JP2000005147A

JP2000005147A - 個人認証装置

Info

Publication number: JP2000005147A
Application number: JP10174818A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Henmi; 和弘逸見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】光学系を必要としない簡単な構成で、しかも発
汗などの指の状態変化の影響を受けにくく、高い認証能
力が得られる個人認証装置を提供する。【解決手段】個別電極アレイ１２と、その配列方向両端
の外側にそれぞれ設けられ、互いに接続された第１、第
２の共通電極１３ａ，１３ｂと、個別電極アレイ１２お
よび共通電極１３ａ，１３ｂ上に設けられた誘電体層１
４でセンサ部を構成し、アナログスイッチ２１、発振器
２２、抵抗２４、帯域通過フィルタ２５、検波回路２６
およびＡ／Ｄ変換器２７により誘電体層１４上に指を押
し付けたときの指表面と個別電極アレイ１２の各電極と
の間の静電容量の分布に依存する信号を共通電極１３
ａ，１３ｂを介して順次選択的に検出し、この信号の特
徴パターンと予め登録されている特徴パターンとを演算
制御部２８で比較照合することで、被認証者が登録され
ている個人か否かを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被認証者の指の特
徴を用いて被認証者が登録されている個人か否かの認証
を行う個人認証装置に係り、特に被認証者の指表面と個
別電極アレイの各電極との間の静電容量の分布から指の
特徴を検出して認証を行う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を目的と
して、あるいはコンピュータネットワークにおけるパス
ワード入力に代わるものとして、被認証者が予め登録さ
れている個人か否かの認証を行う個人認証装置への関心
が高まっている。

【０００３】個人認証には様々な方式が提案されている
が、その一つとして光学的に指全体の画像を取り込み、
その画像の画素値を指の長手方向と直交する方向に加算
して得られる信号を指の特徴パターンとして用い、この
特徴パターンと予め登録されている各個人の特徴パター
ンを比較照合することによって、被認証者が登録されて
いる個人か否かの認証を行う方式がある（特開平２−１
７８７７７号公報）。この方式の個人認証装置では光学
系が必要であるため、装置の小型化が難しく、価格も高
くなってしまうという欠点がある。

【０００４】このような欠点を解決するために、光学系
を必要とすることなく個人認証を行う方式として、指の
長手方向と直交する方向に長い複数の線状電極を指の長
手方向に沿って所定間隔で配列して構成した線状電極ア
レイを用い、この線状電極アレイ上に指を押し付けたと
きの隣り合う線状電極間の抵抗値を指の長手方向に順次
読み取って合成して信号を指の特徴パターンとして用い
る個人認証装置が提案されている（特開平７−１６８９
３０号公報）。

【０００５】しかしながら、この方式の個人認証装置は
被認証者の指の表面電気抵抗値（直流インピーダンス）
を計測することで指の特徴パターンを検出するため、こ
の検出される特徴パターンが発汗の有無や発汗量などの
指の表面状態の影響を受け、認証能力が低下してしま
う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、線状
電極アレイを用いて指の表面電気抵抗値から指の特徴パ
ターンを求めて個人認証を行う方式では、光学系を必要
としないため装置が小型かつ低価格となるという利点を
有する反面、検出される特徴パターンが指の表面状態の
影響を受けて認証能力が低下するという問題点があっ
た。

【０００７】そこで、本発明は光学系を必要としない簡
単な構成で、しかも発汗などの指の状態変化の影響を受
けにくく、高い認証能力が得られる個人認証装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は被認証者の指の特徴を用いて個人認証を行
う個人認証装置において、複数の個別電極を配列して構
成された個別電極アレイと、個別電極アレイの配列方向
両端の外側にそれぞれ設けられ、かつ互いに接続された
第１、第２の共通電極と、個別電極アレイおよび第１、
第２の共通電極上に設けられた誘電体層と、この誘電体
層上に指を押し付けたときの指表面と個別電極アレイの
各電極との間の静電容量の分布に依存する信号を第１、
第２の共通電極を介して順次選択的に検出する信号検出
手段と、この信号検出手段により検出された信号の特徴
パターンと予め登録されている特徴パターンとを比較照
合する照合手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】ここで、信号検出手段は具体的には、例え
ば個別電極アレイの各電極に順次選択的に所定周波数の
交流信号を印加し、第１、第２の共通電極から該交流信
号の周波数に通過域の中心周波数が設定された帯域制限
手段および検波手段を介して電気信号を取り出すか、あ
るいは第１、第２の共通電極に所定周波数の交流信号を
印加し、個別電極アレイの各電極から順次選択的に該交
流信号の周波数に通過域の中心周波数が設定された帯域
制限手段および検波手段を介して電気信号を取り出すよ
うに構成される。

【００１０】このように構成された個人認証装置では、
誘電体層を間に挟んだ被認証者の指と個別電極アレイの
各電極との間の静電容量の分布を指の凹凸の特徴パター
ンに対応した信号（特徴パターン信号）として検出し、
この特徴パターン信号のパターンと予め登録されている
特徴パターンとを比較照合することで、被認証者が登録
されている個人か否かの判定を行う。

【００１１】この場合、個別電極アレイおよび共通電極
は誘電体層で被覆されているため、指とこれらの電極間
の電気抵抗は無限大となり、指の発汗等の表面状態の変
化によって変化することはない。従って、特徴パターン
信号として指の凹凸の特徴パターンのみに対応した信号
が得られるので、指の表面状態の変化に影響されない正
確な認証が可能となる。

【００１２】また、こうして検出される特徴パターン信
号には指自体のインピーダンス、つまり個別電極アレイ
の各電極と共通電極間の指のインピーダンスがパラメー
タの一つとして含まれるが、このインピーダンスは静電
容量の分布に依存する特徴パターン信号の検出に使用す
る交流信号の周波数が高いと、個別電極アレイの電極の
位置によって異なった値となる。ここで、もし共通電極
が一つのみの場合は、この指自体のインピーダンスは共
通電極からの距離にほぼ比例する形で大きくなり、特徴
パターン信号もこれに伴って変化してしまう。

【００１３】これに対し、本発明では個別電極アレイの
配列方向両端の外側に第１、第２の共通電極を設け、か
つこれらを共通接続することによって、特徴パターン信
号にパラメータとして含まれる指自体のインピーダンス
は、個別電極アレイの各電極と第１、第２の共通電極と
の間の各々のインピーダンスの合成インピーダンスとな
り、個別電極アレイの長手方向の中間で最大値を呈し、
共通電極側に近付くに従い減少するので、指の先端と基
部とのインピーダンス差が低減される。このため、指自
体のインピーダンスによる特徴パターン信号のばらつき
が低減され、指の凹凸の特徴パターンにより正確に対応
した特徴パターン信号を検出することが可能となる。

【００１４】本発明の個人認証装置においては、センサ
部の誘電体層に加わる圧力分布を検知して、その検知結
果から誘電体層に対する指の置き方を判定し、その判定
結果を被認証者に対して報知するようにしてもよい。

【００１５】圧力分布の検知は、誘電体層に加わる圧力
分布に応じて厚み方向の抵抗値分布が変化するように設
置された感圧抵抗シートを用い、この感圧抵抗シートの
抵抗値分布を検出することで行ってもよいし、個別電極
アレイおよび第１、第２の共通電極の少なくとも一部の
電極を歪みゲージにより構成し、この歪みゲージの抵抗
値分布を検出することで行ってもよい。

【００１６】指紋照合その他の光学的手法を用いた個人
認証装置においては、被認証者は画像モニタ上の表示か
らセンサ部上の指の置き方の状態を視覚的に確認できる
が、本発明の個人認証装置のように光学的手法を用いな
い方式では、画像から指の置き方を確認できないため、
置き方が悪い場合、被認証者が登録されている本人であ
っても認証されないことがある。これに対し、本発明で
は指の置き方を容易に確認することが可能であり、これ
によって認証精度を高めることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。（第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る個人認証装置の全体の概略構成を示す図であり、図２
はセンサ部の構成を示す断面図である。

【００１８】まず、センサ部は図２に示すように、絶縁
性基板１１と、この基板１１上に形成された個別電極ア
レイ１２および第１、第２の共通電極１３ａ，１３ｂ
と、これらの個別電極アレイ１２および第１、第２の共
通電極１３ａ，１３ｂの上に設けられた誘電体層１４か
らなる。

【００１９】個別電極アレイ１２は複数の線状電極を個
別電極として一定間隔、例えば１／１０ｍｍ間隔で配列
して構成されている。個人認証に際しては、図２に示す
ようにセンサ部の誘電体層１４の上に個別電極アレイ１
２の長手方向に沿って被認証者の指１０が押し付けられ
る。

【００２０】この場合、指１０と個別電極アレイ１２と
の間に誘電体層１４が介在していることにより、指１０
と個別電極アレイ１２との間に静電容量が形成される。
本発明では、この静電容量の分布に依存する信号を検出
することで、指１０の表面の凹凸の特徴パターンを検出
して認証を行う。

【００２１】個別電極アレイ１２のアレイ長（配列方向
の長さ）は、指の先端から第二関節を完全に含む長さで
あることが望ましく、個別電極の幅および間隔が決めら
れていれば、この長さを満足するように個別電極の数が
選定される。第１、第２の共通電極１３ａ，１３ｂは、
個別電極アレイ１２の配列方向両端（図で左右両端）の
外側に設けられており、外部で互いに接続されている。

【００２２】個別電極アレイ１２の各電極には、それぞ
れアナログスイッチ２１の各々の一端が接続され、アナ
ログスイッチ１２の各々の他端は発振器２２の出力端子
に共通に接続されている。発振器２２は典型的には正弦
波発振器であり、その発振周波数は測定速度を高める等
の理由から比較的高い周波数、例えば１ＭＨｚ程度に選
ばれる。

【００２３】アナログスイッチ１２は、タイミング発生
器２３からのタイミングパルスによって順次選択的にオ
ン状態とされ、これに伴い指１０と個別電極アレイ１２
の各電極との間の静電容量の分布に依存する信号が共通
電極１３ａ，１３ｂを介して順次選択的に検出される。
すなわち、共通電極１３ａは検出抵抗２４を介して接地
されており、この検出抵抗２４の両端に指１０と個別電
極アレイ１２の各電極との間の静電容量に依存して変化
する交流電圧が発生する。

【００２４】検出抵抗２４の両端に発生した交流電圧
は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２５に入力される。帯
域通過フィルタ２５の通過域の中心周波数は、発振器２
２の発振周波数と等しく選定されている。この帯域通過
フィルタ２５の出力は検波回路（ＤＥＴ）２６によって
検波された後、Ａ／Ｄ変換器２７に入力される。検波回
路２６は、簡単には包絡線検波回路でよく、また同期検
波回路を用いてもよい。同期検波回路を用いる場合は、
発振器２２の出力を参照信号として用いるようにする。

【００２５】Ａ／Ｄ変換器２７は、タイミング発生器２
３からのアナログスイッチ２１に供給されるタイミング
パルスと同期したサンプリングクロックに従って、検波
回路２６の出力信号をサンプリングしてディジタル信号
に変換する。このＡ／Ｄ変換器２７から出力されるディ
ジタル値は、指１０と個別電極アレイ１２の各電極との
間の静電容量に依存して順次変化する。

【００２６】Ａ／Ｄ変換器２７の出力信号は、演算制御
部（ＣＰＵ）２８に入力される。演算制御部２８は、タ
イミング発生器２３を制御すると共に、Ａ／Ｄ変換器２
７から出力されるディジタル信号についてディジタル演
算を行うことにより、被認証者が登録されている個人か
否かの判定を行う。Ａ／Ｄ変換器２７の出力信号は、次
式（１）で表される。

【００２７】Ｖ(i) ＝Ｒ×Ｖｏ／（Ｚ(i) ＋Ｚｆ＋Ｚｃ＋Ｒ）（１）ここで、Ｒは検出抵抗２４の抵抗値、Ｖｏは発振器２２
の出力電圧の振幅、Ｚ(i) は指１０と個別電極アレイ１
２のｉ番目の個別電極との間の容量性結合によるインピ
ーダンス、Ｚｃは指１０と共通電極１３ａ，１３ｂとの
間の容量性結合によるインピーダンスの合成インピーダ
ンスである。さらに、Ｚｆは指１０自体のインピーダン
スであり、この場合は個別電極アレイ１２のｉ番目の個
別電極と共通電極１３ａ，１３ｂとの間の各々のインピ
ーダンスの合成インピーダンスである。

【００２８】個別電極アレイ１２のうち、指１０との距
離が小さい個所では電極と指１０との容量性結合が強く
なり、インピーダンスＺ(i) は小さくなるため、信号Ｖ
(i)は大きくなる。逆に、指１０の第一関節付近の横じ
わの部分のように、個別電極アレイ１２のうち指１０と
の距離が長い個所では電極と指１０との容量性結合が弱
くなり、インピーダンスＺ(i) が大きくなるため、信号
Ｖ(i) は小さくなって急峻なディップを持つ。すなわ
ち、信号Ｖ(i) は指１０の表面の凹凸の特徴パターンの
情報を持つことになる。そこで、この信号Ｖ(i) を特徴
パターン信号と称する。

【００２９】この場合、個別電極アレイ１２および共通
電極１３ａ，１３ｂは誘電体層１４により被覆されてい
るため、指１０とこれらの電極１２および１３ａ，１３
ｂとの間の電気抵抗は無限大となる。従って、指１０と
個別電極アレイ１２および共通電極１３ａ，１３ｂとの
間の電気抵抗の変化がないため、特徴パターン信号Ｖ
(i) として、指１０の発汗等の表面状態の変化に影響さ
れず、指１０の凹凸の特徴パターンのみに対応した信号
が得られる。

【００３０】式（１）における指１０自体のインピーダ
ンスＺｆは、発振器２２の発振周波数が比較的低い場合
は略一定となるが、発振周波数が１ＭＨｚ程度と高い場
合には有意の値となってくる。そして、このインピーダ
ンスＺｆは共通電極１３ａ，１３ｂのいずれか一方、例
えば１３ａのみ設けられているとすると、指１０の単位
長さ当たりのインピーダンスが略一定とすれば、共通電
極１３ａからの距離に比例して大きくなり、この場合は
指１０の先端で大きく、基部で小さな値となる。従っ
て、共通電極１３ａから離れた部位ほど、特徴パターン
信号Ｖ(i) はインピーダンスＺｆ分だけ低下することに
なり、これが指１０の表面の凹凸の特徴パターンを正確
に検出できなくなる原因となる。

【００３１】これに対し、本発明のように個別電極アレ
イ１２の配列方向両端の外側にそれぞれ共通電極１３
ａ，１３ｂを設け、かつこれらを共通接続すると、式
（１）の特徴パターン信号Ｖ(i) 中の指１０自体のイン
ピーダンスＺｆは、前述したように個別電極アレイ１２
のｉ番目の個別電極と共通電極１３ａ，１３ｂとの間の
各々のインピーダンスの合成インピーダンスとなる。こ
のインピーダンスＺｆは個別電極アレイ１２の長手方向
の中間、つまり共通電極１３ａと１３ｂとの中間の位置
で最大値となり、ここから共通電極１３ａまたは１３ｂ
に近付くに従い減少するので、指１０の先端と基部との
インピーダンス差が低減される。

【００３２】従って、共通電極１３ａ，１３ｂが一方の
みしかない場合に比較して、インピーダンスＺｆによる
特徴パターン信号Ｖ(i) のばらつきが低減され、指１０
の凹凸の特徴パターンを正確に検出することができる。

【００３３】図３は、個別電極アレイ１２の位置（ｉ）
を横軸に、また縦軸に特徴パターン信号Ｖ(i) の振幅を
とって示す図であり、（ａ）は本実施形態の場合、
（ｂ）は共通電極１３ａ，１３ｂのうち１３ａのみを設
けた比較例の場合である。共通電極１３ａのみの場合
は、図３（ｂ）に示すように共通電極１３ａから離れる
に従って特徴パターン信号Ｖ(i) の振幅が低下してい
る。これに対し、個別電極アレイ１２の両側に共通電極
１３ａ，１３ｂを設け、かつこれらを共通に接続した本
実施形態の構成によれば、図３（ａ）に示すように、図
３（ｂ）のような特徴パターン信号Ｖ(i) の振幅低下が
なく、ばらつきの少ない特徴パターン信号Ｖ(i)が得ら
れている。

【００３４】次に、演算制御部２８での処理手順につい
て説明する。この処理は、大きく分けて登録と照合の二
つがある。まず、登録処理について図４に示すフローチ
ャートを用いて説明する。

【００３５】まず、特徴パターン信号Ｖ(i) を取り込む
（ステップＳ１１）。ここで、特徴パターン信号Ｖ(i)
とは前述したように、検出抵抗２４の両端に発生した交
流電圧を帯域通過フィルタ２５および検波回路２７を経
てＡ／Ｄ変換器２８でディジタル化した信号の特徴パタ
ーンを表す信号である。次に、この特徴パターン信号Ｖ
(i) を照合用の特徴パターン信号Ｖｄ(i) として適当な
記録媒体、例えばＩＣカード内のデータメモリに記録す
ることで登録を行う（ステップＳ１２）。

【００３６】次に、照合処理について図５に示すフロー
チャートを用いて説明する。まず、登録処理におけるス
テップＳ１１と同様に、特徴パターン信号Ｖ(i) を取り
込む（ステップＳ２１）。次に、前述した登録処理によ
りＩＣカード内のデータメモリなどの記録媒体に登録さ
れている照合用の特徴パターン信号Ｖｄ(i)を読み出
し、これとステップＳ２１で取り込んだ特徴パターン信
号Ｖ(i) を比較照合する（ステップＳ２２）。この比較
照合は、以下の手順で二つの特徴パターン信号Ｖ(i) ，
Ｖｄ(i) の相違度Ｅを計算することにより実現される。
まず、次式（２）（３）により、検出された特徴パター
ン信号Ｖ(i) と登録されている特徴パターン信号Ｖｄ
(i) の位置合わせを行う。

【００３７】

【数１】

【００３８】この場合、Ｖ(i) をｍだけずらせたＶ(i＋
m)とＶｄ(i) との２乗誤差をある範囲にわたって加算し
た信号をＳ(m) としている。なお、ＮはＶ(i) の要素の
数である。

【００３９】こうして求めた信号Ｓ(m) は、Ｖ(i＋m)と
Ｖｄ(i) の一致度を表すパラメータであり、Ｓ(m) の値
が小さいほど一致度が高いことを示す。位置合わせはｍ
をある範囲で変化させ、最もＳ(m) の値が小さくなると
きのＭを位置ずれ量とし、このＭのところで位置合わせ
ができたとする。次に、次式（４）（５）を用いて相違
度Ｅを計算する。ＮはＶ(i) の要素の数である。

【００４０】

【数２】

【００４１】式（４）（５）の相違度Ｅは、検出された
特徴パターン信号Ｖ(i) の位置合せ後の信号Ｖ(i＋M)と
登録されている特徴パターン信号Ｖｄ(i) との２乗誤差
をある範囲にわたって加算した信号を同じ範囲の信号Ｖ
ｄ(i) の２乗和で正規化したものである。こうして計算
される相違度Ｅは、Ｖ(i＋M)とＶｄ(i) との相違度を表
しており、このＥの値が大きいほど両者の相違が大き
く、値が小さいほど両者が似ていることを示す。

【００４２】こうして相違度Ｅを計算した後、次に相違
度Ｅを予め定められた閾値ＴＨと比較する（ステップＳ
２３）。この比較の結果、Ｅ≦ＴＨならば被認証者を登
録されている本人と判定し（ステップＳ２４）、処理を
終了する。また、Ｅ＞ＴＨならばＶ(i＋M)とＶｄ(i) が
一致していないと判断して、被認証者を他人と判定し
（ステップＳ２５）、処理を終了する。

【００４３】以上の照合処理が終了すると、演算制御部
２８は照合結果に応じた処理、例えば本人と判定した場
合はドアを解放し、他人と判定した場合は警報を鳴らす
などの処理を行う。これらの処理は、対象とするセキュ
リティシステムによって種々異なることはいうまでもな
い。

【００４４】次に、本発明の他の実施形態について述べ
る。なお、以下の実施形態では図１および図２と同一ま
たは相対応する部分に同一符号を付して第１の実施形態
との相違点を中心に説明する。

【００４５】（第２の実施形態）図６に、本発明の第２
の実施形態に係る個人認証装置の構成を示す。本実施形
態は発振器２２の出力を第１の共通電極１３ａに接続
し、個別電極アレイ１２側からアナログスイッチ２１を
介して信号を取り出すようにした点が第１の実施形態と
異なる。このように構成しても、第１の実施形態と同様
の結果が得られることは明らかである。

【００４６】（第３の実施形態）図７は、本発明の第３
の実施形態に係る個人認証装置のセンサ部の構成を示す
図であり、櫛形電極１５を用いている。櫛形電極１５の
両側の幅広の部分は、第１、第２の共通電極１５ａ，１
５ｂであり、幅狭の電極指（櫛歯状部分）１５ｃは個別
電極アレイ１２の各電極の間に挿入されている。このよ
うに第１、第２の共通電極を櫛形電極１５の一部として
構成することによっても、先の実施形態と同様の効果が
得られる。

【００４７】また、本実施形態では電極指１５ｃも共通
電極１５ａ，１５ｂと接続されているので、特徴パター
ン信号のばらつきをさらに低減して、より高精度の認証
が可能となる。

【００４８】（第４の実施形態）図８は本発明の第４の
実施形態に係る個人認証装置における圧力分布検知機能
を有するセンサ部の構成を示す断面図であり、図９は同
実施形態に係る個人認証装置の圧力分布検知に基づく指
置き状態判定に関する部分の概略構成を示す図である。
すなわち、本実施形態は被認証者の指のセンサ部への押
圧による圧力分布を検知し、これに基づいてセンサ部へ
の指置き状態を判定して、その判定結果を被認証者に報
知するようにしたものである。

【００４９】センサ部においては、図８に示すように絶
縁性基板１１上に下部電極１６を介して感圧抵抗シート
１７が形成され、この感圧抵抗シート１７上に個別電極
アレイ１２および第１、第２の共通電極１３ａ，１３ｂ
が形成されている。感圧抵抗シート１７は、例えば樹脂
シートの中に導電性粒子を分散させ、圧力が加えられた
とき厚み方向の抵抗値が低下するように構成されてい
る。

【００５０】このようにセンサ部を構成すると、指１０
を誘電体層１４上に押し付けた際、誘電体層１４および
個別電極アレイ１２を介して感圧抵抗シート１７に圧力
が加わることにより、個別電極アレイ１２の各電極と下
部電極１５との間の抵抗値が低下すると共に、誘電体層
１４に加わる圧力分布に応じて、つまり指１０の置き方
によって抵抗値の分布が変わるため、これを検出するこ
とで指１０がセンサ上に正しく置かれているか否かを判
定することができる。この指置き状態の判定方法につい
て、図９を用いて説明する。

【００５１】図９に示すように、個別電極アレイ１２の
各電極には、それぞれアナログスイッチ３１の各一端が
接続され、アナログスイッチ３１の各他端は直流の基準
電圧源３２に接続されている。一方、下部電極１６は検
出抵抗３４を介して接地されており、この検出抵抗３４
の両端に個別電極アレイ１２の各電極と下部電極１６と
の間の抵抗値の分布に依存して変化する直流電圧が発生
する。

【００５２】検出抵抗３４の両端に発生した直流電圧
は、Ａ／Ｄ変換器３７に入力される。Ａ／Ｄ変換器３７
は、タイミング発生器３３からのアナログスイッチ３１
に供給されるタイミングパルスと同期したサンプリング
クロックに従って検出抵抗３４の両端に発生した直流電
圧をサンプリングしてディジタル信号に変換する。この
Ａ／Ｄ変換器３７の出力信号は、演算制御部（ＣＰＵ）
３８に入力される。

【００５３】演算制御部３８では、タイミング発生器３
３を制御すると共に、Ａ／Ｄ変換器３７から出力される
ディジタル信号から感圧抵抗シート１７の抵抗値分布を
検出して、被認証者の指１０が正しくセンサ部に置かれ
ているか否かを判定する。具体的には、例えば個別電極
アレイ１２の各電極を介して検出される抵抗値が全てあ
るいは一部が所定の閾値以下になった場合に、指が正し
く置かれていると判定することができる。

【００５４】この指置き状態の判定結果は表示部３９で
表示され、指の置き方が悪い場合にはその旨が被認証者
に報知される。また、この判定結果に基づき指が正しく
置かれている場合には、前述した認証動作に自動的に移
行させるようにすることもできる。

【００５５】（第５の実施形態）図１０は、本発明の第
５の実施形態に係る個人認証装置の概略構成を示す図で
あり、図９における指置き状態判定のためのアナログス
イッチ３１、タイミング発生器３３、Ａ／Ｄ変換器３７
および演算制御部３８を認証のためのアナログスイッチ
２１、タイミング発生器２３、Ａ／Ｄ変換器２７および
演算制御部２８と共用した例である。

【００５６】本実施形態では、図１の構成にモード切替
スイッチ４１，４２と図９で説明した基準電圧源３２と
検出抵抗３４および表示部３９が追加されている。スイ
ッチ４１は指置き状態判定モードでは基準電圧源３２側
に切り替えられ、認証モードでは発振器２２側に切り替
えられる。一方、スイッチ４２は指置き状態判定モード
では検波回路２６の出力側に切り替えられ、認証モード
では圧力分布を検出するための検出抵抗３４側に切り替
えられる。

【００５７】従って、本実施形態によると簡単な構成に
より、指置き状態判定機能を持った個人認証装置を実現
することができる。なお、図６に示した第２の実施形態
の個人認証装置に同様の指置き状態判定機能を持たせる
ことも可能であり、さらに図７に示した第３の実施形態
に係るセンサ部に下部電極および感圧抵抗シートを組み
合わせることによって、圧力分布検知機能を持たせるこ
ともできる。

【００５８】（第６の実施形態）図１１は、本発明の第
６の実施形態に係る個人認証装置における圧力分布検知
機能を有するセンサ部の構成を示す断面図である。本実
施形態では、第１、第２の共通電極１３ａ，１３ｂの下
部に、下部電極１８ａ，１８ｂおよび感圧抵抗層１９
ａ，１９ｂが設置されている。指１０を図１１のように
センサ部の上に正しく置くと、感圧抵抗層１９ａ，１９
ｂの抵抗値が共に低下するので、これを先の実施形態と
同様に検出することで、指置き状態の判定が可能とな
る。

【００５９】（第７の実施形態）図１２（ａ）（ｂ）
は、本発明の第７の実施形態に係る個人認証装置におけ
る圧力分布検知機能を有するセンサ部の構成を示す断面
図と個別電極アレイの平面図である。本実施形態では、
個別電極アレイ２０を歪みゲージによって構成してい
る。歪みゲージは、例えばＣｒのような金属材料の細線
を図１２（ｂ）に示すようなパターンで形成した公知の
ものであり、本実施形態ではこのような歪みゲージを各
々の個別電極として個別電極アレイ２０が構成されてい
る。

【００６０】図１２（ａ）のようにセンサ部の誘電体層
１４上に被認証者の指１０が押し付けられると、その圧
力分布に応じて個別電極アレイ２０の各個別電極を構成
する歪みゲージの抵抗値が変化するので、この抵抗値の
分布を先と同様に検出することにより、指置き状態の判
定が可能となる。個別電極アレイ２０の各々の歪みゲー
ジは、認証動作においては単なる個別電極として用いら
れる。

【００６１】このように本実施形態によると、感圧抵抗
シートなどを用いることなく、より簡単な構成で指置き
状態の判定が可能となる。本発明は、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することが可能である。例
えば、上述した実施形態では個別電極アレイを線状電極
あるいは歪みゲージからなる個別電極を一次元に配列し
て構成したが、個別電極をドット状電極として二次元の
マトリクス状に配列して構成してもよく、これにより被
認証者の指紋などの指の二次元情報に応じた静電容量分
布に依存する信号を検出して認証を行うこともできる。
また、第４〜第７の実施形態で説明した圧力分布検知機
能を持つセンサ部においては、共通電極を一つのみとし
てもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば個
別電極アレイと、その配列方向両端の外側にそれぞれ設
けられ、互いに接続された第１、第２の共通電極と、こ
れらの電極上に設けられた誘電体層でセンサ部を構成
し、誘電体層上に指を押し付けたときの指表面と個別電
極アレイの各電極との間の静電容量の分布に依存する信
号を介して順次選択的に検出し、この信号の特徴パター
ンと予め登録されている特徴パターンとを比較照合する
ことにより、光学系を必要としない簡単な構成で、しか
も発汗などの指の状態変化の影響を受けることなく確実
に被認証者が登録されている個人か否かを確実に判定す
ることができる。

【００６３】また、本発明では特に個別電極アレイの配
列方向両端の外側にそれぞれ共通電極を設け、かつこれ
らを共通接続することによって、特徴パターン信号にパ
ラメータとして含まれる指自体のインピーダンスは、個
別電極アレイの各電極と二つの共通電極との間の各々の
インピーダンスの合成インピーダンスとなり、個別電極
アレイの長手方向の中間で最大値を呈し、共通電極側に
近付くに従い減少するため、指自体のインピーダンスに
よる特徴パターン信号のばらつきが低減され、指の凹凸
の特徴パターンにより正確に対応した特徴パターン信号
を検出することが可能となる。従って、指のインピーダ
ンスの影響を受けない高精度な認証を行うことができ
る。

【００６４】さらに、センサ部の誘電体層に加わる圧力
分布を検知して、その検知結果から誘電体層への指置き
状態を判定し、その判定結果を被認証者に対して報知す
ることにより、指の置き方が悪い場合にその旨を被認証
者に知らせることで、認証精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る個人認証装置の
全体構成を示す図

【図２】同実施形態におけるセンサ部の構成とセンサ部
に被認証者の指が置かれた状態を示す断面図

【図３】同実施形態に係る個人認証装置の効果を説明す
るための個別電極アレイの位置と特徴パターン信号の振
幅の関係を示す図

【図４】同実施形態における登録処理の手順を示すフロ
ーチャート

【図５】同実施形態における照合処理の手順を示すフロ
ーチャート

【図６】本発明の第２の実施形態に係る個人認証装置の
全体構成を示す図

【図７】本発明の第３の実施形態に係る個人認証装置に
おけるセンサ部の構成を示す平面図

【図８】本発明の第４の実施形態に係る個人認証装置の
圧力分布検知機能を有するセンサ部の構成を示す断面図

【図９】同実施形態に係る個人認証装置における圧力分
布検知に基づく指置き状態判定に関する部分の構成を示
す図

【図１０】本発明の第５の実施形態に係る個人認証装置
の全体構成を示す図

【図１１】本発明の第６の実施形態に係る個人認証装置
の圧力分布検知機能を有するセンサ部の構成を示す断面
図

【図１２】本発明の第７の実施形態に係る個人認証装置
における圧力分布検知機能を有するセンサ部の構成を示
す断面図および個別電極アレイの平面図

【符号の説明】

１０…被認証者の指１１…絶縁性基板１２…個別電極アレイ１３ａ，１３ｂ…第１、第２の共通電極１４…誘電体層１５…櫛形電極１５ａ，１５ｂ…第１、第２の共通電極１５ｃ…電極指１６…下部電極１７…感圧抵抗シート１８ａ，１８ｂ…下部電極１９ａ，１９ｂ…感圧抵抗層２０…歪みゲージからなる個別電極アレイ２１…アナログスイッチ２２…発振器２３…タイミング発生器２４…検出抵抗２５…帯域通過フィルタ２６…検波回路２７…Ａ／Ｄ変換器２８…演算制御部３１…アナログスイッチ３２…基準電圧源３３…タイミング発生器３４…検出抵抗３７…Ａ／Ｄ変換器３８…演算制御部３９…表示部４１，４２…モード切替スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被認証者の指の特徴を用いて個人認証を行
う個人認証装置において、複数の個別電極を配列して構成された個別電極アレイ
と、前記個別電極アレイの配列方向両端の外側にそれぞれ設
けられ、かつ互いに接続された第１、第２の共通電極
と、前記個別電極アレイおよび前記第１、第２の共通電極上
に設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に指を押し付けたときの指表面と前記個
別電極アレイの各電極との間の静電容量の分布に依存す
る信号を前記第１、第２の共通電極を介して順次選択的
に検出する信号検出手段と、前記信号検出手段により検出された信号の特徴パターン
と予め登録されている特徴パターンとを比較照合する照
合手段とを備えたことを特徴とする個人認証装置。
【請求項２】前記信号検出手段は、前記個別電極アレイ
の各電極に順次選択的に所定周波数の交流信号を印加
し、前記第１、第２の共通電極から該交流信号の周波数
に通過域の中心周波数が設定された帯域制限手段および
検波手段を介して前記電気信号を取り出すように構成さ
れ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３】前記信号検出手段は、前記第１、第２の共
通電極に所定周波数の交流信号を印加し、前記個別電極
アレイの各電極から順次選択的に該交流信号の周波数に
通過域の中心周波数が設定された帯域制限手段および検
波手段を介して前記電気信号を取り出すように構成され
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４】前記誘電体層に加わる圧力分布を検知する
圧力分布検知手段と、前記圧力分布検知手段の検知結果から前記誘電体層に対
する指の置き方を判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果を被認証者に対して報知する報
知手段とを有することを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれか１項記載の個人認証装置。
【請求項５】前記圧力分布検知手段は、前記誘電体層に
加わる圧力分布に応じて厚み方向の抵抗値分布が変化す
るように設置された感圧抵抗シートを有し、この感圧抵
抗シートの抵抗値分布を検出して前記誘電体層に加わる
圧力分布を検知するように構成され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】前記個別電極アレイおよび前記第１、第２
の共通電極の少なくとも一部の電極を歪みゲージにより
構成し、前記圧力分布検知手段は該歪みゲージの抵抗値
分布を検出して前記誘電体層に加わる圧力分布を検知す
るように構成されることを特徴とする請求項４記載の個
人認証装置。