JP2011129004A - 個人認証装置及び移動通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】小型・薄型で且つ生体を精度良く位置決めすることができる生体認証型の個人認証装置を提供することを目的とする。
【解決手段】赤外線を照射する第１の光源及び第２の光源と、前記第１及び第２の光源から生体に照射された赤外線を検出する検出部とを備え、前記検出部の検出した赤外線によって、生体特徴情報を有する画像を検知して個人認証を行なう個人認証装置であって、前記第１及び第２の光源から生体に照射され、前記検出部により検出された赤外線から生体の位置情報を検知することにより、非接触で生体の位置決めを行なうことを特徴とする個人認証装置を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は個人認証装置に関する。特に、例えば指静脈等を用いて生体の認証を行なう個人認証装置に関する。

近年、生体認証により個人認証を行なう技術として、指静脈を生体情報として認証する指静脈認証技術が知られている。指静脈認証技術は、生体内部の生体特徴情報である指静脈パターンを使用するために優れた認証精度を実現し、かつ生体表面の生体特徴情報である指紋等を使用した生体認証に比べて偽造や改ざんが困難であるというメリットを有する。

下記特許文献１には、「撮像部から生体までの必要な撮像距離を確保して明瞭な画像品質を取得できる撮像条件を満たしながら小型化を図る生体情報読取装置を提供すること」を目的とし、「光を発光する光源と、前記光源からの光が照射された生体の画像を撮像する撮像部と、前記生体を撮像位置に保持する生体保持部と、これらを搭載する装置本体とからなる生体情報読取装置であって、生体非読取り時には、前記生体保持部を、前記装置本体の内部に折畳んで格納することにより小型化し、生体読取り時には、格納位置から装置本体の生体保持位置に突出させる構成を有する」こと等が記載されている。

特開２００９−２６０３９号公報

指静脈認証は、高度なセキュリティを実現し、高いセキュリティレベルが要求される現金自動預け払い機やパーソナルコンピュータのログイン等の業務用に普及しているが、指紋認証等に比べて小型化、薄型化が困難なため汎用民生機器への普及が進んでいない。
従来の指静脈認証装置は、指を装置に接触させた状態で赤外線を指に照射させ、撮像素子で映し出された静脈パターン画像を取得していたが、この場合、静脈から撮像素子までの光路長の大部分が装置内部となるため、装置の小型化、薄型化が困難であるという問題がある。

また、上記特許文献１では、生体非読取り時には、生体保持部を前記装置本体の内部に折畳んで格納することにより小型化を図ることが記載されているが、指を装置に接触させる従来方式では、使用者の爪の形状や長さの変化の影響による指の位置ずれや、指の押圧の変化による静脈パターンの濃淡の変化によって、認証性能が劣化するという問題がある。

そして、小型化、薄型化及び指を装置に接触させる従来方式の問題を解決するのために指を装置に対して非接触とする場合、静脈パターン画像を撮影する際に指を精度良く固定させることが課題である。
さらに、指を装置に対して非接触とする場合、外光や指表面からの反射光等のノイズ成分の影響を受け難くすることも課題である。

本発明は上記課題を改善するため、一例として特許請求の範囲に記載の構成を用いる。具体的には、例えば、赤外線を照射する第１の光源及び第２の光源と、前記第１及び第２の光源から生体に照射された赤外線を検出する検出部とを備え、前記検出部の検出した赤外線によって、生体特徴情報を有する画像を検知して個人認証を行なう個人認証装置であって、前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記検出部を中心として略対称な位置に配置され、前記第１及び第２の光源から生体に照射され、前記検出部により検出された赤外線から生体の位置情報を検知することにより、非接触で生体の位置決めを行なうことを特徴とする個人認証装置を用いる。

本発明によれば、小型・薄型で且つ生体を精度良く位置決めすることができる生体認証型の個人認証装置を提供することができる。

また、装置の小型化、薄型化が可能となるため、携帯して持ち歩きながら使用するモバイル機器等への組込み使用が可能となり、生体認証型の個人認証装置の汎用民生機器への普及が進む。

本発明に係る生体認証装置の一実施形態であって、指を認証対象としたときの状態を示す生体認証装置の要部断面図である。 本発明に係る生体認証装置の一実施形態であって、指を認証対象としたときの状態を示す生体認証装置の要部断面図である。 赤外線反射光による指位置監視方法（正常な場合）の概略図である。 赤外線反射光による指位置監視方法（指が傾いている場合）の概略図である。 赤外線反射光による指位置監視方法（指の距離が合っていない場合）の概略図である。 赤外線反射光による指位置監視方法（指が捻られている場合）の概略図である。 可視光反射光による指位置監視方法（光源2点の場合）の概略図である。 可視光反射光による指位置監視方法（光源４点の場合）の概略図である。 液晶モニタ画像による指位置監視方法の概略図である。 ヘモグロビンの吸光度特性と使用する赤外線の波長を表した図である。 画像処理装置の機能ブロック図である。 画像処理装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。

この生体認証装置は、生体の一部、例えば、指から指の特徴情報を検出して、生体の認証を行なう。すなわち、生体認証装置は、指静脈認証装置として、生体の一部として指を装置に非接触で翳したときに、装置の表面（指の下方）に設けられたＬＥＤ(Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)等の光源から赤外光を指に照射し、指内で拡散した赤外線が静脈に吸収され、かつ静脈以外の組織を散乱・透過することにより、指の静脈の形態（静脈パターン）を含む指の内部環境の影響を受けて指外部に放出される赤外光に基づく画像を撮像し、この画像から静脈パターンを特徴情報として抽出して本人認証を行なう。

図1は、認証対象が生体の一部としての指であるときの生体認証装置（第１実施形態）の要部断面図である。

図1において、生体認証装置は、携帯電話等の移動通信端末やモバイル機器等を想定した筐体１０を備えている。筐体１０の内部には、生体の特徴情報である指静脈パターン画像を検出する検出部と、指１１に赤外線を一定の角度で照射する光源１２を備えている。本実施形態においては、該光源１２を、該検出部を中心に略対称（例えば、１８０度向かい合わせ等）に２個備えている。例えば、光源１２をこのような配置とすることにより、生体の位置決め時の位置決め精度をさらに向上させることができる。検出部は、撮像素子１３、撮像素子１３に結像させるレンズ１４、及び不要な可視光を遮断し赤外線を通すＩＲフィルタ１５で構成されている。

図２の生体認証装置（第２実施形態）は、図１の生体認証装置（第１実施形態）に対し、光源１２を片側１個とし、反対側を位置センサ１６としたもので、後述する指１１の固定の安定化を狙ったものであり、機能的には第１実施形態と同等である。

次に、指１１を装置に対して非接触とすることで問題となる指１１の位置決め方法について、第１実施形態にて説明する。

図３は、指１１が装置に対し平行、かつ正しい距離に配置された場合の要部断面図と、そのときの撮像素子１３によって得られる画像を表したものである。

図３において、レンズ１４の仰角θ１と倍率、光源１２の照射角θ２を一定とし、光源１２の指１１に対する赤外線反射光の輝度ピークを撮像素子１３で監視する。この場合、撮像素子１３が検出する輝度ピークの位置や輝度の大きさの閾値を予め設定しておく。ここで、輝度ピークとは、赤外光の輝度が極大となる点近傍を示す概念であり、具体的には例えば輝度の極大点付近から所定の輝度範囲に収まる領域等をいう。この閾値内に輝度ピークが入るか否かを検出することにより、指１１が装置に対し平行、かつ正しい距離に配置されたか否かを判定することが可能である。すなわち、２つ（複数でもよい）の光源１２の照射角θ２を一定にして、赤外光を生体に照射し、赤外線反射光の輝度ピークの位置等を検出することにより例えば生体上の特定の２点（複数点でもよい）の高さ位置等を検出することができる。

図４は指１１が装置に対し傾いている例を、図５は指１１が装置に対し距離が合っていない例を表したものである。何れも輝度ピークが閾値内から外れて、指１１が装置に対し平行ではない、または正しい距離に配置されていないと判定することが可能である。

図６は指１１が装置に対し捻られている（回転している）例を表したものである。指１１の裏側（手のひら側）の中心部は通常平坦であるが、図６のように指１１が捻られている（回転している）場合、赤外線反射光の形状（輝度分布）が、図３のような指１１を正しく配置された場合（理想状態）と異なってくる。この場合、赤外線反射光の形状（輝度分布）に閾値を設定し、正しく配置された場合（理想状態）の赤外線反射光の形状（輝度分布）と比較することにより良否判定することが可能である。

以上の実施形態の生体認証装置を用いれば、光路長の大部分を装置外部とすることにより、装置全体を小型化できる。さらに、非接触であるため使用者の爪の形状変化による指の位置ずれや指の押圧の影響による血管の圧迫などにより、認証性能の劣化する問題を改善できる。

すなわち、本実施形態の生体認証技術を用いることにより、小型・薄型で且つ生体を精度良く位置決めすることができる生体認証型の個人認証装置を提供することができる。そして、小型のモバイル機器（例えば、携帯電話等）への生体認証型の個人認証装置の搭載を普及させることができる。

また、例えば生体認証に用いる光源と検出部を用いて、生体（例えば指等）の位置決めを行なう方式を採用することで、新たに位置決め等のための撮像素子や光源等を追加することが不要となるため、部品点数削減ができ、装置の製造コスト低減が図れる。

ここまで、指１１を非接触で装置に対し平行、かつ正しい距離に配置させる方法と装置内部での良否判定について述べてきたが、その過程で本装置の使用者が指１１の配置状態を確認することができればより便利である。

図７は、使用者が指１１の配置状態を確認する手段として、光源１２の赤外線光源に可視光光源を追加した例を表したものである。可視光光源は赤外線光源と同様にＬＥＤなどによるもので、赤外線光源と同一パッケージに収め、赤外線光源と同等の光線軌跡、輝度分布をもつものとする。

図７の可視光反射光は、装置内部で指１１の配置の良否判定に使用される赤外線反射光と同等の光線軌跡、輝度分布であるため、使用者は可視光反射光を目安として肉眼で見ながら指１１の配置状態を確認することが可能となる。なお、可視光は認証機能においては不要なものであり、赤外線と同時に照射させるとノイズとなり装置内部の良否判定に悪影響を及ぼすため、タイミングを変えて交互に照射する。

図８は、指先側の光源１２ａ、光源１２ｂの２個、指の根元側の光源１２ｃ、光源１２ｄの２個とした場合の図で、夫々、指先側、指の根元側から見た図である。このとき、指先側の光源１２ａの輝度ピークと光源１２ｂの輝度ピークが重なる照射角度θ３を、静脈パターン画像を取得するために最適な距離となるよう設定しておく。同様に指の根元側の光源１２ｃと光源１２ｄも設定しておく。このように設定しておけば、使用者は、指先側の可視光の輝度ピークと指の根元側の輝度ピークを肉眼で見ながら合わせることが可能となり、より精度良く指を固定することが可能となる。

図９は、使用者が指１１の配置状態を確認するもう一つの手段として、装置内の液晶パネルなどの表示装置で画像を見て確認する例を表したものである。この場合、可視光光源は不要で、赤外線反射光の輝度ピークが予め設定した表示画面上の指定位置に入るか否かで、使用者が画面を見ながら確認することが可能である。指１１が捻られている（回転している）場合については、赤外線反射光の形状（輝度分布）が予め設定した表示画面上の閾値に入るか否かで、使用者が画面を見ながら確認することが可能である。

更に、使用者が使い易くなる機能として、装置内の液晶画面によるメッセージや音声ガイド等により、予め設定された閾値内に赤外線反射光が入るように、使用者に指１１を動かすことを促す機能を持つことも可能である。
以上により、指１１が装置に対し平行、かつ正しい距離に配置されたと装置が判断すると、登録または認証のために生体特徴情報である静脈パターンの撮影を開始するが、この時、装置内に設けられた可視光発光ダイオードやブザー等のインジケーターにより、使用者に通知する機能を持つことも可能である。また、逆に指１１の配置状態が悪く静脈パターンの撮影を開始できない場合は、装置内に設けられた可視光発光ダイオードやブザー等のインジケーターにより、静脈パターンの撮影を開始できないこと、及び指１１の配置をしなおすことを使用者に通知する機能を持つことも可能である。

次に、指１１を装置に対して非接触の状態で、登録または認証のために生体特徴情報である静脈パターンを取得する方法について説明する。

まず、指１１を装置に対して非接触の状態で、静脈パターンを取得するとき、外光や指の反射光等のノイズ成分が大きな問題となる。この問題を回避するために、複数の波長の赤外線光源を使用する。

図１０は、血液中に含まれるヘモグロビンの吸光度特性を表したものである。ヘモグロビンには、酸化型ヘモグロビンと還元型ヘモグロビンの２種類があり、静脈に多く含まれるのは還元型ヘモグロビンである。

ここで、静脈パターンを取得するための波長として、還元型ヘモグロビンの吸光度差のある赤外線の２つの波長（例えばλ１＝９４０ｎｍ，λ２＝８８０ｎｍ）を使用する。

この２つの波長λ１、λ２のＬＥＤ等を光源１２のパッケージに収納し、各々の光線軌跡、輝度分布が同等になるように予め設定しておく。

また、指１１表面からの反射光の強度を赤外線λ１が照射されたときと、赤外線λ２が照射されたときとで同等になるように予め設定しておく。

この状態で、赤外線λ１を指１１に照射して撮像素子１３によって得られた画像データと赤外線λ２を指１１に照射して撮像素子１３によって得られた画像データの差を取ることにより、外光、及び指１１表面からの反射光等のノイズをキャンセルし、かつ赤外線λ１、赤外線λ２の吸光度差分の静脈パターン画像情報が得られる。

更に、この吸光度差データを複数回取得し、それを積み重ねることにより、ノイズの少ない明確な静脈パターンが得られる。

図１１は、生体認証装置における画像処理装置の機能ブロック図である。画像処理装置は、検出部である撮像素子１３によって撮像された画像から指１１の静脈パターンを抽出する抽出部２１と、画像の歪みを補正する補正部２２と、生体毎の静脈パターンを予め記録する記録部２３と、抽出部２１により抽出された静脈パターンと記録部２３に記録された静脈パターンとを照合する照合部２４と、照合部２４の照合結果をユーザなどに通知する通知部２５と、照合部２４の照合結果に応じて制御対象を制御する制御部２６を備えている。

具体的には、図１２に示すように、画像処理装置は、抽出部２１、照合部２４、通知部２５、制御部２６として機能するＣＰＵ(Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ)３１と、補正部として機能するＤＳＰ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ)３２、記録部２３として機能するメモリ３３を備えている。

次に、本発明の第１実施形態の作用を図１３のフローチャートにしたがって説明する。
使用者が筐体１０の上部に指１１を配置する（Ｓ４１）と、撮像素子１３は、指１１の画像を撮像するとともに、光源１２から指１１に照射される赤外線反射光画像を検出する（Ｓ４２）。ＣＰＵ３１はこの撮像素子１３の画像を取り込んで、指１１が静脈パターン画像の検出に適した位置にあるか否かの判定を行なう（Ｓ４３）。このとき、使用者が指１１の位置合わせをし易いように、前述の可視光反射光を目安とする機能、装置内の液晶パネルなどの表示装置で画像を見て確認する機能、及び画像メッセージや音声ガイドで正しい指１１位置の配置を促す機能が有っても良い。
ＣＰＵ３１は、指１１が静脈パターン画像の検出に適した位置にある（ＯＫ）と判定したときには、指１１の位置がＯＫであることを使用者に通知し（Ｓ４４）、撮像素子１３が静脈パターンを含む画像の検出を行なう（Ｓ４５）。
一方、ＣＰＵ３１は、指１１が静脈パターン画像の検出に適した位置に無い（ＮＧ）と判定したときには、前述の指１１の位置検出をリトライする（Ｓ４６）。このときリトライが制限回数に達しているか否かを判定し（Ｓ４７）、制限回数に達した場合は、指１１の位置がＮＧであることを使用者に通知し（Ｓ４８）、このルーチンでの処理を終了する。
指１１の位置がＯＫと判定したときに話を戻すと、撮像素子１３が静脈パターンを含む画像の検出を行い（Ｓ４５）、ＣＰＵ３１は、撮像素子１３の画像を取り込んで、認証に必要な画像を抽出したか、すなわち画像から、生体の一部の特徴情報である静脈パターンを抽出したか否かの判定を行なう（Ｓ４９）。

ＣＰＵ３１は、認証に必要な画像を抽出したと判定したときには、抽出した特徴情報(静脈パターン)を基にメモリ３３を参照し、抽出した静脈パターンとメモリ３３に登録されている静脈パターンとの照合を行なう（Ｓ５０）。

ここで、ＣＰＵ３１は、抽出した静脈パターンとメモリ３３に登録されている静脈パターンとの照合が成功したか否かの判定を行なう（S５１）。ＣＰＵ３１は、照合が成功したときには、認証が成功（ＯＫ）として、すなわち、抽出した静脈パターンは、特定の生体（使用者）であることを決定し、認証に成功した旨を使用者に通知し（Ｓ５２）、このルーチンでの処理を終了する。一方、ＣＰＵ３１は、照合が失敗であると判定したときには、認証に失敗（ＮＧ）した旨を使用者に通知し（Ｓ５３）、このルーチンでの処理を終了する。

一方、ステップＳ４８において、認証に必要な画像が抽出されないと判定したときには、ＣＰＵ３１は、抽出画像がＮＧである旨を使用者に通知し（Ｓ５４）、このルーチンでの処理を終了する。

以上のように、本実施例では、指を装置に対して非接触とし、静脈から撮像素子までの光路長の大部分を装置外部とすることによる装置の小型化と、指を装置に接触させる従来方式にみられた使用者の爪の形状や指の押圧の影響による認証性能の劣化を改善することを可能とする。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

Claims (12)

1. 赤外線を照射する第１の光源及び第２の光源と、前記第１及び第２の光源から生体に照射された赤外線を検出する検出部とを備え、前記検出部の検出した赤外線によって、生体特徴情報を有する画像を検知して個人認証を行なう個人認証装置であって、
   前記第１及び第２の光源から生体に照射され、前記検出部により検出された赤外線から生体の位置情報を検知することにより、非接触で生体の位置決めを行なうことを特徴とする個人認証装置。
2. 請求項１に記載の個人認証装置であって、
   前記生体の位置情報は、前記第１及び第２の光源から生体に照射され、前記検出部により検出された赤外線の輝度情報であることを特徴とする個人認証装置。
3. 請求項２に記載の個人認証装置であって、
   前記輝度情報から、輝度ピークを検知することにより、非接触で生体の位置決めを行なうことを特徴とする個人認証装置。
4. 請求項３に記載の個人認証装置であって、
   前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記検出部を中心として略対称な位置に配置されたことを特徴とする個人認証装置。
5. 請求項１から４いずれか１項に記載の個人認証装置であって、
   前記第１及び第２の光源は、可視光を照射可能であることを特徴とする個人認証装置。
6. 請求項５に記載の個人認証装置であって、
   前記前記第１及び第２の光源は、赤外線と可視光を交互に照射する機能を有することを特徴とする個人認証装置。
7. 請求項１から４いずれか１項に記載の個人認証装置であって、
   前記検出部により検出された赤外線から生体の位置情報を、映像情報として出力し、表示させることを特徴とする個人認証装置。
8. 請求項１から４いずれか１項に記載の個人認証装置であって、
   生体特徴情報を有する画像を撮影して個人認証を開始することを、使用者に通知する通知手段を有することを特徴とする個人認証装置。
9. 請求項１から４いずれか１項に記載の個人認証装置であって、
   前記第１及び第２の光源から生体に照射され、前記検出部により検出された赤外線から生体の位置情報に基づいて、生体の位置が適切でないことを使用者に通知し、使用者に生体の一部を動かすことを促す機能を有することを特徴とする個人認証装置。
10. 請求項１から４いずれか１項に記載の個人認証装置であって、
    前記第１及び第２の光源はそれぞれ、第１の波長の赤外線及び前記第１の波長と異なる第２の波長の赤外線を照射可能であることを特徴とする個人認証装置。
11. 請求項１０に記載の個人認証装置であって、
    前記第１及び第２の光源から生体に照射された前記第１の波長の赤外線及び前記第２の波長の赤外線を前記検出部により検出し、
    前記検出部の検出した前記第１の波長の赤外線及び前記第２の波長の赤外線によって、生体特徴情報を有する画像を検知して個人認証を行なうことを特徴とする個人認証装置。
12. 請求項１から１１いずれか１項に記載の個人認証装置を備えたことを特徴とし、外部と通信を行なう通信手段を有する移動通信端末。

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