JP2009054095A - 血管画像読み取り装置および生体画像読み取り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明された指内部の血管組織の光学画像を固体撮像素子により読み取るための血管画像読み取り装置において、指への照射光が指の表皮で反射して指内部からの光学画像に混入することなく、鮮明な血管パターンの画像を得る。
【解決手段】光源１３から発光される近赤外光Ｐを、当該近赤外光Ｐを漏れなく透過して指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕを支持する指支持用突起部１２を介して直接的に指Ｆの内部に入射させる。そして、前記指Ｆがその付け根の方向（Ｘ）に移動されながら読み取り窓Ｗである透明カバー１４を通して導出される該指Ｆ内部からの血管画像としての光学画像Ｑを、当該透明カバー１４直下のミラー１５から光学系１６，ＩＲフィルタ１８を介してライン型撮像素子１７へ誘導し結像させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明された指内部の血管組織の光学画像を固体撮像素子により読み取るための血管画像読み取り装置および生体画像読み取り装置に関する。

近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引などの経済活動が普及するのに伴い、情報の不正使用を防止する目的から、個人認証を電子化する必要性もまた増大している。

そこで、鍵のように携帯を必要とせず、利便性が高く、遺失や盗難などによる不正行使の恐れも少ない個人認証方式として、指紋や虹彩、血管パターンといった個人の体の一部を鍵として用いる生体認証が種々実用化されている。特に、血管パターンを用いた認証方法は、指紋のように犯罪捜査を連想させたり、虹彩のように直接眼球に光を照射したりすることがないのでユーザの心理的抵抗感が少なく、また、容易に観測できる生体表面ではなく生体内部の特徴であるため、偽造が困難という利点がある。

このような生体内部の血管パターンは、近赤外光の光源によって対象部位を照らし、それを近赤外光に感度のあるカメラもしくはイメージセンサなどの撮像系で撮影することで得られる。血液中のヘモグロビンは近赤外光を良く吸収するため、血管部分で光が吸収され、周辺組織に比べて暗くなる。この明暗の差による指内部の組織の紋様が血管パターンとなる。

血管パターンを利用する血管画像入力装置として、一次元撮像素子であるライン状の固体撮像素子の上において手の指を移動させることで、当該指の血管画像を撮影入力するスイープ型の血管画像入力装置が考えられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特開２００６−２１８０１９号公報 特開２００６−２８８８７２号公報

前記従来のスイープ型の血管画像入力装置は、ライン状の固体撮像素子を用いるために指全体の撮像領域を確保する必要がなく、その分、装置の小型化に有利であるものの、小型にするために光源を撮像素子側に設けるため、当該光源から指へ照射された光の一部が該指の表皮で反射され、これが指内部からの光学画像に混じって撮像素子に入射され撮像されてしまう。これにより、撮像素子にて得られた血管パターンの画像は鮮明さに欠ける問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、指への照射光が指の表皮で反射して指内部からの光学画像に混入することなく、鮮明な血管パターンの画像を得ることが可能になる血管画像読み取り装置および生体画像読み取り装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の血管画像読み取り装置は、血管画像の読み取り対象となる指の表皮面が空間を空けて略平行に位置される装置天板と、この装置天板の前記指の位置する経路上に設けられる読み取り窓と、この読み取り窓から前記指の位置する経路上で離間するところの前記装置天板に設けられ、当該天板内部から外部へ向けて予め設定された高さで突出し、その先端で前記指の表皮面を支持すると共に、赤外波長の光を上下端間で透過する指支持用突起部と、この指支持用突起部の下端に赤外波長の光を照射するための光源と、この光源から前記指支持用突起部を介した前記指の内部への直接的な光の照射に伴い、当該指の内部から前記読み取り窓を透過して装置天板内部に導出される光学画像を撮像するライン型撮像素子と、このライン型撮像素子と前記読み取り窓との間の前記光学画像の導出経路に配置され、赤外波長の光を透過する赤外光透過フィルタと、を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の血管画像読み取り装置は、前記請求項１に記載の血管画像読み取り装置において、前記赤外波長の光を上下端間で透過する指支持用突起部は、赤外波長の光の屈折率の高い材料により構成されるか、または導光板をその側面から遮光部材で挟み込んで構成されるか、または上下端を除く側面全体を遮光部材により覆って構成されることを特徴としている。

請求項３に記載の血管画像読み取り装置は、前記請求項１または請求項２に記載の血管画像読み取り装置において、前記指の位置する経路に沿った当該指の長さ方向への移動量を検出する指移動量検出手段をさらに設けたことを特徴としている。

請求項４に記載の生体画像読み取り装置は、生体画像の読み取り対象となる指の表皮面が空間を空けて略平行に位置される装置天板と、この装置天板の前記指の位置する経路上に設けられる読み取り窓と、この読み取り窓から前記指の位置する経路上で離間するところの前記装置天板に設けられ、当該天板内部から外部へ向けて予め設定された高さで突出し、その先端で前記指の表皮面を支持すると共に、赤外波長の光を上下端間で透過する指支持用突起部と、この指支持用突起部の下端に赤外波長の光を照射するための赤外光源と、前記装置天板の前記指支持用突起部と前記読み取り窓との間に配置され、当該読み取り窓の上方に位置された前記指の表皮面に向けて可視波長の光を照射する可視光源と、前記読み取り窓の下方に配置され、赤外波長の光を反射すると共に可視波長の光を透過する赤外光反射ミラーと、前記赤外光源から前記指支持用突起部を介した前記指の内部への直接的な赤外光の照射に伴い、当該指の内部から前記読み取り窓を透過して装置天板内部に導出されると共に、前記赤外反射ミラーにより反射された光学画像を撮像する第１のライン型撮像素子と、この第１のライン型撮像素子と前記赤外反射ミラーとの間の前記光学画像の反射導入経路に配置され、赤外波長の光を透過する赤外光透過フィルタと、前記可視光源から前記指の表皮面への可視光の照射に伴い、当該指の表皮面から前記読み取り窓を透過して装置天板内部に導出されると共に、前記赤外反射ミラーを透過した光学画像を撮像する第２のライン型撮像素子と、を備えたことを特徴としている。

本発明によれば、指への照射光が指の表皮で反射して指内部からの光学画像に混入することなく、鮮明な血管パターンの画像を得ることが可能になる血管画像読み取り装置および生体画像読み取り装置を提供できる。

以下図面により本発明の実施の形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るスイープ型の血管画像読み取り装置の構成を示す図である。

先ず、スイープ型の血管画像読み取り装置では、撮影を行う際に指を浮かしておかないと血管が潰れて撮影ができなくなってしまうために、本装置の読み取り面から一定の距離を保ちながら指を浮かして移動させる必要がある。

装置本体の読み取り部天板１１には、当該天板１１に対面配置されて矢印Ｘで示す方向に移動される指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕへ向けて突出する指支持用突起部１２が設けられる。

この指支持用突起部１２は、読み取り部天板１１の光学画像読み取り窓Ｗから前記指Ｆの移動方向Ｘに予め設定された距離を離間した位置に予め設定された突出高さで設けられ、移動する指Ｆの指紋面Ｆｕを突起の先端により支持する。これにより読み取り部天板１１から指Ｆの指紋面Ｆｕまでの距離が該指Ｆの移動中もほぼ一定に保たれる。

そして、前記指支持用突起部１２は、近赤外光を透過する部材からなり、当該突起部１２の直下となる本体内部には、該突起部１２の下端中心へ向けて近赤外光を発光照射するＬＥＤなどの光源１３が配置される
図２は、前記血管画像読み取り装置に設けられる指支持用突起部１２の具体例を示す図である。

この指支持用突起部１２は、図２（ａ）に示すように、近赤外光を透過し且つ空気よりも屈折率の高い材料の突起部１２Ａとして構成することにより、光源１３から照射された近赤外光Ｐを、当該突起部１２Ａの内部側面で反射させ、外部に漏れることなく確実に先端に誘導する。

また、図２（ｂ）に示すように、導光板１２Ｐを遮光部材１９ａにより挟み込んだ突起部１２Ｂとして構成したり、図２（ｃ）に示すように、先端部分を除く周囲全体を遮光部材１９ｂにより覆った突起部１２Ｃとして構成したりすることにより、光源１３から照射された近赤外光Ｐを、外部に漏れることなく確実に先端に誘導する。

これにより光源１３から発光された近赤外光Ｐが、前記指支持用突起部１２をその側面から漏れることなく透過して、先端に接触している指Ｆの内部に直接入射され、血管Ｂを含む内部組織を照明する。

なお、前記光源１３は、前記指支持用突起部１２の直下に配置することで、当該突起部１２の下端中心に近赤外光を照射する構成としたが、導光板や光ファイバを組み合わせることで、該突起部１２から離れたところに光源１３を配置する構成としてもよい。

一方、前記読み取り部天板１１の光学画像読み取り窓Ｗには、近赤外光を透過する透明カバー１４が使用され、この透明カバー１４（Ｗ）の直下となる本体内部には、指Ｆの内部から導出される近赤外光の光学画像Ｑを、前記天板１１の裏面に沿う方向に９０度屈折させて反射するための画像反射ミラー１５が配置される。

そして、前記画像反射ミラー１５による光学画像Ｑの反射方向には、レンズなどの光学系１６を介してライン型固体撮像素子１７が配置される。このライン型固体撮像素子１７の手前にある前記光学系１６との間の前記光学画像Ｑの入射経路には、近赤外光だけを透過させるためのＩＲ（赤外透過）フィルタ１８を配置し、前記指Ｆの内部からの光学画像Ｑに対して透明カバー１４（Ｗ）の外側にて混ざり込んだ可視光などの不要な外部光を除去する。

これにより、前記光源１３から指支持用突起部１２を介して指Ｆの内部に直接入射された近赤外光Ｐによって当該指Ｆの内部組織が照明され、血管Ｂの画像を浮かび上がらせる。そして、前記指Ｆの内部からの血管画像としての光学画像Ｑは、透明カバー１４（Ｗ）を介して導出され、ミラー１５によって屈折反射されると共に、光学系１６およびＩＲフィルタ１８を介してライン型固体撮像素子１７に結像される。

なお、前記ＩＲフィルタ１８は、前記ライン型固体撮像素子１７の直前に配置して指Ｆからの光学画像Ｑに混入している可視光などの不要な外部光を除去する構成としたが、当該指Ｆからの透明カバー１４（Ｗ）を介した前記ライン型固体撮像素子１７までの光学画像Ｑの通過経路であれば、何れの位置に配置構成してもよい。

したがって、前記構成の第１実施形態の血管画像読み取り装置によれば、光源１３から発光される近赤外光Ｐを、当該近赤外光Ｐを漏れなく透過して指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕを支持する指支持用突起部１２（１２Ａ）（１２Ｂ）（１２Ｃ）を介して直接的に指Ｆの内部に入射させる。そして、前記指Ｆがその付け根の方向（Ｘ）に移動されながら読み取り窓Ｗである透明カバー１４を通して導出される該指Ｆ内部からの血管画像としての光学画像Ｑを、当該透明カバー１４直下のミラー１５から光学系１８，ＩＲフィルタ１８を介してライン型撮像素子１７へ誘導し結像させるようにした。

このため、光源１３から指Ｆの内部に照射するための近赤外光Ｐが、本体天板１１と指Ｆとの空間から散光して該指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕにて反射され、該指Ｆ内部から導出されて撮像素子１７へ誘導される光学画像Ｑに混入する恐れなく、鮮明な血管画像を得ることができる。

なお、前記第１実施形態の血管画像読み取り装置では、指Ｆの血管画像の撮像に伴う当該指Ｆの移動量の検出手段について説明を省略しているが、次の第２実施形態（その１）あるいは第２実施形態（その２）で説明するように、指Ｆの移動量の検出手段を設けることで、当該指Ｆの鮮明な血管画像の２次元画像を容易に得ることができる。

（第２実施形態（１））
図３は、本発明の第２実施形態（その１）に係るスイープ型の血管画像読み取り装置の構成を示す図である。

この図３における第２実施形態（その１）の血管画像読み取り装置において、前記図１で示した第１実施形態の血管画像読み取り装置と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

この第２実施形態（その１）のスイープ型血管画像読み取り装置では、指Ｆの移動量の検出手段として移動量検出用ローラ２０を設ける。この移動量検出用ローラ２０は、前記指支持用突起部１２の配置位置よりもさらに指Ｆの移動方向に隣接する読み取り部天板１１上において、当該突起部１２の先端に対応する高さを持って配置されるもので、観測対象の指Ｆの付け根方向（Ｘ）への移動に伴い当該指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕに接触して同方向（ｘ）に回転し、その回転量に対応した指Ｆの移動量を検出する。

そして、前記移動量検出用ローラ２０に基づき検出される指Ｆの所定の移動量毎に、前記ライン型固体撮像素子１７により撮像されたライン状の血管画像データを順次メモリに記憶させることで、前記第１実施形態において説明した通り、指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕにおける近赤外光Ｐの反射不具合のない、鮮明な２次元血管画像を得ることができる。

（第２実施形態（２））
図４は、本発明の第２実施形態（その２）に係るスイープ型の血管画像読み取り装置の構成を示す図である。

この図４における第２実施形態（その２）の血管画像読み取り装置においても、前記図１で示した第１実施形態の血管画像読み取り装置と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

この第２実施形態（その２）のスイープ型血管画像読み取り装置では、指Ｆの移動量の検出手段として移動量検出用撮像素子２１およびその撮像レンズ２２を設ける。この移動量検出用撮像素子２１は、読み取り部天板１１の前記指支持用突起部１２の配置位置よりも指Ｆの移動方向に隣接する位置において、当該指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕの皺パターンの光学画像Ｑｅを撮像するように配置される。観測対象である指Ｆの付け根方向（Ｘ）への移動に伴い当該指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕの皺パターンを読み取り、当該皺パターンの変化に応じた指Ｆの移動量を検出する。

そして、前記移動量検出用撮像素子２１に基づき検出される指Ｆの所定の移動量毎に、前記ライン型固体撮像素子１７により撮像されたライン状の血管画像データを順次メモリに記憶させることで、前記第１実施形態において説明した通り、指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕにおける近赤外光Ｐの反射不具合のない、鮮明な２次元血管画像を得ることができる。

なお、前記第１実施形態および第２実施形態の各スイープ型血管画像読み取り装置では、指Ｆの内部への近赤外光Ｐの直接照射によって血管Ｂのパターンを浮かび上がらせた血管画像（光学画像Ｑ）を専用に導出し撮像取得する装置として構成したが、次の第３実施形態のスイープ型血管画像読み取り装置において説明するように、構成部品を最大限共用にし、最小限の部品を付加するだけで、前記血管画像（光学画像Ｑ）の読み取りに伴い指紋画像（光学画像Ｓ）も同時に読み取ることのできる構成としてもよい。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るスイープ型の生体画像読み取り装置の構成を示す図である。

この図５における第３実施形態の生体画像読み取り装置においても、前記図１で示した第１実施形態の血管画像読み取り装置と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

この第３実施形態の生体画像読み取り装置では、読み取り部天板１１における指支持用突起部１２の光学画像読み取り窓Ｗ（透明カバー１４）の側に隣接する位置に、血管画像用の近赤外光Ｐではない可視光Ｒを発光する指紋用光源２３を配設する。

そして、この指紋用光源２３の可視光Ｒの発光方向は、前記光学画像読み取り窓Ｗ（透明カバー１４）の上方であって前記指支持用突起部１２に対応する高さの位置に向けて設定し、当該読み取り窓Ｗの上方に位置される指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕの領域に前記指紋用光源２３からの可視光Ｒが斜めから照射されるように設定する。これにより、指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕの凹凸の影が際立つようにする。

一方、透明カバー１４（Ｗ）には、前記血管画像用の近赤外光Ｐおよび指紋画像用の可視光Ｒを何れも透過する材質のものを使用し、近赤外光Ｐにより浮かび上がった指Ｆ内部の血管画像の光学画像Ｑおよび可視光Ｒにより浮かび上がった同指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕにおける指紋画像の光学画像Ｓを同時に装置内部へ取り込む構成とする。

これに伴い、前記第１，第２実施形態の血管画像専用の読み取り装置で使用したミラー１５に替えて、前記近赤外光Ｐによる血管画像の光学画像Ｑのみを屈折反射し、且つ前記可視光Ｒによる指紋画像の光学画像Ｓを透過する材質からなるＩＲカットミラー２４を使用する。

そして、前記光学画像読み取り窓Ｗ（透明カバー１４）の下方であって、且つ前記ＩＲカットミラー２４よりもさらに下の位置に、当該ＩＲカットミラー２４を透過した可視光Ｒによる指紋画像の光学画像Ｓを導出する指紋用光学系２５を配置し、この指紋用光学系２５によって、さらにその下に配置されたライン型指紋用撮像素子２６に対して同指紋画像の光学画像Ｓを結像させる。

なお、この第３実施形態のスイープ型生体画像読み取り装置では、前記第２実施形態のスイープ型血管画像読み取り装置において説明した指Ｆの移動量の検出手段を設ける。

これにより、前記指Ｆの移動量の検出手段により検出される当該指Ｆの所定の移動量毎に、前記ライン型固体撮像素子１７により撮像されたライン状の血管画像データを順次メモリに記憶させることで、前記各実施形態において説明した通り、指Ｆの指紋面（腹面）Ｆｕにおける近赤外光Ｐの反射不具合のない、鮮明な２次元血管画像を得ることができる。そればかりでなく、前記鮮明な２次元血管画像の取得と同時に、前記指Ｆの移動量の検出手段により検出される当該指Ｆの所定の移動量毎に、前記ライン型指紋用撮像素子２６により撮像されたライン状の指紋画像データを順次メモリに記憶させることで、指紋凹凸の際立った鮮明な２次元指紋画像を得ることができる。

なお、本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの構成要件が異なる形態にして組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

本発明の第１実施形態に係るスイープ型の血管画像読み取り装置の構成を示す図。 前記血管画像読み取り装置に設けられる指支持用突起部１２の具体例を示す図。 本発明の第２実施形態（その１）に係るスイープ型の血管画像読み取り装置の構成を示す図。 本発明の第２実施形態（その２）に係るスイープ型の血管画像読み取り装置の構成を示す図。 本発明の第３実施形態に係るスイープ型の生体画像読み取り装置の構成を示す図。

符号の説明

１１ …装置本体の読み取り部天板
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…指支持用突起部
１２Ｐ…導光板
１３ …光源
１４（Ｗ）…透明カバー（光学画像読み取り窓）
１５ …画像反射ミラー
１６ …光学系
１７ …ライン型固体撮像素子
１８ …ＩＲ（赤外透過）フィルタ
１９ａ、１９ｂ…遮光部材
２０ …移動量検出用ローラ
２１ …移動量検出用撮像素子
２２ …撮像レンズ
２３ …指紋用光源
２４ …ＩＲカットミラー
２５ …指紋用光学系
２６ …ライン型指紋用撮像素子
Ｆ …指
Ｆｕ…指紋面（腹面）
Ｂ …血管
Ｐ …近赤外光
Ｑ …血管画像（近赤外光）の光学画像
Ｘ …指の移動方向
Ｒ …可視光
Ｓ …指紋画像（可視光）の光学画像

Claims (4)

1. 血管画像の読み取り対象となる指の表皮面が空間を空けて略平行に位置される装置天板と、
   この装置天板の前記指の位置する経路上に設けられる読み取り窓と、
   この読み取り窓から前記指の位置する経路上で離間するところの前記装置天板に設けられ、当該天板内部から外部へ向けて予め設定された高さで突出し、その先端で前記指の表皮面を支持すると共に、赤外波長の光を上下端間で透過する指支持用突起部と、
   この指支持用突起部の下端に赤外波長の光を照射するための光源と、
   この光源から前記指支持用突起部を介した前記指の内部への直接的な光の照射に伴い、当該指の内部から前記読み取り窓を透過して装置天板内部に導出される光学画像を撮像するライン型撮像素子と、
   このライン型撮像素子と前記読み取り窓との間の前記光学画像の導出経路に配置され、赤外波長の光を透過する赤外光透過フィルタと、
   を備えたことを特徴とする血管画像読み取り装置。
2. 前記赤外波長の光を上下端間で透過する指支持用突起部は、赤外波長の光の屈折率の高い材料により構成されるか、または導光板をその側面から遮光部材で挟み込んで構成されるか、または上下端を除く側面全体を遮光部材により覆って構成されることを特徴とする請求項１に記載の血管画像読み取り装置。
3. 前記指の位置する経路に沿った当該指の長さ方向への移動量を検出する指移動量検出手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血管画像読み取り装置。
4. 生体画像の読み取り対象となる指の表皮面が空間を空けて略平行に位置される装置天板と、
   この装置天板の前記指の位置する経路上に設けられる読み取り窓と、
   この読み取り窓から前記指の位置する経路上で離間するところの前記装置天板に設けられ、当該天板内部から外部へ向けて予め設定された高さで突出し、その先端で前記指の表皮面を支持すると共に、赤外波長の光を上下端間で透過する指支持用突起部と、
   この指支持用突起部の下端に赤外波長の光を照射するための赤外光源と、
   前記装置天板の前記指支持用突起部と前記読み取り窓との間に配置され、当該読み取り窓の上方に位置された前記指の表皮面に向けて可視波長の光を照射する可視光源と、
   前記読み取り窓の下方に配置され、赤外波長の光を反射すると共に可視波長の光を透過する赤外光反射ミラーと、
   前記赤外光源から前記指支持用突起部を介した前記指の内部への直接的な赤外光の照射に伴い、当該指の内部から前記読み取り窓を透過して装置天板内部に導出されると共に、前記赤外反射ミラーにより反射された光学画像を撮像する第１のライン型撮像素子と、
   この第１のライン型撮像素子と前記赤外反射ミラーとの間の前記光学画像の反射導入経路に配置され、赤外波長の光を透過する赤外光透過フィルタと、
   前記可視光源から前記指の表皮面への可視光の照射に伴い、当該指の表皮面から前記読み取り窓を透過して装置天板内部に導出されると共に、前記赤外反射ミラーを透過した光学画像を撮像する第２のライン型撮像素子と、
   を備えたことを特徴とする生体画像読み取り装置。

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