專利名稱：生物學(xué)驗證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用諸如例如手指的靜脈之類的生命體內(nèi)的結(jié)構(gòu)作為經(jīng)歷驗
證的對象的生物學(xué)驗證系統(tǒng)。本申請包含與2007年4月4日在日本專利局提 交的日本在先專利申請JP 2007-098422有關(guān)的主題，通過引用將其全部內(nèi)容 合并于此。
背景技術(shù)：
在相關(guān)技術(shù)中，拾取生命體部位中的結(jié)構(gòu)的圖像的圖像拾取裝置被用在 生物學(xué)驗證系統(tǒng)等中，并且例如，已經(jīng)提出了通過使用手指的指紋來進行生 命體驗證的各種指紋驗證系統(tǒng)(參見專利文件1到3 )。在這樣的指紋驗證系 統(tǒng)中，圖像拾取裝置的厚度大，因此如在專利文件1中所述的將圖像拾取裝 置排列在驗證系統(tǒng)外部以及如在專利文件2中所述的獨立地排列光學(xué)系統(tǒng) (圖像拾取透鏡)和檢測系統(tǒng)(圖像拾取器件)已經(jīng)成為主流。
然而，近年來，日益需要減小驗證系統(tǒng)的外形，由此期望安裝在驗證系 統(tǒng)中的圖像拾取裝置具有更小的外形。因此，在專利文件3中，已經(jīng)公開了 使用光導(dǎo)板的圖像拾取裝置。更具體地，使光源與光導(dǎo)板的末端部分接觸， 并且光在光導(dǎo)板中重復(fù)反射，由此允許光導(dǎo)板用作表面發(fā)光源，并且生命體 (手指)被置于光導(dǎo)板上以拾取圖像。通過這樣的配置來固定通常具有廣角 度分布的光源的排列，因此減小圖像拾取裝置的外形得以實現(xiàn)。
另一方面，在這樣的驗證系統(tǒng)中，需要高安全級。在使用指紋的驗證中， 作為經(jīng)歷驗證的指紋圖樣容易被偽造，因此存在降低驗證的安全級別的風(fēng)險。 因此，在專利文件4中，已經(jīng)提出了通過使用手指的靜脈來進行生命體的驗 證的靜脈驗證系統(tǒng)。在此情況下，靜脈是手指內(nèi)的結(jié)構(gòu)，因此難以偽造驗證 圖樣，并且與指紋驗證相比，可以進行更高安全級的驗證。 專利文件1:日本未審查專利申請公開No.2005-312748 專利文件2:日本未審查專利申請公開No.2006-181296 專利文件3:日本未審查專利申請公開No.2006-285487專利文件4:日本未審查專利申請公開No.2006-146612

發(fā)明內(nèi)容
目前，在上述專利文件3的圖像拾取裝置中，在指紋的凹凸形狀中與光 導(dǎo)板接觸的部分(凸脊部分)中光被散射的同時，未與指紋的凹凸形狀的光 導(dǎo)板接觸的部分(凹槽部分)的光在光導(dǎo)板中被全反射，因此當(dāng)拾取散射光 的圖像時，指紋的形狀圖樣被檢測到。因此，在使用光導(dǎo)板的驗證系統(tǒng)中， 期望經(jīng)歷圖像拾取的對象和光導(dǎo)板彼此接觸。
另一方面，在專利文件4的靜脈驗證系統(tǒng)中，需要通過將光施加到手指 內(nèi)的靜脈來拾取圖像。在專利文件3的配置中，光被散射在與光導(dǎo)板接觸的 表面，因此不能使光充分施加到諸如生命體內(nèi)的靜脈之類的結(jié)構(gòu)。此外，由 于指紋圖樣的影響，精確的靜脈圖樣不可檢測到。此外，當(dāng)手指與光導(dǎo)板緊 密(strong)接觸時，很容易壓到靜脈，這是因為靜脈是血管，因此不可通過良 好再現(xiàn)性檢測圖樣。如上所述，難以將使用光導(dǎo)板的小外形配置照原樣移用 于靜脈驗證系統(tǒng)。因此，期望能夠保證高安全級別的小外形生物學(xué)驗證系統(tǒng) 的實現(xiàn)。
做出本發(fā)明以解決上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供能夠?qū)崿F(xiàn)高安全 級驗證的小外形生物學(xué)圖像拾取裝置。
本發(fā)明的生物學(xué)驗證系統(tǒng)包括光源；光導(dǎo)部分，全反射從光源發(fā)射的 光，以將該光導(dǎo)向生命體；衍射部分，衍射穿過光導(dǎo)部分傳播的光；圖像拾 取透鏡部分，被排列以與生命體相對，光導(dǎo)部分在它們之間，并聚集來自生 命體的光；圖像拾取器件，基于由圖像拾取透鏡部分聚集的光產(chǎn)生圖像拾取 數(shù)據(jù)；以及驗證部分，基于在圖像拾取器件中獲得的圖像拾取數(shù)據(jù)執(zhí)行生命 體的驗證。
在本發(fā)明的生物學(xué)驗證系統(tǒng)中，從光源發(fā)射的光通過全反射穿過光導(dǎo)部 分傳播，以被導(dǎo)向生命體。然后，透過光導(dǎo)部分傳播的光被衍射部分衍射， 由此產(chǎn)生以不同于入射角的角度傳播的衍射光。因此，光不滿足全反射條件， 并且衍射光被導(dǎo)向光導(dǎo)部分的外部，因此光被充分施加到生命體的內(nèi)部。
根據(jù)本發(fā)明的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，來自光源的光被光導(dǎo)部分全反射以導(dǎo)向 生命體，因此光導(dǎo)部分用作生命體的表面發(fā)光源，并允許光源的外形減小。 此外，通過全反射透過光導(dǎo)部分傳播的光被衍射部分衍射，因此允許光充分施加到生命體的內(nèi)部。由此，允許拾取生命體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的圖像。因此，利 用小外形可實現(xiàn)高安全級驗證。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的整體配置的功能方框圖。
圖2是圖示圖1中所示的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的簡要配置的示意圖。 圖3是圖1所示的顯微透鏡陣列的放大剖面圖。 圖4是圖1所示的光導(dǎo)部分和衍射部分的例子的放大剖面圖。 圖5是圖1所示的光導(dǎo)部分和衍射部分的例子的放大剖面圖。 圖6是用于描述形成圖4所示的光導(dǎo)部分和衍射部分的方法的剖面圖。 圖7是用于描述繼圖6的步驟后的形成方法的剖面圖。 圖8是用于描述顯微透鏡陣列的功能的示意剖面圖。 圖9是用于描述光導(dǎo)部分和衍射部分的功能的剖面圖。 圖10是用于描述光導(dǎo)部分和衍射部分的功能的剖面圖。 圖11是用于描述光向生命體的傳播方向的圖示。 圖12是圖示圖1所示的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的應(yīng)用例子的透視圖。 圖13是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一修改例子的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的簡要配置 的示意圖。
圖14是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二修改例子的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的簡要配置 的示意圖。
圖15是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三修改例子的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的簡要配置 的示意圖。
圖16是從上部和側(cè)面看圖15所示的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的示意圖。 圖17是圖示根據(jù)本發(fā)明的第四修改例子的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的簡要配置 的示意圖。
圖18是從上部和側(cè)面看圖17所示的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的示意圖。 圖19是圖示根據(jù)本發(fā)明的第五修改例子的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的簡要配置 的示意圖。
圖20是從上部和側(cè)面看圖19所示的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的另一配置例子的 示意圖。圖21是圖示根據(jù)本發(fā)明的第六修改例子的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的簡要配置 的示意圖。
圖22是從上部和側(cè)面看圖20所示的生物學(xué)^S正系統(tǒng)的另一配置例子的
示意圖。
圖23是從上部和側(cè)面看圖20所示的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的另一配置例子的 示意圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。
圖1圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的生物學(xué)驗證系統(tǒng)(生物學(xué)驗證系統(tǒng)1) 的整體配置。圖2是圖示生物學(xué)驗證系統(tǒng)1的簡要配置的示意圖。生物學(xué)驗 證系統(tǒng)1具體地拾取例如生命體(例如手指)2內(nèi)的靜脈的結(jié)構(gòu)的圖像，然 后進行驗證，并包括光源10、光導(dǎo)部分11A、衍射部分11B、顯微透鏡陣列 12、圖像拾取器件13、圖像處理部分14、圖樣存儲部分15、驗證部分16、 電壓提供部分17、光源驅(qū)動部分181、圖像拾取器件驅(qū)動部分182和控制部 分19。光導(dǎo)部分11A的上表面是檢測部分110。檢測部分110是》文置生命體 的表面或組件。換句話說，在此實施例中，光導(dǎo)部分IIA被排列在檢測部分 110和顯微透鏡陣列12之間的光學(xué)路徑上，以便與檢測部分110相對。
光源10將光施加到作為經(jīng)歷圖像拾取的對象的生命體2，并且由例如 LED (發(fā)光二極管等)組成。另外，光源IO優(yōu)選地發(fā)射近紅外波長區(qū)域中的 光(大約700 nm到1200 nm的波長區(qū)域)。這是因為在使用這種波長區(qū)域中 的光的情況下，透過生命體的透射率與進入生命體中的還原血紅蛋白(靜脈) 中的吸收之間的平衡，允許在拾取生命體2的靜脈的圖像的情況下的光利用 率增加。此外，在圖2中，配置光源10以將其排列在光導(dǎo)部分11的一端， 但是，光源10可以被排列在光導(dǎo)部分11的兩端。在此情況下，光可以均勻 地施加于生命體2。
光導(dǎo)部分IIA全反射從光源IO發(fā)射的光，以將光導(dǎo)向生命體2。光導(dǎo)部 分11A由例如諸如玻璃或塑料之類的具有透明度的基板構(gòu)成，并且具有例如 l到3mm的厚度。另外，光導(dǎo)部分11A的表面可以經(jīng)歷諸如反射膜之類的 特別處理。此外，用于防止灰塵或者保護系統(tǒng)內(nèi)部的覆蓋玻璃等等可以排列 在光導(dǎo)部分11A上。然而，在此情況下，排列在光導(dǎo)部分IIA上的覆蓋玻璃等是檢測部分。稍后將描述光導(dǎo)部分ll的具體配置。
衍射部分IIB被排列在光導(dǎo)部分IIA的底面上，并衍射透過光導(dǎo)部分11A 傳播的光，并且衍射部分11B由例如諸如衍射光柵或全息圖(hologram)之類的 衍射器件構(gòu)成。稍后將描述衍射部分11B的具體配置。
顯微透鏡陣列12包括以矩陣形式排列的多個顯微透鏡，并被排列在光導(dǎo) 部分11下(更具體地，在光導(dǎo)部分11和圖像拾取器件13之間)。顯微透鏡 陣列12中的每個顯微透鏡用作圖像拾取透鏡，用于作為經(jīng)歷圖像拾取的對象 的生命體2，并且由例如液晶透鏡、液體透鏡、衍射透鏡等構(gòu)成。下面將參 照圖3描述顯微透鏡陣列12的具體配置。圖3圖示顯微透鏡陣列12的剖面 配置。
在顯微透鏡陣列12中，在彼此相對的成對基板121和125之間形成液晶 層123，并且分別在液晶層123和基板121之間以及在液晶層123和基板125 之間形成電才及122和124。
基板121和125每個由例如諸如玻璃基板之類的透明基板構(gòu)成，并允許 入射光線從其穿過。電壓從電壓提供部分17 (稍后將描述)施加到電極122 和124。電極122和124每個由例如諸如ITO (氧化銦錫)之類的透明電極構(gòu) 成，并且如在基板121和125的情況下，電極122和124允許入射光線從其 穿過。在電極122和124的表面Sl和S2中電極122的表面Sl上，以矩陣形 式形成多個凹曲面，由此形成多個液晶顯微透鏡。液晶層123由例如諸如向 歹寸(nematic)液晶之類的液晶材料構(gòu)成，并且液晶層123的折射率根據(jù)施加在 電極122和124之間的電壓變化。
圖像拾取器件13檢測來自顯微透鏡陣列12的光以產(chǎn)生圖像拾取數(shù)據(jù)， 并且其被排列在顯微透鏡陣列12的焦平面上。另外，圖像拾取器件13包括 例如以矩陣形式排列的多個CCD (電荷耦合器件)、CMOS (互補金屬氧化物 半導(dǎo)體)等。
響應(yīng)于控制部分19的控制，圖像處理部分14對在圖像拾取器件13中獲 得的圖像拾取數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定圖像處理，以將圖像拾取數(shù)據(jù)輸出到驗證部分16。 另夕卜，圖像處理部分14以及稍后將描述的驗證部分16和控制部分19由例如 微計算機等構(gòu)成。
圖樣存儲部分15是存儲在生物學(xué)驗證時使用的生物學(xué)驗證圖樣(其是相 對于在驗證時獲得的圖像拾取圖樣的比較圖樣，并且通過預(yù)先拾取生命體的圖像而獲得)的部分，并且由非易失性存儲器器件(例如EEPROM (電可擦 除可編程只讀存儲器)等)構(gòu)成。驗證部分16是響應(yīng)于控制部分19的控制， 通過比較從圖像處理部分14輸出的圖像拾取圖樣與圖樣存儲部分15中存儲 的生物學(xué)驗證圖樣而執(zhí)行生命體2的驗證的部分。
電壓提供部分17向顯微透鏡陣列12中的顯微透鏡提供電壓。顯微透鏡 的折射率(refractive power)根據(jù)從電壓提供部分17提供的電壓的幅度而改 變。因此，通過調(diào)整提供電壓，在從生命體2的表面到生命體2的內(nèi)部的深 度方向上的焦點(圖像形成位置)可自由地改變。
響應(yīng)于控制部分19的控制，光源驅(qū)動部分181驅(qū)動光源IO發(fā)光。響應(yīng) 于控制部分19的控制，圖像拾取器件驅(qū)動部分182驅(qū)動圖像拾取器件13拾 取圖像(以檢測光)?？刂撇糠?9控制圖像處理部分14、驗證部分16、電壓提 供部分17、光源驅(qū)動部分181和圖像拾取器件驅(qū)動部分182的操作。
接下來，將參照圖2、圖4和圖5詳細描述光導(dǎo)部分IIA和衍射部分11B 的配置。圖4和圖5是光導(dǎo)部分IIA和衍射部分11B的剖面配置的放大圖。
如圖2所示，衍射部分IIB被排列在不與檢測部分110相對的區(qū)域，即 不遮擋從生命體2到顯微透鏡陣列12的入射光的光學(xué)路徑的區(qū)域。衍射部分 11B由在光導(dǎo)部分11A的底表面上形成的樹脂層11B-1構(gòu)成，并包括多個凹 槽部分11B-2。多個凹槽部分11B-2形成具有如圖4所示的鋸齒剖面形的炫耀 光柵(blazed grating)。此外，如圖5所示，凹槽部分11B-2的深度H優(yōu)選地隨 著距光源IO的距離的增加而增加。
然而，衍射部分11B的光柵形狀不限于上述的光柵形狀。除了上迷的光 柵形狀以外，例如，還可以使用諸如類階梯的階梯光柵(step-like step grating) 或二元光4冊(binary grating)之類的衍射光柵。
接下來，將參照圖6和圖7描述形成具有圖4所示的配置的光導(dǎo)部分11A 和具有圖4所示的配置的衍射部分11B的方法的例子。
首先，如圖6 ( A)所示，通過例如照相平板方法將基板100涂上光致抗 蝕劑(photoresist)膜101，然后，通過使用具有所期望的圖樣的掩模(mask)102 的曝光機(stepper)曝光并顯影該光致抗蝕劑膜101,由此，如圖6 (B)所 示，在基板100上的光致抗蝕劑膜101中形成鋸齒凹槽。接下來，如圖6(C) 所示，通過使用例如諸如電鑄(electroform)之類的電鍍將光致抗蝕劑膜101中 的凹槽的形狀轉(zhuǎn)移到金屬以形成鑄模(mold) 103。接下來，如圖7所示，例如，紫外固化樹脂(ultraviolet curable resin) 104 被灌注到形成凹槽一側(cè)的所形成的鑄模103中，并將紫外固化樹脂104疊加 在光導(dǎo)板IIA側(cè)，然后從光導(dǎo)板IIA側(cè)施加紫外光UV以固化紫外固化樹脂 104。由此，形成具有圖4所示配置的光導(dǎo)部分IIA和具有圖4所示配置的衍 射部分IIB。
接下來，參照圖1到圖5以及圖8到圖11，下面將描述根據(jù)此實施例的 生物學(xué)驗證系統(tǒng)1的操作和效果。在此，圖8是用于描述顯微透鏡陣列12的 功能的圖示，圖9和圖IO是用于描述光導(dǎo)部分IIA和衍射部分11B的功能 的圖示，圖11是光導(dǎo)部分11A和生命體2之間的位置關(guān)系的圖示。
在生物學(xué)驗證系統(tǒng)1中，首先，當(dāng)生命體(例如指尖)2置于光導(dǎo)部分 IIA上，并且光源驅(qū)動部分181驅(qū)動光源10時，從光源10發(fā)射的光L0從光 導(dǎo)部分11A的一端進入。光LO—般具有寬的方向性，因此大部分光LO通過 在光導(dǎo)部分11A中重復(fù)地全部反射而傳播。然后，通過光導(dǎo)部分11A傳播的 光被導(dǎo)向置于光導(dǎo)部分11A上的生命體2以施加到生命體2。
另一方面，當(dāng)響應(yīng)于控制部分19的控制，電壓從電壓提供部分17提供 至顯微透鏡陣列12中的顯孩i透鏡(更具體地，在電極122和124之間)時， 液晶層123的折射率根據(jù)電壓的幅度變化，并且顯微透鏡的焦點被調(diào)整為生 命體2內(nèi)的點(例如圖2中的點Pl )，并且光L2從生命體2進入顯微透鏡。
此時，例如，如圖8所示，當(dāng)提供電壓相對較小時，液晶層123的折射 率小，結(jié)果，如在光線L21的情況下，入射到顯微透鏡的光線被折射以便具 有相對較小的折射角，并聚集在相對較長的焦距上(例如聚集在光軸Zl上的 焦點位置Pll)。另一方面，在提供電壓相對較大的情況下，液晶層123的折 射率大，結(jié)果，如在光線L22的情況下，入射到顯微透鏡的光線被折射以便 具有相對較大的折射角，并聚集在相對較短的焦距上(例如聚集在光軸Zl 上的焦點位置P12)。因此，當(dāng)通過使用液晶透鏡作為顯微透鏡來調(diào)整提供電 壓時，顯微透鏡的折射能力是可變的。
如上所述，顯微透鏡的焦點被調(diào)整在生命體2內(nèi)的點Pl和圖像拾取器件 13上的點(例如圖2中的點P2)，由此，在圖像拾取器件13中，獲得生命體 2的靜脈的圖像拾取數(shù)據(jù)(靜脈圖樣)。然后，在圖像處理部分14中對獲得的 靜脈圖樣適當(dāng)執(zhí)行圖像處理，然后將靜脈圖樣輸入到驗證部分16。
接下來，在驗證部分16中，通過比較輸入的靜脈圖樣與圖樣存儲部分15中存儲的用于靜脈驗證的驗證圖樣來執(zhí)行驗證。由此，生物學(xué)驗證的最終
結(jié)果(驗證結(jié)果數(shù)據(jù)Dout)被輸出以完成生物學(xué)驗證過程。
具體地，在實施例中，當(dāng)從光源10發(fā)射并透過光導(dǎo)部分11A傳播的光 L0進入排列在光導(dǎo)部分11A的底表面上的衍射部分11B時，光L0被衍射以 被發(fā)射。換句話說，如圖9所示，光L0被衍射部分11B的凹槽11B-2劃分成 m階(m=0， ±1， 士2， ±3...)衍射光，主要是0階衍射光(L0 )和第一階衍 射光L1。此時，0階衍射光以與入射光LO的入射角相同的角度發(fā)射，因此0 階衍射光再次穿過光導(dǎo)板IIA傳播，同時維持全反射條件。另一方面，由于 第 一階衍射光Ll以與入射光L0的角度不同的角度發(fā)射，不滿足全反射條件， 因此第一階衍射光L1從光導(dǎo)部分11A的上表面出去。
以此方式從光導(dǎo)部分11A的上表面導(dǎo)出的光Ll被施加到置于光導(dǎo)部分 11A上的生命體2。在此情況下，在相關(guān)技術(shù)中(例如專利文件3),來自光 源的光僅被重復(fù)全反射以穿過光導(dǎo)板傳播，并且光未被導(dǎo)向光導(dǎo)板的外部， 因此光僅一皮施加到與光導(dǎo)板接觸的部分。另一方面，在此實施例中，光Ll 被衍射部分11B導(dǎo)向光導(dǎo)部分11A的外部，因此光不僅被充分施加到與光導(dǎo) 部分IIA接觸的表面(生命體2的表面)，而且充分施加到未與光導(dǎo)部分11A 接觸的部分，即生命體內(nèi)的結(jié)構(gòu)。然后，施加到生命體2的光L1被散射到生 命體2內(nèi)部以由靜脈吸收。
在此情況下，衍射部分11B的衍射效率取決于每個衍射階中的凹槽部分 11B-2中的凹槽的深度。圖10圖示衍射效率與0階衍射光和第一階衍射光中 的凹槽的深度(pm)的關(guān)系。在此情況下，光導(dǎo)部分IIA的折射率是1.51， 入射光的波長是850 nm。如圖中所示，在凹槽的深度是0 pm到1.7 jim時， 存在0階光降低而第一階光增加的趨勢。因此，例如，通過增加凹槽的深度 直到凹槽的深度達到接近1.7 (am，允許衍射效率逐漸增加，當(dāng)凹槽的深度接 近1.7jim時，實質(zhì)上使得所有衍射光成為第一階衍射光。因此，當(dāng)調(diào)整形成 衍射部分11B的凹槽部分11B-2的凹槽的深度時，可獲得期望的衍射效率。
因此，例如，如圖5所示，當(dāng)凹槽部分11B-2的深度H從靠近光源10 一側(cè)逐漸增加時，使得衍射效率逐漸增加。由于通過光導(dǎo)部分IIA傳播的光 LO的光量隨著與光源10的距離的增加而降j氐，因此通過增加距光源IO相對 較遠的部分中的衍射效率，從光導(dǎo)部分11A導(dǎo)出的光L1的光量變得均勻。
如上所述，在此實施例中，在放置了生命體2的光導(dǎo)部分11中，從光源10發(fā)射的光L0通過被重復(fù)地全反射而傳播。由此，光導(dǎo)部分11A用作表面 發(fā)光源，從而減小光源10的外形。此外，衍射通過光導(dǎo)部分11A傳播的光 L0的衍射部分11B被排列在光導(dǎo)部分11A的底表面上，因此已經(jīng)進入衍射部 分11B的光L0主要被劃分為0階衍射光和第一階衍射光Ll。由此，不滿足 光導(dǎo)板11A的全反射條件，光Ll被導(dǎo)向光導(dǎo)部分11A的外部，因此光被充 分施加到不直接與光導(dǎo)部分11A接觸的生命體2的內(nèi)部。因此，可以通過^f吏 用光導(dǎo)部分11A來拾取諸如靜脈之類的生命體2內(nèi)的結(jié)構(gòu)的圖像，從而利用 小外形可實現(xiàn)高安全級驗證。
此外，顯微透鏡陣列包括液晶透鏡，由此允許通過改變在生命體2的深 度方向上的焦點來拾取圖像而不在光學(xué)路徑上移動顯微透鏡陣列12，因此這 對于外形的減小是有利的。此外，由此，允許執(zhí)行通過不僅是靜脈驗證而且 指紋驗證的雙生物學(xué)驗證，因此可確保更高安全級別。此外，可形成顯微透 鏡陣列以具有接近1 mm的很薄透鏡共輒長度(lens conjugation length)(從對 象側(cè)的透鏡平面到圖像拾取平面的距離)，因此允許整個系統(tǒng)具有接近3 mm 薄的厚度。
此外，衍射部分11B的衍射效率隨著與光源IO的距離的增加而增加，因 此施加到生命體2的光的光量的不均勻性降低，由此，可獲得更準(zhǔn)確的圖像 拾取數(shù)據(jù)。這在相對長的距離處或者相對寬的范圍內(nèi)進行圖像拾取的情況下 (比如將光施加到較長方向上的生命體2 (指尖)的情況下)特別有效(參 照圖11 )。
此外，在光源IO發(fā)射近紅外光的情況下，允許在增加透過生命體2的光 的透射的同時增加進入生命體2的靜脈中的光的吸收。因此，在這樣的配置 中，使得作為經(jīng)歷靜脈驗證中的圖像拾取的對象的靜脈更清晰地出現(xiàn)，由此 提高靜脈驗證的準(zhǔn)確性。
生物學(xué)驗證系統(tǒng)1適合用于諸如蜂窩電話、小外形(low-profile)筆記本計 算機、便攜存儲器和各種卡之類的小外形便攜模塊。圖12圖示使用生物學(xué)驗 證系統(tǒng)1的蜂窩電話的例子的簡要配置。蜂窩電話包括手指向?qū)?02，用 于放置生命體2(指尖)；以及顯示部分203,用于在翻開型外殼(第一外殼 200和第二外殼201 )的表面上顯示驗證結(jié)果，并且生物學(xué)驗證系統(tǒng)1被排列 在第一外殼200中，使得手指向?qū)?02的底表面和光導(dǎo)部分11彼此相對。
接下來，將參照附圖描述本發(fā)明的生物學(xué)驗證系統(tǒng)的修改例子。在以下描述和附圖中，相同的組件由與上述生物學(xué)驗證系統(tǒng)相同的標(biāo)記表示，并將 不再進一步描述。
(修改例子1 )
圖13是圖示根據(jù)修改例子1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)3的簡要配置的示意圖。 除了在檢測部分110和光導(dǎo)部分11A之間排列了波片(wave plate)21C、以及 衍射部分21B的配置以外，生物學(xué)驗證系統(tǒng)3具有與上述生物學(xué)^^證系統(tǒng)1 相同的配置。
衍射部分21B具有多個凹槽部分(未示出)，并且僅衍射通過光導(dǎo)部分 11A傳播的光的特定偏振分量(P偏振分量或S偏振分量)。排列^"射部分21B 的區(qū)域并未特別限定，并且可以將其排列在從生命體2到顯微透鏡陣列12的 入射光的光學(xué)路徑上。另外，如在上述生物學(xué)驗證系統(tǒng)1的情況下，通過調(diào) 整凹槽部分的深度，也可改變衍射部分21A的衍射效率。
波片21C改變從光導(dǎo)部分IIA導(dǎo)出的光的偏振狀態(tài)，并由提供90。相位 差的1/4波片構(gòu)成。排列波片21C使得與衍射部分21B相對，而光導(dǎo)部分11A 夾在其間。
通過這樣的配置，當(dāng)從光源IO發(fā)射的光LO通過光導(dǎo)部分IIA傳播，然 后進入衍射部分21B時，僅特定的偏振分量例如P偏振分量的光L3被衍射。 由此，光L3不滿足全反射條件，并且光L3穿過排列在光導(dǎo)部分IIA的上表 面上的波片21C ( 1/4波片)，以被導(dǎo)向光導(dǎo)部分IIA的外部。此時，當(dāng)光L3 穿過波片21C時，光L3具有90。的相位差，由此變成圓偏振光。然后，由 生命體2反射的光L4再次穿過波片21C、光導(dǎo)部分11A和衍射部分21B以 進入顯微透鏡陣列12。此時，當(dāng)光L4穿過波片21C時，光L4具有90。的 相位差，由此變成具有與光Ll的偏振分量(P偏振分量)相差90°的S偏 振分量的線偏振光。因此，即使L4進入衍射部分21B中，光L4也不受衍射 部分21B的影響，而穿過衍射部分21B進入顯微透鏡陣列12。
如上所述，在生物學(xué)驗證系統(tǒng)3中，包括了僅衍射特定偏振分量的衍射 部分21B和被排列以便與衍射部分21B相對的波片21C,由此，當(dāng)光從光導(dǎo) 部分11A導(dǎo)向外部時，在發(fā)揮了衍射部分21B的衍射功能的同時，不對從生 命體2到顯微透鏡陣列12的用于獲得圖像拾取數(shù)據(jù)的光學(xué)路徑實施衍射功 能。由此，不需要如此排列衍射部分21B以避免從生命體2到顯微透鏡陣列 12的入射光學(xué)路徑，并可以在光導(dǎo)部分11A的任何區(qū)域中形成衍射部分21B。因此，可形成衍射部分21B而無需相對光導(dǎo)板11A精細對準(zhǔn)衍射部分21A。 此外，允許衍射部分21B與經(jīng)歷生命體2的圖像拾取的區(qū)域相對地排列，因 此即使放置手指的位置處的再現(xiàn)性差也不會惡化驗證精確度。 (修改例子2)
圖14是圖示根據(jù)修改例子2的生物學(xué)驗證系統(tǒng)4的簡要配置的示意圖。 除了顯微透鏡陣列部分32與光導(dǎo)部分11A的底表面相鄰地排列之外，生物學(xué) 驗證系統(tǒng)4具有與上述生物學(xué)驗證系統(tǒng)1相同的配置。
顯微透鏡陣列部分32對應(yīng)于上述生物學(xué)驗證系統(tǒng)1中的顯微透鏡陣列 12，并且在此修改例子中，顯微透鏡陣列部分32被排列在光導(dǎo)部分11A中形 成衍射部分11B的同一平面上。由此，與光導(dǎo)部分IIA和顯微透鏡陣列被排 列在不同層上的情況相比，此修改例子對于外形減小是有利的。此外，當(dāng)顯 微透鏡陣列部分32與光導(dǎo)部分11A集成地形成時，提高了可制造性。作為顯 微透鏡，如上所述，可以使用例如諸如液晶透鏡或液體透鏡、衍射透鏡等之 類的可變焦透鏡。具體地，在顯微透鏡由衍射透鏡組成的情況下，通過使用 一個掩模，衍射部分11B和顯微透鏡陣列部分32可集成在光導(dǎo)部分11A的 底表面上，因此進一步提高了可制造性。
(修改例子3)
圖15是圖示根據(jù)修改例子3的生物學(xué)驗證系統(tǒng)5的簡要配置的示意圖。 圖16 (A)、 16 (B)和16 (C)分別是從一側(cè)(光導(dǎo)部分31A側(cè))、從上以 及從另一側(cè)看的生物學(xué)驗證系統(tǒng)5的圖示。除了光源IO、光導(dǎo)部分31A和衍 射部分31B的排列以外，生物學(xué)驗證系統(tǒng)5具有與上述生物學(xué)驗證系統(tǒng)1相 同的配置。
在生物學(xué)驗證系統(tǒng)5中，光導(dǎo)部分31A被排列在接近斗企測部分10而不 與檢測部分110相對(例如生命體2 —側(cè))的區(qū)域中。光導(dǎo)部分31A僅被排列 在例如沿著矩形檢測部分110的縱向方向上的檢測部分110 —側(cè)的區(qū)域中。 光源10被排列在光導(dǎo)部分31A的縱向方向上的一端，衍射部分31B的衍射 表面被排列在光導(dǎo)部分31A的側(cè)表面。
通過這樣的配置，來自光源10的光通過全反射穿過光導(dǎo)部分31傳播， 并在衍射部分31B中被衍射，由此不滿足全反射條件，并且光從光導(dǎo)部分31A 的側(cè)表面導(dǎo)向外部。此時，光導(dǎo)部分31A被排列在接近檢測部分110但不與 檢測部分110相對的區(qū)域中，因此從光導(dǎo)部分31A導(dǎo)出的光從生命體2的側(cè)面進入以被施加到生命體2內(nèi)部的區(qū)域A。由此，允許光被施加到用于靜脈
圖像拾取的生命體2內(nèi)的必要的區(qū)域，并且可獲得與上述實施例的生物學(xué)驗證系統(tǒng)l相同的效果。而且，此時從光導(dǎo)部分31A導(dǎo)出的光到達生命體2的內(nèi)部而不穿過生命體2的前表面(與檢測部分110相對的部分)，因此能夠排除導(dǎo)致妨礙靜脈驗證的生命體2的前表面上的指紋或關(guān)節(jié)部分的影響。因此，提高了驗證精確度，并允許進一步提高安全級別。(修改例子4)
圖17是圖示根據(jù)修改例子4的生物學(xué)驗證系統(tǒng)6的簡要配置的示意圖。圖18 (A)、 18 (B)和18 (C)分別是從一側(cè)、從上以及從另一側(cè)看的生物學(xué)驗證系統(tǒng)6的圖示。除了光源10、光導(dǎo)部分31A和衍射部分31B被排列在檢測部分110的兩側(cè)之外，生物學(xué)驗證系統(tǒng)6具有與根據(jù)上述Y奮改例子3的生物學(xué)驗證系統(tǒng)5相同的配置。
在生物學(xué)驗證系統(tǒng)6中，光導(dǎo)部分31A被排列在接近檢測部分110而不與檢測部分110相對的區(qū)域的檢測部分110的縱向方向上的檢測部分110的兩側(cè)的區(qū)域中。光源10被排列在每個光導(dǎo)部分31A的縱向方向上的一端，并且每個衍射部分31B的衍射表面被排列在每個光導(dǎo)部分31A的側(cè)表面上。即使以此方式將光導(dǎo)部分31A排列在檢測部分110的兩側(cè)，也可獲得與根據(jù)上述實施例的生物學(xué)驗證系統(tǒng)1的相同的效果。此外，光從每個光導(dǎo)部分31A施加到生命體2內(nèi)部的區(qū)域A中，因此，與光從一側(cè)施加的情況相比，光被允i午均勻i也施力口。(修改例子5)
圖19 ( A)到圖19 (C)是圖示根據(jù)修改例子5的生物學(xué)驗證系統(tǒng)7的簡要配置的示意圖，并且圖19(A)、圖19 (B)和圖19 (C)分別是從一側(cè)、從上以及從另 一側(cè)看的生物學(xué)驗證系統(tǒng)7的圖示。除了光源10、光導(dǎo)部分32A和衍射部分32B的排列之外，生物學(xué)驗證系統(tǒng)7具有與根據(jù)上述實施例的生物學(xué)驗證系統(tǒng)1的相同的配置。
在生物學(xué)驗證系統(tǒng)7中，光導(dǎo)部分32A被排列在接近4企測部分110而不與檢測部分110相對的區(qū)域中，例如圍繞檢測部分110的區(qū)域。光源10被排列在光導(dǎo)部分32A的縱向方向上的一端，衍射部分32B的衍射表面沿著光導(dǎo)部分32A的側(cè)表面排列。即使光導(dǎo)部分32A以此方式被排列以圍繞檢測部分110,也可獲得與根據(jù)上述實施例的生物學(xué)驗證系統(tǒng)1的相同的效果。此外，光從生命體2周圍施加到生命體2的內(nèi)部，因此，與光從一側(cè)施加的情況相
比，光被允許均勻地施加。
可替換地，如圖20 (A)到20 (C)所示，光源IO可以排列在光導(dǎo)部分32A的兩端。由此，容易調(diào)整光量，并允許更均勻地施加光。(修改例子6)
圖21 ( A)到21 (C)是圖示根據(jù)修改例子6的生物學(xué)驗證系統(tǒng)8的簡要配置的示意圖，圖20 (A)、 20 (B)和20 (C)分別是從一側(cè)、從上以及從另一側(cè)看的生物學(xué)驗證系統(tǒng)8的圖示。除了光源IO、光導(dǎo)部分33A和衍射部分33B的排列之外，生物學(xué)驗證系統(tǒng)8具有與根據(jù)上述實施例的生物學(xué)-驗證系統(tǒng)1的相同的配置。
在生物學(xué)驗證系統(tǒng)8中，光導(dǎo)部分33A被排列在^r測部分110的縱向方向上的兩端，以便與檢測部分110相對。在修改例子中，用于放置生命體2的檢測部分110由覆蓋玻璃等構(gòu)成，光導(dǎo)部分33A被排列在檢測部分110的較低端部分。排列光源10以便朝向檢測部分110的縱向方向發(fā)光，并且每個衍射部分33B的衍射表面被排列在每個光導(dǎo)部分33A的底表面。
通過這樣的配置，當(dāng)來自光源10的光通過全反射穿過光導(dǎo)部分33A傳播時，光在排列于光導(dǎo)部分33A的底表面上的衍射部分33B中被衍射，由此，不滿足全反射條件，光從光導(dǎo)部分33A的頂表面導(dǎo)出。從而，朝向在置于檢測部分110上的生命體2的光導(dǎo)部分33A之上的區(qū)域A施加光。生命體2的較長方向的中心周圍的區(qū)域由施加到在生命體2的較長方向上的一端周圍的區(qū)域的光間接照射。因此，即使光導(dǎo)部分33A被排列在沿著檢測部分110的縱向方向上的兩端以與檢測部分110相對，也可獲得與上述實施例的生物學(xué)驗證系統(tǒng)1中的相同的效果。
此外，僅不與檢測部分110的光導(dǎo)部分33A相對的區(qū)域、即被夾在光導(dǎo)部分33A之間的區(qū)域可以作為取決于顯微透鏡陣列12和圖像拾取器件13的圖像拾取區(qū)域110A。由此，能夠排除在照射區(qū)域A周圍的生命體2的前表面的指紋、關(guān)節(jié)等的影響。
此外，如圖22和圖23所示，可以排列光源10以在檢測部分110的較短方向上發(fā)光。即使在此情況下，從光源10發(fā)射的光穿過光導(dǎo)部分33A傳播，并由衍射部分33B衍射，由此從光導(dǎo)部分33A的上表面導(dǎo)出。在這點上，圖22是其中光源10被排列在光導(dǎo)部分33A的兩端的圖示，圖23是其中光源10被排列在光導(dǎo)部分33A的一端的圖示。
盡管參照實施例和修改例子描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，并可以進行各種修改。
例如，在上述實施例等中，描述了基于所獲得的靜脈圖樣執(zhí)行生物學(xué)一瞼證的情況，但本發(fā)明不限于此，例如，可以獲得指紋圖樣與靜脈圖樣，并可以基于這些結(jié)果輸出最終的驗證結(jié)果。在此情況下，可以通過調(diào)整顯微透鏡的折射率使得顯微透鏡聚焦在生命體2的表面(與光導(dǎo)部分11接觸的表面)來獲得生命體2的指紋的圖像拾取數(shù)據(jù)。當(dāng)以此方式使用指紋驗證和靜月永驗證兩者時，可獲得更精確的驗證結(jié)果。
而且，在上述實施例中，描述了如下情況，其中，在通過降低從電壓提供部分17到顯微透鏡陣列12中的顯微透鏡的提供電壓來降低液晶層123的折射率由此降低入射到顯微透鏡的光線的折射角的同時，通過增加提供電壓來增加液晶層123的折射率，由此增加入射到顯微透鏡的光線的折射角，但是，相反，取決于構(gòu)成液晶層123的液晶材料的種類，可以通過增加提供電壓來增加折射率，并可以通過降低提供電壓來降低折射率。即使在這樣的配置中，也可獲得與上述實施例中的相同的效果。
而且，在上迷實施例中，描述了圖像處理部分14對在圖像拾取器件13中獲得的圖像拾取數(shù)據(jù)執(zhí)行適當(dāng)?shù)膱D像處理、然后執(zhí)行驗證的情況；然而，例如在某些情況下，驗證部分16可以基于來自圖像拾取器件13的圖像拾取數(shù)據(jù)直接執(zhí)行驗證，而不排列圖像處理部分14。在此情況下，可以進一步簡化系統(tǒng)的配置，并可以進一步減d、整個系統(tǒng)的外形。
此外，在上述實施例中，在顯微透鏡陣列12中，描述了電極122和124的表面Sl和S2中的表面Sl是曲面的情況，但是，表面S2例如，也可以是曲面，由此可以形成在液晶層123的兩側(cè)具有曲面的顯樣1透《免。
此外，在上述實施例中，描述了顯微透鏡由液晶顯微透鏡構(gòu)成的情況；然而，可以使用具有任何其他配置的顯微透鏡，只要顯微透鏡使得入射光線的折射方向根據(jù)施加的電壓可變，并且例如，可以使用利用不同種類的兩個液晶層的液晶顯微透鏡。
此外，在上述實施例中，作為例子描述了其中光源IO僅被排列在光導(dǎo)部分11A的一端的配置；然而，本發(fā)明不限于此，并且光源IO可以排列在光導(dǎo)部分11A的兩側(cè)。通常，從光源IO發(fā)射的光的光量隨著與光源IO的距離的增加而逐漸降低，因此，當(dāng)光源IO被排列在光導(dǎo)部分IIA的兩端時，可以防止光源10的光量中的不均勻性。因此，光可以被均勻地施加到生命體2。
此外，在上述實施例中，作為例子描述了其中衍射部分被排列在光導(dǎo)部分的側(cè)表面上的配置；然而，本發(fā)明不限于此，并且可以將^f汙射部分排列在光導(dǎo)部分的另一側(cè)表面上，或者可以將衍射部分排列在光導(dǎo)部分的兩側(cè)表面上。
權(quán)利要求
1.一種生物學(xué)驗證系統(tǒng)，包括光源；放置生命體的檢測部分；光導(dǎo)部分，全反射從光源發(fā)射的光，以將該光導(dǎo)向生命體；衍射部分，衍射透過光導(dǎo)部分傳播的光；圖像拾取透鏡部分，聚集來自生命體的光；圖像拾取器件，基于由圖像拾取透鏡部分聚集的光來獲得圖像拾取數(shù)據(jù)；以及驗證部分，基于在圖像拾取器件中獲得的圖像拾取數(shù)據(jù)來執(zhí)行生命體的驗證。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述光導(dǎo)部分被排列在所述檢測部分與所述圖像拾取透鏡部分之間與所 述檢測部分相對的區(qū)域中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述衍射部分被排列在所述光導(dǎo)部分的圖像拾取透鏡側(cè)的表面上，以便 不與所述4企測部分相對。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述生命體是手指，以及所述光導(dǎo)部分被排列以允許從光源發(fā)射的光沿著手指的較長方向傳播。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述衍射部分僅衍射穿過所述光導(dǎo)部分傳播的光的特定偏振分量，以及 所述生物學(xué)驗證系統(tǒng)包括在所述才企測部分和所述光導(dǎo)部分之間的1/4波 片，所述1/4波片與所述衍射部分相對地排列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2的生物學(xué)圖像拾取裝置，其中所述衍射部分和所述圖像拾取透鏡部分與所述光導(dǎo)部分排列在同 一平面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述圖像拾取透鏡部分與所述光導(dǎo)部分集成地形成在聚集光學(xué)路徑上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述圖像拾取透鏡部分由衍射透鏡構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述光導(dǎo)部分被排列在接近所述檢測部分但不與所述檢測部分相對的區(qū)域中。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述生命體是手指，以及所述光導(dǎo)部分僅被排列在沿著所述檢測部分的縱向方向上的所述檢測部 分的一側(cè)的區(qū)域中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述生命體是手指，以及所述光導(dǎo)部分被排列在沿著所述檢測部分的縱向方向上的所述檢測部分 的兩側(cè)的區(qū)域中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述生命體是手指，以及 排列所述光導(dǎo)部分以便圍繞所述檢測部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中
14. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述生命體是手指，以及 所述光導(dǎo)部分^皮排列在所述^r測部分的縱向方i才企測部分相對。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中以便與所述.圖像拾取透鏡部分和所述圖像拾取器件的圖像拾取區(qū)域。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述衍射部分的衍射表面被排列在所述光導(dǎo)部分的圖像拾取透鏡側(cè)的表 面上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述衍射部分被配置使得其衍射效率隨著與所述光源的距離的增加而增加。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述衍射部分包括多個凹槽部分，以及調(diào)整所述凹槽部分的深度，使得所述衍射部分的衍射效率隨著與所述光 源的距離的增加而增加。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述光源被排列在所述光導(dǎo)部分的兩端。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中所述圖像拾取透鏡部分包括顯微透鏡陣列，該顯微透鏡陣列包括多個顯 微透鏡。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，包括 電壓提供部分，用于向所述顯微透鏡施加電壓，加的電壓而可變。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述圖像拾取透鏡部分被配置為包括 基板對，形成在所述基板上的電極對，來自所述電壓提供部分的電壓被施加到該 電才及對，以及排列在所述電極對之間的液晶層，其中，所述電極對中的一個或兩個具有用于形成所述顯微透鏡的曲面。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述光源發(fā)射近紅外波長區(qū)域的光。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1的生物學(xué)驗證系統(tǒng)，其中 所述生命體是手指，所述圖像拾取器件產(chǎn)生手指的靜脈的圖像拾取數(shù)據(jù)，以及 所述驗證部分基于靜脈的所述圖像拾取數(shù)據(jù)執(zhí)行所述生命體的驗證。
全文摘要
一種薄的并實現(xiàn)高安全級別驗證的生物學(xué)驗證設(shè)備。該生物學(xué)驗證設(shè)備(1)具有光源(10)、光導(dǎo)部分(11A)、衍射部分(11B)、顯微透鏡陣列(12)、圖像拾取器件(13)、圖像處理部分(14)、圖樣存儲部分(15)、驗證部分(16)、電壓提供部分(17)、光源驅(qū)動部分(181)、圖像拾取器件驅(qū)動部分(182)和控制部分(19)。當(dāng)從光源(10)發(fā)射的光(L0)通過全反射在光導(dǎo)部分(11A)中傳播后進入衍射部分(11B)時，產(chǎn)生衍射到與入射的角度不同的角度的光(L1)。結(jié)果，光導(dǎo)部分(11A)用作表面區(qū)域光源，并變得不滿足在光導(dǎo)部分(11A)中的全反射的條件。這使得光(L1)被導(dǎo)向光導(dǎo)部分(11A)的外部，導(dǎo)致生命體(2)的內(nèi)部充分被光照射。
文檔編號G06T1/00GK101652797SQ20088001112
公開日2010年2月17日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月4日
發(fā)明者山本健二, 市村功 申請人:索尼株式會社