JP2003331270A

JP2003331270A - 生体パターン検出方法及び生体パターン検出装置、生体認証方法及び生体認証装置

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Publication number: JP2003331270A
Application number: JP2002134534A
Authority: JP
Inventors: Kiyoaki Takiguchi; 清昭滝口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-11-21
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: CN101231690A; CN101520844B; JP4499341B2; CN101520844A

Abstract

(57)【要約】【課題】偽造等の危険のない、恒久的な生体認証を可
能とする。生体認証と同時に生体所属識別も可能とす
る。【解決手段】表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の凹
凸***分布パターンを読み取り、生体固有のパターンを
抽出する。読み取ったパターンに基づいて、生体認証を
行う。皮膚深層組織の凹凸***分布パターンの読み取り
は、表皮組織と皮膚深層組織の光学特性の相違を利用し
て、光学的に行う。このとき、皮膚組織への照射光に
は、長波長光、例えば近赤外線帯域光を用いる。検出対
象位置は、例えば皮下血管の分岐部とし、分岐部の形状
から検出対象位置を決定する。このとき、皮下血管を利
用して生体所属識別を行うことも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真皮等の皮膚深層
パターンを捕捉し得る新規な生体パターン検出方法及び
生体パターン検出装置に関するものであり、さらには、
これを応用した生体認証方法及び生体認証装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】広く個人認証に用いられている指紋、掌
紋等は、皮膚の表皮組織が真皮の凹凸構造に中に沈み込
んでできた隆線網が外部から直接見える部分であり、基
本的には真皮等の皮膚深層構造を反映するものである。
手掌や足底などの部位の皮膚は、皮膚深層に分布する触
覚神経終端がより外部刺激を検出し易くする目的や摩擦
に対する強度等の生理的理由により、他の部位の皮膚と
異なり真皮等の皮膚深層構造の形状と表皮の形状とが一
致した独特の皮膚構造を有している。従来から個人認証
に用いられてきた指紋は、基本的にこの深層構造の恒久
性を利用したものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記指紋を
用いた生体認証は、いわゆる「なりすまし」等に対し
て、その対策が必ずしも十分とは言えない。例えば、指
紋は容易に他の物体に痕跡として残り、また目視も容易
であるために、第三者に偽造される危険性が否定できな
い。

【０００４】これに対して、例えば他の部位の表皮によ
り生体認証を行うことができれば、前記偽造の危険性を
回避できるものと考えられる。しかしながら、表皮層は
２８日周期で細胞がすべて入れ替わる等、流動的であ
り、また肌荒れや乾燥などによりさまざまな変化がある
ため、この部分の紋理には恒久性が無い。また、測定の
結果、指幹部や母指球部等では、指先の指紋と全く異な
り表皮と表皮下の紋理は全く別でむしろ直交する傾向す
らあり、表皮紋理は生体認証には使用することができな
い。

【０００５】深層構造を直接表皮が反映し目視できる指
先の指紋等の特殊な場合と異なり、同じ手掌型といえど
も母指球等の手掌部、指幹部や手背部の皮膚も含む人体
の大半の皮膚では、深層構造の紋理は表皮層の紋理とは
一致せず、また、６層からなる表皮構造による散乱や基
底細胞等のメラニン色素に可視光が遮蔽されるため、外
部から目視することも困難である。このため、例えば指
輪型の認証装置を形成する場合、装着時に当該指輪の内
側に接触する皮膚紋理はそのままでは認証には使用でき
ないのが実情である。

【０００６】一方、皮膚の深層構造は基本的には生体固
有のものであり、また経年変化も指紋等で言われている
ようにほとんど無く、例えばこの部分に色素を注入した
刺青や妊娠線と呼ばれるものの恒久性も同様の部位の性
質によるものである。したがって、皮膚の深層構造であ
る表皮下紋理は、生体認証に適するものと考えられる
が、直観的に目視できないことや物体に接触しても痕跡
が残らないこともあり、指紋と同等の生体認証特性を有
しながらも、個人認証方法として顧みられることは無か
った。

【０００７】本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案
されたものであり、表皮下に隠れた皮膚深層組織の凹凸
***分布（表皮下紋理）や皮下血管のパターンを把握し
得る生体パターン検出方法及び生体パターン検出装置を
提供することを目的とする。さらに、本発明は、偽造等
による「なりすまし」の危険がなく、恒久的な生体認証
が可能な生体認証方法及び生体認証装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するべく種々の検討を重ねてきた。その結果、表皮
組織と皮膚深層組織の特性の違いを利用することにより
これらを識別し、表皮に遮蔽されて目視困難な皮膚深層
組織の凹凸***分布パターンを明瞭化することが可能で
あり、指紋のように真皮層パターンと表皮層パターンが
一致する特殊な場所以外の全身の皮膚及び皮下組織にお
いても、その紋理を検出し、これを生体認証（個人認
証）に応用することが可能であるとの知見を得るに至っ
た。

【０００９】本発明は、かかる知見に基づいて完成され
たものである。すなわち、本発明の生体パターン検出方
法は、表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の凹凸***分
布パターンを読み取り、生体固有のパターンを抽出する
ことを特徴とするものであり、本発明の生体パターン検
出装置は、表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の凹凸隆
起分布パターンを読み取る手段を有することを特徴とす
るものである。また、本発明の生体認証方法は、表皮組
織に遮蔽された皮膚深層組織の凹凸***分布パターンを
読み取り、予め登録されたパターンと照合することによ
り生体認証を行うことを特徴とするものであり、本発明
の生体認証装置は、表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織
の凹凸***分布パターンを読み取る手段を有し、読み取
ったパターンを予め登録されたパターンと照合すること
により生体認証が行われることを特徴とするものであ
る。

【００１０】本発明は、表皮の紋理を認証に利用するの
ではなく、皮膚深層組織、例えば真皮層の紋理を検出し
て認証に利用するというのが基本的なコンセプトであ
る。皮膚深層組織の凹凸***分布パターン（紋理）は、
指紋や掌紋、足底紋等と同様に生体固有であり、経年変
化が少なく恒久的であるばかりでなく、例えば指先等、
指紋として認識可能な部位を除いて、大半の皮膚では表
皮層の紋理とは一致せず、表皮構造によって隠蔽されて
いることから、外部から目視することは困難である。ま
た、物体に接触しても痕跡を残すことはない。したがっ
て、その偽造はほとんど不可能である。

【００１１】さらに、本発明では、上記の通り、指紋の
ように皮膚角質等の核を喪失して死んだ組織の形状を捕
捉するのではなく、皮膚深層組織という生きた組織の形
状を捕捉している。この皮膚深層組織は、生体から切り
離されるとそのパターンを維持することができない。例
えば、皮膚深層組織には、毛細血管が存在するが、この
毛細血管の血流がなすパターンは、生体特有のものであ
り、組織が生体から切り離された場合には、血管萎縮、
血流停止、血液喪失等により直ちに消失し、皮膚深層組
織全体のパターンにも影響を及ぼす。したがって、本発
明では、生体認証と生体所属識別とが一体化され、生体
組織を入手しての「なりすまし」は不可能であり、本当
の意味での生体認証が実現される。

【００１２】上記皮膚深層組織、例えば真皮層の凹凸隆
起分布パターンは、単体の細胞やその痕跡組織の集合体
である表皮組織と、密性結合組織である真皮組織の構成
の違いが光学的な散乱及び屈折特性の違いになること、
それにより偏光解消や投射光との周波数変化が生ずるこ
と等を利用して、光学的に検出することができる。この
光学的な検出を規定したものが、例えば本願の請求項４
乃至請求項１３記載の発明である。

【００１３】具体的には、第１に、偏光光を照射すると
ともに、当該偏光光と偏光方向が直交する偏光フィルタ
を介して反射光を検出し、上記凹凸***分布パターンを
読み取ることを特徴とする。生体表面へ偏光光を照射
し、反射光を前記偏光と振動方向が直交する偏光フィル
タにより遮蔽すれば、生体内の組織における散乱により
偏光が解消された後方散乱光や複屈折光等のみを得るこ
とができ、表皮下の真皮層等、光学的散乱性を有する組
織のパターンを抽出することができる。特に、表皮組織
は透過して真皮組織で散乱される近赤外線等の長波長の
偏光光を用いれば、生体組織の吸収による影響を低減
し、表皮下組織における光学特性（散乱や複屈折等）を
有効に利用して、表皮下組織のパターンを得ることがで
きる。

【００１４】第２に、照射光を照射し、当該照射光の一
部と反射光とを干渉させることにより反射光の波長変化
成分を干渉パターンとして発生させ、この干渉パターン
から生体固有のパターンを抽出することを特徴とする。
皮膚からの反射・散乱光に対し、ハーフミラー等で分離
した投射光を参照光として干渉させることで、皮膚内部
構造による複屈折や散乱に起因する波長変化成分をビー
ト（干渉パターン）として発生させることができ、皮膚
の特定面上のビートパターンを個体固有の特性として認
証に用いることができる。

【００１５】第３に、照射光学系と結像光学系の光路に
ウォラストンプリズム又はノマルスキー型プリズムが介
在された微分干渉鏡構造によって皮膚深層組織の凹凸パ
ターンを位相差による干渉パターンとして検出し、上記
凹凸***分布パターンを読み取ることを特徴とする。こ
の場合には、真皮層が半透明で凹凸を有する試料（位相
差物体）であることを利用して、皮膚組織下パターンを
取得する。

【００１６】また、上記の検出を毛細血管像やその３次
元分布パターンの検出に応用することを規定したもの
が、請求項４４以下の発明である。すなわち、近赤外線
帯域光を偏光フィルタを介して照射するとともに、当該
偏光フィルタと偏光方向が直交する偏光フィルタを介し
て反射光を検出することにより、表皮下の毛細血管像又
はその３次元分布パターンを検出することを特徴とす
る。

【００１７】この毛細血管像やその３次元分布パターン
は、それ自体を生体認証に使用することも可能であり、
この場合には、生体認証と生体所属識別が同一の物理対
象を捕捉することにより行われる。例えば、認証対象と
なる生体組織が生体から離断された場合等には、血流等
が変化することから、これを検出することで認証対象と
なる生体組織が生体に由来するものであるか否かを識別
することができる。また、上記毛細血管像やその３次元
分布パターンは、生体認証を行う際に、認証対象の位置
や方向の特定に利用することもできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した生体パタ
ーン検出方法、検出装置、及び生体認証方法、認証装置
について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１９】例えば指紋による生体認証の場合、他の物
体に痕跡（指紋）が容易に残り、また目視が容易である
ため第三者に偽造される危険性が否定できず、その対策
として、検出された指紋が正しく生体の指のものである
か否かを判定するための生理学的な生体所属識別を別途
必要とする。これは、指紋による生体認証では、直接に
は皮膚角質など核を喪失して死んだ組織の形状を光学的
・電気的に捕捉しているためである。

【００２０】上記指紋や虹彩、その他の生体認証手段の
セキュリティ強度は、検出精度ではなく、むしろこの生
理学的生体所属確認に依存すると言っても良く、例えば
指紋による生体認証において生理学的生体所属識別が破
られれば、認証対象となる生体組織を入手して容易に
「なりすまし」が可能になり、その意味で当該システム
のセキュリティ強度は無きに等しいことになる。一般の
クレジットカードなどのセキュリティであれば、それが
突破されても経済的損失のみで生命身体に直接の危害は
発生しないが、上記生体組織の入手による「なりすま
し」は、生命身体に重大な二次災害を新たに招く結果に
なる。以降これを外科的災害（Surgical Hazard）と呼
ぶこととする。

【００２１】生体認証においては、一般的な認証技術で
用いられる局所的なセキュリティ強度の他に、新たにシ
ステムとして、外科的災害に対するセキュリティ強度の
概念が必要であり、利用者の安全をも含めたセキュリテ
ィを考慮する必要があるが、従来技術ではその点が明確
にされていない。

【００２２】すなわち、生体認証としてのセキュリティ
は、「本人のものに一致する、かつ本人から切り取られ
た等のものではない生体組織」という「認証」と認証対
象の正常な生体であることを識別する「生体所属識別」
という２つの条件をどれほどの信頼性で確立できるかに
依存しているが、従来の生体認証技術では単純に前者の
認証の精度や信頼性のみ着目されている。この場合、生
体認証と言いながら、実は「生体所属識別」することな
しに対象を認証することになり、実際には「生体」認証
ではないという矛盾を生じてしまう。したがって、実運
用も含めたセキュリティシステムとしてみた場合、かか
る矛盾から外科的災害という２次災害を誘発する可能性
があると言える。

【００２３】最も簡便で何の技術知識も設備も必要とし
ない「なりすまし方法」は、生体から指、腕、眼球等の
組織を切断・摘出して第三者が認証を行う方法である。
仮に個人の小口預金以下程度の経済的価値しか得られな
くても、こうした生体認証手段の導入は、その手口の簡
便さゆえ、却って利用者の生命や身体に金銭に換え難い
深刻な被害をもたらす結果となる。このため、指紋や目
の虹彩等による従来の生体認証方法は、他の認証手段の
補足的手段として用いられたり、簡易用途等のように曖
昧に限定された形で利用されるに止まり、広く普及させ
ることは困難である。

【００２４】一方、上記指紋による生体認証等の比較的
偽造が容易な方法では、例えば静電容量による指紋認証
を例に取れば、偽造対策として、指紋表面の汗等の塩分
を含む湿度（水分）により皮膚表面を導電体として機能
させ、電極との間の静電容量や静電誘導を測定すること
により、微小電極と皮膚表面との距離を検出して指紋パ
ターンを捕捉する方法が試みられている。これは、ある
意味で生体所属識別を試みた例である。生体から分泌さ
れる汗等の塩分を含む電解性の湿度が存在しないと、上
記測定は不可能だからである。

【００２５】しかしながら、当該検出方法では認証対象
に電解性の湿度の存在は必要ではあるが、それが必ずし
も生体由来のものである必要は無く、これ以外に例えば
切り取られたものではないことを検出するための生体所
属識別は成立していない。そのため、保水性を持つゲル
状物質等に指紋パターンを形成した模造物や、切断した
指に生理食塩水を噴霧または浸漬したものを用いられて
も、これを排除することは困難である。

【００２６】また、ＤＮＡ等を用いた生体認証では、確
かにＤＮＡの「偽造」そのものは困難であるが、その認
証対象となるＤＮＡが生体に所属しているものなのか、
死体や髪の毛から採取されＰＣＲなどで大量複製された
ものなのか判別することは、本質的に不可能であり、こ
れも生体所属識別が成立しない方法である。このため、
生体認証手段に加えて、赤外線による指の血流検出等、
生体認証そのものとは別に生体であることを何らかの方
法で識別する新たなセンサーを別途付加するなどの対策
が必要となる。

【００２７】ここで、生体認証は「生体・認証」という
２つに分離されて、生体認証とは異なるものとなり、認
証をフロントドア（front door）とすれば、その認証対
象の生体所属識別を認証とは別な物理的検出に依存する
ことは、バックドア（back door）を作ることと同様の
問題となる。この矛盾は、バックドアの生体所属識別手
段を欺瞞できれば、その時点で認証システムとしてのセ
キュリティは破綻し、物体を用いた「なりすまし」や、
さらには外科的災害が誘発される危険性がある。生体所
属識別は、多様性に富む生物組織を前提として「生きて
いる組織か否か」を識別するものであるが、生命とは何
かというセントラルドグマでも明らかなように、それ単
体のみではその多様性への対応故に識別の間口が大きく
なり、結果として欺瞞が可能という本質的な問題を抱え
ている。生体認証と生体所属識別に用いる検出手段を別
々に用意する従来の方法では、生体所属識別のセンシン
グ方法を第三者が容易に発見し解析可能であったと言
え、このようなことから、結論として、認証と生体所属
識別とが一体化され、認証＝生体所属識別であるバック
ドアのない本当の意味での生体認証方法が求められてい
る。

【００２８】そこで、本発明においては、上記指紋のよ
うな表皮紋理を利用するのではなく、皮膚深層組織、例
えば真皮層の凹凸***分布パターンを検出し、これを利
用して生体認証を行うこととする。

【００２９】図１は、皮膚組織の模式図であり、皮膚組
織は、大別して表皮１と真皮２とからなる。表皮（Epid
ermis）１は、角化重層偏平上皮組織であり、角質層１
１、透明層１２、顆粒層１３、有棘層１４、基底層１
５、及び基底膜１６から構成される。これら各層のう
ち、顆粒層１３、有棘層１４及び基底層１５は、併せて
マルピギー層と呼ばれる。

【００３０】角質層１１は、角質細胞間脂質の２分子膜
によるラメラ液晶形態を持ち、透明層１２はコレステリ
ック型液晶形態を、また顆粒層１３はケラトヒアリン顆
粒と呼ばれる光を反射・散乱するビーズのような光学的
性質を有する塩基性の構造体を細胞質に含んでいる。ま
た、基底層１５はメラニン顆粒を持つ等、外部の紫外線
等から生体を防御するため光学的に各層で多様な散乱・
吸収形態を持っている。特に紫外線帯域の光に対して
は、表皮は屈折率の異なる多層薄膜構造から、ある種の
ダイクロイックな特性を有する。しかしながら、基本的
に表皮１は、メラニン色素による着色を除くと可視光領
域でも比較的散乱性を有する半透明状の組織である。た
だし、可視光の赤や近赤外線よりも長波長の帯域では透
過性が高くなる。このため、表皮１下の真皮２の毛細血
管網内の血流が散乱され、外部からも例えば顔色や血色
として観察することが可能であり、皮膚の色は基本的に
メラニン色素と真皮２の毛細血管内の血液により決定さ
れる。表皮１は、毛細血管やリンパ液等の電解質の循環
が無く、基本的には角質層１１に代表されるように誘電
体としての性質が強い。

【００３１】一方、真皮（Dermis）２は、表皮１と比較
すると全く違う様相を呈している。基本的に、真皮２は
コラーゲンやエラスチンからなる密生結合組織と毛細血
管網からなり、単体の細胞の集合体で毛細血管が存在し
ない表皮１とは大きく異なっている。

【００３２】この真皮２は、乳頭層と網状層に分かれて
いる。真皮乳頭層は表皮組織の最下層である基底膜によ
り表皮組織と接する組織であり、結合組織と毛細血管か
らなり、感覚神経終端が存在する。網状層は一定の配列
構造を持つコラーゲンとそれを繋ぐエラスチン、そし
て、それらの間を埋める基質からなる。真皮２は毛細血
管が豊富で、またリンパ液等の循環により電解質に富ん
でおり、このため表皮１に比べて導電性が著しく高い。

【００３３】また、この真皮２の結合組織を形成するコ
ラーゲンや弾性繊維は、光学的な複屈折性が強いが、表
皮組織では複屈折性は無い。光学的には表皮１も散乱性
を有し、偏光特性は散乱に伴って偏光解消を生じる。基
本的には、水平・垂直の偏光比は散乱粒子の大きさや形
態に依存して固有の散乱特性を示す電磁波の波長＞＞粒子半径→レイリー散乱電磁波の波長〜粒子半径→ミー散乱（雲粒やエアロゾ
ル。積乱雲が白い訳）電磁波の波長＜＜粒子半径→幾何学的な電磁波の進行
(雨粒)（虹、ダイヤモンドダスト）

【００３４】真皮１は、牛乳寒天のようなものに例えら
れ、一定の厚みがあって初めて白色に見える。また、真
皮１では波長の長い光ほど透過しやすく、短い光ほど散
乱されやすい性質がある。真皮１中に吸光色素が無視で
きない量で存在すると、真皮１の浅いところで散乱され
る短波長光は、観察者の目に戻ってくる率が高いが、長
波長光は透過して色素に吸収され、戻ってくる率が低く
なる。このため、皮膚の浅い部分にある毛細血管は鮮や
かな赤に見えるが、やや深い部にある静脈や血管腫は青
っぽく見える。メラノサイト関連の母斑（あざ）でも、
母斑細胞が真皮・表皮境界部に存在する境界母斑では褐
色調に見えるが、真皮にある青色母斑はその名のごとく
青色調に見え、真皮メラノサイトによる太田母斑や蒙古
斑も臨床的に青みを帯びて見える。

【００３５】本発明では、これらの光学的特性や電気的
特性の違いを利用することにより、皮膚深層組織（例え
ば真皮組織）の凹凸***分布パターン等を検出し、生体
認証に利用する。例えば白色光に対する反射光の波長成
分や散乱・偏光特性に着目してフィルタリングすること
で、表皮組織に対して、より深部にある結合組織やコラ
ーゲン繊維等に特徴付けられる真皮層とを識別して、表
皮に遮蔽されて目視困難な真皮組織を明瞭化することが
可能であり、特に、指紋などの真皮層パターンと表皮層
パターンが一致する特殊な場所以外の、全身の皮膚及び
皮下組織においても、その紋理を検出することにより個
人認証することができる。

【００３６】図２は、こうした極めて多様な散乱形態を
持つ表皮下の真皮（Dermis）を光学的に捕捉する検出装
置の構成例であり、投光部と受光部で振動面が直交する
偏光手段により表皮層での反射を抑止し、散乱と複屈折
による光を透過することで表皮下の凹凸***分布パター
ンの撮像を可能としている。

【００３７】具体的構成としては、先ず、照射光学系と
して、光源２１及び光学レンズ２２，及び照射部偏光板
２３を備える。光源２１には、例えばＬＥＤ等、任意の
光源を用いることができる。ただし、光源２１として
は、表皮組織は透過して真皮組織で散乱される近赤外線
等の長波長光を発する光源を用いることが好ましく、こ
れにより表皮下の組織における散乱や複屈折等の光学特
性を利用して組織のパターンを得ることが可能となる。

【００３８】また、結像光学系として、受光素子である
撮像素子（例えば固体撮像素子：ＣＣＤ）２４、結像レ
ンズ群２５及び受光部偏光板２６を備える。さらに、上
記照射光学系と結像光学系の間の光路には、ハーフミラ
ー２７が配されており、上記照射光学系と結像光学系と
は互いに直交して配置されている。

【００３９】上記の検出装置において、光源２１からの
照射光は、照射部偏光板２３により振動方向が一方向に
制限されて皮膚に照射される。また、結像光学系には受
光部偏光板２６が配置されているが、これは振動方向が
投射部偏光板２３とは直交するように構成されている。
したがって、表皮組織での単純な反射光は、振動方向が
受光部偏光板２６とは直交することになり、受光部偏光
板２６によって遮蔽される。

【００４０】照射光学系から皮膚に照射された照射光
は、皮膚深層組織（例えば真皮組織）にまで達し、様々
な組織により散乱や複屈折が生じ、それにより偏光が解
消される。これらは、後方散乱光としてハーフミラー２
７を透過して上記結像光学系へと導かれるが、上記の通
り偏光が解消されているため受光部偏光板２６を透過
し、撮像素子２４まで到達する。

【００４１】表皮組織に無く真皮組織等に固有に存在す
る結合組織やコラーゲン等、光学的に複屈折する特性を
有する組織を経由して反射・散乱された光は、複屈折に
より位相が入射光からずれることになる。これにより表
皮組織での反射・散乱光と、複屈折組織（真皮組織）を
経由した位相の異なる光との識別が可能となる。

【００４２】この構成では、ダイクロイックフィルタ等
の帯域フィルタによりこの真皮組織での複屈折による位
相ずれの波長成分のみを選択的に透過し、これを検出す
ることで複屈折組織を選択的に検出し真皮組織を体外か
ら非侵襲的に検出する方法も考えられる。

【００４３】偏光を用いた皮膚計測としては、可視光帯
域での偏光フィルターの光学的特性に着目して、皮膚の
観察に偏光を用いるという方法が美容産業の分野におい
て知られている。例えば、皮膚の艶や輝きという美容要
素の計測方法として皮膚表面の評価を行う方法（特許第
3194152号公報や実公平7-22655号公報参照）が知られて
いる。

【００４４】しかしながら、これらは真皮組織等の表皮
下の組織を観察する目的で構成されたものではなく、あ
くまで可視光を用いた美容的な外観による皮膚表面の評
価を目的としたものである。したがって、偏光が散乱に
より解消されるという周知の性質を利用して、表皮角質
等の直接反射のギラつきによる画質低下を防止し、表皮
の可視光散乱による画像を得ることで安定した表皮画像
を得るということが開示されているに過ぎない。

【００４５】こうした従来の方法では、可視光を用いる
ため、表皮の散乱は捕捉できても、有棘細胞や基底細胞
のメラニン色素により可視光が吸収・遮蔽されてしまう
ため真皮層の状態を正確に検出することは困難である。
また、そのために真皮組織の複屈折による像を分別する
ことも困難である。真皮層の結合組織、コラーゲン組織
のように表皮に比べて強い異方性を持ち、複屈折が発生
する光学的特性に着目し、また、表皮組織が近赤外光に
対しては可視光と異なり透過性が高いことや、真皮層を
構成する密生結合組織の散乱特性や複屈折性を用いて真
皮層構造を捕捉するという知見はこれまで全く存在して
おらず、本願によりはじめて提案されたものである。

【００４６】上述の通り、上記検出装置を用いることに
より、真皮層を構成する密生結合組織の散乱特性や複屈
折性を用いて真皮層構造（例えば凹凸***分布パター
ン）を捕捉することが可能である。ただし、検出装置を
図２に示すような構成とした場合、表皮層による散乱
や、検出対象となる真皮層表面より下層の真皮組織や皮
下組織等による散乱等がノイズとして混入し、ＳＮ比が
低下することが懸念される。そこで、これに対処する方
法として、例えば図３に示すように、照射光の皮膚への
入射角度を浅くし、かつ結像光学系の開口を制限するこ
とが有効である。

【００４７】図３に示す検出装置では、照射光学系に可
動反射鏡２８を追加し、照射光学系からの照射光を皮膚
に対して斜めに照射するとともに、結像光学系を対象領
域の直上に配置し、後方散乱光や側方散乱光をハーフミ
ラー２７を介することなく直接検出するようにしてい
る。また、結像光学系には、その開口を制限するための
遮光板２９が設けられ、直下からの戻り光のみが撮像素
子２４に到達するように構成されている。

【００４８】かかる検出装置では、照射光学系からの照
射光は、表皮層から皮膚深層組織（真皮層）へと斜めに
進入する。このとき、浅い部分、すなわち表皮組織で
は、図中の右側領域において入射光が散乱され、遮光板
２９によって開口が制限された結像光学系に到達するこ
とはない。同様に、より深い部分では、図中の左側領域
において入射光が散乱され、やはり散乱光は結像光学系
に到達することはない。これに対して、上記可動反射鏡
２８の角度を調節して、真皮組織への照射位置が上記結
像光学系の真下になるように設定すれば、この領域（真
皮組織）での散乱光のみが結像光学系に到達する。

【００４９】次に、真皮組織の複屈折性を利用した検出
方法について説明する。先ず、一般的な複屈折測定方法
としては、前記のような帯域フィルタではなく、照射光
と反射光又は透過光の２つの光の位相差がビート信号の
位相差に転化されることを利用した光ヘテロダイン干渉
法などを用いることが考えられる。

【００５０】図４はその場合の原理図であり、光源、例
えば安定化横ゼーマンレーザ（ＳＴＺＬ）３１からの発
振光をハーフミラー３２を介して試料３３に照射し、偏
光板３４を透過した透過光（信号光）を光検出器３５に
より検出する。同時に、安定化横ゼーマンレーザ３１か
らの発振光のうちハーフミラー３２で反射された光を、
やはり偏光板３６を透過した透過光（参照光）を光検出
器３７により検出する。そして、これら各光検出器３
５，３７で検出された検出光の位相差を電気位相計３８
によって測定する。

【００５１】ここで、直線偏光子（偏光板３４，３６）
は２つの光を干渉させるために用いられ、複屈折測定を
電気位相計３８の測定精度で測定することができる。一
般に電気位相計３８の測定精度は０．１度（以上）であ
るので、複屈折量を光の波長の４０００分の１程度の高
精度での測定が可能となる。

【００５２】光ヘテロダイン干渉法の原理であるが、先
ず、参照光と信号光の電界成分をそれぞれＥｒ，Ｅｓと
すると、これらは次のように表すことができる。

【００５３】

【数１】ここで、ａｒ，ａｓは、それぞれ参照光，信号光の振幅
を表す。ｆｒ，ｆｓ，φｒ，φｓも同様に、それぞれの
周波数及び位相を表す。この２つの光を重ね合わせる
と、検出される光強度Ｉは、電界成分の２乗に等しくな
るので、次のようになる。

【００５４】

【数２】なお、式中、＜＞は時間平均を表す。また、ｆｂ（＝
ｆｓ−ｆｒ）は光ビート周波数を、Δ（＝φｓ−φｒ）
は２つの光成分の位相差を表す。

【００５５】光検出器で検出される光電流成分は、
（３）式の第１項と第２項が直流成分となり、第３項が
周波数ｆｂで正弦波状に変化する交流成分となる。この
交流信号を指して光ビート信号と呼ぶ。光ヘテロダイン
干渉法では、光ビート信号の振幅（２ａｓ・ａｒ），周
波数（ｆｂ）、あるいは位相差（Δ）を電気的に計測
し、光信号の振幅（ａｓ）、周波数（ｆｓ）、位相（φ
ｓ）に含まれる情報を取り出す。

【００５６】真皮組織の測定においては、具体的には、
複屈折する皮膚組織の屈折率をｎｘ，ｎｙ，光が透過す
る厚みをｄとしたときに、透過後に生じる位相遅れφ
ｘ，φｙはそれぞれ下記の（４）式及び（５）式のよう
に表すことができる。

【００５７】

【数３】周波数の僅かに異なる２つの光としてＳＴＺＬ（安定化
横ゼーマンレーザ）発振光等を試料に透過させると、光
検出器で得られる光強度信号Ｉは次のように表される。

【００５８】

【数４】ここで、Δは２成分光の位相差を、δｎは屈折率差（＝
複屈折量）を表す。（６）式から、２つの光の位相差は
ビート信号の位相差に転化されていることがわかるが、
これにより、光ビート信号の位相を電気位相計３８等で
計測することで、複屈折量を測定できることになる。

【００５９】このとき問題となるのは、皮膚組織の複屈
折主軸の方位を予め求め、その主軸の方位をＳＴＺＬの
発振偏光面に正確に一致させる必要があることで、その
ために、ＳＴＺＬ発振光の偏光面を光軸の回りに回転さ
せながら位相差の検出を行い、複屈折量とその主軸方位
とを同時に求める必要がある。したがって、そうした方
法では認証に用いる装置が極めて複雑且つ操作も煩雑
で、検出時間もかかる上に、腕時計型等の人体装着型認
証装置とした場合に、装着時に取り付け位置や方向を厳
密に定める必要があり、また、生体に緩み無く密着させ
て生体が活動しても動かないようにする等の対策が必要
である。

【００６０】そこで、上記のような場合には、検出対象
皮膚面を皮下血管の分岐部とする。当該分岐の形状を用
いることで、容易に上記主軸方向を割り出すことができ
る。例えば、主軸方位と分岐部の位置関係を予め登録時
に決定・記録しておかば、認証時に血管分岐部の位置と
方向から主軸を簡単に合わせることができる。

【００６１】あるいは、例えば、干渉による皮膚深層構
造の検出によりこれに対処することも可能である。本発
明の目的は、複屈折そのものを測定するのではなく、複
屈折や散乱を介して皮膚内部の生体固有の特性を捕捉す
ることにある。そこで、皮膚に投射した光が、真皮層等
の皮膚内部組織で後方散乱や複屈折する際に発生する周
波数変化に着目し、偏光子を用いずに皮膚からの散乱光
と投射光を直接干渉させ、これを検出することで周波数
変化分をビートとして検出する。

【００６２】図５は、このような検出装置の構成例を示
すものである。この検出装置では、図２に示す検出装置
と同様、照射光源４１と光学レンズ４２とからなる照射
光学系と、ＣＣＤ等の撮像素子４３と光学レンズ４４か
らなる結像光学系とがハーフミラー４５を介して直交し
て配置されている。ただし、図２に示す検出装置と異な
り、照射光学系や結像光学系には偏光板が設けられてい
ない。その代わりに、照射光学系の光源４１からの照射
光の一部を結像光学系の撮像素子４３へ導く参照ミラー
４６が配されている。

【００６３】白色ＬＥＤ等の光源４１から放射された光
は、ハーフミラー４５を経由して一部は皮膚面に照射さ
れる。この照射光の一部は皮膚内部で様々な反射、散乱
や複屈折等を経て、再びハーフミラー４５に戻る。この
光と照射時にハーフミラー４５から参照ミラー４６に反
射させた光とがビート（干渉）を起こし、撮像素子４３
に干渉パターンが造影される。

【００６４】このとき、皮膚の検出領域内各点に対して
当該ビートを発生させることにより、そのビートのパタ
ーンから表皮下の連続パターンを得ることができる。か
かる連続パターンを選るには、具体的には、図６に示す
ように前記のビート検出素子をアレイ状に複数配列する
方法や、図７に示すように皮膚への光照射部に可動ミラ
ーを用いる方法等を挙げることができる。前者の場合、
上記照射光源４１と光学レンズ４２とからなる照射光学
系と、ＣＣＤ等の撮像素子４３と光学レンズ４４からな
る結像光学系とがハーフミラー４５を介して直交して配
置されてなるビート検出素子５０を、いわゆるアレイ状
に複数配列し、各ビート検出素子５０からの検出信号に
基づいて表皮下の連続パターンを得る。

【００６５】一方、後者では、ビート検出素子５０から
の照射光の照射や戻り光の検出は、上記可動ミラー５１
によって行う。可動ミラー５１は、ミラー制御部５２に
よってその角度が制御されるが、当該ミラー制御部５２
は、角度−干渉パターン整合部５３からの制御情報によ
って可能ミラー５１の角度制御を行う。上記角度−干渉
パターン整合部５３には、上記ビート検出素子５０から
干渉パターン情報が送られるが、送られた干渉パターン
は、皮膚干渉パターン記憶部５４に格納される予め登録
された干渉パターンと皮膚干渉パターン記憶・照合部５
５において照合され、生体認証が行われる。

【００６６】これらの方法では、位相差等の検出に必要
であった偏光子を用いないため、厳密に光軸を合わせる
必要が無く、例えば腕時計型等の人体装着型にした場合
に、装着の仕方や装置の人体への装着のゆるみ等で方向
が変化しても影響を受け難いという効果が奏される。

【００６７】ただし、実際には装着のゆるみなどがある
場合、具体的に皮膚のどの面が認証対象となるのか特定
する必要がある。対象領域を含む広範な皮膚領域の干渉
パターンを予め登録する方法も考えられるが、広い領域
のパターンから特定のパターンを照合する必要があるた
め、処理上大きな負荷が発生する。携帯型機器にした場
合には、消費電力等の点でかかる大きな負荷は好ましく
ない。

【００６８】例えば、皮膚紋理を用いた生体認証におい
て、指紋等の特殊な場合では渦、馬蹄等の中心が捕捉し
易く、また指表面の形状も限られた狭いものであること
等から認証対象の位置を特定することが容易である。し
かしながら、そうした限定された特異な部位を除いた一
般の皮膚においては、領域も指先に比べて広く、且つ指
紋のように渦状等の位置特定し易い幾何学的形状を持た
ない微細な皮膚紋理パターンの中から認証対象となる領
域を特定することは極めて難しい。

【００６９】このため、上記のように予め広い領域の皮
膚紋理を登録し、認証時に検出した紋理が当該登録パタ
ーンに含まれるかを検索する方法も考えられるが、本来
不要な領域まで登録するため登録に手間がかかる上に、
認証の際の照合にも装置に処理上の負荷と時間がかか
る。また、全身の皮膚紋理の登録が理想的であるが前記
の理由から実用的ではなく、またその場合に「広い領
域」の定義が曖昧であり、実際の運用では、人体の柔軟
性やその時々の認証装置への認証対象のコンタクトの違
いにより、個認証時に当該領域から外れてしまう可能性
もある。

【００７０】そこで、皮膚の認証対象領域の特定方法と
して、次のような方法が有効である。すなわち、投射光
として、白色光ではなく、生体透過性が高く例外的に静
脈血などの還元型ヘモグロビンに吸収される波長の近赤
外線を使用して、生体皮下組織などからの後方散乱光を
用いて静脈パターンを検出し、この静脈パターンを利用
して認証対象領域を特定する。認証対象領域を特定の静
脈上、または静脈分岐部等の皮膚面とすることにより、
腕時計型等の個人認証装置の皮膚接触面において、装置
の生体への装着のずれや緩み等があっても、常に認証対
象となる同一皮膚領域を確実に特定できる

【００７１】図８に、静脈パターンを利用して認証対象
領域を特定する検出装置の一例を示す。この図８に示す
検出装置は、図７と同様の装置構成を有するものである
が、ビート検出素子５０の光源４１として近赤外線光源
を用い、皮静脈位置検出部６１及び皮静脈位置照合部６
２、並びに静脈データが格納される静脈データ記憶部６
３が付加されている。かかる構成を採用することによ
り、皮膚の最も浅いところに存在する真皮層の皮静脈６
０の毛細血管像を得ることができる。

【００７２】波長７００〜１２００ｎｍの近赤外線帯域
は、特異的に生体での吸光度が低く「分光領域の窓」と
呼ばれており、生体組織を良く透過する。ここで重要な
ことは、表皮組織は可視光や紫外線を反射、散乱する特
性があるが、この帯域の光は約８０パーセント近くが透
過してしまうことである。一方、このような特性を持つ
近赤外線帯域の中で、血液中のヘモグロビンに選択的に
吸収されやすい波長があり、図９に示すように、波長８
０５ｎｍでは、酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２）と還元
型ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸光度は共に一致するが、波
長６６０ｎｍでは還元型ヘモグロビン（Ｈｂ）の方が吸
光度が高く、また波長９４０ｎｍでは酸素化ヘモグロビ
ン（ＨｂＯ_２）の方が吸光度が高い。さらに、図１０に
示すように、生体におけるヘモグロビンと水の分光特性
も大きく異なる。

【００７３】この特性を利用することで、生体の水分と
を区別して血管像が得られるとともに、波長による吸光
度から動脈・静脈の識別が可能となる。静脈パターンを
得るには、例えば、光源に８０５ｎｍの近赤外線照射手
段を設け、これを偏光板を介して皮膚に照射する。照射
された光は、皮膚からの反射・散乱・複屈折の３つの態
様の光が複合した戻り光となって検出されるが、皮膚表
面の反射はそれより下層の画像の取得を阻害するため、
前記偏光板と振動方向が直交する角度に配置した偏光板
を介してＣＣＤカメラ等で撮影する。これにより表皮角
質や透明層、顆粒層等の組織による振動方向が同一の反
射光はフィルタリングされ、偏光が解消された散乱と複
屈折波のみが撮影される。

【００７４】図２や図３に示す検出装置では、検出対象
組織以外の散乱によるものは真皮層を捕捉する際に排除
すべきものであったが、ここでは照射波長が真皮層の毛
細管で選択的に吸収され、白色光源を用いた場合とは異
なり皮膚組織での血管内に存在するヘモグロビン以外の
吸光度が低く透過性が高いため、真皮層の毛細血管パタ
ーンがそれよりも深部での後方散乱を背景として明瞭に
得ることができる。

【００７５】この毛細血管の血流がなすパターンは、生
体特有のものであり、組織が生体から切断された場合に
は、血管萎縮、血流停止、血液喪失等により直ちに消失
する。また、さらに９４０ｎｍの酸素化ヘモグロビンの
吸光帯を用いることで、脈の拍動に応じて当該吸光度が
変化することを検出し、皮下毛細血管によるパターンと
ともに生体所属認識を行うことも可能である。さらに、
６６０ｎｍの波長では脱酸素化ヘモグロビンが吸光度が
高く、９４０ｎｍの波長では酸素化ヘモグロビンが吸光
度が高い等の吸光特性の違いが存在することを利用し
て、例えば切断組織では肺循環の停止により組織の酸素
飽和度が著しく低下し、その結果９４０ｎｍの酸素化ヘ
モグロビンの吸光度が低下・消失することを検出するこ
とで、正常な生体組織か切断されたものかを識別する方
法を加えることも容易である。

【００７６】上記により、生体認証と生体所属認識が一
致することになり、このため切断した組織を生理食塩水
などに浸漬して細胞を生かしていたとしても、血流が存
在しないためこれを認証排除し得るものである。認証対
象組織は、肺循環と拍動を備えて血流と血液の各ヘモグ
ロビン比率を正しく備える必要があり、仮に腕を外科的
に切断して用いようとしても、その腕の各血管を外科的
に人工心肺装置に接続し、かつ拍動波形も正確に再現す
る必要があり、例えば携帯型人工心肺も実用化されてい
ない今日の状況では実現は困難である。また仮に将来そ
れが実用化されたとしても、腕の切断から始まって、各
血管と装置への接続、切断された微小血管や神経に対す
る処置、切断に対する生活反応による組織変化の解消や
血流再開後の組織の安定等、高度な外科的技術と医療設
備を必要とし、現実的な作業ではない。一方、生体を用
いずに人工物により、微細な毛細血管の３次元立体構造
や散乱など、人工的に同一のものを正確に構成すること
はさらに困難である。

【００７７】次に、微分干渉による表皮下パターン検出
について説明する。微分干渉法は顕微鏡での観察法のひ
とつであり、サンプルの厚さや屈折率の差によって生ず
る照明光の位相差を、明暗または色のコントラストにし
て立体的に観察する方法である。真皮層は通常の明視野
光学系や目視などの方法では検出が困難である。そこ
で、通常の顕微鏡では染色なしには目視困難な細胞核等
も、微分干渉光学系では観察できることに着目した。た
だし、これは真皮層が露出した場合可能であっても、真
皮層にそのまま適用することは難しい。表皮層に覆われ
ている場合、表皮層表面は観察できても、表皮層による
反射・散乱・遮蔽のため、そのままでは真皮層を検出す
ることは難しい。

【００７８】そこで、本発明では、、表皮層が赤色-近
赤外光帯域において透過性が高いことに着目し、通常の
微分干渉鏡では光源に白色光が用いられるのに対して、
近赤外光光源と近赤外線ＣＣＤを用いることとする。こ
れにより、非侵襲的に表皮下の真皮層の凹凸パターンを
検出することが可能となる。

【００７９】その具体例を図１１に示す。この検出装置
は、近赤外線光源７１と偏光プリズム７２とを有する照
射光学系と、ＣＣＤ等の撮像素子７３と偏光プリズム７
４を有する撮像光学系とを備えており、これらがハーフ
ミラー７５を挟んで直交配置されている。照射光学系か
らの照射光は、ハーフミラー７５で反射されて皮膚に照
射され、戻り光（反射光）はハーフミラー７５を透過し
て撮像光学系に到達するが、上記ハーフミラー７５と皮
膚の間の光路には、ウォラストンプリズム７６及び対物
レンズ７７が配置されている。

【００８０】近赤外線光源７１から出た照射光は、偏光
プリズム７２により偏光方向の揃った光に変換され、ハ
ーフミラー７５によりウォラストンプリズム７６の方向
に反射される。ウォラストンプリズム７６に入射した照
射光は、互いに偏光方向が直交した２光線（光線Ａ及び
光線Ｂ）に分離され、対象物（皮膚）に照射される。こ
のとき、光線Ａと光線Ｂの距離は対物レンズの分解能以
下である。また、対象物により反射された２光線は、ウ
ォラストンプリズム７６により再び1つの光に合成さ
れ，ハーフミラー７５を通過後、偏光プリズム７４によ
り偏光方向が揃えられる。２つの光線Ａ，Ｂが段差部分
で反射すると、それらの間には光路差が生じ、偏光プリ
ズム７４を通過するとき干渉する。光路差が光線Ａ，Ｂ
の波長の１／２であるとき、干渉して最も強め合い明る
くなる。この干渉パターンは、通常の白色光源による微
分干渉鏡では目視でき、透明な対象物を立体的に観察す
ることができるが、近赤外帯域では目視困難なため、近
赤外線帯域を撮像可能なＣＣＤなどの撮像素子７３を用
いて可視化する。

【００８１】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、指先等、特定の場所ではなく全身の皮膚で
ユビキタスに生体認証が可能である。また、認証対象は
指紋と異なり外部からは目視できず、指紋や虹彩等のよ
うに容易に身体上の場所を特定されることがないため、
秘匿性が高く、偽造は困難である。

【００８２】さらに、本発明は、真皮組織のような血
流、体液循環に富む場所を用いた認証法であり、これら
の変化に対して鋭敏にその特性が変化するため、基本的
に生体認証手段と生体所属識別とが完全に一体化してい
ることになる。これにより外科的災害の無効化が実現で
き、利用者の安全性を高めることが可能である。

【００８３】さらにまた、本発明の検出装置、認証装置
では、例えばウェアラブル装置の人体接触面に検出部を
設けることができるため、認証を意識せずに日常の動作
で生体認証を完了することができる。また、検出や照合
エラーが発生しても利用者に意識されること無くリトラ
イが行われるため、利用者にとって認証のリトライに伴
う煩雑さがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】皮膚組織の模式図である。

【図２】後方散乱光による偏光解消を利用して真皮組織
を造影する検出装置（認証装置）の一例を示す模式図で
ある。

【図３】任意深度で皮膚散乱を撮像し得る検出装置（認
証装置）の一例を示す模式図である。

【図４】光ヘテロダイン干渉法による複屈折測定の原理
を説明する模式図である。

【図５】皮膚光干渉による散乱特性パターンを表皮下組
織パターン検出に用いた検出装置（認証装置）の一例を
示す模式図である。

【図６】ビート検出素子をアレイ状に複数配列した検出
装置（認証装置）の一例を示す模式図である。

【図７】皮膚への照射部に可動ミラーを用いた検出装置
（認証装置）の一例を示す模式図である。

【図８】静脈パターンにより認証対象領域を特定する検
出装置（認証装置）の一例を示す模式図である。

【図９】酸化・還元ヘモグロビンの吸収スペクトルを示
す特性図である。

【図１０】生体におけるヘモグロビンと水の透過率の相
違を示す特性図である。

【図１１】近赤外線の微分干渉によりパターン検出を行
う検出装置（認証装置）の一例を示す模式図である。

【符号の説明】

１表皮、２真皮、２１，４１光源、２３，２６
偏光板、２４，４３撮像素子、２７，４５ハーフミ
ラー、４６参照ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｔ 7/00 ３００Ａ６１Ｂ 5/10 ３２０Ｚ５Ｌ０９６Ｆターム(参考） 2F065 AA51 BB17 CC16 FF04 FF51 GG07 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL12 LL20 LL33 LL37 QQ31 2G059 AA05 AA10 BB12 CC16 CC18 EE02 EE05 EE09 FF02 FF03 GG01 GG10 HH01 JJ13 JJ19 JJ22 KK04 KK07 MM09 4C038 VA07 VB22 VC01 5B047 AA23 CB21 5B057 BA02 CA12 CA16 DA06 DB02 DC01 DC36 5L096 FA00 HA07 JA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の凹
凸***分布パターンを読み取り、生体固有のパターンを
抽出することを特徴とする生体パターン検出方法。
【請求項２】上記皮膚深層組織が真皮組織であること
を特徴とする請求項１記載の生体パターン検出方法。
【請求項３】表皮組織と皮膚深層組織の光学特性の相
違を利用し、上記凹凸***分布パターンを光学的に読み
取ることを特徴とする請求項１記載の生体パターン検出
方法。
【請求項４】偏光光を照射するとともに、当該偏光光
と偏光方向が直交する偏光フィルタを介して反射光を検
出し、上記凹凸***分布パターンを読み取ることを特徴
とする請求項３記載の生体パターン検出方法。
【請求項５】上記偏光光として長波長光を用いること
を特徴とする請求項４記載の生体パターン検出方法。
【請求項６】上記長波長光が近赤外線帯域光であるこ
とを特徴とする請求項５記載の生体パターン検出方法。
【請求項７】反射光における波長変化成分を特定の周
波数の光を透過又は反射する手段により選別することを
特徴とする請求項４記載の生体パターン検出方法。
【請求項８】上記特定の周波数の光を透過又は反射す
る手段がダイクロイックミラーであることを特徴とする
請求項７記載の生体パターン検出方法。
【請求項９】上記偏光光の照射角度を変化させること
により、検出対象の表皮下深度を制御することを特徴と
する請求項４記載の生体パターン検出方法。
【請求項１０】照射光を照射し、当該照射光の一部と
反射光とを干渉させることにより反射光の波長変化成分
を干渉パターンとして発生させ、この干渉パターンから
生体固有のパターンを抽出することを特徴とする請求項
３記載の生体パターン検出方法。
【請求項１１】照射光学系と結像光学系の光路にウォ
ラストンプリズム又はノマルスキー型プリズムが介在さ
れた微分干渉鏡構造によって皮膚深層組織の凹凸パター
ンを位相差による干渉パターンとして検出し、上記凹凸
***分布パターンを読み取ることを特徴とする請求項３
記載の生体パターン検出方法。
【請求項１２】照射光学系として近赤外線帯域光源を
用いることを特徴とする請求項１１記載の生体パターン
検出方法。
【請求項１３】上記干渉パターンを近赤外線帯域光を
撮像可能な撮像素子を用いて可視化することを特徴とす
る請求項１２記載の生体パターン検出方法。
【請求項１４】表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の
凹凸***分布パターンを読み取る手段を有することを特
徴とする生体パターン検出装置。
【請求項１５】上記凹凸***分布パターンを読み取る
手段は、光学的に凹凸***分布パターンを読み取るもの
であることを特徴とする請求項１４記載の生体パターン
検出装置。
【請求項１６】検出対象部位に光を照射する光源及び
当該光源からの照射光の偏光方向を揃える偏光フィルタ
を備えた照射光学系と、検出対象部位からの反射光を受
光する受光部及び前記偏光フィルタとは振動方向が直交
する偏光フィルタを備えた結像光学系とを有することを
特徴とする請求項１５記載の生体パターン検出装置。
【請求項１７】上記光源が近赤外線帯域光源であるこ
とを特徴とする請求項１６記載の生体パターン検出装
置。
【請求項１８】上記反射光における波長変化成分を選
別する手段を有することを特徴とする請求項１６記載の
生体パターン検出装置。
【請求項１９】上記波長変化成分を選別する手段がダ
イクロイックフィルタであることを特徴とする請求項１
８記載の生体パターン検出装置。
【請求項２０】上記光源からの光の照射角度を制御す
る可動反射鏡を備えることを特徴とする請求項１６記載
の生体パターン検出装置。
【請求項２１】検出対象部位に光を照射する光源を備
えた照射光学系と、反射光の波長変化成分を干渉パター
ンとして発生させる参照光学系と、前記干渉パターンを
検出する結像光学系とを有することを特徴とする請求項
１５記載の生体パターン検出装置。
【請求項２２】上記光源は白色光源であることを特徴
とする請求項１９記載の生体パターン検出装置。
【請求項２３】上記照射光学系、参照光学系及び結像
光学系を備えた検出ユニットが複数配列されていること
を特徴とする請求項１９記載の生体パターン検出装置。
【請求項２４】上記光源からの光の照射位置を制御す
る可動ミラーを備えることを特徴とする請求項１９記載
の生体パターン検出装置。
【請求項２５】検出対象部位に光を照射する光源を備
えた照射光学系と、反射光を受光する受光部を備えた結
像光学系と、これら照射光学系と結像光学系の光路に介
在されるウォラストンプリズム又はノマルスキー型プリ
ズムとを有し、微分干渉鏡構造を有することを特徴とす
る請求項１５記載の生体パターン検出装置。
【請求項２６】上記光源は近赤外線帯域光源であるこ
とを特徴とする請求項２５記載の生体パターン検出装
置。
【請求項２７】上記結像光学系は、近赤外線帯域光を
撮像可能な撮像素子を備えることを特徴とする請求項２
６記載の生体パターン検出装置。
【請求項２８】上記照射光学系及び結像光学系は、偏
光プリズムを備えることを特徴とする請求項２５記載の
生体パターン検出装置。
【請求項２９】表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の
凹凸***分布パターンを読み取り、予め登録されたパタ
ーンと照合することにより生体認証を行うことを特徴と
する生体認証方法。
【請求項３０】上記皮膚深層組織が真皮組織であるこ
とを特徴とする請求項２９記載の生体認証方法。
【請求項３１】表皮組織と皮膚深層組織の光学特性の
相違を利用し、上記凹凸***分布パターンを光学的に読
み取ることを特徴とする請求項２９記載の生体認証方
法。
【請求項３２】偏光光を照射するとともに、当該偏光
光と偏光方向が直交する偏光フィルタを介して反射光を
検出し、上記凹凸***分布パターンを読み取ることを特
徴とする請求項３１記載の生体認証方法。
【請求項３３】照射光を照射し、当該照射光の一部と
反射光とを干渉させることにより反射光の波長変化成分
を干渉パターンとして発生させ、この干渉パターンから
生体固有のパターンを抽出することを特徴とする請求項
３１記載の生体認証方法。
【請求項３４】照射光学系と結像光学系の光路にウォ
ラストンプリズム又はノマルスキー型プリズムが介在さ
れた微分干渉鏡構造によって皮膚深層組織の凹凸パター
ンを位相差による干渉パターンとして検出し、上記凹凸
***分布パターンを読み取ることを特徴とする請求項３
１記載の生体認証方法。
【請求項３５】検出対象位置を皮下血管の分岐部と
し、当該分岐部の形状から予め登録された主軸方向と分
岐部の位置関係に基づいて、認証時に検出対象位置及び
主軸方向を決定することを特徴とする請求項２９記載の
生体認証方法。
【請求項３６】上記皮下血管を利用して生体所属識別
を行うことを特徴とする請求項３５記載の生体認証方
法。
【請求項３７】上記皮下血管の血流変化に伴う吸光度
変化により生体所属を判別することを特徴とする請求項
３６記載の生体認証方法。
【請求項３８】表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の
凹凸***分布パターンを読み取る手段を有し、読み取っ
たパターンを予め登録されたパターンと照合することに
より生体認証が行われることを特徴とする生体認証装
置。
【請求項３９】上記凹凸***分布パターンを読み取る
手段は、光学的に凹凸***分布パターンを読み取るもの
であることを特徴とする請求項３８記載の生体認証装
置。
【請求項４０】検出対象部位に光を照射する光源及び
当該光源からの照射光の偏光方向を揃える偏光フィルタ
を備えた照射光学系と、検出対象部位からの反射光を受
光する受光部及び前記偏光フィルタとは振動方向が直交
する偏光フィルタを備えた結像光学系とを有することを
特徴とする請求項３９記載の生体認証装置。
【請求項４１】検出対象部位に光を照射する光源を備
えた照射光学系と、反射光の波長変化成分を干渉パター
ンとして発生させる参照光学系と、前記干渉パターンを
検出する結像光学系とを有することを特徴とする請求項
３９記載の生体認証装置。
【請求項４２】検出対象部位に光を照射する光源を備
えた照射光学系と、反射光を受光する受光部を備えた結
像光学系と、これら照射光学系と結像光学系の光路に介
在されるウォラストンプリズム又はノマルスキー型プリ
ズムとを有し、微分干渉鏡構造を有することを特徴とす
る請求項３９記載の生体認証装置。
【請求項４３】皮下血管の形状に基づいて、検出対象
位置及び主軸方向を決定する手段を有することを特徴と
する請求項３８記載の生体認証装置。
【請求項４４】表皮組織に遮蔽された皮膚深層組織の
凹凸***分布パターンを読み取る干渉光検出部と、上記干渉光検出部からの照射光の照射角度を制御する可
動ミラーと、上記干渉光検出部からの情報に基づいて皮下血管の位置
を検出する血管位置検出部と、皮下血管像を格納する血
管データ格納部と、検出した血管の位置を格納された血
管データと照合する血管位置照合部と、上記血管位置検出部及び血管位置照合部からの制御情報
に基づいて上記可動ミラーの角度を制御するミラー制御
部と、皮膚深層組織の干渉パターンを格納する干渉パターン記
憶部と、血管位置と干渉パターンの整合を図る整合部
と、干渉光検出部からの干渉パターン情報を干渉パター
ン記憶部に格納された干渉パターンと照合する干渉パタ
ーン照合部とを備えることを特徴とする請求項４３記載
の生体認証方法。
【請求項４５】近赤外線帯域光を偏光フィルタを介し
て照射するとともに、当該偏光フィルタと偏光方向が直
交する偏光フィルタを介して反射光を検出することによ
り、表皮下の毛細血管像又はその３次元分布パターンを
検出することを特徴とする生体パターン検出方法。
【請求項４６】検出対象部位に近赤外線帯域光を照射
する光源及び当該光源からの照射光の偏光方向を揃える
偏光フィルタを備えた照射光学系と、検出対象部位から
の反射光を撮像する撮像部及び前記偏光フィルタとは振
動方向が直交する偏光フィルタを備えた撮像光学系とを
有することを特徴とする生体パターン検出装置。
【請求項４７】近赤外線帯域光を偏光フィルタを介し
て照射するとともに、当該偏光フィルタと偏光方向が直
交する偏光フィルタを介して反射光を検出することによ
り、表皮下の毛細血管像又はその３次元分布パターンを
検出し、予め登録されたパターンと照合することにより
生体認証を行うことを特徴とする生体認証方法。
【請求項４８】検出対象部位に近赤外線帯域光を照射
する光源及び当該光源からの照射光の偏光方向を揃える
偏光フィルタを備えた照射光学系と、検出対象部位から
の反射光を撮像する撮像部及び前記偏光フィルタとは振
動方向が直交する偏光フィルタを備えた撮像光学系とを
有し、撮像した表皮下の毛細血管像又はその３次元分布パター
ンを予め登録されたパターンと照合することにより生体
認証を行うことを特徴とする生体認証装置。