(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配列された複数の線状電極と、
水をはじき、前記複数の線状電極上に配置された水蒸気を透過する素材によって形成された多孔質膜と、
認証対象者の指が前記線状電極の長手方向に対して略垂直な方向に沿って前記多孔質膜上に置かれた場合には、水蒸気の透過に基づいて前記線状電極間の抵抗変化を検出する検出手段と、
を具備することを特徴とする個人認証装置。
【請求項２】
基板上に配列された複数の線状電極と、
水をはじき、当該複数の線状電極の全てに実質的に接触して当該複数の線状電極上に載置された水蒸気を透過する素材によって形成された多孔質膜と、
認証対象者の指が前記線状電極の長手方向に対して略垂直な方向に沿って前記多孔質膜上に置かれた場合には、水蒸気の透過に基づいて前記線状電極間の抵抗変化を検出する検出手段と、
を具備することを特徴とする個人認証装置。
【請求項３】
前記多孔質膜は、孔径が１ｍｍ以下の複数の孔と、５％以上５０％以下の開口率と、１００μｍ以下の膜厚と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の個人認証装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記複数の線状電極のうちの二電極間の抵抗値を前記指の長さ方向に順次検出することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の個人認証装置。
【請求項５】
前記複数の線状電極のうちの前記二電極は隣接していることを特徴とする請求項４記載の個人認証装置。
【請求項６】
前記多孔質膜は、認証対象者の指を載置する位置を示すマークを有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の個人認証装置。
【請求項７】
前記多孔質膜は、フッ素系樹脂、ポリカーボネート、及び酢酸セルロースのうちのいずれか一つの有機材料からなることを特徴とする１乃至３のうちいずれか一項記載の個人認証装置。
【請求項８】
前記多孔質膜は、前記複数の線状電極の所定部分を被覆するものであり、
当該個人認証装置は、前記所定部分を除いた前記複数の線状電極を被覆し水蒸気を透過しない部分をさらに具備することを特徴とする１乃至３のうちいずれか一項記載の個人認証装置。
【請求項９】
前記検出手段は、前記透過しない部分に被覆された前記複数の線状電極間の抵抗値を基準として前記抵抗変化を検出することを特徴とする請求項８記載の個人認証装置。
【請求項１０】
前記多孔質膜は、抗菌材からなることを特徴とする請求項１記載の個人認証装置。
【請求項１１】
前記多孔質膜は複数の孔を有しており、
前記孔は、前記多孔質膜表面と前記複数の線状電極の少なくとも一つとの間に設けられ、隣接する前記複数の線状電極間に形成されていること、
を特徴とする請求項１又は２記載の個人認証装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面形状センサを用いた個人認証装置に関し、特に、電極アレイに指を押し付け、隣接電極間の抵抗変化を順次読み取ることにより特徴抽出を行う電極アレイ方式の個人認証装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、重要な施設の入退室管理等を目的とした個人認証装置への関心が高まってきている。その中でも指紋は個人認証として多く利用されている。
従来、指紋入力装置としては様々な方法が提案されており、その中でも光学的に指紋を二次元画像信号として検出する方法が最も多く適用されている。更に、指紋の凹凸に応じた押圧力を二次元画像信号として検出する方法もいくつか提案されている。
【０００３】
また、指全体の画像信号から指の長手方向への射影信号を構成し、この一次元の信号を指の特徴量として個人認証用信号に用いる方法が提案されている（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  １０ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ｐｐ．７６１−７６６  ｖｏｌ．１；  Ｍ．ｔａｋｅｄａ  ｅｔ  ａｌ．；  １９９０  を参照）  。これによれば、信号が一次元で構成されているため、従来の二次元信号である指紋画像に比べて、データ量を削減することができ、且つ処理アルゴリズムを簡素化することができる。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することができる。
【０００４】
本願発明者等により、画像信号を用いる代わりに、指の長さ方向に対して直交方向に長い複数の線状電極を指の長さ方向に配列し、指を押し付けたときの隣合う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用いる方法が提案されている。（特願平５−２０５９号，特願平５−２５６４０１号）。この方法によれば、光学系が不要となり装置の小型・低価格化が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した提案においては、例えば検出電極を露出した構成にすると、（１）静電気を帯電した物体が接触した場合に、周辺回路が破損する可能性があり、（２）長期使用で電極が磨耗したり、傷つけたりして断線する可能性があり、さらに（３）極端に汚れが付着した場合測定不能となったり、（４）水に濡れると測定不能になる等の可能性があり、信頼性に欠けてしまう。このため、電極表面を被覆することが望まれていた。例えば一定の抵抗値を有するシートを電極上に配置して指を押し付け、皮膚表面の凹凸をシートの凹凸として検出する方法も考えられているが、この方法においても、シートの厚みを局限まで薄くしても分解能の低下が生じてしまう為、何等かの改善を要求されている。
【０００６】
この発明は前述した実情に鑑みてなされたものであり、指の長さ方向に対して直交方向に長い複数の線状電極を指の長さ方向に配列し指を押し付けたときの隣合う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用いる個人認証装置において、耐水性等の信頼性も高く且つ構成の簡略化及び製造コストの低減をはかり得る入力装置を有する個人認証装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、信号検出機構を調査した結果から、検出信号は指表面の汗口からの放散水分に依存することを見い出した。そこで、水分をはじき水蒸気のみを通過する多孔質膜を表面に配置することにより、被覆無しの状態に比べて得られる信号は同等でありながら、信頼性は飛躍的に向上させる個人認証装置が提供される。
【０００８】
この発明に係る個人認証装置は、基板上に配列された複数の線状電極と、水をはじき、前記複数の線状電極上に配置された水蒸気を透過する素材によって形成された多孔質膜と、認証対象者の指が前記線状電極の長手方向に対して略垂直な方向に沿って前記多孔質膜上に置かれた場合には、水蒸気の透過に基づいて前記線状電極間の抵抗変化を検出する検出手段とを具備することを特徴とする。
また、発明に係る他の個人認証装置は、基板上に配列された複数の線状電極と、
水をはじき、当該複数の線状電極の全てに実質的に接触して当該複数の線状電極上に載置された水蒸気を透過する素材によって形成された多孔質膜と、認証対象者の指が前記線状電極の長手方向に対して略垂直な方向に沿って前記多孔質膜上に置かれた場合には、水蒸気の透過に基づいて前記線状電極間の抵抗変化を検出する検出手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
この多孔質膜は、水滴等の水分をはじく一方、水蒸気を透過する材料で構成され、例えば、フッソ系樹脂、ポリカーボネート、または酢酸セルロースからなる有機材料を適用することができる。
【００１０】
画像信号を用いる代わりに指の長さ方向に対して直交方向に長い複数の線状電極を指の長さ方向に配列し指を押し付けたときの隣合う電極間の抵抗値を指の長さ方向に順位読み取り合成した信号を用いる個人認証装置において、電極露出状態で同様な測定を行った場合には水滴が付着したり指表面が汚れていたりあるいは環境の状態の変化にともなって指紋情報が変動して再現性があまり良くない。これに対し、前述した多孔質膜を使用する個人認証装置は、そのような状態変化に影響されることなく安定した信号を得ることができ信頼性が向上する。さらに、小型で薄型にも実装可能であるという利点はそのまま生かされるので、ＩＣカードへの応用も可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る個人認証装置の構成を示すブロック図である。この個人認証装置は、センサ部１００、照合計算部２００、及びホストコンピュータ３００とにより構成される。センサ部１００は、指紋を入力するための入力部１０１、及びこの入力部１０１の出力に基づいて指紋情報を生成する（特徴抽出を行う）抽出回路１０２とによりなる。照合計算部２００は、抽出回路１０２の出力に基づいてフィルタリング処理や照合計算などを行う。ホストコンピュータ３００は、照合計算部２００の出力に基づいてシステム制御や特徴登録などを行う。
【００１２】
図２は、前記図１に示される個人認証装置の入力部１０１を示す図であり、図３はこの入力部において、指紋凸部の汗口からの発汗により線状電極間に伝導経路が形成されることを説明する図を示す。
【００１３】
基板４の表面上には、複数の線状電極３が形成されている。電極材料としてはＣｕ薄膜，Ａｕ薄膜，Ｎｉメッキ薄膜，Ｐｔ薄膜，Ｐｄ薄膜を適用することができる。この電極材料としては、測定対象が比較的高抵抗であるために絶縁体以外であればどのような材料でもよく、例えばＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）等の酸化物膜でもよい。電極の形成方法に関しても特に制限はなく、メッキ・蒸着等通常の方法はいずれも適用できる。膜質及びエッジの状態についても特に制限はないが、平滑で均等な脱厚を有するのが望ましい。基板４の材料としてはガラエポ等のプリント基板材料や、セラミック板、あるいは絶縁被覆した金属薄板等を用いる。電極間隔は数十μｍ程度で、指紋ピッチ（約０．５ｍｍ）より細かいピッチとする。電極の数即ち電極アレイの長手方向の長さは、通常、指の先端から第二関節を完全に含む長さとする。
【００１４】
この電極３表面に多孔質膜２を配置する。多孔質膜の厚みは１００μｍ以下で、押圧で多孔質膜２が破損、変形しない強度を維持するものがよい。多孔質膜の材料としてはＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）等のフッソ樹脂、ポリカーボネート、酢酸セルロース等の有機材料があるが、無機材料でも良い。ただし、親水性の材料は不適である。孔を形成する方法は、被溶出物質を混入させて成膜後に溶出させる方法、ポリマー粗子を焼結する方法、放射線によりポリマーを損傷させてエッチングする方法等があり、いずれの方法で形成してもよい。すなわち、材料や孔の形状が異なっていても水蒸気のみを遅滞なく透過する特性を有していればこの実施の形態として適用することができる。又、半導体プロセスの光リソグラフィ手法により、電極３上に樹脂薄膜を塗布し、細孔をパターニングすることにより多孔質膜２を形成することもできる。
【００１５】
ここで、図６（ａ）〜（ｄ）に多孔質膜の構造の例を示す。図６（ａ），（ｂ）は、溶出や焼結により得られる構造で、図６（ｃ）は放射線照射によりエッチングして得られる構造である。また多孔質膜でなくても図６（ｄ）に示に示されるような繊維状膜でも適用することができる。また、膜と電極及び基板表面との密着度も特に要求はされないので、極端な場合電極表面に乗っているだけでも測定は可能である。逆に孔を塞がないように接着剤で強固に接着しても同様に測定は可能である。
【００１６】
次に、図３〜図５を参照してこの実施の形態の指紋情報の検出処理について説明する。尚、指紋情報の検出処理等、個人認証装置に関する詳細は、前記した特願平５−２０５９号，特願平５−２５６４０１号に記載されている。
【００１７】
前記図３に示されるように多孔質膜に指紋検出すべき指１を電極配列方向に対して直行方向に押し付ける。指の表面は、汗口の配列に従って皮膚が隆起して指紋を形成しており、汗口からは、常時汗が自然放散している。すなわち、指紋凸部からは常にＮａやＣｌを微量に含む水分の放散がある。従って、多孔質膜２に指を押し付けると、指紋凸部の汗口から放散された水分（発汗）は多孔質膜の孔を通り拡散し、指紋凸部直下の電極列に到達する。このとき水分が到達した電極間では、水分に存在するイオンにより電気抵抗が低下する。ゆえに、指紋の凸部に対応した部分のみがそれ以外の部分に比べて低抵抗の状態となる。例えば、図３に示されるように、指紋凸部の汗口５から放散された発汗６は、多孔質膜の孔を通り、線状電極３ａ，３ｂに到達する。これにより、線状電極３ａ，３ｂ間には、発汗により生じる伝導経路７が形成される。この際、水滴８等の指紋凸部の汗口から放散されない水分は、たとえ多孔質膜２に付着しても、多孔質膜２の孔を通過することができず、水滴８直下の線状電極３ｃ，ｄ，ｅには参照符号９に示されるように伝導経路が形成されることはない。
【００１８】
前述したような状態の時、隣接する電極間の抵抗値が指の長さ方向に順次読み取られる。この読み取り方法を図４を参照して説明する。ｉ＋１個の電極３に対して指を押し付けたとき、指紋の凸部の量に対応して放散水分が電極に到達する。これにより、指紋凸部直下の隣接する電極間では水分の比抵抗に凸部面積を乗じた抵抗値になる。このときの抵抗値をＲｎ  とする。隣接する２つの電極間に図示の如く基準抵抗Ｒｒｅｆ  と一定電圧源Ｖ０  をアナログスイッチを介して接続する。このとき基準抵抗の両端の電位差Ｖｉ  は次式で与えられる。
【００１９】
Ｖｉ    ＝  Ｒｒｅｆ  ・Ｖ０  ／（Ｒｒｅｆ  ＋Ｒｉ  ）
アナログスイッチを切り替えて、この電位差を指の長さ方向に順次読み取り、時系列にプロットすると図５に示されるようになり、指の長手方向への多値射影信号と等価なパターンを得ることができる。多チャンネルとなるので、アナログスイッチとしてアナログマルチプレクサＩＣを用いることにより回路を小型にすることができる。尚、図５に示されるポイントｔｎ  は、電極Ｐｎ  とＰｎ＋１  との間の電気抵抗Ｒｎ  を検出する時点である。
【００２０】
ここで、同一の指に対し、この実施の形態により測定された検出信号（指紋情報）の例を図７に、従来の電極に直接指を接触させる方法（裸電極）により測定された検出信号の例を図８に示す。測定において、適用された多孔質膜は、材質はポリカーボネート、平均孔径は０．５μｍ、孔密度は１×１０６  個／ｃｍ２  、厚さ１０μｍである。両図面から明らかなように、この実施の形態により、従来の方法で測定される検出信号とほぼ同等の検出信号が得られることが分かる。このような実験結果から、多孔質膜に形成する孔の形状は、孔径としては、指紋ピッチ（約０．５ｍｍ）以下の直径であり、例えば１ｍｍ以下の数十μｍであることが望ましく、孔密度としては、感度上より高いことが望ましいが、開孔率（面積）で５％〜５０％で、且つ、溌水性及び膜強度が保てることが望ましく、又、膜厚は、１００μｍ以下で、押圧で膜が破損、変形しない強度を維持できる厚さが望ましい。
【００２１】
次に、前記入力部１０１の第１変形例を図９に示す。多孔質膜２に指を置く位置を示すマークを付けたものである。センシング部である電極アレイの位置を明示するとともに、指を置く位置を限定することで再現性を高める効果がある。マークは単に指の方向を示す矢印等でも良い。
【００２２】
次に、前記入力部１０１の第２変形例を図１０に示す。同図に示されるように、線状電極３の大部分は多孔質膜２で被覆されているが残りの電極部分は水蒸気を透過しない膜１１で被覆した構造である。形成しやすいパターンで電極アレイを作製し、必要な部分以外を水蒸気を透過しない膜で被覆する作製プロセスの方が、電極アレイを必要な部分だけ形成する場合に比べて設計及び作製の自由度が大きく、コストの面や適用する機器への実装の点で有利になる。
【００２３】
また、この第２変形例の入力部１０１を適用した個人認証装置では、図１１に示されるように、水蒸気を透過しない膜１１の下に位置する電極間の抵抗値を基準としてこの値を測定信号から減ずることにより、よりノイズ等の影響を少なくすることができる。即ち、膜１１の下に位置する電極間の抵抗をＲ１１、水蒸気により形成された電極間の抵抗をＲ２  と仮定する。この時、図１１に示される差動増幅器の、マイナス入力端子に接続された抵抗Ｒ′には、Ｖ２  ＝Ｒ２  ・Ｖ０  ／（Ｒｒｅｆ  ＋Ｒ２  ）の電圧が、プラス入力端子に接続された抵抗Ｒ′には、Ｖ１１＝Ｒ１１・Ｖ０  ／（Ｒｒｅｆ  ＋Ｒ１１）の電圧が印加される。従って、差動増幅器の出力端子から、常に膜１１の下に位置する電極間の抵抗値が基準となる値
Ｖｏｕｔｐ  ＝  −Ｒ”（Ｖ２  −Ｖ１１）／Ｒ′
が得られる。
【００２４】
この例では差動増幅器を用いた回路を示しているが、この回路に限定されることなく、水蒸気を透過しない膜の下の電極間信号を基準として、多孔質膜下の電極から得られる測定信号を出力する回路であれば良い。
【００２５】
以上詳述したようにこの発明によれば、画像信号を用いる代わりに指の長さ方向に対して直交方向に長い複数の線状電極を指の長さ方向に配列し指を押し付けたときの隣合う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用いる個人認証装置において、電極露出状態で同様な測定を行った場合には水滴が付着したり指表面が汚れていた例あるいは環境の状態の変化にともなって指紋情報が変動して再現性があまり良くないのに対して、本発明の多孔質膜を使用する構造においては、そのような状態変化に影響されることなく安定した信号を得ることができ信頼性が向上する。さらに、小型で薄型にも実装可能であるという利点はそのまま生かされるので、ＩＣカードへの応用も可能となる。
【００２６】
尚、多孔質膜の細孔に、蒸着等により金属等の導体を充填することにより、長期使用による多孔質膜の磨耗を低減できる。充填する金属には、Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ等を使用することができる。
【００２７】
又、多孔質膜の材料樹脂に抗菌材を混入することにより、ユーザに対して安全性及びサービス性の良い個人認証装置を提供することができる。混入する抗菌材としては、無機系では、ゼオライト，シリカ，アルミナ等の担体にＡｇ，Ｃｕ，Ｚｎ等を担持させたもので、例えば抗菌性ゼオライトを適用することができる。有機系では、ＴＢＺ：２−（４−チアゾリル）−ベンズイミダゾール、ＯＢＰＡ：１０，１０′−オキシビスフェノキサアルシン、Ａ３：Ｎ−（フルオロジクロロメチルチオ）−フタルイミド、Ｍ８：２−ｎ−オクチル−４−イソチアゾル−３−オン、ＺＰＴ：ビス（２−ピリジルチオ−１−オキシド）亜鉛、Ｓ−１００：２，３，５，６−テトラクロロ−４−（メチルスルフォニル）−ピリジン等を適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、画像信号を用いる代わりに指の長さ方向に対して直交方向に長い複数の線状電極を指の長さ方向に配列し指を押し付けたときの隣合う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用いる個人認証装置において、多孔質膜を使用することにより、状態変化に影響されることなく安定した信号を得ることができ信頼性が向上する。更に、小型で薄型にも実装可能であるという利点はそのまま生かされるので、ＩＣカードへの応用も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る個人認証装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】この発明の実施の形態の個人認証装置における入力部を示す側断面図。
【図３】この発明の実施の形態の個人認証装置における入力部において、指紋凸部の汗口からの発汗により伝導経路が生じることを説明する図。
【図４】この発明の実施の形態の個人認証装置の測定原理を示す図。
【図５】この発明の実施の形態の個人認証装置の測定原理に従った、指紋情報の測定を説明する図。
【図６】この発明の実施の形態に適用される多孔質膜の形状例を示す図。
【図７】この発明の実施の形態において得られる指紋情報を示すグラフ。
【図８】この発明の実施の形態において得られる指紋情報と比較するため、従来の個人認証装置により得られる指紋情報を示す図。
【図９】この発明の実施の形態の個人認証装置における入力部の第１変形例を示す図。
【図１０】この発明の実施の形態の個人認証装置における入力部の第２変形例を示す図。
【図１１】入力部の第２変形例を適用した個人認証装置における指紋情報の測定を説明する図。
【符号の説明】
１…指、２…多孔質膜、３…線状電極、４…基板、５…汗孔、６…発汗、７…伝導経路、８…水滴、１００…センサ部、１０１…入力部、１０２…抽出回路、２００…照合計算部、３００…ホストコンピュータ。
【図１】
0003550237.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003550237.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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