專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及攝像裝置，更詳細地說，涉及適用于檢測指紋等那樣存在于測量對象表面的凹凸圖案的攝像裝置。
背景技術：
作為攝像裝置，在例如日本專利公開特開平7-174947號公報(以下稱為文獻1)中公開了接合將多根光纖形成一整體的光纖光學板與CCD(電荷耦合器件)圖像傳感器等的固體攝像元件而成的指紋檢測裝置。
發明者根據對上面所述已有技術的探討結果，發現了以下課題。即，在上述文獻1中公開的攝像裝置中，光纖光學板的光出射面相對光纖的光軸傾斜，該光出射面與固體攝像元件之間直接光耦合。因此，即使使指紋的像通過與光入射斜面接觸的手指向光纖光學板內入射，也會有很多光在光出射面反射，其結果是固體攝像元件接收的光量非常少，存在應檢測指紋的像變暗、攝像特性惡化等問題。
發明內容
本發明是為了解決上述課題而作出的，目的在于提供能夠增加從光纖光學板出射并且被固體攝像元件接收的光的光量、謀求提高攝像特性的攝像裝置。
本發明所涉及的攝像裝置，其特征在于，具有(1)集束多根具有纖芯和覆蓋纖芯外圍的包層的光纖而形成、且具有相對光纖的光軸傾斜的光入射面及光出射面的光纖光學板；(2)形成于光纖光學板的光出射面的具有透光性的多個柱狀結晶體；以及(3)具有在半導體基板的主面上呈2維狀排列形成的光電轉換部、并且與多個柱狀結晶體光耦合的固體攝像元件。
該攝像元件中，由于多個柱狀結晶體在光纖光學板的光出射面形成，因此在各光纖內傳播的光在光出射面的反射受到抑制，使多數光入射于多個柱狀結晶體。而且，各個柱狀結晶體分別像光纖那樣起作用，入射的光在柱狀結晶體內被引導，同時在出射一側的端部被散射，多數光從柱狀結晶體出射并且被固體攝像裝置接收。這樣，在該攝像裝置中，固體攝像元件接收的光量增多，可以提高攝像特性。
還有，在本發明的攝像裝置中，多個柱狀結晶體合適地應由CsI、NaI、LiI、KI、KBr、KCl、以及NaCl中的至少任意一種構成。由于這些物質能夠構成柱狀結晶體，而且，對通過光纖光學板的光具有透光性，因此為理想。
本發明的攝像裝置也可以具有這樣的特征，即各柱狀結晶體光入射側的端部截面積比各光纖光出射側的端部截面積小。這樣就可以抑制析像度的劣化。
本發明的攝像裝置也可以具有這樣的特征，即多個柱狀結晶體通過在光纖光學板的光出射面進行斜方蒸鍍而結晶生長形成。這樣就能容易地在光纖光學板的光出射面形成相對該光出射面傾斜的多個柱狀結晶體。
本發明通過以下的詳細說明及附圖可以更充分地得到理解。但這些只是用于例示，而不應該被認為是對本發明的限定。
附圖的簡單說明
圖1是顯示作為本實施例攝像裝置的指紋檢測裝置的結構的圖。
圖2是用于對光纖光學板的傾斜角進行說明的圖。
圖3是顯示利用顯微鏡觀察多個柱狀結晶體的情況的圖。
實施發明的最佳形態以下參考附圖就有關本發明攝像裝置的最佳實施形態進行說明。還有，附圖中對同一要素賦以同一符號，并省略重復的說明。
圖1顯示作為本實施例攝像裝置的指紋檢測裝置的結構。如圖1所示，指紋檢測裝置10具備光纖光學板20、固體攝像元件30、以及具有透光性的多個柱狀結晶體40。
光纖光學板20是集束多根光纖21而形成的。該光纖光學板20具有以相對光纖21的光軸不平行、且不垂直的規定傾斜角θ1傾斜的光入射面25及光出射面26，這些光入射斜面25及光出射面26面對面相互平行。構成該光纖光學板20的光纖21具有纖芯22和覆蓋纖芯22外圍的包層23，且設定為纖芯22的折射率比包層23的折射率大，光可以沿著纖芯22傳播。還有，各個光纖21之間設有光吸收體24，向光纖21入射的光一旦向包層23的外部行進，將被光吸收體24吸收、消滅而不會被導向相鄰光纖21。
這里，最好是將傾斜角θ1設定為這樣的角度，就是使從空氣中向光纖21的纖芯22入射的光在與包層23的邊界面上不產生全反射的角度。例如，如圖2所示，設若光從與光入射面25大致平行的方向向光纖21內入射時的光纖21內的折射角記為β，該光在纖芯22、包層23的邊界面反復全反射行進時對邊界面的臨界入射角記為α，空氣的折射率記為n0，纖芯22的折射率記為n1，包層23的折射率記為n2，則通過將滿足以下所示公式(1)、(2)的α、β代入公式(3)，可以求得應設定的傾斜角θ的角度。
n1sinβ＝n0sin90°(入射角90°的條件)… (1)n1sinα＝n2sin90°(全反射條件) … (2)θ+(90°+β)+(90°-α)＝180° … (3)若n0＝1，n1＝1.56，n2＝1.52，則利用這些公式(1)、(2)、(3)，可計算出傾斜角θ＝37°。因此，通過將傾斜角θ1設定為比37°小的角度，則即使有光從空氣中向光纖光學板20的光纖21入射，也不會在該光纖21中傳播。也就是說，如果這樣設定傾斜角θ1，則從空氣中向光纖光學板20入射的光將不會從光纖光學板20出射，只有通過與光入射面25接觸的物體向光纖光學板20入射的光才從光出射面26出射，就可提高攝像特性。
固體攝像元件30具有在半導體基板的主面上呈2維狀排列形成的光電轉換部。作為這樣的固體攝像元件30，可以列舉出CCD圖像傳感器、CMOS圖像傳感器等。本實施例中，作為固體攝像元件30，對行間傳送式CCD(日文ィンタ一ラィン転送方式CCD)圖像傳感器(ITCCD)進行說明。
作為固體攝像元件30的ITCCD中，光電轉換部32在N型半導體基板的主面上呈2維狀排列形成的P型阱(well)31內形成。在各光電轉換部32之間，形成將該光電轉換部32中積蓄的信號電荷向垂直方向以及水平方向傳送的垂直CCD及水平CCD(未圖示)，在其上部設置遮光膜33。因此，通過遮光膜33之間、由光電轉換部32接收的光經過光電轉換后作為信號電荷被積蓄起來。接著，該信號電荷被垂直CCD及水平CCD傳送，從未圖示的輸出部向圖像處理系統輸出。
多個柱狀結晶體40設置在光纖光學板20的光出射面26上。這些多個柱狀結晶體40在使用波長(例如，可視光的波長范圍)中具有透光性，并且被設置為其軸(結晶生長方向)相對光纖光學板20的光出射面26傾斜。更詳細地說，將各柱狀結晶體40設置為在與各光纖21相對光纖光學板20的光入射面25傾斜的方向相同的方向上，相對光出射面26以規定傾斜角θ2(θ2≤90°)傾斜。
在本實施例的指紋檢測裝置10中，最好是將該傾斜角θ2設定為使在柱狀結晶體40中傳播、從出射側的端部出射的光向固體攝像裝置30垂直入射的角度。如果是這樣的話，就可以使更多的光從柱狀結晶體40出射并且被固體攝像元件30接收，因此可以提高攝像特性。
最好是這些柱狀結晶體40由CsI、NaI、LiI、KI、KBr、KCl、以及NaCl中的至少任意一種構成。由于這些物質能夠構成柱狀結晶體，而且對通過光纖光學板20的光具有透光性，因而為理想。
這里，最好是各柱狀結晶體40的粗細比各光纖21細，各柱狀結晶體40光入射側的端部截面積比各光纖21光出射側的端部截面積小。這樣，就可抑制測量對象物的析像度的劣化。
又，最好是，柱狀結晶體40的折射率比光纖21的纖芯22的折射率大。這樣就更能抑制光在光纖光學板20的光出射面26的反射，能夠將更多的光導向柱狀結晶體40中。而且，由于上述的CsI等物質的折射率為1.5～2.0左右，因此最好是適當選擇光纖21，使光纖21的纖芯22的折射率小于這些數值。
這樣的多個柱狀結晶體40可通過將上述CsI等物質斜方蒸鍍在光纖光學板20的光出射面26上的方法容易地形成。此時，最好是各柱狀結晶體40的長度在50μm～500μm左右。圖3顯示了利用顯微鏡觀察到的將CsI斜方蒸鍍在光纖光學板20的光出射面26上形成的柱狀結晶體40的情況。如圖所示，CsI的多個柱狀結晶體40在光纖光學板20的光出射面26上密集形成。本實施例中，各柱狀結晶體40的長度為100μm左右，其粗細(截面積)為50μm2左右。
而且，斜方蒸鍍有多個柱狀結晶體40的光纖光學板20與固體攝像元件30可利用粘合劑粘合固定。
這樣，在多個柱狀結晶體40與固體攝像元件30光耦合的狀態下，光纖光學板20、多個柱狀結晶體40以及固體攝像元件30組合在一起，以此構成指紋檢測裝置10。
以下對本實施例的指紋檢測裝置10的作用以及效果進行說明。
本實施例的指紋檢測裝置10中，由于多個柱狀結晶體40在光纖光學板20的光出射面26上形成，因而在各光纖21內傳播的光在光出射面26上的反射受到抑制，多數光向多個柱狀結晶體40入射。而且，各柱狀結晶體40分別像光纖那樣起作用，入射的光在柱狀結晶體內被引導，同時由于所謂的屏蔽(screen)功能致使光在出射側的端部被散射，多數光從柱狀結晶體40出射且被固體攝像元件30接收。這樣，在該指紋檢測裝置10中，固體攝像元件30所接收的光量變多，可提高攝像特性。
又，本實施例的指紋檢測裝置10中，通過將CsI等物質斜方蒸鍍在光纖光學板20的光出射面26上作為多個柱狀結晶體40，能夠使裝置的構成小型化。
還有，在日本專利公開特開平9-288223號公報中公開了將第1光纖光學板與傾斜角比該第1光纖光學板大的第2光纖光學板加以粘合，并且將其與CCD圖像傳感器等的固體攝像元件粘合而形成的指紋檢測裝置。在這種指紋檢測裝置中，由于從第2光纖光學板的光出射面出射的光的出射角度變大，因此出射的光量也變大，應檢測指紋的像變得明晰，能謀求提高攝像特性。然而，該指紋檢測裝置存在這樣的問題，就是將2塊光纖光學板加以粘合時必須進行高度的將其位置對齊的操作，制造并非容易，此外還必須使用2塊昂貴的光纖光學板，因而成本變高。相反，本實施例的指紋檢測裝置10具有以下優點，即不需要進行這樣對齊位置的操作，容易制造，而且光纖光學板20只要有1塊就足夠了，因此對成本也有利，而且通過將柱狀結晶體40做成薄形可以使裝置本身的結構小型化。
根據以上對本發明的說明，顯而易見可對本發明進行種種變形。這樣的變形不可認為是脫出了本發明的思想及范圍，對于所有本行業的技術人員來說不言自明的改良，應包含于本發明要求的權利要求范圍中。
工業上的可利用性采用本發明，提供能夠增加從光纖光學板出射且被固體攝像元件接收的光的光量、并且能夠謀求提高攝像特性的攝像裝置。
權利要求
1.一種攝像裝置，其特征在于，具備集束多根具有纖芯和覆蓋該纖芯外圍的包層的光纖而形成，且具有相對該光纖的光軸傾斜的光入射面及光出射面的光纖光學板；形成于所述光纖光學板的所述光出射面的具有透光性的多個柱狀結晶體；具有在半導體基板的主面上呈2維狀排列形成的光電轉換部、并且與所述多個柱狀結晶體光耦合的固體攝像元件。
2.根據權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，所述多個柱狀結晶體是由CsI、NaI、LiI、KI、KBr、KCl、以及NaCl中的至少任意一種構成。
3.根據權利要求1或者2所述的攝像裝置，其特征在于，所述各柱狀結晶體光入射側的端部截面積比所述各光纖光出射側的端部截面積小。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的攝像裝置，其特征在于，所述多個柱狀結晶體通過在所述光纖光學板的所述光出射面上進行斜方蒸鍍而結晶生長形成。
全文摘要
本發明的攝像裝置具備(1)集束多根具有纖芯和覆蓋纖芯外圍的包層的光纖而形成，且具有相對光纖的光軸傾斜的光入射面及光出射面的光纖光學板；(2)形成于光纖光學板的光出射面的具有透光性的多個柱狀結晶體；(3)具有在半導體基板的主面上呈2維狀排列形成的光電轉換部，并且與多個柱狀結晶體光耦合的固體攝像元件。
文檔編號H04N5/369GK1543677SQ0281622
公開日2004年11月3日 申請日期2002年8月23日 優先權日2001年8月24日
發明者菅原武雄, 夏目好夫, 夫 申請人:浜松光子學株式會社