(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像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個人認証装置において、
複数の画素ブロックから構成される撮像面を含み、被写体の画像を撮像する撮像部と、
前記撮像画像から、高周波数成分を除去する信号処理部と、
前記高周波数成分が除去された撮像画像の画素値が所定の値に近づくように、前記画素ブロックごとにゲインを設定するゲイン調整部と、を備え、
前記ゲイン調整部は、前記高周波数成分が除去された撮像画像の画素値と前記所定の値との比率を、前記画素ブロックに現在設定されているゲインに乗じることによって、当該画素ブロックに新たなゲインを設定することを特徴とする個人認証装置。
【請求項２】
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に記載の個人認証装置。
【請求項３】
前記一つの画素ブロックは、一又は複数の画素から構成されることを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
【請求項４】
前記一つの画素ブロックは、複数の画素から構成され、
前記ゲイン調整部は、
前記一つの画素ブロックを構成する画素の一部又は全部の画素値を合計し、
前記合計値が所定の値に近づくように、前記画素ブロックごとにゲインを設定することを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
【請求項５】
前記一つの画素ブロックは、所定の一次元方向に隣接するすべての画素から構成されることを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
【請求項６】
前記撮像画像にハレーションが発生している場合、前記ゲイン調整部は、前記ハレーションが発生した画素ブロックに、最小のゲインを設定することを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
【請求項７】
撮像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個人認証装置において、
複数の検出画素から構成される撮像面を含み、被写体の画像を撮像する撮像部と、
前記被写体と前記撮像部との間に設置され、液晶表示濃度を変更することによって一又は複数の検出画素に入射する光量を調整する複数の表示画素ブロックから構成される液晶表示部と、
前記撮像画像から、高周波数成分を除去する信号処理部と、
前記高周波数成分が除去された撮像画像の画素値が所定の値に近づくように、前記液晶表示部の液晶表示濃度を、前記表示画素ブロックごとに変更する液晶表示濃度調整部と、を備え、
前記液晶表示濃度調整部は、前記高周波数成分が除去された撮像画像の画素値と前記所定の値との比率を、前記表示画素ブロックの現在の液晶表示濃度に乗じることによって、当該表示画素ブロックの変更後の液晶表示濃度を計算することを特徴とする個人認証装置。
【請求項８】
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７に記載の個人認証装置。
【請求項９】
前記一つの表示画素ブロックは、複数の検出画素に入射する光量を調整し、
前記液晶表示濃度調整部は、
前記一つの表示画素ブロックによって入射光量が調整される検出画素の一部又は全部の画素値を合計し、
前記合計値が所定の値に近づくように、前記表示画素ブロックごとに液晶表示濃度を変更することを特徴とする請求項７に記載の個人認証装置。
【請求項１０】
前記一つの表示画素ブロックは、所定の一次元方向に隣接するすべての検出画素に入射する光量を調整することを特徴とする請求項７に記載の個人認証装置。
【請求項１１】
前記撮像画像にハレーションが発生している場合、前記液晶表示濃度調整部は、前記ハレーションが発生した画素ブロックに入射する光量を調整する前記表示画素ブロックの液晶表示濃度を最大に変更することを特徴とする請求項７に記載の個人認証装置。
【請求項１２】
前記液晶表示部は、撮影に関するガイド及び認証結果のうち少なくとも一方を表示することを特徴とする請求項７に記載の個人認証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人を識別する個人認証装置に関し、特に、生体情報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る。そのため、生体認証では、遺失及び盗難等による不正行為の恐れが少ない。
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感が軽く、安全性も高い。
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、透過光又は反射光を撮影する。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。
血管認証装置については、特開平７−２１３７３号公報及び特開２００２−９２６１６号公報に開示されている。特開２００２−９２６１６号公報に開示されている血管認証装置は、イメージセンサへの入射光量が適正となるように、光量を調節する。
また、イメージセンサへの入射光量の調整方法及びイメージセンサのゲインの調整方法に関しては、様々な分野において検討されている。例えば、特開２００３−１３５４３７号公報及び特開平８−２１１５１８号公報には、Ｘ線診断装置用のイメージセンサを対象とした入射光量の調整方法が開示されている。
特開２００３−１３５４３７号公報に開示されている技術では、本撮影に先立って、プレ撮影が実施される。そして、プレ撮影画像に基づいて、本撮影時の露出量及び検出器のゲインが決定される。また、特開平８−２１１５１８号公報に開示されている技術では、イメージセンサの前面に液晶表示画面が配置される。そして、当該液晶表示画面の液晶表示濃度の変更によって、イメージセンサへの入射光量が調整される。
また、特開２００６−５７６２号公報には、イメージセンサへの入射光量を制御する液晶シャッタが開示されている。また、特開２００２−６２１０６号公報には、イメージセンサの感度のバラツキを補正する技術が開示されている。
血管認証装置は、様々な分野への適用が期待されている。例えば、血管認証装置は、入室管理、銀行のＡＴＭ装置、自動車、コンピュータ又はモバイル機器等に適用できる。
【発明の開示】
【０００３】
屋外では、周囲の明るさ（環境光強度）の変化が大きい。例えば、昼間と夜間とでは、環境光強度が大きく異なる。同様に、屋内と屋外とでも、環境光強度が大きく異なる。このような環境光強度の変化は、血管認証装置による認識精度の低下の原因となる。例えば、人体の指を対象とする血管認証の場合、指の輪郭付近では環境光が混入しやすい。このため、環境光強度が非常に強い場合には、指の輪郭付近でイメージセンサの検出信号が飽和してしまう。検出信号の飽和は、撮影画像中の血管パターンを計測できる領域を縮小するため、認証精度低下の原因となる。
検出信号の飽和による認証精度低下を避けるためには、イメージセンサのゲインが低く設定される必要がある。しかしこの場合、指の中央付近の領域のように信号強度が小さい領域において、撮影画像のＳ／Ｎが劣化する。そのため、認証精度が低下してしまう。
このように、一つの撮影画像内における入射光量の変動が大きいので、イメージセンサには広いダイナミックレンジが要求される。通常、イメージセンサのダイナミックレンジを拡大するために、ＡＤ変換器の量子化ビット数を拡大する、又は信号読出回路のノイズを低減する等の対策がとられる。しかしこのような対策は、コストを上昇させるばかりでなく、撮影時間及び回路の消費電力を増大させる。そのため、高速化及び低消費電力化が要求されるモバイル機器等では、大きな問題となる。
イメージセンサのダイナミックレンジの不足に起因する認証精度の低下を防止するために、前述した公知技術の利用が考えられる。特開２００２−９２６１６号公報に開示されている技術によれば、血管認証装置は、光源から照射される近赤外線光の光量を調整できる。また、特開２００３−１３５４３７号公報に開示されている技術によれば、血管認証装置は、プレ撮影画像に基づいて、本撮影時の露出量及び検出器のゲインを調整できる。また、特開平８−２１１５１８号公報に開示されている技術によれば、血管認証装置は、液晶濃度の制御によって、イメージセンサへの入射光量を調整できる。また、特開２００６−５７６２号公報に開示されている技術によれば、血管認証装置は、液晶シャッターによる露出時間の制御によって、イメージセンサへの入射光量を調整できる。
これらの公知技術によると、イメージセンサのゲイン又は入射光量が、すべての画素に対して共通に制御される。よって、一つの撮影画像内におけるダイナミックレンジは拡大されない。このため、前述した公知技術のいずれが利用されても、血管認証装置は、指の周辺部における信号の飽和の問題と指の中央部における信号不足の問題とを同時に解決できない。
一つの撮影画像内におけるダイナミックレンジを拡大するために、特開２００２−６２１０６号公報に開示される技術の利用が考えられる。これによって、血管認証装置は、画素毎にゲインを補正できる。しかし、特開２００２−６２１０６号公報には、画素間のゲインのバラツキを補正する方法は開示されているものの、ダイナミックレンジを拡大するためのゲインの調整方法は開示されていない。つまり、血管認証装置は、被写体又は環境光強度の変化に応じてゲインを最適化する必要がある。しかし、特開２００２−６２１０６号公報には、このようなゲインの最適化方法が開示されていない。
本発明の代表的な形態は、前述した問題点に鑑みてなされたものであって、高い認証精度を有する個人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、被写体の画像を撮像する撮像部を備え、前記撮像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個人認証装置において、前記撮像部は、複数の画素ブロックから構成される撮像面を含み、前記個人認証装置は、前記撮像画像から、高周波数成分を除去する信号処理部と、前記高周波数成分が除去された撮像画像の画素値が所定の値に近づくように、画素のゲインを前記画素ブロックごとに設定するゲイン調整部と、を備えることを特徴とする。
本発明の代表的な形態によれば、個人認証装置の認証精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置の構成図である。
第２図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置に備わるイメージセンサの斜視図である。
第３図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置に備わるイメージセンサ基板の構成図である。
第４図は、本発明の第１の実施の形態のイメージセンサ基板に備わる信号読出回路の説明図である。
第５図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
第６図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置の撮影処理のフローチャートである。
第７図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置によって撮影された画像の説明図である。
第８図は、すべての検出画素に同一のゲインが設定されて撮影された画像の画素値のプロファイルに関するグラフである。
第９図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置によって撮影された画像のプロファイルの変化の説明図である。
第１０図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックの説明図である。
第１１図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックが４個の検出画素から構成される場合の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
第１２図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックの説明図である。
第１３図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックがＸ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素から構成される場合の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
第１４図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置の構成図である。
第１５図は、本発明の第２の実施の形態のイメージセンサ基板の検出画素と液晶表示基板９の表示画素との位置関係の説明図である。
第１６図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
第１７図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置の撮影処理のフローチャートである。
第１８図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置が適用された携帯電話機の説明図である。
第１９図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置が適用された携帯電話機の表示画面の説明図である。
【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の実施の形態の個人認証装置の構成図である。
個人認証装置は、被写体１の血管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、血管パターンを撮影できるものであれば、人体の指以外であってもよい。例えば、被写体１は、手の平又は手の甲等である。
個人認証装置は、イメージセンサ、撮影制御部ＣＴＬ１、ゲイン調整部ＣＴＬ２、フレームメモリＭＥＭ１、ゲイン記録メモリＭＥＭ２、信号処理部ＤＳＰ及び認証結果報告部ＲＥＰ等を備える。イメージセンサは、光源２、遮光フレーム３、マイクロレンズ４、可視光遮断フィルタ５、イメージセンサ基板６、支持基板７、電極８Ａ及び８Ｂを備える。
光源２、遮光フレーム３及びイメージセンサ基板６は、支持基板７の上面に固定される。また、イメージセンサ基板６の上面には、可視光遮断フィルタ５及びマイクロレンズ４が配置される。また、遮光フレーム３の上面には、電極８Ａ、８Ｂが配置される。
光源２は、被写体１に対して赤外線光を照射する。例えば、光源２は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）である。遮光フレーム３は、光源２を支持する。更に、遮光フレーム３は、光源２から照射された赤外線光がイメージセンサ基板６に直接入射することを防止する。
マイクロレンズ４は、赤外線による被写体１の画像をイメージセンサ基板６上に結像する。例えば、マイクロレンズ４は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等で利用される公知のものである。
可視光遮断フィルタ５は、イメージセンサ基板６に入射する環境光を低減する。これによって、血管パターンのコントラストが改善される。例えば、可視光遮断フィルタ５には、公知のものが使用される。但し、公知の可視光遮断フィルタ５は、可視光を低減できるが、完全に遮断できない。また、公知の可視光遮断フィルタ５は、環境光に含まれている赤外線光を遮断できない。よって、公知の可視光遮断フィルタ５では、環境光による血管パターンのコントラスト低下を完全には防止できない。
イメージセンサ基板６は、赤外線の血管パターンを検出する。そして、イメージセンサ基板６は、検出した血管パターンをデジタル信号に変換する。例えば、イメージセンサ基板６は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）センサである。ＴＦＴセンサには、複数の検出画素がアレイ状に配置される。検出画素は、フォトダイオード及びＴＦＴスイッチ等を含む。なお、イメージセンサ基板６については、第３図で詳細を説明する。また、イメージセンサ基板６は、ＴＦＴセンサでなく、公知のＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳセンサ等で利用されるものであってもよい。
電極８Ａ及び８Ｂは、被写体１を感知する。電極８Ａと電極８Ｂとの間には、数ｍＶ程度の僅かな電位差が設けられている。そして、電極８Ａ及び８Ｂは、被写体１を通して流れる電流の有無に基づいて、被写体１の有無を判定する。
撮影制御部ＣＴＬ１は、光源２による赤外線光の照射及びイメージセンサ基板６による画像の撮影を制御する。ゲイン調整部ＣＴＬ２は、ゲイン記録メモリＭＥＭ２を参照して、図６で後述する方法でイメージセンサ基板６のゲインを制御する。フレームメモリＭＥＭ１は、イメージセンサ基板６によって撮影された画像を記録する。
信号処理部ＤＳＰは、フレームメモリＭＥＭ１に記録された撮影画像を参照して、イメージセンサ基板６に設定されるゲインを計算する。更に、信号処理部ＤＰＳは、フレームメモリＭＥＭ１に記録された撮影画像を参照して、被写体１の個人認証演算を行う。個人認証演算には、特開２００２−９２６１６号公報等に開示される公知の技術が利用される。なお、信号処理部ＤＰＳは、専用プロセッサ又は汎用プロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
ゲイン記録メモリＭＥＭ２は、イメージセンサ基板６に設定されるゲインを記録する。認証結果報告部ＲＥＰは、信号処理部ＤＳＰによって計算された個人認証演算の結果を出力する。例えば、認証結果報告部ＲＥＰは、ディスプレイ又は発声器等であり、認証結果を文字又は音声で出力する。
次に、第１の実施の形態の個人認証装置の動作を説明する。
被写体１が配置されていない時点では、電極８Ａ及び８Ｂ以外のすべての構成は、待機状態であり、動作が停止されている。これによって、個人認証装置は、待機時の消費電力を抑えられる。被写体１が配置されると、電極８Ａと電極８Ｂとの間に電流が流れる。これによって、個人認証装置は、被写体１の配置を検知する。すると、待機状態となっているすべての構成が、動作を開始する。
まず、撮影制御部ＣＴＬ１は、光源２をオンにする。これによって、光源２は、被写体１に対して赤外線光の照射を開始する。同時に、撮影制御部ＣＴＬ１は、イメージセンサ基板６に制御信号を与える。すると、イメージセンサ基板６は、撮影を開始する。同時に、ゲイン調整部ＣＴＬ２は、予め設定された初期ゲイン値Ｇｏをイメージセンサ基板６に設定する。なお、ゲイン調整部ＣＴＬ２によるゲインの設定方法については、後述する。
次に、イメージセンサ基板６は、画像を撮影する。そして、イメージセンサ基板６は、１回目の撮影画像をフレームメモリＭＥＭ１に記録する。このとき、信号処理部ＤＳＰは、１回目の撮影画像に基づいて、２回目の撮影時に設定されるゲインＧを計算する。そして、信号処理部ＤＳＰは、計算したゲインＧをゲイン記録メモリＭＥＭ２に記録する。これによって、個人認証装置は、１回目の撮影を終了する。
引き続き、個人認証装置は、２回目の撮影を開始する。まず、ゲイン調整部ＣＴＬ２は、ゲイン記録メモリＭＥＭ２に記録されているゲインＧを、イメージセンサ基板６に設定する。次に、イメージセンサ基板６は、画像を撮影する。そして、イメージセンサ基板６は、２回目の撮影画像を、フレームメモリＭＥＭ１に記録する。このとき、信号処理部ＤＳＰは、２回目の撮影画像に基づいて、３回目の撮影で設定されるゲインＧを計算する。そして、信号処理部ＤＳＰは、計算したゲインＧをゲイン記録メモリＭＥＭ２に記録する。これによって、個人認証装置は、２回目の撮影を終了する。
このようにして、個人認証装置は、Ｎ０回の撮影を実行する。Ｎ０回の撮影が終了すると、信号処理部ＤＳＰは、フレームメモリＭＥＭ１に記録されるＮ０回目の撮影画像に基づいて、個人認証演算を行う。そして、認証結果報告部ＲＥＰは、信号処理部ＤＳＰによる個人認証演算の結果を、出力する。
なお、個人認証装置の１回の撮影に要する時間の標準値は、約１／６０秒である。また、個人認証装置によって実行されるトータルの撮影回数Ｎ０の標準値は、４回である。
第２図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置に備わるイメージセンサの斜視図である。
本実施の形態では、イメージセンサの入力面の短軸方向をＸ軸とする。つまり、被写体１の幅方向が、Ｘ軸となる。また、イメージセンサの入力面の長軸方向をＹ軸とする。つまり、被写体１の長手方向がＹ軸となる。また、イメージセンサの入力面に垂直な方向をＺ軸とする。イメージセンサの入力面の標準サイズは、２５．６ｍｍ（Ｘ軸方向）×５１．２ｍｍ（Ｙ軸方向）である。マイクロレンズ４の表面位置は、遮光フレーム３の上面位置よりＺ軸方向に１〜２ｍｍ程度低い。これによって、被写体１とマイクロレンズ４との接触を極力防止できる。そのため、本実施の形態の個人認証装置は、被写体１の圧迫による、血管パターンのコントラスト低下を防止できる。
第３図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置に備わるイメージセンサ基板６の構成図である。
イメージセンサ基板６は、フォトダイオード３２、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチ３３、ゲートライン３６及びデータライン３７をガラス基板上に備える。フォトダイオード３２は、入射された光の量に応じて光電子を発生させる。ＴＦＴスイッチ３３は、高速で電流のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
本実施の形態では、フォトダイオード３２及びＴＦＴスイッチ３３によって構成される素子単位を検出画素とする。検出画素は、イメージセンサ基板６にアレイ状に配置される。イメージセンサ基板６に備わる検出画素の数の標準値は、２５６個（Ｘ軸方向）×５１２個（Ｙ軸方向）である。第３図では、４個（Ｘ軸方向）×８個（Ｙ軸方向）の検出画素のみが図示される。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における検出画素のピッチの標準値は、０．１ｍｍである。
ゲートライン３６は、ＴＦＴスイッチ３３のゲートへの電圧の供給に使用される。また、データライン３７は、検出画素からの電荷信号の読み出しに使用される。
イメージセンサ基板６は、更に、シフトレジスタ３０及び信号読出回路３１を備える。シフトレジスタ３０及び信号読出回路３１は、それぞれ個別のシリコンチップ上に配置される。そして、それぞれのシリコンチップは、イメージセンサ基板６上に固定される。
シフトレジスタ３０とゲートライン３６とは、ワイヤボンディング３５によって接続されている。同様に、データライン３７と信号読出回路３１とは、ワイヤボンディング３４によって接続されている。ワイヤボンディング３４及び３５は、公知の技術であるので説明を省略する。
次に、イメージセンサ基板６の動作について説明する。
フォトダイオード３２に光が入射すると、光電子が発生する。ＴＦＴスイッチ３３がオフの場合、当該発生した光電子は、フォトダイオード３２の接合部分（図示）に蓄積される。フォトダイオード３２の接合部分に蓄積される容量（接合容量）は、例えば、０．５ｐＦである。ＴＦＴスイッチ３３がオンになると、蓄積された光電子は、データライン３７を介して信号読出回路３１に送信される。すると、信号読出回路３１は、後述する方法で電荷信号を読み出す。
シフトレジスタ３０は、ゲートライン３６を介してＴＦＴスイッチ３３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３０は、ＴＦＴスイッチ３３のオン又はオフを切り替える。なお、シフトレジスタ３０によって電圧が供給されるゲートライン３６は、Ｙ軸方向に順番に移動する。このとき、信号読出回路３１は、電圧が供給されるＴＦＴスイッチ３３を含む検出画素から、電荷信号を読み出す。
第４図は、本発明の第１の実施の形態のイメージセンサ基板６に備わる信号読出回路３１の説明図である。
第４図では、第３図の領域３８に含まれる回路構成が図示されている。信号読出回路３１は、チャージアンプ４０、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路４１、サンプルホールド回路４２、マルチプレクサ４３、ゲイン設定用シフトレジスタ４４、ゲイン設定保持メモリ４５、ＡＤ変換器４６、帰還容量Ｃ１〜Ｃ３、リセットスイッチＭ０及びゲイン選択スイッチＭ１〜Ｍ３を備える。
例えば、帰還容量Ｃ１は０．２ｐＦであり、帰還容量Ｃ２は０．４ｐＦであり、帰還容量Ｃ３は０．８ｐＦである。この場合、７種類のゲインが指定可能である。ゲイン選択ラインＬ１〜Ｌ３を介した３ビットの入力によって、ゲインが制御される。
例えば、ゲイン選択ラインＬ１のみに電圧が与えられれば、ゲイン選択スイッチＭ１のみがオンとなる。よって、帰還容量の合計値は、０．２ｐＦとなる。
また、ゲイン選択ラインＬ１、Ｌ２及びＬ３のすべてに電圧が与えられれば、ゲイン選択スイッチＭ１、Ｍ２及びＭ３のすべてがオンとなる。よって、帰還容量の合計値は、１．４ｐＦとなる。このようにして、帰還容量の合計値は、０．２ｐＦ、０．４ｐＦ、０．６ｐＦ、０．８ｐＦ、１．０ｐＦ、１．２ｐＦ又は１．４ｐＦの８種類のいずれかとなる。
なお、チャージアンプ４０のゲインは、帰還容量の合計値の逆数に比例する。よって、本実施の形態では、帰還容量の合計値が１．４ｐＦの時のゲインを「１」とする。また、帰還容量の合計値が０．２ｐＦの時のゲインを「７」とする。このようにして、ゲインは、「１」〜「７」の間で指定される。
次に、信号読出処理における各構成の動作を説明する。なお、以下の動作は、信号読出行ごとに、順番に実行される。信号読出行は、Ｙ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素を含む。
まず、信号読出処理に先立って、ゲイン調整部ＣＴＬ２は、信号読出行に含まれる検出画素を、Ｘ軸方向に順番に選択する。次に、ゲイン調整部ＣＴＬ２は、ゲイン記録メモリＭＥＭ２を参照して、選択した検出画素に設定されるゲインを読み出す。そして、ゲイン調整部ＣＴＬ２は、読み出したゲインを、ゲイン選択ラインＬ１〜Ｌ３に出力する。ゲイン調整部ＣＴＬ２は、この動作を、信号読出行に含まれるすべての検出画素毎に対して実行する。
ゲイン調整部ＣＴＬ２の動作に同期して、ゲイン設定用シフトレジスタ４４は、ゲインの指定位置を、Ｘ軸方向に順番に切り替える。つまり、ゲイン設定用シフトレジスタ４４は、ゲイン設定保持メモリ４５をＸ軸方向に順番に選択する。そして、ゲイン設定用シフトレジスタ４４は、選択したゲイン設定保持メモリ４５をオンに切り替える。ゲイン設定用シフトレジスタ４４からの入力がオンになっている場合のみ、ゲイン設定保持メモリ４５は、ゲイン選択ラインＬ１〜Ｌ３からの入力電圧を受け入れる。そして、ゲイン設定保持メモリ４５は、受け入れた入力電圧を、ゲイン選択スイッチＭ１〜Ｍ３のゲート電圧として出力する。なお、ゲイン設定保持メモリ４５は、ゲイン設定用シフトレジスタ４４から次の入力があるまで、ゲイン選択スイッチＭ１〜Ｍ３への出力電圧を保持する。
以上のように、信号読出行に含まれるすべての検出画素のゲインが設定される。ゲインの設定が終了すると、撮影制御部ＣＴＬ１は、リセットラインＬ０を介して、チャージアンプ４０の帰還容量の両端電圧をリセットする。次に、シフトレジスタ３０は、信号読出行に含まれるすべてのＴＦＴスイッチ３３をオンにする。これによって、それぞれの検出画素の信号電荷が、データライン３７を介してチャージアンプ４０に入力される。
チャージアンプ４０は、入力された信号電荷を、予め設定された帰還容量にチャージする。このとき、チャージされる信号電荷をＱ［Ｃ］とすると、チャージアンプの出力電圧は、Ｑ／Ｃ［Ｖ］だけ変化する。なお、Ｃは、予め設定された帰還容量である。
ＣＤＳ回路４１は、チャージアンプ４０の出力電圧の変化量を、サンプルホールド回路４２に出力する。なお、ＣＤＳ回路４１は、帰還容量のリセットノイズ及びチャージアンプ４０の１／ｆノイズを除去する機能を備える。
次に、サンプルホールド回路４２は、ＣＤＳ回路４１の出力電圧を、予め設定されたタイミングで抽出する。次に、サンプルホールド回路４２は、抽出した電圧を保持しつつ、抽出した電圧をマルチプレクサ４３に入力する。マルチプレクサ４３は、サンプルホールド回路４２をＸ軸方向に順番に選択する。次に、マルチプレクサ４３は、選択したサンプルホールド回路４２から入力された電圧を、ＡＤ変換器４６に出力する。ＡＤ変換器４６は、マルチプレクサ４３から入力された電圧をデジタル信号に変換する。そして、ＡＤ変換器４６は、変換したデジタル信号をフレームメモリＭＥＭ１に記録する。ＡＤ変換器４６の量子化ビット数は、例えば、８ビットである。
第５図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
本説明図は、ゲインの設定のタイミング、信号の読み出しのタイミング及びゲインの計算のタイミングの関係を示す。Ｓ０〜Ｓ５１１は、信号読出行のそれぞれに対してゲインが設定されるタイミングを示す。例えば、Ｓ５１１は、５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素に対してゲインが設定されるタイミングを示す。
また、Ｙ０〜Ｙ５１１は、信号読出行のそれぞれから信号が読み出されるタイミングを示す。例えば、Ｙ５１１は、５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素から信号が読み出されるタイミングを示す。
また、Ｃ０〜Ｃ５１１は、信号読出行のそれぞれに次回のフレーム期間Ｆ（Ｎ＋１）で設定されるゲインを、計算するタイミングを示す。例えば、Ｃ５１１は、５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素に次回のフレーム期間Ｆ（Ｎ＋１）で設定されるゲインを、計算するタイミングを示す。
なお、フレーム期間Ｆ（Ｎ）は、Ｎ回目の撮影が行われる期間である。また、Ｔｓは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の開始時刻である。また、Ｔｅは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の終了時刻である。
個人認証装置は、ゲイン設定処理と信号読出処理とを同時に行えない。よって、個人認証装置は、ゲイン設定処理と信号読出処理とを交互に行う。この場合、フレーム期間Ｆ（Ｎ）が長くなってしまうという問題がある。しかし、個人認証装置は、イメージセンサ基板６に含まれるすべての検出画素に対して個別にゲインを設定できる。
なお、ゲイン計算処理は、信号処理部ＤＳＰによって実行される。よって、ゲイン計算処理は、異なる信号読出行に対するゲイン設定処理又は異なる信号読出行に対する信号読出処理と同時に行われてもよい。
第６図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置の撮影処理のフローチャートである。
まず、個人認証装置は、現在の撮影回数を示す撮影番号Ｎを「１」に設定する（６０）。次に、個人認証装置は、初期ゲイン値Ｇｏを、ゲイン記録メモリＭＥＭ２に記録する。これによって、個人認証装置は、すべての検出画素のゲインＧ（Ｘ、Ｙ）に、初期ゲイン値Ｇｏを設定する（６１）。例えば、初期ゲイン値Ｇｏは、「１」〜「７」の中間値である「４」である。
次に、個人認証装置は、被写体１を撮影する。これによって、個人認証装置は、撮影画像の画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）を取得する（６２）。次に、個人認証装置は、撮影番号Ｎとトータル撮影回数Ｎ０とが同一であるか否かを判定する（６３）。なお、トータル撮影回数Ｎ０は、一回の個人認証処理において実行される撮影の回数であり、予め設定されている。
撮影番号Ｎとトータル撮影回数Ｎ０とが同一であると、個人認証装置は、撮影処理を終了する（６９）。一方、撮影番号Ｎとトータル撮影回数Ｎ０とが異なる場合、個人認証装置は、ステップ６２で撮影した画像に、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）演算を実行する（６４）。これによって、個人認証装置は、バックトレンド画像の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）を取得する。なお、ＬＰＦ演算の詳細については、後述する。
次に、個人認証装置は、すべての検出画素を一個ずつ順番に選択する。次に、個人認証装置は、選択した検出画素の画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）が飽和しているか否かを判定する（６５）。画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）が飽和している場合には、個人認証装置は、選択した検出画素のゲインＧ（Ｘ、Ｙ）に、最小ゲイン値Ｇｂを設定する（６８）。なお、最小ゲイン値Ｇｂは、「１」である。
これによって、個人認証装置は、ハレーションによって画素値が不明な検出画素に対しても、ゲインを設定できる。そして、個人認証装置は、最小ゲイン値Ｇｂの設定によってハレーションが解消された検出画素に対しては、次回の撮影時に適正なゲインを設定できる。このように、個人認証装置は、ハレーションが発生した検出画素に対しても、高速に適正なゲインを設定できる。この結果、個人認証装置は、認証速度を向上できる。
一方、画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）が飽和していない場合には、個人認証装置は、選択した検出画素のゲインＧ（Ｘ、Ｙ）に、目標値Ｐｏ／バックトレンド画像の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）を乗ずる（６６）。
このように、個人認証装置は、すべての検出画素に対して、ステップ６５〜６８を実行する。そして、個人認証装置は、すべての検出画素に、次回の撮影時におけるゲインを設定すると、撮影番号Ｎに「１」を加算する（６７）。
次に、個人認証装置は、ステップ６２に戻る。そして、個人認証装置は、トータル撮影回数Ｎ０だけ画像を撮影するまで、本処理を繰り返す。なお、個人認証装置は、Ｎ０回目（最後）に撮影された画像に基づいて、個人認証処理を行う。
第７図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置によって撮影された画像の説明図である。
本説明図の撮影画像は、バックトレンド像７０、血管像７１及び外部領域７２を含む。バックトレンド像７０は、被写体１である指が撮影された部分である。つまり、バックトレンド像７０は、指の内部で多重散乱した赤外線光が検出されたものである。
血管像７１は、バックトレンド像７０の内部に写し出されている。血管像７１は、指の内部で多重散乱した赤外線光散乱光が血管によって吸収され、血管パターンが描出されたものである。外部領域７２は、被写体１である指が撮影されない部分である。よって、外部領域７２には、外部の環境光が入射する。
以下、本説明図の撮影画像中の位置７３における、撮影画像のプロファイルについて説明する。
第８図は、すべての検出画素に同一のゲインが設定されて撮影された画像の画素値のプロファイルに関するグラフである。
本説明図のグラフは、すべての検出画素に同一のゲインが設定されて撮影された画像の画素値のプロファイルに関するものである。つまり、本説明図のグラフは、本実施の形態以外の撮影方法によって撮影された画像の画素値のプロファイルに関するものである。なお、本説明図のグラフの縦軸は、撮影画像の画素値Ｐである。また、本説明図のグラフの横軸は、指の幅方向（Ｘ軸方向）の位置Ｘである。
第８図（Ａ）のグラフは、撮影環境が良好な場合における撮影画像の画素値のプロファイルを示す。第８図（Ａ）に示されるプロファイルでは、領域Ｗ１が個人認証に使用可能となる。領域Ｗ１では、バックトレンド成分８０及び血管成分８１Ａ〜Ｄが、ハレーションを起こすことなく、比較的良好に検出されている。
第８図（Ｂ）のグラフは、外部の環境光が強い場合における撮影画像の画素値のプロファイルを示す。第８図（Ｂ）に示されるプロファイルでは、領域Ｗ２が個人認証に使用可能となる。
外部の環境光が強いと、撮影画像の画素値Ｐが全体的に上昇する。すると、指の輪郭近くの部分では、ハレーションが発生し、画素値Ｐが最大値Ｐｔとなってしまう。そのため、個人認証に使用可能な領域Ｗ２は、領域Ｗ１と比べて、狭くなってしまう。すると、個人認証装置は、血管成分８１Ａ及び８１Ｅを検出できない。よって、個人認証装置の認証精度が低下してしまう。
第８図（Ｃ）のグラフは、すべての検出画素のゲインが一様に低く設定された場合における撮影画像の画素値のプロファイルを示す。ハレーションの発生を防止するために、すべての検出画素に、低いゲインが設定されたとする。すると、第８図（Ｃ）に示されるプロファイルのように、血管成分８１Ａ〜Ｅのコントラストが低下する。すると、個人認証装置は、血管成分８１Ａ〜Ｅのすべてを正確に検出できない。よって、個人認証装置の認証精度が低下してしまう。
第９図は、本発明の第１の実施の形態の個人認証装置によって撮影された画像のプロファイルの変化の説明図である。
第９図（Ａ１）のグラフは、１回目の撮影時においてそれぞれの検出画素に設定されるゲインのプロファイルを示す。また、第９図（Ａ２）のグラフは、２回目の撮影時においてそれぞれの検出画素に設定されるゲインのプロファイルを示す。また、第９図（Ａ３）のグラフは、３回目の撮影時においてそれぞれの検出画素に設定されるゲインのプロファイルを示す。また、第９図（Ａ４）のグラフは、４回目の撮影時においてそれぞれの検出画素に設定されるゲインのプロファイルを示す。
なお、第９図（Ａ１）〜第９図（Ａ４）のグラフの縦軸は、検出画素に設定されるゲインＧである。また、本説明図のグラフの横軸は、指の幅方向（Ｘ軸方向）の位置Ｘである。
第９図（Ｂ１）のグラフは、１回目に撮影された画像の画素値のプロファイルを示す。第９図（Ｂ２）のグラフは、２回目に撮影された画像の画素値のプロファイルを示す。第９図（Ｂ３）のグラフは、３回目に撮影された画像の画素値のプロファイルを示す。第９図（Ｂ４）のグラフは、４回目に撮影された画像の画素値のプロファイルを示す。
なお、第９図（Ｂ１）〜第９図（Ｂ４）のグラフの縦軸は、撮影画像の画素値Ｐである。また、第９図（Ｂ１）〜第９図（Ｂ４）のグラフの横軸は、指の幅方向（Ｘ軸方向）の位置Ｘである。
第９図（Ｃ１）のグラフは、１回目の撮影時において取得されたバックトレンド画像の画素値のプロファイルを示す。第９図（Ｃ２）のグラフは、２回目の撮影時において取得されたバックトレンド画像の画素値のプロファイルを示す。第９図（Ｃ３）のグラフは、３回目の撮影時において取得されたバックトレンド画像の画素値のプロファイルを示す。第９図（Ｃ４）のグラフは、４回目の撮影時において取得されたバックトレンド画像の画素値のプロファイルを示す。
なお、第９図（Ｃ１）〜第９図（Ｃ４）のグラフの縦軸は、バックトレンド画像の画素値Ｐ’である。また、第９図（Ｃ１）〜第９図（Ｃ４）のグラフの横軸は、指の幅方向（Ｘ軸方向）の位置Ｘである。
ここでは、外部の環境光が強い場合における、画像のプロファイルの変化を説明する。
まず、１回目の撮影では、すべての検出画素のゲインＧに、初期ゲイン値Ｇｏが設定される（第９図（Ａ１））。
１回目に撮影された画像における、領域Ｗ２以外の領域では、ハレーションが発生する（第９図（Ｂ１））。領域Ｗ２は、個人認証に使用可能な領域であり、指の幅より狭くなっている。そのため、個人認証装置は、血管成分８１Ａ及び８１Ｅを検出できない。
１回目に撮影時に取得されたバックトレンド画像では、ＬＰＦ演算によって、血管成分８１Ｂ〜Ｄが除去される（第９図（Ｃ１））。
２回目の撮影では、ハレーション領域に含まれる検出画素のゲインＧに、最小ゲイン値Ｇｂが設定される。なお、ハレーション領域は、領域Ｗ２以外の領域である。また、領域Ｗ２に含まれる検出画素のゲインＧには、Ｐｏ／Ｐ’が乗ぜられる（第９図（Ａ２））。つまり、領域Ｗ２に含まれる検出画素のゲインＧは、１回目の撮影時における検出画素のゲインのＰｏ／Ｐ’倍となる。
２回目に撮影された画像の領域Ｗ２では、バックトレンド成分が目標値Ｐｏにほぼ近づく。しかし、領域Ｗ２以外の領域では、ゲインＧが最小ゲイン値Ｇｂに設定されているので、画素値Ｐは、目標値Ｐｏとならない。具体的には、領域Ｗ２の直近の領域では、画素値Ｐに、段差９０Ａ及び９０Ｂが生じてしまう。また、端部の領域Ｗ３では、画素値Ｐが、目標値Ｐｏを上回っている（第９図（Ｂ２））。
２回目に撮影時に取得されたバックトレンド画像では、ＬＰＦ演算によって、血管成分８１Ｂ〜Ｄが除去される。しかし、２回目に撮影時に取得されたバックトレンド画像には、変動９１Ａ及び９１Ｂが生じる（第９図（Ｃ２））。これは、段差９０Ａ及び９０Ｂが、ＬＰＦ演算によって完全に除去できないからである。
３回目の撮影では、端部Ｗ３の検出画素のゲインＧに、最小ゲイン値Ｇｂが設定される。なぜなら、端部の領域Ｗ３では、画素値Ｐが、目標値Ｐｏを上回っているからである。また、端部の領域Ｗ３以外の領域に含まれる検出画素のゲインＧには、Ｐｏ／Ｐ’が乗ぜられる（第９図（Ａ３））。つまり、領域Ｗ３以外の領域に含まれる検出画素のゲインＧは、２回目の撮影における検出画素のゲインのＰｏ／Ｐ’倍となる。
３回目に撮影された画像でも、段差９２Ａ及び９２Ｂが生じてしまう（第９図（Ｂ３））。但し、段差９２Ａ及び９２Ｂは、２回目に撮影された画像に生じた段差９０Ａ及び９０Ｂよりも小さくなっている。なお、段差９２Ａ及び９２Ｂは、２回目の撮影時に取得されたバックトレンド画像に生じた変動９１Ａ及び９１Ｂに起因する。
このように、撮影回数が増加するほど、撮影画像に生じる段差は小さくなる。そして、４回目に撮影された画像では、すべての血管成分８１Ａ〜Ｅが検出可能となる。
ここで、ＬＰＦ演算について説明する。ＬＰＦ演算は、血管像に相当する高周波成分を撮影画像から除去して、バックトレンド成分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等が使用される。
例えば、遮断周波数には、１／４〜１／２［ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍ］程度の値が設定される。この場合、直径２〜４［ｍｍ］以下の血管情報が除去される。また、個人認証装置は、移動平均又は低次多項式近似等の公知の方法を用いて、ＬＰＦ演算と同様の効果を実現してもよい。
なお、ＬＰＦ演算は、通常、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向に対して実行される。しかし、被写体１が指の場合には、血管の走行方向に略並行なＹ軸方向のＬＰＦ演算は、省略されてもよい。
第１０図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックの説明図である。
検出画素ブロック１０１は、検出画素１００にゲインが設定される単位である。検出画素ブロック１０１は、一個の検出画素１００から構成されてもよいし、複数個の検出画素１００から構成されてもよい。
検出画素ブロック１０１が一個の検出画素１００から構成されている場合、個人認証装置の処理のタイミングは、前述した第５図のようになる。この場合、個人認証装置は、すべての検出画素１００に個別にゲインを設定するので、良好な状態の画像を撮影できる。しかし、ゲインを計算するための演算量が多くなるという問題がある。更に、ゲインの設定に時間がかかるという問題がある。
そこで、検出画素ブロック１０１が、複数個の検出画素１００から構成されてもよい。本説明図では、検出画素ブロック１０１が、４個（２個（Ｘ軸方向）×２個（Ｙ軸方向））の検出画素１００から構成されている。
なお、検出画素ブロック１０１に設定されるゲインの計算では、検出画素ブロック１０１に含まれるすべての検出画素１００の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）の合計値が用いられてもよいし、検出画素ブロック１０１に含まれる一部の検出画素の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）が用いられてもよい。
第１１図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックが４個の検出画素から構成される場合の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
本説明図は、ゲインの設定のタイミング、信号の読み出しのタイミング及びゲインの計算のタイミングの関係を示す。
Ｓ０〜Ｓ２５５は、信号読出行のそれぞれに対してゲインが設定されるタイミングを示す。例えば、Ｓ２５５は、５１０行目及び５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素に対してゲインが設定されるタイミングを示す。検出画素ブロックが４個の検出画素から構成される場合、個人認証装置は、二つの信号読出行に含まれる検出画素に、一回でゲインを設定できる。このため、個人認証装置による撮影が高速化される。
また、Ｙ０〜Ｙ５１１は、信号読出行のそれぞれから信号が読み出されるタイミングを示す。例えば、Ｙ５１１は、５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素から信号が読み出されるタイミングを示す。
また、Ｃ０〜Ｃ２５５は、信号読出行のそれぞれに次回のフレーム期間Ｆ（Ｎ＋１）で設定されるゲインを、計算するタイミングを示す。例えば、Ｃ２５５は、５１０行目及び５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素に次回のフレーム期間Ｆ（Ｎ＋１）で設定されるゲインを、計算するタイミングを示す。検出画素ブロックが４個の検出画素から構成される場合、個人認証装置は、二つの信号読出行に設定されるゲインを一回で計算できる。このため、個人認証装置によるゲインの計算回数を半分に減らすことができる。
なお、フレーム期間Ｆ（Ｎ）は、Ｎ回目の撮影が行われる期間である。また、Ｔｓは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の開始時刻である。また、Ｔｅは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の終了時刻である。
第１２図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックの説明図である。
本説明図では、検出画素ブロック１２０は、Ｘ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素１００から構成される。
本実施の形態では、被写体１は指である。そのため、Ｘ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素は、近い画素値を有する。このため、検出画素ブロック１２０が、Ｘ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素１００から構成されても、個人認証装置の認証精度は、大きく劣化しない。
なお、検出画素ブロック１２０に設定されるゲインの計算では、検出画素ブロック１２０に含まれるすべての検出画素１００の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）の合計値が用いられてもよいし、検出画素ブロック１２０に含まれる一部の検出画素の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）が用いられてもよい。例えば、検出画素ブロック１２０に設定されるゲインの計算では、Ｙ軸方向の中央の二つの検出画素１００（領域１２１に含まれる二つの検出画素１００）の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）が用いられる。
第１３図は、本発明の第１の実施の形態の検出画素ブロックがＸ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素１００から構成される場合の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
本説明図は、ゲインの設定のタイミング、信号の読み出しのタイミング及びゲインの計算のタイミングの関係を示す。
Ｓ０は、すべての信号読出行に対してゲインが設定されるタイミングを示す。検出画素ブロックが、Ｘ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素から構成される場合、個人認証装置は、すべての検出画素に一回でゲインを設定できる。このため、個人認証装置による撮影が高速化される。
また、Ｙ０〜Ｙ５１１は、信号読出行のそれぞれから信号が読み出されるタイミングを示す。例えば、Ｙ５１１は、５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素から信号が読み出されるタイミングを示す。
また、Ｃ０は、すべての信号読出行に次回のフレーム期間Ｆ（Ｎ＋１）で設定されるゲインを、計算するタイミングを示す。検出画素ブロックが、Ｘ軸方向の位置が同一であるすべての検出画素から構成される場合、個人認証装置は、すべての信号読出行に設定されるゲインを一回で計算できる。このため、個人認証装置によるゲインの計算回数を一回にすることができる。
なお、フレーム期間Ｆ（Ｎ）は、Ｎ回目の撮影が行われる期間である。また、Ｔｓは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の開始時刻である。また、Ｔｅは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の終了時刻である。
以上のように、本発明の第１の実施の形態によれば、検出画素ブロックごとにゲインが調整される。このため、第１の実施の形態の個人認証装置は、生体パターンが有する高周波数成分の情報を失わせずに、それぞれの検出画素のゲインを最適化できる。その結果、第１の実施の形態の個人認証装置は、イメージセンサのダイナミックレンジを拡大できる。
つまり、第１の実施の形態の個人認証装置は、ハレーションの発生及びコントラストの低下を防止できるので、認証精度を向上できる。更に、第１の実施の形態の個人認証装置は、低コスト及び低消費電力を維持しつつ、認証精度を高めることができる。
（第２の実施の形態）
第１４図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置の構成図である。
個人認証装置は、被写体１の血管パターンに基づいて認証する。個人認証装置は、イメージセンサ、撮影制御部ＣＴＬ１、液晶濃度調整部ＣＴＬ３、フレームメモリＭＥＭ１、液晶濃度記録メモリＭＥＭ３、信号処理部ＤＳＰ及び認証結果報告部ＲＥＰ等を備える。なお、撮影制御部ＣＴＬ１、フレームメモリＭＥＭ１、信号処理部ＤＳＰ及び認証結果報告部ＲＥＰは、第１の実施の形態の個人認証装置（第１図）に備わるものと同一なので、説明を省略する。
イメージセンサは、光源２、遮光フレーム３、マイクロレンズ４、可視光遮断フィルタ５、イメージセンサ基板６、支持基板７、電極８Ａ、８Ｂ、液晶表示基板９及びバックライト基板１０を備える。なお、光源２、遮光フレーム３、マイクロレンズ４、可視光遮断フィルタ５、イメージセンサ基板６、支持基板７、電極８Ａ及び８Ｂは、第１の実施の形態の個人認証装置（第１図）に備わるものと同一なので、説明を省略する。但し、第２の実施の形態では、イメージセンサ基板６は、ゲインの設定機能を備えなくてもよい。
第２の実施の形態の個人認証装置は、液晶表示基板９の液晶表示濃度を調整することによって、イメージセンサ基板６に入射する光量を調整する。これによって、第２の実施の形態の個人認証装置は、ハレーションの発生及びコントラストの低下を防止できるので、認証精度を向上できる。なお、ハレーションの発生及びコントラストの低下は、イメージセンサ基板６のダイナミックレンジの不足に起因する。
バックライト基板１０は、支持基板７とイメージセンサ基板６との間に配置される。バックライト基板１０は、公知の白色光源及び導光板等を備える。これによって、バックライト基板１０は、液晶表示基板９に一様なバックライト光を照射する。バックライト基板１０から照射された光は、イメージセンサ基板６を透過して、液晶表示基板９を下面側から照らす。
液晶表示基板９は、イメージセンサ基板６の上面に配置される。個人認証装置は、通常の液晶ディスプレイの機能及び入射光量調整機能を備える。当該個人認証装置が被写体１を撮影中でない場合、液晶表示基板９は、通常の液晶ディスプレイとして機能する。一方、個人認証装置が被写体１を撮影中の場合には、液晶表示基板９は、イメージセンサ基板６へ入射する光量を調節する。更に、液晶表示基板９は、撮影ガイド表示機能を備えていてもよい。撮影ガイド表示機能については、第１９図で詳細を説明する。
なお、個人認証装置は、液晶表示基板９の代わりに、光を透過するフィルタを備えていてもよい。この場合、当該フィルタは、光の透過度を調整できるものとする。
次に、第２の実施の形態の個人認証装置の動作を説明する。
被写体１が配置されていない時点では、電極８Ａ、８Ｂ、液晶表示基板９及びバックライト基板１０以外のすべての構成は、待機状態となっている。これによって、個人認証装置は、待機時の消費電力を抑えられる。このとき、液晶表示基板９は、通常の液晶ディスプレイとして機能することによって、必要に応じてユーザーに種々の情報を提供する。また、バックライト基板１０は、液晶表示基板９にバックライト光を照射してもよいし、照射しなくてもよい。
被写体１が配置されると、電極８Ａと電極８Ｂとの間に電流が流れる。これによって、個人認証装置は、被写体１の配置を検知する。すると、バックライト基板１０は、バックライト光の照射を中止する。そして、待機状態となっているすべての構成が、動作を開始する。
まず、撮影制御部ＣＴＬ１は、光源２をオンにする。これによって、光源２は、被写体１に対して赤外線光の照射を開始する。同時に、撮影制御部ＣＴＬ１は、イメージセンサ基板６に制御信号を与える。すると、イメージセンサ基板６は、撮影を開始する。同時に、液晶濃度調整部ＣＴＬ３は、予め設定された初期液晶濃度Ｌｏを液晶表示基板９に設定する。なお、液晶濃度調整部ＣＴＬ３による液晶濃度の設定方法については、後述する。
次に、イメージセンサ基板６は、画像を撮影する。そして、イメージセンサ基板６は、１回目の撮影画像をフレームメモリＭＥＭ１に記録する。このとき、信号処理部ＤＳＰは、１回目の撮影画像に基づいて、２回目の撮影時に設定される液晶濃度Ｌを計算する。そして、信号処理部ＤＳＰは、計算した液晶濃度Ｌを液晶濃度記録メモリＭＥＭ３に記録する。これによって、個人認証装置は、１回目の撮影を終了する。
引き続き、個人認証装置は、２回目の撮影を開始する。まず、液晶濃度調整部ＣＴＬ３は、液晶濃度記録メモリＭＥＭ３に記録されている液晶濃度Ｌを、液晶表示基板９に設定する。次に、イメージセンサ基板６は、画像を撮影する。そして、イメージセンサ基板６は、２回目の撮影画像を、フレームメモリＭＥＭ１に記録する。このとき、信号処理部ＤＳＰは、２回目の撮影画像に基づいて、３回目の撮影時に設定される液晶濃度Ｌを計算する。そして、信号処理部ＤＳＰは、計算した液晶濃度Ｌを液晶濃度記録メモリＭＥＭ３に記録する。これによって、個人認証装置は、２回目の撮影を終了する。
このようにして、個人認証装置は、Ｎ０回の撮影を実行する。Ｎ０回の撮影が終了すると、信号処理部ＤＳＰは、フレームメモリＭＥＭ１に記録されるＮ０回目の撮影画像に基づいて、個人認証演算を行う。そして、認証結果報告部ＲＥＰは、信号処理部ＤＳＰによる個人認証演算の結果を、出力する。
なお、個人認証装置の１回の撮影に要する時間の標準値は、約１／６０秒である。また、個人認証装置によって実行されるトータルの撮影回数Ｎ０の標準値は、４回である。
第１５図は、本発明の第２の実施の形態のイメージセンサ基板６の検出画素と液晶表示基板９の表示画素との位置関係の説明図である。
イメージセンサ基板６には、検出画素１５０がアレイ状に配置される。また、液晶表示基板９には、表示画素１５１が、検出画素１５０のピッチに同期してアレイ状に配置される。
例えば、イメージセンサ基板６は、２５６個（Ｘ軸方向）×５１２個（Ｙ軸方向）の検出画素１５０から構成される。また、検出画素１５０のピッチは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともに、０．１［ｍｍ］である。
例えば、表示基板９は、５１２個（Ｘ軸方向）×１０２４個（Ｙ軸方向）の表示画素１５１から構成される。また、表示画素１５１のピッチは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともに、０．０５［ｍｍ］である。
この場合、１個の検出画素１５０は、４個の表示画素１５１に対応する。よって、表示画素ブロック１５２は、４個の表示画素１５１から構成される。なお、表示画素ブロック１５２は、表示画素１５１に液晶濃度が設定される単位である。これによって、表示画素ブロック１５２は、１個又は複数個の検出画素１５０に入射される光量を調節する。なお、表示画素ブロック１５２は、１個の表示画素１５１から構成されてもよいし、複数個の表示画素１５１から構成されてもよい。
また、検出画素１５０のピッチと表示画素１５１のピッチとが同一であってもよい。この場合、表示画素ブロック１５２は、１個の表示画素１５１から構成される。
また、一個以上の検出画素１５０を含む検出画素ブロックと、１個以上の表示画素１５１を含む表示画素ブロックとが対応してもよい。
なお、液晶表示基板９の上方から見て、検出画素１５０の位置と表示画素ブロック１５２の位置とが略一致するように、イメージセンサ基板６及び液晶表示基板９は配置される。
第１６図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置の処理のタイミングの説明図である。
本説明図は、信号の読み出しのタイミング、液晶濃度の計算のタイミング及び液晶濃度の設定のタイミングの関係を示す。
Ｙ０〜Ｙ５１１は、信号読出行のそれぞれから信号が読み出されるタイミングを示す。例えば、Ｙ５１１は、５１１行目の信号読出行に含まれる検出画素から信号が読み出されるタイミングを示す。
また、Ｃ０〜Ｃ５１１は、信号読出行のそれぞれに対応する表示画素ブロックに次回のフレーム期間Ｆ（Ｎ＋１）で設定される液晶濃度を、計算するタイミングを示す。例えば、Ｃ５１１は、５１１行目の信号読出行に入射する光量を調整する表示画素ブロックに次回のフレーム期間Ｆ（Ｎ＋１）で設定される液晶濃度を、計算するタイミングを示す。
Ｌ０〜Ｌ５１１は、信号読出行のそれぞれに対応する表示画素ブロックに対して液晶濃度が設定されるタイミングを示す。例えば、Ｓ５１１は、５１１行目の信号読出行に入射される光量を調整する表示画素ブロックに対して液晶濃度が設定されるタイミングを示す。
なお、フレーム期間Ｆ（Ｎ）は、Ｎ回目の撮影が行われる期間である。また、Ｔｓは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の開始時刻である。また、Ｔｅは、フレーム期間Ｆ（Ｎ）の終了時刻である。
個人認証装置は、信号読出処理、液晶濃度計算処理及び液晶濃度設定処理を、並列して処理できる。
第１７図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置の撮影処理のフローチャートである。
まず、個人認証装置は、現在の撮影回数を示す撮影番号Ｎを「１」に設定する（１７０）。次に、個人認証装置は、初期液晶濃度Ｌｏを、液晶濃度記録メモリＭＥＭ３に記録する。これによって、個人認証装置は、すべての表示画素の液晶濃度Ｌ（Ｘ、Ｙ）に、初期液晶濃度Ｌｏを設定する（１７１）。
次に、個人認証装置は、被写体１を撮影する。これによって、個人認証装置は、撮影画像の画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）を取得する（１７２）。次に、個人認証装置は、撮影番号Ｎとトータル撮影回数Ｎ０とが同一であるか否かを判定する（１７３）。なお、トータル撮影回数Ｎ０は、一回の個人認証処理において実行される撮影の回数であり、予め設定されている。
撮影番号Ｎとトータル撮影回数Ｎ０とが同一であると、個人認証装置は、撮影処理を終了する（１７９）。一方、撮影番号Ｎとトータル撮影回数Ｎ０とが異なる場合、個人認証装置は、ステップ１７２で撮影した画像に、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）演算を実行する（１７４）。これによって、個人認証装置は、バックトレンド画像の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）を取得する。
次に、個人認証装置は、すべての検出画素を一個ずつ順番に選択する。次に、個人認証装置は、選択した検出画素の画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）が飽和しているか否かを判定する（１７５）。画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）が飽和している場合には、個人認証装置は、選択した検出画素に対応する表示画素の液晶濃度Ｌ（Ｘ、Ｙ）に、最大液晶濃度Ｌｂを設定する（１７８）。
これによって、個人認証装置は、ハレーションによって画素値が不明な検出画素に対応する表示画素に対しても、液晶濃度を設定できる。そして、個人認証装置は、最大液晶濃度Ｌｂの設定によってハレーションが解消された検出画素に対応する表示画素に対しては、次回の撮影時に適正な液晶表示濃度を設定できる。このように、個人認証装置は、ハレーションが発生した検出画素に対応する表示画素に対しても、高速に適正な液晶表示濃度を設定できる。この結果、個人認証装置は、認証速度を向上できる。
一方、画素値Ｐ（Ｘ、Ｙ）が飽和していない場合には、個人認証装置は、選択した検出画素に対応する表示画素の液晶濃度Ｌ（Ｘ、Ｙ）に、目標値Ｐｏ／バックトレンド画像の画素値Ｐ’（Ｘ、Ｙ）を乗ずる（１７６）。
このように、個人認証装置は、すべての検出画素に対して、ステップ１７５〜１７８を実行する。そして、個人認証装置は、すべての検出画素に対する処理が終了すると、撮影番号Ｎに「１」を加算する（１７７）。
次に、個人認証装置は、ステップ１７２に戻る。そして、個人認証装置は、トータル撮影回数Ｎ０だけ画像を撮影するまで、本処理を繰り返す。なお、個人認証装置は、Ｎ０回目（最後）に撮影された画像に基づいて、個人認証処理を行う。
本発明の第２の実施の形態の個人認証装置は、液晶画面を備える端末に適用できる。
第１８図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置が適用された携帯電話機１８０の説明図である。
携帯電話機１８０は、表示ディスプレイ１８１を備える。表示ディスプレイ１８１には、液晶表示基板９が使用される。また、携帯電話機１８０の外形フレームには、電極８Ａ、８ｂ及び光源２が設置される。このようにして、第２の実施の形態の個人認証装置は、携帯電話機１８０に適用できる。
例えば、第２の実施の形態の個人認証装置は、携帯電話機１８０の電源投入時等にユーザーの個人認証を行う。これによって、携帯電話機１８０の他人による使用が防止できる。
第１９図は、本発明の第２の実施の形態の個人認証装置が適用された携帯電話機１８０の表示画面の説明図である。
携帯電話機１８０に備わる表示ディスプレイ１８１は、各種情報を表示することによって、認証処理が円滑に進む。
第１９図（Ａ）は、個人認証装置の認証処理開始前における表示画面の説明図である。
携帯電話機１８０に備わる表示ディスプレイ１８１は、被写体１である指の配置位置を表示する。これによって、ユーザは、指を適切な位置に配置できる。
第１９図（Ｂ）は、個人認証装置の認証処理終了後における表示画面の説明図である。
個人認証装置が認証許可と判定すると、携帯電話機１８０に備わる表示ディスプレイ１８１は、認証許可を表示する。これによって、ユーザは、適切に認証が終了したことを把握できる。
第１９図（Ｃ）は、個人認証装置の認証処理終了後における表示画面の説明図である。
個人認証装置が認証不可と判定すると、携帯電話機１８０に備わる表示ディスプレイ１８１は、認証不可を表示する。これによって、ユーザは、認証されなかったことを把握できる。そして、ユーザは、認証を再度行うことができる。
以上のように、第２の実施の形態の個人認証装置は、イメージセンサ基板６に入射する光量を、検出画素又は検出画素ブロックごとに調整できる。このため、第２の実施の形態の個人認証装置は、ハレーションの発生及びコントラストの低下を防止できるので、認証精度を向上できる。
【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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