KR20070090724A

KR20070090724A - 거리 측정 기능을 갖는 촬상 장치

Info

Publication number: KR20070090724A
Application number: KR1020060113080A
Authority: KR
Inventors: 고이치 마츠오; 아키히로 나카무라; 이사오 이와구치; 도모히코 후카와; 사토시 후쿠이; 고조 야마자키; 슈지 기무라
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤; 후지츠 프론테크 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-09-06
Also published as: JP2007233231A; CN100478981C; EP1830306A3; DE602006012799D1; KR100919041B1; JP4799216B2; US20070206099A1; CN101030252A; EP1830306B1; US7777808B2; EP1830306A2

Abstract

촬상 장치는 대상물을 조명하고, 대상물의 반사광으로부터 대상물을 촬상한다. 본 촬상 장치는 반사광을 수광함으로써 대상물을 촬상하기 위한 이미지 센서, 상기 대상물을 스폿 광으로 조사하기 위한 거리-측정용 발광 소자, 및 상기 거리-측정용 발광 소자를 구동하고, 상기 이미지 센서에 의하여 포착된 이미지로부터 상기 거리-측정용 발광 소자의 상기 스폿 광 위치를 검출하고, 상기 대상물까지의 거리를 획득하기 위한 제어 회로를 포함한다. 대상물을 촬상하기 위하여 제공된 이미지 센서는 거리 측정용 광검출기 장치로서 사용될 수 있다. 이로써, 거리 측정용 광검출기 소자를 별도로 설치할 필요가 없어져, 비용 삭감은 물론, 촬상 장치의 소형화를 가능하게 한다.

Description

거리 측정 기능을 갖는 촬상 장치{IMAGE CAPTURING APPARATUS HAVING DISTANCE MEASUREMENT FUNCTION}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 촬상 장치의 단면도.

도 2는 도 1의 촬상 장치의 분해 구성도.

도 3은 도 2의 회로 기판의 부품 배치도.

도 4는 도 2의 발광 소자와 광검출기 소자의 관계 설명도.

도 5는 도 2의 분해 부품의 조립도.

도 6은 도 1의 외장 부품의 구성도.

도 7은 도 2의 조립체의 어셈블리 구성도.

도 8은 도 1의 촬상 장치의 외관도.

도 9는 도 1의 조명계의 설명도.

도 10은 도 9의 도광 부재와 발광 소자의 구성도.

도 11은 도 10의 발광 소자의 발광 강도 분포와 도광 부재의 하단부의 관계도.

도 12는 도 10의 도광 부재의 제1 동작 설명도.

도 13은 도 10의 도광 부재의 제2 동작 설명도.

도 14는 도 10의 도광 부재의 제3 동작 설명도.

도 15는 도 10의 도광 부재에 의한 광강도 분포도.

도 16은 도 1의 촬상 장치를 위한 제어 회로의 블록도.

도 17은 도 16의 제어 회로의 촬상 처리 흐름도.

도 18은 도 16의 구성에 의한 거리 측정 동작의 설명도.

도 19는 종래의 손바닥 촬상 장치의 설명도.

도 20은 종래의 손바닥 촬상 장치의 원리 설명도.

도 21은 종래의 손바닥 인증 기술의 설명도.

도 22는 종래의 손바닥 인증 기술의 다른 설명도.

도 23은 종래의 촬상 장치의 조명 구성의 설명도.

도 24는 종래의 촬상 장치의 구성도.

관련 출원의 교차 참조

본 출원은 2006년 3월 3일 출원된 우선권 일본 특허 출원 제2006-057494호로부터의 우선권의 이익에 기초하고 이를 주장하며, 그 전체 내용이 여기서 참조용으로 사용된다.

본 발명은 대상물의 거리를 측정하고 대상물을 촬상하기 위하여 거리 측정 기능을 갖는 촬상 장치에 관한 것이고, 보다 자세하게는 대상물이 촬상 범위 내에 존재하는 지를 검출하도록 대상물까지의 거리를 측정하기 위한 촬상 장치에 관한 것이다.

대상물에 균일한 광을 조사하여, 대상물의 미리 결정된 범위에서 촬상하는 촬상 장치가 널리 이용되고 있다. 이러한 촬상 장치의 촬상 화상을 이용하는 화상 처리 시스템에서는 특히, 선명한 화상이 요구된다.

예컨대, 최근의 바이오매트릭 기술의 발전에 따라, 개인이 구별될 수 있는 생체의 특징, 예컨대 수족의 지문, 눈의 망막, 얼굴, 혈관을 촬상하고, 생체의 특징을 인식하여, 개인 인증하는 장치가 여러 가지 제공되고 있다.

특히, 손바닥과 손가락의 혈관, 피부 패턴은 이로부터 비교적 대량의 개인 특징 데이터를 얻을 수 있기 때문에, 개인 인증의 신뢰성에 적합하다. 또한, 혈관(정맥)의 패턴은 태아의 때부터 일생 변하지 않고, 예외없이 사람들 간에 동일한 패턴이 존재하지 않으므로, 개인 인증에 적합하다. 도 19 내지 도 22는 종래의 혈관 이미지 인증 기술의 설명도이다. 도 19에 도시한 바와 같이, 등록 또는 인증 시에, 이용자는 촬상 장치(100)에 손바닥(110)을 가까이 한다. 촬상 장치(100)는 근적외선을 발광하여 손바닥(110)을 조사한다. 촬상 장치(100)는 손바닥(110)으로부터 반사된 근적외선을 센서로 수신한다.

도 20에 도시한 바와 같이, 정맥에 흐르는 적혈구 중의 헤모글로빈은 산소를 잃고 있다. 이 헤모글로빈(환원 헤모글로빈)은 760 nm 파장의 부근의 근적외선을 흡수한다. 이 때문에, 손바닥에 근적외선이 조사되면, 정맥이 있는 부분에 반사가 감소된다. 따라서, 반사한 근적외선의 강도로 정맥의 위치를 인식할 수 있다.

도 19에 도시한 바와 같이, 이용자는 우선, 자신의 손바닥의 정맥 화상 데이 터를 도 19의 촬상 장치(100)를 이용하여, 서버나 카드에 등록한다. 다음으로, 개인 인증하기 위해 이용자는 자신의 손바닥의 정맥 화상 데이터를 도 19의 촬상 장치(100)를 이용하여 판독하게 한다.

이용자의 ID에서 인출된 정맥 등록 화상과, 판독된 정맥 대조 화상의 정맥의 패턴을 대조하여 개인 인증한다. 예컨대, 도 21과 같은 등록 화상과 대조 화상의 정맥 패턴의 대조에서는 그 사람이 본인이라고 인증한다. 한편, 도 22와 같이 등록 화상과 대조 화상의 정맥 패턴의 대조에서는, 그 사람이 본인이라고 인증하지 않는다(일본 특허 공개 제2004-062826호, 도 2 내지 도 9 참조).

이러한 생체 인증 등에는, 대상물(생체 인증에서는, 인간의 몸의 일부)을 비접촉으로 촬상해야 한다. 이 때문에, 촬상 장치(100)는 어떤 촬상 범위(거리 및 면적)에 있어서, 균일한 광강도를 생성하는 광을 방사하고, 그 촬상 범위의 반사광을 센서로 수광하며, 전기 신호로서, 촬상 신호를 출력한다.

도 23 및 도 24는 종래의 촬상 장치의 설명도이다. 도 23 및 도 24에 도시한 바와 같이, 촬상 장치(100)는 중앙에 촬상 유닛(120)을, 그 주위에 복수의 발광 소자(130-1∼130-8)를 포함한다. 도 23의 점선은 이 복수의 발광 소자(130-1∼130-8) 중 개개의 발광 소자의 균일한 강도의 광의 범위를 도시하고 있다.

이와 같이, 촬상 유닛(120)의 주위에 복수(여기서는 8개)의 점광원을 배치함으로써, 촬상 유닛(120)의 촬상 범위에 균일 강도의 광을 조사할 수 있다. 한편, 촬상 유닛(120)은 CMOS 센서 등의 광전 변환 유닛(122)과, 렌즈 등의 광학계(124)를 갖는다. 면 광검출기 소자인 광전 변환 소자(122)는 미리 결정된 수광 면적을 가지므로, 이 광전 변환 소자(122)의 수광면에 촬상 범위의 반사광을 유도하기 위해서는 미리 결정된 광학 거리가 필요해진다. 이 때문에, 어안(fisheye) 렌즈 등의 렌즈(124)를 광전 변환 유닛(122)과 대상물 사이에 설치하여, 미리 결정된 촬상 범위의 이미지를 광전 변환 소자(122)의 수광면에 투영하고 있다.

이와 같이, 통상적으로, 각 점 광원 소자(130-1∼130-8)에서 미리 결정된 촬상 범위를 분담하여 대상을 조사하기 위해서는, 도 23과 같이, 점 광원 소자(130-1∼130-8)를 서로 분리하여 배치한다. 또한 미리 결정된 광강도의 균일광을 촬상 범위에 부여하므로, 도 24와 같이, 광전 변환 소자(122)보다, 대상물에 근접하여 점 광원 소자(130-1 내지 130-8)를 배치하는 것이 행해지고 있었다(WO 2004/088588, 도 1 및 도 6 참조).

또한, 이러한 촬상 장치에서, 대상물이 초점 거리에 위치되는 지를 검출할 필요가 있다. 통상적으로, 발광부와 수광부를 갖는 광학 거리 센서가 촬상 장치에 설치되어, 대상물까지의 거리를 측정한다(WO 2004/088979, 도 1 및 5 참조). 예컨대, 광학 거리 센서는 도 24에 도시된 점광원(130-4)과 촬상 유닛(120) 사이에 설치되었다.

상기 종래의 촬상 장치에서, 거리 센서는 발광부와 수광부를 포함한다. 거리는 반사광의 위치로부터 측정되므로, 발광부로부터 떨어져 수광부를 위치시켜야 했다. 이것은 이 센서를 큰 사이즈로 되게 한다. 또한, 촬상 장치의 소형화가 어려웠고, 촬상 장치를 장비로 통합할 때 제한이 있었다.

또한, 대상물의 기울기를 검출하기 위하여, 복수의 거리 센서들을 탑재하는 것이 필수적인데, 이들은 장비로의 통합에 대한 제한을 가지며, 비용 삭감에 장해를 갖는 촬상 장치를 소형화하는 것을 곤란하게 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 거리 측정 기능이 부가된 때에도 소형화된 구성을 갖는 거리 측정 기능을 가지는 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 거리 측정 기능이 부가된 때에도 비용 삭감이 가능한 거리 측정 기능을 갖는 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소형이며 대상물까지의 거리의 용이한 검출을 가능하게 하는, 거리 측정 기능을 갖는 촬상 장치를 제공하는 것이다.

상술된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 대상물을 조사하여 상기 대상물로부터의 반사광을 수광함으로써 대상물을 촬상하는 촬상 장치는, 상기 반사광을 수광함으로써 촬상하기 위한 이미지 센서; 상기 대상물을 스폿 광으로 조사하기 위한 거리-측정용 발광 소자; 및 상기 거리-측정용 발광 소자들을 구동하고, 상기 이미지 센서에 의하여 포착된 이미지로부터 거리-측정용 발광 소자들의 스폿 광 위치들을 검출하고, 상기 거리 측정시 상기 검출된 스폿 광 위치들로부터 상기 대상물까지의 거리를 획득하기 위한 제어 회로를 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 거리-측정용 발광 소자들은 이미지 센서에 대하여 스폿 광으로의 상기 이미지 센서의 촬상 범위 내의 조사 위치에 배치된다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 거리-측정용 발광 소자들은 이미지 센서를 중심으로 상이한 위치에 배치된 적어도 3개의 거리-측정용 발광 소자들로 구성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 적어도 3개의 거리-측정용 발광 소자들은 이미지 센서를 중심으로 대향하는 위치들에 배치된다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 제어 회로는 이미지 센서에 의하여 포착된 이미지로부터 각 거리-측정용 발광 소자들의 스폿 광 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치들로부터 대상물의 기울기를 획득한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 거리-측정용 발광 소자들은 이미지 센서가 탑재된 회로 기판 상에 탑재된다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 촬상시 대상물을 조명하기 위한 조명 기구는 이미지 센서의 주변에 배치되고, 거리-측정용 발광 소자들은 조명 기구의 외측에 배치된다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 조명 기구는, 이미지 센서의 주변 위치에 탑재된 복수의 발광 소자들; 촬상 범위로 상기 복수의 발광 소자들의 광을 유도하고, 상기 촬상 범위를 조명하는 링형 도광 부재를 포함하고, 상기 링형 도광 부재의 링 내에 수용되고, 상기 조명된 촬상 범위 내의 대상물의 반사광을 이미지 센서로 안내하는 광학 유닛을 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 촬상 장치는 이미지 센서, 거리-측정용 발광 소자들, 및 복수의 발광 소자들이 탑재된 회로 기판을 더 포함한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 복수의 발광 소자는 상기 이미지 센서 주위의 원을 따라, 미리 결정된 간격으로 상기 회로 기판에 탑재되고, 상기 도광 부재는 상기 원에 대응한 링 형상 구성을 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 링형 도광 부재와 상기 복수의 발광 소자 사이에 상기 발광 소자의 광을 확산하는 확산판을 설치한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 상기 복수의 발광 소자들은 적외광을 발광하는 발광 소자로 구성되며, 적어도 상기 광학 유닛의 입사면에 가시광을 필터링하는 광학 필터를 설치했다.

또한, 본 발명에 따르면, 바람직하게는, 도광 부재는, 발광 소자들의 광을 유도하기 위한 하단부; 촬상 범위 내에 광을 출력하기 위한 상단부; 및 상기 하단부에서 상기 상단부로 발광 소자들의 광을 유도하기 위한 도광부를 포함한다.

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

본 발명에 따르면, 촬상 장치는, 반사광을 수광함으로써 대상물을 촬상하기 위한 이미지 센서와, 스폿 광으로 상기 대상물을 조사하기 위한 거리-측정용 발광 소자와, 거리 측정 시에, 거리-측정용 발광 소자들을 구동하고, 이미지 센서에 의하여 포착된 이미지로부터 거리-측정용 발광 소자들의 스폿 광 위치들을 검출하여, 대상물까지의 거리를 획득하기 위한 제어 회로를 포함한다. 따라서, 대상물을 촬상하기 위하여 제공된 이미지 센서는 거리 측정용 광검출기 소자로서 사용될 수 있다. 이로서, 거리 측정을 위한 광검출기 소자를 따로 제공할 필요가 없어져, 비용 삭감은 물론, 촬상 장치의 소형화를 가능하게 한다.

본 발명의 다른 범위 및 특징은 첨부된 도면과 함께 다음의 실시예의 설명에 의하여 보다 명백해질 것이다.

바람직한 실시예의 상세한 설명

본 발명의 바람직한 실시예는 촬상 장치의 구성, 조명 기구, 화상 처리 구성, 다른 실시예의 순으로 챠트와 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위는 이하에 설명된 실시예에 제한되는 것은 아니라는 것이 주목되어야 한다.

촬상 장치

도 1은 본 발명의 일실시예의 촬상 장치의 단면도, 도 2는 도 1의 촬상 장치의 분해 구성도, 도 3은 도 1, 도 2의 기판의 평면도, 도 4는 도 3의 발광 소자와 광검출기 소자의 동작 설명도, 도 5는 도 2의 구성을 조립한 경우의 구성도, 도 6은 도 1의 외부 케이스의 구성도, 도 7은 도 2의 조립체를 외부 케이스에 수용한 경우의 구성도, 도 8은 도 1의 촬상 장치의 외관도이다.

도 1의 구성을 설명하기 전에, 도 2 내지 도 7에 의해, 도 1의 각부의 구성을 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 카메라 기판(20)의 중앙에는, CMOS 이미지 센서 등의 이미지 센서(30)와 편광판(32)이 설치된다. 카메라 기판(20)의 이미지 센서(30) 주위에 복수의 발광 소자(22, 24)와 광검출기 소자(26)가 탑재된다.

도 3에서 상세하게 설명하면, 카메라 기판(20)의 중앙에 이미지 센서(30)가 탑재되고, 이미지 센서(30) 위에, 편광판(32)이 접착된다. 카메라 기판(20)의 이미 지 센서(30) 주위의 원을 따라, 복수의 발광 소자(22, 24)와 광검출기 소자(26)가 탑재된다.

이 제1 발광 소자(22)와 제2 발광 소자(24) 사이에, 광검출기 소자(포토다이오드)(26)가 설치된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 이 광검출기 소자(26)는 제1 발광 소자(22)와 제2 발광 소자(24)의 광[후술하는 편광판(44)에서의 반사광]을 수광하여, 제1 발광 소자(22)와 제2 발광 소자(24)의 APC(자동 파워 제어)를 행하기 위해 설치된다.

상기 제1 발광 소자(22)와 제2 발광 소자(24)가 개별의 타이밍에서의 발광을 위하여 구동된다. 상기 예에서, 개별 타이밍에서 발광하는 제1, 제2 발광 소자(22, 24)의 각각의 자동 파워 제어를 독립적으로 행하기 위해, 하나의 광검출기 소자(26)가 제1, 제2 발광 소자(22, 24)의 광을 수광하도록, 제1, 제2 발광 소자(22, 24) 사이에 배치되어 있다. 이 때문에, APC 제어를 위한 광검출기 소자의 수를 감소할 수 있다.

또한, 카메라 기판(20)의 네 코너에는, 대상물과의 거리를 계측하기 위한 4개의 거리 계측용 발광 소자(52)가 설치된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 이 4개의 거리 계측용 발광 소자(52)는 카메라 기판(20)의 대각선상에 배치되고, 또한 각각 발광 소자(52) 간의 각 거리가 가장 멀어지도록 대각선상의 가장 먼 지점에 배치된다. 이 4개의 거리 계측용 발광 소자(52)에 의한 측정 거리로부터, 대상물(여기서는, 손바닥)의 기울기를 검출한다.

요약하면, 1장의 카메라 기판(20)에는 대상물의 촬상을 위한 조명계(22, 24, 26)와, 촬상계(30, 32)가 설치되고, 또한 거리 계측계(52)도 설치된다.

도 2로 되돌아가서, 카메라 기판(20)의 발광 소자(22, 24)의 상부 방향에서, 4장의 확산판(44)과 4장의 편광판(42)이 설치된다. 이 확산판(44)과 편광판(42)은 카메라 기판(20)의 4측에 부착되는 편광/확산 판 홀더(46)에 접착된다. 확산판(44) 각각은 제1, 제2 발광 소자(22, 24)의 지향성이 있는 발광 분포를 어느 정도 확산한다. 각 편광판(42)은 제1, 제2 발광 소자(22, 24)의 자연광을 직선 편광으로 변환한다.

이 4장의 편광판(42)의 상부 방향에는, 링형 도광 부재(10)가 설치된다. 도광 부재(10)는 예컨대, 수지로 형성되고, 또한 카메라 기판(20)의 제1, 제2 발광 소자(22, 24)의 광을 상부 방향으로 유도하여, 대상물에 균일광을 조사한다. 도광 부재(10)는 카메라 기판(20)의 발광 소자(22, 24)의 배치에 맞추어 링 형상을 가진다. 이 도광 부재(10)는 도 9 이하에 설명한 바와 같이, 제1, 제2 발광 소자(22, 24)의 광을 상부 방향으로 유도하여, 대상물에 균일광을 조사한다.

또한, 카메라 기판(20)의 거의 중앙의 이미지 센서(30) 위에, 또한 링형 도광 부재(10) 내에, 광학 유닛(34)이 카메라 기판(20)에 부착된다. 광학 유닛(34)은 집광 렌즈 등의 렌즈 광학계로 구성된다.

이 카메라 기판(20)의 거리 측정용 발광 소자(52)에는 애퍼처(aperture)(50)가 탑재된다. 애퍼처(50)는 거리 측정용 발광 소자(52)의 광이 대상물 방향으로 향하도록, 다른 방향에의 광의 확산을 차폐한다.

카메라 기판(20)에서는, 별도로 제어 기판(60)이 설치된다. 제어 기판(60)은 외부와 접속하기 위한 것이며, 외부 커넥터(62)와, 카메라 기판(20)과의 연결을 위한 카메라 커넥터(64)를 갖는다. 이 제어 기판(60)은 카메라 기판(20)의 하부에 설치되고, 카메라 커넥터(64)를 사용하여 카메라 기판(20)과 전기적으로 접속한다. 또한, 외부 커넥터(62)의 사용을 위해 홀더 커버(68)가 설치된다.

이와 같이 하여, 카메라 기판(20)에 이미지 센서(30), 발광 소자(22, 24), 광검출기 소자(26), 거리 측정용 발광 소자(52)를 탑재한다. 또한, 이 카메라 기판(20) 상에, 확산/편광 판 홀더(46), 확산판(44), 편광판(42), 애퍼처(50), 광학 유닛(34), 도광 부재(10)를 탑재하여, 카메라 부분을 조립한다. 이 카메라 부분에, 제어 기판(60)을 부착한다. 도 5는 그 카메라 부분과 제어 기판(60)의 부착 후의 유닛 상태를 도시한다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 가시광 차단 필터판(76), 후드(78), 홀더 어셈블리(70), 외장 케이스(74)를 준비한다. 그리고, 도 5의 부착 유닛을, 도 6의 홀더 어셈블리(70)에 부착하고, 또한 도 2의 홀더 커버(68)를 홀더 어셈블리(70)에 부착함으로써, 도 7의 구성을 조립한다.

이 도 7의 구성을, 도 6의 외장 케이스(74)에 수용하고, 또한 후드(78)를 부착한 가시광 차단 필터판(76)을 외장 케이스(74)의 상부에 부착하여, 도 8의 촬상 장치를 구성한다. 이 가시광 차단 필터판(76)은 외부로부터 이미지 센서(30)로 들어가지 않도록 가시광 성분을 차단한다. 또한, 후드(78)는 도 1에서도 설명한 바와 같이, 미리 결정된 촬상 범위 외의 광이 광학 유닛(34)으로 들어가는 것을 차단함과 동시에, 도광 부재(10)로부터 누출되는 광이, 광학 유닛(34)으로 침입하는 것을 방지한다.

도 1은 도 8의 완성체(1)의 단면도이다. 전술한 바와 같이, 카메라 기판(20)에, 이미지 센서(30), 발광 소자(22, 24), 굉검출기 소자(26), 거리 측정용 발광 소자(52)를 탑재하고 있다. 즉, 하나의 기판에 조명계와 촬상계를 포함하는 기본 구성을 탑재하고 있다. 따라서, 하나의 탑재 기판만이 충분하여, 비용 절감에 기여한다.

또한, 발광 소자(22, 24)의 상부에 링 형 도광 부재(10)을 설치하여, 발광 소자(22, 24)의 광을 가시광 필터(76)로 유도하고 있다. 상기 도광 부재(10)는 발광 소자(22, 24)의 광을 분광하여 가시광 필터(76)로 출사한다. 이 때문에, 발광 소자(22, 24)를 이미지 센서(30)에 근접하여 설치하고, 또한 동일 기판(20)에 설치하여 소형화할 수 있게됨과 동시에, 대상물에 균일한 광을 조명할 수 있다. 보다 구체적으로는, 도 1에 도시하는 역삼각형의 사선 부분을 카메라의 촬상 범위라고 하면, 이 촬상 범위에 균일한 광을 조명할 수 있다.

또한, 도광 부재(10)는 링형이므로, 링(10) 내에, 광학 유닛(34)을 수용할 수 있고, 한층 더 소형화가 가능해진다. 또한, 후드(78)는 미리 결정된 촬상 범위(도 1의 사선 부분) 외의 광이 광학 유닛(34)으로 들어가는 것을 차단함과 동시에, 도광 부재(10)로부터 누출되는 광이 광학 유닛(34)으로 침입하는 것을 방지한다. 따라서, 도광 부재(10)와 발광 소자(22, 24)를 이미지 센서(30), 광학 유닛(34)에 근접하여 설치하여도 촬상 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.

더구나, 카메라 기판(20)에 거리 측정용 발광 소자(52)를 설치했으므로, 거 리 측정용 카메라 유닛을 보다 소형화할 수 있다. 또한, 도 1에서는, 제어 기판(60)이 카메라 기판(20)의 하부에 접속되고, 또한 제어 기판(60)의 외부 커넥터(62)에 외부 케이블(2)이 접속된다.

조명 기구

다음으로, 도광 부재를 포함하는 조명 기구를 설명한다. 도 9는 본 발명의 일실시예의 도광 부재의 동작 설명도, 도 10은 도 9의 조명 기구의 상세 구성도, 도 11은 도 10의 도광 부재의 사다리꼴 절취부의 설명도, 도 12 내지 도 14는 도 10의 도광 부재의 도광 및 확산 동작의 설명도, 도 15는 조명에 의한 조도(휘도) 분포도이다.

도 9에 있어서, 도 1 및 도 2에 도시한 것과 동일한 부분은 동일한 기호로 도시하고 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 도광 부재(10)는 점 광원인 발광 소자(22, 24)의 광을 3분할하도록, 가시광 차단 필터(76)로 유도한다.

보다 자세하게는, 도광 부재(10)로부터는 기본적으로, 광학 유닛(34) 방향으로의 광(A3), 도광 부재(10)의 길이 방향의 광(A2), 광학 유닛(34)과 반대 방향의 광(A1)이 출력된다. 이 도광 부재(10)를 설치함으로써, 각 하나의 점광원(22, 24)은 가시광 필터(76) 근방에서는 3개의 점 광원이 존재하는 것 처럼 행할 수 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 도광 부재(10)는 상부 경사면(14)과, 2개의 측면(10-1, 10-2)과, 하부 사다리꼴 홈(12)을 포함한다. 하부 사다리꼴부(12)는 편광판(42), 확산판(44)을 통해 발광 소자(22, 24)에 대향하여 위치되어, 발광 소자(22, 24)로부터의 광을 받는다. 또한, 상부 경사면(14)은 광학 유닛(34)측이 더 높은 경사면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 발광 소자(22, 24)로부터 발광 강도 분포(B)는 상부 방향을 향해 긴(강한) 원호형을 갖는다. 즉, 발광 소자(22, 24)의 광 출력 방향(소자의 수직 방향)의 광성분(B1)의 강도가 그 양측 방향에 대한 광성분(B2, B3)의 강도보다 강하다. 도광 부재(10)의 사다리꼴 형상 홈(12)은 출사측에서, 도 9와 같이, 기본적으로 광이 3개의 점광원이라고 간주될 수 있도록, 이 강도 분포(B)에 대응하여 형성되어 있다.

보다 구체적으로는, 도광 부재(10) 내에서의 반사에 의해 3개의 점 광원으로서 기능하도록, 사다리꼴 형상 홈(12)은 광성분(B1)을 굴절없이 도입하는 평탄 부분(12b)과, 그 양측의 광성분(B2, B3)을 굴절하여 도입하기 위해 이 광성분(B2, B3)의 방향에 따른 기울기를 갖는 한 쌍의 경사면 부분(12a, 12c)으로 구성되어 있다. 이 사다리꼴 형상홈(12)의 형상에 의해, 점광원(22, 24)의 광을 3개의 광으로 가상으로 분할하는 작용을 완수한다.

또한, 이 평탄 부분(12b)과 경사면 부분(12a, 12c)의 각 길이는 후술하는 바와 같이, 도광 부재(10)의 출사광에 의해, 미리 결정된 영역의 광강도가 거의 균일하게 되도록 설정되어 있다. 여기에서는, 최대의 광성분(B1)의 최대 강도를 받는 평탄 부분(12b)의 길이가 광성분(B1)의 광 강도보다 약한 광성분(B2, B3)의 광강도를 받는 경사면 부분(12a, 12c)의 각 길이보다 짧게 설정된다. 이에 따라, 광강도 분포에 따라 분할되는 광량을 조정하고 있다.

이 동작을, 도 12 내지 도 14에서 설명한다. 도 12에 도시한 바와 같이, 발 광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)의 좌측 성분(B2)은 도광 부재(10)의 좌측 경사면 부분(12a)에서 굴절하여, 도광 부재(10)의 좌측면(10-2)으로 입사한다. 입사광은 좌측면(10-2)에서 반사하고, 도광 부재(10)의 우측면(10-1)으로 향한다. 그리고, 우측면(10-1)을 향한 광은 우측면(10-1)에서 반사하고, 다시, 좌측면(10-2)으로 향한다. 광은 좌측면(10-2)에서 반사되어, 상부 경사면(14)에 거의 수직으로 입사하여, 촬상 범위의 최외부로 출사한다.

또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)의 중앙의 성분(B1)은 도광 부재(10)의 중앙 평탄 부분(12b)으로부터 도광 부재(10)로 입사한다. 다음, 광은 상부 경사면(14)에 비스듬히 입사하여, 촬상 범위의 최내부로 출사한다.

또한, 도 14에 도시한 바와 같이, 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)의 우측의 성분(B3)은 도광 부재(10)의 우측 경사면 부분(12c)에서 굴절하여, 도광 부재(10)의 우측면(10-1)으로 입사한다. 입사광은 우측면(10-1)에서 반사하고, 도광 부재(10)의 좌측면(10-2)으로 향한다. 그리고, 좌측면(10-2)을 향한 광은 좌측면(10-2)으로 반사하여 상부 경사면(14)에 거의 수직으로 입사하며, 촬상 범위의 최내부와 최외부 사이로 출사한다.

도 12 내지 도 14를 합성하면, 도 10과 같은 광로도가 획득된다. 즉, 도광 부재(10)는 점 광원(22, 24)의 점 발광을 사다리꼴 형상 홈(12)에서 3개로 분할한다. 각각의 분할된 광을 도광 부재(10) 내의 측면의 반사를 이용하여, 도광 부재(10)의 출사측에서, 3개의 점광원이 존재하는 것과 같이 행해지도록 출사한다.

이 경우에, 도 1의 촬상 범위(사선)를 고려하여, 도광 부재(10)의 상부 경사면(14)에서 출사 방향을 조정한다. 또한, 촬상 범위에서 거의 균일한 광강도를 얻기 위해서는, 도 11에서 설명한 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)를 고려하여, 도광 부재(10)의 사다리꼴 형상 홈(12)의 평탄 부분(12b), 경사면 부분(12a, 12c)의 길이, 즉, 입사폭 또는 입사량을 조정한다.

여기서는, 거의 균일한 광강도를 얻기 위해, 도 11로 설명한 발광 소자(22, 24)의 발광 강도 분포(B)가 중앙의 광강도가 더 강하고, 그 주위가 광강도가 더 약하므로, 사다리꼴 형상 홈(12)의 평탄 부분(12b)의 길이를 경사면 부분(12a, 12c)의 각 길이보다 짧게 설정된다. 따라서, 강한 광강도를 갖는 광 부분은 평탄 부분(12b) 뿐만 아니라, 경사면 부분(12a, 12c)에도 입사하도록 구성된다.

그리고, 도광 부재(10)의 사다리꼴 형상의 홈(12)과 상부 경사면(14)과, 도광 부재(10)의 반사를 이용하여, 반사광이나 직진광을 촬상 범위에 거의 균일한 광강도를 얻도록 확산하고, 출사할 수 있다.

도 15는 도 1의 촬상 장치의 촬상 범위와 광강도의 실험 결과를 도시한 도면이다. 도 15의 횡축은 위치이며, 종축은 광강도이다. 구체적으로는, 위치는 이미지 센서(30)의 도트 위치이며, 여기에서는, 폭 640 도트의 이미지 센서(30)를 사용하고 있다. 그리고, 도 1의 촬상 범위(사선부)의 상부가 편평한 부분에, 실험용의 무지의 백지를 두고 균일한 반사를 생성함으로써, 이미지 센서(30)의 각 도트의 출력 레벨값을 측정했다. 출력 레벨값은 백지이므로 광강도에 대응한다.

이 실험예에서는, 이미지 센서(30)의 중앙의 약 310 도트의 폭으로, 거의 균 일한 광강도를 얻을 수 있다. 예컨대, 310 도트 폭의 최대 레벨은 '190'이고, 최소 레벨은 '160'이며, 중간값 '175'에 대해 ±15%의 범위이고, 오차는 ±10％ 이하이다.

도 1를 참조하면, 이미지 센서(30)의 촬상 범위(V)에 대해, 광강도가 균일한 범위는 V1로 나타내어진다. 촬상 범위는 V이지만, 이 범위(V1)의 화상으로부터, 촬상 대상물의 특히 중요한 특징을 추출함으로써 정밀도가 높은 특징 추출이 가능해진다.

또한, V1 이외의 범위의 화상은 레벨 보정에 의해 레벨을 맞추어, 중요도가 낮은 특징 추출에 사용할 수 있다.

화상 처리 구성

도 16은 본 발명의 일실시예의 촬상 처리 장치의 블록도이다. 도 17은 상기 촬상 처리 장치의 촬상 처리의 흐름도이다. 또한, 도 18은 거리 측정 동작의 설명도이다.

도 16에 도시한 바와 같이, 촬상 장치의 구동/처리계는 제1 발광 소자(22)를 구동하는 제1 조명 LED 구동부(94)와, 제2 발광 소자(24)를 구동하는 제2 조명 LED 구동부(96)와, 거리 계측용 발광 소자(52)를 구동하는 거리-측정 LED 구동부(98)와, 이미지 센서(30)의 각 화소의 아날로그 출력을 디지털값으로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환기(92)와, 마이크로콘트롤러(90)를 포함한다.

제1, 제2 조명 LED 구동부(94, 96)는 각각 발광 기간에, 도 4에 설명한 바와 같이, 광검출기 소자(26)에서 수광한 광강도에 따라, APC(자동 파워 제어)를 행한 다. 마이크로콘트롤러(MCU)(90)는 MPU(마이크로프로세서)와, ROM(리드-온리 메모리)과, RAM(랜덤 액세스 메모리)을 포함하고, 거리 산출(90A), 자세 판별(90B), 셔터 제어(90C), 및 화상 처리(90D)를 포함하는 처리를 수행한다.

도 17을 참조하여, MCU(90)의 촬상 처리를 설명한다.

(S10) MCU(90)은 거리-측정용 발광 소자(LED)(52)를 거리-측정 LED 구동부(98)를 통해 구동한다. 이에 따라, 도 2, 도 3에서 설명한 4개의 거리-측정용 발광 소자(52)가 발광한다. 이미지 센서(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 촬상 범위의 화상을 촬상한다. 여기서, 조명 발광 소자(22, 24)를 구동하지 않으므로, 이미지 센서(30)에서는 거리-측정용 발광 소자(52)의 발광광에 대응하는 촬상 범위 내의 대상물로부터의 반사광만이 수광된다. 도 18에 이미지 센서(30)의 이미지(30A) 내에서의 각 거리-측정용 발광 소자(52)의 발광광에 대응하는 촬상 범위 내의 대상물로부터 수신된 반사광(52A, 52B, 52C, 52D)의 위치를 도시한다. 이 위치는 대상물(예컨대, 손바닥)의 기울기에 의해 어긋난다.

(S12)다음으로, 아날로그/디지털(A/D) 변환기(92)에 의해, 이미지 센서(30)의 이미지(30A)의 각 아날로그 수광량이 디지털값으로 변환된 후, MCU(90)의 메모리에 저장된다. MCU(90)은 메모리의 이미지 데이터를 서치하고, 이 반사광(52A, 52B, 52C, 52D)의 위치를 검출한다.

이 때에, 도 3 및 도 18에 도시한 바와 같이, 4개의 거리-측정용 발광 소자(52)가 이미지(촬상 범위)의 중심으로부터 대각으로 배치되어 있으므로, 도 18의 점선과 같이 직선 상에 서치함으로써, 직선 상의 화소 휘도로부터 4점의 위치(즉, 이미지 센서의 중심으로부터의 위치)를 검출할 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같은 역삼각형의 촬상 범위에서, 대상물까지의 거리가 길면, 점선으로 52A1 내지 52D1로 도시된 바와 같이, 이미지 상의 스폿 광 위치는 중심에 가까워지고, 반면 대상물까지의 거리가 짧으면, 실선으로 52A 내지 52D로 도시된 바와 같이 이미지 상의 스폿 광 위치는 중심으로부터 멀어진다.

또한, 발광 소자(52)는 대각선 상에 가장 먼 지점에 충분한 거리를 가지고 배치되므로, 이미지 내에서 중심으로부터 가장 먼 위치를 검출할 수 있다. MCU(90)은 이 4점의 위치로부터, 삼각 측량의 방법에 의해, 대상물과의 거리(평균)와 기울기를 검출한다. 즉, 이미지 센서(30)의 중심에서의 위치에 의해, 각 4점에서의 거리를 계산하고, 4점의 거리의 차로, 기울기(4방향)를 검출할 수 있다.

(S14) MCU(90)은 촬상 대상물까지의 거리가 적절(촬상 범위 내의 미리 결정된 초점거리로 위치됨)한지를 판정한다. MCU(90)은 촬상 대상물까지의 거리가 적절하지 않으면, 도시하지 않은 디스플레이부에 유도 메시지를 표시한다. 예컨대, "대상물(손바닥)을 가까이 하여 주십시오" 또는 "대상물(손바닥)을 멀리하여 주십시오"라고 하는 유도 메시지를 표시한다.

(S16) MCU(90)은 거리가 적절하다면, 촬상 대상물의 기울기가 적절한지를 판정한다. 예컨대, 대상물의 평면 부분(손바닥 등)을 촬상하는 경우에는, 기울기가 허용된 범위 내인지를 판정한다. MCU(90)은 촬상 대상물의 기울기가 적절하지 않으면, 도시하지 않은 디스플레이부에 유도 메시지를 표시한다. 예컨대, 대상물이 손바닥인 경우에는, "손을 펼쳐 주십시오" 등의 유도 메시지를 표시한다.

(S18) MCU(90)은 기울기가 적절하면, 조명 LED 구동부(94)에 발광 지시를 한다. 따라서, 제1 및 제2 발광 소자(22, 24)를 발광하여, 대상물에 조사한다. 후속하여, MCU(90)은 도시하지 않은 전자 셔터(광학 유닛에 제공된)를 구동하여, 이미지 센서(30)에 의한 촬상 범위의 이미지를 촬상한다. 다음, MCU(90)는 A/D 변환기(92)를 통해 이미지를 메모리에 저장한다. 다음, 상기 이미지로부터 특징이 추출된다. 예컨대, 상술된 혈관 이미지의 추출의 경우, 혈관 이미지가 이미지로부터 추출된다.

이와 같이, 촬상 대상이 초점거리에 있는지나, 기울기를 검출하기 위해 이미지 센서(30)를 거리 측정용 광검출기부용으로도 이용한다. 따라서, 거리 측정 기구에서, 거리-측정용 발광 소자(52)를 설치하면 충분하고, 즉, 거리 측정용 광검출기 소자를 특별히 설치하지 않더라도 충분하다. 이것은 비용 절감에 기여함과 동시에, 설치 부품수도 저감할 수 있어 소형화에 기여한다.

또한, 4개의 거리-측정용 발광 소자(52)가 이미지(촬상 범위)의 중심으로부터 대각으로 배치하고 있으므로, 메모리의 이미지 데이터를 도 18의 점선과 같이 서치함으로써 4점의 위치를 검출할 수 있고, 따라서 검출 처리가 용이하다. 또한, 거리-측정용 발광 소자(52)가 충분한 거리로 대각선 상에 가장 먼 지점에 배치되므로, 소형화하더라도, 이미지 내에서 중심으로부터 가장 먼 위치를 검출할 수 있고, 기울기 검출을 정확히 할 수 있게 된다.

다른 실시예

전술의 실시예에서는, 4개의 거리-측정용 발광 장치의 경우를 이용하여 설명 하였다. 그러나, 기울기를 검출하기 위하여, 3개의 장치들이 최소로 제공되면 충분하다. 유사하게는, 기울기를 검출할 필요가 없을 때, 단지 하나의 거리-측정용 발광 소자가 제공될 수도 있다.

또한, 상술된 실시예에서, 사다리꼴 형상의 하부 홈(12)을 사용하여 설명하였다. 그러나, 다른 다면체 형상도 적용 가능하다. 예컨대, 상기 설명에서, 홈은 사다리꼴 단면으로 인하여 3면을 가지나, 4면을 갖는 것과 같은 다면체 형상의 홈이, 요구되는 성능에 따라 사용될 수도 있다. 비용의 중요성으로 볼 때, 작은 수의 면을 갖는 다면체가 더 좋고, 따라서 여기서 사다리꼴이 좋다.

상기 실시예에서, 촬상 대상물을 손바닥으로 설명하여, 촬상 대상의 화상 처리를 정맥 패턴 인증으로 설명했다. 그러나, 본 발명은 또한 손의 피부 패턴, 손등의 혈관 이미지나, 손가락의 혈관 이미지, 얼굴, 홍채 등의 특징을 포함하는 생체의 다른 특징을 사용하는 다른 생체 인증에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 생체 인증의 응용에 한정되지 않고, 다른 응용에도 적용할 수 있다.

본 발명의 실시예를 상기 설명에서 설명했지만, 본 발명의 취지의 범위 내에서 여러 가지의 변형이 가능하다. 본 발명의 범위로부터 이러한 변형들 모두를 배제되어서는 안된다. 본 발명의 범위 내의 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 청구항에 의하여 포함된다.

반사광을 수광하여, 촬상하는 이미지 센서와, 대상물에 스폿 광을 조사하는 거리 측정용 발광 소자와, 거리 측정시에 거리 측정용 발광 소자를 구동하고, 이미 지 센서의 촬상면 이미지로부터 상기 거리 측정용 발광 소자의 스폿 광의 위치를 검출하고, 상기 대상물과의 거리를 구하는 제어 회로를 설치하여, 대상물의 촬상을 위한 이미지 센서를 거리 측정용의 수광 소자에 이용할 수 있다. 이로써, 거리 측정용의 수광 소자를 별도로 설치할 필요가 없어, 촬상 장치를 소형으로 할 수 있고, 또한 코스트 삭감도 가능하다.

Claims

대상물을 조사(illuminate)하여 상기 대상물부터의 반사광을 수광함으로써 대상물을 촬상하는 촬상 장치로서,

상기 반사광을 수광함으로써 촬상하기 위한 이미지 센서;

상기 대상물을 스폿 광으로 조사하기 위한 거리-측정용 발광 소자; 및

상기 거리-측정용 발광 소자를 구동하고, 상기 이미지 센서에 의하여 포착된 이미지로부터 상기 거리-측정용 발광 소자의 상기 스폿 광 위치를 검출하고, 상기 검출된 위치로부터 상기 대상물까지의 거리를 획득하기 위한 제어 회로

를 포함하는 대상물로부터의 반사광을 수광함으로써 대상물을 촬상하는 촬상 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 거리-측정용 발광 소자는 상기 이미지 센서에 대하여 상기 스폿 광으로의 상기 이미지 센서의 촬상 범위 내의 조사 위치에 배치되는 것인 촬상 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 거리-측정용 발광 소자는 상기 이미지 센서를 중심으로, 상이한 위치들에 배치된 적어도 3개의 거리-측정용 발광 소자들로 구성되는 것인 촬상 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 적어도 3개의 거리-측정용 발광 소자들은 상기 이미지 센서를 중심으로 대향하는 위치들에 배치되는 것인 촬상 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 이미지 센서에 의하여 포착된 이미지로부터 각 거리-측정용 발광 소자의 상기 스폿 광 위치를 검출하여, 상기 검출된 위치들로부터 상기 대상물의 기울기를 획득하는 것인 촬상 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 거리-측정용 발광 소자는 상기 이미지 센서가 탑재된 회로 기판 상에 탑재되는 것인 촬상 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서의 주변에 배치되고, 상기 촬상시 상기 대상물을 조명하기 위한 조명 기구(illumination mechanism)를 더 포함하며,

상기 거리-측정용 발광 소자는 상기 조명 기구의 외측에 배치되는 것인 촬상 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 조명 기구는,

상기 이미지 센서의 주변 위치들에 탑재된 복수의 발광 소자들; 및

촬상 범위로 상기 복수의 발광 소자들의 광을 유도하고, 상기 촬상 범위를 조명하기 위한 링형 도광 부재(ring-shaped light guide memeber)

를 포함하고,

상기 링형 도광 부재의 링 내에 수용되고, 상기 조명된 촬상 범위 내의 대상물의 반사광을 상기 이미지 센서로 유도하기 위한 광학 유닛을 더 포함하는 촬상 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 이미지 센서, 상기 거리-측정용 발광 소자, 및 상기 복수의 발광 소자들을 탑재한 회로 기판을 더 포함하는 촬상 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자들은 상기 이미지 센서 주위의 원을 따라, 미리 결정된 간격으로 상기 회로 기판에 탑재되고,

상기 도광 부재는 상기 원에 대응하는 링 형상 구성을 갖는 것인 촬상 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 링형 도광 부재와 상기 복수의 발광 소자들 사이에 배치되며, 상기 발광 소자들의 광을 확산하기 위한 확산판을 더 포함하는 촬상 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자들은 적외광을 발광하는 발광 소자들로 구성되며,

적어도 상기 광학 유닛의 입사면에, 가시광을 필터링하는 광학 필터가 배치되는 것인 촬상 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 도광 부재는,

상기 발광 소자들의 광을 유도하기 위한 하단부;

상기 촬상 범위 내에 광을 출력하기 위한 상단부; 및

상기 하단부에서 상기 상단부로 상기 발광 소자들의 광을 유도하기 위한 도광부

를 포함하는 것인 촬상 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서는 생체의 일부를 촬상하는 것인 촬상 장치.