(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送および受信音波トランスデューサであって、
前記トランスデューサは、
２次元アレイのセンサ要素を備え、前記アレイ内の各センサ要素は、電子制御を介して別個にアドレス可能であり、各センサ要素は、前記電子制御を介して指示されるとおりに、第１の期間中には伝送し、第２の期間中には代わりに受信することが可能であり、
前記アレイ内に第１のパターンを形成するように第１のセットのセンサ要素が選択され、前記アレイ内に第２のパターンを形成するように第２のセットの要素が選択され、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンの各々は、相互排他的かつ互いに近接するセンサ要素のグループを形成し、
制御電子機器が、第１のセットの１つ以上の選択された期間中に伝送するが受信しないように前記第１のセットのセンサ要素を制御するように構成され、前記制御電子機器が、第２のセットの１つ以上の選択された期間中に受信するが伝送しないように前記第２のセットのセンサ要素を制御するように構成され、
前記第１のセットの選択された期間のうちの少なくとも１つの選択された期間は、前記第２のセットの期間のうちの少なくとも１つの期間と時間的に重複する、トランスデューサ。
【請求項２】
前記第１のパターンは、隣接する一連のセンサ要素であり、前記第２のパターンは、隣接する一連のセンサ要素である、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項３】
前記第１のパターンは、センサ要素の少なくとも１つの直線を形成し、前記第２のパターンは、センサ要素の少なくとも１つの直線を形成する、請求項２に記載のトランスデューサ。
【請求項４】
前記第１のパターンにより形成される少なくとも１つの直線は、前記第２のパターンにより形成される少なくとも１つの直線に隣接する、請求項３に記載のトランスデューサ。
【請求項５】
前記第１のパターンにより形成される各直線は、前記第２のパターンにより形成される少なくとも１つの直線に隣接する、請求項３に記載のトランスデューサ。
【請求項６】
前記第１のパターンの線は、前記第２のパターンの線とインターレースされる、請求項３に記載のトランスデューサ。
【請求項７】
前記第１のセットのセンサ要素のうちの少なくとも１つが伝送し始めるとすぐに前記第２のセットのセンサ要素のうちの少なくとも１つが受信する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項８】
前記第１のセットの選択された期間のうちの前記少なくとも１つの選択された期間は、前記第２のセットの期間のうちの少なくとも１つの期間とほぼ同時で時間的に重複する、請求項１に記載のトランスデューサ。
【請求項９】
音波エネルギーを伝送および受信する装置であって、
前記装置は、
２次元アレイのセンサ要素を備え、前記アレイ内の各センサ要素は、電子制御を介して別個にアドレス可能であり、各センサ要素は、前記電子制御を介して指示されるとおりに、第１の期間中には伝送し、第２の期間中には代わりに受信することが可能であり、
前記アレイ内に第１のパターンを形成するように第１のセットのセンサ要素が選択され、前記アレイ内に第２のパターンを形成するように第２のセットの要素が選択され、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンの各々は、相互排他的かつ互いに近接するセンサ要素のグループを形成し、
制御電子機器が、第１のセットの１つ以上の選択された期間中に伝送するが受信しないように前記第１のセットのセンサ要素を制御するように構成され、前記制御電子機器が、第２のセットの１つ以上の選択された期間中に受信するが伝送しないように前記第２のセットのセンサ要素を制御するように構成され、
前記第１のセットのセンサ要素のうちの少なくとも１つが伝送し始めるとすぐに前記第２のセットのセンサ要素のうちの少なくとも１つが受信する、装置。
【請求項１０】
前記第１のパターンは、隣接する一連のセンサ要素であり、前記第２のパターンは、隣接する一連のセンサ要素である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のパターンは、センサ要素の少なくとも１つの直線を形成し、前記第２のパターンは、センサ要素の少なくとも１つの直線を形成する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のパターンにより形成される少なくとも１つの直線は、前記第２のパターンにより形成される少なくとも１つの直線に隣接する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のパターンにより形成される各直線は、前記第２のパターンにより形成される少なくとも１つの直線に隣接する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のパターンの線は、前記第２のパターンの線とインターレースされる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のパターンのセンサ要素は、走査方向に沿って順次起動される、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のパターンのセンサ要素と、前記第２のパターンのセンサ要素とは、走査方向に沿って交互に切り替えられる、請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１のセットの選択された期間のうちの少なくとも１つの選択された期間は、前記第２のセットの期間のうちの少なくとも１つの期間と時間的に重複する、請求項９に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のセットの選択された期間のうちの少なくとも１つの選択された期間は、前記第２のセットの期間のうちの少なくとも１つの期間とほぼ同時で時間的に重複する、請求項９に記載の装置。
【請求項１９】
音波エネルギーを伝送および受信する方法であって、
前記方法は、
２次元アレイのセンサ要素を提供することであって、前記アレイ内の各センサ要素は、電子制御を介して別個にアドレス可能であり、各センサ要素は、前記電子制御を介して指示されるとおりに、第１の期間中には伝送し、第２の期間中には代わりに受信することが可能であり、前記アレイ内に第１のパターンを形成するように第１のセットのセンサ要素が選択され、前記アレイ内に第２のパターンを形成するように第２のセットの要素が選択され、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンの各々は、相互排他的かつ互いに近接するセンサ要素のグループを形成する、ことと、
制御電子機器を提供することであって、前記制御電子機器は、第１のセットの１つ以上の選択された期間中に伝送するが受信しないように前記第１のセットのセンサ要素を制御するように構成され、前記制御電子機器は、第２のセットの１つ以上の選択された期間中に受信するが伝送しないように前記第２のセットのセンサ要素を制御するように構成される、ことと
を含み、
前記第１のセットの選択された期間のうちの少なくとも１つの選択された期間は、前記第２のセットの期間のうちの少なくとも１つの期間と時間的に重複する、方法。
【請求項２０】
前記第１のセットのセンサ要素のうちの少なくとも１つが伝送し始めるとすぐに前記第２のセットのセンサ要素のうちの少なくとも１つが受信する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
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。
【背景技術】
【０００２】
（背景技術）
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。
【０００３】
指紋の反射光学像を検出する光学指紋スキャナが利用可能である。十分に高い解像度で上質の画像を捕捉するために、光学指紋スキャナは、最小の光学構成要素（例えば、レンズ）、照明源、および撮像カメラを必要とする。そのような構成要素は、指紋スキャナの全体的費用を増大させる。整列を維持するための機械構造も、製造および維持費を増加させる。
【０００４】
固体シリコンベースのトランスデューサも、市販されている指紋スキャナで利用可能である。そのようなシリコントランスデューサは、静電容量を測定する。これは、脆いシリコントランスデューサが指紋感知回路の数ミクロン以内にあることを要求し、それらの耐久性を低減する。圧延指紋を検出するために、固体トランスデューサの感知アレイは、１インチ×１インチの面積および約５０ミクロンの厚さを有する必要がある。これは、指紋スキャナの最低限の費用を増加させ、より大きい維持費につながる、シリコンの大幾何学形状である。耐久性および構造的完全性も、そのような大型シリコン幾何学形状で問題を抱える可能性が高い。
【０００５】
必要とされるものは、低い維持費を伴う安価で耐久性のある指紋スキャナである。また、必要とされるものは、（特に電子商取引の分野で）物理的危険、詐欺、および窃盗に対して個人および一般大衆を保護することができる、低費用の生体測定デバイスである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃｓ  Ｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ｖ．２．０，Ｇ．Ｒｏｅｔｈｅｎｂａｕｇｈ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ａｓｓｎ．Ｃａｒｌｉｓｌｅ，Ｐａ．１９９８、ｐａｇｅｓ１−３４
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書において具現化され、広義に説明されるような本発明の原理と一致して、本発明は、第１の方向へ第１の表面に沿って載置され、接地のために構成される第１の電極線と、第１の方向と直角な方向へ第２の表面に沿って載置される第２の電極線とを含む、第１および第２の表面を有するトランスデューサを含む。第２の電極線は、インターレース方式で受信と伝送とを切り替えるように構成される。
【０００８】
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
第１および第２の表面を有するトランスデューサであって、
第１の方向へ該第１の表面に沿って載置され、接地のために構成される第１の電極線と、
該第１の方向と直角な方向へ該第２の表面に沿って載置される第２の電極線と
を備え、該第２の電極線は、インターレース方式で受信と伝送とを切り替えるように構成される、トランスデューサ。
（項目２）
受信のために構成される前記線および伝送のために構成される前記線は、交互に受信および伝送するように構成される、項目１に記載のトランスデューサ。
（項目３）
アレイに配設され、該アレイに近接する指の特徴を検出するように約２００ミクロン以下のピッチで離間されている１４，０００個未満の圧電セラミック要素を有する圧電セラミックセンサと、該センサからデータを受信し、該指の特徴を表す出力を産生する該センサに連結されるプロセッサと、該１４，０００個未満の圧電セラミック要素にわたってＡＣ電圧を印加する入力信号発生器とを備える、生体測定感知装置。
（項目４）
第１および第２の表面を有するトランスデューサであって、
該第１の表面に沿って第１の方向に載置される第１の電極線と、
該第２の表面に沿って該第１の方向と直角な方向に載置される第２の電極線と
を備え、伝送および受信機能が、該第１と第２の電極線との間で交互に切り替えられる、トランスデューサ。
（項目５）
前記第１および第２の電極線は、交互に接地される、項目４に記載のトランスデューサ。
（項目６）
前記第１および第２の電極線のうちの選択された隣接するもののみが、前記伝送および受信を行う、項目４に記載のトランスデューサ。
（項目７）
第１および第２の表面を有するトランスデューサであって、
該第１の表面に沿って第１の方向に載置される第１の電極線と、
該第２の表面に沿って該第１の方向と直角な方向に載置される第２の電極線と
を備え、該第１の電極線のうちの選択された隣接するものは、副開口として構成される、トランスデューサ。
（項目８）
前記第１の電極線のうちの異なる選択された隣接するものは、異なるときに前記副開口として構成される、項目７に記載のトランスデューサ。
（項目９）
１つだけの副開口が、常に構成されている、項目８に記載のトランスデューサ。
添付図面を参照して、本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の種々の実施形態の構造および動作を、以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する添付図面は、本発明を図示し、説明とともに、さらに本発明の原理を説明し、当業者が本発明を作製および使用することを可能にする働きをする。
【図１】図１は、本発明の実施形態による、圧電識別デバイスを図示する。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、圧電要素を図示する。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、１列の圧電要素を図示する。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、長方形の圧電要素のアレイを図示する。
【図５】図５は、本発明の実施形態による、円形の圧電要素のアレイを図示する。
【図６】図６は、本発明の実施形態による、要素間に充填材を有する１列の長方形の圧電要素を図示する。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の実施形態による、センサアレイを図示する。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、本発明の実施形態による、センサアレイを図示する。
【図８】図８は、図７Ａのセンサアレイのより詳細な図を図示する。
【図９】図９は、図８のセンサアレイがどのようにして特定用途向け集積回路に接続されるかを図示する。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態による、感知アレイをマルチプレクサに接続する方法を図示する。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態による、識別デバイスを図示する。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態による、識別デバイスの回路構成要素を図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施形態による、図１２のセンサアレイに入力信号を印加し、センサアレイから出力信号を受信する方法を図示する。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の実施形態による、図１３Ａのスイッチを制御する方法を図示する。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態による、電圧感知回路例を図示する。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態による、センサアレイにおけるクロストークを最小化する方法を図示する。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態による方法のフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態による、生体測定情報を取得するために識別デバイスを使用することを図示する。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態による、識別デバイス起動回路を図示する。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態による、指紋のくぼみによって負荷が与えられる圧電要素のインピーダンスを図示する。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態による、指紋の隆起によって負荷が与えられる圧電要素のインピーダンスを図示する。
【図２１】図２１は、本発明の実施形態による、センサアレイ入力信号を図示する。
【図２２】図２２は、本発明の実施形態による、センサアレイ出力信号を図示する。
【図２３】図２３は、本発明の実施形態による、生体測定情報を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図２４】図２４は、本発明の実施形態による、骨地図を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図２５】図２５は、本発明の実施形態による、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【図２６】図２６は、本発明の実施形態による、細動脈血流情報を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図２７】図２７は、本発明の実施形態による、伝送ビーム指向性および受信ビーム指向性を図示する。
【図２８】図２８は、本発明の実施形態による、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態による、毛細管血流情報を取得するために識別デバイスがどのように使用されるかを図示する。
【図３０】図３０は、本発明の実施形態による、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【図３１】図３１は、本発明の実施形態による方法のフローチャートである。
【図３２】図３２は、本発明の実施形態による、生体測定デバイスを図示する。
【図３３】図３３は、本発明の実施形態による、移動生体測定デバイスを図示する。
【図３４】図３４は、本発明の実施形態による、無線送受信機生体測定デバイスを図示する。
【図３５】図３５は、図３４の無線送受信機生体測定デバイスのより詳細な図を図示する。
【図３６】図３６は、電子販売取引を完了するために、図３４の無線送受信機生体測定デバイスを使用することを図示する。
【図３７】図３７は、図３４の無線送受信機生体測定デバイスに対する種々の用途を図示する。
【図３８】図３８は、本発明の実施形態による、無線送受信機生体測定デバイスを図示する。
【図３９】図３９は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）デバイスを公共サービス層と連結することを有する、ピコネット例の概略図である。該当なし。
【図４０】図４０は、インターレース伝送／受信トランスデューサの説明図である。
【図４１】図４１は、本発明の実施形態に従って構築された、単線スワイプ指紋センサアレイの説明図である。
【図４２】図４２は、本発明の別の実施形態に従って構築された、Ｎ×Ｍスワイプ指紋センサアレイの説明図である。
【図４３】図４３は、本発明の実施形態で行われるような円柱減衰の説明図である。
【図４４】図４４は、本発明の実施形態による、２方向撮像のために構成された開口の説明図である。
【図４５】図４５は、本発明の実施形態による、方位角方向への線形電子切替走査を描写する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
目次  Ｉ．発明の概要  ＩＩ．本発明によるデバイスおよびシステム例
Ａ．圧電セラミックセンサ
Ｂ．圧電フィルムセンサ
Ｃ．センサアレイアドレス線
Ｄ．識別デバイス例
Ｅ．マルチプレクサ例  ＩＩＩ．本発明による方法例
Ａ．インピーダンスモード
Ｂ．減衰／電圧モード
Ｃ．ドップラ偏移およびエコーモード  ＩＶ．本発明の用途例
Ａ．生体測定捕捉デバイス
Ｂ．移動生体測定捕捉デバイス
Ｃ．無線送受信機生体測定デバイス
Ｄ．電子販売および／または商取引
Ｅ．他の無線送受信機生体測定デバイスの用途
Ｆ．パーソナルエリアネットワークの用途
Ｇ．公共サービス層の用途
（Ｉ．発明の概要）
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。
【００１１】
（ＩＩ．発明に従うデバイスおよびシステム例）
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。
【００１２】
（Ａ．圧電セラミックセンサ）
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。
【００１３】
図２は、表面２１０、２２０、２３０、および２４０を有する、単一の長方形の圧電セラミック要素２００の動作特性を図示する。力が表面２１０および２２０に印加されると、印加された力に比例する電圧が表面２１０と２２０との間で発現される。これが発生すると、表面２３０および２４０が相互から離れる。電圧が表面２１０および２２０に印加されると、表面２３０および２４０が相互に向かって移動し、表面２１０と２２０とが相互から離れる。交流電圧が表面２１０および２２０に印加されると、圧電セラミック要素２００は、当業者に公知であろう態様で振動する。
【００１４】
図３は、１列の５つの長方形の圧電セラミック要素２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、および２００Ｅを図示する。これらの長方形の圧電セラミック要素２００のそれぞれは、支持材３０２に取り付けられるか、またはそれと一体である。支持材３０２は、各長方形の圧電セラミック要素２００の１つの表面の移動を阻止する。したがって、交流電圧が圧電セラミック要素２００Ｃの表面２１０および２２０に印加されると、音波が圧電セラミック要素２００Ｃの表面２１０で生成される。生成された音波の周波数は、圧電セラミック要素２００Ｃの物理特性に依存している。
【００１５】
図４は、長方形の圧電セラミック要素２００の２次元アレイ４００を図示する。アレイ４００は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から作ることができる。ＰＺＴは、安価な材料である。実施形態では、アレイ４００は、医療用途で使用されるＰＺＴ１−３複合物と同様である。本発明によるセンサ１１０の圧電セラミック要素は、長方形以外の形状を有することができる。図５に図示されるように、センサ１１０は、円形圧電セラミック要素のアレイ５００を備えることができる。
【００１６】
一実施形態では、アレイ４００は、約４０ミクロン四方で深さ１００ミクロンである、長方形の圧電セラミック要素を備え、それにより、２０ＭＨｚの基本周波数音波を生じる。この実施形態では、要素間に５０ミクロンのピッチを提供するために、１０ミクロンの間隔が要素間で使用される。５０ミクロンのピッチは、本発明による識別デバイスが、連邦捜査局の指紋の品質標準を満たすことを可能にする。本発明の他の実施形態は、好ましい実施形態とは異なる幾何学形状を使用する。例えば、５０ミクロンより大きいピッチを使用することができる。他の実施形態はまた、２０ＭＨｚ以外の周波数で動作する。例えば、実施形態は、他の周波数に加えて、３０ＭＨｚおよび４０ＭＨｚの周波数で動作することができる。
【００１７】
図６に示されるように、本発明によるセンサアレイの要素間の間隔は、剪断波を抑制し、センサの向上した機械特性をもたらすように、可撓性の種類の材料または充填材６０２で埋めることができる。重量を低減し、および／または剪断波の抑制を増加させるように、微小球６０４を充填材６０２に添加することができる（例えば、ビニル微小球）。識別デバイスの信号対雑音比およびデバイス感度を最適化するために、高い音響減衰および電気絶縁を提供する充填材（例えば、空気を充填したビニル微小球で充填されたアラルダイト）が使用されるべきである。
【００１８】
少なくとも４つの製造方法が、アレイ４００を生産するために存在する。これらの方法は、レーザ切断、ダイスカット、成形、およびスクリーン印刷を含む。レーザ切断は、小さい溝を切断し、それにより、アレイ４００の要素を形成するために、エキシマーレーザを使用することを伴う。ダイスカットは、溝およびアレイ４００の要素を形成するために、高性能ダイスカット機器を使用することを伴う。成形は、アレイ４００を形成するために、射出成形機器を使用することを伴う。スクリーン印刷は、プリント回路基板のアセンブリにおけるはんだ印刷と同様の技法であり、高度に自動化されたスクリーン印刷機がレーザ切断ステンシルを伴って適合される。この方法は、セラミック要素がわずか１００ミクロンの厚さであるため、２０ＭＨｚ音波要素を生産することに特に適している。この方法は、適切な一貫性のセラミックスラリーを生産することを伴い、成形方法で必要とされ得るような表面研削を必要としないという利点を有する。
【００１９】
図７Ａは、本発明の好ましい実施形態による、長方形の圧電セラミック要素を備えるセンサアレイ７００を図示する。センサアレイ７００は、アレイ４００と同様である、長方形の圧電セラミック要素２００の２次元アレイを含む多層構造である。導体（導体７０６および７０８等）は、長方形の圧電セラミック要素２００のそれぞれに接続される。各要素２００の一方の端に接続された導体（例えば、導体７０６）は、各要素２００のもう一方の端に接続された導体（例えば、導体７０８）に対して直角に配向される。センサアレイ７００に近接して指を配置することができる、保護被覆を提供するように、遮蔽層７０２を一方の側面に追加することができる。支持材７０４は、センサアレイの反対端に取り付けることができる。センサアレイ７００を以下でより詳細に説明する。
【００２０】
（Ｂ．圧電フィルムセンサ）
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成る。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。
【００２１】
保護被覆を提供するように、指が配置される一方の側面に遮蔽層７５８を追加することができる。発泡体基材７６０を支持材として使用することができる。図７Ｂに示されるように、センサアレイ７５０の複数の層は、１つの方向（例えば、ｚ方向）に沿って積層される。
【００２２】
実施形態では、圧電層７５２は、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である。導体グリッド７５４および７５６は、ＰＶＤＦフィルム７５２の対向側に印刷された銀インク電極である。遮蔽層７５８は、ウレタンまたは他のプラスチックでできている。発泡体基材７６０は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）でできている。接着剤７６２、７６４は、図７Ｂに示されるように、印刷ＰＶＤＦフィルム７５２の対向側で遮蔽層７５８および発泡体基材７６０を担持する。
【００２３】
実施形態では、容易な交換のために、印刷電極を含むＰＶＤＦフィルムをラベルのように剥がすことができる。図７Ｂに示されるように、センサアレイ７５０は、容易に剥がすために、ワックスペーパーまたは他の材料（図示せず）上に接着剤７６６によって載置することができる。これは、圧電センサが最低の費用で簡単かつ容易に設置および／または交換されることを可能にする。光学およびシリコン技法と比較して、圧電センサアレイ７５０の維持は些細である。
【００２４】
（Ｃ．センサアレイアドレス線）
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。
【００２５】
センサアレイ７００の各長方形の圧電セラミック要素２００は、２つの電極線（例えば、導体７０６および７０８）に接続される。センサアレイ７００の一端上の電極線は、センサアレイ７００の反対端上の電極線と垂直に走る。したがって、それに接続される２つの電極線を選択することによって、アレイのいずれか単一の要素２００をアドレス指定することができる。電極線は、好ましくは、真空排除およびリソグラフィによって作成され、以下で説明される相互接続技法を介して切替電子機器に接続される。
【００２６】
一組の電極線の上には、保護層７０２がある。保護層７０２は、好ましくは、ウレタンでできている。この保護層７０２は、センサの動作中に指と接触することを目的としている。
【００２７】
支持材７０４またはバッキング層は、長方形の圧電セラミック要素２００のそれぞれに対する後方音響インピーダンスとしての機能を果たす。好ましい実施形態では、支持材７０４は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）発泡体でできている。搭載および非搭載されたときに要素の電気インピーダンスの大きな変動を提供するために、音響インピーダンス支持材７０４は、センサ要素材料と音響的に不整合となるべきである。非常に低い、または非常に高い音響インピーダンス材料のいずれか一方をしようすることができる。圧電セラミック材料を使用する実施形態について、好ましいインピーダンス不整合は、硬質バッキングよりもむしろエアバッキングによって得ることができる。これは、センサが高い音響インピーダンスを有するためである。
【００２８】
センサアレイ７００を構築するために本明細書で説明される材料は、例示的であり、本発明を限定することを目的としない。当業者に公知となるように、他の材料を使用することができる。
【００２９】
図９は、どのようにしてセンサアレイ７００を特定用途向け集積回路に接続することができるかを図示する。本明細書で説明されるように、センサアレイ７００の上の導体ｍおよびセンサアレイ７００の底部の導体ｎを選択（アドレス指定）することによって、センサアレイ７００の個別圧電セラミック要素（ｍ、ｎ）をアドレス指定することができる。クロストークを低減するために、他の導体、特に、選択されている要素の付近にある要素をアドレス指定するために使用される導体を接地または開放することができる（高インピーダンス状態）。選択された要素の付近にある寄生電流は、図６および７Ａに関して上記で説明される、間質性充填材６０２によって機械的に最小化される。一実施形態では、要素間の間隔（ピッチ）が約５０ミクロンであり、標準接合技術が約１００ミクロンのピッチを必要とするため、図９に示されるような、センサアレイ７００の「東」および「西」側の交互横列および「北」および「南側」の交互縦列が、センサを「外界」に接続する。図９に示されるように、これらの導体は、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２の３つの縁９０８の周囲の「バンプ」技術で終端することができる。実施形態では、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２の側面９０８は、約３ｍｍである。
【００３０】
実施形態では、ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２が高密度フレックス９０６に接続される。高密度フレックス９０６は、エポキシ基材９０４に接続される。導体は、アレイの導体をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に連結するように、高フレックスに形成するか、または取り付けることができる。例えば、高密度フレックス９０６上の導体は、図９で導体７０８をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に連結して示されている。導体は、バンプはんだ付けによってＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に連結される。高密度フレックス９０６上の導体をセンサアレイの導体７０８に連結するために、異方性接着剤を使用することができる。ＡＳＩＣマルチプレクサ９０２をセンサアレイ７００に接続し、電気的に連結するための他の手段が、当業者に公知であり、これらの手段も本発明に従って使用することができる。
【００３１】
図１０は、本発明の実施形態による、感知アレイ１００２をＡＳＩＣマルチプレクサ９０２に接続する方法を図示する。本明細書で説明されるように、電極線または導体は、基材９０２（図１０では図示せず）の両側に蒸着し、次いで、所望のパターンにエッチングすることができる。線および横列パターンがエッチングされる前に、基材９０２は、医用トランスデューサと同様に偏極されるべきである。
【００３２】
偏極基材が、利用可能なプリントカイロ基板技術に適合するソケットまたはマルチチップモジュールケースに接続される。圧電セラミックマトリクスまたはセンサアレイ１００２は、空気等価発泡体または酸化アルミニウムによって裏打ちすることができる。いずれか一方のバッキングは、８Ｍｒａｙｌにおいて複合圧電材料に不整列して、例えば、指紋を走査することができる、センサアレイ１００２の前面のみでエネルギー結合を発生させるように設計されている。図１０では、約１００ミクロンのピッチを必要とする接合技術を促進するように、センサアレイ１００２の上および底部の両方の導体が、上記で説明される方式で交互配置されることを留意されたい。
【００３３】
図１１は、本発明の実施形態による、識別デバイス１１００を図示する。好ましい実施形態では、デバイス１１００は、センサアレイ１１０２上に不正確に配置された指紋を捕捉するほど十分物理的により大きい（例えば、約２５ｍｍ平方）、圧電セラミックセンサアレイ１１０２を有する。センサアレイ１１０２は、好ましくは、解像度がＣＪＩＳ  ＡＮＳＩＩ  ＮＩＳＴ標準に準拠し（２５．４ｍｍあたり５００ポイント）、２５６の明確に異なるグレーの階調を提供するのに十分なピクセルダイナミックレンジを有する。
【００３４】
図１１に示されるように、実施形態では、基材１１１０が、プリント回路基板１１０４に取り付けられる。センサアレイ１１０２の導体は、センサアレイ１１０２を本明細書の他の部分で説明される他の回路に連結する、２つの集積回路１１０６および２つの集積回路１１０８に連結される。集積回路１１１２は、本発明の実施形態が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通信することを可能にする、無線送受信機である。この接続性は、本発明の実施形態が、例えば、標準の安全な識別および／または認証トークンを、それを必要または要求する過程または商取引に供給することを可能にする。図１１に示された接続スキームは、本発明の実施形態を実装するために使用することができる、代替的な接続スキームである。
【００３５】
上記のセンサアレイの説明は例示的であり、本発明を限定することを目的としない。例えば、圧電層７５２は、圧電ポリマーを含むがそれに限定されない、圧電効果を呈する任意の材料となり得る。導体グリッド７０６、７０８、７５４、および７５６は、金属を含むがそれに限定されない、任意の導電性材料となり得る。同様に、この説明を考慮すると当業者に明白となるように、他の種類の保護材料を遮蔽層７０２および７５８に使用することができる。他の種類の支持材料を、支持材  ７０４または発泡体基材７６０の代わりに使用することができる。
【００３６】
（Ｄ．識別デバイス例）
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。
【００３７】
実施形態では、入力信号発生器１２０２は、入力信号発生器または発振器１２０４と、可変増幅器１２０６と、スイッチ１２０８とを備える。一実施形態では、発振器１２０４は、デバイス１２００が動作しているモードに応じて、可変増幅器１２０６によって低または高電圧（例えば、約４ボルトまたは８ボルト）に増幅される、２０ＭＨｚ信号を産生する。スイッチ１２０８は、入力信号を全く提供しない、パルス入力信号を提供する、または連続波入力信号を提供するために使用される。スイッチ１２０８は、当業者に公知となる方式で、本明細書で説明される種々の種類の入力信号を産生するように制御される。図１２に示されるように、入力信号発生器１２０２によって生成される入力信号は、マルチプレクサ１２２５Ａを通してセンサアレイ１２２０に提供され、かつコントローラ１２３０および出力信号プロセッサ１２４０に提供される。
【００３８】
センサアレイ１２２０の構造および詳細は、上記で説明される。好ましい実施形態では、センサアレイ１２２０は、２０ＭＨｚ入力信で動作するように設計されている長方形の要素の圧電セラミック複合物である。
【００３９】
（Ｅ．マルチプレクサ例）
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。
【００４０】
実施形態では、マルチプレクサ１２２５は、４つの同一のＡＳＩＣに組み込まれる（図１０参照）。これらの４つのＡＳＩＣは、アナログマルチプレクサ、増幅器、検出回路、および論理を備える。好ましい実施形態では、センサアレイ１２２０への入力信号の電圧は、ＡＳＩＣが３ミクロン幾何学形状を使用して構築されること、および５オーム未満のスイッチインピーダンスを実現することを可能にする、８ボルト未満に制限される。これらのＡＳＩＣのそれぞれの４つの基本セクションは、（１）本明細書で説明されるようなマルチプレクサ、（２）増幅器／自動利得コントローラ、（３）ドップラ検出器、および（４）デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）インターフェースである。アイテム（２）から（４）の構造および実装は当業者に公知である。
【００４１】
実施形態では、マルチプレクサ１２２５は、１７個の１６：１マルチプレクサを備え、したがって、選択されるように１つの出力または１６個の出力をもたらす。マルチプレクサにおける各スイッチの機能は、長さ２７２ビットおよび幅２ビットであるシフトレジスタ１３０２によって判定される（図１３Ｂ参照）。シフトレジスタ１３０２の搭載およびクロッキングは、当業者に公知となるカウンタおよび論理を備える、コントローラ１２３０によって行われる。図１３Ａに示されるように、センサアレイ１２２０の導体は、接地、信号入力発生器１２０２に接続することができるか、または接続されていない状態となり得る（高インピーダンス）。マルチプレクサ１２２５Ａは、最低「オン」抵抗のために設計される。マルチプレクサ１２２５Ｂは、センサアレイ１２２０の片側の全ての（２５６個の）導体を、１つまたは１６個の感知ノードに接続する。例えば、電圧感知のために、適正なセンサ要素が選択され、使用されるように、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂの両方が、同じ機能論理（すなわち、コントローラ１２３０）に接続される。感知のために選択された要素または要素群の付近にある、要素の縦列および横列は、結合および干渉を防止するように接地に切り替えることができる。
【００４２】
図１３Ｂは、本発明による、マルチプレクサ１２２５のスイッチを制御する方法を図示する。本明細書で説明されるように、アレイ１２２０の導体に接続されるマルチプレクサ１２２５の各スイッチは、接地に接続される、信号入力発生器１２０２に接続される、または開放（高インピーダンス）といった、３つの状態のうちの１つになり得る。これは、例えば、図１４に示されるように、２つのＣＭＯＳゲートを使用して実装することができる。次いで、各スイッチの位置を制御するために、長さ２７２ビットで幅２ビットのシフトレジスタを使用することができる。コントローラ１２３０からのビットは、マルチプレクサ１２２５のスイッチの位置を制御するようにシフトレジスタ１３０２へ偏移される。実施形態では、新しいビットがシフトレジスタ１３０２へ偏移されている際に、マルチプレクサスイッチが一定のままであるように、シフトレジスタ１３０２は、ラッチを使用してマルチプレクサ１２２５のスイッチに連結される。この実施形態を実装する方法は、当業者に公知となるであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、マルチプレクサ１２２５の機能性を実装するための他の手段を使用することができる。
【００４３】
図１４は、本発明の実施形態による、電圧検出器例１２４４を図示する。当業者によって理解されるように、特定の導体に連結された全ての要素が信号源（すなわち、入力信号発生器１２０２）から引き出しているため、センサアレイ１２２０の各導体における電圧降下は、アレイの要素の電圧降下と比較して大きい。各要素が５００オームのインピーダンスを有する場合、並列に接続された４００個の要素のインピーダンスは、１．２５オームである。しかしながら、この状況は、要素の真の出力電圧を測定するために第２のマルチプレクサを使用することによって、補うことができる。図１４で見ることができるように、マルチプレクサ１４０６のスイッチの前の増幅器１４０４の仮想ゼロ点を移動させるために、マルチプレクサ１４０２が使用される。
【００４４】
本明細書で説明されるように、開口の選択、センサアレイ１２２０の中でのそれらの相対位置、および同時に操作されることを目的としている開口の数は、マルチプレクサ１２２５の論理の複雑性に影響を及ぼす。したがって、好ましい実施形態では、この論理は、ＤＳＰを使用して実装される。デバイス１２００の動作モードは、モードスイッチを使用して、上記で説明される４つの同一のＡＳＩＣ上で選択することができる。これらのモードスイッチは、マルチプレクサ１２２５Ｂの出力を出力信号プロセッサ１２４０の適正な検出器に方向付けるようにスイッチ１２５０（図１２参照）を操作するために使用することができる。
【００４５】
インピーダンス検出器１２４２の動作、信号走時検出器１２４６、およびドップラ偏移検出器１２４８を以下で説明する。本明細書の説明を考慮すると、これらの検出器の機能性を実装する回路が、当業者に公知となるであろう。
【００４６】
出力信号プロセッサ１２４０の出力は、生体測定データである。このデータは、メモリコントローラ１２６０を使用してメモリ１２７０に記憶することができる。図２１は、本発明の実施形態による方法のフローチャートである。この生体測定データの使用を以下で説明する。
【００４７】
図１５は、本発明の実施形態による、走査速度を増加させ、センサアレイ１５００におけるクロストークを最小化するための手段を図示する。図１５で見られるように、複数の要素が同時に能動的となり得て、クロストークを最小化するための第１の手段は、アレイ１５００の能動要素１５０２を地理的に分離することである。本明細書で説明されるように、センサアレイ１５００にわたって走査するにつれて、能動要素１５０２とともに移動する、動的接地スキーム（すなわち、能動要素１５０２の付近にある要素１５０４を接地に連結する）を使用することができる。これは、全ての感知された周波数に対するファラデーケージを維持しながら、接地への静電容量結合および電気クロストークを低減する。加えて、クロストーク、それにより、選択された要素１５０２の付近での寄生電流を低減するために、間質性充填材を使用することができる。アレイ１５００の他の要素、例えば、要素１５０６が、開放している導体に接続される。
【００４８】
（ＩＩＩ．本発明の方法例の実施形態）
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。ステップ１６１０および１６２０のそれぞれを、上記で説明されるデバイス１２００の種々の動作モードに関して、以下でさらに説明する。
【００４９】
本明細書で説明されるように、識別デバイス１２００は、取得される生体測定データに応じて、異なるモードで操作される。デバイス１２００を使用して取得することができる生体測定データは、指紋、骨地図、細動脈血流、および／または毛細管血流を含む。
【００５０】
図１７は、本発明の実施形態による、指の指紋を取得するために識別デバイス１２００を使用することを図示する。図１７に見られるように、指１７０２がデバイス１２００のセンサアレイ１２２０に近接して配置される。好ましい実施形態では、センサアレイ１２２０は、圧電セラミックセンサアレイ７００と同様である。
【００５１】
指１７０２の２つの指紋の隆起１７０４が、保護遮蔽７０２と直接接触している。指１７０２の指紋のくぼみ（すなわち、空洞）１７０６は、保護遮蔽７０２と直接接触していない。図１７で見ることができるように、隣接する指紋の隆起１７０４の間に、約６個の圧電セラミック要素２００がある。
【００５２】
最初に、デバイス１２００は、節電モードである。このモードは、移動バージョンのデバイス１２００でバッテリ寿命を延長するために特に有用である。指１７０２が力をセンサアレイ１２２０に印加すると、起動回路１８００（図１８参照）がデバイス１２００をオンにするように動作する。
【００５３】
起動回路１８００は、コンデンサ１８０２と、ダイオード１８０４と、スイッチ１８０６とを備える。指１７０２が力を圧電セラミック要素２００に印加すると、要素によって電圧が発生させられ、コンデンサ１８０２に電荷を蓄積させる。十分な電荷が蓄積されると、そのように産生される電圧が、スイッチ１８０６をオンにさせる。電圧源１８０８は、いったんスイッチ１８０６がオンになるとデバイス１２００に電力供給するために使用される。電力は、ターンオフ回路（図示されていない放電レジスタ）を使用してコンデンサ１８０２が放電されるまで、デバイス１２００に供給され続ける。
【００５４】
デバイス１２００が起動した後、デバイス１２００は、指１７０２の指紋を取得するように処理することができる、センサアレイ１２２０からの出力を取得するために、インピーダンス検出モードまたは減衰モード（電圧モード）で操作することができる。これらのモードのそれぞれを以下で説明する。
【００５５】
圧電センサ２００の要素の出力は、デバイスとの指の接触点の重心を判定するように合計することができる。したがって、デバイスを横断する指の移動を感知することができ、センサ２００をポインティングデバイスとして使用することができる。例えば、相互接続された視認デバイス上で指し示すために、圧電センサ２００と接触している指の重心を使用することができる。センサ要素の合計はまた、ユーザが少なすぎる力または過剰な力で押しているかどうかを判定するために使用することもでき、結果をユーザにフィードバックすることができる。
【００５６】
図１８に示された実施形態は、相互接続された視認デバイス上で選択を行うためにスイッチとして使用することもできる。例えば、アナログ・デジタル変換器（図示せず）がコンデンサ１８０２に連結される場合、コンデンサ１８０２にわたる電圧は、ユーザによって選択を行うために対話形式で使用することができるデジタル信号に変換される。ユーザがセンサ２００に印加される圧力を変化させるにつれて、コンデンサ１８０２にわたる電圧が変化する。アナログ・デジタル変換器は、この時間的に変化する電圧を、例えば、００００００００（基礎２）から１１１１１１１１（基礎２）の間の一連の数に変換する。アナログ・デジタル変換器の出力は、周期的にサンプリングされ、選択を行う、および／または示すために使用される（例えば、数字をプロセッサへ入力し、特定の選択を行う、および／または示すために使用することができる）。視認デバイス上のグラフィカルユーザインターフェースは、フィードバックをユーザに提供し、センサ２００に印加された圧力に基づいて、可能な選択のうちのどれがユーザによって選択されているかをユーザに示す。選択を変更するために、ユーザは単純に、より多くの、または少ない圧力をセンサ２００に印加する。
【００５７】
（Ａ．インピーダンスモード）
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。
【００５８】
図２０は、本発明の実施形態による、指紋の隆起１７０４によって負荷が与えられる単一の圧電セラミック要素２００のインピーダンスを図示する。図２０で見ることができるように、約１９．８ＭＨｚの周波数において、指紋の隆起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２，０００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４０，０００オームである。２０ＭＨｚの周波数において、インピーダンスは約２０，０００オームである。したがって、指紋の隆起で負荷が与えられる要素２００の絶対インピーダンスと、指紋の隆起で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、指紋のくぼみで負荷が与えられる要素２００とは有意に異なる。
【００５９】
インピーダンスモードで動作する時に、識別デバイス１２００は、要素２００の絶対インピーダンスおよび／または周波数との要素２００のインピーダンスの変化を判定して、所与の要素２００が指紋の隆起１７０４または指紋のくぼみ（空洞）１７０６によって負荷が与えられているかどうかを判定する。要素２００のインピーダンスの尺度を取得するためには、入力信号発生器１２０２が、マルチプレクサ１２２５Ａを使用してセンサアレイ１２２０の要素に入力される低電圧パルスを産生するために使用される。マルチプレクサ１２２５Ｂにおいて取得される出力信号は、アレイ１２２０の要素２００の絶対インピーダンスに関係付けられる。これらの出力信号は、アレイ１２２０の要素の絶対インピーダンスの尺度を判定するように、スイッチ１２５０によってインピーダンス検出器１２４２に送られる。指紋を取得するためには、所与の要素２００が指紋の隆起または指紋のくぼみによって負荷が与えられているかどうかを、インピーダンス検出器１２４２が判定できることのみが必要である。特定の要素２００が指紋の隆起または指紋のくぼみによって負荷が与えられているかどうかという、これらの判定は、指１７０２の指紋を表すピクセルデータを生成するために使用することができる。指紋は、メモリ１２７０に記憶される。指紋はまた、以下で説明されるように他のデバイスに伝送することもできる。
【００６０】
２つの異なる入力信号周波数を使用して、指１７０２の指紋が２回走査される場合、周波数との要素２００のインピーダンスの変化を計算することができる。本明細書ですでに説明されているように、周波数との要素２００のインピーダンスの変化は、要素２００が指紋の隆起または指紋のくぼみによって負荷が与えられているかどうかに応じて異なる。図１２で見ることができるように、入力信号発生器１２０２によって生成される入力信号は、出力信号プロセッサ１２４０に供給される。したがって、出力プロセッサ１２４０は、センサアレイ１２２０に入力されている信号の周波数および電圧の両方を判定することができる。
【００６１】
オペアンプを使用して、インピーダンス検出器回路（図示せず）を実装することができる。マルチプレクサ１２２５Ｂの出力が、オペアンプの負のポートに供給され、増幅された信号が出力ポートで取得される。当業者に公知となるように、オペアンプの正のポートが接地に連結され、オペアンプの負のポートと出力ポートとの間に抵抗が配置される。出力ポートにおける増幅電圧が所定の閾値電圧を超えた場合、測定されている特定の要素２００は、指紋の隆起によって負荷が与えられている。これは、（所与の周波数について）指紋の隆起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が、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素２００のインピーダンスの約半分であるという事実による。したがって、指紋の隆起によって負荷が与えられる要素２００からオペアンプに提供される出力信号の電圧は、指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素２００からオペアンプに提供される出力信号の電圧の約２倍である。
【００６２】
（Ｂ．減衰／電圧モード）
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。
【００６３】
減衰モードでは、入力信号発生器１２０２は、マルチプレクサ１２２５Ａを使用してセンサアレイ１２２０の要素に提供される、高電圧パルス信号を産生する。図２１は、１サイクルの入力パルスを図示する。しかしながら、入力信号は、典型的には１サイクルよりも長い。実施形態では、入力信号は、長さが約１０サイクルである。これらの入力信号は、アレイの要素を振動させ、音波を産生させる。これらの音波は、要素から遮蔽層を通って、要素より上側の指紋の隆起１７０４へと進行することができる。遮蔽層の音響インピーダンスが指１７０２の音響インピーダンスに整合されるので、これらの音波は指紋の隆起１７０４の中へ入ることができる。指紋の隆起１７０４と遮蔽層との間の界面によって、音波への音響障壁は形成されない。したがって、指紋の隆起によって負荷が与えられる要素に付与されるエネルギーが放散される。指紋のくぼみによって負荷が与えられる要素の場合、要素に付与されるエネルギーは、より長期間にわたって要素に閉じ込められたままとなる。これは、指紋のくぼみの空気が音響障壁の役割を果たすためである。
【００６４】
いくつかのサイクル後に、アレイについて取得された出力信号の電圧が判定され、指１７０２の指紋を取得するように処理される。図２２は、出力信号例を図示する。実施形態では、指紋の隆起１７０４によって負荷が与えられる要素に付与されるエネルギーが、指紋のくぼみ１７０６によって負荷が与えられる要素に付与されるエネルギーよりも迅速に放散されるため、指紋の隆起１７０４によって負荷が与えられる要素から取得される出力信号の電圧は、入力信号の電圧の約１／１０しかない。この実施形態では、指紋のくぼみ１７０６によって負荷が与えられる要素から取得される出力信号の電圧は、入力信号の電圧の約１／２である。この電圧の差は、電圧検出器１２４４によって検出し、指１７０２の指紋を生成するように処理することができる。電圧検出器１２４４を実装するために手段が上記で説明されている。他の手段が当業者に公知となるであろう。
【００６５】
（Ｃ．ドップラ偏移およびエコーモード）
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。
【００６６】
図２３は、本発明の実施形態による、生体測定情報を取得するために、エコーまたはドップラ偏移モードで動作する識別デバイス１２００をどのように使用することができるかを図示する。本明細書で説明されるように、音波を産生するように、高電圧信号をセンサアレイ１２２０の要素に入力することができる。これらの音波は、指１７０２を通って進行し、例えば、指１７０２の骨、指１７０２の爪、または指１７０２の中で流れる血液等の指１７０２の種々の特徴によって反射される。
【００６７】
図２４は、本発明の実施形態による、３次元骨地図を取得するために識別デバイス１２００がどのように使用されるかを図示する。指１７０２の骨２４０２の地図を生成するために、デバイス１２００は、そのエコーモードで操作される。皮膚表面から指１７０２の中へ進行する音波は、骨２４０２の骨構造から反射される。この構造は、それが引き起こす大きなエコー振幅から識別することができる。エコー走時は、センサから骨への距離の尺度であるため、骨２４０２の形状の３次元地図を実現することができる。
【００６８】
骨２４０２の地図を取得するために、高電圧パルス入力信号が入力信号発生器１２０２によって生成され、アレイ１２２０の要素に提供される。この入力信号は、要素に指１７０２の中へ進行する音波を生成させる。図２４に示されるように、アレイ１２２０の特定の要素２００のみが、所与の時に音波を活発に生成している。本発明によれば、本明細書で説明されるように、コントローラ１２３０およびマルチプレクサ１２２５を使用して、能動音波伝送および受信装置が構成され、センサアレイ１２２０を横断して移動（走査）させられる。生成された音波は、指１７０２を通って進行し、骨２４０２の構造によって反射される。次いで、これらの反射された音波は、受信装置によって検出される。音波の走時は、デバイス１２００の検出器１２４６によって取得され、骨構造がアレイ１２２０からの種々の距離で位置するかどうかを検出するために使用される。当業者に公知となるように、この動作モードは、レーダが動作する方法と同様である。
【００６９】
音波の波長および選択される開口は、伝送および受信ビーム形状を画定する。本発明によれば、種々の開口サイズおよびビーム指向性を形成することができる。図２５は、本発明の実施形態による、骨２４０２の骨地図を取得するために使用することができるビーム指向性例を図示する。他のビームも使用することができる。
【００７０】
図２６は、本発明の実施形態による、細動脈血流情報を取得するために識別デバイス１２００がどのように使用されるかを図示する。動脈２６０２および毛細血管２６０４が、指１７０２について示されている。図２６で見られるように、細動脈血流は、感知アレイ１２２０の表面に平行である。
【００７１】
細動脈血流データは、ドップラ偏移モードで動作している間にデバイス１２００から取得される。動脈２６０２の中を流れる赤血球から後方散乱されたドップラ偏移信号を受信するために、センサアレイ１２２０の伝送および受信指向性ビームパターンは、１つ以上の重複体積２６０６を形成しなければならない。
【００７２】
図２７は、重複体積２６０６を形成する、本発明の実施形態による、伝送開口２６１０Ａおよび受信開口２６１０Ｂを図示する。伝送開口２６１０Ａおよび受信開口２６１０Ｂを作成するための１つのアプローチは、２波長（６００ミクロン）のピッチで離間される、約６波長平方未満の開口（例えば、一辺が３００ミクロンまたは６つの要素）を作製することである。これらの開口は、約３０度で副ビームまたは格子ローブを作成し、細動脈血流を検出するために適切な深さで重複体積２６０６を形成する。図２８は、本発明の実施形態による、そのような開口によって形成される伝送および／または受信ビームを図示する。他の開口も使用することができる。格子ローブを作成することができる角度は、本明細書の説明を考慮すると当業者に公知となるように、開口間のピッチの比および生成される音波の波長によって制御される。
【００７３】
図２６および２７で見られるように、開口２６１０Ａによって産生される音響エネルギーは、動脈２６０２の中で流れる血球によって散乱され、開口２６１０Ｂにおいて受信される。開口２６１０Ａを構成するアレイ１２２０の要素に提供される入力信号は、高電圧連続波信号である。この入力信号はまた、ドップラ偏移検出器１２４８に対する参照信号として出力信号プロセッサ１２４０に提供される。この入力または参照信号は、ドップラ偏移情報を取得するように、ドップラ偏移検出器１２４８によって、開口２６１０Ｂから受信された出力信号と混合される。ドップラ偏移検出器１２４８を実装するための回路は、関連技術で公知であり、したがって、ここでは再現しない。
【００７４】
図２９は、本発明の実施形態による、毛細管血流情報を取得するために識別デバイス１２００がどのように使用されるかを図示する。図２９で見られるように、毛細管血流は、センサアレイ１２２０の表面に垂直な方向にある。細動脈流から毛細管流を分離するために、９つの要素（３×３、１５０ミクロン平方）の複数の開口を選択することができる。この開口は、センサ１２２０の多くの部分で同時に複製することができる、非常に狭く接近した感度の領域を作成する。開口の感度は、複数の開口のドップラ信号をともに加算することによって増加させることができる。開口の感度は、アレイ１２２０の表面に最も近い指１７０２の２分の１ミリメートルで集中する。図３０は、本発明の実施形態による、毛細管血流を検出するために使用することができる、伝送および／または受信ビーム指向性を図示する。
【００７５】
血流を検出するためにデバイス１２００を使用する時に、パルスドップラ実施形態を使用することは、同じ開口に伝送および受信機能の両方を果たさせるという利点を有する。加えて、受信した信号をゲートで制御することによって、血流パターンを取得するように、明確なサンプル体積に起因する後方散乱情報のみが分析される。
【００７６】
図３１は、デバイス１２００を使用して生体測定データを取得するためのより詳細な方法３１００のフローチャートである。圧電フィルムセンサアレイを有するデバイス１２００の特定の実施形態を参照して、方法３１００を説明する。
【００７７】
ステップ３１０２では、最初のピクセルまたはピクセル群を検出するように、デバイス１２００が起動され、圧電フィルムセンサアレイ１２２０が切り替えられる。コントローラ１２３０は、マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂを、指定された最初のピクセルまたはピクセル群に切り替える。一実施例では、圧電フィルムセンサアレイ１２２０は、５１２×５１２ピクセルアレイである。マルチプレクサ１２２５Ａおよび１２２５Ｂはそれぞれ、検出されている最初のピクセルまたはピクセル群の指定されたアドレスにおいて、特定のグリッド線（導体）をアドレス指定および／または選択するために使用される。
【００７８】
ステップ３１０４では、入力信号が圧電フィルムアレイ１２２０に印加される。パルスが１つの３０ＭＨＺサイクルで印加される。発振器１２０４は、３０ＭＨＺで振動信号を生成する。マルチプレクサ１２２５Ａは、入力パルスを最初のピクセルまたはピクセル群に転送する。この入力信号はまた、コントローラ１２３０および出力信号プロセッサ１２４０にも送信される。
【００７９】
ステップ３１０６では、出力信号が圧電フィルムアレイ１２２０から取得される。出力信号プロセッサ１２４０は、ピクセルにおいて信号を検出する前にいくつかのサイクルを待つ。例えば、入力信号発生器１２０２から送信された信号に応じて、出力信号プロセッサ１２４０は、入力パルスがピクセル（またはピクセル群）に印加された後にいくつかのサイクルを待つ。ステップ３１０８では、待機が完了すると、例えば、電圧検出器１２４４を使用して、電圧が上昇させられる。
【００８０】
例えば、１つの３０ＭＨＺサイクルは、約３３ナノ秒に対応する。待機は、約５サイクルまたは１５０ナノ秒となり得る。発振器の周波数および／または他の設計配慮に応じて、他の待機持続時間（例えば、より多数または少数の期間）を使用することができる。この待機は、上記で説明されるように、ピクセルにおける印加された電気パルスに応じて、指紋の隆起の存在によるリングダウン振動が発生することを可能にする。
【００８１】
ステップ３１０８では、フィルタに掛けられた電圧が出力信号プロセッサ１２４０によって上昇させられ、検出された電圧を表すグレースケールまたはバイナリピクセル値が出力される（ステップ３１１０）。フィルタ回路（図示せず）は、約３０ＭＨｚの周波数を中心とした通過帯域で出力電圧信号を検出するように出力電圧をフィルタにかける、帯域通過フィルタである。グレースケールまたはバイナリピクセル値は、画像メモリ１２７０に記憶するためにメモリコントローラ１２６０に出力される。一実施例では、出力されたグレースケールまたはバイナリピクセル値は、検出されたピクセルに対応する画像メモリ１２７０の中のアドレスに記憶される。
【００８２】
ステップ３１１２では、スキャンが完了したかどうかを判定するようにチェックが行われる。言い換えれば、５００×４００センサアレイ１２２０の中の各ピクセルが走査され、対応する出力値が画像メモリ１２７０に記憶され、蓄積されているかどうかを判定するように、チェックが行われる。スキャンが完了した場合には、ルーチンが終了する。次いで、例えば、指紋画像の捕捉が成功したことを示すように、信号または他の指示を生成し、デバイス１２００から出力することができる。スキャンが完了していない場合には、次のピクセルまたは次のピクセル群を検出するように、圧電フィルムセンサアレイ１２２０が切り替えられる（ステップ３１１４）。次いで、制御が、次のピクセルまたは次のピクセル群においてステップ３１０４から３１１２を行うように戻る。
【００８３】
上記で説明されるように、単一のピクセルまたはピクセル群において電圧値を検出するように、圧電フィルムセンサアレイ１２２０をマルチプレクサ１２２５によって切り替えることができる。一般に、ピクセルを走査するための任意のパターンを使用することができる。例えば、ピクセルのラスタスキャンを行うことができる。ピクセルは、横列ごとに、または縦列ごとに走査することができる。
【００８４】
１つの好ましい実施例では、複数のピクセル群が所与の瞬間に読み取られる時に、ピクセル群の中の各ピクセルは、所定の距離によって分離される。このようにして、隣接するピクセルにおけるリングダウン振動からの干渉効果が最小化または回避される。一実施例では、所与のサイクルで検出されるピクセルは、少なくとも８ピクセルの最小距離によって分離される。このようにして、隣接するピクセル間のリングダウン振動が有意に減衰させられる。
【００８５】
（ＩＶ．本発明の用途例）
（Ａ．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。
【００８６】
（Ｂ．移動生体測定捕捉デバイス）
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。
【００８７】
（Ｃ．無線送受信機生体測定デバイス）
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。デバイス３４００は、本発明による、指紋等の生体測定データを取得するためのセンサ３４０２を有する。デバイス３４００は、ユーザへの通信情報のための３つの指示灯３４０４を有するものとして示されている。
【００８８】
図３５は、無線送受信機生体測定デバイス３４００のより詳細な図を図示する。図３５で見ることができるように、センサ３４０２は、バッテリ３５０４によって電力供給される。デバイス３４００は、情報を送信し、他のデバイスから情報を受信するために使用することができる、アンテナ３５０２を有する。デバイス３４００は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）無線技術に適合するように作製することができる。キーリング３５０６をデバイス３４００に取り付けることができる。図３６および３７によって図示されるように、デバイス３４００は、多数の可能な用途を有する。
【００８９】
（Ｄ．電子販売および／または商取引）
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示し、本発明を限定することを目的としていない。
【００９０】
（Ｅ．他の無線送受信機生体測定デバイスの用途）
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。
【００９１】
（Ｆ．パーソナルエリアネットワークの用途）
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。
【００９２】
生体測定デバイス１２００は、ＤＳＰ３８０２に連結される。ＤＳＰ３８０２は、デバイス１２００を制御し、生体測定データを記憶する。ＤＳＰ３８０２はまた、データを送受信するためのＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）チップ３８０４に連結される。ディスプレイ３８０６は、デバイス３８００のユーザに情報を伝達するために使用される。デバイス３８００は、バッテリ３８０８によって電力供給する。当業者によって公知となるように、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）は、短距離無線通信技術用のプロトコルおよびハードウェアを規定する協定である。本発明は、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）技術のみを実装することに限定されない。他の無線プロトコルおよびハードウェアも使用することができる。
【００９３】
無線送受信機生体測定デバイス３８００は、個人がデバイス３８００の約３０フィート以内の互換デバイスと通信することを可能にする。デバイス３８００は、例えば、電話、携帯電話、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ガスポンプ、レジ、現金自動預け払い機、ドアロック、自動車等と接続することができる。デバイス３８００は、パーソナルエリアネットワークまたはピコネット内の任意の互換デバイスに接続し、それと情報またはデータを交換することができるため、デバイス３８００は、任意のデバイスに、またはそれを必要または要求する任意の過程あるいは商取引のために、標準化された安全な識別または認証トークンを供給することができる。
【００９４】
（Ｇ．公共サービス層の用途）
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。
【００９５】
実施形態では、ＰＳＬ層機能性は、プロトコル（仕様とも呼ばれる）によって定義される。ＰＳＬ層は、ピコネット内のデバイスからの単純な要求を解釈し、所定の形態の能力および能力のレベルで承認する。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）器具の業者は、本発明のＰＳＬ層でサービスを追加して、製品の特徴を強化することができる。
【００９６】
ＰＳＬ層は、ほとんどの場合、デバイスが支援した機能性群のうちの１つを要求したＰＳＬ要求が放送されるまで、デバイスの通常機能に対して透過的に作用する。１つの最低レベルの支援は、スキャッタネットを拡張するのに役立てて、満たされていない要求を再放送し、最終的に、要求された機能を伴うデバイスを見出す。このようにして、ＰＳＬ要求を果たすように、要求デバイスの範囲外の他のデバイスに連絡することができる。
【００９７】
図３９は、本発明による、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）デバイス３９１０、３９２００を連結するピコネット例３９００の概略図である。デバイスＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）は、公共サービス層およびＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）スタックまたはチップセットを伴う指紋スキャナである。公共サービス層は、認証および識別を支援することができる。デバイス３９２０は、任意のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）器具である。デバイス３９２０は、ＰＳＬ層と、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）スタックまたはチップセットとを含む。ピコネット３９００は、ピコネットのエリア内にある、スキャッタネット内にある、または他の通信リンクを通してピコネットに連結される、任意の数のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）デバイスを含むことができる。
【００９８】
タスクを完了することは、一連の分散ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）器具の間で、多くの機能が一斉に果たされることを要求してもよい。ユーザは、タスクにおいて全ての機能を補うように、十分な器具を購入し、設置しなければならないであろう。ＰＳＬスキームは、器具がユーザ間で共有される際に、効率および費用節約を可能にし、場合によっては複数の用途を提供する。
【００９９】
ＰＳＬ層の１つの動作例は、物理的アクセス制御である。無線送受信機生体測定デバイス３９２０のＰＳＬ層は、１つ以上の要求アクセス信号を送信または放送する。ＰＳＬ層内のそのような要求アクセス信号は、抽出／整列／アクセスの要求と、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を介した安全な周囲外からの検出された指紋を表すデータとを含むことができる。安全なエリアの内側のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴うデスクトップＰＣの中のＰＳＬ層は、抽出／整列／アクセスのために無線送受信機生体測定デバイス３９２０から要求を受信し、プリントデータを、サーバに記憶することができる人事データに整列させ、許可されたアクセスをドアに送信する。次いで、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）ドアロックが開き、タスクが完了する。
【０１００】
節約は、アクセス制御、時間、および出席、人事追跡およびセキュリティの機能を果たすために、他の目的で使用されるデスクトップＰＣを使用することによって例示される。ＰＣおよび無線送受信機生体測定デバイス３８００が他のタスクに使用されるため、唯一のハードウェアは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）ドアロックである。設置費用は最小であり、記録保持およびデータベース管理の利便性も最小である。このタスクに関与する３つの器具は、ＰＳＬ標準に伝達しているだけの異なる業者から購入することができる。指紋抽出／整列／アクセスの機能は、パターン、細微、ローカル、または中心なり得るか、あるいはドアロックまたは無線送受信機生体測定デバイス３８００を達成することなく、より優れたセキュリティおよび利便性のために、所与の時に変更することができる。所望であれば、例えば、ライト、空調装置、電話をオフまたはオンにすることを、このタスクに追加することができる。
【０１０１】
節約における別の利点は、陳腐化である。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）ドアロック、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）空調、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）煙検出器、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）照明等が装着された建築物は、設置費用を伴わずに生体測定制御機器でアップグレードすることができる。
【０１０２】
煙報知器および照明設備等の器具は、アラームとしての役割を果たし、公園、庭園、および駐車場における間隙を埋め、遠隔地のゲートにセキュリティおよび機能性を追加する、スキャッタネットの中へピコネットを拡張することができる。
【０１０３】
ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）  ＰＳＬ機能性とともに電話を市販することができ、緊急コードが受信された場合に９１１番に電話できることを意味する。ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）  ＰＳＬは、私的緊急サービス用の特定の番号に電話をかけるようにプログラムされる機能性を表す。
【０１０４】
ＦＩＦＯにおけるイベントの記録を取る、プロトコルを定義することができるため、誤報を追跡し、最小化することができる。
【０１０５】
一実施形態では、ＰＳＬ仕様は、以下で識別される要素を有する。
【０１０６】
小数適合システムが含まれる。要求における小数位の数と同じくらい具体的となり得る関数について、要求が放送される。このようにして、製造業者は、デバイスが予想通りに利用可能である場合に、一連のデバイスにおいてタスクを保持することができる。必要とされる正確な機能番号（ＦＮ）によって要求が使用可能にされない場合、スキャッタネット内の次の最も近いＦＮが使用される。ＦＮ群は、開発領域の周辺で使用される。
【０１０７】
例えば、照明設備は、５５１．２６３というＦＮを有することができ、公益事業施設に５００、照明に５５０、プラグインに５５１、卓上ランプに５５１．２、ハロゲン低電圧に５５１．２６を示し、個人または企業（非排他的）によって５５１．２６３が構成される。５５１．２６３をオンにするという、この具体的な機能の要求は、その時点で唯一利用可能であり、５５Ｘ照明群に限定されているが数値的に最も近い数字であるため、５５７．７８９壁面ネオンによって使用可能にされてもよい。ＦＮ５５１．２６は、ＳＰＬ仕様で定義することができ、この後の数字は製造使用のためのものであり、登録されてもよい。このようにして、照明製造業者は、視覚効果を編成するＰＣ用のソフトウェアを供給してもよい。
【０１０８】
要求デバイスまたはＰＳＬマネージャ（ピコネットマスタデバイス）は、要求および機能を整合させるように、スキャッタネット内で仲裁することができる。
【０１０９】
ＰＳＬはまた、どのようにして機能が割り当てられるかという構造を定義することもできる。ＦＮは、最小の努力でドアロックの業者と交渉することを可能にする。ＰＳＬはまた、無線送受信機生体測定デバイス３８００が主要な役割を果たすことができるタスク実装の洞察を、他の器具の製造業者に与える。
【０１１０】
ＰＳＬにおける機能番号は、一実施例では、以下のように要求および機能適合性についてグループ化される。
１００  緊急
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。
２１０  インターネット接続（ローカルＤＢへの信任状の転送用）
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  指紋特徴抽出整合
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。
【０１１１】
オフ／オン／より多い／より少ないは、汎用要求である。ユーザ特有の要求は、仕様の中に入らない。ＡＣＫ、ＮＡＣ等のイベントも、ＰＳＬ仕様に追加することができる。
【０１１２】
要求および肯定応答のプロトコルまたは構造は、パケットで放送される以下の特徴を含む。
（ａ）ＰＳＬは、このパケットがＰＳＬ機能要求であることを示す。
（ｂ）ＦＵＮＣＴＩＯＮ  ＮＵＭＢＥＲは、要求された機能を示す。
（ｃ）ＲＥＱＵＥは、行われる動作（オフ／オン、ロック／アンロック）を示す。
（ｄ）ＫＥＹＳは、パケットの権利が本物であることを証明する。
（ｅ）該当する場合、ＰＡＹＬＯＡＤデータ。
【０１１３】
ＰＳＬ仕様は、暗号化、エラーチェック等のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）構造を繰り返すことができるが、そうする必要はない。
【０１１４】
以下の一連の実施例は、いくつかの実際の用途でのＰＳＬ層を例示する働きをする。
【０１１５】
助けて下さい、転倒して起き上がることができません。
【０１１６】
ａ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）警告ボタンを押し、緊急サービスが要求される。
【０１１７】
ｂ）スキャッタネット内のＰＣが、ワールドワイドウェブに接続し、請負サービス供給業者（第１レベル（好ましいレベル）のＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）への電話を実行し、または失敗に加えて、あるいは失敗時に、次のレベルが生じる。
【０１１８】
ｃ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴う電話が、９１１番または録音メッセージを伴うサービスプロバイダ（第２レベルＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）に電話し、または失敗時に次のレベルが生じる。
【０１１９】
ｄ）ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴う火災報知器が起動し（第３レベルの好ましくないが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）、または失敗時に次のレベルが生じる。
【０１２０】
ｅ）煙検出器が、注意を引き付けようとして可聴警報で起動する（第４レベルの好ましくないが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）。
【０１２１】
ｆ）スキャッタネット内の自動車が、その警笛を起動し、そのライトを点滅させて、職員に緊急事態を警告する。（第５レベルの好ましくないが適用可能なＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）サービス）
オフィスにアクセスしたい。
【０１２２】
ａ）無線送受信機生体測定デバイス３８００を押す。
【０１２３】
ｂ）無線送受信機生体測定デバイス３８００が、オフィス内のサーバに接続されたＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴うＰＣから、指紋識別機能を要求し、交渉する。
【０１２４】
ｃ）次いで、サーバが、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）を伴うドアロックが外されることを認証した。
【０１２５】
空港を通過したい。
【０１２６】
ａ）信用の低いＩＤを用いたキオスクを介した手荷物チェックイン
ｂ）ＩＤを用いたキオスクでの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。
【０１２７】
利益幅で相当良い商売をしたい。
【０１２８】
ａ）無線送受信機生体測定デバイス３８００を介して、自分のＰＣに自分の身元を検証する。
【０１２９】
ｂ）ＰＣが、取引検証のログのための付加的なＧＰＳ位置を要求する。
【０１３０】
本明細書の本発明の説明を考慮すると、他の実施例が当業者に明白となるであろう。本発明による公共サービス層は、任意の種類の指紋スキャナを含む、任意の無線送受信機生体測定デバイスとともに使用することができる。例えば、使用することができる指紋スキャナは、シリコンベースの指紋スキャナ、光学指紋スキャナ、圧電指紋スキャナ、圧電フィルム指紋スキャナ、および圧電セラミック指紋スキャナを含むが、それらに限定されない。
【０１３１】
図４０は、図２７に示された伝送開口２６１０Ａおよび受信開口２６１０Ｂを形成することが可能なインターレース伝送／受信トランスデューサ４０００の説明図である。図４０は、開口２６１０Ｂの１つの例示的実施形態にすぎない。図４０では、伝送／受信開口アレイ４０００は、トランスデューササブ構造４００６の上部側に、能動受信副開口線４００２と、能動伝送副開口線４００４とを含む。接地電極４００８は、トランスデューサ構造４００６の底部側に形成される。
【０１３２】
動作中、能動受信副開口線４００２および能動伝送副開口線４００４は、走査方向４０１０への伝送および受信のために交互に切り替えられる。つまり、受信中、受信副開口線４００２は、受信モードで起動される。伝送中、伝送副開口線４００４は、伝送モードで起動される。受信副開口線４００２および伝送副開口線４００４を交互に切り替える（すなわち、織り合わせる）ことにより、これらのそれぞれが、例えば、毛細管血流情報を取得するために関係付けられる、同量の情報を検出するように構成されることを確実にする。
【０１３３】
より具体的には、図４０に図示されたトランスデューサ４０００は、血流情報を表す、ほぼ同時の伝送および受信音波を促進する。伝送および受信するために同じ開口線を使用する、従来のトランスデューサでは、伝送と受信との間に無駄時間がある。つまり、トランスデューサが伝送した後、数マイクロ秒にわたって、受信することができない。この無駄時間は、測定することができない最大数ミリメートルの組織深度を表すことができ、それは最終的に測定の精度に影響を及ぼす。
【０１３４】
しかしながら、図４０のインターレース伝送／受信トランスデューサ４０００は、単一のトランスデューサ表面（例えば、トランスデューササブ構造４００６の上部側）を使用して、２つの別個のトランスデューサの有益性を提供する。本発明では、受信副開口線４００２は、伝送副開口線４００４が伝送し始めるとすぐに受信することができる。これは、受信副開口線４００２および伝送副開口線４００４によって形成される電気チャネルのそれぞれが、それぞれ受信および伝送専用であるためである。その結果として、図４０に図示された本発明の実施形態は、近接組織深度撮像の利点を提供する。
【０１３５】
図４１は、本発明の実施形態に従って構築された、単線スワイプ指紋センサアレイ４１００の説明図である。  図４１の単線スワイプ指紋センサアレイ４１００は、約１４００以下の数になり得る、いくつかのセンサ４１０１を含む。当業者に公知であるように、従来のスワイプセンサアレイは、典型的には、１５，０００以上のセンサを含む。センサアレイ４１００は、センサアレイ４１００の１つの側面４１０２からセンサアレイ４１００の別の側面４１０１まで、指等の生体測定指を移動させるユーザによって操作される。
【０１３６】
図４２は、本発明の別の実施形態に従って構築された、Ｎ×Ｍスワイプ指紋センサアレイ４２００の説明図である。図４２のセンサアレイ４２００は、指紋分析用の重複領域の作成を促進する。これらの重複領域は、例えば、フーリエ分析に基づくもの等の極めて複雑な指紋相関ルーチンの使用を可能にする。
【０１３７】
図４３は、図４２のＮ×Ｍセンサアレイ４２００等の、本発明の実施形態で行われるような円柱（例えば、センサ）減衰の説明図である。より具体的には、図４３の実施例では、センサアレイ４２００のセグメント４３００が示されている。セグメント４３００は、例えば、Ｎ×Ｍマトリクス４２００のセンサ４３０２、４３０４、および４３０６を含む。図３のセグメント４３００は、対応する指紋を測定するように、どのようにして伝送波を部分的に指の組織に吸収することができるかを示すために提供されている。
【０１３８】
図４３では、例えば、指紋セグメント４３０８は、隆起４３１０および４３１２と、くぼみ４３１４とを含む。指紋セグメント４３０８がセンサ４３０２、４３０３、および４３０６等のセンサ（例えば、円柱）と接触する時に、この接触が摩擦を生じる。くぼみ４３１４等の指紋のくぼみによって表される空気中では、この摩擦は非常に低い。隆起４３１０および４３１２等の指紋の隆起によって表される組織中では、摩擦ははるかに高い。センサ４３０２、４３０４、および４３０６のうちの１つ等の振動センサに摩擦を印加することによって、摩擦が減衰させられる。この減衰は、指紋を測定するために記録し、使用することができる、振幅の変化およびそのインピーダンスの変化を生じる。この原理は、リンギングとして当業者に知られている。
【０１３９】
図４３では、このリンギングは、底部のセンサ４３０２、４３０４、および４３０６の上の矢印の長さによって表される。例えば、隆起４３１０は、センサ４３０２の表面と接触している。この接触は摩擦を生じ、リンギングをもたらす。このリンギングは減衰させられ、より短い矢印４３１６によって表される。他方で、くぼみ４３１４は、センサ４３０４の表面にごく接近している。荷重がなく、したがって、その振動を減衰させる摩擦がないため、センサ４３０４は、さらなる伸張振動を有する。この相互作用は、より長い矢印４３１８によって表される。隆起４３１２は、センサ４３０６と接触しており、その振動はそのような接触によって減衰させられる。この減衰は、再度、より短い矢印４３２０によって表される。関連振動振幅は、隆起４３０８および４３１２によって減衰させられるよりもむしろ、センサ４３０２、４３０４、および４３０６が空気中で自由に振動している時にはるかに大きい。
【０１４０】
図４４は、本発明の実施形態による、２方向撮像のために構成された開口４４００の説明図である。図４４では、上部電極から底部電極へ、またはその逆に、能動開口の役割を切り替えながら、直交撮像面が取得される。この上部電極と底部電極との間の切替は、例えば、指紋画像の多次元表示を作成する。
【０１４１】
開口４４００は、トランスデューサ構造４４０２を含み、それぞれ、例示的な第１および第２の時間区画４４０４および４４０６中に示されている。
【０１４２】
例示的な第１の時間区画４４０４中、一群の上部側開口線４４０８の中からの一群の最左副開口線４４０７は、走査方向４４０９へ活発に伝送するように構成される。また、第１の時間区画４４０４中、トランスデューサ構造４４０２の底部側副開口線４４１０は接地される。したがって、一例として、第１の時間区画４４０４は、一群の副開口線４４０８を使用して、左から右への能動伝送を開始し、副開口線４４１０を接地することによって、画像の第１のスナップショットを捕捉する。
【０１４３】
第２の時間区画４４０６中、一群の底部側開口線４４１０の中からの一群の底部副開口線４４１２は、走査方向４４１３へ活発に伝送するように構成される。また、第２の時間区画４４０６中、上部側副開口線４４０８は接地される。したがって、一例として、第２の時間区画４４０６は、一群の副開口線４４１２を用いて、上向きおよび下向きに能動伝送を継続し、副開口線４４０８を接地することによって、画像の第２のスナップショットを捕捉する。
【０１４４】
別の次期時間区画（図示せず）では、副開口線４４０８の第１の開口４４１６が動作停止され、別の副開口線４４１８が起動され、それは走査方向４４０９に沿って左から右への走査を促進する。この他方の次期時間区画中、底部側副開口線４４１０の全てが接地される。この過程は、最後の上部側副開口線４４２０が起動されるまで継続し、過程は繰り返される。
【０１４５】
同様に、さらに他の時間区画（図示せず）では、底部側副開口線４４２２の第１の線が動作停止され、別の底部側副開口線４４２４が起動される。この過程は、最後の底部側副開口線４４２６が起動されるまで継続し、過程は繰り返される。
【０１４６】
さらなる周期的時間区画（図示せず）中、開口４４００は、上記で説明される能動伝送過程と同一の方式で、活発に受信するように構成される。
【０１４７】
連続的に組み合わせられると、時間区画の全てが２方向撮像過程を形成する。この２方向撮像過程は、トランスデューサ構造４４０２の上部側で左から右へ、また、トランスデューサ構造４４０２の底部側で上下に走査を促進する、アレイを生成する。この過程中、副開口線４４０８および４４１０の接地役割は逆転させられる。この過程は、例えば、指紋の画像の多次元表示を提供する。同時に、それは、トランスデューサを単純化し、構築に必要とされる電子機器の量を低減し、最終的にトランスデューサの費用を削減する。
【０１４８】
図４５は、本発明の実施形態による、方位角方向４５０２への線形電子切替走査を描写する説明図４５００である。より具体的には、説明図４５００では、走査ビームが、順次に方位角方向４５０２に沿って移動する。
【０１４９】
図４５では、開口構造４５０４は、上部側の副開口線４５０６と、底部側の副開口線４５０８とを含む。図４５の実施形態では、底部側の副開口線４５０８は、全て接地に接続される。第１の時間区画４５１０中の動作中に、副開口線４５０６のうちの選択された隣接する線は、副開口４５１２を形成するために使用される。一例として、この第１の時間区画４５１０中に、第１の副開口４５１２は、第１の走査中に、指紋の一部分等の生体測定データを収集する、走査ビームを形成するために使用される。この第１の走査中、ビームは、第１の画像を形成するために収集されたデータを使用し、次いで、次期時間区画４５１４中に次のビームに切り替わる。
【０１５０】
次期時間区画４５１４中、副開口線４５０６のうちの異なる隣接する選択された線が、副開口４５１６を形成するために使用される。つまり、時間区画４５１４中、開口構造４５１０は、次のビームに切り替わる。より具体的には、時間区画４５１４中、副開口４５１６は、方向４５０２に沿った（すなわち、左から右への）走査の方位角移動を表す、別のビームを形成する。この過程は、時間区画４５１８中に、最終走査ビームを形成するように合体する副開口線４５０６のうちの最終的な隣接する選択された線を含む、最終的な副開口４５２０が形成されるまで、繰り返す。３本の線が副開口４５１２、４５１６、および４５２０の実施例で使用されているが、実践では、任意の好適な数の副開口線を使用することができる。
【０１５１】
（結論）
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。
【図１】
0005899342.tif 000002
【図７Ｂ】
0005899342.tif 000003
【図１２】
0005899342.tif 000004
【図１３Ａ】
0005899342.tif 000005
【図１３Ｂ】
0005899342.tif 000006
【図１４】
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【図１６】
0005899342.tif 000008
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２５】
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【図２８】
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【図３０】
0005899342.tif 000018
【図３１】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005899342.tif 000032
【図１１】
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【図１５】
0005899342.tif 000034
【図２４】
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【図２６】
0005899342.tif 000036
【図２７】
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【図２９】
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【図３２】
0005899342.tif 000039
【図３３】
0005899342.tif 000040
【図３４】
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【図３５】
0005899342.tif 000042
【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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