KR101044029B1 - 혈관 인증 장치 및 혈관 인증 방법 - Google Patents

Abstract

위조 등의 위험이 없는 항구적인 생체 인증을 가능하게 한다. 생체 인증과 동시에 생체 소속 식별도 가능하게 한다.

표피 조직에 차폐된 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴을 판독하여, 생체 고유의 패턴을 추출한다. 판독한 패턴에 따라, 생체 인증을 실행한다. 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴의 판독은 표피 조직과 피부 심층 조직의 광학 특성의 상위를 이용하여 광학적으로 실행한다. 이 때, 피부 조직에의 조사광에는 장파장 광, 예를 들면 근적외선 대역광을 이용한다. 검출 대상 위치는, 예를 들면 피하 혈관의 분기부로 하고, 분기부의 형상으로부터 검출 대상 위치를 결정한다. 이 때, 피하 혈관을 이용하여 생체 소속 식별을 실행하는 것도 가능하다.

생체 인증, 분기부, 피하 혈관, 피부 심층 조직, 조사광.

Description

혈관 인증 장치 및 혈관 인증 방법{A BLOOD VESSEL AUTHENTICATION APPARATUS AND A BLOOD VESSEL AUTHENTICATION METHOD}

본 발명은 진피(眞皮) 등의 피부 심층 패턴을 포착할 수 있는 신규 생체 패턴 검출 방법 및 생체 패턴 검출 장치에 관한 것이며, 또한, 이것을 응용한 생체 인증 방법 및 생체 인증 장치에 관한 것이다.

개인 인증에 널리 이용되고 있는 지문, 장문(掌紋) 등은 피부의 표피 조직이 진피의 요철(凹凸) 구조 중에 가라앉아 생긴 융선망(隆線網)이 외부로부터 직접 보이는 부분이며, 기본적으로는 진피 등의 피부 심층 구조를 반영하는 것이다. 손바닥이나 발바닥 등 부위의 피부는 피부 심층에 분포하는 촉각 신경 종단(終端)이 보다 외부 자극을 검출하기 쉽게 하는 목적이나 마찰에 대한 강도 등의 생리적 이유에 의해, 다른 부위의 피부와 달리 진피 등의 피부 심층 구조의 형상과 표피의 형상이 일치된 독특한 피부 구조를 가지고 있다. 종래부터 개인 인증에 이용되어 온 지문은 기본적으로 이 심층 구조의 항구성을 이용한 것이다.

그런데, 상기 지문을 이용한 생체 인증은 이른바 「위장」 등에 대하여, 그 대책이 반드시 충분하다고는 말할 수 없다. 예를 들면, 지문은 용이하게 다른 물 체에 흔적으로서 남고, 또 관찰도 용이하기 때문에, 제3자에게 위조될 위험성을 부정할 수 없다.

이에 대해, 예를 들면 다른 부위의 표피에 의해 생체 인증을 실행할 수 있으면, 상기 위조의 위험성을 회피할 수 있는 것이라고 생각된다. 그러나, 표피층은 28일 주기로 세포가 모두 교체되는 등 유동적이며, 또 피부의 거칠어짐이나 건조 등에 의해 여러 가지의 변화가 있기 때문에, 이 부분의 문리(紋理)에는 항구성이 없다. 또, 측정 결과, 손가락 간부(幹部)나 엄지 손가락 구부(球部) 등에서는, 손가락 끝의 지문과 아주 달리 표피(表皮)와 표피하(表皮下)의 문리는 아주 별개이며 오히려 직교하는 경향조차 있어, 표피 문리는 생체 인증에 사용할 수 없다.

심층 구조를 직접 표피가 반영되어 볼 수 있는 손가락 끝 지문 등의 특수한 경우와 달리, 동일 손바닥형이라 할지라도, 엄지 손가락 구부등의 손바닥부, 손가락 간부나 손등부의 피부도 포함하는 인체 대부분의 피부에서는, 심층 구조의 문리는 표피층의 문리와는 일치하지 않고, 또, 6층으로 이루어지는 표피 구조에 의한 산란이나 기저(基底) 세포 등의 멜라닌 색소에 가시광(可視光)이 차폐 되기 때문에, 외부로부터 보는 것도 곤란하다. 이 때문에, 예를 들면 반지형의 인증 장치를 형성하는 경우, 장착 시에 해당 반지의 내측에 접촉하는 피부 문리는 그대로는 인증에는 사용할 수 없는 것이 실정이다.

한편, 피부의 심층 구조는 기본적으로는 생체 고유의 것이며, 또 경년(經年) 변화도 지문 등으로 말해지고 있는 바와 같이 거의 없어, 예를 들면 이 부분에 색소를 주입한 문신이나 임신선으로 불리는 것의 항구성도 동일한 부위의 성질에 의 한 것이다. 따라서, 피부의 심층 구조인 표피하 문리는 생체 인증에 적합한 것이라고 생각되지만, 직관적으로 볼 수 없는 것이나 물체에 접촉해도 흔적이 남지 않는 것도 있어, 지문과 동등한 생체 인증 특성을 가지면서도, 개인 인증 방법으로서 뒤돌아 보여지는 일은 없었다.

본 발명은 이러한 종래의 실정을 감안하여 제안된 것이며, 표피하에 숨은 피부 심층 조직의 요철 융기 분포(표피하 문리)나 피하 혈관의 패턴을 파악할 수 있는 생체 패턴 검출 방법 및 생체 패턴 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 위조 등에 의한 「위장」의 위험이 없고, 항구적인 생체 인증이 가능한 생체 인증 방법 및 생체 인증 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위해 여러 가지의 검토를 거듭해 왔다. 그 결과, 표피 조직과 피부 심층 조직의 특성의 차이(광학적 특성, 전기적 특성, 온도차)를 이용함으로써 이들을 식별하고, 표피에 차폐되어 관찰 곤란한 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴을 명료화하는 것이 가능하며, 지문과 같이 진피층 패턴과 표피층 패턴이 일치하는 특수한 장소 이외의 전신 피부 및 피하 조직에서도, 그 문리를 검출하여, 이것을 생체 인증(개인 인증)에 응용하는 것이 가능하다는 것의 식견을 얻기에 이르렀다.

본 발명은 이러한 식견에 따라 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 생체 패턴 검출 방법은 표피 조직에 차폐된 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴을 특성의 차이(광학적 특성, 전기적 특성, 온도차)를 이용함으로써 판독하여, 생체 고유의 패 턴을 추출하는 것을 특징으로 하는 것이며, 본 발명의 생체 패턴 검출 장치는 표피 조직에 차폐된 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴을 판독하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다. 또, 본 발명의 생체 인증 방법은 표피 조직에 차폐된 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴을 판독하여, 미리 등록된 패턴과 대조함으로써 생체 인증을 실행하는 것을 특징으로 하는 것이며, 본 발명의 생체 인증 장치는 표피 조직에 차폐된 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴을 판독하는 수단을 가지고, 판독한 패턴을 미리 등록된 패턴과 대조함으로써 생체 인증이 실행되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 표피의 문리를 인증에 이용하는 것이 아니라, 피부 심층 조직, 예를 들면 진피층의 문리를 검출하여 인증에 이용한다고 하는 것이 기본적인 개념이다. 피부 심층 조직의 요철 융기 분포 패턴(문리)은 지문이나 장문(掌紋), 족저문(足底紋) 등과 마찬가지로 생체 고유이며, 경년(經年) 변화가 적고 항구적일 뿐만 아니라, 예를 들면 손가락 끝 등 지문으로서 인식 가능한 부위를 제외하고, 대부분의 피부에서는 표피층의 문리와는 일치하지 않고, 표피 구조에 의해 은폐되어 있기 때문에, 외부로부터 보는 것은 곤란하다. 또, 물체에 접촉해도 흔적을 남기는 것은 없다. 따라서, 그 위조는 거의 불가능하다.

또한, 본 발명에서는 상기와 같이 지문과 같이 피부 각질 등의 핵을 상실하여 죽은 조직의 형상을 포착하는 것이 아니라, 피부 심층 조직이라고 하는 산 조직의 형상을 포착하고 있다. 이 피부 심층 조직은 생체로부터 분리되면 그 패턴을 유지할 수 없다. 예를 들면, 피부 심층 조직에는 모세 혈관이 존재하지만, 이 모 세 혈관의 혈류가 이루는 패턴은 생체 특유의 것이며, 조직이 생체로부터 분리된 경우에는 혈관 위축, 혈류정지, 혈액 상실 등에 의해 바로 소실되어, 피부 심층 조직 전체의 패턴에도 영향을 미친다. 따라서, 본 발명에서는 생체 인증과 생체 소속 식별이 일체화되어, 생체 조직을 입수한 「위장」은 불가능하며, 진정한 의미에서의 생체 인증이 실현된다.

상기 피부 심층 조직, 예를 들면 진피층의 요철 융기 분포 패턴은 단체(單體)의 세포나 그 흔적 조직의 집합체인 표피 조직과, 밀성(密性) 결합 조직인 진피 조직 구성의 차이가 광학적인 산란 및 굴절 특성의 차이가 되는 것, 그것에 의해 편광 해소나 투사광과의 주파수 변화가 발생하는 것 등을 이용하여, 광학적으로 검출할 수 있다.

구체적으로는, 첫째, 편광광을 조사하는 동시에 해당 편광광과 편광 방향이 직교하는 편광 필터를 통해 반사광을 검출하여, 상기 요철 융기 분포 패턴을 판독하는 것을 특징으로 한다. 생체 표면에 편광광을 조사하고, 반사광을 상기 편광과 진동 방향이 직교하는 편광 필터에 의해 차폐하면, 생체 내의 조직에서의 산란에 의해 편광이 해소된 후방 산란광이나 복굴절광(複屈折光) 등만을 얻을 수 있어, 표피하의 진피층 등 광학적 산란성을 가지는 조직의 패턴을 추출할 수 있다. 특히, 표피 조직은 투과하여 진피 조직으로 산란되는 근적외선 등 장파장의 편광광을 이용하면, 생체 조직의 흡수에 의한 영향을 저감하고, 표피하 조직에서의 광학 특성(산란이나 복굴절 등)을 유효하게 이용하여, 표피하 조직의 패턴을 얻을 수 있다.

둘째, 조사광을 조사하여, 해당 조사광의 일부와 반사광을 간섭시킴으로써, 반사광의 파장 변화 성분을 간섭 패턴으로서 발생시키고, 이 간섭 패턴으로부터 생체 고유의 패턴을 추출하는 것을 특징으로 한다. 피부로부터의 반사ㆍ산란광에 대하여, 하프 미러 등으로 분리한 투사광을 참조광으로서 간섭시킴으로써, 피부 내부 구조에 의한 복굴절이나 산란에 기인하는 파장 변화 성분을 비트(간섭 패턴)로서 발생시킬 수 있어, 피부의 특정면 상의 비트 패턴을 개체 고유의 특성으로서 인증에 이용할 수 있다.

또, 본 발명의 생체 인증 방법 및 장치는 표피 조직과 피부 심층 조직의 전기 특성의 상위를 이용하여 표피 조직에 차폐된 표피하 조직 형상을 전기적으로 판독하여, 미리 등록된 패턴과 대조함으로써 생체 인증을 실행하는 것을 특징으로 하는 것이며, 또, 표피 조직과 피부 심층 조직의 온도차를 이용하여 표피 조직에 차폐된 표피하 조직 형상을 판독하여, 미리 등록된 패턴과 대조함으로써 생체 인증을 실행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 표피(epidermal layer)와 상기 표피의 아래에 위치하여 혈액을 운반하는 혈관을 갖는 심부(deep layer)를 포함하는 사람의 일부 조직을 향해, 상기 일부 조직의 표적 부위의 법선 방향에 대해 상대적으로 경사진 소정 방향으로 광을 조사하는 광 조사부, 상기 광 조사부로부터의 광 중에서 상기 표피를 통과하고 상기 심부의 조직(tissue)에서 산란되는 상기 광의 일부분인 산란 광을 검출하기 위한 결상부, 및 상기 결상부에 의해 검출되는 상기 산란 광과 미리 기억된 혈관 정보를 비교하여, 상기 일부 조직과 연관된 사람의 식별을 인증하기 위한 대조부를 포함하고, 상기 심부의 조직에서는, 비혈관 부위에서보다 혈관이 있는 부위에서 더 적은 양의 광이 검출되도록 광이 산란되는 것을 특징으로 하는 혈관 인증 장치가 제공된다.
여기서, 상기 혈광 인증 장치는, 개구(aperture)를 가지는 차광부(shield)를 더 포함하고, 상기 차광부는 생체의 일부(portion of body)로부터 상기 개구의 바로 아래로 되돌아오는 광만을, 상기 결상부에 도달하도록 한다.
본 발명에 따르면, 혈관 정보를 저장하는 저장 단계, 표피(epidermal layer)와 상기 표피의 아래에 위치하여 혈액을 운반하는 혈관을 갖는 심부(deep layer)를 포함하는 사람의 일부 조직을 향해, 상기 일부 조직의 표적 부위의 법선 방향에 대해 상대적으로 경사진 소정 방향으로 광을 조사하는 광 조사 단계, 상기 광 조사 단계로부터의 광 중에서 상기 표피를 통과하고 상기 심부의 조직에서 산란되는 상기 광의 일부분인 산란 광을 검출하는 검출 단계, 및 상기 검출 단계의 검출 결과와 상기 혈관 정보를 비교하여, 상기 일부 조직과 연관된 사람의 식별을 인증하는 대조 단계를 포함하고, 상기 심부의 조직에서는, 비혈관 부위에서보다 혈관이 있는 부위에서 더 적은 양의 광이 검출되도록 광이 산란되는 것을 특징으로 하는 혈관 인증 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 표피(epidermal layer)와 상기 표피의 아래에 위치하여 혈액을 운반하는 혈관을 갖는 심부(deep layer)를 포함하는 사람의 일부 조직을 향해, 상기 일부 조직의 표적 부위의 법선 방향에 대해 상대적으로 경사진 소정 방향으로 광을 조사하는 광 조사 수단, 상기 광 조사 수단으로부터의 광 중에서 상기 표피를 통과하고 상기 심부의 조직(tissue)에서 산란되는 상기 광의 일부분인 산란 광을 검출하기 위한 검출 수단, 및 상기 검출 수단에 의해 검출되는 상기 산란 광과 미리 기억된 혈관 정보를 비교하여, 상기 일부 조직과 연관된 사람의 식별을 인증하기 위한 대조 수단을 포함하고, 상기 심부의 조직에서는, 비혈관 부위에서보다 혈관이 있는 부위에서 더 적은 양의 광이 검출되도록 광이 산란되는 것을 특징으로 하는 혈관 인증 장치가 제공된다.

도 1은 피부 조직의 모식도이다.

도 2는 후방 산란광에 의한 편광 해소를 이용하여 진피 조직을 조영(造影)하는 검출 장치(인증 장치)의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 3은 임의 심도로 피부 산란을 촬상할 수 있는 검출 장치(인증 장치)의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 4는 광 헤테로다인 간섭법에 의한 복굴절 측정의 원리를 설명하는 모식도이다.

도 5는 피부광 간섭에 의한 산란 특성 패턴을 표피하 조직 패턴 검출에 사용한 검출 장치(인증 장치)의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 6은 비트 검출 소자를 어레이 형상으로 복수 배열한 검출 장치(인증 장치)의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 7은 피부에의 조사부에 가동 미러를 사용한 검출 장치(인증 장치)의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 8은 정맥 패턴에 의해 인증 대상 영역을 특정하는 검출 장치(인증 장치)의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 9는 산화ㆍ환원 헤모글로빈의 흡수 스펙트럼을 나타내는 특성도이다.

도 10은 생체에 있어서의 헤모글로빈과 물의 투과율의 상위를 나타내는 특성도이다.

도 11은 근적외선의 미분 간섭에 의해 패턴 검출을 실행하는 검출 장치(인증 장치)의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 12는 피부 표면 전위 검출 소자의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 13은 피부 표면 전위 검출 소자의 다른 예를 나타내는 모식도이다.

도 14는 피부 표면 전위 검출 소자를 2차원 어레이 형상으로 배열한 피하 조직 패턴 검출 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 15는 보행 시에 발생하는 전위 파형의 일례를 나타내는 파형도이다.

이하, 본 발명을 적용한 생체 패턴 검출 방법, 검출 장치, 및 생체 인증 방 법, 인증 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

예를 들면, 지문에 의한 생체 인증의 경우, 다른 물체에 흔적(지문)이 용이하게 남고, 또 관찰이 용이하기 때문에 제3자에게 위조되는 위험성을 부정할 수 없어, 그 대책으로서, 검출된 지문이 정확하게 생체의 손가락의 것인지 여부를 판정하기 위한 생리학적 생체 소속 식별을 별도로 필요로 한다. 이것은 지문에 의한 생체 인증에서는, 직접적으로는 피부 각질 등 핵을 상실하여 죽은 조직의 형상을 광학적ㆍ전기적으로 포착하고 있기 때문이다.

상기 지문이나 홍채, 그 밖의 생체 인증 수단의 시큐리티 강도는 검출 정밀도가 아니라, 오히려 이 생리학적 생체 소속 확인에 의존한다고 말해도 되며, 예를 들면 지문에 의한 생체 인증에 있어서 생리학적 생체 소속 식별이 깨지면, 인증 대상이 되는 생체 조직을 입수하여 용이하게 「위장」이 가능하게 되며, 그 의미에서 해당 시스템의 시큐리티 강도는 없는 것과 같은 것이 된다. 일반의 크레디트 카드 등의 시큐리티이면, 그것이 돌파되어도 경제적 손실만이며 생명 신체에 직접적인 위해는 발생하지 않지만, 상기 생체 조직의 입수에 의한 「위장」은 생명 신체에 중대한 2차 재해를 새로이 초래하는 결과가 된다. 이후 이것을 외료적 재해(Surgical Hazard)라고 부르기로 한다.

생체 인증에 있어서는, 일반적인 인증 기술로 이용되는 국소적인 시큐리티 강도 외에, 새로이 시스템으로서, 외과적 재해에 대한 시큐리티 강도의 개념이 필요하며, 이용자의 안전도 포함시킨 시큐리티를 고려할 필요가 있지만, 종래 기술에서는 그 점이 명확하게 되어 있지 않다.

즉, 생체 인증으로서의 시큐리티는 「본인의 것과 일치하는, 또한 본인으로부터 잘라 내진 등의 것이 아닌 생체 조직」이라고 하는 「인증」과, 인증 대상의 정상적인 생체인 것을 식별하는 「생체 소속 식별」이라고 하는 2개의 조건을 어느 정도의 신뢰성으로 확립할 수 있는지에 의존하고 있지만, 종래의 생체 인증 기술에서는 단순히 전자의 인증 정밀도나 신뢰성만 주목되고 있다. 이 경우, 생체 인증이라고 말하면서, 실은 「생체 소속 식별」하는 것 없이 대상을 인증하게 되어, 실제로는 「생체」인증이 아니라고 하는 모순을 일으켜 버린다. 따라서, 실운용(實運用)도 포함시킨 시큐리티 시스템으로서 본 경우, 이러한 모순으로부터 외과적 재해라고 하는 2차 재해를 유발할 가능성이 있다고 말할 수 있다.

가장 간편하고 아무 기술 지식도 설비도 필요로 하지 않는 「위장 방법」은 생체로부터 손가락, 팔, 안구 등의 조직을 절단ㆍ적출(摘出)하여 제3자가 인증을 실행하는 방법이다. 만일 개인의 소액 예금 이하 정도의 경제적 가치밖에 얻어지지 않아도, 이러한 생체 인증 수단의 도입은 그 수법의 간편함때문에, 오히려 이용자의 생명이나 신체에 금전으로 바꾸기 어려운 심각한 피해를 초래하는 결과가 된다. 이 때문에, 지문이나 눈의 홍채 등에 의한 종래의 생체 인증 방법은 다른 인증 수단의 보완적 수단으로서 이용되거나 간이 용도 등과 같이 애매하게 한정된 형태로 이용되는 데 그치며, 널리 보급시키는 것은 곤란하다.

한편, 상기 지문에 의한 생체 인증 등 비교적 위조가 용이한 방법에서는, 예를 들면 정전(靜電) 용량에 의한 지문 인증을 예로 취하면, 위조 대책으로서, 지문 표면의 땀 등의 염분을 포함하는 습도(수분)에 의해 피부 표면을 도전체로서 기능 시켜, 전극 사이의 정전 용량이나 정전 유도를 측정함으로써, 미소 전극과 피부 표면의 거리를 검출하여 지문 패턴을 포착하는 방법이 시도되고 있다. 이것은 어느 의미에서 생체 소속 식별을 시도한 예이다. 생체로부터 분비되는 땀 등의 염분을 포함하는 전해성의 습도가 존재하지 않으면, 상기 측정은 불가능하기 때문이다.

그러나, 해당 검출 방법에서는 인증 대상에 전해성 습도의 존재는 필요하지만, 그것이 반드시 생체 유래의 것일 필요는 없고, 이 이외에, 예를 들면 잘라 내진 것이 아닌 것을 검출하기 위한 생체 소속 식별은 성립하고 있지 않다. 이 때문에, 보수성(保水性)을 가지는 겔상(狀) 물질 등에 지문 패턴을 형성한 모조물이나, 절단한 손가락에 생리 식염수를 분무 또는 침지한 것이 이용되어도, 이것을 배제하는 것은 곤란하다.

또, DNA 등을 이용한 생체 인증에서는, 확실히 DNA의 「위조」 그 자체는 곤란하지만, 그 인증 대상이 되는 DNA가 생체에 소속되어 있는 것인가, 시체나 머리카락으로부터 채취되어 PCR(Polymerase Chain Reaction) 등으로 대량 복제된 것인가 판별하는 것은 본질적으로 불가능하며, 이것도 생체 소속 식별이 성립되지 않는 방법이다. 이 때문에, 생체 인증 수단에 더하여, 적외선에 의한 손가락의 혈류 검출 등 생체 인증 그 자체와는 별도로 생체인 것을 어떠한 방법으로 식별하는 새로운 센서를 별도 부가하는 등의 대책이 필요하게 된다.

여기에서, 생체 인증은 「생체ㆍ인증」이라고 하는 2개로 분리되어, 생체 인증과는 상이한 것이 되며, 인증을 프론트 도어(front door)로 하면, 그 인증 대상의 생체 소속 식별을 인증과는 별도의 물리적 검출에 의존하는 것은 백 도어(back door)를 만드는 것과 동일한 문제가 된다. 이 모순은 백 도어의 생체 소속 식별 수단을 기만할 수 있으면, 그 시점에서 인증 시스템로서의 시큐리티는 파탄되어, 물체를 이용한 「위장」이나, 또한 외과적 재해가 유발될 위험성이 있다. 생체 소속 식별은 다양성이 풍부한 생물 조직을 전제로 하여 「살아 있는 조직인가 아닌가」를 식별하는 것이지만, 생명이란 무엇인가라고 하는 센트럴 도그마에서도 명백한 바와 같이, 그 단체(單體)만으로는 그 다양성에의 대응때문에 식별의 넓이가 커져, 결과적으로 기만이 가능하다고 하는 본질적인 문제를 떠맡고 있다. 생체 인증과 생체 소속 식별에 이용하는 검출 수단을 따로따로 준비하는 종래의 방법에서는, 생체 소속 식별의 센싱 방법을 제3자가 용이하게 발견하여 해석 가능했다고 말할 수 있으며, 이 때문에, 결론으로서, 인증과 생체 소속 식별이 일체화되어, 인증=생체 소속 식별인 백 도어가 없는 진정한 의미에서의 생체 인증 방법이 요구되고 있다.

그래서, 본 발명에서는, 상기 지문과 같은 표피 문리를 이용하는 것이 아니라, 피부 심층 조직, 예를 들면 진피층의 요철 융기 분포 패턴을 검출하고, 이것을 이용하여 생체 인증을 실행하는 것으로 한다.

도 1은 피부 조직의 모식도이며, 피부 조직은 크게 나누어 표피(1)와 진피(2)로 이루어진다. 표피(Epidermis)(1)는 각화(角化) 중층 편평 상피 조직이며, 각질층(11), 투명층(12), 과립층(13), 가시층(spinous layer)(14), 기저층(基底層)(15), 및 기저막(16)으로 구성된다. 이들 각층 중, 과립층(13), 가시층(14) 및 기저층(15)은 아울러 말피기(Mapighi)층이라고 불려진다.

각질층(11)은 각질 세포 간 지방질의 2분자막에 의한 라메라 액정 형태를 가 지며, 투명층(12)은 콜레스트릭(cholesteric)형 액정 형태를, 또 과립층(13)은 케라토히알린(keratohyaline) 과립이라고 불려지는 광을 반사ㆍ산란하는 비즈와 같은 광학적 성질을 가지는 염기성의 구조체를 세포질에 포함하고 있다. 또, 기저층(15)은 멜라닌 과립을 가지는 등 외부의 자외선 등으로부터 생체를 방어하기 위해 광학적으로 각층에서 다양한 산란ㆍ흡수 형태를 가지고 있다. 특히 자외선 대역의 광에 대해서는, 표피(1)는 굴절률이 상이한 다층 박막 구조로부터, 어느 종류의 다이크로익 특성을 가진다. 그러나, 기본적으로 표피(1)는 멜라닌 색소에 의한 착색을 제외하면 가시광 영역에서도 비교적 산란성을 가지는 반투명 형상의 조직이다. 다만, 가시광의 빨강이나 근적외선보다 장파장의 대역에서는 투과성이 높아진다. 이 때문에, 표피(1) 아래의 진피(2)의 모세 혈관망 내의 혈류가 산란되어, 외부로부터도, 예를 들면 안색이나 혈색으로서 관찰하는 것이 가능하며, 피부의 색은 기본적으로 멜라닌 색소와 진피(2)의 모세 혈관 내의 혈액에 의해 결정된다. 표피(1)는 모세 혈관이나 림프액 등 전해질의 순환이 없고, 기본적으로 각질층(11)에 대표되도록 유전체로서의 성질이 강하다.

한편, 진피(Dermis)(2)는 표피(1)와 비교하면 아주 다른 양상을 나타내고 있다. 기본적으로, 진피(2)는 콜라겐이나 에라스틴으로 이루어지는 밀생(密生) 결합 조직과 모세 혈관망으로 이루어지고, 단체의 세포 집합체로 모세 혈관이 존재하지 않는 표피(1)와는 크게 상이하다.

이 진피(2)는 유두층(乳頭層)과 망상층(網狀層)으로 나누어져 있다. 진피 유두층은 표피 조직의 최하층인 기저막에 의해 표피 조직과 접하는 조직이며, 결합 조직과 모세 혈관으로 이루어지고, 감각 신경 종단(終端)이 존재한다. 망상층은 일정한 배열 구조를 가지는 콜라겐과 그것을 연결하는 에라스틴, 그리고, 그들 사이를 매립하는 기질로 이루어진다. 진피(2)는 모세 혈관이 풍부하고, 또 림프액 등의 순환에 의해 전해질이 풍부하며, 이 때문에 표피(1)에 비해 도전성이 현저하게 높다.

〔광학적 특성을 이용하는 방법〕

또, 이 진피(2)의 결합 조직을 형성하는 콜라겐이나 탄성 섬유는 광학적인 복굴절성이 강하지만, 표피 조직에서는 복굴절성은 없다. 광학적으로는 표피(1)도 산란성을 가지며, 편광 특성은 산란에 따라 편광 해소를 일으킨다. 기본적으로는, 수평ㆍ수직의 편광비는 산란 입자의 크기나 형태에 의존하여 고유의 산란 특성을 나타내는

전자파의 파장>>입자 반경→레일리 산란(Rayleigh Scattering)

전자파의 파장∼입자 반경→미산란(Mie Scattering)(구름 방울이나 에어로졸. 적란운이 흰 까닭)

전자파의 파장<<입자 반경→기하학적인 전자파의 진행(빗방울)(무지개, 다이아몬드 더스트)

진피(2)는 우유 한천(寒天)과 같은 것에 비유되며, 일정한 두께가 있고 처음 백색으로 보인다. 또, 진피(2)에서는 파장이 긴 광일수록 투과하기 쉽고, 짧은 광일수록 산란되기 쉬운 성질이 있다. 진피(2) 중에 흡광 색소를 무시할 수 없는 양으로 존재하면, 진피(2)의 얕은 곳에서 산란되는 단파장 광은 관찰자의 눈으로 되 돌아오는 율이 높지만, 장파장 광은 투과하여 색소에 흡수되어, 되돌아오는 율이 낮아진다. 이 때문에, 피부의 얕은 부분에 있는 모세 혈관은 선명한 빨강으로 보이지만, 약간 깊은 부분에 있는 정맥이나 혈관종은 푸르스름하게 보인다. 메라노사이트 관련의 모반(반점)에서도, 모반 세포가 진피ㆍ표피 경계부에 존재하는 경계 모반에서는 갈색조로 보이지만, 진피에 있는 청색 모반은 그 이름처럼 청색조로 보이며, 진피 메라노사이트에 의한 오오타 모반이나 몽고반도 임상적으로 푸른 기를 띠어 보인다.

본 발명에서는 이들 광학적 특성이나 전기적 특성의 차이를 이용함으로써, 피부 심층 조직(예를 들면 진피 조직)의 요철 융기 분포 패턴 등을 검출하여 생체 인증에 이용한다. 예를 들면 백색광에 대한 반사광의 파장 성분이나 산란ㆍ편광 특성에 주목하여 필터링함으로써, 표피 조직에 대하여 보다 심부에 있는 결합 조직이나 콜라겐 섬유 등으로 특징지어지는 진피층을 식별하여, 표피에 차폐되어 관찰 곤란한 진피 조직을 명료화하는 것이 가능하며, 특히, 지문 등의 진피층 패턴과 표피층 패턴이 일치하는 특수한 장소 이외의, 전신의 피부 및 피하 조직에서도, 그 문리를 검출함으로써 개인 인증할 수 있다.

도 2는 이러한 극히 다양한 산란 형태를 가지는 표피하의 진피(Dermis)(2)를 광학적으로 포착하는 검출 장치의 구성예이며, 투광부와 수광부에서 진동면이 직교하는 편광 수단에 의해 표피층에서의 반사를 억제하고, 산란과 복굴절에 의한 광을 투과함으로써 표피하의 요철 융기 분포 패턴의 촬상을 가능하게 하고 있다.

구체적 구성으로서는, 먼저, 조사 광학계로서, 광원(21) 및 광학 렌즈(22), 및 조사부 편광판(23)을 구비한다. 광원(21)에는, 예를 들면 LED 등 임의의 광원을 이용할 수 있다. 다만, 광원(21)으로서는, 표피 조직은 투과하여 진피 조직에서 산란되는 근적외선 등의 장파장 광을 발하는 광원을 이용하는 것이 바람직하고, 이에 따라 표피하 조직에 있어서의 산란이나 복굴절 등의 광학 특성을 이용하여 조직의 패턴을 얻는 것이 가능해진다.

또, 결상 광학계로서, 수광 소자인 촬상 소자(예를 들면 고체 촬상 소자: CCD)(24), 결상 렌즈군(25) 및 수광부 편광판(26)을 구비한다. 또한, 상기 조사 광학계와 결상 광학계 사이의 광로에는 하프 미러(27)가 배치되어 있고, 상기 조사 광학계와 결상 광학계는 서로 직교하여 배치되어 있다.

상기 검출 장치에 있어서, 광원(21)으로부터의 조사광은 조사부 편광판(23)에 의해 진동 방향이 한 방향으로 제한되어 피부에 조사된다. 또, 결상 광학계에는 수광부 편광판(26)이 배치되어 있지만, 이것은 진동 방향이 조사부 편광판(23)과는 직교하도록 구성되어 있다. 따라서, 표피 조직에서의 단순한 반사광은 진동 방향이 수광부 편광판(26)과는 직교하게 되어, 수광부 편광판(26)에 의해 차폐된다.

조사 광학계로부터 피부에 조사된 조사광은 피부 심층 조직(예를 들면 진피 조직)에까지 달하며, 여러 가지 조직에 의해 산란이나 복굴절이 생기고, 그것에 의해 편광이 해소된다. 이들은 후방 산란광으로서 하프 미러(27)를 투과하여 상기 결상 광학계로 인도되지만, 상기와 같이 편광이 해소되어 있기 때문에 수광부 편광판(26)을 투과하여 촬상 소자(24)까지 도달한다.

표피 조직에 없고 진피 조직 등에 고유하게 존재하는 결합 조직이나 콜라겐 등 광학적으로 복굴절하는 특성을 가지는 조직을 경유하여 반사ㆍ산란된 광은 복굴절에 의해 위상이 입사광으로부터 어긋나게 된다. 이에 따라 표피 조직에서의 반사ㆍ산란광과, 복굴절 조직(진피 조직)을 경유한 위상이 상이한 광의 식별이 가능해진다.

이 구성에서는, 다이크로익 필터 등의 대역 필터에 의해 이 진피 조직에서의 복굴절에 의한 위상 어긋남의 파장 성분만을 선택적으로 투과하고, 이것을 검출함으로써 복굴절 조직을 선택적으로 검출하여 진피 조직을 체외로부터 비침습적(非侵襲的)으로 검출하는 방법도 고려된다.

편광을 이용한 피부 계측으로서는, 가시광 대역에서의 편광 필터(1)의 광학적 특성에 주목하여, 피부의 관찰에 편광을 이용한다고 하는 방법이 미용 산업의 분야에서 알려져 있다. 예를 들면, 피부의 고움이나 빛남이라고 하는 미용 요소의 계측 방법으로서 피부 표면의 평가를 실행하는 방법[일본국 특허 제3194152호 공보나 실공평 7(1995)-22655호 공보 참조]이 알려져 있다.

그러나, 이들은 진피 조직 등 표피하의 조직을 관찰할 목적으로 구성된 것이 아니고, 어디까지나 가시광을 사용한 미용적인 외관에 의한 피부 표면의 평가를 목적으로 한 것이다. 따라서, 편광이 산란에 의해 해소된다고 하는 주지의 성질을 이용하여, 표피 각질 등의 직접 반사의 반사광에 의한 화질 저하를 방지하고, 표피의 가시광 산란에 의한 화상을 얻음으로써 안정된 표피 화상을 얻는다고 하는 것이 개시되어 있는 데 불과하다.

이러한 종래의 방법에서는, 가시광을 이용하기 때문에, 표피의 산란은 포착할 수 있어도, 가시 세포나 기저 세포의 멜라닌 색소에 의해 가시광이 흡수ㆍ차폐되어 버리기 때문에 진피층 상태를 정확하게 검출하는 것은 곤란하다. 또, 이 때문에 진피 조직의 복굴절에 의한 상(像)을 분별하는 것도 곤란하다. 진피층의 결합 조직, 콜라겐 조직과 같이 표피에 비해 강한 이방성을 가져, 복굴절이 발생하는 광학적 특성에 주목하고, 또, 표피 조직이 근적외광에 대해서는, 가시광과 달리 투과성이 높은 것이나, 진피층을 구성하는 밀생 결합 조직의 산란 특성이나 복굴절성을 이용하여 진피층 구조를 포착한다고 하는 식견은 지금까지 전혀 존재하고 있지 않으며, 본원에 의해 처음 제안된 것이다.

전술한 바와 같이, 상기 검출 장치를 사용함으로써, 진피층을 구성하는 밀생 결합 조직의 산란 특성이나 복굴절성을 이용하여 진피층 구조(예를 들면 요철 융기 분포 패턴)를 포착할 수 있다. 다만, 검출 장치를 도 2에 나타내는 바와 같은 구성으로 한 경우, 표피층에 의한 산란이나, 검출 대상이 되는 진피층 표면으로부터 하층의 진피 조직이나 피하 조직 등에 의한 산란 등이 노이즈로서 혼입되어, SN비가 저하되는 것이 염려된다. 그래서, 이에 대처하는 방법으로서, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이, 조사광의 피부에의 입사 각도를 얕게 하고, 또한 결상 광학계의 개구를 제한하는 것이 유효하다.

도 3에 나타내는 검출 장치에서는, 조사 광학계에 가동 반사경(28)을 추가하고, 조사 광학계로부터의 조사광을 피부에 대하여 경사지게 조사하는 동시에, 결상 광학계를 대상 영역의 바로 위에 배치하고, 후방 산란광이나 측방 산란광을 하프 미러(27)를 통하지 않고 직접 검출하도록 하고 있다. 또, 결상 광학계에는, 그 개구를 제한하기 위한 차광판(29)이 설치되고, 바로 아래로부터의 복귀광만이 촬상 소자(24)에 도달하도록 구성되어 있다.

이러한 검출 장치에서는, 조사 광학계로부터의 조사광은 표피층으로부터 피부 심층 조직(진피층)으로 경사지어 진입한다. 이 때, 얕은 부분, 즉 표피 조직에서는 도면 중의 우측 영역에서 입사광이 산란되어, 차광판(29)에 의해 개구가 제한된 결상 광학계에 도달하는 일은 없다. 마찬가지로, 보다 깊은 부분에서는, 도면 중의 좌측 영역에서 입사광이 산란되어, 역시 산란광은 결상 광학계에 도달하는 일은 없다. 이에 대하여, 상기 가동 반사경(28)의 각도를 조절하여, 진피 조직에의 조사 위치가 상기 결상 광학계의 바로 아래가 되도록 설정하면, 이 영역(진피 조직)에서의 산란광만이 결상 광학계에 도달한다.

다음에, 진피 조직의 복굴절성을 이용한 검출 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 일반적인 복굴절 측정 방법으로서는, 상기와 같은 대역 필터가 아니고, 조사광과 반사광 또는 투과광의 2개의 광의 위상차가 비트 신호의 위상차로 전화(轉化)되는 것을 이용한 광 헤테로다인 간섭법 등을 이용하는 것이 고려된다.

도 4는 그 경우의 원리도이며, 광원, 예를 들면 안정화 횡(橫)제만(Zeeman) 레이저(STZL)(31)로부터의 발진광을 하프 미러(32)를 통해 시료(33)에 조사하고, 편광판(34)을 투과한 투과광(신호광)을 광 검출기(35)에 의해 검출한다. 동시에, 안정화 횡제만 레이저(31)로부터의 발진광 중 하프 미러(32)에서 반사된 광을, 역시 편광판(36)을 투과한 투과광(참조광)을 광 검출기(37)에 의해 검출한다. 그리 고, 이들 각 광 검출기(35, 37)에서 검출된 검출광의 위상차를 전기 위상계(38)에 의해 측정한다.

여기에서, 직선 편광자[편광판(34, 36)]는 2개의 광을 간섭시키기 위해 이용되며, 복굴절 측정을 전기 위상계(38)의 측정 정밀도로 측정할 수 있다. 일반적으로 전기 위상계(38)의 측정 정밀도는 0.1도(이상)이므로, 복굴절량을 광의 파장의 4000분의 1 정도의 고정밀도에서의 측정이 가능해진다.

광 헤테로다인 간섭법의 원리이지만, 먼저, 참조광과 신호광의 전계 성분을 각각 Er, Es로 하면, 이들은 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기에서, ar, as는 각각 참조광, 신호광의 진폭을 나타낸다. fr, fs, φr, φs도 마찬가지로, 각각의 주파수 및 위상을 나타낸다.

이 2개의 광을 중합(重合)하면, 검출되는 광 강도 I는 전계 성분의 2곱과 동일하게 되므로, 다음과 같이 된다.

그리고, 식 중, < >은 시간 평균을 나타낸다. 또, fb(=fs-fr)은 광비트 주 파수를, △(=s-φr)는 2개의 광성분의 위상차를 나타낸다.

광 검출기에서 검출되는 광전류 성분은 (3)식의 제1 항과 제2 항이 직류 성분이 되고, 제3 항이 주파수 fb에서 정현파상으로 변화하는 교류 성분이 된다. 이 교류 신호를 가리켜 광비트 신호라고 부른다. 광 헤테로다인 간섭법에서는, 광비트 신호의 진폭(2asㆍar), 주파수(fb), 또는 위상차(△)를 전기적으로 계측하여, 광신호의 진폭(as), 주파수(fs), 위상(φs)에 포함되는 정보를 꺼낸다.

진피 조직의 측정에 있어서는, 구체적으로는 복굴절하는 피부 조직의 굴절률을 nx, ny, 광이 투과하는 두께를 d로 했을 때, 투과 후에 생기는 위상 지연 φx, φy는 각각 아래와 같은 (4)식 및 (5)식과 같이 표현할 수 있다.

주파수가 약간 상이한 2개의 광으로서 STZL(안정화 횡제만 레이저) 발진광 등을 시료에 투과시키면, 광 검출기에서 얻어지는 광강도 신호 I는 다음과 같이 표현된다.

여기에서, △는 2 성분광의 위상차를, δn은 굴절률차(=복굴절량)를 나타낸다. (6)식으로부터, 2개의 광의 위상차는 비트 신호의 위상차로 전화되고 있는 것을 알 수 있지만, 이에 따라, 광비트 신호의 위상을 전기 위상계(38) 등으로 계측함으로써, 복굴절량을 측정할 수 있게 된다.

이 때 문제가 되는 것은 피부 조직의 복굴절 주축의 방위를 미리 구하고, 그 주축의 방위를 STZL의 발진 편광면에 정확하게 일치시킬 필요가 있으므로, 이 때문에, STZL 발진광의 편광면을 광축 주위로 회전시키면서 위상차의 검출을 실행하여, 복굴절량과 그 주축 방위를 동시에 구할 필요가 있다. 따라서, 그러한 방법에서는 인증에 사용하는 장치가 극히 복잡 또한 조작도 번잡하고, 검출 시간도 걸리는 데다, 손목 시계형 등의 인체 장착형 인증 장치로 한 경우에, 장착 시에 장착 위치나 방향을 엄밀하게 정할 필요가 있고, 또, 생체에 느슨하지 않게 밀착시켜 생체가 활동해도 움직이지 않게 하는 등의 대책이 필요하다.

그래서, 상기와 같은 경우에는, 검출 대상 피부면을 피하 혈관의 분기부로 한다. 해당 분기의 형상을 이용함으로써, 용이하게 상기 주축 방향을 산출할 수 있다. 예를 들면, 주축 방위와 분기부의 위치 관계를 미리 등록 시에 결정ㆍ기록해 두면, 인증 시에 혈관 분기부의 위치와 방향으로부터 주축을 간단하게 맞출 수 있다.

또는, 예를 들면, 간섭에 의한 피부 심층 구조의 검출에 의해 이에 대처하는 것도 가능하다. 본 발명의 목적은 복굴절 그 자체를 측정하는 것이 아니라, 복굴절이나 산란을 통해 피부 내부의 생체 고유의 특성을 포착하는 것에 있다. 그래서, 피부에 투사한 광이 진피층 등의 피부 내부 조직에서 후방 산란이나 복굴절할 때 발생하는 주파수 변화에 주목하여, 편광자를 이용하지 않고 피부로부터의 산란광과 투사광을 직접 간섭시켜, 이것을 검출함으로써 주파수 변화분을 비트로서 검출한다.

도 5는 이와 같은 검출 장치의 구성예를 나타내는 것이다. 이 검출 장치에서는, 도 2에 나타내는 검출 장치와 동일하게 조사 광원(41)과 광학 렌즈(42)로 이루어지는 조사 광학계와, CCD 등의 촬상 소자(43)와 결상 렌즈(44)로 이루어지는 결상 광학계 가 하프 미러(45)를 통해 직교하여 배치되어 있다. 다만, 도 2에 나타내는 검출 장치와 달리 조사 광학계나 결상 광학계에는 편광판이 설치되어 있지 않다. 그 대신에, 조사 광학계의 광원(41)으로부터의 조사광의 일부를 결상 광학계의 촬상 소자(43)로 인도하는 참조 미러(46)가 배치되어 있다.

백색 LED 등의 광원(41)으로부터 방사된 광은 하프 미러(45)를 경유하여 일부는 피부면에 조사된다. 이 조사광의 일부는 피부 내부에서 여러 가지의 반사, 산란이나 복굴절 등을 거쳐, 다시 하프 미러(45)로 복귀한다. 이 광과 조사 시에 하프 미러(45)로부터 참조 미러(46)에 반사시킨 광이 비트(간섭)를 일으켜, 촬상 소자(43)에 간섭 패턴이 결상된다.

이 때, 피부의 검출 영역 내 각 점에 대하여 해당 비트를 발생시킴으써, 그 비트의 패턴으로부터 표피하의 연속 패턴을 얻을 수 있다. 이러한 연속 패턴을 고르는 데는, 구체적으로는, 도 6에 나타내는 바와 같이 상기 비트 검출 소자를 어레이 형상으로 복수 배열하는 방법이나, 도 7에 나타내는 바와 같이 피부에의 광 조사부에 가동 미러를 사용하는 방법 등을 들 수 있다. 전자의 경우, 상기 조사 광원(41)과 광학 렌즈(42)로 이루어지는 조사 광학계와, CCD 등의 촬상 소자(43)와 광학 렌즈(44)로 이루어지는 결상 광학계와 하프 미러(45)를 통해 직교하여 배치되어 이루어지는 비트 검출 소자(50)를, 이른바 어레이 형상으로 복수 배열하고, 각 비트 검출 소자(50)로부터의 검출 신호에 따라 표피하의 연속 패턴을 얻는다.

한편, 후자에서는 비트 검출 소자(50)로부터의 조사광의 조사나 복귀광의 검출은 상기 가동 미러(51)에 의해 실행한다. 가동 미러(51)는 미러 제어부(52)에 의해 그 각도가 제어되지만, 해당 미러 제어부(52)는 각도-간섭 패턴 정합부(53)로부터의 제어 정보에 의해 가동 미러(51)의 각도 제어를 실행한다. 상기 각도-간섭 패턴 정합부(53)에는 상기 비트 검출 소자(50)로부터 간섭 패턴 정보가 보내지지만, 보내진 간섭 패턴은 피부 간섭 패턴 기억부(54)에 저장되는 미리 등록된 간섭 패턴과 피부 간섭 패턴 기억ㆍ대조부(55)에서 대조되어 생체 인증이 실행된다.

이들 방법에서는, 위상차 등의 검출에 필요했던 편광자를 이용하지 않기 때 문에, 엄밀하게 광축을 맞출 필요가 없고, 예를 들면 손목 시계형 등의 인체 장착형으로 한 경우에, 장착 방법이나 장치의 인체에의 장착의 느슨함 등으로 방향이 변화되어도 영향을 받기 어렵다고 하는 효과가 있다.

다만, 실제로는 장착의 느슨함 등이 있는 경우, 구체적으로 피부의 어느 면이 인증 대상이 되는 것인지 특정할 필요가 있다. 대상 영역을 포함하는 광범위한 피부 영역의 간섭 패턴을 미리 등록하는 방법도 고려되지만, 넓은 영역의 패턴으로부터 특정의 패턴을 대조할 필요가 있기 때문에, 처리 상 큰 부하가 발생한다. 휴대형 기기로 한 경우에는 소비 전력 등의 점에서 걸리는 큰 부하는 바람직하지 않다.

예를 들면, 피부 문리를 이용한 생체 인증에 있어서, 지문 등의 특수한 경우에는 소용돌이, 말굽 등의 중심이 포착하기 쉽고, 또 손가락 표면의 형상도 한정된 좁은 것인 것 등 때문에 인증 대상의 위치를 특정하는 것이 용이하다. 그러나, 그러한 한정된 특이한 부위를 제외한 일반의 피부에서는, 영역도 손가락 끝에 비해 넓고, 또한 지문과 같이 소용돌이 형상 등의 위치 특정하기 쉬운 기하학적 형상을 갖지 않는 미세한 피부 문리 패턴 중에서 인증 대상이 되는 영역을 특정하는 것은 극히 어렵다.

이 때문에, 상기와 같이 미리 넓은 영역의 피부 문리를 등록하고, 인증 시에 검출한 문리가 해당 등록 패턴으로 포함되는지를 검색하는 방법도 고려되지만, 본래 불필요한 영역까지 등록하기 때문에 등록에 시간이 걸리는 데다, 인증 시의 대조에도 장치에 처리 상의 부하와 시간이 걸린다. 또, 전신의 피부 문리의 등록이 이상적이지만 상기의 이유로부터 실용적이 아니고, 또 그 경우에 「넓은 영역」의 정의가 애매하여, 실제의 운용에서는 인체의 유연성이나 그때그때의 인증 장치에의 인증 대상의 컨택트 차이에 의해, 개인 인증 시에 해당 영역으로부터 벗어나 버릴 가능성도 있다.

그래서, 피부의 인증 대상 영역의 특정 방법으로서, 다음과 같은 방법이 유효하다. 즉, 투사광으로서, 백색광이 아니고, 생체 투과성이 높고 예외적으로 정맥혈 등 환원형 헤모글로빈에 흡수되는 파장의 근적외선을 사용하여, 생체 피하 조직 등으로부터의 후방 산란광을 이용하여 정맥 패턴을 검출하고, 이 정맥 패턴을 이용하여 인증 대상 영역을 특정한다. 인증 대상 영역을 특정의 정맥 상, 또는 정맥 분기부 등의 피부면으로 함으로써, 손목 시계형 등 개인 인증 장치의 피부 접촉면에서, 장치의 생체에의 장착의 어긋남이나 느슨함 등이 있어도, 항상 인증 대상이 되는 동일 피부 영역을 확실하게 특정할 수 있다

도 8에, 정맥 패턴을 이용하여 인증 대상 영역을 특정하는 검출 장치의 일례를 나타낸다. 이 도 8에 나타내는 검출 장치는 도 7과 동일한 장치 구성을 가지는 것이지만, 비트 검출 소자(50)의 광원(41)으로서 근적외선 광원을 이용하고, 피정맥(皮靜脈) 위치 검출부(61) 및 피정맥 위치 대조부(62), 및 정맥 데이터가 저장되는 정맥 데이터 기억부(63)가 부가되어 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 피부의 가장 얕은 곳에 존재하는 진피층 피정맥(60)의 모세 혈관상을 얻을 수 있다.

파장 700∼1200nm의 근적외선 대역은 특이적으로 생체에서의 흡광도가 낮아 「분광 영역의 창」이라고 불려지고 있으며, 생체 조직을 양호하게 투과한다. 여 기에서 중요한 것은 표피 조직은 가시광이나 자외선을 반사, 산란하는 특성이 있지만, 이 대역의 광은 약 80퍼센트 가까이가 투과되어 버리는 것이다. 한편, 이와 같은 특성을 가지는 근적외선 대역 중에서, 혈액 중의 헤모글로빈에 선택적으로 흡수되기 쉬운 파장이 있으며, 도 9에 나타내는 바와 같이, 파장 805nm에서는 산소화 헤모글로빈(HbO₂)과 환원형 헤모글로빈(Hb)의 흡광도는 함께 일치하지만, 파장 660nm에서는 환원형 헤모글로빈(Hb) 쪽이 흡광도가 높고, 또 파장 940nm에서는 산소화 헤모글로빈(HbO₂)이 흡광도가 높다. 또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, 생체에 있어서의 헤모글로빈과 물의 분광 특성도 크게 상이하다.

이 특성을 이용함으로써, 생체의 수분을 구별하여 혈관상이 얻어지는 동시에, 파장에 의한 흡광도로부터 동맥ㆍ정맥의 식별이 가능해진다. 정맥 패턴을 얻는 데는, 예를 들면, 광원에 805nm의 근적외선 조사 수단을 설치하고, 이것을 편광판을 통해 피부에 조사한다. 조사된 광은 피부로부터의 반사ㆍ산란ㆍ복굴절의 3개 양태의 광이 복합된 복귀광이 되어 검출되지만, 피부 표면의 반사는 그것보다 하층의 화상 취득을 저해하기 때문에, 상기 편광판(23)과 진동 방향이 직교하는 각도로 배치한 편광판(26)을 통해 CCD 카메라 등으로 촬영한다. 이에 따라 표피 각질이나 투명층, 과립층 등의 조직에 의한 진동 방향이 동일한 반사광은 필터링되어 편광이 해소된 산란과 복굴절파만이 촬영된다.

도 2나 도 3에 나타내는 검출 장치에서는, 검출 대상 조직 이외의 산란에 의한 것은 진피층을 포착할 때 배제해야 할 것이지만, 여기에서는 조사 파장이 진피 층의 모세관에서 선택적으로 흡수되고, 백색 광원을 사용한 경우와는 달리 피부 조직에서의 혈관 내에 존재하는 헤모글로빈 이외의 흡광도가 낮고 투과성이 높기 때문에, 진피층의 모세 혈관 패턴이 그것보다 심부에서의 후방 산란을 배경으로 하여 명료하게 얻을 수 있다.

이 모세 혈관의 혈류가 이루는 패턴은 생체 특유의 것이며, 조직이 생체로부터 절단된 경우에는, 혈관 위축, 혈류 정지, 혈액 상실 등에 의해 즉시 소실된다. 또, 940nm의 산소화 헤모글로빈의 흡광대를 이용함으로써, 맥의 박동에 따라 해당 흡광도가 변화되는 것을 검출하여, 피하 모세 혈관에 의한 패턴과 함께 생체 소속 인식을 실행하는 것도 가능하다. 또한, 660nm의 파장에서는 탈산소화 헤모글로빈이 흡광도가 높고, 940nm의 파장에서는 산소화 헤모글로빈이 흡광도가 높은 등의 흡광 특성의 차이가 존재하는 것을 이용하여, 예를 들면 절단 조직에서는 폐순환의 정지에 의해 조직의 산소 포화도가 현저하게 저하되고, 그 결과 940nm의 산소화 헤모글로빈의 흡광도가 저하ㆍ소실되는 것을 검출함으로써, 정상적인 생체 조직인가 절단된 것인가를 식별하는 방법을 더하는 것도 용이하다.

상기에 의해, 생체 인증과 생체 소속 인식이 일치하게 되며, 이 때문에 절단한 조직을 생리 식염수 등에 침지하여 세포를 살리고 있다고 해도, 혈류가 존재하지 않기 때문에 이것을 인증 배제할 수 있는 것이다. 인증 대상 조직은 폐순환과 박동을 구비하여 혈류와 혈액의 각 헤모글로빈 비율을 정확하게 구비할 필요가 있고, 만일 팔을 외과적으로 절단하여 이용하려고 해도, 그 팔의 각 혈관을 외과적으로 인공 심폐 장치에 접속하고, 또한 박동 파형도 정확하게 재현할 필요가 있으며, 예를 들면 휴대형 인공 심폐도 실용화되어 있지 않은 오늘의 상황에서는 실현은 곤란하다. 또 만일 장래 그것이 실용화되었다고 해도, 팔의 절단으로부터 시작되어, 각 혈관과 장치에의 접속, 절단된 미소 혈관이나 신경에 대한 처치, 절단에 대한 생활 반응에 의한 조직 변화의 해소나 혈류 재개 후의 조직 안정 등 고도의 외과적 기술과 의료 설비를 필요로 하여, 현실적인 작업은 아니다. 한편, 생체를 이용하지 않고 인공물에 의해, 미세한 모세 혈관의 3차원 입체 구조나 산란 등 인공적으로 동일한 것을 정확하게 구성하는 것은 더욱 곤란하다.

다음에, 미분 간섭에 의한 표피하 패턴 검출에 대하여 설명한다. 미분 간섭법은 현미경으로의 관찰법의 하나이며, 샘플의 두께나 굴절률의 차에 의해 발생하는 조명광의 위상차를 명암 또는 색의 콘트라스트로 하여 입체적으로 관찰하는 방법이다. 진피층은 통상의 명시야(明視野) 광학계나 관찰 등의 방법에서는 검출이 곤란하다. 그래서, 통상의 현미경에서는 염색없이는 관찰이 곤란한 세포핵 등도 미분 간섭 광학계에서는 관찰할 수 있는 것에 주목했다. 다만, 이것은 진피층이 노출된 경우 가능해도, 진피층에 그대로 적용하는 것은 어렵다. 표피층에 피복되어 있는 경우, 표피층 표면은 관찰할 수 있어도, 표피층에 의한 반사ㆍ산란ㆍ차폐 때문에, 그대로는 진피층을 검출하는 것은 어렵다.

그래서, 본 발명에서는 표피층이 적색-근적외광 대역에서 투과성이 높은 것에 주목하고, 통상의 미분 간섭경에서는 광원에 백색광이 이용되는 데 대하여, 근적외광 광원과 근적외선 CCD를 사용하는 것으로 한다. 이에 따라, 비침습적으로 표피하 진피층의 요철 패턴을 검출하는 것이 가능해진다.

그 구체예를 도 11에 나타낸다. 이 검출 장치는 근적외선 광원(71)과 편광 프리즘(72)을 가지는 조사 광학계와, CCD 등의 촬상 소자(73)와 편광 프리즘(74)을 가지는 촬상 광학계를 구비하고 있으며, 이들이 하프 미러(75)를 사이에 두고 직교 배치되어 있다. 조사 광학계로부터의 조사광은 하프 미러(75)에서 반사되어 피부에 조사되고, 복귀광(반사광)은 하프 미러(75)를 투과하여 촬상 광학계에 도달하지만, 상기 하프 미러(75)와 피부 사이의 광로에는 월러스톤 프리즘(wollaston prism)(76) 및 대물 렌즈(77)가 배치되어 있다.

근적외선 광원(71)으로부터 나온 조사광은 편광 프리즘(72)에 의해 편광 방향이 일치된 광으로 변환되고, 하프 미러(75)에 의해 월러스톤 프리즘(76)의 방향으로 반사된다. 월러스톤 프리즘(76)에 입사한 조사광은 서로 편광 방향이 직교한 2 광선(광선 A 및 광선 B)으로 분리되어 대상물(피부)에 조사된다. 이 때, 광선 A와 광선 B의 거리는 대물 렌즈의 분해능 이하이다. 또, 대상물에 의해 반사된 2 광선은 월러스톤 프리즘(76)에 의해 다시 하나의 광으로 합성되어 하프 미러(75)를 통과 후, 편광 프리즘(74)에 의해 편광 방향이 일치된다. 2개의 광선 A, B가 단차 부분에서 반사되면, 그들 사이에는 광로차가 생겨, 편광 프리즘(74)을 통과할 때 간섭한다. 광로차가 광선 A, B 파장의 1/2일 때, 간섭하여 서로 가장 강하게 하여 밝아진다. 이 간섭 패턴은 통상의 백색 광원에 의한 미분 간섭경에서는 관찰할 수 있어, 투명한 대상물을 입체적으로 관찰할 수 있지만, 근적외 대역에서는 관찰 곤란하기 때문에, 근적외선 대역을 촬상 가능한 CCD 등의 촬상 소자(73)를 이용하여 가시화한다.

[전기적 특성을 이용하는 방법〕

본 발명의 다른 방법에서는, 전기적 특성의 차이를 이용함으로써, 피부 심층 조직(예를 들면 진피 조직)의 요철 융기 분포 패턴 등을 검출하여, 생체 인증에 이용한다.

도 12는 정전 유도를 이용하여 피부의 전위를 검출하고, 이에 따라 표피하 진피 조직의 깊이를 검출하여 그 피하 패턴을 얻는 검출 장치의 일례를 나타내는 것이다. 이 검출 장치에서는 상대적으로 본 경우, 표피층이 유전체로서의 성질을 가지며, 진피층이 높은 도전성을 가지는 것을 이용하여, 검출 전극과 진피층 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출한다.

상기 정전 용량을 검출하기 위해, 도 12에 나타내는 검출 장치에서는, 피부 표면에 접촉시키는 검출면 상에 복수의 미소 전극(121)을 마이크로머시닝(micromachining: 미세 가공 기술) 등에 의해 2차원 어레이 등의 형태로 구성하여 검출 전극면으로 하고 있다. 검출 전극면의 각 미소 전극(121)과 진피층 사이에 용량 결합을 발생시켜, 전극에 대한 거리에 따른 정전 용량으로부터 각 미소 전극(121) 하의 표피하 도전층의 거리 분포를 구하고, 이 분포로부터 표피하 조직 형상을 검출한다. 즉, 피부의 위에 평행으로 놓여진 미소 전극(121)군과 그것에 피부 사이에서 콘덴서를 형성하고, 이들 콘덴서의 단자 전압을 측정함으로써, 그 값으로부터 진피층의 형상을 검출한다.

상기 미소 전극(121)은, 예를 들면 금속제의 원통형 하우징(22) 내에 절연 담체(123)에 의해 지지된 상태로 밀봉되어 있고, 고저항을 가지는 저항(24)을 통해 하우징(22)과 전기적으로 접속되어 있다. 미소 전극(121)과 하우징(122) 사이에는 공극(空隙)이 형성되어 있고, 하우징(122)을 피부에 접촉시켰을 때는 상기 미소 전극(121)은 하우징(122)의 개구부(122a)에서 소정의 거리를 가지고 피부와 대향한다.

다만, 여기에서 문제가 되는 것은 피부 표면은 유전체로서의 성질을 가지지만, 이 때문에 외래의 AC 전원이나 형광등의 노이즈 등의 유도를 받기 쉽고, 또 표면 형상적으로도 각질층의 벗겨짐이나 낙설(落屑) 등이 있어, 그대로는 극히 불안정한 것이다. 이 때문에, 지문 검출 등에서는 인체의 피부에 고주파 전기 신호를 인가하여 이것을 검출하는 방법도 고려되고 있지만, 이와 같은 방법은 지문 등, 표피와 진피 패턴이 일치하는 경우에는 적용 가능하지만, 이들이 일치하지 않는 다른 부분의 피부 조직에서는 표피 패턴을 검출하게 된다. 이 경우, 표피 패턴에는 지문과 같은 항상성은 없어, 생체 개인 인증으로서 사용할 수 없다.

그래서, 이들 문제에 대처하기 위해, 예를 들면 도 13에 나타내는 바와 같이, 금속제의 하우징(122) 개구부에 유전체 박막(125)을 설치한다. 접촉하는 피부 표면 사이에 유전체 박막(125)을 배치하고, 이 유전체 박막(125)과 미소 전극(121)을 피복하는 접지측과 접속된 금속제의 하우징(122)을 접촉시키고, 하우징(122)측에도 콘덴서를 형성시킨다. 이에 따라, 형상적으로도 피부 각질의 불안정함에 영향을 받는 것이 적어진다.

또, 검출 전극면에 설치된 각 미소 전극(121)의 표면에는, 일렉트렛 피막(126)을 형성한다. 일렉트렛 피막(126)은 테트라 플루오로 에틸렌 등으로 이루어 지는 막에 전하를 반영구적으로 유지시킨 것이다. 이 일렉트렛 피막(126)의 항구 분극에 의해, 진피 조직(도전성 조직) 사이에 바이어스가 되는 정전 용량을 발생시켜, 외부로부터 고주파 바이어스를 더하는 일 없이 각 미소 전극(121)의 정전 용량차의 분포를 검출하고, 비침습적으로 피부 표면으로부터 진피층 등의 피부 심층 형상을 검출할 수 있다.

도 13 구성의 검출 장치에서는, 상기 하우징(122)의 피부측에 개구한 개구부(122a)로부터 일렉트렛 피막(126)을 배치한 미소 전극(121)이 상기 유전체 박막(125)을 통해 피부 사이에 콘덴서를 형성시킨다. 하우징(122)은 피부와의 대향 전극이 접지측이며, 개구부(122a)측은 역으로 검출 전극측이 된다. 이 때문에, 양쪽에 공통으로 들어가는 표피성의 전위 변동 성분은 서로 역극성이 되어 서로 상쇄된다.

그 한쪽에서, 피부 심부의 전위 변동은 도전성을 가지는 진피층과 검출 전극인 미소 전극(121) 사이에서 커패시턴스가 생겨, 이 미소 전극(121)으로부터 검출시킬 수 있지만, 하우징(122)측에서는 일렉트렛 등의 바이어스가 존재하지 않기 때문에, 표면 대전(帶電)으로 끌려가 피부 심층의 전위 변화는 검출할 수 없다. 이 때문에, 피부 표면의 유도나 대전에 의한 영향을 상쇄하고, 피부 심층의 전위 변화만을 정확하게 검출할 수 있다.

상기에서 추출된 전위 변화를 피부의 각 점에서 측정한 경우에, 표피의 두께에 의한 용량 변화에 의해 각각에서 검출되는 진폭이 변화한다. 도 14는 2차원 매트릭스형으로 상기의 검출 전극[미소 전극(121)]을 배치함으로써, 보행 시 등 인 체 전체에 동기하여 발생하는 전위 변화의 진폭 상위에 의해 피하의 도전층 형상을 얻는 것이다.

도 15에 나타내는 바와 같이, 보행 시에는 인체 전체에 동기하여 동일 위상의 전하량 변화가 발의 노면과의 접지ㆍ박리에 의해 발생한다. 보행에 따른 인체 전하량 변화에 대하여 설명하면, 보행에 따라 피부면 상에 형성된 정전 용량형 센서로 검출되는 파형은 하기 2개의 메카니즘으로부터 생성된다.

제1 메카니즘은 기본적으로는 콘덴서 마이크와 동일한 것이다. 마이크의 경우에는, 진동판과 일렉트렛 전극 사이의 공극 거리가 진동판의 진동에 의해 변화되고, 그에 따라 공극의 정전 용량(C)이 변화되기 때문에, 이것을 FET의 게이트를 통해 임피던스 변환하여 포착한다. 본 발명에서는 마이크의 진동판을 분리하고, 센서와 인체를 유전체막을 통해 밀착시켜 전하 결합한다. 일렉트렛과 유전체막 사이의 공극에서 콘덴서(정전 용량)가 형성되는 동시에, 또한 인체와의 전하 결합에 의해, 인체의 정전 용량과 해당 공극의 정전 용량이 합성된다. 이 상태가 형성되면, 인체가 보행 운동 등에 의해 외계(접지물 등)와 상호 작용하여 그 정전 용량이 변화되면, 그것이 그대로 센서에 마이크의 음성 검출과 같이 파형 신호로서 검출된다.

여기에서, 인체 정전 용량(C)은 노면과의 접지와 공간의 발 위치에 의해 변화한다. 즉, 노면과 접하여 있으면, 용량이 크고 발이 노면으로부터 떨어지면 발바닥(구두창)과 노면 사이에 유전율이 낮은 공기층이 생기기 때문에 정전 용량은 현저하게 작아진다. 또 다리의 노면과의 접촉 면적이 크면 용량도 커진다. 콘덴 서의 정전 용량 C는

C=εㆍS/d[F][ε는 전극 사이의 공극을 채우는 매질(媒質)의 유전율, S는 전극 면적, d는 전극 사이의 거리]라는 관계가 성립된다. 이 때문에 다리의 접지 면적이 크면 전극 면적(S)도 커지고 정전 용량도 커진다.

제2 메카니즘은 전극 자체가 대전 센서로서 작용하는 것이며, 금속통에 밀봉되어 유전체막을 통해 피부와 접촉하고 있는 센서 내부의 전극은 인체의 대전에 의해 유전체막 상에 유도된 전극 전압의 전위 변화를 파형으로서 검출한다.

따라서, 이 2개의 메카니즘에 의해 인체로부터 검출되는 파형은 기본적으로 전위는 아니고 전하량이라고 생각되어 아래와 같은 식에 따르는 현상이며, 등가 회로의 시뮬레이션에 의해서도 관측 파형의 재현이 확인되었다.

Q(전하량)=C(정전 용량)ㆍV(전극 전압)

상기 전하량의 변화는 기본적으로는 몸 전체에서 동일 파형이지만, 피부 조직의 미세 구조, 특히 표피와 진피층의 관계에 의해 진폭이 상이하다. 전하량 변이 파형은 전신에서 동기하기 때문에 상기 2차원 매트릭스형으로 구성한 미세한 검출 전극에 의해, 진폭의 차를 비교함으로써, 각 전극에서의 진피층까지의 거리를 측정하여 표피하의 형상을 얻을 수 있다.

이와 같이, 전하를 인가하는 전극 등의 능동적 전하 발생 수단을 이용하지 않고, 보행 시 등의 발의 착지ㆍ들어 올림 등의 대물 운동에 의해, 인체 자체에 전하량 변화가 일상적으로 발생하는 것을 이용하여, 보행이나 동작 등의 활동에 따라 발생하는 전하량의 변화를 각 미소 전극(121)에서 검출하고, 운동에 따라 전신에서 동기하여 발생하는 전하량 변이 파형의 각 미소 전극(121)에서의 진폭차를 피부 표면과 피하 조직의 거리로서 변환하여, 검출 전극면 하의 진피층 등의 피부 심층 형상을 검출할 수 있다.

종래의 정전 용량 방식은 기본적으로 고정형 인증 장치가 전제로 되어 있는 것으로 생각되어, 장치에 접지가 취해지고 있는 전제의 구성으로 되어 있다.

이 때문에, 예를 들면 인체에 인증 장치를 장착하여 장착자 자체를 인증하는 웨어러블 환경에서, 예를 들면 겨울철의 건조 시에 융단 위를 걸은 경우에는, 검출 전극과 접지부의 쌍방이 강하게 대전하여 정확한 검출이 곤란해질 가능성이 있다. 이것은 웨어러블 환경에서는 접지부도 인체 상에 있기 때문이다.

그러한 문제의 해결책으로서, 검출 전극 외에 새로이 전극이나 진동자 등의 송신 수단을 준비하여 인체에 밀착시키고, 적극적으로 인체에 전파하도록 초음파나 일정한 고주파 신호를 인가하고, 이것을 피부 상의 미소 전극에서 수신시켜 피부와의 접촉면과 비접촉면을 식별시켜 지문 패턴을 얻는 방법 등이 고안되어 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 구성이 복잡하게 되는 동시에, 상기 지금까지의 지문 인증과 동일하게 지문 등 손바닥형 피부의 일부에 한정되는 것이다. 예를 들면, 반지 등에 내장하여, 반지 아래의 피부면을 인증에 사용하는 것을 고려한 경우, 해당 부위에서는 주름 등의 표피층 문리가 진피층의 패턴과 직교하는 것과 같이 상이한 경향에 있기 때문에, 항구성이 없는 표피 패턴을 검출하여 버리게 되어, 인증 정밀도의 점에서도 과제가 있다.

본 발명은 앞에서도 설명한 바와 같이, 표피의 문리가 아니고, 표피하 조직 의 형상(예를 들면 진피층의 요철 융기 분포 패턴)을 정전 용량에 의해 검출하고, 이에 따라 생체 인증을 실행하는 것이며, 상기의 문제는 모두 해소된다.

즉, 본 발명은 표피하 조직 형상에 의해 생체 인증을 실행하는 것이기 때문에, 생체 인증과 생체 소속 인식이 일치하게 되며, 이 때문에 절단한 조직을 생리 식염수 등에 침지하여 세포를 살리고 있었다고 해도, 혈류가 존재하지 않기 때문에 이것을 인증 배제할 수 있는 것이다. 인증 대상 조직은 폐순환과 박동을 구비하여 혈류와 혈액의 각 헤모글로빈 비율을 정확하게 구비할 필요가 있고, 만일 팔을 외과적으로 절단하여 이용하려고 해도, 그 팔의 각 혈관을 외과적으로 인공 심폐 장치에 접속하고, 또한 박동 파형도 정확하게 재현할 필요가 있으며, 예를 들면 휴대형 인공 심폐도 실용화되어 있지 않은 오늘의 상황에서는 실현은 곤란하다. 또 만일 장래 그것이 실용화되었다고 해도, 팔의 절단으로부터 시작되어, 각 혈관과 장치에의 접속, 절단된 미소 혈관이나 신경에 대한 처치, 절단에 대한 생활 반응에 의한 조직 변화의 해소나 혈류 재개 후의 조직의 안정 등 고도의 외과적 기술과 의료 설비를 필요로 하여 현실적인 작업은 아니다. 한편, 미세한 모세 혈관의 3차원 입체 구조나 산란 등에 대하여, 생체를 이용하지 않고 인공적으로 동일한 것을 정확하게 구성하는 것은 더욱 곤란하다.

또, 본 발명은 웨어러블 환경에 적용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 인체 장착형 또는 휴대형 정보 장치에 있어서, 이 장치를 유지 또는 장착했을 때 이용자의 피부와 이 장치가 접촉하는 면에 자연광에서는 관찰 곤란한 표피하의 조직 또는 혈관 패턴 등의 검출 수단을 설치하고, 이용자가 이 장치를 파지(把持) 또는 장착 할 때, 신체와 이 장치의 접촉 부분 표피하의 피부 조직 패턴을 검출하여, 이 장치 또는 이 장치와 네트 워크 접속된 서버 등에 미리 등록하고 있는 패턴과 대조하고, 그 결과로부터 적어도 이 장치나 네트 워크로부터 제공되는 서비스의 적어도 일부를 허가나 제한하는, 이른바 액세스 컨트롤을 실현하는 것이 가능하다.

그런데, 상기 검출 장치나 인증 장치를, 예를 들면 손목 시계형 등의 인체 장착형 인증 장치로 한 경우에, 장착 시에 장착 위치나 방향을 엄밀하게 정할 필요가 있고, 또, 생체에 느슨함 없게 밀착시켜 생체가 활동해도 움직이지 않게 하는 등의 대책이 필요하다. 구체적으로는, 피부의 어느 면이 인증 대상이 되는 것인가 특정할 필요가 있다. 대상 영역을 포함하는 광범위한 피부 영역의 간섭 패턴을 미리 등록하는 방법도 고려되지만, 넓은 영역의 패턴으로부터 특정 패턴을 대조할 필요가 있기 때문에, 처리 상 큰 부하가 발생한다. 휴대형 기기로 한 경우에는, 소비 전력 등의 점에서 걸리는 큰 부하는 바람직하지 않다.

예를 들면, 피부 문리를 이용한 생체 인증에 있어서, 지문 등의 특수한 경우에는 소용돌이, 말굽 등의 중심이 포착하기 쉽고, 또 손가락 표면의 형상도 한정된 좁은 것인 것 등으로부터 인증 대상의 위치를 특정하는 것이 용이하다. 그러나, 그러한 한정된 특이한 부위를 제외한 일반의 피부에서는 영역도 손가락 끝에 비해 넓고, 또한 지문과 같이 소용돌이 형상 등 위치를 특정하기 쉬운 기하학적 형상을 갖지 않는 미세한 피부 문리 패턴 중에서 인증 대상이 되는 영역을 특정하는 것은 극히 어렵다.

이 때문에, 상기와 같이 미리 넓은 영역의 피부 문리를 등록하고, 인증 시에 검출한 문리가 해당 등록 패턴에 포함되는가를 검색하는 방법도 고려되지만, 본래 불필요한 영역까지 등록하기 때문에 등록에 시간이 걸리는 데다, 인증 시의 대조에도 장치에 처리 상의 부하와 시간이 걸린다. 또, 전신의 피부 문리 등록이 이상적이지만 상기 이유로부터 실용적이지 않고, 또 그 경우에 「넓은 영역」의 정의가 애매하며, 실제의 운용에서는 인체의 유연성이나 그때 그때의 인증 장치에의 인증 대상의 컨택트 차이에 의해, 개인 인증 시에 해당 영역으로부터 벗어나 버릴 가능성도 있다.

그래서, 이것을 해결하기 위한 수법으로서, 검출 대상 피부면을 피하 혈관의 분기부로 하는 것이 바람직하다. 해당 분기의 형상을 이용함으로써, 용이하게 상기 주축 방향을 산출할 수 있다. 예를 들면, 피하 혈관 분기부의 위치 관계를 미리 등록 시에 결정ㆍ기록해 두면, 인증 시에 혈관 분기부의 위치로부터 검출 대상 피부면을 간단하게 맞출 수 있다.

〔온도차를 이용하는 방법〕

다음에, 온도차를 이용한 생체 패턴의 검출 및 인증에 대하여 설명한다. 피부 구조에 있어서, 표피 조직은 혈관을 갖지 않고 체온에 관해 수동적이며, 이에 대하여 진피 조직은 혈관망을 가지고 혈류에 기인하여 체온을 능동적으로 생성한다. 따라서, 직사 광선에의 체표의 폭로 등 외적으로 열이 인가된 경우를 제외하고, 표피 조직에 비해 진피 조직 쪽이 상대적으로 피내(皮內) 온도가 높아진다. 이것을 이용하여 표피하 조직 형상을 검출한다.

예를 들면, 앞의 미소 전극 대신에, 서미스터 볼로미터나 서모파일 등의 온 도 검출용 미소 소자를 2차원 어레이화하여, 각 점에서의 온도를 측정한다. 이 때, 각 미소 소자 하의 표피층 두께 등에 따라 미소 소자 사이에서 온도차가 발생한다. 이것을 이용함으로써 표피하 진피층의 요철 분포를 검출할 수 있다. 특히, 온도 검출을 위해 인체가 방사하는 적외선 대역에 따른 서모파일을 이용함으로써, 태양광 등의 외적인 열원에 의한 영향을 배제할 수 있다.

또, 예를 들면 생체의 체온이 특정 파장의 적외선(예를 들면, 파장 10㎛ 정도)을 방사하는 것에 주목하고, 온도 검출 수단으로서 적외선 검출 수단을 매트릭스형으로 배치하여 피부 표면에 근접시키고, 표피 조직 하의 진피층 패턴을 검출하는 것도 가능하다. 매트릭스형으로 배치된 개개의 적외선 검출 수단에서는, 표피의 두께나 적외선 발생원인 진피와의 거리에 따라 적외선 강도에 차이가 발생한다. 이 적외선 강도 분포에 따라, 표피하 조직의 형상, 예를 들면 진피층의 요철 패턴을 검출한다.

상기에 있어서, 피하 혈관의 존재에 의해 온도가 다른 부분보다 국소적으로 높아지는 것을 이용하여, 혈관 위치를 특정하고, 그것을 이용하여 생체 인증을 실행하는 것도 가능하다. 또는 검출한 모세 혈관상을 기초로, 인증 대상의 위치나 방향의 특정을 실행하는 것도 가능하고, 또한, 생체 소속 식별을 실행하는 것도 가능하다.

이상의 설명으로부터도 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 손가락 끝 등 특정 장소가 아니고 전신의 피부에서 유비퀴터스로 생체 인증이 가능하다. 또, 인 증 대상은 지문과 달리 외부로부터는 볼 수 없고, 지문이나 홍채 등과 같이 용이하게 신체 상의 장소가 특정되는 것이 아니기 때문에, 은닉성이 높고, 위조는 곤란하다.

또한, 본 발명은 진피 조직과 같은 혈류, 휴액 순환이 풍부한 장소를 이용한 인증법이며, 이들의 변화에 대하여 예민하게 그 특성이 변화되기 때문에, 기본적으로 생체 인증 수단과 생체 소속 식별이 완전히 일체화되어 있는 것이 된다. 이에 따라 외과적 재해의 무효화를 실현할 수 있어 이용자의 안전성을 높이는 것이 가능하다.

또, 본 발명의 검출 장치, 인증 장치에서는, 예를 들면 웨어러블 장치의 인체 접촉면에 검출부를 형성할 수 있기 때문에, 인증을 의식하지 않고 일상의 동작에서 생체 인증을 완료할 수 있다. 또, 검출이나 대조 에러가 발생해도 이용자에게 의식되지 않게 리트라이가 실행되기 때문에, 이용자에 있어서 인증의 리트라이에 따른 번잡함이 없다.

Claims (58)

1. 혈관 인증 장치에 있어서,

   표피(epidermal layer)와 상기 표피의 아래에 위치하여 혈액을 운반하는 혈관을 갖는 심부(deep layer)를 포함하는 사람의 일부 조직을 향해, 상기 일부 조직의 표적 부위의 법선 방향에 대해 상대적으로 경사진 소정 방향으로 광을 조사하는 광 조사부,

   상기 광 조사부로부터의 광 중에서 상기 표피를 통과하고 상기 심부의 조직(tissue)에서 산란되는 상기 광의 일부분인 산란 광을 검출하기 위한 결상부, 및

   상기 결상부에 의해 검출되는 상기 산란 광과 미리 기억된 혈관 정보를 비교하여, 상기 일부 조직과 연관된 사람의 식별을 인증하기 위한 대조부

   를 포함하고,

   상기 심부의 조직에서는, 비혈관 부위에서보다 혈관이 있는 부위에서 더 적은 양의 광이 검출되도록 광이 산란되는,

   혈관 인증 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 사람의 일부 조직은 손가락인, 혈관 인증 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 결상부는 상기 소정 방향이 아닌 다른 방향으로부터 도달하는 산란 광을 검출하는, 혈관 인증 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 혈관 정보는 혈관 위치 정보를 포함하는, 혈관 인증 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 혈관 정보는 혈관 패턴 정보를 포함하는, 혈관 인증 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 혈관 정보를 저장하는 저장 수단을 더 포함하는, 혈관 인증 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 혈관 정보를 유지하는 저장 수단을 네트워크를 통해 연결하는 인터페이스를 더 포함하는, 혈관 인증 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 광은 근적외선인, 혈관 인증 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 결상부는 상기 사람의 일부 조직의 상기 표적 부위의 반대편에 위치하는, 혈관 인증 장치.
10. 혈관 인증 방법으로서,

    혈관 정보를 저장하는 저장 단계,

    표피(epidermal layer)와 상기 표피의 아래에 위치하여 혈액을 운반하는 혈관을 갖는 심부(deep layer)를 포함하는 사람의 일부 조직을 향해, 상기 일부 조직의 표적 부위의 법선 방향에 대해 상대적으로 경사진 소정 방향으로 광을 조사하는 광 조사 단계,

    상기 광 조사 단계로부터의 광 중에서 상기 표피를 통과하고 상기 심부의 조직에서 산란되는 상기 광의 일부분인 산란 광을 검출하는 검출 단계, 및

    상기 검출 단계의 검출 결과와 상기 혈관 정보를 비교하여, 상기 일부 조직과 연관된 사람의 식별을 인증하는 대조 단계

    를 포함하고,

    상기 심부의 조직에서는, 비혈관 부위에서보다 혈관이 있는 부위에서 더 적은 양의 광이 검출되도록 광이 산란되는,

    혈관 인증 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 사람의 일부 조직은 손가락인, 혈관 인증 방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 검출 단계는 상기 비혈관 부위보다 상기 혈관이 있는 부위에서 더 적은 양의 광을 검출하는, 혈관 인증 방법.
13. 제10항에 있어서,

    상기 검출 단계는 상기 소정 방향이 아닌 다른 방향으로부터 도달하는 산란광을 검출하는, 혈관 인증 방법.
14. 제10항에 있어서,

    상기 저장 단계에 저장되어 있는 혈관 정보는 혈관 위치 정보를 포함하는, 혈관 인증 방법.
15. 제10항에 있어서,

    상기 혈관 정보는 혈관 패턴 정보를 포함하는, 혈관 인증 방법.
16. 제10항에 있어서,

    상기 저장 단계는 상기 검출 단계를 수행하는 동일 장치에 상기 혈관 정보를 저장하는, 혈관 인증 방법.
17. 제10항에 있어서,

    상기 저장 단계는 저장 수단에 상기 혈관 정보를 저장하는 단계를 포함하고,

    상기 대조 단계는 상기 저장 수단으로부터의 상기 혈관 정보를 네트워크를 통해 구하는, 혈관 인증 방법.
18. 제10항에 있어서,

    상기 광을 조사하는 광 조사 단계는 근적외선을 조사하는, 혈관 인증 방법.
19. 혈관 인증 장치에 있어서,

    표피(epidermal layer)와 상기 표피의 아래에 위치하여 혈액을 운반하는 혈관을 갖는 심부(deep layer)를 포함하는 사람의 일부 조직을 향해, 상기 일부 조직의 표적 부위의 법선 방향에 대해 상대적으로 경사진 소정 방향으로 광을 조사하는 광 조사 수단,

    상기 광 조사 수단으로부터의 광 중에서 상기 표피를 통과하고 상기 심부의 조직(tissue)에서 산란되는 상기 광의 일부분인 산란 광을 검출하기 위한 검출 수단, 및

    상기 검출 수단에 의해 검출되는 상기 산란 광과 미리 기억된 혈관 정보를 비교하여, 상기 일부 조직과 연관된 사람의 식별을 인증하기 위한 대조 수단

    을 포함하고,

    상기 심부의 조직에서는, 비혈관 부위에서보다 혈관이 있는 부위에서 더 적은 양의 광이 검출되도록 광이 산란되는,

    혈관 인증 장치.
20. 제1항에 있어서,

    개구(aperture)를 가지는 차광부(shield)를 더 포함하고,

    상기 차광부는 생체의 일부(portion of body)로부터 상기 개구의 바로 아래로 되돌아오는 광만을, 상기 결상부에 도달하도록 하는, 혈관 인증 장치.
21. 제20항에 있어서,

    상기 차광부는 근적외선이 생체의 얕은 부분에서 산란되는 것을 방지하는, 혈관 인증 장치.
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