JP2010021267A - 積層部品、画像取得装置、及び生体情報取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光部材といった新たな光学部品の追加によって、意図しない光学的作用が伴ってしまうことを抑制することを目的とする。
【解決手段】積層部品（光学部品）は、複数の貫通孔２１が形成された遮光部材２０に接着層３０を介して他の部材４０が積層された積層部品である。接着層３０を介して互いに積層される部材間に、遮光部材２０に形成された貫通孔２１内に接着層３０が入りこむことを抑制するための空間２５が形成されている。これによって、接着層３０が貫通穴２１に入り込むことによって意図しない光学的作用が伴うことを効果的に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層部品、画像取得装置、及び生体情報取得装置に関する。

近年、情報セキュリティーの保護強化に伴って、生体認証に関する技術開発の進展が著しい。なお、生体認証とは、検査対象の個体から取得した生体情報が、あらかじめ登録された生体情報に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、及び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。

生体認証においては、認証に利用する生体情報に応じて様々な得失がある。例えば、静脈パターンを活用した生体認証は、指紋パターンを活用した生体認証よりも認証の偽造が困難であるという利益がある。後者は、前者よりも認証の偽造が簡単であるという不利益がある。

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。

なお、特許文献２には、レンズがガラス基板上に形成された積層部品の製造技術が開示されている。また、特許文献３には、遮光スペーサをレンズアレイ板とセンサ間に配置する技術が開示されている。
特開２００１−１１９００８号公報 特開２００５−２３４３０９号公報 特開平３−１５７６０２号公報

高精度な生体認証を実現するためには、クロストークが少ない良質な画像を取得することが重要になる。クロストークを抑制するために、レンズと画素間に形成される光チャネル同士を分離する遮光部品を撮像素子上に配置すると良い。そして、接着層等を介して適切に遮光部品を他の部品に固定すると良い。

しかしながら、接着層を介在させて遮光部品を他の部品に固定すると、接着層の変形によって意図しない光学的作用が伴ってしまうおそれがある。例えば、接着層の変形によって接着層がレンズとして機能してしまうと、そのレンズによるレンズ作用を受けた光が各画素に入力されてしまう。このような意図しない光学的作用が伴うと、最終的に得られる画像の品質に影響を与えるおそれもある。

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、光学部品の追加によって、意図しない光学的作用が伴ってしまうことを抑制することを目的とする。

本発明にかかる積層部品は、複数の貫通孔が形成された遮光部材に接着層を介して他の部材が積層された積層部品であって、前記接着層を介して互いに積層される部材間に、前記遮光部材に形成された前記貫通孔内に前記接着層が入りこむことを抑制するための空間が形成されている。

接着層を介して互いに積層される部材間には、遮光部材に形成された貫通穴に接着層が入りこむことを抑制するための空間が形成されている。これによって、接着層が貫通穴に入り込むことによって意図しない光学的作用が伴うことを効果的に抑制することができる。

前記遮光部材は、前記接着層に対して少なくとも上面で直接的に接触する台座部を有する、と良い。これによって、簡易に上述の空間を形成することができる。

前記台座部は、複数の前記貫通孔が形成された領域の周囲に形成されている、と良い。

前記遮光部材は、表面が黒色処理された金属によって形成されている、と良い。

前記他の部材は、２次元状に複数のレンズが主面に配置されたレンズアレイ基板である、と良い。

前記接着層は、複数の前記貫通孔が形成された領域上に形成されている、と良い。

本発明にかかる画像取得装置は、上述のいずれかに記載の積層部品と、前記積層部品が主面上に配置された撮像素子と、を備える。

本発明にかかる生体情報取得装置は、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、被検体に対して照射される光を出射する光源と、上述の画像取得装置と、を備える。

本発明にかかる積層部品は、複数の貫通孔が形成された遮光部材に接着層を介して他の部材が積層された積層部品であって、部材の積層方向に沿って延在し、かつ前記接着層に対して少なくとも上面で直接的に接触する台座部が、前記接着層を介して互いに積層される部材の少なくとも一方に形成され、当該台座部によって、前記接着層を介して互いに積層される部材間に空間が形成されている。

本発明によれば、光学部品の追加によって、意図しない光学的作用が伴ってしまうこと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〕
以下、本発明の第１の実施形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、画像取得装置の概略的な断面構成を示す模式図である。図２は、遮光層を上面視した概略的な模式図である。図３は、孔付近の遮光層の構成を示す拡大模式図である。図４は、レンズ、孔、及び画素の配置関係を示す模式図である。図５は、接着層の変形を示す説明図である。図６は、輝度ムラを示す写真である。図７は、レンズアレイ基板の製造方法を示す工程図である。図８Ａ及びＢは、遮光層の製造方法を示す工程図である。図９は、画像取得装置の組み立て手順を示す工程図である。図１０は、ダイシング工程を説明するための工程図である。図１１は、生体認証装置の概略的な構成を示すブロック図である。

図１に示すように、画像取得装置１００は、撮像素子１０は、遮光層（遮光部材）２０、接着層３０、透明基板（透明部材）４０、及び複数のレンズ５０がこの順で積層されて形成されている。

なお、透明基板４０の前面に複数のレンズ５０が形成されることでレンズアレイ基板が形成されている。また、撮像素子１０上には、遮光層２０、接着層３０、透明基板４０、及び複数のレンズ５０が積層されて形成された光学部品（積層部品）が固定されている。

画像取得装置１００は、レンズ５０によって集光され、透明基板４０、接着層３０、及び遮光層２０の孔２１をこの順で透過又は通過した光を各画素１５で受けて、透明基板４０の前面に入力する像を撮像する。なお、後述の説明から明らかなように、画像取得装置１００は、静脈像といった生体情報を取得する生体情報取得装置として機能する。

撮像素子１０は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)といったような一般的な固体撮像素子である。撮像素子１０は、マトリクス状に配置された複数の画素１５を有する。画素１５では、入射光量に応じて電気信号が生成される。

遮光層２０は、板状の遮光部材である。遮光層２０には、マトリクス状に配置された複数の孔（貫通孔）２１が形成されている。また、遮光層２０には、孔２１の形成領域２４を囲う枠体（台座部）２２が形成されている（図２も併せて参照）。

枠体２２は、レンズ５０の光軸ＡＸに沿う方向に厚みを有する。枠体２２の上面は、直接的に接着層３０に接触する。枠体２２の上面は、遮光層２０上に接着層３０を介して積層される透明基板４０の載置面として機能する。

遮光層２０は、表面が黒化処理されたＮｉ、Ｃｕ等の金属材料からなる。具体的には、図３に模式的に示すように、遮光層２０は、金属２０ａの表面に黒色皮膜２０ｂが形成されている。これによって、金属２０ａの表面での光の反射を低減することができる。なお、黒色皮膜２０ｂは、ＮｉＰの電解、無電解処理、３価黒色クロメート処理、レイデント処理等で形成できる。なお、遮光層２０の製造方法については改めて後述する。

接着層３０は、樹脂等からなる一般的な接着剤が層状に塗布されて形成される。ここでは、接着層３０は、透明基板４０の背面上に接着剤が層状に塗布されて形成される。接着層３０を形成する接着剤の材料は任意である（例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等）。

透明基板４０は、入射光束に対して実質的に透明な板状部材である。透明基板４０は、例えば、ガラス、樹脂等から形成される。

複数のレンズ５０は、透明基板４０の前面上にマトリクス状に形成される。レンズ５０は、紫外線硬化樹脂がレンズ状に成形されて製造される。各レンズ５０は、入射光束を各画素１５に向けて収束させる。

図４に示すように、各画素１５上には、各孔２１、及び各レンズ５０が配置される。換言すると、各レンズ５０の光軸上に、各孔２１、及び各画素１５が配置される。

入射光は、各レンズ５０のレンズ面でレンズ作用を受けて、各画素１５に向かって進行する。入射光は、レンズ５０、透明基板４０、接着層３０、及び遮光層２０の孔２１をこの順で通過して各画素１５に入射する。そして、各画素１５では入射光強度に応じた信号を有する電気信号が生成される。

本実施形態では、図１に示すように、遮光層２０と透明基板４０との間に空間（空気層）２５が形成されている。これによって、レンズ５０の光軸ＡＸ上にある接着層３０の変形によって、光軸ＡＸに沿って進行する入射光が光学的な作用を受けることが効果的に抑制することができる。なお、空間２５は、空気が充填されていても良いし、特定の気体が充填されていても良い。

より具体的には、本実施形態では、遮光層２０に枠体２２を一体的に成形している。枠体２２を遮光層２０に設けることによって、遮光層２０上に透明基板４０を配置するだけで、遮光層２０と透明基板４０との間に枠体２２の厚み（光軸ＡＸに沿う幅）に応じた空間を確保することができる。互いに積層される遮光層２０と透明基板４０との間に空間２５を確保することによって、接着層３０を介して両者を貼り合わせるとき、接着層３０が直接的に遮光層２０に形成された孔２１内に入りこむことを抑制することができる。そして、接着層３０の変形によって、光軸ＡＸに沿って進行する光が接着層３０を透過するときにレンズ作用を受けることを効果的に抑制できる。そして、遮光層２１から出力される光に平面内での輝度ムラが生じることを効果的に抑制することができる。

図５及び図６を参照して説明を更に付加する。図５に示すように、遮光層２０上に、接着層３０と透明基板４０を順に積層した場合、孔２１内に接着層３０が入りこむことによって接着層３０が部分的に変形してレンズ３１が形成されるおそれがある。

このように接着層３０が部分的に変形してレンズ３１が形成されると、光軸ＡＸに沿って進行する光が接着層３０を透過するときにレンズ作用を受けるおそれがある。このように入射光が接着層３０を透過するときに意図しないレンズ作用を受けることによって、図６に示すように遮光層２０の出力光に平面内での輝度ムラが生じてしまう。

本実施形態では、上述のように、遮光層２０と透明基板４０との間に空間２５が形成されている。これによって、レンズ５０の光軸ＡＸ上にある接着層３０が部分的に変形することによって、光軸ＡＸに沿って進行する入射光が光学的な作用を受けることを効果的に抑制し、図６に示すような輝度ムラが生じることを効果的に抑制することができる。

なお、透明基板４０に枠体を形成することによって、遮光層２０と透明基板４０間に空間２５を形成しても良い。また、別個の枠体を遮光層２０と透明基板４０間に配置することによって、遮光層２０と透明基板４０間に空間２５を形成しても良い。

なお、接着層３０が透明基板４０の下面全体を覆っているが、接着層３０は透明基板４０の外周囲のみ、遮光層の台座部２２上のみに存在していても良い。接着層が外周囲のみに存在する場合であっても、接着層が毛細管現象により流動し、遮光層の孔２１に侵入し、同様に光学的問題を引き起こすことがあるからである。本実施形態では、空間２５を設けることによって、このような問題点も解決することができる。

以下、図７乃至図９を参照して製造方法について説明する。

図７を参照してレンズアレイ基板の製造方法について説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、金型７０を用意する。なお、金型７０には、成形対象とするレンズ５０を形付けるための溝が彫られている。

次に、図７（ｂ）に示すように、紫外線硬化樹脂７１を金型７０に滴下する。

次に、図７（ｃ）に示すように、金型７０上に透明基板４０を配置する。そして、この状態で紫外線を照射する。紫外線の照射によって紫外線硬化樹脂７１は透明基板４０の一面に接着した状態で硬化する。

次に、図７（ｄ）に示すように、金型７０からレンズアレイ基板を剥離させる。

このようにしてレンズアレイ基板は製造される。なお、レンズアレイ基板の製造方法は任意であり、この製造方法に限定されるべきものではない。

次に、図８Ａ及び８Ｂを参照して、遮光層２０の製造方法について説明する。

まず、図８Ａ（ａ）に示すように、通常の薄膜形成技術を活用して、ステンレス（ＳＵＳ)基板８０上にレジスト膜８１を形成する。なお、ステンレス基板８０の厚みは、可撓性を有する程度に設定してある。また、レジスト膜８１の種類、材料は任意である。

次に、図８Ａ（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー技術を活用して、レジスト膜８１をパターニングし、複数の柱状体８１を形成させる。具体的には、フォトマスクを介してレジスト膜８１を露光することによって部分的にレジスト膜８１を変質させ、レジスト膜８１の変質又は非変質部分を除去することでレジスト膜８１をパターニングする。

次に、図８Ａ（ｃ）に示すように、電解メッキ技術を活用してステンレス基板８０上に金属２０ａを堆積させる。具体的には、パターニングされたレジスト膜８１が形成されたステンレス基板８０を電解液中に浸し、ステンレス基板８０を一方の電極に接続する。この状態で電解液中の金属イオンをステンレス基板８０上に析出させる。柱状のレジスト膜８１が存在していない範囲に限定して、ステンレス基板８０上に金属２０ａが堆積する。なお、金属２０ａの厚みは、十数μｍから数百μｍ程度に設定すると良い。

次に、図８Ａ（ｄ）に示すように、通常の薄膜形成技術によって、更にレジスト膜８２を、金属２０ａ上に積層させる。

次に、図８Ｂ（ｅ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー技術を活用して、レジスト膜８２をパターニングする。ここでは、柱状のレジスト膜８１が形成された範囲でレジスト膜８２を除去し、枠体２２が形成されるべき範囲にレジスト膜８２を残存させる。

次に、図８Ｂ（ｆ）に示すように、金属２０ａの前面を部分的に除去する。具体的には、エッチング処理を金属２０ａの前面に施す。つまり、金属２０ａの前面を溶剤に浸し、レジスト膜８２によって皮膜されていない金属２０ａを部分的に溶解させる。これによって、図８Ｂ（ｆ）に示す枠体２２が形成される。なお、数μｍ〜数十μｍ程度の深さで金属２０ａの前面をエッチングすると良い。

次に、図８Ｂ（ｇ）に示すように、レジスト膜８１、８２を除去する。具体的には、一般的な溶剤でレジスト膜８１、８２を溶解させてステンレス基板８０上から除去する。そして、その後、上述の黒色皮膜２０ｂ（不図示）を形成する。具体的には、ＮｉＰの電解、無電解処理、３価黒色クロメート処理、レイデント処理等で黒色皮膜２０ｂ（図３参照）を形成する。

次に、図８Ｂ（ｈ）に示すように、ステンレス基板８０上から遮光層２０を剥離させる。なお、上述のようにステンレス基板８０は可撓性を有するため、ステンレス基板８０から遮光層２０を簡易に剥離することができる。

このようにして遮光層２０を成形することができる。導電性及び可撓性を有するステンレス基板８０を遮光層２０の形成用基板として用いることによって非常に効率的に遮光層２０を製造することができる。

次に、図９を参照して、画像取得装置１００の組み立て手順について説明する。

まず、図９（ａ）に示すように、レンズアレイ基板の背面に接着層３０を形成する。具体的には、通常のコート方法によってレンズアレイ基板の背面に接着剤を層状に形成する。なお、接着層３０は、通常の接着シートをレンズアレイ基板の背面に貼ることで形成しても良い。

次に、図９（ｂ）に示すように、背面に接着層３０が形成されたレンズアレイ基板を遮光層２０上に配置する。接着層３０が紫外線硬化樹脂であれば、この状態で紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させる。接着剤が紫外線硬化樹脂でなければ、接着層３０を硬化させるために必要な処置（乾燥処理等を実行する）を行う。

なお、透明基板４０にはレンズ５０に製造時に予めアライメントマークが形成されている。同様に、遮光層２０は、その製造時に予めアライメントマークが形成されている。従って、双方に形成されたアライメントマークに基づいて双方を位置決めすれば、レンズ５０と孔２１間を好適に位置決めできる。換言すると、アライメントマークに基づく両部材の位置決めによって、レンズ５０の光軸ＡＸ上に孔２１を簡易に配置することができる。

次に、図９（ｃ）に示すように、遮光層２０上にレンズアレイ基板が積層された積層体を撮像素子１０上に固定する。なお、必要に応じて撮像素子１０の出力をモニタニングして、撮像素子１０に対する上述の積層体の配置位置を調整しても良い。

なお、図１０に示すように、遮光層２０、接着層３０、透明基板４０、及びレンズ５０の積層体は、ウェハーレベルで製造される。具体的には、共通の透明基板４０を用いて複数のレンズアレイ基板を製造する。同様に、共通のステンレス基板８０を用いて複数の遮光層２０を製造する（尚、複数の遮光層２０は、互いに連結していても良い）。また、共通の接着層３０を介して、遮光層２０上に共通の透明基板４０を積層させる。そして、最終的には透明基板４０をダイシング装置でダイシングすることによって個々の光学部品に分断する。なお、遮光層２０の枠体２２の部分でダイシングしても良い。また、遮光層２０は、予め個片化されていなくても良い。

最後に、図１１を参照して、画像取得装置１００が組み込まれた生体認証装置９５の構成について説明する。なお、上述の画像取得装置１００は、撮像部９２に対応する。

生体認証装置９５は、光源９０、コントローラ９１、撮像部９２、及び認証部９３を有する。

光源９０は、ＬＤ、ＬＥＤ等の一般的な半導体発光素子である。コントローラ９１は、光源９０、撮像部９２の動作状態を制御する。認証部９３は、撮像部９２で取得した静脈像と予めマスターとして登録された静脈像との比較に基づいて生体認証を実行し、認証結果を本体機器（例えば、携帯電話、ＡＴＭ等）に出力する。

生体認証装置９５の認証精度を高めるためには、良質な静脈像を取得することが重要である。ここでは、撮像部９２として上述の画像取得装置１００を活用する。そして、画像取得装置１００で静脈像（生体情報）を取得する。これによって、高品質な静脈像を取得することができる。なお、取得対象とする生体情報は静脈像に限らず指紋像であっても良い。

本発明の技術的範囲は上述の実施形態に限定されるべきものではない。画像取得装置の用途は任意である。積層部品の用途は任意である。遮光部材に積層される他の部材は任意である。遮光層と透明基板間に形成される空間の形成方法は任意である。透明基板に台座を形成することで空間を形成させても良い。この場合も同様に、部材の積層時の加圧によって接着層３０が孔２１に入りこむことが抑制される。従って、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。台座の具体的な形状は任意である。台座の配置位置は任意である。遮光層の製造方法は任意である。

本発明の第１の実施形態にかかる画像取得装置の概略的な断面構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態にかかる遮光層を上面視した概略的な模式図である。 本発明の第１の実施形態にかかる孔付近の遮光層の構成を示す拡大模式図である。 本発明の第１の実施形態にかかるレンズ、孔、及び画素の配置関係を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態の比較例にかかる接着層の変形を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の比較例の場合に生じる輝度ムラを示す写真である。 本発明の第１の実施形態にかかるレンズアレイ基板の製造方法を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態にかかる遮光層の製造方法を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態にかかる遮光層の製造方法を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態にかかる画像取得装置の組み立て手順を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態にかかるダイシング工程を説明するための工程図である。 本発明の第１の実施形態にかかる生体認証装置の概略的な構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 画像取得装置

１０ 撮像素子
１５ 画素
２０ 遮光層
２０ａ 金属
２０ｂ 黒色皮膜
２１ 孔
２１ 遮光層
２２ 枠体
２４ 形成領域
２５ 空間
３０ 接着層
３１ レンズ
４０ 透明基板
５０ レンズ

７０ 金型
７１ 紫外線硬化樹脂
８０ ステンレス基板
８１ レジスト膜
８２ レジスト膜

９５ 生体認証装置
９０ 光源
９１ コントローラ
９２ 撮像部
９３ 認証部

Claims (9)

1. 複数の貫通孔が形成された遮光部材に接着層を介して他の部材が積層された積層部品であって、
   前記接着層を介して互いに積層される部材間に、前記遮光部材に形成された前記貫通孔内に前記接着層が入りこむことを抑制するための空間が形成されている、積層部品。
2. 前記遮光部材は、前記接着層に対して少なくとも上面で直接的に接触する台座部を有することを特徴とする請求項１に記載の積層部品。
3. 前記台座部は、複数の前記貫通孔が形成された領域の周囲に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層部品。
4. 前記遮光部材は、表面が黒色処理された金属によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層部品。
5. 前記他の部材は、２次元状に複数のレンズが主面に配置されたレンズアレイ基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の積層部品。
6. 前記接着層は、複数の前記貫通孔が形成された領域上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の積層部品。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の積層部品と、
   前記積層部品が主面上に配置された撮像素子と、
   を備える画像取得装置。
8. 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、
   被検体に対して照射される光を出射する光源と、
   請求項７に記載の画像取得装置と、を備える、生体情報取得装置。
9. 複数の貫通孔が形成された遮光部材に接着層を介して他の部材が積層された積層部品であって、
   部材の積層方向に沿って延在し、かつ前記接着層に対して少なくとも上面で直接的に接触する台座部が、前記接着層を介して互いに積層される部材の少なくとも一方に形成され、
   当該台座部によって、前記接着層を介して互いに積層される部材間に空間が形成されている、積層部品。