JP2009282877A - 生体情報取得装置及び生体情報の取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型機器にも適用可能であって、より確実な方法で生体認証機能を活性化させること。
【解決手段】生体情報取得装置７０は、被検体６７に対する光照射に基づいて被検体６７の静脈パターンを取得する。生体情報取得装置７０は、被検体６７の表皮に形成された凹凸を検出する凹凸検出部と、凹凸検出部による凹凸の検出に基づいて被検体６７の静脈パターンの取得を開始する生体情報取得部と、を備える。例えば、ヒトの指の表皮に形成された指紋の検出を認証動作開始の契機として利用することで、生体情報取得装置が認証動作開始の契機を誤検出することが効果的に抑制される。
【選択図】図６

Description

本発明は、生体情報取得装置、及び生体情報の取得方法に関する。

近年、携帯電話等といった通信機器の小型化、高機能化の進展が著しい。これに伴って、これらの通信機器に個人情報が格納されることが一般的になっている。しかしながら、携帯型の通信機器は特定の場所に固定されていないため、機器の紛失等によって格納された個人情報が外部に漏洩するおそれがある。従って、携帯型の通信機器のセキュリティー機能を高めることが強く望まれている。

他方、セキュリティー技術に関しては、近年、生体認証に関する技術の進展も著しい。なお、生体認証とは、検査対象の個体から取得した生体情報が、あらかじめ設定された生体情報に等しいかどうかという判定に基づいて、ある個体を他の個体から識別する技術である。例えば、ヒトの瞳の虹彩に基づいて個体を特定する方法、ヒトの指等の静脈パターンに基づいて個体を特定する方法、及び指の指紋パターンに基づいて個体を特定する方法が挙げられる。なかでも、ヒトの指等の静脈パターンを利用したものは、パターンデータの偽装が困難であり、高いセキュリティーを確保することができる。

特許文献１には、生体確認手段を備える生体認証装置が開示されている。また、特許文献２には、ラインセンサを活用して血管画像を取得する装置が開示されている。
特開２００３−８５５３９号公報 特開２００６−２１８０１９号公報

上述のように、特に携帯型機器においては、そのセキュリティー機能を高めることが強く望まれている。特許文献１では、電極の電位の変化、サーミスタの出力の変化、又は電極間の抵抗値の変化を検出することで生体を検出している。しかしながら、特許文献１開示の技術では、近年の高セキュリティーの要求には対応できない。よって、生体であることの検出方法としては、より高度で、かつ携帯型機器に搭載可能であるようにサイズ、コスト面を満足させるものでなければならない。更に、携帯型機器における生体認証機構は省電力で駆動することが求められる。その面からも、より確実に生体であることの検出を行い、無駄な誤動作を防止する必要がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、小型機器にも適用可能であって、より確実な方法で生体認証機能を活性化させることを目的とする。

本発明にかかる生体情報取得装置は、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の静脈パターンを取得する生体情報取得装置であって、前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出する凹凸検出部と、前記凹凸検出部による前記凹凸の検出に基づいて前記被検体の静脈パターンの取得を開始する生体情報取得部と、を備える。

生体情報取得装置は、被検体の表面に形成された凹凸（例えば、指紋）を検出し、この検出に基づいて生体認証に必要な静脈パターンの取得を開始する。

例えば、ヒトの指の表皮には、それ自体が認証用パターンとしても利用可能な指紋が形成されている。この指紋の検出を認証動作開始の契機として利用することで、生体情報取得装置が認証動作開始の契機を誤検出することが効果的に抑制される。この点は、携帯型の機器に生体情報取得装置が適用される場合に特に有効である。

前記凹凸検出部は、前記被検体が載せられる第１表面領域に亘って２次元状に配置された複数の検出電極を少なくとも備える、と良い。２次元状に複数の電極を配置することで、被検体の表皮に形成された凹凸を高精度で検出することができる。

前記凹凸検出部は、前記検出電極と前記被検体の表面間に生じるキャパシタの容量の検出に基づいて前記凹凸を検出する、と良い。キャパシタの容量の分布を検出することで、被検体の表皮に形成された凹凸を高精度で検出することができる。

前記検出電極は、前記第１表面領域の下層に配置され、前記第１表面領域において露出していない、と良い。非接触で凹凸を検出することで、認証動作開始の契機を誤検出することが効果的に抑制される。さらに、外部からの機械的衝撃等による検出電極の損傷が抑制される。

前記第１表面領域は、前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域を挟んで分割して設けられる、と良い。このように第１表面領域を設定することで、認証動作開始の契機を誤検出することが効果的に抑制される。

前記第１表面領域は、前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域よりも上方に位置する、と良い。第１表面領域を第２表面領域よりも上方に配置することによって、第２表面領域に被検体が確実に接触しないように設定することができ、静脈パターン像の品質の悪化が抑制される。

前記生体情報取得部は、前記被検体に対して照射されるべき光を出射する光源と、前記被検体内を透過した光を受光する複数の画素を有する光検出器と、を少なくとも備える、と良い。

前記光源及び前記光検出器は、前記凹凸検出部から伝達される開始命令に基づいて動作状態になる、と良い。

前記光検出器上に配置されたレンズアレイと、前記光検出器と前記レンズアレイ間に設けられた光チャネル分離層と、を更に備える、と良い。

本発明にかかる生体情報取得装置は、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、前記被検体に対して照射されるべき光を出射する光源と、前記被検体内を透過した光を受光する複数の画素を有する光検出器と、前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出する凹凸検出部と、前記凹凸検出部による前記凹凸の検出に基づいて前記光源及び前記光検出器を動作状態に設定する制御部と、を備える。

本発明に係る生体情報取得装置は、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、前記被検体に対して照射されるべき光を出射する半導体光素子と、光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面から前記光出射面へ前記半導体光素子から出射された光を案内するライトガイドと、前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域と、前記第２表面領域を介して入力される光を受光する複数の画素を有する光検出器と、前記被検体が載せられる第１表面領域に亘って２次元状に配置された複数の検出電極を備え、前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出する凹凸検出部と、前記凹凸検出部による前記凹凸の検出に基づいて前記光源及び前記光検出器を動作状態に設定する制御部と、を備える。

前記第２表面領域を上面視したとき、前記第１表面領域は、前記第２表面領域の左、右、又は左右両方に在り、前記ライトガイドは、前記第２表面領域の上、下、又は上下両方に在る、と良い。このような構成を採用することで、よりコンパクトな構成を実現することができる。

前記凹凸は、前記被検体の表皮に形成された指紋の断面視形状である、と良い。

本発明に係る生体情報の取得方法は、被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の静脈パターンを取得する生体情報の取得方法であって、前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出し、前記凹凸の検出に基づいて前記被検体の静脈パターンの取得を開始する。

例えば、ヒトの指の表皮には、それ自体が認証用パターンとしても利用可能な指紋が形成されている。この指紋の検出を認証動作開始の契機として利用することで、より確実に認証動作開始の契機を検出することができる。

本発明によれば、小型機器にも適用可能であって、より確実な方法で生体認証機能を活性化することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施の形態について図１乃至図９を参照して説明する。図１は、携帯電話の構成を示す模式図である。図２は、携帯電話の前面の構成を示す模式図である。図３は、生体認証装置の概略的な斜視図である。図４は、生体認証装置の上面構成を説明するための模式図である。図５は、光源ユニットの構成を説明するための模式図である。図６は、生体認証装置の断面構成を説明するための模式図である。図７は、容量分布検出器の構成を説明するための模式図である。図８は、生体認証装置の機能を説明するためのブロック図である。図９は、生体認証装置の動作を説明するためのフローチャートである。

図１に、携帯電話（移動体通信端末）６０を示す。携帯電話６０には、後述の生体認証装置（静脈認証装置）７０が組み込まれている。

図１に示すように、携帯電話６０は、上側本体（第１部材）６１、下側本体（第２部材）６２、及びヒンジ６３を有する。上側本体６１と下側本体６２とは、共にプラスチック製の平板部材であって、ヒンジ６３を介して連結される。上側本体６１と下側本体６２とはヒンジ６３によって開閉自在に構成される。上側本体６１と下側本体６２とが閉じた状態のとき、携帯電話６０は上側本体６１と下側本体６２とが重ね合わされた平板状の部材になる。

上側本体６１は、その内面に表示部６４を有する。表示部６４には、着信相手を特定する情報（名前、電話番号）、携帯電話６０の記憶部に格納されたアドレス帳等が表示される。表示部６４の下には液晶表示装置が組み込まれている。

下側本体６２は、その内面に複数のボタン６５を有する。携帯電話６０の操作者は、ボタン６５を操作することによって、アドレス帳を開いたり、電話を掛けたり、マナーモードに設定したりし、携帯電話６０を意図したように操作する。携帯電話６０の操作者は、このボタン６５を操作することに基づいて、携帯電話６０内の生体認証装置７０の生体認証機能をオンさせたり、オフさせたりする。

図２に、携帯電話６０の前面（上面）の構成を示す。図２に示すように、上側本体６１の前面には、表面領域Ｒ１０、および表示領域Ｒ２０が配置される。

表面領域Ｒ１０上には、図２に模式的に示すように、ヒト（被検体）の指６７が載せられる。表面領域Ｒ１０の下には、後述の生体認証装置７０（図３参照）が組み込まれる。表示領域Ｒ２０には、文字（時間、動作状態、着信相手名など）が表示される。表示領域Ｒ２０の下には、液晶表示装置が組み込まれる。

図３に示すように、生体認証装置７０の概略的な斜視図を示す。生体認証装置７０は、表面領域Ｒ１０上に載せられる指６７に対する光照射に基づいて生体認証を実行する。なお、後述の説明から明らかなように、生体認証装置７０は、生体情報を取得する生体情報取得装置としても機能する。

生体認証装置７０の認証機能は、次の動作から実現される。生体認証装置７０は、生体認証に適した波長の光を指６７に対して照射する。なお、ここでは、生体認証装置７０は、橙色〜近赤外線の帯域（５８０ｎｍ〜１０００ｎｍ、より好ましくは、６００ｎｍ〜８６０ｎｍ）の光）を前方に出射する。生体認証装置７０は、指６７を透過した光を複数の画素にて受光し、指６７の静脈パターン（血管パターン）が写された画像を取得する。生体認証装置７０は、取得した画像（取得画像）と、予め登録した画像（マスター画像）とを用いて生体認証を実行する。携帯電話６０の機能は、生体認証装置７０による生体認証が成功した場合に限って活性化される。

図３に示すように、生体認証装置７０は、上面７１、側面７２、及び下面７３を有する直方体状の部品である。上面７１上には、被検体としてのヒトの指が載せられる。上面７１には、４つの側面７４（７４ａ〜７４ｄ）及び底面７５から規定される凹部が形成される。生体認証装置７０の上面７１に凹部が形成されることによって、生体認証装置７０の上面７１に載せられる指が受光窓に接することが抑制される。

生体認証装置７０の上面７１には、指が載せられる領域が設定される。また、凹部の底面７５には、指を透過した光が入力される領域（表面領域Ｒ１０）が設定される。凹部の幅は、上面７１に指が載せられたときに、凹部の底面７５に指が接触しないように設定されている。

生体認証装置７０は、携帯電話６０に一体的に組み込まれても良い。すなわち、生体認証装置７０の上面７１は、携帯電話６０の表面と面一に構成されていても良い。

図４に、生体認証装置７０の上面構成を説明するための模式図を示す。図４に示すように、生体認証装置７０の上面７１には、表面領域Ｒ１０を囲むように光源配置領域２０、指紋検出領域２２、光源配置領域２１、及び指紋検出領域２３が形成される。

光源配置領域２０、２１において、後述の光源モジュールが生体認証装置７０内に格納される。指紋検出領域２２、２３において、２次元状に配置された複数の検出電極５が生体認証装置７０内に格納される（図６も併せて参照）。

指紋検出領域２２と指紋検出領域２３とは、表面領域Ｒ１０を挟んで対向する状態に形成される。このように表面領域Ｒ１０を挟んだ態様で指紋検出領域を分割形成することによって、各指紋検出領域は物理的に離間して形成される。従って、認証動作開始が誤検出されることが効果的に抑制される。

光源配置領域２０と光源配置領域２１とは、表面領域Ｒ１０を挟んで対向する状態に形成される。このように表面領域を挟んだ態様で光源配置領域を形成することによって、表面領域Ｒ１０の全域に亘って入射光強度を均一化させることができる。従って、認証に用いられる取得画像の品質が向上し、生体認証の認証精度をより高めることができる。

各光源配置領域には図５に示すタイプの光源モジュールが配置される。なお、いずれの場合にもライトガイド３を活用することによって、光源モジュール７は、表面領域Ｒ１０の全域に亘って光を照射することができる。

図５（ａ）に示すように、光源モジュール７は、半導体光素子ＬＥａ、ＬＥｂ、及びライトガイド３を有する。ライトガイド３は、側面として、前面３ａ１、左側面３ａ３、背面３ａ２、右側面３ａ４を有する。また、ライトガイド３は、上面及び下面を有する。

半導体光素子ＬＥａ、ＬＥｂは、半導体発光素子（LED(Light Emitting Diode)）、半導体レーザ素子（LD(Laser Diode))といった半導体のベアチップがモールドパッケージされた半導体素子である。半導体光素子ＬＥａ、ＬＥｂは、電極間に電流を流すことによって近赤外領域の波長（波長：６００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の光（ここでは、７６０ｎｍ又は８７０ｎｍ）を出射する。ライトガイド３は、板状の部材であって、半導体光素子からの出射光に対して実質的に透明である。

ライトガイド３の左側面３ａ３には、半導体光素子ＬＥａが接着剤１１を介して固定される。同様に、ライトガイドの右側面３ａ４には、半導体光素子ＬＥｂが接着剤１１を介して固定される。接着剤１１は、半導体光素子からの出射光に対して透明であるものとする。

ライトガイド３は、左側面３ａ３から前面３ａ１へ背面３ａ２を介して、半導体光素子ＬＥａからの出射光を案内する。なお、ライトガイド３内の伝播過程において、半導体光素子ＬＥａからの出射光は、ライトガイド３の上面及び下面において反射されるものとする。上述の説明は、ライトガイド３の右側面３ａ４から入力される半導体光素子ＬＥｂからの出射光についても同様である。

図５（ａ）の場合、ライトガイド３を上面視したとき、ライトガイド３の中央部の幅はライトガイド３の左端又は右端側の部分の幅よりも広い。これによって、背面３ａ２における反射ロスを抑制することができる。

図５（ｂ）の光源モジュール７は、図５（ａ）とは異なり、背面３ａ２に複数の溝１０が形成されている。溝１０は、ライトガイド３の上面から下面まで延在する。ライトガイド３の背面３ａ２に複数の溝１０が形成されることによって、複数の反射面９が背面３ａ２に形成される。半導体光素子ＬＥａからの出射光は、各反射面９で全反射され、前面３ａ１まで案内される。

反射面９の配置間隔を適宜設定することで、ライトガイド３内の光ロスを極力抑制することが可能になる。これによって、生体認証装置の７０の消費電力を低減することにも寄与する。また、反射面９の配置間隔を適宜設定することで、ライトガイド３の前面３ａ１における出射光強度をより均一なものに設定することができる。

図５（ｃ）の光源モジュール７は、図５（ａ）とは異なり、４つの半導体光素子が設けられている。また、ライトガイド３の上面視形状は、半導体光素子の配列方向に沿って長尺な長方形状である。半導体光素子ＬＥａ〜ＬＥｄらは、ライトガイド３の背面３ａ２に接着剤１１を介して固定される。ライトガイド３の背面３ａ２から入力された光は、ライトガイド３の上面及び下面における反射を経て、ライトガイド３の前面３ａ１へ案内される。

半導体光素子の配置間隔は一定である。従って、ライトガイド３の前面３ａ１における出射光強度分布をより均一なものに設定することができる。

なお、半導体光素子が取り付けられるライトガイドの側面は、光入射面として機能する。ライトガイドの前面は、光出射面として機能する。図５（ａ）及び（ｂ）の背面は、全体として光反射面として機能する。また、ライトガイドの光出射面は、図３の側面７４ｂ又は７４ｄに一致する。

図６に、図４のｘ１−ｘ１における生体認証装置７０の断面構成の模式図を示す。なお、図６は、図４のｘ２−ｘ２における生体認証装置７０の断面構成にも当てはまる。

図６に示すように、配線基板３０の上面には、撮像素子（光検出器）３１、光チャネル分離層３２、マイクロレンズアレイ３３、及びバンドパスフィルタ３４が、この順で配置される。配線基板３０の下面には、半導体集積回路３５、及びコネクタ３６が配置される。

バンドパスフィルタ（フィルタ部材）３４は、光源モジュール７からの出射光（以下、検査光と呼ぶこともある）が含まれる近赤外線の帯域（６５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、より好ましくは、６５０ｎｍ〜８００ｎｍ）のみを通過させる板状の光学部材である。

マイクロレンズアレイ３３は、透明基板５０、レンズ（集光レンズ）５２、及びスペーサ層５１を有する。透明基板５０の上面には、複数のレンズ５２、バンドパスフィルタ３４を支持するためのスペーサ層５１が配置される。複数のレンズ５２は、撮像素子３１の各画素ＰＸに対応して２次元状に配置される。スペーサ層５１は、バンドパスフィルタ３４を支持するための部材である。

透明基板５０及びレンズ５２は、検査光に対して、実質的に透明な材料から構成される。透明基板５０は、いわゆる石英基板である。レンズ５２は、透明基板５０に形成されたレジスト層が、グレイスケールマスクを用いたホトリソグラフィーにより部分的に除去されて形成される光学部材である。マイクロレンズアレイ３３によって、生体認証装置７０の薄型化が可能になる。

光チャネル分離層３２は、遮光膜４０、第１透明層４１、第２透明層４２、及びレジスト層４３を有する。

遮光膜４０は、通常の半導体プロセス技術（スパッタ、蒸着等）に基づいて、金属材料がマイクロレンズアレイ３３の下面に格子状に形成された層である。遮光膜４０は、マイクロレンズアレイ３３の各レンズ５２に対応してマトリクス状に形成された複数の開口部ＯＰ１を有する。尚、複数の開口部ＯＰ１とは、光学的な意味での開口を意味する。ここでは、開口部ＯＰ１には、第１透明層４１が充填されている。

第１透明層４１は、レジスト（樹脂材料）からなる層であって、検査光に対して実質的に透明である。第１透明層４１は、通常のコート法（スピンコート法等）により、遮光膜４０が形成された後、マイクロレンズアレイ３３の下面に形成される。コート後の加熱処理によって、第１透明層４１の粘性は失われる。

第２透明層４２は、第１透明層４１と同じ材料からなるレジスト層である。よって、第２透明層４２も、検査光に対して実質的に透明である。第２透明層４２は、複数のランド４２ａを有する。ランド４２ａは、通常のコート法（スピンコート法等）により、第１透明層４１の下面に第２透明層４２が形成された後、その第２透明層４２に格子状の溝が形成されることで形成される。つまり、格子状の溝が形成されることにより、互いに分離された複数のランド４２ａが形成される。分離されたランド４２ａは、撮像素子３１の各画素ＰＸに対応して２次元状に配置される。なお、ランドとは、溝により規定される島状の部分を意味する。各ランドは、互いに完全に分離されている必要はない。

レジスト層４３は、ランド４２ａを覆うように充填される。レジスト層４３は、検査光を吸収する材料（フタロシアニン等）を含むレジスト層である。レジスト層４３は、スピンコート法等に基づいて、ランド４２ａを覆うように（第２透明層４２に形成された溝を埋めるように）レジスト材料が塗布されることで形成される。そして、リソグラフィーに基づいて、マイクロレンズアレイ３３の各レンズ５２の集光箇所に対応する開口部ＯＰ２がレジスト層４３に形成される。なお、開口部ＯＰ２は、撮像素子３１の各画素ＰＸの配置位置にも対応する。開口部ＯＰ２は、撮像素子３１の各画素ＰＸに対応して、２次元状に配置される。

撮像素子３１は、上面に複数の画素ＰＸが二次元状に配置された画素形成領域を有する。各画素ＰＸは、レジスト層４３に形成された開口部ＯＰ２に対応して配置される。よって、レンズ５２により集光された光は、効率的に画素ＰＸに入射される。

撮像素子３１は、一般的なＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサー、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサー、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)センサーといった一般的なフォトセンサー（光検出器）である。

各画素ＰＸは、フォトダイオードから構成される。各画素において、フォトダイオードによる光電変換が実行され、入射光量に応じた光電流が生成される。撮像素子３１は、各画素で生じる光電流を電圧変換する。撮像素子３１は、電圧信号をアナログ又はデジタル信号として出力する。

配線基板３０は、ガラスエポキシ樹脂等から構成される配線基板であって、上述のように上下両面に素子が実装される。

なお、撮像素子３１の上面には、撮像素子３１の読み出し動作等を制御する駆動回路（不図示）が配置される。撮像素子３１で取得された信号は、貫通電極３９を介して、半導体集積回路３５に接続される。コネクタ３６は、外部の信号処理回路への接続インターフェイスを構成する。

半導体集積回路３５は、いわゆるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）である。半導体集積回路３５では、所定の認証処理（例えば、取得した画像情報とあらかじめ記憶された画像情報の整合性の判断）が実行される。

次に、生体認証装置７０の機能について説明する。図６に模式的に示すように、指６７の内部領域ＲＰで反射された検査光は、マイクロレンズアレイ３３のレンズ５２を介して、撮像素子３１の画素ＰＸに入射される。以下、順を追って説明する。なお、内部領域ＲＰは、指６７の表面から１ｍｍ程度の深さの領域である。

光源モジュールから出射された検査光は、ヒトの指６７に照射される。ヒトの指６７の内部では、検査光は反射されたりする。また、ヒトの指６７の内部の静脈で、検査光は吸収される。ヒトの指６７を透過した検査光は、表面領域Ｒ１０に入射する。

表面領域Ｒ１０に入力された検査光は、バンドパスフィルタ３４を通過する。なお、検査光以外の外乱光は、バンドパスフィルタ３４により遮断される。バンドパスフィルタ３４によってノイズ成分を遮断することができるため、より良質な画像を取得することができる。

バンドパスフィルタ３４を通過した検査光は、マイクロレンズアレイ３３に入射する。マイクロレンズアレイ３３では、透明基板５０の上面に配置された各レンズ５２によって撮像素子３１の各画素ＰＸに集光される。

マイクロレンズアレイ３３のレンズ５２により集光された光は、光チャネル分離層３２に入射される。光チャネル分離層３２は、上述のように、撮像素子３１の各画素に対応して２次元状に配置された開口部ＯＰ１及び開口部ＯＰ２を有する。また、光チャネル分離層３２は、撮像素子３１の各画素に対応して２次元状に配置されたランド４２ａを有する。隣り合うランド４２ａの間には、レジスト層４３が充填される。ランド４２ａの下面にもレジスト層４３が形成される。レジスト層４３には、近赤外線を吸収する顔料が含有されている。従って、レジスト層４３に入射した光は、効果的にレジスト層４３に含まれる顔料により吸収される。

このような構成により、光チャネル分離層３２は、マイクロレンズアレイ３３のレンズ５２から撮像素子３１の画素ＰＸに至る光路（光チャネル）同士を分離する。そして、光チャネル間で生じうるクロストーク（混信）は抑制される。なお、検査光は、レンズ５２から画素ＰＸに進むに従って集光されるから、開口部ＯＰ２の開口幅は、開口部ＯＰ１の開口幅よりも狭く設定されている。

撮像素子３１の各画素に入射された光は、各画素で光電変換される。そして、電気信号として読み出され、上述の半導体集積回路３５にて信号処理される。そして、生体から反射された検査光に基づいて、指６７の静脈パターンが現れた画像を取得することができる。

なお、図６に模式的に示すように、バンドパスフィルタ３４の上面は、生体認証装置７０の上面よりも下方に位置する。指６７がバンドパスフィルタ３４の上面に接触し、バンドパスフィルタ３４の上面に汚れが付着することが抑制される。さらに、表面領域Ｒ１０において、指６７が圧迫されることが抑制され、よって圧迫による静脈での血流条件の変化が抑制され、結果的に静脈像の品質が悪化することが抑制される。

図７に、指紋検出領域に対応して配置される容量分布検出器８について説明する。容量分布検出器８は、複数の検出電極５、及び複数の容量検出回路６を有する。各検出電極５には各容量検出回路６が接続される。なお、容量分布検出器８は、接触型の静電容量式センサである。

検出電極５は、導電性材料からなる電極である。検出電極５は、絶縁層の中に埋め込まれている。つまり、生体認証装置７０の上面７１の下層にある。個々の検出電極５は、互いに離間してマトリクス状に形成される。各検出電極５には、各容量検出回路６が接続される。

図７に模式的に示すように、検出電極５と指６７の表面との間には、キャパシタが形成される。各容量検出回路６は、各検出電極と指６７の表皮間のキャパシタの容量を検出し、キャパシタの容量に応じた信号を出力する。

キャパシタの容量は、検出電極５と指６７の表面との距離に応じたものになる。指６７の表皮には指紋に応じた複数の凸部６８がある。従って、検出電極５と指６７の表皮間のキャパシタの容量分布は、複数の凸部６８の形成分布（指紋パターン）に応じたものになる。各容量検出回路６の出力に基づいて、キャパシタの容量分布が求められる。

上面７１に載せられたものが指であるのかの判定は、キャパシタの容量分布に基づいて実行される。キャパシタの容量分布が指紋パターンを示すものであれば、上面７１に指が載せられたことが検出される。逆の場合は、上面７１に指が載せられたことが検出されない。

なお、検出電極の大きさ、配置態様は、ヒトの指の一般的な指紋パターンを考慮して適宜設定されるものとする。また、複数の凸部６８に応じて、指６７の表皮には凹凸が形成されている。

図８に生体認証装置７０の機能を説明するためのブロック図を示す。図８に示すように、生体認証装置７０は、制御部８０、記憶部８１、撮像部８２、発光部８３、指紋検出部（凹凸検出部）８４、及び認証実行部８６を有する。制御部８０には、記憶部８１、撮像部８２、発光部８３、指紋検出部８４、及び認証実行部８６が接続される。

制御部８０は、記憶部８１に格納されたプログラムに基づいて信号の演算処理、信号伝送といった各種の処理を実行する。制御部８０の機能は、演算処理部によってプログラムが順次実行されることによって具現化される。

記憶部８１は、ハードディスク、半導体メモリ（ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)、又はＳＲＡＭ(Static Random Access Memory)）といった記憶装置である。記憶部８１には、生体認証を実現するためのプログラム、認証時に用いられる予め登録された静脈画像、及び認証履歴といった情報が格納される。

指紋検出部８４は、容量分布検出器８で検出された容量分布が指紋パターンを示すものかを判断する。指紋検出部８４は、指紋検出領域２２、２３に指６７が載せられたことを検出する。具体的には、指紋検出部８４は、検出した容量分布が指の指紋を示すかどうかの判定結果に基づいて、生体認証装置７０上に指が載せられたことを検出する。

指紋検出部８４は、容量分布検出器８及び判定部８５を有する。容量分布検出器８で検出された容量分布が指紋パターンを示す場合、判定部８５は認証開始信号（開始命令）を出力する。尚、容量分布検出器８の出力は、判定部８５に接続される。判定部８５の出力は制御部８０に接続される。

容量分布検出器８により検出された容量分布が指紋パターンを示すものであるかどうかの判定部８５による判断方法は任意である。例えば、容量検出回路６がキャパシタの容量を電圧値として出力する場合においては、判定部８５は、容量分布検出器８が出力する電圧分布に指紋パターンに応じた周期性を検出し、指紋が検出されたものと判断する。

判定部８５から伝達された認証開始信号を受けて、制御部８０は、発光部８３及び撮像部８２を動作状態に設定する。制御部８０は、発光部８３としての光源モジュール７から検査光を出射させる。制御部８０は、撮像部８２としての撮像素子３１に画像を取得させる。制御部８０は、指６７の静脈パターンを表す画像を取得した後、認証実行部８６に認証を実行させる。

撮像部８２は、上述の撮像素子３１に相当する。発光部８３は、上述の光源モジュール７に相当する。認証実行部８６は、記憶部８１に格納されたプログラムに基づいて取得画像と予め登録された画像に基づいて認証を実行する。認証実行部８６による具体的な認証方法は任意である。生体認証の方法は、パターンの類似性を判別する各種方法に依存する。

最後に、図９を参照して、生体認証装置７０の動作について説明する。

初期状態として、生体認証装置７０が組み込まれている携帯電話６０は非動作状態にある。すなわち、携帯電話６０の一部又は全部の機能は活性化されていない。また、生体認証機能がオンに設定されている。

まず、指紋検出機能が活性化される（Ｓ１）。なお、指紋検出機能の活性化の具体的な方法は任意である。

次に、指紋検出部８４は、指紋検出領域２２、２３上に指６７が載せられたかどうかを判断する（Ｓ２）。具体的には、判定部８５は、容量分布検出器８から出力された容量分布が指紋を示すのかを判定する。指紋検出領域２２、２３上に指６７が載せられた場合、容量分布検出器８から出力される容量分布は指紋を示す。そして、判定部８５は、認証開始信号を制御部８０に出力する。

次に、生体認証機能が活性化される（Ｓ３）。すなわち、一連の生体認証動作が実行される。具体的には、発光部８３から指６７に対して近赤外線が照射される。すなわち、光源モジュール７は、半導体光素子ＬＥａ、ＬＥｂからの出射光を、ライトガイド３を介して、指６７に照射する。また、撮像部８２は、指６７を透過した光に基づいて静脈パターンを撮像する。すなわち、撮像素子３１は、バンドパスフィルタ３４、マイクロレンズアレイ３３、及び光チャネル分離層３２を介して入力された光を各画素ＰＸで受光することで、静脈パターンが現れた画像を取得する。そして、認証実行部８６は、撮像部８２で取得した画像と記憶部８１に予め登録された画像とに基づいて認証を実行する。

次に、認証実行部８６は、認証成功又は認証不成功を判断する（Ｓ４）。

認証が成功した場合、携帯電話６０の一部又は全部の機能が活性され、携帯電話６０は動作状態に回復する。

なお、指紋検出（Ｓ２）が失敗した場合には、携帯電話６０は非動作状態を維持する。また、生体認証（Ｓ４）が失敗した場合にも、携帯電話６０は非動作状態を維持する。

本実施形態においては、上述の説明から明らかなように、認証動作の契機として指紋を検出する。これによって、小型機器にも適用可能であって、より確実な方法で生体認証機能を活性化することができる。

また、検出電極５は、絶縁層の中に埋め込まれている。つまり、生体認証装置７０の上面７１の下層に配置される。上面７１への外部からの機械的衝撃等による検出電極５の損傷や容量検出回路６の破壊を防ぐためである。

また、複数の検出電極５は、指紋検出領域２２の全域に亘って２次元状に配置される。これによって指紋パターンを精度よく検出することができる。

また、指紋検出領域２２と指紋検出領域２３とは、表面領域Ｒ１０を挟んで対向する状態に形成される。このように表面領域を挟んだ態様で指紋検出領域を分割形成することによって、各指紋検出領域は物理的に離間して形成される。従って、認証動作開始が誤検出されることが効果的に抑制される。

また、光源配置領域２０と光源配置領域２１とは、表面領域Ｒ１０を挟んで対向する状態に形成される。このように表面領域を挟んだ態様で光源配置領域を形成することによって、表面領域Ｒ１０の全域に亘って入射光強度を均一化させることができる。従って、認証に用いられる取得画像の品質が向上し、生体認証の認証精度をより高めることができる。

本発明の技術的範囲は、上述の実施形態に限定されない。指紋検出部の具体的な構成は任意である。静電容量型センサ以外のセンサを用いて指紋検出部用の検出器を構成しても良い。予め登録された指紋パターンとの認証に基づいて指が指紋検出領域上に載せられたかどうかを判定しても良い。つまり、指紋検出部は、別途、指紋認証を実行しても良く、指紋認証結果に応じて静脈認証を実行させても良い。

撮像素子３１の画素列数は任意である。一列に複数のフォトダイオードが配置されたラインセンサを用いて撮像素子３１を構成しても良い。この場合には、単位時間間隔でラインセンサから保持信号を出力させ、単位時間毎の画像を繋ぎ合わせる必要がある。ラインセンサを用いると撮像に要する画素数を極端に減少させることができるため生体認証装置のコストを安くすることができる。

携帯電話の構成を示す模式図である。 携帯電話の前面の構成を示す模式図である。 生体認証装置の概略的な斜視図である。 生体認証装置の上面構成を説明するための模式図である。 光源ユニットの構成を説明するための模式図である。 生体認証装置の断面構成を説明するための模式図である。 容量分布検出器の構成を説明するための模式図である。 生体認証装置の機能を説明するためのブロック図である。 生体認証装置の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

７０ 生体認証装置
８０ 制御部
８１ 記憶部
８２ 撮像部
８３ 発光部
８４ 指紋検出部
８５ 判定部
８６ 認証実行部
２０、２１ 光源配置領域
２２、２３ 指紋検出領域
３ ライトガイド
５ 検出電極
６ 容量検出回路
７ 光源モジュール
８ 容量分布検出器
９ 反射面
１０ 溝
１１ 接着剤
３０ 配線基板
３１ 撮像素子
３２ 光チャネル分離層
３３ マイクロレンズアレイ
３４ バンドパスフィルタ
３５ 半導体集積回路
３６ コネクタ
３９ 貫通電極
４０ 遮光膜
４１ 透明層
４２ａ ランド
４２ 透明層
４３ レジスト層
５０ 透明基板
５１ スペーサ層
５２ レンズ

Claims (18)

1. 被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の静脈パターンを取得する生体情報取得装置であって、
   前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出する凹凸検出部と、
   前記凹凸検出部による前記凹凸の検出に基づいて前記被検体の静脈パターンの取得を開始する生体情報取得部と、
   を備える生体情報取得装置。
2. 前記凹凸検出部は、前記被検体が載せられる第１表面領域に亘って２次元状に配置された複数の検出電極を少なくとも備えることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
3. 前記凹凸検出部は、前記検出電極と前記被検体の表面間に生じるキャパシタの容量の検出に基づいて前記凹凸を検出することを特徴とする請求項２に記載の生体情報取得装置。
4. 前記検出電極は、前記第１表面領域の下層に配置され、前記第１表面領域において露出していないことを特徴とする請求項２又は３に記載の生体情報取得装置。
5. 前記第１表面領域は、前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域を挟んで分割して設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の生体情報取得装置。
6. 前記第１表面領域は、前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域よりも上方に位置することを特徴とする請求項２又は３に記載の生体情報取得装置。
7. 前記生体情報取得部は、
   前記被検体に対して照射されるべき光を出射する光源と、
   前記被検体内を透過した光を受光する複数の画素を有する光検出器と、
   を少なくとも備えることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
8. 前記光源及び前記光検出器は、前記凹凸検出部から伝達される開始命令に基づいて動作状態になることを特徴とする請求項７に記載の生体情報取得装置。
9. 前記光検出器上に配置されたレンズアレイと、
   前記光検出器と前記レンズアレイ間に設けられた光チャネル分離層と、
   を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の生体情報取得装置。
10. 被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、
    前記被検体に対して照射されるべき光を出射する光源と、
    前記被検体内を透過した光を受光する複数の画素を有する光検出器と、
    前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出する凹凸検出部と、
    前記凹凸検出部による前記凹凸の検出に基づいて前記光源及び前記光検出器を動作状態に設定する制御部と、
    を備える、生体情報取得装置。
11. 前記凹凸検出部は、前記被検体が載せられる第１表面領域に亘って２次元状に配置された複数の検出電極を少なくとも備えることを特徴とする請求項１０に記載の生体情報取得装置。
12. 前記凹凸検出部は、前記検出電極と前記被検体の表面間に生じるキャパシタの容量の検出に基づいて前記凹凸を検出することを特徴とする請求項１１に記載の生体情報取得装置。
13. 前記第１表面領域は、前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域よりも上方に位置することを特徴とする請求項１１に記載の生体情報取得装置。
14. 前記第１表面領域は、前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域を挟んで分割して設けられることを特徴とする請求項１１に記載の生体情報取得装置。
15. 被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得装置であって、
    前記被検体に対して照射されるべき光を出射する半導体光素子と、
    光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面から前記光出射面へ前記半導体光素子から出射された光を案内するライトガイドと、
    前記被検体を透過した光が入力される第２表面領域と、
    前記第２表面領域を介して入力される光を受光する複数の画素を有する光検出器と、
    前記被検体が載せられる第１表面領域に亘って２次元状に配置された複数の検出電極を備え、前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出する凹凸検出部と、
    前記凹凸検出部による前記凹凸の検出に基づいて前記光源及び前記光検出器を動作状態に設定する制御部と、
    を備える、生体情報取得装置。
16. 前記第２表面領域を上面視したとき、
    前記第１表面領域は、前記第２表面領域の左、右、又は左右両方に在り、
    前記ライトガイドは、前記第２表面領域の上、下、又は上下両方に在ることを特徴とする請求項１５に記載の生体情報取得装置。
17. 前記凹凸は、前記被検体の表皮に形成された指紋の断面視形状であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。
18. 被検体に対する光照射に基づいて前記被検体の静脈パターンを取得する生体情報の取得方法であって、
    前記被検体の表皮に形成された凹凸を検出し、
    前記凹凸の検出に基づいて前記被検体の静脈パターンの取得を開始する、
    生体情報の取得方法。

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