[发明专利]光束生成光学系统和具备光束生成光学系统的摄像装置

说明书

提供一种如下的光束生成光学系统：在能够将束斑的尺寸控制为较小，防止点亮度的下降，且不降低测距功能的灵敏度和精度的情况下，能够实现摄像装置的薄型化。本发明的光束生成光学系统，其使从光源(2)出射的光入射到光学元件(1)，使入射的光反射并从光学元件出射，从而生成光束，该光束生成光学系统的特征在于，光学元件具备：第一透过部(3)，其使从光源出射的光入射到光学元件；第一反射部(4)，其位于与第一透过部相对的相对部，并使从第一透过部入射的光反射；第二反射部(5)，其位于第一透过部的周围，并使通过第一反射部反射的光反射；及第二透过部(6)，其使通过第二反射部反射的光沿着光源的光轴方向从光学元件出射。

技术领域

本发明涉及光束生成光学系统，该光束生成光学系统生成使从光源出射的光介由光学元件而出射的光束。

背景技术

在手掌静脉摄像装置中，如图12、图13所示，将从四角的测距用LED光源出射的测距光束(也称为光束)照射到手掌上(参照图11)，并通过拍摄图15所示的对手掌照射所产生的束斑(在该例中为4个)来测定距离。图12表示以往的摄像装置的外观，图13表示图12所示的照明用LED光源和测距用LED光源的俯视配置图。另外，图14A和图14B表示由图像传感器拍摄的束斑的图像。

图14A所示的束斑的尺寸比图14B所示的束斑的尺寸大。这是因为，图14A的图像是在手掌等的摄像的对象物相对摄像装置而近的情况下拍摄的束斑的图像，图14B的图像是在摄像的对象物相对拍摄装置而远的情况下拍摄的束斑的图像。另外，通过求出图像的中心点与各束斑的距离，能够求出摄像的对象物的倾斜等。

作为光源，考虑到小型且低成本的要求，不使用激光，而是使用红外LED。与激光不同地，LED光源(也简称为光源)的情况下，由芯片表面发光，因此光源具有有限的尺寸。因此，如图16所示，拍摄的对象物上的测距的束斑基本上是对光源芯片的形状进行拍摄而成。

图17A～图17C表示安装于摄像装置的以往的测距光束生成光学系统(也称为测距光学系统或光束生成光学系统)的一例。来自光源的近红外光通过光圈之后，通过透镜(球面透镜)向上方出射。图17A表示测距光束生成光学系统的基本结构。在将手掌静脉安装于摄像装置时，如图17B所示，将光圈和透镜安装到光学系统的安装部件，并将它们安装到Pt板(印刷电路板)，或如图17C所示，在壳体的四角使测距光学系统的安装部件一体化，并与Pt板分离而安装。

图18A和18B表示光束生成光学系统的光线(光束)的运动的一例。更具体地，图18A及图18B表示将放置有光源的平面设为XY平面，将从光源朝向拍摄的对象物的方向设为Z方向的情况下的XZ平面上的光线的样子。后述的图19A及图19B、实施方式中说明的图2A及图2B、图4A及图4B的情况下也相同。

在图18A及图18B中，在距离光源5mm的位置设有透镜，通过该透镜而向上方出射光束。图18C中表示距离光源100mm的位置上的束斑，图18D表示距离光源10mm的位置上的束斑。这些束斑是通过透镜拍摄正方形的LED芯片而成的。

手掌静脉的摄像装置使用于ATM(Automated Teller Machine：自动取款机)和出入室装置为代表的各种领域。近年来，将手掌静脉的摄像装置薄型化，还装入了笔记本PC或平板PC(参照下述的专利文献1)。随着笔记本PC或平板PC的轻量化、薄型化的潮流，手掌静脉的摄像装置也被要求薄型化。在手掌静脉的摄像装置的薄型化中，不仅要使由摄像透镜和图像传感器构成的摄像系统薄型化，并且图17A至图17C所示的测距光束生成光学系统的薄型化也很重要。

在图18C所示的例子中，在距离光源100mm的屏幕上得到7mm×7mm左右的束斑。该例子为从光源到透镜为止的距离为5mm的情况。与此相对，图19A至图19D中示出将从光源到透镜的距离为1/2即2.5mm而将光束生成光学系统薄型化的情况下的特性。在距离光源100mm的屏幕上形成14mm×14mm左右的束斑(参照图19C)，不会形成比这更小的束斑。另外，图18A至图18D和图19A至图19D中所利用的光的出射立体角相同。