JPH11213164A

JPH11213164A - 個人識別装置

Info

Publication number: JPH11213164A
Application number: JP10032071A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Yasukawa; 薫安川; Kensuke Ito; 健介伊藤; So Sugino; 創杉野; Tadashi Shimizu; 正清水
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、瞼の開閉状態または運動に基づいて
個人認証を行う識別装置であって、非接触で、且つ被験
者に心理的な負担をかけずに認証が可能な個人識別装置
を提供することを目的とする。【解決手段】光源１から出射した光２４は眼球に向かっ
て進む。瞼１２が開いているとき、出射光２４は、角膜
８、房水９を経て、瞳孔１０を通して水晶体５に入射
し、水晶体５のレンズ作用によって、硝子体１１を通っ
て網膜６上に光源１の像を結ぶ。網膜６上に集光された
光２４は元の光路を逆に進んでハーフミラー７によって
反射光２３として受光素子１３に導かれる。反射光２３
は光電流に変換され、前置増幅器１４によって電圧に変
換される。この電圧をもとに、照合処理部１８において
個人識別のための照合処理が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータへの
アクセスコントロール等において、個人の瞬目による瞼
の動きから得られる情報を用いて個人を認証する個人識
別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、通信ネットワークやコンピュータ
へアクセスする際のセキュリティが重要視される中で、
ＩＣカードやパスワードに代わって、盗用、詐称の恐れ
の少ない本人の生体情報（指紋、手形、顔形状、瞼、声
紋等々）を用いて本人の認証を行う個人識別装置が多数
提案されている。特に、瞼の動きを利用した個人識別装
置は、識別精度が高く、詐称の恐れが少ない点で優れて
おり、いくつかの先行技術が開示されている。例えば、
特開平６−２０３１４５号公報では、瞼、瞳孔、唇等の
動的データから特徴値を抽出して個人の識別を行うとい
う試みが開示されている。この公報では、瞳孔開度の平
均変化率、瞼の開閉周期、瞼が開いている時間の割合等
を動的データとして選択しているが、その具体的な検出
手段や特徴抽出の方法については全く記述がない。例え
ば、動的データとして選択した瞼の開閉周期や瞼が開い
ている時間などは、それらの定義付けや検出手段の相違
によって全く異なるデータになってしまうが、その技術
分野における通常の知識を有する者が容易にその開示技
術を実施できる程度にまでは具体的に開示されていな
い。

【０００３】一方、瞼の動的データの計測に関しては、
個人認証を目的とするものではないが、既に、映像分野
での立体画像の効果の研究、身体障害者の意思伝達の補
助に適用した研究、認知過程を探る心理学の基礎実験、
自動車運転手の覚醒度や疲労度の指標研究など、多くの
分野で種々の方法が提案されている。具体的には、ＥＯ
Ｇ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｃｕｌｏｇｒａｍ；眼球電図）
法、ＥＭＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｙｏｇｒａｍ；筋電
図）法、磁気センサ法、光学的測定法（角膜反射量の変
化による測定法、角膜と眼瞼との反射量の変化による方
法）などが挙げられる（星野：“注意と瞬目”テレビ誌
５０，４）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＥＯＧ
法、ＥＭＧ法では、目の付近に電極を貼り付けて瞼の動
的データを計測することになり、また、磁気センサ法や
光学的測定法では、素子をつけたゴーグルや眼鏡を装着
させて計測することから、被験者に強い拘束感を与えて
しまう。また、居眠り運転の検知技術で、カメラにより
撮像した画像を処理することで、非接触で拘束感を与え
ない技術が開発されているが、装置が大掛かりになるこ
とや処理に時間がかかることなどから、認証を目的とす
る個人識別装置には到底適用できるものではない（中
野：“画像による居眠り検知への応用” テレビ誌５
０，１２）。

【０００５】本発明の目的は、瞼の開閉状態または運動
に基づいて個人認証を行う識別装置であって、非接触
で、且つ被験者に心理的な負担をかけないヒューマンイ
ンターフェースに優れた高精度の認証が可能な個人識別
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、人の瞼の開
閉状態または運動に基づく本人固有の特徴量を抽出し、
当該特徴量により個人の識別を行う個人識別装置におい
て、人の眼球の水晶体に関して、眼球内部の網膜とほぼ
光学的共役点に位置する光源と、光源からの出射光が網
膜で反射した反射光を検出する検出系とを有し、瞼の開
閉運動を検知する検知手段と、少なくとも１つ以上の瞼
の開閉状態または運動の特徴量を抽出して本人の識別を
行う識別手段とを備えていることを特徴とする個人識別
装置によって達成される。

【０００７】本発明の個人識別装置において、光源は、
所望の情報が呈示される情報呈示面、あるいは情報を入
力する入力装置面とほぼ同一面上に配置されていること
を特徴とする。すなわち、本発明による光源は、表示パ
ネルや操作パネルと同一平面上に設置することを特徴と
し、また、表示パネルや操作パネルと同一平面上であれ
ば、どこに置いてもよい。但し、視線が集まる領域の近
くに設置されることがより望ましい。

【０００８】また、光源からの光は、近赤外（〜７５０
ｎｍ）より長い波長、または、近紫外（〜４００ｎｍ）
より短い波長の光であることを特徴とする。もちろん通
常の可視光でも問題ないが、心理的負担を与えないとい
う点で、前者の波長域の光が好ましい。また、光源は、
コヒーレント光、非コヒーレント光のいずれでもよい。
また、光源は、点光源である方が、共役関係が容易に成
り立つという意味で望ましいが、必ずしも点光源でなく
多少の分布を有していても問題ない。また大きな広がり
を持つ光源から、ピンホール等による空間フィルタリン
グ処理により、点光源を作るようにしてもよい。

【０００９】また、検出系は、光源からの出射光と網膜
からの反射光とを分離する光分離手段と、反射光を受光
する受光素子とを有していることを特徴とする。光源か
らの出射光と網膜からの反射光を分離する光分離手段
は、透過率と反射率の異なるミラー、偏光板と位相板の
組み合わせ等で構成することができる。前者のミラー
は、透過率と反射率が５０％のハーフミラーが反射光を
最も多く集められる点で優れている。偏光板は、偏光ビ
ームスプリッターでもよい。位相板は１／４波長板がよ
い。

【００１０】さらに、特徴量としては、瞬目による瞼の
運動開始時に、眼球の体外露出部分の面積の時間的変化
を反射光の光量として抽出し、当該光量が最大から最小
になるまでの第１の時間、または、最小から最大になる
第２の時間、あるいは、第１の時間と第２の時間との比
を用いることを特徴とする。瞼が開いて眼球を体外に露
出し始めるとき、あるいは逆に瞼が閉じて眼球を覆いは
始めるときの反射光量の時間的変化を特徴量とすること
がより望ましいが、その他の部分の時間的変化でもよ
い。

【００１１】また特徴量としては、眼球の体外露出部分
の面積の時間的変化を反射光の光量変化として抽出し、
当該反射光量が最小になった時から次の瞬目によって当
該反射光量が最小になるまでの時間間隔の平均値、分散
値、標準偏差、またはそのヒストグラムの分布形状を用
いることを特徴とする。

【００１２】また、本発明では、網膜からの反射光が外
乱光と同程度かそれより小さい場合、本発明による個人
識別装置の光源からの出射光を周期的に変化させるよう
にしてもよい。この周期的な変化は、なんらかの周期性
を持っていればよいが、正弦波的な変化もしくは方形波
的な変化が信号処理上好都合である。網膜からの反射光
が外乱光より大きい場合は、連続光でよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態による個人
識別装置を図１乃至図６を用いて説明する。まず、本実
施の形態による個人識別装置の概略の構成を図１および
図２を用いて説明する。駆動回路１６により駆動される
光源１は、被験者の眼球の水晶体５に関して、網膜６と
光学的に共役な位置関係にある。通常、光源１をコンピ
ュータの表示パネル２もしくは操作パネル３とほぼ同一
面上に置く。個人識別により認証を受ける人は、表示パ
ネル２もしくは操作パネル３を見ることによって、光源
１とその人間の眼の網膜６とが光学的に共役関係にな
る。

【００１４】眼と表示パネル２もしくは操作パネル３の
距離が変化しても、本人が表示パネル２もしくは操作パ
ネル３上を見ている限り、当人は、水晶体５の厚みを自
ら調節するので、その共役関係は維持される。この装置
は、表示パネル２上と操作パネル３上の両方に設置する
ことで、瞬目の検知信号の欠落を防ぐことも可能であ
る。通常、表示パネル２上あるいは操作パネル３上に設
けられた光源１の光の射出口４は、網膜６からの反射光
を受光する入射口を兼ねている。

【００１５】光源１から出射した光２４は、ハーフミラ
ー７を通して眼球に向かって進む。本実施の形態では、
透過率および反射率が共に約５０％のハーフミラー７を
使用しているので、この時点で眼球に向かって進む光の
光量は、光源１から出射した光２４の光量の約１／２に
なっている。

【００１６】瞼１２が開いているとき、出射光２４は、
角膜８、房水９を経て、瞳孔１０を通して水晶体５に入
射し、水晶体５のレンズ作用によって、硝子体１１を通
って網膜６上に光源１の像を結ぶ。網膜６上に集光され
た光２４は、網膜６で散乱したり吸収されたりする。散
乱した光２４の一部は、通ってきた元の光路を逆に進ん
で、水晶体５、瞳孔１０を経て、房水９、角膜８を通過
して、光源１に向かう。光源１に向かう光２４は、光源
１の直前にあるハーフミラー７によって、その一部が反
射された反射光２３として受光素子１３に導かれる。受
光素子１３で受光される光量は、網膜６で散乱した光が
瞳孔１０を通して戻ってくるので、瞼１２の開いている
度合い、すなわち、眼球の体外露出部分の面積によって
決まる。

【００１７】従って、瞼１２を閉じているときには、光
源１からの光２４は、光２４が網膜６に達する前に瞼１
２で遮断されてしまい、ほとんど受光素子１３には戻っ
てこない。このようにして、瞼１２の運動に対して、受
光素子１３に戻る光量が決まり、その光量の値によっ
て、瞼１２の開いている度合いが検知できる。受光素子
１３に入射した反射光２３は、光電流に変換され、前置
増幅器１４によって光電流に比例した電圧に変換され
る。この電圧をもとに、照合処理部１８において個人識
別のための照合処理が行われる。照合処理は、あらかじ
め本人の特徴を示すデータを格納しておき、そのデータ
と実際に計測したデータを比較することにより行われ
る。

【００１８】図３は、実際の瞬目による瞼１２の運動を
検出したときの受光素子１３で受光された反射光量に対
応する前置増幅器１４からの電圧信号を示している。図
３において横軸は時間を表し、縦軸は電圧値を表してい
る。反射光量と電圧信号は１対１に対応しており、反射
光量が大きいところは、電気信号も大きい。図３で電圧
信号が大きいところは反射信号も大きく、瞼１２を開い
ている状態を示す。このときは、眼球内部の網膜６での
散乱光の一部が、反射光２３として受光素子１３で検出
されている。また、電圧信号がゼロ付近まで小さくなる
ところは、瞼１２を閉じている状態を示す。このとき
は、光源１からの光が網膜６まで到達できずに、瞼１２
によって遮断されている。

【００１９】次に、網膜６からの散乱光の光量が外乱光
によるにノイズと同程度かまたは小さい場合における本
実施の形態による個人識別装置の変形例を図４を用いて
説明する。図４に示す個人識別装置においては、光源１
の光を変調して、その変調周波数で位相検波するいわゆ
るロックインアンプ１５を用いている点に特徴を有して
いる。この場合、光源１からの光２４は、駆動回路１６
と発振器１７によって変調しておき、同時にその発振器
１７の出力をロックインアンプ１５の参照信号として用
いる。ロックインアンプ１５の出力電圧に基づいて照合
処理部１８で処理が行われる。照合処理部１８内部の詳
細な説明は省略するが、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＡ
Ｍ、ＲＯＭ及びランダムロジック回路を含んで構成され
ている。照合処理では、あらかじめメモリに格納された
瞼１２の開閉状態や運動の特徴データと、計測したデー
タの比較を行い、その一致の程度に基づいて個人の照合
が行われる。

【００２０】本実施の形態による個人識別装置で用いら
れる光源１は、基本的には、眼に害にならない光源１で
あれば種類は問わないが、瞬目を観察されているという
意識を持たせないようにするためには、近赤外（〜７５
０ｎｍ）より長い波長、もしくは近紫外（〜４００ｎ
ｍ）より短い波長の光であれば、人間の眼では見えない
し、瞬目を観測しても特に抵抗感がなく優れている。も
ちろん、通常の可視光でも問題ないが、心理的負担を与
えないという点で、前者の波長域の光のほうが望まし
い。本実施の形態では、８３０ｎｍの波長のＬＥＤを用
いている。また、光源１は、コヒーレント光、インコヒ
ーレント光のいずれでもよい。コヒーレント光を用いる
場合は、光出力の大きさが眼に害を及ぼさない程度に小
さくする必要がある。

【００２１】次に、本実施の形態による個人識別装置の
変形例について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、
光源１からの出射光２４と網膜６からの反射光２３を分
離する手段として、先に挙げたハーフミラー７に代え
て、ビームスプリッター１９を用いるようにしたもので
ある。ビームスプリッター１９を用いる場合は、光軸が
ずれず、調整が容易であるという長所を有しているが、
球面収差を生じ、網膜６上の集光スポットサイズが大き
くなる恐れがある。また、ハーフミラー７およびビーム
スプリッター１９のいずれも透過率と反射率を自由に選
んで問題ないが、それぞれを５０％、５０％とすると反
射光量を最大にすることができる。このハーフミラー７
やビームスプリッター１９を利用する場合、５０％のハ
ーフミラー７で他の光量の損失（網膜６での散乱吸収等
による）がないとしても、受光素子１３には光源１から
の出射光２４の２５％しか戻ってこない。

【００２２】そこで、光源１からの光量が十分に得られ
ない場合は、図５（ｂ）に示すような構成にすることも
可能である。図５（ｂ）に示す例では、ハーフミラー７
やビームスプリッター１９に代えて、偏光ビームスプリ
ッター２０と１／４波長板２１を組み合わせて用いるこ
とにより上述のような光の損失を減少させている。

【００２３】この動作を第６図を用いて説明する。図６
において、出射光２４は、偏光ビームスプリッター２０
を透過するＰ偏光の光に等しい偏光方位を有する直線偏
光の光として光源１を射出する。一般的に、偏光ビーム
スプリッター２０に入射した出射光２４は、偏光分離面
２２において約８０％透過する。偏光ビームスプリッタ
ー２０を出射した光は、１／４波長板２１を透過して常
光線と異常光線の位相差が９０°ずれて円偏光２６にな
る。この光２６は眼球内部に到達して、網膜６により散
乱させられて同じ光路を逆に戻り、再度１／４波長板２
１を通過して円偏光２６から再び位相差を生じて、偏光
面が９０°回転した直線偏光の光２５になる。この直線
偏光の光２５は、偏光ビームスプリッター２０に入射し
て、偏光分離面２２においてＳ偏光の光として偏光分離
面２２で反射させられる。

【００２４】偏光分離面２２で反射した光２５は、受光
素子１３に入射する。このときの偏光ビームスプリッタ
ー２０中での光の損失はやはり２０％程度である。ま
た、偏光ビームスプリッター２０と１／４波長板２１の
組み合わせであって、光源１の光が偏光していないとき
は、最初に偏光ビームスプリッター２０を通過するとき
に約５０％の光の損失が生じるが、その後は、直線偏光
の光２５の偏光ビームスプリッター２０中での光の損失
と同様に約２０％程度の光の損失に止まる。以上まとめ
ると、信号検出部以外の光の損失がないという前提で
は、無偏光光源１とハーフミラー７（もしくはビームス
プリッター１２）の組合わせでの光の損失は約７５％で
あり、直線偏光の光を用いた偏光ビームスプリッター２
０および１／４波長板２１の組み合わせにおいては約３
６％の光の損失であり、無偏光光源１と偏光ビームスプ
リッター２０、１／４波長板２１の組み合わせで、約６
０％の光の損失となる。このように、いずれの構成によ
っても、反射光量を十分に検出することが可能である。

【００２５】次に、図３に戻って、個人認識のための特
徴を示すデータ量の抽出について説明する。ここで、電
気信号のパルス等で一般に行われている定義に従って、
瞼を開くときの時間と閉じるときの時間ときの時間的変
化を定義する。瞼が開いているときの反射光のレベルＶ
ｈと瞼を閉じているときの反射光のレベルＶｌとの差を
１００％として、その１０％と９０％をＶｈから計って
反射光量を横切る位置をそれぞれ瞼を開くときの時間Ｔ
ｆ、瞼を閉じるときの時間Ｔｒとする。また、瞼を閉じ
て反射光量が最小になったときから、次に反射光量が最
小になるときの瞬目の時間間隔をＴｉとする。

【００２６】瞬目の時間は人によって異なるが、概ね、
瞼を開いて閉じるのに、０．４〜０．７秒程度かかる。
また、瞬目と次の瞬目までの時間間隔Ｔｉは、約０．５
秒から３０秒程度広い範囲に渡る。瞼を開くときの時間
Ｔｆと閉じるときの時間Ｔｒでは、これも人によって異
なるが、後者の時間のほうが長い場合が多い。瞼を開く
ときの時間Ｔｆ、閉じるときの時間Ｔｒ、ＴｆとＴｒの
比、瞬きの時間間隔Ｔｉのそれぞれの平均値、分散、標
準偏差、分布形状は、個々人固有のものであり、それら
の値を予め登録しておくことで、認証のための個人識別
が可能である。

【００２７】このように本実施の形態では、光源がコン
ピュータの表示パネルもしくは操作パネルと略同一面上
に置かれるので、個人識別されるべき被験者は、表示パ
ネルを見ることによって、光源とその人間の眼の網膜と
光学的に共役関係になる。頭や体が動いて、眼と表示パ
ネルの距離が変化しても、本人が表示パネルまたは操作
パネル上を見ている限り、その共役関係は維持され正確
な瞬目の検知が可能になる。本実施の形態によれば、検
出装置自体の構成が非常に簡単になるため、低コスト、
小型軽量の個人識別装置を製造することができるように
なる。また、瞬目の検知信号は、光源に変調をかけた周
波数でロックインアンプを動作させるようにすれば、非
常に高品質の信号が得られ高い識別精度が保証される。
この個人識別装置は、コンピュータのアクセスコントロ
ールに止まらず、重要施設の入退室管理、金融機関の現
金払戻し機など幅広く活用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、瞼の開閉
状態または運動に基づいて個人認証を行う識別装置であ
って、非接触で、且つ被験者に心理的な負担をかけない
ヒューマンインターフェースに優れた高精度の認証が可
能な個人識別装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による個人識別装置の概
略の構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態による個人識別装置の光
源と信号検出部の配置を示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態による個人識別装置にお
ける反射光量に対応した電圧信号の時間的変化を示す図
である。

【図４】本発明の一実施の形態による個人識別装置の変
形例の概略の構成を示す図である。

【図５】本発明の一実施の形態による個人識別装置の他
の変形例の概略の構成を示す図である。

【図６】本発明の一実施の形態による個人識別装置の他
の変形例の動作を説明する図である。

【符号の説明】

１光源２表示パネル３操作パネル４光源と信号検出部５水晶体６網膜７ハーフミラー８角膜９房水１０瞳孔１１硝子体１２瞼１３受光素子１４前置増幅器１５ロックインアンプ１６駆動回路１７発振器１８照合処理部１９ビームスプリッター２０偏光ビームスプリッター２１１／４波長板２２偏光分離面２３反射光２４出射光２５直線偏光の光２６円偏光の光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水正神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーンテクなかい富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】人の瞼の開閉状態または運動に基づく本人
固有の特徴量を抽出し、当該特徴量により個人の識別を
行う個人識別装置において、前記人の眼球の水晶体に関して、前記眼球内部の網膜と
ほぼ光学的共役点に位置する光源と、前記光源からの出
射光が前記網膜で反射した反射光を検出する検出系とを
有し、前記瞼の開閉運動を検知する検知手段と、少なくとも１つ以上の前記瞼の開閉状態または運動の特
徴量を抽出して前記本人の識別を行う識別手段とを備え
ていることを特徴とする個人識別装置。
【請求項２】請求項１記載の個人識別装置において、前記光源は、所望の情報が呈示される情報呈示面、ある
いは情報を入力する入力装置面とほぼ同一面上に配置さ
れていることを特徴とする個人識別装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の個人識別装置に
おいて、前記光源からの光は、近赤外（〜７５０ｎｍ）より長い
波長、または、近紫外（〜４００ｎｍ）より短い波長の
光であることを特徴とする個人識別装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の個人識
別装置において、前記検出系は、前記光源からの出射光と前記網膜からの
反射光とを分離する光分離手段と、前記反射光を受光す
る受光素子とを有していることを特徴とする個人識別装
置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の個人識
別装置において、前記特徴量として、瞬目による前記瞼の運動開始時に、
前記眼球の体外露出部分の面積の時間的変化を前記反射
光の光量として抽出し、当該光量が最大から最小になる
までの第１の時間、または、最小から最大になる第２の
時間、あるいは、前記第１の時間と前記第２の時間との
比を用いることを特徴とする個人識別装置。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれかに記載の個人識
別装置において、前記特徴量として、前記眼球の体外露出部分の面積の時
間的変化を前記反射光の光量変化として抽出し、当該反
射光量が最小になった時から次の瞬目によって当該反射
光量が最小になるまでの時間間隔の平均値、分散値、標
準偏差、またはそのヒストグラムの分布形状を用いるこ
とを特徴とする個人識別装置。