導光構件、照射裝置以及使用它們的圖像捕獲裝置的制作方法

專利名稱：導光構件、照射裝置以及使用它們的圖像捕獲裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于將從多個發光器件發出的光引導至目標物、并照射目標物的導光構件和照射裝置，以及一種使用所述導光構件和照射裝置捕獲目標物圖像的圖像捕獲裝置，更具體地，涉及一種利用從多個用作點光源的發光器件發出的光來均勻地照射目標物的預定范圍的導光構件和照射裝置，以及一種使用所述導光構件和照射裝置的圖像捕獲裝置。
背景技術：
通過均勻的光照射目標物從而對所述目標物的預定范圍內的圖像進行捕獲的圖像捕獲裝置得到廣泛應用。在利用這種圖像捕獲裝置所捕獲的圖像的圖像處理系統中，特別需要清晰的圖像。
例如，近年來隨著生物計量技術(biometric technology)的發展，提供了各種用于個人識別的裝置，所述裝置捕獲能夠用來區分個人的人體一部分的圖像，并識別人體的特征，例如肢體指紋、眼視網膜、面部和血管。
具體地，手掌和手指的血管和皮膚圖案適于用來進行可靠的個人認證，這是因為可以從它們獲得相對大量的個人特征數據。而且，血管(靜脈)的圖案據信在任何人的整個一生中從胚胎時期開始都不會改變，而且毫不例外地在任何人之間都不會存在相同的圖案，從而適于個人認證。圖19至圖22表示傳統血管圖像認證技術的說明圖。如圖19所示，在注冊或認證的時候，使用者將手掌110靠近圖像捕獲裝置100。圖像捕獲裝置100發射近紅外線，并照射手掌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，在靜脈中流動的紅血球的血色素失去氧。這樣的血色素(脫氧血色素)吸收波長大約為760nm的近紅外線。因此，在用近紅外線照射手掌時，在靜脈所處的部分內反射減少。因此，通過反射的近紅外線的強度大小可識別靜脈的位置。
如圖19所示，首先，使用者利用圖19所示的圖像捕獲裝置100將自己手掌的靜脈圖像數據注冊到服務器或卡中。然后，為了進行個人認證，使用者利用圖19所示的圖像捕獲裝置100讀取自己手掌的靜脈圖像數據。
通過將注冊的靜脈圖像數據(利用使用者ID提取)與以上被讀取的核對靜脈圖像中的靜脈圖案進行核對從而進行個人認證。例如，在核對如圖21所示的注冊圖像與核對圖像之間的靜脈圖案的情況下，該人被認證為本人。同時，在核對如圖22所示的注冊圖像與核對圖像之間的靜脈圖案的情況下，該人沒有被認證為本人(參見日本特開2004-062826號公報，圖2至圖9)。
對于這種生物計量認證等，需要以非接觸方式對目標物(在生物計量認證的情況下，為人體的一部分)成像。為此目的，圖像捕獲裝置100發出在一定圖像捕獲范圍(距離和面積)內產生均勻光強的光，通過傳感器接收上述圖像捕獲范圍的反射光，并以電信號輸出捕獲的圖像信號。
圖23和圖24表示傳統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包括位于中心的成像單元120、以及在其周圍的多個發光器件130-1至130-8。圖23所示的虛線表示從所述多個發光器件130-1至130-8中的各個發光器件發出的、具有均勻強度的光的范圍。
這樣，通過在成像單元120的周圍布置多個(這里為八個)點光源，可以用強度均勻的光照射成像單元120的成像范圍。同時，成像單元120包括諸如CMOS傳感器的光電轉換單元122、以及諸如透鏡的光學系統124。因為光電轉換器(其為平面光電探測器)具有預定的光接收面積，從而需要預定的光學距離以將圖像捕獲范圍的反射光引導到光電轉換器122的光接收平面上。為此目的，將諸如魚眼透鏡的透鏡124布置在光電轉換單元122與目標物之間，從而將預定圖像捕獲范圍的圖像投射到光電轉換器122的光接收平面上。
因此，傳統上，為了用每個點光源元件130-1至130-8通過共用預定的圖像捕獲范圍而對目標物進行照射，如圖23所示彼此分開地布置點光源元件130-1至130-8。而且，為了向成像范圍提供預定均勻強度的光，將所述點光源元件130-1至130-8布置得比光電轉換器122更加靠近目標物，如圖24所示(參見國際專利申請公開No.WO 2004/088588，圖1和圖6)。
而且，也已經提出了一種利用環形導光構件來獲得以一定程度發散光的照射的方法。根據上述方法，在所述環形導光構件的入射側上設置傾斜槽口，來自所述點光源的光在該傾斜槽口處向著環的螺旋方向反射，從而將光引導至環的螺旋方向，并且從環的上表面輸出光，從而產生一定范圍的環形照射(參見日本特開2000-207916號公報，圖4、圖6、圖7和圖10)。
在上述傳統的圖像捕獲裝置中，如上所述，點光源元件130-1至130-8彼此分開地布置，并比光電轉換器122更加靠近目標物，如圖24所示。因此，難于使圖像捕獲裝置小型化。而且，在將圖像捕獲裝置結合到設備中時存在限制。
而且，如圖24所示，點光源元件130-1至130-8與光電轉換傳感器122沿裝置的高度方向布置在不同位置處。因此，分開設置了用于安裝點光源元件130-1至130-8的印刷電路板132、以及用于安裝光電轉換傳感器122的另一印刷電路板126。
結果，至少需要兩塊印刷電路板，這不利于降低成本。而且，需要兩塊印刷電路板還給圖像捕獲裝置的小型化帶來困難。
而且，因為傳統的環形導光構件的目的在于環形照射，從而只將點光源變化為環形光源。因此，不適于在具有一定面積的圖像捕獲范圍的平面內獲得均勻的光強。

發明內容
因此，本發明的一個目的在于提供一種導光構件和照射裝置，以及一種使用上述導光構件和照射裝置從而使結構小型化的圖像捕獲裝置，所述導光構件和所述照射裝置用于即使在使用點光源時也能在圖像捕獲范圍內進行寬范圍照射(spread illumination)。
本發明的另一目的在于提供一種導光構件和照射裝置，以及一種使用所述導光構件和所述照射裝置從而使結構小型化的圖像捕獲裝置，所述導光構件和照射裝置用于即使在采用點光源時也能以大致均勻的光強分布對成像范圍進行照射。
本發明的還一目的在于提供一種導光構件和照射裝置，以及一種使用所述導光構件和所述照射裝置從而實現成本降低的圖像捕獲裝置，所述導光構件和照射裝置用于即使在采用點光源時也能均勻地對目標物進行照射。
為了實現上述目的，根據本發明，一種導光構件，該導光構件是筒形的并用于從入射側導入點光源的光并從輸出側輸出光，該導光構件包括下端部，該下端部用于導入所述點光源的光；上端部，該上端部用于輸出所述光；以及導光部分，該導光部分具有一對側面，并用于將所述點光源的光從所述下端部引導至所述上端部。而且，上述下端部包括槽部分，該槽部分用于接收所述點光源的輸出光，并用于從所述入射側朝著所述輸出側向著至少三個方向擴散所述點光源的所述輸出光。
而且，根據本發明，一種照射裝置包括筒形的導光構件；以及多個點光源，所述多個點光源沿所述筒形的導光構件間隔開地布置在所述導光構件的下部。上述導光構件包括下端部，該下端部用于導入所述點光源的光；上端部，該上端部用于輸出所述光；以及導光部分，該導光部分具有一對側面，并用于將所述點光源的光從所述下端部引導至所述上端部。而且，所述下端部包括槽部分，該槽部分用于接收所述點光源的輸出光，并用于從所述入射側朝著所述輸出側向著至少三個方向擴散所述點光源的所述輸出光。
此外，根據本發明，一種圖像捕獲裝置通過對目標物進行照射并接收來自所述目標物的反射光而捕獲所述目標物的圖像，該圖像捕獲裝置包括電路板，該電路板安裝有用于接收所述反射光的圖像傳感器；多個發光器件，所述多個發光器件安裝在所述電路板上，并位于所述圖像傳感器的周圍位置；環形的導光構件，該環形的導光構件用于將從所述多個發光器件發出的光引導至圖像捕獲范圍，并對所述圖像捕獲范圍進行照射；以及光學單元，該光學單元容納在所述環形的導光構件的環的內部，并用于將位于所述圖像捕獲范圍內的所述被照射目標物上的反射光引導至所述圖像傳感器。上述導光構件包括下端部，該下端部用于導入所述點光源的光；上端部，該上端部用于輸出所述光；以及導光部分，該導光部分具有一對側面，并用于將所述點光源的光從所述下端部引導至所述上端部。而且，所述下端部包括槽部分，所述槽部分用于接收所述點光源的輸出光，并用于從所述入射側朝著所述輸出側向著至少三個方向擴散所述點光源的所述輸出光。
而且，根據本發明，優選地，所述槽部分包括一多面體(polyhedron)，該多面體具有至少兩個斜面，而且所述多面體的其中一個所述斜面向所述側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
而且，根據本發明，優選地，所述槽部分包括平坦部分；以及至少一對斜面，其中每個所述斜面具有相對的傾斜方向，而且所述斜面向著一個側面方向和另一側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
而且，根據本發明，優選地，所述槽部分的所述平坦部分的面積小于所述斜面部分的每一個的面積。
而且，根據本發明，優選地，所述平坦部分和所述斜面部分分別具有與所述點光源的發光強度分布相對應的面積。
而且，根據本發明，優選地，所述槽部分具有梯形形狀。
而且，根據本發明，優選地，所述上端部包括一斜面，該斜面朝著所述筒形的導光構件的外側變低。
而且，根據本發明，優選地，所述圖像傳感器捕獲活體的一部分的圖像。
根據本發明，在所述導光構件的所述下端上設置一槽，該槽具有一對相對布置的側面，用于接收從所述點光源輸出的光，并用于從所述入射側朝著所述輸出側向著至少三個方向擴散從所述點光源輸出的光。因此，通過生成由于在所述側面上反射而具有方向的光分量，可以從所述筒形的導光構件輸出向著多個方向的光，因此，可在較寬的范圍內進行均勻照射。因為所述環形的導光構件可只通過成形而充分地制備，從而有效地實現了成本降低，而且還實現了所述照射機構和所述成像機構的小型化。
本發明的其它范圍和特征將通過以下結合附圖對實施例的描述而變得更加顯而易見。


圖1表示根據本發明一個實施例的圖像捕獲裝置的剖視圖。
圖2表示圖1所示的圖像捕獲裝置的分解結構圖。
圖3表示圖2所示的電路板的部件配置圖。
圖4表示圖2所示的發光器件與光電探測器之間的關系的說明圖。
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 component)的結構圖。
圖7表示圖2所示的組裝體的組件的結構圖。
圖8表示圖1所示的圖像捕獲裝置的外視圖。
圖9表示圖1所示的照射系統的說明圖。
圖10表示圖9所示的導光構件和發光器件的結構圖。
圖11表示圖10所示的發光器件的發光強度分布與導光構件的下端部的關系圖。
圖12表示圖10所示的導光構件的第一操作說明圖。
圖13表示圖10所示的導光構件的第二操作說明圖。
圖14表示圖10所示的導光構件的第三操作說明圖。
圖15表示利用圖10所示的導光構件的光強分布圖。
圖16表示用于圖1所示的圖像捕獲裝置的控制電路的框圖。
圖17表示圖16所示的控制電路的成像處理流程圖。
圖18表示利用圖16所示的結構進行測距操作的說明圖。
圖19表示傳統手掌圖像捕獲裝置的說明圖。
圖20表示傳統手掌圖像捕獲裝置的原理說明圖。
圖21表示傳統手掌認證技術的說明圖。
圖22表示傳統手掌認證技術的另一說明圖。
圖23表示傳統圖像捕獲裝置中的照射結構的說明圖。
圖24表示傳統圖像捕獲裝置的結構圖。
具體實施例方式
以下將參考圖表和附圖按照圖像捕獲裝置的結構、照射機構、圖像處理結構和其它實施例的順序來描述本發明的優選實施例。然而，應指出的是，本發明的范圍不限于以下描述的實施例。
圖像捕獲裝置圖1表示根據本發明一個實施例的圖像捕獲裝置的剖視圖；圖2表示圖1所示的圖像捕獲裝置的分解結構圖；圖3表示圖1、圖2所示的電路板的俯視圖；圖4表示圖3所示的發光器件與光電探測器的操作說明圖；圖5表示組裝圖2所示的結構時的組裝圖；圖6表示圖1所示的外殼的結構圖；圖7表示在圖2所示的組裝體容納在外殼中時的結構圖；而圖8表示圖1所示的圖像捕獲裝置的外視圖。
在描述圖1所示的結構之前，參照圖2至圖7來描述圖1所示的每個部分的結構。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(camera substrate)20的中心處。在攝像基板20的圖像傳感器30的周圍，安裝有多個發光器件22、24和光電探測器26。
參照圖3進行更加詳細的描述，圖像傳感器30安裝在攝像基板20的中心處，而且偏光板32貼在圖像傳感器30上。沿攝像基板20的圖像傳感器30的周圍的圓，安裝有多個發光器件22、24和光電探測器26。
在每一個上述第一發光器件22和每一個第二發光器件24之間布置有光電探測器(光電二極管)26。如圖4所示，上述光電探測器26設置成用于接收來自第一發光器件22的光和來自第二發光器件24的光(來自以下將描述的擴散板(diffusion plate)44的反射光)，從而執行第一發光器件22和第二發光器件24的APC(自動功率控制)。
在上述示例中，為了獨立地進行每個第一發光器件22和第二發光器件24(它們在各自的正時發光)的自動功率控制，在第一發光器件22與第二發光器件24之間布置一個光電探測器26，以接收來自第一發光器件22和第二發光器件24的光。因此，可減少用于APC控制的光電探測器的數量。
此外，在攝像基板20的四個角部處，設置有四個用于測量至目標物距離的測距發光器件52。如圖3所示，上述四個測距發光器件52布置在攝像基板20的對角線上，并位于對角線上最遠的位置處，從而使它們之間的每個距離最遠。通過由上述四個測距發光器件52測量的距離，可檢測到目標物(這里為手掌)的傾斜度。
簡言之，在單個攝像基板20上，設置有照射系統22、24、26和用于捕獲目標物圖像的成像系統30、32，以及測距系統52。
現在再次參考圖2，在攝像基板20的發光器件22、24的向上方向設置有四個擴散板44和四個偏光板42。上述擴散板44以及偏光板42貼到安裝在攝像基板20的四個側邊上的偏光/擴散板安裝臺(holder)46上。每個擴散板44使從第一發光器件22和第二發光器件24發射的定向光(directive light)的發光分布以一定程度擴散。每個偏光板42將從第一發光器件22和第二發光器件24發射的自然光轉變為線性偏振光。
在所述四個偏光板42的向上方向設置有環形的導光構件10。導光構件10例如由樹脂形成，并沿向上方向引導來自攝像基板20的第一發光器件22和第二發光器件24的光，從而用均勻的光照射目標物。為了配合攝像基板20的發光器件22、24的布置，導光構件10具有環形結構。如將在圖9中及其后的圖中描述，導光構件10將從第一發光器件22和第二發光器件24發出的光引導至向上方向，從而用均勻的光照射目標物。
此外，光學單元34安裝至攝像基板20，并位于設置在攝像基板20的大致中心處的圖像傳感器30上，且位于環形的導光構件10的內側。該光學單元34由諸如會聚透鏡的透鏡光學系統構成。
光圈50安裝在攝像基板20的測距發光器件52上。光圈50阻斷光向其它方向的擴散，從而將從測距發光器件52發出的光引導至目標物方向。
與攝像基板20分開地設置一控制基板60。控制基板60設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，并利用攝像連接器64與攝像基板20電連接。此外，為外部連接器64而設置支座蓋(holdercover)68。
這樣，圖像傳感器30、發光器件22和24、光電探測器26以及測距發光器件52安裝在攝像基板20上。而且，偏光/擴散板安裝臺46、擴散板44、偏光板42、光圈50、光學單元34以及導光構件10安裝在上述攝像基板20上，從而組裝成攝像部分。控制基板60連接到上述攝像部分上。圖5表示在攝像部分和控制基板60連接之后的單元的狀態。
此外，如圖6所示，制備了可見光阻擋濾光板76、罩78、支座組件70和外殼74。通過將圖5所示的附件單元連接到圖6所示的支座組件70上、并將圖2所示的支座蓋68連接到支座組件70上，從而組裝成圖7所示的結構。
然后將圖7所示的結構容納在圖6所示的外殼74中，并通過將連接有罩78的可見光阻擋濾光板76連接到外殼74的上部上，就構成了圖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，以使其不會從外部進入到圖像傳感器30中。而且，還如在圖1中所描述的，罩78遮擋光，從而在預定圖像捕獲范圍外的光不會進入到光學單元34中，并防止從導光構件10泄漏的光侵入到光學單元34中。
圖1表示圖8所示的完成體1的剖視圖。如上所述，圖像傳感器30、發光器件22、24、光電探測器26以及測距發光器件52安裝在攝像基板20上。即，包括照射系統和成像系統的基本結構安裝在單一基板上。因此，僅一個安裝板就足夠了，從而有助于降低成本。
而且，通過在發光器件22和24的上部設置環形的導光構件10，從而將來自發光器件22和24的光引導至可見光過濾器76。上述導光構件10分離來自發光器件22和24的光，然后使光前進至可見光過濾器76。因此，能將發光器件22和24布置成靠近圖像傳感器30，而且還位于相同的基板20上，這使得能夠小型化，也能用均勻的光照射目標物。更具體地，假設圖1所示的倒三角形的斜線部分為攝像機的圖像捕獲范圍，則能用均勻的光照射該圖像捕獲范圍。
此外，因為導光構件10為環形，所以可將光學單元34容納在環10內，從而使得能進一步小型化。此外，罩78防止在預定圖像捕獲范圍(圖1中的斜線部分)之外的光進入光學單元34，而且還防止從導光構件10泄漏的光侵入光學單元34中。因此，即使在導光構件10和發光器件22、24布置成靠近圖像傳感器30和光學單元34時，也能避免降低成像精度。
而且，因為測距發光器件52設置在攝像基板20上，從而可使測量距離的攝像單元進一步小型化。此外，在圖1中，控制基板60連接到攝像基板20的下部，而外部纜線2連接至控制基板60的外部連接器62。
照射機構接下來將描述包括導光構件的照射機構。圖9表示根據本發明一個實施例的導光構件的操作說明圖；圖10表示圖9所示的照射機構的詳細結構圖；圖11表示圖10所示的導光構件的梯形凹口的說明圖；圖12至圖14表示圖10所示的導光構件的導光和擴散操作的說明圖；而圖15表示照射產生的亮度分布圖。
在圖9中，與圖1和圖2所示相同的部件由相同的附圖標記表示。如圖9所示，導光構件10將來自作為點光源的每個發光器件22和24的光引導至可見光過濾器76，從而將光一分為三。
更具體地，基本上，從導光構件10向光學單元34的方向輸出光A3、向導光構件10的縱向輸出光A2、向光學單元34的反方向輸出光A1。通過設置上述導光構件10，每一單個點光源22、24能夠如同在可見光過濾器76附近存在三個點光源一樣地起作用。
如圖10所示，導光構件10包括上斜面14、兩個側面10-1和10-2、以及下梯形槽12。下梯形部分12通過作為中間件的偏光板42和擴散板44而與發光器件22、24相對地定位，并接收來自發光器件22、24的光。此外，上斜面14是高度在光學單元34側更高的斜面。
如圖11所示，來自發光器件22、24的發光強度分布B具有沿向上方向的長(強)圓弧形狀。即，朝向發光器件22、24的光輸出方向(器件的垂直方向)的光分量B1的強度強于朝向兩側方向的光分量B2、B3的強度。如圖9所示，導光構件10中的梯形槽12與上述強度分布B相對應地形成，從而光在輸出側上能夠基本上被視為三個點光源。
更具體地，為了通過導光構件10內部的反射起到三個點光源的作用，梯形槽12由用于無折射地導入光分量B1的平坦部分12b和用于折射并導入兩側的光分量B2、B3的一對斜面部分12a、12c組成，所述斜面部分具有與光分量B2、B3的方向相對應的梯度。梯形槽12的上述形狀用于實際上將來自每一個點光源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的各自長度這樣設定，以使得從導光構件10輸出的光所產生的預定范圍內的光強成為基本上均勻。這里，接收光分量B1的最大強度的平坦部分12b的長度設定為比斜面部分12a、12c的各自長度都短，其中斜面部分接收比光分量B1的光強弱的光分量B2、B3的光強。由此，根據光強分布來調整分光量。
參考圖12至圖14來說明上述操作。如圖12所示，每一個發光器件22、24的發光強度分布B的左側上的分量B2在導光構件10的左斜面部分12a處折射，并入射到導光構件10的左側面10-2。隨后該入射光在該左側面10-2上反射，并前進到導光構件10的右側面10-1。繼而，前進到右側面10-1的光在右側面10-1上反射并再次前進到左側面10-2。然后光在左側面10-2上反射，并且反射光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，發光器件22、24的發光強度分布B的中央分量B1從導光構件10的中央平坦部分12b入射到導光構件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部分。
此外，如圖14所示，發光器件22、24的發光強度分布B的右側上的分量B3在導光構件10的右斜面部分12c處折射，并入射到導光構件10的右側面10-1。然后入射光在右側面10-1上反射，并前進到導光構件10的左側面10-2。繼而，前進到左側面10-2的光在該左側面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，導光構件10將點光源22、24的點光(point emission)一分為三。利用導光構件10內部側面上的反射，這樣輸出的每一束分光就如同在導光構件10的輸出側上存在三個點光源一樣起作用。
在這種情況下，考慮圖1所示的圖像捕獲范圍(以斜線表示)，在導光構件10的上斜面14處調整輸出方向。此外，為了在圖像捕獲范圍內獲得基本上均勻的光強，考慮到前面在圖11中所述的發光器件22、24的發光強度分布B，而調整導光構件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，由于圖11所示的發光器件22、24的發光強度分布B在中心處的光強較強而在周圍的光強較弱，因此梯形槽12的平坦部分12b的長度設定為比斜面部分12a、12c的各自長度都短。從而，構造成使得具有強光強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，利用導光構件10的梯形槽12和上斜面14，以及導光構件10的反射，能夠以擴散的方式輸出反射光和直線光，從而在整個圖像捕獲范圍獲得基本上均勻的光強。
圖15示出了表示有關圖1所示的圖像捕獲裝置的圖像捕獲范圍和光強的實驗結果的圖。在圖15中，水平軸線代表位置，而垂直軸線代表光強。更確切地說，位置是圖像傳感器30的點位置，且這里采用寬度為640點的圖像傳感器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驗之用的普通白紙從而產生均勻的反射，測量出圖像傳感器30的每一個點的輸出等級值。由于是普通白紙，因此輸出等級值對應于光強。
根據實驗結果的上述示例，在圖像傳感器30的中央大約310點的寬度上獲得了基本上均勻的光強。例如，在310點寬度處的最大等級是“190”，最小等級為“160”，其范圍在中間值“175”的±15％以內，誤差為±10％或更小。
參考圖1，對于圖像傳感器30的圖像捕獲范圍V，以V1表示均勻光強的范圍。盡管圖像捕獲范圍是V，但通過從上述V1范圍內的圖像提取成像目標物的特別重要的特征，可實現高度精確的特征提取。
除此以外，以通過等級校正來匹配等級的方式，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。
圖像處理結構圖16表示根據本發明一個實施例的捕獲圖像處理裝置的框圖。圖17表示在上述圖像處理裝置中的捕獲圖像處理的流程圖。而且，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動/處理系統包括第一照射LED驅動器94(用于驅動第一發光器件22)、第二照射LED驅動器96(用于驅動第二發光器件24)、測距LED驅動器98(用于驅動測距發光器件52)、模擬/數字轉換器92(用于將來自圖像傳感器30的每個像素的模擬輸出轉換為數字值)、以及微控制器90。
如圖4所示，第一照射LED驅動器94和第二照射LED驅動器96根據光電探測器26中接收到的光強在每一發光期間執行APC(自動功率控制)。微控制器(MCU)90包括MPU(微處理器)、ROM(只讀存儲器)以及RAM(隨機存取存儲器)，并執行包括距離測量90A、姿態辨別90B、快門控制90C以及圖像處理90D在內的處理。
以下參照圖17來描述MCU 90中的成像處理。
(S10)MCU 90通過測距LED驅動器98驅動測距發光器件(LED)52。借此，圖2和圖3所示的四個測距發光器件52發光。如圖1所示，圖像傳感器30拍攝圖像捕獲范圍內的圖像。這里，由于照射發光器件22、24沒有被驅動，因此圖像傳感器30僅接收來自圖像捕獲范圍內的目標物的反射光，該反射光與測距發光器件52所發出的光相對應。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的位置，這些反射光是從圖像捕獲范圍內的目標物接收到的、與每一個測距發光器件52所發出的光相對應的光。上述位置根據目標物(例如，手掌)的傾斜度而不同。
(S12)接下來，借助于模擬/數字(A/D)轉換器92，將圖像傳感器30的圖像30A中的每一模擬光接收量轉換成數字值，然后存儲到MCU90的存儲器中。MCU 90在存儲器中搜索圖像數據，并檢測上述反射光52A、52B、52C和52D的位置。
此時，由于四個測距發光器件52如圖3和圖18所示地從圖像(成像范圍)的中心對角地設置，因此，通過在直線(如圖18中的虛線所示)上搜索，可以根據直線上的像素亮度檢測出這四個點的位置。此外，因為發光器件52以充分的距離設置在對角線上的最遠位置處，所以能在圖像中檢測出最遠離中心的位置。MCU 90根據以上四個位置，利用三角測量方法檢測目標物的距離和傾斜度。即，利用從圖像傳感器30的中心開始的位置，計算四個點中每一個的距離，并可以根據這四個點的距離之差檢測傾斜度(沿四個方向)。
(S14)MCU 90判定距成像目標物的距離是否合適(目標物是否以預定的焦距定位在圖像捕獲范圍內)。當距成像目標物的距離不合適時，MCU 90在未示出的顯示部分上顯示指引消息。例如，顯示“將目標物(手掌)放得更近一些”或“將目標物(手掌)放得更遠一些”的指引消息。
(S16)當距離合適時，MCU 90判定成像目標物的傾斜度是否合適。例如，當對目標物的平坦部分(手掌等)成像時，判定傾斜度是否在容許范圍內。當成像目標物的傾斜度不合適時，MCU 90在未示出的顯示部分上顯示指引消息。例如，在手掌是目標物的情況下，顯示“打開您的手”之類的指引消息。
(S18)當傾斜度合適時，MCU 90指示照射LED驅動器94、96以使得發光。從而，發光器件22發光以照射目標物。繼而，MCU 90驅動未示出的電子快門(設置在光學單元中)，并通過圖像傳感器30拍攝圖像捕獲范圍內的圖像。然后MCU 90通過A/D轉換器92將圖像存儲到存儲器中。接著，從上述圖像中提取到特征。
這樣，圖像傳感器30還用作測距光電探測器部分，以檢測成像目標物是否位于焦距處，或檢測其傾斜度。從而，在測距機構中，提供測距發光器件52就足夠了而不用特別提供用于距離測量的光電探測器。因為減少了安裝部件的數量，所以這有助于降低成本，并有助于小型化。
而且，因為四個測距發光器件52相對于圖像(成像范圍)的中心對角地布置，從而通過搜索存儲在存儲器中的圖像數據可檢測到所述四個點的位置，如圖18中的虛線所示，因而，檢測處理變得容易。而且由于測距發光器件52以足夠的距離布置在對角線上最遠的位置處，從而即使裝置被小型化，也可檢測到圖像中距中心的最遠位置，且可準確地進行對傾斜度的檢測。
其它實施例在上述實施例中，采用下梯形槽12進行了描述。然而，可采用其它的多面體形狀。例如，在以上描述中，槽由于梯形截面而具有三個平面，但是可根據所需的性能采用諸如具有四個平面的多面體形狀的槽。在重視成本時，具有較少數量的表面的多面體較佳，因此在這里梯形較佳。
而且，在以上描述中，以手掌來例示成像目標物，而且通過靜脈圖案認證來例示對成像目標物的圖像處理。然而，本發明還可應用到利用人體的其它特征而進行的其它生物計量認證，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，本發明不限于生物計量認證的應用，而是可用到其它的應用中。
測距發光器件的數量不限于四個，而是可選擇任意多個。
以上對實施例的描述不是為了將本發明限制為所示示例的具體細節。任何合適的修改和等同物都可列入本發明的范圍內。落入本發明范圍內的本發明所有特征和優點由所附權利要求覆蓋。
相關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.2006-058087，并要求其優先權，這里通過引用結合其全部內容。
權利要求
1.一種導光構件，該導光構件是筒形的并用于從入射側導入點光源的光并從輸出側輸出光，該導光構件包括下端部，該下端部用于導入所述點光源的光；上端部，該上端部用于輸出所述光；以及導光部分，該導光部分具有一對側面，并用于將所述點光源的光從所述下端部引導至所述上端部，其中，所述下端部包括槽部分，該槽部分用于接收所述點光源的輸出光，并用于從所述入射側朝著所述輸出側向著至少三個方向擴散所述點光源的所述輸出光。
2.根據權利要求1所述的導光構件，其特征在于，所述槽部分包括一多面體，該多面體具有至少兩個斜面，所述多面體的其中一個所述斜面向所述側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
3.根據權利要求2所述的導光構件，其特征在于，所述槽部分包括平坦部分；以及至少一對斜面，每個所述斜面具有相對的傾斜方向，并用于向著一個側面方向和另一側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
4.根據權利要求3所述的導光構件，其特征在于，所述槽部分的所述平坦部分的面積小于所述斜面部分的每一個的面積。
5.根據權利要求3所述的導光構件，其特征在于，所述平坦部分和所述斜面部分分別具有與所述點光源的發光強度分布相對應的面積。
6.根據權利要求3所述的導光構件，其特征在于，所述槽部分具有梯形形狀。
7.根據權利要求1所述的導光構件，其特征在于，所述上端部包括一斜面，該斜面朝著所述筒形的導光構件的外側變低。
8.一種照射裝置，該照射裝置包括筒形的導光構件；以及多個點光源，所述多個點光源沿所述筒形的導光構件間隔開地布置在所述導光構件的下部，其中，所述導光構件包括下端部，該下端部用于導入所述點光源的光；上端部，該上端部用于輸出所述光；以及導光部分，該導光部分具有一對側面，并用于將所述點光源的光從所述下端部引導至所述上端部，而且其中，所述下端部包括槽部分，該槽部分用于接收所述點光源的輸出光，并用于從所述入射側朝著所述輸出側向著至少三個方向擴散所述點光源的所述輸出光。
9.根據權利要求8所述的照射裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分包括一多面體，該多面體具有至少兩個斜面，所述多面體的其中一個所述斜面向所述側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
10.根據權利要求9所述的照射裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分包括平坦部分；以及一對斜面，每個所述斜面具有相對的傾斜方向，并用于向著一個側面方向和另一側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
11.根據權利要求10所述的照射裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分的所述平坦部分的面積小于所述一對斜面部分的每一個的面積。
12.根據權利要求10所述的照射裝置，其特征在于，所述導光構件的所述平坦部分和所述一對斜面部分分別具有與所述點光源的發光強度分布相對應的面積。
13.根據權利要求10所述的照射裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分具有梯形形狀。
14.根據權利要求8所述的照射裝置，其特征在于，所述導光構件的所述上端部包括一斜面，該斜面向著所述筒形的導光構件的外側變低。
15.一種圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置通過對目標物進行照射并接收來自該目標物的反射光從而捕獲所述目標物的圖像，所述圖像捕獲裝置包括電路板，該電路板安裝有用于接收所述反射光的圖像傳感器；多個發光器件，所述多個發光器件安裝在所述電路板上，并位于所述圖像傳感器的周圍位置；環形的導光構件，該環形的導光構件用于將從所述多個發光器件發出的光引導至圖像捕獲范圍，并對所述圖像捕獲范圍進行照射；以及光學單元，該光學單元容納在所述環形的導光構件的環的內部，并用于將位于所述圖像捕獲范圍內的所述被照射目標物上的反射光引導至所述圖像傳感器，其中，所述導光構件包括下端部，該下端部用于導入所述點光源的光；上端部，該上端部用于輸出所述光；以及導光部分，該導光部分具有一對側面，并用于將所述點光源的光從所述下端部引導至所述上端部，而且其中，所述下端部包括槽部分，該槽部分用于接收所述點光源的輸出光，并用于從所述入射側朝著所述輸出側向著至少三個方向擴散所述點光源的所述輸出光。
16.根據權利要求15所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述多個發光器件沿所述圖像傳感器的周圍的圓以預定的間隔安裝在所述電路板上，而且其中，所述導光構件具有與所述圓相對應的環形形狀。
17.根據權利要求15所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分包括一多面體，該多面體具有至少兩個斜面，所述多面體的其中一個所述斜面向所述側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
18.根據權利要求17所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分包括平坦部分；以及一對斜面，每個所述斜面具有相對的傾斜方向，并用于向著一個側面方向和另一側面方向折射所述點光源的所述輸出光。
19.根據權利要求17所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分的所述平坦部分的面積小于所述一對斜面部分的每一個的面積。
20.根據權利要求17所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導光構件的所述平坦部分和所述一對斜面部分分別具有與所述點光源的發光強度分布相對應的面積。
21.根據權利要求17所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導光構件的所述槽部分具有梯形形狀。
22.根據權利要求15所述的圖像捕獲裝置，其特征在于，所述導光構件的所述上端部包括一斜面，該斜面向著所述筒形的導光構件的外側變低。
23.根據權利要求15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
本發明提供了一種導光構件、照射裝置以及使用它們的圖像捕獲裝置。該導光構件使用點光源的光以均勻的光強分布進行照射。在具有相對布置的一對側面的導光構件的下端上設置有槽，該槽用于接收從每個點光源輸出的光，并用于從入射側朝著輸出側向著至少三個方向擴散上述接收到的光。在所述導光構件中產生利用側面反射而具有方向的光分量，使得能從筒形的導光構件向多個方向輸出光，且能在較寬的范圍內均勻照射。通過使用該環形的導光構件，有效地實現了成本降低，并且還實現了照射機構和圖像捕獲機構的小型化。
文檔編號G06K9/20GK101029950SQ200610148480
公開日2007年9月5日 申請日期2006年11月17日 優先權日2006年3月3日
發明者松尾浩一, 西尾千香良 申請人:富士通株式會社, 富士通先端科技株式會社