生体情報取得装置、および生体認証装置

【課題】光量むらを低減し高精度に生体情報を得ることができるとともに、薄型化を容易に図ることができる生体情報取得装置、及び生体認証装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本適用例の生体情報取得装置としての生体情報取得部２は、生体４に光を照射する光源１０と、生体４からの光を集光する複数のマイクロレンズが形成された透光性基板１１と、光源１０に近い領域よりも遠い領域において透過率が高くなるように設けられた開口部と遮光部とを有する透過率分布フィルターと、マイクロレンズにより集光された光を受光する複数の受光素子を備えたイメージセンサー基板１３と、を備え、透過率分布フィルターとマイクロレンズとが透光性基板１１に形成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報を利用するための生体情報取得装置、および生体認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記生体情報取得装置は、例えば正規使用者を認証するために、正規使用者の指紋、静脈または虹彩などの撮像データを用いて判定する、生体認証装置に利用されている。
【０００３】
また近年では、様々な機器の薄型化、あるいは意匠性の制約等に伴い、このような機器に直接搭載可能な薄型の生体情報取得装置の実現が望まれている。例えば、特許文献１では生体と同等の面積となるイメージセンサー、光学系（マイクロレンズ及び斜め方向から入射する不要な光を遮光するアパーチャグリル）及び光源等、多くの構成部材を必要としていた。また、特許文献２及び特許文献３では、光源も含めて薄型にするため、点光源を配置した際の面内の光量ムラをほぼ均一にするような透過率分布フィルターを別部材として追加した構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６８１１８号公報
【特許文献２】特許第４１５３９７１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、薄型の生体情報取得装置にする為、特許文献２または特許文献３に記載の透過率分布フィルターと、イメージセンサーもしくは光学系とを精密に貼り合わせる必要があった。また、構成部材となる透過率分布フィルターの厚さ分だけ、生体情報取得装置が厚くなってしまうという課題があった。
つまり、薄型で光量ムラを低減した生体情報取得装置を実現することが困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係る生体情報取得装置は、生体に光を照射する光源と、前記生体からの光を集光する複数のマイクロレンズが形成された透光性基板と、前記光源に近い領域よりも遠い領域において透過率が高くなるように設けられた開口部と遮光部とを有する透過率分布フィルターと、前記マイクロレンズにより集光された光を受光する複数の受光素子を備えたイメージセンサーと、を備え、前記透過率分布フィルターと前記マイクロレンズとが前記透光性基板に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、従来の構成部材となっていた透過率分布フィルターが、マイクロレンズを形成する透光性基板に形成されているため、透過率分布フィルターが別部材として必要であった従来の生体情報取得装置よりも薄型化が可能となる。
従って、薄型で光量むらを低減した生体情報取得装置を提供することができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の生体情報取得装置は、前記透光性基板の第１面側において、前記透過率分布フィルターと前記マイクロレンズとが、形成されている事が好ましい。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の生体情報取得装置は、前記透光性基板の第１面側において、前記透過率分布フィルターと、前記透過率分布フィルターを覆い表面が平坦化された樹脂層と、が形成され、前記マイクロレンズが、前記樹脂層上に形成されていることが好ましい。
【００１１】
本適用例によれば、透過率分布フィルターの段差が、樹脂層により平坦化され、マイクロレンズを形成する工程において高精度にマイクロレンズを形成することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の生体情報取得装置は、前記透光性基板の第１面側において、前記透過率分布フィルターと、前記透過率分布フィルターを覆い表面が平坦化された樹脂層と、前記樹脂層の前記表面をエッチングして形成された前記マイクロレンズとを有することが好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、透過率分布フィルターの段差を、樹脂層により平坦化し、その樹脂層をエッチングするので、簡便な方法でマイクロレンズを形成することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の生体情報取得装置は、前記マイクロレンズと平面視にて重なる前記受光素子との光軸に沿った光を透過し、前記光軸とは異なる斜め方向からの光を遮光する遮光層を有する遮光基板を備え、前記遮光基板は、前記透光性基板と前記イメージセンサーとの間に配置されていることが好ましい。
【００１５】
［適用例６］上記適用例に記載の生体情報取得装置は、前記透光性基板と、前記イメージセンサー、もしくは前記遮光基板とを、貼り合わせる際に使用する前記透光性基板に形成されたアライメントマークは、前記透過率分布フィルターと、同一層で形成されていることが好ましい。
【００１６】
本適用例によれば、より簡便に透光性基板上にアライメントマークを形成することが可能で、遮光基板もしくはイメージセンサーとの高精度な貼り合わせが可能となる。
【００１７】
［適用例７］本適用例に記載の生体認証装置は、上記適用例の生体情報取得装置と、前記生態情報取得装置から得られた生体情報に基づいて、あらかじめ登録された正規使用者の認証を行う認証部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例によれば、光源の配置によらず生体情報を正確に取得可能であると共に、薄型な生体認証装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態１に係る生体認証装置の全体構成を表す機能ブロック図。
【図２】生体情報取得部の断面構成を表す模式図。
【図３】生体認証装置の平面構成を表す模式図。
【図４】透過率分布フィルターが無い場合の光強度分布を示すグラフ。
【図５】透光性基板に配置された透過率分布フィルターの一例を示す概略平面図。
【図６】透過率分布フィルターの透過率分布を示すグラフ。
【図７】透過率分布フィルターを設置した場合の光強度分布を示すグラフ。
【図８】透過率分布フィルターの各領域に配置された開口部および遮光部の一例を示す概略平面図した。
【図９】透過率分布フィルターの各領域に配置された開口部および遮光部の他の例を示す概略平面図。
【図１０】透光性基板における透過率分布フィルターおよびマイクロレンズの配置の一例を示す概略断面図。
【図１１】透光性基板における透過率分布フィルターおよびマイクロレンズの配置の他の例を示す概略断面図。
【図１２】本発明の実施形態２に係る生体認証装置の全体構成を表す図。
【図１３】実施形態２の生体認証装置を手首に装着した様子を示す説明図。
【図１４】実施形態２の透光性基板に配置された透過率分布フィルターの一例を示す概略平面図。
【図１５】本発明の実施形態２に係る生体認証装置の全体構成を表す機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１としての生体認証装置を示したものである。図１に示すように、本実施形態の生体認証装置１は、生体４の静脈パターン（生体情報）１７を取得する生体情報取得部（生体情報取得装置）２と、生体情報取得部２によって取得された静脈パターンによって個人認証を行う制御及び認証部３とを備えている。以下、生体４として指を利用した例を挙げて説明する。
【００２１】
図２は生体情報取得部の断面模式図である。生体情報取得装置としての生体情報取得部２は、生体４の静脈パターン１７を照明する光源１０と、生体４からの光を集光する複数のマイクロレンズ１１１が形成された透光性基板１１と、マイクロレンズ１１１と平面視にて重なる受光素子１３０との光軸に沿った光を透過し、光軸とは異なる斜め方向からの光を遮光する遮光層を有する遮光基板１２と、集光された光に基づき、撮像データを生成する複数の受光素子１３０が形成されたイメージセンサーとしてのイメージセンサー基板１３を有している。
【００２２】
光源１０は、例えばＬＥＤからなっており、例えば、生体４に対してイメージセンサー基板１３と同一の側に、例えば生体４の長手方向における両端位置に設けられている。図１に示すように、光源１０は、光源制御部１４に電気的に接続されており、光源制御部１４による発光制御のもと、例えば近赤外光を生体４に向かって照射する。
【００２３】
生体４の静脈パターン情報を有した、生体４から発した光は、透光性基板１１に入射される。透光性基板１１の１面（光が入射する側と反対側の面）には、透過率分布フィルター１１０が配置されており、詳しくは後述するが光源１０からの距離に応じた領域によって透過率が異なるように設けられた開口部と遮光部とを有している。
【００２４】
透過率分布フィルター１１０と同一面側に、マトリクス状に配置された複数のマイクロレンズ１１１を有しており、集光力を有したマイクロレンズ１１１がイメージセンサー基板１３の受光素子１３０と、例えば、１対１の配置で同軸上に並んでいる。また、マイクロレンズ１１１は、例えば、屈折率ｎが１よりも大きな樹脂を用いて形成することが出来る。
【００２５】
マイクロレンズ１１１を透過した光は、遮光基板１２に入射される。遮光基板１２は、マイクロレンズ１１１と受光素子１３０とを結ぶ光軸とは異なる斜め方向からの光５０を遮光する為に、例えば、透光性樹脂層１２１を介して積層された遮光層１２０を有する。
【００２６】
遮光基板１２を透過した光は、イメージセンサー基板１３の複数の受光素子１３０に入射され、電気信号に変換され静脈パターン１７を得る。イメージセンサー基板１３は図１に示すように、個人認証を行う認証制御部１５に電気的に接続され、認証制御部１５は、メモリー（生体情報記憶部）１６に電気的に接続されている。
メモリー１６は、イメージセンサー基板１３からの電気信号（静脈パターン）を記憶データとして記憶するようになっている。
認証制御部１５は、イメージセンサー基板１３からの電気信号を静脈パターン取得データとし、メモリー１６にあらかじめ記憶された静脈パターン１７の記憶データと比較するようになっている。そして、認証制御部１５は、両データが一致すると、認証が完了したものとして外部機器の利用を許可する許可信号を出力するようになっている。
【００２７】
次に透過率分布フィルター１１０の概構成について図３〜図７を用いて説明する。
図３は、図１に示した生体認証装置の平面構成を表す模式図である。詳しくは、指側から見た概略平面図である。光源１０は指の根本と指先部とに対応して、例えば２個ずつ並べられて配置されている。指の長手方向に配置された光源１０の間の領域が撮像領域２０となっている。
【００２８】
図３において透過率分布フィルターが無い場合のＡ−Ａ’断面の光量分布を図４に示す。
透過率分布フィルター１１０が無い場合には、光源１０に近い場所と遠い中心部とでは、１００倍程度の光量差が発生し、撮像領域２０全領域でほぼ均一な被写体像を得ることは困難となる。
【００２９】
図５は、透光性基板に配置された透過率分布フィルターの一例を示す概略平面図である。本実施形態の透過率分布フィルター１１０は、図４の光量分布をほぼ均一に補正する様な透過率を有する。
図６に、図５で示した透過率分布フィルターのＢ−Ｂ’断面での透過率を示し、図７に、透過率分布フィルター１１０を撮像領域２０に配置した際の、図４で示した、Ａ−Ａ’断面での光強度分布を示す。この透過率分布フィルター１１０を配置することにより、撮像領域２０でほぼ均一な光量になることがわかる。
【００３０】
次に、透過率分布フィルター１１０の詳細構成について、図８〜図１１を用いて説明する。
図８および図９は、図５で示した高濃度領域３１（光源に近い領域）および、中濃度領域３２、低濃度領域３３（光源から遠い領域）の平面模式図である。ここで、開口部１１２は、マイクロレンズ１１１の内側で、マイクロレンズ１１１により集光された光が透過する部分である。開口部１１２以外の部分が遮光部である。この開口部１１２の大きさで、平面的に見た透過率が既定される。
本実施形態における開口部１１２の面積は、高濃度領域３１を基準とし、２次関数的に大きくなり、最終的に光源１０から最も遠い低濃度領域３３では、ほぼ平面的にみて、マイクロレンズ１１１全域で光が透過するようになっている。
図８では、平面的に見てマイクロレンズ１１１の内側のみで、開口部１１２が配置されるが、図９では、光源配置方向と直交方向に開口部１１２が配置された例を示している。
【００３１】
図１０では、複数のマイクロレンズ１１１が形成された透光性基板１１の断面模式図を、図８および図９で示したＤ−Ｄ’断面、Ｅ−Ｅ’断面、Ｆ−Ｆ’断面領域それぞれについて示す。
透過率分布フィルター１１０は、遮光性能を有する、５０ｎｍから３００ｎｍ程度に膜厚設定したＣｒやＴｉＮ等で形成され、フォトリソグラフィーやエッチングによって、高濃度領域（光源１０に近い領域）３１から低濃度領域（光源１０から遠い領域）３３まで開口部１１２を既定した平面形状で形成する。次にマイクロレンズ１１１は、感光性アクリル等、感光性樹脂を用い、フォトリソグラフィーを利用する事で形成する。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態に係る生体認証装置１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）透過率分布フィルター１１０やマイクロレンズ１１１を薄膜技術で形成することが可能となり、薄型が可能となる。
（２）また、同一基板上において透過率分布フィルター１１０とマイクロレンズ１１１とを、共にフォトリソグラフィー技術を用いて形成する事が可能となり、透過率分布フィルター１１０とマイクロレンズ１１１とを、別基板で組立をすることなく、高精度に位置合わせして所望の透過率設定が可能となる。
（３）さらに、透過率分布フィルター１１０は、他のイメージセンサー基板１３や、遮光基板１２との貼り合わせ時に使用する、アライメントマークとしても使用可能となり、わざわざ専用のアライメントマークを形成する必要がないので、工程数の削減に有効である。
【００３３】
（変形例１）
図１１は、変形例１に関わる、透光性基板１１の断面模式図である。上記実施形態１では、図１０に示すとおり、透光性基板１１上に形成された透過率分布フィルター１１０に重ねてマイクロレンズ１１１を形成した構成であるものとして説明したが、この構成に限定するものでない。
以下、変形例１に関わる、生体認証装置１（生体情報取得部２）について説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を附し、重複する説明は省略する。
【００３４】
まず、透光性基板１１上に透過率分布フィルター１１０を形成し、次に、透過率分布フィルター１１０の段差を埋めて表面を平坦化する為の平坦化樹脂層１１４を形成した後に、複数のマイクロレンズ１１１を形成する。
このときマイクロレンズ１１１は、空気層より高屈折率な材料を使用することが最良であり、感光性アクリル樹脂やレジスト樹脂を用いることができる。
このような方法によれば、透過率分布フィルター１１０を覆う平坦化樹脂層１１４上にマイクロレンズ１１１が形成されるので、透過率分布フィルター１１０の段差の影響を受けずに、マイクロレンズ１１１の球面形状を精密に既定することが可能となる。
【００３５】
（変形例２）
また、上記平坦化樹脂層１１４をアクリル樹脂やフォトレジストに代表される感光性樹脂材料を用いることによって、より簡便に精密なマイクロレンズ１１１を形成することができる。
まず、透光性基板１１上に透過率分布フィルター１１０を形成し、次に、透過率分布フィルター１１０の段差を埋めて表面を平坦化する為の平坦化樹脂層１１４を塗布する。その後、フォトリソグラフィーにて平坦化樹脂層１１４を露光し、現像、焼成をすることで、精密なマイクロレンズ１１１を形成でき、平坦化樹脂層１１４とマイクロレンズ１１１とを１つの層で形成することができる。
【００３６】
（実施形態２）
図１２は、本発明の実施形態２に係る生体認証装置を示したものである。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
図１２に示すように、本実施形態の生体認証装置１００は、円形板状に形成された円形基盤部１２６を備えている。円形基盤部１２６には、互いに同一直線上に延びるバンド部１２６ａ，１２６ｂが設けられている。一方のバンド部１２６ｂの先端には、他方のバンド部１２６ａの先端を係止させるための係止部１２６ｃが設けられている。
図１５は、本実施形態のブロック図を示しており、生体４の静脈パターン（生体情報）を取得する上記実施形態の生体情報取得部（生体情報取得装置）２と、生体情報取得部２によって取得された静脈パターンによって個人認証を行う制御及び認証部３とを備えている。
このような構成のもと、図１３に示すように、バンド部１２６ａ，１２６ｂを手首に巻回し、係止部１２６ｃをバンド部１２６ａの先端に係止することにより、生体認証装置１００を手首に装着して、手首内の静脈パターンを取得することができるようになっている。
【００３７】
本実施形態による、平面的に見た透光性基板１１の平面模式図を図１４に示す。光源１０は円形基盤部１２６の中心に対して同心円上に複数配置されており、所謂環状光源となっている。透過率分布フィルター１１０は、複数の光源１０によって囲まれた撮像領域２０の中心部３３に向かって、２次関数的に透過率が大きくなる平面配置となっている。
【００３８】
この様な透過率の平面分布を示す透過率分布フィルター１１０の場合、同心円上の複数のマイクロレンズ１１１と透過率分布フィルター１１０とが必要となる。本構成によれば、同一基板上において、マイクロレンズ１１１と透過率分布フィルター１１０とをフォトリソグラフィーによって形成できるため、互に高精度に位置決めでき、所望の精密な透過率設定が可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１…生体認証装置、２…生体情報取得装置としての生体情報取得部、３…認証部、４…生体、１０…光源、１１…透光性基板、１２…遮光基板、１３…イメージセンサーとしてのイメージセンサー基板、１００…生体認証装置、１１０…透過率分布フィルター、１１１…マイクロレンズ、１１２…開口部、１１４…樹脂層としての平坦化樹脂層、１２０…遮光層、１３０…受光素子。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体に光を照射する光源と、
前記生体からの光を集光する複数のマイクロレンズが形成された透光性基板と、
前記光源に近い領域よりも遠い領域において透過率が高くなるように設けられた開口部と遮光部とを有する透過率分布フィルターと、
前記マイクロレンズにより集光された光を受光する複数の受光素子を備えたイメージセンサーと、を備え、
前記透過率分布フィルターと前記マイクロレンズとが前記透光性基板に形成されていることを特徴とする生体情報取得装置。
【請求項２】
前記透光性基板の第１面側において、
前記透過率分布フィルターと前記マイクロレンズとが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生体情報取得装置。
【請求項３】
前記透光性基板の第１面側において、
前記透過率分布フィルターと、
前記透過率分布フィルターを覆い表面が平坦化された樹脂層と、が形成され、
前記マイクロレンズが、前記樹脂層上に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報取得装置。
【請求項４】
前記透光性基板の第１面側において、
前記透過率分布フィルターと、
前記透過率分布フィルターを覆い表面が平坦化された樹脂層と、
前記樹脂層の前記表面をエッチングして形成された前記マイクロレンズとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の生体情報取得装置。
【請求項５】
前記マイクロレンズと平面視にて重なる前記受光素子との光軸に沿った光を透過し、前記光軸とは異なる斜め方向からの光を遮光する遮光層を有する遮光基板を備え、
前記遮光基板は、前記透光性基板と前記イメージセンサーとの間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。
【請求項６】
前記透光性基板と、
前記イメージセンサー、もしくは前記遮光基板とを、
貼り合わせる際に使用する前記透光性基板に形成されたアライメントマークは、
前記透過率分布フィルターと、同一層で形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の生体情報取得装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の生体情報取得装置と、
前記生体情報取得装置から得られた生体情報に基づいて、あらかじめ登録された正規使用者の認証を行う認証部と、を備えたことを特徴とする生体認証装置。

【図１】