专利名称：图像捕获装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将从发光器件发出的光引导至目标物、照射目标物并对目标物进行图像捕获的图像捕获装置，更具体地说，涉及这样一种图像捕获装置，该图像捕获装置即使在将发光器件布置成靠近图像捕获单元时也可阻止光在图像捕获范围外侵入到图像捕获单元，从而获得清晰的图像。
背景技术：
广泛应用通过均匀的光照射目标物来对所述目标物的预定范围进行图像捕获的图像捕获装置。在利用通过这种图像捕获装置捕获到的图像的图像处理系统中，特别需要清晰的图像。
例如，近年来随着生物计量技术的发展，提供了各种用于个人识别的装置，该装置捕获人体一部分的图像，通过该图像来区分个体并识别活体的特征，例如，手足指纹、眼视网膜、面部和血管。
特别是，手掌和手指的血管和皮肤图案适于用来进行可靠的个人验证，这是因为可以从它们获得相对大量的个人特征数据。另外，人们认为，血管(静脉)图案在任何人的一生中从胎儿开始都不会随着时间而改变，并且毫不例外地在任何人中都不会存在相同的图案，因此，这适于个人验证。
对于这样的生物计量验证等，必须以非接触方式对目标物(在生物计量验证的情况下为人体的一部分)进行成像。为此目的，图像捕获装置发出在一定图像捕获范围(距离和面积)内产生均匀光强的光，通过传感器接收上述图像捕获范围的反射光，并将所拍摄的图像信号作为电信号输出。
图22和图23表示传统图像捕获装置的说明图。如图22和图23所示，图像捕获装置100包括位于中心的图像捕获(数字摄像机)单元120，并且在其周围包括多个发光器件130-1至130-8。图22中所示的虚线表示从所述多个发光器件130-1至130-8中的各个发光器件发出的具有均匀强度的光的范围。
这样，通过在图像捕获单元120的周围布置多个(这里为八个)点光源，可以用强度均匀的光照射图像捕获单元120的图像捕获范围。同时，如图23所示，图像捕获单元120包括诸如CMOS传感器的光电转换装置122以及诸如透镜的光学系统124。因为光电转换装置122(其为平面光电探测器件)具有预定的光接收区域，所以需要预定的光学距离来将图像捕获范围的反射光引导到光电转换装置122的光接收平面上。为此目的，将诸如鱼眼透镜的透镜124布置在光电转换装置122与目标物之间，从而将预定图像捕获范围的图像投射到光电转换装置122的光接收平面上。
因此，传统上，为了通过共用预定的图像捕获范围而用每个点光源元件130-1至130-8照射目标物，如图22所示，彼此分开地布置点光源元件130-1至130-8。此外，为了向图像捕获范围提供具有预定均匀强度的光，将所述点光源元件130-1至130-8布置成比光电转换装置122更加靠近目标物，如图23所示(参见国际专利公报WO 2004/088588，图1和图6)。
在上述传统图像捕获装置中，如上所述，点光源元件130-1至130-8彼此分开地布置，并比光电转换装置122更加靠近目标物，如图23所示。因此，难于使图像捕获装置小型化。此外，在将图像捕获装置接合到设备中时存在限制。
如果使用产生较高光强的发光器件，则可将发光器件布置成靠近图像捕获单元120。然而，产生较高光强的发光器件昂贵且功率消耗较大，因此不适于小型低成本的图像捕获装置。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供这样一种图像捕获装置，该图像捕获装置即使在被小型化时也会对目标物提供分散的照明，并防止额外的光侵入到图像捕获单元中。
本发明的另一目的在于提供这样一种图像捕获装置，该图像捕获装置即使在被小型化时也会对目标物提供分散的照明，并实现满意的图像捕获。
本发明的再一目的在于提供这样一种图像捕获装置，该图像捕获装置即使在被小型化时也会防止额外的光透到图像捕获单元中，对目标物提供分散的照明，并且以较低的成本实现满意的图像捕获。
为了实现上述目的，根据本发明，一种用于通过照明目标物并接收来自该目标物的反射光来拍摄目标物图像的图像捕获装置包括图像传感器，该图像传感器用于接收所述反射光；多个发光器件，所述多个发光器件安装在所述图像传感器的周围位置处；导光件，该导光件用于将来自所述多个发光器件的光引导至图像捕获范围，并照明所述图像捕获范围；光学单元，该光学单元被容纳在所述导光件内，并将在所述被照明的图像捕获范围内的所述目标物的所述反射光引导至所述图像传感器；滤光器，该滤光器布置在所述光学单元和所述导光件的目标物侧；以及遮光罩，该遮光罩光学地遮断所述光学单元与所述导光件。并且所述遮光罩包括用于遮断从所述导光件输出的光中在所述滤光器上反射的光入射到所述光学单元。
另外，根据本发明，优选的是，所述多个发光器件沿所述图像传感器的周围的圆以预定间隔安装在电路板上，并且，所述导光件为与所述圆对应的环形。
另外，根据本发明，优选的是，所述图像传感器以及所述多个发光器件安装在同一电路板上。
另外，根据本发明，优选的是，所述遮光罩包括罩外壁，该罩外壁与所述凸缘相连，并用于光学地遮断所述光学单元与所述导光件；以及罩底部，该罩底部具有用于设置到所述光学单元上的孔。
另外，根据本发明，优选的是，所述图像捕获装置包括用于使所述发光器件的光扩散的扩散板，所述扩散板布置在所述环形导光件与所述多个发光器件之间。
另外，根据本发明，优选的是，所述图像捕获装置包括用于监控所述发光器件的光的光电探测器件，所述光电探测器件布置在所述电路板上的所述多个发光器件中的各发光器件之间。
另外，根据本发明，优选的是，所述图像捕获装置包括测距发光器件，所述测距发光器件安装在所述电路板上，用于测量到所述目标物的距离。
另外，根据本发明，优选的是，所述多个发光器件由用于发射红外光的发光器件构成，并且所述滤光器由过滤可见光的滤光器构成。
另外，根据本发明，优选的是，所述导光件包括下端部，该下端部用于导入所述发光器件的光；上端部，该上端部用于向所述图像捕获范围输出光；以及导光部分，该导光部分用于将所述发光器件的光从所述下端部引导至所述上端部。
另外，根据本发明，优选的是，所述光电探测器件在所述导光件的下部处布置在这样的位置，即在该位置处，所述光电探测器件接收在从所述发光器件发出的光中在所述导光件的所述下部处反射的光。
另外，根据本发明，优选的是，所述扩散板由多个分开的扩散件构成，所述多个分开的扩散件分别与沿所述图像传感器的周围的圆以预定间隔安装在所述电路板上的所述多个发光器件相对应。
另外，根据本发明，优选的是，所述测距发光器件安装在所述电路板的这样一位置处，以测量从所述图像传感器的图像到所述图像捕获范围内的所述目标物的距离。
另外，根据本发明，优选的是，所述测距发光器件安装在所述电路板上所述发光器件的外部位置处。
另外，根据本发明，优选的是，所述图像传感器对活体的一部分进行成像。
根据本发明，在具有靠近照明系统布置的图像捕获系统的图像捕获装置中，包括多个安装在图像传感器周围的发光器件，并且通过导光件将所述多个发光器件的光引导至图像捕获区域，从而提供照明，设置遮光罩来光学地遮断所述图像捕获系统与所述照明系统，并且在该遮光罩上设置有凸缘。因此，也可以阻断在过滤器的上表面上反射的光入射到图像捕获系统单元上。因此，可防止输出光不照射目标物从而导致图像捕获噪声，这对形成清晰的拍摄图像是有效的。
本发明的其它范围和特征将通过以下结合附图对实施例的描述变得更加显而易见。
图1表示根据本发明一个实施例的图像捕获装置的剖面图；图2表示在图1中所示的图像捕获装置的分解结构图；图3表示在图2中所示的电路板的部件配置图；图4表示在图2中所示的发光器件与光电探测器件之间的关系的说明图；图5表示在图2中所示的部件的组装图；图6表示在图1中所示的外装部件的结构图；图7表示在图2中所示的组装体的组件的结构图；图8表示在图1中所示的图像捕获装置的外视图；图9表示在图1中所示的照明系统的说明图；图10表示在图9中所示的导光件和发光器件的结构图；图11表示发光器件的发光强度分布的关系图，以及图10中所示的导光件的下端部；图12表示在图10中所示的导光件的第一操作说明图；图13表示在图10中所示的导光件的第二操作说明图；图14表示在图10中所示的导光件的第三操作说明图；图15表示使用图10中所示的导光件的光强分布图；图16表示在图1中所示的遮光罩从上表面侧观察的立体图；图17表示在图16中所示的遮光罩从下表面侧观察的立体图；图18表示在图16和图17中所示的遮光罩的操作图；图19表示在图1中所示的图像捕获装置的控制电路的框图；
图20表示在图19中所示的控制电路的图像捕获过程流程图；图21表示使用在图19中所示的结构进行测距操作的说明图；图22表示在传统图像捕获装置中的照明结构的说明图；图23表示传统图像捕获装置的结构图。
具体实施例方式
以下将参考图表和附图按照图像捕获装置的结构、照明机构、遮光罩结构、图像捕获处理结构的顺序来描述本发明的优选实施例和其它实施例。然而，应指出的是，本发明的范围不限于以下描述的实施例。
图像捕获装置图1表示根据本发明一个实施例的图像捕获装置的剖面图；图2表示在图1中所示的图像捕获装置的分解结构图；图3表示在图1和图2中所示的电路板的俯视图；图4表示在图3中所示的发光器件与光电探测器件的操作说明图；图5表示当组装在图2中所示的结构时的组装图；图6表示在图1中所示外壳的结构图；图7表示当在图2中所示的组装体容纳在外壳中时的结构图；而图8表示在图1中所示的图像捕获装置的外视图。
在描述图1中所示的结构之前，参照图2至图7描述在图1中所示的每个部分的结构。如图2所示，诸如CMOS图像传感器的图像传感器30以及偏光板32布置在摄像基板20的中心处。在摄像基板20的图像传感器30的外周安装有多个发光器件22、24和光电探测器件26。
参照图3进行更加详细的描述，图像传感器30安装在摄像基板20的中心处，偏光板32贴在图像传感器30上。沿摄像基板20的图像传感器30的外周的圆安装有多个发光器件22、24和光电探测器件26。
在每一个上述第一发光器件22和每一个第二发光器件24之间布置有光电探测器件(光电二极管)26。如图4所示，上述光电探测器件26设置成用于接收来自第一发光器件22和第二发光器件24的光(来自稍后将描述的扩散板44的反射光)，从而执行第一发光器件22和第二发光器件24的APC(自动功率控制)。
在各自的正时驱动上述第一发光器件22和第二发光器件24以进行发光。
在上述示例中，为了独立地进行每个第一和第二发光器件22、24(其在各自的正时发光)的自动功率控制，在第一发光器件22与第二发光器件24之间布置一个光电探测器件26以接收来自第一和第二发光器件22、24的光。因此，可减小用于APC控制的光电探测器件的数量。
此外，在摄像基板20的四个角部处，设置有四个用于测量距目标物的距离的测距发光器件52。如图3所示，上述四个测距发光器件52布置在摄像基板20的对角线上，并位于对角线上最远的位置处，从而它们之间的距离最大。从上述四个测距发光器件52测量的距离可检测目标物(这里为手掌)的倾斜。
简言之，在单个摄像基板20上，设置有照明系统22、24和26以及用于对目标物进行图像捕获的图像捕获系统30和32，以及测距系统52。
现在返回参考图2，在摄像基板20的发光器件22、24的上方向设置有四个扩散板44和四个偏光板42。上述扩散板44以及偏光板42分别贴到连接在摄像基板20的四个侧边上的偏光/扩散板安装台46上。每个扩散板44都将从第一发光器件22和第二发光器件24发射的定向光的发光分布进行一定程度的扩散。每个偏光板42都将从第一发光器件22和第二发光器件24发射的自然光转化为线性偏振光。
在所述四个偏光板42的上方向设置有环形导光件10。导光件10由例如树脂形成，并沿向上方向引导来自摄像基板20的第一发光器件22和第二发光器件24的光，从而用均匀的光照射目标物。为了配置摄像基板20的发光器件22、24的布置，导光件10具有环形结构。如将在图9中及以下将要描述的那样，导光件10将从第一发光器件22和第二发光器件24发射的光引导至向上的方向，从而以均匀的光照射目标物。
此外，光学单元34安装在摄像基板20上，位于设置在摄像基板20的大致中心处的图像传感器30上，并位于环形导光件10的内侧。该光学单元34由诸如会聚透镜的透镜光学系统构成。
光圈50安装在摄像基板20的测距发光器件52上。光圈50阻断光向其它方向扩散，从而将从测距发光装置52发出的光引导至目标物方向。
与摄像基板20分开地设置控制基板60。控制基板60设置成用于与外部连接，且包括外部连接器62和用于与摄像基板20连接的摄像机连接器64。上述控制基板60布置在摄像基板20的下部，并利用摄像机连接器64与摄像基板20电连接。此外，为外部连接器62设置支架盖68。
这样，图像传感器30、发光器件22和24、光电探测器件26以及测距发光器件52都安装在摄像基板20上。此外，偏光/扩散板安装台46、扩散板44、偏光板42、光圈50、光学单元34、以及导光件10都安装在摄像基板20上方，这样就组装成了摄像机部分。控制基板60连接到上述摄像机部分上。图5表示摄像机部分和控制基板连接后的单元状态。
此外，如图6所示，配备可见光截止滤光板76、遮光罩78、支架组件70和外壳74。通过将在图5中所示的附件单元安装到在图6中所示的支架组件70上、并将图2所示的支架盖68安装到支架组件70上，就组装成了在图7中所示的结构。
然后将在图7中所示的结构放置到在图6中所示的外壳74中，并通过将连接有遮光罩78的可见光截止滤光板76连接到外壳74的上部上，就构成了在图8中所示的图像捕获装置。上述可见光截止滤光板76截止可见光分量，使其不从外面进入到图像传感器30中。另外，还如以下参考图1中描述的那样，遮光罩78遮挡光，从而使预定图像捕获区域外的光不会进入到光学单元34中，并防止从导光件10泄漏的光侵入到光学单元34中。
图1表示在图8中所示的完成后的主体1的剖面图。如上所述，图像传感器30、发光器件22、24、光电探测器件26以及测距发光器件52安装在摄像基板20上。即，包括照明系统和图像捕获系统的基本结构安装在单个基板上。因此，仅仅一个安装板就足够了，从而有助于降低成本。
此外，通过在发光器件22和24的上部上设置环形导光件10从而将来自发光器件22和24的光引导至可见光过滤器76。上述导光件10分离来自发光器件22和24的光，然后使光前进至可见光过滤器76。因此，可将发光器件22和24布置成靠近图像传感器30，并且位于同一基板20上，这使得能小型化，并使得也能用均匀的光照射目标物。更具体地说，假设图1所示的倒三角形的斜线部分为摄像机的图像捕获范围，则能用均匀的光照射该图像捕获范围。
此外，因为导光件10为环形，所以可将光学单元34容纳在环10内，从而使得能进一步小型化。此外，遮光罩78防止预定图像捕获范围(图1中的斜线部分)之外的光进入光学单元34，并且还防止从导光件10泄漏的光侵入倒光学单元34中。因此，即使在导光件10和发光器件22、24布置成靠近图像传感器30和光学单元34时，也能避免图像捕获图像精度下降。
此外，因为测距发光器件52设置在摄像基板20上，所以可进一步使测量距离的照相机单元小型化。此外，在图1中，控制基板60连接到摄像基板20的下部上，而外部线缆2连接至控制基板60的外部连接器62上。
照明机构接下来将描述包括导光件的照明机构。图9表示根据本发明一个实施例的导光件的操作说明图；图10表示在图9中所示的照明机构的详细结构图；图11表示在图10中所示的导光件的梯形凹口的说明图；图12至图14表示在图10所示的导光件的导光和光扩散操作的说明图；而图15表示通过照明产生的亮度分布图。
在图9中，与图1和图2所示相同的部件由相同的附图标记表示。如图9所示，导光件10将来自作为点光源的每个发光器件22和24的光引导至可见光过滤器76，从而将光分为三束。
更具体地说，从导光件10基本上输出了指向光学单元34的方向的光A3、指向导光件10的纵向方向的光A2、指向与光学单元34相反的方向的光A1。通过设置上述导光件10，每个单个点光源22、24可相当于在可见光过滤器76附近存在三个点光源。
如图10所示，导光件10包括上斜面14、两个侧面10-1、10-2以及下梯形槽12。该下梯形部分12定位成与发光器件22、24相对，中间为偏光板42以及扩散板44，且该下梯形部分12接收来自发光器件22、24的光。此外，上斜面14为在光学单元34侧高度较高的斜面。
如图11所示，从发光器件22、24发出的发光强度分布B沿向上的方向具有长(强)圆弧形。即，向发光器件22、24的光输出方向(装置的垂直方向)的光分量B1的强度比向两侧方向的光分量B2、B3的强度强。如图9所示，导光件10中的梯形槽12对应于上述强度分布B而形成，从而光在输出侧上可基本上被认为是三个点光源。
更具体地说，为了通过在导光件10内的反射而起到三个点光源的作用，由平坦部分12b(用于引入光分量B1)和一对具有与光分量B2、B3的方向相对应的梯度的斜面部分12a、12c(用于引导两侧上的光分量B2、B3)构成梯形槽12。梯形槽12的上述形状用于将来自每个点光源22、24的光分成三束。
此外，如以下将要描述的那样，上述平坦部分12b以及斜面部分12a、12c各自的长度被设置成使得由于从导光件10输出的光而在预定区域内产生的光强变得大致均匀。这里，接收强度最大的光分量B1的平坦部分12b的长度设置成比斜面部分12a、12c中的每个的长度都短，所述斜面部分12a、12c接收光强弱于光分量B1的光强的光分量B2、B3。这样可根据光强分布来调节分光量。
参考图12至图14描述上述操作。如图12所示，每个发光器件22、24的发光强度分布B的左侧上的分量B2从导光件10的左斜面部分12a入射至导光件10的左侧面10-2。入射光然后在左侧面10-2上反射，并前进至导光件10的右侧面10-1。随后，前进至右侧面10-1的光在右侧面10-1上反射，并再次前进至左侧面10-2。光然后在左侧面10-2上反射，且大致垂直地入射到上斜面14，并输出至图像捕获范围的最外部。
此外，如图13所示，发光器件22、24的发光强度分布B的中间分量B1从导光件10的中央平坦部分12b入射到导光件10。光然后倾斜地入射到上斜面14，并输出至图像捕获范围的最内部。
此外，如图14所示，发光器件22、24的发光强度分布B的右侧上的分量B3从导光件10的右斜面部分12c入射至导光件10的右侧面10-1。入射光然后在右侧面10-1上反射，并前进至导光件10的左侧面10-2。然后，前进至左侧面10-2的光在左侧面10-2上反射，并大致垂直地入射到上斜面14，并输出至图像捕获范围的最内部与最外部之间。
综合图12至图14获得如图10所示的光路图。即，通过梯形槽12，导光件10将点光源22、24的点光分为三个。利用在导光件10内侧的侧面上的反射，相当于在导光件10的输出侧上存在三个点光源那样输出每个分开的光。
在此情况下，考虑到在图1中所示的图像捕获范围(由斜线所示)，在导光件10的上斜面14处调节输出方向。此外，为了在图像捕获范围内获得大致均匀的光强，应考虑到先前在图11中描述的发光器件22、24的发光强度分布B来调节导光件10的梯形槽12的平坦部分12b和斜面部分12a、12c的长度(即，入射宽度或入射量)。
这里，为了获得大致均匀的光强，因为在图11中所述的发光器件22、24的发光强度分布B在中央具有较强的光强，而在周围具有较弱的光强，所以导光件10的梯形槽12的平坦部分12b的长度设置成比斜面部分12a、12c中的每个的长度都短。因此，构成为使得具有较强光强的光部分不仅入射到平坦部分12b而且还入射到斜面部分12a、12c。
此外，利用具有梯形的槽12以及导光件10的上斜面14，以及导光件10的反射，可通过扩散输出反射光和直线光，从而在整个图像捕获范围内获得大致均匀的光强。
图15表示示出了关于在图1中所示的图像捕获装置的图像捕获范围与光强的试验结果的图。在图15中，横轴代表位置，而竖轴代表光强。更具体地说，该位置为图像传感器30的点位置，这里采用具有在宽度上640点的图像传感器30。通过将用于试验目的的普通白纸放在图1中所示的图像捕获范围(斜线部分)的上部的平坦部分上，因此产生均匀反射，测量了图像传感器30的每一点的输出等级值。由于是白纸，因此输出等级值对应于光强。
根据试验结果的上述示例，在图像传感器30的中央大约310个点的宽度内获得了大致均匀的光强。例如，在该310个点宽度中的最高等级为′190′，而最低等级为′160′，处于中值′175′的±15％的范围内，误差为±10％或更低。
参照图1，对于图像传感器30的图像捕获范围V，均匀光强范围由V1表示。尽管图像捕获范围为V，但是通过从上述范围V1中的图像提取图像捕获目标物的特别重要的特征，可获得高精确的特征提取。另外，通过等级校正来匹配等级，可采用范围V1外部的图像用于重要性较低的特征提取。
遮光罩结构图16和图17表示在图1至图14中所示的图像捕获装置的遮光罩的结构图，图18表示该遮光罩的操作说明图。图16为遮光罩从上面观察的立体图，而图17为遮光罩从下面观察的立体图。如图16和图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的最上部上的凸缘78-3。
如图18所示，光学单元34的顶部设置在形成于遮光罩78的底部78-4上的曝光孔78-2中。遮光罩78的上部(包括凸缘78-3)装配到可见光过滤器76上。如已经在图1至图14中描述的那样，在图像捕获单元34、30以及照明机构22、10为了小型化的目的而彼此靠近布置时，从照明机构(光输出系统)发出的光入射到图像捕获系统34、30上，这影响所拍摄的图像。
因此，必须光学地分开光输出系统和图像捕获系统。为此目的设置遮光罩78。上述遮光罩78由不透射光的遮蔽件形成。通过设置底部78-4使罩外壁78-1沿导光件10的方向定位。大致垂直布置的罩外壁78-1遮蔽可能从导光件10直接入射的光或者在可见光过滤器76的下表面上反射的光，从而使这些光不入射到图像捕获单元34、30。另外，如图1所示，罩外壁78-1对来自目标物的反射光的入射范围进行限制，如图1中的斜线所示。
此外，布置在罩外壁78-1的上部上的凸缘78-3向导光件10的方向延伸。如图18所示，凸缘78-3阻止从导光件10输出的光当中的在可见光过滤器76的上表面上反射的反射光L1、L2、L3入射到图像捕获单元34、30。这样的反射光L1、L2、L3由于不照射目标物而带来图像捕获噪声。因此，借助于凸缘78-3的阻止对于获得清楚的拍摄图像是有效的。
这样，遮光罩78截止光，从而防止预定图像捕获范围(图1中斜线所示)外的光进入到光学单元34，并防止在从导光件10输出的光当中的对于照射目标物没有作用的光侵入到光学单元34。
图像处理结构图19表示根据本发明一个实施例的已捕获图像处理装置的框图。图20表示在上述图像处理装置中处理已捕获图像的流程图。另外，图21表示测距操作的说明图。
如图19所示，在该图像捕获装置中的驱动/处理系统包括第一照明LED驱动器94(用于驱动第一发光器件22)、第二照明LED驱动器96(用于驱动第二发光器件24)、测距LED驱动器98(用于驱动测距发光器件52)、模/数转换器92(用于将图像传感器30的每个像素的模拟输出转换为数字值)以及微控制器90。
如图4所示，第一和第二照明LED驱动器94、96根据在光电探测器件26中接收到的光强在每一发光期间执行APC(自动功率控制)。微控制器(MCU)90包括MPU(微处理器)、ROM(只读存储器)以及RAM(随机存储器)，并执行对包括测距90A、姿势辨别90B、快门控制90C以及图像处理90D在内的处理。
以下参照图20描述在MCU90中的图像捕获处理。
(S10)MCU90借助于测距LED驱动器98驱动测距发光器件(LED)52。这样，在图2和图3中所描述的四个测距发光器件52发光。如图1所示，图像传感器30在图像捕获范围内拍摄图像。这里，由于没有驱动照明发光器件22、24，因此图像传感器30仅接收来自图像捕获范围内的目标物的与从测距发光器件52发出的光相对应的反射光。在图21中示出了从图像捕获范围内的目标物接收的与每个测距发光器件52发出的光相对应的反射光52A、52B、52C和52D在图像传感器30的图像30A中的位置。上述位置随着物体(例如手掌)的倾斜而偏移。
(S12)接下来，通过模/数(A/D)转换器92将图像传感器30的图像30A中的模拟光接收量转换为数字值，然后将其存储在MCU90的存储器中。MCU90搜索存储器中的图像数据，并检测上述反射光52A、52B、52C和52D的位置。
此时，因为四个测距发光器件52相对于图像(成像范围)中心斜对角地布置，如图3和图21所示，从而通过在图21中由虚线示出的直线上进行搜索，可从直线上的像素亮度来检测四个点的位置。此外，因为发光器件52以足够的距离布置在对角线上最远的位置处，所以可检测离图像中心较远的位置。MCU90从上述四个位置利用三角测量方法检测目标物的距离和倾斜。即，通过利用离开图像传感器30的中心的位置，计算四个点中每个点的距离，从而可从所述四个点的距离差检测(沿四个方向)倾斜。
(S14)MCU90决定到图像捕获目标物的距离是否合适(目标物是否定位在预定焦距的图像捕获范围内)。当距图像捕获目标物的距离不合适时，MCU90在没有示出的显示部分上显示引导信息。例如，显示“将目标物(手掌)放得更近。”或“将目标物(手掌)放得更远。”的引导信息。
(S16)在距离合适时，MCU90决定图像捕获目标物的倾斜是否合适。例如，在对目标物的平坦部分(手掌等)进行图像捕获时，MCU90决定倾斜是否在可容许范围内。当图像捕获目标物的倾斜不合适时，MCU90在没有示出的显示部分上显示引导信息。例如，在手掌为目标物的情况下，显示“打开你的手掌。”等引导信息。
(S18)在倾斜合适时，MCU90指令照明LED驱动器94、96发光。第一和第二发光器件22、24因此而发光照射目标物。随后，MCU90驱动没有示出的电子快门(在光学单元中)，并拍摄图像捕获范围内的图像。MCU90然后通过A/D转换器92将图像存储到存储器中。
然后，从上述图像中提取特征。例如，在提取上述血管图像的情况下，从图像提取血管图像。
这样，图像传感器30还用于测距光电探测器部分，以检测图像捕获目标物是否位于焦距处，或者检测图像捕获目标物的倾斜。因此，在测距机构中，提供测距发光器件52就足够了，而无需专门提供用于测距的光电探测器件。由于减少了安装部件的数量，因此有助于降低成本，且有助于小型化。
此外，因为四个测距发光器件52从图像(图像捕获范围)的中心对角地布置，所以通过搜索存储在存储器中的图像数据可检测到所述四个点的位置(如图21中虚线所示)，因而，检测处理变得容易。另外，由于测距发光器件52以足够的距离布置在对角线上最远的位置处，因此，即使装置被小型化，也可检测到图像中距中心的最远的位置，从而可准确地进行倾斜的检测。
其它实施例在以上实施例中，以手掌来作为图像捕获目标物的示例，并且以纹理图案验证来作为图像捕获目标物的图像处理的示例。然而，本发明还可应用到利用人体其它特征来进行的其它生物计量验证，包括手部皮肤图案、手背血管图像、手指血管图像、以及面部特征和虹膜等。而且，本发明不限于生物计量验证的应用，而是可用到其它的应用中。
此外，测距发光器件的数量不限于四个，而是可选择任意多个。
以上对实施例的描述不是为了将本发明限制为所示示例的具体细节。任何合适的修改和等同物都可列入本发明的范围内。落入本发明范围内的本发明所有特征和优点由所附权利要求覆盖。
本申请基于2006年3月3日提交的在先日本专利申请2006-058086，并要求其优先权，这里通过参考结合其全部内容。
权利要求
1.一种用于通过照明目标物并接收来自该目标物的反射光来捕获目标物图像的图像捕获装置，该图像捕获装置包括图像传感器，该图像传感器用于接收所述反射光；多个发光器件，所述多个发光器件安装在所述图像传感器的周围位置处；导光件，该导光件用于将从所述多个发光器件发出的光引导至图像捕获范围，并照明所述图像捕获范围；光学单元，该光学单元容纳在所述导光件内，并用于将在被照明的所述图像捕获范围内的所述目标物的反射光引导至所述图像传感器；滤光器，该滤光器布置在所述光学单元和所述导光件的目标物侧；以及遮光罩，该遮光罩用于光学地遮断所述光学单元与所述导光件，其中，所述遮光罩还包括凸缘，该凸缘用于遮断从所述导光件输出的光中的在所述滤光器上反射的光入射到所述光学单元。
2.根据权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述多个发光器件沿所述图像传感器的周围的圆以预定间隔安装在电路板上，并且其中所述导光件包括与所述圆对应的环形结构。
3.根据权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述图像传感器以及所述多个发光器件安装在同一电路板上。
4.根据权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述遮光罩包括罩外壁，该罩外壁与所述凸缘相连，并用于光学地遮断所述光学单元与所述导光件；以及罩底部，该罩底部具有用于安放至所述光学单元的孔。
5.根据权利要求2所述的图像捕获装置，其特征在于，该图像捕获装置还包括用于扩散所述发光器件的光的扩散板，所述扩散板布置在所述环形导光件与所述多个发光器件之间。
6.根据权利要求3所述的图像捕获装置，其特征在于，该图像捕获装置还包括用于监控所述发光器件的光的光电探测器件，所述光电探测器件布置于在所述电路板上布置的所述多个发光器件之间。
7.根据权利要求2所述的图像捕获装置，其特征在于，该图像捕获装置还包括测距发光器件，所述测距发光器件安装在所述电路板上并用于测量至所述目标物的距离。
8.根据权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述多个发光器件包括用于发射红外光的发光器件，并且其中所述滤光器包括过滤可见光的滤光器。
9.根据权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述导光件包括下端部，该下端部用于导入所述发光器件的光；上端部，该上端部用于向所述图像捕获范围输出所述光；以及导光部分，该导光部分用于将所述发光器件的光从所述下端部引导至所述上端部。
10.根据权利要求6所述的图像捕获装置，其特征在于，所述光电探测器件在所述导光件的下部处布置在这样的位置处，在该位置处，该光电探测器件接收从所述发光器件发出的光中的在所述导光件的所述下部处反射的光。
11.根据权利要求5所述的图像捕获装置，其特征在于，所述扩散板包括多个单独的扩散件，所述多个单独的扩散件分别与沿所述图像传感器的周围的所述圆以预定间隔安装在所述电路板上的所述多个发光器件相对应。
12.根据权利要求7所述的图像捕获装置，其特征在于，所述测距发光器件在所述电路板上安装在这样的位置处，在该位置处该测距发光器件利用所述图像传感器的图像来测量距所述图像捕获范围内的所述目标物的距离。
13.根据权利要求12所述的图像捕获装置，其特征在于，所述测距发光器件在所述电路板上安装在所述发光器件的外部位置处。
14.根据权利要求1所述的图像捕获装置，其特征在于，所述图像传感器捕获活体的一部分的图像。
全文摘要
本发明提供了一种图像捕获装置。该图像捕获装置照明目标物，并利用从目标物的反射光捕获目标物的图像。在该装置中，在图像传感器的周围安装有多个发光器件，并且通过导光件将多个发光器件的光引导至图像捕获区域，以用于照明。在具有靠近照明系统布置的图像捕获系统的图像捕获装置上，设置用于光学地遮断图像捕获系统和照明系统的遮光罩，且在该遮光罩上布置有凸缘。可阻止在过滤器的上表面上反射的光入射到图像捕获系统单元上。因此，可防止不照射目标物从而带来图像捕获噪声的输出光，这对形成清晰的拍摄图像是有效的。
文档编号G03B11/00GK101030014SQ20061014676
公开日2007年9月5日 申请日期2006年11月22日 优先权日2006年3月3日
发明者田中博之, 芳须芳男, 吉田孝, 松尾浩一, 岩口功 申请人:富士通株式会社, 富士通先端科技株式会社