(57)【要約】【課題】光線クロストークを防止しながら撮像装置の構成を簡素化する。【解決手段】撮像装置１００は、光透過性の基板３２と、基板３２の第１面３２１に対向する複数のレンズ４４と、基板３２の第２面３２２に形成されて各レンズ４４の光軸が通過する開口部３６を有する遮光層３４と、第２面３２２に間隔をあけて対向する受光面５６をレンズ４４の光軸が通過するように配置された複数の受光素子５４とを具備する。レンズ４４の有効径Ｄと、開口部３６の直径ａと、受光面５６と遮光層との距離ｈと、受光面５６の直径ｄと、受光面５６とレンズ４４の中心との距離ｓと、各受光素子５４のピッチｐと、基板３２の屈折率ｎとは、ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓおよびｔａｎ−１｛（ｐ−ａ／２−ｄ／２）／ｈ｝＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）を満たす。【選択図】図３
2015173474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含む光透過性の第１基板と、
前記第１面に沿って平面状に配置されて各々が入射光を集光する複数のレンズと、
前記第２面に形成されて前記各レンズの光軸が通過する開口部を有する遮光層と、
前記第２面に間隔をあけて対向する受光面を前記レンズの光軸が通過するように前記各レンズに対応して平面状に配置された複数の受光素子とを具備し、
前記複数のレンズのうち相互に隣合う第１レンズおよび第２レンズの各々の光軸を通過する基準面内において、前記第１レンズの有効径の周縁から前記第１レンズの光軸を通過して前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁に至る直線と前記第１基板の前記第２面との交点で画定される基準領域の直径を下回るように、前記各レンズの有効径Ｄと、前記遮光層の前記各開口部の直径ａと、前記各受光素子の前記受光面と前記遮光層の表面との距離ｈと、前記各受光面の直径ｄと、前記各受光面と前記各レンズの中心との距離ｓとが、以下の数式（Ａ）の関係を満たす条件のもとで、前記第１レンズに対応する前記開口部の直径が設定され、
ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ ……（Ａ）
かつ、前記基準面のうち前記第１レンズの光軸と前記第２レンズの軸との間の領域において、前記第２レンズに対応する前記開口部の周縁と前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁とを通過する直線が前記第２レンズの光軸に対してなす角度が、前記第１面に対する入射光の最大屈折角を上回るように、前記遮光層の前記各開口部の直径ａと、前記複数の受光素子のピッチｐと、前記各受光素子の前記受光面と前記遮光層の表面との距離ｈと、前記各受光面の直径ｄと、前記第１基板の屈折率ｎとは、以下の数式（Ｂ）の関係を満たす
ｔａｎ−１｛（ｐ−ａ／２−ｄ／２）／ｈ｝＞ｓｉｎ−１（１／ｎ） ……（Ｂ）
撮像装置。
【請求項２】
前記第１基板の前記第１面に間隔をあけて対向する第２基板を具備し、
前記複数のレンズは、前記第２基板のうち前記第１基板との対向面に形成される
請求項１の撮像装置。
【請求項３】
前記第１基板と前記第２基板とは熱膨張率が相等しい
請求項２の撮像装置。
【請求項４】
前記複数のレンズは、前記第１基板の前記第１面に形成される
請求項１の撮像装置。
【請求項５】
第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含む光透過性の第１基板と、
前記第１基板の前記第１面に間隔をあけて対向する第２基板と、
前記第２基板のうち前記第１基板との対向面に記第１面に沿って平面状に配置されて各々が入射光を集光する複数のレンズと、
前記第２面に形成されて前記各レンズの光軸が通過する開口部を有する遮光層と、
前記第２面に間隔をあけて対向する受光面を前記レンズの光軸が通過するように前記各レンズに対応して平面状に配置された複数の受光素子とを具備し、
前記複数のレンズのうち相互に隣合う第１レンズおよび第２レンズの各々の光軸を通過する基準面内において、前記第１レンズの有効径の周縁から前記第１レンズの光軸を通過して前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁に至る直線と前記第１基板の前記第２面との交点で画定される基準領域の直径を下回るように、前記各レンズの有効径Ｄと、前記遮光層の前記各開口部の直径ａと、前記各受光素子の前記受光面と前記遮光層の表面との距離ｈと、前記各受光面の直径ｄと、前記各受光面と前記各レンズの中心との距離ｓとが、以下の数式（Ａ）の関係を満たす条件のもとで、前記第１レンズに対応する前記開口部の直径が設定され、
ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ ……（Ａ）
かつ、前記基準面のうち前記第１レンズの光軸と前記第２レンズの軸との間の領域において、前記第２レンズに対応する前記開口部の周縁と前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁とを通過する直線が前記第２レンズの光軸に対してなす角度が、前記第１面に対する入射光の最大屈折角を上回り、
前記第１基板と前記第２基板とは熱膨張率が相等しい
撮像装置。
【請求項６】
前記第１基板の前記第２面に間隔をあけて対向する第３基板を具備し、
前記複数の受光素子は、前記第３基板のうち前記第１基板との対向面に形成される
請求項１から請求項５の何れかの撮像装置。
【請求項７】
第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含む光透過性の第１基板と、
前記第１基板の前記第２面に間隔をあけて対向する第３基板と、
前記第１面に沿って平面状に配置されて各々が入射光を集光する複数のレンズと、
前記第２面に形成されて前記各レンズの光軸が通過する開口部を有する遮光層と、
前記第２面に間隔をあけて対向する受光面を前記レンズの光軸が通過するように、前記第３基板のうち前記第１基板との対向面に、前記各レンズに対応して平面状に配置された複数の受光素子とを具備し、
前記複数のレンズのうち相互に隣合う第１レンズおよび第２レンズの各々の光軸を通過する基準面内において、前記第１レンズの有効径の周縁から前記第１レンズの光軸を通過して前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁に至る直線と前記第１基板の前記第２面との交点で画定される基準領域の直径を下回るように、前記各レンズの有効径Ｄと、前記遮光層の前記各開口部の直径ａと、前記各受光素子の前記受光面と前記遮光層の表面との距離ｈと、前記各受光面の直径ｄと、前記各受光面と前記各レンズの中心との距離ｓとが、以下の数式（Ａ）の関係を満たす条件のもとで、前記第１レンズに対応する前記開口部の直径が設定され、
ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ ……（Ａ）
かつ、前記基準面のうち前記第１レンズの光軸と前記第２レンズの軸との間の領域において、前記第２レンズに対応する前記開口部の周縁と前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁とを通過する直線が前記第２レンズの光軸に対してなす角度が、前記第１面に対する入射光の最大屈折角を上回り、
前記第１基板と前記第３基板とは熱膨張率が相等しい
撮像装置。
【請求項８】
前記複数のレンズと前記複数の受光素子との間に介在する光透過性の充填層
を具備する請求項６または請求項７の撮像装置。
【請求項９】
第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含む光透過性の第１基板と、
前記第１基板の前記第１面に間隔をあけて対向する第２基板と、
前記第２基板のうち前記第１基板との対向面に前記第１面に沿って平面状に配置されて各々が入射光を集光する複数のレンズと、
前記第１基板の前記第２面に間隔をあけて対向する第３基板と、
前記第２面に形成されて前記各レンズの光軸が通過する開口部を有する遮光層と、
前記第２面に間隔をあけて対向する受光面を前記レンズの光軸が通過するように、前記第３基板のうち前記第１基板との対向面に、前記各レンズに対応して平面状に配置された複数の受光素子と、
前記第２基板と前記第３基板との間に介在する光透過性の充填層とを具備し、
前記複数のレンズのうち相互に隣合う第１レンズおよび第２レンズの各々の光軸を通過する基準面内において、前記第１レンズの有効径の周縁から前記第１レンズの光軸を通過して前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁に至る直線と前記第１基板の前記第２面との交点で画定される基準領域の直径を下回るように、前記各レンズの有効径Ｄと、前記遮光層の前記各開口部の直径ａと、前記各受光素子の前記受光面と前記遮光層の表面との距離ｈと、前記各受光面の直径ｄと、前記各受光面と前記各レンズの中心との距離ｓとが、以下の数式（Ａ）の関係を満たす条件のもとで、前記第１レンズに対応する前記開口部の直径が設定され、
ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ ……（Ａ）
かつ、前記基準面のうち前記第１レンズの光軸と前記第２レンズの軸との間の領域において、前記第２レンズに対応する前記開口部の周縁と前記第１レンズに対応する前記受光素子の前記受光面の周縁とを通過する直線が前記第２レンズの光軸に対してなす角度が、前記第１面に対する入射光の最大屈折角を上回り、
前記充填層の屈折率と前記第１基板の屈折率とは相等しい
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体認証のために生体の静脈像を撮像する撮像装置が特許文献１に開示されている。図９に示すように、特許文献１の撮像装置は、複数の受光素子９２１が配列された受光部９２と、各受光素子９２１に対応するレンズ（マイクロレンズ）９４１を含むレンズアレイ９４と、受光部９２とレンズアレイ９４との間に介在する遮光層９６とを具備する。遮光層９６は、遮光性の板状部材で構成され、各受光素子９２１に対応する円筒状の開口部に光透過性の透光部９６１を充填した構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、遮光層９６の構造が複雑であるという問題がある。受光素子毎に開口部を有する薄膜状の遮光層が形成された基板を特許文献１の遮光層９６の代わりに採用すれば構成は簡素化されるが、各レンズに対応する受光素子にそのレンズ以外からの光が到達するという問題（以下ではこの現象を「光線クロストーク」という）が顕在化する。以上の事情を考慮して、本発明は、光線クロストークを防止しながら撮像装置の構成を簡素化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の撮像装置は、第１面と第１面の反対側の第２面とを含む光透過性の第１基板（例えば基板３２）と、第１面に沿って平面状に配置されて各々が入射光を集光する複数のレンズと、第２面に形成されて各レンズの光軸が通過する開口部を有する遮光層と、第２面に間隔をあけて対向する受光面をレンズの光軸が通過するように各レンズに対応して平面状に配置された複数の受光素子とを具備し、複数のレンズのうち相互に隣合う第１レンズ（例えばレンズ４４[1]）および第２レンズ（例えばレンズ４４[2]）の各々の光軸を通過する基準面内において、第１レンズの有効径の周縁（例えば点ＱA1）から第１レンズの光軸を通過して第１レンズに対応する受光素子の受光面の周縁（例えば点ＱA2）に至る直線（例えば直線ＬA）と第１基板の第２面との交点（例えば交点Ｃ1）で画定される基準領域の直径（例えば直径ａ0）を下回るように、第１レンズに対応する開口部の直径（例えば直径ａ）が設定され、かつ、基準面のうち第１レンズの光軸と第２レンズの軸との間の領域において、第２レンズに対応する開口部の周縁（例えば点ＱB1）と第１レンズに対応する受光素子の受光面の周縁（例えば点ＱB2）とを通過する直線（例えば直線ＬB）が第２レンズの光軸に対してなす角度（例えば角度θ）が、第１面に対する入射光の最大屈折角（例えば最大屈折角αm）を上回る。
【０００６】
以上の構成では、レンズ毎に開口部が形成された遮光層が第１基板の第２面に形成されるから、遮光性の板状部材の各開口部に透光部を挿入した特許文献１の構成と比較して、構成が簡素化されるという利点がある。また、第１レンズに対応する開口部の直径が基準領域の直径を下回る（第１条件）から、第１レンズに対応する開口部を通過する光のうち第１レンズ以外から到来した成分は、第１レンズに対応する受光素子の受光面に到達しない。更に、第２レンズに対応する開口部と第１レンズに対応する受光面とを結ぶ直線の角度が最大屈折角を上回る（第２条件）から、第２レンズに対応する開口部を通過した光は、第１レンズに対応する受光素子の受光面に到達しない。すなわち、各受光素子に対する光線クロストークを防止することが可能である。
【０００７】
本発明の好適な態様において、各レンズの有効径Ｄと、遮光層の各開口部の直径ａと、各受光素子の受光面と遮光層の表面との距離ｈと、各受光面の直径ｄと、各受光面と各レンズの中心との距離ｓとは、以下の数式（Ａ）の関係を満たす。
ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ  ……（Ａ）
以上の構成では、撮像装置の各要素の寸法が数式（Ａ）の関係を満たすから、第１レンズに対応する開口部を通過する光のうち第１レンズ以外から到来した成分は、第１レンズに対応する受光素子の受光面に到達しない。
【０００８】
本発明の好適な態様において、遮光層の各開口部の直径ａと、複数の受光素子のピッチｐと、各受光素子の受光面と遮光層の表面との距離ｈと、各受光面の直径ｄと、第１基板の屈折率ｎとは、以下の数式（Ｂ）の関係を満たす。
ｔａｎ−１｛（ｐ−ａ／２−ｄ／２）／ｈ｝＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）  ……（Ｂ）
以上の構成では、撮像装置の各要素の寸法が数式（Ｂ）の関係を満たすから、第２レンズに対応する開口部を通過した光は、第１レンズに対応する受光素子の受光面に到達しない。
【０００９】
本発明の好適な態様の撮像装置は、第１基板の第１面に間隔をあけて対向する第２基板（例えば基板４２）を具備し、複数のレンズは、第２基板のうち第１基板との対向面（例えば表面４２１）に形成される。更に好適な態様において、第１基板と第２基板とは熱膨張率が相等しい。以上の態様では、第１基板と第２基板とで熱膨張率が共通するから、各レンズと各開口部との位置のずれや第１基板および第２基板の熱応力を防止することが可能である。他方、第１基板の第１面に複数のレンズを形成した構成（例えば後述の第２実施形態）では、撮像装置が薄型化されるという利点がある。
【００１０】
本発明の好適な態様の撮像装置は、第１基板の第２面に間隔をあけて対向する第３基板（例えば基板５２）を具備し、複数の受光素子は、第３基板のうち第１基板との対向面（例えば表面５２１）に形成される。更に好適な態様において、第１基板と第３基板とは熱膨張率が相等しい。以上の態様では、第１基板と第３基板とで熱膨張率が共通するから、各開口部と各受光素子との位置ずれや第１基板および第３基板の熱応力を防止することが可能である。
【００１１】
本発明の好適な態様の撮像装置は、第２基板と第３基板との間に介在する光透過性の充填層を具備する。充填層の屈折率と第１基板の屈折率とを略一致させた構成によれば、第１基板に入射した光が第１基板と充填層との境界面（第２面）で直進するから、数式（Ｂ）を満たすように各要素の寸法を選定することで光線クロストークを有効に防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像措置の断面図である。
【図２】撮像装置の分解断面図である。
【図３】光線クロストークを防止するための第１条件の説明図である。
【図４】光線クロストークを防止するための第２条件の説明図である。
【図５】充填層の内部を進行する光の角度の説明図である。
【図６】第２実施形態に係る撮像装置の断面図である。
【図７】第３実施形態に係る撮像装置の断面図である。
【図８】第４実施形態に係る撮像装置の断面図である。
【図９】特許文献１の撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜Ａ：第１実施形態＞
図１は、本発明の第１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。撮像装置１００は、生体認証のために生体２００（例えば人間の指）の静脈像を撮像する生体認証装置（静脈センサー）であり、図１および図２に示すように遮光基板３０と集光基板４０と受光基板５０とを具備する。集光基板４０は受光基板５０と生体２００（被写体）との間に介在し、遮光基板３０は集光基板４０と受光基板５０との間に介在する。
【００１４】
遮光基板３０は、基板３２と遮光層３４とを含んで構成される。基板３２は、図２に示すように、集光基板４０側の表面（以下「第１面」という）３２１と受光基板５０側の表面（以下「第２面」という）３２２とを含む光透過性の板状部材である。例えばガラス基板が基板３２として好適に利用される。遮光層３４は、基板３２の第２面３２２に形成された遮光性の薄膜である。図２に示すように、遮光層３４には複数の開口部３６が形成される。
【００１５】
集光基板４０は、基板４２と複数のレンズ（マイクロレンズ）４４とを含んで構成される。基板４２は、基板３２と熱膨張率（線膨張係数）が等しい光透過性の板状部材である。基板４２の厚さは０．５ｍｍ程度である。例えば遮光基板３０の基板３２と同様にガラス基板が基板４２として好適に利用される。複数のレンズ４４は、基板４２のうち遮光基板３０の第１面３２１に対向する表面４２１に形成されて行列状に配列する。各レンズ４４は、生体２００側からの入射光を集光する凸レンズである。なお、基板４２と複数のレンズ４４とを一体に形成することも可能である。レンズ４４の曲率半径は例えば１６０μｍ程度に設定される。
【００１６】
図１に示すように、複数のレンズ４４の表面が遮光基板３０の第１面３２１に対向および接触するように基板３２と基板４２との間隔が規定される。遮光層３４の各開口部３６は、集光基板４０の各レンズ４４に１対１に対応して形成された略円形の透光領域である。レンズ４４の光軸はそのレンズ４４に対応する開口部３６の中心を通過する。
【００１７】
受光基板５０は、基板５２と複数の受光素子５４とを含んで構成される。基板５２は、基板３２および基板４２と熱膨張率（線膨張係数）が等しい光透過性の板状部材である。例えば遮光基板３０の基板３２や集光基板４０の基板４２と同様にガラス基板が基板５２として好適である。遮光基板３０と受光基板５０とは、両者間に充填された充填層６０（接着剤）で相互に固定される。充填層６０は、基板３２と屈折率が等しい光透過性の材料（例えば樹脂材料）で形成される。
【００１８】
図２に示すように、複数の受光素子５４は、基板５２のうち遮光基板３０の第２面３２２に対向する表面５２１に形成されて行列状に配列する。各受光素子５４は、第２面３２２に対向する略円形の受光面５６に入射する光量に応じた検出信号を生成する。集光基板４０の各レンズ４４と受光基板５０の各受光素子５４とは１対１に対応する。具体的には、レンズ４４の光軸はそのレンズ４４に対応する受光素子５４の受光面５６の中心を通過する。なお、受光基板５０の製造には、例えば２００９−２００１０４号公報に開示された技術を利用できる。
【００１９】
以上の構成において、図１に矢印で示すように、所定の位置（例えば生体２００を挟んで集光基板４０とは反対側）に配置された光源（図示略）による照射光が生体２００の内部の静脈にて透過または反射して集光基板４０に入射し、各レンズ４４で集光されたうえで遮光層３４の開口部３６を通過して受光素子５４の受光面５６に到達する。すなわち、生体２００の静脈像が撮像される。遮光層３４の各開口部３６は、その開口部３６に対応する受光素子５４に対する入射光を制限する手段として機能する。
【００２０】
以上の構成によれば、受光素子５４毎に開口部３６を形成した遮光層３４が基板３２の第２面３２２に形成されるから、遮光性の板状部材の開口部に透光部９６１を充填した図９の遮光層３４を採用する特許文献１の技術と比較して撮像装置１００の構成が簡素化されるという利点がある。
【００２１】
ところで、特許文献１の技術では、受光部９２がシリコンで形成され、レンズアレイ９４が石英ガラスで形成され、遮光層９６が樹脂材料で形成される。すなわち、各要素の熱膨張率が大幅に相違する。したがって、例えばレンズ９４１と遮光層９６の透光部９６１と受光素子９２１との各位置を高い精度で整合させることが困難であるという問題がある。また、熱膨張率の相違に起因した熱応力が各要素に発生するという問題もある。他方、第１実施形態では、基板３２と基板４２と基板５２とで熱膨張率が共通するから、レンズ４４と開口部３６と受光素子５４との位置の誤差を防止するとともに、各要素（集光基板４０，遮光基板３０，受光基板５０）における熱応力の発生を抑制できるという利点がある。もっとも、熱膨張率の相違が問題とならないのであれば、基板３２と基板４２との熱膨張率を相違させた構成や、基板４２と基板５２との熱膨張率を相違させた構成も採用され得る
【００２２】
撮像装置１００の各要素の寸法は、光線クロストークが防止されるように選定される。図３および図４に示すように、集光基板４０の複数のレンズ４４のうち任意の１個のレンズ４４[1]とレンズ４４[1]に隣接する１個のレンズ４４[2]とに着目して各要素の寸法の条件を詳述する。以下の説明では、レンズ４４[1]に対応する要素（光軸Ａ，開口部３６，受光素子５４，受光面５６）の符号に便宜的に添字[1]を付加し、レンズ４４[2]に対応する要素の符号には添字[2]を付加する。図３および図４は、レンズ４４[1]の光軸Ａ[1]とレンズ４４[2]の光軸Ａ[2]とを通過する平面（以下「基準面」という）での撮像装置１００の断面図である。なお、図３および図４では、図面の煩雑化を防止する趣旨から各要素のハッチングを省略した。
【００２３】
撮像装置１００の各要素の寸法は、光線クロストークを防止するための第１条件（図３）と第２条件（図４）とを満たすように選定される。第１条件は、開口部３６[1]を通過する光のうちレンズ４４[1]を透過した光のみが受光素子５４[1]の受光面５６[1]に入射する（すなわち、レンズ４４[1]以外から到来して開口部３６[1]を通過した光は受光面５６[1]の外側に到達する）という条件である。第２条件は、開口部３６[2]を透過した光が受光素子５４[1]の受光面５６[1]に入射しない（受光面５６[1]の外側に到達する）という条件である。第１条件および第２条件の各々について以下に詳述する。
【００２４】
＜第１条件＞
図３に示すように、基準面内に直線ＬAを想定する。直線ＬAは、レンズ４４[1]の周縁上の点ＱA1からレンズ４４[1]の光軸Ａ[1]と交差して受光素子５４[1]の受光面５６[1]の周縁上の点ＱA2に至る直線である。点ＱA1と点ＱA2とは、基準面内で光軸Ａ[1]を挟んで反対側に位置する。直線ＬAと遮光基板３０の基板３２の第２面３２２との交点Ｃ1により基準領域Ｒが画定される。すなわち、基準領域Ｒは、第２面３２２と光軸Ａ[1]との交点Ｃ0を中心として交点Ｃ1を円周上の点とする直径ａ0の円形領域である。基準領域Ｒの直径ａ0は、交点Ｃ0と交点Ｃ1との距離（すなわち半径）の２倍に相当する。
【００２５】
図３から理解されるように、開口部３６[1]の直径ａが基準領域Ｒの直径ａ0を下回るように各開口部３６の直径ａを選定すれば（ａ＜ａ0）、レンズ４４[1]以外の領域から到来して開口部３６[1]を通過した光は受光面５６[1]の外側に到達する。すなわち、第１条件が満たされる。
【００２６】
図３から幾何学的に把握される通り、基準領域Ｒの直径ａ0と、受光面５６[1]の直径ｄと、受光面５６[1]（基板５２の表面５２１）と遮光層３４の表面との距離ｈと、光軸Ａ[1]に沿う距離ｘとは、以下の数式（ａ1）の条件を満たす。距離ｘは、図３に示すように、直線ＬAと光軸Ａ[1]との交点Ｃ2から受光面５６[1]までの距離である。
ａ0／（ｈ−ｘ）＝ｄ／ｘ  ……（ａ1）
数式（ａ1）から以下の数式（ａ2）が導出される。
ａ0＝ｄ（ｈ−ｘ）／ｘ  ……（ａ2）
【００２７】
また、レンズ４４[1]の直径（有効径）Ｄと、受光面５６[1]とレンズ４４[1]の中心（基板４２の表面４２１）との距離ｓは以下の数式（ａ3）を満たす。
Ｄ／（ｓ−ｘ）＝ｄ／ｘ  ……（ａ3）
数式（ａ3）から以下の数式（ａ4）が導出される。
ｘ＝ｄ・ｓ／（Ｄ＋ｄ）  ……（ａ4）
【００２８】
数式（ａ4）を数式（ａ1）に代入することで以下の数式（ａ5）が導出される。
ａ0＝（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ  ……（ａ5）
開口部３６[1]の直径ａが基準領域Ｒの直径ａ0を下回る（ａ＜ａ0）という前述の条件と数式（ａ5）とから、第１条件を表現する以下の数式（Ａ）が導出される。遮光層３４の各開口部３６の直径ａは、数式（Ａ）を満たすように選定される。
ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ  ……（Ａ）
【００２９】
＜第２条件＞
図４に示すように、基準面内に直線ＬBを想定する。直線ＬBは、レンズ４４[1]の光軸Ａ[1]とレンズ４４[2]の光軸Ａ[2]との間の領域において、開口部３６[2]の周縁上の点ＱB1と受光素子５４[1]の受光面５６[1]の周縁上の点ＱB2とを通過する直線である。直線ＬBは、レンズ４４[2]の光軸Ａ[2]に対して角度θをなす。
【００３０】
図４から理解されるように、直線ＬBの角度θが、開口部３６[2]を通過して充填層６０の内部を進行する光が光軸Ａ[2]に対してなす角度αの最大値（以下「最大屈折角」という）αmを上回れば（θ＞αm）、開口部３６[2]を通過した光は受光面５６[1]には到達しない。すなわち、第２条件が満たされる。
【００３１】
図５に示すように、遮光基板３０の基板３２の第１面３２１に入射角αinで空気中から光が入射した場合を想定する。入射角αinと第１面３２１での屈折角αとの関係は、基板３２の屈折率ｎを含む以下の数式（ｂ1）で表現される。
ｓｉｎ（α）＝ｓｉｎ（αin）／ｎ  ……（ｂ1）
【００３２】
充填層６０の屈折率が基板３２の屈折率ｎと同等であると仮定すると、基板３２の第１面３２１に入射した光は、基板３２と充填層６０との境界面（第２面３２２）にて直進し、数式（ｂ1）を満たす屈折角αで充填層６０の内部を透過する。充填層６０の内部での最大屈折角αmは、数式（ｂ1）の入射角αinを９０°とした場合に相当するから（ｓｉｎ（αm）＝ｓｉｎ（９０°）／ｎ）、最大屈折角αmを表現する以下の数式（ｂ2）が導出される。
αm＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）  ……（ｂ2）
【００３３】
他方、図４から幾何学的に把握される通り、第２面３２２に平行な方向における点ＱB1と点ＱB2との距離ｚは、以下の数式（ｂ3）で表現される。数式（ｂ3）の記号ｐは、受光素子５４[1]と受光素子５４[2]とのピッチ（すなわち受光面５６[1]と受光面５６[2]との中心間距離）を意味する。
ｚ＝ｐ−ａ／２−ｄ／２  ……（ｂ3）
したがって、直線ＬBと光軸[2]との角度θは、距離ｚと前述の距離ｈ（受光面５６[2]と遮光層３４の表面との距離）とを含む以下の数式（ｂ4）を満たす。
ｔａｎ（θ）＝ｚ／ｈ
＝（ｐ−ａ／２−ｄ／２）／ｈ  ……（ｂ4）
数式（ｂ4）から以下の数式（ｂ5）が導出される。
θ＝ｔａｎ−１｛（ｐ−ａ／２−ｄ／２）／ｈ｝  ……（ｂ5）
【００３４】
直線ＬBの角度θが最大屈折角αmを上回る（θ＞αm）という前述の条件と数式（ｂ2）および数式（ｂ5）とから、第２条件を表現する以下の数式（Ｂ）が導出される。
ｔａｎ−１｛（ｐ−ａ／２−ｄ／２）／ｈ｝＞ｓｉｎ−１（１／ｎ）  ……（Ｂ）
【００３５】
撮像装置１００の各要素の寸法は、数式（Ａ）および数式（Ｂ）を満たすように選定される。したがって、レンズ４４[1]以外から到来して開口部３６[1]を通過した光は受光面５６[1]に入射せず（数式（Ａ）：第１条件）、かつ、開口部３６[2]を通過した光は受光面５６[1]に入射しない（数式（Ｂ）：第２条件）。すなわち、第１実施形態によれば、各受光素子５４に対する光線クロストークを防止することが可能である。
【００３６】
例えば、レンズ４４の直径Ｄと受光素子５４のピッチｐと距離ｈとを１００μｍとし、受光素子５４の直径ｄを１０μｍとし、距離ｓを４００μｍとした場合、数式（Ａ）の右辺は１７．５μｍとなる。したがって、各開口部３６の直径ａは、数式（Ａ）を満たす範囲内で例えば１５μｍに設定される。また、以上の条件のもとでは角度θ（数式（Ｂ）の左辺）は約４１．１９°となる。基板３２および充填層６０の屈折率ｎを１．５３とした場合、最大屈折角αm（数式（Ｂ）の右辺）は約４０．８１°となるから、数式（Ｂ）の条件を満たす。以上のように数式（Ａ）および数式（Ｂ）の双方を満たすから、各受光素子５４に対する光線クロストークを防止することが可能である。
【００３７】
＜Ｂ：第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を以下に説明する。なお、以下に例示する各構成において作用や機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００３８】
図６は、第２実施形態の撮像装置１００の断面図である。図６に示すように、第２実施形態の撮像装置１００では、遮光基板３０の基板３２のうち生体２００側の第１面３２１に複数のレンズ４４が形成される。各レンズ４４は、第１実施形態と同様に、生体２００から到来する光を集光する。
【００３９】
第２実施形態においても第１条件と第２条件とを満たすように撮像装置１００の各要素の寸法が選定される。したがって、第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態では、複数のレンズ４４が基板３２に形成されるから、第１実施形態の基板３２は不要である。したがって、第１実施形態と比較して撮像装置１００を薄型化することが可能である。
【００４０】
＜Ｃ：第３実施形態＞
図７は、第３実施形態の撮像装置１００の断面図である。図７に示すように、第３実施形態の撮像装置１００は、基板４２と複数のレンズ４４との間に介在する遮光層４６を集光基板４０に追加した構成である。遮光層４６には、各レンズ４４に対応する円形の開口部４６１が形成される。生体２００から基板４２に入射した光のうち開口部４６１を通過した光が各レンズ４４で集光される。
【００４１】
第３実施形態における数式（Ａ）の寸法Ｄは、遮光層４６の開口部４６１の直径である。すなわち、第１実施形態におけるレンズ４４の直径と第３実施形態の開口部４６１の直径とは、レンズ４４の有効径Ｄとして包括される。第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。
【００４２】
＜Ｄ：第４実施形態＞
図８は、第４実施形態の撮像装置１００の断面図である。図８に示すように、第４実施形態の撮像装置１００は、基板５２の表面５２１を覆う遮光層５８を受光基板５０に追加した構成である。遮光層５８には、各受光素子５４に対応する円形の開口部５８１が形成される。基板３２および充填層６０を透過した光は開口部５８１を通過して受光素子５４に入射する。
【００４３】
第４実施形態における数式（Ａ）および数式（Ｂ）の寸法ｄは、遮光層５８の開口部５８１の直径である。すなわち、受光素子５４の表面のうち開口部５８１の内側に露出する領域が受光面５６として機能する。第４実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。
【符号の説明】
【００４４】
１００……撮像装置、２００……生体、３０……遮光基板、３２……基板（第１基板）、３２１……第１面、３２２……第２面、３４……遮光層、３６……開口部、４０……集光基板、４２……基板（第２基板）、４４……レンズ、４６……遮光層、４６１……開口部、５０……受光基板、５２……基板（第３基板）、５４……受光素子、５６……受光面、５８……遮光層、５８１……開口部、６０……充填層。
【図１】
2015173474.tif 000003
【図２】
2015173474.tif 000004
【図３】
2015173474.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015173474.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月11日(2015.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と前記第１面の反対側の第２面とを含む光透過性の第１基板と、
前記第１面に間隔をあけて対向する第２基板と、
前記第２基板の面であって、前記第１基板と対向する面に形成されたレンズと、
前記第２面に形成されて前記レンズの光軸が通過する開口部を有する遮光層と、
前記第２面に間隔をあけて対向する受光面を前記レンズの光軸が通過するように配置された受光素子とを具備し、
前記レンズの有効径Ｄと、前記開口部の直径ａと、前記受光面と前記遮光層の表面との距離ｈと、前記受光面の直径ｄと、前記受光面と前記レンズの中心との距離ｓとが、以下の数式（Ａ）の関係を満たす
ａ＜（ｈ・Ｄ＋ｈ・ｄ−ｓ・ｄ）／ｓ ……（Ａ）
撮像装置。
【請求項２】
前記レンズは、前記第１基板へ向かって凸な凸レンズである
請求項１の撮像装置。
【請求項３】
前記第２面に間隔をあけて対向する第３基板を具備し、
前記受光素子は、前記第３基板の面であって前記第１基板との対向面に形成される
請求項１または請求項２の撮像装置。
【請求項４】
前記レンズと前記受光素子との間に介在する光透過性の充填層
を具備する請求項１から請求項３の何れかの撮像装置。