JP7444079B2 - 生体撮像装置及び生体計測装置 - Google Patents
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Description
中でも、盗難や模倣の恐れが少なく、認証精度が高い技術として、静脈を用いた認証(以下、「静脈認証」と称す。)が注目されている。静脈認証は、静脈内を流れる赤血球中のヘモグロビンが吸収を有する近赤外光を照射することにより情報を取得し、予め登録してある静脈パターンデータと照合を行うことで個人を識別する方法である。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。
前記生体に対し光を照射する面光源と、前記生体内部からの散乱光を受光する撮像部を有し、
前記面光源と前記撮像部が同一平面上の対向する位置に配置され、
前記面光源と前記撮像部の対向するそれぞれの端部間の距離が、15~40mmの範囲内であり、かつ、
前記平面上を指触して、静脈認証を行うことを特徴とする生体撮像装置。
前記生体に対し光を照射する面光源と、前記生体内部からの散乱光を受光する測定部を
有し、
前記面光源と前記測定部が同一平面上の対向する位置に配置され、
前記面光源と前記測定部の対向するそれぞれの端部間の距離が、20~40mmの範囲内であることを特徴とする生体計測装置。
本発明の生体撮像装置は、生体を認証対象として撮像する生体撮像装置であって、前記生体に対し光を照射する面光源と、前記生体内部からの散乱光を受光する撮像部を有し、前記面光源と前記撮像部が同一平面上の対向する位置に配置され、前記面光源と前記撮像部の対向するそれぞれの端部間の距離が、10~45mmの範囲内であり、かつ、前記平面上を指触して、静脈認証を行うことを特徴とする。
[面光源]
本発明の生体撮像装置では、発光光源が面光源であることを特徴とする。
(有機EL素子の基本構成)
図3は、本発明に適用可能な代表的面光源である有機EL素子の基本的な構成の一例を示す概略断面図である。
以下に、本発明に適用可能な有機EL素子の構成の代表例を示すが、本発明においては、ここで例示する構成に限定されるものではない。
(ii)陽極3/有機機能層ユニットU〔第1のキャリア輸送機能層群4(正孔注入輸送層)/発光層5/第2のキャリア輸送機能層群6(正孔阻止層/電子注入輸送層)〕/陰極7
(iii)陽極3/有機機能層ユニット(U)〔第1のキャリア輸送機能層群4(正孔注入輸送層/電子阻止層)/発光層5/第2のキャリア輸送機能層群6(正孔阻止層/電子注入輸送層)〕/陰極7
(iv)陽極3/有機機能層ユニット(U)〔第1のキャリア輸送機能層群4(正孔注入層/正孔輸送層)/発光層5/第2のキャリア輸送機能層群6(電子輸送層/電子注入層)〕/陰極7
(v)陽極3/有機機能層ユニット(U)〔第1のキャリア輸送機能層群4(正孔注入層/正孔輸送層)/発光層5/第2のキャリア輸送機能層群6(正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層)〕/陰極7
(vi)陽極3/有機機能層ユニット(U)〔第1のキャリア輸送機能層群4(正孔注入層/正孔輸送層/電子阻止層)/発光層5/第2のキャリア輸送機能層群6(正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層)〕/陰極7
上記(i)~(vi)で説明した構成では、陰極7を非光透過性として説明したが、必要に応じて、陽極と同様の光透過性の陰極とする構成であってもよい。
本発明の生体撮像装置に適用する有機EL素子(有機ELパネル)として、更には、タッチセンサー機能を具備した有機ELモジュールであることが、生体認証時にのみ発光する機能を付与でき、操作性及び省電力性の観点から好ましい態様である。
図4は、タッチセンサー機能を具備した有機ELモジュールで、有機EL素子が単一構成の一例を示す概略断面図(実施形態1)である。
また、本発明に適用可能なタッチセンサー付有機EL素子として、複数の有機EL素子を配置した構成の有機ELモジュールも適用することができる。
本発明に係る面光源においては、少なくとも有機EL素子(有機ELパネル)と波長変換フィルターより構成されている面光源積層体であることが好ましい態様である。
上述のうち、光散乱性粒子とは、波長変換フィルター中に入ってきた光を多重散乱させる機能を持った粒子である。これらを添加することで、波長変換フィルターに進入した光は膜中での光路長が伸び、波長変換フィルター内部で波長変換される機会が増えるので、波長変換効率が向上する。さらに、波長変換フィルター界面の反射により、波長変換フィルター内部に戻ってきた光を再度散乱することで、光取り出し効率の向上が見込める。
)、多面体状、棒状(円柱状、角柱状等)、平板状、りん片状、不定形状等が挙げられる
。なお、光散乱性粒子の粒子径は、光散乱性粒子の形状が球状でない場合、同体積を有す
る真球状の値とすることができる。
カットフィルターの材質としては、ガラス、樹脂などが挙げられ、誘電体多層膜や、吸収色素を含有する膜を形成することで、波長変換されずに放射されてきた光を除外するものが使用できる。カットフィルターは、市販品を用いてもよく、又は、上記の膜を波長変換フィルター上に製膜するか、独立して作製した後に、波長変換フィルターと組み合わせて使用してもよい。
本発明に係る波長変換フィルターが含有する発光体としては、近赤光領域を含む可視光領域(380~780nm)、好ましくは近赤光領域を含む緑~赤色領域(495~750nm)、特に好ましくは赤色領域(600~700nm)の光を吸収し、近赤外光領域(700nmを超え、1500nm以下)で発光する特性を備えていれば、特に制限されない。発光体を含む波長変換フィルターを生体認証装置として用いる場合、得られる撮像図での個体識別を保証するための生体透過光の観点から、750~1000nmの波長範囲内に発光極大波長を有することが好ましく、より好ましくは850nm付近に発光極大波長を有することが、生体内の水の吸収域と重ならず、静脈のヘモグロビンの吸収域と重なりをもつ点で好ましい。
本発明に適用可能なスクアリリウム化合物の種類は、特に限定されないが、下記一般式(1)で表される構造を有する化合物であることが好ましい。
さらに、前記一般式(1)において、A若しくはB、又はその両方にヒドロキシ基を有していることが、発光性の向上の観点から好ましく、分子内のπ共役が拡張され、極大発光波長が長波化する観点から、下記一般式(2)で表される構造を有する化合物であることがより好ましい。
文献2:Mayerh-ffer et al-Chem.Eur.J.2013,19,218-232
《生体計測装置》
図10Aに示す生体計測装置Gは、同一平面上に配置した面光源Cと測定部Hの構成と、端部間の距離Wを有している構成を示す。
図10Bに示す生体計測装置Gは、図10Aの構成に対し面光源CがベゼルBzを有している例を示してある。この場合、発光領域は、ベゼルBzを除く領域であり、発光領域の端部から撮像部Dの端部までが、距離Wとなる。
図10Cに示す生体計測装置Gは、図10Bの構成に対し、面光源Cと撮像部Dが直接接している構成であり、この構成においては、ベゼルBzの幅が距離Wとなる。
図11Bに示す生体計測装置Gは、図11Aの構成に対し面光源CがベゼルBzを有している例を示してある。この場合、発光領域は、ベゼルBzを除く領域であり、発光領域の端部から撮像部Dの端部までが、距離Wとなる。
図11Cに示す生体計測装置Gは、図11Bの構成に対し、面光源Cと撮像部Dが直接接している構成であり、この構成においては、ベゼルBzの幅が距離Wとなる。
《発光体の構成材料の作製》
〔有機EL素子A(OLEDA)の作製〕
下記手順に従って、基材上に陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極を積層して封止を行い、面発光体であるボトルエミッション型の赤色発光有機EL素子Aを作製した。
はじめに、ポリエチレンナフタレートフィルム(帝人デュポン社製、以下、PENと略記する。)の陽極を形成する側の全面に、特開2004-68143号公報に記載の構成の大気圧プラズマ放電処理装置を用いて、SiOxからなる無機物のガスバリアー層を厚さ500nmとなるように形成した。これにより、酸素透過度が0.001mL/(m2・24h・atm)以下、水蒸気透過度が0.001g/(m2・24h)以下のガスバリアー性を有するフレキシブル性を有する基材(ガスバリアーフィルム)を作製した。
上記方法で作製した陽極を、露点―80℃以下、酸素濃度1ppm以下のグローブボックス内にて乾燥させたのち、真空蒸着装置内に移送した。真空蒸着装置内のるつぼ(モリブデン製、又はタングステン製の抵抗加熱用材料製)に、下記の各有機機能層の構成材料を有機EL素子の作製に必要とする量を充填した。
上記真空蒸着装置を1×10-4Paまで減圧し、化合物HIL-1(MTDATA)を、蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、陽極上に厚さ15nmの正孔注入層(以下、HILと表記)を形成した。
次いで、下記化合物HTL-1(α-NPD)をHIL上に蒸着し、厚さ30nmの正孔輸送層(HTL)を形成した。
続いて、発光ホストである化合物H-1とドーパントである化合物DP-1の入った加熱ボートをそれぞれ独立に通電し、H-1とDP-1の蒸着速度が100:6となるように調整し、厚さ20nmの赤色りん光発光層(EML)を形成した。
次いで、トリス(8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム(Alq3)の入った前記加熱ボートを通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、EML上に厚さ25nmの電子輸送層(ETL)層を形成した。
次いで、LiFを蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、厚さ1nmの電子注入層(EIL)を形成した。
続いて、アルミニウムを厚さ70nmで蒸着して、陰極を形成した。
次いで、上記で得られた陽極~陰極までの積層体の陰極上に、市販のロールラミネート装置を用いて封止基材を接着した。封止基材は、可撓性を有する厚さ30μmのアルミニウム箔(東洋アルミニウム(株)製)に、ドライラミネーション用の2液反応型のウレタン系接着剤を用いて厚さ1.5μmの接着剤層を設け、厚さ12μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムをラミネートして作製した。
(B)ジシアンジアミド(DICY)
(C)エポキシアダクト系硬化促進剤
次いで、封止基材を露点温度-80℃以下、酸素濃度0.8ppmの窒素雰囲気下へ移動して、12時間以上乾燥させ、封止用接着剤の含水率が100ppm以下となるように調整した。
国際公開第2015/011925号に記載の方法に従って、点光源として、基板上にAlGaAs系の赤色発光LED及び金属部が配置されたLEDパッケージを作製した。
下記の方法に従って、波長変換フィルター1を作製した。
〔発光体1の作製〕
上記作製した点光源であるLEDパッケージの発光面と、波長変換フィルター1とを密着させることにより、点発光体である発光体1を作製した。
上記作製した面光源である有機EL素子Aの発光面と、波長変換フィルター1とを密着させることにより、図7で示す構成の面発光体である発光体2を作製した。
〔生体撮像装置1-1の作製〕
生体撮像装置1-1は、近赤外線を発する発光体として、上記作製した点光源であるLEDパッケージと波長変換フィルター1とから構成される発光体1を用い、点光源の発光を調整する制御部と、被認証体として人間の人差し指を用い、そこからの静脈の散乱光を検出して撮像を行う撮像部(イメージセンサー)として、近赤外領域に感度を有する市販のCMOSセンサーを具備した撮像装置と、画像処理を行う認証部とから構成し、同一平面上に、発光体1と撮像部を、図2Bで示す構成で配置した。このとき、発光体1を構成するLED光源の端部と、撮像部の端部間の距離Wが9mmとなる条件で配置した。
上記生体撮像装置1-1の作製において、発光体1を構成するLED光源の端部と撮像部の端部間の距離Wを、それぞれ20mm、35mmに変更した以外は同様にして、生体撮像装置1-2及び1-3を作製した。
生体撮像装置1-4は、近赤外線を発する発光体として、上記作製した面光源である有機EL素子Aと波長変換フィルター1とから構成される発光体2を用い、面光源の発光を調整する制御部と、被認証体として人間の人差し指を用い、そこからの静脈の散乱光を検出して撮像を行う撮像部(イメージセンサー)として、近赤外領域に感度を有する市販のCMOSセンサーを具備した撮像装置と、画像処理を行う認証部とから構成し、同一平面上に、発光体2と撮像部を、図2Bで示す構成で配置した。このとき、発光体2を構成する有機EL素子の図3で示すような発光領域の端部と、撮像部の端部間の距離Wが9mmとなる条件で配置した。
上記生体撮像装置1-4の作製において、発光体2を構成する有機EL素子の図3で示すような発光領域の端部と、撮像部の端部間の距離Wを、それぞれ表XIIIに記載の条件となるように同一平面上に配置した以外は同様にして、生体撮像装置1-5~1-13を作製した。
上記生体撮像装置で撮像した静脈画像について、下記の方法に従って明度特性を評価した。画像の編集及び加工には、市販のソフトウェアであるGIMP(GNU Image Manipulation Program、GNU GPLの下で配布)を用いた。
得られた画像IIの各データのヒストグラムにおいて、階調が0~50となる領域(暗い画像部分)及び205~255となる領域(いずれも画像として不適な条件の画像)の合計の画素数をXとし、最適な範囲の輝度値である51~204までの範囲の画像数の合計をYとしたとき、下記式(A)に従い、コントラスト特性を測定し、下記の基準に従って、撮像画像のコントラストの評価を行った。
◎:コントラスト特性(X/(X+Y))が、0.33未満
〇:コントラスト特性(X/(X+Y))が、0.33以上、0.50未満
△:コントラスト特性(X/(X+Y))が、0.50以上、0.67未満
×:コントラスト特性(X/(X+Y))が、0.67以上
(2.静脈部画素数の評価)
得られた画像Iの各データのヒストグラムにおいて、画像Iを形成する各階調の度数の合計値を算出し、静脈部の画素数を算出した。
《タッチセンサー機能付き有機ELモジュールの作製》
有機EL素子に対し、図4及び図5で示すような発光素子駆動回路ユニット12とタッチ検知回路14を付与したタッチセンサー機能付きの有機ELモジュールを作製した。
上記作製した面光源であるタッチセンサー機能付き有機ELモジュールの発光面と、実施例1で作製した波長変換フィルター1とを密着させることにより、図7で示す構成の面発光体3を作製した。
実施例1に記載の生体撮像装置1-4~1-13の作製において、面発光体として、有機EL素子Aを具備した発光体2に代えて、上記作製したタッチセンサー機能付き有機ELモジュールを具備した面発光体3に変更した以外は同様にして、生体撮像装置2-1~2-10を作製した。
上記作製した生体撮像装置2-1~2-8について、実施例1に記載の方法と同様にし て、撮像画像の評価を行い、得られた結果を表XIVに示す。
《脈波センサー3-1の作製》
脈波センサー3-1は、近赤外線を発する発光体として、上記作製した面光源である有機EL素子Aと波長変換フィルター1とから構成される発光体2を用い、面光源の発光を調整する制御部と、測定対象として人間の人差し指および手首を用い、そこからの動脈の散乱光を検出して脈波信号を取得する測定部として、近赤外領域に感度を有する市販のフォトダイオードを具備した測定装置とから構成し、同一平面上に、発光体2と測定部を、図10Bで示す構成で配置した。このとき、発光体2を構成する有機EL素子の図3で示すような発光領域の端部と、撮像部の端部間の距離Wが9mmとなる条件で配置した。
上記脈波センサー3-1の作製において、発光体2を構成する有機EL素子の図3で示すような発光領域の端部と、測定部の端部間の距離Wを、それぞれ表XVに記載の条件となるように同一平面上に配置した以外は同様にして、脈波センサー3-2~3-6を作製した。
上記脈波センサーで計測した脈波信号について、心臓の拍動に対応した脈の容積変化に由来するAC成分と、拍動成分を含まない生体組織からの反射光や散乱光のDC成分を算出した。この際、DC成分の値(DC)に対してAC成分の値(AC)が大きいほど、精度の高い脈波信号が得られていると言える。
そこで、下記式(B)に従い、脈波測定の評価を行い、下記の基準に従って、脈波測定評価を行った。
〇:脈波測定(AC/DC)が、1%以上
△:脈波測定(AC/DC)が、0.1%以上、1%未満
×:脈波測定(AC/DC)が、0.1%未満
〔発光体3の作製〕
上記作製した発光体2において、波長変換フィルターの上部から、さらに赤色光を遮蔽するカットフィルターを密着させることにより、赤外光のみを照射する面発光体である発光体3を作製した。
パルスオキシメーター4-1は、近赤外線を発する発光体として、上記作製した発光体3と、赤色光を発する発光体として、上記作製した有機EL素子A、動脈からの散乱光を検出する測定部としてのフォトダイオードを、図11Bのように配置して作製した。この時、発光体3および有機EL素子Aの発光領域の端部と、測定部の端部間の距離Wがそれぞれ9mmとなる条件で配置し、人間の人差し指で測定を行ってSpO2(動脈血酸素飽和度)を測定した。
上記パルスオキシメーター4-1の作製において、発光体3および有機EL素子Aの発光領域の端部と、測定部の端部間の距離Wを、それぞれ表XVIに記載の条件となるように同一平面上に配置した以外は同様にして、パルスオキシメーター4-2~4-6を作製した。
上記作製したパルスオキシメーターと、市販のパルスオキシメーターを同時に装着してSpO2の計測を行い、その差異から計測したSpO2の値の正確性を求めた。
測定したSpO2は下記の基準に従って、評価を行った。
△:測定値の差異が、3%以上、5%未満
×:測定値の差異が、5%以上、
3 陽極
4 第1のキャリア輸送機能層群
5 発光層
6 第2のキャリア輸送機能層群
7 陰極
8 封止用接着層
9 封止基板
11 透明基材
12 発光素子駆動回路ユニット
14 タッチ検出回路ユニット
21A、21B 有機EL素子の寄生容量
22、22A、22B 有機EL素子
23 発光素子駆動回路部
24 タッチ検知回路部
25、25A、25B 陽極配線
26、26A、26B 陰極配線
27 グランド
31 DC-DCコンバーター回路
32 DC-DCコンバーターのスイッチ素子制御回路
33 電流値のフィードバック回路
40 波長変換フィルター
51 有機光電変換層
52 対向電極
53 TFTユニット
54 画素電極
55 接続部
56 TFT
57 絶縁層
58 基材
A 生体撮像装置
B 静脈
Bz ベゼル
C 面光源
CA 面光源積層体
D 撮像部
F 指
G 生体計測装置
H 測定部
IR 近赤外光
L1 照射光
L2 散乱光
M 有機ELモジュール
PED 光電変換素子
R 赤色発光
SW1、SW2、SW3、SW4、SW5 スイッチ
U 有機機能層ユニット
W 端部間の距離
Claims (9)
- 生体を認証対象として撮像する生体撮像装置であって、
前記生体に対し光を照射する面光源と、前記生体内部からの散乱光を受光する撮像部を有し、
前記面光源と前記撮像部が同一平面上の対向する位置に配置され、
前記面光源と前記撮像部の対向するそれぞれの端部間の距離が、15~40mmの範囲内であり、かつ、
前記平面上を指触して、静脈認証を行うことを特徴とする生体撮像装置。 - 前記面光源が、有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項1に記載の生体撮像装置。
- 前記有機エレクトロルミネッセンス素子が、タッチセンサー機能を具備していることを特徴とする請求項2に記載の生体撮像装置。
- 前記面光源が、少なくとも前記有機エレクトロルミネッセンス素子と波長変換フィルターより構成されている面光源積層体であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の生体撮像装置。
- 前記面光源積層体が、前記有機エレクトロルミネッセンス素子が600~700nmの範囲内の光を発光し、前記有機エレクトロルミネッセンス素子からの光を吸収して、前記波長変換フィルターを介して、近赤外光を前記生体に放射することを特徴とする請求項4に記載の生体撮像装置。
- 生体に光を照射して生体信号を計測する生体計測装置であって、
前記生体に対し光を照射する面光源と、前記生体内部からの散乱光を受光する測定部を有し、
前記面光源と前記測定部が同一平面上の対向する位置に配置され、
前記面光源と前記測定部の対向するそれぞれの端部間の距離が、20~40mmの範囲内であることを特徴とする生体計測装置。 - 前記面光源が、有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項6に記載の生体計測装置。
- 前記面光源が、少なくとも前記有機エレクトロルミネッセンス素子と波長変換フィルターより構成されている面光源積層体であることを特徴とする請求項7に記載の生体計測装置 。
- 前記面光源積層体が、前記有機エレクトロルミネッセンス素子が600~700nmの範囲内の光を発光し、前記有機エレクトロルミネッセンス素子からの光を吸収して、前記波長変換フィルターを介して、近赤外光を前記生体に放射することを特徴とする請求項8に記載の生体計測装置。
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