的散射光或反射光也从相对于中部或远端的近端(例如，约I厘米)被施加到光接收透镜220上，来自与所谓的特写镜头相对应的距离的照射光能够以更有效的方式聚集。
[0115]1.4.聚光效果
[0116]将参照图5及图6来说明根据第一实施例聚光单元10的聚光效果。将基于通过对根据第一实施例的聚光单元10以及具有聚光单元10的图像传感器单元20执行光线追踪模拟而获得的结果来说明聚光单元10的聚光效果。
[0117]图5是示出在根据第一实施例的聚光单元不具有反射部件时由光线追踪模拟得到的结果的示意图。图6是示出根据第一实施例的聚光单元具有反射部件时由光线追踪模拟得到的结果的示意图。
[0118]基于图2中所示的聚光单元10以及图像传感器模块20来准备图5及图6所示的光线追踪模拟中的计算模型。在图5及图6中，为了便于理解光线追踪结果，除了聚光单元10以及图像传感器模块20中包含的反射部件120、光照射部件130、光接收透镜220以及图像传感器230之外，省略了其他组件的说明。在计算模型中，测量对象物体700被放置在上开口部111的上部。假定测量对象物体700是人体的一部分，并且与上述人体的一部分相对应的物理量的值被指定给测量对象物体700以允许表示人体中的光的反射或散射等。在计算模型中，为了更准确地模拟在反射部件120的内表面上的光的反射，将反射部件120的侧壁划分成多个网格，并因此表示出侧壁的弯曲表面的形状。
[0119]在光线追踪模拟中的计算模型中，作为聚光单元10以及图像传感器模块20的具体构造的示例，设定各组件的形状或组件之间的距离以表示上述项[1.3.反射部件的形状]中说明的“在来自测量对象物体700的散射光或反射光从中部或远端的相对近端(例如约一厘米)被施加到光接收透镜220的同时光接收透镜220具有使用来自中部直至远端(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格的构造”。
[0120]图5示出根据第一实施例的聚光单元10中不具有反射部件120时通过执行光线追踪模拟得到的结果。参照图5，我们发现来自测量对象物体700的散射光或反射光几乎不入射在光接收透镜220上。即便是入射在光接收透镜220上的光，光的入射角也过大，因此，我们发现光的一部分入射在图像传感器230的光接收面231上。
[0121]图6示出根据第一实施例的聚光单元10中具有反射部件120时通过执行光线追踪模拟得到的结果。在图6中，反射部件120的形状可以被设计成使得被反射部件120的内表面反射的光在光接收透镜220上的入射角小于光接收透镜220的会聚角。
[0122]参照图6，我们发现来自测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，并且大部分的反射光聚集在光接收透镜220上。此外，我们发现入射在光接收透镜220上的光的大部分入射在图像传感器230的光接收面231上。原因在于，如上面的项[1.3.反射部件的形状]中所说明，反射部件120的形状是根据光接收透镜220的会聚角形成的。
[0123]在图5以及图6所示的光线追踪模拟中，我们发现，根据图像传感器230的光接收面231上的光的入射效率的计算结果，通过设置反射部件120，入射效率提高了将近3倍。从结果明显可以看出，能够实现根据第一实施例的聚光单元10的聚光效果。
[0124]如参照上面的图5以及图6说明，根据本实施例的聚光单元10的使用能够进一步提高与聚光单元10相连接的光接收单元上的聚光效率。因此，能够提高光接收单元(例如，图像传感器模块20)的光接收面231上的入射效率。因此，例如，改善了由图像传感器230获得的像素信号的S/N比，并且以更高的灵敏度实施了光的检测。
[0125]1.5.应用示例
[0126]将说明根据第一实施例的聚光单元10的具体应用示例。作为根据第一实施例的聚光单元10的应用示例，例如，考虑将人体的一部分(皮肤)用作测量对象物体700，并且图像传感器模块20测量散射光或反射光的光谱。
[0127]例如，将R(红色)、G(绿色)以及B(蓝色)滤色器设置在用于构成图像传感器230的光接收面231的光接收元件(像素)的每者中，并且图像传感器230能够在光谱上使入射光分光。换言之，图像传感器230能将来自测量对象物体700的散射光或反射光在光谱上分光成三个段R、G以及B。针对每个像素而被分光的R、G以及B的值以图像传感器230的垂直同步信号Vsyn。为单位被积分，并由此获得了针对测量对象物体700的一个帧画面的三个光谱值。
[0128]用于获得三个光谱值的积分是以Vsyn。的N倍(整数倍)为单位执行的，并且可获得测量对象物体700的N帧画面的总和或平均值的R、G以及B这三个光谱值。在来自测量对象物体700的散射光或反射光入射在图像传感器230上的同时，以每帧或每N帧为间歇地执行用于获得三个光谱值的积分，并因此可测量测量对象物体700的三个光谱值的随时间的变化。从像素信号计算三个光谱值R、G以及B的各种信号处理可以采用与图像传感器相关的信号处理领域中常用的任何已知的信号处理技术。
[0129]从通过这种方式获得的三个光谱值能够通过使用Lambert-Beer定律等来估计测量对象物体700包含的物质的浓度。例如，在本应用示例中，测量对象物体700是人体的一部分，并且已知人体皮肤的光谱曲线高度依赖于表皮中的黑色素的量以及红细胞中的血红素的浓度。因此，如果能够将凭借来自人体的一部分(测量对象物体700)的散射光或反射光而获得的三个光谱值与光谱曲线相关联，便能够从关联关系估计人体的该部分中的表皮中黑色素的量以及红细胞中血红素的浓度。
[0130]图7示出通过使用聚光单元10由图像传感器模块20获得的人体皮肤中的散射光或反射光的光谱。图7是示出由具有根据第一实施例的聚光单元10的图像传感器模块20检测的光谱图表。
[0131]在图7中，细实线代表人体皮肤的光谱反射曲线，点划线代表红色(R)滤色器的光谱特性，粗实线代表绿色(G)滤色器的光谱特性，并且虚线代表蓝色(B)滤色器的光谱特性。由图像传感器模块20使用聚光单元获得的人体中的散射光或反射光的三个光谱值R、G以及B分别用点R、G以及B标出。
[0132]参照图7，在点R、点G以及点B处示出的三个光谱值R、G以及B与人体皮肤的光谱反射曲线(细实线)良好符合。换言之，从由具有聚光单元10的图像传感器模块20获得的三个光谱值R、G以及B (人体皮肤的散射光或反射光的光谱)能够获得与人体皮肤的光谱反射曲线一致的数据。因此，从三个光谱值可以估计黑色素的量或血红素的浓度。
[0133]可由被设置在图像传感器模块20外部的任何信息处理装置来执行基于从图像传感器230输出的像素信号计算三个光谱值R、G以及B的处理以及基于三个光谱值R、G以及B估计血红素的浓度或黑色素的量的处理。换言之，凭借任何通信手段(例如，经由有线通信或无线通信)将从图像传感器230输出的像素信号传送到信息处理装置，并且信息处理装可以执行各种数据处理。
[0134]此外，从血红素的浓度或黑色素的估计值，能够估计对象的精神状况，比如处于兴奋状态或处于放松的情况。因此，例如，当观看者观看多种视频内容或当用户玩视频游戏时，通过测量人体皮肤的光谱，能够实时识别内容中的哪个场景使观看者或用户处于兴奋状态或放松状态。由此，例如，根据兴奋或放松状态的转变，游戏或视频内容的改变可以为观看者或用户提供具临场感的观看或操作体验。
[0135]近年来，作为标准规格，相机功能已被安装在诸如移动电话之类的各种便携式设备中。例如，移动电话的相机功能中所使用的图像传感器模块具有约20至30厘米的焦距。因此，这种图像传感器模块可以是包含具有用来自中部直至向远端的光来形成物体图像的规格的光接收透镜的图像传感器模块。
[0136]如上所述，根据第一实施例的聚光单元10能够较好地在将光聚集在具有光接收透镜的图像传感器模块上，这种光接收透镜具有使用来自从中部直至远端的较远距离的光来形成物体图像的规格。因此，作为更加优选的聚光单元10的应用示例，在使用移动电话观看视频内容时或玩游戏时可以想象例如使用聚光单元10。
[0137]例如，考虑用户使用移动电话玩各种游戏内容的情况。在这种情况下，计算上述三个光谱值R、G以及B(人体皮肤中的散射光或反射光的光谱)，并且在移动电话中预存用于估计黑色素或血红素的浓度的软件。用户将聚光单元10安装在设置有用于移动电话的拍摄的透镜的部分，并且，在手指与聚光单元10的上开口部111接触的同时，在移动电话上玩各种游戏内容。然后，实时观察观看者在玩游戏内容时是否处于兴奋状态，并因此，游戏内容的内容是受控的，例如，根据兴奋状态来改变故事的发展。因此，能够根据用户的精神状况为用户提供富有临场感的内容。
[0138]已详细说明了根据第一实施例的聚光单元10的应用示例。以上，作为聚光单元10的具体应用示例，已说明了从由具有聚光单元10的图像传感器单元20获得的人体皮肤的光谱估计黑色素的量或血红素的浓度的处理。然而，根据第一实施例的聚光单元10的应用示例并不限于此，并且可以获得与人有关的并且能够从人体皮肤的光谱估计的各种生物识别信息。
[0139]以上，虽然作为聚光单元10的具体应用示例说明了将聚光单元10安装在移动电话的相机部的情况，但根据本实施例的聚光单元10的应用示例不限于此。例如，可考虑将聚光单元10安装在具有视频电话功能并在其显示屏上显示各种内容的显示设备、PC等的相机部中。而且，例如，准备具有聚光单元10的单独相机模块，并且然后可将相机模块与任何显示设备相连。
[0140]2.第二实施例
[0141]将说明根据本发明的第二实施例的聚光单元的示意性构造。除了后面将说明的根据第二实施例的聚光单元包括准直透镜之外，根据本发明的第二实施例的聚光单元与上述的根据第一实施例的聚光单元具有大致相同的构造。因此，在根据第二实施例的聚光单元的下面的说明中，将省略与根据第一实施例的聚光单元的构造相同的构造的说明，并且将主要说明与根据第一实施例的聚光单元的构造不同的构造。
[0142]2.1.聚光单元的构造
[0143]首先，将参照图8来说明根据本发明的第二实施例的聚光单元的示意性构造。根据第二实施例的聚光单元与图1中所示的根据第一实施例的聚光单元的外观相同，并因此将省略其说明。
[0144]图8是沿图1中的截面A-A所截取的根据本发明的第二实施例的聚光单元的剖视图。参照图8，根据第二实施例的聚光单元30还包括被设置在反射部件120与下开口部112之间的准直透镜350。换言之，根据第二实施例的聚光单元30在面对图像传感器模块20的光接收透镜220的位置处还包括准直透镜350。
[0145]准直透镜350通过与光接收透镜220配对而构成准直器。准直透镜350具有对来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)的一部分进行校正以产生平行光的功能。
[0146]例如，准直透镜350是球面透镜并被布置成使得准直透镜350的中心位于中心轴c上。准直透镜350被布置在与光接收透镜220隔开预定距离的位置。作为示例，准直透镜350以及光接收透镜220之间的间隔距离可以是0.5毫米。
[0147]准直透镜350的直径(透镜直径)可以几乎是光接收透镜220的透镜直径的一半。作为示例，准直透镜350可以具有5毫米的透镜直径。
[0148]准直透镜350的面对光接收透镜220的表面具有与光接收透镜220的曲率大致相同的曲率。作为示例，准直透镜350的面对光接收透镜220的表面的曲率可以是0.1o
[0149]准直透镜350可具有与光接收透镜220的折射率大致相同折射率。作为示例，准直透镜350的针对可见光的折射率可以是1.8至1.9。
[0150]与根据第一实施例的聚光单元10相同，测量对象物体被放置在根据第二实施例的聚光单元30的上开口部111的上部。
[0151]在上述构造的情况下，在聚光单元30中，准直透镜350通过与光接收透镜220配对而构成准直器，校正来自测量对象物体的散射光或反射光(来自照射区域的照射光)的一部分以产生平行光，并允许平行光入射在图像传感器230的光接收面231上。因此，包括准直透镜350的聚光单元30允许一部分散射光或反射光(来自照射区域的照射光)在图像传感器230的接收表面上形成图像。
[0152]因此，除了聚集来自测量对象物体的散射光或反射光的功能之外，还包括准直透镜350的聚光单元30还具有拍摄测量对象物体的部分表面的摄像功能。换言之，聚光单元30能够使来自测量对象物体的散射光或反射光聚集在光接收透镜220上，并且也能够获得测量对象物体的一部分表面的图像。
[0153]2.2.聚光效果
[0154]将参照图9来说明根据第二实施例的聚光单元30的聚光效果。将基于通过对根据第二实施例的聚光单元30以及具有聚光单元30的图像传感器单元20执行光线追踪模拟而获得的结果来给出聚光单元30的聚光效果的说明。图9是示出通过执行根据第二实施例的聚光单元30中的光线追踪模拟而获得的结果的示意图。在根据第二实施例的聚光单元中，在不设置反射部件以及准直透镜的情况下由光线追踪获得的结果与由图5中所示的光线追踪获得的结果相同，并因此将省略其说明。
[0155]基于图8中所示的聚光单元30以及图像传感器模块20来准备图9中的光线追踪模拟中的计算模型。在图9中，为了便于理解光线追踪的结果，除了聚光单元30以及图像传感器模块20中包含的反射部件120、光照射部件130、准直透镜350、光接收透镜220以及图像传感器230之外，省略了其他组件的说明。在计算模型中，测量对象物体700被放置在上开口部111的上部。假定测量对象物体700是人体的一部分，并且与该人体的一部分相对应的物理量的值被指定给测量对象物体700以允许表示人体中的光的反射或散射等。在计算模型中，为了更准确地模拟在反射部件120的内表面上的光的反射，将反射部件120的侧壁划分成多个网格，并因此表示出侧壁的弯曲的表面的形状。
[0156]在光线追踪模拟中的计算模型中，作为聚光单元30以及图像传感器模块20的具体构造的示例，设定各组件的形状或组件之间的距离以表示上述[1.3.反射部件的形状]中说明的“在来自测量对象物体700的散射光或反射光从中部或远端的相对近端(例如约一厘米)被施加到光接收透镜220的同时光接收透镜220具有使用来自中部直至远端(例如，约20至30厘米)的光来形成物体图像的规格的构造”。而且，准直透镜350的形状以及布置构造基于在上述项[2.1.聚光单元的构造]中示出的作为具体示例的数值而被确定。在图9中，反射部件120的形状可被设计成使得被反射部件120的内表面反射的光在光接收透镜220上的入射角小于光接收透镜220的会聚角。
[0157]参照图9，我们发现来自测量对象物体的散射光或反射光被反射部件120的内表面反射，并且大部分的反射光聚集在光接收透镜220上，这与由根据第一实施例的聚光单元10中的光线追踪获得的结果相似。此外，我们发现入射到光接收透镜220上的光的大部分入射在图像传感器230的光接收面231上。
[0158]此外，在聚光单元30中，我们发现，经过准直透镜350的光在图像传感器230的光接收面231的部分区域上形成