JP2010019785A - Sensor device for recognition of surface figure - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device for recognition of surface figure which can obtain a higher accuracy in detecting a living body with a small circuit scale. <P>SOLUTION: A variable frequency oscillating section 41 for generating a basic signal 4S having a certain wavelength in accordance with an input wavelength adjustment value 42 is provided in a basic signal generating section 4. Prior to carrying out an A/D converting action in a second A/D converting section 31, such as, for example, during the start of a sensor device 10 for recognition of a surface figure, based on an adjustment action controlling signal 4R from the controlling section 25, a wavelength adjusting action is carried out for adjusting the wavelength of the basic signal 4S. By changing a wavelength adjusting value 42S such that a counting result 4X from a counting section 43 is within a predetermined allowable range, the wavelength of the basic signal 4S is adjusted. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、生体認識技術に関し、特に被検体から指紋などの生体情報を検出して個人認識を行う際に、その被検体が生体か否かを判定する表面形状認識技術に関する。   The present invention relates to a biological recognition technology, and more particularly to a surface shape recognition technology for determining whether or not a subject is a living body when performing personal recognition by detecting biological information such as a fingerprint from the subject.

被検体から指紋などの生体情報を検出して個人認識を行う表面形状認識センサ装置において、その被検体が生体か否かを判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
図１２は、従来の表面形状認識センサ装置の概観図である。図１３は、従来の表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。図１４は、従来の表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。 In a surface shape recognition sensor device that performs personal recognition by detecting biological information such as a fingerprint from a subject, a technique for determining whether or not the subject is a living body has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 12 is a schematic view of a conventional surface shape recognition sensor device. FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional surface shape recognition sensor device. FIG. 14 is a block diagram showing an overall configuration of a conventional surface shape recognition sensor device.

この表面形状認識センサ装置１０は、ＬＳＩチップにセンサアレイ５と、表面形状検出部２および生体認識部３などの各回路部とを形成し、このセンサアレイ５で被検体９の表面形状を検出し、２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する装置である。
センサアレイ５には、表面形状検出用の複数の容量検出ユニット２０が対となる検出素子１Ａとともに格子状(行列マトリクス状)に配置されている。容量検出ユニット２０は、被検体９の表面形状との間に生じた容量を、対となる検出素子１Ａで検出し、表面形状の凹凸に応じた期間だけ有効な値を示す容量信号２０Ｓを出力する機能を有している。制御部２５、列セレクタ２６、第１のＡ／Ｄ変換部２７、および行セレクタ２８は、各容量検出ユニット２０とともに、表面形状検出部２を構成する回路部である。 This surface shape recognition sensor device 10 forms a sensor array 5 and circuit portions such as a surface shape detection unit 2 and a living body recognition unit 3 on an LSI chip, and detects the surface shape of the subject 9 with the sensor array 5. The apparatus generates and outputs two-dimensional surface shape data 2S.
In the sensor array 5, a plurality of capacitance detection units 20 for detecting a surface shape are arranged in a lattice (matrix matrix) together with a pair of detection elements 1A. The capacitance detection unit 20 detects the capacitance generated between the subject 9 and the surface shape of the subject 9 with the pair of detection elements 1A, and outputs a capacitance signal 20S indicating an effective value only for the period corresponding to the surface shape unevenness. It has a function to do. The control unit 25, the column selector 26, the first A / D conversion unit 27, and the row selector 28 are circuit units that constitute the surface shape detection unit 2 together with the capacitance detection units 20.

表面形状検出部２は、制御部２５および列セレクタ２６から各容量検出ユニット２０を列単位で順に走査し、各容量検出ユニット２０で得られた容量信号２０Ｓを第１のＡ／Ｄ変換部２７で凹凸データ２７ＳへＡ／Ｄ変換した後、行セレクタ２８でこれら凹凸データ２７Ｓを行単位で順に選択することにより、被検体９の表面形状を示す２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する。   The surface shape detection unit 2 sequentially scans each capacitance detection unit 20 from the control unit 25 and the column selector 26 in units of columns, and the capacitance signal 20S obtained by each capacitance detection unit 20 is a first A / D conversion unit 27. After the A / D conversion to the concavo-convex data 27S, the row selector 28 sequentially selects the concavo-convex data 27S in units of rows, thereby generating and outputting two-dimensional surface shape data 2S indicating the surface shape of the subject 9. To do.

表面形状認識センサ装置１０では、容量検出ユニット２０のうちのいずれか、図１４の例ではセンサアレイ５の中央に配置されている容量検出ユニット２０に代えて、生体認識用のインピーダンス検出ユニット３０が対となる検出素子１Ｂとともに配置されている。インピーダンス検出ユニット３０は、対となる検出素子１Ｂを介して被検体９と電気的に接触することにより、被検体９のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じた期間だけ有効な値を示す検出信号３０Ｓを出力する。第２のＡ／Ｄ変換部３１、生体判定部３２、および基準信号発生部３３は、インピーダンス検出ユニット３０とともに、生体認識部３を構成する回路部である。   In the surface shape recognition sensor device 10, an impedance detection unit 30 for biometric recognition is used instead of any one of the capacitance detection units 20, in the example of FIG. 14, the capacitance detection unit 20 arranged in the center of the sensor array 5. It arrange | positions with the detection element 1B used as a pair. The impedance detection unit 30 detects the impedance of the subject 9 by making electrical contact with the subject 9 via the paired detection elements 1B, and shows a detection signal that shows an effective value only for a period corresponding to the impedance. 30S is output. The second A / D conversion unit 31, the living body determination unit 32, and the reference signal generation unit 33 are circuit units that constitute the living body recognition unit 3 together with the impedance detection unit 30.

生体認識部３は、基準信号発生部３３で生成された基準信号３３Ｓに基づいて、インピーダンス検出ユニット３０から出力された検出信号３０Ｓを、第２のＡ／Ｄ変換部３１でＡ／Ｄ変換し、得られた判定データ３１Ｓに基づいて生体判定部３２で被検体９が生体か否かを判定し、その判定結果を生体認識結果３Ｓとして出力する。   The biometric recognition unit 3 performs A / D conversion on the detection signal 30S output from the impedance detection unit 30 based on the reference signal 33S generated by the reference signal generation unit 33 by the second A / D conversion unit 31. Based on the obtained determination data 31S, the living body determination unit 32 determines whether or not the subject 9 is a living body, and outputs the determination result as a living body recognition result 3S.

図１５は、第１のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。この第１のＡ／Ｄ変換部２７は、データ線２０Ｌごとに設けられた、ＡＮＤ回路２７Ａおよびカウンタ２７Ｂと、ＡＮＤ回路２７Ｃとから構成されている。
ＡＮＤ回路２７Ｃは、制御部２５からの変換動作制御信号２７Ｄが有効な値を示すＡ／Ｄ変換動作期間だけ、制御部２５からのクロック信号２７Ｔを各ＡＮＤ回路２７Ａへ出力する。 FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration of the first A / D converter. The first A / D converter 27 includes an AND circuit 27A, a counter 27B, and an AND circuit 27C provided for each data line 20L.
The AND circuit 27C outputs the clock signal 27T from the control unit 25 to each AND circuit 27A only during the A / D conversion operation period in which the conversion operation control signal 27D from the control unit 25 indicates a valid value.

ＡＮＤ回路２７Ａは、対応するデータ線２０Ｌの容量信号２０Ｓが有効な値を示す期間だけ、ＡＮＤ回路２７Ｃからのクロック信号２７Ｔをカウンタ２７Ｂへ入力する。カウンタ２７Ｂは、所定のリセット信号（図示せず）でカウント値をリセットした後、対応するＡＮＤ回路２７Ａを介して入力されたクロック信号２７Ｔのパルスを計数し、その計数結果を並列ビットデータからなる凹凸データ２７Ｓとして行セレクタ２８へ出力する。これにより、Ａ／Ｄ変換動作期間において、容量信号２０Ｓが並列してＡ／Ｄ変換され、凹凸データ２７Ｓとして出力される。   The AND circuit 27A inputs the clock signal 27T from the AND circuit 27C to the counter 27B only during the period when the capacitance signal 20S of the corresponding data line 20L shows a valid value. The counter 27B resets the count value with a predetermined reset signal (not shown), then counts the pulses of the clock signal 27T input via the corresponding AND circuit 27A, and the count result is composed of parallel bit data. The unevenness data 27S is output to the row selector 28. Thereby, in the A / D conversion operation period, the capacitance signal 20S is A / D converted in parallel and output as the unevenness data 27S.

図１６は、第２のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。この第２のＡ／Ｄ変換部３１は、ＡＮＤ回路３１Ａとカウンタ３１Ｂとから構成されている。ＡＮＤ回路３１Ａは、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓが有効な値を示す期間だけ、制御部２５からの基準信号３３Ｓをカウンタ３１Ｂへ入力する。カウンタ３１Ｂは、所定のリセット信号（図示せず）でカウント値をリセットした後、ＡＮＤ回路３１Ａを介して入力された基準信号３３Ｓのパルスを計数し、その計数結果を並列ビットデータからなるＡ／Ｄ変換値、すなわち判定データ３１Ｓとして生体判定部３２へ出力する。   FIG. 16 is a circuit diagram showing a configuration of the second A / D converter. The second A / D converter 31 includes an AND circuit 31A and a counter 31B. The AND circuit 31A inputs the reference signal 33S from the control unit 25 to the counter 31B only during a period when the detection signal 30S from the impedance detection unit 30 shows a valid value. The counter 31B resets the count value with a predetermined reset signal (not shown), then counts the pulses of the reference signal 33S input via the AND circuit 31A, and outputs the count result as A / The D conversion value, that is, determination data 31S is output to the living body determination unit 32.

国際公開番号：ＷＯ２００５／０１９７６７Ａ１International publication number: WO2005 / 0197767A1

しかしながら、このような従来技術では、基準信号３３Ｓを基準信号発生部３３として、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップに搭載したリングオシレータを用いているため、トランジスタの製造バラツキに起因するチップごとの基準信号３３Ｓの周波数バラツキが発生し、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓに基づくインピーダンス検出精度が低下し、生体判定精度の低下に繋がるという問題点があった。   However, in such a conventional technique, since the reference signal 33S is used as the reference signal generator 33 and a ring oscillator mounted on an LSI chip constituting the surface shape recognition sensor device 10 is used, a chip due to transistor manufacturing variation. There is a problem in that the frequency variation of the reference signal 33S of each signal occurs, the impedance detection accuracy based on the detection signal 30S from the impedance detection unit 30 is lowered, and the living body determination accuracy is lowered.

また、基準信号発生部３３としてＰＬＬを用いた場合には、基準信号３３Ｓの周波数バラツキを抑えることができるものの、ＰＬＬ自体の回路規模が大きいため表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップも大きくなり、製造コストが増大するという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、小さな回路規模で高い生体判定精度が得られる表面形状認識センサ装置を提供することを目的としている。 In addition, when a PLL is used as the reference signal generator 33, the frequency variation of the reference signal 33S can be suppressed. However, since the circuit scale of the PLL itself is large, the LSI chip constituting the surface shape recognition sensor device 10 is also large. As a result, the manufacturing cost increases.
An object of the present invention is to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a surface shape recognition sensor device capable of obtaining high biological determination accuracy with a small circuit scale.

このような目的を達成するために、本発明にかかる表面形状認識センサ装置は、格子状に配置された第１の検出素子ごとに設けられ、被検体との間に生じた容量を当該第１の検出素子で検出し、その容量に応じた容量信号をそれぞれ出力する複数の容量検出ユニットと、容量検出ユニットのうち列方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数の制御線と、容量検出ユニットのうち行方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数のデータ線と、制御線のいずれか１つを順次選択することにより当該制御線に接続された容量検出ユニット列を選択する列セレクタと、列セレクタにより選択された選択列の容量検出ユニットから当該データ線に出力された容量信号を、当該選択列における被検体表面形状を示す凹凸データにＡ／Ｄ変換してそれぞれ出力するＡ／Ｄ変換部と、列セレクタにより容量検出ユニット列が選択されるごとに、Ａ／Ｄ変換部から出力された凹凸データを列方向に１つずつ順次選択することにより、被検体の表面形状を示す表面形状データとして出力する行セレクタと、容量検出ユニットのいずれかに代えて第２の検出素子とともに配置され、当該第２の検出素子を介して被検体と電気的に接触することにより被検体のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号を出力するインピーダンス検出ユニットと、入力された周波数調整値に応じた一定周波数の基準信号を生成する可変周波数発振部を含む基準信号生成部と、基準信号のパルス数をカウンタにより検出信号のパルス幅に相当する期間にわたり計数し、得られた第１の計数結果を検出信号のＡ／Ｄ変換値として出力する第２のＡ／Ｄ変換部と、第２のＡ／Ｄ変換部で得られたＡ／Ｄ変換値に基づき被検体が生体であるか否かを判定する生体判定部とを備え、基準信号生成部は、第２のＡ／Ｄ変換部で検出信号をＡ／Ｄ変換する以前の周波数調整動作時に、可変周波数発振部で生成された基準信号のパルス数を一定の計測期間にわたり計数し、得られた第２の計数結果が所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値を変更し、第２の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値を可変周波数発振部へ保持出力する周波数調整部を含む。   In order to achieve such an object, the surface shape recognition sensor device according to the present invention is provided for each first detection element arranged in a grid pattern, and the capacitance generated between the first detection element and the subject is measured in the first. A plurality of capacitance detection units that each detect a capacitance signal corresponding to the capacitance, a plurality of control lines that connect the capacitance detection units arranged in the column direction among the capacitance detection units, and among the capacitance detection units A column selector that selects a plurality of data lines connecting the capacitance detection units arranged in the row direction and a control line by sequentially selecting one of the control lines, and a column selector to select The capacitance signal output from the capacitance detection unit in the selected column to the data line is A / D converted into the concavo-convex data indicating the surface shape of the subject in the selected column, and each is output. Each time the capacitance detection unit column is selected by the / D conversion unit and the column selector, the unevenness data output from the A / D conversion unit is sequentially selected one by one in the column direction, thereby changing the surface shape of the subject. The row selector that outputs the surface shape data to be shown and the second detection element instead of either of the capacitance detection units, and the subject by making electrical contact with the subject via the second detection element A reference signal including an impedance detection unit that detects a current impedance and outputs a detection signal having a pulse width according to the impedance, and a variable frequency oscillation unit that generates a reference signal having a constant frequency according to the input frequency adjustment value The generator and the counter count the number of pulses of the reference signal over a period corresponding to the pulse width of the detection signal, and the obtained first counting result is A second A / D conversion unit that outputs the A / D conversion value of the output signal, and whether or not the subject is a living body based on the A / D conversion value obtained by the second A / D conversion unit A reference signal generation unit that determines the reference signal generated by the variable frequency oscillation unit during the frequency adjustment operation before the A / D conversion of the detection signal by the second A / D conversion unit. When the number of pulses is counted over a certain measurement period, the frequency adjustment value is changed so that the obtained second count result falls within a predetermined allowable range, and when the second count result falls within the allowable range, A frequency adjustment unit that holds and outputs the adjustment value to the variable frequency oscillation unit is included.

この際、基準信号生成部に、可変周波数発振部で生成された基準信号のパルス数を計測期間ごとに計数し、得られた第２の計数結果を周波数調整部へ出力するカウント部を設けてもよい。   At this time, the reference signal generation unit is provided with a count unit that counts the number of pulses of the reference signal generated by the variable frequency oscillation unit for each measurement period and outputs the obtained second count result to the frequency adjustment unit. Also good.

また、カウント部で、入力されたカウント制御信号のパルス幅で規定された計測期間長ごとに基準信号のパルス数を計数し、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を周波数調整値として出力し、第３の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を周波数調整値として可変周波数発振部へ保持出力するようにしてもよい。   Further, the count unit counts the number of pulses of the reference signal for each measurement period length defined by the pulse width of the input count control signal, and the frequency adjustment unit until the second count result falls within an allowable range. A third count result obtained by sequentially counting the number of pulses of the count control signal is output as a frequency adjustment value, and when the third count result falls within an allowable range, the third count result is used as a frequency adjustment value and a variable frequency. You may make it hold-output to an oscillation part.

また、基準信号生成部に、周波数調整動作時、検出信号に代えて計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号を第２のＡ／Ｄ変換部へ入力するセレクタを設け、周波数調整部で、第２のＡ／Ｄ変換部で得られたＡ／Ｄ変換値を、計測期間にわたり基準信号のパルス数を計数して得られた第２の計数結果として用いるようにしてもよい。   The reference signal generator is provided with a selector for inputting a count control signal having a pulse width of the measurement period length to the second A / D converter instead of the detection signal during the frequency adjustment operation. The A / D conversion value obtained by the second A / D conversion unit may be used as the second counting result obtained by counting the number of pulses of the reference signal over the measurement period.

また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を周波数調整値として出力し、第３の計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を周波数調整値として可変周波数発振部へ保持出力するようにしてもよい。   Further, the frequency adjustment unit outputs the third count result obtained by sequentially counting the number of pulses of the count control signal until the second count result falls within the allowable range, and the third count result is within the allowable range. At this time, the third count result may be held and output to the variable frequency oscillating unit as a frequency adjustment value.

また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収まるまで、周波数調整値を初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更するようにしてもよい。   The frequency adjustment unit may sequentially change the frequency adjustment value from the initial value to either increase or decrease until the second count result falls within the allowable range.

また、周波数調整部で、第２の計数結果が許容範囲に収っていない場合、第２の計数結果と許容範囲に含まれる任意のしきい値との計数差と、周波数調整値の差分調整値との対応関係に基づいて、第２の計数結果としきい値との計数差に対応する差分調整値を算出し、当該差分調整値分だけ周波数調整値を一度にまとめて変更して可変周波数発振部へ出力するようにしてもよい。   Further, in the frequency adjustment unit, when the second count result does not fall within the allowable range, the difference between the count difference between the second count result and an arbitrary threshold value included in the allowable range, and the difference adjustment of the frequency adjustment value Based on the correspondence relationship with the value, a difference adjustment value corresponding to the count difference between the second count result and the threshold value is calculated, and the frequency adjustment value is changed and changed at a time by the difference adjustment value. You may make it output to an oscillation part.

また、インピーダンス検出ユニットと第２のＡ／Ｄ変換部との間に設けられた、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路をさらに設けてもよい。   Further, a signal transmission circuit including a plurality of amplifiers connected in series to each other may be provided between the impedance detection unit and the second A / D conversion unit.

この際、信号伝達回路を、インピーダンス検出ユニットからの検出信号を反転出力するインバータと、互いに直列接続された複数の差動増幅器からなり、検出信号とインバータからの反転検出信号とを入力とする差動増幅器群と、差動増幅器群からの差動出力をシングルエンド出力に変換して出力する信号変換回路とから構成してもよい。   At this time, the signal transmission circuit is composed of an inverter that inverts and outputs the detection signal from the impedance detection unit and a plurality of differential amplifiers connected in series with each other, and the difference between the detection signal and the inversion detection signal from the inverter as inputs. You may comprise a dynamic amplifier group and the signal conversion circuit which converts the differential output from a differential amplifier group into a single end output, and outputs it.

本発明によれば、ＰＬＬなどの規模が大きい回路を用いることなく、比較的規模の小さい回路で、第２のＡ／Ｄ変換部でのＡ／Ｄ変換に用いる基準信号の周波数を正確に調整することができる。このため、ＬＳＩチップの製造バラツキに大きな影響を受けることなく、インピーダンス検出ユニットからの検出信号を用いた被検体のインピーダンスを、精度良く検出することができ、高い生体判定精度が得られる。   According to the present invention, the frequency of the reference signal used for A / D conversion in the second A / D converter is accurately adjusted with a relatively small circuit without using a large circuit such as a PLL. can do. Therefore, the impedance of the subject using the detection signal from the impedance detection unit can be detected with high accuracy without being greatly affected by the manufacturing variation of the LSI chip, and high living body determination accuracy can be obtained.

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［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表面形状認識センサ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表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a surface shape recognition sensor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a surface shape recognition sensor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the surface shape recognition sensor device according to the first embodiment of the present invention.

この表面形状認識センサ装置１０は、指の指紋などの微細な凹凸を有する被検体の照合対象表面の形状と照合データと比較照合することにより被検体の認証を行う表面形状認識センサ装置において、被検体の表面形状を検出する回路装置として用いられる。
表面形状認識センサ装置１０の概観は、前述した従来の表面形状認識センサ装置で示した図１２と同等である。なお、以下では、前述した図１２〜１６と同じまたは同等部分について、同一符号を用いて説明する。 This surface shape recognition sensor device 10 is a surface shape recognition sensor device that authenticates a subject by comparing and collating the shape of a surface to be collated with a subject having fine irregularities such as a fingerprint of a finger against collation data. It is used as a circuit device for detecting the surface shape of a specimen.
The appearance of the surface shape recognition sensor device 10 is equivalent to FIG. 12 shown in the conventional surface shape recognition sensor device described above. In the following, the same or equivalent parts as those in FIGS. 12 to 16 described above will be described using the same reference numerals.

表面形状認識センサ装置１０には、前述した図１２に示すように、ＬＳＩチップの上に２次元（アレイ状や格子状）に配置された多数の微細な検出素子１（１Ａ，１Ｂ）を有するセンサアレイ５が設けられている。
この表面形状認識センサ装置１０のセンサ面８に指など被検体９を接触させることにより、その被検体９の表面、ここでは指紋の凹凸形状がそれぞれの検出素子１を介して個別に検出され、被検体９の表面形状を示す表面形状データが出力される。 As shown in FIG. 12 described above, the surface shape recognition sensor device 10 has a large number of fine detection elements 1 (1A, 1B) arranged two-dimensionally (array or lattice) on an LSI chip. A sensor array 5 is provided.
By bringing the subject 9 such as a finger into contact with the sensor surface 8 of the surface shape recognition sensor device 10, the surface of the subject 9, here, the uneven shape of the fingerprint, is individually detected via each detection element 1, Surface shape data indicating the surface shape of the subject 9 is output.

図２に示すように、センサアレイ５には、表面形状検出用の複数の容量検出ユニット２０が対となる検出素子（第１の検出素子）１Ａとともに２次元（アレイ状や格子状）に配置されている。また、容量検出ユニット２０のうちのいずれか、図２の例では格子状に配置されたセンサアレイ５の中央に配置されているｍ行×ｎ列分の容量検出ユニット２０に代えて、生体認識用のインピーダンス検出ユニット３０が対となる検出素子（第２の検出素子）１Ｂとともに配置されている。   As shown in FIG. 2, in the sensor array 5, a plurality of capacitance detection units 20 for surface shape detection are arranged in two dimensions (array shape or grid shape) together with a detection element (first detection element) 1A as a pair. Has been. Further, in place of any one of the capacitance detection units 20, in the example of FIG. 2, the capacitance detection unit 20 of m rows × n columns arranged in the center of the sensor array 5 arranged in a lattice shape, the biometric recognition is performed. The impedance detection unit 30 for use is arranged together with a pair of detection elements (second detection elements) 1B.

この表面形状認識センサ装置１０には、図１に示すように、機能ブロックとして、表面形状検出部２、生体認識部３、および基準信号生成部４が設けられており、センサアレイ５とともに同一ＬＳＩチップの周辺空き領域に形成されている。
表面形状検出部２は、各容量検出ユニット２０で検出した被検体９の表面形状を示す容量信号２０Ｓに基づいて、２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する機能を有している。 As shown in FIG. 1, the surface shape recognition sensor device 10 includes a surface shape detection unit 2, a living body recognition unit 3, and a reference signal generation unit 4 as functional blocks, and the same LSI together with the sensor array 5. It is formed in the peripheral free area of the chip.
The surface shape detection unit 2 has a function of generating and outputting two-dimensional surface shape data 2S based on the capacitance signal 20S indicating the surface shape of the subject 9 detected by each capacitance detection unit 20.

生体認識部３は、インピーダンス検出ユニット３０で検出した被検体９のインピーダンスを示す検出信号３０ＳをＡ／Ｄ変換し、得られたＡ／Ｄ変換値に基づいて、被検体９が生体か否かを認識し、その認識結果３Ｓを出力する機能を有している。
基準信号生成部４は、生体認識部３でのＡ／Ｄ変換に用いる一定周波数の基準信号を生成する機能を有している。 The living body recognition unit 3 performs A / D conversion on the detection signal 30S indicating the impedance of the subject 9 detected by the impedance detection unit 30, and based on the obtained A / D conversion value, whether or not the subject 9 is a living body. And the recognition result 3S is output.
The reference signal generation unit 4 has a function of generating a reference signal having a constant frequency used for A / D conversion in the biometric recognition unit 3.

［表面形状検出部］
表面形状検出部２には、主な回路として、容量検出ユニット２０のほか、制御部２５、列セレクタ２６、第１のＡ／Ｄ変換部２７、および行セレクタ２８が設けられている。
各容量検出ユニット２０のうち、列方向（上下方向）に並ぶ各容量検出ユニット２０は、当該列に対応する制御線２６Ｌを介して列セレクタ２６にそれぞれ接続されている。また、行方向（左右方向）に並ぶ各容量検出ユニット２０は、当該行に対応するデータ線２０Ｌを介して第１のＡ／Ｄ変換部２７にそれぞれ接続されている。 [Surface shape detector]
In addition to the capacitance detection unit 20, the surface shape detection unit 2 includes a control unit 25, a column selector 26, a first A / D conversion unit 27, and a row selector 28 as main circuits.
Among the capacitance detection units 20, the capacitance detection units 20 arranged in the column direction (vertical direction) are respectively connected to the column selector 26 via a control line 26L corresponding to the column. The capacitance detection units 20 arranged in the row direction (left-right direction) are connected to the first A / D conversion unit 27 via the data line 20L corresponding to the row.

センサ面８に載置された指など被検体９の表面形状を検出する際、表面形状検出部２は、列セレクタ２６で、制御部２５からのアドレス信号２５Ａおよび容量検出制御信号２５Ｂに基づき、制御線２６Ｌのいずれか１つを順に選択することにより、各容量検出ユニット２０を列単位で、例えば図２のセンサアレイ５において左から右へ、順に走査する。各容量検出ユニット２０は、上記選択に応じて対応する制御線２６Ｌに列セレクト信号２６Ｓが出力された場合、検出素子１Ａと被検体９との間の容量を検出し、その容量に応じたパルス幅を有する容量信号２０Ｓをそれぞれのデータ線２０Ｌへ出力する。   When detecting the surface shape of the subject 9 such as a finger placed on the sensor surface 8, the surface shape detection unit 2 is a column selector 26 based on the address signal 25A and the capacitance detection control signal 25B from the control unit 25. By selecting any one of the control lines 26L in order, each capacitance detection unit 20 is scanned in sequence, for example, from left to right in the sensor array 5 of FIG. Each capacitance detection unit 20 detects the capacitance between the detection element 1A and the subject 9 when the column select signal 26S is output to the corresponding control line 26L according to the selection, and the pulse corresponding to the capacitance is detected. Capacitance signal 20S having a width is output to each data line 20L.

第１のＡ／Ｄ変換部２７は、制御部２５からのクロック信号２７Ｔおよび変換動作制御信号２７Ｄに基づいて、データ線２０Ｌを介して入力された容量信号２０Ｓを、被検体９の表面形状を示す凹凸データ２７ＳにＡ／Ｄ変換して出力する。
行セレクタ２８は、これら凹凸データ２７Ｓを行単位で順に選択することにより、被検体９の表面形状を示す２次元の表面形状データ２Ｓを生成して出力する。 Based on the clock signal 27T and the conversion operation control signal 27D from the control unit 25, the first A / D conversion unit 27 converts the capacitance signal 20S input via the data line 20L into the surface shape of the subject 9. The unevenness data 27S shown is A / D converted and output.
The row selector 28 generates and outputs two-dimensional surface shape data 2S indicating the surface shape of the subject 9 by sequentially selecting the unevenness data 27S in units of rows.

［生体認識部］
生体認識部３には、主な回路として、インピーダンス検出ユニット３０のほか、第２のＡ／Ｄ変換部３１および生体判定部３２が設けられている。
インピーダンス検出ユニット３０は、当該列に対応する制御線２６Ｌを介して制御部２５に接続されているとともに、当該行に対応するデータ線２０Ｌを介して第２のＡ／Ｄ変換部３１に接続されている。インピーダンス検出ユニット３０は、上記制御線２６Ｌに列セレクト信号２６Ｓが出力された場合、検出素子１Ａと検出素子１Ｂとの間に電気的に接続された被検体９のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号３０Ｓを上記データ線２０Ｌへ出力する。 [Biometric recognition unit]
The biometric recognition unit 3 includes a second A / D conversion unit 31 and a biometric determination unit 32 in addition to the impedance detection unit 30 as main circuits.
The impedance detection unit 30 is connected to the control unit 25 via the control line 26L corresponding to the column, and is connected to the second A / D conversion unit 31 via the data line 20L corresponding to the row. ing. When the column selection signal 26S is output to the control line 26L, the impedance detection unit 30 detects the impedance of the subject 9 electrically connected between the detection element 1A and the detection element 1B, and uses the impedance as the impedance. A detection signal 30S having a corresponding pulse width is output to the data line 20L.

第２のＡ／Ｄ変換部３１は、基準信号生成部４で生成された一定周波数の基準信号４Ｓのパルス数を、インピーダンス検出ユニット３０から出力された検出信号３０Ｓのパルス幅にわたり計数し、並列ビットデータからなるその計数結果（第１の計数結果）を検出信号３０ＳのＡ／Ｄ変換値、すなわち判定データ３１Ｓとして生体判定部３２へ出力する。
生体判定部３２は、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓに基づいて、被検体９が生体か否かを示す認識結果３Ｓを出力する。 The second A / D conversion unit 31 counts the number of pulses of the reference signal 4S having a constant frequency generated by the reference signal generation unit 4 over the pulse width of the detection signal 30S output from the impedance detection unit 30, and performs parallel processing. The counting result (first counting result) composed of bit data is output to the living body determination unit 32 as an A / D conversion value of the detection signal 30S, that is, determination data 31S.
The living body determination unit 32 outputs a recognition result 3S indicating whether or not the subject 9 is a living body based on the determination data 31S from the second A / D conversion unit 31.

［基準信号生成部］
基準信号生成部４には、主な回路として、可変周波数発振部４１、周波数調整部４２、およびカウント部４３が設けられている。
カウント部４３は、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定される一定の計測期間にわたり、基準信号４Ｓのパルス数を計数し、並列ビットデータからなる計数結果（第２の計数結果）４Ｘとして周波数調整部４２へ出力する。 [Reference signal generator]
The reference signal generation unit 4 includes a variable frequency oscillation unit 41, a frequency adjustment unit 42, and a count unit 43 as main circuits.
The counting unit 43 counts the number of pulses of the reference signal 4S over a certain measurement period defined by the pulse width of the count control signal 4T from the control unit 25, and the counting result (second counting result) composed of parallel bit data. ) 4X is output to the frequency adjustment unit 42.

可変周波数発振部４１は、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する。図３は、可変周波数発振部の構成を示す回路図である。この可変周波数発振部４１は、Ｄ／Ａ変換器４１Ａと電圧制御発振器４１Ｂから構成されている。Ｄ／Ａ変換器４１Ａは、周波数調整部４２からの周波数調整値４２Ｓの並列ビットデータをＤ／Ａ変換し、その値に応じた制御電圧４１Ｓを出力する。電圧制御発振器４１Ｂは、Ｄ／Ａ変換器４１Ａからの制御電圧４１Ｓに応じた周波数でクロックを発生させ、基準信号４Ｓとして第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力する。   The variable frequency oscillating unit 41 generates a reference signal 4S having a constant frequency according to the input frequency adjustment value 42S. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the variable frequency oscillating unit. The variable frequency oscillating unit 41 includes a D / A converter 41A and a voltage controlled oscillator 41B. The D / A converter 41A D / A converts the parallel bit data of the frequency adjustment value 42S from the frequency adjustment unit 42, and outputs a control voltage 41S corresponding to the value. The voltage controlled oscillator 41B generates a clock at a frequency corresponding to the control voltage 41S from the D / A converter 41A, and outputs it as a reference signal 4S to the second A / D converter 31.

周波数調整部４２は、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。   The frequency adjustment unit 42 receives an adjustment operation control signal from the control unit 25 before the A / D conversion operation in the second A / D conversion unit 31 is performed, for example, when the surface shape recognition sensor device 10 is activated. Based on 4R, the frequency adjustment operation for adjusting the frequency of the reference signal 4S is executed, and the reference signal is changed by changing the frequency adjustment value 42S so that the counting result 4X from the counting unit 43 falls within a predetermined allowable range. Adjust the frequency of 4S.

図４は、周波数調整部の構成を示す回路図である。この周波数調整部４２は、比較部４２Ａ、ラッチ４２Ｂ、およびカウンタ４２Ｃから構成されている。
比較部４２Ａは、基準信号４Ｓの許容範囲を示すしきい値４Ｙ（並列ビットデータ）とカウント部４３の計数結果４Ｘとを比較し、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに到達して許容範囲に収まった時点で比較結果４Ｚの論理値を反転出力する比較回路である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of the frequency adjusting unit. The frequency adjustment unit 42 includes a comparison unit 42A, a latch 42B, and a counter 42C.
The comparison unit 42A compares the threshold value 4Y (parallel bit data) indicating the allowable range of the reference signal 4S with the count result 4X of the count unit 43, and the count result 4X reaches the threshold value 4Y and falls within the allowable range. This is a comparison circuit that inverts and outputs the logical value of the comparison result 4Z when it falls.

ラッチ４２Ｂは、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じて、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔをカウンタ４２Ｃへクロックとして出力するラッチ回路であり、比較結果４Ｚの論理値反転により、カウント制御信号４Ｔの出力を停止する。カウンタ４２Ｃは、ラッチ４２Ｂを介して入力されたカウント制御信号４Ｔのパルスを計数し、その計数結果（第３の計数結果）を並列ビットデータからなる周波数調整値４２Ｓとして可変周波数発振部４１へ出力する。これにより、カウント制御信号４Ｔが示す計測期間ごとに異なる周波数を示す周波数調整値４２Ｓが周波数調整部４２から出力される。   The latch 42B is a latch circuit that outputs the count control signal 4T from the control unit 25 to the counter 42C as a clock in response to the adjustment operation control signal 4R from the control unit 25. The latch 42B counts by inversion of the logical value of the comparison result 4Z. The output of the control signal 4T is stopped. The counter 42C counts the pulses of the count control signal 4T input via the latch 42B, and outputs the count result (third count result) to the variable frequency oscillator 41 as a frequency adjustment value 42S composed of parallel bit data. To do. As a result, the frequency adjustment value 42S indicating a different frequency for each measurement period indicated by the count control signal 4T is output from the frequency adjustment unit 42.

カウント部４３は、カウント制御信号４Ｔの計測期間ごとに、電圧制御発振器４１Ｂからの基準信号４Ｓのパルスを計数し、その計数結果４Ｘを周波数調整部４２へ出力する。
この際、しきい値４Ｙの値は、第２のＡ／Ｄ変換部３１で用いる基準信号４Ｓの正規の周波数の場合に、カウント制御信号４Ｔの計測期間長で計数される基準信号４Ｓのパルス数と等しい値に設定されている。実際には、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換精度に応じて、基準信号４Ｓの周波数に許容誤差が存在する。このため、しきい値４Ｙとしては、この許容誤差に対応する周波数調整値４２Ｓの許容範囲に含まれる任意の値が用いられる。 The count unit 43 counts the pulses of the reference signal 4S from the voltage controlled oscillator 41B every measurement period of the count control signal 4T, and outputs the count result 4X to the frequency adjustment unit 42.
At this time, the value of the threshold 4Y is a pulse of the reference signal 4S counted by the measurement period length of the count control signal 4T when the reference signal 4S is used at the normal frequency used in the second A / D converter 31. It is set equal to the number. Actually, there is an allowable error in the frequency of the reference signal 4S in accordance with the A / D conversion accuracy in the second A / D converter 31. For this reason, as the threshold value 4Y, an arbitrary value included in the allowable range of the frequency adjustment value 42S corresponding to this allowable error is used.

［第１の実施の形態の動作］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置における周波数調整動作について説明する。図５は、周波数調整動作の処理順序を示すフローチャートである。図６は、周波数調整動作の各部の動作を示すタイミングチャートである。ここでは、可変周波数発振部４１からの基準信号４Ｓを、正規の周波数より高い周波数を示す初期値から順次下げる方向で正規の周波数へ調整する場合を例として説明する。 [Operation of First Embodiment]
Next, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, the frequency adjustment operation in the surface shape recognition sensor device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the processing order of the frequency adjustment operation. FIG. 6 is a timing chart showing the operation of each part of the frequency adjustment operation. Here, an example will be described in which the reference signal 4S from the variable frequency oscillating unit 41 is adjusted to a normal frequency in a direction of sequentially decreasing from an initial value indicating a frequency higher than the normal frequency.

表面形状認識センサ装置１０の制御部２５は、例えば電源投入後の初期化動作時に、調整動作制御信号４Ｒを出力することにより、図５の周波数調整動作を実行する。
まず、周波数調整部４２は、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じてカウンタ４２Ｃの計数値をリセットするとともに、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じてラッチ４２Ｂを制御して、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔをカウンタ４２Ｃへ出力する。これにより、カウンタ４２Ｃでは、カウント制御信号４Ｔの立ち上がりエッジでそのパルス数を１つ計数し、その計数結果である周波数調整値４２Ｓを初期化する（ステップ１００）。この際、周波数調整値４２Ｓとして、基準信号４Ｓの正規の周波数より高い周波数を示す初期値が出力される。 The control unit 25 of the surface shape recognition sensor device 10 performs the frequency adjustment operation of FIG. 5 by outputting the adjustment operation control signal 4R, for example, during the initialization operation after power-on.
First, the frequency adjustment unit 42 resets the count value of the counter 42C according to the adjustment operation control signal 4R from the control unit 25, and controls the latch 42B according to the adjustment operation control signal 4R from the control unit 25. The count control signal 4T from the control unit 25 is output to the counter 42C. As a result, the counter 42C counts the number of pulses by one at the rising edge of the count control signal 4T, and initializes the frequency adjustment value 42S that is the counting result (step 100). At this time, an initial value indicating a frequency higher than the normal frequency of the reference signal 4S is output as the frequency adjustment value 42S.

可変周波数発振部４１は、周波数調整部４２からの周波数調整値４２Ｓに応じた周波数の基準信号４Ｓを生成して出力し（ステップ１０１）、カウント部４３は、カウント制御信号４Ｔの立ち上がりエッジに同期して、電圧制御発振器４１Ｂからの基準信号４Ｓのパルスの計数を開始し、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジにより計測期間が終了するまで、基準信号４Ｓのパルスが計数される（ステップ１０２）。
この後、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジにより計測期間が終了し、カウント部４３は、その計数結果４Ｘを周波数調整部４２へ出力する。 The variable frequency oscillating unit 41 generates and outputs a reference signal 4S having a frequency corresponding to the frequency adjustment value 42S from the frequency adjusting unit 42 (step 101), and the counting unit 43 is synchronized with the rising edge of the count control signal 4T. Then, counting of the pulses of the reference signal 4S from the voltage controlled oscillator 41B is started, and the pulses of the reference signal 4S are counted until the measurement period is ended by the falling edge of the count control signal 4T (step 102).
Thereafter, the measurement period ends with the falling edge of the count control signal 4T, and the count unit 43 outputs the count result 4X to the frequency adjustment unit 42.

周波数調整部４２は、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりエッジに応じて、カウント部４３からの計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとを比較部４２Ａで比較する（ステップ１０３）。
ここで、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達していない場合には（ステップ１０３：ＮＯ）、比較部４２Ａの比較結果４Ｚが反転しないため、ラッチ４２Ｂを介したカウンタ４２Ｃに対するカウント制御信号４Ｔの入力が継続される。このため、カウント制御信号４Ｔの次の立ち上がりエッジで、そのパルス数が１つ計数され、その計数結果である周波数調整値４２Ｓが「１」だけ変更され（ステップ１０４）、ステップ１０１へ戻る。これにより、周波数調整値４２Ｓとして、前回の周波数より、値として「１」に相当する単位変更分だけ低い周波数を示す値が出力される。 In response to the falling edge of the count control signal 4T, the frequency adjustment unit 42 compares the count result 4X from the count unit 43 with the threshold value 4Y by the comparison unit 42A (step 103).
Here, when the count result 4X does not reach the threshold value 4Y (step 103: NO), the comparison result 4Z of the comparison unit 42A is not inverted, so the count control signal 4T for the counter 42C via the latch 42B is not inverted. Input continues. For this reason, at the next rising edge of the count control signal 4T, the number of pulses is counted by one, the frequency adjustment value 42S as the count result is changed by “1” (step 104), and the process returns to step 101. As a result, a value indicating a frequency that is lower than the previous frequency by a unit change corresponding to “1” is output as the frequency adjustment value 42S.

一方、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達した場合には（ステップ１０３：ＹＥＳ）、比較結果４Ｚが反転する。この際、しきい値４Ｙの値は、第２のＡ／Ｄ変換部３１で用いる基準信号４Ｓの正規の周波数の場合に、カウント制御信号４Ｔの計測期間長で計数される基準信号４Ｓのパルス数と等しい値に設定されている。したがって、計数結果４Ｘがしきい値４Ｙに達した時点で、基準信号４Ｓの正規の周波数となっている。   On the other hand, when the count result 4X reaches the threshold value 4Y (step 103: YES), the comparison result 4Z is inverted. At this time, the value of the threshold 4Y is a pulse of the reference signal 4S counted by the measurement period length of the count control signal 4T when the reference signal 4S is used at the normal frequency used in the second A / D converter 31. It is set equal to the number. Therefore, when the counting result 4X reaches the threshold value 4Y, the normal frequency of the reference signal 4S is obtained.

ラッチ４２Ｂは、比較結果４Ｚの反転に応じて、カウンタ４２Ｃに対するカウント制御信号４Ｔの入力を停止する。これにより、カウンタ４２Ｃの計数値が保持され、周波数調整値４２Ｓとして、現在の周波数すなわち正規の周波数を示す値が保持出力される（ステップ１０５）。
この後、制御部２５は、調整動作制御信号４Ｒの出力開始から所定期間後、あるいは比較結果４Ｚの反転に応じて、調整動作制御信号４Ｒの出力を停止し、一連の周波数調整動作が終了する。 The latch 42B stops the input of the count control signal 4T to the counter 42C according to the inversion of the comparison result 4Z. As a result, the count value of the counter 42C is held, and a value indicating the current frequency, that is, the normal frequency is held and output as the frequency adjustment value 42S (step 105).
Thereafter, the control unit 25 stops outputting the adjustment operation control signal 4R after a predetermined period from the start of output of the adjustment operation control signal 4R or in response to the inversion of the comparison result 4Z, and the series of frequency adjustment operations is completed. .

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、基準信号生成部４に、入力された周波数調整値４２Ｓに応じた一定周波数の基準信号４Ｓを生成する可変周波数発振部４１を設け、例えば表面形状認識センサ装置１０の起動時など、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換動作が実行される以前に、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに基づいて、基準信号４Ｓの周波数を調整するための周波数調整動作を実行し、カウント部４３からの計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整している。 [Effect of the first embodiment]
As described above, in the present embodiment, the reference signal generation unit 4 is provided with the variable frequency oscillation unit 41 that generates the reference signal 4S having a constant frequency according to the input frequency adjustment value 42S, for example, a surface shape recognition sensor device. The frequency of the reference signal 4S is adjusted based on the adjustment operation control signal 4R from the control unit 25 before the A / D conversion operation in the second A / D conversion unit 31 is executed, such as at the time of starting 10. The frequency of the reference signal 4S is adjusted by changing the frequency adjustment value 42S so that the count result 4X from the count unit 43 falls within a predetermined allowable range.

したがって、ＰＬＬなどの規模が大きい回路を用いることなく、図３や図４に示したような比較的規模の小さい回路で、第２のＡ／Ｄ変換部３１でのＡ／Ｄ変換に用いる基準信号４Ｓの周波数を正確に調整することができる。このため、ＬＳＩチップの製造バラツキに大きな影響を受けることなく、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓを用いた、被検体９のインピーダンスを精度良く検出することができ、高い生体判定精度が得られる。   Therefore, a reference used for A / D conversion in the second A / D converter 31 with a relatively small circuit as shown in FIGS. 3 and 4 without using a large circuit such as a PLL. The frequency of the signal 4S can be adjusted accurately. For this reason, the impedance of the subject 9 can be detected with high accuracy using the detection signal 30S from the impedance detection unit 30 without being greatly affected by the manufacturing variation of the LSI chip, and high biological determination accuracy can be obtained. .

また、本実施の形態では、カウント部４３で、入力されたカウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定された計測期間長ごとに基準信号４Ｓのパルス数を計数し、周波数調整部４２で、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、カウント制御信号４Ｔのパルス数を順次計数した計数結果を周波数調整値４２Ｓとして出力し、この計数結果が許容範囲に収まった時点で、当該計数結果を周波数調整値４２として可変周波数発振部４１へ保持出力するようにしたので、１つのカウント制御信号４Ｔで、計測期間を規定するとともに、周波数調整値４２Ｓを順次変更することができる。   In the present embodiment, the counting unit 43 counts the number of pulses of the reference signal 4S for each measurement period length defined by the pulse width of the input count control signal 4T, and the frequency adjusting unit 42 counts the counting result. A count result obtained by sequentially counting the number of pulses of the count control signal 4T is output as the frequency adjustment value 42S until 4X falls within the allowable range. When the count result falls within the allowable range, the count result is output as the frequency adjustment value 42. As a result, the measurement period is defined by one count control signal 4T, and the frequency adjustment value 42S can be sequentially changed.

このため、周波数調整動作に用いる制御信号として、タイミングの異なる複数の制御信号を生成する必要がなくなり、回路の複雑化を抑制することができる。したがって、結果として、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップ面積を縮小でき製造コストを削減することが可能となる。   For this reason, it is not necessary to generate a plurality of control signals having different timings as the control signal used for the frequency adjustment operation, and the complexity of the circuit can be suppressed. Therefore, as a result, the area of the LSI chip constituting the surface shape recognition sensor device 10 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

また、本実施の形態では、周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ加算して、基準信号４Ｓの周波数を、正規の周波数より大きい周波数を示す初期値から正規の周波数へ順次下げていく方向で基準信号４Ｓの周波数を調整する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ加算して、基準信号４Ｓの周波数を、正規の周波数より小さい周波数を示す初期値から正規の周波数へ順次上げていく方向で基準信号４Ｓの周波数を調整してもよい。また、カウンタ４２Ｃとして加算カウンタを用いたが、減算カウンタを用いて、入力されたカウント制御信号４Ｔのパルスに応じて周波数調整値４２Ｓを「１」ずつ減算してもよい。   In the present embodiment, the frequency adjustment value 42S is incremented by “1”, and the reference signal 4S is gradually reduced from the initial value indicating the frequency higher than the normal frequency to the normal frequency. Although the case where the frequency of the signal 4S is adjusted has been described as an example, the present invention is not limited to this. For example, the frequency adjustment value 42S is incremented by “1”, and the frequency of the reference signal 4S is adjusted in the direction of sequentially increasing the frequency of the reference signal 4S from the initial value indicating the frequency smaller than the normal frequency to the normal frequency. May be. Further, although the addition counter is used as the counter 42C, the frequency adjustment value 42S may be subtracted by “1” in accordance with the pulse of the input count control signal 4T using a subtraction counter.

［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。
第１の実施の形態では、周波数調整動作時に、基準信号４Ｓのパルス数をカウント部４３で計数する場合について説明した。本実施の形態では、カウント部４３の代わりに、周波数調整動作時だけ第２のＡ／Ｄ変換部３１のカウンタ３１Ｂを用いて基準信号４Ｓのパルス数を計数する場合について説明する。 [Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 7, a surface shape recognition sensor device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the surface shape recognition sensor device according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, a case has been described in which the number of pulses of the reference signal 4S is counted by the counting unit 43 during the frequency adjustment operation. In the present embodiment, a case will be described in which the number of pulses of the reference signal 4S is counted using the counter 31B of the second A / D conversion unit 31 only during the frequency adjustment operation instead of the counting unit 43.

本実施の形態では、第２のＡ／Ｄ変換器３１を周波数調整動作時に兼用するため、第２のＡ／Ｄ変換部３１の入力段にセレクタ４４を設け、周波数調整動作時には、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力し、周波数調整動作後の生体認識動作時には、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力している。この際、セレクタ４４の切替信号として制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒを用いている。   In the present embodiment, since the second A / D converter 31 is also used during the frequency adjustment operation, a selector 44 is provided at the input stage of the second A / D conversion unit 31, and the control unit 25 is used during the frequency adjustment operation. Count control signal 4T is input to the second A / D conversion unit 31, and the detection signal 30S from the impedance detection unit 30 is input to the second A / D conversion unit 31 during the biological recognition operation after the frequency adjustment operation. You are typing. At this time, the adjustment operation control signal 4R from the control unit 25 is used as a selector 44 switching signal.

前述の図１６に示したように第２のＡ／Ｄ変換部３１には、検出信号３０Ｓのパルス幅で規定される期間にわたり、基準信号３３Ｓすなわち基準信号４Ｓのパルス数を計数するカウンタ３１Ｂが設けられている。したがって、検出信号３０Ｓに代えて、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔを入力することにより、カウント制御信号４Ｔのパルス幅で規定される計測期間にわたり、基準信号４Ｓのパルス数がカウンタ３１Ｂで計数され、判定データ３１Ｓとして出力される。   As shown in FIG. 16, the second A / D converter 31 includes a counter 31B that counts the number of pulses of the reference signal 33S, that is, the reference signal 4S over a period defined by the pulse width of the detection signal 30S. Is provided. Therefore, by inputting the count control signal 4T from the control unit 25 instead of the detection signal 30S, the number of pulses of the reference signal 4S is counted by the counter 31B over the measurement period defined by the pulse width of the count control signal 4T. And output as determination data 31S.

周波数調整部４２は、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓを、計数結果４Ｘとして入力し、この計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更することにより、基準信号４Ｓの周波数を調整する。この際、計数結果４Ｘの取り込みについては、例えば前述のカウント部４３と同様に、カウント制御信号４Ｔの立ち下がりタイミングに基づき周波数調整部４２で取り込めばよい。
なお、本実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置１０における他の構成および動作については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。 The frequency adjustment unit 42 receives the determination data 31S from the second A / D conversion unit 31 as the count result 4X, and changes the frequency adjustment value 42S so that the count result 4X falls within a predetermined allowable range. The frequency of the reference signal 4S is adjusted. At this time, the counting result 4X can be captured by the frequency adjustment unit 42 based on the falling timing of the count control signal 4T, for example, in the same manner as the counting unit 43 described above.
In addition, about the other structure and operation | movement in the surface shape recognition sensor apparatus 10 concerning this Embodiment, it is the same as that of 1st Embodiment, and detailed description here is abbreviate | omitted.

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、周波数調整動作時、検出信号３０Ｓに代えて計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号４Ｔを第２のＡ／Ｄ変換部３１へ入力するセレクタ４４を設け、周波数調整動作時に基準信号４Ｓのパルス数を計数するカウンタとして、第２のＡ／Ｄ変換部３１内のカウンタ３１Ｂを兼用するようにしたので、カウント部４３を省くことができる。この際、セレクタ４４は、カウント部４３より回路規模が小さいことから、全体として表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップ面積を縮小でき製造コストを削減することが可能となる。 [Effect of the second embodiment]
As described above, in the present embodiment, during the frequency adjustment operation, the selector 44 that inputs the count control signal 4T having the pulse width of the measurement period length to the second A / D converter 31 instead of the detection signal 30S is provided. Since the counter 31B in the second A / D conversion unit 31 is also used as a counter for counting the number of pulses of the reference signal 4S during the frequency adjustment operation, the counting unit 43 can be omitted. At this time, since the selector 44 has a circuit scale smaller than that of the counting unit 43, the LSI chip area constituting the surface shape recognition sensor device 10 as a whole can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

［第３の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いる周波数調整部の構成例である。
第１および第２の実施の形態では、周波数調整部４２において、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、周波数調整値４２Ｓを初期値から増加または減少のいずれか一方向へ、単位変更分ずつ順次変更する場合について説明した。本実施の形態では、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの差分に応じた分だけ一度にまとめて周波数調整値４２Ｓを変更する場合について説明する。 [Third Embodiment]
Next, with reference to FIG. 8, a surface shape recognition sensor device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a configuration example of a frequency adjustment unit used in the surface shape recognition sensor device according to the third embodiment of the present invention.
In the first and second embodiments, the frequency adjustment unit 42 sequentially increases the frequency adjustment value 42S in increments or decrements from the initial value in increments or decrements until the count result 4X falls within the allowable range. The case of changing was explained. In the present embodiment, a case will be described in which the frequency adjustment value 42S is changed all at once by an amount corresponding to the difference between the counting result 4X and the threshold value 4Y.

本実施の形態において、周波数調整部４２は、図８に示すように、差分算出部４２Ｄ、調整値算出部４２Ｅ、およびラッチ４２Ｆから構成されている。
差分算出部４２Ｄは、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを算出出力する回路部である。
調整値算出部４２Ｅは、制御部２５からの調整動作制御信号４Ｒに応じて、周波数調整値４２Ｓの初期値をラッチ４２Ｆへ出力する回路部であり、制御部２５からのカウント制御信号４Ｔに同期して、調整値算出部４２Ｅからの計数差４Ｄに応じた分だけ周波数調整値４２Ｓを調整してラッチ４２Ｆへ出力する。
ラッチ４２Ｆは、カウント制御信号４Ｔに同期して、調整値算出部４２Ｅからの周波数調整値４２Ｓを保持し、可変周波数発振部４１へ出力するラッチ回路である。 In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the frequency adjustment unit 42 includes a difference calculation unit 42D, an adjustment value calculation unit 42E, and a latch 42F.
The difference calculation unit 42D is a circuit unit that calculates and outputs a count difference 4D between the count result 4X and the threshold value 4Y.
The adjustment value calculation unit 42E is a circuit unit that outputs an initial value of the frequency adjustment value 42S to the latch 42F in response to the adjustment operation control signal 4R from the control unit 25, and is synchronized with the count control signal 4T from the control unit 25. Then, the frequency adjustment value 42S is adjusted by an amount corresponding to the count difference 4D from the adjustment value calculation unit 42E and output to the latch 42F.
The latch 42F is a latch circuit that holds the frequency adjustment value 42S from the adjustment value calculator 42E and outputs it to the variable frequency oscillator 41 in synchronization with the count control signal 4T.

計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを求めると、その時点における基準信号４Ｓの周波数が正規の周波数からどれだけズレているか把握できる。したがって、前述した図５のステップ１０４において、調整値算出部４２Ｅにより、その時点における周波数調整値４２Ｓと正規の周波数に対応する周波数調整値との差分調整値を、計数差４Ｄに基づいて算出し、この差分調整値に基づきその時点における周波数調整値４２Ｓを一度にまとめて変更すればよい。これにより、正規の周波数に対応する新たな周波数調整値４２Ｓが可変周波数発振部４１へ出力される。   When the count difference 4D between the count result 4X and the threshold value 4Y is obtained, it can be grasped how much the frequency of the reference signal 4S at that time is deviated from the normal frequency. Therefore, in step 104 of FIG. 5 described above, the adjustment value calculation unit 42E calculates the difference adjustment value between the frequency adjustment value 42S at that time and the frequency adjustment value corresponding to the normal frequency based on the count difference 4D. Based on this difference adjustment value, the frequency adjustment value 42S at that time may be changed all at once. As a result, a new frequency adjustment value 42S corresponding to the regular frequency is output to the variable frequency oscillating unit 41.

なお、差分調整値については、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を数式として予め求めておき、この数式に基づき計数差４Ｄに対応する差分調整値を調整値算出部４２Ｅで算出すればよい。   As for the difference adjustment value, a correspondence relationship between the count difference 4D and the difference adjustment value of the frequency adjustment value 42S is obtained in advance as an equation, and the difference adjustment value corresponding to the count difference 4D is calculated based on this equation as an adjustment value calculation unit. What is necessary is just to calculate by 42E.

［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、周波数調整部４２において、計数結果４Ｘが許容範囲に収っていない場合、計数結果４Ｘと許容範囲に含まれる任意のしきい値４Ｙとの計数差と、周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係に基づいて、計数結果４Ｘとしきい値４Ｙとの計数差に対応する差分調整値を導出し、当該差分調整値分だけ一度にまとめて周波数調整値４２Ｓを変更して可変周波数発振部４１へ出力している。
したがって、第１および第２の実施の形態のように、計数結果４Ｘが許容範囲に収まるまで、周波数調整値４２Ｓを初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更する場合と比較して、本実施の形態によれば、周波数調整動作に要する時間を大幅に短縮できる。 [Effect of the third embodiment]
As described above, in the present embodiment, in the frequency adjustment unit 42, when the count result 4X is not within the allowable range, the count difference between the count result 4X and the arbitrary threshold value 4Y included in the allowable range, Based on the correspondence relationship between the frequency adjustment value 42S and the difference adjustment value, a difference adjustment value corresponding to the count difference between the count result 4X and the threshold value 4Y is derived, and the frequency adjustment value is collectively collected by the difference adjustment value. 42S is changed and output to the variable frequency oscillator 41.
Therefore, as in the first and second embodiments, as compared with the case where the frequency adjustment value 42S is sequentially changed from the initial value to either the increase or decrease until the count result 4X falls within the allowable range. According to the present embodiment, the time required for the frequency adjustment operation can be greatly shortened.

［第４の実施の形態］
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図９は、本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。図１０は、信号伝達回路の構成例である。図１１は、信号伝達回路の他の構成例である。
本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に信号伝達回路４５を設けた場合について説明する。なお、ここでは第２の実施の形態を例として説明するが、他の実施の形態についても同様に適用可能である。 [Fourth Embodiment]
Next, with reference to FIGS. 9-11, the surface shape recognition sensor apparatus concerning the 4th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of the surface shape recognition sensor device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 10 is a configuration example of the signal transmission circuit. FIG. 11 shows another configuration example of the signal transmission circuit.
In the present embodiment, a case where a signal transmission circuit 45 is provided between the impedance detection unit 30 and the second A / D conversion unit 31 will be described. Here, the second embodiment will be described as an example, but the present invention can be similarly applied to other embodiments.

表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップのうち、第２のＡ／Ｄ変換部３１をセンサアレイ５の周辺部に配置した場合、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との距離が大きくなる。このため、両者を接続する信号配線の寄生容量が大きくなって、インピーダンス検出ユニット３０から第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力される検出信号３０Ｓの波形が歪み、被検体９のインピーダンスに応じたパルス幅を精度良く検出できなくなり、結果として生体認識精度が低下する原因となる。   Among the LSI chips constituting the surface shape recognition sensor device 10, when the second A / D conversion unit 31 is arranged in the peripheral part of the sensor array 5, the impedance detection unit 30, the second A / D conversion unit 31, The distance becomes larger. For this reason, the parasitic capacitance of the signal wiring connecting the both increases, and the waveform of the detection signal 30S output from the impedance detection unit 30 to the second A / D conversion unit 31 is distorted, depending on the impedance of the subject 9. The pulse width cannot be detected with high accuracy, resulting in a decrease in biometric recognition accuracy.

本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に信号伝達回路４５を設け、検出信号３０Ｓの波形歪みを抑制している。
図１０の構成例では、信号伝達回路４５が、互いに直列接続された複数の増幅器４５Ａから構成されている。これにより、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓは、これら増幅器４５Ａで順にバッファ出力されるため、そのパルス幅がほとんど劣化せずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達される。 In the present embodiment, a signal transmission circuit 45 is provided between the impedance detection unit 30 and the second A / D converter 31 to suppress waveform distortion of the detection signal 30S.
In the configuration example of FIG. 10, the signal transmission circuit 45 includes a plurality of amplifiers 45A connected in series with each other. As a result, the detection signal 30S from the impedance detection unit 30 is sequentially buffered by these amplifiers 45A, so that its pulse width is transmitted to the second A / D conversion unit 31 with almost no deterioration.

また、図１１の構成例では、信号伝達回路４５が、インバータ４５Ｂ、差動増幅器群４５Ｄ、および信号変換回路４５Ｅから構成されている。ここでは、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓがインバータ４５Ｂにより反転され、検出信号３０Ｓとともに差動入力として差動増幅器群４５Ｄへ入力されている。差動増幅器群４５Ｄは、互いに直列接続された複数の差動増幅器４５Ｃからなり、入力された差動入力を順にバッファ出力する。信号変換回路４５Ｅは、差動増幅器群４５Ｄからの差動出力をシングルエンド出力に変換して第２のＡ／Ｄ変換部３１へ出力する。これにより、インピーダンス検出ユニット３０からの検出信号３０Ｓは、これら差動増幅器４５Ｃで順にバッファ出力されるため、そのパルス幅がほとんど劣化せずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達される。また、図１０と比較して、より高速で動作する。   In the configuration example of FIG. 11, the signal transmission circuit 45 includes an inverter 45B, a differential amplifier group 45D, and a signal conversion circuit 45E. Here, the detection signal 30S from the impedance detection unit 30 is inverted by the inverter 45B, and is input to the differential amplifier group 45D as a differential input together with the detection signal 30S. The differential amplifier group 45D includes a plurality of differential amplifiers 45C connected in series with each other, and sequentially outputs the input differential inputs as a buffer. The signal conversion circuit 45E converts the differential output from the differential amplifier group 45D into a single-ended output and outputs it to the second A / D conversion unit 31. As a result, the detection signal 30S from the impedance detection unit 30 is sequentially buffered by these differential amplifiers 45C, so that the pulse width of the detection signal 30S is transmitted to the second A / D conversion unit 31 with almost no deterioration. Also, it operates at a higher speed than FIG.

［第４の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、インピーダンス検出ユニット３０と第２のＡ／Ｄ変換部３１との間に、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路４５を設けたので、検出信号３０Ｓのパルス幅は、ほとんど劣化させずに第２のＡ／Ｄ変換部３１へ伝達することができる。
したがって、表面形状認識センサ装置１０を構成するＬＳＩチップのうち、第２のＡ／Ｄ変換部３１をセンサアレイ５の周辺部に配置した場合でも、検出信号３０Ｓの波形歪みを抑制できる。このため、被検体９のインピーダンスに応じたパルス幅を精度良く検出でき、結果として生体認識精度を改善することが可能となる。 [Effect of the fourth embodiment]
Thus, in this embodiment, since the signal transmission circuit 45 including a plurality of amplifiers connected in series with each other is provided between the impedance detection unit 30 and the second A / D conversion unit 31, the detection signal The pulse width of 30S can be transmitted to the second A / D converter 31 with almost no deterioration.
Therefore, even when the second A / D conversion unit 31 is arranged in the peripheral portion of the sensor array 5 among the LSI chips constituting the surface shape recognition sensor device 10, the waveform distortion of the detection signal 30S can be suppressed. For this reason, the pulse width according to the impedance of the subject 9 can be accurately detected, and as a result, the biometric recognition accuracy can be improved.

［実施の形態の拡張］
以上の各実施の形態では、周波数調整部４２を回路部で構成した場合を例として説明したが、前述の図５に示した基準信号４Ｓに対する周波数調整動作のうち、ステップ１０３，１０４については、ＣＰＵで処理することもできる。
通常、表面形状認識センサ装置１０を用いて被検体９の表面形状を認識する場合、画像処理などの高度な処理が必要となるため、表面形状認識センサ装置１０の外部にＣＰＵを設けて、表面形状認識センサ装置１０で得られた表面形状データ２Ｓや認識結果３Ｓに基づいて、ＣＰＵで被検体９の正当性を判定する。 [Extended embodiment]
In each of the above embodiments, the case where the frequency adjustment unit 42 is configured by a circuit unit has been described as an example. However, in steps 103 and 104 of the frequency adjustment operation for the reference signal 4S illustrated in FIG. It can also be processed by the CPU.
Usually, when the surface shape of the subject 9 is recognized using the surface shape recognition sensor device 10, since advanced processing such as image processing is required, a CPU is provided outside the surface shape recognition sensor device 10, and the surface Based on the surface shape data 2S and the recognition result 3S obtained by the shape recognition sensor device 10, the CPU determines the validity of the subject 9.

したがって、このＣＰＵを利用して、前述の図５に示した基準信号４Ｓに対する周波数調整動作のうち、ステップ１０３，１０４について、ＣＰＵで処理することにより、周波数調整部４２の回路部を省くことができる。   Therefore, by using this CPU, the processing of steps 103 and 104 in the frequency adjustment operation for the reference signal 4S shown in FIG. 5 described above is processed by the CPU, so that the circuit unit of the frequency adjustment unit 42 can be omitted. it can.

この際、第１の実施の形態では、カウント部４３からの計数結果４ＸをＣＰＵへ出力し、ＣＰＵからの周波数調整値４２Ｓを可変周波数発振部４１へ入力すればよい。また、カウント制御信号４ＴをＣＰＵで生成して、カウント部４３へ出力してもよい。
また、第２および第３の実施の形態では、第２のＡ／Ｄ変換部３１からの判定データ３１Ｓを計数結果４ＸとしてＣＰＵへ出力し、ＣＰＵからの周波数調整値４２Ｓを可変周波数発振部４１へ入力すればよい。また、カウント制御信号４Ｔや調整動作制御信号４ＲをＣＰＵで生成して、セレクタ４４へ出力してもよい。 At this time, in the first embodiment, the counting result 4X from the counting unit 43 may be output to the CPU, and the frequency adjustment value 42S from the CPU may be input to the variable frequency oscillating unit 41. Alternatively, the count control signal 4T may be generated by the CPU and output to the count unit 43.
In the second and third embodiments, the determination data 31S from the second A / D converter 31 is output to the CPU as the count result 4X, and the frequency adjustment value 42S from the CPU is output to the variable frequency oscillator 41. You can enter Further, the count control signal 4T and the adjustment operation control signal 4R may be generated by the CPU and output to the selector 44.

また、ＣＰＵの機能部としては、図４の比較部４２Ａに対応する比較部と、図４のラッチ４２Ｂおよびカウンタ４２Ｃに対応する調整部とを設ければよい。この際、比較部では、表面形状認識センサ装置１０からの計数結果４Ｘを、予めメモリに設定しておいたしきい値４Ｙと比較する。また、調整部では、比較部での比較結果に応じて、計数結果４Ｘが所定の許容範囲に収まるよう周波数調整値４２Ｓを変更し、計数結果４Ｘが許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値４２Ｓを表面形状認識センサ装置１０へ保持出力する。   In addition, as a CPU function unit, a comparison unit corresponding to the comparison unit 42A in FIG. 4 and an adjustment unit corresponding to the latch 42B and the counter 42C in FIG. 4 may be provided. At this time, the comparison unit compares the counting result 4X from the surface shape recognition sensor device 10 with a threshold value 4Y set in the memory in advance. Further, the adjustment unit changes the frequency adjustment value 42S so that the counting result 4X falls within a predetermined allowable range according to the comparison result of the comparison unit, and when the counting result 4X falls within the allowable range, the frequency adjustment value is adjusted. The value 42S is held and output to the surface shape recognition sensor device 10.

また、第３の実施の形態については、図８の差分算出部４２Ｄに対応する差分算出部と、図８の調整値算出部４２Ｅおよびラッチ４２Ｆに対応する調整部とを設ければよい。この際、差分算出部では、表面形状認識センサ装置１０からの計数結果４Ｘと、予めメモリに設定しておいたしきい値４Ｙとの計数差４Ｄを算出する。また、調整部では、計数差４Ｄに対応する差分調整値を算出し、この差分調整値に基づきその時点における周波数調整値４２Ｓを変更して表面形状認識センサ装置１０へ保持出力する。   In the third embodiment, a difference calculation unit corresponding to the difference calculation unit 42D in FIG. 8 and an adjustment unit corresponding to the adjustment value calculation unit 42E and the latch 42F in FIG. 8 may be provided. At this time, the difference calculation unit calculates the count difference 4D between the count result 4X from the surface shape recognition sensor device 10 and the threshold value 4Y set in advance in the memory. Further, the adjustment unit calculates a difference adjustment value corresponding to the count difference 4D, changes the frequency adjustment value 42S at that time based on the difference adjustment value, and holds and outputs it to the surface shape recognition sensor device 10.

なお、差分調整値については、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を数式として予め求めておき、この数式に基づき計数差４Ｄに対応する差分調整値を調整値算出部４２Ｅで算出すればよい。また、計数差４Ｄと周波数調整値４２Ｓの差分調整値との対応関係を変換テーブルとして、メモリに予め保存しておいてもよい。   As for the difference adjustment value, a correspondence relationship between the count difference 4D and the difference adjustment value of the frequency adjustment value 42S is obtained in advance as an equation, and the difference adjustment value corresponding to the count difference 4D is calculated based on this equation as an adjustment value calculation unit. What is necessary is just to calculate by 42E. Further, the correspondence relationship between the count difference 4D and the difference adjustment value of the frequency adjustment value 42S may be stored in advance in a memory as a conversion table.

本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the surface shape recognition sensor apparatus concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the whole surface shape recognition sensor device composition concerning a 1st embodiment of the present invention. 可変周波数発振部の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a variable frequency oscillation part. 周波数調整部の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a frequency adjustment part. 周波数調整動作の処理順序を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing order of frequency adjustment operation | movement. 周波数調整動作の各部の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation of each part of frequency adjustment operation. 本発明の第２の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the surface shape recognition sensor apparatus concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いる周波数調整部の構成例である。It is a structural example of the frequency adjustment part used with the surface shape recognition sensor apparatus concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the surface shape recognition sensor apparatus concerning the 4th Embodiment of this invention. 信号伝達回路の構成例である。It is a structural example of a signal transmission circuit. 信号伝達回路の他の構成例である。It is another example of a structure of a signal transmission circuit. 従来の表面形状認識センサ装置の概観図である。It is a general-view figure of the conventional surface shape recognition sensor apparatus. 従来の表面形状認識センサ装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the conventional surface shape recognition sensor apparatus. 従来の表面形状認識センサ装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the conventional surface shape recognition sensor apparatus. 第１のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a 1st A / D conversion part. 第２のＡ／Ｄ変換部の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of a 2nd A / D conversion part.

符号の説明Explanation of symbols

１０…表面形状認識センサ装置、１，１Ａ，１Ｂ…検出素子、２…表面形状検出部、２０…容量検出ユニット、２０Ｌ…データ線、２０Ｓ…容量信号、２５…制御部、２５Ａ…アドレス信号、２６…列セレクタ、２６Ｓ…列セレクト信号、２６Ｌ…制御線、２７…第１のＡ／Ｄ変換部、２７Ａ，２７Ｃ…ＡＮＤ回路、２７Ｂ…カウンタ、２７Ｄ…変換動作制御信号、２７Ｔ…クロック信号、２７Ｓ…凹凸データ、２８…行セレクタ、２Ｓ…表面形状データ、３…生体認識部、３０…インピーダンス検出ユニット、３０Ｓ…検出信号、３１…第２のＡ／Ｄ変換部、３１Ａ…ＡＮＤ回路、３１Ｂ…カウンタ、３１Ｓ…判定データ、３２…生体判定部、３３…基準信号発生部、３３Ｓ…基準信号、３Ｓ…認識結果、４…基準信号生成部、４１…可変周波数発振部、４１Ａ…Ｄ／Ａ変換器、４１Ｂ…電圧制御発振器、４１Ｓ…制御電圧、４２…周波数調整部、４２Ａ…比較部、４２Ｂ…ラッチ、４２Ｃ…カウンタ、４２Ｄ…差分算出部、４２Ｅ…調整値算出部、４２Ｆ…ラッチ、４３…カウント部、４４…セレクタ、４５…信号伝達回路、４５Ａ…増幅器、４５Ｂ…インバータ、４５Ｃ…差動増幅器、４５Ｄ…差動増幅器群、４５Ｅ…信号変換回路、４Ｒ…調整動作制御信号、４Ｔ…カウント制御信号、４Ｓ…基準信号、４Ｘ…計数結果、４Ｙ…しきい値、４Ｚ…比較結果、４Ｄ…計数差、５…センサアレイ、８…センサ面、９…被検体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Surface shape recognition sensor apparatus, 1 and 1A, 1B ... Detection element, 2 ... Surface shape detection part, 20 ... Capacity detection unit, 20L ... Data line, 20S ... Capacitance signal, 25 ... Control part, 25A ... Address signal, 26 ... column selector, 26S ... column select signal, 26L ... control line, 27 ... first A / D converter, 27A, 27C ... AND circuit, 27B ... counter, 27D ... conversion operation control signal, 27T ... clock signal, 27S: Concavity and convexity data, 28 ... Row selector, 2S ... Surface shape data, 3 ... Biometric recognition unit, 30 ... Impedance detection unit, 30S ... Detection signal, 31 ... Second A / D conversion unit, 31A ... AND circuit, 31B ... Counter, 31S ... Determination data, 32 ... Biometric judgment unit, 33 ... Reference signal generation unit, 33S ... Reference signal, 3S ... Recognition result, 4 ... Reference signal generation unit, 41 ... Variable Wave number oscillating unit, 41A ... D / A converter, 41B ... voltage controlled oscillator, 41S ... control voltage, 42 ... frequency adjusting unit, 42A ... comparing unit, 42B ... latch, 42C ... counter, 42D ... difference calculating unit, 42E ... Adjustment value calculation unit, 42F ... Latch, 43 ... Count unit, 44 ... Selector, 45 ... Signal transmission circuit, 45A ... Amplifier, 45B ... Inverter, 45C ... Differential amplifier, 45D ... Differential amplifier group, 45E ... Signal conversion circuit 4R: Adjustment operation control signal, 4T: Count control signal, 4S: Reference signal, 4X: Count result, 4Y ... Threshold value, 4Z ... Comparison result, 4D ... Count difference, 5 ... Sensor array, 8 ... Sensor surface, 9 ... Subject.

Claims (9)

格子状に配置された第１の検出素子ごとに設けられ、被検体との間に生じた容量を当該第１の検出素子で検出し、その容量に応じた容量信号をそれぞれ出力する複数の容量検出ユニットと、
前記容量検出ユニットのうち列方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数の制御線と、
前記容量検出ユニットのうち行方向に並ぶ容量検出ユニットを結ぶ複数のデータ線と、
前記制御線のいずれか１つを順次選択することにより当該制御線に接続された容量検出ユニット列を選択する列セレクタと、
前記列セレクタにより選択された選択列の容量検出ユニットから当該データ線に出力された容量信号を、当該選択列における前記被検体表面形状を示す凹凸データにＡ／Ｄ変換してそれぞれ出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記列セレクタにより前記容量検出ユニット列が選択されるごとに、前記Ａ／Ｄ変換部から出力された凹凸データを前記列方向に１つずつ順次選択することにより、前記被検体の表面形状を示す表面形状データとして出力する行セレクタと、
前記容量検出ユニットのいずれかに代えて第２の検出素子とともに配置され、当該第２の検出素子を介して前記被検体と電気的に接触することにより前記被検体のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに応じたパルス幅を有する検出信号を出力するインピーダンス検出ユニットと、
入力された周波数調整値に応じた一定周波数の基準信号を生成する可変周波数発振部を含む基準信号生成部と、
前記基準信号のパルス数をカウンタにより前記検出信号のパルス幅に相当する期間にわたり計数し、得られた第１の計数結果を前記検出信号のＡ／Ｄ変換値として出力する第２のＡ／Ｄ変換部と、
前記第２のＡ／Ｄ変換部で得られた前記Ａ／Ｄ変換値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判定部と
を備え、
前記基準信号生成部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部で前記検出信号をＡ／Ｄ変換する以前の周波数調整動作時に、前記可変周波数発振部で生成された前記基準信号のパルス数を一定の計測期間にわたり計数し、得られた第２の計数結果が所定の許容範囲に収まるよう前記周波数調整値を変更し、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該周波数調整値を前記可変周波数発振部へ保持出力する周波数調整部を含む
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 A plurality of capacitors that are provided for each first detection element arranged in a grid pattern, detect a capacitance generated between the first detection element and the subject, and output a capacitance signal corresponding to the capacitance. A detection unit;
A plurality of control lines connecting the capacitance detection units arranged in the column direction among the capacitance detection units;
A plurality of data lines connecting the capacitance detection units arranged in the row direction among the capacitance detection units;
A column selector for selecting a capacitance detection unit column connected to the control line by sequentially selecting any one of the control lines;
Capacitance signals output to the data line from the capacitance detection unit of the selected column selected by the column selector are A / D converted into concavo-convex data indicating the surface shape of the subject in the selected column and output respectively. A D conversion unit;
Each time the capacitance detection unit column is selected by the column selector, the unevenness data output from the A / D converter is sequentially selected one by one in the column direction to indicate the surface shape of the subject. A row selector to output as surface shape data;
Instead of any one of the capacitance detection units, it is arranged together with a second detection element, and the impedance of the subject is detected by making electrical contact with the subject via the second detection element, and the impedance An impedance detection unit that outputs a detection signal having a pulse width according to
A reference signal generating unit including a variable frequency oscillating unit that generates a reference signal having a constant frequency according to the input frequency adjustment value;
A second A / D that counts the number of pulses of the reference signal over a period corresponding to the pulse width of the detection signal by a counter, and outputs the obtained first count result as an A / D conversion value of the detection signal A conversion unit;
A living body determination unit that determines whether or not the subject is a living body based on the A / D conversion value obtained by the second A / D conversion unit,
The reference signal generation unit keeps the number of pulses of the reference signal generated by the variable frequency oscillation unit during the frequency adjustment operation before the detection signal is A / D converted by the second A / D conversion unit. The frequency adjustment value is changed so that the obtained second count result falls within a predetermined allowable range, and the frequency adjustment is performed when the second count result falls within the allowable range. A surface shape recognition sensor device comprising: a frequency adjustment unit that holds and outputs a value to the variable frequency oscillation unit. 請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記基準信号生成部は、前記可変周波数発振部で生成された前記基準信号のパルス数を前記計測期間ごとに計数し、得られた前記第２の計数結果を前記周波数調整部へ出力するカウント部を含むことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 The surface shape recognition sensor device according to claim 1,
The reference signal generator counts the number of pulses of the reference signal generated by the variable frequency oscillator for each measurement period, and outputs the obtained second count result to the frequency adjuster A surface shape recognition sensor device comprising: 請求項２に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記カウント部は、入力されたカウント制御信号のパルス幅で規定された前記計測期間長ごとに前記基準信号のパルス数を計数し、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を前記周波数調整値として出力し、前記第３の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を前記周波数調整値として前記可変周波数発振部へ保持出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 In the surface shape recognition sensor device according to claim 2,
The counting unit counts the number of pulses of the reference signal for each measurement period length defined by the pulse width of the input count control signal,
The frequency adjustment unit outputs, as the frequency adjustment value, a third count result obtained by sequentially counting the number of pulses of the count control signal until the second count result falls within the allowable range. When the result falls within the allowable range, the third count result is held and output as the frequency adjustment value to the variable frequency oscillating unit. 請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記基準信号生成部は、前記周波数調整動作時、前記検出信号に代えて前記計測期間長のパルス幅を有するカウント制御信号を前記第２のＡ／Ｄ変換部へ入力するセレクタを含み、
前記周波数調整部は、前記第２のＡ／Ｄ変換部で得られた前記Ａ／Ｄ変換値を、前記計測期間にわたり前記基準信号のパルス数を計数して得られた前記第２の計数結果として用いる
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 The surface shape recognition sensor device according to claim 1,
The reference signal generation unit includes a selector that inputs a count control signal having a pulse width of the measurement period length to the second A / D conversion unit instead of the detection signal during the frequency adjustment operation,
The frequency adjustment unit is configured to obtain the second count result obtained by counting the number of pulses of the reference signal over the measurement period, using the A / D conversion value obtained by the second A / D conversion unit. A surface shape recognition sensor device characterized by being used as: 請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記カウント制御信号のパルス数を順次計数した第３の計数結果を前記周波数調整値として出力し、前記第３の計数結果が前記許容範囲に収まった時点で、当該第３の計数結果を前記周波数調整値として前記可変周波数発振部へ保持出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 In the surface shape recognition sensor device according to claim 4,
The frequency adjustment unit outputs, as the frequency adjustment value, a third count result obtained by sequentially counting the number of pulses of the count control signal until the second count result falls within the allowable range. When the result falls within the allowable range, the third count result is held and output as the frequency adjustment value to the variable frequency oscillating unit. 請求項２または請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収まるまで、前記周波数調整値を初期値から増加または減少のいずれか一方向へ順次変更する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 In the surface shape recognition sensor device according to claim 2 or 4,
The surface shape recognition sensor device, wherein the frequency adjustment unit sequentially changes the frequency adjustment value from one of an initial value and an increase or decrease until the second count result falls within the allowable range. . 請求項２または請求項４に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記周波数調整部は、前記第２の計数結果が前記許容範囲に収っていない場合、前記第２の計数結果と前記許容範囲に含まれる任意のしきい値との計数差と、前記前記周波数調整値の差分調整値との対応関係に基づいて、前記第２の計数結果と前記しきい値との計数差に対応する差分調整値を算出し、当該差分調整値分だけ前記周波数調整値を一度にまとめて変更して前記可変周波数発振部へ出力する
ことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 In the surface shape recognition sensor device according to claim 2 or 4,
When the second count result does not fall within the allowable range, the frequency adjustment unit, the frequency difference between the second count result and an arbitrary threshold value included in the allowable range, and the frequency Based on the correspondence relationship between the adjustment value and the difference adjustment value, a difference adjustment value corresponding to the count difference between the second count result and the threshold value is calculated, and the frequency adjustment value is calculated by the difference adjustment value. A surface shape recognition sensor device characterized in that it is changed all at once and output to the variable frequency oscillating unit. 請求項１に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記インピーダンス検出ユニットと前記第２のＡ／Ｄ変換部との間に設けられた、互いに直列接続された複数の増幅器を含む信号伝達回路をさらに備えることを特徴とする表面形状認識センサ装置。 The surface shape recognition sensor device according to claim 1,
The surface shape recognition sensor device further comprising a signal transmission circuit including a plurality of amplifiers connected in series, provided between the impedance detection unit and the second A / D converter. 請求項８に記載の表面形状認識センサ装置において、
前記信号伝達回路は、
前記インピーダンス検出ユニットからの前記検出信号を反転出力するインバータと、
互いに直列接続された複数の差動増幅器からなり、前記検出信号と前記インバータからの反転検出信号とを入力とする差動増幅器群と、
前記差動増幅器群からの差動出力をシングルエンド出力に変換して出力する信号変換回路と
を含むことを特徴とする表面形状認識センサ装置。 The surface shape recognition sensor device according to claim 8,
The signal transmission circuit is
An inverter that inverts and outputs the detection signal from the impedance detection unit;
A plurality of differential amplifiers connected in series with each other, a differential amplifier group having the detection signal and an inverted detection signal from the inverter as inputs; and
A surface shape recognition sensor device comprising: a signal conversion circuit that converts a differential output from the differential amplifier group into a single-ended output and outputs the signal.

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