JP2009160349A - 生体認証装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】静脈パターンと指紋パターンを同時に取得することができる生体認証装置を提供する。
【解決手段】上側の静脈認証用光源270Aを点灯させ静脈パターンを検出し、下側の白色光源270Bを点灯させ指紋パターンを検出することを特徴とする生体認証装置201である。
複数の受光素子3がマトリクス状に形成された固体撮像デバイス20と、受光素子3の受光面側に設けられ、各受光素子3への光の入射角度を制約する視界制御材60とを備えることができる撮像装置5である。
【選択図】 図35
【解決手段】上側の静脈認証用光源270Aを点灯させ静脈パターンを検出し、下側の白色光源270Bを点灯させ指紋パターンを検出することを特徴とする生体認証装置201である。
複数の受光素子3がマトリクス状に形成された固体撮像デバイス20と、受光素子3の受光面側に設けられ、各受光素子3への光の入射角度を制約する視界制御材60とを備えることができる撮像装置5である。
【選択図】 図35
Description
本発明は、生体認証装置に関する。
近年、ATMやマンション、携帯端末等において本人であることを確認する技術として、例えば、被験者の指先の微細な凹凸により指紋を読み取る指紋読取装置等の生体認証技術が採用されている。指紋読取装置としては、例えば特許文献1,2に示すように、複数のフォトセンサがマトリクス状に配列された撮像装置を備えるものがある。
また、他の生体認証技術としては、被験者の手の静脈パターンを読み取る静脈認証装置が知られている。静脈認証装置では、フォトセンサの受光面に指を当接させた状態で近赤外光を指に照射しながら、フォトセンサにより近赤外光を検出する。静脈中のヘモグロビンにより近赤外線が吸収されるので、静脈がある部分が低輝度となり、静脈がない部分が高輝度となるため、静脈を明暗のパターンとして得ることができる。
特許第3019632号公報
特許第3116950号公報
ところで、フォトセンサに指を当接させて撮像を行う場合には、指をフォトセンサに当接させる圧力により静脈パターンが変形するために、静脈パターンの認証に問題が発生することがある。このため、指とフォトセンサとを当接させずに静脈パターンを取得することが好ましい。
一方、フォトセンサから離れた位置に指を置いて撮像を行うと、フォトセンサには直上の部分からの光のみではなく、他方向からの光も検出してしまうため、像がぼけ、正確な静脈パターンを取得することができなかった。
本発明の課題は、フォトセンサに指を当接させずに撮像可能な撮像装置を備えた生体認証装置を提供することである。
本発明の課題は、フォトセンサに指を当接させずに撮像可能な撮像装置を備えた生体認証装置を提供することである。
以上の課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、生体認証装置であって、複数の受光素子がマトリクス状に形成された固体撮像デバイスを有する撮像装置において、前記撮像装置が設けられた支持部と、前記撮像装置に撮像される被写体に光を照射する第1の光源と第2の光源からなる複数の光源とを備え、第1の光源は前記撮像装置の受光面側に配置され、第2の光源は前記撮像装置の裏面側に配置されることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の生体認証装置であって、前記第1の光源は前記被写体を透過する範囲の光を放射し、前記第2の光源は前記被写体に反射される範囲の光を放射することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の生体認証装置であって、前記第1の光源を放射した時に前記被写体の静脈パターンを読み取り、前記第2の光源を放射した時に前記被写体の指紋パターンを読み取ることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の生体認証装置であって、前記第1の光源は静脈認証用光を放射し、前記第2の光源は白色光を含む光を放射することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の生体認証装置であって、前記受光素子の受光面側に設けられ、各受光素子への光の入射角度を制約する視界制御材を更に備えることを特徴とする。
また、本発明によれば、上方より赤色光を照射して静脈パターンの画像データを取得するとともに、下方より白色光を照射して指紋パターンの画像データを取得することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
〔第1実施形態〕
図1は本発明の第1実施形態に係る生体認証装置1である撮像装置を側方から見た概略図であり、図2は図1のII−II矢視断面図である。生体認証装置1は、支持部2と、撮像部5と、制御部50(図6参照)と、光源70とから概略構成される。
支持部2は板状であり、支持部2には撮像部5が設けられる埋設穴4が設けられており、撮像部5の受光面上に被写体(被験者の指)が配置されるように被験者の手を支持する。
図1は本発明の第1実施形態に係る生体認証装置1である撮像装置を側方から見た概略図であり、図2は図1のII−II矢視断面図である。生体認証装置1は、支持部2と、撮像部5と、制御部50(図6参照)と、光源70とから概略構成される。
支持部2は板状であり、支持部2には撮像部5が設けられる埋設穴4が設けられており、撮像部5の受光面上に被写体(被験者の指)が配置されるように被験者の手を支持する。
撮像部5は、固体撮像デバイス20及び視界制御材60からなる。
図3は固体撮像デバイス20の斜視図であり、図4は固体撮像デバイス20の平面図であり、図5は図4のV部の拡大図であり、図6は図5のVI−VI矢視断面図である。固体撮像デバイス20は、透明基板10と、複数のダブルゲートトランジスタ3,3,・・・(受光素子)と、ボトムゲート絶縁膜12と、層間絶縁膜19と、保護絶縁膜21と、静電保護膜22と、等を備える。
図3は固体撮像デバイス20の斜視図であり、図4は固体撮像デバイス20の平面図であり、図5は図4のV部の拡大図であり、図6は図5のVI−VI矢視断面図である。固体撮像デバイス20は、透明基板10と、複数のダブルゲートトランジスタ3,3,・・・(受光素子)と、ボトムゲート絶縁膜12と、層間絶縁膜19と、保護絶縁膜21と、静電保護膜22と、等を備える。
透明基板10は略平板状であり、絶縁性を有し、赤外線を透過させる。透明基板10としては、石英ガラス等のガラス基板、または、ポリカーボネート等のプラスチック基板を用いることができる。
ダブルゲートトランジスタ3は、透明基板10の一方の面上にn行m列のマトリクス状に配列され、画素となる電気素子である。ここで、n、mは整数であり、図3ではn=m=4である。それぞれのダブルゲートトランジスタ3は透明基板10、ボトムゲート絶縁膜12、層間絶縁膜19、保護絶縁膜21の間に形成され、ボトムゲート電極11と、半導体膜13と、チャネル保護膜14と、不純物半導体膜15,16と、ドレイン電極17と、ソース電極18と、トップゲート電極23と、を具備する。
透明基板10上には、ボトムゲート電極11がダブルゲートトランジスタ3ごとにマトリクス状となって形成されている。横方向に配列された同一行の各ダブルゲートトランジスタ3のボトムゲート電極11は、透明基板10上に横方向に延在するn本のボトムゲートライン41と一体となって形成されている。ボトムゲート電極11及びボトムゲートライン41は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
ボトムゲート電極11及びボトムゲートライン41上には、全てのダブルゲートトランジスタ3,3,・・・に共通したボトムゲート絶縁膜12が形成されている。ボトムゲート絶縁膜12は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
ボトムゲート絶縁膜12上には、半導体膜13がボトムゲート電極11と対向してダブルゲートトランジスタ3ごとにパターニングされて形成されている。半導体膜13は、平面視して略矩形状を呈しており、アモルファスシリコンで形成された層である。半導体膜13の中央部上には、チャネル保護膜14が形成されている。チャネル保護膜14は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜13の表面を保護する機能を有し、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。半導体膜13に光が入射すると、光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜14と半導体膜13との界面付近を中心に発生するようになっている。
半導体膜13の一端部上には、不純物半導体膜15が一部チャネル保護膜14に重なるようにして形成されており、半導体膜13の他端部上には、不純物半導体膜16が一部チャネル保護膜14に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜15,16は半導体膜13の両端部上に互いに離間して形成される。不純物半導体膜15,16は、n型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン(n+シリコン)からなる。
不純物半導体膜15上には、ダブルゲートトランジスタ3ごとにパターニングされたドレイン電極17が形成されている。縦方向に配列された同一列の各ダブルゲートトランジスタ3のドレイン電極17は縦方向に延在するドレインライン43と一体に形成されている。
不純物半導体膜16上には、ダブルゲートトランジスタ3ごとにパターニングされたソース電極18が形成されている。縦方向に配列された同一列の各ダブルゲートトランジスタ3のソース電極18は縦方向に延在するソースライン42と一体に形成されている。
ドレイン電極17、ソース電極18、ドレインライン43及びソースライン42は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
全てのダブルゲートトランジスタ3,3,・・・のチャネル保護膜14、ドレイン電極17及びソース電極18並びにドレインライン43及びソースライン42上には、全てのダブルゲートトランジスタ3,3,・・・に共通した層間絶縁膜19が形成されている。層間絶縁膜19は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
層間絶縁膜19上には、ダブルゲートトランジスタ3ごとにトップゲート電極23が半導体膜13に対向するようにパターニングされて形成されている。横方向に配列された同一行の各ダブルゲートトランジスタ3のトップゲート電極23は横方向に延在するトップゲートライン44と一体に形成されている。
トップゲート電極23及びトップゲートライン44は、透光性を有した金属酸化物等といった透明導電体であり、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物(例えば、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム)で形成されている。
全てのダブルゲートトランジスタ3,3,・・・のトップゲート電極23及びトップゲートライン44上には、共通の保護絶縁膜21が形成されている。保護絶縁膜21は、絶縁性及び透光性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
以上のように構成されたダブルゲートトランジスタ3は、半導体膜13を受光部とした光電変換素子である。
以上のように構成されたダブルゲートトランジスタ3は、半導体膜13を受光部とした光電変換素子である。
静電保護膜22は、保護絶縁膜21を覆うように形成されており、ダブルゲートトランジスタ3を静電気から保護する。静電保護膜22は、透光性を有した金属酸化物等といった透明導電体であり、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物(例えば、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム)で形成されている。
図7は生体認証装置1の固体撮像デバイス20と接続した部分の回路構成を示したブロック図である。図6に示すように、固体撮像デバイス20は、制御部50と接続されたトップゲートドライバ54、ボトムゲートドライバ51及びパラレル−シリアル変換回路53と接続される。制御部50は演算処理装置であり、ボトムゲートドライバ51、パラレル−シリアル変換回路53及びトップゲートドライバ54は生体認証装置1本体に設けられた制御部50により制御される。
ボトムゲートドライバ51、パラレル−シリアル変換回路53及びトップゲートドライバ54は、協同して固体撮像デバイス20を駆動するものである。ボトムゲートドライバ51はボトムゲートライン41に接続され、パラレル−シリアル変換回路53はドレインライン43に接続され、トップゲートドライバ54はトップゲートライン44に接続される。
トップゲートドライバ54は、シフトレジスタであり、所定の電圧のリセットパルスを各行のトップゲートライン44に順次印加する。
なお、全てのソースライン42は一括して接地されている。
なお、全てのソースライン42は一括して接地されている。
ボトムゲートドライバ51は、シフトレジスタであり、トップゲートドライバ54が何れかの行のトップゲートライン44にリセットパルスを出力した後、所定のキャリア蓄積期間を経て、同じ行のボトムゲートライン41に所定の電圧のリードパルスを出力する。このキャリア蓄積期間において、半導体膜13に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜14と半導体膜13との界面付近を中心に発生する。この場合、半導体膜13側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜14側に電子が発生する。
何れかの行のトップゲートライン44へのリセットパルスの入力が開始してから、同じ行のボトムゲートライン41へのリードパルスの入力が終了するまでの期間が、その行の選択期間である。
何れかの行のトップゲートライン44へのリセットパルスの入力が開始してから、同じ行のボトムゲートライン41へのリードパルスの入力が終了するまでの期間が、その行の選択期間である。
パラレル−シリアル変換回路53は、それぞれの行の選択期間において、リセットパルスが出力されてからリードパルスが出力されるまでの間に、全てのドレインライン43,43,…にプリチャージパルスを出力する。また、パラレル−シリアル変換回路53は、プリチャージパルスの出力後にドレインライン43,43,…の電圧を出力し、増幅器55により増幅して制御部50に出力する。
制御部50では、パラレル−シリアル変換回路53から入力された電気信号をA/D変換することで、ダブルゲートトランジスタ3の半導体膜13に生成されたキャリアの量に応じて二次元の光強度分布を画像データとして取得する。
視界制御材60は、固体撮像デバイス20の受光面側に設けられている。図8は視界制御材60に用いられる視界制御シート60A(60B)を示す斜視図である。視界制御材60としては、例えば図8に示すように、ルーバー状に形成された遮光体61A(61B)を有する視界制御シート60A(60B)を重ね合わせて用いることができる。
図9は視界制御シート60A,60Bを重ね合わせた視界制御材60を示す斜視図である。図9に示すように、遮光体61Aと遮光体61Bが交差するように視界制御シート60A、60Bを重ね合わせて視界制御材60を形成する。
図10は撮像部5を示す斜視図である。図10に示すように固体撮像デバイス20の受光面側に視界制御材60を重ね合わせることで撮像部5が形成される。
なお、1枚の視界制御シートのみを単独で視界制御材60として用いてもよい。
図9は視界制御シート60A,60Bを重ね合わせた視界制御材60を示す斜視図である。図9に示すように、遮光体61Aと遮光体61Bが交差するように視界制御シート60A、60Bを重ね合わせて視界制御材60を形成する。
図10は撮像部5を示す斜視図である。図10に示すように固体撮像デバイス20の受光面側に視界制御材60を重ね合わせることで撮像部5が形成される。
なお、1枚の視界制御シートのみを単独で視界制御材60として用いてもよい。
光源70は、可視光波長領域のうちの赤色波長領域の光(650nm以上760nm未満の波長を持つ光)及び近赤外光(760nm以上2500nm以下の波長を持つ光)の少なくともいずれか一方を含む静脈認証用光を放射し、支持部2上において撮像部5の上方に配置された指80に照射する。光源70としては、LED等を用いることができる。
光源70の位置としては、図1、図2に示すように、支持部2上に配置される指80よりも上方に配置してもよい。
光源70の位置としては、図1、図2に示すように、支持部2上に配置される指80よりも上方に配置してもよい。
ここで、図11を用いて本発明の原理について説明する。図11は撮像部5の構造を示す模式的な断面図である。図11に示すように、固体撮像デバイス20の受光面側に視界制御材60(遮光材61)が設けられていることで、ダブルゲートトランジスタ3の光の取込角はθに制限される。なお、θは、遮光体の高さa、遮光体の間隔b、ダブルゲートトランジスタ3の受光部の大きさc1、及び受光部から遮光体までの距離c2、c3から定まる。
光の取込角がθに制限されることで、ダブルゲートトランジスタ3には直上の部分からの光のみが入射し検出され、他方向からの光が検出されない。このため、像のぼけを防ぐことができる。
以下、本実施形態に係る生体認証装置1を使用した実験の結果を示す。
〔実験1〕
「CASIO」(登録商標)のロゴを記載した被写体を撮像部5により検出した。被写体は、図12に示すように、それぞれ撮像部5の(1)視界制御材60の上端部に、(2)視界制御材60よりも1.5mm上方に、それぞれ配置した。撮像部5として、遮光体61A,61Bが交差するように2枚の視界制御シート60A、60Bを固体撮像デバイス20の受光面側に重ね合わせたものを用いた。
〔実験1〕
「CASIO」(登録商標)のロゴを記載した被写体を撮像部5により検出した。被写体は、図12に示すように、それぞれ撮像部5の(1)視界制御材60の上端部に、(2)視界制御材60よりも1.5mm上方に、それぞれ配置した。撮像部5として、遮光体61A,61Bが交差するように2枚の視界制御シート60A、60Bを固体撮像デバイス20の受光面側に重ね合わせたものを用いた。
また、比較のため、同じ被写体を撮像部5から視界制御材60を取り除いた固体撮像デバイス20により撮像を行った。被写体は、図13に示すように、それぞれ(3)固体撮像デバイス20の受光面に、(4)固体撮像デバイス20の受光面よりも1.5mm上方に、それぞれ配置した。
光源70は被写体の上方に配置した。光源70にはLED(エピテックス社製 L780−01AU)を用い、電圧4Vを印加して50mAの電流を流すことで90mW/srの放射強度を得た。
〔結果1〕
図14は(1)の撮像、図15は(2)の撮像、図16は(3)の撮像、図17は(4)の撮像である。図14に示すように、(1)視界制御材60の上端部に被写体を配置した場合には、撮像においてロゴを明瞭に読み取ることができた。また、図15に示すように、(2)視界制御材60よりも1.5mm上方に被写体を配置した場合にも、図14よりもやや像がぼけるものの、ロゴを読み取ることができた。
図16に示すように、(3)固体撮像デバイス20の受光面に被写体を配置した場合にも、撮像においてロゴを明瞭に読み取ることができた。しかし、図17に示すように、(4)固体撮像デバイス20の受光面よりも1.5mm上方に被写体を配置した場合には、像がぼけて全くロゴを読み取ることができなかった。
図14は(1)の撮像、図15は(2)の撮像、図16は(3)の撮像、図17は(4)の撮像である。図14に示すように、(1)視界制御材60の上端部に被写体を配置した場合には、撮像においてロゴを明瞭に読み取ることができた。また、図15に示すように、(2)視界制御材60よりも1.5mm上方に被写体を配置した場合にも、図14よりもやや像がぼけるものの、ロゴを読み取ることができた。
図16に示すように、(3)固体撮像デバイス20の受光面に被写体を配置した場合にも、撮像においてロゴを明瞭に読み取ることができた。しかし、図17に示すように、(4)固体撮像デバイス20の受光面よりも1.5mm上方に被写体を配置した場合には、像がぼけて全くロゴを読み取ることができなかった。
〔実験2〕
(5)図18に示すように、撮像部5の視界制御材60よりも1.5mm上方に指を配置し、撮像を行った。
(6)また、比較のため、図19に示すように、撮像部5から視界制御材60を取り除いた固体撮像デバイス20の受光面よりも1.5mm上方に指をそれぞれ配置し、撮像を行った。
光源70は指よりも上方に配置した。
(5)図18に示すように、撮像部5の視界制御材60よりも1.5mm上方に指を配置し、撮像を行った。
(6)また、比較のため、図19に示すように、撮像部5から視界制御材60を取り除いた固体撮像デバイス20の受光面よりも1.5mm上方に指をそれぞれ配置し、撮像を行った。
光源70は指よりも上方に配置した。
〔結果2〕
図20は(5)の撮像、図21は(6)の撮像である。図20に示すように、(5)視界制御材60よりも1.5mm上方に指を配置した場合には、静脈を読み取ることができた。なお、図20において、暗い線状に表示されているのが静脈である。
一方、(6)固体撮像デバイス20の受光面よりも1.5mm上方に指を配置した場合には、図21に示すように、像がぼけて静脈を全く読み取ることができなかった。
図20は(5)の撮像、図21は(6)の撮像である。図20に示すように、(5)視界制御材60よりも1.5mm上方に指を配置した場合には、静脈を読み取ることができた。なお、図20において、暗い線状に表示されているのが静脈である。
一方、(6)固体撮像デバイス20の受光面よりも1.5mm上方に指を配置した場合には、図21に示すように、像がぼけて静脈を全く読み取ることができなかった。
このように、本発明によれば、フォトセンサに指を当接させずに撮像を行う場合でも像のぼけを防ぎ、静脈パターンの正確な画像データを取得することができる。
<変形例1>
なお、上記実施形態においては、ルーバー状に形成された遮光体61A,61Bを有する視界制御シート60A、60Bを、遮光体61A,61Bが交差するように重ね合わせて用いたが、図22に示すように、格子状に形成された遮光体61Cを有する視界制御シート60Cを用いてもよい。また、遮光体を格子状に形成したものよりも遮光効果は劣るが、遮光体61A(61B)を有する視野制御シート60A(60B)を一方向のみ用いることもできる。
なお、上記実施形態においては、ルーバー状に形成された遮光体61A,61Bを有する視界制御シート60A、60Bを、遮光体61A,61Bが交差するように重ね合わせて用いたが、図22に示すように、格子状に形成された遮光体61Cを有する視界制御シート60Cを用いてもよい。また、遮光体を格子状に形成したものよりも遮光効果は劣るが、遮光体61A(61B)を有する視野制御シート60A(60B)を一方向のみ用いることもできる。
<変形例2>
あるいは、固体撮像デバイス20の受光面側に黒色のフォトレジストを塗布し、フォトリソ工程によりダブルゲートトランジスタ3がある部分に開口62Dを形成し、図23に示すような硬化したフォトレジストで格子状の遮光体61Dを形成し、これを視界制御材として用いてもよい。黒色のフォトレジストとしては、例えば、富士フイルム エレクトロニクスマテリアルズ(株)社製 COLOR MOSAIC CK(登録商標)を用いることができる。フォトレジストは堆積しやすく、フォトリソ工程を用いると薄膜化が可能であるという特徴がある。
あるいは、固体撮像デバイス20の受光面側に黒色のフォトレジストを塗布し、フォトリソ工程によりダブルゲートトランジスタ3がある部分に開口62Dを形成し、図23に示すような硬化したフォトレジストで格子状の遮光体61Dを形成し、これを視界制御材として用いてもよい。黒色のフォトレジストとしては、例えば、富士フイルム エレクトロニクスマテリアルズ(株)社製 COLOR MOSAIC CK(登録商標)を用いることができる。フォトレジストは堆積しやすく、フォトリソ工程を用いると薄膜化が可能であるという特徴がある。
<変形例3>
あるいは、図24に示すように、固体撮像デバイス20のダブルゲートトランジスタ3と同じパターンピッチで開口62Eが形成された金属板61Eを視界制御材として用いてもよい。金属板に開口を形成するには、フォトリソ工程によりマスクを形成した後にエッチングする、あるいは切削する等の方法がある。
あるいは、図24に示すように、固体撮像デバイス20のダブルゲートトランジスタ3と同じパターンピッチで開口62Eが形成された金属板61Eを視界制御材として用いてもよい。金属板に開口を形成するには、フォトリソ工程によりマスクを形成した後にエッチングする、あるいは切削する等の方法がある。
〔第2実施形態〕
図25は本発明の第2の実施形態に係る生体認証装置101を示す概略図であり、図26は図25のXXVI−XXVI矢視断面図である。
本実施の形態においては、図25、図26に示すように、先端側を前方として支持部102上に配置される指180の左側に第1の光源(以下、左側方の光源)170A、右側に第2の光源(以下、右側方の光源)170Bを配置している。このように左右側方から可視光波長領域のうちの赤色波長領域の光(650nm以上760nm未満の波長を持つ光)及び近赤外光(760nm以上2500nm以下の波長を持つ光)の少なくともいずれか一方を含む静脈認証用光を指180に照射しても、第1実施形態と同様に静脈パターンの画像データを取得することができる。
図25は本発明の第2の実施形態に係る生体認証装置101を示す概略図であり、図26は図25のXXVI−XXVI矢視断面図である。
本実施の形態においては、図25、図26に示すように、先端側を前方として支持部102上に配置される指180の左側に第1の光源(以下、左側方の光源)170A、右側に第2の光源(以下、右側方の光源)170Bを配置している。このように左右側方から可視光波長領域のうちの赤色波長領域の光(650nm以上760nm未満の波長を持つ光)及び近赤外光(760nm以上2500nm以下の波長を持つ光)の少なくともいずれか一方を含む静脈認証用光を指180に照射しても、第1実施形態と同様に静脈パターンの画像データを取得することができる。
なお、光源170A,170Bを同時に点灯させた場合、光量が多いと静脈が暗くコントラストが出ない場合がある。このような場合には、以下の1〜3の手順で静脈パターンの画像データを取得することができる。
手順1: 左側方の光源170Aのみを点灯させるとともに、固体撮像デバイス120の右側半分のダブルゲートトランジスタ103により画像データを取得する。
手順2: 右側方の光源170Bのみを点灯させるとともに、固体撮像デバイス120の左側半分のダブルゲートトランジスタ103により画像データを取得する。
手順3: 手順1により取得した画像データの右側半分(光源170Aから遠い側)と、手順2の手順により取得した画像データの左側半分(光源170Bから遠い側)とを合成する。
以上により、指180の静脈パターンの画像データを取得することができる。なお、手順1と手順2との順番は逆でもよい。
手順2: 右側方の光源170Bのみを点灯させるとともに、固体撮像デバイス120の左側半分のダブルゲートトランジスタ103により画像データを取得する。
手順3: 手順1により取得した画像データの右側半分(光源170Aから遠い側)と、手順2の手順により取得した画像データの左側半分(光源170Bから遠い側)とを合成する。
以上により、指180の静脈パターンの画像データを取得することができる。なお、手順1と手順2との順番は逆でもよい。
図27は左右の光源170A,170Bを同時に点灯させて取得した静脈パターンを示す図である。図27に示すように、図27においては、光量が多いために静脈が暗く表示されず、一部の静脈パターンが検出されていない。
図28は左側方の光源170Aのみを点灯させて取得した静脈パターンを示す図であり、図29は右側方の光源170Bのみを点灯させて取得した静脈パターンを示す図であり、図30は図28の右半分と図29の左半分とを合成することで取得した静脈パターンを示す図である。図27と比較して、図30では、全体の輝度が低いために、より暗く表示されている静脈も検出することができる。
<変形例4>
なお、図31、図32に示すように、支持部102の上面側において埋設穴104の左側方に光源170Cを設けるとともに、右側方に光源170Dを設け、先端側を前方として支持部102上に配置される指180に左右側方から光を照射してもよい。
なお、図31、図32に示すように、支持部102の上面側において埋設穴104の左側方に光源170Cを設けるとともに、右側方に光源170Dを設け、先端側を前方として支持部102上に配置される指180に左右側方から光を照射してもよい。
<変形例5>
また、図33、図34に示すように、支持部102の上面側において埋設穴104の前方に光源170Eを設けるとともに後方に光源170Fを設け、先端側を前方として支持部2上に配置される指180に前方及び後方から光を照射してもよい。
また、図33、図34に示すように、支持部102の上面側において埋設穴104の前方に光源170Eを設けるとともに後方に光源170Fを設け、先端側を前方として支持部2上に配置される指180に前方及び後方から光を照射してもよい。
〔第3実施形態〕
図35、図36は本発明の第3の実施形態に係る生体認証装置201の撮像部202を示す断面図である。なお、上記実施形態と同様の構成については、下2桁に同符号を付して説明を割愛する。
図35、図36は本発明の第3の実施形態に係る生体認証装置201の撮像部202を示す断面図である。なお、上記実施形態と同様の構成については、下2桁に同符号を付して説明を割愛する。
本実施形態においては、第1の光源270A(以下、光源270A)が受光面側(撮像部205の上方)に配置されるとともに、第2の光源270B(以下、光源270B))が裏面側(撮像部205の下方)に配置されている。
光源270Aは、撮像部205の上方に配置された指280に可視光波長領域のうちの赤色波長領域の光(650nm以上760nm未満の波長を持つ光)及び近赤外光(760nm以上2500nm以下の波長を持つ光)の少なくともいずれか一方を含む静脈認証用光を照射する。このため、静脈認証用光は、指280内の静脈(赤血球等)で吸収され、それ以外の部分を透過する。
一方、光源270Bは撮像部205の下方から指280に白色光を照射する。光源270A,270Bとしては、LED等を用いることができる。ここで、白色光とは、指280に反射される範囲の光であり、450nm〜485nmの波長を持つ青色光と、500nm〜565nmの波長を持つ緑色光と、625nm〜740nmの波長を持つ赤色光の、3つの光を合成させた光を指す。
一方、光源270Bは撮像部205の下方から指280に白色光を照射する。光源270A,270Bとしては、LED等を用いることができる。ここで、白色光とは、指280に反射される範囲の光であり、450nm〜485nmの波長を持つ青色光と、500nm〜565nmの波長を持つ緑色光と、625nm〜740nmの波長を持つ赤色光の、3つの光を合成させた光を指す。
静脈パターンを検出する場合には、図35に示すように、上側の光源270Aを点灯させ、静脈認証用光を指280に照射し、指280を透過した後の散乱光を撮像部205で検出することにより撮像を行う。一方、指紋パターンを検出する場合には、図36に示すように、下側の光源270Bを点灯させ、白色光を指280に照射し、反射光を撮像部205で検出することにより撮像を行う。
このように光源270A,270Bを使い分けることで、指紋パターン及び静脈パターンの両方を検出することができる。
このように光源270A,270Bを使い分けることで、指紋パターン及び静脈パターンの両方を検出することができる。
以下、光源の位置と指紋パターンの検出の可否との関係について実験の結果を示す。
〔実験3〕
図37に示すように、撮像部205に指280を配置し、撮像を行った。光源として、(7)指よりも上方に配置した赤色光源、(8)撮像部205よりも下方に配置した赤色光源、(9)指よりも上方に配置した白色光源、(10)撮像部205よりも下方に配置した白色光源をそれぞれ使用した。
〔実験3〕
図37に示すように、撮像部205に指280を配置し、撮像を行った。光源として、(7)指よりも上方に配置した赤色光源、(8)撮像部205よりも下方に配置した赤色光源、(9)指よりも上方に配置した白色光源、(10)撮像部205よりも下方に配置した白色光源をそれぞれ使用した。
〔結果3〕
図38は(7)の撮像、図39は(8)の撮像、図40は(9)の撮像、図41は(10)の撮像である。図38〜図40に示すように、(7)赤色光源を上方に配置した場合、(8)赤色光源を下方に配置した場合、(9)白色光源を上方に配置した場合、のいずれにおいても、指紋パターンを取得することができなかった。
一方、図41に示すように、(10)白色光源を下方に配置した場合には、指紋パターンを取得することができた。
図38は(7)の撮像、図39は(8)の撮像、図40は(9)の撮像、図41は(10)の撮像である。図38〜図40に示すように、(7)赤色光源を上方に配置した場合、(8)赤色光源を下方に配置した場合、(9)白色光源を上方に配置した場合、のいずれにおいても、指紋パターンを取得することができなかった。
一方、図41に示すように、(10)白色光源を下方に配置した場合には、指紋パターンを取得することができた。
このように、本発明によれば、上方より赤色光を照射して静脈パターンの画像データを取得するとともに、下方より白色光を照射して指紋パターンの画像データを取得することができる。
〔第4実施形態〕
図42は本発明の第4の実施形態に係る生体認証装置301を示す平面図であり、図43は図42のXLIII−XLIII矢視断面図であり、図44は図42のXLIV−XLIV矢視断面図である。本実施形態においては、支持部302に横長の埋設穴304が設けられており、埋設穴304内には、撮像部305と、撮像部306とが支持されている。埋設穴304は横方向に形成されたスリット状であり、その横方向の長さは、人間の指の幅と同程度である。
図42は本発明の第4の実施形態に係る生体認証装置301を示す平面図であり、図43は図42のXLIII−XLIII矢視断面図であり、図44は図42のXLIV−XLIV矢視断面図である。本実施形態においては、支持部302に横長の埋設穴304が設けられており、埋設穴304内には、撮像部305と、撮像部306とが支持されている。埋設穴304は横方向に形成されたスリット状であり、その横方向の長さは、人間の指の幅と同程度である。
埋設穴304の前部には、光源370Cが設けられている。なお、埋設穴304の後部に光源370Cを設けてもよい。
また、支持部302には、埋設穴304よりも前方及び後方に、光源370A,370Bが設けられている。
また、支持部302には、埋設穴304よりも前方及び後方に、光源370A,370Bが設けられている。
光源370A,370Bはライン状であり、撮像部305よりも前方及び後方に設けられ、図43に示すように、上部に配置される指380に可視光波長領域のうちの赤色波長領域の光(650nm以上760nm未満の波長を持つ光)及び近赤外光(760nm以上2500nm以下の波長を持つ光)の少なくともいずれか一方を含む静脈認証用光を放射する。ダブルゲートトランジスタ3では、光入射を検知する半導体膜13がアモルファスシリコンで形成されているため、650nm〜2500nmの光に対して分光感度がある。このため、指280に入射された静脈認証用光は、指280内の静脈で吸収され、それ以外の部分を透過するので、ダブルゲートトランジスタ3は、指280内の静脈に位置する部分が影となるような陰影画像を読み取ることができる。
光源370Cはスポット照明用であり、撮像部306よりも前方または後方に設けられ、上部に配置される指の一点に白色光を放射する。ここで、白色光とは、450nm〜485nmの波長を持つ青色光と、500nm〜565nmの波長を持つ緑色光と、625nm〜740nmの波長を持つ赤色光の、3つの光を合成させた光を指す。
ダブルゲートトランジスタ3では、光入射を検知する半導体膜13がアモルファスシリコンで形成されているため、650nm未満の可視光(青色光や緑色光)に対しても分光感度がある。指280の表面において、指紋による凹凸にしたがって可視光が吸収、反射されるため、ダブルゲートトランジスタ3は、この光の吸収、反射による陰影画像を読み取ることができる。このように、光量の少ない赤色光のみでは、ダブルゲートトランジスタ3十分画像を読み取れない場合があっても、赤色光に加えて青色光や緑色光を含む白色光であれば、白色光の光量が多くなくても十分陰影を読み取ることが可能である。
光源370Cはスポット照明用であり、撮像部306よりも前方または後方に設けられ、上部に配置される指の一点に白色光を放射する。ここで、白色光とは、450nm〜485nmの波長を持つ青色光と、500nm〜565nmの波長を持つ緑色光と、625nm〜740nmの波長を持つ赤色光の、3つの光を合成させた光を指す。
ダブルゲートトランジスタ3では、光入射を検知する半導体膜13がアモルファスシリコンで形成されているため、650nm未満の可視光(青色光や緑色光)に対しても分光感度がある。指280の表面において、指紋による凹凸にしたがって可視光が吸収、反射されるため、ダブルゲートトランジスタ3は、この光の吸収、反射による陰影画像を読み取ることができる。このように、光量の少ない赤色光のみでは、ダブルゲートトランジスタ3十分画像を読み取れない場合があっても、赤色光に加えて青色光や緑色光を含む白色光であれば、白色光の光量が多くなくても十分陰影を読み取ることが可能である。
撮像部305は、ダブルゲートトランジスタ303が横2列に配列された固体撮像デバイス320Aを備える。尚、固体撮像デバイス320Aに加えて、図42に示すように固体撮像デバイス320Aの受光面側に設けられた視界制御材360を備えてもよい。
固体撮像デバイス320Aのダブルゲートトランジスタ303は、光源370A,370Bにより照射され、指の内部で散乱された静脈認証用光を検出する。撮像部305はライン状フォトセンサとして機能し、制御部350(図示せず)が撮像部305の上部を通過した指の静脈パターンの画像データを取得するのに用いられる。
固体撮像デバイス320Aのダブルゲートトランジスタ303は、光源370A,370Bにより照射され、指の内部で散乱された静脈認証用光を検出する。撮像部305はライン状フォトセンサとして機能し、制御部350(図示せず)が撮像部305の上部を通過した指の静脈パターンの画像データを取得するのに用いられる。
撮像部306は、図42、図44に示すように、ダブルゲートトランジスタ303がマトリクス状に配列された固体撮像デバイス320Bと、レンズ307とを備える。
固体撮像デバイス320Bのダブルゲートトランジスタ303は光源370Cより放射され指の表面で散乱した光を検出する。
レンズ307は固体撮像デバイス320Bの受光面の上方に支持されており、図44に示すように、上部に配置される指から放射される光を固体撮像デバイス320Bに到達させる。
撮像部306は面状フォトセンサとして機能し、制御部350(図示せず)が撮像部306の上部を通過する指の指紋パターンの画像データを取得するのに用いられる。
レンズ307は固体撮像デバイス320Bの受光面の上方に支持されており、図44に示すように、上部に配置される指から放射される光を固体撮像デバイス320Bに到達させる。
撮像部306は面状フォトセンサとして機能し、制御部350(図示せず)が撮像部306の上部を通過する指の指紋パターンの画像データを取得するのに用いられる。
撮像部305,306は制御部350(図示せず)により制御される。図43,44に示すように、指を支持部302上部に先端を前方に向けて載せ、付け根側が埋設穴304の上部に配置された状態から先端側が埋設穴304の上部に配置された状態まで指を後退させる間に、制御部350は撮像部305,306により画像データを取得する。この間、制御部350では、以下の処理が行われる。
まず、制御部350は、撮像部305の固体撮像デバイス320Aで、所定時間毎に、移動する被写体の画像データA1(第1の画像),A2(第2の画像),A3,A4,・・・を取得し、撮像部306の固体撮像デバイス320Bで、固体撮像デバイス320Aで取得した画像データと同期させた画像データB1(第3の画像),B2(第4の画像),B3,B4,・・・(A1と同期させた画像データB1,A2と同期させた画像データB2,A3と同期させた画像データB3,A4と同期させた画像データB4,・・・)を取得する。 固体撮像デバイス320Aで取得した画像データA1,A2,A3,A4,・・・は被写体の静脈パターンの画像であり、固体撮像デバイス320Bで取得した画像データB1,B2,B3,B4,・・・は被写体の指紋パターンの画像である。
次に、制御部350は、画像データB1の指紋パターンの特徴点と画像データB2の指紋パターンの特徴点とを比較し、共通する特徴点のずれから指の移動量(移動距離)を算出する。その後、制御部は算出された移動量に基づいて、A1に対して対応する移動量に応じてずらしたA2を重ね合わせ、合成画像を作成する。
以後、同様にしてB2とB3、B3とB4、・・・のそれぞれを比較して移動量を算出し、A1とA2の合成画像に対して対応する移動量に応じてずらしたA3,A4,・・・を順次重ね合わせ、合成画像を作成する。
以上より、指の移動に応じた合成画像が作成される。
以上より、指の移動に応じた合成画像が作成される。
上記処理により図45のような静脈パターンの合成画像が取得される。このような合成画像において、静脈が連続していることがわかる。
このように、撮像部306により被写体の移動量を検出し、撮像部305をライン状センサとして用いることで、フォトセンサの面積を小さくすることができ、生体認証装置を小型化することができる。
このように、撮像部306により被写体の移動量を検出し、撮像部305をライン状センサとして用いることで、フォトセンサの面積を小さくすることができ、生体認証装置を小型化することができる。
1,101,201,301 生体認証装置
2,102,202,302 支持部
3,103,203,303 ダブルゲートトランジスタ(受光素子)
5,105,205,305 撮像装置
20,120,220,320A,320B 固体撮像デバイス
60,61D,61E,160,360 視界制御材
61A,61B,61C 遮光体
62D,62E 開口
70,170A,170B,170C,170D,170E,170F,270A,270B,370A,370B,370C 光源
80,180,280,380 被写体
307 レンズ
350 制御部
2,102,202,302 支持部
3,103,203,303 ダブルゲートトランジスタ(受光素子)
5,105,205,305 撮像装置
20,120,220,320A,320B 固体撮像デバイス
60,61D,61E,160,360 視界制御材
61A,61B,61C 遮光体
62D,62E 開口
70,170A,170B,170C,170D,170E,170F,270A,270B,370A,370B,370C 光源
80,180,280,380 被写体
307 レンズ
350 制御部
Claims (5)
- 複数の受光素子がマトリクス状に形成された固体撮像デバイスを有する撮像装置において、
前記撮像装置が設けられた支持部と、
前記撮像装置に撮像される被写体に光を照射する第1の光源と第2の光源からなる複数の光源とを備え、
第1の光源は前記撮像装置の受光面側に配置され、
第2の光源は前記撮像装置の裏面側に配置されることを特徴とする生体認証装置。 - 前記第1の光源は前記被写体を透過する範囲の光を放射し、
前記第2の光源は前記被写体に反射される範囲の光を放射することを特徴とする請求項1に記載の生体認証装置。 - 前記第1の光源を放射した時に前記被写体の静脈パターンを読み取り、
前記第2の光源を放射した時に前記被写体の指紋パターンを読み取ることを特徴とする請求項1又は2に記載の生体認証装置。 - 前記第1の光源は静脈認証用光を放射し、
前記第2の光源は白色光を含む光を放射することを特徴とする請求項1に記載の生体認証装置。 - 前記受光素子の受光面側に設けられ、各受光素子への光の入射角度を制約する視界制御材を更に備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の生体認証装置。
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JP2008021784A JP2009160349A (ja) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | 生体認証装置 |
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JP2008021784A JP2009160349A (ja) | 2008-01-31 | 2008-01-31 | 生体認証装置 |
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2008
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CN108346678A (zh) * | 2017-01-24 | 2018-07-31 | 联咏科技股份有限公司 | 光学传感器模块 |
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