WO2016042642A1 - 測距光生成装置 - Google Patents

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distance measuring
light
distance
optical element
measuring light
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PCT/JP2014/074718
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French (fr)
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山崎行造
岩口功
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Fujitsu Frontech Ltd
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Fujitsu Frontech Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02—Details
    • G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication

Definitions

  • the present invention relates to a ranging light generation device used for ranging of an imaging device.
  • An imaging device that irradiates a target with uniform light and images a predetermined range of the target is widely used for authentication devices and the like.
  • an authentication device for example, with the development of biometrics technology in recent years, the features of a living body that is a part that can distinguish individuals of the human body, for example, images of fingerprints of limbs, retinas of eyes, faces, blood vessels, etc.
  • Various devices for recognizing features of a living body and performing personal authentication have been provided.
  • the imaging device emits light with uniform light intensity in an imaging range (distance and area) where an object (part of a human body in biometric authentication) is present, and reflected light from the imaging range. Is converted into an electrical signal by the sensor, and a captured image signal is output.
  • Patent Document 1 An imaging apparatus has been proposed in which the sensor distance measuring function for measuring the distance to the object is miniaturized.
  • the target is tilted, a part of the target that is out of focus will come out and the resolution will be reduced, or the enlargement rate of the target will not be constant, leading to deterioration in authentication accuracy. It is required to measure the inclination of the object with higher accuracy. On the contrary, if the inclination of the object can be accurately grasped, the accuracy of the posture can be corrected at the time of collation with the registered data, so that the authentication accuracy is improved. For this purpose, it is necessary to increase the number of ranging light beams (beams) irradiated to the object. However, if the number of light emitting elements (LEDs) for distance measuring light is increased in order to increase the number of distance measuring light, the imaging apparatus is increased in size or power consumption is increased.
  • LEDs light emitting elements
  • an object of the present invention is to provide a distance measuring light generation device that generates a plurality of distance measuring lights from a light emitting element.
  • a distance measuring light is provided in an imaging device that captures an object and generates distance measuring light for distance measurement on the object to be photographed.
  • the optical element is composed of N convex lenses, and the optical axis of each convex lens is It is provided so as to be at a position displaced by a predetermined distance from the center of the optical element.
  • a distance measuring light generating device that generates a plurality of distance measuring lights from a light emitting element.
  • FIG. 1 It is a block diagram of the imaging device in which the ranging light generation device of the present invention is mounted. It is a figure which shows the example in which an imaging device is used as a palm vein sensor. It is a figure for demonstrating the structural example of an imaging device. It is the top view which looked at the imaging board from the upper part (object). It is the figure which looked at the ranging light emitted from each LED for ranging from the object side. It is a figure which shows the ranging image by which the target object irradiated with ranging light was image
  • FIG. 1 is a block diagram of an image pickup apparatus 1 on which the distance measuring light generation apparatus of the present invention is mounted.
  • the imaging device 1 is provided in a biometric authentication device, for example.
  • a biometric authentication device is a device that images a fingerprint of a limb, a retina of an eye, a face, a blood vessel, and the like, recognizes characteristics of the biometric, and performs personal authentication.
  • the imaging device 1 is provided in a biometric authentication device and outputs image data of a photographed object to an authentication unit of the biometric authentication device.
  • the imaging device 1 emits light with uniform light intensity to a part of a human body, for example, a finger or palm, receives the reflected light with an imaging device, and outputs image data. In addition, the imaging device 1 calculates the distance and orientation to the object and outputs the information so that an appropriate image is captured.
  • the imaging apparatus 1 includes a photographing lens unit 10, an imaging element 12, an illumination LED 16, a ranging LED 30, a control unit 100, an LED driving unit 112, an LED driving unit 114, an imaging processing unit 116, an image processing unit 118, and the like.
  • the photographing lens unit 10 is for forming an optical image of an object on the image sensor 12.
  • the image sensor 12 photoelectrically converts an imaged object and outputs an image signal, and is composed of, for example, a CCD or a CMOS.
  • the imaging processing unit 116 amplifies the image signal output from the imaging element 12 and performs AD conversion to output image data.
  • the image processing unit 118 performs interpolation processing, edge enhancement processing, and the like on the image data, and converts the image data into binary data, for example.
  • the lighting LED 16 illuminates an object such as a palm during photographing.
  • the illumination LEDs 16 are, for example, LEDs that emit infrared light, and a plurality of LEDs are provided.
  • the LED driving unit 112 is an LED driver that drives the illumination LED 16.
  • the distance measuring LED 30 is a light emitting element that emits distance measuring light for detecting whether the object is in an appropriate distance and in a correct posture before photographing the object.
  • the LED driving unit 114 is an LED driver that drives the ranging LED 30.
  • the control unit 100 is a control unit that comprehensively controls the entire imaging apparatus 1.
  • the control unit 100 includes a CPU and a control program, and executes each process using software by the CPU that has read the control program.
  • the control unit 100 includes a distance calculation unit 102 and a posture determination unit 104 as functional units as processing executed by the CPU. This is because the distance of the object and the posture of the object need to be set within a certain range in order to capture the authentication image as described above.
  • the distance calculation unit 102 calculates the distance from the imaging device 1 to the object based on the image data in which the distance measurement light from the distance measurement LED 30 is reflected on the object.
  • the posture discrimination unit 104 discriminates the posture of the object from the positions of the plurality of taken ranging light based on the image data in which the ranging light is captured. The description of distance calculation and posture determination will be described later.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example in which the imaging device 1 is used as a palm vein sensor.
  • infrared light is irradiated as illumination light K from the illumination LED 16 of the imaging apparatus 1 to the object 300 (palm) held over the imaging apparatus 1, and image data of the palm is captured by the imaging element 12.
  • the photographed palm image data is subjected to personal authentication by detecting the characteristics of the palm by the authentication device and comparing it with registered data or the like.
  • FIG. 3 is a view for explaining an example of the structure of the imaging apparatus 1 and is a perspective view of the imaging apparatus 1 as viewed from the side.
  • An imaging substrate 14 is horizontally disposed inside the imaging apparatus 1.
  • the imaging device 12, the illumination LED 16, the ranging LED 30, and the like are mounted.
  • the taking lens unit 10 is disposed on the image sensor 12.
  • the LED 16 for illumination is arrange
  • a ring light guide 20 that guides the illumination light K emitted from each illumination LED 16 to the target portion is disposed above the illumination LED 16.
  • the ring light guide 20 is made of, for example, a resin, guides the light of each LED 16 for illumination upward, and uniformly irradiates the object 300 with the illumination light K.
  • an optical element 50 that generates a plurality of distance measuring lights L from the light emitted from the distance measuring LED 30 is disposed above the distance measuring LED 30. Details of the optical element 50 will be described later.
  • An aperture 80 is attached between the ranging LED 30 and the optical element 50. The aperture 80 shields the diffusion of light in other directions so that the light of the distance measuring LED 30 is directed toward the object.
  • a processing substrate 15 is provided below the imaging substrate 14.
  • the processing board 15 is provided with a connector for connecting to the LED driving unit 112, the LED driving unit 114, the imaging processing unit 116, and the control unit 100.
  • FIG. 4 is a plan view of the imaging substrate 14 as viewed from above (the object 300).
  • An imaging element 12 is provided in the center of the imaging substrate 14.
  • a plurality of illumination LEDs 16, light receiving elements 18, and ranging LEDs 30 are mounted around the image sensor 12. With reference to the center S of the imaging surface of the imaging device 12, the XY axes are defined as shown. A direction passing through the center S and orthogonal to the paper surface is taken as the Z axis.
  • the illumination LED 16 is arranged around the center S.
  • a diffusion plate (not shown) or a polarizing plate (not shown) may be provided above the lighting LED 16.
  • the diffusion plate diffuses the directional light emission distribution of the lighting LED 16 to some extent.
  • the polarizing plate converts natural light of the illumination LED 16 into linearly polarized light.
  • the ring light guide 20 is provided above the polarizing plate.
  • the light receiving element 18 receives reflected light from the object due to light emission of the illumination LED 16 and controls the light emission amount of the illumination LED 16 to be appropriate.
  • the ranging LEDs 30 are arranged at the four corners of the imaging board 14.
  • the four distance measuring LEDs 30 are arranged on the diagonal line of the imaging board 14 at 90 ° intervals at equal distances from the center S, and the distances between the distance measuring LEDs 30 are arranged on the diagonal line farthest from each other. Is done. That is, each distance measuring LED 30 is arranged so that the center of the distance measuring LED 30 is equidistant from the center S of the imaging surface.
  • FIG. 5 is a diagram of the ranging light L emitted from each ranging LED 30 as viewed from the object 300 side.
  • the LED driving unit 114 By driving the LED driving unit 114, distance measuring light is emitted from each distance measuring LED 30 to the object.
  • the distance measuring LED 30 is a square chip LED, and the distance measuring light L emitted is substantially square.
  • C1 is a diagram showing distance measuring light L emitted from one distance measuring LED 30, and C2 is a diagram showing distance measuring light L emitted from four distance measuring LEDs 30.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a distance measurement image in which the object 300 irradiated with the distance measurement light L is captured.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating that the position of the ranging light L on the screen changes depending on the distance of the object 300.
  • the ranging image D1 is an image when the object 300 is close to the imaging device 1.
  • the ranging image D2 is an image when the object 300 is at a distance far from the imaging device 1.
  • four distance measurement spots Ls corresponding to the distance measurement light are respectively photographed.
  • the length from the center S of the screen to the center of the distance measurement spot Ls is M, and M1 of the distance measurement image D1 near the object 300 is longer than M2 of the distance image D2 where the object 300 is far. This is because a subject at a close distance is photographed large and a subject at a distant distance is photographed small. Assuming that the distance measuring light L is parallel to the optical axis and the distance from the image sensor 12 to the distance measuring spot Ls of the object 300 is a distance H, the distance H is inversely proportional to M.
  • the distance calculation unit 102 calculates a length M from the center S of the screen to the distance measurement spot Ls in the distance measurement image.
  • the distance calculation unit 102 calculates the distance H from the calculated length M on the screen with reference to a conversion table showing the relationship between the distance H and the length M or using a conversion formula.
  • the distance calculation unit 102 calculates the distance H of each ranging spot Ls.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the target object 300 is tilted over the imaging apparatus 1.
  • FIG. 8 is a diagram showing a distance measurement image of the distance measurement spot Ls in a tilted state as shown in FIG.
  • the distance H from the image sensor 12 to each distance measuring spot Ls of the object 300 changes depending on the location. That is, in the state where it is not tilted as shown in FIG. 6, since the distance from the image sensor 12 to the object 300 is equidistant, the length M from the center S to each distance measuring spot Ls on the screen is equal.
  • the two distance measurement spots Ls on the left side of the screen are longer than the distance measurement spots Ls on the right side by a length M from the center S. It can be seen from the distance measurement image D3 that the object 300 is tilted in such a direction that the left side of the object 300 approaches the imaging device 1 and the right side moves away from the imaging device 1.
  • the two distance measurement spots Ls on the upper side of the screen are longer in the length M from the center S than the two distance measurement spots Ls on the lower side. It can be seen from the distance measurement image D4 that the object 300 is tilted in such a direction that the upper side of the object 300 approaches the imaging device 1 and the lower side moves away from the imaging device 1.
  • the posture determination unit 104 determines the inclination of the object 300 from the distance H of each distance measurement spot Ls calculated by the distance calculation unit 102. Prior to the authentication image shooting, the object 300 is irradiated with distance measuring light from the distance measuring LED 30. Distance calculation and posture determination are performed by the distance calculation unit 102 and the posture determination unit 104. Based on the calculated distance and posture, it is determined whether the distance and posture are within the allowable range. If the distance and posture are out of the allowable range, a warning or an instruction is issued to the user. After it is confirmed that the object 300 is in the allowable range, the authentication image is taken.
  • FIG. 9 is a diagram modeling the target surface discriminated by the posture discriminating unit 104.
  • FIG. 9A is a diagram showing a state in which the object 300 (palm) is irradiated with four distance measuring spots Ls (Ls1 to Ls4).
  • FIG. 9B is a diagram illustrating an example of the surface (target object surface) of the target object 300 calculated from the distances H of the four distance measuring spots Ls.
  • Squares indicated by broken lines are virtual planes 320 each having four illuminating LEDs 16 arranged on the imaging substrate 14 as vertices.
  • the target object surface that is the object surface of the target object 300 is calculated by the deviation of the distance H between the distance measuring spots Ls4 (Ls1 to Ls4).
  • the target object surface 310a is a case where there is no inclination of the target object 300 (palm).
  • the distance H between the distance measuring spots Ls4 (Ls1 to Ls4) is equal to Ha.
  • the distance calculation unit 102 calculates that the distance Ha of Ls3 has been extended by the distance ⁇ H due to the change in position of Ls3 in the distance measurement image D.
  • the posture determination unit 104 generates a target object plane 310b as the shape of the tilted target object 300 from each distance measurement spot Ls4 (Ls1 to Ls4).
  • the four-point information has a poor reproduction accuracy of the target object surface of the target object 300 and is insufficient to improve the recognition rate of the authentication image.
  • FIG. 10 is a diagram showing the shape of a conventional optical element 150.
  • the conventional optical element 150 has a flat entrance surface and a light exit surface formed in a convex lens shape, and condenses the light emitted from the distance measuring LED 30 and emits it as the distance measuring light L to the object 300.
  • the direction from the distance measuring LED 30 toward the object 300 is taken as the Z axis.
  • FIG. 11 is a ray diagram of the distance measuring light L by the conventional optical element 150.
  • the shape of the optical element 50 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the number of divisions is not limited to four, and may be two, three, or five or more.
  • FIG. 12 is a diagram showing the shape of the optical element 50 of the present embodiment.
  • FIG. 12A is a top view of the optical element 50 as viewed from the object 300 side.
  • FIG. 12B is a perspective view of the optical element 50 as viewed obliquely from above.
  • FIG. 12C is a perspective view of the optical element 50 as viewed obliquely from below.
  • the optical element 50 is configured by integral molding of transparent plastic, for example.
  • the surface of the optical element 50 on which the emitted light from the ranging LED 30 is incident is referred to as an incident side (or incident surface), and the surface of the optical element 50 from which the emitted light is emitted is referred to as an emission side (or an emission surface).
  • each convex lens 52 is gathered on the exit side of the optical element 50.
  • the four convex lenses 52 have the same shape and are arranged around the optical element center 50 s that is the center of the optical element 50.
  • the convex lens 52 is a partially convex lens obtained by cutting out (extracting) a part of the entire convex lens.
  • the convex lens 52 has its optical axis 52 s shifted from the optical element center 50 s by t in the XY directions, and the surface shifted from the optical axis 52 s by t is the end surface of each convex lens 52.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the shape of the convex lens 52 extracted from the entire original convex lens.
  • FIG. 13A shows the relationship between the convex lens 52 in the second quadrant of FIG. 12A and the original convex lens 52d.
  • the original convex lens 52d of the convex lens 52 is indicated by a broken line.
  • the convex lens 52 has such a shape that the original convex lens 52d is cut out at an angle of 90 ° at a position shifted in the XY direction by a predetermined distance t vertically and horizontally from the optical axis 52s so as to include the optical axis 52s.
  • FIG. 13B is a perspective view showing the relationship of the convex lens 52 with respect to the original convex lens 52d.
  • each of the four cylindrical lenses 54 is provided corresponding to the four convex lenses 52.
  • the convex lens 52 and the cylindrical lens 54 form one pair. It can be said that the optical element 50 is composed of four pairs.
  • a cylindrical lens 54 is formed on the back side (incident side) of each convex lens 52.
  • the cylindrical lens 54 is indicated by a broken line.
  • the cylindrical lens 54 is provided on the incident side in such a direction that the cylindrical portion 54 a faces the ranging LED 30.
  • the cylindrical lens 54 is arranged such that the axis 54b of the cylindrical lens 54 is at a 45 ° direction on the XY plane with respect to the corresponding convex lens 52. That is, the four cylindrical lenses 54 are arranged such that each axis 54b passes through the optical element center 50s and is radial from the optical element center 50s. Further, as shown in FIG. 15 to be described later, each cylindrical lens 54 is provided so that the axis 54b is inclined so as to approach the distance measuring LED 30 on the optical element center 50s side and away from the distance measuring LED 30 on the peripheral side. It is done.
  • FIG. 14 is a view showing the relationship of the aperture 80 and the like with respect to the optical element 50, and is a view seen from the same direction as FIG. 12 (A).
  • the outer shape of the aperture 80 is omitted.
  • four circular openings 80a are formed at equal intervals of 90 °.
  • each opening 80 a is disposed on the back surface (incident side) of each convex lens 52.
  • the optical element 50 is arranged so that the optical element center 50 s coincides with the center T of the distance measuring LED 30.
  • a circumferential direction Q and a radial direction R described below are directions shown in FIG.
  • FIG. 15 is a side view showing generation of a plurality of distance measuring lights L by the optical element 50. It is EE sectional drawing of FIG. An optical element 50 is provided above the distance measuring LED 30, and an aperture 80 is provided between the distance measuring LED 30 and the optical element 50.
  • the light emitted from the ranging LED 30 is separated into four luminous fluxes by the four openings 80a of the aperture 80.
  • Each separated light beam is incident on each cylindrical lens 54 of the optical element 50.
  • the light beam incident on the cylindrical lens 54 is converged in the circumferential direction Q by the power of the cylindrical portion 54 a of the cylindrical lens 54. Since the cylindrical lens 54 does not have power in the radial direction R, the light beam incident on the cylindrical lens 54 is not converged in the radial direction R.
  • the light beams emitted from the cylindrical lens 54 are converged in the radial direction R extending in the circumferential direction Q by the convex lens 52 and emitted to the object 300.
  • the object 300 is irradiated with four distance measuring lights L respectively emitted from the four convex lenses 52 of the optical element 50.
  • four distance measuring lights are generated by the aperture 80 and the optical element 50 from one emitted light of the distance measuring LED 30.
  • FIG. 16 is a diagram showing imaging characteristics when the cylindrical lens 54 is not provided on the incident side of the optical element 50, that is, when the incident side is configured as a plane.
  • FIG. 16A is a ray diagram on the XZ plane.
  • a dispersion range of the ranging light L is indicated by G1. It can be seen that the dispersion in the circumferential direction Q is larger than that in the radial direction R.
  • FIG. 17 is a diagram showing the imaging characteristics when the cylindrical lens 54 is provided on the incident side of the optical element 50 as described with reference to FIGS.
  • FIG. 17A is a ray diagram on the XZ plane.
  • G1 in FIG. 16 is indicated by a broken line.
  • G2 is narrower in the circumferential direction Q than G1, and it can be seen that the dispersion in the circumferential direction Q is improved.
  • each of the distance measuring lights L divided into four is low in image formation in the circumferential direction Q. Therefore, by providing a cylindrical lens 54 having power only in the circumferential direction Q on the incident side, the imaging characteristics are improved as shown in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram showing the light emitted from each distance measuring LED 30 and the distance measuring light L generated by the optical element 50 in comparison. It is the figure seen from the same direction as FIG. C3 in FIG. 18 is a diagram illustrating four emitted lights emitted from the four ranging LEDs 30. As shown at C4 in FIG. 18, each light emission is divided into four by the optical element 50 to become a total of 16 distance measuring lights L. Then, the 16 distance measuring lights L are applied to the object 300.
  • FIG. 19 shows the distribution state (C5 to C7) of the distance measurement spots Ls formed on the object 300 by the distance measurement light L and the distance measurement images (D5 to D7) photographed correspondingly. It is a figure shown according to perspective.
  • C5 is a diagram showing a distribution state of the distance measurement spots Ls on the object 300 at a short distance.
  • a captured image corresponding to C5 is a distance measurement image D5.
  • C6 is a diagram showing a distance measurement spot Ls on the object 300 at a medium distance.
  • a captured image corresponding to C6 is a distance measurement image D6.
  • C7 is a diagram illustrating a distance measuring spot Ls on the object 300 at a long distance. The captured image corresponding to C7 is a distance measurement image D7.
  • the distance on the object 300 increases as the distance measurement spot Ls increases. Therefore, on the object 300, the size of the distance measurement spot Ls at the long distance C7 is larger than the distance measurement spot Ls at the short distance C5.
  • the length M from the center S to the distance measurement spot Ls changes according to the distance H, and the length M decreases as the distance H increases.
  • a change in length from the center S of the distance measurement spot Ls1 in the upper left is shown.
  • the relationship is M5> M6> M7.
  • FIG. 20 is a diagram showing the inclination of the target object plane calculated by the 16 distance measuring lights L.
  • FIG. 20A is a diagram illustrating a state in which the object 300 is irradiated with 16 distance measuring lights L.
  • FIG. The distance measuring spots Ls by the 16 distance measuring lights L are shown as distance measuring spots Ls1 to Ls16.
  • FIG. 20B is a diagram illustrating the calculated target object surface 310b having an inclination.
  • Each distance measuring spot Ls16 (Ls1 to Ls16) corresponds to each vertex of the target object surface 310b.
  • a virtual plane 320 is shown below the target object plane 310b.
  • FIG. 20C is a diagram showing the relationship between the target object surface 310b and the height H.
  • FIG. From the distance measurement image D as shown in FIG. 19, the position of each distance measurement spot Ls on the screen is calculated from the center S of the screen, and the distance H of each distance measurement spot Ls is calculated accordingly.
  • a target object surface 310b having an inclination is generated from the deviation of the distance H between the distance measuring spots Ls. Since the number of distance measuring lights is quadrupled, the shape of the target object surface can be reproduced with higher accuracy than in the case of four points in FIG. 9B.
  • the division number N of the optical element 50 is not limited to 4, and may be 2 or 3, or 5 or more.
  • the number of divisions is 3, three convex lenses 52 may be provided on the exit surface of the optical element 50 at intervals of 120 degrees.
  • three cylindrical lenses 54 may be provided on the lower surface of the convex lens 52.
  • Three openings 80a may be sufficient.

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Abstract

　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。対象物を撮影する撮像装置に設けられ、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、測距光を発光する発光素子と、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、光学素子は、Ｎ個の凸レンズで構成されており、各凸レンズの光軸が光学素子の中心から所定距離ずれた位置になるよう設けられた。

Description

測距光生成装置
　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、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、測距光を発光する発光素子と、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、光学素子は、Ｎ個の凸レンズで構成されており、各凸レンズの光軸が光学素子の中心から所定距離ずれた位置になるよう設けられる。
　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 (7)

  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、Ｎ個の凸レンズで構成されており、各凸レンズの光軸が前記光学素子の中心から所定距離ずれた位置になるよう設けられた
    ことを特徴とする測距光生成装置。
  2. 　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、
    　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
    ことを特徴とする請求項１に記載の測距光生成装置。
  3. 　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２に記載の測距光生成装置。
  4. 　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。
  5. 　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２に記載の測距光生成装置。
  6. 　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。
  7. 　請求項１～６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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