(57)【要約】【課題】  同一人体内の異なる複数の位置での電磁波応答特性を用いることにより、人体内部の組織構造の個人差による誤検知の発生を防止し、生体検知の精度を向上させることができる生体検知装置及び生体検知方法を提供する。【解決手段】  被検体の検知対象部位に応じて所定の中心周波数に設計されたスプリットリング共振器を有する複数の帯域通過フィルタ２と、電磁波を発生させ、検知対象部位及び複数の基準対象部位をそれぞれの帯域通過フィルタ２に近接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定する測定部３と、検知対象部位による電磁波応答特性の測定値と、複数の基準対象部位によるそれぞれの電磁波応答特性の測定値から得られる相対基準値とを用いて、被検体内での相対評価値を算出する評価値算出部８１と、相対評価値に基づいて、検知対象部位が生体であるか否かを判定する生体判定部８２とを備える生体検知装置１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の検知対象部位に応じて所定の中心周波数に設計されたスプリットリング共振器を有する複数の帯域通過フィルタと、
電磁波を発生させ、前記検知対象部位及び前記被検体内の前記検知対象部位とは異なる位置である複数の基準対象部位を前記それぞれの帯域通過フィルタに近接又は当接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定する測定部と、
前記測定部によって測定された前記検知対象部位による前記電磁波応答特性の測定値と、前記複数の基準対象部位による前記それぞれの電磁波応答特性の測定値から得られる相対基準値とを用いて、前記被検体内での相対評価値を算出する評価値算出部と、
前記評価値算出部によって算出された前記相対評価値に基づいて、前記検知対象部位が生体であるか否かを判定する生体判定部と、を備えることを特徴とする生体検知装置。
【請求項２】
前記測定部によって測定される前記電磁波応答特性は、通過特性又は／及び反射特性であることを特徴とする請求項１に記載の生体検知装置。
【請求項３】
前記それぞれの帯域通過フィルタは、前記検知対象部位及び前記基準対象部位の形状に沿うように、前記検知対象部位及び前記基準対象部位毎に３次元的に複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体検知装置。
【請求項４】
前記それぞれの帯域通過フィルタは、前記検知対象部位及び前記基準対象部位の形状に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体検知装置。
【請求項５】
前記測定部によって測定された前記被検体とは異なる複数の被検体の検知対象部位をそれぞれ帯域通過フィルタに近接又は当接させた際の複数の電磁波応答特性の測定値から得られる絶対基準値を予め記憶する記憶部を備え、
前記評価値算出部は、前記測定部によって測定された前記検知対象部位による前記電磁波応答特性の測定値と、前記記憶部に記憶されている前記絶対基準値とを用いて、絶対評価値を算出し、
前記生体判定部は、前記相対評価値及び前記絶対評価値に基づいて、前記検知対象部位が生体であるか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の生体検知装置。
【請求項６】
前記検知対象部位を近接又は当接させる前記帯域通過フィルタは、複数並べて配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の生体検知装置。
【請求項７】
被検体の検知対象部位に応じて所定の中心周波数に設計されたスプリットリング共振器を有する複数の帯域通過フィルタに、電磁波を発生させ、前記検知対象部位及び前記被検体内の前記検知対象部位とは異なる位置である複数の基準対象部位を前記それぞれの帯域通過フィルタに近接又は当接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定する測定ステップと、
前記検知対象部位による前記電磁波応答特性の測定値と、前記複数の基準対象部位による前記それぞれの電磁波応答特性の測定値から得られる相対基準値とを用いて、前記被検体内での相対評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記相対評価値に基づいて、前記検知対象部位が生体であるか否かを判定する生体判定ステップと、を有することを特徴とする生体検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象部位が生体であるか否かを判定する生体検知装置及び生体検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セキュリティ等のために様々な認証方式がこれまでに提案されている。中でも指紋や静脈等の生体情報を用いて個人の認証を行う生体認証方式は、従来のパスワードやＩＣカードによる認証方式と比べて、ユーザーは認証情報を記憶しておく必要がないため利便性が高く、また認証情報の紛失等の虞がないため、銀行のＡＴＭや空港での入国審査等の高いセキュリティ強度が求められる機関で近年多く利用されている。
【０００３】
一方で、このような生体認証方式では、第三者による偽装物を用いた「なりすまし」に対する脆弱性が指摘されている。例えば、従来の指紋認証方式では、一般的に指紋センサで読み取られた指紋パターンを予め登録されている指紋データと照合するだけなので、他人の指紋パターンを模擬した薄い偽装指をシリコン等で作成し、この偽装指を第三者の人体指に貼り付けて、照合を行うことで、登録されている指紋データと一致していると判定されて、誤認識を引き起こす虞があった。近年、このような「なりすまし」行為による脆弱性を解消するために、生体認証方式に加えて、生体と偽装物とを判別するための生体検知手法が利用されている。
【０００４】
生体検知手法としては、人体の表面の歪みを利用する手法（例えば、非特許文献１参照）や生体の発汗を利用する手法（例えば、非特許文献２参照）等の様々な手法が提案されている。しかしながら、これらの生体検知手法では、人体表面の特徴が用いられるため、生体検知を行う際の環境や人体のコンディション等の影響を強く受けてしまう。また、生体検知手法としては、人体内部の電気定数により検知を行うインピーダンス法（例えば、非特許文献３参照）も提案されているが、この手法では、測定時に電極に指を接触させ検知を行っているため、指の電極への押し付け圧力や発汗時の水分による影響を受ける。このようにインピーダンス法では、人体表面の影響が強く現れるため、皮膚の電気定数を持つ媒質に対する脆弱性が問題となる。
【０００５】
これに対して、本発明者らは、近接する媒質の影響を強く受けるＣＳＲＲ（Complementary Split-Ring Resonator：コンプリメンタリスプリットリング共振器）を配置したＢＰＦ（Band-pass Filter：帯域通過フィルタ）を用いた静脈認証用生体検知手法を提案している（例えば、非特許文献４参照）。この非特許文献４の生体検知手法では、各媒質の電気的特性によって生じる通過特性の差異を利用して生体検知を行っている。非特許文献４の生体検知手法は、ＣＳＲＲに近接した媒質の影響により、フィルタ近傍の電磁界の分布が変化することに起因しているため、近接した媒質の深さ方向に対する電磁界の応答を得ることが可能である。つまり、この生体検知手法は、人体表面部分の電気的特性に加えて、人体の層状構造（皮膚、脂肪、筋肉、骨）の電気的特性を利用するものであるので、第三者による突破を非常に困難なものとすることができる。また、この生体検知手法では、人体表面部分の電気定数に大きく依存しない周波数を用いて検知を行うことで、インピーダンス法で懸念されている測定時のコンディションによる影響を低減することも可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Antonelli A., Cappelli R., Maio D., Maltoni D., “Fake Finger Detection by Skin Distortion Analysis”, IEEE Trans. Information Forensics and Security, vol.1, no.3, pp.36−373, Sep. 2006.
【非特許文献２】A.Ross, S.C.Dass, A.K.Jain, “Fingerprint warping using ridge curve correspondences”, IEEE Trans. Pattern Anal., vol.28, no.1, pp.19-30, Jan. 2006.
【非特許文献３】O.G.Matinsen, S.Clausen, J.B.Nysaether, S.Grimnes, “Utilizing Characteristic Electrical Properties of the Epidermal Skin Layers to Detect Fake Fingers in Biometric Fingerprint Systems-a Pilot Study”, IEEE Trans. Biomed.Eng., vol.54, no.5, pp.891-894, Apr. 2004.
【非特許文献４】粂澤康司、井口悟、前田忠彦、「広帯域ＣＳＲＲ−ＢＰＦを利用した静脈認証用生体検知手法の提案」、信学論（Ｂ）、vol.J95-B、no.10、pp.1284-1287、Oct. 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献４の生体検知手法では、生体検知を行う際に用いる基準データとして、事前に複数の人の指をＣＳＲＲ−ＢＰＦ（コンプリメンタリスプリットリング共振器を用いた帯域通過フィルタ）に近接させた場合の通過特性を測定し、その値を平均値化したものと、検知対象となる人の指をＣＳＲＲ−ＢＰＦに近接させた場合の通過特性とを用いて、検知対象となる人の指が生体であるか否かの判定を行っている。しかしながら、個別の人物では、人体内部の組織構造や形状、大きさ等に個人差があるため、生体検知を行う際に用いる基準データが、複数の人の指をＣＳＲＲ−ＢＰＦに近接させた場合の通過特性を平均値化したもの等の予め決められたデータである場合には、人によっては、生体であるのに生体でないと判定される又は生体でないのに生体であると判断されるといった誤検知が発生する虞がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、同一人体内の異なる複数の位置での電磁波応答特性を用いることにより、人体内部の組織構造の個人差による誤検知の発生を防止し、生体検知の精度を向上させることができる生体検知装置及び生体検知方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の生体検知装置は、被検体の検知対象部位に応じて所定の中心周波数に設計されたスプリットリング共振器を有する複数の帯域通過フィルタと、電磁波を発生させ、前記検知対象部位及び前記被検体内の前記検知対象部位とは異なる位置である複数の基準対象部位を前記それぞれの帯域通過フィルタに近接又は当接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定する測定部と、前記測定部によって測定された前記検知対象部位による前記電磁波応答特性の測定値と、前記複数の基準対象部位による前記それぞれの電磁波応答特性の測定値から得られる相対基準値とを用いて、前記被検体内での相対評価値を算出する評価値算出部と、前記評価値算出部によって算出された前記相対評価値に基づいて、前記検知対象部位が生体であるか否かを判定する生体判定部と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の生体検知装置は、前記測定部によって測定される前記電磁波応答特性が、通過特性又は／及び反射特性であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の生体検知装置は、前記それぞれの帯域通過フィルタが、前記検知対象部位及び前記基準対象部位の形状に沿うように、前記検知対象部位及び前記基準対象部位毎に３次元的に複数配置されていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の生体検知装置は、前記それぞれの帯域通過フィルタ、前記検知対象部位及び前記基準対象部位の形状に沿うように形成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の生体検知装置は、前記測定部によって測定された前記被検体とは異なる複数の被検体の検知対象部位をそれぞれ帯域通過フィルタに近接又は当接させた際の複数の電磁波応答特性の測定値から得られる絶対基準値を予め記憶する記憶部を備え、前記評価値算出部は、前記測定部によって測定された前記検知対象部位による前記電磁波応答特性の測定値と、前記記憶部に記憶されている前記絶対基準値とを用いて、絶対評価値を算出し、前記生体判定部は、前記相対評価値及び前記絶対評価値に基づいて、前記検知対象部位が生体であるか否かを判定することを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載の生体検知装置は、前記検知対象部位を近接又は当接させる前記帯域通過フィルタが、複数並べて配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項７に記載の生体検知方法は、被検体の検知対象部位に応じて所定の中心周波数に設計されたスプリットリング共振器を有する複数の帯域通過フィルタに、電磁波を発生させ、前記検知対象部位及び前記被検体内の前記検知対象部位とは異なる位置である複数の基準対象部位を前記それぞれの帯域通過フィルタに近接又は当接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定する測定ステップと、前記検知対象部位による前記電磁波応答特性の測定値と、前記複数の基準対象部位による前記それぞれの電磁波応答特性の測定値から得られる相対基準値とを用いて、前記被検体内での相対評価値を算出する評価値算出ステップと、前記相対評価値に基づいて、前記検知対象部位が生体であるか否かを判定する生体判定ステップと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の生体検知装置によれば、被検体の検知対象部位に応じて所定の中心周波数に設計されたスプリットリング共振器を有する複数の帯域通過フィルタに、検知対象部位及び複数の基準対象部位をそれぞれ近接又は当接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定部によって測定し、測定された検知対象部位による電磁波応答特性の測定値と、複数の基準対象部位によるそれぞれの電磁波応答特性の測定値から得られる相対基準値とを用いて、評価値算出部によって同一被検体内での相対評価値を算出する。そして、生体判定部では、その相対評価値に基づいて、検知対象部位が生体であるか否かを判定するので、人体内部の組織構造の個人差による誤検知が発生することなく、生体検知の精度を向上させることができる。
【００１７】
請求項２に記載の生体検知装置によれば、測定部によって電磁波応答特性として、通過特性又は／及び反射特性を測定するので、通過特性と反射特性の両方の測定値を生体判定に用いた場合には、生体検知の精度をより向上させることができる。
【００１８】
請求項３に記載の生体検知装置によれば、それぞれの帯域通過フィルタは、検知対象部位及び基準対象部位の形状に沿うように、検知対象部位及び基準対象部位毎に３次元的に複数配置されているため、３次元立体構造である被検体の検知対象部位及び基準対象部位から立体的に適切な電磁波応答特性を取得することができるので、多角的な判定を行うことにより、生体検知の高精度化を図ることができる。
【００１９】
請求項４に記載の生体検知装置によれば、それぞれの帯域通過フィルタは、検知対象部位及び基準対象部位の形状に沿うように形成されているため、３次元立体構造である被検体の検知対象部位及び基準対象部位から立体的に適切な電磁波応答特性を効率良く取得することができるので、多角的な判定を行うことにより、生体検知の高精度化を図ることができる。
【００２０】
請求項５に記載の生体検知装置によれば、測定部によって測定された被検体とは異なる複数の被検体の検知対象部位をそれぞれ帯域通過フィルタに近接又は当接させた際の複数の電磁波応答特性の測定値から得られる絶対基準値が予め記憶部に記憶されており、評価値算出部は、測定部によって測定された検知対象部位による電磁波応答特性の測定値と、記憶部に記憶されている絶対基準値とを用いて、絶対評価値を算出し、生体判定部では、その絶対評価値と相対評価値に基づいて、検知対象部位が生体であるか否かを判定するので、生体検知の精度をより向上させることができると共に、検知対象部位だけでなく、基準対象部位にも偽造物を用いた場合でも、検知対象部位が生体であるか否かを適切に判定することができる。
【００２１】
請求項６に記載の生体検知装置によれば、検知対象部位を近接又は当接させる帯域通過フィルタが、複数並べて配置されているので、所定の中心周波数がそれぞれ異なる帯域通過フィルタを用いた場合には、検知対象部位を移動させることで、同一の検知対象部位に対する異なる複数の電磁波応答特性を得ることができ、同一の検知対象部位の異なる深さ方向の情報を取得することができる。また、所定の中心周波数がそれぞれ同一の帯域通過フィルタを用いた場合には、検知対象部位を移動させることで、検知対象部位に対する電磁波応答特性の測定値の平均化等を行うことができ、測定精度を向上させることができる。
【００２２】
請求項７に記載の生体検知方法によれば、被検体の検知対象部位に応じて所定の中心周波数に設計されたスプリットリング共振器を有する複数の帯域通過フィルタに、検知対象部位及び複数の基準対象部位をそれぞれ近接又は当接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定し、測定された検知対象部位による電磁波応答特性の測定値と、複数の基準対象部位によるそれぞれの電磁波応答特性の測定値から得られる相対基準値とを用いて、同一被検体内での相対評価値を算出し、その相対評価値に基づいて、検知対象部位が生体であるか否かを判定するため、人体内部の組織構造の個人差による誤検知は発生しないので、生体検知の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る生体検知装置の一例を示す概略ブロック図である。
【図２】人体指の表皮深さを示すグラフである。
【図３】ＣＳＲＲ−ＢＰＦの一例を示す概略模式図であって、（ａ）は上面側を示しており、（ｂ）は底面側を示している。
【図４】ＣＳＲＲ−ＢＰＦの一部を示す拡大模式図であって、（ａ）は図３における二点鎖線で囲ったＡ部を示しており、（ｂ）は図３における二点鎖線で囲ったＢ部を示している。
【図５】複数の測定ポイントの一例を示す概略模式図である。
【図６】近接させる媒質のモデルの一例を示す概略模式図であって、（ａ）は人体の人差し指のモデルであり、（ｂ）は人体の人差し指に偽装物を貼り付けた偽装指のモデルである。
【図７】ＣＳＲＲ−ＢＰＦに媒質を近接させた際の通過特性｜Ｓ２１｜の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る生体検知装置による処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図９】生体判定に評価値として用いる通過特性の平均差と類似度を示すグラフである。
【図１０】ＣＳＲＲ−ＢＰＦを対象部位に３次元的に複数配置した状態の一例を示す概略模式図である。
【図１１】ＣＳＲＲ−ＢＰＦの他の一例を示す概略模式図である。
【図１２】ＣＳＲＲ−ＢＰＦの配置の一例を示す概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る生体検知装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る生体検知装置１は、偽造物による「なりすまし」行為を防止するために、被検体となる人体の検知対象部位が生体であるか否かを判定するためのものであって、主に指紋認証や静脈認証等の生体認証装置と組み合わせて用いられるものである。本発明に係る生体検知装置１は、図１に示すように、ＣＳＲＲ（Complementary Split-Ring Resonator：補対型（相補型）スプリットリング共振器）が配置された複数のＢＰＦ（Band-pass Filter：帯域通過フィルタ、以下ではＣＳＲＲ−ＢＰＦとする）２と、検知対象部位及び該検知対象部位とは異なる位置である複数の基準対象部位をそれぞれのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に近接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定する測定部３と、測定部３によって測定された電磁波応答特性を用いて、生体判定のための演算処理等を行うコンピュータ４とを備えている。尚、生体検知装置１に組み合わせて用いられる指紋認証や静脈認証のための機構等は、従来公知のものを利用することができるので、その詳細な説明については省略する。また、本実施形態では、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を３つ配置した例を示しているが、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の数はこれに限定されるものではなく、電磁波応答特性の測定を行う検知対象部位及び基準対象部位の数に応じて、適宜配置しても良い。
【００２５】
ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２は、被検体（人体）の検知対象部位に応じて、所定の中心周波数に設計されるものであって、近接する媒質の影響を強く受ける補対型スプリットリング共振器（ＣＳＲＲ）を有している。ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２は、近接する媒質の影響により、フィルタ近傍の電磁界の分布が変化することに起因しているため、近接した媒質の深さ方向に対する電磁界の応答を得ることができる。
【００２６】
検知対象部位としては、例えば、指紋認証や静脈認証を行う人体指等がある。人体指の層状構造は、皮膚、脂肪、筋肉、骨で構成されており、各組織の体積比から近似的な均一媒質を想定すると、表皮深さは図２に示すように算出される。静脈認証を想定した偽装物を作成する際、３次元に分布する血管パターンを模擬する必要があるため、人体指全体の特性を活かした構造が好ましいことから、上述した非特許文献４では、人体指の厚さと表皮深さが等しくなる周波数におけるＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の設計を行っている。ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に人体指を近接させた際、この条件を満たすことで、人体指の厚さに相当する部分の電気的特性がＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の特性に大きく影響する。従って、非特許文献４では、人体指の厚さを約１０ｍｍと仮定し、その値が表皮深さとなる周波数である６ＧＨｚを中心周波数としてＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の設計を行っている。
【００２７】
一方、本実施形態では、指紋認証用の生体検知を行うために、人体指先端に薄い偽装物を貼り付けることによる「なりすまし」を想定して設計したＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を図３に示している。図３は、中心周波数を１０ＧＨｚとして設計を行ったＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の構造を示すものであって、（ａ）は上面側から見た状態を示しており、（ｂ）は底面側から見た状態を示している。また、図４は、図３におけるＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の一部を拡大したものであって、（ａ）は図３における二点鎖線で囲ったＡ部を示しており、（ｂ）は図３における二点鎖線で囲ったＢ部を示している。指紋認証用の生体検知では、静脈認証を想定した場合とは異なり、偽装指は、人体指と薄いフィルムで構成されるため、人体指全体の特性を活かした構造よりも、人体表面の影響を比較的大きく受けつつ、人体指の層状構造を活かした構造が好ましいので、表皮深さが人体指のおおよその厚さの半分である約５ｍｍと仮定し、その値が表皮深さとなる周波数である１０ＧＨｚを中心周波数としてＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の設計を行っている。
【００２８】
このＣＳＲＲ−ＢＰＦ２では、例えば、基板として非特許文献４の６ＧＨｚ帯ＣＳＲＲ−ＢＰＦと同様にガラス熱硬化性ＰＰＯ樹脂Ｒ−４２７６（比誘電率εγ＝３．４、誘電正接ｔａｎδ＝０．００５、基板厚：１．０ｍｍ）を用いることができる。図３及び図４中のハッチングを施している部分は、銅箔であり、ハッチングを施していない部分は、誘電体により構成されている。また、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の寸法は、図３及び図４に示すように、ａ１＝２６．０ｍｍ、ａ２＝１９．５ｍｍ、ａ３＝１０．５ｍｍ、ａ４＝１．３ｍｍ、ａ５＝９．４ｍｍ、ａ６＝０．７ｍｍ、ａ７＝０．２ｍｍ、ａ８＝０．４ｍｍ、ａ９＝１．４ｍｍ、ａ１０＝１．５ｍｍ、ａ１１＝０．８ｍｍ、ａ１２＝０．７ｍｍ、ａ１３＝１．２ｍｍ、ｂ１＝９．５ｍｍ、ｂ２＝１０．２ｍｍ、ｂ３＝０．３ｍｍ、ｂ４＝０．３ｍｍ、ｂ５＝３．０ｍｍ、ｂ６＝０．３ｍｍ、ｂ７＝１．１ｍｍ、ｂ８＝０．２ｍｍ、ｂ９＝２．２ｍｍ、ｂ１０＝０．２ｍｍ、ｂ１１＝０．２ｍｍに形成している。また、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の両端に設けられるポートＰ１，Ｐ２には、コネクタ（不図示）がそれぞれ設けられており、図１に示すように、同軸ケーブル５を介して、測定部３に接続されている。尚、図３及び図４では、指紋認証用の生体検知を想定して、中心周波数を１０ＧＨｚとしたＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の例を示しているが、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の構造はこれに限定されるものではなく、生体か否かの判定を行う検知対象部位の場所等に応じて適宜設計されるものである。また、詳しくは図示しないが、ＣＳＲＲの平坦化、及び腐食に対する銅箔部の保護のために、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２上に厚さ０．２ｍｍ程度の薄いポリプロピレンフィルムを設置するようにしても良い。
【００２９】
このようなＣＳＲＲ−ＢＰＦ２は、人体内の一定の広がりを持つ特定領域、例えば、図５に示すような指の表面や手の平等の複数の位置Ａ１〜Ａ９等で測定を行うことができるように複数配置される。尚、図５では、測定位置として、位置Ａ１〜Ａ９の９箇所の位置を示しているが、これら全ての位置で測定を行う必要はなく、人差し指の指紋認証用の生体検知を行う場合には、例えば、検知対象部位の位置を人指し指の第１関節より上の位置Ａ１とし、その他の位置Ａ２〜Ａ９のうちのいずれか複数の位置を基準対象部位とすれば良い。また、図５は、生体検知を行うための測定位置の一例を示すものであり、測定位置は、位置Ａ１〜Ａ９に限定されるものではなく、これら以外の位置で電磁波応答特性の測定を行うようにしても良い。
【００３０】
測定部３は、例えば、ベクトルネットワークアナライザ等で構成されるものであって、測定のための高周波の電磁波を発生させ、検知対象部位及び複数の基準対象部位をそれぞれのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に近接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定する。電磁波応答特性としては、それぞれのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２において、ポートＰ１，Ｐ２間の通過特性Ｓ２１（順方向伝送）及びＳ１２（逆方向伝送）と、反射特性Ｓ１１（順方向反射）及びＳ２２（逆方向反射）の４つを取得することができる。尚、Ｓ２１は、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２のポートＰ１に入射し、ポートＰ２へ伝送される通過特性を表わすものであり、Ｓ１２は、ポートＰ２に入射し、ポートＰ１へ伝送される通過特性を表わすものである。また、Ｓ１１は、ポートＰ１に入射し、ポートＰ１から反射される反射特性を表わすものであり、Ｓ２２は、ポートＰ２に入射し、ポートＰ２から反射される反射特性を表わすものである。
【００３１】
図７は、図３に示す中心周波数を１０ＧＨｚとして設計を行ったＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に媒質を近接させた際の通過特性｜Ｓ２１｜をＦＤＴＤ（Finaite Difference Time Domain）法により計算した結果の一例を示すものである。図７では、人体指の厚さ方向の特性がＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に与える影響を示すため、層状構造の人体指、皮膚ファントム、及び偽装物を貼り付けた人体指（以下、偽装指とする）をそれぞれＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に近接させた際の通過特性｜Ｓ２１｜を示している。尚、ここでは、人体指及び偽装指として、図６に示すような計算モデルを用いている。この計算モデルの各寸法は、非特許文献３に開示されている各計算モデルの寸法を参考にし、人体指のモデルの寸法は、人体の人差し指を模擬して、ｘ１＝２２．０ｍｍ、ｙ１＝１４．０ｍｍ、ｚ１＝１０．０ｍｍとし、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２からの距離が０．２ｍｍとなる位置に設置して、通過特性｜Ｓ２１｜を求めている。また、人体指については、各組織（皮膚、脂肪、筋肉、骨）の体積比から寸法を設定し、皮膚を０．８ｍｍ、脂肪を１．８ｍｍ、筋肉を１．４ｍｍ、骨を２．０ｍｍと設定している。一方、偽装指に装着する偽装物は、皮膚の電気定数を模擬した皮膚ファントムを十分に薄い０．５ｍｍの厚さにしたものを用いることとして、通過特性｜Ｓ２１｜を求めている。図７に示す結果から、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２には、人体表面である皮膚の電気的特性だけでなく、皮膚以外の人体組織も影響を与えていることがわかる。また、人体指に対して偽装指の近接時に特性が大きく変化していることが確認でき、これらの媒質の電気的特性によって生じる通過特性の差異を利用して後述する生体検知処理を行うことで、生体検知を高精度に行うことができる。
【００３２】
このように測定部３で測定されるそれぞれの電磁波応答特性の測定値は、コンピュータ４へと入力される。コンピュータ４は、測定部３で測定された電磁波応答特性の測定値を用いて、検知対象部位が生体であるか否かの生体判定のための演算処理等を行うものであり、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６と、ハードディス７と、演算処理部８と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ：記憶部）９と、表示部１０と、操作部１１等を備えている。また、これら各部は、図１に示すように、互いにシステムバス１２に接続され、このシステムバス１２を介して種々のデータ等が入出力されて、ＣＰＵ６の制御の下、種々の処理が実行される。
【００３３】
ハードディスク７は、測定部３から入力される電磁波応答特性の測定値を用いて、検知対象部位が生体であるか否かの生体判定を行うための処理プログラム等を格納している。尚、本実施形態では、生体判定を行うための処理プログラムをハードディスク７に格納している例を示しているが、これに代えて、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（不図示）に格納しておき、この記録媒体から処理プログラムを読み出すように構成することも可能である。
【００３４】
演算処理部８は、ハードディスク７に格納される処理プログラムに基づいて、ＣＰＵ６の制御の下、検知対象部位が生体であるか否かの判定を行うための演算処理等を行うものである。ＲＡＭ９は、ハードディスク７から読み出された処理プログラムを一時的に記憶したり、ＣＰＵ６の作業領域等として用いられるものである。
【００３５】
また、ＲＡＭ９では、生体判定を行う被検体（人体）とは異なる複数の人体の検知対象部位をそれぞれＣＳＲＲ−ＢＰＦ２へ近接させた際の複数の電磁波応答特性の測定値を事前に測定部３によって取得し、この取得した複数の電磁波応答特性の測定値を演算処理部８によって、例えば、平均値化したものを生体判定に用いるための基準データである絶対基準値として予め記憶している。尚、絶対基準値を生成するために、必要な人体の数は特に限定されるものではないが、絶対基準値の信頼性を高めるために、５名以上の人体を用いることが好ましい。
【００３６】
表示部１０は、例えば、液晶ディスプレイ等から構成されるものであって、生体判定結果等を表示するものである。尚、表示部１０の代わりに、又は、表示部１０と共に音声により生体判定結果を知らせるようにしても良い。操作部１１は、マウスやキーボード等で構成されており、操作者が種々のデータ及び操作指令等の入力を行うために使用されるものである。尚、表示部１０と操作部１１をタッチパネルとして、一体的に構成しても良い。
【００３７】
以下、この生体検知装置１による検知対象部位の生体検知処理の流れについて図１及び図８のフローチャートを用いながら説明する。尚、ここでは、検知対象部位を図５に示す人差し指の第１関節より上の部分である位置Ａ１とし、基準対象部位を中指の第１関節より上の部分である位置Ａ２及び薬指の第１関節より上の部分である位置Ａ３とした場合を例に説明する。
【００３８】
まず、生体検知装置１では、図８に示すように、検知対象となる被験者が、検知対象部位Ａ１及び基準対象部位Ａ２、Ａ３をそれぞれのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に近接させた際のそれぞれの電磁波応答特性を測定部（ベクトルネットワークアナライザ）３によって測定する（Ｓ１０１）。ここでは、ベクトルネットワークアナライザ３は、５ＧＨｚから１２ＧＨｚの周波数の電磁波を発生させ、検知対象部位Ａ１及び基準対象部位Ａ２、Ａ３をそれぞれのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に近接させた際のそれぞれの電磁波応答特性として５ＧＨｚから１２ＧＨｚにおける通過特性｜Ｓ２１｜を測定する。そして、ベクトルネットワークアナライザ３によって取得されたこれらの通過特性は、コンピュータ４へと入力される。
【００３９】
演算処理部８の評価値算出部８１では、ベクトルネットワークアナライザ３によって取得された基準対象部位Ａ２、Ａ３による通過特性の測定値を平均値化したものを相対基準値｜Ｓ２１Ｈ｜として算出する（Ｓ１０２）。このように相対基準値は、同一人体内から算出されるものである。尚、相対基準値は、基準対象部位の通過特性を平均値化したものに限定されるものではなく、基準対象部位の通過特性の中央値等、その他の統計値を相対基準値として用いても良い。
【００４０】
次に、評価値算出部８１では、ベクトルネットワークアナライザ３によって取得された検知対象部位の通過特性｜Ｓ２１Ｏ｜と、相対基準値｜Ｓ２１Ｈ｜とを用いて、相対評価値を算出する（Ｓ１０３）。ここでは、相対評価値として、通過特性の平均差と類似度との２つの相対評価値を算出する。通過特性の平均差は、Ｓ１０２で算出された５ＧＨｚから１２ＧＨｚにおける相対基準値｜Ｓ２１Ｈ｜と、Ｓ１０１で取得された検知対象部位の５ＧＨｚから１２ＧＨｚにおける通過特性｜Ｓ２１Ｏ｜とを比較することにより算出する。また、類似度（similarity）については、下記の数式（１）を用いて算出する。但し、数式（１）中のＮ〜Ｍは、使用する周波数の範囲である。使用する周波数は、平均差と同様である。尚、類似度を算出する式は、これに限定されるものではなく、従来公知の他の類似度の算出式を用いても良い。また、数式（１）を使用周波数毎に重み付けするようにしても良い。
【数１】
2015211798.tif 000003
【００４１】
図９では、被験者１６名（２０代）に生体検知を行って、平均差及び類似度を算出した結果の一例を示している。図９は、横軸に通過特性の平均差、縦軸に類似度をとった２次元平面グラフであり、評価値算出部８１で算出した相対評価値である平均差と類似度の値に対応する２次元平面上の位置にプロットを施している。図９中の中抜きのプロットは、検知対象部位が生体である人体指を示すものであり、黒塗りされているプロットは、検知対象部位が偽装物を装着した偽装指を示すものである。図９に示すように、同一人体内の相対評価値である平均差と類似度の値を用いることにより、生体である人体指と、偽装部を装着した偽装指とが良好に判別されていることがわかる。
【００４２】
生体判定部８２では、このような同一人体内の相対評価値である平均差と類似度の値に基づいて、検知対象部位が生体であるか否かの判定を行う（Ｓ１０４）。生体判定部８２では、例えば、通過特性の平均差及び類似度に対して、それぞれしきい値を設定しておき、それぞれのしきい値内に平均差と類似度が入っているか否かを判定することにより生体であるか否かを判定する。つまり、評価値算出部８１で算出された平均差と類似度が共にしきい値内にある場合には、検知対象部位が生体であると判定し、それ以外の場合には、検知対象部位は生体でないと判定する。このように生体判定部８２では、同一人体内の相対評価値である平均差と類似度の値を用いることにより、個人差による影響を低減し、生体である人体指と、偽装部を装着した偽装指とを精度良く検知することができる。尚、生体判定部８２では、通過特性の平均差と類似度の一方だけを相対評価値として用いて、生体判定を行うようにしても良いが、より検知精度を高めるために、通過特性の平均差と類似度等の２つの相対評価値を用いることが好ましい。
【００４３】
また、本実施形態では、生体判定部８２が、同一人体内の相対評価値である平均差と類似度の値を用いて、検知対象部位の生体判定を行う場合について説明したが、ＲＡＭ９に予め記憶されている絶対基準値｜Ｓ２１Ｈ１｜を更に用いて、絶対評価値を算出して、生体判定を行うようにしても良い。この場合には、Ｓ１０３において、評価値算出部８１は、相対評価値及び絶対評価値の双方を算出する。評価値算出部８１では、ベクトルネットワークアナライザ３によって取得された検知対象部位の通過特性｜Ｓ２１Ｏ｜と、絶対基準値｜Ｓ２１Ｈ１｜とを用いて、絶対評価値を算出する。ここでは、絶対評価値として、相対評価値と同様に、通過特性の平均差と類似度との２つの絶対評価値を算出する。通過特性の平均差は、予め算出してＲＡＭ９に記憶している５ＧＨｚから１２ＧＨｚにおける絶対基準値｜Ｓ２１Ｈ１｜と、Ｓ１０１で取得された検知対象部位の５ＧＨｚから１２ＧＨｚにおける通過特性｜Ｓ２１Ｏ｜とを比較することにより算出する。また、類似度（similarity）についても、相対評価値と同様に、下記の数式（２）を用いて算出する。尚、絶対評価値についても類似度を算出する式は、これに限定されるものではなく、従来公知の他の類似度の算出式を用いても良い。また、数式（２）を使用周波数毎に重み付けするようにしても良い。
【数２】
2015211798.tif 000004
【００４４】
そして、Ｓ１０４において、生体判定部８２では、例えば、相対評価値である平均差と類似度の値に基づいて、検知対象部位が生体であるか否かの判定が行われ、生体であると判定されたものに対して、更に絶対評価値である平均差と類似度の値に基づいて、検知対象部位が生体であるか否かの判定を行う。生体判定部８２では、絶対評価値である通過特性の平均差及び類似度に対して、それぞれしきい値を設定しておき、それぞれのしきい値内に平均差と類似度が入っているか否かを判定することにより生体であるか否かを判定する。これにより、検知対象部位だけでなく、基準対象部位にも偽造物を用いたような場合でも、検知対象部位が生体であるか否かを適切に判定することができるので、生体検知の精度を更に向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、生体検知に電磁波応答特性として、通過特性｜Ｓ２１｜を用いる場合を例に説明しているが、ベクトルネットワークアナライザ３によって検知対象部位及び基準対象部位の反射特性｜Ｓ１１｜や、その他の通過特性｜Ｓ１２｜及び反射特性｜Ｓ２２｜を用いるようにしても良い。また、これらの電磁波応答特性の複数を用いて、生体判定を行うようにしても良い。
【００４６】
また、本実施形態では、検知対象部位Ａ１及び基準対象部位Ａ２、Ａ３にそれぞれ１つのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を配置した例を示しているが、図１０に示すように、検知対象部位Ａ１及び基準対象部位Ａ２、Ａ３の形状に沿うように、それぞれＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を３次元的に複数配置するように構成しても良い。図１０では、３つのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を配置した例を示して折り、この場合には、それぞれの対象部位Ａ１〜Ａ３毎に計６つのポートを用いることができるので、６×６＝３６の電磁波応答特性を得ることができる。従って、これらの複数の電磁波応答特性を用いて、生体検知を行うことにより生体検知の精度を更に向上させることができる。
【００４７】
また、図１１に示すように、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を検知対象部位Ａ１及び基準対象部位Ａ２、Ａ３の形状に沿うような３次元形状に形成するようにしても良い。この場合も、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に複数のポートＰ１〜Ｐ５（図１１では５つ）を設けておくことにより、５×５＝２５の電磁波応答特性を得ることができる。従って、図１０の場合と同様に数の電磁波応答特性を用いて、生体検知を行うことにより生体検知の精度を更に向上させることができる。また、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を検知対象部位Ａ１及び基準対象部位Ａ２、Ａ３の形状に沿うような３次元形状に形成しておくことにより、押し付け圧力等による誤差が生じることも軽減することができるので、高精度に生体検知を行うことができる。
【００４８】
また、図１２に示すように、検知対象部位Ａ１を近接又は当接させるＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を複数並べて配置するようにしても良い。これらのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２は、中心周波数がそれぞれ異なるように設計されたものであっても、同一の中心周波数に設計されたものであっても良い。このように並べて配置された複数のＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に対して、例えば、検知対象部位Ａ１を図１２中の矢印で示す方向へと移動（スライド）させることにより、中心周波数がそれぞれ異なるＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を用いた場合には、同一の検知対象部位Ａ１に対する異なる複数の電磁波応答特性を得ることができ、同一の検知対象部位Ａ１の異なる深さ方向の情報を取得することができる。また、中心周波数がそれぞれ同一のＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を用いた場合には、検知対象部位Ａ１を移動させることで、検知対象部位Ａ１に対する電磁波応答特性の測定値を複数得ることができ、それらの平均値等を用いることで、測定精度を向上させることができる。
【００４９】
尚、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を複数並べて配置する構成は、検知対象部位Ａ１だけでなく、基準対象部位Ａ２、Ａ３に対してもそれぞれ適用するようにしても良い。また、検知対象部位Ａ１や基準対象部位Ａ２、Ａ３を移動させてそれぞれのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に近接又は当接させるのではなく、検知対象部位Ａ１や基準対象部位Ａ２、Ａ３を固定した状態で、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２を従来公知の移動機構等を用いて全体的に移動させることにより、それぞれ検知対象部位Ａ１や基準対象部位Ａ２、Ａ３に自動的に近接又は当接させるようにして電磁波応答特性を得るように構成しても良い。また、ＣＳＲＲ−ＢＰＦ２の並べ方は、図１２に示すような直線的に並べられることに限定されるものではなく、検知対象部位Ａ１や基準対象部位Ａ２、Ａ３をそれぞれのＣＳＲＲ−ＢＰＦ２に対して容易に近接又は当接させることができるよう並べて配置されていれば良い。
【００５０】
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る生体検知装置及び生体検知方法は、例えば、指紋認証や静脈認証等の個人生体認証技術に組み合わせて用いることで、信頼性が高い情報セキュリティ技術として有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１          生体検知装置
２、２ａ    スプリットリング共振器を有する帯域通過フィルタ（ＣＳＲＲ−ＢＰＦ）
３          測定部（ベクトルネットワークアナライザ）
８１        評価値算出部
８２        生体判定部
９          ＲＡＭ（記憶部）
【図１】
2015211798.tif 000005
【図２】
2015211798.tif 000006
【図３】
2015211798.tif 000007
【図４】
2015211798.tif 000008
【図５】
2015211798.tif 000009
【図６】
2015211798.tif 000010
【図７】
2015211798.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015211798.tif 000014
【図１１】
2015211798.tif 000015
【図１２】
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