JPWO2014162388A1 - 手のひら静脈撮像装置 - Google Patents

Abstract

薄型の電子機器に組み込むことも可能な手のひら静脈撮像装置を提供する。手のひら静脈撮像装置９は、イメージセンサ１８と撮像レンズモジュール１９の撮像系、該撮像系の周囲に円環状に配置された複数の照明用赤外ＬＥＤ２１と導光体２２の照明系、該照明用系の外側に配置された複数の測距用ＬＥＤ２４と測距用レンズモジュール２５の測距系、少なくともＣＰＵとメモリとを含む複数のチップ部品１７の制御系、上記撮像系、上記照明系、上記測距系、上記制御系を上下面に備えたプリント回路基板１６、該プリント回路基板を上記各系と共に収容する筐体１３、該筐体の上部開口を覆うトップカバー１４、該トップカバーの内側上面の上記撮像レンズモジュールに対向する部分に周囲部分と比べて薄く形成された凹部１５を有し、上記撮像レンズモジュール１９は上部が上記凹部１５に入り込む形状で配置され、装置本体の厚さは６ｍｍ以下である。

Description

本発明は、手のひら静脈撮像装置に関する。

従来、対象物に均一な光を照射し、対象物の所定範囲を撮像する撮像装置は、広く利用されている。このような撮像装置の撮像データを画像処理して鮮明なデジタル撮像画像を取得して種々利用できるようにする画像処理システムも広く実用化されている。

例えば、近年のバイオメトリックス技術の発展に伴い、人体のうち個人を識別できる部分である生体の特徴、例えば、手足の指紋、目の網膜、顔面、血管などを撮像し、生体の特徴を認識して、個人認証する装置が種々提供されている。

特に、手のひらや指の血管、掌紋は、比較的大量の個人特徴データを得られるため、信頼性の高い個人認証の向上に適している。又、血管（静脈）の模様は、胎児の時から生涯変わらず、万人不同と言われており、個人認証に適している。

このことを利用した従来の血管像認証技術における撮像装置では、登録又は認証時に、利用者は撮像装置に手のひらを近づける。撮像装置は、近赤外線を発光して手のひらに当てる。撮像装置は、手のひらから反射した近赤外線をイメージセンサで受信する。

静脈に流れる赤血球の中のヘモグロビンは酸素を失っている。このヘモグロビン（還元ヘモグロビン）は、７６０ナノメートル付近の近赤外線を吸収する。このため、手のひらに近赤外線を当てると静脈がある部分だけ反射が少なく、反射した近赤外線の強弱で、静脈の位置を認識することができる。

利用者は、先ず、自身の手のひらの静脈画像データを、撮像装置を利用してサーバーやＩＤカードに登録する。次に、個人認証するには、利用者は、自身の手のひらの静脈画像データを撮像装置を利用して読み取らせ、読み取らせた静脈画像と自分のＩＤから引き出された静脈登録画像の静脈の模様を照合し、個人認証する。

このような撮像装置をＡＴＭ等の機器に組み込み可能に小型化したものとして、まず回路基板にイメージセンサと、このイメージセンサの周囲に並ぶ複数の発光素子とを搭載し、これら複数の発光素子の光をリング状導光体で撮像範囲を照明するように構成する。

そして、リング状の導光体のリング内に、撮像用光学ユニットを収容し、その底部にイメージセンサを配置して、リング状導光体で照明した撮像範囲の反射光像を受光するという、同一基板に受光系と発光系を搭載して小型化した撮像装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００７−２２９３６０号公報

ところで、近年では、ノート型パーソナルコンピュータ等のような薄型の電子機器においても個人認証が求められている。例えば、認証用パネルに指先をタッチして、指紋認証する方式などが実用化されている。

指紋認証の指先タッチ方式は実際に使用してみると意外に煩わしさを伴うものである。これに対して前述した手のひら静脈認証は、撮像装置の上方に手をかざす方式であるので簡便である。

ところが、特許文献１の説明を見ると、使用するイメージセンサは幅６４０ドットのイメージセンサであると記載されている。一般に幅６４０ドットのイメージセンサは、チップの大きさで６×７ｍｍ程度、基板に搭載するパッケージの大きさでは９×９ｍｍ程度になる。

そして、同じく特許文献１の図面（例えば図１の断面図）を見ると、イメージセンサ３０の幅寸法ａに対して、撮像装置１の縦横の寸法は「３．７５ａ」、高さの寸法は「３．０ａ」である。ａ＝９ｍｍとすれば、撮像装置１の縦横は約３４×３４ｍｍ、高さは約２７ｍｍである。

ノート型パーソナルコンピュータ等の薄型電子機器は、分厚いものでも２５ｍｍ程度、タッチパネル式の表示画面のみからなる平板状の携帯型電子機器では、厚さは１０ｍｍ以下である。これでは高さ２７ｍｍの撮像装置を組み込むことは難しい。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、例えばノート型パーソナルコンピュータ等のような薄型の電子機器にも組み込むことが可能な薄型の手のひら静脈撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の手のひら静脈撮像装置は、筒枠状の筐体と、該筐体の内部において水平に保持されたプリント回路基板と、該プリント回路基板の上面に搭載されたイメージセンサと撮像レンズモジュールからなる撮像系と、該撮像系の上記撮像レンズモジュールを保護すべく上記筐体の上部開口を覆うトップカバーと、を少なくとも備え、該トップカバーは、内側上面の上記撮像レンズモジュールに対向する部分に周囲部分と比べて薄く形成された凹部を有し、上記撮像レンズモジュールは、上部が上記凹部に入り込む形状で配置されている、ように構成される。

この手のひら静脈撮像装置において、上記プリント回路基板は下面に少なくともＣＰＵとメモリとを含む制御系を構成する複数のチップ部品を搭載され、該チップ部品の底面と上記筐体の底部開口面との間に、上記筐体が組み込み先装置に組み込まれたとき、上記組み込み先装置の組み込み載置面に上記チップ部品が接触しない程度の間隙が形成されている、ように構成される。

また、この手のひら静脈撮像装置において、例えば、上記プリント回路基板の四隅にはレンズ部とアパチャ部からなる測距用レンズモジュールが搭載されて構成される。この場合、例えば、上記測距用レンズモジュールの上記レンズ部は上記アパチャ部から切り離されて上記トップカバーと一体成型されているように構成することもできる。

また、この手のひら静脈撮像装置において、例えば、上記凹部は、円形に切り込まれた形状に形成されていてもよく、また、中央部の円形の水平面と該水平面の上記円形の周囲から四方の厚肉部に広がる斜面とからなる円錐台状に形成されていてもよい。また、上記筐体の高さは５ｍｍ以下であり、上記トップカバーの周辺部の厚さは１ｍｍ以下である、ように構成される。

本発明は、例えばノート型パーソナルコンピュータ等のような薄型の電子機器にも組み込むことが可能な手のひら静脈撮像装置を提供することができる。

(a)は本発明の実施例１に係る手のひら静脈撮像装置（撮像装置）が組み込まれたノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図、(b)はその撮像装置の使用方法を示す図である。 (a)は実施例１に係る撮像装置の側断面図、(b)は(a)のＡ−Ａ´断面矢視図（Ｐｔ板１６上のＬＥＤとイメージセンサの配置図）、(c)は(a)の円環状導光体のみを取り出して示す拡大斜視図である。 (a)は実施例１に係る撮像装置のトップカバーのみを取り出して示す側断面図、(b)は(a)を矢印ａで示すように斜め下から見た斜視図である。 実施例１に係る撮像装置のレンズモジュールのより詳細な構成と撮像装置全体の高さ寸法の詳細を示す図である。 (a)は実施例２に係る撮像装置を示す側断面図、(b)はそのトップカバーのみを取り出して内側斜め下から見た斜視図、(c),(d)は実施例１と異なる構成部分のみを取り出して比較のため簡略に示す図である。 (a)は実施例３に係る撮像装置を示す側断面図、(b)はそのトップカバーのみを取り出して内側斜め下から見た斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
［実施例１］
図１(a)は、実施例１に係る手のひら静脈撮像装置（以下、単に撮像装置という）が組み込まれたノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図であり、図１(b)はその撮像装置の使用方法を示す図である。

図１(a)に示すように、ノート型パーソナルコンピュータ１は、蓋２と本体３を備え、開いた蓋２の内面には液晶表示装置４が形成されている。蓋２を開いた本体３には、その上面に中央部を大きく占めるキーボード５が形成されている。

また、キーボード５の下方の領域には中央部にタッチパネル式ポインティングデバイス６が配置され、その左右には、左クリックボタン７と右クリックボタン８が配置さている。そした、本体３上面の右下隅に撮像装置９が配置されている。

撮像装置９は、組み込み型の手のひら静脈撮像装置であり、図１(b)に示すように、使用者１０が撮像装置９の上方５０ｍｍほどのところに手のひら１１をかざすことにより、撮像装置９から特定波長の近赤外線１２が照射され、手のひら１１の静脈像が撮像装置９のイメージセンサ１８に読み取られて個人認証が行われるように構成されている。

図２(a)は上記撮像装置９の側断面図であり、図２(b)はプリント基板１６上のＬＥＤとイメージセンサ１８の配置を示す平面図であり、図２(c)は同図(a)の円環状導光体のみを取り出して示す拡大斜視図である。

図２(a),(b),(c)に示すように、撮像装置９は、ほぼ正方形をなす枠状の筐体１３を有する。筐体１３の底部は開口し、上部にはトップカバー１４が取り付けられている。トップカバー１４は、内部部材を保護するための一定の強度を備えている。

このトップカバー１４は、透明の樹脂成形品であり、一定強度を維持しつつ且つ装置全体の薄型化を図るため、トップカバー１４の内面中央部には凹部１５が形成されている。なお、このトップカバー１４を可視光カットフィルタを兼ねるように構成してもよい。

筐体１３には、底部の開口を塞ぐようにプリント基板１６が配設されている。プリント基板１６の底面には、ＣＰＵやメモリなど制御系を構成する複数のチップ部品１７が搭載されている。

一方、プリント基板１６の上面には、中央にイメージセンサ１８と、その上方に配置されたレンズモジュール１９からなる撮像系が配設され、イメージセンサ１８を取り囲むように環状に配置された複数（本例では８個）の照明用ＬＥＤ２１と、これら照明用ＬＥＤ２１の上方に配置された円環状導光体２２からなる照明系が配設されている。

照明用ＬＥＤ２１は、環状の配置の中で４ブロックに分けられ、各ブロックの中央に受光素子２３が配置されている。受光素子２３は左右の照明用ＬＥＤ２１の光量制御を行うために設けられている。

更に、プリント基板１６の上面には、手のひら１１を検知し，その距離を測るための測距用ＬＥＤ２４と、測距用レンズ２５からなる距離計測系が配設されている。これらの光学系構成要素は、装置全体の小型化と薄型化および低コスト化のために、１枚のプリント基板１６上に構築されている。

図３(a)は、トップカバー１４のみを取り出して示す側断面図であり、図３(b)は同図(a)を矢印ａで示すように斜め下から見た斜視図である。図３(a),(b)に示すように、トップカバー１４の寸法は、縦横それぞれ２０ｍｍ、厚さ０．９ｍｍである。また、凹部１５の直径φ＝９．０ｍｍ、面厚さ０．６ｍｍである。

このトップカバー１４は、上述したように樹脂成形品であり、金型からの抜き出しが容易なように、つまり「ハングオーバー部」を形成しないように、凹部１５の縁面２６は、外部径のほうが内部径よりも大きく形成されている。

図４は、レンズモジュール１９のより詳細な構成と、撮像装置９全体の高さ寸法の詳細を示す図である。なお、図４には、図２及び図３に示した構成と同一の構成部分には図２及び図３と同一の番号を付与して示している。

また、レンズモジュール１９の周囲の構成部分は切り欠いて、図示を省略している。レンズモジュール１９は、認証操作の操作性を考慮し、例えば５０ｍｍ程度の距離で手のひら１１全体を撮影するためには、小型であっても広角のレンズが必要であり、図４に示すような非球面３枚組レンズが用いられる。

レンズモジュール１９は、組レンズが納まる鏡胴２８と、この鏡胴２８を支持し、鏡胴２８をプリント基板１６に接続するマウント部２７とから構成されている。鏡胴２８の内部には、上から順に、第１のレンズ２９、絞り３１、第２のレンズ３２、第３のレンズ３３、波長選択フィルタ２６が収められている。

第１のレンズ２９の上方には、レンズ面を保護するための空隙ｃを形成したトップカバー１４の前述した凹部１５の下面が近接して配置されている。なお、波長選択フィルタ２６は近赤外線の波長のみを透過する波長選択フィルタである。

ただし、トップカバー１４を前述したように可視光カットフィルタを兼ねるようにした場合は、波長選択フィルタ２６を、イメージセンサ１８で必要とする近赤外波長よりも長波長の赤外光を遮断するＩＲカットフィルタとしてもよい。

また、トップカバー１４とは関係なく、鏡胴２８内部の波長選択フィルタとして、イメージセンサ１８で必要とする波長以外の光を遮断するバンドパスフィルタを用いるようにしてもよい。

この図４には、トップカバー１４の厚さａ、凹部１５の面部厚さｂ、凹部１５の下面とレンズモジュール１９の上部との間隔ｃ、センサ検知面から見た焦点調整後のレンズ上端高さｄ、イメージセンサの厚さｅ、プリント基板の厚さｆ、チップ部品１７の高さｇ、チップ部品１７の底面と筐体１３の下端部との鉛直方向の間隙ｈを示している。

装置薄型化のためトップカバー１４の厚さａと凹部１５の面部厚さｂはともに可能な限り薄く構成する必要があるが，それぞれ異なる観点から厚さが決まる。まず凹部１５の面部厚さbはモールド成形可能な限界の薄さとなるようにし，また周辺部の厚さaはトップカバー１４の強度を維持できる限界の薄さとなるようにする。そして、撮像装置９全体の総合の高さＨ（図１(a)参照）は、Ｈ＝ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈである。

ここで実際の寸法（ｍｍ）は、ｂ＝０．６、ｃ＝０．２、ｄ＝２．７、ｅ＝０．７、ｆ＝０．６、ｇ＝１．１、ｈ＝０．１であるから、つまりＨ＝６．０ｍｍとなる。
このように、撮像装置９全体の総合の高さＨが６．０ｍｍであれば、相当薄手の電子機器に対しても組み込み可能となる。なお、筐体１３の底部に保護板が無いが、チップ部品１７の底面と筐体１３の下端部との鉛直方向の間隙としてｈ＝０．１ｍｍを設けているので、電子機器側の部品と空間的に競合することはなく、不具合が生じることはない。

［実施例２］
図５(a)は、実施例２に係る撮像装置を示す側断面図であり、図５(b)は その撮像装置のトップカバーのみを取り出して内側斜め下から見た斜視図であり、図５(c),(d)は、実施例１と異なる構成部分のみを取り出して比較のため簡略に示す図である。

なお、図５(a)に示す撮像装置３５は、図２(a)に示した実施例１とは一部を除いで他の構成は同一の構成であるので、説明に必要な部分にのみ、図２(a)の構成と同一構成部分には図２(a)と同一の番号を付与し、図２(a)の構成と異なる部分には新たな番号を付与して示している。

図５(a),(b)に示すように、本例の撮像装置３５は、図２(a)に示した測距用レンズ２５が上下に分割されて、上部のレンズ部３４がトップカバー３６の四隅に形成され、下部のアパチャ部３７が、筐体１３側に配置された構成となっている。

図２(a)に示した測距用レンズ２５は、図５(c)に示すように、アパチャ部３７とレンズ３４が一体になった構成であったが、アパチャ部３７は、本例の場合、測距用ＬＥＤ２４から照射されてレンズ部３４に入射する光のレンズ部入射口径を設定するための機能部であり、図５(c)のようにレンズ部３４と一体化する必然性はない。

そこで、図５(d)のようにアパチャ部３７を切り離して筐体１３側に配置し、レンズ部３４を図５(a),(b)に示すようにトップカバー３６の四隅に形成するようにすれば、レンズ部３４の製造効率が上がり、コストの低減に貢献することができる。

［実施例３］
図６(a)は実施例３に係る撮像装置を示す側断面図であり、図６(b)はそのトップカバーのみを取り出して内側斜め下から見た斜視図である。なお、図６(a)に示す撮像装置４０は、図５(a)に示した実施例２とは一部を除いで他の構成は同一の構成である。

したがって、説明に必要な部分にのみ、図５(a)の構成と同一構成部分には図５(a)と同一の番号を付与し、図５(a)の構成と異なる部分には新たな番号を付与して示している。

図６(a),(b)に示すように、本例の撮像装置４０は、そのトップカバー４１の形状が、図５(a)に示したトップカバー３６の凹部１５を、図５(a),(b)のように円形に掘り込むのではなく、凹部１５の上円周部から、円環状導光体２２から出射される照明が通過する領域の外側までを、斜面で形成する。

これにより、凹部全体の形状は、元の凹部１５の上円周部を頂上とする円錐台４２の形状となる。

また，図５のような掘り込み状の凹部は、モールド成形時に素材が回り込みにくい部分ができて一般に成形が難しいが、図６のような円錐台状の凹部であれば段差がないため、素材が回り込み易く、成形上の問題が解消されるという利点がある。

なお、上記の実施例では、撮像装置の厚さを６ｍｍとしているが、トップカバー内面中央の凹部の厚さ、撮像レンズモジュールの非球面３枚組レンズの仕様、イメージセンサの厚さ、チップ部品の厚さ等を更に薄型化することで、厚さ６ｍｍ以下の撮像装置を実現できることは言うまでもない。

本発明によれば、撮像装置のトップカバーの強度を保ちながら撮像レンズモジュールとの対向面のみを薄型化するので撮像装置の厚さを６ｍｍ以下に抑えることができ、薄型の電子機器に組み込むことが容易となるという効果を奏する。

また、その結果として、組み込み可能な対象の携帯型電子機器の機種を拡げることができるので、より多くのユーザに個人認証のサービス提供が可能になる。

なお、上述した実施例では、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることが出来る。さらに、上述した実施例では組み込む構成について述べているが、電子機器とは独立した外付け型の構成であってもよい。

本発明は、薄型の電子機器に組み込むことも可能な薄型の手のひら静脈撮像装置に利用することができる。

１ ノート型パーソナルコンピュータ
２ 蓋
３ 本体
４ 液晶表示装置
５ キーボード
６ タッチパネル式ポインティングデバイス
７ 左クリックボタン
８ 右クリックボタン
９ 手のひら静脈撮像装置（撮像装置）
１０ 使用者
１１ 手のひら
１２ 近赤外線
１３ 筐体
１４ トップカバー
１５ 凹部
１６ プリント基板
１７ チップ部品
１８ イメージセンサ
１９ レンズモジュール
２１ 照明用ＬＥＤ
２２ 円環状導光体
２３ 受光素子
２４ 測距用ＬＥＤ
２５ 測距用レンズ
２６ バンドパスフィルタ
２７ マウント
２８ 鏡胴
２９ 第１のレンズ
３１ 絞り
３２ 第２のレンズ
３３ 第３のレンズ
３４ レンズ部
３５ 撮像装置
３６ トップカバー
３７ アパチャ部
４０ 撮像装置
４１ トップカバー
４２ 円錐台

Claims (7)

1. 筒枠状の筐体と、
   該筐体の内部において水平に保持されたプリント回路基板と、
   該プリント回路基板の上面に搭載されたイメージセンサと撮像レンズモジュールからなる撮像系と、
   該撮像系の前記撮像レンズモジュールを保護すべく前記筐体の上部開口を覆うトップカバーと、
   を少なくとも備え、
   該トップカバーは、内側上面の前記撮像レンズモジュールに対向する部分に周囲部分と比べて薄く形成された凹部を有し、
   前記撮像レンズモジュールは、上部が前記凹部に入り込む形状で配置されている、
   ことを特徴とする手のひら静脈撮像装置。
2. 前記プリント回路基板は下面に少なくともＣＰＵとメモリとを含む制御系を構成する複数のチップ部品を搭載され、
   該チップ部品の底面と前記筐体の底部開口面との間に、前記筐体が組み込み先装置に組み込まれたとき、前記組み込み先装置の組み込み載置面に前記チップ部品が接触しない程度の間隙が形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の手のひら静脈撮像装置。
3. 前記プリント回路基板の四隅にはレンズ部とアパチャ部からなる測距用レンズモジュールが搭載されている、ことを特徴とする請求項１記載の手のひら静脈撮像装置。
4. 前記測距用レンズモジュールの前記レンズ部は前記アパチャ部から切り離されて前記トップカバーと一体成型されている、ことを特徴とする請求項３記載の手のひら静脈撮像装置。
5. 前記凹部は、円形に切り込まれた形状に形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の手のひら静脈撮像装置。
6. 前記凹部は、中央部の円形の水平面と該水平面の前記円形の周囲から四方の厚肉部に広がる斜面とからなる円錐台状に形成されている、ことを特徴とする請求項１記載の手のひら静脈撮像装置。
7. 前記筐体の高さは５ｍｍ以下であり、前記トップカバーの周辺部の厚さは１ｍｍ以下である、ことを特徴とする請求項１記載の手のひら静脈撮像装置。

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