JP6778262B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。

従来、手のひらや指の静脈、指紋、瞳の虹彩などの生体情報に基づく認証を行う生体認証装置には、配線基板上に配置された撮像素子と、この撮像素子に光を集光するレンズユニットと、を備える撮像装置が用いられている。このような撮像装置において、撮像対象物との距離を測定するための測距用光源と、この測距用光源から発せられる光の拡散を遮蔽するアパーチャと、を更に備える撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４７０８２２０号公報

上述のように撮像装置に備えられるアパーチャに関連する技術として、図９及び図１０に示すアパーチャ１１１を用いた、参考技術に係る測距のための構成を説明する。

図９及び図１０は、参考技術に係る測距のための構成を説明するための分解斜視図及び断面図である。

図９に示すアパーチャ１１１は、配線基板１４０の周縁上に設けられた矩形枠状（四角筒状）の枠部材１１０の四つ角のそれぞれにおいて、枠部材１１０とは別体に設けられている。

図９及び図１０に示すように、アパーチャ１１１には、測距用レンズ１９３を係止するための３本の爪１１１ａが上方に突出するように設けられている。また、アパーチャ１１１には、貫通孔１１１ｃが設けられている。この貫通孔１１１ｃには、枠部材１１０及びアパーチャ１１１が配線基板１４０上に固定される前に、下方から円筒形状の孔部品１９６が挿入されている。

孔部品１９６は、上端に設けられた爪１９６ａにおいて、貫通孔１１１ｃに設けられた爪１１１ｂに係合する。図１０に示すように、孔部品１９６には、測距用発光素子１９４から上方に発せられる光を通すための貫通孔１９６ｂが上方に向かって径が漸増するように設けられている。

このように孔部品１９６がアパーチャ１１１とは別体に設けられているのは、アパーチャ１１１には、爪１１１ａが設けられているため、成形時の型抜きの観点で、孔部品１９６の貫通孔１９６ｂのような、測距用発光素子１９４から遠ざかるほど径が漸増する貫通孔を設けることができないためである。

図９及び図１０に示す構成では、孔部品１９６がアパーチャ１１１に配置されることによって、孔部品１９６がアパーチャ１１１に配置されていない場合と比較して、部品点数が増加するとともに、組み立て工数が増加する。更には、落下等により撮像装置に衝撃が加わると、測距用レンズ１９３と孔部品１９６との中心軸の位置ずれ、及び、孔部品１９６とアパーチャ１１１との中心軸の位置ずれが生じる。このような位置ずれが生じると、測距用レンズ１９３から出射される光の光量が小さくなる。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、測距のための構成を簡素化することができる撮像装置を提供することである。

開示の撮像装置は、測距用光源と、前記測距用光源から発せられる光を通すための貫通孔が形成されたアパーチャと、前記測距用光源から発せられる光の光路上に配置された測距用レンズと、を備え、前記アパーチャは、前記測距用光源とは反対側に突出する複数の圧入用凸部を有し、前記測距用レンズは、前記複数の圧入用凸部に囲まれた領域に圧入される。

開示の撮像装置によれば、測距のための構成を簡素化することができる。

実施の形態に係る撮像装置を示す平面図である。 図１のII−II断面図である。 実施の形態に係る撮像装置を示す分解斜視図である。 実施の形態における偏光部材の載置状態を説明するための斜視図である。 実施の形態におけるアパーチャを示す斜視図である。 図５のVI−VI断面図である。 図５のVII−VII断面図である。 実施の形態における、アパーチャから測距用レンズを取り外した状態を示す分解斜視図である。 参考技術に係る測距のための構成を説明するための分解斜視図である。 参考技術に係る測距のための構成を説明するための断面図である。

以下、実施の形態に係る撮像装置１について、図面を参照しながら説明する。
撮像装置１は、撮像対象物（例えば手のひら）に光を照射して、その反射光を撮像素子９１で受光して撮像する装置である。撮像素子９１は、例えばイメージセンサ等である。

図１は、撮像装置１を示す平面図である。
図２は、図１のII−II断面図である。
図３は、撮像装置１を示す分解斜視図である。

図２及び図３に示すように、撮像装置１は、アパーチャ１０と、筐体２０と、トップカバー３０と、配線基板４０と、レンズユニット５０と、導光体６０と、遮光体７０と、４つの偏光部材８０と、撮像素子９１と、８つの照明用発光素子９２（図４参照）と、４つの測距用レンズ９３（図３参照）と、を備える。また、図６及び図７に示すように、撮像装置１は、測距用光源の一例である４つ（複数）の測距用発光素子９４と、４つの両面テープ９５と、を更に備える。なお、測距用光源は、撮像対象物との距離を測定するために光を発する光源である。

撮像装置１は、手のひらの静脈を撮像することにより認証を行う生体認証装置として用いられるか或いはこの生体認証装置の一部として用いられる。但し、撮像装置１は、指の静脈、指紋、瞳の虹彩などの他の生体情報を撮像する撮像装置であってもよいし、或いは、生体情報以外の撮像対象物を撮像する撮像装置であってもよい。

図２〜図４に示すように、アパーチャ１０は、配線基板４０の周縁上に設けられた枠状（例えば、矩形枠状或いは四角筒状）を呈することで、レンズユニット５０、撮像素子９１等の周囲に配置されている。図４及び図５に示すように、アパーチャ１０の四つ角には、レンズユニット５０側である中心側に膨出する膨出部１１が計４つ設けられている。この４つの膨出部１１のそれぞれが、測距用レンズ９３から発せられる光が拡散する範囲を規制するアパーチャとして機能するため、アパーチャ１０は、４つのアパーチャが一体に設けられているといえる。この４つのアパーチャ（膨出部１１）は、別体に設けられていてもよい。

図６及び図７に示すように、膨出部１１の下方には、測距用発光素子（例えばＬＥＤ）９４が配置されている。ここで、本実施の形態における下方とは、測距用発光素子９４から光が発せられる方向（上方）の反対方向である。

４つの膨出部１１のそれぞれには、測距用発光素子９４から発せられる光を通すための貫通孔１１ｃが形成されている。この貫通孔１１ｃは、上部の大径部分１１ｃ−１と、この大径部分１１ｃ−１よりも小径の小径部分１１ｃ−２と、を含む。大径部分１１ｃ−１及び小径部分１１ｃ−２は、いずれも上方に向かって径が漸増するように設けられている。アパーチャ１０は、径が漸増する貫通孔１１ｃによって、測距用レンズ９３から発せられる光の拡散を可能にする一方で、拡散する範囲を貫通孔１１ｃが設けられた範囲に規制する。

貫通孔１１ｃの上部には、測距用レンズ９３が配置されている。この測距用レンズ９３は、測距用発光素子９４から発せられる光の光路上に配置されているといえる。なお、貫通孔１１ｃは、４つの膨出部１１のそれぞれに設けられるため、アパーチャ１０に計４つ設けられている。測距用光源９４及び測距用レンズ９３も、貫通孔１１ｃと対応し、同数の計４つずつ配置されている。なお、測距用発光素子９４から発せられる光は、撮像対象物において反射し、撮像素子９１に入射する。

膨出部１１には、貫通孔１１ｃの周囲において、測距用発光素子９４とは反対側、すなわち上方に突出する４つ（複数）の圧入用凸部１１ａが形成されている。図５及び図８に示すように、測距用レンズ９３は、４つの圧入用凸部１１ａに囲まれた領域に圧入される。

図８に示すように、測距用レンズ９３は、互いに９０度ごとの位置で周囲から突出する４つの突出部９３ａを有することで、平面視においてＸ字状を呈する。突出部９３ａは、測距用レンズ９３のレンズ本体に設けられていてもよいが、このレンズ本体の周囲を支持する筒形状の支持部材に設けられることが望ましい。

図８に示すように、測距用レンズ９３のうち突出部９３ａが設けられていない領域の径Ｄは、４つの圧入用凸部１１ａで囲まれた領域の径ｄと同一であるが、上記の径Ｄが上記の径ｄよりも大きいしまりばめ、或いは、上記の径Ｄが上記の径ｄよりも小さいすきまばめによって圧入が行われてもよい。但し、すきまばめによる圧入が行われる場合には、撮像装置１を傾けても測距用レンズ９３とアパーチャ１０との中心軸の位置ずれが生じない程度の隙間であることが望ましい。また、４つの圧入用凸部１１ａで囲まれた領域の径ｄは、圧入用凸部１１ａの先端（上側）に近づくほど大きくなっていてもよい。

４つの圧入用凸部１１ａのそれぞれは、４つの突出部９３ａのうち隣接する２つの突出部９３ａの間（測距用レンズ９３の周方向における間）に位置する。なお、圧入用凸部１１ａ及び突出部９３ａの数は、２つ若しくは３つ、又は５つ以上であってもよい。また、突出部９３ａは省略してもよい。

図６〜図８に示すように、膨出部１１の上面のうちの貫通孔１１ｃの周囲と、測距用レンズ９３との間には、両面テープ９５が設けられている。このように、測距用レンズ９３は、４つの圧入用凸部１１ａに囲まれた領域に圧入されるだけでなく、アパーチャ１０に接着されているため、測距用レンズ９３がアパーチャ１０から外れにくくなっている。なお、両面テープ９５に代えて接着剤等の他の接着手段が用いられてもよい。

膨出部１１のレンズユニット５０側（装置１の中心側）には、図３に示す導光体６０の係合凹部６２に係合する係合凸部１１ｂが上方に突出するように設けられている。

図５に示すように、アパーチャ１０の内周面には、４つの膨出部１１のそれぞれを挟み込むように位置し偏光部材８０の角部分が載置される計８つの偏光板支持部１２が設けられている。また、平面視におけるアパーチャ１０の４辺の中央の内周面にも、偏光部材８０の１辺の中央部分が載置される計４つの偏光板支持部１３が設けられている。

図２及び図３に示すように、筐体２０は、上面に開口する直方体形状を呈する。筐体２０の上端には、トップカバー３０の周縁が載置されるトップカバー支持部２１が中央側及び上側に凹状となるように設けられている。

図３に示すように、筐体２０の内周面には、配線基板４０が載置される基板支持部２２が複数設けられている。この基板支持部２２は、中央側に突出する直方体形状の支持凸部２２ａと、この支持凸部２２ａから上方に遠ざかるほど突出量が漸減するガイド凸部２２ｂと、を含む。このガイド凸部２２ｂは、筐体２０の上方からアパーチャ１０等とともに筐体２０内に挿入される配線基板４０を支持凸部２２ａ上へガイドする。また、基板支持部２２が複数設けられているため、複数のガイド凸部２２ｂは、配線基板４０を周囲から挟み込むように保持する。

図３に示すように、トップカバー３０は、矩形板状を呈する。また、トップカバー３０は、測距用レンズ９３や照明用発光素子（例えばＬＥＤ）９２から撮像対象物（例えば手のひらの静脈）に向けて照射される照射光、撮像対象物からの反射光等の光を透過させるために、透光性のある材料から形成されている。なお、上述のように、トップカバー３０は、周縁においてトップカバー支持部２１に載置され、このトップカバー支持部２１において筐体２０によって支持されている。

図２に示すように、配線基板４０には、撮像素子９１、レンズユニット５０、４つの測距用発光素子９４、及び８つの照明用発光素子９２が実装される。また、配線基板４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどの部品も実装されることで、撮像装置１の制御部として機能する。また、撮像装置１が生体認証装置として用いられる場合、配線基板４０は、生体認証装置の制御部として機能することができる。

図２に示すように、レンズユニット５０は、レンズ本体５１と、このレンズ本体５１の下部周囲を支持するレンズ支持部材５２と、を有し、撮像素子９１に光を集光する。レンズ本体５１及びレンズ支持部材５２は、図４に示すように平面視において矩形状を呈する。なお、図は一例であり、これに限定されない。

図４に示すように、レンズ支持部材５２は、４つの遮断部５２ａと、４つの被接合部５２ｂと、を有する。

４つの遮断部５２ａは、レンズ支持部材５２の周囲４辺の各辺において、平面視略三角形状に突出する。４つの遮断部５２ａのそれぞれは、８つの照明用発光素子９２のうちの２つに対向する領域に亘って突出する。これにより、４つの遮断部５２ａは、レンズユニット５０の周囲のほぼ全周に亘って設けられている。なお、遮断部５２ａは、平面視において、レンズユニット５０の周囲のうち照明用発光素子９２に対向する領域に亘って突出していればよく、例えば、照明用発光素子９２よりも上方において突出していてもよい。

遮断部５２ａは、照明用発光素子９２からの迷光を遮断する。一例ではあるが、この迷光は、図２に示す遮光体７０の下端及び配線基板４０上において反射し、レンズ本体５１に向かう光である。

図２に示すように、４つの遮断部５２ａには、それぞれ遮光部５２ａに対応した偏光部材８０が載置される。なお、撮像装置１において偏光部材８０が省略される場合には、遮断部５２ａに遮光体７０等の他の部材が載置されてもよい。

図４に示すように、４つの被接合部５２ｂは、平面視におけるレンズ支持部材５２の周囲のうちレンズ本体５１が設けられていない部分（例えば四つ角）から配線基板４０上に突出する。被接合部５２ｂは、図示しない接着剤などの接合材によって配線基板４０に接合される。

導光体６０は、図３に示すように円環状を呈し、図２に示す照明用発光素子９２から出射される光を、トップカバー３０を透過して撮像対象物に導光する。導光体６０は、照明用発光素子９２から発せられる光を拡散することが望ましい。なお、導光体６０の上面は、内周面側から外周面側にかけて下方に傾斜している。

導光体６０の周囲には、矩形板状の４つのフランジ部６１が４方に突出するように設けられている。この４つのフランジ部６１は、アパーチャ１０の膨出部１１と干渉せずアパーチャ１０の４つの内周面のそれぞれに対向するように、アパーチャ１０の上方から挿入され、偏光部材８０上に載置される。これにより、導光体６０の向きは、９０度ごとの４つの向きに位置決めされる。そして、導光体６０の隣接する２つのフランジ部６１の間において、導光体６０の周囲に計４箇所設けられた係合凹部６２は、上述のように、膨出部１１の係合凸部１１ｂに係合する。

遮光体７０は、図３に示すように円筒形状を呈し、図２に示すように、レンズ本体５１の周囲において光を遮光する。遮光体７０の上端には、遮光体７０の周囲の全周に亘って突出するフランジ部７１が設けられている。遮光体７０は、導光体６０の内部に上方から挿入され、フランジ部７１において、導光体６０上に載置される。

４つの偏光部材８０のそれぞれは、上述のようにレンズユニット５０の１つの遮断部５２ａ並びにアパーチャ１０の２つの偏光板支持部１２及び１つの偏光板支持部１３に載置されている。これにより、図２に示すように、４つの偏光部材８０は、照明用発光素子９２から発せられる光の光路上、すなわち照明用発光素子９２の上方に配置されている。

以上説明した本実施の形態では、撮像装置１は、測距用光源の一例である測距用発光素子９４と、この測距用発光素子９４から発せられる光を通すための貫通孔１１ｃが形成されたアパーチャ１０と、測距用発光素子９４から発せられる光の光路上に配置された測距用レンズ９３と、を備える。アパーチャ１０は、測距用発光素子９４とは反対側に突出する複数（４つ）の圧入用凸部１１ａを有し、測距用レンズ９３は、複数の圧入用凸部１１ａに囲まれた領域に圧入される。

このように複数の圧入用凸部１１ａに囲まれた領域に測距用レンズ９３が圧入されることで、図９及び図１０に示す参考技術に係る測距のための構成、すなわち、爪１１１ａを設けるためにアパーチャ１１１の貫通孔１１１ｃに孔部品１９６が挿入されている構成と比較して、部品点数及び組み立て工数を削減することができる。更には、孔部品１９６が設けられていないため、測距用レンズ９３と孔部品１９６との中心軸の位置ずれ、及び、孔部品１９６とアパーチャ１０との中心軸の位置ずれが生じるのを防ぐことができる。よって、本実施の形態によれば、測距のためのアパーチャ１０の構成を簡素化することができる。なお、爪１１１ａを用いた係止に代えて圧入用凸部１１ａを用いた圧入によって測距用レンズ９３が固定されることで、測距用レンズ９３にガタツキが生じたり傷が付いたりするのを防ぐこともできる。また、引っ掛かり部分を有する爪１１１ａと比較して、圧入用凸部１１ａには破損が生じにくい。

また、本実施の形態では、測距用レンズ９３は、周囲から突出する複数（４つ）の突出部９３ａを有し、複数の圧入用凸部１１ａのそれぞれは、複数の突出部９３ａのうち隣接する２つの突出部９３ａの間に位置する。そのため、突出部９３ａが設けられていない場合の測距用レンズ９３と比較して、簡単且つ確実に測距用レンズ９３の圧入を行うことができる。

また、本実施の形態では、撮像装置１は、撮像素子９１と、この撮像素子９１に光を集光するレンズユニット５０と、を更に備える。アパーチャ１０は、撮像素子９１及びレンズユニット５０の周囲に位置する枠状を呈し、複数の貫通孔１１ｃが形成されている。撮像装置１は、複数の貫通孔１１ｃと同数（４つ）の測距用発光素子９４及び測距用レンズ９３を備える。このように単一のアパーチャ１０に複数の貫通孔１１ｃが形成されることで、複数のアパーチャを配置する場合よりも部品点数及び組み立て工数を削減することができる。更には、複数の貫通孔１１ｃの位置ずれを防ぐことができる。

また、本実施の形態では、測距用レンズ９３は、両面テープ９５等の接着手段によってアパーチャ１０に接着されている。そのため、上述のように測距のための構成を簡素化しながら、測距用レンズ９３がアパーチャ１０から外れやすくなるのを防ぐことができる。

なお、本発明は、上述した実施の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、実施の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、実施の形態に示される全構成要素を適宜組み合わせてもよい。このように、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。

１ 撮像装置
１０ アパーチャ
１１ 膨出部
１１ａ 圧入用凸部
１１ｂ 係合凸部
１１ｃ 貫通孔
１１ｃ−１ 大径部分
１１ｃ−２ 小径部分
１２ 偏光板支持部
１３ 偏光板支持部
２０ 筐体
２１ トップカバー支持部
２２ 基板支持部
２２ａ 支持凸部
２２ｂ ガイド凸部
３０ トップカバー
４０ 配線基板
５０ レンズユニット
５１ レンズ本体
５２ レンズ支持部材
５２ａ 遮断部
５２ｂ 被接合部
６０ 導光体
６１ フランジ部
６２ 係合凹部
７０ 遮光体
７１ フランジ部
８０ 偏光部材
９１ 撮像素子
９２ 照明用発光素子
９３ 測距用レンズ
９３ａ 突出部
９４ 測距用発光素子
９５ 両面テープ

Claims (2)

1. ４つの測距用光源と、
   撮像素子と、
   前記撮像素子に光を集光するレンズユニットと、
   前記撮像素子及び前記レンズユニットの周囲に位置する矩形枠状を呈し、四つ角のそれぞれに前記レンズユニット側に膨出する膨出部が一体に設けられ、前記測距用光源から発せられる光を通すための、前記測距用光源から光が発せられる方向に向かって径が漸増する貫通孔が４つの前記膨出部のそれぞれに形成されたアパーチャと、
   前記測距用光源から発せられる光の光路上に配置された４つの測距用レンズと、
   を備え、
   前記アパーチャは、前記膨出部に形成され前記貫通孔の周囲において前記測距用光源とは反対側に突出する複数の圧入用凸部を有し、
   前記測距用レンズは、前記複数の圧入用凸部に囲まれた領域に圧入され、
   前記測距用レンズは、当該測距用レンズの周囲から突出する複数の突出部を有し、
   前記複数の圧入用凸部のそれぞれは、前記複数の突出部のうち隣接する２つの突出部の間に位置し、
   前記測距用レンズのうち前記突出部が設けられていない領域の径は、前記複数の圧入用凸部に囲まれた領域の径と同一以上である
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記測距用レンズは、前記アパーチャに接着されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
   

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