撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置
【課題】被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができると共に、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置を提供する。
【解決手段】２次元配列された複数の集光レンズ３２と、複数の集光レンズ３２のそれぞれに対応して２次元配列された複数の画素ＰＸ（受光素子）とを備えた撮像装置１５０である。複数の集光レンズ３２を、透明基板３１の、複数の画素ＰＸ（受光素子）側と反対側の面上に形成する。透明基板３１の、複数の集光レンズ３２が形成された面上の、集光レンズ領域外に、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射した光を画素ＰＸ（受光素子）に到達させることなく除去するプリズム３３を設ける。
【解決手段】２次元配列された複数の集光レンズ３２と、複数の集光レンズ３２のそれぞれに対応して２次元配列された複数の画素ＰＸ（受光素子）とを備えた撮像装置１５０である。複数の集光レンズ３２を、透明基板３１の、複数の画素ＰＸ（受光素子）側と反対側の面上に形成する。透明基板３１の、複数の集光レンズ３２が形成された面上の、集光レンズ領域外に、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射した光を画素ＰＸ（受光素子）に到達させることなく除去するプリズム３３を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置に関し、例えば、生体の血管パターンを撮像するのに好適な撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報セキュリティの保護方式として、指紋や虹彩、血管パターンといった個人の体の一部を鍵として用いる生体認証が注目されている。中でも、血管パターンを用いた認証方法は、指紋のように犯罪捜査を連想させたり、虹彩のように直接眼球に光を照射したりすることがないため、心理的抵抗感が少ないという利点がある。また、血管パターンを用いた認証方法は、容易に観測できる生体表面ではなく、生体内部の情報を利用するものであるため、偽造が困難であるという利点もある。
【０００３】
また、近年、このような生体認証を行う生体認証装置の小型化及び薄型化が要求されている。生体認証装置に用いられる撮像装置には、従来から単数又は複数のレンズによる縮小結像を利用した単眼縮小光学系が用いられてきたが、レンズ構造の関係上、小型化及び薄型化には限界があった。
【０００４】
そこで、マイクロレンズアレイと複数の受光素子とを組み合わせた複眼光学系を、生体認証装置に適用することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
特許文献１、２には、透明基板上に形成された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ（レンズアレイ基板）と、それぞれが各マイクロレンズに対向して設けられた複数の受光素子を有する受光部（イメージセンサ基板）と、マイクロレンズアレイと受光部との間に設けられ、各マイクロレンズと１対１に対応する円筒状の開口を有する遮光スペーサ（遮光層）とを備えた撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１５７６０２号公報
【特許文献２】特開２００８−３６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２等に開示された撮像装置によれば、必要光であるマイクロレンズの直上の被検体からの光を、マイクロレンズによってマイクロレンズの直下の受光素子に集光させる一方で、不要光であるマイクロレンズの直上以外からの光の大部分を、遮光スペーサ（遮光層）によってマイクロレンズの直下の受光素子に入らないように遮断することにより、生体画像情報を得ることができる。
【０００８】
この場合、良質の生体画像情報を得るためには、生体画像情報を乱す不要光である被検体以外に起因する外部からの光をいかに遮断するかが重要となる。
【０００９】
しかし、特許文献１、２等に開示された撮像装置では、以下に説明する装置構成上の問題により、被検体以外に起因する外部からの不要光を除去することは困難であった。
【００１０】
すなわち、これらの撮像装置は、複数の受光素子を有する受光部（イメージセンサ基板）を土台として、その上に遮光スペーサ（遮光層）とマイクロレンズアレイ（レンズアレイ基板）とが順次積層された構成となっている。そして、イメージセンサ基板は、受光素子の動作に必要な電力を供給するための、あるいは、受光素子からの電気信号を外部へ取り出すための、配線層と電極とを備えている。これらの配線層や電極は、一般的に、アルミニウムや銀などの金属製であるため、反射率が極めて高い。
【００１１】
このため、例えば図６に示すように、外部からの不要光の一部が、レンズアレイ基板３０や遮光層２２、１３を通過することなくイメージセンサ基板１１に到達すると、当該不要光は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射し、さらに、レンズアレイ基板３０の内部を反射しながら伝播する。そして、当該不要光は、やがて遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、生体画像情報を乱してしまう。
【００１２】
また、例えば図８に示すように、レンズアレイ基板３０の、集光レンズ３２が設けられていない領域（平坦部）を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射した外部からの不要光の一部が、遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、これも生体画像情報を乱す原因となる。
【００１３】
対策方法として、外部からの不要光がレンズアレイ基板３０の側面や平坦部から入射することを防止するために、レンズアレイ基板３０の側面部分、平坦部分に別途遮光筐体を設ける方法や、レンズアレイ基板３０の側面部分、平坦部分及びイメージセンサ基板１１の配線層部分、電極部分に黒色塗料などを塗布する方法が考えられる。
【００１４】
しかし、これらの対策方法では、部品点数が多くなり、また、製造工程が複雑になるため、製造コストの高騰と歩留まりの低下を避けることができないという問題点がある。
【００１５】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができ、かつ、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置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】
前記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置の構成は、２次元配列された複数の集光レンズと、前記複数の集光レンズのそれぞれに対応して２次元配列された複数の受光素子とを備えた撮像装置であって、前記複数の集光レンズが、透明基板の、前記複数の受光素子側と反対側の面上に形成され、前記透明基板の、前記複数の集光レンズが形成された面上の、集光レンズ領域外に、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光を前記受光素子に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る生体情報取得装置の構成は、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、前記被検体に照射される光を出射する光源と、前記被検体からの透過光又は反射光が入射する前記本発明の撮像装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の撮像装置によれば、透明基板の、複数の集光レンズが形成された面上の、集光レンズ領域外に、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光を受光素子に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられているので、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置に組み込んだ場合に、前記被検体以外に起因する外部からの不要光（すなわち、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光）の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができる。また、従来型の撮像装置に比べて部品点数が増加せず、光学的構造体を、集光レンズの形成と同時に容易に形成することができるため、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における生体情報取得装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を構成する、集光レンズと開口と画素との配置関係を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を構成する光機能部の製造工程を示す概略断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１の実施の形態における撮像装置の製造工程を示す概略断面図である（（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１の実施の形態における撮像装置の製造工程を示す概略断面図である（（ｄ）、（ｅ））。
【図６】図６は、本発明の比較例における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達する光路の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態の実施例における、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の一例を示す概略断面図である。
【図８】図８は、本発明の比較例における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達する光路の他の例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態の実施例における、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態における生体情報取得装置の他の例を示す概略構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
前記本発明の撮像装置の構成においては、前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズムであるのが好ましい。
【００２１】
また、前記本発明の撮像装置の構成においては、前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するような形状に形成されたレンズであるのが好ましい。
【００２２】
以下、好適な実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施の形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
尚、以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施の形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は、以下の説明において参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の説明において参照する各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００２４】
［第１の実施の形態］
（撮像装置及び生体情報取得装置の構成）
まず、本実施の形態における撮像装置及び生体情報取得装置の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態における生体情報取得装置を示す概略構成図、図２は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図、図３は、当該撮像装置を構成する、集光レンズと開口と画素との配置関係を示す模式図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の生体情報取得装置１００は、被検体としての例えばヒトの指２００に対する光照射に基づいてヒトの指２００の生体情報である静脈２０１のパターンの画像を取得する生体情報取得装置である。より具体的には、生体情報取得装置１００は、ヒトの指２００に照射される光を出射する光源１１０と、ヒトの指２００からの透過光が入射され、静脈２０１のパターンを撮像する撮像装置１５０とを備えている。ここで、光源１１０と撮像装置１５０は、コントローラ１２０に接続されている。
【００２７】
光源１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の一般的な半導体素子である。光源１１０は、ヒトの指２００の静脈２０１で吸収される赤外線（近赤外線〜遠赤外線）を出力する。
【００２８】
撮像装置１５０は、ヒトの指２００内を透過した光を受光して、静脈２０１のパターンの画像（静脈像）を撮像し、取得した静脈像をコントローラ１２０に出力する。
【００２９】
コントローラ１２０は、例えば、通常のコンピュータである。コントローラ１２０は、記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、様々な機能を実現することができる。具体的には、コントローラ１２０は、光源１１０を駆動して、光源１１０から赤外線を出力させる。また、コントローラ１２０は、撮像装置１５０を駆動して、ヒトの指２００の静脈像を撮像させる。
【００３０】
図２に示すように、本実施の形態の撮像装置１５０は、イメージセンサ１０と、光機能部２０と、レンズアレイ基板３０とがこの順番に積層されて構成されている。尚、イメージセンサ１０と光機能部２０は、接着層４０を介して貼り合わされている。また、光機能部２０とレンズアレイ基板３０は、接着層５０を介して貼り合わされている。そして、光機能部２０とレンズアレイ基板３０の積層体によって光学部品が構成されている。
【００３１】
以下、撮像装置１５０の各構成部材について、図３をも参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００３２】
イメージセンサ１０は、一般的な撮像素子（ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等）である。
【００３３】
イメージセンサ１０は、イメージセンサ基板（半導体基板）１１と、イメージセンサ基板１１上に形成された配線層１２及び電極（図示せず）とを備えている。イメージセンサ基板１１は、通常のシリコン基板である。イメージセンサ基板１１の主面（撮像面）には、複数の画素ＰＸ（受光素子）が２次元状に形成されている。尚、画素ＰＸは、不純物をイメージセンサ基板１１に拡散させることによって形成される。画素ＰＸでは、入射光強度に応じた値の電気信号が生成される。イメージセンサ基板１１上に形成された配線層１２及び電極は、画素ＰＸ（受光素子）の動作に必要な電力を供給するための、あるいは、画素ＰＸ（受光素子）からの電気信号を外部へ取り出すためのものである。尚、イメージセンサ基板１１の具体的な構成は任意である。
【００３４】
配線層１２は、シリコン酸化層などの絶縁層の堆積によって形成される。堆積された絶縁層内には、信号の伝送路として機能する金属配線が埋め込まれている。
【００３５】
配線層１２の上には、遮光層１３が形成されている。遮光層１３には、各光軸ＡＸに対応して開口ＯＰ２が形成されている。遮光層１３は、後述の遮光層２２と共に、クロストーク防止のための遮光構造を形成する。
【００３６】
遮光層１３は、光源１１０の出射光を吸収する特性を有する。遮光層１３の材質は、例えば、黒色樹脂や酸化金属等である。遮光層１３は、光軸ＡＸ上に開口ＯＰ２を有する。開口ＯＰ２は、遮光層１３が部分的に除去されることによって形成される。遮光層１３での反射によって迷光が生じることを抑制するために、低反射率の材料で遮光層１３を形成するのが望ましい。後述の遮光層２２についても同様である。また、遮光層１３は、配線層１２内に埋め込んでもよい。
【００３７】
尚、開口ＯＰ２とは、光学的な意味での開口を意味し、当該開口ＯＰ２に何らかの物質が充填されていてもよい。後述の開口ＯＰ１についても同様である。
【００３８】
光機能部２０は、イメージセンサ１０とレンズアレイ基板３０との間に配置される。光機能部２０は、透明基板２３と、透明基板２３のイメージセンサ１０側の面に形成されたフィルタ層２１と、透明基板２３のレンズアレイ基板３０側の面に形成された遮光層２２とを備えている。
【００３９】
フィルタ層２１は、フィルタ特性を有する部材である。フィルタ層２１の光透過率は、入射光の入射角度に応じて変動する。ここでは、特定の波長に注目したとき、入射光の入射角度が増加するとフィルタ層２１の光透過率は減少する。換言すると、フィルタ層２１は、入射角度が０°に近い光に対しては透明であり、入射角度が斜めの光に対しては不透明になる。これにより、ノイズとなる迷光成分を低減させることができる。
【００４０】
フィルタ層２１の具体的な材料は任意である。フィルタ層２１に屈折作用又は回折作用を付与することにより、フィルタ層２１の光透過率が入射角度に依存するように設定される。例えば、フィルタ層２１は、屈折率が制御された複数の薄膜の積層体を用いて形成することができる。
【００４１】
尚、遮光層２２の特性及び材質は、前述した遮光層１３の特性及び材質と同じである。
【００４２】
レンズアレイ基板３０は、透明基板３１と、透明基板３１の、光機能部２０側と反対側（すなわち、複数の画素ＰＸ（受光素子）側と反対側）の面上に形成された複数の集光レンズ３２とを備えている。
【００４３】
また、透明基板３１の、複数の集光レンズ３２が形成された面上の、集光レンズ領域外には、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射した光を画素ＰＸ（受光素子）に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられている。
【００４４】
本実施の形態においては、上記光学的構造体として、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射し、透明基板３１の内部を伝播する光を、透明基板３１の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズム３３が用いられている。
【００４５】
尚、上記光学的構造体は、このように構成されたプリズム３３に限定されるものではなく、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射した光を画素ＰＸ（受光素子）に到達させることなく除去する機能を有するものであればよい。
【００４６】
透明基板３１は、板状部材であって、光源１１０からの出射光に対して実質的に透明である。透明基板３１は、例えば、ガラス基板である。
【００４７】
集光レンズ３２は、透明基板３１の主面上に２次元配列されている。そして、被検体側からの入射光は、集光レンズ３２のレンズの作用により、画素ＰＸに向けて収束しながら光軸ＡＸに沿って進行する。
【００４８】
接着層４０、５０は、熱硬化樹脂又は光硬化樹脂（例えば、紫外線硬化樹脂等）により形成される。
【００４９】
図２、図３に示すように、集光レンズ３２を透過した光は、透明基板３１、接着層５０、遮光層２２の開口ＯＰ１、透明基板２３、フィルタ層２１、接着層４０、遮光層１３の開口ＯＰ２、及び配線層１２をこの順番に通過し、画素ＰＸに入射する。各画素ＰＸでは、入射光が光電変換され、入射光強度に応じた値の電気信号が生成される。そして、各画素ＰＸで生成された電気信号は、イメージセンサ１０の読み出し動作によって、外部バスに接続される。
【００５０】
［実施例］
以下、撮像装置１５０及び各構成部材の製造方法を説明しながら、本実施の形態の実施例について説明する。
【００５１】
（レンズアレイ基板の製造方法）
レンズアレイ基板３０の製造方法について説明する。
【００５２】
レンズアレイ基板３０は、種々の方法によって製造可能であるが、ここでは以下の方法を用いた。すなわち、透明基板３１上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、空間的に強度分布が制御された紫外線を照射し、樹脂層の未硬化部分を有機溶剤によって除去することにより、透明基板３１上に集光レンズ３２及びプリズム３３を形成した。
【００５３】
透明基板３１としては、公称厚みが２５０μｍの光学部品用ガラス基板（材質：ホウ珪酸ガラス）を用い、集光レンズ３２は、その厚み（樹脂層と透明基板３１との界面からレンズ頂点までの距離）が４０μｍとなるように形成した。
【００５４】
（レンズ形状）
集光レンズ３２の光入射側のレンズ面の形状は、下記（数１）で与えられる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
但し、上記（数１）中、ｒはレンズ面上の任意の点の座標（ｒ＝（ｘ2＋ｙ2）1/2）、ｚはレンズ面上の任意の点における透明基板３１の主面からの高さ、ｃはレンズ面の曲率、κは円錐常数をそれぞれ表わしている。
【００５７】
本実施例においては、
レンズ面の曲率ｃ：６．５［１／ｍｍ］、
円錐常数κ：−０．２
とした。
【００５８】
尚、本発明の撮像装置１５０を構成する集光レンズ３２のレンズ面の形状は、上記（数１）で与えられるものに限定されるものではない。
【００５９】
（プリズム形状）
プリズム３３の形状は、ｘｚ断面が三角形で頂角が１００°であり、集光レンズ領域に近接する側の底角は３０°、透明基板３１の端部に近接する側の底角は５０°である。
【００６０】
尚、本発明の撮像装置１５０を構成するプリズム３３は、かかる形状のものに限定されるものではない。集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射し、透明基板３１の内部を伝播する光を、透明基板３１の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズムであればよい。
【００６１】
（光機能部の製造方法）
光機能部２０の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
【００６２】
まず、図４（ａ）に示すように、透明基板２３の一方の面上に、フィルタ層２１を形成した。ここでは、フィルタ層２１として、Ｔａ2Ｏ5からなる高屈折率層とＳｉＯ2からなる低屈折率層との積層構造を、蒸着法を用いて形成した。また、フィルタ層２１の総厚みは、約５μｍとした。次いで、透明基板２３の、フィルタ層２１を形成した面と反対側の面上に、遮光層２２を通常の薄膜形成技術（スピンコート法等）を用いて形成した。ここでは、遮光層２２の厚みは、１μｍとした。
【００６３】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトマスク９１を介して遮光層２２を露光した。
【００６４】
次に、図４（ｃ）に示すように、現像液を用いて、遮光層２２のうちの光が照射されなかった部分を除去した。遮光層２２の材質は、例えば、黒色樹脂や酸化金属からなるネガ型のレジストである。従って、光が照射されて変質した部分は現像液によって除去されずに残留し、光が照射されなかった部分は現像液によって除去される。その結果、開口ＯＰ１が形成される。ここでは、開口ＯＰ１の開口形状は、一辺が２５μｍの正方形とした。
【００６５】
（撮像装置の製造方法）
撮像装置１５０の製造方法について、図５Ａ、図５Ｂを参照しながら説明する。
【００６６】
まず、図５Ａ（ａ）に示すように、イメージセンサ１０の配線層１２の主面上に、遮光層１３を通常の薄膜形成技術（スピンコート法等）を用いて形成した。ここでは、遮光層１３の厚みは、１μｍとした。次いで、遮光層２２の場合と同様に、光リソグラフィによって遮光層１３をパターニングした。その結果、開口ＯＰ２が形成された。
【００６７】
次に、図５Ａ（ｂ）に示すように、イメージセンサ１０の上に接着層４０を塗布した。尚、接着層４０の材質は熱硬化樹脂とし、その塗布厚みは２０μｍとした。
【００６８】
次に、図５Ａ（ｃ）に示すように、接着層４０上に光機能部２０を配置した。次いで、加熱して接着層４０を硬化させた。これにより、イメージセンサ１０と光機能部２０とが接着層４０を介して互いに貼り合わされた。
【００６９】
次に、図５Ｂ（ｄ）に示すように、光機能部２０の上に接着層５０を塗布した。尚、接着層５０の材質は紫外線硬化樹脂とし、その塗布厚みは２０μｍとした。
【００７０】
次に、図５Ｂ（ｅ）に示すように、接着層５０上にレンズアレイ基板３０を配置した。次いで、レンズアレイ基板３０を介して接着層５０に紫外線を照射することにより、接着層５０を硬化させた。これにより、イメージセンサ１０及び光機能部２０の積層体とレンズアレイ基板３０とが接着層５０を介して互いに貼り合わされた。
【００７１】
以上の工程により、図２に示す撮像装置１５０が製造された。
【００７２】
（比較例）
図６、図８に示すように、比較例として、上記と同様の製造工程を用いて、主な構成は同一であるが透明基板３１上にプリズム３３が形成されていない従来型の撮像装置を作製した。
【００７３】
（本実施の形態の実施例と比較例との対比）
以下、本発明の効果を、本実施の形態の実施例と比較例とを対比することによって説明する。
【００７４】
比較例の構成では、図６に示すように、被検体以外に起因する外部からの不要光の一部が、レンズアレイ基板３０や遮光層２２、１３を通過することなくイメージセンサ基板１１に到達すると、当該不要光は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射し、さらに、レンズアレイ基板３０の内部を反射しながら伝播する。そして、当該不要光は、やがて遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、生体画像情報を乱してしまう。
【００７５】
特に不要光がレンズアレイ基板３０の内部を反射しながら伝播する過程では、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）の上面（集光レンズ３２が形成されている側の面）と空気（屈折率：１．００）との界面において発生する全反射光が大きな役割を果たす。全反射では反射時のエネルギー損失が無いからである。尚、この場合の臨界角θm はθm ＝ｓｉｎ-1（１．００／１．５２）≒４１．１°であり、図６に示す例では、不要光の界面への入射角が臨界角θm 以上となっており、界面で全反射が起こることが分かる。
【００７６】
これに対し、本実施の形態の実施例の構成では、図７に示すように、比較例の場合と同様に、上記不要光の一部は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射するものの、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）の上面（集光レンズ３２が形成されている側の面）とプリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面で反射することなく、プリズム３３の内部に入射する。そして、プリズム３３の内部に入射した上記不要光は、プリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）の傾斜面と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく、プリズム３３の傾斜面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００７７】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に入射し、レンズアレイ基板３０の内部を伝播する光を、プリズム３３の傾斜面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射させることができるのは、透明基板３１とプリズム３３の材質が適切に選定され、かつ、プリズム３３の斜面角度が適切な範囲に設定されているからである。尚、この場合の、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）とプリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面での臨界角θm ’はθm ’＝ｓｉｎ-1（１．４７／１．５２）≒７５．３°であり、図７に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角θm ’未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。また、この場合の、プリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）の傾斜面と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角θm ”はθm ”＝ｓｉｎ-1（１．００／１．４７）≒４２．９°であり、図７に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角θm ”未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００７８】
また、比較例の構成では、図８に示すように、レンズアレイ基板３０の、集光レンズ３２が設けられていない領域（平坦部）を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射した外部からの不要光の一部が、遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、これも生体画像情報を乱す原因となる。
【００７９】
これに対し、本実施の形態の実施例の構成では、図９に示すように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する不要光は、プリズム３３を通過する際に、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていないレンズアレイ基板３０の端部方向へ進行方向が変更され、遮光層２２で反射されて、最終的にレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００８０】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する上記不要光の進行方向を、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていないレンズアレイ基板３０の端部方向へ変更させることができるのは、上記と同様に、透明基板３１とプリズム３３の材質が適切に選定され、かつ、プリズム３３の斜面角度が適切な範囲に設定されているからである。すなわち、図９に示す例では、集光レンズ３２を通過することなく、プリズム３３を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射する上記不要光は、空気（屈折率：１．００）とプリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）の傾斜面との界面、及び、プリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）と透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）との界面で反射することなく屈折して、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていないレンズアレイ基板３０の端部方向へ進行方向が変更される。そして、遮光層２２で反射した当該不要光は、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく屈折して、レンズアレイ基板３０の外部へ出射する。尚、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角は上記したように４１．１°であり、図９に示す例では、不要光の界面への入射角が臨界角未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００８１】
本実施の形態の実施例の構成、及び、比較例の構成を有する撮像装置を用いて同一の被検体を撮像し、両者を比較してみたところ。比較例の構成では、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響により、撮像画像の端部付近が中央付近に比べて特に不明瞭となったのに対し、本実施の形態の実施例の構成では、撮像領域全面で明瞭な画像を得ることができた。従って、本実施の形態の撮像装置１５０を用いれば、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができる生体情報取得装置１００を実現することが可能となる。そして、本実施の形態の撮像装置１５０の場合、従来型の撮像装置に比べて部品点数は増加せず、光学的構造体としてのプリズム３３は、集光レンズ３２の形成と同時に容易に形成することができるため、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置１５０及びそれを備えた生体情報取得装置１００を実現することが可能となる。
【００８２】
尚、本実施の形態においては、ヒトの指２００等の被検体からの透過光を利用する生体情報取得装置１００を例に挙げて説明したが、図１０に示すように、被検体からの反射光を利用する生体情報取得装置に本発明の撮像装置を組み込むようにしてもよい。すなわち、図１０に示す生体情報取得装置においては、光源１１０は、被検体としての例えばヒトの指２００の斜め下方に位置するように配置されている。そして、光源１１０から出射される光がヒトの指２００の内部で散乱反射されて、撮像装置１５０に入射する。この際、静脈がある部分では光が吸収されるため、ヒトの指２００の生体情報である静脈像を取得することができる。尚、図１０において、参照符号１３０は赤外線透過フィルタを示している。この赤外線透過フィルタ１３０は、赤外領域の波長の光を透過し、それ以外の領域の波長の光を遮断する。静脈像は、赤外光であるため、ノイズとなる、それ以外の外部からの光を赤外線透過フィルタ１３０によって遮断することにより、さらに鮮明な静脈像を取得することができる。
【００８３】
また、図１に示す生体情報取得装置１００においても、被検体であるヒトの指２００と撮像装置１５０との間に赤外線透過フィルタを介在させることができ、これにより、さらに鮮明な静脈像を取得することが可能となる。
【００８４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態における撮像装置の構成について説明する。
【００８５】
図１１は、本発明の第２の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の一例を示す図である。また、図１２は、当該撮像装置を用いた場合の、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の他の例を示す概略断面図である。
【００８６】
図１１、図１２に示すように、本実施の形態の撮像装置１５１は、光学的構造体としてプリズム３３の代わりにレンズ３４が形成されている以外は、上記第１の実施の形態及び実施例の撮像装置１５０と同じである。ここで、レンズ３４は、そのレンズ面の形状が上記（数１）で与えられ、レンズ面の曲率ｃは６．５［１／ｍｍ］、円錐常数κは−０．２である。尚、レンズ３４の材質及び形成方法は、上記第１の実施の形態におけるプリズム３３の材質及び形成方法と同じである。また、集光レンズ３２の場合と異なり、レンズ３４の光軸上には、開口ＯＰ２、ＯＰ１も画素ＰＸ（受光素子）も存在していない。
【００８７】
本実施の形態の撮像装置１５１の構成では、図１１に示すように、上記第１の実施の形態で説明した比較例の場合と同様に、被検体以外に起因する外部からの不要光の一部は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射するものの、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）の上面（集光レンズ３２が形成されている側の面）とレンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面で反射することなく、レンズ３４の内部に入射する。そして、レンズ３４の内部に入射した上記不要光は、レンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく、レンズ３４のレンズ面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００８８】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に入射し、レンズアレイ基板３０の内部を伝播する光を、レンズ３４のレンズ面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射させることができるのは、透明基板３１とレンズ３４の材質が適切に選定され、かつ、レンズ３４の形状（レンズ面の曲率ｃ、円錐常数κ）が適切な範囲に設定されているからである。尚、この場合の、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）とレンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面での臨界角Θm ’はΘm ’＝ｓｉｎ-1（１．４７／１．５２）≒７５．３°であり、図１１に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ’未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。また、この場合の、レンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角Θm ”はΘm ”＝ｓｉｎ-1（１．００／１．４７）≒４２．９°であり、図１１に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ”未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００８９】
また、本実施の形態の撮像装置１５１の構成では、図１２に示すように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する不要光は、レンズ３４の集光作用によって遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていない部分に導かれ、遮光層２２で反射される。そして、当該不要光は、レンズ３４と隣り合う集光レンズ３２を通過し、最終的にレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００９０】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する上記不要光を、レンズ３４の集光作用によって遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていない部分に導くことができるのは、上記と同様に、透明基板３１とレンズ３４の材質が適切に選定され、かつ、レンズ３４の形状（レンズ面の曲率ｃ、円錐常数κ）が適切な範囲に設定されているからである。すなわち、図１２に示す例では、集光レンズ３２を通過することなく、レンズ３４を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射する上記不要光は、空気（屈折率：１．００）とレンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面との界面、及び、レンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）と透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）との界面で反射することなく屈折して、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていない部分に導かれる。そして、遮光層２２で反射した当該不要光は、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面、及び、集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく屈折して、レンズアレイ基板３０の外部へ出射する。尚、この場合の、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面での臨界角Θm ’はΘm ’＝ｓｉｎ-1（１．４７／１．５２）≒７５．３°であり、図１２に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ’未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。また、この場合の、集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角Θm ”はΘm ”＝ｓｉｎ-1（１．００／１．４７）≒４２．９°であり、図１２に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ”未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００９１】
本実施の形態の構成、及び、上記第１の実施の形態で説明した比較例の構成を有する撮像装置を用いて同一の被検体を撮像し、両者を比較してみたところ。比較例の構成では、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響により、撮像画像の端部付近が中央付近に比べて特に不明瞭となったのに対し、本実施の形態の構成では、撮像領域全面で明瞭な画像を得ることができた。従って、本実施の形態の撮像装置１５１を用いれば、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができる生体情報取得装置を実現することが可能となる。そして、本実施の形態の撮像装置１５１の場合、従来型の撮像装置に比べて部品点数は増加せず、光学的構造体としてのレンズ３４は、集光レンズ３２の形成と同時に容易に形成することができるため、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置１５１及びそれを備えた生体情報取得装置を実現することが可能となる。
【００９２】
尚、本発明の撮像装置１５１を構成するレンズ３４の形状は、上記の形状に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明によれば、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。従って、本発明は、良質の生体画像情報を得ることが求められる生体情報取得装置の分野において産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００９４】
１０ イメージセンサ
１１ イメージセンサ基板（半導体基板）
１２ 配線層
１３、２２ 遮光層
２０ 光機能部
２１ フィルタ層
２３、３１ 透明基板
３０ レンズアレイ基板
３２ 集光レンズ
３３ プリズム
３４ レンズ
４０、５０ 接着層
９１ フォトマスク
１００ 生体情報取得装置
１１０ 光源
１２０ コントローラ
１５０、１５１ 撮像装置
２００ ヒトの指（被検体）
２０１ 静脈
ＡＸ 光軸
ＯＰ１、ＯＰ２ 開口
ＰＸ 画素（受光素子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置に関し、例えば、生体の血管パターンを撮像するのに好適な撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報セキュリティの保護方式として、指紋や虹彩、血管パターンといった個人の体の一部を鍵として用いる生体認証が注目されている。中でも、血管パターンを用いた認証方法は、指紋のように犯罪捜査を連想させたり、虹彩のように直接眼球に光を照射したりすることがないため、心理的抵抗感が少ないという利点がある。また、血管パターンを用いた認証方法は、容易に観測できる生体表面ではなく、生体内部の情報を利用するものであるため、偽造が困難であるという利点もある。
【０００３】
また、近年、このような生体認証を行う生体認証装置の小型化及び薄型化が要求されている。生体認証装置に用いられる撮像装置には、従来から単数又は複数のレンズによる縮小結像を利用した単眼縮小光学系が用いられてきたが、レンズ構造の関係上、小型化及び薄型化には限界があった。
【０００４】
そこで、マイクロレンズアレイと複数の受光素子とを組み合わせた複眼光学系を、生体認証装置に適用することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
特許文献１、２には、透明基板上に形成された複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイ（レンズアレイ基板）と、それぞれが各マイクロレンズに対向して設けられた複数の受光素子を有する受光部（イメージセンサ基板）と、マイクロレンズアレイと受光部との間に設けられ、各マイクロレンズと１対１に対応する円筒状の開口を有する遮光スペーサ（遮光層）とを備えた撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１５７６０２号公報
【特許文献２】特開２００８−３６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２等に開示された撮像装置によれば、必要光であるマイクロレンズの直上の被検体からの光を、マイクロレンズによってマイクロレンズの直下の受光素子に集光させる一方で、不要光であるマイクロレンズの直上以外からの光の大部分を、遮光スペーサ（遮光層）によってマイクロレンズの直下の受光素子に入らないように遮断することにより、生体画像情報を得ることができる。
【０００８】
この場合、良質の生体画像情報を得るためには、生体画像情報を乱す不要光である被検体以外に起因する外部からの光をいかに遮断するかが重要となる。
【０００９】
しかし、特許文献１、２等に開示された撮像装置では、以下に説明する装置構成上の問題により、被検体以外に起因する外部からの不要光を除去することは困難であった。
【００１０】
すなわち、これらの撮像装置は、複数の受光素子を有する受光部（イメージセンサ基板）を土台として、その上に遮光スペーサ（遮光層）とマイクロレンズアレイ（レンズアレイ基板）とが順次積層された構成となっている。そして、イメージセンサ基板は、受光素子の動作に必要な電力を供給するための、あるいは、受光素子からの電気信号を外部へ取り出すための、配線層と電極とを備えている。これらの配線層や電極は、一般的に、アルミニウムや銀などの金属製であるため、反射率が極めて高い。
【００１１】
このため、例えば図６に示すように、外部からの不要光の一部が、レンズアレイ基板３０や遮光層２２、１３を通過することなくイメージセンサ基板１１に到達すると、当該不要光は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射し、さらに、レンズアレイ基板３０の内部を反射しながら伝播する。そして、当該不要光は、やがて遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、生体画像情報を乱してしまう。
【００１２】
また、例えば図８に示すように、レンズアレイ基板３０の、集光レンズ３２が設けられていない領域（平坦部）を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射した外部からの不要光の一部が、遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、これも生体画像情報を乱す原因となる。
【００１３】
対策方法として、外部からの不要光がレンズアレイ基板３０の側面や平坦部から入射することを防止するために、レンズアレイ基板３０の側面部分、平坦部分に別途遮光筐体を設ける方法や、レンズアレイ基板３０の側面部分、平坦部分及びイメージセンサ基板１１の配線層部分、電極部分に黒色塗料などを塗布する方法が考えられる。
【００１４】
しかし、これらの対策方法では、部品点数が多くなり、また、製造工程が複雑になるため、製造コストの高騰と歩留まりの低下を避けることができないという問題点がある。
【００１５】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができ、かつ、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置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】
前記目的を達成するため、本発明に係る撮像装置の構成は、２次元配列された複数の集光レンズと、前記複数の集光レンズのそれぞれに対応して２次元配列された複数の受光素子とを備えた撮像装置であって、前記複数の集光レンズが、透明基板の、前記複数の受光素子側と反対側の面上に形成され、前記透明基板の、前記複数の集光レンズが形成された面上の、集光レンズ領域外に、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光を前記受光素子に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る生体情報取得装置の構成は、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、前記被検体に照射される光を出射する光源と、前記被検体からの透過光又は反射光が入射する前記本発明の撮像装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の撮像装置によれば、透明基板の、複数の集光レンズが形成された面上の、集光レンズ領域外に、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光を受光素子に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられているので、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置に組み込んだ場合に、前記被検体以外に起因する外部からの不要光（すなわち、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光）の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができる。また、従来型の撮像装置に比べて部品点数が増加せず、光学的構造体を、集光レンズの形成と同時に容易に形成することができるため、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における生体情報取得装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を構成する、集光レンズと開口と画素との配置関係を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を構成する光機能部の製造工程を示す概略断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１の実施の形態における撮像装置の製造工程を示す概略断面図である（（ａ）、（ｂ）、（ｃ））。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１の実施の形態における撮像装置の製造工程を示す概略断面図である（（ｄ）、（ｅ））。
【図６】図６は、本発明の比較例における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達する光路の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態の実施例における、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の一例を示す概略断面図である。
【図８】図８は、本発明の比較例における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達する光路の他の例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態の実施例における、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態における生体情報取得装置の他の例を示す概略構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
前記本発明の撮像装置の構成においては、前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズムであるのが好ましい。
【００２１】
また、前記本発明の撮像装置の構成においては、前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するような形状に形成されたレンズであるのが好ましい。
【００２２】
以下、好適な実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施の形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
尚、以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施の形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は、以下の説明において参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の説明において参照する各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００２４】
［第１の実施の形態］
（撮像装置及び生体情報取得装置の構成）
まず、本実施の形態における撮像装置及び生体情報取得装置の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態における生体情報取得装置を示す概略構成図、図２は、本発明の第１の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図、図３は、当該撮像装置を構成する、集光レンズと開口と画素との配置関係を示す模式図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施の形態の生体情報取得装置１００は、被検体としての例えばヒトの指２００に対する光照射に基づいてヒトの指２００の生体情報である静脈２０１のパターンの画像を取得する生体情報取得装置である。より具体的には、生体情報取得装置１００は、ヒトの指２００に照射される光を出射する光源１１０と、ヒトの指２００からの透過光が入射され、静脈２０１のパターンを撮像する撮像装置１５０とを備えている。ここで、光源１１０と撮像装置１５０は、コントローラ１２０に接続されている。
【００２７】
光源１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の一般的な半導体素子である。光源１１０は、ヒトの指２００の静脈２０１で吸収される赤外線（近赤外線〜遠赤外線）を出力する。
【００２８】
撮像装置１５０は、ヒトの指２００内を透過した光を受光して、静脈２０１のパターンの画像（静脈像）を撮像し、取得した静脈像をコントローラ１２０に出力する。
【００２９】
コントローラ１２０は、例えば、通常のコンピュータである。コントローラ１２０は、記憶部に格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、様々な機能を実現することができる。具体的には、コントローラ１２０は、光源１１０を駆動して、光源１１０から赤外線を出力させる。また、コントローラ１２０は、撮像装置１５０を駆動して、ヒトの指２００の静脈像を撮像させる。
【００３０】
図２に示すように、本実施の形態の撮像装置１５０は、イメージセンサ１０と、光機能部２０と、レンズアレイ基板３０とがこの順番に積層されて構成されている。尚、イメージセンサ１０と光機能部２０は、接着層４０を介して貼り合わされている。また、光機能部２０とレンズアレイ基板３０は、接着層５０を介して貼り合わされている。そして、光機能部２０とレンズアレイ基板３０の積層体によって光学部品が構成されている。
【００３１】
以下、撮像装置１５０の各構成部材について、図３をも参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００３２】
イメージセンサ１０は、一般的な撮像素子（ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ等）である。
【００３３】
イメージセンサ１０は、イメージセンサ基板（半導体基板）１１と、イメージセンサ基板１１上に形成された配線層１２及び電極（図示せず）とを備えている。イメージセンサ基板１１は、通常のシリコン基板である。イメージセンサ基板１１の主面（撮像面）には、複数の画素ＰＸ（受光素子）が２次元状に形成されている。尚、画素ＰＸは、不純物をイメージセンサ基板１１に拡散させることによって形成される。画素ＰＸでは、入射光強度に応じた値の電気信号が生成される。イメージセンサ基板１１上に形成された配線層１２及び電極は、画素ＰＸ（受光素子）の動作に必要な電力を供給するための、あるいは、画素ＰＸ（受光素子）からの電気信号を外部へ取り出すためのものである。尚、イメージセンサ基板１１の具体的な構成は任意である。
【００３４】
配線層１２は、シリコン酸化層などの絶縁層の堆積によって形成される。堆積された絶縁層内には、信号の伝送路として機能する金属配線が埋め込まれている。
【００３５】
配線層１２の上には、遮光層１３が形成されている。遮光層１３には、各光軸ＡＸに対応して開口ＯＰ２が形成されている。遮光層１３は、後述の遮光層２２と共に、クロストーク防止のための遮光構造を形成する。
【００３６】
遮光層１３は、光源１１０の出射光を吸収する特性を有する。遮光層１３の材質は、例えば、黒色樹脂や酸化金属等である。遮光層１３は、光軸ＡＸ上に開口ＯＰ２を有する。開口ＯＰ２は、遮光層１３が部分的に除去されることによって形成される。遮光層１３での反射によって迷光が生じることを抑制するために、低反射率の材料で遮光層１３を形成するのが望ましい。後述の遮光層２２についても同様である。また、遮光層１３は、配線層１２内に埋め込んでもよい。
【００３７】
尚、開口ＯＰ２とは、光学的な意味での開口を意味し、当該開口ＯＰ２に何らかの物質が充填されていてもよい。後述の開口ＯＰ１についても同様である。
【００３８】
光機能部２０は、イメージセンサ１０とレンズアレイ基板３０との間に配置される。光機能部２０は、透明基板２３と、透明基板２３のイメージセンサ１０側の面に形成されたフィルタ層２１と、透明基板２３のレンズアレイ基板３０側の面に形成された遮光層２２とを備えている。
【００３９】
フィルタ層２１は、フィルタ特性を有する部材である。フィルタ層２１の光透過率は、入射光の入射角度に応じて変動する。ここでは、特定の波長に注目したとき、入射光の入射角度が増加するとフィルタ層２１の光透過率は減少する。換言すると、フィルタ層２１は、入射角度が０°に近い光に対しては透明であり、入射角度が斜めの光に対しては不透明になる。これにより、ノイズとなる迷光成分を低減させることができる。
【００４０】
フィルタ層２１の具体的な材料は任意である。フィルタ層２１に屈折作用又は回折作用を付与することにより、フィルタ層２１の光透過率が入射角度に依存するように設定される。例えば、フィルタ層２１は、屈折率が制御された複数の薄膜の積層体を用いて形成することができる。
【００４１】
尚、遮光層２２の特性及び材質は、前述した遮光層１３の特性及び材質と同じである。
【００４２】
レンズアレイ基板３０は、透明基板３１と、透明基板３１の、光機能部２０側と反対側（すなわち、複数の画素ＰＸ（受光素子）側と反対側）の面上に形成された複数の集光レンズ３２とを備えている。
【００４３】
また、透明基板３１の、複数の集光レンズ３２が形成された面上の、集光レンズ領域外には、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射した光を画素ＰＸ（受光素子）に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられている。
【００４４】
本実施の形態においては、上記光学的構造体として、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射し、透明基板３１の内部を伝播する光を、透明基板３１の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズム３３が用いられている。
【００４５】
尚、上記光学的構造体は、このように構成されたプリズム３３に限定されるものではなく、集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射した光を画素ＰＸ（受光素子）に到達させることなく除去する機能を有するものであればよい。
【００４６】
透明基板３１は、板状部材であって、光源１１０からの出射光に対して実質的に透明である。透明基板３１は、例えば、ガラス基板である。
【００４７】
集光レンズ３２は、透明基板３１の主面上に２次元配列されている。そして、被検体側からの入射光は、集光レンズ３２のレンズの作用により、画素ＰＸに向けて収束しながら光軸ＡＸに沿って進行する。
【００４８】
接着層４０、５０は、熱硬化樹脂又は光硬化樹脂（例えば、紫外線硬化樹脂等）により形成される。
【００４９】
図２、図３に示すように、集光レンズ３２を透過した光は、透明基板３１、接着層５０、遮光層２２の開口ＯＰ１、透明基板２３、フィルタ層２１、接着層４０、遮光層１３の開口ＯＰ２、及び配線層１２をこの順番に通過し、画素ＰＸに入射する。各画素ＰＸでは、入射光が光電変換され、入射光強度に応じた値の電気信号が生成される。そして、各画素ＰＸで生成された電気信号は、イメージセンサ１０の読み出し動作によって、外部バスに接続される。
【００５０】
［実施例］
以下、撮像装置１５０及び各構成部材の製造方法を説明しながら、本実施の形態の実施例について説明する。
【００５１】
（レンズアレイ基板の製造方法）
レンズアレイ基板３０の製造方法について説明する。
【００５２】
レンズアレイ基板３０は、種々の方法によって製造可能であるが、ここでは以下の方法を用いた。すなわち、透明基板３１上に紫外線硬化樹脂を塗布した後、空間的に強度分布が制御された紫外線を照射し、樹脂層の未硬化部分を有機溶剤によって除去することにより、透明基板３１上に集光レンズ３２及びプリズム３３を形成した。
【００５３】
透明基板３１としては、公称厚みが２５０μｍの光学部品用ガラス基板（材質：ホウ珪酸ガラス）を用い、集光レンズ３２は、その厚み（樹脂層と透明基板３１との界面からレンズ頂点までの距離）が４０μｍとなるように形成した。
【００５４】
（レンズ形状）
集光レンズ３２の光入射側のレンズ面の形状は、下記（数１）で与えられる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
但し、上記（数１）中、ｒはレンズ面上の任意の点の座標（ｒ＝（ｘ2＋ｙ2）1/2）、ｚはレンズ面上の任意の点における透明基板３１の主面からの高さ、ｃはレンズ面の曲率、κは円錐常数をそれぞれ表わしている。
【００５７】
本実施例においては、
レンズ面の曲率ｃ：６．５［１／ｍｍ］、
円錐常数κ：−０．２
とした。
【００５８】
尚、本発明の撮像装置１５０を構成する集光レンズ３２のレンズ面の形状は、上記（数１）で与えられるものに限定されるものではない。
【００５９】
（プリズム形状）
プリズム３３の形状は、ｘｚ断面が三角形で頂角が１００°であり、集光レンズ領域に近接する側の底角は３０°、透明基板３１の端部に近接する側の底角は５０°である。
【００６０】
尚、本発明の撮像装置１５０を構成するプリズム３３は、かかる形状のものに限定されるものではない。集光レンズ３２を通過せずに透明基板３１の内部に入射し、透明基板３１の内部を伝播する光を、透明基板３１の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズムであればよい。
【００６１】
（光機能部の製造方法）
光機能部２０の製造方法について、図４を参照しながら説明する。
【００６２】
まず、図４（ａ）に示すように、透明基板２３の一方の面上に、フィルタ層２１を形成した。ここでは、フィルタ層２１として、Ｔａ2Ｏ5からなる高屈折率層とＳｉＯ2からなる低屈折率層との積層構造を、蒸着法を用いて形成した。また、フィルタ層２１の総厚みは、約５μｍとした。次いで、透明基板２３の、フィルタ層２１を形成した面と反対側の面上に、遮光層２２を通常の薄膜形成技術（スピンコート法等）を用いて形成した。ここでは、遮光層２２の厚みは、１μｍとした。
【００６３】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトマスク９１を介して遮光層２２を露光した。
【００６４】
次に、図４（ｃ）に示すように、現像液を用いて、遮光層２２のうちの光が照射されなかった部分を除去した。遮光層２２の材質は、例えば、黒色樹脂や酸化金属からなるネガ型のレジストである。従って、光が照射されて変質した部分は現像液によって除去されずに残留し、光が照射されなかった部分は現像液によって除去される。その結果、開口ＯＰ１が形成される。ここでは、開口ＯＰ１の開口形状は、一辺が２５μｍの正方形とした。
【００６５】
（撮像装置の製造方法）
撮像装置１５０の製造方法について、図５Ａ、図５Ｂを参照しながら説明する。
【００６６】
まず、図５Ａ（ａ）に示すように、イメージセンサ１０の配線層１２の主面上に、遮光層１３を通常の薄膜形成技術（スピンコート法等）を用いて形成した。ここでは、遮光層１３の厚みは、１μｍとした。次いで、遮光層２２の場合と同様に、光リソグラフィによって遮光層１３をパターニングした。その結果、開口ＯＰ２が形成された。
【００６７】
次に、図５Ａ（ｂ）に示すように、イメージセンサ１０の上に接着層４０を塗布した。尚、接着層４０の材質は熱硬化樹脂とし、その塗布厚みは２０μｍとした。
【００６８】
次に、図５Ａ（ｃ）に示すように、接着層４０上に光機能部２０を配置した。次いで、加熱して接着層４０を硬化させた。これにより、イメージセンサ１０と光機能部２０とが接着層４０を介して互いに貼り合わされた。
【００６９】
次に、図５Ｂ（ｄ）に示すように、光機能部２０の上に接着層５０を塗布した。尚、接着層５０の材質は紫外線硬化樹脂とし、その塗布厚みは２０μｍとした。
【００７０】
次に、図５Ｂ（ｅ）に示すように、接着層５０上にレンズアレイ基板３０を配置した。次いで、レンズアレイ基板３０を介して接着層５０に紫外線を照射することにより、接着層５０を硬化させた。これにより、イメージセンサ１０及び光機能部２０の積層体とレンズアレイ基板３０とが接着層５０を介して互いに貼り合わされた。
【００７１】
以上の工程により、図２に示す撮像装置１５０が製造された。
【００７２】
（比較例）
図６、図８に示すように、比較例として、上記と同様の製造工程を用いて、主な構成は同一であるが透明基板３１上にプリズム３３が形成されていない従来型の撮像装置を作製した。
【００７３】
（本実施の形態の実施例と比較例との対比）
以下、本発明の効果を、本実施の形態の実施例と比較例とを対比することによって説明する。
【００７４】
比較例の構成では、図６に示すように、被検体以外に起因する外部からの不要光の一部が、レンズアレイ基板３０や遮光層２２、１３を通過することなくイメージセンサ基板１１に到達すると、当該不要光は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射し、さらに、レンズアレイ基板３０の内部を反射しながら伝播する。そして、当該不要光は、やがて遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、生体画像情報を乱してしまう。
【００７５】
特に不要光がレンズアレイ基板３０の内部を反射しながら伝播する過程では、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）の上面（集光レンズ３２が形成されている側の面）と空気（屈折率：１．００）との界面において発生する全反射光が大きな役割を果たす。全反射では反射時のエネルギー損失が無いからである。尚、この場合の臨界角θm はθm ＝ｓｉｎ-1（１．００／１．５２）≒４１．１°であり、図６に示す例では、不要光の界面への入射角が臨界角θm 以上となっており、界面で全反射が起こることが分かる。
【００７６】
これに対し、本実施の形態の実施例の構成では、図７に示すように、比較例の場合と同様に、上記不要光の一部は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射するものの、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）の上面（集光レンズ３２が形成されている側の面）とプリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面で反射することなく、プリズム３３の内部に入射する。そして、プリズム３３の内部に入射した上記不要光は、プリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）の傾斜面と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく、プリズム３３の傾斜面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００７７】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に入射し、レンズアレイ基板３０の内部を伝播する光を、プリズム３３の傾斜面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射させることができるのは、透明基板３１とプリズム３３の材質が適切に選定され、かつ、プリズム３３の斜面角度が適切な範囲に設定されているからである。尚、この場合の、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）とプリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面での臨界角θm ’はθm ’＝ｓｉｎ-1（１．４７／１．５２）≒７５．３°であり、図７に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角θm ’未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。また、この場合の、プリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）の傾斜面と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角θm ”はθm ”＝ｓｉｎ-1（１．００／１．４７）≒４２．９°であり、図７に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角θm ”未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００７８】
また、比較例の構成では、図８に示すように、レンズアレイ基板３０の、集光レンズ３２が設けられていない領域（平坦部）を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射した外部からの不要光の一部が、遮光層２２、１３の開口ＯＰ１、ＯＰ２を通過して受光素子（画素）ＰＸに到達し、これも生体画像情報を乱す原因となる。
【００７９】
これに対し、本実施の形態の実施例の構成では、図９に示すように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する不要光は、プリズム３３を通過する際に、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていないレンズアレイ基板３０の端部方向へ進行方向が変更され、遮光層２２で反射されて、最終的にレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００８０】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する上記不要光の進行方向を、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていないレンズアレイ基板３０の端部方向へ変更させることができるのは、上記と同様に、透明基板３１とプリズム３３の材質が適切に選定され、かつ、プリズム３３の斜面角度が適切な範囲に設定されているからである。すなわち、図９に示す例では、集光レンズ３２を通過することなく、プリズム３３を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射する上記不要光は、空気（屈折率：１．００）とプリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）の傾斜面との界面、及び、プリズム３３（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）と透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）との界面で反射することなく屈折して、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていないレンズアレイ基板３０の端部方向へ進行方向が変更される。そして、遮光層２２で反射した当該不要光は、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく屈折して、レンズアレイ基板３０の外部へ出射する。尚、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角は上記したように４１．１°であり、図９に示す例では、不要光の界面への入射角が臨界角未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００８１】
本実施の形態の実施例の構成、及び、比較例の構成を有する撮像装置を用いて同一の被検体を撮像し、両者を比較してみたところ。比較例の構成では、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響により、撮像画像の端部付近が中央付近に比べて特に不明瞭となったのに対し、本実施の形態の実施例の構成では、撮像領域全面で明瞭な画像を得ることができた。従って、本実施の形態の撮像装置１５０を用いれば、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができる生体情報取得装置１００を実現することが可能となる。そして、本実施の形態の撮像装置１５０の場合、従来型の撮像装置に比べて部品点数は増加せず、光学的構造体としてのプリズム３３は、集光レンズ３２の形成と同時に容易に形成することができるため、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置１５０及びそれを備えた生体情報取得装置１００を実現することが可能となる。
【００８２】
尚、本実施の形態においては、ヒトの指２００等の被検体からの透過光を利用する生体情報取得装置１００を例に挙げて説明したが、図１０に示すように、被検体からの反射光を利用する生体情報取得装置に本発明の撮像装置を組み込むようにしてもよい。すなわち、図１０に示す生体情報取得装置においては、光源１１０は、被検体としての例えばヒトの指２００の斜め下方に位置するように配置されている。そして、光源１１０から出射される光がヒトの指２００の内部で散乱反射されて、撮像装置１５０に入射する。この際、静脈がある部分では光が吸収されるため、ヒトの指２００の生体情報である静脈像を取得することができる。尚、図１０において、参照符号１３０は赤外線透過フィルタを示している。この赤外線透過フィルタ１３０は、赤外領域の波長の光を透過し、それ以外の領域の波長の光を遮断する。静脈像は、赤外光であるため、ノイズとなる、それ以外の外部からの光を赤外線透過フィルタ１３０によって遮断することにより、さらに鮮明な静脈像を取得することができる。
【００８３】
また、図１に示す生体情報取得装置１００においても、被検体であるヒトの指２００と撮像装置１５０との間に赤外線透過フィルタを介在させることができ、これにより、さらに鮮明な静脈像を取得することが可能となる。
【００８４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態における撮像装置の構成について説明する。
【００８５】
図１１は、本発明の第２の実施の形態における撮像装置を模式的に示す概略断面図であり、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の一例を示す図である。また、図１２は、当該撮像装置を用いた場合の、被検体以外に起因する外部からの不要光が受光素子（画素）に到達することなく外部へ出射する光路の他の例を示す概略断面図である。
【００８６】
図１１、図１２に示すように、本実施の形態の撮像装置１５１は、光学的構造体としてプリズム３３の代わりにレンズ３４が形成されている以外は、上記第１の実施の形態及び実施例の撮像装置１５０と同じである。ここで、レンズ３４は、そのレンズ面の形状が上記（数１）で与えられ、レンズ面の曲率ｃは６．５［１／ｍｍ］、円錐常数κは−０．２である。尚、レンズ３４の材質及び形成方法は、上記第１の実施の形態におけるプリズム３３の材質及び形成方法と同じである。また、集光レンズ３２の場合と異なり、レンズ３４の光軸上には、開口ＯＰ２、ＯＰ１も画素ＰＸ（受光素子）も存在していない。
【００８７】
本実施の形態の撮像装置１５１の構成では、図１１に示すように、上記第１の実施の形態で説明した比較例の場合と同様に、被検体以外に起因する外部からの不要光の一部は、イメージセンサ基板１１で反射した後、レンズアレイ基板３０の側面からレンズアレイ基板３０の内部に入射するものの、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）の上面（集光レンズ３２が形成されている側の面）とレンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面で反射することなく、レンズ３４の内部に入射する。そして、レンズ３４の内部に入射した上記不要光は、レンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく、レンズ３４のレンズ面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００８８】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に入射し、レンズアレイ基板３０の内部を伝播する光を、レンズ３４のレンズ面からレンズアレイ基板３０の外部へ出射させることができるのは、透明基板３１とレンズ３４の材質が適切に選定され、かつ、レンズ３４の形状（レンズ面の曲率ｃ、円錐常数κ）が適切な範囲に設定されているからである。尚、この場合の、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）とレンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面での臨界角Θm ’はΘm ’＝ｓｉｎ-1（１．４７／１．５２）≒７５．３°であり、図１１に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ’未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。また、この場合の、レンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角Θm ”はΘm ”＝ｓｉｎ-1（１．００／１．４７）≒４２．９°であり、図１１に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ”未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００８９】
また、本実施の形態の撮像装置１５１の構成では、図１２に示すように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する不要光は、レンズ３４の集光作用によって遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていない部分に導かれ、遮光層２２で反射される。そして、当該不要光は、レンズ３４と隣り合う集光レンズ３２を通過し、最終的にレンズアレイ基板３０の外部へ出射する。このため、上記不要光が受光素子（画素）ＰＸに到達して、生体画像情報を乱してしまうことはない。
【００９０】
このように、集光レンズ３２を通過せずにレンズアレイ基板３０の内部に直接入射する上記不要光を、レンズ３４の集光作用によって遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていない部分に導くことができるのは、上記と同様に、透明基板３１とレンズ３４の材質が適切に選定され、かつ、レンズ３４の形状（レンズ面の曲率ｃ、円錐常数κ）が適切な範囲に設定されているからである。すなわち、図１２に示す例では、集光レンズ３２を通過することなく、レンズ３４を介してレンズアレイ基板３０の内部に入射する上記不要光は、空気（屈折率：１．００）とレンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面との界面、及び、レンズ３４（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）と透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）との界面で反射することなく屈折して、遮光層２２の開口ＯＰ１が形成されていない部分に導かれる。そして、遮光層２２で反射した当該不要光は、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面、及び、集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）と空気（屈折率：１．００）との界面で反射することなく屈折して、レンズアレイ基板３０の外部へ出射する。尚、この場合の、透明基板３１（材質：ホウ珪酸ガラス、屈折率：１．５２）と集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）との界面での臨界角Θm ’はΘm ’＝ｓｉｎ-1（１．４７／１．５２）≒７５．３°であり、図１２に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ’未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。また、この場合の、集光レンズ３２（材質：紫外線硬化樹脂、屈折率：１．４７）のレンズ面と空気（屈折率：１．００）との界面での臨界角Θm ”はΘm ”＝ｓｉｎ-1（１．００／１．４７）≒４２．９°であり、図１２に示す例では、上記不要光の界面への入射角が臨界角Θm ”未満となっており、界面で全反射は起こらないことが分かる。
【００９１】
本実施の形態の構成、及び、上記第１の実施の形態で説明した比較例の構成を有する撮像装置を用いて同一の被検体を撮像し、両者を比較してみたところ。比較例の構成では、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響により、撮像画像の端部付近が中央付近に比べて特に不明瞭となったのに対し、本実施の形態の構成では、撮像領域全面で明瞭な画像を得ることができた。従って、本実施の形態の撮像装置１５１を用いれば、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることができる生体情報取得装置を実現することが可能となる。そして、本実施の形態の撮像装置１５１の場合、従来型の撮像装置に比べて部品点数は増加せず、光学的構造体としてのレンズ３４は、集光レンズ３２の形成と同時に容易に形成することができるため、製造歩留まりを向上させることができる低コストの撮像装置１５１及びそれを備えた生体情報取得装置を実現することが可能となる。
【００９２】
尚、本発明の撮像装置１５１を構成するレンズ３４の形状は、上記の形状に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明によれば、被検体以外に起因する外部からの不要光の影響を受けることなく、良質の生体画像情報を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。従って、本発明は、良質の生体画像情報を得ることが求められる生体情報取得装置の分野において産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００９４】
１０ イメージセンサ
１１ イメージセンサ基板（半導体基板）
１２ 配線層
１３、２２ 遮光層
２０ 光機能部
２１ フィルタ層
２３、３１ 透明基板
３０ レンズアレイ基板
３２ 集光レンズ
３３ プリズム
３４ レンズ
４０、５０ 接着層
９１ フォトマスク
１００ 生体情報取得装置
１１０ 光源
１２０ コントローラ
１５０、１５１ 撮像装置
２００ ヒトの指（被検体）
２０１ 静脈
ＡＸ 光軸
ＯＰ１、ＯＰ２ 開口
ＰＸ 画素（受光素子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の集光レンズと、
前記複数の集光レンズのそれぞれに対応して２次元配列された複数の受光素子とを備えた撮像装置であって、
前記複数の集光レンズが、透明基板の、前記複数の受光素子側と反対側の面上に形成され、
前記透明基板の、前記複数の集光レンズが形成された面上の、集光レンズ領域外に、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光を前記受光素子に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズムである、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するような形状に形成されたレンズである、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、
前記被検体に照射される光を出射する光源と、
前記被検体からの透過光又は反射光が入射する請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置とを備えたことを特徴とする生体情報取得装置。
【請求項１】
２次元配列された複数の集光レンズと、
前記複数の集光レンズのそれぞれに対応して２次元配列された複数の受光素子とを備えた撮像装置であって、
前記複数の集光レンズが、透明基板の、前記複数の受光素子側と反対側の面上に形成され、
前記透明基板の、前記複数の集光レンズが形成された面上の、集光レンズ領域外に、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射した光を前記受光素子に到達させることなく除去する光学的構造体が設けられたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するように斜面角度が設定されたプリズムである、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光学的構造体が、前記集光レンズを通過せずに前記透明基板の内部に入射し、前記透明基板の内部を伝播する光を、前記透明基板の外部へ出射するような形状に形成されたレンズである、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、
前記被検体に照射される光を出射する光源と、
前記被検体からの透過光又は反射光が入射する請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置とを備えたことを特徴とする生体情報取得装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９０９２６（Ｐ２０１２−１９０９２６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１９２６（Ｐ２０１１−５１９２６）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５８１０）日立マクセル株式会社 (2,366)
【Ｆターム（参考）】
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