JP2007330420A

JP2007330420A - 形状検出装置

Info

Publication number: JP2007330420A
Application number: JP2006164425A
Authority: JP
Inventors: Aiichiro Sasaki; 愛一郎佐々木; Yoshiyuki Yasuda; 禎之安田; Takashi Aoki; 孝青木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】測定物の測定対象面の形状を高感度で検出できる形状検出装置を提供する。
【解決手段】形状検出装置１は、人間の指紋の形状を検出するものあり、指が置かれる位置に設けられた電極アレイ１１と、人が立つ位置に設けられた電極１２と、この電極１２に接続された交流の信号発生器１３と、電極アレイ１１に接続された検出器アレイ１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定物の測定対象面の形状を検出する形状検出装置に関するものである。

近年では、高度なセキュリティ技術が必要とされており、指紋認証装置が既に実用化されている。指紋認証装置としては、例えば、特許文献１や２に提案されているような静電容量型のものがある。

図１２は、その指紋認証装置の一部を示す図である。

指紋認証装置では、電極アレイ１１に指を触れる。このとき、電極アレイ１１において面状に分散配置された微少な電極Ｐと指の間にコンデンサが構成され、その静電容量は電極Ｐと指との距離つまり凹凸に応じて変化する。そして、この静電容量を、電極Ｐに接続された容量検出回路ＤＴによって電気信号に変換し、それを増幅器ＡＭＰで増幅し、増幅後の電圧やそれを所定のしきい値と比較した結果が電極Ｐの位置に対応づけられて指紋画像が生成される。そして、予め記憶した画像との比較による指紋認証が行われる。
特開平１１−２４８４１０号公報特開２０００−２８３１１号公報

しかしながら、従来の指紋認証装置では、指全体と電極Ｐの間の距離が変動したときの各電極Ｐの電圧変動が大きく、そのため、確実な指紋認証を行えない場合があった。

つまり、従来にあっては、この指紋認証装置に代表されるような形状検出装置（測定物の測定対象面の形状を検出する装置）の感度が低かった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定物の測定対象面の形状を高感度で検出できる形状検出装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の本発明は、測定物の測定対象面の形状を検出する形状検出装置であって、測定対象面が置かれる位置に設けられた電極アレイと、測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と、この電極に接続された信号発生器と、前記電極アレイ内の各電極に接続された電圧検出手段とを備えたことを特徴とする形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項２の本発明は、測定物の測定対象面の形状を検出する形状検出装置であって、測定対象面が置かれる位置に設けられた電極アレイと、測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と、この電極に接続された信号発生器と、電圧検出手段と、前記電極アレイ内の電極を前記電圧検出手段に対して順次に接続するスイッチとを備えたことを特徴とする形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項３の本発明は、測定物の測定対象面の形状を検出する形状検出装置であって、測定対象面が置かれる位置に設けられた電極アレイと、測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と、この電極に接続された電圧検出手段と、信号発生器と、前記電極アレイ内の電極を前記信号発生器に対して順次に接続するスイッチとを備えたことを特徴とする形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項４の本発明は、前記信号発生器は、交流の信号発生器であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項５の本発明は、前記電圧検出手段は、整流回路を備え、当該整流回路に電極の電圧が印加され整流されたときの整流後の電圧から直流成分を検出することを特徴とする請求項４記載の形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項６の本発明は、前記電圧検出手段は、整流器と抵抗の直列回路を備え、当該直列回路に電極の電圧が印加されたときの当該抵抗の両端電圧から直流成分を検出することを特徴とする請求項４記載の形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項７の本発明は、前記電圧検出手段は、電極の電圧と信号発生器の電圧を混合するミキサを備え、当該ミキサの出力電圧から直流成分を検出することを特徴とする請求項４記載の形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項８の本発明は、測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と測定物の間ならびに電極アレイ内の電極と測定物の間に絶縁体が介在することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の形状検出装置をもって解決手段とする。

請求項９の本発明は、測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極ならびに電極アレイ内の電極が当該電極に接続されたもの以外のものから絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の形状検出装置をもって解決手段とする。

本発明の形状検出装置によれば、測定物の測定対象面の形状を高感度で検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る形状検出装置（形状検出装置１という）の構成を示す図である。形状検出装置１は、人の指紋の形状を検出するものあり、指が置かれる位置に設けられた電極アレイ１１と、人が立つ位置に設けられた電極１２と、この電極１２に接続された交流の信号発生器１３と、電極アレイ１１に接続された検出器アレイ１４とを備える。電極１２は、人が電気を感じるのを防ぐ為に絶縁体で覆われ、これにより、検出器アレイ１４から絶縁されている。

図２は、図１の一部を詳細に示す図である。電極アレイ１１では、指紋における凹凸よりも小さい電極Ｐが面状に分散配置され、人が電気を感じるのを防ぐ為に、全ての電極Ｐが絶縁体で覆われ、これにより電極Ｐは、自身に接続された回路（後述）以外から絶縁されている。

検出器アレイ１４は、電極Ｐごとの整流回路を備える。整流回路は、整流器と抵抗による直列回路であり、その一方の回路端が電極Ｐに接続され、他方の回路端が接地されている。抵抗の両端にローパスフィルタ（図ではＬＰＦ）が接続されている。

形状検出装置１では、電極１２の上に人が立ち、その指が電極アレイ１１に置かれると、図３に示す等価回路が構成される。人体内部は導体、皮膚は絶縁体と見なせるので、指と各電極Ｐの間にコンデンサが構成される。そして、各コンデンサの静電容量は、そのコンデンサが構成される電極Ｐと指との距離に応じたものとなる。つまり、容量は指紋の凹部では小さく、凸部では大きくなる。図では、Ｃ_３＜Ｃ_１＜Ｃ_２である。よって、各電極Ｐの電圧は、指紋の凹凸に応じたものとなる。

図２に示すように、検出器アレイ１１内の各整流回路では、各電極Ｐの電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、…、Ｖ_ｎが正電圧である期間において、その電圧から整流器の電圧降下分を差し引いた電圧Ｖ_ｄｃが抵抗の両端に現れる。つまり、整流が行われる。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の出力側には、電圧Ｖ_ｄｃの直流成分のみを含んだ電圧Ｖ_ｏｕｔが現れる。そして、各電圧Ｖ_ｏｕｔやそれを所定のしきい値と比較した結果が電極Ｐの位置に対応づけられて画像が生成される。つまり、指紋の形状の画像が生成される。そして、予め記憶した画像との比較による指紋認証が行われる。

なお、整流器と抵抗の直列回路をコンデンサに置き換え、このときの電極Ｐの電圧Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、…、Ｖ_ｎにより指紋の画像生成などを行ってもよい。

例えば、このコンデンサの容量をＣ、このコンデンサに接続された電極Ｐと人体の間に構成されるコンデンサの容量をＣ_ｉ、信号発生器１３の振幅をＶ_ｉｎとすると、任意の電極Ｐの電圧Ｖ_ｉは、式（１）で与えられる。

なお、人体と電極１２の間のコンデンサの容量は無視している。

Ｖ_ｉは、Ｃ_ｉの単調増加関数であり、Ｖ_ｉは、Ｃ_ｉが大きいほど大きく、Ｃ_ｉが小さいほど小さい。よって、この指紋の凹凸に応じた電圧Ｖ_ｉからローパスフィルタで直流成分を取りだし、それを用いて、指紋画像の生成などを行えばよい。

また、検出器アレイ１４内の回路をミキサで構成してもよい。

図４は、この実施例に係る形状検出装置１の一部を詳細に示す図である。

検出器アレイ１４は、各電極Ｐごとに、その電圧と信号発生器１３の電圧を混合するミキサを備える。ミキサは、そのＲＦポートから入力された電極Ｐの信号Ｖ_ＲＦ（ｔ）と、ＬＯポートから入力された信号発生器１３の信号Ｖ_ＬＯ（ｔ）の掛け算を行った結果の信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）をＩＦポートから出力する。ＩＦポートにはローパスフィルタが接続される。

測定すべきｉ番目の電極Ｐの電圧をＶ_ｉｃｏｓωｔ、信号発生器１３の出力電圧をＶ_ｉｎｃｏｓωｔとすると、ＩＦポートから出力される信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）は、式（２）で与えられる。

信号Ｖ_ＩＦ（ｔ）は、この式の右辺第１項で表される直流成分と、この式の右辺第２項で表される交流成分の和で与えられる。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の出力側には、この直流成分のみを含んだ電圧Ｖ_ｏｕｔが現れる。よって、この指紋の凹凸に応じた電圧Ｖ_ｏｕｔにより、指紋画像の生成などを行えばよい。

［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係る形状検出装置（形状検出装置２という）の構成を示す図である。ここでは、形状検出装置１のものと同様の構成要素には同一符号を付与して説明する。

形状検出装置２では、形状検出装置１の検出器アレイ１４に代えて、この検出器アレイ１１内において１つの電極Ｐについて設けられた回路（整流回路とローパスフィルタ）と同じ回路を有する電圧検出器１４Ａが設けられている。また、形状検出装置２では、電極アレイ１１内の電極（Ｐ）を電圧検出器１４Ａに対して順次に接続するスイッチ１５が設けられている。

図６は、図５の一部を詳細に示す図である。スイッチ１５は、各電極Ｐごとの端子と共通端子を備える。各電極Ｐごとの端子は、対応する電極Ｐに接続され、共通端子は、電圧検出器１４Ａにおいて、整流器と抵抗による直列回路の一方の回路端に接続されている。直列回路の他方の回路端は接地され、抵抗の両端にローパスフィルタ（図ではＬＰＦ）が接続されている。

その他の構成要素については、形状検出装置１と同様なので、重複説明は省略する。

形状検出装置２では、スイッチ１５を制御して、電極Ｐを電圧検出器１４Ａに対して順次に接続し、接続の度に、電圧Ｖ_ｏｕｔの測定などを行うことで、指紋の画像を生成する。その他の動作やその原理については、形状検出装置１と同様なので、重複説明は省略するが、電極アレイ１１に指が置かれたときの等価回路を図７に示す。

形状検出装置２では、動作原理が同じなので、形状検出装置１と同様の効果が得られ、さらには、整流回路の必要数を１にまで減らすことができる。逆に、形状検出装置１では、形状検出装置２のスイッチ１５やその制御回路を不要にできる。

なお、形状検出装置１と同様に、電圧検出器１４Ａをコンデンサで構成した形態を採用してもよい。また、図８に示すように、電圧検出器１４Ａをミキサで構成した形態を採用してもよい。

［第３の実施の形態］
図９は、第３の実施の形態に係る形状検出装置（形状検出装置３という）の構成を示す図である。ここでは、形状検出装置１や２のものと同様の構成要素には同一符号を付与して説明する。

形状検出装置３は、形状検出装置１や２と同様の位置に電極アレイ１１および電極１２を備える。また、形状検出装置３は、電極１２に接続された電圧検出器１４Ａを備え、電圧検出器１４Ａでは、電極１２の反対側の回路端が接地されている。また、形状検出装置３は、一方の回路端を接地された信号発生器１３と、電極アレイ１１内の電極（Ｐ）を信号発生器１３に対して順次に接続するスイッチ１５を備える。

図１０は、図９の一部を詳細に示す図である。スイッチ１５は、各電極Ｐごとの端子と共通端子を備える。各電極Ｐごとの端子は、対応する電極Ｐに接続され、共通端子は、信号発生器１３に接続されている。電圧検出器１４Ａにおいて、整流器と抵抗による直列回路の一方の回路端が接地され、他方の回路端は人体との間で回路を構成している。抵抗の両端にローパスフィルタ（図ではＬＰＦ）が接続されている。

形状検出装置３では、スイッチ１５を制御して、電極Ｐを信号発生器１３に対して順次に接続し、接続の度に、電圧Ｖ_ｏｕｔの測定などを行うことで、指紋の画像を生成する。その他の動作やその原理については、形状検出装置１や２と同様なので、重複説明は省略するが、電極アレイ１１に指が置かれたときの等価回路を図１１に示す。

形状検出装置３では、動作原理が同じなので、形状検出装置１や２と同様の効果が得られる。また、形状検出装置２と同様に、整流回路の必要数を１にまで減らすことができる。

なお、形状検出装置１や２と同様に、電圧検出器１４Ａをコンデンサで構成した形態を採用してもよい。また、電圧検出器１４Ａをミキサで構成した形態を採用してもよい。

また、形状検出装置１、２および３では、交流の信号発生器１３を用いたが、これに代えて、直流の信号発生器を用いてもよい。その場合は、整流回路に代えて抵抗を用い、その両端の電圧Ｖ_ｄｃの測定などを行うことで、指紋の画像を生成すればよい。

また、形状検出装置１、２および３では、指紋を検出したが、他の測定対象面の形状、例えば、手のひらの凹凸の形状を検出してもよい。

また、例えば、人体に印加される電圧が低く、人が電気を感じる虞がない場合などにおいては、電極１２や電極Ｐを覆う絶縁体を設けなくてもよい。

また、電極１２は、人が立つ位置にではなく、人が触れることができる位置に設け、電極１２に触れながら、指を電極アレイ１１に置くようにしてもよい。

第１の実施の形態に係る形状検出装置の構成を示す図である。図１の一部を詳細に示す図である。第１の実施の形態において構成される等価回路を示す図である。第１の実施の形態においてミキサを用いた実施例の構成を示す図である。第２の実施の形態に係る形状検出装置の構成を示す図である。図５の一部を詳細に示す図である。第２の実施の形態において構成される等価回路を示す図である。第２の実施の形態においてミキサを用いた実施例の構成を示す図である。第３の実施の形態に係る形状検出装置の構成を示す図である。図９の一部を詳細に示す図である。第３の実施の形態において構成される等価回路を示す図である。従来の指紋認証装置の一部を示す図である。

符号の説明

１、２、３形状検出装置
１１電極アレイ
１２、Ｐ電極
１３信号発生器
１４検出器アレイ
１４Ａ電圧検出器

Claims

測定物の測定対象面の形状を検出する形状検出装置であって、
測定対象面が置かれる位置に設けられた電極アレイと、
測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と、
この電極に接続された信号発生器と、
前記電極アレイ内の各電極に接続された電圧検出手段と
を備えたことを特徴とする形状検出装置。
測定物の測定対象面の形状を検出する形状検出装置であって、
測定対象面が置かれる位置に設けられた電極アレイと、
測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と、
この電極に接続された信号発生器と、
電圧検出手段と、
前記電極アレイ内の電極を前記電圧検出手段に対して順次に接続するスイッチと
を備えたことを特徴とする形状検出装置。
測定物の測定対象面の形状を検出する形状検出装置であって、
測定対象面が置かれる位置に設けられた電極アレイと、
測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と、
この電極に接続された電圧検出手段と、
信号発生器と、
前記電極アレイ内の電極を前記信号発生器に対して順次に接続するスイッチと
を備えたことを特徴とする形状検出装置。
前記信号発生器は、交流の信号発生器であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の形状検出装置。
前記電圧検出手段は、整流回路を備え、当該整流回路に電極の電圧が印加され整流されたときの整流後の電圧から直流成分を検出することを特徴とする請求項４記載の形状検出装置。
前記電圧検出手段は、整流器と抵抗の直列回路を備え、当該直列回路に電極の電圧が印加されたときの当該抵抗の両端電圧から直流成分を検出することを特徴とする請求項４記載の形状検出装置。
前記電圧検出手段は、電極の電圧と信号発生器の電圧を混合するミキサを備え、当該ミキサの出力電圧から直流成分を検出することを特徴とする請求項４記載の形状検出装置。
測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極と測定物の間ならびに電極アレイ内の電極と測定物の間に絶縁体が介在することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の形状検出装置。
測定対象面とは異なる部位が置かれる位置に設けられた電極ならびに電極アレイ内の電極が当該電極に接続されたもの以外のものから絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の形状検出装置。