JPH1049675A

JPH1049675A - 個体認証装置

Info

Publication number: JPH1049675A
Application number: JP8201686A
Authority: JP
Inventors: Shiro Saito; 史郎斉藤; Kazuhiro Henmi; 和弘逸見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】パーソナルコンピュータ等の小型情報処理装置
におけるセキュリティ装置への応用に有効な個人認証装
置を実現すること。【解決手段】１次元のアレイ状に設けられた複数の線状
接触子電極１２からなる指置き部と、これら線状接触子
電極１２に一つおきにスイッチ１３が接続されてなるア
ナログスイッチ回路とからなる指入力部を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人や動物等の皮膚
の個体表面の凹凸パターンを利用して個体認証を行なう
個体認証装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報化社会がますます高度化するに伴
い、取り扱う情報量は増加の一途をたどっている。これ
ら情報の多くは対外的に秘密保持をするべきものであ
る。このため、近年、重要な施設の入退室管理等を目的
として、被認証者が予め登録されている個人かどうかを
識別して認証を行なう個人認証装置への関心が高まって
きている。その中でも、個人認証に指紋を利用したもの
が多く利用されている。

【０００３】従来より種々のタイプの指紋を利用した個
人認証装置が提案されているが、最も多いのが個人認証
装置の指紋入力部として、光学的に指紋を２次元の画像
信号として検出するタイプのものである。これ以外に
も、指紋の凹凸に応じた押圧力を２次元の画像信号とし
て検出するタイプのものがいくつか提案されている。

【０００４】また、指全体の画像信号から指の長手方向
への１次元の多値射影信号（指紋情報）を構成し、この
１次元の多値射影信号を指の特徴量として取り出し、こ
れを個人認証用の信号として用いる方法が提案されてい
る（「指の特徴を用いた個人認証方式」竹田、内田、平
松、松浪、電子情報通信学会技術研究報告：PRU89-5
0）。

【０００５】この方法によれば、１次元の多値射影信号
を用いているため、２次元の指紋画像信号を用いた場合
に比べて、データ量を削減でき、かつ処理アルゴリズム
を簡素化できる。このため、信号処理速度が向上し、認
証照合に必要な時間を短縮できる。

【０００６】しかしながら、この方法を用いた指紋入力
部の場合でも、指紋入力は前述の光学式あるいは圧力ア
レイセンサ等により指全体の２次元画像信号をいったん
検出し、この２次元画像信号から１次元の多値射影信号
を求めることになる。

【０００７】この場合、指全体の画像信号を形成するた
めに多くの情報を必要とし、また、多値射影信号を形成
するための信号処理にも複雑なアルゴリズムを必要とす
るため、信号処理全体に費やす時間が多くなるという問
題があった。

【０００８】さらに、画像入力装置として光学式のもの
を用いた場合には、指全体を一度の動作で画像信号とし
て入力するため、高価で装置全体が大きくなるという問
題があった。

【０００９】これに対して、本発明者は、指の長さ方向
に対して直交する方向に長い複数の線状電極に指を押し
付けたときの隣り合う線状電極間の抵抗値を指の長さ方
向に順次読み取り合成した信号を認証用信号として用い
る個人認証装置を提案している（特願平５−３２３４
８）。

【００１０】この個人認証装置によれば、光学系が不要
となり、装置の小型・低価格化が可能となる。その結
果、入退室管理用だけでなく、今後、新規市場として需
要が予想されるパーソナルコンピュータや携帯端末など
の小型情報処理装置におけるセキュリティ装置への応用
も考えられる。

【００１１】しかしながら、この個人認証装置では、全
ての隣接する二つの線状電極を外部回路と接続するた
め、接続するためのスイッチの数が多くなり、また、各
スイッチにつながった配線が占める面積も大きくなる。

【００１２】このため、光学式の個人認証装置に比べ
て、小型化・低価格化の点で有利であるものの、小型、
低価格であることが利点であるパーソナルコンピュータ
等の小型情報処理装置におけるセキュリティ装置への応
用に関しては、その小型化・低価格化は不十分であると
いう問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の個
体認証装置は、光学式の個人認証装置に比べて、小型化
・低価格化の点で有利であるものの、小型、低価格であ
ることが利点であるパーソナルコンピュータ等の小型情
報処理装置におけるセキュリティ装置への応用に関して
は、その小型化・低価格化は不十分であるという問題が
あった。

【００１４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、パーソナルコンピュー
タ等の小型情報処理装置におけるセキュリティ装置への
適用にも有効な個体認証装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

［構成］上記目的を達成するために、本発明に係る個体
認証装置（請求項１）は、個体表面の接触により生じる
電気特性の変化に対応して、１次元の電気信号分布を形
成する認証パターン入力部と、この認証パターン入力部
の出力信号から個体認証を行なう個体認証部とを備えて
なる個体認証装置であって、前記認証パターン入力部
は、その長手方向と交差する方向に１次元的に配列され
てなる３個以上の複数の線状電極と、この複数の線状電
極から選ばれる電極を選択的に外部回路と接続するスイ
ッチング手段とを有し、このスイッチング手段は少なく
ともその一部が前記複数の線状電極において少なくとも
１つおきに設けられていることを特徴とする。

【００１６】また、本発明に係る他の個体認証装置（請
求項２）は、上記個体認証装置（請求項１）において、
前記スイッチング手段が設けられた前記線状電極の間に
はそれぞれ同数の線状電極が存在することを特徴とす
る。

【００１７】［作用］本発明では、隣接二つの線状電極
の全てについて電気的に接続することはないので、スイ
ッチ数を少なくでき、配線面積を小さくできる。

【００１８】ここで、本発明者の研究によれば、全ての
各隣接する二つの線状電極を接続して、１次元の電気信
号分布を形成しなくても、例えば、一つの線状電極を挟
んだ二つの線状電極を接続して、１次元の電気信号分布
を形成しても十分な照合精度が得られることが分かっ
た。

【００１９】したがって、本発明によれば、高い照合精
度を維持しつつ、小型化、低価格化を図れるので、パー
ソナルコンピュータ等の小型情報処理装置におけるセキ
ュリティ装置にも有効な個体認証装置を実現できるよう
になる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら発明の
実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。図１
は、本発明の一実施形態に係る個体認証装置の構成を示
すブロック図である。

【００２１】本実施形態の個体認証装置は、大きく分け
て、指パターンや指の凹凸を入力するための指入力部１
（認証パターン入力部）と、この指入力部１の出力に基
づいて指の情報を求める指情報計算部２と、この指情報
計算部２の出力に基づいて照合計算などを行なう信号処
理部３とで構成されている。

【００２２】ここでは、指情報計算部２および信号処理
部３が個体認証部となる。これらは機能としては別だが
ハードウェハとしては同じであっても良い。例えば、本
実施形態の個体認証装置をパーソナルコンピュータに適
用する場合には、指情報計算部２および信号処理部３は
例えばパーソナルコンピュータのＣＰＵやメモリによっ
て実現され、共通のハードウェハとなる。

【００２３】図２は、指入力部の概略構成を示す模式図
である。この指入力部は、基板１１と、この基板１１の
表面に１次元のアレイ状に設けられた複数の線状接触子
電極１２（線状電極）からなる指置き部と、これら線状
接触子電極１２に一つおきにスイッチ１３が接続されて
なるアナログスイッチ回路を有し、このアナログスイッ
チ回路により、連続する三つの線状接触子電極１２を単
位としてこれら線状接触子電極１２間における指表面の
抵抗を指１４の長手方向に順次検出できるようになって
いる。

【００２４】ここで、線状接触子電極１２の数、つま
り、電極アレイの長手方向の長さは、通常、指１４の先
端から第２関節を完全に含むようにすることが好まし
い。被認証者が指置き部に指１４を押し付けると、指紋
を形成する凸部が隣接する線状接触子電極１２の隙間に
入り込む。その結果、隣接する奇数番目（例えば１番目
と３番目）の線状接触子電極１２間の抵抗、つまり、連
続する三つ線状接触子電極１２の間の指標面の抵抗は、
線状接触子電極１２間に入り込む指の凸部の量に応じて
変化することになる。指紋を形成する凸部の入り込む量
が多ければそれだけ抵抗は低くなる。

【００２５】図３は、指入力部の具体的な回路構成を示
す図である。指置き部は、ｎ個の線状接触子電極１２
（１２₁ ，…，１２_n ）で構成されている。ここでは、
ｎが奇数である場合について説明するが偶数の場合も同
様である。

【００２６】アナログスイッチ回路は、二つのアナログ
スイッチ群１０ａ，１０ｂにより構成されている。アナ
ログスイッチ群１０ａのスイッチ１３の一端はそれぞれ
ｎ番目（最後）の線状接触子電極１２_n を除いた奇数番
目の線状接触子電極１２の一端にそれぞれ接続され、他
端は電圧源１５に共通接続されている。

【００２７】一方、アナログスイッチ群１０ｂのスイッ
チ１３の一端はそれぞれ１番面（最初）の線状接触子電
極１２₁ を除いた奇数番目の線状接触子電極１２の他端
に接続され、他端はアナログスイッチ群１６を介して基
準抵抗１７に接続されているとともに、サンプル・ホー
ルド回路１８にも接続されている。

【００２８】基準抵抗１７はｍ個の抵抗１９により構成
されている。これら抵抗１９の一端は接地され、他端は
基準抵抗切り替え信号Ｓｒによってアナログスイッチ群
１６の各スイッチにそれぞれ選択的に接続できるように
なっている。すなわち、基準抵抗１７の抵抗値は可変に
なっている。

【００２９】指置き部に指１４が置かれると、アナログ
スイッチ群１０ａ，１０ｂは、タイミング制御回路２０
から出力されるタイミング制御信号Ｓｔが与えられるこ
とによって、アナログスイッチ群１０ａの１番目および
アナログスイッチ群１０ｂの１番目のスイッチ１３、ア
ナログスイッチ群１０ａの２番目およびアナログスイッ
チ群１０ｂの２番目のスイッチ１３というように順次ス
イッチ１３が切り替えられる。

【００３０】このとき、基準抵抗１７の両端の電位差Ｖ
ｉは次式で与えられる。Ｖｉ＝Ｒｒ・Ｖ₀ ／（Ｒｒ＋Ｒｉ）ここで、Ｒｒは基準抵抗１７の抵抗値、Ｖ₀ は電圧源１
５の電圧値、Ｒｉはｉ番目（ｉは奇数）の線状接触子電
極１２とこれに隣接する奇数番目（ｉ＋２番目）の線状
接触子電極１２との間の抵抗値を示している。例えば、
１番目と３番目間の線状接触子電極１２間の抵抗値を示
している。

【００３１】本実施形態では、基準抵抗１７の抵抗値Ｒ
ｒが可変になっているので、各電位差Ｖｉの識別や検出
が容易になるように抵抗値Ｒｒを選ぶことができる。し
きい値も可変にしても良い。このように抵抗値Ｒｒやし
きい値を可変すれば、被認証者毎に異なる抵抗Ｒｉに柔
軟に対応できるようになる。

【００３２】サンプル・ホールド回路１８は、アナログ
スイッチ群１０ａ，１０ｂと同様に、タイミング制御回
路２０から出力されるタイミング制御信号Ｓｔが与えら
れ、アナログスイッチ群１０ａ、１０ｂと同期して動作
する。

【００３３】すなわち、サンプル・ホールド回路１８
は、基準抵抗Ｒｒの両端の電位差Ｖｉを指の長さ方向に
順次読み取り、その結果を指情報計算部２に送る。この
指情報計算部２は指情報としての各電位差Ｖｉの総和を
求める。

【００３４】ここで、各電位差Ｖｉを時系列にプロット
すると、図４に示すような１次元電位分布が形成され
る。この１次元電位分布は、従来とは異なり、全ての各
隣接する線状接触子電極１２間を順次接続して得られた
ものではないが、指の長手方向への多値射影信号と等価
であることが分かった。

【００３５】したがって、本実施形態によれば、少ない
スイッチ数、小さい配線面積でも、正確な指情報（各電
位差Ｖｉの総和）が得られるので、パーソナルコンピュ
ータ等の小型情報処理装置におけるセキュリティ装置へ
の適用にも有効な個人認証装置を実現できることにな
る。

【００３６】なお、図４において、横軸は線状接触子電
極１２_i ，１２_2i-1の位置、縦軸は電位差Ｖｉを示して
いる。指情報計算部２は、指情報を信号処理部３に送
る。信号処理部３は、この指情報（測定データ）と予め
登録された指情報（登録データ）を照合して、本人であ
るか否かの判定を行なう。すなわち、測定データと登録
データとの差が所定値（しきい値）よりも小さければ本
人、同じまたは大きければ他人と判断する。

【００３７】登録データの登録は、照合の場合と同様
に、指置き部に指を置いて指情報を収集することにより
行なわれる。このとき、電位差Ｖｉに重畳したノイズな
どを除去するためのフィルタリング処理などの信号処理
を行なって良い。

【００３８】図５は、本実施形態（本発明）および比較
例の指置き部に指が置かれた状態を示す等価回路であ
り、図５（ａ）は本発明、図５（ｂ），（ｃ）はそれぞ
れ比較例１，２を示している。

【００３９】図中、指紋を形成する凸部が線状接触子電
極１２間に入り込むことによる生じる抵抗をＲ１〜Ｒ３
で示してある。線状接触子電極１２の配列ピッチをｄと
したときに、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２は２ｄの長さにわたっ
て存在し、抵抗Ｒ３はｄの長さにわたって存在するとす
る。

【００４０】本発明の場合、図５（ａ）に示すように、
スイッチ１３₁ に接続された線状接触子電極１２₁ とス
イッチ１３₃ に接続された線状接触子電極１２₃ との間
に、スイッチに接続されていない１本の線状接触子電極
１２₂ が存在し、スイッチ１３₁ とスイッチ１３₃ との
間の抵抗は、Ｒ１／／Ｒ２＋Ｒ１／／Ｒ２／／Ｒ３とな
り、抵抗Ｒ３が反映された値になる。

【００４１】ここで、記号／／は並列抵抗を表し、Ｒ１
／／Ｒ２＝１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）を意味するもの
とする。比較例１の場合、図５（ｂ）に示すように、ス
イッチ１３₁ に接続された線状接触子電極１２₁ とスイ
ッチ１３₃ に接続された線状接触子電極１２₃ との間に
線状接触子電極が存在しないので、スイッチ１３₁ とス
イッチ１３₃ との間の抵抗は、２Ｒ１／／２Ｒ２とな
る。したがって、実際には存在する抵抗Ｒ３が指情報に
反映されず、本発明に比べて、指情報の精度が低下し、
照合精度が低下することになる。

【００４２】また、比較例２の場合、図５（ｃ）に示す
ように、線状接触子電極１２₁ ，１２₂ ，１２₃ にそれ
ぞれスイッチ１３₁ ，１３₂ ，１３₃ を設け、つまり、
全ての線状接触子電極にスイッチを設けているので、ス
イッチ１３₁ とスイッチ１３₃ との間の抵抗は、Ｒ１／
／Ｒ２／／Ｒ３となり、本発明と同様に抵抗Ｒ３が反映
された指情報が得られる。

【００４３】しかし、本発明の場合に比べて、スイッチ
数と配線数が多くなるため、パーソナルコンピュータや
携帯端末やカード上への実装には支障が生じ、また、コ
ストも上昇するという問題もある。

【００４４】本発明者は、図５（ａ）の指置き場を用い
た個人認証装置（本発明）、図５（ｂ）の指置き場を用
いた個人認証装置（比較例１）および図５（ｃ）の指置
き場を用いた個人認証装置（比較例２）を評価するため
に、各個人認証装置の本人認識率を測定した。

【００４５】具体的には、配列ピッチｄを０．２ｍｍ、
線状接触子電極の本数を２５５本とし（したがって、長
さは５１ｍｍ）、披験者５０人に対し各人１０個ずつの
データを取り、他人排除率を９９％としたときの本人認
識率を測定した。さらに、測定条件、すなわちしきい値
や基準抵抗、周りの環境（温度、湿度など）がほぼ同一
になるようにした。

【００４６】また、アナログスイッチとしては１６ｃｈ
のマルチプレクサを使用し、その数は本発明、比較例１
の場合で８個であるのに対して、比較例２の場合で１６
個である。この結果、比較例２は、他のものに比べてア
ナログスイッチや処理回路実装用のプリント基板が大き
くなったと同時に配線数が増えたことから約２倍のコス
トがかかった。

【００４７】照合特性評価の結果は以下の通りである。
すなわち、本発明の場合、本人識別率は９０％となり、
市販されている光学式とほぼ同等の値が得られた。これ
に対し、比較例１の場合は、本人認識率が７８％と約１
２％低下した。一方、比較例２の場合は、本人識別率が
９１％と本発明のそれに比べてわずかに高いだけであっ
た。

【００４８】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば、上記実施形態では、一つお
きにスイッチ１３を設けたが、図６に示すように２つお
きにスイッチ１３を設けても良い。

【００４９】また、指情報の精度に大きな影響を与える
指の第１および第２の関節部分が置かれる部分の線状接
触子電極１２には全てスイッチ１３を設け、それ以外の
部分においては一つ以上おきにスイッチ１３を設けても
良い。

【００５０】また、図７に示すように、線状接触子電極
１２が形成されて領域に指の輪郭を示すマーク２１を印
刷しても良い。指入力時にこのマーク２１を目安に指を
置くことにより、再現性に高い指情報が得られる。

【００５１】さらに、線状接触子電極１２の長手方向と
配列方向とは必ずしも直交しなくても良く、斜めに交差
していても良い。また、上記実施形態では、指を利用し
たが他の部位の皮膚の凹凸パターンを利用しても良い。

【００５２】また、上記実施形態では、人の認証の場合
について説明したが、本発明は例えば家畜等の動物を認
証するための個体認証装置にも適用できる。その他、本
発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で、種々変形して実
施できる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、高
い照合精度を維持しつつ、装置の小型化、低価格化を図
れるようになる。したがって、パーソナルコンピュータ
等の小型情報処理装置におけるセキュリティ装置にも有
効な個体認証装置を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る個体認証装置の構成
を示すブロック図

【図２】本発明の一実施形態に係る個体認証装置の指入
力部の概略構成を示す模式図

【図３】本発明の一実施形態に係る個体認証装置の指入
力部の具体的な回路構成を示す図

【図４】本発明の一実施形態に係る個体認証装置の指入
力部により得られる電位差分布を示す図

【図５】本発明および比較例の指置き部に指が置かれた
状態を示す等価回路図

【図６】図２の指入力部の変形例を示す図

【図７】図２の指入力部のさらに別の変形例を示す図

【符号の説明】

１…指入力部（認証パターン入力部）２…指情報計算部（個体認証部）３…信号処理部（個体認証部）１０ａ，１０ｂ…アナログスイッチ群１１…基板１２…線状接触子電極（線状電極）１３…スイッチ１４…指１５…電圧源１６…アナログスイッチ群１７…基準抵抗１８…サンプル・ホールド回路１９…抵抗２０…タイミング制御回路２１…マーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】個体表面の接触により生じる電気特性の変
化に対応して、１次元の電気信号分布を形成する認証パ
ターン入力部と、この認証パターン入力部の出力信号か
ら個体認証を行なう個体認証部とを具備してなる個体認
証装置であって、前記認証パターン入力部は、その長手方向と交差する方
向に１次元的に配列されてなる３個以上の複数の線状電
極と、この複数の線状電極から選ばれる電極を選択的に
外部回路と接続するスイッチング手段とを有し、このス
イッチング手段は少なくともその一部が前記複数の線状
電極において少なくとも１つおきに設けられていること
を特徴とする個体認証装置。
【請求項２】前記スイッチング手段が設けられた前記線
状電極の間にはそれぞれ同数の線状電極が存在すること
を特徴とする請求項１に記載の個体認証装置。