專利名稱：圖像捕獲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將從發(fā)光器件發(fā)出的光引導(dǎo)至目標(biāo)物、照射目標(biāo)物并對目標(biāo)物進(jìn)行圖像捕獲的圖像捕獲裝置，更具體地說，涉及這樣一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置即使在將發(fā)光器件布置成靠近圖像捕獲單元時(shí)也可阻止光在圖像捕獲范圍外侵入到圖像捕獲單元，從而獲得清晰的圖像。
背景技術(shù)：
廣泛應(yīng)用通過均勻的光照射目標(biāo)物來對所述目標(biāo)物的預(yù)定范圍進(jìn)行圖像捕獲的圖像捕獲裝置。在利用通過這種圖像捕獲裝置捕獲到的圖像的圖像處理系統(tǒng)中，特別需要清晰的圖像。
例如，近年來隨著生物計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，提供了各種用于個(gè)人識別的裝置，該裝置捕獲人體一部分的圖像，通過該圖像來區(qū)分個(gè)體并識別活體的特征，例如，手足指紋、眼視網(wǎng)膜、面部和血管。
特別是，手掌和手指的血管和皮膚圖案適于用來進(jìn)行可靠的個(gè)人驗(yàn)證，這是因?yàn)榭梢詮乃鼈儷@得相對大量的個(gè)人特征數(shù)據(jù)。另外，人們認(rèn)為，血管(靜脈)圖案在任何人的一生中從胎兒開始都不會隨著時(shí)間而改變，并且毫不例外地在任何人中都不會存在相同的圖案，因此，這適于個(gè)人驗(yàn)證。
對于這樣的生物計(jì)量驗(yàn)證等，必須以非接觸方式對目標(biāo)物(在生物計(jì)量驗(yàn)證的情況下為人體的一部分)進(jìn)行成像。為此目的，圖像捕獲裝置發(fā)出在一定圖像捕獲范圍(距離和面積)內(nèi)產(chǎn)生均勻光強(qiáng)的光，通過傳感器接收上述圖像捕獲范圍的反射光，并將所拍攝的圖像信號作為電信號輸出。
圖22和圖23表示傳統(tǒng)圖像捕獲裝置的說明圖。如圖22和圖23所示，圖像捕獲裝置100包括位于中心的圖像捕獲(數(shù)字?jǐn)z像機(jī))單元120，并且在其周圍包括多個(gè)發(fā)光器件130-1至130-8。圖22中所示的虛線表示從所述多個(gè)發(fā)光器件130-1至130-8中的各個(gè)發(fā)光器件發(fā)出的具有均勻強(qiáng)度的光的范圍。
這樣，通過在圖像捕獲單元120的周圍布置多個(gè)(這里為八個(gè))點(diǎn)光源，可以用強(qiáng)度均勻的光照射圖像捕獲單元120的圖像捕獲范圍。同時(shí)，如圖23所示，圖像捕獲單元120包括諸如CMOS傳感器的光電轉(zhuǎn)換裝置122以及諸如透鏡的光學(xué)系統(tǒng)124。因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換裝置122(其為平面光電探測器件)具有預(yù)定的光接收區(qū)域，所以需要預(yù)定的光學(xué)距離來將圖像捕獲范圍的反射光引導(dǎo)到光電轉(zhuǎn)換裝置122的光接收平面上。為此目的，將諸如魚眼透鏡的透鏡124布置在光電轉(zhuǎn)換裝置122與目標(biāo)物之間，從而將預(yù)定圖像捕獲范圍的圖像投射到光電轉(zhuǎn)換裝置122的光接收平面上。
因此，傳統(tǒng)上，為了通過共用預(yù)定的圖像捕獲范圍而用每個(gè)點(diǎn)光源元件130-1至130-8照射目標(biāo)物，如圖22所示，彼此分開地布置點(diǎn)光源元件130-1至130-8。此外，為了向圖像捕獲范圍提供具有預(yù)定均勻強(qiáng)度的光，將所述點(diǎn)光源元件130-1至130-8布置成比光電轉(zhuǎn)換裝置122更加靠近目標(biāo)物，如圖23所示(參見國際專利公報(bào)WO 2004/088588，圖1和圖6)。
在上述傳統(tǒng)圖像捕獲裝置中，如上所述，點(diǎn)光源元件130-1至130-8彼此分開地布置，并比光電轉(zhuǎn)換裝置122更加靠近目標(biāo)物，如圖23所示。因此，難于使圖像捕獲裝置小型化。此外，在將圖像捕獲裝置接合到設(shè)備中時(shí)存在限制。
如果使用產(chǎn)生較高光強(qiáng)的發(fā)光器件，則可將發(fā)光器件布置成靠近圖像捕獲單元120。然而，產(chǎn)生較高光強(qiáng)的發(fā)光器件昂貴且功率消耗較大，因此不適于小型低成本的圖像捕獲裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供這樣一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置即使在被小型化時(shí)也會對目標(biāo)物提供分散的照明，并防止額外的光侵入到圖像捕獲單元中。
本發(fā)明的另一目的在于提供這樣一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置即使在被小型化時(shí)也會對目標(biāo)物提供分散的照明，并實(shí)現(xiàn)滿意的圖像捕獲。
本發(fā)明的再一目的在于提供這樣一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置即使在被小型化時(shí)也會防止額外的光透到圖像捕獲單元中，對目標(biāo)物提供分散的照明，并且以較低的成本實(shí)現(xiàn)滿意的圖像捕獲。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，一種用于通過照明目標(biāo)物并接收來自該目標(biāo)物的反射光來拍攝目標(biāo)物圖像的圖像捕獲裝置包括圖像傳感器，該圖像傳感器用于接收所述反射光；多個(gè)發(fā)光器件，所述多個(gè)發(fā)光器件安裝在所述圖像傳感器的周圍位置處；導(dǎo)光件，該導(dǎo)光件用于將來自所述多個(gè)發(fā)光器件的光引導(dǎo)至圖像捕獲范圍，并照明所述圖像捕獲范圍；光學(xué)單元，該光學(xué)單元被容納在所述導(dǎo)光件內(nèi)，并將在所述被照明的圖像捕獲范圍內(nèi)的所述目標(biāo)物的所述反射光引導(dǎo)至所述圖像傳感器；濾光器，該濾光器布置在所述光學(xué)單元和所述導(dǎo)光件的目標(biāo)物側(cè)；以及遮光罩，該遮光罩光學(xué)地遮斷所述光學(xué)單元與所述導(dǎo)光件。并且所述遮光罩包括用于遮斷從所述導(dǎo)光件輸出的光中在所述濾光器上反射的光入射到所述光學(xué)單元。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述多個(gè)發(fā)光器件沿所述圖像傳感器的周圍的圓以預(yù)定間隔安裝在電路板上，并且，所述導(dǎo)光件為與所述圓對應(yīng)的環(huán)形。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述圖像傳感器以及所述多個(gè)發(fā)光器件安裝在同一電路板上。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述遮光罩包括罩外壁，該罩外壁與所述凸緣相連，并用于光學(xué)地遮斷所述光學(xué)單元與所述導(dǎo)光件；以及罩底部，該罩底部具有用于設(shè)置到所述光學(xué)單元上的孔。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述圖像捕獲裝置包括用于使所述發(fā)光器件的光擴(kuò)散的擴(kuò)散板，所述擴(kuò)散板布置在所述環(huán)形導(dǎo)光件與所述多個(gè)發(fā)光器件之間。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述圖像捕獲裝置包括用于監(jiān)控所述發(fā)光器件的光的光電探測器件，所述光電探測器件布置在所述電路板上的所述多個(gè)發(fā)光器件中的各發(fā)光器件之間。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述圖像捕獲裝置包括測距發(fā)光器件，所述測距發(fā)光器件安裝在所述電路板上，用于測量到所述目標(biāo)物的距離。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述多個(gè)發(fā)光器件由用于發(fā)射紅外光的發(fā)光器件構(gòu)成，并且所述濾光器由過濾可見光的濾光器構(gòu)成。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述導(dǎo)光件包括下端部，該下端部用于導(dǎo)入所述發(fā)光器件的光；上端部，該上端部用于向所述圖像捕獲范圍輸出光；以及導(dǎo)光部分，該導(dǎo)光部分用于將所述發(fā)光器件的光從所述下端部引導(dǎo)至所述上端部。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述光電探測器件在所述導(dǎo)光件的下部處布置在這樣的位置，即在該位置處，所述光電探測器件接收在從所述發(fā)光器件發(fā)出的光中在所述導(dǎo)光件的所述下部處反射的光。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述擴(kuò)散板由多個(gè)分開的擴(kuò)散件構(gòu)成，所述多個(gè)分開的擴(kuò)散件分別與沿所述圖像傳感器的周圍的圓以預(yù)定間隔安裝在所述電路板上的所述多個(gè)發(fā)光器件相對應(yīng)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述測距發(fā)光器件安裝在所述電路板的這樣一位置處，以測量從所述圖像傳感器的圖像到所述圖像捕獲范圍內(nèi)的所述目標(biāo)物的距離。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述測距發(fā)光器件安裝在所述電路板上所述發(fā)光器件的外部位置處。
另外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述圖像傳感器對活體的一部分進(jìn)行成像。
根據(jù)本發(fā)明，在具有靠近照明系統(tǒng)布置的圖像捕獲系統(tǒng)的圖像捕獲裝置中，包括多個(gè)安裝在圖像傳感器周圍的發(fā)光器件，并且通過導(dǎo)光件將所述多個(gè)發(fā)光器件的光引導(dǎo)至圖像捕獲區(qū)域，從而提供照明，設(shè)置遮光罩來光學(xué)地遮斷所述圖像捕獲系統(tǒng)與所述照明系統(tǒng)，并且在該遮光罩上設(shè)置有凸緣。因此，也可以阻斷在過濾器的上表面上反射的光入射到圖像捕獲系統(tǒng)單元上。因此，可防止輸出光不照射目標(biāo)物從而導(dǎo)致圖像捕獲噪聲，這對形成清晰的拍攝圖像是有效的。
本發(fā)明的其它范圍和特征將通過以下結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述變得更加顯而易見。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像捕獲裝置的剖面圖；圖2表示在圖1中所示的圖像捕獲裝置的分解結(jié)構(gòu)圖；圖3表示在圖2中所示的電路板的部件配置圖；圖4表示在圖2中所示的發(fā)光器件與光電探測器件之間的關(guān)系的說明圖；圖5表示在圖2中所示的部件的組裝圖；圖6表示在圖1中所示的外裝部件的結(jié)構(gòu)圖；圖7表示在圖2中所示的組裝體的組件的結(jié)構(gòu)圖；圖8表示在圖1中所示的圖像捕獲裝置的外視圖；圖9表示在圖1中所示的照明系統(tǒng)的說明圖；圖10表示在圖9中所示的導(dǎo)光件和發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)圖；圖11表示發(fā)光器件的發(fā)光強(qiáng)度分布的關(guān)系圖，以及圖10中所示的導(dǎo)光件的下端部；圖12表示在圖10中所示的導(dǎo)光件的第一操作說明圖；圖13表示在圖10中所示的導(dǎo)光件的第二操作說明圖；圖14表示在圖10中所示的導(dǎo)光件的第三操作說明圖；圖15表示使用圖10中所示的導(dǎo)光件的光強(qiáng)分布圖；圖16表示在圖1中所示的遮光罩從上表面?zhèn)扔^察的立體圖；圖17表示在圖16中所示的遮光罩從下表面?zhèn)扔^察的立體圖；圖18表示在圖16和圖17中所示的遮光罩的操作圖；圖19表示在圖1中所示的圖像捕獲裝置的控制電路的框圖；
圖20表示在圖19中所示的控制電路的圖像捕獲過程流程圖；圖21表示使用在圖19中所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測距操作的說明圖；圖22表示在傳統(tǒng)圖像捕獲裝置中的照明結(jié)構(gòu)的說明圖；圖23表示傳統(tǒng)圖像捕獲裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考圖表和附圖按照圖像捕獲裝置的結(jié)構(gòu)、照明機(jī)構(gòu)、遮光罩結(jié)構(gòu)、圖像捕獲處理結(jié)構(gòu)的順序來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和其它實(shí)施例。然而，應(yīng)指出的是，本發(fā)明的范圍不限于以下描述的實(shí)施例。
圖像捕獲裝置圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像捕獲裝置的剖面圖；圖2表示在圖1中所示的圖像捕獲裝置的分解結(jié)構(gòu)圖；圖3表示在圖1和圖2中所示的電路板的俯視圖；圖4表示在圖3中所示的發(fā)光器件與光電探測器件的操作說明圖；圖5表示當(dāng)組裝在圖2中所示的結(jié)構(gòu)時(shí)的組裝圖；圖6表示在圖1中所示外殼的結(jié)構(gòu)圖；圖7表示當(dāng)在圖2中所示的組裝體容納在外殼中時(shí)的結(jié)構(gòu)圖；而圖8表示在圖1中所示的圖像捕獲裝置的外視圖。
在描述圖1中所示的結(jié)構(gòu)之前，參照圖2至圖7描述在圖1中所示的每個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，諸如CMOS圖像傳感器的圖像傳感器30以及偏光板32布置在攝像基板20的中心處。在攝像基板20的圖像傳感器30的外周安裝有多個(gè)發(fā)光器件22、24和光電探測器件26。
參照圖3進(jìn)行更加詳細(xì)的描述，圖像傳感器30安裝在攝像基板20的中心處，偏光板32貼在圖像傳感器30上。沿?cái)z像基板20的圖像傳感器30的外周的圓安裝有多個(gè)發(fā)光器件22、24和光電探測器件26。
在每一個(gè)上述第一發(fā)光器件22和每一個(gè)第二發(fā)光器件24之間布置有光電探測器件(光電二極管)26。如圖4所示，上述光電探測器件26設(shè)置成用于接收來自第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24的光(來自稍后將描述的擴(kuò)散板44的反射光)，從而執(zhí)行第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24的APC(自動(dòng)功率控制)。
在各自的正時(shí)驅(qū)動(dòng)上述第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24以進(jìn)行發(fā)光。
在上述示例中，為了獨(dú)立地進(jìn)行每個(gè)第一和第二發(fā)光器件22、24(其在各自的正時(shí)發(fā)光)的自動(dòng)功率控制，在第一發(fā)光器件22與第二發(fā)光器件24之間布置一個(gè)光電探測器件26以接收來自第一和第二發(fā)光器件22、24的光。因此，可減小用于APC控制的光電探測器件的數(shù)量。
此外，在攝像基板20的四個(gè)角部處，設(shè)置有四個(gè)用于測量距目標(biāo)物的距離的測距發(fā)光器件52。如圖3所示，上述四個(gè)測距發(fā)光器件52布置在攝像基板20的對角線上，并位于對角線上最遠(yuǎn)的位置處，從而它們之間的距離最大。從上述四個(gè)測距發(fā)光器件52測量的距離可檢測目標(biāo)物(這里為手掌)的傾斜。
簡言之，在單個(gè)攝像基板20上，設(shè)置有照明系統(tǒng)22、24和26以及用于對目標(biāo)物進(jìn)行圖像捕獲的圖像捕獲系統(tǒng)30和32，以及測距系統(tǒng)52。
現(xiàn)在返回參考圖2，在攝像基板20的發(fā)光器件22、24的上方向設(shè)置有四個(gè)擴(kuò)散板44和四個(gè)偏光板42。上述擴(kuò)散板44以及偏光板42分別貼到連接在攝像基板20的四個(gè)側(cè)邊上的偏光/擴(kuò)散板安裝臺46上。每個(gè)擴(kuò)散板44都將從第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24發(fā)射的定向光的發(fā)光分布進(jìn)行一定程度的擴(kuò)散。每個(gè)偏光板42都將從第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24發(fā)射的自然光轉(zhuǎn)化為線性偏振光。
在所述四個(gè)偏光板42的上方向設(shè)置有環(huán)形導(dǎo)光件10。導(dǎo)光件10由例如樹脂形成，并沿向上方向引導(dǎo)來自攝像基板20的第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24的光，從而用均勻的光照射目標(biāo)物。為了配置攝像基板20的發(fā)光器件22、24的布置，導(dǎo)光件10具有環(huán)形結(jié)構(gòu)。如將在圖9中及以下將要描述的那樣，導(dǎo)光件10將從第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24發(fā)射的光引導(dǎo)至向上的方向，從而以均勻的光照射目標(biāo)物。
此外，光學(xué)單元34安裝在攝像基板20上，位于設(shè)置在攝像基板20的大致中心處的圖像傳感器30上，并位于環(huán)形導(dǎo)光件10的內(nèi)側(cè)。該光學(xué)單元34由諸如會聚透鏡的透鏡光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。
光圈50安裝在攝像基板20的測距發(fā)光器件52上。光圈50阻斷光向其它方向擴(kuò)散，從而將從測距發(fā)光裝置52發(fā)出的光引導(dǎo)至目標(biāo)物方向。
與攝像基板20分開地設(shè)置控制基板60?？刂苹?0設(shè)置成用于與外部連接，且包括外部連接器62和用于與攝像基板20連接的攝像機(jī)連接器64。上述控制基板60布置在攝像基板20的下部，并利用攝像機(jī)連接器64與攝像基板20電連接。此外，為外部連接器62設(shè)置支架蓋68。
這樣，圖像傳感器30、發(fā)光器件22和24、光電探測器件26以及測距發(fā)光器件52都安裝在攝像基板20上。此外，偏光/擴(kuò)散板安裝臺46、擴(kuò)散板44、偏光板42、光圈50、光學(xué)單元34、以及導(dǎo)光件10都安裝在攝像基板20上方，這樣就組裝成了攝像機(jī)部分?？刂苹?0連接到上述攝像機(jī)部分上。圖5表示攝像機(jī)部分和控制基板連接后的單元狀態(tài)。
此外，如圖6所示，配備可見光截止濾光板76、遮光罩78、支架組件70和外殼74。通過將在圖5中所示的附件單元安裝到在圖6中所示的支架組件70上、并將圖2所示的支架蓋68安裝到支架組件70上，就組裝成了在圖7中所示的結(jié)構(gòu)。
然后將在圖7中所示的結(jié)構(gòu)放置到在圖6中所示的外殼74中，并通過將連接有遮光罩78的可見光截止濾光板76連接到外殼74的上部上，就構(gòu)成了在圖8中所示的圖像捕獲裝置。上述可見光截止濾光板76截止可見光分量，使其不從外面進(jìn)入到圖像傳感器30中。另外，還如以下參考圖1中描述的那樣，遮光罩78遮擋光，從而使預(yù)定圖像捕獲區(qū)域外的光不會進(jìn)入到光學(xué)單元34中，并防止從導(dǎo)光件10泄漏的光侵入到光學(xué)單元34中。
圖1表示在圖8中所示的完成后的主體1的剖面圖。如上所述，圖像傳感器30、發(fā)光器件22、24、光電探測器件26以及測距發(fā)光器件52安裝在攝像基板20上。即，包括照明系統(tǒng)和圖像捕獲系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)安裝在單個(gè)基板上。因此，僅僅一個(gè)安裝板就足夠了，從而有助于降低成本。
此外，通過在發(fā)光器件22和24的上部上設(shè)置環(huán)形導(dǎo)光件10從而將來自發(fā)光器件22和24的光引導(dǎo)至可見光過濾器76。上述導(dǎo)光件10分離來自發(fā)光器件22和24的光，然后使光前進(jìn)至可見光過濾器76。因此，可將發(fā)光器件22和24布置成靠近圖像傳感器30，并且位于同一基板20上，這使得能小型化，并使得也能用均勻的光照射目標(biāo)物。更具體地說，假設(shè)圖1所示的倒三角形的斜線部分為攝像機(jī)的圖像捕獲范圍，則能用均勻的光照射該圖像捕獲范圍。
此外，因?yàn)閷?dǎo)光件10為環(huán)形，所以可將光學(xué)單元34容納在環(huán)10內(nèi)，從而使得能進(jìn)一步小型化。此外，遮光罩78防止預(yù)定圖像捕獲范圍(圖1中的斜線部分)之外的光進(jìn)入光學(xué)單元34，并且還防止從導(dǎo)光件10泄漏的光侵入倒光學(xué)單元34中。因此，即使在導(dǎo)光件10和發(fā)光器件22、24布置成靠近圖像傳感器30和光學(xué)單元34時(shí)，也能避免圖像捕獲圖像精度下降。
此外，因?yàn)闇y距發(fā)光器件52設(shè)置在攝像基板20上，所以可進(jìn)一步使測量距離的照相機(jī)單元小型化。此外，在圖1中，控制基板60連接到攝像基板20的下部上，而外部線纜2連接至控制基板60的外部連接器62上。
照明機(jī)構(gòu)接下來將描述包括導(dǎo)光件的照明機(jī)構(gòu)。圖9表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)光件的操作說明圖；圖10表示在圖9中所示的照明機(jī)構(gòu)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖；圖11表示在圖10中所示的導(dǎo)光件的梯形凹口的說明圖；圖12至圖14表示在圖10所示的導(dǎo)光件的導(dǎo)光和光擴(kuò)散操作的說明圖；而圖15表示通過照明產(chǎn)生的亮度分布圖。
在圖9中，與圖1和圖2所示相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。如圖9所示，導(dǎo)光件10將來自作為點(diǎn)光源的每個(gè)發(fā)光器件22和24的光引導(dǎo)至可見光過濾器76，從而將光分為三束。
更具體地說，從導(dǎo)光件10基本上輸出了指向光學(xué)單元34的方向的光A3、指向?qū)Ч饧?0的縱向方向的光A2、指向與光學(xué)單元34相反的方向的光A1。通過設(shè)置上述導(dǎo)光件10，每個(gè)單個(gè)點(diǎn)光源22、24可相當(dāng)于在可見光過濾器76附近存在三個(gè)點(diǎn)光源。
如圖10所示，導(dǎo)光件10包括上斜面14、兩個(gè)側(cè)面10-1、10-2以及下梯形槽12。該下梯形部分12定位成與發(fā)光器件22、24相對，中間為偏光板42以及擴(kuò)散板44，且該下梯形部分12接收來自發(fā)光器件22、24的光。此外，上斜面14為在光學(xué)單元34側(cè)高度較高的斜面。
如圖11所示，從發(fā)光器件22、24發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度分布B沿向上的方向具有長(強(qiáng))圓弧形。即，向發(fā)光器件22、24的光輸出方向(裝置的垂直方向)的光分量B1的強(qiáng)度比向兩側(cè)方向的光分量B2、B3的強(qiáng)度強(qiáng)。如圖9所示，導(dǎo)光件10中的梯形槽12對應(yīng)于上述強(qiáng)度分布B而形成，從而光在輸出側(cè)上可基本上被認(rèn)為是三個(gè)點(diǎn)光源。
更具體地說，為了通過在導(dǎo)光件10內(nèi)的反射而起到三個(gè)點(diǎn)光源的作用，由平坦部分12b(用于引入光分量B1)和一對具有與光分量B2、B3的方向相對應(yīng)的梯度的斜面部分12a、12c(用于引導(dǎo)兩側(cè)上的光分量B2、B3)構(gòu)成梯形槽12。梯形槽12的上述形狀用于將來自每個(gè)點(diǎn)光源22、24的光分成三束。
此外，如以下將要描述的那樣，上述平坦部分12b以及斜面部分12a、12c各自的長度被設(shè)置成使得由于從導(dǎo)光件10輸出的光而在預(yù)定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的光強(qiáng)變得大致均勻。這里，接收強(qiáng)度最大的光分量B1的平坦部分12b的長度設(shè)置成比斜面部分12a、12c中的每個(gè)的長度都短，所述斜面部分12a、12c接收光強(qiáng)弱于光分量B1的光強(qiáng)的光分量B2、B3。這樣可根據(jù)光強(qiáng)分布來調(diào)節(jié)分光量。
參考圖12至圖14描述上述操作。如圖12所示，每個(gè)發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B的左側(cè)上的分量B2從導(dǎo)光件10的左斜面部分12a入射至導(dǎo)光件10的左側(cè)面10-2。入射光然后在左側(cè)面10-2上反射，并前進(jìn)至導(dǎo)光件10的右側(cè)面10-1。隨后，前進(jìn)至右側(cè)面10-1的光在右側(cè)面10-1上反射，并再次前進(jìn)至左側(cè)面10-2。光然后在左側(cè)面10-2上反射，且大致垂直地入射到上斜面14，并輸出至圖像捕獲范圍的最外部。
此外，如圖13所示，發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B的中間分量B1從導(dǎo)光件10的中央平坦部分12b入射到導(dǎo)光件10。光然后傾斜地入射到上斜面14，并輸出至圖像捕獲范圍的最內(nèi)部。
此外，如圖14所示，發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B的右側(cè)上的分量B3從導(dǎo)光件10的右斜面部分12c入射至導(dǎo)光件10的右側(cè)面10-1。入射光然后在右側(cè)面10-1上反射，并前進(jìn)至導(dǎo)光件10的左側(cè)面10-2。然后，前進(jìn)至左側(cè)面10-2的光在左側(cè)面10-2上反射，并大致垂直地入射到上斜面14，并輸出至圖像捕獲范圍的最內(nèi)部與最外部之間。
綜合圖12至圖14獲得如圖10所示的光路圖。即，通過梯形槽12，導(dǎo)光件10將點(diǎn)光源22、24的點(diǎn)光分為三個(gè)。利用在導(dǎo)光件10內(nèi)側(cè)的側(cè)面上的反射，相當(dāng)于在導(dǎo)光件10的輸出側(cè)上存在三個(gè)點(diǎn)光源那樣輸出每個(gè)分開的光。
在此情況下，考慮到在圖1中所示的圖像捕獲范圍(由斜線所示)，在導(dǎo)光件10的上斜面14處調(diào)節(jié)輸出方向。此外，為了在圖像捕獲范圍內(nèi)獲得大致均勻的光強(qiáng)，應(yīng)考慮到先前在圖11中描述的發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B來調(diào)節(jié)導(dǎo)光件10的梯形槽12的平坦部分12b和斜面部分12a、12c的長度(即，入射寬度或入射量)。
這里，為了獲得大致均勻的光強(qiáng)，因?yàn)樵趫D11中所述的發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B在中央具有較強(qiáng)的光強(qiáng)，而在周圍具有較弱的光強(qiáng)，所以導(dǎo)光件10的梯形槽12的平坦部分12b的長度設(shè)置成比斜面部分12a、12c中的每個(gè)的長度都短。因此，構(gòu)成為使得具有較強(qiáng)光強(qiáng)的光部分不僅入射到平坦部分12b而且還入射到斜面部分12a、12c。
此外，利用具有梯形的槽12以及導(dǎo)光件10的上斜面14，以及導(dǎo)光件10的反射，可通過擴(kuò)散輸出反射光和直線光，從而在整個(gè)圖像捕獲范圍內(nèi)獲得大致均勻的光強(qiáng)。
圖15表示示出了關(guān)于在圖1中所示的圖像捕獲裝置的圖像捕獲范圍與光強(qiáng)的試驗(yàn)結(jié)果的圖。在圖15中，橫軸代表位置，而豎軸代表光強(qiáng)。更具體地說，該位置為圖像傳感器30的點(diǎn)位置，這里采用具有在寬度上640點(diǎn)的圖像傳感器30。通過將用于試驗(yàn)?zāi)康牡钠胀ò准埛旁趫D1中所示的圖像捕獲范圍(斜線部分)的上部的平坦部分上，因此產(chǎn)生均勻反射，測量了圖像傳感器30的每一點(diǎn)的輸出等級值。由于是白紙，因此輸出等級值對應(yīng)于光強(qiáng)。
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的上述示例，在圖像傳感器30的中央大約310個(gè)點(diǎn)的寬度內(nèi)獲得了大致均勻的光強(qiáng)。例如，在該310個(gè)點(diǎn)寬度中的最高等級為′190′，而最低等級為′160′，處于中值′175′的±15％的范圍內(nèi)，誤差為±10％或更低。
參照圖1，對于圖像傳感器30的圖像捕獲范圍V，均勻光強(qiáng)范圍由V1表示。盡管圖像捕獲范圍為V，但是通過從上述范圍V1中的圖像提取圖像捕獲目標(biāo)物的特別重要的特征，可獲得高精確的特征提取。另外，通過等級校正來匹配等級，可采用范圍V1外部的圖像用于重要性較低的特征提取。
遮光罩結(jié)構(gòu)圖16和圖17表示在圖1至圖14中所示的圖像捕獲裝置的遮光罩的結(jié)構(gòu)圖，圖18表示該遮光罩的操作說明圖。圖16為遮光罩從上面觀察的立體圖，而圖17為遮光罩從下面觀察的立體圖。如圖16和圖17所示，遮光罩78包括罩外壁78-1、罩外壁78-1的底部78-4、布置在底部78-4上的曝光孔78-2、以及布置在罩外壁78-1的最上部上的凸緣78-3。
如圖18所示，光學(xué)單元34的頂部設(shè)置在形成于遮光罩78的底部78-4上的曝光孔78-2中。遮光罩78的上部(包括凸緣78-3)裝配到可見光過濾器76上。如已經(jīng)在圖1至圖14中描述的那樣，在圖像捕獲單元34、30以及照明機(jī)構(gòu)22、10為了小型化的目的而彼此靠近布置時(shí)，從照明機(jī)構(gòu)(光輸出系統(tǒng))發(fā)出的光入射到圖像捕獲系統(tǒng)34、30上，這影響所拍攝的圖像。
因此，必須光學(xué)地分開光輸出系統(tǒng)和圖像捕獲系統(tǒng)。為此目的設(shè)置遮光罩78。上述遮光罩78由不透射光的遮蔽件形成。通過設(shè)置底部78-4使罩外壁78-1沿導(dǎo)光件10的方向定位。大致垂直布置的罩外壁78-1遮蔽可能從導(dǎo)光件10直接入射的光或者在可見光過濾器76的下表面上反射的光，從而使這些光不入射到圖像捕獲單元34、30。另外，如圖1所示，罩外壁78-1對來自目標(biāo)物的反射光的入射范圍進(jìn)行限制，如圖1中的斜線所示。
此外，布置在罩外壁78-1的上部上的凸緣78-3向?qū)Ч饧?0的方向延伸。如圖18所示，凸緣78-3阻止從導(dǎo)光件10輸出的光當(dāng)中的在可見光過濾器76的上表面上反射的反射光L1、L2、L3入射到圖像捕獲單元34、30。這樣的反射光L1、L2、L3由于不照射目標(biāo)物而帶來圖像捕獲噪聲。因此，借助于凸緣78-3的阻止對于獲得清楚的拍攝圖像是有效的。
這樣，遮光罩78截止光，從而防止預(yù)定圖像捕獲范圍(圖1中斜線所示)外的光進(jìn)入到光學(xué)單元34，并防止在從導(dǎo)光件10輸出的光當(dāng)中的對于照射目標(biāo)物沒有作用的光侵入到光學(xué)單元34。
圖像處理結(jié)構(gòu)圖19表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的已捕獲圖像處理裝置的框圖。圖20表示在上述圖像處理裝置中處理已捕獲圖像的流程圖。另外，圖21表示測距操作的說明圖。
如圖19所示，在該圖像捕獲裝置中的驅(qū)動(dòng)/處理系統(tǒng)包括第一照明LED驅(qū)動(dòng)器94(用于驅(qū)動(dòng)第一發(fā)光器件22)、第二照明LED驅(qū)動(dòng)器96(用于驅(qū)動(dòng)第二發(fā)光器件24)、測距LED驅(qū)動(dòng)器98(用于驅(qū)動(dòng)測距發(fā)光器件52)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器92(用于將圖像傳感器30的每個(gè)像素的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字值)以及微控制器90。
如圖4所示，第一和第二照明LED驅(qū)動(dòng)器94、96根據(jù)在光電探測器件26中接收到的光強(qiáng)在每一發(fā)光期間執(zhí)行APC(自動(dòng)功率控制)。微控制器(MCU)90包括MPU(微處理器)、ROM(只讀存儲器)以及RAM(隨機(jī)存儲器)，并執(zhí)行對包括測距90A、姿勢辨別90B、快門控制90C以及圖像處理90D在內(nèi)的處理。
以下參照圖20描述在MCU90中的圖像捕獲處理。
(S10)MCU90借助于測距LED驅(qū)動(dòng)器98驅(qū)動(dòng)測距發(fā)光器件(LED)52。這樣，在圖2和圖3中所描述的四個(gè)測距發(fā)光器件52發(fā)光。如圖1所示，圖像傳感器30在圖像捕獲范圍內(nèi)拍攝圖像。這里，由于沒有驅(qū)動(dòng)照明發(fā)光器件22、24，因此圖像傳感器30僅接收來自圖像捕獲范圍內(nèi)的目標(biāo)物的與從測距發(fā)光器件52發(fā)出的光相對應(yīng)的反射光。在圖21中示出了從圖像捕獲范圍內(nèi)的目標(biāo)物接收的與每個(gè)測距發(fā)光器件52發(fā)出的光相對應(yīng)的反射光52A、52B、52C和52D在圖像傳感器30的圖像30A中的位置。上述位置隨著物體(例如手掌)的傾斜而偏移。
(S12)接下來，通過模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器92將圖像傳感器30的圖像30A中的模擬光接收量轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后將其存儲在MCU90的存儲器中。MCU90搜索存儲器中的圖像數(shù)據(jù)，并檢測上述反射光52A、52B、52C和52D的位置。
此時(shí)，因?yàn)樗膫€(gè)測距發(fā)光器件52相對于圖像(成像范圍)中心斜對角地布置，如圖3和圖21所示，從而通過在圖21中由虛線示出的直線上進(jìn)行搜索，可從直線上的像素亮度來檢測四個(gè)點(diǎn)的位置。此外，因?yàn)榘l(fā)光器件52以足夠的距離布置在對角線上最遠(yuǎn)的位置處，所以可檢測離圖像中心較遠(yuǎn)的位置。MCU90從上述四個(gè)位置利用三角測量方法檢測目標(biāo)物的距離和傾斜。即，通過利用離開圖像傳感器30的中心的位置，計(jì)算四個(gè)點(diǎn)中每個(gè)點(diǎn)的距離，從而可從所述四個(gè)點(diǎn)的距離差檢測(沿四個(gè)方向)傾斜。
(S14)MCU90決定到圖像捕獲目標(biāo)物的距離是否合適(目標(biāo)物是否定位在預(yù)定焦距的圖像捕獲范圍內(nèi))。當(dāng)距圖像捕獲目標(biāo)物的距離不合適時(shí)，MCU90在沒有示出的顯示部分上顯示引導(dǎo)信息。例如，顯示“將目標(biāo)物(手掌)放得更近。”或“將目標(biāo)物(手掌)放得更遠(yuǎn)?！钡囊龑?dǎo)信息。
(S16)在距離合適時(shí)，MCU90決定圖像捕獲目標(biāo)物的傾斜是否合適。例如，在對目標(biāo)物的平坦部分(手掌等)進(jìn)行圖像捕獲時(shí)，MCU90決定傾斜是否在可容許范圍內(nèi)。當(dāng)圖像捕獲目標(biāo)物的傾斜不合適時(shí)，MCU90在沒有示出的顯示部分上顯示引導(dǎo)信息。例如，在手掌為目標(biāo)物的情況下，顯示“打開你的手掌?！钡纫龑?dǎo)信息。
(S18)在傾斜合適時(shí)，MCU90指令照明LED驅(qū)動(dòng)器94、96發(fā)光。第一和第二發(fā)光器件22、24因此而發(fā)光照射目標(biāo)物。隨后，MCU90驅(qū)動(dòng)沒有示出的電子快門(在光學(xué)單元中)，并拍攝圖像捕獲范圍內(nèi)的圖像。MCU90然后通過A/D轉(zhuǎn)換器92將圖像存儲到存儲器中。
然后，從上述圖像中提取特征。例如，在提取上述血管圖像的情況下，從圖像提取血管圖像。
這樣，圖像傳感器30還用于測距光電探測器部分，以檢測圖像捕獲目標(biāo)物是否位于焦距處，或者檢測圖像捕獲目標(biāo)物的傾斜。因此，在測距機(jī)構(gòu)中，提供測距發(fā)光器件52就足夠了，而無需專門提供用于測距的光電探測器件。由于減少了安裝部件的數(shù)量，因此有助于降低成本，且有助于小型化。
此外，因?yàn)樗膫€(gè)測距發(fā)光器件52從圖像(圖像捕獲范圍)的中心對角地布置，所以通過搜索存儲在存儲器中的圖像數(shù)據(jù)可檢測到所述四個(gè)點(diǎn)的位置(如圖21中虛線所示)，因而，檢測處理變得容易。另外，由于測距發(fā)光器件52以足夠的距離布置在對角線上最遠(yuǎn)的位置處，因此，即使裝置被小型化，也可檢測到圖像中距中心的最遠(yuǎn)的位置，從而可準(zhǔn)確地進(jìn)行傾斜的檢測。
其它實(shí)施例在以上實(shí)施例中，以手掌來作為圖像捕獲目標(biāo)物的示例，并且以紋理圖案驗(yàn)證來作為圖像捕獲目標(biāo)物的圖像處理的示例。然而，本發(fā)明還可應(yīng)用到利用人體其它特征來進(jìn)行的其它生物計(jì)量驗(yàn)證，包括手部皮膚圖案、手背血管圖像、手指血管圖像、以及面部特征和虹膜等。而且，本發(fā)明不限于生物計(jì)量驗(yàn)證的應(yīng)用，而是可用到其它的應(yīng)用中。
此外，測距發(fā)光器件的數(shù)量不限于四個(gè)，而是可選擇任意多個(gè)。
以上對實(shí)施例的描述不是為了將本發(fā)明限制為所示示例的具體細(xì)節(jié)。任何合適的修改和等同物都可列入本發(fā)明的范圍內(nèi)。落入本發(fā)明范圍內(nèi)的本發(fā)明所有特征和優(yōu)點(diǎn)由所附權(quán)利要求覆蓋。
本申請基于2006年3月3日提交的在先日本專利申請2006-058086，并要求其優(yōu)先權(quán)，這里通過參考結(jié)合其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于通過照明目標(biāo)物并接收來自該目標(biāo)物的反射光來捕獲目標(biāo)物圖像的圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置包括圖像傳感器，該圖像傳感器用于接收所述反射光；多個(gè)發(fā)光器件，所述多個(gè)發(fā)光器件安裝在所述圖像傳感器的周圍位置處；導(dǎo)光件，該導(dǎo)光件用于將從所述多個(gè)發(fā)光器件發(fā)出的光引導(dǎo)至圖像捕獲范圍，并照明所述圖像捕獲范圍；光學(xué)單元，該光學(xué)單元容納在所述導(dǎo)光件內(nèi)，并用于將在被照明的所述圖像捕獲范圍內(nèi)的所述目標(biāo)物的反射光引導(dǎo)至所述圖像傳感器；濾光器，該濾光器布置在所述光學(xué)單元和所述導(dǎo)光件的目標(biāo)物側(cè)；以及遮光罩，該遮光罩用于光學(xué)地遮斷所述光學(xué)單元與所述導(dǎo)光件，其中，所述遮光罩還包括凸緣，該凸緣用于遮斷從所述導(dǎo)光件輸出的光中的在所述濾光器上反射的光入射到所述光學(xué)單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述多個(gè)發(fā)光器件沿所述圖像傳感器的周圍的圓以預(yù)定間隔安裝在電路板上，并且其中所述導(dǎo)光件包括與所述圓對應(yīng)的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述圖像傳感器以及所述多個(gè)發(fā)光器件安裝在同一電路板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述遮光罩包括罩外壁，該罩外壁與所述凸緣相連，并用于光學(xué)地遮斷所述光學(xué)單元與所述導(dǎo)光件；以及罩底部，該罩底部具有用于安放至所述光學(xué)單元的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，該圖像捕獲裝置還包括用于擴(kuò)散所述發(fā)光器件的光的擴(kuò)散板，所述擴(kuò)散板布置在所述環(huán)形導(dǎo)光件與所述多個(gè)發(fā)光器件之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，該圖像捕獲裝置還包括用于監(jiān)控所述發(fā)光器件的光的光電探測器件，所述光電探測器件布置于在所述電路板上布置的所述多個(gè)發(fā)光器件之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，該圖像捕獲裝置還包括測距發(fā)光器件，所述測距發(fā)光器件安裝在所述電路板上并用于測量至所述目標(biāo)物的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述多個(gè)發(fā)光器件包括用于發(fā)射紅外光的發(fā)光器件，并且其中所述濾光器包括過濾可見光的濾光器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導(dǎo)光件包括下端部，該下端部用于導(dǎo)入所述發(fā)光器件的光；上端部，該上端部用于向所述圖像捕獲范圍輸出所述光；以及導(dǎo)光部分，該導(dǎo)光部分用于將所述發(fā)光器件的光從所述下端部引導(dǎo)至所述上端部。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述光電探測器件在所述導(dǎo)光件的下部處布置在這樣的位置處，在該位置處，該光電探測器件接收從所述發(fā)光器件發(fā)出的光中的在所述導(dǎo)光件的所述下部處反射的光。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述擴(kuò)散板包括多個(gè)單獨(dú)的擴(kuò)散件，所述多個(gè)單獨(dú)的擴(kuò)散件分別與沿所述圖像傳感器的周圍的所述圓以預(yù)定間隔安裝在所述電路板上的所述多個(gè)發(fā)光器件相對應(yīng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述測距發(fā)光器件在所述電路板上安裝在這樣的位置處，在該位置處該測距發(fā)光器件利用所述圖像傳感器的圖像來測量距所述圖像捕獲范圍內(nèi)的所述目標(biāo)物的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述測距發(fā)光器件在所述電路板上安裝在所述發(fā)光器件的外部位置處。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述圖像傳感器捕獲活體的一部分的圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種圖像捕獲裝置。該圖像捕獲裝置照明目標(biāo)物，并利用從目標(biāo)物的反射光捕獲目標(biāo)物的圖像。在該裝置中，在圖像傳感器的周圍安裝有多個(gè)發(fā)光器件，并且通過導(dǎo)光件將多個(gè)發(fā)光器件的光引導(dǎo)至圖像捕獲區(qū)域，以用于照明。在具有靠近照明系統(tǒng)布置的圖像捕獲系統(tǒng)的圖像捕獲裝置上，設(shè)置用于光學(xué)地遮斷圖像捕獲系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的遮光罩，且在該遮光罩上布置有凸緣。可阻止在過濾器的上表面上反射的光入射到圖像捕獲系統(tǒng)單元上。因此，可防止不照射目標(biāo)物從而帶來圖像捕獲噪聲的輸出光，這對形成清晰的拍攝圖像是有效的。
文檔編號G03B11/00GK101030014SQ20061014676
公開日2007年9月5日 申請日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者田中博之, 芳須芳男, 吉田孝, 松尾浩一, 巖口功 申請人:富士通株式會社, 富士通先端科技株式會社