JP2008071137A - 画像読取装置及び生体認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２種類の撮像を各々適する条件で行なうことができ、画質の良さと、低コスト化、小型化の両立した画像読取装置、認証装置を提供する。
【解決手段】複数の画素からなる撮像素子２０４ａを有した画像読取装置において、撮像素子の、被写体２０１に対面する面を第一の面２０４ｐ、第一の面の反対側の面を第二の面２０４ｑとしたとき、撮像素子は光経路２０６ａを経て第一の面から入射した第１の光により第一の撮像を行なうとともに、光経路２０６ｂを経て第二の面から入射した第２の光により第二の撮像を行ない、第１の光は被写体から結像光学系を介さず第一の面に入射され、第２の光は被写体から結像光学系２１９を介して第二の面に入射される。
【選択図】図１１

Description

本発明は、画像読取装置及び生体認証装置に関し、特に、指紋認証や静脈認証等の生体認証システムに好適に搭載される画像読取装置及び生体認証装置に関する。

指紋や静脈、顔、虹彩、掌紋などを用いた生体認証システムは、画像取得装置（画像読取装置となる）から生体の画像を取得して、この取得した画像から特徴抽出を行ない、その情報を元に登録済みのデータと照合を行ない、本人であることを認証する。

ここで、画像取得装置の検出方式としては、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いた光学方式や、静電容量方式、圧力検知方式、感熱方式、電界検出方式などがある。また、別の分類としては、２次元のエリアセンサを用いて被写体画像を一括して取得するタイプと、スイープタイプ、あるいはスキャンタイプと呼ばれるタイプがある。スイープタイプとは、１次元センサあるいは副走査方向の画素数が２〜２０程度の帯状の２次元センサを用いて、被写体を副走査方向に順次撮像した画像を合成して全体画像を取得するタイプである。

一方、生体認証装置においては、顔認証と音声認証、虹彩認証と指紋認証など、異なる種類の生体認証技術を組み合わせたものがある。これは、組み合わせることにより認証精度が向上する点や、一方が認証できない場合に他方がカバーできる利便性の点を目的としている。

こうしたなかで、組み合わせる複数の種類の生体認証技術は、同一人物の同じ部位を用いる認証技術同士であるほうが、複数の生体画像間の相関度が高くなるため、照合精度があがることが理解される。こうしたものには、指紋と静脈、掌紋と掌の静脈、顔と頭蓋骨特徴認証、虹彩と網膜（眼底毛細血管パターン）、唇の形と音声認識、などの組み合わせがあげられる。

たとえば、同じ指の部位に対して、指紋と静脈という２つの認証を行う例が示されている（特許文献１および特許文献２を参照）。

これらは、同じ被写体（指）に対して、１つの共通のセンサと同じ撮像光学系で光源を切り替えることで、指紋と静脈という２種類の撮像を行なう例を示している。

また、特許文献３には両面入射型固体イメージセンサが開示されている。
特開２００５−１６８６２７号公報 特開２００４−２３４０４０号公報 特開平５−１０３２６４号公報

しかしながら、１つの共通のセンサを用いて複数の認証を行うための撮像を行う技術においては下記課題があった。

第１の課題として、指の表面に位置する指紋と指の内部に存在する静脈では、それぞれの撮像のための焦点位置、焦点深度などのパラメータの適する値が異なるために、両者に適する撮像条件を両立できない問題があった。また、指の第一関節から先を主に撮像したい指紋と第１関節〜第２関節の間を主に撮像したい静脈で撮像領域を最適化できなかった。

また、第２の課題として、複数の生体認証を行う場合は、複数回撮像する必要があるためユーザーの利便性を損なう問題があった。

例えば、先述のスイープタイプと呼ばれるセンサにおいて、指紋と指の静脈とを撮像する場合には、指紋画像を撮像するために指を動かした後、さらに指の静脈を撮像するために指を動かす必要があり、２度手間になってしまう。

さらに、第３の課題として被写体に対して相対移動をして複数の生体認証を行なう場合は、複数回被写体を動かして撮像する必要があるため、厳密には同じ撮像を行なうことができず、複合した認証精度が落ちてしまう問題があった。例えば、先述のスイープタイプのセンサを用いた場合、指紋と静脈との各撮像時において、指の置き方（位置、角度、押し圧など）や移動の仕方（速度、距離、位置ずれなど）、離し方などが、意識をしていても異なってしまう。このため、指紋と静脈との双方の特徴情報を関連付ける場合に画像の位置のずれが、誤差となり認証精度の低下を起こすことになる。

本発明の目的の一つは、１つの撮像素子に対して、２種類の認証それぞれに好適な撮像光学系を適用して、高性能でありながら、安価で小型な画像読取装置を実現することにある。

また、本発明の他の目的は、撮像回数が少なく、ユーザーの利便性を向上した画像読取装置を実現することにある。

また、本発明の他の目的は、２つの認証用の画像の間の相関性を高めて、精度の高い認証用の画像読取装置を提供することにある。

本発明の画像読取装置は、複数の画素からなる撮像素子を有した画像読取装置において、前記撮像素子の、被写体に対面する面を第一の面、該第一の面の反対側の面を第二の面としたとき、
前記撮像素子は前記第一の面から入射した第１の光により第一の撮像を行なうとともに、前記第二の面から入射した第２の光により第二の撮像を行ない、
前記第１の光は前記被写体から結像光学系を介さず前記第一の面に入射され、前記第２の光は前記被写体から結像光学系を介して前記第二の面に入射されることを特徴とする。

また本発明の画像読取装置は、複数の画素からなる撮像素子を有した画像読取装置において、前記撮像素子の、被写体に対面する面を第一の面、該第一の面の反対側の面を第二の面としたとき、
前記撮像素子は前記第一の面から入射した第１の光により第一の撮像を行なうとともに、前記第二の面から入射した第２の光により第二の撮像を行ない、
前記第１の光は前記被写体から第１の光学系を介して前記第一の面に入射され、前記第２の光は前記被写体から第２の光学系を介して前記第二の面に入射されることを特徴とする。

また本発明の画像読取装置は、複数の画素からなる撮像素子を有した画像読取装置において、前記撮像素子は、被写体を相対的に移動させながら部分画像を取得する１次元あるいは２次元のセンサであり、第一の照明用光源で被写体を照明する第一の撮像と第二の照明用光源で被写体を照明する第二の撮像とを、１回の前記被写体と前記撮像素子との相対的な移動の間に時分割で行なうことを特徴とする。

本発明によれば、共通の撮像素子に対して、結像光学系、又は第１と第２の光学系を用いて、２種類の撮像を各々適する条件で行なうことができるため、画質の良さと、低コスト化、小型化の両立した画像読取装置、認証装置を提供できる。

また、本発明によれば、共通の撮像素子を用いて、時分割で２種類の撮像を並行して行なうことが出来るため、ユーザーに要求する被写体の撮像動作が少なく、ユーザーの利便性を向上した画像読取装置が実現できる。そして、特に被写体と撮像素子との相対的な移動を伴う場合に、２つの認証用の画像の間の位置などの相関性を高めることができ、精度の高い認証用の画像読取装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

指の表面に位置する指紋と指の内部に存在する静脈とを撮像する場合、指紋と静脈の撮像素子に対する撮影に適する位置（高さ）が異なる（指紋は指の表面、静脈は指の内部にある）。そのため、一つの撮像素子の一面のみで撮像を行なうと良質な二つの撮像を行なうことが難しい。また既に述べたように、指の第一関節から先を主に撮像したい指紋と第１関節〜第２関節の間を主に撮像したい静脈とでは、適する撮像部位が異なる。

そこで、本実施形態においては、１つの共通の撮像素子を用いて、適する撮像条件が異なる第一の撮像と第二の撮像において、両者に適する撮像条件を両立するために、下記の構成とした。

図１１は本発明の第１実施形態の概略的な構成を示す図である。

複数の画素からなる撮像素子２０４ａを有した画像読取装置において、撮像素子２０４ａの、被写体２０１に対面する面を第一の面２０４ｐ、第一の面の反対側の面を第二の面２０４ｑとする。そのとき、撮像素子２０４ａは光経路２０６ａを経て第一の面から入射した第１の光により第一の撮像を行なうとともに、光経路２０６ｂを経て第二の面から入射した第２の光により第二の撮像を行なう。そして、第１の光は被写体２０１から結像光学系を介さず第一の面に入射され、第２の光は被写体２０１から結像光学系２１９を介して第二の面に入射されるようにする。

これにより、１つの撮像素子に対して、第二の面には結像光学系を介して入射され、焦点位置、焦点深度などのパラメータの適正化された撮像を行なうことができる。

図１２は本発明の第２実施形態の概略的な構成を示す図である。

複数の画素からなる撮像素子２０４ａを有した画像読取装置において、撮像素子２０４ａの、被写体２０１に対面する面を第一の面２０４ｐ、第一の面の反対側の面を第二の面２０４ｑとする。そのとき、撮像素子２０４ａは光経路２０６ａを経て第一の面から入射した第１の光により第一の撮像を行なうとともに、光経路２０６ｂを経て第二の面から入射した第２の光により第二の撮像を行なう。そして、第１の光は被写体２０１から第１の光学系２１８を介して第一の面に入射され、第２の光は被写体２０１から第２の光学系２１７を介して第二の面に入射されるようにする。

これにより、１つの撮像素子に対して、異なる２種類の光学系を独立に適用できるため、２種類の撮像それぞれに適する光学系を採用できる。

上記図１１及び図１２では、撮像に適する位置（高さ）や撮像部位をずらして撮像できる。例えば、これにより、第一の撮像と第二の撮像を、共に高画質な撮像を行なうことができ、性能が高い画像読取装置が実現できる。

また、撮像素子の両面を使用することにより、部品の配置の自由度が発生することと、撮像素子が１つで済むことで小型の撮像部が実現できる。さらに、撮像素子、ＡＤ変換部、パルス発生部（ＴＧ部）等の回路を共用可能になり、周辺を含めた装置全体の小型化、低コスト化が実現できる。

また、図１１及び図１２において、被写体から放出された第２の光を撮像素子の第二の面に入射する光学系としては、結像光学系と光路変更部材を用いる。これにより、１つの撮像素子の第一の撮像を行なう面と反対の面に第二の撮像のための被写体からの光を効率的に導くことが可能となる。また、２つの撮像をそれぞれの好適な位置で撮像するために、被写体の撮像位置を効率的にずらすことができる。第一の撮像と第二の撮像とを、共に高画質な撮像を実現すると共に、撮像位置と部品の配置の自由度が発生することと、撮像素子が１つで済むことで小型の撮像部が実現できる。

また、第一の撮像と第二の撮像とを時分割で行なうことにより、１回の撮像で、異なる２種類の撮像を同時に行なうことが可能になるため、撮像時間が短縮してユーザーの利便性が非常に向上する。また、同じ被写体に対してほぼ同時に２つの撮像を行なうため、２つの画像間の相関性が高く、精度の高い認証用の画像読取装置が提供できる。

また、本発明の第３の実施形態の画像読取装置は、複数の画素からなる撮像素子を有した画像読取装置において、前記撮像素子は、被写体を相対的に移動させながら部分画像を取得する１次元あるいは２次元のセンサとする。そして、第一の照明用光源で被写体を照明する第一の撮像と第二の照明用光源で被写体を照明する第二の撮像とを、１回の前記被写体と前記撮像素子との相対的な移動の間に時分割で行なう。

これにより、１回の被写体の移動でありながら、２種類の異なる撮像の取り込みを行なうことができるため、回路規模を抑え、小型化、低コスト化が実現できる。特に、小型で低コストの要求の強いスイープタイプで回路規模を抑えることが、製品の大きなメリットになる。

さらに、１回の被写体の移動でありながら、異なる２種類の撮像を同時に行なうことが可能になるため、撮像時間が短縮してユーザーの利便性が非常に向上する。また、各々の露光条件もお互いの制約をうけず最適化できるため、認証精度が向上する。さらに、おなじ被写体の移動時に２つの撮像を行なうため、２つの画像間の相関性が高く、精度の高い認証用の画像読取装置が提供できる。

本発明の好適な実施形態としては、被写体の表面画像と内部画像とを撮像したい場合、特に指紋と静脈とを撮像する場合が挙げられるが、本発明はかかる形態に限定されるものではなく被写体に凹凸や段差を有する場合等にも適用することができる。

図１１及び図１２では、第２の光は、第１の光と同じ方向から被写体２０１より放出され、光路を１８０度方向変換して撮像素子の第二の面に入射されている。しかしながら、第２の光は、第１の光と反対方向から被写体２０１の透過光として放出され、光路を３６０度方向変換して撮像素子の第二の面に入射されてもよい。光路を３６０度方向変換して撮像素子の第二の面に入射する場合は図１１及び図１２に示すように被写体の異なる部位の画像（反射光と透過光）を撮像してもよいし、同一部位の画像（反射光と透過光）を撮像してもよい。

本実施形態の画像読取装置は、前記第一の撮像は指紋であり、前記第二の撮像は静脈である場合に好適に用いられる。

指紋の場合は、指の表層に存在する隆線のパターンを取得するため、指の表面付近の撮像を求められる。このため、指を画素部に直接、あるいは薄膜の光学部材を介して接する密着光学系を用いられることが多い。一方、静脈の場合は指の内部に存在するため、焦点深度をある程度有した結像光学系を用いることが多い。また、指の第一関節から先を主に撮像したい指紋と、第１関節〜第２関節の間を主に撮像したい静脈では求められる撮像領域も異なる。このように両者は、撮像のために求められる最適な撮像光学系（被写体から撮像部までの光学系）が大きく違う。これに対して、撮像素子の一方の面を密着光学系の入射経路として指紋を取得し、もう一方の面を結像光学系の入射経路として静脈を取得することで、異なる撮像光学系の入射光を１つの撮像素子で受ける。これにより、指紋と静脈の組み合わせの場合であっても、１つの撮像素子で最適な光学系で撮像を行なうことが可能になり、小型化と低コスト化でありながら、精度の高い複合認証装置用の画像読取装置が実現できる。

特に、スイープタイプのセンサの場合には、１回の指の移動動作で平行して指紋と静脈の画像を取得できる。このため、指紋の特徴点と静脈の特徴点の位置関係が相関性が高く取得できるので、両者の特徴点を関連付けて登録、照合する高度な認証が可能になる。従来のように２回別々にスイープした場合等は、同じように指を移動させながら撮像したつもりであっても、位置関係が同じになるように再現するのは非常に困難である。

また、上記画像読取装置と、画像読取装置からの被写体の画像信号を認識する認識部とを含んで生体認証装置を構成することができる。これにより、１つの画像読取装置のみで、２種類の生体認証用の撮像を両立できるため、小型で低コストでありながら高精度な複合認証を提供可能となり、製品の大きなメリットになる。

さらに、１回の被写体の撮影動作でありながら、異なる２種類の撮像を同時に行なうことが可能になるため、登録や認証のたびに２回ずつ撮影動作をユーザーに要求することがなくなり、利便性が非常に向上する。さらに、スイープ型などの被写体の移動を伴う認証においては、おなじ被写体の移動時に２つの撮像を平行して行なうため、２つの画像間の相関性が高く、さらに精度の高い認証用の複合認証装置が提供できる。

以下、本発明の実施例について説明する。

（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例として、指紋認証用の部分画像と静脈認証用の部分画像を時分割で取得するスイープタイプの画像取得部（画像読取装置）の模式的な構成を示している。ここで、同一の被写体（おなじ指）の異なる場所から発した指紋情報を含んだ光と静脈情報を含んだ光とを、同一の画素部の異なる面から入射させている。異なる場所とは、指紋に対しては指の第一関節から先であり、静脈に対しては第１関節〜第２関節の間である。

図１において、（ａ）は指の側面方向から見た図であり、（ｂ）は指の上から見た図である。また、（ｃ）は帯状の２次元センサにより取得した１枚の指紋部分画像例を示している。

２０１が被写体としての指である。２０２aが指紋用の光源としてのＬＥＤである。２０２ｂが静脈用の光源としてのＬＥＤである。

２０４aが１次元センサあるいは副走査方向の画素数が５〜２０画素程度の帯状の２次元センサである。ここではＣＭＯＳ型の撮像素子である。

本実施例では、このＣＭＯＳ型の撮像素子のＩＣチップを、撮像素子が形成された面とは反対側のウェハ裏面側から削り、約50〜200μｍほどに薄膜化している。さらに、撮像素子が形成された面を下向きにして、裏面側を指に接する側として指紋撮像面としている。図１(a),(b)においては、２０４ｂが１次元又は２次元のセンサ２０４aの画素部を示している。特に図１(a)においては、１次元又は２次元のセンサ２０４aの断面に対して、ＩＣチップの深さ方向に、画素部２０４ｂの形成されている位置を指紋撮像面と反対側の面に配置していることを示している。

図１(a)においては、画素部２０４ｂが設けられ開口されている面とは反対側であるＩＣチップ裏面を第一面として被写体としての指に対面する側に配置している。指を第一面に接することで、照明用光源（LED）で照射されて指内部で散乱した光は、指表面から薄膜化されたシリコン基板を透過して、画素部２０４ｂに到達する。これにより、指紋情報を撮像する。

一方、画素部２０４ｂの設けられている開口のあるＩＣチップ表面を第二面として、指に接する面と反対側に配置して、指内部からの静脈情報を含んだ光を光路変更部材２０９、２１０と結像光学系２１１により画素部に導く。これにより、静脈情報を撮像する。

ここで、２０５aが指紋画像撮像のための、光源２０２ａから指へ入射する光を示しており、２０６aが指紋情報を含んだ光の指からセンサ２０４ａへの入射光経路である。ここでは、指紋画像撮像のための入射する光として８５０〜１０００ｎｍ付近の赤外光を与えている。ＬＥＤ２０２ａから指に入射した光は、指の内部を散乱あるいは指表面を反射する。これを、ＩＣチップの裏面から入射することで画素部において、指紋の隆線と隆線以外の部分で発生する輝度差を指紋パターン情報として読みとる。ＩＣチップ裏面の薄膜化されたシリコン基板は、赤外よりも短い波長の光を減衰させる特性を用いて、外光を遮断するフィルタとして働く。

一方、２０５bが静脈画像撮像のための、光源から指へ入射する光を示しており、２０６bが静脈情報を含んだ光の指からセンサ２０４ａへ入射光経路を示している。

２１２は撮像素子２０４a、ＬＥＤ２０２a，２０２ｂを実装したガラスエポキシ基板などで作成されている回路基板である。この回路基板２１２には、静脈情報を含んだ光の経路とするための穴２０７a（第２の穴）、２０７ｂ（第１の穴）を有している。さらに、静脈情報を含んだ光の経路には、外光を遮断するための帯域フィルタ２０８、光路変更部材であるミラー２０９，２１０、指の内部の光を撮像素子の画素開口面に結像するための結像光学系２１１が配置されている。結像光学系２１１としては、小型にするために屈折率分布型のレンズアレーなどが用いられる。また、静脈画像撮像のための入射する光として750〜850nm付近の赤外光を与えている。ＬＥＤ２０２ｂから指に入射した光は、指の内部で散乱する。散乱した光は穴２０７ｂを通過し、帯域フィルタ２０８、光路変更部材であるミラー２０９を介して結像光学系２１１に入射する。これを、結像光学系によりＩＣチップ表面である画素部開口面に、光路変更部材であるミラー２１０を介して結像することで、静脈部と静脈部以外の部分で発生する輝度差を静脈パターン情報として読み取る。

ここで、２０５aと２０５bが照明光学系（光源から被写体までの光学系）における光路であり、２０６aと２０６bが撮像光学系（被写体から撮像部までの光学系）における光経路である。また、２２０が指の移動（スイープあるいはスキャン）方向である。

また、図１(c)において、２０８はセンサ２０４aが帯状の２次元センサであった場合の、取得した１枚の指紋画像の例を示している。ここで、２１３がセンサの主走査方向であり、２１４が指の副走査方向である。

このように、スイープ型のセンサのおなじ画素部に対して、指紋情報を含んだ光と、静脈情報を含んだ光とを、センサＩＣの表面と裏面という異なる面から入射する。これにより、１つの撮像素子でありながら画像取得のための撮像用光学経路や焦点距離、焦点深度、フィルタ波長等の撮像光学系のパラメータが異なる２種類の撮像を同時に実現することを可能にしている。

また、撮像部位が指先の第一関節より上である指紋と、撮像部位が第一関節前後である静脈のように、撮像場所が離れている構成でありながらも、画素部は共通化できるため、２種類の撮像を同時に実現することを可能にしている。

図２と図３を用いて、こうしたスイープ型のセンサを用いて取得した画像により、指紋全体の画像と静脈全体の画像を合成する点について説明する。図２では指紋画像を得る読み取り走査と静脈画像を得る読み取り走査とを２度に分けて行なうことで画像を取得している。

図２（ａ）は、図１（ａ）の方向２２０に指を移動しながら、帯状の２次元センサにより連続取得した指紋の部分画像を示している。図２（ａ）の（ａ１）〜（ａ９）は各部分画像を示している。図２（ｃ）は帯状の２次元センサにより取得した部分画像を合成して得られた１枚の指紋画像を示している。図２（ａ）の（ａ１）〜（ａ９）のように指をセンサ上で移動しながらを副走査方向に順次撮像して取得した部分画像は、連続した部分画像のなかで相関性の高い領域を、指の同一の領域を撮像していると判断して被写体の移動情報を得る。これにより、図２（ｃ）のような指紋全体画像として再構成される。

同様に、図２（ｂ）は図１（ａ）の方向２２０に指を移動しながら、帯状の２次元センサにより連続取得した静脈パターンを含んだ指の部分画像を示している。図２（ａ）の（ｂ１）〜（ｂ９）は各部分画像を示している。また、図２（ｄ）は帯状の２次元センサにより取得した部分画像を合成して得られた１枚の静脈画像を示している。しかしながら、静脈画像は指紋パターンに比べると情報量が少ないため、連続した部分画像間での相関性の高い領域から移動情報を得て、図２（ｄ）のような合成画像を得ることは、指紋と比べて容易とはいえなかった。

本実施例では、図１の構成において、一回の走査で、光経路２０６aで入射した指紋画像と光経路２０６ｂで入射した静脈画像を交互に撮像する。これにより、指紋と静脈の撮像の両者で移動情報（速度や移動距離）が共通であるため、一方（例えば指紋）の移動情報のみを用いて他方（例えば静脈）の画像を再構成する効果も得ることが出来る。

図３（ａ）の（ａ１）〜（ａ４）は図２の方向２２０に指を移動しながら、帯状の２次元センサにより連続取得した指紋の部分画像を示している。また、図３（ａ）の（ｂ１）〜（ｂ５）は方向２２０に指を移動しながら、帯状の２次元センサにより連続取得した静脈パターンを含んだ指の部分画像を示している。このように、光経路２０６aで入射した指紋画像と光経路２０６ｂで入射した静脈画像は、指をセンサ上で移動しながら交互に取得される。また、あわせて指紋画像撮像時はＬＥＤ２０２aを点灯してＬＥＤ２０２ｂを消灯するが、静脈画像撮像時はＬＥＤ２０２ｂを点灯してＬＥＤ２０２aを消灯するように、制御される。

これにより、図３（ａ）の部分画像（ａ１）〜（ａ４）の相関情報から移動情報を取得して部分画像（ａ１）〜（ａ４）を合成することにより、図３（ｃ）のように１枚の指紋画像が得られる。また、指紋の部分画像（ａ１）〜（ａ４）の相関情報から取得した移動情報を用いて、静脈の部分画像（ｂ１）〜（ｂ５）を合成することにより、図３（ｄ）のような１枚の静脈全体画像を得る。

ここでは、指紋画像と静脈画像を１枚ずつ交互に取得したが、指紋に比べて静脈は指の長手方向には変化が少ないことから、指紋を２フレーム撮像して、静脈を１フレーム撮像するなど、両者の撮像頻度を変えても良い。

また、ここでは説明の簡略化のため、実際の撮像位置のずれを考慮した図で示していないが、実際には指の第一関節から先を主に撮像したい指紋と第１関節〜第２関節の間を主に撮像したい静脈で同時期に撮像される部分画像はずれた位置で撮像される。しかし、指の先端から根元（あるいは逆）に連続して動かすことで、並行移動しながら両者の撮像が行なわれるため、結果として２つの部分画像を合成した全体の画像は、ほぼ同じ位置関係、指の形状の画像が得られる。これにより２つの全体画像の相関性が高くなるため、両者の特徴点を複合して認証する場合に認証度を高める認証装置が実現できる。

図４は、本発明の第１の実施例として、スイープタイプの画像取得部（画像読取装置）を有した生体認証装置の模式的な構成を示すブロック図である。ここで、指紋情報を含んだ光と静脈情報を含んだ光を異なる面から入射して、指紋認証用の部分画像と静脈認証用の部分画像の両者を同一の画素部により取得する。

本実施例では、指紋画像撮像用と静脈画像撮像用の各センサ駆動パルスと各光源を周期的に切り替えて交互に撮像するように駆動している。これにより、両者の露光期間が重複して一方の影響が他方に及ばないようにしながら、１回の同じ指の移動動作において指紋と静脈の２枚の画像を取得することを実現する。

本実施例における指紋認証装置は画像取得部１０１と認証部１０２からなる。たとえば、画像取得部は画像センサを有した撮像ユニットで、また認証部はパーソナルコンピュータにより実行される機能の組み合わせである。あるいは、画像取得部と認証部がひとつの生体認証ユニットとして組みあわされ、不図示の機器やコンピュータに接続される独立の装置の場合等、さまざまなケースが考えられる。

図４の画像取得部（画像読取装置）１０１において、１０３ａは光源部であり、指紋画像取得用の照明用の光源（光照射手段）としてのＬＥＤである。１０３ｂは光源部であり、静脈画像取得用の照明用の光源（光照射手段）としてのＬＥＤである。

１０４がＣＭＯＳ型やＣＣＤ型等の撮像素子であり、１次元センサあるいは２次元センサである。本実施例ではＣＭＯＳ型のセンサで、主走査方向が２５６画素、副走査方向が６画素の２次元のスイープタイプのセンサを例示する。

１０５は撮像素子および光源部を制御するタイミング発生（ＴＧ）部、１０６がＡＤコンバータ部（ＡＤＣ部）である。

１１２ａ，１１２ｂがタイミング発生（ＴＧ）部が発生する光源部１０３ａ、光源部１０３ｂの駆動パルスを伝える制御線である。１１１が、タイミング発生（ＴＧ）部が発生する撮像素子の駆動パルスを伝える制御線である。

１１４が光源部１０３ａ，１０３ｂやタイミング発生（ＴＧ）部１０５を制御する認証部１０２からの制御信号線である。

１１０がアナログの画像データ信号線であり、１１３がＡＤ変換後の８ビット幅のデジタルの画像データ信号線（データバス）である。

認証部１０２において、１１６が後段で特徴抽出を行うために、エッジ強調などの画像処理を行う前処理部である。１１７が画像処理を行うためのフレームメモリ部である。部分画像はフレームメモリ１１７に蓄積され、前処理部１１６で画像合成される。１１８が特徴抽出部であり、１１９が特徴抽出部１１８で抽出された個人の特徴をデーターベースに登録あるいは、登録済みのデータと比較照合する登録照合部である。１２０が個人のデータを保存するデータベースである。１２１が各部の制御を行う制御部である。

１２２、１２３、１２４が画像データを伝送するデータ線である。１２５がデータベースと登録・照合部間のデータ線および制御線である。１２６，１２７，１２８は制御部が各部を制御する制御線である。

図５は、図１のタイミング発生（ＴＧ）部１０５の一部を模式的に示している。１１１aおよび１１１ｂは、図４の制御線群１１１の一部を示しており、１１１aはパルスＶＳＴの出力端子である。また、１１１ｂはパルスＶＣＬＫの出力端子である。１１２aおよび１１２ｂは、図４に同一符号で示した制御線であり、光源部１０３ａ、１０３ｂの制御パルスＬＥＤ＿ＡおよびＬＥＤ＿Ｂの信号線である。１１４は、図４に同一符号で示した制御線の一部であり、制御部１２１からの制御信号である。

１１１１ａ〜１１１１ｄはＡＮＤゲートを示し、１１１０ａ，１１１０ｂはＯＲゲートを示す。また、１１１２はインバータを示す。１１１３aおよび１１１３ｂはＶＳＴパルス生成部であり、異なるセンサ駆動用のＶＳＴパルスを作成する。１１１８aがＶＳＴパルス生成部１１１３ａで作成されたパルスＶＳＴ１の信号線であり、１１１８ｂがＶＳＴパルス生成部１１１３ｂで作成されたパルスＶＳＴ２の信号線である。

１１１４aおよび１１１４ｂは、ＶＣＬＫパルス生成部であり、異なるセンサ駆動用のＶＣＬＫパルスを作成する。１１１９aがＶＣＬＫパルス生成部１１１４ａで作成されたパルスＶＣＬＫ１の信号線であり、１１１９ｂがＶＣＬＫパルス生成部１１１４ｂで作成されたパルスＶＣＬＫ２の信号線である。１１１５aおよび１１１５ｂはＬＥＤ駆動パルス生成部であり、異なるＬＥＤ駆動用のパルスを作成する。１１１６は読み取りモード切替部であり、制御部１２１により設定に従い、読み取りモード切替パルス１１１７aを発生する。１１１７ｂは、読み取りモード切替パルス１１１７aの反転パルスである。この読み取りモード切替パルス１１１７aとその反転パルス１１１７ｂに従い、次のパルスの組み合わせの一方に切り替える。一つは、ＶＳＴパルスとＶＣＬＫパルスとＬＥＤ駆動用のパルスをＶＣＬＫパルス生成部１１１３a，１１１４a、ＬＥＤ駆動パルス生成部１１１５aで作成されたパルスの組み合わせである。もう一方は、ＶＣＬＫパルス生成部１１１３ｂ，１１１４ｂ、ＬＥＤ駆動パルス生成部１１１５ｂで作成されたパルスの組み合わせである。

これにより、指紋撮像時においては図４の撮像素子１０４を指紋撮像用の駆動タイミングとすると同時に、光源部１０３ａのＬＥＤを駆動することでＩＣチップ裏面側からの撮像を行なう。一方で、静脈撮像時においては図４の撮像素子１０４を静脈撮像用の駆動タイミングとすると同時に、光源部１０３ｂのＬＥＤを駆動することでＩＣチップ表面側からの撮像を行なう。指をセンサ上で移動する間に、指紋と静脈の交互の部分画像撮像が行なわれる。なお、指とセンサとは相対的に移動すればよく、指に対してセンサを移動させてもよい。これにより、２つの撮像素子の露光動作は同期しているものの、同一タイミングでは行われず、少なくとも一方の撮像素子の露光期間に他方の露光が影響を与えないような期間を設けることができる。ここでは、部分画像の取得を１画像ずつ交互に示したが、たとえば指紋画像を６枚取得後、静脈画像を２枚取得の繰り返しのように周期的に取得しても良い。

静脈用と指紋用との照明では、光量や露光時間、光源の波長、照射範囲など撮像に適する露光条件が異なる。このため、指紋と静脈の撮像は別々に行なわなければならない。しかしながら、それぞれの認証用に２回指を置いて撮像を実行するのはユーザーの使い勝手が悪くなる。特に、スイープタイプのセンサの場合には、撮像素子に対して指を動かして撮像を行わなくてはならないため、２回指を移動させるのは非常に使い勝手が悪くなる。本実施例の構成を用いることで、１回の指の動作により、異なる２種類の撮像を同時に行うことが可能になるため、ユーザーの利便性が非常に向上する。また、各々の露光条件もお互いの制約をうけず最適化できるため、認証精度が向上する。さらに、得られた指紋画像と静脈画像はおなじ指の移動動作の画像であるため、相関性が高く、両者を利用した認証精度が向上する。

図６、図７を用いて本実施例におけるＣＭＯＳ型の撮像素子の構成を説明する。

図６は、図４の撮像素子１０４の構成図である。ここでは、一般的なエリアセンサにおける水平走査方向が主走査方向、垂直走査方向が副走査方向に相当する。通常のエリアセンサはまず垂直方向の１行（たとえば一番上の行）を選択して、その行の水平方向の一端から同じ行の反対側の端に向かって（たとえば一番左から右に向かって）画素を順次読み出していく。その後、次の垂直方向の１行を選択して、同様に水平方向の一端から同じ行の反対側の端に向かって画素を順次読み出していく。こうして垂直方向に各行の読出しを行い画面全体の画素を取得する。このため、水平方向の走査を主走査、垂直方向の走査を副走査とした。

したがって、以下の撮像素子の説明も主走査方向を水平方向、副走査方向を垂直方向と同一の意味として記述している。

図６において、４１は撮像素子（センサ部）１０４の１画素、４２は画素４１における読み出しパルス（φＳ）の入力端子、４３は画素４１におけるリセットパルス（φＲ）の入力端子、４４は画素４１における転送パルス（φＴ）の入力端子である。また、４５は画素４１における信号読み出し端子（Ｐ０）、４６は後述するセレクタ部６６から水平方向の各画素に読み出しパルス（φＳ）を送る信号線、４７はセレクタ部６６から水平方向の各画素にリセットパルス（φＲ）を送る信号線である。また、４８はセレクタ部６６から水平方向の各画素に転送パルス（φＴ）を送る信号線、４９は垂直信号線、４０は定電流源、５１は垂直信号線４９に接続された容量である。さらも、５２は水平シフトレジスタ５６にゲートが接続され、ソース−ドレインに垂直信号線４９と出力信号線５３が接続された転送スイッチ、５４は出力信号線５３に接続された出力アンプ、５５はセンサ部１０４の出力端子である。画素部は画素が一次元又は２次元に配されたもので、ここでは画素が２次元に配された画素領域を画素部と呼ぶ。

また、５６は水平シフトレジスタ（ＨＳＲ）、５７はそのスタートパルス（ＨＳＴ）の入力端子、５８はその転送クロック（ＨＣＬＫ）の入力端子、５９は垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）、６０はそのスタートパルス（ＶＳＴ）の入力端子である。また、６１はその転送クロック（ＶＣＬＫ）の入力端子、６２は後述するローリングシャッタと呼ばれる方式の電子シャッタ用のシフトレジスタ（ＥＳＲ）、６３はそのスタートパルス（ＥＳＴ）の入力端子、６４は垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）の出力線である。また、６５は電子シャッタ用のシフトレジスタ（ＥＳＲ）の出力線、６６はセレクタ部、６７は転送パルスの元信号ＴＲＳの入力端子、６８はリセットパルスの元信号ＲＥＳの入力端子、６９は読み出しパルスの元信号ＳＥＬの入力端子である。

図７は、図６の画素４１の構成図である。図７において、７１は電源電圧（ＶＣＣ）、７２はリセット電圧（ＶＲ）、７３はフォトダイオード（ＰＤ）、７４〜７７はＭＯＳトランジスタからなるスイッチ、７８は寄生容量（ＦＤ）、７９はグラウンドである。

ここで、撮像素子１０４の動作を図６、図７を参照して説明する。まず、リセット用のスイッチ７４と、フォトダイオード７３に接続されたスイッチ７５とをＯＦＦした状態で、フォトダイオード７３において入射光による電荷の蓄積が行われる。

その後、スイッチ７６がＯＦＦした状態で、スイッチ７４をＯＮすることにより、寄生容量７８がリセットする。つぎに、スイッチ７４をＯＦＦ、スイッチ７６をＯＮすることにより、信号読み出し端子４５にリセット状態の電荷を読み出す。

つぎに、スイッチ７６をＯＦＦした状態で、スイッチ７５をＯＮすることにより、寄生容量７８に対して、フォトダイオード７３に蓄積された電荷を転送する。つぎに、スイッチ７５をＯＦＦした状態で、スイッチ７６をＯＮすることにより、信号読み出し端子４５に信号電荷を読み出す。

各ＭＯＳトランジスタからなるスイッチ７６，７４，７５の駆動パルスφＳ，φＲ，φＴは、後述するように垂直シフトレジスタ５９，６２とセレクタ部６６とにより作成され、各信号線４６〜４８により、画素の入力端子４２〜４４に供給される。入力端子６０から入力されるクロック信号１パルスに対して、信号ＴＲＳ，ＲＥＳ，ＳＥＬが入力端子６７〜６９にそれぞれ１パルス入力され、このため、駆動パルスφＳ，φＲ，φＴがそれぞれ信号ＴＲＳ，ＲＥＳ，ＳＥＬに同期して出力される。この結果、入力端子４２〜４４に、駆動パルスφＳ，φＲ，φＴが供給される。

また、信号読み出し端子４５は、垂直信号線４９により定電流源４０に接続すると共に、垂直信号線容量５１及び転送スイッチ５２に接続されており、垂直信号線４９を介して電荷信号が垂直信号線容量５１に転送される。その後水平シフトレジスタ５６の出力に従い、転送スイッチ５２が順次走査されて、垂直信号線容量５１の信号が出力信号線５３に順次読み出され、出力アンプ５４を介して出力端子５５から出力される。ここで、垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）５９は、スタートパルス（ＶＳＴ）６０で走査が開始され、転送クロック（ＶＣＬＫ）６１が出力線６４を介してＶＳ１，ＶＳ２，・・・ＶＳｎと順次転送されていく。また電子シャッタ用垂直シフトレジスタ（ＥＳＲ）６２は、入力端子６３から入力されるスタートパルス（ＥＳＴ）で走査が開始され、入力端子６１から入力される転送クロック（ＶＣＬＫ）が出力線６５に順次転送されていく。

各画素４１の読み出し順序は、まず垂直方向の上１行目を選択し、水平シフトレジスタ５６の走査に伴い左から右へ各列に接続した画素４１を選択出力する。１行目の出力が終わると、２行目を選択し、再び水平シフトレジスタ５６の走査に伴い左から右へ各列に接続した画素４１を選択出力する。

以下、同様に垂直シフトレジスタ５９の順次走査に従い、１，２，３，４，５・・・行目と上から下まで走査を行い、１画面の画像出力を行う。

ところで、センサの露光期間は、撮像画素が光の電荷を蓄積する蓄積期間と、撮像画素に被写体からの光が入射する期間により決まる。

ここで、ＣＭＯＳ型のセンサは、ＩＴ（Interline Transfer）型やＦＩＴ（Frame-Interline Transfer）型のＣＣＤ素子と異なり、遮光されたバッファメモリ部を備えていない。そのため、画素４１から得られた信号を順次読み出している期間も、まだ読み出されていない画素４１は露光され続ける。したがって、連続的に画面出力を読み出すと、その露光時間は画面の読み出し時間にほぼ等しくなる。

しかし、光源としてＬＥＤを用いて、外光の入射を遮光部材などで入射しない場合などでは、点灯している期間のみを露光期間と考えることが可能になる。

また、別の露光時間を制御するひとつの方法として、ＣＭＯＳ型のセンサにおいては、電子シャッタ（フォーカルプレインシャッター）として、蓄積の開始と終了の垂直走査を並行して行うローリングシャッタとばれる駆動方法を行うことができる。これにより、蓄積の開始と終了の垂直走査線数単位で露光時間を設定可能にしている。図６においては、ＥＳＲ６２が画素をリセットして蓄積を開始する垂直走査用のシフトレジスタであり、ＶＳＲ５９が、電荷を転送して蓄積を終了する垂直走査用のシフトレジスタである。電子シャッタ機能を用いる場合は、ＥＳＲ６２をＶＳＲ５９に先行して走査し、その間隔に相当する期間が露光期間になる。

このように、ＣＭＯＳ型のエリアセンサはローリングシャッタによる蓄積方法を取ることで、垂直方向の１行単位で画素の電荷をリセットし、１行単位で画素の電荷を読み出すため、垂直走査方向の行単位、即ち副走査方向の行単位で蓄積が制御できる特性がある。

図８を用いて本発明の第１の実施例における、指紋情報を含んだ光と静脈情報を含んだ光を異なる面から入射して、両者の部分画像を取得するスイープタイプの撮像部を有した生体認証装置の動作について説明する。図８は、２つの光源部に与える制御用の駆動パルスと、１つの撮像素子に与える制御用の駆動パルスおよび、画像素子部から出力される画像データのタイミングを示したタイミングチャートである。

ＬＥＤ＿Ａが図４および図５のＬＥＤ用光源部１０３ａ用の点灯パルス１１２ａである。ここでは”Ｈ”レベルのときに点灯することを示している。また、ＬＥＤ＿ＢがＬＥＤ用光源部１０３ｂ用の点灯パルス１１２ｂである。各パルスＬＥＤ＿Ａ，ＬＥＤ＿Ｂは、２つの光源部に個別に与えられる駆動パルスであるが、共通の制御部１２１の制御を受けてタイミング発生部１０５が発生させた切替パルスにより、周期的に切り替え選択されている。図８のＳＥＬ＿ＡＢが、図５における読み取りモード切替部１１１６の出力パルス１１１７aである。

さらに、ＶＳＴ１、ＶＳＴ２が図５のＶＳＴパルス生成部１１１３ａおよび１１１３ｂからの制御パルスである。そして、ＶＳＴが読み取りモード制御パルスＳＥＬ＿ＡＢと、ＯＲゲート１１１０ａ、ＡＮＤゲート１１１１ａ，１１１１ｂの論理ゲートとにより選択された垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）のスタートパルス６０を示している。また、ＶＣＬＫ１、ＶＣＬＫ２が図５のＶＣＬＫパルス生成部１１１９ａ，１１１９ｂからの制御パルスである。そして、ＶＣＬＫが読み取りモード制御パルスＳＥＬ＿ＡＢと、ＯＲゲート１１１０ｂ、ＡＮＤゲート１１１１ｃ，１１１１ｄの論理ゲートとにより選択された垂直シフトレジスタ（ＶＳＲ）の転送クロック６１を示している。また、ＤＡＴＡＯＵＴが画像データ信号線１１３で出力する８ビットの画像データを示す。

ここでは説明のため、センサの駆動パルスとしてＶＳＴおよびＶＣＬＫを例示する一方でその他のパルスを省略したが、その他のパルスも同様に切替を行なっている。

また、Ｆ１で示した期間が、ＩＣ裏面側から撮像を行う指紋用の部分画像１フレーム分の撮像期間であり、Ｆ２で示した期間が、ＩＣの表面の画素開口側から撮像を行なう静脈指紋用の部分画像１フレーム分の撮像期間である。１つの撮像素子で撮像するものの、指紋用の撮像と静脈用の撮像では最適な露光条件（撮像部の蓄積時間、光源の輝度、光源の波長、照射範囲等）やセンサの駆動タイミング、フレームレート等が異なる。お互いの光源による干渉が発生しないように、また指紋用と静脈用でそれぞれ最適化された露光を行なうために、各期間で各撮像タイミングにあわせてセンサの駆動パルスや光源の点灯パルスの切替を行なっている。

Ｆ１の期間では、ＬＥＤ＿Ａが点灯して撮像素子が指紋用の光源からの照明光で露光されるとともに、ＶＳＴとしてＶＳＴ１のパルスが、ＶＣＬＫとしてＶＣＬＫ１のパルスが選択され、指紋撮像用の動作が行なわれる。

一方、Ｆ２の期間では、ＬＥＤ＿Ｂが点灯して撮像素子が静脈用の光源からの照明光で露光されるとともに、ＶＳＴとしてＶＳＴ２のパルスが、ＶＣＬＫとしてＶＣＬＫ２のパルスが選択され、静脈撮像用の動作が行なわれる。

静脈用と指紋用の画像を取得するため、それぞれの認証用に２回撮像動作を実行するのはユーザーの使い勝手が悪くなる。特に、スイープタイプのセンサの場合には、指を動かして撮像を行うため、こうした使い勝手の悪さが顕著になる。本実施例の構成を用いることで、１回の指の動作により、異なる２種類の撮像を平行して同時に行なうことが可能になるため、利便性が非常に向上する。また、各々の露光条件もお互いの制約をうけず最適化できるため、認証精度が向上する。さらに、得られた指紋画像と静脈画像はおなじ指の移動動作の画像であるため、相関性がたかく、両者を利用した認証精度が向上する。

以上述べたように、本実施例では、１つの撮像素子の第一の面から指紋画像の取得を行ない、第一の面とは異なる第二の面から静脈画像の取得を行なうことを示した。

また、指紋画像の取得と静脈画像の取得を部分画像毎に一定周期で切り替えながら取得する。

これにより、１つのセンサでありながら、２つの認証それぞれに最適な撮像光学系を採用でき、また撮像素子、ＡＤ変換部、およびそれ以降の回路を共用可能としている。共用可能になることで、撮像回路、演算処理回路や制御用マイコン、基板、配線等が共通化されるため、より小型、低コストな製品が実現できる。さらに、２つの認証それぞれに最適な撮像で撮像も可能となる。

また、２つの認証用の撮像を１回の撮像動作で行なえるため、ユーザーの利便性を向上した画像読取装置を実現できる。また、２つの認証用の画像の間の相関性を高めて、精度の高い認証用の画像読取装置を提供できる。

さらに、指紋と静脈の撮像の両者で移動情報（速度や移動距離）が共通であるため、一方（例えば指紋）の移動情報のみを用いて他方（例えば静脈）の画像を再構成する効果も得ることが出来る。

本実施例においては、撮像部として副走査方向の画素数が２〜２０程度の帯状の２次元センサを用いて、被写体を副走査方向に順次撮像した画像を合成して全体画像を取得するスイープタイプのセンサを例示した。しかしながら、１次元センサのスイープセンサや、２次元のエリアセンサを用いて被写体画像を一括して取得するタイプのセンサであってもよい。すなわち、第一の面から入射した光により第一の撮像を行なうとともに、第一の面とは異なる第二の面から入射した光により第二の撮像を行なうことの効果は同様にあり有効であるからである。

また、第一の照明用光源で被写体を照明した第一の撮像と第二の照明用光源で被写体を照明した第二の撮像とを、１回の被写体の移動間に時分割で行なうことの効果も同様にあり有効であるからである。

さらに、本実施例では被写体に対面する面を第一の面、第一の面の反対側の面を第二の面として、前記第一の面から入射した光により第一の撮像を行なう。そして、前記第二の面から入射した光により第二の撮像を行ない、前記第一の撮像と前記第二の撮像を時分割で行なうことを例示した。第一の撮像と第二の撮像を時分割で行なうことは、本実施例の撮像部の表面と裏面の２つの面から異なる撮像光学系を用いる場合に、両者で発生する電荷の発生を時間的にずらして相互の干渉を防止できる。そのため、１回の撮像動作で２種類の撮像を平行して行なうことを実現して、さらに２種類の撮像画像の相関性が高く位置ずれなどがない画像が得ることも可能としている。

しかし、この構成に限らず、１つの撮像素子で被写体を相対的に移動させながら部分画像を取得する1次元あるいは2次元のセンサに対しては、第一の照明用光源で被写体を照明した第一の撮像と第二の照明用光源で被写体を照明した第二の撮像とを、１回の被写体の移動する間に時分割で行なうことにおける効果については、同様の効果を発揮できる。すなわち、被写体の相対的な移動を伴う撮像においては、１回の撮像動作で２種類の撮像を平行して行なうことが出来る効果と、２種類の撮像画像の相関性が高く位置ずれなどがない画像が得られる効果は、同様に有効だからである。

本実施例では、指の指紋と指の静脈の組み合わせにより被写体（本人）の照合を行うシステムについて説明した。しかしながら、掌紋、掌の静脈、顔、頭蓋骨特徴認証、虹彩、網膜（眼底毛細血管パターン）等により被写体（本人）の照合を行うシステムについても同様に用いることができる。

（第２の実施例）
図９は、本発明の第２の実施例として、スイープタイプの画像取得部（画像読取部）の模式的な構成を示している。ここで、スイープタイプの画像取得部は、同一の被写体の指紋情報を含んだ光と静脈情報を含んだ光を、同一の画素部の異なる面から受光することで、指紋認証用の部分画像と静脈認証用の部分画像を時分割で取得する。図９は指の側面方向から見た図である。なお、図１と同一構成部材については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図９において、２０１が被写体としての指である。２０２aが指紋用の光源としてのＬＥＤである。２０２ｂが静脈用の光源としてのＬＥＤである。２０４aが１次元センサあるいは副走査方向の画素数が５〜２０画素程度の帯状の２次元センサである。ここではＣＭＯＳ型の撮像素子である。センサ２０４a内の画素部の形成されている領域は２０４b,２０４cと２ヶ所に分かれているものを使用している。

本実施例では、このＣＭＯＳ型の撮像素子のＩＣチップを、素子が形成された面とは反対側のウェハ裏面側から削り、Ｌ＝50μｍほどに薄膜化している。さらに、素子が形成された面を上向きにして、画素部の開口のあるＩＣチップ表面側を第一の面として光学部材を配置して、指と対面させて指紋の撮像面としている。特に図９においては、センサ２０４aの断面に対して、ＩＣチップの深さ方向に、画素部の形成されている領域２０４b、領域２０４cを指紋撮像面側に配置していることを示している。

一方、画素部の領域２０４b、領域２０４cの設けられている面とは反対側であるＩＣチップ裏面を第二の面とし、画素部の下層に存在する薄膜化されたシリコン基板を透過させて画素部の領域２０４ｃに導くことにより、後述する静脈情報を含んだ光を撮像する。

ここで、２０５aが指紋画像撮像のための、光源２０２ａから指へ入射する光を示しており、２０６aが指紋情報を含んだ光の指からセンサ２０４ａへの入射光経路である。ここでは、指紋画像撮像のための入射する光として８５０〜１０００ｎｍ付近の赤外光を与えている。また、２１５は光ファイバーのアレーである。ＬＥＤ２０２aから指に入射した光は、指の内部を散乱あるいは指表面を反射する。これを、光ファイバーのアレーを介して、ＩＣチップの表面の画素開口部から画素部の領域２０４bに入射することで、指紋の隆線と隆線以外の部分で発生する輝度差を指紋パターン情報として読み取る。光ファイバーのアレーは、赤外よりも短い波長の光を減衰させるフィルタ特性をもたせている。

一方、２０５bが静脈画像撮像のための、光源から指へ入射する光を示しており、２０６bが静脈情報を含んだ光の指からセンサへ入射経路を示している。

２１２は撮像素子２０４a、ＬＥＤ２０２a，２０２ｂを実装したガラスエポキシ基板などで作成されている回路基板である。この回路基板２１２には、静脈情報を含んだ光の経路とするための穴２０７a、２０７ｂを有している。さらに、静脈情報を含んだ光の経路には、光路変更部材であるミラー２０９,２１０、指の内部の光を撮像素子の画素部の領域２０４c裏面に結像するための結像光学系２１１が配置されている。結像光学系２１１としては、屈折率分布型のレンズアレーなどが用いられる。また、静脈画像撮像のための入射する光として750〜850nm付近の赤外光を与えている。ＩＣチップ裏面の薄膜化されたシリコン基板は、赤外よりも短い波長の光を減衰させる特性を用いて、外光を遮断するフィルタとして働く。

ＬＥＤ２０２ｂから指に入射した光は、指の内部で散乱する。散乱した光は穴２０７ｂを通過し、光路変更部材であるミラー２０９を介して結像光学系２１１に入射する。これを、結像光学系により光路変更部材であるミラー２１０を介してＩＣチップ裏面に結像することで、画素部の下層に存在する薄膜化されたシリコン基板を透過した静脈情報（静脈部と静脈部以外の部分で発生する輝度差を静脈パターン情報）を読み取る。

このように、スイープ型のセンサ画素部を二領域に分けて、１領域は指紋情報を含んだ光と、また１領域は静脈情報を含んだ光とを、センサＩＣの表面と裏面という異なる面から入射する。これにより、１つの撮像素子でありながら光学経路や光路長が異なり、また撮像部位も指先の第一関節より上である指紋と、第一関節前後である静脈のように位置の離れている２種類の撮像を同時に実現することを可能にしている。

本実施例での撮像動作の第１実施例との違いは、部分画像の１フレーム内で指紋画像と静脈画像とを撮像し、指紋画像を撮像する場合にはＬＥＤ２０２ａを点灯し、静脈画像を撮像する場合にはＬＥＤ２０２ｂを点灯することにある。

また、本実施例ではＩＣチップ裏面の薄膜化されたシリコン基板がフィルタとして働くので、第１実施形態で用いていた帯域フィルタ２０８を省くことができる。

（第３の実施例）
図１０は、本発明の第３の実施例として、エリアタイプの画像取得部（画像読取部）の模式的な構成を示している。画像取得部は、同一の被写体の異なる場所から発した指紋情報を含んだ光と静脈情報を含んだ光を、同一の画素部の異なる面から受光して、指紋認証用の撮像と静脈認証用の撮像を切り替えて実施する。

図１０は指の側面方向から見た図である。なお、図１と同一構成部材については同一符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例ではセンサ（撮像素子）として２次元に画素画配列したエリアセンサを用いている。

図１０において、２０１が被写体としての指である。２０２aが指紋用の光源としてのＬＥＤである。２０２ｂが静脈用の光源としてのＬＥＤである。２１６がセンサＩＣを静電気から保護する絶縁材料でできた膜であり、２０４aが２次元に画素画配列したエリアセンサである。ここではＣＭＯＳ型の撮像素子である。

本実施例では、このＣＭＯＳ型の撮像素子のＩＣチップを、素子が形成された面とは反対側のウェハ裏面側から削り、約50〜200μｍほどに薄膜化している。さらに、素子が形成された面を下向きにして、裏面側を指に接する側として指紋撮像面としている。図１０においては、２０４ｂがエリアセンサ２０４aの画素部を示している。特に図１０においては、エリアセンサ２０４aの断面に対して、ＩＣチップの深さ方向に、画素部２０４ｂを指紋撮像面と反対側の面に配置していることを示している。図１０においては、画素部２０４ｂが設けられ開口されている面とは反対側であるＩＣチップ裏面を第一の面として、画素部の下層に存在する薄膜化されたシリコン基板と絶縁膜２１６を透過させて、画素部に導くことにより、指紋情報を含んだ光を撮像する。

一方、画素部２０４ｂの開口のあるＩＣチップ表面は、第二の面として指に接する面と反対側として、後述する静脈情報を含んだ光を撮像する。

ここで、２０５aが指紋画像撮像のための、光源２０２ａから指へ入射する光を示しており、２０６aが指紋情報を含んだ光の指からセンサへ入射光経路である。ここでは、指紋画像撮像のための入射する光として８５０〜１０００ｎｍ付近の赤外光を与えている。ＬＥＤ２０２aから指に入射した光は、指の内部を散乱あるいは指表面を反射する。これを、絶縁膜２１６を透過させた後、ＩＣチップの裏面から入射することで画素部において、指紋の隆線と隆線以外の部分で発生する輝度差を画素部２０４ｂで指紋パターン情報として読み取る。ＩＣチップ裏面の薄膜化されたシリコン基板は、赤外よりも短い波長の光を減衰させる特性を用いて、外光を遮断するフィルタとして働く。

一方、２０５bが静脈画像撮像のための、光源から指へ入射する光を示しており、２０６bが静脈情報を含んだ光の指からセンサへ入射光経路を示している。

２１２は撮像素子２０４a、ＬＥＤ２０２a，２０２ｂを実装したガラスエポキシ基板などで作成されている回路基板である。この基板には、静脈情報を含んだ光の経路とするための穴２０７a、２０７ｂを有している。さらに、静脈情報を含んだ光の経路には、外光を遮断するための帯域フィルタ２０８、光路変更部材であるミラー２０９，２１０a〜２１０c、指の内部の光を撮像素子の画素開口面に結像するための結像光学系２１１が配置されている。結像光学系２１１としては、屈折率分布型のレンズアレーなどが用いられる。また、静脈画像撮像のための入射する光として750〜850nm付近の赤外光を与えている。ＬＥＤ２０２ｂから指に入射した光は、指の内部で散乱する。散乱した光は指２０１を透過し、光路変更部材であるミラー２１０a，２１０b、帯域フィルタ２０８を介して穴２０７ｂを通過し、光路変更部材であるミラー２１０cを介して結像光学系２１１に入射する。これを、結像光学系２１１によりＩＣチップ表面である画素部２０４ｂの開口面に光路変更部材であるミラー２０９を介して結像することで、静脈部と静脈部以外の部分で発生する輝度差を静脈パターン情報として読み取る。

このように、エリア型のセンサのおなじ画素部に対して、指紋情報を含んだ光と、静脈情報を含んだ光とを、センサＩＣの表面と裏面という異なる面から入射する。これにより、１つの撮像素子でありながら光経路や光路長が異なり、また撮像部位も指先の第一関節よりうえである指紋と、第一関節前後である静脈のように位置の離れている２種類の撮像を同時に実現することを可能にしている。

本実施例での撮像動作の第１実施例との違いは、画像の１フレーム内で指紋画像と静脈画像とを撮像し、指紋画像を撮像する場合にはＬＥＤ２０２ａを点灯し、静脈画像を撮像する場合にはＬＥＤ２０２ｂを点灯することにある。

本発明は画像読取装置及び生体認証装置に用いられ、特に、指紋認証や静脈認証等の生体認証システムに好適に搭載される画像読取装置及び生体認証装置に適するものである。

本発明の第１の実施例の画像読取装置の構成を示す説明図である。 スイープタイプのセンサの動作を説明する説明図である。 本発明の第１の実施例の動作を説明する説明図である。 本発明の第１の実施例の生体認証装置の模式的な構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例の生体認証装置の模式的な構成を示すブロック図である。 第１及び第２の実施例におけるＣＭＯＳ型の撮像素子の説明図である。 第１及び第２の実施例におけるＣＭＯＳ型の撮像素子の説明図である。 第１の実施例における画像読取装置の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第２の実施例の画像読取装置の構成を示す説明図である。 本発明の第３の実施例の画像読取装置の構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態を説明する説明図である。

符号の説明

201 ・・・被写体
204a・・・撮像素子
204p・・・第一の面
204q・・・第二の面
206a・・・第一の面から入射した光
206b・・・第二の面から入射した光

Claims (9)

1. 複数の画素からなる撮像素子を有した画像読取装置において、前記撮像素子の、被写体に対面する面を第一の面、該第一の面の反対側の面を第二の面としたとき、
   前記撮像素子は前記第一の面から入射した第１の光により第一の撮像を行なうとともに、前記第二の面から入射した第２の光により第二の撮像を行ない、
   前記第１の光は前記被写体から結像光学系を介さず前記第一の面に入射され、前記第２の光は前記被写体から結像光学系を介して前記第二の面に入射されることを特徴とする画像読取装置。
2. 複数の画素からなる撮像素子を有した画像読取装置において、前記撮像素子の、被写体に対面する面を第一の面、該第一の面の反対側の面を第二の面としたとき、
   前記撮像素子は前記第一の面から入射した第１の光により第一の撮像を行なうとともに、前記第二の面から入射した第２の光により第二の撮像を行ない、
   前記第１の光は前記被写体から第１の光学系を介して前記第一の面に入射され、前記第２の光は前記被写体から第２の光学系を介して前記第二の面に入射されることを特徴とする画像読取装置。
3. 前記第２の光学系は結像光学系と光路変更部材とを含むことを特徴とする請求項２に記載の画像読取装置。
4. 前記撮像素子の前記第一の撮像と前記第二の撮像とは時分割で行なわれることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
5. 複数の画素からなる撮像素子を有した画像読取装置において、前記撮像素子は、被写体を相対的に移動させながら部分画像を取得する１次元あるいは２次元のセンサであり、第一の照明用光源で被写体を照明する第一の撮像と第二の照明用光源で被写体を照明する第二の撮像とを、１回の前記被写体と前記撮像素子との相対的な移動の間に時分割で行なうことを特徴とする画像読取装置。
6. 前記第一の撮像は前記被写体の表面画像を撮像し、前記第二の撮像は内部画像を撮像することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の画像読取装置。
7. 前記第一の撮像と前記第二の撮像とは、それぞれ前記被写体の異なる部位の画像を撮像することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像読取装置。
8. 前記被写体は指であって、前記第一の撮像は指紋の撮像であり、前記第二の撮像は静脈の撮像であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像読取装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の画像読取装置と、前記画像読取装置からの前記被写体の画像信号を認識する認識部とを備え、該被写体は生体であることを特徴とする生体認証装置。