虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法
【課題】鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することのできる虹彩認証用撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置８の設置点をＡ、照明装置３５の設置点をＢ、照明装置３５から出射され目の角膜３４で反射し撮像装置８に入射する光が当該角膜３４上で反射する点をＰとしたとき、点Ｂを点Ａに対して下記条件式（１）または（２）を満たすよう設置する。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、θは角ＡＰＢ、ｒは角膜３４を表す仮想円の半径、ｐ1は瞳孔３の半径、ｐ2は虹彩２の半径、Ｌは点Ａを通り撮像装置８の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）。
【解決手段】撮像装置８の設置点をＡ、照明装置３５の設置点をＢ、照明装置３５から出射され目の角膜３４で反射し撮像装置８に入射する光が当該角膜３４上で反射する点をＰとしたとき、点Ｂを点Ａに対して下記条件式（１）または（２）を満たすよう設置する。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、θは角ＡＰＢ、ｒは角膜３４を表す仮想円の半径、ｐ1は瞳孔３の半径、ｐ2は虹彩２の半径、Ｌは点Ａを通り撮像装置８の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各個人によって独自の模様になっている目の虹彩をセキュリティー等における認証情報として活用すべく、光源からの光で照明された目を撮像素子で撮影する虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セキュリティー等の観点から種々の個人認証システムが提供されている。その一つとして、各個人によって固有の特性を有する目の虹彩を確認情報として活用する虹彩認証システムがある。
【０００３】
かかる虹彩認証システムは、個人の目をＣＣＤ等の撮像素子で撮影し、その撮影によって得られた画像から虹彩に関する情報（画像）を抽出して既に登録済みの虹彩情報と比較照合することにより、個人認証を行うようになっている。
【０００４】
かかる虹彩認証システムは、上述の如く、セキュリティー等の観点から信頼性が要求されるため、鮮明で精度のよい画像を取得すべく、目の全体に近赤外光などの照明光を照射した状態で、目の全体を撮影し、これによって得られた画像から虹彩情報を取得するようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照を参照）。
【特許文献１】特開２００３−３６４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された虹彩認証システムでは、虹彩に照射された照明光がこの虹彩で反射し、その反射光が撮像装置に入射することにより、虹彩の画像が撮影されるようになっている。このとき、照明光は、虹彩を覆う半球形状の透明な角膜を透過することとなる。
【０００６】
しかしながら、照明光は角膜を完全に透過するわけではなく、一部が角膜の表面で反射する。このように角膜で反射した照明光が撮像装置に入射すると、照明用の光源（光源の光）が目の画像上に白い点として映り込んだ状態で、撮像素子に撮影される（いわゆるキャッチライト現象）。このように映り込んだ光源の光が虹彩の画像上に差しかかると、その画像における虹彩は、模様が欠落した状態になってしまい、撮影した画像から信頼性の高い虹彩情報を取得できないといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することのできる虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る虹彩認証用撮像装置は、照明装置と、該照明装置からの光が照射された状態で目を撮影する撮像装置とを備え、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で目を撮影する虹彩認証用撮像装置であって、前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴としている。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【０００９】
かかる虹彩認証用撮像装置によれば、虹彩認証の際、照明装置の照明光の映り込みが虹彩の画像上にさしかかり、虹彩情報が欠落し、虹彩認証ができなくなるという現象を防止することができる。以下、その根拠を、図６および図７を参照して説明する。
【００１０】
そもそも、照明装置３５からの照明光が虹彩２の画像上に映り込むという現象のメカニズムは次のように説明できる。図６に示すように、角膜３４上で反射し撮像装置８に入射する照明光は、照明装置３５の設置点Ｂから出射され、角膜３４上の点Ｐで反射したのち、撮像装置８の設置点Ａに到達する。このとき、照明光の映り込みは、この点Ｐの位置に発生することとなる。
【００１１】
したがって、虹彩２の内周上の点Ｑ1から撮像装置８の光軸に平行な直線と角膜３４を表す仮想円Ｒとの交点をＰ1とし、虹彩２の外周上の点をＰ2としたとき、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置するとき、照明光の映り込みが虹彩２の画像上に位置することとなる。つまり、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置しないような点Ｂの位置を示せば、虹彩２の画像上に映り込みが発生しないような照明装置３５の位置を示したことになる。以下、このような条件を満たす点Ｂの位置につき検証する。
【００１２】
図７は、図６の各要素をｘ−ｙ座標上に置いたものであり、ｘ−ｙ座標の原点Ｏに角膜３４の仮想円Ｒの中心を置いている。このとき、撮像装置８の設置点Ａはｘ軸上の点として表され、点Ｐは円Ｒ上の点として表される。そして、点Ｂは、点Ｐを通りこの点Ｐの法線ＯＰを対称軸として直線ＰＡと対象な直線上の点として表される。ここで、点Ｐのｙ座標をｐとし、点Ｐにおける法線ＯＰとｘ軸（＝撮像装置８の光軸）とのなす角をθ’とすると、次式（３），（４）が成立する。
θ ＝２（θ’＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（３）
θ’＝ａｓｉｎ（ｐ／ｒ） ……（４）
【００１３】
（３），（４）より、次式（５）が成立する。
θ＝２（ａｓｉｎ（ｐ／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（５）
【００１４】
ここで、瞳孔３の半径はｐ1、虹彩２の半径はｐ2であるので、点Ｐ1、点Ｐ2の各ｙ座標はｐ1，ｐ2である。したがって、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上にあるときのθの範囲は次式で表される。
２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））≦θ≦２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（６）
【００１５】
したがって、θの値が上記数式（６）に示す範囲外、すなわち上記数式（１）もしくは（２）に示す範囲内となるように点Ｂを設置すると、虹彩２の画像上に照明装置３５の照明光が映り込まないこととなる。具体的には、θが数式（１）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは瞳孔３内に収まり、θが数式（２）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは強膜など虹彩２の外側に位置させることができ、結果としていずれの場合も虹彩２の画像上に照明装置３５の映り込みが発生しないようにできる。
【００１６】
また、前記照明装置は、光源と、該光源からの光を被認証者の目に導く導光体とからなり、該導光体は、光源からの光が入射する入射部と、該入射部から入射した光を出射させる平面視環状の出射面が形成された環状の導光部とを備え、前記撮像装置は、撮影中心が前記環状の導光部の中心と略一致するように、導光部に画定された孔部を介して撮影可能に設けられていることが好ましい。このようにすれば、照明装置を撮像装置の周りにくまなく配置することができるため、照明光の照射ムラや影の発生を防止し、鮮明な虹彩の撮影が可能となる。また、撮像装置と照明装置とをユニット化できるので、汎用性に優れた虹彩認証用撮像装置を提供できる。
【００１７】
また、前記光源は、閃光放電管であることが好ましい。このようにすれば、例えばＬＥＤなどに比べてより強い発光量を得ることができるため、とくに光量の多い自然光が照射される環境下でも、鮮明な虹彩画像を取得することができる。
【００１８】
また、前記光源は、調光機能を有していることが好ましい。このようにすれば、例えば、光量の多い自然光が照射される環境下では光源の光量を上げることにより、鮮明で且つ精度のよい虹彩画像を取得することができる。
【００１９】
また、前記入射部に、前記光源からの光の可視光成分を遮って不可視光を通過させる可視光フィルターが設けられていることが好ましい。虹彩の撮影には必ずしも可視光は必要ないので、眩しさの原因となる可視光を遮るようにしたものである。なお、可視光フィルターは、不可視光のうちの近赤外光のみを通過させるように構成されることが好ましい。このようにすれば、虹彩模様を最も鮮明に撮影することができる。
【００２０】
本発明に係る虹彩認証用撮像方法は、照明装置からの光を被認証者の目に照射し、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で、その目を撮像装置で撮影する虹彩認証用撮像方法において、前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴としている。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【００２１】
かかる虹彩認証用撮像方法によれば、虹彩認証の際、照明装置の照明光の映り込みが虹彩の画像上にさしかかり、虹彩情報が欠落し、虹彩認証ができなくなるという現象を防止することができる。なお、上記数式（１），（２）の根拠は、既に述べた虹彩認証用撮像装置の場合と同様である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る虹彩認証用撮像装置によれば、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することができるという優れた効果を奏し得る。
【００２３】
本発明に係る虹彩認証用撮像方法によれば、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法に係る一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は、目の虹彩を認証情報として用い、予め登録されている虹彩情報とを比較した上で、被認証者が登録済みの個人であるか否かを判断して個人認証を行う認証システムの一構成要素である。この虹彩認証用撮像装置の説明に先立ち、この虹彩認証用撮像装置で撮影する目の構成について説明すると、図１に示すように、各個人の目１は、略環状の領域からなる虹彩２と、該虹彩２に内接した略円形領域からなる瞳孔３と、虹彩２に外接すると共に、まぶた４に包囲された強膜５（白目）とが形成されており、虹彩２は、上述の如く、各個人によって全く異なる模様が形成されている。
【００２６】
本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は、図２及び図３に示す如く、照明装置３５と、撮像装置８と、これら照明装置３５と撮像装置８とを内装するケーシング９とで構成される。そして照明装置３５は、光源６と、光源６からの光を被認証者に向けて導く導光体７とで構成される。
【００２７】
光源６は、周知の閃光放電管である。本実施形態に係る閃光放電管６は、直管状のガラスバルブ１０の両端部にそれぞれ主電極１２ａ、１２ｂが封着され、これら主電極１２ａ、１２ｂが軸方向に沿って外部に突出した構成からなる。該閃光放電管６は、主コンデンサ（不図示）に充電された充電電荷がガラスバルブ１０内で陰極と陽極間、すなわち主電極１２ａ、１２ｂ間で放電されることにより発光する。閃光放電管６は、周囲の環境に応じて調光可能となっており、例えば、光量の多い自然光が照射される環境下では光源の光量を上げられるようになっている。このような調光は、手動で任意に設定できるようにしてもよいし、光センサ（不図示）を用いて自動的に設定できるようにしてもよい。
【００２８】
導光体７は、透光性の部材で構成されており、環状の導光部１３と、該導光部１３の外周の一部に形成され、閃光放電管６からの光を入射させる入射部１４とを備えている。導光部１３は、一端面に平面視環状の領域からなる出射面１５を備えており、閃光放電管６からの光が入射部１４を介して外周面から入射し、その光が導光部１３内の略全域に到達して出射面１５から出射するように構成されている。入射部１４は、導光部１３と一体的に形成されており、閃光放電管６からの光が導光部１３の外周面から導光部１３内部に入射するように構成されている。この入射部１４には、閃光放電管６からの光のうち、可視光を遮って不可視光のみを抽出する可視光フィルター１７が設けられている。本実施形態に係る可視光フィルター１７は、虹彩２の模様を鮮明に映し出すのに有効な近赤外光のみを透過させるように構成されている。
【００２９】
撮像装置８は、被認証者（目１）を撮影するためのＣＣＤなどからなる固体撮像素子（不図示）を内装する撮像部１８と、撮像部１８の前面側に配置され光学系レンズ（不図示）を内装するレンズホルダ１９とを備えている。撮像部１８は、撮影した画像を被認証者の認証に活用すべく、別途設けられたコンピュータ（図示しない）に撮影した画像を画像データとして伝送可能に接続されている。レンズホルダ１９は、導光部１３から所定距離離れて位置する被認証者（目１）の像を、撮像部１８内の固体撮像素子の撮影面（不図示）で結像できるように焦点が設定されている。
【００３０】
上記構成の撮像装置８は、撮像部１８の光軸が導光体７の中心を通り、かつ、導光体７の出射円１５に垂直となるように、導光部１３の内周面に画定された孔部２０に内装されており、撮像装置８が、この孔部２０を介して被認証者の目１を撮影できるように配置されている。
【００３１】
ケーシング９は、閃光放電管６を内装する光源内装部２１と、導光体７を内装する導光体内装部２２とで構成されている。光源内装部２１は、閃光放電管６（ガラスバルブ１０）の外周面の一部を除いて包囲するように形成されている。つまり、光源内装部２１は、反射笠の役目を担い、閃光放電管６が発光させる光の殆どが入射部１４に向くように閃光放電管６を包囲している。
【００３２】
導光体内装部２２は、導光体７の入射部１４を除いた外周面及び導光体７の内周面を覆うと共に、導光体７の他端面を覆うように形成されており、入射部１４を介して導光部１３に入射した光が導光部１３の出射面１５以外の外周面、内周面及び他端面から出射しないように構成されている。
【００３３】
なお、図示しないが、本実施形態においては、撮像装置８で撮影した画像を表示させる確認用ディスプレイが、虹彩認証用撮像装置に隣接して設けられており、被認証者が撮影した画像を認識できるようになっている。
【００３４】
本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は以上の構成からなり、次に、この虹彩認証用撮像装置を用いた虹彩２の撮影手順について説明する。
【００３５】
まず、導光部１３（出射面１５）から所定距離おいた位置で撮像装置８の光軸上に被認証者の目１の中心が位置するように、以下に記載するような周知のガイド手段を用いる（例えば特開２００３−１０８９８３号公報）。
【００３６】
すなわち、まず、被認証者が虹彩認証用撮像装置に向き、該虹彩認証用撮像装置を仮起動させる。すると、この虹彩認証用撮像装置は、連続的に被認証者をプレ撮影し、その撮影された画像が確認用ディスプレイに表示される。コンピュータ内には、基本となる目１を模したガイドキャラクター画像が記憶されており、そのガイドキャラクター画像が撮影された画像に重ね合わされて確認用ディスプレイに表示される。被認証者は、この確認用ディスプレイの表示を確認しながら、撮影された画像がガイドキャラクター画像と重なる位置に来るように位置合わせを行う。画像内の目１の領域とガイドキャラクター画像とが略一致したとき、認証システムを本起動させる。この瞬間に閃光放電管６が発光する。そうすると、図４に示すように、閃光放電管６からの光が導光体７を介して被認証者の目１の略全域に照射され、この状態で撮像装置８が目１の略全域を撮影する。なお、被認証者が確認用ディスプレイに目線を置いた瞬間、撮影された目１の画像がガイドキャラクター画像と大きくずれてしまわないように、確認用ディスプレイと虹彩認証用撮像装置とは互いに近接して配置する。
【００３７】
そして、撮影された目１の画像は、画像データとしてコンピュータに伝送され、その目１の画像から虹彩２の領域についての情報のみが抽出されることになる。この虹彩２の領域の抽出については、種々の方法を採用することができるが、例えば、濃淡についての閾値を予め設定しておき、その閾値を基に撮影した画像の濃淡を識別して虹彩２の領域のみを抽出するようにしてもよい。
【００３８】
そして、データベースに予め登録されている虹彩情報（虹彩２の画像）と、抽出された虹彩情報（虹彩２の画像）とを比較し、データベース内に適合する虹彩情報があると被認証者の個人認証が完了する。
【００３９】
ところで、既に述べたように、照明装置３５からの光は、虹彩２を覆う透明の角膜３４を完全に透過せず、一部が角膜３４の表面で反射して目１の画像上に白い点として映り込み、撮像装置８に撮影される（いわゆるキャッチライト現象）。本実施の形態に係る虹彩認証用撮像装置では、このような照明装置３５の映り込みが虹彩の画像上に差しかからないように、撮像装置８と照明装置３５との位置関係について工夫をしている。すなわち、撮像装置８の設置点をＡ、照明装置３５の設置点をＢ、照明装置３５から出射され目の角膜３４で反射し撮像装置８に入射する光が当該角膜３４上で反射する点をＰとしたとき、照明装置３５の設置点Ｂを、撮像装置８の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置している。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目１の角膜３４を表す仮想円の半径
ｐ1：目１の瞳孔３の半径
ｐ2：目１の虹彩２の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置８の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【００４０】
このような設定にすることにより、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像上に差しかからなくなる根拠を図５から図７を用いて説明する。
【００４１】
まず、前記した目１の構造を具体的に説明する。図５に示すように、目１は、略球状のガラス体３２と、ガラス体３２の正面に形成される水晶体３３と、水晶体３３の正面に形成される略環状の虹彩２と、水晶体３３および虹彩２を正面から覆う略半球面形状の透明な角膜３４と、角膜３４の外周縁と連続して形成されガラス体３２の球面部分を覆う強膜５とで形成されている。虹彩２の中心孔は瞳孔３であり、目１は、この瞳孔３の開き具合を調節することにより、水晶体３３に入射する光の量を調節するようになっている。
【００４２】
このような目１の構造より、照明装置３５からの照明光が虹彩２の画像上に映り込むという現象のメカニズムは次のように説明できる。図６に示すように、角膜３４上で反射し撮像装置８に入射する照明光は、照明装置３５の設置点Ｂから出射され、角膜３４上の点Ｐで反射したのち、撮像装置８の設置点Ａに到達する。このとき、照明光の映り込みは、この点Ｐの位置に発生することとなる。
【００４３】
したがって、虹彩２の内周上の点Ｑ1から撮像装置８の光軸に平行な直線と角膜３４を表す仮想円Ｒとの交点をＰ1とし、虹彩２の外周上の点をＰ2とすると、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置するとき、照明光の映り込みが虹彩２の画像上に位置することとなる。つまり、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置しないような点Ｂの位置を示せば、虹彩２の画像上に映り込みが発生しないような照明装置３５の位置を示したことになる。以下、このような条件を満たす点Ｂの位置につき検証する。
【００４４】
図７は、図６の各要素をｘ−ｙ座標上に置いたものであり、ｘ−ｙ座標の原点Ｏに角膜３４の仮想円Ｒの中心を置いている。このとき、撮像装置８の設置点Ａはｘ軸上の点として表され、点Ｐは円Ｒ上の点として表される。そして、点Ｂは、点Ｐを通りこの点Ｐの法線ＯＰを対称軸として直線ＰＡと対象な直線上の点として表される。ここで、点Ｐのｙ座標をｐとし、点Ｐにおける法線ＯＰとｘ軸（＝撮像装置８の光軸）とのなす角をθ’とすると、次式（３），（４）が成立する。
θ ＝２（θ’＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（３）
θ’＝ａｓｉｎ（ｐ／ｒ） ……（４）
【００４５】
（３），（４）より、次式（５）が成立する。
θ＝２（ａｓｉｎ（ｐ／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（５）
ここで、瞳孔３の半径はｐ1、虹彩２の半径はｐ2であるので、点Ｐ1、点Ｐ2の各ｙ座標はｐ1，ｐ2である。したがって、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上にあるときのθの範囲は次式で表される。
２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））≦θ≦２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（６）
【００４６】
したがって、θの値が上記数式（６）に示す範囲外、すなわち上記数式（１）もしくは（２）に示す範囲内となるように点Ｂを設置すると、虹彩２の画像上に照明装置３５の照明光が映り込まないこととなる。具体的には、θが数式（１）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは瞳孔３内に収まり、θが数式（２）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは強膜など虹彩２の外側に位置させることができ、結果としていずれの場合も虹彩２の画像上に照明装置３５の映り込みが発生しないようにできる。
【００４７】
ところで、瞳孔３の半径は最も絞り込んだ状態で約１．５ｍｍ、虹彩２の半径は約５ｍｍ、角膜３４の半径は約６ｍｍであることが分かっている。そこで、上記条件式（１），（２）において、ｐ1＝１．５，ｐ2＝５．０，ｒ＝６．０とし、さらにＬ＝３０ｍｍ，４０ｍｍ，…とＬにいろいろな数値を代入しθの値を計算した。結果を表１に示す（ただし表中の数値の単位は全てラジアン）。
【００４８】
【表１】
表１より、例えば、点Ｐが点Ｐ1上にあるとき、Ｌ＝３０ｍｍでは、θ＝０．６０５２７７となる。このとき、例えば撮像装置３５の設置点Ａを通りｘ軸に垂直な平面上に照明装置の設置点Ｂを置くものとして計算すると、距離ＡＢ≒１８．６ｍｍとなる。すなわち、照明装置３５を撮像装置８から１８．６ｍｍ未満の距離に置けば、映り込みを瞳孔２内に収めることができ、虹彩２への映り込みが生じなくなる。
【００４９】
以上より、照明装置３５の設置位置を、撮像装置８の設置位置に対して上記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置することにより、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像上に映り込まなくなることが示された。すなわち、本実施の形態の虹彩認証用撮像装置において、撮像装置８の設置位置に対して、照明装置３５の環状の導光体の光軸方向突出具合および径方向寸法につき、上記条件式（１）もしくは（２）の範囲内に設定することにより、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像上に映り込まなくなると言える。
【００５０】
なお、以上の説明は、図７において、全ての要素をｘ−ｙ座標の第１象限上に置いて説明したが、これら各要素を、ｘ軸を中心に回転させて考察することにより、現実の三次元空間上の位置関係を示したことになる。
【００５１】
また、目１の各部位のサイズは人により多少異なる場合があるため、上記条件を満たしていても、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像をわずかに欠落させてしまうことが起こりうる。しかし、従来例のように、特別な工夫を施さない場合に比べて虹彩２の情報が欠落し認証不可能となる確率は大幅に減少することは確実である。
【００５２】
以上のように、本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は、照明装置３５の出射面としての環状の導光体の中心に撮像装置８を設置し、撮像装置８と導光体との位置関係につき、前記数式（１），（２）を満たすように設定している。したがって、虹彩認証の際、照明装置３５の映り込みによる虹彩２の画像が欠落することなく、確実な虹彩認証が可能になる。また、照明装置３５を撮像装置８の周りにくまなく配置することができるため、照明光の照射ムラや影の発生を防止し、鮮明な虹彩の撮影が可能となる。また、撮像装置８と照明装置３５とをユニット化できるので、汎用性に優れた虹彩認証用撮像装置を提供できる。
【００５３】
また、光源として閃光放電管６を用いているので、例えばＬＥＤなどに比べてより強い発光量を得ることができるため、とくに光量の多い自然光が照射される環境下でも、鮮明な虹彩画像を取得することができる。
【００５４】
また、閃光放電管６は調光機能を有しているので、例えば、光量の多い自然光が照射される環境下では光源の光量を上げることにより、鮮明で且つ精度のよい虹彩画像を取得することができる。
【００５５】
また、入射部１４に、近赤外光のみを通過させる可視光フィルター１７を設けているので、虹彩２を鮮明に撮影できるとともに、眩しさの原因となる可視光を遮り使いやすくなる。
【００５６】
以上により、この虹彩認証用撮像装置は、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、セキュリティー等の個人認証に対して十分な信頼性のある虹彩情報を取得することができる。
【００５７】
尚、本発明の虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５８】
上記実施形態において、導光体７の入射部１４に可視光フィルター１７を設け、導光体７から近赤外光のみを照射するようにしたが、これに限定されず、可視光フィルター１７を近赤外光のみならず他の波長を含む不可視光を通過させるように構成したり、可視フィルター１７を設けずに可視光を被認証者の目に向けて照射するようにしたりしても勿論よい。但し、眩しさによる不快感がなく、しかも鮮明に虹彩２を撮影するべく、可視光フィルター１７を設けることが好ましい。
【００５９】
また、上記実施形態において、光源として閃光放電管６を用いたが、これに限定されず、例えばＬＥＤなど他の光源を使用することができる。但し、虹彩２を撮影する上で、十分な光量を得るには、閃光放電管６を使用することが最も好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明にかかる虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法は、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することができるという効果を有し、各個人によって独自に模様になっている目の虹彩をセキュリティー等における認証情報として活用すべく、光源からの光で照明された目を撮像素子で撮影する個人認証システム分野等において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の撮影対象である目の正面図
【図２】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の縦断面図
【図３】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の一部断面を含んだ平面図
【図４】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の使用状態のイメージ図
【図５】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の撮影対象である目の縦断面図
【図６】目と撮像装置と照明装置との位置関係を示す縦断面図
【図７】図６における角膜の仮想円の中心を原点とするｘ−ｙ平面図
【符号の説明】
【００６２】
１ 目
２ 虹彩
３ 瞳孔
４ まぶた
５ 強膜（白目）
６ 閃光放電管（光源）
７ 導光体
８ 撮像装置
９ ケーシング
１０ ガラスバルブ
１２ａ，１２ｂ 主電極
１３ 導光部
１４ 入射部
１５ 出射面
１７ 可視光フィルター
１８ 撮像部
１９ レンズホルダ
２０ 孔部
２１ 光源内装部
２２ 導光体内装部
３１ 眼球
３２ ガラス体
３３ 水晶体
３４ 角膜
３５ 照明装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各個人によって独自の模様になっている目の虹彩をセキュリティー等における認証情報として活用すべく、光源からの光で照明された目を撮像素子で撮影する虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セキュリティー等の観点から種々の個人認証システムが提供されている。その一つとして、各個人によって固有の特性を有する目の虹彩を確認情報として活用する虹彩認証システムがある。
【０００３】
かかる虹彩認証システムは、個人の目をＣＣＤ等の撮像素子で撮影し、その撮影によって得られた画像から虹彩に関する情報（画像）を抽出して既に登録済みの虹彩情報と比較照合することにより、個人認証を行うようになっている。
【０００４】
かかる虹彩認証システムは、上述の如く、セキュリティー等の観点から信頼性が要求されるため、鮮明で精度のよい画像を取得すべく、目の全体に近赤外光などの照明光を照射した状態で、目の全体を撮影し、これによって得られた画像から虹彩情報を取得するようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照を参照）。
【特許文献１】特開２００３−３６４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された虹彩認証システムでは、虹彩に照射された照明光がこの虹彩で反射し、その反射光が撮像装置に入射することにより、虹彩の画像が撮影されるようになっている。このとき、照明光は、虹彩を覆う半球形状の透明な角膜を透過することとなる。
【０００６】
しかしながら、照明光は角膜を完全に透過するわけではなく、一部が角膜の表面で反射する。このように角膜で反射した照明光が撮像装置に入射すると、照明用の光源（光源の光）が目の画像上に白い点として映り込んだ状態で、撮像素子に撮影される（いわゆるキャッチライト現象）。このように映り込んだ光源の光が虹彩の画像上に差しかかると、その画像における虹彩は、模様が欠落した状態になってしまい、撮影した画像から信頼性の高い虹彩情報を取得できないといった問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、斯かる実情に鑑み、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することのできる虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る虹彩認証用撮像装置は、照明装置と、該照明装置からの光が照射された状態で目を撮影する撮像装置とを備え、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で目を撮影する虹彩認証用撮像装置であって、前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴としている。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【０００９】
かかる虹彩認証用撮像装置によれば、虹彩認証の際、照明装置の照明光の映り込みが虹彩の画像上にさしかかり、虹彩情報が欠落し、虹彩認証ができなくなるという現象を防止することができる。以下、その根拠を、図６および図７を参照して説明する。
【００１０】
そもそも、照明装置３５からの照明光が虹彩２の画像上に映り込むという現象のメカニズムは次のように説明できる。図６に示すように、角膜３４上で反射し撮像装置８に入射する照明光は、照明装置３５の設置点Ｂから出射され、角膜３４上の点Ｐで反射したのち、撮像装置８の設置点Ａに到達する。このとき、照明光の映り込みは、この点Ｐの位置に発生することとなる。
【００１１】
したがって、虹彩２の内周上の点Ｑ1から撮像装置８の光軸に平行な直線と角膜３４を表す仮想円Ｒとの交点をＰ1とし、虹彩２の外周上の点をＰ2としたとき、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置するとき、照明光の映り込みが虹彩２の画像上に位置することとなる。つまり、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置しないような点Ｂの位置を示せば、虹彩２の画像上に映り込みが発生しないような照明装置３５の位置を示したことになる。以下、このような条件を満たす点Ｂの位置につき検証する。
【００１２】
図７は、図６の各要素をｘ−ｙ座標上に置いたものであり、ｘ−ｙ座標の原点Ｏに角膜３４の仮想円Ｒの中心を置いている。このとき、撮像装置８の設置点Ａはｘ軸上の点として表され、点Ｐは円Ｒ上の点として表される。そして、点Ｂは、点Ｐを通りこの点Ｐの法線ＯＰを対称軸として直線ＰＡと対象な直線上の点として表される。ここで、点Ｐのｙ座標をｐとし、点Ｐにおける法線ＯＰとｘ軸（＝撮像装置８の光軸）とのなす角をθ’とすると、次式（３），（４）が成立する。
θ ＝２（θ’＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（３）
θ’＝ａｓｉｎ（ｐ／ｒ） ……（４）
【００１３】
（３），（４）より、次式（５）が成立する。
θ＝２（ａｓｉｎ（ｐ／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（５）
【００１４】
ここで、瞳孔３の半径はｐ1、虹彩２の半径はｐ2であるので、点Ｐ1、点Ｐ2の各ｙ座標はｐ1，ｐ2である。したがって、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上にあるときのθの範囲は次式で表される。
２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））≦θ≦２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（６）
【００１５】
したがって、θの値が上記数式（６）に示す範囲外、すなわち上記数式（１）もしくは（２）に示す範囲内となるように点Ｂを設置すると、虹彩２の画像上に照明装置３５の照明光が映り込まないこととなる。具体的には、θが数式（１）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは瞳孔３内に収まり、θが数式（２）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは強膜など虹彩２の外側に位置させることができ、結果としていずれの場合も虹彩２の画像上に照明装置３５の映り込みが発生しないようにできる。
【００１６】
また、前記照明装置は、光源と、該光源からの光を被認証者の目に導く導光体とからなり、該導光体は、光源からの光が入射する入射部と、該入射部から入射した光を出射させる平面視環状の出射面が形成された環状の導光部とを備え、前記撮像装置は、撮影中心が前記環状の導光部の中心と略一致するように、導光部に画定された孔部を介して撮影可能に設けられていることが好ましい。このようにすれば、照明装置を撮像装置の周りにくまなく配置することができるため、照明光の照射ムラや影の発生を防止し、鮮明な虹彩の撮影が可能となる。また、撮像装置と照明装置とをユニット化できるので、汎用性に優れた虹彩認証用撮像装置を提供できる。
【００１７】
また、前記光源は、閃光放電管であることが好ましい。このようにすれば、例えばＬＥＤなどに比べてより強い発光量を得ることができるため、とくに光量の多い自然光が照射される環境下でも、鮮明な虹彩画像を取得することができる。
【００１８】
また、前記光源は、調光機能を有していることが好ましい。このようにすれば、例えば、光量の多い自然光が照射される環境下では光源の光量を上げることにより、鮮明で且つ精度のよい虹彩画像を取得することができる。
【００１９】
また、前記入射部に、前記光源からの光の可視光成分を遮って不可視光を通過させる可視光フィルターが設けられていることが好ましい。虹彩の撮影には必ずしも可視光は必要ないので、眩しさの原因となる可視光を遮るようにしたものである。なお、可視光フィルターは、不可視光のうちの近赤外光のみを通過させるように構成されることが好ましい。このようにすれば、虹彩模様を最も鮮明に撮影することができる。
【００２０】
本発明に係る虹彩認証用撮像方法は、照明装置からの光を被認証者の目に照射し、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で、その目を撮像装置で撮影する虹彩認証用撮像方法において、前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴としている。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【００２１】
かかる虹彩認証用撮像方法によれば、虹彩認証の際、照明装置の照明光の映り込みが虹彩の画像上にさしかかり、虹彩情報が欠落し、虹彩認証ができなくなるという現象を防止することができる。なお、上記数式（１），（２）の根拠は、既に述べた虹彩認証用撮像装置の場合と同様である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る虹彩認証用撮像装置によれば、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することができるという優れた効果を奏し得る。
【００２３】
本発明に係る虹彩認証用撮像方法によれば、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法に係る一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は、目の虹彩を認証情報として用い、予め登録されている虹彩情報とを比較した上で、被認証者が登録済みの個人であるか否かを判断して個人認証を行う認証システムの一構成要素である。この虹彩認証用撮像装置の説明に先立ち、この虹彩認証用撮像装置で撮影する目の構成について説明すると、図１に示すように、各個人の目１は、略環状の領域からなる虹彩２と、該虹彩２に内接した略円形領域からなる瞳孔３と、虹彩２に外接すると共に、まぶた４に包囲された強膜５（白目）とが形成されており、虹彩２は、上述の如く、各個人によって全く異なる模様が形成されている。
【００２６】
本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は、図２及び図３に示す如く、照明装置３５と、撮像装置８と、これら照明装置３５と撮像装置８とを内装するケーシング９とで構成される。そして照明装置３５は、光源６と、光源６からの光を被認証者に向けて導く導光体７とで構成される。
【００２７】
光源６は、周知の閃光放電管である。本実施形態に係る閃光放電管６は、直管状のガラスバルブ１０の両端部にそれぞれ主電極１２ａ、１２ｂが封着され、これら主電極１２ａ、１２ｂが軸方向に沿って外部に突出した構成からなる。該閃光放電管６は、主コンデンサ（不図示）に充電された充電電荷がガラスバルブ１０内で陰極と陽極間、すなわち主電極１２ａ、１２ｂ間で放電されることにより発光する。閃光放電管６は、周囲の環境に応じて調光可能となっており、例えば、光量の多い自然光が照射される環境下では光源の光量を上げられるようになっている。このような調光は、手動で任意に設定できるようにしてもよいし、光センサ（不図示）を用いて自動的に設定できるようにしてもよい。
【００２８】
導光体７は、透光性の部材で構成されており、環状の導光部１３と、該導光部１３の外周の一部に形成され、閃光放電管６からの光を入射させる入射部１４とを備えている。導光部１３は、一端面に平面視環状の領域からなる出射面１５を備えており、閃光放電管６からの光が入射部１４を介して外周面から入射し、その光が導光部１３内の略全域に到達して出射面１５から出射するように構成されている。入射部１４は、導光部１３と一体的に形成されており、閃光放電管６からの光が導光部１３の外周面から導光部１３内部に入射するように構成されている。この入射部１４には、閃光放電管６からの光のうち、可視光を遮って不可視光のみを抽出する可視光フィルター１７が設けられている。本実施形態に係る可視光フィルター１７は、虹彩２の模様を鮮明に映し出すのに有効な近赤外光のみを透過させるように構成されている。
【００２９】
撮像装置８は、被認証者（目１）を撮影するためのＣＣＤなどからなる固体撮像素子（不図示）を内装する撮像部１８と、撮像部１８の前面側に配置され光学系レンズ（不図示）を内装するレンズホルダ１９とを備えている。撮像部１８は、撮影した画像を被認証者の認証に活用すべく、別途設けられたコンピュータ（図示しない）に撮影した画像を画像データとして伝送可能に接続されている。レンズホルダ１９は、導光部１３から所定距離離れて位置する被認証者（目１）の像を、撮像部１８内の固体撮像素子の撮影面（不図示）で結像できるように焦点が設定されている。
【００３０】
上記構成の撮像装置８は、撮像部１８の光軸が導光体７の中心を通り、かつ、導光体７の出射円１５に垂直となるように、導光部１３の内周面に画定された孔部２０に内装されており、撮像装置８が、この孔部２０を介して被認証者の目１を撮影できるように配置されている。
【００３１】
ケーシング９は、閃光放電管６を内装する光源内装部２１と、導光体７を内装する導光体内装部２２とで構成されている。光源内装部２１は、閃光放電管６（ガラスバルブ１０）の外周面の一部を除いて包囲するように形成されている。つまり、光源内装部２１は、反射笠の役目を担い、閃光放電管６が発光させる光の殆どが入射部１４に向くように閃光放電管６を包囲している。
【００３２】
導光体内装部２２は、導光体７の入射部１４を除いた外周面及び導光体７の内周面を覆うと共に、導光体７の他端面を覆うように形成されており、入射部１４を介して導光部１３に入射した光が導光部１３の出射面１５以外の外周面、内周面及び他端面から出射しないように構成されている。
【００３３】
なお、図示しないが、本実施形態においては、撮像装置８で撮影した画像を表示させる確認用ディスプレイが、虹彩認証用撮像装置に隣接して設けられており、被認証者が撮影した画像を認識できるようになっている。
【００３４】
本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は以上の構成からなり、次に、この虹彩認証用撮像装置を用いた虹彩２の撮影手順について説明する。
【００３５】
まず、導光部１３（出射面１５）から所定距離おいた位置で撮像装置８の光軸上に被認証者の目１の中心が位置するように、以下に記載するような周知のガイド手段を用いる（例えば特開２００３−１０８９８３号公報）。
【００３６】
すなわち、まず、被認証者が虹彩認証用撮像装置に向き、該虹彩認証用撮像装置を仮起動させる。すると、この虹彩認証用撮像装置は、連続的に被認証者をプレ撮影し、その撮影された画像が確認用ディスプレイに表示される。コンピュータ内には、基本となる目１を模したガイドキャラクター画像が記憶されており、そのガイドキャラクター画像が撮影された画像に重ね合わされて確認用ディスプレイに表示される。被認証者は、この確認用ディスプレイの表示を確認しながら、撮影された画像がガイドキャラクター画像と重なる位置に来るように位置合わせを行う。画像内の目１の領域とガイドキャラクター画像とが略一致したとき、認証システムを本起動させる。この瞬間に閃光放電管６が発光する。そうすると、図４に示すように、閃光放電管６からの光が導光体７を介して被認証者の目１の略全域に照射され、この状態で撮像装置８が目１の略全域を撮影する。なお、被認証者が確認用ディスプレイに目線を置いた瞬間、撮影された目１の画像がガイドキャラクター画像と大きくずれてしまわないように、確認用ディスプレイと虹彩認証用撮像装置とは互いに近接して配置する。
【００３７】
そして、撮影された目１の画像は、画像データとしてコンピュータに伝送され、その目１の画像から虹彩２の領域についての情報のみが抽出されることになる。この虹彩２の領域の抽出については、種々の方法を採用することができるが、例えば、濃淡についての閾値を予め設定しておき、その閾値を基に撮影した画像の濃淡を識別して虹彩２の領域のみを抽出するようにしてもよい。
【００３８】
そして、データベースに予め登録されている虹彩情報（虹彩２の画像）と、抽出された虹彩情報（虹彩２の画像）とを比較し、データベース内に適合する虹彩情報があると被認証者の個人認証が完了する。
【００３９】
ところで、既に述べたように、照明装置３５からの光は、虹彩２を覆う透明の角膜３４を完全に透過せず、一部が角膜３４の表面で反射して目１の画像上に白い点として映り込み、撮像装置８に撮影される（いわゆるキャッチライト現象）。本実施の形態に係る虹彩認証用撮像装置では、このような照明装置３５の映り込みが虹彩の画像上に差しかからないように、撮像装置８と照明装置３５との位置関係について工夫をしている。すなわち、撮像装置８の設置点をＡ、照明装置３５の設置点をＢ、照明装置３５から出射され目の角膜３４で反射し撮像装置８に入射する光が当該角膜３４上で反射する点をＰとしたとき、照明装置３５の設置点Ｂを、撮像装置８の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置している。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目１の角膜３４を表す仮想円の半径
ｐ1：目１の瞳孔３の半径
ｐ2：目１の虹彩２の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置８の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【００４０】
このような設定にすることにより、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像上に差しかからなくなる根拠を図５から図７を用いて説明する。
【００４１】
まず、前記した目１の構造を具体的に説明する。図５に示すように、目１は、略球状のガラス体３２と、ガラス体３２の正面に形成される水晶体３３と、水晶体３３の正面に形成される略環状の虹彩２と、水晶体３３および虹彩２を正面から覆う略半球面形状の透明な角膜３４と、角膜３４の外周縁と連続して形成されガラス体３２の球面部分を覆う強膜５とで形成されている。虹彩２の中心孔は瞳孔３であり、目１は、この瞳孔３の開き具合を調節することにより、水晶体３３に入射する光の量を調節するようになっている。
【００４２】
このような目１の構造より、照明装置３５からの照明光が虹彩２の画像上に映り込むという現象のメカニズムは次のように説明できる。図６に示すように、角膜３４上で反射し撮像装置８に入射する照明光は、照明装置３５の設置点Ｂから出射され、角膜３４上の点Ｐで反射したのち、撮像装置８の設置点Ａに到達する。このとき、照明光の映り込みは、この点Ｐの位置に発生することとなる。
【００４３】
したがって、虹彩２の内周上の点Ｑ1から撮像装置８の光軸に平行な直線と角膜３４を表す仮想円Ｒとの交点をＰ1とし、虹彩２の外周上の点をＰ2とすると、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置するとき、照明光の映り込みが虹彩２の画像上に位置することとなる。つまり、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上に位置しないような点Ｂの位置を示せば、虹彩２の画像上に映り込みが発生しないような照明装置３５の位置を示したことになる。以下、このような条件を満たす点Ｂの位置につき検証する。
【００４４】
図７は、図６の各要素をｘ−ｙ座標上に置いたものであり、ｘ−ｙ座標の原点Ｏに角膜３４の仮想円Ｒの中心を置いている。このとき、撮像装置８の設置点Ａはｘ軸上の点として表され、点Ｐは円Ｒ上の点として表される。そして、点Ｂは、点Ｐを通りこの点Ｐの法線ＯＰを対称軸として直線ＰＡと対象な直線上の点として表される。ここで、点Ｐのｙ座標をｐとし、点Ｐにおける法線ＯＰとｘ軸（＝撮像装置８の光軸）とのなす角をθ’とすると、次式（３），（４）が成立する。
θ ＝２（θ’＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（３）
θ’＝ａｓｉｎ（ｐ／ｒ） ……（４）
【００４５】
（３），（４）より、次式（５）が成立する。
θ＝２（ａｓｉｎ（ｐ／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ／Ｌ））……（５）
ここで、瞳孔３の半径はｐ1、虹彩２の半径はｐ2であるので、点Ｐ1、点Ｐ2の各ｙ座標はｐ1，ｐ2である。したがって、点Ｐが弧Ｐ1Ｐ2上にあるときのθの範囲は次式で表される。
２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））≦θ≦２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（６）
【００４６】
したがって、θの値が上記数式（６）に示す範囲外、すなわち上記数式（１）もしくは（２）に示す範囲内となるように点Ｂを設置すると、虹彩２の画像上に照明装置３５の照明光が映り込まないこととなる。具体的には、θが数式（１）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは瞳孔３内に収まり、θが数式（２）を満たすとき、照明装置３５の映り込みは強膜など虹彩２の外側に位置させることができ、結果としていずれの場合も虹彩２の画像上に照明装置３５の映り込みが発生しないようにできる。
【００４７】
ところで、瞳孔３の半径は最も絞り込んだ状態で約１．５ｍｍ、虹彩２の半径は約５ｍｍ、角膜３４の半径は約６ｍｍであることが分かっている。そこで、上記条件式（１），（２）において、ｐ1＝１．５，ｐ2＝５．０，ｒ＝６．０とし、さらにＬ＝３０ｍｍ，４０ｍｍ，…とＬにいろいろな数値を代入しθの値を計算した。結果を表１に示す（ただし表中の数値の単位は全てラジアン）。
【００４８】
【表１】
表１より、例えば、点Ｐが点Ｐ1上にあるとき、Ｌ＝３０ｍｍでは、θ＝０．６０５２７７となる。このとき、例えば撮像装置３５の設置点Ａを通りｘ軸に垂直な平面上に照明装置の設置点Ｂを置くものとして計算すると、距離ＡＢ≒１８．６ｍｍとなる。すなわち、照明装置３５を撮像装置８から１８．６ｍｍ未満の距離に置けば、映り込みを瞳孔２内に収めることができ、虹彩２への映り込みが生じなくなる。
【００４９】
以上より、照明装置３５の設置位置を、撮像装置８の設置位置に対して上記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置することにより、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像上に映り込まなくなることが示された。すなわち、本実施の形態の虹彩認証用撮像装置において、撮像装置８の設置位置に対して、照明装置３５の環状の導光体の光軸方向突出具合および径方向寸法につき、上記条件式（１）もしくは（２）の範囲内に設定することにより、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像上に映り込まなくなると言える。
【００５０】
なお、以上の説明は、図７において、全ての要素をｘ−ｙ座標の第１象限上に置いて説明したが、これら各要素を、ｘ軸を中心に回転させて考察することにより、現実の三次元空間上の位置関係を示したことになる。
【００５１】
また、目１の各部位のサイズは人により多少異なる場合があるため、上記条件を満たしていても、照明装置３５の映り込みが虹彩２の画像をわずかに欠落させてしまうことが起こりうる。しかし、従来例のように、特別な工夫を施さない場合に比べて虹彩２の情報が欠落し認証不可能となる確率は大幅に減少することは確実である。
【００５２】
以上のように、本実施形態に係る虹彩認証用撮像装置は、照明装置３５の出射面としての環状の導光体の中心に撮像装置８を設置し、撮像装置８と導光体との位置関係につき、前記数式（１），（２）を満たすように設定している。したがって、虹彩認証の際、照明装置３５の映り込みによる虹彩２の画像が欠落することなく、確実な虹彩認証が可能になる。また、照明装置３５を撮像装置８の周りにくまなく配置することができるため、照明光の照射ムラや影の発生を防止し、鮮明な虹彩の撮影が可能となる。また、撮像装置８と照明装置３５とをユニット化できるので、汎用性に優れた虹彩認証用撮像装置を提供できる。
【００５３】
また、光源として閃光放電管６を用いているので、例えばＬＥＤなどに比べてより強い発光量を得ることができるため、とくに光量の多い自然光が照射される環境下でも、鮮明な虹彩画像を取得することができる。
【００５４】
また、閃光放電管６は調光機能を有しているので、例えば、光量の多い自然光が照射される環境下では光源の光量を上げることにより、鮮明で且つ精度のよい虹彩画像を取得することができる。
【００５５】
また、入射部１４に、近赤外光のみを通過させる可視光フィルター１７を設けているので、虹彩２を鮮明に撮影できるとともに、眩しさの原因となる可視光を遮り使いやすくなる。
【００５６】
以上により、この虹彩認証用撮像装置は、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、セキュリティー等の個人認証に対して十分な信頼性のある虹彩情報を取得することができる。
【００５７】
尚、本発明の虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５８】
上記実施形態において、導光体７の入射部１４に可視光フィルター１７を設け、導光体７から近赤外光のみを照射するようにしたが、これに限定されず、可視光フィルター１７を近赤外光のみならず他の波長を含む不可視光を通過させるように構成したり、可視フィルター１７を設けずに可視光を被認証者の目に向けて照射するようにしたりしても勿論よい。但し、眩しさによる不快感がなく、しかも鮮明に虹彩２を撮影するべく、可視光フィルター１７を設けることが好ましい。
【００５９】
また、上記実施形態において、光源として閃光放電管６を用いたが、これに限定されず、例えばＬＥＤなど他の光源を使用することができる。但し、虹彩２を撮影する上で、十分な光量を得るには、閃光放電管６を使用することが最も好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明にかかる虹彩認証用撮像装置、及び虹彩認証用撮像方法は、鮮明で且つ精度の高い画像を取得することができ、個人認証において十分に信頼のある虹彩情報を取得することができるという効果を有し、各個人によって独自に模様になっている目の虹彩をセキュリティー等における認証情報として活用すべく、光源からの光で照明された目を撮像素子で撮影する個人認証システム分野等において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の撮影対象である目の正面図
【図２】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の縦断面図
【図３】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の一部断面を含んだ平面図
【図４】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の使用状態のイメージ図
【図５】同実施形態に係る虹彩認証用撮像装置の撮影対象である目の縦断面図
【図６】目と撮像装置と照明装置との位置関係を示す縦断面図
【図７】図６における角膜の仮想円の中心を原点とするｘ−ｙ平面図
【符号の説明】
【００６２】
１ 目
２ 虹彩
３ 瞳孔
４ まぶた
５ 強膜（白目）
６ 閃光放電管（光源）
７ 導光体
８ 撮像装置
９ ケーシング
１０ ガラスバルブ
１２ａ，１２ｂ 主電極
１３ 導光部
１４ 入射部
１５ 出射面
１７ 可視光フィルター
１８ 撮像部
１９ レンズホルダ
２０ 孔部
２１ 光源内装部
２２ 導光体内装部
３１ 眼球
３２ ガラス体
３３ 水晶体
３４ 角膜
３５ 照明装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置と、該照明装置からの光が照射された状態で目を撮影する撮像装置とを備え、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で目を撮影する虹彩認証用撮像装置であって、
前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴とする虹彩認証用撮像装置。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【請求項２】
前記照明装置は、光源と、該光源からの光を被認証者の目に導く導光体とからなり、該導光体は、光源からの光が入射する入射部と、該入射部から入射した光を出射させる平面視環状の出射面が形成された環状の導光部とを備え、
前記撮像装置は、撮影中心が前記環状の導光部の中心と略一致するように、導光部に画定された孔部を介して撮影可能に設けられている請求項１に記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項３】
前記光源は、閃光放電管である請求項１または２に記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項４】
前記光源は、調光機能を有している請求項１から３の何れか一つに記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項５】
前記入射部に、前記光源からの光の可視光成分を遮って不可視光を通過させる可視光フィルターが設けられている請求項１から４の何れか一つに記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項６】
照明装置からの光を被認証者の目に照射し、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で、その目を撮像装置で撮影する虹彩認証用撮像方法において、
前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴とする虹彩認証用撮像方法。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【請求項１】
照明装置と、該照明装置からの光が照射された状態で目を撮影する撮像装置とを備え、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で目を撮影する虹彩認証用撮像装置であって、
前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴とする虹彩認証用撮像装置。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【請求項２】
前記照明装置は、光源と、該光源からの光を被認証者の目に導く導光体とからなり、該導光体は、光源からの光が入射する入射部と、該入射部から入射した光を出射させる平面視環状の出射面が形成された環状の導光部とを備え、
前記撮像装置は、撮影中心が前記環状の導光部の中心と略一致するように、導光部に画定された孔部を介して撮影可能に設けられている請求項１に記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項３】
前記光源は、閃光放電管である請求項１または２に記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項４】
前記光源は、調光機能を有している請求項１から３の何れか一つに記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項５】
前記入射部に、前記光源からの光の可視光成分を遮って不可視光を通過させる可視光フィルターが設けられている請求項１から４の何れか一つに記載の虹彩認証用撮像装置。
【請求項６】
照明装置からの光を被認証者の目に照射し、撮像装置の光軸と目の中心とを略一致させた状態で、その目を撮像装置で撮影する虹彩認証用撮像方法において、
前記撮像装置の設置点をＡ、前記照明装置の設置点をＢ、照明装置から出射され目の角膜で反射し撮像装置に入射する光が当該角膜上で反射する点をＰとしたとき、前記照明装置の設置点Ｂを、前記撮像装置の設置点Ａに対して下記条件式（１）もしくは（２）を満たすように設置したことを特徴とする虹彩認証用撮像方法。
θ＜２（ａｓｉｎ（ｐ1／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ1／Ｌ））……（１）
θ＞２（ａｓｉｎ（ｐ2／ｒ）＋ａｔａｎ（ｐ2／Ｌ））……（２）
ただし、
θ：角ＡＰＢ
ｒ：目の角膜を表す仮想円の半径
ｐ1：目の瞳孔の半径
ｐ2：目の虹彩の半径
Ｌ：点Ａを通り撮像装置の光軸に垂直な平面と、この平面に点Ｐから下ろした垂線との交点をＳとしたときの距離ＰＳ（撮影距離）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３１０７８（Ｐ２００６−３１０７８Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０４３９６（Ｐ２００４−２０４３９６）
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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