JP2009031903A

JP2009031903A - 生体認証装置

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Publication number: JP2009031903A
Application number: JP2007193196A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Kishima; 公一朗木島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-02-12
Also published as: US20090028396A1; KR20090012117A; US8254641B2; CN101352345A; CN101352345B

Abstract

【課題】装置構成の薄型化と認証精度の向上とを両立させることが可能な生体認証装置を提供する。
【解決手段】光源駆動部１７１が、光源部１１内の各単位光源１１０が時分割により周期的に点灯するように光源部１１を駆動する。撮像素子駆動部１７２が、点灯している各単位光源１１０の近傍に位置する撮像セル群（第１の撮像セル群）による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源１１０に対して第１の撮像セル群よりも遠方に位置する撮像セル群（第２の撮像セル群）による撮像動作が行われるように、撮像素子１３を駆動する。これにより、ノイズ成分となる生体２表面での反射光の受光が抑制される。また、カバーガラス１２に対して光源部１１および撮像素子１３を同一の側に配置する。カバーガラス１２に対して対向配置されている場合と比べ、装置全体の厚みを小さくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源および撮像素子を備えた生体認証装置に関する。

近年、特定エリアの入退出管理や銀行のＡＴＭなどにおいて、生体認証を用いた個人識別技術（バイオメトリックス）の導入が開始されている。このような生体の認証方法としては、顔、指紋、声紋、虹彩、静脈などを認証用データとして用いる方法が提案されている。中でも、指や手の平の皮膚下に存在する静脈の形状パターンは、生涯を通してほとんど変化が無く、また生体の内部の情報なので偽造が難しく安全性が高い。このため、生体認証用途として多く用いられるようになってきている。

ここで、図１３に、特許文献１〜３等で提案されている従来の生体認証装置の概略構成例を示す。この生体認証装置は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源１０１が取り付けられた上部カバー１００、カバーガラス１０２、撮像レンズ１０４、およびＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１０３を含んで構成されている。そしてこの生体認証装置では、生体２をカバーガラス１０２上に置き、生体２の上部から光を透過させることで、生体２の静脈を流れるヘモグロビンで光が吸収される。これによって、生体２の内部ではコントラストが変化するため、このコントラストの変化を撮像素子１０４で受光することにより、生体認証用の撮像データである生体２の静脈データを得ることができるようになっている。

特開２００４−２７２８２１号公報特許第３９２５３３８号公報特開２００７−１１７３９７号公報

図１３に示した従来の生体認証装置では、カバーガラス１０２（生体２が置かれる検知部）に対し、光源１０１および撮像素子１０３が互いに対向配置されており、これにより、ノイズ成分となる生体２の表面（表皮）からの反射光が撮像素子１０３へ入射するのを防止している。

ところが、例えばノートパソコン等への搭載を目的として生体認証装置の薄型化を実現しようとした場合、カバーガラスに対し、光源および撮像素子を互いに同じ側に配置させる必要が生じる。そしてそのように配置した場合、生体の表面（表皮）からの反射光が撮像素子へ入射してしまうためにノイズ成分が生じ、その結果、認証精度も低下してしまうことになる。

このように従来の技術では、生体認証装置の薄型化と認証精度の向上とを両立させるのが困難であった。

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、装置構成の薄型化と認証精度の向上とを両立させることが可能な生体認証装置を提供することにある。

本発明の生体認証装置は、生体が置かれる検知部と、互いに独立して点灯可能な複数の単位光源を有し、検知部上の生体へ向けて光を照射する光源部と、検知部に対して光源部と同一の側に配置されると共に、生体からの光に基づいて複数の撮像セルにより生体の撮像データを取得する撮像素子と、光源部および撮像素子を駆動する駆動部と、各単位光源からの照射光に基づいて撮像素子により得られた複数の撮像データを合成することにより、合成撮像データを生成する画像処理部と、この画像処理部により生成された合成撮像データに基づき生体の認証を行う認証部とを備えたものである。ここで、上記駆動部は、単位光源が時分割により周期的に点灯するように光源部を駆動すると共に、点灯している各単位光源の近傍に位置する第１の撮像セル群による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源に対して第１の撮像セル群よりも遠方に位置する第２の撮像セル群による撮像動作が行われるように撮像素子を駆動するものである。

本発明の生体認証装置では、光源部内の各単位光源から検知部上の生体に対して光が照射されると、撮像素子内の複数の撮像セルにより、生体からの光に基づいて生体の撮像データが得られる。そして画像処理部において、各単位光源からの照射光に基づく複数の撮像データから合成撮像データが生成され、認証部において、この合成撮像データに基づく生体の認証が行われる。ここで、単位光源が時分割により周期的に点灯すると共に、点灯している各単位光源の近傍に位置する第１の撮像セル群による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源に対して第１の撮像セル群よりも遠方に位置する第２の撮像セル群による撮像動作が行われるため、生体内部からの光が第２の撮像セル群によって受光される一方、生体表面での反射光が第１の撮像セル群に到達したとしても受光されないため、ノイズ成分となる生体表面での反射光の受光が抑制される。また、検知部に対して光源部および撮像素子が同一の側に配置されているため、これらが検知部に対して対向配置されている場合と比べ、装置全体の厚みが小さくなる。

本発明の生体認証装置によれば、単位光源が時分割により周期的に点灯すると共に、点灯している各単位光源の近傍に位置する第１の撮像セル群による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源に対して第１の撮像セル群よりも遠方に位置する第２の撮像セル群による撮像動作が行われるようにしたので、ノイズ成分となる生体表面での反射光の受光を抑制することができる。また、検知部に対して光源部および撮像素子を同一の側に配置するようにしたので、これらが検知部に対して対向配置されている場合と比べ、装置全体の厚みを小さくすることができる。よって、装置構成の薄型化と認証精度の向上とを両立させ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）の機能ブロック構成を表したものである。この生体認証装置１は、認証対象である生体（例えば、図２に示した生体（指先）２）を撮像して生体認証を行い（例えば図２の場合、生体２の内部の静脈２０を撮像して静脈認証を行い）、認証結果（後述する認証結果データＤout）を出力するものであり、光源部１１と、カバーガラス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、光源駆動部１７１と、撮像素子駆動部１７２と、制御部１８とから構成されている。

光源１１は、撮像対象物であるカバーガラス１２上の生体２へ向けてその下面側から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。この光源１１は、互いに独立して点灯可能な複数の単位光源（後述する単位光源１１０）により構成されている。光源１１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２に対する透過率と、生体２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の静脈認証の際の光利用効率をより高めることができるからである。なお、光源部１１の詳細構成については後述する。

カバーガラス１２は、撮像素子１３上に配置され、生体認証装置１内部を保護する部分である。なお、このカバーガラス１２の表面は、認証の際に生体２が置かれる部分（検知部）である。

撮像素子１３は、カバーガラス１２に対して光源部１１と同一の側に配置されると共に、生体２からの光を複数の撮像セル（後述する撮像セル１３０）により受光することにより、生体２の撮像データＤ１を取得するものである。この撮像素子１３は、例えば、マトリクス状に配列されたＣＣＤなどにより構成される。なお、撮像素子１３の詳細構成については後述する。

画像処理部１４は、撮像素子１３により得られた撮像データＤ１に対して所定の画像処理を施すことにより画像処理データを生成し、認証部１６へ出力するものである。具体的には、光源部１１内の各単位光源からの照射光に基づいて撮像素子１３により得られた複数の撮像データＤ１を合成することにより、１つの撮像映像に対応する合成撮像データＤ２を生成し、認証部１６へ出力するようになっている。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１８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１８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（合成撮像データＤ２の撮像パターン）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、撮像対象である生体２の認証を行う部分である。

光源駆動部１７１は、制御部１８からの制御に応じて、光源１１の発光駆動を行うものである。具体的には、詳細は後述するが、光源部１１内の各単位光源が時分割により周期的に点灯するように光源部１１を駆動するものである。一方、撮像素子駆動部１７２は、制御部１８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。具体的には、詳細は後述するが、点灯している各単位光源の近傍に位置する撮像セル群（第１の撮像セル群）による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源に対して上記第１の撮像セル群よりも遠方に位置する撮像セル群（第２の撮像セル群：後述する撮像領域１３Ａ内の撮像セル群）による撮像動作が行われるように、撮像素子１３を駆動するものである。また、詳細は後述するが、これら光源駆動部１７１および撮像素子駆動部１７２は、制御部１８からの制御に応じて、光源部１１内の単位光源と上記第１および第２の撮像セル群とが互いに同期して周期的な線順次動作を行うように、光源部１１および撮像素子１３を駆動するようになっている。

制御部１８は、画像処理部１４、認証部１６、光源駆動部１７１および撮像素子駆動部１７２の動作を制御するものである。

次に、図３〜図６を参照して、光源部１１および撮像素子１３等の詳細構成について説明する。ここで、図３は、光源部１１および撮像素子１３の詳細構成例を平面図（Ｙ−Ｙ平面図）で表したものであり、図４は、生体認証装置１の詳細構成例を要部断面図（Ｙ−Ｚ断面図）で表したものである。

図３に示したように、光源部１１および撮像素子１３では、単位光源１１０（照明セル）および撮像セル１３０がそれぞれマトリクス状に配置されると共に、撮像セル１３０の隙間に単位光源１１０が配置されるようになっている。つまり、詳細は後述する撮像領域１３Ａ内において、単位光源１１０の個数よりも撮像セル１３０の個数のほうが多いほうが好ましい。また、単位光源１１０による照明のむらを抑えるために、１つの撮像領域１３Ａ内には、複数の単位光源１１０が配置されている（図３では、５個配置されている）のが好ましい。言い換えると、前述の光源駆動部１７１は、撮像領域１３Ａによる撮像動作の際に、複数の単位光源１１０が点灯するように光源部１１を駆動するようにするのが好ましい。なお、撮像領域１３Ａは、単位光源１１０による照明光の輝度がある程度一様となる領域に設定するのが好ましい。

また、図４に示したように、生体認証装置１では、基板１０上に、複数の単位光源１１０を含む光源部１１、複数の撮像セル１３０により構成される撮像素子１３およびカバーガラス１２がこの順に積層配置されている。そしてカバーガラス１２上に生体２が置かれると、各単位光源１１０が生体２内部の静脈２０に向けて光（照射光）Ｌoutを照射するようになっている。また、光源部１１内には、そのような単位光源１１０の他に、光源駆動部１７１による電圧印加に応じて単位光源１１０からの光Ｌoutの透過または遮断を選択的に切替可能な切替部１９が、各単位光源１１０上に配置されている。

切替部１９は、例えば図５に断面図（Ｙ−Ｚ断面図）で示したような液晶素子により構成される。具体的には、この切替部１９は、導光板１９０、偏光板１９１Ａ、ガラス基板１９２Ａ、透明電極１９３Ａ、液晶層１９４、透明電極１９３Ｂ、ガラス基板１９２Ｂおよび偏光板１９１Ｂがこの順に積層された積層構造となっている。偏光板１９１Ａ，１９１Ｂの偏光軸は互いに直交している（図６（Ａ），（Ｂ）に示した矢印Ｐ１，Ｐ２参照）。また、透明電極１９３Ａは各単位光源１１０に対して共通の電極である一方、透明電極１９３Ｂは単位光源１１０ごとに独立した電極となっている。このような構成の切替部１９では、例えば図６（Ａ）に示したように、透明電極１９３Ａ，１９３Ｂ間に電圧が印加されていない場合には、液晶層１９４内の液晶分子１９５の配向方向のねじれにより、単位光源１１０からの光（照射光Ｌout1）が偏光板１９１Ｂを通過して切替部１９を透過する一方、例えば図６（Ｂ）に示したように、透明電極１９３Ａ，１９３Ｂ間に所定の電圧Ｖ１が印加されている場合には、液晶層１９４内の液晶分子１９５の配向方向が垂直方向に揃うことにより、単位光源１１０からの光（照射光Ｌout2）が偏光板１９１Ｂを通過できず、切替部１９により遮断されるようになっている。このようにして、光源駆動部１７１によって切替部１９に対する電圧印加を制御することにより、各単位光源１１０が独立して点灯可能（各単位光源１１０からの光Ｌoutが独立して透過または遮断される）となっている。

次に、図１〜図１２を参照して、本実施の形態の生体認証装置１の動作（生体認証処理）について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。ここで、図７は、比較例に係る生体認証装置（生体認証装置１０１）の断面（Ｙ−Ｚ断面）構成および動作を表したものである。また、図８〜図１０は、本実施の形態の生体認証装置１の動作を平面図（Ｘ−Ｙ平面図）で表したものであり、図１１および図１２は、この生体認証装置１の動作を断面図（Ｙ−Ｚ断面図）で表したものである。

この生体認証装置１では、例えば図１に示したように、カバーガラス１２上に生体（例えば、指先）２が置かれると、光源駆動部１７１の駆動動作により光源１１から光Ｌoutが射出され、撮像素子１３およびカバーガラス１２を介して生体２へ照射される。この状態で生体２の撮像がなされると、生体２からの光は撮像素子１３の各撮像セル１３０上で集光され、これにより生体２の静脈の撮像データＤ１（静脈パターン）が得られる。このようにして撮像素子１３により得られた撮像データＤ１は、画像処理部１４において画像処理（画像合成処理）がなされ、１つの撮像映像に対応する合成撮像データＤ２として認証部１６へ供給される。認証部１６では、入力された合成撮像データＤ２（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、これにより静脈認証がなされる。そして認証部１６では、最終的な生体認証の結果（認証結果データＤout）が出力され、これにより生体認証処理が終了となる。

ここで、各単位光源１１０からの照射光Ｌoutに基づく生体２からの光を撮像素子１３による撮像する（受光する）際には、例えば図７に示した生体認証装置２００（比較例）のように、生体２の内部の静脈２０からの光Ｌout201等の他に、生体２の表面（表皮）での反射光Ｌout202，Ｌout203，Ｌout204等も、受光素子１３内の各受光セル１３０へ入射する。したがって、比較例に係る生体認証装置２００では、このような生体２の表面での反射光も受光素子１３により受光してしまっているため、ノイズ成分が生じ、その結果、生体２の認証精度も低下してしまうことになる。

そこで、本実施の形態の生体認証装置１では、光源駆動部１７１および撮像素子１７２による駆動動作によって、各単位光源１１０が時分割により周期的に点灯すると共に、点灯している各単位光源１１０の近傍に位置する撮像セル群（第１の撮像セル群）による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源１１０に対して上記第１の撮像セル群よりも遠方に位置する撮像セル群（第２の撮像セル群）による撮像動作が行われる。

具体的には、例えば図８〜図１０に示したように、単位光源１１０と第１および第２の撮像セル群（撮像領域１３Ａ）とが互いに同期して周期的な線順次動作を行うように、光源部１１および撮像素子１３に対する駆動がなされる。より具体的には、図８中に矢印Ｐ１１で示したライン上の単位光源１１０Ａと、第２の撮像セル群による撮像領域である撮像領域１３Ａ１とが互いに同期して線順次動作をなすことにより（図９中の矢印Ｙ１１，Ｙ２１参照）、図９中に矢印Ｐ１２で示したライン上の単位光源１１０Ｂ、および第２の撮像セル群による撮像領域である撮像領域１３Ａ２となり、さらにこれらが線順次動作をなすことにより（図１０中の矢印Ｙ１２，Ｙ２２参照）、図１０中に矢印Ｐ１３で示したライン上の単位光源１１０Ｃ、および第２の撮像セル群による撮像領域である撮像領域１３Ａ３となる。

したがって、例えば図１１および図１２に示したように、点灯している単位光源１１０Ａや単位光源１１０Ｂからの照射光に基づく生体２内部（静脈２０）からの光Ｌout11，Ｌout21がそれぞれ、第２の撮像セル群に対応する撮像領域１３Ａ，１３Ａ２によって受光される一方、生体２表面での反射光Ｌout12，Ｌout22は、撮像領域１３Ａ１，１３Ａ２よりも単位光源１１０Ａ，１１０Ｂに対して近傍に位置する撮像セル１３０（第１の撮像セル群）に到達したとしても、この第１の撮像セル群は撮像領域となっていない（撮像動作が停止している）ため、受光素子１３により受光されない。よって、このような生体２表面での反射光Ｌout12，Ｌout22が第１の撮像セル群によっては受光されないことにより、ノイズ成分となる生体２表面での反射光の受光が抑制されることになる。

以上のように本実施の形態では、光源部１１内の各単位光源１１０が時分割により周期的に点灯すると共に、点灯している各単位光源１１０の近傍に位置する撮像セル群（第１の撮像セル群）による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源１１０に対して第１の撮像セル群よりも遠方に位置する撮像セル群（第２の撮像セル群）による撮像動作が行われるようにしたので、ノイズ成分となる生体２表面での反射光の受光を抑制することができる。また、カバーガラス１２（検知部）に対して光源部１１および撮像素子１３を同一の側に配置するようにしたので、これらがカバーガラス１２に対して対向配置されている場合と比べ、装置全体の厚みを小さくすることができる。よって、装置構成の薄型化と認証精度の向上とを両立させることが可能となる。

また、光源部１１および撮像素子１３において単位光源１１０および撮像セル１３０をそれぞれマトリクス状に配置すると共に、単位光源１１０と上記第１および第２の撮像セル群とが互いに同期して周期的な線順次動作を行うようにしたので、簡単な駆動動作によって、上記したようにノイズ成分となる生体２表面での反射光の受光を抑制することができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態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、上記実施の形態では、単位光源１１０と上記第１および第２の撮像セル群とが互いに同期して周期的な線順次動作を行う場合について説明したが、他の駆動動作によって、ノイズ成分となる生体２表面での反射光の受光を抑制するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、切替部１９が、電圧印加に応じて光の透過または遮断を選択的に切替可能な液晶素子により構成されている場合について説明したが、例えば、直接、多数配列したＬＥＤチップを選択的に発光させることによって、各単位光源１１０を独立して点灯させるようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、静脈を撮像対象とする撮像データに基づいて生体の認証を行う生体認証装置（静脈認証装置）について説明したが、本発明は、例えば生体２の他の部分を撮像対象とする撮像データに基づいて生体の認証を行う他の生体認証装置にも適用することが可能である。

本発明の一実施の形態に係る生体認証装置の構成を表す機能ブロック図である。生体（指先）およびその内部の静脈の態様を模式的に表した斜視図である。図１に示した光源部および撮像素子の詳細構成例を表す平面図である。図１示した生体認証装置の詳細構成例を表す要部断面図である。図４に示した切替部の詳細構成例を表す断面図である。図５に示した切替部の作用を説明するための斜視図である。比較例に係る生体認証装置の撮像動作を説明するための断面図である。実施の形態に係る生体認証装置における線順次撮像動作を説明するための平面図である。図８に続く線順次撮像動作について説明するための平面図である。図９に続く線順次撮像動作について説明するための平面図である。図８に示した線順次撮像動作を説明するための断面図である。図９に示した線順次撮像動作を説明するための断面図である。従来の生体認証装置の一例を表す要部断面図である。

符号の説明

１…生体認証装置、１０…基板、１１…光源部、１１０，１１０Ａ〜１１０Ｄ…単位光源、１２…カバーガラス、１３…撮像素子、１３０…撮像セル、１３Ａ１〜１３Ａ３…撮像領域、１４…画像処理部、１５…パターン保持部、１６…認証部、１７１…光源駆動部、１７２…撮像素子駆動部、１８…制御部、１９…切替部、１９０…導光板、１９１Ａ，１９１Ｂ…偏光板、１９２Ａ，１９２Ｂ…ガラス基板、１９３Ａ，１９３Ｂ…透明電極、１９４…液晶層、１９５…液晶分子、２…生体（指先）、２０…静脈、Ｌout，Ｌout1，Ｌout11，Ｌout12，Ｌout2，Ｌout21，Ｌout22…光源からの射出光（照射光）、Ｄ１…撮像データ、Ｄ２…合成撮像データ、Ｄout…認証結果データ、Ｖ１…印加電圧。

Claims

生体が置かれる検知部と、
互いに独立して点灯可能な複数の単位光源を有し、前記検知部上の生体へ向けて光を照射する光源部と、
前記検知部に対して前記光源部と同一の側に配置されると共に、前記生体からの光に基づいて複数の撮像セルにより生体の撮像データを取得する撮像素子と、
前記単位光源が時分割により周期的に点灯するように前記光源部を駆動すると共に、点灯している各単位光源の近傍に位置する第１の撮像セル群による撮像動作が停止する一方、点灯している各単位光源に対して前記第１の撮像セル群よりも遠方に位置する第２の撮像セル群による撮像動作が行われるように前記撮像素子を駆動する駆動部と、
各単位光源からの照射光に基づいて前記撮像素子により得られた複数の撮像データを合成することにより、合成撮像データを生成する画像処理部と、
前記画像処理部により生成された合成撮像データに基づき、前記生体の認証を行う認証部と
を備えたことを特徴とする生体認証装置。
前記単位光源および前記撮像セルがそれぞれマトリクス状に配置され、
前記駆動部は、前記単位光源と前記第１および第２の撮像セル群とが互いに同期して周期的な線順次動作を行うように、前記光源部および前記撮像素子を駆動する
ことを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
前記光源部は、電圧印加に応じて光の透過または遮断を選択的に切替可能な液晶素子を含んで構成され、
前記駆動部は、前記液晶素子に対する電圧印加を制御することにより、各単位光源を独立して点灯させる
ことを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
前記駆動部は、前記第２の撮像セル群による各撮像動作の際に、複数の単位光源が点灯するように前記光源部を駆動する
ことを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
前記単位光源は、近赤外の波長領域の光を発する光源である
ことを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
前記撮像データが、前記生体の静脈を撮像対象とする撮像データであり、
前記認証部は、前記静脈を撮像対象とする撮像データに基づいて前記生体の認証を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。