JPWO2009151027A1 - 個人認証装置 - Google Patents

Abstract

個人認証した同一の人間から経皮ガスを検出する。課題：なりすましを低減する。呼気ガスチェックにおける犯罪者イメージを低減する。解決手段：個人認証した同一の人間から経皮ガスを検出する。

Description

本発明は、経皮ガスの検出機能を備えた指静脈個人認証装置に関する。

従来、呼気、あるいは経皮的アルコール検出技術に関しては、吸着・触媒反応による電気伝導度の変化を測定する半導体センサー方式、電気化学反応による起電力の変化を測定する燃料電池方式など、いくつかの方法が提案されている。これらの方法は、最近の飲酒事故の増加を受け、アルコール検知器、アルコールインターロック装置などとして利用されている。

一方、飲酒した運転者を特定するために、キーにおける指紋認証、複数箇所での脈拍の検出、運転者上部でのガス捕集などいろいろな技術が検討されている。

特開平８−１５０８５３号公報 特開２００４−１６９５２４号公報 特開２００４−２４９８４７号公報 特開２００７−１８６１２４号公報

これまでの方法は、飲酒した運転者を特定するために、特許文献１に記載のように運転者上部に捕集部を設けたり、特許文献２に記載のように指紋検出手段とアルコール検出手段を両方備えたキーを用いたり、特許文献３のようにアルコールセンサーと湿度センサーを具備した電子キーを用いたり、さらには、特許文献４のように脈拍を検出する手段とアルコール検出手段を両方具備した装置を用いていた。

これらの方法では、運転者を特定する手段、あるいはアルコールを検出する手段で得られる性能がそれぞれ十分でなく、飲酒した運転者を特定した上でそのアルコールを検出するという目的が十分に達成されていなかった。

例えば、特許文献１では、運転者上部に捕集部を設けているのでアルコール検出には利点があるものの、運転者が飲酒しているかどうかを明確に特定することはできない。一方、特許文献２では、キーに指紋検出手段を用いているので、運転者の特定は可能であるが、小さいキー自体にアルコール検出装置を設けているため、吸引ポンプなど経皮ガスを効率的に検出するための装置を使用することができず、指などから経皮的にアルコールを感度良く検出することはできない。また、運転者ではなく同乗者の呼気で車内がアルコールで充満している場合には、小さなキー自体にポンプ、バルブなどを設けず検出器自体を設けた場合、車内に滞留しているアルコールにより誤検知などの問題も発生する。特許文献３に記載の装置でも同様な問題が発生する。さらに、特許文献４では、シフトレバーと運転者座席での脈拍検出により運転者が同一であることを確認し、シフトレバーでアルコールの検出を行うとしているが、アルコール検出の方法が開示されておらず、アルコールが十分な感度で検出できるかどうかが確認できない。

指静脈個人認証の時間と一部重なる時間において、指静脈個人認証した同一の人間から経皮ガスを検出する。または、指静脈個人認証を含む時間において、指静脈個人認証した同一の人間から経皮ガスを検出する。または、指静脈個人認証の直後に、指静脈個人認証した同一の人間から経皮ガスを検出する。

指静脈認証と指からの経皮ガスを検出することによって、同乗者等による周囲の影響を排除した高精度かつ高効率なアルコール検出を実現できると同時に、運転者の特定を確実に行うことが可能となる。

本発明の個人認証装置の一実施例を示す図である。 本発明の個人認証装置の一実施例における光学系撮影原理を示す図である。 個人認証のタイミングとガス検出タイミングの一例を示す図である。 検出される経皮ガスの検出例を示す図である。 加熱手段による加熱のシーケンスを示す図である。 指静脈個人認証をしながら経皮ガスを検出する応用例を示す図である。 経皮ガス検出と呼気ガスを検出する応用例を示す図である。 本発明の個人認証装置の応用例を示す図である。 本発明の個人認証装置の応用例を示す図である。 本発明の個人認証装置の応用例を示す図である。 本発明の個人認証装置の応用例を示す図である。 本発明の個人認証装置の応用例を示す図である。

本発明の実施例を図１に示す。この指静脈個人認証の例では、光源２ａ、２ｂが指に対して撮像装置５と同一側、つまり指１を置くインターフェイス部分に上側に向けて設置されており、光源設置のための立体構造を不要としている。光源２ａ、２ｂにはＬＥＤを用いており、指１の先側を照射する光源と指１の根元側を照射する光源とで、それぞれ２個のＬＥＤを設置した。この光源は根元側と指先側で、光源用ケーブル１３ａ、１３ｂを介して、制御ユニット１６により独立に光量を制御できるようになっている。

また、指１をのせる際の初期位置を視覚的に示すために、指先側光源の横にマーカを設けている。この線を第一関節に合わせるように指をのせる。ここではマーカを例にしたが、ガイド等を設けることで物理的に設置位置を誘導するようにすることも可能である。

より鮮明な映像を撮影するためには、透過画像の撮影を妨げる反射光が撮像軸方向に進入することを防止しながら、可能な限り多くの光を指内部に照射する必要がある。この条件を満たすために、光源を開口部４ａから遠ざける方向に傾け、光源は指幅の内側だけを照らし指の外に漏れないように設置している。

この光学系による指静脈の撮影原理を図２に示す。

指１の腹側から照射された光は、指内部に侵入すると、光の拡散がはじまる。これにより、照射された光は指内部のあらゆる方向に進路を変えて進んでいく。このとき、開口部４ａ上方に到達した光が散乱により下方に進路を変えると、開口部４ａの上側に位置する指の表皮を通過して外に放射し、開口部４ａのなかに進む。このとき、静脈により遮られた暗い光成分とそのまま通過した明るい光成分とを含んだコントラスト差を持つ透過光が撮像装置５によって撮影される。この撮像装置５には、数十万画素レベルのモノクロＣＣＤカメラを用いている。処理は、撮像装置用ケーブル１５を介して制御ユニット１６上で行うこととし、キャプチャボードを用いてフレームレートを３０枚／秒程度として取り込んだ。

このような指静脈個人認証において、開口部４ａを通して、指１からの経皮ガスを検出することができる。図１の例では、指１からの経皮ガスを、ポンプを用いて空気流吸引口６から導入し、検出部８中に存在する半導体センサーや燃料電池式センサーなどの検出手段により検出する。

検出部８に導入された余分な空気は空気流噴出し口１１を通して外部に排出される。半導体センサーは、吸着・触媒反応による電気伝導度の変化を測定する方式であり、一方、燃料電池式センサーは電気化学反応による起電力の変化を測定する方式である。検出部８には、この他、小型質量分析装置などの別原理のセンサーを用いることも可能である。

指１から開口部４ａを通して導入される経皮ガスは気体であるため、撮影装置５による指静脈の撮影を妨げない。図１に示すように、指静脈を撮像する方向に対し、検出部８の空気流吸引口６をほぼ直角に配置すれば、指の同一部分からの情報（静脈パターンと経皮ガス）を取得した上で、お互いの検出を妨害しないという観点から有効であるが、必ずしも直角である必要は無い。

図３（ａ）に示すように、個人認証とほぼ同時間に経皮ガスの検出をスタートしても問題ないし、図３（ｂ）に示すように、個人認証が終了した直後に経皮ガスの検出をスタートしても問題ない。ただし、個人認証の時間に比較すると、経皮ガスの検出には、検出部８へ気体を導入する時間、センサーによる検出時間などにより、個人認証より長い時間を設定する必要がある。この場合、なりすまし等を防止するために経皮ガスの検出中に再度確認のため、途中で個人認証をはさむことは有効である。すなわち、いったん個人認証を設置された指に対して実行し、それと同時か、それよりも後に、経皮ガス検出を実行し、ガス検出中もしくはガス検出後に、再び筐体に置かれている指に対して光源から光を照射し、撮像部により透過光を撮像して、当該撮像画像をもとに個人認証を実行するのである。

このとき、光源からの光は経皮ガス検出中は光を消光させ、ガス検出が終了ないし、再び個人認証を行うタイミングを予め設定しておき、所定のタイミングで再び発行するように制御部によって制御しても良いし、発光させた状態で撮像部による撮像タイミングを制御部によって制御するようにしても良い。両機能を搭載しても構わないことはいうまでも無い。

このような個人認証機能付きガス検出装置１７ａは、特許文献２に記載のように、指紋認証する領域と経皮ガスを採取する領域が異なる場合に比較すると、認証する指静脈の領域と経皮ガスを採取する領域が全く同一であり、非常に高い個人認証精度を保ったまま、経皮ガスを検出することが可能となる。

この装置において、アルコールを摂取した直後に、指１の腹側から検出される経皮ガスの検出例を図４に示した。このデータ取得に当たっては、度数１１％のアルコール３６０ｍＬを１分間で摂取し、そのときを時間軸における起点としている。検出部８には半導体センサーを用いている。参考のために、同時に計測した呼気ガスの検出結果を示した。飲酒した直後から、呼気ガス中にはアルコールが含まれていることが知られており、経皮ガスも同様な挙動を示していることから、アルコールをはじめとする指からの経皮ガスが検出されていると考えられる。

経皮ガスとしては、経皮的に気体として体外に拡散する場合と、汗のような体液として体外に出てから、それが気化して検出される場合が考えられるが、これらを両方含めて、経皮ガスとしていることは言うまでもない。なお、経皮ガスのみを検出したい場合、測定対象が気体であるので、気体をアルコールセンサーのような検出器近くまで運び、余分な気体を排気する仕組みが必要となる。このためには気体用のポンプなどを用いる必要があり、それには検出器のみをキーのような小さな装置内部に配置することは得策ではなく、例えば、運転者であればハンドル近く、座席シート近くに配置することになる。

図１に示すように、ポンプを用いて空気流吸引口６の方向に経皮ガスの流れを発生させないと、経皮ガスが検出器付近に滞留し、同乗者のアルコールが検出され続けるなど、誤動作の大きな原因となる。また、個人認証機能付きガス検出装置１７ａを使用していない場合、あるいは指静脈認証だけを行い経皮ガス検出を行わない場合、検出部８内部に不必要な気体が入らないように、空気流吸引口６のところにバルブを設けておくことは有効である。また、効率良く空気流吸引口６に経皮ガスが流入するように、空気流吸引口の下部、上部等にガスの流出を防止する遮蔽手段を設けても良い。更に、このような時系列データを保存することによって、自分の過去の履歴を調べられるようにすることは有効である。

さて、指からの経皮ガスを増やすために、指の腹側にあたる空気流を暖めることは、採取する皮膚近傍に存在する毛細血管を拡張させ、経皮ガスを増加させる観点から重要である。その一例として、図１には、空気流吸入口１０の先に、フィルター９を通して、空気流加熱部７を設けた場合を示している。空気流の加熱には、加熱したヒータに空気流を接触させて加熱する方法や、空気流吸入口１０を含めた配管を加熱する方法などが使用できる。空気流加熱部７を通して加熱された空気流は、空気流発生口３から、開口部４ａを通して指１の腹側に接触してこの部分を暖めることになる。先に述べたように、経皮ガスには、経皮的に気体として体外に拡散する場合と、汗のような体液として体外に出てから、それが気化して検出される場合があるが、前者では加熱した空気流で毛細血管を拡張して経皮ガスの量を増やすのに対して、後者では汗そのものを気化させて経皮ガスの量を増やすことになり、加熱した空気流はどちらの場合にも有効な手段となる。空気流の加熱は、空気流が指の腹側に接触することから、その温度は３０から１００℃程度となる。加熱のシーケンスの例を図５に示した。個人認証と同時に加熱を開始して経皮ガス検出の準備をはじめ、個人認証が終了後に経皮ガス検出をスタートさせ、終了後は温度を下げるのがひとつの考え方である。

また、空気を加熱させる空隙に温度センサを独立で設け、所定温度を保つように制御部で制御するようにするのも検出の安定化を図れるという観点から有効である。

また、空気の加熱は、個人認証が終了した後でも良いが実行中に加熱を開始しても良い。また、ガス検出終了後に加熱を終了しても良いし、検出に影響が出ない範囲でガス検出中に加熱を終了させても良い。

以上のような、指静脈個人認証をしながら経皮ガスを検出する応用例を、図６、図７に示す。図６では、まず検出部８における信号の閾値を設けておき、経皮ガスの信号がある閾値以上であるかどうかによって、アルコールを飲酒した後の体の状態について、警告を出すというものである。ある閾値以上であれば、“アルコールがまだ体に残っている可能性があります”というメッセージを出し、ある閾値以下であれば、“アルコールは検出されません”というメッセージを出すというものである。例えば、自動車における応用を考えると、運転の側面からは、運転者そのものを特定したうえで飲酒運転に対する警告を出せるなどのメリットがあり、従来の呼気検査装置に比較して、なりすましを大幅に軽減することができると同時に、犯罪者というイメージがつきまとう呼気検査より一般ドライバーには受け入れやすい。また、高級車後席の観点からは、飲酒を伴う会食の後の体の状態（アルコールが匂うなど）について、個人情報を保護した上で、簡便にチェックすることができる。後席に同席する人との関係などから、呼気などの検査を行うことが憚られる場合などに有効である。経皮ガスをチェック後、ある閾値を越えている場合、車内の換気などを調節する措置をとることによって車内環境を快適に保つことができる。また、このような時系列データを保存することによって、経皮ガスの量など、自分の過去の履歴を調べることができる。

図７の場合は、経皮ガスのチェックに続いて、呼気ガスのチェックを行う場合である。経皮ガスは呼気ガスに比較して量が少ないので、これらの方法を組み合わせることは有効となる場合がある。指静脈個人認証の後、経皮ガスで信号がある閾値を越えた場合、同じ装置の開口部４ａに呼気ガスを吹き込み、その状態を検出しようというものである。例えば、飲酒時、個人認証機能付き気体検出装置１７ａにおいて、経皮ガスがある閾値を越えた場合、個人認証、経皮ガスチェックの後に、“呼気を吹き込んでください”というメッセージを出し、個人認証機能付き気体検出装置１７ａの開口部４ａに呼気を直接吹き込ませるというものである。その量によって、“大量のアルコールが検出されています”、“かなりのアルコールが検出されています”、“少量のアルコールが検出されています”、などのメッセージを出し、運転者に警告を出すというものである。この呼気検査で一定以上のアルコールが検出され警告が出た場合には、自動車のエンジンがかからないようにするなどのインターロックを設けることも可能である。

一方、図８に示すように、ＬＥＤなどのような光源２ｃを指の背中側に配置することが可能であるし、また、図９に示すように、指１を少し曲げて、指の背中側から静脈を撮影しながら、指の腹側から経皮ガスを採取するようにすることも可能である。図１の場合に比較すると、認証する指静脈の領域と経皮ガスを採取する領域が全く同一ではなくなるが、同一の指を用いて個人認証と経皮ガス検出を行えるという点では、高い個人認証精度を保ったまま、経皮ガスを検出することに変わりはない。なお、図１のように、指をまっすぐにして計測する場合に比較すると、指を少し曲げて配置できるようにした場合は、指の疲労感も少なくなる。

経皮ガスの量は採取する指の領域の面積にほぼ比例するので、特許文献２にあるように、キーのような小さな装置に経皮ガスの採取口を設けることは得策ではなく、本方式の指静脈個人認証のように、採取する指の領域の面積を広げられる余地が大きいことは、経皮ガスの信号量を上げるという観点から重要である。さらには、本方式によれば、複数の指から経皮ガスを採取することもできる。図１０に示したのは、個人認証機能付き気体検出装置１７ｂにおいて、親指用ガス導入口２１で親指からの経皮ガスを、人差し指用ガス導入口２２ａ、２２ｂで人差し指からの経皮ガスを、中指用ガス導入口２３ａ、２３ｂで中指からの経皮ガスを、薬指用ガス導入口２４ａ、２４ｂで薬指からの経皮ガスを、小指用ガス導入口２５ａ、２５ｂで小指からの経皮ガスを導入する場合を示しており、図１１のように、個人認証機能付き気体検出装置１７ｃを握るような構造体となっている。それぞれの指が置きやすいように、溝のようなガイドを設けておくことは有効である。この場合の指静脈個人認証は、図９に示す場合と同じように、どれかの指、あるいは複数の指の背中における静脈を認証するのが良い。このような構造体にすることによって、経皮ガスの信号量は大幅に向上することになるので、飲酒による警告などを行う場合にはより有効となる。図１２では、５本の指を用いる場合を示しているが、２本の指、あるいは３本の指、あるいは４本の指を用いても良いし、両手の指を同時に用いることも可能であることは言うまでもない。

自動車における飲酒検査、車内環境最適化などに有効である。

１・・・指、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・光源、３・・・空気流発生口、４ａ、４ｂ、４ｃ・・・開口部、５・・・撮像装置、６・・・空気流吸引口、７・・・空気流加熱部、８・・・検出部、９・・・フィルター、１０・・・空気流吸込口、１１・・・空気流噴出し口、１２・・・電源ケーブル、１３ａ、１３ｂ・・・光源用ケーブル、１４・・・検出部用ケーブル、１５・・・撮像装置用ケーブル、１６・・・制御ユニット、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ・・・個人認証機能付き気体検出装置、１８ａ、１８ｂ・・・散乱光、１９ａ、１９ｂ・・・指静脈、２０・・・ガス導入口、２１・・・親指用ガス導入口、２２ａ、２２ｂ・・・人差し指用ガス導入口、２３ａ、２３ｂ・・・中指用ガス導入口、２４ａ、２４ｂ・・・薬指用ガス導入口、２５ａ、２５ｂ・・・小指用ガス導入口。

Claims (10)

1. 指に光を照射する光源と、
   前記光の照射により指を透過する透過光を撮像する撮像部と、
   前記光源と前記撮像部とを夫々保持可能であり、少なくとも当該撮像部による撮像軸方向に空隙を有する筐体と、
   前記撮像部により撮影された指透過光画像に含まれる血管パターンを抽出し、抽出した血管パターンを予め登録された血管パターンと照合して個人認証を行う手段とを有し、
   当該筐体内部に経皮ガスを検出する検出手段を備えることを特徴とする個人認証装置。
2. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   前記個人認証を実行する時間と一部重なる時間において、前記経皮ガスの検出を実行することを特徴とする個人認証装置。
3. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   前記個人認証を実行し、個人を特定した後に、前記経皮ガス検出を実行し、当該経皮ガス検出が完了した後に、再び、前記光源から指に対して光を照射し、当該指を透過した透過光を撮像して、当該撮像した画像に基づき個人認証を実行するように制御する制御手段を有することを特徴とする個人認証装置。
4. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   前記経皮ガスを検出する部位が指の腹側であることを特徴とする個人認証装置。
5. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   前記検出手段は、検出された前記経皮ガスに含まれるアルコール成分量を検知し、当該アルコール成分量が所定値以上であれば、視覚的ないし聴覚的に警告を発する手段を備えることを特徴とする個人認証装置。
6. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   前記空隙を介して前記筐体内部に流入する指からの前記経皮ガスを前記検出手段により検出することを特徴とする個人認証装置。
7. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   前記検出手段は前記空隙に流入する前記経皮ガスを収集するための吸気手段を有することを特徴とする個人認証装置。
8. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   前記空隙内の空気を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする個人認証装置。
9. 請求項８に記載の個人認証装置において、
   前記加熱手段は、前記個人認証を実行中か実行後に前記空隙内の空気の加熱を開始し、少なくとも前記経皮ガス検出が完了した後ないし実行中に加熱を終了させることを特徴とする個人認証装置。
10. 請求項９に記載の個人認証装置において、
    前記加熱手段による加熱を終了させた後に当該加熱された空気を冷却させることを特徴とする個人認証装置。

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