(57)【要約】レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップとして指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーの照射部位からずれた領域をイメージセンサの観察領域として、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させることからなる個人認証方法と、そのために用いる個人認証装置。指腹のレーザースペックルに基づく指紋パターン等を利用して個人認証を行う方法と装置に関し、指紋パターン等の抽出を精度良く行うための改良技術が提供される。
2009122931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーの照射部位からずれた領域をイメージセンサの観察領域として、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項２】
レーザー光束を線状のスポットとし、イメージセンサとしてラインセンサを用い、該ラインセンサの観察領域と前記線状のスポットとが平行になるように設定することを特徴とする請求項１記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項３】
指腹の中央部分にレーザーを照射し、指腹の指先側にイメージセンサの観察領域を設定することを特徴とする請求項１記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項４】
指腹の指先部分にレーザーを照射し、指腹の中央部分にイメージセンサの観察領域を設定することを特徴とする請求項１記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項５】
イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能を付加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項６】
レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、前記照射手段と前記受光手段とが、レーザーの照射部位とイメージセンサによる反射光の観測領域がずれるように配置されていることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置。
【請求項７】
イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする請求項６記載の皮下血流測定を利用した個人認証装置。
【請求項８】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を求め、得られた値を予め定められた基準と比較・判定することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーの照射部位からずれた領域をイメージセンサの観察領域として、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項９】
レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を算出し、得られた値を予め定められた基準と比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、前記照射手段と前記受光手段とが、レーザーの照射部位とイメージセンサによる反射光の観測領域がずれるように配置されていることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置。
【請求項１０】
イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする請求項９記載の皮下血流測定を利用した個人認証装置。
【請求項１１】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、これらの操作の前後又は進行途中の時間帯を利用して、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能を付加したことを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項１２】
レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置。
【請求項１３】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップとして指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーを、多数の横長のスリットを有する遮蔽板を通過させることによって、指腹上に格子状のレーザースポットを投影し、該スポットとセンサの走査線の方向を合わせておき、該スポット上のデータを解析し指腹の表層部の血流マップとその経時変化を検出するか、又は該スポットとスポットの間のデータを解析し指腹の内層部の血流マップとその経時変化を検出することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項１４】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップとして指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を求め、得られた値を予め定められた基準と比較・判定することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーを、多数の横長のスリットを有する遮蔽板を通過させることによって、指腹上に格子状のレーザースポットを投影し、該スポットとセンサの走査線の方向を合わせておき、該スポット上のデータを解析し指腹の表層部の血流マップとその経時変化を検出するか、又は該スポットとスポットの間のデータを解析し指腹の内層部の血流マップとその経時変化を検出することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、皮下血流を測定することを特徴とする個人認証方法とそれに用いる装置に関する。特に、指腹の血流マップから指紋に相当するパターン等を抽出し、本人認証を行う方法とそれに用いる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
指紋による本人認証は古くからある目視による方法に代わって、レーザー等を用い、パターンを画像としてコンピュータに入力して解析する様々なシステムが今日まで開発されてきた。指紋を検出するセンサ部分も多数の手法が提案され、山と谷の散乱角の違いと全反射条件を組み合わせて、指紋パターンを直接イメージセンサに取り込む光学的方法や、接触面の電荷分布の差を検出する半導体センサを利用して、パターンを抽出する方法も実用化されている。また指先や手のひらの静脈パターンを、近赤外光を利用して抽出して個人認証する方法も提案され、製品化も進んでいる（例えば、特許文献１〜３参照）。指紋パターンは静脈パターンより形状が複雑であるため、より確度の高い個人認証システムを構成できる可能性があるが、指紋をシリコンなどの材料の型に取るなど、指腹と同じ形状を偽造すれば、誤認証される危険がある。【０００３】
一方、レーザーを生体に向けて照射すると、反射散乱光の強度分布は、血球などの移動散乱粒子によって動的なレーザースペックル（ランダムな斑点模様）を形成し、このパターンを、結像面においてイメージセンサで検出し、各画素における模様の時間変化を定量化し、マップ状に表示することで、生体表面近傍の毛細血管の血流分布を画像化できることが知られている。そして、かかる現象を利用して、皮膚の下や眼底の血流マップを測定する技術や装置は、本発明者らによっていくつか提案されている（例えば、特許文献４〜９参照）。【０００４】
そして、本発明者は、上記文献で示された血流マップを、指紋パターンと結びつけて個人認証に用いるという発明を完成し、既に提案したところである（特許文献１０と１１参照）。
これらの特許文献では、レーザー血流画像化法によって指先の血流を画像化したときに、指紋の谷の部分の血流が山の部分よりも早いため血流マップ内に指紋パターンが現れることを利用して、生きたままの本人の指であることを認証している（特許文献１０）。また、近赤外レーザー光を用いることで、指内部の血流分布を検出し、本人認証と他人排除の精度を上げる方法や、あるいは、指先の血流が心拍に同期して変動するので、その波形を解析して生きた指か模擬指かを判定する方法も提案されている（特許文献１１）。【０００５】
しかしこれらの方法をもってしても、例えば、非常に薄いシリコン膜に指紋の凹凸を模ったものを指の表面に貼り付けると、背後にある指の血流をセンサが拾ってしまい、生きていると判断してしまうという問題点がある。また、室温が下がる冬場においては、指先が冷たくなり、表面の血流が低下して拍動成分を検出できなくなり、模擬指と判断してしまう点も問題である。本発明者の知る限り、これらの弱点を克服する方法や装置は、まだ提案されていないのが現状である。【０００６】
【特許文献１】特開平５−７３６６６号公報
【特許文献２】特開平８−１６７５２号公報
【特許文献３】特開２００３−３３１２６８号公報
【特許文献４】特公平５−２８１３３号公報
【特許文献５】特公平５−２８１３４号公報
【特許文献６】特開平４−２４２６２８号公報
【特許文献７】特開平８−１１２２６２号公報
【特許文献８】特開２００３−１６４４３１号公報
【特許文献９】特開２００３−１８０６４１号公報
【特許文献１０】国際公開第０５／１２２８９６号パンフレット
【特許文献１１】国際公開第０７／０９７１２９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
指腹のレーザースペックルに基づく指紋パターン等を利用した個人認証方法・装置では、指紋の型を取り、シリコンなどの材料で指紋に似せた凹凸を設けたシートを作り、指先に貼るなどの模擬指により、生体指紋であると偽認証される危険性がある。また、室温が下がる冬場においては、指先が冷たくなり、表面の血流が低下して拍動成分を検出できなくなり、模擬指と判断してしまうという問題もある。本発明は、これらの問題点を解決した確度の高い個人認証方法と認証装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
生きた指であることを認識するためには、心拍に同期した血流変動があることを精度良く検出する必要がある。本発明者は、そのためには皮膚表層部よりも、内部の血流変化にウエイトをかけた血流測定をすれば良いことを知見し、これを実現するために、以下の技術的事項を創出したものである。（１）レーザー照射部位とイメージセンサーが観察する領域をずらせば、表層よりも内部を通過してから検出される光信号成分が増えること。（２）指腹部にレーザーを照射し、指先側にイメージセンサを設置するか、その逆に設置するかのいずれかの方法により、指の内部を十分長い距離、レーザーを通過させれば、内部の血流変動を精度良く捉えられること。（３）指表面に、散乱性が高く且つ血流の無い膜を貼り付けると、レーザー散乱波が干渉してイメージセンサ上に形成する模様には固定パターンが重畳し、各画素間の分散値が増える。そして、画素間の分散値の差を利用して、模擬指かどうかを判断できること。【０００９】
前記本発明の課題は、前記本発明者の技術的知見に基づき、請求の範囲の請求項１〜１４に記載された下記の本発明によって達成される。【００１０】
本発明のうち請求項１に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーの照射部位からずれた領域をイメージセンサの観察領域として、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００１１】
請求項２に記載された発明は、レーザー光束を線状のスポットとし、イメージセンサとしてラインセンサを用い、該ラインセンサの観察領域と前記線状のスポットとが平行になるように設定することを特徴とする請求項１記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００１２】
請求項３に記載された発明は、指腹の中央部分にレーザーを照射し、指腹の指先側にイメージセンサの観察領域を設定することを特徴とする請求項１記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００１３】
請求項４に記載された発明は、指腹の指先部分にレーザーを照射し、指腹の中央部分にイメージセンサの観察領域を設定することを特徴とする請求項１記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００１４】
請求項５に記載された発明は、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能を付加したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００１５】
請求項６に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、前記照射手段と前記受光手段とが、レーザーの照射部位とイメージセンサによる反射光の観測領域がずれるように配置されていることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００１６】
請求項７に記載された発明は、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする請求項６記載の皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００１７】
請求項８に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を求め、得られた値を予め定められた基準と比較・判定することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーの照射部位からずれた領域をイメージセンサの観察領域として、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００１８】
請求項９に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を算出し、得られた値を予め定められた基準と比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、前記照射手段と前記受光手段とが、レーザーの照射部位とイメージセンサによる反射光の観測領域がずれるように配置されていることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００１９】
請求項１０に記載された発明は、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする請求項９記載の皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００２０】
請求項１１に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、これらの操作の前後又は進行途中の時間帯を利用して、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能を付加したことを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００２１】
請求項１２に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００２２】
請求項１３に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップとして指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーを、多数の横長のスリットを有する遮蔽板を通過させることによって、指腹上に格子状のレーザースポットを投影し、該スポットとセンサの走査線の方向を合わせておき、該スポット上のデータを解析し指腹の表層部の血流マップとその経時変化を検出するか、又は該スポットとスポットの間のデータを解析し指腹の内層部の血流マップとその経時変化を検出することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法である。【００２３】
請求項１４に記載された発明は、レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップとして指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を求め、得られた値を予め定められた基準と比較・判定することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーを、多数の横長のスリットを有する遮蔽板を通過させることによって、指腹上に格子状のレーザースポットを投影し、該スポットとセンサの走査線の方向を合わせておき、該スポット上のデータを解析し指腹の表層部の血流マップとその経時変化を検出するか、又は該スポットとスポットの間のデータを解析し指腹の内層部の血流マップとその経時変化を検出することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法である。
【発明の効果】
【００２４】
指腹のレーザースペックルに基づく指紋パターン等を利用した個人認証技術は、生体固有の血流情報を用いて指紋のパターンを描くものであり、また、そのパターンは心拍に同期して時間的に変動することを利用したものであり、このように２次元パターンと時間軸を組み合わせたモデルは、偽造が非常に難しい。しかしそれでも、シリコン樹脂などで指紋の凹凸を模った模擬指や、これを薄いシート状にして指に貼り付けたものを、本物の指と誤認識する欠点があった。本発明の方法・装置によれば、指内部の血流情報をより的確に取り出すことができ、更に、寒冷地などで寒さのため血流が低い場合にも、内部の血流信号を確実に拾うことができるので、模擬指と標準的な人の指との間に明確な区別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のレーザースペックルに基づく個人認証技術の概念図を示す。
【図２】本発明のレーザースペックルに基づく個人認証技術の概念図を示す。
【図３】本発明におけるレーザーの照射スポットと、イメージセンサの観測位置の関係の一例を示す図である。
【図４】本発明におけるレーザーの照射スポットと、イメージセンサの観測位置の関係の他の例を示す図である。
【図５】指の皮下の血管層と角質層から得られるラインセンサの信号を示す図である。
【図６】本発明の他の態様である、指腹上に格子状のレーザースポットを投影させる場合の例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
生体情報の中でも血流から得られる情報は、本人が生きた状態でセンサを操作しなければ認証できないという特徴がある。指腹のレーザースペックルに基づく指紋パターン等を利用した個人認証技術は、レーザー散乱を利用した血流測定技術により、指紋の凹凸によって空間的に変調された皮下血流を測定するものであるが、皮下血流を測定するために、先ず、レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にスペックルパターンとして結像する。そして、スペックルをイメージセンサを用いて連続的に走査し、各画素における受光量の時間変化の速さを表す量、例えば、平均時間変化率、あるいはイメージセンサの露光時間にしたがって積分された受光量の変動度の逆数を算出し、得られた数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを得る。次に、血流マップとして現れた指紋パターン等を、予め登録されている個人データと比較・判定する。そして、他の態様においては、以上の工程に付加して、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を求め、予め定められた基準と比較・判定する工程も加えられる。これらには、必要に応じ、得られた血流マップあるいは指紋パターンを表示する工程、あるいは表示する手段を組み入れることもできる。【００２７】
本発明は、上記の指腹のレーザースペックルに基づく指紋パターン等を利用した個人認証技術を、更に改良したものであって、レーザーの照射部位からずれた領域をイメージセンサによる反射光の観察領域として、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させることを特徴とする個人認証方法又はそれに用いる装置である。【００２８】
図１には、従来の、指の血流測定によるレーザースペックルに基づく指紋パターン等を利用した、個人認証技術の概念図を示した。１は半導体レーザーなどの小型のレーザー光源、２は光学系、３は指腹、４はレーザースポット（照射スポット）又は観察領域、５は結像光学系、６はイメージセンサ若しくはＣＣＤカメラ、７は解析用パーソナルコンピュータ、８はディスプレイを示す。【００２９】
図１に示したように、半導体レーザーなどの小型のレーザー光源１から出た光を、光学系２を通して拡げ、指腹３の広い面積（照射スポット４）に照射する。この照射スポットを、結像光学系５を通してイメージセンサ若しくはＣＣＤカメラ６などの受光面に結像する。イメージセンサ若しくはＣＣＤカメラから得られる映像信号を、Ａ／Ｄ変換して解析用パーソナルコンピュータ７に取り込み、各画素における受光量の時間変化の速さを表す量、例えば、平均時間変化率、あるいはイメージセンサの露光時間にしたがって積分された受光量の変動度の逆数を算出し、必要な場合にはディスプレイ８にマップ状に表示して、血流マップデータとする。【００３０】
かくして表現される指腹の皮下にある毛細血管の血流のマップには、指紋パターン等が浮き出てくるので、このデータを予め登録されているデータと比較し、個人認証を行う。血流マップとして現れた指紋パターン等を、予め登録されている個人データと比較・判定する方法・手段としては、特別なものである必要はなく、従来知られている方法・手段を用いることができる。【００３１】
ところで、図１に示される従来の方法・装置においては、レーザースポットと観察視野が一致しているため、指の皮膚深部まで拡散してから表面まで戻ってくる光よりも、皮膚表層部からカメラに向かって散乱されてくる光の方が、イメージセンサ６に検出される割合が高い。このため皮膚内部の血流変動が、効率良く検出されにくいという問題がある。【００３２】
図２には、レーザーの照射部位とイメージセンサによる反射光の観測視野をずらして、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させる概念図を示した。図２において、１は半導体レーザー、２は光学系、９はレーザースポット、１０は線状の観察領域、１１は結像レンズ、１２はラインセンサを示す。図２においては、レーザースポットは横長の楕円形であるが、線状のスポットであっても良い。また、観察領域は線状である必要はなく、センサも２次元のイメージセンサであっても良い。好ましいのは、レーザー光束を線状のスポットとし、イメージセンサとしてラインセンサを用い、ラインセンサの観察領域と線状のスポットとが平行になるようにした場合である。【００３３】
図２に示したように、レーザーの照射スポット９とイメージセンサの観測位置１０をずらした場合には、例えば、図３に示したように、レーザースポット１３から組織内部に十分入った光が、観測位置１４まで戻ってくることになる。そして、この場合には、組織内部の血流により依存したデータが得られ、指先が冷たいときも心拍に同期した血流変動を明白に観察できる。【００３４】
あるいは、例えば、図４に示したように、指腹の中央部分にレーザーを照射し、指の先端側にセンサを持って行くと、レーザースポット１３から入った光が、皮膚内部を長距離伝搬した波面を観測位置１４で受光することになり、血流波形が更に安定する。図4において、指腹の指先部分にレーザーを照射し、指腹の中央部分にイメージセンサの観察領域を設定しても良い。【００３５】
更に、本発明においては、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、この信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能を付加することも好ましい態様である。これを図５で説明する。図５において、１５は皮下の血管層、１６は角質層、１７はシリコンなどの薄膜を示す。【００３６】
図５の（ａ）は、普通の指の皮下の血管層１５と角質層１６から得られるラインセンサの信号で、グラフの横軸Pが画素位置(pixel)、縦軸Iが光信号強度を示す。図５の（ｂ）は、指の表面にシリコンなどの薄膜１７を貼った時に得られる信号で、グラフから分かるように波形のコントラストが高くなっている。一般に血流のない層、即ち、内部に散乱粒子の動きがない層にレーザーが当たると、反射散乱光が像面で干渉したときには静止したスペックルが形成される。従って、ラインセンサなどで光強度分布を走査すると、図５の（ｂ）のグラフようにコントラストの高い信号波形が得られ、模様が静止しているため、波形は変わることはない。【００３７】
しかし、内部に血球が多数移動していると、像面の各点では干渉条件が刻々変化し（ある時は同位相に、ある時は逆位相で干渉するため）明暗の模様が時間と共に入れ替わっていく。実際は、数キロヘルツまで達する早い模様の変化になるため、イメージセンサの露光時間内で積分され、ブレた画像になり、図５の（ａ）のグラフのようにコントラストは低下する。指の表面に血流のない組織を貼ると、動きのない散乱粒子が手前にあるため静止したスペックル画像に近くなり、図５の（ｂ）のグラフのようにコントラストの高い走査信号が得られる。この効果を利用して、例えば、生体の取り得る一定の基準値を定めておき、それから外れる人工物を判別することができる。【００３８】
図５に示した態様、即ち、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、この信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能は、本発明のうち請求項１〜４に記載された発明に付加して用いることができる。しかし、かかる態様は、それだけではなく、皮下血流測定を利用した従来の個人認証方法と直接組み合わせても良い。即ち、従来の個人認証方法において、認証のための各操作の前後又は進行途中の時間帯を利用して、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能を付加し組合わせることができる。これによって、模擬指と標準的な人の指とのより明確な区別をすることができる。【００３９】
以上の本発明の説明においては、主にラインセンサを用いた例で説明したが、本発明の他の態様においては、従来のようにＴＶカメラなどの二次元イメージセンサを用いることもできる。特に、図６のようにレーザーを、多数の横長のスリットを有する遮蔽板１８を通過させることによって、指腹上に格子状のレーザースポット１９を投影しても良い。この場合には、横長のスポットとカメラの走査線の方向を合わせておき、スポット上のデータを解析すれば、表層部の血流分布とその経時変化を検出することができる。あるいは、スポットとスポットの間のデータを解析すれば、内部の血流分布とその経時変化を調べることができる。そして、これらのデータを、予め登録されている個人データと比較・照合したり、予め定められた基準と比較・判定することによって、非常に精密な個人認証に役立てることもできる。かかる場合において、血流による指紋画像を取り込む場合は、遮蔽板１８を挿入せず、内部の血流分布を取り込むときだけ遮蔽板１８を挿入することで時間的に切り替えることもできる。【００４０】
本発明において、レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする従来の技術には、特定波長の一つのレーザー光束を指腹に照射し、あるいは特定波長の複数の異なるレーザー光束を同時または順次に指腹に照射し、皮下及び内部組織にある血管層からの反射光に対する重畳的なあるいは複数の血流速マップを求めるという方法・手段をも含むものである。【００４１】
レーザーは波長によって組織深達性が異なり、可視光のような波長が短いものでは、表面に近い血流の分布、即ち、指紋パターンのみが得られるが、近赤外光のような波長の長いものでは組織内部に深く入るため、内部の血流分布を反映した血流マップが得られる。内部の血流分布にも個人差があり、偽造が困難であるため、これを認証データに加えれば、相乗効果によって個人照合精度を向上させられる。かかる従来技術においても、前記本発明は適用できる。この際、例えば、指腹の内部組織まで到達し得る近赤外レーザー光束と、皮下の角質層に吸収され易い可視レーザー光束とを用い、それぞれの反射光により求められる指腹の血流マップを同時又は順次に測定し２種類の血流マップを得る場合には、それぞれのレーザーの照射スポットと観察領域をずらすようにすれば良い。【００４２】
本発明によれば、前記のごとき個人認証方法を実行するための装置が提供される。本発明の装置は、レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、前記照射手段と前記受光手段とが、レーザーの照射部位とイメージセンサによる反射光の観測視野がずれるように配置されていることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００４３】
そして、本発明のもう一つの装置は、レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備すると共に、これらに加えて、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を算出し、予め定められた基準と比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、前記照射手段と前記受光手段とが、レーザーの照射部位とイメージセンサによる反射光の観測視野がずれるように配置されていることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００４４】
前記本発明の個人認証装置には、前記各手段に加えて、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加することができる。【００４５】
本発明の装置の更に他の態様は、レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、イメージセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置である。【００４６】
照射手段としては、例えば、半導体レーザーから出射した光をレンズを通して拡げ、指腹の広い領域を一度に照射する。受光手段としては、ラインセンサやエリアセンサ等のイメージセンサが用いられる。センサからの電気信号は、Ａ／Ｄ変換した後、マイコンやパソコンの記憶部に記憶される。数秒間にわたり連続して画像信号を記憶部に取りこみ、マイコンやパソコンにあらかじめ設定されたプログラムにより、連続する２枚の画像の差を求めて、受光量の時間変化の速さを演算する。または画像のぶれ率、すなわちイメージセンサの露光時間内で光量が高速に変化すると、信号が積分され、逆に２画面の差が減少する性質を利用して受光量の時間変化の速さを演算する。演算結果は各画素の配置に従って、パソコンの画面上に二次元のカラーマップとして表示することもできる。演算した値を、あるいは表示手段に表示された指紋パターン等を、予め登録されている個人の指紋パターン等と比較・判定する手段には、従来公知の各種の手段を用いることができる。また指腹のある領域について平均した血流値の数秒間にわたる経時変化を求め、例えば、この血流変化の波の形、振幅、周期などを利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明による個人認証方法及び装置は、複雑な指紋パターンと生体情報を組み合わせているため、偽造が難しい。この利点を生かして、高度なセキュリティ管理を要求される施設の入退室監視や、出入国管理等に利用できる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月3日(2009.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップに変換して指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を求め、得られた値を予め定められた基準と比較・判定することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーの照射部位からずれた領域をイメージセンサの観察領域として、イメージセンサ上にレーザースペックルを結像させる方法であって、前記レーザー光束を線状のスポットとし、前記イメージセンサとしてラインセンサを用い、該ラインセンサの観察領域と前記線状のスポットとが平行になるように設定することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項３】
指腹の中央部分にレーザーを照射し、指腹の指先側にイメージセンサの観察領域を設定することを特徴とする請求項２記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項４】
指腹の指先部分にレーザーを照射し、指腹の中央部分にイメージセンサの観察領域を設定することを特徴とする請求項２記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項５】
イメージセンサ上の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する機能を付加したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項６】
レーザー光束を拡げて指腹に照射する一つ又は二つの照射手段と、多数の画素を有し指腹の下の血管層からの反射光を受光する受光手段と、該受光手段で得られた前記各画素の出力を記憶する記憶手段と、該記憶手段の記憶内容から前記各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を演算する演算手段と、前記各画素において得られた演算結果の二次元分布を血流マップとして記憶する第２の記憶手段と、該第２の記憶手段に記憶された血流マップを、予め登録されている個人データと比較・判定する手段を具備すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を算出し、得られた値を予め定められた基準と比較・判定する手段を具備した個人認証装置において、前記照射手段と前記受光手段とが、レーザーの照射部位と反射光の観察領域がずれるように配置されている装置であって、前記照射手段はレーザー光束を線状のスポットとして照射するものであり、前記受光手段はラインセンサからなり、該ラインセンサの観察領域と前記線状のスポットとが平行になるように設定・配置されていることを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証装置。
【請求項７】
ラインセンサ上の少なくとも１列分の各画素における受光量の強度分布を表す信号波形を検出し、該信号波形を予め設定された生体の指の信号波形と比較して、模擬指を検出する手段を付加したことを特徴とする請求項６記載の皮下血流測定を利用した個人認証装置。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップとして指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーを、多数の横長のスリットを有する遮蔽板を通過させることによって、指腹上に格子状のレーザースポットを投影し、該スポットとセンサの走査線の方向を合わせておき、該スポット上のデータを解析し指腹の表層部の血流マップとその経時変化を検出するか、又は該スポットとスポットの間のデータを解析し指腹の内層部の血流マップとその経時変化を検出することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【請求項１４】
レーザー光束を拡げて指腹に照射し、皮下にある血管層から反射した光を、光学系を用いてイメージセンサ上にレーザースペックルとして結像し、レーザースペックルの各画素における受光量の時間変化の速さを表す量を算出し、その数値を２次元マップとして指腹の血流マップを求め、該血流マップを、予め登録されている個人データと比較・照合すると共に、全体又はある領域内の平均血流の経時変化を求め、得られた値を予め定められた基準と比較・判定することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法において、レーザーを、多数の横長のスリットを有する遮蔽板を通過させることによって、指腹上に格子状のレーザースポットを投影し、該スポットとセンサの走査線の方向を合わせておき、該スポット上のデータを解析し指腹の表層部の血流マップとその経時変化を検出するか、又は該スポットとスポットの間のデータを解析し指腹の内層部の血流マップとその経時変化を検出することを特徴とする皮下血流測定を利用した個人認証方法。
【国際調査報告】
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