(57)【要約】  本願発明は、実際的で、費用対効果の高い、真に非接触の皮下静脈パターン生体センサの第１の実現を記載している。レーザ・ダイオード（ＬＤ）（２０３）は、反射した放射（２１３）のパターンが、従来の静脈パターン赤外線画像化装置（１０２）が眺めたときに、ターゲット・レンジの直接測定を提供するように、手を照明している。上記のターゲット・レンジ測定は視覚的又は聴覚的な信号（１１０，１０４）を生成するために使用され、この信号は、手（１０１）を正確に最適レンジで置くようにスキャンされる個人を指示し、それによって静脈パターンは焦点が合うことになる。更にまた、上記赤外線画像化装置に関して最適の水平レジストレーション即ち位置に手を動かすように、スキャンされる個人を仕向けるためのシステム及び装置を記載している。
2010509657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体のターゲット部分（２０１）を生体画像化装置（１０２）によってスキャン可能な位置に置くステップを含む生体静脈画像化の方法であって、
前記ターゲットが前記画像化装置に関して所定配置レンジ内に配置されているかどうかを電気的に判定するステップと、
前記ターゲットが前記所定配置レンジ内であること、又は前記レンジ内にするために前記ターゲットをどのように動かさなければならないかの何れかを指摘する信号を提供するステップと、
前記ターゲットが前記所定レンジ内であることを判定したときに、前記生体画像化装置で前記ターゲットをスキャンするステップと、
によって特徴付けられる、方法。
【請求項２】
前記のスキャンするステップは、静脈画像化装置でスキャンするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記の置くステップは、人間の指、手の手のひら、又は手の甲を置くステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記の置くステップは、前記の指又は手のひらを、１以上の案内線（１０８，１０９）に整列するステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記１以上の案内線は，前記画像化装置が取り付けられる表面に、又は該表面のわずかに上に形成された、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記案内線は２つ存在し、前記案内線は互いに直交した、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記の置くステップは，前記人体の前記ターゲット部分を、視覚的指示（１０３，１１０，１０４）に従い置くステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記視覚的指示は、１以上の図面又は写真（１１０）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記視覚的指示は、前記手の側面から眺めたとき及び前記手の上面から眺めたときの、前記画像化装置の上に正確に位置決めされた手を描写した、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記の電気的に判定するステップは、光（２１４，２１８）を前記ターゲットに向けるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記の向けるステップは、レーザ・ビーム又は発光ダイオードのビームを前記ターゲットに向けるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
レーザ・ビームを向ける前記のステップは、赤色可視レーザ・ビームを前記ターゲットに向けるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記の電気的に判定するステップは、前記ターゲットが前記画像化装置から所定距離レンジ内であるかどうかを電気的に判定するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記の電気的に判定するステップは、前記ターゲットによって反射した放射を、電荷結合検出器（ＣＣＤ）又はＣＭＯＳ検出器のアレイ（２０８）で検出するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記の検出するステップは、前記光を、前記のＣＣＤ又はＣＯＭＳ検出器のフレーム・レートに同期してパルスするステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
連続したＣＣＤ又はＣＭＯＳのフレーム間の差を計算するステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記の向けるステップは、複数のレーザ又は発光ダイオードのビームを前記ターゲットに向けるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
信号を提供する前記のステップは、視覚的信号又は聴覚信号を提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記の提供するステップは、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）（１０４）を利用して視覚的信号を提供するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記の利用するステップは、緑色ダイオード（１０７）を使用して前記ターゲットが前記所定配置レンジ内であることを指摘するステップと、１以上の赤色ダイオード（１０６）を使用して前記レンジ内にするために前記ターゲットをどのように動かさなければなければならないかを指摘するステップとを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記の電気的に判定するステップは、前記ターゲットから反射した放射を検出するステップと、前記反射した放射のリアルタイム分析を使用して前記信号を提供するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記ターゲットは人間の指、人間の手の手のひら、又は人間の手の甲であり、前記の提供するステップは、前記人間に前記の指又は手を動かすように指示して、前記の指又は手が前記画像化装置に関して最適距離レンジ又は最適水平レジストレーションの何れかに置かれるようにするステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記の電気的に判定するステップは、前記生体画像化装置が提供する放射のみを使用して実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記の電気的に判定するステップは、音エネルギーを前記ターゲットに向けるステップと、反射した音エネルギーを利用して前記信号を提供するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
人体のターゲット部分の静脈パターンを記録するための生体画像化システム（１０２，２０３）であって、
前記ターゲットに向けられるエネルギーのソース（２１０）と、
前記ターゲットから反射した前記エネルギーの一部を検出するために配置された検出器（１０２）と
を備え、
前記反射したエネルギーのリアルタイム分析を実行し、前記ターゲットのレンジを表す信号を発生させ、前記ターゲットの静脈パターン画像を提供するためのコンピュータ（５０２）と、
前記ターゲットを前記検出器に関して所定配置レンジ内に置くことを支援する指示を提供するために、前記信号に応答する視覚的出力デバイス又は聴覚出力デバイス（１０４，１１０）と
によって特徴付けられた、システム。 
【請求項２６】
エネルギーの前記ソースは、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザを備えた、請求項２５に記載の生体画像化システム。
【請求項２７】
エネルギーの前記ソースは、レーザ・ダイオードを備えた、請求項２６に記載の生体画像化システム。
【請求項２８】
エネルギーの前記ソースは、赤色可視光のソースである、請求項２５に記載の生体画像化システム。
【請求項２９】
前記検出器は、電荷結合検出器（ＣＣＤ）又はＣＭＯＳ検出器（２０８）である、請求項２５に記載の生体画像化システム。
【請求項３０】
前記のエネルギー・ソースは、前記のＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器の検出器フレーム・レートに同期した光のパルス・ソースである、請求項２９に記載の生体画像化システム。
【請求項３１】
前記画像化システムに関して、前記人体の前記ターゲット部分の適正な配置のための視覚的補助（１０４，１１０）を更に備えた、請求項２５に記載の生体画像化システム。
【請求項３２】
前記視覚的補助は、１以上の図面又は写真（１１０）を備え、前記１以上の図面又は写真（１１０）は、前記画像化システムに関する前記人体の前記ターゲット部分の適正な配置を示す、請求項２５に記載の生体画像化装置。
【請求項３３】
前記１以上の図面又は写真は、前記手の側面から眺めたとき及び前記手の上面から眺めたときの、前記画像化装置の上に正しく位置決めされた手を描写した、請求項３２に記載の生体画像化システム。
【請求項３４】
前記人体の前記ターゲット部分を、前記画像化システムに関して配置することを支援するための１以上の案内線（１０８，１０９）を更に備えた、請求項２５に記載の生体画像化システム。
【請求項３５】
前記案内線を使用して前記人体の前記ターゲット部分を前記画像化システムに関して正しく配置させるための指示（１０３）を更に備えた、請求項３４に記載の生体画像化システム。
【請求項３６】
２つの前記案内線が存在し、前記案内線は互いに直交した、請求項３４に記載の生体画像化システム。
【請求項３７】
前記人体の前記ターゲット部分は、人間の指、人間の手の手のひら、又は人間の手の甲であり、前記１以上の案内線は、中指の先端を配置することを支援する、請求項３４に記載の生体画像化システム。
【請求項３８】
前記視覚的補助は、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）（１０４）を備えた、請求項３１に記載の生体画像化システム。
【請求項３９】
前記視覚的補助は、前記ターゲットが所定配置レンジ内であることを指摘するための緑色ダイオード（１０７）と、前記所定レンジ内にするために前記ターゲットをどのように動かさなければならないかを指摘するための１以上の赤色ダイオード（１０６）とを備えた、請求項３８に記載の生体画像化システム。
【請求項４０】
エネルギーの前記ソースは、コリメート・レンズ（２１１）若しくはコリメート・ミラー、又はフォーカス用のレンズ若しくはミラーを備えた、請求項２５に記載の生体画像化システム。
【請求項４１】
エネルギーの前記ソースは、ガウシアン・ビーム・プロファイル（３０１）を生み出すレンズ又はミラーを備えた、請求項４０に記載の生体画像化システム。
【請求項４２】
エネルギーの前記ソースは、コリメート・ビーム（２１４）を生み出すレンズ（２１１）又はミラーを備えた、請求項４０に記載の生体画像化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、体の一部、最も典型的には手の一部の赤外線画像化を通じた、皮下静脈パーン認識を使用する個人の生体識別に関する。
【背景技術】
【０００２】
個人の生体識別は、小さいが急速に成長する商業市場を示している。生体のセンサ及びシステムに対するこの市場は、２００８年までに４０億ドルに達するものと予測されている。生体識別の増大する使用に対する動機付けは、航空機の乗客のスクリーニング及び政府又は商業上の施設でのアクセス制御等の何らかの対テロリスト・スクリーニング、加えて金融アカウントの番号及びバスワードの盗難によって生ずるなりすまし犯罪に対する防御を含んでいる。後者に関して、幾つかの主要な銀行は、彼らの自動現金預け払い機に取り付けられた生体識別システムを有している。各ユーザは、データ・カード上に記録された自分の生体同一性を有し、このパターンは、銀行のアカウントへのアクセスが許容される前に、該個人の生体スキャンによってリアルタイムに一致しなければならない。用語「データ・カード」は、ここに、磁気メディア、半導体メモリ、光学メディア等の任意の種類のデジタル情報ストレージ・メディアに対する総称的な記載を意味しており、それに対しては、生体同一性データを１度書き込むことができ何度も読み取ることができる。
【０００３】
個人の生体識別に対して、指紋及び網膜のスキャンを含む複数の技術が発展してきた。
生体識別の最も有望な方法のうちの１つは、手の皮下静脈パターンの赤外線画像化の使用である。例えば、ライス，Ｊ．（Ｒｉｃｅ，Ｊ．）、個人の識別の方法及び個人の識別のための装置（Ｍｅｔｈｏｄ  Ｏｆ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｔｈｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓ）、イギリス国特許２，１５６，１２７、１９８５年３月１９日出願と、クレイデン（Ｃｌａｙｄｅｎ）、皮下静脈パターンの使用による個人の生体識別（Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓ  Ｂｙ  Ｕｓｅ  Ｏｆ  Ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｖｅｉｎ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ）、米国特許５，７８７，１８５、１９９５年９月２９日出願、１９９８年７月２８日発行と、ワタナベ，Ｍ．（Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．）、Ｔ．エンドウ（Ｔ．Ｅｎｄｏｈ）、Ｍ．シオハラ（Ｍ．Ｓｈｉｏｈａｒａ）、Ｓ．ササキ（Ｓ．Ｓａｓａｋｉ）、「手のひら静脈認証技術とその適用（Ｐａｌｍ  Ｖｅｉｎ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」、生体コンソーシアム会議のプロシージャ（Ｐｒｏｃ．  Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ  Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ  Ｃｏｎｆ．）、２００５年９月１９日−９月２１日、アーリントン、バージニア州、アメリカ合衆国とを見よ。より一般的に言うと、体の任意の部分の皮下静脈パターンが画像化可能である。赤外線センサは皮下静脈パターンの画像を取り込み、次に、この画像はコンピュータ又はマイクロプロセッサによって分析され、そして当該個人のデータ・カード上に記憶された画像と比較され、該個人を受け入れるか拒絶するかが判定される。近赤外線の放射は、皮膚及び下層の組織に浸透して可視の放射よりもはるかに深くまで達し、上記皮下静脈パターンのより詳細な画像を可能とする。記憶された生体プロファイルを含むデータ・カードの代わりに、該プロファイルは、コンピュータ・ネットワーク上に記憶することが可能であり、それによって、スキャンされる個人は個人識別番号を入力することのみが必要となる。静脈パターン識別の利点は、手のひら及び指の静脈パターンが、個人に特有であり、偽造が極めて困難で、解釈が比較的容易であると見られていることである。一卵性双生児でさえ、彼らの手のひら及び指においては異なる静脈パターンを有することがわかっている。逆に、指紋の粘土モデルは指紋スキャナをだますことが可能であり、誤った受け入れを生じさせることが示されている。
【０００４】
指紋スキャニング等の代替の技術に対する、手の静脈パターンの画像化を介した生体識別の別の利点は、上記の皮下静脈赤外線画像化装置は、理論的には非接触センサで実現可能であり、全体として衛生的なことである。指紋スキャナは本質的に接触デバイスであり、それは、高解像度容量性センサに頼るもので、光学的画像化センサに頼るものではない。幾つかの文化において、公共の施設にアクセスする全ての人が触れなければならないセンサは、あまり望ましくないと考えられる。手袋をはめている間は、生体スキャナによって認識することが不可能である。更にまた、公共の施設にアクセスする全ての人が触れなければならない接触センサは、汚れが蓄積し、測定精度が失われてしまう。あるアジアの国々は早々に生体センサの採用者となっており、それらを使用して、政府及び商業上の建物、並びに銀行の自動現金預け払い機に対するアクセスを制御しており、将来の市場は空港のセキュリティ等を含んでいる。アジアが致死性の鳥インフルエンザ又は類似の伝染病の大発生に見舞われた場合、接触センサに基づく生体識別システムに大損害を与えかねない。理想的な非接触静脈パターン生体センサは、宙に浮かせた手を赤外線画像化装置の上に保持することを当該ユーザに要求するのみである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非接触静脈パターン生体センサの設計を試みたときに直面した最も大きな技術的挑戦は、全てのそのような生体赤外線画像化装置が固定焦点を有するという事実の代わりに、赤外線画像化装置上のターゲット（手）に焦点を合わせることである。固定焦点を伴う赤外線画像化装置は、ターゲットと画像化装置の距離（ターゲット・レンジ）が特定の固定の値と等しくなったときにのみ、ターゲットに焦点が合うということを意味している。一例として、このページ上のテキストの撮影を、固定焦点カメラで、このカメラの固定焦点ターゲット・レンジよりも著しく異なる該カメラからの距離にターゲット（ページ）が保持されているときに試みることを想像してみよ。このことは、焦点の外れた記録画像を生じさせ、それによってこのページの幾つか又は全ての単語を読み取ることは不可能になってしまう。静脈パターン生体センサにとって、焦点の合っていない画像は、認識不可能な静脈パターンを生じさせ、それによってスキャンした全ての個人は当該生体識別システムに拒絶されることになる。この静脈パターン画像化装置のターゲット・レンジに対する感度は、富士通パームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）の仕様書の調査から明らかであり、そこには、必要なターゲット・レンジは５０±１０ｍｍであると述べられている（パームセキュア手のひら静脈認証システム（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ  Ｐａｌｍ  Ｖｅｉｎ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、富士通コンピュータ・プロダクツ・オブ・アメリカ，インコーポレーテッド（Ｆｕｊｉｔｓｕ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．））。静脈パターン生体センサにおいて使用する赤外線画像化装置モジュールの光学コンポーネントは、赤外線ＬＥＤ発光体と、ロング・パス赤外線フィルタと、固定焦点レンズ・システムと、ＣＣＤ又はＣＭＯＳの検出器のアレイとから構成されている。これらのコンポーネントは、これら自身によって、ターゲット・レンジを正確に求めることが可能なデータを提供する能力がない。追加の電子光学コンポーネントを上記赤外線画像化装置モジュールに追加して、ターゲット・レンジを求めることが可能なデータを提供するようにしなければならず、そして、焦点の外れた状況を訂正する手段を当該生体センサ・システムに追加しなければならない。
【０００６】
ある者は、多くのデジタル・カメラ・システムに含まれているものと類似のオートフォーカス・レンズを静脈パターン生体センサに追加することを試みる可能性があるが、それは、複数の追加の問題を引き起こすことになり、それらは、（ａ）従来の安価なオートフォーカス・レンズ・システムにとって、生体画像化装置に必要な非常に短いターゲット・レンジ（約５０ｍｍ）及び広い視野で、鮮明に焦点の合った画像を提供することは非常に困難であること、（ｂ）生体適用に対して適切な高品質のオートフォーカス・レンズは、上記センサにかなりの費用を追加すること、並びに、（ｃ）安価なオートフォーカス・システムの機械コンポーネントは、１週間あたり数千回、１年間あたり５２週という典型的な生体センサに要求される頻繁な使用で消耗してしまうであろうこと、である。
【０００７】
静脈パターン生体センサの領域における２つの主要な企業、富士通と日立は、幅広い顧客基盤による受け入れに関係するような、非接触即ちタッチレスの特徴の重要性を認識している。この非接触の特徴の重要性は、日立の社員が著した特許及び特許出願（ＵＳ２００５０１８５８２７、ＵＳ６８１３０１０、ＵＳ６９１２０４５、ＵＳ６９９３１６０）、及び富士通の社員が著した特許出願（ＵＳ２００５０１４８８７６）において強調されている。しかし、富士通、日立、及び彼らの競合企業の何れも、上述の特許出願において記載されたタイプの真に非接触の静脈パターン認識センサの開発及び販売の申し出をすることは不可能である。
【０００８】
日立セキュア静脈生体センサ（Ｈｉｔａｃｈ  ＳｅｃｕｒｅＶｅｉｎ  Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ  Ｓｅｎｓｏｒ）は、指の皮下静脈パターンを画像化するものであり、わずかに異なる幾つかのバージョンにおいて用意されている。しかし、各バージョンは、成形されたハンド・レスト又はフィンガー・レストに接触させて自分の手を置くようユーザに要求しており、この成形されたハンド・レスト又はフィンガー・レストは、赤外線画像化装置に関するターゲット（指）レンジ及び水平レジストレーションを固定するものである。
【０００９】
先に参照した日立の特許及び特許出願は、コウノ（Ｋｏｎｏ）、ウエムラ（Ｕｅｍｕｒａ）、ミヤタケ（Ｍｉｙａｔａｋｅ）、ハラダ（Ｈａｒａｄａ）、イトウ（Ｉｔｏ）、及びウエキ（Ｕｅｋｉ）、個人識別システム（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、米国特許出願公報２００５／０１８５８２７、２００５年４月１３日出願と、コウノ（Ｋｏｎｏ）、ウエムラ（Ｕｅｍｕｒａ）、ミヤタケ（Ｍｉｙａｔａｋｅ）、ハラダ（Ｈａｒａｄａ）、イトウ（Ｉｔｏ）、及びウエキ（Ｕｅｋｉ）、個人識別システム（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、米国特許６，９１２，０４５、２００３年１２月１２日出願、２００５年６月２８日発行と、コウノ（Ｋｏｎｏ）、ウエムラ（Ｕｅｍｕｒａ）、ミヤタケ（Ｍｉｙａｔａｋｅ）、ハラダ（Ｈａｒａｄａ）、イトウ（Ｉｔｏ）、及びウエキ（Ｕｅｋｉ）、個人識別システム（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、米国特許６，８１３，０１０、２００１年９月１８日出願、２００４年１１月２日発行と、ミウラ（Ｍｉｕｒａ）、ナガサカ（Ｎａｇａｓａｋａ）、及びミヤタケ（Ｍｉｙａｔａｋｅ）、個人識別のデバイス及び方法（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）、米国特許６，９９３，１６０、２００１年９月５日出願、２００６年１月３１日発行とから成っている。米国特許６，９９３，１６０の図２、３、４、及び５は、非接触の指静脈生体センサの幾つかのバージョンを描写している。あるバージョンにおいて、ユーザは手をスロット形状の間隙を通して動かすことになり、このスロット形状の間隙は、該間隙の一方の側に赤外線放射ソースを、反対側に赤外線カメラを収容しており、他のバージョンにおいて、ユーザは１つの指を空洞に挿入することになる。この特許は、ターゲット（指）レンジの測定又は焦点の外れた画像を訂正するための手段の議論を含んでいない。
【００１０】
米国特許６，８１３，０１０及び６，９１２，０４５並びに米国特許出願公報２００５／０１８５８２７は非常に似たものであり、それにおいて、非接触の動作を記載した請求項は存在せず、レンジ・ファインダー即ち焦点の外れた画像を訂正する手段を記載した請求項は存在しない。多くの請求項は、明確に、物理的構造で指を支持することを記載している。３つの全ての特許又は特許出願の明細書は、文章「完全に非接触の方法は、費用、処理時間、及び稠密度において常に有利ではないので、上述した非接触の特徴を保ちながら、指又は手等の画像化領域を固定するために必要な最小の位置決め部品を備えることは、デバイスにとってより実際的である」を含んでいる。従って、この著者は、完全に非接触の動作が望ましいと述べており、なぜなら、そのことが「上記デバイスを使用する不特定の数の人物により生ずる細菌感染の可能性を低減する」からである。しかし、彼らは、完全に非接触の設計を実現する、実際的で、費用対効果の高い、小型の手段を特定することが不可能であった。また、これら３つの特許及び出願の全ての明細書は、文章「デバイスと手のひらとの間の距離を測定して、該デバイスから該手のひらまでの高さが正しいかどうかを見るようにチェックする光学センサは、画像取り込みを制御するように提供される。この高さが誤っている場合、誤っている高さの情報が識別者に送られる」を含んでいる。しかし、これら明細書は、静脈パターン生体センサで使用するための実際的な、費用対効果の高い、小型の光学レンジ・ファインダーをどのように構築できるかに関して、全く、如何なる詳細な設計も提供していない。この著者は、如何なる光学レンジ・ファインダーの設計も記載しておらず、これら日立の製品には何も組み込まれていない。
【００１１】
富士通の生体センサ、パームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）は、手の手のひらの皮下静脈パターンを画像化するものであり、その最新のバージョンが２００６年３月に紹介されている。この製品の文献は、手を画像化装置の上で水平に広げ、宙に浮かせ、手のひらを下に向けて保持した個人を描写している。しかし、この製品の文献には、ターゲット・レンジを測定する如何なる手段も、センサの仕様書において与えられた必要なターゲット距離（５０±１０ｍｍ）に上記手のひらを置くようにユーザを案内する如何なる手段も、記載されていない。このパームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）は、ターゲット・レンジ測定能力を有していない。このパームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）の制限は、コロラド州デンバーにあるコロラド・コンベンション・センター（Ｃｏｌｏｒａｄｏ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ）における２００６年１０月１０日のアメリカ健康情報管理協会の博覧会（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  Ｔｒａｄｅｓｈｏｗ）に、その発明者が出席したときにはっきりと明らかであった。この博覧会において、富士通の社員は、本願発明者にノートブックのパーソナル・コンピュータに接続したパームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）の実演を提供した。適切にこのパームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）を実演するために、富士通の社員は、ポップアップのハンド・レスト又はクレードルを利用しなければならず、それは、上記パームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）の文献には描写されていないものである。このハンド・レストは、手首及び各指を個別にスロット内に支持することによって、明確なレンジ及び水平レジストレーションで手を固定していた。好適な非接触のモードにおいて、どのようにパームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）を使用することができるのかを本願発明者が富士通の社員に尋ねたところ、与えられた回答は、赤外線画像化装置は幾らかの距離の感度を有し、広告の非接触モードにおいて信頼性ある動作を達成するためには、ユーザの学習曲線が必要となる、というものであった。平均的なユーザよりもはるかにパームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）を経験している富士通の社員の一員は、ハンド・レストの使用なしには動作を実演することが不可能であった。実際、広告の非接触モードにおけるこのハンド・レストのない動作は、２００６年１０月１０日の博覧会の実演の間は、試みられることすらなかった。パームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）はノートブック・コンピュータに接続されており、このコンピュータのディスプレイは、スキャンされる個人が上記赤外線画像化装置の上にどのように手を位置決めするべきかに関して、案内を提供していなかった。
【００１２】
先に参照した富士通の特許出願は、エンドウ（Ｅｎｄｏｈ）、アオキ（Ａｏｋｉ）、ゴトウ（Ｇｏｔｏ）、及びワタナベ（Ｗａｔａｎａｂｅ）、個人識別デバイス（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）、米国特許出願公報２００５／０１４８８７６、２００５年２月１日出願であり、これは、２００２年９月３日に出願されたＰＣＴ出願の継続としてのものである。ＵＳ２００５１４８８７６の請求項１は、「ユーザに自分の手を持ち上げるように指示するための位置／向き／形状の指示ユニットと、．．．を備えた、手の血管を、該手に接触することなく画像化することが可能な画像化デバイス」である。請求項１は、上記指示ユニットの設計及び動作に関して大変曖昧であり、どのように該指示ユニットが動作するのかに関して、何らかの手がかりを提供する図は存在しない。しかし、請求項１３は、「血管の画像が検出されるときごとに、手の位置及び向きの一方又は双方を、前記手の撮影された画像から検出するための検出ユニットと、前記手の前記の検出された位置及び向きの一方又は双方が適当かどうかを判断するための判断ユニットと、前記手の前記位置及び前記向きの一方又は双方が不適当であるときに、前記手の前記位置及び前記向きが不適当であることをユーザに通知するための通知ユニットとを備えた請求項１に記載の個人識別デバイス」というより明確なものを提供している。請求項１３から明らかなことは、前記手の前記の位置及び向きの一方又は双方は、前記手の前記撮影された画像から直接測定するということであり、このことは、前記手の水平の位置又は回転を、画像パターン認識ソフトウェアで測定することを意味している。真に非接触の静脈パターン生体センサにとって、測定しなければならない最も重要なパラメータはターゲット・レンジのパラメータであり、ターゲット・レンジは、前記撮影された画像から直接求めることが不可能である。上記２００６年１０月１０日の博覧会での実演の間に、真に非接触のモードにおいて富士通のパームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）は動作することが不可能であったという事実、及び上記ノートブック・コンピュータのスクリーンはターゲット・レンジに関して案内をユーザに与えなかったという事実は、パームセキュア（ＰａｌｍＳｅｃｕｒｅ）がターゲット・レンジを測定しないこと、及びＵＳ２００５１４８８７６に記載された生体センサの設計が、実際的な非接触の静脈パターン生体センサを決してもたらさないことを示している。
【００１３】
手の静脈パターン認識における最初の研究は、赤外線画像化装置に関するターゲットのターゲット・レンジ及び水平レジストレーションを定めるための、手の部分に接触する物理的支持を使用することの重要性を強く主張している。例えば、先述のクレイデン（Ｃｌａｙｄｅｎ）（図１）は、個人が位置基準ハンドルを握り、次に、手を側面のストップに接触するまで側面に沿って移動させることを要求することによって、手の甲における皮下静脈を画像化するための方法を記載していた。正確で、精密で、反復可能な結果を得るために不可欠な、物理的支持が考えられていた。クレイデン（Ｃｌａｙｄｅｎ）の分析は、基本的な光学測定理論に基づいており、そのことは変わっていない。しかし、手に接触する物理的支持は、手の静脈画像化装置に対する非接触の設計の目標とは両立しないものである。手の手のひら又は指の何れかの血管の画像化が該手に接触することなく可能な画像化デバイスに対する必要性が、当業者において長い間感じられていたことは上のように明らかであるが、そのような接触しない画像化を提供可能である機能するデバイスは、未だ利用不可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、可動部のない革新的で低費用の電気光学的な方法及び装置を提供し、初めての真に非接触の手の静脈生体センサを生み出すことにより、上記問題を解決し当業を進展させており、それにおいて、ターゲット・レンジ及び水平レジストレーションにおける不確定性により生じる測定誤差は除去されている。好適実施形態において、赤外線画像化装置モジュールに追加しなければならない追加の電気光学的コンポーネントは、低パワー・レーザ・ダイオードと、コリメート・レンズ又はコリメート・ミラーと、レーザ・ドライバ回路とから構成されており、それらの合計は、高容量アプリケーションに対して、大体１０ドルかかることになる。好ましくは、ターゲットは手のひら、甲、若しくは手、又は指である。好ましくは、単一のレーザ・ダイオード（ＬＤ）は、反射した放射（２１３）のパターンが、従来の静脈パターン赤外線画像化装置が眺めたときに、ターゲット・レンジの直接測定を提供するように、上記ターゲットを照明する。この反射放射パターンのリアルタイム分析は、視覚的又は聴覚的な信号を生成するために使用され、この視覚的又は聴覚的な信号は、スキャンされる個人に、手を、最適なレンジで正確に置くように動かすことを指示する。事実、スキャンされる個人は、好ましくは自分の生体同一性データ・カードに記録されたものと同じレンジで手を位置決めするように仕向けられ、従って、実質的に偽の拒絶率を削減している。ここに、偽の拒絶率は、真の同一性が自分の生体データ・カードに記録されたものと一致する個人に対する拒絶率である。この偽の拒絶率の削減は、パターン認識ソフトウェアにおけるパラメータを厳しくすることを可能とし、それによって、偽の受け入れレシオ、即ち、真の同一性が自分の所有する生体データ・カードに記録されたものと一致しない個人の受け入れレシオも削減する。
【００１５】
本願発明のまた別の実施形態は、超音波のエミッタ及びセンサを使用してターゲット・レンジ及び水平レジストレーションを測定し、そして、手を最適レンジで正確に位置決めするように動かすための、スキャンされる個人に対する視覚的又は聴覚的な指示を生成することから構成されている。本願発明のまた別の実施形態は、受動的光学レンジ・ファインダーを使用してターゲット・レンジを測定し、そして、手を最適レンジで正確に位置決めするように動かすための、スキャンされる個人に対する視覚的又は聴覚的な指示を生成することから構成されている。受動的な光学レンジ・ファインダーは、何らかのレーザ・ダイオード、即ち、従来の静脈パターン赤外線画像化装置に既に存在するもの以外のターゲット照明の何らかの手段の使用を必要としないものである。
【００１６】
本願発明は、生体静脈画像化の方法を提供し、本方法は、人体のターゲット部分を生体画像化装置によってスキャン可能な位置に置くステップと、前記ターゲットが前記画像化装置に関して所定配置レンジ内に配置されているかどうかを電気的に判定するステップと、前記ターゲットが前記所定配置レンジ内であること、又は前記レンジ内にするために前記ターゲットをどのように動かさなければならないかの何れかを指摘する信号を提供するステップと、前記ターゲットが前記所定レンジ内であることを判定したときに、前記生体画像化装置で前記ターゲットをスキャンするステップとを含んでいる。好ましくは、前記のスキャンするステップは、静脈画像化装置でスキャンするステップを含んでいる。好ましくは、前記の置くステップは、人間の指、手の手のひら、又は手の甲を置くステップを含んでいる。好ましくは、前記の置くステップは、前記の指又は手のひらを、１以上の案内線に整列するステップを含んでいる。好ましくは、前記１以上の案内線は，前記画像化装置が取り付けられる表面に、又は該表面のわずかに上に形成されている。好ましくは、前記案内線は２つ存在し、前記案内線は互いに直交している。好ましくは、前記の置くステップは，前記人体の前記ターゲット部分を、視覚的指示に従い置くステップを含んでいる。好ましくは、前記視覚的指示は、１以上の図面又は写真を含んでいる。好ましくは、前記視覚的指示は、前記手の側面から眺めたとき及び前記手の上面から眺めたときの、前記画像化装置の上に正確に位置決めされた手を描写している。好ましくは、前記の電気的に判定するステップは、光を前記ターゲットに向けるステップを含んでいる。好ましくは、前記の向けるステップは、レーザ・ビーム又は発光ダイオードのビームを前記ターゲットに向けるステップを含んでいる。好ましくは、レーザ・ビームを向ける前記のステップは、赤色可視レーザ・ビームを前記ターゲットに向けるステップを含んでいる。好ましくは、前記の電気的に判定するステップは、前記ターゲットが前記画像化装置から所定距離レンジ内であるかどうかを電気的に判定するステップを含んでいる。好ましくは、前記の電気的に判定するステップは、前記ターゲットによって反射した放射を、電荷結合検出器（ＣＣＤ）又はＣＭＯＳ検出器のアレイで検出するステップを含んでいる。好ましくは、前記の検出するステップは、前記光を、前記のＣＣＤ又はＣＯＭＳ検出器のフレーム・レートに同期してパルスするステップを含んでいる。好ましくは、本方法は連続したＣＣＤ又はＣＭＯＳのフレーム間の差を計算するステップを更に含んでいる。好ましくは、前記の向けるステップは、複数のレーザ又は発光ダイオードのビームを前記ターゲットに向けるステップを含んでいる。好ましくは、信号を提供する前記のステップは、視覚的信号又は聴覚信号を提供するステップを含んでいる。好ましくは、前記の提供するステップは、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用して視覚的信号を提供するステップを含んでいる。好ましくは、前記の利用するステップは、緑色ダイオードを使用して前記ターゲットが前記所定配置レンジ内であることを指摘するステップと、１以上の赤色ダイオードを使用して前記レンジ内にするために前記ターゲットをどのように動かさなければなければならないかを指摘するステップとを含んでいる。好ましくは、前記の電気的に判定するステップは、前記ターゲットから反射した放射を検出するステップと、前記反射した放射のリアルタイム分析を使用して前記信号を提供するステップとを含んでいる。好ましくは、前記ターゲットは人間の指、人間の手の手のひら、又は人間の手の甲であり、前記の提供するステップは、前記人間に前記の指又は手を動かすように指示して、前記の指又は手が前記画像化装置に関して最適距離レンジ又は最適水平レジストレーションの何れかに置かれるようにするステップを含んでいる。好ましくは、前記の電気的に判定するステップは、前記生体画像化装置が提供する放射のみを使用して実行されている。好ましくは、前記の電気的に判定するステップは、音エネルギーを前記ターゲットに向けるステップと、反射した音エネルギーを利用して前記信号を提供するステップとを含んでいる。
【００１７】
また、本願発明は、人体のターゲット部分の静脈パターンを記録するための生体画像化システムを提供し、このシステムは、前記ターゲットに向けられるエネルギーのソースと、前記ターゲットから反射した前記エネルギーの一部を検出するために配置された検出器と、前記反射したエネルギーのリアルタイム分析を実行し、前記ターゲットのレンジを表す信号を発生させ、前記ターゲットの静脈パターン画像を提供するためのコンピュータと、前記ターゲットを前記検出器に関して所定配置レンジ内に置くことを支援する指示を提供するために、前記信号に応答する視覚的出力デバイス又は聴覚出力デバイスとを備えている。好ましくは、エネルギーの前記ソースは、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザを備えている。好ましくは、エネルギーの前記ソースは、レーザ・ダイオードを備えている。好ましくは、エネルギーの前記ソースは、赤色可視光のソースである。好ましくは、前記検出器は、電荷結合検出器（ＣＣＤ）又はＣＭＯＳ検出器である。好ましくは、前記のエネルギー・ソースは、前記のＣＣＤ又はＣＭＯＳ検出器の検出器フレーム・レートに同期した光のパルス・ソースである。好ましくは、本システムは、該画像化システムに関して、前記人体の前記ターゲット部分の適正な配置のための視覚的補助を更に備えている。好ましくは、前記視覚的補助は、１以上の図面又は写真を備え、前記１以上の図面又は写真は、前記画像化システムに関する前記人体の前記ターゲット部分の適正な配置を示している。好ましくは、前記１以上の図面又は写真は、前記手の側面から眺めたとき及び前記手の上面から眺めたときの、前記画像化装置の上に正しく位置決めされた手を描写している。好ましくは、本システムは、前記人体の前記ターゲット部分を、前記画像化システムに関して配置することを支援するための１以上の案内線を更に備えている。好ましくは、本システムは、前記案内線を使用して前記人体の前記ターゲット部分を前記画像化システムに関して正しく配置させるための指示を更に備えている。好ましくは、２つの前記案内線が存在し、前記案内線は互いに直交している。好ましくは、前記人体の前記ターゲット部分は、人間の指、人間の手の手のひら、又は人間の手の甲であり、前記１以上の案内線は、中指の先端を配置することを支援するものである。好ましくは、前記視覚的補助は、１以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えている。好ましくは、前記視覚的補助は、前記ターゲットが所定配置レンジ内であることを指摘するための緑色ダイオードと、前記所定レンジ内にするために前記ターゲットをどのように動かさなければならないかを指摘するための１以上の赤色ダイオードとを備えている。好ましくは、エネルギーの前記ソースは、コリメート・レンズ若しくはコリメート・ミラー、又はフォーカス用のレンズ若しくはミラーを備えている。好ましくは、エネルギーの前記ソースは、ガウシアン・ビーム・プロファイルを生み出すレンズ又はミラーを備えている。好ましくは、エネルギーの前記ソースは、コリメート・ビームを生み出すレンズ又はミラーを備えている。
【００１８】
本願発明は、何らかの種類の物理的拘束又はハンド・レストを使用することなく、画像化装置に関して精密な場所に、画像化する人体部分を置くための、初めての実際的なシステムを提供している。本願発明の数々の他の特徴、目標、及び利点が、添付の図面と共に読まれたときに、以下の記載から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】右手の甲を見下ろした、本願発明に従う手のひら静脈生体識別システムの図を示しており、ＬＥＤディスプレイ、指示ブロック、及び写真を上記の手の左側に、位置合わせマークを中指の先端近くに伴っている。
【図２】単一のＬＤ（レーザ・ダイオード）と共に実現された、本願発明に従う手のひら静脈画像化装置のための低費用レンジファインダーに対する第１の好適実施形態の概略表現を示しており、赤外線画像化装置の上の最適な垂直距離に置かれた手を伴っている。
【図３】上記最適距離よりも短い垂直距離で置かれた手と共に、図２の実施形態を示している。
【図４】集束レーザ・ビームに対するガウシアン・ビーム・プロファイルを示しており、斜線領域はこのレーザ・ビームが占める領域であり、２つの実線の間のｙ軸の距離は、該レーザ・ビームの幅を表している。
【図５】単一のＬＤと共に実現された、本願発明に従う手のひら静脈画像化装置のための低費用レンジファインダーに対する第２の好適実施形態の概略表現を示しており、赤外線画像化装置の上の最適な垂直距離で置かれた手を伴っている。
【図６】本願発明に従う生体静脈パターン識別システムの好適実施形態の概略表現を提供しており、デジタル画像分析と、ヒューマン・インターフェースと、生体データ・インターフェースとを含んでいる。
【図７】右手の甲を見下ろした、本願発明に従う指静脈生体識別システムの図を示しており、ＬＥＤディスプレイ、指示ブロック、及び写真を上記の手の左側に、位置合わせマークを中指の先端近くに伴っている。
【図８】単一のＬＤ（レーザ・ダイオード）と共に実現された、本願発明に従う指静脈画像化装置のための低費用レンジ・ファインダーに対する第１の好適実施形態の概略表現を示しており、赤外線画像化装置の上の最適な垂直距離に置かれた指を伴っている。
【図９】単一のＬＤと共に実現された、本願発明に従う指静脈画像化装置のための低費用レーザ・レンジ・ファインダーに対する第２の好適実施形態の概略表現を示しており、赤外線画像化装置の上の最適な垂直距離に置かれた指を伴っている。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
１．手のひら静脈パターン識別に対する好適実施形態
好適実施形態のこの詳細な説明は、生体識別のための皮下静脈パターンの画像化装置、好ましくは手の静脈画像化装置、更に好ましくは手のひら静脈画像化装置の改良された性能のための電気光学的なシステム及び方法を記載している。当業者は、人体の他の部分をスキャンするように設計された皮下静脈パターンの画像化装置に対して、この節に記載された上記電気光学デバイスを容易に適合させることが可能である。手の静脈画像化装置は、手の任意の部分における静脈を画像化する画像化装置を備えており、この手の任意の部分は、手の手のひら、手の甲、又は何れかの指の表側若しくは甲側を含んでいる。
【００２１】
図１は、この生体識別システムが、スキャンされる個人に対してどのように見えるのかを描写しており、右手１０１の甲を見下ろした図を示している。赤外線画像化装置モジュール１０２は、この手の真下にあり、そのため、点線で描写している。この手の左側に、指示ブロック１０３と、写真ブロック１１０と、ＬＥＤモジュール１０４とが存在し、それら全ては、赤外線画像化装置モジュールとしての同じ台の表面上に取り付けられており、この台の表面は、典型的には床のレベルの上９０−９５ｃｍにある。指示ブロック１０３は、スキャンされる個人に、「手を広げてセンサの上５ｃｍ（２ｉｎ）に保持せよ」と知らせるものである。次に指示ブロック１０３は、該個人に、「（１）中指の先端を２つの線の交点に整列せよ」、及び「（２）正しい垂直距離まで手を上下に動かせ」と指示している。２つの案内線１０８及び１０９が提供されており、好ましくは、この２つの案内先１０８及び１０９は、上記赤外線画像化装置モジュールが取り付けられた上記表面の上又はそのわずかに上に配置されており、上記中指の真下にある線１０８の一部は、点線として描写している。好ましくは、上記案内線は互いに直交している。一方の線１０９は、図１における垂直の向きに対応する一方の水平の向きに上記指を位置決めするための案内を提供しており、もう一方の線１０８は、図１における水平の向きに対応するもう一方の水平の向きに上記指を向かわせるための情報を提供している。代わりに、このことは、上記２つの線の交点との上記指の先端の位置合わせとして考えることができ、上記手をこの交点に向かわせ、線１０８に沿った上記中指の位置合わせは、回転的に、この交差の点に関して上記手を向かわせている。ブロック１１０は、正しく置かれた手の１以上の描写を含んでいる。好ましくは２つのそのような描写が存在し、それらは、丈夫な表面の上に、例えば印刷によって形成された図面又は写真であることができる。２つの図面又は写真は、好ましくは上記赤外線画像化装置モジュールの上に正しく位置決めされた手を描写しており、それらは、上記手の側面から眺めたものと、上記手の上面から眺めたものとである。これら２つの写真は、当該生体識別システムの使用の容易性を実質的に改良する。例えば、上記手の側面からの図は、「手を広げて保持せよ」が意味することを明確に描写し、上記手の上面からの図は、「中指の先端を２つの線の交点に整列せよ」が意味することを明確に描写している。図１に描写した方法及び装置は、上記赤外線画像化装置モジュールに関して大体正しい水平なレジストレーション即ち位置に上記手を置かせるものである。この手の水平レジストレーションは完璧である必要はなく、生体識別のために使用する手の静脈パターンの一部が、上記赤外線画像化装置の視野の範囲内であるのに十分精密であることのみを必要とする。上記手の水平レジストレーション即ち水平位置決めにおける小さな誤差は、指紋の生体センサにおいてごく普通に行われているように、最先端の分析ソフトウェアによってごく普通に訂正することが可能である。
【００２２】
個人の間には、指及び手の長さの範囲が存在する。そのため、中指の先端を案内線１０８及び１０９に整列したとき、手のひらのわずかに異なる部分が、赤外線画像化装置モジュール１０２の真上に整列することになる。しかし、上記手の水平レジストレーションにおけるこの分散は重大ではなく、なぜなら、個人の生体識別カードに記録される静脈パターンを撮影するために使用するマスタの赤外線スキャナ装置の各々は、個人の生体識別のために使用する全ての使用場所の赤外線スキャナ・システムと正確に同じジオメトリを有するであろうからである。そのため、各使用場所のスキャナは、各マスタ・スキャナが見るのと同じ手のひらの部分を見ることになる。
【００２３】
指示ブロック１０３の「上５ｃｍ（２ｉｎ）」の部分は、典型的な赤外線画像化装置に対するターゲットからセンサまでの焦点距離を表している。該指示ブロックのこの部分は、大体正しいターゲット・レンジ、即ち、光学レンジファインダーのダイナミック・レンジの範囲内に個人が手を置くように案内することを意図しており、「大体」ということによって、指示ブロック１０３が、±６０％より小さなターゲット距離誤差を生じさせるであろうことを安全に予測可能にしており、それは、この例においては５０±３０ｍｍである。レンジファインダー及び指示手段又は物理的な手を支持するものがない場合、正しいターゲット・レンジで正確に上記手を置かせて、上記赤外線画像化装置上に手の静脈パターンの良好な焦点を得ることは、極めて困難である。なお、図１において、スキャンされる個人は上記赤外線画像化装置を見ることが不可能である。明らかに、レンジファインダー及び指示手段を欠く非接触赤外線画像化装置は、正しいターゲット・レンジに関してユーザに案内を提供しない。レンジファインダー及び指示手段がないと、多くの割合のユーザは、繰り返し可能な方式で正しいターゲット・レンジに彼らの手を保持することが不可能であろう。最先端の手のひら静脈画像化装置に対する仕様は、典型的に５０±１０ｍｍ（±２０％）のターゲット・レンジを述べており、このターゲット・レンジの不確定さを更に減少させた場合、より低い生体識別誤差率を提供可能である。
【００２４】
７つのＬＥＤモジュール１０４は、上記赤外線画像化装置に関する改良されたターゲット・レンジの定義のために、手を上下に動かすことを個人を指示する要素を含んでいる。これらの要素は、（ａ）単語１０５「手を動かせ、上、下、良」と、（ｂ）この手の誤った位置決めを指摘する６つの赤色ＬＥＤと、（ｃ）この手の正しい位置決めを指摘するただ１つの緑色ＬＥＤとを含んでいる。上記手が正しく位置決めされた場合、中央の緑色ＬＥＤ１０７のみが点灯する。上記手が正しく位置決めされていない場合、赤色ＬＥＤ１０６のうちの１つが点灯する。６つの赤色ＬＥＤ１０６は、上記手が最適に位置決めされていないことを指摘し、どの方向にどのくらい上記手を移動させるのかをユーザに指示している。７つのＬＥＤディスプレイ・モジュール１０４は、単に、上記手の最適な配置を個人に指示するために使用できる多くの可能な視覚的ディスプレイのうちの１つであり、コンピュータ・スクリーンのグラフィカル・ディスプレイはもう１つの選択肢となろう。代わりに、コンピュータ発生の音声によって個人を指示して、自分の手を最適な型に位置決めすることが可能である。しかし、方向の案内と位置の解像度の両方を提供する複数要素の視覚的ディスプレイ・モジュール１０４は、スタンド・アローンの生体識別ステーションに対する好適実施形態を表すものであり、それは、ローカルのコンピュータ又はコンピュータ・ディスプレイを必要としないものである。
【００２５】
図２は、赤外線（ＩＲ）画像化装置モジュール１０２及びレーザ・ダイオード・モジュール２０３の上に広げて保持されたときの、手２０１の横断面を示している。また、図２が描写しているのは、２次元デジタル画像２０４であり、この２次元デジタル画像２０４は、該赤外線画像化装置モジュールに組み込まれた信号処理エレクトロニクスによる出力である。上記手の手のひらは下方を向いており、ＩＲ画像化装置モジュール１０２及びレーザ・モジュール２０３の方を向いている。赤外線画像化装置モジュール１０２は、２次元のＣＣＤ又はＣＭＯＳの検出器アレイ２０８と、この検出器アレイ上に上記手の焦点を合わせるためのレンズ又はミラーのシステム２０６と、該検出器アレイに到達したものからの可視放射を防ぎ、従って背景照射を低減させるロング・パス赤外線フィルタ２０５と、上記手及び皮下静脈パターンを照射するためのＩＲ  ＬＥＤサブモジュール２０７と、信号処理エレクトロニクス２１６と、センサ・ハウジング２０９とを備えている。ＬＥＤサブモジュール２０７は、複数のターゲット照明用ＩＲ  ＬＥＤを含んでおり、それらは典型的に７４０−７８０ｎｍの放射を発光し、ロング・パス赤外線フィルタ２０５は、典型的に７００ｎｍより長い波長の放射を透過させるものである。
【００２６】
図２は、ターゲット・レンジ、即ち手のひらから赤外線画像化装置までの距離を測定するための低費用システムを描写しており、図６に示すコンピュータ又はマイクロプロセッサは、上記レンジの情報を解釈し、それからその情報を使用してＬＥＤディスプレイ１０４（図１）を駆動することが可能であり、ＬＥＤディスプレイ１０４は、手を上下に動かすようにユーザを指示し、それによってこの手を最適なレンジに位置決めするものである。この最適レンジは、手の静脈画像化装置に対する最良の焦点を表している。この好適実施形態は、日立ＨＬ６５０１ＭＧ等の６５５−６６０ｎｍで発光する赤色ＬＤ２１０から構成されたレーザ・ダイオード（ＬＤ）モジュール２０３と、コリメート・レンズ又はコリメート・ミラー２１１とを利用している。代替として、レーザの代わりに発光ダイオードも使用可能である。コリメート・レーザ・ビーム２１４は手のひらの表面にぶつかり、それによって検出器アレイ２０８上に画像化され、デジタル画像２０４において画像のスポット２１５として現れる赤色可視光スポットを生み出している。用語「コリメート」は、上記レーザ・ビームの直径が上記ＬＤからの距離によらず大体同じであることを意味している。点線２１３は、上記赤外線画像化装置の視野の境界を描写しており、点線２１２は、該視野の中心の光軸を描写している。例えば図２に示すように、上記手のひらが上記ＩＲ画像化装置から最適の距離（レンジ）であるときに、該ＩＲ画像化装置の視野の中心で上記コリメート・レーザ・ビームが上記手のひらの表面にぶつかるよう、上記ＬＤ及びコリメート・レンズを整列している。このシナリオにおいて、上記手のひらから反射した上記のレーザ光スポットは、上記検出器上に画像化され、デジタル・フレーム２０４の中心に画像スポット２１５として現れる。この例において、静脈パターン画像分析のために使用するコンピュータ又はマイクロプロセッサ（図６）は、ＬＥＤディスプレイ１０４を駆動して、上記手が正しい高さ（レンジ）であることを指摘することになる。
【００２７】
赤色可視ＬＤ放射は、赤外線のＬＥＤ又はＬＤの放射ほど効果的には皮膚に浸透せず、したがって、赤色可視ＬＤは、皮膚の表面で反射することによって、より鮮明な範囲の定義を提供する。この皮膚の表面は、ターゲットが１枚の紙又は他の無地の物体であるときに見られるほど、上記の反射赤色ＬＤスポットの画像の鮮明さを提供しないが、上記皮膚の表面から反射した上記赤色レーザ・スポットは、最先端の手のひら静脈画像化装置に対して与えられた±１ｃｍの仕様よりもはるかに良好な精度の範囲内にターゲット・レンジを精密に定義する程度には十分に鮮明であり、上記赤色ＬＤを伴うレンジ定義は、０．５ｃｍより良好である。上記皮膚の表面から反射する上記赤色可視ＬＤからの放射を測定することが可能な上記のＣＣＤ又はＣＭＯＳの検出器アレイに対して、画像化素子モジュールのロング・パス・フィルタ２０５は、典型的な７００ｎｍとは対照的に、６５０ｎｍより長い波長の透過を許容するように変更しなければならない。フィルタの遮断波長のこの小さな変更は、上記画像化装置モジュールの性能に悪い影響を与えない。
【００２８】
図３は、最適レンジよりも小さいレンジに上記手が位置決めされているという事実を除き、図２と全く同じである。このことは、上記コリメート赤色レーザ・ビームが上記赤外線画像化装置の光軸の左側で上記手にぶつかることを生じさせ、上記手のひらから反射した上記赤色レーザ光スポットの画像２１５が、該デジタル画像の中心の左側に現れることを生じさせる。このデジタル画像の中心からの赤色レーザ・スポットの画像２１５の距離は、レンジ誤差、即ち上記最適レンジに達するまでに手を上方に動かさなければならない距離に直接比例している。図６に示した画像解析のコンピュータ又はマイクロプロセッサによる、該デジタル画像のこの率直な解析は、図１のＬＥＤディスプレイ１０４を駆動するために必要な情報を提供する。ＬＥＤディスプレイ１０４は、大体どのくらい上方に上記手を動かさなければならないのかを指摘するように駆動することになる。
【００２９】
逆に、上記手が上記最適レンジよりも長いレンジに位置決めされている場合、上記手のひらから反射した上記赤色レーザ光スポットの画像２１５は、上記デジタル画像の中心の右側に現れることになることが容易にわかる。このシナリオにおいて、該デジタル画像の率直な解析は、大体どのくらい下方に上記手を動かさなければならないのかを指摘するようにＬＥＤディスプレイ１０４を駆動させることになる。
【００３０】
この好適実施形態において、上記赤色可視ＬＤは、上記ＣＣＤ／ＣＭＯＳ検出器のフレーム・レートと同期してパルスされる。このことは、該ＣＣＤ／ＣＭＯＳ検出器のＡＣカップリングを効果的に可能とし、従って一定の又はゆっくりと変動する背景放射の影響を除去する。連続したＣＣＤ／ＣＭＯＳフレームの間の差が、取り付けられたコンピュータ又はマイクロプロセッサ（図６を参照）によって計算されると、上記皮膚から反射した上記のパルス赤色可視光は、たとえ目の安全規則と調和する非常に低いＬＤパワー・レベルでさえ、ゆっくりと変動する背景放射からはっきりと目立つことになる。これらのフレームが、例えばフレーム１、２、３、４、というように、記録された時間シーケンスに従って番号付けられた場合（ここで、１は最初に記憶されたフレームである）、上記のフレーム差分スキームは、フレーム１と２の間の差、フレーム２と３の間の差、等を計算することから成っている。図２及び３に示されたレーザ・レンジファインダーを装備した、上記の改良された皮下の手の静脈パターン画像化装置を動作させるためのイベントの好適シーケンスを、以下に与える。当業者は、利用可能な幾つかの代替のイベントのシーケンスが存在することを認識するであろう。好適シーケンスは、
（１）  パルス赤色可視ＬＤを普通に電源オンし、このことは、ターゲット取得モードを表している。
（２）  関連するコンピュータ又はマイクロプロセッサと共にＣＣＤ／ＣＭＯＳ検出器が継続的にＡＣ信号を検査し、このＡＣ信号は、連続した画像フレームの減算から計算されるものである。静脈パターン・センサの近くに浮かせたターゲットの存在は、該ターゲットからの反射ＬＤ光スポットの存在を、この反射スポットが該検出器の視野内であるときに認識することによって、容易に検出される。
（３）  視覚的又は聴覚的信号によって、上記静脈パターン・センサの上の最適なターゲット・レンジまで手を動かすように、スキャンされる個人を仕向ける。
（４）  上記手が上記最適ターゲット・レンジに位置決めされると、上記パルス赤色可視ＬＤを電源オフし、静脈パターン画像の取得と干渉しないようにする。
（５）  画像化装置モジュールの赤外線ＬＥＤを電源オンし、皮下静脈パターンの画像を取り込み、このリアルタイムの静脈パターン画像を、個人の生体データ・カード上に記憶されたものと比較する。次に、当該生体識別システムは、該個人を受け入れるか、又は拒絶するかのどちらかをする
、を含んでいる。
【００３１】
単一のＬＤに基づく生体静脈パターン画像化装置のためのレーザ・レンジファインダーの第２の好適設計が存在する。この第２の好適実施形態において、画像分析は多少より複雑であるが、該レーザ・レンジファインダーのビームを赤外線画像化装置の垂直軸に関して正確な角度で整列しなくて良いという利点を提供することになる。図４は、レーザ・ビームの直径と距離（ターゲットまでのレンジ）の間の関係に基づく、この代替のレーザ・レンジファインダーの設計に対する動作の原理を描写している。図４は、集束レーザ・ビーム３０１のためのガウシアン・ビーム・プロファイルの精密なグラフィカル表現である。このビーム直径は、焦点で最小即ちビーム・ウェスト３０２に達し、それから該ビーム・ウェストのダウンストリームを拡大即ち発散させる。距離に伴うビーム直径のこの増大は、最初は非線形で、それからビーム・ウェスト３０２から離れるにつれ漸近的に線形関数に近づいてゆく。該レーザ・ウェストよりも大きなレンジで手が上記の拡散レーザ・ビームに挿入されると、上記赤外線静脈パターン画像化装置上に画像化される上記反射スポットのサイズの直径は、レーザ・ビーム・ウェスト３０２からの距離に比例することになり、ターゲット・レンジを直接測定するものとなる。
【００３２】
図５は手のひら静脈パターン認識のための生体画像化装置におけるレーザ・レンジファインダーの第２の好適実施形態の実現を図示している。図５は図２と類似しており、（ａ）レーザ・ビーム２１８が、今や、フォーカス用レンズ２１７によって、コリメートであるのではなく最小のターゲット・レンジよりも短い距離でウェスト２１９に対して焦点を合わせており、（ｂ）該レーザ・ビームが、今や、上記赤外線画像化装置の垂直光軸２１２に関する角度において、傾いているのではなく大体垂直である、という差を伴っている。レーザ・レンジファインダーのこの第２の好適実施形態において、デジタル画像２０４における反射レーザ光スポット２１５の位置は、重大な様相ではない。重大な様相は、上記ターゲットまでのレンジの直接測定を生じさせる、上記デジタル画像における上記反射レーザ光スポットの直径である。上記第１の好適実施形態に対する先の例、及び図１の指示ブロック１０３からの案内が与えられることに基づくと、上記最小ターゲット・レンジは５０ｍｍの４０％、即ち２０ｍｍである。この先の例において、上記最適ターゲット・レンジは５０ｍｍであり、それは、図６のコンピュータ又はマイクロプロセッサのモジュール５０２によって上記デジタル画像上で求められるように、被測定反射レーザ・スポットの直径Ｄ２をもたらしている。もし、上記手が上記発散レーザ・ビームにおける最適よりも小さなターゲット・レンジで保持された場合、このことはＤ２よりも小さな反射スポットの直径Ｄ１を生じさせ、この事実は、ＬＥＤディスプレイ１０４を駆動して、該手は最適よりも低く位置決めされており上方に動かさなければならないことを指摘するために使用される。逆に、上記手が上記発散レーザ・ビームにおける最適よりも大きなターゲット・レンジで保持された場合、このことはＤ２よりも大きな反射スポットの直径Ｄ３を生じさせ、この事実は、ＬＥＤディスプレイ１０４を駆動して、該手は最適よりも高く位置決めされており下方に動かさなければならないことを指摘するために使用される。
【００３３】
上記レーザ・ビームは、５０ｍｍの１６０％、即ち８０ｍｍの最大ターゲット・レンジよりも大きなターゲット・レンジで上記ウェストが生じるように焦点を合わせることも可能である。このシナリオにおいて、上記手は、常に収束レーザ・ビームを遮っている。デジタル画像２０４において現れる上記反射スポットの直径は、再び上記ターゲット・レンジの直接測定を生じさせることになるが、該スポットの直径は上記ターゲット・レンジに反比例し、より小さなスポット直径が、より大きなターゲット・レンジを表すことになる。
【００３４】
図６は、好適な静脈パターン認識生体識別システムの概略描写である。赤外線画像化装置モジュール１０２はデジタル画像２０４を取得し、それをコンピュータ又はマイクロプロセッサのモジュール５０２に渡しており、このコンピュータ又はマイクロプロセッサのモジュール５０２は、今度はＬＥＤディスプレイ・モジュール１０４を駆動しており、このＬＥＤディスプレイ・モジュール１０４は、人間の脳／手５０４を駆動しており、このことは、人間の手にターゲット・レンジを変更させ、この手（ターゲット）が最適レンジに移動するまで、赤外線画像化装置モジュール１０２を介した閉ループ・フィードバックを生じさせている。加えて、生体データ・カード読み取り器５０５は、コンピュータ又はマイクロプロセッサ・モジュール５０２に対する入力を提供し、コンピュータ又はマイクロプロセッサ・モジュール５０２は、生体データ・カード上に記憶されている静脈パターンを個人の皮下静脈パターンと比較している。最後のシステム出力は、生体識別に関する合格／不合格５０６であり、合格／不合格５０６は、視覚的又は聴覚的なディスプレイでユーザに伝えること、及びコンピュータ・ネットワークに伝えることの一方又は双方が可能である。生体の合格即ち肯定的な識別は、個人がセキュアなデバイス、データ・ファイル、建物、銀行のアカウント、航空機等にアクセス可能なようにする。
２．  指静脈パターン識別に対する好適実施形態
指静脈パターン識別に対する好適実施形態は、手のひら静脈パターン識別に対する上記好適実施形態と類似しており、些細な修正を伴っている。
【００３５】
図７は、図１をわずかに修正したバージョンであり、その差は、赤外線画像化装置モジュール１１２を、今や、中指の下の中心に置いていることのみであり、この中指の静脈パターンは、生体識別のために利用されるものである。指示ブロック１０３は、好適にはメッセージを含むように修正されており、このメッセージは、図８又は図９に示されている上記レンジファインダーのＬＤからの上記赤色光が、当該指が正しい水平レジストレーションに位置決めされているときに、スキャンされる個人に対して不可視となるものである。
【００３６】
図８は、図２をわずかに修正したバージョンであり、赤外線（ＩＲ）画像化装置モジュール１０２及びレーザ・ダイオード・モジュール２０３の上に広げて保持された指７０１の横断面を示している。図８にまた描写しているのは２次元デジタル画像２０４であり、それは、上記赤外線撮像モジュールに組み込まれた信号処理エレクトロニクスが出力するものである。手の手のひらは下の方を向いており、ＩＲ画像化装置モジュール１０２及びレーザ・モジュール２０３の方を向いている。赤外線画像化装置モジュール１０２は、２次元のＣＣＤ又はＣＭＯＳの検出器のアレイ２０８と、当該指の焦点を上記検出器アレイ上に合わせるためのレンズ又はミラー・システム２０６と、可視放射が上記検出器アレイに到達することを防ぎ、従って背景照射を低減するロング・パス赤外線フィルタ２０５と、上記指及び皮下静脈パターンを照明するためのＩＲ  ＬＥＤサブモジュール２０７と、信号処理エレクトロニクス２１６と、センサ・ハウジング２０９とを備えている。ＬＥＤサブモジュール２０７は、複数のターゲット照射用ＩＲ  ＬＥＤを備えている。このシナリオにおいて、上記指から反射したレーザ光スポットは、上記検出器の上に画像化され、デジタル・フレーム２０４の中心において画像スポット２１５として現れる。この例において、静脈パターン画像分析のために使用されるコンピュータ又はマイクロプロセッサ（図６）は、ＬＥＤディスプレイ１０４を駆動して、上記指が正しい高さ（レンジ）にあることを指摘することになる。
【００３７】
図３に描写したシナリオと類似して、上記指が上記最適ターゲット・レンジよりも短い距離に位置決めされた場合、上記反射レーザ光スポットは、上記赤外線画像化装置の光軸の左に位置決めされることになり、このことは、上記赤色レーザ光スポットの画像２１５が、上記デジタル画像の中心の左に現れることを生じさせる。ＬＥＤディスプレイ１０４は、上記手を上方に大体どのくらい動かさなければならないかを指摘するように駆動することになる。
【００３８】
逆に、上記指が上記最適レンジよりも大きなレンジに位置決めされた場合、該指から反射した上記赤色レーザ光スポットの画像２１５は、上記デジタル画像の中心の右に現れることになる。このシナリオにおいて、このデジタル画像の率直な分析によって、ＬＥＤディスプレイ１０４は、上記手を下方に大体どのくらい動かさなければならないかを指摘するように駆動することになる。
【００３９】
図９は、図５のわずかに修正したバージョンであり、指静脈パターン認識のための生体画像化装置におけるレーザ・レンジファインダーの第２の好適実施形態の実現を描写している。また、図９は図８に類似しており、その差は、（ａ）レーザ・ビーム２１８は、今や、コリメートであるのではなく、フォーカス用レンズ２１７によって上記最小ターゲット・レンジよりも短い距離でウェスト２１９に焦点を合わせており、（ｂ）このレーザ・ビームは、今や、上記赤外線画像化装置の垂直光軸２１２に関する角度において、傾いているのではなく大体垂直である、ということのみである。レーザ・レンジファインダーのこの第２の好適実施形態において、デジタル画像２０４の反射レーザ光スポット２１５の位置は重大ではない。むしろ、重大なことはこのデジタル画像の上記反射レーザ光スポットの直径であり、それは、当該ターゲットまでのレンジの直接測定を生じさせるものである。上記第１の好適実施形態に対する先の例、及び図１の指示ブロック１０３から案内が与えられることに基づくと、当該最小ターゲット・レンジは５０ｍｍの４０％、即ち２０ｍｍである。この先の例において、上記最適ターゲット・レンジは５０ｍｍであり、それは、図６のコンピュータ又はマイクロプロセッサのモジュール５０２によって上記デジタル画像上で求められるように、被測定反射レーザ光スポットの直径Ｄ２をもたらしている。手が、上記発散レーザ・ビームの最適よりも小さなターゲット・レンジで保持された場合、このことは、Ｄ２よりも小さな反射スポットの直径Ｄ１を生じさせ、この事実は、上記ＬＥＤディスプレイ１０４を駆動して、該手が最適よりも低く位置決めされており上方に動かさなければならないことを指摘するために使用される。逆に、上記手が上記発散レーザ・ビームの最適よりも大きなターゲット・レンジで保持されると、このことは、Ｄ２よりも大きな反射スポットの直径Ｄ３を生じさせ、この事実は、ＬＥＤディスプレイ１０４を駆動して、該手が最適よりも高く位置決めされており下方に動かさなければならないことを指摘するために使用される。
【００４０】
また、上記レーザ・ビームは、上記ウェストが５０ｍｍの１６０％、即ち８０ｍｍの最大ターゲット・レンジよりも大きなターゲット・レンジで生じるように焦点を合わせることが可能である。このシナリオにおいて、上記手は、収束レーザ・ビームを常に遮ることになる。デジタル画像２０４に現れる上記反射スポットのサイズの直径は、再び、上記ターゲット・レンジの直接測定を生じさせることになるが、該スポットの直径は上記ターゲット・レンジに反比例し、より小さなスポット直径がより大きなターゲット・レンジを表すことになる。
【００４１】
当業者は、生態静脈パターン画像化装置とともに使用するための代替のレーザ・レンジファインダー設計、例えば複数のＬＤ又はＬＤの線形アレイを使用するレンジファインダーが存在することを理解しているであろう。記載してきた２つの単一レーザのレンジファインダー設計は、極めて精密で、実際的で、率直で、且つ経済的であり、それ故に上記２つの好適実施形態として詳細に記載してきたのである。同様に、当業者は、これらの教示の使用において、生体静脈パターン画像化のための、当該手の精密な水平レジストレーションを達成するための代替の方法及び装置が存在することを理解するであろう。
【００４２】
実際的で、費用対効果の高い、精密で、且つユーザ・フレンドリーな生体識別システムを記載してきた。図面に示され、この明細書内に記載された特定の実施形態は、例示の目的のためであるとして理解するべきであり、本願発明を制限するよう解釈すべきでなく、本願発明は、特許請求の範囲に記載されているものである。例えば、上記実施形態は、手の手のひらの静脈を画像化することに関して記載してきたが、本システムは、該手の甲又は指の静脈を画像化するためにも使用可能である。更に、今や、この進歩性ある概念から逸れることなく、当業者が、記載した特定の実施形態を幾多の用途に用いること、及び記載した特定の実施形態の幾多の修正をなすことができることは明白である。記載した様々な構造及びプロセスに対して、等価な構造及び処理を代用することができ、この進歩性ある方法のサブプロセスは、幾つかの場合において、異なった順番で実行することができるか、又は、様々な異なる材料及び要素を使用することができる。例えば、ＬＥＤ光学システムは、上述したレーザ光学システムに対して代用可能である。
【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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【国際調査報告】
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