JP6981020B2 - 生体特徴入力装置及び生体特徴入力方法 - Google Patents
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Description
本発明は、生体特徴入力装置、生体特徴入力方法に関する。
指紋認証は、長年の研究によって同じパターンを持つ人間の確率がきわめて低く、また数値化しやすい構造であるため個人識別用として多く用いられている。
指を置いて個人を認証する生体特徴入力装置として、プリズムなどを利用して指に光を照射し、指で反射した光から指紋画像を取得する反射方式が知られている。
例えば、特許文献１には、反射方式による指の指紋による生体特徴入力装置が開示されている。
指を置いて個人を認証する生体特徴入力装置として、プリズムなどを利用して指に光を照射し、指で反射した光から指紋画像を取得する反射方式が知られている。
例えば、特許文献１には、反射方式による指の指紋による生体特徴入力装置が開示されている。
特許文献１の生体特徴入力装置は、指紋の隆線（凸部）がプリズムガラスに接触して接触面における全反射が妨げられることによって画像を得ている。このため、接触性の悪い乾燥指や指紋の隆線と隆線の間（谷部）が空気ではなく水分等で埋まってしまうような湿潤指の場合、特許文献１の生体特徴入力装置は、指紋の画像を取得できない可能性がある。
本発明は、乾燥指や湿潤指でも画像を取得できる生体特徴入力装置及び生体特徴入力方法を提供することを目的とする。
第１の態様の生体特徴入力装置は、指の周囲から前記指の中に向かって光を入射させる照射系と、前記指の指紋部が置かれ、前記指の透過光のうち、前記指紋部から出射される透過光を取り込む入射面を上部に有するファイバプレートと、前記ファイバプレートの下部に位置し、反射コーティング面を有するプリズム体と、前記反射コーティング面で反射された前記透過光から、縮小された指紋画像を生成し、前記指紋画像を撮像する撮像系と、を備える。
また、第２の態様の生体特徴入力方法は、上部に入射面を有するファイバプレート、前記ファイバプレートの下部の位置に反射コーティング面を有するプリズム体、縮小光学系及び撮像部を有する撮像光学系と、を設置すると共に、前記入射面に指の指紋部を設置する設置ステップと、前記指の周囲から前記指の中に向かって光を入射させる照射ステップと、前記指の透過光のうち、前記指紋部から出射され、前記入射面で取り込まれ、前記反射コーティング面で反射された透過光から、縮小された指紋画像を生成し、前記指紋画像を撮像する撮像ステップと、を実施する。
本発明の一態様によれば、乾燥指や湿潤指でも画像を取得できる。
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。
＜第一実施形態＞
以下、本発明に係る生体特徴入力装置の第一実施形態について図１から図３を参照して説明する。
以下、本発明に係る生体特徴入力装置の第一実施形態について図１から図３を参照して説明する。
本実施形態の生体特徴入力装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、生体特徴入力装置１０は、照射系２０と、ファイバプレート３０と、プリズム体４０と、撮像系５０と、を備える。
照射系２０は、後述する指ＦＧの指紋部ＦＰの上方に設けられ、指ＦＧの中に向かって光を照射する。
ファイバプレート３０は、上部に入射面３０ａ及び下部に出射面３０ｂを有する。ファイバプレート３０の入射面３０ａには、指ＦＧの指紋部ＦＰが置かれ、指の透過光のうち、指紋部ＦＰから出射される透過光を取り込み、出射面３０ｂから出射する。
プリズム体４０は、ファイバプレート３０の下部に位置し、反射コーティング面４０ａを有する。
撮像系５０は、指紋部ＦＰから出射される透過光をファイバプレート３０及びプリズム体４０介して受光し、縮小された指紋画像を生成し、指紋画像を撮像する。
以下、指ＦＧの先から付け根側に向かう方向を＋Ｘ方向、上方向を＋Ｚ方向、＋Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向であって、紙面の表から裏に向かう方向をＹ方向とも記載する。
プリズム体４０に入射したファイバプレート３０の後述する出射方向の光が、プリズム体４０の反射コーティング面４０ａで反射して、撮像系５０に入射するように、ファイバプレート３０、プリズム体４０及び撮像系５０は配置される。
以下、図２及び図３に沿って、各構成について説明する。
図１に示すように、生体特徴入力装置１０は、照射系２０と、ファイバプレート３０と、プリズム体４０と、撮像系５０と、を備える。
照射系２０は、後述する指ＦＧの指紋部ＦＰの上方に設けられ、指ＦＧの中に向かって光を照射する。
ファイバプレート３０は、上部に入射面３０ａ及び下部に出射面３０ｂを有する。ファイバプレート３０の入射面３０ａには、指ＦＧの指紋部ＦＰが置かれ、指の透過光のうち、指紋部ＦＰから出射される透過光を取り込み、出射面３０ｂから出射する。
プリズム体４０は、ファイバプレート３０の下部に位置し、反射コーティング面４０ａを有する。
撮像系５０は、指紋部ＦＰから出射される透過光をファイバプレート３０及びプリズム体４０介して受光し、縮小された指紋画像を生成し、指紋画像を撮像する。
以下、指ＦＧの先から付け根側に向かう方向を＋Ｘ方向、上方向を＋Ｚ方向、＋Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向であって、紙面の表から裏に向かう方向をＹ方向とも記載する。
プリズム体４０に入射したファイバプレート３０の後述する出射方向の光が、プリズム体４０の反射コーティング面４０ａで反射して、撮像系５０に入射するように、ファイバプレート３０、プリズム体４０及び撮像系５０は配置される。
以下、図２及び図３に沿って、各構成について説明する。
（照射系）
図２に示すように、照射系２０は、光源２０ａを有する。本実施形態では、光源２０ａは、指ＦＧ内を透過する光の波長の光であって、赤から近赤外の領域（６００〜１０００ｎｍ付近）の波長の光を照射する。光源２０ａは、指ＦＧの上方に設けられ、指ＦＧの周囲のうち、指ＦＧの爪側（背側）から照射する。本実施形態において、光源２０ａは、ＬＥＤ等の点光源である。
図２に示すように、照射系２０は、光源２０ａを有する。本実施形態では、光源２０ａは、指ＦＧ内を透過する光の波長の光であって、赤から近赤外の領域（６００〜１０００ｎｍ付近）の波長の光を照射する。光源２０ａは、指ＦＧの上方に設けられ、指ＦＧの周囲のうち、指ＦＧの爪側（背側）から照射する。本実施形態において、光源２０ａは、ＬＥＤ等の点光源である。
（ファイバプレート）
ファイバプレート３０は、指ＦＧに侵襲する光が指ＦＧ内部で散乱して、指ＦＧの腹側から放射された光をプリズム体４０に導く。
ファイバプレート３０は、指ＦＧの先端から、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２の間まで延びている。
図３に示すように、ファイバプレート３０は、ファイバ束３１を有する。ファイバプレート３０のファイバ束３１の方向は、光路Ｌ１の方向に一致させている。ここで光路Ｌ１は、ファイバプレート３０を出射した各光が、プリズム体４０の反射コーティング面４０ａで反射され、撮像系５０に入射する光路である。
図３に示すように、ファイバ束３１の各ファイバ３１ａの軸線Ａｆは、Ｚ方向に対して傾けられている。このため、ファイバプレート３０は、反射コーティング面４０ａに向かって、Ｚ方向に対して、傾いている出射角度を有する。
ファイバプレート３０は、指ＦＧに侵襲する光が指ＦＧ内部で散乱して、指ＦＧの腹側から放射された光をプリズム体４０に導く。
ファイバプレート３０は、指ＦＧの先端から、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２の間まで延びている。
図３に示すように、ファイバプレート３０は、ファイバ束３１を有する。ファイバプレート３０のファイバ束３１の方向は、光路Ｌ１の方向に一致させている。ここで光路Ｌ１は、ファイバプレート３０を出射した各光が、プリズム体４０の反射コーティング面４０ａで反射され、撮像系５０に入射する光路である。
図３に示すように、ファイバ束３１の各ファイバ３１ａの軸線Ａｆは、Ｚ方向に対して傾けられている。このため、ファイバプレート３０は、反射コーティング面４０ａに向かって、Ｚ方向に対して、傾いている出射角度を有する。
特に限定するものではないが、ファイバプレート３０は、開口数ＮＡが０．３〜０．６（＝ｓｉｎ（２θ））のファイバプレートが用いられてもよい。さらに、特に限定するものではないが、ファイバプレート３０は、出射角度が３０〜６０度のファイバプレートが用いられてもよい。
ファイバプレート３０の開口角が０．３〜０．６で構成される共に、出射角度が３０〜６０度で構成されれば、生体特徴入力装置１０は、指ＦＧ内散乱光の画像を効率的に導光することが可能となる。
ファイバプレート３０の開口角が０．３〜０．６で構成される共に、出射角度が３０〜６０度で構成されれば、生体特徴入力装置１０は、指ＦＧ内散乱光の画像を効率的に導光することが可能となる。
（プリズム体）
プリズム体４０は、指ＦＧの先端側の側部に反射コーティング面４０ａ、上部にファイバプレート３０の出射面３０ｂに沿った入射面４０ｂと、反射コーティング面４０ａと対向する側（指ＦＧの付け根側）の側部に出射面４０ｃと、を有する。
プリズム体４０は透光体である。ファイバプレート３０の出射面３０ｂから入射面４０ｂへ入射した光は、プリズム体４０内部を透過し、反射コーティング面４０ａで反射し、出射面４０ｃに出射する。出射面４０ｃから出射する光は、出射面４０ｃで屈折しつつ縮小光学系５０Ａに向かう。
ファイバプレート３０と同様に、プリズム体４０は、指ＦＧの先端から、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２の間まで延びている。
プリズム体４０は、指ＦＧの先端側の側部に反射コーティング面４０ａ、上部にファイバプレート３０の出射面３０ｂに沿った入射面４０ｂと、反射コーティング面４０ａと対向する側（指ＦＧの付け根側）の側部に出射面４０ｃと、を有する。
プリズム体４０は透光体である。ファイバプレート３０の出射面３０ｂから入射面４０ｂへ入射した光は、プリズム体４０内部を透過し、反射コーティング面４０ａで反射し、出射面４０ｃに出射する。出射面４０ｃから出射する光は、出射面４０ｃで屈折しつつ縮小光学系５０Ａに向かう。
ファイバプレート３０と同様に、プリズム体４０は、指ＦＧの先端から、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２の間まで延びている。
（撮像系）
撮像系５０は、縮小光学系５０Ａと撮像部５０Ｂとを有する。撮像系５０は、縮小光学系５０Ａ及び撮像部５０Ｂが、出射面４０ｃに向くように配置される。
縮小光学系５０Ａは、レンズ群を有し、指ＦＧの腹側から放射された光の像を縮小して撮像部５０Ｂに結像させる。
撮像部５０Ｂは、結像された像を指紋画像として撮像する。
撮像系５０は、縮小光学系５０Ａと撮像部５０Ｂとを有する。撮像系５０は、縮小光学系５０Ａ及び撮像部５０Ｂが、出射面４０ｃに向くように配置される。
縮小光学系５０Ａは、レンズ群を有し、指ＦＧの腹側から放射された光の像を縮小して撮像部５０Ｂに結像させる。
撮像部５０Ｂは、結像された像を指紋画像として撮像する。
（作用及び効果）
生体特徴入力装置１０の作用及び効果を説明する。
本実施形態の生体特徴入力装置１０は、指ＦＧ内で散乱し、指から出射する指ＦＧ内散乱光の指紋画像を取得している。このため、指で反射した光から指紋画像を取得する反射方式とは異なり、指ＦＧ内散乱光方式であるため、生体特徴入力装置１０は、乾燥指や湿潤指の指紋画像を取得することができる。
したがって、体質や環境などによって指紋認証が困難になる人の場合であっても、指紋認証が可能となる。
生体特徴入力装置１０の作用及び効果を説明する。
本実施形態の生体特徴入力装置１０は、指ＦＧ内で散乱し、指から出射する指ＦＧ内散乱光の指紋画像を取得している。このため、指で反射した光から指紋画像を取得する反射方式とは異なり、指ＦＧ内散乱光方式であるため、生体特徴入力装置１０は、乾燥指や湿潤指の指紋画像を取得することができる。
したがって、体質や環境などによって指紋認証が困難になる人の場合であっても、指紋認証が可能となる。
また、本実施形態の生体特徴入力装置１０は、指ＦＧ内で散乱した光を指の腹側からファイバプレート３０に出射している。
ファイバプレート３０は、光路Ｌ１の方向にファイバ束３１の方向を向けてカットされている。このため、ファイバプレート３０は、指ＦＧ内からの光をなるべく平行に揃えて、指紋画像を導くことにより、方向性の無いコントラスト低下の要因である光を遮断することができる。
したがって、本実施形態の生体特徴入力装置１０は、方向性の無いコントラスト低下の要因である光を遮断して指紋画像を取得するため、効率的に指ＦＧ内散乱光による指紋画像を得ることができる。
ファイバプレート３０は、光路Ｌ１の方向にファイバ束３１の方向を向けてカットされている。このため、ファイバプレート３０は、指ＦＧ内からの光をなるべく平行に揃えて、指紋画像を導くことにより、方向性の無いコントラスト低下の要因である光を遮断することができる。
したがって、本実施形態の生体特徴入力装置１０は、方向性の無いコントラスト低下の要因である光を遮断して指紋画像を取得するため、効率的に指ＦＧ内散乱光による指紋画像を得ることができる。
さらに、本実施形態の生体特徴入力装置１０は、縮小光学系を用いているので、撮像系５０に小面積イメージセンサを用いることができる。
もし、指内散乱光による指紋の画像をレンズなどの縮小光学系を使用せず、直接大きさの比率１対１で２次元のイメージセンサに導く場合、指紋の面積と同等の大型イメージセンサが必要であり、製造コストが高価になってしまう。
例えば、２次元のイメージセンサは、性能の面でシリコン半導体基板のＣ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式が望ましいが、シリコン半導体基板のＣ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式の大型イメージセンサは、非常に高価である。
工程的にＣ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式よりも比較的安価で作成可能な比較的安価なＴＦＴ式のイメージセンサであっても、縮小光学系を用いた小面積イメージセンサよりは高価になってしまう。さらに、ＴＦＴ式のイメージセンサは、Ｃ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式のイメージセンサよりも、高精細で高感度、低ノイズのものが技術的に作りにくく、安定供給もされていない。
これに比べて、本実施形態の生体特徴入力装置１０は、縮小光学系５０Ａを用いているので、撮像系５０に小面積イメージセンサを用いることができる。したがって、生体の認証精度を向上しながらも二次元イメージセンサによって直接画像を得る方式よりコストを削減する。
もし、指内散乱光による指紋の画像をレンズなどの縮小光学系を使用せず、直接大きさの比率１対１で２次元のイメージセンサに導く場合、指紋の面積と同等の大型イメージセンサが必要であり、製造コストが高価になってしまう。
例えば、２次元のイメージセンサは、性能の面でシリコン半導体基板のＣ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式が望ましいが、シリコン半導体基板のＣ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式の大型イメージセンサは、非常に高価である。
工程的にＣ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式よりも比較的安価で作成可能な比較的安価なＴＦＴ式のイメージセンサであっても、縮小光学系を用いた小面積イメージセンサよりは高価になってしまう。さらに、ＴＦＴ式のイメージセンサは、Ｃ−ＭＯＳ又はＣＣＤ方式のイメージセンサよりも、高精細で高感度、低ノイズのものが技術的に作りにくく、安定供給もされていない。
これに比べて、本実施形態の生体特徴入力装置１０は、縮小光学系５０Ａを用いているので、撮像系５０に小面積イメージセンサを用いることができる。したがって、生体の認証精度を向上しながらも二次元イメージセンサによって直接画像を得る方式よりコストを削減する。
＜第二実施形態＞
以下、第二実施形態に係る生体特徴入力装置について、図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。
以下、第二実施形態に係る生体特徴入力装置について、図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る生体特徴入力装置は、第一実施形態と基本的に同じであるが、指の側面に複数の光源を設けている点が異なっている。
生体特徴入力装置１０’は、照射系２０’と、ファイバプレート３０と、プリズム体４０と、撮像系５０と、を備える。
照射系２０’は、指ＦＧの指紋部ＦＰの上方に設けられ、指ＦＧの中に向かって光を照射する。
照射系２０’は、複数の光源２０ａ’を有する。本実施形態では、光源２０ａ’は、指ＦＧ内を透過する光の波長の光であって、赤から近赤外の領域（６００〜１０００ｎｍ付近）の波長の光を照射する。本実施形態では、照射系２０’は、指ＦＧの上部に設けられ、指ＦＧの爪側（背側）から照射する。本実施形態において、各光源２０ａ’はＬＥＤ等の点光源である。
照射系２０’は、指ＦＧの指紋部ＦＰの上方に設けられ、指ＦＧの中に向かって光を照射する。
照射系２０’は、複数の光源２０ａ’を有する。本実施形態では、光源２０ａ’は、指ＦＧ内を透過する光の波長の光であって、赤から近赤外の領域（６００〜１０００ｎｍ付近）の波長の光を照射する。本実施形態では、照射系２０’は、指ＦＧの上部に設けられ、指ＦＧの爪側（背側）から照射する。本実施形態において、各光源２０ａ’はＬＥＤ等の点光源である。
図４及び図５に示すように、複数の光源２０ａ’は、指ＦＧを囲むように配置される。
図５は、生体特徴入力装置１０’のうち、複数の光源２０ａ’及びファイバプレート３０のみを示す図である。
本実施形態では、複数の光源２０ａ’は、指ＦＧの両側面に沿って各７個、及び指ＦＧの先端側及び付け根側ＦＢに各１個、計１６個の光源２０ａ’で指ＦＧを囲んでいる。
このため、照射系２０’は、指ＦＧの上面（爪側の面）及び側面から指ＦＧを照射する。
図５は、生体特徴入力装置１０’のうち、複数の光源２０ａ’及びファイバプレート３０のみを示す図である。
本実施形態では、複数の光源２０ａ’は、指ＦＧの両側面に沿って各７個、及び指ＦＧの先端側及び付け根側ＦＢに各１個、計１６個の光源２０ａ’で指ＦＧを囲んでいる。
このため、照射系２０’は、指ＦＧの上面（爪側の面）及び側面から指ＦＧを照射する。
したがって、照射系２０’は、指ＦＧを囲むように、指ＦＧの上面及び側面から指ＦＧに光を照射しているので、指ＦＧを均一に且つ多方向から照射することができる。
＜第三実施形態＞
以下、第三実施形態に係る生体特徴入力装置について、図６を参照しながら詳細に説明する。
以下、第三実施形態に係る生体特徴入力装置について、図６を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る生体特徴入力装置は、第一実施形態と基本的に同じであるが、血管画像も撮像可能である点が異なっている。
図６に示すように、生体特徴入力装置１００は、照射系２０と、ファイバプレート３０と、反射コーティング面１４０ａ、入射面１４０ｂ及び出射面１４０ｃを有するプリズム体１４０と、縮小光学系１５０Ａ及び撮像部１５０Ｂを有する撮像系１５０と、鏡６０と、を備える。
本実施形態において、鏡６０は、指ＦＧの下面に向く一板面の全面に、鏡面を有する。
鏡６０の鏡面は、指ＦＧの下面のうち、第一関節ＦＧ１より付け根側ＦＢの下面に向いている。
鏡６０は、鏡６０の鏡面上端が、出射面１４０ｃの下端に揃うようにプリズム体１４０の下方に設けられている。
本実施形態において、鏡６０は、指ＦＧの下面に向く一板面の全面に、鏡面を有する。
鏡６０の鏡面は、指ＦＧの下面のうち、第一関節ＦＧ１より付け根側ＦＢの下面に向いている。
鏡６０は、鏡６０の鏡面上端が、出射面１４０ｃの下端に揃うようにプリズム体１４０の下方に設けられている。
ファイバプレート３０及びプリズム体１４０は、指ＦＧの先端から、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２との間まで延びている。ファイバプレート３０及びプリズム体１４０は、＋Ｘ方向に向かって同じ位置まで延びている。このため、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅと、出射面１４０ｃとが、Ｘ方向について同じ位置にある。
したがって、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅから指ＦＧの先端において、指ＦＧから出射された透過光は、光路Ｌ１に沿って、ファイバプレート３０及びプリズム体１４０を透過する。他方、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅよりも、指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、ファイバプレート３０及びプリズム体１４０を透過せず、光路Ｌ２に沿って、鏡６０に向かって出射される。言い換えると、出射面４０ｃよりも指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、出射面４０ｃよりも＋Ｘ方向側を通って、鏡６０に向かって出射される。
したがって、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅから指ＦＧの先端において、指ＦＧから出射された透過光は、光路Ｌ１に沿って、ファイバプレート３０及びプリズム体１４０を透過する。他方、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅよりも、指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、ファイバプレート３０及びプリズム体１４０を透過せず、光路Ｌ２に沿って、鏡６０に向かって出射される。言い換えると、出射面４０ｃよりも指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、出射面４０ｃよりも＋Ｘ方向側を通って、鏡６０に向かって出射される。
本実施形態では、反射コーティング面１４０ａは、出射面１４０ｃの下部分に光路Ｌ１が向くように、ファイバプレート３０を介して指紋部ＦＰから出射した光（透過光）を反射する。
このため、反射コーティング面１４０ａは、出射面１４０ｃの下部分に光路Ｌ１を向けるように構成されている。すなわち、入射面１４０ｂと反射コーティング面１４０ａとの間の角が、第一実施形態における入射面４０ｂと反射コーティング面４０ａとの間の角より大きくなっている。
鏡６０は、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２の間から出射された透過光のうち、第二関節ＦＧ２側の一部の透過光を反射する。
このため、反射コーティング面１４０ａは、出射面１４０ｃの下部分に光路Ｌ１を向けるように構成されている。すなわち、入射面１４０ｂと反射コーティング面１４０ａとの間の角が、第一実施形態における入射面４０ｂと反射コーティング面４０ａとの間の角より大きくなっている。
鏡６０は、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２の間から出射された透過光のうち、第二関節ＦＧ２側の一部の透過光を反射する。
撮像系１５０は、指ＦＧ内で散乱し、指紋部ＦＰから出射した光を指紋画像として、撮像する。
撮像系１５０は、ファイバプレート３０を介してプリズム体１４０の反射コーティング面１４０ａで反射され、撮像系１５０に入射する光路Ｌ１を進んでくる光を結像して、指紋画像を撮像する。
撮像系１５０は、ファイバプレート３０を介してプリズム体１４０の反射コーティング面１４０ａで反射され、撮像系１５０に入射する光路Ｌ１を進んでくる光を結像して、指紋画像を撮像する。
撮像系１５０は、指ＦＧ内で散乱し、ファイバプレート３０及びプリズム体１４０を透過せず、鏡６０に向かって出射される光を血管画像として撮像する。
撮像系１５０は、鏡６０で反射され、撮像系１５０に入射する光路Ｌ２を進んでくる光を結像して、血管画像を撮像する。
指ＦＧ内を透過する光は、指ＦＧの第一関節より付け根側ＦＢの指ＦＧの腹側から射出するとき、静脈血管内の血液で光が吸収される。光が静脈血管内の血液で吸収されると画像に陰影ができるため、生体特徴入力装置１００は、血管の画像の撮像も可能となる。
指ＦＧの先端側に比べて、第一関節ＦＧ１より指の付け根側ＦＢは、ファイバプレート３０に圧迫されていないので、血管の画像が撮像可能である。
撮像系１５０は、鏡６０で反射され、撮像系１５０に入射する光路Ｌ２を進んでくる光を結像して、血管画像を撮像する。
指ＦＧ内を透過する光は、指ＦＧの第一関節より付け根側ＦＢの指ＦＧの腹側から射出するとき、静脈血管内の血液で光が吸収される。光が静脈血管内の血液で吸収されると画像に陰影ができるため、生体特徴入力装置１００は、血管の画像の撮像も可能となる。
指ＦＧの先端側に比べて、第一関節ＦＧ１より指の付け根側ＦＢは、ファイバプレート３０に圧迫されていないので、血管の画像が撮像可能である。
生体特徴入力装置１００は、光路Ｌ１に沿って進む（ファイバプレート３０とプリズム体１４０を経由する）光の画像（指紋画像）を撮像系１５０の有効画角の上半分に導き、光路Ｌ２に沿って進む（鏡６０を経由する）光の画像（血管画像）を撮像系１５０の有効画角の下半分へ導く。
したがって、撮像系１５０は、指紋画像と、鏡６０で反射された指ＦＧの血管画像とが同時に映り込んだ画像を撮像することができる。
したがって、撮像系１５０は、指紋画像と、鏡６０で反射された指ＦＧの血管画像とが同時に映り込んだ画像を撮像することができる。
＜第四実施形態＞
以下、第四実施形態に係る生体特徴入力装置について、図７を参照しながら詳細に説明する。
以下、第四実施形態に係る生体特徴入力装置について、図７を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る生体特徴入力装置は、第三実施形態と基本的に同じであるが、赤外線透過フィルタをさらに備える点が異なっている。
生体特徴入力装置２００は、指ＦＧの透過光の光路に、赤外線透過フィルタ７０をさらに備える。赤外線透過フィルタ７０は、赤外線領域の波長の光を透過し、他の波長領域の光を除去する。
図７に示すように、本実施形態では、赤外線透過フィルタ７０は、プリズム体１４０の出射面１４０ｃと撮像系１５０との間に設けられている。さらに、赤外線透過フィルタ７０は、撮像系１５０の有効画角の全体に亘って設けられている。
図７に示すように、本実施形態では、赤外線透過フィルタ７０は、プリズム体１４０の出射面１４０ｃと撮像系１５０との間に設けられている。さらに、赤外線透過フィルタ７０は、撮像系１５０の有効画角の全体に亘って設けられている。
赤外線透過フィルタ７０は、波長８５０〜９６０ｎｍ程度の近赤外光の波長範囲の光を透過し、他の波長範囲光を除去するフィルタとすることができる。
血管のヘモグロビンによる吸収によるコントラストの増強、及び汚れや外乱光からの耐性を考慮すると、血管画像を取得するには、波長８５０〜９６０ｎｍ程度の近赤外光に波長特性を持つ光が重要である。
このため、波長８５０〜９６０ｎｍ程度の近赤外光の波長範囲の光を透過し、他の波長範囲光を除去するフィルタとすれば、血管画像を高コントラスト及び低ノイズで取得することができる。
血管のヘモグロビンによる吸収によるコントラストの増強、及び汚れや外乱光からの耐性を考慮すると、血管画像を取得するには、波長８５０〜９６０ｎｍ程度の近赤外光に波長特性を持つ光が重要である。
このため、波長８５０〜９６０ｎｍ程度の近赤外光の波長範囲の光を透過し、他の波長範囲光を除去するフィルタとすれば、血管画像を高コントラスト及び低ノイズで取得することができる。
赤外線透過フィルタ７０は、撮像系１５０の有効画角の全体に亘って設けられているが、変形例として、赤外線透過フィルタ７０は、撮像系１５０の有効画角の全体のうち、鏡６０を経由する血管画像の光の有効画角である下半分の有効画角だけに設けられてもよい。
＜第五実施形態＞
以下、第五実施形態に係る生体特徴入力装置について、図８を参照しながら詳細に説明する。
以下、第五実施形態に係る生体特徴入力装置について、図８を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係る生体特徴入力装置は、第一実施形態と基本的に同じであるが、血管画像を撮像する撮像系を別に備える点が異なっている。
図８に示すように、生体特徴入力装置３００は、照射系２０と、ファイバプレート３０と、プリズム体４０と、撮像系５０と、補助撮像系５５と、を備える。
プリズム体４０は、指ＦＧの付け根側ＦＢの側部に反射コーティング面４０ａ、上部にファイバプレート３０の出射面３０ｂに沿った入射面４０ｂと、反射コーティング面４０ａと対向する側（指ＦＧの先端側）の側部に出射面４０ｃと、を有する。
プリズム体４０は、指ＦＧの付け根側ＦＢの側部に反射コーティング面４０ａ、上部にファイバプレート３０の出射面３０ｂに沿った入射面４０ｂと、反射コーティング面４０ａと対向する側（指ＦＧの先端側）の側部に出射面４０ｃと、を有する。
ファイバプレート３０及びプリズム体４０は、指ＦＧの先端から、指ＦＧの第一関節ＦＧ１と第二関節ＦＧ２の間まで延びている。ファイバプレート３０と、プリズム体４０とが、−Ｘ方向に向かって、同じ位置まで延びている。このため、指ＦＧの先端側のファイバプレート３０の端部３０ｅと、反射コーティング面４０ａの上端とが、Ｘ方向について同じ位置にある。
したがって、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅから指ＦＧの先端において、指ＦＧから出射された透過光は、光路Ｌ１に沿って、ファイバプレート３０及びプリズム体４０を透過する。他方、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅよりも、指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、ファイバプレート３０及びプリズム体４０を透過せず、光路Ｌ２に沿って、補助撮像系５５に向かって出射される。言い換えると、出射面４０ｃよりも指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、出射面４０ｃよりも−Ｘ方向側を通って、補助撮像系５５に向かって出射される。
したがって、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅから指ＦＧの先端において、指ＦＧから出射された透過光は、光路Ｌ１に沿って、ファイバプレート３０及びプリズム体４０を透過する。他方、指ＦＧの付け根側ＦＢのファイバプレート３０の端部３０ｅよりも、指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、ファイバプレート３０及びプリズム体４０を透過せず、光路Ｌ２に沿って、補助撮像系５５に向かって出射される。言い換えると、出射面４０ｃよりも指ＦＧの付け根側ＦＢから出射された透過光は、出射面４０ｃよりも−Ｘ方向側を通って、補助撮像系５５に向かって出射される。
補助撮像系５５は、補助縮小光学系５５Ａと補助撮像部５５Ｂとを有する。補助撮像系５５は、補助縮小光学系５５Ａ及び補助撮像部５５Ｂが指ＦＧの下面に向くように配置される。補助縮小光学系５５Ａ及び補助撮像部５５Ｂは、指ＦＧの下面のうち、第一関節ＦＧ１より付け根側ＦＢの下面に向いている。
したがって、生体特徴入力装置３００は、撮像系５０で指紋画像、補助撮像光学系で血管画像を取得することができる。
したがって、生体特徴入力装置３００は、撮像系５０で指紋画像、補助撮像光学系で血管画像を取得することができる。
＜変形例＞
第五実施形態では、補助撮像系５５は、指ＦＧから出射された透過光を直接受光しているが、変形例として生体特徴入力装置４００のように構成してもよい。
図９のように、生体特徴入力装置４００は、鏡６５をさらに備える。生体特徴入力装置４００は、指ＦＧから出射された透過光を水平方向に鏡６５で折り返して補助撮像系５５で撮像する。
第五実施形態では、補助撮像系５５は、指ＦＧから出射された透過光を直接受光しているが、変形例として生体特徴入力装置４００のように構成してもよい。
図９のように、生体特徴入力装置４００は、鏡６５をさらに備える。生体特徴入力装置４００は、指ＦＧから出射された透過光を水平方向に鏡６５で折り返して補助撮像系５５で撮像する。
図４及び図５の第二実施形態の光源は、第一実施形態に限らず、他の実施形態に適用されてもよい。他の実施形態に適用されれば、均一に照明された指紋画像を取得することができる。血管画像を取得する他の実施形態に適用されれば、均一に照明された血管画像を取得することができる。
図７の第四実施形態では、赤外線透過フィルタ７０は、プリズム体１４０の出射面１４０ｃと撮像系１５０との間に設けられているが、変形例として、指ＦＧの下面と鏡６０との間の光路に設けられてもよい。他の変形例として、照射系と指ＦＧとの間に設けられてもよい。
図７の第四実施形態では、第三実施形態の生体特徴入力装置１００に赤外線透過フィルタ７０が設けられているが、変形例として、他の実施形態の生体特徴入力装置に赤外線透過フィルタ７０が設けられてもよい。
他の生体特徴入力装置に設けられる場合、赤外線透過フィルタ７０は、指ＦＧと撮像系又は補助撮像系との間の光路に設けられてもよいし、さらに、赤外線透過フィルタ７０は、照射系と指ＦＧとの間に設けられてもよい。
さらに、第五実施形態の変形例の生体特徴入力装置４００に設けられる場合、赤外線透過フィルタ７０は、鏡６５と補助撮像系５５との間の光路に設けられてもよいし、指ＦＧの下面と鏡６５との間の光路に設けられてもよい。
他の生体特徴入力装置に設けられる場合、赤外線透過フィルタ７０は、指ＦＧと撮像系又は補助撮像系との間の光路に設けられてもよいし、さらに、赤外線透過フィルタ７０は、照射系と指ＦＧとの間に設けられてもよい。
さらに、第五実施形態の変形例の生体特徴入力装置４００に設けられる場合、赤外線透過フィルタ７０は、鏡６５と補助撮像系５５との間の光路に設けられてもよいし、指ＦＧの下面と鏡６５との間の光路に設けられてもよい。
＜生体特徴入力方法＞
本発明に係る各実施形態の生体特徴入力方法について、図１０を参照して説明する。
本発明に係る各実施形態の生体特徴入力方法について、図１０を参照して説明する。
まず、上部に入射面を有するファイバプレート、ファイバプレートの下部の位置に反射コーティング面を有するプリズム体、縮小光学系及び撮像部を有する撮像光学系と、を設置すると共に、前記入射面に指の指紋部を設置する（ＳＴ１：設置ステップ）。
次に、指の周囲から指の中に向かって光を入射させる（ＳＴ２：照射ステップ）。
最後に、指の透過光のうち、指紋部から出射され、入射面で取り込まれ、反射コーティング面で反射された透過光から、縮小された指紋画像を生成し、指紋画像を撮像する（ＳＴ３：撮像ステップ）。
次に、指の周囲から指の中に向かって光を入射させる（ＳＴ２：照射ステップ）。
最後に、指の透過光のうち、指紋部から出射され、入射面で取り込まれ、反射コーティング面で反射された透過光から、縮小された指紋画像を生成し、指紋画像を撮像する（ＳＴ３：撮像ステップ）。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
１０：生体特徴入力装置
１０’：生体特徴入力装置
２０：照射系
２０’：照射系
２０ａ：光源
２０ａ’：光源
３０：ファイバプレート
３０ａ：入射面
３０ｂ：出射面
３１：ファイバ束
３１ａ：ファイバ
４０：プリズム体
４０ａ：反射コーティング面
４０ｂ：入射面
４０ｃ：出射面
５０：撮像系
５０Ａ：縮小光学系
５０Ｂ：撮像部
５５：補助撮像系
５５Ａ：補助縮小光学系
５５Ｂ：補助撮像部
６０：鏡
６５：鏡
７０：赤外線透過フィルタ
１００：生体特徴入力装置
１４０：プリズム体
１４０ａ：反射コーティング面
１４０ｂ：入射面
１４０ｃ：出射面
１５０：撮像系
１５０Ａ：縮小光学系
１５０Ｂ：撮像部
２００：生体特徴入力装置
３００：生体特徴入力装置
４００：生体特徴入力装置
ＦＢ：付け根側
ＦＧ：指
ＦＧ１：第一関節
ＦＧ２：第二関節
ＦＰ：指紋部
Ｌ１：光路
Ｌ２：光路
１０’：生体特徴入力装置
２０：照射系
２０’：照射系
２０ａ：光源
２０ａ’：光源
３０：ファイバプレート
３０ａ：入射面
３０ｂ：出射面
３１：ファイバ束
３１ａ：ファイバ
４０：プリズム体
４０ａ：反射コーティング面
４０ｂ：入射面
４０ｃ：出射面
５０：撮像系
５０Ａ：縮小光学系
５０Ｂ：撮像部
５５：補助撮像系
５５Ａ：補助縮小光学系
５５Ｂ：補助撮像部
６０：鏡
６５：鏡
７０：赤外線透過フィルタ
１００：生体特徴入力装置
１４０：プリズム体
１４０ａ：反射コーティング面
１４０ｂ：入射面
１４０ｃ：出射面
１５０：撮像系
１５０Ａ：縮小光学系
１５０Ｂ：撮像部
２００：生体特徴入力装置
３００：生体特徴入力装置
４００：生体特徴入力装置
ＦＢ：付け根側
ＦＧ：指
ＦＧ１：第一関節
ＦＧ２：第二関節
ＦＰ：指紋部
Ｌ１：光路
Ｌ２：光路
Claims (7)
- 指の周囲から前記指の中に向かって光を入射させる照射系と、
前記指の指紋部が置かれ、前記指の透過光のうち、前記指紋部から出射される透過光を取り込む入射面を上部に有し、下部に出射面を有するファイバプレートと、
前記ファイバプレートの下部に位置し、反射コーティング面と入射面と出射面とを有するプリズム体と、
前記反射コーティング面で反射された前記透過光から、縮小された指紋画像を生成し、前記指紋画像を撮像する撮像系と、
を備え、
前記反射コーティング面に向かって傾いている出射角度で前記ファイバプレートの前記出射面から出射される前記透過光が、前記プリズム体の前記入射面へ入射し、前記反射コーティング面で反射し、前記プリズム体の前記出射面から出射して、前記撮像系に入射するように、前記ファイバプレートと前記プリズム体と前記撮像系とが配置されている生体特徴入力装置。 - 前記指の透過光のうち、前記指の第一関節より付け根側を出射した透過光を反射する鏡をさらに備え、
前記撮像系は、前記指紋画像と、前記鏡で反射された前記指の血管画像とが同時に映り込んだ画像を撮像し、
前記鏡の鏡面が、前記指の前記第一関節より前記付け根側の下面に向いており、
前記付け根側から出射された前記透過光が、前記ファイバプレート及び前記プリズム体を透過せず、前記鏡に向かって出射され、前記鏡を反射して、前記撮像系に入射するように、前記鏡と前記ファイバプレートと前記プリズム体と前記撮像系とが配置されている請求項１に記載の生体特徴入力装置。 - 前記指の血管画像を撮像する補助撮像系をさらに備え、
前記補助撮像系が、前記指の第一関節より付け根側の下面に向いており、
前記付け根側から出射された前記透過光が、前記ファイバプレート及び前記プリズム体を透過せず、前記補助撮像系に向かって出射されるように、前記補助撮像系と前記ファイバプレートと前記プリズム体と前記撮像系とが配置されている請求項１に記載の生体特徴入力装置。 - 前記透過光の光路に配置され、赤外線領域の波長の光を透過し、他の波長領域の光を除去する赤外線透過フィルタをさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生体特徴入力装置。
- 前記ファイバプレートの開口数が０．３〜０．６である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生体特徴入力装置。
- 前記出射角度が３０〜６０度である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の生体特徴入力装置。
- 上部に入射面と下部に出射面とを有するファイバプレート、前記ファイバプレートの下部の位置に、反射コーティング面と入射面と出射面とを有するプリズム体、縮小光学系及び撮像部を有する撮像系と、を設置すると共に、前記入射面に指の指紋部を設置する設置ステップと、
前記指の周囲から前記指の中に向かって光を入射させる照射ステップと、
前記指の透過光のうち、前記指紋部から出射され、前記入射面で取り込まれ、前記反射コーティング面で反射された透過光から、縮小された指紋画像を生成し、前記指紋画像を撮像する撮像ステップと、
を実施し、
前記反射コーティング面に向かって傾いている出射角度で前記ファイバプレートの前記出射面から出射される前記透過光が、前記プリズム体の前記入射面へ入射し、前記反射コーティング面で反射し、前記プリズム体の前記出射面から出射して、前記撮像系に入射するように、前記ファイバプレートと前記プリズム体と前記撮像系とが配置されている生体特徴入力方法。
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