(57)【要約】被写体を照明する照明光を投光可能で、高い光学性能を有する薄型のイメージセンサを提供する。イメージセンサ（１０）は、少なくとも一方の面にレンズ素子（１１ａ）を並列に配置してなるレンズアレイ（１１）と、各レンズ素子（１１ａ）を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子（１３）と、光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光を投光可能な光源部（１４）とを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイと、
各前記レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
前記光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光を前記レンズアレイを介して投光可能な照明手段とを備える、イメージセンサ。
【請求項２】
前記照明手段は、透光性の材料からなる板状の導光部材と、前記導光部材の少なくとも一方の端面に対向して配置される発光部材とを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記導光部材は、前記レンズアレイと一体的に形成されている、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記導光部材は、前記レンズアレイと別部材である、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記導光部材は、前記照明光を前記被写体に向けて偏向するための微細構造体を有する、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記微細構造体は、各前記レンズ素子を含む光学系により前記被写体の光学的な像を形成するための光線が実質的に透過しない領域に配置される、請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイであって、
当該レンズアレイと、
各前記レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
透光性の材料からなる板状の導光部材と、前記導光部材の少なくとも一方の端面に対向して配置される発光部材とを含み、前記光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光を投光可能な照明手段とを備えるイメージセンサに用いられ、
前記導光部材と、一体的に形成されている、レンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、レンズアレイ及びレンズアレイを備えるイメージセンサに関し、特定的には、複数のレンズ素子を平面内に並列に配置してなるレンズアレイ及びそのレンズアレイを備えるイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】  通信ネットワークの拡大や画像処理技術の進歩に伴って、画像を入力するイメージセンサに対するニーズが急速に拡大している。特に近年、携帯電話機器やＰＤＡ（携帯情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ））などの可搬性を有する機器（モバイル機器ともいう）にイメージセンサを搭載することにより、モバイル機器の機能を向上させたり、セキュリティを向上させたりすることが可能な機器も増加してきている。【０００３】  例えば、イメージセンサを用いて２次元バーコード等を撮影し、当該バーコードに含まれる情報を復号してインターネット上のＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）等の情報をモバイル機器に入力するシステムが実用化されている。また、いわゆるバイオメトリクス認証方式の一つである指紋認証方式を用いたセキュリティシステムにおいて、指紋を光学的に撮像して機器に入力するイメージセンサも提案されている。【０００４】  ところで、上述のような２次元バーコードや指紋などを撮影する場合、密着型のイメージセンサを用いる場合がある。ここで、密着型のイメージセンサとは、被写体をイメージセンサに接触する程度に密着させ、被写体の像をほぼ等倍で撮像するタイプのイメージセンサをいう。密着型のイメージセンサは、イメージセンサの撮像素子の法線方向（一般には光軸方向）の厚みを小さくすることが可能であるため、例えばモバイル機器に組み込んでも当該機器の厚みを増加させないというメリットを持っている。【０００５】  密着型のイメージセンサの一例として、特許文献１に記載された指紋入力装置が提案されている。特許文献１に記載された指紋入力装置は、上面に指を接触させる透明板と、指紋を発光させるための光源と、イメージセンサとを備え、透明板とイメージセンサとの間に複数の球体レンズを配置することで、指紋からの光をイメージセンサに結像させている。特許文献１に記載された指紋入力装置によれば、球体レンズを利用することにより、従来のものよりも薄く、低コストで製作可能な結像光学系を含む指紋入力装置を実現することができるとしている。
【特許文献１】特開２００４−１７８４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  特許文献１に記載された指紋入力装置は、１個の球体レンズに対して撮像素子上の１個の受光部を対応させている。このため、高精細画像を取得することが困難であるという問題があった。また、特許文献１に記載された指紋入力装置は、球体レンズを使用しているため、形成される光学像の品質が十分であるとはいえない。【０００７】  本発明の目的は、被写体を照明する照明光を投光可能で、高解像度の画像を取得できる薄型のイメージセンサおよび、そのイメージセンサに好適なレンズアレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記目的の一つは、以下のイメージセンサにより達成される。少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイと、各レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光を投光可能な照明手段とを備える。【０００９】  また、上記目的の一つは、以下のレンズアレイにより達成される。少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイであって、当該レンズアレイと、各レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、透光性の材料からなる板状の導光部材と、導光部材の少なくとも一方の端面に対向して配置される発光部材とを含み、光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光をレンズアレイを介して投光可能な照明手段とを備えるイメージセンサに用いられ、導光部材と、一体的に形成されている。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、被写体を照明する照明光を投光可能で、高い光学性能を有する薄型のイメージセンサおよび、そのイメージセンサに好適なレンズアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるイメージセンサの分解斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるイメージセンサの断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイを示す一部透過の斜視図である。
【図５】図５は、実施の形態２にかかるイメージセンサの分解斜視図である。
【図６】図６は、実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の拡大図である。
【図８】図８は、実施の形態３にかかるイメージセンサの断面図である。
【図９】図９は、実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサの断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３の別の変形例にかかるイメージセンサの断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４にかかるイメージセンサの断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに含まれるレンズ素子の光路図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の形成領域を示す平面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態６にかかる携帯電話端末を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、実施の形態７にかかるトラックボール装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１２】１１  レンズアレイ
１２  隔壁
１３  撮像素子
１４  光源部
１５  反射板
１６  冷陰極管
２１  レンズアレイ
２４  光源部
２５  ＬＥＤ
３１  導光板
３２  レンズアレイ
４２  レンズアレイ
５２  レンズアレイ
６１  導光板
７１  物体面
７２  物体光
７３  レンズアレイ
７４  像側面
７５  受光面
７６  像側面における光線のフットプリント
７７  微細構造体が形成される領域
８１  上側筐体
８２  下側筐体
８３  ヒンジ部
８４  ディスプレイ装置
８５  操作ボタン群
９１  筐体
９２  ボール
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  （実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかるイメージセンサの分解斜視図である。また、図２は、実施の形態１にかかるイメージセンサの断面図である。図１および図２において、実施の形態１にかかるイメージセンサ１０は、レンズアレイ１１と、隔壁１２と、撮像素子１３と、光源部１４とを備える。【００１４】  レンズアレイ１１は、収束性のパワーを持ち同一平面上に並列に配置された複数のレンズ素子１１ａからなる。レンズ素子１１ａは、後述する撮像素子１３上に被写体の部分光学像を形成する結像レンズとして機能する。すなわち、被写体光Ｘは、結像レンズにより撮像領域上に集光される。【００１５】  レンズアレイ１１は、必要な波長域の光束を透過可能な樹脂材料から形成されている。ここで、レンズアレイ１１の樹脂材料として、必要な波長域が可視域から赤外域の範囲にある場合、ポリカーボネイト、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂などを用いることができる。レンズアレイ１１は、被写体側に形成された複数のレンズ素子１１ａを一体的に結合させて成形されている。各レンズ素子１１ａの光軸は、互いにほぼ平行になるように配置される。また、レンズアレイ１１は、照明光Ｙを入射させるための端面１１ｂと、撮像素子１３側の面１１ｃとを有する。面１１ｃには、照明光Ｙを回折あるいは散乱させて被写体光Ｘが入射する側へ偏向するための微細構造体が形成されている。この微細構造体については後述する。【００１６】  撮像素子１３は、典型的にはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）であり、例えば３０万個以上の多数の光電変換部を含み、光電変換部が配列された受光面に形成される光学像に応じた電気信号を生成し画像信号として出力する。このとき、レンズアレイ１１に含まれるレンズ素子１１ａが複数あるため、各レンズ素子１１ａはそれぞれ対応する撮像領域１３ａごとに光学的な像を形成する。なお、各撮像領域１３ａは、複数の光電変換部を含むように設定されている。すなわち、イメージセンサ１０は、レンズ素子１１ａと撮像素子１３上の撮像領域１３ａとを含む撮像ユニットＵの集合体であり、いわゆる複眼撮像装置である。【００１７】  光源部１４は、反射板１５と、冷陰極管１６とを含む。冷陰極管１６は、発光部材であり、レンズアレイ１１の端面１１ｂに対向して配置される。反射板１５は、断面が楕円形状であり、冷陰極管１６から発光された照明光の一部をレンズアレイ１１側へ反射する。また、レンズアレイ１１の撮像素子１３に対向する面１１ｃには、微細構造体が形成されている。図３は、実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図である。微細構造体は、レンズアレイ１１の撮像素子１３側の面１１ｃ上に形成された幅１０μｍ程度の直方体の微細突起群である。個々の微細突起１１ｄは、図３中黒色で示されており、面１１ｃ内の全面にアレイ状に形成されている。【００１８】  以上の構成において、レンズ素子１１ａは、それぞれそのレンズ素子１１ａの近傍に配置される被写体に基づき、対応する撮像領域１３ａに光学的な像を形成する。イメージセンサ１０を密着型として使用する場合、各レンズ素子１１ａは、対応する撮像領域１３ａに被写体の部分画像を形成する。形成��れた部分画像は、撮像ユニットＵ毎に部分画像信号として出力される。撮像ユニットＵにより生成された各レンズ素子１１ａの部分画像信号は、イメージセンサ１０から出力された後、図示しない処理装置によりそれぞれ回転などの画像処理が施される。その後、各画像信号は、１個の画像信号に合成される。【００１９】  一方、冷陰極管１６が発光した照明光Ｙは、直接あるいは反射板１５により反射した後、レンズアレイ１１の端面１１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙの一部は、レンズ素子１１ａを介して直接レンズアレイから射出する。また、入射した照明光Ｙの一部は、レンズアレイ１１の内部を全反射しながら伝搬する。【００２０】  図４は、実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイを示す一部透過の斜視図である。冷陰極管１６から射出された照明光Ｙは、レンズアレイ１１内部を伝搬しながら、面１１ｃ上に形成された微細突起１１ｄで回折および散乱されレンズ素子１１ａから射出される。この結果、イメージセンサ１０から、レンズアレイ１１近傍にある被写体を、十分な光量で照明するための照明光が投光される。また、レンズアレイ１１の面１１ｃに微細構造体が形成されているため、レンズアレイ１１ａの入射側は、レンズアレイ１１に対応する領域全体について照明される。【００２１】  このとき、レンズアレイ１１の面１１ｃは、レンズアレイ１１の厚みによりレンズ素子１１ａの結像位置に対して十分デフォーカスされた位置に相当する。このように、レンズアレイ１１の面１１ｃが配置されるので、面１１ｃ上に形成された微細構造体の画像への影響を小さくすることができる。【００２２】  以上、説明したように、実施の形態１によれば、複眼光学系により被写体像を取得するので、薄型でありながら高い光学性能を持つ密着型のイメージセンサを提供することができる。【００２３】  また、実施の形態１によれば、収束性のパワーを持ったレンズ素子を介して被写体側へ投光することができるため、レンズアレイに対応する領域全体を十分な光量で照明することができる。【００２４】  また、実施の形態１によれば、レンズアレイが照明光を投光するための導光板と一体的に形成されているため、部品点数を増加させることなく低コストで、被写体の照明機能を持つ密着型のイメージセンサを提供することができる。【００２５】  （実施の形態２）
図５は、実施の形態２にかかるイメージセンサの分解斜視図である。実施の形態２にかかるイメージセンサ２０は、概略構成について実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい。したがって、両実施の形態において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分のみ説明を行う。【００２６】  イメージセンサ２０は、光源部２４として反射板１５と発光ダイオード（ＬＥＤ）２５とを備える。ＬＥＤ２５は、レンズアレイ２１の端面２１ｂの一方側に対向して設けられており、外部から供給される駆動電圧により照明光を発光する発光部材である。ＬＥＤ２５から発光した照明光Ｙは、レンズアレイ２１の端面２１ｂからレンズアレイ２１の内部へ入射する。【００２７】  図６は、実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図である。また、図７は、実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の拡大図である。【００２８】  図６および図７において、微細構造体は、レンズアレイ２１の撮像素子１３側の面２１ｃ上に形成された円筒状の微細突起群である。個々の微細突起２１ｄは、面２１ｃ内の全面にＬＥＤ２５の入射位置付近を中心とする同心円状に配置されている。【００２９】  以上の構成において、実施の形態１の場合と同様に、ＬＥＤ２５が発光した照明光Ｙは、レンズアレイ２１の端面２１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙの一部は、レンズ素子２１ａを介して直接レンズアレイから射出する。また、入射した照明光Ｙの一部は、レンズアレイ２１の内部を全反射しながら伝搬する。【００３０】  照明光Ｙは、レンズアレイ２１内部を伝搬しながら、面２１ｃ上に形成された微細突起２１ｄで回折および散乱されレンズ素子２１ａから射出される。この結果、イメージセンサ２０から、レンズアレイ２１近傍にある被写体へ、十分な光量で照明するための照明光が投光される。また、レンズアレイ２１の面２１ｃに微細構造体が形成されているため、レンズアレイ２１ａの入射側は、レンズアレイ２１に対応する領域全体について照明される。特に、イメージセンサ２０は、照明光の光源としてＬＥＤを用いているので、より簡易な構成で被写体を照明することができる。【００３１】  また、レンズアレイ２１の面２１ｃは、レンズアレイ２１の厚みによりレンズ素子２１ａの結像位置に対して十分デフォーカスされた位置に相当する。このように、レンズアレイ２１の面２１ｃが配置されるので、面２１ｃ上に形成された微細構造体の画像への影響を小さくすることができる。【００３２】  （実施の形態３）
図８は、実施の形態３にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態３にかかるイメージセンサ３０は、概略構成について実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい。したがって、両実施の形態において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分のみ説明を行う。【００３３】  実施の形態３にかかるイメージセンサ３０は、導光板３１と、レンズアレイ３２とが一体的ではなく、別の部材として構成されている点でイメージセンサ１０と相違する。導光板３１およびレンズアレイ３２は、いずれも必要な波長域の光束を透過可能な樹脂材料から形成されている。ここで、導光板３１およびレンズアレイ３２の樹脂材料として、必要な波長域が可視域から赤外域の範囲にある場合、ポリカーボネイト、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂などを用いることができる。また、導光板３１は、照明光Ｙを入射させるための端面３１ｂと、撮像素子１３側の面３１ｃとを有する。面３１ｃには、照明光Ｙを回折あるいは散乱させて被写体光が入射する側へ偏向するための微細構造体が形成されている。この微細構造体は、実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい構造を備えている。【００３４】  レンズアレイ３２は、被写体側に形成されたレンズ素子３２ａおよび撮像素子１３側に形成されたレンズ素子３２ｂを一組とする光学系を複数含み、これらの光学系の光軸が互いにほぼ平行になるように一体的に形成されている。レンズ素子３２ａおよびレンズ素子３２ｂとから構成される光学系は、全体として収束性のパワーを持ち、撮像素子１３上に被写体の部分光学像を形成する結像レンズとして機能する。すなわち、被写体光Ｘは、結像レンズにより撮像領域上に集光される。【００３５】  以上の構成において、実施の形態１の場合と同様に、照明光Ｙは、導光板３１の端面３１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙの一部は、導光板３１から射出し、レンズアレイ３２のレンズ素子３２ａを介して被写体側へ直接射出する。また、入射した照明光Ｙの一部は、導光板３１の内部を全反射しながら伝搬する。【００３６】  照明光Ｙは、面３１ｃ上に形成された微細突起３１ｄで回折および散乱され、導光板３１から射出し、レンズアレイ３２のレンズ素子３２ａを介して被写体側へ射出する。この結果、イメージセンサ３０から、レンズアレイ３２近傍にある被写体へ、十分な光量で照明するための照明光が投光される。特に、イメージセンサ３０は、レンズアレイと導光板とを別部材として形成しているので、汎用性のある安価な導光板を用いることができ、低コストなイメージセンサを提供することが可能である。【００３７】  また、導光板３１の面３１ｃは、導光板３１とレンズアレイ３２との厚みにより、レンズ素子３２ａおよびレンズ素子３２ｂとからなる結像レンズ系の結像位置に対して十分デフォーカスされた位置に相当する。このように、導光板３１の面３１ｃが配置されるので、面３１ｃ上に形成された微細構造体の画像への影響を小さくすることができる。【００３８】  図９は、実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサ４０は、導光板３１と、レンズアレイ４２とを含む。導光板３１は、イメージセンサ３０に含まれるものと等しい。レンズアレイ４２は、イメージセンサ３０に含まれるレンズアレイ３２とは異なり、被写体側にのみレンズ素子４２ａが形成されている。この構成によれば、イメージセンサ３０と比較して、汎用性のある安価な導光板を用いながら、さらに撮像装置を薄型化することができる。【００３９】  図１０は、実施の形態３の別の変形例にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサ５０は、レンズアレイ５２とを含む。導光板３１は、イメージセンサ３０に含まれるものと等しい。レンズアレイ５２は、イメージセンサ３０に含まれるレンズアレイ３２とは異なり、撮像素子側にのみレンズ素子５２ａが形成されている。この構成によれば、イメージセンサ３０と比較して、汎用性のある安価な導光板を用いながら、さらに撮像装置を薄型化することができる。また、イメージセンサ５０は、被写体側を平面にすることができるので、特に、イメージセンサ５０は、被写体側に平面部を持つことが望ましい、指紋入力装置などに好適である。【００４０】  （実施の形態４）
図１１は、実施の形態４にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態４にかかるイメージセンサ６０は、概略構成について実施の形態３にかかるイメージセンサ３０と等しい。したがって、両実施の形態において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分のみ説明を行う。【００４１】  実施の形態４にかかるイメージセンサ６０は、導光板６１の一方の端面６１ｂがレンズアレイ３２の光軸に対して傾斜して設けられている点で、イメージセンサ３０と相違する。イメージセンサ６０において、光源部１４の冷陰極管１６は、端面６１ｂと対向して設けられている。また、導光板６１の被写体側の面６１ｃには、照明光Ｙを被写体側へ射出するための微細構造体が形成されている。微細構造体は、所定の周期構造を備える微小反射プリズムである。【００４２】  以上の構成において、実施の形態１の場合と同様に、照明光Ｙは、導光板６１の端面６１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙは、導光板６１の内部を全反射しながら伝搬する。また、照明光Ｙは、面６１ｃ上に形成された微細突起で回折および散乱され、導光板６１から射出し、レンズアレイ３２のレンズ素子３２ａを介して被写体側へ射出する。この結果、イメージセンサ６０から、レンズアレイ３２近傍にある被写体へ、十分な光量で照明するための照明光が投光される。特に、イメージセンサ６０は、導光板へ照明光Ｙを入射する面が傾斜面として形成されているため、照明光Ｙの大部分を導光板内部で全反射させやすく、光の利用効率を向上させることができる。【００４３】  なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、各レンズ素子は、すべて屈折型のレンズ素子であったが、これに限られない。レンズ素子は、例えば、回折によって光束を偏向する回折型レンズ素子や、屈折率分布により光束を偏向する屈折率分布型のレンズ素子などでもよく、これらを組み合わせたハイブリッド素子であってもよい。【００４４】  なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、光源部は、導光部材の一方の端面に配置されていたが、これに限られない。例えば、光源部は、導光部材の両端面に配置したり、さらに３面あるいは４面に光源部を配置してもよい。また、実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、光源部が配置されていない端面に入射する照明光を反射するための反射部材を配置してもよい。【００４５】  なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、各撮像ユニット間は完全に隔壁により隔離されていたがこれに限られない。例えば、隔壁の撮像素子の法線方向を短縮してもよいし、各撮像ユニット間のクロストークが無視できるのであれば隔壁をすべて省略してもよい。【００４６】  なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、各レンズ素子は、同一平面内に配置されていたがこれに限られない。例えば、各レンズ素子を曲面上に配置してもよい。また、レンズ素子の数は、任意であり、取得する画像の大きさや品質に基づいて適宜変更することが可能である。【００４７】  （実施の形態５）
図１２Ａは、実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに含まれるレンズ素子（代表例として１つだけ示したもの）の光路図、図１２Ｂは、実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の形成領域を示す平面図である。実施の形態５にかかるイメージセンサは、概略構成について実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい。したがって、以下、特徴部分のみ説明を行う。【００４８】  図１２Ａにおいて、被写体が配置される物体面７１からの光軸対称の物体光７２は、レンズ素子側からレンズアレイ７３へ入射し、レンズ素子により収束されながら像側面７４から射出して、撮像素子の受光面７５に結像される。【００４９】  図１２Ｂにおいて、領域７６は、像側面７４における光線のフットプリントであり、受光面７５上で結像に寄与するすべての光線と像側面７４との交点を十字マークで示したものである。一方、領域７７は、像側面７４における照明光を前記被写体に向けて偏向するための微細構造体の形成領域である。領域７７は、領域７６と重なり合う部分をもたない。すなわち、実施の形態５にかかるイメージセンサにおいて、微細構造体は、レンズアレイの像側面７４上の結像に寄与する有効な光線が透過しない領域に形成されることになる。このように、領域７７にのみ微細構造体を形成することで、デフォーカス効果に関係なく、結像には影響を与えない状態で照明光を確保することができる。【００５０】  なお、結像に寄与する光線を遮光する規制板を設けて、結像に寄与する有効な光線が透過しない領域を物理的に生成して、この部分を領域７７としてもよい。このように領域７７を生成することにより、像側面７４だけではなく、物体側面にも、結像には影響を与えない微細構造体を形成することができる。【００５１】  なお、上記の例では、結像に寄与する有効な光線が透過しない領域７６と、微細構造体が形成される領域７７とは、完全にオーバーラップしないが、これに限られない。受光面上での結像性能と、必要な照明光の強度とを考慮し、適宜オーバーラップさせてもよい。要は、微細構造体は、各レンズ素子により被写体の光学的な像を形成するための光線が実質的に透過しない領域に配置されればよい。【００５２】  なお、上記の例では、実施の形態１および２のようにレンズアレイと導光部材が一体的に形成されていたが、これに限られない。例えば、実施の形態３および４のようにレンズアレイと導光部材が別体に形成されている場合であっても、微細構造体をレンズアレイの像側面７４上の結像に寄与する有効な光線が透過しない領域に形成することにより同様の効果を得ることができる。【００５３】  （実施の形態６）
図１３は、実施の形態６にかかる携帯電話端末を示す斜視図である。実施の形態６にかかる携帯電話端末８０は、上側筐体８１と、下側筐体８２と、ヒンジ部８３と、ディスプレイ装置８４と、操作ボタン群８５と、実施の形態１にかかるイメージセンサ１０とを備える。上側筐体８１は、液晶表示素子などから構成されるディスプレイ装置８４を保持する。下側筐体８２は、操作ボタン群８５と、イメージセンサ１０とを保持する。上側筐体８１と下側筐体８２とは、ヒンジ部８３により折り曲げ可能に接続される。【００５４】  イメージセンサ１０は、密着型の指紋入力装置として機能する。すなわち、操作者が指Ｆをイメージセンサ１０に密着させて所定の操作ボタンを操作すると、イメージセンサ１０から指Ｆを照明する照明光が投光されて指Ｆの表面が複数の部分画像として入力される。イメージセンサ１０は、入力された部分画像を図示しない処理回路へ出力する。処理回路は、内部の画像処理回路により合成して単一の指紋画像を生成する。この指紋画像を予め登録した指紋画像と比較整合することにより、操作者を特定することが可能である。【００５５】  イメージセンサ１０は、実施の形態１において述べたように薄型に構成できるため、携帯電話端末のようなモバイル機器に搭載しても、それら機器の厚みを増大させることがない。また、イメージセンサ１０は、複眼撮像装置であるから高精度の画像信号を出力することができ、指紋入力装置に用いても、十分な高解像度の画像を取得することができる。【００５６】  なお、イメージセンサ１０の代わりに、前述のイメージセンサ２０、３０、４０、５０、６０等を用いてもよいことはいうまでもない。【００５７】  （実施の形態７）
図１４は、実施の形態７にかかるトラックボール装置の構成を示す斜視図である。実施の形態７にかかるトラックボール装置９０は、ノートブック型のパーソナルコンピュータに搭載されている。トラックボール装置９０は、パーソナルコンピュータの筐体９１に固定されており、イメージセンサ１０と、ボール９２とを含む。ボール９２は、ユーザインターフェースとして使用できるように、筐体９１からほぼ半球分露出して支持される。イメージセンサ１０は、筐体９１内部であってボール９２の下部に配置される。【００５８】  ボール９２の表面は、図示しない微小な検出パターンが形成されている。操作者がボール９２を回転させると、イメージセンサ１０は、ボール９２に形成された検出パターンの動きを画像信号に変換し、図示しない処理回路へ出力する。処理回路は、画像信号からボール９２の回転の方向、移動量、速度などを検出する。検出されたボール９２に関する情報は、パーソナルコンピュータの制御に用いられる。【００５９】  イメージセンサ１０は、実施の形態１において述べたように薄型に構成できるため、トラックボール装置に搭載しても、搭載される機器の厚みを増大させることがない。また、イメージセンサ１０は、複眼撮像装置であるから高精度の画像信号を出力することができ、トラックボール装置に用いても、十分な高解像度の画像を取得することができる。【００６０】  なお、イメージセンサ１０の代わりに、前述のイメージセンサ２０、３０、４０、５０、６０等を用いてもよいことはいうまでもない。【００６１】  （その他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態では、密着型イメージセンサへの応用として説明したが、イメージセンサから物体までの距離が離れている場合でも同様に使用可能であり、照明光を供給する手段として有効である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】  本発明は、２次元バーコード等の画像化情報や、指紋などのバイオメトリクス情報を入力するイメージセンサに好適である。また、本発明は、パーソナルコンピュータ等のインターフェースに用いられるトラックボールの変位を検出する位置センサに好適である。
【図１】
2006077718.tif 000002
【図２】
2006077718.tif 000003
【図３】
2006077718.tif 000004
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年6月15日(2007.6.15)
【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】
少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイと、
各前記レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
前記光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光を前記レンズアレイを介して投光可能な照明手段とを備える、イメージセンサ。
【請求項２】
前記照明手段は、透光性の材料からなる板状の導光部材と、前記導光部材の少なくとも一方の端面に対向して配置される発光部材とを含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記導光部材は、前記レンズアレイと一体的に形成されている、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記導光部材は、前記レンズアレイと別部材である、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記導光部材は、前記照明光を前記被写体に向けて偏向するための微細構造体を有する、請求項２に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記微細構造体は、各前記レンズ素子を含む光学系により前記被写体の光学的な像を形成するための光線が実質的に透過しない領域に配置される、請求項５に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイであって、
当該レンズアレイと、
各前記レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、
透光性の材料からなる板状の導光部材と、前記導光部材の少なくとも一方の端面に対向して配置される発光部材とを含み、前記光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光を投光可能な照明手段とを備えるイメージセンサに用いられ、
前記導光部材と、一体的に形成されている、レンズアレイ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズアレイ及びレンズアレイを備えるイメージセンサに関し、特定的には、複数のレンズ素子を平面内に並列に配置してなるレンズアレイ及びそのレンズアレイを備えるイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信ネットワークの拡大や画像処理技術の進歩に伴って、画像を入力するイメージセンサに対するニーズが急速に拡大している。特に近年、携帯電話機器やＰＤＡ（携帯情報端末（Personal Digital Assistant））などの可搬性を有する機器（モバイル機器ともいう）にイメージセンサを搭載することにより、モバイル機器の機能を向上させたり、セキュリティを向上させたりすることが可能な機器も増加してきている。
【０００３】
例えば、イメージセンサを用いて２次元バーコード等を撮影し、当該バーコードに含まれる情報を復号してインターネット上のＵＲＬ（Uniform Resource Locator）等の情報をモバイル機器に入力するシステムが実用化されている。また、いわゆるバイオメトリクス認証方式の一つである指紋認証方式を用いたセキュリティシステムにおいて、指紋を光学的に撮像して機器に入力するイメージセンサも提案されている。
【０００４】
ところで、上述のような２次元バーコードや指紋などを撮影する場合、密着型のイメージセンサを用いる場合がある。ここで、密着型のイメージセンサとは、被写体をイメージセンサに接触する程度に密着させ、被写体の像をほぼ等倍で撮像するタイプのイメージセンサをいう。密着型のイメージセンサは、イメージセンサの撮像素子の法線方向（一般には光軸方向）の厚みを小さくすることが可能であるため、例えばモバイル機器に組み込んでも当該機器の厚みを増加させないというメリットを持っている。
【０００５】
密着型のイメージセンサの一例として、特許文献１に記載された指紋入力装置が提案されている。特許文献１に記載された指紋入力装置は、上面に指を接触させる透明板と、指紋を発光させるための光源と、イメージセンサとを備え、透明板とイメージセンサとの間に複数の球体レンズを配置することで、指紋からの光をイメージセンサに結像させている。特許文献１に記載された指紋入力装置によれば、球体レンズを利用することにより、従来のものよりも薄く、低コストで製作可能な結像光学系を含む指紋入力装置を実現することができるとしている。
【特許文献１】特開２００４−１７８４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された指紋入力装置は、１個の球体レンズに対して撮像素子上の１個の受光部を対応させている。このため、高精細画像を取得することが困難であるという問題があった。また、特許文献１に記載された指紋入力装置は、球体レンズを使用しているため、形成される光学像の品質が十分であるとはいえない。
【０００７】
本発明の目的は、被写体を照明する照明光を投光可能で、高解像度の画像を取得できる薄型のイメージセンサおよび、そのイメージセンサに好適なレンズアレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的の一つは、以下のイメージセンサにより達成される。少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイと、各レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光を投光可能な照明手段とを備える。
【０００９】
また、上記目的の一つは、以下のレンズアレイにより達成される。少なくとも一方の面にレンズ素子を並列に配置してなるレンズアレイであって、当該レンズアレイと、各レンズ素子を含む光学系により形成された光学的な像を、複数の光電変換部を含む互いに異なる撮像領域でそれぞれ受光して電気的な画像信号に変換する撮像素子と、透光性の材料からなる板状の導光部材と、導光部材の少なくとも一方の端面に対向して配置される発光部材とを含み、光学像を形成すべき被写体を照明するための照明光をレンズアレイを介して投光可能な照明手段とを備えるイメージセンサに用いられ、導光部材と、一体的に形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被写体を照明する照明光を投光可能で、高い光学性能を有する薄型のイメージセンサおよび、そのイメージセンサに好適なレンズアレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかるイメージセンサの分解斜視図である。また、図２は、実施の形態１にかかるイメージセンサの断面図である。図１および図２において、実施の形態１にかかるイメージセンサ１０は、レンズアレイ１１と、隔壁１２と、撮像素子１３と、光源部１４とを備える。
【００１２】
レンズアレイ１１は、収束性のパワーを持ち同一平面上に並列に配置された複数のレンズ素子１１ａからなる。レンズ素子１１ａは、後述する撮像素子１３上に被写体の部分光学像を形成する結像レンズとして機能する。すなわち、被写体光Ｘは、結像レンズにより撮像領域上に集光される。
【００１３】
レンズアレイ１１は、必要な波長域の光束を透過可能な樹脂材料から形成されている。ここで、レンズアレイ１１の樹脂材料として、必要な波長域が可視域から赤外域の範囲にある場合、ポリカーボネイト、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂などを用いることができる。レンズアレイ１１は、被写体側に形成された複数のレンズ素子１１ａを一体的に結合させて成形されている。各レンズ素子１１ａの光軸は、互いにほぼ平行になるように配置される。また、レンズアレイ１１は、照明光Ｙを入射させるための端面１１ｂと、撮像素子１３側の面１１ｃとを有する。面１１ｃには、照明光Ｙを回折あるいは散乱させて被写体光Ｘが入射する側へ偏向するための微細構造体が形成されている。この微細構造体については後述する。
【００１４】
撮像素子１３は、典型的にはＣＣＤ （Charge Coupled Device）であり、例えば３０万個以上の多数の光電変換部を含み、光電変換部が配列された受光面に形成される光学像に応じた電気信号を生成し画像信号として出力する。このとき、レンズアレイ１１に含まれるレンズ素子１１ａが複数あるため、各レンズ素子１１ａはそれぞれ対応する撮像領域１３ａごとに光学的な像を形成する。なお、各撮像領域１３ａは、複数の光電変換部を含むように設定されている。すなわち、イメージセンサ１０は、レンズ素子１１ａと撮像素子１３上の撮像領域１３ａとを含む撮像ユニットＵの集合体であり、いわゆる複眼撮像装置である。
【００１５】
光源部１４は、反射板１５と、冷陰極管１６とを含む。冷陰極管１６は、発光部材であり、レンズアレイ１１の端面１１ｂに対向して配置される。反射板１５は、断面が楕円形状であり、冷陰極管１６から発光された照明光の一部をレンズアレイ１１側へ反射する。また、レンズアレイ１１の撮像素子１３に対向する面１１ｃには、微細構造体が形成されている。図３は、実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図である。微細構造体は、レンズアレイ１１の撮像素子１３側の面１１ｃ上に形成された幅１０μｍ程度の直方体の微細突起群である。個々の微細突起１１ｄは、図３中黒色で示されており、面１１ｃ内の全面にアレイ状に形成されている。
【００１６】
以上の構成において、レンズ素子１１ａは、それぞれそのレンズ素子１１ａの近傍に配置される被写体に基づき、対応する撮像領域１３ａに光学的な像を形成する。イメージセンサ１０を密着型として使用する場合、各レンズ素子１１ａは、対応する撮像領域１３ａに被写体の部分画像を形成する。形成された部分画像は、撮像ユニットＵ毎に部分画像信号として出力される。撮像ユニットＵにより生成された各レンズ素子１１ａの部分画像信号は、イメージセンサ１０から出力された後、図示しない処理装置によりそれぞれ回転などの画像処理が施される。その後、各画像信号は、１個の画像信号に合成される。
【００１７】
一方、冷陰極管１６が発光した照明光Ｙは、直接あるいは反射板１５により反射した後、レンズアレイ１１の端面１１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙの一部は、レンズ素子１１ａを介して直接レンズアレイから射出する。また、入射した照明光Ｙの一部は、レンズアレイ１１の内部を全反射しながら伝搬する。
【００１８】
図４は、実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイを示す一部透過の斜視図である。冷陰極管１６から射出された照明光Ｙは、レンズアレイ１１内部を伝搬しながら、面１１ｃ上に形成された微細突起１１ｄで回折および散乱されレンズ素子１１ａから射出される。この結果、イメージセンサ１０から、レンズアレイ１１近傍にある被写体を、十分な光量で照明するための照明光が投光される。また、レンズアレイ１１の面１１ｃに微細構造体が形成されているため、レンズアレイ１１ａの入射側は、レンズアレイ１１に対応する領域全体について照明される。
【００１９】
このとき、レンズアレイ１１の面１１ｃは、レンズアレイ１１の厚みによりレンズ素子１１ａの結像位置に対して十分デフォーカスされた位置に相当する。このように、レンズアレイ１１の面１１ｃが配置されるので、面１１ｃ上に形成された微細構造体の画像への影響を小さくすることができる。
【００２０】
以上、説明したように、実施の形態１によれば、複眼光学系により被写体像を取得するので、薄型でありながら高い光学性能を持つ密着型のイメージセンサを提供することができる。
【００２１】
また、実施の形態１によれば、収束性のパワーを持ったレンズ素子を介して被写体側へ投光することができるため、レンズアレイに対応する領域全体を十分な光量で照明することができる。
【００２２】
また、実施の形態１によれば、レンズアレイが照明光を投光するための導光板と一体的に形成されているため、部品点数を増加させることなく低コストで、被写体の照明機能を持つ密着型のイメージセンサを提供することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２にかかるイメージセンサの分解斜視図である。実施の形態２にかかるイメージセンサ２０は、概略構成について実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい。したがって、両実施の形態において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分のみ説明を行う。
【００２４】
イメージセンサ２０は、光源部２４として発光ダイオード（ＬＥＤ）２５を備える。ＬＥＤ２５は、レンズアレイ２１の端面２１ｂの一方側に対向して設けられており、外部から供給される駆動電圧により照明光を発光する発光部材である。ＬＥＤ２５から発光した照明光Ｙは、レンズアレイ２１の端面２１ｂからレンズアレイ２１の内部へ入射する。
【００２５】
図６は、実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図である。また、図７は、実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の拡大図である。
【００２６】
図６および図７において、微細構造体は、レンズアレイ２１の撮像素子１３側の面２１ｃ上に形成された円筒状の微細突起群である。個々の微細突起２１ｄは、面２１ｃ内の全面にＬＥＤ２５からの光の入射位置付近を中心とする同心円状に配置されている。
【００２７】
以上の構成において、実施の形態１の場合と同様に、ＬＥＤ２５が発光した照明光Ｙは、レンズアレイ２１の端面２１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙの一部は、レンズ素子２１ａを介して直接レンズアレイから射出する。また、入射した照明光Ｙの一部は、レンズアレイ２１の内部を全反射しながら伝搬する。
【００２８】
照明光Ｙは、レンズアレイ２１内部を伝搬しながら、面２１ｃ上に形成された微細突起２１ｄで回折および散乱されレンズ素子２１ａから射出される。この結果、イメージセンサ２０から、レンズアレイ２１近傍にある被写体へ、十分な光量で照明するための照明光が投光される。また、レンズアレイ２１の面２１ｃに微細構造体が形成されているため、レンズアレイ２１ａの入射側は、レンズアレイ２１に対応する領域全体について照明される。特に、イメージセンサ２０は、照明光の光源としてＬＥＤを用いているので、より簡易な構成で被写体を照明することができる。
【００２９】
また、レンズアレイ２１の面２１ｃは、レンズアレイ２１の厚みによりレンズ素子２１ａの結像位置に対して十分デフォーカスされた位置に相当する。このように、レンズアレイ２１の面２１ｃが配置されるので、面２１ｃ上に形成された微細構造体の画像への影響を小さくすることができる。
【００３０】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態３にかかるイメージセンサ３０は、概略構成について実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい。したがって、両実施の形態において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分のみ説明を行う。
【００３１】
実施の形態３にかかるイメージセンサ３０は、導光板３１と、レンズアレイ３２とが一体的ではなく、別の部材として構成されている点でイメージセンサ１０と相違する。導光板３１およびレンズアレイ３２は、いずれも必要な波長域の光束を透過可能な樹脂材料から形成されている。ここで、導光板３１およびレンズアレイ３２の樹脂材料として、必要な波長域が可視域から赤外域の範囲にある場合、ポリカーボネイト、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂などを用いることができる。また、導光板３１は、照明光Ｙを入射させるための端面３１ｂと、撮像素子１３側の面３１ｃとを有する。面３１ｃには、照明光Ｙを回折あるいは散乱させて被写体光が入射する側へ偏向するための微細構造体が形成されている。この微細構造体は、実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい構造を備えている。
【００３２】
レンズアレイ３２は、被写体側に形成されたレンズ素子３２ａおよび撮像素子１３側に形成されたレンズ素子３２ｂを一組とする光学系を複数含み、これらの光学系の光軸が互いにほぼ平行になるように一体的に形成されている。レンズ素子３２ａおよびレンズ素子３２ｂとから構成される光学系は、全体として収束性のパワーを持ち、撮像素子１３上に被写体の部分光学像を形成する結像レンズとして機能する。すなわち、被写体光Ｘは、結像レンズにより撮像領域上に集光される。
【００３３】
以上の構成において、実施の形態１の場合と同様に、照明光Ｙは、導光板３１の端面３１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙの一部は、導光板３１から射出し、レンズアレイ３２のレンズ素子３２ａを介して被写体側へ直接射出する。また、入射した照明光Ｙの一部は、導光板３１の内部を全反射しながら伝搬する。
【００３４】
照明光Ｙは、面３１ｃ上に形成された微細突起３１ｄで回折および散乱され、導光板３１から射出し、レンズアレイ３２のレンズ素子３２ａを介して被写体側へ射出する。この結果、イメージセンサ３０から、レンズアレイ３２近傍にある被写体へ、十分な光量で照明するための照明光が投光される。特に、イメージセンサ３０は、レンズアレイと導光板とを別部材として形成しているので、汎用性のある安価な導光板を用いることができ、低コストなイメージセンサを提供することが可能である。
【００３５】
また、導光板３１の面３１ｃは、導光板３１とレンズアレイ３２との厚みにより、レンズ素子３２ａおよびレンズ素子３２ｂとからなる結像レンズ系の結像位置に対して十分デフォーカスされた位置に相当する。このように、導光板３１の面３１ｃが配置されるので、面３１ｃ上に形成された微細構造体の画像への影響を小さくすることができる。
【００３６】
図９は、実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサ４０は、導光板３１と、レンズアレイ４２とを含む。導光板３１は、イメージセンサ３０に含まれるものと等しい。レンズアレイ４２は、イメージセンサ３０に含まれるレンズアレイ３２とは異なり、被写体側にのみレンズ素子４２ａが形成されている。この構成によれば、イメージセンサ３０と比較して、汎用性のある安価な導光板を用いながら、さらに撮像装置を薄型化することができる。
【００３７】
図１０は、実施の形態３の別の変形例にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサ５０は、レンズアレイ５２を含む。導光板３１は、イメージセンサ３０に含まれるものと等しい。レンズアレイ５２は、イメージセンサ３０に含まれるレンズアレイ３２とは異なり、撮像素子側にのみレンズ素子５２ｂが形成されている。この構成によれば、イメージセンサ３０と比較して、汎用性のある安価な導光板を用いながら、さらに撮像装置を薄型化することができる。また、イメージセンサ５０は、被写体側を平面にすることができるので、特に、イメージセンサ５０は、被写体側に平面部を持つことが望ましい、指紋入力装置などに好適である。
【００３８】
（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４にかかるイメージセンサの断面図である。実施の形態４にかかるイメージセンサ６０は、概略構成について実施の形態３にかかるイメージセンサ３０と等しい。したがって、両実施の形態において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、相違する部分のみ説明を行う。
【００３９】
実施の形態４にかかるイメージセンサ６０は、導光板６１の一方の端面６１ｂがレンズアレイ３２の光軸に対して傾斜して設けられている点で、イメージセンサ３０と相違する。イメージセンサ６０において、光源部１４の冷陰極管１６は、端面６１ｂと対向して設けられている。また、導光板６１の被写体側の面６１ｃには、照明光Ｙを被写体側へ射出するための微細構造体が形成されている。微細構造体は、所定の周期構造を備える微小反射プリズムである。
【００４０】
以上の構成において、実施の形態１の場合と同様に、照明光Ｙは、導光板６１の端面６１ｂから内部に入射する。入射した照明光Ｙは、導光板６１の内部を全反射しながら伝搬する。また、照明光Ｙは、面６１ｃ上に形成された微細突起で回折および散乱され、導光板６１から射出し、レンズアレイ３２のレンズ素子３２ａを介して被写体側へ射出する。この結果、イメージセンサ６０から、レンズアレイ３２近傍にある被写体へ、十分な光量で照明するための照明光が投光される。特に、イメージセンサ６０は、導光板へ照明光Ｙを入射する面が傾斜面として形成されているため、照明光Ｙの大部分を導光板内部で全反射させやすく、光の利用効率を向上させることができる。
【００４１】
なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、各レンズ素子は、すべて屈折型のレンズ素子であったが、これに限られない。レンズ素子は、例えば、回折によって光束を偏向する回折型レンズ素子や、屈折率分布により光束を偏向する屈折率分布型のレンズ素子などでもよく、これらを組み合わせたハイブリッド素子であってもよい。
【００４２】
なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、光源部は、導光部材の一方の端面に配置されていたが、これに限られない。例えば、光源部は、導光部材の両端面に配置したり、さらに３面あるいは４面に光源部を配置してもよい。また、実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、光源部が配置されていない端面に入射する照明光を反射するための反射部材を配置してもよい。
【００４３】
なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、各撮像ユニット間は完全に隔壁により隔離されていたがこれに限られない。例えば、隔壁の撮像素子の法線方向を短縮してもよいし、各撮像ユニット間のクロストークが無視できるのであれば隔壁をすべて省略してもよい。
【００４４】
なお、以上説明した実施の形態１乃至４にかかるイメージセンサにおいて、各レンズ素子は、同一平面内に配置されていたがこれに限られない。例えば、各レンズ素子を曲面上に配置してもよい。また、レンズ素子の数は、任意であり、取得する画像の大きさや品質に基づいて適宜変更することが可能である。
【００４５】
（実施の形態５）
図１２Ａは、実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに含まれるレンズ素子（代表例として１つだけ示したもの）の光路図、図１２Ｂは、実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の形成領域を示す平面図である。実施の形態５にかかるイメージセンサは、概略構成について実施の形態１にかかるイメージセンサ１０と等しい。したがって、以下、特徴部分のみ説明を行う。
【００４６】
図１２Ａにおいて、被写体が配置される物体面７１からの光軸対称の物体光７２は、レンズ素子側からレンズアレイ７３へ入射し、レンズ素子により収束されながら像側面７４から射出して、撮像素子の受光面７５に結像される。
【００４７】
図１２Ｂにおいて、領域７６は、像側面７４における光線のフットプリントであり、受光面７５上で結像に寄与するすべての光線と像側面７４との交点を十字マークで示したものである。一方、領域７７は、像側面７４における照明光を前記被写体に向けて偏向するための微細構造体の形成領域である。領域７７は、領域７６と重なり合う部分をもたない。すなわち、実施の形態５にかかるイメージセンサにおいて、微細構造体は、レンズアレイの像側面７４上の結像に寄与する有効な光線が透過しない領域に形成されることになる。このように、領域７７にのみ微細構造体を形成することで、デフォーカス効果に関係なく、結像には影響を与えない状態で照明光を確保することができる。
【００４８】
なお、結像に寄与する光線を遮光する規制板を設けて、結像に寄与する有効な光線が透過しない領域を物理的に生成して、この部分を領域７７としてもよい。このように領域７７を生成することにより、像側面７４だけではなく、物体側面にも、結像には影響を与えない微細構造体を形成することができる。
【００４９】
なお、上記の例では、結像に寄与する有効な光線が透過する領域７６と、微細構造体が形成される領域７７とは、完全にオーバーラップしないが、これに限られない。受光面上での結像性能と、必要な照明光の強度とを考慮し、適宜オーバーラップさせてもよい。要は、微細構造体は、各レンズ素子により被写体の光学的な像を形成するための光線が実質的に透過しない領域に配置されればよい。
【００５０】
なお、上記の例では、実施の形態１および２のようにレンズアレイと導光部材が一体的に形成されていたが、これに限られない。例えば、実施の形態３および４のようにレンズアレイと導光部材が別体に形成されている場合であっても、微細構造体をレンズアレイの像側面７４上の結像に寄与する有効な光線が透過しない領域に形成することにより同様の効果を得ることができる。
【００５１】
（実施の形態６）
図１３は、実施の形態６にかかる携帯電話端末を示す斜視図である。実施の形態６にかかる携帯電話端末８０は、上側筐体８１と、下側筐体８２と、ヒンジ部８３と、ディスプレイ装置８４と、操作ボタン群８５と、実施の形態１にかかるイメージセンサ１０とを備える。上側筐体８１は、液晶表示素子などから構成されるディスプレイ装置８４を保持する。下側筐体８２は、操作ボタン群８５と、イメージセンサ１０とを保持する。上側筐体８１と下側筐体８２とは、ヒンジ部８３により折り曲げ可能に接続される。
【００５２】
イメージセンサ１０は、密着型の指紋入力装置として機能する。すなわち、操作者が指Ｆをイメージセンサ１０に密着させて所定の操作ボタンを操作すると、イメージセンサ１０から指Ｆを照明する照明光が投光されて指Ｆの表面についての複数の部分画像が入力される。イメージセンサ１０は、入力された部分画像を図示しない処理回路へ出力する。処理回路は、内部の画像処理回路により合成して単一の指紋画像を生成する。この指紋画像を予め登録した指紋画像と比較整合することにより、操作者を特定することが可能である。
【００５３】
イメージセンサ１０は、実施の形態１において述べたように薄型に構成できるため、携帯電話端末のようなモバイル機器に搭載しても、それら機器の厚みを増大させることがない。また、イメージセンサ１０は、複眼撮像装置であるから高精度の画像信号を出力することができ、指紋入力装置に用いても、十分な高解像度の画像を取得することができる。
【００５４】
なお、イメージセンサ１０の代わりに、前述のイメージセンサ２０、３０、４０、５０、６０等を用いてもよいことはいうまでもない。
【００５５】
（実施の形態７）
図１４は、実施の形態７にかかるトラックボール装置の構成を示す斜視図である。実施の形態７にかかるトラックボール装置９０は、ノートブック型のパーソナルコンピュータに搭載されている。トラックボール装置９０は、パーソナルコンピュータの筐体９１に固定されており、イメージセンサ１０と、ボール９２とを含む。ボール９２は、ユーザインターフェースとして使用できるように、筐体９１からほぼ半球分露出して支持される。イメージセンサ１０は、筐体９１内部であってボール９２の下部に配置される。
【００５６】
ボール９２の表面は、図示しない微小な検出パターンが形成されている。操作者がボール９２を回転させると、イメージセンサ１０は、ボール９２に形成された検出パターンの動きを画像信号に変換し、図示しない処理回路へ出力する。処理回路は、画像信号からボール９２の回転の方向、移動量、速度などを検出する。検出されたボール９２に関する情報は、パーソナルコンピュータの制御に用いられる。
【００５７】
イメージセンサ１０は、実施の形態１において述べたように薄型に構成できるため、トラックボール装置に搭載しても、搭載される機器の厚みを増大させることがない。また、イメージセンサ１０は、複眼撮像装置であるから高精度の画像信号を出力することができ、トラックボール装置に用いても、十分な高解像度の画像を取得することができる。
【００５８】
なお、イメージセンサ１０の代わりに、前述のイメージセンサ２０、３０、４０、５０、６０等を用いてもよいことはいうまでもない。
【００５９】
（その他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態では、密着型イメージセンサへの応用として説明したが、イメージセンサから物体までの距離が離れている場合でも同様に使用可能であり、照明光を供給する手段として有効である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、２次元バーコード等の画像化情報や、指紋などのバイオメトリクス情報を入力するイメージセンサに好適である。また、本発明は、パーソナルコンピュータ等のインターフェースに用いられるトラックボールの変位を検出する位置センサに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１にかかるイメージセンサの分解斜視図
【図２】実施の形態１にかかるイメージセンサの断面図
【図３】実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図
【図４】実施の形態１にかかるイメージセンサのレンズアレイを示す一部透過の斜視図
【図５】実施の形態２にかかるイメージセンサの分解斜視図
【図６】実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の構成図
【図７】実施の形態２にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の拡大図
【図８】実施の形態３にかかるイメージセンサの断面図
【図９】実施の形態３の変形例にかかるイメージセンサの断面図
【図１０】実施の形態３の別の変形例にかかるイメージセンサの断面図
【図１１】実施の形態４にかかるイメージセンサの断面図
【図１２Ａ】実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに含まれるレンズ素子の光路図
【図１２Ｂ】実施の形態５にかかるイメージセンサのレンズアレイに形成された微細構造体の形成領域を示す平面図
【図１３】実施の形態６にかかる携帯電話端末を示す斜視図
【図１４】実施の形態７にかかるトラックボール装置の構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００６２】
１１  レンズアレイ
１２  隔壁
１３  撮像素子
１４  光源部
１５  反射板
１６  冷陰極管
２１  レンズアレイ
２４  光源部
２５  ＬＥＤ
３１  導光板
３２  レンズアレイ
４２  レンズアレイ
５２  レンズアレイ
６１  導光板
７１  物体面
７２  物体光
７３  レンズアレイ
７４  像側面
７５  受光面
７６  像側面における光線のフットプリント
７７  微細構造体が形成される領域
８１  上側筐体
８２  下側筐体
８３  ヒンジ部
８４  ディスプレイ装置
８５  操作ボタン群
９１  筐体
９２  ボール
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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】
2006077718.tif 000025
【図１０】
2006077718.tif 000026
【図１１】
2006077718.tif 000027
【図１２Ａ】
2006077718.tif 000028
【図１２Ｂ】
2006077718.tif 000029
【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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2006077718.tif 000033
2006077718.tif 000034
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