JP2005143804A - 生体検知装置、生体検知方法および指紋認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偽造された被検体を効率的にかつ高い精度で検知すること。
【解決手段】電圧印加部７１が、異なる周波数をもつ２つの方形波入力電圧を被検体である指１３に印加して、電圧測定部７２が、その応答である出力電圧をそれぞれ測定し、判定部７４が、測定した出力電圧から被検体である指１３のインピーダンスを算出し、そのインピーダンスが記憶部７５に記憶された基準となる生体指のインピーダンスの範囲内にあるかどうかを調べることにより、指１３が生体であるかどうかを判定する。
【選択図】 図７

Description

この発明は、被検体に所定の印加信号を印加して、印加された印加信号に対する被検体に係る応答信号を検出し、その検出された被検体に係る応答信号に基づいて被検体が生体であるかどうかを検知する生体検知装置、生体検知方法および指紋認証装置に関し、特に、偽造された被検体を効率的にかつ高い精度で検知することのできる生体検知装置、生体検知方法および指紋認証装置に関する。

従来、扉などに取り付けられた錠を施解錠するには、鍵やＩＣカードなどが用いられているが、鍵やＩＣカードなどが盗難にあったり、紛失したりすると、それを取得した第３者に悪用され、不正侵入などの犯罪にあう危険性があった。

そのため、各人に固有の指紋を用いて本人認証をおこなって、本人であると認証された場合に解錠する指紋錠が商品化されている。さらに、最近では、ゴムなどの材料を用いて偽造された指紋を識別するため、指が生体であるかどうかを検知する生体検知機能を備えた指紋錠の技術も開発されている。

たとえば、特許文献１には、指のもつ静電容量を利用して、人間の指かどうかを検知する生体検知装置が開示されている。この従来技術における生体検知装置では、指のもつ静電容量をＣＲ発振器により測定し、測定された値とあらかじめ設定されたしきい値とを比較して、その指が本物であるかどうかを検知する。

特開平１０−１６５３８２号公報

しかしながら、この従来技術では、測定された値をあらかじめ設定されたしきい値と比較するだけであるので、指と同等の静電容量を有する材料で作られた偽造指が使用された場合に、それを検知することができないという問題があった。

すなわち、指と同等の静電容量を有する材料さえ入手すれば、生体と認識される偽造指を作成するのは比較的容易なことであり、安全対策に対する重大な欠陥となるという問題があった。

このことは、静電容量を利用した生体検知装置だけでなく、電気抵抗や温度などの測定値を利用して、生体かどうかを検知する生体検知装置にも同様に当てはまる問題である。

この発明は、上述した問題（課題）を解消するためになされたものであり、偽造された被検体を効率的にかつ高い確度で検知することのできる生体検知装置、生体検知方法および指紋認証装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に係る生体検知装置は、被検体に所定の印加信号を印加して、印加された該印加信号に対する前記被検体に係る応答信号を検出し、検出された該被検体に係る応答信号に基づいて該被検体が生体であるかどうかを検知する生体検知装置であって、異なる周波数をもつ複数の印加信号を前記被検体に印加する信号印加手段と、前記信号印加手段により印加された複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定する生体判定手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係る生体検知装置は、請求項１の発明において、生体であるかどうかの判定基準となるインピーダンスに係る値の範囲を記憶したインピーダンス範囲記憶手段をさらに備え、前記生体判定手段は、複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて該被検体のインピーダンスに係る値を算出し、算出されたインピーダンスに係る値が前記インピーダンス範囲記憶手段に記憶されたインピーダンスに係る値の範囲内であるかどうかに基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする。

また、請求項３に係る生体検知装置は、請求項１または２の発明において、前記生体判定手段は、前記信号印加手段により印加された印加信号に対する応答信号に基づいて、前記被検体を載置する載置部に被検体が載置されたかどうかを判定し、該被検体が載置部に載置されたと判定された場合に該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする。

また、請求項４に係る生体検知方法は、被検体に所定の印加信号を印加して、印加された該印加信号に対する前記被検体に係る応答信号を検出し、検出された該被検体に係る応答信号に基づいて該被検体が生体であるかどうかを検知する生体検知方法であって、異なる周波数をもつ複数の印加信号を前記被検体に印加する信号印加工程と、前記信号印加工程により印加された複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定する生体判定工程とを含んだことを特徴とする。

また、請求項５に係る生体検知方法は、請求項４の発明において、前記生体判定工程は、複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて該被検体のインピーダンスに係る値を算出し、算出されたインピーダンスに係る値が生体であるかどうかの判定基準となるあらかじめ記憶されたインピーダンスに係る値の範囲内であるかどうかに基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする。

また、請求項６に係る生体検知方法は、請求項４または５の発明において、前記生体判定工程は、前記信号印加工程により印加された印加信号に対する応答信号に基づいて、前記被検体を載置する載置部に被検体が載置されたかどうかを判定し、該被検体が載置部に載置されたと判定された場合に該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする。

また、請求項７に係る指紋認証装置は、指紋に基づいて本人認証をおこなう場合に、被検体に所定の印加信号を印加して、印加された該印加信号に対する前記被検体に係る応答信号を検出し、検出された該被検体に係る応答信号に基づいて該被検体が生体であるかどうかを検知する生体検知をおこなう指紋認証装置であって、異なる周波数をもつ複数の印加信号を前記被検体に印加する信号印加手段と、前記信号印加手段により印加された複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定する生体判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、異なる周波数をもつ複数の印加信号を被検体に印加して、印加された複数の印加信号に対する被検体に係る応答信号に基づいて、被検体が生体であるかどうかを判定することとしたので、偽造された被検体を効率的にかつ高い確度で検知することができる。

また、請求項２の発明によれば、生体であるかどうかの判定基準となるインピーダンスに係る値の範囲を記憶し、複数の印加信号に対する被検体に係る応答信号に基づいて被検体のインピーダンスに係る値を算出し、算出されたインピーダンスに係る値が記憶されたインピーダンスに係る値の範囲内であるかどうかに基づいて、被検体が生体であるかどうかを判定することとしたので、複数の印加信号に対する応答信号の情報をインピーダンスの情報に変換して判定をおこなうことにより、偽造された被検体を効率的にかつ高い確度で検知することができる。

また、請求項３の発明によれば、印加された印加信号に対する応答信号に基づいて、被検体を載置する載置部に被検体が載置されたかどうかを判定し、被検体が載置部に載置されたと判定された場合に被検体が生体であるかどうかを判定することとしたので、指が載置されていない場合に無駄な処理をおこなわないようにすることができ、効率的に生体検知をおこなうことができる。

また、請求項４の発明によれば、異なる周波数をもつ複数の印加信号を被検体に印加して、印加された複数の印加信号に対する被検体に係る応答信号に基づいて、被検体が生体であるかどうかを判定することとしたので、偽造された被検体を効率的にかつ高い確度で検知することができる。

また、請求項５の発明によれば、複数の印加信号に対する被検体に係る応答信号に基づいて被検体のインピーダンスに係る値を算出し、算出されたインピーダンスに係る値が生体であるかどうかの判定基準となるあらかじめ記憶されたインピーダンスに係る値の範囲内であるかどうかに基づいて、被検体が生体であるかどうかを判定することとしたので、複数の印加信号に対する応答信号の情報をインピーダンスの情報に変換して判定をおこなうことにより、偽造された被検体を効率的にかつ高い確度で検知することができる。

また、請求項６の発明によれば、印加された印加信号に対する応答信号に基づいて、被検体を載置する載置部に被検体が載置されたかどうかを判定し、被検体が載置部に載置されたと判定された場合に被検体が生体であるかどうかを判定することとしたので、指が載置されていない場合に無駄な処理をおこなわないようにすることができ、効率的に生体検知をおこなうことができる。

また、請求項７の発明によれば、異なる周波数をもつ複数の印加信号を被検体に印加して、印加された複数の印加信号に対する被検体に係る応答信号に基づいて、被検体が生体であるかどうかを判定する指紋認証装置を構成することとしたので、偽造された被検体を効率的にかつ高い確度で検知することができる指紋認証装置を得ることができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る生体検知装置、生体検知方法および生体検知をおこなう指紋認証装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、本実施例では、生体かどうかが判定される被検体が指である場合について示すこととする。

まず、本実施例に係る生体検知の原理について説明する。図１は、本実施例に係る生体検知装置のセンサ構成を示す図であり、図２は、被検体である指の等価回路モデルの一例を示す図であり、図３は、電圧Ｖ_iの入力電圧に対する出力電圧Ｖ_oの過渡応答特性を示す概念図である。

図１に示すように、この生体検知装置のセンサは、抵抗値Ｒｓを有する抵抗１０を介して、入力電圧Ｖ_i（印加信号）が電極１１および電極１２間に印加され、電極１１および電極１２間の電圧を出力電圧Ｖ_o（応答信号）として検出するよう構成されている。

被検体である指１３が、電極１１および電極１２に接触すると、出力電圧Ｖ_oは、指１３のインピーダンスに応じて入力電圧Ｖ_iに対する過渡応答特性を示す。この過渡応答特性を示す出力電圧Ｖ_oを測定することにより、指の電気的特性を評価することができる。

また、図２に示すように、指１３の示す電気的特性は、抵抗値Ｒｆを有する抵抗２１と電気容量値Ｃｆを有するコンデンサ２２とを並列に接続した回路と等価なものとして近似することができる。このセンサに、電圧Ｖ_iの方形波を入力すると、指の等価回路モデル２０のインピーダンスに応じた過渡応答特性を示す出力電圧Ｖ_oが測定されることになる。

図３に示すように、この出力電圧Ｖ_oの波形は、方形波である入力電圧Ｖ_iの波形に対して遅延したものとなる。この出力電圧Ｖ_oの波形は、

により表される。ここで、ｔは電圧Ｖ_iが入力されてからの経過時間であり、出力電圧Ｖ_oはｔの関数となる。

式（１）から式（４）に示されるように、電圧Ｖ_iが入力されると、コンデンサ２２は次第に充電され、出力電圧Ｖ_oはしだいに上昇する。その変化の速度は、被検体である指１３を含んだ回路系の時定数Ｔに依存する。すなわち、時定数Ｔが大きくなるほど変化の速度が遅くなる。

過渡域の任意の時間ｔ１における出力電圧Ｖ_o（ｔ１）は、指１３のインピーダンスに応じた値となり、この出力電圧Ｖ_o（ｔ１）を測定することによって、指の電気的特性を評価することができる。

図４は、入力電圧に応じて変化する出力電圧の波形の一例を示す図である。同図に示すように、本実施例における生体検知装置は、周期が１／ｆ［ｓｅｃ］（ｆは入力電圧Ｖ_iの周波数［Ｈｚ］）である入力電圧Ｖ_iの方形波が電極１１および電極１２を介して指１３に印加され、その結果観測される出力電圧Ｖ_oの値の測定をおこなう。

そして、半周期１／２ｆ［ｓｅｃ］ごとに観測される出力電圧Ｖ_oの最大値Ｖ_Hおよび最小値Ｖ_Lを検出し、その差を出力電圧の振幅Ｖ_W（＝Ｖ_H−Ｖ_L）として算出する。

図５は、各被検体に対する出力電圧振幅比と入力電圧の周波数との間の関係を示す図である。ここで、出力電圧振幅比とは、出力電圧の振幅Ｖ_Wと入力電圧Ｖ_iとの比Ｖ_W／Ｖ_iのことである。同図に示すように、絶縁性材料および導電性材料の場合には、出力電圧振幅比の周波数依存性がほとんどないことがわかる。

一方、生体である指の場合には、入力電圧の周波数が変化すると、出力電圧振幅比の値も大きく変化する。図５の例では、１，０００Ｈｚから１０，０００Ｈｚの範囲において、出力電圧振幅比の値が大きく変化しているのがわかる（ただし、この範囲は抵抗１０の抵抗値の大きさに依存する。）。本発明では、生体である指のこのような性質を利用して、被検体である指が生体であるかどうかを判定する。

具体的には、２つの異なる周波数（たとえば、１，０００Ｈｚと１０，０００Ｈｚなど）の入力電圧を指に印加し、その２つの周波数に対応する出力電圧から算出された２つの出力電圧振幅比を基にして、指が生体かどうかを判定する処理をおこなう。

材料の導電性の程度により出力電圧振幅比の値が変化するので、生体の指の出力電圧振幅比と、それと同等の導電性を有する材料で作成された偽造指の出力電圧振幅比とが区別がつきにくくなる場合も生じ得るが、２つの周波数の入力電圧に対応する２つの出力電圧振幅比の値を調べることにより、明瞭に区別をすることができるようになる。

２つの出力電圧振幅比の値が算出されたら、

の式に基づいて、指のインピーダンスＺ_H＝ｒ−ｊｘ_HまたはＺ_L＝ｒ−ｊｘ_Lの算出をおこなう。

ここで、Ｚ_HおよびＺ_Lは、２つの周波数の入力電圧のうち、高い方の周波数ｆ_Hおよび低い方の周波数ｆ_Lの入力電圧に対応する指のインピーダンスである。ｒは、インピーダンスの抵抗成分であり、周波数に無関係な成分である。ｘ_Hおよびｘ_Lは、周波数ｆ_Hおよび周波数ｆ_Lの入力電圧に対応するインピーダンスのリアクタンス成分である。また、ｊは虚数単位である。

また、Ｐ_HおよびＰ_Lは、周波数ｆ_Hおよび周波数ｆ_Lの入力電圧に対応する出力電圧振幅比である。すなわち、周波数ｆ_Hの入力電圧に対応する出力電圧の振幅をＶ_WH、周波数ｆ_Lの入力電圧に対応する出力電圧の振幅をＶ_WLとすると、Ｐ_H＝Ｖ_WH／Ｖ_i、および、Ｐ_L＝Ｖ_WL／Ｖ_iとなる。Ｎは、周波数ｆ_Lに対する周波数ｆ_Hの比であり、Ｎ＝ｆ_H／ｆ_Lである。式（５）および式（６）の導出は、後に説明することとする。

式（５）および式（６）は、さらに、

のように変形することができる。式（７）から式（１１）を用いることにより、容易に指のインピーダンスＺ_HおよびＺ_Lの抵抗成分およびリアクタンス成分を算出することができる。

なお、ここでは、出力電圧振幅比Ｐ_HおよびＰ_Lを算出し、式（５）および式（６）に基づいて指１３のインピーダンスの算出をおこなうこととしたが、別の計算式を用いて指１３のインピーダンスを算出することとしてもよい。

図６は、生体かどうかを判定する基準となるインピーダンスの範囲を示す図である。図の縦軸は、インピーダンスＺ_Hのリアクタンス成分ｘ_H［ｋΩ］の対数であり、図の横軸は、抵抗成分ｒ［ｋΩ］の対数である。同図には、実験を通して得られた多くの人の指のインピーダンスが示されている。

また、実験で得られたインピーダンスの範囲を囲むようにして、生体かどうかを判定する基準となるインピーダンスの範囲が４本の直線により設定されている。被検体である指１３のインピーダンスがこれらの直線に囲まれた範囲内にある場合に、生体の指であると判定され、範囲外である場合に生体の指ではないと判定される。

ここでは、図６に示すように、縦軸に周波数ｆ_Hに対応するリアクタンス成分ｘ_H［ｋΩ］の対数をとり、横軸に抵抗成分ｒの対数をとった図を基にして、生体かどうかを判定する基準となるインピーダンスの範囲を設定しているが、周波数ｆ_Hに対応するリアクタンス成分ｘ_H［ｋΩ］の対数の代わりに、縦軸に周波数ｆ_Lに対応するリアクタンス成分ｘ_L［ｋΩ］の対数をとった図を基にしてインピーダンスの範囲を設定するようにしてもよい。

このように、異なる周波数をもつ２つの入力電圧を被検体である指１３に印加して、指１３が生体であるかどうかを判定するようにしているので、たとえ偽造された指が、１つの周波数の入力電圧に対して生体の指と同じ応答があるような場合でも、別の周波数の入力電圧に対する応答を検出して解析をおこなうことにより、生体かどうかを効率的にかつ高い確度で検知することができる。

次に、本実施例に係る生体検知装置の機能的構成について説明する。図７は、本実施例に係る生体検知装置の機能的構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、この生体検知装置は、電極部７０、電圧印加部７１、電圧測定部７２、タイミング制御部７３、判定部７４および記憶部７５を有する。

電極部７０は、被検体である指１３が載置される電極部（載置部）であり、この電極部を介して指１３に入力電圧が印加される。電圧印加部７１は、指１３に印加する異なる２種類の周波数の方形波電圧を生成し、電極部を介してその電圧を印加する印加部である。

電圧測定部７２は、指１３に印加された方形波電圧に応じて出力される出力電圧を測定する測定部である。タイミング制御部７３は、電圧印加部７１で生成する方形波の周波数、および、電圧測定部７２における出力電圧値の測定のタイミングを制御する制御部である。

判定部７４は、電圧測定部７２により測定された２種類の周波数の入力電圧に対応する出力電圧値を受け付け、それらの値を基にして、被検体である指１３が生体であるかどうかの判定をおこなう判定部である。また、この判定部７４は、電圧測定部７２により測定された出力電圧値から被検体である指１３が電極部７０に載置されたかどうかを判定する処理もおこなう。

判定部７４は、振幅比算出部７４ａ、指載置判定部７４ｂ、インピーダンス算出部７４ｃおよび生体判定部７４ｄを有する。振幅比算出部７４ａは、電圧測定部７２により測定された２種類の周波数に対応する出力電圧から出力電圧の振幅Ｖ_WHおよびＶ_WLを算出し、それらの値の入力電圧Ｖ_iに対する比をとることにより、出力電圧振幅比Ｐ_HおよびＰ_Lをそれぞれ算出する算出部である。

指載置判定部７４ｂは、周波数ｆ_Hに対応する出力電圧振幅比Ｐ_Hの値を基に、被検体である指１３が電極部７０に載置されたかどうかを判定する判定部である。具体的には、指１３が載置された場合に、出力電圧振幅比Ｐ_Hの値が所定のしきい値よりも小さくなったかどうかを調べ、所定のしきい値（たとえば、０．９など）よりも小さくなった場合に指が載置されたと判定する。

出力電圧振幅比Ｐ_Hの値が所定のしきい値よりも小さくない場合には、指１３が載置されていないと判定し、出力電圧の測定を継続するようタイミング制御部７３に要求する処理をおこなう。

ここで、被検体である指１３が載置されたかどうかを判定する場合に、周波数ｆ_Hに対応する出力電圧振幅比Ｐ_Hの値を用いたのは、指が載置されたことによる出力電圧振幅比の変化が高周波数の方が大きいためである。

図８は、指の各状態に対する出力電圧振幅比と入力電圧の周波数との間の関係を示す図である。同図に示すように、指が乾燥している状態においても、通常の指の状態においても、入力電圧の周波数ｆが高い場合の方が、指が接触していない場合の出力電圧振幅比の値からの変化が大きくなる。したがって、指１３が載置されたかどうかを判定する場合には、周波数ｆ_Hに対応する出力電圧振幅比Ｐ_Hの値を用いることとしている。

図７の説明に戻ると、インピーダンス算出部７４ｃは、電極部７０に載置された指１３のインピーダンスを算出する算出部である。具体的には、振幅比算出部７４ａにより算出された出力電圧振幅比Ｐ_HおよびＰ_Lを基に、式（７）から式（１１）を利用して、指１３のインピーダンスの抵抗成分ｒおよび周波数ｆ_Hに対応するリアクタンス成分ｘ_Hを算出する。

生体判定部７４ｄは、インピーダンス算出部７４ｃにより算出されたインピーダンスの抵抗成分ｒおよびリアクタンス成分ｘ_Hを基にして、被検体である指１３が生体であるかどうかを判定する判定部である。具体的には、算出されたインピーダンスの値が、図６に示した生体と判断されるインピーダンスの範囲内にあるかどうかを調べることにより、指１３が生体かどうかを判定する。

記憶部７５は、判定部７４における判定に必要なデータを記憶する記憶部であり、指載置しきい値データ７５ａおよびインピーダンス範囲データ７５ｂを記憶する。

指載置しきい値データ７５ａは、指載置判定部７４ｂが、出力電圧振幅比Ｐ_Hに基づいて、指１３が電極部７０に載置されたかどうかを判定する際に参照されるしきい値データであり、出力電圧振幅比Ｐ_Hがこのしきい値データよりも小さい場合に、指１３が載置されたと判定される。

インピーダンス範囲データ７５ｂは、生体判定部７４ｄが、インピーダンス算出部７４ｃにより算出されたインピーダンスに基づいて、被検体である指１３が生体であるかどうかを判定する際に参照されるデータである。このインピーダンス範囲データ７５ｂは、図６の４本の直線で囲まれた範囲を示すデータであり、生体かどうかを判定する基準となるものである。

以上説明した生体検知装置は、指紋に基づいて本人かどうかの認証をおこなう従来の指紋認証装置と組み合わされ、生体検知をおこなうことのできる指紋認証装置を構成することができる。この場合には、指１３が生体であると判定された場合に、指紋認証の処理がおこなわれるようになる。

また、インピーダンス算出部７４ｃにより算出された指１３のインピーダンスの値は、図８に示したように、指１３の乾燥の度合いなど、指１３の状態により変化する。したがって、各個人の指１３の状態は同じではないので、インピーダンスの値に個人ごとの傾向が見られることになる。すなわち、インピーダンスの値は個人ごとにある範囲内に集まることになる（ただし、各個人のインピーダンスの範囲は重なり合う場合もある。）。

上記の生体検知をおこなう指紋認証装置では、この個人ごとのインピーダンスの範囲を記憶して、算出されたインピーダンスがその範囲内にあるかどうかを調べることにより、本人である可能性のある候補者を絞り込み、絞り込まれた候補者の指紋データだけを用いて指紋の照合をおこなって、効率的に指紋の認証をおこなうようにすることもできる。

次に、本実施例に係る生体検知装置がおこなう生体検知処理の処理手順について説明する。図９は、本実施例に係る生体検知装置がおこなう生体検知処理の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、まず、周波数がｆ_Hである方形波入力電圧を生成し（ステップＳ９０１）、その方形波入力電圧に対する出力電圧を測定する（ステップＳ９０２）。

そして、入力電圧Ｖ_iに対する出力電圧の振幅Ｖ_WHの比Ｐ_Hを算出し（ステップＳ９０３）、その比Ｐ_Hの値が、指が載置されたかどうかの判断基準となるしきい値以下であるかどうかを調べる（ステップＳ９０４）。比Ｐ_Hの値がしきい値よりも大きい場合には（ステップＳ９０４，Ｎｏ）、被検体である指１３が電極部７０に載置されていないと判断されるので、ステップＳ９０２に移行して、再度出力電圧の測定をおこなう。

比Ｐ_Hの値がしきい値以下である場合には（ステップＳ９０４，Ｙｅｓ）、指１３が載置されたと判断されるので、引き続いて周波数がｆ_Lである方形波入力電圧を生成し（ステップＳ９０５）、その方形波入力電圧に対する出力電圧を測定する（ステップＳ９０６）。

そして、入力電圧Ｖ_iに対する出力電圧の振幅Ｖ_WLの比Ｐ_Lを算出し（ステップＳ９０７）、比Ｐ_Hと比Ｐ_Lとから指１３のインピーダンスの抵抗成分ｒ、および、周波数ｆ_Hに対するインピーダンスのリアクタンス成分ｘ_Hを算出する（ステップＳ９０８）。

その後、算出された抵抗成分ｒおよびリアクタンス成分ｘ_Hを有するインピーダンスが、図６に示した生体と判定されるインピーダンスの範囲内にあるかどうかを調べる（ステップＳ９０９）。

算出されたインピーダンスが、生体と判定されるインピーダンスの範囲内にある場合には（ステップＳ９０９，Ｙｅｓ）、生体であるとの判定結果を出力する（ステップＳ９１０）。生体と判定されるインピーダンスの範囲内にない場合には（ステップＳ９０９，Ｎｏ）、生体ではないとの判定結果を出力する（ステップＳ９１１）。

ここでは、指が載置されたかどうかの判定を、周波数ｆ_Lの入力電圧に対応する出力電圧の測定前におこなうこととしたが、周波数ｆ_Hおよび周波数ｆ_Lの入力電圧に対応する出力電圧をまず測定し、その後に指が載置されたかどうかを判定するようにしてもよい。

次に、式（５）および式（６）に示したインピーダンスを算出する算出方法の理論について説明する。図１０は、指の等価回路モデルをインピーダンスで表現する概念を示す図である。同図に示すように、指のインピーダンスは、抵抗とコンデンサとを直列や並列に接続したものや、それらに抵抗やコンデンサをさらに組み合わせた回路モデルなどで表現することができる。

これらの回路モデルのインピーダンスＺは、どのような回路モデルであっても、抵抗成分ｒとリアクタンス成分ｘの和として、Ｚ＝ｒ−ｊｘと表現することができる。ここでｊは虚数単位であり、リアクタンス成分が負であるのは、指のリアクタンスが容量性であるためである。

抵抗成分ｒは、この回路に印加される入力電圧の周波数によらず一定の値となるが、リアクタンス成分ｘは、周波数に依存して変化する。たとえば、入力電圧の周波数ｆ_Lに対する周波数ｆ_Hの比がＮ（＝ｆ_H／ｆ_L）である場合には、リアクタンス成分ｘ_Lに対するリアクタンス成分ｘ_Hの比も、Ｎ（＝ｘ_H／ｘ_L）となる。

図１１は、直流電圧と方形波電圧の重畳の概念を示す図である。本実施例で印加される入力電圧は、電圧値が０からＶ_iまで変化する方形波電圧３０である。この方形波電圧３０は、Ｖ_i／２の電圧値をもつ直流電圧３１と、Ｖ_i／２の振幅値をもつ交流電圧３２とを重畳したものと同等となる。したがって、交流電圧の振幅値を求めることは、電圧の交流成分のみを測定することと同等である。

また、その電圧の交流成分は、正弦波ではなく方形波であるので、ｘ_Hおよびｘ_Lは、厳密に定義されるリアクタンス値ではなく、その近似値となる。しかしながら、方形波は、正弦波の基本波とその高調波成分を重畳して近似することができるので、正弦波に対して成り立つＮ＝ｆ_H／ｆ_L＝ｘ_H／ｘ_Lの関係式は、方形波に関しても適用することができる。

図１２は、出力電圧振幅比を算出する算出方法を示す図である。同図に示すように、出力電圧振幅比は、入力電圧振幅に対する出力電圧振幅の比であり、その比は、回路全体のインピーダンスの絶対値に対する被検体である指１３のインピーダンスの絶対値に等しくなる。この関係により、式（５）および式（６）の出力電圧振幅比の式を直ちに導出することができる。

上述してきたように、本実施例では、異なる周波数をもつ２つの方形波入力電圧を被検体である指１３に印加して、その応答である出力電圧をそれぞれ測定し、測定した出力電圧から被検体である指１３のインピーダンスを算出し、そのインピーダンスが基準となる生体指のインピーダンスの範囲内にあるかどうかを調べることにより、指１３が生体であるかどうかを判定することとしたので、偽造された被検体を効率的にかつ高い確度で検知することができる。

さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施例にて実施されてもよいものである。

たとえば、本実施例では、高周波数および低周波数の２つの方形波入力電圧に対応する出力電圧振幅比から被検体である指１３のインピーダンスを算出し、そのインピーダンスに基づいて指１３が生体であるかどうかを判定することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、それら２つの出力電圧振幅比の値がそれぞれ所定の範囲内にあるかどうかに基づいて、生体であるかどうかを判定するようにしてもよい。

また、２つの出力電圧振幅比の比の値を算出し、それらの比の値が所定の範囲内にあるかどうかに基づいて、生体であるかどうかを判定するようにしてもよい。さらに、２つの出力電圧振幅比の値から、周波数に対する出力電圧振幅比の変化率の値を算出し、その変化率の値が所定の範囲内にあるかどうかに基づいて、生体であるかどうかを判定するようにしてもよい。

このように、生体かどうかを判定する方法として、図５に示したような出力電圧の周波数依存性を利用したさまざまな方法を用いることができ、出力電圧の周波数依存性を利用することにより、偽造指かどうかをより高い確度で判定することができる。

また、本実施例では、入力電圧として高周波数および低周波数の２種類の方形波を発生させて、その応答電圧を測定することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、２種類以上の周波数の入力電圧を発生させて応答電圧を測定するようにしてもよい。

この場合、たとえば、各周波数の入力電圧に対応する複数の出力電圧振幅比の中から、値の差が最も大きい２つの出力電圧振幅比を抽出し、それらの比に基づいて指１３が生体であるかどうかを判定するといったことが可能になる。これにより、生体であるかどうかを明瞭に区別することができるようになる。

また、本実施例では、方形波の電圧信号を入力電圧として指１３に印加することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、正弦波など他の波形を用いることとしてもよい。

また、電圧信号の代わりに、複数の周波数をもつ熱信号を印加してその応答である温度の変化を測定し、測定された温度変化を基にして指１３が生体であるかどうかを判定してもよい。指１３が載置されたかどうかを検知する場合も、指１３が載置された場合に載置部の温度が低下する現象を利用して、それを検知することができる。

また、本実施例では、被検体が指１３である場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被検体が掌などの身体の他の部分であってもよい。

また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。

この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

以上のように、本発明にかかる生体検知装置、生体検知方法および指紋認証装置は、偽造された被検体を効率的にかつ高い精度で検知することが必要な生体検知システムに適している。

本実施例に係る生体検知装置のセンサ構成を示す図である。 被検体である指の等価回路モデルの一例を示す図である。 電圧Ｖ_iの入力電圧に対する出力電圧Ｖ_oの過渡応答特性を示す概念図である。 入力電圧に応じて変化する出力電圧の波形の一例を示す図である。 各被検体に対する出力電圧振幅比と入力電圧の周波数との間の関係を示す図である。 生体かどうかを判定する基準となるインピーダンスの範囲を示す図である。 本実施例に係る生体検知装置の機能的構成を示す機能ブロック図である。 指の各状態に対する出力電圧振幅比と入力電圧の周波数との間の関係を示す図である。 本実施例に係る生体検知装置がおこなう生体検知処理の処理手順を示すフローチャートである。 指の等価回路モデルをインピーダンスで表現する概念を示す図である。 直流電圧と方形波電圧の重畳の概念を示す図である。 出力電圧振幅比を算出する算出方法を示す図である。

符号の説明

１０，２１ 抵抗
１１，１２ 電極
１３ 指
２０ 指の等価回路モデル
２２ コンデンサ
３０ 方形波電圧
３１ 直流電圧
３２ 交流電圧
７０ 電極部
７１ 電圧印加部
７２ 電圧測定部
７３ タイミング制御部
７４ 判定部
７４ａ 振幅比算出部
７４ｂ 指載置判定部
７４ｃ インピーダンス算出部
７４ｄ 生体判定部
７５ 記憶部
７５ａ 指載置しきい値データ
７５ｂ インピーダンス範囲データ

Claims (7)

1. 被検体に所定の印加信号を印加して、印加された該印加信号に対する前記被検体に係る応答信号を検出し、検出された該被検体に係る応答信号に基づいて該被検体が生体であるかどうかを検知する生体検知装置であって、
   異なる周波数をもつ複数の印加信号を前記被検体に印加する信号印加手段と、
   前記信号印加手段により印加された複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定する生体判定手段と
   を備えたことを特徴とする生体検知装置。
2. 生体であるかどうかの判定基準となるインピーダンスに係る値の範囲を記憶したインピーダンス範囲記憶手段をさらに備え、前記生体判定手段は、複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて該被検体のインピーダンスに係る値を算出し、算出されたインピーダンスに係る値が前記インピーダンス範囲記憶手段に記憶されたインピーダンスに係る値の範囲内であるかどうかに基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載の生体検知装置。
3. 前記生体判定手段は、前記信号印加手段により印加された印加信号に対する応答信号に基づいて、前記被検体を載置する載置部に被検体が載置されたかどうかを判定し、該被検体が載置部に載置されたと判定された場合に該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の生体検知装置。
4. 被検体に所定の印加信号を印加して、印加された該印加信号に対する前記被検体に係る応答信号を検出し、検出された該被検体に係る応答信号に基づいて該被検体が生体であるかどうかを検知する生体検知方法であって、
   異なる周波数をもつ複数の印加信号を前記被検体に印加する信号印加工程と、
   前記信号印加工程により印加された複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定する生体判定工程と
   を含んだことを特徴とする生体検知方法。
5. 前記生体判定工程は、複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて該被検体のインピーダンスに係る値を算出し、算出されたインピーダンスに係る値が生体であるかどうかの判定基準となるあらかじめ記憶されたインピーダンスに係る値の範囲内であるかどうかに基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする請求項４に記載の生体検知方法。
6. 前記生体判定工程は、前記信号印加工程により印加された印加信号に対する応答信号に基づいて、前記被検体を載置する載置部に被検体が載置されたかどうかを判定し、該被検体が載置部に載置されたと判定された場合に該被検体が生体であるかどうかを判定することを特徴とする請求項４または５に記載の生体検知方法。
7. 指紋に基づいて本人認証をおこなう場合に、被検体に所定の印加信号を印加して、印加された該印加信号に対する前記被検体に係る応答信号を検出し、検出された該被検体に係る応答信号に基づいて該被検体が生体であるかどうかを検知する生体検知をおこなう指紋認証装置であって、
   異なる周波数をもつ複数の印加信号を前記被検体に印加する信号印加手段と、
   前記信号印加手段により印加された複数の印加信号に対する前記被検体に係る応答信号に基づいて、該被検体が生体であるかどうかを判定する生体判定手段と
   を備えたことを特徴とする指紋認証装置。

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