JP2005173679A

JP2005173679A - 使用者識別装置および使用者識別機能付き機器装置

Info

Publication number: JP2005173679A
Application number: JP2003408618A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshino; 浩二吉野; Hiroyuki Ogino; 弘之荻野; Shigeki Ueda; 茂樹植田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で使用者を識別することができる使用者識別装置を提供する。
【解決手段】使用者が弾性体７をタップするリズムに応じて変化する圧電センサ６の出力信号を登録できる登録手段２７と、登録手段２７に登録された出力と現在の出力の一致度合いにより使用者を識別する識別手段２８とを有している。これにより使用者が好みのリズムで圧電センサ６をタップして登録手段２７に登録することができ、使用者は登録時と同じリズムでタップするだけで使用者として識別され、登録内容を知らない者が適当にタップしたときに使用者と識別される危険性を低くすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサにより使用者を識別する使用者識別装置に関するものである。またパスワードや暗証番号などの確認のために使用者識別装置を用いて、使用者を識別できた場合にのみ特定の機能を使用可能とするような使用者識別機能付き機器装置に関するものである。たとえば、コンピューター、携帯電話、銀行などに設置されるＣＤ機などの情報処理装置、また鍵として使用者識別装置を用いて、使用者を識別できた場合にのみ開閉可能とするような、家屋や部屋のドア、車のドア、金庫の扉などの開閉装置、また鍵として使用者を識別できた場合にのみ運転可能とするようなエンジンキーなどの運転装置、また使用者を識別できた場合にのみ、使用者に合わせた環境に調整する環境調整装置などに関するものである。

従来の代表的な使用者識別装置は、セキュリティのためにパスワード、暗証番号、鍵などに用いられるものが知られている。

パーソナルコンピューターのパスワードの場合は、使用者がキーボードの特定のキーを押すごとに一つの文字が選択され、文字の順序により使用者を識別している。またキーボードはパーソナルコンピューターの主流の入力装置であるが、最近ではキーボード以外にもタッチパネル、タッチパッド、トラックボールなどの入力装置もあるし、音声で操作できるものもある。

また携帯電話や、銀行などに設置されるＣＤ機の暗証番号の場合も同様で、使用者がキーを押すかあるいはタッチパネルに触れるごとに一つの数字が選択され、主に４桁の数字の順序により使用者を識別している。

また鍵の場合は、家屋や車の鍵に代表されるようにセキュリティとしての重要度が高く、今までは機械的な鍵が主流であったが、最近は電子的な鍵として、生体情報を利用した個人認証技術が開発されている。代表的な生体情報は、指紋、掌紋、指形、掌形、音声、網膜、虹彩、顔画像、動的署名、血管パターン、キーストロークなどである。

また使用者の操作を簡便にする別の方法として、入室の際のＩＤカード、駅の自動改札で使用するＩＣカードなども開発されている。

さらに使用者を識別したあとで、使用者に適した環境に調整するものもある。たとえばパソコンのログインのようにデスクトップをあらかじめ設定した環境に変えるとか、使用者が入室する際に部屋の空調を好みの温度設定にするとか、車の運転席に乗り込む際にハンドルやミラーや座席の角度を自動的に調整するなどである。

以上をまとめると、使用者の識別の精度が低いものから順に、暗証番号やパスワードなどの文字情報での識別、ＩＤカードやＩＣカードや機械的な鍵などのように別の道具を用いる識別、生体情報による識別である。

ちなみに、使用者がキー入力したパスワードで識別する例として特許文献１がある。

また、携帯電話で使用者の指紋により識別する例として特許文献２がある。

また、パーソナルコンピューターのタッチパッドをタップ（指などで叩く）して入力する例として特許文献３がある。

さらに、車のドア側と鍵側で識別情報を送受信してドアロックを解除するいわゆるキーレスエントリー装置の例として特許文献４がある。
特開平１１−１４３８３１号公報特開２００２−３３５３２４号公報特開２００１−１４２６３４号公報特開平８−５３９６４号公報

前記従来の構成では、構成の容易さ、構成の大きさ、操作のしやすさに課題がある。

まず、暗証番号やパスワードなどの文字情報での識別については、文字情報を入力するためのスイッチを有し、文字情報ごとに特定できないといけない。よってキーボードのように多くの大きなスイッチを並べたり、タッチパネルやタッチパッドのように少なくとも指で触れる以上の広い面積を使ってスイッチをマトリクス状に配列するので、構成が複雑でかつ大きいものである。またトラックボールの場合はボールが回転する機構が必要で、やはり指で操作できる程度に大きくないといけない。また操作に関しても、入力のための画面を開いたり、画面の中から適切な場所を選んだり、適切な文字を打ち込むという煩雑な操作が必要となる。

次に、ＩＤカードやＩＣカードや機械的な鍵での識別は、カードとカードリーダー、鍵穴と鍵などの両方が必要であり、使用者が手を使って操作できるようにある程度の大きさが必要である。また操作については、カードをカードリーダーに通すとか、あるいはかざすとか、鍵を鍵穴に入れて回すという簡単なものであるが、その反面カードや鍵を持ち歩かないといけないという煩わしさがあり、無くしたり置き忘れたりすると使えなくなるうえ、他人がそれを手に入れると容易に使用されてしまうという問題もあった。

さらに、生体情報による識別は、生体情報を取り込むための何らかの構成（指紋を検出するためには指紋のピッチよりも小さな多数のセンサ、網膜を検出するためにはカメラなど）が必要で、構成が複雑かつ大きくなる。また操作については、体の特定の一部を所定の位置にあてがうなど通常は比較的簡単であると思われるが、たとえば指紋の場合、指をけがしたとか手袋をしたままでは使えなかったり、網膜の場合、眼鏡や眼帯をした状態では使えないことが考えられる。

本発明はこれらの課題を解決するもので、簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で使用者を識別することができる使用者識別装置を提供することを目的とする。

さらに本発明は、使用者識別装置を用いて使用者を識別できた場合にのみ機器の機能を使用可能または機器の環境を使用者に合わせて設定する使用者識別機能付き機器装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の使用者識別装置は、使用者がタップするリズムに応じて圧電センサの出力が変化し、その変化出力信号によって使用者を識別する構成としている。

これによって、使用者が好みのリズムでタップする（叩くなどの行為により振動を伝える）力に応じて変化する圧電センサの出力信号によって使用者を識別するので、他の者が適当にタップしても使用者と同じリズムになる可能性が低く、間違って使用者として識別される危険性を低くすることができる。このとき使用者がタップする方法は体の特定の部位を使うことに限定する必要はなく、同じリズムが起こせさえすればよい。圧電センサは、与えられた力の加速度に応じた振幅と幅のアナログ出力を発生するので、使用者が直接触れなくてもタップする力が伝わりさえすれば良く、センサの数が多くなくてもたとえば１つだけでも良く、形状が大きくなくても小さくても良く、処理回路を複雑にする必要がなく極めて簡単な構成で良い。よって簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で使用者を識別することができる。

さらに本発明の使用者識別機能付き機器装置は、本発明の使用者識別装置を用いて、使用者を識別できた場合にのみ、機器の機能を使用可能または機器の環境を使用者に合わせて設定する構成としている。

これによって、簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で機器の機能を使用可能または機器の環境を使用者に合わせて設定することができる。よって使用者識別機能付き機器装置自体の構成を簡単かつ小型にすることができる。

本発明の使用者識別装置は、簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で使用者を識別することができる。

さらに本発明の使用者識別機能付き機器装置は、簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で機器の機能を使用可能または機器の環境を使用者に合わせて設定することができる。よって使用者識別機能付き機器装置自体の構成を簡単かつ小型にすることができる。

第１の発明の使用者識別装置は、使用者がタップするリズムに応じて圧電センサの出力が変化し、その変化出力信号によって使用者を識別する構成としている。

第２の発明は、特に第１の発明の使用者識別装置において、圧電センサは、可撓性を有する圧電体を用いて構成している。

これによって、圧電センサが可撓性を有するので容易に変形が可能であり、設置場所に応じた形状にすることができる。よって設置場所の制約が少なく、たとえば狭いところにも設置可能である。また可撓性の無いものと比較して強度があるので、補強のための構成が不要である。よって、より簡単かつ小型な構成にすることができる。またタップによって容易に変形するため、変形の加速度による出力が大きくなり、高感度である。よって使用者が軽いタッチで操作することができ、操作しやすい。

第３の発明は、特に第１または第２の発明の使用者識別装置において、圧電センサは、中心電極と外側電極の間に圧電体を配置して同軸ケーブル状に構成している。

これによって、圧電体は外側電極に覆われるので表出することがなく、周囲の環境にさらされて劣化するのを防ぐことができる。また外側電極がシールド効果を発揮するため外部ノイズを受けにくい。よって劣化防止のための構成やノイズ除去のための余分な構成が不要である。また同軸ケーブル状なので断面を見たときに周囲３６０度いずれの方向からでも力を受けて変形することが可能であり、設置の自由度がより高く、感度もより高いものになる。よって、より簡単かつ小型な構成で、操作もしやすくなる。

第４の発明は、特に第１ないし第３のいずれか１項の発明の使用者識別装置において、圧電センサの出力信号を登録できる登録手段と、前記登録手段に登録された出力信号と現在の圧電センサの出力信号とを比較して、一致度合いにより使用者を識別する識別手段とを有する構成としている。

これによって、使用者が好みのリズムでタップする（叩くなどの行為により振動を伝える）力に応じて変化する圧電センサの出力信号を登録手段に登録することができるので、登録後は、使用者は登録時と同じリズムでタップするだけで使用者として識別され、登録内容を知らない者が適当に圧電センサをタップしても使用者と同じリズムになる可能性が低く、間違って使用者と識別される危険性を低くすることができる。

第５の発明は、特に第４の発明の使用者識別装置において、登録手段は、所定値以上の圧電センサの変化出力信号を登録する構成としている。

これによって、タップの強弱によって圧電センサの出力は増減し、強いタップによる所定値以上の出力を登録して、弱いタップによる所定値に満たない出力を登録しないので、強いタップと弱いタップとを明確に区別して記憶することができる。よって容易にタップの強弱のリズムによる使用者の識別ができる。

第６の発明は、特に第４の発明の使用者識別装置において、登録時に登録内容を数値化して表示する表示手段を有し、圧電センサとは異なる入力手段を用いて表示された数値を入力することで使用者を識別することもできる構成としている。

これによって、使用者が登録時に表示された数値を記憶しておけば、タップだけでなく数値入力によっても使用者を識別することができる。タップ入力が再現できない状況になった場合でも、使用者を識別することができる。

第７の発明は、特に第１ないし第３のいずれか１項の発明の使用者識別装置において、機器の外郭の少なくとも一部に沿って圧電センサを装着する構成としている。

これによって、外郭をタップすることで使用者を識別することができる。使用時は開けて未使用時は閉めるような機器（ラップトップパソコン、携帯電話など使用時はキー操作のために開けるが、小さく収納するために未使用時には折り畳むような機器など）に使用する場合に、閉めたままでも使用者を識別できる。

第８の発明は、特に第１ないし第３のいずれか１項の発明の使用者識別装置において、機器の内部に圧電センサを実装し、使用者が機器に与える振動に応じて圧電センサの出力が変化する構成としている。

これによって、使用者が機器そのものをタップすることにより、内部の圧電センサを振動させることができるので、タップのリズムに応じた振動による出力を発生させることができる。また圧電センサが機器の内部にあれば、外観からは使用者識別装置があるのかどうかもわからないので、より他の者に使われる危険性が少ない。即ち識別の精度を高めることができる。

第９の発明の使用者識別機能付き機器装置は、特に第１ないし８のいずれかの発明の使用者識別装置を用いて、使用者を識別できた場合にのみ機器の機能を使用可能または機器の環境を使用者に合わせて設定する構成としている。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

また、実施の形態で使用するタップとは、叩く、振る、握る、押す、撫でる、踏む、蹴るなどの行為により振動を伝えることである。

また、実施の形態で使用するリズムとは、強弱のファクターや、時間のファクター（時間間隔、維持時間、トータル時間）の少なくとも一つをさしている。特にタップするリズムなので、主としてタップの強弱とタップの時間変化としてとらえることができる。

また、実施の形態で使用する圧電センサの変化出力信号とは、タップするリズムに応じて、圧電センサから発生する出力の大きさか時間の少なくとも一つが変化しているということを示している。

（実施の形態１）
本実施の形態には、代表的な使用者識別機能付き機器装置としてパソコンを用いた例について説明する。

図１はパソコンの概観斜視図、図２は圧電センサの概観斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は圧電センサの構成図、図５はパソコンの制御ブロック図である。

代表的な情報処理装置であるラップトップ型のパソコン１は、大きくはモニタ２と、キーボード３やタッチパッド４などを有する本体５とからなる。パソコンのユーザーの識別のため、圧電センサ６はゴムなどの弾性体７内に収納され、本体５の周囲を囲むように装着されている。圧電センサ６は弾性体７よりも長さが長い構成であるが、弾性体７の両端の少し手前から本体５内に挿入されるので使用者からは弾性体７しか見えない構造である。

圧電センサ６は図２に示すように所定長のケーブル状で、一端に接続された断線検出用抵抗体８と、他端に接続されたセンサ回路９とを構成し、センサ回路９の出力はリード線１０を介して制御回路１１に導かれるものである。またリード線１０は、制御回路１１からセンサ回路９への電源供給のためにも用いられている。

圧電センサ６は、図４に示す構造を有し、軸方向中心に芯線（中心電極）１２と、この中心電極１２の周囲に圧電セラミックスを用いて形成した圧電体（複合圧電体層）１３を被覆し、さらに圧電体１３の周囲に外側電極１４を配設し、最外周をＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）等の被覆層１５で被覆して形成したものである。この圧電体１３は、優れた可撓性を有し、変形時の変形加速度に応じた出力信号を発生する。圧電セラミックスとしては、例えば、チタン酸鉛、又はチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体やニオブ酸ナトリウム等の非鉛系圧電セラミック焼結粉体を用いる。

上記ケーブル状の圧電センサ６は、使用温度が１２０℃まで可能な出願人独自開発の耐熱性を有する樹脂系材料を圧電体１３に用いており、従来の代表的な高分子ピエゾ素子材料（一軸延伸ポリ弗化ビニリデン）やピエゾ素子材料（クロロプレンと圧電セラッミック粉末のピエゾ素子材料）の最高使用温度である９０℃より高い温度域(１２０℃以下)で使用できる。そして、圧電体１３がフレキシブル性を有する樹脂と圧電性セラミックから構成され、また、コイル状金属中心電極及びフィルム状外側電極から成るフレキシブル電極を用いて構成しており、通常のビニールコード並みのフレキシブル性を有している。

圧電体１３は、樹脂系材料と、１０μｍ以下の圧電性セラミック粉末の複合体とから構成され、振動検出特性はセラミックにより、またフレキシブル性は樹脂によりそれぞれ実現している。圧電体１３は樹脂系材料として塩素系ポリエチレンを用い、高耐熱性（１２０℃）と容易に形成できる柔軟性を実現すると共に架橋する必要のない簡素な製造工程を可能とするものである。

このようにして得られたケーブル状の圧電センサ６は、圧電体１３を成形したままでは、圧電性能を有しないので、圧電体１３に数ｋＶ/ｍｍの直流高電圧を印加することにより、圧電体１３に圧電性能を付与する処理（分極処理）を行うことが必要である。圧電体１３にクラックなどの微少な欠陥が内在する場合、その欠陥部で放電して両電極間が短絡し易くなるので、充分な分極電圧が印加できなくなるが、本発明では一定長さの圧電体１３に密着できる補助電極を用いた独自の分極工程を確立することにより、欠陥を検出・回避して分極を安定化でき、これにより数１０ｍ以上の長尺化も可能になる。

また、圧電センサ６においては、中心電極１２にコイル状金属中心電極を、外側電極１４にフィルム状電極（アルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムの三層ラミネートフィルム）を用い、これにより圧電体１３と電極の密着性を確保すると共に、外部リード線の接続が容易にでき、フレキシブルなケーブル状実装構成が可能になる。

中心電極１２は、銅−銀合金コイル、外側電極１４はアルミニウム−ポリエチレンテレフタレート−アルミニウムから成る三層ラミネートフィルム、圧電体１３はポリエチレン系樹脂＋圧電性セラミック粉末、外皮は熱可塑性プラスチック、これにより、比誘電率は５５、電荷発生量は１０−１３Ｃ（クーロン）/ｇｆ、最高使用温度は１２０℃となる。

以上の圧電体１３は、一例として以下の工程により製造される。最初に塩素化ポリエチレンシートと４０〜７０体積％の圧電セラミックス（ここでは、チタン酸ジルコン酸鉛）粉未がロール法によりシート状に均一に混合される。このシートを細かくペレット状に切断した後、これらのペレットは中心電極１２と共に、連続的に押し出されて圧電体１３を形成する。そして、補助電極を圧電体１３の外周に接触させて前記補助電極と中心電極１２との間に高電圧を印加させて分極処理を行う。それから、外側電極１４が圧電体１３の周囲に巻き付けられる。外側電極１４を取り巻いて被覆層１５も連続的に押し出される。

上記塩素化ポリエチレンに圧電セラミックス粉体を添加するとき、前もって、圧電セラミックス粉体をチタン・カップリング剤の溶液に浸漬・乾燥することが好ましい。この処理により、圧電セラミックス粉体表面が、チタン・カップリング剤に含まれる親水基と疎水基で覆われる。親水基は、圧電セラッミクス粉体同士の凝集を防止し、また、疎水基は塩素化ポリエチレンと圧電セラミックス粉体との濡れ性を増加する。この結果、圧電セラミックス粉体は、塩素化ポリエチレン中に均一に、最大７０体積％までに多量に添加することができる。上記チタン・カップリング剤溶液中の浸漬に代えて、塩素化ポリエチレンと圧電セラミックス粉体のロール時にチタン・カップリング剤を添加することにより、上記と同じ効果の得られることが見出された。この処理は、特別にチタン・カップリング剤溶液中の浸漬処理を必要としない点で優れている。このように、塩素化ポリエチレンは、圧電セラミックス粉体を混合する際のバインダー樹脂としての役割も担っている。

本実施形態の場合、中心電極１２には、銅系金属による単線導線を使用している。また、外側電極１４には、高分子層の上にアルミ金属膜の接着された帯状電極を用い、これを圧電体１３の周囲に巻き付けた構成としている。そして、高分子層としては、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）を用い、この上にアルミ薄膜を接着した電極は、商業的にも量産されて、安価であるので、外側電極１４として好ましい。この電極をセンサ回路９に接続する際には、例えば、加締めや、ハトメにより接続することができる。また、外側電極１４のアルミ薄膜の周りに金属単線コイルや金属編線をセンサ回路９の接続用に半田付けする構成としてもよく、半田付けが可能となるので、作業の効率化が図れる。なお、圧電体１３を外部環境の電気的雑音からシールドするために、外側電極１４は部分的に重なるようにして圧電体１３の周囲に巻き付けることが好ましい。

被覆層１５としては、前述の塩化ビニル樹脂よりも断熱性及び防水性に優れたゴム材料を使用することもできる。このゴム材料とは、接触する物品の押圧力で圧電体１３が変形し易いように、圧電体１３よりも柔軟性及び可撓性の高いものが良い。車載部品として耐熱性、耐寒性を考慮して選定し、具体的には、−３０℃〜８５℃で可撓性の低下が少ないものを選定することが好ましい。このようなゴム材料として、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、シリコンゴム（Ｓｉ）、熱可塑性エラストマー等を用いればよい。以上のような構成により、圧電体１３の最小曲率は、半径５ｍｍまで可能になり、また、塩化ビニルと比較して、更に優れた断熱性及び防水性を確保することができる。

上記のように、圧電体１３の複合圧電体が塩素化ポリエチレンの有する可撓性と圧電セラミックスの有する高温耐久性とを併せ持つので、圧電体としてポリフッ化ビニリデンを用いた従来の圧電センサのような高温での感度低下がなく、高温耐久性がよい上、ＥＰＤＭのようなゴムのように成形時に加硫工程が不要なので生産効率がよいという利点が得られる。

圧電体１３の圧電性能については、印加電圧に対する誘起歪を表す圧電歪定数（ｄ定数）では圧電セラミックス（ここでは、チタン酸ジルコン酸鉛）と比較すると約１桁ほど低下するが、逆に印可応力に対する誘起電圧を表す電圧出力定数（ｇ定数：センサ定数ともいわれる）では１桁以上大きくなる。つまり同じ力を加えた場合の発生出力レベル（感度）が圧電セラミックス単体よりも１桁以上高いのである。

図５には、使用者が図１の弾性体７をタップすることによって生じる圧電体センサ６の出力信号から使用者を識別する使用者識別装置１６のブロック図を示した。

ここでタップとは、一般的には打つとか、叩くという意味であるが、本発明においては使用者が圧電センサ６を変形させるために何らかの力を加えるという意味に定義する。特に本実施の形態では、パソコンの使用者が図１の弾性体７を打つ、叩く、押す、撫でる、などの動作を行うことによって、弾性体７とともに内部の圧電センサ６を変形させ、変形の加速度に応じて圧電センサ６が発生する出力を利用するものである。

使用者識別装置１６は、使用者が弾性体７をタップすることで圧電センサ６が出力を発生すると、その出力をセンサ回路９で加工し、リード線１０によって制御回路１１に導かれ、制御回路１１にて使用者の識別を行うものである。

センサ回路９は、圧電センサ６の断線を検出する際に使用する分圧用抵抗体１７、圧電センサ６からの出力信号から所定の周波数成分のみを通過させる濾波部１８、濾波部１８からの出力信号に基づき圧電センサ６の変形（弾性体７へのタップ）を判定する判定部１９、断線検出用抵抗体８と分圧用抵抗体１７により形成される電圧値から圧電センサ６の中心電極１２と外側電極１４の断線または短絡といった異常を判定する異常判定部２０を備えている。また、中心電極１２と外側電極１４を制御回路１１に接続し、圧電センサ６からの出力信号を制御回路１１に入力する信号入力部２１と、判定部１９からの判定信号を出力する信号出力部２２とは、隣接してセンサ回路９内に配設してある。信号出力部２２には、センサ回路９への電源ライン２３とグランドライン２４も接続されている。さらに、センサ回路９は、信号入力部２１と信号出力部２２との間に設けられ高周波信号をバイパスするコンデンサ等のバイパス部２５を有している。

濾波部１８は、圧電センサ６の出力信号からハードディスクやＣＤ−ＲＯＭの回転による振動等に起因する不要な信号を除去し、タップによって圧電センサ６が変形する際に現れる特有な周波数成分のみを抽出するような濾波特性を有する。また濾波特性の決定には、それ以外にもパソコンの使用環境に応じた振動特性によって最適化すればよい。たとえばモバイル型パソコンの場合は乗り物に乗って使用されることがあるので乗り物の走行振動を除去することが想定される。

センサ回路９は、外来の電気的ノイズを除去するためシールド部材で全体を覆って電気的にシールドしても良い。また、外側電極１４はセンサ回路９のシールド部材と導通し、圧電センサ６も電気的にシールドしても良い。なお、上記回路の入出力部に貫通コンデンサやＥＭＩフィルタ等を付加して強電界対策を行っても良い。

図５の電源部２６は、電源ライン２３とグランドライン２４との間に接続され、センサ回路９に電源を供給しているが、これはもちろんパソコン内の電源を利用することが可能である。

また図５の制御回路１１内の登録手段２７はセンサ回路９の出力を登録できるものであり、パソコンの場合はメモリやハードディスクなどに記憶させることが可能である。識別手段２８は登録手段２７に登録された内容と現在のセンサ回路９出力を比較して一致度合いにより使用者を識別するものである。使用者を識別できれば、制御回路１１は、従来のパソコンでパスワードが一致した時と同じように、特定の機能を使用可能とするように制御する。たとえばファイルを見たり書き換えたりネットワークにつなぐことを可能とするといった機能である。

図６は正常時のセンサ回路９の出力であり、使用者が弾性体７を一回タップした時の出力の時間変化を示す特性図である。正常時は、センサ出力にはＶａの直流バイアスがかかり、Ｖａを基準に変化している。ちなみに異常時は、たとえば中心電極１２と外側電極１４の断線時と短絡時とで、出力をＬＯかＨＩにクリップすることが考えられる。

さて図６において、時刻ｔ０（圧電センサ６に荷重が加わっていないとき）は、センサ出力は基準バイアス電圧Ｖａを示している。正常状態である。

時刻ｔ１で、使用者が指を使って弾性体７を図３の上から下に向けてタップしたとする。タップにより弾性体７を介して圧電センサ６には下向きに押される力が加わり、可撓性のある圧電センサ６は下向きに変形し始めて、変形の加速度に応じた出力を発生する。ただし圧電センサ６は弾性体７を介してパソコンの本体５に取り付けられており、本体５自体は剛体なのでタップの力程度では変形しないため、本体５に押し留められるようにして弾性体７と圧電センサ６の変形も徐々に弱まり変形の加速度が減少していく。そしていずれは変形が止まる。その後使用者が指を戻すと、今度は弾性体７と圧電センサ６の自らの弾性により上向きの変形を開始、ついには元の状態に戻ることになる。よってセンサには、下向きの加速度のあとすぐに上向きの加速度が生じることになり、図６のようにＶａを基準としたプラス側の出力とマイナス側の出力が発生し、最終的にはＶａに戻ることになる。このときのＶｂ−Ｖａの値は圧電センサ６の変形の加速度に応じて決まるので、強くタップすると大きくなり、弱いタップでは小さくなる。

ちなみに図７はタップの力ＦとＶｂ−Ｖａの関係を示す特性図である。

さて、制御回路１１では、圧電センサ６の出力の大きさとリズムに基づいて使用者の識別を行っているが、使用者を識別するためにあらかじめ圧電センサ６の出力の大きさとリズムを登録する構成としている。

図８は登録の手順を示すフローチャートである。使用者がパソコンの登録画面を開くと、登録画面が表示され、ユーザー名の入力を待ち受ける状態となる（図８のＳＴ１１）。使用者がユーザー名をキーボードなどを使って入力する（図８のＳＴ１２）。するとタップ入力の待ち受け画面となる（図８のＳＴ１３）。そこで使用者は任意の力加減とリズムで弾性体７をタップして識別用タップ入力を行う（図８のＳＴ１４）。確認のためもう一度識別用タップ入力を行う（図８のＳＴ１５）。一回目と二回目のタップ入力が一致したかどうかを判定する（図８のＳＴ１６）。一致しなければ再度タップ入力の待ち受け画面（図８のＳＴ１３）に戻ってやり直すことができる。一致した場合は、登録Ｏｋの表示を出す（図８のＳＴ１７）。そしてこのタップ内容を、図５の登録手段２７でユーザー名と関連付けて記憶することで登録が完了する（図８のＳＴ１８）。ここで登録手段２７に登録される内容は、使用者が弾性体７をタップすることで圧電センサ６が発生するアナログ出力をセンサ回路９で加工し、制御回路１１内に取り込んだデータをもとにすれば良く、制御回路１１内でマイコンを利用するなどの方法でデジタル値として記憶しても良いし、メモリやハードディスクに記憶させても良い。使用者のタップと、圧電センサの出力と、登録されるデータとが一対一に対応すれば良いから、いろいろな方法で実現できると考えられる。

図９は識別の手順を示すフローチャートである。タップ入力の待ち受け状態（図９のＳＴ２１）において、使用者がかつて登録した時の力加減とリズムで弾性体７をタップして識別用タップ入力を行う（図９のＳＴ２２）。すると制御回路１１の識別手段２８は、登録手段２７に登録されたデータと、センサ回路９からの入力信号とを照合して一致しているかどうかを判定する（図９のＳＴ２３）。一致しなければ再度タップ入力の待ち受け状態（図９のＳＴ２１）に戻り、特定の機能を使わせないままとする。一致した場合は、ユーザー名の表示を出す（図９のＳＴ２４）。そして制御回路１１により特定の機能を使用可能に制御する。たとえばログインを可能としたり、ハードディスクの個人情報へのアクセスを可能としたりという具合である。

図１０の特性図は、上から順にセンサ回路９出力、マイコンのクロック、識別手段２８の中の一次データであり、タップによる識別方法の具体例を示している。この場合センサ回路９の出力Ｖに対して、識別手段２８はＶ１、Ｖ２という二つの閾値を設定し、Ｖ＜Ｖ１、Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２、Ｖ２＜Ｖという三段階（小、中、大）のレベルに分けて認識する。また時間（横軸）については、センサ出力９が初めて閾値を越えたことを検出して、次のクロックから一定周期ΔＴ内に１つのデータを認識することを計４回繰り返すものとし、おのおのΔＴの期間内の最大出力レベルのみを記憶するものとする。またクロックのオン時間（図１０の二段目のグラフのＨＩ）のタイミングでのみデータを取り込むもので、よって、下段の一次データは、図示したタイミングで一周期目は中として認識、二周期目は一つ目のクロックで中だったものが二つ目のクロックで大に書き換えられ大として認識、三周期目はずっと小のままなので小として認識、四周期目は中として認識する。結局最終的に識別手段２８によって認識される４つのデータは、中、大、小、中というあたかも４桁の暗証番号のように認識できるものである。ただしこれは識別手段２８の中の話であって、使用者からすると、やさしくタップした、強くタップした、タップしなかった、やさしくタップしたというパターンで脳に記憶されていると考えられる。使用者の記憶と識別手段２８が認識する内容は異なるものの、一対一に対応しており、使用者を特定することが可能なのである。使用者はあらかじめ、やさしくタップする、強くタップする、タップしない、やさしくタップするという４つのデータを登録手段２７によって登録しておき、以後ログインの際に同様の力加減とリズムでタップすれば、識別手段２８が登録手段２７の登録内容と比較して一致したと判断してログイン可能とするものである。一方、一致しなかった場合は、登録した人物とは異なる人物のタップと判断し、ログインできないままに維持することで不正アクセスなどを防ぐ効果がある。

本実施の形態によれば、使用者が好みのリズムで弾性体７をタップする力に応じて変化する圧電センサ６の出力信号によって使用者を識別するので、他の者が適当にタップしても使用者と同じリズムになる可能性が低く、間違って使用者として識別される危険性を低くすることができる。このとき使用者がタップする方法は体の特定の部位を使うことに限定する必要はなく、同じリズムが起こせさえすればよい。圧電センサ６は、与えられた力の加速度に応じた振幅と幅のアナログ出力を発生するので、使用者が直接触れなくてもタップする力が伝わりさえすれば良く、センサの数が多くなくてもたとえば１つだけでも良く、形状が大きくなくても小さくても良く、処理回路を複雑にする必要がなく極めて簡単な構成で良い。よって簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で使用者を識別することができる。

また、圧電センサ６は、可撓性を有する圧電体１３を用いて構成している。これによって、圧電センサ６が可撓性を有するので容易に変形が可能であり、設置場所に応じた形状にすることができる。たとえば本実施例ではパソコンの本体５の周囲に沿うように配置しているので、本体５の角の部分で折り曲げたような形状にしているが特に問題は無い。このことから設置場所の制約が少なく、たとえば狭いところにも設置可能である。また可撓性の無いものと比較して強度があるので、補強のための構成が不要である。圧電セラミックのように金属板に貼り付ける必要は無い。よって、より簡単かつ小型な構成にすることができる。また本実施の形態のようにエッジの部分に設けると何かとぶつけたりする可能性があるが特に問題は無い。またタップによって容易に変形するため、変形の加速度による出力が大きくなり、高感度である。よって使用者が軽いタッチで操作することができ、操作しやすい。

また圧電センサ６は、芯線（中心電極）１２と外側電極１４の間に圧電体１３を配置して同軸ケーブル状に構成している。これによって、圧電体１３は外側電極１４に覆われるので表出することがなく、周囲の環境にさらされて劣化するのを防ぐことができる。また外側電極１４がシールド効果を発揮するため外部ノイズを受けにくい。よって劣化防止のための構成やノイズ除去のための余分な構成が不要である。また同軸ケーブル状なので断面を見たときに周囲３６０度いずれの方向からでも力を受けて変形することが可能であり、設置の自由度がより高く、感度もより高いものになる。よって、より簡単かつ小型な構成で、操作もしやすくなる。また本実施の形態のように長さを長くすることもできる。全体としての形状は小さいのに広範囲にわたって設置することが可能であり、タップできる場所が広くタップしやすい。たとえば右利きの人が右側をタップしたり、左利きの人が左側をタップしたり個人の好みでタップする場所を選べる自由度もあり、使い勝手が良い。

また、使用者が好みのリズムでタップする（叩くなどの行為により振動を伝える）力に応じて変化する圧電センサ６の出力信号を登録手段２７に登録することができるので、登録後は、使用者は登録時と同じリズムでタップするだけで使用者として識別され、登録内容を知らない者が適当に圧電センサ６をタップしても使用者と同じリズムになる可能性が低く、間違って使用者と識別される危険性を低くすることができる。

また使用者識別機能付き機器装置としてパソコン１に採用し、使用者を識別できた場合にのみ特定の機能（個人情報などのデータの入出力、インターネットへのアクセスなど）を使用可能としている。これによって、簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作でパソコン１の使用者を識別して特定の機能を使用可能にでき、他の者の不正使用を防止することができる。よってパソコン１自体の構成を簡単かつ小型にすることができる。

本実施の形態のパソコン１は、使用者を識別できた場合にのみ特定の機能（個人情報などのデータの入出力、インターネットへのアクセスなど）を使用可能としている。これによって、圧電センサをパソコン１に装着するというだけの極めて簡単かつ小型な構成で、また使用者が弾性体７をタップするリズムといった非常に簡単な操作でパソコン１の使用者を識別して特定の機能を使用可能にでき、他の者の不正使用を防止することができる。よってパソコン１自体の構成を簡単かつ小型にすることができる。

また、従来のＩＤカードやＩＣカードのようなカードとか、機械的な鍵などを持ち歩く必要も無い。

また操作に関しても、従来のパスワードの場合はパスワードを入力するために所定の位置にカーソルを合わせる作業が必要であったが、特に必要が無い。

さらに、従来の指紋や網膜のような生体情報の場合は登録時と同じ部位に限定される場合があるが、登録時と異なる部位を使ってタップすることができる。

なお、識別の精度を上げるために、タップとパスワード入力を組み合わせても良い。複数の識別手段を組み合わせることによって、より一層他人が不正にアクセスしにくくすることができる。

また、圧電センサをキーと一体にするとか、マウスにつけるとか、いろいろな取り付け構成が考えられる。

なお、ラップトップ型パソコンの場合、本体に対してモニターが開閉可能なので、圧電センサをモニター側と本体側とに亘る構成とすれば、タップする代わりにモニターを動かすリズムで識別することもできる。

（実施の形態２）
本実施の形態には、代表的な使用者識別機能付き機器装置として携帯電話を用いた例について説明する。

図１１は携帯電話の概観構成図、図１２は携帯電話の内部に構成された使用者識別装置の構成図である。

携帯電話２９は折畳み式でありたたんだままでも表示が見えるような液晶画面３０が構成されている。最近では通話だけでなく映像を撮影できるなど高機能化が進むとともに、携帯に便利なように小型軽量化が進められている。よって部品の実装密度が極めて高い製品であり、大きな部品を採用することはできない。

一方、携帯電話を無くした場合に備えて、第三者が電話をかけたりインターネットにアクセスしたりできないように、本実施の形態では、携帯電話２９の内部に圧電センサ６を用いた使用者識別装置３１を有している。図１２によれば、使用者識別装置３１は液晶３０を逃げるようにＬ字型に配置され、枠体などの剛体３２に固定されている。このときセンサ回路９や制御回路１１はケース３３内に収められ、ケース３３と弾性体７の根元３４のみを剛体３２に固定している。

この場合、圧電センサ６と弾性体７が携帯電話２９の内部に収納されており、外からは見えない構造であり直接タップすることはできない。よって使用者は携帯電話２９自体をタップすることになる。右利きの場合、携帯電話２９を左手で持ち、右手の指で携帯電話２９自体を下向きに叩くと、その反動でいったん左手が下方向に動き、すぐ上方向に戻る。よって結果的に左手に保持された携帯電話２９全体が下向きに動いたあとに上向きに動くことになる。携帯電話２９が動くということは、枠体などの剛体３２も動き、剛体３２に固定されているケース３３と弾性体７の根元３４も同様に動く。それに対して弾性体７の根元３４を除く他の部位は、どこにも固定されていないので慣性により動きにくい。つまり、根元３４と根元３４を除く部位との間で、動く部位と動かない部位が出てくるのである。これは弾性体７が変形することに他ならない。結局、携帯電話２９自体をタップすることにより、弾性体７に変形を生じさせることができ、弾性体７内部に収納された圧電センサ６にも変形が生じるのである。以上の現象は、圧電センサ６と弾性体７に可撓性があることによって生じるものであり、圧電センサ６と弾性体７のいずれかが剛体であればこのようなことは起こらないものである。ちなみに、弾性体７を持たない構成とすることもできる。

また左手の動きの振幅は右手でタップする力の大きさと相関があり、強く叩けば大きく動き、弱く叩けば小さく動くことがわかる。そして左手の動きの振幅と圧電センサ６の変形にも相関があり、左手の動きの振幅が大きいほど圧電センサ６の変形が大きくなる。よって携帯電話２９自体をタップする力加減とリズムに応じて、左手の動きの振幅とリズムが変わり、圧電センサ６の変形の大きさとリズムも変わる。圧電センサ６は変形の加速度に応じて出力を発生するので、携帯電話２９自体をタップする力加減とリズムに対応した出力を発生することができる。

図１３はタップによるセンサ回路出力の特性図であり、使用者をどのように識別するかの具体例を示すものである。

この場合、４桁の数字で識別するもので、連続して閾値Ｖ３を超えるタップ回数で数字を決め、タップしない時間が所定の時間ｔｆを超えると次の数字に移るというものである。よって図１３のように３回のタップのあとにｔｆ以上の休みで「３」、２回のタップのあとにｔｆ以上の休みで「２」、２回のタップのあとにｔｆ以上の休みで「２」、１回のタップのあとにｔｆ以上の休みで「１」、ということになり、３２２１という暗証番号として活用することができる。使用者からすると、タップ、タップ、タップ、休み、タップ、タップ、休み、タップ、タップ、休み、タップ、休みというリズムさえ覚えていれば良いことになる。

なお、この場合は閾値が一つだけでリズムのみで識別しているが、もちろん閾値を複数にして力の大きさとの組み合わせにしても良く、そうすれば、より一層の識別精度が上がるものである。

また本実施の形態では、タップの強弱によって圧電センサ６の出力は増減し、強いタップによる所定値Ｖ３以上の出力のみを登録するので、Ｖ３以上の出力を与える強いタップと、それよりも弱いタップ（振動によるノイズなど）やタップ無しとを明確に区別して記憶することができる。よって容易にタップの強弱のリズムによる使用者の識別ができる。

また、携帯電話２９の内部に圧電センサ６を実装し、使用者が携帯電話２９を直接タップする振動に応じて圧電センサ６の出力が変化する構成としている。

これによって、使用者が携帯電話２９そのものをタップすることにより、内部の圧電センサ６を振動させることができるので、タップのリズムに応じた振動による出力を発生させることができる。また圧電センサ６が携帯電話２９の内部にあり、外観からは使用者識別装置３１があるのかどうかもわからないし、どのような仕組みで識別しているものかがわからないので、より他の者に使われる危険性が少なく、不正なアクセスをされにくい効果がある。即ち識別の精度を高めることができる。

本実施の形態の携帯電話２９は、使用者を識別できた場合にのみ特定の機能（通話、インターネットへのアクセス、個人情報の読み出しなど）を使用可能としている。これによって、圧電センサを携帯電話２９に内蔵するというだけの極めて簡単かつ小型な構成で、また使用者が携帯電話２９をタップするリズムといった非常に簡単な操作で携帯電話２９の使用者を識別して特定の機能を使用可能にでき、他の者の不正使用を防止することができる。よって携帯電話２９自体の構成を簡単かつ小型にすることができる。

また本実施の形態にも同軸ケーブル状の圧電センサが有効である。携帯電話は通信のためにＭＨｚからＧＨｚオーダーの高周波を用いており、ノイズの要因となりやすいが、圧電センサを同軸ケ―ブル状に構成することで圧電体が外側電極に覆われるので表出することがなく、外側電極がシールド効果を発揮するためノイズを受けにくい効果がある。

なお、携帯電話を叩くのではなく揺する方法でも良い。携帯電話は手のひらにフィットするものなのでスナップを利かせて振ることも容易である。振り方の強さとリズムによっても、本実施の形態と同様に圧電センサを変形させることができるので、このような方法でも良い。

また、携帯電話に故意に振動を与えなくても、たとえば、携帯電話を身に付けたまま歩く方法も考えられる。人間の歩き方には癖があり、歩き方に応じた振動が携帯電話に伝わるので、歩き方の振動の大きさとリズムによっても識別できる可能性がある。

なお、本実施の形態は、携帯電話だけでなくいわゆるＰＤＡ（携帯情報端末）やＰＨＳにも応用できることは言うまでもない。

（実施の形態３）
本実施の形態には、代表的な使用者識別機能付き機器装置として自動車のドアハンドル装置の例について説明する。

図１４ドアハンドル装置を表す外観斜視図、図１５は図１４のＢ−Ｂ断面を（ａ）、（ａ）のＣ−Ｃ断面を（ｂ）に表した内部構成図、図１６は図１５に示した圧電センサの概略構成図、図１７はドアハンドル装置のブロック図、図１８は使用者がハンドルを握った時の構成図、図１９は暗証の識別の動作手順を表すフローチャート、図２０は暗証を認識する精度を向上させるためのノイズ除去のフローチャート、図２１はハンドルに印加される掌握力と、この掌握力から得られる検出信号と、この検出信号から得られるパルスの相関を表す説明図、図２２は信号抽出帯域とノイズ帯域とを含んだ検出周波数の説明図である。

この第１の実施形態によるドアハンドル装置３５は、図１４に示すように、開閉操作のためのハンドル３６を有するドア３７に設けられ、このドア３７の開扉操作をロックする図示しないドアロック手段を、ハンドル３６の操作によってロック解除可能とする。ドアハンドル装置３５は、その主要な構成として、ハンドル３６に配設され可撓性を有する圧電素子にて形成した圧電センサ３８と、ハンドル３６への接触により生じる圧電センサ３８からの検出信号を受けてドアロック手段によるロックを解除する制御部である後述の制御回路３９（図１７参照）とを備える。

ドアハンドル装置３５は、車両のドア（ドアアウタパネル）３７に組み付けられる。ハンドル３６は、支持軸４０を介して一端側４１をドア３７に揺動自在に支持して、この揺動によって他端側４２を引き出し方向に移動するハンドル本体４３を有している。つまり、片側がヒンジとなるプルライズ式のハンドル３６を構成している。圧電センサ３８は、ハンドル本体４３のドア３７に対向する面４４に配設され、ハンドル本体４３の把持操作による振動を検出可能としている。なお、図１５（ａ）には、ハンドル本体４３の後側に装備されたキーシリンダケース４５を示す。

本実施形態において、圧電センサ３８は、図１５（ｂ）に示すように緩衝材４６を介装したチューブ状の被覆材４７に覆われている。つまり、被覆材４７がハンドル本体４３のドア３７に対向する面４４に貼着されている。圧電センサ３８は、ハンドル本体４３の他端側４２から導出されたケーブル部４８がドア３７内に引き込まれて制御回路３９に接続される。圧電センサ３８がドア３７に対向するハンドル本体４３の面４４に配設されていることで、ドア３７とハンドル本体４３との間に、手が挿入されてハンドル本体４３が把持されると、圧電センサ３８近傍に直接触れられることになり、把持操作の検出感度が高まる。

圧電センサ３８は、図１６に示すように、所定長のケーブル状であり、一端に接続された断線検出用抵抗体４９と、他端に接続された制御回路３９と、制御回路３９に接続されたケーブル５０と、このケーブル５０の先端に接続されたコネクタ５１とから構成されている。制御回路３９に接続されたケーブル５０は、電源供給用と検出信号の出力用で、その先端に装備されたコネクタ５１を介して、電源や、通信用端末に接続される。

図１７に示すように、圧電センサ３８の出力信号からドア３７の開閉操作の有無を検出する制御回路３９には、ドア３７のドアロック手段の施錠／解錠を行う開閉駆動手段５２と、この開閉駆動手段５２の動作を制御する開閉制御手段５３が装備されて、いわゆるキーレスエントリシステムを構成する。

制御回路３９は、圧電センサ３８の断線を検出する際に使用する分圧用抵抗体５４、圧電センサ３８の出力信号から所定の周波数成分のみを通過させる濾波部５５、濾波部５５からの出力信号に基づき圧電センサ３８への物体の接触を判定する判定部５６、断線検出用抵抗体４９と分圧用抵抗体５４により形成される電圧値から圧電センサ３８の中心電極５７と外側電極５８の断線異常を判定する異常判定部５９を備えている。また、中心電極５７と外側電極５８を制御回路３９に接続し、圧電センサ３８からの出力信号を制御回路３９に入力する信号入力部６０と、判定部５６からの判定信号を出力する信号出力部６１とは、隣接して制御回路３９内に配設してある。信号出力部６１には、制御回路３９への電源ラインとグランドラインも接続されている。さらに、制御回路３９は、信号入力部６０と信号出力部６１との間に設けられ高周波信号をバイパスするコンデンサ等のバイパス部６２を有している。

また、開閉制御手段５３には、制御回路３９の判定結果を車室内のフロントパネル等の所定位置に設置されたライト或いはスピーカ等で報知する報知手段６３、ドアを開閉するための開閉スイッチ６４が接続されている。そして、制御回路３９を通じて電力を供給する自動車のバッテリー等からなる電源６５が設けられている。

ここで開閉制御手段５３は、登録手段６６、識別手段６７を有しており、圧電センサ３８に加えられた力加減とリズムに応じた制御回路３９の出力をもとにあらかじめ登録された使用者か否かを識別し、使用者であると判断した場合は開閉スイッチ６４によりドアロックを解除可能とし、使用者でないと判断した場合は報知手段６３によって報知して警告するなどの制御を行うことができる。

濾波部５５は、圧電センサ３８の出力信号から自動車の車体の振動等に起因する不要な信号を除去し、異物の接触による押圧により圧電センサ３８が変形する際に圧電センサ３８の出力信号に現れる特有な周波数成分のみを抽出するような濾波特性を有する。濾波特性の決定には、自動車の車体の振動特性や走行時の車体振動を解析して最適化すればよい。

制御回路３９は、外来の電気的ノイズを除去するためシールド部材で全体を覆って電気的にシールドしてある。また、外側電極５８は制御回路３９のシールド部材と導通し、圧電センサ３８も電気的にシールドされている。なお、上記回路の入出力部に貫通コンデンサやＥＭＩフィルタ等を付加して強電界対策を行っても良い。

次に図１８は、使用者がハンドル３６を握っている状態の図を示しており、ハンドル３６のハンドル本体４３と圧電センサ３８を掌握し、その掌握圧力を所定の間隔で所定の回数変化させたり、或いはハンドル本体４３と圧電センサ３８を軸線回りに回動させたりすることにより圧電素子センサ３８に変形を与える構成である。

次に、図１９を用いて暗証によって使用者を識別する動作の流れを説明する。使用者がハンドル３６に触れると（ｓｔ４１）、制御回路３９によって接触が検出され、暗証入力モードが開始される（ｓｔ４２）。なお、この際、暗証入力モードが開始された旨を報知手段６３（たとえばスピーカー）から発せられるブザー音で報知してもよい。

ブザー音を確認した使用者によって、所定のリズムの掌握動作で暗証信号が入力されると（ｓｔ４３）、識別手段６７によって暗証信号を判定する（ｓｔ４４）。

そして判定した暗証信号が、あらかじめ登録手段６６のメモリに登録された信号と一致すると（ｓｔ４５）、開閉制御手段５３によって開閉駆動手段５２へロック解除信号を送出する（ｓｔ４６）。一方、暗証信号が不一致であり、かつ不一致の暗証信号が所定回数以上判定されると（ｓｔ４７）、警報が発報される（ｓｔ４８）。

また図２０には、図１９と平行して実行される、暗証を識別する精度を上げるためにノイズを除去する流れについて説明を加える。

所定のリズムでハンドル３６が掌握されると、圧力変化信号を検出し（ｓｔ６１）、信号処理を行う（ｓｔ６２）。即ち、圧電センサ３８から図２１（ａ）に示す印加圧力を検出すると、図２１（ｂ）に示す圧力変化信号が検出され、この圧力変化信号は制御回路３９によって周波数解析される（ｓｔ６３）。

この際、制御回路３９は、外乱周波数成分の除去処理を実行する（ｓｔ６４）。掌握によって得られる周波数は図２２に示す信号抽出用帯域（例えば０．５〜５Ｈｚ程度）として予め設定しておき、それ以外の周波数はノイズ帯域として除去する。従って、制御回路３９から出力される圧力変化検出信号は、圧電センサ３８によって得た周波数から、外乱ノイズ帯域の周波数を除去した信号となっている。

次いで、この圧力変化検出信号から圧力ピークが検出される。本実施の形態では、圧力ピークが、二つの閾値｜＋Ｐb｜＋｜−Ｐb｜と、閾値｜＋Ｐc｜＋｜−Ｐc｜とに分けられる（ｓｔ６５）。

暗証信号は、所定の掌握リズムによる振動波形のピーク強度とピーク間隔とに基づいて設定される。操作者が所定の間隔で所定の回数、ハンドルを掌握すると、この振動波形が識別手段６７によって解読される。つまり、操作者のみが知る固有の掌握リズムが暗証信号となる。識別手段６７は振動波形の振幅が一定の基準量よりも大ならば、ハンドル掌握の操作があったものと判定して、図２１（ｃ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ７で判定出力として、Ｌｏ→Ｍｄ又はＬｏ→Ｈｉの二種のパルス信号を出力する。これにより、暗証信号の認識が完了する（ｓｔ６６）というものである。

この実施の形態に係るドアハンドル装置３５によれば、使用者が所定の間隔で所定の回数、ハンドルを掌握すると、この波形が識別手段６７によって解読され、この掌握の動作が所定の動作であれば、開閉制御手段５３から開閉駆動手段５２に指示を出しドアロックが解除されることとなる。即ち、操作者のみが知る固有の掌握リズムが暗証信号となる。

また、本構成では、掌握の動作により暗証信号を入力するため、操作者以外の第三者が、暗証信号入力動作を目視にて確認することが極めて困難であり、第三者が操作者の入力動作を傍受して、暗証信号を不正入力することが不可能となる。

本実施の形態のドアハンドル装置を用いたキーレスエントリーシステムは、使用者を識別できた場合にのみ特定の機能（ドア開閉）を可能としている。これによって、圧電センサをドアハンドルと一体化するというだけの極めて簡単かつ小型な構成で、また使用者の掌握の強さとリズムといった非常に簡単な操作でドアハンドル装置の使用者を識別して特定の機能を使用可能にでき、他の者の不正使用を防止することができる。よってドアハンドル装置自体の構成を簡単かつ小型にすることができる。

なお、本実施の形態は自動車に限定されるものではなく、鍵を使用するものであれば使用可能である。たとえば、鍵としてエンジンキーを使う乗り物や、自転車、家や部屋のドアでも良いし、窓でも良い。金庫の扉でも良いし、机の引出し、ロッカー、キャビネットでも良い。あるいは鍵自体の代用もでき、南京錠やダイアルを合わせるタイプの錠の代わりに用いても良い。他人に見られたくない日記帳の鍵の代わりに用いることも可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態には、代表的な使用者識別機能付き機器装置としてフォークリフトの例について説明する。

図２３はフォークリフトの構成図、図２４は使用者識別装置の構成図、図２５は識別の様子をしめす特性図である。

フォークリフト６８は、安全のために訓練を受けて特定の技能に達したものにしか使用できない乗り物である。そこで他の者が容易には運転できないように、使用者を識別して運転の可否を決定することが考えられる。図２３ではフォークリフトの運転席の足元に使用者識別装置としてのマット６９を構成している。図２４はマット６９を上から見た図で、クッション材７０の中央に剛体７１を配置することで、左足用クッション材７２、右足用クッション材７３に分かれており、運転手が座席に座った状態で踏むことができる構成である。左足用クッション材７２、右足用クッション材７３の下面にはそれぞれケーブル状の圧電センサ７４、７５を接着したり縫い付けたりすることで配設し、圧電センサ７４、７５の両端が一つの検知回路７６に集まるような配置としている。検知回路を一つとすることで回路基板が一つで済むし、センサの両端を集めることで端部処理が一度にできるなどの効果がある。検知回路７６は内部に図示しない登録手段と識別手段を有し、左足で左足用クッション材７２を踏まれた時の圧電センサ７４の変形に応じた出力と、右足で右足用クッション材７３を踏まれた時の圧電センサ７５の変形に応じた出力とを、別々に検出できるものにしている。

図２５には圧電センサ７４、７５の出力と、識別の様子を示している。上段が右足のタップによる圧電センサ７５の出力で、下段が左足のタップによる圧電センサ７４の出力である。出力の閾値はＶ４、Ｖ５であり、出力Ｖのレベルにより、Ｖ＜Ｖ４、Ｖ４＜Ｖ＜Ｖ５、Ｖ５＜Ｖの三段階に分けて認識される。また横軸の時間を、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に分け、その間の出力によって４回の識別信号として認識されるものである。このとき圧電センサ７４、７５とも同じ時間で区分されており、左右の組み合わせも同時に認識されるものである。詳しくは、
時間ｔ１では、右足の強いタップ１回、左足はタップ無しであり、
時間ｔ２では、右左とも弱いタップ３回、
時間ｔ３では、右左ともタップ無し、
時間ｔ４では、右はタップ無し、左は強いタップ１回
というように識別される。

本実施の形態では、タップの大きさが三段階あることと、回数が選べることに加えて、さらにセンサを二つ使用して左右の組み合わせがあるということで、かなり精度の高い識別が可能である。

以上により、本実施の形態のフォークリフト６８は、使用者を識別できた場合にのみ特定の機能（運転操作）を使用可能としている。これによって、圧電センサをマット６９に装着するというだけの極めて簡単かつ小型な構成で、また使用者がマット６９を踏むリズムといった非常に簡単な操作でフォークリフト６８の使用者を識別して特定の機能を使用可能にでき、他の者の不正使用を防止することができる。よってフォークリフト６８のエンジンキーが不要となり、フォークリフト６８の特に運転席の構成を簡単かつ小型にすることができる。

また、圧電センサ７４、７５に可撓性を有する圧電体を用いることで、強度があるので、足で踏んでも壊れにくいものである。

また、ケーブル状の圧電センサ７４、７５をクッション材に配設したので、タップを検知できる面積が広範囲にわたり、使用者が踏む時にある程度適当な場所を踏めば良いということで踏みやすい。つまり操作が容易である。

またマットという極めて簡単かつ平らで邪魔にならない構成で、また足で踏むだけという簡単な操作でフォークリフトの使用者を識別して運転の可否を決定することができる。よって、フォークリフト自体を大掛かりにしたりというようなことが無い。

またマットに実装したので、使用者が必ず踏む場所であり、特に苦労しなくても難なくタップ操作ができる。

なお、マット以外にも座席のシートや座布団に設けることもできる。この場合、もともとクッションがあるものなので、圧電センサを一体化するだけで、容易に変形しやすく検知感度の高い構成を実現することができる。この場合は、使用者が座席に座ったまま臀部を揺するなどの方法でタップすることが可能である。

また、フォークリフト以外のあらゆる運転装置に使用可能である。たとえば、ブルドーザー、パワーショベル、クレーンなどの重機、車、バス、電車、船、飛行機などの乗り物、遊園地の乗り物、発電所の炉の運転装置、戦略防衛システムの起動装置、火器・銃器などの武器の発射装置にも使用可能であり、不正な使用を防いで安全性を高めるためには有効である。

（実施の形態５）
本実施の形態には、代表的な使用者識別機能付き機器装置として環境調整装置を部屋のドアに構成した例について説明する。

図２６はドアの概観図、図２７は使用者識別機能付き機器装置としての環境調整装置からエアコンとテレビを好みの環境に調整する様子を示した構成図、図２８は使用者識別装置の特性図である。

ドア７７には、ドアノブ７８、ロック装置７９、使用者識別装置８０、通信装置８１を有しており、使用者識別装置８０、通信装置８１を合わせて環境調整装置８２を構成している。使用者識別装置８０は図示しない圧電センサを有し、人８３が入室する際に使用者識別装置８０を撫でることにより、撫で方に応じた圧電センサの出力パターンを発生し、人８３か誰であるかを識別し、ロック装置７９を解除し、エアコン８４、テレビ８５と通信を開始する。通信は、環境調整装置８２の通信装置８１と、エアコンの通信装置８６、テレビの通信装置８７とによりデータの送受信を行うものであり、基本的には環境調整装置８２からエアコン８４の温度設定、テレビ８５の音声ボリューム設定などに設定変更の指示を出すものである。たとえば、使用者識別装置８０により、人８３が暑がりで耳の遠いＥ氏であると識別した場合、エアコン８４の温度設定を低めの温度に変更し、テレビ８５の音声ボリュームを大きめに変更することができる。一方、使用者識別装置８０により、人８３が寒がりで耳の良いＦ氏であると識別した場合、エアコン８４の温度設定を高めの温度に変更し、テレビ８５の音声ボリュームを小さめに変更することができる。以上により、Ｅ氏が入室するときもＦ氏が入室するときも、それぞれ自動的に好みの環境に調整してくれるので、非常に快適である。

ただし、図示しないが、あらかじめ使用者が使用者識別装置８０に撫で方のパターンを登録するときに、好みの温度や音声ボリュームを関連付けて登録しておく必要がある。あるいは、使用者識別装置８０では撫で方のパターンによる使用者の特定のみを行い、好みの環境の方は別の機器にあらかじめデータベースとして記憶させておくことが考えられる。この場合は使用者識別装置８０で使用者を特定したあと、別の機器に記憶されている使用者の好みの環境のデータベースにアクセスして読み込むことになる。本実施の形態のように通信手段を有する場合は、このように他の情報を得ることは特に難しいことではなく容易に実現することができる。

図２８は使用者が使用者識別装置８０を撫でたときに得られる出力の例である。使用者は、たとえば図２６、２７の使用者識別装置８０を上から下に向けてなぞっていくものとする。破線は圧電センサ出力で、実線は圧電センサ出力を平滑化したものである。本実施の形態では、図示しないが平滑回路を有しており、実線の波形をもとに使用者を識別する。このとき閾値をＶ６として、期間ｔのあいだに出力Ｖが閾値Ｖ６に対してどのように変化するかでもって使用者を識別する。図２８の場合、初期ｔＬ１：まだ触れていない（ＬＯ）、ｔＨ１：ずっとなぞっている（ＨＩ）、ｔＬ２：指を離している（ＬＯ）、ｔＨ２：ちょつとだけ触れた（ＨＩ）、ｔＬ３：指を離した（ＬＯ）、ということになる。この場合、図示しないが登録手段は、時間と出力を関連付けて記憶しており、つまりｔＬ１：ＬＯ、ｔＨ１：ＨＩ、ｔＬ２：ＬＯ、ｔＨ２：ＨＩ、ｔＬ３：ＬＯと記憶するのに対し、使用者は、まだ触れていない、ずっとなぞっている、指を離している、ちょつとだけ触れた、指を離した、という行動パターンを記憶しておけばよい。

以上、本実施の形態の環境調整装置は、使用者識別装置を用いて、使用者を識別できた場合にのみ、使用者に合わせた環境に調整する構成としている。これによって、簡単かつ小型な構成で、また簡単な操作で環境調整装置の使用者を識別して環境を調整することができる。環境調整装置自体の構成も簡単で小型である。

以上、本実施の形態の環境調整装置８２は、使用者を識別できた場合にのみ機器の環境（エアコンの温度、テレビのボリューム）を使用者に合わせて設定可能としている。これによって、使用者識別装置８０をドア７７に装着するというだけの極めて簡単かつ小型な構成で、また使用者が使用者識別装置８０を撫でるリズムといった非常に簡単な操作で使用者を識別して機器の環境を設定でき、設定変更の手間を省くことができる。

なお、使用者識別装置をドアノブと一体に構成して、ノブの回し方によって識別しても良い。また入り口に足ふきマットを置き、足ふきマットと一体にすることも考えられる。

調整する環境については、室内の環境の場合は、暖房、空調、換気、空清、音声、映像香りなどの調整が可能であるし、乗車時の運転席の環境設定に用いれば、ミラー角度、シートの角度、ハンドル高さなどの調整にも使用できる。広い意味ではパソコンのデスクトップ環境の調整も可能である。

（実施の形態６）
本実施の形態には、代表的な使用者識別機能付き機器装置としてパソコンの例について説明する。

図２９はパソコン８８の概観図、図３０はモニタ画面に表示される表示の説明図、図３１は特性図である。図２９ではラップトップ型のパソコン８８のモニタ８９が閉じられており、モニタ８９を起こさない限り図示しないキーボードやタッチパッドなどの入力装置からの入力はできない。しかし弾性体９０の内部に一体化された圧電センサ９１は、モニタ８９の外郭を一周するように装着しており、モニタ８９を起こさなくても（図２９の状態のままでも）タップすることができる。そして弾性体９０内にはセンサ回路９２も一体化され、センサ回路９２は圧電センサ９１の両端と接続されている。よって図示しない断線検出用抵抗体もセンサ回路９２を形成する同一基板上に固定されている。圧電センサが一周して閉ループを形成することで回路基板が少なくて済むとか、実装時の端部処理が一度にできるとかの効果がある。

図３０は、使用者がタップによって圧電センサ９１の出力を登録した場合にモニタ８９に表示される内容を示すものであり、２９３５という識別番号が記述されている。使用者が登録する場合、まずモニタ８９を起こし、当初は入力手段としてキーボードやタッチパッド、あるいはマウスなどを用いて操作を行い、登録画面を呼び出して登録の手順に従うことになる。そしていよいよタップ入力を行なう際には、この時点ではモニタ２９が起きているので、親指を画面側（モニタ８９の内側）にあてがい人差し指で外郭上の弾性体９０を叩く方法が考えられる。この場合、弾性体９０および弾性体９０内部に一体化された圧電センサ９１は外郭を一周するように装着されているので、使用者から見えなくても外郭を叩くつもりで指を動かせば確実に弾性体を叩くことができ、叩く位置がどこであるかを目で見て探すような煩わしさが無い。また使用者の好みによっては、若干モニタを閉じる方向に倒してタップする方法もある。また圧電センサを外郭側と内側の両方に亘る構成とすれば、モニタがどのようになっていてもタップすることができる。

さて登録が完了すると、モニタ画面には、図３０のような表示が現れる。この数値は、使用者がタップしたリズムに応じて圧電センサ９１が発した出力信号をもとに登録された登録内容と、一対一に対応するものであり、タップのリズムを再現できない場合に役立つものである。つまり登録時に表示されたこの数値（２９３５）を記憶しておいて、次回以降にパソコンを使用したい場合（ログオンしたい場合）、タップをしなくても所定の手順の中で数値（２９３５）をキー入力しても識別されるようにしている。つまり使用者からすれば、タップでも数値入力でもどちらでも良いということである。こうすれば、たとえば使用者がタップするリズムを忘れたとか、リズム感が悪くて同じようにタップできないとか、圧電センサ９１やセンサ回路の故障などの場合にも、キー入力でログオンすることができる。このため図示しない制御回路では、タップ入力と数値入力の両方を待ち受ける必要がある。

また、登録時以降にログオンする場合、外郭に弾性体を装着しているので、閉じられたモニタ８９を起こさないまま上から弾性体９０をタップすることが可能であり、キー入力などの他の入力手段よりも容易にかつ早く識別できる。

また、識別番号の数値は、登録内容と一対一に対応してさえいればよく、特に数字の大きさがタップの強さに対応していればわかりやすいが、これにこだわる必要は無い。数字の大きさがタップの間合いの長さに対応しても良い。またリズムとは無関係に、登録した日時などでも良いし、パソコン内でランダムに決めた数値でも良い。もちろん数値でなく文字、記号でも良い。また、パソコン内でのみ数値と登録内容が一対一の対応をすればよく、使用者から見て意味の無いものでも良い。

図３１は圧電センサの出力波形を示し、識別に用いられる情報を説明するための特性図である。縦軸が出力、横軸が時間を示している。図３１には、二つの出力波形を記載しており、第一の波形はタップの力が強い場合、第二の波形はタップの力が弱い場合である。センサ出力は、電圧Ｖ７を基準に上下に変化するもので、タップによりまずプラス側に大きく振れ、直後にマイナス側にやや小さめに振れるものである。プラス側とマイナス側の大きさが違う要因は、弾性体の弾性にもよるが、タップする力が加わると幾分かが弾性体自身に吸収されて発熱などに変わり、戻る力は加わった力よりも減衰するので加速度が小さくなるためと考えられる。またタップの力が強い方が、振幅の大きさが大きいのに加えて幅も広めである。幅に関しては、圧電センサおよびセンサ回路による時定数のため、振幅が大きいほうが放電に時間がかかるのではないかと考えられる。

本実施の形態では所定の閾値を二つ用いている。プラス側の閾値Ｖ８とマイナス側の閾値Ｖ９を用意して、センサ出力Ｖが所定の閾値Ｖ８を上回るＶ＞Ｖ８の時間（ｔａ１，ｔａ２）と、直後にセンサ出力Ｖが所定の閾値Ｖ９を下回るＶ＜Ｖ９の時間（ｔｂ１，ｔｂ２）の両方によりセンサ出力の変化を記憶するものである。

ここでもし、Ｖ＞Ｖ８しか起きない（あるいはＶ＞Ｖ８からＶ＜Ｖ９になるまでの時間が長すぎるとか短すぎるとか、Ｖ＜Ｖ９しか起きない、という場合は、それはタップではなくてノイズであると判断させている。これによって、タップとノイズを区別することができ、検出精度が向上する効果がある。

本実施の形態において、登録時に登録内容を数値化して表示する表示手段を有し、圧電センサ９１とは異なる入力手段を用いて表示された数値を入力することで使用者を識別することもできる構成としている。これによって、使用者が登録時に表示された数値を記憶しておけば、タップだけでなく数値入力によっても使用者を識別することができる。たとえばタップ入力が再現できない状況（タップするリズムを忘れたとか、リズム感が悪くて同じようにタップできないとか、圧電センサ９１やセンサ回路の故障などの場合）でも、使用者を識別することができる。

また、パソコン８８の外郭に沿って圧電センサ９１を装着する構成としている。これによって、外郭をタップすることで使用者を識別することができる。使用時は開けて未使用時は閉めるような機器（ラップトップパソコン、携帯電話など使用時はキー操作のために開けるが、小さく収納するために未使用時には折り畳むような機器など）に使用する場合に、閉めたままでも使用者を識別できる。

以上、６つの実施の形態について説明したが、実施の形態を互いに組み合わせても良い。

また、タップのリズムによる識別と、他の識別装置（キー入力、鍵、生体情報など）と組み合わせても良い。組み合わせることで識別精度を格段に向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる使用者識別装置は、暗証番号、パスワード、鍵などのようにセキュリティのために識別の必要なものや、環境設定のように識別することで快適性が高まるものに利用可能である。

特に各種の情報処理装置（パソコン、携帯電話、ＰＤＡ、ＣＤ機）に有効である。また、家、部屋、車などのドア、金庫、ロッカーなどの扉や、キャビネットや倉庫などの引き違い戸や、窓、机などの引出し、それ自体が鍵として用いられるもの（鍵、錠、乗り物のエンジンキー）や、鍵のかかるその他のもの（スーツケースやアタッシュケースなどのかばんや日記帳）など開閉可能な開閉装置に有効である。もちろん開閉という観点で言うと、駅の自動改札やエレベータに用いることも可能である。

さらに現在は鍵を使用することが多いと思われる物として、特定の者にのみ運転や停止をコントロールする権限を与えるものがある。電車、バス、エスカレータ、エレベータの運転、船や飛行機の操縦、フォークリフト、ブルドーザー、パワーショベル、クレーンなどの重機の運転、遊園地の乗り物の運転、発電所の炉の運転などである。これらのものは部外者に容易に運転、停止されないように使用者識別装置を用いることが可能である。

また、不正な使用を防いで安全性を高めるという目的においては、戦略防衛システムの起動装置、火器・銃器などの武器の発射装置にも使用可能である。

本発明に係る第１の実施の形態を示すパソコンの外観斜視図図１のパソコンに用いられる圧電センサの概観斜視図図２のＡ−Ａ断面図圧電センサの構成図パソコンの制御ブロック図圧電センサの出力を示す特性図圧電センサにかかる力と出力の特性図タップの登録のフローチャートタップによる識別のフローチャート圧電センサの出力と識別の様子を示す特性図本発明に係る第２の実施の形態を示す携帯電話の外観斜視図使用者識別装置の構成図圧電センサの出力と識別の様子を示す特性図本発明に係る第３の実施の形態を示すドアハンドル装置の外観斜視図図１４のＢ−Ｂ断面を（ａ）、（ａ）のＣ−Ｃ断面を（ｂ）とした内部構成図圧電センサの概略構成図ドアハンドル装置の制御ブロック図ドアハンドル装置の外観斜視図暗証番号判定のフローチャートノイズ除去のフローチャートドアハンドルに印加される掌握力と、この掌握力から得られる検出信号と、この検出信号から得られるパルスとの相関を表す説明図信号抽出帯域とノイズ帯域とを含んだ検出周波数の説明図本発明に係る第４の実施の形態を示すフォークリフトの構成図マットの構成図圧電センサの出力と識別の様子を示す特性図本発明に係る第５の実施の形態を示す環境調整装置を有するドアの構成図環境調整装置によるエアコンとテレビの調整の説明図圧電センサの出力を示す特性図本発明に係る第６の実施の形態を示すパソコンの概観斜視図モニタ画面に表示される表示の説明図圧電センサの出力を示す特性図

符号の説明

１、８８パソコン（使用者識別機能付き機器装置）
６、３８、７４、７５、９１圧電センサ
１２芯線（中心電極）
１３圧電体
１４、５８外側電極
１６、３１、８０使用者識別装置
２７、６６登録手段
２８、６７識別手段
２９携帯電話（使用者識別機能付き機器装置）
３５ドアハンドル装置（使用者識別機能付き機器装置）
５７中心電極
６８フォークリフト（使用者識別機能付き機器装置）
６９マット（使用者識別装置）
８２環境調整装置（使用者識別機能付き機器装置）

Claims

使用者がタップするリズムに応じて圧電センサの出力が変化し、その変化出力信号によって使用者を識別する使用者識別装置。
圧電センサは、可撓性を有する圧電体を用いて構成した請求項１記載の使用者識別装置。
圧電センサは、中心電極と外側電極の間に圧電体を配置して同軸ケーブル状に構成した請求項１または２記載の使用者識別装置。
圧電センサの出力信号を登録できる登録手段と、前記登録手段に登録された出力信号と現在の圧電センサの出力信号とを比較して、一致度合いにより使用者を識別する識別手段とを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の使用者識別装置。
登録手段は、所定値以上の圧電センサの変化出力信号を登録する請求項４記載の使用者識別装置。
登録時に登録内容を数値化して表示する表示手段を有し、圧電センサとは異なる入力手段を用いて表示された数値を入力することで使用者を識別することもできる請求項４記載の使用者識別装置。
機器の外郭の少なくとも一部に沿って圧電センサを装着した請求項１ないし３のいずれか１項に記載の使用者識別装置。
機器の内部に圧電センサを実装し、使用者が機器に与える振動に応じて圧電センサの出力が変化する構成とした請求項１ないし３のいずれか１項に記載の使用者識別装置。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の使用者識別装置を有し、使用者を識別できた場合にのみ機器の機能を使用可能または機器の環境を使用者に合わせて設定する使用者識別機能付き機器装置。