(57)【要約】【課題】電磁波による電力供給や電力補充作業を不要とする電子装置を実現し、更に、熱エネルギによる電力供給と個人認証を同時に実現する。【解決手段】同一の収容体６に熱発電素子１と指紋センサ８と半導体集積回路３，４を収容し、熱発電素子１が、収容体６の外部雰囲気と、収容体６の表面の特定部位に接触或いは接近した人体部位との温度差により、熱起電力を発生可能に設けられ、半導体集積回路３，４と指紋センサ８が、熱発電素子１の発生する熱起電力によって動作する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の収容体に熱発電素子と半導体集積回路を収容し、
前記熱発電素子が、前記収容体外部の雰囲気と、前記収容体表面の特定部位に接触或いは近接した前記雰囲気温度より高温或いは低温の異温体との温度差により、熱起電力を発生可能に設けられ、
前記半導体集積回路が、前記熱発電素子の発生する前記熱起電力によって動作することを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記熱発電素子と前記半導体集積回路をカード状収容体に収容したＩＣカードであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
同一の収容体に熱発電素子と指紋センサと半導体集積回路を収容し、
前記熱発電素子が、前記収容体外部の雰囲気と、前記収容体表面の特定部位に接触或いは接近した人体部位との温度差により、熱起電力を発生可能に設けられ、
前記半導体集積回路と前記指紋センサが、前記熱発電素子の発生する前記熱起電力によって動作することを特徴とする電子装置。
【請求項４】
前記熱発電素子、前記指紋センサ、及び、前記半導体集積回路をカード状収容体に収容したＩＣカードであることを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記熱発電素子と前記指紋センサを、前記カード状収容体の片面に並べて配置したことを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
【請求項６】
前記熱発電素子と前記指紋センサを、前記カード状収容体の一方の片面と他方の片面に、各別に配置したことを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
【請求項７】
前記熱発電素子と前記指紋センサを積層して形成し、前記カード状収容体の片面に配置したことを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
【請求項８】
前記熱発電素子、前記指紋センサ、及び、前記半導体集積回路を、固定物体に固定可能なプレート状収容体に収容することを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
【請求項９】
前記熱発電素子と前記指紋センサを、前記プレート状収容体表面に並べて配置することを特徴とする請求項８に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記熱発電素子と前記指紋センサを積層して形成し、前記プレート状収容体表面に配置することを特徴とする請求項８に記載の電子装置。
【請求項１１】
前記熱発電素子、前記指紋センサ、及び、前記半導体集積回路を、箱状収容体に収容することを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
【請求項１２】
前記熱発電素子と前記指紋センサを、前記箱状収容体の任意の側面に並べて配置することを特徴とする請求項１１に記載の電子装置。
【請求項１３】
前記熱発電素子と前記指紋センサを、前記箱状収容体の二つの側面に各別に配置することを特徴とする請求項１１に記載の電子装置。
【請求項１４】
前記熱発電素子と前記指紋センサを積層して形成し、前記箱状収容体の任意の側面に配置することを特徴とする請求項１１に記載の電子装置。
【請求項１５】
前記箱状収容体に開閉蓋を設け、前記指紋センサの検出出力に基づき、前記半導体集積回路が形成する信号処理回路により個人認証を実行し、その個人認証結果により前記開閉蓋の開閉制御を行うことを特徴とする請求項１１〜１４の何れか１項に記載の電子装置。
【請求項１６】
前記箱状収容体が、シリンダー錠の鍵挿入口側先端部を、前記箱状収容体の内部に収容可能な構造を有していることを特徴とする請求項１５に記載の電子装置。
【請求項１７】
前記指紋センサの検出出力に基づき、前記半導体集積回路が形成する信号処理回路により個人認証を実行し、その個人認証結果に対応する所定の制御信号を外部に出力することを特徴とする請求項３〜１６の何れか１項に記載の電子装置。
【請求項１８】
前記熱発電素子の発生する前記起電力を外部に供給可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の電子装置。
【請求項１９】
前記半導体集積回路がＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を用いて作製されていることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱発電素子と低消費電力型の半導体回路を用いた電子装置に関し、また、非接触のＩＣカード技術に関し、更には、指紋センサを用いて個人認証を行うセキュリティ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、非接触型のＩＣカードにおいてはＩＣカード内に電磁波を受けるアンテナコイルを有し、情報及びＩＣ回路（半導体集積回路）の駆動に必要な電力をこの電磁波から供給する構成とし、１次電池の交換や２次電池の有線による充電等の電力補充作業を不要にしている。かかる従来例は、例えば、下記の特許文献１〜３等に開示されている。
【０００３】
図１６に、特許文献１に開示されているマイクロ波無線カードシステム（非接触ＩＣカード）を示す。該従来例の構成は、複数の無線カード１１０、固定基地局リーダライタ（Ｒ／Ｗ）１２０より成る。相互の通信には該例では２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯を用いている。無線カード１１０は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、変調器１１３、復調器１１４、２次電池１１５、アンテナ１１６、電源回路１１７、コイル１１８から成る。固定基地局リーダライタ１２０は、アンテナ１２１、ＲＦ回路１２２、変調器１２３、復調器１２４、メモリ１２５、ＣＰＵ１２６、通信インターフェイス１２７、及び、電力供給用ライタ１３０より成る。また、電力供給用ライタ１３０は、電力供給回路１３１、変調回路１３２から成る。無線カード１１０と固定基地局１２０は、ＣＰＵ１１１、１２６、メモリ１１２、１２５を内蔵し、送受信のための変、復調器１１３、１１４、１２３、１２４を有している。アンテナ１２１へ信号を送信し、また、無線カード１１０からの微弱高周波信号を受信するために、固定基地局リーダライタ１２０には高周波回路１２２が設けてある。
【０００４】
固定基地局リーダライタ１２０に入出力される信号は、通信インターフェイス２７を介して、上位の制御系へ転送される。無線カード１１０への電源供給は、電力供給ライタ１３０により相互配置されたコイル１１８と１３３を通して磁束が非接触で伝送され、カード側の電源回路１１７で直流電源として復調される。電力供給用ライタ１３０には、電力供給回路１３１から供給される電力を例えば５ＭＨｚのパルス信号を発生するパルス発振器Ｇを有する変調回路１３２とコイル１３３とを備え、コイル１３３から無線カード１１０のコイル１１８に向けてパルス信号を送り電力の供給をしている。
【０００５】
当該従来例においては、磁束にて電力を供給しており、固定基地局側は電力を受け取る無線カードに向けて上記のような電力供給パルスを送信していなければならない。無線カードに必要な電力のみを供給することは困難であり、昨今の地球温暖化防止等の環境問題から省電力が求められる状況にあり、これを解決する必要がある。また効率良く電力を供給するには、例えば、下記の特許文献４に開示されているようにアンテナコイルの設計を考慮する必要があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１４０１２８号公報
【特許文献２】
特開平１１−１３４４４７号公報
【特許文献３】
特開２０００−１１３１３７号公報
【特許文献４】
特開平１１−１３４４４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術における非効率な電力供給や、アンテナコイル設計等の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、上記問題点を解消し、電磁波による電力供給や電力補充作業を不要とする電子装置を実現する点にある。更に、本発明に目的は、熱エネルギによる電力供給と個人認証を同時に実現できる電子装置を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る電子装置の特徴構成は、同一の収容体に熱発電素子と半導体集積回路を収容し、前記熱発電素子が、前記収容体外部の雰囲気と、前記収容体表面の特定部位に接触或いは近接した前記雰囲気温度より高温或いは低温の異温体との温度差により、熱起電力を発生可能に設けられ、前記半導体集積回路が、前記熱発電素子の発生する前記熱起電力によって動作する点にある。
【０００９】
また、本発明に係る電子装置は、前記熱発電素子と前記半導体集積回路をカード状収容体に収容したＩＣカードであることを特徴とする。
【００１０】
上記特徴構成によれば、収容体外部の雰囲気と異温体との温度差により熱発電素子が発生する熱起電力によって半導体集積回路が動作するので、電磁波による電力供給や電力補充作業を不要とする電子装置を実現できる。
【００１１】
本発明に係る電子装置は、同一の収容体に熱発電素子と指紋センサと半導体集積回路を収容し、前記熱発電素子が、前記収容体外部の雰囲気と、前記収容体表面の特定部位に接触或いは接近した人体部位との温度差により、熱起電力を発生可能に設けられ、前記半導体集積回路と前記指紋センサが、前記熱発電素子の発生する前記起電力によって動作することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電子装置は、前記熱発電素子、前記指紋センサ、及び、前記半導体集積回路を、カード状収容体、プレート状収容体、または、箱状収容体に収容することを特徴とする。更に、本発明に係る電子装置は、前記熱発電素子と前記指紋センサを、前記カード状収容体の片面に並べて配置すること、或いは、前記カード状収容体の一方の片面と他方の片面に各別に配置すること、或いは、両者を積層して形成し前記カード状収容体の片面に配置すること、或いは、前記プレート状収容体表面に並べて配置すること、両者を積層して形成し前記プレート状収容体表面に配置すること、或いは、前記箱状収容体の任意の側面に並べて配置すること、或いは、前記箱状収容体の二つの側面に各別に配置すること、或いは、両者を積層して形成し前記箱状収容体の任意の側面に配置すること、を特徴とする。
【００１３】
当該特徴構成によれば、収容体外部の雰囲気と指や掌等の人体部位との温度差により熱発電素子が発生する熱起電力によって半導体集積回路と指紋センサが動作するので、電磁波による電力供給や電力補充作業を不要とする指紋照合機能を有する電子装置を実現できる。
【００１４】
更に、指紋照合のために、指を指紋センサに触れる時に、同時に、熱発電素子の吸熱板表面に他の指を触れさせることで、熱発電素子に対し熱起電力を発生させることができ、指紋照合処理に必要な電力を適時に供給できる。
【００１５】
また、本発明に係る電子装置は、前記箱状収容体に開閉蓋を設け、前記指紋センサの検出出力に基づき、前記半導体集積回路が形成する信号処理回路により個人認証を実行し、その個人認証結果により前記開閉蓋の開閉制御を行うことを特徴とする。更に、前記箱状収容体が、シリンダー錠の鍵挿入口側先端部を、前記箱状収容体の内部に収容可能な構造を有していることを特徴とする。
【００１６】
更に、本発明に係る電子装置は、前記指紋センサの検出出力に基づき、前記半導体集積回路が形成する信号処理回路により個人認証を実行し、その個人認証結果に対応する所定の制御信号を外部に出力することを特徴とする。また、前記熱発電素子の発生する前記起電力を外部に供給可能に構成されているのも好ましい。
【００１７】
当該電子装置の特徴構成によれば、電磁波による電力供給や電力補充作業を不要とする指紋照合機能を有し、更に、指紋照合による個人認証結果によって作動するセキュリティ装置を実現することができる。
【００１８】
更に、本発明に係る電子装置は、前記半導体集積回路がＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造を用いて作製されていることを特徴とする。
【００１９】
当該電子装置の特徴構成によれば、熱発電素子が発生する熱起電力による電力を消費する半導体集積回路の低消費電力化が図れるので、熱発電素子に不必要に大きな発電能力を持たせる必要がなくなる。また、余剰の電力が発生する場合には、外部の電力消費装置に給電することも可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る電子装置（以下、適宜「本発明装置」という。）の一実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
【００２１】
〈第１実施形態〉
図１に、本発明装置１１のブロック構成図を示す。図１に示すように、本発明装置１１は、一つの収容体６であるＩＣカード７（カード状収容体）に、熱発電素子１、電源回路２、信号処理回路３、ＲＦ回路４、及び、アンテナ５を、一つのＩＣカード型筐体６に実装して構成される。電源回路２は熱発電素子１で発電した電力を蓄積供給する電源回路であり、信号処理回路３は電源回路２から電力の供給を受けて動作し、ＲＦ回路４は信号処理回路３で処理されたデータをホスト等へアンテナ５より送信するための回路である。
【００２２】
熱発電素子１は、例えば、特開平８−３２１２７号公報（熱発電素子の従来例）に開示されているような公知な素子構造により形成される。当該素子構造を図２に示す。熱発電素子１は、図２に示すように、Ｐ型半導体からなるＰ型発電素子２０及びＮ型半導体からなるＮ型発電素子２１を、熱伝導性の良好な導電体２２を介して折り返しながら直列に多数接続して発電素子部２３を形成し、その発電素子部２３の各発電素子２０、２１の電流の流れる方向の一方面に、熱伝導性の良好な絶縁板２４を介して放熱板２５を設け、発電素子部２３の他方面に、同じく熱伝導性の良好な絶縁板２４を介して吸熱板２６を設けて構成されており、放熱板２５と吸熱板２６の間の温度差によりゼーベック効果に基づく熱起電力を発生するものである。尚、放熱板２５及び吸熱板２６が電気的に絶縁体であれば、絶縁板２４を必ずしも設けなくてもよい。
【００２３】
熱発電素子１の吸熱板２６に指または掌を当てて体温を与え、放熱板２５を外気（雰囲気中の空気）に触れさせることで、これらの温度差によって発電し、電源回路２にその電力を蓄電し、半導体集積回路で構成された信号処理回路３及びＲＦ回路４に供給する。このようにしてＩＣカード７に形成された本発明装置１１は熱発電素子１によって体温の有する熱エネルギを熱電変換して得られた電力を供給され動作する。
【００２４】
ところで、上記の熱発電素子の従来例のように、熱発電素子自体の発電能力を向上させる開発も進んでいるが、その電力供給能力は、まだまだ現行の電池等には及ばない。従って、信号処理回路３やＲＦ回路４にはより低消費電力化が要求される。
【００２５】
一方、近年ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：シリコン／絶縁膜構造）技術により低電圧、低消費電力で動作する半導体集積回路が研究開発されている。国内においても新エネルギー・産業技術総合開発機構委託事業として「極低電力情報端末用ＬＳＩの研究開発」において０．５Ｖで動作可能な極低消費電力のＬＳＩをＳＯＩ構造にて開発している。ＳＯＩ構造のＭＯＳトランジスタ構造の例を図３に示す。図は完全空乏型（ＦＤ）の例であり、図３中のチャンネルＣが全て空乏化されている。このため急峻なサブスレッショルド特性を有し、より低い閾値電圧を設定でき、低電圧動作に有利となる。ＳＯＩ構造は、図３に示すように、ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄがゲート酸化膜で囲われているため、接合容量が小さく、低消費電力を実現できる。
【００２６】
このようにＳＯＩ構造の半導体集積回路は低電圧動作、低消費電力動作が可能で、熱発電素子１から供給される少ない電力でも十分な性能を発揮できる特性を備えており、本発明装置１１の信号処理回路３、ＲＦ回路４等を形成するのに非常に有効な特性を有している。したがって本発明装置１１にＳＯＩ構造の半導体集積回路を適応することにより、低消費電力で高性能なシステムを提供することが可能となる。
【００２７】
上述のように、本発明装置１１では、熱発電素子１の吸熱板２６に指または掌を当てて体温を与え、放熱板２５を外気（雰囲気中の空気）に触れさせることで、これらの温度差によって発電し、電源回路２にその電力を蓄電し、信号処理回路３及びＲＦ回路４に供給する。信号処理回路３は供給された電力により信号処理動作を行い必要なデータをＲＦ回路４に送り、ＲＦ回路４は受け取ったデータをアンテナ５により外部に送信する。これらの信号処理回路３及びＲＦ回路４をＳＯＩ構造で形成することで、熱発電素子１から発電供給されるべき電力需要をより少なく実現することが可能となる。
【００２８】
〈第２実施形態〉
次に、本発明に係る電子装置の第２実施形態につき説明する。図４に、第２実施形態に係る本発明装置１２のブロック構成図を示す。尚、第１実施形態と共通する部分及び箇所には同じ符号を付して説明する。
【００２９】
図４に示すように、本発明装置１２は、第１実施形態に加え、指紋センサ８を同一の収容体６であるＩＣカード７（カード状収容体）中に具備し、熱発電素子１が体温の熱エネルギーから熱電変換により発電し、その電力を指紋センサ８、半導体集積回路で構成された信号処理回路３及びＲＦ回路４に供給して動作させる。熱発電素子１の発電のために、その吸熱板２６に指等で触れる必要があるので、指紋センサ８を具備し、同時に指紋照合による使用者個人の個人認証に使用するのは、非常に有効である。つまり、熱発電素子１も指紋センサ８の何れも人体部位である指を接触させる動作を伴うので、これらを同時に実行でき、熱発電素子１の発電する電力を、他方の指紋センサ８や指紋照合や個人認証にかかるデータ処理を実行する信号処理回路３等に同時に給電できるので、非常に効率的である。
【００３０】
熱発電素子１、電源回路２、信号処理回路３、ＲＦ回路４、及び、アンテナ５は、基本的に第１実施形態と同様であるので、重複する説明は割愛する。但し、信号処理回路３は、指紋センサ８から検出出力データ（指紋データ）を受けて指紋照合や個人認証等の信号処理を行う点で、第１実施形態に比べて機能が追加されている。より詳細には、熱発電素子１が発電した電力を、電源回路２を介して指紋センサ８に供給し、指紋センサ８が当該電力供給を受けてそのセンサ面に接触した指または掌の指紋パターンを検出する。信号処理回路３は、指紋センサ８から検出出力データを入力し、指紋照合処理や個人認証処理（必ずしも両処理を区別する必要はない）及びその他の信号処理やデータ処理を実行し、当該処理により生成された必要なデータをＲＦ回路４に送り、ＲＦ回路４は受け取ったデータをアンテナ５により外部に送信する。また、低消費電力の要請から、信号処理回路３及びＲＦ回路４を図２に示すＳＯＩ構造で作製するのも好ましい。
【００３１】
図５〜図７に、本発明装置１２の熱発電素子１と指紋センサ８のＩＣカード７上の配置実現について考えられる３通りの変形実施例を示す。図５は、熱発電素子１と指紋センサ８をＩＣカード７の片方の側面に並べて配置した第１の実施例を示す。この様に配置することにより、例えばＩＣカード７を手で保持する際に、一本の指で熱発電素子１を、もう一本の指で指紋センサ８を触れることにより、熱発電素子１で発電すると同時に指紋センサ８により指紋データを読み取ることが可能となる。
【００３２】
また、図６は、熱発電素子１と指紋センサ８をＩＣカード７の表側面と裏側面の各々に各別に配置する第２の実施例を示す。このように配置することにより、例えばＩＣカード７を２本の指で挟持し、表側面を挟持する指で熱発電素子１の吸熱板２６に触れ、裏側面を挟持する指で指紋センサ８のセンサ面に触れるようにする。かかる２本の指でのＩＣカード７の挟持により、熱発電素子１で発電すると同時に指紋センサ８より指紋データを読み取ることが可能となる。
【００３３】
また、図７は、熱発電素子１と指紋センサ８を積層一体化して形成し、ＩＣカード７の一方面に配置する第３の実施例を示す。例えば、ＩＣカード７の表面側に配置した指紋センサ８にて指紋データを認識し、熱は積層した裏面側の熱発電素子１に伝導することにより、熱発電素子１にて発電を行う。このようにして積層形成して一体化した熱発電素子１と指紋センサ８をＩＣカード７の一方面に実装する。このように配置することにより、ＩＣカード７を保持するときに一本の指で指紋センサ８に触れることにより、熱発電素子１で発電すると同時に指紋センサ８より指紋データを読み取ることが可能となる。
【００３４】
本発明装置１２により実現した指紋照合機能付のＩＣカードを、例えば、玄関等のドアロック、自動車のキーレスエントリー等に適応すれば、個人認証を備えた非常に安全度の高いセキュリティシステムを構築することが可能となる。また、このようなセキュリティシステムに適応した場合、電源として電池を使用するようなシステムにおいては電池がなくなった場合には動作不能となるため、常に電池残量の心配をしなければならないが、本発明装置１２のように熱発電素子１にて使用者の体温によって発電し、その僅かなエネルギーにて動作するシステムを提供することにより、電池切れの心配から解放される。しかも、指紋照合により個人認証を行っているのだが、そのために指等を触れる必要があるのならば、本発明装置１２のように熱発電素子１と指紋センサ８の両方を具備し、同時に熱発電してエネルギーを供給するようにすることは非常に効率的であり理にかなっている。
【００３５】
〈第３実施形態〉
次に、本発明に係る電子装置の第３実施形態につき図８〜図１３を用いて説明する。尚、第１実施形態及び第２実施形態と共通する部分及び箇所には同じ符号を付して説明する。第３実施形態に係る本発明装置１３、１４は、第１実施形態や第２実施形態と異なり、熱発電素子１、指紋センサ８等を収容体６であるプレート９（プレート状収容体）に収容している。
【００３６】
図８と図９に、第３実施形態に係る本発明装置１３と１４のブロック構成図を夫々示す。本発明装置１４は、収容体６がプレート９である点を除き、第２実施形態と同様に、熱発電素子１、指紋センサ８、電源回路２、信号処理回路３、ＲＦ回路４、及び、アンテナ５を備えて構成される。これに対し、本発明装置１３は、ＲＦ回路４とアンテナ５を備えず、電源回路２からの電力Ｐを外部に供給でき、更に、信号処理回路３の生成する制御信号Ｃを外部に有線で出力する構成となっている。本発明装置１３と１４の熱発電素子１、指紋センサ８、電源回路２、信号処理回路３、ＲＦ回路４、及び、アンテナ５は、基本的に第１実施形態と同様であるので、重複する説明は割愛する。尚、プレート９は、ＩＣカード７と異なり、通常は、建造物等の固定物体に固定して使用する。
【００３７】
次に、熱発電素子１と指紋センサ８のプレート９上の配置に関する変形実施例と、本発明装置１３と１４のドアロックに適応した場合の実現例について、図１０〜図１３を用いて説明する。図１０〜図１２では、熱発電素子１と指紋センサ８がプレート９の表面に露出して並んで配置されている。
【００３８】
図１０と図１１は、熱発電素子１と指紋センサ８をプレート９上に並べ配置するとともに、ドアロックに適応する本発明装置１３の第１及び第２の実施例（本発明装置１３ａ）を示している。図１０では、電磁シリンダー３０が、本発明装置１３の電源回路２と信号処理回路３から電力Ｐと制御信号Ｃを夫々受けて動作する構成となっている。第１の実施例では、電磁シリンダー３０と本発明装置１３ａの間を有線で結線しているので第２実施形態のようにＲＦ回路４やアンテナ５を備えていない。熱発電素子１、指紋センサ８、電源回路２、信号処理回路３は、プレート９に一体形成されており、特に、熱発電素子１と指紋センサ８はプレート９の表面上にその吸熱板２６とセンサ面を露出するように配置されている。尚、熱発電素子１の放熱板２５は外気に接触可能或いは外気温と同じ（ほぼ同じ）温度となるようにプレート９に装着される。この点は第１実施形態と同様である。
【００３９】
図１０の第１の実施例に沿って、本発明装置１３の動作を説明する。使用者が熱発電素子１と指紋センサ８に触れると、熱発電素子１により体温と外気温の温度差により発電し、電源回路２にその電力を蓄電し、信号処理回路３と指紋センサ８に電力供給する。電力供給を受けて指紋センサ８は指紋パターンを検出し信号処理回路３に送る。信号処理回路３は登録されている使用者の指紋パターンとの照合を行い、一致した場合には個人認証が完了したと判定し、開閉信号である制御信号Ｃを電磁シリンダー３０に出力する。電磁シリンダー３０は制御信号Ｃを受けて、電源回路２から供給される電力により電磁シリンダー３０を作動させドアロックを開閉する。電磁シリンダー３０には極力消費電力の小さなものを使用することが望ましい。また、前述したように半導体集積回路にＳＯＩ構造を採用することで信号処理系の消費電力を非常に小さく実現でき、熱発電素子１により発電された電力の大部分を電磁シリンダー３０へ供給することが可能となる。
【００４０】
図１１に示すように、更に低消費電力化を図るためにドアロックの開閉は通常の鍵を用いるシリンダー錠３１にて実現し、シリンダー錠３１の鍵挿入口をカバーするように摺動するスライドカバー３２を電磁的に開閉することでピッキング等を防止するドアロックシステムを提供できる。
【００４１】
以下、図１１に示す第２の実施例の動作を説明する。使用者が熱発電素子１及び指紋センサ８に触れると、熱発電素子１が体温と外気温の温度差により発電し、電源回路２にその電力を蓄電し、信号処理回路３と指紋センサ８に電力供給する。電力供給を受けて指紋センサ８は指紋パターンを検出し信号処理回路３に送る。信号処理回路３は登録されている使用者の指紋パターンとの照合を行い、一致した場合には個人認証が完了したと判定し、開閉信号である制御信号Ｃをスライドカバー３２に送る。スライドカバー３２はその制御信号Ｃを受けて、電源回路２から供給される電力により電磁スイッチを作動させスライドカバー３２を開閉する。電磁スイッチには極力消費電力の小さなものを使用することが望ましい。
【００４２】
また、第２の実施例においては動作させるのはシリンダー錠３１のスライドカバー３２であり、その駆動する負荷は小さく低消費電力で実現できる。前述したように半導体集積回路にＳＯＩ構造を採用することで信号処理系の消費電力を非常に小さく実現でき有益である。また、シリンダー錠３１は通常の鍵により手動で行うが、鍵穴はスライドカバー３２でロックされておりピッキング等は容易に行えない。スライドカバー３２の開閉は、本発明装置１３の指紋照合による個人認証結果に基づき実行されるので、そのセキュリティは向上している。また、図１１の第２の実施例によれば、通常のシリンダー錠３１に本発明装置１３を後付けで追加して、容易にセキュリティの向上を図ることが可能である。
【００４３】
また、図１０に示す第１の実施例に対し、第２実施形態の本発明装置１２のように無線インターフェイスを備えた本発明装置１４を用いて、電磁シリンダー３０を作動させるようにしてもよい。図１２に示すように、プレート９上には図１０と同様に熱発電素子１と指紋センサ８が並べて配置されている。本発明装置１４の構成は図９に示すとおりである。電磁シリンダー３０には外部電源３３から電力が供給され、外部電源３３は通常のＡＣ電源等から電力供給されている。
【００４４】
以下、本発明装置１４を用いた図１２に示す第３の実施例の動作を説明する。使用者が熱発電素子１と指紋センサ８に触れると、熱発電素子１により体温と外気温の温度差により発電し、電源回路２にその電力を蓄電し、信号処理回路３と指紋センサ８に電力供給する。電力供給を受けて指紋センサ８は指紋パターンを検出し信号処理回路３に送る。信号処理回路３は登録されている使用者の指紋パターンとの照合を行い、一致した場合には個人認証が完了したと判定し、開閉信号である制御信号をＲＦ回路４に送りアンテナ５より、電磁シリンダー３０に向けて無線で送信する。電磁シリンダー３０はその無線信号の制御信号Ｃを受けて、外部電源３３から供給される電力により電磁シリンダー３０を作動させドアを開閉する。
【００４５】
ここで、電磁シリンダー３０には外部電源３３から十分な電力が供給されるのでドアの開閉に対して電力不足が問題となることはない。また、第３の実施例において、個人認証システムは熱発電素子１にて動作し、１次電池等を内蔵する必要はない。そのため、電波が届く範囲で任意の場所に本発明装置１４を設置でき、その設置自由度の高さは有益である。
【００４６】
また、前述したように半導体集積回路にＳＯＩ構造を採用することで信号処理系の消費電力を非常に小さく実現でき有益である。第３の実施例のように個人認証プレートとしても本発明装置１４を自由に設置できるようにすることにより、目立たないところに個人認証プレートを設置すれば、外部からは鍵穴もなく、認証ロックも分からないので容易に開閉できず、セキュリティは向上する。また、鍵またはカードキーを携帯しなくてもよく、鍵の盗難や置き忘れの心配もない。
【００４７】
図１０〜図１２に示す実施例において、熱発電素子１と指紋センサ８はプレート９上に並んで配置していたが、第２実施形態の図７の実施例と同様に、図１３に示すように、熱発電素子１と指紋センサ８を積層形成して一体化し、プレート９上に配置するようにしてもよい（第４の実施例：本発明装置１３ｂ）。
【００４８】
この場合、例えば、プレート９の表面側に配置した指紋センサ８にて指紋データを認識し、熱は積層した裏面側の熱発電素子１に伝導することにより、熱発電素子１にて発電を行う。このようにして積層形成して一体化した熱発電素子１と指紋センサ８をプレート９上に実装する。このように配置することによりプレート９に一本の指で指紋センサ８に触れることにより、熱発電素子１で発電すると同時に指紋センサ８より指紋データを読み取ることが可能となる。図１３に示す第４の実施例の動作は、図１０に示す第１の実施例と基本的に同じであるので、重複する説明は割愛する。尚、第４の実施例では、電磁シリンダー３０を用いた電子錠システムについて説明したが、図１１に示す第２の実施例と同様に、シリンダー錠３１とスライドカバー３２を組み合わせたドアロックに適応への適応も可能である。
【００４９】
〈第４実施形態〉
次に、本発明に係る電子装置の第４実施形態につき、図１４と図１５を用いて説明する。尚、第１実施形態乃至第３実施形態と共通する部分及び箇所には同じ符号を付して説明する。第４実施形態に係る本発明装置１５は、第１乃至第３実施形態と異なり、熱発電素子１、指紋センサ８等を収容体６である箱状収容体１０に収容している。本発明装置１５は、第３実施形態の本発明装置１３と同様に、熱発電素子１、指紋センサ８、電源回路２、信号処理回路３を備え、ＲＦ回路４とアンテナ５を備えず、電源回路２からの電力Ｐを外部に供給でき、更に、信号処理回路３の生成する制御信号Ｃを外部に有線で出力する構成となっている。
【００５０】
図１４に、箱状収容体１０上に熱発電素子１、指紋センサ８等を収容して実現した本発明装置１５の概要を模式的に示す。図１４は、箱状収容体１０の頭部の左側上方から見た斜視図である。図１４に示すように、指紋センサ８及び熱発電素子１が箱状収容体１０の２つの側面上に配置実装されている。本発明装置１５の動作は、第３実施形態で説明したプレート型の本発明装置１３（特に、図１１の実施例）と同様である。例えば、箱状収容体１０の頭部には開閉できる開閉蓋１０ａが実装されており、図１１の実施例と同様に、指紋照合により開閉蓋１０ａを電磁的に開閉する。本発明装置１５を、通常の鍵を用いるシリンダー錠３１にて適応すべく、そのシリンダー錠３１のシリンダー錠３１の鍵挿入口側の先端部を覆うように箱状収容体１０を設置する。かかる構成により、開閉蓋１０ａが図１１の実施例のスライドカバー３２と同等の機能を奏し、ピッキングを防止するドアロックシステムが構築できる。図１４に示す本発明装置１５の動作は、スライドカバー３２が開閉蓋１０ａに変わるだけで、図１１の実施例における本発明装置１３と基本的に同様である。即ち、使用者が熱発電素子１及び指紋センサ８に触れると、熱発電素子１が体温と外気温の温度差により発電し、電源回路２にその電力を蓄電し、信号処理回路３と指紋センサ８に電力供給する。電力供給を受けて指紋センサ８は指紋パターンを検出し信号処理回路３に送る。信号処理回路３は登録されている使用者の指紋パターンとの照合を行い、一致した場合には個人認証が完了したと判定し、開閉信号である制御信号を出力して電源回路２から供給される電力により電磁スイッチを作動させ、開閉蓋１０ａを開閉する。尚、開閉蓋１０ａは開状態に付勢しておき、電磁スイッチの作動により閉状態から開放させるようにしてもよい。この場合は、開閉蓋１０ａは手動で閉じる。
【００５１】
図１４に示す実施例では、熱発電素子１と指紋センサ８を箱状収容体１０の各々別の側面に配置していたが、図１５に示すように、熱発電素子１と指紋センサ８を積層形成して一体化し、箱状収容体１０の一つの側面に実装することも可能である。この場合、例えば、箱状収容体１０の外側に配置した指紋センサ８にて指紋データを認識し、熱は積層した裏面側の熱発電素子１に伝導することにより、熱発電素子１にて発電を行う。図１５に示す本発明装置１５の動作は、図１４の実施例と基本的に同様であり、重複する説明は割愛する。
【００５２】
本発明装置１５を構成する半導体集積回路も、熱発電素子１において発電した微弱な電力により動作するものであり、極低消費電力の集積回路実現には上記ＳＯＩ構造を採用した集積回路が非常に有効である。
【００５３】
以下に、本発明に係る電子装置の別実施形態につき説明する。
〈１〉上記各実施形態において、熱発電素子１、電源回路２、信号処理回路３等を収容する収容体６として、カード状収容体７、プレート状収容体９、箱状収容体１０を例示したが、収容体６はこれらの形状に限定されるものではない。
【００５４】
〈２〉上記第１実施形態において、熱発電素子１は、吸熱板２６に与えられた体温と、放熱板２５に与えられた外気温度との温度差によって発電する実施例を説明したが、熱発電素子１に与える温度差は、上記のものに限定されるものではない。
【００５５】
〈３〉上記第２〜第４実施形態において、本発明装置１２〜１５をドアロックに適応する実施例を説明したが、ドアロック以外のセキュリティシステムに適用しても構わない。例えば、コンピュータ等の電子機器へのアクセス時の個人認証に適用するのも好ましい。
【００５６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、指、掌等で触れることにより体温と外気温の温度差により発電する熱発電素子の電力を有効に利用し、バッテリーレスなＩＣカード、セキュリティ装置が実現できるものである。また、熱発電素子と並列、若しくは、一体化して指紋センサを同一収容体に設置することで、熱発電と同時に指紋データを検出することで、より効率的にＩＣカード、セキュリティ装置を実現できる。セキュリティ上要求される個人認証のため指紋照合に指を触れる必要が発生するので、同時にその体温エネルギーを用いて発電し、セキュリティ装置の電力を供給することは非常に効率がよい。また、このような装置を実現するために極低消費電力の半導体集積回路が必要になるが、ＳＯＩ構造を採用した半導体集積回路用いることで、低消費電力化が実現できる。このように、極低消費電力集積回路技術としてのＳＯＩ製造プロセス及び回路技術を駆使し極低消費電力の半導体集積回路を実現することで、熱発電素子のような微弱な発電エネルギーを有効に活用でき、且つ、同時に発電エネルギーの供給源である指（体温）から同時に指紋データを検出することにより、バッテリーレスなセキュリティ装置が実現できるものである。このような装置において電池切れ等による動作不能への心配から解放され、常に動作することが可能となることは非常に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子装置の第１実施形態の機能構成を示すブロック構成図
【図２】本発明に係る電子装置に用いる熱発電素子の断面構造を模式的に説明する断面図
【図３】本発明に係る電子装置に用いる半導体集積回路に採用するＳＯＩ構造を、ＭＯＳトランジスタを用いて説明する素子断面図
【図４】本発明に係る電子装置の第２実施形態の機能構成を示すブロック構成図
【図５】本発明に係る電子装置の第２実施形態における熱発電素子と指紋センサの第１の実装例を説明する図
【図６】本発明に係る電子装置の第２実施形態における熱発電素子と指紋センサの第２の実装例を説明する図
【図７】本発明に係る電子装置の第２実施形態における熱発電素子と指紋センサの第３の実装例を説明する図
【図８】本発明に係る電子装置の第３実施形態の機能構成例を示すブロック構成図
【図９】本発明に係る電子装置の第３実施形態の他の機能構成例を示すブロック構成図
【図１０】本発明に係る電子装置の第３実施形態をドアロックシステムに適応させた場合の第１実施例を説明する図
【図１１】本発明に係る電子装置の第３実施形態をドアロックシステムに適応させた場合の第２実施例を説明する図
【図１２】本発明に係る電子装置の第３実施形態をドアロックシステムに適応させた場合の第３実施例を説明する図
【図１３】本発明に係る電子装置の第３実施形態をドアロックシステムに適応させた場合の第４実施例を説明する図
【図１４】本発明に係る電子装置の第４実施形態をドアロックシステムに適応させた場合の第１実施例を説明する図
【図１５】本発明に係る電子装置の第４実施形態をドアロックシステムに適応させた場合の第２実施例を説明する図
【図１６】従来の非接触型カードシステムの一例を示すブロック構成図
【符号の説明】
１      熱発電素子
２      電源回路
３      信号処理回路
４      ＲＦ回路
５      アンテナ
６      収容体
７      ＩＣカード（カード状収容体）
８      指紋センサ
９      プレート（プレート状収容体）
１０    箱状収容体
１０ａ  開閉蓋
１１    本発明に係る電子装置（第１実施形態）
１２    本発明に係る電子装置（第２実施形態）
１３    本発明に係る電子装置（第３実施形態）
１４    本発明に係る電子装置（第３実施形態）
１５    本発明に係る電子装置（第４実施形態）
２０    Ｐ型発電素子
２１    Ｎ型発電素子
２２    導電体
２３    発電素子部
２４    絶縁板
２５    放熱板
２６    吸熱板
３０    電磁シリンダー
３１    シリンダー錠
３２    スライドカバー
３３    外部電源
１１０  無線カード
１２０  固定基地局リーダライタ（Ｒ／Ｗ）
１１１  ＣＰＵ
１１２  メモリ
１１３  変調器
１１４  復調器
１１５  ２次電池
１１６  アンテナ
１１７  電源回路
１１８  コイル
１２０  固定基地局リーダライタ
１２１  アンテナ
１２２  ＲＦ回路
１２３  変調器
１２４  復調器
１２５  メモリ
１２６  ＣＰＵ
１２７  通信インターフェイス
１３０  電力供給用ライタ
１３１  電力供給回路
１３２  変調回路
１３３  コイル
【図１】
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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