(57)【要約】【課題】装置を小型化でき、さらに、異物の発生や侵入を抑制し、１台の装置で高品質な可視光画像および近赤外光画像を取得すること。【解決手段】画像撮像装置であって、光学系と、前記光学系を透過した、被写体の光像を撮像する撮像素子と、前記被写体から前記撮像素子に至る光路に配置されたフィルタと、を備え、前記光路の一部を遮る第１のフィルタ部と、前記光路の全部を遮る第２のフィルタ部とを有し、前記第１のフィルタ部は、近赤外光を遮光し、前記第２のフィルタ部は、可視光および近赤外光の２波長群を透過し、前記撮像素子は、前記第１のフィルタ部を透過せず前記第２のフィルタ部を透過した光が結像する第１撮像部と、前記第１のフィルタ部および前記第２のフィルタ部の両方を透過した光が結像する第２撮像部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、
前記光学系を透過した、被写体の光像を撮像する撮像素子と、
前記被写体から前記撮像素子に至る光路に配置されたフィルタと、を備え、
前記フィルタは、前記光路の一部を遮る第１のフィルタ部と、前記光路の全部を遮る第２のフィルタ部とを有し、
前記第１のフィルタ部は、近赤外光を遮光し、前記第２のフィルタ部は、可視光および近赤外光の２波長群を透過し、
前記撮像素子は、前記第１のフィルタ部を透過せず前記第２のフィルタ部を透過した光が結像する第１撮像部と、前記第１のフィルタ部および前記第２のフィルタ部の両方を透過した光が結像する第２撮像部と、を有する画像撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子から映像信号を読み出す信号読出部をさらに有し、
前記信号読出部は、前記第１撮像部および前記第２撮像部から映像信号を個別に読み出すように構成されている請求項１に記載の画像撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子に対する前記フィルタの相対位置が固定されている請求項１または２に記載の画像撮像装置。
【請求項４】
前記第１のフィルタ部は、前記光学系の内部に配置され、
前記第２のフィルタ部は、前記光学系の外部に配置されている請求項１から３の何れか一項に記載の画像撮像装置。
【請求項５】
前記光学系の光軸と直交する方向に配置された透光性の基板を有し、
前記第１のフィルタ部は、前記基板上に形成された近赤外光遮光膜である請求項１から４の何れか一項に記載の画像撮像装置。
【請求項６】
前記基板は、前記近赤外光遮光膜が形成されていない領域をカットした構造を有する請求項５に記載の画像撮像装置。
【請求項７】
前記基板の前記カットによる切断面は、その法線が前記光軸と角度をもって交わっている請求項６に記載の画像撮像装置。
【請求項８】
前記切断面には、すべての光を遮光する遮光膜が形成されている請求項７に記載の画像撮像装置。
【請求項９】
前記第１撮像部の結像面上に、すべての光を透過するクリアフィルタが配置されており、前記第２撮像部の結像面上に、カラーフィルタが配置されている請求項１から８の何れか１項に記載の画像撮像装置。
【請求項１０】
前記第２のフィルタ部は、４００ｎｍ〜６５０ｎｍ、および８００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長群の光を透過する請求項１から９の何れか１項に記載の画像撮像装置。
【請求項１１】
前記第１のフィルタ部は、６５０ｎｍ以上の波長の光を遮光する請求項１から１０の何れか１項に記載の画像撮像装置。
【請求項１２】
前記画像撮像装置は、固定焦点方式で撮像する請求項１から１１の何れか１項に記載の画像撮像装置。
【請求項１３】
前記画像撮像装置は、自動焦点機能を備える請求項１から１１の何れか１項に記載の画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の光像を撮像する画像撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信技術の進歩に伴い、様々な情報セキュリティ技術が開発されてきた。近年は、生体認証のひとつである虹彩認証が、高度なセキュリティ技術として注目されている。
【０００３】
虹彩認証は、指紋認証よりも偽造が困難であること、さらに、認証精度が高く、より高い安全性を備えていることから、広く実用化されている。
【０００４】
近赤外画像を撮影する機能と、可視光画像を撮影する機能とを両立する技術として、以下の特許文献１および特許文献２が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５６８１９号公報
【特許文献２】特開２００６−４８２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、携帯電話装置、ＰＣ（Personal Computer）およびタブレット端末の薄型化および小型化がますます進んでいる。しかしながら、特許文献１や２は、レンズユニットまたはフィルタ部をスライドさせる機構を装置内に設けた構成であるため、装置の小型化ができない。また、駆動機構からの発塵により、撮像画像に異物が映り込むという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の小型化を図ることにある。さらに、異物の発生や侵入を抑制し、１台の装置で、高品質な可視光画像および近赤外光画像を取得することができる画像撮像装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る画像撮像装置は、光学系と、前記光学系を透過した、被写体の光像を撮像する撮像素子と、前記被写体から前記撮像素子に至る光路に配置されたフィルタと、を備え、前記フィルタは、前記光路の一部を遮る第１のフィルタ部と、前記光路の全部を遮る第２のフィルタ部とを有し、前記第１のフィルタ部は、近赤外光を遮光し、前記第２のフィルタ部は、可視光および近赤外光の２波長群を透過し、前記撮像素子は、前記第１のフィルタ部を透過せず前記第２のフィルタ部を透過した光が結像する第１撮像部と、前記第１のフィルタ部および前記第２のフィルタ部の両方を透過した光が結像する第２撮像部と、を有する。
【０００９】
なお、本明細書において使用する用語に関し、可視光とは４００ｎｍ〜６５０ｎｍの波長範囲の光を指すものとし、近赤外光とは８００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲の光を指すものとして定義する。また、光学系とは、単一または複数の光学レンズを含み、これらのレンズと、遮光板、後方遮光リング、その他の光学部材を組合せてバレルに収納して構成したものとして定義する。さらに、すべての光とは、撮像素子が感度を有する波長範囲内の光をいうものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様に係る画像撮像装置によれば、装置の小型化を図ることができる。さらに、異物の発生や侵入を抑制し、１台の装置で、高品質な可視光画像および近赤外光画像を取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る画像撮像装置の要部構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る光学系を透過する光の光路と第１撮像部および第２撮像部との関係を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る撮像素子の第１撮像部と第２撮像部の例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る第１のフィルタ部の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る第１のフィルタ部の変形例１を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る第１のフィルタ部の変形例２を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る画像撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図８】第１のフィルタ部の変形例２を光学系の内部に用いる画像撮像装置の要部構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る画像撮像装置に関し、焦点調整機構を設けた状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２に係る画像撮像装置の要部構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態３に係る画像撮像装置の要部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための形態について、図１〜図１１に基づいて説明する。
【００１３】
なお、説明の便宜上、特定の項目にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００１４】
[実施形態１]
本発明の実施形態１について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る画像撮像装置１００の要部構成を示す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、画像撮像装置１００は、光学系１０１、第１のフィルタ部１０９、撮像素子１０２、信号読出部１０３、第２のフィルタ部１０４、基板１０５、ホルダ１０６、カラーフィルタ１０７、および筐体１０８を備えている。
【００１６】
画像撮像装置１００は、例えば、カメラ付き携帯電話装置およびカメラ付きＰＣ等に使用される個人撮影用の画像撮像装置である。また、画像撮像装置１００は、虹彩画像を用いて個人認証を行う虹彩認証装置等の認証機能を有する画像撮像装置でもある。
【００１７】
光学系１０１は、光学レンズによって被写体の光像を、撮像素子１０２の第１撮像部１０２ａおよび第２撮像部１０２ｂのそれぞれに結像させるものである。また、本実施形態の光学系は、固定焦点の光学系である。これにより、装置の小型化を図ることができる。
【００１８】
第１のフィルタ部１０９は、透光性の基板４０１上に形成された近赤外光遮光膜である。また、被写体から撮像素子１０２に至る光路の一部を遮るように、光学系１０１の内部に配置されている。なお、当該第１のフィルタ部１０９が遮光する光の波長範囲は、好ましくは６５０ｎｍ以上とするが、これに限定されず、波長範囲の下限が６００ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲に含まれていればよいものとする。
【００１９】
また、第１のフィルタ部１０９を形成する透光性の基板４０１は、光学系１０１の光軸Ｘと直交する方向に配置される。透過性の基板４０１は、近赤外光遮光膜が形成されていない領域がカットされた構造となっている。そして、当該基板のカットによる切断面には、その法線Ｌが光学系１０１の光軸Ｘと角度αをもって交わる傾斜面が形成されている。これにより、切断面からの反射が原因となって発生するフレア等を抑制することができる。なお、切断面に形成する傾斜面は、その法線Ｌと、光学系１０１の光軸Ｘとの交点が当該フィルタよりも撮像素子側に位置していることが望ましい。ここでいう光軸Ｘとは、光学系１０１の中心軸であり、説明上、一点鎖線で図示するが、物理的な実体を有しないものとする。
【００２０】
第２のフィルタ部１０４は、可視光および近赤外光の２波長群の光を透過し、その他の波長を遮光する。また、被写体から撮像素子１０２に至る光路の全部を遮るように、光学系１０１の外部に配置されている。
【００２１】
なお、第２のフィルタ部１０４が透過する光の波長範囲は、４００ｎｍ〜６５０ｎｍおよび８００ｎｍ〜８５０ｎｍとしているが、これに限定されない。たとえば、第２のフィルタ部１０４が透過する光の波長は、可視光側は３９０ｎｍ〜６８０ｎｍの範囲内、近赤外光側は７８０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲内であればよい。ここで、一般に、８１０ｎｍ付近の波長は、あらゆる目の色の虹彩パターンを、効率的に認証できる波長とされている。本実施形態の構成によれば、第１撮像部１０２ａに、たとえば８１０ｎｍ〜８５０ｎｍの近赤外光を結像させることで、効率的な虹彩認証を可能としている。
【００２２】
第１のフィルタ部１０９および第２のフィルタ部１０４は、撮像素子１０２に対する相対位置が固定されている。これにより、発塵を抑えている。
【００２３】
撮像素子１０２は、光学系１０１を透過した被写体の光像を撮像するものである。また、撮像素子１０２は、第１撮像部１０２ａおよび第２撮像部１０２ｂを有している。そして、第１撮像部１０２ａには、第１フィルタ部１０９を透過せず、第２のフィルタ部１０４を透過した、可視光および近赤外光が結像する。第２撮像部１０２ｂには、第１のフィルタ部１０９および第２のフィルタ部の両方を透過した、可視光が結像する。第１撮像部１０２ａは、虹彩認証のための虹彩画像を撮像する領域であり、第２撮像部１０２ｂは、可視光画像を撮像する領域である。
【００２４】
信号読出部１０３は、第１撮像部１０２ａおよび第２撮像部１０２ｂから映像信号を個別に読み出すものである。また、信号読出部１０３は、筐体１０８の外側の、基板１０５上に設けられている。
【００２５】
基板１０５上には、撮像素子１０２が固定され、撮像素子１０２の結像面上には、カラーフィルタ１０７が配置されている。カラーフィルタ１０７は、撮像素子１０２による撮像画像の多色カラー表示を実現するために、画素（ピクセル）のサブピクセル毎に異なる３原色（ＲＧＢ）のカラーフィルタを有するように構成されている。
【００２６】
筐体１０８は、撮像素子１０２を覆うように基板１０５に固定されており、筐体１０８の内部の上部壁面には、第２のフィルタ部１０４が固定されている。
【００２７】
本実施形態の画像撮像装置によれば、固定焦点の光学系を採用し、可動部分を有さない構成としたため、装置の小型化が図られる。また、第１のフィルタ部１０９および第２のフィルタ部１０４の相対位置が、撮像素子１０２に対し固定されているため、発塵を抑え、画質不良の原因となる異物の発生や侵入を抑制することができる。
【００２８】
次に、光学系１０１を透過する光の光路と、第１撮像部１０２ａおよび第２撮像部１０２ｂとの関係について、図２を参照して説明する。
【００２９】
図２に示すように、被写体２０１の像は、光学系１０１を透過して、撮像素子１０２に結像する。撮像された画像は信号読出部１０３から映像信号として読み出される。また、撮像素子１０２は、第１撮像部１０２ａと、第２撮像部１０２ｂから構成されている。被写体２０１の領域２０１ａからの光線は、光学系１０１に含まれる光学レンズ１０１ｂを透過し、そして、第２のフィルタ部１０４を透過した後、第１撮像部１０２ａに結像する。このとき、第１のフィルタ部１０９は透過しないため、第１撮像部１０２ａには、近赤外光および可視光が結像する。一方、被写体２０１の領域２０１ｂからの光線は、第１のフィルタ部１０９を透過し、そして、第２のフィルタ部１０４を透過した後、第２撮像部１０２ｂに結像する。この場合は、第１のフィルタ部１０９によって近赤外光が遮光されるため、第２撮像部１０２ｂには、可視光が結像する。従って、第１撮像部１０２ａから近赤外光画像を取得しつつ、第２撮像部１０２ｂから可視光画像を取得することができる。なお、撮像素子１０２は、異なる任意の領域を出力することが可能である。
【００３０】
次に、図３に示すように、第１撮像部１０２ａは、虹彩画像領域３０１ａを有し、第２撮像部１０２ｂは可視光画像領域３０１ｂを有する。このように、撮像素子１０２の結像領域を２つに区分けすることで、１台の撮像装置で、可視光画像と虹彩画像とを別々に出力することができる。
【００３１】
なお、第１のフィルタ部１０９の大きさを変更することにより、出力する画像の大きさを任意に設定することが可能となる。
【００３２】
[第１のフィルタ部１０９の製造方法]
次に図４（a）〜（ｄ）に基づき、第１のフィルタ部１０９の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、図４の（ａ）に示すように、ガラス基板４０１上に近赤外光遮光膜４０２を形成する。遮光膜の形成方法は、スパッタリング、蒸着等の方法でよいが、これに限定されない。また、透過波長帯は、例えば、４００ｎｍ〜６５０ｎｍである。なお、当該基板の材料は、ガラスに限らない。
【００３４】
次に、図４の（ｂ）に示すように、ガラス基板４０１を所定の光学サイズに合わせて、円状に加工し、円状のフィルタ４０３を形成する。加工方法は、ブレードダイシングや、レーザーダイシングがあるが、これらの方法には限定されない。
【００３５】
次に、図４（ｃ）に示すように、基板の撮像可能領域内の一部を、上述の加工方法でカットして空間領域、すなわち、すべての光を透過させるための領域４０４を形成する。
【００３６】
さらに、図４（ｄ）に示すように、基板をカットしたことにより形成された切断面に、べベル加工４０７を施して、その法線が光学系の光軸Ｘと角度をもって交わる傾斜面を形成する。このような傾斜面を形成することで、切断面からの反射が原因となって発生するフレア等を抑制することができる。
【００３７】
[第１のフィルタ部１０９の変形例１]
図５に基づき、第１のフィルタ部１０９の変形例１について説明する。図５に示すように、図４（ｄ）で説明したべベル加工部４０７上に、すべての光を遮光する遮光膜４０８を形成する。遮光膜の形成方法は、例えば、ディスペンスやディップ等の方法でよいが、これらの方法には限定されない。当該遮光膜４０８を形成することにより、べベル加工部４０７からの反射により発生するフレア等を抑制することが可能となる。なお、遮光膜４０８は、ベベル加工部４０７に限らず、基板をカットした切断面に形成しても、上述の効果が得られる。
【００３８】
ここで、すべての光を遮光する遮光膜とは、撮像素子が感度を有する波長範囲内で実質的に出力がゼロまたはゼロと見做せる程度まで光を減衰する膜をいうものとする。
【００３９】
[第１のフィルタ部１０９の変形例２]
図６に基づき、第１のフィルタ部１０９の変形例２について説明する。図６に示すように、ガラス基板４０１を、所望の大きさ、形状にカットする。次に、ガラス基板４０１の一部の領域をマスク６０２で覆い、近赤外光遮光膜４０２を形成する。この変形例では、マスク６０２で覆った領域が、すべての光を透過させる領域４０４となる。
【００４０】
[第２のフィルタ部１０４の製造方法]
第２フィルタ部は、ガラス基板上に、２波長群を透過し、且つ、その他の波長を遮光する膜を形成し、所望の大きさに切断する方法にて製造される。また、透過波長は、例えば、４００ｎｍ〜６５０ｎｍの可視光、および８００ｎｍ〜８５０ｎｍの近赤外光の２波長群である。なお、当該基板の材料は、ガラスに限らない。
【００４１】
[画像撮像装置１００の製造方法]
図７に基づき、本発明の実施形態１に係る画像撮像装置１００の製造方法について説明する。図７は、画像撮像装置１００の製造方法を説明するための図である。
【００４２】
図７の（ａ）は、光学系１０１を保持するホルダ１０６、および筐体１０８を示す。
【００４３】
まず、図７の（ｂ）に示すように、筐体１０８の内部の上部壁面に対して、接着剤７０２を用いてフィルタ部１０４を固定する。次に、図７の（ｃ）に示すように、第１のフィルタ部１０９を含む光学系１０１を、接着剤７０４を用いて、ホルダ１０６に固定する。
【００４４】
次に、図７の（ｄ）に示すように、信号読出部１０３（コネクタ）が実装された基板１０５に、撮像素子１０２をダイボンドし、基板１０５と撮像素子１０２を電気的に接続するためにワイアボンド７０６を実施する。
【００４５】
次に、図７の（ｃ）に示す部材を、図７の（ｄ）に示す基板１０５上に接着剤を用いて固定する。図７の（ａ）から（ｄ）に示す手順により、図７の（ｅ）に示す画像撮像装置１００を製造することができる。
【００４６】
また、図８に、図６のマスクを用いて形成された第１のフィルタ部１０９を、光学系１０１の内部に固定した撮像装置の断面図を示す。図６のマスクを用いて形成された第１のフィルタ部１０９は、ガラス基板４０１に欠け部分を有さない円形構造で構成されるため、第１撮像部１０２ａに結像する光と、第２撮像部１０２ｂに結像する光とで、光路長の差がなくなる。そのため、固定焦点方式での撮影が容易となる。また、第１のフィルタ１０９が安定に固定される利点を有する。
【００４７】
[実施形態２]
本発明の実施形態２について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、ホルダ１０６に焦点調整機構９０１を設けた構成を示し、図１０は、実施形態２に係る画像撮像装置１００’の要部構成を示す断面図である。本実施形態に係る画像撮像装置１００’は、上記実施形態１と比べると、焦点調整機構９０１を有している点で異なる。
【００４８】
図９に示すように、焦点調整機構９０１を有するホルダ１０６を用い、上述した実施形態１と同様の製造方法を実施することにより、図１０に示す画像撮像装置１００’を製造する。なお、焦点調整機構９０１は、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）方式あるいはボールガイド方式のものであって良いが、これらに限定されない。
【００４９】
本実施形態によれば、焦点調整機構を有することで、撮像画像のピンぼけなどを抑制することができる。
【００５０】
[実施形態３]
本発明の実施形態３について、図１１を参照して説明する。図１１は、実施形態３に係る画像撮像装置２００の要部構成を示す断面図である。本実施形態に係る画像撮像装置２００は、上記実施形態１と比べると、撮像素子１０２上のフィルタが、第１撮像部１０２ａと第２撮像部１０２ｂとで分かれている点で異なる。
【００５１】
本実施形態の画像撮像装置２００では、第１撮像部１０２ａの結像面上に、すべての光を透過するクリアフィルタ１１１が配置されている。また、第２撮像部１０２ｂの結像面上に、カラーフィルタ１０７が配置されている。これにより、クリアフィルタ１１１が配置された第１撮像部１０２ａの虹彩画像領域では、より高感度で、高品質な、虹彩画像を取得することが可能になる。
【００５２】
本実施形態によれば、より鮮明な近赤外光画像を得ることができる。
【００５３】
（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。また、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【００５４】
たとえば、第１のフィルタ部１０９および第２のフィルタ部１０４の一方または両方は、光軸Ｘに対して直交している必要はなく、直角以外の角度を持って交わっても良い。また、例えば、第２のフィルタ部１０４および基板４０１の材料は、ガラスに限定されず、所望の特性が得られれば良い。さらに、本発明によれば、顔認証と虹彩認証を併用することも可能で、この場合、より強固な認証が実現できる。
【符号の説明】
【００５５】
１００、１００’、２００    画像撮像装置
１０１    光学系
１０１ａ  バレル
１０１ｂ  光学レンズ
１０１ｃ  遮光板
１０１ｄ  後方遮光リング
１０２    撮像素子
１０２ａ  第１撮像部
１０２ｂ  第２撮像部
１０３    信号読出部
１０４    第２のフィルタ部
１０５    基板
１０６    ホルダ
１０７    カラーフィルタ
１０８    筺体
１０９    第１のフィルタ部
１１１    クリアフィルタ
２０１    被写体
４０１    ガラス基板
４０２    近赤外光遮光膜
４０３    カットしたフィルタ
４０４    すべての光を透過する領域
４０７    ベベル加工
４０８    遮光膜
６０２    マスク
７０２、７０４    接着剤
７０６    ワイアボンド
９０１    焦点調整機構
Ｘ        光軸
Ｌ        切断面の法線
α        光軸と法線のなす角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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