JP2008036058A - 撮像装置および生体認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの発生を効果的に抑止できる撮像装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る撮像装置１００は、複数の受光素子１１が配列された受光部１０と、複数のマイクロレンズ５１を有するマイクロレンズアレイ５０と、受光部１０およびマイクロレンズアレイ５０の間に設けられた遮光層２０とを備えている。ここで、遮光層２０は複数の受光素子１１にそれぞれ対応して設けられた開口部３０を備え、開口部３０の受光素子側の開口幅の実長ｄ１と、隣接するマイクロレンズ５１間の距離の実長ｐと、静脈２００１とマイクロレンズ５１の頂点との間の距離の空気換算長ｔ０と、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０の受光部側の開口位置の間の厚さの空気換算長ｔ１との光学的関係が１．３６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置および生体認証装置に関し、例えば、生体の血管を撮像する場合に好適な撮像装置および生体認証装置に関する。

鍵等の携帯が不要で利便性が高く、遺失や盗難等による不正行使の恐れも少ないセキュリティ方式として、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ので、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しているため、偽造が困難という利点がある。

従来、次のようにして、指の血管パターンを用いた認証が実現されている。指に近赤外光を照射する光源と、指を透過する近赤外線を撮像するカメラとを設置する。カメラには、近赤外線域の波長の光だけを通すような光学フィルタが装着されている。生体認証時には、光源からの近赤外光中に指を配置し、そのときの指の画像をカメラで撮る。近赤外光は、生体内の筋肉や脂肪や骨などを透過するが、血液中のへモグロビンやメラニンなどの色素成分には吸収される。

このため、カメラが撮像した画像は、透過光を受けて白く表現されるが、血管部分は血液中のへモグロビンやメラニンなどに近赤外光が吸収されるため、黒く表現される。このように撮られた血管パターンと、登録されている血管パターンとを照合して、生体認証を行う。このような生体認証技術が、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。

近年、このような生体認証を行う生体認証装置の小型化および薄型化が、要求されている。生体認証装置に用いられている撮像装置には、従来から単数または複数のレンズの縮小結像を利用した単眼縮小光学系が用いられていたが、レンズ構造の関係上、小型化および薄型化に限界がある。
そこで、マイクロレンズアレイおよび複数の受光素子を組み合わせた複眼光学系を、生体認証装置に適用しようとする試みがある。従来の複眼光学系の撮像装置として、例えば、特許文献３に記載の技術が知られている。

特許文献３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と、マイクロレンズアレイに対向して設けられ、複数の受光素子（光検出部）を有する受光部（密着イメージサンサ）と、マイクロレンズアレイおよび受光部の間に設けられた遮光層（遮光スペーサ）と、遮光層のうち、マイクロレンズおよび受光素子の間に挟まれた領域に円筒状に設けられ、内壁面の少なくとも一部を光吸収面とした複数の開口部（透光孔）とを備えた撮像装置が開示されている。
特開２００５−３１２７４９号公報（特に、段落００２７〜００３４、段落００６４〜００７０、図３、図８） 特開２００５−７１１１８号公報（特に、段落００１６、図１） 特開平３−１５７６０２号公報

図５に特許文献３に示された従来公知例の撮像装置の縦断面図を示す。特許文献３に記載の技術は、マイクロレンズアレイ（レンズアレイ板）５０Ａおよび受光部（密着イメージセンサ）１０Ａの間に、複数の円筒状の開口部（透光孔）３０Ａを有する遮光層（遮光スペーサ）２０Ａが形成されている。複数の円筒状の開口部３０Ａは、マイクロレンズ（微小レンズ）５１Ａおよび受光素子（光検出部）１１Ａの位置に対応して、形成されている。

また、開口部３０Ａの内側には、黒色塗料が塗布されており、光吸収面として機能する。特許文献３に記載の技術にでは、このような構成にすることにより、複眼光学系の短所である、受光素子１１Ａに対し、隣接したマイクロレンズ５１Ａからの光が入り込む、いわゆるクロストークによるノイズの影響を抑制している。

しかしながら、特許文献３に記載の技術では、隣接するマイクロレンズ５１Ａからのクロストークを除去できるものの、受光素子１１Ａには、それに対応したマイクロレンズ５１Ａの所望の撮像領域"領域Ａ"に対し、全投影情報"領域Ｂ"が入射するために、像がぼやけてしまい、受光素子１１Ａにより取り込まれる画像の品質が低下するという問題があった。

特に、より薄型化の要求に対し、マイクロレンズアレイ５０Ａと受光素子１１Ａの間隔を狭くした場合は、"領域Ｂ"がより広くなり、受光素子１１Ａにより取り込まれる画像の品質の悪化がさらに顕著になる。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ノイズの発生を効果的に抑止できる撮像装置および生体認証装置を提供することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、複数の受光素子が配列された受光部と、複数の受光素子にそれぞれ対応して配列されたマイクロレンズと、受光部およびマイクロレンズの間に設けられた遮光層を有する撮像装置であって、遮光層は、複数の受光素子にそれぞれ対応して設けられた開口部を備え、開口部の受光素子側の開口幅の実長ｄ１と、隣接するマイクロレンズ間の距離の実長ｐと、受光素子からマイクロレンズへ向かう方向に存在する撮像対象物とマイクロレンズの頂点との間の距離の空気換算長ｔ０と、マイクロレンズの頂点と開口部の受光部側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ１との関係が、１．３６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０であることを特徴とするものである。
このような構成にしたことにより、受光素子への所望の撮像領域以外からの情報の入射を抑制でき、ノイズの発生を効果的に抑止できる。

ここで、ｄ１と、ｐと、ｔ０と、ｔ１との関係が、１．６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦１．９・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０であるのが好ましい。これにより、ノイズの発生をより確実に抑止できる。また、開口部は、開口部の受光素子側の開口面積がマイクロレンズ側の開口面積以下であるように形成されている。また、遮光層のうち、少なくとも開口部と境界をなす部分は、光吸収部材からなり、かつ少なくとも受光素子と対向する面あるいはマイクロレンズと対向する面のいずれか面の開口部を除く部分が光吸収部材または光反射部材である。また、開口部の受光素子側の開口幅の実長ｄ２と、マイクロレンズの頂点と開口部のマイクロレンズ側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ２と、ｔ０と、ｔ１と、ｐとの関係が、ｄ２≧ｐ（１−ｔ２／ｔ１＋ｔ２／ｔ０）であるのが好ましい。

また、ｔ１と、ｔ２と、ｄ１と、ｄ２と、ｐとの関係が、ｔ２≦ｔ１・（１−（ｄ１＋ｄ２）／（２・ｐ＋ｄ１））であるのが好ましい。また、受光素子と開口部の受光素子側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ３と、ｔ１との光学的関係が、ｔ３＜ｔ１／３であるのが好ましい。また、開口部の内側には、受光素子が受光できる波長範囲の少なくとも一つの波長に対して透明である材料が充填されてもよい。また、可視光線が受光素子に入射されるのを遮断する光学フィルタを備えてもよい。

本発明に係る生体認証装置は、生体部位の方向に光を照射する光源、光源からの光が照射される生体部位を撮像する撮像部と、複数の生体情報を記憶する記憶部と、撮像部が撮像する生体部位から得られる生体情報と、記憶部に記憶された生体情報とを照合する照合部と、照合部の照合結果に応じて、生体認証を行う制御部とを備えた生体認証装置であって、撮像部は、複数の受光素子が配列された受光部と、複数の受光素子にそれぞれ対応して配列されたマイクロレンズと、受光部およびマイクロレンズの間に設けられた遮光層とを有する生体部位を撮像する撮像部であって、遮光層は、複数の受光素子に対応して設けられた開口部を備え、開口部の受光素子側の開口幅の実長ｄ１と、隣接するマイクロレンズ間の距離の実長ｐと、受光素子からマイクロレンズへ向かう方向に存在する生体部位とマイクロレンズの頂点との間の距離の空気換算長ｔ０と、マイクロレンズの頂点と開口部の受光部側の開口位置との間の距離の空気換算長ｔ１との関係が、１．３６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０であることを特徴とするものである。
このような構成にしたことにより、受光素子への所望の撮像領域以外から情報の入射を抑制でき、ノイズの発生を効果的に抑止できる。

ここで、ｄ１と、ｐと、ｔ０と、ｔ１との関係が、１．６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦１．９・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０であるのが好ましい。これにより、ノイズの発生をより確実に抑止できる。また、開口部は、開口部の受光素子側の開口面積がマイクロレンズ側の開口面積以下であるように形成されている。また、遮光層のうち、少なくとも開口部との境界をなす部分は、光吸収部材からなり、かつ少なくとも受光素子と対向する面あるいはマイクロレンズと対向する面のいずれかの面の開口部以外の部分が光吸収部材または光反射部材からなる。また、開口部のマイクロレンズ側の開口幅の実長ｄ２と、マイクロレンズの頂点と開口部のマイクロレンズ側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ２と、ｔ０と、ｔ１と、ｐとの関係が、ｄ２≧ｐ（１−ｔ２／ｔ１＋ｔ２／ｔ０）であるのが好ましい。

また、ｔ１と、ｔ２と、ｄ１と、ｄ２と、ｐとの関係が、ｔ２≦ｔ１（１−（ｄ１＋ｄ２）／（２・ｐ＋ｄ１））であるのが好ましい。また、受光素子と開口部の受光素子側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ３と、ｔ１との関係が、ｔ３＜ｔ１／３であるのが好ましい。また、開口部の内側には、波長６８０ｎｍから１２００ｎｍの間の少なくとも一つの波長に対して透明である材料が充填されてもよい。また、可視光線が受光素子に入射されるのを遮断する光学フィルタを備えてもよい。

本発明によれば、ノイズの発生を効果的に抑止できる。

発明の実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る生体認証装置の構成について、図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る生体認証装置の撮像部の構成を模式的に示す断面図である。図２は、本発明に係る生体認証装置の構成を示すブロック図である。なお、図１で示される各寸法は、実長を示している。
図２に示されるように、本発明の実施の形態１に係る生体認証装置１０００は、撮像部１００と、画像処理部２００と、光源３０１、３０２と、記憶部４００と、照合部５００と、制御部６００を備えている。

撮像部１００は、画像処理部２００に接続され、光源３０１、３０２からの近赤外光が照射される生体部位としての指２０００内の静脈２００１のパターン（生体情報）を撮像する。なお、図１に示されるように、指２０００は撮像部１００の上部に配置される。撮像部１００の構成については、後で詳細に説明する。
画像処理部２００は、撮像部１００および制御部６００に接続され、撮像部１００の受光部１０で変換された静脈２００１のパターンの画像データに対して、補正等の画像処理を行う。

光源３０１、３０２は、制御部６００に接続されている。光源３０１、３０２は、複数の近赤外光発光素子から構成され、撮像部１００の上部に配置された指２０００を透過する方向に近赤外光（波長：６８０ｎｍ〜１２００ｎｍ、好ましくは８００ｎｍ〜９５０ｎｍ）を照射する。
記憶部４００は制御部６００に接続されている。記憶部４００には、予め、撮像部１００により撮像された複数の静脈のパターンが記憶されている。

照合部５００は制御部６００に接続されている。照合部５００は制御部６００の制御により、撮像部１００が撮像する指２０００内の静脈２００１のパターンと、記憶部４００に予め記憶された静脈のパターンとを照合する。
制御部６００は、画像処理部２００、光源３０１、３０２、記憶部４００および照合部５００に接続されており、これら２００、３０１、３０２、４００、５００を制御する。また、制御部６００は、照合部５００の照合結果に応じて、生体認証を行う。

次に、生体認証装置１０００による生体認証方法について説明する。
まず、撮像部１００の上部に、指２０００を配置する。次に、光源３０１、３０２の複数の近赤外光発光素子を用いて、近赤外光を指２０００へ照射する。近赤外光は指２０００の内部を透過し、光学フィルタ６０およびマイクロレンズアレイ５０および遮光層２０を介して、各受光素子１１に入射される。各受光素子１１は、指２０００内の静脈２００１のパターンの画像を赤外光により受光し、受光部１０は各受光素子１１が受光する指２０００内の静脈２００１のパターンの画像を画像データに変換する。このようにして、指２０００内の静脈２００１の血管パターンが撮像部１００によって撮像される。

次に、画像処理部２００が、撮像部１００の受光部１０で変換された画像データに対して、補正等の画像処理を行う。具体的には、撮像された静脈２００１のパターンのうち、不鮮明な部分を除去するなどの処理を行う。次に、照合部５００が、撮像部１００が撮像する指２０００内の静脈２００１のパターンと、記憶部４００に予め記憶された静脈のパターンとを照合する。そして、制御部６００が、照合部５００の照合結果に応じて、生体認証を行う。

具体的には、照合部５００が、撮像部１００が撮像する指２０００内の静脈２００１のパターンと、記憶部４００に予め記憶された静脈のパターンとが一致すると判断した場合には、制御部６００は認証成功信号を生成し、この認証成功信号に従って、表示部（不図示）などの認証結果出力手段に認証結果を出力させる。一方、照合部５００が、撮像部１００が撮像する指２０００内の静脈２００１のパターンと、記憶部４００に予め記憶された静脈のパターンとが一致しないと判断した場合には、制御部６００は認証失敗信号を生成し、この認証失敗信号に従って、表示部（不図示）などの認証結果出力手段に認証結果を出力させる。

次に、撮像部１００周辺の構成について、具体的に説明する。図１に示されるように、撮像部１００の上部であって、指２００の両側に、複数の近赤外光発光素子が配列されて構成される光源３０１、３０２が、設けられている。図１に示されるように、光源３０１、３０２は、撮像部１００の上部に配置された指２０００を透過する方向に近赤外光を照射するように、設けられている。また、光源３０１、３０２の複数の近赤外光発光素子は、撮像部１００の上部に配置される指２０００に沿うように配列されている。指２０００が撮像部１００の上部に配置され、光源３００から出射される近赤外光により照射された状態で、指２０００内の静脈のパターンが撮像部１００により撮像される。

図１では、光源３０１、３０２を指２０００の両側部に配置して、光源３０１、３０２から出射される近赤外光が指２０００の両側部側から指２０００へ向けて照射されるように構成しているが、光源３０１、３０２を指２０００の上側に配置して、光源３０１、３０２から出射される近赤外光が指２０００の上側から指２０００へ向けて照射されるように構成してもよい。また、光源３０１、３０２を指２０００の下側に配置して、光源３０１、３０２から出射される近赤外光が指２０００の下側から指２０００へ向けて照射されるように構成してもよい。また、図１では、二つの光源３０１、３０２を備えているが、二つに限定されるものではなく、一つであっても、三つ以上であってもかまわない。

撮像部１００は、受光部１０と、遮光層２０と、開口部３０と、マイクロレンズアレイ５０と、光学フィルタ６０とを備えている。
図１に示されるように、受光部１０には、複数の受光素子１１が一定間隔で配列されている。受光素子１１は、近赤外光に感度があるものであればよく、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を用いて構成してもよい。なお、各受光素子１１を更に複数の受光素子の集合体で形成してもよい。

遮光層２０は、受光部１０およびマイクロレンズアレイ５０の間に設けられている。遮光層２０は、マイクロレンズアレイ５０のマイクロレンズ５１が形成されている面とは反対側の面上に、形成されている。遮光層２０の材料には光吸収部材が用いられ、例えば、顔料や感光性樹脂が用いられている。

複数の開口部３０が、受光素子１１に対応して、遮光層２０を開口して形成されている。各開口部３０は各マイクロレンズ５１から各受光素子１１に入射する光の入射光路を制御するために設けられている。すなわち、この開口部３０の開口幅等を適切に設定することにより、所望の領域以外から入射される光や、隣接するマイクロレンズ５１の間隙からの光や、他のマイクロレンズ５１からの光、いわゆるクロストークを、開口部３０の内壁で吸収して、ノイズの発生を抑止している。

図１に示されるように、開口部３０は、開口部３０の受光素子１１側の開口面積がマイクロレンズ５１側の開口面積以下であるように形成されている。各開口部３０の内側には透過部３１が形成されている。各透過部３１は、近赤外光透過性の透明樹脂を各開口部３０の内側に充填することにより、形成される。開口部３０の具体的な開口幅等は後で詳細に説明する。なお、各開口部３０の内側に充填される各透過部を形成する透明材料としては、波長が６８０ｎｍから１２００ｎｍの範囲で少なくとも一つの波長に対して透明である部材であればよく、例えば透明ガラス、エポキシやアクリルなどの透明樹脂が用いられている。また、各開口部３０の内側に形成される各透過部３１を空洞としてもよい。

マイクロレンズアレイ５０には、複数の凸状のマイクロレンズ５１が設けられている。マイクロレンズアレイ５０は、例えば、透明基板上に複数のマイクロレンズ５１を配列して構成されている。複数のマイクロレンズ５１は複数の受光素子１１に対応して配列されている。すなわち、隣接するマイクロレンズ５１の間の距離が、隣接する受光素子１１の距離と略同一に設定されている。

各マイクロレンズ５１の焦点距離は、撮像対象物である指２０００内の静脈２００１からの光が開口部３０の受光素子１１側の面上に集光されるように、設定されている。マイクロレンズアレイ５０の材料には、透明樹脂または透明ガラスが用いられている。各マイクロレンズ５１は屈折レンズでもよく、回折レンズであってもよい。
光学フィルタ６０は、可視光線が各受光素子１１に入射するのを遮断するように、マイクロレンズアレイ５０の撮像対象物側に設けられている。光学フィルタ６０は可視光線を遮断し、近赤外光特に波長６８０ｎｍから１２００ｎｍの範囲の少なくとも一つの波長が透過するものであれば良く、光吸収タイプや光干渉による反射タイプであってもよい。

ここで、図１に示されるように、開口部３０の受光素子１１側の開口幅の実長をｄ１、隣接するマイクロレンズ５１間の距離の実長をｐ、撮像対象物である指２０００内の静脈２００１とマイクロレンズ５１の頂点との間の距離の実長をｔｎ０、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０の受光素子１１側の開口位置との間の厚さの実長をｔｎ１とする。撮像対象物である指２０００内の静脈２００１とマイクロレンズ５１の頂点との間の距離の空気換算長ｔ０は、静脈２００１とマイクロレンズ５１の頂点との間に存在する１種類あるいは複数の物質それぞれの厚さをそれぞれの屈折率で割った値の和と定義し、図１の場合、ｔ０＝（指２０００の受光素子側の表面から静脈２０００１までの深さ）／（指２０００の屈折率）＋（光学フィルタ６０の厚さ）／（光学フィルタ６０の屈折率）、である。なお、ｔｎ０＝（指２０００の受光素子１１側の表面から静脈２００１までの深さ）＋（光学フィルタ６０の厚さ）、であることは言うまでもない。同様に、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０の受光素子１１側の開口位置の間の厚さの空気換算長をｔ１とする。

このとき、ｄ１、ｐ、ｔ０、ｔ１の関係が、
１．３６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０・・・（１）
となるように設定する。このようにすることにより、所望の撮像領域を超える領域からの情報を持つ光が、受光素子１１に入射するのが抑制されるため、ノイズの発生を効果的に抑止できる。

撮像対象物からの光が、マイクロレンズ５１により開口部３０の受光素子１１側の面上に集光される場合、その光スポットサイズＳは、光波長をλ、レンズ開口直径をＤとして波動光学的にＳ＝２・λ・ｔ１／Ｄと概算できる。λが静脈認証で一般的に利用される最短波長値である６８０ｎｍ、Ｄ≒ｐの場合Ｓ＝１．３６・ｔ１／ｐとなる。よって、ｄ１が１．３６・ｔ１／ｐよりも小さくなると受光光量が減少して像が暗くなる。よってｄ１は１．３６・ｔ１／ｐ以上である必要がある。

同様に、λが静脈認証で一般的に利用される最長波長値である１２００ｎｍの光スポットサイズＳは２．４・ｔ１／ｐと概算できる。さらに、撮像対象物からの光のうち、マイクロレンズ５１の光軸からｐ／２だけ離れた位置からの光は、開口部３０の受光素子１１側の面上ではマイクロレンズ５１の光軸から（ｐ／２）・（ｔ１／ｔ０）だけ離れた位置に到達することになる。これより離れた位置に到達する光は、撮像対象物においてマイクロレンズ５１の光軸からｐ／２以上離れた位置、つまり所望の撮像領域を超える領域からの情報を持つ光でありノイズ成分になる。

以上より、ｄ１が２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０を超えるとノイズ成分が受光素子に入射されることがわかる。この場合はノイズが多く品質が悪い像になるため、ｄ１は２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０以下である必要がある。

また、静脈認証に用いる最適波長範囲は８００ｎｍ〜９５０ｎｍである。波長８００ｎｍの光スポットサイズは１．６・ｔ１／ｐ、波長９５０ｎｍの光スポットサイズは１．９・ｔ１／ｐである。

よってｄ１、ｐ、ｔ０、ｔ１の関係が、
１．６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦１．９・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０・・・（２）
となるように設定すれば、さらにノイズを効果的に除去できるため、より好適である。

また、図１に示されるように開口部３０のマイクロレンズ５１側の開口幅の実長をｄ２とした場合、ｄ２がｄ１以上であれば、光を効率よく受光素子１１に入射させることができる。

また、図１に示されるように、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０のマイクロレンズ５１側の開口位置との間の厚さの空気換算長をｔ２とした場合、撮像対象物からの光のうち、マイクロレンズ５１の光軸からｐ／２だけ離れた位置からの光は、マイクロレンズ５１を通過後、開口部３０のマイクロレンズ５１側の開口位置上では、幾何光学的にマイクロレンズの光軸から最大ｐ／２・（１−ｔ２／ｔ１＋ｔ２／ｔ０）離れた位置を通過する。よって、ｄ２と、ｔ０と、ｔ１と、ｐとの関係が、
ｄ２≧ｐ（１−ｔ２／ｔ１＋ｔ２／ｔ０）・・・（３）
を満たせば、ノイズを抑制でき、さらに、必要な情報を持つ光を遮光層２０の遮光による損失を発生させることなく効率よく受光素子１１に入射させることができる。

また、ｔ１と、ｔ２と、ｄ１と、ｄ２と、ｐとの関係が、
ｔ２≦ｔ１（１−（ｄ１＋ｄ２）／（２・ｐ＋ｄ１）・・・（４）
であるのが、好ましい。このようにすることにより、他のマイクロレンズ５１からの光が、受光素子に入射するのが抑止され、つまりクロストークの発生を抑止できるため、ノイズの発生をより効果的に抑止できる。

また、図１に示されるように、受光素子１１と開口部３０の受光素子１１側の開口位置との間の厚さの空気換算長をｔ３としたとき、ｔ１とｔ３の関係が、
ｔ３＜ｔ１／３・・・（５）
であるのが、好ましい。このようにすることにより、他のマイクロレンズ５１からの光が、隣接する開口部３０を通過した後に受光素子に入射するのが確実に抑止され、つまりクロストークの発生を抑止できるため、ノイズの発生をより効果的に抑止できる。

次に本発明の実施の形態１に係る撮像部の製造方法について、図に基づいて説明する。複数の受光素子１１が配列された受光部１０と、遮光層２０および開口部３０と、マイクロレンズアレイ５０とをそれぞれ作製し、図１に示されるように、これらを順次重ねて配置することにより、撮像部１００が完成する。

まず、マイクロレンズアレイ５０の製造方法について、図に基づいて説明する。図３は、マイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。
まず、図３（ａ）に示されるように、ガラス製の透明基板５２を用意し、透明基板５２上に、全域に亘って、感光性樹脂（ネガ型透明レジスト）を塗布することによりレンズ形成層５１０を形成する。塗布方法には、スピンコートやスリットコートがある。ここで、透明基板５２には例えば大きさ５インチの３００μｍ厚の石英ガラス基板（屈折率１．４５）を用いる。

次に、図３（ｂ）に示されるように、レンズ形成層５１０が複数の円柱形状となるように、マスク（不図示）を用いてレンズ形成層５１０をパターニングする。ここで、マスクはマイクロレンズ５１の形状に対応して形成されている。
次に、図３（ｃ）に示されるように、透明基板５２上に形成された円柱形状のレンズ形成層５１０に熱処理を行い、レンズ形成層５１０をマイクロレンズの形状に硬化する。

次に、図３（ｄ）に示されるように、エッチングによりマイクロレンズの形状を透明基板５２上に転写する。そして、図３（ｅ）に示されるように、マイクロレンズ５１が透明基板５２上に形成される。

以上のようにして、マイクロレンズアレイ５０が完成する。ここでは、隣接するマイクロレンズ５１の頂点間の距離を１００μｍとし、各マイクロレンズの直径を９７μｍとなるようにする。また、指２０００内の静脈２００１からの光が開口部３０の受光素子１１側の中央部に集光されるように、各マイクロレンズ５１の焦点距離を設定する。具体的には、レンズ形成層５１０の厚みやエッチングレート比を調整することにより、各マイクロレンズ５１の焦点距離を設定する。

次に、遮光層２０および開口部３０を形成する方法について説明する。
マイクロレンズアレイ５０のマイクロレンズ５１が形成されている面とは反対側の面上に全面に亘り、透明感光性樹脂（透明レジスト）を塗布する。次にマスクを用いて露光、さらに現像を行うことにより、マイクロレンズ５１に対応した円柱状の透過部３１を形成する。
ここで、透明感光性樹脂の厚さは３４５μm、円柱の直径は７５μmとなるようにする。また、透過部３１は近赤外光に対し、透明で、その屈折率は１．６０であった。

次に、光吸収部材として黒色感光性樹脂を透過部３１間に注入した後、当該吸収部材を硬化して、遮光層２０を形成する。なお、黒色感光性樹脂は透過部３１を完全に覆うよう、厚さが３５０μmとなるようにする。
さらに、遮光層２０のうち、マイクロレンズ５０に対向する面とは反対側の面にエッチング処理を行い受光素子１１側の開口を形成する。ここで、開口の直径は１２μmとなるようにする。

以上のようにして、マイクロレンズアレイ５０上に遮光層２０および開口部３０が形成される。ここでは隣接する開口部３０間の距離が１００μm、開口部３０のマイクロレンズ５１側の開口幅が７５μm、開口部３０の受光素子１１側の開口幅１２μm、開口部の厚さが３５０μm（透明樹脂３４５μm＋空気５μm）となるように調整している。

なお、以上では、マイクロレンズアレイ５０のマイクロレンズ５１が形成されている面と反対側の面上に遮光層を作製する例をあげたが、受光部１０上に形成してもかまわない。また、別途遮光層保持基板を設け、その上に遮光層を形成してもかまわない。

受光部１０は、複数の受光素子１１にダブルゲート型薄型トランジスタを用いている市販のものを用いる。ここで、隣り合う受光素子１１の間の距離は１００μm、受光部１０の大きさは１５ｍｍ×２０ｍｍであった。また、ダブルゲート型薄型トランジスタの電極上には屈折率１．５０である酸化シリコンからなる保護絶縁層、さらにその上には屈折率１．５０である透明樹脂層があわせて５０μmの厚さで形成されていた。

次に、図１に示されるように、複数の受光素子１１が配列された受光部１０と、遮光層２０および透過部３１と、マイクロレンズアレイ５０とが順次積層されるように、例えばアライメントマークを用いて互いに貼り合せる。そして、マイクロレンズアレイ５０の遮光層２０に対向する面とは反対側の面上に、光学フィルタ６０を取り付ける。ここで、光学フィルタ６０の厚さは５００μｍであった。また、光学フィルタ６０の屈折率は１．５であった。そして、最後に、ダイシングブレードを用いて、１６ｍｍ×２１ｍｍの大きさに切り出した。
以上の作業を行うことにより、撮像部１００を作製する。

このように作製された撮像部１００を用いて、指２０００内の静脈２００１を撮像してみる。
図１に示されるように、撮像部１００の上部に設けられた光学フィルタ６０上に、指２０００を載置し、指２０００の表皮から２．５ｍｍの深さの位置を撮像対象として、撮像部１００により撮像した。なお、一般的には、指静脈は指の表皮から２．５ｍｍの深さの位置に存在する。また、近赤外光に対する指の皮膚の屈折率は１．３４である。

このときの撮像対象物である指２０００内の静脈２００１とマイクロレンズ５１の頂点との間の距離の空気換算長ｔ０を算出する。
ｔ０＝２５００／１．３４＋５００／１．５＝２１９９（μｍ）・・・（６）
次に、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０の受光素子１１側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ１を算出する。
ｔ１＝３００／１．４５＋３４５／１．６＋５／１＝４２８（μｍ）・・・（７）

次に、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０のマイクロレンズ５１側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ２を算出する。
ｔ２＝３００／１．４５＝２０７（μｍ）・・・（８）
次に、受光素子１１と開口部３０の受光素子１１側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ３を算出する。
ｔ３＝５０／１．５＝３３（μｍ）・・・（９）

ここで、式（８）〜（９）の算出結果を式（２）に代入すると次式（１０）のようになり、上述のｄ１＝１２（μｍ）は式（１０）の条件を満たすこととなる。
６．９（μｍ）≦ｄ１≦２７．６（μｍ）・・・（１０）
また、式（８）〜（９）の算出結果を式（３）に代入すると次式（１１）のようになり、上述のｄ２＝７５（μｍ）は式（１１）の条件を満たすこととなる。
ｄ２≧６１（μｍ）・・・（１１）

また、式（７）、（８）の算出結果を式（４）に代入すると次式（１２）のようになり、上述のｔ２＝２０５（μm）は式（１２）の条件を満たすこととなる。
ｔ２＜２５２（μｍ）（＝ｔ１・（１−（ｄ１＋ｄ２）／（２・ｐ＋ｄ１）））・・・（１２）
また、式（７）、（８）の算出結果を式（５）に代入すると次式（１３）のようになり、上述のｔ３＝３３（μm）は式（１３）の条件を満たすこととなる。
ｔ３＜１４１（μｍ）（＝ｔ１／３）・・・（１３）

このように作製された撮像部１００を用いて、指２０００内の静脈２００１の撮像を試み、比較として作製した遮光層２０の全てが透明樹脂からなる撮像部で撮像した像と比較したところ、明らかにノイズが少ない像を得ることができた。

発明の実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る生体認証装置の構成について、図に基づいて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係る生体認証装置の撮像部１０１の構成を模式的に示す断面図である。なお、図４で示される各寸法は、実長を示している。

実施の形態１では、図１に示されるように、マイクロレンズアレイ５０の指２０００側の面に、複数のマイクロレンズ５１が形成されているのに対し、実施の形態２では、図５に示されるように、マイクロレンズアレイ５０の受光部１０側の面に、複数のマイクロレンズ５１が形成されている点で、相違する。

また、実施の形態１では、図１に示されるように、マイクロレンズアレイ５０とは別部材として、可視光線が受光素子に入射されるのを遮断する光学フィルタ６０を設けていることに対し、実施の形態２では、図４に示されるように、マイクロレンズアレイ５０の複数のマイクロレンズ５１が形成されている面とは反対側の面に、可視光線を吸収する樹脂を塗布することにより得る可視光吸収層８０、さらにその上にハードコート層７０を設けることにより、光学フィルタ６０をマイクロレンズアレイ５１と一体化させて設けている点で、相違する。
なお、実施の形態１での式（１）〜（５）で示された関係は、実施の形態２においても、そのまま適用される。

このようにすることにより、実施の形態１と同様に、所望の撮像領域以外から入射される光や、隣接するマイクロレンズ５１の間隙からの光や、他のマイクロレンズ５１からの光、いわゆるクロストークが、受光素子１１に入射するのが抑止されるので、ノイズの発生を効果的に抑止できる。

次に本発明の実施の形態２に係る撮像部の製造方法について、図に基づいて説明する。複数の受光素子１１が配列された受光部１０と、遮光層保持基板４０上に形成された遮光層２０および開口部３０と、マイクロレンズアレイ５０とをそれぞれ作製し、図４に示されるように、これらを順次重ねて配置することにより、撮像部１０１が完成する。

まず、図３の説明に準じて、マイクロレンズアレイ５０を作製する。
具体的には、マイクロレンズ５１を大きさ５インチの３００μｍ厚の石英ガラス基板（屈折率１．４５）である透明基板５２上に形成する。このとき、隣接するマイクロレンズ５１の頂点間の距離を１００μｍとし、各マイクロレンズの直径を９５μｍになるようにする。また、指２０００内の静脈２００１からの光が開口部３０の受光素子１１側の中央部に集光されるように、各マイクロレンズ５１の焦点距離を設定した。具体的には、レンズ形成層５１０の厚みやエッチングレート比を調整することにより、各マイクロレンズ５１の焦点距離を設定する。

さらに、市販の近赤外光に透明で可視光を吸収する樹脂を、マイクロレンズアレイ５０のマイクロレンズ５１が形成されている面とは反対側の面に塗布し、硬化させることにより可視光吸収層８０を形成する。
さらに、可視光吸収層８０のマイクロレンズアレイ５０と対向する面とは反対側の面上に市販のハードコート材料を塗布することによりハードコート層７０を形成する。以上のようにして、マイクロレンズアレイ５０上に一体化した光学フィルタ６０を作製する。このとき可視光吸収層８０とハードコート層の両方の屈折率は１．６０、両方を合わせた厚さは１００μmであった。

また次に、遮光層保持基板４０上に遮光層２０および開口部３０を形成する。
具体的には、遮光層保持基板４０上に、フォトリソグラフィー法により円柱状の透過部３１を形成した後、光吸収部材として黒色感光性樹脂を透過部３１間に注入することにより遮光層４０を形成し、さらにエッチング処理により開口部３０を形成する。このとき、隣接する開口部３０の間の距離が１００μｍ、開口部３０のマイクロレンズ５１側の開口幅が８５μｍ、開口部３０の受光素子１１側の開口幅が１２μｍ、開口部３０の厚さが３００μｍ（透明樹脂２９５μm＋空気５μm）となるように、遮光層保持基板４０上に遮光層２０および開口部３０を形成した。

なお、隣接する開口部３０の間の距離は、マイクロレンズ５１の頂点間の距離に対応されている。また、遮光層保持基板４０は大きさ５インチで厚さが２００μmのＢＫ７基板（屈折率１．５１）を用いる。また、透過部３１の屈折率は１．６０であった。
なお、以上では、遮光層保持基板４０上に遮光層を作製する例をあげたが、受光部１０上に形成してもかまわない。

受光部１０は、複数の受光素子１１に微小受光素子が１５ｍｍ×２０ｍｍの領域に１０μm間隔で配列して形成されたＣＭＯＳセンサを用いている市販のものを用いる。ここではＣＭＯＳセンサを１００μm×１００μmで区切り、それぞれの領域を各受光素子１１としている。またＣＭＯＳセンサの受光部上に形成されていた保護層（酸化シリコン）の厚みは１μm以下であった。

次に、図４に示されるように、複数の受光素子１１が配列された受光部１０と、遮光層２０および透過部３１と、遮光層保持基板４０と、マイクロレンズアレイ５０とが順次積層されるように、例えばアライメントマークを用いて貼り合せた。
そして、最後に、ダイシングブレードを用いて、１６ｍｍ×２１ｍｍの大きさに切り出した。
以上の作業を行うことにより、撮像部１０１を作製する。

このように作製された撮像部１０１を用いて、指２０００内の静脈２００１を撮像してみる。
図４に示されるように、撮像部１０１の上部に設けられた光学フィルタ６０上に、指２０００を載置し、指２０００の表皮から２．５ｍｍの深さの位置を撮像対象として、撮像部１０１により撮像した。

このとき、撮像対象物である指２０００内の静脈２００１とマイクロレンズ５１の頂点との間の距離の空気換算長ｔ０を算出する。
ｔ０＝２５００／１．３４＋１００／１．６＋３００／１．４５＝２１３５（μｍ）・・・（１４）
次に、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０の受光素子１１側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ１を算出する。
ｔ１＝２００／１．５１＋２９５／１．６＋５／１＝３２２（μｍ）・・・（１５）

次に、マイクロレンズ５１の頂点と開口部３０のマイクロレンズ５１側の開口中心部との間の距離の空気換算長ｔ２を算出する。
ｔ２＝２００／１．５１＝１３２（μｍ）・・・（１６）
次に、受光素子１１と開口部３０のマイクロレンズ３０側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ３を算出する。
ｔ３＝１／１．５＝３３（μｍ）・・・（１７）

ここで、式（１４）〜（１６）の算出結果を式（２）に代入すると次にようになり、上述のｄ１＝１２（μｍ）は式（１８）の条件を満たすこととなる。
５．１（μｍ）≦ｄ１≦２１．２（μｍ）・・・（１８）
また、式（１４）〜（１６）の算出結果を式（３）に代入すると次にようになり、上述のｄ２＝８５（μｍ）は式（１９）の条件を満たすこととなる。
ｄ２≧６５（μｍ）・・・（１９）

また、式（１４）、（１５）の算出結果を式（４）に代入すると次のようになり、上述のｔ２＝１３３（μm）は式（２０）の条件を満たすこととなる。
ｔ２＜１８９（μｍ）（＝ｔ１・（１−（ｄ１＋ｄ２）／（２・ｐ＋ｄ１）））・・・（２０）
また、式（１４）、（１５）の算出結果を式（５）に代入すると次のようになり、上述のｔ３＝０．６７（μm）は式（２１）の条件を満たすこととなる。
ｔ３＜１０７（μｍ）（＝ｔ１／３）・・・（２１）

このように作製された撮像部１０１を用いて、指２０００内の静脈２００１の撮像を試み、比較として遮光層２０の全てが透明樹脂からなる撮像部で撮像した像と比較したところ、明らかにノイズの少ない像を得ることができた。

以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る生体認証装置の撮像部の構成を模式的に示す断面図である。 本発明に係る生体認証装置の構成を示すブロック図である。 マイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る生体認証装置の撮像部の構成を模式的に示す断面図である。 特許文献３に示された、従来公知例の撮像装置の縦断面図である。

符号の説明

１０００ 生体認証装置、 １００、１０１ 撮像部、 １０ 受光部、
１１ 受光素子、 ２０ 遮光層、 ３０ 開口部、 ３１ 透過部、
４０ 遮光層保持基板、 ５０ マイクロレンズアレイ、
５１ マイクロレンズ、 ５２ 透明基板、 ６０ 光学フィルタ、
７０ ハードコート層、 ８０ 可視光吸収層、
２００ 画像処理部、 ３０１、３０２ 光源、 ４００ 記憶部、
５００ 照合部、 ６００ 制御部、 ２０００ 指

Claims (18)

1. 複数の受光素子が配列された受光部と、前記複数の受光素子にそれぞれ対応して配列されたマイクロレンズと、前記受光部および前記マイクロレンズの間に設けられた遮光層とを有する撮像装置であって、
   前記遮光層は、前記複数の受光素子にそれぞれ対応して設けられた開口部を備え、
   前記開口部の前記受光素子側の開口幅の実長ｄ１と、隣接する前記マイクロレンズ間の距離の実長ｐと、前記受光素子から前記マイクロレンズへ向かう方向に存在する撮像対象物と前記マイクロレンズの頂点の間の距離の空気換算長ｔ０と、前記マイクロレンズの頂点と前記開口部の前記受光素子側の開口位置の間の厚さの空気換算長ｔ１との関係が、
   １．３６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０
   であることを特徴とする撮像装置。
2. 前記ｄ１と、前記ｐと、前記ｔ０と、前記ｔ１との関係が、
   １．６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦１．９・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０
   である請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記開口部は、前記開口部の前記受光素子側の開口面積が前記マイクロレンズ側の開口面積以下であるように形成されている請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記遮光層は、少なくとも前記開口部と境界をなす部分が光吸収部材からなり、かつ少なくとも前記受光素子と対向する面あるいは前記マイクロレンズに対向する面のどちらかの面の開口部を除く部分が光吸収部材または光反射部材からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記開口部の前記マイクロレンズ側の開口幅の実長ｄ２と、前記マイクロレンズの頂点と前記開口部の前記マイクロレンズ側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ２と、前記ｔ０と、前記ｔ１と、前記ｐとの関係が、
   ｄ２≧ｐ（１−ｔ２／ｔ１＋ｔ２／ｔ０）
   である請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記ｔ１と、前記ｔ２と、前記ｄ１と前記ｄ２と前記ｐとの関係が、
   ｔ２≦ｔ１・（１−（ｄ１＋ｄ２）／（２・ｐ＋ｄ１））
   である請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記受光素子と前記開口部の前記受光素子側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ３と、前記ｔ１との関係が、
   ｔ３＜ｔ１／３
   である請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記開口部には、前記受光素子で受光できる波長範囲の少なくとも一つの波長に対して透明である材料が充填された請求項１〜７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 可視光線が前記受光素子に入射されるのを遮断する光学フィルタを備えた請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 生体部位の方向に光を照射する光源、前記光源からの光が照射される前記生体部位を撮像する撮像部と、複数の生体情報を記憶する記憶部と、前記撮像部が撮像する前記生体部位から得られる生体情報と、前記記憶部に記憶された生体情報とを照合する照合部と、前記照合部の照合結果に応じて、生体認証を行う制御部とを備えた生体認証装置であって、
    前記撮像部は、複数の受光素子が配列された受光部と、前記複数の受光素子にそれぞれ対応して配列されたマイクロレンズと、前記受光部および前記マイクロレンズの間に設けられた遮光層とを有する前記生体部位を撮像する撮像部であって、
    前記遮光層は、前記複数の受光素子のそれぞれに対応して設けられた開口部を備え、
    前記開口部の前記受光素子側の開口幅の実長ｄ１と、隣接する前記マイクロレンズ間の距離の実長ｐと、前記受光素子から前記マイクロレンズに向かう方向に存在する前記生体部位と前記マイクロレンズの頂点との間の距離の空気換算長ｔ０と、前記マイクロレンズの頂点と前記開口部の前記受光素子側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ１との関係が、
    １．３６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦２．４・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０
    であることを特徴とする生体認証装置。
11. 前記ｄ１と、前記ｐと、前記ｔ０と、前記ｔ１との関係が、
    １．６・ｔ１／ｐ≦ｄ１≦１．９・ｔ１／ｐ＋ｐ・ｔ１／ｔ０
    である請求項１０に記載の生体認証装置。
12. 前記開口部は、前記開口部の前記受光素子側の開口面積が前記マイクロレンズ側の開口面積以下であるように形成されている請求項１０または１１に記載の生体認証装置。
13. 前記遮光層は、少なくとも前記開口部と境界をなす部分が光吸収部材からなり、かつ少なくとも前記受光素子と対向する面あるいは前記マイクレンズと対向する面のどちらかの面の前記開口部を除く部分が光吸収部材または光反射部材からなる請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の生体認証装置。
14. 前記開口部の前記マイクロレンズ側の開口幅の実長ｄ２と、前記マイクロレンズの頂点と前記開口部の前記マイクロレンズ側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ２と、前記ｔ０と、前記ｔ１と、前記ｐとの関係が、
    ｄ２≧ｐ（１−ｔ２／ｔ１＋ｔ２／ｔ０）
    である請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の生体認証装置。
15. 前記ｔ１と、前記ｔ２と、前記ｄ１と、前記ｄ２と、前記ｐとの関係が、
    ｔ２≦ｔ１・（１−（ｄ１＋ｄ２）／（２・ｐ＋ｄ１））
    である請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の生体認証装置。
16. 前記受光素子と前記開口部の上記受光素子側の開口位置との間の厚さの空気換算長ｔ３と、前記ｔ１との関係が、
    ｔ３＜ｔ１／３
    である請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の生体認証装置。
17. 前記開口部の内側には、少なくとも波長６８０ｎｍから１２００ｎｍの間の少なくとも一つの波長に対して透明である材料が充填された請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の撮像装置。
18. 可視光線が前記受光素子に入射されるのを遮断する光学フィルタを備えた請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の撮像装置。

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