JP2016126379A

JP2016126379A - 認証用光学撮像装置及び認証システム

Info

Publication number: JP2016126379A
Application number: JP2014264101A
Authority: JP
Inventors: 船倉　治朗; Jiro Funakura; 治朗船倉
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-11

Abstract

【課題】少ない部品点数で収差を良好に補正できる小型の認証用光学撮像装置を提供する。
【解決手段】認証対象となる被写体Ｈに対して照明光Ｌを照射する光源２と、照明光Ｌの照射により得られる被写体Ｈの像Ｖを撮像する撮像素子３と、被写体Ｈの像Ｖを撮像素子３の撮像面３ａ上に結像させる光学素子４とを備え、光学素子４は、被写体Ｈで反射された光Ｌ’が入射する光入射面６ａと、撮像素子３に向けて光Ｌ’を出射する光出射面６ｂと、光入射面６ａと光出射面６ｂとの間で光Ｌ’を反射する複数の光反射面６ｃ，６ｄとを含む自由曲面プリズム６Ａを有し、少なくとも複数の光反射面６ｃ，６ｄは、自由曲面のレンズ面により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、認証用光学撮像装置及び認証システムに関する。

情報セキュリティーの分野では、情報システムの安全性や情報の機密性を保つため、ユーザーＩＤとパスワード（暗証番号）を設定し、認証された者だけが情報にアクセスできるようにすることが行われている。しかしながら、従来のパスワード等による認証では、パスワードの忘却等によって本人でも認証されなくなるおそれがある。また、パスワードの漏洩等によって他人が認証（不正アクセス）されてしまうおそれもある。

そこで、よりセキュリティーの高い認証システムとして、例えば、静脈や指紋、掌紋、虹彩、網膜などの身体的特徴を用いて認証を行う生体（バイオメトリクス）認証が普及し始めている。例えば、指の静脈を用いた認証（指静脈認証）システムでは、認証対象者の指（被写体）に近赤外線の照明光を照射し、この照明光の照射により得られる被写体の像（静脈の像）を撮像する。そして、撮像された認証画像と、認証対象として予め登録された登録画像とを照合し、認証画像が登録画像と合致するか否かの認証が行われる（例えば、特許文献１を参照。）。

特許第４８００７１３号公報

ところで、近年では、例えばスマートフォンやパーソナルコンピュータなどの個人で使用する情報機器端末にも、認証システムを搭載することが行われている。したがって、認証システムについては、これらの機器に搭載するため、更なる小型化の要求が高まってきている。

従来の認証システムでは、被写体の像を撮像素子の撮像面上に結像させるため、複数のレンズを並べて配置した構成となっている。また、認証システムでは、これら複数のレンズによって収差を補正することが行われている。

従来の認証システムでは、小型化を図るため、ミラー等を用いて光軸を折り曲げることが行われている。しかしながら、この場合、部品点数の増加を招くだけでなく、これらの光学部品を高精度に位置決めするための部品も必要となる。したがって、認証システムの更なる小型化を図るためには、少ない部品点数で収差を良好に補正することが求められる。

本発明の態様の一つは、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、少ない部品点数で収差を良好に補正できる小型の認証用光学撮像装置、並びにそのような認証用光学撮像装置を備えることによって、更なる小型化を可能とした認証システムを提供することを目的の一つとする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕本発明の一つの態様に係る認証用光学撮像装置は、認証対象となる被写体に対して照明光を照射する光源と、前記照明光の照射により得られる前記被写体の像を撮像する撮像素子と、前記被写体の像を前記撮像素子の撮像面上に結像させる光学素子とを備え、前記光学素子は、前記被写体で反射された光が入射する光入射面と、前記撮像素子に向けて光を出射する光出射面と、前記光入射面と前記光出射面との間で光を反射する複数の光反射面とを含む自由曲面プリズムを有し、少なくとも複数の前記光反射面は、自由曲面のレンズ面により構成されていることを特徴とする。

〔２〕前記〔１〕に記載の認証用光学撮像装置において、前記光入射面は、自由曲面のレンズ面により構成されていてもよい。

〔３〕前記〔１〕又は〔２〕に記載の認証用光学撮像装置において、前記光出射面は、自由曲面のレンズ面により構成されていてもよい。

〔４〕前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載の認証用光学撮像装置において、前記光反射面には、前記レンズ面を覆う反射膜が設けられていてもよい。

〔５〕本発明の一つの態様に係る認証システムは、前記被写体の像を撮像することで得られる認証画像と、前記認証対象として予め登録された登録画像とを照合し、前記認証画像が前記登録画像と合致するか否かの認証を行う認証システムであって、前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の認証用光学撮像装置を備えることを特徴とする。

以上のように、本発明の一つの態様によれば、少ない部品点数で収差を良好に補正できる小型の認証用光学撮像装置、並びにそのような認証用光学撮像装置を備えることによって、更なる小型化を可能とした認証システムを提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る認証用光学撮像装置の構成図である。本発明の第２の実施形態に係る認証用光学撮像装置の構成図である。本発明の第３の実施形態に係る認証システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明では、各構成要素を見易くするため、図面において構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

（認証用光学撮像装置）
［第１の実施形態］
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１に示す認証用光学撮像装置１Ａについて説明する。なお、図１は、本発明の第１の実施形態として示す認証用光学撮像装置１Ａの構成図である。

認証用光学撮像装置１Ａは、図１に示すように、例えば指Ｈの静脈Ｖを用いた生体認証（指静脈認証）システムにおいて、認証対象者の指（以下、被写体という。）Ｈに近赤外線の照明光Ｌを照射し、この照明光Ｌの照射により得られる被写体の像（静脈Ｖの像）を撮像するものである。

具体的に、この認証用光学撮像装置１Ａは、認証対象となる被写体Ｈに対して照明光Ｌを照射する光源２と、照明光Ｌの照射により得られる被写体Ｈの像を撮像する撮像素子３と、被写体Ｈの像を撮像素子３の撮像面３ａ上に結像させる光学素子４とを備えている。

また、認証用光学撮像装置１Ａは、図示を省略する筐体の内部に、光源２、撮像素子３及び光学素子４を収納し、筐体の一面にカバー板５を配置した構成となっている。なお、カバー板５は、照明光Ｌに対して透明なガラス板などが用いられている。

光源２には、照明光Ｌとして、例えば近赤外線の光を出射する小型のＬＥＤ(Light Emitting Diode)ランプなどを用いることができる。光源２は、カバー板５の主面に対して斜め方向に照明光Ｌを出射するように配置されている。

撮像素子３には、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device) やＣＭＯＳ(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像素子を用いることができる。撮像素子３は、光源２から斜め方向出射された照明光Ｌにより映し出された被写体Ｈの像（静脈Ｖの像）を撮像するため、光源２とは反対側の被写体Ｈから反射して戻ってくる光（以下、画像光という。）Ｌ’が入射する側に配置されている。

光学素子４は、１つの自由曲面プリズム６Ａにより構成されている。自由曲面プリズム６Ａは、画像光Ｌ’が入射する光入射面６ａと、撮像素子３に向けて画像光Ｌ’を出射する光出射面６ｂと、光入射面６ａと光出射面６ｂとの間で画像光Ｌ’を反射する複数（本実施形態では２つ）の光反射面６ｃ，６ｄとを含む多面体の光透過性部材からなる。また、各光反射面６ｃ，６ｄには、レンズ面を覆う反射膜７がそれぞれ設けられている。

自由曲面プリズム６Ａには、例えばガラス（硝材）や光学プラスチックなどを用いることができる。反射膜７には、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属膜を用いることができる。

光入射面６ａ、光出射面６ｂ及び複数の光反射面６ｃ，６ｄは、自由曲面のレンズ面により構成されている。ここで、「自由曲面」は、回転対称軸を持たない面の総称であり、非回転対称面とも呼ばれる。また、自由曲面の面関数としては、例えば、アナモルフィック非球面、トーリック非球面、又はその他の多項式などがある。

なお、自由曲面プリズム６Ａの各面のうち、上述した光入射面６ａ、光出射面６ｂ及び複数の光反射面６ｃ，６ｄ以外の面については、光学素子３の結像性能に影響を与えないように、遮光膜等で覆うことも可能である。

自由曲面プリズム６Ａは、画像光Ｌ’が入射する側に光入射面６ａを向けると共に、光出射面６ｂを撮像素子３の撮像面３ａに対向させた状態で配置されている。自由曲面プリズム６Ａは、光出射面６ｂを下方（カバー板５と対向する側とは反対側）に向けた状態で配置されている。このため、撮像素子３は、撮像面３ａを上方（カバー板５と対向する側）に向けた状態で、光出射面６ｂの下方に配置されている。

以上のような構成を有する認証用光学撮像装置１Ａでは、被写体Ｈの像を撮像素子３の撮像面３ａ上に結像させるための光学素子４を１つの自由曲面プリズム６Ａにより構成している。また、この自由曲面プリズム６Ａの光入射面６ａと、光出射面６ｂと、複数の光反射面６ｃ，６ｄとを自由曲面のレンズ面により構成することで、光入射面６ａから入射した画像光Ｌ’を複数の光反射面６ｃ，６ｄの間で反射し、光路を折り曲げながら、光出射面６ｂから撮像素子３の撮像面３ａに向けて画像光Ｌ’を出射する間に、収差を補正しつつ、撮像面３ａの中心部から周辺部まで画像光Ｌ’をほぼ均等に垂直入射させることができる。

したがって、この認証用光学撮像装置１Ａでは、少ない部品点数で収差を良好に補正することができ、装置全体の更なる小型化を図ることが可能である。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図２に示す認証用光学撮像装置１Ｂについて説明する。なお、図２は、本発明の第２の実施形態として示す認証用光学撮像装置１Ｂの構成図である。また、以下の説明では、上記認証用光学撮像装置１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

認証用光学撮像装置１Ｂは、光学素子４として、上記図１に示す自由曲面プリズム６Ａの代わりに、図２に示す自由曲面プリズム６Ｂを備えた構成である。図２に示す自由曲面プリズム６Ｂは、上記図１に示す自由曲面プリズム６Ａとは光出射面６ｂの向きが異なっている。すなわち、この自由曲面プリズム６Ｂは、光出射面６ｂを側方（カバー板５の面内における一方向）に向けた状態で配置されている。このため、撮像素子３は、撮像面３ａを側方（カバー板５の面内における一方向とは反対方向）に向けた状態で、光出射面６ｂの側方に配置されている。認証用光学撮像装置１Ｂのそれ以外の構成については、上記認証用光学撮像装置１Ａと基本的に同じ構成である。

以上のような構成を有する認証用光学撮像装置１Ｂでは、被写体Ｈの像を撮像素子３の撮像面３ａ上に結像させるための光学素子４を１つの自由曲面プリズム６Ｂにより構成している。また、この自由曲面プリズム６Ｂの光入射面６ａと、光出射面６ｂと、複数の光反射面６ｃ，６ｄとを自由曲面のレンズ面により構成することで、光入射面６ａから入射した画像光Ｌ’を複数の光反射面６ｃ，６ｄの間で反射し、光路を折り曲げながら、光出射面６ｂから撮像素子３の撮像面３ａに向けて画像光Ｌ’を出射する間に、収差を補正しつつ、撮像面３ａの中心部から周辺部まで画像光Ｌ’をほぼ均等に垂直入射させることができる。

したがって、この認証用光学撮像装置１Ｂでは、上記認証用光学撮像装置１Ａと同様に、少ない部品点数で収差を良好に補正することができ、装置全体の更なる小型化を図ることが可能である。

（認証システム）
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態として、例えば図３に示す認証システム１００について説明する。なお、図３は、本発明の第３の実施形態として示す認証システム１００の構成を示すブロック図である。

認証システム１００は、図３に示すように、上記何れかの認証用光学撮像装置１Ａ，１Ｂと、認証処理部５０とを備えている。認証処理部５０は、被写体Ｈの像を撮像素子３が撮像することで認証画像Ｎ又は登録画像Ｔを生成する画像生成部５１と、画像生成部５１で生成された登録画像Ｔを保存する画像登録部５２と、認証画像Ｎと登録画像Ｔとを照合し、認証画像Ｎが登録画像Ｔと合致するか否かの認証を行う画像認証部５３とを有している。

登録画像Ｔは、登録時に認証対象者の被写体（指）Ｈの像を撮像することで得られる静脈Ｖの画像である。認証画像Ｎは、認証時に認証対象者の被写体（指）Ｈの像を撮像することで得られる静脈Ｖの画像である。

画像生成部５１は、被写体（指）Ｈの像を撮像素子３が撮像することで得られた画像データから静脈Ｖの画像を抽出する。

画像登録部５２は、登録時に画像生成部５１で抽出された静脈Ｖの画像（登録画像）を認証対象者のＩＤコードと共に保存する。

画像認証部５３は、認証時に画像生成部５１で抽出された静脈Ｖの画像（認証画像Ｎ）と、予め登録されている認証対象者の静脈Ｖの画像（登録画像Ｔ）とを照合し、認証画像Ｎが登録画像Ｔと合致する場合は、認証を認可する。一方、認証画像Ｎが登録画像Ｔと合致しない場合は、認証を拒否する。

以上のような構成を有する認証システム１００では、上記何れかの認証用光学撮像装置１Ａ，１Ｂを備えることで、信頼性の高い認証を行うと共に、更なる小型化を図ることが可能である。したがって、この認証システム１００は、例えばスマートフォンやパーソナルコンピュータなどの個人で使用する情報機器端末に搭載することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記認証用光学撮像装置１Ａ，１Ｂでは、上述した自由曲面プリズム６Ａの光入射面６ａ、光出射面６ｂ及び複数の光反射面６ｃ，６ｄが自由曲面のレンズ面により構成されているが、少なくとも光反射面６ｃ，６ｄを自由曲面のレンズ面により構成すればよい。また、上記自由曲面プリズム６Ａは、２つの光反射面６ｃ，６ｄを含む構成となっているが、必要に応じて自由曲面のレンズ面により構成された光反射面の数を増やすことも可能である。

また、上記認証用光学撮像装置１Ａ，１Ｂでは、被写体Ｈから反射して戻ってくる光（反射光）により得られる被写体Ｈの像を撮像素子３で撮像する構成となっているが、被写体Ｈを透過した光（透過光）により得られる被写体Ｈの像を撮像素子３で撮像する構成であってもよい。

また、本発明を適用した認証用光学撮像装置及び認証システムは、上述した静脈を用いた認証以外にも、例えば、指紋や掌紋、虹彩、網膜などの身体的特徴を用いて認証を行う生体（バイオメトリクス）認証に対して幅広く適用することが可能である。

１Ａ，１Ｂ…認証用光学撮像装置２…光源３…撮像素子３ａ…撮像面４…光学素子５…カバー板６Ａ，６Ｂ…自由曲面プリズム６ａ…光入射面６ｂ…光出射面６ｃ，６ｄ…光反射面７…反射膜５０…認証処理部５１…画像生成部５２…画像登録部５３…画像認証部１００…認証システムＨ…指（被写体）Ｖ…静脈（被写体の像）Ｌ…照明光Ｌ’…画像光Ｔ…特録画像Ｎ…認証画像

Claims

認証対象となる被写体に対して照明光を照射する光源と、
前記照明光の照射により得られる前記被写体の像を撮像する撮像素子と、
前記被写体の像を前記撮像素子の撮像面上に結像させる光学素子とを備え、
前記光学素子は、前記被写体で反射された光が入射する光入射面と、前記撮像素子に向けて光を出射する光出射面と、前記光入射面と前記光出射面との間で光を反射する複数の光反射面とを含む自由曲面プリズムを有し、
少なくとも複数の前記光反射面は、自由曲面のレンズ面により構成されていることを特徴とする認証用光学撮像装置。
前記光入射面は、自由曲面のレンズ面により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の認証用光学撮像装置。
前記光出射面は、自由曲面のレンズ面により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の認証用光学撮像装置。
前記光反射面には、前記レンズ面を覆う反射膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の認証用光学撮像装置。
前記被写体の像を撮像することで得られる認証画像と、前記認証対象として予め登録された登録画像とを照合し、前記認証画像が前記登録画像と合致するか否かの認証を行う認証システムであって、
請求項１〜４の何れか一項に記載の認証用光学撮像装置を備えることを特徴とする認証システム。