(57)【要約】【課題】正確に本人認証を行う。【解決手段】指紋認証装置１は、指紋を検出する指紋センサ２を備えている。指紋センサ２は、例えばマトリクス状に配設された感知素子から得られた感知信号に基づき、検出面３に置かれた物質の表面の凹凸の模様の２次元のイメージを生成し、その２次元イメージを指紋データとして出力する。さらに、指紋センサ２は、検出面３が一定の圧力で押されるまでの、感知素子の感知信号を一定時間検出して、時系列のモーションデータとして出力する。指紋認証装置１は、指紋データ及びモーションデータの照合を行って、本人認証を行う。【選択図】  図１
2004171307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面に対して被検出物が置かれ、当該検出面に対して置かれた当該被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサと、
上記被検出物が上記検出面に対して置かれる際の上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき、当該被検出物の動作特徴を検出する動作特徴検出手段と、
指を上記検出面に置いたときにおける上記動作特徴及び指紋が、ユーザ毎に登録されている登録情報記憶手段と、
上記センサの検出面に対して被検出物が置かれたときに、上記動作特徴検出手段により検出された被検出物の動作特徴と上記登録情報記憶手段に登録されている動作特徴とを照合するとともに、上記センサにより検出された被検出物の表面の凹凸の模様と上記登録情報記憶手段に登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う認証手段と
を備える指紋認証装置。
【請求項２】
上記動作特徴検出手段は、上記検出面の各点の近傍からの相対出力の時間変化を検出すること
を特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項３】
上記センサには、上記検出面上に複数の動作特徴検出領域が設定されており、
上記動作特徴検出手段は、各動作特徴検出領域の出力レベルに基づき、上記被検出物の動作特徴を検出すること
を特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項４】
上記動作特徴検出領域は、矩形状であること
を特徴とする請求項３記載の指紋認証装置。
【請求項５】
上記センサには、指を上記検出面に載せたときのその指の周縁部に位置するように、矩形状の上記動作特徴検出領域が設定されていること
を特徴とする請求項４記載の指紋認証装置。
【請求項６】
上記動作特徴検出領域は、帯状であること
を特徴とする請求項３記載の指紋認証装置。
【請求項７】
上記センサには、上記検出面の全面にわたって所定の間隔で配置されるように、帯状の上記動作特徴検出領域が設定されていること
を特徴とする請求項６記載の指紋認証装置。
【請求項８】
上記動作特徴検出手段は、上記被検出物が上記検出面に近接して上記センサの出力レベルの変動が開始されてから、当該検出面に所定の圧力が加わり上記センサの出力レベルの変動が終了するまでの、上記センサの出力レベルの時間変化に基づき、上記被検出物の動作特徴を検出すること
を特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項９】
上記動作特徴検出手段は、上記被検出物が上記検出面に近接して上記センサの出力レベルの変動が開始されてから、当該検出面に所定の圧力が加わり上記センサの出力レベルの変動が終了するまでの時間間隔を、上記動作特徴として検出すること
を特徴とする請求項８記載の指紋認証装置。
【請求項１０】
上記動作特徴検出手段は、上記被検出物が上記検出面に近接して上記センサの出力レベルの変動が開始されてから、当該検出面に所定の圧力が加わり上記センサの出力レベルの変動が終了するまでの間の任意の時間における上記センサの出力レベルを、上記動作特徴として検出すること
を特徴とする請求項８記載の指紋認証装置。
【請求項１１】
上記センサには、上記検出面上に複数の動作特徴検出領域が設定されており、
上記被検出物が上記検出面に近接して上記センサの出力レベルの変動が開始されてから、当該検出面に所定の圧力が加わり上記センサの出力レベルの変動が終了するまでの間の任意の時間における各動作特徴検出領域からの出力レベルを検出し、各出力レベルの相関関係を上記動作特徴として検出すること
を特徴とする請求項８記載の指紋認証装置。
【請求項１２】
上記センサは、上記検出面上の複数点に対する静電容量を検出して、当該検出面に置かれた被検出物の表面の凹凸の模様を検出すること
を特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項１３】
上記センサは、上記検出面の裏面側が弾性部材により支持されていること
を特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項１４】
検出面に対して被検出物が置かれ、当該検出面に対して置かれた当該被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサと、
上記被検出物が上記検出面に対して置かれる際の上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき、当該被検出物の動作特徴を検出する動作特徴検出手段と、
指を上記検出面に置いたときにおける上記動作特徴がユーザ毎に登録されている登録情報記憶手段と、
上記センサの検出面に対して被検出物が置かれたときに、上記動作特徴検出手段により検出された被検出物の動作特徴と、上記登録情報記憶手段に登録されている動作特徴と照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う認証手段と
を備える認証装置。
【請求項１５】
上記動作特徴検出手段は、上記検出面の各点の近傍からの相対出力の時間変化を検出すること
を特徴とする請求項１４記載の認証装置。
【請求項１６】
検出面に対して置かれた被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサによって、指紋を利用した本人認証を行う指紋認証方法において、
指を上記検出面に置いたときの上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき生成された動作特徴、並びに、当該指の指紋を、予めユーザ毎に登録しておき、
検出面に対して被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合するとともに、検出された被検出物の表面の凹凸の模様と登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行うこと
を特徴とする指紋認証方法。
【請求項１７】
上記被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化として、上記検出面の各点の近傍からの相対出力の時間変化を検出すること
を特徴とする請求項１６記載の指紋認証方法。
【請求項１８】
検出面に対して置かれた被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサによって、本人認証を行う認証方法において、
指を上記検出面に置いたときの上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき生成された動作特徴を、予めユーザ毎に登録しておき、
検出面に対して被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行うこと
を特徴とする認証方法。
【請求項１９】
上記被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化として、上記検出面の各点の近傍からの相対出力の時間変化を検出すること
を特徴とする請求項１８記載の認証方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の生体的な特徴や行動上の特徴を利用して、本人であれば本人であると認証し、且つ、本人以外の人（又は物質）であれば拒否をするという本人認証を行う認証装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人間の指の第１関節より先端側の内側部分の表面に形成されている渦状の凹凸の模様（指紋）を識別して、本人認証を行う指紋認証装置がある。指紋認証装置には、指紋センサが設けられ、その指紋センサによって指紋を検出している。指紋センサには、例えば、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点の静電容量を感知して指紋を検出する静電容量検出型指紋センサ（例えば特許文献１参照。）、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点の圧力を感知して指紋を検出する圧力検出型指紋センサ、又は、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点からの反射光を感知して指紋を検出する光検出型指紋センサ等がある。指紋認証装置は、これらのセンサにより検出された指紋と、予め登録してある指紋とを照合することによって、本人認証を行う。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１９７１３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、指紋認証装置は、指紋センサの検出精度に限界があること、環境や状況又は本人のコンディション等の違いにより同一の人物の指紋であっても指紋センサの検出出力がその時々により異なってしまうこと等の理由から、１００％の精度で本人認証を行うことは困難である。
【０００５】
しかしながら、指紋認証装置は、その機能の本質的な要請から、本人認証の確実性を１００％に近づけるための精度向上が常に求められる。つまり、指紋認証装置では、本人の指紋であれば本人であると認証し、且つ、本人以外の指紋（又は物質）であれば拒否をする精度の向上が常に求められる。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みて提案されたものであり、指紋認証とともに用いることによって本人認証の精度を向上させることができる認証装置及び認証方法、並びに、この認証装置が適用された指紋認証装置及び指紋認証方法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】
本発明にかかる指紋認証装置は、検出面に対して被検出物が置かれ、当該検出面に対して置かれた当該被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサと、上記被検出物が上記検出面に対して置かれる際の上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき、当該被検出物の動作特徴を検出する動作特徴検出手段と、指を上記検出面に置いたときにおける上記動作特徴及び指紋が、ユーザ毎に登録されている登録情報記憶手段と、上記センサの検出面に対して被検出物が置かれたときに、上記動作特徴検出手段により検出された被検出物の動作特徴と上記登録情報記憶手段に登録されている動作特徴とを照合するとともに、上記センサにより検出された被検出物の表面の凹凸の模様と上記登録情報記憶手段に登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う認証手段とを備える。
【０００８】
また、本発明にかかる指紋認証方法は、検出面に対して置かれた被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサによって、指紋を利用した本人認証を行う指紋認証方法であって、指を上記検出面に置いたときの上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき生成された動作特徴並びに当該指の指紋を、予めユーザ毎に登録しておき、検出面に対して被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合するとともに、検出された被検出物の表面の凹凸の模様と登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行うことを特徴とする。
【０００９】
以上の本発明の指紋認証装置及び方法では、センサの検出面に対して指等の被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合するとともに、検出された被検出物の表面の凹凸の模様と登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う。
【００１０】
本発明にかかる認証装置は、検出面に対して被検出物が置かれ、当該検出面に対して置かれた当該被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサと、上記被検出物が上記検出面に対して置かれる際の上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき、当該被検出物の動作特徴を検出する動作特徴検出手段と、指を上記検出面に置いたときにおける上記動作特徴がユーザ毎に登録されている登録情報記憶手段と、上記センサの検出面に対して被検出物が置かれたときに、上記動作特徴検出手段により検出された被検出物の動作特徴と、上記登録情報記憶手段に登録されている動作特徴と照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う認証手段とを備える。
【００１１】
また、本発明にかかる認証方法は、検出面に対して置かれた被検出物の表面の凹凸の模様を検出するセンサによって、本人認証を行う認証方法であって、指を上記検出面に置いたときの上記センサにより検出された当該被検出物の表面の凹凸の模様の出力レベルの時間変化に基づき生成された動作特徴を、予めユーザ毎に登録しておき、検出面に対して被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行うことを特徴とする。
【００１２】
以上の認証装置及び方法では、センサの検出面に対して指等の被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態について説明をする前に、指紋認証時の人間の指の動作について説明をする。
【００１４】
指紋認証装置１は、図１に示すように、人間の指の第１関節より先端側の内側部分の表面に形成されている渦状の凹凸の模様（指紋）を検出する指紋センサ２を備えている。指紋センサ２は、本人認証を行う人の指の第１関節より先端側の内側部分が置かれる検出面３を有している。検出面３には、指紋の凹凸のピッチよりも充分に細かいピッチで例えばマトリクス状に配置された複数の感知素子が設けられている。各感知素子は、例えば、静電容量、圧力又は反射光量等を感知し、検出面３からその検出面３に置かれた物質までの距離に応じた感知出力レベルを出力する。指紋センサ２は、各感知素子から得られた感知出力レベルに基づき、検出面３に置かれた物質の表面の凹凸の模様の２次元のイメージを生成し、その２次元イメージを指紋データとして出力する。
【００１５】
このような指紋認証装置１では、検出面３に対して指が置かれ、且つ、その検出面３に対して一定の圧力が加わっている状態のときに、指紋センサ２がその検出面３に置かれた指の指紋データを検出する。指紋認証装置１は、指紋センサ２により検出された指紋データと、予め登録してある指紋データとを照合して、本人認証を行う。
【００１６】
ところで、指紋認証装置１により指紋認証を行う際において、指紋センサ２により指紋データの検出が開始されるまで、つまり、指の先端により検出面３が一定の圧力で押されるまでの、指の動作は、次のようになる。
【００１７】
指の先端が指紋認証装置１の遠方から検出面３に徐々に近づけられていき、指の先端の内側部分の一部が検出面３に接触する。続いて、検出面３に指の先端の内側部分の一部が接触してから徐々に他の部分も接触していき、一定時間後に指の先端の内側部分のほぼ全面が検出面３に対して押し付けられる。そして、指により、検出面３が一定の圧力で押された状態となる。
【００１８】
このように、指が一定の圧力で検出面３を押した状態となった後に、指紋認証装置１が指紋を検出する。
【００１９】
ここで、本発明者は、指紋認証装置１により指紋認証を行う際において、指紋データの検出が開始されるまで、つまり、指の先端により検出面３が一定の圧力で押されるまでの、検出面３上の各位置の感知素子の感知出力レベルを観察した。そうすると、各感知素子の感知出力レベルは、初期状態のレベル（検出面３に何も置かれていなく且つ近接もしていないときのレベル）から、徐々に上昇していった。そして、検出面３が指の先端の内側部分によって一定の圧力で押された状態となると、各感知素子の感知出力レベルは、一定の値で変動しなくなり、飽和した。また、感知出力レベル及びその時間変化量は、感知素子毎に異なっていた。
【００２０】
さらに、本発明者は、以上のような各感知素子の感知出力レベルの特性の観察を、不特定多数の人に対して行った。そうしたところ、各感知素子の感知出力レベルの特性が、個人毎に異なっていた。つまり、本発明者は、検出面に対して指を置く際における、指の先端により検出面３が一定の圧力で押されるまでの各感知素子の出力特性に、個人毎の動作特徴があることを見出した。
【００２１】
本発明者は、以上のような個人毎の動作特徴を利用した発明を行った。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態として、本発明を適用した指紋認証装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
図２に、本発明の実施の形態の指紋認証装置１０の外観図を示す。
【００２３】
指紋認証装置１０は、図２に示すように、筐体１１上に平面状の検出面１３が露出するように設けられた指紋センサ１２を備えている。指紋センサ１２は、検出面１３上に置かれた指の指紋を検出するセンサである。
【００２４】
指紋認証装置１０に適用される指紋センサ１２は、例えば静電容量方式によって指紋の２次元イメージを検出するセンサである。静電容量方式の指紋センサ１２は、図３に示すように、検出面１３に、指紋の凹凸のピッチよりも充分に細かいピッチでマトリクス状に配置されている複数のコンデンサ１４が設けられている。各コンデンサ１４が、指紋センサ１２の感知素子となる。各コンデンサ１４は、物質が近接すると、その物質までの距離に応じて容量値が変化する。そのため、検出面１３に指の第１関節より先端側の内側部分が置かれると、その指の指紋の凹凸に応じて、対向する部分に位置するコンデンサ１４の容量値が変化する。
【００２５】
指紋センサ１２は、マトリクス状に配置されている複数のコンデンサ１４の容量値を感知出力レベルとして抽出し、抽出した感知出力レベルに基づき各コンデンサ１４の位置に対応させた２次元イメージデータを生成する。この２次元イメージデータが、指紋の凹凸模様に対応したイメージデータとなる。指紋センサ１２は、このイメージデータを、指紋イメージデータとして出力する。
【００２６】
また、指紋センサ１２は、指紋イメージデータとともに、検出面１３に指を置いた時の動作特徴を示すモーションデータも生成する。モーションデータの詳細については、後で説明をする。
【００２７】
なお、ここでは、静電容量検出方式の指紋センサを例にとって説明をしているが、指紋センサ１２は、２次元の指紋イメージを検出することができれば、その検出方式はどのようなものであってもよい。例えば、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点の圧力を感知して指紋を検出する圧力検出型指紋センサや、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点からの反射光を感知して指紋を検出する光検出型指紋センサ等を、上記指紋センサ１２として適用してもよい。
【００２８】
つぎに、指紋認証装置１０の内部構成について説明をする。図４に指紋認証装置１０の内部ブロック図を示す。
【００２９】
指紋認証装置１０は、図４に示すように、指紋センサ１２と、登録指紋格納部２１と、登録モーション格納部２２と、照合部２３と、出力部２４とを備えている。
【００３０】
指紋センサ１２は、検出面１３上に置かれた指の指紋の模様を示す指紋イメージデータ、及び、検出面１３に指を置いた時の動作特徴を示すモーションデータを検出し、外部に出力する。
【００３１】
登録指紋格納部２１は、ユーザの登録指紋の指紋イメージデータを格納している。
【００３２】
登録モーション格納部２２は、ユーザの登録モーションのモーションデータを格納している。
【００３３】
照合部２３は、指紋センサ１２により検出された指紋イメージデータと、登録されている指紋イメージデータとを照合する。それとともに、照合部２３は、指紋センサ１２により検出されたモーションデータと、登録されているモーションデータとを照合し、その両者により検出面１３に指を置いたユーザに対する本人認証を行う。照合部１３は、本人と認証されれば、ＯＫの出力を行い、本人と認証されなければＮＧの出力を行う。
【００３４】
出力部２４は、照合部２３から出力されたＯＫ／ＮＧの判断結果を、外部に設けられている例えばセキュリティ装置等に報知する。
【００３５】
また、以上のようなブロック構成の指紋認証装置１０を具体的にハードウェアで構成すると、図５に示すような構成となる。
【００３６】
指紋認証装置１０は、指紋センサ１２と、ＵＳＢインタフェースケーブルが接続されるＵＳＢ端子３２と、ＵＳＢコントローラ３３と、ＣＰＵ３４と、プログラム用ＲＡＭ又はＲＯＭ３５と、フラッシュメモリ３６と、指紋照合用ＬＳＩ３７とを備えている。また、ＵＳＢコントローラ３３、ＣＰＵ３４、プログラム用ＲＡＭ又はＲＯＭ３５、フラッシュメモリ３６、及び、指紋照合用ＬＳＩ３７は、それぞれデータ転送用のバス３８に接続されている。
【００３７】
ＵＳＢコントローラ３３は、ＵＳＢプロトコルに従いデータの転送を行う回路である。図４に示す出力部２４の機能を実現している。ＵＳＢコントローラ３３は、例えば、外部のパーソナルコンピュータ、セキュリティ装置との間でＵＳＢプロトコルに従いデータの転送を行うインタフェース回路である。なお、指紋認証装置１０は、ＵＳＢインタフェースではなく、例えばＲＳ２３２Ｃ等の他のインタフェースを用いて、外部のパーソナルコンピュータ等とデータの転送を行っても良い。
【００３８】
ＣＰＵ３４は、プログラム用ＲＡＭ又はＲＯＭ３５に格納されているプログラムに基づき、装置全体の動作制御を行う回路である。例えば、図４に示す照合部２３の動作制御を行う。
【００３９】
フラッシュメモリ３６は、不揮発性のメモリである。フラッシュメモリ３６は、図４に示す登録指紋格納部２１及び登録モーション格納部２２の機能を実現し、登録された指紋イメージデータ及び登録されたモーションデータを格納している。
【００４０】
指紋照合用ＬＳＩ３７は、フラッシュメモリ３６に格納されている指紋イメージデータ及びモーションデータに基づき、指紋センサ１２により検出された指紋イメージデータ及びモーションデータの認証を行う。図４に示す照合部２３の機能を実現している。
【００４１】
つぎに、指紋認証装置１０の動作について説明をする。
【００４２】
指紋認証装置１０は、まず、指紋認証を行う場合の初期設定動作として、ユーザの指紋の登録動作を行う。
【００４３】
指紋の登録を行う場合には、まず、そのユーザが検出面１３に所定の指（例えば人差し指）を載せる。指紋認証装置１０は、その指の指紋イメージデータ及び、その指を置いたときのモーションデータを指紋センサ１２で取り込む。指紋認証装置１０は、取り込んだ指紋イメージデータ及びモーションデータを、登録データとして登録指紋格納部２１及び登録モーション格納部２２に格納する。以上のような動作を行うことによって、ユーザの指紋の登録が完了する。また、複数ユーザの指紋の登録を行う場合には、例えば、ユーザ毎ＩＤ等を設けて、そのＩＤに対応させて指紋イメージデータ及びモーションデータを登録すればよい。
【００４４】
指紋認証装置１０は、以上の指紋登録が完了すると、そのユーザに対する本人認証を行うことができる。
【００４５】
続いて指紋認証時の動作は次のようになる。
【００４６】
まず、指紋認証装置１０は、例えば検出面１３になんらかの物体が置かれたことを検出したり、又は、ユーザＩＤ等が入力されたことを検出したりすることにより、認証動作を開始する。本人認証動作を開始すると、指紋センサ１２が、検出面１３に置かれた物体の指紋イメージデータ及びモーションデータを検出し、照合部２３に供給する。
【００４７】
照合部２３は、指紋センサ１３により検出された指紋イメージデータと、登録されている指紋イメージデータとが一致するか否かを、例えばパターンマッチング等を行って判断する。照合部２３は、両者の指紋イメージデータが一致すれば、登録されているユーザ本人の指紋であると判断する。照合部２３は、両者の指紋イメージデータが一致しなければ、登録されているユーザ以外の指紋（又は物質）であると判断する。なお、指紋の照合は、指紋全体に対して行っても良いし、指紋の任意の部分だけを抽出して行っても良い。
【００４８】
さらに、照合部２３は、指紋センサ１３により検出されたモーションデータと、登録されているモーションデータとに充分な相関性があるか否かを、例えば相関度等を検出して判断する。照合部２３は、両者のモーションデータに充分に相関性があれば、登録されているユーザ本人が指を置いたと判断する。照合部２３は、両者のモーションデータに充分に相関性がなければ、登録されているユーザ以外が指（又は物質）を置いたと判断する。
【００４９】
照合部２３は、指紋イメージデータ及びモーションデータの両者とも登録されているユーザであるという照合結果を得た場合には、登録されているユーザであるという本人認証の判断結果（ＯＫ）を出力する。また、照合部２３は、指紋イメージデータ及びモーションデータのいずれか一方でも登録されているユーザではないという照合結果を得た場合には、登録されているユーザではないという本人認証の判断結果（ＮＧ）を出力する。
【００５０】
指紋認証装置１０は、以上のような動作を行って得られた判断結果を、コンピュータや各種セキュリティ装置に供給し、アクセス管理やプライバシー保護等を実現させる。
【００５１】
つぎに、指紋照合処理の具体的手順について説明する。
【００５２】
指紋認証装置１０では、以下に説明を行うパターマッチング方式により、指紋認証処理を行う。
【００５３】
本パターンマッチング方式は、指紋の登録時には、登録すべき指紋画像の一部から複数の線状の画像Ｄ１を抽出し、この線状画像Ｄ１とその抽出位置を登録データとして内部に記憶する。指紋照合時には、照合対象となる指紋画像Ｄ２に対して、各線状画像Ｄ１の位置をずらしながらパターンマッチングを行い、一致度が高い位置を検出する。そして、一致度が高い位置の線状画像毎の相互関係と、登録されている各線状画像の抽出位置の相互関係とが等しいときに、同一の指紋であると判定する方式である。
【００５４】
例えば、本パターンマッチング方式では、複数の線状画像Ｄ１として、図６に示すように、９本の水平方向登録データＤ１Ｈ０〜Ｄ１Ｈ８及び垂直方向登録データＤ１Ｖ０〜Ｄ１Ｖ８と、各登録データＤ１Ｈ０〜Ｄ１Ｈ８、Ｄ１Ｖ０〜Ｄ１Ｖ８の位置情報（Ｘ０，Ｙ０）〜（Ｘ８，Ｙ０）、（Ｘ０，Ｙ０）〜（Ｘ０，Ｙ８）とを、ユーザＩＤ毎に登録する。
【００５５】
水平方向登録データＤ１Ｈ０〜Ｄ１Ｈ８は、図７に示すように、登録対象となる指紋画像の一部を水平方向に６４ピクセル分切り出した画像データである。具体的には、指紋画像から、垂直方向に１画素、水平方向に６４画素の領域が計９個切り出されている。垂直方向登録データＤ１Ｖ０〜Ｄ１Ｖ８は、図８に示すように、登録対象となる指紋画像の一部を垂直方向に６４ピクセル分切り出した画像データである。具体的には、指紋画像から、水平方向に１画素、垂直方向に６４画素の領域が計９個切り出されている。
【００５６】
位置情報（Ｘ０，Ｙ０）〜（Ｘ８，Ｙ０）、（Ｘ０，Ｙ０）〜（Ｘ０，Ｙ８）は、以上のように切り出された各線状画像の基準位置（例えば、左端、上端の画素位置）を特定する値である。
【００５７】
このパターンマッチング方式では、以上のような登録データに基づき、次のように照合が行われる。
【００５８】
まず、照合部２３では、各線状画像の画像データＤ１Ｈ０〜Ｄ１Ｈ８、Ｄ１Ｖ０〜Ｄ１Ｖ８を順次読み出して、この読み出した線状画像を、照合対象となる指紋画像Ｄ２上で順次移動させる。照合部２３は、各移動位置で、線状画像Ｄ１と照合対象となる指紋画像Ｄ２間の相関関係の程度を示す一致度を検出する。
【００５９】
一致度の検出は、例えば水平方向に連続する線状画像の指紋データＤ１Ｈ０〜Ｄ１Ｈ８の場合、図９に示すように、照合対象となる指紋画像Ｄ２上を水平方向にラスタ走査させ、各走査位置で各ビットの一致不一致を判定することにより行う。また、例えば垂直方向に連続する線状画像の指紋データＤ１Ｖ０〜Ｄ１Ｖ８の場合、図１０に示すように、照合対象となる指紋画像Ｄ２上を垂直方向にラスタ走査させ、各走査位置で各ビットの一致不一致を判定することにより行う。
【００６０】
照合部２３は、この検出結果に基づき、各線状画像に対して、一致度が所定の閾値を越えるような照合位置を抽出する。
【００６１】
そして、照合部２３は、求めた一致度の分布の各線状画像間の相互関係と、登録されている線状画像の抽出位置の相互関係とに基づき、同一の指紋であると判定する。
【００６２】
以上の指紋照合処理は、具体的には図１１のフローチャートに示す手順で行われる。以下の指紋照合処理は、例えば図５に示すＣＰＵ３４により行われる。
【００６３】
まず、指紋センサ１２から検出された線状画像データＤ２を入力する（ステップＳ１１）。
【００６４】
続いて、変数ｍを値０にセットする（ステップＳ１２）。変数ｍは、登録された９×２個の線状画像データ（登録データ）を特定する変数である。
【００６５】
続いて、例えばキー入力されたユーザＩＤに基づき、対応するユーザＩＤについての水平方向のｍ番目の登録データＤをフラッシュメモリ３６から読み出して、この登録データを例えば指紋照合用ＬＳＩ３７にロードする（ステップＳ１３）。
【００６６】
続いて、指紋センサ３から検出された指紋データＤ２を、指紋照合用ＬＳＩ３７に出力する（ステップＳ１４）。この結果、水平方向の線状画像を指紋データＤ２による画像上でラスタ走査させながら、各位置における一致度が検出され一致度が所定の閾値を越えるような照合位置の分布が求められる。
【００６７】
続いて、変数ｍをインクリメントする（ステップＳ１５）。
【００６８】
続いて、変数ｍが値９を越えたか否か判断する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６で、９本の線状画像について、それぞれ一致度分布を検出したか否か判断できる。ステップＳ１６では、否定結果が得られると、ステップＳ１３に戻る。これによりステップＳ１３−Ｓ１４−Ｓ１５−Ｓ１６の処理手順を繰り返し、水平方向（又は垂直方向）に切り出した９本の線状画像の全てについて、一致度の高い照合位置の分布を検出することができる。
【００６９】
ステップＳ１６で肯定結果が得られ、９本の線状画像についてそれぞれ一致度の高い照合位置の分布を検出すると、続いて、垂直方向の登録データについて一致度の高い照合位置の分布を検出したか否か判断する（ステップＳ１７）。否定結果が得られると、処理対象を垂直方向の登録データに切り換え（ステップＳ１８）、ステップＳ１３に戻る。これにより、ステップＳ１３−Ｓ１４−Ｓ１５−Ｓ１６の処理手順を繰り返し、垂直方向に切り出した９本の線状画像についてそれぞれ一致度の高い照合位置の分布を検出することができる。
【００７０】
ステップＳ１７で肯定結果が得られ、一致度の高い照合位置の分布を検出すると、続いて、照合率検出処理を実行し、９×２の各線状画像の各々に関して、Ｄ２上における一致度の高い照合位置の分布から、登録画像における各線状画像の相対位置と類似度の高い相対位置の組み合わせを検出し、類似度の高い相対位置の数を照合率Ｎとする。９×２本の線状画像について検出した一致度の分布より照合率Ｎを検出する（ステップＳ１９）。
【００７１】
続いて、照合率Ｎが一定値以上か否か判断する（ステップＳ２０）。照合率Ｎが一定値以上の場合、一致の判定結果を出力して（ステップＳ２１）、処理を終了する。照合率Ｎが一定値以下の場合、不一致の判定結果を出力して（ステップＳ２２）、処理を終了する。
【００７２】
指紋認証装置１０では、指紋照合処理が以上のように行われる。
【００７３】
つぎに、指紋センサ１２により検出されるモーションデータについて詳細に説明をする。
【００７４】
指紋センサ１２には、検出面１３上の任意の複数の位置に、モーションデータの検出エリアが設定されている。検出面１３上には、例えばマトリクス状に形成されている複数の感知素子（静電容量方式の指紋センサの場合にはコンデンサ）が設けられているが、各検出エリアは、任意数の感知素子を含むように設定されている。
【００７５】
検出エリアの設定例を図１２に示す。この図１２に示す例では、検出面１３の全体が水平１２８ドット×垂直１９２ドットの感知素子で構成されており、この検出面１３に対して、水平１６ドット×垂直１６ドットの矩形状の検出エリアが、５箇所設定されている。図１２に示す各検出エリア（Ａ〜Ｅ）は、指の先端の内側部分が検出面１３に置かれたときに、その周縁部分を囲むような位置に設定されている。
【００７６】
指紋センサ１２は、ユーザにより検出面１３に対して指が置かれた際に、以上のように設定された各検出エリアから、各検出エリア内の全ての感知素子の感知出力レベルの平均値Ｘを算出し、それを所定時間の間、時系列にモニタする。モニタの開始タイミングは、被検出物が検出面１３に近接することによって、感知素子からの感知出力レベルが変動を開始したタイミングである。また、モニタの終了タイミングは、被検出物により検出面１３に一定の圧力が加わり、感知素子からの感知出力レベルが変動をしなくなる、つまり、感知出力レベルが飽和したタイミングである。
【００７７】
指紋センサ１２は、以上のモニタの結果を、モーションデータとして出力する。
【００７８】
具体的に静電容量方式の指紋センサの場合におけるモーションデータの生成方法について説明をする。
【００７９】
静電容量方式の指紋センサ１２の場合、各感知素子からの感知出力レベルは、図１３に示すように、１ライン毎に、アナログ信号（Ｒｆ）で抽出される。さらに、静電容量方式の指紋センサ１２の場合、指紋の凹凸は、周囲の感知出力レベルとの差で表される。そのため、静電容量方式の指紋センサ１２の場合において各検出エリア内の全感知素子の感知出力レベルの平均値Ｘを算出するには、次のように行う。
【００８０】
まず、着目している感知素子に対して、その周囲の所定数の感知素子を含めた平均のＲＦレベルを求める。例えば、図１４に示すように、着目している感知素子を中心として、その周囲の７×７の感知素子の平均のＲＦレベル（ＡＶＥ＿Ｒｆ）を求める。続いて、この平均のＲＦレベル（ＡＶＥ＿Ｒｆ）から、着目している感知素子の出力レベル（Ｒｆ）を減算し、その減算結果の絶対値｜（ＲＦ−ＡＶＥ＿Ｒｆ）｜を求める。続いて、この減算結果の絶対値｜（ＲＦ−ＡＶＥ＿Ｒｆ）｜を各検出エリア内で平均化し、平均値Ｘを求める。
【００８１】
静電容量方式の指紋センサの場合における各検出エリア内の全感知素子の感知出力レベルの平均値Ｘは、以上のように求めることができる。
【００８２】
続いて、静電容量方式の指紋センサ１２は、以上の平均値Ｘを、各検出エリア毎に求め、求めた平均値Ｘを時系列にモニタする。そして、指紋センサ１２は、少なくとも、指の先端が検出面１３に近接したことにより感知出力レベルの平均値Ｘが変化を開始した時点から、検出面１３に対して指により一定の圧力が加わったことにより感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点までの、各検出エリアから得られる時系列の平均値Ｘをモーションデータとして出力する。
【００８３】
このように生成されたモーションデータは、指紋の山の部分と谷の部分とがどれだけ明確に出力されているかを表したパラメータの時系列データとなる。すなわち、Ｒｆ＝“山部（又は谷部）の出力値”となり、ＡＶＥ＿Ｒｆ＝“近傍の平均値”となるので、｜Ｒｆ−ＡＶＥ＿Ｒｆ｜＝“近傍からみた山（又は谷）の高さ（又は低さ）の絶対値”ということとなり、従って、モーションデータは、この絶対値を一定領域で累積したものの時系列変化となる。このため、例えば、山と谷の高さの差がほとんどない指紋は、指紋センサ１２からの総出力が大きくとも、Ｒｆ−ＡＶＥ＿Ｒｆ＝０となるので、上記絶対値を一定領域で累積した値が０となる。
【００８４】
図１５に、あるユーザが検出面１３に指を置いた場合における、モーションデータの一例を示す。図１５では、横軸が時刻、縦軸が感知出力レベルの平均値Ｘとなっている。なお、この図１５に示したモーションデータは、図１２に示したような、全体が水平１２８ドット×垂直１９２ドットの感知素子で構成されて検出面１３の、水平１６ドット×垂直１６ドットの矩形状の検出エリアＡ〜Ｅから取得したモーションデータである。図１５では、検出面Ａから得られた感知出力レベルの平均値をグラフＸＡで示し、検出面Ｂから得られた感知出力レベルの平均値をグラフＸＢで示し、検出面Ｃから得られた感知出力レベルの平均値をグラフＸＣで示し、検出面Ｄから得られた感知出力レベルの平均値をグラフＸＤで示し、検出面Ｅから得られた感知出力レベルの平均値をグラフＸＥで示している。
【００８５】
図１５に示すグラフの場合、指の先端が検出面１３に近接したことにより感知出力レベルの平均値Ｘが変化を開始した時点は、約１００ｍｓの時点（Ｔ１）となる。また、検出面１３に対して指により一定の圧力が加わったことにより感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点は、約５５０ｍｓの時点（Ｔ２）となる。この５５０ｍｓの時点（Ｔ２）以降の感知出力レベルは、安定した値となる。指紋センサ１２は、本例の場合、１００ｍｓ（時刻Ｔ１）から５５０ｍｓ（時刻Ｔ２）まで各検出エリアＡ〜Ｘの感知出力レベルの平均値ＸＡ〜ＸＥを、モーションデータとして出力することとなる。
【００８６】
このように生成されたモーションデータは、例えば、個々の指の形状や指の内側の形状の違いや、個人毎の動作の癖の違いにより、個人毎に特徴がありユニークなものである。
【００８７】
そして、このように指紋センサ１２から出力されたモーションデータは、照合部２３に供給され、供給部２３により予め登録されてあるモーションデータとの相関性を照合され、本人認証が行われる。
【００８８】
なお、指紋センサ１２は、モーションデータは、感知出力レベルの平均値Ｘが変化を開始した時点（Ｔ１）から、感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点（Ｔ２）までの全データとせずに、特徴情報のみを抽出してモーションデータとしてもよい。特徴情報としては、例えば、次の（１）〜（３）のようなものが挙げられる。
【００８９】
（１）ある１つの検出エリアに対する、感知出力レベルの平均値Ｘが変化を開始した時点（Ｔ１）から、感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点（Ｔ２）までの時間（Ｔ２−Ｔ１）。図１５に示す例の場合は、５５０ｍｓ−１００ｍｓ＝４５０ｍｓとなる。また、検出エリアが複数ある場合には、各検出エリアに対するそれぞれの時間。
【００９０】
（２）感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなった時点（Ｔ２）における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Ｘの値。また、感知出力レベルの平均値Ｘが変化を開始した時点（Ｔ１）から、感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点（Ｔ２）までの間の任意の時刻における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Ｘの値。
【００９１】
（３）感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなった時点（例えば、図１５中の４００ｍｓの時点）における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Ｘの相関関係。例えば、図１５に示す場合であれば、領域Ａのレベルが最も高く、次に検出エリアＢのレベルが高く、次に検出エリアＣのレベルが高いといったような関係。また、感知出力レベルの平均値Ｘが変化を開始した時点（Ｔ１）から、感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点（Ｔ２）までの間の任意の時刻における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Ｘの相関関係。
【００９２】
また、指紋センサ１２は、以上の（１）〜（３）のいずれかの１つの特徴情報ではなく、これらの組み合わせの情報をモーションデータとしてもよい。
【００９３】
すなわち、指紋センサ１２は、感知出力レベルの平均値Ｘが変化を開始した時点（Ｔ１）から、感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点（Ｔ２）までの間における所定の時間での感知出力レベルの平均値Ｘの変化量やレベル値を特徴点として抽出して、モーションデータとしてもよい。
【００９４】
このように、特徴点のみをモーションデータとすることにより、モーションデータの生成のための処理量を少なくし、また、照合処理時の演算量を少なくすることができる。
【００９５】
以上のように、指紋認証装置１０では、指紋照合を行うとともに、指紋照合時における動作特徴を検出して、その動作特徴の認証も行うようにしている。このため、指紋認証装置１０では、より確実に本人認証を行うことができる。
【００９６】
また、指紋認証装置１０では、微細な位置関係にある素子の間における出力レベルの変化の度合いを求め、この時系列変化を測定することで、指紋に特徴的である微細な縞模様を検知し、また、検知の過程を測定、格納、照合することで、より精度の高い指紋照合を行うことができる。
【００９７】
なお、指紋センサ１２により検出されるモーションデータは、検出面１３に対して指が置かれる位置によって、値が異なってしまう場合がある。例えば、検出エリアの設定の仕方によっては、例えば、指を検出面１３の中心部分に置いた場合と、指を検出面１３の端の部分に置いた場合とで、モーションデータが異なってしまう場合がある。このようなことを考慮して、例えば、図１６に示すように、検出エリアを帯状にして、検出面１３全体にわたり横縞状の検出領域を形成してもよい。又は、先に指紋イメージデータに基づく認証処理を行う際に、検出面１３に対して指が置かれた位置を指紋イメージデータが算出し、この算出した位置に基づき、モーションデータを補正してもよい。また、又は、検出面１３の全面に対して検出エリアを設定して、指が検出面１３上のどの位置に置かれても、確実にモーションデータを検出できるように設定してもよい。
【００９８】
また、モーションデータを安定的に検出できるようにするため、検出面１３を弾性機構により支持するようにしてもよい。検出面１３が弾性機構により支持された指紋センサ１２の構成を図１７及び図１８に示す。
【００９９】
図１７及び図１８に示すように、指紋センサ１２は、指紋認証装置１０の筐体に固定された支持基板３１を備えている。支持基板３１の主面上には、４つのスプリング３２ａ〜３２ｄが設けられている。スプリング３２ａ〜３２ｄは、支持基板３１の主面に対して垂直な方向が、弾性変形する方向となるようにされている。また、指紋センサ１２は、主面に検出面１３が取り付けられた矩形状の薄板状の可動基板３３を備えている。可動基板３３は、検出面１３が取り付けられていない裏面側の４つのコーナー部分が、スプリング３２ａ〜３２ｄを介して、支持基板３１により支えられている。このように指紋センサ１２では、検出面１３が、弾性部材によって、その主面に対して垂直な方向に移動可能に支持されている。
【０１００】
また、指紋センサ１２には、支持基板３１と可動基板３３との間に、指置き検出スイッチ３４が設けられている。この指置き検出スイッチ３４は、可動基板３３が、一定距離Ｚだけ支持基板３１の方向に移動したときに、ＯＮとなるスイッチである。
【０１０１】
このような構成の指紋センサ１２では、検出面１３が裏面側から弾性部材で支持されているので、この検出面１３に対して指等が載せられたときに、弾性部材の弾性力で定まる一定の圧力しか、この検出面１３に加わらない。
【０１０２】
従って、このような構成の指紋センサ１２であれば、感知出力レベルの平均値Ｘが変化しなくなる時点（Ｔ２）を正確に検出することができ、安定的にモーションデータを検出することができる。また、指紋センサ１２には、指置き検出スイッチ３４が設けられているので、検出面１３に対して弾性力で定まる一定の圧力が加わったことを確実に且つ短い時間で検出することができる。
【０１０３】
さらに、このような構成の指紋センサ１２では、弾性部材の弾性力で定まる一定の圧力が加わらなければ、指紋イメージデータの検出がされない。従って、例えば、柔らかな部材で形成された擬似指紋等が載せられたときにでも、一定の圧力で押すことを要求することとなるので、その擬似指紋の形状を崩させることができる。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明にかかる指紋認証装置及び方法では、センサの検出面に対して指等の被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合するとともに、検出された被検出物の表面の凹凸の模様と登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う。
【０１０５】
このため、この指紋認証装置及び方法では、本人認証の精度を向上させることができる。
【０１０６】
本発明にかかる認証装置及び方法では、センサの検出面に対して指等の被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う。
【０１０７】
このため、この認証装置及び方法では、指紋認証とともに用いることにより、本人認証の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の指紋認証装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の指紋認証装置の概略の斜視図である。
【図３】指紋センサに設けられている感知素子の配置について説明をするための図である。
【図４】本発明の実施の形態の指紋認証装置のブロック構成図である。
【図５】指紋認証装置をハードウェアで構成した場合のブロック図である。
【図６】登録データの内容について説明をするための図である。
【図７】水平方向に切り出した線状画像について説明をするための図である。
【図８】垂直方向に切り出した線状画像について説明をするための図である。
【図９】図７の線状画像の走査順序について説明をするための図である。
【図１０】図８の線状画像の走査順序について説明をするための図である。
【図１１】指紋の照合動作を示すフローチャートである。
【図１２】検出エリアの配置例を説明するための図である。
【図１３】検出エリアから検出される感知出力について説明をするための図である。
【図１４】平均化されたＲｆレベルの検出について説明するための図である。
【図１５】モーションデータについて説明をするための図である。
【図１６】検出エリアの他の配置例を説明するための図である。
【図１７】弾性機構を設けた指紋センサの側面図である。
【図１８】弾性機構を設けた指紋センサの平面図である。
【符号の説明】
１，１０  指紋検出装置、２，１２  指紋センサ、３，１３  検出面、２１  登録指紋格納部、２２  登録モーション格納部、２３  照合部
【図１】
2004171307.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004171307.tif 000016
【図１５】
2004171307.tif 000017
【図１６】
2004171307.tif 000018
【図１７】
2004171307.tif 000019
【図１８】
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