(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚の接触により生じる電気特性の変化に対応して、一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において、前記認証パターン入力部は、複数の線状電極がその長手方向と垂直な方向に一次元的に配列されてなり、皮膚が接触するところの表面形状センサと、この表面形状センサに設けられ、アナログスイッチの切り換えにより、各隣接する二つの線状電極を前記線状電極の配列方向に沿って順次電気的に接続するアナログスイッチ手段と、前記アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的に前記アナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、前記アナログスイッチ手段の出力を検出する検出手段とからなることを特徴とする個体認証装置。
【請求項２】
皮膚の接触により生じる電気特性の変化に対応して、一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において、前記認証パターン入力部は、複数の電極が２次元的に配列されてなり、皮膚が接触するところの表面形状センサと、この表面形状センサに設けられ、アナログスイッチの切り換えにより、隣接する二つの電極を順次電気的に接続するアナログスイッチ手段と、前記アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的に前記アナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、前記アナログスイッチ手段の出力を検出する検出手段とからなることを特徴とする個体認証装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、人や動物等の皮膚の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た個人認証装置への関心が高まっている。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、光学的に指紋を二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二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】
これに対して、指全体の画像信号から指の長手方向への一次元の多値射影信号（指紋情報）を構成し、この一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：ＰＲＵ８９−５０）。
【０００５】
この方法によれば、一次元の多値射影信号を用いているため、二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、且つ処理アルゴリズムを簡素化できる。
【０００６】
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。また、この方法では、指紋凸部、すなわち、指隆線の途切れ等の影響も少ないといわれている。
【０００７】
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二次元画像信号をいったん検出し、この二次元画像信号から一次元の多値射影信号を求めることになる。
【０００８】
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。
【０００９】
更に、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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、指全体の画像信号から指の長手方向への一次元の多値射影信号を構成し、この多値射影信号を指の特徴量として取り出し、個人認証用の信号として用いる方式の指紋入力部にあっては、指全体の指紋画像信号を得るために多くの情報が必要となったり、指紋画像信号から多値射影信号を求めるための信号処理に複雑なアルゴリズムが必要となるため、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。
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、信号処理全体に費やす時間を低減できる個体認証装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の個体認証装置（請求項１）は、皮膚の接触により生じる電気特性の変化に対応して、一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、前記認証パターン入力部が、複数の線状電極がその長手方向と垂直な方向に一次元的に配列されてなり、皮膚が接触するところの表面形状センサと、この表面形状センサに設けられ、アナログスイッチの切り換えにより、各隣接する二つの線状電極を前記線状電極の配列方向に沿って順次電気的に接続するアナログスイッチ手段と、前記アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的に前記アナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、前記アナログスイッチ手段の出力を検出する検出手段とからなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の個体認証装置（請求項２）は、皮膚の接触により生じる電気特性の変化に対応して、一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において、前記認証パターン入力部は、複数の電極が２次元的に配列されてなり、皮膚が接触するところの表面形状センサと、この表面形状センサに設けられ、アナログスイッチの切り換えにより、隣接する二つの電極を順次電気的に接続するアナログスイッチ手段と、前記アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的に前記アナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、前記アナログスイッチ手段の出力を検出する検出手段とからなることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明の個体認証装置（請求項１〜請求項２）によれば、人や動物等の皮膚の接触によって生じる一次元の電気信号分布から表面の形状を検出しているので、従来のように二次元の画像信号から一次元の表面形状情報を得る場合に比べて、少ない情報量、簡単なアルゴリズムで表面形状情報を生成できる。したがって、信号処理全体に費やす時間の短縮や装置の小型化が図れる。
【００１５】
更に、本発明の個体認証装置（請求項１）によれば、アナログスイッチ手段の出力を単に検出するのではなく、アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的にアナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、アナログスイッチ手段の出力を検出しているので、スイッチングノイズに起因する照合精度の低下を防止できるようになる。
【００１７】
更に、本発明の個体認証装置（請求項２）によれば、アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的にアナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、アナログスイッチ手段の出力を検出しているので、表面形状センサの電極を二次元的に配列することにより電極数が多くなっても、この電極数の増加に伴うスイッチングノイズの増加を効果的に防止でき、これにより、スイッチングノイズに起因する照合精度の低下を防止でき、もって電極を二次元的に配列することによる効果を十分に発揮できるようになる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る個体認証装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
本実施例の個体認証装置は、大きく分けて、指紋を入力するための指紋入力部３１（認証パターン入力部）と、この指紋入力部３１の出力に基づいて射影抽出（指紋情報）を求める指紋情報計算部３２と、この指紋情報計算部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なう信号処理部３３と、この信号処理部の出力に基づいてシステム制御や特徴登録を行なうホスト計算機とで構成されている。ここでは、指紋情報計算部３２、信号処理部３３およびホスト計算機３４が個体認証部となる。
【００２０】
図２は、指紋情報入力部の具体的な構成を示す模式図である。また、図３は、図２の指紋情報入力部の等価回路図である。
この指紋情報入力部は、表面形状センサ４と、アナログスイッチ回路５と、サンプルホールド回路６と、バンドパスフィルタ７とから構成されている。
【００２１】
表面形状センサ４は、大きく分けて、基板３と、この基板３の表面に一次元のアレイ状に設けられた複数の線状接触子電極２（線状電極）とからなる。これら線状接触子電極２はアナログスイッチ回路５に接続され、これにより、隣合う線状接触子電極２の間の指標面の抵抗を指１の長手方向に順次検出できるようになっている。
【００２２】
基板３の材料としては、例えば、ガラエポ等のプリント基板材料、セラミック板、あるいは絶縁被覆した金属薄板などを用いる。また、線状接触子電極２の材料としては、例えば、Ｃｕ薄膜、Ａｕ薄膜、Ｎｉメッキ薄膜、Ｐｔ薄膜，あるいはＰｄ薄膜等、人体や動物の皮膚から出る汗等の体液に侵されない導電性材料であることが望ましい。
【００２３】
線状接触子電極２の間隔は１／１０ｍｍ程度とする。また、線状接触子電極２の数、つまり、電極アレイの長手方向の長さは、通常、指１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。
【００２４】
このように構成された表面形状センサによれば、複数の線状接触子電極２からなる電極アレイに、指紋検出するべき指１が押し付けられると、隣接する線状接触子電極２で接触する指紋の凸部の量に応じて線状接触子電極２間の抵抗９が変化する。
【００２５】
隣接する二つの線状接触子電極２の間に、図３に示す如く、基準抵抗１２と定電圧源１１とをアナログスイッチ回路５を介して接続すると、隣接する２つの線状接触子電極２の電位差Ｖｉ  は次式で与えられる。
【００２６】
Ｖｉ  ＝Ｒｒｅｆ  ・Ｖｏ  ／（Ｒｒｅｆ  ＋Ｒｉ  ）
ここで、Ｒｒｅｆ  は基準抵抗１２の抵抗値、Ｖｏ  は定電圧源１１の電圧値を示している。
【００２７】
アナログスイッチ回路５のアナログスイッチ１０をクロックパルスに従って順次切り替えて、この電位差Ｖｉ  を指の長手方向に順次読み取り、この電位差Ｖｉ  から算出された抵抗値を時系列にプロットすることにより、指の長手方向への多値射影信号と等価な抵抗値で表現された指紋情報を得ることができる。
【００２８】
このように本実施例では、電極アレイに指を押し付けたときの隣合う線状接触子電極２間の指紋面の抵抗９を指の長さ方向に順次読取り合成して指紋情報を得ている。
【００２９】
すなわち、従来のように、指全体の二次元の画像信号を形成し、その信号処理により指の長手方向への一次元の指紋情報（多値射影信号）を構成するのでなく、一次元の抵抗値信号から一次元の指紋情報を構成している。
【００３０】
このため、指全体の画像信号を形成する必要がなくなるので、少ない情報量、簡単なアルゴリズムで指紋情報を生成でき、信号処理全体に費やす時間の短縮化が図れる。また、構造や周辺回路を簡素化できるため、装置の小型化や軽量化や低コスト化装置の小型化が図れる。更に、小型で薄型にも実装可能であるため、ＩＣカードへの応用も可能である。
【００３１】
更に、本実施例では、アナログスイッチ回路５の出力を直接指紋情報計算部３２に入力するのではなく、サンプルホールド回路６、バンドパスフィルタ７を介して指紋情報計算部３２に入力しているので、ノイズによる照合精度の低下を防止できるようになる。以下、これについてより詳細に説明する。
【００３２】
一般に、アナログスイッチ回路の場合、それに接続される回路のＣＲ成分によって、スイッチングの際にノイズが発生する。特に、個体認証装置の場合、ＣＲ成分のＲ成分が皮膚抵抗によるものであるので、Ｒ成分は通常の回路に比べて大きいものとなる。したがって、スイッチングの際に発生するＣＲ成分に起因するノイズは大きく、このノイズが照合精度に与える悪影響は無視できないものとなる。
【００３３】
そこで、本実施例では、スイッチングノイズが発生する瞬間の電位差Ｖｉ  、つまり、スイッチングノイズの重畳した電位差Ｖｉ  を検出するのを避けるようにしている。換言すれば、スイッチングノイズの悪影響を無視できる時点の電位差Ｖｉ  を検出するようにしている。
【００３４】
例えば、電極アレイに指表面を押し付けられた状態において、図４に示すように、クロックパルスの立ち下がる時刻Ｔ１で、隣接する二つの線状接触子電極間に電流が流れるようにスイッチを閉じると、その瞬間にスイッチングノイズが発生する。この時点では、上記２つの線状接触子電極間の電位差Ｖｉ  は検出しない。
【００３５】
そして、クロックパルスの立ち上がる時刻Ｔ２で、上記２つの線状接触子電極間の電位差Ｖｉ  を検出する。このようなタイミングで２つの線状接触子電極間の電位差Ｖｉ  を検出すれば、スイッチングノイズが重畳した電位差Ｖｉ  を検出してしまうことを防止できる。
【００３６】
なお、クロックパルスの周波数は、指表面の抵抗等を考慮し、Ｔ２−Ｔ１（ΔＴ）がスイッチングノイズが十分に小さくなるまでの時間よりも小さくならいように選ぶ。
【００３７】
以上述べたことを実現するために、本実施例では、アナログスイッチ回路５の出力を上記の如きにクロックパルスと同期したサンプルホールド回路６に入力している。このようなサンプルホールド回路６を用いれば、図４の時刻Ｔ２におけるスイッチングノイズが重畳していない電位差Ｖｉ  をサンプル（検出）できるようになる。
【００３８】
サンプルホールド回路６の具体的な構成としては、例えば、図３に示すようなものがある。このサンプルホールド回路６は入力バッファ１３と出力バッファ１５とからなるフィードバックタイプのものであり、サンプリングはサンプルスイッチ１８がクロックパルスに従って所定のタイミングで閉じられることにより行なわれ、そして、ホールドは入力バッファ１３の出力がキャパシタ１７に電位差Ｖｉ  に対応した電荷が蓄積されることにより行なわれる。なお、参照符号１４、１７は時定数等を調整するための抵抗である。
【００３９】
サンプルホールド回路６の出力はバンドパスフィルタ７を介して指紋情報計算部３２に入力される。このバンドパスフィルタ７は指の太さの違いに起因する低周波ノイズや余分な高周波成分を除去するためのものである。
【００４０】
以上述べたように本実施例によれば、皮膚の接触により生じる線状接触子電極間の抵抗変化に対応した一次元の電圧信号分布から表面の形状を検出しているので、従来のように二次元の画像信号から一次元の表面形状情報を得る場合に比べて、少ない情報量、簡単なアルゴリズムで表面形状情報を生成できる。したがって、信号処理全体に費やす時間の短縮や装置の小型化が図れる。
【００４１】
更に、本実施例によれば、アナログスイッチ回路５の出力を単に検出するのではなく、アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的にアナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、アナログスイッチ回路の出力を検出しているので、スイッチングノイズに起因する照合精度の低下を防止できるようになる。
【００４２】
図５は、本発明の第２の実施例に係る個体認証装置の表面形状センサの斜視図である。また、図６は、同表面形状センサに指を接触したときの状態を示す模式図である。図６（ａ）は、指の正面（爪）から見た模式図であり、図６（ｂ）は、指の側面から見た模式図である。
【００４３】
図中、２３は基板を示しており、この基板２３の表面には複数の微小電極２２が等間隔で二次元（マトリクス状）に配列されている。これら微小電極２２の両側には２層構造のボンディングパッド２４が設けられている。微小電極２２とボンディングパッド２４とは引出し配線（不図示）によって接続されている。
【００４４】
引出し配線２５ｕは、図７に示すように、微小電極２２間に等間隔に１１本形成されている。これら引出し線２５ｕの下部には、図８に示すように、絶縁層２６を介して同様な同パターンの引出し線２５ｄが形成されている。上層の１１本の引出し配線２５ｕはそれぞれ左から１〜１１番目の微小電極２２に接続され、下層の１０本の引出し配線２５ｄはそれぞれ左から１２〜２１番目の微小電極２２に接続されている。このような２層構造の配線パターンは右側にも形成されている。このような構造を採用することにより、微小電極２２間の距離が大きくなることによる精度の低下を防止できるようになる。
【００４５】
次に本実施例の表面形状センサの形成方法について図８を参照しながら説明する。
基板２３としてシリコン基板を用い、この基板２３の表面に、第１の絶縁層としての厚さ約１μｍのＳｉＯ２  膜２７をスパッタ法により形成する。次にＳｉＯ２  膜２７上に下層の引出し配線２５ｄとなる厚さ約１００ｎｍのＡｕ膜をスパッタ法により形成した後、上記Ａｕ膜上にフォトレジストを塗布する。
【００４６】
次にガラスマスクを用いて上記フォトレジストを露光してマスクパターンを形成した後、このマスクパターンをマスクとして上記Ａｕ膜をウエットエッチングすることにより、幅約２０μｍ、配線間距離約２０μｍのパターンの下層の引出し配線２５ｄを形成する。
【００４７】
次に全面に第２の絶縁層としての厚さ約１μｍのＳｉＯ２  膜２６をスパッタ法により形成した後、下層の引出し配線２５ｄと同様な方法により上層の引出し配線２５ｕを形成する。このような方法により、１１本の電極引出し線を上下に各々形成し、左右合わせて合計４４個の微小電極の引出し線を形成する。
【００４８】
次に全面に第３の絶縁層としての厚さ約１μｍのＳｉＯ２  膜２８を形成した後、フォトリソグラフィにより微小電極となる領域のＳｉＯ２  膜２６，２８をエッチング除去する。
【００４９】
なお、第１の絶縁層であるＳｉＯ２  膜２７がエッチングされ、基板表面が露出するのを防止するには、第１の絶縁層としてはＳｉＯ２  膜を使わず、ＳｉＯ２  よりもエッチングされ難い物質からなる絶縁膜を用いると良い。
【００５０】
次に全面に微小電極２２となるＡｕ膜をスパッタ法により形成した後、Ａｕ膜の全面をエッチングすることにより、上記ＳｉＯ２  膜２６，２８の除去部にＡｕ膜を選択的に残置して微小電極２２を形成する。ここで、微小電極２２のサイズは１００μｍ×１００μｍとし、また、微小電極２２間の距離は約４２０μｍとし、指紋間隔より狭い間隔に形成する。また、複数の微小電極２２からなる電極アレイの幅、長さはそれぞれ約２１ｍｍ、約６０ｍｍとした。
【００５１】
なお、基板としては各種セラミック基板を用いても良く、また、絶縁層としては他の絶縁性を有する酸化物を用いても良く、また、電極材料としては白金等の他の貴金属や、貴金属以外の金属を用いても良い。
【００５２】
本実施例によれば、以下のようにして指紋情報が得られる。
図９は、電極アレイに指が接触したときの状態を示す模式図である。図９において、Ｘ−Ｙ座標のＸ軸を指の長さ方向、Ｙ軸を指の幅方向に取っており、各微小電極をＸ−Ｙ座標を用いてＥ（ｘ，ｙ）で表記する。また、各微小電極２２間の電圧をＶ（ｘ，ｙ・ｙ＋１）で表記する。例えば、Ｖ（１，１・２）は、Ｅ（１，１）とＥ（１，２）との間の電圧を表している。
【００５３】
各微小電極２２間に一定電圧を印加した状態で電極アレイに指が接触すると、皮膚の抵抗により各微小電極２２間に抵抗変化が生じる。このとき、まず、Ｖ（１，１・２）、Ｖ（１，２・３）、…、Ｖ（１，ｎ−１・ｎ）の電圧を順次検出する。すなわち、第１列（最も左側の列）の各微小電極２２間の電圧をＹ軸方向に順次検出し、その結果を第１列の指紋データとする。この後、同様にして第２列、第３列、…、第ｍ列（最終列）の指紋データを順次採集し、第１列〜第ｍ列の指紋データを指紋情報とする。この場合、指紋情報は指の幅方向についてのものとなる。
【００５４】
図１０に、このようして得られた指紋データからなる指紋情報を示す。指紋の違いにより各微小電極間の抵抗値が異なるので、微小電極間の電圧のパターンを指紋情報として用いることができる。
【００５５】
なお、第１行の各微小電極間の電圧をＸ軸方向に順次検出し、第１行〜第ｎ行（最終行）の指紋データを指紋情報としても良い。この場合、指紋情報は指の長さ方向のものとなる。
【００５６】
また、照合に必要な指紋情報としては、指の幅方向の指紋情報または指の長さ方向の指紋情報の一方だけでも良いが、精度向上の観点からは上記２種類の指紋情報を用いることが望ましい。また、指紋データの採取方向はＸ軸、Ｙ軸方向に限定されるものではなく、対角線方向に指紋データを採取しても良い。
【００５７】
本実施例によれば、二次元的に配列された微小電極からなる電極アレイを用いているので、先の実施例のように一次元的に電極を配列した場合に比べて、情報量の多い指紋情報が得られ、より精度の高い照合を行なえるようになる。
【００５８】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。例えば、第１の記実施例と第２の実施例とを組合わせても良い。
この場合、アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズが実質的にアナログスイッチ手段の出力に重畳しなくなった時点で、アナログスイッチ手段の出力を検出しているので、表面形状センサの電極を二次元的に配列することにより電極数が多くなっても、この電極数の増加に伴うスイッチングノイズの増加を効果的に防止できる。
【００５９】
したがって、スイッチングノイズに起因する照合精度の低下を防止でき、もって電極を二次元的に配列することによる効果を十分に発揮できるようになる。すなわち、更に精度の高い照合が可能となる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明（請求項１〜請求項３）によれば、皮膚の接触によって生じる一次元の電気信号分布から表面の形状を検出しているので、信号処理全体に費やす時間の短縮や装置の小型化が図れる。
【００６１】
更に、本発明（請求項１）によれば、アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズを悪影響を無くすことができるので、スイッチングノイズに起因する照合精度の低下を防止できるようになる。
【００６３】
更に、本発明（請求項２）によれば、アナログスイッチの切り換えの際に生じたスイッチングノイズを悪影響を無くすことができるので、表面形状センサの電極を二次元的に配列することによる電極数の増加に伴うスイッチングノイズの増加を防止でき、もって電極を二次元的に配列することによる効果を十分に発揮できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る個体認証装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の個体認証装置の指紋情報入力部の具体的な構成を示す模式図
【図３】図２の指紋情報入力部の等価回路図
【図４】スイッチングノイズの除去方法を説明するための図
【図５】本発明の第２の実施例に係る個体認証装置の表面形状センサの斜視図
【図６】図５の表面形状センサに指表面を接触したときの状態を示す模式図
【図７】表面形状センサのパターンを示す平面図
【図８】図７の表面形状センサのＡ−Ａ´断面図
【図９】微小電極アレイに指が接触した状態を示す模式図
【図１０】指紋情報を示す図
【符号の説明】
１…指、２…線状接触子電極（線状電極）、３…基板、４…表面形状センサ、５…アナログスイッチ回路（アナログスイッチング手段）、６…サンプルホールド回路（検出手段）、７…バンドパスフィルタ
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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