JP2018005723A

JP2018005723A - 生体認証装置

Info

Publication number: JP2018005723A
Application number: JP2016134213A
Authority: JP
Inventors: 大坪　宏安; Hiroyasu Otsubo; 宏安大坪
Original assignee: Maxell Holdings Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】指紋の認証精度の高い光学式で薄く小型なことによりモバイル用途で利用可能となり、モバイル用途に展開できることにより市場規模の拡大が見込める生体認証装置を提供する。【解決手段】生体認証装置は、指の指紋の部分が接触させられるカバーガラス１と、カバーガラス１に接触する指ｆの非接触部分に光を入射させる照明手段７と、指ｆが接触したカバーガラス１を撮像する撮像装置３とを有する。カバーガラス１と撮像装置３との間には、カバーガラス１から撮像装置３に光を導くプリズム２を有する。プリズム２は、カバーガラス１からの光が入射する入射面２１と、入射面２１に対してカバーガラス１の面方向に離れる出射面２２と、光を反射して光の方向を変えながら光を入射面２１から出射面２２に導く複数の反射面２３〜２６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、指紋による生体認証を行う生体認証装置に関する。

指紋認証装置（生体認証装置）では、指紋の読取方法として、イメージセンサを用いる光学方式とタッチセンサ等を用いる静電容量方式が知られているが、静電容量方式の指紋認証装置（例えば、特許文献１参照）では、薄く安価な装置が実現できており、ノートパソコン等のパソコンや、スマートフォン、タブレット等に広く使われている。

しかし、静電容量方式の指紋認証装置は、必ずしも認証精度が高くなく、個人差もあるが登録した指紋での認証に続けて失敗することなどがあり、指紋認証の認証確率が低くなってしまい、使い勝手が悪い場合がある。また、登録されていない指紋を間違って認証する確率をほぼ０とすることが難しい。

それに対して光学式の装置は、認証精度、認証確率が高く、認証に失敗することが少ないことから使い勝手が良い。なお、光学方式の指紋認証には、例えば２次元イメージセンサ上にカバーガラスを配置し、指の指紋の部分をカバーガラスに接触させるとともに指に光を入射させる装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この装置では、指に入射した光が指内部から散乱光として出射される際に、カバーガラスに接触する指紋の尾根筋（突条）部分からは光が直接カバーガラス内に入射する。これにより、この尾根筋部分が明るくなるのに対して、カバーガラスに接触しない谷筋（溝）部分からは光が散乱光として空間に出射された後に一部がカバーガラスに入射することになるので、谷筋が尾根筋より暗くなる。このような明暗の差をイメージセンサで読み取ることで、明確な指紋の画像をコンスタントに得ることができる。この場合に、イメージセンサの大きさは、指の指紋を読み取られる範囲の大きさ以上となるが認証精度は高くなる。

特開２００５−２３３６８８号公報特開２０００−２１７８０３号公報

上述のように光学式の指紋認証装置を用いれば、認識精度が高くなるが、イメージセンサが大きいとイメージセンサのコストが高くなり、指紋認証装置が高価になってしまう。小さくて安いイメージセンサを用いるためには、レンズ等を用いて小さなイメージセンサに指紋を小さく結像させる必要があるが、その場合に、小さく結像させるために被写体（カバーガラス）とイメージセンサとの間に距離が必要となり、指紋認証装置が厚くなってしまい、モバイル端末に設置することが困難になってしまう。

また、銀行のＡＴＭ等においては、銀行カードを違法コピーしたり、偽造したりするとともに、パスワードを盗み、違法にお金の払い戻しを行う犯罪が増えている。このような、犯罪を防止するため、生体認証装置の市場が拡大している。また、ネットバンキング等における金銭の取り扱い、クレジットカードやプリペイドカードのモバイル端末への置き換えやネット通販での金銭の支払いにより、スマートフォン等のモバイル端末で金銭取引が可能となっている。このような金銭の取り扱いでの認証には、認証精度が高い生体認証装置が求められるが、小型の静電容量方式の生体認証装置は、他人の受け入れ率（誤認証率）が高く、また、本人の認証確率が低く、求められる認証精度が得られない。光学式は、認証精度が高いが、上述のようにコストが高いか、もしくは結像用の距離を必要として厚くなるため、モバイル用途では使い難かった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、指紋の認証精度の高い光学式で薄く小型なことによりモバイル用途で利用可能となり、モバイル用途に展開できることにより市場規模の拡大が見込める生体認証装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の生体認証装置は、指の指紋の部分が接触させられるカバーガラスと、
前記カバーガラスの周縁部または周囲から前記カバーガラスに接触する前記指の非接触部分に光を入射させる照明手段と、
前記照明手段により光を入射される前記指から前記カバーガラスを介して出射される光が入射する入射面、前記入射面から入射した光を反射する１つ以上の反射面および当該反射面で反射された光を出射する出射面を有するとともに、前記出射面が、前記カバーガラスの面方向に前記入射面から離れているプリズムと、
前記指紋の画像信号を生成するイメージセンサと、
前記プリズムの前記出射面から出射した光を前記イメージセンサ上に結像させる光学系とを有することを特徴とする。

このような構成によれば、指紋はイメージセンサで撮像されることにより、光学式生体認証装置となるが、プリズムの入射面から入射されて出射面から出射される光は、１つ以上の反射面で反射されることになり、入射面から出射面までの距離に対して、入射面から出射面に至る光の経路を長くすることができる。また、入射面と出射面とは、カバーガラスの厚み方向ではなく、厚み方向に直交する面方向に離れることで、入射面と出射面との間の距離を長くしている。

これらのことからプリズムの入射面から出射面に向かう光は、入射面と出射面とがカバーガラスの面方向に離れるとともに、入射面から出射面に向かう際に反射面で方向を変換しているので、カバーガラスに直交する方向である生体認証装置の厚み方向の長さを短くしても、被写体からイメージセンサまでの光の経路の長さを長くして、指の指紋の像を十分に縮小してイメージセンサに結像させることができる。
特に、被写体から光学系（レンズ）までの光の経路の長さを長くできるので、所定の画角で撮影する際に、当該画角に基づいて、被写体の像を縮小することができる。これにより、安価で小さいイメージセンサを用いることができる。

さらに、生体認証装置は、照明手段が指紋に光を照射して、この光に基づく指紋からの反射光をイメージセンサに撮像させるのではなく、カバーガラスに接触する指のカバーガラスに接触しない非接触部分（谷筋を指しているのではなく、指紋の周縁部やその外側の部分）に光を入射させ、指内部から散乱する光が出射され、この出射された光をイメージセンサで撮像するようになっている。

この場合に、指はカバーガラスに接触しているが、接触部分の周囲は、カバーガラスから離れており、この非接触部分に光を入射させるので、反射光で撮影する場合のように、被写体となる指紋部分と、照明との間にカバーガラスに直交する方向に距離を確保する必要がなく、カバーガラスと略同じ位置に照明手段を配置可能となり、生体認証装置をカバーガラスに直交する厚み方向に薄くすることが可能となる。

指をカバーガラスに接触させる際に、指紋の凹凸に基づいて尾根筋（突条）がカバーガラスに接触し、谷筋（溝）がカバーガラスから離れる。この場合に照明手段により入射されて指内部から散乱して出射する光は、指のカバーガラスに接触する尾根筋では、光が指からカバーガラスに直接通過して明るくなるのに対して、谷筋では、カバーガラスから離れた谷筋から出射した散乱光の一部は、カバーガラス内に入射せず、上述の尾根筋より暗くなり、指紋において、尾根筋と谷筋との間に明確な明暗の差が生じ、指紋に凹凸があれば、指の状態に係わらず、指紋の撮影が可能となるとともに、この指紋の画像を用いた認証における認証精度を高めることができる。
また、このカバーガラスを用いた方法に上述の指の非接触部分から指内に光を入射するための照明手段を用いることで、相乗的に、生体認証装置を薄くすることが可能となる。

本発明の前記構成において、前記プリズムの前記反射面が複数設けられるとともに、前記プリズムと空気との屈折率に基づいて前記入射面から前記出射面に向かう光を全反射させ、
前記カバーガラスの前記指が接触させられる接触面の反対側の背面に対して、前記プリズムの前記入射面が対向するとともに、前記入射面と前記背面との間に間隙が設けられ、前記入射面に入射した光が、前記入射面で反射することにより、前記入射面が前記反射面の１つを兼ねることが好ましい。

このような構成によれば、カバーガラスの背面と、プリズムの入射面との間に間隙を設けて空気の層を配置することで、入射面が全反射条件を満たし易い構成として、入射面を反射面と兼用可能とすることにより、プリズムのサイズに対して、反射面の数、すなわち、入射面から出射面に至る光の反射回数を多くすることで、プリズムのサイズに対して、入射面から出射面に至る光の経路を長くすることが可能となる。したがって、プリズムの小型化を図り、さらに生体認証装置の小型化を図ることができる。

また、本発明の前記構成において、前記カバーガラスは、ベース板の開口部に設けられ、前記ベース板には、前記照明手段として前記カバーガラスに接触させられる前記指の周囲に配置される導光部材と、当該導光部材に光を入射する光源とを備え、前記導光部材から前記指に向かって光が照射されるようになっていることが好ましい。

このような構成によれば、光源からの光を、導光部材を用いてカバーガラスに接触する指の周囲から指に入射させることができるので、生体認証装置の小型化を図るために、光源となる例えばＬＥＤを指に近接させた状態であっても、ＬＥＤに近い部分と離れた部分で大きな明るさの違いが生じるのを防止することができる。これらのことから生体認証装置のさらなる小型化を図ることができる。なお、薄い導光部材と薄いＬＥＤを用いるとともに、導光部材とＬＥＤを上下に重ねずに隣接させることで、生体認証装置のさらなる薄型化を図ることができる。

また、本発明の前記構成において、前記カバーガラスには、可視光を遮断して赤外光を透過するフィルタが設けられ、
前記照明手段が、前記フィルタを透過する波長の光を出射可能となっていることが好ましい。

このような構成によれば、フィルタにより、イメージセンサに向かう太陽光や室内照明等の可視光をカットし、照明手段の赤外光を通過させることができる。これにより太陽光や室内照明等の可視光の影響を抑制して、主に照明手段の光により指紋を撮像できるので、状況によって撮像された画像データの品質がばらつくのを抑制することができる。フィルタは、例えば、可視光を遮断して赤外光を透過するローパスフィルタ、または、近赤外の所定の波長帯域を透過し、それ以外の波長の光を遮断するバンドパスフィルタである。
また、フィルタが透過する波長帯域は、例えば、照明に使用されるＬＥＤの波長帯域に対応して設定される。また、使用されるＬＥＤの波長を決定する際に、近赤外の波長帯域において、太陽光（自然光）の分光分布において、強度の低い波長範囲を選択するものとしてもよく、この場合に太陽光に含まれる赤外光の影響も低減することができる。
なお、一般的なイメージセンサは、赤外カットフィルタを使用しなければ、赤外撮影が可能であり、さらにＲＧＢ等のカラーフィルタがあっても、カラーフィルタを赤外光が通過し、赤外光による撮影が可能である。

また、本発明の前記構成において、前記カバーガラス上に前記カバーガラスから離して前記指が配置された場合に、前記イメージセンサから静脈認証用画像を出力可能となることが好ましい。

このような構成によれば、指をカバーガラスから離した際に指から出射する光は、出射する場所が指紋の尾根筋でも谷筋でもカバーガラスから離れることで、明暗の差がなく、指紋の照合（認証）ができなくなるが、指内の静脈のパターンが透けて見えることになり、これをイメージセンサで画像とすることにより、静脈認証が可能となる。

本発明によれば、光学式の生体認証装置の小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る図であって、生体認証装置を示す断面図である。同、生体認証装置を示す平面図である。同、指紋の読取方法を説明するための図である。同、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は照明手段の形状の異なる例を示す平面図である。同、照明手段に照明されて撮像された画像の位置による輝度の違いを説明するグラフである。構造の一部を変更した生体認証装置を示す平面図である。指紋認証と静脈認証を切り替えて測定可能な生体認証装置を示す概略図であって、（ａ）が測定される指の長さ方向に沿う断面図であり、（ｂ）指の長さ方向と直交する方向に沿う断面図である。指紋認証と静脈認証を切り替えて測定可能な生体認証装置を示す概略図であって、（ａ）が測定される指の長さ方向に沿う断面図であり、（ｂ）指の長さ方向と直交する方向に沿う断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２に示すように、本実施の形態の生体認証装置は、指紋の光学式の認証が可能な装置であり、指ｆの指紋の部分を接触させるカバーガラス１と、カバーガラス１に接触する指ｆの指紋を撮像する撮像装置３と、カバーガラス１から撮像装置３に光を導くプリズム２と、前記カバーガラス１が取り付けられるベース板６と、カバーガラス１に接触する指を照明する照明手段７と、指紋読み取り時に指の位置を指示および規制する指ガイド１０と、カバーガラス１側からプリズム２に入射した光を最初に所定方向に反射させるミラー１２とを備える。

カバーガラス１は、例えば、平板状で矩形状のガラス板であり、指紋認証すべき指ｆの指紋部分を接触させるようになっている。このカバーガラス１は、指ｆの指紋を指紋の状態（状況：例えば、汚れ、色、皮脂などの違い）に係わらず、指紋をより精細に読み取るためのものであり、指ｆの指紋部分を、反射光により直接撮影した場合よりも、指紋の突条と溝とをより明確に読み取るようになっている。

図３に示すように、照明手段７により指ｆ内に入射した光は、指ｆの内部から外側に散乱光として出射される。カバーガラス１に指ｆを接触させた場合に、詳細に見ると、指ｆが一様にカバーガラス１に接触しているわけではなく、指ｆの指紋の突条１５部分が接触し、溝１６部分が非接触となっている。この場合に、指ｆ内で散乱した状態の光は、カバーガラス１に接触する部分で、指ｆ内からカバーガラス１内に光が通過し、この指紋の突条１５がカバーガラスに接触した部分が明るくなる。

一方の指ｆの指紋のカバーガラス１から離れた溝１６では、指ｆ内の光は、指紋の溝１６とカバーガラス１との間の空間に散乱光として出力され、散乱光の一部だけがカバーガラス１内に至るようになっており、指紋の突条１５とカバーガラス１が接触する部分より暗くなり、カバーガラス１に接触した指紋の突条１５と、接触しない溝１６とのコントラストの差が明確になり、指紋の読取を正確に行い、指紋認証の精度や認証確率を向上することができる。

また、カバーガラス１の指に接触する接触面またはその反対側の背面にローパスフィルタとなる層（膜）が形成されている。なお、ローパスフィルタに代えてバンドパスフィルタを用いるものとしてもよい。ローパスフィルタまたはバンドパスフィルタ等のフィルタの透過する波長や遮断する波長については、照明の光源となる後述のＬＥＤ８の発光波長帯域と合わせて説明する。

プリズム２は、図２に破線で示すように、カバーガラス１に直交する方向から見て矩形状の部材であり、その長手方向は、生体認証装置に測定時に配置される指の方向に直交する方向である。プリズム２は、図１に示すように前記指に直交する方向に沿う断面（側面）が台形状になっている。プリズム２の台形状の断面において、上底と下底とは、カバーガラス１の面方向と平行となっている。また、下底より上底が長くなっている。図１に示すプリズム２の台形状の断面において、図中左側の部分がカバーガラス１と上下に重なっている。

プリズム２の前記上底となる面のカバーガラス１と重なる部分が指からの光が入射する入射面２１となる。なお、台形状の断面を有するプリズム２には、台形の上底に対応する側面と、台形の下底に対応する側面と、台形の一方の脚に対応する側面と、台形の他方の脚に対応する側面とがあり、それぞれの側面は矩形状となっている。上述の入射面２１は、プリズム２において、台形の上底となる面の図中左側の部分である。また、図１には、破線で光の経路１３を図示しており、光の経路１３の指ｆの下でプリズム２に入る部分が入射面２１である。

光の経路１３に示すように、プリズム２の上底となる面の図中左側の入射面２１において、指ｆからの光が上底となる面と略直交するようにプリズム２に入射するようになっている。プリズム２の台形の断面の上底となる面の左部分から入射した光は、上底および下底に対して略直交した状態で、台形の左側の脚となる第１反射面２３に至るようになっている。第１反射面２３では、光の経路１３で示す光に対して屈折率に基づく全反射条件を満たしておらず、第１反射面２３で光を全反射できないので、ミラー１２が配置されて、光を反射するようになっている。第１反射面２３（ミラー１２）で反射された光は、光の経路１３に示すように、上底となる面の入射面２１の右隣となる第２反射面２４に至る。上底となる面の第２反射面２４から全反射された光は、下底となる第３反射面２５に至る。光の経路１３に示すように、下底である第３反射面で反射した光は、上底となる面の第２反射面の右隣の第４反射面２６に至り、第４反射面２６で反射した光は、前記台形の他方の脚となる出射面２２から出射する。この際に、出射面２２に略直交した状態で光が出射する。以上のように、プリズム２の台形状の断面において、上底となる面は、左側から入射面２１、第２反射面２４、第４反射面２６となっているが、これら面は例えば互いにオーバーラップしている。また、プリズム２において、台形の下底となる面が第３反射面であり、台形の図中左側の脚となる面が第１反射面２３であり、台形の右の脚となる面が出射面２２となっている。

なお、空気の屈折率は、ガラスの屈折率より小さく、ガラス側から空気側に向かう光の入射角が、屈折率に基づく臨界角より大きくなると、光の全反射が生じることになる。第１反射面２３における光の経路１３に基づく光の入射角は、臨界角を越えないので、ミラー１２により光を反射しているが、第２〜第４反射面は、屈折率に基づく全反射で光を反射している。

プリズム２のカバーガラス１側の上底となる側面、その反対側の下底となる側面には、それぞれ第２反射面２４および第４反射面２６と、第３反射面２５とが設けられるが、全反射するために、これらの側面は空気と接するようになっている。したがって、プリズム２とカバーガラス１との間には、間隙１１が形成されている。すなわち、プリズム２とカバーガラス１との間には隙間があり、この隙間が空気層となっている。また、ベース板６とプリズム２との間にも隙間が形成されている。なお、全反射条件を満足するものであれば、プリズム２の各反射面に隣接するのは空気に限られるものではない。

入射面から入射し、第１反射面２３、第２反射面２４、第３反射面２５、第４反射面２６を順次反射した光が出射面２２から出射し、撮像装置３に至るようになっている。図１には、指ｆからプリズム２を介して撮像装置３に至る光の経路１３を点線で図示しているが、この点線は、撮像装置３の後述のレンズ５の画角の中心を示すものであり、画角の範囲は、レンズ５の有効径から指ｆの指紋の撮影範囲に至る部分である。

撮像装置３には、撮像素子としてのイメージセンサ（ＣＭＯＳまたはＣＣＤ）４と、イメージセンサ４に被写体である指ｆの指紋を結像する光学系としてのレンズ５とを備える。
レンズ５は、所定の画角を有するものであり、この画角により、レンズ５の位置から上述のプリズム２内で反射を繰り返すとともに、カバーガラス１から撮像装置３に至る光の経路において、所定の指紋の撮影範囲をレンズ５の有効径内に収まる状態となっている。なお、レンズ５の画角、プリズム２の詳細な形状等は、光学設計により決定される。

前記ベース板６は、例えば、遮光筐体の一部であり、カバーガラス１が嵌め込まれる開口部を有するとともに、光を透過しない不透明な板状の部材からなるものである。ベース板６の表側には、照明手段７や指ガイド１０が設けられている。
照明手段７は、ベース板６のカバーガラス１が嵌め込まれた部分の周囲、すなわち、カバーガラス１に接触させられる指ｆの周囲に設けられる導光部材９と、導光部材９に光を入射させる光源としてのＬＥＤ８とを備えるものである。

導光部材９は、例えば、アクリル等の透明樹脂からなり、ＬＥＤ８から入射した光が全反射を繰り返しながら、導光部材９の長さ方向に通過する状態となるとともに、ベース板６側に設けた小さい複数のプリズム面により、光をベース板６の反対側で、カバーガラス１に接触する指ｆの接触部分の周囲の非接触部分に光を当てるようになっている。

そのため、導光部材９は、例えば、平面視して門形状で門形の中に指ｆが配置されるとともに、門形の開口側の反対側が指ｆの先端側となるとともに、この部分にＬＥＤ８が配置されている。ＬＥＤ８と導光部材９とは、カバ−ガラス１の面方向に並んで配置され、導光部材９にＬＥＤ８の発光部分が隣接した状態となっており、ＬＥＤ８の光が導光部材９に入射するようになっている。ＬＥＤ８は、この実施の形態において、ＬＥＤ８以外の光の影響を抑制するために、赤外光を発光するものである。例えば、ＬＥＤ８は、その発光の中心波長が、８４０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲にあるものを好適に用いることができる。この実施の形態において、太陽光やその他の照明光等の可視光による影響を取り除くために、上述のフィルタにより可視光を遮断して赤外光を透過するが、例えば、太陽光には赤外光が含まれるので、太陽光の影響を完全に排除することはできないが、太陽光の分光特性では、９４０ｎｍの成分の強度が弱くなっており、太陽光による影響を抑制するのに、この波長を発光の中心波長とするＬＥＤ８を用いてもよい。
但し、使用環境や、センサの感度特性等によって、９４０ｎｍの光より例えば８５０ｎｍを中心波長とするＬＥＤ８の方が好ましい場合もあり、使用するＬＥＤ８の波長は、使用状況やイメージセンサに合わせて最適なＬＥＤ８を選ぶことが好ましい。

カバーガラス１に設けられるフィルタの透過特性は、使用するＬＥＤ８の中心波長を含む波長帯域を透過し、この波長帯域以外の光をできるだけ遮断するものである。フィルタとして、ローパスフィルタを用いる場合には、ＬＥＤ８の中心波長より短い波長を遮断し、長い波長を透過する。例えば、ＬＥＤ８の発光の中心波長−５０ｎｍとなる波長より短い波長の光の入射を抑制し、中心波長−５０ｎｍとなる波長以上の波長を入射させるものであることが好ましい。より好ましくは、ＬＥＤ８の発光の中心波長―３０ｎｍより短い波長の光の入射を抑制し、中心波長＋３０ｎｍより長い。これにより、撮像される指紋の画像のコントラストの向上を図ることができる。

また、フィルタをローパスフィルタに代えて所定の波長帯域だけを透過するバンドパスフィルタとしてもよい。バンドパスフィルタの場合には、ＬＥＤの中心波長―５０ｎｍより短い波長と、中心波長＋５０ｎｍより長い波長の光の入射を抑制し、これらの波長の間となる波長の光を透過するのが望ましい。より好ましくは中心波長―３０ｎｍより短い波長と、中心波長＋３０ｎｍより長い波長の光の入射を抑制し、これらの波長の間となる波長の光を透過する。これにより、画像のコントラストの向上を図ることができる。

また、ＬＥＤ８の波長の上限は、イメージセンサ４で検知可能な波長となっている必要がある。また、ＬＥＤ８は、薄型であることが好ましい。上述のようにＬＥＤ８と導光部材９は、カバーガラス１の面方向に並んで配置されるので、カバーガラス１の直交方向に重ねてＬＥＤ８と導光部材９とを配置した場合に比較して、照明手段７をカバーガラス１の直交方向となる厚み方向に薄いものとすることができ、これにより生体認証装置をさらに薄くすることができる。

図２において、導光部材９を門形とし、門形の開口の反対側、すなわち、門形を２本の柱と、これら柱に架け渡される梁とからなる形状とすると、梁の中央部分にＬＥＤ８が配置され、ＬＥＤ８からの光が梁の中央で二分割され、各柱に光が供給される。ここで、導光部材９の柱となる部分は、指ｆの長手方向に沿って、指の左右に側部に対応して配置される。なお、導光部材９の梁の中央部分で、ＬＥＤ８の光を二分割するのは難しいので、導光部材９の形状としては、図４（ａ）に示すＵ字状のものや、図４（ｂ）に示すＶ字状のものが考えられ、梁部分の中央にＬＥＤ８を配置する場合よりも、湾曲部分や屈曲部分で光を分割するので、光を二分割し易いものとなる。しかし、組み立て誤差や導光部材９やＬＥＤ８の製造誤差等により、比較的正確に光を二分割することは困難であり、導光部材９の左部分と右部分とで明るさに差がついてしまう虞がある。そこで、図４（ｃ）に示すように、導光部材９を二つに分割し、分割された導光部材９のそれぞれに光源としてのＬＥＤ８を配置することが考えられる。この場合に、左右の導光部材９に略均等に光を供給可能となるが、コストが高くなる。上述のような照明手段７のいずれの構造を用いることも可能であり、指紋の読取精度と、コストとのバランスで決定すればよい。

照明手段７では、指ｆの左右から指ｆの指紋側の非接触部分に光を導入するようになっている。したがって、イメージセンサで撮像される画像は、上述の突条１５と溝１６の違いによる明暗を無視すると、図５のグラフに示すようになっている。図５のグラフでは、横軸が指ｆの中心線となる位置を距離０として、その左右で距離が大きくなる。縦軸は標準化された輝度である。このグラフに示すように、照明手段７の左右の導光部材９に近くなる部分の輝度が高く、導光部材９からの距離が遠い指ｆの中心線側が暗くなる。すなわち、イメージセンサから出力される指紋の画像データでは、指ｆの中心線部分が暗く、指の左右側縁部が明るくなる輝度むらが生じる。図５においては、一本の実線と２本の破線により、構造等の違いによる輝度ムラのパターンを三つ図示した。これらの場合に、イメージセンサ４の出力を、指紋認証を行う前にゲイン調整によりシェーディング補正して輝度ムラを補正する。すなわち、指ｆの中心線部分でも側部でも輝度が略一様になるように補正する。

指ガイド１０は、カバーガラス１に指を接触する際の指ｆの位置を案内する薄い凸部であり、指ガイド１０に沿って指ｆをカバーガラス１に接触させることで、指紋の読取時に略同様の位置に指ｆを配置することが可能となる。

図６は、生体認証装置の他の例を示すものであって、照明手段７が図４（ｂ）の構造となったものであり、照明手段７以外の構成は、図１および図２に示す生体認識装置と同様のものである。なお、以上、説明した構造は、基本的に生体認識装置における指紋の読取装置であり、生体認証装置では、読み取られた指紋と先に登録された指紋とを照合して、同じ指紋と判定できるか否かの処理を行い登録された指紋と読み取られた指紋が同一であると判定した場合に認証することになる。

本実施の形態では、指紋読取装置部分に特徴を有するものであり、生体認証装置における認証部分が指紋読取装置と同じ筐体内にあってもよいし、指紋読取装置の外側にあってもよい。例えば、ノートＰＣや、スマートフォンや、タブレット等のモバイル端末において、指紋読取装置が設けられ、指紋の照合と認証は、モバイル端末の記憶装置や演算処理装置が行うものとしてもよい。

また、本実施の形態の生体認証装置において、カバーガラス１から指ｆを離して、カバーガラス１に指ｆをかざした状態とすると、指を透過する光がイメージセンサ４に撮像されることになり、静脈のパターンが影となって写り込むことになる。したがって、指ｆをカバーガラス１に接触させずに近接させた状態として、静脈のパターンを撮像することにより、予め登録された静脈のパターンと新たに読み取られた静脈のパターンを照合して静脈認証を行うことが可能となる。

なお、静脈パターンの撮影においては、指ｆを通過する状態となるように、指ｆに光を当てることが好ましい。例えば、指ｆをカバーガラス１側から照らすのではなく、カバーガラス１の反対側から照らす構造となっていてもよい。しかし、カバーガラス１に置かれた指ｆをカバーガラス１の反対側から照明する構造では、小型化や薄型化が困難なので、例えば、図７および図８に示すような構造としてもよい。図７（ａ）（ｂ）は指紋認証している生体認識装置を示し、図８（ａ）、（ｂ）は、静脈認証している生体認証装置を示すものである。この生体認証装置は、上述の生体認証装置に対して、照明手段７の構造を変更したものであり、図７、図８に示す指紋認証の場合に、カバーガラス１の指ｆの左右位置から指ｆの断面において、指の左右側部の下側を照明する状態と、指の左右側部の上述の下側より上となる上側を照明する状態とを切り替えられるようにする。

指ｆの左右側部の下側を照らす照明手段７と、指ｆの側部の上側を照らす照明手段７とを配置する必要がある。この際に導光部材９、ＬＥＤ８からなる上述の照明手段７を、内側と外側に二重に配置する。図７、図８においては、二重に配置される照明手段７として、内側の導光部材９ａ、外側の導光部材９ｂを図示している。二重の導光部材９ａ、９ｂは、例えば、略Ｕ字状で、このＵ字状の導光部材９ｂの内側にＵ字状の導光部材９ａが配置されている。ここで、導光部材９ａ、９ｂにおいては、光の照射範囲がある程度調整されており、内側の導光部材９ａは、カバーガラス１に指紋側を接触させた状態の指のカバーガラス１との接触部分近傍（指側部の下側）を照らすようになっている。この場合に、指ｆに入射した光は、指内部の指紋近傍で散乱し、一部の光は、指紋側から指の外部に出射される。

外側の導光部材９ｂは、カバーガラス１から少し離れた状態の指の側部の上部を照らすようになっており、指の上部から静脈がある部分を通った光がカバーガラス１側に出射され静脈の影が静脈パターンとして写り込むようになっている。一方、指の側部の下側に照射された光は、静脈のある部分をあまり通らず、静脈の影が写り込まない。
また、指ガイド１０は、例えば、Ｕ字状ではなく、長円状や楕円状等の
閉じた形状となっており、指紋認証の場合には、指ガイド１０の内側に指先を入れて指紋部分をカバーガラス１に接触させる。静脈認証の場合には、指の先端が指ガイド１０の外側に少しでるようにする。このように指ｆを例えば長円状の指ガイド上に置くと、指の先端側と、それより少し指の付け根側とが指ガイド１０に載った状態となる。指ガイド１０は、カバーガラス１の表面より突出しているので、この状態で指ｆの先端側が指ガイド１０の厚みに対応する距離だけカバーガラス１から離れた状態となる。これにより、指をカバーガラス１から少し離すことで、静脈パターンの撮影が可能となるとともに、静脈認証時の指とカバーガラス１との間隔をいつも略一定とすることが可能となり、認証精度の向上を図ることができる。なお、導光部材９ａを有する照明手段と、導光部材９ｂを有する照明手段とを切り替えて使用できるようになっていることが好ましい。

このような生体認証装置においては、カバーガラス１に指を接触させ、導光部材９とＬＥＤ８とからなる照明手段７で、指ｆのカバーガラス１に接触していない部分をカバーガラス１側から照明し、指ｆ内に入射した光が上述のように外部に出射されることを利用して指紋を読み取るので、生体認証装置（指紋読取装置）のカバーガラス１に直交する厚み方向の厚さを薄くすることができる。

また、プリズム２によりカバーガラス１と撮像装置３との間の光の経路の距離を反射の繰り返しによって長くすることにより、撮影される指紋の範囲をそれよりかなり小さいイメージセンサ４に結像することが可能となり、小さなイメージセンサを用いることでコストダウンを図ることができるとともに、上述のようにプリズム２を用いることで、カバーガラス１に直交する厚み方向の長さを短くして、生体認証装置の薄型化を図ることができる。これにより、生体認証装置を薄いスマートフォン、タブレット、ノートＰＣに設置可能となる。

なお、プリズム２は、上述の形状に限られるものではない。例えば、プリズム２の断面形状は台形状に限られるものではなく、上底となる上面と下底となる下面とが互いに平行となっていなくてもよい。ここで、カバーガラス１に直交する方向をＺ方向、カバーガラス１上の指ｆの方向をＹ方向、カバーガラス１に沿って指ｆと直交する方向をＸ方向とした場合に、この実施の形態では、光は最終的にＸ方向に進み、プリズム２から出射されるが、この際にＺ軸方向に折り畳まれること、すなわち、Ｘ方向成分とＺ方向成分とを組み合わせた斜めのＸＺ方向に沿って反射を繰り返すことで被写体から撮像装置３までの実質的な距離を短くしている。

それに対して、プリズム２において、上述のように最終的にＸ方向に進む場合に、光の経路をＺ方向ではなく、Ｙ方向に折り畳むものとしてもよい。すなわち、上述のＸＺ方向の反射の繰り返しを９０度ずらしてＹＺ方向の反射の繰り返しとしてもよい。なお、上述の各反射は必ずしも繰り返す必要はなく、一回反射させる構成であってもよい。また、１つのプリズム２において、複数回反射を繰り返す場合に、光の経路を最初はＺ方向に折り畳み、その後の反射で折り畳み方向をＹ方向に変換して折り畳む構成としてもよい。さらに、折り畳み方向をＺ方向に戻すものとしてもよい。
プリズム２は、基本的に読み取られる指紋の範囲に対して小さなイメージセンサ４を用いる場合に、生体認諸装置の厚み、すなわち、カバーガラス１に直交する上述のＺ方向の寸法を短くするものであればよい。例えば、上述のように光の経路を折り畳むとともに、撮像方向を略Ｚ方向から略Ｘ方向または略Ｙ方向に変換するものである。

１カバーガラス
２プリズム
３撮像装置
４イメージセンサ
５レンズ（光学系）
６ベース板（遮光筐体）
７照明手段
８ＬＥＤ（光源）
９導光部材
１０指ガイド

Claims

指の指紋の部分が接触させられるカバーガラスと、
前記カバーガラスの周縁部または周囲から前記カバーガラスに接触する前記指の非接触部分に光を入射させる照明手段と、
前記照明手段により光を入射される前記指から前記カバーガラスを介して出射される光が入射する入射面、前記入射面から入射した光を反射する１つ以上の反射面および当該反射面で反射された光を出射する出射面を有するとともに、前記出射面が、前記カバーガラスの面方向に前記入射面から離れているプリズムと、
前記指紋の画像信号を生成するイメージセンサと、
前記プリズムの前記出射面から出射した光を前記イメージセンサ上に結像させる光学系とを有することを特徴とする生体認証装置。
前記プリズムの前記反射面が複数設けられるとともに、前記プリズムと空気との屈折率に基づいて前記入射面から前記出射面に向かう光を全反射させ、
前記カバーガラスの前記指が接触させられる接触面の反対側の背面に対して、前記プリズムの前記入射面が対向するとともに、前記入射面と前記背面との間に間隙が設けられ、前記入射面に入射した光が、前記入射面で反射することにより、前記入射面が前記反射面の１つを兼ねることを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
前記カバーガラスは、ベース板の開口部に設けられ、前記ベース板には、前記照明手段として前記カバーガラスに接触させられる前記指の周囲に配置される導光部材と、当該導光部材に光を入射する光源とを備え、前記導光部材から前記指に向かって光が照射されるようになっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体認証装置。
前記カバーガラスには、可視光を遮断して赤外光を透過するローパスフィルタが設けられ、
前記照明手段が、前記ローパスフィルタを透過する波長の光を出射可能となっていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の生体認証装置。
前記カバーガラス上に前記カバーガラスから離して前記指が配置された場合に、前記イメージセンサから静脈認証用画像を出力可能となることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の生体認証装置。