JP2008073072A - インピーダンス検出装置、インピーダンス検出方法、生体認識装置、および指紋認証装置 - Google Patents
インピーダンス検出装置、インピーダンス検出方法、生体認識装置、および指紋認証装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】波形情報検出部4に、応答信号変換回路41とデジタル位相比較回路43とを設け、応答信号変換回路41により、応答信号生成部3からの応答信号3Sを当該応答信号3Sの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号41Sに変換して出力し、デジタル位相比較回路43により、供給信号生成部2からの供給信号2Sに同期した矩形波のデジタル基準信号42Sと被比較信号41Sとの位相を比較することにより、波形情報として被比較信号41Sと供給信号2Sの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号4Sを生成する。
【選択図】 図1
Description
図24は、従来の生体認識装置の構成を示すブロック図である。この生体認識装置には、主な機能部として、検出素子1、供給信号生成部2、応答信号生成部3、波形情報検出部4X、および生体認識部5が設けられている。
応答信号生成部3は、供給信号生成部2と検出素子1との間に接続された抵抗素子Rsを有し、この抵抗素子Rsを介して供給信号生成部2からの供給信号2Sを印加信号1Sとして検出素子1に印加し、抵抗素子Rsの一端すなわち抵抗素子Rsと検出素子1との接続点から、検出素子1のインピーダンスZf、ここでは被検体10の持つインピーダンスの容量成分および抵抗成分により変化する応答信号3Sを波形情報検出部4Xへ出力する。
生体認識部5は波形情報検出部4Xからの検出信号4Sに含まれる波形情報に基づき被検体10が生体か否かを認識判定し、その認識結果5Sを出力する。
まず、被検体10が検出素子1に接触した場合、供給信号生成部2からの供給信号2Sに基づいて検出素子1に印加されている印加信号1Sが、被検体10に固有のインピーダンス特性すなわち容量成分および抵抗成分により変化し、これが応答信号3Sとして応答信号生成部3から出力される。この応答信号3Sとは、波形情報検出部4Xでその位相差または振幅が検出され、これら検出結果を示す情報を含んだ検出信号4Sが生体認識部5へ出力される。
なお、これらの位相差や振幅から被検体のインピーダンスのリアクタンス成分や抵抗成分の大きさを算出し、正当な生体の持つリアクタンス成分や抵抗成分の基準範囲と比較してもよい。この場合、検出素子を介して接触している被検体のインピーダンスを検出したことになる。
供給信号生成部2には、周波数発生回路21と波形整形回路22とが設けられている。応答信号生成部3には、電流−電圧変換回路32が設けられている。波形情報検出部4Xには、オフセット補正回路41X、基準信号発生回路42X、および位相比較回路43Xが設けられている。生体認識部5(図示せず)には、信号変換回路と判定回路が設けられている。
まず、被検体10が、検出素子1の検出電極11と検出電極12とを介して電流−電圧変換回路32の出力段に接続される。ここで被検体10に固有のインピーダンスは、検出素子1の検出電極11と検出電極12との間に接続されたリアクタンス成分(主に容量成分)と抵抗成分で示すことができる。したがって、電流−電圧変換回路32から所定の出力インピーダンスで印加された印加信号1Sは、電流−電圧変換回路32の出力インピーダンスと被検体10に固有のインピーダンスとで分圧される。そして、被検体10に流れる電流が、被検体10に固有のインピーダンスに応じてその位相および振幅が変化し、これら変化が電圧に変換された応答信号3Sとして出力される。
また、半導体プロセス技術を用いた集積回路によりアナログ回路を構成した場合、プロセス変動等の要因でその特性が変動するため、アナログ電位を補正・検出するアナログ回路において、位相差や振幅の波形情報の検出精度が低下してしまう。
これにより、アナログ回路を複雑化することなく、簡素な回路構成で、プロセス変動等の要因による検出精度の劣化を抑制でき、被検体のインピーダンスを高精度で検出することが可能となる。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図24と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
検出素子1は、検出電極11,12を介して被検体10と電気的に接触し、被検体10の持つインピーダンスのリアクタンス成分および抵抗成分を応答信号生成部3へ接続する機能を有している。
応答信号生成部3に入力された供給信号2Sは、電流−電圧変換回路32を介して印加信号1Sとして検出素子1に印加される。
電流−電圧変換回路32は、検出素子1を介して被検体10のインピーダンスに印加信号1Sを与えることで被検体10へ電流を流すと同時に、被検体10へ流れた電流を電圧に変換し応答信号3Sとして出力する。
この際、波形情報検出部4の応答信号変換回路41は、応答信号生成部3からの応答信号3Sを当該応答信号3Sの電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号41Sに変換して出力する。デジタル位相比較回路43は、応答信号変換回路41からの被比較信号41Sとデジタル基準信号発生回路42からのデジタル基準信号42Sとの位相をデジタル信号処理で比較することにより、波形情報として被比較信号41Sと供給信号2Sの位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる検出信号4Sを生成して出力する。
また、本実施の形態は、検出素子を、被検体と電気的に接触しかつ所定の共通電位に接続されている第1の検出電極と、被検体と電気的に接触して応答信号生成部からの印加信号を被検体へ印加する第2の検出電極とから構成したので、極めて簡単な構成で被検体へ電流を印加でき、被検体のインピーダンスに応じた電流変化を検出できる。
次に、図2を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図2は、本発明の第2の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図1と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、波形情報検出部4、電流−電圧変換回路31、および正弦波発生回路22A以外の構成については、第1の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
波形整形回路22から出力されて応答信号生成部3に入力された交流正弦波の供給信号2Sは、抵抗素子Rsからなる電流−電圧変換回路31を介し、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。電流−電圧変換回路31は、この印加信号1Sの電流変化を元にして、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の正弦波発生回路22Aでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
応答信号3Sは、被検体10の抵抗成分によるオフセット電位を含む信号となる。例えば、抵抗成分が所定値より大きい場合は基準電位VBより高いVB2が中心電圧となり、抵抗成分が上記所定値より小さい場合は基準電位VBより低いVB1が中心電圧となる。
また、基準信号発生回路42Aからの基準信号は、しきい値回路42Bにより、その基準信号の中心電圧であるしきい値電圧Vt1と比較されてデジタル基準信号42Sに変換される。
これら被比較信号41Sとデジタル基準信号42Sは、デジタル位相比較回路43のXOR回路43Aに入力されて位相差が検出され、その位相差に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号4Sが出力される。
図4は、本発明の第2の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の他の構成を示すブロック図であり、図2と比較して、デジタル基準信号発生回路42が、しきい値回路42Cから構成されている点が異なる。
これにより、デジタル基準信号発生回路42において、供給信号生成部2の周波数発生回路21と同期した基準信号を発生させる精度の高い基準信号発生回路42Aを省くことができ、回路の簡素化やコストダウンを実現できる。
これにより、波形情報検出部4において、デジタル基準信号発生回路42そのものを省くことができ、回路の簡素化やコストダウンを実現できる。
次に、図6を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図6は、本発明の第3の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図4と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、電流−電圧変換回路31を抵抗素子Rsと差動増幅器31Aで構成した場合を例として説明する。
抵抗素子Rsは、供給信号生成部2と検出素子1との間に接続された抵抗素子である。差動増幅器31Aは、正極性入力端子が供給信号生成部2の出力に接続され、逆極性入力端子が検出電極12に接続され、出力端子が波形情報検出部4Aの入力に接続されている。この差動増幅器31Aは、正極性入力端子に入力された供給信号2Sと、逆極性入力端子に入力された印加信号1Sを差動増幅して、出力端子から応答信号3Sを出力する機能を有している。
応答信号生成部3に入力された交流正弦波の供給信号2Sは、電流−電圧変換回路31の抵抗素子Rsを介し、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。この際、被検体10のインピーダンスに応じて印加信号1Sの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Rsの両端に発生する。差動増幅器31Aは、この抵抗素子Rsの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の正弦波発生回路22Aでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
この際、被検体10に流れる電流をIfとすると、抵抗素子Rsに流れる電流もIfとなる。その結果、差動増幅器31Aの2つの入力端子の電圧差はRs・Ifとなる。したがって、差動増幅器31Aの増幅率をAとするとその出力電圧はV=A・Rs・Ifで求められ、被検体10に流れる電流を、直接、電圧信号からなる応答信号3Sに変換することができる。
応答信号変換回路41のリミッタアンプ41Aは、応答信号3Sを増幅してデジタル信号からなる被比較信号41Sへ変換する際、前述の通り応答信号3Sの基準電位VBが回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位となっているため、リミッタアンプ41Aの入力レンジ、ここでは応答信号3S増幅時の中心電圧の変動許容幅を第2の実施の形態よりも小さくすることができる。
次に、図8を参照して、本発明の第4の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図8は、本発明の第4の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図6と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、第3の実施の形態の電流−電圧変換回路31において、抵抗素子Rsと供給信号生成部2との間に抵抗素子Rrを追加した場合を例として説明する。
抵抗素子Rsと抵抗素子Rrは、供給信号生成部2と検出素子1との間に直列接続されており、正極性入力端子に入力された供給信号2Sと、逆極性入力端子に入力された印加信号1Sを差動増幅して、出力端子から応答信号3Sを出力する。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、電流−電圧変換回路31の抵抗素子Rr以外の構成については、第3の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
応答信号生成部3に入力された交流正弦波の供給信号2Sは、電流−電圧変換回路31の抵抗素子RrおよびRsを介して、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。この際、被検体10のインピーダンスに応じて印加信号1Sの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Rsの両端に発生する。差動増幅器31Aは、この抵抗素子Rsの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の正弦波発生回路22Aでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
この際、被検体10のインピーダンスに応じて被検体10に流れる電流が変化するためRsとRrの節点の電位が変動する。これにより、被検体10のインピーダンスに大小に応じて生じる、差動増幅器31Aの2つの入力端子の電位変動がキャンセルされ、応答信号3Sのオフセット変動が小さく抑制される。
このようにして、図3と同様の信号波形を有する、被比較信号41Sおよびデジタル基準信号42Sが生成されて、デジタル位相比較回路43のXOR回路43Aに入力され、これら位相差に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号4Sが得られる。
次に、図10を参照して、本発明の第5の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図10は、本発明の第5の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図8と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、応答信号変換回路41をしきい値回路41Bで構成した場合を例として説明する。
しきい値回路41Bは、インバータ回路(反転論理回路)を組み合わせたバッファ回路等により実現され、応答信号生成部3からの応答信号3Sを所定のしきい値電圧Vt2と比較することによりデジタル信号に変換し被比較信号41Sとして出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、しきい値回路41B以外の構成については、第4の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
応答信号生成部3に入力された交流正弦波の供給信号2Sは、電流−電圧変換回路31の抵抗素子RrおよびRsを介して、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。この際、被検体10のインピーダンスに応じて印加信号1Sの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Rsの両端に発生する。差動増幅器31Aは、この抵抗素子Rsの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の正弦波発生回路22Aでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
このようにして、図3と同様の信号波形を有する、被比較信号41Sおよびデジタル基準信号42Sが生成されて、デジタル位相比較回路43のXOR回路43Aに入力され、これら位相差に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号4Sが得られる。
ここで、検出信号4Sの各パルスの幅をTaとTbとすると、φ=(Ta−Tb)/2と表される。このため、検出信号4Sのパルスの幅TaとTbを抽出することにより被比較信号41Sとデジタル基準信号42Sの位相差φを得ることができる。
したがって、しきい値回路41Bで用いられるVt2は、応答信号3Sの中心電圧を用いる必要はない。また、しきい値回路42Cでデジタル基準信号42Sの生成に用いられるしきい値電圧Vt1についても、供給信号2Sの中心電圧を用いる必要はない。
したがって、プロセス変動によりこれらしきい値電圧が変動しても、被比較信号41Sとデジタル基準信号42Sの位相差、すなわち被検体10のインピーダンスのリアクタンス成分に応じた位相情報を精度よく検出することが可能となる。
次に、図12を参照して、本発明の第6の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図12は、本発明の第6の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図10と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、波形情報検出部4において、応答信号生成部3からの応答信号3Sに基づいて、被検体10のインピーダンスのリアクタンス成分を示す位相情報と抵抗成分を示す振幅情報の両方を検出する場合を例として説明する。
パルス変換回路44のしきい値回路44Aは、応答信号3Sを所定のしきい値電圧Vt3と比較することにより、応答信号3Sから波形情報として応答信号3Sの電圧変化を検出し、この電圧変化に基づいて応答信号3Sの大きさ、すなわち被検体10のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有する矩形波からなる検出信号(第2の検出信号)4SBを生成して出力する機能を有している。しきい値回路については、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、パルス変換回路44以外の構成については、第5の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
応答信号生成部3に入力された交流正弦波の供給信号2Sは、電流−電圧変換回路31の抵抗素子RrおよびRsを介して、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。この際、被検体10のインピーダンスに応じて印加信号1Sの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Rsの両端に発生する。差動増幅器31Aは、この抵抗素子Rsの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の正弦波発生回路22Aでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、正弦波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
また、電流−電圧変換回路31に差動増幅器31Aを用いているため、応答信号3Sの基準電位は、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位となるとともに、被検体10の抵抗成分が所定値より大きい場合は中間電位より低い電位となり、抵抗成分が上記所定値より小さい場合は中間電位より高い電位となる。
したがって、被検体10の抵抗成分が所定値より小さい場合、その応答信号3Sの大きさ、ここでは応答信号3Sの上側ピーク電圧から接地電位(0V=GND)までの振幅Aに対応したパルス幅TAを有する検出信号4Sが生成される。また、被検体10の抵抗成分が所定値より大きい場合、その応答信号3Sの大きさ、ここでは応答信号3Sの上側ピーク電圧から接地電位(0V=GND)までの振幅Bに対応したパルス幅TBを有する検出信号4Sが生成される。
これにより、被検体の材料や材質を選択してその抵抗成分およびリアクタンス成分を個別に調整することが極めて難しくなり、人工指による不正認識行為に対して高いセキュリティが得られる。
第5の実施の形態で説明したように、しきい値回路41Bは、しきい値回路44Aと同等の機能を有しており、被比較信号41Sは被検体10のインピーダンスの抵抗成分に応じたパルス幅を有する矩形波と見なせる。
したがって、しきい値回路41Bの出力を検出信号4SBとして出力する配線や出力端子を設けるだけで、しきい値回路44Aを省くことができ、さらに簡素な回路構成で、被検体10のインピーダンスの抵抗成分とリアクタンス成分を検出することができる。
次に、図15を参照して、本発明の第7の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図15は、本発明の第7の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図10と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、第5の実施の形態において、供給信号2Sとして三角波を用いた場合を例として説明する。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、三角波発生回路22B以外の構成については、第5の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
三角波発生回路22Bから出力されて応答信号生成部3に入力された交流三角波の供給信号2Sは、電流−電圧変換回路31の抵抗素子RrおよびRsを介して、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。この際、被検体10のインピーダンスに応じて印加信号1Sの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Rsの両端に発生する。差動増幅器31Aは、この抵抗素子Rsの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の三角波発生回路22Bでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、三角波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
また、被検体10のインピーダンスが抵抗成分のみの場合、三角波からなる供給信号2Sを被検体10へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は三角波と同じ波形の応答波形となり、元の三角波の波形を有する応答信号3Srが得られる。
応答信号3Sは、応答信号変換回路41のしきい値回路41Bで所定のしきい値電圧Vt2と比較されて、その振幅の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる被比較信号41Sに変換される。
これら被比較信号41Sとデジタル基準信号42Sは、デジタル位相比較回路43のXOR回路43Aに入力されて位相差が検出され、その位相差に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号4Sが出力される。
ここで、検出信号4Sの各パルスの幅をTaとTbとすると、φ=(Ta−Tb)/2と表される。このため、検出信号4Sのパルスの幅TaとTbを抽出することにより被比較信号41Sとデジタル基準信号42Sの位相差φを得ることができる。
次に、図18を参照して、本発明の第8の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図18は、本発明の第8の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図15と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、第7の実施の形態において、応答信号生成部3と応答信号変換回路41との間にローパスフィルタ45を設けた場合を例として説明する。
ローパスフィルタ45は、三角波からなる応答信号3Sに含まれる高周波成分を除去する機能を有している。ローパスフィルタについては、本実施の形態に独特の構成は必要なく、一般的な公知の回路を用いればよい。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、ローパスフィルタ45以外の構成については、第7の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
三角波発生回路22Bから出力されて応答信号生成部3に入力された交流三角波の供給信号2Sは、電流−電圧変換回路31の抵抗素子RrおよびRsを介して、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。この際、被検体10のインピーダンスに応じて印加信号1Sの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Rsの両端に発生する。差動増幅器31Aは、この抵抗素子Rsの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の三角波発生回路22Bでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、三角波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
この後、応答信号3Sは、ローパスフィルタ45で高周波成分が除去された後、パルス変換回路44のしきい値回路44Aで所定のしきい値電圧Vt3と比較されて、応答信号3Sの振幅値に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号4Sが得られる。
次に、図20を参照して、本発明の第9の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置について説明する。図20は、本発明の第9の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の構成を示すブロック図であり、前述した図10と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
本実施の形態では、第5の実施の形態において、供給信号2Sとして台形波を用いた場合を例として説明する。
なお、本実施の形態にかかるインピーダンス検出装置において、台形波発生回路22C以外の構成については、第5の実施の形態と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
台形波発生回路22Cから出力されて応答信号生成部3に入力された交流台形波の供給信号2Sは、電流−電圧変換回路31の抵抗素子RrおよびRsを介して、印加信号1Sとして検出素子1に印加される。この際、被検体10のインピーダンスに応じて印加信号1Sの電流が変化し、その電流変化が抵抗素子Rsの両端に発生する。差動増幅器31Aは、この抵抗素子Rsの両端の電位差を差動増幅することにより、被検体10に流れる電流の位相情報を電圧信号に変換し、応答信号3Sとして出力する。
供給信号生成部2の台形波発生回路22Cでは、回路の動作電源電位VDDと接地電位(0V=GND)のほぼ中間の電位VAを中心電圧とした、台形波からなる供給信号2Sが生成され、応答信号生成部3へ出力される。
また、被検体10のインピーダンスが抵抗成分のみの場合、台形波からなる供給信号2Sを被検体10へ入力すると、そのインピーダンスに流れる電流は台形波と同じ波形の応答波形となり、元の台形波の波形を有する応答信号3Srが得られる。
応答信号3Sは、応答信号変換回路41のしきい値回路41Bで所定のしきい値電圧Vt2と比較されて、その振幅の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる被比較信号41Sに変換される。
これら被比較信号41Sとデジタル基準信号42Sは、デジタル位相比較回路43のXOR回路43Aに入力されて位相差が検出され、その位相差に対応したパルス幅を有する信号波形の検出信号4Sが出力される。
ここで、検出信号4Sの各パルスの幅をTaとTbとすると、φ=(Ta−Tb)/2と表される。このため、検出信号4Sのパルスの幅TaとTbを抽出することにより被比較信号41Sとデジタル基準信号42Sの位相差φを得ることができる。
次に、図23を参照して、本発明の第10の実施の形態にかかる生体認識装置および指紋認識装置について説明する。図23は、本発明の第10の実施の形態にかかる生体認識装置および指紋認識装置の構成を示すブロック図である。
インピーダンス検出装置100は、本発明の第1〜第9の実施の形態で説明したいずれかのインピーダンス検出装置から構成されており、被検体10に対して所定の印加信号1Sを印加し、被検体10に流れる電流に基づいて被検体のインピーダンスを検出し、当該インピーダンスに応じた波形情報を有する検出信号4Sを出力する機能を有している。
このように、インピーダンス検出装置100として本発明の各実施の形態で説明したいずれかのインピーダンス検出装置を用いているため、高い精度で被検体のインピーダンスを検出でき、被検体に対する生体認識精度を高めることができる。
生体認識装置110は、前述のとおり、本発明の第1〜第9の実施の形態で説明したいずれかのインピーダンス検出装置を用いて、被検体10が生体か否かを認識する機能を有している。
指紋認証部112は、指紋検出装置111ら出力された指紋データ111Sと予め登録しておいた正当な指紋を示す照合データとを照合し、その照合結果に基づいて利用者の指紋認証を行う機能を有している。
認証判定部113は、生体認識装置110から出力された生体認識結果110Sと指紋認証部112から出力された指紋認証結果112Sとに基づいて利用者の指紋認証成否を判定し、判定結果120Sを出力する機能を有している。
これら指紋検出装置111、指紋認証部112、および認証判定部113は、専用の回路から構成してもよく、CPUなどの演算処理部を用いて構成してもよい。
以上の各実施の形態では、当該実施の形態の特徴的構成について理解を容易とするため、それぞれ近しい構成からなる実施の形態をベースとして説明したが、当該実施の形態の全体構成についてはそれぞれの実施の形態で説明した構成例に限定されるものではなく、他の実施の形態と任意に組合せて実施してもよい。
Claims (19)
- 被検体と電気的に接触する検出素子と、
交流の供給信号を生成する供給信号生成部と、
前記供給信号生成部と前記検出素子との間に接続されて、前記供給信号に応じた印加信号を前記被検体へ印加するとともに、前記印加信号に伴って前記被検体に流れる電流により変化する交流の応答信号を生成して出力する応答信号生成部と、
前記応答信号から当該応答信号の波形の特徴を示す波形情報を検出し、この波形情報に基づいて前記被検体のインピーダンスに応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出部と
を備え、
前記波形情報検出部は、
前記応答信号を当該応答信号の電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号に変換して出力する応答信号変換回路と、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第1の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較回路と
を有する
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記供給信号生成部は、所定周波数のクロック信号を生成して出力する周波数発生回路と、前記クロック信号に基づいて当該クロック信号に同期した正弦波、三角波、または台形波のいずれか1つを生成し前記供給信号として出力する波形整形回路とを有することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記応答信号変換回路は、前記応答信号を増幅することによりデジタル信号に変換し前記被比較信号として出力するリミッタアンプからなることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記応答信号変換回路は、前記応答信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し前記被比較信号として出力するしきい値回路からなることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記デジタル位相比較回路は、前記被比較信号と前記デジタル基準信号の排他的論理和を前記検出信号として出力する排他的論理和回路からなることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項2に記載のインピーダンス検出装置において、
前記波形情報検出部は、前記クロック信号を前記デジタル基準信号として用いることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記波形情報検出部は、前記供給信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し前記デジタル基準信号として出力するしきい値回路からなるデジタル基準信号発生回路を有することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記波形情報検出部は、前記供給信号に同期した基準信号を生成する基準信号発生回路と、前記基準信号を所定のしきい値電圧と比較することによりデジタル信号に変換し前記デジタル基準信号として出力するしきい値回路と、からなるデジタル基準信号発生回路を有することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記波形情報検出部は、前記波形情報として前記応答信号の電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて前記応答信号を前記応答信号の大きさに応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第2の検出信号へ変換し前記検出信号として出力するパルス変換回路をさらに有することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項9に記載のインピーダンス検出装置において、
前記パルス変換回路は、前記応答信号を所定のしきい値電圧と比較し、その比較結果に応じたデジタル信号を前記第2の検出信号として出力するしきい値回路からなることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項4に記載のインピーダンス検出装置において、
前記しきい値回路は、前記応答信号を所定のしきい値電圧と比較することにより得られた前記被比較信号を、前記被検体のインピーダンスにより変化する前記応答信号の電圧変化に応じたパルス幅を有する第2の検出信号として出力することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記波形情報検出部は、前記応答信号に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタをさらに有し、
前記応答信号変換回路は、前記ローパスフィルタから出力された応答信号を前記被比較信号へ変換する
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記検出素子は、前記被検体と電気的に接触しかつ所定の共通電位に接続されている第1の検出電極と、前記被検体と電気的に接触して前記応答信号生成部からの前記印加信号を前記被検体へ印加する第2の検出電極とを有することを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記応答信号生成部は、前記供給信号生成部と前記検出素子との間に接続された抵抗素子で構成され、当該抵抗素子と前記検出素子との接続節点から前記応答信号を出力する電流−電圧変換回路からなることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記応答信号生成部は、前記供給信号生成部と前記検出素子との間に接続された抵抗素子と、当該抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより前記応答信号を生成して出力する差動増幅器を有する電流−電圧変換回路からなることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 請求項1に記載のインピーダンス検出装置において、
前記応答信号生成部は、一端が前記供給信号生成部に接続された第1の抵抗素子と、当該第1の抵抗素子の他端と前記検出素子との間に接続された第2の抵抗素子と、前記第2の抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより前記応答信号を生成して出力する差動増幅器を有する電流−電圧変換回路からなることを特徴とするインピーダンス検出装置。 - 検出素子を介して電気的に接触した被検体に対し、交流の供給信号に応じた印加信号を印加するとともに、前記印加信号に伴って前記被検体に流れる電流により変化する応答信号を生成して出力する応答信号生成ステップと、
前記応答信号から当該応答信号の波形の特徴を示す波形情報を検出し、この波形情報に基づいて前記被検体のインピーダンスに応じた検出信号を生成して出力する波形情報検出ステップと
を備え、
前記波形情報検出ステップは、
前記応答信号を当該応答信号の電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号に変換して出力する応答信号変換ステップと、
前記供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と前記被比較信号との位相を比較することにより、前記波形情報として前記被比較信号と前記供給信号の位相差を検出し、当該位相差に応じたパルス幅を有するデジタル信号からなる第1の検出信号を生成し前記検出信号として出力するデジタル位相比較ステップと
を有する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。 - 被検体のインピーダンスに応じた検出信号を出力する請求項1に記載のインピーダンス検出装置と、
前記インピーダンス検出装置から出力された検出信号に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する生体認識部と
を備えることを特徴とする生体認識装置。 - 被検体のインピーダンスに応じた検出信号に基づき前記被検体が生体であるか否かを判定する請求項18に記載された生体認識装置と、
前記被検体から指紋の凹凸を示す指紋データを検出する指紋検出装置と、
前記指紋データと予め登録されている照合データとを照合し、その照合結果に基づいて利用者の指紋認証を行う指紋認証部と、
前記生体認識装置から出力された生体判定結果と前記指紋認証部から出力された指紋認証結果とに基づいて前記利用者の指紋認証成否を判定する認証判定部と
を備えることを特徴とする指紋認証装置。
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