JP6339025B2 - 個人認証装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報に基づいて本人確認をする個人認証技術に関し、特に、ホログラフィック光学素子を利用した個人認証装置に関する。

指紋、静脈、虹彩、網膜、顔、手などの形状、パターン、各種の特徴など（以下、「生体情報」という）に基づいて、個人の認証を行う技術が注目されている。特に、静脈のパターンは、皮膚表面の状態の影響を受けにくく、模倣も困難であるので個人認証に利用する生体情報として有用である。静脈のパターンを利用した個人認証装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、指に対して左右二方向から光を照射する光源と、指を透過した光を撮像する撮像部と、左右二方向からの光を照射させ、上記撮像部が上記タイミングに応じて複数回撮像するように制御する制御装置を備えた個人認証装置が記載されている。特許文献１に記載の装置によれば、透過光による指血管パターンの撮像をする際、ユーザにとって圧迫感がなく、外光に強い、コンパクトな認証装置を提供できるとされている。

特許第３７７０２４１号公報

特許文献１に記載された装置は、ガイド部に置かれた指に対してその左右側方から光を照射し、ガイド部の下方に配置された撮像部によって指の静脈のパターンを取得するように構成されている。このため、光源と撮像系との間に指を挟みこむようにして配置し、透過光によって指の静脈のパターンを撮像する透過光方式の装置よりもコンパクトである。

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、照明光を照射する光源部及び照明光の光路を制御するための遮光板が、指の配置される撮影開口部の面よりも上部に張り出すように構成されているので、薄くコンパクトで平坦な構造を実現することが難しい。また、光学機器の設計において、一般的には、被写体と撮影手段（ＣＣＤやＣＭＯＳ）との間にある程度の光路（距離）が必要であるため、その分だけ容積が大きくなり、機器のサイズが大きくなる問題があった。

そして、近年の多機能携帯電話（スマートフォン、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標））などは、タッチパネル式の広い画面を有するおおむね平坦なデザインとなっている。このため、特許文献１に記載されたような突起部を有する認証装置は、これらの多機能携帯電話などに実装するには適当でない。さらに、凹凸を有する構造は、汚れが溜まりやすく、清掃手入れの点からも好ましくない。認証を求める利用者は、装置のガイド部に自己の指を接触させなければならないため、心理的な抵抗を感じることがあり、衛生上の観点からも好ましくない。

また、特許文献１に記載の装置によれば、指の左右側方からタイミングをずらして光を照射して複数の画像を取得することができる。取得した複数の画像は、それぞれ光の当たり方によって鮮明に撮像される領域が異なったものとなるが、いずれも指の特定の範囲を撮像系の光学軸を中心にして一方向から捉えたものであり、視差を有するいわゆるステレオ画像ではない。また、認証時において、初回の登録時と指の置き方が異なっている場合（例えば、指のローリング（指の長手軸を中心とした回転）などによる）、正しく認証されない可能性もある。

加えて、特許文献１に記載の装置では、光源、撮像部、ガイド部などの配置が制限されるため、それ以上の小型化、薄型化を実現するのが難しい。そして、照明範囲、撮像範囲が限られているので、かかる装置は、指よりも大きな認証対象（例えば、手のひらなど）についてそのまま適用することも難しい。

本発明は、前述した問題に鑑みてなされたものであって、かかる問題の少なくとも一部を解決することができる個人認証装置を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するため、本発明の個人認証装置は、認証対象における生体情報に基づいて本人確認をする個人認証装置であって、光源と、表側に前記認証対象が配置されるステージと、前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、前記ステージの一部に配置され、前記光源からの光を前記認証対象に照射する照明用ホログラフィック光学素子と、前記ステージの他の一部に配置され、前記認証対象からの光を前記撮像手段に集光させる撮像用ホログラフィック光学素子と、を備えることを特徴とする。

上記個人認証装置において、前記撮像用ホログラフィック光学素子は、前記認証対象からの光のうち、第１の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の一部に集光し、前記第１の方向とは異なる第２の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の他の一部に集光することが好ましい。前記第１の方向から入射する光、及び前記第２の方向から入射する光に基づいて、前記生体情報の二枚の画像を作成し、前記二枚の画像を用いて前記生体情報の立体像を形成することが好ましい。また、前記撮像用ホログラフィック光学素子は、特定の波長以外の光を遮断する機能を有することが好ましい。

本発明の別の個人認証装置は、認証対象における生体情報に基づいて本人確認をする個人認証装置であって、光源と、前記認証対象を配置するステージと、導光体と、前記ステージの一部に配置され、前記光源からの光を前記認証対象に照射する照明用ホログラフィック光学素子と、前記ステージの他の一部に配置される導光用ホログラフィック光学素子と、前記導光用ホログラフィック光学素子の中心軸から離れた位置に配置され、前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、を備え、前記導光用ホログラフィック光学素子が、前記認証対象からの光を前記導光体の所定の閾値角度よりも大きな角度で反射させ、前記所定の閾値角度よりも大きな角度で反射した光を前記導光体の内部で反射させて前記撮像手段の方向へ伝搬することを特徴とする。

上記個人認証装置において、前記ステージを前記導光体として使用してもよい。また、前記導光体の前記撮像手段の近傍に撮像用ホログラフィック光学素子を備え、前記撮像用ホログラフィック光学素子が、前記導光体の内部で反射して伝搬した光を前記撮像手段に集光してもよい。

上記いずれかの個人認証装置において、前記認証対象の接触を検知する接触検知手段を備え、前記撮像手段は、前記接触検知手段が前記認証対象の接触を検知すると、前記認証対象の生体情報を撮像することが好ましい。また、前記光源は、第１及び第２の異なる波長の光を供給可能であり、前記撮像手段は可変焦点機構を有し、前記個人認証装置は、前記ステージに載置された認証対象に対し、第１の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介して照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させ、また、前記ステージに載置された認証対象に対し、第２の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介さずに照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させることが好ましい。

さらに、前記第１の波長の光は赤外光であり、前記認証対象から静脈に関する生体情報光を取得し、前記第２の波長の光は可視光であり、前記認証対象から静脈に関する生体情報光とは異なる生体情報光を取得することが好ましい。前記ステージの少なくとも一部に前記認証対象が載置されるべき位置を表示可能なことが好ましい。

加えて、前記照明用ホログラフィック光学素子、前記撮像用ホログラフィック光学素子、前記導光用ホログラフィック光学素子の少なくとも一つは、前記ステージの裏側に配置されたホログラムシートにおいて形成されることが好ましい。前記光源は、前記ステージの端部から前記照明用ホログラフィック光学素子に光を照射してもよい。前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記光源からの光を、前記ステージの法線に対して４５°以上の角度で前記認証対象に照射することが好ましい。前記認証対象における生体情報は、指の静脈、指の指紋、手のひらの静脈、手の甲の静脈、目の網膜、又は目の虹彩であってもよい。

前記照明用ホログラフィック光学素子、前記撮像用ホログラフィック光学素子又は前記導光用ホログラフィック光学素子は、前記光源の光とは異なった波長を有する参照光及び物体光を照射して作製され、前記光源と同じ波長の光を照射すると所定の角度の光を生じることが好ましい。さらに、前記照明用ホログラフィック光学素子、前記撮像用ホログラフィック光学素子又は前記導光用ホログラフィック光学素子は、緑色レーザーによる参照光及び物体光を緑色系感光材料に照射して作製され、近赤外光を照射すると所定の角度の光を生じることが好ましい。

上記何れかの個人認証装置を含む携帯情報端末装置を構成してもよい。

そして、本発明の携帯情報端末装置は、認証対象の生体情報に基づく個人認証機能を有する携帯情報端末装置であって、画面を構成し、表側に前記認証対象が配置される透明基板と、前記透明基板の裏側に配置される光源と、前記透明基板の裏側に配置される前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、前記透明基板の裏側に配置され、照明用ホログラフィック光学素子と、前記透明基板の裏側に配置される導光用ホログラフィック光学素子と、前記透明基板の裏側に配置される撮像用ホログラフィック光学素子と、を備え、前記照明用ホログラフィック光学素子が、前記光源からの光を前記認証対象に照射し、前記導光用ホログラフィック光学素子が、前記認証対象からの生体情報光を前記透明基板の所定の閾値角度よりも大きな角度で反射させ、前記所定の閾値角度よりも大きな角度で反射した光を前記透明基板の内部で反射させて撮像用ホログラフィック光学素子の方向へ伝搬させ、撮像用ホログラフィック光学素子が前記透明基板の内部を伝搬した光を前記撮像手段に集光することを特徴とする。

本発明によれば、ホログラフィック光学素子を利用することによって、装置の厚さ方向の光路長を短くすることができ、レンズを用いる場合に比べて、薄型（例えば、厚さが１０ｍｍ以下）で、簡単な構成の個人認証装置を実現することができ、低コスト化することもできる。また、平坦で出っ張りのない個人認証装置を提供することができる。さらに、本発明の個人認証装置は、光源からの光も、認証対象からの光も、導光体によって伝搬させることにより、認証対象に対向して光源や撮像手段を配置する必要がなくなり、より薄型化することや、設計の自由度が高いという利点もある。特に認証対象を配置する平坦なステージを導光体として利用することもでき、既存の多機能携帯電話などに容易に適用することができる。また、静脈認証などに使用する場合は、ホログラフィック光学素子によって法線に対して大きな角度で認証対象に照明光を照射できるので、ノイズとなる認証対象の表面からの反射光を低減することができる。また、本発明の個人認証装置は、ホログラフィック光学素子を使用するため、波長選択性を持たせることができ、所定の波長の光のみを個人認証に使用し、その他の波長の光を他の用途に用いることができる。また、ホログラフィック光学素子によって、認証対象からの光のうち、異なる二方向からの光を利用することにより、視差を有するステレオ画像を取得することができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。

本発明の実施形態の個人認証装置の概略構成図 個人認証装置をＸ軸方向から観た断面図の例 個人認証装置をＹ軸方向から観た断面図の例 （Ａ）（Ｂ）は個人認証装置の光源及び撮像手段の配置の例 （Ａ）乃至（Ｅ）はホログラフィック光学素子による光路の例 （Ａ）（Ｂ）は個人認証装置の光源及び撮像手段の配置の別の例 本発明の個人認証装置の他の実施形態 本発明の個人認証装置のさらに他の実施形態 本発明の個人認証装置を多機能携帯電話に適用した例 ホログラフィック光学素子を作製する装置及び方法を示す説明図

[本発明の概要]
本発明は、認証対象における生体情報に基づいて本人確認をする個人認証装置であって、ホログラフィック光学素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：以下、単に「ＨＯＥ」と記載することもある）を利用することによって、認証対象を配置するステージの表面に光源などの突起物を設けることなく、薄型化を実現したものである。なお、本明細書は、以下指の静脈を一例として説明するが、指の静脈だけでなく、例えば、手のひらの静脈、手の甲の静脈にも使用でき、指紋、虹彩、網膜、顔、手、耳などの形状、パターン、各種の特徴などの様々な生体情報にも適用することができる。

ホログラフィック光学素子は、所定の光学特性を具備したホログラムが記録された光学部材であり、硬質、軟質又はフレキシブルの基板上に感光材料が塗布され、感光材料に所定の光学特性のホログラムが記録されている。ホログラムは、二つの光（一般的には物体光と参照光と呼ばれる）の干渉パターンを記録したものであり、一方の光をホログラムに照射することによって他方の光を回折によって再生することができる。また、記録する際の二つの光の向きによって、反射型（二つの光がホログラムに対して反対の面から入射）とすることも透過型（二つの光がホログラムに対して同一面側から入射）とすることもできる。このため、一方の光として特定の角度範囲の光を選択し、他方の光として必要な所定方向の光を選択することにより、特定の角度範囲の光が照射された際に、所定方向の反射光又は透過光を再生させることができ、角度選択性を持たせることができる。また、一方の光の入射角と他方の光の入射角を異ならせることで、屈折性を持たせることもできる。さらに、一方の光の進行方向と他方の光の進行方向とを異ならせること、例えば方位角において異ならせれば、偏向性を持たせることもできる。さらに、ホログラムは、同一の位置に異なる性質のホログラムを多重記録することもでき、例えば、同一の位置において、角度選択性の角度範囲が異なる複数のホログラムを多重記録させたり、透過型のホログラムと反射型のホログラムとを多重記録させたりすることもできるのである。なお、ホログラムは、その回折効率に応じて回折する光の強度が異なる。

本発明の個人認証装置（以下、図１又は図２参照）は、少なくとも、認証対象を配置するステージ２と、認証対象１０の生体情報１２を撮像する撮像手段４と、光を供給する光源５と、光源５からの光を認証対象に照射する照明用ホログラフィック光学素子（照明用ＨＯＥ）３１と、認証対象からの光（以下、「生体情報光」という）５３を撮像手段４に集光させる撮像用ホログラフィック光学素子（撮像用ＨＯＥ）３２と、を備える。なお、本発明の個人認証装置は、撮像用ＨＯＥ３２の代わりに生体情報光５３を導光体（例えばステージ）によって所定の位置まで導光させる導光用ホログラフィック光学素子（導光用ＨＯＥ）を設けてもよく、これに加えて、導光用ＨＯＥによって伝搬された光を撮像手段４に集光させる撮像用ＨＯＥを設けてもよい（図７参照）。

照明用ＨＯＥ３１は、光源からの光を受け、ステージ２の表側に配置される認証対象に照明用の光を照射可能な位置に設けられる。照明用ＨＯＥ３１は、ステージ２の裏側又は表側において、認証対象の対向する位置の左右（離間していてもよい）に配置されることが好ましい。

撮像用ＨＯＥ３２は、生体情報光の少なくとも一部を受け、撮像手段４に集光可能な位置に設けられる。撮像用ＨＯＥ３２は、ステージ２の裏側又は表側において、認証対象の対向する位置に配置されることが好ましい。

照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２は、ステージ２よりも裏側に配置されると環境的に安定となり好ましいが、ステージによる光の屈折等の影響を避けるため、ステージ２の表側に配置してもよい。また、照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２は、一つのホログラフィック光学素子として形成することが好ましいが、個々に独立して設けてもよい。また、照明用ＨＯＥ３１をステージ２の一方の側、撮像用ＨＯＥ３２をステージ２の他方の側に配置してもよいし、必要であれば照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２はステージ２の両側に設けてもよい。

撮像手段４及び光源５は、ステージ２よりも裏側に配置されることが好ましいが、例えば図６に示すように、光源５をステージ２の端部又は内部に配置してもよいし、導光体によって生体情報光を伝搬させる場合には、撮像手段４及び光源５は、必ずしもステージ２の裏側に限定されない。

このように、本発明の個人認証装置は、ステージ２の上に装置の厚みを増すような突起物を設けずに、略平坦な面でステージ２を構成することができるので好ましい。これによって、ステージ上に突起物のない平坦な構造を実現し、装置をコンパクトにすることができる。ただし、これに限定されず、ステージ２の一部に、認証対象を載置するための緩やかな窪みを設けてもよいし、補助的な光源として、微細なＬＥＤをステージ上に設けたり、指を載置する位置を示す点字などを設けたりしてもよい。

本発明の個人認証装置は、認証機能を必要とする各種装置（現金自動預け払い機、自動取引装置、自動窓口機など）に適用することができ、入退室管理システムの一部としてドア近傍の壁面に垂直に配置することもできる。また、パーソナルコンピュータ、各種携帯情報端末装置（多機能携帯電話装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、タブレット端末などを含む）、自動車などに取付け又は組み込んでもよい。

本発明では、光源５、照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２の数量、配置を任意に設定することができる。照明用ＨＯＥ３１は、ホログラムの光学特性（角度選択性、回折効率、波長選択性など）を利用して、照明光５２の角度及び方位を適宜設定することができる。撮像用ＨＯＥ３２も、同様に、認証対象からの生体情報光５３を受け入れる角度及び方位、並びに撮像手段４への集束光５５の角度及び方位を適宜設定することができる。

撮像用ＨＯＥ３２によって、生体情報光のうち、少なくとも二方向からの光（例えば、図２の符号５３Ｒ、５３Ｌ）をそれぞれ撮像手段４の異なる領域に集光させるように構成すれば、認証対象について観察方向の異なる複数の画像を取得することができ、例えば、視差を有するいわゆるステレオ画像を取得することもできる。また、適当な画像処理手段を用い、必要に応じて、これらのステレオ画像から認証対象における生体情報の立体画像を構成してもよい。登録画像を立体像とし、認証時に撮像した画像も同様に立体像に構成すれば、より精度の高い認証を実施することができる。

なお、本発明の個人認証装置において、Ｘ軸方向の寸法を長さ、Ｙ軸方向の寸法を幅、Ｚ軸方向の寸法を厚さという。長さ（Ｘ）×幅（Ｙ）で規定される平面に垂直な線を法線Ｎという。また、＋Ｚの向きを表側、−Ｚの向きを裏側という。そして、＋Ｙの向きを右側、−Ｙの向き方向を左側、−Ｘの向きを上側、＋Ｘの向きを下側という。本明細書では、光の角度とは、特に断らない限り、光の進行方向と法線Ｎ（Ｚ軸）とのなす角をいう。方位とは、ＸＹ平面に投射した際のＸ軸とのなす角をいう。

認証対象は、ステージ２の表側の照明用ＨＯＥ３１によって照明が照射される所定の空間（以下、「認証可能空間」とも呼ぶ）に配置されれば足り、認証対象がステージに接触した状態でも、ステージから離間し、非接触の状態でもよい。ステージに非接触な状態で認証可能なことは、指や手が直接ステージに触れないので、認証を求める利用者にとって、心理的な抵抗が少なく、また衛生的でもある。上記のとおり、光源及びＨＯＥの数量及び配置、並びにＨＯＥによる光の回折を適宜設定することによって、ステージの表側に比較的広い認証可能空間を実現することができる。このため、指だけでなく、手のひらなどの比較的大きなものも認証対象とすることができる。

また、ＨＯＥは比較的自由に形状や大きさを設計することができるので、ステージは曲面を有する形状に構成することもできる。装置の使用態様に応じて、ステージを含む外観は自由に設計してよい。また、本発明の個人認証装置は、外気、湿気、紫外線、水分、化学薬品などを遮断できるように、ステージを構成する部材と一体となった密閉の筺体（図示省略）を有することが好ましい。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下は、認証対象として指の腹を装置のステージ２中央に装置の長さ方向に沿って指を配置して指の静脈のパターンを撮像する場合の例である。ただし、本発明は、以下の例に限定されるものではない。

［装置構成］
図１は、本実施形態の個人認証装置の概略構成図である。図２及び図３は、各々、図１に示した本個人認証装置をＸ軸方向から観た断面図及びＹ軸方向から観た断面図である。本個人認証装置は、認証対象が配置される表側から順に、ステージ２、ホログラムシート３、電子基板部８を備える。ステージ２とホログラムシート３は、密着していてもよいし、適当な間隔をもって設けられてもよい。ステージ２とホログラムシート３とが一体に構成される場合は、これらをまとめてホログラムプレート３０ということもある。図１では、説明のため、ホログラムシート３と電子基板８とは離隔した状態で図示されているが、実際の装置ではその間隔はおおよそ１０ｍｍ以下に設定してもよく、図２又は図３に示すように薄型化を実現している。

ステージ２は、筺体の少なくとも表面の一部を覆う部材であり、ガラス又は樹脂から構成されることが好ましい。ステージ２には、照明光を照射するための照明用窓２１Ｌ、２１Ｒ、及び、認証時において認証対象からの光（生体情報光）を通過させるための撮像用窓２２が設けられてもよい。ステージ２の各窓以外の部分には外光を遮断する遮光層２４が設けられるのが好ましい。ただし、上記は一例であって、これに限定されない。ステージ２は、少なくとも一部又は全部が照明光及び生体情報光の波長（例えば、８３０〜８９０ｎｍ）において透光性を有していればよい。図１では、左右の２個の照明用窓２１Ｌ、２１Ｒ及び１個の撮像用窓が図示されているが、各窓（透光性を有する領域）の数量及び配置は、装置の形態に応じて適宜設定することができる。また、各窓及び遮光層２４の代わりにホログラムシートに遮光マスクを形成してもよい。なお、指１０は、撮像用窓２２に対向するようにステージ２の表側に配置される。

ホログラムシート３は、ホログラム記録用の感光材料を含むフィルム状のシートであり、照明用窓２１及び撮像用窓２２に対応する領域には、各々、透過型の照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２が形成される。各ＨＯＥは、所定の光学特性（角度選択性、回折効率、波長選択性など）を有するホログラムであり、設定された角度及び方位に光を出射する機能を有する。照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２が形成される領域以外は、外光を透過させない遮光マスクを形成することが好ましい。また、外光にも撮像に使用する近赤外の波長に近い光が含まれていることがあり、この光がノイズとなって認証率を低下させる虞がある。このため、撮像用ＨＯＥ３２は、所定の波長以外の成分を遮断するフィルタリング機能を有することが好ましい。これによって、撮像手段に狭帯域フィルタを設けるのに比べて低コストで装置を製造することができる。また、ホログラムシート３は、ステージ２の裏面等に貼付されていてもよい。なお、図２には、ホログラムシート３の一部にＨＯＥ３１、３２を形成する例を示したが、これに限定されない。例えば、所定の大きさの各ＨＯＥを個々に作製し、適宜の位置に配置してもよいし、ステージ２裏面に感光材料を塗布してホログラムを記録することで各ＨＯＥを作製してもよい。

電子基板８には、照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２に対応する位置に、撮像手段４及び光源５が配置される。図１〜図３では、左右に照明用ＨＯＥ３１Ｌ、３１Ｒ及び光源５Ｌ、５Ｒを、中央に撮像用ＨＯＥ３２及び撮像手段４を配置した例を示したが、これに限定されない。各構成要素の数量及び配置は、装置の形態に応じて適宜設定することができる。

撮像手段４は、入射した光を電気信号に変換するセンサであり、生体情報光を取得して認証対象１０における生体情報１２の画像を撮像する。撮像手段４は所定の大きさの撮像面４０を有する。撮像手段４には、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ、ＣＣＤ（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ等を使用することができる。撮像面４０は、生体情報光のうち第１の方向に生じた光（例えば、５３Ｒ）、及び第１の方向とは異なる第２の方向に生じた光（例えば、５３Ｌ）を受光するために、二つの領域（４０Ｌ、４０Ｒ）に分割されてもよい。ただし、第１の方向の光と第２の方向の光を受光するため、撮像手段を二つ配置してもよい。撮像面の表側には、入射した光を平行な光に変換するためのコリメート用ＨＯＥ４２を設けてもよい。これによって、コリメート用の光学レンズを設けなくてもよいので、装置の構造が簡単となり、薄型化を実現できる。

光源５は、認証対象における生体情報の画像を撮像するための照明を供給する。例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、レーザーなどを使用することができる。生体情報として静脈の撮像する場合は、血液中のヘモグロビン成分に対する吸収率が高い近赤外領域（７００〜２５００ｎｍ、特に好ましくは８３０〜８９０ｎｍ）の波長を有する光を照射可能な光源であることが好ましい。近赤外の光源を使用すると、静脈部分は周囲の組織よりも光を吸収するため、指静脈が暗い影のパターンとして撮像される。

また、本個人認証装置は、各種構成要素に電力を供給する電源、各種構成要素を制御する制御手段（画像処理手段、認証処理手段などを含む）、撮像した画像を格納する記憶手段、表示部（例えば、液晶ディスプレイなど）、入力部（例えば、キーボードなど）、外部装置（ストレージシステム）などと接続するためのインターフェース、音声入出部（スピーカ、マイクなど）を備えてもよい（図示省略）。

以下、図２（及び図３）を用いて、本実施形態の個人認証装置の動作について説明する。電子基板８の左側に配置された光源（左）５Ｌを例にとると、光源（左）５Ｌから発せられた光束５１Ｌは、照明用ＨＯＥ（左）３１Ｌに入射する。照明用ＨＯＥ（左）３１Ｌは、ホログラムの回折作用によって、入射した光束５１Ｌの進行方向を変え、光束５２Ｌを照射角度θ₁で照明光として認証対象に照射する。光束５２Ｌは、平行光であってもよいし、拡散又は集束する光であってもよい（以下、簡単のため、光束について単に光と記載する）。

ここで、照明光の照射角度θ₁とは、ステージ２の法線Ｎと光の方向とのなす角であり、ＨＯＥの作製時に設定されるものである。図２では、簡単のため、照明用ＨＯＥ３１が光源５からの光を照射角度θ₁で回折透過するように示されているが、実際は、照明用ＨＯＥ３１を出射した光は、ステージ２の屈折率によってステージ２の表面でさらに屈折する。照明用ＨＯＥ３１は、ステージ２の表面における屈折角を含めて、認証対象に対し所望の照射角度θ₁を得られるように設定すればよい。以下、特に断わらない限り、単に、照明用ＨＯＥ３１が照射角度θ₁で光を照射すると記載するが、照射角度θ₁はステージ表面などで屈折する角度も含むものとする。

本発明者らは、照射角度θ₁について、先の実験により、４５°以上が好ましく、６０°以上がさらに好ましく、７５°が最も好ましいことを見出した。照射角度θ₁がおおむね７５°程度までであれば、照明用ＨＯＥ３１からの光が平行光の場合であっても、認証対象１０のステージ近傍だけではなく、側面にもある程度光を照射することができ好ましい。なお、簡単のため、図２では、照明用ＨＯＥ３１は、ＹＺ平面内で光を照射しているが、光源５からの光をＹＺ平面とは異なる方向（異なる方位）に偏向させてもよい。

本発明者らの実験では、仮想的な点光源として近赤外ＬＥＤ（８９０ｎｍ）を用い、かかる近赤外ＬＥＤを認証対象である指の側面から７０ｍｍ離して配置し、ＣＣＤカメラを指の下面から７０ｍｍ離して配置し、照射角度θ₁と認証率の関係について検討した。具体的には、照射角度θ₁を３０〜９０°まで１５°毎に変更して、被験者５名の４指をそれぞれ１０枚ずつ、合計２００枚撮像した。撮像した画像とあらかじめ登録された被験者本人の登録画像とを比較し、認証率を計測した。認証率とは、他人受け入れ率と本人拒否率から求められる平均誤り率を１００％から減じたものである。

かかる実験によれば、照射角度３０°で９７．１３％、照射角度４５°で９８．１０％、照射角度６０°で９８．１８％、照射角度７５°で９８．８２％、照射角度９０°で９８．０２％の認証率が得られた。これらの結果により、照射角度θは、４５°以上が好ましく、６０°以上がさらに好ましく、７５°が最も好ましいことが分かった
従来の光学部材では、反射式の認証装置において、大きな照射角度（例えば、６０°以上）を実現するのは困難であった。本発明によれば、ＨＯＥの作用によって比較的大きな照射角度も適宜設定できる。これによって、本個人認証装置は、従来の反射式の装置とは異なって、指の皮膚の表面で直接反射した反射光を撮像してしまう虞が少ないため、静脈パターンを鮮明に撮像することができる。

なお、装置の外部から到達する外光の大部分は、照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２に記録された干渉縞では回折しないため、外光は、照明用ＨＯＥ３１及び撮像用ＨＯＥ３２によって偏向されない。このため、例えば、照射光５２Ｌと同じ光路を反対に進む外光は、進路を変えずに透過し、装置の外側に向かうので、撮像手段４に対するノイズとなりにくい。

再び図２の説明に戻ると、照明光５２Ｌは、例えば、左斜め裏側から認証対象の左側面を照射し、その光は、指の内部の各種組織に到達して散乱する。撮像用ＨＯＥ（左）３２Ｌは、指の内部で散乱した光のうち、第１の方向から入射する光（例えば、生体情報光５３Ｒ）を回折透過させて、撮像手段４の撮像面（右）４０Ｒに集光させる。撮像用ＨＯＥ（右）３２Ｒは、指の内部で散乱した光のうち、第２の方向から入射する光（例えば、生体情報光５３Ｌ）を回折透過させて、撮像手段４の撮像面（左）４０Ｌに集光させる。光源（右）５Ｒから発せられた光束５１Ｒが撮像手段４に到達する様子も同様である。

これによって、撮像手段４は、異なる二方向から観た認証対象の生体情報の画像を取得することができる。説明のため、図２では、第１の方向は、右斜め上から左斜め下に向かう方向、第２の方向は、左斜め上から右斜め下に向かう方向としているが、これは単なる例示である。異なる二つ以上の方向を適宜規定すればよく、これによって、異なる方向から観た二つ以上の画像を取得することができる。なお、本例では、左右の視差を有するステレオ画像を左右に分割された撮像面で同時に撮像しているが、これに限定されない。図示しない制御手段が左右の光源５の照射タイミング及び撮像タイミングを適宜制御して、別々に左右のステレオを取得してもよい。

また、本例では、図３に示すように、照明用ＨＯＥ３１を介して照射される照明光５２、及び撮像用ＨＯＥ３２が受け入れる生体情報光５３は、ＹＺ平面に平行に設定されているが、これに限定されない。照明光５２及び生体情報光５３は、装置の使用態様に応じて、Ｚ軸の周りに所定の方位角をもって設定されてもよい。

［認証処理］
以下、本個人認証装置による認証の処理について簡単に説明する。登録時において、利用者は、あらかじめ所定の手順に従って、例えば、自己の指静脈パターンを登録しておく。個人認証装置は、登録画像を内蔵の又は接続された外部の記憶手段（データベースなどを含む）に格納してもよい。登録画像は、指静脈パターンを異なる方向から観た少なくとも２枚以上を含むことが好ましい。なお、登録時に使用する装置は、認証時に使用する個人認証装置とは別の装置であってもよい。

認証時において、認証を要求する利用者は自己の指を装置の所定の領域（例えば、撮像用窓２２）に配置する。認証対象である指は、ステージに接触するように配置されてもよいし、ステージから浮かせた状態で配置されてもよい。個人認証装置は、光源を作動させ、指に対して照明光を当てる。この照明光は、指の内部で様々な方向に散乱する。撮像手段は、所定の方向から到達した生体情報光を受けて指静脈パターンの画像を撮像する。個人認証装置は、取得した画像を記憶手段に格納してもよい。次いで、認証処理手段は、登録画像と撮像した画像とを比較し、各画像間の相関、類似度などを算出し、認証の成否を判定する（一定の類似度を有する場合は本人であると確認する）。認証処理に際しては、特に限定されるものではなく、例えば、テンプレートマッチング、Log-Polar変換を用いた手法（特開２００７−２３３９８１号公報参照）、ＤＰマッチング（特開２０１１−２５３３６５号公報参照）等のパターンマッチングに基づく照合により、指静脈の位置・回転ずれにより生じる位置ずれを補正し、高精度な認証を実現する技術を用いることができる。

以上説明したように、本例によれば、認証対象を配置するステージがおおむね平坦であり、かつ薄型の個人認証装置を実現することができる。また、かかる個人認証装置では、照明用ＨＯＥを適宜設計することにより、認証対象の側面に対して照明光を比較的大きな照射角度で照射することができ、認証率を向上させることができる。また、撮像用ＨＯＥを適宜設計することにより、少なくとも異なる二方向から到達する認証対象からの生体情報光を撮像手段に集光することができるので、視差を有する画像を取得することができる。これにより、一方向から観た画像を用いる場合に比べて認証率を向上させることができ、必要に応じて立体像を構成することもできる。

ところで、光源、撮像手段などの各構成要素の数量及び配置は、装置の形態に応じて適宜設定することができる。また、照明用ＨＯＥ及び撮像用ＨＯＥの数量及び配置も、装置の形態に応じて適宜設定することができる。

［変形例］
図４は、本実施形態の個人認証装置の光源及び撮像手段の配置の変形例である。図４（Ａ）は、光源５を４×２列に配置し、撮像手段４を撮像用ＨＯＥ３２の中央から＋Ｘの向きにずらして配置した例である。撮像用ＨＯＥ３２は、認証対象からの生体情報光を撮像手段４に集光させる。このように撮像手段４を撮像用ＨＯＥ３２の位置からずらして配置（オフセット）することによって、撮像用ＨＯＥ３２と撮像手段４との間のＺ方向の距離を増加させずに、光学的な距離を確保できる。さらに、ＨＯＥに対して大きな角度で光が入射された場合は波長に応じて回折角が大きく異なるため、波長選択性を効果的に発現させることができる。また、撮像手段４が遮光マスクの裏側に配置されるので、ステージ２の表側から入射する外光のノイズが低減され、信号対雑音比が向上し、鮮明な生体情報の画像を取得することができる。

図４（Ｂ）は、二つの撮像手段４を用いて、一方を撮像用ＨＯＥ３２の中央から＋Ｘの向きにずらして配置し、他方を−Ｘの向きにずらして配置した例である。この場合、例えば、撮像用ＨＯＥ３２の＋Ｘ側の半分に入射した生体情報光は、＋Ｘ側にずらして配置された撮像手段４に集光し、撮像用ＨＯＥ３２の−Ｘ側の半分に入射した生体情報光は、−Ｘ側にずらして配置された撮像手段４に集光するように撮像用ＨＯＥ３２が構成されてもよい。このように構成すると、例えば、一方の撮像手段に不具合が生じても、他方の撮像手段により画像を撮像可能であるので、個人認証装置に冗長性を持たせることができる。

図５は、図４（Ａ）に示した個人認証装置の一態様について、各ホログラフィック光学素子による光路の具体的な例を示したものである。図５（Ａ）は個人認証装置の正面図である。ホログラムプレート３０のＹ軸方向の略中央には撮像用ＨＯＥ３２が配置され、その左右には照明用ＨＯＥ３１Ｌ、３１Ｒが配置される。撮像用ＨＯＥ３２は、Ｙ軸方向の略中央から左の領域３２Ｌと右の領域３２Ｒとで回折特性が異なっており、また、照明用ＨＯＥ３１Ｌ、３１Ｒも左右で回折特性が異なっている。なお、図５においては、各回折側性はＹ軸中央に対して線対称となっている。

図５（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ個人認証装置の左側面図及び上面図であり、光源５から供給される光の光路を示す。照明用ＨＯＥ（左）３１Ｌは、光源（左）５Ｌからの光を回折し、照明光５２Ｌを認証対象の左側面に照射する。照明用ＨＯＥ（右）３１Ｒは、光源（右）５Ｒからの光を回折し、照明光５２Ｒを認証対象の右側面に照射する。

図５（Ｄ）（Ｅ）は、それぞれ個人認証装置の下面図及び中央断面を右から見た図であり、撮像手段へ集光する光の光路を示す。図５（Ｄ）に示すように、撮像用ＨＯＥ（左）３１Ｌは、斜め右から到達する生体情報光５３Ｒを回折させて、撮像手段４の撮像面（左）４０Ｌに集光するような平行光５４Ｒに偏向させる。撮像用ＨＯＥ（右）３１Ｒは、斜め左から到達する生体情報光５３Ｌを回折させて、撮像手段４の撮像面（右）４０Ｒに集光する平行光５４Ｌに偏向させる。

なお、上記の光路は、単なる一例であって、各種構成要素の配置及び大きさ、又は装置の使用態様に応じて、種々変更が可能である。

図６は、本実施形態の個人認証装置の変形例である。図６（Ａ）に示す例は、ステージ２の端部に光源５を設けた個人認証装置の断面上面図であり、図２に示した個人認証装置とは光源の配置が異なる。本変形例では、照明用ＨＯＥ３１は、反射型ホログラムが記録されており、導光体として機能する透明なステージ２の裏面に密着して配置される。この導光体のエッジ部分に配置された光源（左）５Ｌからの光は導光体を介して照明用ＨＯＥ（左）３１Ｌに入射し、所定の照射角度θ₁をもって光５２Ｌとして認証対象の左側面に照射される。光５２Ｌは平行光であってもよいし、拡散又は集束する光であってもよい。光源（右）５Ｒからの光も同様に伝搬する。

また、図６（Ｂ）は、撮像手段及び撮像用ＨＯＥを複数配置した個人認証装置の断面側面図である。図６（Ｂ）では、撮像手段及び撮像用ＨＯＥをＸ軸方向にアレイ状に複数配置した。光源も対応するように適宜複数設ければよい。ＨＯＥは、マスターを作製すれば、それを複製することで容易に量産することができるので、撮像用ＨＯＥをアレイ状に配置した装置も比較的低コストで実現できる。また、本例の個人認証装置によれば、図１などに示した例よりも広い認証可能空間を確保することができる。本例は、例えば、入退室管理等に用いられる壁面設置型の認証装置に適している。この個人認証装置は、例えば、利用者の身長、目、肩の高さなどを検知するセンサを搭載してもよい。認証時において、このセンサが利用者の身長などを検知すると、この個人認証装置は、認証対象（手のひらなど）が置かれる位置を予測し、その予想位置に対応する光源及び撮像手段を作動させる。また、誘導灯を点灯させることによって、利用者に手が置かれるべき位置を示してもよい。また、ホログラムシートに誘導用ＨＯＥを形成し、誘導用ＨＯＥによって認証時に立体のガイドマーク（手の位置の示すフレーム、矢印など）をステージ又は空間中に投影してもよい。これによって、利用者は、自己の体格に応じて、無理な姿勢をとったり、手首を捻ったりすることなく、最適の位置で自己の手などを装置の認証可能空間に置くことができる。また、本例の装置は、ステージがフラットでかつ比較的広い認証可能空間を確保することができるので、人間からの指示を十分に解することが困難な動物（例えば、犬、猫など）の個体認証にも適用することができる。

［他の実施形態］
図７は、本発明の個人認証装置の他の実施形態の一例である。本実施形態では、導光体６及び導光用ホログラフィック光学素子３３を利用し、認証対象１０からの生体情報光５３を導光用ホログラフィック光学素子３３によって導光体６中を伝搬させる構成を採用している。図７の個人認証装置において、撮像手段４は、導光用ＨＯＥ３３の中心軸Ｃから離れた位置に配置されており、図７には、生体情報光５３を撮像手段４に入射させるまでの光路が示されている。

導光体６は、ガラス又は樹脂の平板であり、所定の閾値角度θ_thよりも大きい角度の光をその表面で反射する。屈折率の大きい媒質から小さい媒質へ光が進むとき、入射角が臨界角より大きい光は境界面で全反射されることから、屈折率の大きい媒質は、臨界角を閾値角度とする導光体として使用することができる。ただし、屈折率の小さい媒質から屈折率の大きい媒質へ光が進む場合には、全反射は生じない。境界面として、ガラスの表面それ自体を使用することもでき、ガラス内の屈折率とガラス外の空気等の屈折率との比によって定まるガラスの臨界角が閾値角度となり、ガラスは、ガラス内からの光の入射角が、臨界角よりも大きい場合は全反射してガラス外には透過せず導光体として使用することができるのである。個人認証装置のステージ２がガラスや空気よりも屈折率の高い媒質であれば、臨界角を閾値角度とする導光体として利用することができる。図７においてもステージを導光体として利用している。ただし、ステージ２とは別に、ガラス又は樹脂で構成された導光体６を設けてもよい。また、導光体として用いるステージ２又はステージ２とは別に設けられる導光体において、導光用ＨＯＥ３３と対向する面には、所定の閾値角度θ_thよりも大きい角度で入射する光を反射する角度選択性を有する反射膜を設けることが好ましい。なお、導光用ＨＯＥ３３と角度選択性を有する反射膜との間の導光体は、屈折率の高い媒質である必要はなく、導光用ＨＯＥ３３と角度選択性を有する反射膜とを離間させて配置し、その間の空間を導光させてもよい（この場合、導光体は空気である）。

導光用ＨＯＥ３３は、図７では反射型のホログラフィック光学素子であり、認証対象１０からの生体情報光５３を所定の閾値角度θ_thよりも大きい反射角度θ₂で反射させ、生体情報光５４を導光体６の内部で反射を繰り返させ、導光用ＨＯＥ３３の中心軸Ｃから離れた位置に配置される撮像手段４の方向へ伝搬させる。生体情報光５４は、撮像手段４の近傍に形成された撮像用ＨＯＥ３２（図７では撮像手段４に対向するようにホログラムシート３に形成されている）によって、撮像手段４に結像される。ただし、本実施形態では、導光用ＨＯＥ３３及び導光体６によって生体情報光を伝搬させるので、撮像手段４の配置を比較的自由に設計することができ、特にスペース的に余裕がある場合は、薄型の撮像用ＨＯＥ３２ではなく、その他の手段によって撮像手段４に生体情報光を結像させてもよい。この点において、本実施形態では撮像用ＨＯＥ３２は必須の構成ではない。

また、図７の個人認証装置は接触検知手段９を有しており、接触検知手段９によって認証対象が所定の位置に接触したことを検知させてもよい。例えば、接触検知手段９は、認証対象が認証可能空間においてステージ２に接触したことを検知すると、図示しない制御装置に信号を送り、光源５から光を照射し、撮像手段で生体情報を撮像するよう動作させてもよい。なお、接触検知手段９としては、特に制限はなく、抵抗膜方式、静電容量方式などのタッチパネルセンサを適宜使用することが可能である。

図７では、ステージ２を導光体６として利用し、ステージの裏側にホログラムシート３を配置したが、ホログラムシート３の裏側に導光体６を配置した場合は、導光用ＨＯＥ３３は、透過型のホログラフィック光学素子とすればよい。本実施形態の個人認証装置は、携帯情報端末、特に多機能携帯電話（スマートフォン、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標））に適用することが好ましい。また、図７では、撮像手段４は、平行な生体情報光を受光して、一枚の生体情報の画像を取得するように構成されているが、これに限定されない。図７に示す個人認証装置において、導光用ＨＯＥ３３が生体情報光のうち第１の方向に生じた光と第２の方向に生じた光を撮像手段４の方向へ伝搬させ、撮像用ＨＯＥ３２が第１及び第２の方向の生体情報光を撮像手段４に集光し、撮像手段４が第１及び第２の方向の生体情報に基づいて、二枚の生体情報の画像を取得するように構成してもよい。すなわち、図７に示す個人認証装置２も図２に示した個人認証装置と同様に、異なる方向から観察した視差を有するステレオ画像を取得することができる。

図８は、本発明の個人認証装置のさらに他の実施形態の一例である。本実施形態では、撮像手段４に可変焦点機構を内蔵し、可変焦点機構によって、物体側の前側焦点面４５の位置をＺ軸方向に変更することができ、第１の波長の光による第１の生体情報と第２の波長の光による第２の生体情報を取得することを可能とした個人認証装置について説明する。なお、第１の生体情報と第２の生体情報は、異なる生体情報（例えば、静脈と指紋、光彩と網膜等）であることが好ましいが、異なる波長の光で同じ生体情報について２重に情報を取得して精度を向上させてもよい。図８では、第１の光源として赤外ＬＥＤ５Ｌ、５Ｒを採用し、赤外ＬＥＤ５Ｌ、５Ｒから赤外線を照射して、指の内部の静脈に関する情報を取得し、第２の光源として面光源５０を採用し、面光源５０から可視光を照射して、指の表面の凹凸から指紋に関する情報を取得する実施態様である。ただし、図８では別々の光源を使用したが、一つの光源から複数の波長の光が照射される場合は、一つの光源で第１の生体情報と第２の生体情報の両方を取得することも可能である。一つの光源に含まれる複数の波長の光を利用する場合、撮像手段において所定の波長の信号強度をフィルタリングして検出すればよい。例えば、ＲＧＢのカラーフィルターが設けられた撮像手段を使用すれば、ＧＢ画素からの情報を用いて指紋の生体情報を取得し、赤外まで感度のあるＲ画素を用いて静脈の生体情報を取得することができる。

図８（Ａ）は、赤外ＬＥＤ５Ｌ、５Ｒによって静脈に関する生体情報を取得する状況を説明する図であり、基本的には既に説明した図２と同様の動作である。つまり、光源である赤外ＬＥＤ５Ｌ、５Ｒから照射された赤外光５１Ｌ、５１Ｒは、前述したとおり、照射用ＨＯＥ３１Ｌ、３１Ｒによって所定の角度に傾けられ、認証対象１０に対し照明光５２Ｌ、５２Ｒが照射される。認証対象１０から生成した生体情報光５３は、撮像用ＨＯＥ３２に入射し、撮像用ＨＯＥ３２によって撮像手段４に結像する。ここで、撮像手段４は、指の内部の静脈を観察するため、指の内部に、前側焦点面(物体面)４５が配置されるように内蔵された可変焦点機構が調整されている。

次に、図８（Ｂ）は、面光源５０によって指紋に関する生体情報を得する状況を説明する図である。ホログラムシート３は、赤外光を回折し、可視光をあまり回折しないため、面光源５０から照射された可視光は、ホログラムシート３の照射用ＨＯＥ、撮像用ＨＯＥによって回折されず、認証対象１０をそのまま照明する。認証対象１０の表面で反射した可視光も、ホログラムシート３の影響を受けず、撮像手段４によって画像が得られる。ここで、撮像手段４は、認証対象１０の表面を観察するため、指の表面に、前側焦点面(物体面)４５が配置されるように内蔵された可変焦点機構が調整されている。さらに前側焦点面４５の位置を適宜変更すれば、認証対象１０である指の腹及び内部を撮像することができる。そして、指の表面に刻まれた指紋を取得できるのである。

このように、本実施形態においては、撮像手段４が可変焦点機構を具備していることによって、異なる生体情報を検出することが可能となっている。しかも、ホログラムの波長選択性により、波長の異なる光が、異なる光路を経て、異なる生体情報光を生成させるのである。こうして、本実施形態の個人認証装置は、光源から供給する光の波長及び前側焦点面４５の位置を変更することによって、連続的に、静脈と指紋の二種の画像を取得することができ、より高精度の認証を行うことが可能なのである。

また、本実施形態のように、可視光の光源を有する場合は、認証処理を開始する際、ステージ２の一部、すなわち認証対象が配置されるべき位置（ここでは、導光用ＨＯＥ３３の位置）に可視光を照射して、認証対象の配置を案内表示することも好ましい。これによって、ステージ２上に特に物理的な目印などを設けなくても、利用者は指を配置すべき位置を容易に知ることができる。なお、可視光を表示する手段として、表示装置を利用すれば、より明確に配置すべき位置を特定することができるので好ましい。

図９は、本個人認証装置を多機能携帯電話１００に適用した例である。多機能携帯電話１００は、表示画面１０２、カメラ１０４及び操作ボタン１１０を有しており、表示画面はタッチパネル方式である。本実施形態の多機能携帯電話１００は表示画面１０２の領域及びカメラ１０４の部分を含む表面を覆うガラス基板をステージ２及び導光体６として利用した。ガラス基板（ステージ）の裏面に、照明用ＨＯＥ３１、導光用ＨＯＥ３３、撮像用ＨＯＥ３２が配置されており、撮像用ＨＯＥ３２は、導光体６と略同一の屈折率を有することが好ましい。なお、ガラス基板（ステージ）の裏側に、照明用ＨＯＥ３１、導光用ＨＯＥ３３、撮像用ＨＯＥ３２が形成されたホログラムシートを貼付してもよい。各ＨＯＥの配置、数量は、多機能携帯電話の構成に応じて適宜設定することができる。

生体情報光を取得する撮像手段としては、多機能携帯電話に搭載されたカメラ１０４（ＣＭＯＳ又はＣＣＤ）を利用することができる。カメラ１０４は、通常、焦点を変更する可変焦点機構を有しており、図８で説明したように、前側焦点面(物体面)４５を変更することができ、複数の生体情報を取得可能であるので好ましい。

また、多機能携帯電話１００の表示画面１０２には、認証対象が配置されるべき位置を表示することも好ましい。従来とは異なり本発明の個人認証装置では表面に突起物が必要なくなったので、認証対象を配置する目印が必要となるが、これを表示画面１０２に表示させることで解決できる。

図９では、光源からの光が照明用ＨＯＥ３１によって認証対象（図示せず）に照射されることによって認証対象から生成された生体情報光は、導光用ＨＯＥ３３によって、図９の中心軸Ｃから離れた右上の位置に設けられたカメラ１０４まで伝搬させる。その後、撮像手段であるカメラ１０４に対向して設けられた撮像用ＨＯＥ３２によって、導光体６を伝搬してきた生体情報光を撮像手段１０４に結像するのである。そして、図示しない制御装置は、結像した生体情報を登録されているものと比較して、利用者の認証を行うのである。

［ホログラフィック光学素子作製方法］
ところで、本実施形態の個人認証装置に利用するＨＯＥは、静脈を撮像するために、近赤外のＬＥＤ光源を用いて再生されるものである。したがって、本来、再生時と同様の近赤外の波長を有するレーザーを用いて作製（記録）されることが好ましい。しかしながら、本出願人の知る限り、現時点では、ＨＯＥを作製するのに適した近赤外のレーザー装置が少なく、かかる近赤外のレーザーに適する感光材料もない。

そこで、本発明では、緑色レーザーによって感光可能な材料であって、一般的で安価な感光材料（以下、「緑色系感光材料」という）を使用して、近赤外用の照明用ＨＯＥ及び撮像用ＨＯＥを作製（記録）することとした。緑色系感光材料は、例えば、光重合開始剤として、チタノセン系化合物を含むもの、又はベンゾフェノン系化合物と増感色素とを組み合わせたものが好ましい。再生時の波長とは異なる波長でＨＯＥを作製する方法については、例えば、「久保田敏弘著、「新版ホログラフィ入門−原理と実際−」、朝倉書店、１９９５年１１月、２６−３１頁」に記載されている。

図１０は、ホログラフィック光学素子を作製する装置及び方法を示す説明図である。緑色系感光材料の記録対象部分を基準点Ｏに合わせて配置し、基準点Ｏを含み、緑色系感光材料３に対して垂直な軸Ｎを光軸として、緑色（波長λ_o＝５３２ｎｍ）のレーザー光源７０を配置する。

ホログラム記録時において、レーザー光源７０から照射された緑色レーザー光６０は、ビームスプリッタ６５を介して分離する。分離した一方のレーザー光６１（記録用参照光）は、アパーチャ６６を通過した後、集束レンズ６７によって集束し、感光材料３１に照射される。このときの焦点Ｐ_rは、記録用参照光６１の点光源とみなすことができる。ここで、焦点Ｐ_rから基準点Ｏまでの距離をＲ_rとする。

そして、分離した他方のレーザー光６２（記録用物体光）は、アパーチャ６８を通過した後、ミラー６９によって反射され、感光材料の記録対象部分３１に照射される。記録用物体光の中心軸Ｌは光軸Ｎに対して角度θ_oを有する。記録用物体光を平行光とみなした場合、その中心軸Ｌに沿って無限遠方に置かれた点Ｐ_oは記録用物体光６２の点光源としてよい。本例の場合、基準点Ｏから点Ｐ_oまでの距離はＲ_o＝∞となる。記録用参照光６１と記録用物体光６２との干渉により、感光材料の記録対象部分３１にホログラムが記録される。

ホログラム再生時において、近赤外（波長λ_c＝８９０ｎｍ）の再生用参照光の点光源Ｐ_cを基準点ＯからＲ_cの距離に配置する。点光源Ｐ_cから照射された再生用参照光５１がホログラム３１を透過すると、回折により再生光５２が生じる。記録用参照光の波長と再生用参照光の波長とが異なるため、再生光５２は、物体光６２とは異なり、その中心軸Ｌが光軸Ｎに対して角度θ_iを有するものとなる。再生光５２の中心軸上の無限遠方には再生像点Ｐ_i（ホログラムの虚像の位置）が生じる。本例の場合、距離ＯＰ_iは、Ｒ_i＝∞としてよい。なお、再生用参照光５１及び再生光５２は、本発明の個人認証装置において、それぞれ、光源５からの光５１及び認証対象への照明光５２に相当する。

ここで、上記文献「新版ホログラフィ入門−原理と実際−」によれば、ホログラム記録時の波長とホログラム再生時の波長が異なる場合、参照光、物体光及び再生光の関係は、一般に以下の式によって表わされると記載されている。

１／Ｒ_i＝１／Ｒ_c＋μ（１／Ｒ_o−１／Ｒ_r） （式１）
ｓｉｎθ_i＝ｓｉｎθ_c＋μ（ｓｉｎθ_o−ｓｉｎθ_r） （式２）
μ＝λ_c／λ_o （式３）
図１０に示した例では、式１において、物体光源点Ｐ_o及び再生像点Ｐ_iは無限遠方にあるので、１／Ｒ_i＝０、１／Ｒ_o＝０である。また、式２において、θ_c＝∠ＮＰ_cＮ＝０°、θ_r＝∠ＮＰ_rＮ＝０°であるので、ｓｉｎθ_c＝０、ｓｉｎθ_r＝０である。また、式３において、λ_c＝８９０ｎｍ、λ_o＝５３２ｎｍであるので、μ＝１．６７３である。上記式に基づいて、所望の再生用参照光の点光源の位置、及び再生光の照射角度を設定することができる。

例えば、基準点Ｏから再生用参照光の点光源Ｐ_cまでの距離Ｒ_cを１０ｍｍに設定する場合、式１及び式３から、基準点Ｏから記録用参照光の点光源Ｐ_rまでの距離Ｒ_rは、以下のとおりとなる。

Ｒ_r＝（λ_c／λ_o）・Ｒ_c＝１６．７３ｍｍ
また、再生光の照射角度θ_iを−７５°（時計回りを正の向きとする）に設定する場合、式２及び式３から、記録用物体光の照射角度θ_oは以下のとおりとなる。

ｓｉｎθ_o＝１／μ（ｓｉｎθ_i）＝−０．５７７
θ_o＝−３５．３°
つまり、ホログラム記録時において、５３２ｎｍのレーザー光を用い、光軸に対して−３５．３°の角度を有する物体光と、基準点から１６．７３ｍｍ離れた位置に配置された点光源からの参照光によって緑色系感光材料を露光させると、それに記録されたホログラムについては、再生時において、基準点から１０ｍｍ離れた位置に配置された点光源からの波長λ_c＝８９０ｎｍの参照光を照射した場合、光軸に対して−７５°の角度を有する再生光が発生する。

換言すると、本個人認証装置のＨＯＥ作製時において、装置の厚み（光源５からＨＯＥ３１までの距離）を１０ｍｍに設定したい場合は、ＨＯＥから１６．７３ｍｍ離した点光源により記録用参照光を照射すればよい。また、照明光５２の照射角度を７５°に設定する場合は、記録用物体光の照射角度を３５．３°となるようにミラーを配置すればよいのである。このように、本発明では、認証時に用いる光とは異なる光を用いて、所望の回折効率、角度選択性などを有するホログラフィック光学素子を作製することができる。

［実施例］
図１０に示したＨＯＥ作製装置を用いて本発明の個人認証装置で使用可能なホログラムシート３を作製した。まず、フィルム基板上に緑色系感光材料を塗布したホログラフィック記録媒体を個人認証装置のステージ２となるガラス基板に貼りつけて使用した。照明用ＨＯＥ３１のホログラム記録時において、５３２ｎｍのレーザー光を用い、光軸に対して−３５．３°の角度を有する物体光と、基準点から１６．７３ｍｍ離れた位置に配置された点光源からの参照光によって緑色系感光材料を露光させた。かかるホログラムは、再生時において、基準点から１０ｍｍ離れた位置に配置された点光源からの８９０ｎｍのレーザー光を照射すると、法線Ｎに対して７５°の角度を有する再生光を発生することができ、厚さ１０ｍｍの装置において光源からの光を７５°の照射角度で照射可能な照明用ＨＯＥ３１を実現できた。

また、撮像用ＨＯＥ３２のホログラム記録の際は、上記と同様のホログラムの露光手法を用い、物体光と参照光を所望の角度に設定し、緑色系感光材料を露光させ、再生時において、静脈から所望の角度で入射する８９０ｎｍの生体情報光を受けて再生光を生じ、かかる再生光をステージからＺ方向へ１０ｍｍ離れ、撮像用ＨＯＥ３２の中心軸からＸ方向に７０ｍｍ離れた位置に配置された撮像手段（図示省略）に、静脈の画像を結像可能なホログラムを作製した。このように、認証対象からの生体情報光を撮像手段に集光可能な撮像用ＨＯＥ３２を実現できた。

さらに、上記の方法で作製したＨＯＥを用いて、薄型直方体の形状に形成され、ステージの略中央部分に載置される指の静脈のパターンに基づいて本人確認をする個人認証装置を作製した。本実施例の個人認証装置は、長さ（Ｘ軸方向の寸法）が５０ｍｍ、幅（Ｙ軸方向の寸法）が５０ｍｍ、厚さ（Ｚ軸方向の寸法）が約１０ｍｍであり、直方体である（図１又は図２参照）。ステージ２は、ガラスによって構成した。装置の側面、背面も同様にガラスで構成され、装置全体は密閉構造を有する。

光源５Ｌ、５Ｒとして、近赤外のＬＥＤ（波長８９０ｎｍ）を使用し、撮像手段４として、ＣＣＤカメラを使用した。以下、図５を参照する。撮像用ＨＯＥ３２は、８ｍｍ角の正方形のＨＯＥを４×２列に配置したものであり、その中心を撮像手段４の中心軸Ｃに合わせてステージの裏面に貼付した。照明用ＨＯＥ３１Ｌ、Ｒは、８ｍｍ角の正方形のＨＯＥを４×１列に配置したものであり、光源５の位置に合わせてステージの裏面に配置した。照明光の照射角度θ₁は７５°である。

以上説明したとおり、本発明によれば、薄型（例えば、厚さが１０ｍｍ以下）で簡単な構造の個人認証装置を提供することができる。認証対象を配置するステージをおおむね平坦に構成することができる。

また、照明用ＨＯＥを適宜設計することにより、認証対象の側面に対して照明光を比較的大きな照射角度で照射することができ、生体情報のパターンを鮮明に撮像でき、認証率を向上させることができる。さらに、撮像用ＨＯＥを適宜設計することにより、少なくとも異なる二方向から到達する認証対象からの生体情報光を撮像手段に集光することができるので、視差を有するステレオ画像を取得することができる。これにより、一方向から観た画像を用いる場合に比べて認証率を向上させることができ、必要に応じて立体像を構成することもできる。

加えて、ステージの表側に比較的大きな認証可能空間を確保することができるので、利用者は、認証時において、認証対象を接触又は非接触状態で、所望の位置に配置することができる。

２ ステージ
３ ホログラムシート
４ 撮像手段
５ 光源
６ 導光体
８ 電子基板部
１０ 認証対象
１２ 生体情報
３０ 照射角度
３１ 照明用ホログラフィック光学素子
３２ 撮像用ホログラフィック光学素子
３３ 導光用ホログラフィック光学素子
４０ 撮像面
５１ 光源からの光
５２ 照明光
５３ 生体情報光
５５ 集束光

Claims (20)

1. 認証対象における生体情報に基づいて本人確認をする個人認証装置であって、
   光源と、
   表側に前記認証対象が配置されるステージと、
   前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、
   前記ステージの一部に配置され、前記光源からの光を前記認証対象に照射する照明用ホログラフィック光学素子と、
   前記ステージの他の一部に配置され、前記認証対象からの光を前記撮像手段に集光させる撮像用ホログラフィック光学素子と、を備え、
   前記撮像用ホログラフィック光学素子が、前記認証対象からの光のうち、第１の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の一部に集光し、前記第１の方向とは異なる第２の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の他の一部に集光することを特徴とする個人認証装置。
2. 認証対象における生体情報に基づいて本人確認をする個人認証装置であって、
   光源と、
   前記認証対象を配置するステージと、
   導光体と、
   前記ステージの一部に配置され、前記光源からの光を前記認証対象に照射する照明用ホログラフィック光学素子と、
   前記ステージの他の一部に配置される導光用ホログラフィック光学素子と、
   前記導光用ホログラフィック光学素子の中心軸から離れた位置に配置され、前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、
   前記導光体の前記撮像手段の近傍に撮像用ホログラフィック光学素子と、を備え、
   前記導光用ホログラフィック光学素子が、前記認証対象からの光を前記導光体の所定の閾値角度よりも大きな角度で反射させ、前記所定の閾値角度よりも大きな角度で反射した光を前記導光体の内部で反射させて前記撮像手段の方向へ伝搬し、
   前記撮像用ホログラフィック光学素子が、前記導光体の内部で反射して伝搬した光のうち、第１の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の一部に集光し、前記第１の方向とは異なる第２の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の他の一部に集光することを特徴とする個人認証装置。
3. 前記ステージを前記導光体として使用することを特徴とする請求項２に記載の個人認証装置。
4. 前記第１の方向から入射する光、及び前記第２の方向から入射する光に基づいて、前記生体情報の二枚の画像を作成し、前記二枚の画像を用いて前記生体情報の立体像を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の個人認証装置。
5. 認証対象における生体情報に基づいて本人確認をする個人認証装置であって、
   光源と、
   表側に前記認証対象が配置されるステージと、
   前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、
   前記ステージの一部に配置され、前記光源からの光を前記認証対象に照射する照明用ホログラフィック光学素子と、
   前記ステージの他の一部に配置され、前記認証対象からの光を前記撮像手段に集光させる撮像用ホログラフィック光学素子と、を備え、
   前記光源が、第１及び第２の異なる波長の光を供給可能であり、
   前記撮像手段が可変焦点機構を有し、
   前記個人認証装置が、
   前記ステージに載置された認証対象に対し、第１の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介して照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させ、
   また、前記ステージに載置された認証対象に対し、第２の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介さずに照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させることを特徴とする個人認証装置。
6. 認証対象における生体情報に基づいて本人確認をする個人認証装置であって、
   光源と、
   前記認証対象を配置するステージと、
   導光体と、
   前記ステージの一部に配置され、前記光源からの光を前記認証対象に照射する照明用ホログラフィック光学素子と、
   前記ステージの他の一部に配置される導光用ホログラフィック光学素子と、
   前記導光用ホログラフィック光学素子の中心軸から離れた位置に配置され、前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、を備え、
   前記導光用ホログラフィック光学素子が、前記認証対象からの光を前記導光体の所定の閾値角度よりも大きな角度で反射させ、前記所定の閾値角度よりも大きな角度で反射した光を前記導光体の内部で反射させて前記撮像手段の方向へ伝搬し、
   前記光源が、第１及び第２の異なる波長の光を供給可能であり、
   前記撮像手段が可変焦点機構を有し、
   前記個人認証装置が、
   前記ステージに載置された認証対象に対し、第１の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介して照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させ、
   また、前記ステージに載置された認証対象に対し、第２の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介さずに照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させることを特徴とする個人認証装置。
7. 前記ステージを前記導光体として使用することを特徴とする請求項６に記載の個人認証装置。
8. 前記第１の波長の光赤外光であり、前記認証対象から静脈に関する生体情報光を取得し、前記第２の波長の光は可視光であり、前記認証対象から静脈に関する生体情報光とは異なる生体情報光を取得することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の個人認証装置。
9. 前記撮像用ホログラフィック光学素子は、特定の波長以外の光を遮断する機能を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の個人認証装置。
10. 前記認証対象の接触を検知する接触検知手段を備え、
    前記撮像手段は、前記接触検知手段が前記認証対象の接触を検知すると、前記認証対象の生体情報を撮像することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の個人認証装置。
11. 前記ステージの少なくとも一部に前記認証対象が載置されるべき位置を表示可能なことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の個人認証装置。
12. 前記照明用ホログラフィック光学素子、前記撮像用ホログラフィック光学素子、前記導光用ホログラフィック光学素子の少なくとも一つは、前記ステージの裏側に配置されたホログラムシートにおいて形成されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の個人認証装置。
13. 前記光源は、前記ステージの端部から前記照明用ホログラフィック光学素子に光を照射することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の個人認証装置。
14. 前記照明用ホログラフィック光学素子は、前記光源からの光を、前記ステージの法線に対して４５°以上の角度で前記認証対象に照射することを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の個人認証装置。
15. 前記認証対象における生体情報は、指の静脈、指の指紋、手のひらの静脈、手の甲の静脈、目の網膜、又は目の虹彩であることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか１項に記載の個人認証装置。
16. 前記照明用ホログラフィック光学素子、前記撮像用ホログラフィック光学素子又は前記導光用ホログラフィック光学素子は、前記光源の光とは異なった波長を有する参照光及び物体光を照射して作製され、前記光源と同じ波長の光を照射すると所定の角度の光を生じることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の個人認証装置。
17. 前記照明用ホログラフィック光学素子、前記撮像用ホログラフィック光学素子又は前記導光用ホログラフィック光学素子は、緑色レーザーによる参照光及び物体光を緑色系感光材料に照射して作製され、近赤外光を照射すると所定の角度の光を生じることを特徴とする請求項１６に記載の個人認証装置。
18. 請求項１乃至１７の何れか１項に記載の個人認証装置を含む携帯情報端末装置。
19. 認証対象の生体情報に基づく個人認証機能を有する携帯情報端末装置であって、
    画面を構成し、表側に前記認証対象が配置される透明基板と、
    前記透明基板の裏側に配置される光源と、
    前記透明基板の裏側に配置され、前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、
    前記透明基板の裏側に配置される照明用ホログラフィック光学素子と、
    前記透明基板の裏側に配置される導光用ホログラフィック光学素子と、
    前記透明基板の裏側に配置される撮像用ホログラフィック光学素子と、を備え、
    前記照明用ホログラフィック光学素子が、前記光源からの光を前記認証対象に照射し、
    前記導光用ホログラフィック光学素子が、前記認証対象からの生体情報光を前記透明基板の所定の閾値角度よりも大きな角度で反射させ、前記所定の閾値角度よりも大きな角度で反射した光を前記透明基板の内部で反射させて撮像用ホログラフィック光学素子の方向へ伝搬させ、
    前記撮像用ホログラフィック光学素子が、前記透明基板の内部を伝搬した光のうち、第１の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の一部に集光し、前記第１の方向とは異なる第２の方向から入射する光を前記撮像手段における撮像面の他の一部に集光することを特徴とする携帯情報端末装置。
20. 認証対象の生体情報に基づく個人認証機能を有する携帯情報端末装置であって、
    画面を構成し、表側に前記認証対象が配置される透明基板と、
    前記透明基板の裏側に配置される光源と、
    前記透明基板の裏側に配置され、前記認証対象の生体情報を撮像する撮像手段と、
    前記透明基板の裏側に配置される照明用ホログラフィック光学素子と、
    前記透明基板の裏側に配置される導光用ホログラフィック光学素子と、
    前記透明基板の裏側に配置される撮像用ホログラフィック光学素子と、を備え、
    前記照明用ホログラフィック光学素子が、前記光源からの光を前記認証対象に照射し、
    前記導光用ホログラフィック光学素子が、前記認証対象からの生体情報光を前記透明基板の所定の閾値角度よりも大きな角度で反射させ、前記所定の閾値角度よりも大きな角度で反射した光を前記透明基板の内部で反射させて撮像用ホログラフィック光学素子の方向へ伝搬させ、
    撮像用ホログラフィック光学素子が前記透明基板の内部を伝搬した光を前記撮像手段に集光し、
    前記光源は、第１及び第２の異なる波長の光を供給可能であり、
    前記撮像手段は可変焦点機構を有し、
    前記個人認証装置は、
    前記ステージに載置された認証対象に対し、第１の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介して照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させ、
    また、前記ステージに載置された認証対象に対し、第２の波長の光を前記照明用ホログラフィック光学素子を介さずに照射し、認証対象から生成された生体情報光を前記可変焦点機構を用いて前記撮像手段に結像させることを特徴とする携帯情報端末装置。

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