JP2008167792A - Biological information acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体情報取得デバイスに関する。 The present invention relates to a biological information acquisition device.
現代の情報化社会においては、個人の所有物や情報に対するセキュリティー技術が重要視されている。クレジットカードの利用、銀行預金の預け入れ等、エントランスでの個人認証に際して、本人確認の手段として署名、暗証番号、あるいは指紋照合等を用いるシステムが開発されている。その中で、利便性及び機密性に優れた個人認証技術として、生体部位における情報(生体情報)を用いた個人認証技術(いわゆるバイオメトリクス個人認証技術)が注目されている。 In modern information society, security technology for personal property and information is regarded as important. A system that uses a signature, a personal identification number, or fingerprint verification as a means of personal identification has been developed for personal authentication at the entrance, such as using a credit card or depositing a bank deposit. Among them, attention has been focused on personal authentication technology (so-called biometrics personal authentication technology) using information (biological information) in a biological part as a personal authentication technology excellent in convenience and confidentiality.
バイオメトリクス個人認証技術としては、指紋、虹彩、音声、顔、静脈を利用したものが検討されている。顔や音声による認証は認証率が高くない。従って、顔や音声による認証技術の実用化には、まだ時間が必要である。他方、静脈を利用した個人認証においては、生体の内部情報を利用しているため、生体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。 Biometrics personal authentication technology that uses fingerprints, irises, voices, faces, and veins is being studied. Authentication by face or voice is not high. Therefore, it still takes time to put the authentication technology using face and voice into practical use. On the other hand, in personal authentication using veins, since internal information of a living body is used, it is difficult to disguise biometric data, and high security can be ensured.
ヒトの指の静脈パターンに基づいて固体認証を行う場合には、一般的に近赤外領域の波長の光(以下、単に近赤外線と呼ぶ)が用いられる。なぜなら、近赤外線は、生体を構成する水に対しては透過率が高く、静脈を流れる赤血球に含まれるヘモグロビン(Hb)に対しては透過率が低いからである。よって、近赤外線をヒトの所定部位に照射し、所定部位からの反射光を画像化することにより、所定部位における静脈のパターン情報を取得することができる。 When solid-state authentication is performed based on a human finger vein pattern, light having a wavelength in the near-infrared region (hereinafter simply referred to as near-infrared light) is generally used. This is because near infrared rays have a high transmittance for water constituting the living body and a low transmittance for hemoglobin (Hb) contained in red blood cells flowing through veins. Therefore, it is possible to acquire vein pattern information at a predetermined part by irradiating a predetermined part of a human with near infrared rays and imaging reflected light from the predetermined part.
生体情報を取得する装置としては、特許文献1記載のものが知られている。特許文献1記載の撮像装置では、光源(100)、支持台(300)、画像認証部(200)を積層させている。
ところで、画像の品質を高めるためには、撮像装置の波長感度特性を考慮して照射する光の波長を決定すると良い。しかしながら、上述のように、静脈パターンを撮像しようとする場合には、生体を構成する水に対して透過率が高く、静脈を流れる赤血球に含まれるヘモグロビン(Hb)に対しては透過率が低い近赤外線を用いる必要がある。撮像装置によっては、近赤外線に対する感度が不十分であるため、良質な画像を取得することができない場合がある。 By the way, in order to improve the quality of an image, it is preferable to determine the wavelength of light to be irradiated in consideration of the wavelength sensitivity characteristic of the imaging device. However, as described above, when imaging a vein pattern, the transmittance is high for water constituting the living body, and the transmittance is low for hemoglobin (Hb) contained in red blood cells flowing through the vein. It is necessary to use near infrared rays. Depending on the imaging device, the sensitivity to near-infrared light is insufficient, so that a high-quality image may not be acquired.
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、撮像装置の波長感度特性に基づいて照射する光の波長を選択することができない場合であっても、より良質な画像を取得することができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and even when the wavelength of light to be irradiated cannot be selected based on the wavelength sensitivity characteristic of the imaging device, a higher quality image is obtained. The purpose is to be able to get.
本発明にかかる生体情報取得デバイスは、検査光を生体部位に出射し、生体部位からの反射光又は透過光を受光して撮像する生体情報取得デバイスであって、(1)前記検査光を生成する発光装置と、(2)複数の画素を含む撮像領域を有し、前記検査光の波長とは異なる波長の光に対してより高い感度を有する撮像装置と、(3)入力された前記検査光を、前記撮像装置の感度が高くなるように、前記検査光の波長とは異なる波長の光に変換し、前記撮像領域に出力する波長変換素子と、を備える。 A biological information acquisition device according to the present invention is a biological information acquisition device that emits inspection light to a biological part and receives reflected light or transmitted light from the biological part to capture an image. (1) Generates the inspection light And (2) an imaging device having an imaging region including a plurality of pixels and having higher sensitivity to light having a wavelength different from the wavelength of the inspection light, and (3) the input inspection A wavelength conversion element that converts light into light having a wavelength different from the wavelength of the inspection light and outputs the light to the imaging region so that the sensitivity of the imaging device is increased.
波長変換素子は、撮像装置の感度が高くなるように、検査光の波長をシフトさせる。そして、波長がシフトされた光が撮像装置の撮像領域に入力される。従って、撮像装置の波長感度特性に基づいて照射する光の波長を選択することができない場合であっても、より良質な画像を取得することができる。 The wavelength conversion element shifts the wavelength of the inspection light so that the sensitivity of the imaging device is increased. Then, the light whose wavelength is shifted is input to the imaging region of the imaging device. Therefore, even when it is not possible to select the wavelength of light to be irradiated based on the wavelength sensitivity characteristic of the imaging device, it is possible to obtain a higher quality image.
前記撮像装置は、前記検査光の波長よりも短い波長の光に対してより高い感度を有し、前記波長変換素子は、入力された前記検査光を前記検査光の波長よりも短い波長の光に変換し、前記撮像領域に出力する、とよい。一般的な撮像装置を用いて生体情報取得デバイスを実現することができる。 The imaging apparatus has higher sensitivity to light having a wavelength shorter than the wavelength of the inspection light, and the wavelength conversion element converts the input inspection light into light having a wavelength shorter than the wavelength of the inspection light. And output to the imaging area. A biological information acquisition device can be realized using a general imaging device.
前記検査光は、700nm〜1000nmの範囲内の波長の光である、とよい。静脈認証に適した生体情報デバイスを実現できる。 The inspection light may be light having a wavelength within a range of 700 nm to 1000 nm. A biometric information device suitable for vein authentication can be realized.
前記撮像装置は、複数の前記画素に対応して、絶縁基板上に互いに離間して形成された複数の半導体層を含むとともに、700nmよりも短い波長の光に対して最も高い感度を有する、とよい。一般的な撮像装置を用いて生体情報取得デバイスを実現することができる。 The imaging device includes a plurality of semiconductor layers formed on an insulating substrate so as to correspond to the plurality of pixels, and has the highest sensitivity to light having a wavelength shorter than 700 nm. Good. A biological information acquisition device can be realized using a general imaging device.
前記波長変換素子は、前記検査光を吸収し、前記検査光とは異なる波長の光を放出する活性元素を含む板状のガラスである、と良い。一般的な波長変換素子を用いて生体情報取得デバイスを実現することができる。 The wavelength conversion element may be a plate-like glass including an active element that absorbs the inspection light and emits light having a wavelength different from that of the inspection light. A biological information acquisition device can be realized using a general wavelength conversion element.
複数の前記画素に対応して設けられる複数のレンズを有するレンズアレイをさらに備え、前記レンズアレイに含まれる複数の前記レンズは、板状部材としての前記波長変換素子の第1面上に形成される、とよい。レンズアレイを備えることによって、より高い精度で生体情報を取得することができる。また、波長変換素子がレンズ形成用の基板を兼ねるため、デバイスの厚みが増加することも抑制される。 A lens array having a plurality of lenses provided corresponding to the plurality of pixels is further provided, and the plurality of lenses included in the lens array are formed on a first surface of the wavelength conversion element as a plate-like member. It is good. By providing the lens array, it is possible to acquire biological information with higher accuracy. In addition, since the wavelength conversion element also serves as a lens forming substrate, an increase in the thickness of the device is also suppressed.
複数の前記レンズの各集光箇所に対応して形成された複数の開口を有する遮光層をさらに備え、当該遮光層は、板状部材としての前記波長変換素子の第2面上に形成される、とよい。遮光層を備えることによって、より高い精度で生体情報を取得することができる。また、波長変換素子が遮光層形成用の基板を兼ねるため、デバイスの厚みが増加することも抑制される。 A light shielding layer having a plurality of openings formed corresponding to each condensing portion of the plurality of lenses is further provided, and the light shielding layer is formed on the second surface of the wavelength conversion element as a plate-like member. Good. By providing the light shielding layer, biological information can be acquired with higher accuracy. Moreover, since the wavelength conversion element serves as the substrate for forming the light shielding layer, an increase in the thickness of the device is also suppressed.
本発明にかかる生体情報取得デバイスは、検査光を生体部位に出射し、生体部位からの反射光又は透過光を受光して撮像する生体情報取得デバイスであって、(1)前記検査光を生成する発光装置と、(2)生体部位から反射又は透過された前記検査光を撮像装置の画素に集光する複数のレンズを有するレンズアレイと、(3)複数の前記レンズの各集光箇所に対応して配置された複数の開口を有する遮光層と、(4)前記開口を通過して入射される前記検査光を光電変換する複数の画素を含む撮像領域を有し、前記検査光の波長とは異なる波長の光に対してより高い感度を有する撮像装置と、(5)入力された前記検査光を、前記撮像装置の感度が高くなるように、前記検査光の波長とは異なる波長の光に変換し、前記撮像領域に出力する波長変換素子と、を備える。 A biological information acquisition device according to the present invention is a biological information acquisition device that emits inspection light to a biological part and receives reflected light or transmitted light from the biological part to capture an image. (1) Generates the inspection light A light emitting device, (2) a lens array having a plurality of lenses for condensing the inspection light reflected or transmitted from a living body part on a pixel of the imaging device, and (3) at each condensing portion of the plurality of lenses A light-shielding layer having a plurality of correspondingly disposed openings, and (4) an imaging region including a plurality of pixels that photoelectrically convert the inspection light incident through the openings, and the wavelength of the inspection light An imaging device having higher sensitivity to light of a different wavelength from (5), and (5) the input inspection light having a wavelength different from the wavelength of the inspection light so as to increase the sensitivity of the imaging device. Convert to light and output to the imaging area Comprises a long transform element.
波長変換素子は、撮像装置の感度が高くなるように、検査光の波長をシフトさせる。そして、波長がシフトされた光が撮像装置の撮像領域に入力される。従って、撮像装置の波長感度特性に基づいて照射する光の波長を選択することができない場合であっても、より良質な画像を取得することができる。また、レンズアレイ及び遮光層を備えることにより、より高い精度で生体情報を取得することができる。 The wavelength conversion element shifts the wavelength of the inspection light so that the sensitivity of the imaging device is increased. Then, the light whose wavelength is shifted is input to the imaging region of the imaging device. Therefore, even when it is not possible to select the wavelength of light to be irradiated based on the wavelength sensitivity characteristic of the imaging device, it is possible to obtain a higher quality image. In addition, by providing the lens array and the light shielding layer, biological information can be acquired with higher accuracy.
前記撮像装置は、前記検査光の波長よりも波長が短い光に対してより高い感度を有し、前記波長変換素子は、入力された前記検査光を前記検査光の波長よりも短い波長の光に変換し、前記撮像領域に出力する、とよい。一般的な撮像装置を用いて生体情報取得デバイスを実現することができる。 The imaging apparatus has higher sensitivity to light having a shorter wavelength than the wavelength of the inspection light, and the wavelength conversion element converts the input inspection light into light having a wavelength shorter than the wavelength of the inspection light. And output to the imaging area. A biological information acquisition device can be realized using a general imaging device.
前記検査光は、700nm〜1000nmの範囲内の波長の光である、とよい。静脈認証に適した生体情報デバイスを実現できる。 The inspection light may be light having a wavelength within a range of 700 nm to 1000 nm. A biometric information device suitable for vein authentication can be realized.
前記撮像装置は、複数の前記画素に対応して、絶縁基板上に互いに離間して形成された複数の半導体層を含むとともに、700nmよりも短い波長の光に対して最も高い感度を有する、と良い。一般的な撮像装置を用いて生体情報取得デバイスを実現することができる。 The imaging device includes a plurality of semiconductor layers formed on an insulating substrate so as to correspond to the plurality of pixels, and has the highest sensitivity to light having a wavelength shorter than 700 nm. good. A biological information acquisition device can be realized using a general imaging device.
前記波長変換素子は、前記検査光を吸収し、前記検査光とは異なる波長の光を放出する活性元素を含む板状のガラスである、と良い。一般的な波長変換素子を用いて生体情報取得デバイスを実現することができる。 The wavelength conversion element may be a plate-like glass including an active element that absorbs the inspection light and emits light having a wavelength different from that of the inspection light. A biological information acquisition device can be realized using a general wavelength conversion element.
前記レンズアレイに含まれる複数の前記レンズは、板状部材としての前記波長変換素子の第1面上に形成される、とよい。波長変換素子がレンズ形成用の基板を兼ねるため、デバイスの厚みが増加することも抑制される。 The plurality of lenses included in the lens array may be formed on a first surface of the wavelength conversion element as a plate-like member. Since the wavelength conversion element also serves as a lens forming substrate, an increase in the thickness of the device is also suppressed.
前記遮光層は、板状部材としての前記波長変換素子の第2面上に形成される、とよい。波長変換素子が遮光層形成用の基板を兼ねるため、デバイスの厚みが増加することも抑制される。 The said light shielding layer is good to be formed on the 2nd surface of the said wavelength conversion element as a plate-shaped member. Since the wavelength conversion element also serves as the substrate for forming the light shielding layer, an increase in the thickness of the device is also suppressed.
撮像装置の波長感度特性に基づいて照射する光の波長を選択することができない場合であっても、より良質な画像を取得することができる。 Even when it is not possible to select the wavelength of the light to be irradiated based on the wavelength sensitivity characteristic of the imaging device, it is possible to obtain a higher quality image.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each embodiment is simplified for convenience of explanation. Since the drawings are simple, the technical scope of the present invention should not be interpreted narrowly based on the drawings. The drawings are only for explaining the technical matters, and do not reflect the exact sizes or the like of the elements shown in the drawings. The same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Words indicating directions such as up, down, left, and right are used on the assumption that the drawing is viewed from the front.
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態について、図1乃至図6を用いて説明する。図1は、生体情報取得デバイスD1の概略的な斜視図である。図2は、生体情報取得デバイスD1の概略的な上面図である。図3は、図2のX−X間の生体情報取得デバイスD1の概略的な端面図である(バンドパスフィルタ34から上の部分に限る)。図4は、図1のA点側から生体情報取得デバイスD1をみた概略的な説明図である。図5は、図1のB点側から生体情報取得デバイスD1をみた概略的な説明図である。なお、図4及び図5では、説明の便宜上、A点又はB点から生体情報取得デバイスD1をみた概略的な断面図も合わせて図示している。図6は、TFTセンサーの感度特性が向上することを説明するための説明図である。図7に、TFTセンサー31の概略的な断面図である。
[First Embodiment]
A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view of the biological information acquisition device D1. FIG. 2 is a schematic top view of the biological information acquisition device D1. FIG. 3 is a schematic end view of the biological information acquisition device D1 between XX in FIG. 2 (limited to the upper part from the bandpass filter 34). FIG. 4 is a schematic explanatory view of the biological information acquisition device D1 as viewed from the point A in FIG. FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of the biological information acquisition device D1 as seen from the point B side in FIG. 4 and 5 also show schematic sectional views of the biological information acquisition device D1 from the point A or the point B for convenience of explanation. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining that the sensitivity characteristic of the TFT sensor is improved. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the
図1に示すように、生体情報取得デバイスD1は、配線基板30、TFT(Thin Film Transistor)センサー(撮像装置)31、波長変換部材(波長変換素子)60、光チャネル分離層32、マイクロレンズアレイ33、バンドパスフィルタ34、光照射デバイスLEa、LEbを備える。
As shown in FIG. 1, the biological information acquisition device D1 includes a
生体情報取得デバイスD1は、次のように動作する。光照射デバイスLEa及びLEbから、生体情報取得デバイスD1の表面領域R1上に載せられる指(図3乃至図5で図示する)に向けて、検査光が出射される。なお、検査光は、近赤外領域の波長(波長:700nm〜1000nm)の光である。ここでは、検査光の波長は、760nmである。検査光は、指内における反射を受けて、バンドパスフィルタ34の主面34aの表面領域R1に入射される。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、マイクロレンズアレイ33、光チャネル分離層32、波長変換部材60をこの順で通過し、TFTセンサー31の撮像領域R2の画素で受光される。TFTセンサー31の各画素では、検出された検査光が光電変換される。そして、TFTセンサー31からは、画像信号が出力される。なお、検査光は、指内の静脈で吸収される。よって、TFTセンサー1から得られる画像には、検査されたヒトの静脈パターンが現れる。このようにして取得された画像(画像情報)を利用して、検査されたヒトが、あらかじめ設定された特定のヒトであるのかが、後続の処理回路等により判断される。
The biological information acquisition device D1 operates as follows. Inspection light is emitted from the light irradiation devices LEa and LEb toward the finger (illustrated in FIGS. 3 to 5) placed on the surface region R1 of the biological information acquisition device D1. The inspection light is light having a wavelength in the near infrared region (wavelength: 700 nm to 1000 nm). Here, the wavelength of the inspection light is 760 nm. The inspection light receives reflection in the finger and enters the surface region R1 of the
なお、表面領域R1は、指(生体部位)から反射された検査光が入射される生体情報取得デバイスD1の表面領域である。ここでは、表面領域R1は、バンドパスフィルタ34の主面34aと一致する。
The surface region R1 is a surface region of the biological information acquisition device D1 into which the inspection light reflected from the finger (biological part) is incident. Here, the surface region R <b> 1 coincides with the
次に、図2に、生体情報取得デバイスD1の上面の概略的な構成を示す。図2に示すように、表面領域R1を挟んで、光照射デバイスLEaと光照射デバイスLEbとが対向して配置されている。 Next, FIG. 2 shows a schematic configuration of the upper surface of the biological information acquisition device D1. As shown in FIG. 2, the light irradiation device LEa and the light irradiation device LEb are arranged to face each other with the surface region R1 interposed therebetween.
図2に示すように、光照射デバイスLEaは、遮光板2a上に、ライトガイド3a、発光ダイオード(発光装置)4a、発光ダイオード5aを有する。
As shown in FIG. 2, the light irradiation device LEa includes a
ライトガイド3aは、上面視形状が五辺形状の板状部材である。また、ライトガイド3aは、検査光に対して実質的に透明な部材(透過率90%以上。ここでは、透過率99%)であり、ポリイミド等の樹脂材料から構成される。
The
また、ライトガイド3aは、光入射面3a2、光反射面3a3、光反射面3a4、光入射面3a5を側面に有する。光入射面3a2及び光入射面3a5は、x軸を長手方向として、x軸に沿って延びる平坦な面である。光入射面3a2には、発光ダイオード5aが接着剤11を介して取り付けられる。光入射面3a5には、発光ダイオード4aが接着剤11を介して取り付けられる。換言すると、光入射面3a2には発光ダイオード5aが接着剤11を介して光結合され、光入射面3a5には発光ダイオード4aが接着剤11を介して光結合される。
The
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4a、5a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4a、5aは、電流が与えられることにより近赤外線(波長:760nm)を発光する。
The adhesive 11 has a high transmittance with respect to the inspection light and is substantially transparent with respect to the inspection light. Therefore, good optical coupling can be ensured between the light incident surface and the light emitting diode. The
光出射面3a1は、表面領域R1上に載せられる指(図3乃至図5で図示する)に臨む側面である。光出射面3a1は、z軸を長手方向としてz軸に沿って延びる平坦な面である。光反射面3a3及び光反射面3a4は、光出射面3a1に対向する側面である。光反射面3a3及び光反射面3a4も、z軸を長手方向としてz軸に沿って延びる平坦な面である。光反射面3a3は、光入射面3a2からz軸に沿って延びるに従って、光出射面3a1から離れる。光反射面3a3は、光入射面3a5からz軸に沿って延びるに従って、光出射面3a1から離れる。 The light emission surface 3a1 is a side surface facing a finger (illustrated in FIGS. 3 to 5) placed on the surface region R1. The light emitting surface 3a1 is a flat surface extending along the z axis with the z axis as the longitudinal direction. The light reflecting surface 3a3 and the light reflecting surface 3a4 are side surfaces facing the light emitting surface 3a1. The light reflecting surface 3a3 and the light reflecting surface 3a4 are also flat surfaces extending along the z axis with the z axis as the longitudinal direction. The light reflecting surface 3a3 moves away from the light emitting surface 3a1 as it extends from the light incident surface 3a2 along the z-axis. The light reflecting surface 3a3 moves away from the light emitting surface 3a1 as it extends along the z-axis from the light incident surface 3a5.
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に対応し、光反射面3b3が光反射面3a3に対応し、光反射面3b4が光反射面3a4に対応し、光入射面3b5が光入射面3a5に対応する。
The configuration of the
ここで、光照射デバイスLEaの機能について説明する。発光ダイオード4aから出射された検査光は、接着剤11を介して、ライトガイド3aの光入射面3a5に入射され、ライトガイド3aのコア層7a(図3を用いて後述する)に閉じ込められた状態で、z軸に沿ってライトガイド3a内を伝播する。光入射面3a2に入射された検査光は、後述の光反射面3a3で反射され、光出射面3a1に案内される。なお、光入射面3a5に入射された検査光を、光出射面3a1に沿って伝播させることにより、ライトガイド3aの全体の大きさを小さくすることができる。光出射面3a1は、指の側面に沿って、ある程度の幅を有するように設定されるからである。
Here, the function of the light irradiation device LEa will be described. The inspection light emitted from the
発光ダイオード5aから出射された検査光は、接着剤11を介して、ライトガイド3aの光入射面3a2に入射され、ライトガイド3aのコア層7aに閉じ込められた状態で、z軸に沿ってライトガイド3a内を伝播する。光入射面3a2に入射された検査光は、後述の光反射面3a4で反射されて、光出射面3a1に案内される。なお、上述した場合と同様に、光入射面3a2に入射された検査光を、光出射面3a1に沿って伝播させることにより、ライトガイド3aの全体の大きさを小さくすることができる。
The inspection light emitted from the
ライトガイド3aの光出射面3a1のコア層7aからは、光出射面3a1の長手方向に沿って実質的に均一な強度の検査光が出射される。換言すると、ライトガイド3aの光出射面3a1のコア層7aからは、z軸(ライトガイドを構成する層の積層方向に直交する軸)に沿って実質的に均一な強度の検査光が出射される。なお、実質的に均一な強度の検査光が出射される光出射面3a1の範囲(所定領域)は、光出射面3a1の幅と略等しい。
From the
光出射面3a1の長手方向に沿って実質的に均一な強度の検査光が出射されるのは、光反射面3a3及び光出射面3a5のそれぞれに複数の反射面(不図示)が設けられているためである。換言すると、光反射面3a3及び光反射面3a5には、光出射面3a1の長手方向に沿って実質的に均一な強度の検査光が出射されるように、複数の反射面が配置されているからである。なお、光反射面3a3及び光反射面3a5に設けられる反射面は、y軸(ライトガイドを構成する層の積層方向に一致する軸)に沿って延びる複数の溝10をライトガイド3aの光反射面3a3に設けることで形成するとよい。また、光反射面に設けられる複数の反射面の配置位置は、発光ダイオードの特性に応じて適宜設定されるものである。よって、光反射面3a3を、光入射面3a2から光反射面3a4に向けて外側に膨らむ円弧状に形成しても良い。同様に、光反射面3a4を、光入射面3a5から光反射面3a3に向けて外側に膨らむ円弧状に形成しても良い。
The inspection light having substantially uniform intensity is emitted along the longitudinal direction of the light emitting surface 3a1 because each of the light reflecting surface 3a3 and the light emitting surface 3a5 is provided with a plurality of reflecting surfaces (not shown). Because it is. In other words, a plurality of reflecting surfaces are arranged on the light reflecting surface 3a3 and the light reflecting surface 3a5 so that inspection light having substantially uniform intensity is emitted along the longitudinal direction of the light emitting surface 3a1. Because. The light reflecting surface 3a3 and the reflecting surface provided on the light reflecting surface 3a5 are light reflected by the
光照射デバイスLEbの機能は、光照射デバイスLEaの機能と同様である。すなわち、発光ダイオード4bが発光ダイオード4aに対応し、光入射面3b5が光入射面3a5に対応し、光出射面3b1が光出射面3a1に対応し、光反射面3b3が光反射面3a3に対応する。また、発光ダイオード5bが発光ダイオード5aに対応し、光入射面3b2が光入射面3a2に対応し、光出射面3b1が光出射面3a1に対応し、光反射面3b4が光反射面3a4に対応する。
The function of the light irradiation device LEb is the same as the function of the light irradiation device LEa. That is, the
図3に、図2のX−X間の生体情報取得デバイスD1の概略的な構成図(バンドパスフィルタ34から上の部分に限る)を示す。図3に示すように、バンドパスフィルタ34の主面34a上には、光照射デバイスLEa及びLEbが配置されている。
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the biological information acquisition device D1 between XX in FIG. 2 (limited to the upper part from the band pass filter 34). As shown in FIG. 3, light irradiation devices LEa and LEb are disposed on the
光照射デバイスLEaは、遮光板2aの上にライトガイド3aを有する。ライトガイド3aは、y軸に沿って、クラッド層(第1クラッド層)6a、コア層7a、クラッド層(第2クラッド層)8aが積層された積層体として構成される。クラッド層6aとクラッド層8aの屈折率は等しい。クラッド層6a及びクラッド層8aの屈折率は、ともにコア層7aよりも低い。よって、効果的に伝播する検査光を閉じ込めることができる。
The light irradiation device LEa has a
図3に示すように、光出射面3a1は、出射される検査光の出射方向を規定するためにテーパー状にカットされている。換言すると、ライトガイド3aの表面領域R1側の端部には、表面領域R1に向かって、その上面からその下面に傾斜する面(表面領域R1上に載せられる指100に望む面)が設けられている。つまり、ライトガイド3aは、表面領域R1に近づくにつれて厚み(y軸に沿う幅)が薄くなる先細りの端部を有する。テーパー状にカットされた端部に応じて、ライトガイド3aの上面はライトガイド3bの下面よりも狭い。なお、かかる構成により、ヒトの指100に対する物理的なストレスも緩和されている。
As shown in FIG. 3, the light exit surface 3a1 is cut into a tapered shape in order to define the exit direction of the emitted inspection light. In other words, at the end of the
遮光板2aは、上述のように、金属材料から構成された板状部材である。遮光板2aは、発光ダイオード4a、5aから出射される検査光に対して実質的に不透明である。遮光板2aは、ライトガイド3aの光出射面3a1よりも表面領域R1側に突出している部分を有する。ここでは、図3に示すように、遮光板2aは、幅W3分だけ光出射面3a1より表面領域R1側に突出している部分を有する。このように突出した部分を遮光板2aが有することにより、光出射面3a1から表面領域R1に向けて出射された検査光は、遮光板2aにて反射される。よって、光出射面3a1から表面領域R1に直接検査光が入射されることが抑制される。なお、遮光板2aも、ライトガイド3aと同様に先細りの構成としてもよい。
The
なお、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、クラッド層6bはクラッド層6aに対応し、コア層7bはコア層7aに対応し、クラッド層8bはクラッド層8aに対応する。また、光照射デバイスLEbの遮光板2bは、光照射デバイスLEaの遮光板2aの構成と等しい。但し、遮光板2bは、幅W4分だけ光出射面3b1から表面領域R1側に突出している部分を有する。尚、ここでは、幅W3と幅W4は実質的に等しい。
The configuration of the
図3に模式的に示すように、光照射デバイスLEaの光出射面3a1のコア層7aから出射された検査光は、ヒトの指100の静脈101に吸収される。また、光照射デバイスLEbの光出射面3b1のコア層7bから出射された検査光は、ヒトの指100の内部で反射され、表面領域R1に入射する。なお、図3の模式図からも明らかなように、光出射面3a1は、ヒトの指100の側面に対向して配置される。
As schematically shown in FIG. 3, the inspection light emitted from the
図4に、図1のA点側から生体情報取得デバイスD1をみた概略的な説明図を示す。図4にあわせて、図5に、図1のB点側から生体情報取得デバイスD1をみた概略的な説明図を示す。以下、図4及び図5を参照して説明する。 FIG. 4 shows a schematic explanatory view of the biological information acquisition device D1 from the point A side in FIG. In conjunction with FIG. 4, FIG. 5 shows a schematic explanatory view of the biological information acquisition device D1 from the point B side in FIG. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
図4に示すように、配線基板30の上面には、TFTセンサー31、波長変換部材60、光チャネル分離層32、マイクロレンズアレイ33、バンドパスフィルタ34、光照射デバイスLEa、LEb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。
As shown in FIG. 4, on the upper surface of the
光照射デバイスLEa、LEbの構成は、上述したとおりである。但し、図4及び図5においては、遮光板2a及び遮光板2bの表面領域R1側の端部には、ライトガイド3a、3bと同様に、テーパー状にカットされている。かかる構成により、ヒトの指100に対する物理的なストレスを緩和することができる。
The configurations of the light irradiation devices LEa and LEb are as described above. However, in FIG.4 and FIG.5, the edge part by the side of surface region R1 of the light-shielding
バンドパスフィルタ34は、検査光が含まれる近赤外領域の光(700nm〜1000nm、より好ましくは、700nm〜800nm)のみを通過させる板状の光学部材である。光照射デバイスLEa、LEbは、バンドパスフィルタ34の上面に固定される。
The
マイクロレンズアレイ33は、バンドパスフィルタ34の下層に配置される。マイクロレンズアレイ33は、透明基板50、レンズ52、スペーサー層51を有する。透明基板50の上面には、TFT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レンズ52と、バンドパスフィルタ34を支持するためのスペーサー層とが配置される。透明基板50及びレンズ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、いわゆる石英基板である。レンズ52は、透明基板50に形成されたレジスト層が、グレイスケールマスクを用いたホトリソグラフィーにより部分的に除去されて形成される光学部材である。
The
光チャネル分離層32は、マイクロレンズアレイ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、レジスト層(遮光層)43を有する。
The optical
遮光膜40は、通常の半導体プロセス技術(スパッタ、蒸着等)に基づいて、金属材料がマイクロレンズアレイ33の下面に格子状に形成された層である。遮光膜40は、TFTセンサー31の各画素PXに対応してマトリクス状に形成された複数の開口OP1を有する。尚、複数の開口OP1とは、光学的な意味での開口を意味する。ここでは、開口OP1には、第1透明層41が充填されている。
The
第1透明層41は、樹脂材料からなるレジスト層であって、検査光に対して実質的に透明である。第1透明層41は、遮光膜40が形成された後、通常のコート法(スピンコート法等)により、マイクロレンズアレイ33の下面に形成される。
The first
第2透明層42は、第1透明層41と同じ材料からなるレジスト層である。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、通常のコート法(スピンコート法等)により、第1透明層41の下面に第2透明層42が形成された後、その第2透明層42に格子状の溝が形成されることで形成される。つまり、格子状の溝が形成されることにより、互いに分離された複数のランド42aが形成される。分離されたランド42aは、TFT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。
The second
分離されたランド42aの間には、レジスト層43が充填される。また、第2透明層42とTFTセンサー31との間にも、レジスト層43が積層される。レジスト層43は、検査光を吸収する材料(フタロシアニン等)を含むレジストであって、遮光層として機能する。レジスト層43は、スピンコート法等に基づいて、第2透明層42に形成された溝を充填するようにレジスト材料が塗布されることで形成される。そして、ホトリソグラフィーに基づいて、第2透明層42の下面に塗布されたレジスト層43には、マイクロレンズアレイ33の各レンズ52の集光箇所に対応するように複数の開口OP3が形成される。なお、開口OP3は、TFTセンサー31の各画素PXの配置位置にも対応する。開口OP2は、TFT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。
A resist
本実施形態においては、波長変換部材60がTFTセンサー31の上層(光チャネル分離層32の下層)に配置される。波長変換部材60は、近赤外領域の光を可視領域の光に変換する板状のガラス層であって、活性元素(Yb)がドープされている。ここでは、波長変換部材60は、フッ化物微結晶を含む透明結晶化ガラス(商品名:ヤグラス)である。波長変換部材60は、例えば、22SiO2−10GeO2−15Al01.5−3TiO2−39PbF2−10YbF3−1ErF3といった組成のガラスである。なお、波長変換部材60は、上述のように板状の部材であって、互いに対向する一面及び他面を有する。
In the present embodiment, the
上述の活性元素は、近赤外線を吸収する。活性元素により近赤外線が吸収されると、エネルギー伝達が生じ、近赤外線よりも短波長な光(可視光線)が発光される。つまり、波長変換部材60に入力された近赤外線は可視光線に変換されて波長変換部材60から出力される。換言すると、生体部位から反射された検査光は、波長変換部材60により、より短波長側にシフトされる。そして、TFTセンサー31の撮像領域R2には、短波長にシフトされた光(可視光線)が入力される。後述するように、TFTセンサー31は、近赤外領域の光よりも可視光領域の光に高い感度を有する。より感度が高い波長の光がTFTセンサー31に入力されることにより、TFTセンサー31において光電変換される光量は増加され、TFTセンサー31のS/Nが向上する。なお、波長変換部材60は、希土類のアップコンバージョン蛍光を用いて波長変換を行うものである。
The above active elements absorb near infrared rays. When the near infrared ray is absorbed by the active element, energy transfer occurs, and light (visible light) having a shorter wavelength than the near infrared ray is emitted. That is, the near infrared ray input to the
TFTセンサー31は、波長変換部材60の下層に配置される。TFTセンサー31は、上面に複数の画素PXが二次元状に配置された撮像領域R2を有する。各画素PXは、レジスト層43に形成された開口OP3に対応して配置される。よって、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。
The
なお、撮像領域R2は表面領域R1よりもz軸方向に沿う幅が広い。すなわち、撮像領域R2は表面領域R1と一致しない。このような場合であっても、撮像領域R2における表面領域R1に対応する部分を用いることにより、指100から反射される検査光を画像化することができる。
Note that the imaging region R2 is wider in the z-axis direction than the surface region R1. That is, the imaging region R2 does not coincide with the surface region R1. Even in such a case, the inspection light reflected from the
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、上述のように上下両面に素子が実装される。
The
なお、TFTセンサー31の上面には、TFT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。TFT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に連絡される。コネクタ36は、生体情報取得デバイス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。
A driving
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。
The semiconductor integrated
また、図4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。マイクロレンズアレイ33からTFT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TFT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デバイスを実現することができる。
Further, as shown in FIG. 4, the thickness from the light irradiation devices LEa and LEb to the
なお、図4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5に示すように、表面領域R1のz軸に沿う幅を15mmとした。このような場合には、図4及び図5に模式的に示した通りに、指を表面領域R1上に載せると良い。この場合には、表面領域R1は、指により実質的に覆われる。従って、表面領域R1に入射する外乱光は抑制される。なお、この場合、各光照射デバイスLEa、LEbの光出射面の長手方向は、指の側面に対向して配置される。よって、光出射面から出射された検査光を、高効率で、指に照射することができる。 In addition, as shown in FIG. 4, the width | variety along the x-axis of surface region R1 was 25 mm. Moreover, as shown in FIG. 5, the width along the z-axis of the surface region R1 was 15 mm. In such a case, it is preferable to place a finger on the surface region R1, as schematically shown in FIGS. In this case, the surface region R1 is substantially covered by the finger. Therefore, disturbance light incident on the surface region R1 is suppressed. In this case, the longitudinal direction of the light emitting surface of each light irradiation device LEa, LEb is arranged to face the side surface of the finger. Therefore, it is possible to irradiate the finger with the inspection light emitted from the light emitting surface with high efficiency.
次に、図4を用いて、生体情報取得デバイスD1の機能について説明する。図4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、マイクロレンズアレイ33のレンズ52を介して、TFT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。
Next, the function of the biological information acquisition device D1 will be described with reference to FIG. As schematically shown in FIG. 4, the inspection light reflected by the internal region RP of the
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の内部の静脈で、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。
The inspection light emitted from the light emission surfaces of the light irradiation devices LEa and LEb is applied to the
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により効果的に遮断される。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。
The inspection light incident on the surface region R1 passes through the
バンドパスフィルタ34を通過した検査光は、マイクロレンズアレイ33に入射する。マイクロレンズアレイ33では、透明基板50の上面に配置された各レンズ52によってTFTセンサー31の各画素PXに集光される。
The inspection light that has passed through the
マイクロレンズアレイ33のレンズ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、TFT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OP1及び開口OP3を有する。また、TFT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、レジスト層43が充填される。また、ランド42aの下面にもレジスト層43が形成される。レジスト層43には近赤外線を吸収する顔料が含有されている。
The light condensed by the
このような構成により、光チャネル分離層32は、マイクロレンズアレイ33のレンズ52からTFT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。レジスト層43に入射した迷光は、効果的にレジスト層43に含まれる顔料により吸収される。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、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OP3の開口幅は、開口OP1の開口幅よりも狭く設定されている。また、レジスト層43に含まれる顔料は、レジスト層43に開口OP3を形成させる工程(ホトリソグラフィー)で用いられる露光光を吸収しないものであるとよい。
With such a configuration, the optical
本実施形態においては、上述のように、波長変換部材60がTFTセンサー31の上層(光チャネル分離層32の下層)に配置される。波長変換部材60は、入力される検査光を可視光線(検査光の波長とは異なる波長の光)に変換し、TFTセンサー31の撮像領域R2に出力する波長変換素子である。よって、生体部位から反射された検査光(波長:760nm)は、波長変換部材60により、より短い波長の光(波長:650nm))に変換される。換言すると、検査光の波長(760nm)は、短波長側の波長(650nm)にシフトされる。そして、この近赤外線よりも短い波長の光が、TFTセンサー31の撮像領域R2に入力される。これにより、TFTセンサー31で光電変換される光量は増加され、TFTセンサー31のS/Nが向上する。なお、TFTセンサー31は、可視光領域において十分な感度を有する撮像装置であって、波長650nm程度に最も高い感度を有する。波長変換部材60の波長変換効率は高いほうが望ましい。
In the present embodiment, as described above, the
ここで、図6に、波長変換部材60を配置したことの効果について説明する。図6に模式的に示すように、TFTセンサー31の感度は、近赤外領域の光よりも可視領域の光にある。つまり、TFTセンサー31の感度は、入射光の波長が長波長側になると急激に悪化する。他方、入射光の波長が短波長側になると改善する。TFTセンサー31は、通常の半導体撮像装置(CCD(Charge Coupled Device)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、PDA(Photodiode Array))よりも、近赤外線に対して十分な感度を有しない。
Here, the effect of disposing the
図6に示すように、波長シフト前の光の波長760nmに対するTFTセンサー31の感度(mA/W)よりも、波長シフト後の光の波長650nmに対するTFTセンサー31の感度(mA/W)のほうが高い。すなわち、波長変換部材60により、検査光の波長をTFTセンサー31の感度が高い短波長側にシフトさせることによって、TFTセンサー31の感度を高めることができる。なお、図6は、説明の便宜のための模式的な図である。
As shown in FIG. 6, the sensitivity (mA / W) of the
ここで、より説明を明確にするため、図7に、TFTセンサー31の概略的な断面図を示す。図7に示すように、TFTセンサー31は、ダブルゲート構造の画素215を有する。なお、TFTセンサー31は、図7に示された画素215を複数含む撮像領域R2を有する。画素215は、絶縁基板211、ボトムゲート電極231、ボトムゲート絶縁膜232、半導体層233、ブロッキング層240、n+シリコン層236、ソース電極(S)234、ドレイン電極(D)235、トップゲート絶縁膜237、トップゲート電極(TG)238、オーバーコート膜239を有する。
Here, in order to clarify the explanation, FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of the
ボトムゲート電極(BG)231は、絶縁基板211上に形成される。ボトムゲート絶縁膜232は、ボトムゲート電極231を覆うように形成される。半導体層233は、ボトムゲート絶縁膜232上に形成される。ブロッキング層240は、半導体層233の上面中央に形成される。n+シリコン層236は、半導体層233の両端にそれぞれに形成される。ソース電極(S)234及びドレイン電極(D)235は、n+シリコン層236上にそれぞれ設けられる。トップゲート絶縁膜237は、ソース電極(S)234及びドレイン電極(D)235を覆うように形成される。トップゲート電極(TG)238は、トップゲート絶縁膜237上に形成される。オーバーコート膜239は、トップゲート電極(TG)238に形成される。
The bottom gate electrode (BG) 231 is formed on the insulating
このように、TFTセンサー31を構成する画素215は、絶縁基板上に形成された半導体層(半導体層233、n+シリコン層236)を含んで構成される。なお、ある画素の半導体層と他の画素の半導体層とは離間して形成される。このように、TFTセンサー31は、シリコン基板等の半導体材料からなる基板を用いないため、通常のCCD等とは異なり、半導体層の深い部分で吸収される近赤外線に対する感度を十分に確保することは難しい。より強い近赤外線を生体部位に照射して、TFTセンサー31の近赤外線に対する感度不足を解消することもできるが、発光ダイオードの消費電力が増加してしまう。
Thus, the
本実施形態においては、この点にかんがみて、上述のように、波長変換部材60がTFTセンサー31の上層(光チャネル分離層32の下層)に配置される。波長変換部材60は、近赤外領域の光を可視領域の光に変換する波長変換部材である。これにより、TFTセンサー31において光電変換される光量が増加され、TFTセンサー31のS/N(Signal/Noise)特性が向上される。なお、検査光は、波長変換部材60によって、700〜1000nmの範囲内の波長から500〜700nmの範囲内の波長に変換されるとよい。
In the present embodiment, in view of this point, the
波長変換部材60により短波長側にシフトされた光は、上述のTFTセンサー31の各画素において受光される。そして、TFTセンサー31の各画素に蓄積された電荷は、順次TFTセンサー31から読み出される。そして、後続の信号処理回路により処理される。
The light shifted to the short wavelength side by the
〔第2の実施の形態〕
第2の実施の形態について、図8乃至図10を用いて説明する。図8は、第1の実施の形態における図4に相当する説明図で、図1のA点側から生体情報取得デバイスをみた概略的な説明図である。図9は、レンズモジュールに含まれる光チャネル分離層の製造方法の概略的な説明図である。図10は、レンズモジュールに含まれるマイクロレンズアレイの製造方法の概略的な説明図である。
[Second Embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an explanatory view corresponding to FIG. 4 in the first embodiment, and is a schematic explanatory view of the biological information acquisition device from the point A side of FIG. FIG. 9 is a schematic explanatory view of a method for producing an optical channel separation layer included in the lens module. FIG. 10 is a schematic explanatory diagram of a manufacturing method of a microlens array included in a lens module.
図8に示すように、本実施形態にかかる生体情報取得デバイスD2は、光チャネル分離層32を形成するための基板として、透明基板50に代えて、波長変換部材60を用いている。同様に、複数のレンズ52を形成するための基板として、透明基板50に代えて、波長変換部材60を用いている。従って、波長変換部材60をさらに付加したとしても、生体情報取得デバイスD2の全体の厚みが増加することを抑制することができる。
As shown in FIG. 8, the biological information acquisition device D <b> 2 according to the present embodiment uses a
なお、波長変換部材60、レンズ52、スペーサー層51を含めて、マイクロレンズアレイ33とする。光チャネル分離層32とマイクロレンズアレイ33とを含めて、レンズモジュールLM1と呼ぶ。
The
ここで、図9及び図10を用いて、レンズモジュールLM1の製造方法について説明する。なお、図9は、マイクロレンズアレイ33に含まれる波長変換部材60の一面(第2面)に光チャネル分離層32を形成する製造方法の説明図である。図10は、マイクロレンズアレイ33に含まれる波長変換部材60の他面(第1面)に複数のレンズ52を形成する製造方法の説明図である。
Here, a manufacturing method of the lens module LM1 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is an explanatory diagram of a manufacturing method for forming the optical
はじめに、図9を用いて、波長変換部材60に光チャネル分離層32を形成する製造方法について説明する。なお、図9には、図8と比較して、光チャネル分離層32のより詳細な構成が開示されている。
First, a manufacturing method for forming the optical
まず、図9(a)に示すように、通常の薄膜パターン形成技術(スパッタ、蒸着など)に基づいて、波長変換部材60の一面に格子状に遮光膜40を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, the
次に、図9(b)に示すように、スピンコート等の一般的なコート法により、透明層41を波長変換部材60の一面に形成する。なお、上述のように、透明層41は、通常のレジスト材料(樹脂材料)から構成される。よって、塗布される際、透明層41は、所定の粘度を有する。波長変換部材60の一面に透明層41がコートされた後、その状態のものを加熱し、透明層41を乾燥させる。
Next, as shown in FIG. 9B, the
次に、図9(c)に示すように、透明層42を波長変換部材60の一面に形成する。透明層42は、透明層41と同様に、通常のレジスト材料から構成される。よって、塗布される際の透明層42は、所定の粘度を有する。そして、透明層42が波長変換部材60の一面にコートされた状態のものを加熱し、透明層42を乾燥させる。
Next, as illustrated in FIG. 9C, the
次に、図9(d)に示すように、通常のプロセス技術に基づいて、格子状の溝42bを透明層42に形成する。格子状の溝42bにより、透明層42にはランド42aが形成される。
Next, as shown in FIG. 9D, lattice-
次に、図9(e)に示すように、通常のコート法に基づいて、レジスト層43を波長変換部材60の一面に塗布する。レジスト層43は、あらかじめ、100重量部のレジストに対して0.5重量部のフタロシアニンを混合したものである。なお、レジストにフタロシアニンを均一に分散させるためには、フタロシアニンを、あらかじめメチルエチルケトンなどの溶媒に10%wt程度の濃度で分散させておくと良い。そして、透明層42が波長変換部材60の一面にコートされた状態のものを加熱し、透明層42を乾燥させる。この工程により、透明層42に形成された溝42bは、レジスト層43で埋められる。そして、透明層42aと透明層42bとの部分が形成される。
Next, as shown in FIG. 9E, a resist
次に、図9(f)に示すように、通常のコート法に基づいて、レジスト層43cを波長変換部材60の一面に塗布する。レジスト層43cは、フタロシアニンが混合されていないレジスト層である。そして、透明層42cが波長変換部材60の一面にコートされた状態のものを加熱し、透明層42cを乾燥させる。これにより、上述のように、薬液からフタロシアニンが含有されている透明層42bを保護する。
Next, as shown in FIG. 9F, a resist
次に、図9(g)に示すように、ホトマスクを用いて、レジスト層43に開口OP3を形成する。レジスト43b及びレジスト43cは、ネガ型のレジストであるため、開口OP3を形成する部分に露光光(g線:436nm)を照射する。レジスト層43b及びレジスト層43cでは、露光光による光化学反応が進行する。その後、レジスト層43の表面に薬液(キシレン系有機溶剤等)を施し、現像処理をする。この現像処理により、レジスト層43b及びレジスト層43cには、開口OP3が形成される。上述のように、現像処理の際、レジスト層43cは、レジスト層43bを保護する役割を果たす。
Next, as shown in FIG. 9G, an opening OP3 is formed in the resist
なお、遮光膜40の形成と同時に、波長変換部材60の周辺部分(不図示)に形成させたアライメントマークを用いることで、遮光膜40と開口OP3との間のアライメントや遮光膜40と透明層42に形成される溝42bとのアライメントの精度を確保できる。
In addition, the alignment between the
次に、図10を用いて、波長変換部材60にレンズ52を形成する工程について説明する。
Next, the process of forming the
まず、図10(a)に示すように、図9(g)の工程後のものを用意する。 First, as shown in FIG. 10A, a product after the step of FIG. 9G is prepared.
次に、図10(b)に示すように、波長変換部材60の他面に、通常のコート法に基づいて、ポジ型のレジスト層52pを塗布する。そして、レジスト層52pが波長変換部材60の他面にコートされた状態のものを加熱し、レジスト層52pを乾燥させる。
Next, as shown in FIG. 10B, a positive resist
次に、図10(c)に示すように、複数のレンズ52が形成されるように、グレイスケールマスクを用いてレジスト層52pを露光し、現像処理を施す。なお、形成するレンズの開口OP1に対するアライメントは、上述のアライメントマークを用いると良い。
Next, as shown in FIG. 10C, the resist
上述のように、波長変換部材60を、レジスト層(遮光層)43を含む光チャネル分離層32の形成用の基板として用いる。また、波長変換部材60を、複数のレンズ52の形成用の基板として用いる。従って、波長変換部材60を新たに付加したとしても、生体情報取得デバイスの厚み(y軸に沿う幅)は増加しない。すなわち、本実施形態においては、第1の実施の形態において説明した効果に加えて、生体情報取得デバイスの装置の小型化を図ることができる。
As described above, the
〔その他の実施の形態〕
その他の実施の形態について、図11及び図12を用いて説明する。図11は、第1の実施の形態の図4に相当する説明図で、図1のA点側から生体情報取得デバイスをみた概略的な説明図である。図12は、第1の実施の形態の図4に相当する説明図で、図1のA点側から生体情報取得デバイスをみた概略的な説明図である。
[Other Embodiments]
Other embodiments will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is an explanatory view corresponding to FIG. 4 of the first embodiment, and is a schematic explanatory view of the biological information acquisition device from the point A side of FIG. FIG. 12 is an explanatory diagram corresponding to FIG. 4 of the first embodiment, and is a schematic explanatory diagram of the biological information acquisition device viewed from the point A in FIG.
図11に示すように、生体情報取得デバイスD3は、マイクロレンズアレイ33とバンドパスフィルタ34との間に、波長変換部材60を有する。このような構成であっても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 11, the biological information acquisition device D3 includes a
図12に示すように、生体情報取得デバイスD4は、バンドパスフィルタ34に代えて、波長変換部材60を有する。このような構成であっても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。但し、バンドパスフィルタ34の効果自体は得ることはできない。
As illustrated in FIG. 12, the biological information acquisition device D4 includes a
本発明の技術的範囲は、上述の実施の形態に限定されない。バンドパスフィルタを設けるかどうかは任意である。マイクロレンズアレイや遮光層を設けることは必須ではない。波長変換素子としては、他の成分のガラス材料を用いることも可能である。撮像装置は、TFTセンサーに限定されず、他の一般的な固体撮像装置を用いることも可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. Whether or not to provide a bandpass filter is arbitrary. It is not essential to provide a microlens array or a light shielding layer. As the wavelength conversion element, glass materials of other components can be used. The imaging device is not limited to a TFT sensor, and other general solid-state imaging devices can also be used.
D1 生体情報取得デバイス
4a、5a 発光ダイオード(発光装置)
PX 画素
R2 撮像領域
31 TFTセンサー(撮像装置)
60 波長変換部材(波長変換素子)
D1 Biological
PX pixel
60 Wavelength conversion member (wavelength conversion element)
Claims (14)
前記検査光を生成する発光装置と、
複数の画素を含む撮像領域を有し、前記検査光の波長とは異なる波長の光に対してより高い感度を有する撮像装置と、
入力された前記検査光を、前記撮像装置の感度が高くなるように、前記検査光の波長とは異なる波長の光に変換し、前記撮像領域に出力する波長変換素子と、
を備える生体情報取得デバイス。 A biological information acquisition device that emits inspection light to a living body part, receives reflected light or transmitted light from the living body part, and images it,
A light emitting device for generating the inspection light;
An imaging device having an imaging region including a plurality of pixels and having higher sensitivity to light having a wavelength different from the wavelength of the inspection light;
A wavelength conversion element that converts the input inspection light into light having a wavelength different from the wavelength of the inspection light so as to increase the sensitivity of the imaging device, and outputs the light to the imaging region;
A biological information acquisition device comprising:
前記波長変換素子は、入力された前記検査光を前記検査光の波長よりも短い波長の光に変換し、前記撮像領域に出力することを特徴とする請求項1記載の生体情報取得デバイス。 The imaging device has higher sensitivity to light having a wavelength shorter than the wavelength of the inspection light,
The biological information acquisition device according to claim 1, wherein the wavelength conversion element converts the input inspection light into light having a wavelength shorter than the wavelength of the inspection light and outputs the light to the imaging region.
前記レンズアレイに含まれる複数の前記レンズは、板状部材としての前記波長変換素子の第1面上に形成されることを特徴とする請求項1記載の生体情報取得デバイス。 A lens array having a plurality of lenses provided corresponding to the plurality of pixels;
The biological information acquisition device according to claim 1, wherein the plurality of lenses included in the lens array are formed on a first surface of the wavelength conversion element as a plate-like member.
当該遮光層は、板状部材としての前記波長変換素子の第2面上に形成されることを特徴とする請求項6記載の生体情報取得デバイス。 A light-shielding layer having a plurality of openings formed corresponding to each condensing portion of the plurality of lenses;
The biological information acquisition device according to claim 6, wherein the light shielding layer is formed on a second surface of the wavelength conversion element as a plate-like member.
前記検査光を生成する発光装置と、
生体部位から反射又は透過された前記検査光を撮像装置の画素に集光する複数のレンズを有するレンズアレイと、
複数の前記レンズの各集光箇所に対応して配置された複数の開口を有する遮光層と、
前記開口を通過して入射される前記検査光を光電変換する複数の画素を含む撮像領域を有し、前記検査光の波長とは異なる波長の光に対してより高い感度を有する撮像装置と、
入力された前記検査光を、前記撮像装置の感度が高くなるように、前記検査光の波長とは異なる波長の光に変換し、前記撮像領域に出力する波長変換素子と、
を備える生体情報取得デバイス。 A biological information acquisition device that emits inspection light to a living body part, receives reflected light or transmitted light from the living body part, and images it,
A light emitting device for generating the inspection light;
A lens array having a plurality of lenses for condensing the inspection light reflected or transmitted from the living body part on the pixels of the imaging device;
A light shielding layer having a plurality of openings arranged corresponding to each condensing portion of the plurality of lenses;
An imaging device having an imaging region including a plurality of pixels that photoelectrically convert the inspection light incident through the opening, and having higher sensitivity to light having a wavelength different from the wavelength of the inspection light;
A wavelength conversion element that converts the input inspection light into light having a wavelength different from the wavelength of the inspection light so as to increase the sensitivity of the imaging device, and outputs the light to the imaging region;
A biological information acquisition device comprising:
前記波長変換素子は、入力された前記検査光を前記検査光の波長よりも短い波長の光に変換し、前記撮像領域に出力することを特徴とする請求項8記載の生体情報取得デバイス。 The imaging device has higher sensitivity to light having a shorter wavelength than the wavelength of the inspection light,
The biological information acquisition device according to claim 8, wherein the wavelength conversion element converts the input inspection light into light having a wavelength shorter than the wavelength of the inspection light, and outputs the light to the imaging region.
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