WO2013084428A1 - 電子機器 - Google Patents

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WO2013084428A1
WO2013084428A1 PCT/JP2012/007443 JP2012007443W WO2013084428A1 WO 2013084428 A1 WO2013084428 A1 WO 2013084428A1 JP 2012007443 W JP2012007443 W JP 2012007443W WO 2013084428 A1 WO2013084428 A1 WO 2013084428A1
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user
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electronic device
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浩一 池本
義隆 平林
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to electronic devices such as mobile phones, electronic books, tablet information terminals and the like.
  • FIG. 23 is a block diagram of the conventional electronic device 1.
  • the electronic device 1 includes a detection unit 2, a pattern data output unit 3, and a comparison determination unit 4.
  • the detection means 2 detects the movement of the writing implement at the time of signature, and the pattern data output means 3 generates the movement of the writing implement as signature data based on the detection result by the detection means 2.
  • the comparison / determination means 4 authenticates the signer by comparing the signature data generated by the pattern data output means 3 with the signer's signature data registered in advance.
  • the detection means 2 comprises a position detection means such as a tablet type input device or a video camera in order to detect the movement of the writing instrument.
  • the electronic device includes an inertial force sensor, a memory unit, and a control unit connected to the inertial force sensor and the memory unit.
  • the control unit has a feature waveform calculation unit and an authentication unit.
  • the feature waveform calculation unit calculates a feature waveform from a plurality of output waveforms output from the inertial force sensor based on a plurality of operations performed by the first user, and records the feature waveform in the memory unit.
  • the authentication unit calculates a verification waveform from the one or more output waveforms output from the inertial force sensor based on one or more operations by the second user, and compares the verification waveform with the feature waveform. And authenticating whether the first user and the second user are the same user.
  • This electronic device can realize high-accuracy authentication with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a block diagram of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of the electronic device according to the first embodiment operated by the user.
  • FIG. 4A is a diagram showing a characteristic waveform of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 4B is a diagram showing a characteristic waveform of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 4C is a diagram showing a characteristic waveform of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 5A is a diagram showing a feature waveform and a reference waveform of the electronic device according to the first embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram showing the feature waveform and the reference waveform of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram showing a feature waveform and a reference waveform of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 6B is a diagram showing a feature waveform and a reference waveform of the electronic device in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of the electronic device in the second embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of the electronic device in the second embodiment operated by the user.
  • FIG. 9A is a diagram showing a characteristic waveform of the electronic device in the second embodiment.
  • FIG. 9B is a diagram showing a characteristic waveform of the electronic device in the second embodiment.
  • FIG. 9C is a diagram showing a characteristic waveform of the electronic device in the second embodiment.
  • FIG. 10A is a diagram showing a feature waveform and a reference waveform of the electronic device in the second embodiment.
  • FIG. 10B is a diagram showing a feature waveform and a reference waveform of the electronic device in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram of the electronic device in the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing threshold values of the angular velocity and acceleration of the electronic device in the third embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram of the electronic device in the fourth embodiment.
  • FIG. 14A is a diagram showing a characteristic waveform and an authentication waveform of the electronic device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14B is a diagram showing a characteristic waveform and an authentication waveform of the electronic device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 15 is a block diagram of the electronic device in the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram showing points to be given to the user of the electronic device in the fifth embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing points to be given to the user of the electronic device in the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 19A is a diagram showing an output waveform of an inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 19B is a diagram showing an output waveform of an inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 20A is a diagram showing an output waveform of an inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 20B is a diagram showing an output waveform of an inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 21A is a diagram showing an output waveform of an inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 21B is a diagram showing an output waveform of the inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 22A is a diagram showing an output waveform of an inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 22B is a diagram showing an output waveform of an inertial force sensor of the electronic device in the sixth embodiment.
  • FIG. 23 is a block diagram of a conventional electronic device.
  • FIG. 1 is a block diagram of the electronic device 5 in the first embodiment.
  • the electronic device 5 includes an inertial force sensor 6, a memory unit 7, and a control unit 8 connected to the inertial force sensor 6 and the memory unit 7.
  • the control unit 8 includes a feature waveform calculation unit 9 and an authentication unit 10.
  • the feature waveform calculation unit 9 calculates a feature waveform from a plurality of output waveforms output from the inertial force sensor 6 based on a plurality of operations by the first user, and records the feature waveform in the memory unit 7.
  • the authentication unit 10 calculates a reference waveform from the one or more output waveforms output from the inertial force sensor 6 based on one or more operations by the second user, and compares the reference waveform with the feature waveform. And authenticate whether the first user and the second user are the same user. With this configuration, in the electronic device 5, high-accuracy authentication can be realized with a simple configuration.
  • FIG. 2 is a block diagram of the electronic device 5 in the first embodiment.
  • the electronic device 5 according to the first embodiment includes an angular velocity sensor 6 a that detects an angular velocity acting on the electronic device 5 as the inertial force sensor 6 shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view of the electronic device 5 operated by the user.
  • a display unit 11 is provided on the surface of the electronic device 5, and an angular velocity sensor 6a, a memory unit 7, and a control unit 8 are provided inside.
  • the longitudinal direction of the electronic device 5 is taken as a Y-axis, the transverse direction as an X-axis, and a direction perpendicular to the XY plane including the X-axis and the Y-axis as a Z-axis.
  • the angular velocity sensor 6a detects an angular velocity around the Y axis.
  • a multi-axis compatible angular velocity sensor that detects angular velocities around two or three axes may be used as the angular velocity sensor 6a.
  • the user can set the control unit 8 to the authentication mode of the recording mode.
  • the user performs the above-described predetermined operation in the recording mode, and performs the same operation as the operation in the authentication mode.
  • This operation can be arbitrarily determined by the user, but in the first embodiment, this operation is rotated up to a maximum of 180 ° in the counterclockwise direction 13 with respect to the Y axis when viewed from the user holding the electronic device 5 After that, it is an operation of reversing it clockwise 12 with respect to the Y axis and returning it to the original position (approximately 0 °).
  • the first user When the electronic device 5 is in the recording mode, the first user performs this operation a plurality of times, calculates the characteristic waveform from the plurality of output waveforms output from the angular velocity sensor 6a, and records the characteristic waveform in the memory unit 7.
  • the second user When the electronic device 5 is in the authentication mode, the second user performs this operation one or more times, and calculates the reference waveform from the one or more output waveforms output from the angular velocity sensor 6a.
  • the control unit 8 authenticates whether the first user and the second user are the same user by comparing the reference waveform with the feature waveform stored in the memory unit 7. .
  • FIG. 4A shows an output waveform of the angular velocity sensor 6a when the first user performs the predetermined operation.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates angular velocity values.
  • the output waveforms 14 to 16 are waveforms of angular velocity values output from the angular velocity sensor 6a in the first operation, the second operation, and the third operation by the first user.
  • Each of the output waveforms 14 to 16 has a negative angular velocity value corresponding to the rotation of the electronic device 5 in the counterclockwise direction 13, and corresponds to the subsequent rotation of the electronic device 5 in the clockwise direction 12.
  • the angular velocity value is a positive value.
  • the cycle of the operation When acquiring the output waveform from the angular velocity sensor 6a, if the cycle of the operation is long, the amplitude of the output waveform decreases, so that the individual features do not appear in the waveform. Therefore, it is preferable to complete the operation within a predetermined time. Preferably, one cycle of the operation is within 10 seconds.
  • FIG. 4B shows scaling waveforms 17 to 19 after scaling the output waveforms 14 to 16.
  • the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates angular velocity values.
  • one cycle of the output waveform 14 corresponding to the first operation is about 0.77 seconds
  • one cycle of the output waveform 15 corresponding to the second operation is about 0.75 seconds
  • One cycle of the output waveform 16 corresponding to the third operation is 0.69 seconds.
  • scaling processing is performed to adjust the periods of the waveforms 14-16.
  • the feature waveform calculation unit 9 adjusts the sampling points of the output waveforms 14 to 16 so that the periods of all the output waveforms 14 to 16 become 0.70 seconds, and obtains the scaling waveforms 17 to 19. .
  • FIG. 4C shows the feature waveform 20 obtained by averaging the scaling waveforms 17-19.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates angular velocity values.
  • Three angular velocity values of scaling waveforms 17 to 19 are averaged for each sampling point to calculate an angular velocity value of characteristic waveform 20.
  • the control unit 8 records the feature waveform 20 in the memory unit 7 as the first user's feature waveform.
  • the operation of the authentication unit 10 will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 5A shows the feature waveform 20 by the first user and the check waveform 21 by the second user.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates angular velocity values.
  • the authentication unit 10 may obtain the verification waveform 21 using the output waveform from the angular velocity sensor 6a by one or more operations by the second user. That is, the authentication unit 10 may obtain the reference waveform 21 by using the output waveform from the angular velocity sensor 6a by one operation by the second user, or the output from the angular velocity sensor 6a is performed by a plurality of operations.
  • the scaling process and averaging process may be performed on the plurality of output waveforms in the same manner as the characteristic waveform 20 to obtain the reference waveform 21.
  • the authentication unit 10 obtains the verification waveform 21 by one operation.
  • the authentication unit 10 performs scaling processing to adjust sampling points so that the cycle of the check waveform 21 matches the cycle of the feature waveform 20, and obtains the check waveform 22.
  • FIG. 5B shows the reference waveform 22 obtained by the scaling process.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates angular velocity values.
  • the authentication unit 10 may obtain not only the scaling process of the time axis of the verification waveform 21 but also the scaling process of the angular velocity value in the amplitude direction to obtain the verification waveform 22.
  • scaling processing in the time axis direction and the amplitude direction is performed so that the energy of one cycle in the operation becomes the same.
  • the scaling ratio in the time axis direction for matching the period is Ma, that is, the verification waveform 21 time axis is multiplied by Ma and the verification waveform 22 is obtained, the amplitude of the verification waveform 21 is expanded by 1 / Ma.
  • the scaling ratio in the amplitude direction is 1 / Ma.
  • the operation period may vary even for the same person, but as a result of experiments, it was found that when the operation period changes, the amplitude changes in conjunction with this. This is because the energy consumption of each individual in operation is characteristic. Therefore, by performing the scaling process in the amplitude direction in conjunction with the scaling process in the time axis direction, the reference waveform 21 can be accurately compared with the feature waveform 20, so that the accuracy of authentication can be further improved.
  • the authentication unit 10 evaluates the degree of similarity between the scaled matching waveform 22 and the feature waveform 20, and authenticates whether the first user and the second user are the same user.
  • a method of evaluating the degree of similarity between two waveforms there is a method of accumulating differences of the two waveforms, a method of calculating a cross correlation coefficient of the two waveforms, and the like.
  • the first embodiment uses the former method in which the calculation load is light. Specifically, a cumulative difference value D is calculated by adding the difference in angular velocity value at each sample point of the two waveforms over the entire interval from time t to period Tt. If the cumulative difference value D is smaller than a predetermined threshold, it is determined that the first user and the second user are the same user. That is, the accumulated difference value D is expressed by Formula 1 by the angular velocity value Yt (t) of the characteristic waveform 20 at time t and the angular velocity value Ys (t) of the reference waveform 22, and is compared with a predetermined threshold value Ty.
  • the authentication unit 10 authenticates that the first user and the second user are the same user when the equation (1) is satisfied.
  • FIG. 6A shows the characteristic waveform 20 by the first user in the electronic device 5 and the verification waveform 23 by the third user.
  • FIG. 6B shows a verification waveform 24 obtained by performing scaling processing on the verification waveform 23 to adjust the period of the verification waveform 23 to the period of the characteristic waveform 20.
  • the cumulative difference value D obtained by adding the difference values of all the sections in one cycle is 28 by (Equation 1). Since this is smaller than the threshold value Ty, the equation (1) is satisfied, and therefore the authentication unit 10 determines that the first user and the third user are the same user.
  • the angular velocity sensor 6a detects an angular velocity around the Y axis.
  • it may be a multi-axial angular velocity sensor detecting angular velocities around two or three axes.
  • the angular velocity sensor 6a is an angular velocity sensor compatible with two axes which detects the angular velocity around the X axis and the angular velocity around the Y axis
  • the control unit 8 of the electronic device 5 is in the recording mode
  • the characteristic waveform of the angular velocity around the X axis and the characteristic waveform of the angular velocity around the Y axis are recorded in the memory unit 7 based on the operation by the user.
  • the authentication unit 10 obtains the reference waveform of the angular velocity around the X axis and the reference waveform of the angular velocity around the Y axis based on the operation by the second user.
  • the authentication unit 10 determines that the first user and the second user are the same user when both of the X axis and the Y axis satisfy (Equation 1).
  • the determination accuracy can be further improved by using angular velocity values of a plurality of axes.
  • the threshold Tyx of (Equation 1) in the angular velocity around the X axis corresponding to the threshold Ty of (Equation 1) and the threshold of (Equation 1) in the angular velocity around the Y axis corresponding to the threshold Ty of (Equation 1) It may be different from Tyy.
  • Tyy As shown in FIG. 3, since the user rotates around the Y axis in the longitudinal direction of the electronic device 5, the characteristic of the user individual is most likely to appear in the waveform of the angular velocity around the Y axis. Therefore, the determination accuracy can be further improved by setting the threshold value Tyy to a value smaller than the threshold value Tyx.
  • FIG. 7 is a block diagram of the electronic device 30 in the second embodiment.
  • the electronic device 5 according to the second embodiment includes an acceleration sensor 6 b as an inertial force sensor 6 that detects an acceleration acting on the electronic device 5 instead of the angular velocity sensor 6 a.
  • FIG. 8 is a perspective view of the electronic device 30 operated by the user.
  • a longitudinal direction of the electronic device 30 is taken as a Y axis
  • a transverse direction is taken as an X axis
  • a direction perpendicular to the XY plane including the X axis and the Y axis is taken as a Z axis.
  • the acceleration sensor 6 b detects an acceleration of the electronic device 30 in the Z-axis direction.
  • the acceleration sensor 6b may be a multi-axis compatible acceleration sensor that detects acceleration in two or three axes.
  • the user rotates in the counterclockwise direction 13 with respect to the Y-axis as viewed from the user holding the electronic device 30 similarly to the electronic device 5 in the first embodiment shown in FIG. Do the operation to rotate to.
  • the feature waveform calculation unit 9 calculates a feature waveform based on the operation of the first user, and the memory unit Record to 7.
  • the authentication unit 10 calculates a verification waveform based on the operation of the second user, and compares this verification waveform with the feature waveform recorded in the memory unit 7 Thus, it is authenticated whether the first user and the second user are the same user.
  • FIG. 9A shows an output waveform output from the acceleration sensor 6b when the first user performs an operation.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents an acceleration value.
  • the output waveforms 31 to 33 are waveforms of acceleration values in the Z-axis direction output from the acceleration sensor 6b in response to the first operation, the second operation, and the third operation by the first user.
  • FIG. 9B shows scaling waveforms 34 to 36 after scaling processing has been performed on the output waveforms 31 to 33 so that the periods of the output waveforms 31 to 33 match.
  • FIG. 9C shows a feature waveform 37 obtained by averaging the scaling waveforms 34 to 36 by the feature waveform calculation unit 9 of the control unit 8.
  • the feature waveform calculation unit 9 records the feature waveform 37 in the memory unit 7 as a first user feature waveform.
  • FIG. 10A shows the characteristic waveform 37 by the first user and the verification waveform 38 by the second user.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents an acceleration value.
  • the authentication unit 10 obtains the reference waveform by one operation of the user.
  • FIG. 10B shows a verification waveform 39 obtained by performing the scaling process on the verification waveform 38 in which the authentication unit 10 matches the period of the verification waveform 38 to the period of the characteristic waveform 37.
  • the authentication unit 10 evaluates the degree of similarity between the scaled matching waveform 39 and the feature waveform 37, and authenticates whether the first user and the second user are the same user. As in the first embodiment, the authentication unit 10 evaluates the degree of similarity between the two waveforms using a method of accumulating the difference between the two waveforms. Specifically, a cumulative difference value D is calculated by adding the difference between the acceleration values at each sample point of the two waveforms over the entire interval from time t to the cycle Tt. That is, the accumulated difference value D is represented by (Equation 2) by the acceleration value Gt (t) of the characteristic waveform 37 at time t and the acceleration value Gs (t) of the reference waveform 39 and is compared with a predetermined threshold value Tg. Ru. The authentication unit 10 authenticates that the first user and the second user are the same user when the following (Expression 2) is satisfied.
  • the acceleration sensor 6b detects an acceleration in the Z-axis direction, but may be a multi-axis compatible acceleration sensor that detects an acceleration around two or three axes.
  • the acceleration sensor 6b is a two-axis compatible acceleration sensor that detects an acceleration in the Z-axis direction and an acceleration in the X-axis direction
  • both Equation 2 is satisfied for both the Z and X axes.
  • the authentication unit 10 determines that the first user and the second user are the same user. Thus, the determination accuracy can be further improved by using acceleration values of a plurality of axes.
  • the threshold Tgz in the acceleration around the Z axis corresponding to the threshold Tg in (Equation 2) may be different from the threshold Tgx in the acceleration around the X axis corresponding to the threshold Tg in (Equation 2).
  • the axis to be regarded as important can be made different, and the determination accuracy can be further improved.
  • FIG. 11 is a block diagram of the electronic device 40 in the third embodiment.
  • the electronic device 40 according to the third embodiment includes two sensors, an angular velocity sensor 6a and an acceleration sensor 6b, as the inertial force sensor 6.
  • the angular velocity sensor 6a in the third embodiment can detect three angular velocities centered on three axes of the X axis, the Y axis and the Z axis, and the acceleration sensor 6b can detect acceleration in the directions of the three axes. .
  • the control unit 8 performs acquisition and authentication of the feature waveform and the reference waveform by the angular velocity sensor 6a using the equation 1 as in the electronic device 5 according to the first embodiment.
  • the control unit 8 performs acquisition and authentication of the characteristic waveform and the verification waveform by the acceleration sensor 6b by the equation (2), as in the electronic device 30 according to the second embodiment.
  • the threshold Ty of (Equation 1) and the threshold Tg of (Equation 2) are made different for each axis.
  • FIG. 12 shows threshold values in each axis of angular velocity and acceleration in the electronic device 40. Since the electronic device 40 is rotated around the Y axis, the amount of change in the Y axis component among the three axis components of the angular velocity sensor 6a is the largest. As a result of experimental verification, the degree to which the characteristic of the user's operation is reflected is the largest for the Y-axis component, followed by the Z-axis component, and the smallest for the X-axis component. Therefore, the threshold Tyy of the Y-axis component corresponding to the threshold Ty of Equation 1 is set to the smallest 30, the threshold Tyz of the Z-axis component is 40, and the threshold Tyx of the X-axis component is 50.
  • the degree to which the feature of the user's operation is reflected is the largest in the Z-axis component, next the X-axis component, and the smallest in the Y-axis component. Therefore, the threshold Tgz of the Z-axis component corresponding to the threshold Tg of (Equation 2) is set to 30, the threshold Tgx of the X-axis component is 40, and the threshold Tgy of the Y-axis component is 50. As described above, the authentication accuracy can be improved by making the threshold of the axis reflecting the feature of the user different according to the operation.
  • FIG. 13 is a block diagram of the electronic device 5A in the fourth embodiment.
  • the same parts as those of the electronic device 5 according to the first embodiment shown in FIG. When the control unit 8 of the electronic device 5A is in the recording mode, a plurality of characteristic waveforms by a plurality of users are recorded in the memory unit 7.
  • the authentication unit 10 specifies the user corresponding to the feature waveform most similar to the reference waveform. For example, when the electronic device 5 is shared by a plurality of users, the electronic device 5A in the fourth embodiment can authenticate the user.
  • FIG. 14A shows a feature waveform 41 by the user A1, a feature waveform 42 by the user A2, and a feature waveform 43 by the user A3.
  • the feature waveform calculation unit 9 records the feature waveforms 41 to 43 in the memory unit 7.
  • FIG. 14B shows a verification waveform 44 obtained by performing the scaling process on the verification waveform output from the angular velocity sensor 6a by the authentication unit 10 when the control unit 8 of the electronic device 5A is in the authentication mode.
  • an accumulated difference value D (X) obtained by adding the difference values between each of the feature waveforms 41 to 43 and the reference waveform 44 over the entire section is calculated.
  • “X” is A1 to A3
  • the authentication unit 10 is an accumulated difference value by the characteristic waveform 41 by the user A1, the characteristic waveform 42 by the user A2, the characteristic waveform 43 by the user A3 and the reference waveform 44.
  • D (A1), D (A2), D (A3) are calculated.
  • an accumulated difference value D (X) is calculated by adding the difference in angular velocity value at each sample point of the two waveforms over the entire interval from time t to the cycle Tt.
  • the angular velocity values of the characteristic waveforms 41, 42 and 43 by the users A1, A2 and A3 at time t are Yt (t)
  • the angular velocity value of the reference waveform 44 is Ys (t)
  • the cumulative difference value is Calculate D (X).
  • the authentication unit 10 performs the current operation in which the user corresponding to the smallest accumulated difference value among the accumulated difference values D (A1) to D (A3) respectively corresponding to the users A1 to A3 generates the reference waveform. Certifies that the user is
  • the above-described authentication method of the electronic device 5A in the fourth embodiment may be applied to the electronic devices 30 and 40 in the second and third embodiments. As a result, even when a plurality of users share the electronic devices 30 and 40, it is possible to specify the currently operated user from the plurality of users.
  • FIG. 15 is a block diagram of the electronic device 40A in the fifth embodiment. 15, the same reference numerals as in the electronic device 40 according to the third embodiment shown in FIG. 11 denote the same parts.
  • the feature waveform calculation unit 9 records the feature waveforms of a plurality of users in the memory unit 7.
  • the authentication unit 10 identifies the user corresponding to the feature waveform most similar to the reference waveform.
  • the authentication unit 10 gives points to the user whose cumulative difference value is minimum for each detection axis of the angular velocity sensor 6a. Similarly, the authentication unit 10 gives points to the user whose accumulated difference value is minimum for each detection axis of the acceleration sensor 6b.
  • FIG. 16 shows a point given to the user having a minimum cumulative difference value for each detection axis of the angular velocity sensor 6a by the authentication unit 10 and a user having a minimum cumulative difference value for each detection axis of the acceleration sensor 6b. Indicates points to be awarded.
  • the authentication unit 10 calculates the sum of the given points for each user, and authenticates that the user with the largest sum is the user who is currently performing the operation in which the verification waveform is generated.
  • the points to be provided may differ depending on the type of sensor and the detection axis.
  • the authentication unit 10 can authenticate the user by emphasizing the type of sensor and the detection axis that most reflect the characteristics of the user individual, and the authentication accuracy can be improved.
  • FIG. 17 shows another point that the authentication unit 10 gives.
  • the authentication unit 10 In addition to the angular velocity centered on the three axes and the acceleration in the directions of the three axes shown in FIG. 16, the authentication unit 10 also adds points to the polarity and range of acceleration. Thereby, the authentication unit 10 authenticates the user by the habit of holding the electronic device 40 or the user of the user.
  • the polarity of acceleration is the polarity when the acceleration value is fully added over one period, and is either positive or zero or negative.
  • the authentication unit 10 gives 1.0 point to the user whose polarity of the feature waveform and the polarity of the reference waveform are the same on each acceleration detection axis. By using the polarity of acceleration for authentication, the authentication unit 10 can authenticate the user with high accuracy depending on the angle at which the individual holds the electronic device 40.
  • the range of acceleration is the difference between the maximum value and the minimum value of the acceleration value.
  • the authentication unit 10 compares the value range of the feature waveform and the value range of the reference waveform in each acceleration detection axis. If the difference between the reference waveform range and the feature waveform range is within a predetermined threshold range, the user corresponding to the feature waveform is given 1.0 points. For example, in FIG. 17, if the difference between the value range of the check waveform and the value range of the feature waveform is 30% or less of that of the feature waveform, 1.0 point is given to the user corresponding to the feature waveform.
  • the authentication unit 10 can authenticate the user with high accuracy using the operation area when the individual operates the electronic device 40.
  • the waveform for detecting the polarity or the value range may be a waveform output from the angular velocity sensor 6a or the acceleration sensor 6b or a waveform obtained by scaling the waveform.
  • authentication accuracy can be improved by performing authentication using the polarity or range of acceleration.
  • FIG. 18 is a block diagram of an electronic device 40B in the sixth embodiment.
  • the same reference numerals as in the electronic device 40 according to the third embodiment shown in FIG. 11 denote the same parts.
  • inertial forces such as various accelerations and angular velocities are applied to the electronic device 40B.
  • the behavior pattern of the behavior produces a certain pattern of inertial force.
  • the feature waveform calculation unit 9 calculates a feature waveform corresponding to the predetermined action from the waveform output by the inertial force sensor 6 when the user is performing one predetermined action, and records the calculated feature waveform in the memory unit 7.
  • the feature waveform calculation unit 9 calculates a plurality of feature waveforms respectively corresponding to a plurality of predetermined actions performed by the user and records the same in the memory unit 7.
  • the authentication unit 10 calculates a reference waveform from the output waveform output from the inertial force sensor 6 according to the action currently performed by the user, and selects a feature waveform similar to the reference waveform from the plurality of feature waveforms. Thus, the authentication unit 10 determines that the user is performing a predetermined action corresponding to the selected feature waveform.
  • FIGS. 20A and 20B respectively show angular velocity values and acceleration values outputted from the inertial force sensor 6 (angular velocity sensor 6a and acceleration sensor 6b) when the user is walking slowly.
  • FIGS. 20A and 20B respectively show angular velocity values and acceleration values outputted from the inertial force sensor 6 (angular velocity sensor 6a and acceleration sensor 6b) when the user is walking fast.
  • 21A and 21B respectively show angular velocity values and acceleration values output from the inertial force sensor 6 (angular velocity sensor 6a and acceleration sensor 6b) when the user is running.
  • 22A and 22B respectively show angular velocity values and acceleration values output from the inertial force sensor 6 (the angular velocity sensor 6a and the acceleration sensor 6b) when the user climbs the stairs.
  • the angular velocity value and the acceleration value vary depending on the action performed by the user.
  • the memory unit 7 records characteristic waveforms of angular velocity values and acceleration values respectively corresponding to these actions.
  • the authentication unit 10 compares the verification waveform of the angular velocity value and the acceleration value output from the inertial force sensor 6 with the feature waveform. Accordingly, the electronic device 40B can determine the user's action in addition to the user authentication, and can be applied to various applications such as indoor navigation.
  • the electronic device of the present invention can realize high-accuracy authentication with a simple configuration, and therefore is useful as an electronic device such as a mobile phone, an electronic book, a tablet information terminal, and the like.

Abstract

　電子機器は、慣性力センサと、メモリ部と、前記慣性力センサおよび前記メモリ部に接続された制御部とを備える。前記制御部は特徴波形算出部と認証部とを有する。特徴波形算出部は、第１の利用者による複数回の操作に基づいて前記慣性力センサから出力された複数の出力波形から特徴波形を算出し、この特徴波形を前記メモリ部に記録する。認証部は、第２の利用者による１回以上の操作に基づいて前記慣性力センサから出力された１つ以上の出力波形から照合波形を算出し、この照合波形と前記特徴波形とを比較し、前記第１の利用者と前記第２の利用者とが同一の利用者であるか否かを認証する。

Description

電子機器
　本発明は、携帯電話や電子書籍、タブレット型情報端末等の電子機器に関する。
　図２３は従来の電子機器１の構成図である。電子機器１は、検出手段２と、パターンデータ出力手段３と、比較判定手段４とを備えている。検出手段２は署名時の筆記具の動きを検出し、パターンデータ出力手段３は検出手段２による検出結果に基づいて筆記具の動きを署名データとして生成する。比較判定手段４は、パターンデータ出力手段３により生成された署名データと、予め登録されている署名者の署名データとを比較して署名者の認証を行う。検出手段２は、筆記具の動きを検出するために、タブレット型入力装置等の位置検出手段やビデオカメラを備える。
　電子機器１に類似の従来の電子機器が特許文献１に記載されている。
特開平７－１６０８８０号公報
　電子機器は、慣性力センサと、メモリ部と、前記慣性力センサおよび前記メモリ部に接続された制御部とを備える。前記制御部は特徴波形算出部と認証部とを有する。特徴波形算出部は、第１の利用者による複数回の操作に基づいて前記慣性力センサから出力された複数の出力波形から特徴波形を算出し、この特徴波形を前記メモリ部に記録する。認証部は、第２の利用者による１回以上の操作に基づいて前記慣性力センサから出力された１つ以上の出力波形から照合波形を算出し、この照合波形と前記特徴波形とを比較し、前記第１の利用者と前記第２の利用者とが同一の利用者であるか否かを認証する。
　この電子機器は、簡易な構成で高精度な認証を実現することができる。
図１は実施の形態１における電子機器のブロック図である。 図２は実施の形態１における電子機器のブロック図である。 図３は利用者に操作される実施の形態１における電子機器の斜視図である。 図４Ａは実施の形態１における電子機器の特徴波形を示す図である。 図４Ｂは実施の形態１における電子機器の特徴波形を示す図である。 図４Ｃは実施の形態１における電子機器の特徴波形を示す図である。 図５Ａは実施の形態１における電子機器の特徴波形と照合波形を示す図である。 図５Ｂは実施の形態１における電子機器の特徴波形と照合波形を示す図である。 図６Ａは実施の形態１における電子機器の特徴波形と照合波形を示す図である。 図６Ｂは実施の形態１における電子機器の特徴波形と照合波形を示す図である。 図７は実施の形態２における電子機器のブロック図である。 図８は利用者により操作される実施の形態２における電子機器の斜視図である。 図９Ａは実施の形態２における電子機器の特徴波形を示す図である。 図９Ｂは実施の形態２における電子機器の特徴波形を示す図である。 図９Ｃは実施の形態２における電子機器の特徴波形を示す図である。 図１０Ａは実施の形態２における電子機器の特徴波形と照合波形を示す図である。 図１０Ｂは実施の形態２における電子機器の特徴波形と照合波形を示す図である。 図１１は実施の形態３における電子機器のブロック図である。 図１２は実施の形態３における電子機器の角速度と加速度の各軸における閾値を示した図である。 図１３は実施の形態４における電子機器のブロック図である。 図１４Ａは実施の形態４に電子機器の特徴波形と認証波形を示す図である。 図１４Ｂは実施の形態４に電子機器の特徴波形と認証波形を示す図である。 図１５は実施の形態５における電子機器のブロック図である。 図１６は実施の形態５における電子機器の利用者に付与するポイントを示す図である。 図１７は実施の形態５における電子機器の利用者に付与するポイントを示す図である。 図１８は実施の形態６における電子機器のブロック図である。 図１９Ａは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図１９Ｂは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図２０Ａは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図２０Ｂは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図２１Ａは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図２１Ｂは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図２２Ａは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図２２Ｂは実施の形態６における電子機器の慣性力センサの出力波形を示す図である。 図２３は従来の電子機器のブロック図である。
　（実施の形態１）
　図１は実施の形態１における電子機器５のブロック図である。電子機器５は、慣性力センサ６と、メモリ部７と、慣性力センサ６およびメモリ部７と接続された制御部８とを備えている。制御部８は特徴波形算出部９と認証部１０とを備えている。
　特徴波形算出部９は、第１の利用者による複数回の操作に基づいて慣性力センサ６から出力された複数の出力波形から特徴波形を算出し、メモリ部７に記録する。認証部１０は、第２の利用者による１回以上の操作に基づいて慣性力センサ６から出力された１つ以上の出力波形から照合波形を算出し、この照合波形と特徴波形とを比較し、第１の利用者と第２の利用者とが同一の利用者であるか否かを認証する。この構成により、電子機器５において、簡易な構成で高精度な認証を実現することができる。
　電子機器５の動作について説明する。
　図２は実施の形態１における電子機器５のブロック図である。図２に示すように、実施の形態１における電子機器５は図１に示す慣性力センサ６として、電子機器５に作用する角速度を検出する角速度センサ６ａを備える。
　図３は利用者により操作される電子機器５の斜視図である。電子機器５の表面に表示部１１が設けられ、内部に角速度センサ６ａ、メモリ部７、制御部８が設けられている。電子機器５の長手方向をＹ軸、短手方向をＸ軸、Ｘ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面と垂直な方向をＺ軸とする。角速度センサ６ａはＹ軸周りの角速度を検出する。なお、角速度センサ６ａとして２軸又は３軸周りの角速度を検出する多軸対応の角速度センサを用いてもよい。
　電子機器５では利用者は制御部８を記録モードの認証モードに設定することができる。利用者は、記録モードにおいて上記の所定の操作を行い、認証モードにおいて当該操作と同一の操作を行う。この操作は利用者自身が任意に決めることができるが、実施の形態１においては、この操作は電子機器５を持った利用者から見てＹ軸に関して反時計回り１３に最大１８０°まで回転させた後、Ｙ軸に関して時計回り１２に反転させて元の位置（概ね０°）に戻す操作である。
　電子機器５が記録モードの際に、第１の利用者がこの操作を複数回行い、角速度センサ６ａから出力された複数の出力波形から特徴波形を算出し、メモリ部７に記録する。電子機器５が認証モードの際に、第２の利用者がこの操作を１回以上行い、角速度センサ６ａから出力された１つ以上の出力波形から照合波形を算出する。制御部８は、この照合波形とメモリ部７に記録された特徴波形を比較することにより、第１の利用者と第２の利用者とが同一の利用者であるか否かの認証を行う。
　図４Ａ～図４Ｃを参照して特徴波形算出部９の動作を説明する。
　図４Ａは第１の利用者が上記の所定の操作を行った際の角速度センサ６ａの出力波形を示している。図４Ａにおいて横軸は時間を示し、縦軸は角速度値を示す。出力波形１４～１６は、第１の利用者による１回目の操作、２回目の操作、３回目の操作で角速度センサ６ａから出力された角速度値の波形である。出力波形１４～１６はそれぞれ、電子機器５を反時計回り１３に回転させたことに対応して角速度値は負の値となり、その後に電子機器５を時計回り１２に回転させたことに対応して角速度値は正の値となっている。
　角速度センサ６ａから出力波形を取得する際、操作の周期が長いと出力波形の振幅が小さくなるため個人の特徴が波形に表れなくなる。そこで、操作を所定時間内に完結させる方が好ましい。操作の一周期を１０秒以内とすることが好ましい。
　図４Ｂは出力波形１４～１６に対してスケーリング処理を行った後のスケーリング波形１７～１９を示している。図４Ａにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は角速度値を示す。図４Ａに示すように、１回目の操作に対応する出力波形１４の１周期は約０．７７秒であり、２回目の操作に対応する出力波形１５の１周期は約０．７５秒であり、３回目の操作に対応する出力波形１６の１周期は０．６９秒である。このように、一般に、同一の利用者による同一の操作であっても、操作周期が異なる。特徴波形を得るために、波形１４～１６の周期を合わせるスケーリング処理を行っている。実施の形態１では、特徴波形算出部９は全ての出力波形１４～１６の周期が０．７０秒となるように出力波形１４～１６のサンプリングポイントをそれぞれ調整し、スケーリング波形１７～１９を得る。
　図４Ｃはスケーリング波形１７～１９を平均化して得られた特徴波形２０を示している。図４Ｃにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は角速度値を示す。サンプリングポイント毎に、スケーリング波形１７～１９の３つの角速度値を平均化し、特徴波形２０の角速度値を算出する。制御部８は特徴波形２０を第１の利用者の特徴波形としてメモリ部７に記録する。
　図５Ａと図５Ｂを参照して認証部１０の動作を説明する。
　メモリ部７に特徴波形２０が記録されている状態で第２の利用者が電子機器５に上記の所定の操作を行う。図５Ａは第１の利用者による特徴波形２０と第２の利用者による照合波形２１を示している。図５Ａにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は角速度値を示す。認証部１０は、第２の利用者による１回以上の操作により角速度センサ６ａからの出力波形を用いて照合波形２１を求めてもよい。すなわち、認証部１０は、第２の利用者による１回の操作により角速度センサ６ａからの出力波形を用いて照合波形２１を求めてもよいし、複数回の操作により角速度センサ６ａからの出力された複数の出力波形を特徴波形２０と同様にスケーリング処理や平均化処理を行って照合波形２１を求めてもよい。実施の形態１においては、認証部１０は１回の操作により照合波形２１を求める。
　認証部１０は、照合波形２１の周期を特徴波形２０の周期に合わせるようにサンプリングポイントを調整するスケーリング処理を行って照合波形２２を得る。図５Ｂはスケーリング処理で得られた照合波形２２を示す。図５Ｂにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は角速度値を示す。
　なお、認証部１０は照合波形２１の時間軸のスケーリング処理のみでなく、角速度値の振幅方向のスケーリング処理を行って照合波形２２を得てもよい。この場合には、例えば、操作における１周期のエネルギーが同じになるように、時間軸方向および振幅方向のスケーリング処理を行う。例えば、周期を合わせるための時間軸方向のスケーリング比をＭａすなわち照合波形２１時間軸をＭａ倍にして照合波形２２を得た場合には、照合波形２１の振幅を１／Ｍａ倍に拡大し、振幅方向のスケーリング比を１／Ｍａとする。この操作は以下の理由で行う、同一人物であっても操作の周期がばらつく場合があるが、実験の結果、操作の周期が変わると、これに連動して振幅が変わることが分かった。これは操作における各個人の消費エネルギーには特徴があるためである。したがって、時間軸方向のスケーリング処理と連動して振幅方向のスケーリング処理を行うことにより、照合波形２１を特徴波形２０と正確に比較することができるので、認証の精度をさらに向上させることができる。
　認証部１０はスケーリング後の照合波形２２と特徴波形２０の類似性の度合いを評価し、第１の利用者と第２の利用者が同一の利用者であるか否かを認証する。２つの波形の類似性の度合いを評価する方法としては、２つの波形の差分を累積する手法や、２つの波形の相互相関係数を算出する手法などがある。
　実施の形態１では計算負荷が軽い前者の手法を用いる。具体的には、２つの波形の各サンプルポイントにおける角速度値の差分を時刻ｔから周期Ｔｔまでの全区間にわたって加算した累積差分値Ｄを算出する。累積差分値Ｄは予め定めた閾値より小さい場合には、第１の利用者と第２の利用者が同一の利用者であると認証する。すなわち、累積差分値Ｄは時刻ｔにおける特徴波形２０の角速度値Ｙｔ（ｔ）、照合波形２２の角速度値Ｙｓ（ｔ）により（数１）で表され、予め定めた閾値Ｔｙと比較される。認証部１０は、（数１）を満たす場合に第１の利用者と第２の利用者が同一の利用者であると認証する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　実施の形態１においてはＴｙ＝３０として認証を行った。図５Ｂにおいては、例えば、時間が０．１３秒の時点では、照合波形２２の角速度値は－１．５であり、特徴波形２０の角速度値は－２．８である。したがって、この時点における差分値の絶対値は１．３である。このように認証部１０が照合波形２２と特徴波形２０の差分値を算出し、全区間の差分値を加算した累積差分値Ｄを計算すると５３となる。これは閾値Ｔｙよりも大きく、（数１）を満たさない。したがって、認証部１０は第１の利用者と第２の利用者は別の利用者であると判定する。
　図６Ａは電子機器５における第１の利用者による特徴波形２０と第３の利用者による照合波形２３を示している。図６Ｂは照合波形２３の周期を特徴波形２０の周期に合わせるスケーリング処理を照合波形２３に行って得られた照合波形２４を示している。（数１）により、１周期間の全区間の差分値を加算して得られた累積差分値Ｄは２８となる。これは閾値Ｔｙよりも小さいので、（数１）を満たし、したがって、認証部１０は第１の利用者と第３の利用者は同一の利用者であると判定する。
　なお、実施の形態１における電子機器５では角速度センサ６ａはＹ軸周りの角速度を検出するが、２軸又は３軸周りの角速度を検出する多軸対応の角速度センサであってもよい。例えば、角速度センサ６ａがＸ軸周りの角速度とＹ軸周りの角速度を検出する２軸対応の角速度センサである場合には、電子機器５の制御部８が記録モードの際には、第１の利用者による操作に基づいて、Ｘ軸周りの角速度の特徴波形とＹ軸周りの角速度の特徴波形をメモリ部７に記録する。そして、電子機器５が認証モードの際には、認証部１０は第２の利用者による操作に基づいて、Ｘ軸周りの角速度の照合波形とＹ軸周りの角速度の照合波形を得る。認証部１０はＸ軸、Ｙ軸それぞれについて、ともに（数１）を満たす場合に、第１の利用者と第２の利用者が同一の利用者であると判定する。このように、実施の形態１における電子機器５では複数軸の角速度値を用いることで、判定精度をさらに向上させることができる。
　この際、（数１）の閾値Ｔｙに相当するＸ軸周りの角速度における（数１）の閾値Ｔｙｘと、（数１）の閾値Ｔｙに相当するＹ軸周りの角速度における（数１）の閾値Ｔｙｙとを異ならせてもよい。図３に示すように、利用者は電子機器５の長手方向のＹ軸周りに回転させているので、Ｙ軸周りの角速度の波形に利用者個人の特徴が一番表れやすい。したがって、閾値Ｔｙｙを閾値Ｔｙｘよりも小さい値とすることにより、判定精度をさらに向上させることができる。
　（実施の形態２）
　図７は実施の形態２における電子機器３０のブロック図である。図７において、図２に示す実施の形態１における電子機器５と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態２における電子機器５は角速度センサ６ａの代わりに、慣性力センサ６として電子機器５に作用する加速度を検出する加速度センサ６ｂを備える。
　図８は利用者により操作される電子機器３０の斜視図である。電子機器３０の長手方向をＹ軸、短手方向をＸ軸、Ｘ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面と垂直な方向をＺ軸とする。加速度センサ６ｂは、電子機器３０のＺ軸方向の加速度を検出する。なお、加速度センサ６ｂは２軸又は３軸方向の加速度を検出する多軸対応の加速度センサであってもよい。
　利用者は、図３に示す実施の形態１における電子機器５と同様に、電子機器３０を持った利用者から見てＹ軸に関して反時計回り１３に回転させた後、Ｙ軸に関して時計回り１２に回転させる操作を行う。
　実施の形態１における電子機器５と同様に、電子機器３０の制御部８が記録モードの際に、特徴波形算出部９は第１の利用者の操作に基づいて特徴波形を算出し、メモリ部７に記録する。電子機器５の制御部８が認証モードの際に、認証部１０は第２の利用者の操作に基づいて照合波形を算出し、この照合波形とメモリ部７に記録された特徴波形を比較することにより、第１の利用者と第２の利用者とが同一の利用者であるか否かの認証を行う。
　図９Ａは第１の利用者が操作を行った際の加速度センサ６ｂが出力する出力波形を示している。図９Ａにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は加速度値を示す。出力波形３１～３３はそれぞれ、第１の利用者による１回目の操作、２回目の操作、３回目の操作に対応して加速度センサ６ｂから出力されたＺ軸方向の加速度値の波形である。
　図９Ｂは出力波形３１～３３の周期を合わせるように出力波形３１～３３に対してスケーリング処理を行った後のスケーリング波形３４～３６を示している。
　図９Ｃは制御部８の特徴波形算出部９がスケーリング波形３４～３６を平均化して得られた特徴波形３７を示している。特徴波形算出部９は特徴波形３７を第１の利用者の特徴波形としてメモリ部７に記録する。
　図１０Ａは第１の利用者による特徴波形３７と第２の利用者による照合波形３８を示している。図１０Ａにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は加速度値を示す。実施の形態２においては、認証部１０は照合波形を利用者の１回の操作で得る。
　図１０Ｂは、認証部１０が照合波形３８の周期を特徴波形３７の周期に合わせるスケーリング処理を照合波形３８に行って得られた照合波形３９を示している。
　認証部１０は、スケーリング後の照合波形３９と特徴波形３７の類似性の度合いを評価し、第１の利用者と第２の利用者が同一の利用者であるか否かを認証する。実施の形態１と同様に、認証部１０は２つの波形の差分を累積する手法を用いて２つの波形の類似性の度合いを評価する。具体的には、２つの波形の各サンプルポイントにおける加速度値の差分を時刻ｔから周期Ｔｔまでの全区間にわたって加算した累積差分値Ｄを算出する。すなわち、累積差分値Ｄは時刻ｔにおける特徴波形３７の加速度値Ｇｔ（ｔ）と、照合波形３９の加速度値Ｇｓ（ｔ）とにより（数２）で表され、予め定めた閾値Ｔｇと比較される。認証部１０は、以下の（数２）を満たす場合に、第１の利用者と第２の利用者が同一の利用者であると認証する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　実施の形態２においては、Ｔｇ＝３０として認証を行った。図１０Ｂにおいては、認証部１０が全区間の差分値を加算した累積差分値Ｄを計算すると２６となる。これは閾値Ｔｇよりも小さいので、（数２）を満たす。したがって、認証部１０は第１の利用者と第２の利用者は同一の利用者であると判定する。
　なお、実施の形態２においては、加速度センサ６ｂはＺ軸方向の加速度を検出するが、２軸又は３軸周りの加速度を検出する多軸対応の加速度センサであってもよい。例えば、加速度センサ６ｂがＺ軸方向の加速度とＸ軸方向の加速度を検出する２軸対応の加速度センサである場合には、Ｚ軸、Ｘ軸それぞれについて、ともに（数２）を満たす場合に、認証部１０は第１の利用者と第２の利用者が同一の利用者であると判定する。このように、複数軸の加速度値を用いることで、判定精度をさらに向上させることができる。
　この際、（数２）における閾値Ｔｇに相当するＺ軸周りの加速度における閾値Ｔｇｚと、（数２）における閾値Ｔｇに相当するＸ軸周りの加速度における閾値Ｔｇｘとを異ならせてもよい。これにより、認証に用いる電子機器３０の操作に応じて、重要視する軸を異ならせることができ、判定精度をさらに向上させることができる。
　（実施の形態３）
　図１１は実施の形態３における電子機器４０のブロック図である。図１１において、図２と図７に示す電子機器５、３０と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態３における電子機器４０は、慣性力センサ６として角速度センサ６ａと加速度センサ６ｂの２つのセンサを備える。実施の形態３における角速度センサ６ａはＸ軸とＹ軸とＺ軸の３軸を中心とする３つの角速度を検出することができ、加速度センサ６ｂは３軸の方向の加速度を検出することができる。
　実施の形態３における電子機器４０では、制御部８は角速度センサ６ａによる特徴波形と照合波形の取得や認証を実施の形態１における電子機器５と同様に（数１）により行う。電子機器４０では、制御部８は、加速度センサ６ｂによる特徴波形と照合波形の取得や認証を実施の形態２における電子機器３０と同様に（数２）により行う。ただし、（数１）の閾値Ｔｙや（数２）の閾値Ｔｇは軸毎に異ならせている。
　実施の形態３における電子機器４０では、実施の形態１、２と同様、電子機器４０を持った利用者から見てＹ軸に関して反時計回り１３に回転させた後、Ｙ軸に関して時計回り１２に回転させる操作を行う。
　図１２は電子機器４０で角速度と加速度の各軸における閾値を示している。電子機器４０をＹ軸周りに回転させるので、角速度センサ６ａの３軸成分のうち、Ｙ軸成分の変化量が一番大きくなる。実験により検証した結果、利用者の操作の特徴が反映される度合いはＹ軸成分が最も大きく、次いでＺ軸成分であり、Ｘ軸成分が最も小さい。したがって、（数１）の閾値Ｔｙに相当するＹ軸成分の閾値Ｔｙｙを一番小さい３０とし、Ｚ軸成分の閾値Ｔｙｚを４０、Ｘ軸成分の閾値Ｔｙｘを５０としている。加速度センサ６ｂにおいては、利用者の操作の特徴が反映される度合いはＺ軸成分が最も大きく、次いでＸ軸成分であり、Ｙ軸成分が最も小さい。したがって、（数２）の閾値Ｔｇに相当するＺ軸成分の閾値Ｔｇｚを一番小さい３０とし、Ｘ軸成分の閾値Ｔｇｘを４０、Ｙ軸成分の閾値Ｔｇｙを５０としている。このように、操作に応じて利用者の特徴を反映する軸の閾値を異ならせることにより、認証精度を向上させることができる。
　（実施の形態４）
　図１３は実施の形態４における電子機器５Ａのブロック図である。図１３において、図２に示す実施の形態１における電子機器５と同じ部分には同じ参照番号を付す。電子機器５Ａの制御部８が記録モードの際に、複数の利用者による複数の特徴波形をメモリ部７に記録する。電子機器５Ａの制御部８が認証モードの際に、認証部１０は照合波形と最も類似した特徴波形に対応する利用者を特定する。例えば、複数の利用者で電子機器５を共用する場合に、実施の形態４における電子機器５Ａにより、利用者を認証することができる。
　図１４Ａは、利用者Ａ１による特徴波形４１、利用者Ａ２による特徴波形４２、利用者Ａ３による特徴波形４３を示している。特徴波形算出部９は特徴波形４１～４３をメモリ部７に記録する。
　図１４Ｂは、電子機器５Ａの制御部８が認証モードの際に、認証部１０が角速度センサ６ａから出力された照合波形に対しスケーリング処理を行って得られた照合波形４４を示している。
　利用者の認証を行うために、特徴波形４１～４３のそれぞれと照合波形４４との差分値を全区間にわたって加算して得られた累積差分値Ｄ（Ｘ）を算出する。ここで「Ｘ」はＡ１～Ａ３であり、認証部１０は利用者Ａ１による特徴波形４１と利用者Ａ２による特徴波形４２と利用者Ａ３による特徴波形４３のそれぞれと照合波形４４とにより累積差分値Ｄ（Ａ１）、Ｄ（Ａ２）、Ｄ（Ａ３）を算出する。具体的には、２つの波形の各サンプルポイントにおける角速度値の差分を時刻ｔから周期Ｔｔまでの全区間にわたって加算した累積差分値Ｄ（Ｘ）を算出する。時刻ｔにおける利用者Ａ１、Ａ２、Ａ３による特徴波形４１、４２、４３の角速度値をＹｔ（ｔ）、照合波形４４の角速度値をＹｓ（ｔ）とし、（数３）を用いて累積差分値Ｄ（Ｘ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　認証部１０は、利用者Ａ１～Ａ３にそれぞれ対応する累積差分値Ｄ（Ａ１）～Ｄ（Ａ３）のうち、最も小さい累積差分値に対応する利用者が照合波形を発生させた現在操作を行っている利用者であると認証する。
　なお、実施の形態４における電子機器５Ａの上記の認証方法を実施の形態２、３における電子機器３０、４０に適用してもよい。これにより、複数の利用者が電子機器３０、４０を共有する場合でも、複数の利用者から現在操作している利用者を特定することができる。
　（実施の形態５）
　図１５は実施の形態５における電子機器４０Ａのブロック図である。図１５において、図１１に示す実施の形態３における電子機器４０と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態４における電子機器５Ａと同様に、電子機器４０Ａの制御部８が記録モードの際に、特徴波形算出部９は複数の利用者による特徴波形をメモリ部７に記録する。電子機器４０Ａの制御部８が認証モードの際に、認証部１０は照合波形と最も類似した特徴波形に対応する利用者を特定する。
　電子機器４０Ａにおいて、認証部１０は、角速度センサ６ａの検出軸ごとに累積差分値が最小となる利用者にポイントを付与する。同様に、認証部１０は、加速度センサ６ｂの検出軸ごとに累積差分値が最小となる利用者にポイントを付与する。図１６は、認証部１０により角速度センサ６ａの検出軸ごとに累積差分値が最小となる利用者に付与されるポイントと、加速度センサ６ｂの検出軸ごとに累積差分値が最小となる利用者に付与されるポイントを示す。認証部１０は、これらの与えられたポイントの総和を利用者毎に算出し、総和が最大となる利用者が照合波形を発生させた現在操作を行っている利用者であると認証する。
　図１６に示すように、センサの種類や検出軸によって付与するポイントを異ならせてもよい。これにより、認証部１０は利用者個人の特徴を最も反映するセンサの種類や検出軸を重視して利用者を認証でき、認証精度を向上させることができる。
　図１７は認証部１０が付与する他のポイントを示す。図１６に示す３軸を中心とする角速度と３軸の方向の加速度に加えて、認証部１０は加速度の極性と値域にもポイントを付与する。これにより、認証部１０は電子機器４０の持ち方や操作の利用者個々人の癖により利用者を認証している。
　加速度の極性は、加速度値を一周期にわたって全加算した際の極性であり、正又は０又は負のいずれかとなる。認証部１０は、加速度の各検出軸において、特徴波形の極性と照合波形の極性が同一である利用者に１．０ポイントを付与する。加速度の極性を認証に用いることにより、個人が電子機器４０を把持する角度により、認証部１０は高精度に利用者の認証をすることができる。
　加速度の値域は、加速度値の最大値と最小値の差分である。認証部１０は、加速度の各検出軸において、特徴波形の値域と照合波形の値域を比較する。照合波形の値域と特徴波形の値域の差分が予め定めた閾値の範囲内であれば、その特徴波形に対応する利用者に１．０ポイントを付与する。例えば、図１７では、照合波形の値域と特徴波形の値域の差分が特徴波形の３０％以下であれば、その特徴波形に対応する利用者に１．０ポイントを付与する。加速度の値域を認証に用いることにより、認証部１０は個人が電子機器４０を操作する際の稼動域を用いて高精度に利用者の認証をすることができる。
　なお、極性や値域を検出する波形は、角速度センサ６ａや加速度センサ６ｂが出力する波形や、その波形をスケーリングした後の波形であってもよい。
　このように、加速度の極性や値域を用いて認証することにより、認証精度を向上させることができる。
　（実施の形態６）
　図１８は実施の形態６における電子機器４０Ｂのブロック図である。図１８において、図１１に示す実施の形態３における電子機器４０と同じ部分には同じ参照番号を付す。電子機器４０Ｂを保持する利用者が歩いたり階段を上ったりして行動する際には、電子機器４０Ｂに様々な加速度や角速度等の慣性力が印加される。その行動の行動パターンによって、慣性力に一定のパターンが生じる。特徴波形算出部９は利用者が１つの所定の行動を行っているときの慣性力センサ６が出力する波形からその所定の行動に対応する特徴波形を算出してメモリ部７に記録する。具体的には、特徴波形算出部９は利用者が行っている複数の所定の行動にそれぞれ対応する複数の特徴波形を算出してメモリ部７に記録する。認証部１０は、現在利用者が行っている行動による慣性力センサ６が出力する出力波形から照合波形を算出し、複数の特徴波形から照合波形に類似する特徴波形を選択する。これにより、認証部１０は、選択された特徴波形に対応する所定の行動を利用者が行っていると判定する。
　図１９Ａと図１９Ｂは利用者がゆっくり歩いているときに慣性力センサ６（角速度センサ６ａと加速度センサ６ｂ）から出力される角速度値と加速度値をそれぞれ示す。図２０Ａと図２０Ｂは利用者が速く歩いているときに慣性力センサ６（角速度センサ６ａと加速度センサ６ｂ）から出力される角速度値と加速度値をそれぞれ示す。図２１Ａと図２１Ｂは利用者が走っているときに慣性力センサ６（角速度センサ６ａと加速度センサ６ｂ）から出力される角速度値と加速度値をそれぞれ示す。図２２Ａと図２２Ｂは利用者が階段を上っているときに慣性力センサ６（角速度センサ６ａと加速度センサ６ｂ）から出力される角速度値と加速度値をそれぞれ示す。このように、利用者が行っている行動によって角速度値や加速度値が異なる。メモリ部７はこれらの行動にそれぞれ対応する角速度値と加速度値の特徴波形を記録している。認証部１０は、慣性力センサ６から出力された角速度値と加速度値の照合波形を特徴波形と比較する。これにより、電子機器４０Ｂは利用者の認証に加えて、利用者の行動を判定することができ、屋内ナビゲーション等の多様なアプリケーションに適用できる。
　本発明の電子機器は、簡易な構成で高精度な認証を実現することができるため、携帯電話や電子書籍、タブレット型情報端末等の電子機器として有用である。
５　　電子機器
５Ａ　　電子機器
６　　慣性力センサ
７　　メモリ部
８　　制御部
９　　特徴波形算出部
１０　　認証部
３０　　電子機器
４０　　電子機器
４０Ａ　　電子機器

Claims (8)

  1. 慣性力センサと、
    メモリ部と、
    前記慣性力センサおよび前記メモリ部に接続された制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    第１の利用者による複数回の操作に基づいて前記慣性力センサから出力された複数の出力波形から特徴波形を算出し、この特徴波形を前記メモリ部に記録する特徴波形算出部と、
    第２の利用者による１回以上の操作に基づいて前記慣性力センサから出力された１つ以上の出力波形から照合波形を算出し、この照合波形と前記特徴波形とを比較し、前記第１の利用者と前記第２の利用者とが同一の利用者であるか否かを認証する認証部と、を有する電子機器。
  2. 前記特徴波形算出部において、
    前記複数の出力波形はそれぞれ所定時間内に完結した波形であって、
    前記複数の出力波形に対して、それぞれ時間軸方向にスケーリング処理を行ってスケーリング波形を生成し、
    得られた複数のスケーリング波形を平均化して得た波形を前記特徴波形として前記メモリ部に記録する請求項１に記載の電子機器。
  3. 前記認証部において、
    前記照合波形と前記特徴波形とを時間軸方向および振幅方向にスケーリング処理を行って比較する請求項１に記載の電子機器。
  4. 前記認証部は、
    前記第２の利用者による操作に基づいて前記慣性力センサから出力された波形と前記メモリ部に記録された前記特徴波形との差分値を所定時刻毎に取得し、
    この所定時刻毎の差分値を累積加算して累積差分値とし、
    この累積差分値が所定範囲内である場合に、前記第１の利用者と前記第２の利用者とが同一の利用者であると認証する請求項１に記載の電子機器。
  5. 前記慣性力センサは、第１の軸方向の慣性力および前記第１の軸と直交する第２の軸方向の慣性力を検出し、
    前記特徴波形算出部は、前記第１の軸方向の慣性力に対応する第１の特徴波形および前記第２の軸方向の慣性力に対応する第２の特徴波形を前記メモリ部に記録し、
    前記認証部は、前記第１の軸方向の慣性力に対応する出力波形と前記第１の特徴波形とを比較した第１の比較結果を算出し、前記第２の軸方向の慣性力に対応する出力波形と前記第２の特徴波形とを比較した第２の比較結果を算出し、前記第１の比較結果および前記第２の比較結果に基づいて前記第１の利用者と前記第２の利用者とが同一の利用者であるか否かを認証する請求項１に記載の電子機器。
  6. 前記慣性力センサは、第１の種類の慣性力および前記第１の種類の慣性力と異なる第２の種類の慣性力を検出し、
    前記特徴波形算出部は、前記第１の種類の慣性力に対応する第１の特徴波形および前記第２の種類の慣性力に対応する第２の特徴波形を前記メモリ部に記録し、
    前記認証部は、前記第１の種類の慣性力に対応する出力波形と前記第１の特徴波形とを比較した第１の比較結果を算出し、前記第２の種類の慣性力に対応する出力波形と前記第２の特徴波形とを比較した第２の比較結果を算出し、前記第１の比較結果および前記第２の比較結果に基づいて前記第１の利用者と前記第２の利用者とが同一の利用者であるか否かを認証する請求項１に記載の電子機器。
  7. 前記第１の種類の慣性力は角速度であり、第２の種類の慣性力は加速度である請求項６に記載の電子機器。
  8. 慣性力センサと、
    メモリ部と、
    前記慣性力センサおよび前記メモリ部に接続された制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    利用者による複数の所定の行動に基づいて前記慣性力センサから出力された複数の出力波形から前記複数の行動にそれぞれ対応する複数の特徴波形を算出し、前記複数の特徴波形を前記メモリ部に記録する特徴波形算出部と、
    利用者による行動に基づいて前記慣性力センサから出力された出力波形から照合波形を算出し、この照合波形と前記複数の特徴波形とを比較し、前記利用者が前記複数の所定の行動のうちのいずれを行っているかを判定する認証部と、を有する電子機器。
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