JP5814920B2

JP5814920B2 - 静脈撮像装置

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Publication number: JP5814920B2
Application number: JP2012525280A
Authority: JP
Inventors: 新崎　卓; 卓新崎
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: US8923573B2; JPWO2012011181A1; US20130136317A1; WO2012011181A1

Description

本発明は、静脈画像を撮影する静脈撮像装置に関する。

近年のバイオメトリックス技術の発展に伴い、人間の体の個人を区別できる部分である生体の特徴を、例えば、手足の指紋、目の網膜、顔面、血管などを撮像し、生体の特徴を認識して、個人認証する装置が種々提供されている。

特に、手のひらや指の血管、掌紋は、比較的大量の個人特徴データを得られるため、個人認証の信頼性に適している。また、血管（静脈）の模様は、胎内で決まった後は生涯変わらず、万人不同と言われおり、個人認証に適している。

具体的な静脈撮像方法としては、照明装置より近赤外光を手のひらに当て、手のひらから反射された近赤外光を、イメージセンサを備えたカメラで撮影することが行われる（特許文献１、２）。静脈に流れる赤血球中のヘモグロビンは、近赤外光を吸収するため、手のひらに近赤外光を当てると、静脈がある部分だけ反射される近赤外光が減少する。そのため、カメラは、反射した近赤外光の強弱で、手のひらにおける静脈の位置を撮影できる。

特開２００７−２４９６１５号公報特開２００７−３０５６９号公報

ところで、照明装置とカメラとが一体化された静脈撮像装置では、設置環境が限定される可能性がある。例えば、マンションのドアに当該静脈撮像装置を設置しようとした場合には、当該静脈撮像装置を埋め込めるだけの厚さがドアに要求される。

開示の装置は、生体の部位を照明する照明手段と、前記部位より反射された反射光を受光することにより前記部位の静脈パターンを撮像する撮像手段と、前記部位と前記撮像手段との間に設けられ、前記反射光の少なくとも一部を透過するとともに、前記照明手段を前記部位側で支持する支持手段と、を備え、前記撮像手段と前記支持手段との間は、前記撮像手段が前記反射光を受光可能な距離分だけ離されている。

開示の装置は、照明手段と、撮像手段と、支持手段とを有する。照明手段は、生体の部位を照明する。撮像手段は、部位より反射された反射光を受光することにより部位の静脈パターンを撮像する。支持手段は、部位と撮像手段との間に設けられ、反射光の少なくとも一部を透過するとともに、照明手段を部位側で支持する。そして、撮像手段と支持手段との間は、撮像手段が反射光を受光可能な距離分だけ離されている。

開示の装置によれば、支持手段は照明手段を支持しさえすれば良いので、撮像手段及び照明手段を支持する場合と比較して、支持手段の厚さを薄くすることができ、多様な設置環境に設置することが可能となる。

第１実施形態に係る静脈撮像装置の構成の一例を示す模式図である。第１実施形態に係る照明手段の構成の一例を示す模式図である。第２実施形態に係る静脈撮像装置の構成の一例を示す模式図である。第２実施形態に係る照明手段の構成の一例を示す模式図である。第２実施形態に係る静脈撮像装置の構成の変形例を示す模式図である。照明手段の輪郭パターンの形状および大きさを示す図である。

以下、実施形態の一例について図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る静脈撮像装置１００の構成の一例について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、静脈撮像装置１００の側面図を示し、図１（ｂ）は、静脈撮像装置１００の正面図を示している。図１（ａ）において、実線矢印は光の進行方向を示している。

静脈撮像装置１００は、例えば、建物の入口などに設けられ、認証のために、訪問者などの被認証者の掌の静脈パターンを撮像する装置である。

図１（ａ）に示すように、静脈撮像装置１００は、撮像手段１０と、照明手段２０と、当該照明手段２０を支持する支持手段３０とを有する。

撮像手段１０は、例えば、イメージセンサを備えたカメラであり、壁面５０に取り付けられている。照明手段２０は、複数の光源を有しており、近赤外光を発光することにより、被認証者の掌ｈａを照明する。複数の光源としては、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられる。支持手段３０は、例えばドアや窓であり、被認証者の掌ｈａと撮像手段１０との間に設置されている。支持手段３０の少なくとも一部は、被認証者の掌ｈａからの反射光を透過するガラスなどの透明体で形成されており、被認証者の掌ｈａからの反射光を透過する。撮像手段１０は、支持手段３０を透過した当該反射光を受光することにより、より詳細には、照明された掌ｈａ内部の散乱光を受光することにより掌ｈａの静脈パターンを撮像する。

撮像手段１０としては、好適には、撮影対象との距離が遠距離になるほど画角の狭いレンズを持つカメラが用いられる。例えば、１５ｃｍの大きさの掌の静脈パターンを撮像する場合において、撮像手段１０と掌ｈａとの間の距離が１．５ｍとなっている場合には、画角が５．７２度のレンズを持つカメラが用いられる。また、撮像手段１０と掌ｈａとの間の距離が３ｍとなっている場合には、画角が２．８６度のレンズを持つカメラが用いられる。また、ＡＴＭ（Automated Teller Machine）で用いる場合のように、撮像手段１０と掌ｈａとの間の距離が５ｃｍ程度となっている場合には、画角が１１２．６２度のレンズを持つカメラが用いられる。このように、撮影対象との距離が遠距離になるほど画角の狭いレンズを持つカメラを撮像手段１０として用いるとすることで、掌ｈａで反射された反射光が撮像手段１０に入射しやすくなる。

ここで、照明手段２０は、支持手段３０における掌ｈａ側に設けられる。この理由について説明する。例えば、支持手段３０における撮像手段１０側に照明手段２０を設けた場合には、照明手段２０は、支持手段３０を通して掌を照明することになる。このように、照明手段２０より発せられた光が直接、支持手段３０に入射すると、支持手段３０における光の反射に起因する光学ノイズが撮像画像に影響を及ぼす可能性がある。それに対し、支持手段３０における掌ｈａ側に照明手段２０を設けた場合には、照明手段２０は、支持手段３０を通さずに掌ｈａを照明する。この場合には、照明手段２０より発せられた光が直接、支持手段３０に入射しないので、支持手段３０における光の反射を抑えることができる。

例えば、支持手段３０がガラスでできているとすると、照明手段３０より発せられた光が支持手段３０に直接入射した場合には、当該支持手段３０は１０％程度の反射率で光を反射する。この場合には、撮像された静脈パターンの画像に白とびが光学ノイズとして発生する可能性がある。一方、掌ｈａからの表面反射光がガラスに入射した場合における光の反射率は５％程度となる。さらに、照明された掌ｈａ内部の散乱光がガラスに入射した場合における光の反射率は５％よりもさらに低くなる。

つまり、支持手段３０における撮像手段１０側に照明手段２０を設けた場合と比較して、支持手段３０における掌ｈａ側に照明手段２０を設けた場合には、支持手段３０における光の反射を抑え、光学ノイズの発生を減少させることができる。

また、静脈撮像装置１００では、撮像手段１０と支持手段３０との間が、被認証者の掌ｈａからの反射光を撮像手段１０が受光可能な距離分だけ離されている。つまり、静脈撮像装置１００では、撮像手段１０と照明手段２０とが分離されている。このようにすることで、例えばドアや窓は、照明手段２０の支持手段３０として機能しさえすれば良くなる。つまり、照明手段と撮像手段とが一体化された静脈撮像装置と比較して、第１実施形態に係る静脈撮像装置１００は、ドアや窓の厚さがより薄いものであっても適用することが可能である。

ここで、照明手段２０の構成について説明する。図１（ｂ）に示すように、照明手段２０の輪郭パターンは環状に設けられる。

照明手段２０について図２を用いて説明する。図２は、照明手段２０の構成を示す模式図であり、図１（ｂ）の拡大図である。図２に示すように、照明手段２０は、環状にマーキングされた輪郭パターンＰＴ上に例えばＬＥＤ２１が複数配置された構成を有している。照明手段２０は、輪郭パターンＰＴで囲まれた領域ＡＲ内に撮像手段１０が位置するように支持手段３０に設置される。これらの複数のＬＥＤ２１から出射された光が掌ｈａを照射する。掌ｈａからの反射光は領域ＡＲを透過して撮像手段１０に入射する。

以上に述べたことから分かるように、第１実施形態に係る静脈撮像装置１００は、照明手段２０と、撮像手段１０と、照明手段２０を支持する支持手段３０とを有している。照明手段２０は、被認証者の掌ｈａを照明し、撮像手段１０は、掌ｈａより反射された反射光を受光することにより掌ｈａの静脈パターンを撮像する。ここで、支持手段３０は、照明手段２０を掌ｈａ側で支持している。このようにすることで、撮像された静脈パターンの画像に光学ノイズが発生するのを抑えることができる。また、第１実施形態に係る静脈撮像装置１００では、撮像手段１０と支持手段３０との間は、撮像手段１０が掌ｈａからの反射光を受光可能な距離だけ離されている。つまり、撮像手段１０と照明手段２０とは分離されている。これにより、支持手段３０は照明手段２０を支持しさえすれば良くなり、撮像手段及び照明手段を支持する場合と比較して、支持手段の厚さを薄くすることができ、多様な設置環境に設置することが可能となる。また、支持手段３０と掌ｈａとの間の距離よりも、撮像手段１０と支持手段３０との間の距離を長くとることにより、支持手段３０と掌ｈａとの間の距離が認証の度に異なることに起因する静脈パターンの画像の倍率の違いの発生を抑えることができる。

なお、ここで、照明手段２０を常に点灯状態にすることには限られない。このようにする代わりに、静脈撮像装置１００は、照明手段２０を点灯する照明タイミングと撮像手段１０の撮像タイミングとを同期させる制御手段を有するとしても良い。このようにすることで、照明手段２０の省電力化を図ることができるとともに、赤外光の掌ｈａへの照射時間を抑えることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る静脈撮像装置１００ａの構成の一例について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、静脈撮像装置１００ａの側面図を示し、図３（ｂ）は、静脈撮像装置１００ａの正面図を示している。図３（ａ）において、実線矢印は光の進行方向を示している（図５（ａ）において同じ）。

図３（ａ）に示すように、静脈撮像装置１００ａは、撮像手段１０ａと、照明手段２０ａと、当該照明手段２０ａを支持する支持手段３０ａとを有する。第２実施形態に係る静脈撮像装置１００ａでは、照明手段２０ａを支持する支持手段３０ａとして車のガラス窓を用いる。図３（ａ）に示す例では、車のドア６０のガラス窓が支持手段３０ａとして用いられている。撮像手段１０ａは、例えば駐車場の支柱などに設置されている。図３（ａ）に示す例では、支柱５０ａに撮像手段１０ａが設置されている。運転者は、支柱５０ａの横に車を停止させる。ここで、図３（ｂ）に示すように、照明手段２０ａにおける環状に設けられた輪郭パターンで囲まれた領域ＡＲ２内に撮像手段１０ａが位置するように、車の停止位置が設定される。運転者は、車を停止させた後、車内から掌ｈａを照明手段２０ａにかざすことにより、撮像手段１０ａに静脈パターンを入力させる。

第１実施形態に係る静脈撮像装置１００と同様に、第２実施形態に係る静脈撮像装置１００ａでは、支持手段３０ａは、照明手段２０ａを車内側、即ち、掌ｈａ側で支持している。従って、静脈撮像装置１００ａによっても、撮像された静脈パターンの画像に光学ノイズが発生するのを抑えることができる。

また、静脈撮像装置１００ａでは、支柱５０ａとドア６０との間で無線通信を行う通信手段が設けられている。具体的には、図３（ａ）に示すように、支柱５０ａには無線アンテナ７１ａが設けられ、ドア６０には照明用の無線スイッチ７１ｂが設けられている。無線アンテナ７１ａからは電波が発信されている。車が支柱５０ａに近づくと、無線スイッチ７１ｂは、無線アンテナ７１ａからの電波を受信する。無線スイッチ７１ｂは、電波を受信すると、照明手段２０ａのスイッチを入れて、照明手段２０ａを点灯させる。ここで、無線アンテナ７１ａからの電波の指向性や強度は、例えば、環状に設けられた照明手段２０で囲まれた領域ＡＲ２内に撮像手段１０ａが位置したときに、無線スイッチ７１ｂが電波を受信することができるように設定される。このようにすることで、運転者は、照明手段２０ａが点灯する位置にくるように車を操作しさえすればよく、撮像手段１０ａが領域ＡＲ２内に入るか否かを自らが確認しながら車を操作せずに済む。

なお、ここで、撮像手段１０ａは、物理的または電子的なトラッキング機能を有するとし、照明手段２０ａの輪郭パターンを検出することで、掌ｈａがかざされている箇所をトラッキングして、掌ｈａの静脈パターンを撮像するとしても良い。このようにすることで、車の停止位置のずれに起因して、照明手段２０で囲まれた領域ＡＲ２の位置と撮像手段１０ａの位置とが多少ずれた場合であっても、撮像手段１０は掌ｈａの静脈パターンを撮像することが可能となる。なお、この場合には、無線アンテナ７１ａからの電波の指向性や強度は、撮像手段１０ａが掌ｈａをトラッキング可能な範囲内で、無線スイッチ７１ｂが当該電波を受信可能となるように設定される。

また、車のドア６０のガラス窓は地面に対し傾いていることが多い。具体的には、ガラス窓は、車の天井部６５に向かうに従い、車内側に傾いている。そこで、運転者の掌ｈａに均等に光を照明するため、照明手段２０ａの明るさは、車の天井部６５に向かうほど、暗くなるように設定されている。別の言い方をすると、照明手段２０ａにおいて、掌ｈａと近い部分になるほど、その明るさが暗くなるように設定されている。以下、図４を用いて具体的に説明する。

図４は、照明手段２０ａの構成を示す模式図であり、図３（ｂ）の拡大図である。図４において、破線は、ＬＥＤ２１の配線を示している。

図４に示すように、第１実施形態に係る照明手段２０と同様、照明手段２０ａは、環状にマーキングされた輪郭パターンＰＴ２上にＬＥＤ２１が複数配置された構成を有している。これらの複数のＬＥＤ２１から出射された光が掌ｈａを照射する。

図４に示すように、複数のＬＥＤ２１のそれぞれに対して並列に＋５Ｖの電圧が印加されている。そして、複数のＬＥＤ２１のそれぞれには抵抗が接続されている。具体的には、車の天井部方向から順に抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６が各ＬＥＤ２１に直列に接続されている。ここで、Ｒ１〜Ｒ６は抵抗値をも示すものとすると、抵抗値はＲ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４＞Ｒ５＞Ｒ６となるように設定されている。このようにすることで、車の天井部６５に近いＬＥＤ２１ほど、流れる電流が小さくなり、明るさが暗くなる。つまり、掌ｈａに近いＬＥＤ２１ほど、流れる電流が小さくなるので、明るさが暗くなり、掌ｈａに遠いＬＥＤ２１ほど、流れる電流が大きくなるので、明るさが明るくなる。これにより、運転者の掌ｈａに均等に光を照明することが可能となる。

なお、図４に示した静脈撮像装置１００ａでは、支柱５０ａとドア６０との間で無線通信を行う通信手段が設けられているとしていたが、このようにする代わりに、支柱５０ａとドア６０との間で信号光を用いた通信を行う通信手段が設けられるとしても良い。信号光を用いた通信を行う通信手段が設けられた場合の静脈撮像装置１００ｂの一例を図５に示す。

図５に示す静脈撮像装置１００ｂでは、支柱５０ａに焦電センサ８１と信号光発信部８２ａとが設けられ、ドア６０に信号光受信部８２ｂが設けられている。焦電センサ８１と信号光発信部８２ａとは電気的に接続されている。焦電センサ８１は、赤外光を放射する動く物体を検出するセンサである。焦電センサ８１は、当該物体を検出すると、信号光発信部８２ａに検出信号を送信する。従って、焦電センサ８１は、検出手段として機能する。焦電センサ８１は、車が支柱５０ａに近づいてきたことを検出すると、信号光発信部８２ａに検出信号を送信する。信号光発信部８２ａは、当該検出信号を受信すると、支柱５０ａの外部へ向けてパルス光を発信する。ドア６０において、信号光受信部８２ｂは、信号光発信部８２ａより発信されたパルス光を受信すると、照明手段２０ａを点灯させる。

ここで、信号光発信部８２ａからのパルス光の発信方向は、例えば、環状に設けられた照明手段２０で囲まれた領域ＡＲ２内に撮像手段１０が位置したときに、信号光受信部８２ｂが当該パルス光を受信することができるように設定される。または、撮像手段１０がトラッキング機能を有する場合には、信号光発信部８２ａからのパルス光の発信方向は、撮像手段１０ａが掌ｈａをトラッキング可能な範囲内で、信号光受信部８２ｂが当該パルス光を受信可能となるように設定される。このようにしても、運転者は、照明手段２０ａが点灯する位置にくるように車を操作しさえすればよく、撮像手段１０ａが領域ＡＲ２内に入るか否かを自らが確認しながら車を操作せずに済む。

以上に述べたことから分かるように、第２実施形態に係る静脈撮像装置１００ａでは、照明手段２０ａを支持する支持手段３０ａとして車のガラス窓が用いられ、撮像手段１０ａは、例えば駐車場の支柱などに設置されている。ここで、第１実施形態と同様、支持手段３０ａは、照明手段２０ａを車内側、即ち、掌ｈａ側で支持している。このようにしても、撮像された静脈パターンの画像に光学ノイズが発生するのを抑えることができる。

［変形例］
次に、上述の各実施形態の変形例について説明する。

上述の各実施形態に係る静脈撮像装置では、照明手段の光源（ここではＬＥＤ）として近赤外光を発射する光源を用いるとしているが、これに限られない。照明手段の光源としては、近赤外光を発射するものに限られるものではなく、複数の波長の光を発射するものであるとしても良いのは言うまでもない。さらに、複数の波長の光を発射する光源を有する照明手段において、各波長毎の光を発射する照明タイミングをずらし、各照明タイミングと撮像手段の撮像タイミングとを同期させるとしても良い。例えば、照明手段は、近赤外光を発射する光源と可視光を発射する光源とを有し、近赤外光を発射する照明タイミングと撮像手段の撮像タイミングとを同期させるとともに、可視光を発射する照明タイミングと撮像手段の撮像タイミングとを同期させるとしても良い。このようにすることで、近赤外光を発射するタイミングで掌の静脈パターンを撮像することができ、可視光を発射するタイミングで掌紋を撮像することができる。これにより、掌の静脈パターンに加え、掌紋も認証に用いることができ、認証精度を向上させることができる。

図６は、照明手段の輪郭パターンの形状および大きさを示す図である。照明手段の輪郭パターンとしては、図６（ａ）に示すような矩形状のものに限られるものではなく、種々の形状を用いることが可能である。例えば、照明手段の輪郭パターンとしては、図６（ｂ）に示すような円環状のものであっても良いのは言うまでもない。また、照明手段の輪郭パターンの大きさＬＡとしては、掌のサイズを考慮して、１０ｃｍから１３ｃｍが好適である。

また、第２実施形態に係る静脈認証装置では、検出手段として焦電センサが設けられる例について示した。しかしながら、焦電センサが設けられる例としてはこれに限られない。第１実施形態に係る静脈認証装置においても、支柱５０に焦電センサが設けられるとし、訪問者が近づいたことを当該焦電センサが検出すると、照明手段２０が点灯されるとしても良い。

また、上述の各実施形態に係る静脈認証装置において、撮像手段は、光センサなどの光検出手段を備え、照明手段が掌への光の照射を行い、当該掌からの反射光を当該光検出手段が受光したときに、撮像手段が自動的に撮像を開始するとしても良い。

また、上述の各実施形態に係る静脈認証装置において、撮像手段は、撮像された照明手段の輪郭パターンの大きさを基に、撮像された掌の静脈パターンの画像を補正するとしても良い。具体的には、撮像手段は、撮像された照明手段の輪郭パターンの画像の大きさを基に、支持手段と撮像手段との間の距離を算出し、算出された距離を基に、撮像された掌の静脈パターンの画像を補正するとしても良い。このようにすることで、静脈パターンの画像を適正なサイズに補正することが可能となる。

さらに、上述の各実施形態では、掌の静脈パターンを認証に用いるとしているが、認証に用いられる生体部位としてはこれに限られるものではないのは言うまでもない。例えば、目の網膜などの他の生体部位の静脈パターンを認証に用いる装置であっても上述の各実施形態で述べた方法を適用可能であるのは言うまでもない。

なお、実施形態は、上述した実施形態の例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。

１０撮像手段
２０照明手段
３０支持手段
１００静脈撮像装置

Claims

生体の部位より反射された反射光を受光することにより前記部位の静脈パターンを撮像する撮像手段と、
前記部位と前記撮像手段との間に、前記撮像手段と分離して設けられ、前記反射光の少なくとも一部を透過する支持手段と、
前記部位を照明する、前記支持手段の前記部位側に設けられる照明手段と、を備え、
前記支持手段に設けられた、前記撮像手段に対する前記支持手段の接近を検出する検出手段が、前記撮像手段が前記反射光を受光可能な距離にあることを検出すると、前記照明手段が点灯することを特徴とする静脈撮像装置。
前記照明手段による照明のタイミングと前記撮像手段による撮像のタイミングとを同期させる制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の静脈撮像装置。
前記照明手段は、複数の波長の光源を有し、
前記撮像手段は、各波長の光源の照明タイミングに応じて、前記部位の撮像を行うことを特徴とする請求項２に記載の静脈撮像装置。
前記支持手段は、車の窓であり、
前記照明手段の明るさは、車の天井部に向かうほど暗くなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静脈撮像装置。
前記照明手段は、撮像範囲を示す輪郭パターンを有し、
前記輪郭パターンに沿って複数の光源が配置されてい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静脈撮像装置。
前記撮像手段は、撮像された前記輪郭パターンの画像の大きさを基に、前記支持手段と前記撮像手段との間の距離を算出し、算出された距離を基に、撮像された前記部位の静脈パターンの画像を補正することを特徴とする請求項５に記載の静脈撮像装置。
前記撮像手段は、前記輪郭パターンを検出することによりトラッキングを行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の静脈撮像装置。