JP7802437B2 - 生体認証装置 - Google Patents

Description

本発明は、再帰反射を利用して空中に映像を表示する機能を備えた生体認証装置に関する。

再帰反射を用いた空中表示（Ａｅｒｉａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ｂｙ Ｒｅｔｒｏ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ：ＡＩＲＲ）が知られている。例えば、特許文献１の表示装置は、空中に形成される像をより広い角度から観察可能とするため、２つの再帰反射部材を用い、その一方の再帰反射部材を光源の出射軸上に配置している。特許文献２の表示装置は、画像の結像位置の調整を容易にするため、ハーフミラー、再帰反射部材、および画像出力装置をそれぞれ平行に配置している。特許文献３の表示装置は、画像の視認性の低下を抑制するため、光が位相差部材（λ／４板）を透過する回数を低減している。特許文献４の表示装置は、装置の薄型化を図るため、ビームスプリッターに対しディスプレイおよび再帰反射部材を平行に配置し、ディスプレイ上に偏向光学素子を配置している。

特開２０１７－１０７１６５号公報 特開２０１８－８１１３８号公報 特開２０１９－６６８３３号公報 特開２０１９－１０１０５５号公報

種々の電子機器や電子システムにおいて、指紋や静脈等の生体を利用した本人認証が進められている。例えば、手のひらの静脈認証では、透明なアクリル板の表面に手を乗せ、その状態でアクリル板の裏面側から手のひらの静脈をカメラで撮像し、撮像した画像に基づき本人か否かを認証している。

従来の生体認証は、アクリル板に手を接触させる接触タイプが主流であるが、その一方で、生体認証の非接触化も進められている。接触タイプでは、手をアクリル板に乗せるため、カメラによる安定した静脈の撮影が可能であるが、非接触にすると空中で手の高さが定まらずに、カメラのフォーカスが合わなかったり、フォーカスを合わせるのに時間がかかってしまう（手間取る）等の課題がある。

そのため、例えば、手の適正位置を照明の色で表現する提案がなされている。図１に、そのような機能を搭載した生体認証装置の概略構成を示す。図１（Ａ）に示すように、認証装置１０の表面または内部に手の映像Ｐが点灯し、ユーザーは、映像Ｐの位置に合うように空中に手のひらＨを空中にかざし、その後、生体認証装置１０の内蔵カメラによって手のひらＨが撮像される。

図１（Ｂ）は、生体認証装置１０の内部構成を示すブロック図である。生体認証装置１０は、手のひらＨまでの距離を計測するセンサ２０と、計測した距離に応じた色で映像Ｐを照明する照明部３０と、手のひらＨを撮像するカメラ４０と、各部を制御する制御部５０とを含んでいる。

図１（Ｃ）に示すように、手のひらＨが生体認証装置１０に接近しているとき（但し、高さＤ１は、カメラ４０の焦点距離よりも大きい）、制御部５０は、照明部３０を介して映像Ｐを青色で点灯させ、手のひらＨが適正な位置から離れすぎていることを知らせる。図１（Ｄ）に示すように、手のひらＨまでの高さＤ２が適正な位置（焦点距離に概ね一致）すると、制御部５０は、照明部３０を介して映像Ｐを緑色で点灯させ、手のひらＨが正しい高さにあることをユーザーに知らせる。このとき、カメラ４０は、手のひらＨを撮像する。図１（Ｅ）に示すように、手のひらＨまでの高さＤ３が近すぎる場合、制御部５０は、赤色で映像Ｐを点灯させ、手のひらＨが近すぎることをユーザーに知らせる。

このように従来の生体認証装置は、映像Ｐを点灯する色を変えることで手の高さが適正か否かをユーザーに知らせることができるが、ユーザーは、直感的に適正な手の高さを知ることができないため、依然として映像Ｐの点灯色を確認しながら手のひらＨの高さを調整する等の作業をしなければならず、煩わしさがある。

本発明は、このような従来の課題を解決し、手や指などの認証対象の位置を直感的に把握することができる生体認証装置を提供することを目的とする。

本発明に係る生体認証装置は、再帰反射を利用して空中像を表示する機能を備えたものであって、空中像のための意匠が形成された導光層と、前記導光層に光を照射する光源と、前記導光層の一方の主面側に配置された偏光ビームスプリッターと、前記導光層の前記一方の主面と対向する他方の主面側に配置された再帰反射層と、前記再帰反射層に形成された開口を介して空中像が表示される領域近傍の生体を撮像する撮像手段とを有し、前記撮像手段によって撮像された画像に基づき生体認証を行う。

ある態様では、前記開口と整合する位置に、前記偏光ビームスプリッターと偏光方向が異なる偏光フィルターが設けられる。ある態様では、前記偏光フィルターの偏光方向は、前記偏光ビームスプリッターの偏光方向と直交する。ある態様では、前記撮像手段は、前記光源が消灯する時間に生体を撮像する。ある態様では、前記空中像の表示と前記撮像手段の撮像は、時分割制御される。ある態様では、前記撮像手段は、赤外線カメラを含み、前記開口と整合する位置に可視光を遮蔽する可視光フィルターが設けられる。ある態様では、前記空中像は、前記偏光ビームスプリッターの面に関し、前記意匠と対称の位置に生成され、前記撮像手段の焦点は、前記空中像の位置に合わせられる。ある態様では、生体認証装置はさらに、撮像手段による撮像が終了したことをユーザーに知らせる出力手段を含む。ある態様では、前記生体は、指紋または静脈である。

本発明によれば、生体を空中に置くべき位置をガイドするように空中像を表示し、その位置に置かれた生体を撮像するようにしたので、ユーザーは、生体をかざす位置を直感的に認識することができ、非接触による生体認証の煩わしさを解消させることができる。

従来の生体認証装置の概略構成を説明する図である。 図２（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る生体認証装置の外観斜視図、図２（Ｂ）は、その側面図である。 図２に示す生体認証装置のＸ－Ｘ線で切断した概略断面図である。 本発明の第２の実施例に係る生体認証装置の概略断面図である。 本発明の第３の実施例に係る生体認証装置の電気的な構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施例に係る生体認証装置の電気的な構成を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本発明の生体認証装置は、特殊なメガネ等をかけなくても３次元空間内に空中像を表示する機能を備えた薄型空中映像認証装置に関する。ユーザーは、空中像によってガイドされた位置に生体をかざし、その位置の生体が撮像カメラによって撮像され、生体認証が行われる。なお、以下の実施例の説明で参照される図面は、発明の理解を容易にするために誇大または強調した部分を含んでおり、実際の製品の形状やスケールをそのまま表したものではないことに留意すべきである。

次に、本発明の実施例について詳細に説明する。図２（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る生体認証装置の概略斜視図、図２（Ｂ）は、その側面図である。本実施例の生体認証装置１００は、ハウジング等の筐体の表面から高さＤの位置に空中像Ｐ１を表示する。ユーザーは、高さＤの空中像Ｐ１に合わせるように手のひらＨをかざし、内蔵された撮像カメラによって高さＤの手のひらＨが撮像され、本人認証が行われる。ユーザーは、空中像Ｐ１を視認することで直感的に手のひらＨをかざすことができる。高さＤは、撮像カメラによって手のひらＨを鮮明に撮像することができる距離である。認証すべき生体は、特に限定されないが、例えば、手のひらや指などの指紋や静脈などである。

図３は、図２（Ａ）に示す生体認証装置１００のＸ－Ｘ線の構成を示す概略断面図である。同図に示すように、生体認証装置１００は、光源１１０、偏光フィルター１２０、導光層１３０、再帰反射層１４０、偏光ビームスプリッター１５０、撮像カメラ１６０を含んで構成される。

光源１１０は、導光層１３０の側部１３２の近傍に配置され、一定の出射角（または放射角）を持つ光を導光層１３０に向けて出射し、導光層１３０内を一様に照射する。光源１１０は、特に限定されないが、例えば、発光ダイオードやレーザーダイオードのような発光素子を用いることができる。また、発光素子の数は、特に限定されない。

光源１１０と導光層１３０の入射面（側部）１３２との間に偏光フィルター１２０が設けられる。偏光フィルター１２０は、例えば、偏光フィルムあるいはＤＢＥＦ（反射型偏光素子）であり、光源１１０からの光を、ある偏光状態（例えば、直線偏光）に変換する。偏光フィルター１２０は、光源１１０からの光が無偏光の場合に特に有用であるが、光源１１０からの光が偏光している場合には、省略してもよい。

導光層１３０は、平坦な上面、平坦な底面および上面と底面とを接続する側面とを備えた板状またはフィルム状の透明な光学部材である。導光層１３０の平面形状は特に限定されないが、例えば矩形状である。導光層１３０は、公知のものを用いることができ、例えば、ガラス、アクリル製のプラスチック、ポリカーボネート樹脂、あるいはシクロオレフィン系樹脂などから構成される。

導光層１３０の底部または底面１３４には、光を垂直方向に拡散または散乱させるための光拡散部１３６が形成される。光拡散部１３６は、空中像Ｐ１の意匠（原画像）を生成し、本例では、光拡散部１３６は、認証すべき生体である手のひらの意匠を生成する。光拡散部１３６は、例えば、導光層１３０の底面をレーザー加工や印刷によりドットパターンなどの微細構造を加工することよって形成される。

導光層１３０の底面側に再帰反射層１４０が形成される。再帰反射層１４０は、入射光と同じ方向に光を反射する光学部材であり、その構成は特に限定されないが、例えば、三角錐型再帰反射素子、フルキューブコーナー型再帰反射素子などのプリズム型再帰反射素子やビーズ型再帰反射素子によって構成される。導光層１３０と再帰反射層１４０との間には、保護フィルムや位相差フィルム（例えば、λ／４フィルム）などを介在させるようにしてもよい。

導光層１３０の上面側に偏光ビームスプリッター１５０が配置される。偏光ビームスプリッター１５０は、入射した光の一部を透過し、一部を反射する光学素子であり、入射光をp偏光成分とs偏光成分とに分割する偏光分離素子である。例えば、偏光ビームスプリッター１５０は、ある偏光状態の光の一部を透過し、一部を反射する。

導光層１３０の側部１３２から入射した光Ｌ１は、例えば、導光層１３０の上面および底面で全反射しながら内部を進行し、その一部の光Ｌ２は、光拡散部１３６によって垂直方向に拡散、散乱され、その拡散、散乱した光Ｌ２が導光層１３０の上面を透過し、偏光ビームスプリッター１５０によって反射される。偏光ビームスプリッター１５０で反射された光の一部Ｌ３は、再帰反射層１４０によって入射光と同じ方向に反射され、再帰反射層１４０によって反射された光Ｌ４の一部が偏光ビームスプリッター１５０を透過し、空中像Ｐ１を生成する。空中像Ｐ１は、光拡散部１３６によって生成された意匠（原画像）をそのままの姿勢で空中に浮かび上がらせたものであり、空中像Ｐ１は、偏光ビームスプリッター１５０から高さＤの位置に生成され、高さＤは、偏光ビームスプリッター１５０の面に関し光拡散部１３６と対称の位置である。

本実施例の生体認証装置１００は、高さＤの位置に空中像Ｐ１を表示する機能に加え、図２に示したように、空中像Ｐ１の高さに重畳されたユーザーの手のひらＨを撮像する機能を備える。撮像機能を得るため、再帰反射層１４０には、貫通する開口１４２が形成され、撮像カメラ１６０は、開口１４２を介して手のひらＨを撮像する。開口１４２の位置や大きさは、撮像カメラ１６０によって手のひらＨの全体が撮像可能となるように選択される。また、撮像カメラ１６０の焦点は、空中像Ｐ１の高さＤの近傍に調整される。例えば、空中像Ｐ１の高さがＤであれば、撮像カメラ１６０の焦点距離Ｆは、Ｆ≒２Ｄに調整される。

空中像Ｐ１に重なるようにユーザーの手のひらＨが空中に置かれたとき、撮像カメラ１６０は、手のひらＨを撮像する。撮像するタイミングは、特に限定されないが、例えば、空中像Ｐ１が表示されてから一定期間内に自動的に撮像するようにしてもよいし、あるいは、撮像カメラ１６０による撮像の指示をユーザーが与えるようにしてもよいし、あるいは、生体認証装置が距離センサまたは近接センサなどを搭載している場合には、センサが生体を検知したことに応答して撮像カメラ１６０が撮像するようにしてもよい。撮像カメラ１６０によって撮像された画像データは、ユーザーの本人認証に利用される。

このように本実施例によれば、生体認証すべき意匠を表した空中像Ｐ１を空中に表示し、生体のかざす位置をガイドするようにしたので、ユーザーは、直感的に空中像Ｐ１の高さＤに手のひらや指などの生体を置くことができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図４は、本発明の第２の実施例に係る生体認証装置１００Ａの概略断面図であり、第１の実施例と同一構成については同一参照番号を付してある。

第１の実施例で説明したように、撮像カメラ１６０は、開口１４２を介して手のひらＨを撮像するが、偏光ビームスプリッター１５０で反射された光の一部Ｌ５が開口１４２を介して迷光となって撮像カメラ１６０に取り込まれてしまう。この迷光が取り込まれると、ＳＮ比が低下し、画像データが悪影響を受け、生体認証の精度が低下してしまう。

そこで、第２の実施例では、開口１４２と撮像カメラ１６０との間に偏光フィルター１７０を介在させ、偏光ビームスプリッター１５０からの反射光Ｌ５が撮像カメラ１６０に取り込まれないようにする。偏光フィルター１７０は、偏光ビームスプリッター１５０からの反射光Ｌ５の透過を抑制するような偏光状態を有する。例えば、偏光フィルター１７０の偏光方向は、偏光ビームスプリッター１５０の偏光方向と異なり、例えば、偏光フィルター１７０の偏光方向は、偏光ビームスプリッター１５０の偏光方向と直交する。これにより、偏光ビームスプリッター１５０からの不要な反射光Ｌ５が撮像カメラ１６０に取り込まれないようにし、撮像カメラ１６０で撮像された生体の画像データの品位の低下が防止される。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。図５（Ａ）は、第３の実施例に係る生体認証装置１００Ｂの電気的な構成を示すブロック図である。生体認証装置１００Ｂは、光源１１０を駆動する光源駆動部２００と、空中像Ｐ１の近傍の生体を撮像する撮像カメラ２１０（図３、図４の撮像カメラ１６０）と、各部を制御する制御部２２０とを含んで構成される。

第３の実施例では、制御部２２０は、図５（Ｂ）に示すように、光源駆動部２００を介して光源１１０を一定周期で点灯と消灯とを繰り返させ、光源１１０が消灯している期間中に、撮像カメラ２００に生体を撮像させる。例えば、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で光源１１０を消灯させている間に、撮像カメラ２１０に生体を撮像させる。

このように空中像Ｐ１の表示と撮像カメラの撮像とを時分割制御し、偏光ビームスプリッター１５０からの反射光Ｌ５が生じない期間中に生体を撮像することで、撮像した画像データに迷光が取り込まれるのとを防止することができる。なお、第３の実施例では、第２の実施例で用いた偏光フィルター１７０は必ずしも必要ではないが、偏光フィルター１７０を介在させるようにしてもよい。

次に、本発明の第４の実施例について説明する。第４の実施例では、手のひらなどの静脈等を撮像するために赤外線カメラを用いる場合、第２の実施例で用いた偏光フィルター１７０とともにあるいは偏光フィルター１７０に代えて、可視光フィルターを用いる。可視光フィルターは、可視光をカットし、可視光が赤外線カメラに入り込むのを抑制し、可視光以外の波長の赤外線等を透過する。

本実施例によれば、開口１４２と整合する位置に可視光フィルターを介在させることで赤外線カメラへの可視光の映り込みを防止し、可視光ノイズのカットにより赤外線画像データのＳ／Ｎを上げ、生体認証精度を向上させることができる。

次に、本発明の第５の実施例について説明する。本実施例の生体認証装置１００Ｃは、図６に示すように、図５の構成に加えて、生体の接近または距離を検知するセンサ２３０と、出力部２４０とを含む。制御部２２０は、センサ２３０によって生体が空中像Ｐ１の高さＤに接近したことが検知されたことに応答して、撮像カメラ２１０に生体を撮像させる。そして、撮像カメラ２１０による生体の撮像が終了したことに応答して、出力部２４０から撮像終了を表す音声（例えば、ビープ音）を出力させる。これにより、ユーザーは、生体の認証のための撮像が行われたことを知ることができ、手のひらＨを元の位置に戻すことができる。

また、別な態様として、制御部２２０は、撮像カメラ２１０による撮像終了をユーザーに知らせるため、光源駆動部２００を介して光源１１０を点滅させたり、通常と異なる明るさや色で光源１１０を点灯させるようにしてもよい。例えば、生体のための撮像を促す場合には、空中像Ｐ１を青色で表示させ、撮像が終了したとき、空中像Ｐ１を緑色で表示させるようにしてもよい。

本実施例の生体認証装置は、あらゆる機器のユーザー入力に適用することができ、例えば、コンピュータ装置、車載用電子機器、銀行等のＡＴＭ、駅等のチケットの購入機、エレベータの入力ボタンなどに適用することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態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発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ：生体認証装置
１１０：光源
１２０：偏光フィルター
１３０：導光層
１３６：光拡散部
１４０：再帰反射層
１５０：偏光ビームスプリッター
１６０：撮像カメラ
１７０：偏光フィルター
Ｐ１：空中像

Claims (9)

1. 再帰反射を利用して空中像を表示する機能を備えた生体認証装置であって、
   空中像のための意匠が形成された導光層と、
   前記導光層に光を照射する光源と、
   前記導光層の一方の主面側に配置された偏光ビームスプリッターと、
   前記導光層の前記一方の主面と対向する他方の主面側に配置された再帰反射層と、
   前記再帰反射層に形成された開口を介して空中像が表示される領域近傍の生体を撮像する撮像手段とを有し、
   前記撮像手段によって撮像された画像に基づき生体認証を行う、生体認証装置。
2. 前記開口と整合する位置に、前記偏光ビームスプリッターと偏光方向が異なる偏光フィルターが設けられる、請求項１に記載の生体認証装置。
3. 前記偏光フィルターの偏光方向は、前記偏光ビームスプリッターの偏光方向と直交する、請求項２に記載の生体認証装置。
4. 前記撮像手段は、前記光源が消灯する時間に生体を撮像する、請求項１に記載の生体認証装置。
5. 前記空中像の表示と前記撮像手段の撮像は、時分割制御される、請求項４に記載の生体認証装置。
6. 前記撮像手段は、赤外線カメラを含み、前記開口と整合する位置に可視光を遮蔽する可視光フィルターが設けられる、請求項１に記載の生体認証装置。
7. 前記空中像は、前記偏光ビームスプリッターの面に関し、前記意匠と対称の位置に生成され、前記撮像手段の焦点は、前記空中像の位置に合わせられる、請求項１に記載の生体認証装置。
8. 生体認証装置はさらに、撮像手段による撮像が終了したことをユーザーに知らせる出力手段を含む、請求項１に記載の生体認証装置。
9. 前記生体は、指紋または静脈である、請求項１に記載の生体認証装置。