特開 2023-109557 認証方法及び装置並びにトランスデューサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023109557

(43)【公開日】2023-08-08

(54)【発明の名称】認証方法及び装置並びにトランスデューサ

(51)【国際特許分類】

   G10K 15/00 20060101AFI20230801BHJP

   E05B 49/00 20060101ALI20230801BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20230801BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20230801BHJP

【ＦＩ】

G10K15/00 N

E05B49/00 Q

H04R3/00 330

H04R17/00 332

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022011124

(22)【出願日】2022-01-27

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100133514

【弁理士】

【氏名又は名称】寺山 啓進

(72)【発明者】

【氏名】内貴 崇

【テーマコード（参考）】

2E250

5D019

【Ｆターム（参考）】

2E250CC20

2E250FF40

5D019BB19

(57)【要約】

【課題】超音波信号による認証が傍受されないようにする。
【解決手段】基板１０の主表面に超音波の送受信が可能な複数の振動膜１２が形成されたトランスデューサを用い、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２を互いの主表面１１が対向するように配置し、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２から超音波信号１００を個別に送信し、第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２で超音波信号１００を個別に受信し、複数の振動膜１２で個別に受信した超音波信号１００に基づいて認証を判定する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の主表面に超音波の送受信が可能な複数の振動膜が形成されたトランスデューサを用い、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサを互いの主表面が対向するように配置する工程と、
前記第１のトランスデューサの前記複数の振動膜から超音波信号を個別に送信する工程と、
前記超音波信号を前記第２のトランスデューサの前記複数の振動膜で個別に受信する工程と、
前記第２のトランスデューサで前記個別に受信した超音波信号に基づいて認証を判定する工程と
を含む認証方法。

【請求項2】

前記認証を判定する工程において成功と判定されると、この工程に続いて、前記第２のトランスデューサの前記複数の振動膜から超音波信号を個別に送信する工程と、
前記超音波信号を前記第１のトランスデューサの前記複数の領域で個別に受信する工程と、
前記第１のトランスデューサで前記個別に受信した超音波信号に基づいて認証を判定する工程と
をさらに含む請求項１に記載の認証方法。

【請求項3】

前記第１のトランスデューサ又は前記第２のトランスデューサの前記複数の振動膜から個別に送信する超音波信号は、前記超音波信号が所定の焦点で収束するように制御された請求項１又は２に記載の認証方法。

【請求項4】

前記第１のトランスデューサ又は前記第２のトランスデューサの前記複数の振動膜から個別に送信する超音波信号は、オン及びオフを切り換えるように制御された請求項１又は２に記載の認証方法。

【請求項5】

前記認証を判定する工程は、前記第１のトランスデューサ又は前記第２のトランスデューサの前記複数の振動膜で個別に受信した超音波信号が前記複数の振動膜に所定の分布をするときに成功と判定する請求項１から４のいずれか一項に記載の認証方法。

【請求項6】

前記認証を判定する工程は、前記所定の分布がさらに経時的に所定の変化をするときに成功と判定する請求項５に記載の認証方法。

【請求項7】

前記第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサを互いの主表面が対向するように配置する工程は、前記第１のトランスデューサ及び前記第２のトランスデューサの主表面を互いに位置決めする工程をさらに含む請求項１から６のいずれか一項に記載の認証方法。

【請求項8】

基板と、
前記基板の主表面に形成された超音波信号の送受信が可能な複数の振動膜と、
前記複数の振動膜にそれぞれ積層された複数の圧電素子と、
前記複数の振動膜を前記複数の圧電素子により個別に駆動して超音波信号を送信するように制御する出力制御部と、
前記複数の振動膜に積層された前記複数の圧電素子により個別に検出された前記超音波信号に基づいて認証を判定する判定部と
を含むトランスデューサ。

【請求項9】

前記出力制御部は、前記複数の振動膜から個別に送信する超音波信号が所定の焦点で収束するように制御する請求項８に記載のトランスデューサ。

【請求項10】

前記出力制御部は、前記複数の振動膜から個別に送信する超音波信号がオン及びオフを切り換えるように制御する請求項８に記載のトランスデューサ。

【請求項11】

前記判定部は、前記複数の振動膜で個別に受信した超音波信号が前記複数の振動膜に所定の分布をするときに成功と判定する請求項８から１０のいずれか一項に記載のトランスデューサ。

【請求項12】

前記判定部は、前記所定の分布がさらに経時的に所定の変化をするときに成功と判定する請求項１１に記載のトランスデューサ。

【請求項13】

前記主表面を覆う所定厚さのスペーサをさらに含み、前記スペーサには前記複数の振動膜の上部を開放するように複数の穴が形成された請求項８から１２のいずれか一項に記載のトランスデューサ。

【請求項14】

請求項８から１３のいずれか一項に記載のトランスデューサを用いる認証装置であって、
第１のトランスデューサを備える第１のハウジングと、
第２のトランスデューサを備え、前記第１のハウジングを保持することができる保持部を有する第２のハウジングと、
前記保持部が前記第１のハウジングを保持すると前記第１のトランスデューサと前記第２のトランスデューサとが互いに位置決めされるように構成された位置決め手段と
を含む認証装置。

【請求項15】

前記保持部が前記第１のハウジングを保持することを検出する検出部をさらに含み、前記第１のトランスデューサは、前記検出部が前記第１のハウジングの保持を検出すると、前記出力制御部により前記第２のトランスデューサに向けて前記複数の振動膜から超音波信号を個別に送信するように制御する請求項１４に記載の認証装置。

【請求項16】

前記検出部は、前記保持部による前記第１のハウジングの保持を磁気的に検出する請求項１５に記載の認証装置。

【請求項17】

前記第１のハウジングは所定の厚さ及び幅を有する矩形状の形状を有し、前記保持部は前記第１のハウジングを差し込んで保持することができるような互いに対向する一組の溝をさらに含む請求項１４から１６のいずれか一項に記載の認証装置。

【請求項18】

前記第１のハウジングは、所定の厚さ及び幅を有する矩形状の形状を有し、前記保持部に差し込んで前記保持部の最奥部に対向する一つの短辺に形成され、前記最奥部に形成された穴に差し込まれて案内される前記第１のハウジングの長手方向に突出した一組の突起をさらに含む請求項１４から１７のいずれか一項に記載の認証装置。

【請求項19】

前記第１のハウジング及び前記保持部は、前記第１のハウジングが前記保持部に差し込まれる方向を軸として、この軸の周りに互いに特定の方位を有するときにのみ嵌合できるように構成された１４から１６のいずれか一項に記載の認証装置。

【請求項20】

前記保持部は、前記第１のトランスデューサを保持するときに、前記第１のトランスデューサ及び前記第２のトランスデューサが送受信する超音波信号を遮音する遮音材を備えた請求項１４から１９のいずれか一項に記載の認証装置。

【請求項21】

前記第１のハウジングは、前記保持部に保持されたときに前記第１のトランスデューサ及び前記第２のトランスデューサが送受信する超音波信号を遮音する遮音材を備えた請求項１４から２０のいずれか一項に記載の認証装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施の形態は、超音波の送受信により認証する認証方法及び装置並びにトランスデューサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波の送受信により認証する技術が提供されている。例えば車両用の認証方法として、超音波信号を送受信して電子認証する技術が提案されている（特許文献１を参照）。超音波の送受信には半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて作製され、一対の電極によって圧電膜を両側から挟んだ圧電素子で振動板を駆動するタイプのトランスデューサを使用することができる（特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－６３２８４号公報

【特許文献2】特開２０１２－１０５１７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＭＥＭＳ技術を用いて作製されたトランスデューサは、小型であり、送受信する超音波の音量は微小であり、指向性を有しているため、概して超音波信号のやり取りは傍受されにくい。しかしながら、超音波信号が空間を通じて伝送される以上、超音波信号が第三者によって傍受される懸念があった。

【0005】

本実施の形態は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、超音波信号を用いた認証方法及び装置並びにトランスデューサであって、傍受することが困難であるような認証方法及び装置並びにトランスデューサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施の形態の一態様は、基板の主表面に超音波の送受信が可能な複数の振動膜が形成されたトランスデューサを用い、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサを互いの主表面が対向するように配置する工程と、第１のトランスデューサの複数の振動膜から超音波信号を個別に送信する工程と、超音波信号を第２のトランスデューサの複数の振動膜で個別に受信する工程と、第２のトランスデューサで個別に受信した超音波信号に基づいて認証を判定する工程とを含む認証方法である。

【0007】

本実施の形態の一態様は、基板と、基板の主表面に形成された超音波信号の送受信が可能な複数の振動膜と、複数の振動膜にそれぞれ積層された複数の圧電素子と、複数の振動膜を複数の圧電素子により個別に駆動して超音波信号を送信するように制御する出力制御部と、複数の振動膜に積層された複数の圧電素子により個別に検出された超音波信号に基づいて認証を判定する判定部とを含むトランスデューサである。

【0008】

本実施の形態の一態様は、トランスデューサを用いる認証方法であって、第１のトランスデューサを備える第１のハウジングと、第２のトランスデューサを備え、第１のハウジングを保持することができる保持部を有する第２のハウジングと、保持部が第１のハウジングを保持すると第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとが互いに位置決めされるように構成された位置決め手段とを含む認証装置である。

【発明の効果】

【0009】

本実施の形態によれば、超音波信号による認証の傍受は困難である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】図１Ａは、本実施の形態のトランスデューサを示す斜視図である。

【図1B】図１Ｂは、本実施の形態のトランスデューサを示す平面図である。

【図1C】図１Ｃは、本実施の形態のトランスデューサを示す断面図である。

【図2】図２は、本実施の形態のトランスデューサの回路構成を示す図である。

【図3】図３は、本実施の形態のトランスデューサの変形例を示す斜視図である。

【図4】図４は、本実施の形態の認証方法を説明する斜視図である。

【図5A】図５Ａは、本実施の形態の認証方法の第１の具体例を説明する斜視図である。

【図5B】図５Ｂは、本実施の形態の認証方法の第１の具体例の原理を説明する模式図である。

【図6】第６は、本実施の形態の認証方法の第２の具体例を説明する斜視図である。

【図7】図７は、本実施の形態の認証装置を示す正面図である。

【図8】図８は、本実施の形態の第１の変形例を示す正面図である。

【図9】図９は、本実施の形態の第２の変形例を示す正面図である。

【図10】図１０は、本実施の形態の第３の変形例を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、図面を参照して、本実施の形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚さと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚さや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0012】

また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するために例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。実施の形態は、特許請求の範囲に規定された構成に基づいて、種々の変更を加えることができる。

【0013】

（トランスデューサ）
本実施のトランスデューサは、ＭＥＭＳ技術を用いて製造され、超音波の発生及び検出に使用されることを想定している。本実施の形態のトランスデューサは、基板と、基板の主表面に形成された超音波信号の送受信が可能な複数の振動膜と、複数の振動膜にそれぞれ積層された複数の圧電素子と、複数の振動膜を複数の圧電素子により個別に駆動して超音波信号を送信するように制御する出力制御部と、複数の振動膜に積層された複数の圧電素子により個別に検出された超音波信号に基づいて認証を判定する判定部とを含む。

【0014】

出力制御部は、複数の振動膜から個別に送信する超音波信号が所定の焦点で収束するように制御してもよい。出力制御部は、複数の振動膜から個別に送信する超音波信号がオン及びオフを切り換えるように制御してもよい。

【0015】

判定部は、複数の振動膜で個別に受信した超音波信号が複数の振動膜に所定の分布をするときに成功と判定してもよい。判定部は、所定の分布がさらに経時的に所定の変化をするときに成功と判定してもよい。

【0016】

主表面を覆う所定の厚さのスペーサをさらに含み、スペーサには複数の振動膜の上部を開放するように複数の穴が形成されていてもよい。

【0017】

図１Ａは、本実施の形態のトランスデューサを示す斜視図である。図１Ｂは本実施の形態のトランスデューサを示す平面図であり、図１Ｃは本実施の形態のトランスデューサを示す断面図である。図１Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂ中の切断線ＩＣ－ＩＣによるトランスデューサの断面を示している。

【0018】

トランスデューサは、平坦な主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０に形成されている。基板１０は、厚さがｔの板状のシリコン基板であり、主表面１１は平面視で一片の長さがＤの略正方形状である。基板１０の厚さｔは例えば０．２から０．６ｍｍの範囲にあってもよく、一片の長さＤは例えば３から６ｍｍの範囲にあってもよい。なお、基板１０はシリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材によって構成されてもよい。

【0019】

基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。複数の振動膜１２は、超音波の発生及び検出に使用されるため、その固有振動数は可聴域よりも高い振動数とされている。複数の振動膜１２を構成する基板１０はそれぞれの振動膜１２の全周において主表面１１が連結しているが、振動膜１２が片持ち梁又は両持ち梁の構造を有するように基板１０に適切なスリットが形成されてもよい。

【0020】

複数の振動膜１２において、主表面１１には下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層によって圧電体層２２が挟まれて構成された圧電素子２０が積層されている。圧電素子２０は、後述する駆動回路／受信回路４５に図示しない配線層によって接続され、供給された電圧によって振動膜１２が基板１０の厚さ方向に振動するように駆動され、また、振動膜１２の振動によって発生した電圧を駆動回路／受信回路４５に供給している。主表面１１において、複数の振動膜１２は、同一の半径を有する略円板状の形状を有している。複数の振動膜１２に積層された圧電素子２０も、主表面１１において、複数の振動膜１２の形状にしたがい同様に略円板状の形状を有している。振動膜１２の半径ｒは、例えば０．２から０．４ｍｍの範囲にあってもよい。

【0021】

複数の振動膜１２は、平面視で略正方形状の主表面１１において、輪郭を形成する４辺の内で隣接して互いに略直交する２辺の延びる方向について間隔ｐでそれぞれ６個、全部で３６個が配置されている。ここで、振動膜１２の間隔ｐとは、略円板状の形状を有する振動膜１２のそれぞれの中心の間の距離をいうものとする。間隔ｐは、例えば０．５から１ｍｍの範囲にあってもよい。一般に、振動膜１２の間隔は、主表面１１における振動膜１２のそれぞれの重心の間の距離としてもよい。なお、等しい間隔とは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。

【0022】

図２は、本実施の形態のトランスデューサの回路構成を示す図である。トランスデューサの複数の振動膜１２にそれぞれ積層された複数の圧電素子２０_０～２０_Ｎは、対応する複数の駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎにそれぞれ接続されている。複数の圧電素子２０_０～２０_Ｎは、対応する複数の振動膜１２が励振されて超音波を発生するように駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎによって個別に駆動される。また、複数の圧電素子２０_０～２０_Ｎは、対応する複数の振動膜１２が超音波を個別に検出して発生した電圧を駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎに供給する。したがって、複数の振動膜１２は、対応する圧電素子２０_０～２０_Ｎ及び駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎによって超音波を個別に送受信することができる。

【0023】

トランスデューサにおいて、複数の駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎは、それぞれ各振動膜１２から送信する超音波を個別に制御する出力制御部４２と、各振動膜１２０_０～１２０_Ｎで個別に受信した超音波の認証の判定する受信判定部４３とにそれぞれ接続されている。出力制御部４２及び受信判定部４３は、トランスデューサの外部との信号の送受信に携わるインターフェース部４１に接続されている。

【0024】

これら複数の駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎ、出力制御部４２、受信判定部４３及びインターフェース部４１を含む回路部分は、基板１０と一体となるように例えば基板１０の背面１５に取り付けられてもよい。また、このような回路部分は、基板１０とは別個に設けられてもよい。図１Ａ～図１Ｃに示したトランスデューサにおいては、回路部分の図示を省略している。

【0025】

本実施の形態のトランスデューサは、後述する認証方法に使用することができる。本実施の形態のトランスデューサは、出力制御部４２により主表面１１に配置された複数の振動膜１２から個別に超音波制御信号を送信し、後述するように主表面１１に配置された複数の振動膜で個別に受信した超音波信号に基づいて受信判定部４３で認証を判定することができる。トランスデューサにおいて複数の振動膜１２によって送受信される超音波信号１００は、個別に送信された複数の振動膜１２の位置の分布に従う位置情報を含むために傍受することは困難である。

【0026】

図３は、本実施の形態のトランスデューサの変形例を示す斜視図である。変形例のトランスデューサは、複数の振動膜１２の上部をそれぞれ開放するように複数の孔３２が形成された所定の厚さのスペーサ３０が主表面１１に取り付けられている点で本実施の形態のトランスデューサと相違している。スペーサ３０は、例えばプラスチックで構成されていてもよい。なお、変形例のトランスデューサは、スペーサ３０が取り付けられている点を除いて本実施の形態のトランスデューサと同様の構成を有しているので、簡単のために共通する構成部分には同一の参照番号を付している。

【0027】

変形例のトランスデューサにおいては、主表面１１に配置された複数の振動膜１２は所定の高さまでスペーサ３０によって取り囲まれ、振動膜１２に衝撃が加えられたりすることがないように保護されている。また、振動膜１２を所定の高さまで取り囲むスペーサ３０によって、振動膜１２から送信される超音波信号は主表面１１の法線ベクトル方向に進むように案内される。

【0028】

（認証方法）
本実施の形態の認証方法は、基板の主表面に超音波の送受信が可能な複数の振動膜が形成されたトランスデューサを用い、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサを互いの主表面が対向するように配置する工程と、第１のトランスデューサの複数の振動膜から超音波信号を個別に送信する工程と、超音波信号を第２のトランスデューサの複数の振動膜で個別に受信する工程と、第２のトランスデューサで個別に受信した超音波信号に基づいて認証を判定する工程とを含む。

【0029】

認証を判定する工程において成功と判定されると、この工程に続いて、第２のトランスデューサの複数の振動膜から超音波信号を個別に送信する工程と、超音波信号を第１のトランスデューサの複数の領域で個別に受信する工程と、第１のトランスデューサで個別に受信した超音波信号に基づいて認証を判定する工程とをさらに含んでもよい。

【0030】

第１のトランスデューサ又は第２のトランスデューサの複数の振動膜から個別に送信する超音波信号は、超音波信号が所定の焦点で収束するように制御されてもよい。第１のトランスデューサ又は第２のトランスデューサの複数の振動膜から個別に送信する超音波信号は、オン及びオフを切り換えるように制御されてもよい。

【0031】

認証を判定する工程は、第１のトランスデューサ又は第２のトランスデューサの複数の振動膜で個別に受信した超音波信号が複数の振動膜に所定の分布をするときに成功と判定してもよい。認証を判定する工程は、所定の分布がさらに経時的に所定の変化をするときに成功と判定してもよい。

【0032】

第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサを互いの主表面が対向するように配置する工程は、第１のトランスデューサ及び前記第２のトランスデューサの主表面を互いに位置決めする工程をさらに含んでもよい。

【0033】

図４は、本実施の形態の認証方法を説明する図である。本実施の形態の認証方法では、超音波信号の送受信のために図１Ａ～１Ｃに示した本実施の形態のトランスデューサを使用する。なお、本実施の形態のトランスデューサに代えて、図３に示した本実施の形態のトランスデューサの変形例を使用してもよい。

【0034】

図４に示すように、第１のトランスデューサ１と、第２のトランスデューサ２とを互いの主表面１１が所定の距離を挟んで対向するように位置決めして設置する。例えば、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２は、それぞれ主表面１１の法線ベクトル方向に並進させると、それぞれ略正方形状を有する主表面１１の輪郭が完全に重なるような方位になるように設置される。なお、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２は、同一の構造を有しているため、簡単のために共通する構成部分には同一の参照番号を付している。

【0035】

第１のトランスデューサ１の主表面１１に形成された複数の振動膜１２は、それぞれ積層された対応する圧電素子２０によって個別に駆動されて超音波を発生する。図２を参照すると、圧電素子２０_０～２０_Ｎは対応する駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎによって個別に駆動され、駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎは出力制御部４２によって制御される。したがって、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２は、出力制御部４２によって超音波信号１００を個別に送信するように制御されているということができる。このように、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２は、第１のトランスデューサ１に対向して設置された第２のトランスデューサ２に向けて超音波信号１００を送信することができる。

【0036】

第２のトランスデューサ２の主表面１１に形成された複数の振動膜１２は、それぞれ検出した超音波によって励振され、それぞれ積層された対応する圧電素子２０に電圧が発生する。図２を参照すると、圧電素子２０_０～２０_Ｎで発生した電圧は対応する駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎに個別に供給され、駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎにおいて受信信号に変換されて受信判定部４３に送られる。したがって、第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２は、超音波信号１００を個別に受信しているということができる。このように、第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２は、第２のトランスデューサ２に対向して設置された第１のトランスデューサ１から送信された超音波信号１００を受信することができる。

【0037】

第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２において個別に受信した超音波信号１００は、受信判定部４３において、認証が判定される。例えば、複数の振動膜１２で受信した超音波信号１００の強度が、複数の振動膜１２に所定の分布をしているときに認証は成功したと判定し、そうでないときに認証は失敗したと判定してもよい。また、超音波信号１００の強度の複数の振動膜１２における分布が、経時的に所定の変化をするときに認証は成功したと判定し、そうでないときに認証は失敗したと判定してもよい。そして、このような一連の認証方法の手続を終えてもよい。

【0038】

第２のトランスデューサ２の受信判定部４３において受信した超音波信号１００の判定を終えてから、第２のトランスデューサ２の出力制御部４２は、逆に第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２から第１のトランスデューサ１に向けて超音波信号１００を送信してもよい。この場合、第１のトランスデューサ１の主表面１１に形成された複数の振動膜１２は、それぞれ積層された対応する圧電素子２０によって個別に駆動されて超音波を発生する。図２を参照すると、圧電素子２０_０～２０_Ｎは対応する駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎによって個別に駆動され、駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎは出力制御部４２によって制御される。

【0039】

第１のトランスデューサ１の主表面１１に形成された複数の振動膜１２は、それぞれ検出した超音波によって励振され、それぞれ積層された対応する圧電素子２０に電圧が発生する。図２を参照すると、圧電素子２０_０～２０_Ｎで発生した電圧は対応する駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎに個別に供給され、駆動回路／受信回路４５_０～４５_Ｎにおいて受信信号に変換されて受信判定部４３に送られる。

【0040】

第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２において個別に受信した超音波信号１００は、第１のトランスデューサ１の受信判定部４３において、認証が判定される。例えば、複数の振動膜１２で受信した超音波信号１００の強度が、複数の振動膜１２に所定の分布をしているときに認証は成功したと判定し、そうでないときに認証は失敗したと判定してもよい。また、超音波信号１００の強度の複数の振動膜１２における分布が、経時的に所定の変化をするときに認証は成功したと判定し、そうでないときに認証は失敗したと判定してもよい。

【0041】

このような認証の判定は、第２のトランスデューサ２の受信判定部４３においてした判定と、第１のトランスデューサの受信判定部４３でした判定の両方が成功したときに、判定が成功であるとしてもよいし、少なくとも一方で成功と判定されたときに認証が成功と判定してもよい。また、第１のトランスデューサ１から第２のトランスデューサ２に超音波信号１００を送った後で逆に第２のトランスデューサ２から第１のトランスデューサ１に超音波信号１００を送ってそれぞれ超音波信号１００に基づいて認証を判定したが、第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２との間でこのような超音波信号１００の送受を繰り返し、認証をそれぞれ判定した結果に基づいて最終的な認証を総合的に判定してもよい。

【0042】

本実施の形態の認証方法によると、認証の判定は、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２から個別に送信された超音波信号１００を第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２で個別に受信した結果に基づいている。超音波信号１００には第１のトランスデューサ１の超音波信号１００を個別に送信した複数の振動膜１２の位置の分布に従う位置情報が含まれ、第２のトランスデューサ２では超音波信号１００を複数の振動膜１２で個別に受信することにより位置情報を検出している。このため、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２の外部から送信した複数の振動膜１２の位置の分布に従う位置情報を含む超音波信号１００を傍受することは困難である。したがって、認証方法の機密性が保たれ、ひいては認証方法の信頼性を確保することができる。

【0043】

図５Ａは、本実施の形態の認証方法の第１の具体例を説明する図である。第１の具体例では、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２から超音波信号１００を個別に送信することにより、超音波信号１００が所定の位置に収束するようにしている。図中では、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２から送信された超音波信号１００は、第１の位置１０１、第２の位置１０２及び第３の位置１０３という異なる位置にそれぞれ収束している。超音波信号１００は、これら第１の位置１０１、第２の位置１０２及び第３の位置１０３に同時に収束するようにしてもよいし、例えば第１の位置１０１、第２の位置１０２及び第３の位置１０３の順に収束する位置が経時的に変化するようにしてもよい。

【0044】

第２のトランスデューサ２では、第１の位置１０１、第２の位置１０２及び第３の位置１０３で収束する超音波信号１００を複数の振動膜１２によって個別に検出することができる。第２のトランスデューサの受信判定部４３は、これら第１の位置１０１、第２の位置１０２及び第３の位置１０３で収束する超音波信号１００が所定の分布をしているときに認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。また、超音波信号１００の複数の振動膜１２における分布が、第１の位置１０１、第２の位置１０２及び第３の位置１０３で順に収束するように超音波信号１００が経時的に所定の変化をするときに認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。第２のトランスデューサ２から第１のトランスデューサ１に向けて超音波信号１００を送る場合も同様である。

【0045】

図５Ｂは、本実施の形態の認証方法の第１の具体例の原理を説明する図である。図１Ａ～１Ｂに示されているように、本実施の形態のトランスデューサは、基板１０の主表面１１に超音波信号１００を送受信する振動膜１２が二次元状に配置されているが、図中では説明の便宜のために複数の振動膜１２_０～１２_ｒ－１，１２_ｒ，１２_ｒ＋１～１２_Ｎが一次元状に配列された例を示す。図中の基板１０の主表面１１にはスピーカの記号で表された複数の振動膜１２_０～１２_ｒ－１，１２_ｒ，１２_ｒ＋１～１２_Ｎが一列に配置されている。

【0046】

振動膜１２_０～１２_ｒ－１，１２_ｒ，１２_ｒ＋１～１２_Ｎはそれぞれ圧電素子２０_０～２０_ｒ－１，２０_ｒ，２０_ｒ＋１～２０_Ｎによって個別に駆動される。圧電素子２０_０～２０_ｒ－１，２０_ｒ，２０_ｒ＋１～２０_Ｎは対応する駆動回路／受信回路４５_０～４５_ｒ－１，４５_ｒ，４５_ｒ＋１～４５_Ｎに接続され、駆動回路／受信回路４５_０～４５_ｒ－１，４５_ｒ，４５_ｒ＋１～４５_Ｎはさらに出力制御部４２に接続され、出力制御部４２はインターフェース部４１に接続されている。

【0047】

複数の振動膜１２_０～１２_ｒ－１，１２_ｒ，１２_ｒ＋１～１２_Ｎは、出力制御部４２の制御に従い、対応する駆動回路／受信回路４５_０～４５_ｒ－１，４５_ｒ，４５_ｒ＋１～４５_Ｎを介して圧電素子２０_０～２０_ｒ－１，２０_ｒ，２０_ｒ＋１～２０_Ｎによって個別に駆動される。ここでは、振動膜１２_０～１２_ｒ－１，１２_ｒ，１２_ｒ＋１～１２_Ｎで発生する超音波信号１００の位相が制御され、各振動膜１２_０～１２_ｒ－１，１２_ｒ，１２_ｒ＋１～１２_Ｎで発生した超音波信号１００が互いに干渉して一つの点Ｆに収束するようにされている。超音波信号は複数の点に収束させたり、広がりを持った範囲に収束させたりすることもできる。図５Ａに示した第１の位置１０１、第２の位置１０２及び第３の位置１０３に収束する超音波信号１００は、このような原理によって実現することができる。

【0048】

第１の具体例によると、第１のトランスデューサ１から送信する超音波信号１００を複数の振動膜１２で個別に制御することにより、様々な位置に収束させたり、経時的に変化させたりすることができる。したがって、送信する超音波信号１００の分布を高度に制御することにより、超音波信号１００の傍受をさらに困難にすることができる。また、第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２との間の距離が大きい場合にも、超音波信号１００の収束の位置を適切に制御することによって超音波信号１００の送受信を可能にすることができる。

【0049】

図６は、本実施の形態の認証方法の第２の具体例を説明する図である。第２の具体例では、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２から超音波信号１００のオン及びオフの切り換えを個別に制御して送信している。図中では、基板１０の主表面１１に配置された複数の振動膜１２の内で特定の３個のトランスデューサ２０_ｐ，２０_ｑ，２０_ｒがオンに制御されて超音波信号１００を送信しているが、他の振動膜１２はオフに制御されて超音波信号１００を送信していない。

【0050】

第２のトランスデューサ２では、第１のトランスデューサ１の特定の３個のトランスデューサ２０_ｐ，２０_ｑ，２０_ｒから送信された超音波信号１００を複数の振動膜１２によって個別に検出することができる。第２のトランスデューサ２の受信判定部４３は、超音波信号１００が所定の分布をしているときに認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。第２のトランスデューサ２から第１のトランスデューサ１に向けて超音波信号１００を送る場合も同様である。

【0051】

例えば、第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２で受信する超音波信号１００は第１のトランスデューサ１でオンに制御されて超音波信号１００を送信する振動膜１２に対向する位置の振動膜１２で強度が大きくなると期待される。このため、第２のトランスデューサ２の受信判定部４３は、複数の振動膜１２で検出した超音波信号１００の強度の分布に基づいて第２のトランスデューサ２の特定の振動膜１２_ｐ，１２_ｑ，１２_ｒを決定してもよい。さらに、このように決定された第２のトランスデューサ２の振動膜１２の分布が第１のトランスデューサ１でオンに制御された振動膜１２の分布と一致するか、又は部分的に一致するときには認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。

【0052】

第２の具体例によると、複数の振動膜１２についてオン及びオフを適切に切り換える制御のみで超音波信号１００を送信することができる。また、複数の振動膜１２で受信した超音波信号１００は、超音波信号１００を送信した複数の振動膜１２のオン又はオフの制御の分布に基づいて容易に認証を判定することができる。したがって、認証方法の工程が簡素になり、認証装置の回路構成を簡易化することができる。また、超音波信号１００には振動膜１２のオフ又はオフを個別に制御して複数の振動膜１２の位置の分布に従う位置情報を含ませることができるため、主表面１１に配置される複数の振動膜１２の個数は少なくても足りる。

【0053】

（認証装置）
本実施の形態に係る認証装置は、本実施の形態のトランスデューサを用い、第１のトランスデューサを備える第１のハウジングと、第２のトランスデューサを備え、第１のハウジングを保持することができる保持部を有する第２のハウジングと、保持部が第１のハウジングを保持すると第１のトランスデューサと第２のトランスデューサとが互いに位置決めされるように構成された位置決め手段とを含む。

【0054】

保持部が第１のハウジングを保持することを検出する検出部をさらに含み、第１のトランスデューサは、検出部が第１のハウジングの保持を検出すると、出力制御部により第２のトランスデューサに向けて複数の振動膜から超音波信号を個別に送信するように制御してもよい。検出部は、保持部による第１のハウジングの保持を磁気的に検出してもよい。

【0055】

第１のハウジングは所定の厚さ及び幅を有する矩形状の形状を有し、保持部は第１のハウジングを差し込んで保持することができるような互いに対向する一組の溝をさらに含んでもよい。

【0056】

第１のハウジングは、所定の厚さ及び幅を有する矩形状の形状を有し、保持部に差し込んで保持部の最奥部に対向する一つの短辺に形成され、最奥部に形成された穴に差し込まれて案内される第１のハウジングの長手方向に突出した一組の突起をさらに含んでもよい。

【0057】

第１のハウジング及び保持部は、第１のハウジングが保持部に差し込まれる方向を軸として、この軸の周りに互いに特定の方位を有するときにのみ嵌合できるように構成されてもよい。

【0058】

保持部は、第１のトランスデューサを保持するときに、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサが送受信する超音波信号を遮音する遮音材を備えてもよい。第１のハウジングは、保持部に保持されたときに第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサが送受信する超音波信号を遮音する遮音材を備えてもよい。

【0059】

図７は、本実施の形態の認証装置の概略的な構成を示す正面図である。第１のトランスデューサ１は、平面視で略横長の矩形状の輪郭と所定の厚さとを有するカード型の第１のハウジング５０に備えられている。第１のトランスデューサ１は、カード型の第１のハウジング５０の一つの短辺５１の縁部の中央に、主表面１１が縁部に向かうように備えられている。また、第１のハウジング５０の長辺の一つの縁部には、第１のトランスデューサ１に近い位置に磁性体５２が備えられている。第１のハウジング５０は、例えばプラスチックによって構成されてもよい。なお、第１のハウジング５０の一つの短辺の縁部には、第１のトランスデューサ１で送受信される超音波信号１００を遮音するように、第１のトランスデューサ１の主表面１１に沿って取り囲むように配置された図示しない遮音材が設けられてもよい。

【0060】

第２のトランスデューサ２は、第２のハウジング６０に備えられている。第２のトランスデューサ２は、カード型の第１のハウジング５０を図中の矢印に示すように長手方向に進めて差し込んで保持することができる第２のハウジング６０の保持部６１の最奥部６３の中央に、主表面１１が差し込まれた第１のハウジング５０に対向するように設置されている。また、保持部６１の側部には、保持部６１に第１のハウジング５０が差し込まれたときに第１のハウジング５０の長辺の一つの縁部に備えられた磁性体５２に対向する位置に、この磁性体５２を検出することができる磁気センサ６２が設置されている。第２のハウジング６０は、例えばプラスチックによって構成されてもよい。なお、保持部６１の最奥部６３には、第２のトランスデューサ２で送受信される超音波信号１００を遮音するように、第２のトランスデューサ２の主表面１１に沿って取り囲むように配置された図示しない遮音材が設けられてもよい。

【0061】

認証装置において、第１のハウジング５０が図中の矢印に示すように長手方向に進められて第２のハウジング６０の保持部６１に差し込まれ、第１のハウジング５０の一つの短辺５１が第２のハウジング６０の保持部６１の最奥部６３に達すると、第１のハウジング５０に備えられた第１のトランスデューサ１と第２のハウジング６０に備えられた第２のトランスデューサ２は、図４に示したように第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２との互いの主表面１１が所定の距離を挟んで対向するように位置決めされる。例えば、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２は、それぞれ主表面１１の法線ベクトル方向に並進させると、それぞれ略正方形状を有する主表面１１の輪郭が完全に重なるような方位になるように位置決めされる。このように、第１のハウジング５０及び第２のハウジング６０は、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２を位置決めするための位置決め手段を構成している。

【0062】

認証装置において、第１のハウジング５０が第２のハウジング６０の保持部６１に差し込まれ、第１のハウジング５０に備えられた第１のトランスデューサ１と第２のハウジング６０に備えられた第２のトランスデューサ２との位置決めがされると、第２のハウジング６０の磁気センサ６２によって第１のハウジング５０の磁性体５２が検出される。したがって、第２のハウジング６０の磁気センサ６２によって第１のハウジング５０の磁性体５２が検出されると、第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２とが位置決めされたことがわかる。

【0063】

位置決めに続いて、第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２との間の一連の認証方法の手続が開始される。この認証方法の手続は、磁気センサ６２による磁性体５２の検出のタイミングで開始されてもよい。図４を参照すると、第１のトランスデューサ１の主表面１１に形成された複数の振動膜１２は、それぞれ積層された対応する圧電素子２０によって個別に駆動されて超音波を発生する。このように、第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２は、第１のトランスデューサ１に対向して設置された第２のトランスデューサ２に向けて超音波信号１００を送信する。第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２との間で送受信される超音波信号１００は、第１のハウジング５０及び第２のハウジング６０の少なくとも一方に設けられた遮音材によって遮音されていてもよい。

【0064】

第２のトランスデューサ２の主表面１１に形成された複数の振動膜１２は、それぞれ検出した超音波によって励振され、それぞれ積層された対応する圧電素子２０に電圧が発生する。このように、第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２は、第２のトランスデューサ２に対向して設置された第１のトランスデューサ１から送信された超音波信号１００を受信する。

【0065】

図２を参照すると、第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２において個別に受信した超音波信号１００は、対応する圧電素子２０及び駆動回路／受信回路４５を介して受信判定部４３に送られ、認証が判定される。例えば、複数の振動膜１２で受信した超音波信号１００の強度が、複数の振動膜１２に所定の分布をしているときに認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。また、超音波信号１００の強度の複数の振動膜１２における分布が、経時的に所定の変化をするときに認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。そして、このような一連の認証方法の手続を終えてもよい。

【0066】

第２のトランスデューサ２の受信判定部４３において受信した超音波信号１００の判定を終えてから、第２のトランスデューサ２の出力制御部４２は、逆に第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２から第１のトランスデューサ１に向けて超音波信号１００を送信してもよい。

【0067】

第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２において個別に受信した超音波信号１００は、第１のトランスデューサ１の受信判定部４３において、認証が判定される。例えば、複数の振動膜１２で受信した超音波信号１００の強度が、複数の振動膜１２に所定の分布をしているときに認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。また、超音波信号１００の強度の複数の振動膜１２における分布が、経時的に所定の変化をするときに認証は成功と判定し、そうでないときに認証は失敗と判定してもよい。

【0068】

このような認証は、第２のトランスデューサ２の受信判定部４３においてした判定と、第１のトランスデューサの受信判定部４３でした判定の両方が成功のときに、認証が成功としてもよいし、少なくとも一方で成功と判定されたときに認証が成功と判定してもよい。さらに、第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２との間でこのような超音波信号１００の送受を繰り返し、超音波信号１００をそれぞれ判定した結果に基づいて最終的な認証を総合的に判定してもよい。

【0069】

本実施の形態の認証装置によると、認証の判定は、第１のハウジング５０に備えられた第１のトランスデューサ１の複数の振動膜１２から個別に送信された超音波信号１００を第２のハウジング６０に備えられた第２のトランスデューサ２の複数の振動膜１２で個別に受信した結果に基づいている。超音波信号１００には第１のトランスデューサ１の超音波信号１００を個別に送信した複数の振動膜１２の位置の分布に従う位置情報が含まれ、第２のトランスデューサ２では超音波信号１００を複数の振動膜１２で個別に受信することにより位置情報を検出している。このため、第１のトランスデューサ１及び第２のトランスデューサ２の外部から複数の振動膜１２の位置の分布に従う位置情報を含む超音波信号１００を傍受することは困難である。したがって、認証方法の機密性が保たれ、ひいては認証方法の信頼性を確保することができる。

【0070】

図８は、本実施の形態の認証装置の第１の変形例を示す正面図である。第１の変形例においては、第２のハウジング６０の保持部６１の側部において、保持部６１に差し込まれる第１のハウジング５０の対向する二つの長辺の縁部を挟んで案内するように第１のハウジング５０が差し込まれる方向に延びる溝が形成された一組の第１のガイド６５が設けられている点が本実施の形態の認証装置と相違している。

【0071】

第１の変形例においては、第２のハウジング６０の保持部６１の側部にこのような第１のガイド６５が設けられているため、第２のハウジング６０の保持部６１に対する第１のハウジング５０の位置を正確に制御することができる。したがって、第１のガイド６５は、第１のハウジング５０に備えられた第１のトランスデューサ１と第２のハウジング６０に備えられた第２のトランスデューサ２とを正確に位置決めするための位置決め手段を構成するということができる。

【0072】

図９は、本実施の形態の認証装置の第２の変形例を示す正面図である。第２の変形例においては、第２のハウジング６０の保持部６１の側部において、第１のハウジング５０が第２のハウジング６０の保持部６１に差し込まれるときに保持部６１の最奥部６３に対向する一つの短辺５１において、この短辺５１の縁部の中央に備えられた第１のトランスデューサ１を挟んだ両側から第１のハウジング５０の長手方向に所定の長さにわたり突出した一組の突起である一組の第２のガイド５５を有する点が本実施の形態の認証装置と相違している。なお、図９には示していないが、第２の変形例の第２のハウジング６０の保持部６１の最奥部６３には、第２のガイド５５を差し込んで案内するための一組の孔が形成されている。

【0073】

第２の変形例においては、第１のハウジング５０の一つの短辺５１にこのような第２のガイド５５が設けられているため、第２のハウジング６０の保持部６１に第１のハウジング５０が保持されるように図中の矢印の方向に第１のハウジング５０を長手方向に進めるときに、第２のガイド５５が保持部６１の最奥部６３に形成された孔に案内されて第１のハウジング５０の位置を正確に制御することができる。したがって、第２のガイド５５は、第１のハウジング５０に備えられた第１のトランスデューサ１と第２のハウジング６０に備えられた第２のトランスデューサ２とを正確に位置決めするための位置決め手段を構成するということができる。

【0074】

図１０は、本実施の形態の認証装置の第３の変形例を示す側面図である。第３の変形例においては、第２のハウジング６０において第１のハウジング５０を差し込んで保持する保持部６１は、第２のハウジング６０の一つの側面に所定の形状で開口して所定深さを有する凹部である点において本実施の形態の認証装置と相違している。第２のハウジング６０の一つの側面に形成された保持部６１の開口の輪郭は、矩形の一つの角に切り欠きが設けられた形状である。保持部６１の最奥部６３には、主表面１１が開口に向かうように第２のトランスデューサ２が備えられている。なお、第３の変形例において、図示しない第１のトランスデューサ１は、第２のハウジング６０の一つの側面に設けられた開口から保持部６１に深さ方向に差し込まれて保持されるように、第２のトランスデューサの６０の一つの側面に形成された保持部６１の開口に嵌合するような形状を有している。

【0075】

第３の変形例においては、第２のハウジング６０の一つの側面に設けられた保持部６１は、矩形の一つの角に切り欠きを設けた形状の輪郭で開口している。第２のハウジング６０の保持部６１に差し込まれて保持される第１のハウジング５０はこのような開口に嵌合するような形状を有しているため、第２のガイド５５が保持部６１に対する第１のハウジング５０の位置を正確に制御することができる。すなわち、第２のハウジング６０の保持部６１に対して第１のハウジング５０が差し込まれる方向を軸として、この軸の周りに互いが特定の方位を有する場合にのみ第１のハウジング５０を保持部６１に嵌合させることができ、異なる方位を有して差し込むことが防止される。したがって、このような形状の輪郭を有する保持部６１の開口は、第１のハウジング５０に備えられた搭載された第１のトランスデューサ１と第２のハウジング６０に備えられた第２のトランスデューサ２とを正確に位置決めするための位置決め手段を構成するということができる。

【0076】

なお、上述の実施の形態においては、第１のトランスデューサ１と第２のトランスデューサ２との間で超音波信号１００を送受信して認証を判定したが、超音波信号１００は認証に限らずデータの伝送のためにも使用することができる。この場合、データの伝送は認証と同時に行ってもよいし、認証とは別個にデータの伝送のみを行ってもよい。

【符号の説明】

【0077】

１ 第１のトランスデューサ
２ 第２のトランスデューサ
１０ 基板
１１ 主表面
１２ 振動膜
２０ 圧電素子
４２ 出力制御部
４３ 受信判定部
４５ 駆動回路／受信回路
１００ 超音波信号

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】