JPH0823885B2

JPH0823885B2 - 生体検知装置および該装置を用いた指紋照合システム

Info

Publication number: JPH0823885B2
Application number: JP63230052A
Authority: JP
Inventors: 雅之加藤; 卓新崎; 誠吾井垣; 文雄山岸; 弘之池田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1988-09-16
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH0279181A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕生体検知装置および該装置を用いた指紋照合システム
に関し、検出対象の条件に左右されることなく、該検出対象が
生体か非生体かの判別を瞬時に行うことを目的とし、光源からの光ビームを集光させて検出対象の表面にス
ポット状に照射し、該照射部分から反射または散乱され
た光を集光させて所定の位置に該照射部分の像を形成
し、該形成された照射部分の像の大きさを検出してそれ
を指示する検出信号を出力することにより、または、
光源からの光ビームを集光させて検出対象の表面にスポ
ット状に照射し、該照射部分から反射または散乱された
光を集光させて所定の位置に該照射部分の像を形成し、
該形成された照射部分の像の大きさを検出すると共に、
前記検出対象上で前記光ビームの照射によって反射また
は散乱が起こる領域の中心位置が該光ビームの照射部分
の中心位置から変位しているか否かを検出し、該検出し
た像の大きさと変位の有無とを指示する検出信号を出力
することにより、または、光源からの光ビームを直線
偏光および集光させて検出対象の表面にスポット状に照
射し、該照射部分から反射または散乱された光を集光さ
せそして所定の方向に偏光させ、該偏光された光の偏光
状態を指示する検出信号を出力することにより、生体・
非生体の判別を出力された検出信号に基づき行うように
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、生体検知装置および該装置を用いた指紋照
合システムに関する。

〔従来の技術〕

近年、情報システムが社会の中に導入されるに伴い、
システムの安全性をいかに保つかが問題となっている。
情報システム利用の際に本人（アイデンティティ;IDent
ity）であることの確認の手段として、いわゆるIDカー
ドが用いられているが、このIDカードについては、紛失
あるいは盗難のおそれがあり、また暗証番号なども本人
周辺の情報から容易に推察されるなどの問題点が指摘さ
れている。そこで、IDカードに代わる本人確認の手段と
して、「万人不同」・「終生不変」という特徴を有する
指紋が考えられており、各所で指紋を用いた簡便な個人
照合装置あるいは指紋照合システムの開発が進められて
いる。この指紋照合システムにおいては、指紋を画像と
して取り扱うのが通常であり、その際、検出した指紋像
を画像データに変換するための入力装置が必要となる。

第15図には典型的な指紋像入力装置の構成が概略的に
示される。この装置では、指70を透明体71に接触させて
指全体を照明（実線の矢印で図示）した時に、指紋の隆
線（凸部）部分の散乱光のうち、透明体の界面で全反射
する成分（破線で表示）を光学系72で結像させ、電荷結
合素子（CCD）等の光検出器73を用いて隆線パターンの
画像を得るようにしている。

しかしながら、予め登録した指紋と全く同じ凹部パタ
ーンをもつレプリカを作成すれば、そのレプリカによっ
ても指紋照合を行うことができるので、システムの安全
性という観点から好ましくない。そこで、指紋像入力装
置に接触した検出対象の凹凸パターンが本物の指（生
体）によって生じたものか、あるいはレプリカ（非生
体）によって生じたものであるかを識別する機構、すな
わち生体検知の機構が必要となる。

従来の生体検知の手法としては、例えば第16図に示さ
れるように、人体の脈動に起因する透過光量の変化を利
用する光学的な手法が知られている（第１従来例）。こ
れは、光源81からの赤色光に対する指80の光透過率が脈
動と同じ周期で変化することを利用し、透過率変化の周
期を光検知器82を介して測定することにより生体か非生
体かの判別を行うものである。

また、別の手法としては、例えば第17図に示されるよ
うに、指の抵抗値とレプリカの抵抗値の違いを利用する
電気的な手法が知られている（第２従来例）。これは、
指の接触面（ハッチングで示されている部分）に透明電
極91,92を設けて指の抵抗値を測定し、予め設定された
レプリカの抵抗値と比較することにより生体か非生体か
の判別を行うものである。この場合、指紋像入力装置に
は、比較・判別されるべき指紋像と共に電極のパターン
の画像も取り込まれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した第１従来例では、脈動を検出するのに秒単位
（数秒以上）の時間を必要とするため、生体検知に際し
ては、脈動の検出に必要な時間以上に亘って指を指紋像
入力装置に接触させておかなければならないという不都
合が生じる。つまり、検出対象の瞬間的な接触に対して
は、その検出対象が生体であるのか、非生体であるのか
を検知することができないという欠点がある。

これに対し第２従来例によれば、生体検知に要する時
間が短いという点では問題はない。しかしながら、電極
のパターンが指紋像を乱す可能性があるため、生体検知
の際には支障は生じないが、その後で行う指紋照合の際
にその照合が困難になるという不都合が生じる。また、
人間の指の抵抗値は押圧によって異なり、発汗状態によ
っても大きく変化するため、その許容抵抗値は相当大き
く設定しておかなければならない。ところが、許容抵抗
値を大きくすると、レプリカの抵抗値との間の差が相対
的に小さくなるため、生体検知の際の比較・判別が困難
になるという問題が生じる。あるいは、逆に、何らかの
細工によってレプリカに人間の指と同等の抵抗値を持た
せることが可能と考えられるので、システムの安全性の
点で問題が残る。

本発明の主な目的は、かかる従来技術における課題に
鑑み、検出対象の条件に左右されることなく、該検出対
象が生体か非生体かの判別を瞬時に行うことができる生
体検知装置を提供することにある。

また、本発明は、その生体検知装置を用いて指紋照合
を行なうようにしたシステムを提供することを目的とし
ている。

〔課題を解決するための手段〕

検出対象の表面にスポット状の光を照射すると、その
表面の輝きの様子に、人間の指独特の現象があらわれ
る。すなわち、検出対象が生体（指）である場合には、
その光照射点の部分が反射によって輝くのはもちろんの
こと、照射光が指の内部を伝播・拡散して内部で反射ま
たは散乱されることにより、その光照射点の部分の周辺
部分も輝く。これに対し、検出対象が非生体（例えばシ
リコン（Si）系ゴム等のレプリカ）である場合には、光
照射点の部分の極近傍のみが反射または散乱によって輝
く。

従って、光照射点を物点とする結像光学系を構成する
と、物点の大きさが生体と非生体とで異なるため、形成
される像の大きさもそれに応じて異なる。それ故、その
像の大きさを検出して比較・判別することにより、検出
対象が生体または非生体のいずれであるかを検知するこ
とができる。

従って、本発明による生体検知装置の第１の形態とし
て、第１図の原理図に示されるように、光源１と、該光
源からの光ビームL₁を集光させて検出対象５の表面にス
ポット状に照射する集光光学系２と、該光ビームの照射
部分から反射または散乱された光L₂を集光させて所定の
位置に該照射部分の像を形成する結像光学系３と、該所
定の位置に配置され該形成された照射部分の像の大きさ
を検出し、該検出した像の大きさを指示する検出信号J₁
を出力する光検出手段４とを具備し、該光検出手段から
出力された検出信号に基づいて前記検出対象が生体また
は非生体のいずれであるかを判別するようにしたことを
特徴とする生体検知装置が提供される。

また、検出対象の表面にスポット状の光を斜め方向か
ら照射すると、該検出対象が本物の指である場合には、
上述したように照射光が指の内部に拡散するため、光照
射によって反射または散乱が起こる領域の中心が該光照
射部分の中心位置から変位する。これに対し、検出対象
がレプリカである場合には、照射光が内部に伝播・拡散
することはないので、そのような変位は生じない。

それ故、形成される像の大きさと共に変位の有無を検
出することにより、検出対象が生体または非生体のいず
れであるかを検知することが可能となる。

従って、本発明による生体検知装置の第２の形態とし
て、第２図の原理図に示されるように、光源１と、該光
源からの光ビームL₁を集光させて検出対象５の表面にス
ポット状に照射する集光光学系２と、該光ビームの照射
部分から反射または散乱された光L₂′を集光させて所定
の位置に該照射部分の像を形成する結像光学系３と、該
所定の位置に配置され該形成された照射部分の像の大き
さを検出すると共に、前記検出対象上で前記光ビームの
照射によって反射または散乱が起こる領域Ｒの中心位置
C₁が該光ビームの照射部分の中心位置C₂から変位してい
るか否かを検出し、該検出した像の大きさと変位の有無
とを指示する検出信号J₂を出力する光検出手段4Aとを具
備し、該光検出手段から出力された検出信号に基づいて
前記検出対象が生体または非生体のいずれであるかを判
別するようにしたことを特徴とする生体検知装置が提供
される。

さらに、検出対象の表面にスポット状の光を直線偏光
させて照射すると、照射された光は、該検出対象上で反
射され、あるいはその対象が指である場合には内部にお
いても反射または散乱され、様々な偏光方向成分を有す
る散乱光となる。

従って、この散乱光を所定の方向に偏光させると、生
体（指）と非生体（レプリカ）とで、その偏光方向の成
分の光強度に差が生じる。それ故、その偏光方向成分の
光強度に基づいて偏光状態を比較・判別することによ
り、検出対象が生体または非生体のいずれであるかを検
知することができる。

従って、本発明による生体検知装置の第３の形態とし
て、第３図の原理図に示されるように、光源１と、該光
源からの光ビームL₁を直線偏光および集光させて検出対
象５の表面にスポット状に照射する偏光・集光光学系2A
と、該光ビームの照射部分から反射または散乱された光
L₂″を集光させ、該集光させた光を所定の方向に偏光さ
せる集光・偏光光学系3Aと、該偏光された光L₃の偏光方
向の成分の光強度を検出し、該検出した光強度に基づい
て該偏光光の偏光状態を指示する検出信号J₃を出力する
光検出手段4Bとを具備し、該光検出手段から出力された
検出信号に基づいて前記検出対象が生体または非生体の
いずれであるかを判別するようにしたことを特徴とする
生体検知装置が提供される。

また、本発明によれば、上述した第１〜第３の形態の
いずれかの生体検知装置を具備した指紋照合システムが
提供される。このシステムでは、生体検知装置において
検出された対象が指である場合にのみ該指の紋様を画像
データに変換し、該変換した画像データを予め登録され
ている指紋の画像データと比較することにより本人であ
るか否かの照合を行う。

〔作用〕

上述した第１および第２の形態によれば、検出対象の
表面にスポット状の光を照射した時にその表面の輝きの
様子に人間の指独特の現象があらわれることを利用し
て、形成される像の大きさ、または、反射・散乱が起こ
る領域の中心が光照射部分の中心位置から変位している
か否かを検出することにより、その検出対象が生体（本
物の指）または非生体（レプリカ）のいずれであるかを
検出している。また、第３の形態においても同様に、検
出対象の表面に直線偏光された光を照射した時にその表
面から反射または散乱される光の偏光特性が人間の指と
レプリカとで本質的に異なることを利用し、その偏光方
向成分の光強度に基づいて偏光状態を比較・判別するこ
とにより、生体検知を行うようにしている。

このように、本発明による生体検知装置は、検出対象
の条件（発汗状態、押圧の度合い、検出系における接触
時間の長さ等）にかかわらず、該対象が生体であるか、
または非生体であるかを瞬時に検知可能としている。

なお、本発明の他の構成上の特徴および作用の詳細に
ついては、添付図面を参照しつつ以下に記述される実施
例を用いて説明する。

〔実施例〕

第４図には本発明の第１の形態（第１図参照）の一実
施例の構成が示される。図中、（ａ）は上面図、（ｂ）
は（ａ）において矢印Ｂの方向から見た側面図で指紋像
の結像光学系を示し、（ｃ）は（ａ）において矢印Ｃの
方向から見た側面図で本発明に係わる生体検知のための
光学系を示す。第４図に例示の装置は、指紋照合システ
ムにおける指紋像入力装置の一部を構成する。

第４図において、10は検出対象としての指（本物の指
またはSi系ゴムからなるレプリカ）、11は指紋像を結像
する時に用いらる指照明用光源としての発汗ダイオード
（LED）、12は指紋像に対応した光に応答して該指紋像
を指示する電気信号を発生する指紋像検出素子としての
電荷結合素子（CCD）、13は生体検知用の光源としての
半導体レーザ（またはLED）、14は受光領域が複数に分
割されたタイプの光検知器を示す。この光検知器14の出
力をV_Lで表す。

20は透明な導光板であって、その断面方向に沿って斜
め方向にカットされた４つの斜めカット面21〜24を有し
ている。斜めカット面21には、半導体レーザ13からの光
ビームを集束させるためのレンズ21aが接着され、一
方、斜めカット面22には、導光板20から出射された光を
光検知器14の受光面上に集束させるためのレンズ22aが
接着されている。この場合、斜めカット面21および22
は、レンズ21aを通して集束された光が導光板20内で全
反射を繰り返し、さらに指10の導光板20に対する接触部
で反射または散乱され、最終的にレンズ22aを通して光
検知器14の受光面に達するように、対向してカット形成
される。斜めカット面24は鏡面を構成しており、この斜
めカット面24に対向する導光板20の一側面には開口絞り
部25が形成される。この開口絞り部25には、導光板20か
ら出射された光をCCD12の受光面上に集束させるための
レンズ26が接着されている。この場合、斜めカット面24
は、指紋照合用LED11からの光照射によって指10から反
射または散乱された光が導光板20の底面で全反射され、
さらに該鏡面24で反射され、開口絞り部25の開口部およ
びレンズ26を通してCCD12の受光面に達するように、カ
ット成形されている。

第５図には第４図における光検知器の一構成例が一部
模式的に示される。

この光検知器14は、３つの受光領域P₁,P₂,P₃に分割さ
れた受光面14aを有する受光素子と、両側の受光領域P₁,
P₃におけるそれぞれの受光量に応じた光出力S₁,S₃の和
を演算する演算増幅器15と、該演算増幅器15の出力と中
央の受光領域P₂における受光量に応じた光出力S₂との差
を演算する演算増幅器16とから構成されている。従っ
て、光検知器14の出力V_Lは（S₁＋S₃−S₂）で表される。

なお、図中ハッチングで示される部分17は、半導体レ
ーザ13からの光照射によって指10から反射または散乱さ
れた光が光検知器の受光面14a上に結像されることによ
って得られる像を模式的に示したものである。

次に、第４図実施例の装置による作用（生体検知）に
ついて第６図を参照しながら説明する。

第６図において、（ａ），（ｂ）はそれぞれ本物の指
の指紋、レプリカによる指紋を模式的に示した図、
（ｃ）は（ａ）に対応する光照射部分のＡ−Ａ′線に沿
った光強度分布図、（ｄ）は（ｂ）に対応する光照射部
分のＢ−Ｂ′線に沿った光強度分布図、（ｅ）は（ａ）
に対応する光検知器の受光面14a上の像を模式的に示し
た図、（ｆ）は（ｂ）に対応する光検知器の受光面14a
上の像を模式的に示した図、である。

指10が本物の指である場合には、前述したように、光
を照射した部分が反射によって輝くのはもちろんのこ
と、照射光が指の内部を伝播および拡散して内部で反射
または散乱されることにより、その光照射点の部分の周
辺部分も輝く。つまり、（ｃ）において破線Ｆで示され
るようにフレアが生じる。その結果、光検知器の受光面
14a上の像は、（ｅ）においてハッチング表示されるよ
うに、両側の受光領域P₁,P₃にまたがる割合が増大す
る。それによって光検知器14の演算結果、すなわち出力
V_Lは正側（＋側）に増大する（第５図参照）。

これに対し、指10がレプリカである場合には、光を照
射した部分の極近傍のみが反射または散乱によって輝
く。つまり、フレアは生じない。その結果、光検知器の
受光面14a上の像は、（ｆ）に示されるように、中央の
受光領域P₂に光が入射する割合が多くなる。従って、光
検知器14の出力V_Lは負側（−側）に減少する。

本実施例では、光検知器14と導光板20との間隔および
位置関係ならびに該光検知器の各受光領域P₁,P₂,P₃の大
きさは、光検知器14の出力V_Lが本物の指の時は正レベル
となり、且つ、レプリカの時は負レベルとなるように
（第７図参照）、設定されている。

このように第４図実施例の装置によれば、光検知器14
から出力される信号V_Lの正負に応じて、指10が本物の指
（生体）であるか、レプリカ（非生体）であるかを瞬時
にして判別することができる。

第４図の実施例では、指の接触面に対し斜めに光を照
射し、斜め方向に反射した光を検出するよう構成した
が、これは、後えばハーフミラー等を使用して指の接触
面の真下から光を入射し、真下に反射した光を検出する
よう構成してもよい。

以上説明した生体検知装置は、指紋照合システムの中
の指紋像入力装置に適宜組み込まれる。

以下、第４図実施例の装置を指紋照合システムに組み
込んだ時の生体検知および指紋照合の動作順について、
第８図のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップ31では初期設定が行われる。つまり、
生体検知用の半導体レーザ（LD）13が“オン”状態とさ
れる。これによって、半導体レーザ13から出射された光
ビームは、レンズ21aを通して導光板20内に入射され、
全反射が繰り返された後、レンズ22aを通して光検知器1
4の受光面14a上に集束される。なお、第４図（ａ）に示
される、半導体レーザ13から光検知器14に到る光路は一
例を示すものであり、光路の採り方はこれ以外にも多数
考えられることは、当業者にとって明らかであろう。

ステップ32では検出対象すなわち指10が導光板20の所
定の位置に接触され、次のステップ33では光検知器出力
レベルV_Lが正であるか、負であるかの判別が行われる。
これは、周知の指紋照合装置（図示せず）が光検知器14
の出力レベルV_Lを判定することによって行われる。この
場合、光検知器出力レベルV_Lが負の時は、検出対象が非
生体（レプリカ）であると判別（ステップ34）して、そ
の後の指紋照合は行わない。つまり、フローは終了する
（エンド）。

光検知器出力レベルV_Lが正の場合には、指紋照合装置
は、検出対象が生体（本物の指）であると判別（ステッ
プ35）し、その旨を指示する制御信号を指紋像入力装置
（生体検知装置）に与える。生体検知装置においては、
この制御信号を受けて指紋照合用のLED11を“オン”状
態とする（ステップ36）。これによって、LED11から出
射された光は、斜めカット面23を通して導光板20内に入
射され、指接触面において反射された後、第４図（ｂ）
に破線で示されるように導光板20の底面で全反射され、
さらに鏡面24で反射され、導光板20内を伝播し、開口絞
り部25の開口部およびレンズ26を通してCCD12の受光面
上に集束される。なお、第４図（ａ）において、LED11
からCCD12に到る光路は一例を示すものであり、光路の
採り方はこれ以外にも多数考えられる。

ステップ37では、指紋像入力装置が、CCD12上に結像
された指紋像の取り込みと、該指紋像を画像データに変
換するための処理を行う。ステップ38では、指紋照合装
置がその画像データを予め登録されている指紋の画像デ
ータと比較し、それによって本人であるか否かの照合を
行う。最後のステップ39では、その指紋照合結果に基づ
いてシステムの制御を行う。例えばコンピュータルーム
等への入室を管理するシステムの場合、照合された指紋
が本人ものと一致しない時は、入室を禁止するようシス
テム制御がなされる。

なお、ステップ36において指紋照合用のLED11を“オ
ン”状態にすると、それは生体検知系に対してはノイズ
となるため、生体検知用照明と指紋照合用照明は時間的
にシリーズに行うことが好ましい。ただし、生体検知
（ステップ31〜33,35）、指の照明（ステップ36）、指
紋像の取り込み（ステップ37）は、それぞれ数10ms以内
といった短時間で行うように設定する。これによって、
生体検知後にレプリカと交換して照合させるといった不
正行為を防止することができる。

第９図には本発明の第２の形態（第２図参照）の一実
施例の構成が示される。

第９図において、40は検出対象としての指（本物の指
またはレプリカ）、41は生体検知用光源としての半導体
レーザ（またはLED）、42は光源41からの光ビームを集
光させて指40の表面にスポット状に照射するための集光
光学系（レンズ）、43は透明な導光板、44は光ビームの
照射によって指の表面から反射または散乱された光を集
光させて所定の位置に該照射部分の像を形成するための
結像光学系（レンズ）、45aおよび45bは該所定の位置に
配置された光検知器、46は比較回路を示す。この比較回
路46は、光検知器45a,45bにおけるそれぞれの受光面Pa,
Pb（第10図参照）に入射された光の量に応じた出力Sa,S
bに応答し、その比較・照合を行って、指40本が本物の
指であるか、またはレプリカであるかを指示する検出信
号V_L1を出力する機能を有している。

なお、第９図において指の接触部分から反射して各光
検知器45a,45bの受光面に到る光路のうち、実線で表示
されている光路は、指40が非生体（レプリカ）である時
の光路を示す。また、指40内に破線で示される部分Ｒ
は、照射光の指内部への伝播・拡散に起因して光反射ま
たは光散乱が生じている領域を示すもので、このような
領域は、指40が生体（本物の指）である場合に生じる。
従ってこの場合には、領域Ｒの中心は本来の光照射部分
の中心位置からずれる。そのため、指の接触部分から反
射して各光検知器45a,45bの受光面に到る光路は、破線
で示されるように断面的にかなり広がったものとなる。

第10図には第９図における光検知器および比較回路の
一構成例が一部模式的に示される。

第10図において、光検知器45aからは、その受光面Pa
に入射された光の量に応じた光出力Saが出力され、比較
器46aに入力される。比較器46aは、入力信号Saのレベル
を予め設定された一定のレベルVthと比較し、例えばSa
＞Vthの時に“1"の信号を出力し、Sa≦Vthの時に“0"の
信号を出力するように構成する。比較器46bについても
同様に、光検知器45bの受光面Pbに入射された光の量に
対応する光出力Sbを所定レベルVthと比較し、Sb＞Vthの
時に“1"の信号を、Sb≦Vthの時に“0"の信号を出力す
るように構成する。各比較器の出力はアンドゲート47に
入力される。

従って、各光検知器45a,45bにおいてそれぞれ検知さ
れた光の量が共に所定量（Vth）を越えている場合にの
み、アンドゲート47から“1"の検出信号V_L1が出力さ
れ、それ以外の場合には検出信号V_L1は“0"レベルを呈
する。

なお、図中ハッチングで示される部分48は、光照射に
よって指40から反射または散乱された光が各光検知器の
受光面Pa,Pb上に結像されることによって得られる像を
模式的に示したものである。

次に、第９図実施例の装置による作用（生体検知）に
ついて第11図を参照しながら説明する。

第11図において、（ａ），（ｂ）はそれぞれ本物の
指、レプリカの場合における受光面と像の位置関係を示
す図、（ｃ）は（ａ）に対応する各光検知器の出力レベ
ルSa,Sbとしきい値レベルVthとの関係を示す図、（ｄ）
は（ｂ）に対応する各光検知器の出力レベルSa,Sbとし
きい値レベルVthとの関係を示す図、である。なお、
（ｃ）および（ｄ）において時点t₀は、指40が導光板44
の所定の位置に接触した時点を表す。

指40が本物の指である場合には、前述したように指40
内に領域Ｒが生じるので、指の表面から反射または散乱
される光の領域は、第９図に破線で示されるようにかな
り広がったものとなる。それ故、受光面上に形成される
べき像48は、（ａ）に示されるように各光検知器の受光
面Pa,Pbにまたがって形成される。従って、各光検知器4
5a,45bからは、それぞれ或る程度のレベルの光出力Sa,S
bが得られる。この場合、得られる光出力Sa,Sbのレベル
を所定レベルVthよりも大きくなるように設定しておけ
ば、第10図の各比較器46a,46bからは共に“1"の出力を
得ることができ、それによってアンドゲート47から“1"
の検出信号V_L1が出力される（生体検知）。

これに対し、指40がレプリカである場合には、指の表
面から反射または散乱される光の領域は、第９図に実線
で示されるようにかなり集束されたものとなる。それ
故、受光面上に形成されるべき像48は、（ｂ）に示され
るように一方の光検知器の受光面Pbに形成される。他方
の光検知器の受光面Paについては、受光面Pb上に集束照
射された光のフレア程度の微量の光が入射されるに過ぎ
ない。従って、一方の光検知器45bからは或る程度のレ
ベルの光出力Sbが得られ、他方の光検知器45aからはか
なり低いレベルの光出力Saが得られる。この場合、所定
レベルVthの大きさを、光出力Sbのレベルよりは低く、
且つ、光出力Saのレベルよりは高くなるように設定して
おけば、第10図のアンドゲート47から出力される検出信
号V_L1は“0"レベルを呈する。これによって、指40はレ
プリカであることが検出される。

第９図の実施例においては、各光検知器の受光面上に
形成されるべき像48が、本物の指の時は各受光面にまた
がって形成されるように、且つ、レプリカの時は一方の
受光面にのみ形成されるように、結像光学系を構成する
必要がある。図示の例では、光検知器45bは指40（本物
の指またはレプリカ）が導光板43に接触したことを検出
する役割を果たし、一方、光検知器45aの方は生体検知
の役割を果たす。

このように第９図実施例の装置によれば、比較回路46
から出力される信号V_L1が“1"または“0"であるかに応
じて、指40が本物の指（生体）であるか、レプリカ（非
生体）であるかを瞬時にして判別することができる。第
９図の装置は、第４図の装置と同様、指紋照合システム
の中の指紋像入力装置に適宜組み込まれる。

なお、第９図の実施例では互いに近接配置された２つ
の光検知器45a,45bを用いた場合について説明したが、
これの代わりに、受光面が２つの領域に分割され且つそ
れぞれの領域に対応する光出力を別々に取り出すことが
できる一体型の光検知器を用いてもよい。

第12図には本発明の第３の形態（第３図参照）の一実
施例の構成が示される。

第12図において、50は検出対象としての指（本物の指
またはレプリカ）、51は例えば半導体レーザ、LED等の
生体検知用光源、52は光源51からの光ビームを直線偏光
（図示の例では紙面に平行な方向）させるための偏光板
（ただし、光源51が半導体レーザ場合には省略すること
ができる）、53は光源51からの光ビームを集光させて指
50の表面にスポット状に照射するための集光光学系（レ
ンズ）、54は透明な導光板、55は光ビームの照射によっ
て指の表面から反射または散乱された光を集光させるた
めの光学系（レンズ）を示す。

また、56aはレンズ55を通して入射された散乱光の偏
光方向を保存した状態で２本の光束に分離するためのビ
ームスプリッタ、56bはビームスプリッタ56aにおいて反
射された光束をその入射方向と直交する方向に反射する
ためのミラー、57aはビームスプリッタ56aを透過した散
乱光を所定方向（図示の例では紙面に垂直な方向）に偏
光させるための偏光板、57bはミラー56bにおいて反射さ
れた散乱光を偏光板57aの偏光方向と垂直な方向（図示
の例では紙面に平行な方向、従って、レンズ55を通して
入射された散乱光の偏光方向と同じ方向）に偏光させる
ための偏光板、58aは偏光板57aによって偏光された方向
の光強度を検出し、該光強度に応じた光出力Sa′を出力
する光検知器、58bは偏光板57bによって偏光された方向
の光強度を検出し、該光強度に応じた光出力Sb′を出力
する光検知器、59は比較回路を示す。この比較回路59
は、光検知器58a,58bから出力される光出力Sa′,Sb′の
比率を算出し、その算出した比率（Sa′/Sb′）を所定
の値X₀と比較して、指50が本物の指であるか、またはレ
プリカであるかを指示する検出信号V_L2を出力する機能
を有している。

次に、第12図実施例の装置による作用（生体検知）に
ついて第13図を参照しながら説明する。

第13図は、本物の指による散乱光とレプリカの指によ
る散乱光の偏光特性を比較したもので、横軸は照射光線
の直線偏光方向と偏光板の持つ偏光方向とのなす角度を
表し、縦軸は光検知器の出力を最大出力で規格化した値
を表している。第13図は、本物の指からの散乱光の方が
レプリカの指の散乱光よりも照射光が持つ偏光方向の保
存の割合が良好であることを示している。図示の例で
は、本物の指の場合に光源の持つ偏光方向は40〜50％保
存され、レプリカの時は高々〜20％程度しか保存されな
い。従って、比較回路59において各光検知器58a,58bか
らそれぞれ出力される光出力Sa′,Sb′の比を取ること
により、本物の指とレプリカとで、偏光の乱れの特性に
差が生じる。

また、第13図に示されるように、偏光板回転角が90゜
の時、レプリカ（実線表示）に対応する規格化した光検
知器出力と本物の指（破線表示）に対応するそれとの間
の差が最大値をとっている。従って、この差に相当する
範囲内に所定の値X₀を設定すれば、比較回路59において
算出された比率（Sa′/Sb′）と該所定の値X₀との比較
に基づき、偏光の乱れの特性を利用して、指50が本物の
指であるか、あるいはレプリカであるかを検知すること
ができる。この偏光特性を考慮して本実施例では、偏光
板57a,57bにおけるそれぞれの偏光方向に90゜の差を持
たせた。第13図の装置は、第４図および第９図の装置と
同様、指紋照合システムの中の指紋像入力装置に適宜組
み込まれる。

第14図には第12図実施例の変形例の構成が示される。

本実施例は、第12図の構成において用いられているビ
ームスプリッタ56a、ミラー56bおよび偏光板57a,57bの
代わりに、ウォラストンプリズム60を用いて偏光光学系
を構成し、それによって光学的な部品点数を減らし、小
型化を図っている。他の構成および作用については、第
12図実施例の場合と同様であるので、その説明は省略す
る。

なお、上述した各実施例では導光板を用いた接触タイ
プの指紋像入力装置（生体検知装置）について説明した
が、本発明は、導光板を用いない非接触タイプの装置に
対しても適用可能であることはもちろんである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、検出対象の表面
にスポット状の光または直線偏光された光を照射した時
に、その表面の輝きの様子または該光照射部からの散乱
光の偏光特性に、人間の指独特の現象があらわれること
を利用し、あるいは、物質固有の性質を利用することに
より、検出対象の条件に関係なく、該検出対象が生体ま
たは非生体のいすれであるかを瞬時にして検知すること
ができる。

また、物質固有の性質を利用しているので、偽造指紋
に対するシステムの安全性を向上させることができる。

また、短時間で生体検知が可能であるため、指紋照合
に基づく本人確認装置の所要時間を、システム全体から
見て相対的に短縮することができる。

さらに、接触式、非接触式のいずれの指紋照合装置に
も組み込むことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による生体検知装置の第１の形態を示す
原理図、第２図は本発明による生体検知装置の第２の形態を示す
原理図、第３図は本発明による生体検知装置の第３の形態を示す
原理図、第４図（ａ）〜（ｃ）は第１図に示される第１の形態の
一実施例の構成を示す図であって、（ａ）は上面図、
（ｂ）はＢ矢視図、（ｃ）はＣ矢視図、第５図は第４図における光検知器の一構成例を一部模式
的に示した回路図、第６図（ａ）〜（ｆ）は第４図実施例の装置による生体
検知の原理を説明するための図、第７図は第５図の光検知器の出力レベルと生体・非生体
の判別レベルの関係を示す図、第８図は第４図実施例の装置を指紋照合システムに組み
込んだ時の生体検知および指紋照合の流れを示すフロー
チャート、第９図は第２図に示される第２の形態の一実施例の構成
を示す図、第10図は第９図における光検知器および比較回路の一構
成例を一部模式的に示した回路図、第11図（ａ）〜（ｄ）は第９図実施例の装置による生体
検知の原理を説明するための図、第12図は第３図に示される第３の形態の一実施例の構成
を示す図、第13図は第12図実施例の装置による生体検知の原理を説
明するための図、第14図は第12図実施例の変形例の構成を示す図、第15図は典型的な指紋像入力装置の構成を概略的に示し
た側面図、第16図は従来の生体検知の１つの手法を説明するための
図、第17図は従来の生体検知の他の手法を説明するための
図、である。（符号の説明）１……光源、２……集光光学系、2A……偏光・集光光学
系、３……結像光学系、3A……集光・偏光光学系、４、
4A、4B……光検出手段、５……検出対象、L₁……光源か
らの光、L₂、L₂′、L₂″……反射または散乱された光、
L₃……偏光された光、J₁、J₂、J₃……検出信号、Ｒ……
反射または散乱が起こる領域。

フロントページの続き (72)発明者山岸文雄神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者池田弘之神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源（１）と、該光源からの光ビーム（L₁）を集光させて検出対象
（５）の表面にスポット状に照射する集光光学系（２）
と、該光ビームの照射部分から反射または散乱された光
（L₂）を集光させて所定の位置に該照射部分の像を形成
する結像光学系（３）と、該所定の位置に配置され該形成された照射部分の像の大
きさを検出し、該検出した像の大きさを指示する検出信
号（J₁）を出力する光検出手段（４）とを具備し、該光検出手段から出力された検出信号に基づいて前記検
出対象が生体または非生体のいずれであるかを判別する
ようにしたことを特徴とする生体検知装置。
【請求項２】前記光検出手段は、複数の領域（P₁,P₂,
P₃）に分割された受光面（14a）を有し且つ前記照射部
分の像が該受光面上に形成されるよう配設された光検知
器（14）を具備し、該光検知器は、該複数の領域の各個
においてそれぞれの受光量に応じた光出力（S₁,S₂,S₃）
を独立に取り出し、それぞれ取り出された光出力の合計
（S₁＋S₃−S₂）の大小に応じて前記検出対象が生体また
は非生体のいずれであるかを判別するようにしたことを
特徴とする請求項１に記載の生体検知装置。
【請求項３】前記光検出手段は、互いに近接して配列さ
れ且つそれぞれの受光面にまたがって前記照射部分の像
が形成されるよう配設された複数の光検知器を具備し、
該複数の光検知器は、それぞれ受光量に応じた光出力を
取り出し、それぞれ取り出された光出力の合計の大小に
応じて前記検出対象が生体または非生体のいずれである
かを判別するようにしたことを特徴とする請求項１に記
載の生体検知装置。
【請求項４】光源（１）と、該光源からの光ビーム（L₁）を集光させて検出対象
（５）の表面にスポット状に照射する集光光学系（２）
と、該光ビームの照射部分から反射または散乱された光
（L₂′）を集光させて所定の位置に該照射部分の像を形
成する結像光学系（３）と、該所定の位置に配置され該形成された照射部分の像の大
きさを検出すると共に、前記検出対象上で前記光ビーム
の照射によって反射または散乱が起こる領域（Ｒ）の中
心位置（C₁）が該光ビームの照射部分の中心位置（C₂）
から変位しているか否かを検出し、該検出した像の大き
さと変位の有無とを指示する検出信号（J₂）を出力する
光検出手段（4A）とを具備し、該光検出手段から出力された検出信号に基づいて前記検
出対象が生体または非生体のいずれであるかを判別する
ようにしたことを特徴とする生体検知装置。
【請求項５】前記光検出手段は、互いに近接して配列さ
れ且つそれぞれの受光面（Pa,Pb）にまたがって前記照
射部分の像が形成されるよう配設された複数の光検知器
を具備し、該複数の光検知器は、それぞれ受光量に応じ
た光出力（Sa,Sb）を取り出し、それぞれ取り出された
光出力と所定レベル（Vth）との比較に基づき前記対象
が生体または非生体のいずれであるかを判別するように
したことを特徴とする請求項４に記載の生体検知装置。
【請求項６】前記光検出手段は、複数の領域に分割され
た受光面を有し且つ前記照射部分の像が該受光面上に形
成されるよう配設された光検知器を具備し、該光検知器
は、該複数の領域においてそれぞれの受光量に応じた光
出力を独立に取り出し、それぞれ取り出された光出力と
所定レベルとの比較に基づき前記対象が生体または非生
体のいずれであるかを判別するようにしたことを特徴と
する請求項４に記載の生体検知装置。
【請求項７】光源（１）と、該光源からの光ビーム（L₁）を直線偏光および集光させ
て検出対象（５）の表面にスポット状に照射する偏光・
集光光学系（2A）と、該光ビームの照射部分から反射または散乱された光
（L₂″）を集光させ、該集光させた光を所定の方向に偏
光させる集光・偏光光学系（3A）と、該偏光された光（L₃）の偏光方向の成分の光強度を検出
し、該検出した光強度に基づいて該偏光光の偏光状態を
指示する検出信号（J₃）を出力する光検出手段（4B）と
を具備し、該光検出手段から出力された検出信号に基づいて前記検
出対象が生体または非生体のいずれであるかを判別する
ようにしたことを特徴とする生体検知装置。
【請求項８】前記集光・偏光光学系（3A）は、集光させ
た光を該光の偏光状態を維持したままで２本の光束に分
離し、該分離した一方の光束に対しては該光束と同じ偏
光方向の第１の成分を取り出し且つ他方の光束に対して
は該光束と直交する偏光方向の第２の成分を取り出して
前記光検出手段（4B）に供給し、該光検出手段は、該第
１および第２の偏光成分の比率を算出し、該算出された
比率と所定値との比較に基づき前記対象が生体または非
生体のいずれであるかを判別するようにしたことを特徴
とする請求項７に記載の生体検知装置。
【請求項９】請求項１から８までのいずれかに記載の生
体検知装置を具備し、該装置において検出された対象が
指である場合（35）にのみ該指の紋様を画像データに変
換（36,37）し、該変換した画像データを予め登録され
ている指紋の画像データと比較することにより本人であ
るか否かの照合（38）を行うようにしたことを特徴とす
る指紋照合システム。