JP2009089727A

JP2009089727A - 指静脈画像入力装置

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Publication number: JP2009089727A
Application number: JP2007260119A
Authority: JP
Inventors: Shingo Yokoyama; 真吾横山; Tadayuki Abe; 忠幸阿部; Hiromi Sugao; 浩美菅生; Kyoichi Takahashi; 恭一高橋; Shoichi Sato; 正一佐藤; Soichi Sakurai; 宗一桜井
Original assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: CN101404058A; US8244006B2; JP5057921B2; US20090092296A1

Abstract

【課題】指静脈認証装置を小型化、且つ、薄型化することが可能で、更に、認証精度の高い指静脈画像入力装置を提供する。
【解決手段】本発明によると、指静脈画像入力装置は、本体と、特定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの上方に配置された指に光を照射する光源と、指からの透過光を撮影する撮像手段とを有する。バンドパスフィルタと撮像手段の間には、光軸を中心に屈折率分布を有するグリンレンズが設けられている。光源と指の間、又は、指と撮像装置の間の少なくとも１つに偏光フィルタが設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、生体認証技術に関し、特に、指静脈認証装置に用いられる指静脈画像入力装置に関する。

従来、本人を認証するために、パスワード、鍵、印鑑等が用いられていた。近年、情報化社会の進展に伴い、本人であることを確認する技術の向上が強く要望されている。そこで、個人に固有な身体的特徴を利用した生体認証が注目を浴びている。生体認証は、利便性が高く、盗難、紛失、不正譲渡、忘却に対してセキュリティが高い等の利点を有する。

生体認証では、指紋、掌、顔、虹彩、声紋、静脈等の身体的な特徴を用いて個人認証を行う。特に、指静脈認証は、指静脈を用いるため、指紋のように心理的な抵抗が少なく、また偽造し難い利点を有する。

指静脈認証は、血液中のヘモグロビンが、７００〜１２００ｎｍの波長領域である近赤外光を吸収することを利用する。指に近赤外光を照射し、指内部の静脈パターンを撮像して、予め登録した登録情報との照合を行うことで本人を認証する。

指静脈認証は、指紋認証と比較して、認証精度が高い特徴を有するため、現金自動預け払い機等の高いセキュリティレベルが要求される分野で使われている。

一方、近年では、電子マネー機能を有する携帯電話が普及している。そこで、紛失や盗難に備えて、携帯電話に、所有者本人を認証する機能を搭載する要望がある。実際に、携帯電話に、指紋認証装置が搭載されている例がある。しかしながら、更なるセキュリティレベルの向上のため、携帯電話に指静脈認証装置を搭載する要望がある。しかしながら、指静脈認証装置を携帯電話に搭載するには、指静脈認証装置の小型化が必要である。

特許文献１には、指静脈認証装置の小型化を図るために、屈折率分布型レンズアレイと、ライン状固体撮像素子を用いる例が提案されている。

特開２００６−２８８７２公報

指静脈認証装置の小型化を図るために、指の横や腹から光を照射する光学系が用いられ、指の中で拡散し、透過した光を、指の腹の下で撮像して静脈画像を得る。ところが、このような光学系では、光源と指表面が近接しているので、指表面で光が反射し易く、指静脈画像が反射光の影響で不鮮明になり易い。また、携帯電話に搭載する場合、屋外や明るい室内下で使用することから、指静脈画像に対する太陽光等の外光の影響を考慮する必要がある。

特許文献１には、光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）を指の腹から照射させることが記載されている。しかしながら、特許文献１には、指表面における反射光を低減する手段は記載されていない。また、太陽光等の外光の影響を低減する手段が記載されていない。

本発明の目的は、指静脈認証装置を小型化、且つ、薄型化することが可能で、更に、認証精度の高い指静脈画像入力装置を提供することである。

本発明によると、指静脈画像入力装置は、本体と、特定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの上方に配置された指に光を照射する光源と、指からの透過光を撮影する撮像手段とを有する。バンドパスフィルタと撮像手段の間には、光軸を中心に屈折率分布を有するグリンレンズが設けられている。光源と指の間、又は、指と撮像装置の間の少なくとも１つに偏光フィルタが設けられている。

本発明によると、指静脈認証装置を小型化、且つ、薄型化することが可能で、更に、認証精度の高い指静脈画像入力装置を提供することができる。

図１を参照して、本発明による指静脈画像入力装置の構成を説明する。本例の指静脈画像入力装置は、本体１００と指載置部１０１と光源１０２と撮像部１０３を有する。指載置部１０１は、本体１００に形成された凹部であり、指が配置されるような形状及び寸法を有する。指載置部１０１の内壁の側面には、７００〜１２００ｎｍの波長領域の近赤外光において、撮像に適する特定の波長の光を発する光源１０２が配置されている。図１の例では、片面２個ずつの計４個の光源が設けられている。光源１０２には、ＬＥＤ又はレーザー光源が用いられてよい。指載置部１０１の底面には撮像部１０３が設けられている。撮像部１０３には、指２００内部の静脈パターンを撮像する撮像装置（図示せず）が内蔵されている。光源１０２からの光は、指２００へ照射され、指２００の内部にて散乱し、指２００から透過光が生成される。この透過光を、撮像装置によって撮像する。

本例によると、光源１０２は、指２００に近接して配置されている。そのため、光源１０２から照射された光が指２００の表面で反射し、反射光が撮像装置に入射する可能性がある。それによって、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。また、近赤外光を含む太陽光等の外光の影響により、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。そこで、本発明によると、以下に説明するように、光が指２００の表面で反射することを防止する機構、及び、指２００の表面で反射した光が撮像装置に到達することを防止する機構、また外光の影響を遮断する機構が設けられている。

尚、本発明による指静脈画像入力装置を携帯電話に適用する場合には、本体１００は、携帯電話の本体に対応する。

図１は、以下に説明する第１から第４の例の斜視図である。第１から第４の例は以下に詳細に説明する。

図２を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第１の例を説明する。図２は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置では、光源１０２は、本体１００の内部に、即ち、指載置部１０１の側面より内側に埋め込まれるように配置されている。光源１０２は、その光軸が指載置部１０１の底面に対して傾斜するように、配置されている。２つの光源１０２の光軸は、丁度、指２００の内部で交差する。指載置部１０１の側面には、偏光フィルタ１２１が設けられている。偏光フィルタ１２１は、光源１０２の前に、且つ、光源１０２に近接して、設けられている。

指載置部１０１の底面には、バンドパスフィルタ１１０、偏光フィルタ１２０、グリンレンズアレイ１１１、及び、固体撮像素子１１２が設けられている。これらは、図１にて示した撮像部１０３を構成する。バンドパスフィルタ１１０、偏光フィルタ１２０、グリンレンズアレイ１１１、及び、固体撮像素子１１２は、本体１００に形成された凹部に配置され、この凹部のうち、バンドパスフィルタ１１０より上側によって、指載置部１０１が構成されている。

バンドパスフィルタ１１０は、指載置部１０１に指２００を置いたとき、指２００の腹に接するようにが設けられている。偏光フィルタ１２０は、バンドパスフィルタ１１０に接するように、バンドパスフィルタ１１０の下に設けられている。同様に、偏光フィルタ１２０の下に、偏光フィルタ１２０に接するように、グリンレンズアレイ１１１が配置され、グリンレンズアレイ１１１の下に、グリンレンズアレイ１１１に接するように、固体撮像素子１１２が配置されている。

バンドパスフィルタ１１０は、光源１０２が有する特定の波長の光を通すが、それ以外の光は通さない。偏光フィルタ１２０、１２１は、偏光、即ち、特定の振動方向（透過軸）の光のみを透過させる。グリンレンズアレイ１１１は、複数の屈折率分布型レンズ（グリンレンズ）からなる。屈折率分布型レンズは、円筒状のレンズからなり、光軸を法線とする面において、光軸を中心に外周に向かって屈折率分布を有する。

光源１０２からの光は、偏光フィルタ１２１を透過することによって、最適な振動方向（透過軸）の偏光を得ることができる。この偏光は、指２００に照射される。こうして偏光を指２００に照射することによって、指２００の表面における反射を低減することができる。指２００の内部に進入した光は、拡散し、その一部は吸収されるが、その一部は、バンドパスフィルタ１１０に入射する。バンドパスフィルタ１１０に入射した光のうち、光源１０２が有する特定の波長の光のみがバンドパスフィルタ１１０を透過する。こうすることで、指静脈画像に対して、バンドパスフィルタ１１０に入射する太陽光等の外光の影響を遮断できる。バンドパスフィルタ１１０を透過した光のうち、偏光のみが偏光フィルタ１２０を透過する。こうして、バンドパスフィルタ１１０及び偏光フィルタ１２０を透過した光は、グリンレンズアレイ１１１を経由して固体撮像素子１１２に到達する。上述したように、血液中のヘモグロビンは、７００〜１２００ｎｍの波長領域である近赤外光を吸収する。従って、固体撮像素子１１２には、指２００の静脈の影の像を鮮明に撮像することができる。こうして本例によると、静脈像と予め登録した登録情報との照合がスムーズに行われ、認証精度が向上する。

本例では、光源１０２の前方に偏光フィルタ１２１を設け、更に、固体撮像素子１１２の手前に偏光フィルタ１２０を配置する。そのため、偏光フィルタ１２１によって指２００の表面における反射光の発生を完全に阻止することができない場合でも、偏光フィルタ１２０によって指２００の表面からの反射光が固体撮像素子１１２に到達することは阻止される。

また、グリンレンズアレイ１１１は、等倍像を得ることができるため、物体面である指２００内の静脈と、像面である固体撮像素子１１２との距離を短縮できる。よって、指静脈画像入力装置の小型化、及び、薄型化を図ることができる。そのため、本例の指静脈画像入力装置は、携帯電話への搭載が可能となる。

図３を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第２の例を説明する。図３は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図２の第１の例と比較して、バンドパスフィルタ１１０の下の偏光フィルタ１２０が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図２の第１の例と同様であってよい。

本例では、バンドパスフィルタ１１０の下に偏光フィルタ１２０が設けられていないが、光源１０２の前方には、第１の例と同様に、偏光フィルタ１２１が設けられている。そのため、所定の認証精度を得ることができる。本例では、第１の例と比較して、偏光フィルタの枚数が少ないため、コスト低減が図れる。更に、偏光フィルタ１２０が設けられていないため、光源１０２からの光のうち固体撮像素子１１２へ到達する光量が増加する。即ち、光源１０２から固体撮像素子１１２に到る光路の透過率が大きくなる。そのため、光源１０２の光量を低減でき、光源１０２の省電力が図れる。

尚、光源１０２の前方の偏光フィルタ１２１を省略し、その代わりにバンドパスフィルタ１１０の下に偏光フィルタ１２０を設けてもよい。その場合でも、同様な効果が得られる。尚、光源１０２の照射面に、特定の波長を有する光を透過させる保護用フィルタを設けてもよい。

図４を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第３の例を説明する。図４は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図２の第１の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ１１１の代わりに、１本のグリンレンズ１５０が用いられている点が異なる。更に、本例では、図２の第１の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子１１２が用いられている。それ以外の構成は、図２の第１の例と同様であってよい。図２の第１の例では、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ１１１を用いるため、グリンレンズ１１１及び固体撮像素子１１２の面積を大きくすることができる。そのため、指２００の撮像範囲を大きくできる。しかしながら、グリンレンズアレイ１１１は、複数の円筒状のグリンレンズ同士が互いに接するように配置された構造を有する。そのため、固体撮像素子１１２によって撮像される像は、レンズが接する部分で途切れる。そこで、所定の認証精度を得るために必要な撮像範囲を確保することができるならば、１本のグリンレンズを用いてもよい。本例では、グリンレンズアレイ１１１の代わりに、１本のグリンレンズ１５０を用いるため、指静脈画像入力装置の構造が簡単化され、組立、調整がし易くなるので、コスト低減につながる。また、複数のグリンレンズを使用することに起因する像の途切れを回避することができる。そのため、鮮明な指静脈画像を得られ、認証精度が向上する。また、図２、図４では、上から指２００、バンドパスフィルタ１１０、偏光フィルタ１２０の順に配置しているが、バンドパスフィルタ１１０と偏光フィルタ１２０の順を逆にしても、同様の効果が得られる。

図５を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第４の例を説明する。図５は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図４の第３の例と比較して、バンドパスフィルタ１１０の下の偏光フィルタ１２０が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図４の第３の例と同様であってよい。

本例の指静脈画像入力装置は、図３の第２の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ１１１の代わりに、１本のグリンレンズ１５０が用いられている点が異なる。更に、本例では、図３の第２の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子１１２が用いられている。それ以外の構成は、図３の第２の例と同様であってよい。

本例では、１本のグリンレンズ１５０を用い、且つ、偏光フィルタの枚数が少ないため、コスト低減が図れる。更に、偏光フィルタ１２０が設けられていないため、光源１０２からの光のうち固体撮像素子１１２へ到達する光量が増加する。即ち、光源１０２から固体撮像素子１１２に到る光路の透過率が大きくなる。そのため、光源１０２の光量を低減でき、光源１０２の省電力が図れる。また、複数のグリンレンズを使用することに起因する像の途切れを回避することができる。そのため、鮮明な指静脈画像を得られ、認証精度が向上する。

尚、図５の本例において、光源１０２の前方の偏光フィルタ１２１を省略し、その代わりにバンドパスフィルタ１１０の下に偏光フィルタ１２０を設けてもよい。その場合でも、同様な効果が得られる。尚、光源１０２の照射面に、光を透過させる保護用フィルタを設けてもよい。

図６を参照して、本発明による指静脈画像入力装置の他の構成を説明する。本例の指静脈画像入力装置は、本体１００と光源１０２と撮像部１０３を有する。本例では、指を載置するための凹部は設けられていない。従って、撮像部１０３の上に指を載置する。即ち、撮像部１０３は指載置部を兼用する。本例では、撮像部１０３の両側に、７００〜１２００ｎｍの波長領域の近赤外光において、撮像に適する特定の波長で発光する光源１０２が配置されている。図６の例では、片面２個ずつの計４個の光源が設けられている。光源１０２には、ＬＥＤ又はレーザー光源が用いられてよい。

撮像部１０３には、指２００内部の静脈パターンを撮像する撮像装置（図示せず）が内蔵されている。光源１０２からの光は、指２００へ照射され、指２００の内部にて散乱し、指２００から透過光が生成される。この透過光を、撮像装置によって撮像する。

本例によると、光源１０２は、指２００に近接して配置されている。そのため、光源１０２から照射された光が指２００の表面で反射し、反射光が撮像装置に入射する可能性がある。それによって、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。また、近赤外光を含む太陽光等の外光の影響により、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。そこで、本発明によると、以下に説明するように、光が指２００の表面で反射することを防止する機構、及び指２００の表面で反射した光が撮像装置に到達することを防止する機構、また外光の影響を遮断する機構が設けられている。

図６は、以下に説明する第５から第８の例の斜視図である。第５から第８の例は以下に詳細に説明する。

図７を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第５の例を説明する。図７は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置では、光源１０２は、本体１００の内部に埋め込まれるように配置されている。光源１０２は、その光軸が本体１００の上面に対して直交するように、配置されている。２つの光源１０２の光軸は、互いに平行である。尚、本例においても、図２の第１の例に示したように、光源１０２を、その光軸が本体１００の上面に対して傾斜するように、配置してもよい。

本体１００の上面には、偏光フィルタ１２１が設けられている。偏光フィルタ１２１は、光源１０２の前に、且つ、光源１０２に近接して、設けられている。

本体１００の上面には、更に、バンドパスフィルタ１１０が設けられ、その下に偏光フィルタ１２０、グリンレンズアレイ１１１、及び、固体撮像素子１１２が設けられている。これらは、図６にて示した撮像部１０３を構成する。バンドパスフィルタ１１０は、本体１００の上面に指２００を置いたとき、指２００の腹に接するようにが設けられている。偏光フィルタ１２０は、バンドパスフィルタ１１０に接するように、バンドパスフィルタ１１０の下に設けられている。同様に、偏光フィルタ１２０の下に、偏光フィルタ１２０に接するように、グリンレンズアレイ１１１が配置され、グリンレンズアレイ１１１の下に、グリンレンズアレイ１１１に接するように、固体撮像素子１１２が配置されている。

バンドパスフィルタ１１０、偏光フィルタ１２０、グリンレンズアレイ１１１、及び、固体撮像素子１１２は、図２の第１の例にて使用されているものと同様であってよい。

図８を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第６の例を説明する。図８は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図７の第５の例と比較して、バンドパスフィルタ１１０の下の偏光フィルタ１２０が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図７の第５の例と同様であってよい。

本例では、バンドパスフィルタ１１０の下に偏光フィルタ１２０が設けられていないが、光源１０２の前方には、第５の例と同様に、偏光フィルタ１２１が設けられている。そのため、所定の認証精度を得ることができる。本例では、第５の例と比較して、偏光フィルタの枚数が少ないため、コスト低減が図れる。更に、偏光フィルタ１２０が設けられていないため、光源１０２からの光のうち固体撮像素子１１２へ到達する光量が増加する。即ち、光源１０２から固体撮像素子１１２に到る光路の透過率が大きくなる。そのため、光源１０２の光量を低減でき、光源１０２の省電力が図れる。

図９を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第７の例を説明する。図９は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図７の第５の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ１１１の代わりに、１本のグリンレンズ１５０が用いられている点が異なる。更に、本例では、図７の第５の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子１１２が用いられている。それ以外の構成は、図７の第５の例と同様であってよい。図７の第５の例では、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ１１１を用いるため、グリンレンズアレイ１１１及び固体撮像素子１１２の面積を大きくすることができる。そのため、指２００の撮像範囲を大きくできる。しかしながら、グリンレンズ１１１は、複数の円筒状のグリンレンズ同士が互いに接するように配置された構造を有する。そのため、固体撮像素子１１２によって撮像される像は、レンズが接する部分で途切れる。そこで、所定の認証精度を得るために必要な撮像範囲を確保することができるならば、１本のグリンレンズを用いてもよい。本例では、グリンレンズアレイ１１１の代わりに、１本のグリンレンズ１５０を用いるため、指静脈画像入力装置の構造が簡単化され、組立、調整がし易くなるので、コスト低減につながる。また、複数のグリンレンズを使用することに起因する像の途切れを回避することができる。そのため、鮮明な指静脈画像を得られ、認証精度が向上する。また、図７、図９では、上から指２００、バンドパスフィルタ１１０、偏光フィルタ１２０の順に配置しているが、バンドパスフィルタ１１０と偏光フィルタ１２０の順を逆にしても、同様の効果が得られる。

図１０を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第８の例を説明する。図１０は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図９の第７の例と比較して、バンドパスフィルタ１１０の下の偏光フィルタ１２０が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図９の第７の例と同様であってよい。

本例の指静脈画像入力装置は、図８の第６の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ１１１の代わりに、１本のグリンレンズ１５０が用いられている点が異なる。更に、本例では、図８の第６の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子１１２が用いられている。それ以外の構成は、図８の第６の例と同様であってよい。

尚、図１０の本例において、光源１０２の前方の偏光フィルタ１２１を省略し、その代わりにバンドパスフィルタ１１０の下に偏光フィルタ１２０を設けてもよい。その場合でも、同様な効果が得られる。尚、光源１０２の照射面に、光を透過させる保護用フィルタを設けてもよい。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。

本発明の指静脈画像入力装置の第１〜第４の例の斜視図である。本発明の指静脈画像入力装置の第１の例を示す断面図である。本発明の指静脈画像入力装置の第２の例を示す断面図である。本発明の指静脈画像入力装置の第３の例を示す断面図である。本発明の指静脈画像入力装置の第４の例を示す断面図である。本発明の指静脈画像入力装置の第５〜第８の例の斜視図である。本発明の指静脈画像入力装置の第５の例を示す断面図である。本発明の指静脈画像入力装置の第６の例を示す断面である。本発明の指静脈画像入力装置の第７の例を示す断面図である。本発明の指静脈画像入力装置の第８の例を示す断面図である。１００…本体、１０１…指載置部、１０２…光源、１０３…撮像部、１１０…バンドパスフィルタ、１１１…グリンレンズアレイ、１１２…固体撮像素子、１２０…偏光フィルタ、１２１…偏光フィルタ、１５０…グリンレンズ、２００…指

Claims

特定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの上方に配置する指に光を照射する光源と、前記光源からの光のうち前記指内で拡散し、前記指を透過し、前記バンドパスフィルタを透過した光を受光して指静脈像を生成する撮像部とを有する指静脈画像入力装置において、
前記光源は前記バンドパスフィルタに隣接して設けられ、前記バンドパスフィルタと前記撮像部の間に、光軸を中心に屈折率分布を有するグリンレンズが設けられていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
請求項１記載の指静脈画像入力装置において、前記グリンレンズは、複数のグリンレンズからなるグリンレンズアレイから構成されていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
請求項１乃至２記載の指静脈画像入力装置において、前記光源の光の波長と、前記バンドパスフィルタを透過する光の波長が概一致することを特徴とする指静脈画像入力装置。
請求項１乃至３記載の指静脈画像入力装置において、前記光源と前記指の間、又は、前記指と前記撮像装置の間、の少なくとも１つに偏光フィルタが設けられていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
請求項１乃至４記載の指静脈画像入力装置において、前記光源、前記バンドパスフィルタ、前記グリンレンズ、及び前記撮像部は、本体に装着されていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
請求項５記載の指静脈画像入力装置において、前記本体は携帯電話の本体であることを特徴とする指静脈画像入力装置。