JP2012155445A - 静脈認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び薄型化が向上された静脈認証装置を提供する。
【解決手段】被認証体に光を照射する光源１５と、被認証体の静脈パターンを撮影する撮像センサ１３と、光源１５から出射する光を反射し、前記被認証体に到達させる反射鏡１４と、光源１５、撮像センサ１３及び反射鏡１４を内蔵する筐体１１を備え、撮像センサが１３等倍光学系センサであり、光源１５及び反射鏡１４は、撮像センサ１３の光軸Ｎに直交し且つ撮像センサ１３を含む平面内に配設されてなる静脈認証装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体認証技術を用いて個人を特定する静脈認証装置に関する。

従来から、人の指の静脈パターンを生体情報として予め登録し、それと提示された指による静脈パターンの照合処理により個人を認証あるいは特定する指静脈認証装置が知られている。このような指静脈認証装置は、一般的に、人の指に近赤外光を照射するための光源と、静脈パターンを撮影する撮像部と、撮影された静脈パターンと、予め格納されている登録指静脈パターンとを照合し、両者が一致しているか否かを判断する情報処理部を有している。このような従来の指静脈認証装置では、撮像部の光学系として縮小光学系が用いられている。（例えば、特許文献１及び２参照）。

また、撮像部の光学系として縮小光学系を用いずに等倍光学系を用いた指静脈認証装置も紹介されている。（例えば、特許文献３〜５参照）。

そしてまた、被認証者の指の位置変化に応じて走査する走査手段と、前記指を走査した領域範囲において当該指で反射した反射光を受光する受光手段とを有し、被認証者が固定された認証位置に指を位置させずに個人認証を行うことができる指静脈認証装置も紹介されている。（例えば、特許文献６参照）。

特許第３９７２７７９号公報 特開２００８−２１２３１１号公報 特開２００８−１６８１１８号公報 ＷＯ２００８／１２３５８４号公報 特開２００９−８９７２７号公報 ＷＯ２００８／１５３１２３号公報

しかしながら、上述した特許文献１及び２のように、撮像部の光学系として縮小光学系が用いられている指静脈認証装置は、得られる画像の歪の許容範囲があるため、撮像センサと被写体の指表面の距離（即ち、実効光路長）として、少なくとも数センチメートル程度必要であり、指静脈認証装置の小型化が困難である。

また、特許文献３に記載された指静脈認証装置のように、認証すべき指の上方に光源が配設されている装置は、指と光源との距離を確保する必要があるため、薄型化が困難である。そしてまた、特許文献４に記載された指静脈認証装置は、撮像センサの上方に導光部及び光源を配置した構成を有しているため、薄型化が困難である。さらにまた、特許文献５に記載された指静脈認証装置は、撮像素子の上方に光源を配置した構成を有しているため、薄型化が困難である。

また、特許文献６に記載された指静脈認証装置は、被認証者が固定された認証位置に指を位置させずに個人認証を行うことを目的としており、走査手段の構成要素であるミラーを直交する２つの軸の周りに回転できるように設置しているため、装置が複雑化すると共に、この回転を許容するためのスペースが必要であり、装置の小型化を行うことが困難である。そしてまた、特許文献６には、撮像部の光学系を選択することで、装置の小型化を達成することについては何ら開示がなされていない。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、小型化及び薄型化が向上された静脈認証装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、被認証体に光を照射する光源と、前記被認証体の静脈パターンを撮影する撮像センサと、前記光源から出射する光を反射し、前記被認証体に到達させる反射鏡と、前記光源、撮像センサ及び反射鏡を内蔵する筐体と、を備え、前記撮像センサが等倍光学系センサであり、前記光源及び反射鏡は、前記撮像センサの光軸に直交し且つ当該撮像センサを含む平面内に配設されてなる静脈認証装置を提供するものである。

本発明によれば、撮像センサの光軸に直交し且つ当該撮像センサを含む平面内に光源及び反射鏡を配設したため、撮像センサと光源の設置に要する容積を小さくすることができる結果、小型化及び薄型化が向上された静脈認証装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る静脈認証装置を示す平面図である。 図１に示すII−II線に沿った断面図である。 本発明の実施形態１に係る静脈認証装置が静脈認証を行うための処理回路を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る静脈認証装置の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る静脈認証装置の平面図である。 本発明の実施形態２に係る静脈認証装置を示す平面図である。 図６に示すVII−VII線に沿った断面図である。

次に、本発明の実施形態に係る静脈認証装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る静脈認証装置を示す平面図、図２は、図１に示すII−II線に沿った断面図、図３は、本発明の実施形態１に係る静脈認証装置が静脈認証を行うための処理回路を示すブロック図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

図１及び図２に示すように、実施形態１に係る静脈認証装置１は、筐体１１と、筐体１１の内部底面に配置された回路基板１２と、回路基板１２上の一端側に配置された撮像センサ１３と、回路基板１２上の撮像センサ１３が配置された位置と反対側の端部に配置された反射鏡１４と、回路基板１２上の撮像センサ１３と反射鏡１４との間に配置された近赤外光光源１５と、を備えている。

筐体１１は、内部空間を有する略直方体から構成されており、その内部には、回路基板１２、撮像センサ１３、反射鏡１４及び近赤外光光源１５が配設されている。筐体１１の撮像センサ１３が配置されている領域に対応する上面には、平面視で、撮像センサ１３と同等の大きさを有する開口部が形成されており、この開口部には、光学フィルタ１６が配設されている。また、筐体１１の上面の光学フィルタ１６が配設されている位置と反対側には、後に詳述する反射鏡１４で反射した光が透過する開口部が形成されており、この開口部には、照明用フィルタ１７が配設されている。この照明用フィルタ１７は、近赤外パスフィルタで構成し、必要とされる近赤外光領域の光を透過すると共に、筐体１１内に埃等の異物が侵入することを防ぐ役割を果たしている。なお、静脈認証される指１００は、光学フィルタ１６上に載置される。

回路基板１２は、撮像センサ１３、反射鏡１４及び近赤外光光源１５を実装する基準面となり、実施形態１では、プリント基板から構成した。この回路基板１２は、図１及び図２に示すように１枚の基板として構成してもよく、あるいは、例えば、組立方法等を考慮して複数の基板に分割してもよい。また、この回路基板１２には、図３に示す電気回路が実装されている。この電気回路については、後に詳述する。

撮像センサ１３は、１：１の等倍光学系センサ（エリアセンサ型）であり、被認証体の静脈（実施形態１では指静脈）の撮影範囲と同じ大きさの受光部を有している。また、撮像センサ１３は、指静脈の撮影が可能なように近赤外光領域にも十分な感度を有する波長特性と十分な解像度を備えている。この撮像センサ１３は、図２に示すように、撮像センサ１３の光軸Ｎが、回路基板１２の基準面（撮像センサ１３が配設される面）に対し垂直な方向となるように配置されている。

また、撮像センサ１３は、例えば、回路基板１２側から、イメージセンサ、アパーチャグリル、マイクロレンズアレイが、この順で積層された構成を有している。イメージセンサは、その上面に複数の互いに独立した開口部を有しており、この開口部が光電変換素子の受光部を構成しており、当該開口部に入射した光信号を電気信号に変換するためのものである。アパーチャグリルは、同軸上に並んだイメージセンサの開口部とマイクロレンズアレイのマイクロレンズを貫くそれぞれの光軸に平行な光以外をカットするためのものである。マイクロレンズアレイは、正の集光力を持った複数のマイクロレンズを有しており、これらのマイクロレンズがイメージセンサの開口部と１対１の配置で同軸上に並んだものである。

また、撮像センサ１３は、例えば、ＣＭＯＳセンサ上にマイクロレンズアレイを積層した構成を有していてもよい。この場合、マイクロレンズアレイは、１つのマイクロレンズがＣＭＯＳセンサの１画素に対応し、必要とされる解像度のピッチで格子状に並べられている。

近赤外光光源１５は、図１に示すように、光学フィルタ１６上に載置された指１００の長さ方向に、互いに距離をおいて２つ配置されている。これらの近赤外光光源１５としては、赤外ＬＥＤを用いると共に、小型で面実装が可能な横照射型の光源を使用した。このような近赤外光光源１５としては、例えば、ＳＦＨ４６５５、ＯＳＲＡＭ社製等が挙げられる。この横照射型の近赤外光光源１５は、図１及び２に示すように、撮像センサ３とは反対側に向けて光を出射し、その光の光軸Ｑが回路基板１２の基準面と平行となるように配置されている。

反射鏡１４は、近赤外光光源１５から出射された光を、光学フィルタ１６上に載置された指１００に向けて反射するものである。この反射鏡１４の近赤外光光源１５に対向する反射面１８は、近赤外光に対する反射率が高い材質から形成されており、湾曲面となっている。このように、反射面１８を湾曲面から構成することで、近赤外光光源１５から出射して反射面１８で反射した光は放射角が狭められ、より多くの光が、光学フィルタ１６上に載置された指１００の表面に照射されることになる。したがって、照明効率を向上させることができ、撮影される画像の画質を向上させることができる。

近赤外光光源１５及び反射鏡１４は、撮像センサ１３の光軸Ｎに直交し且つ撮像センサ１３を含む平面内に配設されている。より具体的には、実施形態１では、撮像センサ１３、近赤外光光源１５及び反射鏡１４は、回路基板１２の基準面上、即ち、同一平面上に配設されている。また、実施形態１では、図２に示すように、撮像センサ１３の高さ（光軸Ｎ方向）の中心と、近赤外光光源１５の光軸Ｑと、反射鏡１４の高さの中心とが同一線Ｌ上に位置するように設計されている。この構成により、回路基板１２の基準面からの、撮像センサ１３、近赤外光光源１５及び反射鏡１４の高さを最少にすることができ、薄型化を実現することができる。

なお、図２に示すように、実施形態１では、反射面１８で反射した光は、その光軸Ｍが撮像センサ１３の光軸Ｎに対し角度θで交わるように曲げられる。角度θは鋭角（９０度未満の角度）であり、光学フィルタ１６上に載置された指１００に対する照明は、斜め下方から照射されることになる。角度θは、照明が指１００の正面を照射するように決定する必要があるが、より鮮明な指静脈の画像を撮影するには、光軸Ｍと指１００の表面との交点、即ち、光の照射点の中心位置は、光学フィルタ１６の上面から光軸Ｎ方向の距離が長い位置である（高さが高い）方が好ましい。また、図２に、この反射面１８で反射した光の放射強度分布が一定強度以上である光の範囲の上限をＭ_１、下限をＭ_２として示す。光軸Ｎと光軸Ｍとの交点Ｐは、光学フィルタ１６上に載置された指１００の太さの上限、下限等に応じて設定されている。

このように、実施形態１に係る静脈認証装置１は、近赤外光光源１５から出射される光の向きを撮像センサ１３に対して反対向きとし、近赤外光光源１５から出射された光が撮像センサ１３の光軸Ｎと鋭角をなすように反射鏡１４で反射して指１００に照射させるように構成されているため、不要な赤外光が指静脈画像認証時に影響を及ぼすことを防止することができる。したがって、高精度な指静脈認証を行うことができる。

回路基板１２に実装されている電気回路は、静脈認証装置１が静脈認証を行うための処理回路であり、図３に示すように、撮像センサ１３で撮影された情報の認証を行う認証処理部３０と、撮像すべき指１００に照射される光を制御する照明制御部３１と、撮像センサ１３で撮影された情報を格納するテンプレート部３２と、ホストインターフェース部３３とを有している。

認証処理部３０は、撮像センサ１３で撮影された指静脈画像を処理して指静脈テンプレートを生成する。そして、認証登録時には、テンプレート部３２にその指静脈テンプレート（以下、「登録テンプレート」という）を格納する。一方、照合時には、撮像センサ１３で新規に撮影された指静脈画像を処理した指静脈テンプレート（以下、「入力テンプレート」という）を生成し、テンプレート部３２に格納されている登録テンプレートを読出して、登録テンプレートと入力テンプレートとを比較する。この比較は、例えば、両テンプレートの差異を数値化し、所定の閾値と比較することで行う。この差異をミスマッチ率あるいはミスマッチ数という。認証処理部３０は、このミスマッチ率が、前記所定の閾値未満である場合は、登録テンプレートと入力テンプレートが一致している（同一の指である）と判断し、ミスマッチ率が、前記所定の閾値以上である場合は、登録テンプレートと入力テンプレートが不一致（異なる指である）と判断する。

照明制御部３１は、光学フィルタ１６上に載置された指１００の撮影に必要な照明の照度（明るさ）を制御するものであり、指１００の太さ等により近赤外光光源１５の強度を制御する。この照明制御部３１は、静脈認証装置１が、指１００の太さを直接検出する太さ検出手段を有していない場合は、撮影画像から明るさを求め、フィードバック制御により一定の撮影画像の明るさが得られるようにしている。一方、太さ検出手段を有している場合は、太さ検出手段が検出した情報に基づいたフィードバック制御を行い、一定の撮影画像の明るさが得られるようにする。

ホストインターフェース部３３は、静脈認証装置１の図示しないホスト部との通信を行うものであり、ホスト部との機器認証や、認証処理部３０における処理結果をホスト部に通知する役割を果たしている。ホストインターフェース部３３とホスト部との通信手段としては、例えば、パソコン等の機器で使用されているＵＳＢ（Universal Serial Bus）等が挙げられる。また、この通信手段は、秘匿性や、データ改竄防止等の目的で、通常、暗号化がなされる。

なお、実施形態１では、撮像センサ１３、近赤外光光源１５及び反射鏡１４を同一平面上に配設した場合について説明したが、これに限らず、撮像センサ１３、近赤外光光源１５及び反射鏡１４の配置は、図４に示すように、近赤外光光源１５及び反射鏡１４が、撮像センサ１３の光軸Ｎに直交し且つ撮像センサ１３を含む平面領域Ｓ（図４に破線で示す領域）内に配設されていればよい。即ち、近赤外光光源１５及び反射鏡１４の配置は、撮像センサ１３の光軸Ｎに直交し且つ撮像センサ１３が存在している平面に干渉する領域内であればよい。同様に、実施形態１では、撮像センサ１３の高さ（光軸Ｎ方向）の中心と、近赤外光光源１５の光軸Ｑと、反射鏡１４の高さの中心とが同一線Ｌ上に位置するように、撮像センサ１３、近赤外光光源１５及び反射鏡１４を配置した場合について説明したが、これに限るものではない。

そしてまた、実施形態１では、筐体１１に形成した開口部に照明用フィルタ１７を配設した場合について説明したが、これに限らず、静脈認証装置１の使用環境等により、前記開口部には、必ずしも照明用フィルタ１７を配設しなくてもよく、開口部の状態のまま使用してもよい。

また、実施形態１では、光学フィルタ１６上に載置された指１００の長さ方向に２つの近赤外光光源１５を、互いに距離をおいて配置した場合について説明したが、これに限らず、近赤外光光源１５の設置数は、指１００の表面に対する照射分布等を考慮し、指１００に対する適切な照明が可能であれば、任意に決定することができる。また、反射鏡１４は、各々の近赤外光光源１５に応じて複数個配置してもよい。

さらにまた、実施形態１に係る静脈認証装置１は、図５に示すように、撮像センサ１３を挟んだ両側端部に反射鏡１４を配置し、撮像センサ１３と図５でいう右側の反射鏡１４との間、及び、撮像センサ１３と図５でいう左側の反射鏡１４との間に、近赤外光光源１５を各々配置してもよい。このように撮像センサ１３に対し左右対称な位置に近赤外光光源１５及び反射鏡１４を配置することで、左右均等な指静脈画像を得ることができる。なお、この構成の場合も、近赤外光光源１５及び反射鏡１４は、撮像センサ１３の光軸Ｎに直交し且つ撮像センサ１３を含む平面内に配設される。

（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係る静脈認証装置について図面を参照して説明する。なお、実施形態２では、実施形態１で説明した静脈認証装置と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６は、本発明の実施形態２に係る静脈認証装置を示す平面図、図７は、図６に示すVII−VII線に沿った断面図である。なお、前記各図では、説明を判り易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

図６及び図７に示すように、実施形態２に係る静脈認証装置２の、実施形態１に係る静脈認証装置１と異なる主な点は、反射鏡２４の構成と、近赤外光光源１５と反射鏡２４との間にレンズ２５を配置した点である。

反射鏡２４は、反射鏡１４と同様に、回路基板１２上の撮像センサ１３が配置された位置と反対側の端部に配置されている。この反射鏡２４の近赤外光光源１５に対向する反射面２８は、近赤外光に対する反射率が高い材質から形成されており、平面となっている。

レンズ２５は、近赤外光光源１５から出射した光を弱く集光するように設計されている。ここで、近赤外光光源１５から出射された光は、通常、ある程度の広がりを持って放射されるが、近赤外光光源１５から出射した光を弱く集光することで、レンズ２５から出射された光を概略平行光に近い光にすることができる。したがって、この概略平行光に近い光を反射鏡２４の平坦な反射面２８によって反射することにより、光学フィルタ１６上に載置された指１００の表面に多くの光を照射することができる。この結果、照明効率を向上させることができ、撮影される画像の画質を向上させることができる。また、この構成の場合、反射鏡２４の反射面２８が平面であるため、安価な反射鏡２４を使用可能であると共に、反射鏡２４の取付位置精度も緩和することができる。

近赤外光光源１５、反射鏡２４、レンズ２５は、実施形態１と同様に、回路基板１２の基準面上、即ち、同一平面上に配設されており、図７に示すように、撮像センサ１３の高さ（光軸Ｎ方向）の中心と、近赤外光光源１５の光軸Ｑと、レンズ２５及び反射鏡２４の高さの中心とが同一線Ｌ上に位置するように設計されている。この構成により、回路基板１２の基準面からの、撮像センサ１３、近赤外光光源１５、レンズ２５及び反射鏡２４の高さを最少にすることができ、薄型化を実現することができる。

なお、実施形態２に係る静脈認証装置２も、図５に示す静脈認証装置１と同様に、撮像センサ１３を挟んだ両側端部に反射鏡２４を配置し、撮像センサ１３と、撮像センサ１３の左右両側に配置された反射鏡２４との間に、近赤外光光源１５及びレンズ２５を各々配置してもよい。このように撮像センサ１３に対し左右対称な位置に近赤外光光源１５、レンズ２５及び反射鏡２４を配置することで、左右均等な指静脈画像を得ることができる。なお、この構成の場合も、近赤外光光源１５レンズ２５及び反射鏡２４は、撮像センサ１３の光軸Ｎに直交し且つ撮像センサ１３を含む平面内に配設される。

また、実施形態1及び２では、被認証体として指１００を使用し、指の静脈を認証する場合について説明したが、これに限らず、本発明に係る静脈認証装置は、被認証体として指の他、掌等、静脈を利用して認証が行える部位であれば、適用することができる。この場合、被認証体に応じて静脈認証装置の形状等を適宜変更すればよい。

１、２…静脈認証装置、１１…筐体、１２…回路基板、１３…撮像センサ、１４、２４…反射鏡、１５…近赤外光光源、１８、２８…反射面、２５…レンズ

Claims (7)

1. 被認証体に光を照射する光源と、
   前記被認証体の静脈パターンを撮影する撮像センサと、
   前記光源から出射する光を反射し、前記被認証体に到達させる反射鏡と、
   前記光源、撮像センサ及び反射鏡を内蔵する筐体と、
   を備え、
   前記撮像センサが等倍光学系センサであり、
   前記光源及び反射鏡は、前記撮像センサの光軸に直交し且つ当該撮像センサを含む平面内に配設されてなることを特徴とする静脈認証装置。
2. 前記撮像センサ、光源及び反射鏡は、同一平面上に配設されてなることを特徴とする請求項1記載の静脈認証装置。
3. 前記光源から出射する光の光軸が、前記撮像センサの光軸に直交することを特徴とする請求項1記載の静脈認証装置。
4. 前記反射鏡の反射面の少なくとも一部が、湾曲面からなることを特徴とする請求項1記載の静脈認証装置。
5. 前記光源は、前記撮像センサと反射鏡との間に配設されてなることを特徴とする請求項１記載の静脈認証装置。
6. 前記光源と反射鏡との間にレンズを配設し、当該レンズで集光した光を前記反射鏡に到達させることを特徴とする請求項１記載の静脈認証装置。
7. 前記レンズは、前記撮像センサを含む平面内に配設されてなることを特徴とする請求項６記載の静脈認証装置。
   
   
   

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