(57)【要約】【課題】小型化及び低コスト化を図ると共に、より安定して精細な画像を取得して認証率向上を図る。【解決手段】血管画像入力装置は、ＬＥＤ光源と屈折率分布型レンズアレイと固体撮像素子を有する。さらにＬＥＤ１ａ、１ｂと、３列の屈折率分布型レンズアレイ２ａ〜２ｃと、３つのライン状固体撮像素子３ａ〜３ｃとを有する。ＬＥＤ１ａ、１ｂは、指ＦＧの内部を透過する近赤外光を照射する。屈折率分布型レンズアレイ２ａ〜２ｃは、指ＦＧとライン状固体撮像素子３ａ〜３ｃとの間の光路上に配置され、指ＦＧの内部の異なる位置に焦点を有する。３列の屈折率分布型レンズアレイ２ａ〜２ｃを介して指ＦＧの内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像をライン状固体撮像素子３ａ〜３ｃに結像する。ライン状固体撮像素子３ａ〜３ｃは、結像された血管画像を取得する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指の内部を透過する光を照射する照明手段と、
前記照明手段により照射される光により前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を取得する撮像手段と、
前記指の血管画像を前記撮像手段に結像する結像手段とを有する血管画像入力装置において、
前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される屈折率分布型レンズアレイを有し、この屈折率分布型レンズアレイを介して前記指の血管画像を前記撮像手段に結像することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項２】
請求項１記載の血管画像入力装置において、
前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される複数の屈折率分布型レンズアレイを有し、
前記撮像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイに応じた複数の撮像素子を有することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項３】
請求項２記載の血管画像入力装置において、
前記複数の屈折率分布型レンズアレイは、前記指の内部の異なる位置に焦点を有することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項４】
請求項３記載の血管画像入力装置において、
前記結像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイにより、前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を結像し、
前記撮像手段は、結像された前記血管画像を取得することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の血管画像入力装置において、
前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される反射手段をさらに有することを特徴とした血管画像入力装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の血管画像入力装置において、
前記指の表面画像を取得する画像取得手段をさらに有することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項７】
指の内部を透過する光を照射する照明手段と、
前記照明手段により照射される光により前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を取得する撮像手段と、
前記指の画像を前記撮像手段に結像する結像手段とを有する血管画像入力装置において、
前記指を設置する設置部材と、
前記指が前記設置部材と接触する領域の表面画像を取得する表面画像取得手段とを有し、
前記撮像手段は、前記領域以外の指の領域の血管画像を取得することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項８】
請求項７記載の血管画像入力装置において、
前記設置部材は、前記照明手段により照射される光を透過する光透過部材を有し、
前記表面画像取得手段は、前記光により前記指が前記光透過部材と接触する領域に生じる光学表面画像を取得することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項９】
請求項７または８記載の血管画像入力装置において、
前記結像手段は、複数の屈折率分布型レンズアレイを有し、
前記撮像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイに応じた複数の撮像手段を有することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項１０】
請求項７または８記載の血管画像入力装置において、
前記屈折率分布型レンズアレイは、前記指の内部の異なる位置に焦点を有することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の血管画像入力装置において、
前記結像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイにより前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を結像し、
前記撮像手段は、結像された前記血管画像を取得することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の血管画像入力装置において、
前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される反射手段をさらに有することを特徴とした血管画像入力装置。
【請求項１３】
請求項６から１２のいずれか１項に記載の血管画像入力装置において、
前記画像取得手段により取得された表面画像を成す複数の画像信号、及び前記撮像手段により取得された血管画像を成す複数の画像信号の少なくとも一方に基づいて前記指の走査量を検出する手段と、
検出された前記指の走査量に応じて、前記指全体の血管画像あるいは表面画像を形成する手段とをさらに有することを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項１４】
指内の異なる位置に焦点の合った複数の部分血管画像を取得し、
取得された複数の部分血管画像から全体の血管画像を再構成することを特徴とする血管画像構成方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の血管画像構成方法において、
一連の部分血管画像を用いて全体の血管画像を再構成することを特徴とする血管画像構成方法。
【請求項１６】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の血管画像入力装置と、
前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の血管画像を被検体の識別情報としてあらかじめ登録する血管画像登録手段と、
前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の血管画像と前記血管画像登録手段の登録画像とが一致するか否かを照合し、その照合結果を個人認証信号として出力する血管画像照合手段とを備えたことを特徴とする個人認証システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の個人認証システムにおいて、
前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の表面画像を被検体の識別情報としてあらかじめ登録する表面画像登録手段と、
前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の表面画像と前記表面画像登録手段の登録画像とが一致するか否かを照合し、その照合結果を個人認証信号として出力する表面画像照合手段とをさらに備えたことを特徴とする個人認証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明手段から照射され、指内部を透過した光により照明された指血管の画像を固体撮像素子で受光する血管画像入力装置、血管画像構成方法、およびこれを用いた個人認証システムに関する。特に本発明は、指と固体撮像素子との位置を相対的に移動させることにより、照明手段から照射され、指内部の透過した光により照明された指血管の画像を固体撮像素子で受光する血管画像入力装置、血管画像構成方法、およびこれを用いた個人認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の著しい進歩によって電子商取引等の経済活動が普及するのに伴い、情報の不正使用を防止する目的から個人認証を電子化する必要性もまた増大している。そこで、鍵のように携帯を必要とせず、利便性が高く、遺失や盗難等による不正行使の恐れも少ない個人認証方式として、指紋や虹彩、血管パターンといった個人の体の一部を鍵として用いる生体認証が注目されている。特に血管パターンを用いた認証方法は、指紋のように犯罪捜査を連想させたり、虹彩のように直接眼球に光を照射したりすることがないので心理的抵抗感が少なく、また、容易に観測できる生体表面ではなく、生体内部の特徴のため、偽造が困難という利点がある。
【０００３】
このような生体内部の血管パターンは、近赤外光の光源によって対象部位を照らし、それを近赤外光に感度のあるカメラもしくはイメージセンサなどの撮像系で撮影することで得られる。血液中のヘモグロビンは近赤外光を良く吸収するため、血管部分で光が吸収され、周辺組織に比べて暗く写る。この明暗の差による紋様が血管パターンとなる。
【０００４】
血管パターンを利用する血管画像入力装置として、特許文献１に述べられている手の甲の静脈の画像を利用するものや、特許文献２に述べられている手のひらの静脈画像を利用するものがある。これらの血管画像入力装置においては、手の甲や手のひらなどの大面積画像を取得するために撮像手段は二次元撮像素子であり、結像光学系による画像の取得に対し撮像物体が大きくなるため撮像装置全体がかなり大きくなってしまう問題があった。
【０００５】
このように撮像装置の大型化を避けるため、手の指の血管画像を入力する血管画像入力装置が特許文献３または特許文献４に述べられている。
【０００６】
特許文献４に述べられている指の静脈画像の画像入力装置を図１１に沿って説明する。
【０００７】
図１１に示す血管画像入力装置は、筐体１００に設けた光源部１０４内の近赤外光源１１４から光源開口部１０６を介して照射される近赤外光を指ＦＧに入射し、撮影開口部１１０を介してカメラ部１１２で指内部を透過してきた光線を利用して血管画像を撮影している（図中の１０８はガイド溝、１１８はボタンスイッチ、１１６は遮光板をそれぞれ示す）。
【特許文献１】特開平１０−２９５６７４号公報
【特許文献２】特開２００４−０６２８２６号公報
【特許文献３】特開平７−２１３７３号公報
【特許文献４】特開２００４−２６５２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１１の構成における撮像手段は、特許文献４では特に明示されていないが、二次元撮像素子であり、指の先端から指の根元までを撮像するためには、指の長さに対応した撮像領域が必要となる。この撮像領域を図１２に簡略化して示す。図１２から分かるように、二次元撮像素子から成る指紋用撮像素子１２０と、指内部を透過してきた光線を指ＦＧの静脈パターンＶＰを反映した血管画像として指紋用撮像素子１２０に結像させる結像光学系としてのレンズ光学系１２１とを有するカメラ部１１２は、指全体の撮像領域１０を確保するため、指ＦＧとの間を離して設置する必要がある。一般に二次元撮像素子はコストの観点から極力小さいものが要求され、レンズ光学系の縮小率は大きくなりがちであり、その結果指と撮像素子との距離は大きくなる傾向にある。またレンズの径を大きくし、画角を広く取る必要がある。
【０００９】
よって上記の装置形態では、血管パターンの撮像のために縮小光学系を有するカメラを用いていたため、一定長の焦点距離が必要で、また、カメラ自体がレンズ等で厚みを持つ（レンズも相当の径を持つ）ために、撮像部の筐体が大きくなりがちである。また小型設計のための自由度が低いという問題があった。
【００１０】
また、指の血管は、指紋と違い指内部に３次元的に存在するため、レンズに対する血管の相対位置が場所により異なる。また撮影時に指の上下動などによりレンズに対して血管位置が変動する。そのような画像を取得する場合、光学系の被写界深度は、極力深くする必要がある。被写界深度を深くしようとすると、光学長が長くなり、小型化という課題に相反することにある。専用の広角レンズを使う方法では、その設計製作のコストが大きくなり、低コスト化という課題に相反することになる。そこで、特許文献４の中には、小型化のために鏡による折り返し構造なども開示されているが、撮像素子として２次元撮像素子を使用しているうえ、開示されている図面の光学的な構成も折り返しに適した方向ではなく、十分に光学的検討を加えたものとは言い難い。このように装置の小型化を考えた提案がなされているものの、上記構成での小型化では不十分である。
【００１１】
本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたもので、小型化及び低コスト化を図ると共に、より安定して精細な画像を取得して認証率向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明による血管画像入力装置は、指の内部を透過する光を照射する照明手段と、前記照明手段により照射される光により前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を取得する撮像手段と、前記指の血管画像を前記撮像手段に結像する結像手段とを有する血管画像入力装置において、前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される屈折率分布型レンズアレイを有し、この屈折率分布型レンズアレイを介して前記指の血管画像を前記撮像手段に結像することを特徴とする。
【００１３】
本発明において、前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される複数の屈折率分布型レンズアレイを有し、前記撮像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイに応じた複数の撮像素子を有してもよい。前記複数の屈折率分布型レンズアレイは、前記指の内部の異なる位置に焦点を有してもよい。前記結像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイにより、前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を結像し、前記撮像手段は、結像された前記血管画像を取得してもよい。前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される反射手段をさらに有してもよい。前記指の表面画像を取得する画像取得手段をさらに有してもよい。
【００１４】
本発明による血管画像入力装置は、指の内部を透過する光を照射する照明手段と、前記照明手段により照射される光により前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を取得する撮像手段と、前記指の画像を前記撮像手段に結像する結像手段とを有する血管画像入力装置において、前記指を設置する設置部材と、前記指が前記設置部材と接触する領域の表面画像を取得する表面画像取得手段とを有し、前記撮像手段は、前記領域以外の指の領域の血管画像を取得することを特徴とする。
【００１５】
本発明において、前記設置部材は、前記照明手段により照射される光を透過する光透過部材を有し、前記表面画像取得手段は、前記光により前記指が前記光透過部材と接触する領域に生じる光学指紋画像を取得してもよい。前記結像手段は、複数の屈折率分布型レンズアレイを有し、前記撮像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイに応じた複数の撮像手段を有してもよい。前記屈折率分布型レンズアレイは、前記指の内部の異なる位置に焦点を有してもよい。前記結像手段は、前記複数の屈折率分布型レンズアレイにより前記指の内部に３次元状に分布する静脈血管の血管画像を結像し、前記撮像手段は、結像された前記血管画像を取得してもよい。前記結像手段は、前記指と前記撮像手段の間の光路上に配置される反射手段をさらに有してもよい。
【００１６】
本発明において、前記画像取得手段により取得された表面画像を成す複数の画像信号、及び前記撮像手段により取得された血管画像を成す複数の画像信号の少なくとも一方に基づいて前記指の走査量を検出する手段と、検出された前記指の走査量に応じて、前記指全体の血管画像あるいは表面画像を形成する手段とをさらに有してもよい。
【００１７】
本発明による血管画像構成方法は、指内の異なる位置に焦点の合った複数の部分血管画像を取得し、取得された複数の部分血管画像から全体の血管画像を再構成することを特徴とする。本発明において、一連の部分血管画像を用いて全体の血管画像を再構成してもよい。
【００１８】
本発明による個人認証システムは、上記いずれかの血管画像入力装置と、前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の血管画像を被検体の識別情報としてあらかじめ登録する血管画像登録手段と、前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の血管画像と前記血管画像登録手段の登録画像とが一致するか否かを照合し、その照合結果を個人認証信号として出力する血管画像照合手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明において、前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の表面画像を被検体の識別情報としてあらかじめ登録する表面画像登録手段と、前記血管画像入力装置により読み取られた前記指の表面画像と前記表面画像登録手段の登録画像とが一致するか否かを照合し、その照合結果を個人認証信号として出力する表面画像照合手段とをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、従来以上に小型であり、安定で精細な画像を取得し、認証率の向上した血管画像入力装置、血管画像構成方法、およびこれらを用いた個人認証システムを安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる血管画像入力装置、血管画像構成方法、およびこれらを用いた個人認証システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
指の静脈は、指の内部に３次元状に分布している。また、スイープ型（指走査型）の血管画像入力装置では、指の動きは不安定となる。このため、静脈の焦点がずれやすい。静脈パターンの撮影は、基本的に非接触なので、特にその問題がある。その対策として、レンズで被写界深度を出して、いずれの場合もボケのない画像を得ようとすると、光路長が長くなり、全体が大きくなる。小型化しようと、専用のレンズを設計すると、コストが高くなる。
【００２３】
そこで、本実施形態による血管画像入力装置では、結像光学系として、汎用の安い屈折率分布型レンズアレイを使用している。適度な被写界深度を有する屈折率分布型レンズアレイを用いることにより、一般のレンズ光学系を用いる場合に比べ小型化が図れる。つまり屈折率分布アレイは以下の実施形態に示すように、１次元の光学系としては、屈折率分布型のロッドレンズを複数個１列に並べて板状とし、更に等倍光学系であるので焦点距離を短くできるので、筐体中の配置など設計自由度が高くなり、小型化がしやすいという特徴を持つ。また個人認証に用いられる血管は、１００μｍ程度以上の径をもつ皮下静脈パターンを主に利用し、この血管パターンは、指という光学的散乱体中の画像（そもそもボケを有する）として捕らえるので、屈折率分布型レンズアレイを用いることができる。ただし、汎用の屈折率分布型レンズアレイを用いて血管の画像を取ろうとすると、一般的に被写界深度が浅いため、その画質が落ちやすいという問題がある。特に指内の血管は、指紋のように密着かつ平面で焦点位置が固定でないため、指の動きでその焦点位置が変わり、３次元の分布をしている血管パターンを撮影するのは難しい。
【００２４】
その点を踏まえ、特にスイープ型（指走査型）の血管画像入力装置では、用いる屈折率分布型レンズアレイとして、焦点位置の異なる複数の屈折率分布型レンズアレイを使用している。また、複数の屈折率分布型レンズアレイに対応する撮像手段を成すセンサとして、複数のライン状センサを用いている。さらに、画像再構成では、複数のライン状センサにより得られる画像のうち、どれか焦点の合った画像を使用している。また複数の部分画像で指全体をカバーして、それぞれ焦点の合った画像を合成している。結像光学系及び撮像手段は、このように汎用の低コストな部品が適用される。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態による血管画像入力装置の構成を図１及び図２に示す。図１は、本装置の全体構成を示す概略図、図２は、図１の装置構成における基本部分の構成を示す斜視図である。
【００２５】
図１及び図２に示す血管画像入力装置は、指ＦＧの内部を透過する近赤外光を照射する光源（照明手段）と、指ＦＧの静脈パターンＶＰを反映した血管画像を取得する撮像素子と、指ＦＧの血管画像を撮像素子に結像する光学結像系とを有する。この構成において、近赤外光を透過するガイド板１０上に沿って、指ＦＧを一定方向（図中矢印Ｐで示す水平方向）に走査することにより、指ＦＧの第１関節と第２関節との間の部分に存在する皮下の静脈パターンＶＰの血管画像を撮影する。
【００２６】
近赤外光は、一般に血管以外の生体に吸収されにくく、血管のコントラストを得やすい７００ｎｍ−１０００ｎｍの波長を用いることが可能であるが、本実施形態では９５０ｎｍの波長を用いている。この波長の近赤外光を発する光源として、本実施形態ではＬＥＤ（Light Emitting Diode）１ａ、１ｂが設けられる。このＬＥＤ１ａ、１ｂは、図示の如く、指ＦＧの前後の位置に、指ＦＧをその腹面から照射するように配置される。これらのＬＥＤ１ａ、１ｂからの近赤外光は、指ＦＧに照射され、指内部を散乱透過してきた近赤外光（散乱拡散光）により指内部の静脈が照明される（図中の矢印Ｑは、指内部での散乱透過光を示す）。また光源を成すＬＥＤ１ａ、１ｂは、血管画像入力装置の製品形態に応じて、指ＦＧの側面や背面から照射するように配置してもよい。
【００２７】
結像光学系として、本実施形態では３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃが設けられる。この３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれの指内の焦点が高さ方向に異なるように配置される（図中の破線は、それぞれの焦点の位置ｈ１、ｈ２、ｈ３を示す）。それぞれのライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃは、同一の焦点、被写界深度を有する。被写界深度が１ｍｍの場合、３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃにより３ｍｍ程度の範囲に渡って画像を取ることができる。本実施形態で用いる屈折率分布型レンズアレイとしては、例えばセルフォックレンズアレイ（「ＳＬＡ（登録商標）」）が適用可能である。
【００２８】
結像光学系による結像部分には、撮像素子が設けられる。この撮像素子として、本実施形態では３列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃが設けられる。この３列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃは、３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃに応じてそれぞれ配置される。固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃは、指ＦＧの走査範囲と撮像範囲を考慮し、さらに結像光学系の配置を考慮すると、短冊状の形態が好ましい。本実施形態では、複数ラインからなる短冊状の形態、つまり複数ラインからなるライン形状のものを用いている。
【００２９】
これらの３列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃにより、指内部の異なる焦点位置ｈ１、ｈ２、ｈ３の指静脈画像（３焦点画像）の一部が得られる。本実施形態では、指ＦＧを走査しながら、この３焦点画像を１つの部分画像セットとして、時間的に連続する複数の部分画像セットを取得し、取得されたこれらの部分画像セットを用いて血流による静脈パターンＶＰを全体画像として再構成する。
【００３０】
指ＦＧは、固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃの主走査方向（ライン方向）と垂直方向に走査することができる。指ＦＧを主走査方向に走査することで上記のライン状の指内部の静脈パターン画像が取得できる。また３列の固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃは、本実施形態では、固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃの順に走査する。これにより固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃでは、走査に合わせて順番に同じ領域を重複して次々に撮影していく。指ＦＧの走査方向が、図１及び図２に示す場合と反対方向の場合は、固体撮像素子３ｃ、３ｂ、３ａの順に走査すればよい。
【００３１】
次に、図３を参照して、固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃにより取得された静脈パターンＶＰの部分画像セットからその全体画像を再構成する際の画像読み取り方法を説明する。なお、図３に示す画像読み取り方法の処理手順は、例えば固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃの出力側に接続される画像処理部等の処理部（図示しない）により実行される処理プログラムとして予め設定される。
【００３２】
まず、ステップＡにて、固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃにより、３焦点位置ｈ１〜ｈ３での画像を３フレーム分取込む。この場合、固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃの並びに応じて、１フレーム当たり３枚の画像が得られる。図３の例では、固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃにより、１フレーム目の画像ＩＭ１１、ＩＭ２１、ＩＭ３１、２フレーム目の画像ＩＭ１２、ＩＭ２２、ＩＭ３２、３フレーム目の画像ＩＭ１３、ＩＭ２３、ＩＭ３３がそれぞれ得られる。
【００３３】
次いで、ステップＢにて、３焦点位置ｈ１〜ｈ３での連続する３フレーム画像をその焦点毎に分類する。この場合、１つの焦点当たり３フレーム分の画像が得られており、それぞれの焦点毎に分類された３フレーム画像ＩＭ１１〜ＩＭ１３、ＩＭ２１〜ＩＭ２３、ＩＭ３１〜Ｍ３３が走査範囲全体の画像にそれぞれ対応している。
【００３４】
この場合、前記のように指ＦＧが上下に変動し（図１中の矢印Ｒは、指ＦＧの走査に伴うぶれを示す）、或いは静脈パターン（血管パターン）ＶＰが３次元に分布することで、それぞれの３焦点での画像の、おのおののフレームでは、焦点が合っていない画像（ボケのある画像）が取り込まれる可能性がある。
【００３５】
そこで、ステップＣにて、焦点毎に分類された３フレーム画像ＩＭ１１〜ＩＭ１３、ＩＭ２１〜ＩＭ２３、ＩＭ３１〜Ｍ３３の中から焦点が合っているフレームのみを採用して合成画像を生成する。例えば、１フレーム目、２フレーム目の画像では、固体撮像素子３ａ、３ｂの画像の焦点が、また３フレーム目の画像では、固体撮像素子３ｃの画像の焦点が合っているとする。この場合、１フレーム目、２フレーム目では固体撮像素子３ａ、３ｂの画像ＩＭ１１、ＩＭ２２を、また３フレーム目では固体撮像素子３ｃの画像ＩＭ３３をそれぞれ採用して合成画像を生成し、全体の静脈パターンＶＰを示す血管パターン画像を再構成する。これにより、ボケのない鮮明な画像を再構成することができる。
【００３６】
なお、それぞれの焦点での画像は、走査範囲全体の画像を成す各フレームが互いに重なるよう予め設定された駆動条件で取得されており（図中の例参照）、この各フレームの重なり情報を利用することにより、各フレームの短冊画像を重ね合わせて全体画像を再構成することができる。よって本実施形態では、指の走査量（走査速度）を検出するための手段を必ずしも必要としない。ただし、より正確な走査量を計測するために、指の走査量を検出する手段を設けてもよい。この手段として、例えばローラー状の回転機構を設け、これに沿って走査することで回転機構から指の走査量（走査速度）を取得してもよい。
【００３７】
従って、本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
【００３８】
一般に屈折率分布型レンズアレイは、被写界深度を深くすることができず、用途が限られるが、本実施形態の構成をとることによって、一般のスキャナ等に使われている汎用、低コストのライン状屈折率分布型レンズアレイを使って、広い焦点範囲を撮影することができる。つまり、指ＦＧの操作中に少々指ＦＧが上下に振れることがあっても、３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃのどれかで焦点が合っていれば、ボケのない画像を取得できる。
【００３９】
また、静脈血管は、指内に３次元的に分布しているが、本実施形態の構成により、これらの静脈血管に３列のライン状屈折率分布型レンズアレイのどれかの焦点が合っていれば、ボケのない画像を取得できる。３次元分布とは言っても、今見ようとしている静脈血管は、皮下に沿って分布しているので、３ｍｍ程度の焦点範囲があればよい。また血管画像は、血管パターンが指紋ほど細かくないので、指紋ほどの解像度を要求されず、このような光学系で十分である。
【００４０】
さらに、指ＦＧの走査に従い、同時に焦点の異なる３つの画像セットとして、時間的に連続画像群を取得できるので、これらの画像群から最適画像を使って、指血管パターンの全体画像を再構成することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、３列のライン状屈折率分布型レンズアレイを用いたが、列数はこれに限定されず、例えば３列以上としてもよい。被写界深度が０．５ｍｍとより小さいものでも、６列とすれば同程度の深さを撮影することができる。０．５ｍｍのものはより汎用的で、６列用いても低コスト化を図れる。また撮像素子も、短冊状のセンサは量産効果で低コストで製造できるので、ある程度まで列数を増やすことはコストアップにつながらず、小型化、低コスト化の観点から最適設計を行うことができる。
【００４２】
また本実施形態は指ＦＧを走査させるスイープ型の血管画像入力装置としたが、屈折率分布型レンズアレイと撮像素子を一体化した可動モジュールを走査させるスキャナー型としてもよい。この場合もスキャン中の指ＦＧの動きに対して同様の効果を有する。静脈パターンを赤外光で撮像する場合、近赤外光は、指ＦＧに照射され、指内部を散乱透過してきた近赤外光（散乱拡散光）により指内部の静脈が照明されるので、指ＦＧの側面あるいは背面から照射する形態の光源は、このモジュールと一体化する必要はない（一般の原稿を読み取るスキャナでは、光源と可動モジュールに一体化される）。その結果可動モジュールの一層の小型化を図ることができる。さらに可動モジュールの動作と撮像の動作を同期させることで全体画像の再構成ができるので、取得した短冊状の画像を用いて全体画像を再構成する必要もない。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態による血管画像入力装置の構成を図４に示す。
【００４３】
図４に示す血管画像入力装置は、結像光学系として、２列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂが、それぞれの指内の焦点が高さ方向に異なるように配置される（図中の破線は、それぞれの焦点の位置ｈ１、ｈ２を示す）。さらに、それぞれのライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂと指ＦＧの間に反射鏡４ａ、４ｂを設け、この反射鏡４を介してライン状固体撮像素子３ａ、３ｂと指ＦＧとの間の光学路を９０度折り曲げた形態とする。近赤外光の光源を成すＬＥＤ１は、反射鏡４ａ、４ｂの間に設置され、指ＦＧをその腹側から照射する。この形態により、更に小型化を達成できる。
【００４４】
それぞれのライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂは、同一の焦点、被写界深度を有する。被写界深度が１ｍｍの場合、２列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂにより２ｍｍ程度の範囲に渡って画像を取ることができる。血管パターンは、それほど細かい解像度を要求されないので、理論上の２ｍｍより広い範囲で十分認証に耐える画像を取得することができるが、更に２段で４列配置することもできる。
【００４５】
結像光学系による結像部分には、撮像素子が設けられる。この撮像素子として、本実施形態では２列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂが設けられる。この２列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂは、２列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂに応じてそれぞれ配置される。固体撮像素子３ａ、３ｂは、指ＦＧの走査範囲と撮像範囲を考慮し、さらに結像光学系の配置を考慮すると、短冊状の形態が好ましい。本実施形態では、複数ラインからなる短冊状の形態、つまり複数ラインからなるライン形状のものを用いている。
【００４６】
これらの２列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂにより、指内部の異なる焦点位置ｈ１、ｈ２の指静脈画像（２焦点画像）の一部が得られる。本実施形態では、指ＦＧを走査しながら、この２焦点画像を１つの部分画像セットとして、時間的に連続する複数の部分画像セットを取得し、取得されたこれらの部分画像セットを用いて血流による静脈パターンＶＰを全体画像として再構成する。
【００４７】
指ＦＧは、固体撮像素子３ａ、３ｂの主走査方向（ライン方向）と垂直方向に走査することができる。指ＦＧを主走査方向に走査することで上記のライン状の指内部の静脈パターン画像が取得できる。また２列の固体撮像素子３ａ、３ｂは、本実施形態では、固体撮像素子３ａ、３ｂの順に走査する。これにより固体撮像素子３ａ、３ｂでは、走査に合わせて順番に同じ領域を重複して次々に撮影していく。指ＦＧの走査方向が、図４に示す場合と反対方向の場合は、固体撮像素子３ｂ、３ａの順に走査すればよい。
［第３の実施形態］
本発明の第２の実施形態による血管画像入力装置の構成を図５に示す。本実施形態では、血管画像に加え、更に指紋画像を取得し、認証精度を高めている。
【００４８】
図５に示す血管画像入力装置は、指ＦＧの内部を透過する近赤外光を照射する光源（照明手段）と、指ＦＧの静脈パターンＶＰを反映した血管画像を取得する撮像素子と、指ＦＧの血管画像を撮像素子に結像する光学結像系とを有する。この構成において、近赤外光を透過するガイド板１０上に沿って、指ＦＧを一定方向（図中矢印Ｐで示す水平方向）に走査することにより、指ＦＧの第１関節と第２関節との間の部分に存在する皮下の静脈パターンＶＰの血管画像を撮影する。
【００４９】
近赤外光は、一般に血管以外の生体に吸収されにくく、血管のコントラストを得やすい７００ｎｍ−１０００ｎｍの波長を用いることが可能であるが、本実施形態では９５０ｎｍの波長を用いている。この波長の近赤外光を発する光源として、本実施形態ではＬＥＤ１が設けられる。このＬＥＤ１からの近赤外光は、指ＦＧに照射され、指内部を散乱透過してきた近赤外光（散乱拡散光）により指内部の静脈が照明される（図中の矢印Ｑは、指内部での散乱透過光を示す）。また光源を成すＬＥＤ１は、血管画像入力装置の製品形態に応じて、指ＦＧの側面や背面から照射するように配置してもよい。
【００５０】
結像光学系として、第１の実施形態と同じ３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃが、それぞれの指内の焦点が高さ方向に異なるように配置される。
【００５１】
結像光学系による結像部分には、それぞれのライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃに応じて３列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃが配置される。これらの固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃは、数ラインの短冊状固体撮像素子を用いることで低コスト化を図っている。
【００５２】
また、指ＦＧの第１関節部分の指紋画像を取得するために、指紋用固体撮像素子５が配置される。この指紋用固体撮像素子５は、ライン状の密着型光学式イメージセンサを利用することで縮小光学系が不要となり、小型化設計が容易になる。指紋画像取得のために圧力式、容量式のイメージセンサを利用すれば、指紋用の光源が不要となり、光源設計を静脈パターン側に特化でき、小型化を図れるので好適である。
【００５３】
本実施形態では、ガイド板１０は、シリコンの厚さ１００μｍの薄板を利用した。シリコンは近赤外光を透過し、可視光は透過しないので、装置への不要な外光が進入するのを防ぐことができる。
【００５４】
近赤外光を透過するガイド板１０に沿って、指ＦＧを一定方向（図中矢印Ｐで示す水平方向）に走査する。指走査に従いガイド板４に密着した指先部の指紋画像を取得する。これは一連の短冊状の画像となる。複数のライン数の部分画像を対象とし、それぞれの部分画像が重なり合うように取得する。これは固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃの１フレームの走査速度を、想定される指ＦＧの走査速度より十分大きくすることにより実現することができる。これら重なり部を有する部分画像を、重なり部を参照にして、つなぎ合わせることにより全体の指紋画像を求める。
【００５５】
また同時に、指ＦＧの第１関節と第２関節との間の部分に存在する皮下の静脈を３列の固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃで撮影する。このとき、指ＦＧの指紋採取部分はガイド板１０に接触しており、ガイド板１０に接触しない部分の静脈パターンが撮影される。これは、静脈は、圧力がほとんどゼロに近く、ガイド板１０にある圧力で接触すると静脈がつぶれ、中の血液は周りの毛細血管に退避してしまい、画像としての血管パターンが消失してしまうためである。この不具合を避けるために、指先はガイド板１０に接触させ、その指ＦＧを走査することが好適である。更に指ＦＧの動きとガイド板１０との接触、非接触を安定にするために、指ＦＧを側面で支えるガイド等を設けてもよい。指ＦＧの先端部分は、ガイド板１０に完全に接触しているので、指ＦＧの走査はある程度安定した動きとなる。ただし、図５のように走査する場合、焦点の変動が大きいので、それに合わせた配置とする。
【００５６】
静脈パターンの取得方法は、第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態では、指紋の重なり画像から指の走査量（走査速度）を検出し、この情報を用いて静脈パターンの再構成を行う。第１の実施形態のように静脈パターンの部分画像から、走査量を検出することは可能であるが、静脈パターンは指紋ほど細かくないので、より細かい指紋パターンから得られる走査量情報を使う。指紋用固体撮像素子５として、１ラインの固体撮像素子で低コスト化を図る場合、静脈パターンから得られる走査量を使って、指紋の全体画像を再構成することもできる。
【００５７】
本実施形態では指表面の指紋情報を利用して認証精度を上げているが、指紋以外の表面画像情報（皺や傷、汚れなど）を用いても指の走査量を求めることができる。指紋の認証を行うことと関係なく、この表面画像情報から静脈パターンを再構成することができる。
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態による血管画像入力装置の構成を図６に示す。本実施形態でも、第３の実施形態と同様に、血管画像に加え、更に指紋画像を取得し、認証精度を高めている。
【００５８】
図６に示す血管画像入力装置は、結像光学系として、３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃが、それぞれの指内の焦点が高さ方向に異なるように配置される。さらに、それぞれのライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃと指ＦＧの間に反射鏡４を設け、この反射鏡４を介してライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃと指ＦＧとの間の光学路を９０度折り曲げた形態とする。
【００５９】
本実施形態では、折り曲げる方向を、図のようにすることで、反射鏡４を１枚とすることができるので、実装が容易になり、一層の小型化、特に薄型化を実現できる。近赤外光の光源を成すＬＥＤ１ａ、１ｂは、指ＦＧの先端部と根元側にそれぞれ設置され、指ＦＧを腹側から照射する。それぞれの画像の取得方法等は、第３の実施形態と同様である。
【００６０】
また、指ＦＧの第１関節部分の指紋画像を取得するために、指紋用固体撮像素子５が配置される。この指紋用固体撮像素子５は、ライン状の密着型光学式イメージセンサを利用することで縮小光学系が不要となり、小型化設計が容易になる。指紋画像取得のために圧力式、容量式のイメージセンサを利用すれば、指紋用の光源が不要となり、光源設計を静脈パターン側に特化でき、小型化を図れるので好適である。
［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態による血管画像入力装置の構成を図７に示す。本実施形態でも、第３及び第４の実施形態と同様に、血管画像に加え、更に指紋画像を取得し、認証精度を高めている。
【００６１】
図７に示す血管画像入力装置は、結像光学系として、３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃが、それぞれの指内の焦点が高さ方向に異なるように配置される。ライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ異なる焦点距離を有する。これにより、光路長は、最も焦点距離が長いもの以下とすることができるので、より小型化を図れる。
【００６２】
結像光学系による結像部分には、それぞれのライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃに応じて３列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃが配置される。これらの固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃは、数ラインの短冊状固体撮像素子を用いることで低コスト化を図っている。
【００６３】
また、指ＦＧの第１関節部分の指紋画像を取得するために、指紋用固体撮像素子５が配置される。この指紋用固体撮像素子５は、ライン状の密着型光学式イメージセンサを利用することで縮小光学系が不要となり、小型化設計が容易になる。指紋画像取得のために圧力式、容量式のイメージセンサを利用すれば、指紋用の光源が不要となり、光源設計を静脈パターン側に特化でき、小型化を図れるので好適である。それぞれの画像の取得方法等は、第３の実施形態と同様である。
［第６の実施形態］
本発明の第６の実施形態による血管画像入力装置の構成を図８に示す。
【００６４】
本実施形態でも、第３〜第５の実施形態と同様に、血管画像に加え、更に指紋画像を取得し、認証精度を高めている。
【００６５】
図８に示す血管画像入力装置は、結像光学系として、３列のライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃが、それぞれの指内の焦点が高さ方向に異なるように配置される。このライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ異なる焦点距離を有する。これにより光路長は、最も焦点距離が長いもの以下とすることができるので、小型化を図れる。
【００６６】
結像光学系による結像部分には、それぞれのライン状屈折率分布型レンズアレイ２ａ、２ｂ、２ｃに応じて３列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃが配置される。これらの撮像素子は、数ラインの短冊状固体撮像素子を用いることで低コスト化を図っている。本実施形態では、３列のライン状固体撮像素子３ａ、３ｂ、３ｃの位置をそれぞれ揃え、実装を容易にしている。
【００６７】
また、指ＦＧの第１関節部分の指紋画像を取得するために、指紋用固体撮像素子５が配置される。この指紋用固体撮像素子５は、ライン状の密着型光学式イメージセンサを利用することで縮小光学系が不要となり、小型化設計が容易になる。指紋画像取得のために圧力式、容量式のイメージセンサを利用すれば、指紋用の光源が不要となり、光源設計を静脈パターン側に特化でき、小型化を図れるので好適である。それぞれの画像の取得方法等は、第３の実施形態と同様である。
［第７の実施形態］
本発明の第７の実施形態は、上記第１〜第６の実施形態のいずれかによる血管画像入力装置を用いた個人認証システムである。この個人認証システムの構成を図９および図１０に示す。
【００６８】
図９に示す個人認証システムは、血管画像入力装置２００と、この血管画像装置２００に接続される血管画像照合装置３００とを備える。血管画像入力装置２００は、前述の固体撮像素子から構成される撮像部２０１と、その周辺回路部２０２と、ＬＥＤチップに搭載されるＬＥＤ２０３とを有する。この血管画像入力装置２００には、前述のライン状屈折率分布型レンズアレイを用いた結像光学系（図示しない）も搭載されている。
【００６９】
周辺回路部２０２は、図１０に示すように、固体撮像素子１００に形成されており、撮像部２０１の動作を制御する制御回路（駆動回路）１０２１と、撮像部２０１から出力される指の血管画像に関する画像に応じたアナログ撮像信号をクランプ回路１０２２を介しアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０２３と、Ａ／Ｄコンバータ１０２３にて変換されたデジタル信号を血管画像の画像信号として外部の装置（インターフェースなど）にデータ通信するための通信制御回路１０２４及びそれに接続されるレジスタ１０２５と、ＬＥＤ２０３の発光を制御するＬＥＤ制御回路１０２６と、外部の発振子１０２７から供給される基準パルスに基づき上記回路１０２１〜１０２６の動作タイミングを制御する制御パルスを発生するタイミング発生器１０２８とを含む。周辺回路部２０２を含む回路は、上記に限らず、別種の回路を含めてもよい。他方、上記の回路の一部を不図示の別チップとしてもよい。
【００７０】
血管画像照合装置３００は、周辺回路部２０２の通信制御部から出力される通信データを入力する入力インターフェース２１１と、この入力インターフェース２１１に接続される画像処理部（血管画像照合手段）２１２と、この画像処理部２１２に接続される血管画像データベース（血管画像登録手段）２１３及び出力インターフェース２１４とを備える。出力インターフェース２１４は、使用やログイン等に際しセキュリティ確保等のため個人認証が必要とされる電子機器（ソフトウエアも含む）に接続される。
【００７１】
ここで、血管画像データベース２１３には、予め個人認証すべき対象者の指の血管画像が登録されている。ここでの対象者は、一人でも複数人でも構わない。
【００７２】
対象者の血管画像は、対象者の個人認証情報として、初期設定時や対象者追加時などに予め血管画像入力装置２００から入力インターフェース２１１を介し入力される。
【００７３】
画像処理部２１２は、血管画像入力装置２００により読み取られた血管画像を入力インターフェース２１１を介し入力し、血管画像データベース２１３の登録画像と一致するか否かを既知の血管画像照合用画像処理アルゴリズムを基に照合し、その照合結果（血管画像一致又は不一致）を個人認証信号として出力インターフェース２１４を介し出力する。
【００７４】
なお、この例では、血管画像入力装置２００と血管画像照合装置３００を別デバイスで構成しているが、本発明はこれに限らず、必要に応じ血管画像照合装置３００の少なくとも一部の機能を血管画像入力装置２００の周辺回路部２０２内に一体に構成してもよい。また、この例の個人認証システムは、個人認証が必要とされる電子機器内に一体に組み込んで構成しても、電子機器と別体で構成しても構わない。
【００７５】
また、上記第３〜第６の実施形態のいずれかによる血管画像入力装置を用いた個人認証システムでは、取得した指紋画像と血管画像の両方を使って、個人認証を行うこともできる。たとえば、血管画像が登録血管画像と一致する場合と、指紋画像が登録指紋画像と一致する場合で、セキュリティを高めることができる。血管画像あるいは指紋画像の画像認証だけでは認証率が低い場合、両方の画像を取得し、どちらか一方の画像が一致することで認証を行い、認証のエラー率を下げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態による血管画像入力装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す血管画像入力装置の基本構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示す血管画像入力装置を用いた画像読み取り方法を説明する概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による血管画像入力装置の全体構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による血管画像入力装置の全体構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第４の実施形態による血管画像入力装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第５の実施形態による血管画像入力装置の全体構成を示す概略図である。
【図８】本発明の第６の実施形態による血管画像入力装置の全体構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第７の実施形態による個人認証システムの全体構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】図９に示す個人認証システム内の周辺回路部の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】従来例の指血管画像入力装置の構成を示す概略図である。
【図１２】図１１に示す指血管画像入力装置の２次元撮像素子による指画像の取得領域を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
１、１ａ、１ｂ  ＬＥＤ（光源）
２ａ、２ｂ、２ｃ  屈折率分布型レンズアレイ
３ａ、３ｂ、３ｃ  ライン状固体撮像素子
４、４ａ、４ｂ  反射鏡
５  指紋用撮像素子
１０  ガイド板
【図４】
2006288872.tif 000003
【図１】
2006288872.tif 000004
【図２】
2006288872.tif 000005
【図３】
2006288872.tif 000006
【図５】
2006288872.tif 000007
【図６】
2006288872.tif 000008
【図７】
2006288872.tif 000009
【図８】
2006288872.tif 000010
【図９】
2006288872.tif 000011
【図１０】
2006288872.tif 000012
【図１１】
2006288872.tif 000013
【図１２】
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