JP5057921B2 - 指静脈画像入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、生体認証技術に関し、特に、指静脈認証装置に用いられる指静脈画像入力装置に関する。
従来、本人を認証するために、パスワード、鍵、印鑑等が用いられていた。近年、情報化社会の進展に伴い、本人であることを確認する技術の向上が強く要望されている。そこで、個人に固有な身体的特徴を利用した生体認証が注目を浴びている。生体認証は、利便性が高く、盗難、紛失、不正譲渡、忘却に対してセキュリティが高い等の利点を有する。
生体認証では、指紋、掌、顔、虹彩、声紋、静脈等の身体的な特徴を用いて個人認証を行う。特に、指静脈認証は、指静脈を用いるため、指紋のように心理的な抵抗が少なく、また偽造し難い利点を有する。
指静脈認証は、血液中のヘモグロビンが、700〜1200nmの波長領域である近赤外光を吸収することを利用する。指に近赤外光を照射し、指内部の静脈パターンを撮像して、予め登録した登録情報との照合を行うことで本人を認証する。
指静脈認証は、指紋認証と比較して、認証精度が高い特徴を有するため、現金自動預け払い機等の高いセキュリティレベルが要求される分野で使われている。
一方、近年では、電子マネー機能を有する携帯電話が普及している。そこで、紛失や盗難に備えて、携帯電話に、所有者本人を認証する機能を搭載する要望がある。実際に、携帯電話に、指紋認証装置が搭載されている例がある。しかしながら、更なるセキュリティレベルの向上のため、携帯電話に指静脈認証装置を搭載する要望がある。しかしながら、指静脈認証装置を携帯電話に搭載するには、指静脈認証装置の小型化が必要である。
特許文献1には、指静脈認証装置の小型化を図るために、屈折率分布型レンズアレイと、ライン状固体撮像素子を用いる例が提案されている。
特開2006−288872公報
指静脈認証装置の小型化を図るために、指の横や腹から光を照射する光学系が用いられ、指の中で拡散し、透過した光を、指の腹の下で撮像して静脈画像を得る。ところが、このような光学系では、光源と指表面が近接しているので、指表面で光が反射し易く、指静脈画像が反射光の影響で不鮮明になり易い。また、携帯電話に搭載する場合、屋外や明るい室内下で使用することから、指静脈画像に対する太陽光等の外光の影響を考慮する必要がある。
特許文献1には、光源である発光ダイオード(LED)を指の腹から照射させることが記載されている。しかしながら、特許文献1には、指表面における反射光を低減する手段は記載されていない。また、太陽光等の外光の影響を低減する手段が記載されていない。
本発明の目的は、指静脈認証装置を小型化、且つ、薄型化することが可能で、更に、認証精度の高い指静脈画像入力装置を提供することである。
本発明によると、指静脈画像入力装置は、本体と、特定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの上方に配置された指に光を照射する光源と、指からの透過光を撮影する撮像手段とを有する。バンドパスフィルタと撮像手段の間には、光軸を中心に屈折率分布を有するグリンレンズが設けられている。光源と指の間、又は、指と撮像装置の間の少なくとも1つに偏光フィルタが設けられている。
本発明によると、指静脈認証装置を小型化、且つ、薄型化することが可能で、更に、認証精度の高い指静脈画像入力装置を提供することができる。
図1を参照して、本発明による指静脈画像入力装置の構成を説明する。本例の指静脈画像入力装置は、本体100と指載置部101と光源102と撮像部103を有する。指載置部101は、本体100に形成された凹部であり、指が配置されるような形状及び寸法を有する。指載置部101の内壁の側面には、700〜1200nmの波長領域の近赤外光において、撮像に適する特定の波長の光を発する光源102が配置されている。図1の例では、片面2個ずつの計4個の光源が設けられている。光源102には、LED又はレーザー光源が用いられてよい。指載置部101の底面には撮像部103が設けられている。撮像部103には、指200内部の静脈パターンを撮像する撮像装置(図示せず)が内蔵されている。光源102からの光は、指200へ照射され、指200の内部にて散乱し、指200から透過光が生成される。この透過光を、撮像装置によって撮像する。
本例によると、光源102は、指200に近接して配置されている。そのため、光源102から照射された光が指200の表面で反射し、反射光が撮像装置に入射する可能性がある。それによって、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。また、近赤外光を含む太陽光等の外光の影響により、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。そこで、本発明によると、以下に説明するように、光が指200の表面で反射することを防止する機構、及び、指200の表面で反射した光が撮像装置に到達することを防止する機構、また外光の影響を遮断する機構が設けられている。
尚、本発明による指静脈画像入力装置を携帯電話に適用する場合には、本体100は、携帯電話の本体に対応する。
図1は、以下に説明する第1から第4の例の斜視図である。第1から第4の例は以下に詳細に説明する。
図2を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第1の例を説明する。図2は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置では、光源102は、本体100の内部に、即ち、指載置部101の側面より内側に埋め込まれるように配置されている。光源102は、その光軸が指載置部101の底面に対して傾斜するように、配置されている。2つの光源102の光軸は、丁度、指200の内部で交差する。指載置部101の側面には、偏光フィルタ121が設けられている。偏光フィルタ121は、光源102の前に、且つ、光源102に近接して、設けられている。
指載置部101の底面には、バンドパスフィルタ110、偏光フィルタ120、グリンレンズアレイ111、及び、固体撮像素子112が設けられている。これらは、図1にて示した撮像部103を構成する。バンドパスフィルタ110、偏光フィルタ120、グリンレンズアレイ111、及び、固体撮像素子112は、本体100に形成された凹部に配置され、この凹部のうち、バンドパスフィルタ110より上側によって、指載置部101が構成されている。
バンドパスフィルタ110は、指載置部101に指200を置いたとき、指200の腹に接するように設けられている。偏光フィルタ120は、バンドパスフィルタ110に接するように、バンドパスフィルタ110の下に設けられている。同様に、偏光フィルタ120の下に、偏光フィルタ120に接するように、グリンレンズアレイ111が配置され、グリンレンズアレイ111の下に、グリンレンズアレイ111に接するように、固体撮像素子112が配置されている。
バンドパスフィルタ110は、光源102が有する特定の波長の光を通すが、それ以外の光は通さない。偏光フィルタ120、121は、偏光、即ち、特定の振動方向(透過軸)の光のみを透過させる。グリンレンズアレイ111は、複数の屈折率分布型レンズ(グリンレンズ)からなる。屈折率分布型レンズは、円筒状のレンズからなり、光軸を法線とする面において、光軸を中心に外周に向かって屈折率分布を有する。
光源102からの光は、偏光フィルタ121を透過することによって、最適な振動方向(透過軸)の偏光を得ることができる。この偏光は、指200に照射される。こうして偏光を指200に照射することによって、指200の表面における反射を低減することができる。指200の内部に進入した光は、拡散し、その一部は吸収されるが、その一部は、バンドパスフィルタ110に入射する。バンドパスフィルタ110に入射した光のうち、光源102が有する特定の波長の光のみがバンドパスフィルタ110を透過する。こうすることで、指静脈画像に対して、バンドパスフィルタ110に入射する太陽光等の外光の影響を遮断できる。バンドパスフィルタ110を透過した光のうち、偏光のみが偏光フィルタ120を透過する。こうして、バンドパスフィルタ110及び偏光フィルタ120を透過した光は、グリンレンズアレイ111を経由して固体撮像素子112に到達する。上述したように、血液中のヘモグロビンは、700〜1200nmの波長領域である近赤外光を吸収する。従って、固体撮像素子112には、指200の静脈の影の像を鮮明に撮像することができる。こうして本例によると、静脈像と予め登録した登録情報との照合がスムーズに行われ、認証精度が向上する。
本例では、光源102の前方に偏光フィルタ121を設け、更に、固体撮像素子112の手前に偏光フィルタ120を配置する。そのため、偏光フィルタ121によって指200の表面における反射光の発生を完全に阻止することができない場合でも、偏光フィルタ120によって指200の表面からの反射光が固体撮像素子112に到達することは阻止される。
また、グリンレンズアレイ111は、等倍像を得ることができるため、物体面である指200内の静脈と、像面である固体撮像素子112との距離を短縮できる。よって、指静脈画像入力装置の小型化、及び、薄型化を図ることができる。そのため、本例の指静脈画像入力装置は、携帯電話への搭載が可能となる。
図3を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第2の例を説明する。図3は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図2の第1の例と比較して、バンドパスフィルタ110の下の偏光フィルタ120が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図2の第1の例と同様であってよい。
本例では、バンドパスフィルタ110の下に偏光フィルタ120が設けられていないが、光源102の前方には、第1の例と同様に、偏光フィルタ121が設けられている。そのため、所定の認証精度を得ることができる。本例では、第1の例と比較して、偏光フィルタの枚数が少ないため、コスト低減が図れる。更に、偏光フィルタ120が設けられていないため、光源102からの光のうち固体撮像素子112へ到達する光量が増加する。即ち、光源102から固体撮像素子112に到る光路の透過率が大きくなる。そのため、光源102の光量を低減でき、光源102の省電力が図れる。
尚、光源102の前方の偏光フィルタ121を省略し、その代わりにバンドパスフィルタ110の下に偏光フィルタ120を設けてもよい。その場合でも、同様な効果が得られる。尚、光源102の照射面に、特定の波長を有する光を透過させる保護用フィルタを設けてもよい。
図4を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第3の例を説明する。図4は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図2の第1の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ111の代わりに、1本のグリンレンズ150が用いられている点が異なる。更に、本例では、図2の第1の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子112が用いられている。それ以外の構成は、図2の第1の例と同様であってよい。図2の第1の例では、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ111を用いるため、グリンレンズ111及び固体撮像素子112の面積を大きくすることができる。そのため、指200の撮像範囲を大きくできる。しかしながら、グリンレンズアレイ111は、複数の円筒状のグリンレンズ同士が互いに接するように配置された構造を有する。そのため、固体撮像素子112によって撮像される像は、レンズが接する部分で途切れる。そこで、所定の認証精度を得るために必要な撮像範囲を確保することができるならば、1本のグリンレンズを用いてもよい。本例では、グリンレンズアレイ111の代わりに、1本のグリンレンズ150を用いるため、指静脈画像入力装置の構造が簡単化され、組立、調整がし易くなるので、コスト低減につながる。また、複数のグリンレンズを使用することに起因する像の途切れを回避することができる。そのため、鮮明な指静脈画像を得られ、認証精度が向上する。また、図2、図4では、上から指200、バンドパスフィルタ110、偏光フィルタ120の順に配置しているが、バンドパスフィルタ110と偏光フィルタ120の順を逆にしても、同様の効果が得られる。
図5を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第4の例を説明する。図5は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図4の第3の例と比較して、バンドパスフィルタ110の下の偏光フィルタ120が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図4の第3の例と同様であってよい。
本例の指静脈画像入力装置は、図3の第2の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ111の代わりに、1本のグリンレンズ150が用いられている点が異なる。更に、本例では、図3の第2の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子112が用いられている。それ以外の構成は、図3の第2の例と同様であってよい。
本例では、1本のグリンレンズ150を用い、且つ、偏光フィルタの枚数が少ないため、コスト低減が図れる。更に、偏光フィルタ120が設けられていないため、光源102からの光のうち固体撮像素子112へ到達する光量が増加する。即ち、光源102から固体撮像素子112に到る光路の透過率が大きくなる。そのため、光源102の光量を低減でき、光源102の省電力が図れる。また、複数のグリンレンズを使用することに起因する像の途切れを回避することができる。そのため、鮮明な指静脈画像を得られ、認証精度が向上する。
尚、図5の本例において、光源102の前方の偏光フィルタ121を省略し、その代わりにバンドパスフィルタ110の下に偏光フィルタ120を設けてもよい。その場合でも、同様な効果が得られる。尚、光源102の照射面に、光を透過させる保護用フィルタを設けてもよい。
図6を参照して、本発明による指静脈画像入力装置の他の構成を説明する。本例の指静脈画像入力装置は、本体100と光源102と撮像部103を有する。本例では、指を載置するための凹部は設けられていない。従って、撮像部103の上に指を載置する。即ち、撮像部103は指載置部を兼用する。本例では、撮像部103の両側に、700〜1200nmの波長領域の近赤外光において、撮像に適する特定の波長で発光する光源102が配置されている。図6の例では、片面2個ずつの計4個の光源が設けられている。光源102には、LED又はレーザー光源が用いられてよい。
撮像部103には、指200内部の静脈パターンを撮像する撮像装置(図示せず)が内蔵されている。光源102からの光は、指200へ照射され、指200の内部にて散乱し、指200から透過光が生成される。この透過光を、撮像装置によって撮像する。
本例によると、光源102は、指200に近接して配置されている。そのため、光源102から照射された光が指200の表面で反射し、反射光が撮像装置に入射する可能性がある。それによって、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。また、近赤外光を含む太陽光等の外光の影響により、指静脈画像が不鮮明になる可能性がある。そこで、本発明によると、以下に説明するように、光が指200の表面で反射することを防止する機構、及び指200の表面で反射した光が撮像装置に到達することを防止する機構、また外光の影響を遮断する機構が設けられている。
尚、本発明による指静脈画像入力装置を携帯電話に適用する場合には、本体100は、携帯電話の本体に対応する。
図6は、以下に説明する第5から第8の例の斜視図である。第5から第8の例は以下に詳細に説明する。
図7を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第5の例を説明する。図7は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置では、光源102は、本体100の内部に埋め込まれるように配置されている。光源102は、その光軸が本体100の上面に対して直交するように、配置されている。2つの光源102の光軸は、互いに平行である。尚、本例においても、図2の第1の例に示したように、光源102を、その光軸が本体100の上面に対して傾斜するように、配置してもよい。
本体100の上面には、偏光フィルタ121が設けられている。偏光フィルタ121は、光源102の前に、且つ、光源102に近接して、設けられている。
本体100の上面には、更に、バンドパスフィルタ110が設けられ、その下に偏光フィルタ120、グリンレンズアレイ111、及び、固体撮像素子112が設けられている。これらは、図6にて示した撮像部103を構成する。バンドパスフィルタ110は、指載置部101に指200を置いたとき、指200の腹に接するように設けられている。偏光フィルタ120は、バンドパスフィルタ110に接するように、バンドパスフィルタ110の下に設けられている。同様に、偏光フィルタ120の下に、偏光フィルタ120に接するように、グリンレンズアレイ111が配置され、グリンレンズアレイ111の下に、グリンレンズアレイ111に接するように、固体撮像素子112が配置されている。
バンドパスフィルタ110、偏光フィルタ120、グリンレンズアレイ111、及び、固体撮像素子112は、図2の第1の例にて使用されているものと同様であってよい。
光源102からの光は、偏光フィルタ121を透過することによって、最適な振動方向(透過軸)の偏光を得ることができる。この偏光は、指200に照射される。こうして偏光を指200に照射することによって、指200の表面における反射を低減することができる。指200の内部に進入した光は、拡散し、その一部は吸収されるが、その一部は、バンドパスフィルタ110に入射する。バンドパスフィルタ110に入射した光のうち、光源102が有する特定の波長の光のみがバンドパスフィルタ110を透過する。こうすることで、指静脈画像に対して、バンドパスフィルタ110に入射する太陽光等の外光の影響を遮断できる。バンドパスフィルタ110を透過した光のうち、偏光のみが偏光フィルタ120を透過する。こうして、バンドパスフィルタ110及び偏光フィルタ120を透過した光は、グリンレンズアレイ111を経由して固体撮像素子112に到達する。上述したように、血液中のヘモグロビンは、700〜1200nmの波長領域である近赤外光を吸収する。従って、固体撮像素子112には、指200の静脈の影の像を鮮明に撮像することができる。こうして本例によると、静脈像と予め登録した登録情報との照合がスムーズに行われ、認証精度が向上する。
本例では、光源102の前方に偏光フィルタ121を設け、更に、固体撮像素子112の手前に偏光フィルタ120を配置する。そのため、偏光フィルタ121によって指200の表面における反射光の発生を完全に阻止することができない場合でも、偏光フィルタ120によって指200の表面からの反射光が固体撮像素子112に到達することは阻止される。
また、グリンレンズアレイ111は、等倍像を得ることができるため、物体面である指200内の静脈と、像面である固体撮像素子112との距離を短縮できる。よって、指静脈画像入力装置の小型化、及び、薄型化を図ることができる。そのため、本例の指静脈画像入力装置は、携帯電話への搭載が可能となる。
図8を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第6の例を説明する。図8は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図7の第5の例と比較して、バンドパスフィルタ110の下の偏光フィルタ120が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図7の第5の例と同様であってよい。
本例では、バンドパスフィルタ110の下に偏光フィルタ120が設けられていないが、光源102の前方には、第5の例と同様に、偏光フィルタ121が設けられている。そのため、所定の認証精度を得ることができる。本例では、第5の例と比較して、偏光フィルタの枚数が少ないため、コスト低減が図れる。更に、偏光フィルタ120が設けられていないため、光源102からの光のうち固体撮像素子112へ到達する光量が増加する。即ち、光源102から固体撮像素子112に到る光路の透過率が大きくなる。そのため、光源102の光量を低減でき、光源102の省電力が図れる。
尚、光源102の前方の偏光フィルタ121を省略し、その代わりにバンドパスフィルタ110の下に偏光フィルタ120を設けてもよい。その場合でも、同様な効果が得られる。尚、光源102の照射面に、特定の波長を有する光を透過させる保護用フィルタを設けてもよい。
図9を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第7の例を説明する。図9は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図7の第5の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ111の代わりに、1本のグリンレンズ150が用いられている点が異なる。更に、本例では、図7の第5の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子112が用いられている。それ以外の構成は、図7の第5の例と同様であってよい。図7の第5の例では、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ111を用いるため、グリンレンズアレイ111及び固体撮像素子112の面積を大きくすることができる。そのため、指200の撮像範囲を大きくできる。しかしながら、グリンレンズ111は、複数の円筒状のグリンレンズ同士が互いに接するように配置された構造を有する。そのため、固体撮像素子112によって撮像される像は、レンズが接する部分で途切れる。そこで、所定の認証精度を得るために必要な撮像範囲を確保することができるならば、1本のグリンレンズを用いてもよい。本例では、グリンレンズアレイ111の代わりに、1本のグリンレンズ150を用いるため、指静脈画像入力装置の構造が簡単化され、組立、調整がし易くなるので、コスト低減につながる。また、複数のグリンレンズを使用することに起因する像の途切れを回避することができる。そのため、鮮明な指静脈画像を得られ、認証精度が向上する。また、図7、図9では、上から指200、バンドパスフィルタ110、偏光フィルタ120の順に配置しているが、バンドパスフィルタ110と偏光フィルタ120の順を逆にしても、同様の効果が得られる。
図10を参照して本発明の指静脈画像入力装置の第8の例を説明する。図10は、本例の指静脈画像入力装置の断面構成を示す。本例の指静脈画像入力装置は、図9の第7の例と比較して、バンドパスフィルタ110の下の偏光フィルタ120が設けられていない点が異なり、それ以外の構成は、図9の第7の例と同様であってよい。
本例の指静脈画像入力装置は、図8の第6の例と比較して、撮像用レンズとして、グリンレンズアレイ111の代わりに、1本のグリンレンズ150が用いられている点が異なる。更に、本例では、図8の第6の例と比較して、より小さな寸法の固体撮像素子112が用いられている。それ以外の構成は、図8の第6の例と同様であってよい。
本例では、1本のグリンレンズ150を用い、且つ、偏光フィルタの枚数が少ないため、コスト低減が図れる。更に、偏光フィルタ120が設けられていないため、光源102からの光のうち固体撮像素子112へ到達する光量が増加する。即ち、光源102から固体撮像素子112に到る光路の透過率が大きくなる。そのため、光源102の光量を低減でき、光源102の省電力が図れる。また、複数のグリンレンズを使用することに起因する像の途切れを回避することができる。そのため、鮮明な指静脈画像を得られ、認証精度が向上する。
尚、図10の本例において、光源102の前方の偏光フィルタ121を省略し、その代わりにバンドパスフィルタ110の下に偏光フィルタ120を設けてもよい。その場合でも、同様な効果が得られる。尚、光源102の照射面に、光を透過させる保護用フィルタを設けてもよい。
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
本発明の指静脈画像入力装置の第1〜第4の例の斜視図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第1の例を示す断面図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第2の例を示す断面図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第3の例を示す断面図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第4の例を示す断面図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第5〜第8の例の斜視図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第5の例を示す断面図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第6の例を示す断面である。 本発明の指静脈画像入力装置の第7の例を示す断面図である。 本発明の指静脈画像入力装置の第8の例を示す断面図である。100…本体、101…指載置部、102…光源、103…撮像部、110…バンドパスフィルタ、111…グリンレンズアレイ、112…固体撮像素子、120…偏光フィルタ、121…偏光フィルタ、150…グリンレンズ、200…指

Claims (6)

  1. 特定の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタと、
    前記バンドパスフィルタの上方に配置する指に光を照射する光源と、
    前記光源からの光のうち前記指内で拡散し、前記指を透過し、前記バンドパスフィルタを透過した光を受光して指静脈像を生成する撮像部と
    を有する指静脈画像入力装置において、
    前記光源は、指に照射する特定の波長の光を偏光する偏光フィルタを備えて、前記バンドパスフィルタに隣接して設けられ、前記バンドパスフィルタと前記撮像部の間に、光軸を中心に屈折率分布を有するグリンレンズが前記バンドパスフィルタ及び前記撮像部と接するように互いの光軸方向を揃えて設けられていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
  2. 請求項1記載の指静脈画像入力装置において、前記グリンレンズは、複数のグリンレンズからなるグリンレンズアレイから構成されていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
  3. 請求項1又は2記載の指静脈画像入力装置において、前記光源の光の波長と、前記バンドパスフィルタを透過する光の波長が概一致することを特徴とする指静脈画像入力装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の指静脈画像入力装置において、前記グリンレンズは、前記バンドパスフィルタを透過した光のうちの所定の偏光のみを透過させる偏光フィルタを介在させて、前記バンドパスフィルタと接するようになっていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の指静脈画像入力装置において、前記光源、前記バンドパスフィルタ、前記グリンレンズ、及び前記撮像部は、本体に装着されていることを特徴とする指静脈画像入力装置。
  6. 請求項5記載の指静脈画像入力装置において、前記本体は携帯電話の本体であることを特徴とする指静脈画像入力装置。
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