CN1543677A - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的摄像装置具备：(1)集束多根具有纤芯和覆盖纤芯外围的包层的光纤而形成，且具有相对光纤的光轴倾斜的光入射面及光出射面的光纤光学板；(2)形成于光纤光学板的光出射面的具有透光性的多个柱状结晶体；(3)具有在半导体基板的主面上呈2维状排列形成的光电转换部，并且与多个柱状结晶体光耦合的固体摄像元件。

Description

摄像装置
                                技术领域
本发明涉及摄像装置，更详细地说，涉及适用于检测指纹等那样存在于测量对象表面的凹凸图案的摄像装置。
                                背景技术
作为摄像装置，在例如日本专利公开特开平7-174947号公报(以下称为文献1)中公开了接合将多根光纤形成一整体的光纤光学板与CCD(电荷耦合器件)图像传感器等的固体摄像元件而成的指纹检测装置。
发明者根据对上面所述已有技术的探讨结果，发现了以下课题。即，在上述文献1中公开的摄像装置中，光纤光学板的光出射面相对光纤的光轴倾斜，该光出射面与固体摄像元件之间直接光耦合。因此，即使使指纹的像通过与光入射斜面接触的手指向光纤光学板内入射，也会有很多光在光出射面反射，其结果是固体摄像元件接收的光量非常少，存在应检测指纹的像变暗、摄像特性恶化等问题。
                                发明内容
本发明是为了解决上述课题而作出的，目的在于提供能够增加从光纤光学板出射并且被固体摄像元件接收的光的光量、谋求提高摄像特性的摄像装置。
本发明所涉及的摄像装置，其特征在于，具有：(1)集束多根具有纤芯和覆盖纤芯外围的包层的光纤而形成、且具有相对光纤的光轴倾斜的光入射面及光出射面的光纤光学板；(2)形成于光纤光学板的光出射面的具有透光性的多个柱状结晶体；以及(3)具有在半导体基板的主面上呈2维状排列形成的光电转换部、并且与多个柱状结晶体光耦合的固体摄像元件。
该摄像元件中，由于多个柱状结晶体在光纤光学板的光出射面形成，因此在各光纤内传播的光在光出射面的反射受到抑制，使多数光入射于多个柱状结晶体。而且，各个柱状结晶体分别像光纤那样起作用，入射的光在柱状结晶体内被引导，同时在出射一侧的端部被散射，多数光从柱状结晶体出射并且被固体摄像装置接收。这样，在该摄像装置中，固体摄像元件接收的光量增多，可以提高摄像特性。
还有，在本发明的摄像装置中，多个柱状结晶体合适地应由CsI、NaI、LiI、KI、KBr、KCl、以及NaCl中的至少任意一种构成。由于这些物质能够构成柱状结晶体，而且，对通过光纤光学板的光具有透光性，因此为理想。
本发明的摄像装置也可以具有这样的特征，即各柱状结晶体光入射侧的端部截面积比各光纤光出射侧的端部截面积小。这样就可以抑制析像度的劣化。
本发明的摄像装置也可以具有这样的特征，即多个柱状结晶体通过在光纤光学板的光出射面进行斜方蒸镀而结晶生长形成。这样就能容易地在光纤光学板的光出射面形成相对该光出射面倾斜的多个柱状结晶体。
本发明通过以下的详细说明及附图可以更充分地得到理解。但这些只是用于例示，而不应该被认为是对本发明的限定。
                           附图的简单说明
图1是显示作为本实施例摄像装置的指纹检测装置的结构的图。
图2是用于对光纤光学板的倾斜角进行说明的图。
图3是显示利用显微镜观察多个柱状结晶体的情况的图。
                          实施发明的最佳形态
以下参考附图就有关本发明摄像装置的最佳实施形态进行说明。还有，附图中对同一要素赋以同一符号，并省略重复的说明。
图1显示作为本实施例摄像装置的指纹检测装置的结构。如图1所示，指纹检测装置10具备光纤光学板20、固体摄像元件30、以及具有透光性的多个柱状结晶体40。
光纤光学板20是集束多根光纤21而形成的。该光纤光学板20具有以相对光纤21的光轴不平行、且不垂直的规定倾斜角θ1倾斜的光入射面25及光出射面26，这些光入射斜面25及光出射面26面对面相互平行。构成该光纤光学板20的光纤21具有纤芯22和覆盖纤芯22外围的包层23，且设定为纤芯22的折射率比包层23的折射率大，光可以沿着纤芯22传播。还有，各个光纤21之间设有光吸收体24，向光纤21入射的光一旦向包层23的外部行进，将被光吸收体24吸收、消灭而不会被导向相邻光纤21。
这里，最好是将倾斜角θ1设定为这样的角度，就是使从空气中向光纤21的纤芯22入射的光在与包层23的边界面上不产生全反射的角度。例如，如图2所示，设若光从与光入射面25大致平行的方向向光纤21内入射时的光纤21内的折射角记为β，该光在纤芯22、包层23的边界面反复全反射行进时对边界面的临界入射角记为α，空气的折射率记为n0，纤芯22的折射率记为n1，包层23的折射率记为n2，则通过将满足以下所示公式(1)、(2)的α、β代入公式(3)，可以求得应设定的倾斜角θ的角度。
n1sinβ＝n0sin90°    (入射角90°的条件)    …  (1)
n1sinα＝n2sin90°    (全反射条件)          …  (2)
θ+(90°+β)+(90°-α)＝180°                 …  (3)
若n0＝1，n1＝1.56，n2＝1.52，则利用这些公式(1)、(2)、(3)，可计算出倾斜角θ＝37°。因此，通过将倾斜角θ1设定为比37°小的角度，则即使有光从空气中向光纤光学板20的光纤21入射，也不会在该光纤21中传播。也就是说，如果这样设定倾斜角θ1，则从空气中向光纤光学板20入射的光将不会从光纤光学板20出射，只有通过与光入射面25接触的物体向光纤光学板20入射的光才从光出射面26出射，就可提高摄像特性。
固体摄像元件30具有在半导体基板的主面上呈2维状排列形成的光电转换部。作为这样的固体摄像元件30，可以列举出CCD图像传感器、CMOS图像传感器等。本实施例中，作为固体摄像元件30，对行间传送式CCD(日文：ィンタ一ラィン転送方式CCD)图像传感器(ITCCD)进行说明。
作为固体摄像元件30的ITCCD中，光电转换部32在N型半导体基板的主面上呈2维状排列形成的P型阱(well)31内形成。在各光电转换部32之间，形成将该光电转换部32中积蓄的信号电荷向垂直方向以及水平方向传送的垂直CCD及水平CCD(未图示)，在其上部设置遮光膜33。因此，通过遮光膜33之间、由光电转换部32接收的光经过光电转换后作为信号电荷被积蓄起来。接着，该信号电荷被垂直CCD及水平CCD传送，从未图示的输出部向图像处理系统输出。
多个柱状结晶体40设置在光纤光学板20的光出射面26上。这些多个柱状结晶体40在使用波长(例如，可视光的波长范围)中具有透光性，并且被设置为其轴(结晶生长方向)相对光纤光学板20的光出射面26倾斜。更详细地说，将各柱状结晶体40设置为在与各光纤21相对光纤光学板20的光入射面25倾斜的方向相同的方向上，相对光出射面26以规定倾斜角θ2(θ2≤90°)倾斜。
在本实施例的指纹检测装置10中，最好是将该倾斜角θ2设定为使在柱状结晶体40中传播、从出射侧的端部出射的光向固体摄像装置30垂直入射的角度。如果是这样的话，就可以使更多的光从柱状结晶体40出射并且被固体摄像元件30接收，因此可以提高摄像特性。
最好是这些柱状结晶体40由CsI、NaI、LiI、KI、KBr、KCl、以及NaCl中的至少任意一种构成。由于这些物质能够构成柱状结晶体，而且对通过光纤光学板20的光具有透光性，因而为理想。
这里，最好是各柱状结晶体40的粗细比各光纤21细，各柱状结晶体40光入射侧的端部截面积比各光纤21光出射侧的端部截面积小。这样，就可抑制测量对象物的析像度的劣化。
又，最好是，柱状结晶体40的折射率比光纤21的纤芯22的折射率大。这样就更能抑制光在光纤光学板20的光出射面26的反射，能够将更多的光导向柱状结晶体40中。而且，由于上述的CsI等物质的折射率为1.5～2.0左右，因此最好是适当选择光纤21，使光纤21的纤芯22的折射率小于这些数值。
这样的多个柱状结晶体40可通过将上述CsI等物质斜方蒸镀在光纤光学板20的光出射面26上的方法容易地形成。此时，最好是各柱状结晶体40的长度在50μm～500μm左右。图3显示了利用显微镜观察到的将CsI斜方蒸镀在光纤光学板20的光出射面26上形成的柱状结晶体40的情况。如图所示，CsI的多个柱状结晶体40在光纤光学板20的光出射面26上密集形成。本实施例中，各柱状结晶体40的长度为100μm左右，其粗细(截面积)为50μm2左右。
而且，斜方蒸镀有多个柱状结晶体40的光纤光学板20与固体摄像元件30可利用粘合剂粘合固定。
这样，在多个柱状结晶体40与固体摄像元件30光耦合的状态下，光纤光学板20、多个柱状结晶体40以及固体摄像元件30组合在一起，以此构成指纹检测装置10。
以下对本实施例的指纹检测装置10的作用以及效果进行说明。
本实施例的指纹检测装置10中，由于多个柱状结晶体40在光纤光学板20的光出射面26上形成，因而在各光纤21内传播的光在光出射面26上的反射受到抑制，多数光向多个柱状结晶体40入射。而且，各柱状结晶体40分别像光纤那样起作用，入射的光在柱状结晶体内被引导，同时由于所谓的屏蔽(screen)功能致使光在出射侧的端部被散射，多数光从柱状结晶体40出射且被固体摄像元件30接收。这样，在该指纹检测装置10中，固体摄像元件30所接收的光量变多，可提高摄像特性。
又，本实施例的指纹检测装置10中，通过将CsI等物质斜方蒸镀在光纤光学板20的光出射面26上作为多个柱状结晶体40，能够使装置的构成小型化。
还有，在日本专利公开特开平9-288223号公报中公开了将第1光纤光学板与倾斜角比该第1光纤光学板大的第2光纤光学板加以粘合，并且将其与CCD图像传感器等的固体摄像元件粘合而形成的指纹检测装置。在这种指纹检测装置中，由于从第2光纤光学板的光出射面出射的光的出射角度变大，因此出射的光量也变大，应检测指纹的像变得明晰，能谋求提高摄像特性。然而，该指纹检测装置存在这样的问题，就是将2块光纤光学板加以粘合时必须进行高度的将其位置对齐的操作，制造并非容易，此外还必须使用2块昂贵的光纤光学板，因而成本变高。相反，本实施例的指纹检测装置10具有以下优点，即不需要进行这样对齐位置的操作，容易制造，而且光纤光学板20只要有1块就足够了，因此对成本也有利，而且通过将柱状结晶体40做成薄形可以使装置本身的结构小型化。
根据以上对本发明的说明，显而易见可对本发明进行种种变形。这样的变形不可认为是脱出了本发明的思想及范围，对于所有本行业的技术人员来说不言自明的改良，应包含于本发明要求的权利要求范围中。
                           工业上的可利用性
采用本发明，提供能够增加从光纤光学板出射且被固体摄像元件接收的光的光量、并且能够谋求提高摄像特性的摄像装置。

Claims (4)

1.一种摄像装置，其特征在于，具备：
集束多根具有纤芯和覆盖该纤芯外围的包层的光纤而形成，且具有相对该光纤的光轴倾斜的光入射面及光出射面的光纤光学板；
形成于所述光纤光学板的所述光出射面的具有透光性的多个柱状结晶体；
具有在半导体基板的主面上呈2维状排列形成的光电转换部、并且与所述多个柱状结晶体光耦合的固体摄像元件。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个柱状结晶体是由CsI、NaI、LiI、KI、KBr、KCl、以及NaCl中的至少任意一种构成。
3.根据权利要求1或者2所述的摄像装置，其特征在于，
所述各柱状结晶体光入射侧的端部截面积比所述各光纤光出射侧的端部截面积小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的摄像装置，其特征在于，
所述多个柱状结晶体通过在所述光纤光学板的所述光出射面上进行斜方蒸镀而结晶生长形成。
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