(57)【要約】【課題】３次元情報を用いた認証において高い認証精度を確保することが可能な生体認証装置を提供する。【解決手段】生体認証装置１は、画像処理部１４において、生体（指先）２の表面の撮像データに基づいて指紋の核の位置情報を作成し、この指紋の核の位置情報に基づいて、生体２の回転角を特定する。一方、生体２の内部の複数層の撮像データに基づいて静脈パターンの３次元情報を作成する。これらの回転角および静脈パターンの３次元情報に基づいて、生体の認証が行われることにより、生体２の配置等の撮像条件によらず、正しく認証を行うことができる。【選択図】図１
2008262336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体へ向けて光を照射する光源と、
前記生体からの光を集光すると共に、異なる屈折力を有する複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイ部と、
前記マイクロレンズアレイ部で集光された光に基づいて前記生体の撮像データを生成する撮像素子と、
前記生体の撮像データに基づいて、前記生体の回転角を特定する回転角特定部と、
前記生体の撮像データに基づいて、前記生体の３次元情報を生成する３次元情報生成部と、
前記回転角特定部で特定された回転角と、前記３次元情報生成部で生成された３次元情報とに基づいて認証を行う認証部とを備えた
ことを特徴とする生体認証装置。
【請求項２】
前記回転角特定部は、前記生体の表面の撮像データに基づいて、前記生体の回転角を特定する
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３】
前記生体が指であり、
前記回転角特定部は、前記生体の回転角を指紋の核の位置によって特定する
ことを特徴とする請求項２に記載の生体認証装置。
【請求項４】
前記生体の３次元認証パターンを保持するパターン保持部を備え、
前記認証部は、前記３次元認証パターンから前記回転角に応じた部分認証パターンを取得すると共に、その部分認証パターンと前記３次元情報とを比較することにより認証を行う
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５】
前記複数のマイクロレンズに電圧を供給する電圧供給部をさらに備え、
前記マイクロレンズは、前記電圧供給部から供給される電圧に応じて屈折力が変化するように構成されている
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６】
前記複数のマイクロレンズは、
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
ことを特徴とする請求項５に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、３次元情報を用いて生体の認証を行う生体認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特定エリアの入退出管理や銀行のＡＴＭなどにおいて、生体認証を用いた個人識別技術（バイオメトリックス）の導入が開始されている。このため、ＩＤカードの偽造や成り済ましによる犯罪の増加が社会問題となってきており、偽造不可能な個人の認証方法の確立が望まれている。
【０００３】
このような生体の認証方法としては、顔、指紋、声紋、虹彩、静脈などを認証用データとして用いる方法が提案されている。例えば、顔を認証用データとする方式では、体調や化粧により、個人の特徴を精確に捉えることが難しく、また成長等により顔の特徴は変化し易いため、生涯同一のデータを使用することが難しい。このため、顔を用いた認証では、一般的に高い精度を実現することが困難とされている。また、指紋、声紋、虹彩等については、比較的変化の少ない個人情報ではあるが、樹脂をもちいた指紋の複製、録音装置を用いた声紋の録再生、高精細なプリンターを用いた虹彩パターンの複製などの偽造行為が問題視されている。
【０００４】
他方、指や手の平の皮膚下に存在する静脈の形状パターンは、２〜３歳頃からほとんど変化が無く、人間の生涯を通して安定した識別データとして利用することが可能である。また、表面より直接目視することが不可能であるため、これまでにも様々な提案がなされている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
ここで、図１１（Ａ）に、上記のような静脈認証方式を採用した従来の生体認証装置の例を示す。従来技術においては、認証対象となる生体２を指定された場所にかざす事で、静脈のパターン認識を行うことが可能である。具体的には、生体２の短手方向（または長手方向）に配置されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の光源１００により近赤外光を照射することによって、静脈を流れる血液ヘモグロビンの光吸収を観察することが出来る。静脈での光吸収によるコントラスト変化は、１枚の屈折型集光レンズ１０１によりＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１０２へと結像され、図１１（Ｂ）に示すような静脈形状を含んだ認証用データを取得することができる。
【０００６】
ところで、生体の認証に用いられる情報は、再現性が高いことが要求される。そこで、認証時に生体（指）を固定するガイドを設ける技術が開示されている（例えば、特許文献２）。特許文献４の認証装置では、指をガイドに沿って配置することにより、指の先端部でスイッチが押し込まれる構成となっており、このスイッチが押されることによって認証がスタートする。このような構成により、指の短手方向（ｘ方向とする）、長手方向（ｙ方向とする）およびこれらの方向に直交する方向（ｚ方向とする）において指先の自由度が制限され、再現性を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００６−６８３２８号公報
【特許文献２】特許３６３０６７５号公報
【特許文献３】特開２００３−２８３９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような特許文献１や特許文献２の生体認証装置では、生体のある一つの平面を認証対称としているため、認証用データとしては２次元の情報となる。このため、例えば、指がガラス等の上に配置されて認証が行われる場合、ガラスと接している面については、認証用データが得られるものの、ガラスに接していない部分については、データが得られないため、指の配置により獲得データに差異が生じてしまう。このような場合、画像処理等により撮像データが補正されて認証が行われるため、認証の精度が低くなる。また、２次元情報では、何らかの方法で認証データが搾取された場合、複製することも不可能ではないため、安全性の点においても好ましくない。従って、生体の平面的な情報だけでなく奥行き方向の情報も含めた３次元情報を用いた認証を行うことが望ましい。このような３次元情報を用いることによって、認証に用いられる情報量が２次元情報よりも多くなるため、認証精度や安全性が向上する。
【０００８】
しかしながら、認証に用いられる情報量が多くなることにより、上記のように認証精度や安全性が向上する反面、撮影時の生体の自由度が増加する。２次元情報を用いた認証では、指のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の３つの方向における自由度が制御されていれば、取得データに大きな差は生じないため、一定の再現性が維持される。これに対し、３次元情報を用いた認証では、生体の奥行き方向の情報を含んでいるため、２次元情報よりも生体の自由度が増加し、再現性が低くなってしまう。従って、３次元情報を用いた認証では、認証精度が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
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、３次元情報を用いた認証において高い認証精度を確保することが可能な生体認証装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の生体認証装置は、生体へ向けて光を照射する光源と、生体からの光を集光すると共に、異なる屈折力を有する複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイ部と、マイクロレンズアレイ部で集光された光に基づいて生体の撮像データを生成する撮像素子と、生体の撮像データに基づいて、生体の回転角を特定する回転角特定部と、生体の撮像データに基づいて、生体の３次元情報を生成する３次元情報生成部と、回転角特定部で特定された回転角と、３次元情報生成部で生成された３次元情報とに基づいて認証を行う認証部とを備えたものである。
【００１１】
本発明の生体認証装置では、光源から生体へ向けて光が照射されると、マイクロレンズアレイ部において光が集光され、これに基づいて撮像データが生成される。この撮像データに基づいて、回転角特定部では生体の回転角が特定され、３次元情報生成部では生体の３次元情報が構築される。この回転角の情報に基づいて、予め登録されている生体の認証用パターンが取得され、この認証用パターンと３次元情報とが比較されることにより認証が行われる。３次元情報を用いた認証では、従来の２次元情報を用いた認証よりも情報量が多くなる分、生体の自由度が増し、生体の配置等の撮像条件によって認証が正しくなされないことがある。そこで、生体の回転角と３次元情報とに基づいて認証を行うことにより、例えば、パターンの登録時と認証時とで生体の置き方が異なっている場合であっても、正しい認証が行われる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の生体認証装置によれば、撮像データに基づいて、生体の回転角を特定すると共に、撮像データに基づいて生体の３次元情報を構築し、これら生体の回転角と３次元情報とに基づいて認証を行うようにしたので、生体の配置等の撮像条件によらず、正しく認証を行うことができる。従って、３次元情報を用いた認証において高い認証精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る生体認証装置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の概要構成を表す斜視図である。生体認証装置１は、撮像対象である生体（例えば、指先）２を撮像して生体の認証を行い、認証結果データＤoutを出力するものであり、光源１０と、固定用カップ１１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。特に、画像処理部１４は、生体２の回転角を特定する回転角特定部と、生体２の静脈パターンの３次元情報を生成する３次元情報生成部とを有している。なお、以下では、生体２の短手方向をｘ方向、長手方向をｙ方向、ｘ方向およびｙ方向に直交する方向をｚ方向として説明する。なお、生体２の「回転角」とは、生体２のｘ，ｙ，ｚ方向まわりの回転角含むものである。但し、撮像時においては、特にｙ方向まわりの回転が生じ易いため、このｙ方向まわりの回転角を特定することが好ましい。
【００１５】
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等により構成される。この光源１０は、生体２の内部へ透過する波長領域（７００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度）の光、例えば近赤外光と、生体２の表面で反射する波長領域（３６０ｎｍ〜７００ｎｍ）の光、例えば白色光とを切り替えて発することができるようになっている。近赤外光は、例えば生体２の静脈パターンの撮像データを取得する際に照射され、白色光は、例えば生体２の表面の撮像データを取得する際に照射される。なお、静脈パターンの取得に際して近赤外光を用いることにより、生体２に対する透過率と、生体２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、光利用効率を高めることができる。
【００１６】
固定用カップ１１は、認証時に生体２を固定して保持するためのものであり、底面は開口部となっている。この固定用カップ１１の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、生体２の撮像レンズとして機能するものである。このマイクロレンズアレイ１２は、固定用カップ１１の下方（具体的には、固定用カップ１１と撮像素子１３との間）に配置されている。複数のマイクロレンズは、例えば、液体レンズや液晶レンズ等から構成され、任意の電圧が印加されることで焦点位置が変化する可変焦点レンズとなっている。
【００１８】
ここで、図３に、マイクロレンズアレイ１２の断面構成を拡大して示す。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、撮像モード切替部１５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電極１２２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ようになっている。
【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、認証時におけるマイクロレンズアレイ１２の焦点面に配置されている。なお、この撮像素子１３は、例えば、マトリクス状に配置された複数のＣＣＤ等により構成される。
【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、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。この画像処理部１４の構成については後述する。
【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、撮像対象である生体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り、この供給電圧の大きさに応じて、マイクロレンズアレイ１２の焦点距離を変化させるようになっている。
【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、図４，図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、固定用カップ１１の構成について説明する。
【００２６】
図４は、固定用カップ１１の構成の一例を示す斜視図である。図５（Ａ）は、生体（指先）２の短手方向（ｘ方向）と長手方向（ｙ方向）を含む平面図、図５（Ｂ）はｘ方向からみた側面図、図５（Ｃ）はｙ方向からみた側面図である。なお、図５（Ａ）〜（Ｃ）では、生体２が配置される位置を一点鎖線で示している。
【００２７】
固定用カップ１１は、例えば、ｙ方向の両端に２つの固定部１１１，１１３を有しており、これら固定部１１１，１１３の間の領域は撮像部１１２となっている。固定部１１１，１１３は、生体２を固定するための領域であり、撮像部１１２は、生体２の撮像が行われる領域である。また、固定用カップ１１の底面は開口部１１−ｈとなっている。すなわち、生体２に対して、光源１０から直接的に光が照射されるようになっている。
【００２８】
固定部１１１は、特に生体２の先端部を固定するようになっており、３つの内壁１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを有している。また、内壁１１１ａ，１１１ｂは、ｘ方向において互いに対向するように所定の間隔（生体２のｘ方向における幅に基づいて設定される間隔）で設けられており、それぞれの対向面が傾斜面となっている。これら３つの内壁１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが、全体としてコの字型の内壁を形成している。固定部１１３は、２つの内壁１１３ａ，１１３ｂを有している。内壁１１３ａ，１１３ｂは、固定部１１１の内壁１１１ａ，１１１ｂと同様に、互いに対向するように設けられ、それぞれの対向面が傾斜面となっている。
【００２９】
このように、固定部１１１および固定部１１３において、ｘ方向およびｙ方向に、所定の間隔で５つの内壁が設けられていることにより、生体２のｘ方向、ｙ方向、ｘ軸（方向）まわりの回転、およびｚ軸（方向）まわりの回転の４つの自由度が制御される。さらに、内壁１１１ａ，１１１ｂのそれぞれの対向面および内壁１１３ａ，１１３ｂのそれぞれの対向面が傾斜面となっていることにより、ｚ方向における自由度も制御される。このため、上記のような構成により、計５つの自由度が確実に制御される。従って、３次元情報を用いた認証において、形状パターンの再現性を向上させることができ、高い認証精度に実現に有利となる。
【００３０】
一方、撮像部１１２では、開口部１１−ｈのｘ方向の幅が、固定部１１１，１１３よりも大きくなっている。すなわち、撮像部１１２の内壁１１２ａ，１１２ｂ同士のｘ方向の間隔は、内壁１１１ａ，１１１ｂ同士の間隔および内壁１１３ａ，１１３ｂ同士の間隔よりも大きくなるように設けられている。これにより、実際に生体２の撮像を行う撮像部１１２では、生体２のｘ方向における幅よりも大きな開口を有することとなる。従来（例えば特許文献２）は、固定用のカップの底面はガラス等の透明部材によって構成されており、この上に生体２を置くようにして認証が行われていた。このようにすると、生体２の静脈等の形状が圧迫によって潰れてしまい、正確な形状パターンを取得することが困難となる。これは、２次元情報を用いた認証においては、生体を平面的に捉えて撮像を行うため特に問題とならないが、３次元情報を用いた認証においては、生体を奥行き方向の情報まで含めて認識するため重要な問題となる。従って、撮像部１１２の底面が生体２の幅よりも大きな開口を有していることにより、生体２が圧迫されることがなく、形状パターンの再現性を向上させることができる。
【００３１】
なお、図４、５等において、固定部１１１，１１３のそれぞれの内壁が、固定用カップ１１の基準面に対して凸となるように構成されているが、特にこのような形状に限定される訳ではない。固定用カップ１１全体の厚みによっては、各内壁が、固定用カップ１１の基準面に対して凹となるような構成であってもよく、あるいは基準面に対して平坦となるような構成であってもよい。
【００３２】
次に、画像処理部１４の構成について説明する。
【００３３】
画像処理部１４は、例えば、生体２の表面等の撮像データに基づいて生体２の回転角を特定する回転角特定部と、生体２の静脈パターンの撮像データに基づいて３次元情報を生成する３次元情報生成部とを有している。
【００３４】
回転角特定部では、生体２の回転角は、生体２における２次元的な情報、例えば生体２の指紋の核の位置情報によって特定することができる。以下、図６（Ａ）〜（Ｃ）および図７を参照して、指紋の核の位置情報によって生体２の回転角を特定する方法について説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）に示したように、指紋は、蹄状紋（Ａ図）、弓状紋（Ｂ図）、渦状紋（Ｃ図）の３種類のパターンにおおまかに分類することができる。但し、黒で示した線が指紋の隆線となっている。図６（Ａ）は、指先の中央あたりに、馬蹄状の隆線が形作られた指紋である。図６（Ｂ）は、指の腹の部分が左右に延びた弓の形状をした隆線で形作られている指紋である。図６（Ｃ）は、指の腹の部分が渦巻き、あるいは円形、楕円形をした隆線で形作られている指紋である。
【００３５】
図６（Ａ）〜（Ｃ）に示した指紋は、いずれもその中心部分にそれぞれ核Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を有している。核Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のような指紋の核は、どのようなパターンの指紋であっても存在するものである。このような指紋の核の位置は不変であるため、この核の位置情報を用いて、生体２の回転角を特定することができる。
【００３６】
このような核の位置情報は、生体２の表面の撮像データについて、例えば、公知のマニューシャ法により、指紋の特徴点を抽出し、この特徴点の個数、相対的な位置関係等の情報から作成することができる。指紋の特徴点としては、具体的には、図７に示したような、指紋の隆線の始点と終点（端点ＰE）や、隆線が２つに分岐する所（分岐点ＰS）等が挙げられる。あるいは、指紋の隆線の形状パターンを取得して、この形状パターンから指紋の核の位置情報を作成するようにしてもよい。
【００３７】
そして、このようにして取得した核の位置情報に基づいて、生体２の回転角を特定する。例えば、固定用カップ１１において、予め基準点を定めておき、この基準点と生体２の指紋の核の位置とを結んだベクトルを用いて回転角を特定することができる。このとき、固定用カップ１１の基準点とパターン保持部１５に保持されている認証パターンにおける指紋の核の位置とを結んだベクトルを基準ベクトルとし、この基準ベクトルと実際に撮像した生体２の指紋の核の位置を示すベクトルとを比較することにより、回転角が特定される。
【００３８】
一方、３次元情報生成部では、生体２の静脈パターンについての３次元情報を生成する。この３次元情報は、生体２の奥行き方向の情報を含めた静脈パターンの形状情報であり、例えば、生体２内部の複数の層において取得した撮像データに基づいて構築した形状情報である。具体的には、得られた複数層の撮像データを、例えば特許文献３に記載の方式等により、高精細な２次元画像へと復元したのち、これらの複数の２次元画像とレンズの焦点位置情報とを組み合わせ、３次元的な情報に変換する。さらに、エッジ処理および二値化処理を行うことにより、静脈パターンについての３次元情報が作成される。
【００３９】
次に、このような生体認証装置１の動作（生体認証処理）について詳細に説明する。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断面構成であり、図９は指の静脈パターン取得の際の光路を要部断面図で表したものである。
【００４０】
この生体認証装置１では、まず、固定用カップ１１上に生体（例えば、指先）２が置かれると、光源駆動部１８１の駆動動作により光源１０から光Ｌoutが射出され、固定用カップ１１の底面側より生体２へ照射される。そして、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から電圧が印加され、この状態で生体２の撮像がなされることにより、生体２のパターンが取得される。このとき、マイクロレンズ１２への供給電圧が低いと、それに応じて液晶層１２３の屈折率も小さくなり、その結果、マイクロレンズ１２への入射光線は、例えば図４中の光線Ｌ１のように、比較的小さな屈折角となるような屈折方向へ屈折され、比較的長い焦点距離（例えば、図８に示した光軸Ｌ０上の焦点位置Ｐ１）で集光される。逆に、マイクロレンズへの供給電圧が高いと、それに応じて液晶層１２３の屈折率も大きくなり、その結果、マイクロレンズ１２への入射光線は、例えば図４中の光線Ｌ２    のように、比較的大きな屈折角となるような屈折方向へ屈折され、比較的短い焦点距離（例えば、図８に示した光軸Ｌ０上の焦点位置Ｐ２）で集光される。このように、供給電圧を変化させることにより、マイクロレンズアレイ１２の焦点距離を変化させることができる。
【００４１】
このとき、光源１０から白色光が射出され、マイクロレンズアレイ１２に対して所定の電圧が供給されることにより、撮像素子１３において生体２の表面（指紋）の撮像データが取得される。一方、光源１０から近赤外光が射出され、マイクロレンズアレイ１２に対して、電圧を複数回、段階的に変化するように供給することにより、撮像素子１３において生体２内部の異なる複数の層における静脈の撮像データが取得される。このとき、例えば、図９に示したように、マイクロレンズ１２への供給電圧を、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）（図示せず）と変化させて、それぞれの状態で撮像データを得ることにより、生体２の内部の３つの層Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３における静脈の撮像データが得られる。
【００４２】
ここで、実際に上記のような手法により３次元情報を得ようとした場合の具体例について説明する。まず、マイクロレンズアレイ１２のレンズ中心から被写体までの距離をａ、レンズ中心から撮像面までの距離をｂ、レンズの焦点距離をｆとすると式（１）のような関係が成り立つ。また、仮に測定対象である生体２の厚みを１０ｍｍ前後と想定し、固定用カップ１１に生体２を置いた際に、ａ＝４、ｂ＝４、光軸深さ方向（生体２の奥行き方向）に４ｍｍ（ａ＝４±２ｍｍ）の３次元情報を得ようとした場合を仮定すると、式（１）よりｆ＝１．３〜２．４の値をとり、レンズ直径Ｄ＝０．２と仮定すると、式（２）よりＮＡ換算で０．０４〜０．０８となる。この数値は、液体レンズや液晶レンズを用いた場合でも、十分実現可能な数値であると考えられる。また、単独で実現が困難な場合には、従来の屈折型レンズと組合せて構成することも可能であり、例えば屈折型レンズでＮＡ＝０．０６のレンズを作成し、残りＮＡ変化量±０．０２をマイクロレンズで変化させれば良いこととなる。
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ      ……（１）
ＮＡ＝Ｄ／２ｆ              ……（２）
【００４３】
また、写真用レンズにおけるフィルム上の許容錯乱円径をφとすると、光学系の焦点深度Ｈ（片側）は、式（３）により概算される。一般に、３５ミリフィルムの光学系であればφ＝４０μｍ程度と考えられるので、焦点深度Ｈは、０．２７ｍｍ（ｆ＝１．３）〜０．４８ｍｍ（ｆ＝２．４）の値となる。よって、方向への深さ４ｍｍの３次元画像を得ようとした場合には、マイクロレンズの焦点距離ｆを変化させて５〜８回の画像を取得すれば、許容錯乱円径φの条件を満しつつ、生体２内部の奥行き方向の連続した画像情報を取得することが可能となる。
Ｈ＝φ・ｆ／Ｄ              ……（３）
【００４４】
ところで、本実施の形態では、焦点距離を順次変化させて、複数の撮像データを得るものであるため、認証に要する時間が、２次元情報で認証を行う場合に比べて長くなるという問題がある。しかしながら、一般的に、液体レンズや液晶レンズは、ズームレンズなどのメカ駆動方式の可変焦点レンズに比べ、非常に早い応答周波数（ステップ応答で数十ミリ秒）を実現することが可能である。このため、上記画像枚数を撮影するのに要する時間は、概ね１秒以内であることが予想される。従って、生体２が固定用カップ１１に保持されている間に十分な認証が可能であると考えられ、実用上問題はない。
【００４５】
上記のようにして得られた生体２の表面の撮像データと複数層の静脈の撮像データとは、画像処理部１４に入力される。画像処理部１４では、生体２の表面の撮像データに基づいて指紋の核の位置情報が作成され、この指紋の核の位置情報に基づいて生体２の回転角が特定される。一方、複数層の静脈の撮像データに基づいて図１０に示したような静脈パターンの３次元情報が構築される。そして、特定された生体２の回転角についての情報と、構築された静脈パターンの３次元情報とは、認証部１６へ出力される。
【００４６】
次に、認証部１６では、まず、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のうち、上述の回転角に応じた角度方向からみた形状パターン（部分認証パターン）が選択的に抽出される。次いで、この抽出された形状パターンと、３次元情報生成部によって生成された３次元情報とが一致するか否かにより、生体の認証が行われる。そして、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。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態の生体認証装置１では、画像処理部１４において、生体２の表面の撮像データから作成した核の位置情報に基づいて生体２の回転角を特定する一方、生体２の内部の撮像データから静脈パターンの３次元情報を作成する。ここで、３次元情報は、その情報量が２次元情報に比べて多い分、複製が困難となるため安全性を向上させることができる。また、異なる生体のパターン同士を同一のものであると誤って判断することがなくなるため、認証精度は向上すると言える。ところが、情報量が多くなりすぎると、その分自由度が増加するため、生体２の配置等の撮像条件によって、正しく認証できないことがある。これは、３次元情報を用いた認証では、生体２のｘ方向，ｙ方向，ｚ方向における３つの方向における自由度に加えて、各方向における回転の自由度が生じるためである。そこで、本実施の形態では、生体２の回転角を特定する一方で、静脈パターンの３次元情報を作成し、これらの情報に基づいて認証を行うようにしたので、生体２の置き方や配置等の撮像条件によらず、正しく認証を行うことができる。従って、３次元情報を用いた認証において、高い認証精度を確保することができる。
【００４８】
また、上述の固定用カップ１１を用いた場合、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の自由度と、ｘ方向およびｚ方向まわりの回転の自由度の計５つの自由度を制御することができるため、認証精度の確保により有利となる。
【００４９】
また、複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ１２等の複眼光学系を用いることにより、撮像データの精度を高めることができる。一般に、図１１（Ａ）に示したような構成において解像度を高めるためには、集光レンズ１０１と撮像素子１０２の画素数（同じ画素ピッチであれば大きさ）を増やす必要がある。このため、集光レンズ１０１としては、開口数（ＮＡ）の高いレンズを用いる必要がある。ところが、開口数の高いレンズは、収差が発生し易く、製造コストが高くなるため実用的ではない。これに対し、マイクロレンズアレイを用いた複眼光学系では、マイクロレンズごとに取得した複数のデータに基づいて画像処理を行うことにより、低コストで精度の高い画像を獲得することができる。従って、撮像レンズとして、集光レンズ１０１の代わりにマイクロレンズアレイ１２を用いることで、撮像データの精度が向上する。
【００５０】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５１】
例えば、生体２の回転角を特定する情報として、指紋の核の位置情報を例に挙げて説明したが、これに限定されず、回転角を特定できるものであれば、他の２次元情報であってもよい。また、基準点を固定用カップ１１で定める場合について説明したが、これに限定されず、生体２ごとに核の基準位置を予めパターン保持部１５に保持しておき、比較するようにしてもよい。
【００５２】
また、生体２の静脈パターンの３次元情報を、可変焦点型のマイクロレンズを用いて撮像したデータに基づいて作成する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、複数のマイクロレンズのそれぞれの屈折力を異なるように構成することにより、生体２の異なる複数の層で撮像データを取得するようにしてもよい。
【００５３】
さらに、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。
【００５４】
また、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、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。
【００５５】
さらに、光源１０は撮像素子１３側からの照射となっているが、光源１０が撮像素子１３とは生体２を挟んで対極側に配置された方式（透過方式）、または生体の長手方向に光源１０を配置した場合に限らず、直行する指の短手方向に光源１０を配置した場合においても、本発明が示す３次元形状データの取得方式は有効である。
【００５６】
また、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の供給する電圧が比較的大きい場合には、比較的短い焦点距離となる一方、供給する電圧が比較的小さい場合には、比較的長い焦点距離となる場合について説明したが、マイクロレンズアレイ１２の液晶層１２３を構成する液晶材料の種類によっては、逆に、電圧が比較的大きい場合には、比較的長い焦点距離となる一方、供給する電圧が比較的小さい場合には、比較的に短い焦点距離となるような構成と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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【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ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る生体認証装置の概略構成を表す斜視図である。
【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に示した固定用カップの斜視図である。
【図５】図１に示した固定用カップの（Ａ）ＸＹ平面図、（Ｂ）Ｘ方向からみた側面図、（Ｃ）Ｙ方向からみた側面図である。
【図６】指紋の核の形状を説明するための図である。
【図７】指紋の核の特定方法を説明するための図である。
【図８】図１に示したマイクロレンズアレイの作用を説明するための断面図である。
【図９】図１に示した生体認証装置の光路を説明するための模式図である。
【図１０】図１に示した生体認証装置によって得られる３次元情報を表す図である。
【図１１】従来の生体認証装置の概略構成を表す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…生体認証装置、１０…光源、１１…固定用カップ、１２…マイクロレンズアレイ、１３…撮像素子、１４…画像処理部、１５…パターン保持部、１６…認証部、１７…電圧供給部、１９…制御部、１８１…光源駆動部、１８２…撮像素子駆動部、１２１，１２５…基板、１２２，１２４…電極、１２３…液晶層、ｆ１，ｆ２…焦点距離、Ｄout…撮像データ、２…生体（撮像対象物）。
【図１】
2008262336.tif 000003
【図２】
2008262336.tif 000004
【図３】
2008262336.tif 000005
【図４】
2008262336.tif 000006
【図５】
2008262336.tif 000007
【図６】
2008262336.tif 000008
【図７】
2008262336.tif 000009
【図８】
2008262336.tif 000010
【図９】
2008262336.tif 000011
【図１０】
2008262336.tif 000012
【図１１】
2008262336.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
ところで、生体の認証に用いられる情報は、再現性が高いことが要求される。そこで、認証時に生体（指）を固定するガイドを設ける技術が開示されている（例えば、特許文献２）。特許文献２の認証装置では、指をガイドに沿って配置することにより、指の先端部でスイッチが押し込まれる構成となっており、このスイッチが押されることによって認証がスタートする。このような構成により、指の短手方向（ｘ方向とする）、長手方向（ｙ方向とする）およびこれらの方向に直交する方向（ｚ方向とする）において指先の自由度が制限され、再現性を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００６−６８３２８号公報
【特許文献２】特許３６３０６７５号公報
【特許文献３】特開２００３−２８３９３２号公報
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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、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ようになっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
この生体認証装置１では、まず、固定用カップ１１上に生体（例えば、指先）２が置かれると、光源駆動部１８１の駆動動作により光源１０から光Ｌoutが射出され、固定用カ
ップ１１の底面側より生体２へ照射される。そして、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から電圧が印加され、この状態で生体２の撮像がなされることにより、生体２のパターンが取得される。このとき、マイクロレンズへの供給電圧が低いと、それに応じて液晶層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、例えば図８中の光線Ｌ１のように、比較的小さな屈折角となるような屈折方向へ屈折され、比較的長い焦点距離（例えば、図８に示した光軸Ｌ０上の焦点位置Ｐ１）で集光される。逆に、マイクロレンズへの供給電圧が高いと、それに応じて液晶層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、例えば図８中の光線Ｌ２のように、比較的大きな屈折角となるような屈折方向へ屈折され、比較的短い焦点距離（例えば、図８に示した光軸Ｌ０上の焦点位置Ｐ２）で集光される。このように、供給電圧を変化させることにより、マイクロレンズアレイ１２の焦点距離を変化させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
このとき、光源１０から白色光が射出され、マイクロレンズアレイ１２に対して所定の電圧が供給されることにより、撮像素子１３において生体２の表面（指紋）の撮像データが取得される。一方、光源１０から近赤外光が射出され、マイクロレンズアレイ１２に対して、電圧を複数回、段階的に変化するように供給することにより、撮像素子１３において生体２内部の異なる複数の層における静脈の撮像データが取得される。このとき、例えば、図９に示したように、マイクロレンズへの供給電圧を、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）（図示せず）と変化させて、それぞれの状態で撮像データを得ることにより、生体２の内部の３つの層Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３における静脈の撮像データが得られる。