CN116964616A - 非接触认证系统及认证方法 - Google Patents

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Abstract

非接触认证系统具备：1个以上的照明装置，向手中的没有与物体接触的部分照射在1380纳米以上的波长范围中包含光成分的照明光；以及摄像装置，拍摄通过在上述手的上述部分反射上述照明光而产生的反射光中的上述波长范围的光成分，从而取得指纹图像及掌纹图像中的至少一方作为认证信息。

Description

非接触认证系统及认证方法
技术领域
本公开涉及非接触认证系统及认证方法。
背景技术
为了进行个人认证，广泛地采用拍摄手并从所拍摄的图像提取个人的特征性的信息的做法。个人的特征性的信息是指构成指纹及掌纹的凹凸的形状以及出汗的孔的分布等。
在通常的指纹认证装置中，例如如专利文献1所公开那样，使用将手指按压在棱镜等玻璃面上的方法。在该方法的情况下，在不与玻璃面接触的手指的凹部发生对手指照射的光的全反射，而在与玻璃面接触的手指的凸部，对手指照射的光的全反射消失。结果，能够得到对比度高的指纹图像。
另一方面，从卫生上的观点及短时间内的人数多的认证处理的观点来看，对于不将手指等按压在玻璃面等上的非接触认证技术的要求变高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－334649号公报
专利文献2：日本特许第6778876号公报
专利文献3：日本特开2017－208812号公报
专利文献4：日本特许第4235729号公报
专利文献5：美国专利申请公开第2019/0252455号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在不使手与玻璃面等接触的认证方法中，由于不能利用上述的全反射的有无，所以难以得到对比度高的图像。如果使用对比度低的图像作为认证信息，则成为误认证的发生原因。
所以，在本公开中，提供能够从没有与物体接触的手取得能够抑制误认证的发生的认证信息的非接触认证系统等。
用来解决课题的手段
有关本公开的一技术方案的非接触认证系统具备：1个以上的照明装置，向手中的没有与物体接触的部分照射在1380纳米以上的波长范围中包含光成分的照明光；以及摄像装置，拍摄通过在上述手的上述部分反射上述照明光而产生的反射光中的上述波长范围的光成分，从而取得指纹图像及掌纹图像中的至少一方作为认证信息。
有关本公开的一技术方案的认证方法包括：向手中的没有与物体接触的部分照射在1380纳米以上的波长范围中包含光成分的照明光；拍摄通过在上述手的上述部分反射上述照明光而产生的反射光中的上述波长范围的光成分，从而取得指纹图像及掌纹图像中的至少一方作为认证信息。
发明效果
根据本公开，能够从没有与物体接触的手取得能够抑制误认证的发生的认证信息。
附图说明
图1是表示向手指照射分别使用了中心波长不同的LED的照明光并进行拍摄的结果的图。
图2是表示在图1所示的指纹图像的拍摄中使用的LED的发光光谱的图。
图3是表示被照射在手指表面上的光的路径的概念图。
图4是表示改变波长而使光入射到皮肤的情况下的皮肤内光的强度的波长依赖性的图。
图5是表示水的吸收系数的波长依赖性的图。
图6是表示有关实施方式1的非接触认证系统的概略结构的框图。
图7是表示有关实施方式1的摄像元件具有的光电变换元件的概略结构的一例的剖视图。
图8是表示地表的太阳光强度的波长依赖性的图。
图9是表示有关实施方式1的非接触认证系统的动作例的流程图。
图10是表示有关实施方式2的非接触认证系统的概略结构的框图。
图11是表示对手指表面照射照明光的状况的概念图。
图12是表示有关实施方式2的非接触认证系统的动作例的流程图。
图13是表示有关实施方式2的变形例的非接触认证系统的概略结构的框图。
图14是表示有关实施方式3的非接触认证系统的概略结构的框图。
图15是表示有关实施方式3的照明光的发光强度的变化及摄像装置的灵敏度的变化的例子的图。
图16是表示有关实施方式3的非接触认证系统的动作例的流程图。
具体实施方式
(达成本公开的一形态的认识)
如上述那样，在不使手接触于玻璃面等而拍摄的图像中，难以得到对比度高的指纹图像。因此，如果使用这样的指纹图像作为认证信息则容易发生误认证。所以，发明人通过反复进行使用各种波长的照明光的指纹的拍摄实验，得到了以下的认识。
图1是表示对手指照射分别使用Thorlabs公司制的中心波长不同的LED(lightemitting diode)的照明光并进行拍摄的结果的图。在图1中，表示了作为使用发光的中心波长分别为970、1050、1200、1300、1450、1550及1650纳米的LED来拍摄的结果的多个指纹图像。图1中的指纹图像所带有的数值是LED的中心波长。此外，图2是表示Thorlabs公司为了参考而提供的在图1所示的指纹图像的拍摄中使用的LED的发光光谱的图。在图1所示的指纹图像的拍摄中，从手指的有指纹一侧的斜前方照射照明光，从手指的正面进行拍摄。
如图1所示，在使用中心波长为970、1050、1200及1300纳米的LED的情况下，各指纹图像的对比度低。相对于此，在使用中心波长为1450、1550、1650纳米的LED的情况下，各指纹图像的对比度高。即，指纹的像被清晰地拍摄到。此外，在使用中心波长为1450、1550、1650纳米的LED的情况下，除了指纹图像的对比度高以外，作为出汗的孔的汗孔的像也被清晰地拍摄到。具体而言，指纹图像中的白点是汗孔。此外，在使用中心波长为1450、1550、1650纳米的LED的情况下，与指纹同样，皮肤的皱纹的像也被清晰地拍摄到。
在代替上述的LED而使用在照明光中包含宽幅的波长范围的卤化物灯，在摄像装置侧安装使特定波长透射的带通滤波器，变更带通滤波器的透射波长并拍摄透射带通滤波器的来自手指的反射光的试验中，也得到了同样的摄像结果。
进而，发明人对于产生该对比度差等的原因进行了研究，结果表明侵入到皮肤内部并再次释放出的被称为皮肤内光的散射反射光成分为上述现象的原因。
图3是表示被照射在手指表面上的光的路径的概念图。
如图3所示，被照射在手指F的表面上的光1101的一部分被表面反射而成为表面反射光1102。表面反射光1102在光1101容易照到的凸部处多，在为凸部的背阴1200的凹部处少。因此，表面反射光1102的成分较多地包含作为手指的凹凸信息的关于指纹的信息。
另一方面，被照射在手指F的表面上的光1101的一部分侵入到手指F的内部。侵入到手指F的内部的光1105被多次散射而扩散到手指内部，成为朝向各种方向的散射光1104。散射光1104的一部分从手指F的表面再次被释放。从该手指F的表面再次被释放的光也被称为皮肤内光1103。皮肤内光1103是光1101被手指F散射反射的散射反射光。皮肤内光1103是通过手指F的内部中的散射而失去了原本入射的手指F的表面的信息的光。此外，皮肤内光1103在手指F的凸部和凹部几乎同样地被放射。因此，皮肤内光1103几乎不包含如表面反射光1102那样的作为手指的凹凸信息的关于指纹的信息。
通过具有以上那样的光的路径，对没有与玻璃面等接触的状态的手指的指纹的像而言，表面反射光1102成分越多则越清晰地被拍摄到，皮肤内光1103成分越多则越不清晰地被拍摄到。
接着，发明人为了检查皮肤内光强度的波长依赖性而进行了下述的实验。
图4是表示改变波长而使光入射到皮肤的情况下的皮肤内光的强度的波长依赖性的图。具体而言，在图4中表示了从推抵在皮肤上的直径400微米的光纤芯使光侵入到皮肤中，由中心距离从使光侵入的光纤芯的中心分别离开0.4毫米、0.8毫米及1.2毫米并推抵在皮肤上的直径400微米的光纤芯接受到皮肤内光时的强度的波长依赖性。
根据图4可知，与小于1380纳米的波长相比，在1380纳米以上的波长下，皮肤内光显著地衰减。
此外，图5是表示水的吸收系数的波长依赖性的图。将图5所示的水的吸收系数的波长依赖性与图4所示的皮肤内光的波长依赖性比较可知，有较高的相关。即，可以认为皮肤内光的衰减主要是由皮肤所含有的水分带来的共振吸收的影响。
图5所示的水的吸收系数在1380纳米以上的波长下取比1380纳米短的波长下的值以上的值。即，皮肤内光可以说只要是1380纳米以上的波长，强度就比小于1380纳米的波长低。另外，如果比1450纳米的波长长则在图5中表示的水的吸收系数变低，但水的吸收系数在1600纳米到1700纳米附近的波长下成为极小值，即使是1600纳米以上的波长，也取比1380纳米的波长下的值高的值。
此外，皮肤内光成分如上述那样受到手指内部中的基于水的吸收的较强影响，另一方面，表面反射光成分由于不侵入到皮肤内部，所以不怎么受到基于水的吸收的影响。因此，在皮肤内光成分显著衰减的1380纳米以上的波长下，照射到手指的光被手指反射的反射光之中被拍摄的主要是表面反射光成分。因此，通过该拍摄得到的指纹图像更多地包含能够利用于认证的表面的凹凸的信息。这样，发明人发现通过使用1380纳米以上的波长的光进行拍摄，能够不易发生误认证而更高精度或高速地进行认证。这些结果不仅在拍摄手指的像而取得指纹图像的情况下，在拍摄手掌的像而取得掌纹图像的情况下也是同样的。
以下，对基于这样的认识构想的本公开的实施方式进行说明。
本公开的一技术方案的概要是以下这样的。
有关本公开的一技术方案的非接触认证系统具备：1个以上的照明装置，向手中的没有与物体接触的部分照射在1380纳米以上的波长范围中包含光成分的照明光；以及摄像装置，拍摄通过在上述手的上述部分反射上述照明光而产生的反射光中的上述波长范围的光成分，从而取得指纹图像及掌纹图像中的至少一方作为认证信息。
这样，摄像装置拍摄在1380纳米以上的波长范围中具有光成分的、在没有与物体接触的状态的手上反射的反射光，取得认证信息。因此，能够取得因皮肤内光的影响少而较多地包含手的表面的凹凸的信息的认证信息。通过使用这样取得的认证信息进行认证，不易发生误认证。因此，有关本技术方案的非接触认证系统能够从没有与物体接触的手取得能够抑制误认证的发生的认证信息。
此外，例如，上述认证信息也可以包含表示汗孔的位置的信息。
由此，在认证信息中包含能够期待认证精度的提高的表示汗孔的位置的信息，所以通过在认证中使用这样的认证信息，能够进一步抑制误认证的发生。
此外，例如，上述摄像装置也可以包含光电变换层，上述光电变换层的灵敏度也可以在上述波长范围中具有峰值。
由此，能够提高1380纳米以上的波长范围中的摄像装置的灵敏度。
此外，例如，上述光电变换层也可以包含量子点。
由于量子点可以具有陡峭的吸光峰值，所以能够实现对于1380纳米以上的特定波长具有高灵敏度、对于与特定波长不同的波长具有低灵敏度的摄像装置。
此外，例如，上述光电变换层也可以包含半导体型碳纳米管。
由于半导体型碳纳米管可以具有陡峭的吸光峰值，所以能够实现对于1380纳米以上的特定波长具有高灵敏度、对于与特定波长不同的波长具有低灵敏度的摄像装置。
此外，例如，由上述摄像装置拍摄的上述光成分也可以包含地表上的太阳光有效地衰减的波长。换言之，上述摄像装置也可以通过拍摄1380纳米以上的波长范围之中包含地表的太阳光的衰减波长在内的波长范围的光成分来取得上述认证信息。另外，地表的太阳光的衰减波长是指在对大气圈外的太阳光强度与地表的太阳光强度进行比较的情况下，因大气中的吸收而后者衰减的比例具有有效的值的波长。
由此，能够取得太阳光的影响减小、反射光的影响相对大的认证信息，所以通过在认证中使用这样的认证信息，能够进一步抑制误认证的发生。
此外，例如，上述摄像装置也可以包括光学滤波器，上述光学滤波器对于具有小于1380纳米的波长的光的透射率也可以比上述光学滤波器对于具有1380纳米以上的波长的光的透射率低。
由此，能够相对地提高1380纳米以上的波长范围中的摄像装置的灵敏度。
此外，例如，上述1个以上的照明装置也可以使上述照明光的发光强度周期性地变化，上述摄像装置也可以对应于上述照明光的发光强度的变化使上述摄像装置的灵敏度周期性地变化。
由此，能够取得使照明光的发光强度的相位与摄像装置的灵敏度的相位的关系变化而拍摄的图像作为认证信息。即，能够取得照明光被手反射的反射光的影响大的图像和小的图像，所以通过取得这些图像的差分图像等，能够取得能够减小环境光的影响的认证信息。
此外，例如，上述1个以上的照明装置也可以从第1方向以及与上述第1方向不同的第2方向向上述手照射上述照明光，上述摄像装置也可以拍摄由从上述第1方向向上述手照射的上述照明光引起的上述反射光、以及由从上述第2方向向上述手照射的上述照明光引起的上述反射光。
这样，通过拍摄照射方向不同的照明光被手反射的反射光，手的凹凸的阴影的形成方式变化，能够取得被拍摄到源自于手的凹凸的阴影的对比度高的图像的区域不同的图像。因此，能够取得在更大的范围中较多地包含手的表面的凹凸的信息的认证信息。
此外，例如，上述1个以上的照明装置也可以包括从上述第1方向向上述手照射上述照明光的第1照明装置、以及从上述第2方向向上述手照射上述照明光的第2照明装置，上述第1照明装置向上述手照射上述照明光的定时也可以与上述第2照明装置向上述手照射上述照明光的定时不同。
由此，能够以简单的结构从相互不同的多个照射方向向手照射照明光。
此外，例如，上述1个以上的照明装置也可以包括使向上述手照射上述照明光的方向变化的调整部，上述1个以上的照明装置也可以使用上述调整部从上述第1方向及上述第2方向向上述手照射上述照明光。
由此，不用增加照明装置的数量就能够从相互不同的多个照射方向向手照射照明光。
此外，例如，由上述摄像装置拍摄的上述光成分也可以是上述反射光中的1380纳米以上且小于2500纳米的波长范围的光成分。换言之，上述摄像装置也可以通过拍摄上述照明光的上述反射光中的1380纳米以上且小于2500纳米的波长范围的光成分，取得上述指纹图像及上述掌纹图像中的至少一方作为上述认证信息。
由此，在小于2500纳米的波长范围中，摄像装置的热噪声以及从被摄体热放射的成分等较少，能够取得清晰的认证信息。
有关本公开的一技术方案的认证方法包括：向手中的没有与物体接触的部分照射在1380纳米以上的波长范围中包含光成分的照明光；以及拍摄通过在上述手的上述部分反射上述照明光而产生的反射光中的上述波长范围的光成分，从而取得指纹图像及掌纹图像中的至少一方作为认证信息。
由此，与上述非接触认证系统同样，能够从没有与物体接触的状态的手取得因皮肤内光的影响少而较多地包含手的表面的凹凸的信息的认证信息。因此，有关本技术方案的认证方法能够从没有与物体接触的手取得能够抑制误认证的发生的认证信息。
以下，参照附图对实施方式进行说明。
另外，以下说明的实施方式都表示包含性或具体的例子。在以下的实施方式中表示的数值、形状、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不是限定本发明的意思。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。此外，各图并不一定是严密地图示的。因而，例如在各图中比例尺等并不一定一致。此外，在各图中，对于实质上相同的结构赋予相同的标号，有将重复的说明省略或简略化的情况。
此外，在本说明书中，表示要素间的关系性的用语及表示要素的形状的用语、以及数值范围不是仅表示严格的意义的表现，而是意味着实质上同等的范围、例如也包含几个百分点左右的差异的表现。
(实施方式1)
[1.非接触认证系统的结构]
首先，对有关本实施方式的非接触认证系统的结构进行说明。图6是表示有关本实施方式的非接触认证系统100的概略结构的框图。
如图6所示，非接触认证系统100具备照明装置110、摄像装置120和管理装置130。非接触认证系统100从没有与物体接触的手取得认证信息。具体而言，非接触认证系统100从没有与物体接触的手的至少一部分取得认证信息。在图6所示的例子中，非接触认证系统100从作为被认证者的手的一部分的手指F取得认证信息。认证信息是指纹图像、掌纹图像或指纹图像及掌纹图像双方。换言之，认证信息是映现有手指、手掌或手指及手掌双方的像的图像。以下，对非接触认证系统100从没有与物体接触的手指F取得认证信息即指纹图像的例子进行说明。
在非接触认证系统100中，照明装置110对没有与棱镜的玻璃面等接触的作为被摄体的手指F照射照明光150。并且，摄像装置120通过拍摄照明光150被手指F反射的反射光160，取得指纹图像作为认证信息。反射光160如上述那样包含基于手指F的表面反射光和作为基于手指F的散射反射光的皮肤内光。以下，对照明装置110向与任何物体都没有接触的手指F照射照明光150的情况进行说明。另外，手指F也可以有与物体接触的部分。在此情况下，照明装置110至少对手指F的没有与物体接触的部分照射照明光150。摄像装置120拍摄来自手指F的没有与物体接触的部分的、照明光150的反射光160。
管理装置130例如进行照明装置110及摄像装置120的动作的控制以及与由摄像装置120取得的认证信息有关的各种信息处理。
以下，对非接触认证系统100的各构成要素的详细情况进行说明。
[1.1.照明装置]
照明装置110例如具有光源111、照明光学系统112和光学滤波器113。
照明装置110对作为被摄体的手指F照射在1380纳米以上的波长范围中具有光成分的照明光150。照明光150例如有具有1380纳米以上且小于2500纳米的波长的光成分。另外，在本说明书中为方便起见，将不包含可视光成分的光也表现为“照明光”。
照明光150也可以包含小于1380纳米的波长的光成分。照明装置110例如照射作为主要的光成分而在1380纳米以上的波长范围中具有光成分的照明光150。照明光150作为主要的光成分而在1380纳米以上的波长范围中具有光成分是指在照明光150的发光光谱中，相对于在详细情况后述的摄像装置120具有灵敏度的波长范围内对发光强度与摄像元件121的量子效率的乘积进行积分的值，在1380纳米以上的波长下对发光强度与摄像元件121的量子效率的乘积进行积分的值为50％以上。另外，具有灵敏度的波长范围是指摄像装置120具有对拍摄结果带来影响的量子效率的波长范围，例如具有不为0的量子效率的波长范围。
摄像装置120具有灵敏度的波长范围主要由摄像元件121所使用的光电变换材料和光学滤波器123决定。例如，在作为光电变换材料使用通常的铟镓砷化合物的摄像元件的情况下，具有灵敏度的波长范围大约是1700纳米以下。在作为光电变换材料而使用含有硫化铅作为核的量子点的摄像元件的情况下，虽然根据量子点的粒径等而不同，但具有灵敏度的波长范围大约是1600纳米以下。
照明光150也可以在摄像元件121不具有灵敏度的波长范围中拥有光成分。照明光150可以包含以下的3种：(1)摄像元件121具有灵敏度的波长范围的光成分且波长为1380纳米以上的光成分；(2)摄像元件121具有灵敏度的波长范围的光成分且波长小于1380纳米的光成分；以及(3)摄像元件121不具有灵敏度的波长范围的光成分。在照明光150的发光光谱中，在摄像元件121具有灵敏度且1380纳米以上的波长范围中对发光强度与摄像元件121的量子效率的乘积进行积分的值，与对在摄像元件121具有灵敏度且小于1380纳米的波长范围中对发光强度与摄像元件121的量子效率的乘积进行积分的值相同或比其大。关于照明光150中的(3)的光成分的比例没有特别限定。
因此，在摄像元件121仅在波长1380纳米以上具有有效的灵敏度的情况下，照明光150只要在波长1380纳米以上具有对于拍摄充分的强度的光成分即可。例如，也可以如氙灯发出的光那样包含从紫外线到远红外线的宽幅的波长范围的光成分。
照明装置110被配置为，对没有按压在玻璃等上的所谓非接触状态的手指F的有指纹的区域进行照明。被照射照明光150的手指F与任何物体都不接触，例如暴露在大气中。此外，照明装置110被配置为，使被照射在手指F上的照明光150被手指F表面反射的反射光160向摄像装置120入射。
此外，照明装置110例如被配置为，以指纹区域的凹部即指纹线间的槽因指纹区域的凸部即指纹线而成为背阴的角度照射照明光150。即，照明装置110例如被配置为，不是相对于指纹线间的槽的底部垂直地照射，而是从斜方向照射照明光150。
此外，照明装置110的照明光150的照射方向和摄像装置120的拍摄方向例如相互不同。另外，照明装置110的照明光150的照射方向和摄像装置120的拍摄方向也可以是相同的方向。
光源111射出在1380纳米以上的波长中具有光成分、换言之具有发光强度的光。光源111射出的光也可以包含小于1380纳米的波长的光成分。
光源111例如是射出包含1380纳米以上的波长的光成分和小于1380纳米的波长的光成分双方在内的宽幅的波长范围的光的光源。作为这样的光源111，例如可以列举出卤化物灯、氙灯及超连续谱光源等。
此外，光源111也可以是射出在1380纳米以上的波长范围中具有向特定的波长范围偏倚的光成分的光的光源。光源111例如射出在1380纳米以上的波长范围中具有光成分的中心波长、发光光谱中的光成分的半值宽度为几百纳米以下的范围的光。作为这样的光源111，例如可以列举出LED、激光二极管及超发光二极管等。具体而言，例如图2中表示了发光光谱的Thorlabs公司制的M1450L3其中心波长是约1450纳米，光成分的半值宽度是约100纳米。光源111中也可以使用M1450L3。此外，例如，光源111中也可以使用光成分的中心波长为1550纳米、光成分的半值宽度为1纳米以下的激光二极管。
照明光学系统112具有将光源111射出的光向被摄体照射的功能。照明光学系统112配置在光源111射出的光入射的位置。照明光学系统112例如由透镜及镜等构成。另外，在使用如子弹型发光二极管那样放射光的方向受限制的光源111的情况下，照明装置110中也可以不具备照明光学系统112。此外，照明光学系统112根据需要也可以包括快门及光圈等。
光学滤波器113具有从光源111射出的光中减少小于1380纳米的波长的光成分的功能。光学滤波器113配置在光源111射出的光的光路上。光学滤波器113例如配置在光源111与照明光学系统112之间，但也可以配置为位于照明光学系统112与手指F之间。
作为光学滤波器113，例如可以列举出由电介质多层膜构成的干涉滤波器以及由带色玻璃等构成的吸收滤波器等。光学滤波器113也可以是对于小于1380纳米的波长的光的透射率比对于1380纳米以上的波长的光的透射率低的长通滤波器，也可以是在1380纳米以上的特定的中心波长前后的范围中具有光的透射率有效地高的波长范围的带通滤波器。带通滤波器具有有效地高的透射率的波长范围也可以与摄像装置120具有特别高的灵敏度的波长一致。例如，摄像装置120的摄像元件121在带通滤波器具有有效地高的透射率的波长范围中具有灵敏度峰值。另外，在光源111射出作为主要的光成分而在1380纳米以上的波长中具有光成分的光的情况下，照明装置110也可以不具备光学滤波器113。
[1.2.摄像装置]
摄像装置120例如具有摄像元件121、摄像光学系统122和光学滤波器123。摄像装置120对于1380纳米以上的波长具有灵敏度。例如通过摄像元件121对于1380纳米以上的波长具有灵敏度，摄像装置120拍摄1380纳米以上的波长的光。
摄像装置120配置在来自被照射了照明光150的非接触状态的手指的凸部即指纹线的反射光160所入射的位置。
摄像装置120拍摄来自被照明光150照明的非接触状态的手指F的有指纹的区域的反射光160中的1380纳米以上的波长范围的光成分。此外，摄像装置120也可以拍摄1380纳米以上的波长范围之中包含地表中的太阳光的衰减峰值的波长范围的光成分。关于包含太阳光的衰减峰值的波长范围的详细情况后述。此外，摄像装置120也可以拍摄反射光160中的1380纳米以上且小于2500纳米的波长范围的光成分。
此外，摄像装置120也可以将1380纳米以上的波长范围作为主要的拍摄成分而拍摄反射光160。摄像装置120例如将1380纳米以上且小于2500纳米的波长范围作为主要的拍摄成分而拍摄反射光160。这里，主要的拍摄成分是以下的意思。
摄像元件121具有通过光子的入射而产生信号电荷的功能。摄像装置120通过摄像元件121拍摄反射光160。摄像元件121通过1380纳米以上的波长的光的入射而产生作为拍摄成分的信号电荷。即，摄像元件121对于1380纳米以上的波长具有灵敏度。此时，将相对于1个光子产生的信号电荷的比例称为量子效率。量子效率具有波长依赖性。此外，向摄像元件121入射的光子的量(即，反射光160的光成分)也具有波长依赖性。因此，某波长的光所产生的信号电荷量满足式1。(某波长的光所产生的信号电荷量)＝(某波长下的光子的量)×(某波长下的量子效率)…式1
这里，反射光160入射到摄像元件121时产生的全部信号电荷量是关于反射光160在整个波长范围内将式1进行积分所得的值。该整个波长范围是指作为拍摄对象的光的波长的整个范围，例如是摄像元件121具有不为0的量子效率的全部的波长范围。
式1的值较大的波长的光比式1的值较小的波长的光产生更多的信号电荷，即对拍摄结果带来更大的影响。用来作为主要的拍摄成分的波长范围是指主要产生信号电荷的波长范围。将1380纳米以上的波长范围作为主要的拍摄成分而拍摄反射光160例如是指由1380纳米以上的波长范围的反射光160产生的信号电荷量相对于由反射光160产生的全部信号电荷量为50％以上，也可以指为90％以上。
如上述那样，摄像装置120将1380纳米以上的波长范围作为主要的拍摄成分而拍摄反射光160。根据式1可知，为了将1380纳米以上的波长范围作为主要的拍摄成分，需要照明光150在1380纳米以上的波长具有光成分、以及摄像元件121在1380纳米以上的波长具有不为0的量子效率。例如，对于1380纳米以上的波长的光的摄像元件121的量子效率比对于小于1380纳米的波长的光的摄像元件121的量子效率高。这意味着在摄像元件121的量子效率的波长依赖性中，在1380纳米以上的波长下将量子效率进行了积分的值大于在小于1380纳米的波长下将量子效率进行了积分的值。此外，在摄像元件121的量子效率的波长依赖性中，也可以是在1380纳米以上且小于2500纳米的波长下将量子效率进行了积分的值大于在380纳米以上且小于1380纳米的波长下将量子效率进行了积分的值。此外，也可以使摄像元件121具有高灵敏度即高量子效率的波长与照明光150拥有大的光成分的波长一致。
摄像装置120作为主要的拍摄成分进行拍摄的波长范围例如是小于2500纳米的近红外区域的范围。波长2500纳米以上的中红外区域及4000纳米以上的远红外区域中，摄像元件121的热噪声多，并且被摄体本身热放射的成分多。因此，如果在中红外区域或远红外区域中进行拍摄，则有可能难以取得清晰的认证信息。
摄像元件121例如包括将光子变换为电荷的光电变换材料以及用来将由光电变换材料生成的电荷作为信号电荷读出的周边电路等。作为用来使摄像元件121对于1380纳米以上的波长具有灵敏度的光电变换材料，例如可以列举出含有铟镓砷化合物、硫化铅或硒化铅作为核的量子点以及半导体型碳纳米管等。
摄像元件121例如是具有包括光电变换层的光电变换元件的层叠型图像传感器，光电变换元件包含光电变换材料。图7是表示摄像元件121具有的光电变换元件125的概略结构的一例的剖视图。如图7所示，光电变换元件125包括像素电极127、与像素电极127对置而配置的对置电极128以及位于像素电极127与对置电极128之间的光电变换层126。
光电变换层126包含吸收所入射的光并生成空穴－电子对作为信号电荷的光电变换材料。光电变换材料例如是吸收1380纳米以上的波长的光的半导体性无机材料或半导体性有机材料。光电变换层126例如包含量子点、半导体型碳纳米管、或者量子点及半导体型碳纳米管双方作为光电变换材料。
半导体量子点及半导体型碳纳米管具有陡峭的吸光峰值。此外，量子点的吸光峰值波长能够通过半导体量子点的材料及粒径来控制。半导体型碳纳米管的吸光峰值波长能够通过半导体型碳纳米管的手性(chirality)来控制。因此，通过使用半导体量子点及半导体型碳纳米管中的至少一方作为光电变换材料，能够容易地调整具有灵敏度的波长，所以能够实现对于特定波长具有高灵敏度、对于与特定波长不同的波长具有低灵敏度的摄像元件121。例如，通过光电变换层126包含对于1380纳米以上的波长具有吸光峰值的量子点及半导体型碳纳米管中的至少一方，能够实现对于1380纳米以上的波长具有高灵敏度、对于小于1380纳米的波长具有低灵敏度的摄像元件121。
像素电极127是用来捕集由光电变换层126生成的信号电荷的电极。摄像元件121的周边电路读出由像素电极127捕集到的信号电荷。像素电极127使用导电性材料形成。导电性材料例如是铝、铜等金属、金属氮化物或通过掺杂杂质而被赋予导电性的多晶硅。
对置电极128例如是由透明的导电性材料形成的透明电极。对置电极128配置于在光电变换层126中光所入射的一侧。因而，透射了对置电极128的光向光电变换层126入射。另外，本说明书中的“透明”是指要检测的波长范围的光的至少一部分透射。
对置电极128上被施加电压。通过调整向对置电极128施加的电压，能够将对置电极128与像素电极127的电位差设定及维持为希望的电位差。对置电极128例如使用ITO、IZO、AZO、FTO、SnO2、TiO2、ZnO等的透明导电性氧化物(TCO：Transparent ConductingOxide)形成。
这样，在层叠型图像传感器中，通过控制相对于像素电极127的电位的对置电极128的电位，能够由像素电极127捕集通过光电变换在光电变换层126内产生的空穴－电子对中的空穴及电子中的某一方作为信号电荷。
摄像元件121例如具有分别读出信号电荷的多个像素，在多个像素分别设置光电变换元件125。在此情况下，像素电极127是按多个像素的每个像素设置，但光电变换层126及对置电极128也可以跨多个像素设置。
另外，光电变换元件125也可以包括位于光电变换层126与像素电极127之间、光电变换层与对置电极128之间、或者光电变换层126与像素电极127之间及光电变换层与对置电极128之间双方的电荷输送层、电荷阻挡层及缓冲层等的其他层。
再次参照图6，摄像光学系统122具有将被摄体的像成像在摄像元件121上的功能。摄像光学系统122配置在摄像元件121的反射光160的入射侧。摄像光学系统122使入射到摄像光学系统122中的反射光160向摄像元件121入射。摄像光学系统122例如由透镜及曲面镜等构成。摄像光学系统122中，例如选择在作为主要的拍摄成分进行拍摄的波长范围中具有良好的透射率和成像性能者。
光学滤波器123例如使1380纳米以上的波长的光成分透射，使小于1380纳米的波长的光成分截断或衰减。即，光学滤波器123具有从反射光160减少小于1380纳米的波长的光成分的功能。光学滤波器123配置在摄像光学系统122与摄像元件121之间，或者摄像光学系统122的反射光160的入射侧。
光学滤波器123例如是对于小于1380纳米的波长的光的透射率比对于1380纳米以上的波长的光的透射率低的长通滤波器。作为光学滤波器123，例如可以列举出由电介质多层膜构成的干涉滤波器以及由带色玻璃等构成的吸收滤波器等。
此外，光学滤波器123也可以是仅在1380纳米以上的特定的中心波长前后的范围中具有高的光透射率的带通滤波器。带通滤波器的特定的中心波长也可以与照明光150具有大的光成分的波长大致一致。例如，也可以在带通滤波器的特定的中心波长前后的范围中包含照明光150的光成分的峰值波长。此外，在照明装置110的光学滤波器113是带通滤波器的情况下，光学滤波器113及光学滤波器123各自的带通滤波器的特定的中心波长也可以相同。另外，在摄像元件121仅对于1380纳米以上具有高灵敏度的情况下等，摄像装置120中也可以不具备光学滤波器123。
这样，通过摄像装置120具有光学滤波器123，能够减少到达摄像元件121的小于1380纳米的波长的光成分。因此，在如室外那样照明装置110发出的照明光150被手指F反射的反射光160以外的光例如太阳光及环境照明光等较多的状况下，能够减少小于1380纳米的波长的光入射到摄像元件121的比例。
另外，摄像元件121也可以具有分别读出信号电荷的多个像素，仅其一部分像素以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄。例如，摄像元件121也可以具有R(红)像素、G(绿)像素、B(蓝)像素及IR(红外线)像素这4种像素，使用基于仅由IR像素读出的信号电荷的信息，以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄。此外，基于由拍摄可视光的R像素、G像素及B像素读出的信号电荷的信息也可以用于确认有无应认证的被摄体。此外，也可以通过将IR像素与其以外的像素的拍摄结果进行比较，来判定被摄体是真正的生物体的手指还是假手指。关于假手指的判定方法的详细情况，在其他的实施方式中进行说明。
[1.3.拍摄中的波长的范围]
在有关本实施方式的非接触认证系统100中，摄像装置120以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄。在非接触认证系统100中，为了以这样的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄，选择照明装置110的光源111及摄像装置120的摄像元件121等。此外，在非接触认证系统100中，为了以这样的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄，也可以选择限制照明光150的波长范围的光学滤波器113及限制拍摄波长范围的光学滤波器123。
此外，摄像装置120也可以在作为主要的拍摄成分的1380纳米以上的波长范围中以特定的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄。特定的波长范围例如根据以下的观点来选择。
第1观点是太阳光强度。图8是表示地表的太阳光强度的波长依赖性的图。如图8所示，到达了地表的太阳光强度根据波长而呈现较大的变化。具体而言，到达了地表的太阳光强度在1380纳米以上的波长范围中，在1380纳米到1500纳米的波长范围以及1780纳米到1990纳米的波长范围中呈现较强的衰减。这是因为，太阳光被大气吸收。通过利用这样的太阳光衰减的波长，能够减少太阳光成分入射到摄像元件121的比例。摄像装置120例如以包含地表的太阳光衰减的波长的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄。结果，由摄像装置120进行的拍摄中通过反射光160进行的比例变高。此外，太阳光的衰减受由大气中的水分带来的吸收的影响较大，所以在太阳光强度变低的波长中，因为皮肤的水分的吸收的影响，皮肤内光也容易变少。因此，环境光及皮肤内光的影响减小，更能实现想要的拍摄，能够提高指纹图像的对比度。
太阳光的影响例如可以通过摄像装置120具有的光学滤波器123进行调整。例如在光学滤波器123是带通滤波器的情况下，太阳光的影响可以通过带通滤波器的透射带的中心波长及半值宽度来调整。
例如，在使用透射带的半值宽度约为10纳米的带通滤波器的情况下，通过将透射带的中心波长设为1380纳米到1420纳米的波长范围或者1820纳米到1940纳米的波长范围，能够使透射带通滤波器的太阳光的强度为带通滤波器的中心波长是可视域的情况的约1/10以下。
此外，同样，在使用透射带的半值宽度约为50纳米的带通滤波器的情况下，通过将透射带的中心波长设为1380纳米到1430纳米的波长范围，能够使透射带通滤波器的太阳光的强度为带通滤波器的中心波长是可视域的情况的约1/10以下。
此外，为了将上述的包含太阳光的衰减峰值波长的波长范围作为摄像装置120的主要的拍摄成分，照明装置110的光源111中也可以使用在该波长范围中具有发光峰值的发光二极管、激光二极管或超发光二极管。此外，在光学滤波器123是上述的带通滤波器的情况下，照明装置110的光源111也可以在该带通滤波器的透射带中具有发光峰值。
第2观点是人眼安全。在光源111是激光二极管的情况下，从安全性的观点出发，在能够放射的强度上有限制。从安全性的观点被容许的强度依赖于波长。例如，1400纳米到2600纳米的波长范围的激光在眼球中的吸收大而对视网膜带来的影响小。因此，被容许的强度比其以外的波长的激光高。越是使用高输出的光源111，摄像装置120能够在越短时间内取得噪声少的图像。因此，摄像装置120例如以作为光源111使用的激光二极管射出的激光的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄。例如，射出具有1550纳米的波长的激光的激光二极管是人眼安全的，容易获得高输出的光源。
第3观点是摄像元件121的灵敏度。如上述那样，通过使用量子点或半导体型碳纳米管作为在摄像元件121中使用的光电变换材料，能够实现对于特定波长具有高灵敏度、对于与特定波长不同的波长具有低灵敏度的摄像元件121。因此，摄像装置120例如以源自于光电变换材料的吸光峰值的吸光的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄。例如，半导体型碳纳米管拥有以下特征：根据被称为手性的物理量，作为陡峭的吸光峰值波长的共振波长不同。由于具有单一的手性的半导体型碳纳米管的共振拥有几十纳米到一百纳米左右的较窄的半值宽度，所以通过使用半导体型碳纳米管作为光电变换材料，能够实现在源自于共振波长的吸光的波长范围中特异性地具有高灵敏度的摄像元件121。
例如，手性(9，8)的半导体型碳纳米管的共振波长约为1450纳米，手性(10，6)的半导体型碳纳米管的共振波长约为1400纳米。通过这样使用共振波长为1380纳米以上的半导体型碳纳米管作为光电变换材料，并使光源111射出的光的波长的峰值匹配于该共振波长，能够减小共振波长附近以外的波长的环境光的影响。
关于使用半导体型碳纳米管作为光电变换材料的摄像元件的详细情况，在由本申请发明人做出的专利文献2中有详细的记载。
[1.4.管理装置等其他结构]
管理装置130例如是具有控制部131、提取部132、认证部133和存储部135的计算机。
控制部131是用来对照明装置110及摄像装置120的动作进行控制的处理部。控制部131对照明装置110及摄像装置120输出各种控制信号等。
提取部132是用来从作为拍摄结果(即指纹图像等)的认证信息中提取特征性的信息的处理部。
认证部133是通过进行提取部132提取出的信息与过去登记的信息、例如登记在存储部135中的信息的比较、以及摄像装置120拍摄的图像的比较等，进行判定及个人认证等的处理部。
控制部131、提取部132及认证部133等的处理部例如由1个或多个处理器实现，也可以由微型计算机或专用电路等实现。
存储部135是用来存储拍摄结果及在处理部的处理中使用的信息的存储装置。此外，在存储部135中，存储控制部131、提取部132及认证部133等的处理部执行的程序。存储部135例如由半导体存储器或HDD(Hard Disk Drive)等实现。
另外，管理装置130的各构成要素也可以分开装备在多个装置中，管理装置130的构成要素的至少1个也可以装备在照明装置110或摄像装置120中。
此外，非接触认证系统100也可以还具备人感传感器等的用来检测手的传感器。此外，非接触认证系统100也可以使用摄像装置120作为传感器。例如，控制部131也可以取得传感器的检测结果，以传感器检测到手指F为触发事件，开始照明装置110的照明光150的照射以及摄像装置120的拍摄。
[2.非接触认证系统的动作例]
接着，对有关本实施方式的非接触认证系统100的动作进行说明。具体而言，对从没有与物体接触的手取得认证信息的非接触认证系统100实施的认证方法进行说明。图9是表示有关本实施方式的非接触认证系统100的动作例的流程图。
如图9所示，首先，照明装置110朝向手指F照射在1380纳米以上的波长中具有光成分的照明光150(步骤S11)。照明装置110例如基于控制部131的控制或来自用户的操作而照射照明光150。另外，照明装置110也可以在非接触认证系统100的动作中总是照射照明光150。
接着，摄像装置120对于照射在手指F上的照明光150被手指F反射而产生的反射光160，以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄(步骤S12)。摄像装置120例如基于控制部131的控制或来自用户的操作来拍摄反射光160。由此，摄像装置120取得作为拍摄结果的指纹图像作为认证信息。此外，指纹图像中也可以包含使用图1所示的图像说明那样的表示手指F上的汗孔的位置的信息。摄像装置120例如将所取得的指纹图像输出给管理装置130。
接着，管理装置130的提取部132从摄像装置120取得指纹图像，提取在认证中使用的作为表示手指F的特征的信息的特征信息(步骤S13)。提取部132例如提取指纹的图案、指纹的分叉点等的分布及汗孔的分布等中的至少1个信息作为特征信息。
接着，认证部133基于提取部132提取出的特征信息进行认证(步骤S14)。例如，在存储部135中将表示认证候选者的信息与特征信息建立对应而记录，认证部133通过进行提取部132提取出的特征信息与记录在存储部135中的特征信息的对照来进行个人认证。认证部133例如输出用来向被认证者通知认证的结果的信息。关于步骤S13到步骤S14中的特征信息的提取及特征信息的对照等，可以使用公知的指纹认证技术。
另外，步骤S13到步骤S14的处理也可以由外部的装置进行。
如以上这样，在非接触认证系统100中，摄像装置120以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分，拍摄被没有与物体接触的状态的手指F反射的反射光160，取得指纹图像作为认证信息。因此，能够取得因皮肤内光的影响少而较多地包含手指F的指纹的凹凸的信息的认证信息。例如，由摄像装置120拍摄对比度高的指纹图像。通过由认证部133使用这样取得的指纹图像进行认证，不易发生误认证。这样，非接触认证系统100能够从没有与物体接触的手指F取得能够抑制误认证的发生的认证信息。
(实施方式2)
接着，对有关实施方式2的非接触认证系统进行说明。在实施方式2中，对具备多个照明装置的非接触认证系统的例子进行说明。在以下的实施方式2的说明中，以与实施方式1的不同点为中心进行说明，将共同点的说明省略或简化。
[1.非接触认证系统的结构]
图10是表示有关本实施方式的非接触认证系统200的概略结构的框图。如图10所示，非接触认证系统200与有关实施方式1的非接触认证系统100相比，在代替照明装置110而作为多个照明装置具备照明装置110A及照明装置110B这一点上不同。即，有关实施方式2的非接触认证系统200具备作为多个照明装置的照明装置110A及照明装置110B、摄像装置120和管理装置130。
照明装置110A及照明装置110B分别与照明装置110同样，具有光源111、照明光学系统112和光学滤波器113。照明装置110A向手指F照射照明光150A，照明装置110B向手指F照射照射方向与照明光150A不同的照明光150B。照明装置110A及照明装置110B从相互不同的方向向手指F照射照明光150A及照明光150B。另外，非接触认证系统200具备的多个照明装置的数量在图10所示的例子中是两个，但也可以是3个以上。此外，照明装置110A及照明装置110B也可以是收容在共同的1个壳体等中的装置。
在非接触认证系统200中，摄像装置120分别拍摄照明光150A被手指F反射的反射光160A以及照明光150B被手指F反射的反射光160B。
通过这样的结构，与从1个照射方向照射照明光150的实施方式1不同，在有关本实施方式的非接触认证系统200中，从多个照射方向照射照明光150A及照明光150B。此外，在非接触认证系统200中，照射照明光的照明装置能够依次切换，照明装置110A及照明装置110B分别在不同的定时向手指F照射照明光150A和照明光150B。在非接触认证系统200中，照明装置110A及照明装置110B例如基于控制部131的控制或用户的操作，在不同的定时向手指F照射照明光150A和照明光150B。
通过非接触认证系统200依次切换而从相互不同的多个照射方向照射照明光150A及照明光150B，产生以下这样的益处。
如在上述中使用图3说明那样，指纹的像被清晰地拍摄到并对比度提高的是照明光被照射在手指表面的凸部并且手指表面的凹部成为背阴的情况。
图11是表示照明光被照射在手指表面上的状况的概念图。在图11中，将相对于手指F延伸的方向(图11中的纵向)从斜方向照射的照明光用箭头表示。如图11所示，与任何物体都没有接触的非接触状态的手指F构成立体的曲面。这里，当为图11所示的照明光的照射方向的情况下，是在手指F中第1凸部411、第2凸部412及第3凸部413上被良好地照到照明光的状况。另一方面，在手指F中，第4凸部414及第5凸部415上几乎没有照到照明光。
此外，在手指F中，在第1凹部421由于没有遮挡物，所以被照到照明光。另一方面，在手指F中，由于第2凹部422被第2凸部412遮挡照明光，第3凹部423被第3凸部413遮挡照明光，所以第2凹部422及第3凹部423上没有照到照明光。此外，在第4凹部424，包括周边的凸部，没有照到照明光。
手指F的像被最清晰地拍摄以使指纹图像的对比度变高的手指F的区域是被照明光照到的凸部夹着的、照明光没有照到的凹部。在图11所示的状况下，第2凹部422附近的像被最清晰地拍摄到。
这样，指纹图像的对比度依赖于与手指F的立体形状及指纹的立体形状对应的照明光的照射方向。因此，通过变更照明光的照射方向，能够变更在手指F中被照明的部分以及在凹部产生背阴的手指F的部分的位置，变更指纹图像的对比度高的区域。因此，如果依次变更照明光的照射方向，则能够遍及手指F的较大的范围而以高对比度取得指纹图像。在图10中表示了照明装置的数量为两个的例子，但显然越是具备更多的照明装置而能够更多地变更照明光的照射方向，则能够以高对比度拍摄的手指F的范围越扩大。
此外，由照明光的照射方向的变更带来的指纹的对比度变化起因于手指F和指纹是立体的。因此，在印刷于平坦的纸上的假的指纹像或显示在液晶显示器等上的假的指纹像中，不发生这样的对比度变化。因此，还能够将与通过照明光的照射方向的变更而变化的指纹图像的对比度的变化有关的信息利用于是否为假的指纹的判定，该判定用来抑制基于假的指纹的不正当认证。
[2.非接触认证系统的动作例]
接着，对有关本实施方式的非接触认证系统200的动作进行说明。图12是表示有关本实施方式的非接触认证系统200的动作例的流程图。
如图12所示，首先，作为第1照明装置的照明装置110A朝向手指F照射作为第1照明光的照明光150A(步骤S21)。接着，摄像装置120拍摄照射在手指F上的照明光150A的通过手指F的反射产生的反射光160A(步骤S22)。由此，摄像装置120取得作为拍摄结果的第1指纹图像作为认证信息。摄像装置120例如将所取得的第1指纹图像向管理装置130输出。管理装置130的提取部132从摄像装置120取得第1指纹图像，记录到存储部135中。
接着，作为第2照明装置的照明装置110B朝向手指F照射照射方向与第1照明光不同的作为第2照明光的照明光150B(步骤S23)。此外，此时照明装置110A熄灭，不向手指F照射照明光150A。接着，摄像装置120拍摄照射在手指F上的照明光150B的通过手指F的反射产生的反射光160B(步骤S24)。由此，摄像装置120取得作为拍摄结果的第2指纹图像作为认证信息。摄像装置120例如将所取得的第2指纹图像向管理装置130输出。管理装置130的提取部132从摄像装置120取得第2指纹图像，记录到存储部135中。
接着，提取部132从记录在存储部135中的第1指纹图像及第2指纹图像中提取特征信息(步骤S25)。提取部132将第1指纹图像与第2指纹图像比较，基于各图像的对比度信息等，决定提取特征信息的区域。例如，提取部132将第1指纹图像与第2指纹图像比较，对于各个图像，决定对比度比另一方的图像高的区域、即作为特征信息的指纹的图样等被清晰地拍摄到的区域，从所决定的区域中提取特征信息。提取部132例如将第1指纹图像及第2指纹图像分别分割为多个划区，通过将相同位置的划区彼此的对比度值比较，对于各个图像提取对比度比另一方的图像高的划区。此外，提取部132也可以生成第1指纹图像与第2指纹图像的合成图像，从合成图像中提取特征信息。由此，与使用拍摄从单一的照射方向照射在手指F上的照明光被手指F反射的反射光而得到的指纹图像的情况相比，能够从更大的范围提取用于认证的特征信息。
接着，认证部133基于提取部132提取出的特征信息进行认证(步骤S26)。在步骤S26中，例如进行与上述的步骤S14同样的处理。
另外，在步骤S25中，提取部132也可以还将第1指纹图像与第2指纹图像比较，判定所拍摄的手指是实际的生物体的手指还是印刷或显示在平面上的假手指。提取部132例如将第1指纹图像与第2指纹图像比较，在第1指纹图像与第2指纹图像是规定的类似度以上的情况下判定为是假手指，在小于规定的类似度的情况下判定为是生物体的手指。提取部132例如输出用来将所判定的结果通知给被认证者的信息。
[3.变形例]
接着，对有关实施方式2的变形例的非接触认证系统进行说明。在实施方式2中，通过从多个照明装置照射照明光，从相互不同的多个照射方向向手指照射了照明光，但在实施方式2的变形例中，通过使照明装置的照明光的照射方向变化，从相互不同的多个照射方向向手指照射照明光。
图13是表示有关本变形例的非接触认证系统200A的概略结构的框图。如图13所示，非接触认证系统200A与有关实施方式1的非接触认证系统100相比，在代替照明装置110而具备照明装置210这一点上不同。即，有关实施方式2的变形例的非接触认证系统200A具备照明装置210、摄像装置120和管理装置130。
照明装置210是能够变更所照射的照明光250的照射方向的装置。照明装置210除了与照明装置110同样的光源111、照明光学系统112及光学滤波器113以外，还具有用来调整照明光250对于手指F的照射方向的调整部211。
调整部211使照明光250对于手指F的照射方向变化。调整部211例如是用来使照明装置210可动的机构。由此，照明装置210相对于手指F移动，以使照明光250的照射方向变化。此外，调整部211例如也可以具有用来使照明光学系统112可动的机构。由此，通过由照明光学系统112变更从光源111射出的光的光路，照明光250的照射方向变化。调整部211例如由与照明装置210的壳体或照明光学系统112连接的致动器或马达等的驱动装置等构成。此外，调整部211也可以由用来以手动使照明光250的照射方向变化的可动轴及支承部件、或者滑块等构成。
在非接触认证系统200A的动作中，在图12所示的流程图的步骤S21中，照明装置210朝向手指F照射照明光250作为第1照明光。此外，在步骤S23中，照明装置210通过由调整部211使照明光250的照射方向变化，照射照明光250以使其成为照射方向与第1照明光不同的第2照明光。调整部211例如基于管理装置130的控制部131的控制或来自用户的操作，使照明光250的照射方向变化。由此，摄像装置120拍摄反射光260，取得第1指纹图像及第2指纹图像。关于其他的步骤，进行与非接触认证系统200同样的动作。
(实施方式3)
接着，对有关实施方式3的非接触认证系统进行说明。在实施方式3中，对具备具有调制照明功能的照明装置和具有灵敏度调制功能的摄像装置的非接触认证系统的例进行说明。在以下的实施方式3的说明中，以与实施方式1及实施方式2的不同点为中心进行说明，将共同点的说明省略或简化。
[1.非接触认证系统的结构]
图14是表示有关本实施方式的非接触认证系统300的概略结构的框图。如图14所示，非接触认证系统300与有关实施方式1的非接触认证系统100相比，在代替照明装置110及摄像装置120而具备使照明光350的发光强度周期性地变化的照明装置310及使灵敏度周期性地变化的摄像装置320这一点上不同。即，非接触认证系统300具备照明装置310、摄像装置320和管理装置130。另外，在本说明书中，有时将使发光强度或灵敏度周期性地变化记作进行调制。
照明装置310具有光源311、照明光学系统312和光学滤波器113。此外，摄像装置320具备摄像元件321、摄像光学系统322和光学滤波器123。关于照明装置310照射的照明光350的波长以及摄像装置320作为主要的拍摄成分进行拍摄的波长范围等的条件，基本上与有关实施方式1的非接触认证系统100是同样的。
照明装置310具有使照射的照明光350的发光强度周期性地变化的功能。该功能例如也可以在光源311中使用激光二极管或发光二极管等的具有通过电流控制或电压控制来调整光量的功能的发光元件、以及使电流或电压周期性地反复变化的电源来实现。此外，光源311也可以是脉冲激光器等的射出强度随着时间而周期性地变化的光的光源。此外，也可以通过照明装置310的照明光学系统312包括能够周期性地反复开闭的快门或斩光叶片(Chopping Blade)，并使朝向作为被摄体的手指F照射的照明光350的发光强度周期性地变化来实现。此外，照明装置310也可以具有声响光学元件或电光学调制器，使用它们进行照明光350的强度调制。
照明装置310也可以如带有偏移的正弦波那样连续地使照明光350的强度变化，也可以如脉冲序列那样离散地使照明光350的强度变化。
由于照明光350的发光强度周期性地变化，所以照明光350被手指F反射的反射光360的发光强度也以相同的周期变化。摄像装置320拍摄反射光360。
摄像装置320具有在曝光期间中对应于照明光350的周期性的变化而使灵敏度周期性地变化的功能。这里，曝光期间是指从摄像元件321进行所积蓄的信号电荷的复位并开始信号电荷的积蓄起到开始信号电荷的读出之间的期间。摄像装置320的灵敏度的变化的周期例如与照明光350的发光强度的变化的周期相同。另外，在照明光350的强度的变化和摄像装置的灵敏度的变化都是离散性的脉冲状的情况下，也可以是一方的周期为另一方的周期的整数倍。
作为具有高速地调制灵敏度的功能的摄像装置320的例子，可以列举出ICCD相机(图像增强相机)。ICCD相机在利用多通道板使通过光入射到受光面而产生的电子倍增后，使其撞击在荧光面上，将在此产生的荧光利用相机进行拍摄。此时，通过使对多通道板施加的电压周期性地变化，能够使灵敏度周期性地变化。
此外，作为用来实现具有高速地调制灵敏度的功能的摄像装置320的摄像元件321的例子，可以列举出层叠型图像传感器及电荷分配元件。
层叠型图像传感器是具有如图7所示的在对置电极与像素电极之间夹着光电变换层的构造的摄像元件。在层叠型图像传感器中，灵敏度依赖于透明电极与像素电极之间的电位差、所谓的偏压。通过将偏压设为规定的阈值以下，能够使灵敏度实质上成为0，此外即使偏压是规定的阈值以上，例如灵敏度也对应于偏压而变化。关于这样的层叠型图像传感器中的灵敏度调制，例如在由本申请发明人做出的专利文献3中有详细的记载。
电荷分配元件是对于各像素的光电变换区域具有两个以上的电荷捕集部或者一个以上的电荷捕集部和电荷丢弃部的摄像元件。作为电荷分配元件的例子，可以列举出多抽头CCD及转送调制型层叠型图像传感器。
关于多抽头CCD，在专利文献4中有详细的记载。关于转送调制型层叠型图像传感器，在由本申请发明人做出的国际公开第2021/176876号及专利文献5中有详细的记载。
在电荷分配元件的情况下，如果是针对1个光电变换区域拥有两个以上的电荷捕集部的结构，则能够同时得到作为对相位分别不同的两个灵敏度进行调制而拍摄的结果的两个指纹图像。如后述那样，在本实施方式中，通过得到以在照明光350的强度高的相位下灵敏度变高的方式变化并拍摄的拍摄结果、以及以在照明光350的强度低的相位下灵敏度变高的方式变化并拍摄的拍摄结果双方，能够有效地除去环境光。这样，通过使用电荷分配元件作为摄像元件321，能够同时得到上述的两个拍摄结果，能够有效地除去环境光。
此外，摄像装置320例如也可以通过使摄像光学系统322包含将向摄像元件321入射的光物理性地且周期性地截断的快门或斩光器，使灵敏度周期性地变化。
非接触认证系统300例如通过控制部131的控制，将照明光350的强度的变化的相位和摄像装置320的灵敏度的变化的相位的相对关系切换为两个状态。更具体地讲，非接触认证系统300切换在照明光350的发光强度高的相位下成为摄像装置320的灵敏度高的相位的情况、以及在照明光350的发光强度低的相位下成为摄像装置320的灵敏度高的相位的情况。
图15是表示照明光350的发光强度的变化及摄像装置320的灵敏度的变化的例子的图。图15的部分(a)表示照明光350的发光强度的变化的例子，图15的部分(b)及部分(c)分别表示作为摄像装置320的灵敏度的变化的例子的灵敏度例1及灵敏度例2。非接触认证系统300例如在照射了图15的部分(a)所示的照明光350的情况下，切换摄像装置320以灵敏度例1的灵敏度进行拍摄的情况和以灵敏度例2的灵敏度进行拍摄的情况。灵敏度例1中的摄像装置320的灵敏度高的期间和灵敏度例2中的摄像装置320的灵敏度高的期间是相同的长度。此外，灵敏度例1中的摄像装置320的灵敏度高的相位下的灵敏度和灵敏度例2中的摄像装置320的灵敏度高的相位下的灵敏度是相同的高度。另外，在图15中，照明光350的发光强度高的期间比摄像装置320的灵敏度高的期间短，但照明光350的发光强度高的期间也可以与摄像装置320的灵敏度高的期间相同。
这样的发光强度及灵敏度的控制例如也可以由以下的结构实现：除了照明装置310及摄像装置320以外，在非接触认证系统300中还具备在图14中没有图示的函数产生器等的周期信号产生装置，照明装置310和摄像装置320都接受来自周期信号产生装置的输出。此外，这样的发光强度及灵敏度的控制也可以通过由控制部131向照明装置310及摄像装置320输出周期信号来实现。此外，也可以在照明装置310或摄像装置320中包含具有输出这样的周期信号的功能的电路等。
[2.非接触认证系统的动作例]
接着，对有关本实施方式的非接触认证系统300的动作进行说明。图16是表示有关本实施方式的非接触认证系统300的动作例的流程图。
如图16所示，首先，照明装置310朝向手指F照射强度周期性地变化的照明光350(步骤S31)。照明装置310例如向手指F照射由图15的部分(a)表示的发光强度的照明光350。
接着，摄像装置320将照射在手指F上的照明光350的通过手指F上的反射产生的反射光360在照明光350的发光强度的变化的相位和摄像装置320的灵敏度的变化的相位是第1相位关系的状态下进行拍摄(步骤S32)。摄像装置320例如如图15的部分(a)及部分(b)所示，以与照明光350的发光强度的变化相同的周期使灵敏度变化，以使照明光350的发光强度的变化的相位和摄像装置320的灵敏度的变化的相位成为在照明光350的发光强度高的相位下为摄像装置320的灵敏度高的相位的相位关系。由此，摄像装置320取得作为拍摄结果的第3指纹图像作为认证信息。摄像装置320例如将所取得的第3指纹图像向管理装置130输出。管理装置130的提取部132从摄像装置320取得第3指纹图像，记录到存储部135中。
接着，摄像装置320将照射在手指F上的照明光350的通过手指F上的反射产生的反射光360在照明光350的发光强度的变化的相位和摄像装置320的灵敏度的变化的相位是第2相位关系的状态下进行拍摄(步骤S33)。摄像装置320例如如图15的部分(a)及部分(c)所示，以与照明光350的发光强度的变化相同的周期使灵敏度变化，以使照明光350的发光强度的变化的相位和摄像装置320的灵敏度的变化的相位成为在照明光350的发光强度低的相位下为摄像装置320的灵敏度高的相位的相位关系。由此，摄像装置320取得作为拍摄结果的第4指纹图像作为认证信息。摄像装置320例如将所取得的第4指纹图像向管理装置130输出。管理装置130的提取部132从摄像装置320取得第4指纹图像，记录到存储部135中。
接着，提取部132生成记录在存储部135中的第3指纹图像与第4指纹图像的差分图像(步骤S34)。提取部132例如生成从第3指纹图像减去第4指纹图像所得的差分图像。具体而言，提取部132例如通过运算第3指纹图像及第4指纹图像的各像素的像素值的差分而生成差分图像。
接着，提取部132从所生成的差分图像中提取用于认证的特征信息(步骤S35)。在步骤S35中，除了代替指纹图像而使用差分图像以外，进行与上述的步骤S13同样的处理。
接着，认证部133基于提取部132提取出的特征信息进行认证(步骤S36)。在步骤S36中，例如进行与上述的步骤S14同样的处理。
由此，在第3指纹图像和第4指纹图像中，除了照明光350以外，还包含太阳光及室内照明光等的照明光350以外的光、所谓的环境光的影响。如果在步骤S32和步骤S33中摄像装置320的灵敏度高的期间相同，则在第3指纹图像及第4指纹图像中分别大致相等地包含环境光。因此，在第3指纹图像与第4指纹图像的差分图像中，环境光成分被减去。另外，即使在摄像装置320的灵敏度高的期间不同的情况下，通过在差分图像的生成时应用与期间的长度的差对应的修正系数，也能够将环境光成分减去。
另一方面，第3指纹图像由于是在照明光350的发光强度高的相位下为摄像装置320的灵敏度高的相位的情况下的拍摄结果，所以比第4指纹图像更多地包含照明光350被手指F反射的反射光360成分。这是因为，第3指纹图像是在照明光350的发光强度高的相位下为摄像装置320的灵敏度高的相位的情况下的拍摄结果，第4指纹图像是在照明光350的发光强度低的相位下为摄像装置320的灵敏度高的相位的情况下的拍摄结果。结果，在差分图像中，由于环境光成分被从第3指纹图像减去，所以剩下反射光360成分。因此，差分图像在进一步减小了环境光的影响的状态下包含源自于反射光360的信息。由此，差分图像中的源自于指纹形状的对比度等变高，所以容易提取出提取信息，认证精度提高。
另外，上述的动作例是一例，通过以在指纹图像中包含反射光360成分的量相互不同的两个照明光强度变化和灵敏度变化的相位关系拍摄指纹图像，能得到同样的效果。例如，也可以通过代替使摄像装置320的灵敏度的相位变化而使照明光350的发光强度的相位变化，取得以不同的相位关系拍摄的指纹图像。此外，照明光350的发光强度的变化的周期及摄像装置320的灵敏度的变化的周期也可以不为一定。
此外，在摄像元件321是电荷分配元件的情况下，能够将步骤S32和步骤S33同时实施。因此，能够缩短拍摄时间，并且拍摄两个指纹图像之间的环境光及被摄体的变化变小，能够有效地将环境光除去。
(其他的实施方式)
以上，基于实施方式及变形例对有关本公开的非接触认证系统进行了说明，但本公开并不限定于这些实施方式及变形例。
例如，摄像装置也可以除了以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分拍摄反射光以外，还以小于1380纳米的波长范围为主要的拍摄成分拍摄反射光。在此情况下，例如摄像装置具有透射波长范围不同的多个光学滤波器，通过切换多个光学滤波器，以不同的波长范围为主要的拍摄成分拍摄反射光。此外，摄像装置的摄像元件也可以是具有用来拍摄1380纳米以上的波长的光的像素和用来拍摄小于1380纳米的波长的光的像素的结构。此外，非接触认证系统中也可以作为多个摄像装置而具备以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分拍摄反射光的摄像装置和以小于1380纳米的波长范围为主要的拍摄成分拍摄反射光的摄像装置。
在被摄体是实际的手指的情况下，以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄而得到的指纹图像的对比度比以小于1380纳米的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄而得到的指纹图像的对比度高。这是因为，如上述那样，通过构成手指的组织的分光吸收特性，表面反射光与源自于皮肤内光的散射反射光的比率根据波长而变化。
另一方面，在由树脂等制作的假手指、印刷在纸上的手指的图像或显示在显示器上的手指的图像等的情况下，以1380纳米以上的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄而得到的指纹图像的对比度与以小于1380纳米的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄而得到的指纹图像的对比度的关系有可能与实际的手指不同。这是因为，假手指的分光吸收特性有可能与实际的手指不同。例如，假手指的基于水分的吸收比实际的手指小，所以假手指中的上述两个指纹图像的对比度之差比实际的手指中的上述两个指纹图像的对比度之差小。因此，根据以两种不同的波长范围为主要的拍摄成分进行拍摄得到的指纹图像的对比度的关系，有可能能够检测出假手指。例如，管理装置的认证部除了个人认证以外也可以还取得上述两个指纹图像，通过将两个指纹图像比较，判定被摄体是否是假手指。
此外，例如照明装置也可以具有对手指照射直线状的照明光并将其照射位置依次变更的功能。与将照明光以面状照射的情况相比能够提高照明光的密度，所以摄像装置能够得到信号噪声比高的图像。此外，在对于立体的手指照射了直线状的光的情况下，被照射的区域的形状成为曲线。利用这一点，能够识别出显示在平面的印刷物或平面显示器上的假手指。照射位置的变更例如可以通过检流计镜进行。
此外，例如在上述实施方式及变形例中，被摄体为手指，但也可以是被摄体为手掌，也可以是手指及手掌双方为被摄体。
此外，例如在上述实施方式及变形例中，非接触认证系统由多个装置实现，但也可以作为单一的装置实现。此外，在非接触认证系统由多个装置实现的情况下，在上述实施方式及变形例中说明的非接触认证系统具备的构成要素怎样分配给多个装置都可以。
此外，非接触认证系统也可以不全部具备在上述实施方式及变形例中说明的各构成要素，也可以仅由用来进行目的动作的构成要素构成。
此外，例如也可以是，非接触认证系统具备通信部，管理装置是用户的智能电话、由用户带入的专用设备或云服务器等外部的设备，非接触认证系统通过使用通信部与外部的设备通信来进行认证。
此外，在上述实施方式中，也可以将特定的处理部执行的处理由其他的处理部执行。此外，也可以将多个处理的顺序变更，也可以将多个处理并行地执行。
此外，在上述实施方式中，各构成要素也可以通过执行适合于各构成要素的软件程序来实现。各构成要素也可以通过由CPU或处理器等的程序执行部读出并执行记录在硬盘或半导体存储器等的记录介质中的软件程序来实现。
此外，各构成要素也可以由硬件实现。各构成要素也可以是电路(或集成电路)。这些电路既可以作为整体构成1个电路，也可以分别是不同的电路。此外，这些电路分别既可以是通用的电路，也可以是专用的电路。
此外，本公开的全局性或具体的形态也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD－ROM等的记录介质实现。此外，也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合实现。
例如，本公开既可以作为上述实施方式的非接触认证系统实现，也可以作为用来使计算机执行处理部进行的认证方法的程序实现，也可以作为记录有这样的程序的计算机可读取的非暂时性的记录介质实现。
除此以外，只要不脱离本公开的主旨，对实施方式及实施例施以本领域技术人员想到的各种变形后的形态、以及将实施方式及实施例的一部分的构成要素组合而构建的其他的形态也包含在本公开的范围中。
工业实用性
有关本公开的非接触认证系统及认证方法例如可以利用于建筑物的进入管理及机场的闸门等处的认证。
标号说明
100、200、200A、300非接触认证系统
110、110A、110B、210、310照明装置
111、311 光源
112、312 照明光学系统
113、123 光学滤波器
120、320 摄像装置
121、321 摄像元件
122、322 摄像光学系统
125 光电变换元件
126 光电变换层
127 像素电极
128 对置电极
130 管理装置
131 控制部
132 提取部
133 认证部
135 存储部
150、150A、150B、250、350照明光
160、160A、160B、260、360反射光
211调整部
411第1凸部
412第2凸部
413第3凸部
414第4凸部
415第5凸部
421第1凹部
422第2凹部
423第3凹部
424第4凹部
1101、1105 光
1102 表面反射光
1103 皮肤内光
1104 散射光
1200 背阴
F 手指

Claims (13)

1.一种非接触认证系统，其中，具备：
1个以上的照明装置，向手中的没有与物体接触的部分照射在1380纳米以上的波长范围中包含光成分的照明光；以及
摄像装置，拍摄通过在上述手的上述部分中反射上述照明光而产生的反射光中的上述波长范围的光成分，从而取得指纹图像及掌纹图像中的至少一方作为认证信息。
2.如权利要求1所述的非接触认证系统，其中，
上述认证信息包含表示汗孔的位置的信息。
3.如权利要求1或2所述的非接触认证系统，其中，
上述摄像装置包含光电变换层；
上述光电变换层的灵敏度在上述波长范围中具有峰值。
4.如权利要求3所述的非接触认证系统，其中，
上述光电变换层包含量子点。
5.如权利要求3或4所述的非接触认证系统，其中，
上述光电变换层包含半导体型碳纳米管。
6.如权利要求1～5中任一项所述的非接触认证系统，其中，
由上述摄像装置拍摄的上述光成分包含地表上的太阳光有效地衰减的波长。
7.如权利要求1～6中任一项所述的非接触认证系统，其中，
上述摄像装置包括光学滤波器；
上述光学滤波器对于具有小于1380纳米的波长的光的透射率比上述光学滤波器对于具有1380纳米以上的波长的光的透射率低。
8.如权利要求1～7中任一项所述的非接触认证系统，其中，
上述1个以上的照明装置使上述照明光的发光强度周期性地变化；
上述摄像装置对应于上述照明光的发光强度的变化，使上述摄像装置的灵敏度周期性地变化。
9.如权利要求1～8中任一项所述的非接触认证系统，其中，
上述1个以上的照明装置从第1方向以及与上述第1方向不同的第2方向向上述手照射上述照明光；
上述摄像装置拍摄由从上述第1方向向上述手照射的上述照明光引起的上述反射光、以及由从上述第2方向向上述手照射的上述照明光引起的上述反射光。
10.如权利要求9所述的非接触认证系统，其中，
上述1个以上的照明装置包括从上述第1方向向上述手照射上述照明光的第1照明装置、以及从上述第2方向向上述手照射上述照明光的第2照明装置；
上述第1照明装置向上述手照射上述照明光的定时与上述第2照明装置向上述手照射上述照明光的定时不同。
11.如权利要求9所述的非接触认证系统，其中，
上述1个以上的照明装置包括使向上述手照射上述照明光的方向变化的调整部；
上述1个以上的照明装置使用上述调整部从上述第1方向及上述第2方向向上述手照射上述照明光。
12.如权利要求1～11中任一项所述的非接触认证系统，其中，
由上述摄像装置拍摄的上述光成分是上述反射光中的1380纳米以上且小于2500纳米的波长范围的光成分。
13.一种认证方法，其中，包括：
向手中的没有与物体接触的部分照射在1380纳米以上的波长范围中包含光成分的照明光；
拍摄通过在上述手的上述部分中反射上述照明光而产生的反射光中的上述波长范围的光成分，从而取得指纹图像及掌纹图像中的至少一方作为认证信息。
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