JP2009285278A - 生体情報取得装置、生体認証装置、及び導光体 - Google Patents

Abstract

【課題】像転送用の光学系を有する生体情報取得装置において、生体情報取得装置の機能を維持しつつ、生体情報取得装置の小型化を図ること。
【解決手段】生体情報取得装置５５は、被写体像を撮像して生体情報を取得する。生体情報取得装置５５は、光入射面、複数の光反射面、及び光出射面を有すると共に、複数の光反射面を介して光入射面に入射した光束を光出射面に導く導光体７０と、導光体７０から出射された光束を受光して被写体像を撮像する撮像部８５と、撮像部から出力された画像情報に対して画像処理を実行する画像処理部９０と、を備え、撮像部８５は、光反射面により反射されて部分的又は全体的に変形した被写体像を撮像し、画像処理部９０は、撮像部８５が撮像した被写体像の変形を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報取得装置、生体認証装置、及び導光体に関する。

近年、情報セキュリティーの保護強化に伴って、生体認証に関する技術開発の進展が著しい。生体認証とは、検査対象の個体から取得した生体情報が、あらかじめ登録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。

このような背景を受けて、生体情報取得装置及びこれを含む生体認証装置に関して活発に研究開発が行われている。例えば、特許文献１には、時系列で順次取得した複数の画像に基づいて認証する技術が開示されている。また、特許文献２には、生体認証に用いられる撮像装置が開示されている。この撮像装置では、光源（１００）、支持台（３００）、画像認証部（２００）を積層させることで、撮像装置の小型化を図っている。
特開２００６−１９８１７４号公報 特開２００１−１１９００８号公報

ところで、小型な電子機器（例えば、ノートパソコン、携帯電話等）に生体認証装置を組み込む場合、生体認証装置の像取得部分として機能する生体情報取得装置を低価格化、かつ小型化することが特に強く要求される。

撮像素子の前方に光学系を配置すれば、生体情報取得装置の小型化を図ることができる場合がある。この場合、撮像素子の小型化のため、光学系に含まれる複数の反射面を介して像転送させ、この過程で像を縮小すると良い。しかしながら、像転送用の光学系のための配置空間を電子機器内に確保することが困難な場合があり、かかる場合には生体情報取得装置を十分に小型化することができない。

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、像転送用の光学系を有する生体情報取得装置において、生体情報取得装置の機能を維持しつつ、生体情報取得装置の小型化を図ることを目的とする。

本発明に係る生体情報取得装置は、被写体像を撮像して生体情報を取得する生体情報取得装置であって、光入射面、複数の光反射面、及び光出射面を有すると共に、複数の前記光反射面を介して前記光入射面に入射した光束を前記光出射面に導く導光体と、前記導光体から出射された光束を受光して前記被写体像を撮像する撮像部と、前記撮像部から出力された画像情報に対して画像処理を実行する画像処理部と、を備え、前記撮像部は、前記光反射面により反射されて部分的又は全体的に変形した前記被写体像を撮像し、前記画像処理部は、前記撮像部が撮像した前記被写体像の前記変形を補正する。

導光体での像転送過程で被写体像を歪ませて、その後の画像処理でその歪を補正する。これによって生体情報取得装置の機能を維持しつつ、その小型化を図ることができる。

前記導光体は、前記光入射面に対向する前記光反射面を有し、当該光反射面は、その平面内で部分ごとに前記光入射面に対する傾斜角が異なる、と良い。

前記光入射面に対向する前記光反射面には、複数の溝が形成されている、と良い。

前記導光体は、互いに対向配置された複数の前記光反射面を有する、と良い。

本発明に係る生体認証装置は、被写体像を撮像して取得した生体情報と予め登録された生体情報との比較に基づいて生体認証する生体認証装置であって、光入射面、複数の光反射面、及び光出射面を有すると共に、複数の前記光反射面を介して前記光入射面に入射した光束を前記光出射面に導く導光体と、前記導光体から出射された光束を受光して前記被写体像を撮像する撮像部と、前記撮像部から出力された画像情報に対して画像処理を実行する画像処理部と、前記画像処理部から出力された画像情報と予め登録された画像情報との比較に基づいて認証を実行する認証実行部と、を備え、前記撮像部は、前記導光体内を伝播する過程で前記光反射面により反射されて部分的又は全体的に変形した前記被写体像を撮像し、前記画像処理部は、前記撮像部が撮像した前記被写体像の前記変形を補正する。

本発明に係る導光体は、生体情報として被写体像を撮像する撮像部に入力される光束を導光する導光体であって、光入射面と、前記光入射面に対向する第１光反射面と、前記第１光反射面に対向する第２光反射面と、少なくとも前記第１及び第２光反射面で反射された光束を出射する光出射面と、を備え、前記第１又は第２光反射面は、その平面内で部分ごとに前記光入射面に対する傾斜角が異なる。

本発明によれば、像転送用の光学系を有する生体情報取得装置において、生体情報取得装置の機能を維持しつつ、生体情報取得装置の小型化を図ることができる。

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の実施形態〕
図１乃至図６を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、生体認証装置の概略的な構成を示す概略的な説明図である。図２は、生体情報取得装置に含まれる部品の概略的な斜視図である。図３は、ライトガイドの構成を示す概略的な説明図である。図４は、ライトガイドの機能を説明するための概略的な説明図である。図５は、歪補正部の機能を説明するための概略的な説明図である。図６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に示すように、生体認証装置１０は、光源５０、コントローラ５２、生体情報取得装置５５、認証部６０を有する。生体認証装置１０は、ホスト装置６５に接続される。また、図１に示すように、生体情報取得装置５５は、ライトガイド（導光体）７０、筐体８０、撮像素子（撮像部）８５、及び歪補正部（画像処理部）９０を有する。

生体認証装置１０は、携帯電話等のホスト機器に組み込まれている。生体認証装置１０による認証結果によってホスト機器の動作状態が決定付けられる。例えば、生体認証装置１０が認証成功と判定したとき、生体認証装置１０は認証成功信号をホスト装置６５に出力し、ホスト機器が非動作状態から動作状態になる。生体認証装置１０が認証不成功と判定したときは、生体認証装置１０は認証不成功信号をホスト装置６５に出力し、ホスト機器は非動作状態を維持する。このようにホスト機器に生体認証装置１０を組み込むことによってホスト機器内の機密情報が保護される。

接続関係は、次のとおりである。コントローラ５２は、光源５０、生体情報取得装置５５（撮像素子８５、歪補正部９０）、認証部６０に接続される。ライトガイド７０は、撮像素子８５に光学的に接続される。撮像素子８５の出力は、歪補正部９０に接続される。歪補正部９０の出力は、認証部６０に接続される。認証部６０とホスト装置６５は相互に接続される。

光源５０は、コントローラ５２からの制御信号に応じて、例えば、近赤外〜赤外領域の波長の光を出射する。光源５０は、例えば、モノリシックの半導体素子が樹脂でパッケージされた半導体発光素子（出射光の波長は、７６０ｎｍ又は８７０ｎｍ等）である。半導体発光素子に電流を流すことによって半導体発光素子は所定波長の光を出射する。

コントローラ５２は、光源５０、生体情報取得装置５５（具体的には、撮像素子８５、歪補正部９０）、認証部６０の動作状態を制御する。なお、認証部にコントローラの機能を内蔵することでコントローラ５２は省略可能である。この場合、コントローラ機能は、認証部に内蔵されるＣＰＵ等の演算処理部のプログラム、グルーロジックで実現できる。

生体情報取得装置５５は、ライトガイド７０に入力された静脈像（被検体像）をライトガイド７０内での像転送過程で縮小させて撮像素子８５に接続させ、撮像素子８５で撮像した静脈像に対して歪補正（画像処理）する。

本実施形態では、ライトガイド７０を薄型化するためにライトガイド７０内での像転送過程で静脈像に歪が生じることを許容し、他方、認証に用いる静脈像の品質を維持するために撮像素子８５で撮像した静脈像に対して歪補正する。これによって、生体情報取得装置で取得される静脈像の品質が低下することを抑制しつつ、像転送用の光学系のサイズを小さくし、生体情報取得装置の小型化を図ることができる。この点は、以下の説明でより具体的になる。

図２乃至４に示すように、ライトガイド７０は、前面（光入射面）７１、前面（光反射面）７２、背面（光反射面）７３、背面７４、側面（光出射面）７５、側面７６、側面７７、及び側面７８を有する多面体である。ライトガイド７０は、ｙ軸に沿って入射した光束をｘ軸に沿って案内する板状部材である。ライトガイド７０は、ライトガイドと空気間の界面で光束を反射させることで光束を案内する。

ライトガイド７０は、ｘ軸（ライトガイドによる光の案内方向）に沿って長尺であるが、ｙ軸（ライトガイドに入力する光束の進行方向）に沿う厚みが薄い。ライトガイド７０を生体情報取得装置５５内に組み込んだとしても、生体情報取得装置５５の厚みが増大することは抑制される。なお、ライトガイド７０を生体情報取得装置５５内に組み込むことによって撮像素子８５のサイズを小型にすることができ、生体情報取得装置の低価格化を図ることができる。

ライトガイド７０は、光源５０の出射光に対して実質的に透明である。ライトガイド７０は、樹脂又はガラス等により形成される。ライトガイド７０を樹脂で製造する場合、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、透明ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂材料を用いることができる。

ライトガイド７０は、前面７１に入射した光束を、背面７３及び前面７２で順次反射させて、側面７５まで導光する。

図３に模式的に示すように、背面７３にはｚ軸（ライトガイドによる光の案内方向に交差する方向）に沿って延在する複数の溝７３ａが形成されている（背面７３は、平坦ではない）。背面７３に複数の溝７３ａを形成することによって、背面７３には複数の反射面７３ｂが形成される。反射面７３ｂを背面７３に形成させると像転送される静脈像に歪を生じさせてしまうが、ライトガイド７０のｙ軸に沿う厚みを薄くすることができる。なお、ここでは、光反射面として機能する背面７３は、複数の溝７３ａによって形成された個々の反射面７３ｂがｘ軸に沿って連続することで形成される。

背面７３の部分７３ｐでの反射面７３ｂと前面７１とが成す角は、背面７３の部分７３ｑでの反射面７３ｂと前面７１とが成す角とは異なる。同様に、背面７３の部分７３ｐでの反射面７３ｂと前面７１とが成す角は、背面７３の部分７３ｒでの反射面７３ｂと前面７１とが成す角とは異なる。また、背面７３の部分７３ｑでの反射面７３ｂと前面７１とが成す角は、背面７３の部分７３ｒでの反射面７３ｂと前面７１とが成す角とは異なる。ここでは、背面７３が撮像素子８５に向かって傾斜するに従って、前面７１に対して反射面７３ｂが成す角は連続的に変化する。

図４に模式的に示すように、光路Ｐａｔｈ１を進行する光線のライトガイド７０内の光路長は、光路Ｐａｔｈ２を進行する光線のライトガイド７０内の光路長とは異なる。同様に、光路Ｐａｔｈ１を進行する光線のライトガイド７０内の光路長は、光路Ｐａｔｈ３を進行する光線のライトガイド７０内の光路長とは異なる。また、光路Ｐａｔｈ２を進行する光線のライトガイド７０内の光路長は、光路Ｐａｔｈ３を進行する光線のライトガイド７０内の光路長とは異なる。

前面７１を軸線Ｘ１及びＸ２で分割して形成される像入力領域Ａｒｅａ１〜３毎に、入射した光束のライトガイド７０内の光路長は互いに異なる。なお、ライトガイド７０に入射した光線のライトガイド７０内の光路長は、前面７２、背面７３、および側面７５の形成態様によって変動する。なお、ここでは、背面７３以外の面（特に、前面７２及び側面７５）は平坦な面である。撮像素子８５とライトガイド７０間に別個の光学系を設けて、この光学系によって静脈像に生じた歪を低減させても良い。これによって歪補正部９０による歪補正の程度を低減することができる。

筐体８０は、内部にライトガイド７０を収納する。筐体８０は、例えば、黒色樹脂が金型で成形されて製造される。なお、筐体８０にカバーガラスを形成して、ライトガイド７０の前面７１が外部に露出しないようにすると良い。

撮像素子８５は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の一般的な撮像素子である。撮像素子８５は、マトリクス状に配置された画素を有する。入射光量に応じた電気信号を各画素で生成することで撮像素子８５は撮像する。撮像素子８５は、コントローラ５２からの制御信号に基づいて、静脈像を撮像し、この撮像した画像を出力する。

歪補正部９０は、撮像素子８５で撮像された静脈像に対して画像処理を実行する。歪補正部９０は、コントローラ５２からの制御信号に基づいて、撮像素子８５で撮像された静脈像に対して歪補正する。なお、歪補正部９０は、ＣＰＵ等の演算処理部でハードディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記録媒体に記憶されたプログラムが実行されることで実現しても良く、また、グルーロジックなどのハード処理としても良い。

認証部６０は、コントローラ５２からの制御信号に基づいて、歪補正部９０から出力された静脈像と予め登録された静脈像との比較に基づいて認証を実行する。なお、認証部６０の具体的な動作内容は任意である。認証部６０は、互いに比較対象とする画像から特徴点を抽出し、この特徴点が一致又は類似しているかを判定することで認証を実行しても良い。認証部６０は認証結果をホスト装置６５に出力する。なお、認証部６０は、ＣＰＵ等の演算処理部でハードディスク等の記録媒体に記憶されたプログラムが実行されることで実現される。又、グルーロジックなどのハード処理で行っても良い。

ここで、図５を参照して、歪補正部９０の機能について説明する。図５（ａ）は、撮像素子８５の撮像面に結像された静脈像の外形を斜線で示す。図５（ｂ）は、歪補正した後の静脈像の外形を斜線で示す。

ライトガイド７０の前面７１に入力した像は、ライトガイド７０の背面７３及び前面７２を介して像転送される過程で図５（ａ）の斜線部分のように変形する。より具体的には、反射面７３ｂによる反射によって、前面７１に入力した静脈像はｘ軸及びｚ軸方向に縮小される。なお、図５（ａ）に示す四角形の枠は、前面７１に入力した静脈像の外形を示す。

撮像素子８５は、図５（ａ）の斜線部分を撮像し、この斜線部分が信号化された画像データ（画像情報）を出力する。静脈像を歪ませることで撮像素子８５の撮像範囲を縮小し、撮像素子８５の低価格化を図ることができる。

歪補正部９０は、歪んだ静脈像から元の静脈像を復元するように撮像素子８５から出力された画像データに対して画像処理をする。具体的には、歪補正部９０は、撮像素子８５から出力される画像データに対してラスタ補正（画像処理）をする。なお、ラスタ補正の具体的な内容は任意である。ライトガイド７０の光学設計時に静脈像に生じる歪は予測可能であり、静脈像に生じる歪に応じてラスタ補正の内容を決定すれば良い。

ここでは、歪補正部９０は、図５（ａ）の斜線部分のように歪んだ静脈像を図５（ｂ）の斜線部分まで拡張して元の静脈像を復元する。具体的には、歪補正部９０は、ｘ軸及びｚ軸方向に縮小された静脈像をｘ軸及びｚ軸方向に拡大させる。ライトガイド７０の像転送過程で静脈像に生じた歪を静脈像から取り除くことができる。

上述の説明から明らかなように、本実施形態では、ライトガイド７０を薄型化するためにライトガイド７０内での像転送過程で静脈像に歪が生じることを許容し、他方、認証に用いる静脈像の品質を維持するために撮像素子８５で撮像した静脈像に対して歪補正する。これによって、生体情報取得装置で取得される静脈像の品質が低下することを抑制しつつ、像転送用の光学系のサイズを小さくし、生体情報取得装置の小型化を図ることができる。

なお、ライトガイド７０の背面７３にｘ軸方向の像収縮機能を持たせ、ライトガイド７０の前面７２にｚ軸方向の像収縮機能を持たせることによって、撮像素子８５とライトガイド７０間に配置されるレンズを省略することができる。このような場合であっても、歪補正部９０の機能によって撮像素子８５で撮像した歪んだ静脈像から元の静脈像を復元することができる。

なお、ライトガイド７０の外形をなす面に対して光学的な機能を付加することは、各面に対して傾斜角が互いに異なる傾斜面を形成したり、各面を自由曲面にしたりすることで実現できる。機能面に形成される傾斜面の傾斜角は、比較的単純な光学計算で算出することができる。つまり、ライトガイド７０の各面に光学的な機能を付加する具体的な方法は任意である。

最後に、図６を参照して、生体認証装置１０の動作について説明する。

まず、生体認証機能の活性化をする（Ｓ１）。これによって、生体認証装置１０が活性化される。なお、生体認証装置１０の活性化の具体的な方法は任意である。コントローラ５２に接続されるスタートスイッチを生体認証装置１０に設け、このスタートスイッチを押すことで生体認証機能を活性化しても良い。

次に、ヒトの指に対して近赤外線を照射する（Ｓ２）。具体的には、光源５０は、コントローラ５２からの制御信号に基づいて、ライトガイド７０の前面７１上に載置されたヒトの指に近赤外線を照射する。ヒトの指に投光された近赤外線は、ヒトの指内に拡散する。近赤外線は、ヒトの静脈がある部分で吸収される。ヒトの指の透過光を撮像することによって静脈像を取得することが可能になる。

次に、像取得する（Ｓ３）。具体的には、コントローラ５２からの制御信号に基づいて撮像素子８５は、ライトガイド７０から出力される歪んだ静脈像を撮像する。

次に、歪を補正する（Ｓ４）。具体的には、コントローラ５２からの制御信号に基づいて、歪補正部９０は、撮像素子８５から出力された画像データに対してラスタ補正する。

次に、認証を実行する（Ｓ５）。具体的には、コントローラ５２からの制御信号に基づいて、認証部６０は、歪補正部９０から出力された画像データと予め登録された画像データを比較し、今回検査されたヒトが予め登録されたヒトであるのかを判定する。

認証成功の場合、ホスト機器の機能を活性化する（Ｓ７）。認証成功の場合、認証部６０は認証成功信号をホスト装置６５に出力する。ホスト装置６５は、認証部６０からの認証成功信号に基づいて特定の機能を活性化する。このようにして、ホスト機器は、非動作状態から動作状態になる。なお、認証不成功の場合、ホスト機器は非動作状態を維持する。

本発明の技術的範囲は上述の実施形態に限定されない。ライトガイド７０の具体的な形状は任意である。ライトガイド７０の背面７３を平坦な反射面とし、前面７２に非平坦な反射面とすることで転送される静脈像を歪ませることもできる。静脈像以外の生体情報（指紋像等）を撮像対象としても良い。歪補正部９０と認証部６０は、ハード構成としても、ソフト構成としても良い。ハード構成の場合には、両者を同一のＬＳＩに集積化すると良い。又、光源についても、近赤外の赤外領域に限定するものではなく、撮像対象となる生体情報に合ったものを使用しても良い。例えば、指紋像であれば、可視光領域のものを使用する。

本発明の第１の実施形態にかかる生体認証装置の概略的な構成を示す概略的な説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる生体情報取得装置に含まれる部品の概略的な斜視図である。 本発明の第１の実施形態にかかるライトガイドの構成を示す概略的な説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかるライトガイドの機能を説明するための概略的な説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる歪補正部の機能を説明するための概略的な説明図である。 本発明の第１の実施形態にかか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

１０ 生体認証装置
５０ 光源
５２ コントローラ
５５ 生体情報取得装置
６０ 認証部
６５ ホスト装置
７０ ライトガイド
８０ 筐体
８５ 撮像素子
９０ 歪補正部

Claims (6)

1. 被写体像を撮像して生体情報を取得する生体情報取得装置であって、
   光入射面、複数の光反射面、及び光出射面を有すると共に、複数の前記光反射面を介して前記光入射面に入射した光束を前記光出射面に導く導光体と、
   前記導光体から出射された光束を受光して前記被写体像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部から出力された画像情報に対して画像処理を実行する画像処理部と、
   を備え、
   前記撮像部は、前記光反射面により反射されて部分的又は全体的に変形した前記被写体像を撮像し、
   前記画像処理部は、前記撮像部が撮像した前記被写体像の前記変形を補正する、生体情報取得装置。
2. 前記導光体は、前記光入射面に対向する前記光反射面を有し、
   当該光反射面は、その平面内で部分ごとに前記光入射面に対する傾斜角が異な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. 前記光入射面に対向する前記光反射面には、複数の溝が形成されてい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. 前記導光体は、互いに対向配置された複数の前記光反射面を有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。
5. 被写体像を撮像して取得した生体情報と予め登録された生体情報との比較に基づいて生体認証する生体認証装置であって、
   光入射面、複数の光反射面、及び光出射面を有すると共に、複数の前記光反射面を介して前記光入射面に入射した光束を前記光出射面に導く導光体と、
   前記導光体から出射された光束を受光して前記被写体像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部から出力された画像情報に対して画像処理を実行する画像処理部と、
   前記画像処理部から出力された画像情報と予め登録された画像情報との比較に基づいて認証を実行する認証実行部と、
   を備え、
   前記撮像部は、前記導光体内を伝播する過程で前記光反射面により反射されて部分的又は全体的に変形した前記被写体像を撮像し、
   前記画像処理部は、前記撮像部が撮像した前記被写体像の前記変形を補正する、生体認証装置。
6. 生体情報として被写体像を撮像する撮像部に入力される光束を導光する導光体であって、
   光入射面と、
   前記光入射面に対向する第１光反射面と、
   前記第１光反射面に対向する第２光反射面と、
   少なくとも前記第１及び第２光反射面で反射された光束を出射する光出射面と、
   を備え、
   前記第１又は第２光反射面は、その平面内で部分ごとに前記光入射面に対する傾斜角が異なる、導光体。

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