WO2019138633A1

WO2019138633A1 - 生体情報取得装置、生体情報取得方法及びウェアラブルデバイス

Info

Publication number: WO2019138633A1
Application number: PCT/JP2018/038583
Authority: WO
Inventors: 直子小林; 亮介澤野; 裕亮佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2020-07-15
Also published as: EP3742489A4; EP3742489A1; CN111557050A; JPWO2019138633A1; US20200359915A1

Abstract

【課題】装置のより一層の小型化及び薄型化を図る場合であっても、迷光の発生をより一層抑制すること。【解決手段】本開示に係る生体情報取得装置は、生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサと、前記イメージセンサと前記生体の一部との間に位置しており、複数の単レンズがアレイ状に配列されており、前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるレンズアレイと、前記イメージセンサと前記レンズアレイとの間に位置し、それぞれの前記単レンズを透過する前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるための導光路を形成する遮光体と、を備え、前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている。

Description

生体情報取得装置、生体情報取得方法及びウェアラブルデバイス

　本開示は、生体情報取得装置、生体情報取得方法及びウェアラブルデバイスに関する。

　近年、モバイル情報機器の情報セキュリティを確保するために、指紋パターン画像や静脈パターン画像等の生体情報を利用した生体認証技術が益々重要になってきている。一方、モバイル情報機器の技術開発が進み、モバイル情報機器の薄型化が図られている。そのため、上記のような生体情報を取得する生体情報取得装置についても、小型化及び薄型化が望まれる。

　そこで、下記の特許文献１では、光検出素子の前段に、２つのレンズアレイと１つの絞りアレイとを有する光集束・遮蔽素子を設けて、撮像装置の薄型化を図る技術が提案されている。

特開２０１１－２０３７９２号公報

　ここで、生体撮像装置のより一層の薄型化を図る場合、指紋パターン画像や静脈パターン画像等の生体情報を撮像素子へと導光するための導光路の長さも、必然的に短くなる。ここで、導光路の長さが短くなると、迷光が生じやすくなる。一方、生体撮像装置をより一層小型化すると、上記特許文献１で用いられているようなレンズアレイのレンズピッチを狭くせざるを得ず、レンズピッチの狭まりに応じて、迷光が生じやすくなる。このように、生体撮像装置のより一層の小型化及び薄型化を図る場合には、上記のような二重の要因により、迷光が生じやすくなる。

　そこで、上記事情に鑑みて、本開示では、装置のより一層の小型化及び薄型化を図る場合であっても、迷光の発生をより一層抑制することが可能な、生体情報取得装置、生体情報取得方法及びウェアラブルデバイスを提案する。

　本開示によれば、生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサと、前記イメージセンサと前記生体の一部との間に位置しており、複数の単レンズがアレイ状に配列されており、前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるレンズアレイと、前記イメージセンサと前記レンズアレイとの間に位置し、それぞれの前記単レンズを透過する前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるための導光路を形成する遮光体と、を備え、前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている、生体情報取得装置が提供される。

　また、本開示によれば、生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報を、複数の単レンズがアレイ状に配列されたレンズアレイを用い、遮光体により形成されている導光路を経てイメージセンサに結像させることを含み、前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている生体情報取得方法が提供される。

　また、本開示によれば、ユーザが装着可能なように設けられたデバイス本体と、前記デバイス本体に実装された生体情報取得装置と、を備え、前記生体情報取得装置は、生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサと、前記イメージセンサと前記生体の一部との間に位置しており、複数の単レンズがアレイ状に配列されたものであり、前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるレンズアレイと、前記イメージセンサと前記レンズアレイとの間に位置し、それぞれの前記単レンズを透過する前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるための導光路を形成する遮光体と、を有しており、前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されているウェアラブルデバイスが提供される。

　本開示によれば、生体情報は、レンズアレイ及び導光路を経て、イメージセンサに結像する。この際に、上記導光路は、開口径が一定ではないように形成されているために、迷光の発生が抑制される。

　以上説明したように本開示によれば、装置のより一層の小型化及び薄型化を図る場合であっても、迷光の発生をより一層抑制することが可能となる。

　なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、又は、本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の実施形態に係る生体情報取得装置の断面構造の一例を模式的に示した断面図である。同実施形態に係る生体情報取得装置の断面構造の他の一例を模式的に示した断面図である。同実施形態に係る生体情報取得装置について説明するための説明図である。同実施形態に係る生体情報取得装置の断面の一部を模式的に示した拡大断面図である。レンズアレイによる像のオーバーラップについて説明するための説明図である。同実施形態に係る生体情報取得装置が有する遮光体について説明するための説明図である。同実施形態に係る生体情報取得装置が有する遮光体について説明するための説明図である。同実施形態に係る生体情報取得装置が有する遮光体について説明するための説明図である。同実施形態に係る生体情報取得装置が有する遮光体について説明するための説明図である。同実施形態に係る生体情報取得装置の断面の一部を模式的に示した拡大断面図である。同実施形態に係る生体情報取得装置について説明瀬歌梅の説明図である。同実施形態に係る生体情報取得装置について説明瀬歌梅の説明図である。

　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

　なお、説明は以下の順序で行うものとする。
　１．実施形態
　　１．１．生体情報取得装置の構造について
　　１．２．生体情報取得装置の製造方法について
　　１．３．生体情報取得方法について
　　１．４．生体情報取得装置の実装例について

（実施形態）
＜生体情報取得装置の構造について＞
　まず、図１Ａ～図９を参照しながら、本開示の実施形態に係る生体情報取得装置の構造について、詳細に説明する。

　本実施形態に係る生体情報取得装置は、生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報を取得する装置である。かかる生体情報は、特に限定されるものではないが、例えば、指紋に関する画像情報（例えば、指紋の分布の様子を示した指紋パターン画像等）、発汗に関する画像情報（例えば、発汗の有無を示した画像等）、血流に関する画像情報、脈波もしくは脈拍に関する画像情報、又は、血管に関する画像情報（例えば、静脈の分布の様子を示した静脈パターン画像等）等を挙げることができる。

　本実施形態に係る生体情報取得装置は、上記のような各種の生体情報の一つを取得することも可能であるし、複数の生体情報を同時に取得することも可能である。どのような生体情報を取得するかについては、生体の一部に対して照射する光の波長や、生体のどのような部位から画像情報を取得するか等を適宜調整することで、任意に選択することが可能である。これにより、例えば指紋に関する生体情報と発汗に関する生体情報とを組み合わせて取得するなど、異なる種類の生体情報を組み合わせて取得することができる。また、生体情報取得装置で取得した生体情報を、公知の各種の生体認証技術に利用する場合、異なる種類の生体情報を組み合わせて認証することで、認証精度をより一層向上させることが可能となる。

　図１Ａは、上記のような生体情報を取得可能な、本実施形態に係る生体情報取得装置の断面構造の一例を模式的に示した断面図であり、図１Ｂは、本実施形態に係る生体情報取得装置の断面構造の他の一例を模式的に示した断面図である。図２は、本実施形態に係る生体情報取得装置について説明するための説明図である。

　本実施形態に係る生体情報取得装置１は、図１Ａに模式的に示したように、生体ＬＢから得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサ１０と、イメージセンサ１０と生体ＬＢの一部との間に位置するレンズアレイ２０と、イメージセンサ１０とレンズアレイ２０との間に位置し、生体情報をイメージセンサ１０に結像させるための導光路を形成する遮光体３０と、を備える。

　ここで、レンズアレイ２０は、所定の基材２０１上に複数の単レンズ２０３がアレイ状に配列されたものであり、各単レンズ２０３を透過した生体情報を、イメージセンサ１０に設けられた画素へと結像させる。また、図１Ａに模式的に示したように、互いに隣り合う遮光体３０の間に存在する空間は、導光路として機能する。本実施形態において、遮光体３０によって形成される導光路は、図１Ａに模式的に示したように、イメージセンサ１０の表面法線方向（図１Ａにおけるｚ軸方向）に沿って、開口径（図１Ａにおける各導光路のｙ軸方向の幅）が一定ではないように形成されている。

　また、本実施形態に係る生体情報取得装置１は、例えば図１Ｂに示したように、図１Ａに示した構成に加えて、レンズアレイ２０と生体ＬＢの一部との間に、レンズアレイ２０の側から順に、生体情報を単レンズ２０３へと導光する第２の導光路を形成する第２の遮光体４０と、表面に生体ＬＢの一部が配置されるカバーガラス５０と、を備えることが好ましい。

　更に、本実施形態に係る生体情報取得装置１は、例えば図２に示したように、カバーガラス５０の周囲に、生体情報の取得に用いられる所定波長の光を生体ＬＢの一部へと照射する光源ユニット６０を備えることが好ましい。

　以下、上記のような本実施形態に係る生体情報取得装置１が備える各構成について、詳細に説明する。

［イメージセンサ１０について］
　イメージセンサ１０のレンズアレイ２０に対向する面には、イメージセンサ１０が備える複数の画素が配設されており、かかる面は、イメージセンサ１０のセンサ面として機能する。生体ＬＢから得られる生体情報は、イメージセンサ１０のセンサ面に結像することで画像化され、生体情報に関する実体画像データが生成される。

　かかるイメージセンサ１０は、生体情報を構成する光の波長に対して感度を有する画素から構成される撮像素子であれば、公知の任意のものを使用することができる。このような撮像素子として、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅｓ）センサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等を挙げることができる。なお、本実施形態に係るイメージセンサ１０は、カラーセンサであってもよいし、モノクロセンサであってもよい。

　ここで、イメージセンサ１０を構成する各画素は、線幅が数μｍ～数百μｍである物体を撮像可能な画素サイズを有していることが好ましい。いま、撮像したい被写体（例えば、指紋や静脈等のような生体の一部）の大きさを、ｐ［μｍ］とし、レンズアレイ２０が備える単レンズ２０３の倍率がＭだとすると、センサ面における被写体の大きさは、ｐ×Ｍ［μｍ］となる。イメージセンサ１０を構成する各画素は、このようなセンサ面における被写体の大きさを、２画素以上で表現できるような画素サイズを有していることが好ましい。このような画素サイズとして、例えば、１μｍ四方～４μｍ四方程度の画素サイズを挙げることができるが、本実施形態に係るイメージセンサ１０の画素サイズが上記のものに限定されるものではない。

　イメージセンサ１０を構成する各画素が、線幅が数μｍ～数百μｍである物体を撮像可能な画素サイズを有していることで、例えば、１０００ＰＰＩ（Ｐｉｘｅｌ　Ｐｅｒ　Ｉｎｃｈ）以上の解像度を有する生体情報を生成することが可能となる。なお、イメージセンサ１０を構成する画素の画素サイズは、小さければ小さいほど、より高精細な生体画像を生成することが可能であるため好ましく、生成される生体情報の解像度についても、高精細であればあるほど好ましいため、解像度の上限値は、特に規定するものではない。

［レンズアレイ２０について］
　レンズアレイ２０は、先だって言及したように、所定の基材２０１上に複数の単レンズ２０３がアレイ状に配列されたものであり、マイクロレンズアレイとも呼ばれる。

　ここで、基材２０１及び単レンズ２０３の素材については、生体情報を構成する光を透過させることが可能なものであれば、特に限定されるものではなく、光学素子の素材として利用可能な任意の素材を用いることができる。このような素材として、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等に代表される各種の樹脂、及び、各種の光学ガラス等を挙げることができる。これらの素材を公知の方法により成形したり、型押ししたり、リソグラフィ等により加工したりすることで、所望のレンズアレイの形状を実現することができる。

　ここで、単レンズ２０３のレンズ形状については、特に限定されるものではなく、球面であってもよいし、非球面であってもよい。

　図３は、本実施形態に係る生体情報取得装置１の断面の一部を模式的に示した拡大断面図であり、図４は、レンズアレイによる像のオーバーラップについて説明するための説明図である。

　本実施形態に係るレンズアレイ２０において、単レンズ２０３のレンズ径（図３における長さＬＳ）は、イメージセンサ１０の画素サイズに対して、大きければ大きいほど良い。これは、「１つの単レンズあたりの画素数が多い＝レンズアレイ２０上の単レンズ２０３の総数が少ない」を意味するため、以下で図４を参照しながら説明するような画像合成に伴う処理数を軽くできる上、オーバーラップも取りやすいからである。一方、装置の小型化を図るために、イメージセンサ１０のセンサ面と生体ＬＢの一部との間の離隔距離を短くしようとする（単レンズ２０３の焦点距離を短くしようとする）場合、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳは、小さくすることが重要となる。このような状況においても、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳは、イメージセンサ１０の画素サイズの２０倍以上であることが好ましい。

　図４に示したように、一般に、レンズアレイでは、各単レンズの直上に位置する物体だけでなく、隣り合う物体の一部も含むように、像がイメージセンサのセンサ面へと導光される。図４では、各単レンズの直上に位置する三角形状の物体だけでなく、左隣の単レンズの直上に位置している三角形状の物体の右側端部の一部と、右隣の単レンズの直上に位置している三角形状の物体の左側端部の一部とが、イメージセンサ上に結像している。このように、隣り合う画素に結像すべき像の一部をオーバーラップさせながら撮像を行うことで、コントラストの良い撮像画像を得ることができる。

　図３に示した単レンズ２０３のレンズ径ＬＳが、イメージセンサ１０の画素サイズの２０倍未満である場合には、図４で説明したようなオーバーラップの量（オーバーラップに寄与している画素数）が不十分となり、高精細な画像（すなわち、より精度の高い生体情報）を得ることができない可能性がある。単レンズ２０３のレンズ径ＬＳを、イメージセンサ１０の画素サイズの２０倍以上とすることで、より精度の高い生体情報を取得することが可能となる。なお、イメージセンサ１０の画素サイズに対するレンズ径ＬＳの大きさの上限値は、特に限定されるものではなく、上記のようなオーバーラップの量を考慮しながら、適宜決定すればよい。

　また、単レンズ２０３のレンズ倍率は、図４で説明したようなオーバーラップを生じさせるために、１倍未満とすることが重要である。一方、単レンズ２０３のレンズ倍率が１倍以上となる場合には、上記のようなオーバーラップを生じさせることができず、高精細な画像を得ることができない可能性が高まる。一方、単レンズ２０３のレンズ倍率が小さいほど、上記のようなオーバーラップの量は増加するが、ナイキスト限界を考慮すると、ｓ×Ｍ＞２×Ｎの関係が成立するように、レンズ倍率Ｍを決定することが重要である。ここで、上記関係式において、ｓは、解像したい被写体サイズの最小値であり、Ｍは、レンズ倍率であり、Ｎは、イメージセンサの画素サイズである。

　以上のような単レンズ２０３を有するレンズアレイ２０により設定される、イメージセンサ１０のセンサ面から生体ＬＢの一部までの距離（図３における距離Ａ）は、０．５ｍｍ以上３０ｍｍ未満であることが好ましい。距離Ａが０．５ｍｍ未満である場合には、製造上の難易度が上がる可能性が高くなる。一方、距離Ａが３０ｍｍ以上となる場合には、生体情報取得装置１の小型化が不十分となる可能性がある。距離Ａを０．５ｍｍ以上３０ｍｍ未満とすることで、製造上の難易度の上昇を抑えつつ、装置の更なる小型化を図ることが可能となる。

　なお、以上説明したようなレンズアレイ２０を構成するそれぞれの単レンズ２０３は、複数のレンズの組み合わせで構成されたレンズ群となっていてもよい。また、レンズアレイ２０と、被写体である生体ＬＢとの間に、対物レンズを設けてもよい。

［遮光体３０について］
　遮光体３０は、先だって言及したように、イメージセンサ１０とレンズアレイ２０との間に位置し、生体情報をイメージセンサ１０に結像させるための導光路を形成する。遮光体３０の素材については、特に限定するものではなく、ステンレス等の各種の金属や、各種の樹脂組成物や、シリコンをはじめとする各種の誘電体の少なくとも何れかを用いることができる。

　本実施形態に係る生体情報取得装置１では、図１Ａ、図１Ｂ及び図３に模式的に示したように、隣り合う遮光体３０によって形成される空間である導光路の全体は、イメージセンサ１０の表面法線方向（すなわち、ｚ軸方向）に沿って、開口径Ｄが一定ではないように形成されている。

　すなわち、図３に例示したように、導光路の開口径は、導光路の全体である一定の値を有しているのではなく、開口径がＤ１である部分が存在したり、開口径がＤ２である部分が存在したり、開口径がＤ３である部分が存在したり、開口径がＤ４である部分が存在したりする。導光路の開口径が、導光路全体である一定の値となっている場合には、導光路の直上に位置する単レンズ２０３ではない部分から入射してきた光（すなわち、迷光）が導光路の壁面で正反射して、イメージセンサ１０に到達する可能性が高くなる。しかしながら、例えば図３に示したように、導光路の開口径がある一定の値となっておらず、その結果、導光路の壁面が凹凸形状となっていることで、入射してきた迷光が導光路の壁面で反射したとしても、導光路の壁面で反射を繰り返すうちに、迷光強度が減衰していき、反射後の迷光がイメージセンサ１０に到達する可能性を低減することができる。これにより、本実施形態に係る生体情報取得装置１では、装置のより一層の小型化及び薄型化を図る場合であっても、迷光の発生をより一層抑制することができる。

　導光路の開口径Ｄは、より詳細には、生体情報を構成する光の波長の２倍以上であることが好ましく、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳの４．０倍以下であることが好ましい。開口径Ｄが光の波長の２倍未満である場合には、導光路内で光の回折現象が発生する可能性が高くなり、イメージセンサ１０に結像する生体情報にノイズが重畳してしまう可能性がある。一方、開口径Ｄが単レンズ２０３のレンズ径ＬＳの４．０倍を超える場合には、導光路に入射してくる迷光が増加する可能性がある。上記のような条件を満たす範囲内で、導光路の開口径Ｄの大きさを、イメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に沿って、様々に変化させることができる。

　ただし、導光路の開口径Ｄを小さくしていき、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳよりも小さくなると、レンズ特性が低下している可能性のある単レンズ２０３の端部の影響を除外できる他、隣り合う導光路からの迷光を抑制しやすくなるため、得られる画質は高くなっていく。一方で、導光路の開口径Ｄが小さくなると画角が狭くなるが、隣り合う単レンズ２０３で画像をオーバーラップさせるために、隣り合う単レンズ２０３間の中心間距離（いわゆる、レンズピッチ）を狭くすることが重要となる。そのため、狭いレンズピッチを有するレンズアレイ２０の製造に、より高い精度が求められる場合がある。上記のような観点から、導光路の開口径Ｄは、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳの０．５倍以上とすることが、より好ましい。また、導光路の開口径Ｄが単レンズ２０３のレンズ径ＬＳよりも大きくなると、上記のようなオーバーラップの量が大きくなる。一方で、導光路の開口径Ｄが単レンズ２０３のレンズ径ＬＳよりも大きくなると、レンズ特性が低下している可能性のある単レンズ２０３の端部の影響が出やすくなったり、隣り合う導光路からの迷光が入射する可能性が上昇したり、遮光体３０を薄くすることが求められることから、製造により高い精度が求められたりする場合がある。上記のような観点から、導光路の開口径Ｄは、更に好ましくは、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳの０．５倍以上４．０倍以下である。

　本実施形態に係る生体情報取得装置１において、隣り合う遮光体３０が形成する導光路の光路長（図３における長さＬ１）は、レンズアレイ２０のバックフォーカスの長さ未満であることが好ましい。レンズアレイ２０のバックフォーカスの長さは、イメージセンサ１０のセンサ面から生体ＬＢの一部までの距離をＡ［ｍｍ］とし、単レンズ２０３のレンズ倍率をＭとしたときに、（Ａ×Ｍ）／（１＋Ｍ）［ｍｍ］で表される。従って、導光路の光路長Ｌ１は、（Ａ×Ｍ）／（１＋Ｍ）［ｍｍ］未満となることが好ましい。導光路の光路長Ｌ１が上記のような条件を満たすことで、より高精細な生体情報を取得することが可能となる。

　ここで、それぞれの遮光体３０は、図１Ａ、図１Ｂ、図３に例示したように、所定の形状を有する遮光部材が２つ以上、イメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に沿って積層した積層体であってもよいし、１つの遮光部材から形成されていてもよい。

　なお、遮光体３０をイメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に対して平行に切断した際における、導光路に面する遮光体３０の外形は、図１Ａ、図１Ｂ、図３に示したように、直線で構成されていてもよいし、曲線で構成されていてもよい。また、遮光体３０をイメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に対して平行に切断した際における、導光路に面する遮光体３０の外形は、直線及び曲線で構成されていてもよい。

　以下、遮光体３０の外形の一例について、図５～図８に具体例を示しながら簡単に説明する。図５～図８は、本実施形態に係る生体情報取得装置が有する遮光体について説明するための説明図である。

　本実施形態において、導光路に面する遮光体３０の外形は、図５左上に例示したように、イメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に略平行な直線で構成される直線形状を有していてもよいし、図５下段に例示したように、イメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に平行ではない直線で構成されるテーパ形状を有していてもよい。遮光体３０の外形が図５に例示したような直線形状で構成されている場合、隣り合う遮光体３で形成される導光路では、開口径が、イメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に沿って不連続に変化することとなる。また、遮光体３０の外形が図５に例示したようなテーパ形状で構成されている場合、隣り合う遮光体３で形成される導光路では、開口径が、イメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に沿って連続的に変化することとなる。

　また、導光路に面する遮光体３０の外形は、図５右上に例示したような凹形状であってもよいし、凸形状であってもよい。これら凹形状及び凸形状を有する遮光体３０の導光路に面する外形は、図５右上に示したように、曲線で構成されている。図５に例示したような凹形状又は凸形状の場合、隣り合う遮光体３で形成される導光路では、開口径が、イメージセンサ１０の表面法線方向（ｚ軸方向）に沿って連続的に変化することとなる。

　なお、遮光体３０の外形は、図５に例示したものに限定されるものではなく、例えば、矩形形状を有する遮光部材と、テーパ形状を有する遮光部材と、凸形状又は凹形状を有する遮光部材と、を任意に組み合わせることが可能である。

　また、図５では、所定の形状を有する遮光部材を４層積み重ねた場合について図示しているが、積層数は、２層又は３層であってもよいし、５層以上であってもよい。

　各遮光部材の高さ（ｚ軸方向の長さ）は、図５に例示したように、各遮光部材で同一であってもよいし、図６に例示したように、各遮光部材で異なっていてもよい。図６では、積層数が４層である遮光体３０において、各遮光部材の高さｈ１～ｈ４がそれぞれ異なる場合を示しているが、導光路の開口径がｚ軸方向に沿って一定でない状態を実現可能であれば、各遮光部材の高さｈの組み合わせは、特に限定されるものではない。

　図７に例示したように、本実施形態において、導光路に面する遮光体３０の表面に、所定波長における光の吸収率（例えば、生体情報を構成する光の波長や、生体情報を取得するために照射する光の波長における吸収率）が９０％以上である吸収体３０１を設けることが好ましい。このような吸収体３０１を設けることで、迷光として導光路に入射した光が遮光体３０の壁面に到達するたびに、迷光は吸収体３０１によって吸収されていく。その結果、イメージセンサ１０に到達する迷光をより確実に削減することができ、より高精細な生体情報を取得することが可能となる。なお、吸収体３０１の素材については、特に限定されるものではなく、吸収させる光の波長を考慮して公知の任意の素材を用いればよい。

　また、本実施形態において、導光路に面する遮光体３０の表面に対し、例えば、微細な凹凸形状を形成する、所定の表面粗さを有する金属をめっきする等といった、各種の正反射防止加工を施してもよい。このような正反射防止加工を施すことで、イメージセンサ１０に到達する迷光をより確実に削減することができ、より高精細な生体情報を取得することが可能となる。なお、上記のような吸収体３０１を設け、更に、正反射防止加工を施すことで、イメージセンサ１０に到達する迷光を更に確実に削減することが可能となり、より一層高精細な生体情報を取得することが可能となる。

　なお、上記説明では、例えば図３に例示したように、所定形状を有する遮光部材が、遮光部材間に間隙がないように積層されている場合を例に挙げた。しかしながら、例えば図８に示したように、遮光体３０を所定形状を有する遮光部材の積層体とする場合に、隣り合う遮光部材間に、所定の厚みの間隙ｄが存在していてもよい。

［第２の遮光体４０について］
　続いて、図１Ｂ及び図９を参照しながら、第２の遮光体４０について、詳細に説明する。図９は、本実施形態に係る生体情報取得装置の断面の一部を模式的に示した拡大断面図である。

　本実施形態に係る生体情報取得装置１は、図１Ｂに示したように、単レンズ２０３が存在する側のレンズアレイ２０の上方に、第２の遮光体４０を更に有していることが好ましい。隣り合う第２の遮光体４０により、生体ＬＢの一部からの生体情報を単レンズ２０３へと導光する第２の導光路が形成される。図１Ｂに示したような第２の遮光体４０を設けることで、生体情報をより確実に単レンズ２０３へと導光するとともに、単レンズ２０３への迷光の入射を防止することが可能となる。

　かかる第２の遮光体４０は、遮光体３０と同様に、ステンレス等の各種の金属や、各種の樹脂組成物や、シリコンをはじめとする各種の誘電体の少なくとも何れかを用いて形成することが可能である。

　なお、第２の遮光体４０の高さ（図９におけるｚ軸方向の長さＬ２）は、特に限定するものではないが、第２の遮光体４０は絞りとして機能するものであることから、その高さは小さいほど好ましく、第２の遮光体４０の製造のしやすさと得られる生体情報の品質とを考慮しながら、適宜決定すればよい。

　また、隣り合う第２の遮光体４０で形成される第２の導光路の開口径Ｄ’は、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳよりも大きく（Ｄ’＞ＬＳ）、かつ、単レンズ２０３のレンズ径ＬＳに近い値であるほど好ましい。第２の導光路の開口径Ｄ’が単レンズ２０３のレンズ径ＬＳに等しい場合には、先だって説明したようなオーバーラップを実現することが困難となることがある。また、第２の導光路の開口径Ｄ’が単レンズ２０３のレンズ径ＬＳに近い値であるほど、単レンズ２０３への迷光の入射をより確実に防止することが可能となる。

［カバーガラス５０について］
　図１Ｂ及び図９に示したように、第２の遮光体４０と生体ＬＢの一部との間に、生体情報取得装置１の各構成を保護するとともに、生体ＬＢの一部が配設されるカバーガラス５０が設けられることが好ましい。

　かかるカバーガラス５０の素材は、生体情報を構成する光を透過させることが可能なものであれば、特に限定されるものではなく、光学素子の素材として利用可能な任意の素材を用いることができる。このような素材として、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等に代表される各種の樹脂、及び、各種の光学ガラス等を挙げることができる。ただし、強度や耐衝撃性等の観点から、カバーガラス５０は、各種の樹脂を用いて形成されることが好ましい。

　また、カバーガラス５０の厚みについては、特に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

　なお、図１Ｂ及び図９では、第２の遮光体４０に接するようにカバーガラス５０が設けられる場合について図示しているが、第２の遮光体４０とカバーガラス５０との間に、空気層（すなわち、空隙）が存在していてもよい。また、図１Ｂ及び図９では、本実施形態に係る生体情報取得装置１が、第２の遮光体４０及びカバーガラス５０の双方を更に備える場合について図示しているが、本実施形態に係る生体情報取得装置１は、第２の遮光体４０を備えずに、カバーガラス５０を備えていてもよい。

［光源ユニット６０について］
　図２に模式的に示したように、カバーガラス５０の周囲には、生体情報の取得に用いられる所定波長の光を生体ＬＢの一部へと照射する光源ユニット６０が設けられることが好ましい。かかる光源ユニット６０は、特に限定されるものではなく、生体情報を取得するために必要な波長の光を出射可能なものであれば、各種のダイオードや半導体レーザなど、公知の様々な光源を用いることが可能である。

　ここで、光源ユニット６０の個数及び配置は、図２に示した例に限定されるものではなく、測定対象である生体ＬＢの部位の大きさや、生体情報取得装置１の大きさ等に応じて、適宜設定すればよい。また、光源ユニット６０の配設位置は、図２に示した位置に限定されるものではなく、任意の位置に配置することが可能である。

　以上、図１Ａ～図９を参照しながら、本実施形態に係る生体情報取得装置１の構造について、詳細に説明した。

＜生体情報取得装置１の製造方法について＞
　本実施形態に係る生体情報取得装置１の製造方法については、特に限定されるものではなく、半導体製造プロセス等で用いられる公知の方法を含む、任意の方法を適宜利用して、本実施形態に係る生体情報取得装置１を製造することが可能である。

　例えば、先だって説明したような条件を満足するイメージセンサを準備し、かかるイメージセンサ１０上に、半導体製造プロセス等で用いられる公知の方法を用いて、本実施形態に係る遮光体３０を形成する。また、先だって説明したような条件を満足するレンズアレイ２０を、公知の方法により別途製造しておき、形成した遮光体３０の上部に、レンズアレイ２０を配置すればよい。

　その後、必要に応じて、レンズアレイ２０の上方に、第２の遮光体４０及びカバーガラス５０を配置することで、本実施形態に係る生体情報取得装置１を製造することが可能である。

＜生体情報取得方法について＞
　以上説明したような、イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように導光路が形成されている生体情報取得装置１を用い、生体ＬＢの一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報を、複数の単レンズ２０３がアレイ状に配列されたレンズアレイ２０を用い、遮光体３０により形成されている導光路を経て、イメージセンサ１０に結像させる。これにより、例えば、指紋に関する画像情報（例えば、指紋の分布の様子を示した指紋パターン画像等）、発汗に関する画像情報（例えば、発汗の有無を示した画像等）、血流に関する画像情報、脈波もしくは脈拍に関する画像情報、又は、血管に関する画像情報（例えば、静脈の分布の様子を示した静脈パターン画像等）等の各種の生体情報を、精度良く取得することが可能となる。

＜生体情報取得装置１の実装例について＞
　以上説明したような本実施形態に係る生体情報取得装置１は、生体情報を利用して生体認証処理を実施し、その認証結果に応じて各種のサービスを提供するような公知の任意の装置に対して、実装することが可能である。本実施形態に係る生体情報取得装置１は、迷光の発生がより一層抑制されたものであるため、生体情報をより精度良く取得することができる。従って、取得された生体情報を用いることで、ユーザ個人の認証をより精度良く実施することができる。

　例えば、本実施形態に係る生体情報取得装置１は、図１０Ａに示したようなスマートフォンＳＰやタブレット端末、携帯用音楽プレーヤー、携帯ゲーム機等のモバイルデバイス、図１０Ｂに示したようなスマートウォッチＳＷ等のウェアラブルデバイス、もしくは、各種の据え置き型デバイスに実装することができる。また、本実施形態に係る生体情報取得装置１は、各種の据え置き型デバイスに装着されるような外付けデバイスに対しても実装することが可能である。

　なお、本実施形態に係る生体情報取得装置１を各種のウェアラブルデバイスに実装する場合、ユーザが装着可能なように設けられたデバイス本体（例えば、図１０Ｂに示したようなスマートウォッチＳＷの本体）の内部に、本実施形態に係る生体情報取得装置１が実装されることになる。この際、生体情報取得装置１の実装位置については、特に限定されるものではなく、任意の位置に実装することが可能である。

　以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

　また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、又は、上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

　なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
　生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサと、
　前記イメージセンサと前記生体の一部との間に位置しており、複数の単レンズがアレイ状に配列されており、前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるレンズアレイと、
　前記イメージセンサと前記レンズアレイとの間に位置し、それぞれの前記単レンズを透過する前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるための導光路を形成する遮光体と、
を備え、
　前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている、生体情報取得装置。
（２）
　前記導光路の開口径は、前記表面法線方向に沿って連続的に変化している、（１）に記載の生体情報取得装置。
（３）
　前記導光路の開口径は、前記表面法線方向に沿って不連続に変化している、（１）に記載の生体情報取得装置。
（４）
　前記遮光体を前記表面法線方向に対して平行に切断したときに、前記導光路に面する前記遮光体の外形は、直線又は曲線の少なくとも何れか一方で構成される、（１）～（３）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（５）
　前記遮光体は、所定の形状を有する遮光部材が２つ以上前記表面法線方向に沿って積層した積層体である、（１）～（４）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（６）
　前記導光路の開口径は、前記生体情報を構成する光の波長の２倍以上である、（１）～（５）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（７）
　前記導光路の開口径は、前記単レンズのレンズ径の０．５倍以上４．０倍以下である、（１）～（６）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（８）
　前記導光路の長さは、前記イメージセンサのセンサ面から前記生体の一部までの距離をＡ［ｍｍ］とし、前記単レンズのレンズ倍率をＭとしたときに、（Ａ×Ｍ）／（１＋Ｍ）［ｍｍ］未満である、（１）～（７）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（９）
　前記イメージセンサのセンサ面から前記生体の一部までの距離は、０．５ｍｍ以上３０ｍｍ未満である、（１）～（８）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１０）
　前記単レンズのレンズ径は、前記イメージセンサの画素サイズの２０倍以上であり、
　前記単レンズのレンズ倍率は、１倍未満であり、かつ、解像したい被写体サイズの最小値をｓとし、レンズ倍率をＭとし、前記イメージセンサの画素サイズをＮとしたときに、ｓ×Ｍ＞２×Ｎの関係を満足する、（１）～（９）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１１）
　前記レンズアレイと前記生体の一部との間には、前記レンズアレイの側から順に、前記生体情報を前記単レンズへと導光する第２の導光路を形成する第２の遮光体と、表面に前記生体の一部が配置されるカバーガラスと、が設けられており、
　前記カバーガラスの周囲に、前記所定波長の光を前記生体の一部へと照射する光源ユニットが設けられる、（１）～（１０）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１２）
　前記導光路に面する前記遮光体の表面に、所定波長における光の吸収率が９０％以上である吸収体が設けられている、（１）～（１１）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１３）
　前記導光路に面する前記遮光体の表面に、正反射防止加工が施されている、（１）～（１２）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１４）
　前記遮光体は、金属、樹脂組成物、又は、誘電体の少なくとも何れかを素材とする、（１）～（１３）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１５）
　前記生体情報は、指紋に関する画像情報、発汗に関する画像情報、血流に関する画像情報、脈波もしくは脈拍に関する画像情報、又は、血管に関する画像情報の少なくとも何れかである、（１）～（１４）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１６）
　前記生体情報として、指紋に関する画像情報、発汗に関する画像情報、血流に関する画像情報、脈波もしくは脈拍に関する画像情報、及び、血管に関する画像情報から選択される、少なくとも２つの画像情報である、（１）～（１５）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１７）
　モバイルデバイス、ウェアラブルデバイス、もしくは、据え置き型デバイスに実装されるか、又は、前記据え置き型デバイスに装着される外付けデバイスに実装される、（１）～（１６）の何れか１つに記載の生体情報取得装置。
（１８）
　生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報を、複数の単レンズがアレイ状に配列されたレンズアレイを用い、遮光体により形成されている導光路を経てイメージセンサに結像させることを含み、
　前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている、生体情報取得方法。
（１９）
　ユーザが装着可能なように設けられたデバイス本体と、
　前記デバイス本体に実装された生体情報取得装置と、
を備え、
　前記生体情報取得装置は、
　生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサと、
　前記イメージセンサと前記生体の一部との間に位置しており、複数の単レンズがアレイ状に配列されたものであり、前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるレンズアレイと、
　前記イメージセンサと前記レンズアレイとの間に位置し、それぞれの前記単レンズを透過する前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるための導光路を形成する遮光体と、
を有しており、
　前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている、ウェアラブルデバイス。

　　　１　　生体情報取得装置
　　１０　　イメージセンサ
　　２０　　レンズアレイ
　　３０　　遮光体
　　４０　　第２の遮光体
　　５０　　カバーガラス
　　６０　　光源ユニット
　２０１　　基材
　２０３　　単レンズ
　３０１　　吸収体

Claims

　生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサと、
　前記イメージセンサと前記生体の一部との間に位置しており、複数の単レンズがアレイ状に配列されており、前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるレンズアレイと、
　前記イメージセンサと前記レンズアレイとの間に位置し、それぞれの前記単レンズを透過する前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるための導光路を形成する遮光体と、
を備え、
　前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている、生体情報取得装置。
　前記導光路の開口径は、前記表面法線方向に沿って連続的に変化している、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記導光路の開口径は、前記表面法線方向に沿って不連続に変化している、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記遮光体を前記表面法線方向に対して平行に切断したときに、前記導光路に面する前記遮光体の外形は、直線又は曲線の少なくとも何れか一方で構成される、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記遮光体は、所定の形状を有する遮光部材が２つ以上前記表面法線方向に沿って積層した積層体である、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記導光路の開口径は、前記生体情報を構成する光の波長の２倍以上である、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記導光路の開口径は、前記単レンズのレンズ径の０．５倍以上４．０倍以下である、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記導光路の長さは、前記イメージセンサのセンサ面から前記生体の一部までの距離をＡ［ｍｍ］とし、前記単レンズのレンズ倍率をＭとしたときに、（Ａ×Ｍ）／（１＋Ｍ）［ｍｍ］未満である、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記イメージセンサのセンサ面から前記生体の一部までの距離は、０．５ｍｍ以上３０ｍｍ未満である、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記単レンズのレンズ径は、前記イメージセンサの画素サイズの２０倍以上であり、
　前記単レンズのレンズ倍率は、１倍未満であり、かつ、解像したい被写体サイズの最小値をｓとし、レンズ倍率をＭとし、前記イメージセンサの画素サイズをＮとしたときに、ｓ×Ｍ＞２×Ｎの関係を満足する、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記レンズアレイと前記生体の一部との間には、前記レンズアレイの側から順に、前記生体情報を前記単レンズへと導光する第２の導光路を形成する第２の遮光体と、表面に前記生体の一部が配置されるカバーガラスと、が設けられており、
　前記カバーガラスの周囲に、前記所定波長の光を前記生体の一部へと照射する光源ユニットが設けられる、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記導光路に面する前記遮光体の表面に、所定波長における光の吸収率が９０％以上である吸収体が設けられている、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記導光路に面する前記遮光体の表面に、正反射防止加工が施されている、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記遮光体は、金属、樹脂組成物、又は、誘電体の少なくとも何れかを素材とする、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記生体情報は、指紋に関する画像情報、発汗に関する画像情報、血流に関する画像情報、脈波もしくは脈拍に関する画像情報、又は、血管に関する画像情報の少なくとも何れかである、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　前記生体情報として、指紋に関する画像情報、発汗に関する画像情報、血流に関する画像情報、脈波もしくは脈拍に関する画像情報、及び、血管に関する画像情報から選択される、少なくとも２つの画像情報である、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　モバイルデバイス、ウェアラブルデバイス、もしくは、据え置き型デバイスに実装されるか、又は、前記据え置き型デバイスに装着される外付けデバイスに実装される、請求項１に記載の生体情報取得装置。
　生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報を、複数の単レンズがアレイ状に配列されたレンズアレイを用い、遮光体により形成されている導光路を経てイメージセンサに結像させることを含み、
　前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている、生体情報取得方法。
　ユーザが装着可能なように設けられたデバイス本体と、
　前記デバイス本体に実装された生体情報取得装置と、
を備え、
　前記生体情報取得装置は、
　生体の一部に対して所定波長の光を照射することで得られる画像情報である生体情報が結像するイメージセンサと、
　前記イメージセンサと前記生体の一部との間に位置しており、複数の単レンズがアレイ状に配列されたものであり、前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるレンズアレイと、
　前記イメージセンサと前記レンズアレイとの間に位置し、それぞれの前記単レンズを透過する前記生体情報を前記イメージセンサに結像させるための導光路を形成する遮光体と、
を有しており、
　前記導光路は、前記イメージセンサの表面法線方向に沿って、開口径が一定ではないように形成されている、ウェアラブルデバイス。