JP5169940B2

JP5169940B2 - 撮像装置及び認証装置

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Publication number: JP5169940B2
Application number: JP2009076198A
Authority: JP
Inventors: 栄二神田; 司江口; 泰徳日吉; 泰土屋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: US20100245556A1; JP2010231336A; US8811682B2

Description

本発明は、撮像装置及び認証装置に関する。

利用者を識別する技術として、指紋あるいは指静脈パターンを撮像し、撮像した画像から特徴データを抽出し、既登録の参照データと照合することが知られている。指紋と静脈の双方を用いて、利用者を識別する場合には、より正確に識別することが可能となる。
このように指紋と静脈を用いて個人を識別して認証する装置として、特許文献１には、指先の指紋用のセンサと指静脈用のセンサとを各々設け、それらのセンサの出力信号に基づいて認証を行う技術が開示されている。

特開２００８−１０２７２８号（図１参照）

しかしながら、従来の技術では指紋用のセンサと指静脈用のセンサとを個別に設けたので、スペースが大きくなるといった問題があった。また、部品点数が増加し製造コストが上昇するといった問題もあった。さらに、２種類のセンサを個別に駆動する必要があったので、消費電流が大きくなるといった問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、小型化、構成の簡素化、及び消費電流の低減を解決課題とする。

以上の課題を解決するために、本発明に係る撮像装置は、複数の画素回路が形成され、指紋を読み取るための指紋読み取り領域と、静脈を読み取るための静脈読み取り領域とを備える第１基板と、前記複数の画素回路を駆動して対象を撮像した撮像信号を生成する駆動手段と、一方の面が指を置く撮像面となり、他方の面の前記指紋読み取り領域に対応する部分に、可視光の波長領域と比較して近赤外線の波長領域における光を低減させる第１フィルタが形成され、前記他方の面の前記静脈読み取り領域に対応する部分に、近赤外線の波長領域と比較して可視光の波長領域における光を低減させる第２フィルタが形成された第２基板と、前記第１フィルタから前記撮像面に向かう可視光領域の光を照射する第１光源と、前記第２フィルタから前記撮像面に向かう赤外光領域の光を照射する第２光源とを備えることを特徴とする。
この撮像装置によれば、１つの基板上に指紋読み取り領域と静脈を読み取るための静脈読み取り領域とを備えるので、指紋用のセンサと指静脈用のセンサとを個別に設ける場合と比較して、小型化を図ることができる。また、部品点数を削減して製造コストを下げることも可能となる。さらに、個別のセンサを駆動する必要もないので、消費電力を低減することができる。また、上述した撮像装置において、前記第1光源は可視光領域の光を照射し、前記第２光源は近赤外線領域の光を照射すること好ましい。これにより、指紋と静脈の検出精度を向上させることができる。

上述した撮像装置において、指を置く撮像面と前記指紋読み取り領域との間に形成された第１フィルタと、前記撮像面と前記静脈読み取り領域との間に形成された第２フィルタとを備え、前記第１フィルタは、可視光の波長領域と比較して近赤外線の波長領域における光を低減させ、前記第２フィルタは、近赤外線の波長領域と比較して可視光の波長領域における光を低減させることが好ましい。
指紋は人体の表皮の凹凸であるため、表皮で光を反射させることによって読み取ることが可能である。このため、人体の内部に入らない可視光を用いて読み取ることが好ましい。一方、静脈は人体の内部にあるため、光が人体の内部に入射される必要がある。このため、透過力が強い赤外線が好ましい。この発明によれば、第１フィルタと第２フィルタとを用いて光をフィルタリングするので、指紋と静脈の検出精度を向上させることができる。

また、上述した撮像装置において、前記指紋読み取り領域と前記第1フィルタとの間を通って前記第1フィルタに向けて光を照射する第1光源と、前記静脈読み取り領域と前記第２フィルタとの間を通って前記第２フィルタに向けて光を照射する第２光源とを備えることが好ましい。
あるいは、前記基板の下に設けられ、前記第1フィルタに向けて光を照射する第1光源と、前記基板の下に設けられ、前記第２フィルタに向けて光を照射する第２光源とを備えるものであってもよい。この場合には、第１光源及び第２光源が平面的に見て基板と重なった領域にあるので、撮像装置を平面方向に小型化できる。

また、上述した撮像装置において、前記指紋読み取り領域は短冊状に形成され、前記静脈読み取り領域は短冊状に形成され、前記短冊状の指紋読み取り領域と前記短冊状の静脈読み取り領域とが互い違いに配置されてもよい。この場合、第１フィルタは指紋読み取り領域と同様に短冊状に形成され、第２フィルタは静脈読み取り領域と同様に短冊状に形成される。これにより、指紋の画像と静脈の画像とが短冊状の混在する画像を撮像することができる。この結果、指紋と静脈との相対的な位置関係を認証に利用することが可能となり、セキュリティをより向上させることが可能となる。

また、上述した撮像装置において、前記第１光源及び前記第２光源の替わりに、前記指紋読み取り領域及び前記静脈読み取り領域を通って、前記第1フィルタ及び前記第２フィルタに向けて光を照射する第３光源を備え、前記第３光源は可視光領域及び近赤外線領域の光を照射することが好ましい。この場合には、光源の数を一つにできるので、部品点数を削減でき、コストを下げることができる。

次に、本発明に係る認証装置は、上述した撮像装置と、前記撮像信号に基づいて、利用者の指紋の特徴を示す指紋データと、前記利用者の静脈の特徴を示す静脈データとを生成する生成手段と、生成された指紋データと予め登録された基準指紋データとを比較し、生成された静脈データと予め登録された基準静脈データとを比較する比較手段と、前記指紋データと基準指紋データとが一致し、且つ前記静脈データと前記基準静脈データとが一致した場合に、正当な利用者であることを認証する認証手段とを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、指紋と静脈の双方で認証を行うので、セキュリティを向上させることができる。

本発明の実施形態に係る認証装置の構成を示すブロック図である。実施形態の画素回路の構成を示す回路図である。実施形態の撮像装置を模式的に説明するための説明図である。撮像された画像の一例を示す説明図である。変形例の撮像装置を模式的に説明するための説明図である。変形例の撮像装置を模式的に説明するための説明図である。変形例の撮像装置を模式的に説明するための説明図である。変形例の撮像装置を模式的に説明するための説明図である。応用例に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。図面においては、各部の寸法の比率は実際のものとは適宜に異ならせてある。また、本発明は、以下に述べる各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態を変形して得られる各種の変形例や、各実施形態またはその変形例を応用して得られる形態をも技術的範囲に含みうる。なお、各図において共通する部分には同一の符号が付されている。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る認証装置５００の構成を示すブロック図である。認証装置５００は、利用者を認証するための装置であって、入室管理やコンピュータへのログインなどに用いられる。この認証装置５００では、利用者の指紋パターン及び静脈パターンといった２つの観点から認証を行う。
認証装置５００は、撮像信号ＶＩＤを出力する撮像装置１と、撮像信号ＶＩＤに基づいて認証を行う処理回路４００とを備える。撮像信号ＶＩＤはアナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよい。

撮像装置１は、Ｙドライバ１００と、Ｘドライバ２００、これらの動作を制御する制御回路３００、読み取り領域Ａを備える。読み取り領域Ａには、Ｘ方向と平行にｍ（ｍは２以上の自然数）本の第１制御線１０、及びｍ本の第２制御線１１が形成されている。また、Ｙ方向と平行にｎ（ｎは２以上の自然数）本の検出線１２が形成される。そして、第１制御線１０と検出線１２との交差に対応して、複数の画素回路４０が設けられている。

Ｙドライバ１００は、ｍ本の第１制御線１０にリセット信号ＧＲＳＴ１〜ＧＲＳＴｍを順次供給すると共に、ｍ本の第２制御線１１に選択信号ＧＳＥＬ１〜ＧＳＥＬｍを供給する。Ｘドライバ２００はｎ本の検出線に出力されるデータ信号Ｘ１〜Ｘｎをパラレル形式からシリアル形式に変換して、撮像信号ＶＩＤとして出力する。

図２に画素回路４０の回路図を示す。画素回路４０は、増幅トランジスタ４１、選択トランジスタ４２、リセットトランジスタ４３、及びフォトダイオード４４を備える。この画素回路４０の動作は、リセット期間、露光期間、及び出力期間に分かれる。リセット期間には、第１制御線１０を介してハイレベルのリセット信号ＧＲＳＴが供給される。すると、リセットトランジスタがオン状態となり、増幅トランジスタ４１のゲート電位がＶＤＤにリセットされる。このとき、選択信号ＧＳＥＬはローレベルを維持し、選択トランジスタ４２はオフ状態である。

露光期間では、リセットトランジスタ４３及び選択トランジスタ４２が共にオフ状態となる。フォトトランジスタ４４には入射光の照度に応じた電流が流れる。したがって、増幅トランジスアタ４１のゲート電位は、入射光の照度に応じて変化する。
出力期間では、第２制御線１１を介してハイレベルの選択信号ＧＳＥＬが供給される。リセットトランジスタ４３がオフ状態となる一方、選択トランジスタ４２がオン状態となる。このとき、増幅トランジスタ４１のゲート電位に応じた電流が選択トランジスタ４２を介して検出線１２に流れる。これにより、画像を撮像することが可能となる。

図３に撮像装置１を模式的に説明するための説明図を示す。この図に示すように撮像装置１は、第１基板５０、第２基板６０、第１光源７０ａ及び第２光源７０ｂを備える。第１基板５０は、透明であり、例えば、ガラスを材料とする。そして、第１基板には、上述したＹドライバ１００、Ｘドライバ２００、及び読み取り領域Ａが形成されている。これらの電気回路に用いられるトランジスタは、薄膜トランジスタで形成される。

第２基板６０は透明な基板であり、例えば、ガラスを材料とする。第２基板６０の上面が、利用者が指を置く撮像面となる。第２基板６０の下面（第１基板５０と対向する面）には第１フィルタ６０ａと第２フィルタ６０ｂとが形成される。第１フィルタ６０ａが形成される領域は、利用者の指の第１関節より先の部分に概ね対応し、第２フィルタ６０ｂが形成される領域は、利用者の指の第１関節よりつけ根の部分に概ね対応する。第１フィルタ６０ａは、可視光の波長領域と比較して近赤外線の波長領域における光を低減させる。より具体的には、第１フィルタ６０ａは、近赤外線（800nm〜2000nm）をカットする。一方、第２フィルタ６０ｂは、近赤外線の波長領域と比較して可視光の波長領域における光を低減させる。より具体的には、第２フィルタ６０ｂは、可視光（800nm 以下）をカットする。

次に、第１光源７０ａは可視光領域の光を照射し、第２光源７０ｂは近赤外線領域の光を照射する。なお。第１光源７０ａは可視光領域以外の光を含んでもよいし、第２光源７０ｂは近赤外線領域以外の光を含んでもよい。第１光源７０ａは第１基板５０と第２基板６０との間を通って第1フィルタ６０ａに向けて光を照射する。第２光源７０ｂは第１基板５０と第２基板６０との間を通って第２フィルタ６０ｂに向けて光を照射する。

第１基板５０に形成される読み取り領域Ａは、指紋読み取り領域Ａ１と静脈読み取り領域Ａ２とを備える。指紋読み取り領域Ａ１は第１フィルタ６０ａに対応して設けられ、静脈読み取り領域Ａ２は第２フィルタ６０ｂに対応して設けられる。
第１光源７０ａからの光は、指紋読み取り領域Ａ１と第１フィルタ６０ａの間を通って、第１フィルタ６０ａを通過し、利用者の指先で反射する。反射光は第１フィルタ６０ａを通って、指紋読み取り領域Ａ１に入射する。一方、第２光源７０ｂからの光は、静脈読み取り領域Ａ２と第２フィルタ６０ｂの間を通って、第２フィルタ６０ａを通過し、利用者の指で反射する。反射光は第２フィルタ６０ｂを通って、静脈読み取り領域Ａ２に入射する。

これにより、例えば、図４に示す画像が撮像される。この画像の左部分は指先の指紋部分であり、右半分は静脈に対応している。後述する処理回路４００では、指紋読み取り領域Ａ１の画像から指紋データＤｆが生成され、静脈読み取り領域Ａ２の画像から静脈データＤｊが生成される。
人体の表面にある指紋の撮像には可視光が適しており、人体の内部にある静脈の撮像には赤外線が適している。上述したように指紋読み取り領域Ａ１には可視光が入射し、静脈読み取り領域Ａ２には赤外線光が入射する。よって、指紋と静脈を正確に検出することが可能となる。

次に、図１に示す処理回路４００は、以下の処理を実行する。
第１に、処理回路４００は、撮像信号ＶＩＤに基づいて、利用者の指紋の特徴を示す指紋データＤｆと、利用者の静脈の特徴を示す静脈データｄｊとを生成するデータ生成処理を実行する。

第２に、処理回路４００は、指紋データＤｆと予め登録された基準指紋データＤｆｒとを比較し、生成された静脈データＤｊと予め登録された基準静脈データＤｊｒとを比較する比較処理を実行する。なお、基準指紋データＤｆｒと基準静脈データＤｊｒとは、不揮発性のメモリに記憶してあり、必要に応じて読み出されるようになっている。

第３に、指紋データＤｆと基準指紋データＤｆｒとが一致し、且つ静脈データＤｊと基準静脈データＤｊｒとが一致した場合に、正当な利用者であることを認証する認証処理を実行する。
なお、不揮発性のメモリに、複数の利用者の基準指紋データＤｆｒ及び基準静脈データＤｊｒとパスワードとを関連付けて記憶しておき、パスワードがキーボードなどの入力部によって入力されると、入力されたパスワードに対応する基準指紋データＤｆｒ及び基準静脈データＤｊｒを不揮発性のメモリから読み出すようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、撮像装置１において、第１基板５０に指紋読み取り領域Ａ１と静脈読み取り領域Ａ２とが形成されている。このため、両者を別の基板で構成した場合と比較して、小型化を図ることが可能となる。さらに、指紋読み取り領域Ａ１及び静脈読み取り領域Ａ２を一つの読み取り領域Ａとして動作させるので、Ｙドライバ１００やＸドライバ２００を指紋の読み取りと静脈の読み取りで兼用できる。このため、構成を簡素化して、コスト削減を図ることができ、さらには、消費電力を低減することができる。

＜変形例＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に述べる変形が可能である。
（１）上述した実施形態では、第１光源７０ａと第２光源７０ｂとを照射光が第１基板５０と第２基板６０との間に入るように第１光源７０ａ及び第２光源７０ｂを配置したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示すように第１基板７０ａの下面に第１光源７０ａと第２光源７０ｂを配置してもよい。
この場合には、第１基板５０を光が透過することになる。このため、フォトダイオード４４の下には、第１光源７０ａ及び第２光源７０ｂからの光が直接入射しないように遮光層を設けることが好ましい。
この変形例によれば、第１光源７０ａ及び第２光源７０ｂと、第１基板５０及び第２基板６０とを重ねて配置することができるので、撮像装置１をより小型化することできる。

（２）また、図６に示すように第１光源７０ａ及び第２光源７０ｂの替わりに１個の光源７０を用いてもよい。この場合、光源７０は、指紋読み取り領域Ａ１及び静脈読み取り領域Ａ２を通って、第1フィルタ６０ａ及び第２フィルタ６０ｂに向けて光を照射する。また、光源７０は可視光領域及び近赤外線領域の光を照射する。
この変形例によれば、光源の数を減らすことができるので、小型化を図ると共に、コストを削減することが可能となる。なお、光源７０は、指紋読み取り領域Ａ１と静脈読み取り領域Ａ２の境界、あるいは、第１フィルタ６０ａと第２フィルタ６０ｂとの境界に対応する位置に設けることが、光の利用効率の観点から好ましい。

（３）また、図７に示すように第１光源７０ａ及び第２光源７０ｂの替わりに１個の光源７０を用い、且つ、第２基板６０の下面に短冊状の第１フィルタ６０ａと短冊状の第２フィルタ６０ｂを設けてもよい。この場合は、短冊状の第１フィルタ６０ａと短冊状の第２フィルタ６０ｂとが互い違いに配置される。指紋読み取り領域Ａ１は短冊状の第１フィルタ６０ａに対応し、静脈読み取り領域Ａ２は短冊状の第２フィルタ６０ｂに対応するので、短冊状の指紋読み取り領域Ａ１と短冊状の静脈読み取り領域Ａ２とが互い違いに配置されることになる。
この場合には、指紋と静脈の画像が短冊状に互い違いに得られることになる。このように両者を混在させることによって、静脈と指紋の相対的な位置関係に基づいて認証を行うことも可能となる。これによって、セキュリティをより向上させることができる。

（４）また、図８に示すように第１光源７０ａ及び第２光源７０ｂの替わりに第１基板５０に第１発光素子７０ｃと第２発光素子７０ｄを第１基板５０に設けてもよい。この場合、第１発光素子７０ｃ及び第２発光素子７０ｄは、図示するように読み取り領域Ａの外側に設けてもよいし、あるいは、読み取り領域Ａの内部に設けてもよい。
また、第１発光素子７０ｃ及び第２発光素子７０ｄは、ＯＬＥＤ素子で構成してもよい。さらに、第１発光素子７０ｃは第１光源７０ａと同様に可視光領域の光を照射し、第２発光素子７０ｄは第２光源７０ｂと同様に近赤外線領域の光を照射する。なお。第１発光素子７０ｃは可視光領域以外の光を含んでもよいし、第２発光素子７０ｂは近赤外線領域以外の光を含んでもよい。

＜応用例＞
次に、本発明に係る発光装置を適用した電子機器について説明する。
図９は、上記実施形態に係る認証装置５００を表示装置に適用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示装置としての発光装置１と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。また、本体部２０１０には、撮像装置１が設けられている。なお、認証装置５００の処理回路４００は、パーソナルコンピュータ２０００のＣＰＵで構成してもよい。このパーソナルコンピュータによれば、利用者の認証を行うことができるのでセキュリティを向上させることが可能となる。
本発明に係る認証装置が適用される機器としては、いわゆるＡＴＭ、携帯電話機、入出管理装置などが挙げられる。

１……撮像装置、１０……第１制御線、１１……第２制御線、１２……検出線、５０……第１基板、６０……第２基板、６０ａ……第１フィルタ、６０ｂ……第２フィルタ、７０……光源、７０ａ……第１光源、７０ａ……第２光源、７０ｃ……第１発光素子、７０ｄ……第２発光素子、４００……処理回路、５００……認証装置、Ａ……読み取り領域、Ａ１……第１読み取り領域、Ａ２……第２読み取り領域。

Claims

複数の画素回路が形成され、指紋を読み取るための指紋読み取り領域と、静脈を読み取るための静脈読み取り領域とを備える第１基板と、
前記複数の画素回路を駆動して対象を撮像した撮像信号を生成する駆動手段と、
一方の面が指を置く撮像面となり、他方の面の前記指紋読み取り領域に対応する部分に、可視光の波長領域と比較して近赤外線の波長領域における光を低減させる第１フィルタが形成され、前記他方の面の前記静脈読み取り領域に対応する部分に、近赤外線の波長領域と比較して可視光の波長領域における光を低減させる第２フィルタが形成された第２基板と、
前記第１フィルタから前記撮像面に向かう可視光領域の光を照射する第１光源と、
前記第２フィルタから前記撮像面に向かう赤外光領域の光を照射する第２光源とを備える、
ことを特徴とする撮像装置。
前記第１光源は、前記指紋読み取り領域と前記第1フィルタとの間を通って前記第1フィルタに向けて光を照射し、
前記第２光源は、前記静脈読み取り領域と前記第２フィルタとの間を通って前記第２フィルタに向けて光を照射する、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１光源は、前記第１基板の下に設けられ、前記第1フィルタに向けて光を照射し、
前記第２光源は、前記第１基板の下に設けられ、前記第２フィルタに向けて光を照射する、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記指紋読み取り領域は短冊状に形成され、前記静脈読み取り領域は短冊状に形成され、
前記短冊状の指紋読み取り領域と前記短冊状の静脈読み取り領域とが互い違いに配置されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記第１光源及び前記第２光源の替わりに、
前記指紋読み取り領域及び前記静脈読み取り領域を通って、前記第1フィルタ及び前記第２フィルタに向けて光を照射する第３光源を備え、
前記第３光源は可視光領域及び近赤外線領域の光を照射する、
ことを特徴とする請求項１又は４に記載の撮像装置。
請求項１乃至５のうちいずれか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像信号に基づいて、利用者の指紋の特徴を示す指紋データと、前記利用者の静脈の特徴を示す静脈データとを生成する生成手段と、
生成された指紋データと予め登録された基準指紋データとを比較し、生成された静脈データと予め登録された基準静脈データとを比較する比較手段と、
前記指紋データと基準指紋データとが一致し、且つ前記静脈データと前記基準静脈データとが一致した場合に、正当な利用者であることを認証する認証手段と、
を備えたことを特徴とする認証装置。