JP4126754B2 - 個人特徴パターン検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は体表面下の血管パターンの特徴を利用して、個人を識別するための個人特徴パターン検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、個人を識別することは、主に銀行端末やコンピュータの使用許可を与えたり、入室者に制限のある部屋への入退室管理等で用いられていた。これらの場合、個人識別には暗証番号やパスワードを用いる方法が主に用いられてきた。しかし最近は生体の持つ特徴を利用して個人識別を行う技術の開発が進められている。
【０００３】
その一つに、手の甲や指の血管パターンを利用する方法が知られている。即ち、手の甲の血管パターンを利用する方法が英国特許2156127B号や雑誌「センサー・レビュー」１２巻３号（１９９２年）１９頁から２３頁に示されている。また、透過光による手の甲の血管パターン写真が雑誌「病態生理」１１巻８号（1992年）６２０頁から６２９頁に示されている。また、指の血管パターンを利用する方法が特開平7−21373号に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
体内にある血管パターンを利用する方法は盗難や偽造が難しいためにセキュリティを高めるという利点がある。これらの従来例では、比較的生体を透過しやすい近赤外の透過光や反射光の強度測定（以下、この測定法を透過法，反射法と呼ぶ）を用いて測定部位の体表面に近い血管パターンを計測する。
【０００５】
しかし、対象とする抹消血管が室温などの測定環境温度により拡張・収縮し、透過法や反射法で再現性のよい血管パターンが得られず、識別の正確さが悪くなる。例えば、測定環境温度の異なる冬季と夏季や室外と室内では測定部位の温度が異なり、血管が収縮する寒い環境と拡張する暑い環境では血管パターンが異なるという問題が生じることが分かった。上記の従来例にはこの問題点は記載されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、生体の血管パターンを対象とする個人識別において、測定環境温度の影響を防止して血管パターンの再現性を高める個人特徴パターン検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
測定環境温度の影響による血管パターンの変動防止のためには、測定部位を装着する測定部位装着部の温度を一定温度以内に保つようにすれば解決する。即ち、個人特徴パターン検出装置に、熱源，熱伝導部，測定部位装着部，熱センサ，温度制御部を組み込み、測定部位の皮下にある血管パターンを撮影する前に、測定部位装着部を設定温度に設定して測定部位を一定温度以内に調整することで、課題を解決できる。なお、血管パターン取得後の個人識別の具体的方法については、前記雑誌「センサー・レビュー」１２巻３号（１９９２年）１９頁から２３頁、特開平7−21373号等に詳述されており、これらの方法を用いればよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による個人特徴パターン検出装置の温度設定部の一実施例を示すブロック構成図である。装置の構成と基本的な動作について述べる。個人特徴パターン検出装置は、測定部位１を装着する測定部位装着部２，上記測定部位装着部２を一定温度に設定する温度制御部３，前記測定部位装着部２に熱を伝える熱伝導部４，上記熱伝導部４に設置する熱源５と熱センサ６、および測定部位１から取得される血管パターンの計測部（後述するので図示しない），識別部（公知なので図示しない）で構成される。
【０００９】
計測部の計測法としては、次の実施例以降で例示する近赤外光による透過法または反射法の他、核磁気共鳴，超音波を用いることも可能である。測定部位１は手（手の甲や指等），耳朶を初めとする任意の部位が可能で、測定部位装着部２は測定部位１に合った形状とし、温度制御部３は電子回路工学で公知の回路である。また、熱伝導部４にはアルミニウムや黄銅等の熱伝導率が高い材質を、熱源５には加熱用にはヒータを、冷熱用や加冷熱用にはペルチェ素子を、熱センサ６にはサーミスタや熱電対等を、識別部には前記雑誌「センサー・レビュー」１２巻３号（１９９２年）１９頁から２３頁、または特開平7−21373号等で公知の方法を用いた。
【００１０】
次に動作としては、温度制御部３で設定温度を指定すると、熱源５から熱伝導部４に熱が伝わり、上記熱伝導部４に設置される熱センサ６で温度が検出される。熱伝導部４は、アルミニウムや黄銅のように熱伝導率が極めて高いために、熱源５と熱センサ６の温度差は無視できる。熱センサ６の出力からフィードバックされる温度情報により温度制御部３が熱源５に供給する電力を制御するように設計している。即ち、熱センサ６の温度と温度制御部３の設定温度との差により熱源５に供給する電力を温度制御部３が制御することにより、測定部位装着部２を設定温度に制御し、その結果、測定部位１を測定時に一定温度以内に保つことができる。
【００１１】
温度制御部３の設定温度としては、体温３７℃の前後温度の他、年平均温度の前後温度、温度制御されている室内では快適温度２０℃の前後温度を用いてもよいが、使用環境で一定値であれば他の温度でも構わない。我々の実験結果からは、設定温度に対する変動幅は最大±５℃にする必要があり、できれば±１℃以内が好ましい。
【００１２】
なお、図２に近赤外光透過法での温度差による指の血管分布のデータを示すが、（ａ）は設定温度２０℃の場合、（ｂ）は設定温度５℃の場合である。５℃では収縮して見えない血管１０，１１，１２が、２０℃では拡張して見えており、測定部位を一定温度に保つことの重要性が分かるデータである。
【００１３】
本実施例では、測定環境温度の影響を防止し、識別に必要なデータ再現性を高めた血管パターンの個人特徴パターン検出装置を実現できる効果がある。
【００１４】
図３は、本発明による個人特徴パターン検出装置の一実施例を示す断面構成図である。測定部位の皮下にある血管パターンを対象として近赤外光を用いて反射法で測定する装置の構成と基本的な動作について述べる。
【００１５】
本実施例の個人特徴パターン検出装置は、測定部位１を装着する測定部位装着部２，温度制御部３，熱伝導部４，熱源５，熱センサ６，光源２０，出射光２１，光学レンズ２２，光検出器２３，反射光２４、および識別部（公知なので図示しない）から成る。測定部位１は任意の部位が可能であるが、ここでは手（手の甲や指等）とし、測定部位装着部２は測定部位１の手を置きやすい平面的な形状とし、温度制御部３は公知の電子回路とした。
【００１６】
また、熱伝導部４にはアルミニウムや黄銅等の熱伝導率が高い材質を、熱源５には加熱用としてヒータを、冷熱用や加冷熱用としてはペルチェ素子を、熱センサ６にはサーミスタや熱電対等を、光源２０には近赤外光用の発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体素子を、光検出器２３にはＣＣＤカメラのような撮像素子を、識別部には前記雑誌「センサー・レビュー」１２巻３号(１９９２年)１９頁から２３頁、または特開平7−21373号等で公知の方法を用いた。
【００１７】
ここで、光源２０として、近赤外光用の半導体素子を用いたが、キセノンランプ等からの光を分光した近赤外光を出射光２１として用いたり、キセノンランプ等からの反射光２４に対して光検出器２３の前に近赤外光用フィルタを設置してもよい。
【００１８】
光源２０からの出射光２１は光学レンズ２２で集光されて測定部位１に照射される。照射側から測定部位１へ入射した近赤外光は、生体組織で散乱・吸収されながら体内を透過し、血管で大きく吸収される。一方、生体組織や血管での反射光は、往路と同様に、生体組織で散乱・吸収されながら体内を透過して体表面に戻って来る。近赤外光は生体組織での吸収が少なく、血管中のヘモグロビンによる吸収が大きいために、測定部位１の体表面から体外に出射される際、測定部位１の出射側の表面近くに血管があると、血管中のヘモグロビンで近赤外光が大きく吸収され、測定部位１の出射側表面には血管パターンの影が投影される。体表面の血管パターンを含む反射光は光学レンズ２２で集光された後、反射光２４として光検出器２３で検出される。温度制御部３の動作、および設定温度と上記設定温度に対する変動幅は、最初の実施例に示す通りである。
【００１９】
本実施例では、反射法において、識別や認証に必要なデータ再現性を高めた血管パターンの個人特徴パターン検出装置を実現できる効果がある。
【００２０】
図４は、本発明による個人特徴パターン検出装置の他の一実施例を示す断面構成図である。測定部位の皮下にある血管パターンを対象として近赤外光を用いて透過法で測定する装置の構成と基本的な動作について述べる。個人特徴パターン検出装置は、測定部位１を装着する測定部位装着部２，温度制御部３，熱伝導部４，熱源５，熱センサ６，光源２０，出射光２１，光学レンズ２２，２５，光検出器２３，透過光２６、および識別部（公知なので図示しない）から成る。測定部位１は任意の部位が可能であるが、ここでは手（手の甲や指等）とし、測定部位装着部２は測定部位１の手を置きやすい平面的な形状とするが、透過光を遮光しないように近赤外光に対して透過な材質、例えば透明アクリルや透明ガラスを用いた。
【００２１】
また、温度制御部３には公知の電子回路を、熱伝導部４にはアルミニウムや黄銅等の熱伝導率が高い材質を、熱源５には加熱用としてヒータを、冷熱用や加冷熱用としてはペルチェ素子を、熱センサ６にはサーミスタや熱電対等を、光源２０には近赤外光用の発光ダイオードやレーザダイオード等の半導体素子を、光検出器２３にはＣＣＤカメラのような撮像素子を、識別部には前記雑誌「センサー・レビュー」１２巻３号（１９９２年）１９頁から２３頁、または特開平7− 21373 号等で公知の方法を用いた。
【００２２】
ここで、光源２０として、近赤外光用の半導体素子を用いたが、キセノンランプ等からの光を分光した近赤外光を出射光２１として用いたり、キセノンランプ等からの透過光２６に対して光検出器２３の前に近赤外光用フィルタを設置してもよい。
【００２３】
光源２０からの出射光２１は光学レンズ２２で集光されて測定部位１に照射される。照射側から測定部位１へ入射した近赤外光は、生体組織で散乱・吸収されながら体内を透過し、血管で大きく吸収される。近赤外光は生体組織での吸収が少なく、血管中のヘモグロビンによる吸収が大きいために、測定部位１の体表面から体外に出射される際、測定部位１の出射側の表面近くに血管があると、血管中のヘモグロビンで近赤外光が大きく吸収され、測定部位１の出射側表面には血管パターンの影が投影される。体表面の血管パターンを含む透過光２４は集光レンズ２２で集光された後、光検出器２３で検出される。温度制御部３の動作、および設定温度と上記設定温度に対する変動幅は、最初の実施例に示す通りである。
【００２４】
この実施例においては、測定部位１の撮影対象面（光検出器２３側）を測定部位装着部２に接する構造としているが、装着時の圧力により体表面下の浅い血管が潰れる場合もあり、この場合は測定部位１の撮影非対象面（光源２０側）を測定部位装着部２に接する構造とし、血管パターンを得るようにすればよい。即ち、図４で言えば、測定部位１と測定部位装着部２の上下関係を逆にすれば良く、測定部位装着部２を透過した光が測定部位１に入射する構造になる。
【００２５】
また、透過法の場合、光源２０からの出射光２１が測定部位１の周辺から光検出器２３に回り込み、血管パターンが不鮮明になる場合がある。この場合はスリットが有効である。例えば、測定部位１に接する最小限の面積のみを測定部位装着部２とし、上記測定部位装着部２に接する熱伝導部４を近赤外光を透過しない材質とする。
【００２６】
これらを補足説明するために、図５に、本発明による個人特徴パターン検出装置の他の実施例の平面構成図を示す。個人特徴パターン検出装置は、測定部位１である手を装着する測定部位装着部２，温度制御部３，熱伝導部４，熱源５，熱センサ６，計測部（既述のため図示しない）、および識別部（公知なので図示しない）で構成される。図４に比し、測定部位１と測定部位装着部２の位置関係が反転しており、熱伝導部４は黒色プラスチック等の近赤外光を透過しない材質である点以外は、基本的には図４と同じ構成・材質である。ただし、測定部位１である手の形に合わせて測定部位装着部２と熱伝導部４の形を設計し、熱伝導を良好にするために熱源５は熱伝導部４に広範囲に埋め込んでいる。
【００２７】
近赤外光は紙面の垂直面内で、紙面奥側から手前に向けて測定部位装着部２，測定部位１の順に透過して、血管パターンを含む透過光が紙面手前に出射されるので、これを光検出器で検出する。その他の動作は図４の実施例に準じるので、説明は省略する。
【００２８】
これらの実施例では、透過法において、識別や認証に必要なデータ再現性を高めた血管パターンの個人特徴パターン検出装置を実現できる効果がある。
【００２９】
図６は本発明による個人特徴パターン検出装置の温度設定部の一実施例を示す概略図である。装置の構成と基本的な動作について述べる。個人特徴パターン検出装置は、測定部位１を装着する測定部位装着部２，温度制御部３，熱源５，熱センサ６，カバー４０と送風器４１から成る熱伝導部、上記カバー４０への部位挿入部４２、および計測部，識別部（これらは公知なので図示しない）で構成される。
【００３０】
本実施例では、測定部位をカバーで覆うことにより、識別に必要なデータ再現性を高めた血管パターンの個人特徴パターン検出装置を実現できる。
【００３１】
計測部の計測法としては、既述した近赤外光による透過法または反射法の他、核磁気共鳴，超音波を用いることも可能である。カバー４０はプラスチック等の断熱材、送風器４１はファン等を使用した。部位挿入部４２はカバー４０を開口することで設けたが、後述のように開閉部であってもよい。その他の構成要素である測定部位装着部２，温度制御部３，熱源５，熱センサ６、識別部は最初の実施例で述べた通りである。
【００３２】
次に動作としては、送風器４１と断熱材のカバー４０が前述の実施例の熱伝導部の役割を果たす。温度制御部３で設定温度を指定すると、熱源５からカバー４０内に熱が伝わり、上記カバー４０内に設置される熱センサ６で温度が検出される。熱センサ６の出力からフィードバックされる温度情報により温度制御部３が熱源５に供給する電力を制御するように設計している。即ち、熱センサ６の温度と温度制御部３の設定温度との差により熱源５に温度制御部３から供給する電力を温度制御部３が制御することにより、部位挿入部４２からカバー４０内に挿入した測定部位１を、測定時に一定温度以内に保つことができる。温度制御部３の設定温度と上記設定温度に対する変動幅は、最初の実施例に示す通りである。
【００３３】
なお、本実施例において、部位挿入部４２を、開口部として常時開いた状態で設けないで、ドアのような開閉部とすることも可能である。この場合は、計測前に測定部位を有する生体をカバー、例えばドア付きの部屋、の中に入れ、測定後に開閉部を開けてカバーの外に生体を出せばよい。本実施例によれば、快適温度２０℃の前後温度に温度制御されている室内において再現性のよいデータが得られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は個人識別に一定温度以内に設定した測定部位を用いるため、測定環境温度の影響を防止して血管パターンの再現性を高めた個人特徴パターン検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の個人特徴パターン検出装置の温度設定部のブロック図。
【図２】近赤外光透過法での温度差による指の血管分布を示す図。
【図３】本発明による個人特徴パターン検出装置の一実施形態を示す断面構成図。
【図４】本発明による個人特徴パターン検出装置の一実施形態を示す断面構成図。
【図５】本発明による個人特徴パターン検出装置の一実施形態を示す平面構成図。
【図６】本発明による個人特徴パターン検出装置の温度設定部の一実施形態を示す概略図。
【符号の説明】
１…測定部位、２…測定部位装着部、３…温度制御部、４…熱伝導部、５…熱源、６…熱センサ、１０−１２…血管、２０…光源、２１…出射光、２２，２５…光学レンズ、２３…光検出器、２４…反射光、２６…透過光、４０…カバー、４１…送風器、４２…部位挿入部。

Claims (3)

1. 体表面下にある血管パターンを画像化して個人識別に用いる装置において、
   少なくとも熱源、測定部位を装着する測定部位装着部，熱センサ，温度制御部を有し、
   上記熱センサからの情報に基づいて上記温度制御部は上記測定部位装着部に装着される測定部位を一定温度以内に設定し、
   上記熱源、上記測定部位装着部，上記熱センサとを少なくとも内部に格納し、上記測定部位を挿入可能な開口部を有する断熱材からなるカバーを備えることを特徴とする個人特徴パターン検出装置。
2. 上記温度制御部は上記熱センサの温度と設定温度との差により熱源に供給する電力を制御して上記測定部位装着部を一定温度以内に設定することを特徴とする請求項１記載の個人特徴パターン検出装置。
3. 上記カバー内部に送風手段を有することを特徴とする請求項１記載の個人特徴パターン検出装置。

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