(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を屈折する集光手段と、
第１面及び第２面を備え、前記集光手段と前記第１面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、
前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、
前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記集光手段の光軸上に、前記光検出素子及び前記発光ユニットが配置されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記発光ユニットが有機ＥＬ発光層を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記発光ユニットが、異なるスペクトル分布を持った光を放射する複数の発光層を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記複数の発光層は、積層された構造であることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像装置において、
前記発光層が第１発光層、及び、前記第１発光層の波長よりも長い波長の光を発する第２発光層を備え、
前記第１発光層が前記第２発光層より前記集光手段に近い位置に配置されることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記発光ユニットと前記光検出素子の間に遮光手段を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記集光手段と前記撮像層の間に配置され、光を透過する入光口と光を反射する反射手段を具備する第１反射層と、
該第１反射層と前記撮像層の間に配置され、光を透過する透明層と、第１反射層と向かい合い、光を反射する第２反射層とを備え、
前記第１反射層及び前記第２反射層が、前記透明層及び前記撮像層を挟む構造であることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の撮像装置において、
前記表示層の少なくとも一部が前記透明層を兼ねることを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記集光手段が、前記光検出素子毎に形成され、前記表示層の方向に凸形状を有するマイクロレンズから成ることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の撮像装置において、前記発光ユニットが前記光検出素子から所定の距離以内の位置に設けられていることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の撮像装置において、
前記集光手段は、前記光検出素子毎に形成され、前記撮影対象方向に凸形状を有するマイクロレンズから成り、
前記光検出素子及び前記発光ユニットは、前記マイクロレンズの光軸上に配置され、
前記マイクロレンズの凸上の点Ａ、前記点Ａから光軸へ下ろした垂線と光軸との交点Ｂ、前記光軸と前記発光ユニットとの交点を点Ｃ、線分ＡＢの長さＷ、前記点Ｂから前記光検出素子までの距離Ｄ、前記点Ｃから前記発光ユニットの端部までの距離Ｍ、前記点Ａにおける前記マイクロレンズの法線と直線ＡＢとの成す角α、前記マイクロレンズの屈折率をｎとすると、前記所定の距離が下式で表されることを特徴とする撮像装置。
【数１】
0005144217.tif 000017
【請求項１３】
少なくとも一部が透明な第１基板に発光ユニットを作製して表示層を形成する工程と、
第２基板に光検出素子を作製して撮像層を形成する工程と、
前記第１基板の第１面に前記第２基板を透明接着剤で接着する工程と、
前記第１面に対向する前記第１基板の第２面と対向するように、光を屈折する集光手段を透明な接着剤で接着する工程と、を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
対向する第１面と第２面を有し、少なくとも一部が透明な基板に対し、前記第１面に発光ユニットを作製し、前記第２面に光検出素子を作製する工程と、
光を屈折する集光手段を前記第１面と対向するように、透明な接着剤で接着する工程と、を含むことを特徴とする撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指静脈、掌静脈、手の甲静脈、指紋などを用いた認証装置用の撮像装置、及び、画像などを読み取る撮像装置、更に、これらを搭載した携帯電話、ＰＨＳ、モバイル機器、ディスプレイ、ＴＶ、現金自動取引装置、認証装置、スキャナ、及びファックシミリ装置などの装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、指静脈認証装置を、本発明が適用される代表例として記す。
【０００３】
本人を識別する認証方法として、これまでパスワードが広く用いられてきたが、より確実な認証技術が求められるにつれて、生体認証が注目されている。この認証では生体の一部や動作の特徴（生体情報）を使うため、鍵やパスワードに比べてセキュリティが高く、忘却や紛失などがないという利便性が高い。生体情報として指紋、虹彩、顔、掌形、手の甲、掌又は指の静脈、声紋、署名（筆跡）、匂いなどを用いた方法が研究されている。特に近年、指の静脈を用いた方式が注目されている。
【０００４】
指静脈を用いた認証装置は、特許文献１に記載されているように、近赤外光を用いて撮影した指の静脈像を用いて認証を行う。この特許文献１に記載された方法では、近赤外光源と撮像部とで指を挟んで置く構造を成し、指を透過した光を撮像部で画像化する。この画像から得られる血管パターン画像を、事前に登録してある血管パターン画像との間で照合し、個人を認証する。別の構成として、特許文献２及び特許文献３に記載された方法では、指に対して光源を撮像部と同じ側に配置し、指の内部で散乱した光を得ることで血管パターン画像を得る。このような構成では、撮像部の上部に開放されて空間ができ、利用者の圧迫感を低減できると共に、認証装置の小型化や薄型化が可能になる。
【０００５】
このような指静脈認証技術は、現在、銀行の現金自動取引装置や入退出管理装置などで利用されており、更なる適用として、携帯電話機などのモバイル機器への適用が期待されている。このようなアプリケーションでは、認証装置の小型化、薄型化が望まれている。また、表示装置と撮像装置との一体化が望まれている。更に、表示装置と撮像装置との一体化は、現行の装置においても表示による情報提供が可能となり、ユーザにとって利便性が向上する。
【０００６】
これを実現する方法として、光源の上に光検出素子アレイを配置した構造がある。特許文献４及び特許文献５には、ディスプレイの上に光検出素子アレイを配置し、被写体とディスプレイで光検出素子アレイを挟んだ構造を成す光源一体の撮像装置が記載されている。ディスプレイの光を透過する光検出素子アレイを用いることによって、ディスプレイの光を表示だけでなく、撮影の際に被写体に照射して画像を得ることもできる。
【０００７】
また特許文献６には、ディスプレイの上に光検出素子アレイを配置して、被写体とディスプレイで光検出素子アレイを挟んだ構造を有し、更に光検出素子アレイの素子とディスプレイの素子を互い違いにし、光検出素子アレイの素子間に光が通過できる構造の光源一体の撮像装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３０６３２号公報
【特許文献２】特開２００５−３２３８９２号公報
【特許文献３】特開２００６−２８８８７２号公報
【特許文献４】特開２００５−２４２８４１号公報
【特許文献５】特開２００５−２７６０３０号公報
【特許文献６】特開２００６−８６３３３号公報
【特許文献７】特開平１−４７１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、表示装置と撮像装置を一体化した際に、高い検出効率で光を検出して画像化することは難しい。そのため光の検出率は低下する。特許文献４及び特許文献５に記載された構造では、光検出素子アレイが照射光を透過する必要があるため、光検出素子アレイの検出感度を高くすることができず、被写体からの反射光を十分に検出できないという問題があった。また、光検出素子アレイによって表示用及び撮影用の光が減衰されるため、表示される画像の質が低下する問題があった。また、利用できない光のために電力を消費する問題があった。さらに、照射される光が光検出素子アレイを透過するため、一部が検出されて擬似信号を生じる可能性があった。
【０００９】
特許文献６に記載された構造では、表示用のスペースを設けるために、光検出素子アレイのフィルファクタを大きくできず、被写体からの反射光の十分に検出できないという問題があった。また、表示用及び撮影用の光は、光検出素子の間を通って出力されるため、表示が暗くなり、表示の位置分解能が悪くなり、表示される画像の質が低下する問題があった。さらには、利用できない光のために電力を消費する問題があった。また、光検出素子の間に光が透過する構造を実現するために、光検出素子アレイが高価になり、光検出素子アレイの製造に高い技術が必要になり、歩留まりが低下するなどの問題を生じる可能性があった。
【００１０】
一方、フィルファクタが小さい検出器でも、マイクロレンズを用いることで光の検出率を増大できる。例えば、特許文献７に示すように、光検出素子の入光部の前面に素子毎に設けられたマイクロレンズは、光を光検出素子に集光する。そのため、光検出素子の間などの不感領域に入射する光も光検出素子に集光して検出することができ、光の検出率を増大できる。更に光検出素子を小さくできることで、暗電流の低減なども可能となる。
【００１１】
しかし、第６実施形態のような表示装置を搭載した撮像装置では、マイクロレンズが表示の妨げになるため、マイクロレンズが設置できないという問題があった。これを検出装置１０１の断面図である図３１を用いて説明する。第６実施形態では、一つの画素１１０中に、光検出素子１１３と発光ユニット１１１とを備える。この構成にマイクロレンズ１２７を設ける場合、光を光検出素子１１３に集光するために、図３１に示すようにマイクロレンズ１２７の光軸１４５上に設ける必要がある。
【００１２】
この場合、被写体１２９にある焦点１３９からの光１３０を光検出素子１１３に集光することはできるが、発光ユニット１１１は光軸１４５上に設けることができないため、発光ユニット１１１から発した光１４４は、マイクロレンズ１２７から所望の方向（例えば、光軸１４５の方向）に出力できない。また、この光１４４は、離れた位置にいる視者まで到達するために、平行光に近いことが望ましいが、第６実施形態の構成では、平行光を出力することはできない。また、発光ユニット１１１を光軸１４５付近に設けたとしても、マイクロレンズ１２７の焦点は、指を設ける比較的近い位置にあるため、照射される光１４４は平行光にはならず、大きく広がる。この場合、照射された光１４４は視者まで到達できない。
【００１３】
または、表示光をマイクロレンズの以外の場所を通して出力する場合、マイクロレンズの間などに空間が必要となり、光を光検出素子に集光できない不感領域が生じるため、光の検出率を十分に増大できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、光を屈折する集光手段と、第１面及び第２面を備え、前記集光手段と前記第１面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態によると、表示機能や撮影用光源を有する薄型の撮像装置、特に生体認証用撮像装置を実現できる。更に、これらの撮像装置を搭載した認証装置、表示装置、画像読み取り装置、モバイル機器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、本発明の実施形態の概要について説明する。
【００１７】
本発明の実施の形態の撮像装置は、光を屈折する集光手段と、第１面及び第２面を備え、前記集光手段と前記第１面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする。このような構造によって、表示付き撮像装置を薄型化することができる。更に、この撮像装置を搭載した装置を小型化、薄型化でき、表示による情報提供が可能となり、ユーザにとっての利便性が向上する。更に、表示光がマイクロレンズを透過する構造のため、マイクロレンズの間に表示光が透過するための空間を別途設ける必要がなく、光を光検出素子に集光できない不感領域を縮小または無くすことができるために、光の検出率が増大できる。更に、光の検出率の増加によってＳＮＲが向上するため、被写体像の画質が向上する。
【００１８】
本構成の撮像装置では、表示光の焦点が、撮影光よりも撮像装置から離れた位置になる。または、撮影光は焦点を有するが、表示光は焦点を持たない平行光か、広がりを持った光となる。そのため、本構成の撮像装置は、撮影対象が、表示を見る利用者と同程度か、利用者より撮像装置の近くに設置される装置（例えば、指静脈、掌静脈、手の甲静脈、指紋などを用いた認証装置用の撮像装置や、画像などを読み取る撮像装置、更にこれらを搭載した携帯電話機、ＰＨＳ、モバイル機器、ディスプレイ、ＴＶ、現金自動取引装置、認証装置、スキャナ、ファックシミリ装置などの装置）に適する。
【００１９】
このような構造の撮像装置は、少なくとも一部が透明な第１基板に発光ユニットを作製して表示層を形成する工程と、第２基板に光検出素子を作製して撮像層を形成する工程と、前記第１基板の第１面に前記第２基板を透明接着剤で接着する工程と、前記第１面に対向する前記第１基板の第２面と対向するように、光を屈折する集光手段を透明な接着剤で接着する工程と、を含む製造方法によって作製される。この製造方法によって、各層を別々に作製することができ、撮像装置を容易に作製することができる。
【００２０】
また、このような構造の撮像装置は、対向する第１面と第２面を有し、少なくとも一部が透明な基板に対し、前記第１面に発光ユニットを作製し、前記第２面に光検出素子を作製する工程と、光を屈折する集光手段を前記第１面と対向するように、透明な接着剤で接着する工程と、を含む製造方法によっても作製できる。このような製造方法により、発光ユニットと光検出素子の位置関係を精度良く決定できる。また表示層と撮像層を接着する必要がなく、接着剤内で生じる気泡などによる光の減衰がないため、光の検出効率を向上できる。
【００２１】
更に、本発明の実施の形態の撮像装置は、前記集光手段の光軸上に、前記光検出素子及び前記発光ユニットが配置されている。このような構造によって、撮影光を光検出素子に集光し、表示光をマイクロレンズから照射することができる。このときマイクロレンズは表示光の妨げにならず、表示の質が向上する。
【００２２】
更に、本発明の実施の形態の撮像装置は、前記発光ユニットが有機ＥＬ発光層を備える。このような構造によって、透明な表示層を実現できる。従って、被写体からの光が表示層で遮光されずに光検出素子に到達できるようになり、光検出素子での光の検出率が増大できる。
【００２３】
更に、前記発光ユニットが、異なるスペクトル分布を持った光を放射する複数の発光層を備える。このような構造によって、カラー表示が可能となる。
【００２４】
更に、前記複数の発光層は、積層された構造である。このような構造によって、利用者の位置によらずに各色の表示を行うことができる。
【００２５】
更に、前記発光層が第１発光層、及び、前記第１発光層の波長よりも長い波長の光を発する第２発光層を備え、前記第１発光層が前記第２発光層より前記集光手段に近い位置に配置される。このような構造によって、各色の表示光の屈折率の違いによる色収差を低減、除去でき、表示装置を見る角度によって色が異なる現象を低減または防ぐことができる。
【００２６】
更に、前記発光ユニットと前記光検出素子の間に遮光手段を備える。このような構造によって、隣接したマイクロレンズから光検出素子に光が入るクロストークを低減できる。また、発光ユニットを点灯した場合、離れた位置の光検出素子との間に遮光手段を設けることができるため、その発光ユニットからの直接光が入射せず、発光ユニットが点灯中でも光検出素子を動作させることができる。
【００２７】
更に、本発明の実施の形態の撮像装置は、前記集光手段と前記撮像層の間に配置され、光を透過する入光口と光を反射する反射手段を具備する第１反射層と、該第１反射層と前記撮像層の間に配置され、光を透過する透明層と、第１反射層と向かい合い、光を反射する第２反射層とを備え、前記第１反射層及び前記第２反射層が、前記透明層及び前記撮像層を挟む構造である。このような構造によって、光検出素子が薄く検出感度が低い場合でも、透過光を第１反射層と第２反射層で反射することで複数回光検出素子に光を入射させることができ、光検出素子の検出感度を向上できる。更に、透明層によって第１反射層と撮像層の間に距離を有するように構成され、第２反射層で反射した光が入光口から逃げ難い構造となる。更に、第１反射層に凹凸などの構造を設けることが可能となり、第１反射層を効率的に光検出素子に再度入射させることができる。
【００２８】
更に、前記表示層の少なくとも一部が前記透明層を兼ねる。このような構造によって、材料や工程を低減でき、検出装置を薄型化できる。
【００２９】
更に、前記集光手段が、前記光検出素子毎に形成され、前記表示層の方向に凸形状を有するマイクロレンズから成る。このような構造によって、マイクロレンズを薄くできる。更に、マイクロレンズから出力される表示光の広がりを抑え、覗き見防止、表示光度の向上、電力の消費を抑えることができる。更に、発光ユニットからの光が単色でない場合、その色収差を低減、除去できる。
【００３０】
更に、前記発光ユニットが前記光検出素子から所定の距離以内の位置に設けられている。このような構造によって、表示光がマイクロレンズから出る角度を限定することができるために、表示光の照射範囲を絞ることができ、表示光度が向上し、電力の消費を抑えることができる。
【００３１】
特に、前記集光手段は、前記光検出素子毎に形成され、前記撮影対象方向に凸形状を有するマイクロレンズから成り、前記光検出素子及び前記発光ユニットは、前記マイクロレンズの光軸上に配置され、前記マイクロレンズの凸上の点Ａ、前記点Ａから光軸へ下ろした垂線と光軸との交点Ｂ、前記光軸と前記発光ユニットとの交点を点Ｃ、線分ＡＢの長さＷ、前記点Ｂから前記光検出素子までの距離Ｄ、前記点Ｃから前記発光ユニットの端部までの距離Ｍ、前記点Ａにおける前記マイクロレンズの法線と直線ＡＢとの成す角α、前記マイクロレンズの屈折率をｎとすると、前記所定の距離が下式で表されることを特徴とする。
【００３２】
【数１】
0005144217.tif 000002
【００３３】
このような構造によって、表示光の多くはマイクロレンズを透過後、光軸から１８度（π／１０  ｒａｄ）以内の方向に照射される。これによって、視野角を限定でき、周囲からの覗き見を防止できる。更に、認証装置として、光源と、前記光源から照射された光のうち撮影対象からの光を検出する撮像装置と、前記撮像装置から出力された信号から、前記撮影対象の生体情報を含む生体情報画像を作成する画像作成手段と、前記撮影対象の生体情報データを予め記憶する記憶手段と、前記生体情報画像と前記生体情報データに含まれる前記生体情報を比較して個人認証を行う認証手段と、を備え、前記撮像装置は、光を屈折する集光手段と、第１面及び第２面を備え、前記集光手段と前記第１面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造である。また、更に、前記生体情報は、指紋、指の静脈、掌の静脈、手の甲の静脈の少なくとも一つの情報である。このような構造によって、撮像装置が表示機能や、撮影用光源を有する、さまざまな生体認証装置を実現できる。
【００３４】
更に、前記発光ユニットが前記光源を兼ねる。このような構造によって、撮影用の光源を別途設ける必要がなくなり、材料や製造工程の低減と、撮像装置を薄型化、小型化することができる。
【００３５】
更に、本発明の実施の形態の携帯端末は、光源と、前記光源から照射された光のうち撮影対象からの光を検出する撮像装置と、前記撮像装置から出力された信号から、前記撮影対象の生体情報を含む生体情報画像を作成する画像作成手段と、前記撮影対象の生体情報データを予め記憶する記憶手段と、前記生体情報画像と前記生体情報データに含まれる前記生体情報を比較して個人認証を行う認証手段と、を備え、前記撮像装置は、光を屈折する集光手段と、第１面及び第２面を備え、前記集光手段と第１の面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする。このような構造によって、表示機能と撮影機能が一体の様々な携帯端末を実現できる。
【００３６】
更に、本発明の実施の形態の現金自動取引装置は、個人認証を行うために生体情報を取得する認証装置を具備する現金自動取引装置であって、前記認証装置が、光源と、前記光源から照射された光のうち撮影対象からの光を検出する撮像装置と、前記撮像装置から出力された信号から、前記撮影対象の生体情報を含む生体情報画像を作成する画像作成手段と、前記撮影対象の生体情報データを予め記憶する記憶手段と、前記生体情報画像と前記生体情報データに含まれる前記生体情報を比較して個人認証を行う認証手段と、を備え、前記撮像装置は、光を屈折する集光手段と、第１面及び第２面を備え、前記集光手段と第１の面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする。このような構造によって、生体認証撮影装置を搭載した、表示機能を有する現金自動取引装置を実現できる。
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３８】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明の適用対象の一例である表示機能付きの撮像装置であり、発光ユニット層が撮像層とマイクロレンズに挟まれた配置された構造を成す。以下、図１から図１２を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。
【００３９】
図１は本実施形態の一例である撮像装置の外観を示す斜視図である。図２及び図３は撮像装置１０１の回路構成を説明するための回路図である。図４及び図５は、図１の位置１０７における撮像装置の断面図である。図６及び図７はマイクロレンズ、発光ユニット、及び光検出素子の配置を説明するための説明図である。図８から図１０は、撮像装置１０１の作製方法の一例を説明するための説明図である。図１１と図１２は、画素構造の異なる別の例を説明するための断面図である。
【００４０】
まず、図１を用いて、本実施形態の概略を説明する。本撮像装置１０１は、表示光を照射する表示系（点線）と、光を検出して画像を取得する撮影系（実線）から成る。表示系は、発光ユニット１１１、発光ユニット用スイッチ１１７、発光ユニット用電力制御回路１０２、発光ユニット用シフトレジスタ１１８から成り、撮影系は、光検出素子１１３、光検出素子用スイッチ１１４、光検出素子用シフトレジスタ１０５、及び読み出し回路１０４を備える。発光ユニット１１１、光検出素子１１３、発光ユニット用スイッチ１１７、及び光検出素子用スイッチ１１４は、画素１１０を構成し、基板１０３上に２次元的に配置されている。ここで、本構成は実施形態の一例であり、本発明を限定するものではない。更にこの画素１１０の数は、説明を簡単にするためであり、本発明を限定するものではない。
【００４１】
本撮像装置は、生体認証に用いる画像を撮影する機能と、画像を表示する機能とを備え、それぞれの機能を、切り替えることができる。以下、本実施形態の撮影方法を、図２に示す撮影系の回路図、及び表示方法を図３に示す表示系の回路図を用いて説明する。ただし、本回路構成は実施、撮影方法、表示方法の一例であり、本発明を限定するものではない。
【００４２】
撮影時は、まず光源（図示せず）から被写体に向けて光を照射する。光源は、例えば、画素１１０から成る検出領域の周辺に設ける。そして、生体で透過、反射、散乱の少なくとも一つを行った光を光検出素子１１３で検出して、光検出素子１１３に電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積する。このとき光源には、例えば、６００ｎｍから１２００ｎｍの光を主に発光する発光ダイオードを用いるとよい。また、遮光体などによって、光源から画素１１０に直接光が入射しないようにする。光検出素子１１３は、例えば、アモルファスシリコンを用いたフォトダイオードを用いるとよい。
【００４３】
撮影系は、図２に示すように、光検出素子１１３は光検出素子用スイッチ１１４のドレイン電極と接続される。スイッチ１１４は、そのゲート電極が光検出素子用制御線１１２を介して光検出素子用シフトレジスタ１０５に接続され、そのソース電極が信号線１１６を介して読み出し回路１０４に接続されている。更に、同一行のスイッチ１１４は、共通の制御線１１２に接続されているため、制御線１１２に電圧を供給することによって、光検出素子１１３で生じた電荷を、各列同時に読み出し回路１０４に導くことができる。
【００４４】
読み出しでは、まず、読み出し開始用パッド１０６に開始の信号を入力すると、１行目の制御線１１２に、スイッチ１１４がオンとなる電圧を印加し、光検出素子１１３に蓄積された電荷を読み出す。読み出された電荷は、読み出し回路１０４の積分器１０９において蓄積され、電圧信号に変換される。次に、ＩＣチップ１０８において、列ごとに信号をサンプルホールドして、アナログ信号をデジタル信号に変換（ＡＤ変換）し、変換されたデジタル信号を出力用電極パッド１１５から順次出力する。ここで、図３に示す電極パッド１１５の数は、説明を簡単にするためであり、本発明を限定するものではない。
【００４５】
次に、１行目のスイッチ１１４をオフにし、シフトレジスタ１０５にて行を変えてスイッチ１１４をオンにし、撮影をする。このとき、同一列の光検出素子用スイッチ１１４は共通の信号線１１６に接続されているため、シフトレジスタ１０５で選択する行を切り替えることによって、列毎に共通の読み出し回路１０４において信号を読み出すことができる。このようにして、２行目、３行目、…、と順次撮影を行い、全ての画素１１０で撮影を行って、撮影対象の二次元画像を得ることができる。
【００４６】
一方、表示では、行毎に発光ユニット１１１を発光させる。発光ユニット１１１は、例えば有機ＥＬ材料から構成される。図３に示すように、発光ユニット１１１は発光ユニット用スイッチ１１７のドレイン電極と接続される。スイッチ１１７は、そのゲート電極が発光ユニット用制御線１１９を介して発光ユニット用シフトレジスタ１１８に接続され、そのソース電極が発光ユニット用電力線１２０を介して発光ユニット用電力制御回路１０２に接続されている。更に、同一行のスイッチ１１７は、共通の制御線１１９に接続されているため、制御線１１９に電力を供給することによって、発光ユニット１１１を発光できる。
【００４７】
表示では、まず、１行目の制御線１１９に電圧を印加して発光をする。その際、発光ユニット１１１に供給される電力を発光ユニット用電力制御回路１０２で制御することによって、光の強度を変更することができる。
【００４８】
次に、１行目のスイッチ１１７をオフにし、シフトレジスタ１１８にて行を変えてスイッチ１１７をオンにし、発光ユニット用電力制御回路１０２で次の行に電力を供給して表示を行う。このとき、同一列の発光ユニット用スイッチ１１７は共通の発光ユニット用電力線１２０に接続されているため、シフトレジスタ１１８で選択する行を切り替えることによって、列毎に共通の発光ユニット用電力線１２０にて表示を行うことができる。このようにして２行目、３行目、…、と順次撮影を行い、全ての画素１１０で表示を行って、二次元画像を表示できる。
【００４９】
本実施形態では、表示及び撮影を１行毎に行ったが、本発明はこれに限るものではなく、複数行単位や、複数素子からなるエリア単位で行ってもよい。
【００５０】
次に、図１の位置１０７の断面図である図４及び図５を用いて、撮像装置１０１の構造を説明する。図４は撮影時の光路示し、及び図５は表示時の光路を示す。ただし、本構造は実施形態の一例であって、本発明を限定するものではない。
【００５１】
本撮像装置１０１は、マイクロレンズ１２７、表示層１３２、撮像層１３３を備え、マイクロレンズ１２７と撮像層１３３が表示層１３２を挟み、透明なパッケージ用接着剤１３１、１３４によって、マイクロレンズ１２７、撮像層１３３及び表示層１３２が接合した構造を成す。基板１２５の上面には、光検出素子１１３が画素１１０ごとに形成されて撮像層１３３を成している。
【００５２】
光検出素子１１３は、透明電極１２３とアルミ電極１２１とによってアモルファスシリコン層１２２を挟んだ構造を成す。表示層１３２は、透明なガラス基板１２４の下面に、発光ユニット１１１が画素１１０毎に形成されている。発光ユニット１１１は、２つの透明電極１３５、１３８に、発光素子１２８が挟まれた構造を成す。
【００５３】
マイクロレンズ１２７は画素１１０毎に設けられ、その光軸１４５上に表示層１３２と光検出素子１１３が位置する。その材質は、例えば、シリコンやガラスから成るとよい。マイクロレンズに１２７には、図４に示すように、焦点１３９から出た光（入力光１３０）が光検出素子１１３に集光するように曲率を設ける。この曲率は、画素１１０ごとに異なっていても、同一であってもよい。接着剤１３４は、生体認証のために、光検出素子１１３で検出する撮影光１３０と、発光ユニットから出力される表示光１４４に対して透明である。なお、接着剤１３４は、少なくとも撮影光１３０に対して透明であればよい。ここで透明とは、例えば透過率が５０％以上を意味する。
【００５４】
このような構造によって、図４に示すように、被写体の焦点から出て撮像装置１０１に入射する光１３０を、発光ユニット１１１に集光して検出することができる。また、図５に示すように、発光ユニット１１１から照射された表示光１４４を、マイクロレンズ１２７で屈折し、表示をすることも可能となる。
【００５５】
次に、撮影と表示を実現する撮影装置の構造を具体的に説明する。図６は撮影光の光路を示し、図７は表示光の光路を示す。本実施形態において、図６及び図７に示すように、点Ａを通る撮影光及び表示光を考え、点Ａから光軸１４５に下ろした垂線１４０と光軸１４５との交点をＢ、点Ｂから光検出素子１１３までの距離をＤ、線分ＡＢの長さをＷ、点Ａにおけるマイクロレンズ１２７の法線ベクトル１４１と直線ＡＢとの成す角をα、マイクロレンズ１２７の屈折率をｎとする。ここで説明を簡単にするために、点Ａにおいてマイクロレンズ１２７は空気と接し、空気の屈折率は１とみなせるとする。また、同様に、ガラス基板１２４、接着剤１３４の屈折率はマイクロレンズ１２７と同程度とみなせ、点Ａ以外の屈折は点Ａでの屈折に比べて無視できるとする。
【００５６】
撮影の際、図６に示すように、撮影対象１２９中の発光点（焦点１３９）から出た撮影光１３０を光検出素子１１３に集光する。このためにマイクロレンズ１２７をおいて、αが所定の角度になるように設計する。この角度を求めるために、焦点１３９から点Ｂまでの距離をＬ、表示光１３０の入射角をθ２、屈折角をθ１とすると、スネルの法則と幾何学的条件より、以下の関係がある。
【００５７】
【数２】
0005144217.tif 000003
【００５８】
【数３】
0005144217.tif 000004
【００５９】
これらの関係を用いると、ｎ＝１．５４、Ｌ＝２ｍｍ、Ｄ＝１００μｍ、Ｗ＝５０μｍの場合、αを約２８度に設ければ、撮影光１３０は光検出素子１１３に集光できる。
【００６０】
一方、表示光では、撮像装置１０１を見る人（視者）まで、十分に光を到達する必要がある。このためマイクロレンズ１２７から光が出力される角度（表示角）を限定し、視者に十分な光度の光を到達させることが望ましい。更に、表示角を限定することによって、覗き見防止や光度の向上が実現できる。更に、目的方向以外に光を出力しないことによって、電力の低減が実現できる。ここで、表示角は、平行光である場合をゼロとし、平行光からの光の広がり角と定義する。
【００６１】
図７において、光軸１４５と発光ユニット１１１との交点をＣ、点Ｃから発光ユニット１１１の短部までの距離をＭ、発光ユニット１１１と光検出素子１１３の距離をＸ、表示光１４４の入射角をθ１、屈折角をθ２とする。このとき表示角は以下の関係がある。
【００６２】
【数４】
0005144217.tif 000005
【００６３】
またスネルの法則と幾何学的条件より、Ｗ＞Ｍの場合に以下の関係がある。
【００６４】
【数５】
0005144217.tif 000006
【００６５】
従って、例えばＷ＞Ｍを満たす点Ａにおいて、表示角を１８度（π／１０  ｒａｄ）以下にするためには、下式を満たせばよい（以降、右辺をＸｍａｘと記す）。
【００６６】
【数６】
0005144217.tif 000007
【００６７】
この式を用いると、例えばｎ＝１．５４、α＝２８度、Ｄ＝１００μｍ、Ｗ＝５０μｍ、Ｍ＝１０μｍの場合、Ｘは４３μｍ以下となることが分かる。すなわち、発光ユニット１１１を光検出素子１１３から４３μｍ以下の位置に設けることによって、表示光１４４の表示角を１８度以下にすることが可能となる。
【００６８】
本実施形態において、マイクロレンズ１２７は空気と接し、またガラス基板１２４、接着剤１３４の屈折率はマイクロレンズ１２７と同程度とみなし、点Ａ以外の屈折は点Ａでの屈折に比べて無視できるとしたが、これは一例であって、本発明を限定するものではない。使用するガラス基板１２４、接着剤１３４などの材料や、使用する媒体によっては、点Ａ以外での媒体間での屈折も考慮して、発光ユニット１１１と光検出素子１１３の距離Ｘを設定するとよい。
【００６９】
このようにＸｍａｘを、マイクロレンズ１２７上の各点で求め、Ｘがその全点の最小値以下になるよう発光ユニット１１１を設置することによって、発光ユニット１１１から出力される大部分の表示光を、表示角１８度以下にすることが可能となる。
【００７０】
次に、本実施形態の構造による撮像装置１０１の作製方法を、図８から図１０を用いて説明する。ただし、以下に説明する方法は作製方法の一例であり、本発明を限定するものではない。
【００７１】
図８を用いて表示系の作製方法を説明する。まず、工程１において、ガラス基板上１２４に、発光ユニット１１１への配線及びスイッチを作製する。図中では発光ユニット用電力線１２０のみを記すが、他にも発光ユニット用制御線１１９も作製しておく。これらの配線は、例えば、アルミニウムを用い、真空蒸着法にて形成する。また、発光ユニット用スイッチ１１７として、例えば、ポリシリコンを用いてＴＦＴスイッチを作製する。
【００７２】
工程２では、工程１後の基板に、蛍光ユニット１１１の電極１３５を作製する。ここで蛍光ユニット１１１は検出光が透過する位置に設けられるため、透明であることが望ましい。そのため電極１３５は、例えば、ＩＴＯ、酸化インジウム、酸化スズなどの酸化物半導体薄膜、金、銀、プラチナ、アルミニウムのような金属薄膜、スピネル形化合物、導電性窒化物薄膜、導電性ホウ化物薄膜、導電性高分子などを用いて作製する。その製造方法は、真空蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法などの物理的蓄積法、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などの化学的蓄積法、ゾルーゲル法、めっき法、塗布法などの蓄積法や、酸化法、拡散法、イオン注入法などの基板侵入法など、どのような方法を用いてもよい。
【００７３】
工程３では、工程２後の基板に、発光素子１２８を作製する。この発光素子１２８の材質は、例えば、有機ＥＬ材料である。有機ＥＬ材料には低分子発光材料と高分子発光材料があるが、どちらを用いてもよい。低分子発光材料は、例えば、ポリメチン系色素、多環芳香環化合物、ヘテロ芳香環化合物、ポリフェリン化合物、その他金属錯体や金属化合物などを用いることができる。高分子発光材料は、例えば、ｐ−フェニレンビニレン系、ポリオイオフェン系、ポリフルオレン系、２置換ポリアセチレン系などのシリコン系導電性高分子を用いることができる。また、Ｉｒ、Ｅｕ、Ｐｔなどの金属錯体や、それらを含む高分子を発光層として用いることによって、燐光を利用する有機ＥＬ用発光材料や、高分子と低分子の材料を分散した有機ＥＬ用発光材料なども用いることができる。
【００７４】
発光素子１２８の作製方法は、低分子発光材料では、例えば、真空蒸着法を用いることができる。また、高分子発光材料を用いた作成方法は、例えば、真空蒸着法、キャスティング法、スピンコーティング法、インクジェット法、スクリーン印刷法、熱転写法などがあり、どの方法を用いてもよい。
【００７５】
次に、工程４に示すように、工程２と同様に透明電極１３８を作製し、その上に、工程５に示すように、保護層１３７を設ける。このようにして表示層１３２を作製する。
【００７６】
次に、図９を用いて、撮像層１３３の作製方法を説明する。
【００７７】
まず、工程６では、基板１２５上に、光検出素子１１３の電極１２１、光検出素子１１３への配線、スイッチ、及び電極パッドを作製する。図中では、電極１２１と信号線１１６のみを記すが、他に、光検出素子用制御線１１２、出力用電極パッド１１５、及び読み出し開始用パッド１０６を作製する。これらの配線やパッドは、例えば、アルミニウムを用い、真空蒸着法にて形成する。また、光検出素子用スイッチ１１４は、例えば、ポリシリコンを用いてＴＦＴスイッチを作製する。
【００７８】
工程７では、工程６後の基板に、光電変換材料として、例えば、水素を含むアモルファスシリコン１２２を積層する。アモルファスシリコンの積層方法は、例えば、プラズマＣＶＤ法、反応性スパッタ法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などを用いる。
【００７９】
工程８では、工程７後の基板に、透明電極１２３を作製する。透明電極の材質や作製方法は、工程２にて説明したものと同じでよい。工程９では、以上説明した工程によって作製された光検出素子１１３上に、保護層１３６を設ける。
【００８０】
次に、図１０に示すように、工程１０では、工程５までで作成された表示層１３２を挟むように、工程９までで作成された撮像層１３３とマイクロレンズ１２７とを、透明なパッケージ用接着剤１３４を用いて接着する。更に、光検出素子用シフトレジスタ１０５、読み出し回路１０４、発光ユニット用電力制御回路１０２、及び発光ユニット用シフトレジスタ１１８を設置し、これらを結線する。更に、撮像層１３３と表示層１３２とを結線する。このような方法によって、撮像装置１０１を作製できる。
【００８１】
このように本実施形態の撮像装置により、表示機能を有する薄型の撮像装置を実現できる。
【００８２】
本実施形態の撮像装置１０１の作製方法に記した材質や作製方法は一例であって、本発明を限定するものではない。また、工程１、及び工程６でアルミニウムを用いたが、本発明はアルミニウム材料に限定されず、金などの他の金属や、工程２で記した透明導電膜を用いてもよい。また、光検出素子用スイッチ１１４と発光ユニット用スイッチ１１７を、ポリシリコンを用いて作製したが、本発明はポリシリコン材料に限定されず、アモルファスシリコンを用いる場合など、さまざまなスイッチが考えられる。
【００８３】
本実施形態の表示系は、アクティブな回路構成を示したが、本発明はこの構成に限るものではなく、発光ユニット用スイッチ１１７を持たないパッシブ型の回路構成や、１画素毎に表示用回路を有する構成など、さまざまな構成でもよい。また、本実施形態の撮影系は、パッシブな回路構成を示したが、本発明はこの構成に限るものではなく、画素毎にアンプを備えるアクティブ型の回路構成や、ＣＣＤ回路構成、１画素毎に撮影用回路を有する構成など、さまざまな構成でもよい。
【００８４】
また、本実施形態では１列ごとに撮影、表示を行う場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、同時に複数行ごとに撮影、表示しても、１画素毎に撮影、表示しても、ある特定の領域で同時に撮影、表示しても、全領域で同時に撮影、表示してもよい。
【００８５】
本実施形態の発光ユニット１１１は、有機ＥＬ材料から構成される場合を説明したが、発光素子１２８が所望の波長を発する構造や、発光ユニット１１１が色変換層を具備し、発光素子１２８が青色光を発し、色変換層で波長を変えて、被写体に照射する構造や、発光ユニット１１１がカラーフィルタを具備し、発光素子１２８が白色光を発し、カラーフィルタによって必要な波長の光のみを透過させて被写体に照射する構造など、さまざまな構造であってもよい。
【００８６】
更に、本実施形態の発光ユニット１１１は、発光素子１２８が両電極によって挟まれる構造であったが、これは本発明を限定するものではない。例えば、電極と発光素子１２８との間に、電流輸送層やホール輸送層のどちらか一方を有する構造や、電流輸送層やホール輸送層の両方を備える構造であってもよい。
【００８７】
更に、表示層１３２は、有機ＥＬ以外のさまざまな材料からなってもよい。例えば、表示層１３２が、無機ＥＬ材料から構成されていてもよい。更に、表示層１３２は、プラズマ発光素子や、電界放射型表示素子、発光ダイオード、レーザダイオード、又は液晶とバックライトから構成される液晶表示素子などであってもよい。更に、液晶ディスプレイ用バックライトのように光を導いて発光してもよく、光ファイバで光を導いて発光素子１２８を構成してもよい。
【００８８】
本実施形態に示した光検出素子１１３は、アモルファスシリコンからなる場合を説明したが、これは本発明を限定するものではない。例えば、結晶シリコン、ポリシリコン、ゲルマニウム、ガリウム化合物、セレン化合物、カドミテルル、カドミジンクテルル、及びヨウ化鉛などのさまざまな光電変換材や、フォトマルチプライヤーを用いた光検出器など、さまざまな材料、及び方式の光検出器であってもよい。また、それらの複数の材料から構成される構造や、複数の光検出器から構成される構造であってもよい。
【００８９】
本実施形態では、全ての画素１１０が、マイクロレンズ１２７、発光ユニット１１１、及び光検出素子１１３を備えたが、これは本発明を限定するものではない。例えば、図１１に示すように、マイクロレンズ１２７と光検出素子１１３とから構成され、発光ユニット１１１を備えない画素１１０があってもよい。この場合、発光ユニット１１１の有無により、マイクロレンズ１２７の曲率が異なってもよい。更に、マイクロレンズ１２７と発光ユニット１１１とから構成され、光検出素子１１３を備えない画素１１０があってもよい。また、発光ユニット１１１の有無によって、その画素１１０の光検出素子１１３のサイズが異なってもよい。
【００９０】
また、本実施形態では、一つの画素１１０に一つのマイクロレンズ１２７を設けたが、これは本発明を限定するものではない。例えば、図１２に示すように、一つの画素に対して複数のマイクロレンズ１２７が設けられてもよい。また、これらのマイクロレンズ１２７の役割が同じである必要はない。図１２において、マイクロレンズ１２７−１は入射光を光検出素子１１３に集光し、マイクロレンズ１２７−２は入射光を光検出素子１１３に集光し、表示光を屈折して照射する。ここで、図１２では、一つの画素１１０に２つのマイクロレンズ１２７を設けたが、この個数は本発明を限定するものではなく、一つの画素１１０に幾つのマイクロレンズ１２７を設けてもよい。
【００９１】
本実施形態では光源を、画素１１０から構成される検出領域の周辺に設けた場合を説明したが、本構造は一例である。例えば、光源を、画素１１０間に設けても、その他の撮像装置１０１に内蔵してもよい。更に、実施形態に記した撮像装置１０１以外に光源装置を備え、その光源装置が撮像装置１０１に隣接した位置に設けられても、撮像装置１０１と離れて設けられてもよい。また、光源が、被写体に接していてもよく、離れていてもよい。また、被写体から、撮像装置１０１と光源とが同じ側に配置される場合だけでなく、光源と撮像装置とで被写体を挟むように配置してもよく、光源の照射方向と撮像装置への光入射方向が垂直となるように光源を配置してもよく、被写体に対してさまざまな方向から光を入射し、被写体で反射、散乱、透過の少なくとも一つをした光を撮像装置で検出する配置でよい。
【００９２】
本実施形態では、光源がダイオードの場合を記したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、有機ＥＬ材料や無機ＥＬ材料から構成される発光素子、プラズマ発光素子、電界放射型表示素子、液晶とバックライトから構成される液晶表示素子、レーザダイオードなどでもよい。また、光源にハロゲンランプを使用しても、ハロゲンランプの光から光学フィルタを用いて波長を限定した光でも、光源にレーザを用いてもよい。更に、液晶ディスプレイ用バックライトのように、離れた位置の光源からの光を導いて発光させてもよく、光ファイバで光を導いてもよい。
【００９３】
本実施形態に示す撮像装置１０１は、好ましくは、撮影対象１２９とマイクロレンズ１２７との間、マイクロレンズ１２７と表示層１３２との間の少なくとも一方にコリメータを備える。これによって、撮影対象１２９から撮像層１３３に、斜めに光が入射する散乱線を防ぐことができ、擬似像の低減、画像のコントラストの向上、認証精度の向上ができる。また、表示光の方向を限定でき、覗き見防止が可能となる。また、このコリメータはマイクロレンズ１２７と一体の構造であってもよい。
【００９４】
本実施形態に示す撮像装置１０１は、好ましくは、光検出素子用スイッチ１１４に表示光及び撮影光が入射しないようにする遮光手段を備える。これによって、スイッチ１１４に光が入るために生じる擬似信号を抑えることができる。また、好ましくは、発光ユニット用スイッチ１１７が光の入射を防ぐ遮光手段を備える。これによって、光が入射することで生じる発光ユニット用スイッチ１１７の誤動作を防ぐことができる。
【００９５】
（第２実施形態）
本実施形態の撮像装置は、図１３に示すように、撮像層１３３と表示層１３２が、共通基板１２４の表と裏に、それぞれ形成され、表示層兼撮像層１４９を形成する点で、前述した第１実施形態と異なる。本実施形態の撮像装置の作製方法を、図１４から図１６を用いて説明する。
【００９６】
まず、図１４に示すように、表示系を作製する。ここで、この表示系の作製は、第１実施形態の表示層１３２の工程と同様である。
【００９７】
次に、図１５に示すように、撮像系を、表示層１３２のガラス基板１２４の裏面に作製する。工程６において、基板１２５上に、光検出素子１１３への配線、スイッチ、電極パッドを作製する。図中では信号線１１６のみを記すが、他に、光検出素子用制御線１１２、出力用電極パッド１１５、読み出し開始用パッド１０６、光検出素子用スイッチ１１４も作製する。これらの材質及び作製方法は、第１実施形態と同様でよい。
【００９８】
工程７では、工程６後の基板に、透明電極１２３を作製する。これは光検出素子１１３の電極であり、図１３に示すように、本構造ではガラス基板１２４側から光検出素子１１３に検出光が入射するため、光検出素子１１３の電極には透明電極を用いる。その材質や作製方法は、工程２に記すものと同じでよい。
【００９９】
工程８では、工程７後の基板に、光電変換材料として、例えば、水素を含むアモルファスシリコン１２２を積層する。その方法は、第１実施形態と同じでよい。
【０１００】
工程９では、工程８後の基板に、電極１２１を作製する。この材質及び作製方法としては、工程６の配線や電極パッドと同じでよい。
【０１０１】
工程１０では、このように作製した光検出素子１１３上に、保護層１３６を設ける。このようにして表示層兼撮像層１４９を作製する。
【０１０２】
次に、図１６に示すように、工程１１では、表示層兼撮像層１４９とマイクロレンズ１２７を、透明なパッケージ用接着剤１３４を用いて接着する。更に、光検出素子用シフトレジスタ１０５、読み出し回路１０４、発光ユニット用電力制御回路１０２、発光ユニット用シフトレジスタ１１８を設置し、これらを結線する。更に、撮像層１３３と表示層１３２とを結線する。このような方法によって、撮像装置１０１を作製できる。
【０１０３】
本実施形態の構造では、第１実施形態のように表示層１３２と撮像層１３３を接着する必要がないため、接着の際に、発光ユニット１１１と光検出素子１１２とに位置ずれが生じない。また、接着剤の非一様性や接着の際に生じる気泡などによって、検出光を吸収し、又は散乱することによって、検出光の集光率が低下したり、隣接する画素１１０への散乱が増えたりすることがない。
【０１０４】
本形態実施形態の作製方法は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、表示系と撮像系の作製順が逆であってもよい。
【０１０５】
（第３実施形態）
本実施形態の撮像装置１０１は、マイクロレンズが表示層１３２及び撮像層１３３の方向に凸となる構造を有する点で、前述した第１実施形態と異なる。更に、本実施形態の撮像装置１０１の構造は、表示光が所定の表示角度となる条件が、第１実施形態と異なる。この条件について、図１７及び図１８を用いて説明する。ここで図１７及び図１８の点Ａ、Ｂ、Ｃ、長さＤ、Ｍ、Ｘ、Ｗ、角度θ１、θ２、αは第１実施形態と同じに定義する。更に、光軸１４５とマイクロレンズ１２７の表面との交点をＦ、線分ＦＢの距離をＮと定義する。
【０１０６】
図１７を用いて、撮影光１３０について説明する。撮影光１３０は、マイクロレンズ１２７に点Ｅで入射し、点Ａから出力し、入射点及び出力点で屈折する。ここで、説明を簡単にするために、表示装置１０１の外は空気で満たされ、その屈折率は”１”とみなせるとする。同様に、接着剤１３４も屈折率が空気と同じであり、ガラス基板１３２での屈折は無視できるほど小さいとする。
【０１０７】
点Ｅにおける入射角をθ４、屈折角をθ３とすると、スネルの法則より、以下の関係がある。
【０１０８】
【数７】
0005144217.tif 000008
【０１０９】
また、幾何学的条件より、以下の関係がある。
【０１１０】
【数８】
0005144217.tif 000009
【０１１１】
同様に点Ａにおける条件より、以下の関係がある。
【０１１２】
【数９】
0005144217.tif 000010
【０１１３】
これらの関係を用いると、ｎ＝１．５４、Ｌ＝２ｍｍ、Ｄ＝１００μｍ、Ｗ＝５０μｍ、Ｎ＝３００μｍの場合、αを約５５度に設ければ、撮影光１３０は光検出素子１１３に集光できる。この値を第１実施形態で説明した、上に凸のマイクロレンズを用いた場合の値（約２８度）と比べると、大きいことが分かる。このように、下に凸のマイクロレンズを用いると、上に凸のマイクロレンズを用いた場合よりαが大きなマイクロレンズを必要とする。αが大きくなるにつれてマイクロレンズは薄くできるため、撮影装置１０１を薄型化することが可能となる。
【０１１４】
次に、図１８を用いて、表示光１４４について説明する。点Ｅにおける表示光１４４の入射角をθ３、屈折角（表示角）をθ４とする。このときスネルの法則より、下式の関係が成立する。
【０１１５】
【数１０】
0005144217.tif 000011
【０１１６】
また、幾何学的条件より、以下の関係がある。
【０１１７】
【数１１】
0005144217.tif 000012
【０１１８】
更に第１実施形態と同様に、以下の関係がある（Ｗ＞Ｍの場合）。
【０１１９】
【数１２】
0005144217.tif 000013
【０１２０】
これらの関係を用いると、例えば、ｎ＝１．５４、α＝５５度、Ｄ＝１００μｍ、Ｗ＝５０μｍ、Ｍ＝１０μｍの場合であって、発光ユニット１１１からの光が点Ａから出力できる限界、すなわちθ１が９０度となる場合には、表示角θ４は９度となる。このとき発光ユニット１１１と光検出素子１１３の距離Ｘが９１μｍとなる。従って、設計において、目標の表示角を１８度以下とするとき、発光ユニット１１１は光検出素子１１３から、距離９１μｍの間のどの位置に設けても実現できる。
【０１２１】
この距離は、第１実施形態で説明した、上に凸のマイクロレンズを用いた場合の値と比べて大きい。これは、αが大きくなるにつれて、点Ａでの屈折角θ２が小さくなるためである。下に凸のマイクロレンズを用いることによって、撮像装置の設計における、発光ユニット１１１の配置の自由度を向上できる。
【０１２２】
本実施形態では、マイクロレンズにガラスを用いたが、これは一例であって、他の材料を用いてもよい。以下、ガラスよりも屈折率が大きな材料、例えば可視光に対する屈折率が約３．４５のシリコンを用いた場合の変形例について説明する。
【０１２３】
ガラスの場合と同様に、スネルの法則及び幾何学的条件より求まる関係式から、撮影光のαを求める。ガラスの場合とα以外が同じジオメトリの場合、αは約７９．５度になる。これはガラスの場合に比べて大きな値であることから、マイクロレンズを薄型化できることが分かる。
【０１２４】
次に、α以外がガラスの場合と同様のジオメトリである場合の、表示河野αの値を、シリコン製マイクロレンズとして先に求めた値（７９．５度）の場合において考える。このとき、第１実施形態で求めた関係式から、発光ユニット１１１からの光が点Ａから出力できる限界、すなわちθ１が９０度となる場合を考えると、表示角θ４は約２３度になる。この値は、ガラスの場合に比べて大きい。一方、屈折角が１８度以下となる条件を、先に記した表示光における関係式を用いて求めると、下式のようになり、Ｘが７５μｍ以下であることが必要だと分かる。
【０１２５】
【数１３】
0005144217.tif 000014
【０１２６】
ただしマイクロレンズが上に凸形状のシリコンである場合は、同一の条件において、αが５３度、Ｘが３５μｍ以下となり、下に凸形状のマイクロレンズの場合の方が、発光ユニット１１１の位置設計の自由度が高いことが分かる。
【０１２７】
本実施形態において、表示装置１０１の外は空気で満たされ、その屈折率は１とみなせるとした。同様に接着剤１３４も屈折率が空気と同じであり、ガラス基板１３２での屈折は無視できるほど小さいとした。しかし、これは一例であって、本発明を限定するものではない。使用するガラス基板１２４、接着剤１３４などの材料や、使用する外部媒体によっては、点Ａと点Ｅ以外での媒体間での屈折も考慮し、発光ユニット１１１と光検出素子１１３の距離Ｘを設定することが望ましい。
【０１２８】
本実施形態及び第１実施形態において、マイクロレンズは一方のみに凸の形状を有したが、これは本発明を限定するものではなく、両面に凸を有してもよい。更に、凸レンズのみでなく、マイクロレンズの少なくとも１面に凹レンズやフレネルレンズなどの様々なレンズを用いてもよい。
【０１２９】
（第４実施形態）
本実施形態の撮像装置１０１は、発光ユニット１１１が、異なる発光スペクトルを有する２つの発光ユニットから構成され、多色表示が可能な点で、前述した第１実施形態と異なる。
【０１３０】
図１９に示すように、本実施形態の発光ユニット１１１は、透明な絶縁層１４３を挟んで、青色発光ユニット層１５４と赤色発光ユニット層１５６が積層された構造を成す。これらの発光ユニット層は、例えば、有機ＥＬ材料から構成される。
【０１３１】
本実施形態のように、発光ユニットが多色の発光ユニット層を積層した構造である場合、マイクロレンズ１２７による色収差を低減、除去するために、発光スペクトルの波長（所望のピーク波長や平均波長）が短いものほど、マイクロレンズに近い位置に設置することが望ましい。これについて、図２０を用いて詳しく説明する。
【０１３２】
図２０は、青色発光ユニット層１５４と赤色発光ユニット層１５６から点Ａに入射した光の光路の説明図である。それぞれの光の入射角はγ１及びγ２であり、入射した光は屈折角β１及びβ２でマイクロレンズ１２７から出力される。また、それぞれの発光点から点Ｂとの距離をＨ１、Ｈ２、青色発光ユニット層１５４と赤色発光ユニット層１５６の、屈折率を、それぞれｎ１、ｎ２と定義する。このときスネルの法則より、以下の関係がある。
【０１３３】
【数１４】
0005144217.tif 000015
【０１３４】
また、幾何学的条件より、以下の関係がある。
【０１３５】
【数１５】
0005144217.tif 000016
【０１３６】
また第１実施形態と同様に、αを２８度、Ｗを５０μｍとする。ここで青色発光ユニット層１５４の中心波長を４５０ｎｍ、赤色発光ユニット層１５６の中心波長を５８０ｎｍとすると、屈折率ｎ１は１．５５３６、屈折率ｎ２は１．５４４２となり、両波長の光に対する屈折率は異なる。しかし、Ｈ１が９６．６μｍ、Ｈ２が９７．６μｍを満たすように、発光ユニット層を設けると、β１とβ２は同一の６２度になり、更に、表示角は０度（α＋β１＝α＋β２＝９０度）になる。従って、屈折率の違いによる収差は生じない。
【０１３７】
この位置の差（１．０μｍ）は、例えば、絶縁層１４３の厚みによって実現すればよい。一方、青色発光ユニット層１５４と赤色発光ユニット層１５６を逆に設けた場合は、表示角は同一にならない。このとき、各発光ユニット層から出た光の表示角が異なるので、見る位置や角度によって異なる色に見える可能性がある。
【０１３８】
従って、色収差の低減及び／又は除去するために、発光ユニット層の所望のピーク波長や平均波長が短い発光ユニット層を、マイクロレンズに近い位置に設置するとよい。
【０１３９】
本実施形態では、赤色の発光ユニット層と青色の発光ユニット層とによって発光ユニットを構成したが、さまざまな色の発光ユニット層の組み合わせから構成されてもよい。例えば、３つ以上の発光ユニット層によって発光ユニットが構成されてもよい。更に、発光ユニットが有機ＥＬ層によって構成される例を説明したが、その他の材質から構成されてもよく、異なる材質の複数の発光ユニットから構成されていてもよい。
【０１４０】
（第５実施形態）
本実施形態の撮像装置１０１は、発光ユニット１１１が撮影対象１２９の撮影用光源を兼ねる点で、前述した第１実施形態と異なる。図２１は、図１の位置１５９における本実施形態の撮影装置１０１の断面構造を説明する断面図であり、図２２と図２３は撮影と発光のタイミングを説明するための撮影シーケンスを表すタイミング図である。
【０１４１】
本実施形態の撮像装置１０１は、図２１に示すように、表示層１３２と撮像層１３３の間に、遮光層１４８を有する。この遮光層１４８は、異なる画素の発光ユニット１１１からの直接光を遮光する。例えば、発光ユニット１１１−１の撮影光１５５−１は、遮光層１４８によって遮光され、光検出素子１１３−２には直接入射しない。一方、撮影対象１２９に向けて照射された撮影用光１５５−２、１５５−４は、撮影対象１２９で反射及び／又は散乱して、光検出素子１１３に至る。このとき撮影光１５５−４は、発光した発光ユニット１１１−１と同一画素の光検出素子１１３−１に至るが、光検出素子１１３−１には発光ユニット１１１−１からの直接光１５５−３が入射する。このため、検出される信号の雑音が大きいことから、この様な状況で光検出素子１１３−１によって検出された信号は、撮影対象１２９の画像に用いないことが望ましい。
【０１４２】
一方、撮影光１５５−４は、隣接画素の光検出素子１１３−２に至り、これを読み出す。この読み出しは、例えば、図２２に示すように行う。図２２は、発光ユニット１１１による光の照射と、光検出素子１１３によって検出された信号の読み出しのタイミングを表す。時間１５０は光を照射している時間を、時間１５１は信号を読み出している時間を、時間１５３は１画像を取得している時間を、それぞれ表す。
【０１４３】
この信号の読み出しは、１行目の発光ユニット１１１が光を照射した場合、それと同時に２行目の光検出素子１１３によって検出された信号を読み出す。次に、光を照射する発光ユニット１１１と、信号が読み出される光検出素子１１３を１行ずつ切り替え、同様に信号を読み出す。このようにしてＮ行分の信号を読み出し、撮影対象１２７の画像を得る。
【０１４４】
更に、光検出素子１１３が信号読み出しを行う前に、光検出素子１１３に蓄積された信号をリセットしてもよい。このリセットでは、暗電流によって生じた信号や、本来の発光ユニット１１１以外が照射した光によって生じた信号、撮像装置１０１外の光によって生じた信号などを取り除き、本来の発光ユニット１１１が照射した光によって生じた信号のみを読み出せるようにする。
【０１４５】
このリセットは、例えば、図２３に示すように行う。図２３に示すシーケンスでは、読み出し時間１５１の直前に、リセットを行うリセット時間１５２を設ける。このリセット時間１５２では、例えば、読み出し時間１５１と同様に信号を読み出し、光検出素子１１３に蓄積された電荷を除去する。この時、読み出された信号は、画像化には用いない。これによって、時間１５０に照射された光によって生じた信号のみを、読み出し時間１５１の読み出しによって、得ることができる。
【０１４６】
発光ユニット１１１は、撮影用に、表示光の一部または全部を、そのまま用いてもよい。また、表示層１３２と撮像層１３３の間に、表示光中の所望の波長の光のみを透過する光学フィルタを設け、光学フィルタを透過した光を撮影に用いてもよい。
【０１４７】
更に、撮像装置１０１は、撮影用の発光ユニット層を備えてもよい。例えば、表示には用いない波長の光を照射する発光ユニット層を備え、撮影の際にこの発光ユニット層によって光を照射し、画像を得てもよい。
【０１４８】
また、同一の発光ユニットから、駆動条件を変えて、撮影用と表示用の光を別々に照射してもよい。このような発光ユニットとして、例えば、ＰＰＶ系発光液晶ポリマーから成る有機ＥＬ素子がある。ＰＰＶ系発光液晶ポリマーから成る有機ＥＬ素子に印加される電圧の極性を変えることによって、発光スペクトルを変えることができる。また、これらの撮影用の発光ユニット層を、全画素に設けても、特定の画素に設けてもよい。更に、発光ユニット１１１の一部または全部が、撮影用の発光ユニット層のみから構成されてもよい。
【０１４９】
本実施形態では、発光した発光ユニット１１１の隣の光検出素子１１３によってその光を検出する場合を示したが、これは本発明を限定するものではなく、複数画素離れた位置の光検出素子１１３で光を検出し、撮影対象１２９を画像化してもよい。特に、発光ユニットに近接する画素では、撮影対象１２９表面で反射した光が多く、発光ユニットから離れた位置の画素では、撮影対象１２９の内部を散乱してきた光が多いと考えられる。よって、目的に合わせた距離の光検出素子１１３から信号読み出しをするとよい。
【０１５０】
本実施形態では、１行毎に発光ユニット１１１から光を照射し、１行毎に光検出素子１１３の信号を読み出したが、これは本発明を限定するものではない。発光及び信号読み出しが、１画素毎、複数画素毎、複数行毎、列毎、複数列毎など様々な場合でもよい。更に、発光と信号読み出しを行う画素数が異なってもよい。
【０１５１】
本実施形態において説明したリセット方法は一例であり、これは本発明を限定するものではない。例えば、１行ごとではなく全行同時に行ってもよい。更に、リセットを行うためのリセット用回路を備え、これによって光検出素子に蓄積された電荷を除去してもよい。
【０１５２】
本実施形態において、直接光を入射しないために、表示層１３２と撮影層１３３の間に遮光層１４８を用いたが、これは直接光を入射しないための方法の一例であり、他にもさまざまな構造が考えられる。例えば、コリメータを用いるたり、ファイバーオプティカルプレートのように透過率に異方性を有する媒体を用いてもよい。
【０１５３】
（第６実施形態）
本実施形態の撮像装置１０１は、撮影光１３０の検出率を向上させる構造を有する点で、前述した第１実施形態と異なる。
【０１５４】
図２４に示すように、本実施形態の撮像装置１０１の構造は、光を反射するアルミ電極１２１と反射体１４６とによって、光検出素子１１３の受光部１２２と表示層１３２とを挟む。この反射体１４６は、入射光１３０を透過する入光口１５７、光を反射する反射材１５８から構成され、反射材１５８は、ガラス基板１２４側から来た光を反射する。
【０１５５】
本実施形態において、入射光１３０はマイクロレンズ１２７で集光され、入光口１５７から光検出素子１１３に至る。この光が光検出素子１１３を透過した場合、アルミ電極１２１にて反射されて再度光検出素子１１３に入射する。更に、再度光検出素子１１３を透過した光は反射材１５８に至り、再度反射される。ここで、入光口１５７に至った光は外部に出力されて検出できないため、入光口１５７は小さい方が望ましい。次に、反射材１５８で反射した光は、再度光検出素子１１３に入射する。
【０１５６】
このように、光検出素子１１３で検出されない光は、アルミ電極１２１と反射体１４６との間を往復し、何度も光検出素子１１３に入射される。すなわち、入射光１３０を複数回光検出素子１１３に入射できるため、入射光１３０の検出率を向上することができる。
【０１５７】
本実施形態において、アルミ電極１２１と反射体１４６との間に、スペースを設けるとよい。スペースの幅は、例えば、入光口１５７の幅と同程度かそれ以上である。これによって、アルミ電極１２１から入光口１５７を臨む立体角を小さくすることができるため、入光口１５７から外に逃げ出る光を減らすことができる。更に、アルミ電極１２１及び反射材１５８に、光が大きな角度で散乱できる程度の大きさの凹凸を設けることができる。ただし、アルミ電極１２１と反射体１４６との間にスペースを設けることによって、撮像装置１０１が厚くなる。しかし、表示層１３２にて、このスペースを実現することによって、撮像装置１０１を厚くすることなく、検出率を向上した表示機能付き撮像装置１０１を実現することができる。
【０１５８】
更に、本実施形態では、反射体１４６を、表示光の照射方向を限定するコリメータとして用いることもできる。このとき、反射体１４６は、他の画素のマイクロレンズ１２７へ光が入射するのを防ぐと共に、マイクロレンズ１２７への入射範囲を限定することによって、マイクロレンズ１２７から光が出力する際の表示角を限定することができる。これによって、覗き見の防止及び色収差を低減することができる。
【０１５９】
本実施形態において、入射光１３０は多数回反射されることによって、光軸の垂直方向に広がるため、光検出素子１１３は画素に対して大きなフィルファクタを有するとよい。
【０１６０】
本実施形態において、アルミ電極１２１を一方の反射層として用いたが、この構造は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、基板１２５の下面などに、別に反射層を備えてもよい。その場合には、アルミ電極１２１に凹凸を設ける必要がないため、光検出素子１１３の暗電流の低減などの特性を改善することができる。ただし、基板１２５への入射光１３０に対して透明な材質を用い、電極１２１に透明電極を用いるとよい。
【０１６１】
本実施形態において、光検出素子１１３内で光を列方向に散乱する場合を示したが、これは一例であり、例えば行方向に散乱する場合や、その両方に散乱する場合も有り得る。更に、アルミ電極１２１での光散乱は光軸１４５に対して等方的でなくてもよく、光の反射方向に異方性を有するように、アルミ電極１２１に凸凹を作製する場合も有り得る。この場合、更に、光検出素子１１３も光軸１４５に対して非対称な構造し、光が多く反射される方向に広い構造にすることで、光を効率的に検出することが可能となる。
【０１６２】
（第７実施形態）
本実施形態は、前述した第１実施形態から第６実施形態で説明した撮像装置を搭載した指静脈認証装置である。
【０１６３】
図２５は、指静脈認証装置の一例の外観を説明するための斜視図である。図２６は、図２５の位置１６４での断面図である。図２７は、個人認証を行うための処理のフローチャートである。図２８は、本実施形態の変形例である現金自動取引装置の外観を説明するための斜視図である。
【０１６４】
指静脈認証装置１６０は、撮影された指の静脈像を用いて、個人を特定する装置である。図２５に示すように、装置パッケージ１６１上に設けられた指静脈認証装置の撮影窓１６５にかざされた指１２９が撮影される。この撮影窓１６５は、例えば、指の先から第２関節までの領域を撮影できる大きさである。指静脈認証装置１６０には、指位置決め治具１７４が備わり、指位置決め治具１７４に指１２９を乗せて、その先端に突き当てることによって、撮影の度、同一の位置に指を置くことができる。また、撮影時の指の位置の再現性を高めるために、指位置決め治具１７４は、指１２９を乗せることができるくぼみを備えるとよい。また、撮影の際、指が撮影窓１７３に触れると、指の静脈が潰れて形状や静脈のパターンが変わる場合があるため、指位置決め治具１７４は、指１２９が撮影窓１７３に触れないように、指１２９と撮影窓１７３との間に空間ができる構造とするとよい。
【０１６５】
次に、図２６の断面図を用いて、装置構成と撮影方法を説明する。指１２９を指静脈認証装置１６０の撮影窓１６５に置くと、撮影開始用スイッチ１６３に触れ、撮像装置１０１内の光源から指に光を照射し始める。この光源は、第１実施形態に示すように外部光源でもよいし、第５実施形態に示すように、表示層１３２でもよい。
【０１６６】
この光は、指の内部に入りやすいように、例えば、波長６００ｎｍから１２００ｎｍの近赤外光を用いるとよい。このような波長の光を表示層１３２から発光する場合、例えば、イオン性発光染料ドープＰＶ系発光材、還元ホルフィリンドープＡｌｑ３発光材、ピラン系化合物ドープＡｌｑ３発光材、燐光発光性ランタニド系近赤外発光錯体、ジスチリル系赤色発光材などの有機ＥＬ材料を用いる。ただし、これ等の材料は一例であり、本発明を限定するものではない。
【０１６７】
指１６３の内部に入射した光は、指内部で吸収、散乱され、一部が表面から出力される。このとき、静脈内の血液中の脱酸素化ヘモグロビンの吸収が、他の組織、血液などと異なるため、指から出力された光を撮像装置１０１で撮像することによって、指静脈の画像を得ることができる。コリメータ１６２は、直接光の入射と、検出器にほぼ垂直な角度以外に入射する散乱線を除去する。また、コリメータ１６２は、指１２９に至るまでに撮影用光が拡散することも防ぐ。図２６の光路１３０は、このような光の軌跡の一例を示す。
【０１６８】
次に、このようにして得た指静脈画像に画像処理を行い、指静脈による認証をする。この画像処理を行う処理手段は、本指静脈装置内に備わる（図示せず）。
【０１６９】
この処理の一例を、図２７を用いて説明する。
【０１７０】
まず、撮影した指静脈画像１８０から輪郭を抽出して、指部分の画像を切り出す切り出し処理１８１を行う。次に、この切り出された指部分の画像を用いて、指静脈に必要な周波数成分の画像を作成するフィルタ処理１８２を行う。このフィルタ処理１８２は、例えば、ハイパスフィルタ処理である。
【０１７１】
次に、指の角度の違いを補正する位置合わせ処置１８３を行う。次に、位置が補正された画像から個人認証で用いる指静脈画像１８５を抽出する情報抽出処理１８４を行う。この情報抽出処理１８４は、例えば、撮影によって得た画像における指静脈の太さや濃度から、個人認証で用いる指静脈だけを抽出する修理である。
【０１７２】
このようにして得られた画像を用いて個人認証を行うために、事前に登録された指静脈画像１８６と同一であるかを判定する検証処理１８７を行う。この事前に登録された指静脈画像１８６も、前述と同様の画像処理（１８１〜１８４）を行ったものである。また、この登録された画像１８６は、本指静脈装置内の記憶手段（図示せず）に記憶されている。この画像１８６は、１人分の画像が登録されていても、複数人分の画像が登録されていてもよい。検証処理１８７では、例えば、登録された指静脈画像と撮影された指静脈画像との相互相関から、両画像が一致するか否かを判定する。この判定によって、撮影された指静脈画像と同一の指静脈画像が登録されていた場合、登録された人の特定を完了する（１８９）。一方、撮影された指静脈画像と同一の指静脈画像が登録されていない場合は、登録人なしと判定する（１８８）。
【０１７３】
この判定の結果は、例えば、この指静脈認証装置をパーソナルコンピュータに用いた場合、登録された人であると特定した場合にのみ、コンピュータの使用を有効にするための信号をコンピュータに送る。また、例えば、現金自動取引装置にこの指静脈認証装置を用いた場合、登録された人であると特定した場合にのみ、取引（例えば、現金の引き出し）を可能とするための信号を現金自動取引装置に送る。
【０１７４】
一方、撮影窓１６５に、認証に必要な情報を表示することが可能である。この表示により、指の置く位置や置き方、撮影のサポート情報を提供することによって、利用者が使い易い指静脈認証装置１６０を提供することができる。また、利用者へ、認証に必要な情報以外の様々な情報も提供でき、指静脈認証装置の多機能化を実現できる。
【０１７５】
本実施形態において、図２７に示した認証処理を実現する認証手段や、事前に登録した指静脈画像を記憶する記憶手段は、本指静脈認証装置内に搭載されていたが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、ネットワーク接続部を備え、外部に設けられた記憶手段に事前に登録された指静脈像を用いて、認証を行ってもよい。
【０１７６】
また、指静脈認証装置によって撮影された画像を、指静脈認証装置の外部に備わる認証手段に送り、指静脈認証装置の外部に備わる記憶手段に事前に登録された指静脈画像と比較してもよい。また、指静脈認証装置によって撮影された画像と、同装置に事前に登録された指静脈画像とを、ネットワーク手段を介して、指静脈認証装置の外部に備わる認証部に送り、認証部において認証を行ってもよい。
【０１７７】
本実施形態で示した指静脈認証装置の外観、構造及び処理方法は一例であり、本発明を限定するものではない。例えば図２７に示した処理の中で、一部の処理を省略しても、別の処理が追加されてもよい。その場合、本処理とは異なる認証方法を用いてもよい。また、例えば、撮影した指静脈画像１８０を、そのまま（処理１８１〜１８４を行うことなく）、事前に登録された指静脈画像１８６（処理１８１〜１８４を行うことなく登録された画像）と比較して、検証処理１８７を行ってもよい。また、撮影された指静脈画像１８０から特徴量を抽出し、事前に登録された特徴量と比較してもよい。
【０１７８】
また、本実施形態では、指静脈を用いて認証する指静脈認証装置を説明したが、これは本発明を限定するものではなく、指紋を用いた認証装置であってもよい。この場合、照射する光を、指静脈を撮影する場合に比べ、より指の表面で反射する波長の光、例えば、赤色の可視光を用いるとよい。ただし、この波長は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【０１７９】
更に、図２５に示したように、位置合わせ用治具１７４を用いて、指１２９を撮影窓１６５から若干離れた位置に置いた状態で撮影する構造でもよい。また、指が撮影窓１６５に触れるように配置された構造でもよい。
【０１８０】
また、指を移動させながら指紋や指静脈を撮影してもよい。その際には撮像装置１０１は複数の画像を取得するとよい。これらの画像をつなげて作成した画像を用いて認証してもよいし、それらの画像から抽出された生体情報を用いて認証してもよい。更に、その複数画像における生体情報の変化量を用いて、認証を行ってもよい。
【０１８１】
更に、掌や手の甲の静脈を用いて認証する認証装置でもよい。また、これらの複数の方法による認証が行えてもよい。
【０１８２】
また、本発明では、実施の段階において、その要旨を逸脱しない範囲でさまざまに変形して実施することが可能である。例えば、コリメータ１６２を備えなくてもよく、撮影開始用スイッチ１６３が光センサなどの非接触型のスイッチであってもよく、撮影開始用スイッチ１６３備えなくてもよい。
【０１８３】
本実施形態の指静脈認証装置の表示部は、指が撮影できる程度の小型のものであったが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。
【０１８４】
例えば、図２８に示す現金自動取引装置のように、大面積の表示窓１７３を備えている場合、撮影が可能な撮影窓１６５が、表示窓１７３の一部であってもよい。このような大きな表示窓１７３を備える場合、多くの情報を提供でき、更に、利用者にとって見やすい情報提供が可能となる。例えば、置く指の位置１７５を表示して、その位置や置き方を表示することによって、利用者をサポートしてもよい。また、比較的大きなスペースを必要とする認証方法、例えば、暗証番号や、掌、手の甲などの画像を利用した生体認証方法も、表示窓１７３を用いて実現することができる。
【０１８５】
また、このような大きな撮影窓１６５を備える場合、指の位置の自由度が高く、更に、指位置の再現性が低い場合にも認証を行うことができる。この場合、図２７に示した処理１８１のように、指部の画像を切り出す処理を行った後に認証を行うとよい。
【０１８６】
また、大きな撮影窓１６５を備える場合、置かれた指の位置を検出してから、再度、撮影用の光を照射してもよい。例えば、最初は弱い光で指を撮影して画像を取得して、取得した画像から輪郭を抽出し、抽出された輪郭に沿って、十分な生体情報を得ることができる強い撮影用の光を照射する。これによって、指の表面で反射する光を低減できるため、指の内部の散乱光を検出して生体認証用画像を得る認証方法（例えば、指静脈認証など）に有効である。
【０１８７】
また、例えば、撮影用光を、指部のみに照射したり、指部とその周辺のみに照射する。これによって、強い撮影用の光を全体に照射する場合に比べ、電力を低減することができる。更に、撮影領域を限定することができ、画像データを低減でき、撮影時間を短縮できる。ここで撮影用の光源は、第５実施形態に示したように、表示層１３２に備わっても、表示層１３２と別に設けてもよい。また、弱い光を照射するときに、指を撮影して、指の位置を検出したが、これは一例であり、本発明を限定するものではない。例えば、タッチパネルのような別の位置検出手段を設けて、指の位置を検出してもよい。
【０１８８】
（第８実施形態）
本実施形態は、前述した第１実施形態から第６実施形態で説明した撮像装置を搭載した指静脈認証機能付き携帯電話機である。
【０１８９】
図２９は、携帯電話機の一例の外観を説明するための斜視図である。図３０は、図２９の位置１６４での断面図である。
【０１９０】
図２９に示す本実施形態の携帯電話機１６０は、撮影した指の静脈画像を用いて、個人を特定する機能を備える。サブディスプレイの表示に従って、サブディスプレイの撮影窓１６５上に指を置き、撮影開始用スイッチ１６３を押すと、撮影が開始される。このとき、指静脈を撮影するための光源の波長、及び発光素子の材質などは、例えば、前述した第７実施形態と同様のものを用いる。また、得られた画像に対する処理は、例えば、第７実施形態にて説明した方法を行う。
【０１９１】
図３０は、図２９の位置１６４での断面図である。本実施形態の携帯電話１６６は、上面にサブティスプレイ、下面にメインティスプレイ１６８、その間に処理回路１６９を有する上部ユニット１６１−１と、プッシュボタン１７１、処理回路１６９、バッテリ１７０を有する下部ユニット１６１−２から構成される。上部ユニット１６１−１のメインティスプレイ１６７にはメインティスプレイ用撮像装置が備わる。サブティスプレイには第１実施形態から第６実施形態で示した撮影装置１０１が搭載される。
【０１９２】
この撮影装置１０１は、表示と指静脈撮影の両方を実現できるため、本携帯電話１６６は、コンパクト性や外観を損なわずに、指静脈認証機能を実現できる。また、サブディスプレイの表示機能によって、撮影のためのガイドを表示できるため、使用者にとって使い勝手がよい。
【０１９３】
本実施形態ではサブティスプレイに撮影装置１０１を搭載した場合を記したが、メインティスプレイに用いても良いことは言うまでもない。
【０１９４】
本実施形態で示した指静脈認証機能付き携帯電話の外観、構造及び処理方法は一例であり、本発明を限定するものではない。また、本実施形態では、指静脈を用いて認証する携帯電話を説明したが、これは本発明を限定するものではなく、指紋や、掌や手の甲の静脈を用いた認証装置であってもよい。また、これらの複数の方法による認証が行えてもよい。
【０１９５】
（変形例）
本発明は、前述した指静脈認証装置、及び指静脈認証機能が備わる携帯電話機及び現金自動取引装置に限らず、スキャナ、ファックス、ＴＶ、コンピュータ用ディスプレイ、ＰＨＳ、その他のモバイル機器などに搭載してもよい。特に、本撮像装置は、撮影対象が、利用者と同じか、利用者よりも撮像装置の近くに配置される装置に適する。また、様々な波長の光を用いて撮影し、撮影対象からの光を検出する様々な撮像装置であってもよい。
【０１９６】
更に、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、実施の段階では、その要旨を逸脱しない範囲でさまざまに変形して実施することが可能である。更に、前述した実施形態には様々な段階が含まれており、開示される複数の構成要素における適宜な組み合わせによって、様々な発明が抽出されることができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されてもよい。
【０１９７】
特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
【０１９８】
（１）光源と、
前記光源から照射された光のうち撮影対象からの光を検出する撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号から、前記撮影対象の生体情報を含む生体情報画像を作成する画像作成手段と、
前記撮影対象の生体情報データを予め記憶する記憶手段と、
前記生体情報画像と前記生体情報データに含まれる前記生体情報を比較して個人認証を行う認証手段と、を備え、
前記撮像装置は、
光を屈折する集光手段と、
第１面及び第２面を備え、前記集光手段と前記第１面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、
前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、
前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする認証装置。
【０１９９】
（２）  （１）に記載の認証装置であって、
前記生体情報は、指紋、指の静脈、掌の静脈、手の甲の静脈の少なくとも一つの情報であることを特徴とする認証装置。
【０２００】
（３）  （１）に記載の認証装置において、
前記発光ユニットが前記光源を兼ねることを特徴とする認証装置。
【０２０１】
（４）光源と、
前記光源から照射された光のうち撮影対象からの光を検出する撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号から、前記撮影対象の生体情報を含む生体情報画像を作成する画像作成手段と、
前記撮影対象の生体情報データを予め記憶する記憶手段と、
前記生体情報画像と前記生体情報データに含まれる前記生体情報を比較して個人認証を行う認証手段と、を備え、
前記撮像装置は、
光を屈折する集光手段と、
第１面及び第２面を備え、前記集光手段と第１の面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、
前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、
前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする携帯端末。
【０２０２】
（５）個人認証を行うために生体情報を取得する認証装置を具備する現金自動取引装置において、
前記認証装置が、
光源と、
前記光源から照射された光のうち撮影対象からの光を検出する撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号から、前記撮影対象の生体情報を含む生体情報画像を作成する画像作成手段と、
前記撮影対象の生体情報データを予め記憶する記憶手段と、
前記生体情報画像と前記生体情報データに含まれる前記生体情報を比較して個人認証を行う認証手段と、を備え、
前記撮像装置は、
光を屈折する集光手段と、
第１面及び第２面を備え、前記集光手段と第１の面で対向し、発光ユニットを備える表示層と、
前記表示層の第２面と対向し、光検出素子を備える撮像層と、を備え、
前記撮像層と撮影対象とが、前記集光手段及び前記表示層を挟む構造であることを特徴とする現金自動取引装置。
【図面の簡単な説明】
【０２０３】
【図１】本発明の第１実施形態の一例である撮像装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態の撮像装置の回路構成を説明するための回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態の撮像装置の回路構成を説明するための回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態の撮像装置の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の撮像装置の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態のマイクロレンズ、発光ユニット、及び光検出素子の配置を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態のマイクロレンズ、発光ユニット、及び光検出素子の配置を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態の撮像装置の作製工程の一例を説明するための説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態の撮像装置の作製工程の一例を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の撮像装置の作製工程の一例を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の撮像装置の画素構造の異なる別の例を説明するための説明図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の撮像装置の画素構造の異なる別の例を説明するための説明図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の撮像装置の断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の撮像装置の作製工程の一例を説明するための説明図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の撮像装置の作製工程の一例を説明するための説明図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の撮像装置の作製工程の一例を説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第３実施形態のマイクロレンズ、発光ユニット、及び光検出素子の配置を説明するための説明図である。
【図１８】本発明の第３実施形態のマイクロレンズ、発光ユニット、及び光検出素子の配置を説明するための説明図である。
【図１９】本発明の第４実施形態の撮像装置の断面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態のマイクロレンズ、発光ユニット、及び光検出素子の配置を説明するための説明図である。
【図２１】本発明の第５実施形態の撮像装置の断面図である。
【図２２】本発明の第５実施形態の撮像装置の撮影と発光のタイミングを説明するためのタイミング図である。
【図２３】本発明の第５実施形態の撮像装置の撮影と発光のタイミングを説明するためのタイミング図である。
【図２４】本発明の第６実施形態の撮像装置の断面図である。
【図２５】本発明の第７実施形態の指静脈認証装置の外観を示す斜視図である。
【図２６】本発明の第７実施形態の指静脈認証装置の断面図である。
【図２７】本発明の第７実施形態の指静脈認証装置の処理を示すフローチャートである。
【図２８】本発明の第７実施形態の指静脈認証装置を搭載した現金自動取引装置の外観を示す斜視図である。
【図２９】本発明の第８実施形態の一例である携帯電話機の外観を示す斜視図である。
【図３０】本発明の第８実施形態の携帯電話機の断面図である。
【図３１】従来の指静脈認証装置の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【０２０４】
１０１…撮像装置
１０２…発光ユニット用電力制御回路
１０３…基板
１０４…読み出し回路
１０５…光検出素子用シフトレジスタ
１０６…読み出し開始用パッド
１０７、１５９…断面位置
１０８…ＩＣチップ
１０９…積分器
１１０…画素
１１１…発光ユニット
１１２…光検出素子用制御線
１１３…光検出素子
１１４…光検出素子用スイッチ
１１５…出力用電極パッド
１１６…信号線
１１７…発光ユニット用スイッチ
１１８…発光ユニット用シフトレジスタ
１１９…発光ユニット用制御線
１２０…発光ユニット用電力線
１２１…アルミ電極
１２２…アモルファスシリコン（受光部）
１２３、１３５、１３８…透明電極
１２４…ガラス基板
１２５…基板
１２６…遮光層
１２７…マイクロレンズ
１２８…発光素子
１２９…撮影対象
１３０…入射光
１３１、１３４…接着剤
１３２…表示層
１３３…撮像層
１３６、１３７…保護層
１３９…焦点
１４０…垂線
１４１…法線ベクトル
１４２…点
１４３…絶縁層
１４４…表示光
１４５…光軸
１４６…反射体
１４７…反射層
１４８…遮光層
１４９…表示層兼撮像層
１５０、１５１、１５２、１５３…時間
１５４…青色発光ユニット層
１５５…撮影用光
１５６…赤色発光ユニット層
１５７…入光口
１５８…反射材
１６０…指静脈認証装置
１６１…装置パッケージ
１６２…コリメータ
１６３…撮影開始用スイッチ
１６４…断面位置
１６５…撮影窓
１６６…携帯電話
１６７…メインディスプレイ
１６８…保護ガラス
１６９…処理回路
１７０…バッテリ
１７１…プッシュボタン
１７２…現金自動取引装置
１７３…表示窓
１７４…指位置決め治具
１７５…指搭載位置
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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