(57)【要約】  装置サイズおよびコストを抑制しつつ撮像精度を向上させることができる撮像装置を提供する。撮像装置（１）は、撮像対象（５）に赤外線光を照射する半導体レーザである光源（２）と、撮像対象（５）の表面において反射した光を遮断し、撮像対象（５）の内部において反射した光を透過させる偏光フィルタ（３）と、偏光フィルタ（３）を透過した光を受光して撮像対象（５）を撮像する撮像素子（４）とを備える。
2017086033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象として生体情報を含む部位を撮像する撮像装置であって、
上記撮像対象に赤外線光を照射する半導体レーザと、
上記撮像対象の表面において反射した光を遮断し、上記撮像対象の内部において反射した光を透過させる偏光フィルタと、
上記偏光フィルタを透過した光を受光して上記撮像対象を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記偏光フィルタは、透過面が上記半導体レーザの主偏光面に対して直交するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記半導体レーザは、アイセーフレーザであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記半導体レーザの偏光比は、３以上であることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
上記半導体レーザから照射された光は、上記撮像対象に対して斜めに入射するＰ偏光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像装置を備えることを特徴とする生体認証装置。
【請求項７】
赤外線光を照射し、
偏光比が３以上であり、
アイセーフレーザであることを特徴とする、生体情報を含む部位を撮像する撮像装置のための半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報を含む部位を撮像する撮像装置、当該撮像装置を備える生体認証装置および当該撮像装置のための半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、掌または指の静脈のパターン、指紋または掌紋等の生体情報を用いて、利用者を認証する生体認証技術が開発されている。そのような生体認証技術を利用した生体認証装置では、生体情報を取得する方法として、透過光および反射光等の光を用いて生体を撮像して生体情報を取得する方法が挙げられる。【０００３】
静脈等のように皮下に位置する生体を撮影する場合、反射光のうち掌または指の内部で拡散して戻る拡散光を用いる。この場合、皮膚で反射する表面反射光はノイズとなるため、表面反射光が拡散光と重畳すると、生体の認証が困難となる。【０００４】
そこで、特許文献１では、皮膚で反射する表面反射光を除去する方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、ランプ光源からの入射光および反射光をそれぞれ偏光板に透過させて反射光を検出することにより、皮膚の表面で反射された表面反射光を除外する肌色測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００２−２０００５０号公報（２００２年７月１６日公開）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されているようなランプ光源を光源として用いる場合は、特定の波長の光を照射するために波長フィルタを用いる必要があり、さらに、特定の偏光面を有する光を照射するために偏光フィルタを用いる必要がある。【０００７】
このような波長フィルタおよび偏光フィルタ等のフィルタを用いた場合、フィルタを透過した光の強度が半分以下に低減してしまう。そのため、撮像精度が低くなり、結果的に撮像精度が低下してしまう。また、フィルタを設けることにより光源が大型化し、モバイル機器に搭載するには不向きである。さらに、フィルタが高価であるため、光源のコストが高くなる問題もある。【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置サイズおよびコストを抑制しつつ撮像精度を向上させることができる撮像装置、生体認証装置および半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る撮像装置は、上記の課題を解決するために、撮像対象として生体情報を含む部位を撮像する撮像装置であって、上記撮像対象に赤外線光を照射する半導体レーザと、上記撮像対象の表面において反射した光を遮断し、上記撮像対象の内部において反射した光を透過させる偏光フィルタと、上記偏光フィルタを透過した光を受光して上記撮像対象を撮像する撮像素子と、を備える。【００１０】
さらに、本発明の一態様に係る、生体情報を含む部位を撮像する撮像装置のための半導体レーザは、上記の課題を解決するために、赤外線光を照射し、偏光比が３以上であり、アイセーフレーザである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、装置サイズおよびコストを抑制しつつ撮像精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光源から照射された光の偏光状態を示す図であり、図中の（ａ）は、光が撮像対象の表面で反射した際の偏光状態を示しており、（ｂ）は、光が撮像対象の内部で反射した際の偏光状態を示している。
【図３】本発明の一実施形態に係る光源を示す外観図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光源の拡散部材内における光の散乱を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光源の拡散部材の表面形状を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体レーザチップから照射された光の偏光方向を示す図であり、図中の（ａ）は、半導体レーザチップを横置きしたときの偏光方向を示しており、（ｂ）は、半導体レーザチップを縦置きしたときの偏光方向を示している。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体レーザチップから照射された光の偏光状態を示す図であり、図中の（ａ）は、半導体レーザチップを横置きしたときの偏光状態を示しており、（ｂ）は、半導体レーザチップを縦置きしたときの偏光状態を示している。
【図８】図中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る撮像装置を備える携帯電子機器を示す上面図であり、（ｂ）は、光源から撮像対象へ光を垂直入射させた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
〔実施形態１〕
（撮像装置の構成）
本発明に係る撮像装置は、生体認証のために利用者の生体を撮像する撮像装置である。具体的には、生体に照射した光のうち、生体内部で散乱して戻る反射光を用いて、利用者の生体を撮像する。撮像対象である生体は、生体情報を含む部位であり、例えば、指または掌等が挙げられる。撮像装置が生体情報を含む部位を撮像することにより、指または掌の静脈パターン、あるいは指紋または掌紋等の生体情報を取得することができる。
【００１４】
以下では、利用者の掌を撮像することにより掌の静脈パターンを取得する場合を例に挙げて、本発明の一実施形態に係る撮像装置について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置１を示す概略図である。
【００１５】
撮像装置１は、図１に示すように、光源２、偏光フィルタ３および撮像素子４を有している。なお、図１では、撮像装置１の構成部材を分かりやすくするために、概略構成のみを示している。
【００１６】
光源２は、赤外線光を照射する半導体レーザであり、撮像素子４による撮像画像上で生体情報に十分なコントラストを持たせるために、撮像対象５に光を照射するものである。半導体レーザでは、半導体レーザチップの活性層から放射された光が、当該半導体レーザチップのへき開した２つの端面の間を何度も往復した後に一方の端面から出射されるため、半導体レーザからの出射光は特定の偏光面を有した光となる。
【００１７】
なお、図１では、光源２の照射光が撮像対象５に対して斜めに入射するように光源２を配置しているが、本発明は必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、光源２の照射光が撮像対象５に対して垂直に入射するように光源２を配置してもよい。
【００１８】
詳細は後述するが、光源２から撮像対象５に対して照射された光の一部は、撮像対象５の内部に入射し、散乱を繰り返しながらその過程で光の一部が静脈によって吸収された後、最終的に皮膚表面から出射される。また、光源２から撮像対象５に対して照射された光の一部は、撮像対象５の表面で鏡面反射される。
【００１９】
偏光フィルタ３は、撮像素子４と撮像対象５との間に配置されており、光源２から撮像対象５に対して照射された光のうち、撮像対象５の表面において鏡面反射した光を遮断し、撮像対象５の内部において散乱反射した光を透過させるフィルタである。具体的には、偏光フィルタ３は、その透過面が光源２の主偏光面に対して直交するように配置されている。詳細は後述するが、これにより偏光フィルタ３は、光源２から照射された光のうち、撮像対象５の表面において鏡面反射した光を遮断し、撮像対象５の内部において散乱反射した光を透過させる。
【００２０】
撮像素子４は、偏光フィルタ３を透過した光を受光して撮像対象５の撮像を行う。具体的には、撮像素子４は、偏光フィルタ３を透過した光、すなわち撮像対象５の内部で散乱反射された光を受光することにより、生体情報に応じた輝度分布を有する撮像画像を生成する。
【００２１】
（生体撮像の方法）
本実施形態に係る撮像装置１では、撮像対象５の撮像方法として、生体に照射した光のうち生体内部で散乱して戻る反射光を用いて、利用者の生体を撮像する方法を採用している。以下では、利用者の掌を撮像することにより掌の静脈パターンを取得する場合を例に挙げて、撮像装置１による撮像方法について図２を参照して説明する。図２は、光源２から照射された光の偏光状態を示す図であり、図中の（ａ）は、光が撮像対象５の表面で反射した際の偏光状態を示しており、（ｂ）は、光が撮像対象５の内部で反射した際の偏光状態を示している。
【００２２】
光源２より光が撮像対象５に照射されると、照射光の一部は、図２の（ａ）に示すように、撮像対象５の表面で鏡面反射する。具体的には、光源２からの照射光の一部は、撮像対象５の表面の法線に対する入射角と等しい反射角で反射する。撮像対象５の表面で鏡面反射する光は、入射光の偏光面が維持された状態で反射する。
【００２３】
一方、光源２からの照射光の他の一部は、図２の（ｂ）に示すように、撮像対象５の内部で散乱反射する。具体的には、光源２からの照射光の他の一部は、撮像対象５の内部に入射し、散乱を繰り返しながら皮膚表面から出射される。その過程で光の一部は静脈によって吸収される。撮像対象５の内部で散乱反射する光は、様々な方向に散乱されるので、特定の偏光面を有さない状態で反射する。
【００２４】
撮像対象５の表面で鏡面反射した光と、撮像対象５の内部で散乱反射した光とは、偏光フィルタ３にまで到達する。偏光フィルタ３の透過面は、光源２からの照射光の主偏光面と直交するように配置されているので、撮像対象５の表面で鏡面反射した光は偏光フィルタ３を透過しない。一方、撮像対象５の内部で散乱反射した光のうち、偏光フィルタ３の透過面と同じ偏光面を有する光のみ偏光フィルタ３を透過する。
【００２５】
このようにして、撮像対象５の内部で散乱反射した光の一部は偏光フィルタ３を透過し、撮像素子４によって受光される。撮像対象５の内部の静脈部分で散乱反射した光の強度は、静脈以外の部分で散乱反射した光の強度よりも低くなるので、撮像素子４により静脈、すなわち生体情報に応じた輝度分布が再現された撮像画像を生成される。
【００２６】
散乱反射した光と、鏡面反射した光との両方が撮像素子４に入射すると、撮像画像上では鏡面反射した光が当たった領域と鏡面反射した光が当たっていない領域とで輝度ムラが生じ、生体情報に応じた散乱反射光の輝度分布が撮像画像上で再現されなくなる虞がある。そこで、偏光フィルタ３によって撮像対象５の表面で鏡面反射した光が遮断されるので、生体情報に応じた散乱反射光の輝度分布が良好に再現された撮像画像を得ることができる。
【００２７】
本実施形態では、光源２が半導体レーザからなるため、光源２から照射される光は特定の波長を有し、特定の偏光面を有している。そのため、光源２には波長フィルタおよび偏光フィルタ等のフィルタを用いる必要がない。
【００２８】
これにより、フィルタを透過することによる光のロス、すなわち光の強度の低下を抑えることができる。そのため、本実施形態に係る撮像装置１の撮像精度は向上する。また、フィルタが不要となるため、光源２をコンパクトにすることができ、モバイル機器への搭載も可能である。さらに、フィルタを設ける必要がないため、光源２のコストを低く抑えることができる。
【００２９】
また、本実施形態に係る撮像装置１を備えた生体認証装置では、撮像装置１の撮像精度が向上するため、当該生体認証装置の生体認証精度も向上する。このように、本実施形態に係る撮像装置１を備える生体認証装置も本発明の範疇に入る。
【００３０】
〔実施形態１の応用例〕
上述した実施形態１では、静脈パターンに代表される生体内の生体情報を有効に取り出すために、偏光フィルタ３の透過面が、光源２の主偏光面に対して直交するように配置することにより、撮像対象５における表面の情報（例えば、指紋、掌紋、傷または皺等）を排除し、内部の情報（例えば、静脈パターン等）を取り出している。
【００３１】
しかしながら、本発明は必ずしもこれに限定されるわけではない。例えば、偏光フィルタ３の透過面が、光源２の主偏光面に対して平行になるように配置することにより、撮像対象５の内部の情報を排除して、上述したような、指紋、掌紋、傷または皺等の表面の情報をより効果的に収集することが可能となる。
【００３２】
この場合には、光源２からＳ偏光を撮像対象５に斜めに入射させ、このＳ偏光の偏光面に対して、偏光フィルタ３の透過面が平行になるように配置することにより、撮像対象５の表面の情報を効果的に収集できることになる。なお、光源２からＳ偏光またはＰ偏光を照射する方法については、実施形態３にて詳述する。
【００３３】
〔実施形態２〕
一般的に、半導体レーザを生活空間で用いた場合は、利用者の網膜等の生体に害を及ぼす可能性がある。そこで、本実施形態に係る撮像装置１に用いる光源２は、利用者の生体に対する安全性、特に眼に対する安全性を確保するために、アイセーフレーザから構成されている。
【００３４】
（光源の構成）
本実施形態に係る光源２について、図３〜図５を参照して説明する。図３は、光源２を示す外観図であり、図４は、光源２の拡散部材６内における光の散乱を示しており、図５は、光源２の拡散部材６の表面形状を示している。
【００３５】
図３に示すように、光源２は、図示しない半導体レーザチップ、拡散部材６、ステム７、キャップ８およびリードピン９を有している。ステム７は、基台となる部分であり、一方の端面に、キャップ８が固定されている。ステム７は、リードピン９が配置されるための複数の貫通穴を有しており、リードピン９は、それぞれ貫通穴に挿通された状態でステム７に固定されている。
【００３６】
キャップ８は、半導体レーザチップを含む各種の部品を収容する外装部材である。キャップ８は、ステム７とは反対側の端部に、半導体レーザチップから出射される光を透過させるための拡散部材６を有している。
【００３７】
拡散部材６は、図４に示すように、透明な樹脂またはガラス等から構成されており、内部にはフィラー等の拡散材料１０が充填されている。拡散材料１０として用いられるフィラーは、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタンおよびジルコニア等の無機材料、またはこれらの混合物である。
【００３８】
半導体レーザチップから照射された光は、拡散部材６内の拡散材料１０によって拡散されて外部に出射される。そのため、光源２の光源サイズはＳ１の大きさであるが、半導体レーザチップからの照射光が拡散部材６内で拡散されることにより、光源２の見かけの光源サイズがＳ２の大きさにまで拡がる。このようにして光源２の見かけの光源サイズを拡大することにより、利用者の生体に対する安全性を確保している。
【００３９】
なお、図５に示すように、拡散部材６の表面の形状はレンズ形状となっている。拡散部材６の表面のレンズ形状を適宜変更することにより、拡散部材６内で拡散された半導体レーザチップからの照射光の放射角θを制御することができる。
【００４０】
以上では、レーザ光を拡散部材６内に透過させることで光源２のアイセーフ化を実現する方法を例に挙げたが、光源２をアイセーフ化する方法はこれに限定されるものではない。例えば、拡散材料を高濃度に含む拡散部材を用いて、傾斜面または湾曲面からなる反射面を形成し、これにレーザ光を照射することにより、光源２のアイセーフ化を実現してもよい。この場合、反射面の形状を適宜変更することにより、半導体レーザチップからの照射光の放射角θを制御することができる。
【００４１】
あるいは、上述した拡散部材６内にレーザ光を透過させる方法と、拡散部材によってレーザ光を反射する方法とを適宜組み合わせた方式を用いてもよい。
【００４２】
（光源の偏光比）
偏光比とは、光源２の主偏光面以外の偏光面を有する光の強度に対する、光源２の主偏光面を有する光の強度の比である。本実施形態に係る光源２の偏光比は、３以上であることが好ましく、９以上であることがさらに好ましい。
【００４３】
光源２の偏光比が３以上、すなわち光源２からの照射光のうち主偏光面に偏光している光が７５％以上であると、生体認証を行うのに好適な撮像画像を得ることができる。また、光源２の偏光比が９以上、すなわち光源２からの照射光のうち主偏光面に偏光している光が９０％以上であると、生体情報のコントラスト（例えば、静脈部分と静脈以外の部分とのコントラスト）が明確になり、生体情報に応じた輝度分布が明確に再現された非常に良好な撮像画像を得ることができる。
【００４４】
なお、光源２の偏光比が２未満（すなわち、光源２からの照射光のうち主偏光面に偏光している光が６７％未満）であると、光源２からの照射光のうち撮像対象５の表面で鏡面反射した光が偏光フィルタ３を透過する量が増加するため、撮像画像が不明瞭となる。
【００４５】
光源２の偏光比は、拡散部材６内の拡散材料１０の材質および濃度、ならびに拡散部材６の厚みおよび表面の仕上がり状態によって決まる。そこで、光源２の偏光比は、拡散材料１０として用いる材料に応じて、当該材料の濃度および拡散部材６の厚みを適宜調整することで制御することができる。
【００４６】
〔実施形態３〕
直線偏光のうち、入射面（入射光と、入射光が正反射した反射光とがなす面）に平行な偏光振動面を有する直線偏光はＰ偏光であり、入射面に垂直な偏光振動面を有する直線偏光はＳ偏光である。一般的に、対象物に対して斜めに入射したときの反射率は、Ｐ偏光よりもＳ偏光の方が高い。そこで、本実施形態では、撮像対象５の表面における鏡面反射率を低減させるために、光源２からの照射光をＰ偏光とし、撮像対象５に対してＰ偏光を斜めに入射させている。
【００４７】
光源２からＰ偏光を撮像対象５に対して斜めに照射することにより、撮像対象５の表面で鏡面反射する光を低減することができる。その結果、撮像対象５の内部に入射し、撮像対象５の内部において散乱反射する光の割合が多くなるため、撮像精度を向上させることができる。
【００４８】
なお、これとは反対に、撮像対象５の表面を撮像する場合は、撮像対象５の内部における散乱反射率を低減させるために、光源２からの照射光をＳ偏光とし、撮像対象５に対してＳ偏光を斜めに入射させることが望ましい。
【００４９】
（半導体レーザチップの配置）
上述したように、光源２の半導体レーザチップのへき開した端面からは特定の偏光面を有した光が出射されるため、半導体レーザチップの配置の仕方を変更することによって、撮像対象５への入射光をＰ偏光にすることができる。これについて、図６および図７を参照して説明する。
【００５０】
図６は、半導体レーザチップ１２から照射された光の偏光方向を示す図であり、図中の（ａ）は、半導体レーザチップ１２を横置きしたときの偏光方向を示しており、（ｂ）は、半導体レーザチップ１２を縦置きしたときの偏光方向を示している。また、図７は、半導体レーザチップから照射された光の偏光方向を示す図であり、図中の（ａ）は、半導体レーザチップ１２を横置きしたときの偏光方向を示しており、（ｂ）は、半導体レーザチップ１２を縦置きしたときの偏光方向を示している。
【００５１】
図６では、リッジストライプ型の半導体レーザチップ１２を示している。電極２１ａと電極２１ｂとの間に発光層（活性層）２２およびリッジストライプ２３が介在している。図６の（ａ）に示すように、半導体レーザチップ１２を横置き（すなわち、半導体レーザチップ１２の主面が入射面に垂直となる配置）にした場合、半導体レーザチップ１２の発光点１３から出射される光は、入射面に垂直な偏光方向（偏光面）を有することになる。なお、入射面とは、半導体レーザチップからの出射光と、出射光が正反射した反射光とがなす面である。
【００５２】
横置きにした半導体レーザチップ１２からの照射光を撮像対象５に対して斜めに入射させた場合、半導体レーザチップ１２からの照射光は、図７の（ａ）に示すように、入射面に垂直な偏光振動面を有する直線偏光、すなわちＳ偏光となる。したがって、横置きにした半導体レーザチップ１２からの照射光を撮像対象５に対して斜めに入射させた場合、撮像対象５にはＳ偏光が入射することになる。
【００５３】
一方、図６の（ｂ）に示すように、半導体レーザチップ１２を縦置き（すなわち、半導体レーザチップ１２の主面が入射面に平行となる配置）にした場合、半導体レーザチップ１２の発光点１３から出射される光は、入射面に平行な偏光方向（偏光面）を有することになる。
【００５４】
縦置きにした半導体レーザチップ１２からの照射光を撮像対象５に対して斜めに入射させた場合、半導体レーザチップ１２からの照射光は、図７の（ｂ）に示すように、入射面に平行な偏光振動面を有する直線偏光、すなわちＰ偏光となる。したがって、縦置きにした半導体レーザチップ１２からの照射光を撮像対象５に対して斜めに入射させた場合、撮像対象５にはＰ偏光が入射することになる。
【００５５】
このことから、光源２からの照射光をＰ偏光とし、撮像対象５に対してＰ偏光を斜めに入射させるためには、半導体レーザチップ１２を縦置き、すなわち半導体レーザチップ１２の主面が入射面に平行となるように、光源２を配置すればよい。
【００５６】
以上では、ＴＥ偏光の半導体レーザチップ１２を例に挙げているが、ＴＭ偏光の半導体レーザチップを用いてもよい。ＴＭ偏光の半導体レーザチップでは、図６および図７に示した偏光面がすべて９０度回転しているため、ＴＭ偏光の半導体レーザチップを用いる場合は、これを考慮した全く同様の議論が成り立つ。
【００５７】
〔付記事項〕
偏光フィルタ３の透過面が光源２の主偏光面に対して直交するような配置が最も効果的に機能するのは、撮像対象５に対して、光源２からの照射光が垂直に入射し、垂直に反射した光を撮像素子４で検出する場合である。これについて、図８を参照して説明する。図８中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る撮像装置を備える携帯電子機器を示す上面図であり、（ｂ）は、光源から撮像対象へ光を垂直入反射させた状態を示す図である。
【００５８】
撮像対象５に対して、光源２からの照射光を垂直に入反射させる形態は、光源２と撮像素子４とを近接させて配置するような場合に好適である。光源２と撮像素子４とを近接させて配置するような場合としては、図８に示すような携帯電子機器１６等に撮像装置１を搭載する場合が挙げられる。
【００５９】
図８の（ａ）の携帯電子機器１６では、光源２からの光を通す光源窓１５と、撮像対象５で反射した光を通すための撮像部窓１４とを有している。図８の（ｂ）に示すように、光源２からの照射光は光源窓１５を通り、撮像対象５に対して垂直に入射した後、撮像対象５で垂直に反射した光は撮像部窓１４を通って撮像素子４に入射する。
【００６０】
これに対して、図１の場合のように、撮像対象５に対して光源２からの照射光を斜めに入射させる場合、物質境界での反射率がＳ波とＰ波とで異なることから、反射前後で偏光面は光源２の光軸に対して回転する。偏光面が回転しない特別な状態としては、Ｐ偏光およびＳ偏光の場合が挙げられる。
【００６１】
この２つの偏光に対しては、光の反射前後で偏光面が回転しない。この場合、偏光フィルタ３の透過面が、光源２のＰ偏光またはＳ偏光からなる主偏光面に対して直交するように配置することにより、撮像対象５の表面における鏡面反射光を効果的に除外することが可能となる。Ｐ偏光は、Ｓ偏光と比較して、撮像対象５の表面における反射率が小さく、透過率が大きくなるため、撮像対象５の内部の情報を得るためには、Ｐ偏光を用いることがＳ偏光を使用することに比べて有効である。
【００６２】
偏光面がＰ偏光およびＳ偏光から傾斜している場合、上述したとおり物質境界での光の反射率がＳ波とＰ波とでは異なることから、反射前後での偏光面が回転してしまう。このため、光源２、撮像対象５および撮像素子４の３者の位置関係、ならびに撮像対象５の屈折率に応じて、反射後の主偏光面に対して直交するように偏光フィルタ３の透過面を調整すればよい。
【００６３】
しかしながら、このような調整は一般に手間がかかるため、上述した特別な条件を活用することが望ましい。すなわち、光源２からの照射光が撮像対象５に対して略垂直入反射になる形態を採用するか、光源２からの照射光を撮像対象５に対して斜め入射させる場合は、光源からの照射光がＰ偏光またはＳ偏光等の特定の偏光面となる形態を採用することが望ましい。このような条件の光源２に対しては、偏光フィルタ３の透過面が、光源２の主偏光面に対して直交するように配置するだけで撮像対象５の表面における鏡面反射光を有効に除外することができる。
【００６４】
なお、図１では、光源２、撮像対象５および撮像素子４の３者の位置関係は、光源２の光軸方向に出る光に対して略正反射の関係を成しているが、３者の位置関係はこれに限られるものではない。この位置関係をずらすだけで、偏光フィルタ３を介さなくても、光源２の光軸方向に出射され、撮像対象５の表面で鏡面反射した光が直接撮像素子４に入射することを排除することは可能である。
【００６５】
しかしながら、半導体レーザのレーザ光は、完全な直線光ではなく、垂直方向および水平方向にある一定の広がりをもって放射される。例えば、代表的な赤外線半導体レーザの中には、垂直方向に２０度程度、水平方向に１０度程度の開き角をもって放射されるものがある。このため、光源２の光軸に対して、正反射条件からずれる位置に撮像素子４を配置したとしても、光源２の光軸方向以外に放射された光が撮像対象５の表面で鏡面反射し、撮像素子４に入射する場合がある。このため、このような場合でも撮像対象５と撮像素子４との間に偏光フィルタ３を介在させ、撮像対象５の表面で鏡面反射した光が撮像素子４に入射することを確実に除外することが求められる。
【００６６】
なお、上述した実施形態１〜３に関して、半導体レーザの代わりに、特定の波長の光を照射するＬＥＤ（発光ダイオード）を光源として用いることも可能である。しかしながら、この場合には、ＬＥＤから照射される光は無偏光であるため、ＬＥＤを光源として用いる場合は特定の偏光面を有する光を照射するために偏光フィルタを用いる必要がある。このため、半導体レーザを用いることがより好ましい。
【００６７】
さらに、ＬＥＤから得られる光とレーザ光との違いの一つとして、レーザ光の方が波長幅が狭く、単色性が高いことが挙げられる。このため、撮像素子４の前に、狭いバンドパスフィルターを挿入し、太陽および照明等から発生する外乱光に対してＳＮ比の高い生体情報を獲得するためには、単色性の高いレーザ光を用いることが好都合である。このことからも、光源２として半導体レーザを使用することが好適である。
【００６８】
なお、生体の内部情報を獲得するためには、静脈による光吸収が起こりやすい赤外線を使用することが好ましい。しかしながら、撮像対象５の表面を観察する場合は、これに限定されるものではない。例えば、Ｓ偏光を撮像対象５の表面で鏡面反射させて撮像対象５の表面を観察するような場合には、赤外線に加え、目的に応じて可視光、近紫外線または紫外線を用いれば、撮像対象５の表面の皺、シミ、掌紋または指紋等の皮膚表面の生体情報に限らず、撮像対象５の表面の汚れ、傷、あるいは微生物または細菌による汚染等の観察のためにも利用することができる。
【００６９】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る撮像装置１は、撮像対象５として生体情報を含む部位を撮像する撮像装置１であって、上記撮像対象５に赤外線光を照射する半導体レーザ（光源２）と、上記撮像対象５の表面において反射した光を遮断し、上記撮像対象５の内部において反射した光を透過させる偏光フィルタ３と、上記偏光フィルタ３を透過した光を受光して上記撮像対象５を撮像する撮像素子４と、を備える。
【００７０】
上記の構成によれば、光源２として半導体レーザを用いているため、光源２から照射される光は特定の波長を有し、特定の偏光面を有している。そのため、本発明の一態様に係る光源２には波長フィルタおよび偏光フィルタ等のフィルタを用いる必要がない。
【００７１】
これにより、フィルタを透過することによる光のロス、すなわち光の強度の低下を抑えることができる。そのため、本発明の一態様に係る撮像装置１の撮像精度は向上する。また、フィルタが不要となるため、光源をコンパクトにすることができ、モバイル機器への搭載も可能である。さらに、フィルタを設ける必要がないため、光源２のコストを低く抑えることができる。
【００７２】
このように、本発明の一態様に係る撮像装置１によれば、装置サイズおよびコストを抑制しつつ撮像精度を向上させることができる。
【００７３】
また、本発明の態様２に係る撮像装置１は、上記態様１において、上記偏光フィルタ３は、透過面が上記半導体レーザの主偏光面に対して直交するように配置されている。
【００７４】
上記の構成によれば、半導体レーザから照射された光のうち、撮像対象５の表面で鏡面反射した光の偏光面は変化しないため、当該光は偏光フィルタ３を透過しない。一方、半導体レーザから照射された光のうち、撮像対象５の内部で散乱反射した光は特定の偏光面を持たないため、当該光の一部は偏光フィルタ３を透過する。
【００７５】
このように、偏光フィルタ３により撮像対象５の表面で鏡面反射した光を遮断することができるため、生体情報に応じた散乱反射光の輝度分布が良好に再現された撮像画像を得ることができる。
【００７６】
また、本発明の態様３に係る撮像装置１は、上記態様１または２において、上記半導体レーザは、アイセーフレーザである。
【００７７】
上記の構成によれば、利用者の生体、特に眼に対する安全を確保することができる。
【００７８】
また、本発明の態様４に係る撮像装置１は、上記態様３において、上記半導体レーザの偏光比は、３以上であり、好ましくは９以上である。
【００７９】
上記の構成によれば、生体認証に好適な撮像画像を得ることができる。
【００８０】
また、本発明の態様５に係る撮像装置１は、上記態様１〜４のいずれかの態様において、上記半導体レーザから照射された光は、上記撮像対象５に対して斜めに入射するＰ偏光である。
【００８１】
撮像対象５に対して光を斜めに照射させた場合、撮像対象５の表面におけるＰ偏光の反射率はＳ偏光の反射率と比較して小さい。そのため、上記の構成によれば、撮像対象５の内部に入射し、撮像対象５の内部において散乱反射する光の割合が多くなるため、撮像精度を向上させることができる。
【００８２】
また、上述した態様１〜５のいずれかの態様に係る撮像装置１を備える生体認証装置も本発明の範疇に入る。
【００８３】
本発明の一態様に係る撮像装置１の撮像精度が向上するため、当該撮像装置１を備えた生体認証装置の生体認証精度も向上する。
【００８４】
さらに、本発明の態様６に係る、生体情報を含む部位を撮像する撮像装置のための半導体レーザは、赤外線光を照射し、偏光比が３以上であり、好ましくは９以上であるアイセーフレーザである。
【００８５】
本発明の一態様に係る半導体レーザを、生体情報を含む部位を撮像する撮像装置に用いれば、装置サイズおよびコストを抑制しつつ撮像精度を向上させることができる。
【００８６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１  撮像装置
２  光源
３  偏光フィルタ
４  撮像素子
５  撮像対象
６  拡散部材
７  ステム
８  キャップ
９  リードピン
１０  拡散材料
１２  半導体レーザチップ
１３  発光点
【図１】
2017086033.tif 000003
【図２】
2017086033.tif 000004
【図３】
2017086033.tif 000005
【図４】
2017086033.tif 000006
【図５】
2017086033.tif 000007
【図６】
2017086033.tif 000008
【図７】
2017086033.tif 000009
【図８】
2017086033.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月2日(2018.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象として生体情報を含む部位を撮像する撮像装置であって、
上記撮像対象に、半導体レーザチップから照射された光を拡散させて得られた赤外線光を照射する半導体レーザと、
上記赤外線光が上記撮像対象の表面において反射して得られた光を遮断し、上記赤外線光が上記撮像対象の内部において反射して得られた光を透過させる偏光フィルタと、
上記偏光フィルタを透過した光を受光して上記撮像対象を撮像する撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
上記偏光フィルタは、透過面が上記半導体レーザの主偏光面に対して直交するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
上記半導体レーザの偏光比は、３以上であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記半導体レーザから照射された光は、上記撮像対象に対して斜めに入射するＰ偏光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置を備えることを特徴とする生体認証装置。
【請求項６】
半導体レーザチップから照射された光を拡散させて得られた赤外線光を照射し、
偏光比が３以上であることを特徴とする、生体情報を含む部位を撮像する撮像装置のための半導体レーザ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一態様に係る撮像装置は、上記の課題を解決するために、撮像対象として生体情報を含む部位を撮像する撮像装置であって、上記撮像対象に、半導体レーザチップから照射された光を拡散させて得られた赤外線光を照射する半導体レーザと、上記赤外線光が上記撮像対象の表面において反射して得られた光を遮断し、上記赤外線光が上記撮像対象の内部において反射して得られた光を透過させる偏光フィルタと、上記偏光フィルタを透過した光を受光して上記撮像対象を撮像する撮像素子と、を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
さらに、本発明の一態様に係る、生体情報を含む部位を撮像する撮像装置のための半導体レーザは、上記の課題を解決するために、半導体レーザチップから照射された光を拡散させて得られた赤外線光を照射し、偏光比が３以上である。
【国際調査報告】
2017086033.tif 000011
2017086033.tif 000012
2017086033.tif 000013
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