(57)【要約】撮影画像に含まれる被写体の生体パターンに基づいて当該被写体に対応する個人を識別する生体認証装置において、端面から入射された光を表面から出力する導光部と、前記導光部の表面から出力された光の量を表示画素ごとに調整して、前記被写体方向に出力する液晶表示部と、前記被写体の画像を撮影する撮像部と、前記液晶表示部のバックライトとして使用される光を前記導光部の端面へ入射する表示用光源と、前記被写体に照射される光を前記導光部の端面へ入射する検出用光源と、当該生体認証装置の処理の全体を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、認証に使用される第１画像を前記撮像部が撮影する時に、前記検出用光源を点灯させ、前記液晶表示部が情報を表示する時に、前記表示用光源を点灯させる。
2008062544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮影画像に含まれる被写体の生体パターンに基づいて当該被写体に対応する個人を識別する生体認証装置において、
端面から入射された光を表面から出力する導光部と、
前記導光部の表面から出力された光の量を表示画素ごとに調整して、前記被写体方向に出力する液晶表示部と、
前記被写体の画像を撮影する撮像部と、
前記液晶表示部のバックライトとして使用される光を前記導光部の端面へ入射する表示用光源と、
前記被写体に照射される光を前記導光部の端面へ入射する検出用光源と、
当該生体認証装置の処理の全体を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
認証に使用される第１画像を前記撮像部が撮影する時に、前記検出用光源を点灯させ、
前記液晶表示部が情報を表示する時に、前記表示用光源を点灯させることを特徴とする生体認証装置。
【請求項２】
前記導光部、前記液晶表示部及び前記撮像部は、前記生体認証装置の内部から順に積層して配置されることを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記被写体の配置位置に応じて、前記導光部から出力された光を遮断する非照射領域と、前記導光部から出力された光を透過する照射領域と、を含むマスク画像を作成し、
前記撮像部が前記第１画像を撮影する時に、前記液晶表示部は、前記作成されたマスク画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項４】
前記表示用光源及び前記検出用光源が消灯している時に、前記撮像部は第２画像を撮影し、
前記表示用光源及び前記検出用光源のうち少なくとも一方が点灯している時に、前記撮像部は第３画像を撮影し、
前記制御部は、
前記撮影された第２画像と前記撮影された第３画像との差分を計算し、
前記計算された差分に基づいて、前記被写体の配置位置を特定することを特徴とする請求項３に記載の生体認証装置。
【請求項５】
前記検出用光源が点灯し、且つ、前記液晶表示基板が前記作成されたマスク画像を表示している時に、前記撮像部は第４画像を撮影し、
前記制御部は、
前記撮影された第４画像に基づいて、前記作成されたマスク画像に含まれる照射領域における、前記液晶表示部の表示濃度を決定することを特徴とする請求項３に記載の生体認証装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記被写体の配置位置に応じて、前記マスク画像を複数作成し、
前記液晶表示部が前記作成された複数のマスク画像を一つずつ表示するたびに、前記撮像部は前記第１画像を撮影し、
前記制御部は、前記撮影された複数の第１画像に基づいて、当該被写体に対応する個人を識別することを特徴とする請求項３に記載の生体認証装置。
【請求項７】
前記作成された複数のマスク画像のそれぞれに含まれる非照射領域の一部分が互いに重複することを特徴とする請求項６に記載の生体認証装置。
【請求項８】
前記検出用光源が点灯している時に、前記撮像部は第５画像を撮影し、
前記制御部は、
前記撮影された第５画像から、高周波成分の情報を除去することによって、背景画像を作成し、
前記作成された背景画像の画素値が所定値に近づくように、前記液晶表示部の表示濃度を表示画素ごとに决定することを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項９】
前記生体パターンは、血管パターンであることを特徴とする請求項１に記載に生体認証装置。
【請求項１０】
前記表示用光源及び前記検出用光源が一つの光源によって実現されることを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項１１】
撮影画像に含まれる被写体の生体パターンに基づいて当該被写体に対応する個人を識別する生体認証装置において、
端面から入射された光を表面から出力する導光部と、
前記導光部の表面から出力された光の量を表示画素ごとに調整して、前記被写体方向に出力する液晶表示部と、
前記被写体の画像を撮影する撮像部と、
前記導光部の端面へ光を入射する光源と、
当該生体認証装置の処理の全体を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記被写体の配置位置に応じて、前記導光部から出力された光を遮断する非照射領域と、前記導光部から出力された光を透過する照射領域と、を含むマスク画像を作成し、
前記撮像部が認証に使用される第１画像を撮影する時に、前記液晶表示部は、前記作成されたマスク画像を表示することを特徴とする生体認証装置。
【請求項１２】
前記導光部、前記液晶表示部及び前記撮像部は、前記生体認証装置の内部から順に積層して配置されることを特徴とする請求項１１に記載の生体認証装置。
【請求項１３】
前記光源は、前記液晶表示部のバックライトとして使用される光を前記導光部の端面へ入射する表示用光源と、前記被写体に照射される光を前記導光部の端面へ入射する検出用光源と、を含み、
前記制御部は、
前記撮像部が前記第１画像を撮影する時に、前記検出用光源を点灯させ、
前記液晶表示部が情報を表示する時に、前記表示用光源を点灯させることを特徴とする請求項１１に記載の生体認証装置。
【請求項１４】
前記表示用光源及び前記検出用光源が消灯している時に、前記撮像部は第２画像を撮影し、
前記表示用光源及び前記検出用光源のうち少なくとも一方が点灯している時に、前記撮像部は第３画像を撮影し、
前記制御部は、
前記撮影された第２画像と前記撮影された第３画像との差分を計算し、
前記計算された差分に基づいて、前記被写体の配置位置を特定することを特徴とする請求項１３に記載の生体認証装置。
【請求項１５】
前記検出用光源が点灯し、且つ、前記液晶表示基板が前記作成されたマスク画像を表示している時に、前記撮像部は第４画像を撮影し、
前記制御部は、
前記撮影された第４画像に基づいて、前記作成されたマスク画像に含まれる照射領域における、前記液晶表示部の表示濃度を決定することを特徴とする請求項１３に記載の生体認証装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記被写体の配置位置に応じて、前記マスク画像を複数作成し、
前記液晶表示部が前記作成された複数のマスク画像を一つずつ表示するたびに、前記撮像部は前記第１画像を撮影し、
前記制御部は、前記撮影された複数の第１画像に基づいて、当該被写体に対応する個人を識別することを特徴とする請求項１３に記載の生体認証装置。
【請求項１７】
前記作成された複数のマスク画像のそれぞれに含まれる非照射領域の一部分が互いに重複することを特徴とする請求項１６に記載の生体認証装置。
【請求項１８】
前記光源が点灯している時に、前記撮像部は第５画像を撮影し、
前記制御部は、
前記撮影された第５画像から、高周波成分の情報を除去することによって、背景画像を作成し、
前記作成された背景画像の画素値が所定値に近づくように、前記液晶表示部の表示濃度を表示画素ごとに決定することを特徴とする請求項１１に記載の生体認証装置。
【請求項１９】
前記生体パターンは、血管パターンであることを特徴とする請求項１１に記載に生体認証装置。
【請求項２０】
撮影画像に含まれる被写体の生体パターンに基づいて当該被写体に対応する個人を識別する生体認証装置を備える携帯端末装置において、
端面から入射された光を表面から出力する導光部と、
前記導光部の表面から出力された光の量を表示画素ごとに調整して、前記被写体方向に出力する液晶表示部と、
前記被写体の画像を撮影する撮像部と、
前記液晶表示部のバックライトとして使用される光を前記導光部の端面へ入射する表示用光源と、
前記被写体に照射される光を前記導光部の端面へ入射する検出用光源と、
当該生体認証装置の処理の全体を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記撮像部が認証に使用される第１画像を撮影する時に、前記検出用光源を点灯させ、
前記液晶表示部が情報を表示する時に、前記表示用光源を点灯させることを特徴とする携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報の特徴を利用して個人を識別する生体認証装置に関し、特に、血管パターンに基づいて個人を識別する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体情報の特徴を利用して個人を識別する生体認証が注目されている。なお、生体情報は、指紋、虹彩又は血管パターン等である。
生体認証には、利便性及びセキュリティ性が高いという利点がある。なぜなら、生体認証では、鍵の携帯が不要であり、遺失及び盗難等による不正行為の恐れが少ないからである。
生体認証の中でも、血管パターンを用いた認証（血管認証）が普及しつつある。血管パターンは、生体内部の情報なので、指紋に比べて偽造が困難である。そのため、血管認証は、指紋認証よりもセキュリティ性が高い。また、血管認証では、虹彩認証のように眼球に光を照射する必要がない。そのため、血管認証は、利用者の心理的抵抗が少なく、安全性も高い。
例えば、血管認証装置については、特開平７−２１３７３号公報に開示されている。血管認証装置は、近赤外線光を人体に照射する。そして、血管認証装置は、イメージセンサを用いて、透過光及び反射光を撮影する。この際、血液中のヘモグロビンは、近赤外線を多く吸収する。そのため、撮影された画像には、血管パターンが描出される。血管認証装置は、撮影画像に描出された血管パターンと、予め登録されている血管パターンと、が一致するか否かを判定する。そして、血管認証装置は、血管パターンの判定結果に基づいて、個人を識別する。
一方、携帯電話機のような携帯可能な電子機器に生体認証装置を搭載する場合、携帯可能な電子機器に十分な搭載スペースを確保することが困難である。そのため、生体認証装置の小型化が必要となる。
例えば、通常の指紋認証装置は、指紋パターンを計測するセンサとして、接触検出型の光学イメージセンサ又は感圧センサ等を備える。しかし、これらのセンサは、人体の指先と同等サイズであり、モバイル電子機器に搭載されるのは困難である。そこで、小型のラインセンサを備える指紋認証装置が開発されている。当該指紋認証装置は、小型のラインセンサ上を滑る指を撮影する。そのため、当該指紋認証装置は、良好な指紋画像を取得できないという問題があった。
一方、血管認証装置は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等のイメージセンサを備える。これらのイメージセンサの小型化は可能であるが、イメージセンサ上に画像を結像するためのレンズが別途必要となる。そのため、血管認証装置全体としては、小型化が難しいという問題があった。
また、液晶ディスプレイに半透明型のイメージセンサを重ねて配置された指紋認証装置が特開２００５−３４６２３８号公報に開示されている。これによると、携帯電話機の液晶ディスプレイ上にイメージセンサを配置できるので、イメージセンサ専用のスペースを別途設ける必要がない。更に、撮影時の照射光源として液晶ディスプレイ用のバックライトをそのまま利用できる。
なお、半透明型のイメージセンサの作製には、公知の技術が利用できる。公知の技術では、ガラス基板上にアモルファスシリコン又はポリシリコンを積層することによってセンサアレイが形成される。
【発明の開示】
【０００３】
特開２００５−３４６２３８号公報に開示されている技術を血管認証装置に応用する場合、以下の問題が生じる。
まず、血管認証装置では、照射光に赤外線が使用されるため、液晶ディスプレイのバックライトを照射光源として利用できない。このため、血管認証装置は、液晶ディスプレイの周辺部に、赤外線の光源を別途備える必要がある。この場合、赤外光の光源から離れた液晶ディスプレイの中央部で、光量が不足するという問題が生じる。
また、血管認証装置では、被写体の配置位置に応じて、光源と被写体との相対的な位置関係が変化しやすい。そのため、撮影画像の光量分布が不安定になるという問題が生じる。
また、液晶バックライトを照射光源として仮に利用できたとしても、血管認証装置では、照射光が半透明センサの基板を透過する際に発生する散乱光が撮影画像に混入してしまう。散乱光が有する量子ノイズは、撮影画像のコントラストノイズ比を低下させる原因となるので、撮影画像の画質を劣化させる。
特に、血管認証装置では、生体から出力される信号光の光量が生体への照射光量に対して非常に少ない。そのため、散乱光が有する量子ノイズに起因する画質劣化の影響は大きい。
前述した様々な問題点は、生体認証装置の認証精度を低下させてしまう。そこで、本発明の代表的な形態は、認証精度の高い生体認証装置を提供することを目的とする。
本発明の代表的な形態は、撮影画像に含まれる被写体の生体パターンに基づいて当該被写体に対応する個人を識別する生体認証装置において、端面から入射された光を表面から出力する導光部と、前記導光部の表面から出力された光の量を表示画素ごとに調整して、前記被写体方向に出力する液晶表示部と、前記被写体の画像を撮影する撮像部と、前記液晶表示部のバックライトとして使用される光を前記導光部の端面へ入射する表示用光源と、前記被写体に照射される光を前記導光部の端面へ入射する検出用光源と、当該生体認証装置の処理の全体を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、認証に使用される第１画像を前記撮像部が撮影する時に、前記検出用光源を点灯させ、前記液晶表示部が情報を表示する時に、前記表示用光源を点灯させる。
本発明の代表的な形態によれば、生体認証装置の認証精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の第１の実施の生体認証装置の構成図である。
第２図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置を搭載した携帯電話機の外観の説明図である。
第３図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置への被写体の配置の説明図である。
第４図は、本発明の第１の実施の形態の被写体の撮影時に生体認証装置に表示されるマスク画像の説明図である。
第５図は、本発明の第１の実施の生体認証装置の断面図である。
第６図は、本発明の第１の実施の形態の被写体の撮影時に生体認証装置に表示される別のマスク画像の説明図である。
第７図は、本発明の第１の実施の生体認証装置の認証処理のフローチャートである。
第８図は、本発明の第１の実施の形態の認証開始時に生体認証装置に表示される第１ガイド画面の説明図である。
第９図は、本発明の第１の実施の形態の認証失敗時に生体認証装置に表示される第２ガイド画面の説明図である。
第１０図は、本発明の第１の実施の形態の認証成功時に生体認証装置に表示される第３ガイド画面の説明図である。
第１１図は、本発明の第１の実施の形態のマスク画像作成処理のフローチャートである。
第１２図は、本発明の第１の実施の形態の表示階調設定処理のフローチャートである。
第１３図は、本発明の第１の実施の形態の表示用ＬＥＤ及び検出用ＬＥＤの配置の説明図である。
第１４図は、本発明の第１の実施の形態の表示用ＬＥＤ及び検出用ＬＥＤの配置の説明図である。
第１５図は、本発明の第１の実施の形態の表示・検出兼用ＬＥＤの配置の説明図である。
第１６図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置に備わるセンサ基板の上面図である。
第１７図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置に備わるセンサ基板の側面断面図である。
第１８図は、本発明の第２の実施の形態の１回目の本撮影時に生体認証装置に表示される本撮影用マスク画像Ａの説明図である。
第１９図は、本発明の第２の実施の形態の２回目の本撮影時に生体認証装置に表示される本撮影用マスク画像Ｂの説明図である。
第２０図は、本発明の第２の実施の形態の本撮影用マスク画像Ａ及び本撮影用マスク画像Ｂの位置関係の説明図である。
第２１図は、本発明の第２の実施の形態の生体認証装置の認証処理のフローチャートである。
第２２図は、本発明の第２の実施の形態の本撮影用マスク画像作成処理のフローチャートである。
第２３図は、本発明の第３の実施の形態の被写体の撮影時に生体認証装置に表示される透過型マスク画像の説明図である。
第２４図は、本発明の第３の実施の形態の生体認証装置２１の認証処理のフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
第１図は、本発明の第１の実施の生体認証装置の構成図である。
生体認証装置は、被写体１の血管２のパターンに基づいて認証する。なお、本実施の形態では、被写体１は、人体の指であるが、血管２のパターンを撮影できるものであれば、指以外の部位であってもよい。指以外の部位は、例えば、手の平又は手の甲などである。
なお、本実施の形態では、被写体１の幅方向をＸ軸とする。また、被写体１の長手方向をＹ軸とする。更に、生体認証装置の入力面に垂直な方向をＺ軸とする。
生体認証装置は、グリッド３、センサ基板４、液晶表示基板５、導光板６、表示用ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｏｄｅ）７、検出用ＬＥＤ８、支持フレーム９、電極１０Ａ、１０Ｂ、撮影制御装置ＣＴＬ、検出画像メモリＭＥＭ１、表示画像メモリＭＥＭ２、中央演算装置ＣＰＵ及びスピーカＳＰＫを備える。
なお、生体認証装置は、携帯電話機などの別の機器に搭載可能である。この場合、検出画像メモリＭＥＭ１、表示画像メモリＭＥＭ２、中央演算装置ＣＰＵ及びスピーカＳＰＫのうちの一部又は全部は、生体認証装置が搭載される機器に備わる部品が使用されてもよい。
本説明図では、表示用ＬＥＤ７は、被写体１の根元側に配置されているが、被写体１の先端側に設置されてもよい。また、本説明図では、検出用ＬＥＤ８は、被写体１の先端側に配置されているが、被写体１の根元側に設置されてもよい。また、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８は、支持フレーム９によって固定される。なお、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８の配置については、第１３図、第１４図及び第１５図で詳細を説明する。
導光板６、液晶表示基板５、センサ基板４及びグリッド３は、この順番でＺ軸方向に積層配置される。また、導光板６、液晶表示基板５、センサ基板４及びグリッド３は、支持フレーム９によって固定される。
なお、支持フレーム９の上面部は、グリッド３の上面部より高い位置となるように配置される。これによって、被写体１とグリッド３との接触による血管２の圧迫を極力防止し、鮮明な血管２のパターンを含む画像の撮影が可能となる。また、電極１０Ａ及び１０Ｂは、支持フレーム９の上面部に配置される。
次に、生体認証装置を構成する各部の機能を説明する。
表示用ＬＥＤ７は、公知のＬＥＤ光源であり、白色光を発光する。液晶表示基板５が各種情報を表示する時に、表示用ＬＥＤ７は、バックライトとして使用される。更に、表示用ＬＥＤ７は、被写体への照射光として使用されてもよい。
検出用ＬＥＤ８は、公知のＬＥＤ光源であり、赤外光を発光する。そのため、検出用ＬＥＤ８は、生体認証時における被写体への照射光として使用される。なお、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８の照射タイミングについては、第７図、第１１図及び第１２図で後述する。
導光板６は、表示用ＬＥＤ７又は検出用ＬＥＤ８から発光された光をＸＹ面方向に一様に拡散し、拡散光をＺ軸方向に出力する。なお、導光板６には、液晶ディスプレイなどで使用される公知のものが使用される。
液晶表示基板５は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）駆動基板、偏光フィルタ、透明電極、液晶層及びカラーフィルタなどから構成される。ただし、当該カラーフィルタには、ＲＧＢ色の光に対する透過性に加えて、検出用ＬＥＤ８から発光された赤外光に対する透過性も有するものが使用される。液晶表示基板５では、液晶層への印加電圧が制御されることによって、液晶層の透過光量が表示画素ごとに制御される。なお、液晶表示基板５には、複数の表示画素を有する公知の液晶ディスプレイ基板が使用される。
また、液晶表示基板５は、マスク機能、調光機能及び表示機能を備える。マスク機能は、導光板６から出力される赤外光を透過する領域（照射領域）及び導光板６から出力される赤外光を透過しない領域（マスク領域）を制限する。調光機能は、導光板６から出力される赤外光の透過量を調節する。表示機能は、文字及び画像などを含む各種情報を表示する。
センサ基板４は、半透明の基板であり、下面側から入射する光の一部を上面側に透過する。更に、センサ基板４は、上面側から入射する光のみを検出することによって、画像を撮影する。例えば、センサ基板４には、ガラス基板上にアモルファスシリコンを積層して形成された公知のフォトダイオードアレイが使用される。なお、センサ基板４の構造の詳細については、第１６図及び第１７図で後述する。
グリッド３中には、微小な格子が多数形成されている。これによって、グリッド３は、当該グリッド３の基板面に対して斜めに入射する光を遮断する。例えば、グリッド３には、覗き見防止フィルタなどに使用される公知の格子グリッドが使用される。
また、グリッド３は、被写体１へ入射する光の入射角度の範囲を制限する。これによって、グリッド３は、液晶表示基板５のマスク機能によって制限された光の照射領域の拡大を防止する。
また、グリッド３は、被写体１から出力する光の出力角度を制限する。これによって、血管２のパターンを含む画像がセンサ基板４上に結像される。更に、グリッド３は、散乱光による画像の画質劣化を防止する。
電極１０Ａ及び１０Ｂは、生体認証装置への被写体１の配置を検知するために使用される。具体的には、電極１０Ａと電極１０Ｂとの間には、電源（図示省略）によって僅かな電位差が設けられている。被写体１が配置された場合、被写体１を介して電極１０Ａと電極１０Ｂとの間で電流が流れる。生体認証装置は、電極１０Ａと電極１０Ｂとの間を流れる電流を測定することによって、被写体１の配置を検知する。
撮影制御装置ＣＴＬは、中央演算装置ＣＰＵの指示に従って、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８の点灯及び消灯を制御する。また、撮影制御装置ＣＴＬは、表示画像メモリＭＥＭ２に記録された画像データを読み出し、読み出した画像データを液晶表示基板５に表示する。更に、撮影制御装置ＣＴＬは、センサ基板４による画像の撮影を制御する。
検出画像メモリＭＥＭ１は、センサ基板４によって撮影された画像を記録する。
中央演算装置ＣＰＵは、各種処理を行う。例えば、中央演算装置ＣＰＵは、検出画像メモリＭＥＭ１に記録された画像に基づいて、第１１図で後述する方法で液晶表示基板５に表示する画像を作成する。次に、中央演算装置ＣＰＵは、作成した画像を表示画像メモリＭＥＭ２に記録する。
また、中央演算装置ＣＰＵは、検出画像メモリＭＥＭ１に記録された画像に基づいて、被写体１の生体認証を実行する。例えば、中央演算装置ＣＰＵは、特開平７−２１３７３号公報に開示されている技術を用いて、被写体１の生体認証を実行する。
中央演算装置ＣＰＵによって実行された生体認証の結果は、液晶表示基板５及びスピーカＳＰＫのうちの少なくとも一方から出力される。これによって、生体認証装置は、生体認証の結果をユーザに通知する。
次に、血管２のパターンを含む画像を形成する赤外光１１の経路を説明する。
まず、検出用ＬＥＤ８から発光された赤外光１１は、導光板６内で散乱された後に、導光板６の上面方向に出力される。次に、赤外光１１は、液晶表示基板５、センサ基板４及びグリッド３を透過した後に、被写体１に入射する。次に、赤外光１１は、被写体１の内部で散乱して血管２を透過する。その後、赤外光１１は、被写体１から出力される。次に、赤外光１１は、グリッド３を透過した後に、センサ基板４に入射する。そして、赤外光１１は、センサ基板４によって検出される。
なお、赤外光１１の一部は、液晶表示基板５のマスク機能又は調光機能によって遮断される。また、赤外光１１の一部は、センサ基板４を透過する際に、遮断又は散乱される。更に、グリッド３の基板面に対して斜めに入射する赤外光１１は、グリッド３によって遮断される。
第２図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置２１を搭載する携帯電話機２０の外観の説明図である。
携帯電話機２０は、折りたたみ型であり、メインディスプレイ及びサブディスプレイを備える。なお、携帯電話機２０は、折りたたみ型でなく、一体型であってもよい。本説明図において、生体認証装置２１は、携帯電話機２０に備わるサブディスプレイを使用するが、メインディスプレイを使用してもよい。
携帯電話機２０の外装には、開始スイッチ２２、電極１０Ａ及び１０Ｂが配置されている。
電極１０Ａ及び１０Ｂは、生体認証装置２１への被写体１の配置を検知するために使用される。そのため、電極１０Ａ及び１０Ｂは、携帯電話機２０に備わるサブディスプレイの周囲に配置される。開始スイッチ２２は、生体認証の開始の指示をユーザから受け付ける。
第３図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置２１への被写体１の配置の説明図である。
被写体１は、二つの電極１０Ａ及び１０Ｂに同時に接触するように配置される。ただし、被写体１の配置位置は、認証の度に変化してしまう。本実施の形態の生体認証装置２１は、被写体１がどのように配置されても、鮮明な血管２のパターンを含む画像を撮影できる。
なお、本実施の形態では、被写体１は、右手の親指である場合を例示するが、右手の他の指又は左手の指であってもよい。
第４図は、本発明の第１の実施の形態の被写体１の撮影時に生体認証装置２１に表示されるマスク画像の説明図である。
生体認証装置２１は、被写体１の撮影時に、被写体１の形状及び配置位置に基づいて、マスク画像を作成する。そして、生体認証装置２１は、作成したマスク画像を表示する。
マスク画像は、マスク領域４２及び照射領域４１を含む。マスク領域４２は、表示画面中において、黒く液晶表示される領域である。つまり、マスク領域４２は、導光板６から出力される赤外光を透過しないので、被写体１に光が照射されない領域である。一方、照射領域４１は、被写体１に光が照射される領域であり、マスク領域４２以外の領域となる。
マスク領域４２は、Ｚ軸方向から見た被写体１の輪郭４０より少し内側の領域となる。
マスク領域４２では、導光板６から出力された赤外光は、黒色表示された液晶によって遮断される。このため、導光板６から出力された赤外光は、照射領域４１のうちの輪郭領域４３においてのみ、被写体１に照射される。なお、輪郭領域４３は、被写体１の輪郭４０内の領域とマスク領域４２との差分である。
このように、生体認証装置２１に対する被写体１の配置位置が変化しても、生体認証装置２１は、常に同様の赤外線を被写体１に照射する。そのため、生体認証装置２１は、鮮明な血管２のパターンを含む画像を安定して撮影できる。
第５図は、本発明の第１の実施の生体認証装置２１の断面図である。
第５図では、生体認証装置２１は、照射領域４１及びマスク領域４２を含むマスク画像を表示している。なお、照射領域４１には、輪郭領域４３が含まれる。
導光板６から出力された赤外光のうち、マスク領域４２の下面から出力された赤外光は、黒色表示された液晶によって遮断されるので、被写体１に入射しない。
仮に、マスク領域４２において赤外光を透過させた場合、導光板６から出力された赤外光の一部は、センサ基板４の上面に配置される保護ガラス（図示省略）又はグリッド３の下面で散乱する。そして、このような散乱光は、センサ基板４に入射してしまうので、撮影画像の画質を劣化させてしまう。例えば、散乱光は、センサ基板４のダイナミックレンジを縮小してしまう。更に、散乱光が有する量子ノイズは、撮影画像のコントラストノイズ比を低下させる原因となる。
本実施の形態の生体認証装置２１は、マスク画像を表示することによって、散乱光による画質劣化を防止する。
一方、導光板６から出力された赤外光のうち、輪郭領域４３の下面から出力された赤外光は、液晶表示基板５を透過して被写体１に入射するので、血管２のパターンを含む画像の形成に寄与する。なお、生体認証装置２１は、被写体１に照射される光量を適正値に調整する。そのために、生体認証装置２１は、第１２図で後述する方法を用いて、照射領域４１の液晶濃度階調を調整する。
第６図は、本発明の第１の実施の形態の被写体１の撮影時に生体認証装置２１に表示される別のマスク画像の説明図である。
生体認証装置２１は、被写体１の撮影時に、第４図に示すマスク画像の代わりに、第６図に示すマスク画像を表示してもよい。第６図に示すマスク画像は、輪郭領域４３のみを照射領域とし、輪郭領域４３以外の領域をマスク領域とする。
生体認証装置２１は、第６図のマスク画像を表示することによって、反射又は散乱などを経て被写体１の中央部へ回り込む赤外光を遮断できる。そのため、生体認証装置２１は、撮影画像の画質を一層向上できる。
第７図は、本発明の第１の実施の生体認証装置２１の認証処理のフローチャートである。
当該フローチャートにおいて破線で示されるステップは、液晶表示基板５に表示された画面の状態を表す。液晶表示基板５に表示された画面は、次の画面に変更されるまで、維持される。
まず、生体認証装置２１は、開始スイッチ２２が操作されるまで、待機する（Ｓ１）。このとき、液晶表示基板５には、何も表示されない（Ｓ１２）。そのため、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８は、消灯されている。
その後、開始スイッチ２２が操作されると（Ｓ２）、生体認証装置２１は、電極１０Ａと電極１０Ｂとの間に電圧を印加する（Ｓ３）。このとき、生体認証装置２１は、第８図に示す第１ガイド画面を液晶表示基板５に表示する（Ｓ１３）。生体認証装置２１は、第１ガイド画面の表示に伴って、表示用ＬＥＤ７のみを点灯させる。つまり、検出用ＬＥＤ８は、消灯されたままである。
第８図は、本発明の第１の実施の形態の認証開始時に生体認証装置２１に表示される第１ガイド画面の説明図である。
生体認証装置２１は、第１ガイド画面を表示することによって、ユーザに被写体１の配置を指示する。なお、第１ガイド画面は、被写体１の配置位置を示してもよい。これによって、被写体１の配置精度が向上するので、生体認証装置２１による生体認証の誤認識率が低減される。
ここで、第７図に戻る。
生体認証装置２１は、電極１０Ａと電極１０Ｂとの間に電圧を印加した後に、電極１０Ａと１０Ｂと間の電流値を測定する（Ｓ４）。次に、生体認証装置２１は、測定した電流値に基づいて、被写体１の配置を検知したか否かを判定する（Ｓ６）。
被写体１の配置を検知しなかった場合、生体認証装置２１は、開始スイッチ２２が操作されてから所定時間を経過したか否かを判定する。所定時間は、例えば、３０秒である。
所定時間を経過したと判定した場合、生体認証装置２１は、ステップＳ１に戻り、待機する。
一方、所定時間を経過していないと判定した場合、生体認証装置２１は、ステップＳ４に戻り、電極１０Ａと１０Ｂとの間の電流値を再度測定する。
一方、ステップＳ６において被写体１の配置を検知した場合、生体認証装置２１は、マスク画像作成処理を実行する（Ｓ７）。マスク画像作成処理では、生体認証装置２１は、被写体１の輪郭４０を抽出し、抽出した輪郭４０に基づいて、第４図又は第６図に示すマスク画像を作成する。なお、マスク画像作成処理については、第１１図で詳細を説明する。
次に、生体認証装置２１は、作成したマスク画像を液晶表示基板５に表示する（Ｓ１４）。生体認証装置２１は、マスク画像の表示に伴って、表示用ＬＥＤ７を消灯し、検出用ＬＥＤ８を点灯させる。
次に、生体認証装置２１は、表示階調設定処理を行う（Ｓ８）。これによって、生体認証装置２１は、照射領域４１の液晶濃度階調を調整する。なお、表示階調設定処理については、第１２図で詳細を説明する。
そして、生体認証装置２１は、本撮影を実行する（Ｓ９）。これによって、生体認証装置２１は、血管２のパターンを含む画像を撮影する。
次に、生体認証装置２１は、本撮影によって撮影された画像に基づいて、認証を行う（Ｓ１０）。そして、生体認証装置２１は、認証に成功したか否かを判定する（Ｓ１１）。
認証に失敗した場合、生体認証装置２１は、ステップＳ４に戻り、処理を繰り返す。このとき、生体認証装置２１は、第９図に示す第２ガイド画面を液晶表示基板５に表示する（Ｓ１５）。生体認証装置２１は、第２ガイド画面の表示に伴って、表示用ＬＥＤ７を点灯し、検出用ＬＥＤ８を消灯させる。同時に、生体認証装置２１は、ビープ音を２回鳴らす等のように認証成功と違う方法で報知することによって、認証の失敗をユーザに通知する。これによって、ユーザは、生体認証装置２１に指を配置したままの状態で、認証失敗を知ることができる。
第９図は、本発明の第１の実施の形態の認証失敗時に生体認証装置２１に表示される第２ガイド画面の説明図である。
生体認証装置２１は、第２ガイド画面を表示することによって、ユーザに認証の失敗を通知し、ユーザに被写体１の配置を指示する。なお、第２ガイド画面は、被写体１の配置位置を示してもよい。
ここで、第７図に戻る。
ステップＳ１１において認証に成功した場合、生体認証装置２１は、第１０図に示す第３ガイド画面を液晶表示基板５に表示する（Ｓ１６）。生体認証装置２１は、第３ガイド画面の表示に伴って、表示用ＬＥＤ７を点灯し、検出用ＬＥＤ８を消灯させる。同時に、生体認証装置２１は、ビープ音を１回鳴らす等のように認証失敗と違う方法で報知することによって、認証の成功をユーザに通知する。これによって、ユーザは、生体認証装置２１に指を配置したままの状態で、認証成功を知ることができる。
そして、生体認証装置２１は、認証処理を終了する。
第１０図は、本発明の第１の実施の形態の認証成功時に生体認証装置２１に表示される第３ガイド画面の説明図である。
生体認証装置２１は、第３ガイド画面を表示することによって、ユーザに認証の成功を通知する。なお、第３ガイド画面は、認証に成功したユーザの識別子などを示してもよい。
第１１図は、本発明の第１の実施の形態のマスク画像作成処理のフローチャートである。
当該フローチャートにおいて破線で示されるステップは、液晶表示基板５に表示された画面の状態を表す。液晶表示基板５に表示された画面は、次の画面に変更されるまで、維持される。
なお、マスク画像作成処理は、認証処理（第７図）のステップＳ７において実行される。
認証処理（第７図）のステップＳ６において被写体１の配置を検知した場合、生体認証装置２１は、１回目のプレ撮影の準備を行う（Ｔ１）。ここでは、生体認証装置２１は、全ての領域を照射領域とした画面を、液晶表示基板５に表示する（Ｔ１０）。このとき、生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８を消灯させる。そして、生体認証装置２１は、１回目のプレ撮影を実行する（Ｔ２）。
次に、生体認証装置２１は、２回目のプレ撮影の準備を行う（Ｔ３）。ここでは、生体認証装置２１は、全ての領域を照射領域とした画面を、液晶表示基板５に表示したままにしておく（Ｔ１１）。更に、生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８のうち少なくとも一方を点灯させる。そして、生体認証装置２１は、２回目のプレ撮影を実行する（Ｔ４）。
次に、生体認証装置２１は、１回目のプレ撮影で取得した画像及び２回目のプレ撮影で取得した画像から、差分画像を作成する（Ｔ５）。具体的には、生体認証装置２１は、それぞれの画素ごとに、２回目のプレ撮影で取得した画像の画素値から、１回目のプレ撮影で取得した画像の画素値を減算する。
作成された差分画像は、被写体１が配置されていない領域（被写体１の輪郭４０外の領域）に入射する外光成分が除去された画像である。つまり、作成された差分画像は、被写体１の輪郭４０内の領域のみに関するものとなる。
よって、生体認証装置２１は、作成した差分画像を参照することによって、外光の状態に関わらず、被写体１の配置位置を正確に検出できる。
次に、生体認証装置２１は、作成した差分画像の画素値のヒストグラムを作成する（Ｔ６）。次に、生体認証装置２１は、作成したヒストグラムに基づいて、画素値の平均最大値Ｐｍａｘ及び平均最小値Ｐｍｉｎを算出する（Ｔ７）。
例えば、平均最大値Ｐｍａｘは、差分画像に含まれるすべての画素のうち、ヒストグラムの上位１０％に属する画素が有する画素値の平均である。また、平均最小値Ｐｍｉｎは、差分画像に含まれるすべての画素のうち、ヒストグラムの下位１０％に属する画素が有する画素値の平均である。
なお、生体認証装置２１は、平均最大値Ｐｍａｘ及び平均最小値Ｐｍｉｎの代わりに、画素加算最大値及び画素加算最小値を用いてもよい。画素加算最大値は、隣接する所定の個数（例えば、４個）の画素が有する画素値の合計の最大値である。また、画素加算最小値は、隣接する所定の個数の画素が有する画素値の合計の最小値である。
次に、生体認証装置２１は、以下の数式（１）を用いて、マスク領域４２と照射領域４１とを区分するための閾値Ｐｔを算出する（Ｔ８）。
Ｐｔ＝Ｐｍｉｎ＋α（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）・・・（１）
なお、αは、閾値Ｐｔを決定するためのパラメータであり、予め設定される。αが「０」に近いほど（小さいほど）、マスク領域４２は小さくなる。一方、αが「１」に近いほど（大きいほど）、マスク領域４２は大きくなる。αの代表値は、「０．２」である。
次に、生体認証装置２１は、算出した閾値Ｐｔに基づいて、第４図に示すマスク画像を作成する（Ｔ９）。作成されたマスク画像では、閾値Ｐｔ以上の画素値を有する画素がマスク領域４２となる。一方、閾値Ｐｔより小さい画素値を有する画素が照射領域４１となる。
そして、生体認証装置２１は、マスク画像作成処理を終了する。
ここでは、生体認証装置２１は、第４図に示すマスク画像を作成した。一方、生体認証装置２１は、以下の処理で、第６図に示すマスク画像を作成できる。
生体認証装置２１は、ステップＴ８において、以下の数式（２）及び数式（３）を用いて、マスク領域４２と照射領域４１とを区分するための閾値Ｐｔ１及びＰｔ２を算出する（Ｔ８）。
Ｐｔ１＝Ｐｍｉｎ＋α１（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）・・・（２）
Ｐｔ２＝Ｐｍｉｎ＋α２（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）・・・（３）
なお、α１は、閾値Ｐｔ１を決定するためのパラメータであり、予め設定される。また、α２は、閾値Ｐｔ２を決定するためのパラメータであり、予め設定されるここでは、α１は、α２より大きいとする。α１の代表値は、「０．２」であり、α２の代表値は、「０．０５」である。
次に、生体認証装置２１は、算出した閾値Ｐｔ１及びＰｔ２に基づいて、第６図に示すマスク画像を作成する（Ｔ９）。作成されたマスク画像では、閾値Ｐｔ２以下の画素値を有する画素及び閾値Ｐｔ１以上の画素値を有する画素がマスク領域４２となる。一方、閾値Ｐｔ２より大きく、且つ閾値Ｐｔ１より小さい画素値を有する画素が照射領域４１となる。
これによって、生体認証装置２１は、第６図に示すマスク画像を作成できる。
第１２図は、本発明の第１の実施の形態の表示階調設定処理のフローチャートである。
当該フローチャートにおいて破線で示されるステップは、液晶表示基板５に表示された画面の状態を表す。液晶表示基板５に表示された画面は、次の画面に変更されるまで、維持される。
なお、表示階調設定処理は、認証処理（第７図）のステップＳ８において実行される。
まず、生体認証装置２１は、３回目のプレ撮影の準備を行う（Ｕ１）。ここでは、生体認証装置２１は、認証処理のステップＳ７において作成したマスク画像を、液晶表示基板５に表示する（Ｕ７）。なお、表示されたマスク画像に含まれる照射領域４１の液晶濃度階調は、初期値Ｄ０に設定される。このとき、生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７のみを消灯させる。つまり、検出用ＬＥＤ８は、点灯されたままである。そして、生体認証装置２１は、３回目のプレ撮影を実行する（Ｕ２）。
次に、生体認証装置２１は、３回目のプレ撮影で取得した画像から、表示されたマスク画像に含まれるマスク領域４２に対応する画素を抽出する。次に、生体認証装置２１は、抽出したマスク領域４２に対応する画素が有する画素値に基づいて、３回目のプレ撮影で取得した画像の画素値のヒストグラムを作成する（Ｕ６）。つまり、当該ヒストグラムは、マスク領域４２に対応する画素のみに関するものである。
次に、生体認証装置２１は、作成したヒストグラムに基づいて、画素値の平均最大値Ｐｍａｘを算出する（Ｕ４）。例えば、平均最大値Ｐｍａｘは、マスク領域４２に対応するすべての画素のうち、ヒストグラムの上位１０％に属する画素が有する画素値の平均である。
次に、生体認証装置２１は、以下の数式（４）を用いて、本撮影時における照射領域４１の液晶濃度階調Ｄを算出する（Ｕ５）。
Ｄ＝Ｄ０×Ｐｍａｘ／Ｐ０・・・（４）
なお、Ｐ０は、本撮影において取得される画像の画素値の平均最大値の目標値であり、予め設定される。
次に、生体認証装置２１は、本撮影の準備を行う（Ｕ６）。ここでは、生体認証装置２１は、認証処理のステップＳ７において作成したマスク画像を、液晶表示基板５に表示する（Ｕ８）。なお、表示されたマスク画像の照射領域４１には、ステップＵ５で算出された液晶濃度階調Ｄが設定される。このとき、生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７を消灯したままにし、検出用ＬＥＤ８を点灯したままにする。そして、生体認証装置２１は、表示階調設定処理を終了する。
なお、生体認証装置２１は、マスク画像の照射領域４１に、算出した液晶濃度階調Ｄを設定することによって、本撮影において取得される画像の画素値の平均最大値をＰ０に設定できる。つまり、生体認証装置２１は、本撮影における被写体１への照射光量を適正にするので、露出過多及び露出不足を防止できる。
第１３図は、本発明の第１の実施の形態の表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８の配置の説明図である。
本説明図では、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８が、導光板６に対向する側面に配置されている。なお、表示用ＬＥＤ７が導光板６の上側面に配置され、検出用ＬＥＤ８が導光板６の下側面に配置されているが、逆に配置されてもよい。また、表示用ＬＥＤ７が、右側面又は左側面の一方に配置され、検出用ＬＥＤ８が、右側面又は左側面のもう一方に配置されてもよい。
なお、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８は、１個ずつ配置されているが、複数個ずつ配置されてもよい。
第１４図は、本発明の第１の実施の形態の表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８の配置の説明図である。
本説明図では、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８が、導光板６に対して同一方向の側面に配置されている。なお、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８は、導光板６の下側面に配置されているが、導光板６の上側面、右側面又は左側面に配置されてもよい。
また、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８は、導光板６の上側及び下側の両面に配置されてもよい。これによって、導光板６の上下方向における光量ムラが低減される。同様に、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８は、導光板６の右側及び左側の両面に配置されてもよい。
なお、本説明図では、表示用ＬＥＤ７は、１個配置されているが、複数個配置されてもよい。また、検出用ＬＥＤ８は、２個配置されているが、いくつ配置されてもよい。
以上のように、本実施の形態の生体認証装置２１では、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８が、共通の導光板６に対して配置される。これによって、生体認証装置２１を小型化できる。
第１５図は、本発明の第１の実施の形態の表示・検出兼用ＬＥＤ１５０の配置の説明図である。
生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７及び検出用ＬＥＤ８を備える代わりに、表示・検出兼用ＬＥＤ１５０を備えてもよい。この場合、生体認証装置２１を更に小型化できる。なお、表示・検出兼用ＬＥＤ１５０は、表示用の白色光源及び検出用の赤外線光源を備える。
本説明図では、表示・検出兼用ＬＥＤ１５０は、導光板６の下側面に配置されているが、導光板６の上側面、右側面又は左側面に配置されてもよい。また、表示・検出兼用ＬＥＤ１５０は、導光板６の上側及び下側の両面に配置されてもよい。同様に、表示・検出兼用ＬＥＤ１５０は、導光板６の右側及び左側の両面に配置されてもよい。
なお、本説明図では、表示・検出兼用ＬＥＤ１５０は、２個配置されているが、いくつ配置されてもよい。
第１６図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置２１に備わるセンサ基板４の上面図である。
センサ基板４は、フォトダイオード１６０、光透過領域１６１、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチ１６２、シフトレジスタ１６３、信号読出回路１６４、ゲートライン１６５及びデータライン１６６等を備える。
フォトダイオード１６０、ＴＦＴスイッチ１６２、シフトレジスタ１６３、ゲートライン１６５及びデータライン１６６は、ガラス基板（図示省略）上に形成される。当該形成には、アモルファスシリコン又はポリシリコンをガラス基板上に積層する公知の技術が用いられる。
光透過領域１６１は、表示用ＬＥＤ７から発光された白色光及び検出用ＬＥＤ８から発光された赤外光を透過する領域である。
ゲートライン１６５は、シフトレジスタ１６３とＴＦＴスイッチ１６２のゲートとを接続する。なお、ゲートライン１６５は、ＴＦＴスイッチ１６２のゲートへの電圧の供給に使用される。
フォトダイオード１６０は、ＴＦＴスイッチ１６２を介してデータライン１６６の一端に接続されている。また、データライン１６６の一端は、信号読出回路１６４に接続されている。なお、データライン１６６は、フォトダイオード１６０からの電荷信号の読み出しに使用される。
信号読出回路１６４は、公知のＣＭＯＳプロセス等によって、単結晶シリコン基板上に形成される。
信号読出回路１６４は、チャージアンプ１６７、マルチプレクサ１６８及びＡＤ変換器１６９等を備える。
ガラス基板上に形成されたデータライン１６６と、単結晶シリコン基板上に形成された信号読出回路１６４とは、ボンディングワイヤ（図示省略）によって電気的に接続されている。
センサ基板４の下面側から出力された光の一部は、光透過領域１６１を透過し、センサ基板４の上面側に出力される。また、センサ基板４の上面側から入射した光の一部は、フォトダイオード１６０によって電荷信号に変換される。ＴＦＴスイッチ１６２が遮断されている場合、当該変換された電荷信号は、フォトダイオード１６０の接合部分に蓄積される。ＴＦＴスイッチ１６２が投入されると、フォトダイオード１６０の接合部分に蓄積された電荷信号は、データライン１６６を介してチャージアンプ１６７に送信される。
チャージアンプ１６７は、受信した電荷信号を積分し、積分により発生した電圧信号をＡＤ変換器１６９に出力する。ＡＤ変換器１６９は、チャージアンプ１６７から入力された信号を、デジタル信号に変換する。そして、ＡＤ変換器１６９は、変換したデジタル信号を、検出画像メモリＭＥＭ１に記憶する。以上のようにして、
検出画像メモリＭＥＭ１は、センサ基板４によって撮影された画像を記憶する。
一方、シフトレジスタ１６３は、ゲートライン１６５を介して、ＴＦＴスイッチ１６２のゲートに電圧を供給する。これによって、シフトレジスタ１６３は、ＴＦＴスイッチ１６２の投入又は遮断を切り替える。なお、シフトレジスタ１６３によって電圧が供給されるゲートライン１６５は、Ｙ軸方向に沿って順番に移動する。
また、マルチプレクサ１６８は、ＡＤ変換器１６９に信号を出力するチャージアンプ１６７を、Ｘ軸方向に沿って順番に切り替える。
第１７図は、本発明の第１の実施の形態の生体認証装置２１に備わるセンサ基板４の側面断面図である。
本説明図は、第１６図に示した位置Ｆにおける側面断面図である。
センサ基板４は、ガラス基板１７０、絶縁膜１７１、ドレイン電極１７２、ｎ型層１７３、ｉ型層１７４、ｐ型層１７５、透明電極１７６、下面遮光膜１７７、ゲート電極１７８、ソース電極１７９、半導体膜１８０、上面遮光膜１８１、保護ガラス１８２及び層間膜１８３等を備える。
保護ガラス１８２は、センサ基板４の上面に配置され、センサ基板４の内部を保護する。半導体膜１８０、ドレイン電極１７２、ゲート電極１７８及びソース電極１７９は、ＴＦＴスイッチ１６２を構成する。
ｎ型層１７３、ｉ型層１７４及びｐ型層４０５は、フォトダイオード１６０を構成する。なお、ｎ型層１７３、ｉ型層１７４及びｐ型層４０５のそれぞれは、リーク電流の少ないアモルファスシリコンで形成される。
透明電極１７６は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の公知の材料で形成される。センサ基板４の上面側から入射した光の一部は、透明電極１７６を透過し、フォトダイオード１６０に入射する。
ドレイン電極１７２は、ＴＦＴスイッチ１６２のドレイン電極とフォトダイオード１６０のｎ型層１７３側の電極とを兼ねており、フォトダイオード１６０とＴＦＴスイッチ１６２とを接続する。また、ドレイン電極１７２は、フォトダイオード１６０の下面全体を覆うように形成される。これによって、センサ基板４の下面側からフォトダイオード１６０に入射する光が遮断される。なお、ドレイン電極１７２は、アルミニウム又はクロム等で形成される。
下面遮光膜１７７及び上面遮光膜１８１は、公知の遮光材料で形成される。そのため、下面遮光膜１７７は、センサ基板４の下面側からＴＦＴスイッチ１６２へ入射する光を遮断する。また、上面遮光膜１８１は、センサ基板４の上面側からＴＦＴスイッチ１６２へ入射する光を遮断する。これらによって、光電作用に起因するＴＦＴスイッチ１６２の誤動作を防止できる。
以上のように、本実施の形態の生体認証装置２１では、携帯電話機等に搭載される液晶ディスプレイ上に生体認証用のセンサ基板４を配置する。更に、生体認証装置２１は、液晶ディスプレイのバックライトに用いられる導光板６を利用して、一様な赤外光を被写体１に照射する。これによって、被写体１の配置位置が変化しても、生体認証装置２１は、光量分布の安定した撮影画像を取得できる。
また、本実施の形態の生体認証装置２１は、液晶ディスプレイ上にマスク画像を表示することによって、赤外光の照射範囲及び照射光量を制御する。このため、生体認証装置２１は、コントラストノイズ比の高い撮影画像を適正な露出量で撮影できる。
これらのことから、本実施の形態の生体認証装置２１は、精度の高い生体認証を実行できる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の生体認証装置２１は、二回の本撮影によって取得された画像に基づいて、生体認証を実行する。
第２の実施の形態の生体認証装置２１の構成は、第１の実施の形態の生体認証装置の構成（第１図）と同一である。よって、詳細な説明は省略する。また、第２の実施の形態の生体認証装置２１の認証処理は、ステップＳ８及びステップＳ９を除き、第１の実施の形態の生体認証装置２１の認証処理（第７図）と同一である。よって、同一の処理については、説明を省略する。
第１８図は、本発明の第２の実施の形態の１回目の本撮影時に生体認証装置２１に表示される本撮影用マスク画像Ａの説明図である。第１９図は、本発明の第２の実施の形態の２回目の本撮影時に生体認証装置２１に表示される本撮影用マスク画像Ｂの説明図である。
本実施の形態では、生体認証装置２１は、２回の本撮影を実行する。生体認証装置２１は、１回目の本撮影時には、本撮影用マスク画像Ａを表示する。また、生体認証装置２１は、２回目の本撮影時には、本撮影用マスク画像Ｂを表示する。
本撮影用マスク画像Ａは、マスク領域１９０及び照射領域１９１を含む。また、本撮影用マスク画像Ｂは、マスク領域１９２及び照射領域１９３を含む。マスク領域１９０及び１９２は、表示画面中において、黒く液晶表示される領域である。照射領域１９１及び１９３は、被写体１に光が照射される領域であり、マスク領域１９０及び１９２以外の領域である。
本撮影用マスク画像Ａに含まれるマスク領域１９０は、被写体１の輪郭４０内の領域のうち、右側半分より少し大きい領域を含む。本撮影用マスク画像Ｂに含まれるマスク領域１９２は、被写体１の輪郭４０内の領域のうち、左側半分より少し大きい領域を含む。
第２の実施の形態の生体認証装置２１は、１回目の本撮影によって取得した画像と２回目の本撮影によって取得した画像とを合成する。これによって、第２の実施の形態の生体認証装置２１は、被写体１の輪郭４０付近における血管２のパターンを含む合成画像を取得できる。その結果、第２の実施の形態の生体認証装置２１は、第１の実施の形態の生体認証装置よりも精度の高い生体認証を実行できる。
第２０図は、本発明の第２の実施の形態の本撮影用マスク画像Ａ及び本撮影用マスク画像Ｂの位置関係の説明図である。
本説明図は、本撮影用マスク画像Ａと本撮影用マスク画像Ｂとを重ね合わせたものである。本説明図から分かるように、本撮影用マスク画像Ａと本撮影用マスク画像Ｂとの間には、重複マスク領域２００が設けられている。重複マスク領域２００は、本撮影用マスク画像Ａに含まれるマスク領域１９０と本撮影用マスク画像Ｂに含まれるマスク領域１９２とが重複する領域である。そのため、重複マスク領域２００においては、被写体１の画像が１回目の本撮影と２回目の本撮影とで重複して撮影される。
なお、撮影画像においては、マスク領域１９０、１９２と照射領域１９１、１９３との境界付近において画素値が上昇してしまうという課題がある。この原因は、赤外光がセンサ基板４を透過する過程で発生した散乱光が、マスク領域１９０、１９２と照射領域１９１、１９３との境界付近に混入して計測されるからである。
この課題を解決するために、生体認証装置２１は、マスク領域１９０、１９２と照射領域１９１、１９３との境界付近におけるデータを取り除いた後に、１回目の本撮影によって取得した画像と２回の本撮影によって取得した画像とを合成する。これによって、合成画像における画素値の不連続性が低減される。
つまり、重複マスク領域２００は、境界付近におけるデータ除去による合成画像中の未撮影領域の発生を防止するために設けられる。
第２１図は、本発明の第２の実施の形態の生体認証装置２１の認証処理のフローチャートである。
当該フローチャートにおいて破線で示されるステップは、液晶表示基板５に表示された画面の状態を表す。液晶表示基板５に表示された画面は、次の画面に変更されるまで、維持される。
まず、生体認証装置２１は、ステップＳ１〜Ｓ７を実行する。なお、ステップＳ１〜Ｓ７は、第１の実施の形態の認証処理（第７図）に含まれるものと同一なので説明を省略する。
生体認証装置２１は、ステップＳ７でマスク画像を作成すると、本撮影用マスク画像作成処理を実行する（Ｖ１）。本撮影用マスク画像作成処理では、生体認証装置２１は、作成したマスク画像に基づいて、本撮影用マスク画像Ａ及び本撮影用マスク画像Ｂを作成する。なお、本撮影用マスク画像作成処理については、第２２図で詳細を説明する。
次に、生体認証装置２１は、本撮影用マスク画像Ａの表示階調設定処理（第１２図）を行う（Ｖ２）。これによって、生体認証装置２１は、作成した本撮影用マスク画像Ａを、液晶表示基板５に表示する（Ｖ７）。なお、表示された本撮影用マスク画像Ａの照射領域１９１には、表示階調設定処理のステップＵ５で算出された液晶濃度階調Ｄが設定される。このとき、生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７を消灯し、検出用ＬＥＤ８を点灯させる。次に、生体認証装置２１は、１回目の本撮影を実行する（Ｖ３）。
次に、生体認証装置２１は、本撮影用マスク画像Ｂの表示階調設定処理（第１２図）を行う（Ｖ４）。これによって、生体認証装置２１は、作成した本撮影用マスク画像Ｂを、液晶表示基板５に表示する（Ｖ８）。なお、表示された本撮影用マスク画像Ｂの照射領域１９３には、表示階調設定処理のステップＵ５で算出された液晶濃度階調Ｄが設定される。このとき、生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７を消灯し、検出用ＬＥＤ８を点灯させる。次に、生体認証装置２１は、２回目の本撮影を実行する（Ｖ５）。
そして、生体認証装置２１は、１回目の本撮影によって取得した画像と２回目の本撮影によって取得した画像とを合成する（Ｖ６）。これによって、生体認証装置２１は、血管２のパターンを含む合成画像を取得する。
その後、生体認証装置２１は、ステップＳ１０及びＳ１１を実行する。なお、ステップＳ１０及びＳ１１は、第１の実施の形態の認証処理（第７図）に含まれるものと同一なので説明を省略する。そして、生体認証装置２１は、認証処理を終了する。
第２２図は、本発明の第２の実施の形態の本撮影用マスク画像作成処理のフローチャートである。
本撮影用マスク画像作成処理は、認証処理（第２１図）のステップＶ１において実行される。
なお、第２２図において、ｘは、Ｘ軸方向の位置を示し、ｙは、Ｙ軸方向の位置を示す。また、Ｎｘはマスク画像のＸ軸方向の画素数であり、Ｎｙはマスク画像のＹ軸方向の画素数である。また、（ｘｉ、ｙｊ）は、マスク画像に含まれる画素の位置を示す。なお、ｉ＝１〜Ｎｘであり、ｊ＝１〜Ｎｙである。
生体認証装置２１は、ステップＳ７でマスク画像（第４図）を作成すると、Ｙ軸方向の現在の処理対象位置ｙｊに「１」を設定する（Ｗ１）。次に、生体認証装置２１は、現在の処理対象位置ｙｊとＮｙに「１」を加算した値とが同一であるか否かを判定する（Ｗ２）。
現在の処理対象位置ｙｊとＮｙに１を加算した値とが同一の場合、Ｙ軸方向のすべての位置の処理が完了している。よって、生体認証装置２１は、本撮影用マスク画像作成処理を終了し、認証処理（第２１図）のステップＶ２に進む。
一方、現在の処理対象位置ｙｊとＮｙに「１」を加算した値とが異なる場合、Ｙ軸方向のいずれかの位置の処理が完了していない。そこで、生体認証装置２１は、ステップＳ７で作成したマスク画像の現在の処理対象位置ｙｊにおける、照射領域４１とマスク領域４２との境界位置ｘａｉ及びｘｂｉを特定する（ｗ３）。ここでは、境界位置ｘｂｉが、境界位置ｘａｉより大きいとする。具体的には、生体認証装置２１は、現在の処理対象位置ｙｊにおける画素値が急激に変化する二つの位置を、境界位置ｘａｉ及びｘｂｉとして特定する。
次に、生体認証装置２１は、特定した境界位置ｘａｉ及びＸｂｉに基づいて、現在の処理対象位置ｙｊにおけるマスク領域４２の中央位置ｘｃｉを算出する（Ｗ４）。具体的には、生体認証装置２１は、以下の数式（５）を用いて、中央位置ｘｃｉを算出する。
ｘｃｉ＝（ｘａｉ＋ｘｂｉ）／２・・・（５）
次に、生体認証装置２１は、算出した中央位置ｘｃｉに基づいて、本撮影用マスク画像Ａの現在の処理対象位置ｙｊにおける、照射領域１９１とマスク領域１９０との境界位置ｘＡｉを算出する。具体的には、生体認証装置２１は、以下の数式（６）を用いて、境界位置ｘＡｉを算出する。
ｘＡｉ＝ｘｃｉ−ｘｈ・・・（６）
なお、ｘｈは、現在の処理対象位置ｙｊにおける、重複マスク領域２００（第２０図を参照）のＸ軸方向の幅を「２」で割った値であり、予め設定される。
次に、生体認証装置２１は、算出した中央位置ｘｃｉに基づいて、本撮影用マスク画像Ｂの現在の処理対象位置ｙｊにおける、照射領域１９３とマスク領域１９２との境界位置ｘＢｉを算出する（Ｗ５）。具体的には、生体認証装置２１は、以下の数式（７）を用いて、境界位置ｘＢｉを算出する。
ｘＢｉ＝Ｘｃｉ＋Ｘｈ・・・（７）
次に、生体認証装置２１は、ステップＷ５で算出した境界位置ｘＡｉが、ステップＷ３で特定した境界位置ｘａｉより小さいか否かを判定する（Ｗ６）。
境界位置ｘＡｉが境界位置ｘａｉ以上の場合、境界位置ｘＡｉは、被写体１の輪郭４０の内側となる。よって、生体認証装置２１は、そのままステップＷ７に進む。
一方、境界位置ｘＡｉが境界位置ｘａｉより小さい場合、境界位置ｘＡｉは、被写体１の輪郭４０の外側となる。よって、生体認証装置２１は、本撮影用マスク画像Ａの現在の処理対象位置ｙｊにおける、照射領域１９１とマスク領域１９０との境界位置ｘＡｉを、ステップＷ３で特定した境界位置ｘａｉに設定する（Ｗ９）。
次に、生体認証装置２１は、ステップＷ５で算出した境界位置ｘＢｉが、ステップＷ３で特定した境界位置ｘｂｉより大きいか否かを判定する（Ｗ７）。
境界位置ｘＢｉが境界位置ｘｂｉ以下の場合、境界位置ｘＢｉは、被写体１の輪郭４０の内側となる。よって、生体認証装置２１は、そのままステップＷ８に進む。
一方、境界位置ｘＢｉが境界位置ｘｂｉより小さい場合、境界位置ｘＢｉは、被写体１の輪郭４０の外側となる。よって、生体認証装置２１は、本撮影用マスク画像Ｂの現在の処理対象位置ｙｊにおける、照射領域１９３とマスク領域１９２との境界位置ｘＢｉを、ステップＷ３で特定した境界位置ｘｂｉに設定する（Ｗ１０）。
このようにして、生体認証装置２１は、現在の処理対象位置ｙｊにおける、本撮影用マスク画像Ａの境界位置ｘＡｉ及び本撮影用マスク画像Ｂの境界位置ｘＢｉを決定する。
次に、生体認証装置２１は、現在の処理対象位置ｙｊに「１」を加算して（Ｗ８）、ステップＷ２に戻る。
以上のように、第２の実施の形態の生体認証装置２１は、マスク領域の異なる２つのマスク画像を用いて２回の本撮影を行う。次に、生体認証装置２１は、２回の本撮影で取得した画像を合成する。その結果、生体認証装置２１は、被写体１の輪郭４０内のすべての領域における血管２のパターンを含む合成画像を取得できる。そのため、生体認証装置２１は、精度の高い生体認証を実行できる。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の生体認証装置２１は、透過型マスク画像を用いて本撮影を行う。
第３の実施の形態の生体認証装置２１の構成は、第１の実施の形態の生体認証装置の構成（第１図）と同一である。よって、詳細な説明は省略する。また、第３の実施の形態の生体認証装置２１の認証処理は、ステップＳ７及びステップＳ８を除き、第１の実施の形態の生体認証装置２１の認証処理（第７図）と同一である。よって、同一の処理については、説明を省略する。
第２３図は、本発明の第３の実施の形態の被写体１の撮影時に生体認証装置２１に表示される透過型マスク画像２３０の説明図である。
これに対し、透過型マスク画像２３０では、全領域が赤外光に対して半透明である。生体認証装置２１は、第２４図で後述する方法を用いて、透過型マスク画像２３０の液晶濃度階調を調整する。これによって、生体認証装置２１は、撮影画像に含まれるバックトレンド成分を除去するので、血管２のパターンの信号レベルをセンサ基板４のダイナミックレンジに合わせることができる。このため、生体認証装置２１は、コントラストノイズ比の高い撮影画像を取得できる。その結果、生体認証装置２１は、精度の高い生体認証を実行できる。
第２４図は、本発明の第３の実施の形態の生体認証装置２１の認証処理のフローチャートである。
当該フローチャートにおいて破線で示されるステップは、液晶表示基板５に表示された画面の状態を表す。液晶表示基板５に表示された画面は、次の画面に変更されるまで、維持される。
まず、生体認証装置２１は、ステップＳ１〜Ｓ６を実行する。なお、ステップＳ１〜Ｓ６は、第１の実施の形態の認証処理（第７図）に含まれるものと同一なので説明を省略する。
生体認証装置２１は、ステップＳ６で被写体１を検知すると、カウント数ｍに「１」を設定する（Ｒ１）。なお、カウント数ｍは、現在行われているプレ撮影が何回目であるかを示す。次に、生体認証装置２１は、カウント数ｍとプレ撮影実行回数Ｍに「１」を加算した値とが同一であるか否かを判定する（Ｒ２）。プレ撮影実行回数Ｍは、本撮影の前に実行されるべきプレ撮影の回数であり、予め設定される。プレ撮影実行回数Ｍの代表値は、「３」である。
カウント数ｍとプレ撮影実行回数Ｍに「１」を加算した値とが同一の場合、生体認証装置２１は、プレ撮影を終了し、本撮影に移る。そこで、生体認証装置２１は、ステップＳ９〜Ｓ１１を実行する。なお、ステップＳ９〜Ｓ１１は、第１の実施の形態の認証処理（第７図）に含まれるものと同一なので説明を省略する。そして、生体認証装置２１は、認証処理を終了する。
一方、カウント数ｍとプレ撮影実行回数Ｍに「１」を加算した値とが異なる場合、生体認証装置２１は、カウント数ｍが「１」であるか否かを判定する（Ｒ３）。
カウント数ｍが「１」の場合、生体認証装置２１は、１回目のプレ撮影で使用される透過型マスク画像２３０に含まれるすべての画素の液晶濃度階調Ｄ１に、初期値Ｄ０を設定する（Ｒ１０）。そして、生体認証装置２１は、ステップＲ６に進む。
一方、カウント数ｍが「１」でない場合、生体認証装置２１は、前回のプレ撮影で取得された画像Ｐｍ−１に、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）演算を実行する（Ｒ４）。これによって、生体認証装置２１は、前回のプレ撮影で取得された画像のバックトレンド成分Ｐ’ｍ−１を取得する。なお、ＬＰＦ演算は、血管２のパターンに相当する高周波成分を画像から除去して、バックトレンド成分Ｐ’ｍ−１のみを抽出する処理である。ＬＰＦ演算には、公知の技術であるデジタルフィルタなどが使用される。
次に、生体認証装置２１は、以下の数式（８）を用いて、カウント数ｍに対応するプレ撮影で使用される透過型マスク画像２３０に含まれる画素ごとに、液晶濃度階調Ｄｍを算出する（Ｒ５）。
Ｄｍ＝Ｄｍ−１×Ｐ’ｍ−１／Ｐ０・・・（８）
なお、Ｐ０は、本撮影で取得される画像のバックトレンド成分Ｐ’の目標値であり、予め設定される。
次に、生体認証装置２１は、カウント数ｍに対応するプレ撮影で使用される透過型マスク画像２３０を、液晶表示基板５に表示する（Ｒ９）。なお、表示された透過型マスク画像２３０に含まれるそれぞれの画素には、ステップＲ５で算出された液晶濃度階調Ｄｍ又はステップＲ５で算出された液晶濃度階調Ｄ１が設定される（Ｒ６）。このとき、生体認証装置２１は、表示用ＬＥＤ７を消灯し、検出用ＬＥＤ８を点灯させる。
次に、生体認証装置２１は、カウント数ｍに対応するプレ撮影を実行することによって（Ｒ７）、画像Ｐｍを取得する。
次に、生体認証装置２１は、カウント数ｍに「１」を加算して、ステップＲ２に戻る。
以上のように、生体認証装置２１は、数式（８）を用いて算出された液晶濃度階調の透過型マスク画像２３０を表示することによって、撮影画像からバックトレンド成分を除去できる。
なお、被写体１へ照射された赤外光は、被写体１の内部で散乱された後に検出されため、照射される赤外光と検出される赤外光との関係は、点広がり関数で表現される。しかも、当該点広がり関数は、被写体１の位置によって変化する。このため、生体認証装置２１は、数式（８）を用いて透過型マスク画像２３０の液晶濃度階調を修正しても、１回のプレ撮影ではバックトレンド成分を完全に除去できない。そこで、生体認証装置２１は、バックトレンド成分の除去精度を向上するために、プレ撮影を複数回繰り返す。
そして、生体認証装置２１は、複数回のプレ撮影によって適正値に近づいた液晶濃度階調の透過型マスク画像２３０を用いて、本撮影を実行する。これによって、生体認証装置２１は、血管２のパターンの信号レベルをセンサ基板４のダイナミックレンジに合わせることができる。このため、生体認証装置２１は、コントラストノイズ比の高い撮影画像を取得できる。その結果、生体認証装置２１は、精度の高い生体認証を実行できる。
また、生体認証装置２１は、透過型マスク画像２３０に含まれる画素ごとに、液晶濃度階調を調整する。これによって、生体認証装置２１は、撮影画像中の濃度ムラを低減できる。その結果、生体認証装置２１は、精度の高い生体認証を実行できる。
なお、第１〜３の実施の形態では、生体認証装置２１が、携帯電話機に搭載されていた。しかし、生体認証装置２１は、デジタルカメラ、電子手帳、ノートパソコン、自動車、銀行ＡＴＭ装置などの液晶画面を備えるいかなる機器に搭載されてもよい。
【図１】
2008062544.tif 000003
【図２】
2008062544.tif 000004
【図３】
2008062544.tif 000005
【図４】
2008062544.tif 000006
【図５】
2008062544.tif 000007
【図６】
2008062544.tif 000008
【図７】
2008062544.tif 000009
【図８】
2008062544.tif 000010
【図９】
2008062544.tif 000011
【図１０】
2008062544.tif 000012
【図１１】
2008062544.tif 000013
【図１２】
2008062544.tif 000014
【図１３】
2008062544.tif 000015
【図１４】
2008062544.tif 000016
【図１５】
2008062544.tif 000017
【図１６】
2008062544.tif 000018
【図１７】
2008062544.tif 000019
【図１８】
2008062544.tif 000020
【図１９】
2008062544.tif 000021
【図２０】
2008062544.tif 000022
【図２１】
2008062544.tif 000023
【図２２】
2008062544.tif 000024
【図２３】
2008062544.tif 000025
【図２４】
2008062544.tif 000026
【国際調査報告】
2008062544.tif 000027
2008062544.tif 000028
2008062544.tif 000029