(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な材質上の被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び前記被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置であって、
前記被押圧面上に配置され、少なくとも片面が光散乱するように凹凸処理された半透明層を含み、指との接触面積の変化に応じて生ずる光散乱の変化に伴って反射光量が変化する光透過部材より形成された被測定部と、
前記被測定部を前記被押圧面の裏面側から照明する照明手段と、
前記被測定部からの前記反射光量を検出する検出部と、
を備え、
前記反射光量に基づいて、前記少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置。
【請求項２】
透明な材質上の被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び前記被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置であって、
前記被押圧面上に配置され、弾性を有する光透過性の材質より構成され内部の多数の孔により光散乱する多孔質層を含み、指との接触面積の変化に応じて生ずる光散乱の変化に伴って反射光量が変化する光透過部材より形成された被測定部と、
前記被測定部を前記被押圧面の裏面側から照明する照明手段と、
前記被測定部からの前記反射光量を検出する検出部と、
を備え、
前記反射光量に基づいて、前記少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置。
【請求項３】
透明な材質より構成された被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び前記被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置であって、
前記被押圧面上に配置され、光透過性の材質より構成され内部の多数の孔により光散乱する多孔質層と、該多孔質層の上層に複数の空孔を有する空孔層とを含み、一方の層が液体を保持し、且つ、少なくとも一方の層が弾性を有し、指との接触面積の変化に応じて生ずる光散乱の変化に伴って反射光量が変化する光透過部材より形成された被測定部と、
前記被測定部を前記被押圧面の裏面側から照明する照明手段と、
前記被測定部からの前記反射光量を検出する検出部と、
を備え、
前記反射光量に基づいて、前記少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出装置、入力装置、ポインティングデバイス、個人識別装置、及び記録媒体にかかり、特に、生体の先天的な特徴と後天的な特徴とを識別情報として利用して個人を識別する検出装置、入力装置、ポインティングデバイス、個人識別装置、及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、個人識別装置としては指紋や虹彩、網膜、手形、顔等の人体の変動しない特徴を鍵として利用する方式や、声紋、署名といった時間的に変動する特性を鍵として利用する方法が知られている。
【０００３】
一般に、指紋や虹彩、網膜、手形、顔等の人体の特徴を鍵として利用する場合は、予め鍵として定めた人体の特徴部分をデジタルカメラなどで計測して登録されているものと同一であるかを識別する。また、声紋や署名のように時間的に変化する情報を用いる場合も同様に、入力された音声情報や文字情報をデジタル化して、登録されたデジタル情報と同一であるかを識別する。
【０００４】
また、特開平１０−２６９１８２号公報の「利用者認証方法および利用者認証システム」には、キーボードやマウスのボタン操作の癖を個人の識別に利用してより高精度の個人識別を行なうシステムが提案されている。この特開平１０−２６９１８２号公報には、キーボードやマウスのボタン操作の癖に基いて得られるパターンにより個人を識別することが提案されている。
【０００５】
すなわち、特開平１０−２６９１８２号公報では、予め定めたパスワードの押圧時にキーボードのオン、オフのタイミングを計測したり、マウスボタンを複数回クリックしたときのオン、オフのタイミングを計測し、得られたタイミングを２値化してパターン化したものを個人情報として格納し、入力されたタイミングパターンと登録されたタイミングパターンとを比較して個人を識別している。
【０００６】
このようなキーボード操作の癖を個人の識別に利用する方法は、例えば商品ＢＩＯＰＡＳＳＷＯＲＤ (http://www.biopassword.com.）などに利用されている。さらに、個人を識別するための別の方法として個人の歩行パターンを利用して識別する方法も提案されている。
【０００７】
ところで、コンピュータのアクセス管理等においては、上記のような個人識別方法を利用して、使用者の識別を最初のログイン時やネットワークに接続するときなどに行い、使用者が登録された本人又は登録された複数の中の１人であることを識別することが一般的に行なわれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、コンピュータのアクセス管理に用いようとする場合、入れ替わりによる成り済まし詐称を防ぐ事ができない。すなわち、一般に、コンピュータのアクセス管理においては、使用者が登録された本人又は登録された複数の中の１人であることを識別すると、ロックを解除し、それ以降のチェックは行わない。
【０００９】
すなわち、指紋、虹彩、網膜、手形、顔などの人体の特徴を鍵として利用する場合であっても、キーボードの操作パターンを鍵として利用する場合であっても、最初のログイン時やネットワークに接続する時などにそれらの計測対象を確認するだけであって、確認後は通常繰り返し計測されることはない。
【００１０】
そのため、本人の離席時や、計測対象の偽造等何らかの方法でアクセス権を取得した場合には、詐称者は自由に機密情報に触れることができてしまう恐れがある。
【００１１】
また、声紋や署名のように時間的に変化する情報を用いる場合でも、通常コンピュータ等の端末を操作している間中、声を出し続けたりペンを使い続けたりすることはないため、同じ問題を抱えている。
【００１２】
すなわち、上記のような人体の特徴を鍵として利用する個人識別方法は、もともと多数の候補の中から１つを識別する目的で発展したものであり、多数の候補の中から１つを識別する能力には長けているが、経時的に使用者が登録された本人又は登録された複数の中の１人であることを識別するには適していない。
【００１３】
また、上記の方法では、人体の特徴を鍵として利用するという性質上、鍵に相当する識別対象は常に同じものとなるために偽造され易く、偽造による詐称を完全には防ぐ事ができない、という基本的な問題もある。
【００１４】
例えば、指紋、手形、顔を利用する方法では、外観を利用しているため比較的容易に複製される危険が大きい。虹彩を利用する方法もカメラで虹彩パターンを読み取るため、同様な方法によって盗み取られる可能性がある。
【００１５】
網膜を利用する方法は偽造し難いが、しかし形状を利用する方法である限りなんらかの方法で盗み取られる危険は付きまとう。声紋は録音によって盗み取られる危険がある。また署名も、利用する人は常に安定に署名できるように十分な訓練を積む結果、やはり盗み取られる可能性がある。
【００１６】
更に、これらの計測対象は一旦盗み取られたり偽造されると、本人は指紋などの計測対象を取りかえることができないため、盗み取られた本人は生涯その計測対象を個人識別に利用することができなくなってしまうという別の問題もある。
【００１７】
また、これらの方法はそれぞれ以下のような問題も抱えている。指紋を利用する方法では、犯罪捜査のイメージがあるため利用者の心理的な抵抗感が高く、一般に普及させるためにはイメージの払拭という技術以前の困難な問題を抱えている。網膜の血管のパターンを用いる方法では、検出のため光を目に照射する必要があり、利用者の心理的な負担が大きいという問題がある。
【００１８】
顔の形状を利用する方法では姿勢や照明条件を一定の範囲内に抑える必要があり、安定性に欠ける。声紋や署名は利用者の心理状態や健康状態の影響を受け易く安定性に欠ける。さらに指紋や顔、手形等では眼鏡や指輪などの装飾品や、化粧、薬品などによる表面変化、汚染などによって利用できない場合がある。
【００１９】
また、キーボードの操作パターンから個人を識別する方法はパスワードの入力の様な十分に安定したタイピングパターンにしか利用することができない。また当然のことながら、この方法では一回のボタン操作からは何の情報を得ることもできない。
【００２０】
さらにダブルクリックはもとよりパスワード入力のような少ない回数のキー操作のタイミングパターンだけでは情報が少なく、多くの人を正確に区別することはできない。さらに、文書作成やプログラミング等の操作時など限られた操作時にしか利用できない。かつタイピングの習熟度による変動や心理状態、健康状態による変動も大きい。
【００２１】
さらに、個人識別方法の別の１つとして、歩行パターンから個人を識別する方法が提案されているが、この方法は建物等への入退出管理には利用できるが、コンピュータのアクセス管理には利用できない。
【００２２】
以上のことから本発明は、入れ替わりによる成り済まし詐称が不可能であり、また極めて偽造が困難であり、利用者の心理的な抵抗感もなく、かつ利用時に身体を拘束することがなく、さらに心理状態や健康状態に影響を受けることも少ない人体からの情報を利用した検出装置、入力装置、個人識別装置、及び記録媒体を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１の検出装置は、透明な材質上の被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び前記被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置であって、前記被押圧面上に配置され、少なくとも片面が光散乱するように凹凸処理された半透明層を含み、指との接触面積の変化に応じて生ずる光散乱の変化に伴って反射光量が変化する光透過部材より形成された被測定部と、前記被測定部を前記被押圧面の裏面側から照明する照明手段と、前記被測定部からの前記反射光量を検出する検出部と、を備え、前記反射光量に基づいて、前記少なくとも一方の特徴量を検出する。
【００２４】
すなわち、キーボードのボタンやマウスボタンなどの被押圧物(以下、ボタンと称す)を押圧するときの指の動きは、ボタン操作時における手掌面に対する指の略鉛直方向の運動、つまり指が上下運動を行う時の被押圧面に対する指腹面の接触状態の変化と、指が上下運動を行う時のボタン表面に対する指位置の時間変位などの押圧状態の変化として捕らえることができる。
【００２５】
この指の動きには各個人で異なる癖(すなわち、後天的な特徴)があり、また指の大きさや形状、柔らかさには個人差がある(すなわち、先天的な特徴)。したがって、このような被押圧面を押圧したときの指と被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び被押圧面を押圧したときの指と被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方をキーボードのタイピング時やマウスのクリック時等で検出することによって、個人を識別することができる。
【００２６】
請求項２の検出装置は、透明な材質上の被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び前記被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置であって、前記被押圧面上に配置され、弾性を有する光透過性の材質より構成され内部の多数の孔により光散乱する多孔質層を含み、指との接触面積の変化に応じて生ずる光散乱の変化に伴って反射光量が変化する光透過部材より形成された被測定部と、前記被測定部を前記被押圧面の裏面側から照明する照明手段と、前記被測定部からの前記反射光量を検出する検出部と、を備え、前記反射光量に基づいて、前記少なくとも一方の特徴量を検出する。
【００２７】
請求項３の検出装置は、透明な材質より構成された被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び前記被押圧面を押圧したときの指と前記被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方の特徴量を検出する検出装置であって、前記被押圧面上に配置され、光透過性の材質より構成され内部の多数の孔により光散乱する多孔質層と、該多孔質層の上層に複数の空孔を有する空孔層とを含み、一方の層が液体を保持し、且つ、少なくとも一方の層が弾性を有し、指との接触面積の変化に応じて生ずる光散乱の変化に伴って反射光量が変化する光透過部材より形成された被測定部と、前記被測定部を前記被押圧面の裏面側から照明する照明手段と、前記被測定部からの前記反射光量を検出する検出部と、を備え、前記反射光量に基づいて、前記少なくとも一方の特徴量を検出する。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図４５を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態はパーソナルコンピュータに組込む個人識別装置として本発明の個人識別装置を適用したものである。パーソナルコンピュータ本体には、個人を識別する識別手段が設けられ、本発明の入力装置に対応するマウス１１には、入力装置の測定部に対応する測定センサ１０(詳細は後述する)がそれぞれ設けられ、マウス１１をクリックしたときに測定センサ１０により指の動きの特徴を電気的、光学的、または機械的に検出して得られたデータに基いてパーソナルコンピュータ本体内の識別手段が個人識別を行う構成である。
【００５９】
(第１の実施の形態)
本第１の実施の形態による個人識別装置では、身体の動きの１種である指の動きを反映する個人識別情報として電気抵抗の変化を検出する場合について説明する。本実施の形態は、電気抵抗の変化をマウスのボタン(被押圧面)上に配置され、指と被押圧面との接触面積の変化に応じて電気抵抗が変化する部材を用いて前記物理量を検出する構成である。
【００６０】
電気抵抗の変化は指腹と、ボタン上や内部に設けられた電極との接触面積の変化や接触圧の変化、或いは電極と指腹が接触する構造では発汗による指の導電性の変化などが反映する。接触面積の変化や接触圧変化の情報には、ボタン操作時の強弱や速さといった後天的な癖と、指腹の柔らかさ、指腹の形状などの先天的な個人差の両方の情報を含む。発汗状態は、発汗量の個人差とその時々の心理状態を反映する。
【００６１】
まず、図１に示すように、本第１の実施の形態による個人識別装置は、大別して、測定検出部１０、信号処理部２０、Ａ／Ｄ変換部３０、ＦＩＦＯ(First In First Out)メモリ８４とが直列して接続されており、バス２８を介してＦＩＦＯメモリ８４、ＲＡＭ４０、ＲＯＭ４１、判定結果信号出力部７０、ＣＰＵ(制御部)１００が接続されている。また、ＦＩＦＯメモリ８４とＣＰＵ１００とには、それぞれタイミング制御部８０が接続されており、タイミング制御部８０は、マウスボタン部の出力タイミングを検出してこれらＦＩＦＯメモリ８４とＣＰＵ１００とに出力している。
【００６２】
測定検出部１０は、本発明の検出装置に対応しており、図７に示すように、測定センサ１０Ａ(測定部)、第１定電圧源８５ａ、Ｉ−Ｖコンバータ回路(検出部)とから構成されている。測定センサ１０Ａは、図８に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウスのボタン上に、第１電極１２ａ、第１抵抗層１４ａ、第２抵抗層１４ｂ、及び第２電極１２ｂを順に積層形成して構成されている。
【００６３】
測定センサ１０Ａの第１電極１２ａと第２電極１２ｂとには第１定電圧源８５ａが接続され、第１電極１２ａと第２電極１２ｂ間に定電圧が印加されている。また、第１電極１２ａはＩ−Ｖコンバータ回路に接続され、第２電極１２ｂは接地されている。
【００６４】
また、第１抵抗層１４ａと第２抵抗層１４ｂとの間の界面は接触抵抗により電気的に非接続状態となっており、指による押圧動作によりかかる圧力の大きさに応じて接触面積が増大して接触抵抗が変化し第１電極１２ａと第２電極１２ｂとを電気的に接続する。
【００６５】
即ち、ボタンを押し始め、クリックし、ボタンから指を離す動作に応じて、測定センサ１０Ａを押圧する押圧力が変化し、この押圧力の変化に対応して、第１抵抗層１４ａ及び第２抵抗層１４ｂ間の接触圧力が変化する。この接触圧力の変化に対応して、第１抵抗層１４ａと第２抵抗層１４ｂとの間の電気抵抗は次第に減少し、クリック時にピークに達し、その後次第に増加し安定状態に至るという変化を示す。即ち、押圧力の変化に対応して第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間を流れる電流量が変化し、Ｉ−Ｖコンバータ回路により変換された電圧値も同様な傾向を示すこととなる。
【００６６】
この電圧値の変化を示すグラフを図９に示す。図９において縦軸は電圧Ｖ横軸は時間ｔである。図９に示すように、シングルクリックしたときは１つのピークが現れ（図９（Ａ））、ダブルクリックしたときは２つのピークが現れている（図９（Ｂ））ことからこの波形が指の動きを反映したものであるのがわかる。
【００６７】
また、ランダムに１０人のユーザ選択し、本装置を使用して１０人のユーザがシングルクリックしたときに検出された電圧値の変化を示すグラフを図１０に示す。図１０から、１０人のユーザが全て異なる特徴を有する波形のグラフとなっているのが明確に示されている。
【００６８】
測定センサ１０Ａを構成する第１電極１２ａ及び第２電極１２ｂは、例えば、メッキ法によって厚さ０．１μｍ〜３０μｍ程度に形成されたＣｕ、Ａｕ及びＮｉのうちから選択された１種類または複数種類よりなる合金等の良導電性金属薄膜（但し、ＣｕまたはＮｉであれば、厚さ１０μｍ〜３０μｍ程度が好ましく、Ａｕであれば厚さ０．１μｍ〜３μｍ程度が好ましい。）や、Ｐｔ、Ｐｂ等の薄膜を成膜後エッチングによってパターンニングした厚さ１μｍ〜１０μｍ程度の金属薄膜により構成できる。また、第１抵抗層１４ａ及び第２抵抗層１４ｂは、ボタンを操作する時に違和感を感じさせない薄さで、かつ割れ、欠け、塑性変形等を起こさない強度を持つように形成されている。
【００６９】
抵抗層の材質としては、例えば、金属、導電化処理された樹脂、黒鉛や無定形炭素成形物等を用いることができる。具体的には、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン三元共重合体(ＡＢＳ)、またはポリカーボネート(ＰＣ)、または、ポリプロピレン(ＰＰ)等の有機粘結剤に黒鉛を分散し、厚さ１００μｍ〜１０００μｍ、抵抗率１０2Ωｃｍ〜１０4Ωｃｍとなるように成形したフィルム状成形物が好適である。また、厚さ５０μｍ〜５００μｍのポリエステルフィルム等の耐熱性高分子フィルム表面に、酸化すずを添加した酸化インジウムを蒸着後、酸化処理して得られる抵抗率１０2Ωｃｍ〜１０6Ωｃｍのフィルム等も用いることができる。
【００７０】
第１電極１２ａに接続されたＩ−Ｖコンバータ回路は、第１電極１２ａと第２電極１２ｂ間の電気抵抗値の変化を電圧の変化として検出しており、図７に示すように、オペアアンプ８２、抵抗Ｒｆ８１、コンデンサ８３、定電圧源８５ｂとを含んでいる。
【００７１】
第１電極１２ａはオペアアンプ８２の非反転入力端に接続されており、オペアアンプ８２の出力端は抵抗Ｒｆ８１と、コンデンサ８３を並列に介して該オペアアンプ８２の出力端に接続されている。一方、オペアアンプ８２の反転入力端には第２定電圧源８５ｂが接続され、第１定電圧源８５ａと同じ大きさの定電圧が印加されている。
【００７２】
Ｉ−Ｖコンバータ回路の出力は、一旦信号処理部２０に入力され、ノイズ除去などの所定の信号処理が施された後、Ａ／Ｄ変換部３０に出力される。Ａ／Ｄ変換部３０は、入力された１回のクリックによる振幅波形信号をＡＤ変換して量子化し、複数次元のベクトルとする。
【００７３】
一般に、一回のシングルクリックにかかる時間は０．４秒〜０．７秒程度、一回のダブルクリックにかかる時間は０．５秒〜０．８秒程度であるので、サンプリング時間間隔は１００ｍｓ以下であれば十分であるが、電圧のピーク位置(或いはボトム位置)をより正確に見つけるためには、サンプリングの時間間隔を出来るだけ短くした方が望ましい。そのため、本第１の実施の形態のＡ／Ｄ変換部３０では、サンプリング時間間隔を１２．５ｍｓ(８０Ｈｚ)としている。
【００７４】
Ａ／Ｄ変換部３０の出力は、全て先だし先読みメモリであるＦＩＦＯ（First In First Out)メモリ８４に記憶される。ＦＩＦＯメモリ８４には、タイミング制御部８０が接続されており、このタイミング制御部８０は、図示はしないが、クリック動作によりマウスから出力される電気信号が入力されるように構成されている。
【００７５】
タイミング制御部８０は、マウスのクリック動作によりアクセスされるファイルが、例えば、最重要機密に属するファイルや、個人のプライベート情報を格納したファイル等のように第３者に閲覧されるのを防止する必要があるファイルをアクセスしたときや、クリックされる度毎や、または予め定めた所定時間経過した後の最初のクリック時等のクリックタイミングをＦＩＦＯメモリ８４とバス２８を介して後述するＣＰＵ１００とに出力する。
【００７６】
クリックタイミングは、１回のクリックによる振幅波形信号において、最も高い電圧値を示すピーク位置(或いは最も低い電圧値を示すボトム位置)でのタイミングであり、ＦＩＦＯメモリ８４は、このタイミングが入力された時点を規準として前に１２．５ｍｓ(８０Ｈｚ)毎にサンプリングした２０点の電圧値と、後ろに１２．５ｍｓ(８０Ｈｚ)毎にサンプリングした３９点の電圧値、及びクリックタイミングでのサンプリング点であるピークでの電圧値、合計６０点の電圧値、つまり振幅値を１組として出力する。
【００７７】
すなわち、図１１及び図１２に示すように、１回のクリックによる振幅波形信号において、最も高い電圧値を示すピーク位置(或いは最も低い電圧値を示すボトム位置)を特徴抽出の規準として、このピーク電圧を観測した時間から前に２０点(ｖ1、ｖ2…ｖ20)の電圧値と、後ろ３９点(ｖ22、ｖ23…ｖ60)及びクリックタイミングでのサンプリング点であるピーク(ｖ21)での電圧値、合計６０点の電圧値、つまり振幅値(ｖ1、ｖ2、ｖ3…ｖ60)が１組の特徴量として出力されることになる。なお、クリック時の波形ベクトルの要素はサンプリング時間毎の特徴量抽出点における振幅値(電圧)であり、特徴量抽出点の数はベクトルの次元となるので、本実施の形態では、６０次元のベクトルが得られることになる。
【００７８】
ＦＩＦＯメモリ８４から出力された１組の特徴量はバス２８を介してＲＡＭ４０に記憶される。記憶された特徴量は個人の登録を行なう場合と、照合識別処理を行う場合とに応じてバス２８を介して接続されたＣＰＵ１００によりＲＡＭ４０から読み出され、それぞれに対応した処理が施される。
【００７９】
ＣＰＵ１００はＲＯＭ４１に記録されたプログラムに応じて個人を認証の対象として登録する(個人登録)処理と照合識別処理とを行う。
【００８０】
例えば、ランダムに５人のユーザを選択し、それぞれのユーザが１００回シングルクリックした場合、一人につき１００組の特徴量が得られる。これをグラフ化すると図１３のようになる。また、さらにランダムに５人のユーザを選択し、それぞれのユーザが１００回ダブルクリックした場合も同様に、一人につき１００組の特徴量が得られる。これをグラフ化すると図１４のようになる。
【００８１】
個人を認証の対象として登録する(個人登録)を行なう場合、ＣＰＵ１００はこれら１００組の特徴量に基いて特徴ベクトルと特徴行列とを演算する。
【００８２】
すなわち、１００組の特徴量を各次元毎に平均化し、得られたものを特徴ベクトルとして個人毎の識別データと共に格納すると共に、１００組の特徴量から分散共分散行列（又は相関行列）を演算して得られたものを特徴行列とし、特徴ベクトルと同様に個人毎の識別番号と共にＲＡＭ４０に記憶する。
【００８３】
なお、少なくとも特徴ベクトルと特徴行列とを個人毎の識別番号と共に格納していれば良いが、後述する識別の際に用いる閾値距離は登録者毎に異なる場合もあるので、この場合では個人毎に定められる閾値距離も特徴ベクトル及び特徴行列と同様に個人毎の識別番号と共にＲＡＭ４０に記憶している。
【００８４】
また、ＣＰＵ１００には、バス２８を介してタイミング制御部８０のタイミング出力が入力され、タイミング制御部８０のタイミング出力を検知すると、照合識別処理を行う。
【００８５】
照合処理は、入力された個人名に応じた識別番号と共にＲＡＭ４０に記憶された特徴ベクトルと特徴行列(以後、個人データと称す)及びその個人に対応した閾値距離とを読出し、読み出した個人データと入力された特徴量とを比較して該当するかの判定を行なう。
【００８６】
具体的には、入力された特徴量に基いた未知の波形ベクトルと、ＲＡＭ４０から読み出した個人データとのマハラノビス距離を演算し、得られた距離が適切に設定した閾値距離より近い距離であれば、同一の個人と判定する。
【００８７】
また、識別処理は、ＲＡＭ４０に記憶された全ての個人データ及びその個人に対応した閾値距離とを読出し、読み出した全て個人データと入力された特徴量とを比較して読み出した全て個人データの中に該当者がいるかの判定を行なう。
【００８８】
具体的には、入力された特徴量に基いた未知の波形ベクトルと、ＲＡＭ４０から読み出した全ての個人データとのマハラノビス距離を演算し、最も近い距離にある個人データを登録した人物が該当者であると判定する。但し、前記未知の波形ベクトルと個人データとの距離が前記閾値距離よりも遠い場合は、該当者なしと判定する。
【００８９】
計算する距離としては、マハラノビスの距離が最も好ましい。マハラノビスの距離は、前述したように、未知の利用者の波形ベクトルと登録された特徴ベクトル(平均ベクトル)と、特徴行列(分散共分散行列、又は相関行列)の逆行列から計算されるので、本実施の形態では、個人データとして特徴ベクトル(平均ベクトル)と、特徴行列(分散共分散行列、又は相関行列)を記憶する構成としている。
【００９０】
ここで、図１５から図１９は或る５人のユーザのシングルクリックにより得られた特徴量に基いて算出されたマハラノビス距離を示すグラフであり、各図は５人のうちの一人を規準としたときのマハラノビス距離を全てのユーザについて表している。また、図２０から図２４は、ランダムに選択した５人のユーザのダブルクリックにより得られた特徴量に基いて算出されたマハラノビス距離を示すグラフであり、前記図１５から図１９と同様に、各人のうちの一人を規準としたマハラノビス距離を全ての被験者について表している。これらの図には、５人のユーザが全て異なる距離となっているのが明確に示されている。
【００９１】
なお、マハラノビス距離の他にその他の統計学上の判定分析やクラスター分析等で用いられる距離、例えば、市街地距離、ユークリッドの距離、標準化ユークリッド距離、ミンコフスキーの距離等のその他の統計学上の距離を使うこともできる。
【００９２】
ＣＰＵ１００による判定結果は、バス２８を介して判定結果信号出力部７０に出力される。判定結果信号出力部７０はＣＰＵ１００による判定結果を信号変換して、例えば、ＣＲＴ３５に出力してスクリーンセーバーをかけて登録のない第３者による読み取りを阻止したり、入力部からのすべての指示を無視するようにコンピュータ本体におけるプログラム処理を設定する等のようにコンピュータ本体でのプログラム処理に反映させる。なお、次のクリック動作に基く照合識別処理において適合すると判断した場合はこれらの設定を全て解除して、作業を再開できるようにする。
【００９３】
また、ＲＯＭ４１には後述する照合識別プログラムが記憶されている。このプログラムは、パソコンに電源が投入されると読み出され、実行される。
【００９４】
ここで、照合識別プログラムについて図２５のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップ４００では、特徴量が入力されたかを判断する。この特徴量は、例えば、ユーザがログオンするとき、ユーザがマウスをクリックしたとき、ユーザが重要機密指定されたファイルを開くとき、及び、一定時間が経過したとき毎等のタイミングで入力される。
【００９５】
ステップ４００において特徴量が入力されたと判断すると、ステップ４０２に移行して個人名が入力されたかを判断する。ステップ４０２において個人名が入力されたと判断すると照合処理を行い、ステップ４０２において個人名が入力されていないと判断すると識別処理を行う。
【００９６】
即ち、ステップ４０２において個人名が入力されたと判断するとステップ４０６に移行してＲＡＭ４０から個人名に対応する識別データを呼出し、識別データと共に記憶された個人データを読み込んで一旦記憶する。次のステップ４０８においては入力された特徴量と、記憶した個人データとのマハラノビス距離を求める。
【００９７】
次のステップ４１０では、マハラノビス距離が閾値距離よりも短いという条件を満たすかを判断し、満たす場合はステップ４１２に移行して適合処理（後述する）して本ルーチンを終了する。また、満たさない場合は、ステップ４１４に移行して不適合処理（後述する）して本ルーチンを終了する。
【００９８】
一方、ステップ４０２において個人名が入力されていないと判断するとステップ４１６に移行してＲＡＭ４０に登録されている全ての識別データを呼出し、各々識別データと共に記憶された個人データを読み込んで一旦記憶する。
【００９９】
次のステップ４１８においては入力された特徴量と、記憶した全ての個人データとのマハラノビス距離を求める。
【０１００】
次のステップ４２０では、各個人データ毎に得られたマハラノビス距離が全て閾値距離よりも短いという条件を満たすかを判断する。ステップ４２０において、各個人データ毎に得られたマハラノビス距離が全て閾値距離よりも短いという条件を満たすものがある場合は、次のステップ４２２に移行して、条件を満たすものが１つかを判断する。
【０１０１】
条件を満たすものが１つである場合は、ステップ４２４に移行して条件を満たすものが１つの個人データが適合すると判断して適合処理（後述する）を行い、本ルーチンを終了する。また、条件を満たすものが１つでない（すなわち複数ある）場合は、最もマハラノビス距離が近い個人データが適合すると判断して適合処理（後述する）を行い、本ルーチンを終了する。
【０１０２】
また、ステップ４２０において、各個人データ毎に得られたマハラノビス距離が全て閾値距離よりも短いという条件を満たさない場合は、ステップ４１４に移行して不適合処理（後述する）を行い、本ルーチンを終了する。
【０１０３】
なお、適合処理は、現在行っている処理またはこれから行おうとしている処理を継続させると共に、識別（または照合）判定に用いた特徴量を新たに該当する個人の個人データに取り込んで、新たな個人データ（すなわち、特徴ベクトル、特徴行列）を演算し直し、格納する処理である。
【０１０４】
また、不適合処理は、スクリーンセーバーをかけて登録のない第３者による読み取りを阻止したり、入力部からのすべての指示を無視するようにコンピュータ本体におけるプログラム処理を設定する等のようにコンピュータ本体でのプログラム処理に反映させる処理である。
【０１０５】
以上のようにデータを処理することで、ボタン操作時の指の動き、例えばクリック時の指腹とボタンとの接触状態変化から個人の特徴を捕らえて定期的及び予め指定したファイルを開くたびなどのタイミングで現在使用しているユーザが登録されたユーザであるかの照合識別を行うことができる。
【０１０６】
ここで、個人登録処理を行なうプログラムについて図２６のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップ３００では、登録する個人名が入力されているかを判断し、個人名が入力されると、ステップ３０２に移行して入力された個人名に対する識別データ(識別アドレス)を生成する。
【０１０７】
次のステップ３０４では、個人登録のためのクリック数の入力が有るかを判断し、個人登録のためのクリック数の入力が有るとステップ３０６に移行し、１クリック毎に入力される特徴量を記憶する。
【０１０８】
次のステップ３０６では、個人登録のためのクリック数分の特徴量の記憶が終了したかを判断し、終了していない場合は、再びステップ３０６に戻り、１クリック毎に毎に入力される特徴量を記憶する。
【０１０９】
ステップ３０６で、個人登録のためのクリック数分の特徴量の記憶が終了したと判断すると、ステップ３１０に移行して、全ての特徴量から、特徴ベクトルと特徴行列(分散共分散行列又は相関行列)とを演算する。その後、ステップ３１２において、ステップ３０２で生成した識別データと共に特徴ベクトルと特徴行列(分散共分散行列又は相関行列)とを記憶して本ルーチンを終了する。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、測定センサ１０Ａは、第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間に、第１抵抗層１４ａと第２抵抗層１４ｂとの２つの抵抗層を設けた構成としたが、本発明の測定センサ(測定部)はこの構成に限らず、少なくとも１つの抵抗層を含む１層以上の非絶縁層と、該１層以上の非絶縁体層を間に挟んで積層形成された２つの導電体層とから構成されていればよい。
【０１１１】
もちろん、抵抗体層は２層に限らず、３層以上であっても良い。また、前記１層以上の非絶縁体層のうち少なくとも１つの層は弾性を有するものや流体とすると指の動きをより明確に反映した値が得られるので好ましい。また、全ての層が抵抗体である必要はなく、一部の層は導電性であっても良い。さらに、測定センサ１０Ａの表面に、保護のための絶縁層を設ける構成としても良い。
【０１１２】
また、本実施の形態では、コンピュータ本体に電源が入ると同時に識別プログラムが起動するように構成しているが、オペレータの指示により識別プログラムを起動するように構成することもできる。
【０１１３】
また、本第１の実施の形態では、識別結果が不適合である場合は、不適合処理としてコンピュータ本体におけるプログラム処理を中止させ、スクリーンセーバーをかけて登録のない第３者による読み取りを阻止するように構成したが、強制終了するように構成することもできる。
【０１１４】
さらに、本第１の実施の形態では、指の動きを電気抵抗の変化として捕えたデータを用いる例を示したが、静電容量の変化を読み取る構成(後述する)であっても、光学的に計測する構成(後述する)であっても、機械的に圧力や速度、位置変化を計測する構成(後述する)であっても、或いは音の変化を計測する構成であっても、量子化後のデータ処理方法は同様である。
【０１１５】
また、前述した実施の形態では、照合識別プログラムをＲＯＭ４１に記憶しているが、本発明はこれに限定されず、該プログラムをフロッピィディスクに記憶すると共に、コンピュータ本体にハードディスクを備え、フロッピィディスクから該プログラムを読み取り、ハードディスクにインストールしても良い。また、有線または無線のネットワークに電話回線などの伝送手段により伝送してインストールしても良い。なお、該プログラムはフロッピィディスクに記憶することに限定されず、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープに該プログラムを格納し、該ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープからパソコンのハードディスクにインストールしても良い。また、該プログラムを格納したハードディスクを備えるようにしてもよい。さらにパソコンのハードディスクやＲＡＭに直接プログラムを書き込むようにしてもよい。このように上記プログラムは、有形の記録媒体及び伝送手段のうちの少なくとも一方により流通することができる。
【０１１６】
(第２の実施の形態)
上述した第１の実施の形態における測定センサ１０Ａの別の構成を第２の実施の形態として説明する。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１１７】
第２の実施の形態の測定センサ１０Ｂは、図２７に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウスの被押圧面に、第１電極１２ａ、流体層１８、抵抗層１４及び第２電極１２ｂを順に積層形成して構成されている。
【０１１８】
第１電極１２ａは、例えば、抵抗率１０-6Ωｃｍの銅−ニッケル合金等の金属や、カーボンブラックをエチレン−プロピレンゴム(ＥＰＭ、ＥＰＤＭ)に分散させた抵抗率１０-1Ωｃｍ程度の導電性ゴム、或いはヨウ素をドーピングしたポリアセチレン等の導電性高分子材料、金属粉末等の導電性フィラーを分散したゴムやプラスチック等により構成された厚さ１００μｍ程度の導電性層により構成されている。
【０１１９】
流体層１８は、第１電極１２ａと抵抗層１４との間に設けられた、例えば、アクリルやエポキシ、ポリ塩化ビニル、或いはガラス、ゴム、セラミック等の絶縁性のスペーサ１７により形成される密閉空間内に、例えば、空気や窒素等の絶縁性の気体或いは鉱油やシリコンオイル等の電気絶縁性の液体が充填されてなる構成である。
【０１２０】
この流体層１８の厚さは、測定センサ１０Ｂが設けられたボタンを操作する時に違和感を感じさせない程度に、かつ、測定センサ１０Ｂが指で押圧されたときに、流体層１８の上層の抵抗層１４が第１電極１２ａと接触できる厚さである１０μｍ〜１００μｍ程度に設定されている。
【０１２１】
流体層１８の上層の抵抗層１４は、上述した第１の実施の形態と同様の材質より構成されている。また、第２電極１２ｂも第１の実施の形態と同様に、例えば、メッキ法によって厚さ０．１μｍ〜３０μｍに形成されたＣｕ、Ａｕ及びＮｉのうちから選択された１種類または複数種類よりなる合金等の良導電性金属薄膜（但し、ＣｕまたはＮｉであれば、厚さ１０μｍ〜３０μｍ程度が好ましく、Ａｕであれば厚さ０．１μｍ〜３μｍ程度が好ましい。）や、Ｐｔ、Ｐｂ等の薄膜を成膜後エッチングによってパターンニングした厚さ１μｍ〜１０μｍ程度の金属薄膜により構成できる。
【０１２２】
本第２の実施の形態の測定センサ１０Ｂの構成では、流体層により第１電極１２ａと第２電極１２ｂとは電気的に非接続状態とされているが、指による押圧動作によりかかる圧力の大きさに応じて第２電極１２ｂが撓んで流体層を押しのけ、上記第１の実施の形態と同様に、ボタンを押し始め、クリックし、ボタンから指を離す動作に応じてかかる圧力の大きさが変化し、この圧力変化に応じて第１電極１２ａとの接触面積が増大して第１電極１２ａと第２電極１２ｂとの間を流れる電流量が増大する。
【０１２３】
したがって、上記第１の実施の形態と同様に、第１電極１２ａに接続されたＩ−Ｖコンバータ回路により、第１電極１２ａと第２電極１２ｂ間の電気抵抗値を検出して指の動きを反映したデータを得ることができる。なお、この場合、押圧部の接触面積変化と接触圧力変化を反映した抵抗の変化を示すデータが得られることとなる。
【０１２４】
(第３の実施の形態)
上述した第１の実施の形態における測定センサ１０Ａのさらに別の構成を第３の実施の形態として説明する。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので、第２の実施形態と同様に説明は省略する。
【０１２５】
第３の実施の形態の測定センサ１０Ｃは、図２８に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウス１１のボタン１１ａ上に、第１電極１２ａ、一方の面が凹凸処理され弾性を有する抵抗層１４ｃ、及び第２電極１２ｂを順に積層形成して構成されている。
【０１２６】
一方の面が凹凸処理された抵抗層１４ｃは、無圧下では凹凸先端部が軽く触れる程度に第１電極１２ａと接触しており、接触抵抗も高いためほとんど電流は流れない。押圧力が加わると抵抗層１４ｃの凹凸先端部が変形して第１電極１２ａとの接触面積及び第１電極１２ａにかかる接触圧力が増加する。このとき、抵抗層１４ｃの上層に設けられた第２電極１２ｂは抵抗層１４ｃの厚さに比べてかなり薄く形成されているため、抵抗層１４ｃの弾性変形に追随して変形することとなる。
【０１２７】
そのため、ユーザがボタンを押し始め、クリックし、ボタンから指を離す動作に応じてかかる圧力の大きさの変化に応じて抵抗層１４ｃと第１電極１２ａとの間の電気抵抗は下がり、流れる電流量が増大する。したがって、上記第１の実施の形態と同様に、第１電極１２ａに接続されたＩ−Ｖコンバータ回路により、第１電極１２ａと第２電極１２ｂ間の電気抵抗値を検出して指の動きを反映したデータを得ることができる。
【０１２８】
なお、抵抗層１４ｃが弾性を有さず、第１電極１２ａが弾性を有する場合は、抵抗層１４ｃの凹凸先端部が第１電極１２ａに食い込んで同様な接触面積及び第１電極１２ａにかかる接触圧力が増加が見られるため、同様な電気抵抗変化として指の動きを観測することができる。
【０１２９】
弾性を有する抵抗層１４ｃとしては、例えば、カーボンブラックをシリコンゴムやエチレン−プロピレンゴム(ＥＰＭ、ＥＰＤＭ)に分散させて抵抗率を１０2Ωｃｍ程度とした導電性ゴム等を用いることができる。
【０１３０】
また、弾性を有する第１電極１２ａとする場合も、同様に、例えば、カーボンブラックをシリコンゴムやエチレン−プロピレンゴム(ＥＰＭ、ＥＰＤＭ)に分散させて抵抗率を１０-1Ωｃｍ程度とした厚さ１００μｍ〜１０００μｍ程度の導電性ゴムを用いることができる。
【０１３１】
導電性ゴムは、型枠成形や切削成形によって比較的容易に所望の凹凸面を形成できるので最適である。勿論、凹凸面を形成できる抵抗材料または導電材料であれば、使用できることは言うまでもない。尚、第１電極１２ａと抵抗層１４ｃとの間に空気や窒素等の気体層、或いは鉱油やシリコンオイル等の電気絶縁性の液体層を設けた構成とすることもできる。
【０１３２】
(第４の実施の形態)
指の動きを電気抵抗の変化として読み取る他の方法を第４の実施の形態として図２９に示す。図２９は、人体の電気抵抗が通常体内で１５０Ω〜５００Ω程度であり、ＡＣ１５Ｖ印加時の皮膚では、乾燥状態の手の場合は５×１０3Ω程度、湿潤状態の手の場合は２×１０3Ω程度であることに着目し、被押圧面上に互いに電気的に非接続となるように形成され、且つ、指の接触により指を介して導通されるストライプ状或いは島状の複数の孤立微小電極１６をマウス１１のボタン１１ａ上に多数形成した電極群を測定部として構成したものである。
【０１３３】
即ち、第４の実施の形態では、押圧時に指腹と接触する領域の孤立微小電極１６部分のみが導通するので隣接電極間抵抗を測ることで、接触面積に対応した抵抗変化を読み取ることができると同時に、導通した孤立微小電極１６の位置を検知して接触状態にある指腹面の形状を電気的に捕えている。
【０１３４】
この孤立微小電極１６は、例えば、幅１００μｍ〜１０００μｍ程度、接触する指腹の幅かそれ以上、例えば１０ｍｍ程度以上、好ましくはマウス１１のボタン１１ａ全体に電極群が形成されるようにマウス１１のボタン１１ａの幅程度の長さの線状電極を、ピッチ１００μｍ〜１０００μｍで並べたものとすることができる。また別の例としては、５００μｍ×５００μｍの正方形の島電極を５００μｍ間隔でマウス１１のボタン１１ａ全体に複数配置した電極群構成とすることができる。なお、電極群全体が占める面積が、指の押圧面の面積よりも大きくなるように構成することで、指の動きを漏らさず反映させることができる。
【０１３５】
電極群構造は、例えばガラスエポキシやセラミック、或いは絶縁被覆した金属薄板等の絶縁基板の表面にＣｕ、Ａｕ、Ｎｉ等の良導電性金属薄膜をメッキ法によって形成する、或いはＰｔ、Ｐｂ等の薄膜を成膜後エッチングによって成形する等の方法によって形成できる。
【０１３６】
被押圧面上に形成されたこれら電極の上に指腹を接すると、接触部の電極は指によって電気的に接続され、接続された隣接電極間には接触する指腹面積の皮膚抵抗分の電気抵抗を観測することができる。即ち、これら隣接電極間の抵抗を常時、或いは繰り返し高速に順次走査計測すれば指腹の電極群への接触状態変化を反映するデータを得ることができる。
【０１３７】
ボタンを押し込み押圧力が高くなれば、ボタン上の電極群と指腹の接触面積は広くなり、より多くの電極間が導通状態となる。同時に一対の隣接する電極に注目すれば、指腹の両電極への接触面積が広がり、かつ接触圧も高くなるため、両電極間の抵抗は次第に低くなる。
【０１３８】
通常、クリック時に面積の広がりはピークに達し、その後の指の持ち上げに連れて接触面積は減少する。この方法では導通電極間本数(若しくは導通間個数)の変化と隣接電極間抵抗の変化の二つの情報を得ることができる。
【０１３９】
即ち、線状電極の場合、ボタンを押して一回クリックする場合、導通電極間本数は次第に増えてクリック直後から減少し、隣接電極間抵抗は最初に導通の認められる電極対に注目すれば、次第に減少しクリック時をピークとしてその後減少する。
【０１４０】
島状電極の場合では、隣接電極間の抵抗変化は通常各々の電極が指腹面積より小さいため電極全体が指腹に覆われ、先述のような接触面積変化は殆ど見ることが無い。しかし各電極への接触圧変化による接触抵抗変化を捕えることができる。
【０１４１】
こうして得られた導通電極間数変化及び電極間電気抵抗変化は、指の動きを反映したデータであり、それぞれ個人差のあるデータとなるのでこれら導通電極間数変化及び電極間電気抵抗変化に基いて個人の特徴を捕らえ、定期的及び予め指定したファイルを開くだびなどのタイミングで現在使用しているユーザが登録されたユーザであるかの照合識別を行うことができる。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１４２】
なお、本第４の実施の形態では、多数の電極群を測定部として構成したものであるが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、少なくとも２つの電極からなる電極群から構成される測定部を有するものであれば全て含まれる。また、個々の電極もストライプ状或いは島状に限らず、環状電極及び円状電極等種々の形状のものを組み合わせて構成することも可能である。この場合、指の動きの特徴がでやすいように各種形状の電極を組み合わせて配置することで、より一層精度の高いものとなる。
【０１４３】
(第５の実施の形態)
図３０に示す第５の実施の形態は、第４の実施の形態の応用例であり、より安定したデータを得るために、マウス１１のボタン１１ａ全体に複数配置した電極群上に皮膚の替わりとなる厚さ２０μｍ〜５００μｍ程度のフィルム状の抵抗体若しくは導電体よりなる保護層１９を設けた構成である。
【０１４４】
この保護層１９は、図３０に示すように、線状または島状電極群１６(以下、電極群１６と称す。)の周縁に設けられた絶縁性のスペーサ１７により電極群１６と物理的に非接触となるように張架されている。
【０１４５】
このような構成とすることにより、押圧力が加わらない時にはこれら電極群１６は、電気的に非接触状態に保たれ、押圧力が加わった時には指の動きに応じて変化する指腹の押圧面積及び接触形状に対応した導通電極間数変化及び電極間電気抵抗変化が得られる。
【０１４６】
なお、保護層１９と電極群１６間の接触抵抗が大きい場合には、スペーサ１７で張架せずに保護層１９が自重で軽く電極群１６に接するように構成することもできる。この場合、保護層１９が移動しないように構成するとよい。
【０１４７】
また、保護層１９は、指腹との接触圧の変化に応じて変形するような可撓性または柔軟性のある材質より構成することが望ましい。例えば、厚さ５０μｍ〜１００μｍのポリエステルフィルム等の耐熱性高分子フィルム表面に、酸化すずを添加した酸化インジウムを蒸着後、酸化処理した抵抗率１０2Ωｃｍ〜１０6Ωｃｍのフィルムや、カーボンブラックや黒鉛、Ａｇ粉、Ｎｉ粉等をシリコンゴムやエチレン−プロピレンゴム(ＥＰＭ、ＥＰＤＭ)に分散させた厚さ１００μｍ〜２００μｍ、抵抗率１０-1Ωｃｍ〜１０2Ωｃｍの導電性ゴム等が利用できる。このような構成とすることにより、指腹で押圧力を加えることで、指腹の変形に応じて電極群１６間の導通状態が変化し、指の動きを反映したデータを得ることができる。
【０１４８】
(第６の実施の形態)
図３１は、指の動きを電気抵抗の変化として読み取る他の構成例であり、図３１（Ａ）に示すように、マウス１１のボタン操作時に指２２の指腹面が最初に接する部分(例えばボタン上に曲面がある場合には指腹が当る曲面中央付近)に設けられた直径が約２ｍｍの円状電極２４と、この円状電極２４と同心円状となるように、内径が約３ｍｍで、外径が約１０ｍｍの環状電極２６を設けた構成である。なお、この２つの電極２４、２６が占める領域寸法を、ボタンを操作する際の指腹の接触面積よりも若干大きい程度とすることにより、接触面積変化全体の情報を知ることができる。一般にボタンと接触する指腹面の大きさは、直径１０ｍｍ程度であるので、環状電極２６の外形寸法が１０ｍｍ以上であれば良いので、本実施の形態では、約１０ｍｍの外径寸法の環状電極２６としている。
【０１４９】
この構成では、図３１（Ｂ）に示すように、ボタンの押圧時に指腹が二つの電極２４、２６に跨って触れ、これにより２つの電極が導通される。このときの指腹面の二つの電極２４、２６に対する接触状態は指の動きに応じて変化するため、これら二つの電極２４、２６間の電気抵抗変化は、指腹の電極との接触抵抗や指腹の電極との接触面積の変化に応じて変わることとなり、ボタン操作時の指の動きを反映したデータが検出されることとなる。
【０１５０】
特に、この構成は、マウス１１のボタン１１ａ上や筐体に、指腹の当接位置を安定にするための溝や曲面が設けられている場合に有効である。なお、本第６の実施の形態では、円状電極２４と同心円状となるように１つの環状電極を設けた構成としたが、もちろん本発明はこの構成に限るものではなく、被押圧面に設けられた電極と、この電極を取り囲むように配置された少なくとも１つの電極とから構成されるものであればよい。
【０１５１】
例えば、円状電極２４と同心円状となるように複数の環状電極を設けた構成としたり、また、環状電極に限らず、多数の電極により円状電極２４を取り囲む配置とした構成などであっても同様の作用が得られる。これらの構成の場合、各電極と中心電極２４の間の電気抵抗変化を計測することにより、指腹面の接触形状も検出することができる。なお、その他の構成は上記第４の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１５２】
(第７の実施の形態)
図３２に示す第７の実施の形態は、上記第６の実施の形態の応用例であり、より安定したデータを得るために、図３２（Ａ）に示すように、環状電極２５の内径を楕円形とし、円状電極２４の中心からずれた位置に配置した構成である。この環状電極２５の内径寸法は本実施の形態では、長軸が約７ｍｍ、短軸が約３ｍｍ〜５ｍｍであり、左右で非対称となるように指の長手方向に対して長軸方向を例えば４５度傾けた配置としている。
【０１５３】
このような配置とすることで、図３２（Ｂ）に示すように、指正面から見た時の指の傾きが鏡対称の場合でも２つの電極２４、２５との接触面積に違いがでるため、個人差をより鮮明にすることができる。したがって、腹の電極との接触抵抗や指腹の電極との接触面積の変化に応じて変化する電気抵抗変化に加えて、指２２の(正面から見た時の)傾きの個人差も反映したデータを得ることができる。
【０１５４】
なお、第７の実施の形態では、円状電極２４の中心からずれた位置に中心を有する楕円形状の内径が形成された１つの環状電極を設けた構成としたが、もちろん本発明はこの構成に限るものではない。
【０１５５】
例えば、円状電極２４の中心からずれた位置に中心を有する楕円形状の環状電極を複数同心円状となるように設けた構成としたり、また、環状電極に限らず、多数の電極により円状電極２４を取り囲む配置とした構成などであっても同様の作用が得られる。これらの構成の場合、各電極と中心電極２４の間の電気抵抗変化を計測することにより、指腹面の接触形状も検出することができる。なお、その他の構成は上記第４の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１５６】
なお、本実施の形態では、環状電極２５の内径形状を楕円形としたが、もちろん、楕円形に限らず、卵型としても良く、左右で非対称となる形状であれば良い。
【０１５７】
(第８の実施の形態)
上述した第１の実施の形態から第７の実施の形態は、一対の電極間を流れる抵抗の変化を検出するものであるが、本第８の実施の形態では、指の動きを指と被押圧面との接触面積の変化に応じて静電容量が変化する部材を用いて前記物理量として検出する構成について説明する。なお、静電容量を検出する場合も測定センサ１０Ｄの構成以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１５８】
本第８の実施の形態の測定センサ１０Ｄは、図３３に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウス１１のボタン１１ａ上に積層形成された、第１導電体層３２ａ、誘電体層３４と、マウス１１がユーザにより握られたときに手のひらと接触する部分、本第８の実施の形態では、マウス１１の側面に設けられた第２導電体層３２ｂとから構成される。
【０１５９】
第１導電体層３２ａと第２導電体層３２ｂとには定電圧が印加されており、第１導電体層３２ａ及び第２導電体層３２ｂ間の静電容量を測定する静電容量測定装置(図示せず)が接続され、静電容量測定装置の出力が測定センサ１０Ｄの出力とされる。第１導電体層３２ａと第２導電体層３２ｂとは、例えば、金属や筐体やボタンを構成するプラスチック材料にカーボン系粉末や金属粉末、金属繊維などの導電性粉末を分散させたもの等のような導電性材料であればよい。
【０１６０】
誘電体層３４は、指腹の押圧力に応じて変形する弾性材料より構成されている。このような弾性材料としては、例えば、無圧下での厚さ１００μｍ〜１０００μｍのシリコンゴム(ε／ε0＝８.６〜８.５)や、天然ゴム(ε／ε0＝２.４)、ネオプレンゴム(ε／ε0＝６.５〜５.７)等が好適である。
【０１６１】
このような構成のマウス１１をユーザが握った場合、人間の皮膚抵抗は上述のように乾燥状態では５×１０3Ω、湿潤状態では２×１０3Ω程度であるから、マウス１１のボタン１１ａを操作するユーザの指腹はほぼ第２導電体層３２ｂと同電位になり、指先は第２導電体層３２ｂと見たてることができる。したがって、ユーザがボタン１１ａを操作すると指先が第１導電体層３２ａに近づくため、第１導電体層３２ａと第２導電体層３２間の距離ｄが短くなるといえる。
【０１６２】
ここで、静電容量Ｃは、電極間距離ｄ、電極面積Ｓ、電極間物質の誘電率をεとすると、Ｃ＝ε・Ｓ／ｄの関係がある。そのため、第１導電体層３２ａと第２導電体層３２間の距離ｄが短くなると静電容量Ｃが大きくなることがわかる。即ち、ユーザがボタン１１ａを操作する際の指腹の誘電体層３４との間での接触面積の変化と指腹の接触面内の各微小点における押し込み量の変化の総和とを反映して静電容量Cの大きさが変わるといえる。
【０１６３】
指腹の接触面積の変化と指先の押し込み量の変化は、図２から図６に示すように、指の動きを反映したデータであり、それぞれ個人差のあるデータとなる。即ち、ボタンを押し始め、クリックし、ボタンから指を離す動作に応じて、測定センサ１０Ｄと接触する指の接触面積及び、測定センサ１０Ｄと接触する指の各微小点における距離が変化し、これらの変化に対応して、静電容量測定装置の出力値が図９に示す電圧の時間変動の傾向と同様な傾向で変化する。
【０１６４】
このような静電容量Ｃの変化に基いて個人の特徴を捕らえ、定期的及び予め指定したファイルを開くだびなどのタイミングで現在使用しているユーザが登録されたユーザであるかの照合識別を行うことができる。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１６５】
なお、第１導電体層３２ａと第２導電体層３２ｂとをマウスと独立に構成せずに、マウスのボタン部分とマウスの筐体部分とのそれぞれにカーボン系粉末や金属粉末、金属繊維などの導電性粉末を分散させてそれぞれ電気的に非接続となるように構成し、マウスのボタン表面に弾性材料よりなる誘電体層３４を設ける構成としてもよい。
【０１６６】
(第９の実施の形態)
本第９の実施の形態では、指の動きを静電容量の変化として捕らえる別の構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｅの構成以外は、上記第８の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１６７】
本第９の実施の形態の測定センサ１０Ｅは、図３４に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウス１１のボタン１１ａ上に積層形成された、第１導電体層３２ａ、弾性を有する誘電体層３４、第２導電体層３２ｂとから構成される。
【０１６８】
第１導電体層３２ａと第２導電体層３２ｂとには定電圧が印加されており、第１導電体層３２ａ及び第２導電体層３２ｂ間の静電容量を測定する静電容量測定装置(図示せず)が接続され、静電容量測定装置の出力が測定センサ１０Ｅの出力とされる。また、第１導電体層３２ａと第２導電体層３２ｂとの間の誘電体層３４は、指腹の押圧力に応じて変形可能に構成されている。
【０１６９】
このような構成の測定センサ１０Ｅは、指による押圧動作によりかかる圧力の大きさに応じて誘電体層３４が変形して第１導電体層３２ａ及び誘電体層３４の上層に設けた第２導電体層３２ｂとが近づくこととなり、静電容量Ｃが増大する。特に、大気に開放されていない密閉セルに気体を封入するして構成した誘電体層３４の場合では、誘電率εは分子密度によって変化するため、電極間距離ｄの変動分だけでなく押圧力による圧縮された分の誘電率εの変動分も含んだ計測値となり、より一層個人識別の精度が良いデータとなるので好ましい。
【０１７０】
指腹の接触面積の変化と指先の押し込み量の変化は、図２から図６に示すように、指の動きを反映したデータであり、それぞれ個人差のあるデータとなる。即ち、ボタンを押し始め、クリックし、ボタンから指を離す動作に応じて、第２導電体層３２ｂと接触する指の接触面積及び、第２導電体層３２ｂと接触する指の各微小点における距離が変化し、各微小点における押し込み量の変化の総和とを反映して静電容量Ｃの大きさが変わるといえる。
【０１７１】
したがって、静電容量測定装置の出力値は、図９に示す電圧の時間変動の傾向と同様な傾向で変化するものとなる。
【０１７２】
このような静電容量Ｃの変化に基いて個人の特徴を捕らえ、定期的及び予め指定したファイルを開くだびなどのタイミングで現在使用しているユーザが登録されたユーザであるかの照合識別を行うことができる。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１７３】
ここで、本第９の実施の形態において第１導電体層３２ａ及び第２導電体層３２ｂは、剛体であってもよいが、特に指腹と接する第２導電体層３２ｂは、指腹の形状に沿って変形するよう可撓性がある方が望ましい。
【０１７４】
特に第２導電体層３２ｂが可撓性を持つ場合、指の形状の影響を受けるため静電容量変化にも個人差が現れ易くなる。つまり、同じ圧力でボタンを操作する人同士であっても、剛体の導電体層では電極間距離ｄの変動は等しいため静電容量Ｃの変化はどちらも等しくなるが、可撓性電極の場合では指先の形状や指腹の柔らかさによって第１導電体層３２ａ及び第２導電体層３２ｂ間の誘電体層３４の形状が異なり電極間距離ｄが場所によって違うため静電容量変化は微妙に異なる。
【０１７５】
このような可撓性の導電体材料としては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍのポリエステルフィルム等の耐熱性高分子フィルム表面に、酸化すずを添加した酸化インジウムを蒸着後酸化処理した抵抗率１０2Ωｃｍ〜１０6Ωｃｍのフィルムや、ステンレススチール等の金属薄板等を用いることができる。
【０１７６】
また、誘電体層３４が弾性固体である場合には、この誘電体層３４の上に例えばアクリル樹脂やポリウレタン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)等の高分子マトリックスにＮｉフレークやＣｕ粉、Ａｇ粉、カーボンブラック等の導電性フィラーを分散した導電性の塗料や、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、飽和共重合ポリエステル、ポリウレタン等に黒鉛やカーボンブラック、Ａｇ粉、Ｃｕ粉等を分散した導電性のインクで直接導電体層３２ａ、３２ｂを形成しても良い。
【０１７７】
また、誘電体層３４を構成する材料は、気体や液体等の流体、或いは弾性の固体等の指腹の押圧力に応じて変形可能な材料であれば良く、例えば空気や窒素ガス、ヘリウムガス等の気体、エチルアルコール(ε／ε0＝２４.３)、シリコンオイル(ε／ε0＝２.２)、パラフィンオイル(ε／ε0＝２.２)等の液体、無圧下での厚さ１００μｍ〜１０００μｍのシリコンゴム(ε／ε0＝８.６〜８.５)、天然ゴム(ε／ε0＝２.４)、ネオプレンゴム(ε／ε0＝６.５〜５.７)等の弾力性のある固体が好適である。気体や液体の場合には、例えば、厚さ１００μｍ〜１０００μｍのスペーサーを導電体層３２ａ、３２ｂ間の縁部に設ける等の構成として、無圧下での電極間距離dを安定に保つようにする。
【０１７８】
なお、このような構造の計測センサ１０Ｅを、マウス１１のボタン１１ａ(図３３参照)の裏面に設けても良い。この場合、例えば、第１導電体層３２ａをボタン１１ａの裏面側に貼着し、第２導電体層３２ｂの表面すれすれに弾性変形する突起部を設け、クリック動作に応じて弾性変形する突起部が第２導電体層３２ｂを押圧して第１導電体層３２ａと第２導電体層３２ｂ距離が縮まり静電容量Ｃが変化する等の構成とすると良い。この構造では、計測センサ１０Ｅがマウスの筐体内部にあるため汚染や破損の危険性が少ないという利点がある。
【０１７９】
(第１０の実施の形態)
図３５は、指の動きを静電容量の変化として読み取る他の構成例であり、複数のコンデンサを用いた構成である。なお、測定センサ１０Ｆの構成以外は、上記第８の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１８０】
本第１０の実施の形態の測定センサ１０Ｆは、図３５に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウス１１のボタン１１ａ上に積層形成された、導電体層３２、誘電体層３４、及び誘電体層３４表面に配置された複数の微小導電体層３６とから構成される。
【０１８１】
導電体層３２と複数の微小導電体層３６とにはそれぞれ定電圧が印加されており、導電体層３２及微小導電体層３６間の静電容量を測定する静電容量測定装置(図示せず)が各微小導電体層３６ごとに接続され、静電容量測定装置の静電容量出力と対応する微小電極３６の位置とが測定センサ１０Ｆの出力とされる。また、導電体層３２と複数の微小導電体層３６との間の誘電体層３４は、上記第９の実施の形態と同様に指腹の押圧力に応じて変形可能に構成されている。
【０１８２】
複数の微小導電体層３６は、例えば、幅１００μｍ〜１０００μｍの線状形状で、これを５０μｍ〜１０００μｍの間隔で並べた構成とすることができる。各微小電極の長さは接触する指腹の幅かそれ以上、例えば10ｍｍ以上あれば良いが、本第１０の実施の形態では、ボタン全体にわたって複数の微小導電体層３６が形成されるようにそれぞれボタンの幅程度の長さに構成している。
【０１８３】
また、別の構成として、例えば８００μｍ×８００μｍの正方形の微小導電体層３６を５００μｍ間隔で二次元配置しても良い。この様な構造にすることで、これら複数の微小導電体層３６と、対向する導電体層３２とのそれぞれの間隙が、指腹形状の変化に応じてそれぞれ異なる値を取ることになる。各微小導電体層３６と導電体層３２の間の静電容量変化を計測することで、指の動きを反映したデータを得ることができる。
【０１８４】
即ち、上述の第８の実施の形態と第９の実施の形態の構成は、１つのコンデンサを用いて、指腹の接触面積の変化と押し込み量の変化との総和を反映した静電容量の変化を表すデータを検出するのに対し、本第１０の実施の形態では、複数のコンデンサをマウスの被押圧面に配置して、各コンデンサごとに指腹の接触面積の変化と押し込み量の変化との総和を反映した静電容量の変化を表すデータを検出すると共に、各コンデンサの出力情報に対応する位置情報に基づいて指腹面の接触形状を検出し、これを指の動きを反映するデータとして含める構成である。
【０１８５】
なお、導電体層３２、誘電体層３４、微小導電体層３６のそれぞれを構成する材質については、上述の第9の実施の形態と同様なものを使用できるので、説明は省略する。
【０１８６】
(第１１の実施の形態)
以下、第１１の実施の形態から第１７の実施の形態では、光学的な計測手段により指の動きを検出する場合の実施の形態について説明する。なお、光学的な計測手段とは基本的に、指に光を照射し指の動きによって指からの反射光が変化する様子を、或いは、指によるボタン押圧力によって変形・移動する物体の光学的特性の変化を利用するものである。
【０１８７】
まず、本第１１の実施の形態では、指と被押圧面との接触面積の変化に応じて透過光量が変化する部材を用いて指の動きを前記透過光量が変化として検出する構成について説明する。なお、光学的に検出する場合も測定センサ１０Ｄの構成以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１８８】
本第１１の実施の形態の測定センサ１０Ｇは、図３６に示すように、マウス１１のボタン１１ａ(図３３参照)表面の被押圧面に組み込んだプリズム４２、マウス１１の裏面側からプリズム４２を照明するＬＥＤ４４、プリズム４２からの光量を検出する光量検出センサ４６とから構成される。
【０１８９】
ＬＥＤ４４は、常に同じ位置を照明するように図示しないスペーサによってマウス１１のボタンの裏面側に設けられており、照合識別プログラムの起動とともに照明を開始する。
【０１９０】
光量検出センサ４６はプリズムにより反射されて光を検出するものであり、例えば、ＧａＰ、アモルファスＳｉ、ＧａＡｓ等のＰＮフォトダイオード、Ｐｂｓ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ等の光量変化を捕らえる光導電素子等を用いることができる。
【０１９１】
この構成では、プリズム４２の指載置面４２ａに何も載置されていない場合、ＬＥＤ４４からの光が全反射されるため、光量検出センサ４６により検出される反射光量が高くなる。また、指載置面４２ａに指が載置されると、載置された部分では指表面の油や汗とプリズムとの屈折率が近いため、ＬＥＤ４４からの光が皮膚面に到達する。そのため、皮膚の色が光量検出センサ４６により検出されることとなるので、光量は低くなる。
【０１９２】
したがって、図２に示すように、指腹とプリズム４２との接触面積の変化に応じて光量検出センサ４６へ入射する光量が変化することになる。この場合、マウスのボタン１１ａの押し込みとともに次第に光量検出センサ４６への入射光量は減り、クリック後の指の持ち上げとともに光量検出センサ４６への入射光量は増え最後は安定な値となるデータが得られる。
【０１９３】
得られるデータは、指の動きと指の大きさや形状、柔らかさもまた反映した値であるので、それぞれ個人差のあるデータとなる。したがって、これら光量変化に基いて個人の特徴を捕らえ、定期的及び予め指定したファイルを開くだびなどのタイミングで現在使用しているユーザが登録されたユーザであるかの照合識別を行うことができる。
【０１９４】
なお、光量検出センサ４６として、光量のみを検出するセンサの変わりに、ＣＣＤ型、ＭＯＳ型、ＣＰＤ型等の、１次元或いは２次元の固体イメージセンサも利用することができ、この場合は、反射光量変化の検出に加えて、図２に示すような指腹とプリズムとの接触部形状変化も情報として含んだデータが得られ、より一層個人識別の精度が良いデータが得られる。なお、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１９５】
(第１２の実施の形態)
本第１２の実施の形態では、指の動きを光学的に捕らえる別の構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｈの構成以外は、上記第１１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０１９６】
本第１２の実施の形態では、マウス１１のボタン１１ａ(図３３参照)を透明な材質より構成し、測定センサ１０Ｈを、図３７（Ａ）に示すように、ボタン１１ａ表面の被押圧面に貼着され、指腹と接触する面が光散乱するように凹凸処理された半透明体層５２、マウス１１の裏面側から半透明体層５２を照明するＬＥＤ４４(図３６参照)、半透明体層５２からの光量を検出する光量検出センサ４６(図３６参照)とから構成される。
【０１９７】
半透明体層５２は、厚さ１００μｍ〜１０００μｍの無機ガラス、ポリメチルメタアクリレート(ＰＭＭＡ)、ポリカーボネート(ＰＣ)、ポリスチレン、アクリルニトリル・スチレン共重合体等から構成され、指腹と接触する面が研削、腐蝕、エンボス加工などによって凹凸処理されている。
【０１９８】
この凹凸面に指腹を接すると、接した部分は発汗や指腹の食い込みによって凹部が埋まり、乱反射による乳白色から指腹の色に変化する。この変化により変動する反射光量の変化を光導電素子で検出したり、反射光量の変化と色を固体イメージセンサ等のセンサで読み取ることで、指の動きを反映して変動する指腹の接触面積の変化、指の動きと指の大きさや形状、柔らかさ等を含んだデータが得られる。即ち、マウスのボタン１１ａの押し込みとともに次第に光量検出センサ４６への入射光量は増え、クリック後の指の持ち上げとともに光量検出センサ４６への入射光量は減って最後は安定な値となるデータが得られる。
【０１９９】
なお、図３７（Ｂ）に示すように、半透明体層５２の上層に、弾性を有する着色層５４を設ける構成とすれば、指腹の押圧力によって圧力が加わった着色層５４の部分が半透明体層５２の凹凸側に食い込み、白濁色から着色層の色に変化する。そのため、より明確に圧力が加わった部分と加わっていない部分とを対比できるので、精度良くデータを検出することが可能である。なお、この構成において、半透明体層５２の上層に設ける層を着色層としたが圧力が加わった部分と加わっていない部分とを対比できる構成であればよく、例えば、全反射ミラー層とすることもできる。
【０２００】
また、半透明体層５２自体を成形加工等によって表面を凹凸処理した軟質ポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)のような柔らかい材料より構成することも可能である。この場合、指腹の押圧力によって圧力が加わった部分の半透明体層５２が変形して反射光量に変化を持たせるようにすることも可能である。この場合、凹凸処理された面をボタン１１ａ表面の被押圧面に対向するように配置することより、指腹でこの柔らかい半透明体層５２を押圧すると圧力が加わった部分の凸部が潰れ、押圧部分が略透明となる。したがって、圧力が加わった部分と加わっていない部分とを対比できる構成となり、好ましい。
【０２０１】
また、図３８は、第１２の実施の形態の応用例であり、測定センサ１０Ｉが、弾性部材よりなり、かつ、凹凸処理された面をボタン１１ａ表面の被押圧面に対向するように配置された半透明体層５２と、半透明体層５２の上層に設けられた着色層とを備えた構成である。
【０２０２】
この構成によれば、圧力が加わった部分の光量変化をより明確に検出できるという利点がある。なお、この場合、着色層を黒にすれば接触面積の広がりは反射光量の低下として捕えることができ、逆に着色層を白にすれば接触面積の広がりは反射光量の増加として捕えられることになる。
【０２０３】
なお、上記第１２の実施の形態では、片面に凹凸処理した半透明層を使用しているが、両面に凹凸処理した半透明層を使用することもできる。この場合、指が接触する側と逆側に透明な弾性体層を設け、押圧と共に弾性対層が凹凸の凹みに入り込むと共に、指が凹凸の凹みに入り込むように構成するとよい。
【０２０４】
(第１３の実施の形態)
本第１３の実施の形態では、指の動きを光学的に捕らえる別の構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｊの構成以外は、上記第１１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０２０５】
本第１３の実施の形態では、マウス１１のボタン１１ａ(図３３参照)を透明な材質より構成し、測定センサ１０Ｊを、図３９（Ａ）に示すように、ボタン１１ａ表面の被押圧面に貼着され、かつ、半透明体層５２と屈折率がほぼ等しい材質よりなる透明弾性体層５６と、透明弾性体層５６の上層に対向面が凹凸処理された半透明体層５２とから構成している。
【０２０６】
この測定センサ１０Ｊにおいて、指腹の押圧力によって半透明体層５２の凹凸面が透明弾性体層５６と圧接すると、圧接部の凹凸面が透明弾性体層５６に食い込み凹部が透明弾性体層５６で埋められることなる。
【０２０７】
これにより、圧力が加わった部分が半透明状態から透明になり、ボタン１１ａの裏面側から見ると指腹が観察される。また、半透明体層５２と透明の弾性体層５６との屈折率はほぼ等しいため、透明部分に入射した光５８ａは反射されて光量検出センサ４６に到達するが、その他の部分に到達した光５８ｂの大部分は散乱されて光量検出センサ４６に到達しない。
【０２０８】
したがって、各層を透して観察される指腹と非接触状態にある乳白色面との総反射光量を光量検出センサ４６(図３３参照)で検出することにより、指の動きを反映して変動する指腹の接触面積の変化、指の動きと指の大きさや形状、柔らかさ等を含んだデータが得られる。
【０２０９】
なお、図３９（Ｂ）に示すように、指腹が直接接触する最上層に着色層５４を設けることによってより明確に圧力が加わった部分と加わっていない部分とを対比できるので、精度良くデータを検出することが可能である。なお、この構成において、半透明体層５２の上層に設ける層を着色層としたが圧力が加わった部分と加わっていない部分とを対比できる構成であればよく、例えば、全反射ミラー層とすることもできる。
【０２１０】
なお、半透明体層５２としては、厚さ１００μｍ〜１０００μｍの無機ガラス(屈折率１.４２〜１.９２)、ポリメチルメタアクリレート(ＰＭＭＡ)(屈折率１.４９)、ポリカーボネート(ＰＣ)(屈折率１.５９)、ポリスチレン(屈折率１.５９)、アクリルニトリル・スチレン共重合体等(屈折率１.５７)等の表面を研削、腐蝕、エンボス加工などによって凹凸処理したものを用いることができる。また透明弾性体層５６としては、厚さ５０μｍ〜１０００μｍの軟質ポリ塩化ビニル(ＰＶＣ)(屈折率１.５２〜１.５５)等を用いることができる。
【０２１１】
(第１４の実施の形態)
本第１４の実施の形態では、指の動きを光学的に捕らえる別の構成であり、押圧力によって液体を流動させて、光学的に指の動きを捕らえる構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｋの構成以外は、上記第１１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０２１２】
本第１４の実施の形態では、マウス１１のボタン１１ａ(図３３参照)を透明な材質より構成し、測定センサ１０Ｋを、図４０に示すように、弾力性のある透明な材質より構成された多孔質層６２により形成した構成である。この多孔質層６２は、内部の多数の孔により光散乱性を有し、例えば、有機樹脂を用いて比較的容易に形成できる。
【０２１３】
多孔質層６２は無圧下では入射した光を散乱させるため、乳白色であるが、指腹などで押圧するとその部分の孔が潰れるため、入射した光を透過するようになる。即ち、マウスのボタン１１ａの押し込みとともに次第に光量検出センサ４６への入射光量は増え、クリック後の指の持ち上げとともに光量検出センサ４６への入射光量は減って最後は安定な値となるデータが得られる。
【０２１４】
有機樹脂を用いて多孔質層６２を形成する方法としては、例えば、相転換法、延伸法、フィラー充填法等がある。相転換法とは有機樹脂を溶媒に溶解させ、平板上に流延・展開して製膜する方法である。溶媒の一部を蒸発させ、浴中に浸漬して凝固させ多孔質層６２を得る。
【０２１５】
フィラー充填法とは有機樹脂をバインダーとして、これに支持基板とは反応、溶解しない溶液に可溶であるフィラーを分散させ、支持基盤塗布後フィラーを溶解除去する方法である。
【０２１６】
延伸法は結晶性の有機樹脂を製膜した後に加熱したり、可塑剤を添加して１軸或いは２軸延伸し、フィルムに歪みを与えて孔を開ける方法である。多孔質層６２には指腹の圧力で変形し、かつ指を離した時には元の形状に復元する弾力性（ヤング率３×１０2ｋｇｆ／ｍｍ2以下）と、光学的に透明であることが要求される。
【０２１７】
このような性質を示す材料としては、例えばポリスチレン系ＴＰＥ(Thermo Plastic Elastomer―熱可塑性エラストマー)、ポリオレフィン系ＴＰＥ、ポリウレタン系ＴＰＥ、ポリエステル系ＴＰＥ、ポリアミド系ＴＰＥ、塩素化ポリマー系ＴＰＥ、フッ素系ＴＰＥ等の熱可塑性エラストマーが好適である。
【０２１８】
熱可塑性エラストマーは加硫ゴムに比べ成形性が良くフィルム状に加工し易く、またカーボンブラック等の補強剤が無くとも高い強度を保つことができる。またセルロース、ニトロセルロース、アセチルセルロース、ポリビニールアルコール、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレン(ＰＥ)等も利用することができる。
【０２１９】
この弾力性のある多孔質層６２には、多孔質層６２材料と屈折率がほぼ等しい透明液体を浸潤させても良い。浸潤させる液体の量は、無圧状態における多孔質層６２の全空孔体積よりも少なくする。こうすることで、押圧した時空孔は液体で完全に埋まるため散乱をより抑えることができ、孔のつぶれ具合をより正確に反映させることが可能である。
【０２２０】
このような液体として、例えばミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、ラウリン酸ヘキシル、ミリスチン酸オクチルドデシル等のエステル類、トウモロコシ油、ヒマワリ油、パーム油、オリーブ油、ホホバ油等の植物油類、エチルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、１,５−ペンタンジオール等、グリセリン、シリコーンオイル、水等、或いはこれらの混合物といった安全性、安定性に優れたものが好適である。なお、液体浸潤後、流失、揮発を防ぐために通常は多孔質層表面を透明フィルムで覆う構成とするのが好ましい。
【０２２１】
また、図示はしないが弾力性のある多孔質層６２の指腹と接触する面側に、着色層あるいはミラー層を設けても良い。こうすることで、押圧によって散乱が抑えられ光の透過率が上がった部分と、押圧力が加わらない部分との反射光量の差を大きくすることができる。
【０２２２】
(第１５の実施の形態)
本第１５の実施の形態では、押圧力によって液体を流動させて、光学的に指の動きを捕らえる別の構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｌの構成以外は、上記第１１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０２２３】
本第１５の実施の形態では、マウス１１のボタン１１ａ(図３３参照)を透明な材質より構成し、測定センサ１０Ｌを、図４１に示すように、透明な材質より構成された多孔質層６２と、多孔質層６２と屈折率が略等しい透明液体６６が浸潤した液体保持層６４とから構成している。
【０２２４】
光散乱性の多孔質層６２、或いは液体保持層６４の少なくともどちらかは押圧力によって変形可能な弾性体であり、本第１５の実施の形態では、液体保持層６４が弾性体である場合について説明する。
【０２２５】
液体保持層６４に押圧力が加わると、その部分の液体保持層６４と多孔質層６２が接触し、押圧力に応じて押し出された透明液体６６が液体保持層６４から多孔質層６２へ浸透する。浸透した部分は多孔質層６２の空孔が透明液体６６で満たされてほぼ透明となる。
【０２２６】
マウスのボタン１１ａの押し込みとともに次第に液体保持層６４から多孔質層６２へ透明液体６６が浸透し浸透した部分が透明になり、クリック後の指の持ち上げとともに多孔質層６２から液体保持層６４に透明液体６６が戻るため、透明液体６６が浸透して透明になっていた部分がクリック後の指の動きに応じて徐々に半透明になり、これに応じて光量検出センサ４６に入射する光量が変化する。
【０２２７】
即ち、透明になった部分は指の色や液体保持層の色などの背景色が検出される。そのため、背景色が濃い色であると、マウスのボタン１１ａの押し込みとともに徐々に光吸収量が増えて反射光量が下がり光量検出センサ４６に入射する光量は徐々に減少した後、クリック後の指の持ち上げとともに光量検出センサ４６に入射する光量は徐々に増加して最後は安定な値となるデータが得られる。また、背景色が明るい色であると反射光量が高くなるため、上述とは逆の光量変化が検出されることとなる。
【０２２８】
なお、この場合、液体保持層６４を光散乱性の多孔質層６２と同様に無着色で、光散乱し白濁して見える材質により構成した場合、透明液体６６が光散乱性の多孔質層６２に移動しても、この移動した領域の液体保持層６４は光散乱状態となり白濁しコントラストを得るのが難しいので、この場合は、液体保持層６４は着色されているか、或いは常に光散乱しない透明な材質により構成することが望ましい。
【０２２９】
また、多孔質層６２は先述のように相転換法や延伸法、フィラー充填法等の方法によって得ることができる。材料としては、やはり先述のように熱可塑性エラストマーであっても良いし、また相転換法やフィラー充填法で製膜されたセルロース、ニトロセルロース、アセチルセルロース、ポリアミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等、或いは延伸法で製膜されたポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレン(ＰＥ)等であっても良い。また多孔質層６２の機械的強度を増すためにフィラーを上記の有機樹脂に添加しても良い。
【０２３０】
この際用いられるフィラーとしては上記有機材料と屈折率の近いシリカや重合メラミン、炭酸カルシウム等が好適である。フィラーの大きさが０.１μｍ未満だと強度を増す効果が小さく、５μｍより大きいと光散乱性の多孔質層６２の白濁度を低下させてしまうため、この範囲の大きさ、０.１μｍ〜５μｍであることが好ましい。フィラーの混合比は、補強効果の大きい５重量％〜７５重量％の範囲であることが好ましい。
【０２３１】
多孔質層６２の厚さは５μｍ〜１０００μｍの間であることが望ましい。より好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。５μｍ以下では十分な白濁度を得ることができずコントラストを取り難い。１０００μｍ以上ではボタンの操作感が悪くなってしまう。多孔質層６２の空孔容積の体積比、即ち空隙率１０％〜８５％、平均ポア径０.０１〜２００μｍであれば十分な光散乱状態、即ち白濁を得られる。空隙率１０％以下では白濁が不十分でコントラストを十分に取ることができない。空隙率８５％以上では多孔質層６２の機械的強度が低下し、ボタンの繰り返し操作に耐えられなくなる。
【０２３２】
液体保持層６４としては透明液体６６を、例えば毛細管現象や膨潤等によって保持できるものであればどのような材料、構造であっても良い。例えばゲルであっても多孔質体であっても織布や不織布状のものであっても良い。その様な構造は、天然繊維や合成繊維、金属繊維やガラス繊維からできた織布や不織布、植毛体、或いは多孔質ゴム、微細加工や延伸加工によって細孔を多数形成した樹脂、微細加工したセラミック、或いは有機材料、無機材料の微粒子やそれらの結合体等によって形成することができる。
【０２３３】
この液体保持層６４には例えばミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、ラウリン酸ヘキシル、ミリスチン酸オクチルドデシル等のエステル類、トウモロコシ油、ヒマワリ油、パーム油、オリーブ油、ホホバ油等の植物油類、エチルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、１,５−ペンタンジオール等、グリセリン、シリコーンオイル、水等、或いはこれらの混合物といった透明液体６６を浸透保持させておく。
【０２３４】
先にも述べたように、指腹の押圧力によって透明液体６６は多孔質層６２へ浸透し、この浸透した面積及び、浸透した液体の空孔への充填量によってコントラストを得ることができる。通常、多孔質層６２への充填率が４０体積％〜６０体積％の範囲では充填率によって光透過率が変化する。６０体積％を越えると透過率は飽和し、多孔質層６２と透明液体６６の屈折率の差が０.１以内でればほぼ透明になる。
【０２３５】
また、透明液体６６と光散乱性の多孔質層６２との接触角αと、透明液体６６と液体保持層６４との接触角βとの関係は、α＞βであることが望ましい。このような関係にあると、無圧下の安定状態では透明液体６６は常に液体保持層６４に保持された状態となり、押圧力が加わっているときのみ透明液体６６は多孔質層６２へ移動する。
【０２３６】
つまり、押圧力の変化を透明液体６６の移動、即ち多孔質層６２のコントラスト変化として捕えることができる。また、接触角が９０度以上であると濡れにくく、９０度以下であれば濡れるので、無圧時速やかに透明液体６６が多孔質層６２から流出するように構成するためには、透明液体６６と多孔質層６２との接触角αは９０度以上であることが望ましい。
【０２３７】
なお、撥水性が高すぎると空孔への浸透が速やかに行われないため、空隙が残り光を散乱する。逆に接触角が小さすぎると無圧時、透明液体６６が抜けきらない。したがって、透明液体６６と液体保持層６４との接触角βは、無圧時には透明液体６６が安定に保持されるように９０度より小さくすべきである。これらから、通常α≧９０°＞βとなるように材料を組み合わせる。
【０２３８】
例えば、透明液体６６として水、多孔質層６２としてポリ四ふっ化エチレン(ＰＴＦＥ)(四フッ化エチレン樹脂)、液体保持層６４としてニトロセルロースの組み合わせ等がある。
【０２３９】
ここで、濡れ性の改質法の例を述べる。濡れ易くする方法としては、材料表面を濃硫酸、重クロム酸カリウム等の薬剤を用いて有極性に変性する化学的方法や、フレーム処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、表面グラフト化等の物理的方法、透明液体に濡れる特性を有する材料をコーティングする方法がある。
【０２４０】
濡れ難くする方法としては、フッ素系撥水処理剤、シリコン系撥水処理剤等の薬剤を用いて表面エネルギーを低くする化学的方法、表面を空気を取り込んだ微細な凹凸状或いは繊維状に加工する方法等がある。
【０２４１】
勿論、この光散乱性の多孔質層６２、或いは液体保持層６４の内どちらかの指腹と接触する面側に、着色層或いはミラー層を積層しても良い。こうすることで、押圧によって多孔質層６２に透明液体６６が移動して光の透過率が上がった部分と、押圧力が加わらない部分との反射光量の差を大きくすることができる。
【０２４２】
(第１６の実施の形態)
本第１６の実施の形態では、押圧力によって液体を流動させて、光学的に指の動きを捕らえる別の構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｍの構成以外は、上記第１５の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０２４３】
本第１６の実施の形態では、図４２に示すように、上記第１５の実施の形態の測定センサ１０Ｌとは層構成は同じであるが発色原理が異なる。多孔質層６２は、例えば、白色に着色されているか光散乱によって白濁しており、通常はマウス１１のボタン１１ａの裏面側からはこの多孔質層６２裏面の層の色は隠蔽されて見ることができない構成とされる。また、多孔質層６２の上層には着色液体６８を保持する液体保持層６４が設けられている。
【０２４４】
このような構成の測定センサ１０Ｍに指腹による押圧力が加わると、押圧力が加わった液体保持層６４部分と多孔質層６２とが接触し、押圧力に応じて押し出された着色液体６８が液体保持層６４から多孔質層６２へ浸透する。浸透した部分は多孔質層６２の空孔が着色液体６８で満たされて着色されることとなる。
【０２４５】
即ち、マウスのボタン１１ａの押し込みとともに次第に液体保持層６４から多孔質層６２へ着色液体６８が浸透し浸透した部分が着色して光量検出センサ４６への入射光量が着色液体６８の色に応じて増え、クリック後の指の持ち上げとともに多孔質層６２から着色液体６８に透明液体６６が戻るため、着色液体６８が浸透して着色していた部分がクリック後の指の動きに応じて徐々に半透明になり光量検出センサ４６への入射光量は減って最後は安定な値となるデータが得られる。
【０２４６】
光散乱性の多孔質層は、その形状は上記第１５の実施の形態と同様に、厚さ５μｍ〜１０００μｍ、より好ましくは１０μｍ〜１００μｍ、空隙率１０〜８５％、平均ポア径０.０１〜２００μｍであることが望ましい。
【０２４７】
着色多孔質層を用いる場合には、厚さは同様に５μｍ〜１０００μｍであることが望ましいが、空孔(空隙)形状については、光を散乱する必要が無いため、観察方向側から見て下層が十分隠蔽され、着色液体が流動できる限りどのような形状であっても良い。
【０２４８】
その様な機能を果たす層の構造とは、例えばランダム、または規則的に開けられた貫通孔、或いは繊維の塊状集合体、織物の様に線状材料が規則的に配置された構造、メンブランフィルターの如く高分子による三次元網目構造等が挙げられる。
【０２４９】
液体保持層６４については、先述同様、着色液体６８を毛細管現象や膨潤等によって保持できるものであればどのような材料、構造であっても良い。例えばゲルであっても多孔質体であっても織布や不織布状のものであっても良い。
【０２５０】
本実施の形態で述べる着色液体６８とは、染料や顔料などの色材を一種類以上含有する液体である。色材を分散する媒体としては、ミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、ラウリン酸ヘキシル、ミリスチン酸オクチルドデシル等のエステル類、トウモロコシ油、ヒマワリ油、パーム油、オリーブ油、ホホバ油等の植物油類、エチルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、１,５−ペンタンジオール等、グリセリン、シリコーンオイル、水等、或いはこれらの混合物等を用いることができる。
【０２５１】
上記第１５の実施の形態と同様の理由により、着色液体６８と多孔質層６２との接触角γと、着色液体６８と液体保持層６４との接触角δとの関係が、γ＞δであることが望ましい。こうすることで着色液体６８は無圧下では常に液体保持層６４に安定に保つことができる。
【０２５２】
ここで、この様な層構造の作成例を以下に示す。まず、１００μｍ厚の四フッ化エチレン樹脂(ポリ四ふっ化エチレン(ＰＴＦＥ))フィルムを延伸して厚さ５０μｍ、平均孔径２μｍ、空隙率７５％の白色の多孔質層を得た。
【０２５３】
次に、フィブリル化したポリエチレン(PE)繊維40部、セルロース系合成繊維60部を混抄、熱接着し厚さ２００μｍの液体保持層を得た。この液体保持層の着色液体の吸収は繊維間の空隙への毛細管吸収が支配的で、繊維自身への膨潤はほとんどないものとなった。
【０２５４】
この液体保持層の片面に厚さ１５μｍのポリエチレン(ＰＥ)を加熱によってラミネートし、他面に先の多孔質層を加熱接着した。ダイレクトブラックＢＨ(商品名；ポンタミンジアゾブラック／デュポン社(E.I. du Pont de Nemoars and Co.))を３部、グリセリン１０部、エチレングリコール３部、イオン交換水８４部を攪拌後フィルターで加圧濾過し着色液体とした。
【０２５５】
この着色液体と多孔質層の接触角は約９５°であった。液体保持層との接触角は浸透のため計測できなかったが、濡れ性は良く明らかに９０°以下である。着色液体を先の液体保持層に浸透させ、表面をフッ素添加のシリコン系撥水処理剤で処理したポリカーボネイト製の透明ボタンに、空気流路を確保するためのスペーサーとして３０μｍφのガラスビーズ、及び多孔質層の縁部形状の厚さ３０μｍ、幅１ｍｍの樹脂を介して多孔質層を接着した。
【０２５６】
このようにして作成した測定センサを液体保持層側から指腹で押圧し、ボタン裏面から見ると、押圧力及び押圧面積に応じて黒い着色液体が白の多孔質層側に染み出す様子が観察された。
【０２５７】
(第１７の実施の形態)
本第１７の実施の形態では、押圧力によって液体を流動させて、光学的に指の動きを捕らえる別の構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｐの構成以外は、上記第１１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０２５８】
本第１７の実施の形態では、マウス１１のボタン１１ａ(図３３参照)を透明な材質より構成し、測定センサ１０Ｐを、図４３に示すように、ボタン１１ａ上に積層されたゲル層７４と薄板状の弾性体層７２とから構成されている。
【０２５９】
弾性体層７２は、スペーサ１７によりボタン１１ａ表面からわずかな間隙を開けた位置に支持されている。
【０２６０】
ゲル層７４は、弾性体層７２、ボタン１１ａ表面及びスペーサ１７に囲まれた空間の体積よりも小さい体積を有しており、通常は弾性体層７２とボタン１１ａ表面とを架橋する程度の量に調整されており、その表面エネルギーを最小にするため、表面張力によって、弾性体層７２とボタン１１ａ表面とによって押しつぶされた円または球状となっている。
【０２６１】
また、このゲル層７４は屈折率１．３〜１．７程度とされる。即ち、空気の屈折率は、約１．０であるので、ゲル層７４を空気と異なる屈折率とすることにより、ゲル層７４に入射した光の経路が変わることとなるので、この反射経路の違いによってゲル層７４の変形状態を知ることができる。
【０２６２】
また、弾性体層７２は、強度と弾性を保てる厚さと材料であればどのようなものでも良く、厚さ１０μｍ〜１０００μｍ程度のガラス、樹脂、金属、セラミック等を用いることができる。弾性体層７２、ボタン１１ａ表面及びスペーサ１７のゲル層７４と接する面側は、液体の流失、広がりを抑えるために撥水処理されていることが望ましい。
【０２６３】
このような構成の測定センサ１０Ｐは、弾性体層７２が押圧されると、弾性体層７２は歪み、凹んだ体積分ゲル層７４が広がってその部分の光学特性が変化する。
【０２６４】
即ち、マウスのボタン１１ａの押し込みとともに弾性体層７２が押圧されて歪み、次第にゲル層７４が広がってその領域の光学特性が変化するため、光量検出センサ４６への入射光量がゲル層７４が広がった分だけ減り、クリック後の指の持ち上げとともに弾性体層７２の歪みが徐々に解消されてこの解消状態に応じてゲル層７４がもとの形状に戻るため、光量検出センサ４６への入射光量がゲル層７４が広がった分だけ増加して最後は安定な値となるデータが得られる。
【０２６５】
ゲル層７４は染顔料等で着色されていても良い。着色されている場合、ゲル層７４の大きさの変化はより簡単に計測できる。
【０２６６】
なお、弾性体層７２、ボタン１１ａ表面及びスペーサ１７に囲まれた空間に設けたゲル層７４は、一塊であっても複数塊であっても良い。また、ゲル層の変わりに液体層或いは粘張液体層を使用しても同様な作用が得られる。
【０２６７】
また、スぺーサ１７の代わりに透明な支持層によりゲルを保持する構成とすることもできる。この場合、透明な支持層は屈折率が１.３〜１.９程度の樹脂或いはガラスより構成するとよい。
【０２６８】
ここで、このような測定センサ１０Ｐの作成例を以下に示す。なお、ここでは、ゲル層７２の代わりに着色液体層を使用する構成である。まず、ポリカーボネイト製のボタン表面に、間隔６.０ｍｍ毎の格子点部に直径８００μｍ、高さ２００μｍの円柱状突起物を成形し、次いで、ボタン表面上に、ボタン縁部の形状にそって、幅１.０ｍｍ、厚さ４００μｍのポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)製スペーサーを貼付した。
【０２６９】
スペーサーには空気孔として幅３００μｍ程のスリットを設けた。ボタン表面全体にフッ素系撥水剤(例えば、フッ素系ポリマーポリ−１１１・１１１−ペンタデカフルオロオクチルメタクリレート、３Ｍ社製ＦＣ‐706)を０.００３ｇ／ｃｍ2程度塗布し、６０℃で乾燥した。このボタン上のスペーサー上に、裏面を先述と同様の方法で撥水処理した厚さ２００μｍのポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)フィルムを貼付しセルを形成した。
【０２７０】
着色液体として、表面張力の高い粘張液体、エチレングリコールに黒の染料を滴下したものをセルに約１.６ｍｍ3封入した。封入された着色液体は、無圧下では一塊の直径約２.２ｍｍの円状であるが、指腹で押圧すると直径約３.５ｍｍまで広がる。
【０２７１】
このセルの変形による液体或いはゲル滴の変形を利用する方法では、液体或いはゲル層７４を着色せずに透明として、透明なボタン１１ａや弾性体層７２のセル内壁側の面を光散乱する様に凹凸処理しておく構成としても良い。
【０２７２】
通常、気体に比べ液体の屈折率の方は固体であるボタン１１ａや弾性体層７２に近いため、この構成によれば、液体或いはゲル層７４と接触する部分の凹凸部は透明化し、液体或いはゲル層７４と接触していない部分は白濁して見えることになる。したがって、この違いを計測しても良い。
【０２７３】
この場合、屈折率マッチングによって透明化した部分をより計測し易くするために、弾性体層７２を着色するか、弾性体層７２の透明凹凸面とは異なる面側に着色層或いはミラー層を設けると効果的である。勿論、弾性体層７２を着色し、ボタン１１ａを凹凸処理しても良い。
【０２７４】
言うまでもなく、このように屈折率マッチングを利用する方法では、液体或いはゲル層７４の屈折率は凹凸処理されたボタン１１ａやボタン表面上の透明支持層、或いは凹凸処理された弾性体層７２の屈折率に略等しいことが望まれる。
【０２７５】
液体或いはゲル層７４の屈折率と、凹凸処理されたボタン１１ａ或いはボタン表面上の透明支持層、若しくは弾性体層７２との屈折率が略等しいとは、両者の屈折率の差が０.１５以下であることである。望ましくはその差が０.１以下の組み合わせである。
【０２７６】
なお、両者の屈折率の差が０.１５以下という根拠は、屈折率の差が０.１５より大きいと、液体或いはゲル層７４の屈折率と、凹凸処理されたボタン１１ａ或いはボタン表面上の透明支持層、若しくは弾性体層７２との界面での反射成分が大きくなって透過性が低下し、コントラストが十分に得られなくなるためである。
【０２７７】
両者の屈折率の差が０.１５以下である組み合わせは、例えば以下のようなものである。ボタン或いはボタン表面上の透明支持層、若しくは弾性体層７２の材料としては例えば、無機ガラス(屈折率１.４２〜)、ポリメチルメタアクリレート(ＰＭＭＡ)(屈折率１.４９)、ポリカーボネート(ＰＣ)(屈折率１.５９)、ポリスチレン(屈折率１.５９)、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート(屈折率１.５０)、アクリロニトリル・スチレン共重合体(屈折率１.５７)、メチルメタクリレート・スチレン共重合体(屈折率１.５６)、ポリ４−メチルペンテン−1(ＴＰＸ)(屈折率１.４６６)等が好適である。液体としては、例えばミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、ラウリン酸ヘキシル、ミリスチン酸オクチルドデシル等のエステル類、トウモロコシ油、ヒマワリ油、パーム油、オリーブ油、ホホバ油等の植物油類、エチルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、１,５−ペンタンジオール等、グリセリン、シリコーンオイル、水等、或いはこれらの混合物等はその屈折率が１.３〜１.６であり何れも用いることができる。
【０２７８】
また、ゲルとしては、アクリルニトリルグラフトセルロース加水分解物、ポリアクリル酸架橋体、ポリビニルアルコール架橋体、ポリエチレンイミン架橋体、ポリヒドロキシエチルメタクリラート架橋体、ポリビニルピロリドン架橋体等を用いることができる。
【０２７９】
弾性体層７２、或いはボタン１１ａまたはボタン上の透明支持層のセル内壁側の面と、透明液体や着色液体との接触角は９０°以上であることが望ましい。濡れ性が良いと液体がセル表面に流れて押圧力の変化に応答することができなくなる。そのため、場合によっては先述のように撥水処理剤等を用いて表面を改質する。
【０２８０】
(第１８の実施の形態)
以下、第１８の実施の形態と第１９の実施の形態では、機械的な計測手段により指の動きを検出する場合の実施の形態について説明する。なお、機械的な計測手段とは基本的に、指の動きによって変化する指の押圧力、移動速度等の物理量の変化を検出して指の動きを反映するものとして利用することである。
【０２８１】
まず、本第１８の実施の形態では、指の動きを圧力センサを用いて機械的に捕らえる構成について説明する。なお、機械的に検出する場合も測定センサ１０Ｒの構成以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０２８２】
本第１８の実施の形態の測定センサ１０Ｒは、図４４に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウス１１のボタン１１ａ上に積層形成された、第１導電体層３２ａ、圧力センサの一種である感圧導電性シート７６、第２導電体層３２ｂとから構成され、押圧時に違和感が無いように、測定センサ１０Ｒの厚さが1.0mm以下に構成されている。
【０２８３】
第１導電体層３２ａ及び第２導電体層３２ｂは、導電性プラスチックや銀ペースト等可撓性の高い材料から構成されている。また、感圧導電性シート７６は、カーボンブラックや黒鉛、金属粉末等の導電粉をシリコーンゴムやエチレン−プロピレンゴム(ＥＰＭ、ＥＰＤＭ)等に分散したもので、加圧による導電粒子間距離の変化によって厚み方向の単位面積当たりの抵抗値が変化する。
【０２８４】
即ち、マウスのボタン１１ａの押し込みとともに次第に加圧による導電粒子間距離の変化によって厚み方向の単位面積当たりの抵抗値が小さくなるので、得られる圧力値が大きくなり、クリック後の指の持ち上げとともに厚み方向の単位面積当たりの抵抗値が大きくなるので、得られる圧力値が小さくなり最後は安定な値となるデータが得られる。
【０２８５】
この感圧導電性シート７６を用いる方法では、指腹との接触面積の大きさと接触圧の両方に応答するため、先述の電気抵抗計測や光学的計測と同様に、指先の柔らかさや大きさといった特徴をも反映したデータが得られる。
【０２８６】
なお、感圧導電性シート７６を使用する構成の他に、ストレインゲージ(ロードセル)、圧電素子、感圧導電性シート、感圧ダイオード、ダイアフラム(薄膜型圧力センサ・拡散型半導体圧力センサ)、ブルドン管、ベローズ差動トランス(トルク・トランスジューサ)、トーションバー(光学位相差方式・磁気位相差方式)、水晶式圧力センサ等を用いることができる。
【０２８７】
(第１９の実施の形態)
本第１９の実施の形態では、指の動きを圧力センサを用いて機械的に捕らえる別の構成について説明する。なお、測定センサ１０Ｓの構成以外は、上記第１８の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【０２８８】
本第１８の実施の形態の測定センサ１０Ｓは、図４５（Ａ）に示すように、クリックの際に指腹面により押圧されるマウス１１のボタン１１ａ上に、第１から第４の４個のストレインゲージ(ロードセル)７８ａ〜７８ｄを正三角形の頂点と重心部位置に設け、更に上から全センサを覆う大きさの厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)シート７７を貼着した構成である。指の押圧動作によりかかる圧力は、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)シート７７を介して第１から第４のそれぞれのストレインゲージ(ロードセル)７８ａ〜７８ｄに検出される。
【０２８９】
この測定センサ１０Ｓにおいて、それぞれのストレインゲージ(ロードセル)７８ａ〜７８ｄにかかる押圧力は指の接触位置や角度によって異なるため、図４５（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、それぞれ異なった強さの圧力を検出することとなる。例えば、正三角形重心部に指腹の中心が位置する場合、この位置のストレインゲージ(ロードセル)７８ｃの圧力変化(図４５（Ｅ）)が通常最も大きくピーク圧力も最も大きくなり、正三角形重心部の周囲に設けたストレインゲージ(ロードセル)７８ａ〜７８ｃに対する指の接触状態に応じて周囲のストレインゲージ(ロードセル)７８ａ〜７８ｃが検出する圧力変化が変わる。
【０２９０】
これら４つのストレインゲージ(ロードセル)７８ａ〜７８ｄが検出する圧力変化は、ボタンの押し方、指腹と測定センサ１０Ｓとの接触面積の変化、指の動きと指の大きさや形状、柔らかさ等を反映した値であるので、それぞれ個人差のあるデータとなる。したがって、これら４つのストレインゲージ(ロードセル)７８ａ〜７８ｄが検出する圧力変化に基いて個人の特徴を捕らえ、定期的及び予め指定したファイルを開くだびなどのタイミングで現在使用しているユーザが登録されたユーザであるかの照合識別を行うことができる。
【０２９１】
なお、ここでは、圧力センサとしてストレインゲージ(ロードセル)を用いたが、ストレインゲージ(ロードセル)に限らず、例えば、圧電素子、感圧導電性シート、感圧ダイオード、ダイアフラム(薄膜型圧力センサ・拡散型半導体圧力センサ)、ブルドン管、ベローズ差動トランス(トルク・トランスジューサ)、トーションバー(光学位相差方式・磁気位相差方式)、水晶式圧力センサ等を用いることができる。
【０２９２】
また、ここでは、圧力センサを用いる構成を説明したが、変位センサや加速度センサ、或いはこれらの組み合わせであっても同様の作用を得ることかできる。
【０２９３】
なお、機械的な計測手段により指の動きを検出する構成としては、以上説明した第１８の実施の形態と第１９の実施の形態の構成の他に、例えば、指のボタン鉛直方向の速度変化を計測するように構成することもできる。この場合、ボタンに、振り子型(薄膜ゲージの変形を利用するもの)や半導体型(ピエゾ抵抗効果を利用するものと静電容量の変化を利用するもの)等の加速度センサを取り付ければ良い。
【０２９４】
また、例えば、静電容量式変位センサ、渦電流式変位センサ、差動トランス、光電式変位センサ等のアナログ出力変位センサや、光電式リニアセンサ、磁気式リニアセンサ等のデジタル出力変位センサを利用してボタン鉛直方向の位置情報を読み出スように構成することもできる。
【０２９５】
特に、押し方や指の大きさ等の個人差を反映する情報を得るために、センサを複数個用いる構成が有効である。例えば、上述の第１９の実施の形態のように、同種のセンサを複数組み合わせた構成の他に、異種のセンサを複数組み合わせた構成も指の動きを反映するデータが精度良く得られるので好ましい。これら複数のセンサは上述の第１９の実施の形態のように、上層に弾性シートを設けることで効率よくデータを得ることが出来る。
【０２９６】
指の動きを読み取るさらに別の方法として、ボタン操作時の音を計測する構成とすることも可能である。この場合、ボタン内部や近傍にマイクロフォンを組み込み、電気信号に変換されたクリック等のボタン操作音を採取し、得られた操作オンから指の動きを反映する特徴を示す物理量を抽出すれば良い。
【０２９７】
マイクロフォンは導電型マイクロフォンであっても静電型マイクロフォンであっても、或いはマグネチックマイクロフォンや圧電型マイクロフォンであってもよいが、小型化の容易な静電型マイクロフォンやマグネチックマイクロフォンが特に好適である。音を計測する方法では、ボタンの押し込みやクリック時のボタン機構が発する音だけでなく、指腹とボタンや筐体表面との摺擦音も拾うことができる。この摺擦音も個人識別データとして利用することができる。
【０２９８】
以上説明した全ての実施の形態では、測定センサをマウスに設けた構成について説明したが、マウス以外のポインティングデバイスやキーボードに設けた構成としても良い。また、上記第１から第１９の実施の形態では、パソコンに使用する場合を前提として説明したが、もちろん、パソコンに限らず、例えば、携帯電話、や各種電気機器などのボタン操作を利用した構成のもの全てに適用できる。
【０２９９】
さらに、以上説明した実施の形態では、指と被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び指と被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方を、電気的、光学的、機械的に検出した構成について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、指と被押圧面との接触状態の変化を反映した特徴量及び指と被押圧面との押圧状態の変化を反映した特徴量のうちの少なくとも一方を、電気、磁気、光、圧力の中の少なくとも１つを用いて検出する構成であればよい。
【０３００】
以上の説明では、すべて指の動きとして説明したが、例えば、指の代わりになる押圧物を押圧する押圧体についても本発明は適用することができる。なお、本発明は、生体の先天的な特徴と後天的な特徴とを識別情報として利用して個人を識別する構成であれば、指の動きに限らず、例えば、ボタンを押す前と押した後の指の動きと腕の動きとを含んだ動きを物理量として検出して得られた値から特徴量を抽出するように構成することもできる。
【０３０１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、入れ替わりによる成り済まし詐称が不可能であり、また極めて偽造が困難であり、利用者の心理的な抵抗感もなく、かつ利用時に身体を拘束することがなく、さらに心理状態や健康状態に影響を受けることも少ない人体からの情報を利用したデータを個人識別データとして検出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の個人識別装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】  ボタン操作時におけるボタン表面位置と、ボタンと指腹の接触面積の関係を示す説明図である。
【図３】  被押圧面を押圧したときの指腹形状の一例を示す説明図である。
【図４】  接触面積の時間変化を示すグラフである。
【図５】  ボタンの表面位置の時間変化を示すグラフである。
【図６】  図２のボタン操作時におけるボタン表面位置と、ボタンと指腹の接触面積の関係を数値化したグラフである。
【図７】  測定部の概略構成を示す説明図である。
【図８】  第１の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図９】  (Ａ)はシングルクリックしたときの電圧波形を示すグラフであり、（Ｂ）はダブルクリックしたときの電圧波形を示すグラフである。
【図１０】  第１の実施の形態の測定部を使用して１０人のユーザがシングルクリックしたときに検出された電圧値の変化を示すグラフである。
【図１１】  シングルクリックの波形例を示すグラフである。
【図１２】  ダブルクリックの波形例を示すグラフである。
【図１３】  同一人物により１００回シングルクリックされたときの１００組の特徴量をグラフ化した図である。
【図１４】同一人物により１００回ダブルクリックされたときの１００組の特徴量をグラフ化した図である。
【図１５】  或る５人のユーザのうち、第１のユーザが行なったシングルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図１６】  或る５人のユーザのうち、第２のユーザが行なったシングルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図１７】  或る５人のユーザのうち、第３のユーザが行なったシングルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図１８】  或る５人のユーザのうち、第４のユーザが行なったシングルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図１９】  或る５人のユーザのうち、第５のユーザが行なったシングルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図２０】  或る５人のユーザのうち、第１のユーザが行なったダブルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図２１】  或る５人のユーザのうち、第２のユーザが行なったダブルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図２２】  或る５人のユーザのうち、第３のユーザが行なったダブルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図２３】  或る５人のユーザのうち、第４のユーザが行なったダブルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図２４】  或る５人のユーザのうち、第５のユーザが行なったダブルクリックにより得られた特徴量を規準として他の４人のユーザとのマハラノビス距離を示すグラフである。
【図２５】  照合識別プログラムを示すフローチャートである。
【図２６】  個人登録プログラムを示すフローチャートである。
【図２７】  第２の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図２８】  第３の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図２９】  第４の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３０】  第５の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３１】  第６の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３２】  第７の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３３】  第８の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３４】  第９の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３５】  第１０の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３６】  第１１の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３７】  第１２の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図３８】  第１２の実施の形態の測定センサの応用例を示す概略構成図である。
【図３９】  第１３の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図４０】  第１４の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図４１】  第１５の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図４２】  第１６の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図４３】  第１７の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図４４】  第１８の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【図４５】  第１９の実施の形態の測定センサの概略構成図である。
【符号の説明】
１０              測定部（検出装置）
１０Ａ〜１０Ｓ    測定センサ(測定部)
１１              マウス（入力装置）
１１ａ            ボタン
１２ａ            第１電極
１２ｂ            第２電極
１４ａ            第１抵抗層
１４ｂ            第２抵抗層
２０              信号処理部
２８              バス
３０              Ａ／Ｄ変換部
３８              入出力ポート
７０              判定結果信号出力部
８０              タイミング制御部
８２              オペアアンプ
８３              コンデンサ
８４              ＦＩＦＯメモリ
８５ａ、８５ｂ    定電圧源
１００            ＣＰＵ（識別手段）
【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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【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２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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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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