JPH09245174A - 個人認証装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電極アレイを構成する電極を選択するスイッチ
の数を低減し、小型化を可能にする個人認証装置を提供
する。 【解決手段】複数の電極１０−１〜１０−１００を一次
元に配列して構成された電極アレイ１０に指を押しつけ
たときの隣接する電極間の抵抗値を測定し、この抵抗値
の分布から指の特徴を抽出して被認証者の照合を行う個
人認証装置において、電極アレイ１０の上端から奇数番
目の電極１０−１，１０−３，…，１０−９９にそれぞ
れ接続される第１のアナログスイッチ群２０と、電極ア
レイ１０の上端から偶数番目の電極１０−２，１０−
４，…，１０−１００を３つの群Ａ，Ｂ，Ｃに分割し
て、各群Ａ，Ｂ，Ｃ毎に共通に接続された第２のアナロ
グスイッチ群４０とを有し、これら第１および第２のア
ナログスイッチ群２０，４０を介して隣接する電極間の
抵抗値を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被認証者の指の特
徴を抽出して個人認証を行う個人認証装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、重要な施設の入退出管理等を目的
として、被認証者が予め登録されている個人かどうかを
識別して認証を行う個人認証装置への関心が高まってき
ている。

【０００３】このような個人認証装置には、被認証者の
指の特徴を抽出して認証用信号として用いるものがあ
る。例えば複数の電極を一次元に配列して電極アレイを
構成し、この電極アレイに指を押しつけたときの隣接す
る電極間の抵抗値を順次測定して得られる抵抗値の分布
から指の特徴を抽出して被認証者の照合を行う個人認証
装置がある。このような個人認証装置では、測定範囲内
の電極の数を増やすことで、より詳細に指の特徴を抽出
することができるので認証の精度を向上させることがで
きる。

【０００４】しかし、このような個人認証装置では、隣
接する電極間の抵抗を順次測定するために、電極アレイ
を構成する各電極にそれぞれアナログスイッチを接続
し、これらのアナログスイッチを適当なタイミングでオ
ン・オフすることで隣接する電極間の組合せを切り替え
て測定を行っている。

【０００５】従って、電極アレイを構成する電極の数を
増やした場合、電極に接続するアナログスイッチの数が
増大すると共に、アナログスイッチを制御するための回
路等が複雑になるために、個人認証装置全体が大型化す
るという問題がある。さらに、これらを一つのデバイス
として構成する場合、アナログスイッチの数の増加に比
例してデバイス全体の歩留りが低下するという問題が生
じる。

【０００６】このような個人認証装置が大型化すること
による弊害は、例えば部屋の入退出をチェックすること
を目的として壁等に設置される場合はあまり顕在化しな
いが、人が携帯することを前提として、電子手帳や小型
計算器のような装置に組み込むことを考えた場合は大き
な問題となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、複数
の電極を一次元にアレイ配列して電極アレイを構成し、
この電極アレイに指を押しつけたときの隣接する電極間
の抵抗値の分布から指の特徴を抽出して被認証者の照合
を行う個人認証装置においては、認証の精度を向上させ
るために電極アレイを構成する電極の数を増やそうとす
ると、各電極に接続するアナログスイッチの数が増大す
るために個人認証装置全体が大型化し、さらにこれらを
一つとして構成したデバイスの歩留りがアナログスイッ
チの増加に比例して低下するという問題があった。

【０００８】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、電極アレイを構成する電極を選択するアナログスイ
ッチの数を低減し、小型化を可能にする個人認証装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る個人認証装置は、複数の電極を一次元に
配列して構成された電極アレイに指を押しつけたときの
隣接する電極間の抵抗値を測定し、この抵抗値の分布か
ら指の特徴を抽出して被認証者の照合を行う個人認証装
置において、電極アレイの一部の電極、例えば電極アレ
イの奇数番目および偶数番目の電極のいずれか一方の電
極に個別に接続された第１のアナログスイッチ群と、電
極アレイの他の電極、例えば電極アレイの奇数番目およ
び偶数番目の電極の他方を複数の群に分割したときの各
群毎の電極に共通に接続された第２のアナログスイッチ
群と、第１および第２のアナログスイッチ群を制御する
制御手段と、第１および第２のアナログスイッチ群を介
して隣接する電極間の抵抗値を順次測定する測定手段と
を有する。またこのとき、他方を所定個数おきの複数の
電極からなる複数の群に分割することが望ましい。

【００１０】このようにすると、電極の全てにアナログ
スイッチを接続する場合に比べて、アナログスイッチの
数が低減されるので、個人認証装置全体を小型化するこ
とができ、さらにこれらを一つのデバイスとして構成し
た場合の歩留りの低下を防止することができる。

【００１１】ここで、抵抗値を測定するために隣接する
電極を第１および第２のアナログスイッチ群によって選
択すると、同一の群に属していて選択状態にある第２の
アナログスイッチ群に共通接続されている複数の電極が
同時に選択されることになるが、同一の群に属する電極
を互いに所定個数おきに配列すれば、これらの電極の互
いの距離は抵抗値を測定すべき隣接する電極間の距離に
対して十分大きくなり、正確な抵抗値を測定する上で妨
げとはならない。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
る個人認証装置の概略構成を示した図である。この個人
認証装置は、特徴入力部１で被認証者の指の特徴を入力
して、特徴抽出部２で指の特徴を電気信号として抽出
し、この特徴抽出部２の出力に対して信号処理部３でフ
ィルタリング処理およびアナログディジタル変換等を行
うことにより被認証者の指の特徴パターンを照合用デー
タとして生成し、照合部４でこの照合用データと予め登
録されている特徴パターンとを比較照合することで、被
認証者が予め登録されている個人かどうかを判定して出
力するものである。

【００１３】図２は、特徴入力部１の概略構成を示す図
であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。同図
に示されるように複数の線状電極を一次元に配列した電
極アレイ１０が絶縁性の基板１１の表面に形成されてい
る。電極アレイ１０の電極材料としては、例えばＣｕ、
Ａｕ、Ｎｉ、ＰｔあるいはＰｄのような人体の皮膚から
出る汗等の体液に侵されにくい導電性薄膜が用いられ
る。基板１１の材料としては、例えばガラスエポキシそ
の他のプリント基板材料、セラミック、あるいは絶縁被
覆を施した金属薄板などが用いられる。

【００１４】電極アレイ１０は被認証者の指１２が接触
されるものであり、そのアレイ長は例えば指１２の先端
から第二関節を完全に含む長さとする。また、電極アレ
イ１０は、使用者が指１２を接触させることができるよ
うに、表面を露出させて基板１１に配設され、特徴入力
時には指１２を電極アレイ１０のアレイ方向に沿って、
つまり個々の電極の長手方向にほぼ直交するように押し
付ける。

【００１５】電極アレイ１０に被認証者が指１２を押し
つけると、隣接する二つの電極間（以下、電極間スペー
ス）に指紋凸部が入り込んで密着する。一般に、指紋凸
部には汗口が存在し、汗口からは常に導電性イオンを微
量含んだ水分（汗）が放散されているため、指紋凸部の
直下に位置している電極間スペースには放散水分によっ
て導電経路が形成される。この場合、電極間スペースの
抵抗値は、入り込む指紋凸部の量に応じて変化し、入り
込む指紋凸部が多ければそれだけ抵抗値が低くなる。

【００１６】図３は、図１中の特徴入力部１および特徴
抽出部２の回路構成を示す図である。図３に示すように
電極アレイ１０（図３上では、１００本の電極１０−１
〜１０−１００として示している）上に指を押しつけた
ときの隣接する二つの電極１０−ｊ，１０−ｊ＋１（ｊ
＝１，２，…，９９）間の抵抗Ｒｊ（ｊ＝１，２，…，
９９）の抵抗値を指の長さ方向に順次読み取るものであ
る。

【００１７】電極アレイ１０における上端から奇数番目
の電極１０−１，１０−３，…，１０−９９は、抵抗Ｒ
ｊを測定する際のプラス側であり、それぞれリード線が
取り出されて、第１のアナログスイッチ群（上端部より
順にアナログスイッチ２０−１，２０−３，２０−５，
…，２０−９９として示している）２０の一端にそれぞ
れ接続され、第１のアナログスイッチ群２０の他端は基
準抵抗Ｒref の一端に共通接続されている。基準抵抗Ｒ
ref の他端は、電圧源Ｖｏのプラス端子に接続され、電
圧源Ｖｏのマイナス端子は接地されている。

【００１８】第１のアナログスイッチ群２０は、タイミ
ング制御回路３０から出力されるタイミング制御信号Ｓ
ｔに基づいて、アナログスイッチ２０−１からスイッチ
２０−９９を一つずつ順に切り替えてオン状態にする。

【００１９】一方、電極アレイ１０における上端から偶
数番目の電極１０−２，１０−４，…，１０−１００
は、抵抗Ｒｊを測定する際のアース側であり、これらは
３つの群に分割されて、各群毎に第２のアナログスイッ
チ群４０の一端に共通接続され、アナログスイッチ群４
０の他端は接地されている。

【００２０】具体的には、電極アレイ１０における上端
から６ｉ＋２（ｉ＝０，１，…，１６）番目の電極、６
ｉ＋４（ｉ＝０，１，…，１６）番目の電極、６ｉ＋６
（ｉ＝０，１，…，１５）番目の電極をそれぞれ一群
（順に電極群Ａ，Ｂ，Ｃと称する）として分割し、各電
極からリード線を取り出して、電極群Ａ，Ｂ，Ｃ毎に第
２のアナログスイッチ群４０におけるアナログスイッチ
４０−Ａ，４０−Ｂ，４０−Ｃの一端にそれぞれ共通接
続する。

【００２１】第２のアナログスイッチ群４０は、タイミ
ング制御回路３０から出力されるタイミング制御信号Ｓ
ｔに基づいて、アナログスイッチ４０−Ａ，４０−Ｂ，
４０−Ｃを一つずつ順に切り替えてオン状態とする。

【００２２】このように、タイミング制御回路３０から
出力されるタイミング制御信号Ｓｔに基づいて第１およ
び第２のアナログスイッチ群２０，４０が切り替えられ
ることで、隣接する二つの電極１０−ｊ，１０−ｊ＋１
が選択状態となり、電圧源Ｖｏによって抵抗Ｒｊと基準
抵抗Ｒref との直列回路に電圧が印加される。このとき
の基準抵抗Ｒref の両端の電位差Ｖｊは次式で与えられ
る。

【００２３】Ｖｊ＝Ｒref ・Ｖｏ／（Ｒref ＋Ｒｊ） 本実施形態では、この電位差Ｖｊを抵抗値Ｒｊの変化と
して順次読みとる。すなわち、アナログスイッチ群２
０，２０をタイミング制御信号Ｓｔによって切り替える
と共に、これらの切り替えと同期して例えばサンプルホ
ールド回路により電位差Ｖｊを順次検出することによっ
て、被認証者の指の特徴を抽出する。

【００２４】以下、本実施形態の動作について図４に示
されるタイミングチャートを参照して具体的に説明す
る。例えば図１に示した抵抗Ｒｋの測定時には、タイミ
ング制御信号Ｓｔにより第１および第２のアナログスイ
ッチ群２０，４０が切り替えられ、アナログスイッチ２
０−ｋおよびスイッチ４０−Ａがオンとなることで電極
１０−ｋおよび電極１０−ｋ＋１が選択状態となり、こ
のときの基準抵抗Ｒref の両端の電位差Ｖｋが検出され
る。

【００２５】また、抵抗Ｒｋ＋１の測定時には、タイミ
ング制御信号Ｓｔにより第１および第２のアナログスイ
ッチ群２０，４０が切り替えられ、先のＲｋ測定時にオ
ンであったアナログスイッチ２０−ｋはオフとなり、ア
ナログスイッチ２０−ｋ＋２およびスイッチ４０−Ａが
オンとなる。このため、電極１０−ｋ＋２および電極１
０−ｋ＋１が選択状態となり、このときの基準抵抗Ｒre
f の両端の電位差Ｖｋ＋１が検出される。

【００２６】同様に、Ｒｋ＋２の測定時には、タイミン
グ制御信号Ｓｔにより第１および第２のアナログスイッ
チ群２０，４０が切り替えられ、先のＲｋ＋１測定時に
オンであったアナログスイッチ４０−Ａはオフとなり、
アナログスイッチ２０−ｋ＋２およびスイッチ４０−Ｂ
がオンとなる。このため、電極１０−ｋ＋２および電極
１０−ｋ＋３が選択状態となり、このときの基準抵抗Ｒ
ref の両端の電位差Ｖｋ＋２が検出される。

【００２７】同様に、Ｒｋ＋３の測定時には、タイミン
グ制御信号Ｓｔにより第１および第２のアナログスイッ
チ群２０，４０が切り替えられ、先のＲｋ＋２測定時に
オンであったアナログスイッチ２０−ｋ＋２がオフとな
り、アナログスイッチ２０−ｋ＋４およびスイッチ４０
−Ｂオンとなる。このため、電極１０−ｋ＋３および電
極１０−ｋ＋４が選択状態となり、このときの基準抵抗
Ｒref の両端の電位差Ｖｋ＋２が検出される。

【００２８】このように、タイミング制御信号Ｓｔによ
り第１および第２のアナログスイッチ群２０，４０が切
り替えられ、電極アレイ１０における隣接する二つの電
極の組合せを１０−１と１０−２、１０−２と１０−
３、…、１０−９９と１０−１００と切り替えることで
各隣接電極間の抵抗Ｒ１〜Ｒ９９が順次測定され、被認
証者の指の特徴パターンを抽出することができる。

【００２９】ところで、上述したように電極アレイ１０
の上端から奇数番目の電極１０−１，１０−３，…，１
０−９９は、それぞれ電極群Ａ，Ｂ，Ｃに分割され、各
電極群毎にアナログスイッチ４０−Ａ，４０−Ｂ，４０
−Ｃに共通接続されている。従って、第２のアナログス
イッチ群４０が切り替えられた場合、共通接続されてい
る電極は同時に選択状態となる。

【００３０】このため、例えばＲｋの測定時には電極１
０−ｋと同時に電極１０−ｋ＋１±６ｍ（ｍ＝１，２，
３，…）もそれぞれ導通状態となるので、抵抗Ｒｋに対
して電極１０−ｋと電極１０−ｋ＋１±６ｍとの間の抵
抗がそれぞれ並列に接続されていることになる。従っ
て、実際に測定される抵抗値はこれらの並列抵抗による
合成抵抗値となり、測定すべき抵抗Ｒｋの値よりも小さ
くなる。

【００３１】ここで、電極アレイ１０に被認証者の指紋
凸部が接触することによって生じる単位面積あたりの抵
抗値の変化は、同一人物の指の表面内ではほぼ同一であ
ると仮定すると、これらの並列抵抗を構成する電極１０
−ｋと１０−ｋ＋１±６ｍとのそれぞれの距離は、測定
すべき電極１０−ｋと電極１０−ｋ＋１との距離に対し
て少なくとも５倍以上大きいため、これらの並列抵抗の
値は抵抗Ｒｋの値に対して非常に大きくなる。従ってこ
れらの並列抵抗による影響は少なく、測定される抵抗値
はほぼ抵抗Ｒｋのみの値とみなすことができる。

【００３２】また、上述したように本実施形態では抽出
された指の特徴に基づいて照合用データを生成し、この
照合用データと予め登録した特徴パターンとを比較して
認証を行うため、抽出された指の特徴全体の形状等が重
要であり、隣接した電極間の正確な抵抗値は必ずしも必
要ではない。

【００３３】図５は、このようにして読み取られる電位
差Ｖｊを時系列にプロットして示した図であり、指の長
手方向への多値射影信号と等価なパターンが得られてい
ることが分かる。なお、図４において横軸は隣接する２
つの電極の位置を示し、縦軸は電位差Ｖｊを示してい
る。

【００３４】このように本実施形態においては、電極ア
レイ１０を構成する１００本の電極において、上端から
偶数番目の電極はそれぞれ個別に第１のアナログスイッ
チ群２０を接続し、奇数番目の電極はそれぞれ電極群
Ａ，Ｂ，Ｃに分割して、各電極群毎に第２のアナログス
イッチ群４０を共通接続する。従って、偶数番目の電極
に接続された５０個のアナログスイッチと奇数番目の電
極に共通接続された３個のアナログスイッチとを合わせ
て、アナログスイッチの総数は５３個となる。すなわ
ち、全ての電極にアナログスイッチを接続した場合（１
００個）に比べて、アナログスイッチの総数を約半分に
することができる。従って、個人認証装置全体を小型化
することが可能となる。また電極アレイおよびアナログ
スイッチ等を一つのデバイスとして構成する場合、その
歩留りを従来よりも向上させることが可能になる。

【００３５】上記実施形態では偶数番目の電極を３つの
群に分割したが、分割数は任意であり、ｎ個の群に分割
する場合は偶数番目の電極を以下に示されるように分割
する。

【００３６】

【表１】 なお、表１は群の番号と各群に属する電極の番号との関
係を示している。このとき上記実施形態と同様に各群毎
にアナログスイッチ群を共通接続すると、アナログスイ
ッチの総数は全電極数／２＋ｎ個になる。

【００３７】また、上記実施形態では電極アレイ１０に
おける上端から奇数番目の電極を個別に第１のアナログ
スイッチ群２０に接続し、上端から偶数番目の電極を複
数の群に分割して、各群毎に第２のアナログスイッチ群
４０に共通接続する場合について説明したが、上端から
偶数番目の電極を個別に第１のアナログスイッチ群２０
に接続し、上端から奇数番目の電極を複数の群に分割し
て、各群毎に第２のアナログスイッチ群４０に共通接続
するようにしてもよい。上記実施形態では、電圧源Ｖｏ
を用いたが、この代わりに電流源を用いてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、電極アレイ
を構成する電極に接続するアナログスイッチの数を低減
し、小型化を可能にする個人認証装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る個人認証装置の構成
を示すブロック図

【図２】図１中の特徴入力部の概略構成を示す図

【図３】図１中の特徴入力部および特徴抽出部の回路構
成を示す図

【図４】同実施形態の動作を説明するためのタイミング
チャート

【図５】同実施形態における特徴パターンの実測図

【符号の説明】

１…特徴入力部 ２…特徴抽出部 ３…信号処理部 ４…照合部 １０…電極アレイ １１…基板 １２…指 １０−１〜１０−１００…電極 ２０…第１のアナログスイッチ群 ２０−１〜２０−９９…アナログスイッチ ３０…タイミング制御回路 ４０…第２のアナログスイッチ群 ４０−Ａ，４０−Ｂ，４０−Ｃ…アナログスイッチ Ｒref …基準抵抗 Ｖｏ…基準電圧

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の電極を一次元に配列して構成された
   電極アレイに指を押しつけたときの隣接する電極間の抵
   抗値を測定し、この抵抗値の分布から指の特徴を抽出し
   て被認証者の照合を行う個人認証装置において、 前記電極アレイの一部の電極に個別に接続された第１の
   アナログスイッチ群と、 前記電極アレイの他の電極を複数の群に分割して、各群
   毎に共通に接続された第２のアナログスイッチ群と、 前記第１および第２のアナログスイッチ群を制御する制
   御手段と、 前記第１および第２のアナログスイッチ群を介して前記
   隣接する電極間の抵抗値を順次測定する測定手段とを有
   することを特徴とする個人認証装置。
2. 【請求項２】複数の電極を一次元に配列して構成された
   電極アレイに指を押しつけたときの隣接する電極間の抵
   抗値を測定し、この抵抗値の分布から指の特徴を抽出し
   て被認証者の照合を行う個人認証装置において、 前記電極アレイの奇数番目および偶数番目の電極の一方
   に個別に接続された第１のアナログスイッチ群と、 前記電極アレイの奇数番目および偶数番目の電極の他方
   を複数の群に分割して、各群毎に共通に接続された第２
   のアナログスイッチ群と、 前記第１および第２のアナログスイッチ群を制御する制
   御手段と、 前記第１および第２のアナログスイッチ群を介して前記
   隣接する電極間の抵抗値を順次測定する測定手段とを有
   することを特徴とする個人認証装置。
3. 【請求項３】複数の電極を一次元に配列して構成された
   電極アレイに指を押しつけたときの隣接する電極間の抵
   抗値を測定し、この抵抗値の分布から指の特徴を抽出し
   て被認証者の照合を行う個人認証装置において、 前記電極アレイの奇数番目および偶数番目の電極の一方
   に個別に接続された第１のアナログスイッチ群と、 前記電極アレイの奇数番目および偶数番目の電極の他方
   を所定個数おきの複数の電極からなる複数の群に分割し
   て、各群毎に共通に接続された第２のアナログスイッチ
   群と、 前記第１および第２のアナログスイッチ群を制御する制
   御手段と、 前記第１および第２のアナログスイッチ群を介して前記
   隣接する電極間の抵抗値を順次測定する測定手段とを有
   することを特徴とする個人認証装置。