KR101297897B1

KR101297897B1 - 촬상 장치의 조명 광학계

Info

Publication number: KR101297897B1
Application number: KR1020127004901A
Authority: KR
Inventors: 고조 야마자끼; 이사오 이와구찌
Original assignee: 후지츠 프론테크 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2013-08-22
Also published as: EP2495682A1; JP5394504B2; EP2495682B1; WO2011052018A1; KR20120037503A; EP2495682A4; JPWO2011052018A1; US20120154672A1; CN102483798B; CN102483798A

Abstract

본 발명은, 소형 저비용으로 정반사 노이즈를 저감할 수 있는 촬상 장치의 조명 광학계를 제공하는 것이다. 촬상 장치의 조명 광학계(20)는, 촬상 대상물(11)로부터의 반사광을 이미지 센서(12)로 수광하여 촬상하기 위해 촬상 대상물(11)에 광을 조사하는 것이며, 이미지 센서(12)의 주위에 배치된 복수의 LED(14)와, 복수의 LED(14)로부터의 광을 촬상 대상물(11)에 조사하기 위해, 반경 방향으로 다수의 능선(23)을 갖는 프리즘열이 원주 상에 형성된 프리즘면(24)이 복수의 LED(14)쪽으로 향해 있는 링 형상의 프리즘판(22)을 갖는다.

Description

촬상 장치의 조명 광학계{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM OF IMAGE CAPTURING DEVICE}

본 발명은, 촬상 대상물로부터의 반사광을 촬상 소자에 의해 수광하여 촬상하기 위해 촬상 대상물에 광을 조사하는 촬상 장치의 조명 광학계에 관한 것이다.

예를 들어, 바코드 등 종이 위의 인쇄 정보나 손바닥 정맥 등 생체 정보를 판독하는 정보 판독용 촬상 장치에 있어서, 매체 표면에 조명된 광의 반사광 중, 원래 일정한 밝기가 되어야 할 영역임에도 불구하고, 국소적인 고휘도부가 발생해버리면, 그 반사 성분이 화상 노이즈가 되어 바람직하지 않다.

도 1은, 촬상 광학계의 주위에 조명 광학계를 배치한 종래의 촬상 장치의 구성을 나타내고 있다.

이 촬상 장치(110)는, 이미지 센서(111) 및 렌즈(112)를 포함하는 촬상 광학계(113) 주위에, 복수의 발광 소자(LED)(114-1, 114-2, …)가 배치된 조명 광학계(115)를 가지고 있다.

예를 들어, 발광 소자(114-1)로부터의 광(L1, L2, L3)이 물체(116)를 조명할 때, 출사한 광(L1, L2, L3)이 물체(116)의 A, B, C점에서 반사하였다고 하자. 이때, A, B, C점에서 반사한 광이 이미지 센서(111)에 의해서 수광되어 A, B, C점의 화상이 형성된다. 여기서, 실선으로 나타내는 방향으로 반사하는 광이 정반사광이며, 파선으로 나타내는 방향으로 반사하는 광이 산란 반사광이다. 정반사광은 산란 반사광에 비해서 강한 광이 된다.

또한, 예를 들어 A점, C점에서의 정반사광은 렌즈(112)에 입사하지 않지만, B점에서의 정반사광은 렌즈(112)에 입사한다. 이로 인해, 이 정반사광을 수광하여 얻어지는 화상 위에 국소적인 고휘도 영역(노이즈)이 발생한다.

또한, 도 1에서는, 조명광원으로서 복수의 발광 소자(114-1, 114-2, …)를 촬상 광학계(113)의 주위에 배치하고 있는데, 예를 들어 환상 배치한 복수의 발광 소자(114-1, 114-2, …)로부터의 출사광을, 도광체(도시하지 않음)를 개재하여 그 상단부면으로부터 출사하는 경우도 동일하다.

이어서, 도 2에 기초하여, 물체(116) 위의 B점의 촬상을 생각한다.

예를 들어, 발광 소자(114-2)로부터의 조명광(L4)은, B점에서 파선으로 나타내는 바와 같이 산란 반사광이 된다. 그리고, 이 산란 반사광에 의해 B점의 화상이 만들어진다. 그러나, 이 화상에 발광 소자(114-1)로부터의 광(L2)의 정반사광(실선)이 노이즈가 되어서 중첩된다. 이 정반사 노이즈는, 산란 반사광에 비하여 정반사광이 강할수록 커진다.

여기서, 도 3a는, 발광 소자(114)로부터의 출사광의 광축과 강도 분포의 예를 도시하고, 도 3b는, 도광체(117)로부터의 출사광의 광축과 강도 분포의 예를 도시하는 도면이다.

즉, 발광 소자(114)로부터의 출사광(L), 및 도광체(광을 유도하는 투명한 원통체)(117)로부터의 출사광(L)은, 모두 광축 O'의 강도가 최대이고, 광축 O'로부터의 각도가 커짐에 따라, 그 방향의 강도가 저하한다.

이것으로부터, 도 2의 발광 소자(114-1)로부터의 광(L2)은 광축 O'에 가까운 각도일수록 강하여 정반사 노이즈가 커진다.

또한, 도 4는, 이미지 센서(111)에 있어서의 정반사 노이즈의 예를 도시하고 있다.

전술한 도 2에 있어서, 발광 소자(114-1)와 렌즈(112) 중간의 물체(116) 위의 B점이 정반사점이 된다. 이로 인해, 원환상으로 배치된 발광 소자(114-1, 114-2,…)에 대해서는, 도 4와 같이, 원환상의 정반사 노이즈 영역(S)이 발생한다.

또한, 정반사 노이즈 영역(S)의 폭(정반사 영역의 폭)(W)은, 물체(116) 표면의 확산도나 렌즈(112)의 입사동(유효 구경)의 크기에 의존하고, 반드시 원환상이 된다고는 할 수 없고, 예를 들어 원 형상으로 되는 경우도 있다.

이어서, 도 5는, 정반사 노이즈를 저감한 조명 광학계의 종래예를 도시한다.

도 5와 같이, 발광 소자(114-1, 114-2)를 촬상 광학계(113)로부터 멀리하고, 물체(116)를 비스듬히 조사하면, 정반사 노이즈를 발생하지 않는 조명이 된다. 그러나, 이 경우는, 촬상 영역보다도 넓은 광원 영역이 필요해져 장치가 대형화된다.

또한, 이 경우, 복수의 발광 소자(114-1, 114-2, …)로부터의 광이 급각도(steep angle)에서 합성되어 물체(116)를 조명하기 때문에, 대상 물체(116)의 이미지 센서(111)로부터의 「배치(placement) 높이 H」가, 높이 H'로 변하면, 조명의 합성이 급속하게 무너져, 얻어지는 화상이 변화한다(얕은 심도).

대상 물체가 창 위에 놓이는 다큐멘트 리더 등에서는, 대상 물체의 높이가 변화하지 않기 때문에 문제는 발생하지 않지만, 바코드나 손바닥 등을 대상 물체로 하는 경우에는, 대상 물체의 높이가 바뀌어 문제가 된다.

따라서, 종래, 예를 들어 손바닥 정맥 촬상 장치에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 원환상으로 배열한 발광 소자(114-1, 114-2,…)에 링 형상의 도광체(117)를 조합하여 조명 광학계(115)로 하였다. 이 도광체(117)에 의해, 발광 소자(114)로부터의 광이 광로로부터 벗어나지 않도록 하기 위해서이다. 그리고, 이 조명 광학계(115)를, 렌즈(112)와 이미지 센서(111)로 이루어지는 촬상 광학계(113)의 주위에 배치하였다.

그러나, 이 경우에는 촬상 광학계측에는 정반사 노이즈가 발생한다. 이로 인해, 발광 소자(114-1, 114-2,…)와 이미지 센서(111) 위에 서로 직교하는 편광판을 설치하였다(도시하지 않음). 그러나, 이것으로는 비용이 높아짐과 함께, 광 이용 효율이 낮다고 하는 과제가 있었다.

또한, 도 6의 화살표(R)는, 조명 광학계의 출사 방향을 나타낸다.

이 도 6에서는, 촬상 광학계(113)의 주위에 링 형상의 도광체(117)가 설치되고, 이 도광체(117)의 상단부면으로부터 조명광(R)이 출사된다. 또한, 렌즈 광축 O를 중심으로 하여 발광 소자(114)도 도광체(117)도 축 대상으로 구성되어 있다. 또한, 조명광의 광축은 도광체(117) 위의 출사점과 렌즈 광축 O를 연결하는 반경 방향으로 존재하고 있다.

도 7은, 조명광과 물체(116)로부터의 반사광과의 관계를 나타내고 있다.

이 경우, B점 근방으로부터의 반사광에 의하면, 촬상계의 렌즈 광축 O에는 강한 정반사 노이즈가 발생하지만, C점이나 A점으로부터의 반사광에서도, 광원으로부터의 직접 반사광이 정반사 노이즈가 되는 경우가 있다. C점이나 A점의 표면 상태에 따라서는, 직접 반사광이 렌즈 광축 O에 입사하기 때문이다.

그런데, 이러한 조명 광학계로서, 종래, 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 기술이 제안되어 있다.

특허문헌 1에서는, 면 광원을 구성하는 2장의 프리즘 시트를, 프리즘조(threads) 형성면을 서로 내측을 향해서, 또한 각 프리즘조가 연장되는 방향을 90도 교차시켜 적층하고 있다. 이에 따라, 프리즘 시트로부터 출사된 광은, 굴절되어 2 방향의 지향성을 갖는 광이 되고, 판독 대상의 표면에 국소적으로 강한 광이 들어가는 것을 방지한다는 것이다.

또한, 특허문헌 2에서는, 광확산성의 투광성 시트와, 이 투광성 시트의 배후에 배치되는 발광 소자와, 이 발광 소자와 투광성 시트 사이에 배치되며 프리즘면이 발광 소자측을 향해 있는 프리즘 시트로 구성된 백라이트 장치가 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에서는, 2장의 프리즘 시트를 가지며, 출사광이 2 방향의 지향성을 갖지만, 2 방향으로 분리된 출사광 중, 한쪽의 광인 조명광을 대상물 표면에 대하여 실질적으로 수직 방향으로 출사하고 있다. 이로 인해, 광원으로부터의 직접 광이 렌즈로 인입하여 정반사 노이즈가 커진다.

또한, 특허문헌 2에서는, 프리즘 시트로부터의 출사광은 평면부의 법선에 대하여 이격되는 방향으로 굴절시키고 있지만, 광원으로부터의 직접 광이 렌즈로 인입하여 정반사 노이즈가 크다.

즉, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 어떤 경우든, 정반사 노이즈가 크다고 하는 과제를 갖는다.

일본 특허 공개 제2004-171192호 공보 일본 특허 공개 제2002-49324호 공보

본 발명은, 소형 저비용으로 정반사 노이즈를 저감할 수 있는 촬상 장치의 조명 광학계를 제공한다.

본 발명은, 촬상 대상물로부터의 반사광을 촬상 소자에 의해 수광하여 촬상하기 위해 상기 촬상 대상물에 광을 조사하는 촬상 장치의 조명 광학계에 있어서, 상기 촬상 소자의 주위에 배치된 복수의 발광 소자와, 상기 복수의 발광 소자로부터의 광을 상기 촬상 대상물에 조사하기 위해, 반경 방향으로 다수의 능선을 갖는 프리즘열이 둘레 위에 형성된 프리즘면이 상기 복수의 발광 소자쪽으로 향해 있는 링 형상의 프리즘판을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 링 형상의 프리즘판은 원추통 형상의 경사면에 형성하는 것이 가능하다. 또한, 상기 링 형상의 프리즘판의 상기 프리즘면과 반대측의 면에 미소 요철부를 형성해도 된다. 상기 미소 요철부를 블라스트 처리에 의해 형성하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 소형 저비용으로 정반사 노이즈를 저감할 수 있는 촬상 장치의 조명 광학계를 얻을 수 있다.

도 1은 촬상 광학계의 주위에 조명 광학계를 배치한 종래의 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 촬상 광학계의 주위에 조명 광학계를 배치한 종래의 촬상 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3a는 발광 소자로부터의 출사광의 광축과 강도 분포의 예를 도시하는 도면이다.
도 3b는 도광체로부터의 출사광의 광축과 강도 분포의 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 이미지 센서에 있어서의 정반사 노이즈의 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 정반사 노이즈를 저감한 조명 광학계의 종래예를 도시하는 도면이다.
도 6은 손바닥 정맥 촬상 장치의 종래예를 도시하는 도면이다.
도 7은 조명광과 물체로부터의 반사광과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 제1 실시 형태의 촬상 장치의 단면도이다.
도 9는 조명 광학계 및 광학 유닛의 평면도이다.
도 10은 조명 광학계의 사시도이다.
도 11은 프리즘판의 평면도이다.
도 12는 촬상 대상물에 대한 조명광과 촬상 대상물로부터의 반사광과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 13a는 프리즘판에 의한 조명광의 출사 방향의 제어 상태를 도시하는 도면이다.
도 13b는 프리즘판의 출사면에 미소 요철부를 형성한 상태를 도시하는 도면이다.
도 14는 링 형상의 프리즘판을 별체의 복수의 프리즘편으로 구성한 예를 도시하는 도면이다.
도 15는 촬상 장치의 간단한 제어 블록도이다.
도 16은 제2 실시 형태의 촬상 장치의 단면도이다.
도 17은 제2 실시 형태의 조명 광학계를 도시하는 도면이다.
도 18a는 상동의 프리즘판의 외관을 도시하는 도면이다.
도 18b는 상동의 B부 확대 사시도이다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

[제1 실시 형태]

도 8은, 본 발명의 조명 광학계가 적용된 촬상 장치의 단면도이다.

촬상 장치(10)는, 촬상 대상물(예를 들어 손바닥)(11)에 광을 조사하여 그 반사광을 촬상 소자로서의 이미지 센서(12)로 수광하여 촬상하는 장치이다. 이 이미지 센서(12)는 회로 기판(13)에 탑재되어 있다.

이 촬상 장치(10)는, 이미지 센서(12)의 주위에 배치된 복수의 발광 소자로서의 LED(14)와, 복수의 LED(14)로부터의 광을 촬상 대상물(11)로 유도하는 링 형상의 도광체(15)와, 이 도광체(15)의 출사면 위에 배치된 링 형상의 프리즘판(22)과, 이 프리즘판(22)의 링 내에 수용되어 촬상 대상물(11)로부터의 반사광을 이미지 센서(12)로 유도하는 광학 유닛(17)을 가지고 있다.

링 형상의 도광체(15)는 지지 부재(16)에 의해 지지되어 있다. 이들 도광체(15) 및 광학 유닛(17)의 상방에는, 가시광 차단 필터판(18)이 설치되어 있다.

또한, LED(14), 도광체(15), 프리즘판(22)에 의해 촬상 장치(10)의 조명 광학계(20)가 구성되어 있지만, 이것에 대해서는 후술한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 1장의 회로 기판(13)에, 조명 광학계(20)와 광학 유닛(17) 등을 함께 탑재하고 있다. 이에 따라, 장치의 소형화, 저비용화를 도모하고 있다.

이미지 센서(12)는, 회로 기판(13)의 중앙에 설치되고, 이 이미지 센서(12)의 주위에, 복수의 LED(14)가 환상으로 탑재되어 있다. 또한, 회로 기판(13)에는, LED(14)로부터의 광량이 소정의 값이 되도록, 자동 파워 제어를 행하기 위해 도시하지 않은 수광 소자가 설치되어 있다.

또한, 회로 기판(13)의 네 코너에는, 도시하지 않은 4개의 거리 계측용 발광 소자가 설치되어 있다. 이 4개의 거리 계측용 발광 소자로부터, 촬상 대상물(본 실시 형태에서는 손바닥)(11)의 거리와 기울기를 검출한다.

이어서, 링 형상의 도광체(15)는, 회로 기판(13)에 배치된 복수의 LED(14)의 상방에 설치되어 있다. 이 도광체(15)는, 예를 들어 수지(또는 유리 등)로 구성되고, 복수의 LED(14)로부터의 광을 상방으로 유도하고, 프리즘판(22)을 개재하여 촬상 대상물(11)에 균일한 광을 조사한다. LED(14)로부터의 광이 광로로부터 누설되지 않도록 유도하기 위함이다. 이로 인해, 도광체(15)는, LED(14)의 배치에 맞추어, 링 형상으로 형성되어 있다.

여기서, 링 형상이란, 중앙에 구멍을 갖는 고리 형상의 것을 말하고, 예를 들어 원형 링, 방형 링, 타원 링, 장원(長圓) 링 등을 포함하는 것으로 한다.

또한, 광학 유닛(17)은, 회로 기판(13)의 거의 중앙의 이미지 센서(12)의 상방, 또한 링 형상의 도광체(15) 내에서 회로 기판(13)에 설치되어 있다. 이 광학 유닛(17)은, 집광 렌즈 등의 렌즈 광학계를 가지고 있다.

이와 같이, 도광체(15)는 링 형상이기 때문에, 링 내에 광학 유닛(17)을 수용함으로써, 장치의 소형화를 도모하고 있다. 또한, 광학 유닛(17)에, 촬상 범위 밖로부터의 광이 인입되거나, 도광판(15)으로부터 누설된 광이 침입하는 것을 방지하기 위해서, 가시광 차단 필터판(18)에 후드(19)가 설치되어 있다.

또한, 가시광 차단 필터판(18)은, 외부로부터 이미지 센서(12)로 인입하는 가시광 성분을 차단한다. 이에 따라, LED(14)를 저출력으로 억제하였다고 해도, 촬상 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 외부로부터의 광에 의한 노이즈 성분이 작기 때문이다.

이어서, 도 9 내지 도 11에 기초하여, 본 실시 형태의 조명 광학계(20)에 대해서 설명한다.

도 9는 조명 광학계(20) 및 광학 유닛(17)의 평면도, 도 10은 조명 광학계(20)의 사시도, 도 11은 프리즘판(22)의 평면도이다.

이 조명 광학계(20)는, 환상으로 배치된 복수의 LED(14)와, 링 형상의 도광체(15)와, 도광체(15)의 출사면(15a) 위에 배치된 링 형상의 프리즘판(22)을 가지고 있다. 이 프리즘판(22)은, 반경 방향으로 다수의 능선(23)을 갖는 프리즘열이 원주 상에 형성된 프리즘면(24)을 갖고, 이 프리즘면(24)이 LED(14)(도광체(15)의 출사면(15a))쪽으로 향해져 있다(도 10 참조).

또한, 도 9에서는, LED(14)는 4개 설치되어 있지만, 이것은 설명의 편의상 때문이며, 실제로는 보다 다수의 LED(14)가 환상으로 배치되어 있다.

이렇게 해서, 이 프리즘면(24)을, 도광체(15)의 출사면(15a)의 상부에 놓을 때(접착 없음, 공기층이 사이에 있음), 이 프리즘면(24)에 조명광이 입사된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 링 형상의 프리즘판(22)은 원환상을 이루고 있지만, 예를 들어 중앙에 관통부를 갖는 방형 링 형상, 타원 링 형상, 장원 링 형상 등이어도 좋다.

또한, 프리즘면(24)에는 반경 방향으로 다수의 능선(23)을 갖고 있는데, 이 다수의 능선(23)은 등간격인 것이 바람직하다. 단, 반드시 등간격이 아니어도 좋다. 또한, 다수의 능선(23)은, 도 11의 중심(G)을 중심으로 하여 반경 방향으로 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 중심(G)에 일치하지 않아도, 중심(G)의 방향을 거의 향하도록 형성되어 있으면 된다. 이것은, 방형 링 형상, 타원 링 형상, 장원 링 형상 등의 프리즘판(22)에 있어서도 마찬가지이다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 프리즘판(22)로부터의 조명광의 출사 광축을, 중심(G)의 반경 방향이 아니고 접선 방향으로 지향시키고 있다(도 9의 화살표(T) 참조). 이렇게 해서, 프리즘판(22)으로부터의 조명광이, 능선(23)의 방향으로는 향하지 않도록, 능선(23)과 직교 방향으로 지향시키고 있다.

도 12는, 촬상 대상물(11)에 대한 조명광(P)과 촬상 대상물(11)로부터의 반사광(Q)와의 관계를 도시하는 도면이다.

도 12에 있어서, 조명광(P)의 광축이 도광체(15)의 접선 방향으로 기울어 있기 때문에, 높이(Z)에 있는 촬상 대상물(11)로의(입사하는) 조명광(P)은, 도면의 축 y' 방향으로 기울어져 입사한다.

따라서, 광학 유닛(17)의 중심(Z축)에는, 정반사광이 입사하지 않고, 산란광(반사광(Q))만이 입사하게 된다. 또한, 프리즘판(22)을 통과한 광은, 출사면에 대하여 직교 방향으로는 출사하지 않는다.

또한, 전술한 바와 같이, 정반사광의 범위는, 촬상 대상물(11) 표면의 확산도나 광학 유닛(17)의 렌즈의 입사동(entrance pupil) 직경에 의존하기 때문에, 정반사광이 광학 유닛(17)의 중심으로 전혀 입사하지 않는다고는 단언할 수 없지만, 적어도 저감된다고 할 수 있다.

도 13a는, 프리즘판(22)에 의한 조명광의 출사 방향의 제어 상태를 도시하는 도면이다.

이 도면에 도시한 바와 같이, 프리즘판(22)의 프리즘면(24)을 도광체(15)의 출사면(15a)의 상부에 놓을 때(접착 없음, 공기층이 사이에 있음), 이 프리즘면(24)에 하방으로부터 조명광을 입사시키면, 바로 위로 향하는 광(L)이 모두 경사진 L' 방향으로 기울어져 출사한다.

본 실시 형태에서는, 프리즘면(24)은, 반경 방향으로 다수의 능선(23)을 갖는 프리즘열이 원주 상에 형성되어 있다. 이에 따라, 도광체(15)로부터 반경 방향으로 출사하는 광은, 모두 반경과 직교하는 방향(접선 방향)으로 기울어져 출사된다. 이로 인해, 도광체(15)로부터 출사되는 광은 그 반경 방향으로는 출사되지 않는다. 따라서, 이미지 센서(12)에 정반사 노이즈가 발생하지 않는다. 이렇게 해서, 정반사를 저감하는 조명 광학계(20)를 실현할 수 있다.

도 13b는, 프리즘판(22)의 출사면에 미소 요철부를 형성한 상태를 도시하는 도면이다.

이 도면에 도시한 바와 같이, 예를 들어 프리즘판(22)의 프리즘면(24)과 반대측의 출사면(25)에, 블라스트 처리(예를 들어 샌드블라스트)에 의해 미소 요철부(25a)를 형성하여 확산면으로 하고 있다. 또한, 이 경우도, 프리즘면(24)은, 반경 방향으로 다수의 능선(23)을 갖는 프리즘열이 원주 상에 형성되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 미소 요철부(25a)란, 예를 들어 샌드블라스트 처리에 의해, 상대적으로 미소한 오목부와 볼록부가 어레이 형상 또는 랜덤하게 연속해서 형성되어 있는 부분을 말한다. 예를 들어, 볼록부의 형상으로서는, 반구 형상, 구 형상, 원추(대) 형상, 혹은 각뿔(대) 형상 등의 다양한 형상을 생각할 수 있다. 또한, 미소 요철부(25a)의 오목부와 볼록부의 피치나 높이(깊이)도, 출사면(25)로부터의 광의 휘도 분포 등을 고려해서 결정할 수 있다.

또한, 샌드블라스트 처리의 경우, 출사면(25)을 확산면으로 했을 경우의 휘도 분포는, 사용하는 모래의 사출압이나 사출 시간을 제어함으로써 원하는 분포를 얻을 수 있다. 그러나, 여기서는 그 설명을 생략한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 미소 요철부(25a)로서, 샌드블라스트 처리를 사용한 경우에 대해서 설명했지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 확산면으로서, 미소 요철부(25a)를 형성할 수 있으면, 반드시 샌드블라스트 처리를 이용할 필요는 없고, 성형 수단이나 그 이외의 수단을 사용해도 좋다.

이에 따라, 프리즘판(22)을 통과한 광은 출사면에서 확산하고, 그 일부는 이미지 센서(12) 방향으로도 지향한다. 따라서 촬상계에 정반사광이 입사하게 되지만, 광축 방향으로부터 멀기 때문에, 그 강도는 약하여 목적을 손상시키지 않는다. 도 14는, 링 형상의 프리즘판(22)이, 별체의 복수(본 실시 형태에서는 4개)의 프리즘편(22a 내지 22d)으로 구성된 예를 도시하는 도면이다.

각 프리즘편(22a 내지 22d)은, 이미지 센서(12)측을 향하여 다수의 능선(23)을 갖는 프리즘열이 형성된 프리즘면(24)을 갖는다. 이러한 프리즘편(22a 내지 22d)을, 전체적으로 방형 형상으로 배치함으로써, 방형 링 형상과 유사한 프리즘판(22)이 형성되어 있다.

이 경우에 있어서도, 각 프리즘편(22a 내지 22d)의 다수의 능선(23)은, 반경 방향(이미지 센서(12)측)을 향하여 거의 평행하게 형성되어 있다. 그리고, 이러한 복수의 프리즘편(22a 내지 22d)으로 구성된 프리즘판(22)이어도, 촬상 광학계측에서의 정반사 노이즈의 발생을 저감하는 조명 광학계를 얻을 수 있다.

이어서, 도 15에 기초하여, 촬상 장치(10)의 제어 블록도에 대해서 간단하게 설명한다.

촬상 장치(10)의 구동 제어계는, 복수의 LED(14)를 구동하는 LED 구동부(51)와, 거리 계측용의 LED(14')을 구동하는 측거(ranging) LED 구동부(52)와, 이미지 센서(12)의 각 화소의 아날로그 출력을 디지털값으로 변환하는 A/D 변환기(53)와, 마이크로콘트롤러(MCU)(50)를 갖는다.

LED 구동부(51)는, LED(14)로부터의 광을 수광 소자(54)로 수광하고, 그 수광한 광 강도에 따라 자동 파워 제어를 행한다. 마이크로콘트롤러(MCU)(50)는, MPU와 ROM과 RAM을 가지며, 촬상 대상물(본 실시 형태에서는 손바닥)의 거리 및 기울기의 산출, 계속해서 화상 처리 등의 처리를 행한다.

즉, 마이크로콘트롤러(MCU)(50)에 의한 화상 처리에서는, 조명용의 LED(14)를 구동하기 전에, 촬상 대상물의 거리가 적절(촬상 범위 내의 소정의 초점 거리에 있는지)한지 여부, 및 촬상 대상물의 기울기가 적절한지 여부를 판정한다. 촬상 대상물의 거리와 기울기가 적절한 경우, LED(14)를 발광하여, 조명광을 대상물에 조사한다.

그리고, 이미지 센서(12)로 촬상 범위의 화상을 촬상하고, A/D 변환기(53)를 개재하여 화상을 메모리에 저장한다. 그리고, 이 화상으로부터 특징을 추출한다. 예를 들어, 혈관상의 추출에서는, 화상으로부터 혈관상 데이터를 추출한다.

본 실시 형태에 의하면, 이미지 센서(12)의 주위에 환상 배치된 복수의 LED(14)와, 반경 방향으로 다수의 능선(23)을 갖는 프리즘열이 원주 상에 형성된 프리즘면(24)을 복수의 LED(14)쪽으로 향한 링 형상의 프리즘판(22)을 가지므로, 컴팩트한 구성이며, 또한 촬상 광학계측에서의 정반사 노이즈의 발생을 저감할 수 있는 촬상 장치의 조명 광학계(20)를 얻을 수 있다.

[제2 실시 형태]

도 16은, 본 실시 형태의 촬상 장치의 단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일 또는 상당하는 부재에는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.

본 실시 형태에서는, 도광체(15)가 원추통 형상을 이루고, 그 출사면(15a)이 경사면 상에 형성되어 있다. 프리즘판(22)은, 그 프리즘면(24)을 도광체(15)의 출사면(15a)를 향하여 배치하고 있다.

도 17은, 본 실시 형태의 조명 광학계를 도시하고, 도 18a, 도 18b는, 그 프리즘판(22)의 외관을 도시하고 있다.

본 실시 형태에서는, 도광체(15)의 출사면(15a)을 원추통 형상의 경사면으로 하여 조명광의 분포를 최적화하고 있다. 도 18a에 도시한 바와 같이, 도광체(15)의 출사면(15a)에 겹쳐 배치되는 링 형상의 프리즘판(22)은 입체 형상이다. 또한, 도 18b에 도시한 바와 같이, 이 프리즘판(22)은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 반경 방향으로 다수의 능선(23)을 갖는 프리즘열이 원주 상에 형성된 프리즘면(24)을 가지고 있다.

이 프리즘열은, 예를 들어 꼭지각 90도, 깊이 0.2mm이고 180개(프리즘열의 피치 2°)이다. 이 경우도, 도 11에 도시한 프리즘판(22)과 마찬가지로, 촬상 광학계측에서의 정반사 노이즈의 발생을 저감하는 조명 광학계(20)를 얻을 수 있다.

즉, 이 프리즘판(22)을 통과한 조명광은, 모두 능선(23)의 방향(반경 방향)과 직교하는 접선 방향으로 기울고, 반경 방향으로는 광은 향하지 않는다. 이에 의해, 촬상 광학계측에서의 정반사 노이즈의 발생을 저감할 수 있다.

그러나 대부분의 경우, 촬상 대상 물체의 중심 영역에도 조명광을 비출 필요가 있다.

이를 위하여는, 프리즘판(22)의 프리즘면(24)과 반대측의 면(출사면(25))을 확산면으로 하면 된다. 구체적으로는, 아크릴제의 프리즘판(22)의 출사면(25)측에, 샌드블라스트 등으로 미소 요철부(25a)(도 13b 참조)를 형성함으로써 확산면을 형성할 수 있다.

이렇게 하여, 프리즘판(22)의 출사면(25)로부터 광을 확산 출사시킴으로써, 조명광은 반경 방향으로도 향하고, 촬상 중심으로는 정반사광이 입사한다. 그러나, 그 강도는 약하여 정반사 노이즈는 작다. 이와 같이, LED(14)로부터의 광이 직접 입사하는 경우에 비하여 강도가 약하여 이 정반사 노이즈에 의해 목적을 손상시키지 않는다.

또한, 각 정반사점으로부터 중심부로 향하는 광은 약한 확산광이지만, 원주 형상의 출사면(25)의 확산면에서 광이 모여 합성되기 때문에, 조명에 필요한 강도도 얻을 수 있다.

상술한 확산면의 기능 및 효과는, 제1 실시 형태에서도 적용된다.

본 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 소형 저비용 구성이면서 촬상 광학계측에서의 정반사 노이즈의 발생을 저감할 수 있는 촬상 장치의 조명 광학계(20)를 얻을 수 있다.

Claims

촬상 대상물로부터의 반사광을 촬상 소자에 의해 수광하여 촬상하기 위해 상기 촬상 대상물에 광을 조사하는 촬상 장치의 조명 광학계에 있어서,
상기 촬상 소자의 주위에 배치된 복수의 발광 소자와,
상기 복수의 발광 소자로부터의 광을 상기 촬상 대상물에 조사하기 위해, 반경 방향으로 다수의 능선을 갖는 프리즘열이 원주 상에 형성된 프리즘면을 상기 복수의 발광 소자쪽으로 향한 링 형상의 프리즘판으로서, 상기 촬상 대상물 측으로부터 보아 상기 원주 내에 상기 촬상 소자가 위치하도록 배치된 프리즘판
을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.
제1항에 있어서, 상기 링 형상의 프리즘판은 원추통 형상의 경사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링 형상의 프리즘판의 상기 프리즘면과 반대측의 면에 미소 요철부를 형성한 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.
제3항에 있어서, 상기 미소 요철부를 블라스트 처리에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 촬상 장치의 조명 광학계.