JP6592107B2 - 生体認証装置およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、人間の生体情報を利用して個人を認証する装置およびシステムに関する。

人物の本人確認を行うために、人間の生体情報を利用する技術が実用化されている。例えば、銀行端末の個人認証として、手の指や掌の静脈のパターンを用いて認証を行う静脈認証技術が知られている。

このような静脈認証技術を、鉄道の駅やイベント開催会場のゲートに適用し、入場者の管理に用いる例として、特許文献１がある。

特開２００７−３１０４２９号公報

特許文献１は、静脈認証技術のゲートへの適用例を示している。しかし、特許文献１では、スリット状のインターフェースに手を挿入して認証を行う形式である。利用者の利便性を高めるためには、例えば現在鉄道の自動改札口で用いられているように、カード（生体認証の場合は手等）を装置筐体上面にかざすだけで認証が可能な形式が望ましい。しかし、不特定多数の人間が頻繁に利用する環境において、静脈認証技術を採用したゲートを実用化するためには、検討すべき課題がある。

すなわち、例えば鉄道の駅やイベント開催会場のゲートのように、利用者が短い時間間隔で入場する場合、短時間で認証が完了することが望ましい。そのためには、認証エラーを極力避けるため、明瞭な生体情報（例えば静脈の画像）を取得する必要がある。このため、認証に用いる生体部位（例えば手や指）と、画像を取得するための光源および撮像部の相対的な位置関係が、できるだけ一定に保たれることが望ましい。

しかしながら、不特定多数の利用者は、人ごとに認証装置の使い方に対する習熟度が異なる。習熟度の低い利用者は正しい生体の提示位置や提示姿勢についての知識が少ないため、誤った位置や姿勢で生体を提示し、認証精度が低下する場合がある。また、短時間でゲートを通過するためには、利用者に複雑な動作を強いることは現実的でない。

本発明の課題は、利用者の負担を軽減しつつ正確な生体認証を可能とする、生体認証ゲート装置およびシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本願発明の一側面は、筐体と、筐体の上面に設置され、光源を備える光源ユニットと、筺体の上面に形成され、光源より下に位置する開口部と、筐体の内部に配置された撮像部と、を備える生体認証装置である。この装置は、筐体の長手方向と前記光源の光軸が交差し、光源からの照射光で照射された利用者の生体の特徴を、開口部を介して撮像部で撮像する。

より具体的な構成の例では、光源は複数の点光源を二次元状に配置した光源アレイであり、光源アレイが形成する面が、筐体の長手方向と９０度未満の角度で交差し、複数の点光源のうち過半数の光源の光軸が、筐体の長手方向と９０度未満の角度で交差する。

他の具体的な構成の例では、筐体の長手方向手前側に開口部を配置し、筐体の長手方向奥側に光源ユニットを配置し、開口部と光源ユニットは、筐体の長手方向において重ならない配置である。

より具体的な他の構成の例では、開口部と光源を結ぶ方向が、長手方向と所定角度傾いている。

より具体的な他の構成の例では、開口部と光源ユニットの間の筐体の上面に、マーカを配置する。

本発明の他の一側面は、筐体と、筐体の上面に設置され、光源を備える光源ユニットと、記筺体の上面に形成される開口部と、筐体の内部に配置された撮像部と、を備える生体認証装置である。この装置では、光源の幾何学的重心の床面への射影点Ｓと、開口部の幾何学的重心の床面への射影点Ｏを結んだ線は、筐体の長手方向と９０度以外の角度で交わる。床面とは筐体が設置される仮想的な面であり、通常は重力方向に垂直な面である。

本発明のより具体的な構成の例では、光源は複数の点光源を二次元状に配置した光源アレイであり、光源の幾何学的重心は、光源アレイが構成する面の幾何学的重心である。

本発明のより具体的な構成の例では、複数の点光源のうち過半数の点光源からの照射光の光軸が、筐体の長手方向と９０度未満の角度で交差する。

本発明の他の一側面は、生体認証装置、登録装置、および記憶装置を備える生体認証システムである。このシステムにおいて、生体認証装置は、筐体と、筐体の上面に設置され、光源を備える光源ユニットと、筺体の上面に形成され、光源より下に位置する開口部と、開口部の下に配置された撮像部と、を備える。さらにこの生体認証装置は、筐体の長手方向と光源の光軸が９０度未満の角度で交差し、光源からの照射光で照射された利用者の生体の特徴を、開口部を介して撮像部で撮像する。またこのシステムの登録装置は、利用者の生体の特徴を取得して、リファレンスデータとして記憶装置に登録する。また、このシステムの記憶装置は、リファレンスデータを記憶する。この生体認証システムは全体として、生体認証装置で撮像した利用者の生体の特徴とリファレンスデータを用いて、利用者の認証を行う機能を有する。

本発明によれば、利用者の負担を軽減しつつ正確な生体認証を可能とする、生体認証装置およびシステムを提供することができる。

本発明の実施例の生体認証システムのブロック図。 本発明の実施例の生体認証装置の一部を示す斜視図。 指に光源から照射光を当てて指静脈を撮影する原理を示す側面図。 照射光が指と指の間をすり抜ける状況を示す側面図。 指をすり抜けた照射光が撮像部に直接受光されにくい点光源配置の一例を示す側面図。 光源を制御して撮影した指静脈画像を利用する認証処理の流れ図。 本発明の実施例の生体認証システムの構成図。 手の指の側面から照射光を照射して指静脈画像を撮影する状況を示す斜視図。 図８で撮影した輝度飽和領域を含む指静脈画像の一例を示す平面図。 本発明の実施例の生体認証装置を利用者が利用する状況を示す斜視図。 本発明の実施例の生体認証装置を利用者が利用する状況を示す平面図。 本発明の実施例の生体認証装置の構成の配置例を示す平面図。 本発明の実施例のゲートを設けた生体認証装置の斜視図（閉鎖時）。 本発明の実施例のゲートを設けた生体認証装置の斜視図（解放時）。 本発明の実施例の生体認証装置の開口部の例を示す平面図。 本発明の実施例の生体認証装置の開口部の他の例を示す平面図。 本発明の実施例の生体認証装置の光源ユニットの例を示す斜視図。 本発明の実施例の登録装置の内部の構成例を示す側面図。 本発明の実施例の生体認証装置の例を示す三面図。 本発明の実施例の生体認証装置の例を示す二面図。 撮像部の画角外に光源アレイを配置する場合の一例を示す側面図。 本発明の実施例の生体認証装置の他の例を示す斜視図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。

＜１．認証装置の基本構成＞
実施例を説明するに当たり、最初に、鮮明な指静脈画像を撮影し認証を行う基本構成例について説明する。なお、本明細書では便宜的に生体認証処理を行うための構成全体を「生体認証システム」と称し、生体認証処理を行うために生体にアクセスする構成（例えば撮像部を備える構成）を、「生体認証装置」と称する。生体認証装置は通常、一拠点に設置される単一または複数の筐体、およびその内部構成で構成される。生体認証装置はそれ単体で生体認証システムを構成する場合がある。また、生体認証装置は生体認証システムの一部分のみを構成する場合がある。

たとえば、生体認証装置を入退室管理のゲートに利用する場合、個人の認証までの処理をゲートに設置した筺体内で実行する生体認証装置とすることができる。あるいは、認証処理自体は、ゲートに設置した筺体とネットワークで接続され、遠隔地に設置されたサーバ等の認証部にて実行するようにし、ゲートに設置した筺体は、撮影した血管の情報を認証部へ送信する血管画像取得機能のみを有する生体認証装置としてもよい。以上のように、本明細書では、それ単体では血管画像取得機能のみを有し、認証機能を持たない装置も、生体認証装置と称している。

図１は、本実施例の生体認証システムの概略ブロック図である。

図２は、本実施例の生体認証システムの、指静脈画像を撮影する画像取得装置（画像取得部）を示す斜視図である。

本実施例の生体認証システム１１００では、指の血管画像撮影時に手１を画像取得装置（画像取得部）２の開口部（あるいは手提示部）３の上方に提示できるよう、画像取得装置２の筺体表面に、開口部３が設けられている。開口部３の下方の筺体内部に配置する距離センサ４は、距離計測のために受光した光を電気信号に変換し、データ入力部５０を介して、手１と距離センサ４間の距離を反映したデータとしてコンピュータ５に取り込む。コンピュータ５に取り込まれたデータからメモリ６に格納されたプログラムによりＣＰＵ７は手１の位置、手１の姿勢、指の位置、指の姿勢などを計算する。

計算された手１や指の位置や姿勢に基づいて光源制御部５１が、開口部（あるいは赤外線照射部）８の内側に配置する光源アレイ９を制御し、光源アレイ９を構成する複数の点光源１０からの照射用光源を選択し、照射光を指に当てる。光源アレイ９は、例えば赤外線を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される点光源１０を、二次元的に配列して構成される。

開口部３の下方に配置する撮像部（例えば赤外線カメラ）１１が光学フィルタ１２を通過した光を受光する。光学フィルタ１２は、例えば指静脈パターンを取得するのに不要な波長を除去するために用いる。尚、照射用光源として選択する点光源１０は１つでも構わないが、本実施例では手の移動範囲や撮影範囲が大きいことを鑑みると、連続する複数の点光源１０を１セットとして選択することが望ましい。光源としては、公知の赤外線ダイオード等を用いることができる。

光は撮像部１１により電気信号に変換され、画像入力部５２を介して、画像としてコンピュータ５に取り込まれる。取り込まれた画像は一度メモリ６に蓄えられる。そして、メモリ６に格納されたプログラムにより、ＣＰＵ７はメモリ６に蓄えられている一つ以上の画像と予め記憶装置１４に格納されている一つ以上の画像を照合し、認証を行う。

点光源１０からの照射光は複数の指に当てることで、複数の指の血管を同時に撮影することができる。手１の位置や姿勢の計算は撮像部１１で撮影した手の画像を利用して手の位置と姿勢を検知してもよいし、撮像部１１で撮影した手１の画像および手１と距離センサ４の間の距離データの両方を用いてもよい。

認証結果はスピーカ１５を用いて音声で利用者に知らせることができ、同様に表示部１６に認証結果を表示して利用者に知らせることができる。開口部３の周囲に可視光源１７を設け、待機時、提示された手１を検知し、認証処理時、認証成功時、認証失敗時でそれぞれ異なる色の光で可視光源を光らせることで、利用者に認証処理の状態を知らせることができる。また、キーボード１８に暗証番号やＩＤを入力させ、登録者を特定してから手を提示して認証（１：１認証）を行うことができる。

開口部３あるいは開口部８にはアクリルやガラスなどの透明な部材(赤外線照射部カバー）を設けることができる。可視光をカットし、近赤外光のみを通過させるフィルムを開口部３あるいは開口部８に装着し、利用者から装置内部を見えないようにすることができる。

光源アレイ９は、開口部３の側方に配置されている。開口部３の側方、特に、手１を提示する利用者に対して正面側に光源アレイ９が配置されることで、利用者が移動しながら認証を実行する際等に、移動方向と上方向に開放空間を形成することが可能となり、利用者の利便性を向上させることが可能となる。

光源アレイ９には、複数の点光源１０が、格子状に配列されている。図１、図２の例では、開口部３の開口面と垂直な方向に、光源アレイ９で構成される面が配置されるように構成されている。ただし、これらは必ずしも垂直な関係である必要はなく、開口面と鋭角をなす配置であってもよい。

＜２．光源の制御＞
図３を参照して、鮮明な指静脈画像を撮影するための光源アレイ９の制御方法について述べる。指の血管の撮影方法については、例えば手の甲側の指に光源アレイ９からの照射光（近赤外光）を当て、指を透過する光を撮像部１１が受光することで血管画像を撮影することができる。

画像取得装置２での指静脈の撮影において、光源アレイ９の制御が好ましい理由について説明する。血管画像を撮影する際、光源アレイ９を構成する全ての点光源１０を点灯させた場合、手を提示しない状態では開口部３内に多くの光が入り込む。さらに、全ての点光源１０を点灯させたまま、手１を提示すると、指や指以外の部分に当たり反射した光により撮影される血管画像において、手の領域は輝度が飽和して白飛びしてしまう可能性がある。白飛びを抑えるために露光時間を短くしたり、各点光源１０の光量を小さくしたりすると、指を透過する光量が減少し、さらに開口部３内には指を透過しなかった点光源１０からの照射光の存在により、撮影される血管画像は不鮮明になる。

また、本装置構成では、指のみならず、掌等を含めた手１全体を開口部３に提示可能であるため、開口部３は指のみを提示させることを想定した装置よりもワイドな形状が望ましい。しかし、撮影には不要な光が開口部３を介して入り込む確率が高くなるため、指内を透過した光量の小さい透過光の撮影を妨げるリスクが高くなってしまう。

したがって、鮮明な血管画像を撮影するためには、光源アレイ９からの照射光を理想的には指のみに当て、指を透過する光の量を増加させることが望ましい。しかし、光源アレイ９を制御して指にのみ光を当てようとしても、複数の指を撮影するために複数の指に同時に光を照射する場合、指と指の間を照射光がすり抜けることを防ぐことは難しい。

図４は、開口部３からの距離が近い位置に配置された光源アレイ９からの光が手１に当たる様子を示す。このように、開口部３からの距離が近い位置に配置された光源１０は、指と指の間をすり抜ける確率が高く、点光源の照射光が直接撮像部１１に受光されると、白とび（輝度の飽和）が発生し、鮮明な血管の撮影がむずかしい。

図５は、光源の配置を改良した例である。図５のように照射光が指に当たらずに開口部３内に入り込む場合でも、照射光が直接撮像部１１で受光される確率が低くなるように、各光源１０の光軸と開口部３の開口面によって形成される鋭角の角度は、開口部からの距離が近い光源、言いかえれば、設置面に対してより下方側に配置された光源の方が小さくなるように配置する事が望ましい。この構成により、輝度の飽和が生じる可能性が下がり、より鮮明な血管撮影が可能となる。

＜３．認証処理フロー＞
図６に、光源アレイ９からの照射光の光量を制御して撮影した指静脈画像を利用する、認証処理のフローチャートを示す。はじめに、１０１で利用者が開口部３の上部に手を提示し、１０２で手の検知を行う。距離センサ４で取得した距離データから手を検出し、１０３で手が検出されたかどうかを判断する。手が検出されない場合は、１０２の手の検出に戻る。

手が検出された場合は１０４の手の位置および姿勢の検知処理を行う。言いかえれば、手の三次元形状に基づく位置情報および姿勢情報を検出し取得する。１０４で検知した手の位置および手の姿勢に応じて、１０５で光源アレイ９を制御し、指の血管を撮影するために選択した点光源１０のみを、照射用光源として選択し点灯させる。

点光源１０の点灯後に１０６で撮像部１１が指静脈を撮影する。次に１０７で指静脈画像内の複数の指領域の検出を行い、１０８で各指領域の指の回転補正や指の姿勢変動による歪みの補正などの正規化処理を行う。指静脈画像の正規化後、１０９で各指静脈画像から血管特徴を抽出する。

１１０で抽出した血管特徴と既に記憶装置１４に登録されている血管特徴を示すデータ（リファレンスデータ）を照合して照合スコアを算出し、１１１で照合スコアが所定の閾値ＴＨ１より大きい場合は１１２認証成功後、ゲートを開放して利用者の入場を可能にするなどの処理を行う。照合スコアがＴＨ１以下の場合は１１３で認証失敗後処理を行い、１１４で認証フローを終了する。

＜４．ネットワークを介した認証システムと登録装置例＞
図７は、図１、図２の生体認証システム１１００を、ネットワークで構成したシステム例を示す図である。生体認証システム１１００は、機能的には図１、図２で説明した構成と等価である。ただし、図１の例では照合対象となる血管特徴を示すデータ（リファレンスデータ）は、記憶装置１４に格納されていた。一方、図７の例では、リファレンスデータは、ネットワーク７００を介して接続されたデータサーバ７１０に格納されている。

ネットワーク７００には、複数の生体認証装置７２０が接続可能であり、図７の各生体認証装置７２０は、認証時にデータサーバ７１０からリファレンスデータを取得し、認証処理を行う。あるいは、各生体認証装置７２０は、認証時にデータサーバ７１０に取得した血管の画像を送信し、データサーバ７１０が認証の処理を行い、結果のみ生体認証装置７２０に返信してもよい。このための生体認証装置７２０の構成としては、例えば、図１、図２の構成からリファレンスデータを格納する記憶装置１４を省略し、ネットワーク７００と接続するためのインターフェースを追加した構成となる。

登録装置７３０は、リファレンスデータの登録用に血管特徴を示す画像データを取得するための装置である。登録装置７３０で取得された画像データはデータサーバ７１０に送付され、格納される。登録装置７３０の構成は、基本的には図７の生体認証装置７２０と同様であるが、血管特徴を示す画像データを取得する構成、すなわち図１、図２で示した画像取得装置２や、必要な入出力インターフェースを備えておればよく、認証（照合）のための構成は必要ない。

図２の画像取得装置２では同時に複数の指の血管特徴が取得できるため、これを登録装置７３０に用いれば、登録者のＩＤには複数の指の血管特徴を紐づけて登録することができる。高精度な認証を行うため、全ての指の血管が鮮明に撮影された瞬間の血管画像を用いて複数の指の血管特徴の登録ができることが望ましい。同時に全ての指の血管が鮮明に撮影できない場合は、登録処理期間を設け、期間内に撮影された画像の中で指ごとに血管が鮮明に撮影されている瞬間の画像における血管特徴を登録することができる。この登録処理期間には、表示部１６に登録者が提示すべき手の姿勢のガイダンス情報を表示し、スピーカ１５で音声ガイダンスを行うことができる。

手や指の姿勢変動が大きいと、光源アレイ９の照射光による照明条件も変化するため、一つの手の提示姿勢で撮影した血管特徴のみを登録しても、あらゆる姿勢変動に対応できない場合が考えられる。したがって、手や指の複数の姿勢で撮影した血管特徴を登録することで、様々な手の提示姿勢での認証が可能となる。

偽造した人工物の登録を防ぐため、登録時に、提示した手のジェスチャー認識を行い、登録者に指定したジェスチャーをさせることで、剛体などの偽造物（人工物）をリジェクトする。

＜５．血管撮像時の手と光源の位置関係の検討＞
図８は、手の側面から光を照射して指の血管画像を撮影する様子を示す。

図９は、図８の状態で撮像された指の血管画像の模式図である。

図８のように撮像部１１の撮像面上で手を提示した場合、点光源１０からの照射光が指の側面に当たり、反射した光を撮像部１１が受光する。このため、撮像部１１で撮影した血管画像１９では図９のように手１の指の片側半面に輝度飽和領域２１が発生してしまう。また、指の側面で光が遮られることにより、隣接する指の一部に影ができてしまい、血管画像が取得できない可能性もある。

このような不具合を避けるためには、点光源１０からの照射光が、指の側面になるべく当たらないように照射光を照射することが望ましい。すなわち、指の長手方向から照射光を照射することにより、照射光が指の側面に当たる不具合を避けることができる。

図１０に、生体認証装置７２０を、ゲートに利用するためのウォークスルー型の指静脈認証装置として構成した場合の一例を示す。ウォークスルー型の指静脈認証装置では、利用者の進行方向に向かって手をかざしやすい位置に認証部を配置して、立ち止まらずに認証ができることが望ましい。

図１０の例では、図７で示したネットワークで接続された形態の生体認証システムを想定している。図１０では、内部構成であるため図示されていないが、図２の構成と同様、開口部８の内側に複数の点光源１０が二次元に配列され光源アレイ９を構成している。光源アレイ９を格納し、生体認証装置７２０の筐体１００３上面に載置されている構成を、便宜上光源ユニット１０００（あるいは光照射ユニット）と称する。上面とは、筐体１００３の接地面とは反対側の面である。

また、同じく内部構成であるため図示されていないが、図２の構成と同様、開口部３の下方には撮像部１１、光学フィルタ１２、距離センサ４が配置されており、開口部３を介して入射する光を受光する。また、筐体１００３の内部には、必要なメモリ６、CPU７、インターフェース１３、画像入力部５２、データ入力部５０、光源制御部５１等が配置されている。インターフェース１３は、ネットワーク７００を介して、データサーバ７１０と通信する機能を備える。また必要に応じて、記憶装置１４、スピーカ１５、表示部１６、キーボード１８を追加してもよい。

光源ユニット１０００の開口部８を通して、内部にある点光源１０からの照射光が手１に照射される。手１に照射された照射光は開口部３を通して、生体認証装置７２０の筐体１００３内部にある撮像部１１で撮像される。撮像部１１で取得された画像から、手指の静脈のパターンを取得する。取得したパターンを、ネットワーク７００を介してデータサーバ７１０に格納されたリファレンスデータと照合し、認証を行う。生体認証装置７２０の構成は、外形は異なるが、各構成要素の機能は図１、図２で説明したものと同じである。

いま、利用者１００１は、進行方向１００２を示す矢印の方向へ移動しながら認証生体認証装置７２０で認証を行なおうとしている。利用者１００１がこのような状況で手１の生体情報により認証を行おうとする場合、より早く認証を行おうとするため、通常は手１を前方につきだす形になる。従って、手の指の長手方向から照射光を照射するためには、光源ユニット１０００は手１を配置すべき位置、すなわち開口部３の前方に配置されるべきである。

しかしながら、生体認証装置７２０の筐体１００３や光源ユニット１０００は、利用者１００１の移動の妨げにならないように、利用者１００１の移動経路の横に位置するようにしなければならない。従って、生体認証装置７２０の筐体１００３や光源ユニット１０００を、認証動作時における利用者１００１の前方かつ側方（すなわち斜め前）に位置させるとともに、利用者１００１の手の指の長手方向から照射光を照射する構成が必要となる。図１０は上記条件を満たす生体認証装置７２０の例を示している。利用者１１０１の手１の指の爪の方向から、光源アレイ９による照射光が照射される。

＜６．認証時における生体認証装置と手の配置例＞
図１１は、図１０に示した生体認証装置の筐体の上面を示す平面図であり、認証時における生体認証装置７２０と手１の好ましい配置例を示す。手１の指の長手方向１１０１は利用者の進行方向１００２と９０度未満の角度を持って交わる。すなわち、利用者の進行方向１００２を示すベクトルＤと、利用者の指の付け根から爪の方向に向かう指の長手方向を示すベクトルＦは鋭角θに交わる。また、光源アレイ９から照射される照射光のベクトルＬはベクトルＦと逆向きである。鋭角θの例としては、例えば５度〜２０度のように構成することができる。なお、照射光は図３〜図５等に示すように、水平面に対して角度を持って照射される場合があるが、その場合にはベクトルＬは水平方向成分（床面に平行な面内の成分）のベクトルと考えればよい。

指の長手方向１１０１は、実際には利用者の手の置き方に係る。よって、図１１の例では、利用者が所定の位置に手を置くように誘導するように、生体認証装置７２０がデザインされている。

たとえば、図１１に示すように開口部３の形状を、手を広げた形をカバーするような台形状に構成することが考えられる。図１１の例ではデザイン上、台形の角部にはアールを形成している。開口部３の台形の辺は、筐体１００３の端部側（前側）が短く、その反対側（奥側）が長くなるように構成している。図１１に示すように、開口部３の台形の平行な２辺は、利用者の進行方向１００２と鋭角に交わるように構成されている。これは、台形の平行な２辺が利用者の進行方向１００２と直角に交わるように構成した場合、それに合わせて指の長手方向を、進行方向１００２と平行にすることは、利用者の手首に負担をかけるからである。

また、図１１の例では、進行方向１００２に対して光源ユニット１０００の配置をずらしており、例えば、進行方向１００２に対して鋭角θをなす方向に光源ユニット１０００を配置している。このように構成することで、光源ユニット１０００の方向に指の長手方向が向くように手１を配置する場合に、手首の可動範囲で容易に方向を合わせることができ、手首を曲げる負担を抑えることができる。また、光源ユニット１０００を進行方向１００２から外すことで、利用者が通過するときに手１や身体の一部を触れにくくすることができる。

また、光源ユニット１０００と開口部３の間には、指の長手方向を示すマーカ（あるいは指先誘導部）１１０３を設置してもよい。マーカ１１０３を設置すると、利用者に所定の位置に手１を置くように誘導することができる。

利用者の進行方向１００２も、実際には利用者の歩き方に依存する。また、利用者の歩き方や進路は、生体認証装置７０３の配置により制約を受ける。図１１の実施例では生体認証装置７０２の筐体１００３が利用者の進行方向１００２を制限しており、筐体１００３の長辺（一番長い辺）もしくは長手方向が、利用者の進行方向１００２にほぼ平行となるように想定されている。利用者の進行方向１００２が筐体１００３の長手方向に平行であれば、進行方向１００２は筐体１００３の長辺を構成する側面と平行と考えてよい。この場合、開口部３の台形の平行な２辺は、筐体１００３の側面と鋭角に交わる。なお、図１１には示されていないが、開口部３の下には撮像部１１が配置される。

この構成に限定されるものではないが、図１１の例では、構成の一例として、利用者の進行方向１００２に垂直な方向から見たとき、光源ユニット１０００と開口部３の配置は、重ならないようになっており、利用者の進行方向手前側に開口部３が配置され、利用者の進行方向奥側に光源ユニット１０００が配置されている。

照射光のベクトルＬについては、図８のように、光源アレイ９に複数の点光源１０がある場合、全ての点光源の照射光がベクトルＬに揃っていてもよいし、一部分の点光源の照射光のみをベクトルＬに揃えてもよい。ただし、良好な画像を撮像するために、過半数の点光源の照射光（あるいはその床面への射影）をベクトルＬに揃えることが望ましい。

点光源１０をＬＥＤ等で構成すると、ＬＥＤからの光は、ＬＥＤを取り付ける基板に垂直に射出するように配置するのが容易である。そこで、過半数の点光源の照射光をベクトルＬに揃える場合、光源アレイ９が形成する平面の向き１１０２は、指の長手方向１１０１にほぼ垂直になるように配置することが望ましい。また、ＬＥＤを取り付ける基板は、通常は点光源１０で構成される光源アレイ９が形成する平面に平行となる。

また、限定する意図ではないが、本実施例では、光源アレイ９が形成する平面は開口部８の面と平行なので、開口部８の面に垂直なベクトルの床面への射影の方向が、指の長手方向１１０１と考えてもよい。また、本実施例では、開口部３の台形の平行な２辺が開口部８の面（あるいはその床面への射影）と平行なので、開口部３の台形の平行な２辺に垂直な方向が指の長手方向１１０１と考えてもよい。

図１２に、上記を考慮した生体認証装置７２０の各要素の幾何学的な配置の、デザインルールの一例を示す。生体認証装置７２０の筐体１００３は、実際には図１０や図１１に示したように、角部にアールを設けたり、側面や上面を複数の面や曲面で構成したりすることができるが、複数の面や曲面を公知の手法で平面に近似すれば、基本的には直方体の形状である。

図１２には、生体認証装置７２０の筐体１００３を直方体に近似した場合の、床面への射影１２００を示している。ここで、床面とは筐体１００３が設置される仮想的な面とする。床面は通常は重力方向に垂直な面である。また筐体の上面は、床面と反対側にある床面に平行な面である。ここで、筐体１００３の４つの側面のうち、利用者の進行方向１００２の手前側の側面を前部側面、その反対側を後部側面、前部側面側から見て左または右を利用者の通路に面した通路側面とすると、それらの射影である前部側面射影１２０１、後部側面射影１２０２、通路側面射影１２０３（この例では左側を通路側面とする）は図１２に示すとおりである。通路側面は、通常は筐体の長辺（筐体の床面への射影において一番長い辺）を構成する側面となる。

ここで、前部側面射影１２０１に平行な軸をＸ軸とし、通路側面射影１２０３に平行な軸をＹ軸として座標を設定し、前部側面射影１２０１と通路側面射影１２０３の交点を原点（０，０）とする。そして、生体認証装置７２０の開口３の幾何学的重心の床面への射影をＯとし、その座標を（ＸＯ，ＹＯ）とする。また、光源の幾何学的重心の床面への射影をＳとし、その座標を（ＸＳ，ＹＳ）とする。その場合、本デザインルールでは、ＸＳ＞ＸＯ＞０、かつ、ＹＳ＞ＹＯ＞０とする。

開口３は平面の場合もあるが、曲面で構成してもよく、開口３が曲面の場合は公知の手法で平面に近似して幾何学的重心を求めればよい。また、光源が図８のように点光源１０を二次元的に配列した光源アレイである場合は、光源の幾何学的重心は、光源アレイが構成する面の幾何学的重心とすればよい。光源アレイ９の点光源１０は平面状に配置される場合もあるが、曲面状に配置してもよく、曲面状の配置の場合は、公知の手法で平面に近似して幾何学的重心を求めればよい。また、例えば、図１０、図１１の例では、光源アレイ９の光源の配置は床面に垂直な平面であるが、床面に鋭角に傾いた平面または曲面であってもよい。

また、マーカ１１０３を設置した場合には、その幾何学的重心の床面への射影をＭとし、その座標を（ＸＭ，ＹＭ）とする。その場合、限定されるものではないが、デザインルールの一例としては、ＸＳ＞ＸＭ＞ＸＯ＞０、かつ、ＹＳ＞ＹＭ＞ＹＯ＞０のようにすることができる。

開口３の幾何学的重心の射影Ｏ、光源アレイ９の光源の幾何学的重心の射影Ｓ、および、マーカがある場合には、マーカ１１０３の幾何学的重心の射影Ｍは、なるべく一列に並ぶことが望ましいが、厳密に直線上に配置する必要はない。例えば、幅３ｃｍ程度のまっすぐな帯状の領域内に配置することができる。

なお、本デザインルールでは、利用者の進行方向１００２は、生体認証装置７２０の筐体１００３との関係では、筐体１００３の長手方向１２０５と等価と考えてよい。また、筐体１００３の長手方向１２０５は、筐体１００３を直方体に近似した場合、その通路側面射影１２０３の方向と考えてよい。

図１１や図１２では、図で生体認証装置７２０の左側を利用者が通過する例としたが、生体認証装置７２０の右側を利用者が通過するように構成してもよい。この場合には、生体認証装置７２０の構成を、左右が逆転した配置とすればよいことは当然である。

＜７．生体認証装置のゲート装置への適用例＞
図１３は、図１０の生体認証装置７２０に、利用者の進入を物理的に許可あるいは拒否するためのゲート装置１３０１を設けた例である。利用者は生体認証装置７２０の筐体１００３と壁面１３０２に挟まれた空間（通路）に誘導され、生体認証装置７２０で認証を行う。認証が成功すれば、ゲート装置１３０１のバー１３０３が解放され、利用者はゲートを通過することができる。図１３は、ゲートがバー１３０３によって閉じられている状態を示す。なお、生体認証装置７２０は複数並列的に配置することができる。その場合は、壁面１３０２は、隣接する他の生体認証装置の筐体の側面で構成することができる。

図１４は、図１３の装置で認証が成功し、ゲート装置１３０１のバーが開いた状態を示す。この状態では利用者は、ゲート内部に進入することができる。なお、ゲート装置１３０１には、バー１３０３を設けるのではなく、認証失敗時に音や光で警報を発生する装置や、画像を撮影する装置を設けてもよい。また、バー１３０３は、自動ドアのようなドア型のタイプ等別の形態のものであってもよい。

＜８．生体認証装置の開口部の構成例＞
図１５は、図１０の生体認証装置７２０の開口部３の詳細を示す平面図である。（Ａ）
は開口部３の詳細を、（Ｂ）は開口部３に手１を載置した状態を示す。図１５の例では、開口部３は手１全体をカバーするように、角部を曲線で構成した台形形状であり、平行する２辺のうち短い辺１５０１が手前に、長い辺１５０２が奥に位置するように構成されている。開口部３の奥側には、マーカ１１０３を配置して、手１の指の長手方向を示してもよい。マーカ１１０３や開口部３の縁部（あるいは手姿勢および位置誘導部）１５０３にはＬＥＤ等を配置して、処理の状況に応じた色やパターンで発光させることもできる。例えば、待機中は青、認証成功は緑、認証拒否やエラーは赤で点滅のように構成する。

開口部３の面は縁部１５０３よりやや下に位置するようにしてもよい。また、縁部１５０３を、開口部３や筐体１００３の上面から凸状に形成してもよい。開口部３と縁部１５０３の間に高低差があると、形成された段差面からＬＥＤ等の発光状態が見やすく、視認性がよい。

図１６は、生体認証装置７２０の開口部３の他の例を示す平面図である。（Ａ）は開口部３の詳細を、（Ｂ）は開口部３に手１を載置した状態を示す。図１６の例では、開口部３は手１の形に近似した形状であり、奥側は手の指を模した形状となっている。開口部３の奥側には、マーカ１１０３を配置して、手１を載置する位置を示してもよい。他は図１５の例と同様である。

図１７は、図１０の生体認証装置７２０の、光源ユニット１０００の開口部８近傍の詳細を示す斜視図である。図１、図２で説明したように、開口部８にはアクリルやガラスなどのカバーを用い、可視光をカットして利用者から装置内部を見えないようにすることができる。図１７の（Ａ）は光源ユニット１０００の開口部８のカバーを外した状態を、（Ｂ）は開口部８のカバーを装着した状態を示す。

図１７（Ａ）に示すように、装置内部には点光源１０が二次元状に配列されている。図１７（Ａ）では、点光源１０の一部を省略しており、その後ろにあるＬＥＤ基板１７０１が見える状態となっている。

光源ユニット１０００が生体認証装置７０２の上面から立ち上がる部分（基部）には、切欠きが設けられており、空間１７０２が形成されている。この空間１７０２があることにより、利用者は認証後、手1をかざした状態のままで空間１７０２を潜って移動できる。また、光源ユニット１０００の切欠き部には、スピーカ１５を設けることもでき、目立たない位置にスピーカ１５を配置することができる。

光源ユニット１０００の頭頂部には放熱孔１７０３を設けることもできる。光源ユニット１０００の頭頂部の放熱孔１７０３により、利用者に温風が当たらない位置からの排熱が可能となる。

図１８は、登録装置７３０の内部構成を示す通路側面方向から見た内部透過側面図である。先に述べたように、生体認証装置７２０と登録装置７３０は、認証機能の有無を除き共通の構成とすることができるので、図１８の構成は生体認証装置７２０にも同様に適用することができる。

登録装置７３０の上面には光源ユニット１０００が設置されており、開口部３の上に載置する手に対して光を照射可能としている。手を透過した光は撮像部１１によって撮像され、指静脈のパターンを取得する。距離センサ４は光学的に、手の位置を検出するために用いられる。筐体１００３の内部は必要に応じてフレーム１８０１で補強されており、電源１８０２や、入出力端子１８０３を備える。また、コンピュータ５、メモリ６、ＣＰＵ７などを含む回路ユニット１８０４を備える。

筐体１００３と光源ユニット１０００の内部は、空気の移動が可能となっており、筐体１００３内部の排熱１８０５は、光源ユニット１０００を介して、排気孔１７０３から排出される構成となっている。

図１９は、図１０の生体認証装置７２０の三面図である。図１２で説明したように、認証しようとする利用者の視点から前部側面（Front)、その左側の側面が通路側側面となる左側側面（Left)となり、筐体１００３上部が上面（Upper)である。図１７で説明したように、光源ユニット１０００の通路側側面側には、空間１７０２が形成される。

図２０は、図１０の生体認証装置７２０の二面図である。通路側側面(Left）の対向面が右側側面（Right）であり、前部側面（Front)の対向面が後部側面（Back）となる。

図２１は、図１０の生体認証装置７２０の光源アレイ９と撮像部１１の位置関係を示す側面図である。光源アレイ９を構成する各点光源１０の配置位置は、図２のように開口部３の面に対して略垂直方向に配置するのではなく、傾斜させてもよい。ただし、いずれの場合でも、撮像部１１の画角２１０２内（言いかえれば、撮像部１１の撮影範囲）や距離センサ４（図２１には図示せず）の画角内（言いかえれば、距離センサ４の検知範囲）に写り込まないことが望ましい。

すなわち、図２１のように、光源アレイ９が撮像部１１を構成するカメラ等の画角外となるように配置することが望ましい。撮像部１１の画角２１０２内に光源アレイ９が写り込むと、光源アレイ９の点灯時に光源部分が明るくなり、輝度飽和が生じてしまい、血管画像全体の鮮明さを低下させることがある。これは、筺体１００３の設置面に対して垂直方向に複数の光源が格子状に配列されることで、光源が撮像部１１および距離センサ４の画角範囲内に写り込みやすくなるという画像取得装置２の光源特有の事象である。光源アレイ９の写り込みを防ぐことで、鮮明な血管画像を撮影することができる。また、同様に、距離センサ４の画角内に光源アレイ９が写り込むと、距離計測において、よりノイズを含み手や指の位置検知および姿勢検知の精度を低下させることがある。したがって、点光源１０の写り込みを防ぎ、手や指の位置検知および姿勢検知の精度劣化を防ぐことが望ましい。

図２２は、光源ユニット１０００の他の構成例である。図１７、図１９の例と異なり、光源ユニット１０００の通路側側面側には、空間１７０２が形成されない。このような形態でも、光源ユニット１０００の位置を調整することにより、支障なく認証動作が可能となる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

特に手や指等の生体認証を利用した装置に利用することが可能である。

１ 手
２ 画像取得装置
３ 開口部
４ 距離センサ
５ コンピュータ
６ メモリ
７ ＣＰＵ
８ 開口部
９ 光源アレイ
１０ 点光源
１１ 撮像部
１２ 光学フィルタ
１３ インターフェース
１４ 記憶装置
１５ スピーカ
１６ 表示部
１７ 可視光源
１８ キーボード
１９ 血管画像
２０ 血管
２１ 輝度飽和領域
５０ データ入力部
５１ 光源制御部
５２ 画像入力部

Claims (11)

1. 筐体と、
   前記筐体の上面に設置され、光源を備える光源ユニットと、
   前記筺体の上面に形成される開口部と、
   前記筐体の内部に配置された撮像部と、
   を備え、
   前記光源の幾何学的重心の床面への射影点Ｓと、前記開口部の幾何学的重心の床面への射影点Ｏを結んだ線は、前記筐体の長手方向と９０度以外の角度で交わることを特徴とする、
   生体認証装置。
2. 前記光源は複数の点光源を二次元状に配置した光源アレイであり、
   前記光源の幾何学的重心は、前記光源アレイが構成する面の幾何学的重心であることを特徴とする、
   請求項１記載の生体認証装置。
3. 前記複数の点光源のうち過半数の点光源からの照射光の光軸が、前記筐体の長手方向と９０度未満の角度で交差することを特徴とする、
   請求項２記載の生体認証装置。
4. 前記開口部と前記光源ユニットの間の前記筐体の上面に、マーカを配置したことを特徴とする、
   請求項１記載の生体認証装置。
5. 前記筐体の長手方向に平行な側面の床面への射影をＹ軸とし、
   前記マーカの幾何学的重心の床面への射影点Ｍと前記Ｙ軸の距離が、前記射影点Ｏと前記Ｙ軸の距離よりも大きく、
   前記射影点Ｓと前記Ｙ軸の距離が、前記射影点Ｍと前記Ｙ軸の距離よりも大きく、
   前記筐体の長手方向に垂直な側面の床面への射影をＸ軸とし、
   前記マーカの幾何学的重心の床面への射影点Ｍと前記Ｘ軸の距離が、前記射影点Ｏと前記Ｘ軸の距離よりも大きく、
   前記射影点Ｓと前記Ｘ軸の距離が、前記射影点Ｍと前記Ｘ軸の距離よりも大きい、ことを特徴とする、
   請求項４記載の生体認証装置。
6. 前記開口部の形状は、略台形形状であることを特徴とする、
   請求項１記載の生体認証装置。
7. 前記開口部の形状は、人間の手の形を模した形状であることを特徴とする、
   請求項１記載の生体認証装置。
8. 前記撮像部の撮像範囲には、前記光源ユニットの光源が含まれないことを特徴とする、
   請求項１記載の生体認証装置。
9. 前記光源ユニットは、前記光源と前記筐体上面の間の一部を切り欠いた形状を有することを特徴とする、
   請求項１記載の生体認証装置。
10. 生体認証装置、登録装置、および記憶装置を備え、
    前記生体認証装置は、
    筐体と、
    前記筐体の上面に設置され、光源を備える光源ユニットと、
    前記筺体の上面に形成される開口部と、
    前記筐体の内部に配置された撮像部と、
    を備え、
    前記光源の幾何学的重心の床面への射影点Ｓと、前記開口部の幾何学的重心の床面への射影点Ｏを結んだ線は、前記筐体の長手方向と９０度以外の角度で交わることを特徴とし、
    前記光源からの照射光で照射された利用者の生体の特徴を、前記開口部を介して前記撮像部で撮像し、
    前記登録装置は、
    前記利用者の生体の特徴を取得して、リファレンスデータとして前記記憶装置に登録し、
    前記記憶装置は、
    前記リファレンスデータを記憶し、
    前記生体認証装置で撮像した前記利用者の生体の特徴と前記リファレンスデータを用いて、前記利用者の認証を行うことを特徴とする、
    生体認証システム。
11. 前記生体認証装置、登録装置、および記憶装置は、互いにネットワークで接続されていることを特徴とする、
    請求項１０記載の生体認証システム。

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