JPH1145338A

JPH1145338A - 生体識別装置

Info

Publication number: JPH1145338A
Application number: JP9203404A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Fukuzumi; 伸一福住
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP2947234B2; US6181808B1

Abstract

(57)【要約】【課題】指が人工的に加工された指でないこと、入力
データが、人工的に再生されたデータではなく、生体か
ら直接得られたデータであることを示すことができる装
置を提供する。【解決手段】指紋入力センサ１上に指８を置くと、指
８と、生体電位導出部２ ₁ ，２₂ とが接触する。さら
に、指８の第１間接付近に生体接地電極部３が接触し、
ボディアースとなる。指紋入力のために指８μ指紋入力
センサ１に押し付けるため、これらの電極から、指の筋
電１０１，１０２，１０３が導出される。これら筋電の
差分が生体情報計測部４でとられ、生体情報電位差１０
４として出力される。生体情報解析部５では生体情報電
位差１０４の電位データ、周波数を分析し、個人識別解
析データ１０５を出力する。生体識別部６では個人識別
解析データ１０５から指８が生体の指か、レプリカの指
かを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生体識別装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】個人照合は、指紋、声紋、顔画像等を用
いて人間の特徴量を抽出することにより行われている。
これらは人間の個人個人特有の情報であるため、解像度
を高めたデジタルデータを扱うことにより、認識率が非
常に高くなる。しかしながら、同様のデジタルデータを
人工的に作ることにより、人間でないデータを認識す
る、すなわち偽造される場合も生じる。この問題を解決
するために、日常的な生体情報を同時に取り込み、生体
かどうかを判断する手法、情報入力の際に当事者に関連
した口頭質問をする手法等が提案されている。前者とし
ては、例えば特開平４−２４１６８０に示されているよ
うに、指紋入力時に、指に様々な刺激を与え、生体であ
るならば刺激を感じたときに指で応答するという手法が
提案されている。また、特開平６−１８７４３０に示さ
れているように、圧力センサを用いて脈拍、血圧等を調
べる手法、赤外線センサを用いて指から放出される赤外
線を検知する手法が提案されている。後者については、
特開平１−２３３５５６に示されているように、対象者
に対して指示をし、生きている、実在する、ことを証明
する手法も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば特開平
４−２４１６８０に示されているように、指紋入力時
に、指に様々な刺激を与え、生体であるならば刺激を感
じたときに指で応答するという手法では、応答手段が対
象者の意志に委ねられているため、指紋照合対象が本人
である必要なく、偽造が可能である。また、特開平６−
１８７４３０に示されているように、圧力センサを用い
て脈拍、血圧等を調べる手法、赤外線センサを用いて指
から放出される赤外線を検知する手法では、圧力センサ
を用いる場合は、信号が単純であるため、センサに圧力
を加えることにより、生体でなくとも脈拍情報、血圧情
報を圧力センサに与えることができる。また、赤外線検
知手法も、例えばレプリカの指に赤外線放射装置を取り
付けることにより、偽造は可能となってしまう。また、
対象者に指示をし、生きている、実在することを証明す
る手法では、口頭質問を行う段階で、生体であることは
明らかであり、本人かどうかを判定する補助的な手段で
しかない。

【０００４】本発明の目的は、入力データが、人工的に
再生されたデータではなく、生体から直接得られたデー
タであることをと示すことができる生体識別装置を提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の生体識別装置
は、指紋入力時に指を置くための指紋入力センサ手段
と、前記指紋入力センサ手段の表面に設置されて、指の
筋肉の２点間の電位差を計測する透明なセンサである、
２つ以上の生体電位導出手段と、前記指紋入力センサ手
段のある一辺に設置され、生体をアースに接続する生体
接地電極手段と、前記２つの生体電位導出手段と生体接
地電極手段から得られる信号を増幅する生体情報計測手
段と、前記生体情報計測手段で増幅された生体情報をデ
ジタル化し、周波数分析を行う生体情報処理手段と、前
記生体情報処理手段で処理されたデータを用い、得られ
た情報が生体のものかどうかを識別する生体識別手段と
を有する。

【０００６】また、本発明の生体識別装置は、指紋入力
センサ手段に、透明なセンサである生体電位導出手段を
３つ以上有し、その中の任意の２つを用いて指の筋肉の
２点間の電位差を計測し、他の任意の１つを生体接地電
極とする。

【０００７】また、本発明の生体識別装置は、指紋入力
センサ手段に、指の位置を一定にする指ガイド部を有す
る。

【０００８】複数の生体電極と生体接地電極を用いるこ
とにより、指の筋電図を計測することができる。指の筋
電図が、指の動きにしたがって電位変化および基線変動
を生じることは、例えば文献「筋運動制御」株式会社昭
晃堂発行、ｐ１８−２２）で明らかにされている。

【０００９】本装置では、指紋入力時の指が生体かどう
かを、指紋入力時の動作のみから得られる筋電図を用い
て識別することができる。生体電極の極性により、筋電
図の波形変動方向の正負が異なるが、これは、入力者に
はわからない情報であるため、外部から偽造信号を入力
することは不可能である。また、指紋入力センサ上に透
明なガラス電極を設置することにより、指紋入力を妨げ
ることなく、電極を指に接触させることができる。ま
た、この電極を用いて、指から得られる生体情報を計測
・解析することによって、生体の指かどうかを識別する
ことができる。この方策は、他の生体情報を利用するこ
とに対し、筋電図を用いることにより、より確実に、指
紋入力時の偽造を防ぐことが可能となる。

【００１０】具体的には、指紋入力用センサの上に透明
なガラス電極２枚を間隔をあけて設置し、指紋入力時に
指の第一関節が当たる箇所にガラス製または金属製の接
地電極を取り付ける。指紋入力時に、指にガラス電極と
接地電極が接触するので、指をセンサに押し付けたとき
の筋電を計測することができる。筋電は、生体の指では
１００μＶ程度から２ｍＶ程度の電位を有するが、レプ
リカの指の場合、１０ｍＶ程度から１００ｍＶ程度のノ
イズ信号が検出される。また、金属等導電率が高い物質
を用いた場合は、その抵抗値に応じて電位は極端に低下
する。また、生体の指では、２Ｈｚ程度から２ｋＨｚ程
度までの広範囲な周波数帯を有するが、レプリカの指の
場合、人間がレプリカを持っているときの震え程度、す
なわち、高々数１０Ｈｚ程度の周波数帯しか有さない。

【００１１】このように、電極から得られる電位および
周波数を利用することにより、指紋入力センサ上に置か
れた指が生体のものかどうかを識別することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１３】図１を参照すると、本発明の一実施形態の
生体識別装置は、指紋入力時に、指８を置くため指紋入
力センサ１と、指紋入力センサ１の表面に設置されて、
指８の筋肉の２点間の電位差を計測する生体電位導出部
２₁ ，２₂ と、指紋入力センサ１の一辺に設置され、生
体をアースに接続する生体接地電極３と、生体電位導出
部２₁ ，２₂ と生体接地電極３で得られた信号１０１，
１０２，１０３を増幅する生体情報計測部４と、生体情
報計測部４で計測された生体情報１０４をデジタル化
し、周波数分析を行う生体情報解析部５と、得られた情
報１０５が生体のものかどうかを識別する生体識別部６
で構成されている。

【００１４】ここで、指紋入力センサ１として、例えば
アンリツ製「一指スキャナ」もしくはＮＥＣ製「指だけ
シリーズ」を用いることができる。生体電位導出部２
₁ ，２ ₂ および生体接地電極３として、例えば導電性酸
化化合物ＩＴＯ（インジウム酸化錫）を用いることがで
きる。生体情報計測部４として、例えばＮＥＣメディカ
ルシステムズ製ポリグラフ３６０を用いることができ
る。生体情報解析部５および生体識別部６として、パー
ソナルコンピュータまたは例えばＮＥＣ製誘発電位計測
装置ＥＲ１２０４等の生体信号計測解析装置を用いるこ
とができる。

【００１５】指紋入力センサ１上の生体電位導出部２
₁ ，２₂ は、通常、表面はどことも接していないので、
図２に示すような波形が生体情報計測部４で得られる。
指紋入力の際、指紋入力センサ１に生体の指もしくはレ
プリカの指８を置く。それにより、図３のように生体電
位導出部２₁ ，２₂ と生体接地電極３と指８が接触す
る。生体情報計測部４は生体電位導出部２₁ ，２および
生体接地電極部３で得られた信号１０１と１０３の差
分，１０２と１０３の差分をとり、さらに両差分の差分
をとり、生体情報電位差１０４として出力する。生体の
指の場合、図４に示すような波形が生体情報計測部４か
ら得られ、レプリカの指の場合、図５に示すような波形
が生体情報計測部４から得られる。図４および図５から
明らかなように、生体の指の場合とレプリカの指の場合
とでは振幅および周波数が大きく異なる。また、生体の
指の場合、指紋入力センサ１に指を置いた瞬間、電位が
減少し、その直後に１度電位差が大きくなり、その後安
定した電位差を生じる。生体情報解析部５は生体情報電
位差１０４の電位データ、周波数分析を行う。生体識別
部６では、生体情報解析部５の解析結果１０５から、生
体情報電位差１０４が生体の筋電位変動であるか、生体
でない電位変動であるかを判断し、指８が生体のもので
あるかレプリカであるかを、識別する。一般の筋電位の
電圧範囲は１０μＶ〜１０ｍＶであるが、指紋入力の動
き（指の関節に近い部分と指先に近い部分のどちらが先
に電極に接するか）で生じる指の筋電位変動は、この範
囲の中のかなり低い値である。また、周波数は、２Ｈｚ
〜２ｋＨｚである。これらの情報は、生体以外に人工的
に偽造することは可能であるが、人間の一連の動作の中
で生体信号に相当する電位変動を提示するのは不可能で
ある。

【００１６】生体情報解析部５において、指が置かれた
直後の電位差が増大し、ある電位レベル（例えば１．７
５ｍＶ）を越えた時点をトリガ点とし、その後のいき値
として例えば０．８ｍＶを設定し、トリガのための電位
レベルを越えて、さらにその後例えば０．５秒間にいき
値を越えない場合（図６）に生体情報が解析可能とな
り、この場合を生体反応とする判定を生体識別部６で行
う。この原理により、レプリカの場合は、トリガのため
の電位レベルは越えるが、その後のいき値レベルを越え
てしまうため、生体情報解析が不可能となり、自動的に
生体でないと識別できる。

【００１７】指紋入力センサ１に生体の指８を置いたと
き、通常は図４に示すような波形が得られる。しかしな
がら、皮膚が乾燥している場合は、図７に示すように、
電位差の小さい波形しか得られない場合がある。この場
合、指８を指紋入力センサ１に置いた直後に、電位差が
トリガのための電位レベルを越えないため、生体情報解
析が行われない。このため、生体情報解析部５におい
て、電位差がトリガのための電位レベルを越えない場合
は、複数回の指置き試行の後、計測された電位差から、
トリガのための電位レベルを再設定し（例えば１ｍ
Ｖ）、いき値レベルも例えば０．４ｍＶに再設定するこ
とにより、生体識別可能な生体情報解析を行うことがで
きる。

【００１８】また、指紋入力センサ１にレプリカの指を
置いた場合、レプリカの指の抵抗値が生体の指に近い材
質であると、電位差がトリガのための電位レベルを越
え、かつ、いき値レベル以下の電位差が維持される可能
性がある。この場合、得られた電位波形に対し周波数分
析（例えばＦＦＴ）を適用すると、生体の指の場合とレ
プリカの指の場合とで、図８および図９に示すようなパ
ワースペクトラムグラフが得られる。生体の指の場合、
周波数帯域は非常に幅広いが、レプリカの場合は低周波
数帯域に集中し、高周波帯域はある特定周波数にのみパ
ワーが観察されることがわかる。これは生体の微小振動
による生体特有の現象と、レプリカとの違いを示してい
る。この現象を利用し、ある特定周波数帯のパワースペ
クトルを全体のパワースペクトルグラフから除くことで
生体とレプリカの識別を行うことができる。

【００１９】図１０を参照すると、本発明の第２の実施
形態の生体識別装置では、指紋入力センサ部１に３つ以
上、この場合４つの生体電位導出部２₁ 〜２₄ が指紋入
力センサ１に取り付けられている。これに図１１および
１２に示すように指８を置くと、４つの生体電位導出部
２₁ 〜２₄ の任意の２つに指８が接していれば生体情報
を計測することが可能となり、第１の実施形態で説明し
たように生体識別を行うことができる。

【００２０】図１３を参照すると、本発明の第３の実施
形態の生体識別装置では、３つ以上、この場合５つの生
体電位導出部２₁ 〜２₅ が指紋入力センサ１に取り付け
られ、そのうちの１つを生体接地電極として用いる。こ
れに図１４に示すように指８を置くと、５つの生体電位
導出部２₁ 〜２₅ の任意の３つに指が接していれば生体
情報を計測することが可能となり、第１の実施形態で説
明したように生体識別を行うことができる。

【００２１】図１５を参照すると、本発明の第４の実施
形態の生体識別装置では、指紋入力センサ１と生体電位
導出部２₁ 〜２₄ の上部に指ガイド７₁ ，７₂ が取り付
けられている。これを用いることにより指紋入力センサ
１上の指８の位置が生体電位導出部２₁ 〜２₄ からずれ
ることがなくなるので、第１の実施形態で説明したよう
に生体識別を行うことができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、指紋入
力時の指が生体であるかどうかを指紋入力の一連の動作
のみで識別することが可能であり、指紋入力の際の偽造
防止に役立つ効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の生体識別装置の構成
図である。

【図２】生体電位導出部２₁，２₂がどことも接していな
いときに得られる波形を示す図である。

【図３】生体の指もしくはレプリカの指８と生体電位導
出部２₁ 〜２₂ および生体接地電極３との接触状態を示
す図である。

【図４】生体の指から得られる波形を示す図である。

【図５】レプリカの指から得られる波形を示す図であ
る。

【図６】生体識別原理を示す図である。

【図７】生体の指から得られた波形の、電位差が小さい
ときの例を示す図である。

【図８】生体の指から得られた電位波形の周波数パワー
スペクトラムである。

【図９】レプリカの指から得られた電位波形の周波数パ
ワースペクトラムである。

【図１０】本発明の第２の実施形態を示す図である。

【図１１】第２の実施形態での指の置き方の例を示す図
である。

【図１２】第２の実施形態での指の置き方の例を示す図
である。

【図１３】本発明の第３の発明の実施形態を示す図であ
る。

【図１４】第３の実施形態での指の置き方の例を示す図
である。

【図１５】本発明の第４の実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１指紋入力センサ部２₁ 〜２₄ 生体電位導出部３生体接地電極部４生体情報計測部５生体情報解析部６生体識別部７₁ ，７₂ 指ガイド８生体の指またはレプリカの指１０１，１０２，１０３生体接地電位１０４生体情報電位差１０５個人識別解析データ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指紋入力時に指を置くための指紋入力セ
ンサ手段と、前記指紋入力センサ手段の表面に設置され
て、指の筋肉の２点間の電位差を計測する、透明なセン
サである複数の生体電位導出手段と、前記指紋入力セン
サ手段に設置され、生体をアースに接続する生体接地電
極手段と、前記生体電位導出手段と生体接地電極手段か
ら得られる信号を増幅する生体情報計測手段と、前記生
体情報計測手段で計測された生体情報をデジタル化し、
電位計測および周波数分析を行う生体情報解析手段と、
前記生体情報解析手段で処理されたデータを用い、得ら
れた情報が生体のものかどうかを識別する生体識別手段
とを有する生体識別装置。
【請求項２】前記生体電位導出手段を３つ以上有し、
その中の任意の２つを用いて指の筋肉の２点間の電位差
を計測し、他の任意の１つを生体接地電極とする、請求
項１に記載の生体識別装置。
【請求項３】前記指紋入力センサ手段に、指の位置を
一定にする指ガイド部を有する、請求項１に記載の生体
識別装置。