JP2009043138A - 生体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の生体情報取得装置は、細い血管のパターン変動を考慮したものではなく、例えば、生体認証の信頼性を確保するために複雑な画像処理等を生体認証装置に適用することが必要になる。
【解決手段】 生体情報取得装置Ｄ１は、複数の画素ＰＸを有する撮像素子３１と、複数の画素ＰＸに対応して設けられた複数のマイクロレンズ５２を有する透明基板５０と、マイクロレンズ５２と画素ＰＸ間の光チャネル夫々を分離するように形成され、かつ画素ＰＸに対応した開口部が設けられた遮光構造を有する光チャネル分離層３２と、を備える。マイクロレンズ５２は、所定部分１００からの光を画素ＰＸに開口部を通じて集光する。マイクロレンズ５２の最小レンズ幅は５０μｍ以上である。隣接するマイクロレンズ５２間の距離とそれに対応する開口部間の距離は略等しい。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被検体の所定部分からの反射光又は透過光に基づいて所定部分における静脈パターンを撮像する生体情報取得装置に関する。

近年、生体認証に関する技術開発の進展が著しい。なお、周知のとおり、生体認証とは、検査対象の個体から取得した生体情報が、あらかじめ設定された生体情報と等しいかどうかという判定に基づいて、ある個体を他の個体から識別する技術である。例えば、ヒトの瞳の虹彩に基づいて個体を特定する方法、ヒトの指等の静脈パターンに基づいて個体を特定する方法、指の指紋パターンに基づいて個体を特定する方法が挙げられる。なかでも、ヒトの指等の静脈パターンを利用したものは、パターンデータの偽装が困難であり、高いセキュリティーを確保することができる。

特許文献１には、生体認証に用いられる撮像装置が開示されている。この撮像装置では、光源（１００）、支持台（３００）、画像認証部（２００）を積層させることで、撮像装置の小型化を図っている。
特開２００１−１１９００８号公報

一般的に、生体情報を示す画像に基づいて生体認証を実現する場合、画像取得装置の取得画像はより解像度が高いものであると良い。高解像度の画像を取得し、これに基づいて生体認証を実行すれば、生体認証のエラー率を低減させることができるためである。なお、撮像素子の感度特性を向上させるためには、一般的なマイクロレンズ（レンズ径５〜１０μｍ程度）を個々の画素上に配置させると良い。

しかしながら、上述の点は、静脈パターンを表す画像に基づいて生体認証を実現する場合には直ちに適用できない。これは、静脈パターンを表す画像に基づいて生体認証を実行する場合、被検体の所定部分における静脈のパターン変動を考慮することが極めて重要だからである。

静脈は、毛細血管を介して流出する静脈血を心臓に帰還させる血流路である。特にヒトの指又は手部分等の末端部分においては、静脈から多くの毛細血管が分岐している。毛細血管は、季節的な影響やヒトの健康状態の影響などを受けて伸縮すると共に生成／消滅する。従って、毛細血管等に例示される細い血管のパターン変動（以下、単にパターン変動と呼ぶこともある）によって、観察対象とする被検体の所定部分が同一の場合であっても、予め設定されたマスターパターンに対して、その都度取得される取得パターンが一致しなくなることが生じ得る。つまり、観察対象の所定部分における細い血管のパターン変動によって、生体認証装置の信頼性が低下してしまうことが生じ得る。

生体認証の信頼性を確保するためには、例えば、上述のパターン変動の影響を排除するため、後続の信号処理部において画像処理を施すと良いが、毛細血管等の細い血管のパターンを選択的に排除するためには比較的複雑な画像処理を施すことが必要になる。

つまり、従来の生体情報取得装置は、細い血管のパターン変動を考慮したものではなく、生体認証の信頼性を確保するために複雑な画像処理等を生体認証装置に適用することが必要になったりしていた。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、静脈パターンを表す画像に基づいて生体認証する生体認証装置に用いられる生体情報取得装置に関し、静脈のパターン変動による生体認証の信頼性の低下を抑制可能な生体情報取得装置を提供すること目的とする。

本発明に係る生体情報取得装置は、被検体の所定部分からの反射光又は透過光に基づいて前記所定部分における静脈パターンを撮像する生体情報取得装置であって、複数の画素を有する撮像素子と、複数の前記画素に対応して設けられた複数のマイクロレンズを有する透明基板と、前記マイクロレンズと前記画素間の光チャネル夫々を分離するように形成され、かつ前記画素に対応した開口部が設けられた遮光構造を有する光チャネル分離層と、を備え、複数の前記マイクロレンズ夫々は、前記所定部分からの光を前記画素に前記開口部を通じて集光し、複数の前記マイクロレンズ夫々の最小レンズ幅は５０μｍ以上であり、隣接する前記マイクロレンズ間の距離とそれに対応する前記開口部間の距離が略等しい。

レンズ幅５０μｍ以上のマイクロレンズを介して所定部分からの光を撮像素子の各画素に開口部を通じて集光させることで、取得される静脈パターンに細い血管のパターンが明確に現れることが抑制される。これにより、生体認証に必要不可欠な静脈パターンが相対的に明確化される。また、隣接する前記マイクロレンズ間の距離とそれに対応する前記開口部間の距離は略等しい。従って、各マイクロレンズ単位で取得される像が互いに重ね合わされることが抑制され、より鮮明な像を取得することができる。

複数の前記マイクロレンズは、前記透明基板の主面上にマトリクス状に形成される、と良い。

前記所定部分に対して照射されるべき光を出射する半導体発光素子を更に備える、と良い。レンズ幅５０μｍ以上のマイクロレンズを介して所定部分からの光を撮像素子の各画素に集光させることで、各画素に入力される光量はレンズ幅に応じたものになる。これにより、半導体発光素子の出射光強度をより低く設定することが可能になる。

前記所定部分に対して照射されるべき光を出射する半導体発光素子と、第１面及び前記所定部分に臨む第２面を有し、前記第１面から前記第２面に前記半導体発光素子の出射光を案内するライトガイドと、を更に備える、と良い。レンズ幅５０μｍ以上のマイクロレンズを介して所定部分からの光を撮像素子の各画素に集光させることで、各画素に入力される光量はレンズ幅に応じたものになる。これにより、半導体発光素子からの出射光強度をより低く設定することが可能になる。

前記光チャネル分離層は、前記撮像素子上に積層され、前記透明基板は、前記光チャネル分離層上に積層される、と良い。

本発明によれば、生体情報取得装置の構成自体によって、静脈のパターン変動による生体認証の信頼性の低下を抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。

〔第１の実施形態〕
図１乃至図８を用いて、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、生体情報取得装置Ｄ１の概略的な斜視図である。図２は、生体情報取得装置Ｄ１を上面視した構成を説明するための概略的な模式図である。図３は、図１のＡ点側から生体情報取得装置Ｄ１をみた概略的な説明図である。図４は、図１のＢ点側から生体情報取得装置Ｄ１をみた概略的な説明図である。なお、図３及び図４では、説明の便宜上、Ａ点又はＢ点から生体情報取得装置Ｄ１をみた概略的な断面図も合わせて図示されている。図５は、フォトセンサー３１の画素の配置構成を説明するための概略的な模式図である。図６は、マイクロレンズの上面視形状を説明するための概略的な模式図である。図７は、レンズの機能を説明するための説明図である。図８は、取得される画像を説明するための説明図である。

図１に示すように、生体情報取得装置Ｄ１は、光照射デバイス（光照射部）ＬＥａ、光照射デバイス（光照射部）ＬＥｂ、配線基板３０、フォトセンサー（撮像素子）３１、光チャネル分離層３２、レンズアレイ３３及びバンドパスフィルタ３４を備える。

光照射デバイスＬＥａは、バンドパスフィルタ３４の主面３４ａ上に配置されている。光照射デバイスＬＥｂも、同様に、バンドパスフィルタ３４の主面３４ａ上に配置されている。光照射デバイスＬＥａと光照射デバイスＬＥｂとは、表面領域Ｒ１を挟んで、互いに対向して配置されている。表面領域Ｒ１上には、ヒト（被検体）の指（対象部分）が載せられる。光照射デバイスＬＥａ、ＬＥｂ夫々は、ヒトの指に照射されるべき検査光を出射する。

光照射デバイスＬＥａは、遮光板（遮光部材）２ａ、ライトガイド３ａ、発光ダイオード４ａ（４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４）を有する。

遮光板２ａは、発光ダイオード４ａからの光を遮断する材料（金属、黒色樹脂等）から構成された板状部材である。遮光板２ａ上には、ライトガイド３ａが固定される。なお、光がライトガイド３ａを効率良く伝播するために、遮光板２ａとライトガイド３ａの間に空気層が存在していても良い。ライトガイド３ａの光入射面３ａ２には、発光ダイオード４ａ１〜４ａ４が固定される。

ライトガイド３ａは、上面視形状が四辺形状の板状部材である。また、ライトガイド３ａは、発光ダイオードから出射される検査光に対して実質的に透明（透過率９０％以上、ここでは透過率９９％）な部材である。例えば、ライトガイド３は、ポリカーボネイト、アクリル、ポリオレフィン等の樹脂材料、又はガラス基板等から構成される。

図２に示すように、ライトガイド３ａは、光出射面（第２側面）３ａ１、光入射面（第１側面）３ａ２を有する。光出射面３ａ１は、表面領域Ｒ１上に載せられる指に臨む側面である。光入射面３ａ２は、光出射面３ａ１に対向する。光出射面３ａ１及び光入射面３ａ２は、ｚ軸を長手方向として、ｚ軸に沿って延在する長尺な面である。ライトガイド３ａは、ｘ軸に沿う幅Ｗ_ＬＧ１とｚ軸に沿う幅Ｗ_ＬＧ２とを有する。幅Ｗ_ＬＧ１は、幅Ｗ_ＬＧ２よりも狭い。

発光ダイオード４ａ１〜４ａ４は、ほぼ等しい間隔で配置されている。これによって、光出射面３ａ１から出射される検査光の強度分布は実用可能な程度に均一化される。

図２に示すように、発光ダイオード４ａ１から出射される検査光は、光出射面３ａ１の領域Ｒ４ａ１に導かれる。発光ダイオード４ａ２から出射される検査光は、光出射面３ａ１の領域Ｒ４ａ２に導かれる。発光ダイオード４ａ３から出射される検査光は、光出射面３ａ１の領域Ｒ４ａ３に導かれる。発光ダイオード４ａ４から出射される検査光は、光出射面３ａ１の領域Ｒ４ａ４に導かれる。

光出射面３ａ１には、領域Ｒ４ａ１と領域Ｒ４ａ２とが重なり合う領域ＲＯが形成される。光出射面３ａ１には、領域Ｒ４ａ２と領域Ｒ４ａ３とが重なり合う領域ＲＯが形成される。光出射面３ａ１には、領域Ｒ４ａ３と領域Ｒ４ａ４とが重なり合う領域ＲＯが形成される。つまり、光出射面３ａ１には、ある発光ダイオードからの検査光と他の発光ダイオードからの検査光とが重なりあう領域が形成される。このように設定することによって、光出射面３ａ１のほぼ全域から検査光を出射させることができる。

生体情報取得装置Ｄ１では、２次元状に配置された複数の画素からの出力信号に基づいて生体情報（静脈パターンを表す画像）が取得される。従って、観察対象となる生体部分には、その全域に亘って均一な検査光を照射すると良い。観察対象となる生体部分に検査光が照射されない部分があると、その部分からの生体情報を得ることができないため、高精度な生体認証を実現することができない。本実施形態では、この点にかんがみて、光出射面３ａ１に上述の領域ＲＯが形成されるように、ライトガイド３ａの幅Ｗ_ＬＧ１を設定している。

また、発光ダイオード４ａ１〜４ａ４からは、ランベルト分布の検査光が出射される。ランベルト分布では、その分布の中央部分の光強度は強く、その分布の裾部分の光強度は弱い。従って、隣り合う発光ダイオードから出射される検査光を互いに重ね合わせることで、光出射面３ａ１から出射される検査光の強度分布を均一化することができる。すなわち、光出射面３ａ１に上述の領域ＲＯを形成することによって、光出射面３ａ１から出射される検査光の強度分布を、光出射面３ａ１の長手方向に沿って均一化できる。

上述の光照射デバイスＬＥａに関する説明は、光照射デバイスＬＥｂにもそのまま当てはまる。ここでは、重複する説明は省略する。

図２に示すように、発光ダイオード４ａ１〜４ａ４は、光入射面３ａ２の長手方向に沿って配列された状態で、ライトガイド３ａ上に配置されている。発光ダイオード４ａ１〜４ａ４は、接着剤１１を介して、光入射面３ａ２に取り付けられる。換言すると、発光ダイオード４ａ１〜４ａ４は、接着剤１１を介して光入射面３ａ２に光結合されている。発光ダイオード４ａ１〜４ａ４から出射された検査光は、ライトガイド３ａの光入射面３ａ２を通過し、ライトガイド３ａに導入される。ライトガイド３ａは、光入射面３ａ２から光出射面３ａ１に検査光を案内する。

なお、接着剤１１は、検査光に対して高い透過率を有し、検査光に対して実質的に透明である。従って、光入射面と発光ダイオードとの間で、良好な光結合を確保することができる。また、発光ダイオード４ａ１〜４ａ４のそれぞれは、モノリシックの半導体素子がパッケージされた素子である。発光ダイオード４ａ１〜４ａ４は、電流が流入されることにより橙色〜近赤外領域の光（５８０ｎｍ又は１０００ｎｍのいずれかの光）を発光する半導体発光素子である。

光照射デバイスＬＥｂのライトガイド３ｂの構成は、光照射デバイスＬＥａのライトガイド３ａの構成と略等しい。すなわち、光出射面３ｂ１が光出射面３ａ１に対応し、光入射面３ｂ２が光入射面３ａ２に対応する。

光照射デバイスＬＥａでは、発光ダイオード４ａ１からの検査光は、ライトガイド３ａ内を次のように伝播する。発光ダイオード４ａ１から出射された検査光は、接着剤１１を通過し、ライトガイド３ａの光入射面３ａ２を通過し、ライトガイド３ａ内を伝播し、光出射面３ａ１から出射される。他の発光ダイオード４ａ２〜４ａ４についても、発光ダイオード４ａ１の場合と同様である。

図３に、図１のＡ点側から生体情報取得装置Ｄ１をみた概略的な説明図を示す。図４に、図１のＢ点側から生体情報取得装置Ｄ１をみた概略的な説明図を示す。

図３に示すように、配線基板３０の上面には、フォトセンサー（撮像素子）３１、光チャネル分離層３２、レンズアレイ３３、バンドパスフィルタ３４、光照射デバイスＬＥａが、この順で配置される。配線基板３０の下面には、半導体集積回路３５、コネクタ３６が配置される。

光照射デバイスＬＥａ、ＬＥｂは、上述したとおりである。

バンドパスフィルタ３４は、検査光の波長（橙色〜近赤外線の帯域（５８０ｎｍ〜１０００ｎｍ、より好ましくは、６００ｎｍ〜８６０ｎｍ））を選択的に通過させる板状の光学部材である。

レンズアレイ３３は、バンドパスフィルタ３４の下層に配置される。レンズアレイ３３は、透明基板５０、マイクロレンズ（集光レンズ）５２、スペーサー５１を有する。透明基板５０の上面には、フォトセンサー３１の各画素ＰＸに対応して、２次元状に配置された複数のマイクロレンズ５２、バンドパスフィルタ３４を支持するためのスペーサー層が配置される。透明基板５０及びマイクロレンズ５２は、検査光に対して、実質的に透明な材料から構成される。透明基板５０は、いわゆるガラス基板である。

光チャネル分離層３２は、レンズアレイ３３の下層に配置される。光チャネル分離層３２は、遮光膜４０、第１透明層４１、第２透明層４２、遮光層４３を有する。

遮光膜４０は、レンズアレイ３３の下面に格子状に形成された層である。遮光膜４０は、レンズアレイ３３の各マイクロレンズ５２に対応してマトリクス状に形成された複数の開口部ＯＰ１を有する。尚、複数の開口部ＯＰ１とは、光学的な意味での開口を意味する。ここでは、開口部ＯＰ１には、第１透明層４１が充填されている。

第１透明層４１は、樹脂からなる層であって、検査光に対して実質的に透明である。

第２透明層４２は、第１透明層４１と同じ材料からなる樹脂層である。よって、第２透明層４２も、検査光に対して実質的に透明である。第２透明層４２は、複数のランド４２ａを有する。ランド４２ａは、フォトセンサー３１の各画素ＰＸに対応して２次元状に配置される。なお、ランドとは、溝により規定される島状の部分を意味する。各ランドは、互いに完全に分離されている必要はない。

遮光層４３は、ランド４２ａを覆うように形成される。遮光層４３は、レンズアレイ３３の各マイクロレンズ５２の集光箇所に対応する位置に設けられた開口部ＯＰ２を有する。なお、開口部ＯＰ２は、フォトセンサー３１の各画素ＰＸの配置位置にも対応する。開口部ＯＰ２は、フォトセンサー３１の各画素ＰＸに対応して、２次元状に配置される。

フォトセンサー３１は、光チャネル分離層３２の下層に配置される。フォトセンサー３１は、図５に示すように、フォトセンサー３１は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する撮像装置である。フォトセンサー３１は、複数の画素ＰＸが二次元状に配置される撮像領域Ｒ２を有する。各画素ＰＸは、遮光層４３に形成された開口部ＯＰ２に対応する。よって、マイクロレンズ５２により集光された光は、効率的に画素ＰＸに入射される。なお、本実施形態では、各画素は、光トランジスタとしてのＴＦＴ（Thin Film Transistor）により構成されている。撮像領域Ｒ２は、表面領域Ｒ１に対応する領域に設けられている。画素ＰＸは、マイクロレンズ５２の焦点位置に対応した位置に設けられる。

指内で反射された検査光がフォトセンサー３１の画素ＰＸに入射すると、画素ＰＸには検査光の強度に応じた電荷が生じる。そして、生成された電荷に対応する信号がフォトセンサー３１から出力され、この出力信号に基づいて画像が構成される。その後、後続の演算処理装置における処理結果に基づいて、観察されたヒトがあらかじめ設定された特定のヒトであるのかが判断される。

配線基板３０は、ガラスエポキシ樹脂等から構成される配線基板であって、上下両面に素子が実装される。

なお、フォトセンサー３１の上面には、フォトセンサー３１の読み出し動作等を制御する駆動回路３７が配置される。フォトセンサー３１で取得された信号は、ワイヤー３８、配線基板３０の上面と下面とを接続する貫通電極３９、配線基板３０の下面に形成された配線を介して、半導体集積回路３５に伝達される。コネクタ３６は、生体情報取得装置Ｄ１と外部の信号処理回路との接続に関するインターフェイス部分を構成する。

半導体集積回路３５は、いわゆるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。半導体集積回路３５では、所定の情報処理（例えば、取得した画像情報とあらかじめ記憶された画像情報（マスターデータ）の整合性の判断）が実行される。半導体集積回路３５における情報処理結果は、他の情報処理部（不図示）に連絡される。

また、図３に示すように、光照射デバイスＬＥａ、ＬＥｂからバンドパスフィルタ３４までの厚みは、１．７ｍｍ以下とすると良い。レンズアレイ３３からフォトセンサー３１までの厚みは１．０ｍｍ以下とすると良い。このようにすると、光照射デバイスＬＥａ、ＬＥｂからフォトセンサー３１までの厚みを３ｍｍ以下とすることができる。よって、非常に薄型化された生体情報取得装置を実現することができる。

なお、図３に示すように、表面領域Ｒ１のｘ軸に沿う幅を２５ｍｍとした。また、図４に示すように、表面領域Ｒ１のｚ軸に沿う幅を１５ｍｍとした。図３及び図４に模式的に示すように、指を表面領域Ｒ１上に載せ、生体情報を取得する。このとき、表面領域Ｒ１は指により覆われる。従って、表面領域Ｒ１に入射する外乱光は抑制される。

次に、生体情報取得装置Ｄ１の機能について説明する。図３に模式的に示すように、指１００の内部領域ＲＰで反射された検査光は、レンズアレイ３３のマイクロレンズ５２を介して、フォトセンサー３１の画素ＰＸに入射される。以下、順を追って説明する。なお、内部領域ＲＰは、指１００の下面から１ｍｍ程度の深さの領域である。

光照射デバイスＬＥａ、ＬＥｂの光出射面から出射された検査光は、ヒトの指１００に照射される。ヒトの指１００の内部では、内部の散乱体により検査光は反射されたりする。また、ヒトの指１００の静脈で、検査光は吸収される。ヒトの指１００で反射された検査光は、表面領域Ｒ１に入射する。

表面領域Ｒ１に入射された検査光は、バンドパスフィルタ３４を通過する。なお、検査光以外の外乱光は、バンドパスフィルタ３４により遮断される。バンドパスフィルタ３４によってノイズ成分を遮断することができるため、より良質な画像を取得することができる。

バンドパスフィルタ３４を通過した検査光は、レンズアレイ３３に入射する。レンズアレイ３３では、透明基板５０の上面に配置された各マイクロレンズ５２によってフォトセンサー３１の各画素ＰＸに集光される。

レンズアレイ３３のマイクロレンズ５２により集光された光は、光チャネル分離層３２に入射される。光チャネル分離層３２は、上述のように、フォトセンサー３１の各画素に対応して２次元状に配置された開口部ＯＰ１及び開口部ＯＰ２を有する。また、フォトセンサー３１の各画素に対応して２次元状に配置されたランド４２ａを有する。また、隣り合うランド４２ａの間には、遮光層４３が充填される。また、ランド４２ａの下面にも遮光層４３が形成される。本実施形態においては、遮光層４３には橙〜近赤外領域の光を吸収する材料で構成されている。遮光層４３に入射した迷光は、効果的に遮光層４３を構成する材料により吸収される。

このような遮光構造により、光チャネル分離層３２は、レンズアレイ３３のマイクロレンズ５２からフォトセンサー３１の画素ＰＸに至る光路（光チャネル）同士を分離する。そして、光チャネル間で生じうるクロストーク（混信）は抑制される。なお、検査光は、マイクロレンズ５２から画素ＰＸに進むに従って集光されるから、開口部ＯＰ２の開口幅は、開口部ＯＰ１の開口幅よりも狭く設定されている。

フォトセンサー３１の各画素に入射された光は、各画素で光電変換される。そして、電気信号として読み出され、上述の半導体集積回路３５にて信号処理される。そして、生体からの検査光に基づいて、指１００の静脈パターンが現れた画像を取得することができる。

ここで、図６に、マイクロレンズ５２らを部分的に上面視した模式図を示す。図７に、マイクロレンズ５２の機能を説明するための説明図を示す。図８に取得画像を説明するための説明図を示す。

図６に示すように、マイクロレンズ５２の上面視形状は円形状である。マイクロレンズ５２は、球面レンズであり、そのレンズ幅ｗは５０μｍ以上である。これによって、後述のように、細い血管のパターンが取得画像に明確に現れることが抑制され、生体認証に必要不可欠な静脈パターンを相対的に明確化させることができる。なお、レンズ幅ｗは、マイクロレンズ５２の上面視形状の幅に一致し、ここではマイクロレンズ５２のレンズ径に一致する。

なお、マイクロレンズ５２のレンズ幅ｗは、５０μｍ以上であって３００μｍ以下であると良い。３００μｍ以下に設定することによって、必要な解像度を確保することができ、適切に静脈パターンを表す画像を取得することができる。

また、レンズ幅ｗは７０μｍ以上であっても良い。この場合にも、上述したものと同様の効果を得ることができる。また、レンズ幅ｗは２００μｍ以下であっても良い。この場合にも、上述と同様の効果を得ることができる。

すなわち、マイクロレンズ５２のレンズ幅ｗは、好適には５０μｍ以上であって３００μｍ以下である。より好適には、マイクロレンズ５２のレンズ幅ｗは、７０μｍ以上であって２００μｍ以下である。

図７に模式的に示すように、マイクロレンズ５２は、各画素ＰＸに対応して配置される。マイクロレンズ５２ａは、その上面視形状に対応した領域Ｒ１の範囲で光を画素ＰＸａに集光するものとする。マイクロレンズ５２ｂは、その上面視形状に対応した領域Ｒ２の範囲で光を画素ＰＸｂに集光するものとする。マイクロレンズ５２ｃは、その上面視形状に対応した領域Ｒ３の範囲で光を画素ＰＸｃに集光するものとする。つまり、マイクロレンズ５２は少なくともその上面視形状に対応した範囲の光を各画素に集光するものとする。この場合、各画素に入力される光は、少なくともマイクロレンズ５２の上面視形状に応じて平均化される。

上述のように、本実施形態に係るマイクロレンズ５２夫々は、その上面視形状に対応する範囲（領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３）で外部からの光を集光する。これは、マイクロレンズ５２は、表皮から浅い距離１〜５ｍｍ程に対応した被写界深度を有するからである。更に、図７に模式的に示すように、隣接するマイクロレンズ５２間の距離Ｐ１とそれに対応する開口部間の距離Ｐ２は略等しい。換言すると、マイクロレンズ５２の配置間隔と開口部の配置間隔とは実質的に一致する。これにより、例えば領域Ｒ１からの像と領域Ｒ２からの像とが重ね合わされることが抑制され、フォトセンサー３１で取得される像が不鮮明になることを抑制できる。なお、開口部は、光チャネル分離層３２の構成に応じて決定されるが、ここでは上述の開口部ＯＰ１、開口部ＯＰ２、又はランド４２ａに相当する。

毛細血管等がある部分では検査光は吸収されるものの、その毛細血管の周囲の生体組織では検査光は反射又は透過する。よって、マイクロレンズの上面視形状を最小レンズ幅５０μｍ以上に設定すれば、周囲の生体組織からの反射光又は透過光で、５０μｍ以下の毛細血管等における光の吸収は、周囲と平均化されて識別されなくなる。

そして、図８（ａ）（ｂ）に示すように、生体情報取得装置で取得される画像自体を修正することができる。つまり、図８（ａ）に示すように静脈２００から分岐する細い血管２０１を、図８（ｂ）に示すように消すことができる。そして、生体認証に必要不可欠な静脈パターンが相対的に明確化される。すなわち、生体情報取得装置自体の構成によって、静脈のパターン変動による生体認証の信頼性の低下を抑制することを可能にする。

なお、図８は説明の便宜上作成したものであり、必ずしもこのような程度、態様において所望の効果が確認される必要はない。また、実際は、静脈パターンは黒色（暗部）として取得される。

また、各画素に入力される光の強度はレンズ幅に応じたものであって、本実施形態においては、上述のようにマイクロレンズ５２はレンズ幅５０μｍ以上に設定される。マイクロレンズ５２は、少なくともマイクロレンズ５２の上面視形状に対応する範囲の光を画素に集光するため、光照射デバイスＬＥａ、ＬＥｂから出射される光の強度をより低い値に設定したとしても、各画素に入力される光の強度をパターン取得のために必要な値にすることができる。従って、生体情報取得装置Ｄ１の消費電力を低減させることが可能になる。消費電力の低減は、生体情報取得装置Ｄ１を携帯電話などの小型移動型の情報機器に搭載する場合に特に有利である。

また、各画素にはマイクロレンズ５２で集光された光が入力されるのであって、本実施形態においては、上述のようにマイクロレンズ５２はレンズ幅５０μｍ以上に設定される。マイクロレンズ５２は、少なくともマイクロレンズ５２の上面視形状に対応する範囲の光を画素に集光するため、指に対して照射される光の強度分布に部分的なむらがあったとしても、その影響により取得画像に部分的なむらが生じることが抑制される。発光ダイオード４ａ、４ｂのような半導体発光素子は、製造条件、使用環境、及び経時変化等の影響を受けて、その特性も変動する可能性がある。本実施形態のように、マイクロレンズ５２のレンズ幅を５０μｍ以上に設定すれば、指に対して照射される光の強度分布の部分的なむらの影響を低減することも可能になる。

本実施形態においては、マイクロレンズ５２を各画素ＰＸに対応して配置する。また、マイクロレンズ５２は少なくともその上面視形状に対応した範囲の光を各画素に集光する。これにより、各画素に入力される光は、少なくともマイクロレンズ５２の上面視形状の範囲内で平均化される。特に、マイクロレンズ５２のレンズ幅を５０μｍ以上という比較的大きな口径のものにすることによって、上述の効果は効果的に実現される。

なお、５０μｍ以上３００μｍ以下（より好適には、７０μｍ以上２００μｍ以下）の範囲でマイクロレンズ５２のレンズ径を設定することによって、マイクロレンズ５２の被写界深度を、静脈の表皮からの深度に対応したものに設定することもできる。

なお、表皮からの深度とは、定量的には１〜５ｍｍ程度である。図９に本実施形態に係るレンズ径、被写界深度、およびMTF(Modulation Transfer Function)の関係を示す。なお、MTFは解像度を示す指標である。MTF値が大きいほど解像度は高いが、認証度、セキュリティー度などの目的に応じて適宜設定することができる。MTF40%以上であれば様々な要求に対応できるため、MTF40%以上であることが望ましい。本実施形態に係るマイクロレンズのレンズ径は50μm以上（より好ましくは70μｍ以上）であるが、静脈の表皮からの深度に対応した位置に高いMTFを示す被写界深度を有することがわかる。

〔第２の実施形態〕
図１０を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１０は、マイクロレンズの上面視形状を説明するための概略的な説明図である。第１の実施形態と異なる点は、マイクロレンズの上面視形状のみである。

図１０に示すように、本実施形態においては、マイクロレンズ５２の上面視形状は四角形状である。マイクロレンズ５２は、幅Ｗ１と幅Ｗ２を有する。幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも大きな値である。ここでは、幅Ｗ１が、５０μｍ以上に設定される。すなわち、マイクロレンズ５２の形状に応じてレンズ幅は所定の範囲を持つが、マイクロレンズ５２の最小のレンズ幅を５０μｍ以上に設定すると良い。このようにすることで、第１の実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

〔第３の実施形態〕
図１１を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１１は、マイクロレンズの上面視形状を説明するための概略的な説明図である。第１の実施形態と異なる点は、マイクロレンズの上面視形状のみである。

図１１に示すように、本実施形態においては、マイクロレンズ５２の上面視形状は六角形状である。マイクロレンズ５２は、幅Ｗ１、幅Ｗ２、および幅Ｗ３を有する。幅Ｗ１、幅Ｗ２、幅Ｗ３らの関係は、Ｗ２＞Ｗ３＞Ｗ１である。ここでは、幅Ｗ１が、５０μｍ以上に設定される。すなわち、マイクロレンズ５２の形状に応じてレンズ幅は所定の範囲を持つが、マイクロレンズ５２の最小のレンズ幅を５０μｍ以上に設定すると良い。このようにすることで、第１の実施形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。

本発明の技術的な範囲は、上述の実施形態に限定されない。マイクロレンズ５２の上面視形状は他の形状であっても良い。光チャネル分離層の具体的な構成は任意である。透明基板とマイクロレンズとは一体成型されるものであっても良いし、透明基板上にマイクロレンズが貼りあわされるものであっても良い。透明基板は、単層に限られず複層であっても良い。光照射デバイスの具体的な構造は任意である。ライトガイドに光反射面を付加し、この光反射面を介して光入射面から光出射面までの光を案内させても良い。取得パターンがマスターパターンに一致するかどうかの具体的な方法は任意である。

生体情報取得装置Ｄ１の概略的な斜視図である。 生体情報取得装置Ｄ１を上面視した構成を説明するための概略的な模式図である。 図１のＡ点側から生体情報取得装置Ｄ１をみた概略的な説明図である。 図１のＢ点側から生体情報取得装置Ｄ１をみた概略的な説明図である。 フォトセンサー３１の画素の配置構成を説明するための概略的な模式図である。 マイクロレンズの上面視形状を説明するための概略的な模式図である。 レンズの機能を説明するための説明図である。 取得される画像を説明するための説明図である。 マイクロレンズの特性を説明するためのグラフである。 マイクロレンズの上面視形状を説明するための概略的な説明図である。 マイクロレンズの上面視形状を説明するための概略的な説明図である。

符号の説明

Ｄ１ 生体情報取得装置
ＬＥａ 光照射デバイス
ＬＥｂ 光照射デバイス
３ａ、３ｂ ライトガイド
４ａ、４ｂ 発光ダイオード
１１ 接着剤
３０ 配線基板
３１ フォトセンサー
３２ 光チャネル分離層
３３ レンズアレイ
３４ バンドパスフィルタ
３５ 半導体集積回路
３６ コネクタ
４０ 遮光膜
４１ 透明層
４２ａ ランド
４２ 透明層
４３ 遮光層
５０ 透明基板
５１ スペーサー
５２ マイクロレンズ

Claims (5)

1. 被検体の所定部分からの反射光又は透過光に基づいて前記所定部分における静脈パターンを撮像する生体情報取得装置であって、
   複数の画素を有する撮像素子と、
   複数の前記画素に対応して設けられた複数のマイクロレンズを有する透明基板と、
   前記マイクロレンズと前記画素間の光チャネル夫々を分離するように形成され、かつ前記画素に対応した開口部が設けられた遮光構造を有する光チャネル分離層と、
   を備え、
   複数の前記マイクロレンズ夫々は、前記所定部分からの光を前記画素に前記開口部を通じて集光し、
   複数の前記マイクロレンズ夫々の最小レンズ幅は５０μｍ以上であり、
   隣接する前記マイクロレンズ間の距離とそれに対応する前記開口部間の距離が略等しいことを特徴とする生体情報取得装置。
2. 複数の前記マイクロレンズは、前記透明基板の主面上にマトリクス状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
3. 前記所定部分に対して照射されるべき光を出射する半導体発光素子を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
4. 前記所定部分に対して照射されるべき光を出射する半導体発光素子と、
   第１面及び前記所定部分に臨む第２面を有し、前記第１面から前記第２面に前記半導体発光素子の出射光を案内するライトガイドと、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
5. 前記光チャネル分離層は、前記撮像素子上に積層され、
   前記透明基板は、前記光チャネル分離層上に積層されることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。

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