專利名稱：具有測距功能的圖像捕獲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有測距功能的圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置用于測量目標(biāo)物的距離并捕獲目標(biāo)物的圖像，尤其涉及一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置用于測量距目標(biāo)物的距離以便檢測目標(biāo)物是否在圖像捕獲范圍內(nèi)。
背景技術(shù)：
通過以均勻的光照射目標(biāo)物而捕獲目標(biāo)物的預(yù)定范圍的圖像的圖像捕獲裝置被廣泛使用。在使用由這種圖像捕獲裝置捕獲的圖像的圖像處理系統(tǒng)中，尤其需要清晰的圖像。
例如，隨著近年來生物計(jì)量技術(shù)(biometric technology)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了各種用于個(gè)人識(shí)別的裝置，這些裝置能夠這樣區(qū)分個(gè)人，即捕獲能夠用來區(qū)分個(gè)人的活體的圖像并識(shí)別活體的特征，例如，手足的指紋、眼睛的視網(wǎng)膜、面部和血管。
具體地說，手掌與手指的血管和皮膚圖案適于進(jìn)行可靠的個(gè)人認(rèn)證，因?yàn)閺钠淇梢垣@得相對(duì)大量的個(gè)人特征數(shù)據(jù)。此外，認(rèn)為血管(靜脈)的圖案從胎兒時(shí)期開始貫穿任何人的整個(gè)一生都不會(huì)發(fā)生改變，且任何人之中無一例外都不會(huì)存在相同的圖案，因此適用于個(gè)人認(rèn)證。圖19至圖22表示傳統(tǒng)的血管圖像認(rèn)證技術(shù)的說明圖。如圖19所示，在注冊或認(rèn)證時(shí)，使用者將手掌110靠近圖像捕獲裝置100放置。圖像捕獲裝置100發(fā)出近紅外線，并使其照射手掌110。圖像捕獲裝置100通過傳感器接收從手掌110反射的近紅外線。
如圖20所示，在靜脈中流動(dòng)的紅血球中的血色素失去氧。這種血色素(脫氧血色素)吸收波長大約為760nm的近紅外線。因此，當(dāng)用近紅外線照射手掌時(shí)，在靜脈所處的部位中的反射減少。從而，根據(jù)反射的近紅外線的強(qiáng)度，能夠識(shí)別靜脈的位置。
如圖19所示，首先，使用者利用圖19中所示的圖像捕獲裝置100把自己手掌的靜脈圖像數(shù)據(jù)注冊到服務(wù)器或卡中。然后，為了進(jìn)行個(gè)人認(rèn)證，使用者利用圖19中所示的圖像捕獲裝置100讀取自己手掌的靜脈圖像數(shù)據(jù)。
通過將利用使用者ID提取的注冊靜脈圖像與以上正在讀取的核對(duì)靜脈圖像中的靜脈圖案進(jìn)行核對(duì)來進(jìn)行個(gè)人認(rèn)證。例如，在核對(duì)如圖21所示的注冊圖像與核對(duì)圖像之間的靜脈圖案的情況下，該人被認(rèn)證為本人。同時(shí)，在核對(duì)如圖22所示的注冊圖像與核對(duì)圖像之間的靜脈圖案的情況下，該人沒有被認(rèn)證為本人(參見日本特開2004-062826號(hào)公報(bào)，圖2-圖9)。
對(duì)于這種生物計(jì)量認(rèn)證等，必須以非接觸方式捕獲目標(biāo)物(在生物計(jì)量認(rèn)證情況下目標(biāo)物為人體的一部分)的圖像。為此，圖像捕獲裝置100發(fā)出在某一圖像捕獲范圍(距離和面積)內(nèi)產(chǎn)生均勻光強(qiáng)的光，通過傳感器接收以上圖像捕獲范圍中的反射光，并將捕獲的圖像信號(hào)以電信號(hào)輸出。
圖23和圖24表示傳統(tǒng)的圖像捕獲裝置的說明圖。如圖23和圖24所示，圖像捕獲裝置100包括處于中心的圖像捕獲單元120和在其周圍的多個(gè)發(fā)光器件130-1至130-8。圖23中所示的虛線代表從多個(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。
如此，通過將多個(gè)(這里是8個(gè))點(diǎn)光源布置在圖像捕獲單元120的周圍，能夠以均勻強(qiáng)度的光照射圖像捕獲單元120的圖像捕獲范圍。同時(shí)，圖像捕獲單元120包括諸如CMOS傳感器的光電轉(zhuǎn)換單元122和諸如透鏡的光學(xué)系統(tǒng)124。由于作為平面光電探測器的光電轉(zhuǎn)換器122具有預(yù)定的光接收面積，因此需要預(yù)定的光程來把圖像捕獲范圍的反射光引導(dǎo)到光電轉(zhuǎn)換器122的光接收平面上。為此，在光電轉(zhuǎn)換單元122與目標(biāo)物之間設(shè)置諸如魚眼透鏡的透鏡124，從而將預(yù)定圖像捕獲范圍的圖像投影到光電轉(zhuǎn)換器122的光接收平面上。
因此，傳統(tǒng)上，為了用點(diǎn)光源元件130-1至130-8中的每一個(gè)通過共享預(yù)定的圖像捕獲范圍來照射目標(biāo)物，使點(diǎn)光源元件130-1至130-8彼此遠(yuǎn)離地設(shè)置，如圖23所示。此外，為了將預(yù)定均勻強(qiáng)度的光供應(yīng)到圖像捕獲范圍，使點(diǎn)光源元件130-1至130-8設(shè)置成比光電轉(zhuǎn)換器122更靠近目標(biāo)物，如圖24所示(參見WO 2004/088588，圖1和圖6)。
此外，在這種圖像捕獲裝置中，必須檢測目標(biāo)物是否定位在焦距處。傳統(tǒng)上，在圖像捕獲裝置中設(shè)置了具有發(fā)光部分和光接收部分的光學(xué)距離傳感器，以便測量距目標(biāo)物的距離(參見WO 2004/088979，圖1和圖5)。例如，光學(xué)距離傳感器設(shè)置在圖24所示的點(diǎn)光源130-4和圖像捕獲單元120之間。
在上述傳統(tǒng)的圖像捕獲裝置中，所述距離傳感器包括發(fā)光部分和光接收部分。由于從反射光的位置開始測量距離，因此必須使光接收部分遠(yuǎn)離發(fā)光部分設(shè)置。這使得所涉及的傳感器尺寸很大。此外，圖像捕獲裝置難以小型化且當(dāng)把圖像捕獲裝置結(jié)合到設(shè)備中時(shí)存在限制。
此外，為了還檢測目標(biāo)物的傾斜度，必須安裝多個(gè)距離傳感器，這進(jìn)一步致使圖像捕獲裝置難以小型化且結(jié)合到設(shè)備中時(shí)存在限制，并阻礙了成本的降低。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有測距功能的圖像捕獲裝置，即使增加了測距功能該裝置也具有小型化的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有測距功能的圖像捕獲裝置，即使增加了測距功能該裝置也能夠降低成本。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種具有測距功能的圖像捕獲裝置，該裝置能夠以小型化結(jié)構(gòu)容易地檢測距目標(biāo)物的距離。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置用于通過照射目標(biāo)物并接收來自目標(biāo)物的反射光而捕獲目標(biāo)物的圖像，并且包括用于通過接收所述反射光而捕獲圖像的圖像傳感器；用于以聚光(spot light)照射目標(biāo)物的測距發(fā)光器件；以及控制電路，該控制電路用于在測距時(shí)驅(qū)動(dòng)所述測距發(fā)光器件，根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像而檢測所述測距發(fā)光器件的聚光位置，并根據(jù)檢測到的聚光位置得到距目標(biāo)物的距離。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述測距發(fā)光器件相對(duì)于所述圖像傳感器設(shè)置在這樣的位置，即，在所述圖像傳感器的圖像捕獲范圍內(nèi)照射所述聚光的位置。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述測距發(fā)光器件由設(shè)置在以所述圖像傳感器為中心的不同位置處的至少三個(gè)測距發(fā)光器件組成。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，上述至少三個(gè)測距發(fā)光器件設(shè)置在以所述圖像傳感器為中心的相對(duì)位置處。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述控制電路根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像而檢測每一個(gè)測距發(fā)光器件的聚光位置，并根據(jù)所檢測到的位置獲得所述目標(biāo)物的傾斜度。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述測距發(fā)光器件安裝在一電路板上，在該電路板上安裝有所述圖像傳感器。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，在所述圖像傳感器的周圍布置用于在捕獲圖像時(shí)照射所述目標(biāo)物的照射機(jī)構(gòu)，且所述測距發(fā)光器件設(shè)置在該照射機(jī)構(gòu)的外側(cè)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述照射機(jī)構(gòu)包括安裝在所述圖像傳感器的周圍位置的多個(gè)發(fā)光器件；環(huán)形的導(dǎo)光構(gòu)件，該導(dǎo)光構(gòu)件用于將所述多個(gè)發(fā)光器件的光引導(dǎo)至圖像捕獲范圍從而照射該圖像捕獲范圍；并且還包括光學(xué)單元，該光學(xué)單元容納在所述環(huán)形的導(dǎo)光構(gòu)件的環(huán)的內(nèi)部，用于將被照射的圖像捕獲范圍內(nèi)的目標(biāo)物的反射光引導(dǎo)至所述圖像傳感器。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述圖像捕獲裝置還包括電路板，在該電路板上安裝有所述圖像傳感器、所述測距發(fā)光器件以及所述多個(gè)發(fā)光器件。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述多個(gè)發(fā)光器件沿所述圖像傳感器周圍的圓以預(yù)定間隔安裝在所述電路板上，且所述導(dǎo)光構(gòu)件具有對(duì)應(yīng)于該圓的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，在所述環(huán)形的導(dǎo)光構(gòu)件與所述多個(gè)發(fā)光器件之間設(shè)置有用于使所述發(fā)光器件的光擴(kuò)散的擴(kuò)散板。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述多個(gè)發(fā)光器件由發(fā)射紅外線的發(fā)光器件組成，且至少在所述光學(xué)單元的入射平面上設(shè)置有用于過濾可見光的濾光器。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述導(dǎo)光構(gòu)件包括用于引導(dǎo)所述發(fā)光器件的光的下端部分，用于把光輸出到所述圖像捕獲范圍中的上端部分，和用于把所述發(fā)光器件的光從所述下端部分引導(dǎo)至所述上端部分的導(dǎo)光部分。
此外，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述圖像傳感器對(duì)活體的一部分成像。
根據(jù)本發(fā)明，所述圖像捕獲裝置包括用于通過接收反射光而捕獲目標(biāo)物的圖像的圖像傳感器；用于以聚光照射目標(biāo)物的測距發(fā)光器件；以及控制電路，該控制電路用于在測距時(shí)驅(qū)動(dòng)所述測距發(fā)光器件，并根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像而檢測所述測距發(fā)光器件的聚光位置，從而獲得距目標(biāo)物的距離。因此，為捕獲目標(biāo)物的圖像而設(shè)置的所述圖像傳感器可用作用于測距的光電探測器。由此，不必單獨(dú)設(shè)置用于測距的光電探測器，這能夠使圖像捕獲裝置小型化并降低成本。
通過利用附圖對(duì)實(shí)施例的以下說明，本發(fā)明的其它范圍和特征將變得更明了。


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表示圖1所示的圖像捕獲裝置的分解結(jié)構(gòu)圖。
圖3表示圖2所示的電路板的部件布局圖。
圖4表示圖2所示的發(fā)光器件與光電探測器之間的關(guān)系的說明圖。
圖5表示圖2所示的分解部件的組裝圖。
圖6表示圖1所示的外裝部件(external finishing components)的結(jié)構(gòu)圖。
圖7表示圖2所示的組裝體的組裝結(jié)構(gòu)圖。
圖8表示圖1所示的圖像捕獲裝置的外觀圖。
圖9表示圖1所示的照射系統(tǒng)的說明圖。
圖10表示圖9所示的導(dǎo)光構(gòu)件和發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)圖。
圖11表示圖10所示的發(fā)光器件的發(fā)光強(qiáng)度分布與導(dǎo)光構(gòu)件的下端部分的關(guān)系圖。
圖12表示圖10所示的導(dǎo)光構(gòu)件的第一操作說明圖。
圖13表示圖10所示的導(dǎo)光構(gòu)件的第二操作說明圖。
圖14表示圖10所示的導(dǎo)光構(gòu)件的第三操作說明圖。
圖15表示使用圖10所示的導(dǎo)光構(gòu)件的光強(qiáng)分布圖。
圖16表示用于圖1所示的圖像捕獲裝置的控制電路的方框圖。
圖17表示圖16所示的控制電路的成像過程的流程圖。
圖18表示使用圖16所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測距操作的說明圖。
圖19表示傳統(tǒng)的手掌圖像捕獲裝置的說明圖。
圖20表示傳統(tǒng)的手掌圖像捕獲裝置的原理說明圖。
圖21表示傳統(tǒng)的手掌認(rèn)證技術(shù)的說明圖。
圖22表示傳統(tǒng)的手掌認(rèn)證技術(shù)的另一說明圖。
圖23表示傳統(tǒng)的圖像捕獲裝置中的照射結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖24表示傳統(tǒng)的圖像捕獲裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考附圖按照圖像捕獲裝置的結(jié)構(gòu)、照射機(jī)構(gòu)、圖像處理結(jié)構(gòu)和其它實(shí)施例的順序說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。不過，須指出的是本發(fā)明的范圍不限于下面描述的實(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表示圖1所示的圖像捕獲裝置的分解結(jié)構(gòu)圖；圖3表示圖1、圖2所示的電路板的俯視圖；圖4表示圖3所示的發(fā)光器件和光電探測器的操作說明圖；圖5表示當(dāng)圖2所示的結(jié)構(gòu)被組裝時(shí)的組裝圖；圖6表示圖1所示的外殼的結(jié)構(gòu)圖；圖7表示當(dāng)圖2所示的組裝體容納在外殼中時(shí)的結(jié)構(gòu)圖；且圖8表示圖1所示的圖像捕獲裝置的外觀圖。
在說明圖1所示的結(jié)構(gòu)以前，參考圖2至圖7來說明圖1所示的每一部分的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，諸如CMOS圖像傳感器的圖像傳感器30和偏光板32設(shè)置在攝像基板(camera substrate)20的中心處。在攝像基板20的圖像傳感器30的周圍，安裝有多個(gè)發(fā)光器件22、24和光電探測器26。
參考圖3更詳細(xì)地進(jìn)行說明，圖像傳感器30安裝在攝像基板20的中心處，而偏光板32粘貼在圖像傳感器30上。沿著攝像基板20的圖像傳感器30周圍的圓，安裝有多個(gè)發(fā)光器件22、24和光電探測器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，設(shè)置有光電探測器(光電二極管)26。如圖4所示，上述光電探測器26設(shè)置成用來接收來自第一發(fā)光器件22的光和來自第二發(fā)光器件24的光(來自后面所述的擴(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)。
驅(qū)動(dòng)上述第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24按各自的定時(shí)發(fā)光。在以上示例中，為了對(duì)按各自的定時(shí)發(fā)光的每一個(gè)第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24獨(dú)立地執(zhí)行自動(dòng)功率控制，在第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24之間設(shè)置一個(gè)光電探測器26，以便接收來自第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24的光。從而，能夠減少用于APC控制的光電探測器的數(shù)量。
此外，在攝像基板20的四個(gè)角部處，設(shè)置有四個(gè)測距發(fā)光器件52以測量距目標(biāo)物的距離。如圖3所示，上述四個(gè)測距發(fā)光器件52設(shè)置在攝像基板20的對(duì)角線上并在對(duì)角線的最遠(yuǎn)位置處，以使得它們之間的距離都最遠(yuǎn)。根據(jù)由上述四個(gè)測距發(fā)光器件52測得的距離，檢測目標(biāo)物(這里是指手掌)的傾斜度。
簡短地說，在單個(gè)攝像基板20上，設(shè)有照射系統(tǒng)22、24、26和用于捕獲目標(biāo)物圖像的圖像捕獲系統(tǒng)30、32，以及測距系統(tǒng)52。
此時(shí)，返回參考圖2，在攝像基板20的發(fā)光器件22、24的向上方向，設(shè)有四個(gè)擴(kuò)散板44和四個(gè)偏光板42。上述擴(kuò)散板44和偏光板42粘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(tái)(holder)46上。每一個(gè)擴(kuò)散板44使從第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24發(fā)出的定向光(directive light)的發(fā)光分布以一定程度擴(kuò)散。每一個(gè)偏光板42使從第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24發(fā)出的自然光轉(zhuǎn)變成線性偏振光。
在四個(gè)偏光板42的向上方向，設(shè)有環(huán)形的導(dǎo)光構(gòu)件10。導(dǎo)光構(gòu)件10由例如樹脂形成，并沿向上的方向引導(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，以便以均勻的光照射目標(biāo)物。為了與攝像基板20的發(fā)光器件22、24的布置相配合，導(dǎo)光構(gòu)件10具有環(huán)形結(jié)構(gòu)。如將在圖9及其后的圖中所述，導(dǎo)光構(gòu)件10向著向上的方向引導(dǎo)從第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24發(fā)出的光，從而以均勻的光照射目標(biāo)物。
此外，光學(xué)單元34連接到該攝像基板20上，并在布置于攝像基板20的近似中心處的圖像傳感器30上以及環(huán)形導(dǎo)光構(gòu)件10的內(nèi)部。光學(xué)單元34由諸如會(huì)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阻斷光向其它方向的擴(kuò)散，以便把從測距發(fā)光器件52發(fā)出的光引導(dǎo)至目標(biāo)物方向。
控制基板60與攝像基板20相分離地設(shè)置?？刂苹?0設(shè)置成與外部相連接，并包括外部連接器62和用來與攝像基板20相連接的攝像連接器64。上述控制基板60設(shè)置在攝像基板20的下部，并且利用攝像連接器64而與攝像基板20電連接。此外，為了外部連接器62而設(shè)置有支座蓋(holder cover)68。
通過這種方式，將圖像傳感器30、發(fā)光器件22、24、光電探測器26以及測距發(fā)光器件52安裝在攝像基板20上。而且將偏光/擴(kuò)散板安裝臺(tái)46、擴(kuò)散板44、偏光板42、光圈50、光學(xué)單元34以及導(dǎo)光構(gòu)件10也安裝在上述攝像基板20上，從而組裝成攝像部分?？刂苹?0連接到上述攝像部分。圖5表示將攝像部分和控制基板60連接以后的單元的狀態(tài)。
此外，如圖6所示，備有可見光阻擋濾光板76、罩78、支座組件70和外殼74。通過將圖5所示的連接單元連接到圖6所示的支座組件70上，并通過將圖2所示的支座蓋68連接到支座組件70上，組裝成圖7所示的結(jié)構(gòu)。
然后將圖7所示的結(jié)構(gòu)容納在圖6所示的外殼74中，并通過把具有連接的罩78的可見光阻擋濾光板76連接在外殼74的上部，構(gòu)成了圖8所示的圖像捕獲裝置。上述可見光阻擋濾光板76阻擋可見光分量，以使其不能從外部進(jìn)入圖像傳感器30。此外，同樣如圖1所示，罩78阻斷光從而在預(yù)定的圖像捕獲區(qū)域以外的光不會(huì)進(jìn)入光學(xué)單元34中，并防止從導(dǎo)光構(gòu)件10泄漏的光侵入光學(xué)單元34。
圖1表示圖8所示的完成體1的剖面圖。如前所述，圖像傳感器30、發(fā)光器件22、24、光電探測器26和測距發(fā)光器件52安裝在攝像基板20上。即，包括照射系統(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。由此，僅僅一個(gè)安裝板就足夠了，從而有助于降低成本。
此外，通過使環(huán)形導(dǎo)光構(gòu)件10設(shè)置在發(fā)光器件22、24的上部，使來自發(fā)光器件22、24的光被引導(dǎo)至可見光過濾器76。上述導(dǎo)光構(gòu)件10分離來自發(fā)光器件22、24的光，然后使光前進(jìn)到可見光過濾器76。因此，發(fā)光器件22、24可以靠近圖像傳感器30設(shè)置，并且也設(shè)置在同一基板20上，這能夠?qū)崿F(xiàn)小型化以及用均勻的光照射目標(biāo)物。更確切地說，假定圖1所示的倒三角形的斜線部分是攝像機(jī)的圖像捕獲范圍，那么圖像捕獲范圍可以被均勻的光照射。
此外，因?yàn)閷?dǎo)光構(gòu)件10為環(huán)形，所以能夠?qū)⒐鈱W(xué)單元34容納在環(huán)10的內(nèi)部，從而能夠進(jìn)一步小型化。除此以外，罩78防止在預(yù)定的圖像捕獲范圍(圖1中的斜線部分)以外的光進(jìn)入光學(xué)單元34，并且還防止從導(dǎo)光構(gòu)件10泄漏的光侵入光學(xué)單元34。因此，即使在導(dǎo)光構(gòu)件10和發(fā)光器件22、24靠近圖像傳感器30和光學(xué)單元34設(shè)置時(shí)，也能夠避免成像精度變差。
此外，由于測距發(fā)光器件52設(shè)置在攝像基板20上，所以能夠使測量距離的攝像單元進(jìn)一步小型化。除此以外，在圖1中，控制基板60連接到攝像基板20的下部，且外部線纜2連接到控制基板60的外部連接器62上。
照射機(jī)構(gòu)下面，將要說明包括導(dǎo)光構(gòu)件的照射機(jī)構(gòu)。圖9表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的導(dǎo)光構(gòu)件的操作說明圖；圖10表示圖9所示的照射機(jī)構(gòu)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖；圖11表示圖10所示的導(dǎo)光構(gòu)件的梯形凹口的說明圖；圖12至圖14表示圖10所示的導(dǎo)光構(gòu)件的導(dǎo)光和擴(kuò)散操作的說明圖；而圖15表示照射的發(fā)光度(亮度)分布圖。
在圖9中，與圖1和圖2所示相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。如圖9所示，導(dǎo)光構(gòu)件10將來自作為點(diǎn)光源的每一個(gè)發(fā)光器件22、24的光引導(dǎo)至可見光阻擋濾光器76從而使光一分為三。
更確切地說，基本上，從導(dǎo)光構(gòu)件10向光學(xué)單元34的方向輸出光A3、向?qū)Ч鈽?gòu)件10的縱向輸出光A2、向光學(xué)單元34的反方向輸出光A1。通過設(shè)置上述導(dǎo)光構(gòu)件10，每一單個(gè)點(diǎn)光源22、24能夠如同在可見光過濾器76附近存在三個(gè)點(diǎn)光源一樣地起作用。
如圖10所示，導(dǎo)光構(gòu)件10包括上斜面14、兩個(gè)側(cè)面10-1和10-2、以及下梯形槽12。下梯形槽12通過作為中間件的偏光板42和擴(kuò)散板44而與發(fā)光器件22、24相對(duì)地定位，并接收來自發(fā)光器件22、24的光。此外，上斜面14是高度在光學(xué)單元34側(cè)更高的斜面。
如圖11所示，來自發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B具有沿向上方向的長(強(qiáng))圓弧形狀。即，朝向發(fā)光器件22、24的光輸出方向(器件的垂直方向)的光分量B1的強(qiáng)度強(qiáng)于朝向兩側(cè)方向的光分量B2、B3的強(qiáng)度。如圖9所示，導(dǎo)光構(gòu)件10中的梯形槽12與上述強(qiáng)度分布B對(duì)應(yīng)地形成，從而光在輸出側(cè)上能夠基本上被視為三個(gè)點(diǎn)光源。
更確切地說，為了通過導(dǎo)光構(gòu)件10內(nèi)部的反射起到三個(gè)點(diǎn)光源的作用，梯形槽12由用于無折射地導(dǎo)入光分量B1的平坦部分12b和用于折射并導(dǎo)入兩側(cè)的光分量B2、B3的一對(duì)斜面部分12a、12c組成，所述斜面部分具有與光分量B2、B3的方向相對(duì)應(yīng)的梯度。梯形槽12的上述形狀用于實(shí)際上將來自每一個(gè)點(diǎn)光源22、24的光一分為三。
此外，如稍后所述，上述平坦部分12b和斜面部分12a、12c的各自長度這樣設(shè)定，以使得從導(dǎo)光構(gòu)件10輸出的光所產(chǎn)生的預(yù)定范圍內(nèi)的光強(qiáng)成為基本上均勻。這里，接收光分量B1的最大強(qiáng)度的平坦部分12b的長度設(shè)定為比斜面部分12a、12c的各自長度都短，其中斜面部分接收比光分量B1的光強(qiáng)弱的光分量B2、B3的光強(qiáng)。由此，根據(jù)光強(qiáng)分布來調(diào)整分光量。
參考圖12至圖14說明上述操作。如圖12所示，每一個(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在導(dǎo)光構(gòu)件10的左斜面部分12a處折射，并入射到導(dǎo)光構(gòu)件10的左側(cè)面10-2。隨后入射光在該左側(cè)面10-2上反射，并前進(jìn)到導(dǎo)光構(gòu)件10的右側(cè)面10-1。繼而，前進(jìn)到右側(cè)面10-1的光在右側(cè)面10-1上反射并再次前進(jìn)到左側(cè)面10-2。然后光在左側(cè)面10-2上反射，并基本上垂直地入射到上斜面14，且輸出到圖像捕獲范圍的最外部分。
此外，如圖13所示，發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B的中央分量B1從導(dǎo)光構(gòu)件10的中央平坦部分12b入射到導(dǎo)光構(gòu)件10。然后光傾斜地入射到上斜面14，并輸出到圖像捕獲范圍的最內(nèi)部分。
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在導(dǎo)光構(gòu)件10的右斜面部分12c處折射，并入射到導(dǎo)光構(gòu)件10的右側(cè)面10-1。隨后入射光在該右側(cè)面10-1上反射，并前進(jìn)到導(dǎo)光構(gòu)件10的左側(cè)面10-2。繼而，前進(jìn)到左側(cè)面10-2的光在該左側(cè)面10-2上反射，并基本上垂直地入射到上斜面14，且輸出到圖像捕獲范圍的最內(nèi)部分與最外部分之間。
通過綜合圖12至圖14，獲得了如圖10所示的光路圖。即，在梯形槽12處，導(dǎo)光構(gòu)件10將點(diǎn)光源22、24的點(diǎn)光(point emission)一分為三。利用導(dǎo)光構(gòu)件10內(nèi)部側(cè)面上的反射，這樣輸出的每一束分光就如同在導(dǎo)光構(gòu)件10的輸出側(cè)上存在三個(gè)點(diǎn)光源一樣起作用。
在這種情況下，考慮圖1所示的圖像捕獲范圍(以斜線表示)，在導(dǎo)光構(gòu)件10的上斜面14處調(diào)整輸出方向。此外，為了在圖像捕獲范圍內(nèi)獲得基本上均勻的光強(qiáng)，考慮到前面在圖11中所述的發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B，而調(diào)整導(dǎo)光構(gòu)件10的梯形槽12的平坦部分12b和斜面部分12a、12c的長度，即入射寬度或者入射量。
這里，為了獲得基本上均勻的光強(qiáng)，由于圖11所示的發(fā)光器件22、24的發(fā)光強(qiáng)度分布B在中心處的光強(qiáng)較強(qiáng)而在周圍的光強(qiáng)較弱，因此梯形槽12的平坦部分12b的長度設(shè)定為比斜面部分12a、12c的各自長度都短。從而，構(gòu)造成使得具有強(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，利用導(dǎo)光構(gòu)件10的梯形槽12和上斜面14，以及導(dǎo)光構(gòu)件10的反射，能夠以擴(kuò)散的方式輸出反射光和直線光，從而在整個(gè)圖像捕獲范圍內(nèi)獲得基本上均勻的光強(qiáng)。
圖15示出了表示有關(guān)圖1所示的圖像捕獲裝置的圖像捕獲范圍和光強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。在圖15中，水平軸線代表位置，而垂直軸線代表光強(qiáng)。更確切地說，位置是圖像傳感器30的點(diǎn)位置，且這里采用寬度為640點(diǎn)的圖像傳感器30。通過在圖1所示的圖像捕獲范圍(斜線部分)上部的平坦部分上放置作為實(shí)驗(yàn)之用的普通白紙以便產(chǎn)生均勻的反射，測量出圖像傳感器30的每一個(gè)點(diǎn)的輸出等級(jí)值。由于是普通白紙，因此輸出等級(jí)值對(duì)應(yīng)于光強(qiáng)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的上述示例，在圖像傳感器30的中央大約310點(diǎn)的寬度上獲得了基本上均勻的光強(qiáng)。例如，在310點(diǎn)寬度處的最大等級(jí)是“190”，最小等級(jí)為“160”，其范圍在中間值“175”的±15％以內(nèi)，誤差為±10％或更小。
參考圖1，對(duì)于圖像傳感器30的圖像捕獲范圍V，以V1表示均勻光強(qiáng)的范圍。盡管圖像捕獲范圍是V，但通過從上述V1范圍內(nèi)的圖像提取成像目標(biāo)物的特別重要的特征，可獲得高度精確的特征提取。
除此以外，以通過等級(jí)校正來匹配等級(jí)的方式，在V1范圍以外獲得的圖像也可用于重要程度較低的特征提取。
圖像處理結(jié)構(gòu)圖16表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的捕獲圖像處理裝置的方框圖。圖17表示上述圖像處理裝置中的捕獲圖像處理的流程圖。此外，圖18表示測距操作的說明圖。
如圖16所示，圖像捕獲裝置中的驅(qū)動(dòng)/處理系統(tǒng)包括用于驅(qū)動(dòng)第一發(fā)光器件22的第一照射LED驅(qū)動(dòng)器94、用于驅(qū)動(dòng)第二發(fā)光器件24的第二照射LED驅(qū)動(dòng)器96、用于驅(qū)動(dòng)測距發(fā)光器件52的測距LED驅(qū)動(dòng)器98、用于將來自圖像傳感器30的每一像素的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器92、以及微控制器90。
如圖4所示，第一照射LED驅(qū)動(dòng)器94和第二照射LED驅(qū)動(dòng)器96根據(jù)光電探測器26中接收到的光強(qiáng)在每一個(gè)發(fā)光周期執(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(chǔ)器)和RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，并執(zhí)行包括距離測量90A、姿態(tài)辨別90B、快門控制90C和圖像處理90D的處理。
下面參考圖17說明MCU 90中的成像處理。
(S10)MCU 90通過測距LED驅(qū)動(dòng)器98驅(qū)動(dòng)測距發(fā)光器件(LED)52。借此，圖2和圖3所示的四個(gè)測距發(fā)光器件52發(fā)光。如圖1所示，圖像傳感器30拍攝圖像捕獲范圍內(nèi)的圖像。這里，由于照射發(fā)光器件22、24沒有被驅(qū)動(dòng)，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)物的反射光，該反射光與測距發(fā)光器件52所發(fā)出的光相對(duì)應(yīng)。在圖18中，示出了圖像傳感器30的圖像30A中的反射光52A、52B、52C和52D的位，這些反射光是從圖像捕獲范圍內(nèi)的目標(biāo)物接收到的、與每一個(gè)測距發(fā)光器件52所發(fā)出的光相對(duì)應(yīng)的光。上述位置根據(jù)目標(biāo)物(例如，手掌)的傾斜度而不同。
(S12)接下來，借助于模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器92，將圖像傳感器30的圖像30A中的每一模擬光接收量轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，然后存儲(chǔ)到MCU90的存儲(chǔ)器中。MCU 90在存儲(chǔ)器中搜索圖像數(shù)據(jù)，并檢測上述反射光52A、52B、52C和52D的位置。
此時(shí)，由于四個(gè)測距發(fā)光器件52如圖3和圖18所示地從圖像(圖像捕獲范圍)的中心對(duì)角地設(shè)置，因此，通過在直線(如圖18中的虛線所示)上搜索，可以根據(jù)直線上的像素亮度檢測出這四個(gè)點(diǎn)的位置(即從圖像傳感器的中心開始的位置)。例如，在如圖1所示的倒三角形的圖像捕獲范圍內(nèi)，當(dāng)距目標(biāo)物的距離長時(shí)，圖像上的聚光位置靠近中心，如以虛線所示的52A1至52D1，而當(dāng)距目標(biāo)物的距離短時(shí)，圖像上的聚光位置遠(yuǎn)離中心，如以實(shí)線所示的52A至52D。
此外，因?yàn)榘l(fā)光器件52以充分的距離設(shè)置在對(duì)角線上最遠(yuǎn)的位置處，所以能在圖像中檢測出距中心最遠(yuǎn)的位置。MCU 90根據(jù)以上四個(gè)位置利用三角測量方法而檢測目標(biāo)物的距離(平均)和傾斜度。即，利用從圖像傳感器30的中心開始的位置，計(jì)算四個(gè)點(diǎn)中每一個(gè)的距離，并可以根據(jù)這四個(gè)點(diǎn)的距離之差檢測傾斜度(沿四個(gè)方向)。
(S14)MCU 90判定距成像目標(biāo)物的距離是否合適(目標(biāo)物是否以預(yù)定的焦距定位在圖像捕獲范圍內(nèi))。當(dāng)距成像目標(biāo)物的距離不合適時(shí)，MCU 90在未示出的顯示部分上顯示指引消息。例如，顯示“將目標(biāo)物(手掌)放得更近一些”或“將目標(biāo)物(手掌)放得更遠(yuǎn)一些”的指引消息。
(S16)當(dāng)距離合適時(shí)，MCU 90判定成像目標(biāo)物的傾斜度是否合適。例如，當(dāng)對(duì)目標(biāo)物的平坦部分(手掌等)成像時(shí)，判定傾斜度是否在容許范圍內(nèi)。當(dāng)成像目標(biāo)物的傾斜度不合適時(shí)，MCU 90在未示出的顯示部分上顯示指引消息。例如，在手掌是目標(biāo)物的情況下，顯示“打開您的手”之類的指引消息。
(S18)當(dāng)傾斜度合適時(shí)，MCU 90指示照射LED驅(qū)動(dòng)器94、96以使得發(fā)光。從而，第一發(fā)光器件22和第二發(fā)光器件24發(fā)光以便照射目標(biāo)物。隨后MCU 90驅(qū)動(dòng)未示出的電子快門(設(shè)置在光學(xué)單元中)，并通過圖像傳感器30拍攝圖像捕獲范圍內(nèi)的圖像。然后MCU 90通過A/D轉(zhuǎn)換器92將圖像存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。接著，從上述圖像提取特征。例如，在提取前述血管圖像的情況下，從該圖像提取血管圖像。
這樣，圖像傳感器30還用作測距光電探測器部分，以檢測成像目標(biāo)物是否位于焦距處，或檢測其傾斜度。從而，在測距機(jī)構(gòu)中，提供測距發(fā)光器件52就足夠了而不用特別提供用于測距的光電探測器。因?yàn)闇p少了安裝部件的數(shù)量，所以這有助于降低成本，并有助于小型化。
此外，因?yàn)樗膫€(gè)測距發(fā)光器件52從圖像(成像范圍)的中心對(duì)角地設(shè)置，所以能夠通過如圖18中的虛線所示搜索存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的圖像數(shù)據(jù)來檢測四個(gè)點(diǎn)的位置，從而檢測處理變得容易。此外，因?yàn)闇y距發(fā)光器件52以足夠的距離設(shè)置在對(duì)角線上的最遠(yuǎn)位置處，所以即使在裝置被小型化時(shí)也能夠在圖像中檢測距中心最遠(yuǎn)的位置，且能夠精確地執(zhí)行傾斜度的檢測。
其它實(shí)施例在前述實(shí)施例中，利用四個(gè)測距發(fā)光器件的例子進(jìn)行了說明。不過，對(duì)于檢測傾斜度而言，最少設(shè)置三個(gè)器件也是足夠的。類似地，當(dāng)不必檢測傾斜度時(shí)，可以僅設(shè)置一個(gè)測距法發(fā)光器件。
此外，在前述實(shí)施例中，利用下梯形槽12進(jìn)行了說明。不過，其它多面體形狀也是適用的。例如，在以上說明中，由于是梯形截面，所述槽具有三個(gè)平面，但根據(jù)所需性能也可使用多面體形狀的槽(例如，具有四個(gè)平面)。當(dāng)注重成本時(shí)，面數(shù)較少的多面體更佳，因此在這里梯形更佳。
在前述實(shí)施例中，成像目標(biāo)物以手掌為例，且成像目標(biāo)物的圖像處理以靜脈圖案的認(rèn)證為例。不過，本發(fā)明還可適合通過利用人體的其它特征進(jìn)行其它生物測定，這些特征包括手的皮膚圖案、手背的血管圖像、手指的血管圖像、以及面部和虹膜的特征，等等。此外，本發(fā)明不限于應(yīng)用于生物測定，還適用于其它應(yīng)用。
盡管在前面的說明中已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但可以進(jìn)行任何合適的修改而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神。所有這些修改不應(yīng)排除在本發(fā)明的范圍以外。落在本發(fā)明范圍內(nèi)的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)由所附權(quán)利要求覆蓋。
相關(guān)申請的交叉參考本申請基于2006年3月3日提交的在先日本專利申請No.2006-057494并要求其優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置用于通過照射目標(biāo)物并接收來自目標(biāo)物的反射光而捕獲目標(biāo)物的圖像，并且包括用于通過接收所述反射光而捕獲圖像的圖像傳感器；用于以聚光照射目標(biāo)物的測距發(fā)光器件；以及控制電路，該控制電路用于驅(qū)動(dòng)所述測距發(fā)光器件，根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像來檢測所述測距發(fā)光器件的聚光位置，并根據(jù)檢測到的位置得到距目標(biāo)物的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述測距發(fā)光器件相對(duì)于所述圖像傳感器設(shè)置在這樣的位置，即，在所述圖像傳感器的圖像捕獲范圍內(nèi)照射所述聚光的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述測距發(fā)光器件由設(shè)置在以所述圖像傳感器為中心的不同位置處的至少三個(gè)測距發(fā)光器件組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述至少三個(gè)測距發(fā)光器件設(shè)置在以所述圖像傳感器為中心的相對(duì)位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述控制電路根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像來檢測每一個(gè)測距發(fā)光器件的聚光位置，并根據(jù)所檢測到的位置獲得所述目標(biāo)物的傾斜度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述測距發(fā)光器件安裝在一電路板上，在該電路板上安裝有所述圖像傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，該圖像捕獲裝置還包括照射機(jī)構(gòu)，所述照射機(jī)構(gòu)用于在捕獲圖像時(shí)照射所述目標(biāo)物并設(shè)置在所述圖像傳感器的周圍；其中所述測距發(fā)光器件設(shè)置在所述照射機(jī)構(gòu)的外側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述照射機(jī)構(gòu)包括安裝在所述圖像傳感器的周圍位置的多個(gè)發(fā)光器件；以及環(huán)形的導(dǎo)光構(gòu)件，該導(dǎo)光構(gòu)件用于將所述多個(gè)發(fā)光器件的光引導(dǎo)至圖像捕獲范圍從而照射該圖像捕獲范圍；并且其中該照射機(jī)構(gòu)還包括光學(xué)單元，該光學(xué)單元容納在所述環(huán)形的導(dǎo)光構(gòu)件的環(huán)的內(nèi)部，并用于將被照射的圖像捕獲范圍內(nèi)的目標(biāo)物的反射光引導(dǎo)至所述圖像傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，該圖像捕獲裝置還包括安裝有所述圖像傳感器、所述測距發(fā)光器件以及所述多個(gè)發(fā)光器件的電路板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9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周圍的圓以預(yù)定間隔安裝在所述電路板上；并且其中所述導(dǎo)光構(gòu)件具有對(duì)應(yīng)于所述圓的環(huán)形結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，該圖像捕獲裝置還包括擴(kuò)散板，所述擴(kuò)散板用于使所述發(fā)光器件的光擴(kuò)散，且設(shè)置在所述環(huán)形的導(dǎo)光構(gòu)件與所述多個(gè)發(fā)光器件之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述多個(gè)發(fā)光器件由發(fā)射紅外線的發(fā)光器件組成；并且其中至少在所述光學(xué)單元的入射平面上設(shè)置有用于過濾可見光的濾光器。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導(dǎo)光構(gòu)件包括用于引導(dǎo)所述發(fā)光器件的光的下端部分；用于把光輸出到所述圖像捕獲范圍中的上端部分；以及用于把所述發(fā)光器件的光從所述下端部分引導(dǎo)至所述上端部分的導(dǎo)光部分。
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)明提供了一種具有測距功能的圖像捕獲裝置。該圖像捕獲裝置照射目標(biāo)物，并利用來自目標(biāo)物的反射光而捕獲目標(biāo)物的圖像。該圖像捕獲裝置包括用于通過接收所述反射光而捕獲目標(biāo)物的圖像的圖像傳感器；用于以聚光照射目標(biāo)物的測距發(fā)光器件；以及控制電路，該控制電路用于驅(qū)動(dòng)所述測距發(fā)光器件，并根據(jù)由所述圖像傳感器捕獲的圖像來檢測所述測距發(fā)光器件的聚光位置，從而獲得距目標(biāo)物的距離。為了捕獲目標(biāo)物的圖像而設(shè)置的所述圖像傳感器可用作用于測距的光電探測器。由此，不必單獨(dú)設(shè)置用于測距的光電探測器，這能夠使圖像捕獲裝置小型化并降低成本。
文檔編號(hào)G06K9/00GK101030252SQ20061014352
公開日2007年9月5日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者松尾浩一, 中村昭博, 巖口功, 府川智彥, 福井智, 山崎行造, 木村修治 申請人:富士通株式會(huì)社, 富士通先端科技株式會(huì)社