KR20070090726A

KR20070090726A - 촬상 장치

Info

Publication number: KR20070090726A
Application number: KR1020060114332A
Authority: KR
Inventors: 다카시 요시다; 히로유키 다나카; 요시오 요시즈; 고우이치 마츠오
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤; 후지츠 프론테크 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2007-09-06
Also published as: CN100533251C; US20070216797A1; DE602006008736D1; EP1830304A1; EP1830304B1; CN101030013A; US7646423B2; JP4566930B2; KR100859764B1; JP2007235872A

Abstract

본 발명의 촬상 장치는 간략화한 거리 측정으로, 대상물을 조명하고 그 대상물의 반사광을 이용하여 대상물을 촬상한다. 복수의 발광 소자는 이미지 센서의 주위 위치에 탑재되고, 도광체는 이 복수의 발광 소자의 빛을 촬상 범위에 유도하여 조명한다. 촬상계와 조명계가 근접 배치되는 촬상 장치는 거리 측정용 발광 소자와, 이 거리 측정용 발광 소자 상에 설치되며 하측을 좁히고 상측을 확대한 광로를 생성하는 조리개를 더 포함한다. 따라서, 거리 측정용 소자의 난반사된 광선을 선별하여 수속한 다음 한 방향으로 출사할 수 있다. 발광량이 적은 전력 절약용 발광 소자를 이용하더라도, 충분한 조사 광량을 얻을 수 있고, 스폿 광을 조사하는 거리 센서를 소형화하는 것이 가능하여 촬상 장치의 소형화에 기여한다.

Description

촬상 장치{IMAGE CAPTURING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치의 단면도.

도 2는 도 1에 도시한 촬상 장치의 분해 구조도.

도 3은 도 2에 도시한 회로 기판의 부품 배치도.

도 4는 도 2에 도시한 발광 소자와 수광 소자의 관계 설명도.

도 5는 도 2에 도시한 분해 부품의 조립도.

도 6은 도 1에 도시한 외장 부품의 구성도.

도 7은 도 2에 도시한 조립된 본체의 어셈블리의 구성도.

도 8은 도 1에 도시한 촬상 장치의 외관도.

도 9는 도 1에 도시한 조명계의 설명도.

도 10은 도 9에 도시한 도광체와 발광 소자의 구성도.

도 11은 도 10에 도시한 발광 소자의 발광 강도 분포와 도광체의 하단부의 관계도.

도 12는 도 10에 도시한 도광체의 제1 동작 설명도.

도 13은 도 10에 도시한 도광체의 제2 동작 설명도.

도 14는 도 10에 도시한 도광체의 제3 동작 설명도.

도 15는 도 1에 도시한 후드의 상면에서 본 사시도.

도 16은 도 15에 도시한 후드의 하면에서 본 사시도.

도 17은 도 15 및 도 16에 도시한 후드의 동작 설명도.

도 18은 도 1 및 도 2에 도시한 조리개(aperture)의 구성도.

도 19는 도 18에 도시한 조리개의 분해 구조도.

도 20은 도 18에 도시한 조리개의 평면도.

도 21은 도 20에 도시한 조리개의 A-A 단면도.

도 22는 도 20에 도시한 조리개의 B-B 단면도.

도 23은 도 1 및 도 2에 도시한 조리개와 확산/편광판 탑재대의 구성도.

도 24는 도 1 및 도 2에 도시한 조리개와 확산/편광판 탑재대의 부착도.

도 25는 도 1에 도시한 촬상 장치를 위한 제어 회로의 블록도.

도 26은 도 25에 도시한 제어 회로의 촬상 처리 흐름도.

도 27은 도 25에 도시한 구성을 이용한 거리 측정 동작의 설명도.

도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 분해 구조도.

도 29는 도 28에 도시한 촬상 장치의 평면도.

도 30은 도 29에 도시한 촬상 장치의 E-E 단면도.

도 31은 도 29에 도시한 촬상 장치의 C-C 단면도.

도 32는 도 25에 도시한 조리개와 확산/편광판 탑재대의 구성도.

도 33은 도 32에 도시한 조리개와 확산/편광판 탑재대의 분해 구조도.

도 34는 종래의 촬상 장치의 조명 구성의 설명도.

도 35는 종래의 촬상 장치의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 상세한 설명>

1 : 촬상 장치

2 : 케이블

10 : 도광체

10-1, 10-2 : 측면

12 : 하단 홈부

14 : 상단부

16 : 돌출 블록

20 : 회로 기판

22, 24 : 발광 소자

26 : 수광 소자

30 : 이미지 센서

32, 42 : 편광판

34 : 광학 유닛

44 : 확산판

46 :확산/편광판 탑재대

50 : 조리개

52 : 거리 측정용 발광 소자

76 : 가시광 차단 필터

78 : 후드

50-1 : 홀더

50-2 : 지지체

50-3 : 렌즈

50-4 : 컨덴서

50-5 : 부착 다리부

<관련 출원과의 상호 참조>

본 출원은 2006년 3월 3일자로 출원한 일본 특허 출원 제2006-058161호에 기초하여 이 특허 문헌을 우선권으로 주장하며, 이 문헌은 그 전체가 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 복수의 발광 소자로부터 방출된 빛을 대상물에 유도하여, 대상물을 조사한 다음, 대상물을 촬상하기 위한 촬상 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 대상물과의 거리를 측정하여 대상물을 촬상하기 위한 촬상 장치에 관한 것이다.

대상물에 균일한 빛을 조사하여 대상물의 소정 범위를 촬상하는 촬상 장치가 널리 이용되고 있다. 이러한 촬상 장치에 의해 촬상된 화상을 이용하는 화상 처리 시스템에서는 특히 선명한 화상을 필요로 한다.

예컨대, 최근의 생체 기술(biometrics technology)의 발전에 따라, 인간 신 체의 일부로써 개인을 구별할 수 있는 생체의 특징, 예컨대 수족의 지문, 눈의 망막, 안면, 혈관 등을 촬상하고 그 생체의 특징을 인식하여 개인을 인증하기 위한 다양한 장치가 제공되고 있다.

특히, 손바닥, 손등 및 손가락의 혈관, 피부 무늬는 이로부터 비교적 대량의 개인 특징 데이터를 얻을 수 있기 때문에, 개인 인증의 신뢰성에 적합하다. 또한, 혈관(정맥)의 패턴은 태아 때부터 생애 내내 변하지 않고, 예외 없이 누구에게나 일치 패턴이 없기 때문에, 개인 인증에 적합한 것으로 알려져 있다.

이러한 생체 인증 등에는, 대상물(생체 인증의 경우 인간 신체의 일부)을 비접촉 방식으로 촬상해야 한다. 이 때문에, 촬상 장치는 어떤 촬상　범위(거리　및 면적) 내에서 광 강도가 균일한 빛을 발광하여, 그 촬상 범위의 반사광을 센서로 수광한 다음, 촬상된 화상 신호를 전기 신호로서 출력한다. 또, 촬상을 적절하게 수행하기 위해서는 대상물까지의 거리를 측정하는 거리 센서를 설치할 필요가 있다.

도 34 및 도 35는 종래의 촬상 장치의 설명도이다. 도 34 및 도 35에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(100)는 중앙에 촬상(디지털 카메라) 유닛(120)을, 그 주위에는 복수의 발광 소자(130-1∼130-8)와, 도시 생략한 광학 거리 센서를 포함한다. 도 34에 도시한 점선은 이 복수의 발광 소자(130-1∼130-8) 중에서 개개의 발광 소자로부터 발광된 강도가 균일한 빛의 범위를 나타내고 있다.

이와 같이, 촬상 유닛(120)의 주위에 복수(여기서는, 8개)의 점광원을 배치함으로써, 촬상 유닛(120)의 촬상 범위에는 균일 강도의 빛이 조사될 수 있다. 그 러나, 도 35에 도시하는 바와 같이, 촬상 유닛(120)은 CMOS 센서 등의 광전 변환 유닛(122)과, 렌즈 등의 광학계(124)를 포함한다. 면 수광 소자인 광전 변환 소자가 소정의 수광 면적을 갖기 때문에, 이 광전 변환 소자(122)의 수광면 상에 촬상 범위의 반사광을 유도하기 위해서는 소정의 광학 거리가 필요하게 된다. 이 때문에, 어안 렌즈(fisheye lens) 등의 렌즈(124)를 광전 변환 유닛(122)과 대상물 사이에 설치하여 소정의 촬상 범위의 화상을 광전 변환 소자(122)의 수광면에 투영한다.

이와 같이, 종래에는 각 점광원 소자(130-1∼130-8)로 소정의 촬상 범위를 분담하여 조사하기 위해서, 도 34에 도시하는 바와 같이, 점광원 소자(130-1∼130-8)를 서로 분리하여 배치하였다. 또한, 소정의 균일한 강도의 빛을 촬상 범위에 공급하기 위해서, 도 35에 도시하는 바와 같이, 점광원 소자(130-1∼130-8)를 광전 변환 소자(122)보다 대상물에 더 근접하게 배치하였다. 또, 거리 센서는 대상물에 스폿 광을 조사한 다음 그 반사광을 수광하여 상기 대상물과의 거리를 측정한다. 이 때문에, 마찬가지로, 거리 센서를 대상물에 근접하게 배치하였다[예컨대, 국제 특허 출원 WO 2004/088588호 공보(도 1 및 도 6)].

종래의 촬상 장치에서는 전술한 바와 같이, 점광원 소자(130-1∼130-8)를 서로 분리하여 배치하고, 도 35에 도시하는 바와 같이 광전 변환 소자(122)보다 대상물에 더 근접하게 배치한다. 그렇기 때문에, 촬상 장치의 소형화가 곤란하다. 그리고, 촬상 장치를 장비 안에 내장할 경우 제한이 있다.

또, 일부 발광 소자는 높은 광 강도를 발생시킨다. 이러한 발광 소자를 이용 함으로써, 발광 소자를 촬상 유닛(120)에 근접하게 배치하는 가능하다. 그러나, 높은 광 강도를 발생시키는 발광 소자는 고가이며, 전력 소비도 크기 때문에, 소형의 저가 촬상 장치에는 적합하지 않다.

마찬가지로, 거리 센서에 관해서도, 대상물과의 근접 배치 때문에 촬상 장치의 소형화가 곤란하며, 촬상 장치를 장비 안에 내장할 경우 제한이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 소형화하더라도, 대상물에 확대 조명(spread illumination)을 수행하여 대상물을 촬상한 다음, 대상물과의 거리를 측정하기 위한 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소형화하더라도, 대상물에 대하여 확대 조명을 수행하여 대상물을 촬상한 다음, 전력 절약형 거리 센서를 이용하여 거리를 측정하기 위한 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 대상물에 대하여 확대 조명을 수행하여 대상물을 촬상한 다음, 거리 센서의 부착 정밀도를 향상시키기 위한 소형의 촬상 장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 대상물을 조명하여 그 대상물로부터의 반사광을 수광함으로써 대상물을 촬상하는 촬상 장치는, 상기 반사광을 수광하는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서의 주위 위치에 탑재된 복수의 발광 소자와, 상기 복수의 발광 소자의 빛을 촬상 범위로 유도하여 상기 촬상 범위를 조명하기 위한 도광체와, 상기 도광체의 내부에 수용되어 상기 조명된 촬상 범위의 대상물의 반사광을 상기 이미지 센서에 유도하기 위한 광학 유닛과, 상기 대상물에 빛을 조사하는 거리 측정용 발광 소자와, 상기 거리 측정용 발광 소자에 설치되고 상기 거리 측정용 발광 소자의 광선을 덮어 그 광선을 수속한 다음 집속 렌즈로 유도하기 위한 조리개(aperture)와, 상기 거리 측정용 발광 소자를 구동하여 상기 이미지 센서의 촬상 화상으로부터 상기 거리 측정용 발광 소자의 스폿 광의 위치를 검출한 다음 상기 대상물과의 거리를 구하는 제어 회로를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는 상기 조리개는, 상기 거리 측정용 발광 소자의 광선을 덮는 홀더와, 스폿 광을 출사하기 위한 집속 렌즈와, 상기 거리 측정용 발광 소자의 광선을 상기 집속 렌즈의 방향으로 집속하기 위한 컨덴서를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 조리개는 상기 집속 렌즈의 방향에 역사다리꼴 형상의 광로를 형성하는 부재로 구성되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 복수의 발광 소자는, 상기 이미지 센서의 주위의 원을 따라 소정의 간격으로 회로 기판에 탑재되고, 상기 도광체는 상기 원에 대응하는 링 형상인 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 이미지 센서와, 상기 복수의 발광 소자와, 상기 거리 측정용 발광 소자는 동일한 회로 기판에 탑재되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 촬상 장치는, 도광체와 상기 복수의 발광 소자 사이에 설치되어 상기 발광 소자의 빛을 확산 및 편광하기 위한 확산/편광판과, 상기 확산/편광판을 탑재하기 위한 탑재대를 포함하는 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 촬상 장치는, 상기 도광체와 상기 복수의 발광 소자 사이에 설치되어 상기 발광 소자의 빛을 확산 및 편광하기 위한 확산/편광판과, 상기 조리개와 일체로 형성되어 상기 확산/편광판을 탑재하기 위한 탑재대를 포함하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 거리 측정용 발광 소자는 상기 이미지 센서의 화상을 이용하여 촬상 범위의 대상물과의 거리를 측정하기 위하여 회로 기판 상에 복수개 탑재되는 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 거리 측정용 발광 소자는 상기 발광 소자의 외측 위치에서 상기 회로 기판에 탑재되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 복수의 발광 소자는 적외광을 발광하는 발광 소자로 구성되며, 가시광을 필터링하기 위한 광학 필터가 더 설치되는 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 도광체는 상기 발광 소자의 빛을 도입하기 위한 하단부와, 상기 촬상 범위에 빛을 출사하기 위한 상단부와, 상기 하단부에서 상기 상단부로 상기 발광 소자의 빛을 유도하는 도광부를 포함하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 거리 측정용 발광 소자는 4개의 발광 소자로 구성되며, 상기 발광 소자의 외측 위치에서 대각 관계를 형성하도록 상기 회로 기판에 탑재되는 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 조리개는 상기 4개의 발광 소자에 대응하는 4개의 조리개 유닛으로 구성되는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 이미지 센서는 생체의 일부를 촬상한다.

본 발명에 따르면, 이미지 센서의 주위 위치에, 복수의 발광 소자를 탑재하여, 도광체로 이 복수의 발광 소자의 빛을 촬상 범위에 유도하여 조사함으로써 촬상계를 조명계에 근접 배치한 소형의 촬상 장치를 실현할 수 있다. 거리 측정용 발광 소자 상에 조리개를 설치하여, 하측부가 좁고 상측부가 넓은 광로를 생성하여, 발광 소자의 난반사된 광선을 선별하여 수속한 다음 한 방향으로 출사할 수 있다. 이에 따라, 발광량이 적은 전력 절약용 발광 소자를 이용하더라도 충분한 조사량을 얻을 수 있고, 스폿 광을 조사하는 거리 센서도 소형화할 수 있어 촬상 장치의 소형화에 기여한다.

본 발명의 추가 기술 사상 및 범주는 첨부하는 도면과 이어지는 실시예의 상세한 설명에 의해 보다 자명해질 것이다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도면들을 참조하여 촬상 장치의 구성, 조명 기구, 후드 구조, 거리 센서, 화상 처리 구성, 다른 촬상 장치의 구성, 다른 실시예의 순서로 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범주는 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

촬상 장치

도 1은 본 발명의 일 실시예의 촬상 장치의 단면도, 도 2는 도 1에 도시한 촬상 장치의 분해 구조도, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 회로 기판의 평면도, 도 4는 도 3에 도시한 발광 소자와 수광 소자의 동작 설명도, 도 5는 도 2에 도시한 구조를 조립할 경우의 조립도, 도 6은 도 1에 도시한 외부 케이스의 구성도, 도 7은 도 2에 도시한 본체를 외부 케이스 안에 하우징할 경우의 구성도, 도 8은 도 1에 도시한 촬상 장치의 외관도이다.

도 1에 도시하는 구성을 설명하기 전에, 도 2 내지 도 7를 참조하면서 도 1에 나타낸 각 부의 구성을 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 카메라 기판(20)의 중앙에는 CMOS 이미지 센서 등의 이미지 센서(30)와, 편광판(32)이 설치된다. 카메라 기판(20)의 이미지 센서(30)의 주위에는 복수의 발광 소자(22, 24)와 수광 소자(26)가 탑재된다.

도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 카메라 기판(20)의 중앙에는 이미지 센서(30)가 탑재되고 그 위에는 편광판(32)이 적층된다. 카메라 기판(20)의 이미지 센서(30) 주위의 원을 따라 복수의 발광 소자(22, 24)와 수광 소자(26)가 탑재된다. 즉, 이미지 센서(30)의 주위에는 8개의 제1 발광 소자(LED)(22)와 8개의 제2 발광 소자(LED)(24)가 각각 설치된다.

각각의 제1 발광 소자(22)와 각각의 제2 발광 소자(24) 사이에는 수광 소자(포토다이오드)(26)가 설치된다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 이 수광 소자(26)는 제1 발광 소자(22)로부터의 빛과 제2 발광 소자(24)로부터의 빛[즉, 후술하는 편광판(44)으로부터의 반사광]을 모두 수광하여, 제1 발광 소자(22)와 제2 발광 소 자(24)의 APC(자동 전력 제어)를 수행하기 위해서 설치된다. 이 제1 발광 소자(22)와 제2 발광 소자(24)는 개별 타이밍으로 발광하도록 구동된다.

이 예에서는 개별 타이밍으로 발광하는 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)의 각각의 자동 전력 제어를 독립적으로 수행하기 위해서, 하나의 수광 소자(26)를 제1 및 제2 발광 소자(22, 24) 사이에 배치하여 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)로부터의 빛을 수광한다. 이 때문에, APC 제어를 위한 수광 소자의 수를 줄일 수 있다.

또, 카메라 기판(20)의 4개의 구석에는 대상물과의 거리를 측정하기 위한 4개의 거리 측정용 발광 소자(52)가 설치된다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 이 4개의 거리 측정용 발광 소자(52)가 카메라 기판(20)의 대각선 상에서 가장 먼 위치에 배치되어 그 사이의 각각의 거리는 가장 멀게 된다. 이 4개의 거리 측정용 발광 소자(52)에 의해 측정된 거리로부터 대상물(여기서는, 손바닥)의 기울기가 검출된다.

즉, 단일 카메라 기판(20) 상에는 대상물의 촬상을 위한 조명계(22, 24, 26)와 촬상계(30, 32)가 설치되고, 거리 측정계(52)도 설치된다.

이제 도 2를 다시 참조하면, 카메라 기판(20)의 발광 소자(22, 24)의 상측에는 4개의 확산판(44)과 4개의 편광판(42)이 설치된다. 이 확산판(44)과 편광판(42)은 카메라 기판(20)의 사방에 부착되는 확산/편광판 탑재대(46)에 접착된다. 각각의 확산판(44)은 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)로부터 발광된 지향성이 있는 발광 분포를 어느 정도 확산시킨다. 각각의 편광판(42)은 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)로부터 발광된 자연광을 직선 편광으로 변환한다.

이 4개의 편광판(42)의 상측에는 링형의 도광체(10)가 설치된다. 도광체(10) 는, 예컨대 수지로 구성되며, 카메라 기판(20)의 제l 및 제2 발광 소자(22, 24)의 빛을 상측에 유도하여 대상물에 균일광을 조사한다. 때문에, 도광체(10)는, 카메라 기판(20)의 발광 소자(22, 24)의 배치에 맞추기 위해서 링 형상이다. 이 도광체(10)는, 도 9 및 그 이하에서 설명하겠지만, 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)로부터 발광된 빛을 상측에 유도하여 대상물에 균일광을 조사한다.

또, 광학 유닛(34)은 카메라 기판(20)의 거의 중앙에 배치된 이미지 센서(30) 상에서 그리고 링형의 도광체(10) 내에서 카메라 기판(20)에 배치된다. 광학 유닛(34)은 집광 렌즈 등의 렌즈 광학계로 구성된다.

이 카메라 기판(20)의 거리 측정용 발광 소자(52) 상에는 조리개(50)가 탑재된다. 후술하겠지만, 이 조리개(50)는 거리 측정용 발광 소자(52)로부터 발광된 빛을 대상물 방향으로 유도하기 위하여 다른 방향으로의 빛의 확산을 차폐한다.

카메라 기판(20)과는 별도로, 제어 기판(60)이 설치된다. 제어 기판(60)은 외부와 접속하기 위한 것이며, 외부 커넥터(62)와, 카메라 기판(20)과의 접속을 위한 카메라 커넥터(64)를 포함한다. 이 제어 기판(60)은 카메라 기판(20)의 하부에 설치되고, 카메라 커넥터(64)를 이용하여 카메라 기판(20)과 전기적으로 접속된다. 또, 외부 커넥터(62)를 위해 홀더 커버(68)가 설치된다.

이런 식으로, 카메라 기판(20) 상에 이미지 센서(30), 발광 소자(22, 24), 수광 소자(26), 거리 측정용 발광 소자(52)를 탑재한다. 또한, 이 카메라 기판(20) 상에 확산/편광판 탑재대(46), 확산판(44), 편광판(42), 조리개(50), 광학 유닛(34), 도광체(10)가 배치되어 카메라 부분이 조립된다. 이 카메라 부분에는 제어 기판(60)이 부착된다. 도 5는 그 카메라 부분과 제어 기판이 부착된 후의 유닛 상태를 도시하고 있다.

또, 도 6에 도시하는 바와 같이, 가시광 차단 필터판(76), 후드(78), 홀더 어셈블리(70), 외장 케이스(74)가 마련된다. 그리고, 도 5에 도시하는 부착 유닛을 도 6에 도시하는 홀더 어셈블리(70)에 부착함으로써, 또한 도 2에 도시하는 홀더 커버(68)를 홀더 어셈블리(70)에 부착함으로써, 도 7에 도시하는 구성이 조립된다.

그리고, 도 7에 도시하는 구성은 도 6에 도시하는 외장 케이스(74)에 하우징되고, 후드(78)를 부착한 가시광 차단 필터판(76)을 외장 케이스(74)의 상부에 부착함으로써, 도 8에 도시한 촬상 장치가 구조된다. 이 가시광 차단 필터판(76)은 외부로부터 이미지 센서(30)에 들어가지 못하도록 가시광 성분을 차단한다. 또, 후드(78)는 도 1을 참조하여 후술하는 바와 같이, 소정의 촬상 범위 밖의 빛이 광학 유닛(34)에 들어가지 못하게 빛을 차단하면서, 도광체(10)로부터 새는 빛이 광학 유닛(34)에 침입하는 것을 방지한다.

도 1은 도 8에 도시하는 완성체(1)의 단면도이다. 전술한 바와 같이, 카메라 기판(20) 상에는 이미지 센서(30), 발광 소자(22, 24), 수광 소자(26), 거리 측정용 발광 소자(52)가 탑재된다. 즉, 단일 기판 상에는 조명계와 촬상계를 비롯한 기본 구성이 탑재된다. 이에, 단일 탑재 기판만으로 충분하기 때문에 비용 절감에 기여한다.

또, 발광 소자(22, 24)의 상부에 링형의 도광체(10)를 설치하여 발광 소자(22, 24)로부터의 빛을 가시광 차단 필터(76)에 유도한다. 이 도광체(10)는 발광 소자(22, 24)로부터의 빛을 분광하여 그 빛을 가시광 차단 필터(76)에 출사한다. 이 때문에, 발광 소자(22, 24)는 이미지 센서(3O)에 근접 설치될 수 있으며, 또한 동일 기판(20) 상에 설치되어 소형화가 가능하면서, 대상물에 균일한 빛을 조명할 수 있다. 보다 자세하게 설명해서, 도 1에 도시하는 역삼각형의 사선 부분을 카메라의 촬상 범위라고 하면, 이 촬상 범위에 균일한 빛을 조사할 수 있다.

또한, 도광체(10)가 링 형상이기 때문에, 링(10) 내에 광학 유닛(34)을 하우징할 수 있기 때문에 한층 더 소형화가 가능하다. 또한, 후드(78)는 소정의 촬상 범위(도 1의 사선 부분) 밖의 빛이 광학 유닛(34)에 들어가는 것을 차단하면서, 도광체(10)로부터 새는 빛이 광학 유닛(34)에 침입하는 것을 방지한다. 따라서, 도광체(10)와 발광 소자(22, 24)를 이미지 센서(30)와 광학 유닛(34)에 근접 설치하더라도, 촬상 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

더욱이, 카메라 기판(20) 상에 거리 측정용 발광 소자(52)를 설치하기 때문에, 거리를 측정하는 카메라 유닛을 보다 소형화할 수 있다. 또한, 도 1에서는 제어 기판(60)이 카메라 기판(20)의 하부에 접속되고, 제어 기판(60)의 외부 커넥터(62)에 외부 케이블(2)이 접속된다.

조명 기구

다음에, 도광체를 포함하는 조명 기구를 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도광체의 동작 설명도, 도 10은 도 9에 도시한 조명 기구의 상세 구성도, 도 11은 도 10에 도시한 도광체의 사다리꼴 절취부의 설명도, 도 12 내지 도 14는 도 10에 도시한 도광체의 도광 및 확산 동작의 설명도이다.

도 9에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시한 것과 동일한 부품은 동일한 기호로 지정되어 있다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 도광체(10)는 점광원인 발광 소자(22, 24)로부터의 빛을 가시광 차단 필터(76)로 유도하여 그 빛이 3 분할되게 한다.

보다 구체적으로 설명하면, 도광체(10)로부터, 기본적으로, 광학 유닛(34)의 방향으로의 빛(A3), 도광체(10)의 길이 방향으로의 빛(A2), 광학 유닛(34)과 반대 방향의 빛(A1)이 출사된다. 이 도광체(10)를 설치하는 것에 의해, 각각의 단일 점광원(22, 24)은 마치 3개의 점광원이 가시광 차단 필터(76)의 근방에 존재하는 것처럼 행동할 수 있다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 도광체(10)는 상부 사면(14)과, 2개의 측면(10-1, 10-2)과, 하부 사다리꼴 홈부(12)를 포함한다. 하부 사다리꼴 홈부(12)는 편광판(42)과 확산판(44)을 통하여 발광 소자(22, 24)에 대향하여 발광 소자(22, 24)로부터의 빛을 수광한다. 또한, 상부 사면(14)은 광학 유닛(34) 측이 높은 사면이다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 발광 소자(22, 24)로부터의 발광 강도 분포(B)는 상향으로 긴(강한) 원호형을 하고 있다. 즉, 발광 소자(22, 24)의 출사 방향(소자의 수직 방향)에 대한 광 성분(B1)의 강도가 그 양측 방향에 대한 광 성분(B2, B3)의 강도보다 강하다. 도광체(10)의 사다리꼴 홈부(12)는 출사 측에서, 도 9에 도시하는 바와 같이, 기본적으로 3개의 점광원이라고 간주할 수 있도록 이 강도 분포(B)에 대응하여 형성되어 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 도광체(10) 내에서의 반사에 의해 3개의 점광원 으로서 기능하기 위하여, 사다리꼴 홈부(12)는 광 성분(B1)을 도입하기 위한 평탄 부분(12b)과, 그 양측의 광 성분(B2, B3)을 도입하기 위한, 광 성분(B2, B3)의 방향에 대응하는 기울기를 갖는 한 쌍의 사면 부분(12a, 12c)으로 구성된다. 이 사다리꼴 홈부(12)의 형상은 점광원(22, 24)으로부터의 빛을 3개로 분할하는 기능을 한다.

또, 이 평탄 부분(12b)과 사면 부분(12a, 12c)의 각각의 길이는 후술하는 바와 같이, 도광체(10)로부터의 출사광에 기인한 소정의 영역의 광 강도가 실질적으로 균일해지도록 설정되어 있다. 여기서, 최대의 광 강도의 광 성분(B1)을 수광하는 평탄 부분(12b)의 길이는 광 성분(B1)의 광 강도보다 약한 광 성분(B2, B3)의 광 강도를 수광하는 사면 부분(12a, 12c)의 각각의 길이보다 짧게 설정된다. 이에, 광 강도의 분포에 따라 분할 광량이 조정된다.

이 동작을 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명한다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 각각의 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)의 좌측 성분(B2)은 도광체(10)의 좌측 사면 부분(12a)에서부터 도광체(10)의 좌측면(10-2)으로 입사된다. 그리고 이 입사광은 좌측면(10-2) 상에서 반사된 다음, 도광체(10)의 우측면(10-1)으로 향한다. 후속하여, 우측면(10-1)으로 향한 빛은 우측면(10-1) 상에서 반사된 다음, 다시 좌측면(10-2)으로 향한다. 이 때, 그 빛은 좌측면(10-2) 상에서 반사되어 상부 사면(14)에 실질적으로 수직으로 입사된 다음, 촬상 범위의 최외부에 출사된다.

또, 도 13에 도시하는 바와 같이, 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)의 중앙 성분(B1)은 도광체(10)의 중앙 평탄 부분(12b)에서부터 도광체(10)로 입사된다. 그 빛은 이어서 상부 사면(14)에 비스듬히 입사된 다음, 촬상 범위의 최내부에 출사된다.

또한, 도 14에 도시하는 바와 같이, 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)의 우측 성분(B3)은 도광체(10)의 우측 사면 부분(12c)에서부터 도광체(10)의 우측면(10-1)에 입사된다. 이 입사광은 우측면(10-1) 상에서 반사된 다음, 도광체(10)의 좌측면(10-2)으로 향한다. 후속하여, 좌측면(10-2)으로 향한 빛은 좌측면(10-2) 상에서 반사되어 상부 사면(14)에 실질적으로 수직으로 입사된 다음, 촬상 범위의 최내부와 최외부 사이에 출사된다.

도 12 내지 도 14를 합성하면, 도 10에 도시하는 바와 같은 광로를 얻는다. 즉, 도광체(10)는 점광원(22, 24)의 점발광을 사다리꼴 홈부(12)에서 3개의 빛으로 분할한다. 도광체(10) 내에서 측면 상의 반사를 이용하여, 각각의 분할광은 도광체(10)의 출사측에 3개의 점광원이 존재하는 것 같이 행동하도록 출사된다.

이 경우에, 도 1에 도시한 촬상 범위(사선으로 표시)를 고려하면, 출사 방향은 도광체(10)의 상부 사면(14)에서 조정된다. 또, 촬상 범위에서 거의 균일한 광 강도를 얻기 위해서, 도 11에서 전술한 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)를 고려하여, 도광체(10)의 사다리꼴 홈부(12)의 평탄 부분(12b)과 사면 부분(12a, 12c)의 길이, 즉 입사폭 또는 입사량이 조정된다.

여기서는, 실질적으로 균일한 광 강도를 얻기 위해서, 도 11에서 전술한 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)에 있어서 광 강도가 중앙에서 강하고, 그 주 위에서 약하기 때문에, 도광체(10)의 사다리꼴 홈부(12)의 평탄 부분(12b)의 길이는 사면 부분(12a, 12c)의 각각의 길이보다 짧게 설정된다. 그렇기 때문에, 광 강도가 강한 광 부분이 평탄 부분(12b)뿐만 아니라, 사면 부분(12a, 12c)에도 입사되도록 구조된다.

또, 도광체(10)의 사다리꼴 형상을 갖는 홈부(12) 및 상부 사면(14)과, 도광체(10)의 반사를 이용하여, 반사광과 직진광은 촬상 범위 전체에서 실질적으로 균일한 광 강도를 얻도록 확산되어 출사될 수 있다.

도 1을 참조하여 설명하면, 이미지 센서(30)의 촬상 범위(V)에 대하여 빛이 조사되며, 광 강도가 균일한 범위는 V1로 도시한다. 촬상 범위가 V이지만, 이 범위(V1)의 화상으로부터 촬상 대상물의, 특히 중요한 특징을 추출함으로써, 정밀도가 높은 특징 추출이 가능하다. 또, 레벨 보정을 통해 레벨을 맞춤으로써, V1 이외의 범위의 화상을 중요도가 낮은 특징 추출에 사용할 수 있다.

후드 구조

도 15 및 도 16은 도 1 내지 도 14에서 설명한 촬상 장치의 후드의 구성도, 도 17은 그 동작 설명도이다. 도 15는 위에서 본 후드의 사시도이며, 도 16은 아래에서 본 후드의 사시도이다.

도 15 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 후드(78)는 후드 외벽(78-1)과, 후드 외벽(78-1)의 바닥부(78-4)와, 그 바닥부(78-4)에 설치된 노광 구멍(78-2)과, 후드 외벽(78-1)의 최상부에 설치된 플랜지(78-3)를 포함한다.

도 17에 도시하는 바와 같이, 광학 유닛(34)의 선단은 후드(78)의 바닥 부(78-4) 상의 노광 구멍(78-2)에 세팅된다. 후드(78)의 상부[플랜지(78-3)를 포함]는 가시광 차단 필터(76)에 부착된다. 도 1 내지 도 14에서 설명한 바와 같이, 소형화를 위해 촬상 유닛(34, 30)과 조명 기구(22, 10)를 서로 근접 배치하는 경우, 조명 기구, 즉 출사계로부터의 빛은 촬상계(34, 30)에 입사되어 촬상 화상에 영향을 미친다.

이 때문에, 출사계와 촬상계를 광학적으로 분리해야 하여, 그에 따라 후드(78)를 설치한다. 이 후드(78)는 빛을 투과하지 않는 차폐체로 구성된다. 바닥부(78-4)를 설치하여 후드 외벽(78-1)을 도광체(10)의 방향에 위치시킨다. 실질적으로 수직으로 설치된 후드 외벽(78-1)은 도광체(10)로부터 직접 입사되거나 가시광 차단 필터(76)의 하면 상에서 반사된 빛을 촬상 유닛(34, 30)에 입사되지 않도록 차폐한다. 또, 후드 외벽(78-1)은 도 1에 도시하는 바와 같이, 대상물부터의 반사광의 입사 범위를 도 1에서 사선 부분으로 도시하는 바와 같이 제한한다.

또한, 후드 외벽(78-1)의 상부에 설치된 플랜지(78-3)는 도광체(10)의 방향으로 신장된다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 플랜지(78-3)는 도광체(10)로부터 출사된 빛 중에, 가시광 차단 필터(76)의 상면 상에서 반사된 빛(Ll, L2, L3)이 촬상 유닛(34, 30)에 입사하는 것을 차단한다. 이러한 반사광(L1, L2, L3)은, 대상물에 조사되지 않기 때문에, 촬상 노이즈를 일으킨다. 이에, 플랜지(78-3)에 의한 차단은 촬상 화상을 선명하게 하는데 효과적이다.

이와 같이, 후드(78)는 소정의 촬상 범위(도 1에서 사선으로 표시) 밖의 빛이 광학 유닛(34)에 입사하는 것을 막으면서, 도광체(10)로부터 출사된 빛 중에서, 대상물에의 조사에 기여하지 않는 빛이 광학 유닛(34)에 침입하는 것을 방지한다.

거리 센서의 구성

도 18은 거리 센서의 조리개의 구성도, 도 19는 도 18에 도시한 조리개의 분해 구조도, 도 20은 도 18에 도시한 조리개의 평면도, 도 21은 도 20에 도시한 조리개의 A-A 단면도, 도 22는 도 20에 도시한 조리개의 B-B 단면도이다.

도 18과 도 19에 도시하는 바와 같이, 조리개(50)는 홀더(50-1)와, 렌즈(50-3)와, 컨덴서(50-4)를 포함한다. 홀더(50-1)는 원통체로 구성되어 외부의 빛을 차단한다. 홀더(50-1)의 상부에는 렌즈(50-3)의 지지체(50-7)와 가압체(50-6)가 설치된다. 또, 홀더(50-1)의 측면에는 도광체(10)의 지지체(50-2)가 설치되고, 홀더(50-1)의 하부에는 기판(20)에 대한 부착 다리부(50-5)가 설치된다. 한편, 렌즈(50-3)는 홀더(50-1)의 가압체(50-6)를 그 안에서 끼워 맞추기 위한 절취부(50-8)를 포함한다.

도 19에 도시하는 바와 같이, 컨덴서(50-4)는 홀더(50-1)의 하부로부터 그 안에 끼워 맞쳐지게 되어 홀더(50-1)의 렌즈 지지체(50-7)에 위치하게 된다. 그리고, 홀더(50-1)의 가압체(50-6)는 렌즈(50-3)의 절취부(50-8)에 끼워 맞쳐지고, 렌즈(50-3)를 홀더(50-1)의 상부에 압입한다. 이에, 렌즈(50-3)는 홀더 지지체(50-7)에 의해 지지되고, 또한 홀더(50-1)의 가압체(50-6)에 의해 가압된다.

다음에, 이 조리개(50)의 동작을 도 20 내지 도 22를 참조하여 설명한다. 도 21과 도 22에 도시하는 바와 같이, 도 20의 A-A 단면도, B-B 단면도에 도시하는 바와 같이, 컨덴서(50-4)는 렌즈(50-3)에 하부에서 역사다리꼴 형상의 광로를 형성한 다. 거리 측정용 발광 소자(52)는 발광 다이오드(LED)로 구성되며 상기 도면들에서 점선으로 표시하는 발광 분포를 갖는다.

컨덴서(50-4)는 비교적 이 발광 분포의 주변에 존재하는 빛을 차단하지만, 중앙의 광 강도가 강한 빛은 렌즈(50-3)에 통과시킨다. 이러한 발광 분포를 갖는 빛을 스폿 광으로 집광하기 위해서, 대전력을 갖는 발광 소자(52)의 발광된 빛을 확산 시트 등을 수단으로 하여 평행광으로 변환한 다음, 집광 렌즈(50-3)에 입사시키는 구성을 채용한다. 그러나, 이 구성에서는 확산 시트뿐만 아니라 대전력의 발광 소자를 필요로 한다.

이 실시예에 따르면, 컨덴서(50-4)를 이용하여, 렌즈(50-3)에 입사하는 빛은 역사다리꼴 분포를 갖도록 성형되어 거리 측정용 발광 소자(50)의 발광 분포로부터 변형된다. 보다 자세하게 설명하면, 하측을 좁히고 상측을 확대한 광로를 생성하는 컨덴서(50-4)를 이용하여, LED의 난반사된 광선을 선별 및 수속한 다음 한 방향으로 출사한다. 이에 따라, 발광량이 적은 전력 절약용 발광 소자를 이용하더라도 충분한 조사 광량을 얻을 수 있다.

도 23과 도 24는 기판(20)에서의 조리개(50)의 조립도이다. 기판(20)의 4개의 구석에는 거리 측정용 발광 소자(52)가 탑재되어 있다고 하기로 한다. 이 거리 측정용 발광 소자(52)에 대응하여, 조리개(50)가 그 다리부(50-5)에 의해 기판(20)에 부착된다. 그리고, 그 사이에는 확산/편광판 탑재대(46)가 접착 등으로 부착된다.

거리 측정용 발광 소자(52)로부터 발광된 빛의 하측을 좁히고 상측을 확대한 광로를 생성하기 위한 컨덴서(50-4)를 포함한 조리개(50)에 설치하여, LED의 난반사된 광선을 선별 및 집속한 다음, 한 방향으로 출사한다. 이에 따라, 발광량이 적은 전력 절약용 발광 소자를 이용하더라도, 충분한 조사 광량을 얻을 수 있고, 스폿 광을 조사하는 거리 센서를 소형화할 수 있기 때문에, 촬상 장치의 소형화에 기여한다. 게다가, 기판(20)에 탑재하더라도, 충분한 스폿 광을 얻을 수 있다.

화상 처리 구성

도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 화상 처리 장치의 블록도이다. 도 26은 이 촬상 화상 처리 장치에서의 촬상 처리의 흐름도이다. 또한, 도 27은 거리 측정 동작의 설명도이다.

도 25에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치의 구동/처리계는 제1 발광 소자(22)를 구동하는 제1 조명 LED 드라이버(94)와, 제2 발광 소자(24)를 구동하는 제2 조명 LED 드라이버(96)와, 거리 측정용 발광 소자(52)를 구동하는 거리 측정용 LED 드라이버(98)와, 이미지 센서(30)로부터의 각 화소의 아날로그 출력을 디지털 값으로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터(92)와, 마이크로컨트롤러(90)를 포함한다.

제1 및 제2 조명 LED 드라이버(94, 96)는 각각의 발광 기간에, 도 4에서 설명한 바와 같이, 수광 소자(26)에서 수광된 광 강도에 따라, APC(자동 전력 제어)를 수행한다. 마이크로컨트롤러(MCU)(90)는 MPU(마이크로 프로세서), ROM(읽기 전용 메모리) 및 RAM(랜덤 액세스 메모리)를 포함하며, 거리 산출(90A), 자세 판별(90B), 셔터 제어(90C), 화상 처리(90D)를 비롯한 처리를 실행한다.

도 26을 참조하여 MCU(90)의 촬상 처리를 후술한다.

(S10) MCU(90)는 거리 측정용 발광 소자(LED)(52)를 거리 측정용 LED 드라이버(52)를 통하여 구동한다. 이에 따라, 도 2와 도 3에서 설명한 4개의 거리 측정용 발광 소자(52)가 발광한다. 이미지 센서(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 촬상 범위의 화상을 촬상한다. 여기서, 조명용 발광 소자(22, 24)가 구동되지 않기 때문에, 이미지 센서(30)는 거리 측정용 발광 소자(52)로부터 발광된 빛에 대응하는 촬상 범위 내의 대상물로부터의 반사광만 수광한다. 도 27에는, 이미지 센서(30)의 화상(30A) 내에서의 각 거리 측정용 발광 소자(52)로부터 발광된 빛에 대응하는 촬상 범위 내의 대상물로부터의 반사광(52A, 52B, 52C, 52D)의 위치가 도시되어 있다. 이 위치는 대상물(예컨대, 손바닥)의 기울기에 따라 틀어진다.

(S12) 다음에, A/D(아날로그/디지털) 컨버터(92)에 의해, 이미지 센서(30)의 화상(30A)의 각 아날로그 수광량이 디지털 값으로 변환된 다음, MCU(90)의 메모리에 저장된다. MCU(90)는 메모리에서 화상 데이터를 검색하여, 이 반사광(52A, 52B, 52C, 52D)의 위치를 검출한다.

이 때, 도 3 및 도 27에 도시한 바와 같이, 4개의 거리 측정용 발광 소자(52)가 화상(촬상 범위)의 중심에서 대각선으로 배치되기 때문에, 도 27에서 점선으로 표시하는 바와 같이, 직선 상에서 검색하여, 4개 점의 위치를 직선 상의 화소 휘도로부터 검출할 수 있다. 또한, 발광 소자(52)가 충분한 거리로 대각선 상에서 가장 먼 위치에 배치되기 때문에, 화상 내에서 중심으로부터 가장 먼 위치를 검출할 수 있다. MCU(90)는 이 4개 점의 위치로부터 삼각 측량법을 이용하여, 대상물과의 거리와 기울기를 검출한다. 즉, 이미지 센서(30)의 중심으로부터의 위치를 이 용하여, 각 4개 점에서의 거리를 계산하고, 4개 점의 거리차로부터 기울기(4개 방향)을 검출할 수 있다.

(S14) MCU(90)는 촬상 대상물과의 거리가 적절한지(대상물이 촬상 범위 내에서 소정의 초점 거리에 위치하는지의 여부)의 여부를 판정한다. MCU(90)는 촬상 대상물과의 거리가 적절하지 않다면, 도시 생략한 디스플레이부 상에 유도 메시지를 표시한다. 예컨대, “대상물(손바닥)을 가까이 대 주세요”또는 “대상물(손바닥)을 멀리 대 주세요”의 유도 메시지가 표시된다.

(S16) MCU(90)는 거리가 적절하면, 촬상 대상물의 기울기가 적절한지의 여부를 판정한다. 예컨대, 대상물의 평면 부분(손바닥 등)을 촬상하는 경우에는, 기울기가 허용된 기울기 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다. MCU(90)는 촬상 대상물의 기울기가 적절하지 않으면, 도시 생략된 디스플레이부 상에 유도 메시지를 표시한다. 예컨대, 손바닥이 대상물인 경우, “손을 펴 주세요” 등의 유도 메시지가 표시된다.

(S18) MCU(90)는 기울기가 적절하면, 조명 LED 드라이버(94, 96)에 발광할 것을 지시한다. 이에, 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)가 발광하여, 대상물을 조사한다. 후속하여 MCU(90)는 이미지 센서(30)의 도시 생략된 전자 셔터를 구동하여 촬상 범위 내에서 화상을 촬상한다. 이어서 MCU(90)는 A/D 컨버터(92)를 통하여 화상을 메모리에 저장한다. 그리고, 이 화상으로부터 특징을 추출한다. 예컨대, 전술한 혈관상의 추출인 경우, 화상으로부터 혈관상 데이터를 추출한다.

이와 같이, 촬상 대상물이 초점 거리에 있는지의 여부를 검출하거나 그 기울 기를 검출하기 위해서 이미지 센서(30)를 거리 측정용 수광부에도 이용한다. 따라서, 거리 측정 기구는 거리 측정용 수광 소자를 특별히 설치하지 않더라도 거리 측정용 발광 소자(52)를 설치하면 충분하다. 이것은 비용 절감에 기여함과 동시에, 설치 부품수도 저감할 수 있고, 소형화에 기여한다.

또, 4개의 거리 측정용 발광 소자(52)가 화상(촬상 범위)의 중심으로부터 대각선으로 배치되기 때문에, 도 27에서 점선으로 표시하는 바와 같이 메모리에 저장된 화상 데이터를 검색함으로써 4개 점의 위치를 검출할 수 있기에, 검출 처리가 용이해진다. 또한, 거리 측정용 발광 소자(52)가 대각선 상에서 충분한 거리로 가장 먼 위치에 배치되기 때문에, 장치를 소형화하더라도 화상 내에서 중심에서부터 먼 위치를 검출할 수 있어 기울기 검출이 정확하게 이루어질 수 있다.

다른 촬상 장치

도 28은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촬상 장치의 분해 구조도, 도 29는 도 28에 도시한 촬상 장치의 평면도, 도 30은 도 29에 도시한 촬상 장치의 E-E 단면도, 도 31은 도 29에 도시한 촬상 장치의 C-C 단면도이다.

도 28에 있어서, 도 1 내지 도 8에 도시된 동일한 부분은 동일한 도면 부호로 지정된다. 도 28에 도시하지는 않지만, 도 2 및 도 3에서와 마찬가지로, 카메라 기판(20)의 중앙에는 CMOS 이미지 센서 등의 이미지 센서(30)와, 편광판(32)이 설치되고, 카메라 기판(20) 상의 이미지 센서(30)의 주위에는 복수의 발광 소자(22, 24)와 수광 소자(26)가 탑재된다. 또한, 카메라 기판(20)의 4개의 구석에는 대상물과의 거리를 측정하기 위한 4개의 거리 측정용 발광 소자(52)가 설치된다. 즉, 단 일 카메라 기판(20)에는 대상물의 촬상을 위한 조명계(22, 24, 26)와, 촬상계(30, 32)뿐만 아니라, 거리 측정계(52)도 설치된다.

카메라 기판(20)의 발광 소자(22, 24)의 상측에는 4개의 확산판(44)과 4개의 편광판(42)이 설치된다. 후술하는 바와 같이, 이 확산판(44)과 편광판(42)은 카메라 기판(20)의 사방에 부착되는 확산/편광판 탑재대(46)에 각각 부착된다. 각각의 확산판(44)은 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)로부터 발광된 지향성 있는 발광 분포를 어느 정도 확산한다. 각각의 편광판(42)은 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)로부터 발광된 자연광을 직선 편광으로 변환한다.

이 4개의 편광판(42)의 상측에는 링형의 도광체(10)가 설치된다. 도광체(10)는, 예컨대 수지로 구성되고, 카메라 기판(20)의 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)의 빛을 상측에 유도하여 대상물에 균일광을 조사한다. 이 때문에, 도광체(10)는, 카메라 기판(20)의 발광 소자(22, 24)의 배치를 맞추기 위하여 링 형상의 구조를 갖는다. 이 도광체(10)는, 도 9 및 그 이하에서 설명한 바와 같이, 제l 및 제2 발광 소자(22, 24)로부터 발광된 빛을 상측에 유도하여 대상물에 균일광을 조사한다.

또한, 카메라 기판(20)의 거의 중앙에 배치된 이미지 센서(30) 상에서 그리고 링 형상의 도광체(10) 내에서 광학 유닛(34)(도 30과 도 31 참조)이 카메라 기판(20)에 부착된다. 광학 유닛(34)은, 집광 렌즈 등의 렌즈 광학계로 이루어진다.

이 카메라 기판(20)의 거리 측정용 발광 소자(52) 상에는 조리개(50)가 부착된다. 도 32와 도 33에 대해서 후술하는 바와 같이, 조리개(50)는 거리 측정용 발광 소자(52)로부터 발광된 빛이 대상물 방향으로 향하도록 다른 방향으로의 빛의 확산을 차폐한다.

카메라 기판(20)과는 별도로, 제어 기판(60)이 설치된다. 제어 기판(60)은 외부와 접속하기 위한 것이며, 외부 커넥터(62)와, 카메라 기판(20)과 접속하기 위한 카메라 커넥터(64)를 포함한다. 이 제어 기판(60)은 카메라 기판(20)의 하부에 설치되고, 카메라 커넥터(64)를 이용하여 카메라 기판(20)과 전기적으로 접속된다.

그리고, 카메라 기판(20)에는 이미지 센서(30), 발광 소자(22, 24), 수광 소자(26), 거리 측정용 발광 소자(52)가 탑재된다. 또한, 이 카메라 기판(20), 확산/편광판 탑재대(46), 확산판(44), 편광판(42), 조리개(50), 광학 유닛(34), 도광체(10), 후드(78), 제어 기판(60)을 홀더 어셈블리(70A, 70B)에 부착하여 카메라 부분이 조립된다.

도 28과, 도 29에 도시한 E-E 단면도를 나타내는 도 30에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 홀더 어셈블리(70A, 70B)는 하부에, 제어 기판(60)을 삽입하기 위한 슬롯(70-3)과, 중앙에, 카메라 기판(20)을 지지하는 지지체(70-2)와, 그 지지체(70-2) 위에, 확산/편광판 탑재대(46)를 삽입하기 위한 돌기(70-1)를 포함한다.

한편, 도 30과 도 31에 도시하는 바와 같이, 도광체(10)는, 하부 홈부(12) 근방에 돌출 블록(16)을 포함한다. 또한, 후드(78)는 바닥부(78-4)와, 후드 외벽(78-1)과, 후드 외벽(78-1)의 상부에 설치한 플랜지(78-3)와, 하부에 배치된 가압 블록(78-5)을 포함한다.

도 29, 도 30 및 도 31을 참조하여, 이 구성에 따른 조립 동작을 설명할 것이다. 도 2에서와 마찬가지로, 이미지 센서(30), 발광 소자(22, 24), 수광 소 자(26) 및 거리 측정용 발광 소자(52)를 탑재한 카메라 기판(20)에는, 후술하는 일체화된 확산/편광 탑재대(46)와 조리개(5O)가 조리개(50)의 다리부(50-5)를 삽입하여 부착된다. 이 확산/편광판 탑재대(46)에는 확산판(44)과 편광판(42)이 접착 등에 의해 미리 부착된다.

다음에, 이 카메라 기판(20)에는 제어 기판(60)이 커넥터와 접속되고, 이 조립된 본체의 양측에서부터 홀더 어셈블리(70A, 70B)가 부착된다. 이때, 도 30에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 홀더 어셈블리(70A, 70B)의 슬롯(70-2)에 제어 기판(60)이 삽입된다. 또한, 카메라 기판(20)이 지지체(70-2)에 부착되고, 또 확산/편광판 탑재대(46)가 돌기(70-1)에 부착되어 그 사이에 끼워진다.

도 31에 도시하는 바와 같이, 후속하여, 이 조립된 본체는 케이스(74)에 삽입된 다음, 광학 유닛(34)이 카메라 기판(20)에 세팅된다. 또, 도광체(10)는 그 도광체(10)의 하부가 조리개(50)의 지지 블록(50-2) 상에 있도록 부착된다. 그리고, 후드(78)는 그 후드(78)의 하부 블록(78-5)이 도광체(10)의 돌출 블록(16) 상에 있도록 부착된다. 마지막으로, 가시광 차단 필터판(76)이 케이스(74)의 측면 상에 접착된다.

이와 같이, 측판을 구성하는 홀더 어셈블리(70A, 70B) 상에, 기판(20, 60)을 지지하기 위한 지지체(70-2, 70-3)를 설치한다. 또한, 거리 센서의 조리개(50), 도광체(10) 및 후드(78)를 상호 체결하여 최상부의 가시광 차단 필터판(76)으로 가압한다. 이 구조에 있어서, 접착 개소가 대폭 감소하고, 특히, 케이스(74) 내에 접착제를 도포하여 접착하는 공정이 없어진다.

이 때문에, 소형의 촬상 장치, 예컨대, 가로 세로 3.5 cm × 3.5 cm 정도의 사이즈를 갖는 촬상 장치를 실질적으로 접착 공정없이도 조립할 수 있다. 접착 공정을 이용하는 경우에, 여분의 곳에 접착제를 도포하면 제품 자체에 불량이 생길 수 있다. 또한, 접착 공정은 접착이 정확하게 이루어진다 해도 건조하기 까지 약 1 시간 걸리기 때문에, 작업성의 관점에서 양호하지 않다.

더욱이, 각종 부품의 접착제의 종류가 다를 경우, 혼화성(miscibility)이 문제가 되고, 접착제의 종류도 제한된다. 이 때문에, 접착공정 없이 조립하는 것은, 불량품의 발생을 방지하여 작업성을 높이는 점에서 효과적이다.

다음에, 작업성을 높이기 위한 구성을 설명한다. 도 32 및 도 33은 도 28 내지 도 31에 도시한 확산/편광판 탑재대(46)와 조리개(50)의 구성도이다. 도 33에 도시하는 바와 같이, 4개의 조리개(50)의 홀더(50-1)와, 4개의 확산/편광판 탑재대(46)를 함께 연결하기 위하여 일체로 형성한다. 예컨대, 플라스틱 몰딩법으로, 연결된 4개의 조리개(50)의 홀더(50-1)와, 4개의 확산/편광판 탑재대(46)를 일체로 형성한다.

도 33에 도시하는 바와 같이, 이 일체 성형된 구조체를 갖는 조리개(50)의 홀더(50-l)에 컨덴서(50-4)를 삽입한 다음에, 또 또한 렌즈(50-3)를 부착한다. 이 경우에도 접착 공정은 없다. 이처럼, 도 32에 도시하는 바와 같이, 함께 연결된 4개의 조리개(50)와 4개의 확산/편광판 탑재대(46)는 개구(50)의 다리부(50-5)를 이용하여, 카메라 기판(20)에 고정된다.

이와 같이 하면, 조립 작업이 단순해짐과 동시에, 각 조리개(50) 간의 정확 한 위치 관계를 균일하게 유지하는 것이 가능하다. 그 결과, 도 27에서 설명한 거리 측정을 정확하게 수행할 수 있다. 즉, 거리 계산에 있어서 조리개의 부착 오차를 제거할 수 있다.

다른 실시예

전술한 실시예에서는 촬상 대상물을 손바닥으로 예시하여 설명하고, 촬상 대상물의 화상 처리를 손바닥의 정맥 패턴 인증으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은 손 피부 무늬, 손등 혈관상, 손가락 혈관상, 및 얼굴과 홍채의 특징 등을 포함한 인간 신체의 다른 특징을 이용한 생체 인증에도 적용될 수 있다. 또, 본 발명은 생체 인증의 용도에 한정되는 것이 아니라, 다른 용도에도 적용될 수 있다. 거리 측정용 발광 소자의 수도 4개에 한정되지 않고, 임의의 복수 개를 선택할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 앞에서 설명하였지만, 임의의 적절한 변형예가 본 발명의 취지에서 일탈하는 일없이 이루어질 수 있다. 그러한 모든 변형예는 본 발명의 범위 내에서 배제되지 않는다. 본 발명의 범위 내에 있는 발명의 특징 및 이점은 다음의 청구범위에 포함된다.

본 발명의 촬상 장치는 간략화한 거리 측정으로, 대상물을 조명하고 그 대상물의 반사광을 이용하여 대상물을 촬상한다. 복수의 발광 장치는 이미지 센서의 주위 위치에 탑재되고, 도광체는 이 복수의 발광 소자의 빛을 촬상 범위에 유도하여 조명한다. 촬상계와 조명계가 근접 배치되는 촬상 장치는 거리 측정용 발광 소자와, 이 거리 측정용 발광 소자 상에 설치되며 하측을 좁히고 상측을 확대한 광로를 생성하는 조리개를 더 포함한다. 따라서, 발광 소자의 난반사된 광선을 선별하여 수속한 다음 한 방향으로 출사할 수 있다. 따라서, 발광량이 적은 전력 절약용 발광 소자를 이용하더라도, 충분한 조사 광량을 얻을 수 있고, 스폿 광을 조사하는 거리 센서를 소형화하는 것이 가능하여 촬상 장치의 소형화에 기여한다.

Claims

대상물을 조명하고 상기 대상물부터의 반사광을 수광하여 상기 대상물을 촬상하는 촬상 장치로서,

상기 반사광을 수광하기 위한 이미지 센서와;

상기 이미지 센서의 주위 위치에 탑재된 복수의 발광 소자와;

상기 복수의 발광 소자의 빛을 촬상 범위에 유도하여 상기 촬상 범위를 조명하기 위한 도광체와;

상기 도광체의 내부에 수용되어 상기 조명된 촬상 범위의 대상물의 반사광을 상기 이미지 센서에 유도하기 위한 광학 유닛과;

상기 대상물에 빛을 조사하는 거리 측정용 발광 소자와;

상기 거리 측정용 발광 소자에 설치되고 상기 거리 측정용 발광 소자의 광선을 덮어 상기 광선을 집속한 다음, 집속 렌즈에 유도하기 위한 조리개와;

상기 거리 측정용 발광 소자를 구동하여 상기 이미지 센서의 촬상 화상으로부터 상기 거리 측정용 발광 소자의 스폿 광의 위치를 검출한 다음, 상기 대상물과의 거리를 구하는 제어 회로

를 포함하는 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 조리개는,

상기 거리 측정용 발광 소자의 광선을 덮기 위한 홀더와;

스폿 광을 출사하기 위한 집속 렌즈와;

상기 거리 측정용 발광 소자의 광선을 상기 집속 렌즈의 방향으로 수속하기 위한 컨덴서

를 포함하는 것인 촬상 장치.
제2항에 있어서, 상기 조리개는 상기 집속 렌즈의 방향에 역사다리꼴 형상의 광로를 형성하는 재료로 구성되는 것인 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자는 상기 이미지 센서의 주위의 원에 따라 소정의 간격으로 회로 기판 상에 탑재되고,

상기 도광체는 상기 원에 대응하는 링 형상인 것인 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 이미지 센서, 상기 복수의 발광 소자 및 상기 거리 측정용 발광 소자는 동일한 회로 기판 상에 탑재되는 것인 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 도광체와 상기 복수의 발광 소자 사이에 설치되고 상기 발광 소자의 빛을 확산 및 편광하기 위한 확산/편광판과;

상기 확산/편광판을 탑재하기 위한 탑재대

를 더 포함하는 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 도광체와 상기 복수의 발광 소자 사이에 설치되고 상기 발광 소자의 빛을 확산 및 편광하기 위한 확산/편광판과;

상기 조리개와 일체로 형성되고 상기 확산/편광판을 탑재하기 위한 탑재대

를 더 포함하는 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 거리 측정용 발광 소자는 상기 이미지 센서의 화상을 이용하여 촬상 범위에서 상기 대상물과의 거리를 측정하도록 상기 회로 기판 상에 복수개 탑재되는 것인 촬상 장치.
제8항에 있어서, 상기 거리 측정용 발광 소자는 상기 발광 소자의 외측 위치에서 상기 회로 기판 상에 탑재되는 것인 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자는 적외광을 발광하는 발광 소자로 구성되며,

상기 촬상 장치는 가시광을 필터링하는 광학 필터를 더 포함하는 것인 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 도광체는,

상기 발광 소자의 빛을 도입하기 위한 하단부와;

상기 촬상 범위에 빛을 출사하기 위한 상단부와;

상기 하단부에서 상기 상단부로 상기 발광 소자의 빛을 유도하기 위한 도광부

를 포함하는 것인 촬상 장치.
제8항에 있어서, 상기 거리 측정용 발광 소자는 4개의 발광 소자로 구성되며, 상기 발광 소자의 외측 위치에서 대각 관계를 형성하도록 상기 회로 기판 상에 탑재되는 것인 촬상 장치.
제12항에 있어서, 상기 조리개는 상기 4개의 발광 소자에 대응하는 4개의 조리개로 구성되는 것인 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 이미지 센서는 생체의 일부를 촬상하는 것인 촬상 장치.