JP6586729B2 - 照明装置及び生体認証装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及び生体認証装置に関する。

近年、手または指の静脈のパターン、指紋または掌紋のパターンなどの生体情報を表す生体画像に基づいて、システムの利用者を非接触で認証する生体認証技術が開発されている。生体認証技術を利用した生体認証装置は、利用者の生体情報を表す入力生体画像を、予め登録された登録利用者の生体画像を表す登録生体情報と照合する。生体認証装置は、照合処理の結果に基づき、登録生体情報と一致すると判定された入力生体情報で表される生体情報を持つ利用者を正当な権限を有する登録利用者として認証し、上記のシステムの利用を許可する。生体認証装置は、例えば上記のシステム内に組み込まれていても、或いは、上記のシステムに外部接続されていても良い。

生体認証装置は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）へのログオン管理、銀行のＡＴＭ（Automated Teller Machine）における本人確認、オフィスなどの入退室管理などの様々な分野で利用されている。

生体認証装置が高精度で利用者を照合するためには、生体画像上で生体情報の特徴的な構造が鮮明に写っていることが望ましい。そこで、生体情報を撮影して生体画像を生成する生体認証装置用センサは、生体情報を含む手などの被写体を結像レンズとＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子で撮影する撮影光学系に加え、被写体に照明光を照射する照明光学系を有していることもある。

照明光学系と撮影光学系を備えた生体認証装置用センサの技術が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３）。

特開２００９−３１９０３号公報 特開２０１３−１３０９８１号公報 特表２００５−５２７８７４号公報

従来の方法では、手などの被写体を照明光学系により均一に照明することが難しい。

そこで、１つの側面では、本発明は、照明領域における光強度の分布の均一化を図ることができる照明装置及び生体認証装置の提供を目的とする。

一局面によれば、照明領域に光を照射する光源と、
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子とを含み、
前記回折光学素子における２次元配置面内の所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布は、中心側の方が端側よりも格子間隔が広い特性を有する、照明装置が提供される。

照明領域における光強度の分布の均一化を図ることができる照明装置及び生体認証装置が得られる。

生体認証装置用センサの第１の例を説明する図である。 生体認証装置用センサの第２の例を説明する図である。 第１実施例における照明装置の一例を模式的に断面視で示す図である。 複数の回折格子が２次元配置された集合体の例を示す図である。 回折光学素子２６の格子間隔の分布特性の一例を示す図である。 照明領域３３に向けられるｎ次回折光の光強度の分布を模式的に示す図である。 照明領域３３における光強度の分布を示す図である。 回折光学素子２６'のＸ方向に沿った格子間隔の分布を示す図である。 回折光学素子２６'により照明領域３３に向けられるｎ次回折光の光強度の分布を模式的に示す図である。 第２実施例における照明装置の一例を模式的に断面視で示す図である。 照明装置１００Ａにより得られる照明領域３３における光強度の分布特性の一例を示す図である。 照明装置１００Ａにより得られる照明領域３３における光強度の分布特性の他の一例を示す図である。 図１２の特性が得られるときの照明装置１００Ａの説明図である。 照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの一例を上面視で概略的に示す図である。 回折光学素子２６を含む基板２６１の一例を上面視で概略的に示す図である。 図１４のラインＡ−Ａに沿った断面図である。 照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの他の一例を上面視で概略的に示す図である。 照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの更なる他の一例を上面視で概略的に示す図である。 第３実施例における照明装置の一例を模式的に断面視で示す図である。 回折光学素子２６Ｂの格子間隔の分布特性の一例を示す図である。 回折光学素子２６Ｂの格子間隔の分布特性の一例を示す図である。 照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの一例を上面視で概略的に示す図である。 回折光学素子２６Ｂを含む基板２６１Ｂの一例を上面視で概略的に示す図である。 図２２のラインＢ−Ｂに沿った断面図である。 照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの他の一例を上面視で概略的に示す図である。 照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの更なる他の一例を上面視で概略的に示す図である。 生体認証装置の一例を示すブロック図である。 コンピュータの構成の一例を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

図１は、生体認証装置用センサの第１の例を説明する図である。図１中、（ａ）は生体認証装置用センサの上面図、（ｂ）は生体認証装置用センサの側面の模式図、（ｃ）は照明装置用センサの照明光と照明分布を示す模式図である。生体認証装置用センサ１Ａは、カメラなどの撮影光学系２と、照明光学系３とを有する。照明光学系３は、基板４上に設けられた複数（この例では８個）のＬＥＤ（Light-Emitting Diode）５と、レンズアレイ６を有する。この例では、図１中、（ａ）に示すように、ＬＥＤ５は撮影光学系２の外側にリング状に配置されており、レンズアレイ６はＬＥＤ５と対向するようにリング状に設けられている。

図１中、（ｃ）に示すように、各ＬＥＤ５からの照明光はレンズアレイ６により広がりを持たされて照明領域１０に照射される。図１中、（ｃ）の上部に示すように、照明光の強度（任意単位）は、照明領域１０上の位置（任意単位）に応じて異なり、この例では、照明領域１０の中央部分での光強度が照明領域１０の他の部分での光強度より高い。このように、ＬＥＤ５の配置及びレンズアレイ６の特性などに応じて、照明領域１０には明暗分布が発生し、照射される照明光の強度分布を均一化することは難しい。

図２は、生体認証装置用センサの第２の例を説明する図である。図２中、（ａ）は生体認証装置用センサの上面図、（ｂ）は生体認証装置用センサの側面の模式図、（ｃ）は照明装置用センサの照明光と照明分布を示す模式図である。図２中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図２に示す生体認証装置用センサ１Ｂでは、図１のレンズアレイ６の代わりに、拡散導光板７がＬＥＤ５と対向するようにリング状に設けられている。図２中、（ｃ）に示すように、各ＬＥＤ５からの照明光は拡散導光板７により拡散されて照明領域１０に照射される。図２中、（ｃ）の上部に示すように、照明光の強度（任意単位）は、照明領域１０上の位置（任意単位）にかかわらず略均一となる。しかし、拡散された照明光は、照明領域１０より広い領域に照射され、照明領域１０の外側では、図２中、（ｃ）において楕円で囲んで示すように漏れ光による無駄が増大してしまうので、照明光の強度が低下してしまう。照明光の低下を防止するために、ＬＥＤ５の数を増加させたり、高出力のＬＥＤを用いることが考えられるが、ＬＥＤ５の数を増加させると照明光学系３が大型化してしまう。また、ＬＥＤ５に高出力ＬＥＤを用いた場合、高出力ＬＥＤが一般的には熱対策のため比較的大型であることから、照明光学系３が大型化してしまう。

そこで、以下で説明する実施例では、照明装置より照明領域における照明光の強度分布の均一化を図る。また、以下で説明する実施例では、生体認証装置の認証精度低下の防止を図る。

図３は、第１実施例における照明装置の一例を模式的に断面視で示す図である。図３には、第１実施例における照明装置の一例が符号"１００"で指示されている。図３には、互いに直交しあう３方向として、Ｘ，Ｙ及びＺ方向が定義されている。また、図３には、回折光学素子２６から照明領域３３に向かう光の広がりが模式的にハッチング範囲Ｓで示されている。尚、第１実施例の説明については、光源２５の光軸および回折光学素子２６の光軸、回折光学素子２６の中心から出射する主光線が一致するものとする。

図３には、照明領域３３が模式的に断面視で示されている。

照明領域３３の外形やサイズは、任意であるが、典型的には、認証対象の生体の部位の外形やサイズ等に応じて決まる。例えば、非接触型の認証方法を用いる場合は、照明領域３３は、認証時に生体の部位が位置すべき想定領域でありうる。他方、接触型の認証方法を用いる場合は、照明領域３３は、生体の部位が接触する部位（例えば、透明なガラス等の素材により形成された載置台）でありうる。尚、照明領域３３のサイズは、回折光学素子２６の回折領域や光源２５の出射面のサイズよりも有意に大きい。以下では、照明領域３３は、一例として、ＸＹ平面に平行に延在する平面状の矩形領域であるとする。

照明装置１００は、光源２５と、回折光学素子２６とを含む。

光源２５は、照明領域３３に光を照射する。光源２５の光軸が符号Ｉで示される。図示の例では、光軸Ｉは、照明領域３３に垂直である（即ち、Ｚ方向に平行）。光源２５は、好ましくは、レーザー光のような直進性及び平行性が保たれる光を発生する光源ではなく、ＬＥＤなどの発散光源である。光源２５は、例えば、ＬＥＤ（例えば近赤外ＬＥＤ、白色ＬＥＤ）により形成される。

回折光学素子２６は、照明領域３３と光源２５との間に設けられる。回折光学素子２６は、複数の回折格子が２次元配置された集合体（図４参照）により形成される。図３に示す例では、２次元配置面は、ＸＹ平面に平行に延在する。回折光学素子２６の２次元配置面の中心（以下、「回折光学素子２６の中心」ともいう）は、光源２５の光軸上に配置される。

尚、図３に示す例では、一例として、照明領域３３は１１０ｍｍ×１１０ｍｍの大きさの矩形であり、光源２５と回折光学素子２６との間隔は６ｍｍである。また、照明領域３３と回折光学素子２６との間隔はＺ方向で５１ｍｍである。

図４は、回折光学素子の回折格子の一例を示す上面図である。尚、図４では、回折光学素子２６の中央部以外は、回折格子の図示が省略されている。この例では、回折光学素子２６は、マトリクス状に配置された複数の回折格子（以下、「セル」とも言う）２６３を有する。各セル２６３の格子間隔（ピッチ）及び回転方向は、互いに異なっても良い。セル２６３の形状は矩形に限定されず、セル２６３の配置はマトリクス状に限定されず、セル２６３の数も特に限定されない。以下の説明では、回折光学素子２６の一辺に沿ったセル２６３の数のことを「ピクセル数ＰＩＸ」とも言う。また、特定の１つのセル２６３を特定するときは、Ｘ方向及びＹ方向のＰＩＸ番号で指示し、Ｘ方向及びＹ方向のＰＩＸ番号は、図４に示すビューで左下のセル２６３を（１，１）として基準とする。

図５は、回折光学素子２６の格子間隔の分布特性の一例を示す図である。図５は、Ｘ方向に沿った複数（本例では３００個）の回折格子の格子間隔の分布特性を示す。例えば、図５に示す分布特性は、回折光学素子２６の中心を通るＸ方向のライン（所定ラインの一例）に沿った特性である。

図５に示す例では、一例として、次のような寸法関係の回折光学素子２６から得られる特性が示される。回折光学素子２６は、３ｍｍ×３ｍｍの大きさの矩形であり、回折光学素子２６のピクセル数ＰＩＸは３００個であり、セル２６３は０．０１ｍｍ×０．０１ｍｍの大きさの矩形である。図５には、Ｘ方向に沿ったセル２６３毎の格子間隔を結ぶ線が実線で示される。また、図５には、Ｘ方向に沿ったセル２６３毎の格子間隔の各値（各プロット点）に対する二次多項式による近似曲線が破線で示される。尚、近似曲線に係る多項式の次数は、任意である。

図５に示すように、第１実施例では、Ｘ方向に沿った格子間隔の分布は、中心側の方が端側よりも格子間隔が広い特性を有する。例えば、図５に示すように、Ｘ方向のＰＩＸ数"１２５〜１７５"での格子間隔は、Ｘ方向のＰＩＸ数"１〜５０"や"２５０〜３００"での格子間隔よりも有意に大きい。尚、図５に示す例では、格子間隔の分布特性は、Ｘ方向のＰＩＸ数"１５０"を中心として対称であるが、対称性はなくてもよい。また、近似曲線は、Ｘ方向のＰＩＸ数"１５０"（即ち、回折光学素子２６のＸ方向の中心）でピーク値を取るが、ピーク値を取るＸ方向のＰＩＸ数（即ち、回折光学素子２６のＸ方向の位置）は、回折光学素子２６の中心に対応する位置であれば、厳密な中心から若干ずれてもよい。

尚、図５に示す分布特性は、上述の如く、回折光学素子２６の中心を通るＸ方向のラインに沿った特性を示す。但し、回折光学素子２６は、中心以外の任意の位置を通るＸ方向のラインに沿って、又は、特定のＹ方向の範囲内の任意の位置を通るＸ方向のラインに沿って、図５に示すような特性を有してもよい。また、回折光学素子２６は、Ｙ方向のラインに沿って、図５に示すような特性を有してもよい。この場合も同様に、回折光学素子２６は、回折光学素子２６の中心を通るＹ方向のラインに沿って、図５に示すような特性を有してもよい。或いは、回折光学素子２６は、中心以外の任意の位置を通るＹ方向のラインに沿って、又は、特定のＸ方向の範囲内の任意の位置を通るＹ方向のラインに沿って、図５に示すような特性を有してもよい。或いは、回折光学素子２６は、回折光学素子２６の中心を通る他の方向（Ｘ方向とＹ方向との組み合わせの方向）のラインに沿って、図５に示すような特性を有してもよい。これらの場合、"図５に示すような特性を有する"とは、厳密に図５に示す特性を有する必要はなく、図５に示す例よりも、中心側の格子間隔と端側の格子間隔との差が大きくてもよいし、小さくてもよい。即ち、各ラインに沿った近似式の多項式の係数は異なってもよい。以下では、回折光学素子２６は、一例として、回折光学素子２６の中心を通る任意の方向のライン（所定ラインの一例）に沿って、図５に示すような特性を有するものとする。

図６は、照明領域３３に向けられるｎ次回折光の光強度の分布を模式的に示す図である。各ライン９０は、間隔が広いほど、ｎ次回折光の強度が小さいことを意味し、間隔が狭いほど、ｎ次回折光の強度が大きいことを意味する。

ここで、回折の一般的な特性は、以下の近似式で表すことができる。
ｎλ/d=sinθi＋sinθo
ｎ：回折次数
λ：波長
d：格子間隔
θi：入射光角度
θo：回折光角度
この式は、格子間隔ｄが大きいほど、回折光角度が小さく、格子間隔ｄが小さいほど、回折光角度が大きくなることを意味する。

図７は、照明領域３３における光強度の分布を示す図であり、（Ａ）は、０次透過光による光強度の分布を示し、（Ｂ）は、ｎ次回折光の分布を示し、（Ｃ）は、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布を示す図である。図７において、グレースケールの黒になるほど、光強度が"小"（即ち"暗"）であることを意味する。

ここで、一般的に、回折光の強度としては、格子間隔ｄが大きいほど、強度が小さくなる。従って、格子間隔が広いと０次透過光が強く、回折光が弱くなり、逆に、格子間隔が狭いと０次透過光が弱く、回折光が強くなることが知られている。

図７（Ａ）に示すように、回折光学素子２６においては０次透過光が不可避的に発生するため、照明領域３３における照明光の光強度の分布は、０次透過光による照明光の光強度の分布の影響を受ける。特に、回折光学素子２６の中心領域では、光源２５から入射する光の強度が他の領域よりも高いため（例えば、ガウス分布）、回折光学素子２６の中心領域内のセル２６３からの０次透過光による光強度の分布の影響が大きくなる。第１実施例では、図５に示すように、Ｘ方向の中心側の方が端側よりも格子間隔が広いので、Ｘ方向の中心側のセル２６３から照明領域３３に向けられる光の強度は、０次透過光が強く、回折光が弱くなる。従って、０次透過光による光強度の分布は、図７（Ａ）に示すように、Ｚ方向に視て、照明領域３３の中心（光源２５の中心）が最も高くなる。また、図７（Ｂ）に示すように、照明領域３３の中心領域を照明するｎ次回折光の強度は、照明領域３３の端部領域を照明するｎ次回折光の強度よりも小さくなる。即ち、ｎ次回折光による光強度の分布は、図７（Ｂ）に示すように、Ｚ方向に視て、照明領域３３の中心（光源２５の中心）が最も低くなる。

従って、第１実施例によれば、図７（Ｃ）に示すように、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布の均一化の図ることができる。

次に、図８及び図９を参照して、上述の第１実施例に対する変形例を説明する。

図８は、回折光学素子２６'のＸ方向に沿った格子間隔の分布を示す図である。尚、この分布特性は、回折光学素子２６'の中心を通るＸ方向のラインに沿った特性（二次多項式による近似曲線）である。但し、上述した実施例１と同様、回折光学素子２６'は、他の方向のラインに沿っても、図８に示すような特性を有してよい。図８において、破線は、上述の第１実施例の場合を示し、一点鎖線は、本変形例の場合を示す。図９は、回折光学素子２６'により照明領域３３に向けられるｎ次回折光の光強度の分布を模式的に示す図である。図９において、上述の第１実施例の場合を示した図６と同様、各ライン９０は、間隔が広いほど、ｎ次回折光の強度が小さいことを意味し、間隔が狭いほど、ｎ次回折光の強度が大きいことを意味する。

本変形例では、回折光学素子２６'の格子間隔は、図９に各ライン９０の間隔が同一である状態が模式的に示されるように、照明領域３３におけるｎ次回折光の強度分布が均一になるように設定されている。具体的には、本変形例では、図８に示すように、上述の第１実施例と同様、Ｘ方向のラインに沿った格子間隔の分布特性は、回折光学素子２６'の中心側の方が端側よりも格子間隔が広い。但し、本変形例では、図８に示すように、上述の第１実施例よりも格子間隔が狭い。この傾向は、特にＸ方向に沿った回折光学素子２６'の中心領域で顕著である。

本変形例によれば、Ｘ方向に沿った格子間隔の分布特性は、回折光学素子２６'の中心側の方が端側よりも格子間隔が広いが、上述の第１実施例よりも狭いので、照明領域３３におけるｎ次回折光の強度分布の均一化を図ることができる。換言すると、上述の第１実施例では、Ｘ方向に沿った格子間隔の分布特性は、本変形例よりも格子間隔が広く、且つ、回折光学素子２６の中心側の方が端側よりも格子間隔が広い。この結果、上述の第１実施例によれば、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布の均一化の図ることができる。

尚、上述した実施例１（変形例を含む）では、回折光学素子２６の格子間隔の分布は、図５や図８に示すように、回折光学素子２６のＸ方向の中心に対応する位置でピーク値を取る。ここで、上述の如く、ピーク値を取る回折光学素子２６のＸ方向の位置は、回折光学素子２６のＸ方向の厳密な中心に一致する必要はなく、厳密な中心から若干ずれてもよい。例えば、回折光学素子２６の中心と照明領域３３の中心（＝撮影光学系７２の光軸）がＸ方向で若干ずれる場合、ピーク値を取る回折光学素子２６のＸ方向の位置は、厳密な中心から照明領域３３の中心に向う方向にずれてよい。この場合、回折光学素子２６の各格子間隔は、例えば図５に示すような近似曲線が、照明領域３３の中心に対応する位置でピーク値を取るように設定されてよい。これは、回折光学素子２６の中心と照明領域３３の中心が他の方向（Ｘ方向以外の方向）で若干ずれる場合も同様である。いずれの場合であっても、回折光学素子２６の各格子間隔は、同方向に沿った格子間隔の分布を表す近似曲線が、照明領域３３の中心（＝撮影光学系７２の光軸）に対応する位置でピーク値を取るように設定されてよい。

次に、図１０乃至図１３を参照して、第２実施例による照明装置を説明する。

図１０は、第２実施例における照明装置の一例を模式的に断面視で示す図である。図１０には、第２実施例における照明装置の一例が符号"１００Ａ"で指示されている。

照明装置１００Ａは、第１実施例において説明した光源２５と回折光学素子２６を２セット、Ｘ方向に配列した点が、上述の第１実施例による照明装置１００と異なる。

第１光学セット２５１は、光源２５及び回折光学素子２６を含み、第２光学セット２５２は、光源２５及び回折光学素子２６を含む。光源２５及び回折光学素子２６のそれぞれの構成は、上述の第１実施例と同様であってよい。

図１０に示す照明装置１００Ａによれば、２つの光学セット（第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２）を備えるので、照明領域３３が比較的大きい場合であっても、照明領域３３における照明光の光強度の分布を所望の態様で均一化できる。例えば、第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２のＸ方向の間隔Δｘを調整することで、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布を所望の態様で均一化できる（図９及び図１０参照）。

尚、図１０に示す照明装置１００Ａでは、２つの光学セット（第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２）を備えるが、３つ以上の光学セットを備えてもよい。また、図１０に示す照明装置１００Ａでは、２つの光学セット（第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２）がＸ方向に配列されているが、Ｙ方向や、Ｘ方向とＹ方向の組み合わせの方向に配列されてもよい。また、３つ以上の光学セットが直線上以外の配列パターンで配置されてもよい。

図１１は、照明装置１００Ａにより得られる照明領域３３における光強度の分布特性の一例を示す図である。図１１では、横軸は、照明領域３３のＸ方向の位置を表し、縦軸が強度を表す。尚、図１１において、位置"ｘ１"は、第１光学セット２５１のＸ方向の位置に対応し、位置"ｘ２"は、第２光学セット２５２のＸ方向の位置に対応する。図１１において、（Ａ）は、０次透過光による光強度の分布を示し、（Ｂ）は、ｎ次回折光の分布を示し、（Ｃ）は、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布を示す図である。図１１に示す例は、第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２のＸ方向の間隔Δｘが比較的大きい場合を示す。図１１に示す例では、第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２のＸ方向の間隔Δｘは、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布が、図１１（Ｃ）に示すように均一になるように設定される。

図１２は、照明装置１００Ａにより得られる照明領域３３における光強度の分布特性の他の一例を示す図である。図１２では、横軸は、照明領域３３のＸ方向の位置を表し、縦軸が強度を表す。尚、図１２において、位置"ｘ３"は、第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２間のＸ方向の中間位置に対応する。図１２において、（Ａ）は、０次透過光による光強度の分布を示し、（Ｂ）は、ｎ次回折光の分布を示し、（Ｃ）は、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布を示す図である。図１２に示す例は、第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２のＸ方向の間隔Δｘが、図１３に示すように、非常に小さい場合を示す。図１２に示す例では、第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２のＸ方向の間隔Δｘは、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布が、図１２（Ｃ）に示すように球面強度分布になるように設定される。球面強度分布は、例えば、以下のような式で表現される。
E(θ)=E0×(cosθ)²
ここで、θは、図１３に示すように、第１光学セット２５１及び第２光学セット２５２のＸ方向の中心と照明領域３３の各点とを結ぶときの直線が、光軸に対してなす角度を表す。

次に、図１４乃至図１８を参照して、照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの例について説明する。

図１４は、照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの一例を上面視で概略的に示す図である。図１４には、照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの一例が符号"７０Ａ"で指示されている。尚、図１４では、照明領域３３は、図示が省略されている。図１５は、回折光学素子２６を含む基板２６１の一例を上面視で概略的に示す図である。図１６は、図１４のラインＡ−Ａに沿った断面図である。

生体認証装置用センサ７０Ａは、カメラなどの撮影光学系７２と、２つの光源２５と、２つの回折光学素子２６とを含む。２つの回折光学素子２６は、例えば、図１５に示すように、基板２６１に形成される。各回折光学素子２６は、２つの光源２５のそれぞれに対して、光源２５の出射面側に設けられる。２つの回折光学素子２６は、撮影光学系７２の光軸に関して対称に配置される。回折光学素子２６及び光源２５の各組は、それぞれ、照明装置１００を形成する。

尚、図１４乃至図１６に示す例において、各回折光学素子２６は、第１実施例で説明した通りの格子間隔の分布特性（図５、図８参照）を有する。尚、光源２５の光軸と各回折光学素子２６の中心との間のオフセットが微小である場合は、光源２５の光軸上に各回折光学素子２６の中心が位置するとみなすことができる。但し、光源２５の光軸と各回折光学素子２６の中心との間のＸ方向のオフセットが有意である場合は、各回折光学素子２６は、Ｙ方向に関してのみ、第１実施例で説明した通りの格子間隔の分布特性を有してもよい。この場合、Ｘ方向に沿った格子間隔の分布特性は、後述する非対称配置に係る分布特性（図２０参照）を有してよい。

図１７は、照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの他の一例を上面視で概略的に示す図である。図１７には、照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの一例が符号"７０Ｂ"で指示されている。図１８は、照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの更なる他の一例を上面視で概略的に示す図である。図１８には、照明装置１００を組み込んだ生体認証装置用センサの一例が符号"７０Ｃ"で指示されている。図１７及び図１８のいずれの例においても、各回折光学素子２６は、撮影光学系７２の光軸に関して対称に配置される。回折光学素子２６及び光源２５の各組は、それぞれ、照明装置１００を形成する。このように、回折光学素子２６及び光源２５は、任意の組数で、撮影光学系７２の光軸に関して対称に任意の態様で配置されてもよい。

次に、図１９乃至図２１を参照して、第３実施例による照明装置を説明する。

図１９は、第３実施例における照明装置の一例を模式的に断面視で示す図である。図１９には、第３実施例における照明装置の一例が符号"１００Ｂ"で指示されている。図３には、回折光学素子２６Ｂから照明領域３３に向かう光の広がりが模式的にハッチング範囲Ｓで示されている。

第３実施例では、光源２５の光軸Ｉおよび回折光学素子２６Ｂの光軸が撮影光学系７２の光軸Ｉ２に対してオフセットし、回折光学素子２６の中心から出射する主光線Ｉ３が斜めになっている点が、上述した実施例１による照明装置１００と異なる。尚、上述した実施例１と同様であってよい構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。

照明装置１００Ｂは、光源２５と、回折光学素子２６Ｂとを含む。

回折光学素子２６Ｂは、照明領域３３と光源２５との間に設けられる。回折光学素子２６Ｂは、複数の回折格子が２次元配置された集合体（図４参照）により形成される。回折光学素子２６Ｂの２次元配置面の中心は、光源２５の光軸上に配置される。尚、回折光学素子２６Ｂは、後述のようにＸ方向に沿った格子間隔の分布特性が異なる以外は、上述した実施例１における回折光学素子２６と同じであってよい。

回折光学素子２６Ｂの中心は、光源２５の光軸Ｉと撮影光学系７２の光軸Ｉ２がオフセットしていることに伴って、撮影光学系７２の光軸Ｉ２に対してＸ方向で有意にオフセットしている。有意にオフセットとは、撮影光学系７２の光軸Ｉ２が、回折光学素子２６Ｂを通らないほどオフセットしていることを意味する。

図２０は、回折光学素子２６Ｂの格子間隔の分布特性の一例を示す図である。図２０は、Ｘ方向に沿った複数（本例では３００個）の回折格子の格子間隔の分布特性を示す。例えば、図２０に示す分布特性は、回折光学素子２６Ｂの中心を通るＸ方向のライン（所定ラインの一例）に沿った特性である。但し、回折光学素子２６Ｂは、中心以外の任意の位置を通るＸ方向のラインに沿って、又は、特定のＹ方向の範囲内の任意の位置を通るＸ方向のラインに沿って、図２０に示すような特性を有してもよい。

図２１は、回折光学素子２６Ｂの格子間隔の分布特性の一例を示す図である。図２１は、Ｙ方向に沿った複数（本例では３００個）の回折格子の格子間隔の分布特性を示す。例えば、図２１に示す分布特性は、回折光学素子２６Ｂの中心を通るＹ方向のライン（所定ラインの一例）に沿った特性である。但し、回折光学素子２６Ｂは、中心以外の任意の位置を通るＹ方向のラインに沿って、又は、特定のＸ方向の範囲内の任意の位置を通るＹ方向のラインに沿って、図２１に示すような特性を有してもよい。

図２０及び図２１に示す例では、一例として、次のような寸法関係の回折光学素子２６Ｂから得られる特性が示される。回折光学素子２６Ｂは、３ｍｍ×３ｍｍの大きさの矩形であり、回折光学素子２６Ｂのピクセル数ＰＩＸは３００個であり、セル２６３は０．０１ｍｍ×０．０１ｍｍの大きさの矩形である。図２０及び図２１には、それぞれ、Ｘ方向のライン及びＹ方向のラインに沿ったセル２６３毎の格子間隔を結ぶ線が実線で示される。また、図２０及び図２１には、それぞれ、Ｘ方向のライン及びＹ方向のラインに沿ったセル２６３毎の格子間隔の各値（各プロット点）に対する二次多項式による近似曲線が破線で示される。尚、近似曲線に係る多項式の次数は、任意である。

第３実施例では、図２０に示すように、Ｘ方向のラインに沿った格子間隔の分布は、撮影光学系７２の光軸Ｉ２に近い側の一端から他端に向けて格子間隔が徐々に狭くなる特性を有する。図２０に示す例では、Ｘ方向のラインに沿った格子間隔の分布特性は、Ｘ方向のＰＩＸ数が増加するにつれて、格子間隔が徐々に狭くなる特性を有する。

また、第３実施例では、図２１に示すように、Ｙ方向のラインに沿った格子間隔の分布は、中心側の方が端側よりも格子間隔が広い特性を有する。例えば、図２１に示すように、Ｙ方向のＰＩＸ数"１２５〜１７５"での格子間隔は、Ｙ方向のＰＩＸ数"１〜５０"や"２５０〜３００"での格子間隔よりも有意に大きい。尚、図２１に示す例では、格子間隔の分布特性は、Ｙ方向のＰＩＸ数"１５０"を中心として対称であるが、対称性はなくてもよい。

第３実施例によれば、回折光学素子２６Ｂの中心が撮影光学系７２の光軸Ｉ２に対してＸ方向で有意にオフセットする場合でも、上述の第１実施例と同様、０次透過光とｎ次回折光とを足し合わせたときの光強度の分布の均一化の図ることができる。

尚、上述した第３実施例では、回折光学素子２６Ｂの中心は、撮影光学系７２の光軸Ｉ２に対してＸ方向で有意にオフセットする一方、撮影光学系７２の光軸Ｉ２に対してＹ方向ではオフセットしていない。しかしながら、回折光学素子２６Ｂの中心は、撮影光学系７２の光軸Ｉ２に対してＸ方向及びＹ方向の双方で有意にオフセットしてもよい。この場合、Ｙ方向に沿った格子間隔の分布特性についても、図２０に示すような特性であってよい。

次に、図２２乃至図２６を参照して、照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの例について説明する。

図２２は、照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの一例を上面視で概略的に示す図である。図２２には、照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの一例が符号"８０Ａ"で指示されている。尚、図２２では、照明領域３３は、図示が省略されている。図２３は、回折光学素子２６Ｂを含む基板２６１Ｂの一例を上面視で概略的に示す図である。図２４は、図２２のラインＢ−Ｂに沿った断面図である。

生体認証装置用センサ８０Ａは、撮影光学系７２と、光源２５と、回折光学素子２６Ｂとを含む。回折光学素子２６Ｂは、例えば、図２３に示すように、基板２６１Ｂに形成される。回折光学素子２６Ｂは、光源２５の出射面側に設けられる。回折光学素子２６Ｂ及び光源２５は、照明装置１００Ｂを形成する。尚、図２２乃至図２４に示す例において、回折光学素子２６Ｂは、第３実施例で説明した通りの格子間隔の分布特性（図２０、図２１参照）を有する。

図２５は、照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの他の一例を上面視で概略的に示す図である。図２５には、照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの一例が符号"８０Ｂ"で指示されている。図２６は、照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの更なる他の一例を上面視で概略的に示す図である。図２６には、照明装置１００Ｂを組み込んだ生体認証装置用センサの一例が符号"８０Ｃ"で指示されている。図２５及び図２６のいずれの例においても、各回折光学素子２６Ｂは、撮影光学系７２の光軸に関して非対称に配置される。回折光学素子２６Ｂ及び光源２５の各組は、それぞれ、照明装置１００Ｂを形成する。このように、回折光学素子２６Ｂ及び光源２５は、任意の組数で、撮影光学系７２の光軸に関して非対称に任意の態様で配置されてもよい。

次に、図２７及び図２８を参照して、一実施例における生体認証装置の例について説明する。

図２７は、生体認証装置の一例を示すブロック図である。図２７に示す生体認証装置６００は、照明光学系２３、撮影光学系７２、ＬＥＤ制御部６３、画像取得部６６、生体情報検出部６８、照合部７１、記憶部７３、判定部７４、及び結果表示部７５を有する。記憶部７３は、予め用意された生体テンプレートを記憶しており、照合部７１は、生体情報検出部６８が検出した生体情報と生体テンプレートを照合する。結果表示部７５は、照合部７１の照合結果または生体画像を表示する。

照明光学系２３は、照明装置１００を含む。但し、照明光学系２３は、照明装置１００Ａ又は１００Ｂを含んでもよい。また、照明光学系２３及び撮影光学系７２は、上述の生体認証装置用センサ７０Ａ〜７０Ｃ、８０Ａ〜８０Ｃのいずれかにより形成されてもよい。

利用者が生体の一例である手のひらを照明領域３３に位置させると、生体認証装置６００は認証対象を検知し、ＬＥＤ制御部６３が照明光学系２３の光源２５を点灯する。これにより、光源２５は回折光学素子２６を介して照明領域３３に光を照射する。撮影光学系７２は、照明領域３３における生体（この例では手のひら）を撮影し、画像取得部６６が、撮影された入力画像を取得する。生体情報検出部６８は、入力画像に基づいて、利用者固有の生体情報を検出する。照合部７１は、検出された生体情報を、記憶部７３に予め記憶されていた生体テンプレートと照合する。判定部７４は、照合結果に基づいて、正当な利用者であるか否かを判定する。結果表示部７５は、照合部７１における照合結果又は判定部７４の判定結果を表示部に表示する。結果表示部７５は、例えば検出された生体情報が生体テンプレートと一致したか否かを示す照合結果のメッセージなどを表示部に表示する。結果表示部７５は、照合部７１における照合結果を出力する出力部の一例である。照合結果を出力する出力部は、照合結果を表示する結果表示部７５に限定されず、例えば照合結果を音声で出力する音声合成部などで形成されても良い。また、判定部７４は省略されてもよいし、判定部７４の機能は照合部７１により実現されてもよい。

図２８は、コンピュータの構成の一例を示すブロック図である。図２７に示す生体認証装置６００は、図２８に示すコンピュータ３００により形成しても良い。図２８に示すコンピュータ３００は、例えばパーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータであっても良い。コンピュータ３００は、ＣＰＵ３０１、記憶部３０２、入力部の一例であるキーボード３０３、インターフェイス３０５、及び出力部の一例である表示部３０６を有しても良い。この例では、ＣＰＵ３０１、記憶部３０２、キーボード３０３、インターフェイス３０５、及び表示部３０６がバス３０７により接続されているが、コンピュータ３００はバス３０７により接続された構成に限定されない。撮影光学系７２及び照明光学系２３は、例えばインターフェイス３０５に接続される。

記憶部３０２は、ＣＰＵ３０１が実行するプログラム、生体テンプレートを含む各種データなどを格納する。記憶部３０２は、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置で形成しても良い。ＣＰＵ３０１は、記憶部３０２に格納されたプログラムを実行することにより、コンピュータ３００全体の制御を司る。ＣＰＵ３０１は、プログラムを実行することで、図２７のＬＥＤ制御部６３、画像取得部６６、生体情報検出部６８、照合部７１、記憶部７３、判定部７４、及び結果表示部７５の全てまたは一部の機能を実現できる。ＣＰＵ３０１は、プログラムを実行して例えば照合部７１の機能を実現できる。記憶部３０２は、記憶部７３の機能も実現する。

キーボード３０３は、ＣＰＵ３０１にコマンド及びデータを入力するのに用いられる。インターフェイス３０５は、コンピュータ３００と外部装置との接続に使用される。表示部３０６は、ＣＰＵ３０１の制御下で、コンピュータ３００の利用者（または、オペレータ）に対して各種データを表示する。表示部３０６が表示する各種データは、取得した入力画像、照合結果のメッセージなどを含んでも良い。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施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範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

例えば、上述の各実施例において、生体認証は、手のひらの静脈パターンの認証に限定されず、指の静脈パターン、指紋パターン、掌紋パターン、目の虹彩パターン、顔の特徴などの生体情報の認証であっても良い。

また、上述した第２実施例において、回折光学素子２６に代えて、回折光学素子２６'や回折光学素子２６Ｂが使用されてもよい。

なお、以上の実施例に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
照明領域に光を照射する光源と、
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子とを含み、
前記回折光学素子における２次元配置面内の所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布は、中心側の方が端側よりも格子間隔が広い特性を有する、照明装置。
（付記２）
前記回折光学素子は、前記２次元配置面が前記光源の光軸に対して垂直であり且つ前記光源の光軸が前記回折光学素子の中心を通るように、前記光源に対して配置され、
前記光源の光軸は、前記照明領域の中心を通る、付記１に記載の照明装置。
（付記３）
前記所定ラインは、前記回折光学素子の中心を通って直交する２本のラインを含む、付記２に記載の照明装置。
（付記４）
前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布に対する近似曲線は、前記特性を有する、付記１〜３のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
（付記５）
前記近似曲線は、前記回折光学素子の中心に対応する位置でピーク値を有する、付記４に記載の照明装置。
（付記６）
前記回折光学素子は、前記照明領域の中心を通り前記光源の光軸に平行な直線が前記回折光学素子を通る関係で、前記照明領域に対して配置され、
前記近似曲線は、前記照明領域の中心に対応する位置でピーク値を有する、付記４に記載の照明装置。
（付記７）
前記回折光学素子は、格子間隔及び回転方向が異なる前記複数の回折格子が２次元配置された回折格子の集合体である、付記１〜６のうちのいずれか１項に記載の照明装置。
（付記８）
前記複数の回折格子の格子間隔及び回転方向は、前記照明領域の全体にわたる光強度の分布であって、０次透過光及び±１次透過光による光強度の分布が、１次透過光のみによる光強度の分布よりも均一になるように設定される、付記７項に記載の照明装置。
（付記９）
照明領域に光を照射する光源と、
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子とを含み、
前記光源の光軸は、前記照明領域の中心に対して所定ラインの方向でオフセットし、
前記回折光学素子における２次元配置面内の前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布は、前記照明領域の中心に近い側の一端から他端に向けて格子間隔が徐々に狭くなる特性を有する、照明装置。
（付記１０）
前記回折光学素子は、前記２次元配置面が前記光源の光軸に対して垂直であり且つ前記光源の光軸が前記回折光学素子の中心を通るように、前記光源に対して配置される、付記９に記載の照明装置。
（付記１１）
前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布に対する近似曲線は、前記照明領域の一端に対応する位置でピーク値を有する、付記９又は１０項に記載の照明装置。
（付記１２）
照明領域に光を照射する光源と、
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、格子間隔及び回転方向が異なる複数の回折格子が２次元配置された回折格子の集合体とを含み、
前記複数の回折格子の格子間隔及び回転方向は、前記照明領域の全体にわたる光強度の分布であって、０次透過光及び±１次透過光による光強度の分布が、１次透過光のみよる光強度の分布よりも均一になるように設定される、照明装置。
（付記１３）
付記１〜１３のいずれか１項に記載の照明装置が、前記照明領域に対して複数セット設けられ、
前記複数セットの間の間隔は、前記照明領域の全体にわたる光強度の分布が均一又は球面強度分布になるように設定される、照明装置。
（付記１４）
照明領域に光を照射する光源と、
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子であって、２次元配置面内の所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布が、中心側の方が端側よりも格子間隔が広い特性を有する回折光学素子と、
前記照明領域を撮像する撮影光学系と、
前記撮影光学系により撮像された画像に基づいて、生体認証を行う照合部とを備える、生体認証装置。
（付記１５）
照明領域の中心に対して所定ラインの方向でオフセットした光軸を有し、前記照明領域に光を照射する光源と
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子であって、２次元配置面内の前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布が、前記照明領域の中心に近い側の一端から他端に向けて格子間隔が徐々に狭くなる特性を有する回折光学素子と、
前記照明領域を撮像する撮影光学系と、
前記撮影光学系により撮像された画像に基づいて、生体認証を行う照合部とを備える、生体認証装置。
（付記１６）
前記回折光学素子は、前記２次元配置面が前記光源の光軸に対して垂直であり且つ前記光源の光軸が前記回折光学素子の中心を通るように、前記光源に対して配置される、付記１３又は１４記載の生体認証装置。
（付記１７）
照明領域に光を照射する光源と、
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子であって、２次元配置面内の所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布が、中心側の方が端側よりも格子間隔が広い特性を有する回折光学素子と、
前記照明領域を撮像する撮影光学系とを含む、生体認証装置用センサ。
（付記１８）
照明領域の中心に対して所定ラインの方向でオフセットした光軸を有し、前記照明領域に光を照射する光源と
前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子であって、２次元配置面内の前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布が、前記照明領域の中心に近い側の一端から他端に向けて格子間隔が徐々に狭くなる特性を有する回折光学素子と、
前記照明領域を撮像する撮影光学系とを含む、生体認証装置用センサ。

２５ 光源
２６、２６'、２６Ｂ 回折光学素子
３３ 照明領域
７１ 照合部
７２ 撮影光学系
１００、１００Ａ、１００Ｂ 照明装置
６００ 生体認証装置

Claims (3)

1. 照明領域に光を照射する光源と、
   前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子とを含み、
   前記光源の光軸は、前記照明領域の中心に対して所定ラインの方向でオフセットし、
   前記回折光学素子における２次元配置面内の前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布は、前記照明領域の中心に近い側の一端から他端に向けて格子間隔が徐々に狭くなる特性を有する、照明装置。
2. 前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布に対する近似曲線は、前記照明領域の一端に対応する位置でピーク値を有する、請求項１に記載の照明装置。
3. 照明領域の中心に対して所定ラインの方向でオフセットした光軸を有し、前記照明領域に光を照射する光源と
   前記照明領域と前記光源との間に設けられ、複数の回折格子が２次元配置された回折光学素子であって、２次元配置面内の前記所定ラインに沿った前記複数の回折格子の格子間隔の分布が、前記照明領域の中心に近い側の一端から他端に向けて格子間隔が徐々に狭くなる特性を有する回折光学素子と、
   前記照明領域を撮像する撮影光学系と、
   前記撮影光学系により撮像された画像に基づいて、生体認証を行う照合部とを備える、生体認証装置。