(57)【要約】【課題】携帯電話等の情報端末において、画像入力は近年必須機能になっているが、画像入力装置の小型化・薄型化が求められている。それら情報端末を利用した電子商取引が活発になっていることや、個人情報保護の観点などから個人認証技術が注目されている。中でも、微小レンズアレイなどの複眼光学系を用いた画像入力装置の改良が著しいが、画像のコントラスト低下や、装置構成が複雑で高価である点など、問題が多い。【解決手段】レンズアレイを用いた複眼光学系により結像距離を短縮して装置の小型化を図ると共に、レンズアレイの隣接するレンズ間での光線クロストークを防ぐ工夫をして、小型・薄型かつ簡単な構成でノイズの少ない良好な品質の画像を取得できる画像入力装置を提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の複眼像を像面上で結像させるための略平面状に２個以上並べられた少なくとも１面が凸レンズであるレンズアレイと、
該レンズアレイの少なくとも一方の面に隣接して設けられた遮光部材と、
前記被写体側に面して配置された透光部材と、
前記レンズアレイの略像面位置に略平面状に並べられた複数の画素からなる撮像素子と、
を有する撮像光学系と、該撮像光学系で取得した前記複眼像を再構成する演算器と、
を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像入力装置において、
前記被写体を照明する光源を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像入力装置において、
前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成する各レンズと同数、且つ同配置で円筒型の開口部を有しており、
前記レンズアレイを構成する各レンズの凸面のレンズ径が前記遮光部材の開口部の径と一致していることを特徴とする画像入力装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像入力装置において、
前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成する各レンズと同数、且つ同配置でほぼ矩形型開口を有する遮光部材を前記円筒型の開口部を有する遮光部材と前記受光素子の間に配置したことを特徴とする画像入力装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の画像入力装置において、前記レンズアレイのレンズ開口部を残してその他の部分を遮光性の皮膜で覆い、前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成する各レンズと同数、且つ同配置で略矩形型開口を有する遮光部材を前記レンズアレイと前記撮像素子の間に配置したことを特徴とする画像入力装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の画像入力装置において、
前記撮像素子およびレンズアレイが略ライン状に配置されていることを特徴とする画像入力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像入力装置において、
前記ライン状に配置された撮像素子およびレンズアレイが２組以上であることを特徴とする画像入力装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像入力装置を有し、
あらかじめ登録しておいた画像を記憶する登録画像記憶部と、
前記画像入力装置で撮像した画像を前記登録画像記憶部に記憶されている画像と照合することにより認証作業を行う認証作業部と、
を有することを特徴とする認証装置。
【請求項９】
請求項８に記載の認証装置において、前記登録画像は生体内部の被写体の複眼像から得た個人の特徴を表す情報を含む画像であることを特徴とする認証装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の認証装置において、生体部位に所定波長の光を照射する光源を備えたことを特徴とする認証装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の認証装置において、前記生体部位に照射する所定波長の光に特定の変調を掛ける変調手段と、該変調された照明光による画像のみを抽出する演算器と、を有することを特徴とする認証装置。
【請求項１２】
請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の認証装置において、前記被写体は、前記画像入力装置に対し、レンズ光軸と略垂直な方向に移動させて画像を取り込むことを特徴とする認証装置。
【請求項１３】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像入力装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の認証装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系と撮像素子を用いる情報の撮像技術、特に指紋や静脈による個人認証装置及び個人認証機能を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，携帯電話に代表されるモバイル情報端末の小型化が急速に進展しており、そこに搭載される各種デバイスの小型化・薄型化への要請は非常に大きい。画像入力装置はいまや多くの情報端末に搭載されているが、デバイスのなかでも比較的厚みを有するものであり、画像入力装置の小型化・薄型化が達成されればそのインパクトは他のデバイスの場合よりも大きなものとなる。また、それら情報端末を利用した電子商取引が活発になっていることや、個人情報保護の観点などから個人認証技術に注目が集まっている。個人認証には文字によるパスワードや各種生体認証が利用されているが、なかでも指や手のひらの静脈を用いた認証はパターンが生体内部に存在することから複製が困難であり、指紋など生体表面に存在するパターンを利用した生体認証に比べてより強固な個人認証手法であるといえる。
個人認証装置などに応用可能な、小型・薄型の画像入力装置として、微小レンズアレイなどの複眼光学系を用いた画像入力装置が種々知られている。いずれも小型化を目指しており、画像の高画質化を目指している（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３  参照。）。
【０００３】
特許文献１によれば、微小なレンズから構成されたレンズアレイを用いることにより、光線を結像するのに必要なバックフォーカスを短くし、画像入力装置の薄型化を図っており、各レンズを通過した光線のクロストークを規制するための隔壁をレンズアレイと撮像素子の間に設けている。しかしながら近接した被写体を撮像する場合には、あるレンズで結像させる被写体範囲以外の場所からの光線がレンズに到達し、画像のコントラスト悪化やゴーストの原因となるノイズ光となるおそれがある。
特許文献２によれば、非球面のマイクロレンズアレイを結像素子に用いて画像を取得するが、偏心非球面のような複雑な形状をレンズアレイに用いる必要があったり、主光線角度に応じて異なる傾斜を有する隔壁が必要となったりして、装置構成が複雑で高価である。
【０００４】
特許文献３によれば、マイクロレンズアレイと遮光のための隔壁とから構成された光学系による複眼の視差画像を取得し、視差を利用してそれらを再構成することにより単一画像を取得する。複眼像を構成するひとつの個眼像を形成するために、矩形の隔壁と円形のレンズとを組み合わせている。そのため、隔壁の矩形開口部の四隅に、レンズの円形開口部との隙間が生じ、レンズによる屈折効果を受けず結像しない光が、隔壁により遮光されずに像面に到達する。それらはフレア光として像品質を劣化させる要因となる。矩形開口のレンズアレイを用いることも考えられるが、レンズ面が軸対称でなくなるため、加工の難易度が増して装置コストが増大する。また円形開口を有する隔壁を用いると、像が円形となり、一般に撮像素子の画素は矩形開口を有し、かつ画素は矩形配置されるため、円形の像を撮像する際に、像に寄与しない無効領域が生じる。そのため撮像素子を有効に利用することができない。
隣接する分割画像が、互いに重複部分を有する画像の場合の再構成について、未公開の特許出願（特願２００７−００００００：以下特許文献４と呼ぶ。）に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３８２１６１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１７１４２９号公報
【特許文献３】特第３７０５７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような問題点に対し、レンズアレイを用いた複眼光学系により結像距離を短縮して装置の小型化を図ると共に、レンズアレイの隣接するレンズ間での光線クロストークを防ぐ工夫をして、小型・薄型かつ簡単な構成でノイズの少ない良好な品質の画像を取得できる画像入力装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、被写体の複眼像を像面上で結像させるための略平面状に２個以上並べられた少なくとも１面が凸レンズであるレンズアレイと、
該レンズアレイの少なくとも一方の面に隣接して設けられた遮光部材と、
前記被写体側に面して配置された透光部材と、
前記レンズアレイの略像面位置に略平面状に並べられた複数の画素からなる撮像素子と、
を有する撮像光学系と、該撮像光学系で取得した前記複眼像を再構成する演算器と、
を有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の画像入力装置において、
前記被写体を照明する光源を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の画像入力装置において、
前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成する各レンズと同数、且つ同配置で円筒型の開口部を有しており、
前記レンズアレイを構成する各レンズの凸面のレンズ径が前記遮光部材の開口部の径と一致していることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の画像入力装置において、
前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成する各レンズと同数、且つ同配置でほぼ矩形型開口を有する遮光部材を前記円筒型の開口部を有する遮光部材と前記受光素子の間に配置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載の画像入力装置において、前記レンズアレイのレンズ開口部を残してその他の部分を遮光性の皮膜で覆い、前記遮光部材は、前記レンズアレイを構成する各レンズと同数、且つ同配置で略矩形型開口を有する遮光部材を前記レンズアレイと前記撮像素子の間に配置したことを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の画像入力装置において、
前記撮像素子およびレンズアレイが略ライン状に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の画像入力装置において、
前記ライン状に配置された撮像素子およびレンズアレイが２組以上であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像入力装置を有し、
あらかじめ登録しておいた画像を記憶する登録画像記憶部と、
前記画像入力装置で撮像した画像を前記登録画像記憶部に記憶されている画像と照合することにより認証作業を行う認証作業部と、
を有する認証装置を特徴とする。
【００１１】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の認証装置において、前記登録画像は生体内部の被写体の複眼像から得た個人の特徴を表す情報を含む画像であることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の認証装置において、生体部位に所定波長の光を照射する光源を備えたことを特徴とすることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の認証装置において、前記生体部位に照射する所定波長の光に特定の変調を掛ける変調手段と、該変調された照明光による画像のみを抽出する演算器と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項１２に記載の発明では、請求項８ないし１１のいずれか１つに記載の認証装置において、前記被写体は、前記画像入力装置に対し、レンズ光軸と略垂直な方向に移動させて画像を取り込むことを特徴とする。
請求項１３に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像入力装置を搭載した電子機器を特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項８ないし１２のいずれか１つに記載の認証装置を搭載した電子機器を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ノイズ光の発生を抑制し画像品質の向上を図り、さらに透光部材を被写体側最外側に設け、遮光部材はノイズ光を抑制するのみではなく透光部材の強度を向上させる機能も同時に有するので、小型・薄型かつ簡単な構成でノイズの少ない良好な品質の画像を取得できる画像入力装置を提供できる。
偏心非球面や主光線角度に応じて異なる傾斜を有する隔壁を必要とせず、簡単な共軸形状のレンズアレイと傾斜を有さない同形態の隔壁アレイを用いるため、装置構成を簡略化、低コスト化できる。
またレンズと隔壁との間に隙間を生じさせないため、結像しない光が像面に到達することを防ぐことができ、フレア光を抑えた高品質な像を取得することができる。それらにより、簡単、低コストな構成で、高品質な像を取得可能な小型・薄型の撮像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】
【００１４】
図１は本発明の１つの実施形態を説明するための図である。
同図において符号１は照明光源、２は透光部材、３は撮像素子、４は隔壁からなる遮光部材、５はレンズアレイ、６はヒトの指のような被検体、７は被検体内部の静脈、８は４と同様構成の遮光部材をそれぞれ示す。
被検体（以下指と呼ぶ）６は光源１により光を照射される。このとき光源１から照射される光は、指６内部の静脈パターンを撮像するために近赤外光であることが望ましい。なかでも波長７６０ｎｍ付近の近赤外光は、静脈を流れる血液に含まれる還元ヘモグロビンにより吸収されるため、他の波長の光源を用いた場合と比較してより鮮明に認証のための静脈パターンを撮像できる。同図では、光源１を便宜的に指６の直上から照明しているように示しているが、生体は強散乱体であり、指６の側方あるいはレンズアレイ５側から照明しても静脈パターンを撮像することは可能である。また複数個の光源を使用することで、静脈画像の撮像に十分な光量を確保し、静脈認証に必要な所定範囲の静脈パターン全体を照明することができる。光源としては白色光源、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）等を用いることができる。
【００１５】
光源１から指６に照明された近赤外光は、指内部で透過・拡散、静脈部では吸収され、透光部材２を透過、レンズアレイ５による集光または結像作用を受けて撮像素子３により撮像されデータが取得される。
レンズアレイ５は、非球面の単レンズが、レンズ光軸と略直交する平面内に二次元的にアレイ配置されている。レンズには球面単レンズや両面とも球面レンズや両面とも非球面レンズを用いてもよく、またフレネルレンズのような回折型のレンズを用いてもよい。
レンズアレイは透明の樹脂やガラス材料で作られ、リフロー法や面積階調マスク法、研磨法などの加工法、あるいはそれらの加工法で作製した型を用いた成形加工法などで作製できる。
【００１６】
遮光部材４、８はレンズアレイ５の各微小レンズに対応して開口部を有し、隣接する開口部との間は隔壁をもって、光学的に遮断されており、レンズアレイの各レンズを通過する光線の像面上でのクロストークを防止し、ゴーストやフレアなどのノイズ光を抑制するための遮光部材である。
透光部材２は遮光部材４の穴の部分にホコリなどが侵入することを防ぐ機能を有する光を透過する部材である。ここでいう光は可視光に限らず、赤外光や紫外光などさまざまな波長の光を含む。ホコリなどは光線の散乱や遮蔽を生じ、画像品質を劣化させる原因となる。遮光部材の穴は微細な構造であり一旦ホコリなどが進入すると取り除くことは容易ではなく、レンズアレイと遮光部材を分離してクリーニングすることも、その後の組立てなどを考慮すると非現実的である。このような機能の透光部材として、ガラス、樹脂、フィルムなどを利用することができる。  
【００１７】
透光部材２には上述したようなカバーとしての役割のみではなく、例えばバンドパスフィルタ機能を有する透光部材とすることにより画像品質を向上させる役割を持たせることもできる。例えば、光源１から出た近赤外光の波長付近の光を透過するバンドパスフィルタを用いた場合、近赤外光以外の波長を含む強い光（例えば日中の太陽光）が指を照射・透過しているような場合でも鮮明な静脈パターンを取得することができる。ただし画像の取得が暗所で、光源１から照明される光が近赤外光である場合はバンドパスフィルタを構成から除くことも可能である。また、より小型化・薄型化を進めるためにレンズ表面にバンドパスフィルタと同様の作用をもつ光学薄膜を蒸着しても良い。ただし、これらの場合には、遮光部材上部にカバー機能を有する透光部材を設ける必要がある。
【００１８】
図２は遮光部材の作用を説明するための図である。
同図において符号Ｐは物体上の１点、Ｌは光線をそれぞれ示す。
レンズアレイ５と指６の間に設置された遮光部材４によりレンズアレイに到るまでの光線のクロストークが抑制され、鮮明な静脈パターンを取得することができるとともに、遮光部材４の上部に設けられた透光部材２の強度を向上させることができる。あるレンズと画素により撮像される物体の所定範囲以外からの光はノイズ光となり像のコントラストを悪化させる。図２に多孔部材４が所定範囲外からの光を防ぐ様子を示す。点Ｐから発した光Ｌ０やＬ１は直下のレンズ５ａの結像作用で撮像素子３上の点Ｐ’で像を結ぶ。一方、点ＰからはＬ２やＬ３のような光線も発しており、これらレンズ５ａによる結像に寄与しない光線が隣接するレンズ５ｂやより離れたレンズに入射するとノイズ光となるが、遮光部材４が設けられていることでノイズ光となることを防いでいることがわかる。本実施形態の場合、レンズアレイ５から透光部材２までの高さの遮光部材が最もクロストーク抑制効果が高い。
【００１９】
このような構造の遮光部材４を透光部材２の下部に密着させて設置することにより、指静脈画像撮影時に指６を透光部材２に接触させたときに透光部材２が歪んだり割れたりすることを防ぐことができる。また画像撮影時ではなくても、透光部材２に物体が接触した場合に透光部材２が破損することを防止できる。透光部材２の強度を向上させる効果のために、遮光部材自体も厚み方向に高い強度を持つことが望ましく、次に述べるような構造を利用できる。遮光部材４は略平面状に並んだピンホールアレイでも良いし、透明平行平板の各面、あるいは両面に金属等による不透明膜を蒸着したマスクなどの被膜であっても良い。ピンホールアレイの具体的な作製方法として、金属や不透明樹脂など光を透過しない材料のエッチング、レーザ加工による穴あけを用いることができる。また不透明材料であっても光の反射は生じるので表面を粗くしたり反射防止コーティングを施したりするなど光の反射を抑制する加工も行うことが望ましい。また遮光部材を高くすると穴の径と高さのアスペクト比が大きくなり高精度での穴あけ加工が微小なサイズでは困難になる。複数の遮光部材を積層することでこの課題を克服することが可能である。
【００２０】
レンズアレイ５と撮像素子３の間に設置された遮光部材８はレンズアレイ５を通過した光線のクロストークを抑制し、鮮明な静脈パターンの撮像に寄与する。遮光部材８の高さがレンズアレイから撮像素子まであるときその効果は最も高い。配置や作製方法は上述したレンズアレイ５と透光部材２の間に設置した遮光部材４と同様である。
【００２１】
レンズアレイ５は単レンズを略平面状に並べたものであり、レンズ部は球面もしくは非球面を用いてよい。非球面を用いると光学特性を向上させることができる。レンズアレイの具体的な作製方法としてリフロー法や面積階調マスク法、研磨法などの加工法、あるいはそれらの加工法で作製した型を用いた成型加工法などを用いることができる。材料は透明樹脂やガラスなどを用いることができ、樹脂材料の成型加工法が低コスト化のためには望ましい。
レンズアレイ５により集光・結像された光は撮像素子により複眼画像として取得される。撮像素子としてはＣＭＯＳ、ＣＣＤ等が利用できる。
【００２２】
図３は撮像装置に取り込まれる画像を説明するための図である。図３（ａ）は原画像、図３（ｂ）は撮像素子上に形成される分割像（以下複眼画像という）を撮像素子裏側から透視した図を示す。ただし、白抜け部分は遮光部材８が接触している部分で、画像が形成されない部分を示している。
同図では理解しやすくするために、画像は静脈パターンでなく人物像を示してある。
図３（ｂ）の各複眼画像はレンズアレイの中の１個の単レンズと、それに対応する遮光部材８の開口部によって形成される像である。したがって、複眼画像は単レンズの個数だけ形成されることになるが、同図では簡単にするため、複眼画像は８行×８列にしてある。個々の複眼画像（以下個眼画像という）は、遮光部材４の開口部から取り込まれた光線が、単レンズで屈折されて撮像素子面に結像されるので、各個眼画像毎に上下左右が反転している。なお、１つの個眼画像に対して通常は複数の受光素子が対応している。
【００２３】
図４は認証装置の原理を説明するための分解斜視図である。
同図において符号９は複眼画像を単一画像に再構成する再構成演算器、１０は登録画像記憶部、１１は認証作業を行う認証作業部、１２は画像入力装置をそれぞれ示す。
上述した撮像プロセスを経て静脈パターンは撮像素子３により取得され、演算器９により撮像素子３で取得した複眼画像を単一画像に再構成する。複眼画像から単一画像への再構成は、図３（ｂ）から図３（ａ）に戻す作業になる。すなわち、この複眼像から遮光部材の影の部分（白抜け部分）を除き、各レンズで結像された像を配置し直すことで単一画像を得る。ここでは人物画像を用いて例示したが、静脈画像についても同様である。図３では、隣接する複眼画像が若干の重複部分を有する場合を示しているが、重複部分がない場合は再構成が非常に簡単にできる。
被写体距離が異なったりして重複が生じる場合でも、特許文献４に示された方法により画像を再構成できる。再構成した静脈パターンと登録画像記憶部１０の静脈パターンを用いて、認証作業部１１において認証作業を行う。認証作業は例えば、パターンマッチングによる類似度あるいは相違度を認証の可否の判断基準とすることができる。あるいは静脈パターンの特徴点を抽出し、その対応を求める特徴ベースマッチングを用いても良い。
本実施例では指内部の静脈を認証に用いる認証装置を例示したが、認証を行わない汎用の画像入力装置として、また指静脈以外のパターンによる認証装置としても本発明を利用可能なことは言うまでもない。
【００２４】
図５は本発明の他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１３は補償演算器を示す。
単レンズで集光・結像作用を示すレンズ形状には、平凸、両面凸が考えられるが、製造コストを考慮すると、平凸の球面レンズが低コスト化には有効である。両面凸の場合は、加工面が多いことはもちろん、両面の光軸を一致させる必要があるため、エッチングや研磨などの加工、あるいはそれらの方法で作製した型を用いた成型加工法においても光軸合わせの工程が必要になり、さらに歩留まりも悪化する可能性が生じるからである。
同図において、使用するレンズは平凸レンズとし、後述の理由により、凸面を撮像素子側に向けて設置する。演算器９は図４の場合と同様、複眼像を単一画像として再構成する。次いで、補償演算器１３によって、光学系による像の劣化を補償する。
【００２５】
図６は平凸レンズの光学性能を説明するための図である。同図（ａ）は像側凸の光学レイアウト、（ｂ）は（ａ）のレイアウトのＭＴＦ、（ｃ）は物体側凸の光学レイアウト、（ｄ）は（ｃ）のレイアウトのＭＴＦである。（ａ）ないし（ｄ）の各図における線種の違いは画角の違いを表している。点線は画角０°の場合、実線は最大画角の場合、破線は両者の中間の画角の場合をそれぞれ示している。
物体側凸の場合、画角によりＭＴＦが大きく変化しており、画角が大きいい位置からの光線に対する結像性能は非常に低い。一方、像側凸の場合は画角に依らずＭＴＦがあまり変化せず、一定以上の結像性能を広い画角に渡って維持している。本実施形態ではこのような配置を採用する。
補償演算器１３では、光学系設計時に既知である光学特性ＭＴＦ曲線（この場合は同図（ｂ））を利用して画像の補正を行う。同図（ｂ）のＭＴＦ曲線は高い空間周波数でもゼロにならないので適切なフィルタを適用することでコントラストを改善し、鮮鋭な画像を得ることができる。フィルタには例えばウィーナフィルタを利用することができる。また画角によらずＭＴＦ曲線がほぼ一定なので、１種類のウィーナフィルタを用いた単純なデジタルフィルタ処理で補正演算が可能である。
以上より、本発明の構成にすることにより、低コストかつ鮮鋭な画像を取得可能な画像入力装置を提供できる。
【００２６】
図７は遮光部材とレンズアレイの組み立て時の関係を示す図である。同図（ａ）は仮配置の図、同図（ｂ）は組み付け完了状態を示す図である。
本実施形態では、遮光部材４、遮光部材８の開口部を円筒形として開口部の大きさをレンズアレイの単体凸レンズ径に等しくしてある。このような構成にすることで画像入力装置組立てにおけるレンズアレイと遮光部材との位置合わせを容易かつ低コストに行うことが可能となる。人手あるいは粗い位置合わせ機能しか持たない組立て装置による組立ての初期状態が同図（ａ）の状態である。このような状態では本来光が通過するはずの領域を多孔部材４および遮光部材８が障害となり、正常な画像を取得できない。しかしながら、この状態に微小な振動を与えることにより各レンズ凸部の間の平坦部に多孔部材４および遮光部材８が落ち着き、同図（ｂ）の位置関係になる。
よって、位置合わせ精度はレンズ径の半分程度であればよいことになる。もちろん同図のような両面凸ではなく平凸レンズの場合にもこの位置合わせ手法は適用可能である。組立てコストや光学系への要求精度などを考慮してレンズの種類を選択すればよい。位置合わせ作業の後に遮光部材とレンズアレイとを固定する。接着剤や光硬化樹脂による固定が可能であり、なかでも紫外線硬化樹脂を用いれば簡便かつ低コストに固定作業を実施できる。
以上より、本実施形態によれば高精度な位置合わせ機能を有する組立て装置を用いなくても、遮光部材とレンズアレイとの位置合わせを正確かつ安価に実施できる。
【００２７】
図８は本発明の他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号１５は画像入力装置の筐体、１６は筐体に設けられた透光用の穴をそれぞれ示す。
本実施形態は、図１で示した画像入力装置において、レンズアレイおよび撮像素子を二次元平面ではなく、一次元的に、すなわち略ライン状に並べたものである。それらにあわせて、遮光部材もライン状に並んだものとなる。同図では簡略化のため単レンズを一列に並べた図で示してあるが、これに限定されるものではなく、例えば、２列、あるいは３列に構成しても、以下の説明に関しては原理的に同様である。また、撮像素子の受光部も、受光素子を複数列配置することができる。
筐体内部には一部図示省略の、透光部材２、多孔部材４、レンズアレイ５、遮光部材８、撮像素子３が上部から順に配置されている。穴１６はレンズアレイ５の光軸中心を一致させてあり、その径は、単レンズ径よりやや大きめに設定されている。
【００２８】
図９は本実施形態による取得画像と再構成画像を示す図である。図９（ａ）はライン画像の模式図、図９（ｂ）は再構成図、図９（ｃ）は１ラインの部分拡大図をそれぞれ示す。レンズアレイの配列と、撮像素子３の受光素子列が１列のみの場合を示している。
本実施形態では、被写体と画像入力装置を相対的に移動させることにより二次元画像を取得する。移動方向は画像入力装置の長手方向に直交する方向である（同図中の矢印方向）。移動させることにより、図１を用いて述べた撮像プロセスを経て時系列ライン画像が撮像素子３により取得される。それぞれのライン画像は被写体の異なる範囲をほぼ連続的に取得した画像であり、演算器９により二次元画像に再構成される。図９（ａ）において縦に走る白い部分は遮光部材の影である。図３（ｂ）のような上下反転は無いが、左右反転は生じている。図９（ｃ）からわかるように各ライン画像は１次元信号である。図９（ａ）から遮光部材の白い部分を除き、つなぎ合わせて図９（ｂ）の二次元画像が再構成できる。図３で述べた場合と同様に、本実施形態では１つのレンズで結像させる被写体領域が重複しない場合を示したが、被写体距離が異なったりして重複が生じる場合でも特許文献４に開示された方法で画像を再構成できる。
【００２９】
図１０はさらに他の実施形態を説明するための図である。
同図において符号２０は画像入力装置の筐体、２１は遮光部材の開口部、２２は撮像素子、２３は二次元画像再構成演算部、２４は速度補償演算部をそれぞれ示す。
同図は図８に示した画像入力装置を略平行に２本並べた構成である。
２０ａ、２０ｂは画像入力装置の筐体であり、内部は図８を用いて述べたのと同様に透光部材２、多孔部材４、レンズアレイ５、遮光部材８、撮像素子３が上部から順に配置されている。２１ａ、２１ｂはレンズアレイ５の各レンズの光軸を中心として筐体に設けられた穴である。
２４は被写体と画像入力装置とのスイープ時における相対速度の変動を補償して二次元画像を生成する演算部である。２本の画像入力装置の位置関係は固定されており、画像入力時には画像入力装置の長手方向と直交する方向に被写体がスイープされ、上述の実施形態と同様に、それぞれの画像入力装置について時系列ライン画像が取得される。これらふたつの時系列ライン画像を用いて指のスライド速度と画像入力の時間間隔との不正確さ、ならびに指のスライド速度の変動によるライン画像のつなぎ誤差を補償するために二次元画像におけるライン画像のつなぎの距離間隔を調整する。
【００３０】
図１１はさらに他の実施形態を説明するための図である。
図１２は図１１の撮像素子側から見た平面図である。
両図において符号８ａは円形開口を有する遮光部材、８ｂは矩形開口を有する遮光部材、１７はＬＥＤ光源、１８は発光制御部、１９は遮光板をそれぞれ示す。
レンズアレイ５は平凸レンズが使用され、凸レンズ面を撮像素子側に向けて配置され、平面部を被写体側に向けて配置されている。被検体としての指を直接レンズアレイ５の平面部に触れるように構成しても良いが、レンズアレイ５は樹脂剤で成形される場合が多いので、傷つきやすくなる。そのため、前述のように、同図では図示省略している透光部材２を設けるか、レンズアレイ５の平面部をハードコーティングしておくと良い。
遮光部材は円形開口を有する遮光部材８ａと矩形開口を有する遮光部材８ｂが、レンズ５の光軸方向に積み上げられて構成されている。遮光部材８ａは平板に円形の穴をあけたもので、円形穴の直径はレンズアレイを構成するレンズの有効径と一致しており、円形穴の配置はレンズアレイのレンズ配置に対応している。１個の円形穴が、１個のレンズの開口として作用する。遮光部材８ｂは平板に矩形の穴をあけたもので、矩形穴の一辺の長さは、遮光部材８ａの円形穴の直径と略一致するか、直径より大きくなっている。矩形穴は撮像面まで伸びており、矩形穴のサイズが取得される像における１個のレンズによる像サイズとなる。
【００３１】
遮光部材８ａ、８ｂはそれぞれ樹脂、ガラス、金属などを材料とした平板に、エッチングやレーザ加工等で穴あけすることにより加工され、それらをレンズ光軸方向に重ねて接着することにより作製される。遮光部材の材料には、不透明材料を用いたり、透明材料にコーティングを施したりして、光の透過や反射を抑制できるようにする。
７ａは、レンズアレイを構成する１個のレンズによる観察領域を表しており、７ｂは観察領域内で隣接するレンズが共有する領域を表している。すなわち、７ｂは隣接するレンズによる画像の重複領域を示している。
【００３２】
撮像素子３はＣＣＤを前提として説明するが、ＣＭＯＳ等、ＣＣＤ以外の受光素子であってもよい。ＣＣＤ等の撮像素子には撮像面を保護するためのカバーガラスが設置されているものがあるが、本実施例ではカバーガラスがない状態のものが示してある。カバーガラスが着いた撮像素子を用いてもよいが、その場合は、カバーガラスによる光の屈折の影響を考慮して、レンズアレイ形状、位置を設計する必要がある。また撮像素子にはエイリアジング防止のための光学的なローパスフィルタが撮像面付近に設けられたものがあるが、ここでは後に説明する超解像処理のためにローパスフィルタは設けていないものとする。遮光部材はＣＣＤ面に接触して素子を壊さないように、ＣＣＤ面からわずかに浮かせて設置してあり、レンズアレイと遮光部材は筐体６で保持されている。カバーガラスがあったりして撮像面が保護されている場合は、遮光部材を撮像面に接触させて配置してもよい。レンズアレイと筐体とによる密閉がＣＣＤ面の保護効果をなし、ゴミ等が混入してCCD面に付着することを防いでいる。遮光部材がＣＣＤ面からわずかに浮いているため、遮光部材底面とＣＣＤ面との間の空間を光が通過しないように、ＣＣＤ面と平行な方向の面内でのレンズのピッチを設定する。
【００３３】
ＬＥＤ光源１７は生体に対する吸収率が低い近赤外帯、あるいは赤色帯の波長の光を生体に照明するための光源で、レンズアレイの周囲を取り囲むように複数のＬＥＤ光源が設置されており、発光制御部１８により駆動・発光する。発光のＯＮ・ＯＦＦは、装置の電源ＯＮ・ＯＦＦと連動させてもよいが、装置の電源がＯＮしている間、常時ＬＥＤ光が照射されるのは安全上望ましくないため、認証開始スイッチを装置に設け、指が装置に設置されたときＯＮすることにより、ＬＥＤを発光させるようにすることが望ましい。認証対象である指は、レンズアレイよび装置筐体に接触して設置され、接触位置近傍から図に矢印で示したように上方にＬＥＤ光源１７から近赤外光が照射される。近赤外光は、生体に対して透過率を有するが、血液中の還元ヘモグロビンや酸化ヘモグロビンで吸収を受けることが知られておる。そのためＬＥＤ光源１７から出射された近赤外光は、生体内部で透過散乱してＣＣＤ３の撮像面に到達し、血管により吸収を受けた部分のパターン像がＣＣＤで撮像される。
【００３４】
レンズアレイ面全体が指で覆われているため、可視光線が撮像素子に到着し、画像ノイズとなることは抑制されている。ＬＥＤ光源に近い位置では光量が強いため、取得される血管パターン画像において、ＬＥＤ光源に近い位置に相当する画像領域が明るく、指の中心に相当する画像領域が相対的に暗くなる傾向があるが、図１１、図１２の符号１９で示したように、光源とレンズアレイとの間に遮光板を設置して、強い散乱光、あるいは反射光がＣＣＤの撮像面に入射しないようにすることにより、ＬＥＤ光源に近い領域と指の中心付近の領域との血管パターンに依存しない明暗差を抑制することができる。遮光板１９は黒色の樹脂等、ＬＥＤ光源の光に対して透過率を有さない材料で作製された板状の部材で、レンズアレイと遮光壁で構成された撮像光学系を囲むように撮像光学系の側面に貼り付けてある。図１１ではＬＥＤ光源からの光は、光軸がＣＣＤ面に対し垂直な方向に出射されているが、適正なコントラストの血管パターン画像が得られるように指の中心、あるいは指の側面側などに向かうように斜め上方に出射してもよいし、ＬＥＤからの光の効率を上げるために、指の接触位置とＬＥＤ光源の出射面との間の光路にレンズを設けてもよい。 
【００３５】
レンズアレイにより結像し、ＣＣＤにより撮像された血管パターンの複眼画像は、画像入力部でキャプチャーされ、以下の手順で、複眼画像から単一画像に再構成される。
レンズアレイにより取得される複眼画像の様子は既に図３により説明した。図１１、図１２の実施形態によっても同様な複眼画像が得られる。図３（ａ）は被写体の元の様子を表しており、図３（ｂ）はレンズアレイにより上記被写体を観察したときの複眼画像を表している。３ａはレンズアレイを構成する１個のレンズによる像、すなわち個眼画像で、レンズ数と同じ数の個眼画像が得られる。白抜け部３ｂは図１１、図１２における遮光部材８ｂによる影であり、遮光部材８ｂの影に相当する領域は、単一画像の再構成には寄与しない無効領域である。レンズアレイを構成するレンズはそれぞれ、図１１の７ａで示したように観察する領域がずれており、また同図の７ｂで示したように、レンズで観察する領域は隣接するレンズ間で一部共有される。レンズによる観察領域のサイズｓ、隣接するレンズ間での観察領域のずれ（視差）Δおよび共有領域のサイズｔは、レンズ直径ｄ、レンズエッジから遮光壁までの距離ｅ、レンズアレイ（レンズ主平面）から被写体までの距離ａ（被写体距離）、レンズアレイからＣＣＤ面までの距離ｂおよびレンズピッチｐにより次の数１〜数３により決まる。
【００３６】
【数１】
2009225064.tif 000003
【００３７】
【数２】
2009225064.tif 000004
【００３８】
【数３】
2009225064.tif 000005
【００３９】
図１３は被写体距離の違いによる隣接レンズにおける重複像の変化を説明するための図である。
被写体距離ａに伴い、観察領域および隣接する個眼画像間で共有する領域のサイズが変化する様子を図示したもので、被写体距離が短いほど、観察領域及び共有領域は小さくなり、被写体距離が長いほど、観察領域及び共有領域は大きくなる。血管パターンを用いた認証において、レンズアレイと、被写体となる血管パターンとの間にはヒトの皮膚が介在し、皮膚の厚みには個人差があるため、レンズアレイから血管パターンまでの距離、すなわち被写体距離は認証する個人によって変化し、それに伴い、観察領域及び共有領域のサイズも変化する。観察領域及び共有領域のサイズは、取得した複眼像における隣接、あるいは近在する個眼画像間での相対視差として求めることができるため、取得した複眼画像は、複眼画像から視差を推定するための２つの個眼画像を抽出するための演算部に転送される。
【００４０】
視差推定用個眼画像抽出部では、取得した複眼画像を所定閾値で二値化し、遮光壁の影に相当する画像領域を除去するとともに、画像領域内に血管パターンを有する個眼画像を抽出する。血管パターンがない画像領域は光がＣＣＤに到達して明るくなり、血管パターンがある領域は暗くなるため、二値化により血管パターンを抽出できる。遮光壁の影部分の明るさと血管パターンの明るさは異なることが多いため、遮光壁除去用の二値化閾値と血管パターン抽出用の二値化閾値は異なるものを用いたほうがよい。また個眼画像ごとで明るさが異なる場合があるため、その場合は個眼画像を構成する画素輝度全体の平均値を閾値にするなどして、個眼画像ごとで異なる閾値を用いればよい。視差推定のための２つの個眼画像は、場所が離れると共有する領域が全くなくなる恐れがあるため、なるべく隣接するレンズによる２つの個眼画像を抽出したほうがよいが、複眼画像内でのどこにも隣接する２つの個眼画像に血管パターンを抽出できない場合は、隣接しない２つの個眼画像を抽出してもよい。
【００４１】
視差推定用の個眼画像を抽出できたら、次にそれらを視差推定演算部に転送する。視差推定演算には例えば特許文献３や特許文献４に示された処理を適用することができる。レンズアレイのピッチ誤差が、推定される視差に対して十分小さければ、上述のように２つの個眼画像から求めた視差と２つの個眼画像に対する位置関係に基づき、複眼画像を構成する全個眼画像の相対視差を算出することができる。レンズアレイの加工にエッチングやそれに類する加工法を用いる場合、エッチングに用いるマスク作製時のステージ送り誤差がレンズアレイのピッチにつながるが、レンズアレイのチップサイズは撮像素子の撮像面積と同程度であり、ステージ送り誤差の影響を受けるほど大きくないため、レンズアレイのピッチ誤差は十分小さいとみなせる。プラスチック成形における膨張や収縮など、レンズアレイ加工時に比較的大きいピッチ誤差要因がある場合は、基準となる１つの個眼画像を抽出し、画像領域内に血管パターンが含まれる全ての個眼画像で上述の視差推定演算を行い、また画像領域内に血管パターンが含まれない個眼画像は近い領域にある個眼画像の視差と位置関係に基づき視差を算出することにより、全個眼画像の相対視差を求める必要がある。言うまでもなく、視差推定演算の回数が少ないほど、演算時間は短くてすむ。
【００４２】
視差を推定できたら、視差を利用して複眼画像から単一画像を再構成する。複眼画像から単一画像の再構成には、推定した視差データを用いて、例えば特許文献４に示された方法や、個眼画像を低解像度画像、複眼画像から単一画像に再構成した画像を高解像度画像と置き換え、特許文献３に示された方法を適用できる。それらに示されたような超解像処理は、複数の低解像度画像とそれらの相対視差を利用して、低解像度画像における撮像素子のナイキスト周波数を超える周波数成分を復元するため、レンズアレイによる複眼化、つまり光学系薄型化に伴う光学倍率の縮小により、解像度が低くなった個眼画像に対して解像力を向上させた単一画像を再構成できる。引用文献３の方法は、単眼の光学系により取得した複数枚の画像において、光学系と直交する面内での被写体とカメラとの相対位置ずれを検出し、それを利用して再構成しているが、本発明ではレンズアレイを用いた複眼像を利用する。レンズアレイの各レンズによる像は、被写体との位置関係が異なり、相対的なずれがあるため、特許文献３において複数枚取得した画像と同様に扱うことができる。また特許文献３では、視差が撮像素子の１画素より小さくなる場合を説明しているが、本発明では、被写体が撮像光学系に近接して存在するため、隣接個眼画像間の視差が１画素より大きくなる、すなわち隣接個眼画像間で被写体像を共有しない画素が生じる場合がある。特許文献３の処理は複数枚の画像の全画素が被写体像を共有することを前提としており、被写体像を共有しない画素ではノイズを生じさせるため、推定した視差を利用して被写体像を共有しない画素を求めておき、共有しない画素に対しては、広帯域補間や重み積算は行わないようにする必要がある。
【００４３】
視差が大きくなり、個眼画像間で被写体像を共有する領域が小さくなる場合は、超解像効果を見込まず、個眼画像のつなぎ合わせ処理を実行したり、推定した視差の大きさに応じて超解像処理とつなぎあわせ処理を選択したりすると、処理のためのメモリの削減や演算時間の短縮につながる。
超解像処理の効果を見込むには、撮像素子に取り付けたローパスフィルタや光学系（レンズアレイを構成する各レンズ）のカットオフ周波数などの帯域制限を取り除く必要があるため、前述したように撮像素子にはローパスフィルタを設けず、また装置で狙いとする空間周波数（撮像素子のナイキスト周波数より高い周波数）に対してカットオフ周波数が高くなるように、光学系を設計しておく必要がある。
【００４４】
レンズアレイを用いて薄型化した光学系は、焦点距離が短く、また面数が少ないことに起因して光学系の設計の自由度も低い。更に指の静脈認証にレンズアレイ光学系を用いる場合は被写体距離が短く、かつ変動するため、個眼画像、あるいは再構成した単一画像全体にわたって歪みやデフォーカスを抑えた画像を得ることは一般に難しい。本発明の装置では、特許文献４にも示したように、レンズへの光線の入射角に伴うＭＴＦの差異を抑え、前記差異抑制に伴うＭＴＦの低下を、光学系の設計段階、あるいは光学系の製造誤差を考慮し、装置製造後の評価や検査の段階、で求めて記憶しておいたＰＳＦパターンによるデコンボリューション演算で補正することにより、個眼画像、あるいは再構成した単一画像全体にわたって歪みやデフォーカスを抑えた血管画像を取得する。前記ＭＴＦの差異を抑制しきれない場合は、被写体距離ごと、あるいは光線入射角ごとでＰＳＦパターンを求めて記憶しておき、それらに応じて異なるＰＳＦパターンを用いてデコンボリューション演算を実行する。デコンボリューション演算は、再構成する前の各個眼画像に対して実行してもよいし、再構成後の単一画像に対して実行してもよい。各個眼画像に対してデコンボリューションを実行する場合は、
撮像素子のナイキスト周波数で適正に帯域制限したＰＳＦパターンを用い、再構成画像に対して実行する場合は、超解像処理により広げた帯域に対して適正に帯域制限したＰＳＦパターンを用いる。
以上の再構成処理は、パソコンやマイコンによるソフトウェアで行ってもよいが、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の専用演算器を用いると処理を高速化できる。
【００４５】
再構成した血管パターンの単一画像を、あらかじめデータベースに登録した血管パターン画像と比較、照合することにより、個人認証する。血管パターン画像をデータベースに登録する際は、図１１の装置において、登録／認証切替え部を登録モードに切替え、再構成した血管パターン画像をデータベースに記憶する。認証演算は、上述の血管パターン画像そのものを用いるパターンマッチング演算の他に、画像から抽出した血管走行の分岐点座標などの数値データを個人の特徴情報としてデータベースに登録・記憶しておき、認証時に取得した血管パターン画像から個人の特徴情報を抽出して、それらを比較・照合してもよい。その場合、装置構成に特徴情報抽出部が付加されるが、登録データ量が少なくてすむなどのメリットがある。
【００４６】
被写体の解像力は、撮像素子のナイキスト周波数と被写体位置での光学倍率との積になるが、静脈認証のように、皮膚厚みの個人差により被写体距離が変動すると、被写体が長くなるにつれ光学倍率が低下し、その分解像力が低下していく。解像力の低下に伴い認証に用いる血管パターンが少なくなるため、認証精度が低下し、認証精度、認証のしやすさの個人差が生じ、問題となる。そのような解像力の低下を、被写体距離が長くなるにつれて小さくなった（サンプリングが高密度化した）個眼像間での相対視差を用いた上述の超解像処理により補償することで、被写体距離に伴う解像力変動を抑制でき、認証精度、認証のしやすさの個人差を抑えることができる。
【００４７】
図１４は遮光部材の他の実施形態を示す図である。
同図において符号３０は遮光膜を示す。
遮光膜３０は、例えば、レンズアレイの凸レンズがある方の面に蒸着されたクロム膜によって形成される。レンズの有効径内のみクロム膜が除去されて、除去された円形開口部分がレンズの開口として作用する。クロム膜が蒸着されたレンズアレイを、矩形開口を有する遮光部材８と組み合わせ、接着させて、レンズアレイと遮光部材からなる撮像光学系を構成する。同図の遮光部材８は、図１１における遮光部材８ｂと類似の形状になっている。円形開口の作製プロセスは、例えばレンズアレイのレンズ側にクロムを成膜し、その後クロム成膜面全体にレジストを塗布する。レジスト塗布面に対し、レンズ有効領域以外をマスクして露光、現像する。その後、現像された部分をエッチングしてクロム膜を除去し、最後に残ったレジストを除去して、レンズ有効領域のみクロム膜が除去されたレンズアレイを得る。レンズピッチがマスクにおける開口ピッチ精度に依存するため、レンズと開口のピッチ誤差を小さく抑制することができるため、円形開口を有する遮光部材と矩形開口を有する遮光部材を別々に作製し、接着する場合に対して、アライメント誤差を低減でき、また部材コストや組付け時間に伴うコストを低減することができる。
【００４８】
上記は蒸着膜にクロムを用いる場合を示したが、光に対して遮光性のある材料であれば他の材料を用いてもよい。同様に、蒸着による成膜の例を示したが、レンズ部をマスクする手法を用いれば、黒塗装などの手法によっても遮光皮膜を作ることができる。
上記はレンズアレイのレンズ側の面にクロムの円形開口部を作製する例を示したが、レンズと反対側の面に作製してもよい。ただしその場合は、円形開口部と矩形開口部との間に、レンズ光軸方向に対する隙間ができるため、フレア光が混入する恐れがある。
以上では、二次元撮像素子を用い、レンズアレイを構成する１個のレンズによる像を複数の画素を用いて撮像する装置について述べたが、１個のレンズにつき１画素で撮像する場合の撮像光学系にも適用でき、また一次元撮像素子を用いる場合にも適用できる。
さらに以上では、生体内部の被写体を撮像する実施例を示したが、本発明はそれ以外の一般的な被写体にも適用可能であることはいうまでもなく、その場合、光学的バンドパスフィルタや生体透過率を有するＬＥＤ光源は不要である。
【００４９】
図１１では指を撮像装置に密着させた状態で指の皮下にある血管パターンを観察するため、被写体サイズと撮像素子の撮像面積とはほぼ同サイズとなり、そのために、認証精度を保証するのに十分な被写体サイズを確保するには、大きな撮像面積をもつ撮像素子が必要となる。撮像素子は微細化、小型化が進んでいるため、大型の撮像素子は特殊用途でコストが高くなる。携帯電話等の小型電子機器に撮像装置を搭載する場合、低コスト、省スペースは必要条件となるため、上記のような大型で高コストの撮像素子を用いるのは好適ではない。例えば、 ＳＸＧＡやＶＧＡ、ＱＶＧＡなどの汎用の撮像素子を、携帯電話等の小型電子機器における一般の撮影用途と生体認証用途で共通の撮像装置として使用すれば、低コスト、省スペース化の両者で有用となる。
【００５０】
図１５は撮像装置の他の実施形態を示す図である。
同図は、図１において撮像装置に密着していた指を、撮像装置から離して設置した構成となっている。被写体である指から距離を離して撮像装置を設置するため、撮像装置による観察視野が広くなり、大きなサイズの被写体を小さな撮像素子を用いて観察可能となる。ただし、指が撮像装置全体を覆っていないため、生体認証をする際に、血管パターンを撮像するための近赤外光以外の光が撮像装置に混入して画像ノイズとなり、認証精度を低下させる。そのために、ＬＥＤ光源の発光制御部１８に、信号発生器３１からの変調信号を入力し、以降に示す方法で、生体認証における近赤外光以外の光による画像ノイズを除去する。
【００５１】
まず１つの方法は、ＬＥＤ光源の発光制御部８に信号発生器３１からパルス状の強度変調信号を与えて、被写体に照明する光をパルス化する。そして光を照明した場合の像と照明しない場合の像を撮像し、両者の差分をとると、可視光線など、照明した近赤外線以外の光による画像内のバイアス成分が除去され、照明光による画像のみを取得することができる。
図１６は照明光の変調の仕方の１例を示す図である。
別の方法として、ＬＥＤ光源の発光制御部１８に信号発生器１３から正弦波状の強度変調信号を与えて、被写体に照明する光強度を正弦波状に変化させる。すると撮像素子の画素ごとで、同図に示すような変調強度が連続的に得られる。画像内の任意の位置（x、y）における画素の強度変化は数４のように表せる。
【００５２】
【数４】
2009225064.tif 000006
【００５３】
上式のＩは画素の強度、Ａはバイアス光の強度、Ｂは照明光の変調振幅、φは照明光の変調位相である。図１６にｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４で示したように、例えば変調周期の１周期内を４等分する時間間隔で画像を取得すると、各時間で取得される画像強度は以下のように数５〜数８で表せる。
【００５４】
【数５】
2009225064.tif 000007
【００５５】
【数６】
2009225064.tif 000008
【００５６】
【数７】
2009225064.tif 000009
【００５７】
【数８】
2009225064.tif 000010
【００５８】
数５〜数８を用いて、変調光の振幅は数９で求めることができ、バイアス光の影響を除去した画像を、変調光の振幅として取得することができる。
【００５９】
【数９】
2009225064.tif 000011
【００６０】
上記では、変調周期を４等分するサンプリング間隔で画像を取り込んだが、サンプリング数を増やしてもよいし、変調振幅を抽出する演算に離散フーリエ変換を用いても変調振幅を算出できる。サンプリング数を増やすとより詳細に、バイアス光の影響を除去した画像を抽出できる。
【００６１】
図１７は携帯電話に認証装置を搭載した実施形態の模式図である。同図（ａ）は認証装置を搭載した携帯電話の斜視図、同図（ｂ）は他の形式の携帯電話に搭載した認証装置を使用している状態を示す図である。
同図において符号４０は携帯電話器、４１はカメラ部をそれぞれ示す。
上述の画像入力装置や認証装置を、携帯電話やノートＰＣ、ＰＤＡ等の小型化・薄型化が要求される電子機器に組込むことで、電子機器本体の小型化・薄型化を実現しやすくなる。特に携帯電話においてカメラは機器本体の厚みを律するデバイスとなっており、薄型デバイスの寄与は大きい。
同図（ｂ）は、携帯電話に本発明による撮像装置を、指の静脈認証用途とテレビ電話におけるユーザ撮影用途の両方で使用する例を示す。携帯電話に取り付けた図示しないスイッチにより静脈認証モードとテレビ電話モードとの切替えを行う。静脈認証モードでは、ＬＥＤ光源から強度変調された近赤外光が照明され、指を図のように撮像装置に近づけて静止させると、指が撮像されて、上述のように、近赤外のみを抽出する処理が実行され、再構成された画像を用いて認証処理が実行される。テレビ電話モードでは、ＬＥＤ光源から光は発光されず、ユーザの顔など通常の画像が再構成される。前述の視差を利用した複眼像の再構成処理を用いることにより、被写体までの距離の変化に対応できる。画素数が多くなると複眼画像処理の演算負荷が大きくなるが、携帯電話のテレビ電話用途で用いるような画素数の少ないＱＶＧＡ撮像素子を使用すると、画素数の低減に伴い演算負荷を抑えることができる。
【００６２】
図１８は図１７（ｂ）の携帯電話に搭載した他の形式の認証装置を使用している状態を示す図である。
この実施形態では、認証装置はライン画像を取り込み、ライン状の分割画像から単一画像を再構成する方式を採用している。したがって、使用者は、指を撮像装置に対し、指定された方向にほぼ等速で移動させる。図９もしくは図１０において説明したような方法により再生画像を構成し、記憶領域に記憶されている画像データと照合し、画像と登録データが入力データ等と一致すれば認証成立とする。
【００６３】
図１９はノート型ＰＣに認証装置を組み込んだ図である。
同図において符号５０はＰＣ本体、５１は認証装置をそれぞれ示す。
ＰＣに生体認証装置を搭載すれば、特定の人以外に使用できないようにしたり、同じＰＣを複数の人が利用する場合でも、他の人のデータを見ることができないように設定することができ、機密保持などに利用することができる。
本発明による認証装置を搭載すれば、撮像装置の小型・薄型化に伴う省スペース化、また低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の１つの実施形態を説明するための図である。
【図２】遮光部材の作用を説明するための図である。
【図３（ａ）】撮像装置に取り込まれる原画像を説明するための図である。
【図３（ｂ）】撮像素子上に形成される分割像を説明するための図である。
【図４】認証装置の原理を説明するための分解斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明するための図である。
【図６】平凸レンズの光学性能を説明するための図である。
【図７】遮光部材とレンズアレイの組み立て時の関係を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態を説明するための図である。
【図９（ａ）】本実施形態によって取得されるライン画像の模式図である。
【図９（ｂ）】本実施形態による取得画像の再構成画像を示す図である。
【図９（ｃ）】１ラインの部分拡大図である。
【図１０】さらに他の実施形態を説明するための図である。
【図１１】さらに他の実施形態を説明するための図である。
【図１２】図１１の撮像素子側から見た平面図である。
【図１３】被写体距離の違いによる隣接レンズにおける重複像の変化を説明するための図である。
【図１４】遮光部材の他の実施形態を示す
【図１５】撮像装置の他の実施形態を示す図である。
【図１６】照明光の変調の仕方の１例を示す図である。
【図１７】携帯電話に認証装置を搭載した実施形態の模式図である。
【図１８】図１７（ｂ）の携帯電話に搭載した他の形式の認証装置を使用している状態を示す図である。
【図１９】ノート型ＰＣに認証装置を組み込んだ図である。
【符号の説明】
【００６５】
３      撮像素子
４      遮光部材
５      レンズアレイ
６      被検体としての指
７      静脈
８      遮光部材
【図１】
2009225064.tif 000012
【図２】
2009225064.tif 000013
【図３（ａ）】
2009225064.tif 000014
【図３（ｂ）】
2009225064.tif 000015
【図４】
2009225064.tif 000016
【図５】
2009225064.tif 000017
【図６】
2009225064.tif 000018
【図７】
2009225064.tif 000019
【図８】
2009225064.tif 000020
【図９（ａ）】
2009225064.tif 000021
【図９（ｂ）】
2009225064.tif 000022
【図９（ｃ）】
2009225064.tif 000023
【図１０】
2009225064.tif 000024
【図１１】
2009225064.tif 000025
【図１２】
2009225064.tif 000026
【図１３】
2009225064.tif 000027
【図１４】
2009225064.tif 000028
【図１５】
2009225064.tif 000029
【図１６】
2009225064.tif 000030
【図１７】
2009225064.tif 000031
【図１８】
2009225064.tif 000032
【図１９】
2009225064.tif 000033