JP4762765B2 - 生体検知装置、指紋認証装置、及び生体検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、被検体が生体か否かを判別する生体検知装置、指紋認証装置、及び生体検知方法に関する。詳しくは、被検体を高い精度で弁別すると共に、小型化、低コスト化を図った生体検知装置等に関する。

近年、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistance）などの情報機器は、大量の個人情報を記憶でき、しかもネットワークへの接続も可能となった。従って、かかる情報機器では、より高いセキュリティ性能が要求される。

このような要望に対し、パスワード等では盗用の可能性のあるため、生体情報（バイオメトリクス情報）による個人認証が広く実現されつつある。特に、生体情報として指紋を用いた場合は利便性も高い。

指紋を用いて個人認証を行う場合、指紋センサにより指紋（指紋センサに接触する隆線と接触しない谷線とからなる紋様）を画像情報として採取し、その画像情報から特徴情報を抽出して、予め登録された被認証者の特徴情報とを比較することで個人認証が行われている。

しかし、近年、偽造指紋を有する指を人工的に作製し、その人工指による不正利用が指摘されつつある。従って、指紋による個人認証を行う場合には、人工指による不正利用を防止することが強く望まれていた。

偽造指紋による不正利用を防止するための従来技術としては、被検体発振周波数生成部で被検体の静電容量に応じた発振周波数を生成し、予め設定された被検体が生体であるか否かを判断するための基準信号に基づいて、生体制御部において被検体が生体か否かを検知する生体検知装置が開示されている（例えば、以下の特許文献１）。

また、電圧印加部により異なる周波数の２つの方形波入力電圧を指に印加させ、その出力電圧から指のインピーダンスを算出し、記憶された基準となる生体指のインピーダンスの範囲内にあるか否かを調べて生体か否かを判定する生体検知装置も開示されている（例えば、以下の特許文献２）。
特開平１０−１６５３８２号公報 特開２００５−１４３８０４号公報

しかし、特許文献１では、静電容量のみを用いて生体か否かを検知するため、例えば、人間の表皮に極めて近いグミ（ゼラチン水溶液をゲル化させたもの）を用いると、人間の指に近い静電容量を取り得る場合もあり、偽造が比較的容易という問題点があった。

また、特許文献２では、電圧印加部から２つの異なる周波数の電圧を指に与えるため、電圧印加部内に２つの発振器が必要である。更に、異なる周波数の出力電圧にも対応させて生体判定等を行う必要があるため、生体判定部内に切替え等のための制御回路も必要である。従って、特許文献２では、部品点数が多くなるため、小型化、低コスト化が困難という問題点があった。更に、特許文献２では指のインピーダンスを算出するため複雑な計算式を実行しなければならず、処理時間も遅くなる問題点もあった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、被検体を高い精度で生体か否かを弁別するとともに、小型で低コストの生体検知装置や指紋認証装置、生体検知方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、処理時間の早い生体検知装置等を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、生体検知装置において、特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、前記発振部に夫々接続される複数の回路部と、前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、前記入力電圧を前記各回路部のいずれか一つを介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、前記被検体に印加された入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、前記生体検知装置において、前記電極部は前記複数の回路部と同数の複数の前記電極部から構成され、前記各電極部は前記各回路部と夫々接続され、前記弁別部は、前記各回路部と前記各電極部を介して前記被検体に夫々印加された入力電圧に対する前記出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別することを特徴とする。

更に、本発明は、前記生体検知装置において、前記各回路部と前記各電極部との接続関係を組替える回路組替え部を更に備えることを特徴とする。

更に、本発明は、前記生体検知装置において、前記回路組替え部の前記接続関係の組替えと、前記組替えに応じた前記弁別部での前記出力電圧の弁別とを同期させる同期制御部を更に備えることを特徴とする。

更に、本発明は、前記生体検知装置において、基準閾値を記憶した記憶部を更に備え、
前記判定部は前記記憶部からの前記基準閾値と前記出力電圧とを比較して前記被検体が生体であるか否かを判定することを特徴とする。

更に、本発明は、前記生体検知装置において、前記弁別部には前記被検体が偽造された被検体であるか否かを判定する偽造判定部を備えることを特徴とする。

更に、本発明は、前記生体検知装置において、前記弁別部には、前記被検体が偽造された被検体であるか否かを判定する偽造判定部と、前記被検体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。

更に、本発明は、前記生体検知装置において、前記偽造判定部と前記生体判定部は、前記出力電圧の振幅の変化で前記被検体が生体か否かを判定することを特徴とする。

更に、本発明は、前記生体検知装置において、前記回路部は抵抗で構成されることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明は、指紋認証装置において、被検体の指紋を撮像する指紋センサと、特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、前記発振部に夫々接続される複数の回路部と、前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、前記入力電圧を前記各回路部のいずれか一つを介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、前記被検体に印加された入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明は、前記指紋認証装置において、前記電極部と前記指紋センサとは一体化されることを特徴とする。

更に、上記目的を達成するために本発明は、指紋認証装置において、被検体の指紋を撮像する指紋センサと、生体検知部と、前記指紋センサに前記被検体が置かれた指紋センサ指置き時間を記憶する指紋センサ指置き時間記憶部と、前記生体検知部に前記被検体が置かれた生体検知指置き時間を記憶する生体検知指置き時間記憶部と、前記指紋センサ指置き時間記憶部と前記生体検知指置き時間記憶部とに夫々記憶された前記指紋センサ指置き時間と前記生体検知指置き時間とから、前記被検体が適正に置かれたか否かを判断する時間比較部とを備え、前記生体検知部には、特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、前記発振部に夫々接続される複数の回路部と、前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、前記入力電圧を前記各回路部のいずれか一つを介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、前記被検体に印加された入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部とを備え、前記時間比較部は、前記指紋センサ指置き時間と前記生体検知指置き時間との差が一定値の範囲内のとき、前記被検体が適正に置かれたと判断することを特徴とする。

更に、上記目的を達成するために本発明は、生体検知方法において、特定の周波数を有する入力電圧を発振部より発振させ、前記入力電圧を、複数の回路部のいずれか一つを介して電極部に出力させ、前記電極部から被検体に印加された前記入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別することを特徴とする。

本発明によれは、被検体を高い精度で生体か否かを弁別するとともに、小型で低コストの生体検知装置や指紋認証装置、及び生体検知方法を提供することができる。また、本発明によれば、処理時間の早い生体検知装置等を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１（Ａ）及び同図（Ｂ）は、本実施例の原理図を示す図である。同図に示されるように、特定の周波数の入力電圧を、異なる回路（第１回路２１と第２回路２２）を介して電極部４０に置かれた被検体４１に印加すると、その出力電圧は異なるものとなる。この特徴は、被検体４１が異なると、出力電圧も異なる値を取り得る。本実施例では、この性質を利用して生体検知を行う。

図２は、第１回路２１又は第２回路２２を抵抗２３とした場合の原理図である。電極部４０に被検体４１が置かれた状態で、端子Ａ、Ｂから入力電圧を与え、抵抗２３を介して被検体４１にその電圧を印加する。そして、出力電圧を検知することで生体検知を行う。

次に、抵抗２３に与える抵抗値を変化させたとき、生体指と、偽造指であるグミ指とで出力電圧がどのように変化するかを考察する。図３は、入力電圧の周波数を、「１ｋＨｚ」とし、抵抗２３の抵抗値を変化させたときに出力電圧の振幅がどのように変化するかを示す実験結果である。図３は、縦軸が入力電圧の振幅に対する出力電圧の振幅比（Ｖｏ／Ｖｉｎ）で、横軸は抵抗２３の抵抗値である。

図３に示すように、抵抗２３の抵抗値を「１０ｋΩ」としたとき、出力電圧振幅比は、生体指の方がグミ指よりも非常に高くなっている。この傾向は抵抗値「１００ｋΩ」まで続く。また、「１００ｋΩ」から「１０ＭΩ」までの推移では、生体指とグミ指とで出力電圧振幅比が除々に近づいている。

この実験結果から、「１０ｋΩ」と「１０ＭΩ」の２種類の抵抗値を抵抗２３に与え、端子Ｃ、Ｄ間の出力電圧を検知することで、被検体４１が生体かグミ指かを検知できる。

尚、本実施例では、偽造指としてグミ指を例にして説明する。グミには導電性があり、指紋センサではグミ製の人工指から簡単に画像を採取することができてしまう。本実施例による生体検知装置では、生体指の表皮に近いこのグミ指を偽造指として検知する必要があるからである。

図４は、第１の実施形態における生体検知装置１の構成例を示す図である。生体検知装置１は、発振部１０とｎ（ｎは２以上の整数）個の回路部２０−１〜２０−ｎと、回路切替え部３０と、電極部４０と、弁別部５０、及び記憶部６０を備える。

発振部１０は、一定の周波数を持つ入力電圧を出力する。

第１〜第ｎ回路部２０−１〜２０−ｎは、夫々抵抗などにより構成される。第１〜第２回路部２０−１〜２０−ｎ内の抵抗の抵抗値は夫々異なる値を有する。第１〜ｎ回路部２０−１〜２０−ｎは、各々発振部１０と接続され、発振部１０からの入力電圧が入力される。

回路切替え部３０は、各回路部２０−１〜２０−ｎと接続され、第１〜第ｎ回路部２０−１〜２０−ｎのいずれか一つの出力を選択して切替えるように構成される。例えば、回路切替え部３０は、発振部１０から切替え信号が入力され、この切替え信号に応じて切替えが行われる。切替え信号は、発信部１０が入力電圧を出力するタイミングで出力される。

電極部４０は、被検体４１に電圧を印加するための電極を持つ。電極部４０は、回路切替え部３０と接続されており、第１〜第ｎ回路部２０−１〜２０−ｎのいずれか一つを介して、発振部１０から出力された入力電圧を被検体４１に印加する。

弁別部５０は、第１〜第ｎ回路部２０−１〜２０−ｎの各出力と接続され、第１〜第ｎ回路部２０−１〜２０−ｎの出力と記憶部６０に記憶されたデータとを比較して生体指か否か、グミ指か否かを弁別する。被検体４１に印加される入力電圧がどの回路部２０−１〜２０−ｎを介して印加されたかにより弁別部５０に達する電圧は異なる値となる。

図５は、生体検知装置１の具体的な構成例を示す図である。図４と比較して、回路部２０−１〜２０−ｎは、２つの回路部２０−１、２０−２で構成され、その回路部２０−１、２０−２は、夫々第１抵抗部２４、第２抵抗部２５から構成される。

また、回路切替え部３０はアナログスイッチ３１で構成され、弁別部５０は第１コンパレータ５１と第２コンパレータ５２、及び判定部５３から構成される。更に、電極部４０は２つの電極を有し、一方が接地される。記憶部６０には第１基準閾値と第２基準閾値とが記憶される。

アナログスイッチ３１は、発振部１０からの切替え信号に応じて、第１抵抗部２４の出力段と第２抵抗部２５の出力段のいずれかを交互に切替える。従って、発振部１０から出力された入力電圧は、第１抵抗部２４又は第２抵抗部２５のいずれか一つを介して、電極部４０に出力される。

第１抵抗部２４は指置き判定用の抵抗とし、その抵抗値を「１０ＭΩ」とする。また、第２抵抗部２５はグミ指判定用の抵抗とし、その抵抗値を「１０ｋΩ」とする。

そして、第１抵抗部２４と接続された第１コンパレータ５１は、生体指が電極部４０に置かれたか否かを検出する機能を有する。また、第２抵抗部２５と接続された第２コンパレータ５２は、偽造指であるグミ指が置かれたか否かを検出する機能を有する。第１及び第２コンパレータ５１、５２は夫々第１基準閾値、第２基準閾値と検知電圧とを比較し、検知電圧の方が基準閾値よりも高いと各出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、各々「１」となる。一方、検知電圧が基準閾値より低いと各出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は、各々「０」となる。

記憶部６０に記憶された第１基準閾値は、第１コンパレータ５１に入力され、同じく記憶部６０に記憶された第２基準閾値は、第２コンパレータ５２に入力される。

図６（Ａ）及び同図（Ｂ）は、各コンパレータ５１、５２で検知される電圧の例である。この図を用いて、図５に示す生体検知装置１の動作について説明する。

まず、被検体４１が電極部４０に置かれていない状態を考える。この場合、電極部４０は開放され、アナログスイッチ３１の切替えにより、入力電圧が第１抵抗部２４を介して電極部４０に出力されるようにしても、第２抵抗部２５を介して電極部４０に出力されるようにしても、電極部４０は開放状態のため、第１及び第２コンパレータ５１、５２には入力電圧が略そのまま入力される。

従って、図６（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すように、各コンパレータ５１、５２は、「開放時」には夫々入力電圧をそのまま検知する。

このとき、各コンパレータ５１、５２は検知した電圧と各基準閾値とを比較する。各基準閾値が図６（Ａ）及び同図（Ｂ）の点線で示されるとき、各コンパレータ５１、５２は各基準閾値よりも高い電圧を検知する。よって、各コンパレータ５１、５２から出力される各出力値ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は共に「１」となる。

次に、電極部４０に生体指を置いたときを考える。本実施例では、生体指も本生体検知装置１の一回路を構成し、その抵抗値を、例えば「１ＭΩ」とする。

まず、アナログスイッチ３１により、入力電圧が第１抵抗部２４を介して電極部４０に出力されるように切替える。このとき、第１抵抗部２４は「１０ＭΩ」、生体指は「１ＭΩ」の抵抗値を有し、しかも各抵抗値は非常に大きな値を有している。

従って、第１コンパレータ５１では、入力電圧に対して「０」に近い電圧を検知する。つまり、生体指が置かれると、第１コンパレータ５１では「０」に近い電圧を検知する。

よって、図６（Ａ）に示すように、「生体指」の場合、第１コンパレータ５１は第１基準閾値よりも低い電圧を検知する。第１コンパレータ５１からは出力ＯＵＴ１として「０」を出力する。

一方、アナログスイッチ３１により、入力電圧が第２抵抗部２５を介して電極部４０に出力されるように切替えたときは以下のようになる。即ち、第２抵抗部２５は「１０ＫΩ」、生体指の抵抗は「１ＭΩ」と、第２抵抗部２５に対して生体指の抵抗は非常に大きな抵抗を有する。第２コンパレータ５２では、「開放」状態と略同じ状態となり、入力電圧と殆んど変わらない電圧を検知する。

従って、図６（Ｂ）に示すように、「生体指」の場合、第２コンパレータ５２は第２基準閾値よりも高い電圧を検知する。よって、第２コンパレータ５２からの出力ＯＵＴ２は「１」となる。

最後に、電極部４０にグミ指を置いたときを考える。グミ指は、一般的に生体指と比較して小さい抵抗値を有するものと考えられている。本実施例では、グミ指の抵抗値を「１０ｋΩ」とする。

アナログスイッチ３１を、入力電圧が第１抵抗部２４を介して電極部４０に出力されるよう切替えたときは以下のようになる。即ち、第１抵抗部２４は「１０ＭΩ」、グミ指の抵抗は「１０ｋΩ」で、第１抵抗部２５の抵抗値は非常に大きな抵抗値を有しているため、第１コンパレータ５１で検知される電圧は、「０」に近い電圧となる。

従って、図６（Ａ）に示すように、「偽造指」の場合、第１コンパレータ５１は第１の基準閾値よりも低い電圧を検知し、その出力ＯＵＴ１は「０」となる。

一方、アナログスイッチ３１を、入力電圧が第２抵抗部２５を介して電極部４０に出力されるよう切替えたときは、以下のようになる。即ち、第２抵抗部２５は「１０ｋΩ」、グミ指の抵抗は「１０ｋΩ」で両者同じ抵抗値を有しているため、第２コンパレータ５２で検知される電圧は略「０」となる。

従って、図６（Ｂ）に示すように、「偽造指」の場合、第２コンパレータ５２は第２基準閾値よりも低い、略「０」の電圧を検知するため、その出力ＯＵＴ２は「０」となる。

図６（Ｃ）は、各コンパレータ５１、５２の各出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の取り得る値をまとめたものである。同図に示すように、電極部４０に被検体４１を置かない「開放」状態のときは、第１及び第２コンパレータ５１、５２からの出力は共に「１」となる。また、「生体指」を置いたときは、第１コンパレータ５１の出力ＯＵＴ１は「０」、第２コンパレータ５２の出力ＯＵＴ２は「１」となる。更に、グミ指を置いた「偽造指」のときは、出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２は共に「０」となる。尚、出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２が夫々「１」「０」は、本コンパレータ５１、５２では取り得ない出力値である。

従って、判定部５３は、出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２が共に「１」であるとき、「開放」状態と判定できる。また、出力ＯＵＴ１が「０」、出力ＯＵＴ２が「１」のとき、「生体指」と判定できる。更に、出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２が共に「０」のとき、「偽造指」と判定できる。

このように、本第１の実施形態では、１つの発振部１０と、少なくとも２つの抵抗２４、２５により、生体指か否か、更にグミ指か否かを判定することができ、しかも抵抗の切替えをアナログスイッチ３１により構成したので、別途複数の発振部１０やその切替え等のための制御回路が必要なくなり、生体検知装置１の低コスト化、小型化を図ることができる。

また、各コンパレータ５１、５２では単に検知電圧と基準閾値との比較により出力値を出力し、判定部５３ではその出力値から生体か否か、グミ指か否かの判定を行っているため、複雑は計算等する必要もなく、処理時間を早くすることができる。

尚、本第１の実施形態において、図５に示す例では、２つの抵抗部２４、２５により、回路部２０−１、２０−２を構成するようにした。勿論、図４に示すように、３つ以上の抵抗部により回路部２０−１〜２０−ｎを構成するようにしてもよい。この場合、各抵抗部の抵抗値は、例えば、図３に示す「抵抗値」の範囲を取るようにすればよい。複数の抵抗を介して入力電圧を被検体４１に与えて夫々を各コンパレータ５１、５２で検知すれば、生体指か否か、グミ指か否かをより確実に検知することができる。よって、更にセキュリティの性能を向上させることができる。

第１の実施形態では、図３に示す実験結果から、第１抵抗部２４の抵抗値を「１０ＭΩ」、第２抵抗部２５の抵抗値を「１０ｋΩ」として説明した。勿論、これは一例であり、第１抵抗部２４の抵抗値が第２抵抗部２５の抵抗値よりも大きな値を取りえればどのような値でもよい。

また、第１の実施形態では、生体指の抵抗を「１ＭΩ」、グミ指の抵抗を「１０ＫΩ」として説明した。これも一例であって、生体指の抵抗値がグミ指の抵抗値よりも大きければ、どのような値をとってもよい。

更に、本第１の実施形態において、図５に示す例では、２つの抵抗部２４、２５により、回路部２０−１、２０−２を構成するようにした。勿論、図４に示すように、３つ以上の抵抗部により回路部２０−１〜２０−ｎを構成するようにしてもよい。この場合、各抵抗部の抵抗値は、例えば、図３に示す「抵抗値」の範囲を取るようにすればよい。複数の抵抗を介して入力電圧を被検体４１に与えて夫々を各コンパレータ５１、５２で検知すれば、生体指か否か、グミ指か否かをより確実に検知することができる。従って、更にセキュリティの性能を向上させることができる。

尚、上述した第１及び第２の基準閾値は以下のようにして記憶部６０に記憶させる。図７（Ａ）及び同図（Ｂ）はその概念図である。

図７（Ａ）に示すように、第１コンパレータ５１では、「開放時」にある電圧を検知し、「生体指」（又は「偽造指」）が置かれたときは「開放時」よりも低い他の電圧を検知する。従って、予め各電圧値を測定し、その値の範囲内に第１基準閾値が入るように第１基準閾値を決め、その値を記憶部６０に記憶させておけばよい。

また、図７（Ｂ）に示すように、第２コンパレータ５２では、「開放時」（又は「生体指」が置かれたとき）はある電圧を検知し、「偽造指」が置かれたときは略「０」の電圧を検知する。従って、各電圧値を測定し、その値の範囲内に第２の基準閾値が入るように第２基準閾値を決め、その値を記憶部６０に記憶させておけばよい。

図８は、第１の実施形態における処理の動作を示すフローチャートの例である。まず、本処理が開始されると（Ｓ１０）、発振部１０は入力波形を生成して入力電圧を出力する（Ｓ１１）。

次いで、アナログスイッチ３１により、第１抵抗部２４を電極部４０に接続する（Ｓ１２）。このとき、第１コンパレータ５１は上述した電圧を検知し、第１の基準閾値とを比較して出力ＯＵＴ１を出力する。判定部５３は内部のメモリ等にその出力ＯＵＴ１を記録する（Ｓ１３）。

次いで、アナログスイッチ３１により、第２抵抗部２５を電極部４０に接続する（Ｓ１４）。このとき、第２コンパレータ５２は上述した電圧を検知し、第２基準閾値と比較して、出力ＯＵＴ２を出力する。判定部５３は内部のメモリ等にその出力ＯＵＴ２を記録する（Ｓ１５）。

次いで、判定部５３は、その出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２から生体か否かを判断する（Ｓ１５）。上述の例では、出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２が夫々「０」「１」のとき（ＹＥＳ）、生体と判定し（Ｓ１６）、出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２がそれ以外のとき（Ｓ１５でＮＯ）、生体でないと判定する。そして、一連の処理が終了する（Ｓ１７）。

次に他の例について説明する。図９は、第２の実施形態における生体検知装置１の構成例である。弁別部５０を電極部４０の後段に設けた例である。回路切替え部３０により、発振部１０からの入力電圧は、第１〜第ｎ回路部２０−１〜２０−ｎのいずれか一つを介して電極部４０から被検体４１に印加され、その出力を弁別部５０により検知する。その動作は上述の例と同様であり、同様の作用効果を奏する。

図１０は、第３の実施形態における生体検知装置１の構成例である。回路切替え部３０を発振部１０と各回路部２０−１〜２０−ｎとの間に設けた例である。その動作は第１及び第２の実施形態の例と同様であり、同様の作用効果を奏する。

図１１は、第４の実施形態における生体検知装置１の構成例である。回路切替え部３０の代わりに、別々に電極部４０−１〜４０−ｎを設けた例である。即ち、第１回路部２０−１の出力段に第１電極部４０−１を設け、第２回路部２０−２の出力段に第２電極部４０−２を設け、第ｎ回路部２０−ｎの出力段に第ｎ電極部４０−ｎを設けた例である。弁別部５０は各電極部４０−１〜４０−ｎの出力電圧と記憶部６０に記憶されたデータ（基準閾値）とを比較して、第１の実施形態等と同様に、生体指であるか否か、グミ指であるか否かを検知する。

本例の生体検知装置１は、回路切替え部３０により、回路を切替える必要がなく、１回のタイミングで生体が否か、偽造指か否かを検知できる。従って、第１の実施形態と比較して更に処理時間を短縮することができる。それ以外の動作は、第１の実施形態と略同様であり、同様の作用効果を奏する。

図１２は、第４の実施形態における生体検知装置１の具体的な構成例である。２つの回路部２０−１、２０−２を夫々第１抵抗部２４、第２抵抗部２５として構成し、電極４２、４４で第１電極部４０−１、電極４３、４４により第２電極部４０−２が構成される。

電極数は上述の例と比較して増えているものの、アナログスイッチ３１を設ける必要がなくなる。従って、上述の例と比較してアナログスイッチ３１を設けない分だけ低コスト化、小型化を図ることができる。動作は、第１の実施形態と同様で同様の作用効果を奏する。

図１２に示す第４の実施形態では、例えば、電極４３に不正侵入者が絶縁体４５（例えば、シールなど）を覆う場合がある。このとき、電極４３が常に開放状態となり、第２コンパレータ５２の出力ＯＵＴ２は常に「１」となる。第２コンパレータ５２はグミ指検知用のコンパレータであるため、絶縁体４５により、電極４３、４４にグミ指が置かれたか否かを検知することができなくなる。

そこで、次に示す第５の実施形態では、複数ある電極に対して各々役割を持たせるようにし、絶縁体４５がいずれかの電極を覆っても確実に生体指か否か、グミ指か否かを検出するようにしている。

図１３は、第５の実施形態における生体検知装置１の構成例である。各回路部２０−１〜２０−ｎと各電極部４０−１〜４０−ｎとの間に第１回路組替え部７１を設け、各電極部４０−１〜４０−ｎと弁別部５０との間に第２回路組替え部７２を設け、更に同期制御部８０により、同期して各回路組替え部７１、７２の入出力の切替えが行われる。

図１４は、第５の実施形態における生体検知装置１の具体的な構成例である。２つの抵抗部（第１抵抗部２４と第２抵抗部２５）により回路部２０−１〜２０−ｎが構成され、３つの電極４２〜４４（第１電極４２、第２電極４３、第３電極４４）により電極部４０−１〜４０−ｎが構成される。

第１回路組替え部７１は２つの抵抗部２４、２４と電極４２〜４４との間に設けられ、第２回路組替え部７２は電極４２〜４４と各コンパレータ５１、５２との間に設けられている。第１回路組替え部７１と、第２回路組替え部７２は、夫々端子を有し、入出力を切替えられるように構成されている。

第１の実施形態と同様に、第１抵抗部２４と第１コンパレータ５１により、指置き検出用の機能を備え、第２抵抗部２５と第２コンパレータ５２によりグミ指検出用の機能を備える。

図１４に示す例では、第１回路組替え部７１の端子Ｆと端子Ｉとが接続され、第２回路組替え部７２の端子Ｌと端子Ｏとが接続される。この場合、入力電圧は、第１抵抗部２４と第１電極４２を介して、被検体４１に印加される。そして、第１コンパレータ５１で出力電圧が検知される。第１コンパレータ５１は記憶部６０からの第１基準閾値と出力電圧とを比較して出力ＯＵＴ１を出力する。

図１４に示す例において、第１電極４２に着目すると、第１電極４２は第１コンパレータ５１と第１抵抗部２４に接続される。従って、第１電極４２の役割は、第１抵抗部２４を介して入力電圧を被検体４１に印加させ、第１コンパレータ５１で被検体４１の出力電圧を検知するための電極となる。

一方、第１回路組替え部７１では、端子Ｇと端子Ｊとが接続され、第２回路組替え部７２の端子Ｍと端子Ｐとが接続される。この場合、入力電圧は、第２抵抗部２５と第２電極４３とを介して、被検体４１に印加される。

第２電極４３に着目すると、第２電極４３は、第２抵抗部２５と第２コンパレータ５２に接続される。従って、第２電極４３は、入力電圧を第２抵抗部２５を介して被検体に印加させるとともに、第２コンパレータ５２で被検体４１の出力電圧を検知するための電極となる。

図１４に示すように回路組替え部７１、７２により組替えが行われた場合、第３電極４４が絶縁体４５に覆われても、第１電極４２と第２電極４３により、被検体４１の出力電圧が第１及び第２コンパレータ５１、５２で検知可能なため、生体指か否か、グミ指か否かを検知することができる。

図１５は、第１回路組替え部７１と第２回路組替え部７２とで回路を組替えた例である。第１回路組替え部７１は、端子Ｆと端子Ｋ、端子Ｇと端子Ｉ、端子Ｈと端子Ｊとを夫々接続する。また、第２回路組替え部７２は、端子Ｌと端子Ｐ、端子Ｍと端子Ｑ、端子Ｎと端子Ｏとを夫々接続する。

発振部１０からの入力電圧は、第１抵抗部２４を介して、上述した例と同様に、第１コンパレータ５１に出力されるが、第３電極４４が第１抵抗部２４と第１コンパレータ５１に接続される。即ち、第３電極４４は、入力電圧を第１抵抗部２４を介して被検体に印加させるとともに、第１コンパレータ５１での出力電圧検知用の電極としての役割を果たす。

一方、発振部１０からの入力電圧は、第２抵抗部２５を介して第２コンパレータ５２にも出力される。第１電極４２は、第２抵抗部２５と第２コンパレータ５２に接続される。従って、第１電極４２は、入力電圧を第２電極部２５を介して被検体４１に印加させるとともに、第２コンパレータ５２での出力電圧検知用の電極としての役割も果たすことになる。

図１５に示す例の場合、第２電極４３に絶縁体４５が覆われても、第１電極４２と第３電極４４とが夫々第２コンパレータ５２、第１コンパレータ５１に接続されるため、各コンパレータ５１、５２において生体指か否か、グミ指か否かを検出することができる。

図１６は、第１及び第２回路組替え部７１、７２でその組み合わせを更に組替えた例である。第１回路組替え部７１は、端子Ｆと端子Ｊ、端子Ｇと端子Ｋ、端子Ｈと端子Ｉとを夫々接続している。第２回路組替え部７２は、端子Ｌと端子Ｑ、端子Ｍと端子Ｏ、端子Ｎと端子Ｐとを夫々接続している。

第２電極４３は第１抵抗部２４と第１コンパレータ５１に接続され、第３電極４４は第２抵抗部２５と第２コンパレータ５２に接続される。

従って、第２電極４３は、第１抵抗部２４を介して入力電圧を被検体４１に印加させるとともに、第１コンパレータ５１での出力電圧検知用の電極としての役割を果たす。

また、第３電極４４は、第２抵抗部２５を介して入力電圧を被検体４１に印加させるとともに、第２コンパレータ５２での出力電圧検知用の電極としての役割を果たす。

図１６に示す例の場合、第１電極４２に絶縁体４５が覆われても、第２電極４３と第３電極４４により、各コンパレータ５１、５２では生体指か否か、グミ指か否かを検知することができる。

図１４〜図１６に示すような回路組替え部７１、７２の切替えは、例えば、電極４２〜４４に被検体４１が置かれたタイミングで行うようにする。従って、被検体４１を計３回電極４２〜４４に置くことで、回路組替え部７１、７２の切替えが行われる。図１４〜図１６のように回路を組替えることで、どの電極４２〜４４に絶縁体４５が覆われても、確実に生体指か否か、グミ指か否かを検知できるため、セキュリティの性能を向上させることができる。

尚、各コンパレータ５１、５２で行われる処理は、第１の実施形態等と全く同様である。この場合、回路組替え部７１、７２の組替えのタイミングで各々、コンパレータ５１、５２で基準閾値との比較等が行われることになる。同期制御部８０はそのタイミング信号を各コンパレータ５１、５２に出力し、そのタイミング信号に応じて、各コンパレータ５１、５２は処理を行う。

また、この同期制御部８０は、発振器とオペアンプなどにより簡易に実装することができる。従って、本第５の実施形態においても、低コスト化を図ることができ、第１の実施形態等と同様の作用効果も得る。

次に、指紋センサモジュールの構成例について説明する。図１７（Ａ）及び同図（Ｂ）は、指紋センサモジュール１００の構成例を示す図である。

指紋センサモジュール１００は、生体検知用電極１０１と、指紋センサ１１０とを備える。

生体検知用電極１０１は、第１の実施形態等の電極部４０を構成する電極に対応する。また、指紋センサ１１０は、被検体４１がこのセンサ１１０に置かれたときにその画像を撮像するように構成される。

図１７（Ａ）に示す生体検知用電極１０１は、２つの電極１０１が指紋センサ１１０を上下から挟むように設けられている。

図１７（Ｂ）も同様に、２つの生体検知用電極１０１を有するが、指紋センサ１１０の上端部に略平行に設けられている。

図１８（Ａ）及び同図（Ｂ）も同様に指紋センサモジュール１００の構成例を示す図である。

図１８（Ａ）は、指紋センサ１１０の両端に夫々生体検知用電極１０１が設けられ、図１８（Ｂ）では、３つの生体用検知電極１０１が設けられている。図１８（Ｂ）の例は、第４の実施形態に対応する。

指紋認証装置がこの指紋センサ１１０と生体検知装置１から構成されるとき、指紋センサ１１０と生体検知用電極１０１とが一体化して指紋センサモジュール１００として構成されているため、よりセキュリティの性能を向上させることができる。

勿論、指紋センサ１１０と生体検知用電極１０１は、図１７（Ａ）等に示すように指紋センサモジュール１００として一体化されていればどのように配置されてもよい。

次に、生体検知装置１が設けられた指紋認証装置２００について説明する。図１９は、その構成例である。

指紋認証装置２００は、生体検知部２１０と、生体検知指置き時間記憶部２２０と、指紋画像取得部２３０と、指紋センサ指置き時間記憶部２４０、及び時間比較部２５０を備える。

生体検知部２１０は、上述した生体検知装置１に対応する。生体検知指置き時間記憶部２２０は、生体検知部２１０に被検体４１が置かれた時間（生体検知指置き時間）を記憶する。

一方、指紋画像取得部２３０は指紋センサ１１０に置かれた被検体４１の画像を取得する。指紋センサ指置き時間記憶部２４０は、指紋センサ１１０に置かれた被検体４１の指置き時間（指紋センサ指置き時間）を記憶する。

時間比較部２５０は、生体検知指置き時間と指紋センサ指置き時間とを各記憶部２２０、２４０から読み出して、両者を比較することで、被検体４１が指紋センサモジュール１００に適正に被検体４１が置かれたか否かを検知する。即ち、時間比較部２５０は、生体検知指置き時間と指紋センサ指置き時間とが一定の範囲内にあれば、適性に被検体４１が置かれたと判定し、一定の範囲内にないと被検体４１が指紋センサモジュール１００に適正に置かれなかったと判定する。

従って、本指紋認証装置２００は、内部に上述の生体検知装置１を有するため、第１の実施形態等で説明した作用効果を奏するとともに、更に、生体検知指置き時間と指紋センサ指置き時間とを比較して被検体４１が適正に置かれたか否かを検知しているため、不正行為を更に防止することができ、セキュリティの性能を更に向上させる。

尚、生体検知指置き時間記憶部２２０は、例えば、生体検知指置き時間を以下のようにして記憶する。

即ち、生体検知部２１０は、第１及び第２コンパレータ５１、５２から出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２が出力され、「開放」時には夫々「１」「１」、生体指やグミ指が置かれたときは「０」「１」、「０」「０」が出力される（図６（Ｃ）参照）。従って、その出力ＯＵＴ１、ＯＵＴ２の出力値が生体検知部２１０から出力されて、生体検知指置き時間記憶部２２０において、その出力値が「１」「１」から「１」「０」（又は「０」「０」）に変化し、再び「１」「１」に戻るまでの時間を記憶することで、その時間を記憶できる。

また、指紋センサ指置き時間は、例えば、指紋画像取得部２３０において指紋画像の取得開始から取得終了までの時間を記憶すれば実施可能である。

上述したいずれの例において、偽造指としてグミ指を例にして説明した。勿論、グミ以外であって人間の表皮に極めて近い特性を持つ偽造指でも、上述したいずれの実施例も実施可能であり、同様の作用効果を奏する。

また、上述した例において、記憶部６０は弁別部５０外に構成された生体検知装置１の例を説明した。勿論、この記憶部６０が弁別部５０内に設けられていてもよい。この場合でも、上述した例のいずれも実施可能で同様の作用効果を奏する。

更に、上述した例において、弁別部５０は電極部４０の出力電圧等を検知することで生体指か否か、グミ指か否か弁別した。それ以外にも、例えば、図１（Ａ）及び同図（Ｂ）に示すように、出力電圧の傾きや振幅と記憶部６０に記憶された基準閾値とを比較することで生体指か否かを検知するようにしてもよい。

更に、上述した例において、生体検知装置１や指紋認証装置２００は指の指紋を検知、認証するものとして説明したが、例えば、掌など指以外の身体部分であってもよい。

以上まとめると付記のようになる。

（付記１）
特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、
前記発振部に夫々接続される複数の回路部と、
前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、
前記入力電圧を前記各回路部のいずれか一つを介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、
前記被検体に印加された入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部と、
を備えることを特徴とする生体検知装置。

（付記２）
前記電極部は前記複数の回路部と同数の複数の前記電極部から構成され、前記各電極部は前記各回路部と夫々接続され、
前記弁別部は、前記各回路部と前記各電極部を介して前記被検体に夫々印加された入力電圧に対する前記出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別することを特徴とする付記１記載の生体検知装置。

（付記３）
更に、前記各回路部と前記各電極部との接続関係を組替える回路組替え部を備えることを特徴とする付記２記載の生体検知装置。

（付記４）
更に、前記回路組替え部の前記接続関係の組替えと、前記組替えに応じた前記弁別部での前記出力電圧の弁別とを同期させる同期制御部を備えることを特徴とする付記３記載の生体検知装置。

（付記５）
更に、基準閾値を記憶した記憶部を備え、
前記判定部は前記記憶部からの前記基準閾値と前記出力電圧とを比較して前記被検体が生体であるか否かを判定することを特徴とする付記１乃至４記載の生体検知装置。

（付記６）
前記弁別部には前記被検体が偽造された被検体であるか否かを判定する偽造判定部を備えることを特徴とする付記１乃至５記載の生体検知装置。

（付記７）
前記弁別部には、前記被検体が偽造された被検体であるか否かを判定する偽造判定部と、前記被検体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付記１乃至５記載の生体検知装置。

（付記８）
前記偽造判定部と前記生体判定部は、前記出力電圧の振幅の変化で前記被検体が生体か否かを判定することを特徴とする付記６又は７記載の生体検知装置。

（付記９）
前記回路部は抵抗で構成されることを特徴とする付記１又は２記載の生体検知装置。

（付記１０）
被検体の指紋を撮像する指紋センサと、
特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、
前記発振部に夫々接続される複数の回路部と、
前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、
前記入力電圧を前記各回路部のいずれか一つを介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、
前記被検体に印加された入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部と、
を備えることを特徴とする指紋認証装置。

（付記１１）
前記電極部と前記指紋センサとは一体化されることを特徴とする付記１０記載の指紋認証装置。

（付記１２）
被検体の指紋を撮像する指紋センサと、
生体検知部と、
前記指紋センサに前記被検体が置かれた指紋センサ指置き時間を記憶する指紋センサ指置き時間記憶部と、
前記生体検知部に前記被検体が置かれた生体検知指置き時間を記憶する生体検知指置き時間記憶部と、
前記指紋センサ指置き時間記憶部と前記生体検知指置き時間記憶部とに夫々記憶された前記指紋センサ指置き時間と前記生体検知指置き時間とから、前記被検体が適正に置かれたか否かを判断する時間比較部とを備え、
前記生体検知部には、
特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、
前記発振部に夫々接続される複数の回路部と、
前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、
前記入力電圧を前記各回路部のいずれか一つを介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、
前記被検体に印加された入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部とを備え、
前記時間比較部は、前記指紋センサ指置き時間と前記生体検知指置き時間との差が一定値の範囲内のとき、前記被検体が適正に置かれたと判断することを特徴とする指紋認証装置。

（付記１３）
特定の周波数を有する入力電圧を発振部より発振させ、
前記入力電圧を、複数の回路部のいずれか一つを介して電極部に出力させ、
前記電極部から被検体に印加された前記入力電圧に対する出力電圧により前記被検体が生体か否かを弁別する、
ことを特徴とする生体検知方法。

図１（Ａ）及び同図（Ｂ）共に本実施例の原理図を示す図である。 本実施例の原理図を示す図である。 抵抗値に対する出力電圧振幅比の実験結果を示す図である。 生体検知装置の構成例を示す図である。 生体検知装置の具体的な構成例を示す図である。 図６（Ａ）及び同図（Ｂ）はコンパレータで検知される電圧の例、同図（Ｃ）はコンパレータの出力例を示す図である。 図７（Ａ）及び同図（Ｂ）は、基準閾値の範囲の例を示す図である。 処理の動作を示すフローチャートである。 生体検知装置の他の構成例を示す図である。 生体検知装置の他の構成例を示す図である。 生体検知装置の他の構成例を示す図である。 生体検知装置の他の具体的な構成例を示す図である。 生体検知装置の他の構成例を示す図である。 生体検知装置の他の具体的な構成例を示す図である。 生体検知装置の他の具体的な構成例を示す図である。 生体検知装置の他の具体的な構成例を示す図である。 図１７（Ａ）及び同図（Ｂ）は共に指紋センサモジュールの構成例である。 図１８（Ａ）及び同図（Ｂ）は共に指紋センサモジュールの構成例である。 指紋認証装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ 生体検知装置
１０ 発振部
２０−１〜２０−ｎ 第１〜第ｎ回路部
３０ 回路切替え部
３１ アナログスイッチ
４０ 電極部
４０−１〜４０−ｎ 第１〜第ｎ電極部
４１ 被検体
４２〜４４ 第１〜第３電極
５０ 弁別部
５１、５２ 第１コンパレータ、第２コンパレータ
５３ 判定部
６０ 記憶部
７１ 第１回路組替え部
７２ 第２回路組替え部
８０ 同期制御部
１００ 指紋センサモジュール
１０１ 生体検知用電極
１１０ 指紋センサ
２００ 指紋認証装置
２１０ 生体検知部
２２０ 生体検知指置き時間記憶部
２３０ 指紋画像取得部
２４０ 指紋センサ指置き時間記憶部
２５０ 時間比較部

Claims (5)

1. 特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、
   前記発振部に夫々接続され、異なる抵抗値を夫々有する第１及び第２の回路部と、
   前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、
   前記入力電圧を前記第１又は第２の回路部を介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、
   前記切替えにより前記第１の回路部を介して前記被検体に印加された入力電圧に対する第１の出力電圧と第１の基準閾値とを比較し、更に、前記切替えにより前記第２の回路部を介して前記被検体に印加された入力電圧に対する第２の出力電圧と第２の基準閾値とを比較することにより前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部と、
   を備え、
   前記弁別部は、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より高いとき前記被検体は生体であると弁別し、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より低いとき前記被検体は生体ではないと弁別することを特徴とする生体検知装置。
2. 特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、
   前記発振部に夫々接続され、異なる抵抗値を夫々有する第１及び第２の回路部と、
   前記第１及び第２の回路部と夫々接続され、前記入力電圧を被検体に印加させる第１及び第２の電極部と、
   前記第１の回路部及び第１の電極部を介して前記被検体に印加された入力電圧に対する第１の出力電圧と第１の基準閾値とを比較し、更に、前記第２の回路部及び第２の電極部を介して前記被検体に印加された入力電圧に対する第２の出力電圧と第２の基準閾値とを比較することにより前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部と、
   を備え、
   前記弁別部は、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より高いとき前記被検体は生体であると弁別し、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より低いとき前記被検体は生体ではないと弁別することを特徴とする生体検知装置。
3. 更に、前記第１及び第２の回路部と前記第１及び第２の電極部との間に前記第１及び第２の回路部と前記第１及び第２の電極部との接続関係を切替える第１の回路組替え部と、前記第１及び第２の電極部と前記弁別部との間に前記１及び第２の電極部と前記弁別部との接続関係を切替える第２の回路組替え部とを備えることを特徴とする請求項２記載の生体検知装置。
4. 被検体の指紋を撮像する指紋センサと、
   生体検知部と、
   前記指紋センサに前記被検体が置かれた指紋センサ指置き時間を記憶する指紋センサ指置き時間記憶部と、
   前記生体検知部に前記被検体が置かれた生体検知指置き時間を記憶する生体検知指置き時間記憶部と、
   前記指紋センサ指置き時間記憶部と前記生体検知指置き時間記憶部とに夫々記憶された前記指紋センサ指置き時間と前記生体検知指置き時間とから、前記被検体が適正に置かれたか否かを判断する時間比較部とを備え、
   前記生体検知部には、
   特定の周波数を有する入力電圧を発振する発振部と、
   前記発振部に夫々接続され、異なる抵抗値を夫々有する第１及び第２の回路部と、
   前記入力電圧を被検体に印加させる電極部と、
   前記入力電圧を前記第１又は第２の回路部を介して前記電極部に出力させるよう切替える回路切替え部と、
   前記切替えにより前記第１の回路部を介して前記被検体に印加された入力電圧に対する第１の出力電圧と第１の基準閾値とを比較し、更に、前記切替えにより前記第２の回路部を介して前記被検体に印加された入力電圧に対する第２の出力電圧と第２の基準閾値とを比較することにより前記被検体が生体か否かを弁別する弁別部とを備え、
   前記弁別部は、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より高いとき前記被検体は生体であると弁別し、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より低いとき前記被検体は生体ではないと弁別し、
   前記時間比較部は、前記指紋センサ指置き時間と前記生体検知指置き時間との差が一定値の範囲内のとき、前記被検体が適正に置かれたと判断することを特徴とする指紋認証装置。
5. 特定の周波数を有する入力電圧を発振部より発振させ、
   前記入力電圧を、夫々異なる抵抗値を有する第１又は第２の回路部を介して電極部に出力させるよう回路切替え部により切替えを行い、
   前記切替えにより前記第１の回路部を介して前記電極部から被検体に印加された前記入力電圧に対する第１の出力電圧と第１の基準閾値とを比較し、更に、前記切替えにより前記第２の回路部を介して前記被検体に印加された入力電圧に対する第２の出力電圧と第２の基準閾値とを比較し、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より高いとき前記被検体は生体であると弁別部により弁別し、前記第１の出力電圧が前記第１の基準閾値より低く前記第２の出力電圧が前記第２の基準閾値より低いとき前記被検体は生体ではないと前記弁別部により弁別する、
   ことを特徴とする生体検知方法。

Images