JP4158097B2

JP4158097B2 - 認証システム

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Publication number: JP4158097B2
Application number: JP2003051869A
Authority: JP
Inventors: 清昭滝口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: EP1598009A4; US20060158820A1; EP1598009A1; JP2004261243A; CN1753642A; KR20050105254A; CN100466971C; WO2004075751A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は認証システムに関し、例えば電界を介して情報を送受信する認証システムに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信システムは、例えば携帯電話機間において放射電界（電波）を用いて情報を送受信したり、例えば駅の改札機に設けられたデータ読出書込器内のコイルと、ＩＣカード内のコイルとの間における電磁誘導により情報を送受信するようになされている。
【０００３】
近年、例えば下記の表１に示すように、人体表皮に当接された状態で装着される人体側通信機と、当該人体の近傍に機器側通信機とを設け、当該人体側通信機の電極を介して人体に交流電圧を印加し、その結果、人体側通信機及び機器側通信機における各電極間に介在する人体を媒質としたコンデンサの作用により、当該機器側通信機の電極で生ずる静電誘導現象を用いて情報を送受信するようになされた通信システムが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
【表１】

【０００５】
また、表１に示した場合の他にも、送受信用の電極間に介在する人体を媒質としたコンデンサの作用により、受信用の電極に生じる静電誘導現象を用いて情報を送受信するようになされた通信システムが数多く提案されている（特許文献１〜９、非特許文献２〜５参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特表平１１−５０９３８０号
【０００７】
【特許文献２】
特許第３０７４６４４号
【０００８】
【特許文献３】
特開平１０−２２８５２４号
【０００９】
【特許文献４】
特開平１０−２２９３５７号
【００１０】
【特許文献５】
特開２００１−３０８８０３号
【００１１】
【特許文献６】
特開２０００−２２４０８３号
【００１２】
【特許文献７】
特開２００１−２２３６４９号
【００１３】
【特許文献８】
特開２００１−３０８８０３号
【００１４】
【特許文献９】
特開２００２−９７１０号
【００１５】
【非特許文献１】
インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mew.co.jp/press/0103/0103-7.htm＞［平成１５年１月２０日検索］
【００１６】
【非特許文献２】
２００２．３．１、蜂須賀啓介、中田杏理、柴健次、佐々木健、保坂寛、板生清（東大）「人体を伝送路とした情報通信デバイスの開発」マイクロメカトロニクス学術講演会講演論文集ＶＯＬ，２００２，春季；ＰＰ．２７−２８
【００１７】
【非特許文献３】
２００２中田杏理、蜂須賀啓介、柴健次、佐々木健、保坂寛、板生清（東大）「生体内通信システムの開発」精密工学会大会学術講演開講演論文集春季；ＰＡＧＥ．６４０
【００１８】
【非特許文献４】
２００２．３．１藤井勝之（千葉大）、伊達公一（千葉大）、田島茂（ソニーコンピュータサイエンス研）「人体を伝送路として利用した通信システムのモデル化に関する検討」社団法人映像メディア学会技術報告Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．２０，ｐｐ．１３〜１８
【００１９】
【非特許文献５】
２００２．３．１８蜂須賀啓介、中田杏理、武田健人、佐々木健、保坂寛、板生清（東大大学院新領域創世科学研究科）、柴健次（東京理大理工）「人体を伝送路とした情報通信デバイスの開発」マイクロメカトロニクスＶｏｌ．４６，ＮＯ．２；ＰＰ．５３−６４
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる構成の通信システムにおいては、送受信用の電極間に介在させる人体を媒質としたコンデンサの作用を物理的作用の前提としていることにより、当該電極間で通信する際の通信強度が電極面積に依存してしまう。
【００２１】
また、送受信用の電極間に介在させる人体を媒質としたコンデンサの作用を物理的作用の前提としていることにより、例えば、送信用の電極を人体の右手首に装着した場合には当該右手首から指先方向以外への通信については物理的に不可能となり、一方、送信用の電極を人体の胸近傍に装着した場合には当該胸から前面方向以外への通信については物理的に不可能となる。
【００２２】
このように通信システムにおいては、送受信用の電極間に介在させる人体を媒質としたコンデンサの作用を物理的作用の前提としていることにより、人体に装着する電極位置に応じて通信方向が制約されるのみならず、当該通信の強度が電極面積に依存する結果、通信の際における自由度が乏しいという問題があった。
【００２３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、通信の際における自由度を向上し得る通信システム、通信方法及び通信装置を提案しようとするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、準静電界を介して情報を送受信する送信装置と受信装置とによって構成される認証システムにおいて、送信装置では、人体固有の生体情報を検出し、当該生体情報に応じて変調した準静電界を発生することにより人体を帯電させ、受信装置では、人体の帯電状態の変化に基づいて生体情報を復調し、当該生体情報に基づいて人体を識別するようにする。
【００２５】
従って認証システムは、利用者近傍において方向性の制約もなく秘匿性を確保した状態で、かつ利用者に所定の動作を強要もせずに情報の送受信を実現することができると共に、人体固有の情報に基づいて装置と人体との関係をも識別することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（１）本発明の概要
本発明は、電界を用いて情報を送受信する。以下、電界との関係において本発明の概要を述べる。
【００２７】
（１−１）電界
一般に、電気双極子（ダイポールアンテナ）に電流を流した場合、当該アンテナからの距離ｒに従って発生する電界Ｅは、次式
【００２８】
【数１】

【００２９】
のように簡略化して表すことができる。
【００３０】
（１）式に示されるように、電界Ｅは、距離ｒの３乗に反比例する成分（以下、これを準静電界と呼ぶ）と、距離ｒの２乗に反比例する成分（以下、これを誘導電磁界と呼ぶ）と、距離ｒに線形に反比例する成分（以下、これを放射電界と呼ぶ）とに大別される。
【００３１】
放射電界は、距離ｒに線形に反比例するだけである分、当該距離ｒが長い場合であっても急速に減衰しない伝搬性に優れた成分であるため、従来における情報通信の分野では一般的な情報伝送媒体として用いられている。
【００３２】
誘導電磁界は、距離ｒが長くなるとその２乗に反比例して減衰する伝搬性に乏しい成分であるが、近年における一部の情報通信の分野では情報伝送媒体として用いられている。
【００３３】
準静電界は、距離ｒの３乗に反比例して急速に減衰するので伝搬性はなく、単に振動として振動源のごく近傍に現れるだけの成分であるため、放射電界や誘導電磁界を前提とした情報通信の分野では利用されていない。
【００３４】
本発明は、電界のうち準静電界を用いた近傍通信（以下、これを近接場通信と呼ぶ）手法により、ごく近傍の通信範囲内で情報を送受信するようになされている。
【００３５】
（１−２）準静電界
かかる準静電界について更に詳しく述べる。まず、上述の（１）式に表した電界Ｅを、図１に示すように、原点から所定間隔だけ離れた位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における電界として表してみる。
【００３６】
このとき距離δだけ離れて電荷ｑと、電荷−ｑとが存在し、時刻ｔで電荷ｑが「Ｑｃｏｓωｔ」と変化すると仮定した場合に、電荷ｑの位置を原点とすると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における各電界Ｅｒ、Ｅθ及びＥφは、次式
【００３７】
【数２】

【００３８】
と表すことができる。
【００３９】
因みに、（２）式において電界Ｅφが「０」となるが、これは位置Ｐ（図１）からφ方向には電界が発生しないことを意味している。
【００４０】
ここで、（２）式に表される電界Ｅｒ及びＥθから、距離ｒに線形に反比例する成分（即ち放射電界）を分離すると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における放射電界Ｅ１ｒ及びＥ１θは、次式
【００４１】
【数３】

【００４２】
と表すことができ、また（２）式に表される電界Ｅｒ及びＥθから、距離ｒの２乗に反比例する成分（即ち誘導電磁界）を分離すると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における誘導電磁界Ｅ２ｒ及びＥ２θは、次式
【００４３】
【数４】

【００４４】
と表すことができ、さらに（２）式に表される電界Ｅｒ及びＥθから、距離ｒの３乗に反比例する成分（即ち準静電界）を分離すると、位置Ｐ（ｒ，θ，φ）における準静電界Ｅ３ｒ及びＥ３θは、次式
【００４５】
【数５】

【００４６】
と表すことができる。
【００４７】
因みに（３）式において放射電界Ｅ１ｒのみ「０」となるが、これは位置Ｐ（図１）から接線方向には放射電界が発生しないことを意味している。
【００４８】
次に、距離ｒに関する放射電界、誘導電磁界及び準静電界における成分別電界強度を表すために、かかる（３）式〜（５）式のうちの放射電界Ｅ１θ、誘導電磁界Ｅ２θ及び準静電界Ｅ３θについてもう少し整理してみる。
【００４９】
すなわち、波数ｋ〔ｍ−１〕は、角周波数をωとし、光速をｃとすると、次式
【００５０】
【数６】

【００５１】
に示す関係にあるので、当該波数ｋを（６）式に置き換え、また距離ｒによる周期的な電界強度変化に相当する「j・exp(-jkr)」については議論の本質とはならないので取り除き、さらに電荷ｑと電荷−ｑとの時間的変化の最大時を扱うため「ｃｏｓωｔ」を１とすると、次式
【００５２】
【数７】

【００５３】
となり、次いで、（７）式について距離δを１とし、電荷ｑ（＝Ｑ）を０．００１〔Ｃ〕とし、θをπ／２として整理すると、次式
【００５４】
【数８】

【００５５】
となる。
【００５６】
かかる（８）式に基づいて放射電界Ｅ１θ、誘導電磁界Ｅ２θ及び準静電界Ｅ３θにおける成分別電界強度を定性的にプロットした結果を図２及び図３に示す。
【００５７】
但し、図２及び図３においては、周波数１〔ＭＨｚ〕における成分別電界強度を示し、また図３においては、図２に示した成分別電界強度を指数（指数尺度）に置き換えて示している。
【００５８】
特に図３から明らかなように、放射電界Ｅ１θ、誘導電磁界Ｅ２θ及び準静電界Ｅ３θにおける成分別電界強度の等しくなる距離ｒ（以下、これを境界点と呼ぶ）が存在しており、当該境界点よりも遠方では放射電界Ｅ１θが支配的となり、これに対して境界点から近傍では準静電界Ｅ３θが支配的となっていることが分かる。
【００５９】
ところで境界点においては、上述の（８）式よれば、次式
【００６０】
【数９】

【００６１】
となるときであり、光速ｃは波長をλとし、周波数をｆとすると、次式
【００６２】
【数１０】

【００６３】
に示す関係にあり、一方、角周波数ωは次式
【００６４】
【数１１】

【００６５】
に示す関係にあるので、（１０）式と（１１）式とを（９）式に代入して整理すると、次式
【００６６】
【数１２】

【００６７】
となる。
【００６８】
（１２）式によれば、原点から境界点までの距離ｒについては波長λによって異なり、図４に示すように、波長λが長いほど準静電界Ｅ３θが支配的となる範囲（原点から境界点までの距離ｒ）は広くなる。
【００６９】
以上に述べたことをまとめてみると、空気の比誘電率εを１とし、空気中の波長をλとして仮定した場合、原点からの距離ｒが「ｒ＜λ／２π」である範囲内では、準静電界Ｅ３θは支配的となる。
【００７０】
本発明は、近接場通信手法により情報を送受信する際に、かかる（１２）式を充足する範囲を選定することにより、準静電界Ｅ３θが支配的となる空間上で当該情報を送受信するようになされている。
【００７１】
（１−３）準静電界と人体
ところで、人体に放射電界や誘導電磁界を発生させようとするならば当該人体に電流を流す必要があるが、人体はインピーダンスが非常に高いので、当該人体に電流を効率的に流すことは物理的に困難であり、また生理的にも好ましくない。しかしながら静電気については全く様相が異なってくる。
【００７２】
すなわち、日常我々が静電気を体感するという経験的事実からも示唆されるように、人体は非常に良く帯電する。また動作に応じた人体表面の帯電により準静電界が発生することも知られていることから、人体へ準静電界を発生させる場合には当該人体に通電する必要はなく帯電させればよい。
【００７３】
つまり、人体では極めて少ない電荷の移動（電流）により帯電し、当該帯電変化が瞬間的に人体表面周囲に伝わってその周囲からほぼ等方向へ準静電界の等電位面として形成されると共に、準静電界が支配的となる上述の（１２）式を充足する範囲内では放射電界や誘導電磁界の影響も少ないのでアンテナとして効率的に機能する。このことは本出願人による実験結果により既に確認されている。
【００７４】
本発明は、近接場通信手法として、所定の情報に応じて人体を帯電させることにより当該人体近傍の周囲へ等方に形成される準静電界を変調し、その結果人体近傍に情報を有する準静電界を形成させて当該情報を送受信するようになされている。
【００７５】
（１−４）準静電界と人体の歩行運動
既に述べたように、人体の動作に応じて人体表面が帯電するが、人体の動作における主な１つである歩行と帯電との関係をもう少し詳細に述べる。因みに、かかる関係については本出願人によって既に特願２００２−３１４９２０号で公開されている。
【００７６】
すなわち、人体の歩行運動による人体表面の帯電に伴って形成される準静電界（以下、これを歩行準静電界と呼ぶ）の強度の変位については、路面と足底面との間における電荷の移動のみならず、路面に対する足底面の剥離面積（又は接触面積）の変化、及び、当該路面と足底面との距離変化も密接に関与している。
【００７７】
いいかえれば、人体の歩行運動による人体表面の帯電変化においては、当該歩行運動による足の軌跡に応じた当該足と路面との間における静電容量変化及び電荷の変化によるものであり、左右足相互の動きの組合わさった、個人固有のパターンを反映している。よって、人体の歩行運動による人体表面の帯電変化パターンは生体（人体）の特徴を反映することになるので高い認証精度が期待できる。
【００７８】
そこで本発明は、人体の歩行運動による人体表面の帯電変化パターンに基づいて、人体固有の歩行パターンを表す生体識別情報を生成し、当該生体識別情報を用いて所定の認証処理を実行するようになされている。
【００７９】
一方、右足（左足）の爪先が完全に路面から離れた瞬間時においては、歩行態様の特性上、当該歩行態様の差異に係わらず左足は（右足）は路面に完全に着いている状態となる。
【００８０】
従って、かかる状態時には左右足相互間における帯電相互作用（干渉作用）が起こらず、当該状態時における歩行準静電界の強度の変位については最も大きい振幅のピークとして８Ｈｚ±２Ｈｚの帯域内に特異的に出現する。
【００８１】
なお、８Ｈｚ±２Ｈｚの帯域内に出現する振幅のピーク（以下、これを８Ｈｚピークと呼ぶ）の詳細事項については、本出願人によって既に公開された特願２００２−３１４９２０号（５頁・段落番号［００２４］〜１２頁・段落番号［００５６］）を参照されたい。但し、かかる発明でいう歩行運動とは、特にスピードを意識することなくほぼ平坦な路面を歩いている動きをいう。
【００８２】
このように歩行運動に伴って人体近傍に形成される歩行準静電界には最も大きい強度で８Ｈｚピークが出現するため、当該出現時に近接場通信の目的で人体を帯電させて当該人体近傍に情報を有する準静電界を形成しようとすると、当該８Ｈｚピークによって情報が破壊されてしまう可能性がある。
【００８３】
そこで本発明は、かかる８Ｈｚピークが出現するタイミングを避けながら人体を情報に応じて帯電させることにより、当該８Ｈｚピークによる情報の破壊を未然に回避するようになされている。
【００８４】
（１−５）準静電界と人体の組織構造
ところで、人体の表皮下の組織構造としては、図５に示すように、扁平上皮細胞で構成される表皮層ＳＬや真皮層ＢＬを有し、当該真皮層ＢＬには構造タンパク質に分類されるコラーゲンや、輸送タンパク質に分類されるヘモグロビン等の各種タンパク質が含まれている。かかる表皮下における組織構造のパターンが個人固有の情報であるといえることは本出願人によって既に確認されている。
【００８５】
かかる表皮下における組織のパターンの検出手法としては例えば２つの手法が考えられ、まず第１の手法においては、面状に形成された複数の微小電極を表皮表面にとりつけた人体が準静電界内に入ることによって帯電する当該人体の電位を、各微小電極で相対電位差として検出するものである。
【００８６】
第２の手法においては、上述したように人体の歩行運動により当該人体が帯電することを利用するものであって、面状に形成された複数の微小電極を表皮表面にとりつけた人体が歩行を行なった際に帯電する当該人体の電位を、各微小電極で相対電位差として検出するものである。
【００８７】
上述の２つの手法については、いずれも、各微小電極下の構造と微小電極間の静電容量の違いを検出したものであり、各微小電極下の組織構造、すなわち個人識別用の情報となる組織のパターンを検出していることにほかならない。また、かかる２つの手法については外部から皮膚に検出用の高周波信号を直接に印加しないので、当該検出の際に人体に生理的負担を与えないと考えられる。
【００８８】
ここで、例えば、人体の表面に配置したある微小電極をEN(i)、当該微小電極EN(i)の下にある真皮層ＢＬの最下位層までの距離をmd(i)、表皮層STの比誘電率をε、真空の誘電率をε₀とすると、当該距離md(i)における微小電極EN(i)と、当該微小電極EN(i)の下にある真皮層ＢＬの最下位層との間における静電容量Ｃ(i)は、次式
【００８９】
【数１３】

【００９０】
であり、人体が電荷Qに帯電しているときは、微小電極EN(i)が検出する電位はＶ(i)は、次式
【００９１】
【数１４】

【００９２】
である。実際には、微小電極EN(i)から真皮層ＢＬの最下位層までの距離md(i)だけでなく、皮静脈等の存在によっても検出電位は影響を受ける。
【００９３】
従って、真皮層ＢＬに含まれる例えば血管にのみ限定して正確に距離md(i)を求めることは困難で、表皮下の血管の存在も同時に測定値に反映されてしまう。表皮下の組織構造が個人固有の特徴を示し、かつ恒久性をもつことは指紋などで知られているが、静脈パターンも同様である。よって、各微小電極別の電位差パターンは当該電極下における表皮下組織と静脈を含めた生体組織の特徴を反映することになるので高い認証精度が期待できる。
【００９４】
そこで本発明は、かかる生体組織の特徴となる電位差パターンに基づいて、人体固有の組織パターンを表す生体識別情報を生成し、当該生体識別情報を用いて所定の認証処理を実行するようになされている。
【００９５】
このように本発明は、準静電界の性質と人体の性質とを利用するものであって、本発明の概要をまとめると、準静電界が支配的となる範囲内において、送信側では人体の歩行運動による人体表面の帯電変化に基づいて得られる歩行パターンと、生体組織パターンとを表す生体識別情報を生成した後、８Ｈｚピークの出現するタイミングを避けながら、近接場通信の目的で人体を帯電させることによりアンテナとして作用させ、その結果人体近傍に生体識別情報の有する準静電界を形成する。
【００９６】
一方、受信側では、人体近傍に形成される準静電界を介して生体識別情報を検出した後に、予め登録しておいた登録者情報を用いて所定の認証処理を実行するようにしたものであり、以下、本発明を適用した一実施の形態について述べる。
【００９７】
（２）本発明の一実施の形態
（２−１）認証システムの全体構成
図６において、１は全体として本発明を適用した認証システムの全体構成を示し、例えば会社の出入り口に設けられた認証装置２と、当該会社を利用する人体（以下、これを利用者と呼ぶ）における腕の所定位置へ装脱着可能に設けられた可搬型装置（以下、これをカード装置と呼ぶ）３とによって構成される。
【００９８】
認証装置２は、入出場用として設置された入出用通路部４と、当該入出用通路部４の出口側へ開閉自在に設けられた出口扉５とを有し、当該入出用通路部４を通過しようとする利用者に設けられたカード装置３との間で近接場通信し、必要に応じて閉鎖状態の出口扉５を開放するようになされている。
【００９９】
（２−２）カード装置の構成
図７に示すように、カード装置３は、電界検出部１０、送信部２０及び帯電誘導部３０によって構成される。
【０１００】
電界検出部１０においては、電界効果トランジスタ（以下、これをＦＥＴと呼ぶ）１１を有し、当該ＦＥＴ１１のゲートは検出電極１２及び誘電体１３を順次介して検出対象の利用者表皮ＯＳに接続され、当該ＦＥＴ１１のソース及びドレインはアンプ１４に接続される。
【０１０１】
かかる電界検出部１０においては、入出用通路部４に近づいてくる利用者表面における帯電に伴って、当該利用者近傍に形成される歩行準静電界ＨＳＥ（図７）の強度変化を、誘電体１３及び検出電極１２を順次介して検出し、これをアンプ１４を介して増幅歩行帯電変化信号Ｓ１として送信部２０に送出するようになされている。
【０１０２】
この場合、電界検出部１０においては、利用者の歩行運動に伴って形成される歩行準静電界ＨＳＥの強度変化が超低周波帯に現れるため、ハムノイズ等のノイズの影響を殆ど受けることなく当該強度変化を精度よく検出し得るようになされている。
【０１０３】
また電界検出部１０は、利用者表皮ＯＳに誘電体１３を直接当接することにより歩行準静電界ＨＳＥの強度変化を感度よく検出し得、さらに誘電体１３を誘電率の高い例えば軟質塩ビで形成することにより当該強度変化を一段と感度よく検出し得るようになされている。
【０１０４】
かかる構成に加えて、電界検出部１０は、ＦＥＴ１１とは電気的に分離した状態で当該ＦＥＴ１１の周囲を覆う導体の筐体１５を設けており、これにより利用者の歩行準静電界ＨＳＥの強度変化以外の検出を極力回避し得るようになされている。
【０１０５】
さらに、電界検出部１０においては、例えば図８に示すように、検出電極１２における利用者表皮ＯＳに対向する電極面１２ａがほぼ同形同大でなる複数の微小電極として分割されており、当該分割された各微小電極には対応するＦＥＴ及びアンプ（図示せず）が検出電極１２のＦＥＴ１１及びアンプ１４と同一の接続状態で、かつＦＥＴ１１への経路とは別経路で接続されている。
【０１０６】
従つて電界検出部１０（図７）においては、利用者の歩行運動に伴って当該利用者表皮に形成される歩行準静電界ＨＳＥの強度変化を検出電極１２の各微小電極を介して増幅歩行帯電変化信号Ｓ１としてローパスフィルタ（以下、これをＬＰＦと呼ぶ）２２に送出すると共に、当該強度変化を検出電極１２の各微小電極を介して局所的な増幅歩行帯電変化信号Ａ１〜Ａｎとして組織情報生成部２１に送出するようになされている。
【０１０７】
ここで、この一実施の形態における歩行運動とは、特にスピードを意識することなくほぼ平坦な路面を歩いている動きをいう。
【０１０８】
送信部２０は、組織情報生成部２１、ＬＰＦ２２、波形処理部２３及び変調回路２４によって構成されており、電界検出部１０から与えられる増幅歩行帯電変化信号Ｓ１及び増幅歩行帯電変化信号Ａ１〜Ａｎのうち、当該増幅歩行帯電変化信号Ａ１〜Ａｎを組織情報生成部２１に入力すると共に当該増幅歩行帯電変化信号Ｓ１をＬＰＦ２２に入力する。
【０１０９】
因みに、増幅歩行帯電変化信号Ａ１〜Ａｎは、図５について上述したように、各微小電極おいて人体の電位を相対電位差として検出されたものであって、検出電極１２下にある表皮下組織と静脈を含めた生体組織の特徴を表す電位差パターンとなっている。
【０１１０】
組織情報生成部２１は、増幅歩行帯電変化信号Ａ１〜Ａｎに基づいてアナログディジタル変換処理を実行してディジタル化し、当該ディジタル化された各増幅歩行帯電変化データに基づいて、検出電極１２下における表皮下の組織パターンを２次元で表す組織情報Ｄ５として生成し、これを変調回路２４に送出する。
【０１１１】
ＬＰＦ２２は、アンプ１４から与えられる増幅歩行帯電変化信号Ｓ１のうち例えば２０Ｈｚ以下における低周波数成分を抽出し、これを歩行帯電変化信号Ｓ２として波形処理部２３に送出する。
【０１１２】
波形処理部２３は、図９に示すように、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部４１、ピーク検出部４２、ピーク予測部４３、マスキング時間決定部４４及び歩行情報生成部４５によって構成されており、ＬＰＦ２２から与えられる歩行帯電変化信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換部４１によりディジタル化し、その結果得られる歩行帯電変化データＤ１をピーク検出部４２及び歩行情報生成部４５に送出する。
【０１１３】
ピーク検出部４２は、図１０（Ａ）に示すように、Ａ／Ｄ変換部４１から与えられる歩行帯電変化データＤ１における帯電変化波形のうち８Ｈｚ±２Ｈｚの帯域を監視するようになされており、当該帯域に出現する８ＨｚピークＰｘを検出する。
【０１１４】
このときピーク検出部４２は、カード装置３内のクロックに基づいて８ＨｚピークＰｘを検出した時刻（以下、これを現時刻と呼ぶ）ｔ(n) を現時刻データＤ２として生成し、これをピーク予測部４３に送出する。
【０１１５】
ピーク予測部４３は、現時刻ｔ(n) に出現した８ＨｚピークＰｘよりも１つ前に出現した過去の８ＨｚピークＰｘの時刻（以下、これを過去時刻と呼ぶ）ｔ(n-1) を内部メモリ（図示せず）に記憶しており、当該現時刻ｔ(n) と過去時刻ｔ(n-1) とに基づいて、当該現時刻ｔ(n) に出現した８ＨｚピークＰｘの次に出現するであろう未来の８ＨｚピークＰｘの時刻（以下、これを未来時刻と呼ぶ）ｔ(n+1) について、次式
【０１１６】
【数１５】

【０１１７】
のように現在時刻ｔ(n) と過去時刻ｔ(n-1) との差分を、当該現在時刻ｔ(n) に加算することにより予測する。
【０１１８】
そしてピーク予測部４３は、未来時刻ｔ(n+1) を予測時刻データＤ３として生成した後、当該予測時刻データＤ３及び現在時刻データＤ２をマスキング時間決定部４４に送出する。
【０１１９】
マスキング時間決定部４４は、図１０（Ｂ）に示すように、後段の変調回路２４（図７）で変調する時間帯（以下、これをマスキング時間帯と呼ぶ）ＭＴＺを、当該マスキング時間帯ＭＴＺの開始時刻ＳＴ(n) と終了時刻ＦＴ(n) とを算出することにより決定する。
【０１２０】
具体的にマスキング時間決定部４４は、８ＨｚピークＰｘの出現時から所定の振幅レベルとなるまでの期間（以下、これをピーク逓減予測期間と呼ぶ）Δｔ１を予め設定しており、マスキング時間帯ＭＴＺの開始時刻ＳＴ(n) について、次式
【０１２１】
【数１６】

【０１２２】
に従って算出する。
【０１２３】
またマスキング時間決定部４４は、所定の振幅レベルから８ＨｚピークＰｘに達するまでの期間（以下、これをピーク逓増予測期間と呼ぶ）Δｔ２を予め設定しており、マスキング時間帯ＭＴＺの終了時刻ＦＴ(n) について、次式
【０１２４】
【数１７】

【０１２５】
に従って算出する。
【０１２６】
このようにマスキング時間決定部４４は、８ＨｚピークＰｘと、その次に出現する８ＨｚピークＰｘとの間（以下、これを８Ｈｚピーク間隔と呼ぶ）ＰＳから、予め設定されたピーク逓減予測期間Δｔ１及びピーク逓増予測期間Δｔ２を省くことにより当該８ＨｚピークＰｘを避けたマスキング時間帯ＭＴＺを決定し、これをマスキング時間データＤ４として変調回路２４（図７）に送出するようになされている。
【０１２７】
一方、歩行情報生成部４５は、Ａ／Ｄ変換部４１から与えられる歩行帯電変化データＤ１を所定時間だけ取り込み、当該所定時間分の歩行帯電変化データＤ１における帯電変化波形に出現する８ＨｚピークＰｘ（図１０（Ａ））を全て認識し、当該認識した８ＨｚピークＰｘの８Ｈｚピーク間隔ＰＳ（図１０（Ｂ））のうち予め内部メモリに記憶されているピーク間隔の平均幅情報に比して所定の許容範囲外となる８Ｈｚピーク間幅ＰＳを除去する。
【０１２８】
この場合、歩行情報生成部４５は、８ＨｚピークＰｘを指標としていることにより、定常歩行運動部分に相当する８Ｈｚピーク間幅ＰＳだけを的確に残し得るようになされている。
【０１２９】
次に、歩行情報生成部４５は、図１１に示すように、８ＨｚピークＰｘの中心位置から当該８ＨｚピークＰｘの前後にそれぞれ存在する８ＨｚピークＰｘの中間位置までを１歩波形ＴＨとして切り出す。
【０１３０】
この場合も、歩行情報生成部４５は、８ＨｚピークＰｘを指標としていることにより、歩行運動における実際の１歩に相当する１歩波形ＴＨとして的確に切り出し得るようになされている。
【０１３１】
そして歩行情報生成部４５は、１歩波形ＴＨを時間軸方向にほぼ等間隔でなる例えば２１個の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に分割し、当該分割した細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係る振幅値（帯電変化強度の値）をそれぞれ積分及び正規化し、その結果得られる２１つの積分値を、１歩波形ＴＨにおける部分毎の特徴（歩行パターン）を表わす歩行情報Ｄ７として生成し、これを変調回路２４（図７）に送出する。
【０１３２】
変調回路２４は、カード装置３の製造時等に予め当該カード装置３内のメモリ（図示せず）に格納されたＩＤ（IDentifier)情報Ｄ６についてデータ変調処理を実行した後に、組織情報生成部２１から与えられる組織情報Ｄ５についてデータ変調処理を実行し、最後に歩行情報生成部４５から与えられる歩行情報Ｄ７についてデータ変調処理を実行する。因みに、変調回路２４は、かかるデータ変調処理を実行するデータ順番については所定の設定操作により適宜変更し得るようになされている。
【０１３３】
具体的に変調回路２４は、ＩＤ情報Ｄ６（組織情報Ｄ５又は歩行情報Ｄ７）について所定の変調方式によりデータ変調処理を実行することにより高周波でなる変調信号ＨＳを生成し、マスキング時間決定部４４から与えられるマスキング時間データＤ４におけるマスキング時間帯ＭＴＺのみ変調信号ＨＳを帯電誘導電極３１に印加する。
【０１３４】
帯電誘導電極３１は、変調回路２４からマスキング時間帯ＭＴＺだけ与えられる変調信号ＨＳの周波数に応じて振動し、当該振動に応じて準静電界（変調信号ＨＳ）が帯電誘導電極３１から発生する。
【０１３５】
かかる準静電界（変調信号ＨＳ）により利用者は、帯電誘導電極３１の振動（変調信号ＨＳ）に応じてマスキング時間帯ＭＴＺだけ帯電することによりアンテナとして作用し、図１０（Ｃ）に示すように、利用者表面周囲にはほぼ等方へ当該振動に応じた準静電界（以下、これを情報伝送準静電界と呼ぶ）ＤＳＥ（図６）が広がる。
【０１３６】
このようにして送信部２０においては、利用者の帯電状態を変化させることにより当該利用者をアンテナとして作用させ、その結果、ＩＤ情報Ｄ６（組織情報Ｄ５又は歩行情報Ｄ７）の重畳された情報伝送準静電界とＤＳＥを形成し得るようになされている。
【０１３７】
その際、送信部２０においては、歩行準静電界ＨＳＥにおける強度変化のうち最も大きい強度で出現する８ＨｚピークＰｘを避けたマスキング時間帯ＭＴＺ（図１０）に利用者を帯電させることにより、当該８ＨｚピークＰｘによって情報伝送準静電界ＤＳＥに重畳されるＩＤ情報Ｄ６が破壊されてしまうことを未然に回避し得るようになされている。
【０１３８】
ここで、送信部２０においては、空気の比誘電率εを１とし、空気中の波長をλとし、カード装置３と認証装置２との間で通信する際の最大距離をｒとし、帯電誘導電極３１に与える変調信号ＨＳの周波数をｆとして上述の（１２）式に（１０）式を代入して整理すると、次式
【０１３９】
【数１８】

【０１４０】
を充足する周波数ｆに応じて振動する準静電界を帯電誘導電極３１から利用者に伝え得るようになされている。
【０１４１】
従って送信部２０は、入出用通路部４上を通過しようとする利用者をアンテナとして作用させて近接場通信する際には、図３及び図４について上述したように、当該通信空間を常に非伝搬性の情報伝送準静電界ＤＳＥ（図６）が支配的となる空間（実質的に閉じた空間）として形成することができ、その結果、当該通信空間外に通信内容が伝わらない程度に通信出力を弱めることができ、通信内容の秘匿性を一段と確保することができるようになされている。
【０１４２】
ところで、送信部２０は、実際には図示しない制御部により、所定の送信プログラムに従って組織情報生成部２１、ＬＰＦ２２、波形処理部２３及び変調回路２４における送信処理をソフトウェア的に実行するようになされており、当該送信処理の手順について以下のフローチャートを用いて述べる。
【０１４３】
図１２に示すように、送信部２０は、ルーチンＲＴ１の開始ステップから次のステップＳＰ１へ移り、電界検出部１０から与えられる増幅歩行帯電変化信号Ｓ１における低周波数成分を抽出して歩行帯電変化信号Ｓ２を生成し、次のステップＳＰ２へ移る。
【０１４４】
ステップＳＰ２において送信部２０は、歩行帯電変化信号Ｓ２に基づいてアナログディジタル変換を実行することにより歩行帯電変化データＤ１を生成し、次のマスキング時間決定処理ルーチンＳＲＴ１へ移る。
【０１４５】
図１３に示すように、ステップＳＰ１１において送信部２０は、ステップＳＰ２（図１２）で生成した歩行帯電変化データＤ１に基づいて８ＨｚピークＰｘ（図１０（Ａ））を検出し、その現時刻ｔ(n) を認識した後、次のステップＳＰ１２へ移る。
【０１４６】
ステップＳＰ１２において送信部２０は、ステップＳＰ１１で検出した８ＨｚピークＰｘの次に検出されるであろう８ＨｚピークＰｘの未来時刻ｔ(n+1) を上述の（１５）式により予測し、次のステップＳＰ１３へ移る。
【０１４７】
ステップＳＰ１３において送信部２０は、ステツプＳＰ１１で認識した現時刻ｔ(n) と、ステツプＳＰ１２で予測した未来時刻ｔ(n+1) に基づいて、上述の（１６）式及び（１７）式により開始時刻ＳＴ(n) と終了時刻ＦＴ(n)とを算出することによりマスキング時間帯ＭＴＺを決定し、次の歩行情報生成処理ルーチンＳＲＴ２（図１２）へ移る。
【０１４８】
図１４に示すように、ステップＳＰ２１において送信部２０は、ステップＳＰ２（図１２）で生成した歩行帯電変化データＤ１を所定時間分だけ取り込み、次のステップＳＰ２２へ移る。
【０１４９】
ステップＳＰ２２において送信部２０は、ステップＳＰ２１で取り込んだ所定時間分の歩行帯電変化データＤ１に出現する８ＨｚピークＰｘ（図１０（Ａ））を全て認識した後、次のステップＳＰ２３へ移る。
【０１５０】
ステップＳＰ２３において送信部２０は、ステップＳＰ２２で認識した８ＨｚピークＰｘの８Ｈｚピーク間隔ＰＳ（図１０（Ｂ））のうち、歩き始めや歩き終わりの際の歩行運動あるいは立ち止まり時等の定常歩行運動以外に相当する８Ｈｚピーク間隔ＰＳを除去し、次のステップＳＰ２４へ移る。
【０１５１】
ステップＳＰ２４において送信部２０は、ステップＳＰ２３で定常歩行運動部分に相当する歩行帯電変化データＤ１における波形のうち１歩波形ＴＨ（図１１）を切り出し、次のステップＳＰ２５へ移る。
【０１５２】
ステップＳＰ２５において送信部２０は、ステップＳＰ２４で切り出した１歩波形ＴＨについて例えば２１個の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に分割し、当該細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１に係る振幅値を積分及び正規化することにより歩行情報Ｄ７を生成し、次のステップＳＰ３（図１２）へ移る。
【０１５３】
ステップＳＰ３において送信部２０は、電界検出部１０から与えられる増幅歩行帯電変化信号Ａ１〜Ａｎに基づいて組織情報Ｄ５を生成し、次のステップＳＰ４へ移る。
【０１５４】
ステツプＳＰ４において送信部２０は、カード装置３内のメモリから供給されるＩＤ情報Ｄ６、ステップＳＰ３で生成した組織情報Ｄ５又は歩行情報生成処理ルーチンＳＲＴ２で生成した歩行情報Ｄ７についてデータ変調処理を実行することにより変調信号ＨＳを生成し、次のステップＳＰ５へ移る。
【０１５５】
ステップＳＰ５において送信部２０は、変調時間決定処理ルーチンＳＲＴ１で決定したマスキング時間帯ＭＴＺの際に、ステップＳＰ４で生成した変調信号ＨＳを帯電誘導電極３１に印加して利用者の帯電状態を変化させることにより、当該利用者の近傍に形成される歩行準静電界ＨＳＥ（図６）を変調し（図１０（Ｃ））、次のステップＳＰ６へ移る。
【０１５６】
この場合、利用者表面周囲に等方へ形成された情報伝送準静電界ＤＳＥ（図６）は、認証装置２によって取り込まれるようになされている。
【０１５７】
ステップＳＰ６において送信部２０は、ステップＳＰ４でデータ変調処理を実行し終わったか否かを判定する。ここで否定結果が得られた場合、送信部２０は、ステップＳＰ４に戻って再びデータ変調処理を実行し、これに対して肯定結果が得られた場合、送信部２０は、次のステップＳＰ７へ移って送信処理を終了する。
【０１５８】
このように送信部２０においては、歩行準静電界ＨＳＥにおける強度変化のうち最も大きい強度で出現する８ＨｚピークＰｘを避けたマスキング時間帯ＭＴＺ（図１０）にのみ利用者の帯電状態を変化させることにより当該利用者をアンテナとして作用させ、当該８ＨｚピークＰｘによって変調信号ＨＳが破壊されることを回避した状態で、情報伝送準静電界ＤＳＥ（図６）を利用者近傍に形成し得るようになされている。
【０１５９】
（２−３）認証装置の構成
図１５に示すように、認証装置２は、電界検出部５０及び認証処理部６０によって構成される。
【０１６０】
電界検出部５０は、例えば入出用通路部４の入口側の内側面に設けられており、カード装置３側の電界検出部１０（図７）における検出電極１２に代えて、図８で上述したような微小電極のない（電極面が分割されていない）検出電極５２を有し、その他の構成については当該電界検出部１０と同一構成でなる。
【０１６１】
認証処理部６０は、カード装置３側の送信部２０（図７）と同一のＬＰＦ２２と、歩行情報生成部４５（図９）を除いた波形処理部２３と同一構成の波形処理部６１と、認証部６２とによって構成される。
【０１６２】
認証装置２は、入出用通路部４を通過しようとして近づいてくる利用者近傍に形成される情報伝送準静電界ＤＳＥ（歩行準静電界ＨＳＥ）における強度変化を、カード装置３とほぼ同時期に電界検出部５０及びアンプ１４を順次介して増幅帯電変化信号Ｓ１１として検出し、これをＬＰＦ２２により低周波成分のみを抽出して帯電変化信号Ｓ１２として波形処理部６１及び認証部６２に送出する。
【０１６３】
この場合、波形処理部６１は、帯電変化信号Ｓ１２に基づいて図１３について上述した場合と同様の各処理をカード装置３側と同時進行で実行することにより、当該カード装置３側と同じ時間帯でなるマスキング時間帯ＭＴＺを決定した後、これをマスキング時間データＤ１４として認証部６２に送出する。
【０１６４】
認証部６２は、波形処理部６１から供給されるマスキング時間データＤ１４と、ＬＰＦ２２から供給される帯電変化信号Ｓ１２とに基づいて、予め内部メモリ（図示せず）に格納されたＩＤリストと、所定の登録処理によって内部メモリに予め登録された登録者組織情報及び登録者歩行情報とを用いて所定の認証処理を実行するようになされている。
【０１６５】
ここで、かかる登録処理においては、例えば、カード装置３を利用者に支給する際に、当該支給するカード装置３における検出電極１２（図７）を利用者の腕に当接しようとする位置と同一位置に、所定の登録装置における検出電極（図示せず）を当接した利用者が歩行運動している状態で実行される。
【０１６６】
この場合、登録装置は、カード装置３と同様にして検出電極下における表皮下の組織パターンを２次元で表す登録者組織情報を生成して認証装置２の内部メモリに登録し、またカード装置３と同様にして例えば図１６に示すように、５歩分の１歩波形ＴＨをそれぞれ２１位個の細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１（図１１）に分割した後に、積分及び正規化した結果得られる当該各細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１それぞれに係る５つの積分値の組（以下、これを登録パラメータ群と呼ぶ）ＧＲ１〜ＧＲ２１における分布状態を、登録者であることを部分毎に証明するための範囲を表わす登録者歩行情報として認証装置２の内部メモリに登録するようになされている。
【０１６７】
認証部６２は、認証処理として、まず、マスキング時間帯データＤ１４におけるマスキング時間帯ＭＴＺのみ、ＬＰＦ２２から与えられる帯電変化信号Ｓ１２に対して所定の復調方式により復調処理を施し、当該帯電変化信号Ｓ１２（情報伝送準静電界ＤＳＥ）に重畳されたＩＤ情報Ｄ６、組織情報Ｄ５又は歩行情報Ｄ７を抽出する。
【０１６８】
次に、認証部６２は、第１段階として、内部メモリに格納されたＩＤリストとＩＤ情報Ｄ６とを照合し、当該ＩＤリスト中にＩＤ情報Ｄ６と一致する情報があった場合にのみ第２段階として、内部メモリに記憶されている登録者組織情報と組織情報Ｄ５とを照合し、当該組織情報Ｄ５と一致する登録者組織情報があった場合にのみ第３段階として、内部メモリに記憶されている登録者歩行情報と歩行情報Ｄ７とを照合し、当該歩行情報Ｄ７と一致する登録者歩行情報があった場合にのみ入出用通路部４（図７）の出口扉５を開放するようになされている。
【０１６９】
ところで、認証処理部６０は、実際には図示しない制御部により、所定の認証プログラムに従ってＬＰＦ２２、波形処理部６１及び認証部６２における認証処理をソフトウェア的に実行するするようになされており、当該認証処理の手順について以下のフローチャートを用いて述べる。
【０１７０】
図１７に示すように認証処理部６０は、ルーチンＲＴ２の開始ステップから次のステップＳＰ３１へ移り、カード装置３と同時期に電界検出部５０によって検出され、供給される増幅帯電変化信号Ｓ１１について、当該カード装置３と同一でなる上述のステップＳＰ１及びＳＰ２（図１２）の各処理を実行することにより帯電変化データを生成し、次のマスキング時間決定処理ルーチンＳＲＴ１１へ移る。
【０１７１】
変調時間決定処理ルーチンＳＲＴ１１において認証処理部６０は、ステップＳＰ３１で生成した帯電変化データについて、カード装置３と同一でなる上述のマスキング時間決定処理ルーチンＳＲＴ１（図１３）の各処理を実行することによりマスキング時間帯ＭＴＺを決定し、次のステップＳＰ３２へ移る。
【０１７２】
ステップＳＰ３２において認証処理部６０は、マスキング時間決定処理ルーチンＳＲＴ１１で決定したマスキング時間帯ＭＴＺの際に、ステップＳＰ３１で生成した帯電変化データについてデータ復調処理を実行することにより、当該帯電変化データに重畳されたＩＤ情報Ｄ６、組織情報Ｄ５又は歩行情報Ｄ７を抽出し、次のステップＳＰ３３へ移る。
【０１７３】
ステップＳＰ３３において認証処理部６０は、ステップＳＰ３２で抽出したＩＤ情報Ｄ６と、予め内部メモリに格納されたＩＤリストとを照合し、当該ＩＤリスト中にＩＤ情報Ｄ６と一致する情報があるか否かを判定する。
【０１７４】
ここで否定結果が得られると、このことは会社側で支給したカード装置３ではない偽造等の装置であることを表わしており、このとき認証処理部６０は、次のステップＳＰ３６に移って認証処理を終了する。
【０１７５】
これに対して肯定結果が得られると、このことは会社側で支給したカード装置３であることを表わしており、このとき認証処理部６０は、次のステップＳＰ３４へ移る。
【０１７６】
ステップＳＰ３４において認証処理部６０は、ステップＳＰ３２で抽出した組織情報Ｄ５と、予め内部メモリに登録された登録者組織情報とを照合し、当該組織情報Ｄ５と一致する登録者組織情報があるか否かを判定する。
【０１７７】
ここで否定結果が得られると、このことはカード装置３を有する利用者が会社関係者ではないことを表しており、このとき認証処理部６０は、次のステップＳＰ３６へ移って認証処理を終了する。
【０１７８】
これに対して肯定結果が得られると、このことはカード装置３を有する利用者が会社関係者である可能性が高いことを表しており、このとき認証処理部６０は、次の歩行照合処理ルーチンＳＲＴ１３へ移る。
【０１７９】
図１８に示すように、認証処理部６０は、ステップＳＰ４１において図１９に示すように、ステップＳＰ３２で抽出した歩行情報Ｄ７における細分区間ＣＳＵ１の積分値ＣＰと、予め内部メモリに登録された例えば３人分の登録者歩行情報のうち、当該細分区間ＣＳＵ１に対応する３人分の登録パラメータ群ＧＲ１ａ〜ＧＲ１ｃの各重心位置とのマハラノビス距離を求める。
【０１８０】
また認証処理部６０は、残りの各細分区間ＣＳＵ２〜ＣＳＵ２１の積分値についても同様にしてマハラノビス距離を求め、次のステップＳＰ４２へ移る。
【０１８１】
ステップＳＰ４２において認証処理部６０は、ステップＳＰ４１で細分区間ＣＳＵ１〜ＣＳＵ２１ごとに求めたマハラノビス距離を登録者毎に合計し、当該合計した登録者毎のマハラノビス距離（以下、これを合計マハラノビス距離と呼ぶ）に基づいて、カード装置３を有する利用者が登録者本人である可能性がどの程度であるかを表す登録者識別率をそれぞれ算出し、次のステップＳＰ４３へ移る。
【０１８２】
実際上、認証処理部６０は、合計マハラノビス距離が小さいほど高い登録者識別率を算出し、これに対して合計マハラノビス距離が大きいほど低い登録者識別率を算出するようになされている。
【０１８３】
ステップＳＰ４３て認証処理部６０は、ステップＳＰ４２で算出された複数の登録者識別率のいずれかが９０％以上であるか否かを判定する。ここで否定結果が得られると、このことは利用者の１歩と、内部メモリに既に登録された登録者の１歩との一致率が悪い、即ち利用者が登録者本人ではないことを表しており、このとき認証処理部６０は、利用者が登録者ではないと識別し、次のステップＳＰ３６へ移って認証処理を終了する。
【０１８４】
これに対して肯定結果が得られると、このことは利用者が登録者本人であることを表しており、このとき認証処理部６０は、利用者が会社関係者であると認識し、次のステップＳＰ３５（図１７）へ移る。
【０１８５】
ステップＳＰ３５において認証処理部６０は、入出用通路部４の出口扉５（図６）を開放した後、次のステップＳＰ３６へ移って認証処理を終了する。
【０１８６】
このように認証処理部６０は、ＩＤ情報Ｄ６に基づいてカード装置３自体の識別性を判定するのみならず、組織情報Ｄ５（生体組織パターン）や歩行情報Ｄ７（歩行パターン）に基づいて利用者の識別性をも判定することにより、当該情報Ｄ５〜Ｄ７に対する暗号化処理等の特別な処理をカード装置３側で施すこともなくカード装置３と利用者との関係を確実に識別することができ、従って、カード装置３を盗用した第三者があたかも利用者（会社関係者）に成り代わって入出用通路部４を通過することさえも規制し得るようになされている。
【０１８７】
（２−４）近接場通信における補助手段
かかる構成に加えて認証システム１においては、図２０に示すように、入出用通路部４の床面（以下、これを経路床面と呼ぶ）Ｙ１をアース（以下、これを建物床面と呼ぶ）Ｙ２へ接地せずに、当該建物床面Ｙ２から所定の空間ｄｘ（空隙）だけ隔てた状態で、経路床面Ｙ１を設けるようになされている。
【０１８８】
この場合、経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間における空間ｄｘの分だけ利用者の足と建物床面Ｙ２との間の静電容量を、当該利用者と側面電極７との間の静電容量よりも小さくすることができ、当該利用者足元から建物床面Ｙ２への情報伝送準静電界ＤＳＥ（歩行準静電界ＨＳＥ）の漏洩を抑制し得るようになされている。
【０１８９】
これに加えて例えば建物床面Ｙ２における鉄骨同士の接合面の隙間や、当該鉄骨の錆による電気的に不安定な状態から生じる放電ノイズ等、建物床面Ｙ２の不整合により生じるノイズ（以下、これを環境ノイズと呼ぶ）ＫＮが、経路床面Ｙ１から利用者へ誘導されることをも回避し得るようになる。
【０１９０】
従って通信システムでは、利用者を帯電させた際に、当該帯電変化が瞬間的に利用者表面周囲に伝わってその周囲からほぼ等方向へ形成される情報伝送準静電界ＤＳＥ（歩行準静電界ＨＳＥ）の等電位面を、一段と安定した状態で形成させることができ、かくして、近接場通信の安定化を図り得るようになされている。
【０１９１】
このことは人体が理想的なダイポールアンテナとして機能した際の準静電界の等電位面を示す図２１と、本実施の形態による実験結果を示す図２２とを比較すれば視覚的にも分かる。
【０１９２】
さらに、通信システム１の認証装置２は、図２３に示すように、検出電極５２からＦＥＴ１１及びアンプ１４を順次介して認証処理部６０までにわたる経路の途中での信号の漏洩を抑制するようになされており、具体的には第１にＦＥＴ１１とは電気的に分離した状態で導体の筐体１５を分離し、第２に当該受信経路における接地を認証処理部６０だけにする。
【０１９３】
また認証装置２は、かかる漏洩を抑制する手段として、第３にＦＥＴ１１と接地との間における静電容量ＳＣ１を、当該ＦＥＴ１１から認証処理部６０を介して接地するまでの間における静電容量ＳＣ２に比して低減するようになされており、例えばＦＥＴ１１と接地との間隔（高さ）を大きくする。
【０１９４】
これにより認証装置２は、検出電極５２により検出された情報伝送準静電界ＤＳＥ（歩行準静電界ＨＳＥ）をＦＥＴ１１を介して認証処理部６０にまで効率よく誘導することができ、かくして、利用者に形成される情報伝送準静電界ＤＳＥを感度良く受信することができるようになされている。
【０１９５】
（２−５）動作及び効果
以上の構成において、認証システム１においては、入出用通路部４（図６）を通過するために必須の動作である利用者の歩行運動の最中に、当該利用者近傍に形成される歩行準静電界ＨＳＥに基づいて、利用者固有パターンの生体識別情報としての組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７を検出電極５２からＦＥＴ１１を介して検出するようにした。
【０１９６】
従って認証システム１では、利用者に何ら動作を規制することなく、暗号化等の特別な処理を施すこともなく利用者固有となる識別性の高い情報を得ることができる。
【０１９７】
また認証システム１では、かかる組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７を同一の検出電極５２から得るようにしたことより、その分小型化を図り得ると共に、人体に対する装着面積を低減する分だけ利用者への違和感を取り除くことができる。
【０１９８】
この状態において認証システム１は、カード装置３では利用者固有の組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７（ＩＤ情報Ｄ６）に応じて変調した準静電界を帯電誘導電極３１から発生することにより利用者を帯電させ、当該利用者近傍へ等方に形成される秘匿性のある情報伝送準静電界ＤＳＥを介して送信する。
【０１９９】
その際、認証システム１においては、準静電界の性質と利用者（人体）の性質とを利用し、利用者固有である歩行のパターンのうち人体に共通する８ＨｚピークＰｘを、送信側のカード装置３と受信側の認証装置２とが同時に検出しながら同一の処理を実行することによりマスキング時間幅ＭＴＺを決定するようにした。
【０２００】
このように認証システム１においては、入出用通路部４（図７）を通過するために必須の動作である利用者の歩行運動の最中に、利用者の帯電又は歩行により発生する準静電界を用いて、送受信間で同期を取るのみならず、固有の組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７をも取得し、さらには利用者に発生する準静電界をアンテナとして組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７を送受信することにより、通信の際の効率性を格段に向上することができる。
【０２０１】
一方、認証システム１においては、カード装置３自体の識別性を判定するのみならず、利用者固有の組織情報Ｄ５（生体組織パターン）や歩行情報Ｄ７（歩行パターン）の識別性をも判定することにより、当該情報Ｄ５〜Ｄ７に対する暗号化処理等の特別な処理をカード装置３側で施すこともなくカード装置３と利用者との関係までをも確実に識別することができる。
【０２０２】
以上の構成によれば、準静電界を用いて、送受信間で同期を取るのみならず、固有の組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７をも取得し、さらには利用者に発生する準静電界をアンテナとして組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７を送受信することにより、準静電界を介して利用者近傍において方向性の制約もなく秘匿性を確保した状態で、かつ利用者に所定の動作を強要もせずに情報の送受信を実現することができると共に、人体固有の情報に基づいて装置と人体との関係をも識別することができ、かくして、準静電界を用いた通信の際における自由度を向上することができる。
【０２０３】
（３）他の実施の形態
上述の実施の形態においては、人体固有の生体情報を生成する生体情報生成手段として、電界検出部１０の検出電極１２を介して供給される増幅歩行帯電変化信号Ａ１〜Ａｎに基づいて組織情報Ｄ５を生成する組織情報生成部２１、又は当該検出電極１２を介して供給される増幅歩行帯電変化信号Ｓ１に基づいて歩行情報Ｄ７を生成する歩行情報生成部４５を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、指紋や細胞等のこの他種々の生体に関する生体情報を生成するこの他種々の生体情報生成手段を幅広く適用することができる。
【０２０４】
上述の実施の形態においては、歩行情報生成手段としての歩行情報生成部４５により、人体の歩行運動に伴って当該人体に形成される歩行準静電界ＨＳＥの強度変位のうち８ＨｚピークＰｘを検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば早歩き運動、階段の昇降運動又は足踏み運動等、要は、一方の足底面全体が着地し、かつ他方の爪先が離地した直後の状態を含むこの他種々の２足歩行運動に伴って当該人体に形成される電界変位のピークを検出するようにしても良い。
【０２０５】
この場合、右足（左足）が完全着地状態から、当該右足（左足）の爪先が離地した直後に至るまでの移動速度に応じて歩行波形における振幅のピークが可変するので、８Ｈｚピークに代えて、検出対象とすべき２足歩行運動時における右足（左足）が完全着地状態から当該右足（左足）の爪先が離地した直後に至るまでの移動速度に応じた周波数帯域に出現する振幅のピークを指標として検知すれば、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２０６】
さらにこの場合、マスキング時間決定部４４では、検出対象とすべき２足歩行運動時における右足（左足）が完全着地状態から当該右足（左足）の爪先が離地した直後に至るまでの移動速度に応じた周波数帯域に対応させてピーク逓減予測期間Δｔ１及びピーク逓増予測期間Δｔ２を変更するようにすれば、一段と安定した状態で近接場通信することができる。
【０２０７】
また上述の実施の形態においては、送信装置としてのカード装置３を利用者の腕の所定位置に当接するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばピアス内に組み込む等、利用者への表皮であればこの他種々の位置へ当接することができる。
【０２０８】
さらに上述の実施の形態においては、カード装置３をカード形状とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の形状にすることができ、要は可搬型に構成されていれば良い。
【０２０９】
さらに上述の実施の形態においては、建物床面Ｙ２（図２０）から所定の空間ｄｘだけ隔てて経路床面Ｙ１を入出用通路部４に設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該空間ｄｘに比誘電率の低い部材を充填するようにしても良い。
【０２１０】
この場合、経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間に充填される部材の比誘電率をεとし、当該経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間における隙間をｄｘとし、真空の誘電率をε0 とし、利用者の足裏面積をS とすると、利用者の足と建物床面Ｙ２との間の静電容量ＣＹ２は、次式
【０２１１】
【数１９】

【０２１２】
の関係に近似するので、かかる関係を考慮してゲート床面Ｙ１と接地面Ｙ２との間における距離ｄｘと、ゲート床面Ｙ１と接地面Ｙ２との間に充填する部材との比誘電率をεを選定すれば、利用者と検出電極５２との間の静電容量よりも利用者の足と接地面Ｙ２との間の静電容量ＣＹ２を確実に小さくすることができ、かくして、当該利用者足元から接地面Ｙ２への情報伝送準静電界ＤＳＥ（歩行準静電界ＨＳＥ）の漏洩を一段と抑制して近接場通信の安定化をより一層図ることができる。
【０２１３】
さらに上述の実施の形態においては、利用者とアースとの電気的結合を抑制する結合抑制手段として、建物床面Ｙ２（図２０）から所定の空間ｄｘだけ隔てて経路床面Ｙ１を入出用通路部４に設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図２４に示すように、経路床面Ｙ１に敷設され、当該建物床面Ｙ２に接地されたノイズ吸収接地ライン８０を設けるようにしても良い。
【０２１４】
この場合、上述の実施の形態と同様に、建物床面Ｙ２の不整合により生じるノイズ（以下、これを環境ノイズと呼ぶ）ＫＮが、経路床面Ｙ１から利用者へ誘導されることをも回避でき、近接場通信の安定化を図ることができる。また経路床面Ｙ１と建物床面Ｙ２との間に空間ｄｘを設けると共にノイズ吸収接地ライン８０を設けるようにすれば、近接場通信の安定化を一段と図ることができる。
【０２１５】
さらに上述の実施の形態においては、ＦＥＴ１１（微小電極に接続されたＦＥＴ）により利用者の帯電変化（情報伝送準静電界ＤＳＥ又は歩行準静電界ＨＳＥ）を増幅帯電変化信号Ｓ１（Ａ１〜Ａｎ）として検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば誘導電圧に誘起された電圧を測定する誘導電極型電界強度計や、誘導電極から得られる直流信号をチョッパ回路や振動容量等を用いて交流変換する誘導電極型変調増幅方式電界強度計や、電気光学効果を有する物質に電界を加えることにより当該物質内に生じる光伝播特性の変化を測定する電気光学効果型電界強度計、またカード装置３に限ってはエレクトロメータ、シャント抵抗型電界強度計又は集電型電界強度計等、この他種々の検出手段によって利用者の帯電変化を検出するようにしても良い。
【０２１６】
さらに上述の実施の形態においては、帯電誘導手段を変調回路２４及び帯電誘導部３０によって実現するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成により帯電誘導手段を実現するようにしても良い。
【０２１７】
さらに上述の実施の形態においては、復調手段を電界検出部５０、ＬＰＦ２２及び認証部６２によって実現するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成により復調手段を実現するようにしても良い。
【０２１８】
さらに上述の実施の形態においては、識別手段としての認証部６２により、生体情報としての組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７に基づいて利用者を識別するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、組織情報Ｄ５又は歩行情報Ｄ７のいづれか一方に基づいて利用者を識別するようにしても良く、あるいは組織情報Ｄ５及び歩行情報Ｄ７に加えて例えば指紋等の生体情報も組み合わせることにより利用者を識別するようにしても良い。
【０２１９】
さらに上述の実施の形態においては、利用者の近傍に設けられた可搬型でなる送信装置としてのカード装置３と、所定の制御対象物に設けられた受信装置としての認証装置２とが１人の利用者を経由して近接場通信するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該複数人の利用者を経由して近接場通信するようにしても良い。このようにしても上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２２０】
さらに上述の実施の形態においては、通信経路としての入出用通路部４への入出場の際に必要に応じて出口扉５を開放する通信システム１に本発明を適用するようにした場合について述べたが、これに限らず、例えば机の近傍を通信経路とし当該机に近づいた際に必要に応じて机の扉を開放する通信システム、パーソナルコンピュータの近傍を通信経路とし当該パーソナルコンピュータに近づいた際に必要に応じて電源をオン状態にする通信システム、所定の識別対象物を搬送する搬送路を通信経路とし所定の位置へ当該識別対象物が搬送された際に必要に応じて搬送路を切り換える通信システム等、要は、送信側では人体固有の生体情報に応じて当該人体を帯電させてアンテナとして作用させ、受信側では当該人体近傍に形成される準静電界から識別情報を取得して認証する認証システムであれば、この他種々の用途でなる認証システムに本発明を幅広く適用することができる。
【０２２１】
この場合、本発明においては、受信装置としての認証装置２を、例えばビデオテープレコーダ、テレビジョン装置、携帯電話機又はパーソナルコンピュータ等の電子機器や、医療機器、車、机……その他の制御を目的とする制御対象物又はその近傍に設けられたこの他種々の装置に幅広く適用することができる。この場合、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２２２】
さらに上述の実施の形態においては、送信部２０又は認証処理部６０における各処理をプログラムによって実現する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該各処理の一部又は全部をそれぞれ専用の集積回路等のハードウェア手段によって実現するようにしても良い。
【０２２３】
さらに上述の実施の形態においては、予め内部メモリに格納されたプログラムに従って上述の送信処理（図１２）又は認証処理（図１７）を実行する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該プログラムが格納されたプログラム格納媒体を情報処理装置にインストールすることにより送信処理又は認証処理を実行するようにしても良い。
【０２２４】
この場合、送信処理又は認証処理を実行するためのプログラムを情報処理装置にインストールして実行可能な状態にするためのプログラム格納媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory ）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のパッケージメディアのみならず、プログラムが一時的若しくは永続的に記憶される半導体メモリや磁気ディスク等で実現しても良い。またこれらプログラム格納媒体に解析プログラム記憶する手段として、ローカルエリアネットワークやインターネット、ディジタル衛星放送等の有線又は無線通信媒体を利用しても良く、ルータやモデム等の各種通信インターフェースを介して格納するようにしても良い。
【０２２５】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、準静電界を介して情報を送受信する送信装置と受信装置とによって構成される認証システムにおいて、送信装置では、人体固有の生体情報を検出し、当該生体情報に応じて変調した準静電界を発生することにより人体を帯電させ、一方、受信装置では、人体の帯電状態の変化に基づいて生体情報を復調し、当該生体情報に基づいて人体を識別するようにしたことにより、利用者近傍において方向性の制約もなく秘匿性を確保した状態で、かつ利用者に所定の動作を強要もせずに情報の送受信を実現することができると共に、人体固有の情報に基づいて装置と人体との関係をも識別することができ、かくして、準静電界を用いた通信の際における自由度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】極座標系の説明に供する略線図である。
【図２】距離に対する各電界それぞれの相対的な強度の変化（１）を示すグラフである。
【図３】距離に対する各電界それぞれの相対的な強度の変化（２）を示すグラフである。
【図４】波長と距離との関係を示すグラフである。
【図５】人体の組織の説明に供する略線図である。
【図６】本発明を適用した認証システムの全体構成を示す略線図である。
【図７】カード装置の構成を示す略線的ブロック図である。
【図８】微小電極の構成を示す略線図である。
【図９】波形処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０】歩行波形の説明に供する略線図である。
【図１１】波形の切り出し及び分割の説明に供する略線図である。
【図１２】送信処理手順を示すフローチャートである。
【図１３】マスキング時間決定処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】歩行情報生成処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】認証装置の構成を示す略線的ブロック図である。
【図１６】細分区間における積分値の説明に供するグラフである。
【図１７】認証処理手順を示すフローチャートである。
【図１８】歩行波形照合処理手順を示すフローチャートである。
【図１９】マハラノビス距離の算出例の説明に供する略線図である。
【図２０】認証装置の床面の説明に供する略線図である。
【図２１】の等電位面を示す略線図である。
【図２２】本実施の形態により形成された準静電界の等電位面を示す略線図である。
【図２３】電気的漏洩の抑制の説明に供する略線図である。
【図２４】ノイズ吸収接地ラインの構成を示す略線図である。
【符号の説明】
１……認証システム、２……認証装置、３……カード装置、１０、５０……電界検出部、１２……検出電極、２１……組織情報生成部、２３、６１……波形処理部、２４……変調回路、４２……ピーク検出部、４３……ピーク予測部、４４……マスキング時間決定部、４５……歩行情報生成部、６０……認証処理部、６２……認証部。

Claims

準静電界を介して情報を送受信する送信装置と受信装置とによって構成される認証システムにおいて、
上記送信装置は、
人体固有の生体情報を生成する生体情報生成手段と、
上記生体情報に応じて変調した準静電界を発生することにより上記人体を帯電させる帯電誘導手段とを具え、
上記受信装置は、
上記人体の帯電状態の変化に基づいて上記生体情報を復調する復調手段と、
上記生体情報に基づいて上記人体を識別する識別手段と
を具えることを特徴とする認証システム。
上記生体情報生成手段は、
上記人体の表皮に当接され、当該当接面における上記人体表面の電位変化を検出する検出電極と、
上記検出用電極により検出された上記電位変化に基づいて、上記当接面に対向する上記人体の表皮下の組織パターンを表す組織情報を上記生体情報として生成する組織情報生成手段と
を具えることを特徴とする請求項１に記載の認証システム。
上記検出電極は、それぞれ電気的に独立した複数の微小電極からなり、
上記組織情報生成手段は、各上記微小電極により検出された上記電位変化における相対電位差に基づいて上記組織情報を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載の認証システム。
上記生体情報生成手段は、
上記人体の表皮に当接され、上記人体の２足歩行運動に伴う当該当接面における上記人体表面の電位変化を検出する検出電極と、
上記検出用電極により検出された上記電位変化に基づいて、上記人体の歩行パターンを表す歩行情報を上記生体情報として生成する歩行情報生成手段と
を具えることを特徴とする請求項１に記載の認証システム。
上記歩行情報生成手段は、
上記電位変化のうち、所定の周波数帯に出現する振幅のピークを指標として上記歩行情報を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載の認証システム。
上記生体情報生成手段は、
上記人体の表皮に当接され、上記人体の２足歩行運動に伴う当該当接面における上記人体表面の電位変化を検出する検出電極と、
上記検出用電極により検出された上記電位変化に基づいて、上記人体の歩行パターンを表す歩行情報を上記生体情報として生成する歩行情報生成手段と、
上記検出用電極により検出された上記電位変化に基づいて、上記当接面に対向する上記人体の表皮下の組織パターンを表す組織情報を上記生体情報として生成する組織情報生成手段と
を具えることを特徴とする請求項１に記載の認証システム。
準静電界を介して情報を送受信する通信方法において、
送信側では、
人体固有の生体情報を生成する生体情報生成ステップと、
上記生体情報に応じて変調した準静電界を発生することにより上記人体を帯電させる帯電誘導ステップとを具え、
受信側では、
上記人体の帯電状態の変化に基づいて上記生体情報を復調する復調ステップと、
上記生体情報に基づいて上記人体を識別する識別ステップと
を具えることを特徴とする認証方法。
準静電界を介して情報を送信する送信装置において、
人体固有の生体情報を生成する生体情報生成手段と、
上記生体情報に応じて変調した準静電界を発生することにより上記人体を帯電させる帯電誘導手段と
を具えることを特徴とする送信装置。
上記生体情報生成手段は、
上記人体の表皮に当接され、当該当接面における上記人体表面の電位変化を検出する検出電極と、
上記検出用電極により検出された上記電位変化に基づいて、上記当接面に対向する上記人体の表皮下の組織パターンを表す組織情報を上記生体情報として生成する組織情報生成手段と
を具えることを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
上記生体情報生成手段は、
上記人体の表皮に当接され、上記人体の２足歩行運動に伴う当該当接面における上記人体表面の電位変化を検出する検出電極と、
上記検出用電極により検出された上記電位変化に基づいて、上記人体の歩行パターンを表す歩行情報を上記生体情報として生成する歩行情報生成手段と
を具えることを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
準静電界を介して情報を受信する受信装置において、
人体固有の生体情報に応じて変調された準静電界により帯電させられた当該人体の帯電状態の変化に基づいて、上記生体情報を復調する復調手段と、
上記生体情報に基づいて上記人体を識別する識別手段と
を具えることを特徴とする受信装置。