JP6899798B2 - 生体情報認証装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報認証装置に関する。

従来の技術として、駆動源の始動や停止を指令する始動スイッチと、駆動源を始動させる始動手段と、指紋を読み取る指紋センサと、指紋センサ、始動スイッチからの入力に基づいて始動手段の作動を制御する始動処理を実行する制御手段と、を備えた始動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この始動制御装置の制御手段は、始動スイッチにより始動が指令されたときに、始動手段による始動を実行する前に、指紋センサが読み取った指紋と予め登録された登録指紋とによる指紋照合を行い、一致判定がなされると、利用者が正当な利用者であると認証して始動手段による始動を許可する。

特開２００８−１７４０９５号公報

しかし従来の始動制御装置は、操作者が指紋を登録する際、主に接触するのは操作指の腹であるので、接触する面積が小さく、より広い面積の指紋を登録するためには、位置を変えて何度も接触させなければならず、煩わしい問題がある。

従って本発明の目的は、生体情報の登録や認証時における煩わしさを低減させることができる生体情報認証装置を提供することにある。

本発明の一態様は、読取対象の形状に応じた曲面を有する読取面を有し、平面である場合よりも広い範囲の読取対象の生体情報を読み取る生体情報センサを備えた生体情報認証装置を提供する。

本発明によれば、生体情報の登録や認証時における煩わしさを低減させることができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る生体情報認証装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、生体情報認証装置の読取面の形状の一例を説明するための概略図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係る生体情報認証装置のブロック図の一例であり、図２（ｂ）は、生体情報センサの検出電極の一例を示す概略図である。 図３（ａ）は、実施の形態に係る生体情報認証装置の生体情報センサが一回で読み取る読取画像の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、比較例に係る読取面が平面の場合において一回で読み取る読取画像の一例を示す概略図であり、図３（ｃ）は、変形例に係る生体情報認証装置の一例を示す概略図である。 図４は、実施の形態に係る生体情報認証装置の動作の一例を示すフローチャートである。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る生体情報認証装置は、読取対象の形状に応じた曲面を有する読取面を有し、平面である場合よりも広い範囲の読取対象の生体情報を読み取る生体情報センサを備えて概略構成されている。

この生体情報認証装置は、読取面が平面である場合よりも広い範囲の生体情報を一回の接触によって読み取ることができるので、読取面に接触させる回数が抑制され、生体情報の登録や認証時における煩わしさを低減させることができる。

[実施の形態]
（生体情報認証装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る生体情報認証装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、生体情報認証装置の読取面の形状の一例を説明するための概略図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る生体情報認証装置のブロック図の一例であり、図２（ｂ）は、生体情報センサの検出電極の一例を示す概略図である。図３（ａ）は、実施の形態に係る生体情報認証装置の生体情報センサが一回で読み取る読取画像の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、比較例に係る読取面が平面の場合において一回で読み取る読取画像の一例を示す概略図であり、図３（ｃ）は、変形例に係る生体情報認証装置の一例を示す概略図である。なお以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図２（ａ）では、主な信号や情報などの流れを矢印で示している。

生体情報認証装置１は、操作者が予め登録されている登録者であるか否かを判定するものである。この生体情報認証装置１は、一例として、車両に搭載された電子機器と電気的に接続される。この電子機器は、生体情報認証装置１の認証が成立した場合、操作者が登録者であるとして操作などを許可する。本実施の形態の生体情報認証装置１は、一例として、車両の駆動装置の始動や車両の電源の遷移などを指示するスタートスイッチに配置されるがこれに限定されない。

このスタートスイッチは、例えば、運転席に着座するユーザの前方、ステアリング、及び運転席と助手席の間に位置するフロアコンソールなどに配置されている。このスタートスイッチは、プッシュ操作（オン操作）により、車両の駆動装置の始動、又は始動準備を車両に指示し、その後になされたプッシュ操作（オフ操作）により、駆動装置の停止を指示することができる。

具体的には、駆動装置が内燃機関（エンジン）である場合、シフト装置やブレーキ装置の操作条件が満足された状態でなされたプッシュ操作によりエンジンが始動する。また駆動装置がモータである場合、上記の操作条件が満足された状態でなされたプッシュ操作によりモータに電流を供給する始動準備が行われる。さらに駆動装置がエンジンとモータのハイブリッドである場合、上記の操作条件が満足された状態でなされたプッシュ操作により、始動時に優先される駆動装置に対応して始動又は始動準備が行われる。このオン操作の後に行われたオフ操作によって、駆動装置の停止が指示される。

生体情報認証装置１は、例えば、図１（ａ）〜図２（ａ）に示すように、読取対象の形状に応じた曲面を有する読取面１２を有し、平面である場合よりも広い範囲の読取対象の生体情報３２を読み取る生体情報センサ３を備えて概略構成されている。

この読取面１２は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、読取対象の形状に応じた凹曲面である。また読取対象は、一例として、操作者の操作指９である。

そして生体情報センサ３は、例えば、図１（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、読取面１２に接触した少なくとも操作指９の腹部分の腹領域９０、及び腹領域９０の両側面の第１の側面領域（側面領域９１）及び第２の側面領域（側面領域９２）の生体情報パターン３３を含む生体情報３２を生成する。

この生体情報３２は、操作指９の指紋パターンや静脈パターンの少なくとも一方である。本実施の形態の生体情報３２は、指紋パターンである。

さらに生体情報認証装置１は、読み取った登録者の生体情報３２から認証に使用するテンプレート７０を作成する作成部としての抽出部５と、テンプレート７０と新たに読み取られた操作者の生体情報３２とを比較して当該操作者がテンプレート７０を登録した登録者であるかを認証する認証部としての制御部７と、を備えて概略構成されている。

（生体情報センサ３の構成）
生体情報センサ３は、例えば、静電容量式のセンサである。この生体情報センサ３は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本体１０に設けられた読取面１２に接触した操作指９から生体情報３２を読み取る。

なお変形例として生体情報センサ３は、例えば、読取面１２を曲面にされた光学式、感圧式及び感熱式などのセンサであっても良い。また生体情報センサ３は、例えば、手の平に応じた曲面の読取面１２を有して手の平の掌紋パターンなどを読み取るように構成されたセンサであっても良い。さらに生体情報センサ３は、生体情報３２として操作指や手の平の静脈パターンを読み取るように構成されても良い。静脈パターンの読み取りは、例えば、照射した近赤外線の反射に基づいて静脈パターンを読み取るように構成されたセンサを用いて行われる。そして生体情報センサ３は、これらを組み合わせたセンサであっても良い。

読取面１２は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本体１０の表面１００から凹状に窪んで形成された曲面となっている。この曲面は、操作指９の形状に応じて、操作指９を包み込むような形状を有しているので、縦にも横にも広い範囲で操作指９と接触する。また読取面１２は、例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような一定の曲率ではなく、操作指９の形状に応じて異なる曲率の曲面を組み合わせた形状であっても良い。

従って一回の接触によって読み取られる生体情報３２は、例えば、図３（ａ）に示すように、操作指９の腹領域９０の指紋パターンである腹パターン３３０、側面領域９１の指紋パターンである側面パターン３３１、及び側面領域９２の指紋パターンである側面パターン３３２を有する生体情報パターン３３から構成されている。

なお変形例として読取面１２は、例えば、図３（ｃ）に示すように、表面１００に対して斜め方向に操作指９を挿入するように形成されても良い。この変形例では、例えば、図３（ｃ）に示すように、操作指９の先端の領域である先端領域９３の生体情報パターン３３を含む生体情報３２を生成することが可能となると共に、先端領域９３に対応した読取面１２の先端面１２０によって読取面１２に対する操作指９の位置が決まるので、安定した生体情報３２の読み取りが可能となる。

生体情報センサ３は、例えば、図２（ｂ）に示すように、容易に曲げることができるフレキシブル基板３０ａと、フレキシブル基板３０ａに形成され、読取面１２の下方にマトリクス状に並ぶ複数の検出電極３０ｂを備えている。この複数の検出電極３０ｂは、一例として、数万から数十万個形成されると共に、数μｍから数十μｍの間隔で配置されている。

生体情報センサ３は、例えば、一方向に並ぶ検出電極３０ｂの静電容量を読み出し、続いて平行に並ぶ検出電極３０ｂの静電容量を読み出すことを繰り返して全ての検出電極３０ｂを走査するように構成されている。この走査の周期は、一例として、１００ｍｓ程度である。

生体情報センサ３は、例えば、走査して読み出した複数の静電容量の情報である静電容量情報Ｓ_１を生成して制御部７に出力する。この静電容量情報Ｓ_１は、例えば、１周期分の静電容量の情報である。具体的には、生体情報センサ３は、例えば、予め設けられたしきい値以上の静電容量を「１」、しきい値より低い静電容量を「０」に分けると共に、検出電極３０ｂの位置と関連付けて静電容量情報Ｓ_１を生成する。

図３（ａ）に示す読取画像３１は、一例として、静電容量情報Ｓ_１に基づいて「１」の検出電極３０ｂの位置を黒、「０」の検出電極３０ｂの位置を白としたものである。なお図中の丸は、後述する特徴点３５を示すために付したものである。

静電容量が高い位置は、指紋の山の位置であって検出電極３０ｂまでの距離が近いので、静電容量が高くなる。そして低い位置は、指紋の谷の位置であって検出電極３０ｂまでの距離が遠く、静電容量が低くなる。従って静電容量の高い位置を黒、低い位置を白とすると、一例として、図３（ａ）に示すような読取画像３１が得られる。

ここで図３（ｂ）は、読取面が平面であった場合において一回で読み取れる読取画像３１ａの一例である。この比較例の生体情報３２ａは、生体情報パターン３３ａのうち、主に腹パターン３３０ａが読み取られ、側面領域９１の側面パターン３３１ａ、及び側面領域９２の側面パターン３３２ａが読み取れない。これは、読取面が平面であることから操作指９の腹領域９０を接触させた場合、側面領域９１及び側面領域９２が読取面に接触しないからである。

従って比較例の生体情報３２ａは、生体情報パターン３３ａとして主に腹パターン３３０ａしか含まないので、特徴点の数が少なくなる。少なくともテンプレートは、多くの特徴点を含むように生成されなければ認証精度が低下する。そこで比較例では、さらに側面パターン３３１ａ及び側面パターン３３２ａを含む生体情報３２ａを生成するため、操作指９の位置を変えて複数回、読取面に接触させ、そして取得した生体情報パターン３３ａを合成する処理を経て広い範囲の生体情報３２ａに基づくテンプレートを生成する必要がある。

一方、本実施の形態の読取面１２は、操作指９の腹領域９０、側面領域９１及び側面領域９２に接触し易い曲面形状を有している。従って生体情報認証装置１は、例えば、図３（ａ）に示すように、一回の読み取りによって腹パターン３３０、側面パターン３３１及び側面パターン３３２を含む生体情報３２を読み取ることができるので、テンプレート７０を登録する際、読取面１２に接触させる回数が減る。

また生体情報認証装置１は、一回で読み取れる生体情報パターン３３の範囲が広いので、認証時においても多くの特徴点３５を使用することができて認証の精度が向上する。

（抽出部５の構成）
抽出部５は、例えば、静電容量情報Ｓ_１に対して抽出処理を行って特徴点３５を抽出する。この抽出処理は、例えば、隆線の抽出処理などである。

特徴点３５とは、例えば、図３（ａ）に示すように、中心点３２０、分岐点３２１、端点３２２及び三角州３２３などであるがこれに限定されない。中心点３２０とは、指紋の中心となる点である。分岐点３２１とは、指紋の隆線が分岐している点である。端点３２２とは、隆線が切れている点である。三角州３２３とは、三方向から隆線が集まった点である。

抽出部５は、例えば、これらの特徴点３５を抽出し、抽出した特徴点３５の画像である抽出画像Ｓ_２を生成する。テンプレート７０は、例えば、登録者の抽出画像Ｓ_２と登録者の情報とを関連付けたものである。

（制御部７の構成）
制御部７は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部７が動作するためのプログラムと、テンプレート７０と、類似度しきい値７１と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部７は、テンプレート７０と読み取った生体情報３２から得られた抽出画像Ｓ_２とを比較し、特徴点３５の位置、特徴点３５間の距離などに基づいて類似度を算出する。そして制御部７は、類似度が類似度しきい値７１以上であった場合、生体情報３２の認証が成立したとして認証情報Ｓ_３を出力する。

この類似度しきい値７１は、一例として、８０％である。つまり制御部７は、例えば、認証に使用する特徴点３５の数が８０個である場合、６４個以上の特徴点３５が一致すれば、登録者であると判定する。なお一致とは、特徴点３５の位置、特徴点３５間の距離などの一致を含んでいる。

制御部７は、例えば、テンプレート７０の登録ができなかったり、生体情報３２が読み取れなかったりした場合、再度の読み取りなどを報知するための報知信号Ｓ_４を接続された電子機器に出力する。この報知は、例えば、表示装置に画像として表示されても良いし、音によってなされても良いし、組み合わせてなされても良い。

制御部７は、例えば、テンプレート７０を生成するための抽出画像Ｓ_２に含まれる特徴点３５が生成のために予め定められた数以下であった場合、テンプレート７０の登録ができないと判定する。また制御部７は、例えば、静電容量情報Ｓ_１に基づいて上述の「１」の数や面積が認証のために予め定められた基準以下であった場合、読み取りが不成功であったと判定する。なお制御部７は、例えば、特徴点３５に基づいて読み取りが成功したか否かを判定するように構成されても良いし、これらに限定されない。

以下に本実施の形態の生体情報認証装置１の動作の一例について図４のフローチャートに従って説明する。なお生体情報３２の登録モードは、一例として、登録用のボタンの操作によって実行されるものとする。この登録用のボタンは、例えば、物理的なスイッチでも良いし、電気的に接続された表示装置に表示されて選択決定可能なアイコンのスイッチであっても良い。

（動作）
生体情報認証装置１の制御部７は、生体情報センサ３から周期的に取得する静電容量情報Ｓ_１に基づいて生体情報３２が読み取られたか否かを監視する。制御部７は、ステップ１の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり生体情報３２が読み取られ（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、そして生体情報３２を登録する登録モードである場合（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、静電容量情報Ｓ_１を抽出部５に出力して特徴点３５の抽出を行わせ、その結果取得した抽出画像Ｓ_２に基づいてテンプレート７０が作成可能か否かを判定する。

なお制御部７は、生体情報３２の読み取りを確認する前に、登録か認証かを確認するように構成されても良い。またテンプレート７０の作成が可能か否かは、抽出部５で判定しても良い。

制御部７は、テンプレート７０の作成が可能であると判定した場合（Ｓｔｅｐ３：Ｙｅｓ）、テンプレート７０を生成して登録し（Ｓｔｅｐ４）、処理を終了する。なお制御部７は、報知信号Ｓ_４を出力して登録が終了したことを報知しても良い。

ここでステップ３において制御部７は、テンプレート７０の作成が不可能であった場合（Ｓｔｅｐ３：Ｎｏ）、再度の読み取りを促す報知を行うため、報知信号Ｓ_４を出力し（Ｓｔｅｐ５）、処理を終了する。本実施の形態では、読取面１２が曲面であり、広い範囲の生体情報パターン３３を読み取れるので、読取面が平面の場合と比べて、報知の回数が少なくなる。

ステップ２において制御部７は、登録ではなく認証を行う場合（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、抽出部５から取得した抽出画像Ｓ_２に基づく特徴点３５とテンプレート７０とを比較して認証を行う。

制御部７は、特徴点３５が類似度しきい値７１以上であって認証が成立した場合（Ｓｔｅｐ６：Ｙｅｓ）、認証成立を示す認証情報Ｓ_３を生成して接続された電子機器に出力し（Ｓｔｅｐ７）、処理を終了する。

またステップ６において制御部７は、認証が不成立であった場合（Ｓｔｅｐ６：Ｎｏ）、認証不成立を報知するための報知信号Ｓ_４を出力し（Ｓｔｅｐ８）、処理を終了する。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る生体情報認証装置１は、生体情報の登録や認証時における煩わしさを低減させることができる。この生体情報認証装置１は、読取面１２が平面である場合よりも広い範囲の生体情報３２を一回の接触によって読み取ることができるので、読取面１２に接触させる回数が抑制され、生体情報３２の登録や認証時における煩わしさを低減させることができる。

生体情報認証装置１は、読取面が平面の場合に、一回の接触で読み取りが困難な操作指９の側面領域９１及び側面領域９２の生体情報パターン３３を含む生体情報３２を読み取ることができるので、精度の高いテンプレート７０を生成することができると共に、このテンプレート７０を用いて高い精度の認証を行うことができる。

読取面が平面の場合、広い範囲の指紋パターンを読み取らせるためには、強く読取面に操作指を押し当てる必要があり、操作指が潰れて精度の高い特徴点が得られない可能性がある。しかし生体情報認証装置１は、読取面１２が曲面であり、操作指９を強く押し当てなくても広い範囲の生体情報パターン３３が読み取れるので、操作指９が潰れて変形し難く、得られる特徴点３５の精度が高い。

上述の実施の形態及び変形例に係る生体情報認証装置１は、例えば、用途に応じて、その一部が、コンピュータが実行するプログラム、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などによって実現されても良い。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…生体情報認証装置、３…生体情報センサ、５…抽出部、７…制御部、９…操作指、１０…本体、１２…読取面、３０ａ…フレキシブル基板、３０ｂ…検出電極、３１，３１ａ…読取画像、３２，３２ａ…生体情報、３３，３３ａ…生体情報パターン、３５…特徴点、７０…テンプレート、７１…類似度しきい値、９０…腹領域、９１…側面領域、９２…側面領域、９３…先端領域、１００…表面、１２０…先端面、３２０…中心点、３２１…分岐点、３２２…端点、３２３…三角州、３３０，３３０ａ…腹パターン、３３１，３３１ａ…側面パターン、３３２，３３２ａ…側面パターン

Claims (3)

1. 操作者の操作指の形状に応じた凹曲面を有する読取面を有し、平面である場合よりも広い範囲の前記操作指の生体情報を読み取る静電容量式のセンサであり、前記読取面に接触した少なくとも前記操作指の腹部分の腹領域、及び前記腹領域の両側面の第１の側面領域及び第２の側面領域の生体情報パターンを含む前記生体情報を生成する生体情報センサを備え、
   前記読取面は、斜め方向に前記操作指を挿入する形状を有し、
   前記生体情報センサは、前記操作指の先端の領域である先端領域の生体情報パターンを含む前記生体情報を生成する、
   生体情報認証装置。
2. 前記生体情報センサは、車両の駆動装置の始動を指示するスタートスイッチに配置される、
   請求項１に記載の生体情報認証装置。
3. 読み取った登録者の生体情報から認証に使用するテンプレートを作成する作成部と、
   前記テンプレートと新たに読み取られた操作者の生体情報とを比較して当該操作者が前記テンプレートを登録した登録者であるかを認証する認証部と、
   を備えた、
   請求項１又は２に記載の生体情報認証装置。

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