(57)【要約】  薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能な生体認証装置を提供する。生体認証装置１は、光源１０と、導光部１１Ａと、回折部１１Ｂと、マイクロレンズアレイ１２と、撮像素子１３と、画像処理部１４と、パターン保持部１５と、認証部１６と、電圧供給部１７と、光源駆動部１８１と、撮像素子駆動部１８２と、制御部１９とを備える。光源１０から発せられた光Ｌ０は、導光部１１Ａ内を全反射により伝播したのち、回折部１１Ｂに入射すると、入射角度と異なる角度に回折された光Ｌ１を生じる。これにより、導光部１１Ａが面発光源として機能すると共に、導光部１１Ａ内の全反射条件がくずれ、光Ｌ１が導光部１１Ａの外に導かれ、生体２の内部にまで光が十分に照射される。
2008123584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
生体が置かれる検知部と、
前記光源から発せられた光を全反射させて生体へ向けて導く導光部と、
前記導光部内を伝播する光を回折させる回折部と、
前記生体からの光を集光する撮像レンズ部と、
前記撮像レンズ部によって集光された光に基づき、撮像データを取得する撮像素子と、
前記撮像素子から得られた撮像データに基づいて生体の認証を行う認証部とを備えた
生体認証装置。
【請求項２】
前記導光部は、前記検知部と前記撮像レンズ部との間の前記検知部と対向する領域に設けられている
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項３】
前記回折部は、前記導光部の前記撮像レンズ側の面上に前記検知部と対向しないように設けられている
請求項２記載の生体認証装置。
【請求項４】
前記生体が指であり、
前記導光部は、前記光源から発せられた光を前記指の長手方向に沿って伝播させるように配置されている
請求項２記載の生体認証装置。
【請求項５】
前記回折部は、前記導光部内を伝播する光のうちの特定の偏光成分のみを回折させるものであり、
前記検知部と前記導光部との間に、前記回折部に対向配置された１／４波長板を備えた
請求項２記載の生体認証装置。
【請求項６】
前記回折部と前記撮像レンズ部とが、前記導光部の同一面内に設けられている
請求項２記載の生体撮像装置。
【請求項７】
前記撮像レンズ部が、その集光光路上で前記導光部と一体的に形成されている
請求項６記載の生体認証装置。
【請求項８】
前記撮像レンズ部が、回折レンズにより構成されている
請求項６記載の生体認証装置。
【請求項９】
前記導光部は、前記検知部近傍の前記検知部と対向しない領域に設けられている
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項１０】
前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部の長手方向に沿って前記検知部の片側の領域にのみ設けられている
請求項９記載の生体認証装置。
【請求項１１】
前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部の長手方向に沿って前記検知部の両側の領域に設けられている
請求項９記載の生体認証装置。
【請求項１２】
前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部を囲うように設けられている
請求項９記載の生体認証装置。
【請求項１３】
前記回折部の回折面は、前記導光部の側面に設けられている
請求項９記載の生体認証装置。
【請求項１４】
前記生体が指であり、
前記導光部は、前記検知部の長手方向における両端に、前記検知部に対向するように設けられている
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項１５】
前記検知部の前記導光部に対向しない領域は、前記撮像レンズ部および前記撮像素子による撮像領域となっている
が設けられている
請求項１４記載の生体認証装置。
【請求項１６】
前記回折部の回折面は、前記導光部の前記撮像レンズ側の面上に設けられている
請求項１４記載の生体認証装置。
【請求項１７】
前記回折部は、前記光源からの距離が大きくなるに従って、その回折効率が高くなるように構成されている
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項１８】
前記回折部が複数の溝部から構成され、
前記各溝部の深さが、前記光源からの距離が大きくなるに従って、その回折効率が高くなるように設定されている
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項１９】
前記光源は、前記導光部の両端に設けられている
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項２０】
前記撮像レンズ部が、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイから構成されている
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項２１】
前記マイクロレンズに電圧を印加するための電圧供給部を備え、
前記マイクロレンズは、前記電圧供給部によって印加される電圧に応じて入射光線の屈折方向を変位可能となっている
請求項２０記載の生体認証装置。
【請求項２２】
前記撮像レンズ部は、
一対の基板と、
前記基板上に形成され、前記電圧供給部からの電圧が印加される一対の電極と、
前記一対の電極間に設けられた液晶層とを含んで構成され、
前記一対の電極のうちの少なくとも一方が、前記マイクロレンズを構成するための曲面を有している
請求項２１に記載の生体認証装置。
【請求項２３】
前記光源は、近赤外の波長領域の光を発する
請求項１記載の生体認証装置。
【請求項２４】
前記生体が指であり、
前記撮像素子は、前記指の静脈についての撮像データを生成するものであり、
前記認証部は、前記静脈についての撮像データに基づいて生体の認証を行う
請求項１記載の生体認証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば指の静脈等の生体内部の構造物を認証対象とする生体認証装置に関する。本出願は、日本国において２００７年４月４日に出願された日本特許出願番号２００７−０９８４２２号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願人に援用される。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体部位における構造物を撮像対象とする撮像装置は、生体認証装置等に利用され、例えば指の指紋を用いて生体の認証を行う指紋認証装置が種々提案されている（特許文献１〜３）。このような指紋認証装置では、撮像装置自体の厚みが大きいため、特許文献１に記載されているように、撮像装置を認証装置の外部に配置したり、特許文献２に記載されているように、撮像装置の光学系（撮像レンズ）と検出系（撮像素子）とを独立して配置するのが主流となっていた。【０００３】
ところが、近年では、認証装置の薄型化への要求が高まっており、これに搭載される撮像装置も薄型であることが求められている。そこで、特許文献３には、導光板を用いた撮像装置が開示されている。具体的には、光源を導光板の端部に密着させて、この導光板内で光を繰り返し反射させることにより導光板を面発光源として機能させ、この上に生体（指）を配置して撮像を行うものである。このような構成により、通常広い角度分布を有する光源の配置が固定されるため、撮像装置の薄型化が実現される。【０００４】
一方で、このような認証装置では、セキュリティレベルが高いことが要求される。指紋を用いた認証では、認証対象となる指紋パターンが偽造され易いため、セキュリティレベルが低下する虞がある。そこで、特許文献４には、指の静脈を用いて生体の認証を行う静脈認証装置が提案されている。この場合、静脈は指の内部の構造物であるため、認証パターンの偽造が困難であり、指紋認証に比べてセキュリティレベルの高い認証を行うことができる。
【特許文献１】特開２００５−３１２７４８号公報
【特許文献２】特開２００６−１８１２９６号公報
【特許文献３】特開２００６−２８５４８７号公報
【特許文献４】特開２００６−１４６６１２号公報
【発明の開示】
【０００５】
ここで、上記特許文献３の撮像装置では、指紋の凹凸形状のうち導光板に接触している部分（凸部）では光が散乱する一方、導光板に接触していない部分（凹部）では光が導光板において全反射するため、この散乱光を撮像することにより、指紋の形状パターンが検出される。このため、導光板を用いた認証装置では、撮像対象と導光板とが接触していることが求められる。
【０００６】
一方、特許文献４の静脈認証装置では、指の内部に存在する静脈に光を照射して撮像する必要がある。特許文献３の構成では、導光板と接触している面で光が散乱されてしまうため、静脈等の生体の内部の構造物に対して十分な光を照射することができない。また、指紋パターンの影響を受け正確な静脈パターンが検出できない。さらに、指が導光板に強く接すると静脈は血管であるためつぶれやすく、パターンが再現性良く検出できない。以上のことから、導光板を用いた薄型の構成をそのまま静脈認証装置に転用することは困難である。従って、薄型で高いセキュリティレベルを確保することが可能な生体認証装置の実現が望まれていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能な生体撮像装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の生体認証装置は、光源と、光源から発せられた光を全反射させて生体へ向けて導く導光部と、導光部内を伝播する光を回折させる回折部と、導光部を挟んで生体に対向するように設けられ、生体からの光を集光する撮像レンズ部と、撮像レンズ部によって集光された光に基づき、撮像データを生成する撮像素子と、撮像素子から得られた撮像データに基づいて生体の認証を行う認証部とを備えたものである。
【０００９】
本発明の生体認証装置では、光源から発せられた光が導光部内を全反射により伝播し、生体に向かって導かれる。そして、導光部内を伝播する光は、回折部によって回折され、入射角と異なる角度で伝播する回折光が生じる。これにより、光の全反射条件がくずれ、回折光が導光部の外へと導かれて、生体の内部にまで光が十分に照射される。
【００１０】
本発明の生体認証装置によれば、光源からの光を導光部により全反射させて生体へと導くようにしたので、この導光部を生体に対する面発光源として機能させ、光源の薄型化を図ることができる。また、導光部内を全反射により伝播する光を回折部において回折させるようにしたので、生体の内部にまで光を十分に照射させることができる。これにより、生体の内部の構造物を撮像することが可能となる。よって、薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る生体認証装置の全体構成を表す機能ブロック図である。
【図２】図１に示した生体認証装置の概要構成を表す模式図である。
【図３】図１に示したマイクロレンズアレイの拡大断面図である。
【図４】図１に示した導光部および回折部の一例を表す拡大断面図である。
【図５】図１に示した導光部および回折部の一例を表す拡大断面図である。
【図６】図４に示した導光部および回折部の形成方法を説明するための断面図である。
【図７】図６の工程に続く形成方法を説明するための断面図である。
【図８】マイクロレンズアレイの作用を説明するための断面模式図である。
【図９】導光部および回折部の作用を説明するための断面図である。
【図１０】導光部および回折部の作用を説明するための断面図である。
【図１１】生体に対する光の伝播方向を説明するための図である。
【図１２】図１に示した生体認証装置の一適用例を表す斜視図である。
【図１３】本発明の第１の変形例に係る生体認証装置の概略構成を表す模式図である。
【図１４】本発明の第２の変形例に係る生体認証装置の概略構成を表す模式図である。
【図１５】本発明の第３の変形例に係る生体認証装置の概略構成を表す模式図である。
【図１６】図１５に示した生体認証装置の上面および側面からみた模式図である。
【図１７】本発明の第４の変形例に係る生体認証装置の概略構成を表す模式図である。
【図１８】図１７に示した生体認証装置の上面および側面からみた模式図である。
【図１９】本発明の第５の変形例に係る生体認証装置の概略構成を表す模式図である。
【図２０】図１９の生体認証装置の他の構成例の上面および側面からみた模式図である。
【図２１】本発明の第６の変形例に係る生体認証装置の概略構成を表す模式図である。
【図２２】図２０の生体認証装置の他の構成例の上面および側面からみた模式図である。
【図２３】図２０の生体認証装置の他の構成例の上面および側面からみた模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る生体認証装置（生体認証装置１）の全体構成を表したものである。図２は、生体認証装置１の概略構成を表す模式図である。この生体認証装置１は、特に生体（例えば、指先）２の内部の構造物、例えば静脈を撮像して認証を行うものであり、光源１０と、導光部１１Ａと、回折部１１Ｂと、マイクロレンズアレイ１２と、撮像素子１３と、画像処理部１４と、パターン保持部１５と、認証部１６と、電圧供給部１７と、光源駆動部１８１と、撮像素子駆動部１８２と、制御部１９とから構成されている。導光部１１Ａの上面は、検知部１１０となっている。検知部１１０は、生体が置かれる面もしくは部材である。すなわち、本実施の形態では、導光部１１Ａが、検知部１１０に対向するように、検知部１１０とマイクロレンズアレイ１２との間の光路上に配置されている。【００１４】
光源１０は、撮像対象である生体２へ向けて光を照射するものであり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などにより構成される。なお、この光源１０は、近赤外の波長領域（７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度の波長領域）の光を発するものであるのが好ましい。そのような波長領域の光を用いた場合、生体に対する透過率と、生体内の還元ヘモグロビン（静脈）への吸収率との兼ね合いより、生体２の静脈を撮像する場合の光利用効率を高めることができるからである。また、図２では、光源１０は導光部１１の一端に設けられた構成となっているが、導光部１１の両端に設けられるようにしてもよい。このようにすると、生体２に対して均等な光を照射することができる。【００１５】
導光部１１Ａは、光源１０から発せられた光を全反射させて生体２へ向けて導くものである。導光部１１Ａは、例えばガラスやプラスティックなどの透明性を有する基板により構成され、厚みは、例えば１〜３ｍｍとなっている。なお、導光部１１Ａの表面には、反射膜などの特殊加工がなされていてもよい。また、導光部１１Ａ上には、防塵や装置内部を保護するためのカバーガラス等が配置されていてもよい。但し、この場合には、導光部１１Ａ上に設けられたカバーガラス等が検知部となる。この導光部１１Ａの具体的な構成については後述する。【００１６】
回折部１１Ｂは、導光部１１Ａの下面に設けられ、導光部１１Ａ内を伝播する光を回折させるものであり、例えば回折格子やホログラムなどの回折素子により構成されている。この回折部１１Ｂの具体的な構成については後述する。【００１７】
マイクロレンズアレイ１２は、複数のマイクロレンズがマトリクス状に配列してなり、導光部１１の下方（具体的には、導光部１１と撮像素子１３との間）に配置されている。このマイクロレンズアレイ１２内のマイクロレンズは、撮像対象である生体２の撮像レンズとして機能し、例えば液晶レンズ、液体レンズ、回折レンズなどにより構成されている。以下、図３を参照して、マイクロレンズアレイ１２の具体的な構成について説明する。図３は、マイクロレンズアレイ１２の断面構成を表したものである。【００１８】
このマイクロレンズアレイ１２では、対向する一対の基板１２１，１２５間に液晶層１２３が形成され、この液晶層１２３と基板１２１，１２５との間には、それぞれ、電極１２２，１２４が形成されている。【００１９】
基板１２１，１２５は、それぞれ、例えばガラス基板などの透明基板により構成され、入射光線を透過可能となっている。電極１２２，１２４には、後述の電圧供給部１７から電圧が供給される。これら電極１２２，１２４は、それぞれ、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）などの透明電極により構成され、基板１２１，１２５と同様に、入射光線を透過可能となっている。電極１２２，１２４の表面Ｓ１，Ｓ２のうち、電極１２２側の表面Ｓ１には、凹状の複数の曲面がマトリクス状に形成され、これにより複数の液晶マイクロレンズを構成するようになっている。液晶層１２３は、例えばネマティック液晶などの液晶材料により構成され、電極１２２，１２４間に印加される電圧に応じて屈折率が変化するものである。【００２０】
撮像素子１３は、マイクロレンズアレイ１２からの光を受光して撮像データを生成するものであり、マイクロレンズアレイ１２の焦点面に配置される。なお、この撮像素子１３は、例えば、マトリクス状に配列された複数のＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などにより構成される。【００２１】
画像処理部１４は、制御部１９からの制御に応じて、撮像素子１３で得られた撮像データに所定の画像処理を施し、認証部１６へ出力するものである。なお、この画像処理部１４、ならびに後述する認証部１６および制御部１９は、例えばマイクロコンピュータなどにより構成される。【００２２】
パターン保持部１５は、生体認証の際に用いる生体認証パターン（認証の際に撮像して得られた撮像パターンに対する比較パターンであり、予め生体を撮像して得られたもの）が保持される部分であり、不揮発性の記録素子（例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）など）により構成される。認証部１６は、制御部１９からの制御に応じて、画像処理部１４から出力される撮像パターンと、パターン保持部１５に保持されている生体認証パターンとを比較することにより、生体２の認証を行う部分である。【００２３】
電圧供給部１７は、マイクロレンズアレイ１２内のマイクロレンズに対して電圧を供給するものである。この電圧供給部１７から供給される電圧の大きさに応じて、マイクロレンズの屈折力が変化するようになっている。従って、供給電圧を調整することにより、生体２の表面から内部にかけての奥行き方向に対して自由に焦点（結像位置）を変えることができる。【００２４】
光源駆動部１８１は、制御部１９からの制御に応じて、光源１０の発光駆動を行うものである。撮像素子駆動部１８２は、制御部１９からの制御に応じて、撮像素子１３の撮像駆動（受光駆動）を行うものである。制御部１９は、画像処理部１４、認証部１６、電圧供給部１７、光源駆動部１８１および撮像素子駆動部１８２の動作を制御するものである。【００２５】
次に、導光部１１Ａおよび回折部１１Ｂの構成について、図２、図４および図５を参照して詳細に説明する。図４および図５は、導光部１１Ａおよび回折部１１Ｂの断面構成を拡大して表した図である。【００２６】
回折部１１Ｂは、図２に示したように、検知部１１０に対向しない領域、すなわち生体２からマイクロレンズアレイ１２への入射光の光路を妨げない領域に配置されている。回折部１１Ｂは、導光部１１Ａの下面に形成された樹脂層１１Ｂ−１に複数の溝部１１Ｂ−２が設けられて構成されている。複数の溝部１１Ｂ−２は、例えば、図４に示したような断面形状が鋸歯状のブレーズ格子を形成している。また、好ましくは、図５に示したように、光源１０からの距離が大きくなるに従って、溝部１１Ｂ−２の深さＨが大きくなっている。【００２７】
但し、回折部１１Ｂの格子形状は上記のものに限定されるものではない。他にも、例えば、階段状のステップ格子や、２値のバイナリ格子などの回折格子を用いるようにしてもよい。【００２８】
次に、図４に示したような構成を有する導光部１１Ａおよび回折部１１Ｂの形成方法の一例について図６および図７を参照して説明する。【００２９】
まず、図６（Ａ）に示したように、例えばフォトリソグラフィ法により基板１００上にフォトレジスト膜１０１を塗布したのち、所望のパターンを有するマスク１０２を用いてステッパーで露光、現像することにより、図６（Ｂ）に示したように、基板１００上のフォトレジスト膜１０１に鋸歯状の溝を形成する。続いて、図６（Ｃ）に示したように、このフォトレジスト膜１０１の溝形状を、例えば電鋳法などの電気めっきを用いて金属に転写することにより、金型１０３を形成する。【００３０】
次いで、図７に示したように、形成した金型１０３の溝が形成されている側に、例えば紫外線硬化樹脂１０４を流し込み、導光板１１Ａと重ね合わせたのち、導光板１１Ａの側から紫外光ＵＶを照射して紫外線硬化樹脂１０４を硬化させる。これにより、図４に示した構成の導光部１１Ａおよび回折部１１Ｂを形成する。【００３１】
次に、図１〜図５および図８〜図１１を参照して、本実施の形態の生体認証装置１の動作および効果について説明する。ここで、図８はマイクロレンズアレイ１２の作用を説明するための図であり、図９および図１０は導光部１１Ａおよび回折部１１Ｂの作用を説明するための図であり、図１１は導光部１１Ａと生体２の配置関係を表す図である。【００３２】
この生体認証装置１では、まず、導光部１１Ａ上に生体（例えば、指先）２が置かれ、光源駆動部１８１により光源１０が駆動されると、光源１０から発せられた光Ｌ０が導光部１１Ａの端部から入射する。この光Ｌ０は、一般に広い指向性を持つので、その大部分が導光部１１Ａ内で全反射を繰り返すことにより伝播する。そして、導光部１１Ａ内を伝播した光は、導光部１１Ａ上に置かれた生体２へ向けて導かれ、生体２を照射する。【００３３】
一方、マイクロレンズアレイ１２内のマイクロレンズ（具体的には、電極１２２，１２４間）には、制御部１９の制御に応じて電圧供給部１７から電圧が供給されると、その電圧の大きさに応じて、液晶層１２３の屈折率が変化し、マイクロレンズの焦点が生体２の内部の点（例えば、図２中の点Ｐ１）に合わせられ、生体２からマイクロレンズへ光Ｌ２が入射する。【００３４】
このとき、例えば、図８に示したように、供給電圧が比較的小さい場合には、液晶層１２３の屈折率も小さくなり、その結果、マイクロレンズへの入射光線は、光線Ｌ２１のように、比較的小さな屈折角となるように屈折され、比較的長い焦点距離（例えば、光軸Ｚ１上の焦点位置Ｐ１１）で集光される。逆に、供給電圧が比較的大きい場合には、液晶層１２３の屈折率も大きくなり、その結果、マイクロレンズへの入射光線は、光線Ｌ２２のように、比較的大きな屈折角となるように屈折され、比較的短い焦点距離（例えば、光軸Ｚ１上の焦点位置Ｐ１２）で集光される。このように、マイクロレンズとして液晶レンズを用いて供給電圧を調整することにより、マイクロレンズの屈折力が可変となる。【００３５】
このようにして、マイクロレンズの焦点は、生体２の内部の点Ｐ１および撮像素子１３上の点（例えば、図２中の点Ｐ２）に合わせられ、これにより撮像素子１３において、生体２の静脈の撮像データ（静脈パターン）が取得される。そして得られた静脈パターンは、画像処理部１４において適宜画像処理がなされたのち、認証部１６へ入力される。【００３６】
次に、認証部１６では、入力された静脈パターンと、パターン保持部１５に保持されている静脈認証用の認証パターンとが比較され、認証が行われる。これにより、最終的な生体認証の結果（認証結果データＤout）が出力され、生体認証処理が終了となる。【００３７】
特に、本実施の形態では、光源１０から発せられて導光部１１Ａ内を伝播した光Ｌ０は、導光部１１Ａの下面に設けられた回折部１１Ｂに入射すると、回折されて出射される。すなわち、図９に示したように、光Ｌ０は、回折部１１Ｂの溝部１１Ｂ−２によって、ｍ次（ｍ＝０，±１，±２，±３…）の回折光、主として０次の回折光（Ｌ０）および１次の回折光Ｌ１に分割される。このとき、０次の回折光は、入射光Ｌ０の入射角度と同一の角度で出射するため、全反射条件を維持したまま導光板１１Ａ内を再び伝播する。一方、１次の回折光Ｌ１は、入射光Ｌ０と異なる角度で出射するため、全反射条件がくずれ、導光部１１Ａの上面から取り出される。【００３８】
このようにして、導光部１１Ａの上面から導出された光Ｌ１は、導光部１１Ａ上に置かれた生体２に照射される。ここで、従来（例えば、特許文献３）は、光源からの光は導光板内を繰り返し全反射して伝播するのみで、導光板の外に光が導かれることがないため、導光板と接触している部分に対してのみ光が照射されることになる。これに対し、本実施の形態では、光Ｌ１は回折部１１Ｂによって、導光部１１Ａの外に導かれるため、導光部１１Ａとの接触面（生体２の表面）に限らず、導光部１１Ａに接触していない部分、すなわち生体内部の構造物に対しても、十分に光が照射される。そして、生体２へ向けて照射された光Ｌ１は、生体２の内部で散乱し、静脈によって吸収される。【００３９】
ここで、回折部１１Ｂの回折効率は、回折次数ごとに、溝部１１Ｂ−２の溝の深さに依存する。図１０に、０次と１次の回折光における溝の深さ（μｍ）に対する回折効率の関係を示す。なお、導光部１１Ａの屈折率は１．５１とし、入射光の波長は８５０ｎｍとした。図に示したように、溝の深さが０μｍ〜１．７μｍである場合には、０次光は減少し、１次光は増加する傾向にある。このため、例えば、溝深さ１．７μｍ程度までは、溝を深くすることで徐々に回折効率を高めることができ、約１．７μｍのとき、ほぼ全ての回折光を１次光とすることができる。このように、回折部１１Ｂを構成する溝部１１Ｂ−２の溝の深さを調整することにより、所望の回折効率を得ることができる。【００４０】
従って、例えば、図５に示したように、光源１０に近い側から徐々に溝部１１Ｂ−２の深さＨを深くすることにより、回折効率を徐々に高めることが可能となる。光源１０から遠くなるに従って、導光部１１Ａ内を伝播する光Ｌ０の光量は減少していくため、光源１０から相対的に遠い部分で回折効率を高めることにより、導光部１１Ａから導出される光Ｌ１の光量が均一となる。【００４１】
以上のように本実施の形態では、生体２が置かれる導光部１１において、光源１１から発せられる光Ｌ０は全反射を繰り返すことにより伝播する。これにより、導光部１１Ａが、面発光源として機能し、光源１０の薄型化が図られる。また、この導光部１１Ａの下面に、導光部１１Ａ内を伝播する光Ｌ０を回折させる回折部１１Ｂを設けるようにしたので、回折部１１Ｂに入射した光Ｌ０は、主として０次および１次の回折光Ｌ１に分割される。これにより、導光板１１Ａ内の全反射条件がくずれ、導光部１１Ａの外に光Ｌ１が導かれるため、導光部１１Ａと直接接触していない生体２の内部にまで十分に光が照射される。従って、導光部１１Ａを用いて、静脈などの生体２の内部の構造物を撮像することができるため、薄型でセキュリティレベルの高い認証を実現することが可能となる。【００４２】
また、マイクロレンズアレイを液晶レンズで構成することにより、マイクロレンズアレイ１２を光路上移動させることなく、生体２の奥行き方向に焦点を変化させて撮像することができるため、薄型化に有利となる。また、これにより、静脈認証だけでなく、指紋認証と合わせて２重の生体認証を行うことも可能となり、より高いセキュリティレベルを確保することができる。さらに、マイクロレンズアレイは、そのレンズ共役長（物体側のレンズ面から撮像面までの距離）を１ｍｍ程度と非常に薄く形成することができるため、装置全体としての厚みを３ｍｍ程度にまで薄型にすることが可能となる。【００４３】
さらに、回折部１１Ｂの回折効率が、光源１０から遠くなるに従って高くなっていることにより、生体２に照射される光の光量むらが低減され、より高精度な撮像データを取得することができる。これは、特に生体２（指先）の長手方向に対して光を照射する場合（図１１）など、比較的長い距離や広い範囲で撮像を行う場合に効果的である。【００４４】
また、光源１０が近赤外光を発するようにした場合には、生体２への光の透過率を高めつつ、生体２の静脈での光の吸収率も高めることができる。よって、そのように構成した場合、静脈認証の際に撮像対象である静脈をより明確に浮かび上がらせることができ、静脈認証の精度を向上させることが可能となる。【００４５】
この生体認証装置１は、携帯電話、薄型ノートパソコン、携帯メモリー、各種カードなどの薄型の携帯モジュールに好適に用いることができる。図１２には、生体認証装置１を用いた携帯電話機の一例についての概要構成を示す。この携帯電話機は、折り畳み式の筐体（第１筐体２００および第２筐体２０１）の表面に、生体２（指先）を置くための指ガイド２０２と、認証結果を表示する表示部２０３とを備えており、第１筐体２００の内部には、指ガイド２０２の底面と導光部１１とが対向するように、生体認証装置１が設けられている。【００４６】
次に、本発明の生体認証装置の変形例について図面を参照して説明する。なお、以下の図面および説明では、上記生体認証装置１と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜説明を省略するものとする。【００４７】
（変形例１）
図１３は、変形例１に係る生体認証装置３の概略構成を表す模式図である。生体認証装置３は、検知部１１０と導光部１１Ａとの間に波長板２１Ｃが設けられていることと回折部２１Ｂの構成以外は、上記生体認証装置１と同様の構成となっている。【００４８】
回折部２１Ｂは、複数の溝部（図示せず）を有しており、導光部１１Ａ内を伝播する光のうち特定の偏光成分（Ｐ偏光成分あるいはＳ偏光成分）のみを回折させるようになっている。この回折部２１Ｂの配置される領域は、特に限定されず、生体２からマイクロレンズアレイ１２への入射光の光路上であってもよい。なお、この回折部２１Ａについても、上記生体認証装置１の場合と同様に、溝部の深さを調整することにより、回折効率を変化させることができる。【００４９】
波長板２１Ｃは、導光部１１Ａから導出される光の偏光状態を変化させるものであり、例えば、９０°の位相差を付与する１／４波長板によって構成されている。この波長板２１Ｃは、導光部１１Ａを挟んで、回折部２１Ｂと対向するように配置される。【００５０】
このような構成により、光源１０から発せられた光Ｌ０は、導光部１１Ａ内を伝播したのち、回折部２１Ｂに入射すると、特定の偏光成分、例えばＰ偏光成分の光Ｌ３のみが回折される。これにより、光Ｌ３の全反射条件がくずれ、導光部１１Ａの上面に設けられた波長板２１Ｃ（１／４波長板）を透過して導光部１１Ａの外に導かれる。このとき、波長板２１Ｃを透過することにより、光Ｌ３は、９０°の位相差が付与されて円偏光となる。そして、生体２によって反射された光Ｌ４は、再び波長板２１Ｃ、導光部１１Ａ、回折部２１Ｂを透過してマイクロレンズアレイ１２へ入射する。この際、光Ｌ４は波長板２１Ｃを透過することにより、９０°の位相差が付与されて、光Ｌ１の偏光成分（Ｐ偏光成分）と９０°異なるＳ偏光成分を有する直線偏光となる。このため、光Ｌ４が回折部２１Ｂに入射しても、回折部２１Ｂの影響を受けることなく透過され、マイクロレンズアレイ１２に入射することとなる。【００５１】
以上のように、生体認証装置３では、特定の偏光成分のみを回折させる回折部２１Ｂと、この回折部２１Ｂに対向するように設けられた波長板２１Ｃを有することにより、導光部１１Ａから光を外に導く際には回折部２１Ｂの回折の機能が発揮される一方で、生体２からマイクロレンズアレイ１２へ撮像データを取得する光路上では、その回折の機能が発揮されないこととなる。これにより、回折部２１Ｂを、生体２からマイクロレンズアレイ１２への入射光路を避けて配置する必要がなくなり、導光部１１Ａのいずれの領域に形成してもよいこととなる。従って、回折部２１Ｂを、導光板１１Ａに対して精密な位置合わせをすることなく、形成することができる。また、生体２の撮像対象領域に対向させて回折部２１Ｂを配置することができるため、指を置く位置の再現性が悪くても認証精度が劣化することはない。【００５２】
（変形例２）
図１４は、変形例２に係る生体認証装置４の概略構成を表す模式図である。生体認証装置４は、マイクロレンズアレイ部３２が導光部１１Ａの下面に隣接して設けられていること以外は、上記生体認証装置１と同様の構成を有している。【００５３】
マイクロレンズアレイ部３２は、上記生体認証装置１におけるマイクロレンズアレイ１２に対応するものであり、本変形例では、導光部１１Ａの回折部１１Ｂが形成されている面と同一面内に設けられている。これにより、導光部１１Ａとマイクロレンズアレイとが互いに異なる層に配置される場合に比べて、薄型化に有利となる。また、マイクロレンズアレイ部３２を導光板１１Ａと一体的に形成することにより、製造性が向上する。マイクロレンズとしては、上述したように、例えば、液晶レンズ、液体レンズなどの可変焦点レンズや回折レンズなどを用いることができる。特に、マイクロレンズを回折レンズにより構成した場合には、導光部１１Ａの下面に回折部１１Ｂとマイクロレンズアレイ部３２とを、１枚のマスクで一体的に形成することができるため、より製造性が向上する。【００５４】
（変形例３）
図１５は、変形例３に係る生体認証装置５の概略構成を表す模式図である。図１６（Ａ）は、生体認証装置５を一方の側面（導光部３１Ａの側）からみた図、図１６（Ｂ）は上面からみた図、図１６（Ｃ）は他方の側面からみた図である。この生体認証装置５は、光源１０、導光部３１Ａおよび回折部３１Ｂの配置構成以外は、上記生体認証装置１と同様の構成を有している。【００５５】
生体認証装置５では、導光部３１Ａが、検知部１１０近傍の検知部１１０に対向しない領域、例えば生体２の側面に配置されている。導光部３１Ａは、例えば矩形状の検知部１１０の長手方向に沿って、検知部１１０の片側の領域にのみ設けられている。光源１０は、導光部３１Ａの長手方向における一端に配置され、回折部３１Ｂは、その回折面が導光部３１Ａの側面に配置されている。【００５６】
このような構成により、光源１０からの光は、導光部３１Ａ内を全反射により伝播し、回折部３１Ｂにおいて回折され、これにより全反射条件がくずれて、導光部３１Ａの側面から外へ導かれる。このとき、導光部３１Ａが検知部１１０近傍の検知部１１０に対向しない領域に配置されていることで、導光部３１Ａから導出された光は、生体２の側面から入射し、生体２内部の領域Ａを照射する。これにより、静脈撮像に必要な生体２内部の領域を照らし出すことができ、上記実施の形態の生体認証装置１と同様の効果を得ることができる。またこのとき、導光部３１Ａから導出された光は、生体２の表面（検知部１１０に対向する部分）を介することなく、生体２の内部へ到達するため、静脈認証の際には妨げとなる生体２表面の指紋や関節部分などの影響を除去することができる。よって、認証精度が高まり、セキュリティレベルをより向上させることができる。【００５７】
（変形例４）
図１７は、変形例４に係る生体認証装置６の概略構成を表す模式図である。図１８（Ａ）は、生体認証装置６を一方の側面からみた図、図１８（Ｂ）は上面からみた図、図１８（Ｃ）は他方の側面からみた図である。この生体認証装置６は、光源１０、導光部３１Ａおよび回折部３１Ｂを検知部１１０の両側に設けたこと以外は、上記変形例３に係る生体認証装置５と同様の構成を有している。【００５８】
生体認証装置６は、導光部３１Ａが、検知部１１０近傍の検知部１１０に対向しない領域のうち、検知部１１０の長手方向に沿って、検知部１１０の両側の領域に設けられている。光源１０は、導光部３１Ａの長手方向における一端に配置され、回折部３１Ｂは、その回折面が導光部３１Ａの側面に配置されている。このように、導光部３１Ａを検知部１１０の両側に配置した構成であっても、上記実施の形態に係る生体認証装置１と同等の効果を得ることができる。また、各導光部３１Ａの側から生体２内部の領域Ａにそれぞれ光を照射することとなるため、一方の側から光を照射する場合に比べて均一に照射することができる。【００５９】
（変形例５）
図１９（Ａ）〜（Ｃ）は、変形例５に係る生体認証装置７の概略構成を表す模式図であり、図１９（Ａ）は、生体認証装置７を一方の側面からみた図、図１９（Ｂ）は上面からみた図、図１９（Ｃ）は他方の側面からみた図である。この生体認証装置７は、光源１０、導光部３２Ａおよび回折部３２Ｂの配置構成以外は、上記実施の形態に係る生体認証装置１と同様の構成を有している。【００６０】
生体認証装置７は、導光部３２Ａが、検知部１１０近傍の検知部１１０に対向しない領域、例えば検知部１１０を囲む領域に設けられている。光源１０は、導光部３２Ａの長手方向における一端に配置され、回折部３２Ｂは、その回折面が導光部３２Ａの側面に沿って設けられている。このように、導光部３２Ａを検知部１１０を囲むように配置した構成であっても、上記実施の形態に係る生体認証装置１と同等の効果を得ることができる。また、生体２の周囲から生体２内部に光を照射することとなるため、一方の側から光を照射する場合に比べて均一に照射することができる。【００６１】
あるいは、図２０（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、導光部３２Ａの両端に光源１０を設けるようにしてもよい。これにより、光量の調節をし易くなり、より均一に照射することができるようになる。【００６２】
（変形例６）
図２１（Ａ）〜（Ｃ）は、変形例６に係る生体認証装置８の概略構成を表す模式図であり、図２０（Ａ）は、生体認証装置８を一方の側面からみた図、図２０（Ｂ）は上面からみた図、図２０（Ｃ）は他方の側面からみた図である。この生体認証装置８は、光源１０、導光部３３Ａおよび回折部３３Ｂの配置構成以外は、上記実施の形態に係る生体認証装置１と同様の構成を有している。【００６３】
生体認証装置８は、導光部３３Ａが、検知部１１０の長手方向における両端に、検知部１１０に対向するように設けられている。本変形例では、生体２を置くための検知部１１０がカバーガラスなどであり、この下方端部に導光部３３Ａが設けられている。光源１０は、検知部１１０の長手方向に向けて光を発するように配置され、回折部３３Ｂは、その回折面が導光部３３Ａの下面に設けられている。【００６４】
このような構成により、光源１０からの光は、導光部３３Ａ内を全反射により伝播する際、導光部３３Ａの下面に設けられた回折部３３Ｂにおいて回折され、全反射条件がくずれて、導光部３３Ａの上面から導出される。これにより、検知部１１０に置かれた生体２のうち、導光部３３Ａの上方の領域Ａに向けて光が照射される。この生体２の長手方向端部付近を照射する光によって、生体２の長手方向の中央付近が間接的に照らし出される。よって、導光部３３Ａを検知部１１０の長手方向に沿った両端に、検知部１１０に対向するように設けるようにした場合であっても、上記実施の形態の生体認証装置１と同等の効果を得ることができる。【００６５】
また、検知部１１０の導光部３３Ａに対向しない領域、すなわち導光部３３Ａによって挟まれる領域のみを、マイクロレンズレンズアレイ１２および撮像素子１３による撮像領域１１０Ａとしてもよい。これにより、生体２の表面を照射する領域Ａ付近における指紋や関節等の影響をなくすことができる。【００６６】
また、光源１０は、図２２および図２３に示したように、検知部１１０の短手方向に向けて光を発するように配置してもよい。このようにした場合であっても、光源１０から発せられた光は導光部３３Ａ内を伝播し回折部３３Ｂによって回折されて導光部３３Ａの上面から導出される。但し、図２２は、光源１０を導光部３３Ａの両端に配置した図、図２３は、光源１０を導光部３３Ａの一端に配置した図である。【００６７】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。【００６８】
例えば、上記実施の形態等では、得られた静脈パターンに基づき、生体認証を行う場合について説明したが、これに限定されず、例えば指紋パターンと静脈パターンとを取得し、これらの結果に基づいて、最終的な認証結果を出力するようにしてもよい。この場合は、生体２の表面（導光部１１との接触面）に焦点が合うようにマイクロレンズの屈折力を調整することにより、生体２の指紋の撮像データを取得することができる。このように指紋認証と静脈認証とを併用することにより、より精度の高い認証結果を得ることが可能となる。【００６９】
また、上記実施の形態では、電圧供給部１７からマイクロレンズアレイ１２内のマイクロレンズへ供給電圧を低くすることで、液晶層１２３の屈折率を小さくし、マイクロレンズへの入射光線の屈折角を小さくする一方、供給電圧を高くすることで、液晶層１２３の屈折率を大きくし、マイクロレンズへの入射光線の屈折角を大きくする場合について説明したが、液晶層１２３を構成する液晶材料の種類によっては、逆に、供給電圧を高くすることで屈折率を大きくする一方、供給電圧を低くすることで屈折率を小さくすることも可能である。このように構成した場合でも、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。【００７０】
さらに、上記実施の形態では、撮像素子１３で得られた撮像データに対し、画像処理部１４において適宜画像処理を施してから認証を行うようにした場合について説明したが、例えば、場合によっては画像処理部１４を設けずに、撮像素子１３からの撮像データに基づいて、認証部１６が直接認証を行うようにしてもよい。そのように構成した場合、装置構成をより簡素化し、装置全体をより薄型化することが可能となる。【００７１】
また、上記実施の形態では、マイクロレンズアレイ１２において、電極１２２，１２４の表面Ｓ１，Ｓ２のうちの表面Ｓ１を曲面とした場合について説明したが、例えば、表面Ｓ２も曲面とし、液晶層１２３の両側が曲面となるようなマイクロレンズとしてもよい。【００７２】
さらに、上記実施の形態では、マイクロレンズが液晶マイクロレンズにより構成されている場合について説明したが、印加電圧に応じて入射光線の屈折方向を変位可能なものであれば、他の構成のマイクロレンズとしてもよく、例えば、２種類の異なる液体層を利用した液体マイクロレンズなどを用いてもよい。【００７３】
また、上記実施の形態では、光源１０を導光部１１Ａの一端にのみ配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、光源１０を導光部１１Ａの両端に配置するようにしてもよい。通常、光源１０から発せられた光は、光源１０から離れるに従って光量が減少していくため、導光部１１Ａの両端に光源１０を設置することにより、光源１０の光量むらを抑制することができる。従って、生体２に対して光を均等に照射することが可能となる。【００７４】
さらに、上記実施の形態では、回折部を導光部側面の一方の側に配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、回折部を導光部側面の他方の側に配置するようにしてもよく、あるいは導光部の両側面に配置するようにしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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