JP2006285487A - 生体情報検出装置及び生体認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型且つ低コストの認証装置を、生体誤検知の不具合なく、提供する。
【解決手段】 指の指紋情報と静脈情報とを取得するために、指の１次元あるいは２次元の部分情報を複数取得する指紋撮像装置１０３と指紋照明光源１０４、静脈撮像装置１０５と静脈照明光源１０６を備え、静脈撮像装置１０５と静脈照明光源１０６で生体検知機能を実現し、静脈撮像装置１０５の撮像範囲ｂは指紋撮像装置１０３の撮像範囲ａより広い。指紋撮像装置１０３と静脈撮像装置１０５によりそれぞれ読み取られた複数の部分情報を合成した指紋情報、静脈情報と予め登録された指紋情報、静脈情報とが一致するか否かを認証処理装置で照合する。
【選択図】 図２

Description

本発明は生体情報検出装置及び生体認証装置に関し、特に、生体の同一箇所から異なる生体情報を取得して認証を行う生体情報検出装置及び生体認証装置に関する。

近年、ネットワーク上で個人を特定する方法として、声紋や指紋、顔の特徴を利用した生体認証の重要性が増してきている。しかしながら生体認証は、そのときどきの生体の体調や状態によって大きく認証結果が左右されるため、ある方式を単独で使用しただけでは認証精度を保つことは容易ではない。そのため、複数の生体情報を用いて複合的に判断することで認証精度を上げることが求められ、これまでも複数の生体情報を用いて認証を行うシステムが提唱されている。

一方で、携帯電話に代表されるモバイル機器もネットワークにつながる端末として機能するようになってきている近年においては、モバイル機器に搭載可能な小型の生体認証装置が求められている。それに対して、例えば特許文献１や特許文献２の指紋センサでは小型化を実現する技術として、指先と固体撮像素子との位置を相対的に移動させ、その移動する指先の連続した部分画像を、画像合成によって、指先全体の画像を得るスイープ型が提案されている。この技術によれば、これまでの指の大きさ程度の面積が必要だった二次元配列の固体撮像素子が指の幅だけですむため、固体撮像素子およびファイバ・オプティクス・プレートなどが安価となる。上記の光学方式のほかにこのスイープ型では、静電容量方式、熱感知方式などの方法も知られている。
特開２００２−２１６１１６号公報 特開２００２−１３３４０２号公報

しかしながら複数の生体情報を用いた認証では、センサを複数持つ必要があるので、必然的にシステムが大型、高コストになるという課題があった。

また、生体認証装置では、生体情報を取得するタイミングを何かしらの方法で的確に検知することが求められる。例えば指紋認証装置の場合には、指をセンサに載せたタイミングで指紋撮像を開始する。それ以外のタイミングで撮像を行っても指紋情報は得られない。特に、スイープ型指紋センサのように、生体とセンサとの相対的な位置関係を変えて情報を取得する装置の場合、センサで生体が検出可能か判断し適切なセンサ設定を模索している間にも、相対的な位置関係が変化して、最初の位置から撮像が開始されるまでの間にセンサ上をとおり抜けた部分の情報については取得できない可能性がある。その結果、生体情報を得られる範囲が狭まって、認証精度を低下させるという不具合が発生することがあった。

本発明の生体情報検出装置は、生体の一部位の生体情報を取得するために、該一部位の１次元あるいは２次元の部分情報を複数取得する生体情報取得手段を複数備え、
複数の前記生体情報取得手段により、前記一部位から異なる生体情報を少なくとも２つ取得する生体情報検出装置である。

本発明では、生体の一部位（例えば指）の異なる生体情報（例えば、指の指紋パターン情報と静脈パターン情報）に基づいて認証を行う。生体の同一の一部位を利用するため、複数の生体情報取得手段を近接して配置することが可能であり、システム全体が小型になる。また、複数の生体情報取得手段が近接しているため、生体の一部位と複数の生体情報取得手段とを相対的に移動させるスイープ型センサを使用した場合にもユーザーは１回のアクションで同時に異なる生体情報を取得することができるので便利であり、しかもスイープ型センサを使用することでシステムは更なる小型化と低コスト化が可能である。さらに、そのとき片方のセンサに生体検知動作を行わせることで、生体の誤検知という不具合を解消し、確実に生体情報を取得して認証を行う装置を提供し、ユーザーの利便性を向上する。

以上のように、本発明によれば、複数の生体情報を用いた認証精度の高いシステムを構成しながらも、小型で低コストの製品を提供することが出来る。さらに、ユーザーの立場に立ってみても、生体の誤検知による不具合をなくすことができる。
さらに、スイープ型センサを使用した場合に一回のスイープ動作で、精度の高い複数生体認証を行うことができるので、利便性がよいシステムを提供することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係わる、指紋と指の静脈の二つから認証を行う生体認証装置の構成ブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の生体認証装置は、生体情報認証手段としての認証処理装置101、ユーザーインターフェース装置(以降「UI」と略記する)102、指紋撮像装置103、指紋照明光源104、静脈撮像装置105、静脈照明光源106、生体情報登録手段としての個人生体情報データベース(以降「DB」と略記する)107、外部装置108から構成されている。生体情報検出装置は、指紋撮像装置103、指紋照明光源104、静脈撮像装置105、及び静脈照明光源106から構成される。

認証処理装置101は、撮像した指紋および静脈パターンと、DB107に登録されている各個人の指紋および静脈パターンとのマッチングを行う。認証処理装置101は、指紋撮像装置103と静脈撮像装置105から出力される合成指紋画像、合成静脈画像を画像処理し、予めＤＢ107に保存された指紋画像、静脈画像との照合を行う照合部を有する。予めＤＢ107には、個人の指紋パターン、静脈パターンを指紋撮像装置103、静脈撮像装置105により読み取り、合成指紋画像、合成静脈画像を生成して照合用の指紋画像、静脈画像として登録しておく。

UI 102は、CRTや液晶を使った視覚的方法や音声によって、指紋/静脈パターンを入力する際にユーザーに対して動作や手順を案内するための装置である。外部装置108は認証結果に応じて動作するものであり、たとえば、ドアの開閉錠やPC（パーソナル・コンピュータ）へのアクセスなど様々なものが考えられる。

図２は、生体情報検出装置の側面断面図であり、指201の腹部先端側から順に、指紋撮像装置103、指紋照明光源104、静脈撮像装置105が並び、指201を挟んで静脈撮像装置105と対向する位置に静脈照明光源106が配置されている。静脈照明光源106は赤外光を照射する光源で、照射された光は指を透過して対面の静脈撮像装置105にて検出される。

ユーザーはこのように構成された生体情報検出装置に指201を接触させながら図中cの方向に向かって動かす。指紋撮像装置103には、装置の小型化、低コスト化のために準一次元の光学センサが用いられており、一回の撮像では指紋の一部を撮像するようになっている。指紋撮像装置103は、指が指紋撮像装置103の上を移動している間は、部分指紋画像の撮像を高速で繰り返していて、最終的にはそれら部分指紋画像をつなぎ合わせて一枚の完全な指紋の画像を撮像するいわゆるスイープタイプの撮像装置である。

ここで準一次元の光学センサとは、一行ではなく複数の副走査行を持つ二次元の光学センサであるけれども、例えば横480画素に対して縦が8行というように縦横の画素数が大きく異なり、一次元センサのように見えるもののことを指す。なお、この図２における指の位置が、認証開始時の指の置かれた位置であるとすると、指紋撮像装置103が部分指紋画像を合成して最終的に得られる指紋全体の撮像範囲は、おおよそ指の先端から第一関節までの範囲aである。通常、指紋の中に含まれる個人の特徴は範囲aに多く、実際これまで実用化されているシステムにおいても、認証に利用している指紋撮像範囲はこの範囲aである。したがって、この場合には指紋認証を精度よく行うためには十分な範囲の指紋画像が取得できている。

一方、静脈撮像装置105も指紋撮像装置103と同様の準一次元の光学センサであり、一回の撮像で部分的な静脈画像を撮像し、指が移動している間、部分静脈画像の撮像を高速で繰り返してそれを複数枚合成することで全体の静脈画像を取得するようになっている。

指紋撮像装置103及び静脈撮像装置105に用いられる光学センサとしては、例えばCCD、CMOSセンサ等が挙げられる。

この図２の場合、静脈撮像装置105が部分静脈画像を合成して最終的に得られる静脈の画像撮像範囲は、おおよそ指の先端から第二関節までの範囲ｂであって、指紋の撮像範囲aよりも広くなっているが、生体情報検出装置においては、これは意図してそのようになっている。静脈は指紋に比べてパターンの複雑さが低いため、単位面積あたりの特徴量が少なく、それを補うためには指紋よりも広い範囲を撮像して特徴量をある一定以上確保することが求められるからである。そのため生体認証装置１では、広い撮像領域を必要とする静脈撮像装置105を指の根元側に配置するようにしている。この配置にすることによって、ユーザーが指の第二関節部分が静脈撮像装置105の直上にくるように指を置いた場合に、ちょうど指の第一間接がくる位置に指紋撮像装置103を配置することができ、無駄なスペースのないコンパクトなシステム構成をとることができる。その上、静脈撮像範囲が指紋撮像範囲をカバーしているので、ユーザーにしてみれば静脈撮像範囲分だけ指を移動すれば指紋撮像範囲については意識する必要がなく、利便性が増す。

このように本実施形態の生体認証装置においては指紋と静脈という二つのことなる生体情報を用いて認証を行う精度の高い生体認証システムを構成している。しかも、指という同一の身体部位から、2つの生体情報を取得するため、センサを極めて近くに配置でき、システム全体がコンパクトになっている。しかもこの場合、小型で低コストのスイープタイプのセンサを用いても、ユーザーは一回の指の移動で同時に指紋と静脈取得できるため利便性も損なうことがないうえに、広い撮像範囲が必要なセンサを指の根元に配置するという工夫がなされているため、よりコンパクトでユーザー利便性が高いシステムを提供している。

また、静脈撮像装置105は、指201の検知センサとしても機能する。これを図３の動作フローを用いて説明する。ユーザーが認証を要求すると、生体認証装置は認証をスタートさせる(Step1)。そのあと、動作フローは指紋撮像装置103の処理フロー系と静脈撮像装置105の処理フロー系に分岐する。

指紋撮像装置103は認証スタート後すぐに指紋の撮像を開始し（FP-Step1）、指が指紋撮像装置103上を通過しきるまで、部分指紋画像の取得（FP-Step2）と部分指紋画像の合成（FP-Step3）と指紋撮像の終了判断（FP-Step4）の処理を繰り返している(FP-Step2〜4)。一方、静脈撮像装置105は、まず指の検知モード(Ve-Step1)で動作し、指が生体認証装置1に置かれたかどうか(Ve-Step2)、また、その置かれた指は偽造された指ではないか（生体の指かどうか）を判断する処理(Ve-Step3)を行う(Ve-Step1〜3)。Ve-Step2での指が置かれたかどうかの判断は、認証スタート直後の指が置かれていない状態で静脈照明光源106を点灯して撮像した画像と、ある時間経過したあとの同条件撮像画像の出力レベルとの差によって行う。ある時間経過した後、指が置かれた状態で画像を撮像したとすると、指によって影ができ、出力レベルが下がることを利用する。また、Ve-Step3での生体の指かどうかの判断は、まず、静脈照明光源106を点灯して静脈を撮像し、つづいて時間差を空けずに指紋照明光源104の点灯タイミングに合わせて静脈を撮像し、両者の画像の比較を行うことで判断する。時間差を空けずに撮像を行うのでほとんど指の移動がないとすると、撮像条件の主な違いは照明光源の位置である。

特開2004-265269号公報によれば、照明の方向によって撮像される静脈の深さは異なり、静脈照明光源106を使用して上方から照明した場合は指内部の静脈が撮像され、指紋照明光源104を借用して指腹部からの照明で静脈を撮像した場合は皮膚表面の静脈が撮像される。そのため、ほぼ同時刻に撮像したにも関わらず、両者の静脈パターンは異なったものとなる。しかし、これが紙面上に印刷したような偽の静脈パターンの場合は、照明方向に寄らず同じ静脈パターンが検出されることになるので偽の指であると識別することが可能である。たとえ、3次元的な偽指を作ろうにも、そのようなものの製造は非常に高度な技術が必要であるし、第一にその人の指内部の3次元的な静脈パターンを得る方法がないため、なりすましは事実上不可能である。

このようにして、生体指の判定が完了したら、静脈撮像装置105は静脈の撮像を開始し(Ve-Step4)、指が静脈撮像装置105上を通過しきるまで、部分静脈画像の取得(Ve-Step5)と合成(Ve-Step6)と静脈撮像の終了判断(Ve-Step7)の処理を繰り返し(Ve-Step5〜7)、指紋/静脈ともに撮像が終了すると合成されたそれぞれの画像は認証処理装置101へ送られ、照合されるようになっている。なお、ここでは、指紋撮像装置103と静脈撮像装置105で部分指紋画像、部分静脈画像を合成するものとしているが、部分指紋画像、部分静脈画像の合成を認証処理装置101で行ってもよい。

この生体認証装置の特徴は認証をスタートさせる(Step1)後に処理フローが二手に分岐し、センサのひとつはすぐに生体情報(この実施形態では指紋情報)の取得に専念した動作を行うことが出来る点にある。たとえば、図４の生体情報検出装置は、指紋撮像装置401のみで認証を行う従来の生体認証装置に用いられるものである。すると、指紋撮像装置401で、指の検知および生体の指か偽指かの判断を行う必要がある。しかし、この判断を行っている期間にもユーザーは指の移動を行っている。仮に、最初に指が置かれた位置が、実線で示した指図の位置だとし、指検知/判断の間に点線の指図の位置まで距離d移動したとすると、実際の指紋撮像は指の先端部のごく一部のeの範囲しか行われない。そのため、指紋特徴量が不足し、認証精度が著しく低下することになる。しかし、図２に示す本実施形態による生体情報検出装置は前述したように、指紋撮像装置103が撮像に専念できるため、最初に指が置かれた実線の指図の位置から先端までの第一関節全てを撮像することが出来る。これによって指紋認証精度低下が発生しない。

また、本実施形態による生体情報検出装置では、検知と生体指の判断を行うセンサをより広い範囲の生体情報を取得する静脈撮像装置としている。これは、先にも述べたが、指紋の場合には重要な個人の特徴が指の第一関節から指先までに集中しているのに対して、静脈は第二関節から指先までの広い領域に個人の特徴が分散しているので、同じ領域幅だけ画像が欠落した場合に、失われる特徴の量が指紋の方が圧倒的に多く認証に影響が出やすいためで、総合的に認証精度を上げるために、指紋撮像装置103は指紋撮像に専念させて欠落のない情報を取得させ、静脈撮像装置105に検知/判断と静脈撮像そのものの2つの機能をもたせている。

なお、以上の説明では、指紋および静脈を撮像する光学センサは準一次元であるとしたが、1次元のセンサや通常の2次元センサであっても、生体検出するセンサと生体の相対位置を変化させて部分画像を合成する生体認証装置であるならば、同様の効果を有する。

また、センサは光学式でなくてもよく、たとえば、指紋を検出するセンサであれば、感圧タイプ、静電容量タイプ、感熱タイプ、電界検出タイプとさまざまなものが利用できる。
［第２の実施形態］
図５は本発明の第２の実施形態に係わる、指紋と静脈を用いた生体情報検出装置の側面断面図である。生体認証装置の構成は実施形態１で説明した図１の構成と同じであり、また、図５において、実施形態1に示した図２の生体情報検出装置と同一の構成部材については同じ符号を使用する。

図５に示す生体情報検出装置においては、指201先端側から順に、静脈撮像装置105、指紋照明光源104、指紋撮像装置103が並び、指201を挟んで静脈撮像装置105と対向する位置に静脈照明光源106が配置されている。また、静脈撮像装置105と指紋撮像装置103との間隔fは大人の指の第一関節の長さと同程度で、おおよそ1.5cm〜2.5cmの間隔で配置されている。

ユーザーはこのように構成された生体情報検出証装置の上を、指201を接触させながらcの方向に向かって動かす。指紋撮像装置103は、前述の実施形態1と同様の準一次元の光学センサで、指が移動している間の部分画像を複数つなぎ合わせて全体の指紋画像の撮像を行う。

一方、静脈撮像装置105は、本実施形態2では主に検知センサとして機能する。実施形態1と同様に、指が置かれていない初期の出力レベルと指が静脈撮像装置105の上方に接するように置かれたあとの出力レベルの差から指の接触の有無を検知し、また、照明光源を切り替えて撮像した静脈のパターンの違いから生体指かどうかの判断を行っている。

この生体情報検出装置の特徴は、静脈撮像装置105が、指紋撮像装置103よりも指先端に近い前方に距離f（大人の指の第一関節の長さ程度）だけ離れてあることである。生体検知を行わない指紋撮像装置103と生体検知を行う静脈撮像装置105との間隔は、指紋撮像装置103が必要とする生体情報取得範囲と同じ又はそれ以上に設定する。検知センサとしての静脈撮像装置105が先端側にあるため、ユーザーは少なくとも指先が静脈撮像装置105に掛かるように、認証を行う指を置かなければ、認証はスタートしない。もし、ユーザーの指を置く位置が不適切で、図６のようであった場合は、ユーザーインターフェース(UI)装置102を用いて、指の置き方を修正するようユーザーに促せばよい。その結果、ユーザーが指を置く位置を正し、認証がスタート可能となった時には必ず、指の第一関節より先端の部分が指紋撮像装置103の上方よりも前方に位置することになる。そして、その状態からｃの方向に指を移動すれば、必ず指の第一関節より先の指紋は撮像され、認証に十分な撮像領域を確保することが出来る。

このように、本実施形態の生体情報検出装置によれば、ユーザーに対して確実な指の位置を案内するシステムを構成することが出来る。このため、ユーザーは指の置き方が不適切な場合も速やかにそれを修正でき、スムーズな認証を行うことが可能である。

なお、本説明で指紋および静脈を撮像する光学センサは実施形態1の場合と同様で、光学式の準一次元センサには限らない。すなわち、1次元のセンサや通常の2次元センサであってよいし、センサ自体も感圧タイプ、静電容量タイプ、感熱タイプ、電界検出タイプとさまざまなものが利用できる。

本発明は、個人認証が求められる情報処理装置、例えばパーソナル・コンピュータ、ドアの開閉錠、携帯電話，ＰＤＡ等のモバイル機器に用いられる生体情報検出装置、生体認証装置に適用される。

本発明の第１実施形態である生体認証装置の構成ブロック図である。 生体情報検出装置の側面断面図である。 生体認証装置の動作フローチャートである。 指紋情報のみを用いた生体情報検出装置の側面断面図である。 本発明の第２の実施形態の生体認証装２の生体情報検出装置の側面断面図である。 生体情報検出装置の使用時の不適切な指配置を示す図である。

符号の説明

101：生体認証装置の認証処理装置
102：生体認証装置のユーザーインターフェース装置（UI）
103：生体認証装置の指紋撮像装置
104：生体認証装置の指紋照明光源
105：生体認証装置の静脈撮像装置
106：生体認証装置の静脈照明光源
107：生体認証装置の個人生体情報データベース（DB）
108：生体認証装置の外部装置
201：指
401：生体認証装置の指紋撮像装置
402：生体認証装置の指紋照明光源
403：指
a：通常認証に必要とされる指紋撮像範囲
b：通常認証に必要とされる静脈撮像範囲
c：指201の移動方向
d：指紋撮像装置401が指検知を終了するまでの指の移動距離
e：指紋撮像装置401で撮像される指紋撮像範囲
f：大人の指の第一関節と同程度の幅

Claims (12)

1. 生体の一部位の生体情報を取得するために、該一部位の１次元あるいは２次元の部分情報を複数取得する生体情報取得手段を複数備え、
   複数の前記生体情報取得手段により、前記一部位から異なる生体情報を少なくとも２つ取得する生体情報検出装置。
2. 請求項１に記載の生体情報検出装置であって、前記複数の生体情報取得手段の少なくとも１つが生体検知機能を有する生体情報検出装置。
3. 請求項２に記載の生体情報検出装置であって、前記生体検知機能を有する生体情報取得手段は、前記一部位から取得する生体情報のうち、前記一部位におけるより広い範囲の生体情報を取得する生体情報取得手段であることを特徴とする生体情報検出装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の生体情報検出装置であって、前記生体の一部位が、指であることを特徴とする生体情報検出装置。
5. 請求項４に記載の生体情報検出装置であって、より広い範囲の生体情報を取得する前記生体情報取得手段が、指の根元に近い側に配置されていることを特徴とする生体情報検出装置。
6. 請求項４に記載の生体情報検出装置であって、取得する生体情報の一つが指紋であることを特徴とする生体情報検出装置。
7. 請求項４に記載の生体情報検出装置であって、取得する生体情報の一つが指の血管パターンであることを特徴とする生体情報検出装置。
8. 請求項４に記載の生体情報検出装置であって、より広い範囲の生体情報を取得する前記生体情報取得手段が、指先に近い側に配置されていることを特徴とする生体情報検出装置。
9. 請求項４に記載の生体情報検出装置であって、前記生体検知機能を有する生体情報取得手段を第２の生体情報取得手段とするとき、生体検知を行わない第１の生体情報取得手段と前記第２の生体情報取得手段との間隔が、前記第１の生体情報取得手段が必要とする生体情報取得範囲と同じ又はそれ以上であることを特徴とする生体情報検出装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の生体情報検出装置において、前記複数の生体情報取得手段は、前記生体の一部位と前記複数の生体情報取得手段とを相対的に移動させることで、前記部分情報を複数取得することを特徴とする生体情報検出装置。
11. 請求項４に記載の生体情報検出装置において、前記生体検知機能を有する生体情報取得手段は、光センサと、該光センサとの間に指が挟まれる位置に配された第１の光源とを有するとともに、
    前記第１の光源からの光に基づく前記光センサの出力と、前記光センサとの間に指が挟まれない位置に配された第２の光源からの光に基づく前記光センサの出力とを検出し、その出力パターンを比較することで、生体の指かを検出する手段と備えていることを特徴とする生体情報検出装置。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の生体情報検出装置と、該生体情報検出装置の複数の生体情報取得手段によりそれぞれ出力される複数の部分情報を合成した各生体情報を識別情報として予め登録する生体情報登録手段と、
    前記複数の生体情報取得手段によりそれぞれ読み取られた複数の部分情報を合成した各生体情報と前記識別情報とが一致するか否かを照合する生体情報認証手段と、を有することを特徴とする生体情報認証装置。