专利名称：生物认证装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于基于通过使诸如静脉或指纹的生物部位中的结构成像而获 得的数据来对活体进行认证的生物认证装置。
背景技术：
在相关技术中，用于使生物部位中的结构成像的成像装置用于生物认证装置等， 并且提出了用于使用例如指纹或静脉的图像数据来对活体进行认证的各种认证装置。通 常，在该生物认证装置中，由于成像装置自身是厚的，因此为了将该装置应用于薄的设备， 主要使用将成像装置安置在认证装置外部的方法或者彼此独立地安置成像装置的光学系 统(成像透镜)和检测系统(成像器件)的方法。然而，近年来，随着各种装置变得更薄或者针对可制造性或设计的限制，作为可以 直接安装在该装置上的模块，提出了将微透镜阵列用作成像光学系统的生物认证装置(例 如，日本未经审查的专利申请公开第2006-155575号和第2007-74079号)。
发明内容
在使用例如静脉图案(pattern)来执行生物认证的情况中，通过使用血液中的血 红蛋白吸收近红外光的性质来获得图像数据。因此，使用发射近红外光的发光二极管(LED) 等，作为照明生物部位的光源。然而，存在如下情况，成像器件不仅接收对于认证是必要的 近红外光，而且接收对于认证是不必要的外部光，诸如荧光灯光、白炽灯光、日光等。出现了 由于外部光的影响而使认证精度劣化的问题。为了解决该问题，如日本未经审查的专利申请公开第2007-74079号中描述的，常 常提供波长选择滤光器，其阻挡可见光并且有选择地透射近红外光。然而，在使用该波长选 择滤光器的情况中，尽管改进了认证精度，但是出现了整体装置厚度增加的问题。变得难于 实现设备厚度的进一步减小。因此期望提供一种能够在维持高的认证精度的同时实现厚度减小的生物认证装置。本发明的实施例的生物认证装置包括光源，向活体发射包括用于认证的波长范 围的波长范围中的光；微透镜阵列，聚集来自活体的光以及有选择地透射用于认证的波长 范围中的光；成像器件，基于微透镜阵列聚集的光来获得活体的图像数据；以及认证单元， 基于由成像器件获得的图像数据对活体进行认证。在本发明的实施例的生物认证装置中，当由光源照明活体时，微透镜阵列有选择 地透射用于认证的波长范围中的光，并且透射光由成像器件接收。成像器件基于接收到的 用于认证的波长范围中的光来获得图像数据，并且认证单元基于该图像数据对活体进行认 证。根据本发明的实施例的生物认证装置，聚集来自活体的光的微透镜阵列有选择地 透射用于认证的波长范围中的光。因此，基于用于认证的波长范围中的光来获得活体的图像数据。即，微透镜阵列具有光聚集功能并且还具有波长选择性透射功能，从而消除了对于 认证是不必要的波长范围中的光，并且获得了基于对于认证是必要的波长范围中的光的图 像数据。因此，没有必要在该装置中分立地提供波长选择性透射滤光器。因此，在维持高的 认证精度的同时实现了厚度减小。本发明的其他和另外的目的、特征和优点将通过以下描述而更全面地显现。
图1是根据本发明的实施例的生物认证装置的功能框图。图2是图1中示出的生物认证装置的横截面。图3是示出图1中示出的微透镜阵列的透射波长的特性示图。图4A和4B是图1中示出的微透镜阵列的平面视图和侧视图。图5A和5B是图1中示出的遮光单元的平面视图和侧视图。图6A和6B是图1中示出的成像器件的平面视图。图7A和7B是用于解释组装图1中示出的微透镜阵列、遮光单元和成像器件的方 法的示意性视图。图8是根据相关技术的生物认证装置的横截面。图9是用于解释图8中示出的生物认证装置的操作的示意图。
具体实施例方式下面将按如下顺序，参照附图详细地描述本发明的实施例。(1)总体配置(2)组装方法(1)总体配置图1示出了根据本发明的实施例的生物认证装置1的总体配置。图2示出了生物 认证装置1的Z-X截面配置。生物认证装置1拍摄特别是，诸如静脉的活体(例如，指尖)2 的结构的图像并且执行认证。生物认证装置1具有光源10、检查单元11、微透镜阵列12、 遮光单元13、成像器件14、图像处理单元15、图案保存单元16、认证单元17、光源驱动单元 181、成像器件驱动单元182和控制单元19。光源10向作为待成像物体的活体2发射光，并且光源10由例如，LED等构成。光 源10是在例如，成像器件14相对于活体2的同一侧提供的，位于活体2的纵向方向(X方 向)上的两侧的位置。在对活体2中的结构(例如，静脉)成像的情况中，光源10发射近 红外光的波长范围(约700nm至1200nm的波长范围)中的光。检测单元11是例如，防护玻璃罩等，并且是用于检测活体2的区域(面)，即，将活 体2放在其之上的区域(面)。活体2不必与检测单元11直接接触，而是可以被放在检测 单元11上方。微透镜阵列12被安置为使得，例如活体2的内部的观察面的图像被形成在检测单 元11下方的成像器件14的光接收面上，并且收集发射到活体2的光。利用通过将诸如颜 料或染料的着色剂(遮光材料)添加到作为基材的诸如环烯烃树脂、聚烯烃树脂或聚碳酸 酯树脂的热塑性透明树脂材料(第一树脂层)而获得的材料，通过例如注射成型形成微透镜阵列12。此时，通过将阻挡可见光的例如有机化合物、天然矿物等作为着色剂捏合到热塑 性树脂(基材)中，向微透镜阵列12提供阻挡如图3中示出的700nm或更小的波长范围中 的光的波长选择性透射功能。换言之，微透镜阵列12具有有选择地使用于认证的光源10 的波长范围(近红外光的波长范围)中的光通过的功能。考虑成型微透镜阵列12中使用 的波长范围中的诸如透射率特性和双折射特性的光学特性来选择着色剂。如图4A和4B中所示，通过该方式成型的微透镜阵列12具有透镜区域12A和外围 区域12B，该透镜区域12A具有矩形形状，其中多个微透镜12C被紧密排列成矩阵。在外围 区域12B中，在透镜区域12A中的矩形形状的各边的中心部分提供开口 12a至12d。此外， 在外围区域12B中的对应于透镜区域12A的各长边的两端的位置，形成通孔12e至12h或 者微透镜12i至121。在微透镜阵列12中的相邻的微透镜12C之间的每个边界区域中提供遮光单元13 中的遮光部分。换言之，遮光单元13具有与多个微透镜12C对应的开口 13C。遮光单元13 在选择性区域中阻挡进入微透镜阵列12的光或者从微透镜阵列12发射的光，由此控制进 入成像器件14侧的光线。通过与微透镜阵列12相似的方式，利用通过将着色剂添加到作 为基材的例如ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)的阻挡近红外光的材料(第二树脂层)而 获得的材料，通过注射成型形成遮光单元13。此时，通过例如将诸如聚合物材料或金属材料 的光学功能材料作为着色剂捏合到热塑性树脂(基材)中，除了阻挡近红外光的功能之外， 还向遮光单元13提供了阻挡可见光的功能。选择具有优良的成型特性的不透明材料作为 着色剂。遮光单元13的基材不限于上述ABS，而是可以是例如，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯) (丙烯酸树脂)、PPS (聚苯硫醚)、LCP (液晶聚合物)等。如图5A和5B中所示，通过该方式成型的遮光单元13具有遮光区域13A和外围区 域13B。在外围区域13B中，在分别与微透镜阵列12中的开口 12a至12d相对的位置，提供 了凸出部13a至13d。此外，在分别与微透镜阵列12中的通孔12e至12h或微透镜12i至 121相对的位置，形成了通孔13e至13h。成像器件14被提供用于从微透镜阵列12接收光并且获得图像数据，并且被安置 在微透镜阵列12的焦平面上。成像器件14由例如排列成矩阵的多个CCD (电荷耦合器件)、 CMOS (互补金属氧化物半导体)等构成。如同微透镜阵列12和遮光单元13，如图6A中所 示，成像器件14具有成像器件区域14A和外围区域14B。在外围区域14B中，在分别与微 透镜阵列12和遮光单元13中的外围区域12B和13B中的通孔12e至12h (或微透镜12i 至121)和通孔13e至13h相对的位置，提供了对准标记14a至14d。图6B是示出对准标 记14a至14d的示例的放大的视图。然而，本发明不限于该形状。也可以使用另一形状的 对准标记14a至14d。图像处理单元15根据来自控制单元19的控制，对成像器件14获得的图像数据执 行预定的图像处理并且将经处理的数据输出到认证单元17。图像处理单元15以及后面将 描述的认证单元17和控制单元19由例如微计算机等构成。图案保存单元16是保存将在生物认证时使用的活体认证图案(将与通过认证时 的成像获得的以及通过预先对活体成像获得的图案比较的图案)的部分。图案保存单元16 由非易失性记录器件(例如，EEPR0M(电可擦除可编程只读存储器)等)构成。认证单元17是用于根据来自控制单元19的控制，通过对从图像处理单元15输出的成像图案和图案保存单元16中保存的活体认证图案进行比较而对活体2进行认证的部 分。光源驱动单元181根据来自控制单元19的控制，执行光源10的光发射驱动。成 像器件驱动单元182根据来自控制单元19的控制，执行成像器件14的成像驱动(光接收 驱动)。控制单元19控制图像处理单元15、认证单元17、光源驱动单元181和成像器件驱 动单元182的操作。下面将参照图7A和7B解释组装上述的微透镜阵列12、遮光单元13和成像器件 14的方法(叠层方法)。(2)组装方法如上文提及的，在微透镜阵列12中的外围区域12B中，形成了开口 12a至12d、通 孔12e至12h或者微透镜12i至121，作为下面将描述的组装时的对准机构。相似地，在遮 光单元13中的外围区域13B中，形成了凸出部13a至13d和通孔13e至13h，作为对准机 构。在成像器件14中的外围区域14B中，提供了对准标记14a至14d，作为对准机构。首先，组装微透镜阵列12和遮光单元13。此时，遮光单元13中的凸出部13a至 13d被分别装配在微透镜阵列12中的开口 12a至12d中。因此，在不需要调整的情况下，微 透镜阵列12上的每个微透镜12C的中心位置以及遮光单元13中形成的每个开口的中心位 置匹配。通过该方式，一体地提供微透镜阵列12和遮光单元13。接着，进一步将通过微透镜阵列12和遮光单元13的一体化而获得的部件与成像 器件14组装。存在如下两种方法作为组装方法。作为第一种方法，将描述在微透镜12的 外围区域12B中提供通孔12e至12h的情况。在该情况中，如图7A中所示，在使用光源3 向成像器件14的下侧发射光的同时，从微透镜阵列12上方通过CXD相机4等观察对准标 记14a至14d。利用未示出的移动部件，使通过微透镜阵列12和遮光单元13的一体化而 获得的部件移动、调整位置和对准。另一方面，作为第二种方法，将描述在微透镜阵列12的 外围区域12B中提供微透镜12i至121的情况。在该情况中，如图7B中所示，通过与第一 种方法相似的方式，在向成像器件14的下侧发射光的同时，从微透镜阵列12上方通过CXD 相机4等在微透镜12i至121上方观察对准标记14a至14d。通过与第一种方法相似的方 式，利用未示出的移动部件，使通过微透镜阵列12和遮光单元13的一体化而获得的部件移 动、调整位置和对准。该对准方法不限于具有本发明的波长选择性透射功能的微透镜阵列 12和遮光单元13，而且还可以应用于由常用材料制成的微透镜阵列、遮光单元和成像器件 的对准。下面将描述生物认证装置1的动作和效果。在生物认证装置1中，首先，当活体(例如，指尖)2被放置在检测单元11上并且 光源10被光源驱动单元181驱动时，从光源10向活体2发射光L。发射到活体2的光例 如在活体2内部散射并且由静脉吸收。另一方面，微透镜阵列12中的微透镜12C被安置为 在成像器件14的光接收平面上形成活体2内部的观察平面，从而使活体2中的光由微透镜 阵列12聚集并且进入成像器件14。通过该方式，成像器件14获得活体2的静脉(静脉图 案)的图像数据。成像器件14获得的静脉图案在图像处理单元15中适当地经历图像处理 并且被输入到认证单元17。认证单元17通过将输入的静脉图案与图案保存单元16中保存 的静脉认证图案进行比较来执行认证。输出最终生物认证的结果(认证结果数据Dout)，并且结束生物认证过程。现将通过与图8和9中示出的相关技术比较，对微透镜阵列12和遮光单元13的 操作进行描述。图8是示出根据相关技术的生物认证装置的示意性配置的沿线Z-X截取的 横截面。图9是用于解释图8中示出的生物认证装置的操作的示意图。如图8中所示，在根据相关技术的生物认证装置中，由多个微透镜制成的微透镜 阵列104、近红外光(IR)透射滤光器105和成像器件106按该顺序被安置在检测单元103 下方的壳体101中。如同本实施例的生物认证装置1，微透镜阵列104中的微透镜被紧密排 列成矩阵。通过该配置，近红外光透射滤光器105阻挡从光源102向活体2发射的并且由 微透镜阵列104聚集的光中的不必要的可见光，并且近红外光被有选择地通过。由近红外 光透射滤光器105有选择地通过的近红外光落在成像器件106上，并且生成高精度的图像 数据。在该配置中，尽管获得了高精度的图像数据，但是提供近红外光透射滤光器105 使整体装置厚度增加。因此，变得难于减小装置的厚度。另一方面，在本实施例中，通过将阻挡可见光的诸如聚合物材料或金属材料的光 学功能材料(着色剂)添加到作为微透镜阵列12的基材的热塑性树脂中，也向微透镜阵列 12提供了近红外光透射滤光器105的功能。在不提供如根据相关技术的装置中的近红外光 透射滤光器的情况下，有选择地使近红外光通过到达成像器件14。在根据相关技术的生物认证装置中，如图9中所示，来自活体2的图像Iltl的光线 进入多个微透镜，并且在成像器件106上形成多个图像In。例如，在微透镜的直径(间距) 被设定为P1并且图像形成放大倍率被设定为2 1的情况中，在成像器件106上按微透镜 的直径的1. 5倍的间隔形成了多个图像I11每个图像I11具有的尺寸是图像Iltl的一半。结 果，在微透镜之间出现了串扰，并且画质劣化。另一方面，在本实施例中，在微透镜阵列12的光射出侧(成像器件侧)提供具有 微透镜12C之间的区域中的开口的遮光单元13。遮光单元13具有对应于X-Y平面上的各 微透镜的放置的栅格形状并且具有Z方向上的长度(高度)H。通过该配置，在成像器件14 上抑制了串扰的出现。此外，通过将诸如聚合物材料或金属材料的光学功能材料添加到作为遮光单元13 的基材的热塑性树脂，向遮光单元13提供了阻挡除了近红外光以外的可见光线的功能。通 过该功能，抑制了来自相邻的微透镜阵列12的近红外光的串扰的出现，从而可以进一步增 加生物认证装置1的认证精度。在微透镜阵列12、遮光单元13和成像器件14的外围区域12B、13B和14B中，分别 提供了用于对准的开口 12a至12d、凸出部13a至13d、通孔12e至12h (或者微透镜12i至 121)和13e至13h、以及对准标记14a至14d。通过该配置，组装时的对准的调整是不必要 的。如上文所述，在本实施例的生物认证装置1中，用于聚集来自活体2的光的微透镜 阵列12有选择地透射用于认证的波长带中的光(近红外光)。因此，基于用于认证的波长 带中的光，获得了活体2的图像数据。S卩，由于微透镜阵列12具有光聚集功能和波长选择 性透射功能，因此消除了对于认证是不必要的波长带中的光(例如，可见光)，并且获得了 基于对于认证是必要的波长带中的光(近红外光)的图像数据。因此，不同于相关技术，没有必要在该装置中分立地提供波长选择性透射滤光器。因此，在维持高的认证精度的同时， 可以实现更薄的生物认证装置1。由于在微透镜阵列12的光射出侧(成像器件侧)提供具有微透镜12C之间的区 域中的开口的遮光单元13，因此抑制了成像器件14上的如上文所述的串扰的出现。此外， 通过向阻挡可见光和近红外光的热塑性树脂材料添加阻挡相同波长范围的光的诸如聚合 物材料或金属材料的光学功能材料，制造了遮光单元13。因此，不仅抑制了可见光中的串扰 的出现，而且抑制了近红外光中的串扰的出现。因此，基于几乎不受串扰影响的高画质的图 像对活体进行认证，并且活体的认证精度提高。由于阻挡了宽的波长范围中的光，因此抑制了串扰并且抑制了诸如重影和闪烁的 噪声光。此外，为了抑制重影、闪烁等，理想地，遮光单元13阻挡光并且同时具有高的吸收率。此外，由于在微透镜阵列12、遮光单元13和成像器件14的外围区域12B、13B和 14B中提供了用于对准的开口等，因此组装时的对准的调整变得没有必要，并且组装对准变 得更加容易。因此，抑制了制造成本。尽管上文通过实施例描述了本发明，但是本发明不限于该实施例，而是可以进行 各种形式的修改。例如，尽管上文已描述了在微透镜阵列12、遮光单元13和成像器件14的 外围区域12B、13B和14B中提供用于对准的圆形或矩形开口的情况，但是开口的形状不限 于这些形状，而是可以是其他的形状。尽管在前述实施例中在微透镜阵列12中形成了开口 (孔)并且为遮光单元13提供了要装配在这些开口中的凸出部，但是可以通过相反的方式 提供这些开口和凸出部。具体地，可以为遮光单元13提供开口(孔)，并且为微透镜阵列 12提供要装配在这些开口中的凸出部。尽管作为前述实施例中的示例，描述了其中在活体2的纵向方向上的两端提供光 源10的配置，但是光源10的位置不限于该示例。具体地，在其中将光源10安置在成像器 件14相对于检测单元11的同一侧的配置中，光源10可以仅被安置在一侧。本发明不限于前述实施例中的各元件。此外，可以安置用于减小光量不均勻的透 射率分布滤光器(例如，在获得静脉图案的情况中)、近红外光透射滤光器等。近红外光透 射滤光器是有选择地透射近红外光的波长范围中的光的滤光器，并且通过例如向丙烯酸树 脂添加铜酞菁化合物、无金属酞菁化合物、蒽醌染料等而制成。通过安置这种近红外透射滤 光器，移除了外部光等，并且更容易地获得更高质量的图像。在前述实施例中，描述了在图像处理单元15中对成像器件14获得的图像数据适 当地执行图像处理并且随后执行认证的情况。然而，本发明不限于该情况。例如，在不提供 图像处理单元15的情况下，认证单元17可以基于来自成像器件14的图像数据直接执行认 证。在该情况中，进一步简化了装置配置，并且整个装置变得更薄。尽管在前述实施例中描述了基于例如静脉图案的活体2中的结构来执行生物认 证的情况，但是本发明不限于该情况。例如，还可以获得活体2(指尖)的表面上的指纹图 案，并且基于该结果，输出最终认证结果。尽管在前面的实施例中作为示例描述了静脉认证，但是本发明不限于此。本发明 还可以用于例如，指纹认证。在该情况中，白色光源可以用作光源。在前述实施例中，作为示例描述了其中微透镜阵列12有选择地透射近红外光的情况。有选择地透射光的波长范围不限于近红外范围。具体地，例如，在获得活体2 (指尖) 的表面的指纹图案并且基于该结果执行生物认证的情况中，可以使用另一波长范围，例如， 可见范围或近紫外范围。本申请包含与在2009年7月16日提交日本专利局的日本在先专利申请JP 2009-168095中公开的主题内容相关的主题内容，该申请的全部内容通过引用并入此处。本领域的技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同物的范围内，依赖于设计 需要和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更。
权利要求
一种生物认证装置包括光源，向活体发射包括用于认证的波长范围的波长范围中的光；微透镜阵列，聚集来自所述活体的光以及有选择地透射所述用于认证的波长范围中的光；成像器件，基于所述微透镜阵列聚集的光来获得所述活体的图像数据；以及认证单元，基于由所述成像器件获得的图像数据对所述活体进行认证。
2.如权利要求1所述的生物认证装置，其中，所述微透镜阵列包括 第一树脂层，由热塑性树脂制成；以及遮光材料，包含在所述第一树脂层中并且阻挡与所述用于认证的波长范围不同的波长 范围中的光。
3.如权利要求2所述的生物认证装置，其中，所述用于认证的波长范围是近红外范围。
4.如权利要求1所述的生物认证装置，进一步包括在所述微透镜阵列的光射出侧，遮 光单元具有对应于多个微透镜的开口并且阻挡包括所述用于认证的波长范围的波长范围 中的光。
5.如权利要求4所述的生物认证装置，其中，所述遮光单元是与所述微透镜阵列一体 地提供的。
6.如权利要求5所述的生物认证装置，其中，向所述微透镜阵列和所述遮光单元中的 每一个提供一个或多个对准机构。
7.如权利要求6所述的生物认证装置，进一步包括如下元件作为所述对准机构 为所述微透镜阵列或所述遮光单元中的任一个部件提供的孔，以及为另一部件提供并且装配到所述孔中的凸出部。
8.如权利要求4所述的生物认证装置，其中，所述遮光单元包括 第二树脂层，由热塑性树脂制成；以及光学功能材料，包含在所述第二树脂层中。全文摘要
本发明提供了一种在保持高的认证精度的同时实现厚度减小的生物认证装置。该生物认证装置包括光源，向活体发射包括用于认证的波长范围的波长范围中的光；微透镜阵列，聚集来自活体的光以及有选择地透射用于认证的波长范围中的光；成像器件，基于微透镜阵列聚集的光来获得活体的图像数据；以及认证单元，基于由成像器件获得的图像数据来对活体进行认证。
文档编号A61B5/117GK101953689SQ20101022602
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月9日 优先权日2009年7月16日
发明者川岛良成, 市村功, 渡边俊夫, 甲斐慎一 申请人:索尼公司