CN101056578A - 生物体特征输入装置 - Google Patents

Abstract

提供一种生物体特征输入装置，其具有一维或准一维的图像传感器。在手指和所述图像传感器彼此相对滑动时，手指移动向导使所述手指和所述图像传感器的有效像素部不接触地保持几乎一定的距离。图像处理部连接在所述相对滑动中由所述图像传感器拍摄在所述手指的内部散射并且从所述手指的皮肤表面放射的放射光的图像而取得的一维或准一维的局部图像。

Description

生物体特征输入装置

技术领域

本发明涉及输入用于认证个人的生物体特征的装置。

背景技术

近年，伴随着信息化的发达，个人信息的泄漏或网络上的交易时他人的冒充正在问题化。为了防止它，开发输入个人固有的生物体特征，认证个人的装置。此外，象移动电话代表的那样，处理信息的装置的小型化和低价格化进展，输入生物体特征的装置也要求小型化和低价格化。如果也考虑基于生物体的个人认证利用到重要的信用卡等的结账中的应用事例，为了可靠并且在任何情况下都能认证本人，生物体特征输入装置的高精度化的必要性提高。

以往，这种用于认证个人的生物体特征输入装置以读取指尖的皮肤花纹即指纹的装置为代表。指纹从来就具有没有相同的、每个人不同、终生不变的特性，特别是在警察或司法领域中研究，在高精度的个人认证中利用。

例如，象专利第3045629号公报或美国专利第6381347那样，利用光纤视板或棱镜的全反射临界角的方式作为指纹输入装置广泛使用。参照图1，说明利用棱镜的全反射临界角的以往的指纹输入装置。放大皮肤的花纹，描绘手指的皮肤104。透镜106和二维图像传感器107对于棱镜105的棱镜面109，配置在正交方向。来自与棱镜不接触的手指的部分的光101从折射率1.0的空气向折射率1.4以上的棱镜面108入射，大幅度折射，由棱镜面109全反射，或者不到达棱镜面109，不到达二维图像传感器107。而皮肤和皮肤表面的油脂或者水分的折射率接近棱镜玻璃，所以皮肤接触的部分的光102在棱镜面108的折射角减小，在棱镜面109不达到全反射角，对透镜106入射，由透镜106成像，到达二维图像传感器107。根据手指的指纹等皮肤的凹凸花纹与棱镜接触或不接触，取得指纹图像。可是，该以往的指纹输入装置使用高价、大光学零件，成为装置的小型化和低价格化的障碍。

为了实现指纹输入装置的小型化，在特开平10-91769号公报和特开2001-155137号公报中提出使用应用压力、温度、静电电容的准一维传感器，连接移动手指而取得的手指的指纹的局部图像，再构成指纹图像的技术。使用一维传感器，使读取对象移动，再构成图像的技术在传真机和复印机中是已知的，但是用于取得移动手指的方向的速度的特别机构是必要的。为了省略这样的特别的机构，在特开平10-911769号公报中提出的技术中，根据准一维的数行的图像的类似性，再构成图像。

参照图2A和2B，说明该方式的指纹的图像再构成例。作为手指301的图像，通过移动手指，从I1取得In的局部图像。从这些局部图像除去类似部，取得再构成的指纹图像302。可是，在该方法中，如图3A和3B所示，在手指对于传感器的摄像速度，缓慢移动时，在相邻的局部图像之间重叠增大，类似性的判断变得困难。此外，取得的指纹图像303在纵向迟缓、变形。相反，若由摄像速度而手指很快滑动，则如图4A及4B所示，从局部图像I1产生在In之间缺陷的图像，如指纹图像304那样在纵向收缩变形。由此，该以往例除了所述课题，具有在由于皮炎等而皮肤局部脱落时，难以进行指纹认证即基于生物体特征的认证的问题。

在这样的状况中，在特开2003-85538号公报中提出非接触的指纹检测装置。根据非接触方式，即使在所述以接触为前提的方式中，皮肤脱落的部分的接触困难，读取困难的手指，如果保存着成为皮肤花纹的由来的皮肤内部构造的步伐，就能取得其图像。此外，因为是非接触，所以难以受到湿润或干燥等皮肤表面的状态变化的影响。在以往例中，对手指入射的光在手指内部散射，反映皮肤的内部构造地从手指放射出放射光。在这样取得的指纹图像中，指纹的凹部成为明亮区，凸部成为暗区，取得与指纹相同形状的浓淡图像。在以往例中，不受表皮的湿润干燥左右，表皮角质层由于皮炎等而脱落时，如果保存着成为指纹等表皮花纹的根源的真皮的构造，就能取得指纹图像。可是，特开2003-85538号公报中表示的指纹检测装置时，如果在手指和成像系统之间不设置空间，成为非接触，就无法取得目的的图像。此外，因为对焦的必要性，所以手指的固定框是必要的，妨碍操作性和装置的小型化。此外，成像光学系统是必要的，装置进一步大型化。此外，手指和成像系统分离，在手指的内部构造中，即使从皮肤表面射出的光量变化，在皮肤表面也散射，由于推测为成像系统的距离引起的扩散导致的不良影响的现象，实际上，具有在皮肤脱落的部分无法取得对比度良好的指纹图像的问题。

因此，开发利用光和电场、压力和静电电容和温度等物理量的绝对值和变化量的各种读取装置。例如，由本申请的发明者在专利第3150126号中提出接近手指，设置二维图像传感器，把来自手指的散射放射光通过由玻璃等构成的透明保护盖，由二维图像传感器摄像，取得指纹的凹部成为暗区、凸部成为明亮区的指纹图像。在该以往例中，与利用压力、温度、静电电容、全反射临界角的传感器相比，难以受到手指的湿润或干燥或干扰光等外部环境的影响，实现装置的小型化和低价格化。可是，大型的二维图像传感器是必要的，虽然废除透镜等光学系统，但是成为装置进一步的小型化和低价格化的障碍。此外，如由本申请的发明者提出的特开2003-006627号公报所述，通过最佳地选择透明保护盖的折射率，能取得对比度高的图像。

此外，根据与本发明者的提案有关的特开2003-006627号公报，知道基于来自手指的散射放射光的指纹像大幅度依存于皮肤和传感器保护膜的界面状态。而读取来自手指的散射放射光的技术把光入射到手指内部，所以反映手指内部的构造。因此，基于本申请的发明者的专利第315026号的指纹输入装置实现废弃光学成像系统程度的小型的指纹检测装置，并且作为皮肤脱落的非接触部分的现象，取得在特开2003-85538号公报中指出的反映手指的内部构造的图像。可是，如特开2003-006627号公报所述，如果与透明盖挨着的指纹的凸部所对应的明亮区和不挨着的凹部所对应的暗区的对比度增大地选定在指纹和与它接近配置的二维图像传感器之间存在的透明盖的折射率，则界面的反射和折射的影响增强，反映皮肤构造的成分减少，所以存在难以取得反映本来出现在皮肤脱落的部分的皮肤构造的指纹像的对比度的问题。该问题在不能广泛取得动态范围时特别显著。如果保持非接触状态，界面的影响消失，但是在二维图像传感器，无法对具有曲率的手指以一定的距离保持非接触状态，难以取得稳定的指纹图像。

而作为手指中存在的生物体特征的输入装置，在指纹以外，认证手指的第一关节以下的指根一侧的血管的图案的技术近年正在实用化。它是利用基于血液的近红外线的吸收，读取静脉等粗的血管图案，是1980年代盛行研究的光CT(计算机X射线断层造影术)即通过对人体危害少的光，进行人体的计算机断层造影的技术的应用。从手指的上部照射近红外线，通过手指内，由于血管内丰富存在的血液的近红外线的吸收，从相反一侧的指肚射出的光变暗，从而取得血管像。例如，特开20001-155137号公报所示，如果能与指纹的花纹同时读取，就成为与指纹信息的补全或者是否生物体的有力的信息源，作为伪指的判断方法，也是有效的。

可是，血管的图案的有效信息量一般比多样的指纹少，此外，根据营养状态、血栓或血压等障碍而变化。与作为每人不同、终生不变，警察和司法领域在主体中完成研究的指纹相比，其精度是未确认的，作为今后的研究课题残留。此外，与非接触的指纹检测装置的提案(特开2003-85538号公报)同样，在手指和成像光学系统之间，空间是必要的，因为对焦的必要性，所以手指的固定框也是必要的，成为操作性和装置的小型化的阻碍。此外，在指尖的指纹部分只存在毛细血管，毛细血管用所述方式无法读取图案。能读取的静脉血管是第一关节以下的指根一侧，所以必须与第一关节以上的指尖部分同时用缩小光学系统读取，所以存在装置进一步大型化的问题。

与所述说明关联，在特开平5-168610号公报中描述指纹检测方法。该以往例的指纹检测方法是从光源对包含潜在指纹的检测体照射光，计算处理取得的指纹像，检测指纹的光学指纹检测方法。预先测定检测体的表面温度，作为热图像信息存储，接着，对检测体投射一定时间根据指纹成分中包含的水分或有机物质的量，吸收特性变化的区域的波长的光后，切断投射光。测定这时的检测体表面的温度，作为热图像信息取得。把预先测定存储的投射光照射前的热图像信息、照射投射光之后的热图像信息变换为电信号，计算二维温度分布的差，显示计算取得的图像，确定指纹隆线的所在。

此外，在特开平10-143663号公报中描述指纹信息处理装置。该以往例的指纹信息处理装置具有局部地以光学检测对象者的指纹的指纹图像检测部。相对位置检测部检测由指纹图像检测部检测的多个局部指纹图像的相对位置。图像合成部根据由相对位置检测部检测的相对位置信息，修正多个局部指纹图像相互间的位置偏移，合成，形成合成指纹图像。存储部把合成指纹图像的数据作为个人识别信息用的登记指纹图像登记。

此外，在特开2002-49913号公报中描述指纹认证装置。在该以往例的指纹认证装置中，光学图像传感器2的光传感器区具有把来自手指内部的散射光变换为图像信号的有效图像区、与光不反应的黑基准区。黑基准区可以用热传导性膜与成为光学图像传感器的母体的硅衬底连接，通过在覆盖光传感器区的二氧化硅上设置光学遮光膜，形成。黑基准区读出部读出手指安放到光学图像传感器前后的光学图像传感器的光电二极管的暗电流，暗电流比较部比较两电流信号。指纹比对部如果在图像信号中检测到给定值以上的差，就取入有效图像区的图像信号，比对指纹数据库。指纹判定部只在图像信号的比较结果为给定值以上的差，并且指纹数据库的比对结果为特征一致时，判定手指为真的。

发明内容

本发明的目的在于，提供能使用一维或准一维的图像传感器，稳定地输入手指的指纹等生物体特征的小型、廉价的生物体特征输入装置。

本发明的其他目的在于，提供能与手指表面的指纹同时输入手指的血管像的小型、廉价的生物体特征输入装置。

本发明的其他目的在于，提供使用一维或准一维的图像传感器，稳定地输入手指的指纹等生物体特征的具有手指移动向导的电子仪器。

在本发明的观点中，生物体特征输入装置具有：一维或准一维的图像传感器；在手指和所述图像传感器相互滑动的相对运动中，所述手指和所述图像传感器的有效像素部不接触，几乎保持一定的距离的手指移动向导；把在所述手指的内部散射，从所述手指的皮肤表面放射的放射光的图像在所述相对运动中由所述图像传感器摄像，连接取得的一维或准一维的局部图像的图像处理部件。

在本发明的其他观点中，生物体特征输入装置具有：一维或准一维的图像传感器；在手指和所述图像传感器相互滑动的相对运动中，所述手指和所述图像传感器的有效像素部不接触，几乎保持一定的距离的手指移动向导；对所述手指的背部照射血管像用的光的上部光源；把在所述手指的内部散射并且从所述手指的皮肤表面放射的放射光的第一图像和从所述上部光源照射的光通过手指内并且从所述手指的皮肤表面放射的放射光的第二图像在所述相对运动中由所述图像传感器摄像，把取得的一维或准一维的局部图像按各第一图像和第二图像连接，并且抽出再构成的第一图像和第二图像的差分即血管像的图像处理部件。

在所述生物体特征输入装置中，所述手指移动向导在所述图像传感器的所述有效像素部的正上方具有间隙。所述间隙的高度为10μm以上，200μm以下，与所述相对运动方向平行的宽度为所述图像传感器的副扫描方向的有效像素长度以上，2.0mm以下。此外，在所述间隙插入具有光透过性的固体。

此外，所述手指移动向导的至少所述图像传感器的所述有效像素部的正上方部分由具有光透过性的固体构成。所述固体的高度为10μm以上，200μm以下。此外，所述固体的折射率比1.1大。所述固体的折射率更希望比1.1大，小于1.4。此外，所述固体的折射率比2.0大。所述固体的折射率更希望比2.0大，小于5.0。

所述生物体特征输入装置还具有：通过从基于所述图像传感器的读取对象部位的附近对所述指肚照射光，使手指内部产生散射光的下部光源。

此外，所述生物体特征输入装置还具有：从所述图像传感器的输出图像信号抽出指纹间隔的图像成分的带通滤波器；把该带通滤波器的输出放大的自动增益控制电路。

此外，所述生物体特征输入装置中，所述图像处理部件具有：通过指纹部分的频率分析，修正连接的图像的变形的修正部件。

本发明的第一电子仪器包括：在一维或准一维的图像传感器的有效像素部的正上方，具有高度10μm以上，200μm以下，短边宽度为所述图像传感器的副扫描方向的有效像素长度以上，2.0mm以下的间隙，并且在手指和所述图像传感器相互滑动的相对运动中，所述手指和所述图像传感器的有效像素部不接触，几乎保持一定的距离的手指移动向导。

在发明的电子仪器中，在所述间隙插入具有光透过性的固体。

在本发明中，手指和一维或准一维的图像传感器相互滑动的相对运动中，由手指移动向导防止手指和图像传感器的有效像素部的接触的同时，两者的距离几乎保持一定，所有能防止手指和有效像素部的距离过远，图像模糊，或者距离变动，图像变形，在所述相对运动中能由所述图像传感器稳定拍摄在手指内部散射并且从手指的皮肤表面放射的放射光，能提高通过把摄像的一维或准一维的局部图像连接而生成的手指全体的图像精度。

附图说明

下面简要说明附图。

图1是说明以往的以接触为前提的光学棱镜方式的原理的图。

图2A和2B是说明以往的图像再构成方式的图。

图3A和3B是说明在以往的图像再构成中，缓慢移动手指时的问题的图。

图4A和4B是说明在以往的图像再构成中，快速移动手指时的问题的图。

图5A和5B是本发明实施例1的生物体特征输入装置的俯视图和横剖视图。

图6是说明把手指按在本发明实施例1的生物体特征输入装置的手指移动向导的间隙中的状态的图。

图7是说明沿着本发明实施例1的生物体特征输入装置的手指移动向导使手指移动的状态的图。

图8是说明三手指的皮肤的内部构造的图。

图9是表示基于本发明实施例1的生物体特征输入装置的微处理器部的处理例的程序流程图。

图10A和图10B是本发明实施例2的生物体特征输入装置的俯视图和横剖视图。

图11是说明本发明实施例2的生物体特征输入装置的光源的作用的图。

图12是表示用本发明实施例2的生物体特征输入装置读取的指纹图像例的图。

图13是表示用以往的利用全反射临界角的指纹输入装置输入的指纹图像例的图。

图14是本发明实施例3的生物体特征输入装置的横剖视图。

图15A和15B是本发明实施例3的生物体特征输入装置的作用的说明图。

图16是表示在二维图像传感器和手指之间存在的透明固体膜的折射率和对比度的关系的曲线图。

图17是表示用本发明实施例3的生物体特征输入装置读取的指纹图像例的图。

图18是本发明实施例4的生物体特征输入装置的横剖视图。

图19是本发明实施例5的生物体特征输入装置的横剖视图。

图20是本发明实施例6的生物体特征输入装置的横剖视图。

图21是说明由本发明实施例6的生物体特征输入装置与指纹图像同时读取血管像的原理的图。

图22是表示基于本发明实施例6的生物体特征输入装置的微处理器部的处理例的程序流程图。

图23A和23B是说明在本发明实施例6的生物体特征输入装置中，对于涡状指纹的图像修正方法的图。

图24A和24B是说明在本发明实施例6的生物体特征输入装置中，对于蹄状指纹的图像修正方法的图。

图25是说明弓状指纹的图。

图26是表示基于本发明实施例7的生物体特征输入装置的微处理器部的处理例的程序流程图。

具体实施方式

下面，参照附图，详细说明本发明的生物体特征输入装置。

[实施例1]

图5A和5B是表示本发明实施例1的生物体特征输入装置的图。参照图5A和5B，实施例1的生物体特征输入装置具有：一维或准一维的图像传感器5、安装为位于图像传感器5的有效像素部1的正上方的手指移动向导3、把图像传感器5的模拟输出信号变换为数字信号的A/D转换部7、执行图像传感器5的摄像定时的控制和对从A/D转换部7输出的数字信号的图像处理的微处理器部8。

一维的图像传感器5是1行的图像传感器，准一维的图像传感器5是2行到20行左右的长方形的图像传感器。为了能在手指的生物体特征中读取指纹，如果考虑指纹的隆线间隔在成人时为0.2mm到0.5mm左右，妇女和儿童时为0.1mm左右，传感器(光敏元件)的间隔希望为20～50μm左右。考虑手指的宽度和圆的程度，如果横向宽度15mm左右为接触有效部分，例如以29.6μm间隔把1行512点的传感器排列12行，作为准一维的图像传感器，就取得横向15.15mm、纵向0.35mm的长方形的图像。图像传感器5能由CMOS、TFT技术制造，其密度和尺寸根据现状的集成电路技术足以生产，并且如果也一并考虑在摄影机中实用化的图像传感器为10μm以下，就能取得充分的灵敏度。

手指移动向导3设置在手指4和图像传感器5之间，从而在手指4和图像传感器5相互滑动的指纹采集时的相对运动中手指4和图像传感器5的有效像素部1不接触，几乎保持一定的距离。本实施例时，手指移动向导3由不透明的材料构成，安装在生物体特征输入装置专用的不图示的筐体中，或者安装在移动电话和个人电脑等电子仪器的筐体中，构成这样的电子仪器的筐体的一部分。此外，设置在本实施例的手指移动向导3的间隙的形状从正上方观察为矩形，长边尺寸至少具有有效像素部1的长边(主扫描方向)以上的尺寸，从而光充分向图像传感器5的有效像素部1入射，短边尺寸至少是有效像素部1的短边(副扫描方向)以上的尺寸，从而光同样充分向有效像素部1入射。间隙2如果过大，在指纹采集时，手指4的皮肤直接接触有效像素部1，所以为2.0mm以下，希望是1.0mm以下的短边尺寸。此外，间隙2的高度(深度)方向的尺寸如果过小，在指纹采集时，手指4的皮肤直接接触有效像素部1，如果过大，手指4的皮肤和有效像素部1的距离过分分离，图像的模糊严重，所以成为10μm～200μm，希望是20μm～80μm的尺寸。

A/D转换部7把图像传感器5的模拟输出信号变换为数字信号，向微处理器部8输出，微处理器部8输入A/D转换部7的数字信号，执行适当的图像处理。

使用本实施例的生物体特征输入装置，读取手指4的指纹时，把手指4的第一关节贴到手指移动向导3的间隙2附近，用手指4的腹部描画间隙2那样手指4在图5B的箭头6方向移动。在手指4的皮肤中具有弹性，所以如图6所示，如果把手指4按在箭头601方向，则即使是手指4接触图像传感器5的有效像素部1的高度和宽度的间隙2，如果如上所述，用手指4的腹部轻轻描画间隙2，与如图7所示移动的方向602相反方向的力603就作用在手指4的皮肤表面，手指4不接触有效像素部1，在手指4的移动中，手指4的皮肤和有效像素部1的距离总保持一定。

在手指4的移动中，基于在手指4的内部散射并且从手指4的皮肤表面放射的放射光的图像由图像传感器5摄像。这里，在手指4的内部散射并且从手指4的皮肤表面放射的光按照图8所示的手指的内部构造，形成阴影。在表皮1004的手指内部一侧的组织具有真皮1005，在指纹的凸部即隆线1002之下具有乳头腺组织1003。包含乳头腺的真皮1005与表皮部1004相比，包含更多水分和油分，在折射率上产生差。因此，认为由于在指纹隆线部突出的乳头腺，隆线1002比指纹的凹部即谷部1001放射的光少。因此，排列在图像传感器5的有效像素部1的传感器(光敏元件)中，在摄像的定时接近隆线1002的传感器与接近谷部1001的传感器相比，入射的放射光少，取得谷部1001成为明亮区、隆线1002成为暗区的局部图像。

与在各适当的定时取得的一维或准一维的的局部图像有关的模拟信号由A/D转换部7变换为数字信号，对微处理器部8输入。微处理器部8通过依次连接输入的局部图像彼此间，再构成手指4全体的皮肤的花纹图像。由微处理器部8实施的局部图像的连接处理基本上与图2A中说明的方法同样，判断局部图像彼此间的类似性，实施。图9表示该处理的一个例子。

首先，读取图像传感器5的1帧的局部图像，对未图示的第一存储器的底部写入(步骤S101)。这里，1帧的局部图像在图像传感器5是由数行构成的准一维图像传感器时，意味着由全部行取得的图像。接着，再读取图像传感器5的1帧的局部图像，与第一存储器中存储的局部图像从最上级行以行单位比较(步骤S102)。这次读取的局部图像的行中存在与第一存储器中存储的局部图像的行有差的行时，把有差的行以上的图像部分追加存储到第一存储器中存储的局部图像的最上级行之上。例如，图像传感器5由12行构成，这次读取的12行中，最后的3行与第一存储器中存储的局部图像的最上级行一侧的3行相同，从最后开始第4行到开始行不同时，从开始行到第9行的局部图像追加到第一存储器的最上级行之上。重复进行以上的步骤S102～S104的处理，直到取得1个手指的图像数据(步骤S105)。

根据本实施例，使用一维或准一维的的图像传感器5，并且不使用多余的光学零件，不受手指4的湿润或干燥的影响，能稳定读取直接反映手指4的内部构造的皮肤的花纹图像，此外能使装置单纯并且小型化。理由是因为作为图像传感器5，使用小型廉价的一维或准一维图像传感器，并且具有在手指4和图像传感器5相互滑动的相对运动中使手指4和图像传感器5的有效像素部1不接触，几乎保持一定的距离的手指移动向导3，在手指4的内部散射并且从手指4的皮肤表面放射的放射光的图像在所述相对运动中由图像传感器5直接摄像，通过微处理器部8的图像处理把取得的一维或准一维的局部图像连接，再构成手指的花纹图像。

此外，即使在认为如果使用特开2003-85538号公报那样的缩小光学系统，就由于在皮肤的表面扩散，由透镜或光路扩散的现象，而无法取得良好的对比度的皮肤脱落部分，根据本实施例，能取得反映手指内部的构造的对比度良好的花纹。认为这是因为在本实施例中，在接近手指4的距离，光从手指直接对图像传感器5入射，所以皮肤的表面扩散，混合的成分减少。

[实施例2]

如果参照图10A和10B，则本发明实施例2的生物体特征输入装置与图5A和5B所示的实施例1的生物体特征输入装置的不同点在于，在手指移动向导3上配置多个光源151，此外与实施例1相同。

光源151在手指移动向导3的间隙2的附近沿着其长边排列为一列，在指纹采集时，从其腹部一侧(手指移动向导3一侧)对在手指移动向导3上在箭头6所示的方向移动的手指4照明，使手指内部产生散射光。之所以把间隙2为中心，在移动手指4一侧排列光源151是因为在指尖到达间隙2的附近的状态下，也能充分在指尖内部产生散射光。

在手指内部散射并且从皮肤表面放射的光只用周围光就能读取皮肤花纹的图案，但是在与手指移动的方向，如果与一维或准一维图像传感器5平行地接近配置光源151，来自光源151的光在手指内部散射，光源方向的光成分强烈射出。参照图11说明该样子。

如果参照图11，则认为强度偏向光源方向的散射光中，由箭头1011表示的通过隆线1002附近的散射光通过表皮1004的距离变长，变暗。相反，认为由箭头1102表示的通过指纹谷部1001附近的光通过表皮1004的距离变短，变明亮。因此，根据距离的差，对比度增加。虽然实际的详细的机构不详，但是把实验的结果作为图像例在图12中表示。此外，作为参考，图13中表示用以往的以接触为前提的方式中利用全反射临界角的方式读取相同手指的相同部位的图像。

在图12中，在图的下侧有光源，是手指移动的方向。更有距离的指纹隆线部变暗，谷部的跟前一侧变明亮。指纹隆线部的光源一侧变得更暗，对比度上升。认为该部分是乳头腺组织1003的手指的皮肤内部的散射光的衰减效果重叠。此外，在图13的图像中央部存在花纹欠缺的地方，但是它与皮肤的脱落部分对应。相同的部位在图11中出现花纹，以往欠缺的脱落部分的图像也以高对比度取得。

须指出的是，在本实施例中，在从间隙2移动手指4的一侧配置光源151，但是也可以在从间隙2相反一侧配置光源151，此外，也可以在间隙2的两侧的附近排列光源151。

[实施例3]

如果参照图14，则本发明实施例3的生物体特征输入装置与图1所示的实施例1的生物体特征输入装置的不同点在于，在手指移动向导3的间隙2插入由具有光透过性的固体制作的保护盖801，此外与实施例1相同。

保护盖801的下表面几乎与图像传感器5的有效像素部1挨着，其上表面与手指移动向导3的上表面几乎成为同一面。因此，为了读取手指4的指纹，手指4的第一关节贴到嵌入的间隙2中的保护盖801附近，用手指4的腹部描画保护盖801地移动手指4时，手指4的皮肤的一部分总挨着保护盖。因此，在手指内散射并且从手指的皮肤表面放射的光中从与保护盖接触的指纹隆线部放射的光如图15A的符号1111所示，直接对保护盖801入射，在保护盖801内传播，到达图像传感器5的有效像素部1。此外，从与保护盖801不接触的指纹谷部放射的光如符号1112所示，入射到空气层，在空气层传播后，入射到保护盖801，然后与从指纹隆线部放射的光同样在保护盖801内传播，到达图像传感器5的有效像素部1。

而图15所示的没有保护盖801的实施例1时，在手指内散射并且从手指的皮肤表面放射的光与指纹隆线部以及指纹谷部无关，如图15B的符号1111和1112所示，入射到空气层，在空气层传播后，到达有效像素部1。结果，如实施例1所述，隆线部作为暗区，谷部作为明亮区，由图像传感器5检测。而图15A所示的保护盖801存在时，保护盖801的折射率接近与空气相同的值“1”，变为与不存在保护盖801的图15B等价，所以隆线部作为暗区，谷部作为明亮区，由图像传感器5检测，但是保护盖801的折射率的值如果增大，隆线部作为明亮区，谷部作为暗区，由图像传感器5检测。推测为这是因为如果保护盖801的折射率增大，与手指4和保护盖801之间的折射率差相比，手指4和空气之间的折射率差以及空气和保护盖801之间的折射率差大，手指4和保护盖801之间的折射率差增大，从图15A的隆线部放射的光1111到达有效像素部1至少通过折射率差少的一个界面(手指和保护盖的界面)，而从谷部放射的光1112通过折射率差大的2个界面(手指和空气的界面、空气和保护盖的界面)，在从皮肤表面放射的时刻，与谷部相比，从隆线到来的光的强度相对大。事实上，在来自手指的散射放射光通过由玻璃等制作的透明保护盖，由接近手指的二维图像传感器摄像的专利第3150126号的指纹输入装置中，取得指纹的谷部成为暗区、隆线部成为明亮区的指纹图像。

因此，保护盖801的折射率为某值时，隆线部和谷部的对比度变为0。在本说明书中，把这样的折射率的值称作特异点，保护盖801由具有特异点附近值以外的值的折射率的光透过性的固体构成。以下，考察保护盖801的折射率。

在本申请的发明者提出的特开2003-006627号公报中，分析在二维图像传感器和手指之间存在的透明固体膜的折射率和对比度的关系，据此导出图16所示的关系。在图16中，纵轴是对指纹隆线正下方的透明固体膜入射的光的功率为P3L，对指纹谷部正下方的透明固体膜入射的光的功率为P3D时，由(P3L-P3D)/P3L计算的对比度，横轴是透明固体膜的折射率。此外，连接+标记的点的线是假定折射率为1.4时，连接×标记的点的线是假定折射率为1.5时。可是，图16的曲线是用计算只求出手指的皮肤和空气和透明固体膜的界面的折射率差引起的效果，与基于手指的皮肤内构造的效果不同。

如果参照图16，在透明固体膜的折射率为与空气相同的1.0时，对比度变为0％。这是因为图16的曲线假定从皮肤内部向隆线部的光的功率和向谷部的光的功率相同。本来，折射率为1.0时，取得与实施例1相同的对比度。在图16中，对比度值变为负。如果实施例1中取得的对比度为C％，在图16的曲线中，对比度成为C％的折射率的值成为特异点。一般，C＝10左右，所以特异点＝1.1，在折射率为1.1的保护盖801，谷部和隆线部的对比度变为0。因此，保护盖801的折射率有必要为1.0以上并且低于1.1，或者大于1.1。具有低于1.1的折射率的光透过性的固体几乎没有，所以实质上，可以用具有大于1.1的折射率的光透过性的固体构成保护盖801。

而如果参照图16，透明固体膜的折射率在1.4～2.0的范围中变得特别高。皮肤的脱落部分全体与透明固体膜不挨着时，该部分全体不变为相同的对比度，如上所述，出现反映手指内部的构造的花纹。因此，与花纹的对比度相比，如果挨着透明固体膜的隆线和不挨着的谷部的对比度异常高，在传感器的动态范围不宽时，皮肤的脱落部分的花纹检测变得困难。因此，对保护盖801不适合图16中对比度变得特别高的1.4～2.0的范围的折射率。

如本申请的发明者提出的特开2003-006627号公报中分析的那样，如果透明固体膜的折射率增大，即使对比度高，亮度也下降，干扰光引起的噪声和电路中产生的噪声作为噪声成分，S/N比下降，指纹隆线部和指纹谷部的识别变得不正确的概率提高。因此，折射率的上限值为5.0左右。

以上的考察的结果是保护盖801的折射率大于1.1，小于1.4，或者大于2.0，小于5.0。

作为用折射率低于1.4的物质应用于保护盖801的固体，例如有以BeF3(氟化铍)为主成分的玻璃。

作为用折射率大于2.0的物质应用于保护盖801的固体，例如有大量包含BaO(氧化钡)或PbO(氧化铅)的玻璃、赤铁矿、金红石、锗、金刚石或者硅等。其中，硅在我半导体材料容易取得，并且加工容易，比较廉价。如果把硅片加工到200μm以下，作为保护盖，则在光的低波长区，特别是波长800～1000nm的近红外光，透过性高，能取得充分的传感器光输出。此外，硅与包含有害物质的玻璃相比，是考虑环境的材料。此外，巴由硅片制作的CMOS、CCD等图像传感器的下部薄薄地研磨，到达感光层的厚度为200μm以下，上下翻过来配置，使原来的硅片的基础部的下部接触皮肤，不特别形成盖，就能取得同等的构造。

图17表示由具有保护盖801的本实施例的生物体特征输入装置读取的手指4的指纹图像。知道在图像左上方的圆的皮肤脱落部分，也能取得隆线部的对比度。可是，明亮部和暗部与其他地方颠倒。如果这样设置保护盖801，就如上所述，根据保护盖801的折射率，根据接触部分的条件，指纹隆线部变明亮，谷间部变暗，与非接触的部分明暗颠倒。对于该问题，通过图像处理和指纹认证的方式能解决。即通过边缘强调，只抽出隆线的连续性，连接就可以了。此外，作为认证方式，如果采用用指纹的分支点或端点等特征点的位置关系认证的方式，则明暗的颠倒对认证不产生影响。

根据本实施例，除了取得与实施例1同样的效果，还不用担心在手指移动向导3的间隙2存储灰尘，图像质量恶化。

[实施例4]

如果参照图18，本发明实施例4的生物体特征输入装置与图14所示的实施例3的生物体特征输入装置的不同点在于，在图像传感器5和A/D转换部7之间连接带通滤波器1801和自动增益控制电路1802，此外与实施例3相同。

带通滤波器1801从由图像传感器5输出的图像信号只抽出指纹间隔的图像成分。考虑指纹的隆纹间隔0.2mm～0.5mm，并且从传感器的密度和扫描频率决定带通滤波器1801的最佳频率特性。由带通滤波器1801抽出的图像成分由后级的自动增益控制电路1802放大，对A/D转换部7输出。

根据本实施例，设置从图像传感器5的输出只抽出指纹间隔的图像成分的带通滤波器1801和把该输出放大的自动增益控制电路1802，所以皮肤脱落部分的小输出能增大。作为保护盖801，使用折射率1.4～2.0范围的材料时，在实施例3中，皮肤脱落部分的输出变得过小，认识变得困难，但是在本实施例中，能改善这样的问题。如果对保护盖801使用折射率1.4以上2.0以下的通常玻璃等物质，在价格上是有利的。当然，用具有1.4以上2.0以外的折射率的材料构成保护盖801时，本实施例也有效。

[实施例5]

如果参照图19，则本发明实施例5的生物体特征输入装置与实施例3的不同点在于，手指移动向导3全体为保护盖901。

保护盖901由具有与实施例3的保护盖801同样的折射率的光透过体的固体构成，厚度的条件与保护盖801相同。

根据本实施例，除了能取得与实施例3同样的效果，手指移动向导3全体变为保护盖901，所以具有组装性优异的效果。

[实施例6]

如果参照图20，本发明的实施例6的生物体特征输入装置与实施例2的不同点在于，具有从上方把手指4的背部(指甲一侧)的光源161，此外与实施例2相同。

由不图示的支撑具安装在手指4的上部(背部)的光源161用于读取手指的血管，照射比其他生物体组织对近红外线的吸收强的血红蛋白的吸收良好地产生的800～1000nm附件的光。特别是为波长820～950nm附件的红外遥控器开发的LED的输出大，适合于光源161。从起源于手指4的下部配置的光源151的图像只能取得皮肤表面的图像，但是在基于从上部光源161照射的光源的图像中包含通过具有血红蛋白的血液集中的粗血管，比其他组织暗的血管的图像。因此，通过象以下那样，求出基于光源161的图像和基于光源151的图像，计算两者的图像的差，能与手指的皮肤花纹同时读取血管像。

使用本实施例的生物体特征输入装置，与手指的皮肤花纹同时读取血管像时，手指4的第二关节贴到手指移动向导3的间隙2附近，用手指4的腹部描画间隙2地移动手指4。在手指4的移动中，由图像传感器5拍摄图像。首先，取得图像传感器5的最初的帧图像时，点亮在手指下部配置的光源151，取得图像。接着，熄灭手指下部的光源151，取得图像。接着熄灭手指下部的光源151，点亮手指上部的光源161，取得图像传感器5的下一帧图像。重复它，交替连接各光源的图像，取得图21所示的基于下部的光源151的图像1701和基于上部的光源161的图像1702。两者都存在指纹1704以及第一关节1705和第二关节1706之间的花纹，但是基于来自上部的光源的图像中还包含血管像1708。通过求出交替切换它们的2个图像1701、1702，能取得只有血管像1709的图像1703。求出差分的处理由微处理器部8进行。图22表示处理例。

首先，在只有光源151点亮的状态下，读取图像传感器5的1帧的局部图像，写入不图示的第一存储器中(步骤S201、S202)。接着，在只有光源161点亮的状态下，读取图像传感器5的1帧的局部图像，对写入不图示的第二存储器中(步骤S203、S204)。接着，再次在只有光源151点亮的状态下，读取图像传感器5的1帧的局部图像，以行单位与第一存储器中存储的图像的最上级行一侧的行比较(步骤S205、S206)，在这次读取的行中存在与第一存储器中存储的图像的最上级行一侧的行有差的行时，把有差的行以后的行追加到第一存储器的最上级行一侧(步骤S207、S208)。接着，在只有光源161点亮的状态下，读取图像传感器5的1帧的局部图像，以行单位与第二存储器中存储的图像的最上级行一侧的行比较(步骤S209、S210)，这次读取的行中存在与第二存储器中存储的图像的最上级行一侧的行有差的行时，把有差的行以后的行追加到第二存储器的最上级行一侧(步骤S211、S212)。重复进行以上的步骤S205～S212的处理，直到取得1个手指的图像数据(步骤S213)。据此，在第一存储器中存储图21的图像1701，在第二存储器中存储图17的图像1702。最后从第二存储器中存储的图像减去第一存储器中存储的图像，生成图21的图像1703(步骤S214)。

根据本实施例，使手指4从第二关节1706到指尖在手指移动向导3上滑动，与指尖的指纹1704同时，用一次的动作就能取得第一关节和第二关节之间的皮肤花纹1707和血管像1709。由于压迫手指，血管像变薄，或者变化，所以作为个人认证的信息，精度不充分，但是作为基于指纹等皮肤花纹的个人认证的插补数据，或者在伪指的判定中能使用，所以根据全部的图像，与指尖的指纹单独相比，能以更高精度进行个人认证。

[实施例7]

本发明实施例7的生物体特征输入装置与实施例1的生物体特征输入装置的不同点在于，在微处理器部8的局部图像的连接处理后，执行修正图像的变形的处理，其他点与实施例1相同。因此，本实施例的结构与图1相同。

在本实施例中，微处理器部8按顺序执行连接局部图像的处理、修正图像的变形的处理。连接局部图像的处理与实施例1同样。这时，手指的横向的图像由图像传感器5的传感器间隔唯一地取得没有变形的图像，但是纵向即使一边观察相关关系，一边连接，根据手指4的移动速度，变形。在指纹等认证方式中，观察隆线的分支点或端点的相关关系的方式变形比较强，但是为了提高认证精度，希望进行修正。因此，在本实施例中，利用在指纹中，在横向和纵向存在隆线的成分，隆线的间隔在个人中几乎一定，从纵横的频率成分的不同预测纵的变形，象以下那样修正。

在图23A和23B中，如果原来的手指的花纹图像1201的横向的隆线的频率成分1202为f1，纵向的隆线的频率成分1203为f2，修正前的隆线上的像素的纵坐标为Y，修正后的隆线上的像素的纵坐标Y’由以下表达式提供。

Y’＝Y×(f2/f1)…(1)

图23A是缓慢移动手指，在纵向延伸的图像的情形，但是过快移动，变短时，也局部欠缺，但是根据欠缺度，存在限度，取得近似图像。图23A和23B表示指纹的形态中的涡状纹，图24A和24B表示蹄状纹。在统计上，是人类时，多包含这两个花纹。很少有图25的弓状纹，弓状纹时，横向的隆线的频率成分大不相同，所以无法应用所述的方法。可是，弓状纹在统计上少(日本人中，为1％以下)，所以能用所述的修正方式修正大部分的花纹图像。

图26表示由微处理器部8实施的图像处理的流程。步骤S301～S305表示连接局部图像的处理，与图5的步骤S101～S105相同。步骤S306～S308表示修正图像的变形的处理的步骤。在修正图像的变形的处理中，首先对存储在第一存储器中的图像进行边缘强调、轮廓处理等图像处理，抽出隆线(步骤S306)。接着，求出图像的横向和纵向的隆线数，通过分别用横向和纵向的像素数除，求出横向的隆线的频率成分f1、纵向的隆线的频率成分f2(步骤S307)。接着，从隆线的形状判断指纹花纹的形态，如果是图23A和23B以及图24A和图25B所示的涡状纹和蹄状纹，就使用所述表达式(1)，修正隆线上的像素的纵坐标，把图像在纵向伸缩(步骤S308)。

根据本实施例，取得与实施例1同样的效果，并且能取得变形少的花纹图像。理由是根据连接局部图像，再构成的图像的横向和纵向的隆线的频率成分的不同，预测图像的纵向变形，修正。

以上列举几个实施例，说明本发明，但是本发明并不局限于以上的实施例，能进行其他各种附加变更。例如，也考虑在实施例3～7中设置实施例2的光源151的实施例、在实施例1、3、5～7中设置实施例4的带通滤波器1801和自动增益控制电路1802的实施例等适当组合所述实施例的实施例。

如上所述，本发明的生物体特征输入装置作为能稳定读取手指的指纹等的花纹和血管像的小型、廉价的读取装置，是有用的，特别适合作为在手指的湿润或干燥、皮炎引起的皮肤脱落等恶化条件下，也能输入生物体特征的装置。

根据本发明，能通过图像传感器稳定输入手指的指纹等生物体特征。用二维图像传感器难以对具有曲率的手指以一定距离保持非接触状态，稳定取得指纹图像，但是本发明使用一维或准一维的图像传感器，并且具有在手指和一维或准一维的图像传感器相互滑动的相对运动中，使手指和图像传感器的有效像素部不接触，几乎保持一定距离的手指移动向导。

此外，在手指的湿润或干燥、皮炎引起的皮肤脱落等恶化条件下，也能输入生物体特征。通过在一维或准一维的图像传感器上接近配置的手指和图像传感器的相对运动，使手指和图像传感器以能直接读取图像的适当的距离保持非接触状态，能读取反映手指内部的构造的手指的图像。使用实际的图像例说明该效果。图13是以往的以接触为前提的方式中使用全反射临界角的方式的图像，在位于图像的几乎中央部的皮肤的脱落部分图像欠缺。图12是本发明实施例相同手指的相同部位的图像例。在相同的皮肤脱落的部位，取得对比度。图17是本发明其他实施例的相同部位的图像例，在该图像中，关于皮肤脱落的部位，虽然明暗颠倒，但是无欠缺地取得图像。

此外，能提供小型、低价的能输入生物体特征的装置。通过采用通过在一维或准一维的图像传感器上接近配置的手指和图像传感器的相对运动，使手指和图像传感器以能直接读取图像的适当的距离保持非接触状态，连接读取的反映手指内部的构造的手指的图像的方式，图像传感器等的零件变为小型，能采用低价格的。

此外，能提供比以往的只基于指纹的生物体特征输入装置的精度还高的生物体特征输入装置。通过移动手指，不仅指尖的指纹，也输入手指的第一关节和第二关节之间的花纹和血管像，能同时读取很多的生物体特征。

以上，详细说明本发明的实施例，但是对业内人士来说，在不脱离权利要求书和本发明的精神的前提下，也可以进行各种变更、变形、改变。此外，即使在审查手续中进行了权利要求的修正，发明者也意图继续包含提出的发明的全部均等物。

Claims (16)

1.一种生物体特征输入装置，具有：

一维或准一维的图像传感器；

手指移动向导，在手指和所述图像传感器相互滑动的相对运动中，所述手指和所述图像传感器的有效像素部不接触，几乎保持一定的距离；和

图像处理部，连接在所述相对滑动中由所述图像传感器摄像在所述手指的内部散射并且从所述手指的皮肤表面放射的放射光的图像而取得的一维或准一维的局部图像。

2.一种生物体特征输入装置，具有：

一维或准一维的图像传感器；

手指移动向导，在手指和所述图像传感器相互滑动的相对运动中，所述手指和所述图像传感器的有效像素部不接触，几乎保持一定的距离；

上部光源，对所述手指的背部照射血管像用的光；和

图像处理部，将在所述手指的内部散射并且从所述手指的皮肤表面放射的放射光的第一图像和从所述上部光源照射的光通过手指内并且从所述手指的皮肤表面放射的放射光的第二图像在所述相对运动中由所述图像传感器交替摄像而取得的一维或准一维的局部图像按各第一图像和第二图像连接，并且抽出再构成的第一图像和第二图像的差分即血管像。

3.根据权利要求1或2所述的生物体特征输入装置，其中：

所述手指移动向导在所述图像传感器的所述有效像素部的正上方具有间隙。

4.根据权利要求3所述的生物体特征输入装置，其中：

所述间隙的高度为10μm以上，200μm以下，与所述相对运动方向平行的宽度为所述图像传感器的副扫描方向的有效像素长度以上，2.0mm以下。

5.根据权利要求4所述的生物体特征输入装置，其中：

在所述间隙插入具有光透过性的固体。

6.根据权利要求1或2所述的生物体特征输入装置，其中：

所述手指移动向导的至少所述图像传感器的所述有效像素部的正上方部分由具有光透过性的固体构成。

7.根据权利要求6所述的生物体特征输入装置，其中：

所述固体的高度为10μm以上，200μm以下。

8.根据权利要求5、6或7所述的生物体特征输入装置，其中：

所述固体的折射率大于1.1。

9.根据权利要求5、6或7所述的生物体特征输入装置，其中：

所述固体的折射率大于1.1，小于1.4。

10.根据权利要求5、6或7所述的生物体特征输入装置，其中：

所述固体的折射率大于2.0。

11.根据权利要求5、6或7所述的生物体特征输入装置，其中：

所述固体的折射率大于2.0，小于5.0。

12.根据权利要求1、2、3、5或6所述的生物体特征输入装置，其中：

具有下部光源，通过从基于所述图像传感器的读取对象部位的附近对所述指肚照射光，而使手指内部产生散射光。

13.根据权利要求1、2、3、5或6所述的生物体特征输入装置，其中：

具有：带通滤波器，从所述图像传感器的输出图像信号抽出指纹间隔的图像成分；和自动增益控制电路，将该带通滤波器的输出放大。

14.根据权利要求1、2、3、5或6所述的生物体特征输入装置，其中：

所述图像处理部件具有修正部，通过指纹部分的频率分析，对所连接的图像的变形进行修正。

15.一种电子仪器，包括：

一维或准一维的图像传感器；和

手指移动向导，在所述图像传感器的有效像素部的正上方，具有高度10μm以上，200μm以下，短边宽度为所述图像传感器的副扫描方向的有效像素长度以上，2.0mm以下的间隙，并且在手指和所述图像传感器相互滑动的相对运动中，所述手指和所述图像传感器的有效像素部不接触，几乎保持一定的距离。

16.根据权利要求15所述的电子仪器，其中：

在所述间隙插入具有光透过性的固体。

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