(57)【要約】【課題】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。【解決手段】波形情報検出部４にパルス変換回路４１を設け、このパルス変換回路４１により、波形情報（振幅情報）として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓを応答信号３Ｓ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検出信号（第１の検出信号）４Ｓへ変換して出力する【選択図】  図１
2008073075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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１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２】
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３】
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１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】
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２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５】
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し、その比較結果に応じたデジタル信号を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６】
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第２の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７】
請求項３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第１の検出信号を、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し、
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２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をさらに備える
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。
【請求項８】
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、
前記パルス変換回路は、前記ローパスフィルタから出力された応答信号を前記第１の検出信号へ変換する
ことを特徴とするインピーダンス検出装置。
【請求項９】
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１０】
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。
【請求項１１】
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当該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１の検出信号へ変換して出力するパルス変換ステップを有する
ことを特徴とするインピーダンス検出方法。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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１２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス検出技術に関し、特に被検体となる生体に対して所定の信号を印加し、得られた応答信号に基づいて生体のインピーダンスを検出するインピーダンス検出技術、およびこのインピーダンス検出技術を用いて生体認識を行う技術、さらにはこの生体認識技術を用いて指紋認証を行う指紋認証技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の進展に伴い、情報処理システムの機密保持に関する技術が発達している。例えばコンピュータールームなどの入出管理には、従来よりＩＤカードが使用されていたが、ＩＤカードの紛失や盗難の可能性が大きかった。このため、ＩＤカードに代わり各個人の指紋等を予め登録しておき、入室時に照合する個人認識システムが導入され始めている。このような個人認識システムは、登録されている指紋のレプリカ等を作成すれば検査を通過できる場合がある。したがって、個人認識システムは指紋照合だけではなく、被検体が生体であることも認識する必要がある。
【０００３】
従来、被検体が生体であることを検知する技術として、被検体に対して所定の信号を印加し、得られた応答信号に基づいて被検体のインピーダンスを検出するインピーダンス検出技術を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１など参照）。
図１４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。
【０００４】
検出素子１は、検出電極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Ｚｆ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。なお、被検体１０が生体の場合、被検体１０のインピーダンスＺｆのうちリアクタンス成分（虚数成分）は主に容量成分から構成されている。以下では、検体１０のリアクタンス成分が容量成分からなるものと仮定して説明する。
【０００５】
供給信号生成部２は、所定周波数の正弦波などからなる供給信号を生成して応答信号生成部に出力する。
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。
【０００６】
波形情報検出部４Ｘは、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓが示す波形から、供給信号２Ｓとの位相差または振幅を検出し、これら位相差または振幅を示す波形情報を含んだ検出信号４Ｓを生体認識部５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。
【０００７】
生体認識装置の動作は以下のようになる。
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。
【０００８】
生体認識部５では、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が、正当な生体の波形情報の基準範囲内にあるか否かに基づいて、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。
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。
【０００９】
次に、図１５を参照して、生体認識装置における従来の被検体のインピーダンス情報を検出する他の技術として、振幅を検出する具体的な方法を説明する。図１５は、振幅を検出する従来のインピーダンス検出装置の具体的構成を示したブロック図であり、前述の図１４と同じまたは同等部分には同一名を付してある。
【００１０】
図１５において、検出素子１には、被検体１０と電気的に接触するための検出電極１１と検出電極１２が設けられている。
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３１が設けられている。波形情報検出部４Ｘには、ピーク電圧検出回路４１Ｘ、中心電圧検出回路４２Ｘ、および電圧比較回路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。
【００１１】
検出素子１において、検出電極１１は接地電位などの共通電位に接続され、検出電極１２は応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１の出力段に接続されている。供給信号生成部２において、周波数発生回路２１は所定周波数のクロック信号２１Ｓを生成し、波形整形回路２２は周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき正弦波などからなる供給信号２Ｓを生成して出力する。
【００１２】
応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１は、供給信号生成部２と検出素子１０との間に接続された抵抗素子Ｒｓからなり、生体のインピーダンスに対して十分低い所定の出力インピーダンスで、供給信号２Ｓを印加信号１Ｓとして被検体１０に印加し、その際に検出素子１を介して被検体１０に流れる電流を電圧に変換し応答信号３Ｓとして出力する。
【００１３】
波形情報検出部４Ｘは、応答信号３Ｓのピーク電圧値と中心電圧値とを比較することにより、応答信号３Ｓの振幅を検出する。波形情報検出部４Ｘは、ピーク電圧検出回路４１Ｘ、中心電圧検出回路４２Ｘ、および電圧比較回路４３Ｘから構成されている。ピーク電圧検出回路４１Ｘは、応答信号３Ｓからそのピーク電圧値４１ＸＳを検出する。中心電圧検出回路４２Ｘは応答信号３Ｓからその中心電圧値４２ＸＳを検出する。電圧比較回路４３Ｘは、ピーク電圧値４１ＸＳと中心電圧値４２ＸＳとを比較することによりその電圧差から応答信号３Ｓの振幅を検出し、その振幅を波形情報として含む検出信号４Ｓを出力する。
【００１４】
図１６は、図１５のインピーダンス検出装置の各部における信号波形例である。供給信号生成部２の波形整形回路２２では、回路の動作電源電位ＶＤＤと接地電位（０Ｖ＝ＧＮＤ）のほぼ中間の電位を中心電圧ＶＡとする供給信号２Ｓが生成されて出力され被検体１０に印加される。応答信号３Ｓは、被検体１０の抵抗成分によるオフセットを含む信号となる。応答信号３Ｓのピーク電圧値と中心電圧値ＶＢとを検出し、これらを電圧比較回路４３Ｘで比較することにより、応答信号３Ｓの振幅に対応した電圧値を検出信号４Ｓとして出力する。この電圧値は、振幅としての波形情報を含んでいる。なお、ピーク電圧値は、応答信号３Ｓの最大電圧値であってもよく、最小電圧値であってもよい。
【００１５】
【特許文献１】国際公開０５／０１６１４６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような従来技術では、被検体のインピーダンスに応じた振幅値を検出する際、アナログ信号からなる応答信号のピーク電圧値と中心電圧値を比較しているため、回路の複雑化や半導体プロセスの変動による検出精度の低下を招く要因となり、簡素な回路構成で被検体のインピーダンスを高精度で検出できるインピーダンス検出装置を実現できないという問題点があった。
【００１７】
すなわち、従来技術では、波形情報検出部において被検体のインピーダンスに応じた振幅値を検出する場合、アナログ電位を検出・比較するアナログ回路を用いて、アナログ信号からなる応答信号のピーク電圧値と中心電圧値を比較している。このため、被検体のインピーダンスの検出精度を高めようとした場合、上記アナログ回路が複雑化し、回路規模が増大する。
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、アナログ電位を検出・比較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。
【００１８】
また、従来技術を生体認識装置のインピーダンス検出手段に用いた場合、前述した理由から認識の精度を高められないという問題がある。また、このような生体認識装置を、指紋認証装置を用いた個人認識システムに搭載した場合、システム全体のセキュリティ性能を高めることができないという問題がある。
【００１９】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、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できるインピーダンス検出装置およびインピーダンス検出方法を提供し、高い認識精度が得られる生体認識装置、さらには高いセキュリティ性能が得られる指紋認証装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような目的を達成するために、本発明にかかるインピーダンス検出装置は、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、供給信号生成部と検出素子との間に接続されて、供給信号に応じた印加信号を被検体へ印加するとともに、印加信号に伴って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、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、波形情報検出部は、波形情報として応答信号の電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号を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１の検出信号へ変換し検出信号として出力するパルス変換回路を有している。
【００２１】
この際、供給信号生成部に、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、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つを生成し供給信号として出力する波形整形回路とを設けてもよい。
【００２２】
また、パルス変換回路は、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第１の検出信号として出力するしきい値回路から実現してもよい。
【００２３】
また、波形情報検出部に、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、供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と被比較信号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と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２の検出信号を生成し検出信号として出力するデジタル位相比較回路とをさらに設けてもよい。
【００２４】
また、応答信号変換回路は、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被比較信号として出力するしきい値回路から実現してもよい。
【００２５】
また、デジタル位相比較回路は、被比較信号とデジタル基準信号の排他的論理和を第２の検出信号として出力する排他的論理和回路から実現してもよい。
【００２６】
また、しきい値回路で、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第１の検出信号を、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し、供給信号に同期した矩形波のデジタル基準信号と被比較信号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と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２の検出信号を生成し検出信号として出力するデジタル位相比較回路をさらに設けてもよい。
【００２７】
また、波形情報検出部に、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設け、パルス変換回路で、ローパスフィルタから出力された応答信号を第１の検出信号へ変換するようにしてもよい。
【００２８】
また、検出素子に、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の検出電極とを設けてもよい。
【００２９】
また、応答信号生成部は、一端が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検出素子との間に接続された第２の抵抗素子と、第２の抵抗素子の両端電圧を差動増幅することにより応答信号を生成して出力する差動増幅器を有する電流−電圧変換回路から構成してもよい。
【００３０】
また、本発明にかかるインピーダンス検出方法は、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、印加信号に伴って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、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、波形情報検出ステップは、波形情報として応答信号の電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号を当該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１の検出信号へ変換して出力するパルス変換ステップを有している。
【００３１】
また、本発明にかかる生体認識装置は、被検体のインピーダンスに応じた検出信号を出力する上記したいずれかのインピーダンス検出装置と、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ている。
【００３２】
また、本発明にかかる指紋認証装置は、被検体のインピーダンスに応じた検出信号に基づき被検体が生体であるか否かを判定する上記生体認識装置と、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、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、生体認識装置から出力された生体判定結果と指紋認証部から出力された指紋認証結果とに基づいて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。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、波形情報検出部のパルス変換回路により、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号をそ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検出信号へ変換して出力するようにしたので、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。
【００３４】
また、正弦波だけでなく、三角波や台形波を供給信号として用いることができ、回路構成をシンプルにしながら検出精度を高めることができる。特に、インピーダンス検出装置を生体認識装置のインピーダンス検出手段に用いれば、生体固有のインピーダンスが広範囲に分布したときに、認識の精度を高める効果がある。また、このような生体認識装置を、指紋認証装置を用いた個人認識システムに搭載すれば、システム全体のセキュリティ性能を高めることができ効果大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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１４と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００３６】
インピーダンス検出装置１００は、被検体に対して所定の信号を印加し、得られた応答信号に基づいて被検体のインピーダンスを検出する装置である。このインピーダンス検出装置１００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、および波形情報検出部４が設けられている。これら機能部は、後述する各実施の形態にかかるインピーダンス検出装置に共通する構成である。
【００３７】
本実施の形態は、波形情報検出部４にパルス変換回路４１を設け、このパルス変換回路４１により、波形情報（振幅情報）として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓを応答信号３Ｓ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検出信号（第１の検出信号）４Ｓへ変換して出力するようにしたものである。
【００３８】
以下、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の各機能部について詳細に説明する。
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。検出電極（第１の検出電極）１１は、接地電位などの共通電位に接続され、検出電極（第２の検出電極）１２は応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１の出力段に接続されている。この共通電位は、電源回路などの所定の供給回路部（図示せず）から一定の電位（低インピーダンス）で供給されている。
【００３９】
なお、被検体１０が生体の場合、被検体１０のインピーダンスＺｆのうちリアクタンス成分（虚数成分）は主に容量成分から構成されている。以下では、理解を容易とするため検体１０のリアクタンス成分が容量成分からなるものと見なして説明するが、実際には位相情報として、インダクタンス成分を含むリアクタンス成分が検出されている。
【００４０】
供給信号生成部２は、周波数発生回路２１と波形整形回路２２を有し、所定周波数の正弦波などからなる供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３に出力する機能を有している。周波数発生回路２１は、所定周波数の矩形波からなるクロック信号２１Ｓを生成する機能を有している。波形整形回路２２は、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき正弦波や三角波などの繰り返し波形からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、供給信号２Ｓは供給信号生成部２の代わりに外部の波形生成装置から供給してもよい。
【００４１】
応答信号生成部３は、電流−電圧変換回路３１を有し、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓに応じた印加信号１Ｓを検出素子１に印加し、この印加信号１Ｓに伴って検出素子１の出力インピーダンスすなわち被検体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を生成して波形情報検出部４へ出力する機能を有している。電流−電圧変換回路３１は、印加信号１Ｓに基づいて被検体１０に流れる電流を電圧信号からなる応答信号３Ｓに変換して波形情報検出部４へ出力する機能を有している。
【００４２】
波形情報検出部４は、パルス変換回路４１を有し、応答信号３Ｓの大きさを示す波形情報（振幅情報）を検出し、この波形情報を含んだ検出信号４Ｓを出力する機能を有している。
パルス変換回路４１は、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓの波形から、波形情報（振幅情報）として応答信号３Ｓの電圧変化を検出する機能と、当該電圧変化からなる波形情報に基づいて応答信号３Ｓを応答信号３Ｓ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検出信号４Ｓへ変換して出力する機能とを有している。
【００４３】
次に、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の動作について説明する。
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３１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３１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。
【００４４】
波形情報検出部４は、応答信号３Ｓに含まれる振幅情報を検出し、この振幅情報を含んだ検出信号４Ｓを出力する。
この際、波形情報検出部４のパルス変換回路４１は、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓの波形から応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化からなる波形情報に基づいて応答信号３Ｓを応答信号３Ｓ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検出信号４Ｓへ変換して出力する。
【００４５】
このように、本実施の形態は、波形情報検出部４にパルス変換回路４１を設け、このパルス変換回路４１により、波形情報（振幅情報）として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓを応答信号３Ｓ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検出信号（第１の検出信号）４Ｓへ変換して出力するようにしたので、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。
【００４６】
また、本実施の形態は、供給信号生成部を、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、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つを生成し供給信号として出力する波形整形回路とから構成したので、極めて簡単な回路構成で所定周波数の任意波形の供給信号を生成できる。
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。
【００４７】
［第２の実施の形態］
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。
【００４８】
本実施の形態では、第１の実施の形態にかかるインピーダンス検出装置の具体的構成例として、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１を抵抗素子Ｒｒ、抵抗素子Ｒｓ、および差動増幅器３１Ａで構成し、波形情報検出部４のパルス変換回路４１をしきい値回路４１Ａから構成した場合を例として説明する。なお、ここでは供給信号２Ｓとして正弦波を用いる場合を例として説明する。
【００４９】
図２において、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１には、抵抗素子（第１の抵抗素子）Ｒｒ、抵抗素子（第２の抵抗素子）Ｒｓ、および差動増幅器３１Ａが設けられている。
抵抗素子Ｒｒは、その一端が供給信号生成部３に接続されている。抵抗素子Ｒｓは、抵抗素子Ｒｒの他端と検出素子１との間に接続されている。差動増幅器３１Ａは、正極性入力端子が抵抗素子Ｒｒと抵抗素子Ｒｓの接続点に接続され、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。
【００５０】
抵抗素子Ｒｓと供給信号生成部２の間に抵抗素子Ｒｒが設けられた場合、被検体１０のインピーダンスに応じて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をキャンセルでき、応答信号のオフセット変動を小さくすることができる。
【００５１】
波形情報検出部４のしきい値回路４１Ａ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３Ｓを所定のしきい値Ｖｔ１と比較し、その比較結果に応じたデジタル信号を検出信号４Ｓとして出力する機能を有している。
これにより、しきい値回路４１Ａで、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化が検出され、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓ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検出信号４Ｓが生成されて出力される。
【００５２】
供給信号生成部２には、波形整形回路２２として正弦波発生回路２２Ａが設けられている。正弦波発生回路２２Ａは、図１の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき正弦波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。正弦波発生回路２２Ａの具体例については、例えばＤ／Ａ変換器を用いて生成したり、三角波の波形をダイオード素子などを用いて鈍らせて生成するなど、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、電流−電圧変換回路３１、パルス変換回路４１、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。
【００５３】
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の動作について説明する。
正弦波発生回路２２Ａ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、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に流れる電流の振幅情報を電圧信号に変換し、応答信号３Ｓとして出力する。
【００５４】
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ａにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値Ｖｔ１と比較することにより、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓをその大きさに応じたパルス幅を有する検出信号４Ｓを生成して出力する。
【００５５】
図３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動作を示す信号波形図である。ここでは、供給信号２Ｓが正弦波からなる場合を例として説明する。
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。
【００５６】
この供給信号２Ｓが応答信号生成部３の抵抗素子ＲｒおよびＲｓを介して被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、抵抗素子Ｒｓに表れたこれら変化が差動増幅器３１Ａにより増幅されて電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
このオフセット電位を含む応答信号３Ｓは、パルス変換回路４１のしきい値回路４１Ａで所定のしきい値Ｖｔ１と比較されて、オフセット電位を含まない矩形波のデジタル信号からなる検出信号４Ｓに変換される。
【００５７】
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。
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。
【００５８】
この後、応答信号３Ｓは、パルス変換回路４１のしきい値回路４１Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較されて、応答信号３Ｓの大きさ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。
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。
【００５９】
このように、本実施の形態は、波形情報検出部４のパルス変換回路４１として、しきい値回路４１Ａを設け、応答信号３Ｓを所定のしきい値Ｖｔ１と比較し、その比較結果に応じたデジタル信号を検出信号４Ｓとして出力するようにしたので、被検体１０のインピーダンスに応じた大きさの応答信号３Ｓから、応答信号３Ｓの大きさに応じたパルス幅すなわち被検体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検出信号４Ｓを、極めて簡素な回路構成で検出出力することができる。
【００６０】
また、本実施の形態は、応答信号生成部３の電流−電圧変換回路３１を、一端が供給信号生成部２に接続された抵抗素子Ｒｒと、抵抗素子Ｒｒと検出素子１との間に接続された抵抗素子Ｒｓと、抵抗素子Ｒｓの両端電圧を差動増幅することにより応答信号３Ｓを生成して出力する差動増幅器３１Ａとから構成したので、被検体１０に流れる電流を、直接、電圧の応答信号３Ｓに変換することができる。また、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をキャンセルでき、応答信号３Ｓのオフセット変動を小さく抑制して、しきい値回路４１Ａでの検出精度を向上させることが可能となる。
【００６１】
［第３の実施の形態］
次に、図４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４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２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００６２】
第１および２の実施の形態では、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抵抗成分を示す振幅情報を検出する場合を例として説明した。
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。
【００６３】
図４において、波形情報検出部４は、応答信号３Ｓからその大きさに応じたパルス幅を有し、被検体１０のインピーダンスの抵抗成分を示す検出信号（第１の検出信号）４ＳＡを出力するパルス変換回路４１に加え、応答信号変換回路４２、デジタル基準信号発生回路４３、およびデジタル位相比較回路４４をさらに有し、応答信号生成部３からの応答信号３Ｓの波形から、被検体１０のインピーダンスに応じた波形の特徴を示す波形情報として、応答信号３Ｓと供給信号２Ｓとの位相差を検出する機能と、これら位相差からなる波形情報に基づいて被検体１０のインピーダンスのリアクタンス成分を示す検出信号（第２の検出信号）４ＳＢを出力する機能とを有している。
【００６４】
応答信号変換回路４２は、しきい値回路４２Ａを有し、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４２Ｓに変換して出力する機能を有している。しきい値回路４２Ａ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４２Ｓ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。
【００６５】
デジタル基準信号発生回路４３は、しきい値回路４３Ａを有し、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４３Ｓを生成する機能を有している。しきい値回路４３Ａ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、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓを所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較することによりデジタル信号に変換しデジタル基準信号４３Ｓとして出力する機能を有している。
これにより、デジタル基準信号発生回路４３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。
【００６６】
デジタル位相比較回路４４は、ＸＯＲ回路４４Ａを有し、応答信号変換回路４２からの被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号発生回路４３からのデジタル基準信号４３Ｓ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４２Ｓ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４ＳＢを生成して出力する機能を有している。
【００６７】
ＸＯＲ回路４４Ａは、被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号４３Ｓとの排他的論理和を算出することにより、両者の位相をデジタル信号処理で比較する機能を有している。これにより、ＸＯＲ回路４４Ａで、波形情報として被比較信号４１Ｓと供給信号２Ｓの位相差が検出され、当該位相差に基づいて検出信号４ＳＢが生成されて出力される。
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以外の構成については、第２の実施の形態の図２と同等であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００６８】
次に、図４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の動作について説明する。
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に流れる電流の振幅情報と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。
【００６９】
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ａにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値Ｖｔ１と比較することにより、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓをその大きさに応じたパルス幅を有する検出信号４ＳＡを生成して出力する。
【００７０】
また、波形情報検出部４は、しきい値回路４２Ａにより、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、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４２Ｓに変換し、デジタル位相比較回路４４により、応答信号変換回路４２からの被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号発生回路４３からのデジタル基準信号４３Ｓ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４２Ｓ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４ＳＢを生成して出力する。
【００７１】
図５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動作を示す信号波形図である。
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。
【００７２】
この供給信号２Ｓに基づいて応答信号生成部３から被検体１０に印加信号１Ｓが印加されると、被検体１０に流れる電流の位相および振幅が、被検体１０に固有のインピーダンスに応じて変化する。応答信号生成部３において、抵抗素子Ｒｓに表れたこれら変化が差動増幅器３１Ａにより増幅されて電圧信号に変換され、応答信号３Ｓとして出力される。
【００７３】
応答信号３Ｓは、パルス変換回路４１のしきい値回路４１Ａで所定のしきい値Ｖｔ１と比較されて、オフセット電位を含まない矩形波のデジタル信号からなる検出信号４ＳＡに変換される。
これと並行して、応答信号３Ｓは、応答信号変換回路４２のしきい値回路４２Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ２と比較されて、オフセット電位を含まない矩形波のデジタル信号からなる被比較信号４２Ｓに変換される。
【００７４】
また、供給信号生成部２からの供給信号２Ｓは、デジタル基準信号発生回路４３のしきい値回路４３Ａにより所定のしきい値電圧Ｖｔ３と比較されてデジタル基準信号４３Ｓに変換される。
これら被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号４３Ｓは、デジタル位相比較回路４４のＸＯＲ回路４４Ａ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４ＳＢが出力される。
【００７５】
ここで、ＸＯＲ回路４４Ａにより、被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号４３Ｓを比較した場合、図５に示すように、供給信号２Ｓの１周期に相当する期間内に検出信号４Ｓのパルスが２つ発生する。また、しきい値回路４２Ａで用いられるしきい値電圧Ｖｔ２やしきい値回路４３Ａでデジタル基準信号４３Ｓの生成に用いられるしきい値電圧Ｖｔ３の選択によっては、これらパルスのパルス幅が変化する。しかし、これらパルスは位相差としての波形情報を含んでおり、被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号４３Ｓの位相差を検出することができる。その理由を以下に説明する。
【００７６】
被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号４３Ｓの位相差φは、それぞれのパルスの立ち下がりや立ち上がりのタイミングの差で表されるが、被比較信号４２Ｓのパルスの中心タイミングＡとデジタル基準信号４３Ｓのパルスの中心タイミングＢの差でも表すことができる。
ここで、検出信号４ＳＢ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４ＳＢのパルスの幅ＴａとＴｂを抽出することにより被比較信号４２Ｓとデジタル基準信号４３Ｓの位相差φを得ることができる。
【００７７】
このように、本実施の形態は、波形情報検出部４に、応答信号変換回路４２、デジタル基準信号発生回路４３、およびデジタル位相比較回路４４を設け、応答信号３Ｓの波形から、被検体１０のインピーダンスに応じた波形の特徴を示す波形情報として、応答信号３Ｓと供給信号２Ｓとの位相差を検出し、これら位相差からなる波形情報に基づいて被検体１０のインピーダンスの抵抗成分を示す検出信号（第２の検出信号）４ＳＢを出力するようにしたので、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際、検出素子１、供給信号生成部２、および応答信号生成部３を兼用することができ、極めて簡素な回路構成で、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。
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。
【００７８】
なお、本実施の形態では、波形情報検出部４に、しきい値回路４２Ａからなる応答信号変換回路４２を設けて、応答信号３Ｓをその電圧変化を示すデジタル信号からなる被比較信号４２Ｓに変換して出力する場合を例として説明したが、しきい値回路４１Ａを応答信号変換回路４２と見なし、しきい値回路４１Ａからの検出信号４ＳＡを被比較信号４２Ｓとして用いてもよい。
【００７９】
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他の構成を示すブロック図であり、図４と比較して、しきい値回路４２Ａをしきい値回路４１Ａで兼用している点が異なる。
第５の実施の形態で説明したように、しきい値回路４１Ａは、しきい値回路４２Ａと同等の機能を有しており、被比較信号４２Ｓ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４１Ａから出力される検出信号４ＳＡを被比較信号４２Ｓとしてデジタル位相比較回路４４へ入力するだけで、しきい値回路４２Ａ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。
【００８０】
［第４の実施の形態］
次に、図７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７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２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００８１】
第２の実施の形態では、供給信号２Ｓとして所定周波数の正弦波を用いた場合を例として説明した。
本実施の形態では、第２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。
【００８２】
図７において、供給信号生成部２には、波形整形回路２２として三角波発生回路２２Ｂが設けられている。三角波発生回路２２Ｂは、図１の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき三角波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。通常、正弦波は、例えばＤ／Ａ変換器を用いて生成したり、三角波の波形をダイオード素子などを用いて鈍らせて生成する。したがって、三角波の生成は正弦波の生成よりも回路構成を簡素化することができる。三角波発生回路２２Ｂの具体例については、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、三角波発生回路２２Ｂ以外の構成については、第２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。
【００８３】
次に、図７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の動作について説明する。
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に流れる電流の振幅情報を電圧信号に変換し、応答信号３Ｓとして出力する。
【００８４】
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ａにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値Ｖｔ１と比較することにより、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓをその大きさに応じたパルス幅を有する検出信号４Ｓを生成して出力する。
【００８５】
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動作を示す信号波形図である。
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。
【００８６】
ここで、被検体１０のインピーダンスが容量成分のみの場合、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の微分応答波形となり、矩形波に近い波形を有する応答信号３Ｓｃが得られる。
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。
【００８７】
したがって、被検体１０のインピーダンスが容量成分と抵抗成分を持つ場合、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、三角波の微分応答と元の三角波とが合成された波形となる。したがって、応答信号３Ｓは、応答信号３Ｓｃと応答信号３Ｓｒが合成された波形、すなわち、三角波の上昇期間と下降期間とで、微分応答分だけ電圧のズレを有する信号波形となる。
【００８８】
この後、応答信号３Ｓは、パルス変換回路４１のしきい値回路４１Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較されて、応答信号３Ｓの大きさ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。
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。
【００８９】
このように、本実施の形態は、波形整形回路２２を三角波発生回路２２Ｂで構成したので、正弦波を用いる場合と比較して供給信号２Ｓの生成に要する回路を簡略化でき、全体として極めて簡素な回路で、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１０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。
【００９０】
［第５の実施の形態］
次に、図９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９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７と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００９１】
第４の実施の形態では、第２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した。
本実施の形態では、第４の実施の形態において、応答信号生成部３とパルス変換回路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。
【００９２】
図９において、波形情報検出部４には、応答信号生成部３とパルス変換回路４１との間にローパスフィルタ（ＬＰＦ）４５が設けられている。
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。
【００９３】
次に、図９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の動作について説明する。
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に流れる電流の振幅情報を電圧信号に変換し、応答信号３Ｓとして出力する。
【００９４】
波形情報検出部４は、ローパスフィルタ４５により、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し、しきい値回路４１Ａにより、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓをその大きさに応じたパルス幅を有する検出信号４Ｓを生成して出力する。
【００９５】
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動作を示す信号波形図である。
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。
【００９６】
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４１のしきい値回路４１Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較されて、応答信号３Ｓの大きさ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。
【００９７】
このように、本実施の形態は、応答信号生成部３とパルス変換回路４１との間にローパスフィルタ４５を設け、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した後、波形情報を検出するようにしたので、波形情報検出部４Ａにおける波形情報の検出精度を高めることができる。
【００９８】
［第６の実施の形態］
次に、図１１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１１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２と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
【００９９】
第２の実施の形態では、供給信号２Ｓとして所定周波数の正弦波を用いた場合を例として説明した。
本実施の形態では、第２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。
【０１００】
図１１において、供給信号生成部２には、波形整形回路２２として台形波発生回路２２Ｃが設けられている。台形波発生回路２２Ｃは、図１の波形整形回路２２の具体例であり、周波数発生回路２１からのクロック信号２１Ｓに基づき台形波からなる交流の供給信号２Ｓを生成して応答信号生成部３へ出力する機能を有している。なお、台形波発生回路２２Ｃは、一般的な公知の回路を用いればよく、正弦波発生回路と比較して回路構成を簡素化できる。また、台形波形によれば、三角波と比較して高周波成分が少なく正弦波に近い波形を生成でき、被検体１０のインピーダンスをより正確に検出できる。
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。
【０１０１】
次に、図１１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の動作について説明する。
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に流れる電流の振幅情報を電圧信号に変換し、応答信号３Ｓとして出力する。
【０１０２】
波形情報検出部４は、しきい値回路４１Ａにより、応答信号３Ｓを所定のしきい値Ｖｔ１と比較することにより、波形情報として応答信号３Ｓの電圧変化を検出し、当該電圧変化に基づいて応答信号３Ｓをその大きさに応じたパルス幅を有する検出信号４Ｓを生成して出力する。
【０１０３】
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動作を示す信号波形図である。
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。
【０１０４】
ここで、図１２に示すように、被検体１０のインピーダンスが容量成分のみの場合、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の微分応答波形となり、矩形の階段波形を有する応答信号３Ｓｃが得られる。
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。
【０１０５】
したがって、被検体１０のインピーダンスが容量成分と抵抗成分を持つ場合、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、台形波の微分応答と元の台形波とが合成された波形となる。したがって、応答信号３Ｓは、応答信号３Ｓｃと応答信号３Ｓｒが合成された波形、すなわち、台形波の上昇期間、平坦区間、および下降期間で、微分応答分だけ電圧のズレを有する信号波形となる。
【０１０６】
この後、応答信号３Ｓは、パルス変換回路４１のしきい値回路４１Ａで所定のしきい値電圧Ｖｔ１と比較されて、応答信号３Ｓの大きさ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。
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。
【０１０７】
このように、本実施の形態は、波形整形回路２２を台形波発生回路２２Ｃで構成したので、正弦波を用いる場合と比較して供給信号２Ｓの生成に要する回路を簡略化でき、全体として極めて簡素な回路で、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。
【０１０８】
［第７の実施の形態］
次に、図１３を参照して、本発明の第７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１３は、本発明の第７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。
【０１０９】
生体認識装置１１０は、被検体１０が生体か否かを認識する装置であり、インピーダンス検出装置１００と生体認識部１０１とから構成されている。
インピーダンス検出装置１００は、本発明の第１〜第６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情報１Ｚ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。
【０１１０】
生体認識部１０１は、インピーダンス検出装置１００からの検出信号４Ｓの波形情報が、正当な生体のインピーダンス特性を示す基準範囲にあるか否かを判定することにより、被検体１０に対する生体か否かの認識判定を行い、被検体１０に対する生体認識結果１１０Ｓを出力する機能を有している。この生体認証部１０２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。
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。
【０１１１】
指紋認識装置１２０は、指からなる被検体１０から検出した指紋データ１Ｆに基づいて、利用者の本人認証を行う装置であり、生体認識装置１１０、指紋検出装置１１１、指紋認証部１１２、および認証判定部１１３から構成されている。
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。
【０１１２】
指紋検出装置１１１は、被検体１０から指紋の凹凸を示す表面形状情報１Ｐに応じた指紋データ１１１Ｓを検出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。
【０１１３】
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利用した生体認識装置１１０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。したがって、高い精度で利用者本人の指紋認証を行うことができ、このような指紋認証装置を個人認識システムに搭載すれば、システム全体のセキュリティ性能を高めることができる。
【０１１４】
［実施の形態の拡張］
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】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る。
【図２】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る。
【図３】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動作を示す信号波形図である。
【図４】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る。
【図５】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動作を示す信号波形図である。
【図６】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他の構成を示すブロック図である。
【図７】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る。
【図８】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動作を示す信号波形図である。
【図９】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る。
【図１０】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動作を示す信号波形図である。
【図１１】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る。
【図１２】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動作を示す信号波形図である。
【図１３】本発明の第７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。
【図１４】従来の生体認識装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】位相差を検出する従来のインピーダンス検出装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５のインピーダンス検出装置の各部における信号波形例である。
【符号の説明】
【０１１６】
１００…インピーダンス検出装置、１Ｓ…印加信号、１…検出素子、１１，１２…検出電極、２…供給信号生成部、２１…周波数発生回路、２１Ｓ…クロック信号、２２…波形整形回路、２２Ａ…正弦波発生回路、２２Ｂ…三角波発生回路、２２Ｃ…台形波発生回路、２Ｓ…供給信号、３…応答信号生成部、３Ｓ…応答信号、３１…電流−電圧変換回路、３１Ａ…差動増幅器、４…波形情報検出部、４Ｓ，４ＳＡ，４ＳＢ…検出信号、４１…パルス変換回路、４１Ａ…しきい値回路、４２…応答信号変換回路、４２Ａ…しきい値回路、４３…デジタル基準信号発生回路、４３Ｓ…デジタル基準信号、４３Ａ…しきい値回路、４４…デジタル位相比較回路、４４Ａ…ＸＯＲ回路、４５…ローパスフィルタ、Ｚｆ…インピーダンス、１０１…生体認識部、１１０…生体認識装置、１１０Ｓ…生体認識結果、１Ｐ…表面形状情報、１Ｚ…インピーダンス情報、１１１…指紋検出装置、１１１Ｓ…指紋データ、１１２…指紋認証部、１１２Ｓ…指紋認識結果、１１３…認識判定部、１２０…指紋認識装置、１２０Ｓ…判定結果。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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