JP2014071800A - 撮像装置および医療機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】グレアや陰影を抑制しながら被写体を撮像する。
【解決手段】受光部１０は複数の受光素子１４を具備する。光源部３６は、受光部１０の被写体２００側に配置され、被写体２００を照明する発光部５０と被写体２００側からの入射光を受光部１０側に透過させる複数の透過部６０とを含む。発光部５０は、発光層７５を含む第１透光層５４と、第１透光層５４を挟んで相互に対向する反射層５２および半透過反射層５６とを含み、発光層７５からの出射光を共振する共振構造が形成される。各透過部６０は、第２透光層６４と、第２透光層６４を挟んで対向する第１半透過反射層６２および第２半透過反射層６６とを含み、被写体２００側からの入射光を共振する共振構造が形成される。発光部５０における反射層５２と半透過反射層５６との間の共振長Ｌ1は、透過部６０における第１半透過反射層６２と第２半透過反射層６６との間の共振長Ｌ2を上回る。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体を撮像する撮像装置に関する。
生体認証のために生体の静脈像を撮像する各種の技術が従来から提案されている。例えば特許文献１には、被写体（被認証者の手指）を挟んで相互に対向するように光源部と撮像部とを配置し、光源部から出射して被写体を透過した光を撮像部で撮像する指認証装置が開示されている。
特許文献１の技術では、被写体を挟んで対向するように光源部と撮像部とを配置する必要があるため、装置の小型化が困難であるという問題がある。以上の問題を解決する観点から、例えば特許文献２には、光源層と検出層とを基板の表面に積層した構造の撮像装置が開示されている。光源層から出射して被写体を通過した光が検出層の各受光素子で検出される。
特開２００３−３０６３２号公報 特開２００９−３８２１号公報
ところで、図１４のように被写体９０の表面に対して小さい入射角で光源層９２からの出射光を照射した場合、被写体９０の表面で反射した光源層９２からの出射光が被写体９０の表面で反射して直接的に受光素子９４に到達する（すなわち、撮影画像に光源層９２が映り込む）ため、被写体９０の表面のうち特定の領域が極端に高輝度な状態（以下では「グレア」と表記する）となる。したがって、例えば被写体９０の内部の静脈像を精細かつ明確に撮像することは困難である。他方、図１５のように被写体９０の表面に対して適度な入射角を確保して光源層９２からの出射光を照射すれば、被写体９０の表面での直接的な反射光は受光素子９４に到達しない（被写体９０の表面での散乱光のみが受光素子９４に到達する）から、前述のグレアの発生は抑制される。しかし、被写体９０の表面に対して傾斜したひとつの方向から被写体９０を照明した場合、被写体９０の表面構造（例えば指紋や皺）を反映した陰影が強調される。したがって、被写体９０の内部の静脈像を精細かつ明瞭に撮像することは困難である。以上の事情を考慮して、本発明は、グレアや陰影を抑制しながら被写体を撮像することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明の撮像装置は、複数の受光素子が配置された受光部と、受光部の被写体側に配置され、被写体に向けて光を出射する発光部と被写体側からの入射光を各受光素子側に透過させる複数の透過部とを含む光源部とを具備し、発光部は、発光層を含む光透過性の第１透光層と、第１透光層の被写体側に位置する半透過反射層と、第１透光層を挟んで半透過反射層に対向する反射層とを含み、発光層からの出射光を半透過反射層と反射層との間で共振する共振構造が形成され、複数の透過部の各々は、光透過性の第２透光層と、第２透光層を挟んで対向する第１半透過反射層および第２半透過反射層とを含み、被写体側からの入射光を第１半透過反射層と第２半透過反射層との間で共振する共振構造が形成され、発光部における反射層と半透過反射層との間の第１共振長（例えば共振長Ｌ1）は、透過部における第１半透過反射層と第２半透過反射層との間の第２共振長（例えば共振長Ｌ2）を上回る。以上の構成では、発光部の共振構造の第１共振長が透過部の共振構造の第２共振長を上回るから、共振構造の反射面に垂直な基準方向に対して傾斜する方向への発光部からの出射強度のピーク波長（例えばピーク波長λ1）と、基準方向に対する透過部からの出射強度のピーク波長（例えばピーク波長λ2）とが、第１共振長と第２共振長とを相互に一致させた場合と比較して近付く。すなわち、特定波長の撮像光は、基準方向に対して傾斜する方向に発光部から出射するとともに、透過部を基準方向と平行な方向に透過して受光部側に進行する。したがって、被写体の表面のグレアや陰影を抑制しながら被写体の精細かつ明瞭な画像を撮像することが可能である。
本発明の好適な態様において、基準方向に対して傾斜する方向への発光部からの出射強度のピーク波長（例えばピーク波長λ1）と、基準方向に対する透過部からの出射強度のピーク波長（例えばピーク波長λ2）とが一致するように、第１共振長および第２共振長は設定される。以上の態様では、被写体の表面のグレアや陰影を抑制しながら被写体の精細かつ明瞭な画像を撮像できるという効果が格別に顕著となる。なお、発光部からの出射強度のピーク波長と透過部からの出射強度のピーク波長とが「一致する」とは、各ピーク波長が完全に一致する場合に加えて、各ピーク波長が実質的に一致する場合（例えば製造誤差の範囲内で相違する場合）も包含する。
本発明の好適な態様に係る撮像装置は、光源部の被写体側に配置されて被写体側からの入射光を各受光素子に集光する複数のレンズを具備する。以上の態様では、被写体側からの入射光を各受光素子に集光する複数のレンズが配置されるから、被写体からの入射光を集光しない構成と比較して撮像光の利用効率を向上することが可能である。
本発明の好適な態様において、基準方向に対する照射方向の角度（例えば目標角度θx）は３０°以上かつ６０°以下（例えば４５°）である。以上の構成によれば、発光部からの出射光の利用効率を高水準に維持しながらグレアや陰影を抑制することが可能である。
本発明の好適な態様において、発光部の反射層は、光反射性の基礎反射層と誘電体多層膜とを含み、透過部の第１半透過反射層は、誘電体多層膜を含むとともに基礎反射層を含まない。以上の構成においては、発光部の反射層の誘電体多層膜と透過部の第１半透過反射層の誘電体多層膜とが同層で形成されるから、発光部の反射層と透過部の第１半透過反射層とを相互に独立に形成する場合と比較して製造工程が簡素化されるという利点がある。また、誘電体多層膜がアモルファスシリコンで形成された層を含む構成によれば、アモルファスシリコンの層で可視光が遮光されるから、可視光を遮光する光学フィルターを独立に設置する必要がないという利点がある。
本発明の好適な態様において、発光部の半透過反射層と透過部の第２半透過反射層とは、光反射性の材料により同一工程で形成される。以上の構成によれば、発光部の半透過反射層と透過部の第２半透過反射層とが同一工程で形成されるから、半透過反射層と第２半透過反射層とを相互に独立に形成する場合と比較して製造工程が簡素化されるという利点がある。半透過反射層および第２半透過反射層として利用される反射導電層は、例えば、マグネシウムと銀との混合で形成される。銀の割合がマグネシウムの割合を上回る構成が格別に好適である。
本発明の好適な態様において、発光部の第１透光層は、光透過性の透明電極層と発光層とを含み、透過部の第２透光層は、発光層を含むとともに透明電極層を含まない。以上の構成においては、発光部の第１透光層の発光層と透過部の第２透光層の発光層とが同層で形成されるから、発光部の第１透光層と透過部の第２透光層とを相互に独立に形成する場合と比較して製造工程が簡素化されるという利点がある。
以上の各態様に係る撮像装置は、各種の電子機器に好適に利用される。電子機器の具体例としては、撮像装置が撮像した静脈像を利用して生体認証を実行する生体認証装置や、撮像装置が撮影した画像（例えば静脈像）から血中アルコール濃度や血糖値等の生体情報を推定する医療機器（血中アルコール濃度推定装置や血糖値推定装置等の生体情報推定装置）が例示され得る。
本発明の実施形態に係る撮像装置の断面図である。 撮像装置の分解断面図である。 撮像装置の各要素の位置関係を示す平面図である。 撮像装置を部分的に拡大した断面図である。 撮像装置の光源部のうち発光部の断面図である。 撮像装置の光源部のうち透過部の断面図である。 撮像光の出射角の説明図である。 発光部からの出射強度と波長との関係を出射角毎に示すグラフである。 透過部からの出射強度と波長との関係を出射角毎に示すグラフである。 発光部から撮像光が出射する様子の模式図である。 発光部の具体的な構成を示す断面図である。 透過部の具体的な構成を示す断面図である。 基板に対する入射角と透過率および反射率との関係を示すグラフである。 被写体を小さい入射角で照明した場合に顕在化するグレアの説明図である。 被写体を大きい入射角で照明した場合に顕在化する陰影の説明図である。
＜実施形態＞
図１は、本発明のひとつの実施形態に係る撮像装置１００の断面図であり、図２は、撮像装置１００の分解断面図である。本実施形態の撮像装置１００は、特定の波長の照明光（以下「撮像光」という）を照射した状態で被写体２００を撮像するセンシング装置であり、例えば生体（典型的には人間の手指）の静脈像を撮像する生体認証装置（静脈センサー）に好適に利用される。撮像光は特定の波長（以下「撮像波長」という）λの近傍で強度がピークとなる所定帯域の光成分である。撮像波長λが８５０ｎｍである近赤外光を以下では撮像光として例示するが、撮像波長λは被写体２００の光学的特性（透過率や反射率）等に応じて適宜に変更され得る。
図１および図２に示すように、本実施形態の撮像装置１００は、受光部１０と集光部２０と照明部３０とを具備する。照明部３０は受光部１０の被写体２００側（受光部１０と被写体２００との間）に配置され、集光部２０は照明部３０の被写体２００側（照明部３０と被写体２００との間）に配置される。すなわち、照明部３０は受光部１０と集光部２０との間に位置する。概略的には、照明部３０から出射した撮像光で照明された被写体２００からの入射光が集光部２０にて集光されたうえで照明部３０を透過して受光部１０に到達する。
受光部１０は、被写体２００を撮像する要素であり、基板１２と複数の受光素子１４とを含んで構成される。基板１２は、例えば半導体材料で形成された板状部材である。複数の受光素子１４は、基板１２のうち被写体２００側の表面（受光面）１２１に形成され、図３に示すように平面視で（すなわち表面１２１に垂直な方向からみて）行列状に配列する。各受光素子１４は、受光量に応じた検出信号を生成する。各受光素子１４が生成した検出信号を画像処理することで被写体２００の画像が生成される。例えば公知のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサーやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサーが受光部１０として好適に利用される。
図１の集光部２０は、被写体２００側から到来する撮像光を集光する要素であり、基板２２と複数のレンズ２４（マイクロレンズ）とを含んで構成される。図２に示すように、基板２２は、被写体２００に対向する表面２２１と表面２２１の反対側の表面２２２とを含む光透過性（撮像光を透過させる性質）の板状部材である。例えばガラス基板や石英基板が基板２２として好適に採用される。複数のレンズ２４は、基板２２の表面２２２に形成される。各レンズ２４は、被写体２００から基板２２の表面２２１に入射して基板２２を透過した撮像光を集光する凸レンズである。
図４は、撮像素子のうち１個の受光素子１４に対応する部分の断面図である。図１から図４に示すように、集光部２０の各レンズ２４と受光部１０の各受光素子１４とは１対１に対応する。具体的には、図４に示すように、各レンズ２４の光軸Ｌ0は、そのレンズ２４に対応する受光素子１４（典型的には受光素子１４の受光領域の中心）を通過する。したがって、複数のレンズ２４は、図３に示す通り、各受光素子１４と同様に平面視で行列状に配列する。各レンズ２４の製造には、例えば、基板２２に形成された多数の微細なレジストを熱変形させて各レンズ２４を形成する方法（リフロー法）、面積階調マスクを利用したフォトリソグラフィ処理で各レンズ２４を形成する方法、または、板状部材の研磨や成型で基板２２と各レンズ２４とを一体に形成する方法等の任意の製造技術が採用される。
図１の照明部３０は、撮像光を生成して被写体２００を照明するとともに各レンズ２４が集光した撮像光を各受光素子１４側に透過させる要素であり、基板３２と遮光層３３と配線層３５と光源部３６と保護層３７とを含んで構成される。図２に示すように、基板３２は、集光部２０（各レンズ２４）に対向する表面３２１と表面３２１の反対側の表面３２２とを含む光透過性の板状部材（例えばガラス基板や石英基板）である。遮光層３３は、基板３２の表面３２２に形成された遮光性（撮像光を吸収または反射させる性質）の膜体である。例えばカーボンブラック等の黒色剤（黒色顔料）が分散された樹脂材料やクロム等の遮光性の金属材料で遮光層３３は形成される。図２から図４に示すように、遮光層３３には複数の円形状の開口部３４が形成される。遮光層３３の各開口部３４と集光部２０の各レンズ２４（または受光部１０の各受光素子１４）とは１対１に対応する。具体的には、図４に示すように、各レンズ２４の光軸Ｌ0は、そのレンズ２４に対応する開口部３４（典型的には開口部３４の中心）を通過する。したがって、各開口部３４は、図３に示す通り、各レンズ２４や各受光素子１４と同様に平面視で行列状に配列する。
図１の配線層３５は、基板３２の表面３２１に形成され、光源部３６に電流を供給するための配線を含んで構成される。光源部３６は、配線層３５の表面に形成され、被写体２００を照明するとともに被写体２００側からの撮像光を各受光素子１４側に透過させる。図２から図４に示すように、光源部３６は、平面視（すなわち基板３２の表面３２１に垂直な方向からみた状態）で発光部５０と複数の透過部６０とに区分される。発光部５０は、被写体２００を照明する撮像光を生成して被写体２００側に出射する。複数の透過部６０の各々は、被写体２００側からの入射光を各受光素子１４側に透過させる。図３に示すように、各透過部６０は平面視で円形状に形成される。光源部３６の各透過部６０と集光部２０の各レンズ２４（または受光部１０の各受光素子１４）とは１対１に対応する。具体的には、図４に示すように、各レンズ２４の光軸Ｌ0は、そのレンズ２４に対応する透過部６０（典型的には透過部６０の中心）を通過する。したがって、各透過部６０は、図３に示す通り、各レンズ２４や各受光素子１４と同様に平面視で行列状に配列する。配線層３５の各配線は、平面視で発光部５０に重複する領域内に形成され、各透過部６０とは重複しない。図１の保護層３７は、光源部３６を封止して外気や水分から保護する要素（封止層）であり、光透過性の絶縁材料（例えば樹脂材料）で形成される。
受光部１０と照明部３０とは、例えば光透過性の接着剤１８で相互に間隔をあけて固定される。また、集光部２０と照明部３０とは、各々の外周部が相互に固定される。図１および図４では、集光部２０の各レンズ２４の表面と照明部３０の保護層３７の表面とが接触するように集光部２０と照明部３０とを接合した構成が例示されている。ただし、各レンズ２４の表面と保護層３７の表面とが相互に間隔をあけて対向するように集光部２０と照明部３０とを相互に固定することも可能である。また、各レンズ２４の材料と比較して屈折率が小さい光透過性の接着剤を利用して集光部２０と照明部３０とを相互に固定することも可能である。
以上に説明した構成において、光源部３６の発光部５０から出射した撮像光が集光部２０（基板２２および各レンズ２４）を透過して被写体２００に照射されるとともに被写体２００の内部の静脈にて透過または反射して集光部２０に入射し、各レンズ２４で集光されたうえで光源部３６の透過部６０と基板３２と遮光層３３の開口部３４とを通過して受光素子１４に到達する。したがって、被写体２００の静脈像が撮像される。
以上に説明した構成では、受光部１０の各受光素子１４と被写体２００との間に光源部３６が設置されるから、被写体２００を挟んで相互に対向するように光源部と撮像部とが設置される特許文献１の技術と比較して装置の小型化が容易である。また、被写体２００に撮像光を照射する発光部５０が平面状に分布するから、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点光源を被写体２００の照明に利用した場合と比較して被写体２００に対する照射光量の偏在を低減する（被写体２００を均一に照明する）ことが可能である。しかも、本実施形態では、光源部３６により照明された被写体２００からの撮像光が集光部２０の各レンズ２４で集光されたうえで受光素子１４に到達するから、撮像光を集光する要素が存在しない特許文献２の技術と比較して、被写体２００から各受光素子１４に到達する光量を充分に確保できるという利点がある。
図５は、光源部３６のうち発光部５０を拡大した断面図である。図５に示すように、発光部５０は、反射層５２と第１透光層５４と半透過反射層５６とを含んで構成される。反射層５２は配線層３５の表面（第１透光層５４からみて受光部１０側）に形成され、第１透光層５４は反射層５２の表面に形成され、半透過反射層５６は第１透光層５４の表面（第１透光層５４からみて被写体２００側）に形成される。すなわち、反射層５２と半透過反射層５６とは第１透光層５４を挟んで相互に対向する。
第１透光層５４は、撮像光を生成する発光層を含む光透過性の薄膜である。反射層５２は、発光層から発生して受光部１０側に進行する撮像光を被写体２００側に反射させる光反射性の薄膜である。半透過反射層５６は、第１透光層５４側から到来する撮像光（発光層が生成して被写体２００側に進行する撮像光または反射層５２で反射された撮像光）の一部を透過させるとともに残りを反射させる半透過反射性の薄膜（ハーフミラー）である。
以上に説明したように反射層５２と半透過反射層５６とが第１透光層５４を挟んで相互に対向することで、第１透光層５４の発光層から出射した撮像光を反射層５２と半透過反射層５６との間で共振する共振構造（マイクロキャビティ）が形成される。すなわち、発光層からの出射光は反射層５２と半透過反射層５６との間で往復し、反射層５２と半透過反射層５６との間の光学的距離（以下「共振長」という）Ｌ1に応じた波長の共振成分が選択的に増幅されたうえで半透過反射層５６を透過して被写体２００側に出射する。すなわち、発光部５０は、発光層が生成する撮像光のうち共振長Ｌ1に応じた波長成分を選択的に強調するバンドパスフィルターとして機能する。共振長Ｌ1は、第１透光層５４の膜厚に対応する。
図６は、光源部３６のうち透過部６０を拡大した断面図である。図６に示すように、透過部６０は、第１半透過反射層６２と第２透光層６４と第２半透過反射層６６とを含んで構成される。第１半透過反射層６２は配線層３５の表面（第２透光層６４からみて受光部１０側）に形成され、第２透光層６４は第１半透過反射層６２の表面に形成され、第２半透過反射層６６は第２透光層６４の表面（第２透光層６４からみて被写体２００側）に形成される。すなわち、第１半透過反射層６２と第２半透過反射層６６とは第２透光層６４を挟んで相互に対向する。
第２透光層６４は、光透過性の薄膜である。第１半透過反射層６２は、第２透光層６４の内部を受光部１０側に進行する撮像光の一部を受光部１０側に透過させるとともに残りを被写体２００側（第２半透過反射層６６側）に反射させる半透過反射性の薄膜（ハーフミラー）である。第２半透過反射層６６は、集光部２０の各レンズ２４で集光された被写体２００側からの撮像光の一部を透過させて第２透光層６４の内部に取込むとともに、第１半透過反射層６２で反射されて被写体２００側に進行する撮像光の一部を被写体２００側に反射させる半透過反射性の薄膜（ハーフミラー）である。
以上に説明したように第１半透過反射層６２と第２半透過反射層６６とが第２透光層６４を挟んで相互に対向することで、集光部２０の各レンズ２４が集光した被写体２００からの撮像光を第１半透過反射層６２と第２半透過反射層６６との間で共振する共振構造が形成される。すなわち、被写体２００側から到来して第２半透過反射層６６を透過した撮像光は第１半透過反射層６２と第２半透過反射層６６との間で往復し、第１半透過反射層６２と第２半透過反射層６６との間の共振長（光学的距離）Ｌ2に応じた波長の共振成分が選択的に増幅されたうえで第１半透過反射層６２を透過して受光部１０側に出射する。すなわち、透過部６０は、共振長Ｌ2に応じた波長成分を選択的に強調するバンドパスフィルターとして機能する。共振長Ｌ2は、第２透光層６４の膜厚に対応する。
ところで、共振構造からの出射光の波長と強度との関係（共振構造で強度が増幅される波長）は出射光の出射角θに依存する。出射角θは、図７に示すように、共振構造の反射面に垂直な基準方向Ｄ0に対する角度を意味する。基準方向Ｄ0は、受光部１０の基板１２の表面１２１に垂直な方向（集光部２０の各レンズ２４の光軸Ｌ0に平行な方向）である。
図８は、光源部３６のうち発光部５０の共振構造からの出射光の波長と強度（出射強度）との関係を複数の出射角θ（θ＝０,１５,３０,４５,６０[°]）について図示したグラフである。図８では、発光層の内部発光の分光特性が破線で併記されている。共振構造からの出射光の出射角θが増加するほど出射強度がピークとなる波長（以下「ピーク波長」という）は減少するという傾向が図８から把握される。また、発光部５０の共振構造の共振長Ｌ1が減少するほど出射光のピーク波長は短波長側に遷移するという傾向がある。
図１４を参照して前述した通り、被写体２００の表面を小さい入射角（正面方向に近い角度）から照明した場合には、被写体２００の表面の特定の領域が過度に高輝度となるグレアが顕著となる。したがって、グレアを防止する観点からは、基準方向Ｄ0（θ＝０°）に対して特定の角度（以下「目標角度」という）θxだけ傾斜した照明方向に対する出射強度のピーク波長λ1が撮像波長λに合致することが望ましい。
以上の傾向を考慮して、本実施形態では、図８に示すように、目標角度θxの照明方向に対する発光部５０からの出射強度のピーク波長λ1が所望の撮像波長λ（８５０ｎｍ）に合致（または近似）するように、発光部５０の共振構造の共振長Ｌ1が選定される。すなわち、発光層からの出射光のうち撮像波長λの撮像光は、基準方向Ｄ0に対して目標角度θxだけ傾斜した照明方向に出射する。図８では、目標角度θxを４５°に設定した場合が例示されている。
以上の条件で共振長Ｌ1を選定した構成では、図９に示すように、発光部５０の任意の地点Ｐでの法線（基準方向Ｄ0に平行な直線）を回転軸とした全周にわたり、基準方向Ｄ0に対して目標角度θx（θｘ＝４５°）の方向に撮像波長λ（ピーク波長λ1）の撮像光が放射される。すなわち、被写体２００の表面の任意の地点には、基準方向Ｄ0に対して目標角度θxだけ傾斜した多様な方向から撮像波長λの撮像光が到達する。したがって、被写体２００表面の法線に対して傾斜したひとつの方向から被写体２００を照明する図１５の場合と比較して、被写体２００の表面構造（テクスチャ）を反映した陰影を抑制することが可能である。
図１０は、光源部３６のうち透過部６０の共振構造からの出射光の波長と強度（出射強度）との関係を複数の出射角θ（θ＝０,１５,３０,４５,６０[°]）について図示したグラフである。図１０の縦軸は、透過部６０の透過率と同視することも可能である。図１０では、透過部６０の共振構造の共振長Ｌ2が発光部５０の共振構造の共振長Ｌ1を下回る場合の特性が実線で図示され、共振長Ｌ1と共振長Ｌ2とを相互に一致させたと仮定した構成（以下「対比例」という）のもとで０°の出射角θに対応する特性が破線で図示されている。共振構造からの出射光の出射角θが増加するほど出射光のピーク波長が減少するという傾向が、図８と同様に図１０からも確認できる。また、図１０の対比例から理解される通り、透過部６０の共振構造の共振長Ｌ2が対比例（共振長Ｌ1）と比較して減少するほど、共振構造からの出射光のピーク波長は対比例と比較して短波長側に遷移するという傾向が図１０から把握される。
被写体２００側から透過部６０に入射した撮像光を有効に受光部１０側に透過させる（撮像光の利用効率を高水準に維持する）という観点からは、基準方向Ｄ0（レンズ２４の光軸Ｌ0の方向）に対する透過部６０からの出射強度（透過部６０の透過率）のピーク波長λ2が撮像波長λに合致することが望ましい。以上の傾向を考慮して、本実施形態では、図１０に示すように、基準方向Ｄ0（θ＝０°）に対する透過部６０からの出射強度のピーク波長λ2が所望の撮像波長λ（８５０ｎｍ）に合致（または近似）するように、透過部６０の共振構造の共振長Ｌ2が選定される。すなわち、被写体２００側から透過部６０に入射した撮像波長λの撮像光は透過部６０から基準方向Ｄ0（θ＝０°）に平行に出射する。
図１０に破線で図示される通り、共振長Ｌ2を共振長Ｌ1と共通させた対比例では、基準方向Ｄ0に対する出射強度のピーク波長λ2は９００ｎｍ付近の数値となる。前述の通り、共振長Ｌ2を対比例（共振長Ｌ1）と比較して減少させるほど共振構造からの出射光のピーク波長λ2は短波長側に遷移する。したがって、本実施形態では、共振長Ｌ1を下回るように共振長Ｌ2が選定される（Ｌ2＜Ｌ1）。具体的には、共振長Ｌ1が共振長Ｌ2を１０％（好適には８％）ほど上回るように共振長Ｌ1と共振長Ｌ2は選定される。共振長Ｌ2は、例えば撮像波長λの１/２（０.５波長）程度となるように選定される。
以上のように共振長Ｌ2が共振長Ｌ1を下回る構成では、基準方向Ｄ0に対して傾斜する目標角度θx（θx＝４５°）に対する発光部５０からの出射強度のピーク波長λ1と、基準方向Ｄ0（θ＝０°）に対する透過部６０からの出射強度のピーク波長λ2とが、共振長Ｌ1と共振長Ｌ2とを共通させた対比例と比較して近付く。すなわち、本実施形態では、ピーク波長λ1とピーク波長λ2とが対比例と比較して近付く（理想的にはピーク波長λ1とピーク波長λ2との双方が撮像波長λに一致する）ように共振長Ｌ1と共振長Ｌ2とが選定される、と換言することも可能である。
以上に説明した通り、所定の撮像波長λの撮像光が、基準方向Ｄ0に対して目標角度θxだけ傾斜する照明方向に発光部５０から出射するとともに、透過部６０を基準方向Ｄ0に透過して受光部１０側に進行する。したがって、本実施形態によれば、被写体２００の表面のグレアや陰影を抑制しながら被写体２００の精細かつ明瞭な画像を撮像することが可能である。
＜発光部５０および透過部６０の具体的な構成＞
以上に説明した発光部５０および透過部６０の具体的な構成を以下に例示する。図１１は、光源部３６のうち発光部５０の具体的な構成を示す断面図であり、図１２は、光源部３６のうち透過部６０の具体的な構成を示す断面図である。なお、以下の説明では、複数の要素が共通層（単層または複数層）から同一工程で形成されることを「同層で形成される」と表記する。同層で形成された各要素は共通の材料からなり、各々の膜厚は相互に略一致する。
発光部５０の反射層５２は、図１１に示すように基礎反射層７１と誘電体多層膜７２とを含んで構成され、透過部６０の第１半透過反射層６２は、図１２に示すように誘電体多層膜７２を含んで構成される。発光部５０の誘電体多層膜７２と透過部６０の誘電体多層膜７２とは同層で形成され、第１半透過反射層６２は基礎反射層７１を含まない。すなわち、透過部６０の第１半透過反射層６２は、発光部５０の反射層５２から基礎反射層７１を省略した関係にある。
図１１の基礎反射層７１は、光反射性の薄膜であり、例えば銀やアルミニウム等の金属材料で配線層３５の表面（基板３２の表面３２１上）に形成される。具体的には、基板３２の全域にわたり形成された光反射性の薄膜のうち各透過部６０に対応する円形の領域を選択的に除去することで基礎反射層７１が形成される。
発光部５０および透過部６０の双方にわたる誘電体多層膜７２は、複数の高屈折率層７２１と複数の低屈折率層７２２とを交互に積層した誘電体ミラーである。高屈折率層７２１および低屈折率層７２２は光透過性の薄膜（誘電体層）であり、高屈折率層７２１の屈折率は低屈折率層７２２を上回る。各高屈折率層７２１は例えばアモルファスシリコン（ａ-Ｓi）で形成され、各低屈折率層７２２は例えば窒化珪素（ＳiＮx）または酸化珪素（ＳiＯx）で形成される。各高屈折率層７２１および各低屈折率層７２２の膜厚は、各々の光学的距離（光路長）が撮像波長λの１/４となるように選定される。
以上に例示したように基礎反射層７１と誘電体多層膜７２との積層で発光部５０の反射層５２を形成した構成によれば、基礎反射層７１の単独で反射層５２を形成した場合（反射率７０％〜８０％）と比較して反射率を向上させる（約９５％）ことが可能である。また、誘電体多層膜７２を利用することで光損失を充分に低減できるという利点もある。なお、高屈折率層７２１の材料であるアモルファスシリコンには可視光を吸収する性質があるから、誘電体多層膜７２がアモルファスシリコンの高屈折率層７２１を含む以上の構成によれば、可視光を遮光する独立の光学フィルターを設置する必要がないという利点もある。
発光部５０の第１透光層５４は、図１１に示すように保護層７３と透明電極層７４と発光層７５とを含んで構成され、透過部６０の第２透光層６４は、図１２に示すように保護層７３と発光層７５とを含んで構成される。第１透光層５４の保護層７３と第２透光層６４の保護層７３とは同層で形成され、第１透光層５４の発光層７５と第２透光層６４の発光層７５とは同層で形成される。第２透光層６４は透明電極層７４を含まない。すなわち、透過部６０の第２透光層６４は、発光部５０の第１透光層５４から透明電極層７４を省略した関係にある。
発光部５０および透過部６０の双方にわたる保護層７３は、光透過性の薄膜であり、例えば誘電体多層膜７２の低屈折率層７２２と同様に窒化珪素（ＳiＮx）や酸化珪素（ＳiＯx）で誘電体多層膜７２の表面に形成される。透明電極層７４は、発光部５０における発光層７５に電流を供給するための電極（陽極）として機能する光透過性の導電膜であり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の光透過性の導電材料で例えば２０ｎｍ程度の膜厚に形成されて保護層７３を被覆する。具体的には、保護層７３の表面の全域にわたり形成された光透過性の導電膜のうち各透過部６０に対応する円形の領域を選択的に除去することで透明電極層７４が形成される。透明電極層７４は、保護層７３を貫通する導通孔（図示略）を介して配線層３５の配線（図示略）に電気的に接続される。
発光部５０および透過部６０の双方にわたる発光層７５は、電流の供給により撮像光を生成する電気光学層であり、例えば有機ＥＬ（Electroluminescence）材料で形成される。なお、図１１や図１２では便宜的に発光層７５を単層として図示したが、発光層７５の発光効率を向上するための電荷注入層（正孔注入層，電子注入層）や電荷輸送層（正孔輸送層，電子輸送層）を形成することも可能である。
図１１および図１２に示すように、発光部５０の半透過反射層５６と透過部６０の第２半透過反射層６６とは同層（反射導電層７６）で形成される。発光部５０の反射導電層７６は、発光層７５に電流を供給するための電極（陰極）として機能する。すなわち、発光部５０においては、透明電極層７４と反射導電層７６とが発光層７５を挟んで相互に対向することで発光素子（トップエミッション型の有機ＥＬ素子）が形成される。発光層７５は透過部６０にも存在するが、透過部６０では透明電極層７４が省略されるから発光素子は形成されない。
光反射性の薄膜を充分に薄い膜厚に形成することで反射導電層７６の半透過反射性が実現される。例えば、反射導電層７６は、マグネシウム（Ｍg）と銀（Ａg）とを混合した合金（ＭgＡg）で形成される。具体的には、良好な半透過反射性を実現する観点から、銀の割合（重量％）がマグネシウムの割合を上回る合金が導電膜の材料として好適である。例えばマグネシウムの割合を１０％以下として銀の割合を９０％以上とした合金を２０ｎｍから３０ｎｍ程度の膜厚に形成することで反射導電層７６が形成される。なお、反射導電層７６に多数の微細な開口を形成することで半透過反射性を実現することも可能である。発光部５０および透過部６０の双方にわたる反射導電層７６の表面に保護層３７が形成される。
以上の構成において、発光部５０の共振構造の共振長Ｌ1は、図１１から理解される通り、反射層５２の誘電体多層膜７２（最上層の高屈折率層７２１）の表面と半透過反射層５６（反射導電層７６）の裏面との距離に相当する。すなわち、発光部５０の共振長Ｌ1は、保護層７３と透明電極層７４と発光層７５との膜厚の合計値である。他方、透過部６０の共振構造の共振長Ｌ2は、図１２から理解される通り、第１半透過反射層６２の誘電体多層膜７２の表面と第２半透過反射層６６の裏面との距離に相当する。すなわち、透過部６０の共振長Ｌ2は、保護層７３と発光層７５との膜厚の合計値である。以上の説明から理解される通り、共振長Ｌ2は、透明電極層７４の膜厚分だけ共振長Ｌ1を下回る。以上のように発光部５０および透過部６０の各々の共振構造のうち一部の構成層（以上の例示では透明電極層７４）の有無に応じて発光部５０の共振長Ｌ1と透過部６０の共振長Ｌ2とを相違させる構成（各構成層の膜厚は発光層７５と透過部６０とで共通する構成）によれば、例えば発光部５０と透過部６０とで共振構造の構成層自体の膜厚を相違させる構成と比較して簡易な工程で共振長Ｌ1と共振長Ｌ2とを相違させることが可能である。
＜変形例＞
以上に例示した形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は適宜に併合され得る。
（１）前述の形態では、発光部５０からの出射強度が撮像波長λにてピークとなる目標角度θxを４５°に設定したが、目標角度θxは、０°を上回る任意の角度に設定される。ただし、目標角度θxが過度に大きいと、発光部５０から出射した撮像光のうち基板２２の表面２２２で反射して被写体２００に到達しない成分や、被写体２００を経由してから基板２２の表面２２１で反射して受光素子１４に到達しない成分が増加する（すなわち撮像光の利用効率が低下する）という問題がある。したがって、目標角度θxは、基板２２の表面２２２での反射が適度に抑制される角度を上限として選定される。
図１３は、基板２２に対する撮像光の入射角（横軸）と反射率および透過率との関係を描画したグラフである。旭硝子株式会社製のＡＮ１００（厚さ０.５ｍｍ）を基板２２として８３０ｎｍの撮像光を照射した場合が想定されている。図１３に示すように、入射角が６０°を上回ると、反射率が急峻に増加するとともに透過率が急峻に減少するという傾向が確認できる。以上の傾向を考慮すると、目標角度θxとしては６０°以下の角度が好適である。また、被写体２００の表面のグレアや陰影を有効に抑制する観点からは、目標角度θxとして３０°以上が好適であるという知見が経験的に確認できた。以上の傾向を考慮すると、目標角度θxは、３０°以上かつ６０°以下の範囲内で好適に選定される。
（２）前述の形態で例示した各要素は適宜に省略され得る。例えば、遮光層３３や複数のレンズ２４を省略することも可能である。また、前述の形態で例示した各要素の位置関係は適宜に変更され得る。例えば、前述の形態では、トップエミッション型の発光素子を発光部５０として形成したが、ボトムエミッション型の発光素子を発光部５０として利用すれば、光源部３６を基板３２の表面３２２に形成することも可能である。各レンズ２４を光源部３６と受光部１０との間に配置した構成も採用され得る。また、前述の形態で例示した各要素間に任意の他の要素を介在させることも可能である。
（３）前述の形態では、生体認証用の静脈像を撮像する撮像装置１００（静脈センサー）を例示したが、本発明の用途は任意である。例えば、撮像装置１００が撮像した生体の静脈像から血中アルコール濃度を推定するアルコール検出装置や、撮像装置１００が撮像した生体の静脈像から血糖値を推定する血糖値推定装置等の医療機器にも本発明は適用され得る。撮像結果を利用した血中アルコール濃度の推定や撮像結果を利用した血糖値の推定には公知の技術が任意に採用され得る。また、印刷物から画像を読取る画像読取装置に本発明を適用することも可能である。なお、画像読取装置に本発明を適用する場合には可視光が撮像光として好適に利用される。
１００……撮像装置、２００……被写体、１０……受光部、１２，２２，３２……基板、１４……受光素子、１８……接着剤、２０……集光部、２４……レンズ、３０……照明部、３３……遮光層、３４……開口部、３５……配線層、３６……光源部、３７……保護層、５０……発光部、５２……反射層、５４……第１透光層、５６……半透過反射層、６０……透過部、６２……第１半透過反射層、６４……第２透光層、６６……第２半透過反射層、７１……基礎反射層、７２……誘電体多層膜、７３……保護層、７４……透明電極層、７５……発光層、７６……反射導電層。

Claims (10)

  1. 複数の受光素子が配置された受光部と、
    前記受光部の被写体側に配置され、前記被写体に向けて光を出射する発光部と前記被写体側からの入射光を前記各受光素子側に透過させる複数の透過部とを含む光源部とを具備し、
    前記発光部は、発光層を含む光透過性の第１透光層と、前記第１透光層の前記被写体側に位置する半透過反射層と、前記第１透光層を挟んで前記半透過反射層に対向する反射層とを含み、前記発光層からの出射光を前記半透過反射層と前記反射層との間で共振する共振構造が形成され、
    前記複数の透過部の各々は、光透過性の第２透光層と、前記第２透光層を挟んで対向する第１半透過反射層および第２半透過反射層とを含み、前記被写体側からの入射光を前記第１半透過反射層と前記第２半透過反射層との間で共振する共振構造が形成され、
    前記発光部における前記反射層と前記半透過反射層との間の第１共振長は、前記透過部における前記第１半透過反射層と前記第２半透過反射層との間の第２共振長を上回る
    撮像装置。
  2. 前記光源部の前記被写体側に配置されて前記被写体側からの入射光を前記各受光素子に集光する複数のレンズ
    を具備する請求項１の撮像装置。
  3. 共振構造の反射面に垂直な基準方向に対して傾斜する方向への前記発光部からの出射強度のピーク波長と、前記基準方向に対する前記透過部からの出射強度のピーク波長とが、前記第１共振長と前記第２共振長とを相互に一致させた場合と比較して近付くように、前記第１共振長および前記第２共振長は設定される
    請求項１または請求項２の何れかの撮像装置。
  4. 前記基準方向に対して傾斜する方向への前記発光部からの出射強度のピーク波長と、前記基準方向に対する前記透過部からの出射強度のピーク波長とが一致するように、前記第１共振長および前記第２共振長は設定される
    請求項３の撮像装置。
  5. 前記基準方向に対する前記照射方向の角度は３０°以上かつ６０°以下である
    請求項３または請求項４の撮像装置。
  6. 前記発光部の前記反射層は、光反射性の基礎反射層と誘電体多層膜とを含み、
    前記透過部の前記第１半透過反射層は、前記誘電体多層膜を含むとともに前記基礎反射層を含まない
    請求項１から請求項５の何れかの撮像装置。
  7. 前記誘電体多層膜は、アモルファスシリコンで形成された層を含む
    請求項６の撮像装置。
  8. 前記発光部の前記半透過反射層と前記透過部の前記第２半透過反射層とは、光反射性の材料により同一工程で形成される
    請求項１から請求項７の何れかの撮像装置。
  9. 前記発光部の前記第１透光層は、光透過性の透明電極層と前記発光層とを含み、前記透過部の前記第２透光層は、前記発光層を含むとともに前記透明電極層を含まない
    請求項１から請求項８の何れかの撮像装置。
  10. 請求項１から請求項９の何れかの撮像装置を具備し、前記撮像装置が撮影した画像から生体情報を推定する医療機器。
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