JP2012521597A - 圧電セラミック識別デバイスのための改良マルチプレサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、概して、圧電識別デバイスおよびその用途に関する。より具体的には、指紋等の生体測定情報を取得する圧電デバイス、ならびに個人を認識および/または識別するために取得された情報を使用することに関する。
生体測定は、高レベルのセキュリティを提供する一群の技術である。指紋捕捉および認識は、重要な生体測定技術である。法執行、銀行業務、投票、および他の業界が、身元を認識または検証するのに生体測定としての指紋にますます依存している。非特許文献1(その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる)を参照されたい。
本発明は、概して、圧電識別デバイスおよびその用途に関する。より具体的には、指紋等の生体測定データまたは情報を取得するための圧電デバイス、ならびに個人の身元を認識および/または識別するために取得された情報を使用することに関する。
図1は、本発明の実施形態による、圧電識別デバイス110の概概略図である。識別デバイス100は、圧電センサ100と、センサ入力信号発生器120と、センサ出力信号プロセッサ130と、メモリ140とを有する。入力信号発生器120によって生成される入力信号は、2つのマルチプレクサ150によってセンサ110に連結される。センサ110の出力信号は、同様に、2つのマルチプレクサ150によって出力信号プロセッサ130に連結される。
センサ110は、好ましくは、圧電セラミック要素のアレイである。例えば、センサ110は、化学的に不活性であり、湿気および他の大気条件に影響されない、多結晶セラミック要素のアレイを備えることができる。多結晶セラミックは、特定の所望の物理、化学、および/または圧電特性を有するように製造することができる。しかしながら、センサ110は、圧電セラミック要素のアレイを備えることに限定されない。センサ110は、例えば、圧電フィルムを備えることができる。ポリフッ化ビニリデン(PVDF)フィルムまたはその共重合体等の偏極フッ素重合体フィルムを使用することができる。
図7Bは、本発明の実施形態による、圧電性フィルム(圧電フィルム)を備えるセンサアレイ750を図示する。図7Bは、センサアレイ750の断面図である。センサアレイ750は、2つの導体グリッド754と756とによって挟持された圧電層752を含む多層構造である。導体グリッド754および756はそれぞれ、並列導電線の横列から構成される。好ましくは、グリッド754の線は、グリッド756の線に対して直角に(つまり、それぞれxおよびy方向に)配向される。この配向は、圧電フィルムの中で複数の個別にアドレス可能な領域および要素を作成する。本明細書で使用されるように、要素という用語は、並列導電線(導体)の横列を使用して、個別に、またはより大きい領域の一部として、アドレス指定することができる、センサアレイの任意の領域を指す。圧電ポリマーフィルムセンサは、Measurement Specialities,Inc.Norristown,Pa.から入手可能なPiezo Film Sensors:Technical Manual,Apr.2,1999 REVB(その全体で参照することにより本明細書に組み込まれる)でさらに説明されている。
図8は、センサアレイ700のより詳細な図を図示する。上記で説明されるように、センサアレイ700は、充填材602を有する圧電セラミック要素を備える。充填材602は、好ましくは微小球604を含有する。次いで、この構造は、いくつかの層の間で挟持される。この中心複合層は、例えば、電気インピーダンス値のマトリクスの中へ指紋の機械インピーダンスをマップするために使用することができる、活性構造である。
図12は、本発明の実施形態による識別デバイス1200を図示する。デバイス1200は、入力信号発生器1202と、感知アレイ1220と、出力信号プロセッサ1240と、メモリコントローラ1260と、メモリ1270とを備える。センサアレイ1220は、それぞれ、マルチプレクサ1225Aおよび1225Bによって入力信号発生器1202および出力信号プロセッサ1240に連結される。コントローラ1230は、マルチプレクサ1225Aおよび1225Bの動作を制御する。識別デバイス1200の動作を以下でさらに説明する。
図13Aおよび13Bは、本発明の実施形態による、入力信号発生器1202によって生成された入力信号をセンサアレイ1220に印加する方法と、センサアレイ1220から出力信号を受信する方法とを図示する。一実施形態では、センサアレイ1220は、2次元アレイに配設される200,000個の要素200を備える(すなわち、500×400個の要素アレイ)。例えば、アレイ1220の底部の要素の横列に接続する、アレイ1220の500個の導体が、1つずつ、または種々の群で、入力信号発生器1202に接続されなければならない一方で、アレイ1220の上の縦列に接続する、アレイ1220の400本の線は、例えば、1つずつ、または種々の群で、例えば、インピーダンス計またはドップラ回路に接続されなければならない。このタスクは、マルチプレクサ1225によって達成される。
図16は、本発明の実施形態による方法1600のフローチャートである。方法1600は、2つのステップ1610および1620を含む。ステップ1610では、生体、例えば、指または手が、圧電セラミックアレイに近接して配置される。ステップ1620では、出力がセンサアレイから取得される。取得された出力は、例えば、指または手がセンサアレイに近接して配置された、個人の身元を認識または検証するために使用することができる、生体測定データを取得するように、以下で説明されるように処理される。
図19は、本発明の実施形態による、指紋のくぼみ1706によって負荷が与えられる単一の圧電要素200のインピーダンスを図示する。約19.8MHzの周波数において、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素200のインピーダンスは、約800オームである。20.2MHzの周波数において、インピーダンスは約80,000オームである。20MHzの周波数において、インピーダンスは約40,000オームである。図19が図20と比較されると分かるように、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素200の絶対インピーダンスと、指紋のくぼみ1706に負荷が与えられる要素200の周波数とのインピーダンスの変化との両方は、指紋の隆起で負荷が与えられる要素200とは有意に異なる。この差異は、指紋データを産生するように出力信号プロセッサ1240によって処理することができる、センサアレイ1220の出力を取得するために使用することができる。
上記のように、デバイス1200はまた、指の指紋1702を取得するように、減衰または電圧モードで動作することもできる。この動作モードは、センサアレイ1220が圧電セラミックアレイ(例えば、アレイ700)であろうと、圧電フィルムアレイ(例えば、アレイ750)であろうと、利用可能である。デバイス1200の減衰モードは、指紋の隆起1704によって負荷が与えられる要素200に付与されるエネルギーを指1702に伝達することができる一方で、指紋のくぼみ1706によって負荷が与えられる要素200に付与されるエネルギーを指1702に伝達することができないという原理に基づく。
識別デバイス1200は、少なくとも2つの他のモードで操作することができる。これらのモードは、信号走時(エコー)モードおよびドップラ偏移モードである。エコーモードはまた、撮像モードと呼ぶこともできる。これらのモードは、以下で説明されるように、骨地図、細動脈・静脈地図、細動脈血流、および毛細管血流等の生体測定データを取得するために使用される。これらの生体測定および/または他の生体測定の組み合わせも取得することができる。例えば、細動脈血流の毛細管血流等に対する比を取得し、宿主の感情状態または健康を示すために使用することができる。
(生体測定捕捉デバイス)
図32は、本発明の実施形態による、生体測定デバイス3202を図示する。デバイス3202は、本発明の実施形態による、センサアレイ3204を有する。デバイス3202は、本発明の実施形態によれば、具体的には、指紋データを取得し、記憶するために適合される。デバイス3202は、例えば、警察の職員によって使用されることを目的としている。
図33は、本発明の実施形態による、移動生体測定デバイス3300を図示する。デバイス3300は、デバイスの一端に本発明によるセンサアレイ3302と、反対端にハンドル3306とを有する。デバイスの回路は、デバイスの一部分3304の中に位置する。デバイス3300は、電池式である。デバイス3300も、例えば、警察の職員によって使用されることを目的としている。
図34は、本発明による、無線送受信機生体測定デバイス3400を図示する。デバイス3400は、例えば、電子署名デバイスとして一般大衆によって使用されることを目的としている。
図36は、電子販売取引を完了するために、無線送受信機生体測定デバイス3400を使用することを図示する。商取引のステップ1では、買物をしたい個人の指紋を取得するためにデバイス3400が使用される。次いで、デバイス3400が、レジ3602に連結されたデバイスに指紋を伝送し(ステップ2)、レジが指紋を第三者検証サービス3604に送信する(ステップ3)。第三者検証サービスは、受信された指紋をデータベースに記憶された指紋データに整列させることによって、購入者の身元を検証するために受信された指紋を使用する(ステップ4)。次いで、購入者の身元を、レジ3602(ステップ5)に、およびクレジットカードサービス3606(ステップ6)に送信することができる。クレジットカードサービスは、レジ3602から受信された販売情報を承認するため(ステップ7)、およびクレジットカードの不正使用を防止するように、第三者検証サービスからのデータを使用する。いったんレジ3602が購入者の身元の検証、および購入者がクレジットカードサービスを使用する権限を与えられているという検証を受信すると、レジ3602は、デバイス3400に通知してクレジットカード番号を送信することができる(ステップ8)。次いで、レジ3602が、クレジットカード番号をクレジットカードサービス3606に送信することができ(ステップ9)、次いで、クレジットカードサービスが売主の銀行口座に送金し(ステップ10)、販売取引を完了する。これらのステップは、どのようにしてデバイス3400を電子署名デバイスとして使用できるかを例証し、本発明を限定することを目的としていない。
図37は、無線送受信機生体測定デバイス3400が適している、他の用途を図示する。例えば、デバイス3400は、アクセス制御の構築、法の執行、電子商取引、金融取引のセキュリティ、従業員の時間および出席の追跡、法、人事、および/または医療記録へのアクセスの制御、輸送のセキュリティ、Eメール署名、クレジットカードおよびATMカードの使用の制御、ファイルセキュリティ、コンピュータネットワークセキュリティ、アラーム制御、ならびに個人の識別、認識、および検証に使用することができる。これらは、具体的にはデバイス3400、および一般的に本発明の多くの有用な用途のうちのいくつかにすぎない。デバイス3400および本発明の付加的な用途は、本明細書の本発明の説明を考慮すると、当業者に明白となるであろう。
本明細書で説明されるように、本発明の実施形態は、パーソナルエリアネットワークの一部として他のデバイスと相互作用することが可能である。図38は、本発明による、無線送受信機生体測定デバイス3800の一実施形態である。デバイス3800は、上記のデバイス1200と同様の生体測定デバイスと、DSPチップ3802と、BLUETOOTH(登録商標)チップ3804と、ディスプレイ3806と、バッテリ3808とを備える。上記で説明されるように、デバイス1200は、本発明による、圧電セラミックセンサアレイ700と、4つのマルチプレクサ1225とを有する。
本発明は、BLUETOOTH(登録商標)スタックの上層で「公共サービス層」(PSL)を提供する。PSL層は、相互に通信可能に連結されたBLUETOOTH(登録商標)デバイスに対する識別およびアクセス制御を合理化する。実施形態では、PSL層は、指紋スキャナによって提供される指紋生体測定信号に基づく認証および識別を支援する。一実施例では、無線送受信機生体測定デバイス3800は、指紋生体測定信号を提供するために、BLUETOOTH(登録商標)プロトコルスタックを含むBLUETOOTH(登録商標)モジュールとともに使用することができる。例えば、Jennifer Bray and Charles Sturman、Bluetooth(登録商標).TM.Connect without Cables,Prentice−Hall,Upper Saddle River,N.J.2001(ブロック全体が参照することによりその全体で本明細書に組み込まれる)、およびBrent Miller and Chatschik Bisdikian,Bluetooth(登録商標) Revealed,Prentice−Hall,Upper Saddle River,N.J.2001(ブロック全体が参照することによりその全体で本明細書に組み込まれる)による、BLUETOOTH(登録商標)モジュール、プロトコルスタック、および準拠デバイスの説明を参照されたい。
200 通信
300 セキュリティ
400 位置
500 設備および公共施設
600 娯楽
700 計算および情報
800 輸送
900 その他
副次的機能群は、一実施例では、以下のように定義される。
310 PINを介した個人識別
311 署名を介した個人識別
312 指紋を介した個人識別
313 声を介した個人識別
314 顔を介した個人識別
315 眼を介した個人識別
342 指紋特徴抽出整列
520 ドアロック
550 照明
要求およびイベントもPSL仕様で使用することができる。
オフィスにアクセスしたい。
b)キオスクでのIDを用いた座席割当およびゲート通過
c)IDを用いた手荷物受取
テレビ番組は、BLUETOOTH(登録商標)家庭に効果を追加して「13日の金曜日」の将来版を支援する、BLUETOOTH(登録商標) TVに放送することができる。
(とりわけ)光学、静電容量、RF、熱、および赤外線といった、いくつかの異なる種類の指紋センサ電気システムが市場にある。本特許は、音響インピディオグラフィの原理に基づく、新しい指紋センサ技術用の電気システムを説明する。
電流・電圧変換器/増幅器、
雑音フィルタ、
信号調整回路、
調整可能利得およびオフセット、
アナログ・デジタル変換器。
本発明の種々の実施形態を上記で説明してきたが、それらは限定ではなく一例のみとして提示されていることを理解されたい。添付の請求項で定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに形態および詳細の種々の変更が行われてもよいことが当業者によって理解されるであろう。したがって、本発明の広さおよび範囲は、上記の例示的実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきではないが、以下の請求項およびそれらの同等物のみに従って定義されるべきである。
Claims (2)
- 感知デバイスであって、
感知要素のアレイであって、各感知要素は1つ以上の機械共振器を含む、感知要素のアレイを備え、
該感知要素は、音響インピディオグラフィ原理に基づいて動作し、
該感知デバイスは、特定用途向け集積回路上に形成される、感知デバイス。 - 前記感知要素は、横列および縦列に配設される、請求項1に記載の感知デバイス。
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