JP2012039370A - 通信システム並びに通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体情報のセキュリティーとユーザビリティーを保ちながら、人体通信を介して好適に生体認証を行なう。
【解決手段】通信システム１０は、送信装置２０及び受信装置３０の組み合わせで構成され、認証対象となる本人の人体を介した人体通信を行なう。送信装置２０は、例えば携帯電話やＩＤカード（社員証）など、認証対象となる本人が身に付ける装置であり、既知生体情報を受信する。また、受信装置３０は、例えばＩＤカードからデータを読取るリーダーなどであり、人体通信を介して送信装置２０から既知生体情報を受信すると同時に本人の生体情報を取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人体通信を行なう通信システム並びに通信装置に係り、特に、人体通信を介して生体認証を行なう通信システム並びに通信装置に関する。

現在、入退室管理が普及しているが、多くは非接触通信技術を適用したもので、社員証などのＩＣカードによりセキュリティー・チェックが行なわれる。ところが、カードなどのメディアを利用したセキュリティー・チェックは、カードさえ持っていれば本人でなくてもよく、簡単になりすましを行なうことができる。

これに対し、生体情報を用いた認証によれば、本人しか認証に成功することはできないので、なりすましの問題を解決することができる。例えば、指紋や虹彩、心電など、さまざまな生体情報を用いた個人認証技術が提案されている。

しかしながら、生体情報は個人情報であり、その管理の工数が必要となるうえセキュリティー・リスクも大きい。生体認証を行なう認証機器は、人体から読み取った生体情報と比較照合のため、生体情報を保持していなければならない。また、認証する人数が多くなると、それだけ多くの個人情報を扱わなければならなくなり、生体認証の精度が必要になる。例えば、１０万人が使う入退室管理システムは、指紋認証にせよ心電認証にせよ、１０万人とは関係ない人を弾くだけの精度が必要である。したがって、生体認証は精度によって人数に制限がある。

例えば、人があらかじめ生体情報を記録したカードなどのメディアを持ち歩き、認証時には、その場で本人から測定した生体情報を、カードから読み出した生体情報と比較照合する認証システムが考えられる（例えば、特許文献１を参照のこと）。このようなシステムによると、認証の際に、カードと本人の２つの情報が必要となるから、セキュリティーは大幅に向上するものの、幾つかの問題がある。例えば、認証機器は、カードから既知生体情報を読み取った後に本人から生体情報を測定するため、受信した既知生体情報をメモリーで保持しながら測定を待つ必要がある。メモリー上から既知生体情報が漏洩するリスクも高くなる。また、システムは既知生体情報の読み取りと本人からの生体情報の測定という２つのプロセスを直列に行なうことになり、これらの生体情報をシステムから消去するタイミングを決める必要がある。生体情報の測定時間には個人差がある。カードから既知生体情報を読み取ってから比較照合するまでの間ずっとメモリー上に既知生体情報を維持していると、セキュリティーは低くなる。例えば既知生体情報を受信してから所定時間（３０秒など）が経過するとメモリーから消去するようにすると、セキュリティーを保つことはできてもユーザビリティーが落ちる。また、同システムにおいて、カードから既知生体情報を受信する信号系と本人から生体情報を測定する信号系とで経路は異なる。このため、既知生体情報を受信するときに大きなスパイク・ノイズが信号に重畳したり、伝送路の周波数特性のうねりによって波形が歪んだりした場合、その場で本人から測定したデータには影響しないため、認証の精度が低下する可能性がある。

また、生体認証を組み合わせた人体通信の方法について提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。この方法によれば、一方の人体通信装置は、指紋情報とともに保護情報を送信し、他方の人体通信装置は、現場で採取した指紋と受信した指紋情報を比較して指紋認証を行ない、人体通信で情報を送信することによりセキュリティーが高められる。しかしながら、指紋情報を送受信する信号系と現場で指紋を採取する信号系が異なることに変わりはなく、上述した問題を解決するものではない。また、人体通信装置のユーザーは、自分の生体情報（すなわち個人情報）を、通信相手の人体通信装置のメモリーに記録するが、セキュリティーの上でリスクがある。

特許第３９８３９９３号公報 特開２００９−２６６２３４号公報

本発明の目的は、生体情報のセキュリティーとユーザビリティーを保ちながら、人体通信を介して好適に生体認証を行なうことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することにある。

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
既知生体情報を重畳した信号を人体に送信する送信装置と、
前記人体を介して前記信号を受信し、受信した前記信号から前記既知生体情報を取得するとともに前記人体の生体情報を測定して、取得した前記既知生体情報と測定した生体情報に基づいて前記人体を本人認証する受信装置と、
を具備する通信システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

また、本願の請求項２に記載の発明は、
既知生体情報を記録する既知生体情報記録部と、
キャリア信号を発生するキャリア信号発生部と、
前記キャリア信号に前記既知生体情報記録部から読み出した既知生体情報信号を重畳する変調器と、
前記変調器から出力される変調信号を人体に送信する送信部と、
を具備する通信装置である。

また、本願の請求項３に記載の発明は、
キャリア信号に既知生体情報信号が重畳された変調信号を、人体を介して受信する受信部と、
前記の受信した変調信号から既知生体情報を取得する第１の受信処理部と、
前記の受信した変調信号から前記人体の生体情報を測定する第２の受信処理部と、
前記第１の受信処理部で取得した既知生体情報と、前記第２の受信処理部で測定した生体情報を照合して、前記人体を本人認証する認証処理部と、
を具備する通信装置である。

本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の通信装置の第２の受信処理部は、前記の受信した変調信号から、前記生体情報に対応した周波数帯域の信号成分を抽出するバンドパス・フィルターを備えている。

本発明によれば、生体情報のセキュリティーとユーザビリティーを保ちながら、人体通信を介して好適に生体認証を行なうことができる、優れた通信システム並びに通信装置を提供することができる。

本願の請求項１に記載の発明によれば、人体通信によって、生体情報やその他の情報の通信と、本人からの生体情報の取得を同時に行なうので、生体情報を照合する装置側では既知生体情報をメモリーに保持する必要がなく、認証と同時に生体情報を削除することができるので、高いセキュリティーを実現することができる。

本願の請求項１に記載の発明によれば、人体通信によって、生体情報やその他の情報の通信と本人からの生体情報の取得を同時に行ない、又は、遅延時間が一定であることから、測定に際して生体情報を誤検出するリスクは少なく、認証精度が向上する。

本願の請求項１に記載の発明によれば、既知生体情報を送受信する信号系と本人から生体情報を測定する信号系は共通であることから、ガウス雑音のような周波数依存性のない雑音が伝搬路に乗ったときに認証精度が向上する。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信システム１０の構成を模式的に示した図である。 図２は、従来の生体認証システムと、図１に示した通信システム１０の各々の認証処理チャートを比較した図である。 図３は、図１に示した通信システム１０において行なわれる認証処理の手順を示したフローチャートである。 図４は、通信システム１０を入退室管理システムに適用した様子を示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

従来の生体認証システムは、認証し合う装置間で生体情報を送受信する信号系と、現場で本人から生体情報を測定する信号系とで経路が相違することなどに起因して、幾つかの問題がある（前述）。これに対し、本発明に係る通信システムは、人体通信によって、生体情報やその他の情報の通信と、本人からの生体情報の取得を、単一の信号系の経路で同時に行なうので、生体情報を照合する装置側では既知生体情報をメモリーに保持する必要がない（若しくは、既知生体情報を保持するための特殊なメモリーは必要ない）。

図１には、本発明の一実施形態に係る通信システム１０の構成を模式的に示している。図示の通信システム１０は、送信装置２０及び受信装置３０の組み合わせで構成され、認証対象となる本人の人体を介した人体通信を行なう。送信装置２０は、例えば携帯電話やＩＤカード（社員証）など、認証対象となる本人が身に付ける装置であり、既知生体情報を受信する。また、受信装置３０は、例えばＩＤカードからデータを読取るリーダーなどであり、人体通信を介して送信装置２０から既知生体情報を受信すると同時に本人の生体情報を取得する。

送信装置２０は、既知生体情報記録部２１と、キャリア信号発生部２２と、変調器２３と、送信アンプ２４と、送信電極２５を備えている。

既知生体情報記録部２１は、送信装置２０を保持する本人の生体情報をあらかじめ記録している。記録方法は任意である。また、扱う生体情報は、人体通信を介して（受信装置３０側で）取得することができるものが好ましく、具体例として心電や脈拍を挙げることができる。

変調器２３は、既知生体情報記録部２１から読み出した既知生体情報信号を、キャリア信号発生部２２で発生したキャリア信号に重畳して、変調信号を生成する。送信アンプ２４は、この送信信号を電力増幅して送信電極２５に供給する。そして、送信装置２０が本人（又は、何らかの人）のみに付けられているとき、送信電極２５が人体近傍の電磁界に変化を与えることで、変調信号が人体に送出される。

一方の受信装置３０では、人体近傍の電磁界の変化から情報を受信する。受信装置３０は、送信された既知生体情報を受信信号から抽出する第１の受信ブランチと、通信媒体となった人体が持つ生体情報を受信信号から抽出する第２の受信ブランチとで、１つの受信電極３１を共有している。あるいは、受信ブランチ毎に専用の受信電極を備えていてもよいが、単一の受信電極とすることで各信号系の経路をより同じものにすることができる。

第１の受信ブランチは、検波部３２と、第１のバンドパス・フィルター（ＢＰＦ）３３と、第１のバンドエリミネーション・フィルター（ＢＥＦ）３４と、第１の受信アンプ３５と、第１のＡＤ変換器３６で構成される。検波部３２は、受信電極３１で受信した受信信号に含まれる変調波成分から信号波成分を取り出す。そして、第１のバンドパス・フィルター（ＢＰＦ）３３で所望の周波数帯域のみを取り出し、第１のバンドエリミネーション・フィルター（ＢＥＦ）３４で不要な周波数帯域（５０Ｈｚ：後述）を除去してから、第１の受信アンプ３５で増幅し、第１のＡＤ変換器３６でディジタル変換して、元の既知生体情報信号を再生する。

また、第２の受信ブランチは、第２のバンドパス・フィルター（ＢＰＦ）３７と、第２のバンドエリミネーション・フィルター（ＢＥＦ）３８と、第２の受信アンプ３９と、第２のＡＤ変換器４０で構成される。

第２のバンドパス・フィルター（ＢＰＦ）３７は、受信電極３１で受信した受信信号から、生体情報に必要な帯域を抽出する。扱う生体情報によって、必要な帯域は異なる。各受信ブランチのカットオフは全く同じでよい。例えば、生体情報として心電を扱うのであれば、１．１０Ｈｚから３５Ｈｚまでを信号成分として扱うのがよいとされる。よって、第２のバンドパス・フィルター（ＢＰＦ）３７を、１．１０Ｈｚから３５Ｈｚまでの帯域が平たんとなる特性を持つように設計する。すなわち、心電の場合はローパス・フィルター（ＬＰＦ）のみのとなる。例えば、Ｊｉａｎｃｈｕ（Ｊａｓｏｎ）Ｙａｏ外著“Ａ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｗｅａｒａｂｌｅ ＥＣＧ Ｓｅｎｓｏｒｓ”を参照されたい。

第２のバンドエリミネーション・フィルター（ＢＥＦ）３８は、ある周波数帯域をカットするフィルターであり、ノッチ・フィルターとも呼ばれる。人体通信では、伝送信号に商用電源の５０Ｈｚが大きく重畳してしまうので、５０Ｈｚを落とすためにＢＥＦを用いる（第１の受信ブランチにおいても同様）。

そして、上述のようにフィルター処理を施した後の受信信号を第２の受信アンプ３９で増幅した後、第２のＡＤ変換器４０でディジタル変換して、通信媒体となった（すなわち、認証対象となる）人体の生体情報信号を取得することができる。

認証処理部４１は、第１の受信ブランチで再生した既知生体情報信号を、第２の受信ブランチで取得した生体情報信号と比較照合して、通信媒体となった人体の個人認証を行なう。

従来の、生体情報を送受信する信号系と、現場で本人から生体情報を測定する信号系とで経路が相違する生体認証システムでは、既知生体情報を保持するメモリーが必要である（前述）。これに対し、図１に示した通信システム１０では、このようなメモリーは不要である。図２には、従来の生体認証システムと、図１に示した通信システム１０の各々の認証処理チャートを比較している。図２を参照しながら、通信システム１０にメモリーが不要であることを考察する。

既知生体情報を送受信する信号系と本人から生体情報を測定する信号系とで経路が相違すると、既知生体情報信号を送信してから本人の生体情報の測定を開始するまでの移行期間は個人差に依存する。よって、この時間が不確定であるため、固定の遅延時間にすることは難しく、既知生体情報信号を保持するメモリーが必要になる。さらに、メモリーから既知生体情報信号を消去する時間も、ユーザビリティーとセキュリティーのトレードオフとなる。早めに消去すればセキュリティーは向上するが、生体情報の測定が間に合わないと、ユーザーは既知生体情報信号の送信からやり直さなければならない。

また、既知生体情報の取得から生体情報の測定までの移行期間で大きなノイズが伝送信号に重畳されると、測定時に生体情報の先頭を誤検出する原因となり、認証エラーを引き起こすおそれがある。

これに対し、本実施形態に係る通信システム１０は、既知生体情報を送受信する信号系と本人から生体情報を測定する信号系は共通であり、受信装置３０は、既知生体情報の取得と、ユーザーの生体情報の測定を同時に行なうことができ、これらの処理に個人差に遅延した遅延は存在しない。したがって、第１の受信ブランチと第２の受信ブランチの間に仮に回路遅延などがあったとしても、その値は一定であり、認証処理部４１で遅延を吸収したり、アナログ遅延器などで調整したりすることができる。

また、既知生体情報の取得と生体情報の測定を同時に行ない、又は、遅延時間が一定であることから、測定に際して生体情報を誤検出するリスクは少なく、認証精度が向上する。

また、既知生体情報を送受信する信号系と本人から生体情報を測定する信号系は共通であることから、ガウス雑音のような周波数依存性のない雑音が伝搬路に乗ったときに認証精度が向上する。

図３には、図１に示した通信システム１０において行なわれる認証処理の手順をフローチャートの形式で示している。

携帯電話やＩＤカードとして構成される送信装置２０を身に付けているユーザーが、受信装置３０の受信電極３１に触れると、人体通信が開始される（ステップＳ３１）。送信装置２０の送信電極２５からは、キャリア信号に既知生体情報信号が重畳された変調信号が、ユーザーの人体を介して送信される。

受信装置３０側では、受信電極３１の受信信号から、第１の受信ブランチで既知生体情報を取得するとともに、第２の受信ブランチで通信媒体となった人体の生体情報を測定する（ステップＳ３２）。

そして、認証処理部４１は、これら２つの生体情報を比較照合する（ステップＳ３３）。２つの生体情報が一致すれば（ステップＳ３４のＹｅｓ）、通信媒体となった（すなわち、認証のための操作を行なった）ユーザーを本人と認証する（ステップＳ３５）。また、２つの生体情報が一致しなければ（ステップＳ３４のＮｏ）、認証処理に失敗する（ステップＳ３６）。この場合、通信システム１０は、ユーザーに対して再度の通信を要請する、あるいは警告するようにしてもよい。

図４には、通信システム１０を入退室管理システムに適用した様子を示している。

図示の例では、送信装置２０は、例えば社員証のようなＩＤカードとして構成される。ＩＤカード内には、心電などの個人の生体情報が事前に記録されている。ユーザーは、ＩＤカードをポケットに入れるなどして身に付けている。

一方、受信装置３０は、ＩＤカードから情報を読み取るカード・リーダー（Ｒ／Ｗ）として構成される。また、受信電極３１は、ドアのノブに埋め込まれている。ＩＤカードを身に付けたユーザーが入退室のためにドアのノブに触れると、受信装置３０は、ドアノブ内の受信電極３１を介して、人体近傍に存在する電磁界の変化から情報を取得することができ、送信装置２０との間で人体通信が始まる。

送信装置２０からは、キャリア信号に既知生体情報信号が重畳された変調信号が、ユーザーの人体を介して送信される。受信装置３０側では、受信信号から既知生体情報を取得するとともに、ドアノブに触れているユーザーの人体内を通過した受信信号から生体情報を測定し、２つの生体情報を比較照合することで個人認証を行なう。高セキュリティーで且つ認証精度の高い入退室管理を実現できる、ということを十分理解されたい。

このように、本実施形態に係る通信システム１０によれば、人体通信によって、生体情報やその他の情報の通信と、本人からの生体情報の取得を同時に行なうので、受信装置３０側では既知生体情報をメモリーに保持する必要がなく、認証と同時に生体情報を削除することができるので、高いセキュリティーを実現することができる。

また、本実施形態に係る通信システム１０によれば、人体通信によって、生体情報やその他の情報の通信と本人からの生体情報の取得を同時に行ない、又は、遅延時間が一定であることから、受信装置３０側で測定に際して生体情報を誤検出するリスクは少なく、認証精度が向上する。

また、本実施形態に係る通信システム１０によれば、既知生体情報を送受信する信号系と本人から生体情報を測定する信号系は共通であることから、ガウス雑音のような周波数依存性のない雑音が伝搬路に乗ったときに認証精度が向上する。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、本発明に係る通信システムを入退室管理に適用した例を挙げたが、本発明の要旨は特定の用途に限定されるものではない。生体情報を用いて個人認証を行なうさまざまな認証システムに本発明を適用することができる。また、既知生体情報の送信と、生体情報の測定に用いる人体通信は、電界方式又は電流方式のいずれでもよい。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

１０…通信システム
２０…送信装置
２１…既知生体情報記録部
２２…キャリア信号発生部
２３…変調器
２４…送信アンプ
２５…送信電極
３０…受信装置
３１…受信電極
３２…検波部
３３…第１のバンドパス・フィルター
３４…第１のバンドエリミネーション・フィルター
３５…第１の受信アンプ
３６…第１のＡＤ変換器
３７…第２のバンドパス・フィルター
３８…第２のバンドエリミネーション・フィルター
３９…第２の受信アンプ
４０…第２のＡＤ変換器
４１…認証処理部

Claims (4)

1. 既知生体情報を重畳した信号を人体に送信する送信装置と、
   前記人体を介して前記信号を受信し、受信した前記信号から前記既知生体情報を取得するとともに前記人体の生体情報を測定して、取得した前記既知生体情報と測定した生体情報に基づいて前記人体を本人認証する受信装置と、
   を具備する通信システム。
2. 既知生体情報を記録する既知生体情報記録部と、
   キャリア信号を発生するキャリア信号発生部と、
   前記キャリア信号に前記既知生体情報記録部から読み出した既知生体情報信号を重畳する変調器と、
   前記変調器から出力される変調信号を人体に送信する送信部と、
   を具備する通信装置。
3. キャリア信号に既知生体情報信号が重畳された変調信号を、人体を介して受信する受信部と、
   前記の受信した変調信号から既知生体情報を取得する第１の受信処理部と、
   前記の受信した変調信号から前記人体の生体情報を測定する第２の受信処理部と、
   前記第１の受信処理部で取得した既知生体情報と、前記第２の受信処理部で測定した生体情報を照合して、前記人体を本人認証する認証処理部と、
   を具備する通信装置。
4. 前記第２の受信処理部は、前記の受信した変調信号から、前記生体情報に対応した周波数帯域の信号成分を抽出するバンドパス・フィルターを備える、
   請求項３に記載の通信装置。