(57)【要約】【課題】従来の生体画像入力装置よりも可動部が少なく低コストな構成を有するとともに、生体の全体画像、特に血管画像について飽和領域のない良好な画像を容易に取得する。【解決手段】生体に光を照射する光源４と、撮像素子を有する撮像部２とを備えた生体画像入力装置において、撮像部２を移動して走査させるための走査手段と、撮像部２の走査に応じて光源４の光量を制御する光量制御手段６とを有し、撮像部２は、走査手段により生体の部分画像を順次取得する。光量制御手段６は、光源４の光量を撮像部２の走査による撮像部２の光源４への接近により減少させ、離反により増加させるように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に光を照射する光源と、撮像素子を有する撮像部とを備えた生体画像入力装置において、前記撮像部を移動して走査させるための走査手段と、前記撮像部の走査に応じて前記光源の光量を制御する光量制御手段とを有し、前記撮像部は、前記走査手段により前記生体の部分画像を順次取得することを特徴とする生体画像入力装置。
【請求項２】
前記光量制御手段は、前記光源の光量を前記撮像部の走査による前記撮像部の前記光源への接近により減少させ、離反により増加させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の生体画像入力装置。
【請求項３】
前記光源は、前記撮像部が走査する平面の上方に載置される生体の側面に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の生体画像入力装置。
【請求項４】
前記光源は、前記撮像部が走査する平面に対して平行に複数個配置されたことを特徴とする請求項３に記載の生体画像入力装置。
【請求項５】
前記光源は、前記撮像部が走査する平面に対して垂直な面内で生体を中心として放射状に複数個配置されたことを特徴とする請求項３に記載の生体画像入力装置。
【請求項６】
前記光量制御手段は、前記複数個の光源に対して前記撮像部が走査する平面からの距離が大きい光源ほど前記撮像部の各位置において光量を大きく設定したことを特徴とする請求項５に記載の生体画像入力装置。
【請求項７】
前記走査手段は、前記撮像部を前記撮像部が走査する平面において生体の長手方向又は短手方向に直線移動させて走査させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体画像入力装置。
【請求項８】
前記走査手段は、前記撮像部を前記撮像部が走査する平面において一端を支点として回転させて走査させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の生体画像入力装置。
【請求項９】
前記走査手段は、前記生体の形状に応じ、前記撮像部の走査距離又は走査に要する時間がより短縮される方向に走査する構成としたことを特徴とする請求項７又は８に記載の生体画像入力装置。
【請求項１０】
生体と前記撮像部とが非接触となるように生体を一定位置に支持するガイド部を設けたことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の生体画像入力装置。
【請求項１１】
前記撮像部は、交換可能にモジュール化されたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の生体画像入力装置。
【請求項１２】
前記光源から照射される近赤外光のみを透過させるための光学フィルタを、前記撮像部と一体となるように設置したことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の生体画像入力装置。
【請求項１３】
前記光源から照射される近赤外光のみを透過させるための光学フィルタを、前記撮像部と生体との間に前記撮像部とは別体となるように設置したことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の生体画像入力装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の生体画像入力装置において、生体画像が血管画像であることを特徴とする血管画像入力装置。
【請求項１５】
前記請求項１から１３までの生体画像入力装置を用いたことを特徴とする生体認証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋、手のひら、血管等の生体画像、特に血管画像を取得するための生体画像入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、個人情報や機密情報に対するセキュリティ保護の観点から指紋認証装置や静脈認証装置などの生体認証システムが注目され、情報機器や携帯機器、ATM（現金自動出入機）及び入退室管理システムなどに導入されている。これらの生体認証システムに用いられる生体画像入力装置として、下記特許文献１から特許文献４のような例が提案されている。
【０００３】
特許文献１又は特許文献２の生体画像入力装置においては、指紋をセンサにより読み取る構成について記述されている。
【０００４】
特許文献１に開示されたものは、指紋面想定位置に焦点を合わせて配設された１次元ラインイメージセンサと照明装置とを一体的に移動させ、撮像された一次元画像から２次元画像を合成する指紋入力装置である。特許文献２に開示されたものは、透光性絶縁基板の一面側に配置されたセンサデバイスと他面側に配置された面光源とを有し、面光源によりセンサデバイスの上面に接触された指に均一光を照射する装置である。
【０００５】
また、特許文献３又は特許文献４の生体画像入力装置においては、血管情報（血液成分濃度、網膜の血管パターン等）をセンサにより読み取る構成について記述されている。
【０００６】
特許文献３に開示されたものは、指を挟んで光源と撮像部を対向配置し、指を透過した光により血管像を撮影する装置である。
【０００７】
特許文献４には、円筒状の筐体の中央に生体である指を挿入し、筐体の内部壁面に設置された複数組の光源とセンサにより、指の血管画像を複数回撮影し、画像を加算合成する生体画像入力装置（個人認証装置）が記載されている。光源及びセンサを一組だけ使用し、それらを回転機構により回転させながら撮影する構成についても提示されている。
【特許文献１】特開平４−１２０６７１号公報
【特許文献２】特開２００３−１５０９４３号公報
【特許文献３】特開２００２−１０７２９１号公報
【特許文献４】特開２００５−７１３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された装置では、１次元ラインイメージセンサと円筒状レンズ、照明装置とを一体的に移動させることから駆動部分が大きくなり、装置の小型化は難しいと考えられる。特許文献４に開示された装置では、指を挿入する筐体の内部壁面に複数の光源やセンサを設置する場合、多くの部品が必要になりコスト増加を招いてしまう。また、光源及びセンサを一組だけ使用し、それらを回転機構により回転させたものでは、指に沿った回転機構を備えることから装置の小型化、画像取得時間の短縮化は難しいと考えられる。
【０００９】
また、特許文献２又は特許文献３に開示された装置は、可動部はないが、二次元撮像素子を用いて全体画像を取得している。このため、指や手のひらのように生体内部の血管画像を取得する際には、生体のぶれや生体の形状（部位による厚みの違い等）により撮像画像に歪みが生じてしまう。また、光源からの反射光を拾うことにより画像が飽和してしまう可能性がある。これらの問題を生じさせることなく良好な血管画像を取得するためには、光源の光量補正等による制御手段が必要となる。
【００１０】
さらに、特に生体画像の中でも生体内部の血管画像は、指紋に比べて偽造が困難であり、キズ等の表面状態の変化による影響を受けないという利点がある。その反面、指紋のように平面的ではなく立体的な情報であるため、光源の配置に関する制約を受けやすい。例えば、透過光により生体内部の血管画像を取得する場合、対象とする生体全域をカバーするためには生体に対して立体的に光源を配置する必要がある。センサ走査型の構成をとる場合、特許文献４のように光源とセンサを一組にして一体として移動走査すると装置の構成が大型化してしまうため、センサと光源とは別体とした上での光源の配置や光量制御手段が重要となる。
【００１１】
また、ユーザ自身が指をスイープさせる指スイープ方式を用いた場合には、光源及びセンサを固定できるため装置の構成を小型化できる。しかし、指のスイープ速度のばらつきやスイープ動作時の指のぶれ等により撮像された部分血管画像に歪みや飽和が生じてしまい、全体血管画像を合成する際には各部分画像間で相関を取って重ね合わせるといった処理が必要となる。
【００１２】
本発明は、従来の生体画像入力装置よりも可動部が少なく低コストな構成を有するとともに、生体の全体画像、特に血管画像について飽和領域のない良好な画像を容易に取得することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の課題を解決するため、本発明の生体画像入力装置は、生体に光を照射する光源と、撮像素子を有する撮像部とを備えた生体画像入力装置において、前記撮像部を移動して走査させるための走査手段と、前記撮像部の走査に応じて前記光源の光量を制御する光量制御手段とを有し、前記撮像部は、前記走査手段により前記生体の部分画像を順次取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、撮像部を移動して走査させ、撮像部の走査に応じて光源の光量を制御し、対象となる生体の部分画像を順次取得する。
【００１５】
これにより、撮像部のみを可動部とし低コストな構成であり、生体のぶれによる撮像画像の歪みや反射光による飽和といった問題を生じることなく、生体部分画像から全体の生体画像を容易に合成できる生体画像入力装置を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】
【００１６】
以下、本発明の生体画像入力装置及び生体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。なお、以下に示す実施形態では、生体内部の情報として、特に指静脈を対象とした血管画像入力装置の場合の構成について記述しているが、指紋、掌紋等他の生体画像の入力装置にも本発明が適用できることは言うまでもない。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態である血管画像入力装置を模式的に示す概略図である。
【００１８】
提案する血管画像入力装置１は、撮像素子を有した撮像部２と、血管画像取得の対象となる生体である指３を透過する光を照射する光源４とを備えた構成である。撮像部２を任意の速度で移動して走査させるための走査指令部５と、撮像部２の走査に応じて光源４の光量を制御する光量制御手段６とを有する。また、走査指令部５からの信号に応じて撮像部２を走査させる走査機構７、走査指令部５及び光量制御手段６へ入力する制御信号を生成する制御部８、指３の部分画像取得の際、指３と撮像部２とが非接触となるよう設けられるガイド部９を有する。走査指令部５と走査機構７とで走査手段を構成する。
【００１９】
ここで、本実施形態における“走査”とは、電子的な走査ではなく機械的な走査を指している。
【００２０】
図２は、撮像部が移動する走査軌道を説明するための図である。
【００２１】
撮像部２は、図２（ａ）のように指３の周辺を円軌道に沿って移動する回転式の構成ではなく、図２（ｂ）のように指３の腹部面に対して平行な面上を移動するスライド式の構成とする。指３は、撮像部２が走査する平面の上方に載置される。
【００２２】
図３は、本発明における撮像部の構成例を模式的に示す概略図である。
【００２３】
撮像部２は光学フィルタ１０、レンズ１１、撮像素子部１２により構成される。光源４から照射された近赤外光は指３を透過し、指内部での散乱光により指静脈画像がレンズ１１を通して撮像素子部１２に結像され、指内部の部分血管画像が取得される。なお、指内部の血管画像取得には静脈を流れる還元ヘモグロビンが近赤外光領域の波長の光を吸収する性質を利用することから、可視光を遮断し近赤外光を透過する光学フィルタ１０を指３とレンズ１１との間に設置する。撮像素子部１２はCMOS型あるいはCCD型の撮像素子からなるセンサであり、本例のように部分血管画像を取得する場合には、ラインセンサの使用がコスト面から考えて好適である。
【００２４】
なお、撮像部２の構成を容易に交換可能となるようモジュール化することで、ユーザが不慮の事故により血管画像入力装置１の撮像部２を破損させてしまうことがある。この場合、破損した撮像部２のみを交換することで比較的短期間で血管画像入力装置１の動作を再開することができる。
【００２５】
光源４は、LEDのように近赤外光を出力する素子により構成され、撮像部２の走査に応じてその光量を調節するよう図１に示された光量制御手段６により制御される。光源４の配置としては指３の上部から撮像部２に向けて近赤外光を照射する構成や、指３の両側面から近赤外光を照射し、指内で散乱させて部分血管画像を取得する構成が考えられる。指３の上部に光源４を設置する場合、血管画像入力装置１は指３を覆うような構造をとる必要がある。一方、指３の側面に光源４を配置する場合は、指３は開放状態であるためにユーザが心理的圧迫感を感じることなく使用でき、光源４を指３の上部に設置する場合に比べてコンパクトな装置構成をとることができる。
【００２６】
図４は、本発明における単一の光源使用時における光源の配置例を示す概略図である。
【００２７】
図４のように、光源４を撮像部２とは別体にして血管画像入力装置１に固定し、光源４を指３の右側面及び左側面にそれぞれ１個ずつ対称に配置した場合、図１における光量制御手段６では以下のような制御動作を行う。
【００２８】
図５は、光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフであり、図６は、光源からの反射光と指内散乱光との分布例を示す概略図である。
【００２９】
以下、図４、図５及び図６を用いて動作説明を行う。なお、本実施形態では画像取得開始位置と画像取得終了位置との距離ｄを等分するように光源４が固定されている。
【００３０】
まず、画像取得開始位置では撮像部２が光源４から最も離れた位置にあるため、光源４が最も強い光量ｐとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。光源４から照射された近赤外光は指３を透過し、指内で散乱した光は指静脈を流れる還元ヘモグロビンにより吸収され、指静脈の部分血管画像が撮像部２により取得される。この際、図４及び図６のように近赤外光の一部は指３の表面で反射され、反射光として撮像部２へと取り込まれる。
【００３１】
図７は、光量一定時、及び光量制御実施時に取得される全体血管画像の例を示す図であり、図７（ａ）は、光量一定時に取得される全体血管画像の一例、図７（ｂ）は 光量制御実施時に取得される全体血管画像の一例である。
【００３２】
図１において、走査手段（走査指令部５、走査機構７）により撮像部２は、図４中の画像取得開始位置から画像取得終了位置に向かって走査されていく。この時、光源４の光量を変化させずに撮像部を走査させていくと、撮像部２が光源４に近づくにつれて指３の表面からの反射光も強くなっていく。この反射光が撮像部２内部にある撮像素子部１２の入力許容限度を超えてしまうと、撮像素子部１２への入力が増加しても出力が変化しなくなる、飽和と呼ばれる現象が起こってしまう。この場合、取得される全体血管画像は、図７（ａ）のように撮像部２が最も光源４に近づく位置がｄ／２において画像が飽和してしまい、良好な血管画像が得られなくなる。
【００３３】
このような現象を防ぐため、撮像部２の走査に従って図５のように光源４の光量を制御する。まず、撮像部２が光源４に近づくに従って光源４の光量をｐから徐々に減少させる。そして、撮像部２の移動距離がｄ／２となり撮像部２が光源４に最も近づく時には、光源４が最も弱い光量ｑとなるよう光量制御を行う。この制御により指３の表面からの反射光は弱まり、図７（ｂ）のように画像の飽和が生じない。
【００３４】
撮像部２が光源４から離れていく場合は、前述の制御とは逆に光源４の光量ｑから徐々に増加させていく。そして、撮像部２が光源４から最も離れた画像取得終了位置に達した際に光源４が最も強い光量ｐとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。
【００３５】
なお、本実施形態では、撮像部２は指３の先端から付根に向かって走査される構成となっており、指３の右側面及び左側面に対称に配置されている光源４のどちらからみても、光源４と撮像部２との距離は同じように変化する。このため、本実施形態においてはどちらの光源４も同一の光量波形となるよう図５のように制御すればよい。
【００３６】
このように、撮像部２が光源４から離れるに従い光源４の光量を強めていき、光源４に近づくにつれて光量を弱めていくよう光量制御を行う。これにより、指３の表面からの反射光による部分的な飽和現象を生じさせることなくそれぞれの部分血管画像を取得できる。また、指内散乱光は光源からの距離が離れるに従って減衰してしまう特性を持っているが、本実施形態のように撮像部２の走査に応じて光量制御を行うことで各部分画像取得時の指内散乱光を均一にすることができ、シェーディングを防ぐことができる。以上の作用により、図７（ｂ）のような良好な全体血管画像を取得できる。
【００３７】
なお、本実施形態とは異なり光源４を撮像部２と一体の構成にした場合、それぞれの部分血管画像での反射光は一定となり部分的な飽和が生じることはない。しかし、指３の上部又は側面に配置された光源４と撮像部２とが一体となって移動することから走査機構７が大きくなり、血管画像入力装置１の大型化や高コスト化を引き起こしてしまう。
【００３８】
本実施形態のように、光源４を撮像部２とは別体にして血管画像入力装置１に固定し、光源４の光量を制御する構成をとることにより、装置の大型化や高コスト化を引き起こすことなく、反射光による飽和現象が生じない良好な全体血管画像を取得できる。
【００３９】
走査指令部５は、制御部８からの制御信号に従って、走査機構７に沿って撮像部２を任意の速度で移動して走査させる。
【００４０】
図８は、本発明における走査機構を示す概略図である。
【００４１】
走査機構７は、図８のようにメインフレーム部１３と、支持部１４、可動部１５、モータ１６により構成される。メインフレーム部１３は、撮像部２が走査機構７に対して水平となるよう支持部１４及び可動部１５により撮像部２を支え、撮像部２が一次元方向にのみ走査可能となるような構成をとる。撮像部２が走査可能となる範囲は、図中の画像取得開始位置から画像取得終了位置までの区間となる。
【００４２】
走査指令部５は、制御部８からの制御信号に従って、モータ１６に電気的な制御信号を出力する。この制御信号によりモータ１６は回転し、モータ１６の回転軸に接続された可動部１５を回転させる。可動部１５は螺旋状の溝を持つ棒状の構造であり、可動部１５と撮像部２との接続箇所にも螺旋状の溝が設けられている。これにより、モータ１６の回転運動は一次元方向への撮像部２の水平走査運動に変換される。支持部１４は、撮像部２の走査時に撮像部２が傾かないように支持する棒状の部材であり、メインフレーム部１３に固定されている。
【００４３】
このように、本実施形態における走査機構７は従来の構成のように指３の周辺を円軌道に沿って走査する回転式の構成ではなく、指３の腹部面に対して平行な面上を一次元方向に走査するスライド式の構成である。このため、従来の構成よりも小型の走査機構を用いることができ、小型の血管画像入力装置を提供することができる。
【００４４】
撮像部２の走査速度は、指３の部分血管画像の総取得枚数や血管画像入力装置１のフレームレートに応じて、前述の画像取得開始位置から画像取得終了位置までの走査距離に対して適切な値を設定すればよい。なお、取得した部分血管画像をつなぎ合わせて全体血管画像を合成することから、１フレーム毎の走査速度は一定とすることが好ましい。
【００４５】
この作用効果について、本発明とは異なる血管画像取得方式である、指スイープ方式を例にとり説明する。指スイープ方式は、撮像部を固定とし測定対象である指をスイープさせることで各部分血管画像を取得する。この時、ユーザが指をスイープさせる速度にばらつきがあると、部分的に間延びした、或いは部分的に短くなった合成血管画像が取得されてしまう。また、スイープ動作時に指が左右にぶれてしまった場合、前回取得した部分画像と位置がずれてしまい、全体血管画像を合成する際には各画像で相関を取って重ね合わせていく必要がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態のように撮像部２の走査速度を常に一定とすると、取得した各部分血管画像を順につなげるだけで容易に全体血管画像が取得できる。また、指３は動かす必要がないために指３のぶれを生じることがなく、各部分画像の位置補正を行う必要も無い。このため、従来の指スイープ方式と比べて全体血管画像取得のアルゴリズムが簡略化できる。
【００４７】
なお、撮像部２の走査速度を一定に保つのが構成上困難な場合は、モータ１６の回転情報である制御部８からの制御信号から撮像部２の走査速度を求めることができる。ただし、この場合には撮像部２の走査速度の変化により生じる全体血管画像の伸び縮みを画像処理により補正する必要がある。
【００４８】
制御部８は、撮像部２を走査機構７上の画像取得開始位置から画像取得終了位置まで任意の速度で走査させるための制御信号を走査指令部５に出力する。また、撮像部２の走査に応じて光源４の光量を制御するための制御信号を光量制御手段６に出力する。なお、撮像部２を画像取得終了位置から画像取得開始位置まで戻す場合に関しても、制御部８から走査機構７に制御信号が出力される。本実施形態では、制御部８は図１のように撮像部２から部分血管画像を順次取得し、それらの画像をつなぎ合わせて全体血管画像を合成する構成としている。
【００４９】
ガイド部９は、指３の部分血管画像取得の際に指３が撮像部２に対して非接触となるよう、また部分血管画像取得時に指３を一定位置に支えるよう設置する。ガイド部９を設けることで、部分血管画像取得の際に指３がぶれることなく撮像動作を行える。これにより、指のぶれによる撮像画像の歪みを生じることなく、部分画像から全体血管画像を容易に合成できる血管画像入力装置を提供することができる。また、撮像部２と指３とが非接触の構成であるため、不特定多数のユーザが使用する際に心理面・衛生面での不安を生じさせることがない。
【００５０】
さらに、ガイド部９或いは走査機構７に指３の接触を検知する生体検知手段１７を設けてもよい。生体検知手段１７から制御部８に対して指３の部分画像取得動作開始信号を出力し、これにより制御部８から走査指令部５及び光量制御手段６に制御信号が送られて血管画像取得を開始することができる。
【００５１】
図９は、ガイド部及び生体検知手段の配置例を示す概略図である。
【００５２】
生体検知手段１７の具体的な構成に関しては、例えば、図９（ａ）の設置例１又は図９（ｂ）の設置例２等が考えられる。図９（ａ）の設置例１では、ガイド部９に生体検知手段１７を設けて指３の接触を検知する方式であり、図９（ｂ）の設置例２では、ガイド部９下部にバネ上の支持機構１８と生体検知手段１７を設け、指３の接触を検知する方式である。また、上記と同様の構成を走査機構７に組み込み、画像取得位置への撮像部２の接触／非接触を検知する方式でもよい。
【００５３】
ガイド部９或いは走査機構７に生体検知手段１７を設けることにより、例えば、指３の接触を検知するまでの間は制御部８を休止状態とし、血管画像入力装置１の省電力化を図るといった構成を実現することができる。
【００５４】
図１０は、制御部における血管画像取得動作を示すフローチャートである。
【００５５】
図１１は、本発明における血管画像入力装置での部分血管画像及び全体血管画像を示す概略図である。
【００５６】
以下に示すような動作により画像取得を行う。
【００５７】
まず、ステップS1では撮像部２を画像取得開始位置へ移動させ、ステップS2では撮像部２の現在位置が画像取得開始位置となっているか判定を行う。ステップS2での条件が満たされると、ステップS3で血管画像入力装置１への指３の接触判定動作を行う。ここでは、前述のようにガイド部９或いは走査機構７に指３の接触を検知する生体検知手段１７を設け、指３の接触を検知した場合には生体検知手段１７から制御部８に対して指３の部分画像取得動作開始信号を出力する。指３の接触が検知されない場合は、再度ステップS3に戻り指３の接触判定動作を継続する。
【００５８】
次に、ステップS4では生体検知手段１７から出力された指３の部分画像取得動作開始信号を受け、部分血管画像取得数を初期化するとともに撮像部２の走査を開始する。
【００５９】
ステップS5では、部分血管画像を１フレーム取得する際の撮像部２の走査速度が常に一定となるよう走査指令部５へ制御信号を出力する。
【００６０】
ステップS6では、画像取得開始位置から画像取得終了位置までの距離に対する現在の撮像部２の移動距離に応じて、光量制御手段６へ図５のような光量制御信号を出力する。
【００６１】
ステップS7では、取得した部分血管画像を１フレーム毎につなげていき図１１のように全体血管画像を合成する。指３はガイド部９により一定位置で固定された状態であり、撮像部２の走査速度が常に一定となるよう制御されている。これにより、指のぶれによる撮像画像の歪みが生じず、取得した部分血管画像を順に並べることで容易に全体血管画像の合成が可能となる。また、撮像部２の移動距離に応じて部分血管画像１フレーム毎に光量制御を行うため、反射光による飽和を生じることなく全体血管画像を得ることができる。
【００６２】
ステップS8では取得した部分血管画像をクリアし、ステップS9では部分血管画像取得数をカウントアップする。
【００６３】
撮像部２の走査速度が一定の場合、画像取得開始位置から画像取得終了位置までの距離から、全体血管画像を合成するために必要な部分血管画像の総取得数は把握できる。
【００６４】
ステップS10では、この総取得数と現在の部分血管画像取得数とが一致しているかどうかを判定し、一致している場合は撮像部２が画像取得終了位置へ移動したとみなしてステップS11へ移行する。現在の部分血管画像取得数が部分血管画像総取得数より少ない場合は、ステップS5へ移行して上記の動作を継続する。
【００６５】
また、撮像部２が画像取得終了位置へ移動するまでの間に指３が生体検知手段１７から離れてしまった場合、それまでに得られた全体血管画像のみでも生体認証等の用途に使用できる可能性がある。また、指３が生体検知手段１７から離れた時点で、部分血管画像再取得のために撮像部２を画像取得開始位置に移動させる必要がある。このことから、ステップS10では部分血管画像総取得数と現在の部分血管画像取得数とが一致している場合だけでなく、指３の接触が検知されない場合にもステップS11へと移行する。
【００６６】
ステップS11では合成された全体血管画像を外部の情報機器に出力し、全体血管画像をクリアする。画像クリア後はステップS2へと移行し、判定条件によりステップS1へと移行する。ステップS1では撮像部２が画像取得開始位置へ移動され、前回の画像取得動作時に指３が生体検知手段１７から離れた場合の再取得動作、或いは別の指３の画像取得動作に備えてステップS3で指３の接触判定動作を継続する。
【００６７】
以上が制御部８における部分画像取得動作フローの一例であるが、装置の点検や部品交換等により部分画像取得動作フローを停止する必要が生じることがある。この場合、例えば機械的なスイッチを血管画像入力装置１に設け、この出力信号を制御部８に取り込むことにより部分画像取得動作フローを強制的に停止するような措置をとればよい。
【００６８】
このように、撮像部２が光源４から離れるに従い光源４の光量を強めていき、光源４に近づくにつれて光量を弱めていくよう光量制御を行っている。これにより、指３の表面からの反射光による部分的な飽和現象を生じさせることなく、それぞれの部分血管画像を取得でき、良好な全体血管画像を取得できる。
【００６９】
また、光源４を撮像部２とは別体にして血管画像入力装置１に固定するとともに、走査機構７を指３の腹部面に対して平行な面上を一次元方向に走査するスライド式の構成を採用している。このような構成により、従来のように指３の周辺を円軌道に沿って走査する回転式の構成よりも小型の走査機構を用いることができ、小型の血管画像入力装置が実現できる。
【００７０】
さらに、指３が撮像部２に対して非接触となるよう、また部分血管画像取得時に指３を一定位置に支えるようガイド部９を設けている。これにより、不特定多数のユーザが使用する際の心理面・衛生面での不安を解消できるとともに、指のぶれによる撮像画像の歪みが生じない血管画像入力装置が実現できる。
【００７１】
また、撮像部２の走査速度を常に一定とすることにより、取得した各部分血管画像を順につなげるだけで容易に全体血管画像が取得でき、全体血管画像取得のアルゴリズムが簡略化できる。
【００７２】
以上の構成を備えることで、従来の血管画像入力装置よりも低コストな構成を有するとともに、指のぶれによる撮像画像の歪みや反射光による飽和といった問題を生じることなく、部分画像から全体血管画像を容易に合成できる血管画像入力装置とすることができる。
【００７３】
図１２は、本発明における撮像部の他の構成例を模式的に示す概略図である。
【００７４】
上述の血管画像入力装置において、図１２（ａ）のように光学フィルタを撮像部と一体にしてもよいが、図１２（ｂ）のように光学フィルタを撮像部と別体にしてもよい。図１２（ｂ）において、撮像部２と指３との間に、撮像部２とは別体となるよう光学フィルタ１０を設置する。撮像部２と指３とはガイド部９を介して非接触となるよう構成されるため、両者の間には一定のスペースが生じている。このスペース内に収まるよう光学フィルタ１０を設置すれば、撮像部２はレンズ１１及び撮像素子部１２のみの構成となり、走査機構７上を走査する撮像部２を従来よりも低背化できる。これにより、従来よりもさらに小型の血管画像入力装置を提供することができる。また、撮像部２を交換可能なモジュール構成とする場合には、光学フィルタ１０が別体となるために交換用モジュールの小型化・低コスト化が可能となる。
【００７５】
［第２の実施形態］
図１３は、本発明の第２の実施形態である血管画像入力装置を模式的に示す概略図である。
【００７６】
提案する血管画像入力装置１は、光源４a，４b，４cを指３の右側面及び左側面において撮像部が走査する平面に対して平行に複数個配置し、撮像部２の走査に応じて各光源の光量を順次制御する構成とした以外は、全て第１の実施形態と同様の構成としている。また、本実施形態での制御部８における血管画像取得動作フローは図１０と同様である。
【００７７】
本実施形態では、図１３のように光源４a，４b，４cを撮像部２とは別体にして血管画像入力装置１に固定し、指３の右側面及び左側面にそれぞれ３個ずつ対称に配置している。この場合、光量制御手段６では光源４a，４b，４cに対して以下のような制御動作を行う。
【００７８】
図１４は、光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフである。
【００７９】
以下、図１３及び図１４を用いて動作説明を行う。なお、本実施形態では画像取得開始位置と画像取得終了位置との距離ｄに対して等間隔に同種類の光源４a，４b，４cが固定されている。
【００８０】
まず、画像取得開始位置では光源４aは撮像部２に最も近い位置にあるため、光源４aの光量が最も弱い値ｑとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。逆に光源４cは撮像部２から最も離れた位置にあるため、光源４cの光量が最も強い値ｐとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。そして、光源４bの光量がｐよりも弱くｑより強い光量ｒとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。
【００８１】
次に、撮像部２が画像取得開始位置から画像取得終了位置に向かって走査されていくに従い光源４aの光量を徐々に強めていき、光源４b及び光源４cの光量は徐々に弱めていく。そして、撮像部２の移動距離がｄ／２となり撮像部２が光源４bに最も近づく時には、光源４bが最も弱い光量ｑとなるよう光量制御を行う。
【００８２】
撮像部２が光源４bから画像取得終了位置に向かって離れていく場合は、光源４a及び光源４bの光量を徐々に強めていき、光源４cの光量は徐々に弱めていく。
【００８３】
最後に、撮像部２が光源４bから最も離れた画像取得終了位置に達した際には光源４aの光量は最も強い値ｐに、光源４cの光量は最も弱い値ｑになるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。また、光源４bの光量は画像取得開始時と同様の光量ｒとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。
【００８４】
このように、指３の右側面及び左側面に複数個配置された光源４a，４b，４cの光量を撮像部２の走査に応じて順次制御することで、指３の表面からの反射光は効果的に抑えられ、各部分画像取得時の指内散乱光はより均一となる。この結果、第１の実施形態のように単一の光源を配置した場合に比べて各部分血管画像のコントラストを高めることができ、より良好な全体血管画像を取得できる。
【００８５】
図１５は、本発明の第２の実施形態である血管画像入力装置の他の構成例を模式的に示す概略図である。図１５（ａ）は、側面図、図１５（ｂ）は、前面図である。
【００８６】
提案する血管画像入力装置１は、図１５のように指３の高さ方向、すなわち撮像部が走査する平面に対して垂直な面内で光源４a，４b，４cを指を中心として放射状に配置する。撮像部２の走査に応じて各光源の光量を順次制御する構成とした以外は、全て図１３の実施形態と同様の構成としている。
【００８７】
本実施形態では、図１５のように光源４a，４b，４cを撮像部２とは別体にして血管画像入力装置１に固定されている。光源４a，４b，４cは、指３の右側面及び左側面に指３の高さ方向に対して、すなわち撮像部が走査する平面に対して垂直な面内に光源４a，４b，４cを、指を中心として放射状に配置している。この場合、光量制御手段６では光源４a，４b，４cに対して以下のような制御動作を行う。
【００８８】
図１６は、血管画像入力装置の他の構成例における光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフである。  
【００８９】
以下、図１５及び図１６を用いて動作説明を行う。なお、本実施形態では画像取得開始位置と画像取得終了位置との距離ｄを等分するように光源４a，４b，４cが固定されている。光源４a，４b，４cは、各々の光量が実施形態１の図５に示すのと同様な傾向で変化するように制御されるが、撮像部２の各位置において、光源4aの光量は終始光源4bの光量より大きく、光源4bの光量は終始光源4cの光量より大きく設定されている。すなわち、複数個の光源に対して撮像部２が走査する平面からの距離が大きい光源ほど撮像部２の各位置において光量を大きく設定している。
【００９０】
まず、画像取得開始位置では撮像部２が４a，４b，４cから最も離れた位置にあるため、各光源が最も強い光量となるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。この際、光源４aは指の背側に配置されているため撮像部２に対する反射光の影響が最も小さくなる。このため、光源4aの光量は最も強い値ｐとなるよう制御を行う。光源４bは光源４aに比べて撮像部２への距離が短いので、反射光の影響を受けやすい。このため、光源4bの光量はｐよりは小さい値ｒとなるよう制御を行う。また、光源４cは他の光源に比べて撮像部２への距離が最も短いために反射光の影響を最も受けやすい。このため、光源4cの光量はｒより更に小さい値となるよう制御を行う。
【００９１】
次に、撮像部２が画像取得開始位置から画像取得終了位置に向かって走査されていくに従い光源４a，４b，４cの光量を徐々に弱めていく。そして、撮像部２の移動距離がｄ／２となり撮像部２が光源４a，４b，４cに最も近づく時には、各光源が最も弱い光量となるよう光量制御を行う。この時、撮像部２への距離が最も短い光源４cの光量は最も小さい値ｑとなるよう制御を行う。撮像部２が光源４a，４b，４cから画像取得終了位置に向かって離れていく場合は、光源４a，４b，４cの光量を徐々に強めていく。
【００９２】
最後に、撮像部２が光源４a，４b，４cから最も離れた画像取得終了位置に達した際には光源４aの光量は最も強い値ｐに、光源4bの光量はｐよりは小さい値ｒになるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。また、光源4cの光量はｒより更に小さい値となるよう制御を行う。
【００９３】
このように、指３の高さ方向に対して指を中心として放射状に配置された光源４a，４b，４cの光量を撮像部２の走査に応じて順次制御することで、指３の表面からの反射光はさらに効果的に抑えられ、各部分画像取得時の指内散乱光はより均一となる。この結果、第１の実施形態のように単一の光源を配置した場合に比べて各部分血管画像のコントラストを高めることができ、より良好な全体血管画像を取得できる。
【００９４】
［第３の実施形態］
図１７は、本発明の第３の実施形態である血管画像入力装置を模式的に示す概略図である。
【００９５】
図１８は、光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフである。図１８（ａ）は、光源４aの場合、図１８（ｂ）は、光源４bの場合を示している。
【００９６】
提案する血管画像入力装置１は、実施形態１及び実施形態２のように撮像部２の走査方向を指先端から指付根方向とせず、図１７のように指側面からもう一方の指側面へと撮像部２を走査させる構成とした以外は、全て第１の実施形態と同様の構成としている。
【００９７】
本実施形態での制御部８における血管画像取得動作フローは図１０と同様である。ただし、ステップS6において、光量制御手段６へ出力する光量制御信号は図１８のようなグラフで表される。以下、図１７及び図１８を用いて動作説明を行う。なお、本実施形態では測定対象である指３の中央部分に光源４a，４bが左右１個ずつ固定され、撮像部２は画像取得開始位置から画像取得終了位置までの距離ｄ′の範囲で走査される。
【００９８】
まず、初期状態では撮像部２が光源４aからは最も近く、光源４bからは最も離れた画像取得開始位置にある。このため、画像取得開始位置から近い光源４aが最も弱い光量ｑとなるよう、また画像取得開始位置から遠い光源４bが最も強い光量ｐとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。
【００９９】
次に、撮像部２は画像取得開始位置から画像取得終了位置に向かって走査されていく。撮像部２が画像取得終了位置に近づくに従って、光源４aの光量をｑから徐々に増加させ、光源４bの光量をｐから徐々に減少させる。そして、撮像部２の移動距離がｄ′／２となり各光源４a，４bと撮像部２との距離が等しくなる時には、光源４a，４bの光量がともに（ｐ＋ｑ）／２となるよう光量制御を行う。撮像部２がさらに画像取得終了位置に近づく場合は、前述の制御と同様に光源４aの光量を徐々に増加させ、光源４bの光量を徐々に減少させていく。
【０１００】
最後に、撮像部２が光源４aから最も離れた画像取得終了位置に達した際には光源４が最も強い光量ｐとなるよう、また画像取得終了位置に近い光源４bが最も弱い光量ｑとなるよう光量制御手段６から制御信号を出力する。
【０１０１】
以上のように、画像取得開始位置に近い光源４aでは光量を最も弱い状態から強めていき、画像取得終了位置に近いもう一方の光源４bでは光量を最も強い状態から弱めていくように制御する。
【０１０２】
図１９は、本実施形態における走査機構を示す概略図である。
【０１０３】
走査機構７は図のようにメインフレーム部１３と、支持部１４、可動部１５、モータ１６により構成される。各構成部品及びその機能に関しては、第１の実施形態で説明した場合と同様である。ただし、本実施形態における走査機構７は、第１の実施形態における走査機構７と撮像部２の走査方向が異なっている。
【０１０４】
本構成例のように生体内部の血管情報として指静脈を用いる場合、対象となる指３は指先端から指の付根までの距離が指側面間の距離に比べてかなり長い形状となっている。このため、第１、第２の実施形態のように指先端から指の付根までの長手方向に撮像部２を走査させるよりも、本実施形態のように指側面間の短手方向に撮像部２を走査させたほうが走査距離を短縮できるため、画像取得に要する時間がより短縮される。また、画像取得後に撮像部２が画像取得開始位置に戻るまでに要する時間も短縮でき、装置の省電力化にもつながる。
【０１０５】
本構成例は、ATM（現金自動出入機）及び入退室管理システムのように複数のユーザが頻繁に利用する場合において特に効果的である。
【０１０６】
図２０は、本発明の第３の実施形態である血管画像入力装置の他の構成例を模式的に示す概略図である。
【０１０７】
図２０において、指側面からもう一方の指側面へと撮像部２を走査させる構成とした以外は、全て第１の実施形態と同様の構成であり、制御部８における部分画像取得動作フロー及び光量制御手段６へ出力する光量制御信号は上記の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では撮像部２の一端を支点とし、撮像部２が弧を描くように走査される構成をとる。
【０１０８】
図２１は、血管画像入力装置における他の構成例の走査機構を示す概略図である。
【０１０９】
走査機構７は図２１のようにメインフレーム部１３と、支持部１４、可動部１５、モータ１６及び回転部１９により構成される。各構成部品及びその機能に関しては、第１の実施形態で説明した場合と同様である。ただし、本実施形態における走査機構７は撮像部２の一方が支持部１４に接続されており、撮像部２のもう一方は弧を描くように設置されたメインフレーム部１３に固定されている。メインフレーム部１３の外周部分は歯車状の形状となっており、可動部１５を介してモータ１６の回転を伝える回転部１９の外周部分も同様に歯車状の形状となっている。両外周部分は、ラックとピニオンの関係にある。
【０１１０】
血管画像取得時には、走査方向と同じ方向に回転する回転部１９の動作に応じて、撮像部２は支持部１４との接続部分を支点とし弧を描くように設置されたメインフレーム部１３に固定された状態で走査される。
【０１１１】
このように、本実施形態では撮像部２の一端を支点とし、撮像部２が弧を描くように走査される構成をとっており、また、回転移動部のみで直線移動部がない。このため、走査機構７の設置に必要なスペースが第１の実施形態における構成時に比べて小さくなり、血管画像入力装置１を小型化することができる。
【０１１２】
また、本実施形態においても指側面間の短手方向に撮像部２を走査させるため、第１の実施形態に比べて走査距離を短縮でき、画像取得に要する時間がより短縮される。また、画像取得後に撮像部２が画像取得開始位置に戻るまでに要する時間も短縮でき、装置の省電力化にもつながる。
【０１１３】
［第４の実施形態］
図２２は、本発明の第４の実施形態である生体認証システムを模式的に示す概略図である。
【０１１４】
提案する生体認証システム２０は、第１の実施形態で説明した血管画像入力装置１に加え、記憶部２１と、照合部２２と、表示部２３により構成され、PC等の外部情報システム２４に接続される構成となっている。記憶部２１において、利用者の生体情報が予め記憶されており、照合部２２において、血管画像入力装置１により取得された合成全体血管画像と記憶部２１により記憶された血管画像パターンとが照合される。表示部２３において、照合部２２による照合判定結果が表示される。また、血管画像入力装置１の制御部８における血管画像取得動作フローは図１０と同様である。
【０１１５】
本実施形態における生体認証システムでは、ユーザの生体情報として指血管画像パターンを用いる構成とする。
【０１１６】
ユーザの指血管画像パターンを登録する際は、図１０の血管画像取得動作フローに従い全体血管画像を合成し、この画像を記憶部２１に記憶させることでユーザ登録を行う。生体認証動作実行時には、ユーザから取得された合成全体血管画像と前述の指血管画像パターンとを照合部２２に入力し、生体認証動作を実行する。
【０１１７】
記憶部２１は、フラッシュメモリのような不揮発性のメモリで構成される。停電等の不意の事故により生体認証システム２０への電力供給が遮断された場合にユーザが登録した指血管画像パターンのデータが消失せず、また、複数のユーザが使用することからデータの書き換えが可能となる。
【０１１８】
また、記憶部２１に記憶される指血管画像パターンに関しては、他者が容易に解読することのできないよう暗号化処理等の手段を講じておく。
【０１１９】
照合部２２は、血管画像入力装置１により取得された合成全体血管画像と記憶部２１に記憶された指血管画像パターンとの照合を行う。取得した血管画像が記憶部２１に記憶された指血管画像パターンと一致すれば、照合部２２から外部情報システム２４へのアクセスを許可するよう認証判定信号を出力し、一致しなければ、再度指血管画像を行うようユーザに通知する。なお、ユーザが照合判定結果を確認できるよう液晶モニター等の表示機能を備えた表示部２３へ照合判定結果を出力する。
【０１２０】
以上のように、本実施形態では生体認証システム２０からはユーザから取得した血管画像を直接外部情報システム２４に出力させず、認証判定信号のみを外部情報システム２４に出力する構成をとる。さらに、記憶部２１に記憶される生体情報に関しては、他者が容易に解読することのできないよう暗号化処理等の手段を講じている。このような構成とすることで、外部情報システムを介してユーザの生体情報が流出することのない、情報セキュリティレベルの高い血管画像入力装置を提供できる。
【０１２１】
以上、本発明の第１の実施形態から第４の実施形態までの実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の構成等も含まれる。
【０１２２】
また、全体血管画像取得後に画像取得開始位置と画像取得終了位置とが入れ替わるような機能を制御部８にもたすことにより、撮像部２が画像取得開始位置に戻るまでに要していた時間を大幅に短縮できるようにしてもよい。この場合は、取得した部分画像を合成する順序や、光量制御手段６へ出力する光量制御信号の波形を、画像取得開始位置の変更に対応して切り換えられるよう制御する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の第１の実施形態である血管画像入力装置を模式的に示す概略図
【図２】撮像部が移動する走査軌道を説明するための図、（ａ）指の周辺を円軌道に沿って移動する回転式の構成、（ｂ）本発明における指の腹部面に対して平行な面上を移動するスライド式の構成
【図３】本発明における撮像部の構成例を模式的に示す概略図
【図４】本発明における単一の光源使用時における光源の配置例を示す概略図
【図５】光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフ
【図６】光源からの反射光と指内散乱光との分布例を示す概略図
【図７】光量一定時、及び光量制御実施時に取得される全体血管画像の例を示す図、（ａ）光量一定時に取得される全体血管画像の一例、（ｂ）光量制御実施時に取得される全体血管画像の一例
【図８】本発明における走査機構を示す概略図
【図９】ガイド部及び生体検知手段の配置例を示す概略図、（ａ）設置例１、（ｂ）設置例２
【図１０】制御部における血管画像取得動作を示すフローチャート
【図１１】本発明における血管画像入力装置での部分血管画像及び全体血管画像を示す概略図
【図１２】撮像部の他の構成例を模式的に示す概略図、（ａ）光学フィルタを撮像部と一体にした例、（ｂ）光学フィルタを撮像部と別体にした例
【図１３】本発明の第２の実施形態である血管画像入力装置を模式的に示す概略図
【図１４】同血管画像入力装置における光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフ
【図１５】同血管画像入力装置の他の構成例を模式的に示す概略図、（ａ）側面図、（ｂ）前面図
【図１６】同血管画像入力装置の他の構成例における光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフ
【図１７】本発明の第３の実施形態である血管画像入力装置を模式的に示す概略図
【図１８】同血管画像入力装置における光量制御手段による光源の光量制御例を示すグラフ、（ａ）光源４ａの場合、（ｂ）光源４ｂの場合
【図１９】同血管画像入力装置における走査機構を示す概略図
【図２０】同血管画像入力装置の他の構成例を模式的に示す概略図
【図２１】同血管画像入力装置の他の構成例における走査機構を示す概略図
【図２２】本発明の第４の実施形態である生体認証システムを模式的に示す概略図
【符号の説明】
【０１２４】
１…血管画像入力装置
２…撮像部
３…指
４（４a，4b，4c）…光源
５…走査指令部
６…光量制御手段
７…走査機構
８…制御部
９…ガイド部
１０…光学フィルタ
１１…レンズ
１２…撮像素子部
１３…メインフレーム部
１４…支持部
１５…可動部
１６…モータ
１７…生体検知手段
１８…支持機構
１９…回転部
２０…生体認証システム
２１…記憶部
２２…照合部
２３…表示部
２４…外部情報システム
【図１】
2007257307.tif 000003
【図２】
2007257307.tif 000004
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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