JP4508842B2

JP4508842B2 - アイリス情報センサ

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Publication number: JP4508842B2
Application number: JP2004332057A
Authority: JP
Inventors: 春雄伊藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: JP2006146335A

Description

本発明は、アイリス情報センサに関し、特に極座標状に画素を配置したエリアセンサ、すなわち極座標センサ、において、目のアイリス画像の中心と極座標センサの極とを一致させる場合に使用する位置誤差検出用センサの検出範囲を拡大してアイリス画像が確実に極座標センサ上に結像できるようにする技術に関する。

本願出願人は先に目のアイリスパターンを用いて個人識別などを行なうためのアイリス情報取得装置およびアイリス識別装置などに使用するため、極座標状に光電変換画素を配置した極座標センサを用いることを提案している。

この極座標センサは、極座標状に配列された光電変換画素群からなる撮像センサと、前記撮像センサ上に結像されたアイリス画像の中心と前記撮像センサの極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための中心位置誤差検出手段とを一体化して１つの基板上に形成したものである。このようなアイリス情報センサでは、目の表面からの反射光を受けて、前記中心位置誤差検出手段が撮像センサに結像されるアイリス画像の中心と撮像センサの極座標の極との間の位置誤差を示す信号を求め、この位置誤差検出手段で求めた誤差信号により撮像レンズの光軸シフトなどによってアイリス画像の中心を撮像センサの極座標の極に一致させるサーボ動作を行なう。これによって、アイリス画像の中心と撮像センサの極座標の極とを一致させることができ、極座標センサを用いてアイリス画像を的確に撮像することが可能になる。

特に、従来の位置誤差検出手段としては、極座標状に配置された光電変換画素群の中心部に４分割された位置誤差検出用フォトダイオード（ＰＤ）を形成し、該位置誤差検出用ＰＤの各素子の受光量の大きさに基づき位置誤差検出信号を得ていた。
特開２０００−３６０３６号公報

しかしながら、このような従来のアイリス情報センサにおいては、極座標状に配列された光電変換画素の中心部分にのみ位置誤差検出用４分割フォトダイオードを配置していたため、アイリス画像の中心と撮像センサの極座標の極とを位置合わせするために位置合わせサーボをかける場合、最初に何らかの手段で撮像センサのほぼ中心にアイリス画像が結像されるようにしないと、像中心が位置誤差検出用ＰＤの検出範囲に入らないため、位置合わせサーボを引き込むことができない。

すなわち、従来のアイリス情報センサでは位置合わせサーボの引き込み範囲が狭くならざるを得ない。ところが、引き込み範囲が狭いと、例えば、人のちょっとした動きにより目の位置がずれてアイリス画像の結像位置がずれてしまい、位置合わせサーボが外れてしまうという不都合があった。また、アイリス画像の中心が極座標センサの中心からずれている場合は、アイリス画像の中心を極座標センサの中心に引き込むこともできないという不都合があった。

したがって、本発明の目的は、このような従来技術における問題点に鑑み、極座標状に配列された光電変換画素群を備えた極座標センサにおいて、アイリス画像の中心と極座標センサの中心との位置合わせサーボの引き込み範囲を大きくすると共に、アイリス画像の中心と極座標センサの極との間との位置ずれが大きい場合にも迅速に位置合わせができるようにすることにある。

本発明の一態様によれば、原点から所定半径の中心エリアを除き極座標状に配列された複数の光電変換画素からなる撮像センサ部と、前記中心エリアに配置され、前記中心エリアにおいて目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第１の位置誤差検出部と、前記光電変換画素が配列された領域において前記光電変換画素の隙間の領域に分散配列され、前記光電変換画素が配列された領域において目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第２の位置誤差検出部と、を具備し、前記第１の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第１の４分割センサを構成し、前記第２の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第２の４分割センサを構成し、前記第２の４分割センサの４つの領域は、おのおの、前記第１の４分割センサの４つの領域に対応し、前記第１および第２の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさとを併せ用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させ、前記撮像センサ部の光電変換画素を順次走査してアイリス画像信号を読み出すことを特徴とするアイリス情報センサが提供される。

この場合、前記第１および第２の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさを示す位置誤差検出信号をそれぞれ所定の重みで重み付けした後合成して得た信号を用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させると好都合である。

本発明のさらに他の態様によれば、原点から所定半径の中心エリアを除き極座標状に配列された複数の光電変換画素からなる撮像センサ部と、前記中心エリアに配置され、前記中心エリアにおいて目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第１の位置誤差検出部と、前記光電変換画素が配列された領域において前記光電変換画素の隙間の領域に分散配列され、前記光電変換画素が配列された領域において目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第２の位置誤差検出部と、前記撮像センサ部の周囲に配置され、前記撮像センサ部の周囲の部分において目の表面からの反射光を受光して目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第３の位置誤差検出部と、を具備し、前記第１の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第１の４分割センサを構成し、前記第２の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第２の４分割センサを構成し、前記第３の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第３の４分割センサを構成し、前記第２の４分割センサの４つの領域は、おのおの、前記第１の４分割センサの４つの領域に対応し、前記第３の４分割センサの４つの領域は、おのおの、前記第１の４分割センサの４つの領域に対応し、前記第１、第２および第３の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさとを併せ用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させ、前記撮像センサ部の光電変換画素を順次走査してアイリス画像信号を読み出すことを特徴とするアイリス情報センサが提供される。

この場合、前記第１、第２および第３の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさを示す位置誤差検出信号をそれぞれ所定の重みで重み付けした後合成して得た信号を用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させると好都合である。

なお、前記光電変換画素は、おのおの、前記光電変換画素内における半径方向の重み付けのため、円周方向の幅が半径方向位置に応じて異なる形状を有し、該円周方向の幅は各光電変換画素内の半径方向位置の中央部において半径方向位置の両端部より大きいと好都合である。

また、前記第２の位置誤差検出部の複数の光電変換素子はおのおの前記光電変換画素の隙間の形状に対し相補形状を有すると好都合である。

本発明によれば、極座標センサの中心部に位置誤差検出部（第１の位置誤差検出部）を設けることに加えて、極座標センサの光電変換画素の配置されている領域において該光電変換画素の隙間にも第２の位置誤差検出用のフォトダイオードを配置し、前記中心部のフォトダイオードと合わせて位置誤差検出を行なうことにより、アイリス情報センサの位置合わせサーボの引き込み範囲を広くすると共に、引き込みが確実に行なわれるようにすることができる。また、このような構成により位置合わせサーボの引き込み動作を高速化することができる。

また、極座標センサの中心部に位置誤差検出用ＰＤを設けることに加えて、極座標センサの光電変換画素が配置された領域の外から集積回路チップのエッジ近くまでの領域に第３の位置誤差検出用ＰＤを配置することによって、集積回路チップ上のエリアを有効に利用しつつ位置合わせサーボの引き込み範囲を拡大しかつ引き込み速度を速めることができる。

さらに、極座標センサの中心部に設けた位置誤差検出用ＰＤに加えて、極座標センサの画素領域に配置された第２の位置誤差検出用ＰＤと極座標センサの周囲に配置された第３の位置誤差検出用ＰＤを合わせて形成することにより、位置合わせサーボの引き込み範囲を広くし、かつアイリス画像の中心と極座標センサの中心との位置関係がどのような状態にあっても迅速確実に位置合わせを行なうことが可能になる。これによって、センサ・チップの端に角膜反射の光点が入りさえすれば、光点を、すなわちアイリス画像の中心を極座標センサの中心に迅速に引き込みかつ保持することが容易に可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態につき説明する。図１は、本発明の一実施形態に係わるアイリス情報センサの概略の構成を示す。同図に示されるアイリス情報センサは、半導体などのセンサ・チップ基板（以下単に基板と称する）１の上に集積形成された極座標センサ部３を基本的構成要素として備えている。極座標センサ部３は、極座標の原点ｏを中心として極座標状に配列された複数の光電変換画素５を備えている。ただし、極座標の原点ｏから所定半径の中心エリア７には光電変換画素は配置されていない。光電変換画素５は、例えばフォトダイオードからなり、目のアイリス画像を撮像するためのものである。

中心エリア７には位置誤差検出用の４分割フォトダイオード（ＰＤ）センサ９が形成されている。この位置誤差検出用ＰＤセンサ９は、例えば、原点ｏを頂点とする頂角が９０°の４つの扇形領域に分割されたフォトダイオードからなる。本実施形態では、基板１として正方形の基板を使用し、４分割ＰＤセンサ９はこの基板１の対角線に沿って分割されている。もちろん、４分割ＰＤセンサ９は、基板１の対角線ではなく、例えば基板１の各辺に平行な線、すなわち図１の水平および垂直方向の線に沿って分割してもよい。

極座標センサ部３の外側には、極座標センサ部３からの画像信号を読み出しかつ処理するための各種の回路要素が形成されている。例えば、参照数字１１で示される一対の短冊状の部分は、極座標センサ部３からの読出し画像信号を一時記憶するための読出し電位保持用容量であり、一対の容量が１つの画素に対応する。読出し電位保持用容量１１は極座標センサ部３の１つの半径位置の１周分の画素からの画像電荷を保持できる数だけ設けられている。前記一対の容量は、例えば、一方の容量が画素のリセット直後の電位を保持し、他方の容量が画像光を受光した後の画素の電位、すなわち、チャージ後の電位、を保持し、これらの両方の容量の電位の差を画素からの読出し信号として使用する。

なお、各々の一対の読出し電位保持用容量の間の楔形の領域１３は、後に詳細に説明するように、例えば、前述の位置誤差検出用４分割ＰＤセンサ９と合わせて使用され、極座標センサ部３上に結像されたアイリス画像の中心と極座標センサの極座標の極との間の位置誤差を検出するための第２の位置誤差検出用ＰＤセンサの一部を形成するものとされる。

また、参照数字１５は、読出し電位保持用容量１１を介して読み出された画像信号を外部に出力するためのＭＯＳトランジスタアレイを含むスイッチング回路その他を配置した出力選択処理回路を示している。ただし、これらの回路の動作は、本発明に直接関連する部分ではないので、詳細な説明は省略する。

前記出力選択処理回路１５の外側から基板１の周辺エッジ部分に至る空き領域には、第３の中心位置誤差検出用４分割ＰＤセンサ１７が形成されている。第３の位置検出用４分割ＰＤセンサ１７は、極座標センサ部３および関連する画像読出し回路を含む領域の外側の基板１の空き領域の全部または一部を利用して形成されている。そして、極座標センサ部３および関連回路は一般に円形に形成され、ＬＳＩチップの基板１は方形であるため、両者の隙間を利用して位置誤差検出用ＰＤセンサを形成するものであり、これによって後にも説明するように基板１上のエリアを有効利用しかつ引き込み範囲をより拡大できる。

また、極座標センサ部３の各画素５の隙間には第２の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９が形成される。すなわち、図２にも部分的に示されるように、第２の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９は、各画素が形成される領域５ａの間の領域を埋めるように形成される。各々の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９は三角形の形状を有し、２つが向き合って略菱形形状となり、極座標センサ部３の光電変換画素５の間の菱形の領域を埋めている。各位置誤差検出用ＰＤセンサ１９は三角形の形状を有するが、これは配線およびその他の素子、例えば画素読出しリセット用トランジスタを配置するためのものである。したがって、配線などに支障がなければ各々の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９は菱形の形状にすることもできる。

これらの第２の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９の各ＰＤは前記第１の位置誤差検出用の４分割ＰＤセンサ９の分割に対応して、極座標の原点ｏを頂点とする９０°の頂角の扇形の範囲にあるものを図示しない配線などにより一緒に接続し、４分割センサを構成する。

また、前述のように読出し電位保持用容量１１（図１）の間に楔形に形成されたフォトダイオード１３も位置誤差検出用ＰＤセンサとして使用することができる。フォトダイオード１３は、極座標センサ部３の画素の間に配置された第２の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９と一緒に接続して第２の位置誤差検出用ＰＤセンサの一部を形成するよう構成すると好都合である。ただし、フォト・ダイオード１３を第３の位置誤差検出用ＰＤセンサ１７と接続して、第３の位置誤差検出用ＰＤセンサの一部として使用することもできる。

図３は、極座標センサ部３の各光電変換画素５の付近の構成を示す。同図に示されるように、極座標センサ部３の各光電変換画素５は略菱形形状を有する。これは、後に説明するように、例えば目の瞳径を可視光でコントロールして、極座標センサ部３の半径方向の画素数を最小化する構成の場合には、半径方向の重み付けを画素自身で行なえるようにすると好都合であるためである。すなわち、各画素５において、半径方向のほぼ中央部付近は画素の幅が大きく、半径方向の中央付近から遠ざかるに応じて画素の幅が小さくなる形状とし、画素の半径方向中央付近で最も画素出力が大きくなるように重み付けするものである。このような構成によって、例えば、瞳径の変化による各リングの分割位置の微妙な誤差があっても、あるいはステアリング誤差が多少あっても、すなわち極座標センサ部３の中心とアイリス画像の中心とが多少ずれていても、識別の誤拒絶率の増大を防止することが可能になる。

そして、このような略菱形の画素５の隙間の部分には前述のように位置誤差検出用ＰＤ１９が形成されている。位置誤差検出用ＰＤ１９は前述のように略三角形の形状を有し、２つの位置誤差検出用ＰＤ１９を合わせて略菱形とし、各画素５の間の菱形の相補的な隙間を埋めている。また、各画素５の例えば外側の位置誤差検出用ＰＤ１９の外側には画素読出し／リセット用トランジスタ部２１が形成されている。画素読出し／リセット用トランジスタ部２１は、例えばアイリス画像信号の読出しおよび画素５の電荷のリセットを行なうものである。画素読出し／リセット用トランジスタ部２１は、各画素毎に設けられるが、画素の読出しおよびリセット動作は、例えば、等半径の画素毎に同時に行なうと好都合である。

本実施形態では、図３に示す各構成要素、すなわち画素５、各々三角形の２つの位置誤差検出用ＰＤ、および画素読出し／リセット用トランジスタ部２１を合わせて１つの単位画素ユニットを構成する。このような単位画素ユニットを図１に示されるように極座標状に配置する。

図４は、図１に示されるアイリス情報センサを使用したアイリス認識システムすなわちアイリス情報取得装置の全体構成を示す。図４において、このアイリス認識システムは、まず２つの広角カメラ４１ａ，４１ｂおよびズームカメラ４７を具備する。広角カメラ４１ａ，４１ｂは、認識対象の人の目の画像を各ＣＣＤ４２ａ，４２ｂによって撮像し、撮像した信号のノイズをＣＤＳ回路４３ａ，４３ｂによって低減して得た画像信号をアイリス獲得コントローラ４６に送出する。なお、広角カメラ４１ａ，４１ｂは、制御部４４ａ，４４ｂが生成する同期制御信号をもとに、ＣＣＤ４２ａ，４２ｂを駆動制御するＣＣＤドライバ４５ａ，４５ｂを制御するとともに、ＣＤＳ回路４３ａ，４３ｂの処理動作を制御している。

図４のシステムはまたアイリス獲得コントローラ４６を具備する。アイリス獲得コントローラ４６は、広角カメラ４１ａ，４１ｂから入力された画像信号をもとに、認識対象の人の目の３次元位置を特定し、この特定した結果を示す信号またはデータをズームカメラ４７に出力する。

ズームカメラ４７は、この３次元位置をもとに、ステアリングモータ４７ｂを駆動制御してミラー４８ｃを動かし、ズームカメラ４７の撮像方向を人の目の方向に向ける。また、ズームカメラ４７は、ズームレンズ光学系４８を駆動するズーム／フォーカスモータ４７ａを制御して人の目の３次元位置に合焦させるとともに、撮像対象のアイリス画像がセンサ４０、例えば図１に示すアイリス情報センサ、の撮像領域に一致するようにズーム量を調整する制御を行う。ズームカメラ４７内のアイリス取得部５０は、センサ４０が撮像したアイリス画像とセンサとの位置誤差およびフォーカス誤差情報をアイリス獲得コントローラ４６に送出する。

アイリス獲得コントローラ４６は、上述したアイリス部の情報が得られるまで上述したカメラ系各部をサーボコントロールする。アイリス部の情報が得られると、この情報、すなわちアイリスコード、を内臓あるいは図示しないホストコンピュータが保持している予め登録されたアイリスコードと照合し、あるいはホストコンピュータに照合させる。なお、ホストコンピュータがカメラ系各部の制御を行なってもよいし、アイリス取得部５０の各誤差信号によりセンサ部自身で制御を行なってもよい。

なお、図４の構成においては、撮像対象のアイリス画像がセンサ４０の撮像領域に一致するように撮像画像の大きさを調整するズームレンズ光学系４８を備えている。しかしながら、本発明はこのようなズームレンズ光学系４８を使用せず、例えば単焦点のレンズを使用してもよいことは明らかである。例えば、カメラの前面の所定位置にのぞき穴などを設け、被識別対象者にこののぞき穴からカメラのレンズ部を見るよう指示する構成、いわゆるのぞき込み方式、などでは、カメラと目との間の距離をほぼ所定値に設定することができる。したがって、このような場合はズームレンズを使用しなくとも撮像対象のアイリス画像をセンサ４０の撮像領域にほぼ一致させることができる。また、この場合はカメラに対する目の位置もほぼ所定の位置関係に規制されるので、図４における広角カメラ４１ａ，４１ｂなどを使用しない構成も可能である。

また、図４の構成においては、ミラー４８ｃを動かしてズームカメラ４７の撮像方向を目の方向に向けている。ただし、本発明はミラーの代わりに、ＶＡＰ（可変頂角プリズム）や撮像レンズあるいはその一部を光軸に直角方向にシフトさせることによって目の位置合わせを行なうこともできる。

なお、レンズシフトを使用して目の位置合わせを行なう構成では、レンズの位置を検出するセンサを使用している場合には、該センサの出力からレンズのシフト分の大きさおよび方向を知ることができる。したがって、例えば、音声ガイドなどを使用して、撮像対象の人に目の位置を所望の方向に移動してもらうよう促すことにより、レンズシフト量を少なくしあるいはゼロとなるよう制御することができる。これによって、撮像レンズなどの光学部品として比較的低価格のものを使用できる。すなわち、レンズシフトした場合にも高い解像度を維持するような高価な撮像レンズを使用する必要がなくなり、レンズシフトがほぼゼロの位置でのみ所望の解像度が得られるような低価格の撮像レンズを使用することが可能になる。

ここで、アイリス獲得コントローラ４６がアイリス取得部５０から受けるアイリス部の情報は、アイリス取得部５０によって２値化されたアイリスコードとなっている。このアイリス取得部５０の詳細構成について図５を参照して説明する。

図５は、図１に示されるアイリス情報センサ４０を使用したアイリス取得部５０の概略の構成を示す。アイリス情報センサ４０は、図１に示すものと同じ構成を有するものでよいが、図５においては構成を概略的に表示している。すなわち、センサ４０は、極座標状に配列された複数の光電変換画素からなる極座標センサ部３と、極座標センサ部３の中心エリア７に配置された第１の位置誤差検出部９と、図示しない第２および／または第３の位置誤差検出部を有する。極座標センサ部３の各光電変換画素は、フォトダイオードで構成してもよく、ＣＣＤ撮像素子によって構成してもよく、あるいはＭＯＳ型の撮像素子その他の光電変換素子で構成してもよい。

図５の装置は、また、センサ４０の光軸上に設けられ人間の目を可視光で照明する照明用のＬＥＤ（発光ダイオード）５１を有する。なお、ＬＥＤ５１の発光面はセンサ４０の受光面と光学的に位置をずらすことにより、ＬＥＤ５１が人間の目を的確に照明できるように構成すると好都合である。なお、照明手段としてはＬＥＤ５１の他に、ＥＬ（電界発光）素子その他任意のものが使用できる。

図５の装置は、さらに、アイリス内径検出回路５２を有する。アイリス内径検出回路５２は、撮像したアイリス画像における半径方向の瞳とアイリスとの境界をレベル変化によって検出し、すなわちエッジ検出を行ない、その結果からアイリス画像の内径を求める。この場合、極座標センサ部３の最も内周に配置された画素、例えば図１では三角形の最内周のエッジ検出用画素、も該画素より外側に配置された画素との間でレベル変化の検出のために使用して瞳とアイリスとの境界の検出を行なうことができる。

図５の装置は、さらにアイリス外径検出回路５３を有し、該アイリス外径検出回路５３も同様に、撮像したアイリス画像におけるアイリスの外周縁をレベル変化によって検出し、すなわちエッジ検出を行ない、その外径を求める。このエッジ検出のためには、極座標センサ部３の最外周に配置された画素、図１では三角形の最外周のエッジ検出用画素、も使用することができ、該画素と該画素より内周に配置された画素との検出信号のレベル変化によってエッジ検出を行なうことができる。

また、アイリス外径検出回路５３は、ズーム誤差信号をアイリス獲得コントローラに出力する。なお、アイリス内径検出回路５２は、前述のようにアイリスの内径を検出するが、この検出した内径と極座標センサ部３の内周縁とのずれ、すなわち瞳径誤差信号を生成し、アイリス獲得コントローラ４６に送出する。

アイリス獲得コントローラ４６は、この瞳径誤差信号がなくなるようにＬＥＤ５１の明るさを制御する。すなわち、瞳径が極座標センサ部３の内周縁よりも大きい場合には、ＬＥＤ５１の明るさを増し、瞳径が極座標センサ部３の内周縁よりも小さい場合にはＬＥＤ５１の明るさを減じる制御を行なう。もちろん、瞳径誤差信号に基づき直接ＬＥＤ５１の明るさを制御してもよい。

これにより、瞳径は、常に極座標センサ部３の内周縁に一致し、また、ステアリング誤差信号、ズーム誤差信号などによって、極座標センサ部３の外周縁はアイリスの外径に一致するため、撮像対象のアイリス部は、極座標センサ部３上の画素配列パターンに常に一致して撮像されることになる。

したがって、極座標センサ部３の各画素の半径方向幅を必要な分解能例えば８等分に分割しておけばよく、極座標センサ部３からの撮像信号を用いてそのままアイリスコードを生成することができる。

センサ４０からの撮像信号はハイパスフィルタ５４に送られる。ハイパスフィルタ５４によって撮像信号の高域成分レベルを取り出し、フォーカス制御信号として出力する。上述のようなステアリング誤差信号、ズーム誤差信号、およびフォーカス制御信号は、それぞれアイリス獲得コントローラ４６に送られる。アイリス獲得コントローラ４６は、上述したようにズームカメラ内のステアリングモータおよびズーム／フォーカスモータを制御することによって撮像対象のアイリスをセンサ４０（極座標センサ部３）の中心に一致させると共に、アイリスの外径をセンサ４０（極座標センサ部３）の外周縁に一致させ、かつ合焦処理を行なわせる。

タイミングジェネレータ５８は、センサ４０のドライバ５９を駆動させ、各リング毎にθ方向（回転方向）に画素信号を出力させる走査を行なう。前述のフィードバック処理による微調整を行なうことによって適正な撮像が可能な状態になると、各画素からの出力信号は撮像信号としてバンドパスフィルタ５５に送られる。バンドパスフィルタ５５は、送られた画素出力信号の変化点、すなわちアイリスパターンのθ方向の変化を抽出する。さらに、２値化回路５６は、抽出された信号に対して、内在するコンパレータによって２値化処理を行なったアイリスコードを生成する。そして、このアイリスコードはラッチ回路５７を介してアイリス獲得コントローラ４６に送られる。アイリス獲得コントローラ４６は、上述したように各リング帯のアイリスコードと、ホストコンピュータに予め登録されたアイリスコードとの比較を行ない、個人認証を行なう。なお、アイリスコードはセキュリティ確保のために暗号化または符号化して各回路装置間を伝送することが好ましい。

なお、上述の方法によれば、センサ４０として半径方向の画素数が多いものを使用して各リング帯に分割する必要がなく、しかもアイリスの中心が決定されているので、アイリス画像を予め登録しておくことにより、非常に簡単なパターンマッチングによって認証処理を行なうことができる。すなわち、アイリスの内径と外径とが既知であるので、アイリスの中心で回転することのみによってパターンマッチングを行なうことができ、比較速度を格段に向上させることができる。

次に、再び図１をも参照して、センサ４０の各々の位置誤差検出用ＰＤセンサを用いた動作につき説明する。センサ４０は、前述のように中心部に第１の位置誤差検出用の４分割ＰＤセンサ９を有し、画素エリアには第２の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９が形成され、かつ極座標センサの外側には第３の位置誤差検出用ＰＤセンサ１７が形成されている。

これらの各位置誤差検出用ＰＤセンサの内、少なくとも第１の位置誤差検出用ＰＤセンサ９と他の第２または第３の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９または１７とを合わせ用いてステアリング誤差信号を生成する。あるいは、第１、第２および第３の位置誤差検出用ＰＤセンサを合わせ使用してステアリング誤差信号を生成してもよい。それぞれの位置誤差検出用ＰＤセンサの出力は、例えばそれぞれ所定の抵抗値を有する抵抗器を介して加算され、合成ステアリング誤差信号を生成する。すなわち、各位置誤差検出用ＰＤセンサに所定の重み付けをして加算し合成ステアリング誤差信号を生成する。

ただし、図１のセンサの構成では、極座標の極ｏから外周になる程各位置誤差検出用ＰＤセンサの面積が大きくなり、すなわち光電流が大きくなる。したがって、各位置誤差検出用ＰＤセンサの重み付けを行なわなくても、すなわち各位置誤差検出用ＰＤセンサの出力を同じ利得で加算しても、外周程大きなステアリング誤差信号が得られ、アイリス画像の光点をセンサ中心に位置合わせする場合に、外周程サーボ利得が大きくなり高速度の位置合わせを行なうことが可能になる。ただし、所望の利得に応じて各位置誤差検出用ＰＤセンサの出力信号の利得を調整してもよい。

なお、センサ４０の中心部に設けられた第１の位置誤差検出用ＰＤセンサ９は、主として位置合わせサーボの引き込み後の画像位置の保持用に使用され、一方他の第２および／または第３の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９および／または１７は、主として位置合わせサーボの引き込み用に用いることができる。したがって、第２および／または第３の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９および／または１７によって画像位置の引き込みが行なわれた後に、第１、第２および第３の位置誤差検出用ＰＤセンサの出力の重み付け量を切り換えてもよい。例えば、引き込み前は第２および第３の位置誤差検出用ＰＤセンサ１９および１７の出力の利得を大きくしておき、引き込み後はこれらをより小さな値とし、代わりに第１の位置誤差検出用ＰＤセンサ９の出力利得を大きくしてもよい。これによって、アイリス画像の引き込みを高速で行ないかつ安定に画像位置を保持することが可能になる。

このような位置誤差検出用ＰＤセンサによって、ズームカメラのステアリングを行なうようにすると好都合である。すなわち、ＬＥＤ５１（図５）が発光した光が目の表面で反射され各位置誤差検出用ＰＤセンサで受光される。そして、位置誤差検出用ＰＤセンサは極座標の極ｏを中心として４分割されているので、各分割されたセグメント部分における受光量の差をステアリング誤差信号としてアイリス獲得コントローラに送ってステアリング制御を行なう。したがって、位置誤差検出用ＰＤセンサによって生成した合成ステアリング誤差信号を直接ステアリングモータにフィードバックしてサーボ制御を行なうことが可能となり、システムの小型化、高性能化を図ることが可能になる。

特に、図１に示されるセンサを用いることにより、引き込み範囲が極めて広くなり、センサ・チップの端に角膜反射の光点が入りさえすれば、光点を、従って目のアイリス画像の中心を迅速かつ的確にセンサ中心に引き込み、かつ保持することが容易に可能となる。

なお、図６は、図５の装置におけるセンサ４０などと目の位置関係の一例を示す。同図に示されるように、照明用のＬＥＤ５１から放射された照明光６１は撮像レンズ６３を介して目に照射される。この照射された光の強さに応じて目の瞳径が制御される。制御された瞳径を有するアイリスの像が撮像レンズ６３を介してセンサ４０上に結像される。また、反射光６５はＬＥＤ５１からの目による反射光がフォトダイオード上に照射される様子を示す。

上述の構成では、位置誤差検出用ＰＤセンサのフォトダイオードは、センサ４０の中心エリアの他に、画素エリアおよび／またはセンサの周辺部にも配置されている。これによって、角膜反射の光点が始めにセンサ４０の中心エリアになくても、位置合わせサーボによって迅速に中心位置合わせを行なうことが可能になる。

本発明はＡＴＭのような高い信頼性と高い利便性とを備えて個人識別を行なう必要がある装置に適用可能であり、そのような装置におけるアイリス情報取得装置およびアイリス識別装置などの操作性を改善し実用性を高めることが可能である。

本発明の一実施形態に係わるアイリス情報センサのチップ上の概略の構成を示す説明図である。図１に示されるアイリス情報センサの位置誤差検出用フォトダイオード（ＰＤ）センサ部分の詳細な構成を示す説明図である。図１のアイリス情報センサの各画素部分の概略の構成を示す説明図である。本発明に係わるアイリス情報センサを用いたアイリス情報取得装置の概略の構成を示すブロック図である。図４のアイリス情報取得装置におけるアイリス取得部の概略の構成を示すブロック図である。本発明に係わるアイリス情報センサの使用状態の様子を示す説明図である。

符号の説明

１基板
３極座標センサ部
５光電変換画素
７中心エリア
９第１の位置誤差検出用ＰＤセンサ
１１読出し電位保持用容量
１３ＰＤセンサ領域
１５出力選択処理回路
１７第３の位置誤差検出用ＰＤセンサ
１９第２の位置誤差検出用ＰＤセンサ
２１画素読出し／リセット用トランジスタ部
４０アイリス情報センサ
４１ａ，４１ｂ広角カメラ
４６アイリス獲得コントローラ
４７ズームカメラ
４７ａズーム／フォーカスモータ
４７ｂステアリングモータ
４８ズームレンズ光学系
４８ｃミラー
５０アイリス取得部
５１発光ダイオード
５２アイリス内径検出回路
５３アイリス外径検出回路
５４ハイパスフィルタ
５５バンドパスフィルタ
５６２値化回路
５７ラッチ回路
５８タイミングジェネレータ
５９ドライバ
６１照明光
６３撮像レンズ
６５反射光
１０１アイリス

Claims

原点から所定半径の中心エリアを除き極座標状に配列された複数の光電変換画素からなる撮像センサ部と、
前記中心エリアに配置され、前記中心エリアにおいて目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第１の位置誤差検出部と、
前記光電変換画素が配列された領域において前記光電変換画素の隙間の領域に分散配列され、前記光電変換画素が配列された領域において目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第２の位置誤差検出部と、
を具備し、
前記第１の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第１の４分割センサを構成し、
前記第２の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第２の４分割センサを構成し、
前記第２の４分割センサの４つの領域は、おのおの、前記第１の４分割センサの４つの領域に対応し、
前記第１および第２の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさとを併せ用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させ、前記撮像センサ部の光電変換画素を順次走査してアイリス画像信号を読み出すことを特徴とするアイリス情報センサ。
前記第１および第２の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさを示す位置誤差検出信号をそれぞれ所定の重みで重み付けした後合成して得た信号を用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させることを特徴とする請求項１に記載のアイリス情報センサ。
原点から所定半径の中心エリアを除き極座標状に配列された複数の光電変換画素からなる撮像センサ部と、
前記中心エリアに配置され、前記中心エリアにおいて目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第１の位置誤差検出部と、
前記光電変換画素が配列された領域において前記光電変換画素の隙間の領域に分散配列され、前記光電変換画素が配列された領域において目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第２の位置誤差検出部と、
前記撮像センサ部の周囲に配置され、前記撮像センサ部の周囲の部分において目の表面からの反射光を受光して前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記撮像センサ部の極座標の極との間の誤差の方向と大きさとを求めるための複数の光電変換素子からなる第３の位置誤差検出部と、
を具備し、
前記第１の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第１の４分割センサを構成し、
前記第２の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第２の４分割センサを構成し、
前記第３の位置誤差検出部の複数の光電変換素子は前記原点を頂点とする４つの領域に分割された第３の４分割センサを構成し、
前記第２の４分割センサの４つの領域は、おのおの、前記第１の４分割センサの４つの領域に対応し、
前記第３の４分割センサの４つの領域は、おのおの、前記第１の４分割センサの４つの領域に対応し、
前記第１、第２および第３の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさとを併せ用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させ、前記撮像センサ部の光電変換画素を順次走査してアイリス画像信号を読み出すことを特徴とするアイリス情報センサ。
前記第１、第２および第３の位置誤差検出部で求めた前記誤差の方向と大きさを示す位置誤差検出信号をそれぞれ所定の重みで重み付けした後合成して得た信号を用いて、目のアイリス領域からの画像光を、前記撮像センサ部に結像されるアイリス画像の中心と前記極座標センサの極座標の極とが一致するように前記撮像センサ部に引き込みかつ保持して結像させることを特徴とする請求項３に記載のアイリス情報センサ。
前記光電変換画素は、おのおの、前記光電変換画素内における半径方向の重み付けのため、円周方向の幅が半径方向位置に応じて異なる形状を有し、該円周方向の幅は各光電変換画素内の半径方向位置の中央部において半径方向位置の両端部より大きいことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のアイリス情報センサ。
前記第２の位置誤差検出部の複数の光電変換素子はおのおの前記光電変換画素の隙間の形状に対し相補形状を有することを特徴とする請求項５に記載のアイリス情報センサ。