JP2019211953A - 生体情報センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作性を向上させることができる生体情報センサ装置を提供する。【解決手段】生体情報センサ装置１は、操作指９の読取面２０に対する接触を検出した後、操作指９の生体情報２６の読み取りに失敗した場合、生体情報２６の読み取りに失敗したことに関する報知を行う制御部３を備えて概略構成されている。また生体情報センサ装置１は、読取面２０の下方に複数の検出電極２１を有し、読取面２０に接触した操作指９と複数の検出電極２１の間に生じる静電容量を介して生体情報２６を読み取る生体情報センサ２を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、生体情報センサ装置に関する。

従来の技術として、ディスプレイと、制限を解除する操作を検出すると、制限を解除して、ディスプレイに第１画面を表示するコントローラと、を備えた電子機器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この電子機器は、さらに指紋センサを備えている。コントローラは、この指紋センサにより読み取った指紋情報と、予め登録された親指の指紋情報とが所定の範囲で適合する場合に、制限を解除する操作が親指による操作であると判定する。そしてコントローラは、制限を解除する操作が親指による操作であると、第１画面とは異なる第２画面をディスプレイに表示する。

特開２０１６−１４３０６９号公報

このような電子機器の指紋センサは、例えば、指紋を読み取らせる際に指が動いたり、接触時間が短かったりした場合、指紋の読み取りができず、認証や登録が進まない。ユーザは、指紋が読み取れないことを報知されないので、読み取りの失敗を認識することなく繰り返し読み取らせようとして操作性が低くなる問題がある。

従って本発明の目的は、操作性を向上させることができる生体情報センサ装置を提供することにある。

本発明の一態様は、検出対象の読取面に対する接触を検出した後、検出対象の生体情報の読み取りに失敗した場合、生体情報の読み取りに失敗したことに関する報知を行う制御部を備えた生体情報センサ装置を提供する。

本発明によれば、操作性を向上させることができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係る生体情報センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、生体情報センサ装置のブロック図の一例であり、図１（ｃ）は、生体情報センサが読み取った読取画像の一例を示す概略図である。 図２（ａ）は、実施の形態に係る生体情報センサ装置の生体情報センサの一例を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、生体情報センサ装置が含まれる車両通信システムのブロック図の一例である。 図３（ａ）は、実施の形態に係る生体情報センサ装置の読取面に対する接触の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、読み取られた読取画像の一例を示す概略図であり、図３（ｃ）は、報知の一例を示す概略図である。 図４は、実施の形態に係る生体情報センサ装置のユーザの操作に関して報知する場合のフローチャートの一例である。 図５は、実施の形態に係る生体情報センサ装置の導電性異物に関して報知する場合のフローチャートの一例である。 図６は、実施の形態に係る生体情報センサ装置のユーザの操作に関して報知すると共に導電性異物に関して報知する場合のフローチャートの一例である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係る生体情報センサ装置は、検出対象の読取面に対する接触を検出した後、検出対象の生体情報の読み取りに失敗した場合、生体情報の読み取りに失敗したことに関する報知を行う制御部を備えて概略構成されている。

この生体情報センサ装置は、接触を検出した後に生体情報の読み取りに失敗したことを報知するので、この構成を採用しない場合と比べて、ユーザが読み取りの失敗を認識することなく繰り返し読み取らせようとすることが抑制され、操作性を向上させることができる。

[実施の形態]
（生体情報センサ装置１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係る生体情報センサ装置の一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、生体情報センサ装置のブロック図の一例であり、図１（ｃ）は、生体情報センサが読み取った読取画像の一例を示す概略図である。図２（ａ）は、実施の形態に係る生体情報センサ装置の生体情報センサの一例を説明するための概略図であり、図２（ｂ）は、生体情報センサ装置が含まれる車両通信システムのブロック図の一例である。

なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また図１（ｂ）及び図２（ｂ）では、主な情報の流れを矢印で示している。

生体情報センサ装置１は、例えば、検出対象の生体情報を読み取り、登録されている生体情情報のテンプレートと認証を行うように構成されている。本実施の形態の検出対象は、ユーザの操作指である。そして読み取り対象となる生体情報は、操作指の指紋である。なお生体情報は、操作指の指紋に限定されず、操作指や手の平の静脈であっても良い。図１（ｃ）では、一例として、読み取られたユーザの指紋、つまり読み取られたユーザの生体情報２６を図示している。

生体情報センサ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、操作指９の読取面２０に対する接触を検出した後、操作指９の生体情報２６の読み取りに失敗した場合、生体情報２６の読み取りに失敗したことに関する報知を行う制御部３を備えて概略構成されている。

また生体情報センサ装置１は、例えば、図１（ａ）〜図２（ａ）に示すように、読取面２０の下方に複数の検出電極２１を有し、読取面２０に接触した操作指９と複数の検出電極２１の間に生じる静電容量を介して生体情報２６を読み取る生体情報センサ２を備えている。制御部３は、生体情報センサ２によって読取面２０を走査して得られた複数の静電容量に基づいて操作指９の接触を判定すると共に、操作指９の接触が判定された後に取得された複数の静電容量に基づいて生体情報２６の読み取りを判定するように構成されている。

本実施の形態の生体情報センサ装置１は、一例として、車両に搭載されている。生体情報センサ装置１は、一例として、車両の駆動装置の駆動を指示するスタートスイッチなどに配置される。そして生体情報センサ装置１は、例えば、図２（ｂ）に示すように、車両に搭載された車載装置の相互の通信を可能とする車両通信システム８を利用して報知を行う。

車両通信システム８は、一例として、図２（ｂ）に示すように、車両ＬＡＮ（Local Area Network）８０と、車両制御部８１と、メインモニタ８２と、サブモニタ８３と、電子機器８４と、を備えて概略構成されている。

車両ＬＡＮ８０は、例えば、有線及び無線によって相互に信号や情報などの交換を可能とするＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）といった車両用ネットワークである。車両制御部８１は、例えば、車両通信システム８を制御する。

メインモニタ８２は、例えば、車両のセンターコンソールなどに配置され、地図や各種メニューなどを表示する。またサブモニタ８３は、例えば、車両のインストルメントパネルに配置され、計器類や燃料の残量などを表示する。電子機器８４は、例えば、シートの駆動装置、空調装置、ミラーの駆動装置などである。

生体情報センサ装置１は、例えば、生体情報２６の読み取りに失敗したことに関する報知を行う場合、このメインモニタ８２及びサブモニタ８３の少なくとも一方に報知としてメッセージを表示させる。なお報知の方法は、メッセージの表示に限定されず、音や光、振動などを用いたものであっても良いし、メッセージの表示、音や光、振動などを組み合わせがものであっても良い。

また生体情報センサ装置１は、例えば、生体情報２６の認証が成立した場合、認証が成立したことを示す認証情報Ｓ_２を出力する。電子機器８４は、例えば、この認証情報Ｓ_２に基づいて認証が成立したユーザが登録した設定を実行する。例えば、電子機器８４がシートの駆動装置であった場合、ユーザが登録したシート位置にシートを駆動する。また例えば、電子機器８４が空調装置であった場合、ユーザが登録した設定温度、風量などの設定を行う。さらに例えば、電子機器８４がミラーの駆動装置であった場合、ユーザが登録した位置にミラーを駆動する。

（生体情報センサ２の構成）
生体情報センサ２は、上述のように、静電容量式のセンサである。この生体情報センサ２は、例えば、図１（ａ）に示すように、本体１０に設けられた読取面２０に接触した操作指９から指紋、つまり生体情報２６を読み取る。

なお変形例として生体情報センサ２は、例えば、光学式、感圧式及び感熱式などの指紋を読み取るように構成されたセンサであっても良い。また生体情報センサ２は、例えば、手の平の掌紋などを読み取るように構成されたセンサであっても良い。さらに生体情報センサ２は、生体情報２６として操作指や手の平の静脈を読み取るように構成されても良い。静脈の読み取りは、例えば、照射した近赤外線の反射に基づいて静脈パターンを読み取るように構成されたセンサを用いて行われる。そして生体情報センサ２は、これらを組み合合わせたセンサであっても良い。

また他の変形例として、生体情報センサ装置１は、例えば、読取面２０に接触したことを検出するセンサと、生体情報２６を読み取るセンサと、を備える構成であっても良い。接触を検出するセンサは、例えば、読取面２０に付加された荷重を検出するセンサや撮像などによって読取面２０に対する接触を検出するセンサなどである。

生体情報センサ２は、例えば、図２（ａ）に示すように、読取面２０の下方にマトリクス状に並ぶ複数の検出電極２１を備えている。この複数の検出電極２１は、一例として、数万から数十万個形成されると共に、数μｍから数十μｍの間隔で配置されている。

読取面２０は、例えば、図１（ａ）の紙面左上を原点としたＸＹ座標が設定される。生体情報センサ２は、例えば、Ｘ軸方向を行とした場合、行に並ぶ検出電極２１の静電容量を読み出し、続いて行を替えて検出電極２１の静電容量を読み出すことを繰り返して全ての検出電極２１を走査するように構成されている。この走査の周期は、一例として、１００ｍｓ程度である。

生体情報センサ２は、例えば、走査して読み出した複数の静電容量の情報である静電容量情報Ｓ_１を生成して制御部３に出力する。この静電容量情報Ｓ_１は、例えば、１周期分の静電容量の情報である。具体的には、生体情報センサ２は、例えば、予め設けられたしきい値以上の静電容量を「１」、しきい値より低い静電容量を「０」に分けると共に、検出電極２１の位置と関連付けて静電容量情報Ｓ_１を生成する。

図１（ｃ）に示す読取画像２５は、一例として、静電容量情報Ｓ_１に基づいて「１」の検出電極２１の位置を黒、「０」の検出電極２１の位置を白としたものである。なお図中の丸は、後述する特徴点２７を示すために付したものである。

静電容量が高い位置は、指紋の山の位置であって検出電極２１までの距離が近いので、静電容量が高くなる。そして低い位置は、指紋の谷の位置であって検出電極２１までの距離が遠く、静電容量が低くなる。従って静電容量の高い位置を黒、低い位置を白とすると、一例として、図１（ｃ）に示すような読取画像２５が得られる。

この読取画像２５は、読取面２０と相似形であり、ＸＹ座標系に対応してｘｙ座標系が設定されている。そして読取画像２５において黒で示した画像が読み取られた生体情報２６となる。

（制御部３の構成）
制御部３は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工などを行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。このＲＯＭには、例えば、制御部３が動作するためのプログラムと、接触しきい値３０と、類似度しきい値３１と、読取しきい値３２と、登録情報３３と、異物判定しきい値３４と、が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

接触しきい値３０は、操作指９の読取面２０に対する接触を判定するためのしきい値である。制御部３は、一例として、静電容量情報Ｓ_１に基づいて上述の「１」の値を取る検出電極２１の数が接触しきい値３０以上となった場合、操作指９が読取面２０に接触したと判定する。

なお変形例として制御部３は、例えば、静電容量情報Ｓ_１が静電容量と検出電極２１の位置とが関連付けられた情報であった場合、接触しきい値３０が静電容量のしきい値として定義され、この接触しきい値３０以上の静電容量を有する検出電極２１の数によって接触を判定する構成であっても良く、これらに限定されない。

制御部３は、例えば、静電容量情報Ｓ_１に対して抽出処理を行って特徴点２７を抽出する。この抽出処理は、例えば、隆線の抽出処理などである。

特徴点２７とは、例えば、図１（ｃ）に示すように、中心点、分岐点、端点及び三角州などであるがこれに限定されない。中心点とは、指紋の中心となる点である。分岐点とは、指紋の隆線が分岐している点である。端点とは、隆線が切れている点である。三角州とは、三方向から隆線が集まった点である。

制御部３は、例えば、これらの特徴点２７を抽出し、抽出した特徴点２７の画像である抽出画像を生成する。登録情報３３は、例えば、登録された抽出画像であるテンプレートと登録したユーザの情報を関連付けた情報である。

制御部３は、登録情報３３のテンプレートと読み取った生体情報２６から得られた抽出画像とを比較し、特徴点２７の位置、特徴点２７間の距離などに基づいて類似度を算出する。そして制御部３は、類似度が類似度しきい値３１以上であった場合、生体情報２６の認証が成立したとして認証情報Ｓ_２を出力する。

この類似度しきい値３１は、一例として、８０％である。つまり制御部３は、例えば、認証に使用する特徴点２７の数が８０個である場合、６４個以上の特徴点２７が一致すれば、登録者であると判定する。なお一致とは、特徴点２７の位置、特徴点２７間の距離などの一致を含んでいる。

・報知について
図３（ａ）は、実施の形態に係る生体情報センサ装置の読取面に対する接触の一例を示す概略図であり、図３（ｂ）は、読み取られた読取画像の一例を示す概略図であり、図３（ｃ）は、報知の一例を示す概略図である。

制御部３は、生体情報２６の読み取りが失敗した場合、報知を行う。制御部３は、この読み取りの失敗とは、例えば、指が動いたり、タッチ時間が短かったりして一部しか読み取れなかった場合などである。

制御部３は、一例として、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、操作指９が読取面２０に対して動き、指紋の一部しか読み取れなかったとユーザの操作を推定した場合、報知のため、報知情報Ｓ_３を出力する。

具体的には、制御部３は、例えば、読取しきい値３２が上述の「１」の値を取る検出電極２１の数として定義された場合、静電容量情報Ｓ_１に基づいて「１」の値を取る検出電極２１の数が読取しきい値３２以下であった場合、読み取りが失敗したと判定する。この場合、制御部３は、特徴点２７の抽出処理を行わずに判定することができる。

なお変形として制御部３は、例えば、読取しきい値３２が特徴点２７の数として定義された場合、読取画像２５から抽出した特徴点２７の数が読取しきい値３２以下であった場合、読み取りが失敗したと判定する。

報知情報Ｓ_３は、例えば、図２（ｂ）に示すように、車両ＬＡＮ８０を介してメインモニタ８２やサブモニタ８３に入力する。メインモニタ８２に報知情報Ｓ_３が入力する場合、メインモニタ８２は、一例として、図３（ｃ）に示すように、「センサへのタッチ時間を増やしてください」や「指を動かさないでください」といったメッセージ８２１を表示画面８２０に表示させる。

また制御部３は、読取面２０に付着した導電性異物の判定を行うことができる。具体的には、制御部３は、例えば、読取面２０に対する接触を検出した後、生体情報２６の読み取りに失敗した回数が予め定められた回数（異物判定しきい値３４）以上となった場合、読取面２０に導電性異物が付着していると判定して導電性異物に関する報知を行う。

この場合、制御部３は、導電性異物に関する報知情報Ｓ_３を出力する。そしてメインモニタ８２に報知情報Ｓ_３が入力する場合、メインモニタ８２は、一例として、「読取面を拭いてください」や「異物が付着しています」といったメッセージ８２１を表示画面８２０に表示させる。

以下に、本実施の形態の生体情報センサ装置１の動作の一例について図４〜図６のフローチャートに従って説明する。図４は、一例として、ユーザの操作に関して報知する場合のフローチャートである。図５は、一例として、導電性異物に関して報知する場合のフローチャートである。図６は、一例として、ユーザの操作に関して報知すると共に導電性異物に関して報知する場合のフローチャートである。以下では、報知がメインモニタ８２に表示されるものとする。

（動作）
・ユーザの操作に関する報知について
生体情報センサ装置１の制御部３は、周期的に生体情報センサ２から静電容量情報Ｓ_１を取得する。制御部３は、ステップ１の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり接触が検出された場合（Ｓｔｅｐ１：Ｙｅｓ）、続いて生体情報２６の読み取りの判定を行う。

制御部３は、生体情報２６の読み取りが成功した場合（Ｓｔｅｐ２：Ｙｅｓ）、次の処理を行う（Ｓｔｅｐ３）。この次の処理とは、特徴点２７の抽出処理や認証処理である。

ここでステップ２において制御部３は、読み取りが失敗した場合（Ｓｔｅｐ２：Ｎｏ）、ユーザに報知を行う（Ｓｔｅｐ４）。制御部３は、報知情報Ｓ_３を生成して出力する。メインモニタ８２は、報知情報Ｓ_３に基づいてタッチ時間が短いことや指が動いていることなどに関するメッセージ８２１を表示させる。

・導電性異物に関する報知について
生体情報センサ装置１の制御部３は、周期的に生体情報センサ２から静電容量情報Ｓ_１を取得する。制御部３は、ステップ１０の「Ｙｅｓ」が成立する、つまり接触が検出された場合（Ｓｔｅｐ１０：Ｙｅｓ）、続いて生体情報２６の読み取りの判定を行う。

制御部３は、生体情報２６の読み取りが成功した場合（Ｓｔｅｐ１１：Ｙｅｓ）、次の処理を行う（Ｓｔｅｐ１２）。この次の処理とは、特徴点２７の抽出処理や認証処理である。

ここでステップ１１において制御部３は、読み取りが失敗した場合（Ｓｔｅｐ１１：Ｎｏ）、失敗が継続した回数を確認する。制御部３は、読み取りの失敗が継続して異物判定しきい値３４以上となった場合（Ｓｔｅｐ１３：Ｙｅｓ）、導電性異物の付着に関する報知を行う（Ｓｔｅｐ１４）。メインモニタ８２は、制御部３から出力された報知情報Ｓ_３に基づいて導電性異物が付着していることに関するメッセージ８２１を表示させる。そして制御部３は、読み取りが失敗した回数をリセットする。

ここでステップ１３において制御部３は、読み取りが失敗した回数が異物判定しきい値３４より小さい場合（Ｓｔｅｐ１３：Ｎｏ）、読み取りが失敗した回数を１加算してステップ１０に処理を進める。

・ユーザの操作に関する報知と導電性異物に関する報知を行う場合について
ステップ１０〜ステップ１４は、上述の記載と同様に行われる。

制御部３は、ステップ１３において、読み取りが失敗した回数が異物判定しきい値３４より小さい場合（Ｓｔｅｐ１３：Ｎｏ）、読み取りが失敗した回数を１加算すると共にユーザに報知を行い（Ｓｔｅｐ１５）、ステップ１０に処理を進める。制御部３は、報知情報Ｓ_３を生成して出力する。メインモニタ８２は、報知情報Ｓ_３に基づいてタッチ時間が短いことや指が動いていることなどに関するメッセージ８２１を表示させる。

なおユーザの操作に関する報知と導電性異物に関する報知とを行う場合は、例えば、ステップ１３において「Ｎｏ」となった後、操作に関する報知を行う。つまり制御部３は、読み取りの失敗が異物判定しきい値３４以上となるまで、又は読み取りが成功するまで、或いは接触が解除されるまで、操作に関する報知を行う。なお生体情報センサ装置１は、走査の周期がｍｓオーダーであるため、異物判定しきい値３４以上の失敗に要する時間が長い時間ではないことから、連続して操作に関する報知が行われたとしてもあたかも１回の報知のように表示される。また生体情報センサ装置１は、連続して操作に関する報知を行う場合、１回の報知で済むように構成されても良い。

ここで変形例として生体情報センサ装置１は、図４に示した動作と、図５に示した動作とを、周期的に切り替えて行っても良い。この周期は、例えば、読み取りが失敗し、導電性異物の付着が判定される回数の静電容量情報Ｓ_１が得られる時間以上の時間とされる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る生体情報センサ装置１は、操作性を向上させることができる。具体的には、生体情報センサ装置１は、接触を検出した後に生体情報２６の読み取りに失敗したことを報知するので、この構成を採用しない場合と比べて、ユーザが読み取りの失敗を認識することなく繰り返し読み取らせようとすることが抑制され、操作性を向上させることができる。

生体情報センサ装置１は、読取面２０に導電性異物が付着した場合、ユーザに報知することができる。また生体情報センサ装置１は、ユーザに報知することにより、生体情報センサ２の読み取りが正常に行えるように読取面２０に付着した導電性異物の除去を促すことができる。

生体情報センサ装置１は、ユーザの操作に関する報知の判定と、導電性異物に関する報知の判定と、を行うことができる。また生体情報センサ装置１は、ユーザの操作に関する報知の判定と、導電性異物に関する報知の判定と、を周期的に切り替えて行う場合、この構成を採用しない場合と比べて、報知の数が少なくなる。

生体情報センサ装置１は、接触が検出された後、読み取りが失敗すると報知を行うように構成されている。従って生体情報センサ装置１は、外来ノイズの影響などで検出電極２１に静電容量が生じても、接触の検出を行わずに読み取りの成否を判定した場合と比べて、読み取りが行われていないのに読み取りが失敗したとする誤判定が抑制される。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…生体情報センサ装置、２…生体情報センサ、３…制御部、８…車両通信システム、９…操作指、１０…本体、２０…読取面、２１…検出電極、２５…読取画像、２６…生体情報、２７…特徴点、３０…接触しきい値、３１…類似度しきい値、３２…読取しきい値、３３…登録情報、３４…異物判定しきい値、８０…車両ＬＡＮ、８１…車両制御部、８２…メインモニタ、８３…サブモニタ、８４…電子機器、８２０…表示画面、８２１…メッセージ

Claims (3)

1. 検出対象の読取面に対する接触を検出した後、前記検出対象の生体情報の読み取りに失敗した場合、前記生体情報の読み取りに失敗したことに関する報知を行う制御部を備えた生体情報センサ装置。
2. 前記制御部は、前記読取面に対する接触を検出した後、前記生体情報の読み取りに失敗した回数が予め定められた回数以上となった場合、前記読取面に導電性異物が付着していると判定して前記導電性異物に関する報知を行う、
   請求項１に記載の生体情報センサ装置。
3. 前記読取面の下方に複数の検出電極を有し、前記読取面に接触した前記検出対象と前記複数の検出電極の間に生じる静電容量を介して前記生体情報を読み取る生体情報センサを備え、
   前記制御部は、前記生体情報センサによって前記読取面を走査して得られた複数の静電容量に基づいて前記検出対象の接触を判定すると共に、前記検出対象の接触が判定された後に取得された複数の静電容量に基づいて前記生体情報の読み取りを判定する、
   請求項１又は２に記載の生体情報センサ装置。

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