JPWO2008123584A1 - 生体認証装置 - Google Patents
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Abstract
薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能な生体認証装置を提供する。生体認証装置1は、光源10と、導光部11Aと、回折部11Bと、マイクロレンズアレイ12と、撮像素子13と、画像処理部14と、パターン保持部15と、認証部16と、電圧供給部17と、光源駆動部181と、撮像素子駆動部182と、制御部19とを備える。光源10から発せられた光L0は、導光部11A内を全反射により伝播したのち、回折部11Bに入射すると、入射角度と異なる角度に回折された光L1を生じる。これにより、導光部11Aが面発光源として機能すると共に、導光部11A内の全反射条件がくずれ、光L1が導光部11Aの外に導かれ、生体2の内部にまで光が十分に照射される。
Description
本発明は、例えば指の静脈等の生体内部の構造物を認証対象とする生体認証装置に関する。本出願は、日本国において2007年4月4日に出願された日本特許出願番号2007−098422号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願人に援用される。
従来、生体部位における構造物を撮像対象とする撮像装置は、生体認証装置等に利用され、例えば指の指紋を用いて生体の認証を行う指紋認証装置が種々提案されている(特許文献1〜3)。このような指紋認証装置では、撮像装置自体の厚みが大きいため、特許文献1に記載されているように、撮像装置を認証装置の外部に配置したり、特許文献2に記載されているように、撮像装置の光学系(撮像レンズ)と検出系(撮像素子)とを独立して配置するのが主流となっていた。
ところが、近年では、認証装置の薄型化への要求が高まっており、これに搭載される撮像装置も薄型であることが求められている。そこで、特許文献3には、導光板を用いた撮像装置が開示されている。具体的には、光源を導光板の端部に密着させて、この導光板内で光を繰り返し反射させることにより導光板を面発光源として機能させ、この上に生体(指)を配置して撮像を行うものである。このような構成により、通常広い角度分布を有する光源の配置が固定されるため、撮像装置の薄型化が実現される。
一方で、このような認証装置では、セキュリティレベルが高いことが要求される。指紋を用いた認証では、認証対象となる指紋パターンが偽造され易いため、セキュリティレベルが低下する虞がある。そこで、特許文献4には、指の静脈を用いて生体の認証を行う静脈認証装置が提案されている。この場合、静脈は指の内部の構造物であるため、認証パターンの偽造が困難であり、指紋認証に比べてセキュリティレベルの高い認証を行うことができる。
特開2005−312748号公報
特開2006−181296号公報
特開2006−285487号公報
特開2006−146612号公報
ここで、上記特許文献3の撮像装置では、指紋の凹凸形状のうち導光板に接触している部分(凸部)では光が散乱する一方、導光板に接触していない部分(凹部)では光が導光板において全反射するため、この散乱光を撮像することにより、指紋の形状パターンが検出される。このため、導光板を用いた認証装置では、撮像対象と導光板とが接触していることが求められる。
一方、特許文献4の静脈認証装置では、指の内部に存在する静脈に光を照射して撮像する必要がある。特許文献3の構成では、導光板と接触している面で光が散乱されてしまうため、静脈等の生体の内部の構造物に対して十分な光を照射することができない。また、指紋パターンの影響を受け正確な静脈パターンが検出できない。さらに、指が導光板に強く接すると静脈は血管であるためつぶれやすく、パターンが再現性良く検出できない。以上のことから、導光板を用いた薄型の構成をそのまま静脈認証装置に転用することは困難である。従って、薄型で高いセキュリティレベルを確保することが可能な生体認証装置の実現が望まれていた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能な生体撮像装置を提供することにある。
本発明の生体認証装置は、光源と、光源から発せられた光を全反射させて生体へ向けて導く導光部と、導光部内を伝播する光を回折させる回折部と、導光部を挟んで生体に対向するように設けられ、生体からの光を集光する撮像レンズ部と、撮像レンズ部によって集光された光に基づき、撮像データを生成する撮像素子と、撮像素子から得られた撮像データに基づいて生体の認証を行う認証部とを備えたものである。
本発明の生体認証装置では、光源から発せられた光が導光部内を全反射により伝播し、生体に向かって導かれる。そして、導光部内を伝播する光は、回折部によって回折され、入射角と異なる角度で伝播する回折光が生じる。これにより、光の全反射条件がくずれ、回折光が導光部の外へと導かれて、生体の内部にまで光が十分に照射される。
本発明の生体認証装置によれば、光源からの光を導光部により全反射させて生体へと導くようにしたので、この導光部を生体に対する面発光源として機能させ、光源の薄型化を図ることができる。また、導光部内を全反射により伝播する光を回折部において回折させるようにしたので、生体の内部にまで光を十分に照射させることができる。これにより、生体の内部の構造物を撮像することが可能となる。よって、薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る生体認証装置(生体認証装置1)の全体構成を表したものである。図2は、生体認証装置1の概略構成を表す模式図である。この生体認証装置1は、特に生体(例えば、指先)2の内部の構造物、例えば静脈を撮像して認証を行うものであり、光源10と、導光部11Aと、回折部11Bと、マイクロレンズアレイ12と、撮像素子13と、画像処理部14と、パターン保持部15と、認証部16と、電圧供給部17と、光源駆動部181と、撮像素子駆動部182と、制御部19とから構成されている。導光部11Aの上面は、検知部110となっている。検知部110は、生体が置かれる面もしくは部材である。すなわち、本実施の形態では、導光部11Aが、検知部110に対向するように、検知部110とマイクロレンズアレイ12との間の光路上に配置されている。
光源10は、撮像対象である生体2へ向けて光を照射するものであり、例えば、LED(Light Emitting Diode)などにより構成される。なお、この光源10は、近赤外の波長領域(700nm〜1200nm程度の波長領域)の光を発するものであるのが好ましい。そのような波長領域の光を用いた場合、生体に対する透過率と、生体内の還元ヘモグロビン(静脈)への吸収率との兼ね合いより、生体2の静脈を撮像する場合の光利用効率を高めることができるからである。また、図2では、光源10は導光部11の一端に設けられた構成となっているが、導光部11の両端に設けられるようにしてもよい。このようにすると、生体2に対して均等な光を照射することができる。
導光部11Aは、光源10から発せられた光を全反射させて生体2へ向けて導くものである。導光部11Aは、例えばガラスやプラスティックなどの透明性を有する基板により構成され、厚みは、例えば1〜3mmとなっている。なお、導光部11Aの表面には、反射膜などの特殊加工がなされていてもよい。また、導光部11A上には、防塵や装置内部を保護するためのカバーガラス等が配置されていてもよい。但し、この場合には、導光部11A上に設けられたカバーガラス等が検知部となる。この導光部11Aの具体的な構成については後述する。
回折部11Bは、導光部11Aの下面に設けられ、導光部11A内を伝播する光を回折させるものであり、例えば回折格子やホログラムなどの回折素子により構成されている。この回折部11Bの具体的な構成については後述する。
マイクロレンズアレイ12は、複数のマイクロレンズがマトリクス状に配列してなり、導光部11の下方(具体的には、導光部11と撮像素子13との間)に配置されている。このマイクロレンズアレイ12内のマイクロレンズは、撮像対象である生体2の撮像レンズとして機能し、例えば液晶レンズ、液体レンズ、回折レンズなどにより構成されている。以下、図3を参照して、マイクロレンズアレイ12の具体的な構成について説明する。図3は、マイクロレンズアレイ12の断面構成を表したものである。
このマイクロレンズアレイ12では、対向する一対の基板121,125間に液晶層123が形成され、この液晶層123と基板121,125との間には、それぞれ、電極122,124が形成されている。
基板121,125は、それぞれ、例えばガラス基板などの透明基板により構成され、入射光線を透過可能となっている。電極122,124には、後述の電圧供給部17から電圧が供給される。これら電極122,124は、それぞれ、例えばITO(Indium Tin Oxide;酸化インジウムスズ)などの透明電極により構成され、基板121,125と同様に、入射光線を透過可能となっている。電極122,124の表面S1,S2のうち、電極122側の表面S1には、凹状の複数の曲面がマトリクス状に形成され、これにより複数の液晶マイクロレンズを構成するようになっている。液晶層123は、例えばネマティック液晶などの液晶材料により構成され、電極122,124間に印加される電圧に応じて屈折率が変化するものである。
撮像素子13は、マイクロレンズアレイ12からの光を受光して撮像データを生成するものであり、マイクロレンズアレイ12の焦点面に配置される。なお、この撮像素子13は、例えば、マトリクス状に配列された複数のCCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などにより構成される。
画像処理部14は、制御部19からの制御に応じて、撮像素子13で得られた撮像データに所定の画像処理を施し、認証部16へ出力するものである。なお、この画像処理部14、ならびに後述する認証部16および制御部19は、例えばマイクロコンピュータなどにより構成される。
パターン保持部15は、生体認証の際に用いる生体認証パターン(認証の際に撮像して得られた撮像パターンに対する比較パターンであり、予め生体を撮像して得られたもの)が保持される部分であり、不揮発性の記録素子(例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)など)により構成される。認証部16は、制御部19からの制御に応じて、画像処理部14から出力される撮像パターンと、パターン保持部15に保持されている生体認証パターンとを比較することにより、生体2の認証を行う部分である。
電圧供給部17は、マイクロレンズアレイ12内のマイクロレンズに対して電圧を供給するものである。この電圧供給部17から供給される電圧の大きさに応じて、マイクロレンズの屈折力が変化するようになっている。従って、供給電圧を調整することにより、生体2の表面から内部にかけての奥行き方向に対して自由に焦点(結像位置)を変えることができる。
光源駆動部181は、制御部19からの制御に応じて、光源10の発光駆動を行うものである。撮像素子駆動部182は、制御部19からの制御に応じて、撮像素子13の撮像駆動(受光駆動)を行うものである。制御部19は、画像処理部14、認証部16、電圧供給部17、光源駆動部181および撮像素子駆動部182の動作を制御するものである。
次に、導光部11Aおよび回折部11Bの構成について、図2、図4および図5を参照して詳細に説明する。図4および図5は、導光部11Aおよび回折部11Bの断面構成を拡大して表した図である。
回折部11Bは、図2に示したように、検知部110に対向しない領域、すなわち生体2からマイクロレンズアレイ12への入射光の光路を妨げない領域に配置されている。回折部11Bは、導光部11Aの下面に形成された樹脂層11B−1に複数の溝部11B−2が設けられて構成されている。複数の溝部11B−2は、例えば、図4に示したような断面形状が鋸歯状のブレーズ格子を形成している。また、好ましくは、図5に示したように、光源10からの距離が大きくなるに従って、溝部11B−2の深さHが大きくなっている。
但し、回折部11Bの格子形状は上記のものに限定されるものではない。他にも、例えば、階段状のステップ格子や、2値のバイナリ格子などの回折格子を用いるようにしてもよい。
次に、図4に示したような構成を有する導光部11Aおよび回折部11Bの形成方法の一例について図6および図7を参照して説明する。
まず、図6(A)に示したように、例えばフォトリソグラフィ法により基板100上にフォトレジスト膜101を塗布したのち、所望のパターンを有するマスク102を用いてステッパーで露光、現像することにより、図6(B)に示したように、基板100上のフォトレジスト膜101に鋸歯状の溝を形成する。続いて、図6(C)に示したように、このフォトレジスト膜101の溝形状を、例えば電鋳法などの電気めっきを用いて金属に転写することにより、金型103を形成する。
次いで、図7に示したように、形成した金型103の溝が形成されている側に、例えば紫外線硬化樹脂104を流し込み、導光板11Aと重ね合わせたのち、導光板11Aの側から紫外光UVを照射して紫外線硬化樹脂104を硬化させる。これにより、図4に示した構成の導光部11Aおよび回折部11Bを形成する。
次に、図1〜図5および図8〜図11を参照して、本実施の形態の生体認証装置1の動作および効果について説明する。ここで、図8はマイクロレンズアレイ12の作用を説明するための図であり、図9および図10は導光部11Aおよび回折部11Bの作用を説明するための図であり、図11は導光部11Aと生体2の配置関係を表す図である。
この生体認証装置1では、まず、導光部11A上に生体(例えば、指先)2が置かれ、光源駆動部181により光源10が駆動されると、光源10から発せられた光L0が導光部11Aの端部から入射する。この光L0は、一般に広い指向性を持つので、その大部分が導光部11A内で全反射を繰り返すことにより伝播する。そして、導光部11A内を伝播した光は、導光部11A上に置かれた生体2へ向けて導かれ、生体2を照射する。
一方、マイクロレンズアレイ12内のマイクロレンズ(具体的には、電極122,124間)には、制御部19の制御に応じて電圧供給部17から電圧が供給されると、その電圧の大きさに応じて、液晶層123の屈折率が変化し、マイクロレンズの焦点が生体2の内部の点(例えば、図2中の点P1)に合わせられ、生体2からマイクロレンズへ光L2が入射する。
このとき、例えば、図8に示したように、供給電圧が比較的小さい場合には、液晶層123の屈折率も小さくなり、その結果、マイクロレンズへの入射光線は、光線L21のように、比較的小さな屈折角となるように屈折され、比較的長い焦点距離(例えば、光軸Z1上の焦点位置P11)で集光される。逆に、供給電圧が比較的大きい場合には、液晶層123の屈折率も大きくなり、その結果、マイクロレンズへの入射光線は、光線L22のように、比較的大きな屈折角となるように屈折され、比較的短い焦点距離(例えば、光軸Z1上の焦点位置P12)で集光される。このように、マイクロレンズとして液晶レンズを用いて供給電圧を調整することにより、マイクロレンズの屈折力が可変となる。
このようにして、マイクロレンズの焦点は、生体2の内部の点P1および撮像素子13上の点(例えば、図2中の点P2)に合わせられ、これにより撮像素子13において、生体2の静脈の撮像データ(静脈パターン)が取得される。そして得られた静脈パターンは、画像処理部14において適宜画像処理がなされたのち、認証部16へ入力される。
次に、認証部16では、入力された静脈パターンと、パターン保持部15に保持されている静脈認証用の認証パターンとが比較され、認証が行われる。これにより、最終的な生体認証の結果(認証結果データDout)が出力され、生体認証処理が終了となる。
特に、本実施の形態では、光源10から発せられて導光部11A内を伝播した光L0は、導光部11Aの下面に設けられた回折部11Bに入射すると、回折されて出射される。すなわち、図9に示したように、光L0は、回折部11Bの溝部11B−2によって、m次(m=0,±1,±2,±3…)の回折光、主として0次の回折光(L0)および1次の回折光L1に分割される。このとき、0次の回折光は、入射光L0の入射角度と同一の角度で出射するため、全反射条件を維持したまま導光板11A内を再び伝播する。一方、1次の回折光L1は、入射光L0と異なる角度で出射するため、全反射条件がくずれ、導光部11Aの上面から取り出される。
このようにして、導光部11Aの上面から導出された光L1は、導光部11A上に置かれた生体2に照射される。ここで、従来(例えば、特許文献3)は、光源からの光は導光板内を繰り返し全反射して伝播するのみで、導光板の外に光が導かれることがないため、導光板と接触している部分に対してのみ光が照射されることになる。これに対し、本実施の形態では、光L1は回折部11Bによって、導光部11Aの外に導かれるため、導光部11Aとの接触面(生体2の表面)に限らず、導光部11Aに接触していない部分、すなわち生体内部の構造物に対しても、十分に光が照射される。そして、生体2へ向けて照射された光L1は、生体2の内部で散乱し、静脈によって吸収される。
ここで、回折部11Bの回折効率は、回折次数ごとに、溝部11B−2の溝の深さに依存する。図10に、0次と1次の回折光における溝の深さ(μm)に対する回折効率の関係を示す。なお、導光部11Aの屈折率は1.51とし、入射光の波長は850nmとした。図に示したように、溝の深さが0μm〜1.7μmである場合には、0次光は減少し、1次光は増加する傾向にある。このため、例えば、溝深さ1.7μm程度までは、溝を深くすることで徐々に回折効率を高めることができ、約1.7μmのとき、ほぼ全ての回折光を1次光とすることができる。このように、回折部11Bを構成する溝部11B−2の溝の深さを調整することにより、所望の回折効率を得ることができる。
従って、例えば、図5に示したように、光源10に近い側から徐々に溝部11B−2の深さHを深くすることにより、回折効率を徐々に高めることが可能となる。光源10から遠くなるに従って、導光部11A内を伝播する光L0の光量は減少していくため、光源10から相対的に遠い部分で回折効率を高めることにより、導光部11Aから導出される光L1の光量が均一となる。
以上のように本実施の形態では、生体2が置かれる導光部11において、光源11から発せられる光L0は全反射を繰り返すことにより伝播する。これにより、導光部11Aが、面発光源として機能し、光源10の薄型化が図られる。また、この導光部11Aの下面に、導光部11A内を伝播する光L0を回折させる回折部11Bを設けるようにしたので、回折部11Bに入射した光L0は、主として0次および1次の回折光L1に分割される。これにより、導光板11A内の全反射条件がくずれ、導光部11Aの外に光L1が導かれるため、導光部11Aと直接接触していない生体2の内部にまで十分に光が照射される。従って、導光部11Aを用いて、静脈などの生体2の内部の構造物を撮像することができるため、薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能となる。
また、マイクロレンズアレイを液晶レンズで構成することにより、マイクロレンズアレイ12を光路上移動させることなく、生体2の奥行き方向に焦点を変化させて撮像することができるため、薄型化に有利となる。また、これにより、静脈認証だけでなく、指紋認証と合わせて2重の生体認証を行うことも可能となり、より高いセキュリティレベルを確保することができる。さらに、マイクロレンズアレイは、そのレンズ共役長(物体側のレンズ面から撮像面までの距離)を1mm程度と非常に薄く形成することができるため、装置全体としての厚みを3mm程度にまで薄型にすることが可能となる。
さらに、回折部11Bの回折効率が、光源10から遠くなるに従って高くなっていることにより、生体2に照射される光の光量むらが低減され、より高精度な撮像データを取得することができる。これは、特に生体2(指先)の長手方向に対して光を照射する場合(図11)など、比較的長い距離や広い範囲で撮像を行う場合に効果的である。
また、光源10が近赤外光を発するようにした場合には、生体2への光の透過率を高めつつ、生体2の静脈での光の吸収率も高めることができる。よって、そのように構成した場合、静脈認証の際に撮像対象である静脈をより明確に浮かび上がらせることができ、静脈認証の精度を向上させることが可能となる。
この生体認証装置1は、携帯電話、薄型ノートパソコン、携帯メモリー、各種カードなどの薄型の携帯モジュールに好適に用いることができる。図12には、生体認証装置1を用いた携帯電話機の一例についての概要構成を示す。この携帯電話機は、折り畳み式の筐体(第1筐体200および第2筐体201)の表面に、生体2(指先)を置くための指ガイド202と、認証結果を表示する表示部203とを備えており、第1筐体200の内部には、指ガイド202の底面と導光部11とが対向するように、生体認証装置1が設けられている。
次に、本発明の生体認証装置の変形例について図面を参照して説明する。なお、以下の図面および説明では、上記生体認証装置1と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。
(変形例1)
図13は、変形例1に係る生体認証装置3の概略構成を表す模式図である。生体認証装置3は、検知部110と導光部11Aとの間に波長板21Cが設けられていることと回折部21Bの構成以外は、上記生体認証装置1と同様の構成となっている。
図13は、変形例1に係る生体認証装置3の概略構成を表す模式図である。生体認証装置3は、検知部110と導光部11Aとの間に波長板21Cが設けられていることと回折部21Bの構成以外は、上記生体認証装置1と同様の構成となっている。
回折部21Bは、複数の溝部(図示せず)を有しており、導光部11A内を伝播する光のうち特定の偏光成分(P偏光成分あるいはS偏光成分)のみを回折させるようになっている。この回折部21Bの配置される領域は、特に限定されず、生体2からマイクロレンズアレイ12への入射光の光路上であってもよい。なお、この回折部21Aについても、上記生体認証装置1の場合と同様に、溝部の深さを調整することにより、回折効率を変化させることができる。
波長板21Cは、導光部11Aから導出される光の偏光状態を変化させるものであり、例えば、90°の位相差を付与する1/4波長板によって構成されている。この波長板21Cは、導光部11Aを挟んで、回折部21Bと対向するように配置される。
このような構成により、光源10から発せられた光L0は、導光部11A内を伝播したのち、回折部21Bに入射すると、特定の偏光成分、例えばP偏光成分の光L3のみが回折される。これにより、光L3の全反射条件がくずれ、導光部11Aの上面に設けられた波長板21C(1/4波長板)を透過して導光部11Aの外に導かれる。このとき、波長板21Cを透過することにより、光L3は、90°の位相差が付与されて円偏光となる。そして、生体2によって反射された光L4は、再び波長板21C、導光部11A、回折部21Bを透過してマイクロレンズアレイ12へ入射する。この際、光L4は波長板21Cを透過することにより、90°の位相差が付与されて、光L1の偏光成分(P偏光成分)と90°異なるS偏光成分を有する直線偏光となる。このため、光L4が回折部21Bに入射しても、回折部21Bの影響を受けることなく透過され、マイクロレンズアレイ12に入射することとなる。
以上のように、生体認証装置3では、特定の偏光成分のみを回折させる回折部21Bと、この回折部21Bに対向するように設けられた波長板21Cを有することにより、導光部11Aから光を外に導く際には回折部21Bの回折の機能が発揮される一方で、生体2からマイクロレンズアレイ12へ撮像データを取得する光路上では、その回折の機能が発揮されないこととなる。これにより、回折部21Bを、生体2からマイクロレンズアレイ12への入射光路を避けて配置する必要がなくなり、導光部11Aのいずれの領域に形成してもよいこととなる。従って、回折部21Bを、導光板11Aに対して精密な位置合わせをすることなく、形成することができる。また、生体2の撮像対象領域に対向させて回折部21Bを配置することができるため、指を置く位置の再現性が悪くても認証精度が劣化することはない。
(変形例2)
図14は、変形例2に係る生体認証装置4の概略構成を表す模式図である。生体認証装置4は、マイクロレンズアレイ部32が導光部11Aの下面に隣接して設けられていること以外は、上記生体認証装置1と同様の構成を有している。
図14は、変形例2に係る生体認証装置4の概略構成を表す模式図である。生体認証装置4は、マイクロレンズアレイ部32が導光部11Aの下面に隣接して設けられていること以外は、上記生体認証装置1と同様の構成を有している。
マイクロレンズアレイ部32は、上記生体認証装置1におけるマイクロレンズアレイ12に対応するものであり、本変形例では、導光部11Aの回折部11Bが形成されている面と同一面内に設けられている。これにより、導光部11Aとマイクロレンズアレイとが互いに異なる層に配置される場合に比べて、薄型化に有利となる。また、マイクロレンズアレイ部32を導光板11Aと一体的に形成することにより、製造性が向上する。マイクロレンズとしては、上述したように、例えば、液晶レンズ、液体レンズなどの可変焦点レンズや回折レンズなどを用いることができる。特に、マイクロレンズを回折レンズにより構成した場合には、導光部11Aの下面に回折部11Bとマイクロレンズアレイ部32とを、1枚のマスクで一体的に形成することができるため、より製造性が向上する。
(変形例3)
図15は、変形例3に係る生体認証装置5の概略構成を表す模式図である。図16(A)は、生体認証装置5を一方の側面(導光部31Aの側)からみた図、図16(B)は上面からみた図、図16(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置5は、光源10、導光部31Aおよび回折部31Bの配置構成以外は、上記生体認証装置1と同様の構成を有している。
図15は、変形例3に係る生体認証装置5の概略構成を表す模式図である。図16(A)は、生体認証装置5を一方の側面(導光部31Aの側)からみた図、図16(B)は上面からみた図、図16(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置5は、光源10、導光部31Aおよび回折部31Bの配置構成以外は、上記生体認証装置1と同様の構成を有している。
生体認証装置5では、導光部31Aが、検知部110近傍の検知部110に対向しない領域、例えば生体2の側面に配置されている。導光部31Aは、例えば矩形状の検知部110の長手方向に沿って、検知部110の片側の領域にのみ設けられている。光源10は、導光部31Aの長手方向における一端に配置され、回折部31Bは、その回折面が導光部31Aの側面に配置されている。
このような構成により、光源10からの光は、導光部31A内を全反射により伝播し、回折部31Bにおいて回折され、これにより全反射条件がくずれて、導光部31Aの側面から外へ導かれる。このとき、導光部31Aが検知部110近傍の検知部110に対向しない領域に配置されていることで、導光部31Aから導出された光は、生体2の側面から入射し、生体2内部の領域Aを照射する。これにより、静脈撮像に必要な生体2内部の領域を照らし出すことができ、上記実施の形態の生体認証装置1と同様の効果を得ることができる。またこのとき、導光部31Aから導出された光は、生体2の表面(検知部110に対向する部分)を介することなく、生体2の内部へ到達するため、静脈認証の際には妨げとなる生体2表面の指紋や関節部分などの影響を除去することができる。よって、認証精度が高まり、セキュリティレベルをより向上させることができる。
(変形例4)
図17は、変形例4に係る生体認証装置6の概略構成を表す模式図である。図18(A)は、生体認証装置6を一方の側面からみた図、図18(B)は上面からみた図、図18(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置6は、光源10、導光部31Aおよび回折部31Bを検知部110の両側に設けたこと以外は、上記変形例3に係る生体認証装置5と同様の構成を有している。
図17は、変形例4に係る生体認証装置6の概略構成を表す模式図である。図18(A)は、生体認証装置6を一方の側面からみた図、図18(B)は上面からみた図、図18(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置6は、光源10、導光部31Aおよび回折部31Bを検知部110の両側に設けたこと以外は、上記変形例3に係る生体認証装置5と同様の構成を有している。
生体認証装置6は、導光部31Aが、検知部110近傍の検知部110に対向しない領域のうち、検知部110の長手方向に沿って、検知部110の両側の領域に設けられている。光源10は、導光部31Aの長手方向における一端に配置され、回折部31Bは、その回折面が導光部31Aの側面に配置されている。このように、導光部31Aを検知部110の両側に配置した構成であっても、上記実施の形態に係る生体認証装置1と同等の効果を得ることができる。また、各導光部31Aの側から生体2内部の領域Aにそれぞれ光を照射することとなるため、一方の側から光を照射する場合に比べて均一に照射することができる。
(変形例5)
図19(A)〜(C)は、変形例5に係る生体認証装置7の概略構成を表す模式図であり、図19(A)は、生体認証装置7を一方の側面からみた図、図19(B)は上面からみた図、図19(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置7は、光源10、導光部32Aおよび回折部32Bの配置構成以外は、上記実施の形態に係る生体認証装置1と同様の構成を有している。
図19(A)〜(C)は、変形例5に係る生体認証装置7の概略構成を表す模式図であり、図19(A)は、生体認証装置7を一方の側面からみた図、図19(B)は上面からみた図、図19(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置7は、光源10、導光部32Aおよび回折部32Bの配置構成以外は、上記実施の形態に係る生体認証装置1と同様の構成を有している。
生体認証装置7は、導光部32Aが、検知部110近傍の検知部110に対向しない領域、例えば検知部110を囲む領域に設けられている。光源10は、導光部32Aの長手方向における一端に配置され、回折部32Bは、その回折面が導光部32Aの側面に沿って設けられている。このように、導光部32Aを検知部110を囲むように配置した構成であっても、上記実施の形態に係る生体認証装置1と同等の効果を得ることができる。また、生体2の周囲から生体2内部に光を照射することとなるため、一方の側から光を照射する場合に比べて均一に照射することができる。
あるいは、図20(A)〜(C)に示したように、導光部32Aの両端に光源10を設けるようにしてもよい。これにより、光量の調節をし易くなり、より均一に照射することができるようになる。
(変形例6)
図21(A)〜(C)は、変形例6に係る生体認証装置8の概略構成を表す模式図であり、図20(A)は、生体認証装置8を一方の側面からみた図、図20(B)は上面からみた図、図20(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置8は、光源10、導光部33Aおよび回折部33Bの配置構成以外は、上記実施の形態に係る生体認証装置1と同様の構成を有している。
図21(A)〜(C)は、変形例6に係る生体認証装置8の概略構成を表す模式図であり、図20(A)は、生体認証装置8を一方の側面からみた図、図20(B)は上面からみた図、図20(C)は他方の側面からみた図である。この生体認証装置8は、光源10、導光部33Aおよび回折部33Bの配置構成以外は、上記実施の形態に係る生体認証装置1と同様の構成を有している。
生体認証装置8は、導光部33Aが、検知部110の長手方向における両端に、検知部110に対向するように設けられている。本変形例では、生体2を置くための検知部110がカバーガラスなどであり、この下方端部に導光部33Aが設けられている。光源10は、検知部110の長手方向に向けて光を発するように配置され、回折部33Bは、その回折面が導光部33Aの下面に設けられている。
このような構成により、光源10からの光は、導光部33A内を全反射により伝播する際、導光部33Aの下面に設けられた回折部33Bにおいて回折され、全反射条件がくずれて、導光部33Aの上面から導出される。これにより、検知部110に置かれた生体2のうち、導光部33Aの上方の領域Aに向けて光が照射される。この生体2の長手方向端部付近を照射する光によって、生体2の長手方向の中央付近が間接的に照らし出される。よって、導光部33Aを検知部110の長手方向に沿った両端に、検知部110に対向するように設けるようにした場合であっても、上記実施の形態の生体認証装置1と同等の効果を得ることができる。
また、検知部110の導光部33Aに対向しない領域、すなわち導光部33Aによって挟まれる領域のみを、マイクロレンズレンズアレイ12および撮像素子13による撮像領域110Aとしてもよい。これにより、生体2の表面を照射する領域A付近における指紋や関節等の影響をなくすことができる。
また、光源10は、図22および図23に示したように、検知部110の短手方向に向けて光を発するように配置してもよい。このようにした場合であっても、光源10から発せられた光は導光部33A内を伝播し回折部33Bによって回折されて導光部33Aの上面から導出される。但し、図22は、光源10を導光部33Aの両端に配置した図、図23は、光源10を導光部33Aの一端に配置した図である。
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態等では、得られた静脈パターンに基づき、生体認証を行う場合について説明したが、これに限定されず、例えば指紋パターンと静脈パターンとを取得し、これらの結果に基づいて、最終的な認証結果を出力するようにしてもよい。この場合は、生体2の表面(導光部11との接触面)に焦点が合うようにマイクロレンズの屈折力を調整することにより、生体2の指紋の撮像データを取得することができる。このように指紋認証と静脈認証とを併用することにより、より精度の高い認証結果を得ることが可能となる。
また、上記実施の形態では、電圧供給部17からマイクロレンズアレイ12内のマイクロレンズへ供給電圧を低くすることで、液晶層123の屈折率を小さくし、マイクロレンズへの入射光線の屈折角を小さくする一方、供給電圧を高くすることで、液晶層123の屈折率を大きくし、マイクロレンズへの入射光線の屈折角を大きくする場合について説明したが、液晶層123を構成する液晶材料の種類によっては、逆に、供給電圧を高くすることで屈折率を大きくする一方、供給電圧を低くすることで屈折率を小さくすることも可能である。このように構成した場合でも、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
さらに、上記実施の形態では、撮像素子13で得られた撮像データに対し、画像処理部14において適宜画像処理を施してから認証を行うようにした場合について説明したが、例えば、場合によっては画像処理部14を設けずに、撮像素子13からの撮像データに基づいて、認証部16が直接認証を行うようにしてもよい。そのように構成した場合、装置構成をより簡素化し、装置全体をより薄型化することが可能となる。
また、上記実施の形態では、マイクロレンズアレイ12において、電極122,124の表面S1,S2のうちの表面S1を曲面とした場合について説明したが、例えば、表面S2も曲面とし、液晶層123の両側が曲面となるようなマイクロレンズとしてもよい。
さらに、上記実施の形態では、マイクロレンズが液晶マイクロレンズにより構成されている場合について説明したが、印加電圧に応じて入射光線の屈折方向を変位可能なものであれば、他の構成のマイクロレンズとしてもよく、例えば、2種類の異なる液体層を利用した液体マイクロレンズなどを用いてもよい。
また、上記実施の形態では、光源10を導光部11Aの一端にのみ配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、光源10を導光部11Aの両端に配置するようにしてもよい。通常、光源10から発せられた光は、光源10から離れるに従って光量が減少していくため、導光部11Aの両端に光源10を設置することにより、光源10の光量むらを抑制することができる。従って、生体2に対して光を均等に照射することが可能となる。
さらに、上記実施の形態では、回折部を導光部側面の一方の側に配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、回折部を導光部側面の他方の側に配置するようにしてもよく、あるいは導光部の両側面に配置するようにしてもよい。
Claims (24)
- 光源と、
生体が置かれる検知部と、
前記光源から発せられた光を全反射させて生体へ向けて導く導光部と、
前記導光部内を伝播する光を回折させる回折部と、
前記生体からの光を集光する撮像レンズ部と、
前記撮像レンズ部によって集光された光に基づき、撮像データを取得する撮像素子と、
前記撮像素子から得られた撮像データに基づいて生体の認証を行う認証部とを備えた
生体認証装置。 - 前記導光部は、前記検知部と前記撮像レンズ部との間の前記検知部と対向する領域に設けられている
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記回折部は、前記導光部の前記撮像レンズ側の面上に前記検知部と対向しないように設けられている
請求項2記載の生体認証装置。 - 前記生体が指であり、
前記導光部は、前記光源から発せられた光を前記指の長手方向に沿って伝播させるように配置されている
請求項2記載の生体認証装置。 - 前記回折部は、前記導光部内を伝播する光のうちの特定の偏光成分のみを回折させるものであり、
前記検知部と前記導光部との間に、前記回折部に対向配置された1/4波長板を備えた
請求項2記載の生体認証装置。 - 前記回折部と前記撮像レンズ部とが、前記導光部の同一面内に設けられている
請求項2記載の生体撮像装置。 - 前記撮像レンズ部が、その集光光路上で前記導光部と一体的に形成されている
請求項6記載の生体認証装置。 - 前記撮像レンズ部が、回折レンズにより構成されている
請求項6記載の生体認証装置。 - 前記導光部は、前記検知部近傍の前記検知部と対向しない領域に設けられている
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部の長手方向に沿って前記検知部の片側の領域にのみ設けられている
請求項9記載の生体認証装置。 - 前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部の長手方向に沿って前記検知部の両側の領域に設けられている
請求項9記載の生体認証装置。 - 前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部を囲うように設けられている
請求項9記載の生体認証装置。 - 前記回折部の回折面は、前記導光部の側面に設けられている
請求項9記載の生体認証装置。 - 前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部の長手方向における両端に、前記検知部に対向するように設けられている
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記検知部の前記導光部に対向しない領域は、前記撮像レンズ部および前記撮像素子による撮像領域となっている
が設けられている
請求項14記載の生体認証装置。 - 前記回折部の回折面は、前記導光部の前記撮像レンズ側の面上に設けられている
請求項14記載の生体認証装置。 - 前記回折部は、前記光源からの距離が大きくなるに従って、その回折効率が高くなるように構成されている
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記回折部が複数の溝部から構成され、
前記各溝部の深さが、前記光源からの距離が大きくなるに従って、その回折効率が高くなるように設定されている
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記光源は、前記導光部の両端に設けられている
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記撮像レンズ部が、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイから構成されている
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記マイクロレンズに電圧を印加するための電圧供給部を備え、
前記マイクロレンズは、前記電圧供給部によって印加される電圧に応じて入射光線の屈折方向を変位可能となっている
請求項20記載の生体認証装置。 - 前記撮像レンズ部は、
一対の基板と、
前記基板上に形成され、前記電圧供給部からの電圧が印加される一対の電極と、
前記一対の電極間に設けられた液晶層とを含んで構成され、
前記一対の電極のうちの少なくとも一方が、前記マイクロレンズを構成するための曲面を有している
請求項21に記載の生体認証装置。 - 前記光源は、近赤外の波長領域の光を発する
請求項1記載の生体認証装置。 - 前記生体が指であり、
前記撮像素子は、前記指の静脈についての撮像データを生成するものであり、
前記認証部は、前記静脈についての撮像データに基づいて生体の認証を行う
請求項1記載の生体認証装置。
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