特許 6660481 ビーム生成光学系及びビーム生成光学系を備える撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6660481

(24)【登録日】2020年2月12日

(45)【発行日】2020年3月11日

(54)【発明の名称】ビーム生成光学系及びビーム生成光学系を備える撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 17/08 20060101AFI20200227BHJP

   A61B 5/1171 20160101ALI20200227BHJP

   G01C 3/06 20060101ALI20200227BHJP

   G02B 27/09 20060101ALI20200227BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20200227BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20200227BHJP

【ＦＩ】

   G02B17/08 Z

   A61B5/1171 100

   G01C3/06 120S

   G02B27/09

   G06T1/00 400H

   H04N5/225 700

   H04N5/225 600

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-547026(P2018-547026)

(86)(22)【出願日】2016年10月28日

(86)【国際出願番号】JP2016082052

(87)【国際公開番号】WO2018078793

(87)【国際公開日】20180503

【審査請求日】2018年10月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000237639

【氏名又は名称】富士通フロンテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(72)【発明者】

【氏名】山崎 行造

(72)【発明者】

【氏名】岩口 功

【審査官】 森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−６０７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１６８１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４１２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−５８３２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０６ − ５／２２

Ｇ０１Ｃ ３／００ − ３／３２

Ｇ０２Ｂ ５／０８ − ５／１０

Ｇ０２Ｂ ９／００ − １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ − ２５／０４

Ｇ０２Ｂ ２７／０９

Ｇ０６Ｔ １／００

Ｈ０４Ｎ ５／２２２ − ５／２３７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源から出射された光を光学素子に入射させ、入射した前記光を反射させ、前記光学素子から出射させて光ビームを生成するビーム生成光学系であって、
前記光学素子は、
前記光源から出射された前記光を前記光学素子へ入射させる第１の透過部と、
前記第１の透過部に対向する対向部に位置する、前記第１の透過部から入射した光を反射させる第１の反射部と、
前記第１の透過部の周囲に位置する、前記第１の反射部によって反射された前記光を反射させる第２の反射部と、
前記第２の反射部によって反射された前記光を前記光源の光軸方向に沿って前記光学素子から出射させる第２の透過部と、
を備え、
前記光学素子は、複数の部材から構成され、前記複数の部材を組み立てることによって構成され、
前記複数の部材は、前記第１の反射部と前記第１の透過部を備える部材と、前記第２の反射部と前記第２の透過部を備える部材である
ことを特徴とするビーム生成光学系。

【請求項2】

前記第１の反射部及び前記第２の反射部には反射膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のビーム生成光学系。

【請求項3】

前記第２の透過部は、前記光源側とは反対側に凸形状を形成している
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のビーム生成光学系。

【請求項4】

前記第１の反射部は、前記光源の方向に向かって凸形状を形成している
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のビーム生成光学系。

【請求項5】

前記第２の反射部は、前記光源側に凸形状を形成している
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のビーム生成光学系。

【請求項6】

光源から出射された光を光学素子に入射させ、入射した前記光を反射させ、前記光学素子から出射させて光ビームを生成するビーム生成光学系を備える撮像装置であって、
前記光学素子は、
前記光源から出射された前記光を前記光学素子へ入射させる第１の透過部と、
前記第１の透過部に対向する対向部に位置する、前記第１の透過部から入射した光を反射させる第１の反射部と、
前記第１の透過部の周囲に位置する、前記第１の反射部によって反射された前記光を反射させる第２の反射部と、
前記第２の反射部によって反射された前記光を前記光源の光軸方向に沿って前記光学素子から出射させる第２の透過部と、
を備え、
前記光学素子は、複数の部材から構成され、前記複数の部材を組み立てることによって構成され、
前記複数の部材は、前記第１の反射部と前記第１の透過部を備える部材と、前記第２の反射部と前記第２の透過部を備える部材である
ことを特徴とする撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源から出射された光を光学素子を介して出射させる光ビームを生成するビーム生成光学系に関する。

【背景技術】

【0002】

手のひら静脈の撮像装置では、図１２や図１３に示すように、四隅の測距用ＬＥＤ光源から出射される測距ビーム（光ビームとも言う）を手のひらに照射（図１１ 参照）し、図１５に示す手のひらへの照射によるビームスポット（この例では４つ）を撮像することによって距離を測定している。図１２には従来の撮像装置の外観が示されており、図１３には図１２に示す照明用ＬＥＤ光源と測距用ＬＥＤ光源の平面配置図が示されている。また、図１４Ａ及び図１４Ｂには、イメージセンサによって撮像されるビームスポットの画像が示されている。

【0003】

図１４Ａに示すビームスポットのサイズの方が、図１４Ｂに示すビームスポットのサイズよりも大きい。これは、図１４Ａの画像は、手のひらなどの撮像の対象物が撮像装置に対して近い場合に撮像されるビームスポットの画像であり、図１４Ｂの画像は、撮像の対象物が撮像装置に対して遠い場合に撮像されるビームスポットの画像であるためである。なお、画像の中心点と各ビームスポットとの距離を求めることで撮像の対象物の傾きなどを求めることができる。

【0004】

光源としては小型で低コストの要請から、レーザではなく赤外ＬＥＤが用いられている。レーザとは違い、ＬＥＤ光源（単に、光源とも言う）はチップ面が発光するため、光源は有限のサイズを有している。したがって、撮像の対象物上の測距のビームスポットは、図１６に示すように基本的には光源チップの形状が投影されたものとなる。

【0005】

図１７Ａから図１７Ｃは、撮像装置へ実装される従来の測距ビーム生成光学系（測距光学系又はビーム生成光学系とも言う）の一例を示す。光源からの近赤外光は、アパチャを通過した後、レンズ（球面レンズ）によって上方に出射される。図１７Ａは測距ビーム生成光学系の基本構成を示している。手のひら静脈の撮像装置への実装は、図１７Ｂのように光学系の取り付け部材にアパチャとレンズを装着し、これをＰｔ板（プリント板）に取り付けたり、図１７Ｃのように筐体の四隅に測距光学系の取り付け部材を一体化させ、Ｐｔ板と分離して取り付けたりする。

【0006】

図１８Ａ及び図１８Ｂはビーム生成光学系の光線（ビーム）の動きの一例を示す。より具体的には、図１８Ａ及び図１８Ｂは、光源が置かれた平面をＸＹ平面とし、光源から撮像の対象物への方向をＺ方向とした場合のＸＺ平面における光線の様子を示している。後述する図１９Ａ及び図１９Ｂや、実施の形態で説明する図２Ａ及び図２Ｂや、図４Ａ及び図４Ｂも同様である。

【0007】

図１８Ａ及び図１８Ｂでは光源から５ｍｍ離れた位置にレンズがあり、このレンズによって上方にビームが出射されている。図１８Ｃには光源から１００ｍｍ離れた位置、図１８Ｄには光源から１０ｍｍ離れた位置におけるビームスポットがそれぞれ示されている。これらのビームスポットは、正方形のＬＥＤチップがレンズによって投影されたものである。

【0008】

手のひら静脈の撮像装置はＡＴＭ（Automated Teller Machine）や入退室装置をはじめ様々な分野で使用されている。近年、手のひら静脈の撮像装置を薄型化して、ノートＰＣやタブレットＰＣにも組み込むようになってきた（下記の特許文献１を参照）。ノートＰＣやタブレットＰＣの軽量化、薄型化の潮流に乗って、手のひら静脈の撮像装置も薄型化が求められている。手のひら静脈の撮像装置の薄型化には撮像レンズとイメージセンサからなる撮像系の薄型化のみならず、図１７Ａから図１７Ｃに示すような測距ビーム生成光学系の薄型化も重要である。

【0009】

図１８Ｃに示す例では、光源から距離１００ｍｍ離れたスクリーン上で７ｍｍ×７ｍｍ程度のビームスポットが得られている。この例は光源からレンズまでの距離が５ｍｍの場合である。これに対して、光源からレンズまでの距離を１／２の２．５ｍｍとしてビーム生成光学系を薄型化した場合の特性が図１９Ａから図１９Ｄに示されている。光源から距離１００ｍｍ離れたスクリーン上で１４ｍｍ×１４ｍｍ程度のビームスポット（図１９Ｃ参照）となり、これ以上小さいビームスポットにはならない。なお、図１８Ａから図１８Ｄも図１９Ａから図１９Ｄも利用する光の出射立体角は同一である。

【0010】

ビームスポットサイズと光源レンズ間の距離との関係を図２０Ａ及び図２０Ｂに示す。ビームと言っても実際には光源のレンズによる投影であることは前述した。図２０Ａは１辺ａのＬＥＤチップが、光源レンズ間の距離ｈとレンズ物体間の距離Ｈとの比率Ｈ／ｈで拡大され、１辺Ａの正方形となって物体上に投影されていることを示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００８−３６２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかし、光学系の薄型化を図って図２０Ｂに示すように光源レンズ間の距離をｈ／２とすると、物体までの距離Ｈとの比率、すなわち像の倍率が２倍となり、物体に投影される像は１辺が２×Ａの正方形となってしまう。

【0013】

ビームスポットの１辺が２倍になるとビームスポット面積が４倍となり、同一の出射光量（パワー）に対して輝度は１／４になってしまう。撮像系を通してイメージセンサで得られるビームスポット画像は輝度に比例するため、これは出力が１／４に低下することを意味している。また、距離が遠くなるにつれてビームスポットのサイズが大きくなっていくと、手のひら上の４つのビームスポットの分離度が低下するという問題も生じる。結局、薄型化によって測距機能の感度や精度の低下を招くことになる。このように、従来のビーム生成光学系にとっては、薄型化と測距ビームの特性は相反する関係であり、薄型化に限界があった。

【0014】

図２０Ａに示すように、ビームスポットのサイズを小さくするためにはレンズと光源の距離を離して投影の倍率を低く抑える必要がある。しかし、レンズと光源の距離を大きく確保することは上述したように撮像装置の薄型化を阻害する。

【0015】

本発明は、上記課題に鑑み、ビームスポットのサイズを小さく抑え、測距機能の感度や精度を低下させずに、撮像装置の薄型化を実現することができるビーム生成光学系を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的を達成するために、本発明は、光源から出射された光を光学素子に入射させ、入射した前記光を反射させ、前記光学素子から出射させて光ビームを生成するビーム生成光学系であって、前記光学素子は、前記光源から出射された前記光を前記光学素子へ入射させる第1の透過部と、前記第１の透過部に対向する対向部に位置する、前記第1の透過部から入射した光を反射させる第1の反射部と、前記第１の透過部の周囲に位置する、前記第１の反射部によって反射された前記光を反射させる第２の反射部と、前記第２の反射部によって反射された前記光を前記光源の光軸方向に沿って前記光学素子から出射させる第２の透過部とを備えることを特徴とする。

【0017】

また、本発明のビーム生成光学系において、前記第１の反射部及び前記第２の反射部に反射膜が形成されていることは、好ましい態様である。

【0018】

また、本発明のビーム生成光学系において、前記光学素子が、複数の部材から構成され、前記複数の部材を組み立てることによって構成されることは、好ましい態様である。

【0019】

また、本発明のビーム生成光学系において、前記複数の部材が、前記第１の反射部と前記第１の透過部を備える部材と、前記第２の反射部と前記第２の透過部を備える部材であることは、好ましい態様である。

【0020】

また、本発明のビーム生成光学系において、前記複数の部材が、前記第１の反射部を備える部材と、前記第１の透過部と前記第２の反射部を備える部材であることは、好ましい態様である。

【0021】

また、本発明のビーム生成光学系において、前記第２の透過部が、前記光源側とは反対側に凸形状を形成していることは、好ましい態様である。

【0022】

また、本発明のビーム生成光学系において、前記第１の反射部が、前記光源の方向に向かって凸形状を形成していることは、好ましい態様である。

【0023】

また、本発明のビーム生成光学系において、前記第２の反射部が、前記光源側に凸形状を形成していることは、好ましい態様である。

【0024】

また、本発明は、光源から出射された光を光学素子に入射させ、入射した前記光を反射させ、前記光学素子から出射させて光ビームを生成するビーム生成光学系を備える撮像装置であって、前記光学素子は、前記光源から出射された前記光を前記光学素子へ入射させる第1の透過部と、前記第１の透過部に対向する対向部に位置する、前記第1の透過部から入射した光を反射させる第1の反射部と、前記第１の透過部の周囲に位置する、前記第１の反射部によって反射された前記光を反射させる第２の反射部と、前記第２の反射部によって反射された前記光を前記光源の光軸方向に沿って前記光学素子から出射させる第２の透過部とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、ビームスポットのサイズを小さく抑え、測距機能の感度や精度を低下させずに、撮像装置の薄型化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1A】第１の実施の形態における光学素子を側面側から見た側面図である。

【図1B】第１の実施の形態における光学素子を上部側から見た平面図である。

【図2A】第１の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系の光線の動きの一例を示す図である。

【図2B】第１の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系の光線の動きの一例を示す図である。

【図2C】第１の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系における光源から距離１００ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図2D】第１の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系における光源から距離１０ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図3A】第２の実施の形態における光学素子を側面側から見た側面図である。

【図3B】第２の実施の形態における光学素子を上部側から見た平面図である。

【図4A】第２の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系の光線の動きの一例を示す図である。

【図4B】第２の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系の光線の動きの一例を示す図である。

【図4C】第２の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系における光源から距離１００ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図4D】第２の実施の形態における光学素子を備えるビーム生成光学系における光源から距離１０ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図5】第２の実施の形態におけるビームスポットサイズが第１の実施の形態のビームスポットサイズに比べてさらに小さいことを説明するための図である。

【図6】第２の実施の形態の効果を説明するための図である。

【図7】第２の実施の形態における光学素子の実装の一例を示す図である。

【図8A】第３の実施の形態における光学素子を斜め上方から見た斜視図である。

【図8B】第３の実施の形態における光学素子を側面側から見た側面図である。

【図9A】第４の実施の形態における光学素子を斜め上方から見た斜視図である。

【図9B】第４の実施の形態における光学素子を側面側から見た側面図である。

【図10A】本発明の他の効果を説明するための図である。

【図10B】本発明の他の効果を説明するための図である。

【図11】従来の撮像装置の測距用ＬＥＤ光源から出射される測距ビームが手のひらに照射される様子を示す図である。

【図12】従来の撮像装置の外観の一例を示す図である。

【図13】従来の撮像装置における照明用ＬＥＤ光源と測距用ＬＥＤ光源の平面配置図である。

【図14A】従来の撮像装置によって撮像されるビームスポットの画像の一例を示す図である。

【図14B】従来の撮像装置によって撮像されるビームスポットの画像の一例を示す図である。

【図15】従来の撮像装置における手のひらのビームスポットを示す図である。

【図16】従来の撮像装置におけるビームスポットの形状を示す図である。

【図17A】従来のビーム生成光学系の基本構成の一例を示す図である。

【図17B】従来のビーム生成光学系の実装例を示す図である。

【図17C】従来のビーム生成光学系の実装例を示す図である。

【図18A】従来のビーム生成光学系の光線の動きの一例を示す図である。

【図18B】従来のビーム生成光学系の光線の動きの一例を示す図である。

【図18C】従来のビーム生成光学系における光源から距離１００ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図18D】従来のビーム生成光学系における光源から距離１０ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図19A】従来のビーム生成光学系におけるレンズまでの距離を１／２とした場合の光線の動きの一例を示す図である。

【図19B】従来のビーム生成光学系におけるレンズまでの距離を１／２とした場合の光線の動きの一例を示す図である。

【図19C】従来のビーム生成光学系におけるレンズまでの距離を１／２とした場合の光源から距離１００ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図19D】従来のビーム生成光学系におけるレンズまでの距離を１／２とした場合の光源から距離１０ｍｍ離れたスクリーン上でのビームスポットを示す図である。

【図20A】従来のビーム生成光学系におけるビームスポットサイズと光源レンズ間の距離ｈとの関係を示す図である。

【図20B】従来のビーム生成光学系におけるビームスポットサイズと光源レンズ間の距離ｈ／２との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

＜第１の実施の形態＞
以下、第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の特徴は光学素子にあり、光学素子以外のビーム生成光学系を含む撮像装置の構成については従来のものと同様であるため説明を省略する。後述する他の実施の形態においても同様である。なお、本発明のビーム生成光学系を含む撮像装置では、従来の撮像装置の構成であったアパチャは不要である。

【0028】

第１の実施の形態における光学素子の外観を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａは光学素子１を側面側から見た側面図を示しており、図１Ｂは光学素子１を上部から見た平面図を示している。図１Ａ及び図１Ｂに示す光学素子１は、従来の球面レンズと同様、光源（ＬＥＤ）２から出射される光を受ける。

【0029】

光学素子１は、光源２から出射された光を光学素子１へ入射させる透過部（第１の透過部）３を光の入射側（光源２側）の中央部に備えている。また、光学素子１は、透過部３から入射した光を反射させる反射部（第１の反射部）４を光の出射側（光源２に対して反対側）の中央部に備えている。透過部３と反射部４は対向するように配置されている。透過部３及び反射部４の上部から見た形状は、図１Ｂに示すように、円形となっているが、円形に限定されるものではない。

【0030】

また、光学素子１は、反射部４によって反射された光を更に反射させる反射部（第２の反射部）５を透過部３の周囲（周辺部）に備えている。反射部５は光源２側に凸形状を形成している。また、光学素子１は、反射部５によって反射された光を光軸７に沿って、不図示の撮像対象物（例えば、手のひら）に向けて光学素子１から出射させる透過部（第２の透過部）６を第１の反射部４の周囲（周辺部）に備えている。反射部５と透過部６は対向するように配置されている。

【0031】

以上説明したように、光学素子１は、図１Ａに示すように、光源２の方向に向かって凸形状（下凸形状）を形成するレンズである。なお、光学素子１のレンズはガラス であっても、あるいは他の素材、例えばプラスチックなどであってもよい。光学素子の素材については、後述する他の実施の形態でも同様である。また、透過部３や反射部４は、光源２の方向に向かって凸形状を形成しているが、平らな形状（フラットな面）であってもよい。

【0032】

光源２から出射された光は、光学素子１の透過部３から光学素子１内へ入る。ここで、光を入射させる領域（透過部３）はレンズ面のままであるが、透過部３の周囲（周辺部）の反射部５には反射膜（例えば、アルミ蒸着などの金属蒸着）が光学素子１の外側から形成されている。また、反射部４についても同様に反射膜が光学素子１の外側から形成されている。これにより、従来の測距ビーム生成光学系（ビーム生成光学系）におけるアパチャと同様に、光源２から出射される光の光軸７を中心に、所定の角度領域のみの光をビーム生成に用い、それ以外の光は反射部５の反射膜により遮断される。透過部３を通じて光学素子１内に入射した光は、透過部３の上部に設けられた反射部４に入射する。

【0033】

上述したように、反射部４には、光学素子１の外側から反射膜が形成されており、反射部４は入射した光に対して凸面鏡として働く（機能する）。すなわち、入射した光を拡大させながら光の入射面側（光源２側）に反射させる。入射面側に反射して戻ってきた光は、反射部５に光学素子１の外側から形成された反射膜により再び上方へ反射され、反射部５に対向する透過部６から出射される。反射部５は、凹面鏡として働き、光を収束させながら出射する。

【0034】

上記により、光は光学素子１内で上下に折り返されて光路が延長され、実効的に投影倍率を低く抑えながら撮像対象物へ向けて出射される。その結果、図２Ｃに示すように、光源２から距離１００ｍｍにあるスクリーン上のビームスポットのサイズは、７．６ｍｍ×７．６ｍｍ程度となり、図１８Ｃに示すものとほぼ同一のサイズに収まっている。なお、図２Ｄは光源２から距離１０ｍｍにあるスクリーン上のビームスポットのサイズを示している。

【0035】

第１の実施の形態のビーム生成光学系の出射面の位置は、図２Ａや図２Ｂに示すように、光源２から３ｍｍのところにあり、これは図１９Ａに示すレンズの出射面の位置と同一である。すなわち、図１８Ａに示す測距ビーム生成光学系に対して、高さを約１／２にして薄型化を実現しながら、ビームスポットのサイズはほぼ同一のままに収まっている。すなわち、スポット画像出力を求めるスポットの輝度が同一のまま薄型化できたことを意味している。

【0036】

＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態について図面を参照して説明する。第２の実施の形態における光学素子の外観を図３Ａ及び図３Ｂに示す。図３Ａは光学素子２１を側面側から見た側面図を示しており、図３Ｂは光学素子２１を上部から見た平面図を示している。図３Ａ及び図３Ｂに示す光学素子２１は、第１の実施の形態における光学素子１と同様、光源（ＬＥＤ）２から出射される光を受ける。

【0037】

第１の実施の形態の光学素子１は、母体を下凸形状としたものであったが、第２の実施の形態の光学素子２１は、図３Ａに示すように、母体を両凸形状としたものである。すなわち、第２の反射部２５は、光源２側に凸形状を形成し、第２の透過部２６は、光源２側とは反対側に凸形状を形成している。

【0038】

光学素子２１は、光源２から出射された光を光学素子２１内へ入射させる透過部（第１の透過部）２３を光の入射側（光源２側）の中央部に備えている。また、光学素子２１は、透過部２３から入射した光を反射させる反射部（第１の反射部）２４を光の出射側（光源２に対して反対側）の中央部に備えている。透過部２３と反射部２４は対向するように配置されている。透過部２３及び反射部２４の上部から見た形状は、図３Ｂに示すように、円形となっているが、円形に限定されるものではない。また、透過部２３や反射部２４は、光源２の方向に向かって凸形状を形成しているが、平らな形状（フラットな面）であってもよい。後述する第３の実施の形態でも同様である。

【0039】

また、光学素子２１は、反射部２４によって反射された光を更に反射させる反射部（第２の反射部）２５を透過部２３の周囲（周辺部）に備えている。反射部２５は光源２側に凸形状を形成している。後述する第３の実施の形態においても同様である。また、光学素子２１は、反射部２５によって反射された光を光軸７に沿って、不図示の撮像対象物（例えば、手のひら）に向けて光学素子２１から出射させる透過部（第２の透過部）２６を第１の反射部２４の周囲（周辺部）に備えている。反射部２５と透過部２６は対向するように配置されている。

【0040】

第１の実施の形態と同様、反射部２４には光学素子２１の外側から反射膜（例えば、アルミ蒸着などの金属蒸着）が形成されている。また、反射部２５にも光学素子２１の外側から反射膜が形成されている。反射膜による反射面は金属蒸着面でもよいが、多層膜によって形成された反射面であってもよい。

【0041】

第２の実施の形態の光学素子２１（反射光学系）を用いたビーム生成光学系の光線シミュレーション結果の一例を図４Ａから図４Ｄに示す。第１の実施の形態の光学素子１が母体を下凸（平凸）形状のレンズとしているのに対して、第２の実施の形態の光学素子２１は、両凸レンズで出射面の曲率も設計パラメータに含まれ、設計自由度が高い。その結果、図４Ｃに示すように、光源２から距離１００ｍｍにおけるビームスポットサイズは６．７ｍｍ×６．７ｍｍである。なお、図４Ｄは光源２から距離１０ｍｍにあるスクリーン上のビームスポットのサイズを示している。第１の実施の形態と同様、第２の実施の形態のビーム生成光学系の出射面の位置は、図４Ａや図４Ｂに示すように光源２から３ｍｍ離れたところにあり、これは図１９Ａに示すレンズの出射面の位置と同一である。

【0042】

また、図５に示すように、第２の実施の形態のビームスポット（６．７ｍｍ×６．７ｍｍ）の辺の長さは、第１の実施の形態のビームスポット（７．６ｍｍ×７．６ｍｍ）の辺の長さの８８％（６．７ｍｍ／７．６ｍｍ）となる。また、第２の実施の形態のビームスポットの面積は、第１の実施の形態のビームスポットの面積の７８％（６．７ｍｍ×６．７ｍｍ／７．６ｍｍ×７．６ｍｍ）となる。このことから、第２の実施の形態では、さらに小さいビームスポットが実現できるという効果がある。

【0043】

第２の実施の形態と図１９Ａに示す従来例とを比較することで、第２の実施の形態の効果を定量的に説明する。第２の実施の形態の構成の特徴は、光源２からの光をレンズ入射、レンズ出射という従来の経路に加えて、出射側の中央部（第１の反射部２４）と、入射側の周辺部（第２の反射部２５）の反射面によって、２回反射させることである（他の実施の形態も同様）。最終的に出射面から光が出射される際、出射側の中央部（第１の反射部２４）は光を透過させないため無効領域となる。

【0044】

したがって、第２の実施の形態では、従来例に比べて有効面積比と反射損失を乗じた分のパワー損失がある。一方、得られるビームスポット面積が小さい、すなわち輝度（照度）が高くなるという効果がある。図６に示すように、第２の実施の形態によれば、従来例に比べて有効面積率と反射損失を乗じた結果の透過パワー比が０．７２７１と低い値となるが、ビームスポット面積は１／４でパワー密度は４となり、実質的効果である輝度比はこれらを乗じた値２．９１となる。よって、透過パワー比 が低くなっても、輝度比は高くなるため、測距機能の感度や精度を低下させずに、撮像装置の薄型化を実現することができる。

【0045】

ここで、第２の実施の形態における光学素子２１の実装の一例を図７に示す。撮像装置の筐体７０の四隅に光学素子２１（測距光学系）の取り付け部７１を一体形成し、そこに光学素子２１を組み込む。光学素子２１は、キャップ７２ を上から嵌めることによって固定される。光源２を搭載したＰｔ板７３は分離して筐体７０に取り付け可能である。なお、キャップ７２のサイズは、第２の透過部２６からの光軸に沿った光ビームの透過に支障のないサイズであればよい。また、この例では、キャップ７２の形状が円形であるが、光学素子２１を固定でき、光ビームの透過に支障のないものであれば円形に限定されるものではない。なお、他の実施の形態における光学素子でも同様にして実装可能である。

【0046】

＜第３の実施の形態＞
以下、第３の実施の形態について図面を参照して説明する。上述した実施の形態では、光学素子の母体を下凸（平凸）形状や両凸形状に加工するとともに、光学素子の一部に金属蒸着して反射面とする光学素子について説明した。第３の実施の形態及び後述する第４の実施の形態では、製造性やコストの点から、上述した光学素子以外の光学素子について説明する。

【0047】

第３の実施の形態における光学素子の外観を図８Ａ及び図８Ｂに示す。図８Ａは光学素子３１を斜め上方から見た斜視図であり、図８Ｂは光学素子３１を側面側から側面図である。図８Ａ及び図８Ｂに示す光学素子３１は、第２の実施の形態における光学素子２１と同様、光源２から出射される光を受ける。

【0048】

第３の実施の形態の光学素子３１の形状は、第２の実施の形態の光学素子２１の形状と同様である。しかし、第３の実施の形態では、光学素子３１が複数の部材（この例では、２つの部材）から構成され、これらの部材を組み立てることにより光学素子３１として機能する。すなわち、光学素子３１は、中央部分の凸面鏡を形成する部材８０と、部材８０が組み込まれる中央部がくり抜かれた部材８１とから構成されている。部材８０は、第２の実施の形態の光学素子２１の第１の透過部２３及び第１の反射部２４の機能を備え、部材８１は、第２の実施の形態の光学素子２１の第２の反射部２５及び第２の透過部２６の機能を備える。

【0049】

第３の実施の形態では、部材８０の上部８０ａ（第１の反射部３４）に金属蒸着の処理を行い、さらに部材８１の第２の反射部３５に金属蒸着の処理を行う。金属蒸着されたそれぞれの部材を組み合わせる際、部材８０と部材８１が接する境界面８２には、接着剤、例えばレンズボンドなどが塗布される。これにより、それぞれの部材は接着され、光学素子３１が形成される。境界面８２に塗布される接着剤は、部材８０及び部材８１と同じ屈折率を有する。

【0050】

なお、部材８０及び部材８１は、例えば透明プラスチックなどであるが、これに限定されるものではなく、他の素材であってもよい。

【0051】

＜第４の実施の形態＞
以下、第４の実施の形態について図面を参照して説明する。第４の実施の形態における光学素子の外観を図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａは光学素子４１を斜め上方から見た斜視図であり、図９Ｂは光学素子４１を側面側から見た側面図である。図９Ａ及び図９Ｂに示す光学素子４１は、第１の実施の形態における光学素子１と同様、光源２から出射される光を受ける。

【0052】

第４の実施の形態の光学素子４１も、第３の実施の形態と同様、複数の部材（部材９０及び部材９１）から構成されているが、レンズ母体ではない。部材９０は、第１の実施の形態の光学素子１の第１の反射部４の機能を備え、部材９１は、第１の実施の形態の光学素子１の第１の透過部３及び第２の反射部５の機能を備える。第４の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した第２の透過部６は、光学素子４１の構成にはなく空気層となっている。

【0053】

部材９０は、凸面反射ミラー（凸面鏡）９０ａと取り付け用リブ９０ｂから構成される。凸面反射ミラー９０ａには、他の実施の形態で説明した反射膜が形成されている。 これにより、部材９０と部材９１が組み合わされた際，部材９１の光入射孔９１ａから入射した光を拡大しながら反射させることができる。凸面反射ミラー９０ａは、第１の実施の形態の第１の反射部４などに相当する。取り付け用リブ９０ｂは、部材９０を部材９１に取り付けるためのものであって、部材９１の支持部９１ｂに取り付けられることによって光学素子４１が形成される。

【0054】

部材９１は、光源２からの光を入射させる光入射孔９１ａ、部材９０を支持するための支持部９１ｂ、凹面反射ミラー（凹面鏡）９１ｃから構成される。光入射孔９１ａは、第１の実施の形態の光学素子１の第１の透過部３のように、凹面反射ミラー（凹面鏡）９１ｃの中央部に配置される。支持部９１ｂは、取り付け用リブ９０ｂを挟むことで部材９０を支持する構成であるが、このような構成に限定されるものではない。凹面反射ミラー９１ｃには、他の実施の形態で説明した反射膜が形成されている。 これにより、凸面反射ミラー９０ａによって反射された光を、不図示の撮像の対象物に向けて光軸に沿って反射させることができる。凹面反射ミラー９１ｃは、第１の実施の形態の第２の反射部５などに相当する。

【0055】

このような構成により、光学素子４１の内部は空気層であるため、パワー損失を低く抑えることができる。

【0056】

ここで、本発明の他の効果を図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて説明する。従来のビーム生成光学系は、図１０Ｂに示すように、レンズと光源２の相対位置がずれる、すなわち光源２の中心とレンズ光軸がずれると、ビームスポットの位置ずれ量（ｅ）もビームスポットサイズと同じ倍率がかかる。すなわち、薄型化すると、光源２とレンズの位置ずれにビームスポットの位置が過敏に影響することになり、測距精度を低下させる問題があった。しかし、本発明によれば、図１０Ａに示すように、実効的に組レンズと同等の光路となり、入射部分で外向きに発生したずれを出射側の光学素子が中心方向に戻そうと働く（機能する）ことになる。このため、薄型化してもレンズ位置ずれのビーム位置への影響が大きくなることはない。位置ずれに過敏にならないことも本発明の効果の１つである。

【0057】

上述したようなビーム生成光学系（ビーム生成光学系を含む撮像装置）によれば、ビームスポットのサイズを小さく抑え、スポット輝度の低下を防ぐことができ、測距機能の感度や精度を低下させずに、撮像装置の薄型化を実現することができる。さらにビーム生成光学系を含む撮像装置によれば、手のひらへ照射されるビームスポットの測距画像を精度よく取得する事が可能となるため、例えば該測距画像と手のひらなどの撮像対象物が撮像された全体画像とを、排他的に制御し取得することによって、にじみ無く品質の良い撮像データが取得できる。

【符号の説明】

【0058】

１、２１、３１、４１ 光学素子
２ 光源
３、２３ 透過部（第１の透過部）
４、２４ 反射部（第１の反射部）
５、２５ 反射部（第２の反射部）
６、２６ 透過部（第２の透過部）
７ 光軸
７０ 筐体
７１ 取り付け部
７２ キャップ
７３ Ｐｔ板
８０、８１、９０、９１ 部材
８０ａ 上部
８２ 境界面
９０ａ 凸面反射ミラー
９０ｂ 取り付け用リブ
９１ａ 光入射孔
９１ｂ 支持部
９１ｃ 凹面反射ミラー

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図18D】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図20A】

【図20B】