JP4954819B2 - 血管像入力装置および血管像読取装置 - Google Patents

Description

この発明は血管像入力装置および血管像読取装置に関する。

金融機関のＡＴＭ（自動取引装置）等に関連して、本人確認の手段として生体認証が実用化されつつある。生体認証は、個人の身体的な個体差を利用するものであり、個人ごとの固有の特徴である指紋や静脈パターン、虹彩パターン等が検出対象となることが多い。なかでも、掌や指の静脈パターンは、掌や指を検出装置の上に置くだけで検出でき、検出動作が容易であるところから広く普及しつつある。

静脈パターンを検出する方法としては、指の静脈パターンの３次元画像を透視撮影するものが特許文献１に開示されている。また、被写体である静脈パターンに対する撮影焦点を自動的に調整して撮影を行うものが特許文献２に開示されている。

特許文献１、２に開示された方法は、何れも静脈パターンの高精度な検出を課題としており、装置が複雑・高価になり易い。特許文献２記載のものは、検出対象の像を単一のレンズ系により撮像手段上に結像するものであるので、被写体から撮像面までの光学距離が長く装置の小型化が難しい。

一方において、静脈パターンの検出に求められる精度としては、例えば「指表面から１ｍｍ程度の位置にある太さ：１ｍｍ程度の静脈」を読取ることができれば十分である場合が殆どであり、このような場合にはより簡便な検出が求められる。

特開２００７−１１５０７２ 特開２００７−１１５０７２

この発明は上述した事情に鑑み、小型に構成でき、静脈像を簡便に画像情報として入力できる新規な血管像入力装置および血管像読取装置の実現を課題とする。

この発明の血管像入力装置は「静脈認証用の血管像入力装置」である。
即ち、静脈パターンにより個人を特定するために、血管像（静脈像）を画像情報として入力する装置である。
請求項１記載の血管像入力装置は、レンズアレイと、受光手段と、遮光手段と、照明手段とを有し、位置決め部が形成されている。

「レンズアレイ」は、平行平板状で、微小な凸レンズを２００ｄｐｉ〜５００ｄｐｉの配列密度でアレイ配列してなる。
「受光手段」は、受光面上に、レンズアレイの各凸レンズに１：１に対応する微小受光領域を有する。受光面は平面である。

「遮光手段」は、レンズアレイと受光手段との間に配設され「レンズアレイの各凸レンズとこれに対応する微小受光領域との間の非反射性導光路を形成する孔」が、レンズアレイの凸レンズの配列に対応して形成され、レンズアレイにおける「凸レンズごとの視野領域を微小受光領域ごとに独立」させる。
「照明手段」は、画像として取込むべき静脈部分を近赤外光により照明する。従って、遮光手段は少なくとも「照明手段の放射する近赤外光に対して遮光性」であることが必要である。

「位置決め部」は、レンズアレイにおけるレンズ面のアレイから所定の近接位置に形成され、認証すべき静脈部分に近い人体表面を位置決めする部分である。
この位置決め部により位置決めされた人体表面の内部の「静脈部分を含む面」からの近赤外光は、レンズアレイの個々の凸レンズにより、対応する微小受光領域へ伝送される。そして、受光手段の微小受光領域ごとの受光量が「１画素情報として、認証すべき静脈部分の画像情報」を構成する。

若干補足すると、レンズアレイにおける凸レンズの配列ピッチは、上記の如く２００ｄｐｉ〜５００ｄｐｉである。２００ｄｐｉはレンズの配列ピッチにして０．１２５ｍｍであり、配列密度が高くなるとレンズの配列ピッチはより小さくなる。この発明の血管入力装置では、レンズの配列ピッチが２００ｄｐｉ程度であれば「０．１ｍｍ程度の太さの静脈」を実用的には十分に読取ることができる。レンズアレイの配列密度が大きくなればそれだけ、入力する血管像の解像度が高くなるが、個々の凸レンズの開口数が小さくなり、レンズアレイの各凸レンズが「暗いレンズ」となって個々の微小受光領域が受光する光量が落ちるので、血管像入力に時間を要することとなって好ましくない。このような観点からして、凸レンズの配列ピッチの上限は５００ｄｐｉ程度である。

「視野領域」は、検出の対象である「生体内の血管の状態」に対して、１個の凸レンズが対応する領域であり、遮光手段が「視野領域を微小受光領域ごとに独立させる。」とは、遮光手段による遮光により「１個の凸レンズに対応する微小受光領域には、この１個の凸レンズの視野領域からの光のみが導光される」ことを意味する。

照明手段が放射する「近赤外光」は波長にして凡そ７００〜１０００ｎｍの光である。この波長領域の近赤外光は「血管（静脈）中を流れる血液中のヘモグロビン」により良く吸収される一方、生体中の筋肉や脂肪、骨組織等により良く散乱されるので、生体中の静脈の「他の組織に対するコントラスト」を大きくできる。照明手段による近赤外光の照射は、例えば、指の静脈パターンを血管像として入力する場合であれば、上記接触面の側から照射して指の内部により散乱させて「検出するべき静脈パターンを照明」してもよいし、指の背面から指を透過させるように照射してもよい。

「非反射性導光路」は、これを形成する孔の周壁が非反射性であることを意味する。即ち、レンズアレイの各凸レンズとこれに対応する微小受光領域との間の非反射性導光路を形成する孔は、孔に対応する凸レンズからの光を孔の周壁で反射させることなく、対応する微小領域に導光するのが理想であり、また、孔に対応しない他の凸レンズからの光を孔の周壁で、吸収して「孔に対応する微小領域」に対して遮光する。このようにして「凸レンズごとの視野領域を微小受光領域ごとに独立」させるのである。

また「位置決め部」は、認証すべき静脈部分に近い人体表面を位置決めする部分であり、後述する実施例の場合のように、レンズアレイにおけるレンズ面のアレイから所定の近接位置に「上記人体表面を接触させて位置決めする接触面」として形成することができるが、これに限らず、レンズ面のアレイから所定の位置に上記人体表面を位置決めするように、例えば、レンズアレイの透明カバーの周囲に位置決め用のガイド部を設け、このガイド部により、上記人体表面が透明カバー表面に非接触で位置決めされるようにすることもできる。

請求項１記載の血管像入力装置は、レンズアレイの各凸レンズに１：１に対応する微小受光領域の個々が「複数の受光部で構成され、これら複数の受光部の出力和が１画素情報を構成」することを特徴とする。

請求項１記載の血管像入力装置における受光手段を「レンズアレイにおける凸レンズの配列ピッチに比して小さいピッチで微小な受光部を均一に配列したもの」とし、遮光手段の「非反射性導光路を形成する各孔の受光手段側における開口部」が、個々の微小受光領域を構成する受光部の配列領域を画定するようにしてもよい（請求項２）。

請求項１または２記載の血管像入力装置において、レンズアレイの各凸レンズは「視野領域における静脈部の１倍以下の像」を受光手段の微小受光領域上もしくはその近傍に結像させることが好ましい（請求項３）。

請求項１〜３の任意の１に記載の血管像入力装置における「レンズアレイ」は平行平板状であるが、その一方の面が平面に形成され、他方の面に微小な凸レンズのレンズアレイが形成され、レンズアレイの形成された側の面が受光手段側に向けられ、上記平面に形成された面が「認証すべき静脈部分に近い人体表面を接触させて位置決めする位置決め部」をなすように構成することができる（請求項４）。

このように、レンズアレイに形成される凸レンズのアレイは「レンズアレイの片面のみに形成」することもできるが、全体として凸レンズの作用をなす２面のレンズ面を平板状の基板の両面に光軸を共有させて形成しても良い。このような場合には、例えば、受光手段とは逆側のレンズ面のアレイの上に「レンズアレイとは別体の薄い平行平板」を配置してその表面を接触面とするか、あるいは「受光手段とは逆側の面」自体を接触面とすれば良い。

請求項１〜４の任意の１に記載の血管像入力装置における「レンズアレイと受光手段との間に配設される遮光手段」は、光軸方向の一端をレンズアレイに当接させ、他端を受光手段の受光面に当接させ、レンズアレイと受光手段との間隔を保持するスペーサとして機能することができる（請求項５）。遮光手段における光軸方向は、非反射性導光路を形成する孔に対応する凸レンズの光軸方向である。

請求項１〜５の任意の１に記載の血管像入力装置は、レンズアレイにおける凸レンズの配列および受光手段における微小受光領域の配列が２次元的である（勿論、遮光手段における非反射性導光路用の孔の配列も２次元的となる。）ことができるが（請求項６）、レンズアレイにおける凸レンズの配列および受光手段における微小受光領域の配列を１次元的とする（勿論、遮光手段における非反射性導光路用の孔の配列も１次元的とする。）こともできる（請求項７）。

この発明の血管像読取装置は、請求項１〜７の任意の１に記載の血管像入力装置におけるレンズアレイおよび受光手段および遮光手段を有し、レンズアレイにおけるレンズ面のアレイから所定の近接位置に、認証すべき静脈部分に近い人体表面を位置決めする位置決め部が形成されていることを特徴とする（請求項８）。
即ち、血管像読取装置は、上に説明した請求項１〜７の任意の１に記載の血管像入力装置から照明手段を除いたものである。

請求項９記載の血管像入力装置は、請求項８記載の血管像読取装置を複数個「認証すべき静脈部分を有する人体表面の所望の領域」に合わせて配列し、読取るべき領域を１以上の照明手段により近赤外光で照明するように構成されたことを特徴とする。

上記の如く、この発明の血管像入力装置では、静脈内を流れる血液中のヘモグロビンにより良く吸収される波長領域の近赤外光が「認証すべき静脈部分を有する人体部分」に照射されるが、生体内の筋肉や脂肪、骨組織は近赤外線を良く散乱させるので、結局、接触面に接触させた人体表面（例えば掌面や指の表面）に最も近い部分（皮膚表面から１〜２ｍｍの位置）にある静脈以外の部分は、散乱により「略均一な背景」と化し、接触面に最も近い静脈の状態が検出の対象となる。検出対象となる「接触面に最も近い静脈の状態」を、便宜上「被検静脈パターン」と呼ぶことにする。

すると、この被検静脈パターンは、レンズアレイを構成する凸レンズごとの視野領域に分割され、このように分割された視野領域ごとの「被検静脈パターン部分」からの近赤外光が、凸レンズにより「この凸レンズに対応する微小受光領域」へ導光されて電気信号に変換される。このとき、遮光手段が「視野領域を微小受光領域ごとに独立」させるので、遮光手段による遮光により「１個の凸レンズに対応する微小受光領域には、この１個の凸レンズの視野領域からの光のみが導光される」ことになる。

即ち、被検静脈パターンは「レンズアレイを構成する各凸レンズの視野領域」を１画素として電気信号化される。このように、この発明の血管像入力装置において入力画像となるのは、視野領域の一つ一つから対応する微小受光領域へ導光される光量の「全ての微小受光領域における分布」である。従って、レンズアレイの個々の凸レンズにより導光される光は、必ずしも「凸レンズに対応する微小受光領域に結像」する必要はなく、仮に結像していたとしても、結像された像が入力画像に反映されるわけではなく、１つの微小受光領域に導光される光量が「１画素を表す情報」とされるのである。

このように、レンズアレイの各凸レンズは被検情報パターンの「視野領域の像を微小受光領域に結像」させる必要は必ずしもないが、請求項３に記載されたように「レンズアレイの各凸レンズが、視野領域における静脈部の１倍以下の像を受光手段の微小受光領域上もしくはその近傍に結像させる」ようにすると、微小受光領域へ導光される光の集光性が高まるので、入力する画像のコントラストを高くし易い。また、このようにすると、レンズアレイと受光手段との間隔を短縮できる。

以上の説明から明らかなように、この発明の血管像入力装置で入力される画像情報は、レンズアレイにおける「１個の凸レンズに対応する視野領域の情報を１画素情報として単純化したもの」であるから、入力される画像情報の解像度はレンズアレイにおける凸レンズの配列密度に依存するが、凸レンズの配列密度は２００ｄｐｉ〜５００ｄｐｉ程度であり、この範囲の配列密度であれば実用上十分な解像度を持った画像情報を構成することができる。

以上に説明したように、この発明によれば新規な血管像入力装置・血管像読取装置を実現できる。この発明の血管像読取装置は２００ｄｐｉ〜５００ｄｐｉの配列密度をもった微小な凸レンズのレンズアレイを用いるので、生体表面を接触させる接触面から受光手段に至る距離を小さくでき、従って薄型すなわち小型に構成でき、静脈像を簡便に画像情報として入力できる。また、１個の凸レンズに対する視野領域の情報を１画素情報に単純化するので「個々の凸レンズにより結像された画像を画像処理する場合」とは異なり、複雑な画像処理を必要としない。

以下、実施の形態を説明する。
図１は、血管像入力装置の参考形態を説明するための図である。この例では、指の静脈パターンを画像入力の対象としている。
図１（ａ）において、符号１０はレンズアレイ、符号２０は遮光手段、符号３０は受光手段、符号４１、４２は照明手段を示し、符号０は指、符号０１は「画像として取込むべき静脈部分（即ち、認証すべき静脈部分）」をそれぞれ示している。

レンズアレイ１０は平行平板状であって、微小な凸レンズＬを２００ｄｐｉ〜５００ｄｐｉ程度の適宜の配列密度で２次元的に配列してなる。凸レンズＬの２次元配列は正方配列（互いに直交する方向へ、同一ピッチで碁盤の目のように配列した配列形態）である。この形態においては、凸レンズＬは平行平板状のレンズアレイ１０の片面（図で下方の面）のみに形成されており、反対側の面（図で上方の面）は「認証すべき静脈部分０１に近い人体表面（指０の表面）」を接触させて位置決めする位置決め部としての接触面１１となっている。

受光手段３０は、微小な光センサＰＳを「レンズアレイ１０の個々の凸レンズＬと１：１で対応させて、２次元の正方配列で配列」し、各光センサＰＳの微小なセンサ面が「受光面３１である共通の平面上に配列される」ように一体化した構成のものである。図に示すように、各光センサＰＳは、対応する凸レンズＬの光軸上に位置する。この例では各光センサＰＳの微小なセンサ面が「微小受光領域」である。

遮光手段２０は平行平板状であって、レンズアレイ１０と受光手段３０との間に配設され、各凸レンズＬとこれに対応する「微小受光領域（光センサＰＳの微小なセンサ面）」との間の「非反射性導光路を形成する孔」が、レンズアレイ１０の凸レンズＬの配列に対応して形成され、レンズアレイ１０における凸レンズＬごとの視野領域を、微小受光領域ごとに独立させる。図１（ａ）において符号Ｈは非反射性導光路を形成する孔を相互に隔てる壁部を示す。「孔の周壁」である壁部Ｈは遮光性である。遮光手段２０を遮光性とするには、遮光手段２０を遮光性材料で形成してもよいし、他の材料で形成して孔部や他の部分に遮光性の塗料を塗布しても良い。

図１（ｂ）は、レンズアレイ１０における凸レンズＬの正方配列の一部として、４個の凸レンズＬの配列と、これら４個の凸レンズに対応する「非反射性導光路を形成する孔」を持つ遮光手段２０の関係を示している。遮光手段２０の壁部は、凸レンズＬの光軸方向から見ると、孔の周面が図の如く、凸レンズＬのレンズ周縁に近接するように構成されている。これは、１つの凸レンズに対して、隣接する凸レンズに対応する視野領域からの光が迷光として作用しないようにするための方策であり「凸レンズＬごとの視野領域を微小受光領域ごとに独立させる」ための方策の１つである。このようにするかわりに、遮光手段２０の孔の長さを長くすることによっても、隣接する凸レンズに対応する視野領域からの光が迷光として作用しないようにすることができる。

図１（ｃ）は、レンズアレイ１０における凸レンズＬの「正方配列の一部」として、４個の凸レンズＬの配列と、これら４個の凸レンズに対応する「視野領域」との関係を示している。符号Ｓで示す視野領域は、凸レンズＬの２次元配列に対応して「互いに密」に設定されている。図１（ｃ）に示す１つの凸レンズＬ１とこれに対応する視野領域Ｓ１を例にとって説明すると、視野領域Ｓ１は対応する凸レンズＬ１の光軸上にあり、視野領域Ｌ１からの光（近赤外光）は、この視野領域Ｓ１に対応する凸レンズＬ１のみにより受光手段へ導光される。これを実現するために遮光手段２０が用いられるのである。

光源手段４１、４２は、略７００〜１０００ｎｍの波長領域内に発光波長を持つ適宜の光源、例えば、半導体レーザや固体レーザ、ＬＥＤ等を用いることができ、指０を接触面１１の側から照明する。この例では光源手段を２個としているが、さらに多くの照明手段を設けても良い。また、１以上の照明手段を、図１における指０よりも上方に設け、接触面１１上におかれた指０を上方から照明するようにしてもよい。

図１（ａ）に示すように、生体認証を受ける被認証者が指０を接触面１１上に接触させた状態で光源手段４１、４２を発光させると、放射された近赤外光は指０の内部に入り込み、指１０の内部で筋肉、脂肪、骨組織等で一様に散乱された状態となるが、静脈部分ではヘモグロビンに吸収される。その結果、接触面１１に接触した指０の表面から１〜２ｍｍのところにある静脈部分０１が、位置決めされて読取り得る状態となり、静脈部分０１よりも指の内部（図１（ａ）で上方）にある静脈は近赤外光の散乱で「静脈部分０１に対する略均一な濃度をもった背景」になってしまう。

静脈部分０１は検出対象となる「接触面に最も近い静脈の状態」であり、先に「被検静脈パターン」と呼んだものであり、以下、被検静脈パターン０１と呼ぶことにする。

図１（ｄ）は、被検静脈パターン０１を含む面からの近赤外光が、レンズアレイの各凸レンズにより微小受光領域へ導光される状態を説明図的に示している。符号Ｌ１１、Ｌ１２はレンズアレイ１０において隣接する２個の凸レンズ、符号ＰＳ１１、ＰＳ１２は、凸レンズＬ１１、Ｌ１２にそれぞれ対応する光センサ（その微小なセンサ面が微小受光領域である。）を示している。

符号Ｓ１１、Ｓ１２は凸レンズＬ１１、Ｌ１２にそれぞれ対応する視野領域であり、被検静脈パターン０１の視野領域Ｓ１１に位置する部分からの光は、凸レンズＬ１１により対応する光センサＰＳ１１に導光され、被検静脈パターン０１の視野領域Ｓ１２に位置する部分からの光は、凸レンズＬ１２により対応する光センサＰＳ１２に導光される。その際、遮光手段２０の作用により「凸レンズごとの視野領域が、微小受光領域ごとに独立」したものとなるので、視野領域Ｓ１１からの光が光センサＰＳ１２に導光されることはなく、視野領域Ｓ１２からの光が光センサＰＳ１１に導光されることもない。

この参考形態例においては、図１（ｄ）に示すように、各視野領域からの光は、対応する凸レンズにより、微小受光領域上に縮小像を結像するようになっている。
なお、図１（ｄ）において符号Ｐは光センサ配列ピッチであり、凸レンズの配列ピッチ、非反射性導光路を形成する孔の配列ピッチと同一である。

こうして、受光手段３０の全ての光センサＰＳから「受光量に応じた出力信号」が得られる。かりに、受光手段３０における光センサの配列をマトリックスとしてＰＳｉｊと表し、光センサの個々に対応する視野領域の配列をマトリックスとしてＳｉｊ、光センサ：ＰＳｉｊから出力される出力信号をＳＧｉｊとしてそれぞれ表し、ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍとすると、被検静脈パターン０１の「読取り領域（画像情報として入力される領域）」は「視野領域のマトリックス：Ｓｉｊの全体」に対応し、受光手段の出力信号：ＳＧｉｊ（ｉ＝１〜ｎ、ｊ＝１〜ｍ）に対応する。

受光手段３０から得られる出力信号の総数は「ｎ×ｍ個」である。
従って、接触面１１に接触された人体表面内部の被検静脈パターン０１を含む面からの近赤外光は、レンズアレイ１０の個々の凸レンズにより対応する微小受光領域へ伝送され、微小受光領域ごとの受光量が１画素情報ＳＧｉｊとして、認証すべき静脈部分０１の画像情報を構成することになる。即ち、被検静脈パターンの視野領域：Ｓｉｊごとの情報を１画素分の情報として「出力信号：ＳＧｉｊの総体で表される画像情報」として入力されるのである。

即ち、図１を参照して、参考形態として説明した血管像入力装置は、静脈認証用の血管像入力装置であって、微小な凸レンズＬを２００ｄｐｉ〜５００ｄｐｉの配列密度でアレイ配列してなる平行平板状のレンズアレイ１０と、受光面３１上に、レンズアレイ１０の各凸レンズＬに１：１に対応する微小受光領域（光センサＳＰの微小なセンサ面）を有する受光手段３０と、レンズアレイ１０と受光手段３０との間に配設され、各凸レンズとこれに対応する微小受光領域との間の非反射性導光路を形成する孔が、レンズアレイ１０の凸レンズＬの配列に対応して形成され、レンズアレイ１０における凸レンズＬごとの視野領域を微小受光領域ごとに独立させる遮光手段２０と、画像として取込むべき静脈部分０１を近赤外光により照明する照明手段４１、４２とを有し、レンズアレイ１０におけるレンズ面のアレイから所定の近接位置に、認証すべき静脈部分０１に近い人体表面を位置決めする位置決め部として接触面１１が形成され、接触面１１に接触された人体表面内部の静脈部分０１を含む面からの近赤外光が、レンズアレイ１０の個々の凸レンズにより対応する微小受光領域へ伝送され、微小受光領域ごとの受光量が１画素情報として、認証すべき静脈部分０１の画像情報を構成するものである。

レンズアレイ１０の各凸レンズＬに１：１に対応する微小受光領域の個々が１個の受光部（光センサＰＳのセンサ面）で構成され、１個の受光部の出力が１画素情報を構成するものである。
レンズアレイの各凸レンズＬは、視野領域における静脈部の１倍以下の像を受光手段３０の微小受光領域ＳＰ上に結像させ、レンズアレイ１０の一方の面が平面に形成され、他方の面に微小な凸レンズＬのレンズアレイが形成され、レンズアレイの形成された側の面が受光手段３０の側に向けられ、平面に形成された面が、認証すべき静脈部分に近い人体表面を位置決めする位置決め部１１をなし、レンズアレイ１０と受光手段３０との間に配設される遮光手段２０は、光軸方向（図１（ａ）の上下方向）の一端をレンズアレイ１０に当接させ、他端を受光手段３０の受光面３１に当接させ、レンズアレイ１０と受光手段３０との間隔を保持するスペーサとして機能し、レンズアレイ１０における凸レンズの配列および受光手段３０における微小受光領域の配列が２次元的である。

また、レンズアレイ１０および受光手段３０および遮光手段２０は、レンズアレイ１０におけるレンズ面のアレイから所定の近接位置に、認証すべき静脈部分に近い人体表面を接触させる接触面１１が形成されて「血管像読取装置」を構成する。

図３に、発明の実施の形態を２例示す。繁雑を避けるため、混同の虞が無いと思われるものについては図１におけると同一の符号を付して上記説明を援用する。

図３に示す実施の形態と、図１に示した参考形態との差異は、主として受光手段と遮光手段の形態にある。
図３（ａ）、（ｂ）に示す実施の形態とも、受光手段３２が用いられているが、この受光手段３２は、レンズアレイ１０における凸レンズＬ１１、Ｌ１２・・の配列ピッチ：Ｐに比して小さいピッチで微小な受光部ＰＳ１を均一に配列したものである。このような受光手段は通常のＣＣＤエリアセンサ、ＣＭＯＳセンサ等を用いることができる。

このように、微小な受光部ＰＳ１の配列ピッチは、レンズアレイ１０における凸レンズＬ１１、Ｌ１２・・の配列ピッチ：Ｐに比して小さいので、レンズアレイ１０の各凸レンズに１：１で対応する微小受光領域の個々は「複数の受光部ＰＳ１で構成」される。

一方、図３（ａ）に示す例では、遮光手段２１の「受光面３１に接する側」が板状となっており、この板状部分の「非反射性導光路を形成する各孔の、受光手段側における開口部」の大きさは、レンズアレイ１０側の開口部に比して小さくなっている。また、図３（ｂ）に示す例では、遮光手段２２における「非反射性導光路を形成する各孔」は、孔の周面が、レンズアレイ１０側から受光手段３２の側に向かって、孔径が小さくなるようにテーパを形成されている。

図３（ａ）、（ｂ）に示す例は何れも、遮光手段の非反射性導光路を形成する各孔の、受光手段３２側における開口部が「個々の微小受光領域を構成する受光部ＰＳ１の配列領域」を画定する。なお、遮光手段の非反射性導光路を形成する各孔の「受光手段側の開口部」を、レンズアレイ側の開口部よりも小さくする理由は、レンズアレイ１０の個々の凸レンズＬ１１、Ｌ１２・・が被検静脈パターン０１の各視野領域Ｓ１１、Ｓ１２・・の縮小像を受光面上に結像させるようになっているからである。しかしこのことは必要条件というわけではなく「非反射性導光路を形成する孔の孔径は光軸方向に一様」であってもよい。

図３に示す例では、微小受光領域が「複数の受光部ＰＳ１の配列」で構成されるが、１個の微小受光領域に導光される光量はあくまでも、１画素分の情報として用いられるので、これらの例では「１つの微小受光領域を構成する複数の受光部ＰＳ１の出力和が１画素情報を構成する」ことになる。

即ち、図３に実施の形態を示す血管像入力装置（図には血管像読取装置の部分が示されている。）は、その特徴部分として、レンズアレイ１０の各凸レンズに１：１で対応する微小受光領域の個々が、複数の受光部ＰＳ１で構成され、これら複数の受光部の出力和が１画素情報を構成するものであり（請求項１）、受光手段３２は、レンズアレイ１０における凸レンズＬ１１、Ｌ１２・・の配列ピッチ：Ｐに比して小さいピッチで微小な受光部ＰＳ１を均一に配列したものであり、遮光手段２１、２２の、非反射性導光路を形成する各孔の、受光手段３２側における開口部が、個々の微小受光領域を構成する受光部ＰＳ１の配列領域を画定する（請求項２）。

上に説明した実施の各形態では「指の被検静脈パターン」を画像入力の対象とするものであり、血管像読取装置のサイズは、厚みは高々２ｍｍ弱程度、面積は１５ｍｍ×１０ｍｍ程度のものである。

図４に示す実施の形態では、被検静脈パターンが手ＨＮの「掌の静脈パターン」である場合であり、検出面積が大きいことに対応して面積が例えば４０ｍｍ×５０ｍｍ程度と大きい血管像読取装置１００を用いている。この場合、照明は、例えば、図示されない単数個もしくは複数個の照明光源を有するものを「手の甲の側」に設けて、手の甲の側から照射するようにすればよい。

この場合のように「検出面積が大きい」場合、図４に示すように「大面積の単一の血管像読取装置１００」を用いる代わりに、図５に示す例のように、図１の例で説明したような比較的小面積の血管像読取装置１０１、１０２、・・１０ｉ、・・１０Ｎを併設して、検出面積をカバーするようにしてもよい。この場合も照明は例えば、図示されない単数個もしくは複数個の照明光源を有するものを「手の甲の側」に設けて、手の甲の側から照射するようにすればよい。また、血管像読取装置１０１、１０２、・・１０ｉ、・・１０Ｎは掌の凹凸に合わせて図面に直交する方向への高さが異なっていても良い。

また、比較的小面積の血管像読取装置を複数用いる場合には、図６に示すように、血管像読取装置１０１、１０２、１０３、１０４を用いて「２指の異なる部分の被検静脈パターン」を入力するようにしたり、図７に示すように、血管像読取装置１０１、１０２、１０３を用いて「１指の異なる部分の被検静脈パターン」を入力するようにしたりすることができる。

図７の例では、血管像読取装置１０１、１０２、１０３を用いて、１指の「長さ方向の異なる部分」の被検静脈パターンを入力するようにしているが、例えば、図８に示す例のように、血管像読取装置１１１、１１２、１１３を、指０の正面および両側面に合わせて傾けて配置し、広い範囲の被検静脈パターン０１１、０１２、０１３を読取るようにしても良い。図６、図７、図８の何れの場合も、照明は指の甲の側から行うようにしても良いし、上に説明した例のように接触面の側から行っても良い。

即ち、図５、図６、図７、図８に示した実施の形態では、血管像読取装置が複数個、認証すべき静脈部分を有する人体表面の所望の領域に合わせて配列され、読取るべき領域が１以上の照明手段により近赤外光で照明される（請求項８）。

上には、レンズアレイにおける凸レンズの配列および受光手段における微小受光領域の配列が２次元的である場合を説明したが、図９に示す実施の形態のように、血管像入力装置１０５として「レンズアレイにおける凸レンズの配列および受光手段における微小受光領域の配列を１次元的としたもの」を用い、指０を矢印方向へシフトさせつつ、２次元領域の被検静脈パターンを読取り・入力するようにできる。照明は、１以上の光源を用い、指の腹の側から照明しても良いし、指の甲の側から照明しても良い。
上に図４〜図９に即して説明した「血管像読取装置」の個々は、図３に即して説明した構成のものが用いられる。

補足すると、レンズアレイにおける凸レンズの２次元的な配列は、上に説明した正方配列に限らず、千鳥状配列でもよい。また、視野領域の形状は凸レンズの配列形態により定まるから、例えば、凸レンズの配列を稠密６方状（ハニカム状）にすれば視野領域の形状もハニカム状になる。凸レンズのレンズ面の周縁部形状は、円形に限らず、６角形形状や三角形状、あるいは四角形状とし、遮光部材の「非反射性導光路を形成する孔の形状」も、レンズ面の周縁部の形状と合わせることができる。

そのほか、入力画像情報として出力されるデータに対してビニング処理を行い、データサイズを低減したり処理時間の短縮を図ったりすることもできる。

最後に、図１に示した参考形態例における血管像入力装置の部分に関する具体的な例を実施例として挙げる。

レンズアレイ１０として凸レンズの配列ピッチ：Ｐ＝０．１ｍｍのものを用い、各凸レンズの結像倍率を０．２５倍に設定した。凸レンズの配列は２次元正方配列とし、凸レンズの有効レンズ領域を直径：０．０８ｍｍの円形状領域とした。被検静脈パターン０１に対する凸レンズの視野領域は１辺が０．１ｍｍの正方形状とした。
遮光手段２０における非反射性導光路を形成する孔は、光軸方向から見た孔の形状が直径：０．０８２ｍｍの円形とし、凸レンズの配列に対応させて配列ピッチ：０．１ｍｍで２次元正方配列とした。非反射性導光路を形成する孔の孔径は光軸方向に一様である。

受光手段３０における受光部ＰＳの微小受光面は「１辺０．０２５ｍｍの正方形形状」とし、凸レンズの配列に対応させて配列ピッチ：０．１ｍｍで２次元正方配列とした。受光手段３０の受光面３１から接触面１１までの距離は０．７６ｍｍであり、被検静脈パターン０１は「レンズアレイ１０に対する物体距離」が１ｍｍ（指０の内部の位置）であるとした。また、可視光が迷光として作用するのを防ぐために、接触面１１には近赤外光を透過させ、可視光を遮断するフィルタ膜を形成した。

以上の条件を基に、シミュレーションにより静脈太さが１ｍｍの場合と０．１ｍｍの場合につき、被検静脈パターンからの光が、個々の微小受光領域にどのように導光されるかをシミュレーションにより調べた。結果を図２（ａ）、（ｂ）に示す。

図２（ａ）は血管太さ：１ｍｍの場合、（ｂ）は血管太さ：０．１ｍｍの場合である。これらの図における横軸は「静脈太さ方向の距離」をｍｍ単位で示し、静脈太さ方向中央部に対応する位置を０としている。また、縦軸は微小受光領域である受光部ＰＳが受光する受光量を示し、上方へ向かって減少し、縦軸最上の光量を０．０、最下の光量を１としている。

図から明らかなように、直径：１ｍｍ、０．１ｍｍの静脈とも、極めて解像度良く読取ることができている。
上に説明した実施例は「参考形態例」の具体例であるが、この実施例における受光手段３０を、図３において説明した受光手段３２に変えることによって、この発明の血管像入力装置の具体的な実施例となる。

血管像入力装置の参考形態例を説明するための図である。 図１の参考形態例におけるシミュレーション結果を示す図である。 血管像入力装置の実施の形態の特徴部分を説明するための図である。 血管像入力装置の実施の他の形態を説明するための図である。 血管像入力装置の実施の他の形態を説明するための図である。 血管像入力装置の実施の他の形態を説明するための図である。 血管像入力装置の実施の他の形態を説明するための図である。 血管像入力装置の実施の他の形態を説明するための図である。 血管像入力装置の実施の他の形態を説明するための図である。

符号の説明

０ 指
０１ 認証すべき静脈部分（被検静脈パターン）
１０ レンズアレイ
２０ 遮光手段
３０ 受光手段
Ｌ 凸レンズ
ＰＳ 微小受光領域（光センサ）
Ｓ 視野領域

Claims (9)

1. 静脈認証用の血管像入力装置であって、
   微小な凸レンズを２００ｄｐｉ〜５００ｄｐｉの配列密度でアレイ配列してなる平行平板状のレンズアレイと、
   受光面上に、上記レンズアレイの各凸レンズに１：１に対応する微小受光領域を有する受光手段と、
   上記レンズアレイと受光手段との間に配設され、上記各凸レンズとこれに対応する微小受光領域との間の非反射性導光路を形成する孔が、上記レンズアレイの凸レンズの配列に対応して形成され、上記レンズアレイにおける凸レンズごとの視野領域を上記微小受光領域ごとに独立させる遮光手段と、
   画像として取込むべき静脈部分を近赤外光により照明する照明手段とを有し、
   上記レンズアレイにおけるレンズ面のアレイから所定の近接位置に、認証すべき静脈部分に近い人体表面を位置決めする位置決め部が形成され、
   上記位置決め部により位置決めされた人体表面の内部の上記静脈部分を含む面からの近赤外光が、上記レンズアレイの個々の凸レンズにより対応する上記微小受光領域へ伝送され、微小受光領域ごとの受光量が１画素情報として、上記認証すべき静脈部分の画像情報を構成し、
   上記レンズアレイの各凸レンズに１：１で対応する微小受光領域の個々が、複数の受光部で構成され、これら複数の受光部の出力和が１画素情報を構成することを特徴とする血管像入力装置。
2. 請求項１記載の血管像入力装置において、
   受光手段が、レンズアレイにおける凸レンズの配列ピッチに比して小さいピッチで微小な受光部を均一に配列したものであり、
   遮光手段の、非反射性導光路を形成する各孔の、受光手段側における開口部が、個々の微小受光領域を構成する受光部の配列領域を画定することを特徴とする血管像入力装置。
3. 請求項１または２記載の血管像入力装置において、
   レンズアレイの各凸レンズが、視野領域における静脈部の１倍以下の像を受光手段の微小受光領域上もしくはその近傍に結像させることを特徴とする血管像入力装置。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の血管像入力装置において、
   レンズアレイの一方の面が平面に形成され、他方の面に微小な凸レンズのレンズアレイが形成され、レンズアレイの形成された側の面が受光手段の側に向けられ、上記平面に形成された面が、認証すべき静脈部分に近い人体表面を位置決めする位置決め部をなすことを特徴とする血管像入力装置。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の血管像入力装置において、
   レンズアレイと受光手段との間に配設される遮光手段が、光軸方向の一端をレンズアレイに当接させ、他端を受光手段の受光面に当接させ、上記レンズアレイと受光手段との間隔を保持するスペーサとして機能することを特徴とする血管像入力装置。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載の血管像入力装置において、
   レンズアレイにおける凸レンズの配列および受光手段における微小受光領域の配列が２次元的であることを特徴とする血管像入力装置。
7. 請求項１〜５の任意の１に記載の血管像入力装置において、
   レンズアレイにおける凸レンズの配列および受光手段における微小受光領域の配列が１次元的であることを特徴とする血管像入力装置。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載の血管像入力装置におけるレンズアレイおよび受光手段および遮光手段を有し、上記レンズアレイにおけるレンズ面のアレイから所定の近接位置に、認証すべき静脈部分に近い人体表面を位置決めする位置決め部が形成されていることを特徴とする血管像読取装置。
9. 請求項８記載の血管像読取装置を複数個、認証すべき静脈部分を有する人体表面の所望の領域に合わせて配列し、読取るべき領域を１以上の照明手段により近赤外光で照明するように構成されたことを特徴とする血管像入力装置。

Images