WO2006051976A1

WO2006051976A1 - 生体特徴入力装置

Info

Publication number: WO2006051976A1
Application number: PCT/JP2005/020905
Authority: WO
Inventors: Teruyuki Higuchi
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2005-11-15
Publication date: 2006-05-18
Also published as: TW200632764A; US8170301B2; EP1834581A1; CN101056578A; CA2588172A1; US7903847B2; KR20070068453A; KR100944021B1; US20090074263A1; CA2588172C; HK1108341A1; TWI312136B; CN100577102C; AU2005302945B2; US20110025835A1; EP1834581A4; AU2005302945A1; EP1834581B1

Description

明細書

生体特徴入力装置

技術分野

[0001] 本発明は、個人を認証するための生体特徴を入力する装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、情報化の発達に伴い個人情報の漏洩やネットワーク上の取引行ためにおける他人のなりすましが問題ィ匕してきている。これを防ぐために、個人固有の生体特徴を入力して個人を認証する装置が開発されてきている。また、携帯電話に代表されるように情報を扱う装置の小型化と低価格化が進み、生体特徴を入力する装置も小型ィ匕と低価格ィ匕が要求されている。更に、生体による個人認証が重要なクレジットカード等の決済行ためにまで利用される応用事例も考えると、本人を確実に、しかもどのような状況下でも認証できるために生体特徴入力装置の高精度化の必要性も高まつている。

[0003] 従来この種の個人を認証するための生体特徴入力装置は、指先の皮膚の紋様である指紋を読取る装置が代表的である。指紋は古くから一人として同じものがない万人不同、一生変わることがない終生不変の特性を有し、特に警察や司法の分野で研究されており、高精度な個人認証に利用されている。

例えば特許第 3045629号公報や米国特許第 6381347のように、ファイバーォプティックプレートやプリズムの全反射臨界角を利用した方式は、指紋入力装置として広く利用されている。図 1を参照して、例えばプリズムの全反射臨界角を利用した従来の指紋入力装置を説明する。指の皮膚 104は皮膚の紋様を拡大して書かれてヽる。レンズ 106と 2次元イメージセンサ 107は、プリズム 105のプリズム面 109に対して直交方向に配置されている。プリズムと接触していない指の部分からの光 101は、屈折率 1. 0の空気力も屈折率 1. 4以上のプリズム面 108に入射して大きく屈折し、プリズム面 109で全反射する力、あるいはプリズム面 109に到達せず 2次元イメージセンサ 107に到達しない。一方、皮膚ないし皮膚表面の油脂あるいは水分の屈折率はプリズムガラスに近いので、皮膚が接触している部分の光 102は、プリズム面 108での屈折角が小さくなり、プリズム面 109で全反射角に達することなぐレンズ 106に入射し、レンズ 106で結像して 2次元イメージセンサ 107に到達する。このようにして指の指紋等の皮膚の凹凸紋様が、プリズムに接触するか、しないかに基づいて指紋画像が得られる。し力しながら、この従来の指紋入力装置は、高価で大きな光学部品を使用しており、装置の小型化と低価格ィ匕の妨げになっていた。

[0004] 指紋入力装置の小型化を実現するために、圧力、温度、静電容量を用いる準 1次元センサを使用し、指を動かして得られる指の指紋の部分画像をつなぎ合わせて指紋画像を再構成する技術が、例えば特開平 10— 91769号公報および特開 2001— 155137号公報に提案されている。 1次元のセンサを使用して、読取り対象を動かして映像を再構成する技術は、ファクシミリや複写機において既知であるが、指を動かす方向の速度を得るための特別なメカニズムが必要である。そのような特別なメカ- ズムを割愛するため、特開平 10— 91769号公報に提案された技術では、準 1次元の数ラインの画像の類似性に基づ、て映像が再構成されて、る。

[0005] 図 2Aと 2Bを参照してこの方式の指紋の画像再構成例を説明する。指 301の画像として、指を動かすことによって II力 Inの部分画像が得られる。これらの部分画像から類似部が除かれて再構成された指紋画像 302が得られる。し力しながら、この方法では、図 3Aと 3Bに示されるように、指をセンサの撮像速度に対してゆっくり動力した場合、隣り合う部分画像の間で重なりが大きくなり、類似性の判断が困難になる。また、得られた指紋画像 303が、縦に間延びして歪んでしまう。逆に、撮像速度より早く指力 Sスライドされると、図 4Aと 4Bに示されるように、部分画像 IIから Inの間に欠損する画像が生じ、指紋画像 304のように縦に縮んで歪んでしまう。このように、この従来例は、上記問題に加えて、皮膚炎などで部分的に皮膚が剥けている場合、指紋認証、つまり生体特徴による認証がしづら、と、う問題を有して、る。

[0006] こういった状況の中で非接触の指紋検出装置力例えば特開 2003— 85538号公報に提案されている。この非接触方式によれば、上記の接触を前提とした方式では皮が剥けた部分の接触が困難で読取りが難しかった指でも、皮膚紋様の由来となる皮膚内部構造の部分が保存されてヽればその映像が得られる。また非接触なので、湿潤や乾燥といった皮膚表面の状態変化の影響も受けにくい。この従来例では、指に入射した光が指内部で散乱し、皮膚の内部構造を反映するように放射光が指から放射される。こうして得られた指紋画像において、指紋の凹部が明部領域となり、凸部が暗部領域となり、指紋と同じ形の濃淡画像が得られる。こうして、この従来例では、表皮の湿潤乾燥に左右されず、表皮角質層が皮膚炎等によってむけて脱落している場合でも、指紋等の表皮紋様の元となる真皮の構造が保存されていれば、指紋画像が得られる。ただし、特開 2003— 85538号公報に示される指紋検出装置の場合、指と結像系の間に空間を設け非接触にしないと目的の画像が得られない。また焦点を合わせる必要性力指の固定枠が必要であり、操作性と装置の小型化を妨げている。また、結像光学系が必要であり、更に装置が大型化してしまう。また、指と結像系が離れており、指の内部構造で皮膚表面力射出する光の量が変化しても皮膚表面で散乱し、結像系の距離による拡散による悪影響と推測される事象によって、実際に皮の剥けて、る部分では良好なコントラストの指紋画像が得られな、と、う問題点かあつた。

[0007] このため、光や電界、圧力や静電容量や温度といった物理量の絶対値や変化量を利用した各種の読取り装置が開発されている。例えば、指に近接して 2次元イメージセンサが設けられ、指力ゝらの散乱放射光をガラスなどでできた透明保護カバーを介して 2次元イメージセンサによって撮像して、指紋の凹部が暗部領域、凸部が明部領域となる指紋画像を取得する指紋入力装置が、本願の発明者によって特許第 3150 126号に提案されている。この従来例では、圧力、温度、静電容量、全反射臨界角を利用したセンサに比較して指の湿潤や乾燥や外乱光等の外部環境の影響を受けにくぐ装置の小型化と低価格化を実現している。しかし、大型の 2次元イメージセンサが必要であり、レンズ等の光学系は廃したものの、更なる装置の小型化と低価格化の妨げになっていた。また、本願の発明者によって提案された特開 2003— 006627 号公報に記述されて、るように、透明保護カバーの屈折率を最適に選ぶことによってコントラストの高い画像を得ることができる。

[0008] また、指力もの散乱放射光による指紋像は、皮膚とセンサ保護膜との界面状態に大きく依存することは本発明者の提案に力かる特開 2003— 006627号公報によって明らかにされている。一方で指力もの散乱放射光を読取る技術は、指内部に光が一旦入射していることから、指内部の構造を反映することは明らかである。従って、本願の発明者による特許第 3150126号による指紋入力装置は、光学結像系を廃しある程度の小型の指紋検出装置を実現すると共に、皮が剥けた非接触の部分においての現象として、特開 2003— 85538号公報で指摘されている指の皮膚の内部構造を反映した画像が得られる。しかしながら、指紋とそれに近接して配置された 2次元ィメージセンサとの間に存在する透明カバーの屈折率を、特開 2003— 006627号公報に述べられているように透明カバーに接する指紋の凸部に対応する明部領域と接しない凹部に対応する暗部領域とのコントラストが大きくなるように選定すると、界面の反射と屈折の影響が強くなり皮膚構造を反映する成分が小さくなるため、皮膚が剥けている部分に本来現れる皮膚構造を反映した指紋像のコントラストが得に《なるという問題点があった。この問題はダイナミックレンジを広くとれな、場合に特に顕著である。非接触状態を保てば界面の影響がなくなるが、 2次元のイメージセンサにおいて曲率のある指に対して一定の距離で非接触状態を保つことはできず安定した指紋画像を得るのは困難であった。

他方、指に存在する生体特徴の入力装置として指紋以外に指の第一関節より下の指の付け根側の血管のパターンを認証する技術が近年実用化されつつある。これは、血液による近赤外線の吸収を利用して静脈等の太い血管パターンを読取るもので、 1980年代に盛んに研究された光 CT (コンピュータトモグラフィー）、いわゆる人体に害の少ない光によって人体のコンピューター断層撮影を行おうとする技術の応用である。指の上部力近赤外線を照射し、指内を通過して反対側の指の腹力射出する光力血管内に豊富に存在する血液における近赤外線の吸収によって暗くなることによって血管像を得る。例えば特開 2001— 155137号公報で開示されているように指紋の紋様と同時に読取ることができれば指紋情報との補完、あるいは生体であるかどうかの有力な情報源となり偽指の判断方法としても有効である。

し力しながら、血管のパターンの有効な情報量は一般に多様な指紋より少なぐまた栄養状態や血栓や血圧等の障害によって変化する。万人不同、終生不変として警察と司法分野が主体で研究が完成されている指紋に比較してその精度は未確認であり今後の研究課題として残されている。また、非接触の指紋検出装置の提案 (特開 2003— 85538号公報）と同様に指と結像光学系の間に空間が必要であり、また焦点を合わせる必要性力指の固定枠も必要であり、操作性と装置の小型化の妨げになっていた。また、指先の指紋部分には毛細血管のみしか存在せず、毛細血管は前記方式ではパターンを読取ることはできない。読取りが可能な静脈血管は第一関節より下の指の付け根側であるため、その部分を第一関節より上の指先の指紋部分と同時に縮小光学系で読まなければならないので更に装置が大型化してしまうという問題点もある。

[0010] 上記説明と関連して、指紋検出方法が特開平 5— 168610号公報に開示されている。この従来例の指紋検出方法は、潜在指紋を含む検体に光源から光を照射し、得られる指紋像を演算処理して指紋を検出する光学的指紋検出方法である。予め検体の表面温度を測定して熱画像情報として記憶し、次に検体に対して指紋成分中に含まれる水分または有機物質の量によって吸収特性が変化する領域の波長の光を一定時間投射した後投射光をカットする。その時の検体表面の温度を測定し熱画像情報としてとらえる。予め測定し記憶しておいた投射光照射前の熱画像情報と、投射光を照射した後の熱画像情報とを電気信号に変換し、 2次元温度分布の差を演算し、演算した結果得られる画像を表示することにより指紋隆線の所在を特定する。

[0011] また、指紋情報処理装置が特開平 10— 143663号公報に開示されている。この従来例の指紋情報処理装置は、対象者の指紋を部分的に光学検出する指紋画像検出部を有している。相対位置検出部は、指紋画像検出部にて検出される複数の部分指紋画像の相対位置を検出する。画像合成部は、相対位置検出部にて検出された相対位置情報に基づいて複数の部分指紋画像の相互間の位置ずれを補正しつつ合成することにより合成指紋画像を形成する。記憶部は、合成指紋画像のデータを個人識別情報用の登録指紋画像として登録する。

[0012] また、指紋認証装置が特開 2002— 49913号公報に開示されている。この従来例の指紋認証装置では、光学イメージセンサ 2のフォトセンサ領域は、指内部からの散乱光を画像信号に変換する有効画像領域と、光に反応しな!ヽ黒基準領域を有する。黒基準領域は、光学イメージセンサの母体となるシリコン基板と熱伝導性膜で接続してもよぐフォトセンサ領域を覆う二酸ィ匕シリコン上に光学遮光膜を設けることにより形成される。黒基準領域読出部は、指が光学イメージセンサに載置される前後の、光学イメージセンサのフォトダイオードの暗電流を読み出し、暗電流比較部は両電流信号を比較する。指紋照合部は画像信号に所定値以上の差が検出されると、有効画像領域の画像信号を取り込み、指紋データベースを照合して比較する。指紋判定部は、画像信号の比較の結果、所定値以上の差が認められ、かつ指紋データベースの照合の結果、特徴が一致した場合にのみ指を本物と判定する。

発明の開示

[0013] 本発明の目的は、指の指紋などの生体特徴を 1次元または準 1次元のイメージセンサを使用して生体の特徴を安定的に入力することのできる小型で低廉な生体特徴入力装置を提供することにある。

[0014] 本発明の他の目的は、指表面の指紋と同時に指の血管像も入力することのできる小型で低廉な生体特徴入力装置を提供することにある。

[0015] 本発明の更に他の目的は、指の指紋などの生体特徴を 1次元または準 1次元のィメージセンサを使用して安定に入力するための指走行ガイドを備えた電子機器を提供することにある。

[0016] 本発明の観点では、生体特徴入力装置は、 1次元または準 1次元のイメージセンサと、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記ィメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドと、前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による画像を前記相対運動中に前記イメージセンサによって撮像して得た 1次元または準 1 次元の部分画像をつなぎ合わせて、く画像処理手段とを備えて!/、る。

[0017] 本発明の他の観点では、生体特徴入力装置は、 1次元または準 1次元のイメージセンサと、指と前記イメージセンサとが互！ヽにスライドする相対運動中に前記指と前記ィメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドと、前記指の背部に血管像用の光を照射する上部光源と、前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第 1画像と前記上部光源から照射された光が指内を通過して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第 2画像とを前記相対運動中に前記イメージセンサによって交互に撮像して得た 1次元または準 1次元の部分画像を第 1画像毎および第 2画像毎につなぎ合わせ、且つ、再構成した第 1画像と第 2画像の差分である血管像を抽出する画像処理手段とを備えている。

上記の生体特徴入力装置において、前記指走行ガイドは、前記イメージセンサの前記有効画素部の直上に間隙を有してもよい。前記間隙の高さが 10 m以上、 200 IX m以下、前記相対運動方向に平行な幅が前記イメージセンサの副走査方向の有効画素長以上、 2. Omm以下であることが好ましい。また、前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されて、てもよ、。

また、前記指走行ガイドの少なくとも前記イメージセンサの前記有効画素部の直上部分が光透過性を有する固体で構成されていてもよい。前記固体の高さが 10 m以上、 200 m以下であることが好ましい。また、前記固体の屈折率が、 1. 1より大きいことが好ましい。前記固体の屈折率が、 1. 1より大きぐ 1. 4より小さいことがより好ましい。また、前記固体の屈折率が、 2. 0より大きいことが好ましい。前記固体の屈折率力 2. 0より大きぐ 5. 0より小さいことがより好ましい。

上記生体特徴入力装置は、前記イメージセンサによる読取対象部位の近傍より前記指の腹部に光を照射することにより、指内部に散乱光を発生させる下部光源を更に備えてもよい。

また、上記生体特徴入力装置は、前記イメージセンサの出力画像信号力指紋ピツチの画像成分を抽出するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を増幅する自動利得制御回路と更に備えてもよい。

また、上記生体特徴入力装置は、前記画像処理手段は、つなぎ合わせた画像の歪みを指紋部分の周波数解析によって修正する補正手段を含んでもよい。

本発明の第 1電子機器は、 1次元または準 1次元のイメージセンサの有効画素部の直上に、高さが 10 μ m以上、 200 μ m以下、短辺の幅が前記イメージセンサの副走查方向の有効画素長以上、 2. Omm以下である間隙を有し、指と前記イメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにするための指走行ガイドを備えることが好ましい。 [0019] 本発明の電子機器において、前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されていることが好ましい。

本発明にあっては、指と 1次元または準 1次元のイメージセンサとが互いにスライドする相対運動中、指走行ガイドによって指とイメージセンサの有効画素部との接触が防止されると同時に、両者の距離がほぼ一定に保たれるため、指と有効画素部の距離が遠すぎて画像がぼけたり、距離が変動して画像が歪んだりするのが防止され、指の内部で散乱して指の皮膚表面から放射される放射光を前記相対運動中にィメージセンサによって安定して撮像することができ、ひいては、撮像された 1次元または準 1次元の部分画像をつなぎ合わせることで生成される指全体の画像の精度を高めることがでさる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]図 1は、従来の接触を前提とした光学プリズム方式の原理を説明する図である。

[図 2]図 2Aと 2Bは、従来の画像再構成方式を説明する図である。

[図 3]図 3Aと 3Bは、従来の画像再構成で指を遅く動力ゝした場合の問題点を説明する図である。

[図 4]図 4Aと 4Bは、従来の画像再構成で指を早く動力ゝした場合の問題点を説明する図である。

[図 5]図 5Aと 5Bは、本発明の第 1実施例にかかる生体特徴入力装置の上面図と横断面図である。

[図 6]図 6は、本発明の第 1実施例にカゝかる生体特徴入力装置の指走行ガイドの間隙に指を押しつけた状態を説明する図である。

[図 7]図 7は、本発明の第 1実施例にカゝかる生体特徴入力装置の指走行ガイドに沿つて指を移動させた状態を説明する図である。

[図 8]図 8は、指の皮膚の内部構造を説明する図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 1実施例に力かる生体特徴入力装置のマイクロプロセッサ部による処理例を示すフローチャートである。

[図 10]図 10Aと 10Bは、本発明の第 2実施例にかかる生体特徴入力装置の上面図と横断面図である。 [図 11]図 11は、本発明の第 2実施例にカゝかる生体特徴入力装置の光源による作用を説明する図である。

[図 12]図 12は、本発明の第 2実施例に力かる生体特徴入力装置で読み取った指紋画像例を示す図である。

[図 13]図 13は、従来の全反射臨界角を利用した指紋入力装置で入力した指紋画像例を示す図である。

[図 14]図 14は、本発明の第 3実施例に力かる生体特徴入力装置の横断面図である

[図 15]図 15Aと 15Bは、本発明の第 3実施例に力かる生体特徴入力装置の作用の説明図である。

[図 16]図 16は、 2次元イメージセンサと指との間に介在する透明固体膜の屈折率とコントラストとの関係を示すグラフである。

[図 17]図 17は、本発明の第 3実施例に力かる生体特徴入力装置で読み取った指紋画像例を示す図である。

[図 18]図 18は、本発明の第 4実施例に力かる生体特徴入力装置の横断面図である

[図 19]図 19は、本発明の第 5実施例に力かる生体特徴入力装置の横断面図である

[図 20]図 20は、本発明の第 6実施例に力かる生体特徴入力装置の横断面図である

[図 21]図 21は、本発明の第 6実施例にカゝかる生体特徴入力装置により指紋画像と同時に血管像を読取る原理を説明する図である。

[図 22]図 22は、本発明の第 6実施例にカゝかる生体特徴入力装置のマイクロプロセッサ部による処理例を示すフローチャートである。

[図 23]図 23Aと 23Bは、本発明の第 6実施例に力かる生体特徴入力装置において渦状指紋に対する画像補正方法を説明する図である。

[図 24]図 24Aと 24Bは、本発明の第 6実施例に力かる生体特徴入力装置において蹄状指紋に対する画像補正方法を説明する図である。 [図 25]図 25は、弓状指紋の形状を説明する図である。

[図 26]図 26は、本発明の第 7実施例にカゝかる生体特徴入力装置のマイクロプロセッサ部による処理例を示すフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 以下に添付図面を参照して、本発明の生体特徴入力装置について詳細に説明する。

[0022] [第 1実施例]

図 5Aと 5Bは、本発明の第 1実施例に係る生体特徴入力装置を示す図である。図 5 Aと 5Bを参照して、第 1実施例に力かる生体特徴入力装置は、 1次元または準 1次元のイメージセンサ 5と、このイメージセンサ 5の有効画素部 1の直上に間隙 2が位置するように取り付けられた指走行ガイド 3と、イメージセンサ 5のアナログ出力信号をデジタル信号に変換する AZD変換部 7と、イメージセンサ 5の撮像タイミングの制御および AZD変換部 7から出力されるデジタル信号に対する画像処理などを実行するマイク口プロセッサ部 8とを備えて、る。

[0023] 1次元のイメージセンサ 5とは 1ラインのイメージセンサであり、準 1次元のイメージセンサ 5とは 2ラインから 20ライン程度の短冊形のイメージセンサである。指の生体特徴のうち、指紋を読取ることを可能にするには、指紋の隆線間隔が成人の場合 0. 2mm 力 0. 5mm程度であり、子供や婦人の場合は 0. 1mm程度までであることを考慮すると、センサ（受光素子）のピッチは 20〜50 m程度が望ましい。指の幅と丸みを考慮し、横幅 15mm程度を接触有効部分とすれば、例えば 29. 6 m間隔で 1ライン 5 12ドットのセンサを 12ラインならべて準 1次元のイメージセンサとすれば、 1度に横 15 . 15mm,縦 0. 35mmの短冊形の画像が得られる。イメージセンサ 5は、 CMOSや CCD, TFT技術などによって製作可能であり、この密度と大きさは現状の集積回路技術によって十分生産可能であり、且つビデオカメラ等で実用化されているイメージセンサが 10 m以下ということを考え合わせると必要十分な感度も得られる。

[0024] 指走行ガイド 3は、指 4とイメージセンサ 5とが互いにスライドする指紋採取時の相対運動中に指 4とイメージセンサ 5の有効画素部 1とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるように指 4とイメージセンサ 5との間に設けられている。本実施例の場合、指走行ガイド 3は、不透明な材質で構成され、生体特徴入力装置専用の図示しない筐体に取り付けられるか、携帯電話機やパーソナルコンピュータ等の電子機器の筐体に取り付けられるか、そのような電子機器の筐体の一部を構成する。また、本実施例の指走行ガイド 3に設けられた間隙 2の形状は、真上から見て矩形状をなしており、その長辺サイズは、イメージセンサ 5の有効画素部 1に光が十分入射するように少なくとも有効画素部 1の長辺（主走査方向）以上のサイズがあり、その短辺サイズは、同じく有効画素部 1に光が十分入射するように少なくとも有効画素部 1の短辺（副走査方向）以上のサイズである。間隙 2が大きすぎると指紋採取時に指 4の皮膚が有効画素部 1に直接接触してしまうため、 2. Omm以下、好ましくは 1. Omm以下の短辺サイズになっている。また間隙 2の高さ (深さ）方向のサイズは、小さすぎると指紋採取時に指 4の皮膚が有効画素部 1に直接接触してしまい、大きすぎると、指 4の皮膚と有効画素部 1との距離が離れすぎて画像のぼけがひどくなるため、 10 μ m〜200 μ m 、好ましくは 20 μ〜80 μ mのサイズになっている。

AZD変換部 7は、イメージセンサ 5のアナログ出力信号をデジタル信号に変換してマイクロプロセッサ部 8へ出力し、マイクロプロセッサ部 8は、 A/D変換部 7のデジタル信号を入力して適切な画像処理を実行する。

[0025] 本実施例の生体特徴入力装置を使用して、指 4の指紋を読み取る場合、指 4の第一関節あたりを指走行ガイド 3の間隙 2付近にあてがい、指 4の腹部で間隙 2をなぞるように図 5Bの矢印 6方向に指 4を引いていく。指 4の皮膚には弾力 ¾があるため、図 6に示すように指 4を矢印 601の方向に押し付けるとイメージセンサ 5の有効画素部 1 に指 4が接触してしまうような高さと幅の間隙 2であっても、上記のように指 4の腹部で間隙 2を軽くなぞるようにすると、図 7に示すように引く方向 602と反対方向の力 603 が指 4の皮膚表面に加わり、有効画素部 1に指 4が接触することはなぐ指 4の移動中、指 4の皮膚と有効画素部 1との距離が常に一定に保たれる。

[0026] この指 4の移動中、指 4の内部で散乱して指 4の皮膚表面力放射される放射光による画像がイメージセンサ 5によって撮像される。ここで、指 4内で散乱し、指 4の皮膚表面力も放射される光は、図 8に示す指の内部構造にしたがって陰影を形成する。表皮 1004の指内部側の組織には真皮 1005があり、指紋の凸部である隆線 1002の下には乳頭腺組織 1003がある。乳頭腺を含む真皮 1005は、表皮部 1004より水分と油分を多く含み屈折率に差が生じる。従って指紋隆線部に突出しているこの乳頭腺によって隆線 1002は指紋の凹部である谷部 1001より放射される光が減少すると考えられる。このため、イメージセンサ 5の有効画素部 1に配列されているセンサ（受光素子）のうち、撮像のタイミングにおいて隆線 1002に近接するセンサは、谷部 100 1に近接するセンサに比べて入射する放射光が少なくなり、谷部 1001が明部領域、隆線 1002が暗部領域となる部分画像が得られる。

[0027] こうして適当なタイミング毎に得られた 1次元または準 1次元の部分画像に力かるァナログ信号は、 AZD変換部 7によりデジタル信号に変換されてマイクロプロセッサ部 8に入力される。マイクロプロセッサ部 8は、順次入力される部分画像どうしをつなぎ合わせていくことにより、指 4全体の皮膚の紋様画像を再構成する。このマイクロプロセッサ部 8で実施される部分画像のつなぎあわせ処理は、基本的に図 2Aで説明した方法と同様に、部分画像どうしの類似性を判断して実施する。その処理の一例を図 9 に示す。

[0028] まず、イメージセンサ 5の 1フレーム分の部分画像を読み取り、図示しない第 1メモリの底の部分に書き込む (ステップ S101)。ここで、 1フレーム分の部分画像とは、ィメージセンサ 5が数ラインカゝら構成される準 1次元イメージセンサの場合は全ラインで得られた画像を意味し、イメージセンサ 5が 1ラインカゝら構成される 1次元イメージセンサの場合はその 1ラインで得られた画像を意味する。次に、再びイメージセンサ 5の 1フレーム分の部分画像を読み取り、第 1メモリに記憶された部分画像と最上位ラインからライン単位で比較する (ステップ S102)。今回読み取った部分画像のラインの中で第 1メモリに記憶された部分画像のラインと差のあるラインがある場合、差のあるライン以上の画像部分を第 1メモリに格納されている部分画像の最上位ラインの上に追カロ的に格納する。例えば、イメージセンサ 5が 12ライン力も構成されており、今回読み取つた 12ラインのうち、最後の 3ラインが第 1メモリに記憶された部分画像の最上位ライン側の 3ラインと同じであり、最後から 4番目のライン力も先頭ラインまでが異なる場合、先頭ラインから 9番目のラインまでの画像部分が第 1メモリの最上位ラインの上に追カロされる。以上のステップ S102〜S104の処理を指 1本分の画像データが取得されるまで繰り返し行う（ステップ S 105)。

[0029] 本実施例によれば、 1次元または準 1次元のイメージセンサ 5を使用し且つ余計な光学部品を使用することなぐ指 4の内部構造を直接反映した皮膚の紋様画像を、指 4の湿潤や乾燥などの影響を受けずに安定して読み取ることができ、また装置を単純かつ小型化することができる。その理由は、イメージセンサ 5として小型で廉価な 1次元または準 1次元イメージセンサを使用すると共に、指 4とイメージセンサ 5とが互いにスライドする相対運動中に指 4とイメージセンサ 5の有効画素部 1とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにするための指走行ガイド 3を備え、指 4の内部で散乱して指 4の皮膚表面力放射される放射光による画像を前記相対運動中にイメージセンサ 5によって直接撮像し、得られた 1次元または準 1次元の部分画像をマイクロプ口セッサ部 8の画像処理によりつなぎ合わせていって指の紋様画像を再構成するからである。

[0030] また、特開 2003— 85538号公報のような縮小光学系を使用すると、皮膚の表面で拡散してレンズや光路によって拡散すると思われる現象によって良好なコントラストが得られな力つた皮剥け部分でも、本実施例によれば、指内部の構造を反映した良好なコントラストの紋様が得られる。これは、本実施例においては、指 4に近接した距離でイメージセンサ 5に光を指力直接入射するため、皮膚の表面で拡散して混じり合う成分が少なくなるためと思われる。

[0031] [第 2実施例]

図 10Aと 10Bを参照すると、本発明の第 2実施例に力かる生体特徴入力装置は、指走行ガイド 3上に複数の光源 151が配設されている点で図 5Aと 5Bに示した第 1実施例に力かる生体特徴入力装置と相違し、それ以外は第 1実施例と同じである。

[0032] 光源 151は、指走行ガイド 3の間隙 2の近傍にその長辺に沿って一列に配列されており、指紋採取時に指走行ガイド 3上を矢印 6に示す方向に移動する指 4をその腹部側 (指走行ガイド 3側)から照明し、指内部に散乱光を発生させる。光源 151を間隙 2 を中心にして指 4を引く側に配列してあるのは、指先が間隙 2付近に達した状態でも十分に指先内部に散乱光を発生できるようにするためである。

[0033] 指内部で散乱し皮膚表面力放射する光は、周囲光のみでも皮膚紋様のパターンが読取れるが、更に光源 151を指の引く方向に 1次元な、し準 1次元イメージセンサ 5に平行に近接して配置すれば、その光源 151からの光は指内部で散乱して光源方向の光成分が強く射出する。この様子を図 11を参照して説明する。

[0034] 図 11を参照すると、光源方向に強度が偏った散乱光のうち、矢印 1011で示す隆線 1002付近を通過するものは、表皮 1004を通過する距離が長くなつて暗くなると考えられる。反対に矢印 1102で示す指紋谷部 1001付近を通過する光は、表皮 1004 を通過する距離が短くなつて明るくなると考えられる。従って距離の差によってコントラストが増加する。実際の詳細なメカニズムは不詳だが、実験の結果を画像例として図 12に示す。また参考として、同じ指の同じ部位を従来の接触を前提とする方式のうち全反射臨界角を利用した方式で読み取った画像を図 13に示す。

[0035] 図 12において、図の下側に光源があり、指を引く側である。より距離のある指紋隆線部が暗くなり、谷部の手前側は明るくなる。特に指紋隆線部の光源側がより暗くなつており、コントラストが上昇している。この部分は、乳頭腺組織 1003による指の皮膚内部の散乱光の減衰効果と重なり合っていると考えられる。また図 13の画像中央部あたりに紋様が欠落して、る箇所がある力これは皮膚の剥けた部分に対応して!/、る。同じ部位は図 11では紋様が現れており、従来欠損していた皮剥け部分の画像も高 V、コントラストで得られて!/、る。

なお、本実施例では、間隙 2から指 4を引く側に光源 151を配設したが、間隙 2から反対側に光源 151を配設しても良ぐまた間隙 2の両側の近傍に光源 151を配列しても良い。

[0036] [第 3実施例]

図 14を参照すると、本発明の第 3実施例に力かる生体特徴入力装置は、指走行ガイド 3の間隙 2に光透過性を有する固体で作られた保護カバー 801が挿入されている点で図 1に示した第 1実施例に力かる生体特徴入力装置と相違し、それ以外は第 1 実施例と同じである。

[0037] 保護カバー 801の下面はイメージセンサ 5の有効画素部 1にほぼ接しており、その上面は指走行ガイド 3の上面とほぼ同一面になっている。したがって、指 4の指紋を読み取るために指 4の第一関節あたりを指走行ガイド 3の間隙 2に埋め込まれた保護カバー 801付近にあて力 ^、、指 4の腹部で保護カバー 801をなぞるように指 4を引いていった場合、指 4の皮膚の一部は常に保護カバーに接する。このため、指内で散乱し、指の皮膚表面力も放射した光のうち、保護カバーに接触する指紋隆線部など力も放射した光は、図 15Aの符号 1111に示すように直接に保護カバー 801に入射して保護カバー 801内を伝播しイメージセンサ 5の有効画素部 1に到達する。また、保護カバー 801に接触しない指紋谷部など力も放射した光は、符号 1112に示すように一旦空気層に入射して空気層を伝播した後に保護カバー 801に入射し、その後は指紋隆線部カゝら放射した光と同じく保護カバー 801内を伝播してイメージセンサ 5 の有効画素部 1に到達する。

これに対して、図 15Bに示される保護カバー 801がない第 1実施例の場合、指内で散乱し、指の皮膚表面から放射した光は、指紋隆線部および指紋谷部にかかわらず、図 15Bの符号 1111および 1112に示すように、ー且空気層に入射して空気層を伝播した後に有効画素部 1に到達する。この結果、第 1実施例で述べたように、隆線部は暗部領域として、谷部は明部領域としてイメージセンサ 5で検出される。これに対して、図 15Aに示される保護カバー 801が介在する場合、保護カバー 801の屈折率が空気と同じ値「1」に近ければ、保護カバー 801が存在しない図 15Bと等価になるので、隆線部が暗部領域、谷部が明部領域としてイメージセンサ 5で検出されるが、保護カバー 801の屈折率の値が大きくなれば、隆線部が明部領域、谷部が暗部領域としてイメージセンサ 5で検出されるようになる。これは、保護カバー 801の屈折率が大きくなると、指 4と保護カバー 801との間の屈折率差よりも、指 4と空気との間の屈折率差および空気と保護カバー 801との間の屈折率差の方が大きくなることと、図 15Aの隆線部から放射する光 1111が有効画素部 1に到達するまでには屈折率差の少な、 1つの界面 (指と保護カバーとの界面）を通過するのに対し、谷部から放射する光 11 12は屈折率差の大きな 2つの界面 (指と空気との界面、空気と保護カバーとの界面）を通過することにより、皮膚表面力放射した時点では隆線部よりも谷部の放射光の方が強度が強かったものが、有効画素部 1に到達した時点では、谷部よりも隆線部から届く光の方が強度が相対的に強くなつたためと推測される。事実、指力の散乱放射光をガラスなどでできた透明保護カバーを介して指に近接させた 2次元イメージセンサによって撮像する特許第 3150126号の指紋入力装置では、指紋の谷部が暗部領域、隆線部が明部領域となる指紋画像が得られる。

[0039] このため、保護カバー 801の屈折率が或る値のとき、隆線部と谷部とのコントラスト力 SOになる。本明細書において、そのような屈折率の値を特異点と呼び、保護カバー 801は、特異点近傍の値以外の値の屈折率を持つ光透過性の固体で構成されている。以下、保護カバー 801の屈折率について考察する。

[0040] 本願の発明者の提案に力かる特開 2003— 006627号公報では、 2次元イメージセンサと指との間に介在する透明固体膜の屈折率とコントラストとの関係が解析されており、それによれば図 16に示すような関係が導出されている。図 16において、縦軸は、指紋隆線直下の透明固体膜に入射した光のパワーを P3L、指紋谷部直下の透明固体膜に入射した光のパワーを P3Dとしたときに、（P3L— P3D) ZP3Lで計算されるコントラスト、横軸は、透明固体膜の屈折率である。また、 +印の点を結ぶ線は指の屈折率を 1. 4、 X印の点を結ぶ線は指の屈折率を 1. 5とそれぞれ仮定した場合のものである。ただし、図 16のグラフは指の皮膚と空気と透明固体膜の界面との屈折率の差による効果のみを計算で求めたものであり、指の皮膚内構造による効果とは異なる。

[0041] 図 16を参照すると、透明固体膜の屈折率が空気と同じ 1. 0のときにコントラストが 0 %になっている。これは、図 16のグラフは、皮膚内部から隆線部に向力う光のパワーと谷部に向力う光のパワーを同じと仮定しているためである。本来は、屈折率が 1. 0 のときに第 1実施例と同じコントラストが得られる。図 16ではそのコントラスト値はマイナスとなる。第 1実施例で得られるコントラストをじ％とすると、図 16のグラフでコントラストが C%となる屈折率の値が特異点となる。一般的には、 C= 10程度なので、特異点 = 1. 1になり、屈折率が 1. 1の保護カバー 801では谷部と隆線部のコントラストが 0になる。従って、保護カバー 801の屈折率は、 1. 0以上かつ 1. 1未満か、あるいは 1. 1より大きい必要がある。 1. 1未満の屈折率を持つ光透過性の固体は殆どないので、実質的には 1. 1より大きい屈折率を持つ光透過性の固体で保護カバー 801を構成すればよい。

[0042] 他方、図 16を参照すると、透明固体膜の屈折率が 1. 4〜2. 0の範囲でコントラストが特に高くなつている。皮膚の剥けた部分全体が透明固体膜に接しない場合、その部分全体が同じコントラストになるのではなぐ前述したように指内部の構造を反映した紋様が現れる。このため、その紋様のコントラストに比べて、透明固体膜に接する隆線と接しない谷部とのコントラストが異常に高いと、センサのダイナミックレンジが広くない場合、皮膚の剥けた部分の紋様の検知が困難になる。従って、保護カバー 80 1には、図 16においてコントラストが特に高くなつている 1. 4〜2. 0の範囲の屈折率は適さない。

[0043] 更に本願の発明者の提案に力かる特開 2003— 006627号公報で解析されているように、透明固体膜の屈折率が大きくなると、コントラストが出ても明度が下がり、外乱光によるノイズおよび回路で発生するノイズをノイズ成分として SZN比が下がり、指紋隆線部と指紋谷部の識別が不正確となる確率が高くなる。このため、屈折率の上限値は 5. 0程度が望ましい。

以上の考察の結果、保護カバー 801の屈折率は、 1. 1より大きく 1. 4より小さいか、または 2. 0より大きぐ 5. 0より小さいことが望ましい。

[0044] 屈折率 1. 4未満の物質で保護カバー 801に適する固体としては、たとえば BeF3 ( フッ化ベリリュウム）を主成分とするガラスがある。

屈折率 2. 0より大きい物質で保護カバー 801に適する固体としては、たとえば BaO (酸化バリウム)や PbO (酸化鉛)を多量に含むガラス、へマタイト (赤鉄鋼）、ルチル ( 金赤石）、ゲルマ-ユウム、ダイアモンドあるいはシリコンなどがある。この中でシリコンは、半導体材料として入手が容易であり、かつ加工も容易で比較的安価である。シリコンウェハを厚さ 200 m以下に力卩ェし保護カバーとすれば、光の低波長域、特に波長 800〜1000nmの近赤外光において透過性が高ぐ十分なセンサ光出力が得られる。またシリコンは有害物質を含むガラスに比較して、環境を配慮した材料でもある。またシリコンウェハより作り出した CMOS、 CCD等のイメージセンサの下部を薄く研磨して感光層までの厚さを 200 m以下として上下をひっくり返して配置し、もともとのシリコンウェハの基部であった下部を皮膚に接触させれば、特別にカバーを施すことなく同等の構造が得られる。

[0045] 保護カバー 801を備えた本実施例の生体特徴入力装置により読み取った指 4の指紋画像を図 17に示す。画像左上の丸い皮剥け部分においても隆線部のコントラストが得られていることがわかる。ただし、明部と暗部は、他の場所と反転している。このように保護カバー 801を設けると、前述したように保護カバー 801の屈折率によっては接触部分の条件により指紋隆線部は明るぐ谷間部は暗くなり、非接触の部分と明暗が逆転する。この問題に対しては画像処理と指紋認証の方式によって解決できる。すなわちエッジ強調によって隆線の連続性のみを抽出してつなげていけば良い。また、認証方式として指紋の分岐点や端点と!ヽつた特徴点の位置関係で認証する方式を採用すれば、明暗の逆転は認証に影響を与えな、。

このように本実施例によれば、第 1実施例と同様の効果が得られるのに加えて、指走行ガイド 3の間隙 2にゴミがたまって画質が劣化するという心配がなくなるという効果がある。

[0046] [第 4実施例]

図 18を参照すると、本発明の第 4実施例に力かる生体特徴入力装置は、イメージセンサ 5と AZD変換部 7との間にバンドパスフィルタ 1801および自動利得制御回路 1802が接続されている点で、図 14に示した第 3実施例に力かる生体特徴入力装置と相違し、それ以外は第 3実施例と同じである。

[0047] バンドパスフィルタ 1801は、イメージセンサ 5から出力される画像信号力も指紋ピッチの画像成分のみを抽出する。バンドバスフィルター 1801の最適周波数特性は指紋の隆線ピッチ 0. 2mmから 0. 5mmを考慮しかつセンサの密度と走査周波数から決定される。このバンドパスフィルタ 1801で抽出された画像成分は、後段の自動利得制御回路 1802によって増幅されて、 AZD変換部 7に出力される。

[0048] 本実施例によれば、イメージセンサ 5の出力から指紋ピッチの画像成分のみを抽出するバンドパスフィルタ 1801とその出力を増幅する自動利得制御回路 1802とを設けてあるため、皮剥け部分の小さい出力も大きくすることができる。保護カバー 801として屈折率が 1. 4から 2. 0の範囲の材質を使用した場合、第 3実施例では、皮剥け部分の出力が小さくなり過ぎて認識が困難になるが、本実施例ではそのような問題を改善できる。保護カバー 801に屈折率 1. 4以上 2. 0以下の通常ガラス等の物質が使えれば、価格的に有利である。勿論、 1. 4〜2. 0以外の屈折率を持つ材質で保護カバー 801が構成されている場合にも本実施例は有効である。

[0049] [第 5実施例]

図 19を参照すると、本発明の第 5実施例に力かる生体特徴入力装置は、指走行ガイド 3全体を保護カバー 901とした点で第 3実施例と相違し、その他の点は第 3実施例と同じである。

[0050] 保護カバー 901は、第 3実施例における保護カバー 801と同様の屈折率を有する光透過性の固体で構成され、その厚みの条件は保護カバー 801と同じである。

[0051] 本実施例によれば、第 3実施例と同様の効果が得られるのに加え、走行ガイド 3全体が保護カバー 901になって、るため、組み立て性に優れると!、う効果がある。

[0052] [第 6実施例]

図 20を参照すると、本発明の第 6実施例に力かる生体特徴入力装置は、上方より指 4の背部 (爪側)を照明する光源 161を備え、指 4の皮膚紋様と同時に血管像を読み取る点で、第 2実施例と相違し、その他の点は第 2実施例と同じである。

[0053] 指 4の上部（背部）に図示しない支持具により取り付けられている光源 161は、指の血管を読取るためのもので、他の生体糸且織より近赤外線の吸収が強、ヘモグロビンの吸収が良好に生じる 800から lOOOnm付近の光を照射する。特に波長 820〜950 nm付近の赤外リモコン用等に開発された LEDは出力が大きく光源 161に適してヽる。指 4の下部に配置した光源 151に由来する画像からは皮膚表面の画像のみが得られる力上部光源 161から照射した光源による画像には、ヘモグロビンを含む血液が集中している太い血管を通過し他の組織より暗くなる血管の映像を含む。従って、以下のようにして、光源 161による画像と光源 151による画像を求め、両者の画像の差を演算することで、指の皮膚紋様と同時に血管像を読み取ることができる。

[0054] 本実施例の生体特徴入力装置を使用して、指の皮膚紋様と同時に血管像を読み取る場合、指 4の第二関節あたりを指走行ガイド 3の間隙 2付近にあてがい、指 4の腹部で間隙 2をなぞるように指 4を引、て、く。この指 4の移動中にイメージセンサ 5によつて画像を撮像する。まず、イメージセンサ 5の最初のフレーム画像を得る時に指下部に配置した光源 151を点灯し画像を得る。次に指下部の光源 151を消灯し指上部の光源 161を点灯してイメージセンサ 5の次のフレーム画像を得る。これを繰り返していき、交互にそれぞれの光源の画像をつなぎあわせることによって、図 21に示すような下部の光源 151による画像 1701と上部の光源 161による画像 1702を得る。両者とも指紋 1704および第一関節 1705と第二関節 1706間の紋様 1707が存在するが、上部からの光源 161による画像には更に血管像 1708を含む。これらを交互に切り替えた 2つの画像 1701、 1702の差分を求めることによって、血管像 1709のみの画像 1703を得ることができる。この差分を求める処理は、マイクロプロセッサ部 8によって行われる。図 22にその処理例を示す。

[0055] まず、光源 151のみ点灯させた状態でイメージセンサ 5の 1フレーム分の部分画像を読み取り、図示しない第 1メモリに書き込む (ステップ S201、 S202)。次に、光源 1 61のみ点灯させた状態でイメージセンサ 5の 1フレーム分の部分画像を読み取り、図示しない第 2メモリに書き込む (ステップ S203、 S204)。次に、再び光源 151のみ点灯させた状態でイメージセンサ 5の 1フレーム分の部分画像を読み取って第 1メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインとライン単位で比較し (ステップ S205、 S2 06)、今回読み取ったラインの中で第 1メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインと差のあるラインがある場合、差のあるライン以降のラインを第 1メモリの最上位ライン側に追加する (ステップ S207、 S208)。次に、光源 161のみ点灯させた状態でイメージセンサ 5の 1フレーム分の部分画像を読み取って第 2メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインとライン単位で比較し (ステップ S209、 S210)、今回読み取ったラインの中で第 2メモリに記憶された画像の最上位ライン側のラインと差のあるラインがある場合、差のあるライン以降のラインを第 2メモリの最上位ライン側に追加する（ステップ S211、 S212)。以上のステップ S205〜S212の処理を指 1本分の画像データが取得されるまで繰り返し行う（ステップ S213)。これにより、第 1メモリには図 21の画像 1701が、第 2メモリには図 17の画像 1702が記憶される。最後に、第 2メモリに記憶された画像力ゝら第 1メモリに記憶された画像を減算し、図 21の画像 1703 を生成する（ステップ S214)。

[0056] このように本実施例によれば、指 4を第二関節 1706から指先まで指走行ガイド 3上を滑らせることによって、指先の指紋 1704と同時に一度の動作で第一関節と第二関節間の皮膚紋様 1707と血管像 1709を読取ることが可能になる。残念ながら指を圧迫することによって血管像が薄くなり、あるいは変化するため、個人認証の情報としては精度が不十分であるが、指紋等の皮膚紋様による個人認証の補間データとして、あるいは偽指の判定に使用できるため、全ての画像によって指先の指紋単独よりも高精度に個人認証が可能になるという効果がある。

[0057] [第 7実施例]

本発明の第 7実施例に力かる生体特徴入力装置は、マイクロプロセッサ部 8における部分画像のつなぎ合わせ処理後に画像の歪みを補正する処理を実行するようにした点で第 1実施例に力かる生体特徴入力装置と相違し、その他の点は第 1実施例と同じである。従って、本実施例の構成は図 1と同じである。

[0058] 本実施例にお!、ては、マイクロプロセッサ部 8は、部分画像をつなぎ合わせて!/、く処理と、画像の歪み補正を行う処理とをその順に実施する。部分画像をつなぎあわせていく処理は、第 1実施例と同様である。この場合、指の横方向の画像はイメージセンサ 5のセンサピッチで一意に歪みのな、画像が得られるが、縦方向は相関関係を見ながらつなげて行っても指 4の移動速度によって歪んでしまう。指紋などの認証方式のうち、隆線の分岐点や端点の相関関係を見る方式は比較的歪みに強いが、それでも認証精度を高めるためには、補正されていることが望ましい。そこで本実施例では、指紋においては横方向と縦方向に隆線の成分があり隆線の間隔は個人でほぼ一定であることを利用し、縦横の隆線の周波数成分の違いから縦の歪みを予測し、以下のように補正する。

[0059] 図 23Aと 23Bにおいて、もとの指の紋様画像 1201の横方向の隆線の周波数成分 1202を fl、縦方向の隆線の周波数成分 1203を f2、補正前の隆線上の画素の縦座標を Yとすれば、補正後の隆線上の画素の縦座標 Y'は、次式で与えられる。

Y，=YX (f2/fl) - -- (l)

[0060] 図 23Aは指をゆっくり引いて縦に伸びた画像の場合である力早く引きすぎて短くなった場合でも部分的に欠損はする力欠損度によって限度はあるものの近似画像が得られる。図 23Aと 23Bは指紋の形態のうちの渦状紋を示し、図 24Aと 24Bは蹄状紋を示す。統計的にこの 2つの紋様が人間の場合に多く含まれる。稀に図 25のような弓状紋があり、この弓状紋の場合、横方向の隆線の周波数成分が大きく異なるため、前述した方法は適用できない。しかし、弓状紋は統計的に少ない（日本人で 1% 以下と言われる）ため、大部分の紋様画像を上記の補正方式で補正することが可能である。

[0061] 図 26にマイクロプロセッサ部 8で実施される画像処理の流れを示す。ステップ S301 〜S 305は部分画像をつなぎ合わせて!/、く処理を示し、図 5のステップ S 101〜S 10 5と同じである。ステップ S306〜S308は画像の歪みを補正する処理の手順を示す。画像の歪みを補正する処理においては、まず、第 1メモリに記憶された画像に対してエッジ強調、スケルトン処理等の画像処理を行って隆線を抽出する (ステップ S306) 。次に、画像の横と縦の隆線数を求め、それぞれ横と縦の画素数で割ることにより、横方向の隆線の周波数成分 fl、縦方向の隆線の周波数成分 f2を求める (ステップ S 307)。次に、隆線の形状から指紋紋様の形態を判断し、図 23Aと 23Bおよび図 24 Aと 245Bに示した渦状紋および蹄状紋であれば、前述した式（1)を用いて隆線上の画素の縦座標を補正し、画像を縦方向に伸縮する (ステップ S308)。

[0062] このように本実施例によれば、第 1実施例と同様の効果が得られると共に、歪みの少ない紋様画像を得ることができる。その理由は、部分画像をつなげて再構成した画像における横および縦方向の隆線の周波数成分の違いに基づいて、画像の縦方向の歪みを予測し補正する力である。

[0063] 以上、本発明を幾つかの実施例を挙げて説明した力本発明は以上の実施例にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可能である。例えば、第 3〜第 7実施例に第 2実施例における光源 151を設けた実施例、第 1、第 3、第 5〜第 7実施例に第 4実施例におけるバンドパスフィルタ 1801と自動利得制御回路 1802を設けた実施例など、前記実施例を適宜組み合わせた実施例も考えられる。

[0064] 以上のように、本発明に力かる生体特徴入力装置は、指の指紋等の紋様や血管像を安定に読み取る小型で廉価な読取装置として有用であり、特に指の湿潤や乾燥、皮膚炎等による皮膚の剥け等の悪条件化でも生体特徴を入力できる装置として適している。

[0065] 本発明によれば、指の指紋などの生体特徴をイメージセンサによって安定して入力することができる。 2次元のイメージセンサでは曲率のある指に対して一定の距離で非接触状態を保って安定して指紋画像を得るのは困難であるが、本発明は 1次元または準 1次元のイメージセンサを使用しており、且つ、指と 1次元または準 1次元のィメージセンサとが互いにスライドする相対運動中に指とイメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離が保たれるようにする指走行ガイドを備えてヽる。

[0066] また、指の湿潤や乾燥、皮膚炎等による皮膚の剥け等の悪条件化でも生体特徴を入力できる。 1次元ないし準 1次元のイメージセンサ上に近接配置された指とイメージセンサとの相対運動によって指とイメージセンサを画像が直接読取れる適切な距離と非接触状態を保ちながら指内部の構造を反映した指の画像を読取ることができる。更にこの効果を実際の画像例を使って説明する。図 13は、従来の接触を前提とした方式のうち全反射臨界角を利用した方式の画像であり、画像のほぼ中央部にある皮膚の剥けた部分で画像が欠損している。図 12は、本発明の実施例による同じ指の同じ部位の画像例である。同じ皮剥けの部位においてコントラストが得られている。図 1 7は、更に本発明の別の実施例の同じ部位の画像例であり、この画像においても皮剥けの部位に関して明暗は反転しているものの画像が欠損することなく得られている

[0067] また、小型で低価格な生体特徴を入力できる装置を提供できる。 1次元な!/ヽし準 1 次元のイメージセンサ上に近接配置された指とイメージセンサとの相対運動によって指とイメージセンサを画像が直接読取れる適切な距離と非接触状態を保ちながら読取った指内部の構造を反映した指の画像をつなぎ合わせる方式を採用することによつて、イメージセンサ等の部品が小型になり低価格のものが採用できる。

[0068] また、従来の指紋のみによる生体特徴入力装置よりも高精度な生体特徴入力装置を提供できる。指を動かすことによって指先の指紋だけでなく指の第一関節と第二関節の間の紋様と血管像を入力してより多くの生体特徴を同時に読取ることができる。

[0069] 以上、本発明の実施例を詳細に説明したが、請求の範囲の記載や本発明の精神から離れることなぐ種々の変更、変形、改変が行われてもよいことは当業者には明らかであろう。また、審査手続の間に請求項の補正がなされたとしても、クレームされた発明の全ての均等物を含み続けることが発明者の意図である。

Claims

請求の範囲

[1] 1次元または準 1次元のイメージセンサと、

指と前記イメージセンサとが互いに相対的にスライドときに前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離を保つ指走行ガイドと、

前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による画像を前記相対的スライド中に前記イメージセンサによって撮像された 1次元または準 1次元の部分画像をつなぎ合わる画像処理部と

を備える生体特徴入力装置。

[2] 1次元または準 1次元のイメージセンサと、

指と前記イメージセンサとの相対的なスライド運動中に前記指と前記イメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離を保つ指走行ガイドと、

前記指の背部に血管像用の光を照射する上部光源と、

前記指の内部で散乱して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第 1画像と前記上部光源から照射された光が指内を通過して前記指の皮膚表面から放射される放射光による第 2画像とを前記相対運動中に前記イメージセンサによって交互に撮像された 1次元または準 1次元の部分画像を第 1画像毎および第 2画像毎につなぎ合わせ、且つ、再構成した第 1画像と第 2画像の差分である血管像を抽出する画像処理部と

を備える生体特徴入力装置。

[3] 前記指走行ガイドは、前記イメージセンサの前記有効画素部の直上に間隙を有する請求項 1または 2記載の生体特徴入力装置。

[4] 前記間隙の高さが 10 m以上、 200 m以下、前記相対運動方向に平行な幅が前記イメージセンサの副走査方向の有効画素長以上、 2. Omm以下である請求項 3 記載の生体特徴入力装置。

[5] 前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されている請求項 4記載の生体特徴入力装置。

[6] 前記指走行ガイドの少なくとも前記イメージセンサの前記有効画素部の直上部分が光透過性を有する固体で構成されている請求項 1または 2記載の生体特徴入力装置。

[7] 前記固体の高さが 10 μ m以上、 200 μ m以下である請求項 6記載の生体特徴入力装置。

[8] 前記固体の屈折率が、 1. 1より大きい請求項 5、 6または 7記載の生体特徴入力装置。

[9] 前記固体の屈折率が、 1. 1より大きぐ 1. 4より小さい請求項 5、 6または 7記載の生体特徴入力装置。

[10] 前記固体の屈折率が、 2. 0より大きい請求項 5、 6または 7記載の生体特徴入力装置。

[11] 前記固体の屈折率が、 2. 0より大きぐ 5. 0より小さい請求項 5、 6または 7記載の生体特徴入力装置。

[12] 前記イメージセンサによる読取対象部位の近傍より前記指の腹部に光を照射することにより、指内部に散乱光を発生させる下部光源を備える請求項 1、 2、 3、 5または 6記載の生体特徴入力装置。

[13] 前記イメージセンサの出力画像信号力も指紋ピッチの画像成分を抽出するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力を増幅する自動利得制御回路とを備える請求項 1、 2、 3、 5または 6記載の生体特徴入力装置。

[14] 前記画像処理部は、つなぎ合わせた画像の歪みを指紋部分の周波数解析によつて修正する補正部を含む請求項 1、 2、 3、 5または 6記載の生体特徴入力装置。

[15] 1次元または準 1次元のイメージセンサと、

前記イメージセンサの有効画素部の直上に、高さが 10 m以上、 200 m以下、短辺の幅が前記イメージセンサの副走査方向の有効画素長以上、 2. Omm以下である間隙を有し、指と前記イメージセンサとの相対的スライド運動中に前記指と前記ィメージセンサの有効画素部とが接触せずにほぼ一定の距離を保つ指走行ガイドとを備えた電子機器。

[16] 前記間隙に、光透過性を有する固体が挿入されている請求項 15記載の電子機器