JP2010009157A - Finger vein authentication device and information processor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a finger vein authentication device which is compact while maintaining authentication performance and to provide an information processor using this. <P>SOLUTION: The finger vein authentication device includes: a light source for emitting the rays of light toward the finger; an imaging part equipped with a plurality of imaging devices for imaging the inside of the finger by the rays of light; a lens part equipped with a lens array configured of a plurality of lens for imaging the rays of light from the finger on the imaging devices; and an image processing part for extracting the vein pattern of the finger from the image picked up by the imaging devices. The plurality of lenses are characterized in that the object point distances are made different according to the positions in the lens array. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は指静脈認証装置およびこれを用いた情報処理装置に係わり、特に、指静脈認証装置を小型化するための技術に関するものである。   The present invention relates to a finger vein authentication apparatus and an information processing apparatus using the same, and more particularly to a technique for reducing the size of a finger vein authentication apparatus.

さまざまなセキュリティ技術の中でも、指静脈は高精度な認証を実現できるものとして知られている。指静脈認証は、身体内部の指静脈パターンを使用するために優れた認証精度を実現し、かつ指紋認証に比べて偽造・改ざんが困難であることにより高度なセキュリティを実現できる。   Among various security technologies, the finger vein is known to be able to realize high-precision authentication. Finger vein authentication achieves excellent authentication accuracy because it uses a finger vein pattern inside the body, and can realize high security by being more difficult to forge and tamper than fingerprint authentication.

この種の指静脈認証の従来例として、例えば、特許文献１に記載の生体認証装置が知られている。この生体認証装置は、指を通過する光を照射する光源と、指を透過した光を撮像する撮像部と、指が所定位置に存在することを検知する指検知手段と、撮像部によって撮影された画像の中から指の占める領域を抽出する指領域抽出手段と、抽出された領域内部の特定部位の画質により撮像部における撮像素子の増幅率を変化させる利得変化手段と、を備えている。   As a conventional example of this type of finger vein authentication, for example, a biometric authentication device described in Patent Document 1 is known. This biometric authentication device is photographed by a light source that emits light passing through a finger, an imaging unit that captures light transmitted through the finger, finger detection means that detects that a finger is in a predetermined position, and an imaging unit. Finger area extracting means for extracting the area occupied by the finger from the image, and gain changing means for changing the amplification factor of the image pickup device in the image pickup section according to the image quality of the specific part inside the extracted area.

更に、生体認証装置の小型化を図るために、マイクロレンズアレイを用いた例が特許文献２に記載されている。   Further, Patent Document 2 describes an example using a microlens array in order to reduce the size of the biometric authentication device.

特開２００６−１５５５７５号公報JP 2006-155575 A 特開２００８−３６０５８号公報JP 2008-36058 A

指静脈認証は、掌静脈認証に比較して認証装置を小型化できる利点がある。しかしながら、近年では、携帯電話などの小型の情報処理装置を利用した電子商取引やオンラインバンクの普及により、指静脈認証装置をさらに小型化して装置に適用できるようにすることが望まれている。   Finger vein authentication has the advantage that the authentication device can be made smaller than palm vein authentication. However, in recent years, it has been desired that the finger vein authentication device can be further miniaturized and applied to the device by electronic commerce using a small information processing device such as a mobile phone and the spread of an online bank.

特許文献２に記載のように、小型化を実現するためにマイクロレンズを用いた場合、１つ１つのレンズの大きさが小さいために焦点深度が浅くなる。このように焦点深度が浅いレンズでは、鮮明な画像が得られる物点距離の範囲が狭くなるため、曲面により構成された被写体を撮影する場合、例えばマイクロレンズアレイの中心部のレンズと被写体との距離に物点距離をあわせたマイクロレンズアレイを用いると、周辺部の画像が不鮮明になってしまうという問題がある。このように一部が不鮮明な画像を用いて認証を行うと、認証性能が落ちてしまうため、撮像領域全体に渡って良好な解像度を得ることが求められる。   As described in Patent Document 2, when a microlens is used in order to reduce the size, the depth of focus becomes shallow because the size of each lens is small. In such a lens with a shallow depth of focus, the range of the object distance at which a clear image can be obtained is narrowed. Therefore, when photographing a subject constituted by a curved surface, for example, the center lens of the microlens array and the subject When a microlens array in which the object point distance is matched to the distance is used, there is a problem that an image in the peripheral portion becomes unclear. If authentication is performed using an image with a partially unclear image as described above, the authentication performance deteriorates. Therefore, it is required to obtain a good resolution over the entire imaging region.

そこで、本発明は、認証性能を保ちつつ、小型化可能な指静脈認証装置及びこれを備える情報処理装置を提供することを目的とするものである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a finger vein authentication device that can be downsized while maintaining authentication performance, and an information processing device including the finger vein authentication device.

本発明に係る指静脈認証装置は、指に向けて光を射出する光源と、前記光によって前記指の内部を撮像する撮像素子を複数備えた撮像部と、前記指からの前記光を前記撮像素子に結像する複数のレンズで構成されたレンズアレイを備えたレンズ部と、前記撮像素子によって撮像された画像から前記指の静脈パターンを抽出する画像処理部とを備え、前記複数のレンズは前記レンズアレイにおける位置に応じて物点距離が異なることを特徴とする。   The finger vein authentication device according to the present invention includes a light source that emits light toward a finger, an imaging unit that includes a plurality of imaging elements that image the inside of the finger with the light, and the imaging of the light from the finger. A lens unit including a lens array including a plurality of lenses that form an image on an element; and an image processing unit that extracts a vein pattern of the finger from an image captured by the image sensor. The object point distance varies depending on the position in the lens array.

本発明によれば、認証性能を保ちつつ、小型化可能な指静脈認証装置及びこれを備える情報処理装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a finger vein authentication apparatus which can be reduced in size while maintaining authentication performance, and an information processing apparatus provided with the same can be provided.

図１は、携帯電話やＰＣ（Personal Computer）などの小型の情報処理装置に搭載される指静脈認証装置の一例を示す概略図である。この図は、指静脈認証装置に指が搭載されている場合に、指先の方向から見た図を示している。図１において、指１の側面あるいは下方（指腹側）に設けられたＬＥＤ（Light Emitting Diode）２１、２１から光を指１内に照射される。指１の内部で拡散した光のうち静脈３を透過するか又は静脈３から反射する等して、指１の静脈３の形態（静脈パターン）を含む指の内部環境の影響を受けて、指３の外部に光（以下、この光を「透過光」という）が放出される。この透過光に基づく画像を、複数のレンズで構成されるマイクロレンズアレイ４を通し、撮像部５に結像させ、画像処理部（図示せず）において撮像部５によって撮像された画像から静脈パターンを抽出し、本人認証を行う。なお、撮像部５は、マイクロレンズアレイ４の複数のレンズ位置に対応して配置された複数のＣＭＯＳ等の撮像素子により構成される。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a finger vein authentication device mounted on a small information processing device such as a mobile phone or a PC (Personal Computer). This figure shows a view from the direction of the fingertip when a finger is mounted on the finger vein authentication device. In FIG. 1, light is irradiated into the finger 1 from LEDs (Light Emitting Diodes) 21, 21 provided on the side or lower side (finger belly side) of the finger 1. The light diffused inside the finger 1 is transmitted through the vein 3 or reflected from the vein 3, and the finger is affected by the internal environment of the finger including the form of the vein 3 (vein pattern). Light is emitted to the outside of 3 (hereinafter, this light is referred to as “transmitted light”). The image based on the transmitted light is imaged on the imaging unit 5 through the microlens array 4 including a plurality of lenses, and the vein pattern is obtained from the image captured by the imaging unit 5 in the image processing unit (not shown). And authenticate the person. Note that the imaging unit 5 includes a plurality of imaging elements such as CMOS arranged corresponding to a plurality of lens positions of the microlens array 4.

また、静脈３は指１の表皮から２ｍｍ〜４ｍｍの位置にあり、指１の横断面形状は上下につぶれた略楕円形状になっている事が一般的である。従って、静脈３の形状も略楕円形状となっている。そのため、マイクロレンズアレイ４の中心部のレンズと静脈３との距離だけに物点距離をあわせたレンズを用いると、周辺部の画像が不鮮明になってしまう。特に、指先から第１関節までは、第１関節から指の付根部分に比べて横断面の曲率が大きいため、この影響が大きくなるという問題がある。本例ではこの点を考慮し、マイクロレンズアレイ４における単レンズの物点距離が中心部と周辺部で異なるレンズで構成としている。以下図２を用いて詳細に説明する。   In addition, the vein 3 is generally 2 mm to 4 mm from the epidermis of the finger 1, and the cross-sectional shape of the finger 1 is generally an elliptical shape that is crushed up and down. Therefore, the shape of the vein 3 is also substantially elliptical. For this reason, if a lens in which the object point distance is matched only with the distance between the central lens of the microlens array 4 and the vein 3 is used, the peripheral image becomes unclear. In particular, from the fingertip to the first joint, the curvature of the cross section is larger than that from the first joint to the root portion of the finger, and there is a problem that this influence is increased. In this example, in consideration of this point, the object distance of the single lens in the microlens array 4 is configured by different lenses in the central portion and the peripheral portion. This will be described in detail with reference to FIG.

図２は、マイクロレンズアレイ４、撮像部５と指１の関係を示した図である。マイクロレンズアレイ４において、指１の中央部に位置する単レンズ４１の物点距離に比べ、指幅方向の周辺部に位置する単レンズ４２の物点距離を長くしている。例えば、周辺部に位置する単レンズ４２の結像位置Ｚ1は中央部に位置する単レンズ４１の結像位置Ｚ0に比べ遠くなっている。つまり、単レンズから撮像部５までの像点距離ｂは中央部及び周辺部全領域に渡って等しく、一方静脈３の位置Ｚから単レンズまでの物点距離ａは中心部に比べ周辺部では長くしたレンズで構成している。これにより、中心部だけでなく周辺部も含め、撮像領域全体に渡って良好な解像度を得ることができる。なお、中心部に比べ周辺部で物点距離を長くするために、例えば、中心部から離れるに従って単レンズの曲率を小さくし、レンズ形状がなだらかになるように構成する。また、レンズ形状を変えずに、屈折率を変えることにより、物点距離を長くするようにしても良い。 FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship among the microlens array 4, the imaging unit 5, and the finger 1. In the microlens array 4, the object point distance of the single lens 42 located in the peripheral part in the finger width direction is made longer than the object point distance of the single lens 41 located in the center part of the finger 1. For example, the imaging position Z 1 of the single lens 42 located in the peripheral part is farther than the imaging position Z 0 of the single lens 41 located in the central part. In other words, the image point distance b from the single lens to the imaging unit 5 is the same over the entire central part and the peripheral part, while the object point distance a from the position Z of the vein 3 to the single lens is smaller in the peripheral part than in the central part. It consists of a long lens. Thereby, it is possible to obtain a good resolution over the entire imaging region including not only the central part but also the peripheral part. In order to increase the object distance in the peripheral part as compared with the central part, for example, the curvature of the single lens is reduced as the distance from the central part increases, so that the lens shape becomes gentle. Alternatively, the object distance may be increased by changing the refractive index without changing the lens shape.

一方、このように物点距離を中心部に比べて長くしたレンズを周辺部で用いることにより、周辺部での倍率が中央部での倍率に比べ小さくなってしまうため、周辺部での輝度が劣化するという問題が発生する。この問題を解決するために、周辺部のレンズの口径を中央部のレンズの口径より大きくする。図３は、マイクロレンズアレイ４の上面斜視図の一例であり、指幅方向において中央部から周辺部に行くに従って、単レンズ口径Dは大きくなっている。このようにすることにより、撮像画面全領域に渡って均一な画像が得られる。   On the other hand, by using a lens with a longer object distance compared to the central part in this way, the magnification at the peripheral part becomes smaller than the magnification at the central part. The problem of deterioration occurs. In order to solve this problem, the aperture of the peripheral lens is made larger than the aperture of the central lens. FIG. 3 is an example of a top perspective view of the microlens array 4, and the single lens diameter D increases from the center to the periphery in the finger width direction. By doing so, a uniform image can be obtained over the entire area of the imaging screen.

以上説明したようにマイクロレンズアレイ４を構成することにより、指幅方向において中心部から周辺部にわたり、良好な解像度を得ることができる。しかし、静脈３をさらに鮮明に映し出すには、指１全体に力を入れず弛緩状況に近い状態にし、撮影することが理想的である。そのため、本例では、例えば図４に示すように、指長手方向で指中央部が高くなるように歪曲した指ガイド７を設け、ユーザが指ガイド７上に指１を載せることで、上述した理想形状に近い状態になるように促すことができる。なお、図４は、指静脈認証装置を指長手方向から見た図である。   By configuring the microlens array 4 as described above, good resolution can be obtained from the center to the periphery in the finger width direction. However, in order to display the vein 3 more clearly, it is ideal to take a picture in a state close to a relaxed state without applying force to the entire finger 1. Therefore, in this example, for example, as shown in FIG. 4, the finger guide 7 that is distorted so that the finger central portion is higher in the finger longitudinal direction is provided, and the user places the finger 1 on the finger guide 7 as described above. It can be urged to be close to the ideal shape. FIG. 4 is a diagram of the finger vein authentication device viewed from the finger longitudinal direction.

ここで、図４に示すように指ガイド７を設けた場合、マイクロレンズアレイ４の指長手方向の中央部に位置する単レンズ４１‘から静脈３までの距離に比べ、周辺部に位置する単レンズ４２’から静脈３までの距離が短くなり、周辺部に位置する単レンズ４２‘の結像位置Ｚ1’は中央部に位置する単レンズの結像位置Ｚ0 ‘に比べ撮像部５に近くなる。このため、指幅方向における単レンズと静脈３の距離だけを考慮して物点距離を設定すると、画像が不鮮明になる部分が出てくる可能性がある。また、一般的に、指の第１関節から指の付根部分は、指先から第１関節までと比べて、曲率が小さく、ほぼ平面になっている。そのため、第１関節から指の付根部分に対応する部分については、指長手方向における単レンズと静脈３の距離だけを考慮して物点距離を設定するようにしても良い。例えば、図４に示すように、単レンズから撮像部５までの像点距離ｂは中央部及び周辺部全領域に渡って等しく、一方静脈３の結像位置Ｚから単レンズまでの物点距離ａは中心部に比べ周辺部では短くしたレンズでマイクロレンズアレイ４を構成する。これにより、指１の形状を理想的な状態に保ちつつ、鮮明な静脈画像を得ることができ、認証性能を向上することができる。 Here, when the finger guide 7 is provided as shown in FIG. 4, the distance between the single lens 41 ′ located in the center of the microlens array 4 in the longitudinal direction of the finger and the vein 3 is smaller than the distance between the single lens 41 ′ and the vein 3. The distance from the lens 42 ′ to the vein 3 is shortened, and the imaging position Z 1 ′ of the single lens 42 ′ located in the periphery is closer to the imaging unit 5 than the imaging position Z 0 ′ of the single lens located in the center. Get closer. For this reason, when the object point distance is set in consideration of only the distance between the single lens and the vein 3 in the finger width direction, there is a possibility that an image becomes unclear. In general, the finger joint from the first joint of the finger has a smaller curvature and is almost flat compared to the finger joint to the first joint. Therefore, for the portion corresponding to the root portion of the finger from the first joint, the object point distance may be set considering only the distance between the single lens and the vein 3 in the finger longitudinal direction. For example, as shown in FIG. 4, the image point distance b from the single lens to the imaging unit 5 is the same over the entire area of the central part and the peripheral part, while the object point distance from the imaging position Z of the vein 3 to the single lens. a constitutes the microlens array 4 with lenses that are shorter in the peripheral part than in the central part. Accordingly, a clear vein image can be obtained while maintaining the shape of the finger 1 in an ideal state, and the authentication performance can be improved.

なお、指ガイド７は、例えば透明プラスチック材により構成される。この指ガイド７は、認証を行う際にユーザが指を理想的な形状に保つように促す機能を備えるだけでなく、マイクロレンズアレイ４を保護する機能を備える。また、所望の波長領域以外の光線を遮断するIRフィルタとして用いても良い。   The finger guide 7 is made of, for example, a transparent plastic material. The finger guide 7 has not only a function of prompting the user to keep the finger in an ideal shape when performing authentication, but also a function of protecting the microlens array 4. Moreover, you may use as IR filter which interrupts | blocks light rays other than a desired wavelength range.

また、マイクロレンズアレイ４の指長手方向の構成は図４の例に限定するものではなく、例えば図５に示すように構成しても良い。図５の例では、マイクロレンズアレイ４全体の形状が指長手方向で指中央部が面頂となり、周辺に行くに従って低くなる歪曲した形状とし、指ガイド７の形状に沿って変化した形状としている。そして、静脈３の結像位置Ｚから単レンズまでの物点距離ａは中央部及び周辺部全領域に渡って等しく、一方、単レンズから撮像部５までの像点距離ｂは中心部に比べ周辺部では短くしたレンズでマイクロレンズアレイ４を構成している。本例では、マイクロレンズアレイ４の形状が指１の形状に沿った形状となっているため、指１の関節部の折り曲げ角度が大きい状態でも、静脈３をより鮮明に映し出すことができる。また、マイクロレンズアレイ４だけでなく、撮像部５を、指ガイド７の形状に沿って歪曲した形状としても良い。   Further, the configuration of the microlens array 4 in the longitudinal direction of the finger is not limited to the example of FIG. 4, and may be configured as shown in FIG. 5, for example. In the example of FIG. 5, the overall shape of the microlens array 4 is a distorted shape in which the center of the finger is the top in the longitudinal direction of the finger and becomes lower toward the periphery, and the shape changes along the shape of the finger guide 7. . The object point distance a from the imaging position Z of the vein 3 to the single lens is the same over the entire central part and the peripheral part, while the image point distance b from the single lens to the imaging unit 5 is compared with the central part. The microlens array 4 is composed of a short lens at the peripheral portion. In this example, since the shape of the microlens array 4 is a shape along the shape of the finger 1, the vein 3 can be projected more clearly even when the bending angle of the joint portion of the finger 1 is large. In addition to the microlens array 4, the imaging unit 5 may have a shape that is distorted along the shape of the finger guide 7.

なお、図１や図４の例では、撮像部５はマイクロレンズアレイ４に対し単数の撮像素子で区切られた構成となっているが、撮像素子が複数で構成されていても良い。また、撮像部５はマイクロレンズアレイ４において、周辺部に位置する単レンズの光軸は中央部の単レンズ４とは平行で軸が揃っているが、これに限定するものではなく、内側に傾いていても良い。   In the example of FIGS. 1 and 4, the imaging unit 5 is configured to be separated from the microlens array 4 by a single imaging element, but a plurality of imaging elements may be configured. In the microlens array 4, the imaging unit 5 has an optical axis of a single lens located in the peripheral part parallel to the single lens 4 in the central part, and the axis is aligned. It may be tilted.

指静脈認証装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a finger vein authentication apparatus. マイクロレンズアレイ４、撮像部５と指１の関係を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship among a microlens array 4, an imaging unit 5, and a finger 1. マイクロレンズアレイ４の上面斜視図の一例である。2 is an example of a top perspective view of a microlens array 4. FIG. 指静脈認証装置の指長手方向から見た図である。It is the figure seen from the finger longitudinal direction of the finger vein authentication device. 指静脈認証装置の指長手方向から見た図である。It is the figure seen from the finger longitudinal direction of the finger vein authentication device.

符号の説明Explanation of symbols

１ 指、２１ ２２ 光源、３ 静脈、４ マイクロレンズアレイ、
４１ ４２ 単レンズ、５ 撮像部、６ 筐体、７ 指ガイド 1 finger, 21 22 light source, 3 vein, 4 microlens array,
41 42 Single lens, 5 imaging unit, 6 housing, 7 finger guide

Claims (6)

指に向けて光を射出する光源と、
前記光によって前記指の内部を撮像する撮像素子を複数備えた撮像部と、
前記指からの前記光を前記撮像素子に結像する複数のレンズで構成されたレンズアレイを備えたレンズ部と、
前記撮像素子によって撮像された画像から前記指の静脈パターンを抽出する画像処理部と、を備え、
前記複数のレンズは前記レンズアレイにおける位置に応じて物点距離が異なることを特徴とする指静脈認証装置。 A light source that emits light toward the finger;
An imaging unit including a plurality of imaging elements that image the inside of the finger with the light;
A lens unit comprising a lens array composed of a plurality of lenses for imaging the light from the finger on the imaging device;
An image processing unit that extracts a vein pattern of the finger from an image captured by the image sensor;
The finger vein authentication device, wherein the plurality of lenses have different object distances according to positions in the lens array. 前記複数のレンズは、前記レンズアレイにおける指幅方向の位置が中心部から離れるに従って物点距離が長くなっていることを特徴とする請求項１記載の指静脈認証装置。   2. The finger vein authentication device according to claim 1, wherein the plurality of lenses has an object point distance that increases as a position in a finger width direction in the lens array increases from a central portion. 前記複数のレンズは、前記レンズアレイにおける指長手方向の位置が中心部から離れるに従って物点距離が短くなっていることを特徴とした請求項１に記載の指静脈認証装置。   2. The finger vein authentication device according to claim 1, wherein the plurality of lenses has an object point distance that decreases as a position in a finger longitudinal direction in the lens array increases from a central portion. 請求項１または請求項２記載の指静脈認証装置は、指が搭載されるガイド部を備え、前記レンズアレイの指長手方向の形状は前記ガイド部の形状に沿って歪曲していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の指静脈認証装置。   The finger vein authentication device according to claim 1 or 2, further comprising a guide portion on which a finger is mounted, wherein the shape of the lens array in the finger longitudinal direction is distorted along the shape of the guide portion. The finger vein authentication device according to claim 1 or 2. 前記撮像部の形状は前記ガイド部の形状に沿って歪曲していることを特徴とする請求項４記載の指静脈認証装置。   The finger vein authentication device according to claim 4, wherein the shape of the imaging unit is distorted along the shape of the guide unit. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の指静脈認証装置を備えた情報処理装置。   An information processing apparatus comprising the finger vein authentication device according to any one of claims 1 to 5.
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