図１７（Ｂ）は、図１６（Ｂ）と同様に、距離Ｈ＝８０ｍｍにおける、測距光Ｌの分散を示す図である。Ｇ２は、測距光Ｌの分散範囲である。比較のため、図１６のＧ１を破線で示す。Ｇ２は、Ｇ１に比べて、円周方向Ｑで狭い範囲になり、円周方向Ｑの分散が改善されたことが分かる。

このように、凸レンズ５２のような球面レンズの周辺部にこのような軸外しで光が入射すると、レンズ半径方向Ｒの集光力の方が、円周方向Ｑよりも強くなり、そのため、図１６（Ｂ）に示すように、４分割されたそれぞれの測距光Ｌは円周方向Ｑに結像性の低いものになってしまう。そこで、円周方向Ｑにだけパワーを持たせたシリンドリカルレンズ５４を入射側に設けることによって、図１７（Ｂ）に示すように、結像特性が改善される。

図１８は、各測距用ＬＥＤ３０からの発光光と、光学素子５０により生成される測距光Ｌを対比して示す図である。図１２（Ａ）と同様な方向から見た図である。図１８のＣ３は、４つの測距用ＬＥＤ３０から発光された４つの発光光を示す図である。図１８のＣ４に示すように、各発光光が、光学素子５０によって、それぞれ４分割されて計１６個の測距光Ｌとなる。そして、１６個の測距光Ｌが、対象物３００に照射される。

図１９は、測距光Ｌにより対象物３００上に形成された測距スポットＬｓの分布状態（Ｃ５〜Ｃ７）と、対応して撮影される測距画像（Ｄ５〜Ｄ７）を、対象物３００までの遠近別に示す図である。

Ｃ５は、近距離における、対象物３００上での測距スポットＬｓの分布状態を示す図である。Ｃ５に対応する撮影画像が、測距画像Ｄ５である。同様に、Ｃ６は、中距離における、対象物３００上での測距スポットＬｓを示す図である。Ｃ６に対応する撮影画像が、測距画像Ｄ６である。Ｃ７は、遠距離における、対象物３００上での測距スポットＬｓを示す図である。Ｃ７に対応する撮影画像が、測距画像Ｄ７である。

なお、一般的に遠距離になる程測距光Ｌの光束が拡散するため、測距スポットＬｓは、遠距離になる程、対象物３００上でのサイズが大きくなる。そのため、対象物３００上では、近距離Ｃ５での測距スポットＬｓに比べて、遠距離Ｃ７での測距スポットＬｓのサイズは大きくなる。

そして、図６での説明と同様に、測距画像Ｄにおいて、中心Ｓから測距スポットＬｓまでの長さＭが、距離Ｈに応じて変化し、距離Ｈが大きくなるほど、長さＭは短くなる。Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７各面の代表として、左上の測距スポットＬｓ１の中心Ｓからの長さ変化を示す。対応する測距画像Ｄ５〜Ｄ７において、中心Ｓから測距スポットＬｓ１までの長さをＭ５〜Ｍ７とすると、Ｍ５＞Ｍ６＞Ｍ７の関係となる。

図２０は、１６点の測距光Ｌにより算出される対象物体面の傾きを示す図である。図２０（Ａ）は、対象物３００に１６点の測距光Ｌが照射された状態を示す図である。１６点の測距光Ｌによる測距スポットＬｓを測距スポットＬｓ１〜測距スポットＬｓ１６として示す。

図２０（Ｂ）は、算出された、傾きを持った対象物体面３１０ｂを示す図である。各測距スポットＬｓ１６点（Ｌｓ１〜Ｌｓ１６）が、対象物体面３１０ｂの各頂点に対応する。対象物体面３１０ｂの下に、仮想の平面３２０を示す。

図２０（Ｃ）は、対象物体面３１０ｂと高さＨの関係を示す図である。図１９に示したような測距画像Ｄにより、画面の中心Ｓから各測距スポットＬｓの画面上の位置が計算され、それに応じて各測距スポットＬｓの距離Ｈが算出される。各測距スポットＬｓの距離Ｈの偏差から、傾きを持った対象物体面３１０ｂが生成される。測距光の数が４倍になったことにより、図９（Ｂ）の4点の場合に比べて、対象物体面の形状が高精度に再現できるようになる。これにより、手のひら等が傾いている場合に適切な指示をユーザに発することができ、その結果、撮像装置１で高画質の画像を取得することができ、認証精度の向上につながる。また、取得された手のひら画像に対して高い精度で姿勢補正を行ったうえで、登録データと照合することができるため、やはり認証精度の向上が期待できる。

なお、前述のように、光学素子５０の分割数Ｎは、４に限ることはなく、２あるいは３、あるいは5以上であってもよい。例えば、分割数が３の場合には、光学素子５０の出射面に１２０度間隔で３個の凸レンズ５２を設ければよい。シリンドリカルレンズ５４も対応して凸レンズ５２の下面に３個設けられればよい。開口８０ａも３個でよい。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

１ 撮像装置
１０ 撮影レンズ部
１２ 撮像素子
１４ 撮像基板
１６ 照明用ＬＥＤ
３０ 測距用ＬＥＤ
５０ 光学素子
５０ｓ 光学素子中心
５２ 凸レンズ
５２ｓ 光軸
５４ シリンドリカルレンズ
５４ａ 円筒部
５４ｂ 軸線
８０ アパーチャー
８０ａ 開口
１００ 制御部
１０２ 距離算出部
１０４ 姿勢判別部
３００ 対象物
３１０ａ、３１０ｂ 対象物体面
Ｌｓ 測距スポット
Ｄ 測距画像
Ｓ 中心

Claims (6)

1. 対象物を撮影する撮像装置に設けられ、前記撮影される対象物に対して距離測定用の測距光を生成する測距光生成装置において、
   前記測距光を発光する発光素子と、
   前記発光素子の発光光からＮ個（Ｎ≧２）の測距光を分割生成する光学素子を備え、
   前記光学素子は、前記発光光が出射する出射側に、前記対象物に前記測距光を照射するＮ個の凸レンズを設け、前記発光光が入射する入射側であって、前記各凸レンズの裏面に対応する位置にそれぞれシリンドリカルレンズを設けてあり、
   前記Ｎ個の凸レンズは、前記各凸レンズの光軸が該光学素子の中心から所定距離ずれた位置になるよう前記出射側に設けられ、
   前記各シリンドリカルレンズは、当該シリンドリカルレンズの円筒部が前記発光素子に対向する向きに設けられ、かつ当該シリンドリカルレンズの円筒部の軸線が、前記光学素子の径方向に沿った向きで、前記入射側に設けられる
   ことを特徴とする測距光生成装置。
2. 前記各シリンドリカルレンズは、前記シリンドリカルレンズの円筒部の軸線が、前記光学素子の中心側で前記発光素子に接近し、前記光学素子の周辺側で前記発光素子から遠ざかるよう、前記光学素子の中心を通る中心軸に対し傾斜して設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の測距光生成装置。
3. 前記各凸レンズは、レンズの一部分の形状からなる部分レンズであって、前記各凸レンズは、前記部分レンズの集合体として前記出射側に設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の測距光生成装置。
4. 前記シリンドリカルレンズは、前記測距光の前記光学素子の円周方向への集光力を高める
   ことを特徴とする請求項１に記載の測距光生成装置。
5. 前記発光素子と前記光学素子の間に、前記発光素子の発光光をＮ個に分割するＮ個の開口が形成されたアパーチャーを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の測距光生成装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の測距光生成装置を備え、
   前記対象物に前記測距光が照射された撮影画像に基づいて、前記測距光の位置を検出し、前記対象物との距離を求める距離算出部と、
   前記算出された対象物との距離によって、前記対象物の姿勢を判別する姿勢判別部とを有する
   ことを特徴とする撮像装置。

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