JP2016066225A - 照明装置及び生体認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置及び生体認証装置において、被写体の照明領域が照明装置に比べて大きい場合でも省電力化を可能とすることを目的とする。【解決手段】基板の表面に設けられたＭ個の光源と、光源からの光を照明領域をＮ分割するＮ個の照明エリアを照射するように回折する回折光学素子と、第１乃至第Ｎの期間において、夫々Ｌ＝Ｍ／Ｎ個の光源を有する第１乃至第Ｎの光源群を時分割で点灯して、第１乃至第Ｎの光源群の点灯した光源からの光を、照明領域を形成する第１乃至第Ｎの照明エリアに時分割で順次照射する制御部を備え、Ｍ，Ｎは２以上の自然数であり、Ｌは１以上の自然数であるように構成する。【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は、照明装置及び生体認証装置に関する。

近年、手または指の静脈のパターン、指紋または掌紋のパターンなどの生体情報を表す生体画像に基づいて、システムの利用者を非接触で認証する生体認証技術が開発されている。生体認証技術を利用した生体認証装置は、利用者の生体情報を表す入力生体画像を、予め登録された登録利用者の生体画像を表す登録生体情報と照合する。生体認証装置は、照合処理の結果に基づき、登録生体情報と一致すると判定された入力生体情報で表される生体情報を持つ利用者を正当な権限を有する登録利用者として認証し、上記のシステムの利用を許可する。生体認証装置は、例えば上記のシステム内に組み込まれていても、或いは、上記のシステムに外部接続されていても良い。

生体認証装置は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）へのログオン管理、銀行のＡＴＭ（Automated Teller Machine）における本人確認、オフィスなどの入退室管理などの様々な分野で利用されている。また、生体認証装置の適用範囲の拡大に伴い、生体認証装置の小型化が求められている。

生体認証装置が高精度で利用者を照合するためには、生体画像上で生体情報の特徴的な構造が鮮明に写っていることが望ましい。そこで、生体情報を撮影して生体画像を生成する生体認証装置用センサは、生体情報を含む手などの被写体を結像レンズとＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子で撮影する撮影光学系に加え、被写体に照明光を照射する照明光学系を有していることもある。

照明光学系と撮影光学系を備えた生体認証装置用センサの技術が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３）。一方、生体認証装置の適用範囲を拡大するため、生体認証装置の小型化への要求に加え、例えば生体認証装置が電池により駆動される場合を考慮して、生体認証装置の省電力化が望まれている。

認証を行う指などの被写体と同等或いはそれ以上の大きさとなる照明光学系と撮影光学系が一体型となった光学系を用い、生体情報を取得する薄型の生体認証装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この提案されている生体認証装置では、生体画像の取得範囲に合わせて照明範囲を制御するため、省電力化は可能であるものの、例えば手のひらのように被写体となる生体部位が指などに比べて大きい場合には照明光学系が大型化してしまい、小型化は難しい。

また、認証を行う指などの被写体と同等或いはそれ以上の大きさとなる照明光学系と撮影光学系とで生体を挟み込む構造の生体認証装置が提案されている（例えば、特許文献２）。 この提案されている生体認証装置では、生体画像の取得範囲に合わせて照明範囲を制御するため、省電力化は可能であるものの、例えば手のひらのように被写体となる生体部位が指などに比べて大きい場合には照明光学系が大型化してしまい、小型化は難しい。

さらに、認証を行う指などの被写体に斜めから光を照射する照明光学系と正面から指紋などの被写体のパターンを撮影する撮影光学系を有するバイオメトリクスセンサが提案されている（例えば、特許文献３）。この提案されているバイオメトリクスセンサでは、被写体に斜めから光を照射する構成であるため、例えば手のひらのように被写体となる生体部位が指などに比べて大きい場合には、上記の場合と同様に照明光学系及び適用する生体認証装置が大型化してしまい、小型化は難しい。

特開２００９−３１９０３号公報 特開２０１３−１３０９８１号公報 特表２００５−５２７８７４号公報

上記の提案されている生体認証装置及びバイオメトリックスセンサを含む、従来の照明装置を備えた生体認証装置では、被写体となる生体部位が照明装置の照明光学系に比べて大きい場合、即ち、被写体の照明領域が照明装置に比べて大きい場合、照明装置及び生体認証装置は大型化してしまい、小型化が難しい。

そこで、１つの側面では、被写体の照明領域が照明装置に比べて大きい場合でも省電力化が可能な照明装置及び生体認証装置を提供することを目的とする。

１つの案によれば、基板の表面に設けられたＭ個の光源と、前記光源からの光を、照明領域をＮ分割するＮ個の照明エリアを照射するように回折する回折光学素子と、第１乃至第Ｎの期間において、夫々Ｌ＝Ｍ／Ｎ個の光源を有する第１乃至第Ｎの光源群を時分割で点灯して、前記第１乃至第Ｎの光源群の点灯した光源からの光を、前記照明領域を形成する第１乃至第Ｎの照明エリアに時分割で順次照射する制御部を備え、前記Ｍ，Ｎは２以上の自然数であり、前記Ｌは１以上の自然数である照明装置が提供される。

一態様によれば、被写体の照明領域が照明装置に比べて大きい場合でも省電力化が可能となる。

生体認証装置用センサの第１の例を示す平面図である。 生体認証装置用センサの第１の例を模式的に示す側面図である。 生体認識装置用センサの第１の例の照明光を模式的に示す図である。 生体認証装置用センサの第２の例を示す平面図である。 生体認証装置用センサの第２の例を模式的に示す側面図である。 生体認識装置用センサの第２の例の照明光を模式的に示す図である。 ローリングシャッタ方式のイメージセンサの一例を説明する図である。 第１実施例における照明エリアの切り替えの一例を説明する図である。 第１実施例における生体認証装置用センサの一例を示す平面図である。 第１実施例における生体認証装置用センサの一例を模式的に示す側面図である。 第１実施例における分割された照明領域の照明エリアを示す平面図である。 第２実施例における照明装置の一例を示す平面図である。 第２実施例における照明装置の一例を模式的に示す側面図である。 回折光学素子の配置の一例を示す平面図である。 回折光学素子の配置の他の例を示す平面図である。 回折光学素子の回折格子の一例を示す平面図である。 回折光学素子の構成の一例を説明する図である。 回折光学素子の評価結果の一例を模式的に示す図である。 照明エリアの切り替えの一例を説明する図である。 照明エリアの切り替えの一例を説明する図である。 照明エリアの切り替えの他の例を説明する図である。 照明エリアの切り替えの他の例を説明する図である。 照明エリアの切り替えの他の例を説明する図である。 照明エリアの切り替えの他の例を説明する図である。 照明エリアの切り替え処理の一例を説明するフローチャートである。 一実施例における生体認証装置の一例を示すブロック図である。 コンピュータの構成の一例を示すブロック図である。

開示の照明装置及び生体認証装置では、複数の光源に、照明領域を形成する複数の照明エリアを割り当て、割り当てられた照明エリアがイメージセンサの露光対象となるタイミングで発光するように各光源の点滅を制御する。

以下に、開示の照明装置及び生体認証装置の各実施例を図面と共に説明する。

図１Ａ乃至図１Ｃは、生体認証装置用センサの第１の例を説明する図である。図１Ａは生体認証装置用センサの第１の例を示す平面図（または、上面図）、図１Ｂは生体認証装置用センサの第１の例を模式的に示す側面図、図１Ｃは生体認証装置用センサの第１の例の照明光を模式的に示す図である。生体認証装置用センサ１Ａは、カメラなどの撮影光学系２と、照明光学系３を有する。照明光学系３は、基板４上に設けられた複数（この例では８個）のＬＥＤ５と、レンズアレイ６を有する。ＬＥＤ５は、光源の一例である。この例では、図１Ａに示すように、ＬＥＤ５は撮影光学系２の外側にリング状に配置されており、レンズアレイ６はＬＥＤ５と対向するようにリング状に設けられている。図１Ｃに示すように、各ＬＥＤ５からの照明光はレンズアレイ６により広がりを持たされて認証する生体部位の照明領域１０に重ねて照射される。

図２Ａ乃至図２Ｃは、生体認証装置用センサの第２の例を説明する図である。図２Ａは生体認証装置用センサの第２の例を示す平面図（または、上面図）、図２Ｂは生体認証装置用センサの第２の例を模式的に示す側面図、図２Ｃは生体認識装置用センサの第２例の照明光を模式的に示す図である。図２Ａ乃至図２Ｃ中、図１Ａ乃至図１Ｃと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２Ａ及び図２Ｂに示す生体認証装置用センサ１Ｂでは、図１Ａ及び図１Ｂのレンズアレイ６の代わりに、拡散導光板７がＬＥＤ５と対向するようにリング状に設けられている。図２Ｃに示すように、各ＬＥＤ５からの照明光は拡散導光板７により拡散されて照明領域１０に重ねて照射される。照明光の強度は、図１Ｃの場合と比較すると、照明領域１０上の位置にかかわらず略均一となる。しかし、拡散された照明光は、照明領域１０より広い領域に照射され、照明領域１０の外側では、図２Ｃにおいて楕円で囲んで示すように漏れ光による無駄が発生してしまう。

上記生体認識装置用センサの第１の例及び第２の例では、認証する生体部位（例えば、手のひら）の照明領域１０の平面図上の面積が、図１Ａまたは図２Ａに示す平面図上の照明光学系３の面積より大きい場合でも、投射型の照明光学系３により照明装置を小型化できる。複数のＬＥＤ５からの照明光を重ね合わせることで、照明領域１０に均一で明るい照明光を照射できるが、複数のＬＥＤ５を同時に駆動して照明光を重ね合わせるため、多くのＬＥＤ５が必要となり、消費電力が増大する。

また、レンズアレイ６または拡散導光板７を介して照明領域１０に照射される照明光の場合、照明光の照射パターンの形状や範囲を制御することは難しい。生体認識装置用センサの第１の例または第２の例に、例えば上記特許文献１または特許文献２で提案されている照明用ＬＥＤを点灯滅する手法を適用しても、照明領域１０において重なり合った照明光の明るさが変化するだけであり、平面図上で、認証する生体部位の照明領域１０の面積が照明光学系３の面積より大きい場合に、照明装置の小型化と省電力化の両立は難しい。

図３は、ローリングシャッタ方式のイメージセンサの一例を説明する図である。図３は、例えば上記生体認証装置用センサの第１の例または第２の例の撮影光学系２に用いるローリングシャッタ方式のイメージセンサ２０１の画像データの取得及び転送のイメージを示し、画像の各行（または、ライン）は、便宜上正方形で示す複数の画素で形成されている。イメージセンサ２０１は、低コスト化を図るためにデータを蓄えるバッファの記憶容量が比較的小さい場合などに、行毎に画像データを取得（即ち、カメラ露光）してバッファに転送する処理を順次実行する周知の構成を有する。このため、照明光は、イメージセンサ２０１で画像データを取得中ではない行に相当する照明領域１０の部分にも常に照射されており、画像データを取得中ではない行に相当する照明領域１０の部分を照射する照明光を発生するために無駄な電力を消費してしまう。このように、照明装置の小型化と省電力化の両立は難しい。なお、全ての行の画像データを同時に取得（即ち、カメラ露光）してバッファに転送するグローバルシャッタ方式のイメージセンサを用いた場合も、照明光は照明領域１０の全部分に常に照射されるので、消費電力は上記ローリングシャッタ方式のイメージセンサ２０１を用いた場合と実質的に同じである。

図４は、第１実施例における照明エリアの切り替えの一例を説明する図である。認証する生体部位（例えば、手のひら）の照明領域１０は、複数の照明エリアに分割され、光源からの照明光が照射される照明エリアを順次切り替える。図４は、ローリングシャッタ方式のイメージセンサ２０１の領域が、照明領域１０を２分割する２個の照明エリアに対応する２個の露光エリア２−１，２−２に分割され、１個以上の第１の光源からの照明光が第１の照明エリアに照射される時に第１の露光エリア２−１を露光する第１の期間と、１個以上の第１の光源とは異なる第２の光源からの照明光が第２の照明エリアに照射される時に第２の露光エリア２−２を露光する第２の期間とが交互に繰り返される場合を示す。この場合、第１の期間では、図４の左側にハッチングで示す第１の露光エリア２−１内で例えば矢印で示す順で行毎に画像データが取得（即ち、カメラ露光）されてバッファに転送され、第２の期間では、図４の右側にハッチングで示す第２の露光エリア２−２内で例えば矢印で示す順で行毎に画像データが取得（即ち、カメラ露光）されてバッファに転送される。照明装置による第１の期間中の第１の照明エリアへの照明光の照射と、第１の露光エリア２−１内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。同様に、照明装置による第２の期間中の第２の照明エリアへの照明光の照射と、第２の露光エリア２−２内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。照明装置からの照明光を、照明領域の第１及び第２の照明エリアに時分割で照射することで、一度に照明領域１０全体に照射する場合と比較すると、同時に駆動する光源の数を減らすことができるので省電力化が可能となる。

なお、図４の例では照明領域１０を２個の照明エリアに分割しているが、照明領域１０を分割する照明エリアの数は２個に限定されず、複数個であれば良いので、対応する露光エリアの数も複数個であれば良い。また、１個の照明エリアに対応する１個の露光エリアは、イメージセンサ２０１の１行に相当する面積以上であれば、大きさは特に限定されない。なお、照明領域１０は複数個の照明エリアに分割され、対応する露光エリアの数も複数個であるため、１個の照明エリアに対応する１個の露光エリアは、イメージセンサ２０１の１行に相当する面積以上、且つ、イメージセンサ２０１の総露光エリアの１／２以下の面積であれば良い。

図５Ａ乃至図５Ｃは、第１実施例における生体認証装置用センサの一例を説明する図である。図５Ａは第１実施例における生体認証装置用センサの一例を示す平面図、図５Ｂは第１実施例における生体認証装置用センサの一例を模式的に示す側面図、図５Ｃは第１実施例における分割された照明領域の照明エリアを示す平面図である。

図５Ａ及び図５Ｂに示す生体認証装置用センサ１１は、カメラなどの撮影光学系１２と、照明光学系１３を有する。照明光学系１３は、基板１４上に設けられた複数（この例では８個）のＬＥＤ１５と、回折光学素子１６とを有する。この例では、図５Ａに示すように、光源の一例であるＬＥＤ１５は撮影光学系１２の外側にリング状に配置されており、回折光学素子１６はＬＥＤ１５と対向するように、ＬＥＤ１５の光出射面側にリング状に設けられている。また、この例では生体認証装置用センサ１１を手のひらの静脈認証に適用するため、ＬＥＤ１５は単一色と見なせる波長帯域を持ち、生体への透過率が高い近赤外線で静脈パターンを撮影するが、光源が出力する光の波長または特性は、照明装置の用途に応じて適宜選定すれば良い。

図５Ｂに示すように、回折光学素子１６は、例えばガラスまたはプラスチックの基板１６１の表面に形成されている。基板１６１がガラス基板の場合は、エッチングなどでガラスを直接加工する方法、フォトポリマー紫外線硬化樹脂を転写してパターニングする方法などを用いて回折光学素子１６形成することができる。一方、基板１６１がプラスチック基板の場合、インジェクションモールド成形、ホットエンボス成形などで成型と同時に直接加工する方法、フォトポリマー紫外線硬化樹脂を転写してパターニングする方法などを用いて回折光学素子１６を形成することができる。さらに、薄いフィルムの場合、ホットエンボス成形で成形と同時に直接加工する方法、フォトポリマー紫外線硬化樹脂を転写してパターニングする方法などを用いて回折光学素子１６を形成し、フィルム状の回折光学素子１６をガラスまたはプラスチック基板に貼り付けても良い。

この例では、回折光学素子１６は、ＬＥＤ１５からの光が入射される基板１６１の光入射面とは反対側（図５Ｂの上側）の、ＬＥＤ１５からの光を出射する基板１６１の光出射面に形成されているが、基板１６１の光入射面に形成されていても良い。回折光学素子１６は、基板１６１の材料及び厚みによって決まる屈折率の影響を考慮して設計可能である。ＬＥＤ１５の発光面と回折光学素子１６の光入射面（即ち、基板１６１の光入射面）との間隔は、ゼロ（０）より大きいことが望ましいが、ゼロ（０）であっても良い。

図５Ａにおいて、８個のＬＥＤ１５のうち、例えば上半分の４個のＬＥＤ１５からの照明光は、回折光学素子１６を介して図５Ｃに示す照明領域１０の上半分の第１の照明エリア１０−１だけを照射する。一方、８個のＬＥＤ１５のうち、例えば下半分の４個のＬＥＤ１５からの照明光は、回折光学素子１６を介して図５Ｃに示す照明領域１０の下半分の第２の照明エリア１０−２だけを照射する。第１の期間中は上半分の４個のＬＥＤ１５だけを点灯することで、照明光が第１の照明エリア１０−１だけに照射される。また、第１の期間に続く第２の期間中は下半分の４個のＬＥＤ１５だけを点灯することで、照明光が第２の照明エリア１０−２だけに照射される。従って、上半分の４個のＬＥＤ１５と、下半分の４個のＬＥＤ１５を交互に点灯することで、照明光を、照明領域１０の第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２に時分割で照射することができる。この例では、一度に８個（即ち、全て）のＬＥＤ１５を点灯して照明光を照明領域１０全体に照射する場合と比較すると、同時に駆動するＬＥＤ１５の数を半分に減らすことができるので、その分省電力化が可能となる。

また、この例では、図５Ｃに示すように、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２のパターン形状は、夫々例えば長方形であり、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２を合わせて正方形の照明領域１０を形成している。各照明エリアのパターン形状は、画像取得するイメージセンサ２０１の各露光エリアに応じて決定しても良い。例えば、被写体となる生体部位の形状が指のように長方形であれば、各照明エリアのパターン形状を正方形とし、例えば２個の照明エリアを合わせて長方形の照明領域１０を形成するようにしても良い。回折光学素子１６を適切に設計することで、種々の照明エリアのパターン形状を被写体に合わせて形成することができる。

図６Ａ及び図６Ｂは、第２実施例における照明装置一例を説明する図である。図６Ａは第２実施例における照明装置の一例を示す平面図、図６Ｂは第２実施例における照明装置の一例を模式的に示す側面図である。図６Ａ及び図６Ｂ中、図５Ａ及び図５Ｂと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図６Ａ及び図６Ｂに示す照明装置２１は、基板１４上に設けられた複数（この例では８個）のＬＥＤ１５と、回折光学素子１６とを有する。

図７Ａ及び図７Ｂは、回折光学素子の配置の例を示す平面図である。回折光学素子１６は、図７Ａに示すように基板１６１の全面に対して形成されても、図７Ｂに示すようにＬＥＤ１５からの光が照射される基板１６１の部分だけに形成されても良い。

なお、上記の各実施例では、ＬＥＤ１５及び回折光学素子１６をリング状に配置しているが、例えば格子状に配置しても良く、ＬＥＤ１５及び回折光学素子１６の配置は、照明装置２１大きさ、形状などに応じて適宜変更可能である。また、図７Ｂに示すように回折光学素子１６が部分的に形成されている場合も、回折光学素子１６の配置はＬＥＤ１５の配置に合わせた配置である。

図８は、回折光学素子の回折格子の一例を示す平面図である。この例では、回折光学素子１６は、マトリクス状に２次元配置された複数（この例では２５個）の回折格子（以下、「セル」とも言う）１６３の集合体で形成されている。回折光学素子１６に２次元配置されるセル１６３の数は、照明領域１０の面積に応じて設定可能である。各セル１６３のピッチ（即ち、格子ピッチ）及び回転方向（または、回転角度）は、例えば図６Ａ中の上半分の４個のＬＥＤ１５からの照明光が図５Ｃの第１の照明エリア１０−１に照射され、下半分の４個のＬＥＤ１５からの照明光が図５Ｃの第２の照明エリア１０−２に照射されるように設計すれば良い。セル１６３の形状は矩形に限定されず、セル１６３の２次元配置はマトリクス状に限定されず、セル１６３の数も特に限定されない。以下の説明では、回折光学素子１６の一辺に沿ったセル１６３の数のことを「ピクセル数ＰＩＸ」とも言う。

図９Ａは回折光学素子の構成の一例を説明する図であり、図９Ｂは、回折光学素子の評価結果の一例を模式的に示す図である。図９ＡはＬＥＤ１５と回折光学素子１６と照明領域１０の位置関係を示し、図９Ｂは照明領域１０の測定結果を示す。この例では、照明領域１０は１１０ｍｍ×１１０ｍｍの大きさの矩形であり、ＬＥＤ１５の発光面は３ｍｍ×３ｍｍの大きさの矩形であり、発光波長は５４５ｎｍである。また、ＬＥＤ１５と回折光学素子１６との間隔は５ｍｍであり、回折光学素子１６の基板１６１は合成石英であり、厚みは２ｍｍである。回折光学素子１６と照明領域１０との間隔は５０ｍｍである。さらに、回折光学素子１６は５ｍｍ×５ｍｍの大きさの矩形であり、回折光学素子１６のピクセル数ＰＩＸは２５０個であり、セル１６３は０．０２ｍｍ×０．０２ｍｍの大きさの矩形である場合、図９Ｂにハッチングで示すように、照明装置２１の平面図上の面積（即ち、基板１４または基板１６１の表面と平行な平面上の照明装置２１の占有面積）より大きく、時分割で照明光が照射される第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２を合わせて形成される照明領域１０における光強度分布は均一である。図９ＢのＹ（ｍ）は例えば図９Ａの上下方向上の位置に相当し、Ｘ（ｍ）は例えば図９Ａの紙面と垂直な方向上の位置に相当する。なお、ＬＥＤ１５の発光中心波長は、生体認証装置や生体認証装置用センサに一般的に使用される近赤外の波長であっても良く、発光中心波長を基に必要な照明領域１０の各照明エリア１０−１，１０−２を得る回折光学素子１６のピクセル数ＰＩＸ及び、セル１６３を設計すれば良い。撮影光学系１２及び照明光学系１３を含む光学系全体を構成する条件を基に、必要な照明領域１０の各照明エリア１０−１，１０−２を得る回折光学素子１６のピクセル数ＰＩＸ及び、セル１６３を設計すれば良い。各セル１６３のピッチ及び回転方向を適切に設計することで、時分割で照明光が照射される第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２を合わせて形成される照明領域１０における光強度分布を均一に制御することができる。

なお、図５Ｃにおいて、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２における光強度は同じであっても、互いに隣接する第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２の境界部分では光強度にグラデーションを設けて第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２を境界部分で一部オーバーラップさせても良い。

後者の場合、各セル１６３のピッチ及び回転方向を適切に設計することで、第１の照明エリア１０−１の光強度が境界部分に向かって徐々に減少し、第２の照明エリア１０−２の光強度が境界部分に向かって徐々に減少すると共に、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２がオーバーラップする境界部分での合計の光強度が、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２の境界部分以外の部分における光強度と同じと見なせるようにすれば良い。この場合、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２がオーバーラップする境界部分での合計の光強度が、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２の境界部分以外の部分における光強度と同じと見なせるように、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２の切り替え速度を適切に設定すれば良い。また、この場合、隣接する照明エリアのオーバーラップ部分に対応する露光エリアのオーバーラップ部分は、イメージセンサ２０１の１行以上に相当すれば良い。上記の如きオーバラップ部分を設けることで、回折光学素子１６の製造バラツキなどにより、第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２の境界部分で照明光が照射されない領域または光強度が他の部分と比べて低い領域が発生することを確実に防止できる。

次に、上記各実施例における照明エリアの切り替えの例を説明する。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、照明エリアの切り替えの一例を説明する図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、照明領域１０を２分割する第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２の切り替えを説明する図である。図１０Ａ及び図１０Ｂ中、図５Ａ乃至図５Ｃ、図６Ａ及び図６Ｂと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、点灯されるＬＥＤ１５はハッチングで示す。

第１の期間では、図１０Ａに示すように、上半分の４個のＬＥＤ１５を点灯すると共に、下半分の４個のＬＥＤ１５を消灯する。これにより、点灯した４個のＬＥＤ１５からの照明光が、ハッチングで示す照明エリア１０−１に照射される。第１の期間に続く第２の期間では、図１０Ｂに示すように、下半分の４個のＬＥＤ１５を点灯すると共に、上半分の４個のＬＥＤ１５を消灯する。これにより、点灯した４個のＬＥＤ１５からの照明光が、ハッチングで示す照明エリア１０−２に照射される。以下、同様にして、第１の期間及び第２の期間を交互に繰り返すことで、時分割で照明光が照射される第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２を合わせて照明領域１０が形成される。また、第１の期間中の第１の照明エリア１０−１への照明光の照射と、上記ローリングシャッタ方式のイメージセンサ２０１における第１の露光エリア２−１内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。同様に、第２の期間中の第２の照明エリア１０−２への照明光の照射と、イメージセンサ２０１における第２の露光エリア２−２内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。照明光を照明領域１０の第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２に時分割で照射することで、一度に照明領域１０全体に照射する場合と比較すると、同時に駆動（即ち、点灯）するＬＥＤ１５の数を１／２に減らすことができるので、ＬＥＤ１５による消費電力も１／２に減らすことができて省電力化が可能となる。第１及び第２の照明エリア１０−１，１０−２の形状及び面積は、同じであることが好ましい。

図１１Ａ乃至図１１Ｄは、照明エリアの切り替えの他の例を説明する図である。図１１Ａ乃至図１１Ｄは、照明領域１０を４分割する第１乃至第４の照明エリア１０−１〜１０−４の切り替えを説明する図である。図１１Ａ乃至図１１Ｄ中、図５Ａ乃至図５Ｃ、図６Ａ及び図６Ｂと同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図１１Ａ乃至図１１Ｄにおいて、点灯されるＬＥＤ１５はハッチングで示す。

第１の期間では、図１１Ａに示すように、上部分の２個のＬＥＤ１５を点灯すると共に、残りの６個のＬＥＤ１５を消灯する。これにより、点灯した２個のＬＥＤ１５からの照明光が、ハッチングで示す照明エリア１０−１に照射される。第１の期間に続く第２の期間では、図１１Ｂに示すように、右部分の２個のＬＥＤ１５を点灯すると共に、残りの６個のＬＥＤ１５を消灯する。これにより、点灯した２個のＬＥＤ１５からの照明光が、ハッチングで示す照明エリア１０−２に照射される。第２の期間に続く第３の期間では、図１１Ｃに示すように、下部分の２個のＬＥＤ１５を点灯すると共に、残りの６個のＬＥＤ１５を消灯する。これにより、点灯した２個のＬＥＤ１５からの照明光が、ハッチングで示す照明エリア１０−３に照射される。第３の期間に続く第４の期間では、図１１Ｄに示すように、左部分の２個のＬＥＤ１５を点灯すると共に、残りの６個のＬＥＤ１５を消灯する。これにより、点灯した２個のＬＥＤ１５からの照明光が、ハッチングで示す照明エリア１０−４に照射される。以下、同様にして、第１の期間乃至第４の期間をこの順番で繰り返すことで、時分割で照明光が照射される第１乃至第４の照明エリア１０−１〜１０−４を合わせて照明領域１０が形成される。また、第１の期間中の第１の照明エリア１０−１への照明光の照射と、上記ローリングシャッタ方式のイメージセンサ２０１における第１の露光エリア内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。同様に、第２乃至第４の期間中の第２の照明エリア乃至第４の照明エリア１０−２〜１０−４への照明光の照射と、イメージセンサ２０１における対応する第２の露光エリア乃至第４の露光エリア内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。照明光を照明領域１０の第１乃至第４の照明エリア１０−１〜１０−４に時分割で照射することで、一度に照明領域１０全体に照射する場合と比較すると、同時に駆動（即ち、点灯）するＬＥＤ１５の数を１／４に減らすことができるので、ＬＥＤ１５による消費電力も１／４に減らすことができて省電力化が可能となる。第１乃至第４の照明エリア１０−１〜１０−４の形状及び面積は、同じであることが好ましい。

このように、照明領域１０の分割数がＮ（Ｎは２以上の自然数）、即ち、照明領域１０を形成する照明エリアの個数がＮであるとすると、照明光学系１３が有するＬＥＤ１５の個数Ｍ（Ｍは２以上の自然数）は、ＮのＬ（Ｌは自然数）倍の数、即ち、Ｍ＝Ｌ×Ｎである。また、同時に駆動（即ち、点灯）するＬＥＤ１５の個数（または、同時に駆動されるＬＥＤ群に属するＬＥＤ１５の個数）は、Ｍ／Ｎ＝Ｌである。第１乃至第Ｎの期間中の第１の照明エリア乃至第Ｎの照明エリア１０−１〜１０−Ｎへの照明光の照射と、イメージセンサ２０１における対応する第１の露光エリア乃至第Ｎの露光エリア２−１〜２−Ｎ（図４では第１及び第２の露光エリア２−１，２−２のみを示す）内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。照明光を照明領域１０の第１乃至第Ｎの照明エリア１０−１〜１０−Ｎに時分割で照射する処理を順次繰り返すことで、一度に照明領域１０全体に照射する場合と比較すると、同時に駆動（即ち、点灯）するＬＥＤ１５の数を１／Ｎに減らすことができ、ＬＥＤ１５による消費電力も１／Ｎに減らすことができて省電力化が可能となる。第１乃至第Ｎの照明エリア１０−１〜１０−Ｎは、好ましくは同じ面積を有する矩形状である。

図１２は、照明エリアの切り替え処理の一例を説明するフローチャートである。図１２に示す切り替え処理は、例えば後述するコンピュータ（または、プロセッサ）により実行可能である。

図１２において、ステップＳ１では、コンピュータが、Ｍ個のＬＥＤ１５のうち同時に点灯するＭ／Ｎ＝Ｌ個のＬＥＤ１５が属する１組目のＬＥＤ群を点灯する。ステップＳ２では、コンピュータが、撮影光学系１２のイメージセンサ２０１により画像取得を開始する。ステップＳ３では、コンピュータが、イメージセンサ２０１により取得された画像の各行をバッファに転送して蓄積すると共に、ステップＳ４では、コンピュータが、バッファに蓄積（または、転送）した画像の行数をカウントする。ステップＳ５では、コンピュータが、カウントした行数が所定数に達したか否かを判定し、判定結果がＮＯであれば処理はステップＳ２へ戻り、判定結果がＹＥＳであれば処理はステップＳ６へ進む。所定数とは、１個の露光エリア内に存在する行数である。ステップＳ６では、コンピュータが、点灯するＬＥＤ群を、同時に点灯するＭ／Ｎ＝Ｌ個のＬＥＤ１５が属する次の組のＬＥＤ群に切り替える制御を行い、処理はステップＳ２へ戻る。

一方、ステップＳ３の後、ステップＳ７では、コンピュータが、画像の行数がイメージセンサ２０１の全行数（即ち、全ての露光エリア内に存在する行数の合計）に達したか否かを判定する終了判定を行い、判定結果がＮＯであれば処理はステップＳ８へ進み、判定結果がＹＥＳであれば処理は終了する。ステップＳ８では、コンピュータが、点灯するＬＥＤ群を、同時に点灯するＭ／Ｎ＝Ｌ個のＬＥＤ１５が属する次の組のＬＥＤ群に切り替える制御を行い、処理はステップＳ２へ戻る。

図１３は、一実施例における生体認証装置の一例を示すブロック図である。図１３に示す生体認証装置５０は、撮影光学系１２、照明光学系１３、照明光学系の制御部５１、撮影光学系の制御部５２、生体情報検出部５３、照合部５４、記憶部５５、及び画像表示部５６を有する。照明光学系の制御部５１は、ＬＥＤ点灯制御部５１１及びＬＥＤ切替部５１２を有する。撮影光学系の制御部５２は、画像ライン取得部５２１、画像ライン転送部５２２、画像ラインカウント部５２３、画像ライン判定部５２４、及び画像ライン蓄積部５２５を有する。

利用者が生体の一例である手のひらを照明光学系２３の照明領域１０を含む領域内にかざすと、生体認証装置５０は周知の方法で認証対象を非接触で検知し、ＬＥＤ点灯制御部５１１が図１２の上記ステップＳ１を実行して照明光学系１３の１個のＬＥＤ群に属するＬＥＤ１５を点灯する。これにより、点灯したＬＥＤ１５からの照明光は、回折光学素子１６により例えば図１０Ａ及び図１０Ｂに示す照明エリア１０−１，１０−２の一方、或いは、図１１Ａ乃至図１１Ｄに示す照明エリア１０−１〜１０−４のいずれかを照射するよう回折される。撮影光学系１２は、照明領域１０を含む生体（この例では手のひら）を撮影し、画像ライン取得部５２１が例えば上記ステップＳ２を実行して撮影された入力画像を取得すると共に、画像表示部５６が取得された入力画像を表示部（図示せず）に表示する。

画像ライン転送部５２２及び画像ライン蓄積部５２５が上記ステップＳ３を実行すると、画像ライン転送部５２２は画像ライン取得部５２１が取得した画像の各行をバッファに転送し、画像ライン蓄積部５２５は転送されてくる画像の各行をバッファに蓄積する。画像ラインカウント部５２３が上記ステップＳ４を実行すると、バッファに蓄積した画像の行数、即ち、バッファに転送された画像の行数をカウントする。画像ライン判定部５２４が上記ステップＳ５を実行すると、画像ラインカウント部５２３がカウントした行数が所定数に達したか否かを判定し、判定結果がＮＯであれば処理はステップＳ２へ戻り、判定結果がＹＥＳであれば処理はステップＳ６へ進む。ＬＥＤ切替部５１２が上記ステップＳ６を実行すると、点灯するＬＥＤ群を、同時に点灯するＭ／Ｎ＝Ｌ個のＬＥＤ１５が属する次の組のＬＥＤ群に切り替える制御が行われ、処理はステップＳ２へ戻る。

一方、ステップＳ３の後、画像ラインカウント部５２３が上記ステップＳ７を実行すると、画像の行数がイメージセンサ２０１の全行数（即ち、全ての露光エリア内に存在する行数の合計）に達したか否かを判定する終了判定が行われ、判定結果がＮＯであれば処理はステップＳ８へ進み、判定結果がＹＥＳであれば処理は終了する。ＬＥＤ切替部５１２が上記ステップＳ８を実行すると、点灯するＬＥＤ群を、同時に点灯するＭ／Ｎ＝Ｌ個のＬＥＤ１５が属する次の組のＬＥＤ群に切り替える制御が行われ、処理はステップＳ２へ戻る。

なお、第１乃至第Ｎの期間中の第１の照明エリア乃至第Ｎの照明エリア１０−１〜１０−Ｎへの照明光の照射と、イメージセンサ２０１における対応する第１の露光エリア乃至第Ｎの露光エリア内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とは、同期している。この同期を制御する同期部は、撮影光学系の制御部５２内の例えば画像ラインカウント部５２３及び画像ライン判定部５２４により形成可能である。

図１２の処理が終了すると、生体情報検出部５３は、画像ライン取得部５２１により取得した入力画像から生体情報を検出する。照合部５４は、検出された生体情報を、記憶部５５に予め記憶されている生体テンプレートと照合し、画像表示部５６は、照合部５４における照合結果を表示部に表示する。画像表示部５６は、例えば検出された生体情報が生体テンプレートと一致したか否かを示す照合結果のメッセージなどを表示部に表示する。画像表示部５６は、照合部５４における照合結果を出力する出力部の一例である。照合結果を出力する出力部は、照合結果を表示する画像表示部５６に限定されず、例えば照合結果を音声で出力する音声合成部などで形成されても良い。また、画像表示部５６は、照合部５４の照合結果または生体画像を表示しても良い。

図１４は、コンピュータの構成の一例を示すブロック図である。図１３に示す生体認証装置５０は、図１４に示すコンピュータ１００により形成しても良い。図１４に示すコンピュータ１００は、例えばパーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータであっても良い。コンピュータ１００は、プロセッサの一例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、記憶部１０２、入力部の一例であるキーボード１０３、インターフェイス１０５、及び出力部の一例である表示部１０６を有しても良い。この例では、ＣＰＵ１０１、記憶部１０２、キーボード１０３、インターフェイス１０５、及び表示部１０６がバス１０７により接続されているが、コンピュータ１００はバス１０７により接続された構成に限定されない。撮影光学系１２及び照明光学系１３は、例えばインターフェイス１０５に接続される。

記憶部１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、生体テンプレートを含む各種データなどを格納する。記憶部１０２は、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置で形成しても良い。ＣＰＵ１０１は、記憶部１０２に格納されたプログラムを実行することにより、コンピュータ１００全体の制御を司る。ＣＰＵ１０１は、プログラムを実行することで、図１３のＬＥＤ点灯制御部５１１、ＬＥＤ切替部５１２、画像ライン取得部５２１、画像ライン転送部５２２、画像ラインカウント部５２３、画像ライン判定部５２４、画像ライン蓄積部５２５、生体情報検出部５３、照合部５４、及び画像表示部５６の全てまたは一部の機能を実現できる。ＣＰＵ１０１は、プログラムを実行して例えば図１２の処理を実行することで、図１３の上記照明光学系の制御部５１及び上記撮影光学系の制御部５２の機能を実現できる。記憶部１０２は、図１３の記憶部５５の機能、バッファの機能などを実現できる。

キーボード１０３は、ＣＰＵ１０１にコマンド及びデータを入力するのに用いられる。インターフェイス１０５は、コンピュータ１００と外部装置との接続に使用される。表示部１０６は、ＣＰＵ１０１の制御下で、コンピュータ１００の利用者（または、オペレータ）に対して各種データを表示する。表示部１０６が表示する各種データは、取得した入力画像、照合結果のメッセージなどを含んでも良い。

照明光学系が有する複数のＬＥＤからの光は、回折光学素子により複数の照明エリアに回折可能であるため、ＬＥＤの位置は特に限定されず、複数のＬＥＤを設ける際の配置が規則性または対称性を有する必要はない。このため、上記の各実施例を例えばカメラと光源を有する生体認証装置用センサなどの電子装置に適用した場合、取り外し可能なアダプタに上記の如き回折光学素子を設け、光源部分にこのアダプタを装着することで、電子装置におけるカメラのレンズと光源との位置関係に依存することなく、光源からの光を回折光学素子を介して所定の照明エリアに照射し、照明エリア内の画像をカメラにより撮影することも可能である。この場合、例えば電子装置の光源が白色ＬＥＤであれば、アダプタにより照明の効率化を図って撮影画像を顔認証などに使用しても良い。また、アダプタ側に、用途に応じて選定された波長または特性の光を出力する光源を設けても良い。

上記の各実施例によれば、被写体の照明領域が照明装置に比べて大きい場合でも、省電力化が可能となる。このため、照明装置及び生体認証装置の小型化と省電力化の両立が可能となり、手のひら静脈認証などの生体認証を実現できる。従って、照明装置または生体認証装置は、例えば携帯型の電子装置などのように電池で駆動される電子装置にも適用可能である。

また、上記の各実施例において、生体認証は、手のひらの静脈パターンの認証に限定されず、指の静脈パターン、指紋パターン、掌紋パターン、目の虹彩パターンなどの生体情報の認証であっても良い。

以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板の表面に設けられたＭ個の光源と、
前記光源からの光を、照明領域をＮ分割するＮ個の照明エリアを照射するように回折する回折光学素子と、
第１乃至第Ｎの期間において、夫々Ｌ＝Ｍ／Ｎ個の光源を有する第１乃至第Ｎの光源群を時分割で点灯して、前記第１乃至第Ｎの光源群の点灯した光源からの光を、前記照明領域を形成する第１乃至第Ｎの照明エリアに時分割で順次照射する制御部を備え、
前記Ｍ，Ｎは２以上の自然数であり、前記Ｌは１以上の自然数であることを特徴とする、照明装置。
（付記２）
前記照明領域の面積は、前記基板の表面と平行な平面上の前記回折光学素子及び前記光源の占有面積より大きいことを特徴とする、付記１記載の照明装置。
（付記３）
前記第１乃至第Ｎの照明エリアを合わせて形成される前記照明領域における光強度分布は均一であることを特徴とする、付記１または２記載の照明装置。
（付記４）
前記第１乃至第Ｎの照明エリアの形状及び面積は同じであることを特徴とする、付記１乃至３のいずれか１項記載の照明装置。
（付記５）
前記第１乃至第Ｎの照明エリアは矩形状であることを特徴とする、付記４記載の照明装置。
（付記６）
前記回折光学素子は、ピッチ及び回転方向が異なる複数の回折格子が２次元配置された回折格子の集合体であることを特徴とする、付記１乃至５のいずれか１項記載の照明装置。
（付記７）
前記回折光学素子に２次元配置される回折格子の数は、前記照明領域の面積に応じて設定されていることを特徴とする、付記６記載の照明装置。
（付記８）
各回折格子のピッチ及び回転方向は、互いに隣接する２個の照明エリアの一方の光強度が前記２個の照明エリアの境界部分に向かって徐々に減少し、前記２個の照明エリアの他方の光強度が前記境界部分に向かって徐々に減少すると共に、前記２個の照明エリアが前記境界部分でオーバーラップして前記境界部分での合計の光強度が前記境界部分以外の部分における光強度と同じとなるように設定されていることを特徴とする、付記６または７記載の照明装置。
（付記９）
前記光源は、単一色と見なせる波長帯域を持つことを特徴とする、付記１乃至８のいずれか１項記載の照明装置。
（付記１０）
請求項１乃至９のいずれか１項記載の照明装置と、
前記照明領域を含む認証対象の生体画像を撮影する撮影光学系と、
撮影された前記生体画像を生体テンプレートと照合して生体認証を行う照合部とを備えたことを特徴とする、生体認証装置。
（付記１１）
前記撮影光学系は、ローリングシャッタ方式のイメージセンサを有し、
前記第１乃至第Ｎの期間中の前記第１の照明エリア乃至第Ｎの照明エリアへの光の照射と、前記イメージセンサにおける対応する第１の露光エリア乃至第Ｎの露光エリア内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とを同期する同期部をさらに備えたことを特徴とする、付記１０記載の生体認証装置。
（付記１２）
前記第１乃至第Ｎの露光エリアは、夫々前記イメージセンサの１行に相当する面積以上、且つ、前記イメージセンサの総露光エリアの１／２以下の面積を有することを特徴とする、付記１１記載の生体認証装置。
（付記１３）
互いに隣接する２個の照明エリアのオーバーラップ部分に対応する露光エリアのオーバーラップ部分は、前記イメージセンサの１行以上に相当することを特徴とする、付記１１または１２記載の生体認証装置。
（付記１４）
前記同期部は、取得して前記バッファに転送した画像データの行数をカウントするカウント部と、転送した画像データの行数が１個の露光エリア内に存在する行数に達したか否かを判定する判定部を含むことを特徴とする、付記１１乃至１３のいずれか１項記載の生体認証装置。
（付記１５）
前記制御部は、転送した画像データの行数が前記イメージセンサの全行数に達したことを前記カウント部が判定するまで、前記第１乃至第Ｎの光源群のうち点灯する光源群を順次切り替えることを特徴とする、付記１０乃至１４のいずれか１項記載の生体認証装置。

以上、開示の照明装置及び生体認証装置を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

２−１〜２−Ｎ 露光エリア
１０ 照明領域
１０−１〜１０−４ 照明エリア
１１ 生体認証装置用センサ
１２ 撮影光学系
１３ 照明光学系
１４ 基板
１５ ＬＥＤ
１６ 回折光学素子
２１ 照明装置
５０ 生体認証装置
５１ 照明光学系の制御部
５２ 撮影光学系の制御部
１００ コンピュータ
１０１ ＣＰＵ
１０２ 記憶部
２０１ イメージセンサ

Claims (5)

1. 基板の表面に設けられたＭ個の光源と、
   前記光源からの光を、照明領域をＮ分割するＮ個の照明エリアを照射するように回折する回折光学素子と、
   第１乃至第Ｎの期間において、夫々Ｌ＝Ｍ／Ｎ個の光源を有する第１乃至第Ｎの光源群を時分割で点灯して、前記第１乃至第Ｎの光源群の点灯した光源からの光を、前記照明領域を形成する第１乃至第Ｎの照明エリアに時分割で順次照射する制御部を備え、
   前記Ｍ，Ｎは２以上の自然数であり、前記Ｌは１以上の自然数であることを特徴とする、照明装置。
2. 前記照明領域の面積は、前記基板の表面と平行な平面上の前記回折光学素子及び前記光源の占有面積より大きいことを特徴とする、請求項１記載の照明装置。
3. 前記第１乃至第Ｎの照明エリアを合わせて形成される前記照明領域における光強度分布は均一であることを特徴とする、請求項１または２記載の照明装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の照明装置と、
   前記照明領域を含む認証対象の生体画像を撮影する撮影光学系と、
   撮影された前記生体画像を生体テンプレートと照合して生体認証を行う照合部とを備えたことを特徴とする、生体認証装置。
5. 前記撮影光学系は、ローリングシャッタ方式のイメージセンサを有し、
   前記第１乃至第Ｎの期間中の前記第１の照明エリア乃至第Ｎの照明エリアへの光の照射と、前記イメージセンサにおける対応する第１の露光エリア乃至第Ｎの露光エリア内での行毎の画像データの取得及びバッファへの転送とを同期する同期部をさらに備えたことを特徴とする、請求項４記載の生体認証装置。

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